JPH0921661A - アンカー施工部の地中状況監視装置 - Google Patents

アンカー施工部の地中状況監視装置

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JPH0921661A
JPH0921661A JP7196059A JP19605995A JPH0921661A JP H0921661 A JPH0921661 A JP H0921661A JP 7196059 A JP7196059 A JP 7196059A JP 19605995 A JP19605995 A JP 19605995A JP H0921661 A JPH0921661 A JP H0921661A
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anchor
optical fiber
fiber
sensor
steel material
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JP7196059A
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Daigo Satou
大伍 佐藤
Takashi Fujieda
敬史 藤枝
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Sumitomo Electric Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 アンカー施工部の地中状態を監視する。 【構成】 アンカー構造のPC鋼棒5にセンサファイバ
1(保護管に光ファイバを収納したもの)を布設し、こ
のセンサファイバ1を処理装置9(OTDR装置)に接
続して、光ファイバ沿いの歪みを測定し、これにより地
中の変動を検知する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アンカー施工部の地中
状況を監視する装置と方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】アンカーを施工した箇所の地中状況を監
視する技術として、次のものが知られている。 ロードセル(電気式,油圧式)をアンカーの頭部の背
後に設置しておき、それに加わる荷重の変動を測定する
ことにより観測する。 地表から地中に引張ワイヤを設置して、地中変位計に
て観測する。 地表から地中にインバー線を設置して、伸縮計にて観
測する。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記の技術に
は、次のような問題があった。 測定誤差が大きい上、測定に時間がかかる。 地中の状況を経時的に監視できない。 滑り面や地下水の位置が特定できない。 測定の際には、現地に出向く必要がある。 地中の変動と温度を同時に測定できず、両者の相関関
係を把握できない。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するためになされたもので、光ファイバをセン
サとして利用し、光ファイバ沿いの歪みや温度を測定す
ることで、アンカー施工部の地中状況を監視するもので
ある。歪みを測定する構成としては、アンカー構造の緊
張部材(PC鋼材や鉄筋など)に光ファイバを布設し、
この光ファイバを歪み測定用のOTDR装置に接続すれ
ばよい。このOTDR(Optical time domain reflectm
eter)は、光ファイバの一端から光パルスを入射し、光
ファイバの途中から戻ってくる後方散乱光のうち、ブリ
ルアン散乱光の発生波長を測定するものである。また、
光パルスを入射してから後方散乱光が戻ってくるまでの
時間を測定して、歪み変化点までの距離を計測すること
ができる。地中内に変動が起こった場合、アンカー構造
に布設された光ファイバに応力が加わり、その応力に応
じたブリルアン散乱光が発生する。そのため、歪み測定
用のOTDR装置により光ファイバ沿いのブリルアン散
乱光の発生波長を監視すれば、地中に変動があったこと
と、その位置を検知することができる。
【0005】また、光ファイバ沿いの温度を測定するに
は、アンカー構造に布設した光ファイバをDTS装置に
接続すればよい。DTS(Distributed Temperature Se
nsor System )は、光ファイバの端部から光パルスを入
射し、光ファイバの途中から戻ってくるラマン散乱光の
強度を測定するものである。ラマン散乱光の強度は、温
度と相関関係があるため、これにより光ファイバ沿いの
温度分布を測定することができる。また、光パルスを入
射してからラマン散乱光が戻ってくるまでの時間を計測
することで温度変化点を特定することができる。
【0006】アンカー構造に布設された光ファイバ沿い
の温度分布を監視することで、地中内で起こった温度変
化と、その位置を検知することができる。特に、OTD
R装置とDTS装置を併用することで、凍上など、地中
の温度と地中状態の変動の相関関係を把握することがで
きる。両装置を併用する場合、3本の光ファイバを1本
の保護管(例えば、SUS 管)に収納したセンサファイバ
{2芯はシングルモード光ファイバ(SM)、1芯はマ
