JPH11183207A - 光ファイバを用いた河岸崩壊の測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 河岸崩壊を、比較的簡便に且つ確実に、リア
ルタイムで経時的に測定できるようにする。 【解決手段】 測定対象である河岸１０に向かって地盤
中に斜めボーリング孔１４を掘削する。光ファイバ１８
を巻き付けた多数の小片（例えば木片１６）を、各小片
の光ファイバが１本の光ファイバとなるように順次連続
させて一列に配列してボーリング孔内に挿入し、且つ各
小片をそれぞれ地盤に充填材２０で固定しておく。光フ
ァイバに光を入射し光ファイバ先端面からの反射戻り光
を測定することで光ファイバの長さを計測する。河岸崩
壊に伴う小片の流失によって光ファイバが切断されて短
くなることを検出することで、失われた小片の個数から
河岸崩壊を求める。複数本のボーリング孔を掘削して、
それぞれに光ファイバを巻き付けた小片を配列しておく
と、河岸の崩壊状況を把握できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、光ファイバを用い
た河岸崩壊の測定方法に関するものである。更に詳しく
述べると本発明は、光ファイバを巻き付けた多数の小片
を、各小片の光ファイバが１本の光ファイバとなるよう
に順次連続させて、測定対象である河岸の近傍から一連
に配列して地盤に固定しておき、河岸崩壊に伴う小片の
流失により光ファイバが切断されて短くなることを光フ
ァイバ先端面からの反射戻り光で計測することで、失わ
れた小片の個数から河岸崩壊を求める方法に関するもの
である。この技術は、洪水時における河岸浸食のような
土塊の進行性破壊の測定・監視に有用である。

【０００２】

【従来の技術】河岸は、特に洪水時の流水により浸食作
用をうける。河川管理者にとって、この河岸浸食の実態
を正しく把握することは、防災対策を立てる上でも非常
に重要なことであり、今までにも多くの研究がなされて
きた。

【０００３】従来、洪水時の河岸浸食状況を把握するた
めに、一般には洪水がおさまった後の測量によって河道
断面形状を求める方法が採用されている。しかし測量に
よる方法では、洪水時にリアルタイムで河岸の変状を監
視することはできない。

【０００４】そこで、近年、浸食過程を動的に把握でき
る方法として、超音波センサを用いた音響測深器による
方法が検討されている。これは、例えば河床に打設した
支柱に音響測深器を取り付けるか、あるいは高水敷から
河道に向かって張り出したビームから支柱を下ろし音響
測深器を取り付けるなどの方法で、音響測深器を河道か
ら河岸に向けて設置し、超音波の反射を利用して河岸と
の距離を測定することで、河岸の浸食を測定する方法で
ある。しかし、音響測深器を多数設置することは、費用
が膨大となり、全国多くの河川に広範囲にわたって設置
することは事実上極めて困難である。また、音響測深器
あるいは支柱は、洪水時に観察対象の河岸付近の流れを
擾乱する弊害がある。

【０００５】そこで本発明者等は、先に光ファイバ形温
度分布計測システムを利用した河床洗掘監視方法を提案
した（特開平６−７４７６８号公報参照）。光ファイバ
形温度分布計測システムは、光ファイバにレーザパルス
を入射した時に、光ファイバ中で発生する後方散乱光の
ラマン散乱によるストークス光及び反ストークス光の強
度比が温度の関数であることを利用して光ファイバに沿
った温度分布を測定する装置である。このような光ファ
イバ形温度分布計測システムを利用すると、光ファイバ
を河床地盤に埋設し、該光ファイバに沿った温度分布を
測定することにより、河床地盤の状況を監視できる。洗
掘を受けた部分は、流水により温度が降下するからであ
る。

