(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削された地盤の内周面と当該内周面に相対させた型枠との間の覆工空間、又は、既設のトンネル構造体の径方向外方のトンネル外方領域を検知対象領域とし、当該検知対象領域に充填されるセメント系の充填物の充填状況を検知する充填状況検知装置であって、
光を発生させる光源部と、
前記検知対象領域内に一端部側が延設され、前記光源部からの光を前記検知対象領域内に導く第１導光部材と、
前記検知対象領域内に一端部側が延設され、当該検知対象領域からの反射光を前記型枠の径方向内方又は前記トンネル構造体の径方向内方へ導く第２導光部材と、
を備え、前記第２導光部材によって導かれる前記反射光を受光して得られる受光情報に基づいて、前記充填物の充填状況を検知可能に構成され、
前記第１導光部材及び前記第２導光部材は、それぞれ、光路となるコアと、当該コアを被覆するクラッドとを有する光ファイバーからなり、
前記第１導光部材及び前記第２導光部材のいずれか一方は、前記一端部側にて前記光ファイバーの延伸方向に間隔を空けて形成される複数の開口部であって、前記光ファイバーの径方向外方から前記クラッドを貫通して前記コアに至る前記複数の開口部を有する、充填状況検知装置。
【請求項２】
前記クラッドに各開口部の目標開口面積より大きな開口面積のスリットが形成され、前記目標開口面積の貫通孔が開口形成されたシールを、各スリットを覆うように貼りつることにより、前記複数の開口部が形成されている、請求項１に記載の充填状況検知装置。
【請求項３】
前記第１導光部材及び前記第２導光部材は、前記一端部側が前記検知対象領域内にて地盤上下方向に延設される、請求項１又は２に記載の充填状況検知装置。
【請求項４】
前記第１導光部材及び前記第２導光部材は、各一端部側で、地盤上下方向の一方側から他方側に向って屈曲する屈曲部を複数有して延設され、
前記開口部は、前記屈曲部に形成される、請求項３に記載の充填状況検知装置。
【請求項５】
前記受光情報は、前記第２導光部材からの反射光の強度であり、
前記充填状況として、前記反射光の強度変化に基づいて前記検知対象領域へ充填される前記充填物の充填高さを検知する、請求項３又は４に記載の充填状況検知装置。
【請求項６】
前記検知対象領域は前記覆工空間であり、前記充填物はコンクリートであり、
前記充填高さとして、前記覆工空間へ打設される前記コンクリートの打設高さを検知する、請求項５に記載の充填状況検知装置。
【請求項７】
前記検知対象領域は前記トンネル外方領域に生じた空洞であり、前記充填物はグラウト材であり、
前記充填高さとして、前記トンネル外方領域の空洞内へ注入される前記グラウト材の注入高さを検知する、請求項５に記載の充填状況検知装置。
【請求項８】
前記受光情報は、前記第２導光部材からの反射光の強度であり、
前記検知対象領域は前記トンネル外方領域であり、前記充填物はグラウト材であり、
前記充填状況として、前記反射光の強度変化に基づいて前記トンネル外方領域内における前記グラウト材の置換状態を検知する、請求項１に記載の充填状況検知装置。
【請求項９】
前記第１導光部材及び前記第２導光部材は、互いに隣接して一体形成され、導光部材対を構成する、請求項１〜８のいずれか１つに記載の充填状況検知装置。
【請求項１０】
前記第１導光部材の前記検知対象領域内への光の出射端と、前記第２導光部材の前記検知対象領域からの反射光の入射端は、地盤下方に向けて配置される、請求項９に記載の充填状況検知装置。
【請求項１１】
前記第１導光部材の前記検知対象領域内への光の出射端と、前記第２導光部材の前記検知対象領域からの反射光の入射端と、互いに離間して対向配置される、請求項１〜８に記載の充填状況検知装置。
【請求項１２】
前記第１導光部材及び前記第２導光部材の一端部側は、前記型枠の天端部、又は、前記トンネル構造体の天端部を貫通して、前記検知対象領域内に延設される、請求項１〜１１のいずれか１つに記載の充填状況検知装置。
【請求項１３】
前記第１導光部材及び前記第２導光部材を複数対備え、
前記検知対象領域内の互いに離間した複数の箇所に、前記第１導光部材及び前記第２導光部材の一端部を配置させて、当該配置箇所毎に前記充填状況を検知する、請求項１〜１２のいずれか１つに記載の充填状況検知装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、掘削された地盤の内周面とこの内周面に相対させた型枠との間の覆工空間、又は、既設のトンネル構造体の径方向外方の領域を検知対象領域とし、この検知対象領域に充填されるセメント系の充填物の充填状況を検知する充填状況検知装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、山岳トンネル等において、掘削した地盤の内周面を覆って構築される覆工コンクリートを形成するための工法としては、覆工セントルと呼ばれる型枠を用いる工法が一般的に採用されている。この工法では、掘削された地盤の内周面とこれに相対させた型枠との間の覆工空間のうち、中央のトンネル冠部の覆工空間や左右の側壁部の覆工空間等へのコンクリートの打設は、一般的に、コンクリート打設管を型枠の天端部や左右の側壁部にそれぞれ設けられた打設孔や検査窓等に挿入してコンクリートを圧送することにより行われる。
【０００３】
この種の型枠を用いて覆工コンクリートを形成する工法としては、特許文献１に記載されたものが知られている。この特許文献１には、圧力センサを型枠の覆工コンクリート側の面に設けて各ポイントの圧力を計測すると共に、接触物の振動応答特性を検知する振動検知式の充填検知センサを地山側に設け、これら各センサからの電気信号に基づいて、覆工空間へ打設されるコンクリートの充填状況を検知する技術が開示されている。
【０００４】
また、既設のトンネルにおいては、覆工コンクリート等のトンネル構造体と地山との間に、地山の変動や地下水の流れ等により空洞が生じたり地下水が滞留したりするおそれがある。そのため、空洞や地下水の滞留が生じている可能性のある既設のトンネル構造体の径方向外方の領域部分に、例えば、モルタルやセメントミルク等のグラウト材を注入して、空洞や地下水の部分等をグラウト材に置換して、トンネルを補修するニーズが増加している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１８４９３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、この種の覆工コンクリートを形成する工法において、トンネル冠部等の覆工空間等へコンクリートを打設する際に、コンクリートがどの高さまで打ち上がっているか、充填されているか否かを監視する必要がある。また、既設のトンネル構造体の径方向外方の領域に空洞や地下水の滞留が生じているおそれがあり、その領域にグラウト材を注入する際に、空洞や地下水がグラウト材に適切に置換されているか、充填されているか否かを確認する必要もある。つまり、これらコンクリートやグラウト材等のセメント系の充填物の充填状況（コンクリート打設高さやグラウト材の置換状態等）を適切に把握することは、トンネルの新設工事や補修工事における施工管理をする上で重要である。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載の技術のように、覆工コンクリート構築時に、覆工空間内にセンサを設置し充填物の充填状況を検知する場合には、セメント系の充填物が固化した後は、覆工コンクリート内にセンサ及びその信号ケーブルを残置せざるを得ない。また、既設のトンネルの補修工事において、グラウト材の置換状態を、圧力センサや上記振動検知式のセンサを用いて検知することも考えられるが、この場合もセンサ及びその信号ケーブルを残置せざるを得ない。このため、コンクリートやグラウト材等のセメント系の充填物の充填状況を検知する際に、センサ等をその検知対象領域内に残置させることになる充填状況検知装置において、検知対象領域に残置させるセンサ等の費用の抑制を図る工夫が求められている。また、圧力センサや振動検知式のセンサを用いる場合、いずれも電気信号を用いるため信号ケーブルを必要とし、この信号ケーブルの敷設作業が煩雑である。
