(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
適宜な間隔をあけた複数の亀裂などの測定対象の両側における地盤・岩盤の両側に敷設用ロッドを打ち込み、この各敷設用ロッドの上部に、予め設定した長さの管内に一定の張力を与えながら挿入せしめた１本の光ファイバを、接着剤で敷設せしめると共に、前記管内の温度を予め設定した温度に維持した状態にし、また、前記各測定対象外の光ファイバは無張力のたるませた状態で、前記光ファイバの一端に歪み・損失統合型光パルス試験器を接続し、光ファイバ中におけるブリルアン散乱光を基にして光ファイバに生じる長さ方向歪みを前記歪み・損失統合型光パルス試験器で計測することにより、地盤・岩盤の歪み分布を計測する地盤・岩盤の歪み分布計測方法において、
前記管内の温度を予め設定した温度に維持すべく、管の外側に電熱線ヒータを巻き付け、断熱材で覆い、外側に反射材を巻き付け、さらに前記管内に温度センサを備えてなることを特徴とする地盤・岩盤の歪み分布計測方法。
【請求項２】
前記各敷設用ロッドの上部に、１本の光ファイバを接着剤で敷設せしめる際、線接着で敷設せしめると共に、線接着の上面をカバーにより保護せしめてなることを特徴とする請求項１記載の地盤・岩盤の歪み分布計測方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光ファイバを用いて地盤・岩盤の歪み分布を計測する地盤・岩盤の歪み分布計測方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から光ファイバを用いて地盤・岩盤の歪み分布を計測する地盤・岩盤の歪み分布計測方法は、すでによく知られている。そして、この光ファイバを用いた歪みセンサの測定原理であるブリルアン周波数シフト量は、歪み依存性と共に、温度依存性も有していることが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来から知られている光ファイバを用いた地盤・岩盤の歪み分布計測方法は、上述した温度依存性を考慮していなかった。したがって、ブリルアン周波数シフトνＢの温度係数は、ｄνＢ／ｄＴ＝１．０［ＭＨＺ／℃］であり、温度５℃の変動で１×１０ー４の歪み測定誤差を生じてしまうという問題があって、正確な測定結果が得られなかった。
【０００４】
この発明は上述の課題を解決するためになされたもので、その目的は、測定対象を線として捕らえて数１０ｋｍに及ぶ計測を可能に、敷設した光ファイバの温度を抑えて歪みを正確で、かつリアルタイムで測定できるようにした地盤・岩盤の歪み分布計測方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために請求項１によるこの発明の地盤・岩盤の歪み分布計測方法は、適宜な間隔をあけた複数の亀裂などの測定対象の両側における地盤・岩盤の両側に敷設用ロッドを打ち込み、この各敷設用ロッドの上部に、予め設定した長さの管内に一定の張力を与えながら挿入せしめた１本の光ファイバを、接着剤で敷設せしめると共に、前記管内の温度を予め設定した温度に維持した状態にし、また、前記各測定対象外の光ファイバは無張力のたるませた状態で、前記光ファイバの一端に歪み・損失統合型光パルス試験器を接続し、光ファイバ中におけるブリルアン散乱光を基にして光ファイバに生じる長さ方向歪みを前記歪み・損失統合型光パルス試験器で計測することにより、地盤・岩盤の歪み分布を計測する地盤・岩盤の歪み分布計測方法において、前記管内の温度を予め設定した温度に維持すべく、管の外側に電熱線ヒータを巻き付け、断熱材で覆い、外側に反射材を巻き付け、さらに前記管内に温度センサを備えてなることを特徴とするものである。
【０００６】