ルチモード光ファイバ(MM)}を使用することが挙げ
られる。2芯のSM光ファイバは歪み測定用OTDR装
置に、1芯のMM光ファイバはDTS装置に接続し、こ
のセンサファイバをアンカー構造に布設するとよい。
【0007】センサファイバの布設の仕方としては、緊
張部材沿いにセンサファイバを添わせることの他、緊張
部材に巻回することが挙げられる。センサファイバを緊
張部材に巻回すれば、緊張部材の伸び量が光ファイバの
限界伸び量を上回る場合でも歪みの測定が可能になる。
センサファイバを巻回する際、緊張部材に直接巻回する
のではなく、緊張部材にパイプを外嵌し、それにセンサ
ファイバを巻回してもよい。緊張部材に直接センサファ
イバを巻回した際に最低曲げ径が確保できなければ、光
ファイバが降伏する恐れがあるためである。
【0008】また、緊張部材に固定装置を複数個取り付
け、この固定装置にセンサファイバを巻回すれば、固定
装置間の歪みや温度を測定することで、地中の部分的な
伸びを検知し、滑り面や地下水の位置特定が行い易い。
例えば、緊張部材として図4に示す総ねじ鋼棒40を用い
る場合、固定装置8は、径方向または軸方向にネジ孔50
を形成した円筒部材を用いる(図5および図6参照)。
この固定装置を総ねじ鋼棒に螺合して、センサファイバ
を巻き付ければよい。固定装置にセンサファイバを巻き
付けるのは、保護管と内部の光ファイバとの間の摩擦を
大きくし滑らないようにするためで、鋼棒の伸びが直接
光ファイバに伝わることを目的としている。固定装置の
径は、センサファイバを巻き付けた際、光ファイバに伝
送損失が生じないような値にする。地中の変動により総
ねじ鋼棒に伸びが発生すれば、光ファイバにも伸びが発
生するため、歪み測定用OTDR装置ではブリルアン散
乱光の発生波長変化が観測される。この波長を観測すれ
ば、総ねじ鋼棒長手方向の伸縮を検知することができ
る。その際、DTS装置により温度分布も観測すること
で、温度変化に伴う光ファイバの伸び分を補正して、よ
り正確な地中状況の変動を検知することができる。
【0009】複数のアンカー構造にセンサファイバを布
設した場合、各アンカー構造ごとにOTDRやDTS装
置を接続するのではなく、各アンカー構造のセンサファ
イバを一連に接続し、この光ファイバをOTDRやDT
S装置に接続することが好ましい。この構成において、
OTDRやDTS装置をアンカー施工現場から離れた監
視施設内に設置すれば、そこで集中的に監視することが
でき、監視に際して現場に出向く必要はない。
【0010】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
アンカー構造の自由長部にセンサファイバ1を布設した
状態を図1に示す。アンカー構造は、キャップ2が被せ
られた頭部のプレート3により定着装置4が保持され、
この定着装置4にPC鋼材5が螺合されている。PC鋼
材5の頭部側半分がシース6に覆われた自由長部で、そ
の先がグラウト7が充填された定着長部となっている。
PC鋼材5の所定の位置には固定装置8を装着した。固
定装置8は、図5および6で説明したものを用い、その
外周にセンサファイバ1が巻回されている。そして、こ
のアンカー構造の頭部からセンサファイバ1を挿入して
PC鋼材5に沿わせ、自由長部端部の固定装置8に隣接
した半円筒部材20で折り返して、アンカー頭部からセン
サファイバ端部を引き出した。半円筒部材20は、折り返
しにより光ファイバが降伏しないような湾曲面を具えて
いる。センサファイバ1の一端は処理装置9(OTDR
とDTS)に接続され、さらにこの処理装置は表示装置
10に接続されている。センサファイバ1の他端は、ドラ
ム型スペーサ11に巻き付けた。
【0011】用いるセンサファイバの具体例としては、 歪み測定用として、保護管に2本のシングルモード光
ファイバを収納したもの、 温度測定用として、保護管に1本のマルチモード光フ
ァイバを収納したもの、 歪み・温度測定用として、保護管に2本のシングルモ
ード光ファイバと1本のマルチモード光ファイバとを収
納したもの、が挙げられる。本例では、歪み・温度測定
用のセンサファイバを用いた。スペーサに巻き付けられ
たセンサファイバの他端は、歪み測定用の2本の光ファ
イバが接続され、温度測定用の1本はそのままとなって
いる。
【0012】PC鋼材にセンサファイバを布設する具体
例として、図7に示すものが挙げられる。(A)は、図
6に示す固定装置8を用い、PC鋼材5にセンサファイ
バ1を巻回すると共に、固定装置8にもセンサファイバ
1を巻回したものである。(B)は、図5に示す固定装
置8を用い、PC鋼材5にセンサファイバ1を沿わせ
て、固定装置8にもセンサファイバ1を巻回したもので
ある。(C)は、自由長部のみにセンサファイバ1を布
設したもので、PC鋼材5にパイプ12を外嵌し、その外
周にセンサファイバ1を巻回したものである。固定装置
8には図6に示すものを用いた。(D)は、自由長部と
定着長部の双方にセンサファイバ1を布設したものであ
る。自由長部では、PC鋼材5にパイプ12を外嵌して、
その外周にセンサファイバ1を巻回し、定着長部ではP
C鋼材5に沿わせるだけとした。固定装置8には図6に
示すものを用いた。
【0013】このようなアンカー構造が複数ある場合、
図8に示すように、各アンカー構造13に布設したセンサ
