(57)【要約】【課題】地中環境の温度を広範囲に精度良くかつ安価で測定できると共に、温度管理が容易な温度計及びそれを用いた凍結工法を提供する。【解決手段】洞道Ｈとなる部分に沿って複数の凍結管用孔を並列に形成し、その凍結管用孔に凍結管をそれぞれ挿入し、各凍結管内で冷却液を循環させて凍結管の周囲の地盤Ｇを凍結させ、得られた凍土を掘削すると共に地盤Ｇの温度を測定・管理して洞道Ｈを形成する凍結工法において、温度計として、洞道Ｈの内壁Ｆから地盤Ｇに向かって放射状に配置された複数の測温管８内にそれぞれ布設された光ファイバ１０と、これらの光ファイバ１０と接続され各光ファイバ１０に光信号を通過させてその光信号の波長変化を検出する検出装置７とを備えた温度計を使用する。この検出装置７により、光ファイバ１０から戻ってきた光信号の波長が検出され温度変化が測定されて、地中環境温度が管理される。【選択図】　　　　図１
2004028935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
洞道の内壁から地盤に向かって放射状に配置された複数の測温管内にそれぞれ布設された光ファイバと、該光ファイバと接続され各光ファイバに光信号を通過させて該光信号の波長変化を検出する検出装置とを備えたことを特徴とする温度計。
【請求項２】
上記光ファイバは、所定ピッチで螺旋状に溝が形成されたパイプ芯の上記溝内に収容されている請求項１に記載の温度計。
【請求項３】
上記光ファイバ同士が直列接続されて１本で形成されている請求項１又は２に記載の温度計。
【請求項４】
洞道となる部分に沿って複数の凍結管用孔を並列に形成し、その凍結管用孔に凍結管をそれぞれ挿入し、各凍結管内で冷却液を循環させて凍結管の周囲の地盤を凍結させ、得られた凍土を掘削すると共に上記地盤の温度を測定・管理して上記洞道を形成する凍結工法において、上記温度計として、上記洞道の内壁から地盤に向かって放射状に配置された複数の測温管内にそれぞれ布設された光ファイバと、該光ファイバと接続され各光ファイバに光信号を通過させて該光信号の波長変化を検出する検出装置とを備えた温度計を使用することを特徴とする凍結工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中環境温度を測定するための温度計及びそれを用いた凍結工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、トンネルなど洞道を掘削する際に用いられる工法の一つに、洞道となる部分に沿って地盤を凍結させ、その凍結した地盤の温度を測定・管理しながら掘削して洞道を形成する凍結工法が知られている。
【０００３】
この凍結工法により洞道を形成するに際しては、地中環境の温度を広範囲にかつ高精度で測定する必要があり、図４に示すような洞道ｈの内壁ｆから地盤ｇに向かって放射状に配置された複数本の測温管１内に温度計（図示せず）を設置している。
【０００４】
図５に示すように、従来の温度計は、測温管１の長手方向に布設され、ある一定の必要とする距離分解能ごとに白金抵抗体２が設けられた白金抵抗体用ケーブル４と、この白金抵抗体用ケーブル４と接続されたデータロガー５とで構成されている。
【０００５】
この温度計により、常時、各白金抵抗体２で温度を測定し、データロガー５で温度変化を測定することにより、地中環境の温度が管理されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、白金抵抗体２を用いた温度計は、精度の良い温度計として知られているが、白金抵抗体２は点としての温度の測定しかできないことから、広範囲の温度を測定するには多数の白金抵抗体２が必要になると共に、これらの白金抵抗体２を布設するための工事費用も増加し、金額的負担が増大するという問題がある。
【０００７】