【０００８】
本発明は、このような実状に着目してなされたものであり、検知対象領域に残置させる部分の費用を抑制しつつ、セメント系の充填物の充填状況を検知可能であると共に、容易に設置することができる充填状況検知装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題に対して、本発明に係る充填状況検知装置は、その一態様として、掘削された地盤の内周面と当該内周面に相対させた型枠との間の覆工空間、又は、既設のトンネル構造体の径方向外方のトンネル外方領域を検知対象領域とし、当該検知対象領域に充填されるセメント系の充填物の充填状況を検知する充填状況検知装置であって、光を発生させる光源部と、前記検知対象領域内に一端部側が延設され、前記光源部からの光を前記検知対象領域内に導く第１導光部材と、前記検知対象領域内に一端部側が延設され、当該検知対象領域からの反射光を前記型枠の径方向内方又は前記トンネル構造体の径方向内方へ導く第２導光部材と、を備え、前記第２導光部材によって導かれる前記反射光を受光して得られる受光情報に基づいて、前記充填物の充填状況を検知可能に構成され、前記第１導光部材及び前記第２導光部材は、それぞれ、光路となるコアと、当該コアを被覆するクラッドとを有する光ファイバーからなり、前記第１導光部材及び前記第２導光部材のいずれか一方は、前記一端部側にて前記光ファイバーの延伸方向に間隔を空けて形成される複数の開口部であって、前記光ファイバーの径方向外方から前記クラッドを貫通して前記コアに至る前記複数の開口部を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る充填状況検知装置によると、掘削された地盤の内周面とこの内周面に相対させた型枠との間の覆工空間、又は、既設のトンネル構造体の径方向外方のトンネル外方領域を検知対象領域とし、一端部側が検知対象領域内に延設される第１導光部材によって、光源部からの光を検知対象領域に導き、一端部側が検知対象領域内に延設される第２導光部材によって、検知対象領域からの反射光を型枠の径方向内方又はトンネル構造体の径方向内方へ導き、第２導光部材からの反射光の受光情報に基づいて、充填物の充填状況を検知可能に構成される。したがって、セメント系の充填物の充填が完了し、充填物が固化しても、単に、第１導光部材及び第２光導光部材のうち検知対象領域内に延設させた一端部側が検知対象領域内に残置されるだけである。このため、各導光部材を残置部分の境界位置で切断すれば、各導光部材の残置部分以外の残りの部分については、別の検知対象領域用等に再利用することができる。その結果、圧力センサや振動検知式のセンサを検知対象領域内に残置させ、その再利用ができなかった従来技術と比較して、検知対象領域に残置させる部分の費用の抑制を図ることができる。
また、第１導光部材により検知対象領域内に光を導き、その反射光を第２導光部材により型枠又はトンネル構造体の径方向内方に導いて得られる受光情報に基づいて充填状況を検知する構成、つまり、単に、光を用いて充填状況を検知する構成であるため、検知対象領域には電気的な信号配線の敷設をする必要はない。このため、設置作業を簡素化することができる。
このようにして、検知対象領域に残置させる部分の費用を抑制しつつ、セメント系の充填物の充填状況を検知可能であると共に、容易に設置することができる充填状況検知装置を提供することができる。
前記第１導光部材及び前記第２導光部材は、それぞれ、光路となるコアと、当該コアを被覆するクラッドとを有する光ファイバーからなり、前記第１導光部材及び前記第２導光部材のいずれか一方は、前記一端部側にて前記光ファイバーの延伸方向に間隔を空けて形成される複数の開口部であって、前記光ファイバーの径方向外方から前記クラッドを貫通して前記コアに至る前記複数の開口部を有する構成とし、受光強度が段階的に変化することを利用して充填物の充填状況を検知することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る充填状況検知装置の概略構成を説明するための図である。
【図２】上記実施形態の充填状況検知装置の概略ブロック図を示すと共に、図１に示すＡ部の拡大図を示す。
【図３】第１光ファイバー及び第２光ファイバーの一端部側の拡大断面図である。
【図４】図３に示すＢ―Ｂ矢視断面図である。
【図５】図１に示すＣ−Ｃ矢視断面図である。
【図６】図１に示すＤ矢視方向から見た型枠の平面図である。
【図７】図１に示すＤ矢視方向から見た型枠の平面図であり、型枠の天端部の一部にコンクリートが打ち上がり始めている状態を示す図である。
【図８】上記実施形態の充填状況検知装置における充填高さの検知動作を説明するための概念図である。
【図９】図８に続き、充填物の充填高さが高くなった状態を示す概念図である。
【図１０】図９に続き、第１光ファイバー及び第２光ファイバーの一端部側の周り全てに充填物が充填された状態を示す概念図である。
【図１１】本発明の第２実施形態に係るコンクリート高さ測定装置の概略構成を説明するための図である。
【図１２】トンネル構造体と地山との間の空洞にグラウト材が注入されている状態を示す図である。
【図１３】第２実施形態の変形例を示す図である。
【図１４】各光ファイバーの変形例を示す模式図である。
【図１５】トンネル構造体の径方向外方のトンネル外方領域の地盤の状態を示した一例である。
【図１６】本発明の第３実施形態に係るコンクリート高さ測定装置の概略構成を説明するための図である。
【図１７】第３実施形態における各光ファイバーの縦断面図を示す図である。
【図１８】図１６に示すトンネル外方領域への充填物の充填状態を示した図である。
【図１９】第３実施形態の変形例を示す図である。
【図２０】光出射端及び光入射端と水面との位置関係の一例を示す模式図である。
【図２１】光出射端及び光入射端と水面との位置関係の別の例を示す模式図である。
【図２２】受光強度の変化状況を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る充填状況検知装置の実施形態について説明する。本発明に係る充填状況検知装置は、トンネルの新設時とトンネルの補修時にそれぞれ用いることができる。まず、トンネルの新設時に適用する場合について説明する。
図１は、本発明の第１実施形態による充填状況検知装置１００の概略構成を示す図であり、山岳トンネルの覆工コンクリートの構築に適用した場合を示している。尚、図１は、切羽側（妻側）から見たトンネルの横断面図でもある。図２は、充填状況検知装置１００の概略ブロック図を示すと共に、図１に示すＡ部の拡大断面図を示す概念図である。図３は、後述する第１光ファイバー１０２及び第２光ファイバー１０３の一端部側の拡大断面図であり、図４は、図３に示すＢ―Ｂ断面図である。
