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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023086579
(43)【公開日】2023-06-22
(54)【発明の名称】変位計測装置および地盤変位計測方法
(51)【国際特許分類】
G01B 11/16 20060101AFI20230615BHJP
G01C 7/06 20060101ALI20230615BHJP
G01B 11/00 20060101ALI20230615BHJP
G01D 5/353 20060101ALI20230615BHJP
【ＦＩ】
G01B11/16 Z
G01C7/06
G01B11/00 Z
G01D5/353 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021201196
(22)【出願日】2021-12-10
(71)【出願人】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】510009267
【氏名又は名称】東亞エルメス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001807
【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所
(72)【発明者】
【氏名】坂井 一雄
(72)【発明者】
【氏名】水野 史隆
(72)【発明者】
【氏名】田中 茂
【テーマコード（参考）】
2F065
2F103
【Ｆターム（参考）】
2F065AA02
2F065AA03
2F065AA09
2F065BB08
2F065CC14
2F065DD16
2F065FF41
2F065LL02
2F065QQ28
2F065UU03
2F103CA07
2F103EC09
2F103GA01
(57)【要約】
【課題】地盤変位を計測した後に、計測孔内から光ファイバーケーブルセンサを回収できる変位計測装置を提供する。
【解決手段】変位計測装置１０であって、計測孔９０に挿入されるガイド管２０と、ガイド管２０内で膨張収縮可能な袋状のパッカー３０と、パッカー３０の外面とガイド管２０の内面との間に配置された光ファイバーケーブルセンサ５０と、を備えている。光ファイバーケーブルセンサ５０は、光ファイバーケーブルセンサ５０の変位を測定する測定装置に接続可能である。パッカー３０を膨張させた状態では、光ファイバーケーブルセンサ５０がパッカー３０の外面とガイド管２０の内面との間に挟まれて固定される。
【選択図】図３
【解決手段】変位計測装置１０であって、計測孔９０に挿入されるガイド管２０と、ガイド管２０内で膨張収縮可能な袋状のパッカー３０と、パッカー３０の外面とガイド管２０の内面との間に配置された光ファイバーケーブルセンサ５０と、を備えている。光ファイバーケーブルセンサ５０は、光ファイバーケーブルセンサ５０の変位を測定する測定装置に接続可能である。パッカー３０を膨張させた状態では、光ファイバーケーブルセンサ５０がパッカー３０の外面とガイド管２０の内面との間に挟まれて固定される。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
計測孔に挿入されるガイド管と、
前記ガイド管内で膨張収縮可能な袋状のパッカーと、
前記パッカーの外面と前記ガイド管の内面との間に配置された光ファイバーケーブルセンサと、を備え、
前記光ファイバーケーブルセンサは、前記光ファイバーケーブルセンサの変位を測定する測定装置に接続可能であり、
前記パッカーを膨張させた状態では、前記光ファイバーケーブルセンサが前記パッカーの外面と前記ガイド管の内面との間に挟まれて固定されることを特徴とする変位計測装置。
前記ガイド管内で膨張収縮可能な袋状のパッカーと、
前記パッカーの外面と前記ガイド管の内面との間に配置された光ファイバーケーブルセンサと、を備え、
前記光ファイバーケーブルセンサは、前記光ファイバーケーブルセンサの変位を測定する測定装置に接続可能であり、
前記パッカーを膨張させた状態では、前記光ファイバーケーブルセンサが前記パッカーの外面と前記ガイド管の内面との間に挟まれて固定されることを特徴とする変位計測装置。
【請求項2】
請求項１に記載の変位計測装置であって、
前記ガイド管は、前後方向に延びており、
前記ガイド管の外面には、少なくとも上下左右の四つ平面が形成されていることを特徴とする変位計測装置。
前記ガイド管は、前後方向に延びており、
前記ガイド管の外面には、少なくとも上下左右の四つ平面が形成されていることを特徴とする変位計測装置。
【請求項3】
請求項１に記載の変位計測装置であって、
前記ガイド管は、前後方向に延びており、