【０００６】原理的には、この方法で洗掘状況を監視で
きる。しかし、上記の河床洗掘監視方法では、流水によ
る温度降下の検知を確実にするために、光ファイバに沿
って電熱線を配置し、該電熱線に通電して発熱させた状
態で光ファイバに沿った温度分布を監視する方法を採用
している。被調査対象が例えば均一な温度分布をなして
いたとしても、それに対して積極的に外乱（温度上昇）
を加えると、部分的に温度を変動させる要因（流水）が
作用した時に、温度分布に顕著な変化が生じるからであ
る。従って、逆に外乱（温度上昇）を加えてから後の温
度分布を測定することにより、流水の有無を監視した
り、あるいはもし流水があればその位置を正確に特定す
ることが可能となる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の光ファイバ形温
度分布計測システムを利用した河床洗掘監視方法は、極
めて精度の良い測定結果が得られる。しかし電熱線を配
置し、該電熱線に通電して発熱させる必要があるため
に、常時測定を行うには多くの電力消費を伴う欠点があ
る。電熱線の無い光ファイバのみの温度分布測定では、
浸食状況を確実に検知することが難しい。河岸では、河
川増水時に、水が上がり飽和ゾーンが拡がって脆弱とな
り、浸食（洗掘）が引き起こされるが、温度降下を検知
しても、実際に浸食されているのか、あるいは水が上が
っているだけなのかの判別が困難だからである。

【０００８】本発明の目的は、河岸の崩壊の進行を、比
較的簡便に且つ確実に、リアルタイムで測定できる方法
を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、光ファイバを
巻き付けた多数の小片を、各小片の光ファイバが１本の
光ファイバとなるように順次連続させて、測定対象であ
る河岸の近傍から配列して地盤に固定しておき、光ファ
イバに光を入射し該光ファイバ先端面からの反射戻り光
を測定することで光ファイバの長さを計測し、河岸崩壊
に伴う小片の流失によって光ファイバが切断され短くな
ることを検出することで、失われた小片の個数から河岸
崩壊位置を求めるようにした河岸崩壊の測定方法であ
る。

【００１０】光ファイバを巻き付けた多数の小片は、高
水敷に沿って配列してもよいし、地盤中に埋設してもよ
い。地盤中に埋設する場合には、河岸に向かって地盤中
に斜めボーリング孔を掘削し、光ファイバを巻き付けた
多数の小片を、各小片の光ファイバが１本の光ファイバ
となるように順次連続させ、小片同士を互いに近接させ
て一列に配列し、前記のボーリング孔内に挿入し、且つ
各小片をそれぞれボーリング孔に固定すればよい。

【００１１】従来技術においては、各種のセンサケーブ
ルは切断されないようにして計測しなれければならない
という固定観念があった。それに対して本発明は全く逆
の発想に基づき、光ファイバセンサでは必ずしも往路と
復路のループを構成する必要がなく、１本の光ファイバ
のみでその長さが計測できる点に着目し、センサである
光ファイバ自体を次々に切断させて切断位置を計測しよ
うとするものであり、その点に特徴がある。

【００１２】なお使用する光ファイバは、外被を有する
光ケーブルではなく、切断し易いように光ファイバ素線
そのものあるいは光ファイバ素線に薄い被覆を被せたも
のを用いる。光ファイバ素線としては、破断され易い特
性を有する点でガラス製のファイバの方が好ましい。

【００１３】

【発明の実施の形態】光ファイバを巻き付けた小片は１
列のみ配列してもよいが、測定対象である河岸に向かっ
て地盤中に複数の斜めボーリング孔を分散掘削し、光フ
ァイバを巻き付けた多数の小片を、各小片の光ファイバ
が１本の光ファイバとなるように順次連続させ一列に配
列して前記の各ボーリング孔内に挿入し、且つ各小片を
それぞれボーリング孔壁に固定しておくのがよい。光フ
ァイバに光を入射し該光ファイバ先端面からの反射戻り
光を測定することで光ファイバの長さを計測すると、河
岸崩壊に伴う小片の流失によって光ファイバが切断され
て短くなることを検出でき、失われた小片の個数から各
ボーリング孔での河岸崩壊の位置とその経時的変化を求
めることができる。また、それら各ボーリング孔で失わ
れた小片個数を総合すると河岸崩壊形状の経時的変化を
求めることができる。これらの測定において、地盤中の
みならず、地表もしくはその近傍にも、多数の小片を光
ファイバが順次連続するように配列してもよい。