したがって、適宜な間隔をあけた複数の亀裂などの測定対象の両側における地盤・岩盤の両側に敷設用ロッドが打ち込まれる。そして、この各敷設用ロッドの上部に、予め設定した長さの管内に一定の張力を与えながら挿入せしめた１本の光ファイバが、接着剤で敷設される。ついで、前記管内の温度を予め設定した温度に維持した状態にする。また、前記各測定対象外の光ファイバを無張力のたるませた状態にして、歪み・損失統合型光パルス試験器で、光ファイバ中におけるブリルアン散乱光を基にして光ファイバに生じる長さ方向歪みを計測することにより、敷設した光ファイバの温度を抑えて地盤・岩盤の歪み分布が正確で、かつリアルタイムで測定される。しかも、測定対象を線として捕らえて数１０ｋｍに及ぶ計測が可能になる。また、管の外側に電熱線ヒータが巻き付けられ、断熱材で覆い、外側に反射材が巻き付けられ、さらに前記管内に温度センサが備えられているから、前記管内の温度が予め設定した温度に維持されて、敷設した光ファイバの温度を抑えて周囲の温度の影響を受けることなく、地盤・岩盤の歪み分布が正確で、かつリアルタイムで測定される。
【０００７】
請求項２によるこの発明の地盤・岩盤の歪み分布計測方法は、請求項１記載の地盤・岩盤の歪み分布計測方法において、前記各敷設用ロッドの上部に１本の光ファイバを接着剤で敷設せしめる際、線接着で敷設せしめると共に、線接着の上面をカバーにより保護せしめてなることを特徴とするものである。
【０００８】
したがって、１本の光ファイバが線接着で敷設されると共に、線接着の上面がカバーにより保護されることで、より一層の敷設の向上が図られる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１０】
図１を参照するに、例えば岩盤１には複数の亀裂３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄが発生している。この発生している複数の亀裂３Ａ、３Ｂ、３Ｃ、３Ｄの箇所を、詳細を後述する光ファイバ５の測定対象位置を例えば（１）、（２）、（３）、（４）とし、この位置に光ファイバ５を敷設せしめ、この光ファイバ５の一端が歪・損失統合型光パルス試験器７に接続されている。この歪・損失統合型光パルス試験器７にはコード９の一端が接続されていると共にコード９の他端はプラグ１１に接続されている。このプラグ１１にはコード１３の一端が接続されていると共にコード１３の他端は電源１５に接続されている。この電源１５の一例として、光ファイバ５が電磁誘導やノイズに影響されないことから簡易型発電機（ガソリンエンジン付き）を使用することも可能である。また、前記歪・損失統合型光パルス試験器７にはコード１７の一端が接続されていると共にコード１７の他端は出力手段としてのモニタ１９に接続されている。さらに、モニタ１９にはコード２１の一端が接続されていると共にコード２１の他端は前記プラグ１１に接続されている。このプラグ１１は前記コード１３を介して前記電源１５に接続されている。
【００１１】
前記光ファイバ５の敷設状態をより詳細に説明すると、図２を参照するに、測定対象位置（１）、（２）、（３）、（４）の岩盤上には、光ファイバ５を挿入した管としての耐久性の良好な例えば塩ビ管２３が設けられている。この塩ビ管２３の両側における岩盤１に敷設用ロッド２５が打ち込まれる。そして、この各敷設用ロッド２５の上部にはプレート２７が設けられている。そして、予め設定した長さの塩ビ管２３内に一定の張力を与えながら挿入せしめた１本の光ファイバ５が前記プレート２７上で接着剤２９により点接着でなく、線接着で敷設される。この接着剤２９としては、例えば瞬間接着剤と樹脂系接着剤を併用するのが好ましい。ついで、前記各測定対象間すなわち、位置（１）と位置（２）、位置（２）と位置（３）、位置（３）と位置（４）の間の光ファイバ５は無張力のたるませた状態にする。
【００１２】
したがって、光ファイバ５を接着剤２９でもって、より簡単、かつ容易に強固に敷設せしめることができる。しかも、光ファイバ５は塩ビ管２３内に挿入されているから、光ファイバ５が断線しないように保護せしめることができる。
【００１３】