前記ガイド管の内面には、少なくとも上下二つの平面または左右の二つ平面が形成されていることを特徴とする変位計測装置。
前記ガイド管は、前後方向に延びており、
前記ガイド管の内面には、少なくとも上下二つの平面または左右の二つ平面が形成されていることを特徴とする変位計測装置。
【請求項4】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の変位計測装置であって、
前記パッカーの外面と前記ガイド管の内面との間には平板が配置され、
前記平板の内面は、前記パッカーの外面に対峙し、
前記平板の外面は、前記ガイド管の内面に対峙しており、
前記平板の内面または外面には、前後方向に延びている窪み部が形成され、
前記窪み部に前記光ファイバーケーブルセンサが嵌め込まれていることを特徴とする変位計測装置。
前記パッカーの外面と前記ガイド管の内面との間には平板が配置され、
前記平板の内面は、前記パッカーの外面に対峙し、
前記平板の外面は、前記ガイド管の内面に対峙しており、
前記平板の内面または外面には、前後方向に延びている窪み部が形成され、
前記窪み部に前記光ファイバーケーブルセンサが嵌め込まれていることを特徴とする変位計測装置。
【請求項5】
請求項４に記載の変位計測装置であって、
前記窪み部は、前記平板の内面に形成されており、
前記パッカーを膨張させた状態では、前記光ファイバーケーブルセンサが前記パッカーの外面に接することを特徴とする変位計測装置。
前記窪み部は、前記平板の内面に形成されており、
前記パッカーを膨張させた状態では、前記光ファイバーケーブルセンサが前記パッカーの外面に接することを特徴とする変位計測装置。
【請求項6】
請求項４または請求項５に記載の変位計測装置であって、
前記パッカーの上下左右の側方にそれぞれ前記平板が配置されており、
前記各平板にそれぞれ前記光ファイバーケーブルセンサが設けられていることを特徴とする変位計測装置。
前記パッカーの上下左右の側方にそれぞれ前記平板が配置されており、
前記各平板にそれぞれ前記光ファイバーケーブルセンサが設けられていることを特徴とする変位計測装置。
【請求項7】
地盤の変位を計測する地盤変位計測方法であって、
地盤に設けた計測孔に請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の変位計測装置を挿入する工程と、
前記計測孔の内壁と前記ガイド管との間に充填材を充填して、前記ガイド管の位置決めを行う工程と、
前記パッカー内を加圧して前記パッカーを膨張させ、前記光ファイバーケーブルセンサを前記パッカーの外面と前記ガイド管の内面との間に挟んで固定する工程と、
前記光ファイバーケーブルセンサの変位を計測する工程と、
前記パッカー内を減圧して、前記パッカーを収縮させる工程と、
前記パッカーおよび前記光ファイバーケーブルセンサを前記ガイド管から抜き出す工程と、
を備えていることを特徴とする地盤変位計測方法。
地盤に設けた計測孔に請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の変位計測装置を挿入する工程と、
前記計測孔の内壁と前記ガイド管との間に充填材を充填して、前記ガイド管の位置決めを行う工程と、
前記パッカー内を加圧して前記パッカーを膨張させ、前記光ファイバーケーブルセンサを前記パッカーの外面と前記ガイド管の内面との間に挟んで固定する工程と、
前記光ファイバーケーブルセンサの変位を計測する工程と、
前記パッカー内を減圧して、前記パッカーを収縮させる工程と、
前記パッカーおよび前記光ファイバーケーブルセンサを前記ガイド管から抜き出す工程と、
を備えていることを特徴とする地盤変位計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トンネル施工における切羽前方の地盤変位を計測する変位計測装置および変位計測装置を用いた地盤変位計測方法に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、トンネルの施工において、切羽前方の地山状況に応じて適切な工法を採用するためには、切羽前方の地盤変位を管理する必要がある。
地盤変位の計測方法としては、切羽前方に向けて形成した計測孔に光ファイバーケーブルセンサを挿入し、測定装置から光ファイバーケーブルセンサに光を入射して散乱光が戻るまでの時間や散乱光の周波数分布を解析することで、地盤変位を把握する方法がある。
特許文献１には、ガイド管の外周面に光ファイバーケーブルセンサを取り付け、計測孔にガイド管を挿入し、計測孔内にグラウト材を充填することで、光ファイバーケーブルセンサを計測孔内に固定することが開示されている。
地盤変位の計測方法としては、切羽前方に向けて形成した計測孔に光ファイバーケーブルセンサを挿入し、測定装置から光ファイバーケーブルセンサに光を入射して散乱光が戻るまでの時間や散乱光の周波数分布を解析することで、地盤変位を把握する方法がある。
