(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に形成されたボーリング孔に挿入されて埋設される光ファイバと、
前記光ファイバに設けられるアンカーと、
前記光ファイバの他端部に接続されて該光ファイバの歪分布から地盤沈下量を計測する解析手段と、を備えて構成され、
前記光ファイバは、一端部が前記ボーリング孔の底部の地盤に高強度充填材にて固定されるとともに、他端部から緊張力が直線状に付与された状態で、前記ボーリング孔内に充填される低強度充填材にて前記ボーリング孔に直線状に固定されていることを特徴とする地盤沈下計測装置。
【請求項２】
前記アンカーは、前記光ファイバの前記一端部と他端部の間に複数枚設けられていることを特徴とする請求項１に記載の地盤沈下計測装置。
【請求項３】
前記アンカーは、円盤状に形成された板部材であり、前記板部材に少なくとも１箇所以上の充填材透過部が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地盤沈下計測装置。
【請求項４】
複数のアンカーを設けた光ファイバを、地盤に形成されたボーリング孔に挿入させた後に、前記光ファイバの一端部を、前記ボーリング孔の底部の地盤に高強度充填材にて固定し、
その後、前記光ファイバに、その他端部から緊張力を直線状に付与した状態で、前記ボーリング孔内に低強度充填材を充填することにより、前記光ファイバを前記ボーリング孔内に直線状に固定し、
前記光ファイバの他端部に、該光ファイバの歪分布から地盤沈下量を計測する解析手段を接続するようにしたことを特徴とする地盤沈下計測装置の設置方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤の長期的な沈下量を監視する地盤沈下計測装置及びその設置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
地盤変化や地震等によって生じる地盤の内部の変位を測定する測定装置として、歪ゲージを用いた測定装置や光ファイバを用いた測定装置等がある。例えば、歪ゲージを用いた地盤の変位測定装置は、地盤中の変位や歪を測定する位置にボーリング孔を形成し、そのボーリング孔に歪ゲージなどを配設することで、地盤の変位と同時に歪ゲージが地盤の変位に追従して変形する。この歪ゲージの電気抵抗の変化を測定することにより地盤の変位を測定できるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−７２３０５号公報（全頁、第１図）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、歪ゲージを用いた地盤の変位測定装置では、歪ゲージを地盤に設置するのに手間がかかるという問題があった。また、地盤中の深さ方向に対して広い範囲で歪測定を行うために、複数の歪ゲージを地盤中に設け、複数の歪ゲージを接続するための接続ケーブルが必要になり、配線が複雑になるという問題があった。さらに、歪ゲージを用いた地盤の変位測定装置は、耐用年数が１〜２年と非常に短いという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、複雑な配線など必要なく、地盤中の変位や歪を高精度で、かつ、地盤の変位が生じた場所を特定することができる計測が可能で、耐用年数が５〜１０年以上連続して利用することができる地盤沈下計測装置及びその設置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】
前記した課題を解決するため、本発明の地盤沈下計測装置は、地盤に形成されたボーリング孔に挿入されて埋設される光ファイバと、前記光ファイバに設けられるアンカーと、
前記光ファイバの他端部に接続されて該光ファイバの歪分布から地盤沈下量を計測する解析手段と、を備えて構成され、前記光ファイバは、一端部が前記ボーリング孔の底部の地盤に高強度充填材にて固定されるとともに、他端部から緊張力が直線状に付与された状態で、前記ボーリング孔内に充填される低強度充填材にて前記ボーリング孔に直線状に固定されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の地盤沈下計測装置によれば、地盤にボーリング孔を形成し、このボーリング孔の底部の地盤に光ファイバの一端部を固定し、光ファイバの一端部と他端部との間の任意の位置にアンカーを設け、光ファイバの他端部から緊張力を付与した状態でボーリング孔の長手方向に対して直線上に固定するように構成することで、地盤に変位が生じると光ファイバに変形が生じると共に歪が生じ、この歪を解析手段で計測することで地盤に変位が生じた場所や地盤が沈下した変位量を測定することができる。