【００１３】
本実施形態のトンネルは山岳トンネルであり、ブレーカーや自由断面掘削機や発破等により掘削されて形成された地盤の内周面１には、吹き付けコンクリート２が吹き付けられ一次支保されている。そして、この内周面１（詳しくは、吹き付けコンクリート２）に相対させてアーチ状の外周面を有する型枠３がセットされ、内周面１と型枠３との間に覆工コンクリート打設用の覆工空間Ｓ１が形成されている。型枠３のセットには、トンネル底面４にトンネル軸方向に沿って敷設されたレール５上を移動可能なガントリー車７が用いられる。
【００１４】
充填状況検知装置１００は、図１及び図２に示すように、掘削された地盤の内周面１とこの内周面１に相対させた型枠３との間の覆工空間Ｓ１を検知対象領域Ｓとし、この検知対象領域Ｓ（Ｓ１）に充填されるセメント系の充填物Ｘの充填状況を検知するものであり、光源部１０１（図２参照）と、光ファイバーからなる第１導光部材１０２と、同じく光ファイバーからなる第２導光部材１０３と、装置本体部１０４とを備えて構成される。なお、本実施形態において、上記第１導光部材１０２、第２導光部材１０３を、それぞれ、第１光ファイバー１０２、第２光ファイバー１０３と言う。
本実施形態において、充填物Ｘはコンクリートである。なお、後述するように、覆工空間Ｓ１にコンクリートが打設されて完成した覆工コンクリートと、吹き付けコンクリート２とがトンネル構造体となり、このトンネル構造体の径方向外方の領域、つまり、吹き付けコンクリート２の径方向外方の領域をトンネル外方領域Ｓ２と呼ぶ。
【００１５】
前記光源部１０１は、図２に示すように、光を発生させるものであり、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ）等を用いて構成され、装置本体部１０４内に内蔵されている。光源部１０１は、例えば、連続的に光を発生させる。
【００１６】
前記第１光ファイバー（第１導光部材）１０２は、光源部１０１からの光を検知対象領域Ｓ（Ｓ１）内に導くものであり、その一端部側１０２ａが検知対象領域Ｓ内に延設され、他端部１０２ｂが光源部１０１に接続されている。第１光ファイバー１０２の後述する光出射端１０２ｅから出射された光は、検知対象領域Ｓ内で反射して、その一部が第２光ファイバー１０３の後述する光入射端１０３ｅに入射する。
【００１７】
前記第２光ファイバー（第２導光部材）１０３は、検知対象領域Ｓからの反射光を型枠３の径方向内方のトンネル内部空間Ｓ３へ導くものであり、その一端部側１０３ａが検知対象領域Ｓ内に延設され、他端部１０３ｂが後述する受光部１０４ａに接続されている。
【００１８】
第１光ファイバー１０２及び第２光ファイバー１０３は、例えば、図３及び図４に示すように、それぞれ、光路となるコア１０２ｃ，１０３ｃと、コア１０２ｃ，１０３ｃを被覆するクラッド１０２ｄ，１０３ｄとを有して形成され、図１及び図２に示すように、一端部側１０２ａ，１０３ａが検知対象領域Ｓ内にて地盤上下（トンネル上下）方向に直線的に延設されている。
【００１９】
また、第１光ファイバー１０２及び第２光ファイバー１０３としては、例えば、コア１０２ｃ，１０３ｃ及びクラッド１０２ｄ，１０３ｄがプラスチック製の安価な光ファイバーを適宜長さに切断して用いる。第１光ファイバー１０２及び第２光ファイバー１０３は、それぞれの両端部においてコア１０２ｃ，１０３ｃが外部に露出し、この露出部が光出射端及び光入射端になる。第１光ファイバー１０２の一端部側１０２ａの先端が光の出射端（以下において「光出射端」と言う）１０２ｅとなり、第２光ファイバー１０３の一端部側１０３ａの先端が反射光の入射端（以下において「光入射端」と言う）１０３ｅとなる。また、図示を省略するが、各クラッド１０２ｄ，１０３ｄは合成樹脂等の被覆材により被覆されている。
本実施形態において、第１光ファイバー１０２の光出射端１０２ｅと、第２光ファイバー１０３の光入射端１０３ｅは、いずれも地盤上方に向けて配置される。
【００２０】
また、本実施形態においては、第１光ファイバー１０２及び第２光ファイバー１０３は、予め、互いに隣接して平行に延伸し、一体形成され、光ファイバー対１１０（１０２，１０３）を構成する。この光ファイバー対１１０の一端部側１０２ａ，１０３ａが、例えば、図１及び図２に示すように、棒鋼６に支持されて検知対象領域Ｓ内に配置される。
なお、本実施形態において、上記光ファイバー対１１０が本発明に係る「導光部材対」に相当する。この光ファイバー対１１０の検知対象領域Ｓ内への配置位置及び配置方法については、後に詳述する。
【００２１】
また、本実施形態においては、第１光ファイバー１０２は、図３に示すように、その一端部側１０２ａにて、延伸方向に間隔を空けた複数個所で、径方向外方からクラッド１０２ｄ及び被覆材（図示省略）を貫通してコア１０２ｃに至る開口部１０２ｆを有して形成される。各開口部１０２ｆは、開口面積が例えば略同一になるように構成されている。
クラッド１０２ｄに、略同一の開口面積の開口を形成することが困難である場合がある。この場合、例えば、略同一の開口面積の貫通孔が開口形成されたシールを複数枚用意し、クラッド１０２ｄ及び被覆材に、目標の開口面積より大きな開口のスリットを適宜間隔で形成し、そのスリットを覆うように、適宜間隔でシールを張り付ける。これにより、適宜間隔で、開口面積が同一の開口部１０２ｆを容易に形成することができる。
【００２２】
ここで、図２に示すように、コンクリートが光ファイバー対１１０の周辺に到達しておらず、光ファイバー対１１０の周りが空洞である場合、光源部１０１から第１光ファーバー１０１のコア１０２ｃを介して導かれる光の一部は、各開口部１０２ｆを介して外方に漏れる。このとき、光出射端１０２ｅからの出射光の光量は、光源部１０１から出射された光の光量より減少する。一方、後述する図８〜図１０に示すように、第１光ファイバー１０２の周りに、コンクリート等の充填物Ｘが充填され、充填物Ｘの打ち上がり高さが高くなって、下の開口部１０２ｆから順に遮蔽されるにつれ、光出射端１０２ｅからの出射光の光量は段階的に増加する。そして、光出射端１０２ｅからの光の光量は、一番上の開口部１０２ｆが遮蔽されたところで最大となる。さらに、充填物Ｘの打ち上がり高さが高くなると、光出射端１０２ｅが遮蔽されて、光出射端１０２ｅから光は出射されなくなる。
【００２３】
図２に戻って、前記装置本体部１０４は、第２光ファイバー１０３によって導かれる反射光を受光して得られる受光情報に基づいて、充填物Ｘとしてのコンクリートの充填状況を検知するものであり、受光部１０４ａと、記録部１０４ｂと、情報処理部１０４ｃとを備えて構成される。
前記受光部１０４ａは、第２光ファイバイー１０３によって導かれる反射光を受光して、その受光情報を得るものであり、取得した受光情報に対応する信号を連続的に発生させて、記録部１０４ｂに出力可能に構成されるセンサユニットである。
前記記憶部１０４ｂは、受光部１０４ａから連続的に出力される信号情報を記憶するものであり、例えば、一般的なデータロガーを用いて構成される。
前記情報処理部１０４ｃは、記憶部１０４ｂに記憶された受光情報に対応する信号情報に基づいて、充填物Ｘの充填状況に関するデータを演算するものであり、例えば、一般的なパーソナルコンピュータを用いて構成される。
