JP3457894B2 - Optical fiber laying method and strain detecting device using optical fiber - Google Patents
Optical fiber laying method and strain detecting device using optical fiberInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、鉄道トンネルや道
路トンネル等の覆工の変形、ひび割れなどを検知するた
めの光ファイバの敷設方法及び光ファイバを用いた歪検
知装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an optical fiber laying method and a strain detecting apparatus using the optical fiber for detecting deformation, cracking, etc. of a lining of a railway tunnel or a road tunnel.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年わが国で発生した大規模な道路トン
ネルの崩落事故が示すように、トンネルの健全度を検査
することが必要不可欠となっている。2. Description of the Related Art As shown in the recent large-scale collapse of a road tunnel in Japan, it is essential to inspect the soundness of the tunnel.
【0003】トンネル検査の内容としては、内空変形、
覆工の変形/ひび割れ、覆工背面の空洞探査、及び漏水
監視など多岐に渡っているが、過去の事例によると、検
査結果により対策工事を実施した件数は、覆工のひび割
れによるものが最も多いと報告されている。The contents of the tunnel inspection include inner deformation,
There are various things such as lining deformation / cracking, backside cavities exploration, and water leakage monitoring, but according to past cases, the number of countermeasure works carried out based on the inspection results is most likely due to the lining cracks. It is reported to be high.
【0004】しかし、長大なトンネルの覆工のどこに発
生するのかが不明なひび割れを連続的に検査する技術は
未だ確立されておらず、現時点では人による目視検査を
行なうにとどまっている。However, no technique has been established for continuously inspecting for cracks where the location of the lining of a long tunnel is unknown, and at present, only visual inspection by humans is performed.
【0005】ところで、近時、光ファイバを用いた歪分
布計測器(以下「BOTDR(:Brillouin
Optical Time Domain Refle
ctometry)」と略称する)が開発され、市販さ
れている。By the way, recently, a strain distribution measuring instrument using an optical fiber (hereinafter referred to as "BOTDR (: Brillouin
Optical Time Domain Reflect
(abbreviated as "ctomy") has been developed and is commercially available.
【0006】このBOTDRは、光ファイバのブリルア
ン散乱光を分析することにより、当該光ファイバにかか
る歪量を計測するもので、この方法によれば、後方ブリ
ルアン散乱光の周波数シフト、すなわち入射光の光周波
数からブリルアン散乱光スペクトルの中心周波数を引い
た値が、光ファイバに加わった引っ張り応力、つまりそ
れと等価な引っ張り応力による相対伸びである光ファイ
バの伸び歪と共に変化することに着目し、ブリルアン周
波数のシフトから光ファイバあるいは光ケーブルの歪量
を測定するようになる。This BOTDR measures the amount of strain applied to the optical fiber by analyzing the Brillouin scattered light of the optical fiber. According to this method, the frequency shift of the backward Brillouin scattered light, that is, the incident light Paying attention to the fact that the value obtained by subtracting the center frequency of the Brillouin scattered light spectrum from the optical frequency changes with the tensile stress applied to the optical fiber, that is, the elongation strain of the optical fiber which is the relative elongation due to the equivalent tensile stress. The shift amount of the optical fiber or the optical cable can be measured.
【0007】このBOTDRでは、光ファイバの一端か
らパルス光を入射し、この光ファイバ内でブリルアン散
乱光の後方散乱光をコヒーレント検波方法により高感度
に検出する。このとき、ブリルアン散乱光が光波と光フ
ァイバ中の音波との相互作用により誘起され、光周波数
をシフトさせることを利用し、ブリルアン散乱光の周波
数シフト分布から光ファイバの歪み分布を測定するもの
である。[0007] In the BOTDR, incident pulse light from one end of the optical fiber, detects the backscattered light Brillouin scattered light in the optical fiber with high sensitivity to coherent detection method. At this time, it is possible to measure the strain distribution of the optical fiber from the frequency shift distribution of the Brillouin scattered light by utilizing the fact that the Brillouin scattered light is induced by the interaction between the light wave and the sound wave in the optical fiber and shifts the optical frequency. is there.
【0008】ブリルアン散乱光の周波数シフトと歪量と
の関係は、次式
fb(ε)=fb(0)(1+Cε) …(1)
(但し、fb(0):歪量ε[%]がゼロの時のブリル
アン周波数シフト、C:比例係数(=約4.5)。)で
表されるもので、上記(1)式中の「fb(0)」は、
入射光の波長が1,500[nm]のときに11[GH
z]となる。上記(1)式を歪量εについて解くと、
ε=(fb(ε)−fb(0))/(Cfb(0)) …(2)
となる。したがって、ブリルアン周波数のシフト量を測
定することにより、光ファイバに生じている歪を求める
ことができる。ブリルアン周波数のシフト量を求めるた
めには、入射光あるいは射出光の周波数を走査してブリ
ルアン散乱光のピーク周波数を求めるようにしている。The relationship between the frequency shift of the Brillouin scattered light and the strain amount is expressed by the following equation fb (ε) = fb (0) (1 + Cε) (1) (where fb (0): strain amount ε [%] is Brillouin frequency shift at zero, C: proportional coefficient (= about 4.5)), and "fb (0)" in the above equation (1) is
11 [GH when the wavelength of incident light is 1,500 [nm]
z]. When the above equation (1) is solved for the strain amount ε, ε = (fb (ε) −fb (0)) / (Cfb (0)) (2) Therefore, by measuring the shift amount of the Brillouin frequency, the strain generated in the optical fiber can be obtained. In order to obtain the shift amount of the Brillouin frequency, the frequency of incident light or emitted light is scanned to find the peak frequency of Brillouin scattered light.
