(57)【要約】【課題】煩雑な施工を必要とせずに、トンネル内で用いるジェットファンの脱落が監視できるようにする。【解決手段】検出部１０１と判断部１０２とを備える。検出部１０１は、吊り金具１０３の応力変化を検出する。吊り金具１０３は、トンネル１１０内の天井の覆工面１１１に、複数のアンカーボルト１１２により取り付けられている。覆工面１１１に固定されている吊り金具１０３の応力変化を検出部１０１が検出した結果により、判断部１０２が、アンカーボルト１１２の抜け状態を判断する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内の天井の覆工面に複数のアンカーボルトにより取り付けられた吊り金具の応力変化を検出する検出手段と、
前記検出手段が検出した前記吊り金具の応力変化により前記アンカーボルトの抜け状態を判断する判断手段と
を備え、
前記吊り金具には、前記トンネル内の換気を行うジェットファンが吊り下げられていることを特徴とするジェットファン脱落監視システム。
【請求項２】
請求項１記載のジェットファン脱落監視システムにおいて、
前記検出手段は、ファイバーブラッググレーティングセンサであることを特徴とするジェットファン脱落監視システム。
【請求項３】
請求項２記載のジェットファン脱落監視システムにおいて、
前記ファイバーブラッググレーティングセンサは、
ブラッググレーティングが形成された検出コア部と、
前記検出コア部を挟持する２枚の熱硬化性樹脂フィルムと、
２枚の前記熱硬化性樹脂フィルムの間を充填する熱可塑性樹脂と
を備える
ことを特徴とするジェットファン脱落監視システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル内の換気に用いられているジェットファンの脱落を監視するジェットファン脱落監視システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネル内の換気には、主に吊り天井方式とジェットファン方式とがある。この中で、近年では、ジェットファン方式が主流となりつつある。ジェットファン方式では、トンネル内の天井の覆工面に取り付けられた吊り金具にジェットファンを吊り下げている。このようなジェットファンは、脱落を事前に検知することが事故防止の上で重要となる。
【０００３】
現在一般には、吊り金具は、トンネル内天井の覆工面にアンカーボルトにより固定されている。このアンカーボルトの抜けを監視することで、ジェットファンの脱落を事前に検知できる。アンカーボルトの抜けの監視は、アンカーボルトが設けられている箇所毎に、変位計を設け、この変位計により覆工面と吊り金具との隙間を測定することで実施されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３８１１７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述したように、従来では、ジェットファンの脱落監視のために、吊り金具を固定しているアンカーボルトの箇所毎に、変位計を設けるようにしている。この監視方式では、吊り金具を安定してトンネル内天井の覆工面に固定するために、多くのアンカーボルトが用いられているため、非常に多くの変位計が必要となる。しかしながら、変位計を設置できる領域は限られており、また、変位計毎に配線を行うために施工が煩雑になるという問題が発生している。
【０００６】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、煩雑な施工を必要とせずに、トンネル内で用いるジェットファンの脱落が監視できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るジェットファン脱落監視システムは、トンネル内の天井の覆工面に複数のアンカーボルトにより取り付けられた吊り金具の応力変化を検出する検出手段と、検出手段が検出した吊り金具の応力変化によりアンカーボルトの抜け状態を判断する判断手段とを備え、吊り金具には、トンネル内の換気を行うジェットファンが吊り下げられている。
【０００８】
上記ジェットファン脱落監視システムにおいて、検出手段は、ファイバーブラッググレーティングセンサであればよい。この場合、ファイバーブラッググレーティングセンサは、ブラッググレーティングが形成された検出コア部と、検出コア部を挟持する２枚の熱硬化性樹脂フィルムと、２枚の熱硬化性樹脂フィルムの間を充填する熱可塑性樹脂とを備える構成であるとよい。
【発明の効果】
【０００９】