【００２４】
本実施形態において、前記受光情報は、第２光ファイバー１０３からの反射光の強度であり、前記充填状況として、反射光の強度変化に基づいて検知対象領域Ｓ（Ｓ１）へ充填される充填物Ｘの充填高さを検知する。具体的には、充填高さとして、覆工空間Ｓ１へ打設されるコンクリートの打設高さを検知する。
より具体的には、例えば、受光部１０４ａにより反射光の受光強度に対応する信号を記憶部１０４ｂに出力し、情報処理部１０４ｃにより記憶部１０４ｂに記憶された受光強度に対応する信号情報に基づいて、コンクリートの打設高さを演算する。このようにして、充填状況として打設高さ（充填高さ）を検知する。この打設高さのデータは、例えば、パーソナルコンピュータからなる情報処理部１０４ｃのディスプレイ部に表示される。
なお、充填高さの検知動作の詳細については、後に説明する。
【００２５】
図５は、図１に示すＣ−Ｃ矢視断面図である。この図５において、後述するガントリー車７は図の簡略化のため省略している。図６は、図１に示すＤ矢視方向から見た型枠３の平面図である。
前記型枠３は、「覆工セントル」とも呼ばれ、図５及び図６に示すように、トンネル軸（図中一点鎖線で示す）方向に所定幅（例えば１．５ｍ）を有する型枠部材をトンネル軸方向に複数（例えば７個）連結し、１スパン（例えば１０．５ｍ）として構成される。尚、各型枠部材は、図１に示すように周方向に適宜分割されており、組み合わせて使用される。図６では、図の簡略化のため、型枠３の周方向の分割境界については、図示省略している。
【００２６】
図５及び６に示すように、トンネル軸方向に例えば７個の型枠部材３Ａ〜３Ｇにより１スパンの型枠３が構成され、内周面１と１スパンの型枠３（３Ａ〜３Ｇ）との間に覆工コンクリート打設用の覆工空間Ｓ１が形成される。そして、この覆工空間Ｓ１は、図１及び図６に示すように、左右のトンネル側壁部（トンネル側壁部の覆工空間）Ｓ１ａ、Ｓ１ａと、これに続く左右のアーチ形状部（アーチ形状部の覆工空間）Ｓ１ｂ、Ｓ１ｂと、中央のトンネル冠部（トンネル冠部の覆工空間）Ｓ１ｃと、に大別することができる。覆工空間Ｓ１のうち、左右のトンネル側壁部Ｓ１ａ、Ｓ１ａ及びアーチ形状部Ｓ１ｂ、Ｓ１ｂへのコンクリートの打設は、ガントリー車７に装備されているコンクリートの打設管８を、左右の型枠３のトンネル軸方向中央で適宜高さにそれぞれ設けられた検査窓（図示せず）から覆工空間Ｓ１（Ｓ１ａ、Ｓ１ｂ）に挿入して、コンクリートを圧送することにより行われる。その後、トンネル冠部の覆工空間Ｓ１ｃに対応する型枠３の天端部３ａの適宜位置に適宜個数（図６では１１個）形成された打設孔３ｂ（図６参照）にコンクリートの打設管８（図１及び図６参照）を適宜接続してコンクリートを圧送し、トンネル冠部Ｓ１ｃへのコンクリート打設が行われる。また、後述するように、光ファイバー対１１０の一端部側１０２ａ，１０３ａを検知対象領域Ｓ（Ｓ１）に配置するため貫通孔３ｃが、型枠３の天端部３ａのトンネル軸線に沿う適宜位置に適宜個数（図５及び図６では、３個）形成されている。打設するコンクリートとしては、流動性の高い例えば中流動コンクリートを用いてもよい。これにより、覆工空間Ｓ１内へのコンクリートの充填性を向上させることができると共に、覆工コンクリートの表面の仕上がりを向上させることができる。なお、上記検査窓、打設孔３ｂ及び貫通孔３ｃの位置及び個数は、適宜決めることができる。
また、図５に示すように、覆工空間Ｓ１のトンネル軸方向の坑口側端部（ラップ側）は、先行の覆工コンクリート９により塞がれている。他方、覆工空間Ｓ１（Ｓ１ａ，Ｓ１ｂ，Ｓ１ｃ）のトンネル軸方向の切羽側端部（妻側）は、閉塞用の妻型枠１０により塞がれている。
【００２７】
前記ガントリー車７は、トンネル軸方向に走行可能な門型の移動台車であり、トンネル軸方向に所定の長さを有し、図１に示すように、その前後端の脚部７１の下端には、レール５上を移動する自走装置７２が設けられている。また、ガントリー車７には、ジャッキ７３〜７６が取付けられている。周方向に分割された各型枠部材３Ａ〜３Ｇは、これら各ジャッキ７３〜７６を介して、ガントリー車７に連結固定されている。
【００２８】
ここで、覆工空間Ｓ１へのコンクリートの打設は、トンネル側壁部の覆工空間Ｓ１ａ、Ｓ１ａ、アーチ形状部の覆工空間Ｓ１ｂ、Ｓ１ｂ、トンネル冠部の覆工空間Ｓ１ｃの順に行われる。このうち、Ｓ１ａ、Ｓ１ａ〜Ｓ１ｂ、Ｓ１ｂへの打設は、点検窓等により適宜その充填状況を目視等により確認することができる。しかし、型枠３の天端部３ａには点検窓等の大きな開口を形成することができないため、トンネル冠部の覆工空間Ｓ１ｃにおける充填状況は、一般的に、打設管８が接続されている打設孔３ｂに隣接する打設孔３ｂからコンクリートが漏れ出してくることを確認することにより行われている。そのため、このトンネル冠部の覆工空間Ｓ１ｃにおける充填物の充填状況を適切に把握することが困難である。
【００２９】
次に、光ファイバー対１１０（１０２，１０３）の検知対象領域Ｓ内への配置位置及び配置方法について詳述する。
具体的には、光ファイバー対１１０の一端部側１０２ａ，１０３ａは、型枠３の天端部３ａを貫通して、検知対象領域Ｓ内にて地盤上下方向に延設されるように配置される。
より具体的には、光ファイバー対１１０の一端部側１０２ａ，１０３ａは、例えば、ビニールテープ等により棒鋼６に沿わせて、棒鋼６と伴に結束されている。詳しくは、図２に示すように、棒鋼６の先端６ａが光出射端１０２ｅ及び光入射端１０３ｅよりわずかに突出するように、結束されている。このように結束された光ファイバー対１１０及び棒鋼６が、型枠３の天端部３ａ等に形成される貫通孔３ｃを介して検知対象領域Ｓ内に配置される。この際、棒鋼６の先端６ａが吹き付けコンクリート２に突き当たるまで、光ファイバー対１１０及び棒鋼６が挿入される。また、棒鋼６及び光ファイバー対１１０と貫通孔３ｃの内周面との間には密閉部材３ｄ（図２及び図５参照）が設けられる。
【００３０】
ここで、前述した情報処理部１０４ｃには、例えば、棒鋼６を吹き付けコンクリート２に突き当てた時の、各開口部１０２ｆのトンネル底面４からの高さのデータと、受光強度のデータとが予め関連付けられたデータテーブルが予め記憶されている。情報処理部１０４ｃは、記憶部１０４ｂに記憶された受光強度の情報を読み出して得た受光強度のデータが予め定める閾値未満の場合は、コンクリートの打設高さは型枠３の天端部３ａの高さ未満であるという検知結果を得る。この閾値は、例えば、第１光ファイバー１０２の光出射端１０２ｅ及び開口部１０２ｆが全て開口している時に、受光部１０４ａで得られる受光強度を考慮して予め設定される。そして、情報処理部１０４ｃは、記憶部１０４ｂからの受光強度のデータが閾値以上である場合は、そのデータに一番近い受光強度のデータを、データテーブルの中から選択し、コンクリートの打設高さの検知結果（演算結果）を得る。
【００３１】
次に、本実施形態に係る充填状況検知装置１００の充填高さの検知動作を、図２及び図７〜図１０を参照して説明する。以下では、覆工空間Ｓ１のうち左右のトンネル側壁部の覆工空間Ｓ１ａ、Ｓ１ａと、これに続く左右のアーチ形状部の覆工空間Ｓ１ｂ、Ｓ１ｂには、既にコンクリートが充填されており、これに続いて、図７に示すように、坑口側のトンネル冠部の覆工空間Ｓ１ｃの一部にコンクリートが打設され始めているものとして説明する。