【００１４】小片の形状や構造などは任意であるが、一
定長さの柱体あるいは筒体が好ましい。その小片を一列
に隙間があまり生じないように詰めて配列する。各小片
は原則として互いに独立したものであるが、容易に分離
できる構造であれば一連になっていてもよい。この小片
の長さが河岸崩壊の計測単位となる。短すぎれば設置作
業が煩瑣となるし、長すぎると測定精度が低下する。そ
こで各小片の長さは、数cm乃至十数cm程度とするのがよ
い。各小片に巻き付ける光ファイバの長さは測定の距離
分解能に応じた長さ（通常数ｍ程度）とする。短すぎる
と距離測定精度が低下するし、長すぎても巻き付け作業
に時間がかかり無駄が多いからである。小片の構造や材
質にも特に制限はない。河岸浸食では流水とともに流れ
去ることを考慮して、水に浮くように軽量で且つ安価な
材料、例えば木片や合成樹脂部材などが好適である。ま
た中空構造体などでもよい。更に河岸崩壊と共に落下す
る金属部材などでもよい。

【００１５】光ファイバは前述のようにガラスファイバ
が好ましい。小片の流失あるいは落下によって捩じれや
折れが生じると容易に破断するからである。勿論、プラ
スチックファイバでもよく、捩じれや折れで切断し難い
場合には、光ファイバが切断し易くなくように、各小片
にエッジのような部分を設ける構成でもよい。

【００１６】

【実施例】図１は本発明に係る河岸崩壊の測定方法の一
実施例を示す説明図である。測定対象物である河岸１０
に向かって、高水敷１２から地盤中に複数本の斜めボー
リング孔１４を分散掘削する。各ボーリング孔１４の傾
斜角度は３０度程度が好ましい。角度が小さすぎると正
確なボーリング作業が困難であるし、角度が大きすぎる
と大きな浸食の計測がし難くなくなるからである。ここ
では深度方向で異なる位置に、長さ３ｍ、５ｍ、７ｍの
３本のボーリング孔１４を掘削した例を示している。な
お施工は、当初の河川水の浸入を避けるために斜めボー
リング孔の先端が河岸を突き抜けないように寸止めして
もよいし、突き抜けても構わない。

【００１７】同一形状の多数の円柱状の木片１６を用意
し、その外周に所定長さの光ファイバ１８を巻き付け
る。ここでは各木片１６は、直径５cm、長さ１０cmであ
り、それに５ｍの光ファイバ１８を巻き付けて固定す
る。それら光ファイバ１８を巻き付けた木片１６を互い
に近接させて一列に並べ、巻き付けた光ファイバ１８が
１本に連続した状態となるようにする。各木片１６の光
ファイバ１８の端部同士を順次溶着接続し、１本の連続
した光ファイバとしてもよいが、現場での施工を簡素化
し運搬を容易にするためには工場内あるいは室内で予め
ユニット化しておく方がよい。木片長さにもよるが数個
乃至十数個（例えば１０個程度）の木片を一列に並べ
て、それらについて１本の光ファイバを順次巻き付けて
１ユニットとしておく。施工現場では、必要な長さが得
られるように、必要個数のユニットを一列に並べ、各ユ
ニットの光ファイバの端部同士を順次溶着等の方法で接
続し、全体が１本の連続した光ファイバとなるようにす
る。