【0009】また、入射光をパルス状にして散乱光が入
射端に戻ってくるまでの時間を計測することにより、光
ファイバの各部分での歪の分布を求めることができる
が、微弱な信号を取扱うために、1つの周波数の計測に
条件によっては212〜220回程度の加算平均演算を行な
っている。Further, the distribution of strain in each part of the optical fiber can be obtained by measuring the time required for the scattered light to return to the incident end by making the incident light into a pulse shape. In order to handle the above, depending on the conditions for measuring one frequency, the arithmetic mean of 2 12 to 2 20 times is performed.
【0010】その他、BOTDRを用いて歪分布計測を
行なう方法は、「信学論誌、B−IVol.J73−B
−I,No.2,pp.144−152,1990;T
echnical Digest of Intern
ational Quantum Electrini
cs Conference(IQEC’92),pa
per no. MoL.4,pp.42−43,19
92」に開示されている。Another method for measuring the strain distribution using BOTDR is described in "The Journal of Biology, B-IVol. J73-B".
-I, No. 2, pp. 144-152, 1990; T
electrical Digest of Intern
national Quantum Electrini
cs Conference (IQEC'92), pa
per no. MoL. 4, pp. 42-43, 19
92 ".
【0011】[0011]
【発明が解決しようとする課題】したがって、上記のよ
うな方法を用い、光ファイバをトンネルに敷設して、光
ファイバの歪量を測定することでトンネルの変形を検知
することも考えられる。しかしながら、BOTDRを用
いてトンネルの変形を連続的に監視するようにしたもの
は前例がなく、トンネルを構成する覆工の変形やひび割
れ等を効率的に検知するための光ファイバの敷設位置や
敷設方法等が模索されている。Therefore, it is possible to detect the deformation of the tunnel by laying the optical fiber in the tunnel and measuring the strain amount of the optical fiber by using the above method. However, there is no precedent in which BOTDR is used to continuously monitor the deformation of the tunnel, and the laying position and the laying of the optical fiber for efficiently detecting the deformation and cracks of the lining that constitutes the tunnel. Methods are being sought.
【0012】本発明は上記のような実情に鑑みてなされ
たもので、その目的とするところは、検知対象となるト
ンネルの変形、ひび割れをより効率的に検知することが
可能な歪センサとしての光ファイバの敷設方法及び光フ
ァイバを用いた歪検知装置を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a strain sensor capable of more efficiently detecting deformation and cracks of a tunnel to be detected. An object of the present invention is to provide an optical fiber laying method and a strain detecting device using the optical fiber.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
検知対象となるトンネルを構成する覆工の打設単位毎に
その周方向に延在するようにして光ファイバを所定間隔
で上記覆工に固定することを特徴とする。The invention according to claim 1 is
It is characterized in that the optical fibers are fixed to the lining at predetermined intervals so as to extend in the circumferential direction for each lining unit of the lining constituting the tunnel to be detected.
【0014】このような方法とすれば、トンネルの軸方
向に沿って発生する、覆工打設単位で発生することの多
い危険性の高いひび割れを確実且つ効率的に検知させる
ことが可能となる。[0014] With such a method, generated along the axial direction of the tunnel, a lining hitting設単position high torquecontrol beauty cracks of more danger of being produced in a reliable and efficient can be detected Becomes
【0015】請求項2記載の発明は、請求項1記載の発
明において、上記光ファイバは上記覆工に設けた溝内を
延在するように敷設し、上記敷設された光ファイバに対
し、上記溝部及び溝部周囲の覆工内壁面を覆うようにし
て所定間隔で固定部材で固定し、上記溝部に沿った上記
固定部材間で、上記溝部及び溝部周囲の覆工内壁面を覆
うようにして該光ファイバを上記溝部内にカバー部材で
遊嵌することを特徴とする。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the optical fiber is laid so as to extend in a groove provided in the lining, and the optical fiber is laid with respect to the laid optical fiber. The groove and the inner wall surface of the lining around the groove are covered with fixing members at predetermined intervals, and the inner wall surface of the lining around the groove and the groove is covered between the fixing members along the groove. It is characterized in that the optical fiber is loosely fitted in the groove by a cover member.
【0016】このような方法とすれば、上記請求項1記
載の発明の作用に加えて、光ファイバがトンネルの覆工
内壁面に突出しないために、トンネル内を移動体が通過
する際に発生する風圧等の影響を受けることなく、また
該覆工内壁面の清掃時にも支障とならない。According to such a method, in addition to the action of the invention described in claim 1, since the optical fiber does not project to the inner wall surface of the lining of the tunnel, it is generated when the moving body passes through the tunnel. It is not affected by wind pressure and the like, and does not hinder the cleaning of the inner wall surface of the lining.