図８〜図１０は、充填高さの検知動作を説明するための概念図であり、コンクリートの打ち上がり高さが徐々に高くなっている状況を示している。なお、図８〜図１０においては、棒鋼６は図の明瞭化のため図示を省略した。
【００３２】
まず、図２及び図７に示すように、コンクリートが光ファイバー対１１０の周辺に到達しておらず、光ファイバー対１１０の周りが空洞である場合、光源部１０１から第１光ファーバー１０２を介して導かれる光の一部は、各開口部１０２ｆを介して外方に漏れる。このとき、光出射端１０２ｅからの出射光の光量は、光源部１０１から出射された光の光量より減少する。そして、第１光ファイバー１０２の光出射端１０２ｅから出射された光は、吹き付けコンクリート２で反射する等して、第２光ファイバー１０３の光入射端１０３ｅからコア１０３ｃを介して伝播し、受光部１０４で受光される。受光部１０４ａは、反射光を受光し、その受光強度に対応する信号を発生させ、記録部１０４ｂに出力する。記憶部１０４ｂは、受光部１０４ａからの受光強度のデータを記憶する。そして、情報処理部１０４ｃは、記憶部１０４ｂに記憶された受光強度のデータを読み出し、その受光強度が閾値未満であると判定し、コンクリートの打設高さは型枠３の天端部３ａの高さ未満であるという検知結果を得る。この充填高さの検知結果は、情報処理部１０４のディスプレイ部に表示される。
【００３３】
そして、図８及び図９に示すように、第１光ファイバー１０２の周りに、コンクリートが充填され、充填物Ｘの打ち上がり高さが高くなって、下の開口部１０２ｆから順に遮蔽されるにつれ、光出射端１０２ｅからの出射光の光量は段階的に増加する。このとき、受光部１０４ａで得られる受光強度は、開口部１０２ｆが遮蔽される毎に、段階的に増加する。そして、情報処理部１０４は、記憶部１０４ｂからの受光強度のデータが閾値以上であると判定し、そのデータに一番近い受光強度のデータを、データテーブルの中から都度選択し、コンクリートの打設高さの検知結果（演算結果）を得る。この充填高さの検知結果は、情報処理部１０４のディスプレイ部に連続的に表示される。これにより、作業者等は、コンクリートの打設高さをリアルタイムにモニタリングすることができる。
作業者等は、情報処理部１０４のディスプレイ部に表示される充填高さの検知結果を確認して、コンクリートの充填状況が良好であることを確認する。この充填状況確認後、光ファイバー対１１０を棒鋼６と伴に、型枠３の内周面の位置で切断し、光ファイバー対１１０の一端部側１０２ａ，１０３ａだけ覆工コンクリート（冠部の覆工空間Ｓ１ｃ）内に残置させる。光ファイバー対１１０の残りの部分は、別の貫通孔３ｃからのコンクリートの打設高さの検知等に再利用される。なお、コンクリートの打設は、一箇所の打設孔３ｂからだけでなく、同時に、複数の打設孔３ｂから行ってもよい。
【００３４】
かかる本実施形態による充填状況検知装置１００によれば、掘削された地盤の内周面１とこの内周面１に相対させた型枠３との間の覆工空間Ｓ１を検知対象領域Ｓとし、一端部側１０２ａ，１０３ａが検知対象領域Ｓ内に延設される第１光ファイバー１０２によって、光源部１０１からの光を検知対象領域Ｓに導き、一端部側１０２ａ，１０３ａが検知対象領域Ｓ内に延設される第２光ファイバー１０３によって、検知対象領域Ｓからの反射光を型枠３の径方向内方へ導き、第２光ファイバー１０３からの反射光の受光情報に基づいて、充填物Ｘの充填状況を検知可能に構成される。
したがって、セメント系の充填物Ｘの充填が完了し、充填物Ｘが固化しても、単に、第１光ファイバー１０２及び第２光ファイバー１０３のうち検知対象領域Ｓ内に配置させた一端部側１０２ａ，１０３ａが検知対象領域Ｓ内に残置されるだけである。このため、各光ファイバー１０２，１０３を残置部分の境界位置（例えば、型枠３の内周面）で切断すれば、各光ファイバー１０２，１０３の残置部分以外の残りの部分については、別の検知対象領域用等に再利用することができる。その結果、圧力センサや振動検知式のセンサを検知対象領域内に残置させ、その再利用ができなかった従来技術と比較して、検知対象領域に残置させる部分の費用を抑制することができる。
また、第１ファイバー１０２により検知対象領域Ｓ内に光を導き、その反射光を第２光ファイバー１０３によりトンネル構造体１１の径方向内方に導いて得られる受光情報に基づいて充填状況を検知する構成、つまり、単に、光を用いて充填状況を検知する構成であるため、検知対象領域Ｓには電気的な信号配線の敷設をする必要はない。このため、設置作業を簡素化することができる。
このようにして、検知対象領域に残置させる部分の費用を抑制しつつ、セメント系の充填物の充填状況を検知可能であると共に、容易に設置することができる充填状況検知装置を提供することができる。
【００３５】
本実施形態において、第１光ファイバー１０２の一端部側１０２ａにて、延伸方向に間隔を空けた複数個所で、径方向外方からクラッド１０２ｄを貫通してコア１０２ｃに至る開口部１０２ｆを形成する構成とし、受光強度が段階的に変化することを利用して充填物Ｘとしてのコンクリートの打設高さを検知する構成とした。このため、センサとして光ファイバーを一対のみ必要とするだけであり、打設高さを検知するために圧力センサを複数必要とした従来の構成と比較して、簡易かつ安価な構成で打設高さを検知することができる。また、開口部１０２ｆの形成間隔を緻密にすることで、圧力センサと比較して、打設高さの検知間隔（高さピッチ）を向上させることができる。なお、本実施形態においては、開口部を第１光ファイバー１０２に設けるものとして説明したが、これに限らず、第２光ファイバー１０３に設けてもよい。
【００３６】
また、本実施形態において、検知対象領域Ｓは覆工空間Ｓ１であり、充填物Ｘはコンクリートであり、受光情報は、第２光ファイバー１０３からの反射光の強度であり、充填状況として、反射光の強度変化に基づいて覆工空間Ｓ１へ充填されるコンクリートの打設高さを検知する構成とした。これにより、トンネル新設時におけるコンクリート打設高さを容易に、且つ、精度よく把握することができ、施工管理の効率向上を図ることができる。
【００３７】
そして、本実施形態において、第１光ファイバー１０２及び第２光ファイバー１０３の一端部側１０２ａ，１０３ａは、型枠３の天端部３ａを貫通して、検知対象領域Ｓ内に配置される構成とした。これにより、従来、充填状況を適切に把握することが困難であったトンネル冠部の覆工空間Ｓ１ｃにおけるコンクリートの充填状況を適切に把握することができる。
【００３８】
そして、本実施形態において、第１光ファイバー１０２及び第２光ファイバー１０３は、互いに隣接して一体形成され、光ファイバー対１１０を構成する場合で説明した。これにより、単に、光ファイバー対１１０を棒鋼６に結束させるだけで、各光ファイバー１０２，１０３を検知対象領域Ｓ内に容易に配置することができる。
また、棒鋼６の先端６ａを光ファイバー対１１０の光出射端１０２ｅ及び光入射端１０３ｅよりわずかに突出させて結束させる構成とした。これにより、光ファイバー対１１０の光出射端１０２ｅ及び光入射端１０３ｅと吹き付けコンクリート２との間にはわずかな隙間を確保して、光を出射すると共に反射光を入射することができ、且つ、光出射端１０２ｅ及び光入射端１０３ｅを、検知対象領域Ｓの中で可能な限り上方に配置させることができる。したがって、トンネル冠部の覆工空間Ｓ１ｃの充填状況をより精度よく把握することができ、より適切にコンクリートを充填することができる。