【００１８】これを前記の各斜めボーリング孔１４に挿
入する。木片１６は、必ずしも各ボーリング孔１４の全
長にわたって完全に配列されている必要はなく、少なく
とも河岸寄りの河岸浸食を測定したい領域がカバーでき
るように配列されていればよい。挿入した木片１６とボ
ーリング孔壁との間に充填材２０を入れて固定する。充
填材２０としては、充填時は流動性があり充填後に強度
や剛性が発揮されるベントナイトやセメントミルクのよ
うなものでよい。充填材２０は、隙間を完全に充填して
いる必要はなく、個々の木片がボーリング孔壁に対して
完全にフリーではなくて、ある程度の固着力で固定され
ていればよい。つまり、流失する小片がボーリング孔内
に残存している他の小片と一緒に引っ張り出されないよ
うになっていればよい。充填材２０としては、吸水膨張
するシート（例えば、吸水膨張性樹脂を練り込んだゴム
シートやゴム成形体など）であってもよく、それを予め
各木片の外周に巻装しておいてボーリング孔に挿入し、
浸入した水によって膨張するうことで固定されるような
構成でもよい。

【００１９】図１の実施例では、高水敷１２にも光ファ
イバ１８を巻き付けた多数の木片１６を配列している。
例えば、光ファイバ１８を巻き付けた木片１６を一列に
配列して１本の連続した光ファイバとし、高水敷１２に
溝を形成して、その中に埋設する。

【００２０】各光ファイバの基端側は光ケーブルに接続
して光計測システムまで引き出す。従って、ここでは光
ファイバはループ状にはなっていない。光計測システム
から光ファイバにレーザパルスを入射し、光ファイバ先
端面からの反射光が入射側に戻ってくるまでの遅延時間
を計測することで、光ファイバの長さを求める。

【００２１】さて図１において、洪水時に河岸が浸食さ
れ崩壊すると、崩壊土塊に応じた個数の木片１６が流さ
れる。その時、崩壊した領域の木片と未だ崩壊していな
い領域の木片の間で光ファイバは急激に曲げられたり捩
じられて破断する。充填材２０は、未だ崩壊していない
領域の木片が、流失した小片とともにずるずるとボーリ
ング孔から引っ張り出されないように保持する機能を果
たす。河岸浸食によって木片１６が流失すると、その位
置で光ファイバが切断されるため、その分だけ光ファイ
バの長さが短くなる。入射したレーザパルスが光ファイ
バ先端面で反射して入射側に戻ってくるまでの遅延時間
の計測値から、繋がっている光ファイバの長さ（言い換
えれば光ファイバがどこで切れたのか）を求めることが
できる。現在一般的な光計測システムにおいて光ファイ
バ端面でのレーリ散乱を測定する分解能は、光ファイバ
長で５ｍ程度であり、前記のように１個の木片当たり５
ｍの光ファイバが巻き付けられているから、上記の機構
により河岸崩壊位置が木片長さ（１０cm）の精度で把握
できることになる。

【００２２】例えば図１において、仮想線ｘで示す部分
まで浸食され崩壊したとすると、その時には高水敷に配
置した部分では２個、３本の斜めボーリング孔１４のう
ち、上側のボーリング孔では３個、中央のボーリング孔
では２個、下側のボーリング孔では１個の木片が流失す
る。しかし、地盤中に固定されている木片はそのまま残
る。流失した木片に巻き付けられていた光ファイバの長
さだけ光ファイバ全長が短くなるので、流失した木片個
数が分かり、それらの個数から浸食状況（即ち、仮想線
ｘ）を推定することができる。

【００２３】洪水時には、時間経過と共に河岸の浸食が
増大していくが、崩壊土塊に応じた個数の木片が流失す
ることから、進行性崩壊の状況をリアルタイムで経時的
に測定できることになる。また上記の実施例では、ボー
リング孔を複数本形成し、木片を複数列配置しているこ
とから、河岸の複数箇所での浸食を測定できる。河岸の
深度方向のみならず縦断方向（上下流方向）にもボーリ
ング孔を多数形成し、光ファイバを巻き付けた木片を配
列しておけば、洪水時における河岸の浸食状況の変化
を、広範囲にわたって遠隔地点から経時的に把握できる
ようになる。