ファイバ1を接続箱14を介して連結し、これをアンカー
の施工部から離れた監視設備15内に導入する。処理装置
9や表示装置10は監視施設15内に設置しておき、センサ
ファイバ1をこの処理装置9に接続する。このような構
成により、アンカーの施工現場に出向くことなくアンカ
ー施工部の地中状況を監視することができる。例えば、
図9に示すように、アンカー構造60の周辺の地中に滑り
面61がある場合や、図10に示すように地下水62がある
場合、歪みと温度の双方を監視することで、これらの存
在を検知することができる。
【0014】図1では、アンカー構造の自由長部にのみ
センサファイバを布設したが、定着長部にまで布設長を
伸ばしてもよい(図2参照)。この例でも、定着長部に
固定装置8が取り付けられ、センサファイバ1が巻回さ
れている。さらに、ロックボルトにセンサファイバを布
設した例を図3に示す。この場合も鉄筋25に固定装置28
を装着し、鉄筋沿いにセンサファイバ21を添わせた。固
定装置28にはセンサファイバ21を巻回している。ロック
ボルト70が地中に埋め込まれた状態は図11に示す通り
である。
【0015】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
アンカー施工部の地中状況を経時的に監視することがで
きる。特に、歪みと温度の双方を検知することで、地中
の変動の他、凍上、凍結などの状況変化や、地下水の位
置なども判断することができる。また、施工現場に出向
くことなく、監視施設内で集中的に監視できるため便利
である。従って、道路やダムなどを建設する際の切り土
斜面、地滑りの発生し易い場所、構造物の基礎部など、
土木建築分野で災害を予測するシステムとして利用する
と効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置をアンカーへの適用例を示す説明図
である。
【図2】本発明装置をアンカーへの適用例を示す説明図
である。
【図3】本発明装置のロックボルトへの適用例を示す説
明図である。
【図4】総ねじ鋼棒を示すもので、(A)は側面図、
(B)はA−A断面図である。
【図5】径方向にネジ孔を具えた固定装置を示す斜視図
である。
【図6】軸方向にネジ孔を具えた固定装置を示す斜視図
である。
【図7】センサファイバをPC鋼材に布設した具体例を
示す説明図で、(A)は図6の固定装置を用い、センサ
ファイバを巻回したもの、(B)は図5の固定装置を用
い、センサファイバを添わせたもの、(C)は自由長部
のPC鋼材にパイプを外嵌し、その外周にセンサファイ
バを巻回したもの、(D)はCの構成に加え、定着長部
にまでセンサファイバを添わせたものを示す。
【図8】複数のアンカー構造にセンサファイバを布設し
た場合の装置の全体構成を示す概略図である。
【図9】滑り面のある地中にアンカーを打ち込んだ状態
を示す概略図である。
【図10】地下水のある地中にアンカーを打ち込んだ状
態を示す概略図である。
【図11】ロックボルトを地中に打ち込んだ状態を示す
概略図である。
【符号の説明】
1,21 センサファイバ 2 キャップ 3 プレート
4 定着装置 5 PC鋼棒 6 シース 7 グラウト 8,28 固
定装置 9,29 処理装置 10,30 表示装置 11,31 スペー
サ 12 パイプ 13 アンカー構造 14 接続箱 15 監視設備 20 半
円筒状部材 40 総ねじ鋼棒 50 ネジ孔 60 アンカー構造 61
滑り面 62 地下水 70 ロックボルト 71 滑り面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G01L 5/00 G01L 5/00 A G02B 6/00 G02B 6/00 B

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 アンカー構造における緊張部材の少なく
    とも一部に光ファイバを布設し、この光ファイバをOT
    DR装置に接続したことを特徴とするアンカー施工部の
    地中状況監視装置。
  2. 【請求項2】 アンカー構造における緊張部材の少なく
    とも一部に光ファイバを布設し、この光ファイバをDT
    S装置に接続したことを特徴とするアンカー施工部の地
    中状況監視装置。
  3. 【請求項3】 光ファイバを緊張部材に巻回することを
    特徴とする請求項1または2記載のアンカー施工部の地
    中状況監視装置。
  4. 【請求項4】 アンカーに固定装置を複数個取り付け、
    この固定装置に光ファイバを巻回したことを特徴とする
    請求項1または2記載のアンカー施工部の地中状況監視
    装置。
  5. 【請求項5】 複数のアンカー構造に布設された光ファ
    イバを接続し、この光ファイバを監視施設内のOTDR
    装置および/またはDTS装置に接続したことを特徴と
    するアンカー施工部の地中状況監視装置。
  6. 【請求項6】 アンカー構造における緊張部材の少なく
    とも一部に光ファイバを布設し、光ファイバ沿いの歪み
    および/または温度分布を測定してアンカー施工部の地
    中状況を監視する方法。
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