【００３９】
また、本実施形態においては、トンネルの新設時の施工管理に適用する場合について説明したが、これに限らず、以下の第２実施形態に詳述するように、トンネルの補修時の施工管理に適用してもよい。
【００４０】
図１１は、本発明の第２実施形態による充填状況検知装置１００の概略構成を示す図である。なお、図１１は、覆工コンクリート等からなるトンネル構造体１１の横断面図、つまり、既設のトンネルの横断面図でもある。第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。また、充填高さの検知動作についても第１実施形態と同じであるため説明を省略する。
【００４１】
図１１に示すように、既設のトンネルのトンネル構造体１１と地山との間に、地山の変動や地下水の流れ等により、空洞Ｓ４が生じている場合がある。つまり、トンネル構造体１１の径方向外方のトンネル外方領域Ｓ２に空洞Ｓ４がトンネル構造体１１の天端部１１ａを覆うように広がって生じている場合がある。なお、図１１では、空洞Ｓ４の広がりを明瞭にするため、空洞Ｓ４の大きさは、誇張して示されている。
【００４２】
本実施形態において、充填状況検知装置１００は、既設のトンネル構造体１１の径方向外方のトンネル外方領域Ｓ２を検知対象領域Ｓとし、検知対象領域Ｓに充填されるセメント系の充填物Ｘの充填状況を検知するように構成されている。
具体的には、検知対象領域Ｓはトンネル外方領域Ｓ２に生じた空洞Ｓ４であり、充填物Ｘはグラウト材であり、充填状況として、トンネル外方領域Ｓ２の空洞Ｓ４内へ注入されるグラウト材の注入高さを検知可能に構成されている。グラウト材は、例えば、モルタルやセメントミルク等である。
【００４３】
図１２に示すように、トンネル構造体１１の天端部１１ａの周方向及びトンネル軸線方向にそれぞれ離間する適宜位置に適宜個数形成された注入孔１１ｂにグラウト材の注入管８’を適宜接続してグラウト材を圧送し、空洞Ｓ４へのグラウト材の注入が行われる。また、光ファイバー対１１０の一端部側１０２ａ，１０３ａを検知対象領域Ｓ（Ｓ４）に配置するため貫通孔１１ｃが、天端部１１ａのトンネル軸線に沿う適宜位置に適宜個数形成されている。
【００４４】
第２光ファイバー１０３は、検知対象領域Ｓからの反射光をトンネル構造体１１の径方向内方へ導くように構成される。
【００４５】
また、光ファイバー対１１０（１０２，１０３）の一端部側１０２ａ，１０３ａは、トンネル構造体１１の天端部１１ａを貫通して、検知対象領域Ｓ内にて地盤上下方向に延設されるように配置される。
より具体的には、光ファイバー対１１０の一端部側１０２ａ，１０３ａは、棒鋼６と伴に結束され、トンネル構造体１１の天端部１１ａに形成される貫通孔１１ｃを介して検知対象領域Ｓ（Ｓ４）内に配置される。この際、棒鋼６の先端６ａが地山に突き当たるまで、光ファイバー対１１０及び棒鋼６が挿入される。また、光ファイバー対１１０及び棒鋼６と貫通孔１１ｃの内周面との間には密閉部材（図示省略）が設けられる。
【００４６】
かかる本実施形態による充填状況検知装置１００によれば、トンネル補修時において、検知対象領域Ｓに残置させる部分の費用を抑制しつつ、セメント系の充填物の充填状況を検知可能な充填状況検知装置を提供することができる。また、既設のトンネル構造体１１の径方向外方のトンネル外方領域Ｓ２に、空洞Ｓ４が生じている可能性があり補修が必要な場合に、グラウトの注入高さを、容易に、且つ、精度よく把握することができ、補修施工の管理の効率向上を図ることができる。
また、光ファイバー対１１０の一端部側１０２ａ，１０３ａを、トンネル構造体１１の天端部１１ａを貫通して、検知対象領域Ｓ内に配置される構成とした。これにより、従来、充填状況を適切に把握することが困難であったトンネル構造体１１の天端部１１ａ上方の空洞Ｓ４部分におけるグラウト材の充填状況を適切に把握することができる。
【００４７】
ここで、図１１では、光ファイバー対１１０（１０２，１０３）は、一対のみ設ける場合で説明したが、複数対備え、図１３に示すように、検知対象領域Ｓ内の互いに離間した複数の箇所に、光ファイバー対１１０の一端部１０２ａ，１０３ａを配置させて、この配置箇所毎に充填状況を検知する構成としてもよい。この場合、光ファイバー対１１０は、例えば、図１３に示すように、注入管８’が接続されている注入孔１１ｂ以外の注入孔１１ｂやトンネル軸方向に離間して形成された残りの貫通孔１１ｃを用いて、その注入孔１１ｂ及び残りの貫通孔１１ｃ毎に配置する。これにより、天端部１１ａの上方の空洞Ｓ４の全域に亘る各ポイントにおいて、充填高さを同時に検知することができる。
なお、第１実施形態においても、図１３と同様に、検知対象領域Ｓ内の互いに離間した複数の箇所に、光ファイバー対１１０の一端部１０２ａ，１０３ａを配置させてもよい。この場合、光ファイバー対１１０は、打設管８が接続されている打設孔３ｂ以外の打設孔３ｂや残りの貫通孔３ｃを用いて、その打設孔３ｂ及び残りの貫通孔３ｃ毎に配置する。
なお、上記第１実施形態及び第２実施形態において、第１光ファイバー１０２及び第２光ファイバー１０３は、それぞれ、一端部側１０２ａ，１０３ａが検知対象領域Ｓ内にて地盤上下方向に、直線的に延設される場合で説明したが、これに限らない。例えば、図１４に模式的に示すように、第１光ファイバー１０２及び第２光ファイバー１０３は、各一端部側１０２ａ，１０３ａで、地盤上下方向の一方側から他方側に向って屈曲する屈曲部１１０ａを複数有して、地盤上下方向に延設されてもよい。言い換えると、第１光ファイバー１０２及び第２光ファイバー１０３は、各一端部側１０２ａ，１０３ａの複数個所で、Ｓ字クランク状に屈曲させつつ全体として地盤上下方向に延設（敷設）される。この場合、各開口部１０２ｆは、この屈曲部１１０ａ（詳しくは、屈曲部１１０ａのうち地盤上方に凸、又は、地盤下方に凸のいずれか一方、図１４では地盤上方に凸の屈曲部１１０ａ）にそれぞれ形成する。これにより、第１光ファイバー１０２からの光の漏れ量を多くすることができるため、コンクリートの立ち上がりに伴う受光強度の段階的な変化をより強調することができる。この変形例においても、開口部を第１光ファイバー１０２ではなく、第２光ファイバー１０３の屈曲部１１０ａ部分にそれぞれ設けてもよい。なお、図１４では、棒鋼６は図の簡略化のため図示を省略した。屈曲部１１０ａを設けて延設する場合についても、例えば、棒鋼６等に沿わせて延設する。
【００４８】
また、上記第２実施形態においては、既設のトンネル構造体１１の径方向外方のトンネル外方領域Ｓ２内に空洞Ｓ４がトンネル構造体１１の天端部１１ａを覆うように広がって生じている場合で説明した。しかし、例えば、図１５に示すように、トンネル新設時には、トンネル構造体１１の外方領域Ｓ２に空洞がない場合であっても。地山の変動や地下水の流れ等によって、例えば、図１６に示すように、土砂Ｇ等の間に空隙Ｓ５が生じる場合がある。なお、図１５、後述する図１６、図１８及図１９では、土砂Ｇ等や空隙Ｓ５を明瞭にするため、それぞれの大きさは誇張して示されている。
以下に、既設のトンネル構造体１１の外方領域Ｓ２の地盤内に空隙Ｓ５が生じている場合の実施形態について説明する。
【００４９】
図１６は、本発明の第３実施形態による充填状況検知装置１００の要部の概略構成を示す図である。なお、図１６は、トンネル構造体１１の天端部１１ａの部分横断面図である。第１実施形態と同一の要素には同一の符号を付して説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【００５０】