前記塩ビ管２３内の温度を予め設定した温度に維持すべく、図３に示されているように、塩ビ管２３の外側には電熱線ヒータ３１が例えば螺旋状に巻き付けられている。そして、電熱線ヒータ３１の外側には例えば発砲スチロールなどの断熱材３３が覆われている。さらに、断熱材３３の外側には例えばアルミからなる反射材３５が巻き付けられている。前記塩ビ管２３の図３において左側内には温度センサ３７が備えられていて、この温度センサ３７は温度調節器３９に接続されている。また、前記電熱線ヒータ３１は前記温度調節器３９、電圧調整器４１に接続されていると共に前記温度調節器３９と電圧調整器４１とが接続されている。また、反射材３５が巻き付けられた塩ビ管２３は、図２に示されているように、塩ビ管用固定ロッド２５Ａで岩盤１に固定される。
【００１４】
したがって、塩ビ管２３内の温度は温度センサ３７によって、検出されると共に温度調節器３９と電圧調整器４１によってＯＮ、０Ｆ制御されて塩ビ管２３内の温度を予め設定した一定の温度に制御せしめることができるから、歪みの計測に際して、温度誤差を補正することができる。
【００１５】
前記歪・損失統合型光パルス試験器７は、ＯＴＤＲ（Ｂｒｉｌｌoｕｉｎ  Ｏｐｔｉｃａｌ  Ｔｉｍｅ  Ｄｏｍａｉｎ  Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ）とも呼ばれ、その原理について説明すると、光ファイバ５の長さ方向の歪み分布と光損失分布の両方が測定することができるものであるが、本実施の形態では前者の光ファイバ５の長さ方向の歪み分布が関係するので、その歪み分布の測定について説明する。
【００１６】
すなわち、光ファイバ５中のブリルアン散乱光は非常に微弱であることから、歪み分布を測定するために、ブリルアン散乱光を高感度に検出することができるコヒーレント検波（信号光と参照光とを干渉させ、中間周波数帯の電気信号に変換する検波方法）が必要となる。前記ブリルアン散乱光は、光ファイバ５中に入射された光が光ファイバ５中を伝播する際に引き起こす、周期的な光ファイバガラスの密度のゆらぎによる散乱光であるが、この密度のゆらぎも光ファイバ５中を伝播するため、光通信に使用される光ファイバ５では、ブリルアン散乱光の周波数は、ドップラー効果により、光源の波長が１．５５μｍの場合、低周波数側に約１０ＧＨＺシフトするものである。
【００１７】
図４において、歪・損失統合型光パルス試験器７の検出部４３は、光源部４５、光合分波器４７およびコヒーレント光受信器４９を備えており、光源部４５におけるレーザ発振器５１からの出力光を光合分波器５３によって、２つに分波し、その一方を光周波数変換器５５、光パルス変調器５７を介してパルス光を作るための光源とし、他方をコヒーレント検波に使用する参照光とする。
【００１８】
パルス光は、光合分波器４７を介して光ファイバ５に入射され、光ファイバ５中で発生する後方ブリルアン散乱光は、光合分波器４７を介してコヒーレント光受信器４９で受信される。ブリルアン散乱光の周波数が、上述のように、入射パルス光の周波数よりも約１０ＧＨＺ低いため、ブリルアン散乱光の周波数と入射パルス光との差がほぼ等しくなるように、前記光周波数変換器５５によって予め高周波数側に約１０ＧＨＺシフトさせたパルス光を光ファイバ５に入射させる。これにより、ブリルアン散乱光と参照光の周波数がほぼ等しくなり、コヒーレント検波によりブリルアン散乱光を高感度に検出することが可能となる。光周波数変換器５５を用いて入射パルス光の周波数を変化させる毎にブリルアン散乱光を測定し、光ファイバ５の長さ方向の各計測箇所においてブリルアン散乱光の強度が最大になる周波数を測定し、光ファイバ５の長さ方向の歪みを測定することができるのである。
【００１９】
前記歪・損失統合型光パルス試験器７の制御部５９は、図５に示されているように、ＣＰＵ６１を備えており、このＣＰＵ６１には種々のデータを入力せしめるための例えばキーボードのごとき入力手段６３が接続されていると共に種々のデータ、グラフなどを表示せしめる例えばＣＲＴのごとき前記モニタ１９が接続されている。また、前記ＣＰＵ６１には前記検出部４３のコヒーレント光受信器４９が接続されている。
【００２０】