特許文献１には、ガイド管の外周面に光ファイバーケーブルセンサを取り付け、計測孔にガイド管を挿入し、計測孔内にグラウト材を充填することで、光ファイバーケーブルセンサを計測孔内に固定することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２００２－１５６２１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
前記した従来の地盤変位計測方法では、計測孔内に充填したグラウト材に光ファイバーケーブルセンサが埋め込まれるため、地盤変位を計測した後に、光ファイバーケーブルセンサを回収できないという問題がある。例えば、ＯＦＤＲ方式（Optical Frequency Domain Reflectometry）の変位計測方法では、高価な光ファイバーケーブルセンサを用いる必要があるが、このような光ファイバーケーブルセンサを前記した従来の地盤変位計測方法に適用すると、施工コストが嵩んでしまう。
また、円形断面のガイド管の外周面の上下左右の位置に光ファイバーケーブルセンサを取り付け、このガイド管を円形断面の計測孔に挿入したときに、ガイド管が周方向に捻じれて、各光ファイバーケーブルセンサが上下鉛直および左右水平に配置されないことがある。
また、円形断面のガイド管の外周面の上下左右の位置に光ファイバーケーブルセンサを取り付け、このガイド管を円形断面の計測孔に挿入したときに、ガイド管が周方向に捻じれて、各光ファイバーケーブルセンサが上下鉛直および左右水平に配置されないことがある。
【0005】
本発明は、前記した問題を解決し、地盤変位を計測した後に、計測孔内から光ファイバーケーブルセンサを回収できる変位計測装置および地盤変位計測方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
前記課題を解決するため、第一の発明は、変位計測装置であって、計測孔に挿入されるガイド管と、前記ガイド管内で膨張収縮可能な袋状のパッカーと、前記パッカーの外面と前記ガイド管の内面との間に配置された光ファイバーケーブルセンサと、を備えている。前記光ファイバーケーブルセンサは、前記光ファイバーケーブルセンサの変位を測定する測定装置に接続可能である。前記パッカーを膨張させた状態では、前記光ファイバーケーブルセンサが前記パッカーの外面と前記ガイド管の内面との間に挟まれて固定される。
前記課題を解決するため、第二の発明は、地盤の変位を計測する地盤変位計測方法である。地盤に設けた計測孔に前記変位計測装置を挿入し、前記計測孔の内壁と前記ガイド管との間に充填材を充填して、前記ガイド管の位置決めを行う。続いて、前記パッカー内を加圧して前記パッカーを膨張させ、前記光ファイバーケーブルセンサを前記パッカーの外面と前記ガイド管の内面との間に挟んで固定する。そして、前記光ファイバーケーブルセンサの変位を計測した後に、前記パッカー内を減圧して前記パッカーを収縮させ、前記パッカーおよび前記光ファイバーケーブルセンサを前記ガイド管から抜き出す。
前記課題を解決するため、第二の発明は、地盤の変位を計測する地盤変位計測方法である。地盤に設けた計測孔に前記変位計測装置を挿入し、前記計測孔の内壁と前記ガイド管との間に充填材を充填して、前記ガイド管の位置決めを行う。続いて、前記パッカー内を加圧して前記パッカーを膨張させ、前記光ファイバーケーブルセンサを前記パッカーの外面と前記ガイド管の内面との間に挟んで固定する。そして、前記光ファイバーケーブルセンサの変位を計測した後に、前記パッカー内を減圧して前記パッカーを収縮させ、前記パッカーおよび前記光ファイバーケーブルセンサを前記ガイド管から抜き出す。
【0007】
本発明では、地盤に設けた計測孔に挿入したガイド管内でパッカーを膨張させ、光ファイバーケーブルセンサをパッカーの外面とガイド管の内面との間に挟むことで、ガイド管内に光ファイバーケーブルセンサを固定できる。そして、光ファイバーケーブルセンサを用いて地盤変位を計測した後に、パッカーを収縮して、光ファイバーケーブルセンサのガイド管への固定を解除することで、ガイド管内から光ファイバーケーブルセンサを回収できる。
このように、本発明では、地盤変位を計測した後に地盤内から光ファイバーケーブルセンサを回収できるため、高精度の変位計側が期待できる高価な光ファイバーケーブルセンサとパッカー装置を用いる場合でも、地盤変位の計測に要するコストを抑えることができる。つまり、ＯＦＤＲ方式の変位計測方法のように、高価な光ファイバーケーブルセンサとパッカー装置を用いた変位計測方法に本発明を適用して、地盤変位を精度良く計測できる。
前記した変位計測装置において、前記ガイド管を前後方向に延ばして、前記ガイド管の外面に少なくとも上下左右の四つ平面を形成した場合には、計測孔にガイド管を挿入するときに、ガイド管が軸回りに回転し難いため、光ファイバーケーブルセンサを計測孔の所定位置に正しく挿入できる。