【0017】請求項3記載の発明は、検知対象となるト
ンネルを構成する覆工の打設単位毎にその周方向に延在
するようにして所定間隔で上記覆工に固定した光ファイ
バ歪センサを有することを特徴とする。According to a third aspect of the present invention, an optical fiber strain sensor fixed to the lining at predetermined intervals so as to extend in the circumferential direction for each lining unit of the lining constituting the tunnel to be detected. It is characterized by having.
【0018】このような構成とすれば、トンネルの軸方
向に沿って発生する、覆工打設単位で発生することの多
い危険性の高いひび割れを確実且つ効率的に検知するこ
とが可能となる。[0018] With such a configuration, it can be generated along the axial direction of the tunnel, to detect reliably and efficiently high torquecontrol beauty cracking risk that often occur in lining hitting設単position Becomes
【0019】請求項4記載の発明は、上記請求項3記載
の発明において、上記光ファイバは上記覆工に設けた溝
内を延在するように敷設し、上記敷設された光ファイバ
に対し、上記溝部及び溝部周囲の覆工内壁面を覆うよう
にして所定間隔で固定する固定部材と、上記溝部に沿っ
た上記固定部材間で、上記溝部及び溝部周囲の覆工内壁
面を覆うようにして該光ファイバを上記溝部内に遊嵌す
るカバー部材とをさらに有することを特徴とする。According to a fourth aspect of the present invention, in the above-mentioned third aspect, the optical fiber is laid so as to extend in a groove provided in the lining, and the laid optical fiber is A fixing member that fixes the groove and the inner wall surface of the lining around the groove at a predetermined interval, and between the fixing member along the groove, the inner wall surface of the lining around the groove and the groove is covered. And a cover member that loosely fits the optical fiber in the groove.
【0020】このような構成とすれば、上記請求項3記
載の発明の作用に加えて、光ファイバがトンネルの覆工
内壁面に突出しないために、トンネル内を移動体が通過
する際に発生する風圧等の影響を受けることなく、また
該覆工内壁面の清掃時にも支障とならない。With such a construction, in addition to the effect of the invention described in claim 3, since the optical fiber does not project to the inner wall surface of the lining of the tunnel, it is generated when the moving body passes through the tunnel. It is not affected by wind pressure and the like, and does not hinder the cleaning of the inner wall surface of the lining.
【0021】[0021]
【発明の実施の形態】(第1の実施の形態)以下本発明
の第1の実施の形態について図面を参照して説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION (First Embodiment) A first embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0022】図1(a)はトンネル覆工の変形、ひび割
れ検知を行なう光ファイバを用いた歪検知装置の基本的
な構成を示すもので、歪分布計測器(BOTDR)2に
接続された光ファイバ歪センサ1を、トンネル覆工3の
内壁面に接着剤4にて所定間隔で接着固定することで敷
設する。同図(a)で頂部をCL、側壁部をSL、底部
をFL、外力をPとして、図1(b)でこのトンネル覆
工3の内壁面を展開して示している。FIG. 1 (a) shows a basic structure of a strain detecting device using an optical fiber for detecting deformation and cracks of a tunnel lining, and an optical fiber connected to a strain distribution measuring device (BOTDR) 2. The fiber strain sensor 1 is laid by adhesively fixing it to the inner wall surface of the tunnel lining 3 with an adhesive 4 at a predetermined interval. In FIG. 1A, the top is CL, the side wall is SL, the bottom is FL, and the external force is P, and the inner wall surface of the tunnel lining 3 is shown expanded in FIG. 1B.
【0023】ここで、トンネル覆工3は5の覆工打設の
ブロック(壁面の建設単位)を複数連続することで構成
されるもので、各覆工打設5のトンネル軸方向の長さL
Bは、通常10〜15m程度で建設される。図中、6は
トンネルの軸方向に沿った方向で発生するひび割れを、
7はトンネルの軸方向と直交する、覆工の周方向に発生
するひび割れを示している。Here, the tunnel lining 3 is constituted by connecting a plurality of lining blocks 5 (wall construction units) in succession, and the length of each lining 5 in the tunnel axis direction. L
B is usually constructed in about 10 to 15 m. In the figure, 6 is a crack generated in a direction along the axial direction of the tunnel,
Reference numeral 7 indicates a crack that occurs in the circumferential direction of the lining, which is orthogonal to the axial direction of the tunnel.
【0024】同図(b)に示す如く光ファイバ歪センサ
1は、覆工打設5毎にそれぞれその周方向に少なくとも
1ライン以上(ここでは2ライン)を、トンネルの軸方
向に沿った方向のラインを含んで1本のジグザグライン
状に敷設し、接着剤4あるいは固定治具によりトンネル
覆工3に固定してなる。As shown in FIG. 2B, the optical fiber strain sensor 1 has at least one line (two lines in this case) in the circumferential direction of each of the linings 5 in a direction along the axial direction of the tunnel. Is laid in a zigzag line shape including the above line and is fixed to the tunnel lining 3 by the adhesive 4 or a fixing jig.