さらに、前記ＣＰＵ６１には図６に示されているように、予めブリルアン散乱光の周波数と歪みとが比例関係にあるデータが求められてファイルされた周波数と歪みとの関係ファイル６５が接続されている。前記ＣＰＵ６１には光ファイバ５の長さ方向における歪みが求められてファイルされる歪みデータファイル６７が接続されていると共にこの歪みデータファイル６７にファイルされた初期歪みデータと一定時間経過後の歪みデータとを基にして歪み差を演算せしめる演算手段６９が接続されている。
【００２１】
上記構成により、例えば図７（Ａ）、（Ｂ）に示されているような、サンプル１、２でもって時系列による温度変化を実験的に行った結果、図８に示されているよう結果を得た。その結果は、温度変化から判るように、サンプル１は時系列による温度変化がないのに対して、サンプル２は時系列による温度変化があることがわかる。したがって、図３に示したような構造にすることが、温度変化に影響を受けないことが理解されるものである。なお、図８において、参考までに外気温が示されている。
【００２２】
また、図１に示されいる状態で、ブリルアン散乱光の周波数を検出部４３を介してコヒーレント光受信器４９で計測せしめ、この計測されたブリルアン散乱光の周波数を制御部５９の周波数と歪みとの関係ファイル６５に取り込ませることにより、予め求められているブリルアン散乱光の周波数と歪みとの比例関係で光ファイバ５の長さ方向の歪みが求められる。この求められた光ファイバ５の長さ方向の歪みが歪みデータファイル６７にファイルされると共に例えばモニタ１９に表示せしめると、図９に示されているように、曲線（Ａ）（初期値）が画かれる。
【００２３】
同様にして、歪・損失統合型光パルス試験器７で、後日再度計測すると、ブリルアン散乱光の周波数を検出部４３を介してコヒーレント光受信器４９で計測せしめ、この計測されたブリルアン散乱光の周波数を制御部５９の周波数と歪みとの関係ファイル６５に取り込ませることにより、予め求められているブリルアン散乱光の周波数と歪みとの比例関係で光ファイバ５の長さ方向の歪みが求められる。この求められた光ファイバ５の長さ方向の歪みが歪みデータファイル６７にファイルされると共に例えばモニタ１９に表示せしめると、図９に示されているように、曲線（Ｂ）（計測値）が画かれる。
【００２４】
この画かれた曲線（Ｂ）の値と曲線（Ａ）の値との差を演算手段６９で演算処理することにより、測定時の温度変化に影響を受けないで、温度補正をすることなく、測定個所（１）、（２）、（３）、（４）における歪み差を連続的にリアルタイムで正確かつ容易に計測せしめることができる。
【００２５】
図１０には図３に代わる実施の形態が示されている。図１０において、図３における部品と同じ部品には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。図１０において、前記塩ビ管２３の両側における岩盤１に敷設用ロッド２５が打ち込まれる。そして、この各敷設用ロッド２５の上部にはプレート２７が設けられている。そして、予め設定した長さの塩ビ管２３内に一定の張力を与えながら挿入せしめた１本の光ファイバ（測定用光ファイバ）５と、無張力のたるんだ状態で挿入せしめた他の１本のダミ−光ファイバ７１が接着剤２９で点接着でなく、線接着で敷設される。この接着剤２９としては、例えば瞬間接着剤と樹脂系接着剤を併用するのが好ましい。そして、前記１本の光ファイバ５と、他の１本のダミ−光ファイバ７１の一端には上述の歪・損失統合型光パルス試験器７が接続され、この歪・損失統合型光パルス試験器７には前記モニタ１９、電源１５が図１のごとく接続されている。しかも、歪・損失統合型光パルス試験器７の構成は図４〜図６に示されているものと同じであるから、詳細な説明を省略する。
【００２６】
上記構成により、上記実施の形態と同様に計測が行われる。その際、１本の光ファイバ５では実際の歪みと温度の影響による歪みとの混合データが検出されると共に、ダミ−光ファイバ７１では温度の影響による歪みのみのデータが検出されるから、その差を演算することにより、温度の影響を受けない実際の歪が計測される。図１１には実際に計測した一例が示されている。図１１において、曲線（Ａ）が初期値、曲線（Ｂ）が歪み、温度変化ありのデータである。したがって、測定区間のデータから実際の歪みを連続的にリアルタイムで正確かつ容易に計測せしめることができる。
