(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象のトンネルの長手方向全長に亘って１本の光ファイバセンサを少なくとも１往復するように敷設するとともに、該光ファイバセンサを、トンネル覆工コンクリートの各打継ぎ目地部を跨ぐ位置で固定治具により固定し、光ファイバセンサに発生する歪みに基づいて、トンネル覆工コンクリートの各打継ぎ目地部を跨ぐスパンの位置毎に歪みの計測を行うことにより、各スパンの伸縮量に換算し、トンネル全体の３次元的な変形状態を測定するようにしたことを特徴とするトンネルの変形測定方法。
【請求項２】
光ファイバセンサに、所定の初期張力をかけることにより、光ファイバセンサの自重によって発生する撓みの測定精度への影響を排除するようにしたことを特徴とする請求項１記載のトンネルの変形測定方法。
【請求項３】
光ファイバセンサに、固定治具から引き出した環状のたるみ部を所定の間隔で形成することにより、歪み測定位置の特定を容易に行えるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のトンネルの変形測定方法。
【請求項４】
光ファイバセンサに、固定治具から引き出したたるみ部を形成するとともに、該たるみ部をトンネルの変形を受けないようにして所定の張力をかけて張設して、温度変動により光ファイバセンサに発生する歪みを検出する温度補正検出部を形成するとともに、計測機械の誤差を排除するようにしたことを特徴とする請求項１、２又は３記載のトンネルの変形測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの変形測定方法に関し、特に、トンネルの変形量の測定を、遠隔地から自動的に、長期間に亘って経時的に、簡易に、安定的に、しかも、低コストで行うことができるようにしたトンネルの変形測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、地滑り地帯に建設されたトンネルにおいては、トンネルにかかる偏土圧の影響により、また、山岳地帯のダム建設に付随して、ダム湖の貯水部近傍に建設されたトンネルにおいては、ダム湖の水位変動に伴う水圧の影響により、トンネルが変形を受けやすく、一般の安定した地盤に建設されたトンネルと比較して、トンネル覆工コンクリートにクラックが発生し、崩落する等の事故が発生する危険性が大きい。
【０００３】
このように変形を受けやすいトンネルの場合、トンネルの変形量を測定することにより、トンネルの安定性や安全性を評価することが行われているが、このために、従来、歪みゲージ、亀裂計等の計器をトンネルに設置する方法が採用されてきた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、トンネルの変形量を歪みゲージ、亀裂計等の計器を用いて測定するためには、例えば、トンネル覆工コンクリートの各打継ぎ目地部毎にこれらの計器を設置する必要がある。
しかしながら、これらの計器は、それぞれ独立した測定回路で以て構成されるため、トンネルの全長に亘ってその変形量を測定しようとすると、計器の個数及びその測定回路の回線数が増大し、測定システムの構築コストが高くなるとともに、測定作業に手数を要するため、長期間に亘り経時的に、トンネルの変形量を測定することが困難であるという問題があった。
また、これらの計器及びその測定回路は、基本的には、電気回路で構成されているため、トンネル内等の劣悪な環境下では、耐久性に乏しく、長期間に亘って安定的に、トンネルの変形量を測定することが困難であるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記従来のトンネルの変形測定方法が有する問題点に鑑み、トンネルの変形量の測定を、遠隔地から自動的に、長期間に亘って経時的に、簡易に、安定的に、しかも、低コストで行うことができるようにしたトンネルの変形測定方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のトンネルの変形測定方法は、測定対象のトンネルの長手方向全長に亘って１本の光ファイバセンサを少なくとも１往復するように敷設するとともに、該光ファイバセンサを、トンネル覆工コンクリートの各打継ぎ目地部を跨ぐ位置で固定治具により固定し、光ファイバセンサに発生する歪みに基づいて、トンネル覆工コンクリートの各打継ぎ目地部を跨ぐスパンの位置毎に歪みの計測を行うことにより、各スパンの伸縮量に換算し、トンネル全体の３次元的な変形状態を測定するようにしたことを特徴とする。
