(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下端部が下方の基礎地盤に根入れされ、両側端部が周辺の基礎地盤に支持される遮水構造物を、該遮水構造物の漏水検知を通して管理する遮水構造物の管理システムであって、
前記遮水構造物を垂直方向に貫通して先端が前記下方の基礎地盤に到達する複数のボーリング孔と、各ボーリング孔内に全長に亘るように挿入される光ファイバー温度計とを備え、
前記光ファイバー温度計の測定データに基づいて、前記遮水構造物及び前記下方の基礎地盤の漏水を検知することにより、前記遮水構造物を管理することを特徴とする遮水構造物の管理システム。
【請求項２】
前記ボーリング孔は、前記遮水構造物の全幅に亘って所定の間隔ごとに複数箇所に設けられるとともに、前記遮水構造物の法尻部の基礎地盤にも設けられ、各ボーリング孔内に全長に亘って光ファイバー温度計が挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の遮水構造物の管理システム。
【請求項３】
前記遮水構造物は、地中に埋設された止水壁を備えた地下ダムであって、
地表から前記止水壁を垂直方向に貫通して先端が前記下方の基礎地盤に到達するように前記ボーリング孔が設けられ、該ボーリング孔内に全長に亘るように前記光ファイバー温度計が挿入されていることを特徴とする請求項１に記載の遮水構造物の管理システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は地下ダムなどの遮水構造物の内部あるいは周辺地盤との境界付近に生じる漏水や越流を検知して、当該遮水構造物の維持管理を行う遮水構造物の管理システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川の治水事業の一環として古来より堤防や堰が築かれ、また近年では主に地下水流を貯留する地下ダムなども形成されることとなり、各所の水流を調節することが盛んに行われてきた。また、海岸部においては消波や港内の静水化等を目的に堤防が、他方、廃棄物処分場においては汚水漏出を抑止する遮水壁が設けられており、それら構造物のいずれもが永年性の遮水構造を備えているべきものであった。
【０００３】
しかしながら、このような要求に完全に応えることは困難であり、一般にはこれらの遮水構造に劣化・損傷が発生した際に、補修処理を施すかあるいは廃棄の上、再形成するといった措置をとることが普通である。従って、このような遮水構造物に対し、漏水や越流の検知機能を適用して構造物の維持管理を行うシステムが必要であった。この管理システムにおける漏水等の検知には、遮水構造物の施工過程において行われるいわゆるチェックボーリングや、施工後に行われる地下水観測孔の設置、並びに流量堰や雨量計の設置などの手法が採用されていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の管理システムにおいては、その漏水検知手法として行われる各種手法に問題を抱えていた。施工過程において行われるチェックボーリングは、元来、継続的に使用して漏水検知を行い続けるという思想が皆無であり、施工された遮水構造の健全性が一旦確認されたらそのまま埋戻されてしまう性格のものであった。従って、漏水等を検知するのも施工時の一度きりになってしまうことが多く、長年運用される遮水構造物の管理システムに適用することは到底かなわない。
【０００５】
また、遮水構造とその周囲の基礎地盤との境界付近における漏水を検知しようとボーリング孔を削孔しようとした場合、遮水構造物遠方から長距離の斜めボーリングを行わなければならず、多大なコストと施工期間とを要し現実的ではなかった。この状況は、遮水構造物において水流が越流するであろう箇所の越流検知を行う場合にも同様の問題を内在している。更には、ボーリング孔内に設置して漏水を検知する計器類が電気部品の耐久性の問題から、せいぜい２、３年しか機能を発揮できず、漏水検知手段そのものにメンテナンスが必要とされてしまっていた。
【０００６】
そこで、本発明はこのような従来の課題に着目してなされたもので、遮水構造の内奥だけでなくその端部や周辺地盤との境界付近についても確実な漏水・越流検知を可能とし、またシステム自体がメンテナンスフリーで維持運営コストも低廉な遮水構造物の管理システムを提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記目的を達成するためになされたもので、下端部が下方の基礎地盤に根入れされ、両側端部が周辺の基礎地盤に支持される遮水構造物を、該遮水構造物の漏水検知を通して管理する遮水構造物の管理システムであって、前記遮水構造物を垂直方向に貫通して先端が前記下方の基礎地盤に到達する複数のボーリング孔と、各ボーリング孔内に全長に亘るように挿入される光ファイバー温度計とを備え、前記光ファイバー温度計の測定データに基づいて、前記遮水構造物及び前記下方の基礎地盤の漏水を検知することにより、前記遮水構造物を管理することを特徴とする。