【００２７】
以上のことから、測定対象を線として捕らえて数１０ｋｍに及ぶ計測を可能にせしめることができて、地盤、岩盤の挙動をとらえることができる。そして、斜面崩壊の計測監視（亀裂の変位計測など）および二次災害防止のための計測監視（法面施工時の安全確保など）に適用できるものである。
【００２８】
なお、この発明は前述した実施の形態に限定されることなく、適宜な変更を行うことによりその他の態様で実施し得るものである。
【００２９】
【発明の効果】
以上のごとき発明の実施の形態の説明から理解されるように、請求項１の発明によれば、適宜な間隔をあけた複数の亀裂などの測定対象の両側における地盤・岩盤の両側に敷設用ロッドが打ち込まれる。そして、この各敷設用ロッドの上部に、予め設定した長さの管内に一定の張力を与えながら挿入せしめた１本の光ファイバが、接着剤で敷設される。ついで、前記管内の温度を予め設定した温度に維持した状態にする。また、前記各測定対象間の光ファイバを無張力のたるませた状態にして、歪み・損失統合型光パルス試験器で、光ファイバ中におけるブリルアン散乱光を基にして光ファイバに生じる長さ方向歪みを計測することにより、敷設した光ファイバの温度を抑えて地盤・岩盤の歪み分布を正確に、かつリアルタイムに測定せしめることができる。しかも、測定対象を線として捕らえて数１０ｋｍに及ぶ計測を可能にせしめることができる。また、管の外側に電熱線ヒータが巻き付けられ、断熱材で覆い、外側に反射材が巻き付けられ、さらに前記管内に温度センサが備えられているから、前記管内の温度が予め設定した温度に維持されて、敷設した光ファイバの温度を抑えて周囲の温度に影響を受けることなく、地盤・岩盤の歪み分布を正確に、かつリアルタイムに測定せしめることができる。
【００３０】
請求項２の発明によれば、１本の光ファイバが線接着で敷設されると共に、線接着の上面がカバーにより保護されることで、より一層の敷設の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の例えば岩盤の歪み分布を計測せしめる岩盤の歪み分布方法を説明する説明図である。
【図２】  各測定個所に光ファイバを敷設せしめる状態を示した一例の斜視図である。
【図３】  各測定個所における歪みを温度補正する一例の説明図である。
【図４】  歪・損失統合型光パルス試験器の検出部の回路説明図である。
【図５】  歪・損失統合型光パルス試験器の制御部の構成ブロック図である。
【図６】  ブリルアン散乱光の周波数と歪みとの関係を表した図である。
【図７】  （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ光ファイバを挿入した塩ビ管の外側にヒータを巻き付け有り、無しのサンプルを示した断面図である。
【図８】  図７の（Ａ）、（Ｂ）のサンプルを用いて歪みを計測したデータを示すグラフである。
【図９】  複数箇所の光ファイバにより歪みを計測したデータを示すグラフである。
【図１０】  他の実施の形態の各測定個所における歪みを温度補正する一例の説明図である。
【図１１】  他の実施の形態の複数箇所の光ファイバにより歪みを計測したデータを示すグラフである。
【符号の説明】
１  岩盤
３Ａ〜３Ｄ  亀裂
５  光ファイバ
７  歪・損失統合型光パルス試験器
９  コード
１９  モニタ（出力手段）
２３  塩ビ管（管）
２５  敷設用ロッド
２７  プレート
２９  接着剤
３１  電熱ヒータ
３３  断熱材
３５  反射材
３７  温度センサ
３９  温度調節器
４１  電圧調整器
４３  検出部
５９  制御部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【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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