【００２４】本発明は上記の実施例の構成のみに限定さ
れるものではない。前述のように、小片の材質や寸法、
形状、構造などは適宜変更できるし、巻き付ける光ファ
イバの長さ、小片の配列個数、配列数、配列位置など
も、各種の測定条件などに応じて適宜変更してよい。ボ
ーリング孔の傾斜、本数、分布なども、適宜変更してよ
い。

【００２５】本発明は上記のような河岸崩壊の測定方法
である。この方法は、光ファイバを巻き付けた小片を多
数配列しておき、崩壊土塊に伴って生じる光ファイバの
切断位置を検知することにより、失われた小片の個数を
求め、土塊崩壊を測定する方法であるから、この原理を
応用することで河岸崩壊以外の各種の土塊、岩塊の崩壊
を把握することも可能である。例えば、様々な自然の傾
斜地盤あるいは人工的な斜面（堤防の裏法面、各種の盛
土や切土の法面など）の崩壊の測定にも応用可能であ
る。

【００２６】

【発明の効果】本発明は、光ファイバを巻き付けた小片
を多数配列しておき、河岸崩壊に伴う光ファイバの切断
位置を検知することにより失われた小片の個数を求める
方法であるから、河岸崩壊を、比較的簡便に且つ確実
に、リアルタイムで測定でき、河岸の変状を経時的に把
握することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る河岸崩壊の測定方法の一実施例を
示す説明図。

【符号の説明】

１０ 河岸 １２ 高水敷 １４ 斜めボーリング孔 １６ 木片 １８ 光ファイバ ２０ 充填材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光ファイバを巻き付けた多数の小片を、
   各小片の光ファイバが１本の光ファイバとなるように順
   次連続させて、測定対象である河岸の近傍から配列して
   地盤に固定しておき、 光ファイバに光を入射し該光ファイバ先端面からの反射
   戻り光を測定することで光ファイバの長さを計測し、 河岸崩壊に伴う小片の流失によって光ファイバが切断さ
   れ短くなることを検出することで、失われた小片の個数
   から河岸崩壊位置を求めることを特徴とする光ファイバ
   を用いた河岸崩壊の測定方法。
2. 【請求項２】 測定対象である河岸に向かって地盤中に
   斜めボーリング孔を掘削し、光ファイバを巻き付けた多
   数の小片を、各小片の光ファイバが１本の光ファイバと
   なるように順次連続させて一列に配列し前記のボーリン
   グ孔内に挿入し、且つ各小片をそれぞれボーリング孔壁
   に固定しておき、 光ファイバに光を入射し該光ファイバ先端面からの反射
   戻り光を測定することで光ファイバの長さを計測し、 河岸崩壊に伴う小片の流失によって光ファイバが切断さ
   れ短くなることを検出することで、失われた小片の個数
   から河岸崩壊位置を求めることを特徴とする光ファイバ
   を用いた河岸崩壊の測定方法。
3. 【請求項３】 測定対象である河岸に向かって地盤中に
   複数の斜めボーリング孔を分散掘削し、光ファイバを巻
   き付けた多数の小片を、各小片の光ファイバが１本の光
   ファイバとなるように順次連続させて一列に配列し前記
   の各ボーリング孔内に挿入し、且つ各小片をそれぞれボ
   ーリング孔壁に固定しておき、 各光ファイバに光を入射し該光ファイバ先端面からの反
   射戻り光を測定することで光ファイバの長さを計測し、 河岸崩壊に伴う小片の流失で光ファイバが切断され短く
   なることを検出することで、失われた小片の個数から各
   ボーリング孔での河岸崩壊位置を求め、それら失われた
   小片の個数の分布から河岸崩壊形状を求めることを特徴
   とする光ファイバを用いた河岸崩壊の測定方法。