特に、光ファイバにアンカーを設けることで、地盤の変位を正確に光ファイバに伝達して、高精度の測定を行うことができる。また、光ファイバは、緊張力を付与した状態で設ければよく、例えば、垂直でも斜めでも設置方向を気にせずに設置することができる。なお、光ファイバの他端部には、光ファイバが変形することによって生じる長さ方向の歪を測定して変位量を導出することが可能な、解析手段の歪・損失統合型光パルス試験器が備えられ、この試験器を用いることで地盤の変位を高精度に測定することができる。
【０００８】
また、本発明の地盤沈下計測装置の前記アンカーは、前記光ファイバの前記一端部と他端部の間に複数枚設けることを特徴とする。
【０００９】
本発明の地盤沈下計測装置によれば、ボーリング孔の孔内に埋設された光ファイバに、複数枚のアンカーを設ける構成にすることで、地盤の微小な変位を正確に光ファイバに伝達することができ、地盤の変位を深さ方向に対して高精度に測定することができる。また、地盤の地層毎にアンカーを設けるように構成することで、地層毎の変位を簡単に測定することができ、どの地層で変位が生じているか特定することができる。
【００１０】
また、本発明の地盤沈下計測装置の前記アンカーは、円盤状に形成された板部材であり、前記板部材に少なくとも１箇所以上の充填材透過部が形成されたことを特徴とする。
【００１１】
本発明の地盤沈下計測装置によれば、前記アンカーは、円盤状に形成された板部材を用いると共に、この板部材に少なくとも１箇所以上の充填材透過部を形成することで、ボーリング孔の孔内に光ファイバを挿入した後でも、簡単に充填材を充填することができる。このため、ボーリング孔に充填材を充填した際に、空隙等ができることなく、密度の高い状態で充填することができる。
【００１２】
また、本発明の地盤沈下計測装置の設置方法は、複数のアンカーを設けた光ファイバを、地盤に形成されたボーリング孔に挿入させた後に、前記光ファイバの一端部を、前記ボーリング孔の底部の地盤に高強度充填材にて固定し、その後、前記光ファイバに、その他端部から緊張力を直線状に付与した状態で、前記ボーリング孔内に低強度充填材を充填することにより、前記光ファイバを前記ボーリング孔内に直線状に固定し、前記光ファイバの他端部に、該光ファイバの歪分布から地盤沈下量を計測する解析手段を接続するようにしたことを特徴とする。
【００１３】
本発明の地盤沈下計測方法によれば、地盤にボーリング孔を形成して、光ファイバを埋設すると共に、光ファイバの一端部をボーリング孔の底部の地盤に固定し、この光ファイバに複数のアンカーを設け、光ファイバの他端部から緊張力を付与した状態で固定する。そして、地盤の変位や変動に応じて、アンカーが移動することで光ファイバの歪に変換し、この歪分布を解析手段を用いて計測することで地盤沈下量を計測することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態の係る地盤沈下計測装置について図面を参照して説明する。図１（ａ）は、地盤沈下計測装置を示す構成図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に示したアンカーに複数の充填材透過部を備えた状態を示す平面図であり、図１（ｃ）は、スリットを備えたアンカーを示す平面図であり、図１（ｄ）は、光ファイバとアンカーの固定状態を示す側断面図である。図２は、図１（ａ）に示した地盤沈下計測装置を地盤に設置した状態を示す側断面図である。
【００１７】
図１（ａ）に示すように、地盤沈下計測装置１は、解析手段２と、光ファイバ３と、この光ファイバ３に取り付けられたアンカー４（４ａ〜４ｅ）とで構成されている。
【００１８】
ここで、解析手段２は、光ファイバ３にパルス光（広帯域光を含む）を照射するための光源と、このパルス光の入射光と反射光の振動数を測定して変位量を解析することができるように構成されている。
【００１９】