前記した変位計測装置において、前記ガイド管を前後方向に延ばして、前記ガイド管の内面に少なくとも上下二つの平面または左右の二つ平面を形成することで、鉛直方向または水平方向の地盤変位を計測できる。
このように、本発明では、地盤変位を計測した後に地盤内から光ファイバーケーブルセンサを回収できるため、高精度の変位計側が期待できる高価な光ファイバーケーブルセンサとパッカー装置を用いる場合でも、地盤変位の計測に要するコストを抑えることができる。つまり、ＯＦＤＲ方式の変位計測方法のように、高価な光ファイバーケーブルセンサとパッカー装置を用いた変位計測方法に本発明を適用して、地盤変位を精度良く計測できる。
前記した変位計測装置において、前記ガイド管を前後方向に延ばして、前記ガイド管の外面に少なくとも上下左右の四つ平面を形成した場合には、計測孔にガイド管を挿入するときに、ガイド管が軸回りに回転し難いため、光ファイバーケーブルセンサを計測孔の所定位置に正しく挿入できる。
前記した変位計測装置において、前記ガイド管を前後方向に延ばして、前記ガイド管の内面に少なくとも上下二つの平面または左右の二つ平面を形成することで、鉛直方向または水平方向の地盤変位を計測できる。
【0008】
前記した変位計測装置において、前記パッカーの外面と前記ガイド管の内面との間に平板を配置し、前記平板の内面を前記パッカーの外面に対峙させ、前記平板の外面を前記ガイド管の内面に対峙させる。前記平板の内面または外面には、前後方向に延びている窪み部を形成し、前記窪み部に前記光ファイバーケーブルセンサを嵌め込んだ場合には、光ファイバーケーブルセンサを安定させることができる。
また、前記窪み部を、前記平板の内面に形成し、前記パッカーを膨張させた状態では、前記光ファイバーケーブルセンサが前記パッカーの外面に接するように構成した場合には、地盤変位の計測精度を高めることができる。
前記した変位計測装置において、前記パッカーの上下左右の側方にそれぞれ前記平板を配置し、前記各平板にそれぞれ前記光ファイバーケーブルセンサを設けることで、水平方向および鉛直方向の地盤変位を計測できる。
また、前記窪み部を、前記平板の内面に形成し、前記パッカーを膨張させた状態では、前記光ファイバーケーブルセンサが前記パッカーの外面に接するように構成した場合には、地盤変位の計測精度を高めることができる。
前記した変位計測装置において、前記パッカーの上下左右の側方にそれぞれ前記平板を配置し、前記各平板にそれぞれ前記光ファイバーケーブルセンサを設けることで、水平方向および鉛直方向の地盤変位を計測できる。
【発明の効果】
【0009】
本発明の変位計測装置および地盤変位計測方法では、地盤変位を計測した後に地盤内から光ファイバーケーブルセンサを回収できるため、高精度な地盤変位の計測に要するコストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施形態に係るトンネルを示した側断面図である。
【図3】本発明の実施形態に係る変位計測装置において、パッカーを収縮させた状態を示した軸断面図である。
【図4】本発明の実施形態に係る変位計測装置において、ガイド管、平板およびパッカーを示した斜視図である。
【図5】本発明の実施形態に係る変位計測装置において、パッカーを膨張させた状態を示した軸断面図である。
【図6】本発明の他の実施形態に係る変位計測装置において、パッカーを膨張させた状態を示した軸断面図である。
【図7】本発明の他の実施形態に係る変位計測装置において、ガイド管の軸断面が長方形である構成の軸断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るトンネル１を示した側断面図である。
本実施形態の変位計測装置１０および地盤変位計測方法は、図１に示すトンネル１の切羽２前方の地盤変位を把握するものである。
図２は、本発明の実施形態に係るトンネル１を示した図で、図１のII－II断面図である。
本実施形態のトンネル１は、図２に示すように、山岳トンネル工法によって形成されたものであり、馬蹄形状の断面形状である。なお、トンネル１の施工方法や断面形状は限定されるものではなく、例えば、トンネルが円形断面でもよい。
トンネル１の壁部には、図１に示すように、延長方向に所定の間隔（例えば１２ｍ）毎に拡幅部３が形成されている。拡幅部３は、トンネル１の壁部を標準断面よりも外側に拡幅した部位である。本実施形態のトンネル１では、図２に示すように、延長方向に所定の間隔毎に五つの拡幅部３が形成されている。
拡幅部３は、トンネル１の左右の端部および頂部にそれぞれ形成されるとともに、左右の端部と頂部との間にそれぞれ形成されている。
トンネル１の周囲の地盤には、図１に示すように、拡幅部３から切羽２の前方に向けて斜め上向きに計測孔９０が形成されている。計測孔９０は、円筒状の鋼管９１によって形成されている（図３参照）。図２に示すように、各拡幅部３からそれぞれ切羽２前方に向けて計測孔９０が形成されている。