さらに、従来の温度計は、点としての精度には優れたものがあるが、白金抵抗体２自体から位置が離れるにつれ、その位置の温度を推測して求める必要があり、面としての温度管理が難しいという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、地中環境の温度を広範囲に精度良くかつ安価で測定できると共に、温度管理が容易な温度計及びそれを用いた凍結工法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために請求項１の発明は、洞道の内壁から地盤に向かって放射状に配置された複数の測温管内にそれぞれ布設された光ファイバと、これらの光ファイバと接続され各光ファイバに光信号を通過させてその光信号の波長変化を検出する検出装置とを備えたものである。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の構成に加え、光ファイバは、所定ピッチで螺旋状に溝が形成されたパイプ芯の溝内に収容されているものである。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２に記載の構成に加え、光ファイバ同士が直列接続された１本で形成されているものである。
【００１２】
請求項４の発明は、洞道となる部分に沿って複数の凍結管用孔を並列に形成し、その凍結管用孔に凍結管をそれぞれ挿入し、各凍結管内で冷却液を循環させて凍結管の周囲の地盤を凍結させ、得られた凍土を掘削すると共に地盤の温度を測定・管理して洞道を形成する凍結工法において、温度計として、洞道の内壁から地盤に向かって放射状に配置された複数の測温管内にそれぞれ布設された光ファイバと、これらの光ファイバと接続され各光ファイバに光信号を通過させてその光信号の波長変化を検出する検出装置とを備えた温度計を使用する方法である。
【００１３】
すなわち、本発明は、従来より凍結工法に用いてきた測温管内に、距離分解能を向上させるために、例えば測温管の外径が８０ｍｍの場合、長手方向に５０ｃｍ当たり５ｍ程度の光ファイバが螺旋状に等間隔で布設される構造の温度測定用パイプが設けられたものである。
【００１４】
また、本発明は、一つの測温管内にその測温管の長さより長い光ファイバが螺旋状に布設されていると共に、同時に複数の測温管を用いて温度測定できる構造になっている。
【００１５】
上記構成によれば、検出装置から出力された光信号は、広範囲に螺旋状に布設された光ファイバを通過し、温度変化に応じて波長が変化した後、再び検出装置に入力される。検出装置では、所望の位置における光信号の波長変化から温度が測定される。これにより、広範囲の温度分布を精度良く測定することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施の形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１に本発明にかかる光ファイバ式温度計の概略を示す。
【００１８】
図１に示すように、光ファイバ式温度計は、洞道Ｈの内壁Ｆから地盤Ｇに向かって放射状に配置された複数の測温管８内にそれぞれ挿入された温度測定用パイプ６と、それらの温度測定用パイプ６に設けられた光ファイバ１０と接続され各温度測定用パイプ６の光ファイバ１０に光信号を出力し戻ってきた光信号の波長変化から温度を検出する検出装置７とを有する。
【００１９】
本実施の形態のように、複数の測温管８を用いて広範囲の温度を測定する必要がある場合、各測温管８内に挿入された温度測定用パイプ６の光ファイバ１０同士が直列に接続されて一筆書き状に布設される。
【００２０】
図２に温度測定用パイプの拡大図を示す。
【００２１】
図２に示すように、温度測定用パイプ６は、光ファイバ１０と、その光ファイバ１０の距離分解能を向上させると共に測温管内に容易に挿入させるため、光ファイバ１０を螺旋状に保持するパイプ芯９とで構成されている。
【００２２】
このパイプ芯９は、その外周に、所望の距離分解能に対応したピッチ、例えば測温管の外径が８０ｍｍの場合、長手方向に５０ｃｍ当たりほぼ等間隔で５ｍの光ファイバ１０を収容する収容溝１０ｇが螺旋状に形成されている。
【００２３】
次に、本発明にかかる凍結工法を光ファイバ式温度計の作用と共に説明する。
【００２４】
凍結工法により洞道を形成するに際しては、洞道Ｈとなる部分に沿って複数の凍結管用孔（図示せず）を並列に形成し、その凍結管用孔に凍結管（図示せず）をそれぞれ挿入する。そして、各凍結管内で冷却液を循環させて凍結管の周囲の地盤Ｇを凍結させ、得られた凍土の洞道Ｈとなる部分を掘削する。
【００２５】
凍土を掘削するに際しては、凍結した地盤Ｇの温度を測定し、管理しながら行う。
【００２６】
具体的には、図１に示したように、洞道Ｈの内壁から地盤Ｇに向かって放射状に複数の測温管８を埋設し、各測温管８内に温度測定用パイプ６を挿入する。
【００２７】