本実施形態において、検知対象領域Ｓはトンネル外方領域Ｓ２であり、充填物Ｘはセメントミルクやモルタル等のグラウト材であり、充填状況として、反射光の強度変化に基づいてトンネル外方領域Ｓ内におけるグラウト材の置換状態を検知可能に構成されている。グラウト材を注入する注入管は、本実施形態においては図示を省略した。注入管は、第２実施形態と同様にして、適宜位置に配置すればよい。
【００５１】
また、本実施形態において、第１光ファイバー１０２のクラッド１０２ｄには、図１７に示すように、開口部１０２ｆは形成されていない。第１光ファイバー１０２の他端部１０２ｂ（図２参照）から入射された光は、光量が減じられることなく光出射端１０２ｅから出射される。
【００５２】
光ファイバー対１１０は、第２実施形態と同じ方法でトンネル構造体１１の天端部１１ａに形成される貫通孔１１ｃを介して、トンネル外方領域Ｓ２内に配置される。光ファイバー対１１０は、図１６に示すように、棒鋼６と伴に土砂Ｇ等に突き当たるまで挿入される。
例えば、図１６のように、光ファイバー対１１０の周りが空隙Ｓ５である場合に、第１光ファイバー１０２の光出射端１０２ｅから光が出射されると、その光は、空隙（つまり、空気）Ｓ５内を伝播し、土砂Ｇ等で反射して、再び空隙Ｓ５を伝播して、第２光ファイバー１０３の光入射端１０３ｅに入射し、受光部１０４ａで受光される。
一方、図１８に、斜線で示すように、光ファイバー対１１０の周りに、グラウト材（Ｘ）が充填され、第１光ファイバー１０２の光出射端１０２ｅと土砂Ｇ等との間の空隙Ｓ５がグラウト材に置換されると、グラウト材の光透過性に応じて、受光部１０４ａにおける受光強度が減少又は略ゼロとなる。グラウト材は、例えば、モルタルやセメントミルクであり、トンネル外方領域Ｇ２への注入時に、セメント濃度の濃い部分と薄い部分とが混在する場合がある。そのため、濃度の薄いグラウト材の部分が光ファイバー対１１０の周りに充填されている場合は、光の一部はそのグラウト材を透過し、受光部１０４ａでその反射光を受光することができる。
【００５３】
本実施形態において、情報処理部１０４ｃには、例えば、棒鋼６を障害物（例えば、礫等）に突き当てたときに、受光部１０４ａで受光する光の受光強度のデータが、光出射端１０２ｅと障害物との間に、例えば、空気（空隙）、水、セメントミルク、モルタルを介在させた場合についてそれぞれ関連付けて記憶されている。具体的には、受光強度のデータと介在物の種別とを関連付けたデータテーブルが記憶されている。土砂（土粒子）Ｇの間隙に存在する物質としては、水の場合の受光強度が一番高く、空気、濃度の低いセメントミルク（モルタル）、濃度の高いセメントミルク（モルタル）の順で受光強度のデータは低くなる。セメントミルクのセメント分量とモルタルのセメント分量が同じであれば、それぞれの場合の受光強度は略同じである。
【００５４】
次に、本実施形態に係る充填状況検知装置１００のグラウト材の置換状態の検知動作を、図１６及び図１８を参照して簡単に説明する。なお、図示省略した注入孔からグラウト材としてモルタル（Ｘ）がトンネル外方領域Ｓ２内に注入され始めたものとして、以下説明する。
まず、図１６に示すように、モルタル（Ｘ）が光ファイバー対１１０の周辺に到達しておらず、光ファイバー対１１０の周りが空隙Ｓ５である場合、第１光ファイバー１０２の光出射端１０２ｅから出射された光は、土砂（土粒子）Ｇ等で反射し、第２光ファイバー１０３の光入射端１０３ｅを介して伝播し、受光部１０４で受光される。受光部１０４ａは、反射光を受光し、その受光強度に対応する信号を発生させ、記録部１０４ｂに出力する。記憶部１０４ｂは、受光部１０４ａからの受光強度のデータを記憶する。そして、情報処理部１０４ｃは、記憶部１０４ｂに記憶された受光強度のデータを読み出し、その受光強度のデータに一番近い受光強度のデータを、データテーブルの中から選択し、この検知ポイントにおける空隙Ｓ５は空気のままであると判定し、空隙Ｓ５は空隙のままであるという置換状態の検知結果を得る。この置換状態の検知結果は、情報処理部１０４のディスプレイ部に連続的に表示される。これにより、作業者等は、置換状態をリアルタイムにモニタリングすることができる。
【００５５】
そして、図１８に示すように、第１光ファイバー１０２の周りに、斜線で示すようにモルタル（Ｘ）が到達すると、受光強度は減少又はゼロとなる。そして、情報処理部１０４は、記憶部１０４ｂからの受光強度のデータに一番近い受光強度のデータを、データテーブルの中から選択し、この検知ポイントにおける空隙Ｓ５はモルタルに置換されているという置換状態の検知結果を得る。この置換状態の検知結果は、情報処理部１０４のディスプレイ部に連続的に表示される。
【００５６】
かかる本実施形態による充填状況検知装置１００によれば、既設のトンネル構造体１１の径方向外方のトンネル外方領域Ｓ２に、空隙Ｓ５が生じている可能性があり、グラウト材により置換して地盤改良（補修）が必要な場合に、その置換状態を、容易に把握することができ、補修施工の管理の効率向上を図ることができる。
【００５７】
なお、図１８においては、置換状態の検知箇所は一箇所であるものとして説明したが、これに限らず、図１９に示すように複数個所で同時に検知してもよい。例えば、図１９に示すように、トンネル外方領域Ｓ２の一部の領域では空隙Ｓ５が残っており、また、一部の領域（図中、網掛けされた領域）では空隙Ｓ５は水Ｗに置換されており、一部の領域（図中、斜線で示された領域）では空隙Ｓ５がグラウト材（Ｘ）に置換されているような場合、情報処理部１０４ｃは、図中左側の検知ポイントでは空隙Ｓ５は空隙のままであり、図中中央の検知ポイントでは空隙Ｓ５は水（地下水）に置換されおり、図中右側の検知ポイントでは空隙Ｓ５はグラウト材に置換されているという置換状態の検知結果を得る。これにより、空洞Ｓ５の置換状態をより詳細に把握することができる。
【００５８】
以上、本発明の好ましい実施形態についてそれぞれ説明したが、本発明は上記各実施形態に制限されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形及び変更が可能である。
【００５９】
例えば、上記各実施形態では、第１光ファイバー１０２の光出射端１０２ｅと、第２光ファイバー１０３の光入射端１０３ｅは、地盤上方に向けて配置（上向き配置Ｂ）されるものとして説明したが、これに限らず、地盤下方に向けて配置（下向き配置Ａ）されてもよい。
図２０は、各光ファーバー１０２，１０３の一端部側１０２ａ，１０３ａを全体として地盤上下方向に延設しつつ、その光出射端１０２ｅ及び光入射端１０３ｅを地盤下方に向けて配置（下向き配置Ａ）した状態を示すと共に、各光ファイバーの一端部側１０２ａ，１０３ａの周囲に水が存在し、その水面と光出射端１０２ｅ及び光入射端１０３ｅの面とが一致した状態を示した模式図である。また、図２１は、各光ファーバーの光出射端１０２ｅ及び光入射端１０３ｅを地盤上方に向けて配置（上向き配置Ｂ）した状態を示すと共に、水面と光出射端１０２ｅ及び光入射端１０３ｅの面とが一致した状態を示した模式図である。図２２は、下向き配置Ａ及び上向き配置Ｂのそれぞれの場合の、受光強度の変化の様子を示した模式図である。横軸は水位を示し、縦軸は受光強度を示す。