解析手段２から照射されたパルス光を伝送するための、光ファイバ３の任意の場所には、アンカー４ａ〜４ｅが設けられている。このように、光ファイバ３の任意の複数の点にアンカー４ａ〜４ｅを設けることで、地盤内部の変位を細かく計測することができ、地盤の微小な変位でも高精度に測定することができる。なお、本実施形態では、アンカー４ａ〜４ｅを光ファイバ３に固定するために、光ファイバ３の固定部分の外周を金属管３ａで被覆された、光ファイバ３と金属管３ａが一体化したメタル光ファイバを用いている。
【００２０】
アンカー４（４ａ〜４ｅ）は、図１（ｂ）に示すように円盤状に形成された複数枚の板部材であり、光ファイバ３を貫通させる中央部の孔部Ａと、充填材を充填する際に、板部材を通過させる充填材透過部Ｂが孔部Ａを中心に等角度で５つ形成されている。この孔部Ａは、アンカー４を光ファイバ３に固定する際に利用するものであり、この孔部Ａと光ファイバ３とは、溶接・ハンダＤにより固定されている（図１（ｄ）参照））。また、充填材透過部Ｂは、ボーリング孔７の孔内にアンカー４を備えた光ファイバー３を挿入しボーリング孔７に充填材を充填する時に、底部まで充填させることができる。なお、アンカー４に形成される充填材透過部Ｂの数は限定されるものではなく、少なくとも一箇所以上形成することが好ましい。
【００２１】
また、充填材透過部Ｂの形状は特に限定するものではなく、種々の形に形成することができる。例えば、図１（ｃ）に示すように、アンカー４の一部の孔部Ａとつながっている扇型のスリットＣを形成し、地盤に光ファイバ３を挿入しながら、アンカー４を光ファイバに取り付けて溶接・ハンダＤを行い、固定していく構成にしてもよく、アンカー４にスリットＣを形成することで、アンカー４の固定位置を調整しながら固定することができる。
【００２２】
このように構成された地盤沈下計測装置１は、図２に示すように、例えば、複数の地層５ａ〜５ｅで形成された地盤６の沈下量（変位量）を計測するために、地盤６の地盤沈下の変位量を測定したい場所にボーリング孔７を形成し、このボーリング孔７の孔内に、先端と各地層５ａ〜５ｅの境界面に各アンカー４ａ〜４ｅが位置するように配置した光ファイバ３を挿入すると共に、緊張力を付与した状態で直線状に埋設して、光ファイバ３に生じる歪を解析手段２を用いて解析して、地層５ａ〜５ｅの地盤沈下の変位量を測定するように構成されている。
【００２３】
次に、本発明の地盤沈下計測装置１の設置方法について、図面を参照して説明する。
図３（ａ）〜（ｄ）及び図４（ａ）〜（ｃ）は、地盤沈下計測装置の設置方法を示す側断面図である。
例えば、地盤内部に複数の地層５ａ〜５ｅの積層構造を持った地盤６に対して、それぞれの地層毎の変位を測定する場合、まず、図３（ａ）に示すように、計測を行う場所の地盤６に、地表面側から鉛直方向にボーリング孔７を形成し、図３（ｂ）に示すように、地盤６に形成されたボーリング孔７に光ファイバ３を挿入する。このとき、光ファイバ３のアンカー４ａ〜４ｅは、スリットつきのアンカー（図１（ｃ）参照）を用いることにより、ボーリング孔７の孔内に光ファイバ３を挿入しながら固定（溶接・ハンダＤ）しても良い。
【００２４】
次に、図３（ｃ）に示すように、ボーリング孔７の底部にあるアンカー４ｅを、高強度グラウト８で固定する。そして、図３（ｄ）に示すように、地盤６の地表面に緊張力付与手段９を設置し、光ファイバ３に対して直線状に緊張力を付与した状態で固定する。そして、図４（ａ）に示すように、ボーリング孔７の孔内に低強度グラウト１０を充填する。
【００２５】
そして、図４（ｂ）に示すように、ボーリング孔７に充填した低強度グラウト１１が固化したあと、地盤６の地表面にある緊張力付与手段９を、コンクリートを打設して基礎１１を成型する。なお、緊張力付与手段９に固定された光ファイバ３の一部を、成型した基礎１１から突出させて、図４（ｃ）に示すように、解析手段２に接続される。
【００２６】
このように地盤６に設置された地盤沈下計測装置１は、地盤６に形成された複数の地層５ａ〜５ｅに対してそれぞれアンカー４ａ〜４ｅを設けることで、地層毎の変位を高精度かつ細かく簡単に測定することができる。
【００２７】
次に、このように地盤６に設置された地盤沈下計測装置１を用いた測定方法を説明する。
図５（ａ）は、地盤に地盤沈下計測装置を設置した状態を示す側断面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）に示した地盤が、変位した時の地盤及び地盤沈下計測装置の状態を示す側断面図である。
【００２８】