なお、図１に示す計測孔９０を形成するための管体は、鋼管９１に限定されるものではなく、例えば、樹脂製の管体を用いてもよい。
本実施形態では、トンネル削岩機を用いたＡＧＦ工法によって、鋼管９１を地盤に埋設している。具体的には、鋼管９１の先端部に掘削刃（図示せず）を取り付け、トンネル削岩機を用いて鋼管９１を軸回りに回転させ、掘削刃によって地盤を掘削しながら鋼管９１を地盤に挿入している。
図１は、本発明の実施形態に係るトンネル１を示した側断面図である。
本実施形態の変位計測装置１０および地盤変位計測方法は、図１に示すトンネル１の切羽２前方の地盤変位を把握するものである。
図２は、本発明の実施形態に係るトンネル１を示した図で、図１のII－II断面図である。
本実施形態のトンネル１は、図２に示すように、山岳トンネル工法によって形成されたものであり、馬蹄形状の断面形状である。なお、トンネル１の施工方法や断面形状は限定されるものではなく、例えば、トンネルが円形断面でもよい。
トンネル１の壁部には、図１に示すように、延長方向に所定の間隔（例えば１２ｍ）毎に拡幅部３が形成されている。拡幅部３は、トンネル１の壁部を標準断面よりも外側に拡幅した部位である。本実施形態のトンネル１では、図２に示すように、延長方向に所定の間隔毎に五つの拡幅部３が形成されている。
拡幅部３は、トンネル１の左右の端部および頂部にそれぞれ形成されるとともに、左右の端部と頂部との間にそれぞれ形成されている。
トンネル１の周囲の地盤には、図１に示すように、拡幅部３から切羽２の前方に向けて斜め上向きに計測孔９０が形成されている。計測孔９０は、円筒状の鋼管９１によって形成されている（図３参照）。図２に示すように、各拡幅部３からそれぞれ切羽２前方に向けて計測孔９０が形成されている。
なお、図１に示す計測孔９０を形成するための管体は、鋼管９１に限定されるものではなく、例えば、樹脂製の管体を用いてもよい。
本実施形態では、トンネル削岩機を用いたＡＧＦ工法によって、鋼管９１を地盤に埋設している。具体的には、鋼管９１の先端部に掘削刃（図示せず）を取り付け、トンネル削岩機を用いて鋼管９１を軸回りに回転させ、掘削刃によって地盤を掘削しながら鋼管９１を地盤に挿入している。
【0012】
図３は、本発明の実施形態に係る変位計測装置１０において、パッカー３０を収縮させた状態を示した軸断面図である。
変位計測装置１０は、図３に示すように、計測孔９０に挿入されるガイド管２０と、ガイド管２０内に配置されたパッカー３０と、パッカー３０の外面とガイド管２０の内面との間に配置された四枚の平板４０および四本の光ファイバーケーブルセンサ５０と、を備えている。
変位計測装置１０は、図３に示すように、計測孔９０に挿入されるガイド管２０と、ガイド管２０内に配置されたパッカー３０と、パッカー３０の外面とガイド管２０の内面との間に配置された四枚の平板４０および四本の光ファイバーケーブルセンサ５０と、を備えている。
【0013】
図４は、本発明の実施形態に係る変位計測装置において、ガイド管、平板およびパッカーを示した斜視図である。
ガイド管２０は、図４に示すように、前後方向に延びているＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）製の管体である。なお、ガイド管２０の材質は樹脂製に限定されるものではなく、例えば、鋼管を用いてもよい。
ガイド管２０の外面には、上下左右の四つの平面２１が形成されている。上下の平面２１，２１は水平に配置され、左右の平面２１，２１は鉛直に配置されている。
本実施形態のガイド管２０は、図３に示すように、正方形の断面形状に形成されているが、長方形の断面形状でもよい。なお、隣り合う二つの平面２１，２１の間に傾斜面を形成して六角形や八角形等の多角形の断面形状に形成してもよい。
ガイド管２０は、計測孔９０の下部に配置されている。ガイド管２０の外面と計測孔９０の内面との間には、シリカレジンやセメントミルク等の充填材４が充填されており、この充填材４によってガイド管２０が計測孔９０内に位置決めされている。
ガイド管２０は、図４に示すように、前後方向に延びているＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）製の管体である。なお、ガイド管２０の材質は樹脂製に限定されるものではなく、例えば、鋼管を用いてもよい。
ガイド管２０の外面には、上下左右の四つの平面２１が形成されている。上下の平面２１，２１は水平に配置され、左右の平面２１，２１は鉛直に配置されている。
本実施形態のガイド管２０は、図３に示すように、正方形の断面形状に形成されているが、長方形の断面形状でもよい。なお、隣り合う二つの平面２１，２１の間に傾斜面を形成して六角形や八角形等の多角形の断面形状に形成してもよい。