【０００７】
このトンネルの変形測定方法は、測定対象のトンネルの長手方向全長に亘って１本の光ファイバセンサを少なくとも１往復するように敷設するとともに、該光ファイバセンサを、トンネル覆工コンクリートの各打継ぎ目地部を跨ぐ位置で固定治具により固定し、光ファイバセンサに発生する歪みに基づいて、トンネル覆工コンクリートの各打継ぎ目地部を跨ぐスパンの位置毎に歪みの計測を行うことにより、各スパンの伸縮量に換算してトンネル覆工打継ぎ目地部の目開きの変化量を測定することにより、トンネル全体の３次元的な変形状態を測定するようにしているので、トンネルの変形量の測定を、遠隔地から自動的に、長期間に亘って経時的に、簡易に、安定的に、しかも、低コストで行うことができる。
【０００８】
この場合において、光ファイバセンサに、所定の初期張力をかけることにより、光ファイバセンサの自重によって発生する撓みの測定精度への影響を排除するようにすることができる。
【０００９】
これにより、トンネルの変形に応じて光ファイバセンサに発生する引っ張り歪み及び圧縮歪みの両方を測定することができるとともに、光ファイバセンサを構成する光ファイバケーブルの自重による撓みを小さくすることができ、トンネルの変形量の測定精度を向上することができる。
【００１０】
また、光ファイバセンサに、固定治具から引き出した環状のたるみ部を所定の間隔で形成することにより、歪み測定位置の特定を容易に行えるようにすることができる。
【００１１】
これにより、歪みが発生しない環状のたるみ部により、光ファイバセンサの歪みが発生した位置、すなわち、変形が生じたトンネル覆工コンクリートの打継ぎ目地部の位置の特定を正確に行うことができる。
【００１２】
また、光ファイバセンサに、固定治具から引き出したたるみ部を形成するとともに、該たるみ部をトンネルの変形を受けないようにして所定の張力をかけて張設して、温度変動により光ファイバセンサに発生する歪みを検出する温度補正検出部を形成するとともに、計測機械の誤差を排除するようにすることができる。
【００１３】
これにより、簡易に光ファイバセンサの温度補正と計測機械の誤差の排除を行うことができ、トンネルの変形量の測定精度を向上することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のトンネルの変形測定方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１５】
図１〜図３に、本発明のトンネルの変形測定方法の一実施例を示す。
このトンネルの変形測定方法は、測定対象のトンネルＴの長手方向全長に亘って１本の光ファイバセンサ１を、本実施例においては、１往復するように敷設するとともに、この光ファイバセンサ１を、トンネル覆工コンクリート２の各打継ぎ目地部３を跨ぐ位置で固定治具４により固定し、光ファイバセンサ１に発生する歪みに基づいて、トンネル覆工コンクリート２の各打継ぎ目地部３を跨ぐスパンの位置毎に歪みの計測を行うことにより、各スパンの伸縮量に換算してトンネル覆工打継ぎ目地部の目開きの変化量を測定することにより、トンネル全体の３次元的な変形状態を測定するようにしたものである。
この場合、光ファイバセンサ１は、１本の光ファイバセンサ１を折り返しながら、１往復半以上敷設することもでき、これにより、トンネル全体の３次元的な変形状態をより正確に測定することができるものとなる。
【００１６】
この光ファイバセンサ１には、本実施例においては、具体的には、光ファイバセンサ１の一端からパルス光を入射し、光ファイバセンサ１からのブリルアン散乱光の周波数シフト量と受光時間を測定して、光ファイバセンサ１に発生する歪みの大きさ及び歪みが発生した光ファイバセンサ１の位置を演算し、これに基づいて、トンネル覆工コンクリート２の各打継ぎ目地部３の位置毎に、トンネルＴの変形量を測定することができる、ブリルアン散乱光応用光センサ（Ｂ−ＯＴＤＲ）を用いるようにしている。
【００１７】
このブリルアン散乱光応用光センサは、１本の光ファイバセンサ１に発生する歪みの大きさ及び歪みが発生した光ファイバセンサ１の位置を連続的に計測する「線計測」が可能である。
また、ブリルアン散乱光応用光センサの測定精度は、１００μstrain程度と、ひずみゲージや後述のＦＢＧセンサよりやや劣るが、このブリルアン散乱光応用光センサは、長距離区間の連続的な測定が可能であるため、トンネルＴの長手方向全長に亘って、トンネルＴの変形量を測定する本発明のトンネルの変形測定方法に好適に用いることができる。
【００１８】