まず、解析手段２からパルス光を光ファイバ３に照射して、図５（ａ）に示すように地盤６内部の地層５ａ〜５ｅの変位量を測定する。このとき、図５（ｂ）に示すように、地盤６の地層５ｃが沈下すると、光ファイバ３に設けたアンカー４ｂが地層５ｃと同時に沈下し、光ファイバ３に変形Ｓを生じさせる。このとき、変位前の地層５ｃの厚さをＨ１とし、変形後の厚さをＨ２とすると、沈下によって地層５ｃの厚さがＨ１−Ｈ２（Ｈ１＞Ｈ２）だけ変化し、この変化が光ファイバ３に変形Ｓを生じさせる。
【００２９】
この変形Ｓが生じた光ファイバ３の内部では、後記するＢ−ＯＴＤＲ方式では、ブリルアン反射が生じ、ＦＢＧ方式では、ブラッグ反射が生じる。この反射光と入射光の周波数変化を解析手段２で測定することで、地盤６の変位があった場所と変位量を測定することができる。
【００３０】
ここで、変位を測定する原理として、前記したＢ−ＯＴＤＲ方式のブリルアン反射とＦＢＧ方式のブラッグ反射を用いることができる。そこで、この２方式の測定方法を図面を用いて詳細に説明する。
図６（ａ）は、光ファイバの内部でブリルアン反射が生じた時の光の状態を示す断面図であり、図６（ｂ）は、光ファイバの内部でブラック反射が生じた時の光の状態を示す断面図である。
【００３１】
Ｂ−ＯＴＤＲ方式によるブリルアン反射は、図６（ａ）に示すように、地盤６の地層５ｃ（図５（ｂ）参照）に変位が生じると、地層５ｂと地層５ｄの間に位置している光ファイバ３に変形Ｓが生じ、光ファイバ３の内部では歪が生じる。この光ファイバ３にパルス光１２を入射させると、入射光であるパルス光１２に対して透過光１３とブリルアン反射光１４を生じる。このブリルアン反射光１４と入射光であるパルス光１２の周波数変化を、解析手段２を用いて解析することで、変位が生じている地盤６内部の場所を特定することができ、また、どの程度、地盤が沈下したか変位量を測定することができる。
【００３２】
また、ＦＢＧ方式によるブラッグ反射は、図６（ｂ）に示すように、地盤６の地層５ｃが沈下して変位が生じると、地層５ｃに設置してある光ファイバ３も同時に変形Ｓが生じる。このとき、変形Ｓが生じた光ファイバ３の内部では、屈折率が変化した箇所ができる。このような状態で、入射光であるパルス光１２を光ファイバ３に入射させると、透過光１５と屈折率が変化した箇所によってブラッグ反射光１６が生じる。このブラッグ反射光１６と入射光であるパルス光１２の周波数変化を、解析手段２を用いて解析することで、変位が生じている地盤６内部の場所を特定することができ、また、どの程度、地盤が沈下したか変位量を測定することができる。
【００３３】
この結果、本発明の地盤沈下計測装置１は、地盤沈下の測定を行いたい場所の地盤６にボーリング孔７を形成し、このボーリング孔７の内部にアンカー４ａ〜４ｅを備えた光ファイバ３を埋設することで、地層５ａ〜５ｅの間でどの地層が変位しているか高精度で測定することができると共に、地盤６の地盤沈下の変位量を測定することができる。また、複数のアンカー４ａ〜４ｅを地盤６の内部に設けることで、地盤６内部の測定点を増やすことができ、より細かく高精度に変位量の測定を行うことができる。
【００３４】
以上、本発明の一実施の形態について説明したが、本発明はこのような実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく限りにおいて、種々の変形が可能である。
【００３５】
図７は、斜面の地盤に地盤沈下計測装置を設置した状態を示す構成図である。
例えば、図７に示すように、水平ではなく斜面のような傾斜した地盤６でも、地盤６に斜め直線状のボーリング孔７を形成して地盤沈下計測装置１を前記実施形態と同様に設置することで、簡単に地盤６を形成している地層５ａ〜５ｅの変位量を測定することができる。特に、地盤６が斜面の場合、地盤６を形成している地層５ａ〜５ｅの変位量を細かく測定することで、地盤６内部の状況を常時把握することができ、例えば、地滑り等の対策を早期に講じることができる。
【００３６】
また、本発明の地盤沈下計測装置１は、地盤を形成している地層の数や、変位量の測定を行いたい場所に合わせて、アンカーの設置場所や設置数などを変更してもよい。また、地盤沈下計測装置１を設置する地盤は、複数の地層を備えた地盤に限定されるものではなく、例えば、岩盤で形成された地盤でも同様に、地盤沈下測定装置１を用いて測定することができる。
【００３７】
また、本発明の地盤沈下計測装置１を構成する解析手段２に、通信手段を備える構成にすることで、地盤の変位量を常時測定することができると共に、遠隔地で地盤の変位量を確認することができる。
【００３８】