【０００８】
また、前記ボーリング孔は、前記遮水構造物の全幅に亘って所定の間隔ごとに複数箇所に設けられるとともに、前記遮水構造物の法尻部の基礎地盤にも設けられ、各ボーリング孔内に全長に亘って光ファイバー温度計が挿入されていることを特徴とすることとしてもよい。
さらに、前記遮水構造物は、地中に埋設された止水壁を備えた地下ダムであって、地表から前記止水壁を垂直方向に貫通して先端が前記下方の基礎地盤に到達するように前記ボーリング孔が設けられ、該ボーリング孔内に全長に亘るように前記光ファイバー温度計が挿入されていることを特徴とすることとしてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態につき、添付図面を参照して詳細に説明する。図１（ａ）は本発明の遮水構造物の管理システムにおいて用いられる光ファイバー温度計１０の測定原理を示す説明図であり、（ｂ）はその測定概念図である。
【００１０】
（ａ）図に示すように光ファイバー温度計１０の一端にレーザー光１１をパルス状に入射すると、入射したレーザー光１１は光ファイバー温度計１０の各通過位置１２で散乱光１３を生じる。散乱光１３にはいくつかの種類があるが、入射した場所へ返ってくる「後方散乱光」の内、「Ｓｔｏｋｅｓ光」、「Ａｎｔｉ−Ｓｔｏｋｅｓ光」と呼ばれるものの強度比は絶対温度にのみ依存するので、この強度比を測定することにより、光ファイバー温度計１０周囲の温度が測定可能となる。また、後方散乱光が戻ってくるまでの時間を計測すれば、光の速度は既知であるので、光ファイバー温度計１０上での温度測定位置１４が求められる。以上のような方法により光ファイバー温度計１０上での温度分布を空間的にも時間的にも連続的に求められる。
【００１１】
（ｂ）図には地盤Ｇ内にボーリング孔１５を掘削してその内部に光ファイバー温度計１０を配置し、更に地盤Ｇ内にも直接光ファイバー温度計１０を敷設して温度測定を行う概念を示している。このように光ファイバー温度計１０をボーリング孔１５内に挿入し、定められた平面配置と直線状の配置形状とを確立した定点観測を行う場合と、他方、測定対象内（この場合は地盤Ｇ）に例えば螺旋状などの一定規則のもとに立体的に自由配置して観測を行う場合とが考えられ、両者を組み合わせて温度測定を行うことも勿論考えられる。光ファイバー温度計１０の測定端子は終端部を例えばコンピュータ１６に収斂させて一括測定及び管理を行うことも可能である。また、光ファイバー温度計１０を設置したボーリング孔１５内には例えばグラウト充填を行って密封することが好ましい。ここでは地盤Ｇ内に光ファイバー温度計１０を設置した例を示したが、遮水構造物でも勿論同様に光ファイバー温度計１０の設置が行われるのである。
【００１２】
図２は本発明の遮水構造物の管理システムを適用したフィルダム２０を示す説明図である。図においてフィルダム２０は基礎地盤Ｇに根入れされ、紙面においてその堤体２１左方が貯水域２２であり、右方が放水域２３である。貯水域２２に貯留した水は堤体２１が健全な場合には何らの漏水もないが、堤体２１の何れかの箇所に亀裂等の破損が発生してしまった場合にはその破損位置から放水域２３や地盤Ｇに向けて漏水が始まる。このような漏水は堤体２１本体のみならず、堤体２１を支持固定している周辺の基礎地盤Ｇにも生じうる。
【００１３】
ここで、上記堤体２１の内部Ｎと、堤体２１の周辺地盤であり堤体２１の各部位表面との境界付近である上縁部Ａ、下縁部Ｄ、及び両側縁部Ｅとを併せて堤体端部とし、それぞれの位置関係において上端部２１ａ、下端部２１ｄ、両側端部２１ｅとする。
【００１４】