ガイド管２０は、計測孔９０の下部に配置されている。ガイド管２０の外面と計測孔９０の内面との間には、シリカレジンやセメントミルク等の充填材４が充填されており、この充填材４によってガイド管２０が計測孔９０内に位置決めされている。
【0014】
パッカー３０は、図４に示すように、前後方向に延びている合成ゴム製の袋体である。パッカー３０は内部を気体または液体によって加圧することで、膨張可能である。また、パッカー３０を膨張させた後に、パッカー３０の内部を減圧することで、収縮可能である。このように、パッカー３０は、膨張収縮を繰り返すことが可能である。
なお、パッカー３０の材質は合成ゴムに限定されるものではなく、膨張収縮可能であれば各種の材料を用いることができる。
膨張させる前のパッカー３０は、図３に示すように、円形断面に形成されている。パッカー３０の外面３１は、ガイド管２０の上下左右の内面２２にそれぞれ間隔を空けて対峙している。
なお、パッカー３０の材質は合成ゴムに限定されるものではなく、膨張収縮可能であれば各種の材料を用いることができる。
膨張させる前のパッカー３０は、図３に示すように、円形断面に形成されている。パッカー３０の外面３１は、ガイド管２０の上下左右の内面２２にそれぞれ間隔を空けて対峙している。
【0015】
平板４０は、図４に示すように、前後方向に延びているＰＶＣ（ポリ塩化ビニル）製の板状の部材である。なお、平板４０の材質はＰＶＣに限定されるものではなく、各種の材料を用いることができる。
平板４０は、図３に示すように、パッカー３０の外面３１とガイド管２０の内面２２との間に配置されている。パッカー３０の側方には上下左右の四枚の平板４０が配置されている。
平板４０の内面４２は、パッカー３０の外面３１に対峙し、平板４０の外面４１は、ガイド管２０の内面２２に対峙している。
平板４０は、図３に示すように、パッカー３０の外面３１とガイド管２０の内面２２との間に配置されている。パッカー３０の側方には上下左右の四枚の平板４０が配置されている。
平板４０の内面４２は、パッカー３０の外面３１に対峙し、平板４０の外面４１は、ガイド管２０の内面２２に対峙している。
【0016】
平板４０の内面４２には、前後方向に延びている窪み部４３が形成されている（図４参照）。窪み部４３は、平板４０の幅方向の中央部に形成されている。また、窪み部４３は、平板４０の内面４２から外側に向かうに連れて幅が小さくなるように三角形の断面形状に形成されている。なお、窪み部４３の位置や断面形状は限定されるものではない。
本実施形態の変位計測装置１０では、上下の平板４０，４０の窪み部４３，４３が左右方向において同じ位置に配置され、左右の平板４０，４０の窪み部４３，４３が上下方向において同じ位置に配置されている。
本実施形態の変位計測装置１０では、上下の平板４０，４０の窪み部４３，４３が左右方向において同じ位置に配置され、左右の平板４０，４０の窪み部４３，４３が上下方向において同じ位置に配置されている。
【0017】
光ファイバーケーブルセンサ５０は、図３に示すように、前後方向に延びている。四本の光ファイバーケーブルセンサ５０は、上下左右の平板４０の窪み部４３にそれぞれ嵌め込まれている。光ファイバーケーブルセンサ５０を窪み部４３に嵌め込んだ後に、エポキシ樹脂によって窪み部４３をコーティングすることで、光ファイバーケーブルセンサ５０が平板４０の内面４２に固定されている。
上下の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０は、左右方向において同じ位置に配置され、左右の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０は、上下方向において同じ位置に配置されている。
光ファイバーケーブルセンサ５０は、図１に示すように、光ファイバーケーブルセンサ５０の変位を測定する測定装置８０に接続可能である。
測定装置８０は、コンピュータであり、光ファイバーケーブルセンサ５０に光を入射して散乱光が戻るまでの時間や散乱光の周波数分布を解析することで、光ファイバーケーブルセンサ５０の径方向の変位を把握できる。本実施形態の測定装置８０では、ＯＦＤＲ方式の変位計測方法によって光ファイバーケーブルセンサ５０の変位を算出しているが、ＢＯＴＤＲ方式やＰＰＰ－ＢＯＴＡ方式等の各種の解析方法によって光ファイバーケーブルセンサ５０の変位を算出してもよい。
上下の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０は、左右方向において同じ位置に配置され、左右の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０は、上下方向において同じ位置に配置されている。
光ファイバーケーブルセンサ５０は、図１に示すように、光ファイバーケーブルセンサ５０の変位を測定する測定装置８０に接続可能である。