以上説明したことにより、本発明によれば、煩雑な施工を必要とせずに、トンネル内で用いるジェットファンの脱落が監視できるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施の形態におけるジェットファン脱落監視システムの構成を示す構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態におけるジェットファン脱落監視システムの構成を示す構成図である。
【図３】図３は、吊り金具の構成を示す側面図（ａ），（ｂ），および平面図（ｃ）である。
【図４】図４は、ＦＥＭ解析により、吊り金具の応力分布をシミュレートした結果について説明する説明図である。
【図５】図５は、ＦＥＭ解析により、吊り金具の応力分布をシミュレートした結果について説明する説明図である。
【図６】図６は、ＦＥＭ解析により、吊り金具の応力分布をシミュレートした結果について説明する説明図である。
【図７】図７は、アンカーボルト３２１ａが反力を持たない状態となった場合の、貫通孔３０４ａ形成箇所のベースプレート３０１の変位量と、吊り金具に加わる荷重との関係について示す特性図である。
【図８】図８は、フィルム型ＦＢＧセンサ３１１を設けた吊り金具に対して引張試験を実施した結果について示す特性図である。
【図９】図９は、他の吊り金具の構成を示す側面図（ａ）および平面図（ｂ）である。
【図１０】図１０は、ＦＥＭ解析により、他の吊り金具の応力分布をシミュレートした結果について説明する説明図である。
【図１１】図１１は、フィルム型ＦＢＧセンサを設けた他の吊り金具に対して引張試験を実施した結果について示す特性図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態におけるジェットファン脱落監視システムの構成を示す構成図である。このシステムは、検出部１０１と判断部１０２とを備える。
【００１２】
検出部１０１は、吊り金具１０３に取り付けられ、吊り金具１０３の歪み変化を検出する。吊り金具１０３は、トンネル１１０内の天井の覆工面１１１に、複数のアンカーボルト１１２により取り付けられている。アンカーボルト１１２は、例えば、長さ１４０ｍｍ程度がトンネル１１０天井のコンクリート内に埋設されて固定され、覆工面１１１より外側に突出している部分に、ナット（不図示）を締め付けることで、吊り金具１０３が固定されている。また、吊り金具１０３は、図２に示すように、トンネル１１０内の換気を行うジェットファン１１３をターンバックル１１４により吊り下げている。このようにして覆工面１１１に固定されている吊り金具１０３の応力変化を検出部１０１が検出した結果により、判断部１０２が、アンカーボルト１１２の抜け状態を判断する。アンカーボルト１１２の抜け状態を判断することで、ジェットファン１１３の脱落を監視することができる。
【００１３】
検出部１０１は、例えば、ファイバーブラッググレーティング（ＦＢＧ）センサであればよい。ＦＢＧセンサは、ブラッググレーティングが形成された歪検出コア部を備える。吊り金具１０３の所定箇所に貼り付けられている歪検出コア部の長さが、吊り金具１０３の変形に伴って変化してグレーティングのピッチが変化すると、この変化に応じて歪検出コア部を透過する光のスペクトルあるいは反射する光のピーク波長が変化する。これらの導波光の変化により、歪検出コア部（吊り金具１０３）に加えられた歪みを検出して応力に換算する。また、上記歪検出コア部を、２枚の熱硬化性樹脂フィルムで挟持し、２枚の熱硬化性樹脂フィルムの間を熱可塑性樹脂で充填したフィルム型ＦＢＧセンサを用いるとよりよい（特許文献１参照）。
【００１４】
ここで、吊り金具について図３を用いてより詳細に説明する。図３は、吊り金具の構成例を示す側面図（ａ），（ｂ），および平面図（ｃ）である。また、図３において、図中に示されている寸法の単位は、ｍｍである。この吊り金具は、ベースプレート３０１と、２枚の補強プレート３０２ａ，補強プレート３０２ｂと、ガセットプレート３０３とから構成されている。これらは、例えば、溶融亜鉛めっきされた板状の鋼材から構成されている。
【００１５】
ベースプレート３０１は、例えば、平面視矩形に形成され、４隅にアンカーボルトを通す貫通孔３０４ａ，貫通孔３０４ｂ，貫通孔３０４ｃ，貫通孔３０４ｄが形成されている。補強プレート３０２ａ，補強プレート３０２ｂは、ベースプレート３０１の変形を抑制するための補強部材であり、ベースプレート３０１に溶接されている。補強プレート３０２ａおよび補強プレート３０２ｂは、互いに平行に配置されている。また、補強プレート３０２ａ，補強プレート３０２ｂは、ベースプレート３０１の平面に対して垂直に接続（固定）されている。また、ガセットプレート３０３には、シャックル・ジョーなどが取り付けられたターンバックルなどを連結するための貫通孔３０５を備えている。ガセットプレート３０３は、ベースプレート３０１および補強プレート３０２ａ，補強プレート３０２ｂに溶接されている。