そこで図に示すように、例えばボーリング孔１５を堤体上端部２１ａから垂直下方に向けて適宜平行間隔および適宜深度にて設けておき、その孔内に光ファイバー温度計１０を挿入する。この時、堤体上部の直上地盤である上縁部Ａにも適宜長の光ファイバー温度計１０が延伸されるよう設定しておく。また、放水域２３における堤体２１の法尻部２１ｃにも同様にボーリング孔１５を設け光ファイバー温度計１０を挿入設置しておく。ボーリング孔１５の掘削深度は、求める測定範囲に応じて決定されるものであるが、堤体内部Ｎのみならず、堤体下端部２１ｄに含まれる基礎地盤Ｇ（下縁部Ｄ）にも到達するよう設定すれば、基礎地盤Ｇに生じる漏水をも検知することが可能となる。加えて、この基礎地盤Ｇ（両側縁部Ｅ）を含む堤体側端部２１ｅの漏水検知を行うため、ボーリング孔１５を係る両側縁部Ｅ付近に配置しても好適である。このように堤体２１の上端部２１ａ、下端部２１ｄ、側端部２１ｅ（それらの近傍地盤Ｇも含んでいる）に光ファイバー温度計１０を各種条件に応じて配置する。
【００１５】
また図３には、汚染水遮断用の２重遮水壁３０に上記のフィルダム２０の場合と同様のボーリング孔１５を設け、光ファイバー温度計１０をそのボーリング孔１５に挿入設置した状況を示す。この２重遮水壁３０は、例えば廃棄物処分場の投棄エリア３１周囲を囲繞して汚染水の漏出を封じ込める役割を担うものである。通常、地中連続壁として形成されることが多い。この二重遮水壁３０の上端部３０ａから下方に向け適宜平面間隔にてボーリング孔１５を形成し、その孔内に光ファイバー温度計１０を設置する。
【００１６】
上述の如く設置された光ファイバー温度計１０によれば、漏水の為に温度変化（大抵は温度低下）を生じた位置における後方散乱光の強度比を測定し、また、後方散乱光が戻ってくるまでの時間を計測し温度測定位置が求められる。図４は、本発明の遮水構造物の管理システムにおける光ファイバー温度計の測定結果の一例を示す説明図である。ここでは遮水構造物として止水壁４１を備えた地下ダム４０を設定し、止水壁直上４１ａにおいて帯水層４２から地下水の越流が起こりうる状況を想定している。止水壁４１は不透水性基盤Ｇを基礎としており、また紙面において止水壁４１右方が帯水層４２、同左方が下流域４３となっている。以下、実際に種々の状況における漏水発生とそれに追随した実際の温度変化とを図に沿って説明する。
【００１７】
時刻ｔ１における温度表示軸Ｔ１は、漏水・越流などが発生していない初期定常状態を示しているため、温度は一定で表示上はゼロ（軸と同一）である。なお、この温度表示軸Ｔ１は、紙面左右軸が温度変化（左が低温、右が高温）と対応し、紙面上下軸が地下ダム４０における光ファイバー温度計１０の深度方向と対応している。この温度表示軸は、例えば光ファイバー温度計１０と結ばれたコンピュータのディスプレイ上にリアルタイムで示されるものである。以下、他の温度表示軸においても同様とする。時刻ｔ２においては、地下ダム４０の帯水層４２に地下水が貯留されてゆき、ついに止水壁直上４１ａを越流した状況となっている。この場合、温度表示軸Ｔ２上の止水壁上端４１ａの対応位置には左方（低温側）に凸の温度変化が示されている。この変化は、止水壁直上４１ａにおいて光ファイバー温度計１０が周囲の温度変化を捉えたことを意味している。
【００１８】
続いて時刻ｔ３においては、例えば高温異常渇水と漏水とが起こった状況となっている。この場合、温度表示軸Ｔ３上の漏水箇所４１ｂに対応した位置に大きく左方に凸の温度変化が記録される。漏水により帯水層４２中の相対的に冷たい地下水が下流域４３に流入しそこの地下水温を低下させていることを示している。他方、高温異常渇水時には、一般に地下水温も上昇するため、漏水箇所４１ｂ以外においては全体に右方に凸の水温上昇が見られる。
【００１９】
更に時刻ｔ４においては、集中豪雨の発生と、止水壁４１の根入れ部分４１ｃ及び不透水性地盤Ｇにおける漏水・地下水浸透とが発生した状況となっている。この場合、温度表示軸Ｔ４上の根入れ部分４１ｃおよび不透水性地盤Ｇの各対応位置に、左方に凸の水温低下が見られる。時刻ｔ２における漏水箇所４１ｂの漏水が時刻ｔ３には止まっているため、軸上には先の漏水は現れない。また、集中豪雨により大量の余剰地下水が帯水層４２に流れ込み、止水壁上端４１ａを広範に越流すると、温度表示軸Ｔ４において台形状の左方に凸の温度低下が表示され、広い区間で温度低下が起こったことが分かる。
【００２０】
なお、本実施例においては、遮水構造物に対して上方から鉛直下方に向けてボーリング孔を削孔し、その内部に光ファイバー温度計を配置した例を示したがこれに限らず、あらゆる方向、位置にボーリング孔を設け、光ファイバー温度計を設置してもよい。また、熱伝導が十分可能で、かつ光ファイバー温度計自体の十分な保護さえ図れるものであればボーリング孔内への設置に拘泥されることはなく、光ファイバー温度計外周に保護被覆を施してそのまま埋設したりといった手法も採用することが出来る。
【００２１】