図２０に示すように、下向き配置Ａの光出射端１０２ｅ及び光入射端１０３ｅは、水位がｈｂ２及びｈｂ１（図中一点鎖線）の時、水面との間に空隙を有して水面と対向し、水位がｈ０（図中実線）の時、水面と一致し、水位がｈｕ２及びｈｕ１（図中二点鎖線）のとき、水中内に位置する。また、図２１に示すように、上向き配置Ｂの光出射端１０２ｅ及び光入射端１０３ｅは、水位がｈｂ２及びｈｂ１の時、水面より上方で上に向いて位置し、水位がｈ０のとき、水面と一致し、水位がｈｕ２及びｈｕ１の時、水中内で上方に向いて位置する。
【００６０】
図２２から分かるように、下向き配置Ａの場合、水位がｈｂ２から上昇するにつれ、光出射端１０２ｅ及び光入射端１０３ｅの面と水面との離間距離が小さくなるため、受光強度は高くなる。そして、受光強度は、水面と一致するｈ０より若干下方のｈｂ１の水位から急激に高くなり、さらに水位が上昇するにつれ急激に減少し、水位がｈ０になったところで安定し、その後、水位がｈｕ１、ｈｕ２と上昇しても、略変化しない。
一方、上向き配置Ｂの場合、受光強度は、水位がｈｂ２からｈ０に向かって上昇しても、略変化せず、水位がｈ０より上昇するにつれ徐々に高くなり、ｈ０より若干上方のｈｕ１の水位で最大となる。そして、受光強度は、さらに水位が上昇するにつれ徐々に減少し、その後、水位がｈｕ２より上昇しても略変化しない。
このように、下向き配置Ａの場合、水面の接近に伴う受光強度の上昇度合いは、上向き配置Ｂの場合より大きい。また、下向き配置Ａの場合、水面の接近を、上向き配置Ｂの場合より早いタイミングで検知することができる。そして、各光ファイバーの一端部側１０２ａ，１０３ａの周囲にコンクリート等の充填物Ｘが充填されて打ち上がっていく過程においても、図２２に示す特性を示す。したがって、光出射端１０２ｅ及び光入射端１０３ｅを下向きに配置する構成とすることにより、充填物（水面）の接近をより確実かつ迅速に判断でき、充填状況をより精度よく検知することができる。
【００６１】
また、上記各実施形態及び図２０で示した変形例では、第１光ファイバー１０２の光出射端１０２ｅと、第２光ファイバー１０３の光入射端１０３ｅを、伴に同一の方向に向けて配置（同一方向配置）するものとしたが、これに限らず、互いに離間して対向配置してもよい。この対向配置の場合、充填状況に応じて、光出射端１０２ｅと光入射端１０３ｅとの間に充填物Ｘや空気や水が位置することになる。このため、受光強度は、これら充填物Ｘ、空気及び水の光透過度等に大きく依存して変化することとなり、その振れ幅が同一方向配置の場合と比べて高くなる。したがって、光出射端１０２ｅと光入射端１０３ｅとを対向配置する構成によると、光出射端１０２ｅと光入射端１０３ｅとの間に、濃度の低いセメントミルク（モルタル）が存在する場合と、濃度の高いセメントミルク（モルタル）が存在する場合と、水や空気が存在する場合とを、それぞれ、明確に区別可能な振れ幅で、受光強度が変化する。つまり、対向配置とすることに、充填物Ｘの濃度の高低の判別や、充填物Ｘと水及び空気との区別をより確実に判別して充填状況を確認することができる。
【００６２】
また、上記各実施形態では、第１光ファイバー１０２及び第２光ファイバー１０３は、一体形成されるものとして説明したが、これに限らず、別体であってもよい。また、各光ファイバー１０２，１０３の一端部側１０２ａ，１０３ａを、型枠３の天端部３ａやトンネル構造体１１の天端部１１ａを貫通させて、各天端部に対応する検知対象領域Ｓに配置させるものとして説明したが、検知対象領域Ｓへの挿入箇所はこれに限らず、適宜決めることができる。
【００６３】
さらに、上記各実施形態では、各光ファイバー１０２，１０３の一端部側１０２ａ，１０３ａを、検知対象領域Ｓ内で、地盤上下方向に延設させる場合で説明したが、延設方向はこれに限らず、例えば、トンネル周方向に延設させてもよいし、トンネル軸方向に延設させてもよい。これらの場合、各光ファイバー１０２，１０３の一端部側１０２ａ，１０３ａは、トンネル新設時には、型枠３の外周面や吹き付けコンクリート２の内周面や掘削された地盤の内周面１に沿わして延設し、トンネル補修時には、トンネル構造体１１の外周面に沿わして延設する。これらにより、特に、上記第１及び第２実施形態のように、光ファイバーに開口部を複数設ける構成において、充填物のトンネル軸方向の充填状況を少なくとも一対の光ファイバー１０２，１０３のみで検知することができる。
【００６４】
さらにまた、上記各実施形態では、各光ファイバー１０２，１０３の一端部側１０２ａ，１０３ａは、棒鋼６に支持されて検知対象領域Ｓ内に配置されるものとして説明したが、これに限らず、例えば、合成樹脂製や鋼製の配管内に沿わして検知対象領域Ｓ内に配置するようにしてもよい。この場合、上記配管の外周の適宜箇所に貫通孔を設け、配管内に充填物が流入するようにする。また、これらに限らず、各光ファイバー１０２，１０３が例えば自立可能な強度を有している場合、各光ファイバー１０２，１０３を支持する棒鋼６や配管等の他の部材は必要ない。
【００６５】
そして、上記各実施形態では、第１導光部材１０２及び第２導光部材１０３は、それぞれ光ファイバーからなるものとして、それぞれを第１光ファイバー１０２及び第２光ファイバー１０３としたが、これに限らない。第１導光部材１０２及び第２導光部材１０３は、光を導くことができる部材であればよく、例えば、合成樹脂製や鋼管等の筒状の部材を用いることができる。
【００６６】
また、第１実施形態においては、充填状況検知装置１００は、山岳トンネルの新設時における覆工空間Ｓへのコンクリートの充填状況を検知する場合について説明したが、これに限らず、シールド掘進機により地山を掘削し、その掘進と併行してに、シールド掘進機のテール部で一次覆工となる場所打ちコンクリートを打設して地山を保持しながらトンネルを構築するＳＥＮＳ工法において、上記一次覆工の場所打ちコンクリートの充填状況の検知に適用してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１・・・・・・・・・・・内周面
３・・・・・・・・・・・型枠
３ａ・・・・・・・・・・天端部
１１・・・・・・・・・・トンネル構造体（覆工コンクリート）
１１ａ・・・・・・・・・天端部
１００・・・・・・・・・充填状況検知測定装置
１０１・・・・・・・・・光源部
１０２・・・・・・・・・第１導光部材（第１光ファイバー）
１０２ａ・・・・・・・・一端部側
１０２ｃ・・・・・・・・コア
１０２ｄ・・・・・・・・クラッド
１０２ｅ・・・・・・・・光の出射端（光出射端）
１０２ｆ・・・・・・・・開口部
１０３・・・・・・・・・第２導光部材（第２光ファイバー）
１０３ａ・・・・・・・・一端部側
１０３ｃ・・・・・・・・コア
１０３ｄ・・・・・・・・クラッド
１０３ｅ・・・・・・・・反射光の入射端（光入射端）
１１０・・・・・・・・・導光部材対（光ファイバー対）
１１０ａ・・・・・・・・屈曲部
Ｓ・・・・・・・・・・・検知対象領域
Ｓ１・・・・・・・・・・覆工空間
Ｓ２・・・・・・・・・・トンネル外方領域
Ｓ４・・・・・・・・・・空洞
Ｘ・・・・・・・・・・・充填物（コンクリート、グラウト材）
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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