このブリルアン散乱光応用光センサの測定原理は、次のとおりである。
パルス波を光ファイバセンサ１に入射させると、微少な散乱波が発生して前後に進行するが、光ファイバセンサ１が外因によって変形し、歪みが発生すると、これに伴って、散乱波の周波数が変化する。そして、入射側に進行する後方散乱波のうちでブリルアン散乱光の到達時間とシフト量を計測することで、ブリルアン散乱光のシフト量によって、光ファイバセンサ１に発生した歪みの大きさを、また、ブリルアン散乱光の到達時間によって、歪みが発生した光ファイバセンサ１の位置を演算することができる。
【００１９】
固定治具４は、光ファイバセンサ１を所定径以上で巻回して固定するなど、光ファイバセンサ１の固定部に応力が集中しないように構成されている。
この固定治具４と、光ファイバセンサ１には、それぞれ保護カバー４ａ、１ａが付設され、また、光ファイバセンサ１は、固定治具４間ではアイボルト４ｂによって支持されている。
【００２０】
この場合において、固定治具４間に敷設した光ファイバセンサ１には、所定の初期張力をかけることにより、光ファイバセンサ１の自重によって発生する撓みの測定精度への影響を排除するようにする。
この初期張力の大きさは、このトンネルの変形測定方法を適用するトンネルＴの状態、固定治具４の間隔等に応じて、適宜値に設定することができるが、通常、トンネルＴの変形に応じて光ファイバセンサ１に発生する引っ張り歪み及び圧縮歪みの両方を所定の範囲で測定することができるように設定するようにする。そして、より具体的には、トンネルＴの変形に応じて光ファイバセンサ１に所定の範囲の引っ張り歪み及び圧縮歪みが発生した場合において、光ファイバセンサ１に２０００〜９０００μ、より好ましくは、２０００〜６０００μ程度の歪みが発生する状態となるように、初期張力をかけるようにする。
これにより、トンネルＴの変形に応じて光ファイバセンサ１に発生する引っ張り歪み及び圧縮歪みの両方を正確に測定することができるとともに、光ファイバセンサ１を構成する光ファイバケーブル（通常、光ファイバをポリエチレン樹脂等の合成樹脂で被覆したものを用いる。）の自重による撓みを小さくすることができ、トンネルＴの変形量の測定精度を向上することができる。
【００２１】
また、本実施例のトンネルの変形測定方法では、図２に示すように、一定間隔毎に光ファイバセンサ１を固定治具４から引き出し、環状のたるみ部５を形成することにより、歪み測定位置の特定を容易に行えるようにしている。
このたるみ部５は、光ファイバセンサ１を敷設する際に、光ファイバセンサ１を固定治具４のところで余分にたるませることによって形成されている。
このたるみ部５では、歪みが全く発生しないことから、歪みが発生しない環状のたるみ部５を基準として、光ファイバセンサ１の歪みが発生した位置、すなわち、変形が生じたトンネル覆工コンクリート２の打継ぎ目地部３の位置の特定を正確に行うことができるものとなる。
【００２２】
また、図３に示すように、光ファイバセンサ１を固定治具４から引き出して形成したたるみ部をトンネルＴの変形を受けないように、例えば、本実施例においては、トンネル覆工コンクリート２の壁部に設置したＨ型鋼６等に張設して、温度変動により光ファイバセンサ１に発生する歪みを検出する温度補正検出部７を形成するとともに、計測機械の誤差を排除するようにすることができる。
この温度補正検出部７では、温度変動により光ファイバセンサ１に発生した歪みを検出することができるため、トンネル覆工コンクリート２の各打継ぎ目地部３を跨ぐ位置で固定治具４により固定した光ファイバセンサ１に発生した歪みの測定値から、その近傍位置の温度補正検出部７（このため、温度補正検出部７は、トンネルＴの長手方向の一定間隔毎に複数箇所形成することが望ましい。）で検出した温度変動による歪みを差し引くことにより、簡易に光ファイバセンサ１の温度補正を行うことができ、トンネルＴの変形量の測定精度を向上することができるものとなる。
【００２３】
本実施例のトンネルの変形測定方法では、測定対象のトンネルＴの長手方向全長に亘って敷設し、トンネル覆工コンクリート２の各打継ぎ目地部３を跨ぐ位置で固定治具４により固定した１本の光ファイバセンサ１に発生する歪みに基づいて、トンネル覆工コンクリート２の各打継ぎ目地部３の位置毎に、トンネルＴの変形量（トンネルＴの縦断面方向の変形量）を測定することができることから、例えば、図４に示すように、トンネルＴの変形量の測定を、遠隔地にある複数の事業所等から自動的に、長期間に亘って経時的に、簡易に、安定的に、しかも、低コストで行うことができる。
【００２４】