【0025】上記のような構成にあって、図1(a)で
示した異常な外力Pがトンネル覆工3に加わると、トン
ネル覆工3は次第に変形し、変形量が一定のレベルを超
えた時点でひび割れが発生する。In the above structure, when the abnormal external force P shown in FIG. 1 (a) is applied to the tunnel lining 3, the tunnel lining 3 is gradually deformed, and the deformation amount exceeds a certain level. A crack will occur at the point of time.
【0026】上記外力Pによって発生するひび割れとし
ては、図1(b)に示したトンネルの軸方向に平行なひ
び割れ6となることが多く、覆工の周方向に沿ったひび
割れ7よりも危険視されている。The cracks generated by the external force P are often cracks 6 parallel to the axial direction of the tunnel shown in FIG. 1 (b), which are more dangerous than the cracks 7 along the circumferential direction of the lining. Has been done.
【0027】また、上記ひび割れ6は覆工打設5単位で
発生することが多いため、各覆工打設5毎にその周方向
に沿って少なくとも1ライン以上となるように敷設し、
各覆工打設5の変形、ひび割れを監視するようにする。Since the cracks 6 often occur in units of lining cast 5, each lining cast 5 is laid so as to have at least one line along the circumferential direction,
The deformation and cracks of each lining casting 5 are monitored.
【0028】図2は上記図1(b)で示す光ファイバ歪
センサ1の接着剤4で固定した点F1 ,F2 間が変形
し、トンネルの軸方向に平行なひび割れ6が発生する際
の変形量の推移を例示するもので、縦軸を上記点F1 ,
F2 間の変形量、横軸を時間としている。FIG. 2 shows the deformation of the optical fiber strain sensor 1 shown in FIG. 1B when the points F1 and F2 fixed by the adhesive 4 are deformed and cracks 6 parallel to the axial direction of the tunnel occur. This is an example of the change in quantity, and the vertical axis is the point F1,
The amount of deformation between F2 and the horizontal axis is time.
【0029】点F1 ,F2 間に異常な外力Pが加わる
と、点F1 ,F2 間の変形量が時間の経過と共に増加
し、一定のレベルCK1に達した時点でひび割れが発生
する。このとき、点F1 ,F2 間の応力が開放されるた
め、一時的に変形量は小さくなるが、外力Pが連続して
印加されるために再度徐々に増加し、一定のレベルCK
2に達した時点で再びひび割れが発生する。このような
動作を繰返すことでひび割れが徐々に成長し、最終的に
トンネルの崩落に至ることとなる。When an abnormal external force P is applied between the points F1 and F2, the amount of deformation between the points F1 and F2 increases with the passage of time, and a crack is generated at the time when the constant level CK1 is reached. At this time, since the stress between points F1 and F2 is released, the amount of deformation is temporarily reduced, but since the external force P is continuously applied, the amount of deformation is gradually increased again to a certain level CK.
When it reaches 2, cracking occurs again. By repeating such an operation, the crack gradually grows and eventually the tunnel collapses.
【0030】したがって、光ファイバ歪センサ1をトン
ネル覆工3に接着剤4を用いて所定間隔で接着固定して
敷設し、光ファイバ歪センサ1の歪分布をBOTDR2
で常時測定、監視する。Therefore, the optical fiber strain sensor 1 is laid and fixed on the tunnel lining 3 with the adhesive 4 at a predetermined interval, and the strain distribution of the optical fiber strain sensor 1 is set to BOTDR2.
Always measure and monitor.
【0031】この場合、光ファイバ歪センサ1をトンネ
ル覆工3の内壁面にBOTDRで測定可能となる所定の
間隔、例えば2[m]で接着、固定して敷設しておくこ
とで、トンネル覆工3を構成する個々の覆工打設5に局
部的な変形、またはひび割れを発生したとしても、理論
的には0.2[mm]以上の変形が生じた時点でこれを
BOTDR2で認識することができる。[0031] In this case, the predetermined <br/> interval the optical fiber strain sensor 1 can measure in BOTDR the inner wall surface of the tunnel lining 3, for example, adhesive at 2 [m], that you laid and fixed Therefore, even if local deformation or cracks occur in the individual lining castings 5 that form the tunnel lining 3, theoretically, when deformation of 0.2 [mm] or more occurs, It can be recognized by BOTDR2.
【0032】図3に光ファイバ歪センサ1及び光ファイ
バの固定間隔が2[m]以上で測定可能となるBOTD
R2を用いた局部歪試験の要領を示す。FIG. 3 shows the optical fiber strain sensor 1 and the optical fiber.
BOTD that enables measurement at a fixed interval of 2 m or more
The point of the local strain test using R2 is shown.
【0033】図3(a)において、試験鋼板20の全長
Lを1[m]とし、その中央部に幅ΔLの間隙を設けて
ある。光ファイバ歪センサ1は、試験鋼板20の両端に
接着剤4で固定し、その一端をBOTDR2に接続して
歪測定を行なうものとする。In FIG. 3A, the total length L of the test steel plate 20 is 1 [m], and a gap having a width ΔL is provided in the center thereof. The optical fiber strain sensor 1 is to be fixed to both ends of the test steel plate 20 with the adhesive 4 and one end thereof is connected to the BOTDR 2 for strain measurement.