【００１６】
このように構成された吊り金具において、例えば、２枚の補強プレート３０２ａ，補強プレート３０２ｂの対向する面の各々に、フィルム型ＦＢＧセンサ３１１を貼り付ければよい。フィルム型ＦＢＧセンサ３１１は、光ファイバー３１２に接続されている。また、光ファイバー３１２の図示しない一端には、フィルム型ＦＢＧセンサ３１１が検出した吊り金具（補強プレート３０２ａ，補強プレート３０２ｂ）の応力変化により、ベースプレート３０１を固定するアンカーボルトの抜け状態を判断する判断部が接続している。
【００１７】
次に、上述した吊り金具のベースプレート３０１をトンネル天井の覆工面にアンカーボルトで固定し、ガセットプレート３０３の貫通孔３０５に連結したターンバックルで、ジェットファンを吊り下げた状態で、吊り金具に加わる応力の状態について説明する。以下では、ＦＥＭ（Finite Element Method）解析により、吊り金具の応力分布をシミュレートした結果について説明する。まず、４組の吊り金具およびターンバックルで、約２トンの重量のジェットファンを吊り下げている状態とする。従って、１つの吊り金具には、約５００ｋｇの重量が加わる。また、ベースプレート３０１は、４箇所で約２４ｍｍφのアンカーボルトにより固定され、アンカーボルトは、約１４０ｍｍの部分が、トンネル天井のコンクリートに埋設されている。なお、ガセットプレート３０３の取り付け角度は、６０°とした場合の例である。
【００１８】
まず、４箇所全てのアンカーボルトが、コンクリートに正常な状態で嵌合している場合、図４に示すように、応力が分布する。図４の（ａ）は、補強プレート３０２ａ，補強プレート３０２ｂおよびガセットプレート３０３が取り付けられている側の、ベースプレート３０１の平面を示している。また、図４の（ｂ）は、補強プレート３０２ａの内側側面が見える状態を示しており、また、アンカーボルト３２１ａ，アンカーボルト３２１ｂが示されている。また、図４の（ｃ）は、補強プレート３０２ｂの内側側面が見える状態を示しており、また、アンカーボルト３２１ｃ，アンカーボルト３２１ｄが示されている。アンカーボルト３２１ａは、貫通孔３０４ａで接続され、アンカーボルト３２１ｂは、貫通孔３０４ｂで接続され、アンカーボルト３２１ｃは、貫通孔３０４ｃで接続され、アンカーボルト３２１ｄは、貫通孔３０４ｄで接続されている。
【００１９】
次に、１箇所のアンカーボルトが、コンクリートに正常な状態で嵌合しておらず、反力が保持できない状態では、図５に示すように、応力が分布する。なお、図５の（ａ）は、補強プレート３０２ａ，補強プレート３０２ｂおよびガセットプレート３０３が取り付けられている側の、ベースプレート３０１の平面を示している。また、図５の（ｂ）は、補強プレート３０２ａの内側側面が見える状態を示しており、また、アンカーボルト３２１ａ，アンカーボルト３２１ｂが示されている。また、図５の（ｃ）は、補強プレート３０２ｂの内側側面が見える状態を示しており、また、アンカーボルト３２１ｃ，アンカーボルト３２１ｄが示されている。アンカーボルト３２１ａは、貫通孔３０４ａで接続され、アンカーボルト３２１ｂは、貫通孔３０４ｂで接続され、アンカーボルト３２１ｃは、貫通孔３０４ｃで接続され、アンカーボルト３２１ｄは、貫通孔３０４ｄで接続されている。
【００２０】
図５は、アンカーボルト３２１ａが反力を保持できない場合を示している。この場合、図５の（ｃ）に示すように、特に、補強プレート３０２ｂのガセットプレート３０３との接合箇所近傍の領域５０１に、応力が発生していることが分かる。
【００２１】
次に、他の１箇所のアンカーボルトが、コンクリートに正常な状態で嵌合しておらず、反力が保持できない状態では、図６に示すように、応力が分布する。なお、図６の（ａ）は、補強プレート３０２ａ，補強プレート３０２ｂおよびガセットプレート３０３が取り付けられている側の、ベースプレート３０１の平面を示している。また、図６の（ｂ）は、補強プレート３０２ａの内側側面が見える状態を示しており、また、アンカーボルト３２１ａ，アンカーボルト３２１ｂが示されている。また、図６の（ｃ）は、補強プレート３０２ｂの内側側面が見える状態を示しており、また、アンカーボルト３２１ｃ，アンカーボルト３２１ｄが示されている。アンカーボルト３２１ａは、貫通孔３０４ａで接続され、アンカーボルト３２１ｂは、貫通孔３０４ｂで接続され、アンカーボルト３２１ｃは、貫通孔３０４ｃで接続され、アンカーボルト３２１ｄは、貫通孔３０４ｄで接続されている。