以上、本発明のトンネルの変形測定方法について、その実施例に基づいて説明したが、本発明は、上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、例えば、図５に示すように、トンネルＴの横断面方向の変形量を測定するために測定対象のトンネルＴの横断面に沿って敷設した光ファイバセンサ８（この光ファイバセンサ８には、特定の波長の光、具体的には、Ｂｒａｇｇ波長の光のみが選択的に反射するファイバーグレーティング（Fiber Bragg Grating）８ａを光ファイバのコア部に紫外線で格子模様を光ファイバの任意の位置に焼き付けることにより、光ファイバの屈折率を変化させ、このファイバーグレーティング８ａの位置で反射した反射光の波長の変化を計測して、光ファイバセンサ８に発生した歪みを測定するＦＢＧセンサ１（測定精度：数μstrain程度）を用いることが望ましい。）を併用して、トンネルＴの安定性や安全性の評価をより高精度に行うようにする等、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のトンネルの変形測定方法によれば、測定対象のトンネルの長手方向全長に亘って１本の光ファイバセンサを少なくとも１往復するように敷設するとともに、該光ファイバセンサを、トンネル覆工コンクリートの各打継ぎ目地部を跨ぐ位置で固定治具により固定し、光ファイバセンサに発生する歪みに基づいて、トンネル覆工コンクリートの各打継ぎ目地部を跨ぐスパンの位置毎に歪みの計測を行うことにより、各スパンの伸縮量に換算してトンネル覆工打継ぎ目地部の目開きの変化量を測定することにより、トンネル全体の３次元的な変形状態を測定するようにしているので、トンネルの変形量の測定を、遠隔地から自動的に、長期間に亘って経時的に、簡易に、安定的に、しかも、低コストで行うことができ、これにより、特に、地滑り地帯やダム湖の貯水部近傍に建設された変形を受けやすいトンネルの安定性や安全性の評価を高精度に、かつトンネルの長手方向全長に亘って行うことができ、トンネルの安全性を向上することができる。
【００２６】
また、光ファイバセンサに、所定の初期張力をかけることにより、光ファイバセンサの自重によって発生する撓みの測定精度への影響を排除するようにすることにより、トンネルの変形に応じて光ファイバセンサに発生する引っ張り歪み及び圧縮歪みの両方を測定することができるとともに、光ファイバセンサを構成する光ファイバケーブルの自重による撓みを小さくすることができ、トンネルの変形量の測定精度を向上することができる。
【００２７】
また、光ファイバセンサに、固定治具から引き出した環状のたるみ部を所定の間隔で形成することにより、歪み測定位置の特定を容易に行えるようにすることにより、歪みが発生しない環状のたるみ部により、光ファイバセンサの歪みが発生した位置、すなわち、変形が生じたトンネル覆工コンクリートの打継ぎ目地部の位置の特定を正確に行うことができる。
【００２８】
また、光ファイバセンサに、固定治具から引き出したたるみ部を形成するとともに、該たるみ部をトンネルの変形を受けないようにして所定の張力をかけて張設して、温度変動により光ファイバセンサに発生する歪みを検出する温度補正検出部を形成するとともに、計測機械の誤差を排除するようにすることにより、簡易に光ファイバセンサの温度補正と計測機械の誤差の排除を行うことができ、トンネルの変形量の測定精度を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のトンネルの変形測定方法の一実施例を示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は縦断面図である。
【図２】同方法の光ファイバセンサのたるみ部を示す拡大図である。
【図３】同方法の光ファイバセンサを示し、（ａ）は底面図、（ｂ）は温度補正検出部を示す拡大図である。
【図４】同方法のシステム構成を示す説明図である。
【図５】同方法の変形実施例を示す斜視図である。
【符号の説明】
１    光ファイバセンサ
１ａ  保護カバー
２    トンネル覆工コンクリート
３    打継ぎ目地部
４    固定治具
４ａ  保護カバー
４ｂ  アイボルト
５    たるみ部
６    Ｈ型鋼
７    温度補正検出部
８    光ファイバセンサ
Ｔ    トンネル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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