測定装置８０は、コンピュータであり、光ファイバーケーブルセンサ５０に光を入射して散乱光が戻るまでの時間や散乱光の周波数分布を解析することで、光ファイバーケーブルセンサ５０の径方向の変位を把握できる。本実施形態の測定装置８０では、ＯＦＤＲ方式の変位計測方法によって光ファイバーケーブルセンサ５０の変位を算出しているが、ＢＯＴＤＲ方式やＰＰＰ－ＢＯＴＡ方式等の各種の解析方法によって光ファイバーケーブルセンサ５０の変位を算出してもよい。
【0018】
図５は、本発明の実施形態に係る変位計測装置１０において、パッカー３０を膨張させた状態を示した軸断面図である。
図５に示すように、ガイド管２０内でパッカー３０を膨張させると、パッカー３０によって平板４０がガイド管２０の内面２２側に押し出され、平板４０の外面４１がガイド管２０の内面２２に押し付けられる。
また、パッカー３０の外面３１が上下左右の平板４０の内面４２にそれぞれ押し付けられることで、パッカー３０の外面３１に上下左右の四つの平面が形成され、パッカー３０は四角形の断面形状に変形する。
そして、光ファイバーケーブルセンサ５０がパッカー３０の外面３１とガイド管２０の内面２２との間に挟まれて固定される。光ファイバーケーブルセンサ５０はパッカー３０の外面３１に接している。このようにして、上下左右の四本の光ファイバーケーブルセンサ５０がガイド管２０内に固定される。
図５に示すように、ガイド管２０内でパッカー３０を膨張させると、パッカー３０によって平板４０がガイド管２０の内面２２側に押し出され、平板４０の外面４１がガイド管２０の内面２２に押し付けられる。
また、パッカー３０の外面３１が上下左右の平板４０の内面４２にそれぞれ押し付けられることで、パッカー３０の外面３１に上下左右の四つの平面が形成され、パッカー３０は四角形の断面形状に変形する。
そして、光ファイバーケーブルセンサ５０がパッカー３０の外面３１とガイド管２０の内面２２との間に挟まれて固定される。光ファイバーケーブルセンサ５０はパッカー３０の外面３１に接している。このようにして、上下左右の四本の光ファイバーケーブルセンサ５０がガイド管２０内に固定される。
【0019】
次に、本実施形態の変位計測装置１０を用いた地盤変位計測方法について説明する。
まず、図１に示す鋼管９１の先端部に掘削刃（図示せず）を取り付け、トンネル削岩機（図示せず）を用いて鋼管９１をトンネル１の拡幅部３から切羽２前方の地盤に挿入する。これにより、鋼管９１によって地盤に計測孔９０が形成される。
また、図４に示すように、ガイド管２０にパッカー３０を挿入するとともに、パッカー３０の外面とガイド管２０の内面との間に上下左右の平板４０を挿入する。なお、平板４０には光ファイバーケーブルセンサ５０が固定されている。
そして、図３に示すように、ガイド管２０とともに、パッカー３０、各平板４０および各光ファイバーケーブルセンサ５０を鋼管９１の基端部から計測孔９０に挿入する。
ガイド管２０を計測孔９０に挿入した後に、ガイド管２０の外面と計測孔９０の内面との間に充填材４を充填して、計測孔９０内にガイド管２０を位置決めする。
まず、図１に示す鋼管９１の先端部に掘削刃（図示せず）を取り付け、トンネル削岩機（図示せず）を用いて鋼管９１をトンネル１の拡幅部３から切羽２前方の地盤に挿入する。これにより、鋼管９１によって地盤に計測孔９０が形成される。
また、図４に示すように、ガイド管２０にパッカー３０を挿入するとともに、パッカー３０の外面とガイド管２０の内面との間に上下左右の平板４０を挿入する。なお、平板４０には光ファイバーケーブルセンサ５０が固定されている。
そして、図３に示すように、ガイド管２０とともに、パッカー３０、各平板４０および各光ファイバーケーブルセンサ５０を鋼管９１の基端部から計測孔９０に挿入する。
ガイド管２０を計測孔９０に挿入した後に、ガイド管２０の外面と計測孔９０の内面との間に充填材４を充填して、計測孔９０内にガイド管２０を位置決めする。
【0020】
図５に示すように、パッカー３０内を加圧して、パッカー３０を膨張させると、各平板４０がガイド管２０の内面２２に押し付けられる。これにより、光ファイバーケーブルセンサ５０がパッカー３０の外面３１とガイド管２０の内面２２との間に挟まれて固定される。このようにして、上下左右の光ファイバーケーブルセンサ５０がガイド管２０内に固定される。
地盤に変位が生じて、鋼管９１の一部が湾曲すると、鋼管９１の変位に追従してガイド管２０および各光ファイバーケーブルセンサ５０に変位が生じる。
そして、図１に示す測定装置８０から光ファイバーケーブルセンサ５０に光を入射して散乱光が戻るまでの時間や散乱光の周波数分布を解析することで、各光ファイバーケーブルセンサ５０の変位を計測することができる。光ファイバーケーブルセンサ５０の変位は、地盤の変位を示しているため、測定装置８０によって切羽２前方の地盤変位を把握できる。
地盤に変位が生じて、鋼管９１の一部が湾曲すると、鋼管９１の変位に追従してガイド管２０および各光ファイバーケーブルセンサ５０に変位が生じる。