【００２２】
図６は、アンカーボルト３２１ｂが反力を保持できない場合を示している。この場合、図６の（ｂ）に示すように、特に、補強プレート３０２ａのガセットプレート３０３との接合箇所近傍の領域６０１に、応力が発生していることが分かる。
【００２３】
従って、上述したように吊り金具を構成した場合、補強プレート３０２ａ，補強プレート３０２ｂのガセットプレート３０３との接合箇所近傍にフィルム型ＦＢＧセンサ３１１を取り付け、歪みの発生を検出することで、アンカーボルトの反力が保持できない状態が判断できる。
【００２４】
次に、アンカーボルト３２１ａが反力を持たない状態となった場合の、貫通孔３０４ａ形成箇所のベースプレート３０１の変位量と、吊り金具に加わる荷重との関係について、図７に示す。図７に示すように、荷重の増加に対応して変位量も大きくなっている。これに対し、反力が維持されている他のアンカーボルトの箇所については、荷重が大きくなっても変位量はほとんど変化しない。アンカーボルト３２１ｂが反力を持たない状態となった場合も同様であり、荷重が大きくなると、貫通孔３０４ｂ形成箇所のベースプレート３０１の変位量は大きくなるが、他の箇所の変位量はほとんど変化しない。従って、前述したように、歪み変化の検出により、覆工面と吊り金具との隙間の拡大が判断できる。
【００２５】
上述したようにフィルム型ＦＢＧセンサ３１１を設けた吊り金具に対し、引張試験を実施した結果について、図８を用いて説明する。まず、４箇所全てのアンカーボルトが、コンクリートに正常な状態で嵌合している場合、図８の（ａ）に示すように、引っ張り荷重を加えている間に、フィルム型ＦＢＧセンサ３１１より得られる歪みが変化した。これに対し、アンカーボルト３２１ａが反力を保持できない場合、図８の（ｂ）に示すように、引っ張り荷重を加えている間に、フィルム型ＦＢＧセンサ３１１より得られる歪みが変化した。図８に示すように、（ａ）に示す変化と（ｂ）に示す変化との間には、明らかな差が見られる。この結果から明らかなように、前述した歪み変化の検出により、覆工面と吊り金具との隙間の拡大が判断できることが示された。
【００２６】
次に、他の吊り金具について図９を用いて説明する。図９は、他の吊り金具の構成例を示す側面図（ａ）および平面図（ｂ）である。また、図９において、図中に示されている寸法の単位は、ｍｍである。この吊り金具は、ベースプレート９０１と、ガセットプレート９０３、ガセットプレート９０３を補強する補強部９０５とから構成されている。これらは、例えば、溶融亜鉛めっきされた板状の鋼材から構成されている。
【００２７】
ベースプレート９０１は、例えば、平面視矩形に形成され、４隅にアンカーボルトを通す貫通孔９０４ａ，貫通孔９０４ｂ，貫通孔９０４ｃ，貫通孔９０４ｄが形成されている。補強部９０５は、ベースプレート９０１とガセットプレート９０３との接合を補強するための補強部材であり、ベースプレート９０１およびガセットプレート９０３に溶接されている。また、ガセットプレート９０３には、シャックル・ジョーなどが取り付けられたターンバックルなどを連結するための貫通孔９０６を備えている。ガセットプレート９０３は、ベースプレート９０１に溶接されている。このように構成された吊り金具において、例えば、ガセットプレート９０３の両脇のベースプレート９０１の２箇所にフィルム型ＦＢＧセンサを貼り付ければよい。
【００２８】
次に、上述した吊り金具のベースプレート９０１をトンネル天井の覆工面にアンカーボルトで固定し、ガセットプレート９０３の貫通孔９０６に連結したターンバックルで、ジェットファンを吊り下げた状態で、吊り金具に加わる応力の状態について説明する。以下、ＦＥＭ解析により、吊り金具の応力分布をシミュレートした結果について説明する。まず、４組の吊り金具およびターンバックルで、約２トンの重量のジェットファンを吊り下げている状態とする。従って、１つの吊り金具には、約５００ｋｇの重量が加わる。また、ベースプレート９０１は、４箇所で約２４ｍｍφのアンカーボルトにより固定され、アンカーボルトは、約１４０ｍｍの部分が、トンネル天井のコンクリートに埋設されている。
【００２９】
まず、４箇所全てのアンカーボルトが、コンクリートに正常な状態で嵌合している場合、図１０の（ａ）に示すように、応力が分布する。なお、図１０は、ベースプレート９０１の平面を示している。次に、貫通孔９０４ｂの箇所のアンカーボルトが、コンクリートに正常な状態で嵌合しておらず、反力が保持できない状態では、図１０の（ｂ）に示すように、ガセットプレート９０３の両脇のベースプレート９０１に比較的大きな変化が示される状態で応力が分布する。次に、貫通孔９０４ｄの１箇所のアンカーボルトが、コンクリートに正常な状態で嵌合しておらず、反力が保持できない状態では、図１０の（ｃ）に示すように、上記同様に、ガセットプレート９０３の両脇のベースプレート９０１に比較的大きな変化が示される状態で応力が分布する。