【0034】このような状態で、上記間隙の幅ΔLを
1.0[mm]から0.2[mm]拡大して1.2[m
m]にしたところ、BOTDR2で光ファイバ歪センサ
1の歪変化を測定することはできなかった。In this state, the width ΔL of the gap is expanded from 1.0 [mm] to 0.2 [mm] to 1.2 [m].
m], the strain change of the optical fiber strain sensor 1 could not be measured by BOTDR2.
【0035】また、図3(b)は上記図3(a)と構成
自体は同様とし、試験鋼板20の全長Lを2[m]とし
て、その中央部の間隙の幅ΔLをやはり1.0[mm]
から0.2[mm]拡大して1.2[mm]にしたもの
で、この場合には正しく0.01[%]の歪変化を測定
することができた。3 (b) has the same structure as that of FIG. 3 (a), the total length L of the test steel plate 20 is 2 [m], and the width ΔL of the gap at the center is 1.0. [Mm]
Was expanded by 0.2 mm to 1.2 mm, and in this case, the change in strain of 0.01% could be correctly measured.
【0036】なお、図示はしないが、その後に試験鋼板
20上の光ファイバ歪センサ1を全域にわたって接着し
て同様の数値で歪測定を行なった結果、歪変化を測定す
ることはできなかった。Although not shown, the optical fiber strain sensor 1 on the test steel plate 20 was subsequently adhered over the entire area and the strain was measured with the same numerical value. As a result, the change in strain could not be measured.
【0037】以上のことから、トンネル覆工3に局部的
に発生する歪を検知するためには、光ファイバ歪センサ
1をトンネル覆工3に所定の間隔をあけて接着固定する
必要があることがわかる。From the above, in order to detect the strain locally generated in the tunnel lining 3, it is necessary to bond and fix the optical fiber strain sensor 1 to the tunnel lining 3 at a predetermined interval. I understand.
【0038】因みに、上記図3(b)に示したように光
ファイバ歪センサ1を試験鋼板20の両端で接着した状
態では、間隙の幅ΔLを、接着剤4で接着した2mの約
4[%]に相当する約82[mm]まで拡大しても光フ
ァイバ歪センサ1は断線しなかったが、試験鋼板20上
の光ファイバ歪センサ1を全域にわたって接着した状態
では、間隙の幅ΔLを、接着剤4で接着した2mの約
0.5[%]に相当する約12[mm]まで拡大すると
光ファイバ歪センサ1が断線した。Incidentally, as shown in FIG. 3B, when the optical fiber strain sensor 1 is bonded at both ends of the test steel plate 20, the width ΔL of the gap is about 4 [m] of 2 m bonded by the adhesive 4. %], The optical fiber strain sensor 1 did not break even when expanded to about 82 [mm], but in the state where the optical fiber strain sensor 1 on the test steel plate 20 is adhered over the entire area, the width ΔL of the gap is When the optical fiber strain sensor 1 was expanded to about 12 [mm] corresponding to about 0.5 [%] of 2 m bonded with the adhesive 4, the optical fiber strain sensor 1 was broken.
【0039】したがって、光ファイバ歪センサ1を検知
対象に全面にわたって接着すると、局部的な変形で光フ
ァイバ歪センサ1が断線しやすくなる傾向にある。Therefore, if the optical fiber strain sensor 1 is adhered to the object to be detected over the entire surface, the optical fiber strain sensor 1 tends to break due to local deformation.
【0040】なお、上記した構成では、トンネル覆工3
の内壁面に光ファイバ歪センサ1を例えば2[m]程度
の所定間隔で接着剤4により接着固定するものとしての
み説明したが、各接着剤4による接着地点間の略中間位
置に、光ファイバ歪センサ1をトンネル覆工3の内壁の
曲面に沿うようにするべく、光ファイバ歪センサ1をト
ンネル覆工3に対しては接着、固定しないものの、それ
自体はトンネル覆工3の内壁面に対して固定するような
カバーを設けることとしてもよい。Incidentally, in the above-mentioned structure, the tunnel lining 3
The optical fiber strain sensor 1 has been described as being adhered and fixed to the inner wall surface of the optical fiber with the adhesive 4 at a predetermined interval of, for example, about 2 [m]. The optical fiber strain sensor 1 is not adhered or fixed to the tunnel lining 3 so that the strain sensor 1 is along the curved surface of the inner wall of the tunnel lining 3, but it is not attached to the inner wall surface of the tunnel lining 3 by itself. It is also possible to provide a cover that is fixed to the other side.
【0041】(第2の実施の形態)以下本発明の第2の
実施の形態について図面を参照して説明する。(Second Embodiment) A second embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0042】図4(a)はトンネル覆工の変形、ひび割
れ検知を行なう光ファイバの敷設状態を示すもので、光
ファイバ歪センサ1のトンネル覆工3内壁面におけるジ
グザグライン状の敷設パターン等、基本的には上記図1
(a)に示したものと同様であるので、同一部分には同
一符号を付してその説明は省略する。FIG. 4A shows the laying state of the optical fiber for detecting the deformation and cracks of the tunnel lining, such as a zigzag line laying pattern on the inner wall surface of the tunnel lining 3 of the optical fiber strain sensor 1. Basically, the above figure 1
Since it is the same as that shown in (a), the same parts are designated by the same reference numerals and the description thereof is omitted.