このように、遮水構造物の内奥だけでなく堤体本体の各端部や当該端部近傍である周辺基礎地盤Ｇについてまで広域的かつ確実な漏水検知が行え、しかも、光ファイバーの特性であるデータ伝送の確実性と多量性、また各種情報機器との親和性を生かして、コンピュータや携帯情報端末などを利用したテレメトリシステムを構築することが可能となる。これにより広範な箇所の管理データを効率的に一括管理することが可能となり、管理システムの維持運営コストの削減にも大きく資することとなる。
【００２２】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明の遮水構造物の管理システムは、下端部が下方の基礎地盤に根入れされ、両側端部が周辺の基礎地盤に支持される遮水構造物を、該遮水構造物の漏水検知を通して管理する遮水構造物の管理システムであって、前記遮水構造物を垂直方向に貫通して先端が前記下方の基礎地盤に到達する複数のボーリング孔と、各ボーリング孔内に全長に亘るように挿入される光ファイバー温度計とを備え、前記光ファイバー温度計の測定データに基づいて、前記遮水構造物及び前記下方の基礎地盤の漏水を検知することにより、前記遮水構造物を管理することを特徴とする。
【００２３】
したがって、本発明によれば、従来の遮水構造物の施工過程において行われるチェックボーリング等を用いたシステムの抱える、多大な設置コストと施工期間とを要し現実的ではないといった問題や、ボーリング孔内に設置して漏水を検知する計器類の短寿命に由来するメンテナンスの必要性といった問題を、長寿命で小断面の光ファイバー温度計により解消できる。
また、光ファイバー温度計は、線材断面が非常に小さいため、これを挿入するボーリング孔の断面も従来より著しく小さいものとすることができ、施工コストや施工期間の大幅な改善効果につながる上、光ファイバー温度計自体の経年耐久性が数十年単位と長期間に亘り、構造物自体の耐久性を鑑みれば、ほぼメンテナンスフリーのシステムとすることができる。
さらに、複数のボーリング孔は、遮水構造物を垂直方向に貫通して先端が下方の基礎地盤に到達するように設けられ、各ボーリング孔内に全長に亘るように光ファイバー温度計が挿入されているので、遮蔽構造物自体からの漏水だけでなく、遮蔽構造物の下方の基礎地盤からの漏水をも検知することが可能となる。
【００２４】
さらに、前記ボーリング孔は、前記遮水構造物の全幅に亘って所定の間隔ごとに複数箇所に設けられるとともに、前記遮水構造物の法尻部の基礎地盤にも設けられ、各ボーリング孔内に全長に亘って光ファイバー温度計が挿入されていることとしたことにより、遮蔽構造物の内部だけでなく、構造物の両側端部を支持する周辺の基礎地盤からの漏水、構造物の法尻部の基礎地盤からの漏水も検知することが可能となる。
【００２５】
さらに、前記遮水構造物は、地中に埋設された止水壁を備えた地下ダムであって、地表から前記止水壁を垂直方向に貫通して先端が前記下方の基礎地盤に到達するように前記ボーリング孔が設けられ、該ボーリング孔内に全長に亘るように前記光ファイバー温度計が挿入されていることとしたことにより、遮水構造物が地下ダムの場合には、地下ダムの止水壁からの越流をも検知することが可能となる。
【００２６】
したがって、光ファイバーの特性であるデータ伝送の確実性を多量性、及び各種情報機器との親和性を生かして、コンピュータや携帯情報端末などを利用したテレメトリシステムを構築することができ、これにより、広範な箇所の管理データを効率的に一括管理することが可能となり、管理システムの維持運営コストの削減にも大きく資する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は本発明の遮水構造物の管理システムにおいて用いられる光ファイバー温度計の測定原理を示す説明図であり、（ｂ）は測定概念図である。
【図２】本発明の遮水構造物の管理システムを適用した地下ダムを示す説明図である。
【図３】本発明の遮水構造物の管理システムを適用した汚染水遮断用の２重遮水壁を示す説明図である。
【図４】本発明の遮水構造物の管理システムにおける光ファイバー温度計の測定結果の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
Ｎ      堤体内部
１０    光ファイバー温度計
２０    地下ダム（遮水構造物）
２１    堤体
２１ａ  上端部
２１ｄ  下端部
２１ｅ  側端部（両側端部）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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