そして、検出装置７から光ファイバ１０に光信号を出力し、戻ってきた光信号の波長変化を検出し、各測温管８の温度を測定する。
【００２８】
このようにして、常時、洞道Ｈの周囲の地盤温度を測定し凍結度合を管理しながら洞道Ｈを掘削することにより、地盤Ｇを安定に保持しながら洞道Ｈを形成することができる。
【００２９】
以上説明したように、従来の温度計では白金抵抗体間の領域の温度を計算で推測することでしか調べることは不可能であったが、本発明は、測温管８の内面に沿って螺旋状に光ファイバ１０を布設することで、光ファイバ式温度計の温度測定可能な距離を圧倒的に長くできるため、ほぼ測温管８の内面全体の温度分布を精度良く測定することが可能になる。
【００３０】
更に、一台の光ファイバ式温度計で複数の測温管８を管理することができ、従来方法に比べて安価に広範囲の温度を管理することができる。
【００３１】
また更に、複数の測温管８内に直列に温度測定用パイプ６を設けることにより、一本の光ファイバ１０と一台の検出装置７とで広範囲の温度を測定できるシステムを構築できる。
【００３２】
また、本発明は、工事開始後、洞道Ｈの内壁Ｆに沿って螺旋状又は直線状に光ファイバ１０を布設することにより、洞道Ｈの内壁Ｆ全体の温度を監視することも可能である。
【００３３】
次に、本発明の他の実施の形態について述べる。
【００３４】
図３に本発明の他の実施の形態として光ファイバ式温度計の概略を示す。
【００３５】
図３に示すように、この光ファイバ式温度計は、洞道Ｈの内壁Ｆから地盤Ｇに向かって放射状に配置された複数の測温管８内にそれぞれ挿入された温度測定用パイプ１２と、所定の波長の光信号を出力し戻ってきた光信号の波長を検出し、それら光信号の波長変化から温度を測定する検出装置７とで主に構成されている。
【００３６】
さらに、この実施の形態にあっては、各温度測定用パイプ１２に設けられた光ファイバ１０ａと検出装置７との間に、その検出装置７から出力された光信号を複数の異なる波長に分波して各光ファイバ１０ａに出力すると共に、各光ファイバ１０ａから戻ってきた複数の異なる波長の光信号を合波して検出装置７に入力させる光合分波器１１が接続されている。
【００３７】
図示されていないが、この光ファイバ１０ａは、図１に示した光ファイバ式温度計と同様に、距離分解能を向上できるように、所望の距離分解能に対応したピッチ、例えば測温管８の外径が８０ｍｍの場合、長手方向に５０ｃｍ当たりほぼ等間隔で５ｍの長さで、パイプ芯の収容溝内に螺旋状に収容されて布設されている。
【００３８】
このように構成することにより、上述した図１の実施の形態と同様に、一台の光ファイバ式温度計で複数の測温管８を管理することができると共に、所望の距離分解能で温度を測定できるので、従来方法に比べて安価に広範囲の温度の測定・管理が可能になる。
【００３９】
また、各温度測定用パイプ１２の光ファイバ１０ａが光合分波器１１を介してツリー状に接続されていることにより、いずれかの光ファイバ１０ａが断線してもそれ以外の光ファイバ１０ａが布設された測温管８で地盤Ｇの温度を測定・管理することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、光ファイバにより温度を線状に測定できるので、地中環境の温度を広範囲にかつ精度良く測定できる。
【００４１】
更に、温度計の構造を簡単にできるので、地中環境の温度管理を安価で行えるシステムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す光ファイバ式温度計の概略図である。
【図２】図１の温度測定用パイプの拡大図である。
【図３】本発明の他の実施の形態を示す光ファイバ式温度計の概略図である。
【図４】洞道の周りに配置された測温管の概略図である。
【図５】図４の測温管内に挿入される従来の温度計の概略図である。
【符号の説明】
７　検出装置
８　測温管
１０　光ファイバ
Ｈ　洞道
Ｆ　内壁
Ｇ　地盤
【図１】
2004028935.tif 000003
【図２】
2004028935.tif 000004
【図３】
2004028935.tif 000005
【図４】
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【図５】
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