【0043】しかして、トンネル覆工3の周方向に沿っ
て深さ約5[mm]、幅10[mm]程度の溝10が形
成され、この溝10内に沿って光ファイバ歪センサ1が
敷設されて、所定の間隔で接着剤4及び固定治具8によ
り接着、固定されるもので、図中の部分IVを抜き出し
て図4(b)で大きく示すように、これら接着剤4と固
定治具8とで接着固定された光ファイバ歪センサ1の各
地点間の略中間位置に、光ファイバ歪センサ1をトンネ
ル覆工3の内壁の曲面に沿うようにするべく、光ファイ
バ歪センサ1をトンネル覆工3に対しては接着、固定せ
ずに遊嵌するものの、それ自体は溝10とその近傍のト
ンネル覆工3の内壁面に対して接着固定するようなカバ
ー9を設けるものとする。A groove 10 having a depth of about 5 [mm] and a width of about 10 [mm] is formed along the circumferential direction of the tunnel lining 3, and the optical fiber strain sensor 1 is formed along the groove 10. It is laid and adhered and fixed by the adhesive 4 and the fixing jig 8 at a predetermined interval, and is fixed to the adhesive 4 as shown in FIG. 4 (b) by extracting the portion IV in the drawing. In order to arrange the optical fiber strain sensor 1 along the curved surface of the inner wall of the tunnel lining 3 at a substantially intermediate position between the respective points of the optical fiber strain sensor 1 bonded and fixed with the jig 8, the optical fiber strain sensor 1 Although it is loosely fitted to the tunnel lining 3 without being bonded or fixed, it is provided with a cover 9 that is adhesively fixed to the groove 10 and the inner wall surface of the tunnel lining 3 in the vicinity thereof. To do.
【0044】図5(a)は固定治具8のトンネル覆工3
への取付状態を示すものである。図示する如く固定治具
8は、例えばテフロン、アクリルや金属製の中空平板上
の部材で、その裏面側に上記溝10の幅に対応した直径
の突起部8aを設け、さらにその頭頂に光ファイバ歪セ
ンサ1を溝10に当接するための溝部を形成してなるも
のであって、溝10内及びこの溝10周囲の覆工内壁面
に接着剤4を充填することで光ファイバ歪センサ1を接
着固定し、溝10及びこの溝10周囲の覆工3の内壁面
を覆うものである。FIG. 5A shows the tunnel lining 3 of the fixing jig 8.
It shows the attachment state to. As shown in the figure, the fixing jig 8 is a member on a hollow flat plate made of, for example, Teflon, acrylic or metal, and a protrusion 8a having a diameter corresponding to the width of the groove 10 is provided on the back side thereof, and an optical fiber is further provided on the top of the protrusion. A groove portion for contacting the strain sensor 1 with the groove 10 is formed, and the optical fiber strain sensor 1 is provided by filling the inside of the groove 10 and the inner wall surface of the lining around the groove 10 with the adhesive 4. It is adhered and fixed to cover the groove 10 and the inner wall surface of the lining 3 around the groove 10.
【0045】これに対し、図5(b)はカバー9のトン
ネル覆工3への取付状態を示すものである。図示する如
くカバー9は、上記固定治具8と同じく、例えばテフロ
ン、アクリルや金属製の中空平板上の部材で、その裏面
側に上記溝10の幅に対応した直径の突起部9aを設
け、さらにその頭頂に光ファイバ歪センサ1を溝10に
遊嵌するための溝部を形成してなるものであって、この
溝10周囲の覆工内壁面との間に接着剤4を塗布するこ
とでトンネル覆工3に接着固定され、光ファイバ歪セン
サ1を遊貫した溝10及びこの溝10周囲の覆工3の内
壁面を覆うものである。On the other hand, FIG. 5 (b) shows how the cover 9 is attached to the tunnel lining 3. As shown in the figure, the cover 9 is a member on a hollow flat plate made of, for example, Teflon, acrylic or metal, like the fixing jig 8, and has a protrusion 9a having a diameter corresponding to the width of the groove 10 provided on the back side thereof. Further, a groove portion for loosely fitting the optical fiber strain sensor 1 in the groove 10 is formed on the top of the head, and an adhesive 4 is applied between the groove 10 and the inner wall surface of the lining around the groove 10. The groove 10 is adhesively fixed to the tunnel lining 3 and covers the groove 10 that penetrates the optical fiber strain sensor 1 and the inner wall surface of the lining 3 around the groove 10.
【0046】上記のような構成にあって、光ファイバ歪
センサ1をトンネル覆工3に敷設、固定する場合の手順
について説明する。A procedure for laying and fixing the optical fiber strain sensor 1 on the tunnel lining 3 having the above-mentioned structure will be described.
【0047】まず、光ファイバ歪センサ1を溝10に挿
入して敷設する。この際、覆工3の伸縮変化を検知する
ために光ファイバ歪センサ1は例えば0.2[%]程度
の初期張力をもって敷設するもので、次いで所定間隔、
例えば2[m]毎に接着剤4を溝10内及びこの溝10
位置に隣接する覆工3内壁面に接着剤4を注入、充填
し、上記図5(a)で示した如く光ファイバ歪センサ1
を抑えるようにして固定治具8を取付て接着、固定す
る。First, the optical fiber strain sensor 1 is inserted into the groove 10 and laid. At this time, in order to detect the expansion and contraction change of the lining 3, the optical fiber strain sensor 1 is laid with an initial tension of, for example, about 0.2 [%], and then at a predetermined interval,
For example, the adhesive 4 is applied to the inside of the groove 10 and the groove 10 every 2 [m].