【００３０】
従って、上述したように吊り金具を構成した場合、ガセットプレート９０３の両脇のベースプレート９０１の２箇所にフィルム型ＦＢＧセンサを取り付け、歪みの発生を検出することで、アンカーボルトの反力が保持できない状態が判断できる。
【００３１】
次に、上述したようにベースプレート９０１にフィルム型ＦＢＧセンサを設けた吊り金具に対し、引張試験を実施した結果について、図１１を用いて説明する。以下では、貫通孔９０４ａが設けられている側のベースプレート９０１に設けられているフィルム型ＦＢＧセンサで検出している。
【００３２】
まず、４箇所全てのアンカーボルトが、コンクリートに正常な状態で嵌合している場合、図１１の（ａ）に示すように、引っ張り荷重を加えている間に、フィルム型ＦＢＧセンサより得られる歪みが変化した。これに対し、アンカーボルト９０４ｂが反力を保持できない場合、図１１の（ｂ）に示すように、引っ張り荷重を加えている間に、フィルム型ＦＢＧセンサより得られる歪みが変化した。図１１に示すように、（ａ）に示す変化と（ｂ）に示す変化との間には、明らかな差が見られる。この結果から明らかなように、前述した歪み変化の検出により、覆工面と吊り金具との隙間の拡大が判断できることが示された。
【００３３】
以上に説明したように、本発明では、トンネル内の天井の覆工面に複数のアンカーボルトにより取り付けられた吊り金具の応力変化を、検出手段により検出し、検出手段が検出した吊り金具の応力変化により、判断手段がアンカーボルトの抜け状態を判断するようにした。例えば、歪みを検出して応力に換算して出力するＦＢＧセンサを検出手段として用いればよい。この結果、本発明によれば、ジェットファン脱落監視において、吊り金具毎に検出手段を設ければよく、アンカーボルト毎に変位量を検出する必要がなくなる。なお、ＦＢＧセンサなどの吊り金具の応力変化を検出する検出手段は、上述したようなＦＥＭ解析などの結果を用い、適宜に設定した箇所に設ければよい。
【００３４】
例えば、１つの吊り金具を固定する４本のアンカーボルトの状態を、２つのＦＢＧセンサで検知することができ、センサ数を減らすことが可能である。また、ＦＢＧセンサは、各センサを縦列接続できるため、施工性に優れる。また、ＦＢＧセンサには、電力供給する必要が無い。この結果、煩雑な施工を必要とせずに、トンネル内で用いるジェットファンの脱落が監視できるようになる。また、ＦＢＧセンサは、電気的な外乱の影響を受けにくいため、高電圧電源を必要とするジェットファン近傍においても信頼性の高い計測が可能である。
【００３５】
上述した本発明では、吊り金具の歪み変化を例えば、ＦＢＧセンサにより検出しているので、静的な歪みと動的な歪みを同じセンサで計測できる。まず、吊り金具の歪み（静的な歪み変化）が計測でき、この計測により、アンカーボルトの抜けが検知可能となり、ジェットファンの脱落を事前に検知することが可能となる。また、吊り金具の動的変化（振動）の計測から固有振動数が求められ、ターンバックルの緩みや吊り金具の疲労劣化による破壊（接続部の亀裂など）が検知可能となり、この点においても、ジェットファンの異常・脱落を事前に検知することが可能となる。また、ジェットファンの起動時、停止時における吊り金具の振動を計測することも可能であり、ジェットファン自体の動作の正常性を確認することも可能となる。
【００３６】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、判断部と検出部とが、ＬＡＮ（Local Area Network）や、インターネット網などのＷＡＮ（Wide Area Network）を介して接続するようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１０１…検出部、１０２…判断部、１０３…吊り金具、１１０…トンネル、１１１…覆工面、１１２…アンカーボルト、１１３…ジェットファン、１１４…ターンバックル。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１１】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図１０】
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