また、地盤沈下計測装置１を用いて地盤沈下の変位量及び地盤沈下した場所を計測するとしたが、本発明を限定するものではなく、例えば、地盤が隆起した時にも、同様に変位量及び地盤中の隆起した場所を特定することができる。
【００３９】
【発明の効果】
以上より本発明の地盤沈下計測装置は、地盤にボーリング孔を形成し、このボーリング孔の底部に光ファイバの一端部を固定し、他端部側から緊張力を付与した状態で直線状に固定すると共に、この一端部と他端部の間にアンカーを設けるように構成することで、地盤の内部で生じた変位を、アンカーによって光ファイバに変形を生じさせることができ、この変形によって生じる光ファイバの歪分布を解析手段で計測することで、高精度かつ簡単に地盤の沈下した変位量と変位が生じた場所を計測することができる。
【００４０】
また、ボーリング孔の孔内に設置した地盤沈下計測装置のアンカーを光ファイバの一端部と他端部の間に複数毎設ける構成にすることで、地盤内部の地盤沈下の変位量を細かく測定できる測定点を増やすことができ、より高精度の計測を行うことができる。
【００４１】
また、地盤沈下計測装置のアンカーを板部材を用いて円盤状に形成され、前記板部材に少なくとも一箇所以上の充填材透過部が形成することで、ボーリング孔の孔内に光ファイバを挿入した後でも、簡単に充填材をボーリング孔の孔内に充填することができ、空隙などが生じることなく充填材を充填し、アンカーと地盤を一体化した状態で高精度に地盤沈下の変位量を、地盤沈下計測装置を用いて測定することができる。
【００４２】
また、ボーリング孔の構内に充填物を充填して固化させることで、地盤とアンカーを一体化させることができ、地盤の状態と同じ状態で細かく高精度に、地盤の沈下した変位量と地盤沈下を生じた場所を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、地盤沈下計測装置を示す構成図である。
（ｂ）は、図１（ａ）に示したアンカーに複数の孔部を備えた状態を示す平面図である。
（ｃ）は、図１（ｃ）は、スリットを入れたアンカーを示す平面図である。
（ｄ）は、光ファイバとアンカーの固定状態を示す側断面図である。
【図２】図１に示した地盤沈下計測装置を地盤に設置した状態を示す側断面図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、地盤計測装置の設置方法を示す側断面図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、地盤計測装置の設置方法を示す側断面図である。
【図５】（ａ）は、地盤に地盤沈下計測装置を設置した状態を示す側断面図である。
（ｂ）は、図５（ａ）に示した地盤が、変位した時の地盤及び地盤沈下計測装置の状態を示す側断面図である。
【図６】（ａ）は、光ファイバの内部でブリルアン反射が生じた時の光の状態を示す断面図である。
（ｂ）は、光ファイバの内部でブラック反射が生じた時の光の状態を示す断面図である。
【図７】斜面の地盤に地盤沈下計測装置を設置した状態を示す構成図である。
【符号の説明】
１  ・・・  地盤沈下計測装置
２  ・・・  解析手段
３  ・・・  光ファイバ
３ａ・・・  金属管
４  ・・・  アンカー
４ａ〜４ｅ  ・・・  アンカー
５ａ〜５ｅ  ・・・  地層
６  ・・・  地盤
７  ・・・  ボーリング孔
８  ・・・  高強度グラウト（高強度充填材）
９  ・・・  緊張力付与手段
１０  ・・・  低強度グラウト（低強度充填材）
１１  ・・・  基礎
１２  ・・・  パルス光
１３  ・・・  透過光
１４  ・・・  ブリルアン反射光
１５  ・・・  透過光
１６  ・・・  ブラッグ反射光
Ａ  ・・・  孔部
Ｂ  ・・・  充填材透過部
Ｃ  ・・・  スリット
Ｄ  ・・・  溶接・ハンダ
Ｈ１  ・・・  変形前の厚さ
Ｈ２  ・・・  変形後の厚さ
Ｓ  ・・・  変形
【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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【図６】
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【図７】
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