An adhesive 4 is injected and filled into the inner wall surface of the lining 3 adjacent to the position, and as shown in FIG.
Then, the fixing jig 8 is attached so as to be suppressed, and is adhered and fixed.
【0048】その後、溝10に沿った各固定治具8間の
中央地点位置において、溝10周囲の覆工内壁面に接着
剤4を塗布してカバー9を取付て接着、固定すること
で、光ファイバ歪センサ1を溝10内に遊嵌し、光ファ
イバ歪センサ1が当該カバー9位置で伸縮自在としなが
らも溝10から離脱することのないようにする。After that, at the central position between the fixing jigs 8 along the groove 10, the adhesive 4 is applied to the inner wall surface of the lining around the groove 10 and the cover 9 is attached and fixed by adhesion. The optical fiber strain sensor 1 is loosely fitted in the groove 10 so that the optical fiber strain sensor 1 can be expanded and contracted at the position of the cover 9 but is not detached from the groove 10.
【0049】上記のように光ファイバ歪センサ1を敷
設、固定することにより、光ファイバ歪センサ1は溝1
0内に敷設されてトンネル覆工3の内壁面から突出する
ことがない。By laying and fixing the optical fiber strain sensor 1 as described above, the optical fiber strain sensor 1 has the groove 1
0 does not project from the inner wall surface of the tunnel lining 3.
【0050】したがって、例えば新幹線のような高速鉄
道用のトンネル等であっても、光ファイバ歪センサ1が
移動体の通過により発生する風圧の影響を受けてトンネ
ル覆工3から剥離してしまうようなことを回避すること
ができる。Therefore, even in a tunnel for a high-speed railway such as a Shinkansen, the optical fiber strain sensor 1 may be separated from the tunnel lining 3 under the influence of the wind pressure generated by the passage of the moving body. It is possible to avoid this.
【0051】また、上記固定治具8及びカバー9は共に
トンネル覆工3の内壁面に対してその平板形の厚さ分だ
け若干の段差を有するものの、該内壁面とほぼフラット
にして取付けるようにしたため、トンネル覆工3の内壁
面の清掃時等にも支障となることなく、光ファイバ歪セ
ンサ1を汚れや外部からの水の侵入から保護することが
できる。Although both the fixing jig 8 and the cover 9 have a slight step with respect to the inner wall surface of the tunnel lining 3 by the thickness of the flat plate, they can be mounted so as to be substantially flat with the inner wall surface. Therefore, the optical fiber strain sensor 1 can be protected from dirt and intrusion of water from the outside without any trouble even when cleaning the inner wall surface of the tunnel lining 3.
【0052】なお、特にカバー9にあっては、光ファイ
バ歪センサ1を保護する要求の度合いに応じて、各固定
治具8間での取付個数や、個々の溝10の軸方向での長
さ等を変更設定することが可能である。In particular, in the cover 9, depending on the degree of demand for protecting the optical fiber strain sensor 1, the number of attachments between the fixing jigs 8 and the length of each groove 10 in the axial direction are increased. It is possible to change the size and the like.
【0053】その他、本発明は上記第1及び第2の実施
の形態に限定されることなく、その要旨を逸脱しない範
囲内で種々変形して実施することが可能であるものとす
る。In addition, the present invention is not limited to the above-described first and second embodiments, and various modifications can be carried out without departing from the scope of the invention.
【0054】[0054]
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、トンネル
の軸方向に沿って発生する、覆工打設単位で発生するこ
との多い危険性の高い変形、ひび割れを確実且つ効率的
に検知させることが可能となる。According to the first aspect of the present invention, highly dangerous deformation and cracks that often occur along the axial direction of the tunnel and often occur in the lining driving unit can be detected reliably and efficiently. It becomes possible.
【0055】請求項2記載の発明によれば、上記請求項
1記載の発明の効果に加えて、光ファイバがトンネルの
覆工内壁面に突出しないために、トンネル内を移動体が
通過する際に発生する風圧等の影響を受けることなく、
また該覆工内壁面の清掃時にも支障とならない。According to the invention described in claim 2, in addition to the effect of the invention described in claim 1, since the optical fiber does not project to the inner wall surface of the lining of the tunnel, when the moving body passes through the tunnel. Without being affected by wind pressure etc.
Further, it does not hinder the cleaning of the inner wall surface of the lining.
【0056】請求項3記載の発明によれば、トンネルの
軸方向に沿って発生する、覆工打設単位で発生すること
の多い危険性の高い変形、ひび割れを確実且つ効率的に
検知することが可能となる。According to the third aspect of the present invention, it is possible to reliably and efficiently detect highly dangerous deformation and cracks that often occur in the lining driving unit that occur along the axial direction of the tunnel. Is possible.
【0057】請求項4記載の発明によれば、上記請求項
3記載の発明の効果に加えて、光ファイバがトンネルの
覆工内壁面に突出しないために、トンネル内を移動体が
通過する際に発生する風圧等の影響を受けることなく、
また該覆工内壁面の清掃時にも支障とならない。According to the invention described in claim 4, in addition to the effect of the invention described in claim 3, since the optical fiber does not project to the inner wall surface of the lining of the tunnel, the moving body passes through the tunnel. Without being affected by wind pressure etc.
Further, it does not hinder the cleaning of the inner wall surface of the lining.
【図1】本発明の第1の実施の形態に係る基本構成を示
す図。FIG. 1 is a diagram showing a basic configuration according to a first embodiment of the present invention.
【図2】同実施の形態に係る変形量の推移を例示する
図。FIG. 2 is a diagram exemplifying a transition of a deformation amount according to the same embodiment.
【図3】同実施の形態に係る光ファイバ歪センサ及びB
OTDRを用いた局部歪試験の要領を示す図。FIG. 3 is an optical fiber strain sensor and B according to the same embodiment.
The figure which shows the point of the local distortion test using OTDR.
【図4】本発明の第2の実施の形態に係る基本構成を示
す図。FIG. 4 is a diagram showing a basic configuration according to a second embodiment of the present invention.
【図5】同実施の形態に係る固定治具とカバーの取付状
態を説明する図。FIG. 5 is a view for explaining a mounting state of a fixing jig and a cover according to the same embodiment.
1…光ファイバ歪センサ 2…歪分布計測器(BOTDR) 3…トンネル覆工 4…接着剤 5…覆工打設 6,7…ひび割れ 8…固定治具 9…カバー 10…溝 1 ... Optical fiber strain sensor 2 ... Strain distribution measuring instrument (BOTDR) 3 ... Tunnel lining 4 ... Adhesive 5 ... Casting lining 6,7 ... Crack 8 ... Fixing jig 9 ... Cover 10 ... Groove
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 好章 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三菱重工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 杉村 忠士 長崎県長崎市深堀町五丁目717番1号 三菱重工業株式会社長崎研究所内 (56)参考文献 特開 平10−197296(JP,A) 特開 平8−4499(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 11/00 - 11/30 G01C 7/00 - 7/06 G01K 11/00 - 11/30 G01L 1/00 - 1/26 G02B 6/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Yoshiaki Inoue 5-717-1, Fukahori-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Research Institute (72) Inventor Tadashi Sugimura 717, Fukahori-cho, Nagasaki-shi, Nagasaki No. 1 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Nagasaki Laboratory (56) Reference JP 10-197296 (JP, A) JP 8-4499 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 11/00-11/30 G01C 7/00-7/06 G01K 11/00-11/30 G01L 1/00-1/26 G02B 6/00
Claims (4)
の打設単位毎にその周方向に延在するようにして光ファ
イバを所定間隔で上記覆工に固定することを特徴とする
光ファイバの敷設方法。1. An optical fiber, wherein optical fibers are fixed to the lining at predetermined intervals so as to extend in the circumferential direction for each lining unit of the lining constituting a tunnel to be detected. Laying method.
を延在するように敷設し、 上記敷設された光ファイバに対し、上記溝部及び溝部周
囲の覆工内壁面を覆うようにして所定間隔で固定部材で
固定し、 上記溝部に沿った上記固定部材間で、上記溝部及び溝部
周囲の覆工内壁面を覆うようにして該光ファイバを上記
溝部内にカバー部材で遊嵌することを特徴とする請求項
1記載の光ファイバの敷設方法。2. The optical fiber is laid so as to extend in a groove provided in the lining, and the laid optical fiber is covered with the groove and the inner wall surface of the lining around the groove. Fixing with a fixing member at a predetermined interval, and loosely fitting the optical fiber in the groove by a cover member so as to cover the groove and the inner wall surface of the lining around the groove between the fixing members along the groove. The optical fiber laying method according to claim 1, wherein
の打設単位毎にその周方向に延在するようにして所定間
隔で上記覆工に固定した光ファイバ歪センサを有するこ
とを特徴とする光ファイバを用いた歪検出装置。3. An optical fiber strain sensor fixed to the lining at predetermined intervals so as to extend in the circumferential direction for each lining unit of the lining constituting the tunnel to be detected. Strain detection device using optical fiber.
を延在するように敷設し、 上記敷設された光ファイバに対し、上記溝部及び溝部周
囲の覆工内壁面を覆うようにして所定間隔で固定する固
定部材と、 上記溝部に沿った上記固定部材間で、上記溝部及び溝部
周囲の覆工内壁面を覆うようにして該光ファイバを上記
溝部内に遊嵌するカバー部材とをさらに有することを特
徴とする請求項3記載の光ファイバを用いた歪検出装
置。4. The optical fiber is laid so as to extend in a groove provided in the lining, and the laid optical fiber is arranged to cover the groove and the inner wall surface of the lining around the groove. A fixing member that fixes at a predetermined interval, and a cover member that loosely fits the optical fiber in the groove so as to cover the groove and the inner wall surface of the lining around the groove between the fixing members along the groove. The strain detecting apparatus using the optical fiber according to claim 3, further comprising:
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