そして、図１に示す測定装置８０から光ファイバーケーブルセンサ５０に光を入射して散乱光が戻るまでの時間や散乱光の周波数分布を解析することで、各光ファイバーケーブルセンサ５０の変位を計測することができる。光ファイバーケーブルセンサ５０の変位は、地盤の変位を示しているため、測定装置８０によって切羽２前方の地盤変位を把握できる。
【0021】
切羽２前方の地盤変位を計測しながらトンネル１を計測孔９０の先端部まで延長させた後に、図３に示すように、パッカー３０内を減圧して、パッカー３０を収縮させる。これにより、ガイド管２０への各平板４０および各光ファイバーケーブルセンサ５０の固定が解除される。
ガイド管２０の基端部からパッカー３０および各平板４０を抜き出して回収する。これにより、平板４０とともに光ファイバーケーブルセンサ５０をガイド管２０内から回収できる。
同様にして、図１に示すトンネル１の切羽２前方の地盤に計測孔９０を形成し、図３に示すように、計測孔９０に変位計測装置１０を挿入して地盤変位の計測を繰り返す。
ガイド管２０の基端部からパッカー３０および各平板４０を抜き出して回収する。これにより、平板４０とともに光ファイバーケーブルセンサ５０をガイド管２０内から回収できる。
同様にして、図１に示すトンネル１の切羽２前方の地盤に計測孔９０を形成し、図３に示すように、計測孔９０に変位計測装置１０を挿入して地盤変位の計測を繰り返す。
【0022】
以上のような変位計測装置１０および地盤変位計測方法では、図５に示すように、地盤に設けた計測孔９０に挿入したガイド管２０内でパッカー３０を膨張させ、光ファイバーケーブルセンサ５０をパッカー３０の外面とガイド管２０の内面との間に挟むことで、ガイド管２０内に光ファイバーケーブルセンサ５０を容易に固定できる。
そして、光ファイバーケーブルセンサ５０を用いて地盤変位を計測した後に、図３に示すように、パッカー３０を収縮して、光ファイバーケーブルセンサ５０のガイド管２０への固定を解除することで、ガイド管２０内から光ファイバーケーブルセンサ５０を回収できる。
このように、本実施形態の変位計測装置１０および地盤変位計測方法では、地盤変位を計測した後に地盤内から光ファイバーケーブルセンサ５０を回収できる。そのため、高精度の変位計側が期待できる高価な光ファイバーケーブルセンサ５０とパッカー装置を用いる場合でも、地盤変位の計測に要するコストを抑えることができる。つまり、ＯＦＤＲ方式の変位計測方法のように、高価な光ファイバーケーブルセンサ５０とパッカー装置を用いた変位計測方法に適用して、地盤変位を精度良く計測できる。
そして、光ファイバーケーブルセンサ５０を用いて地盤変位を計測した後に、図３に示すように、パッカー３０を収縮して、光ファイバーケーブルセンサ５０のガイド管２０への固定を解除することで、ガイド管２０内から光ファイバーケーブルセンサ５０を回収できる。
このように、本実施形態の変位計測装置１０および地盤変位計測方法では、地盤変位を計測した後に地盤内から光ファイバーケーブルセンサ５０を回収できる。そのため、高精度の変位計側が期待できる高価な光ファイバーケーブルセンサ５０とパッカー装置を用いる場合でも、地盤変位の計測に要するコストを抑えることができる。つまり、ＯＦＤＲ方式の変位計測方法のように、高価な光ファイバーケーブルセンサ５０とパッカー装置を用いた変位計測方法に適用して、地盤変位を精度良く計測できる。
【0023】
本実施形態の変位計測装置１０では、ガイド管２０の外面に上下左右の四つの平面２１が形成されている。この構成では、計測孔９０にガイド管２０を挿入するときに、ガイド管２０が軸回りに回転し難いため、各光ファイバーケーブルセンサ５０を計測孔９０の所定位置に正しく挿入できる。
【0024】
本実施形態の変位計測装置１０では、平板４０に形成された窪み部４３に光ファイバーケーブルセンサ５０が嵌め込まれているため、ガイド管２０内に光ファイバーケーブルセンサ５０を安定させることができる。また、図５に示すように、パッカー３０を膨張させたときに、光ファイバーケーブルセンサ５０がパッカー３０の外面に接すると、地盤変位の計測精度を高めることができる。
本実施形態の変位計測装置１０では、パッカー３０の上下左右の側方にそれぞれ平板４０が配置され、各平板４０にそれぞれ光ファイバーケーブルセンサ５０が設けられている。さらに、上下の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０を左右方向において同じ位置に配置し、左右の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０を上下方向において同じ位置に配置している。このようにすると、水平方向および鉛直方向の地盤変位を精度良く計測できる。
本実施形態の変位計測装置１０では、パッカー３０の上下左右の側方にそれぞれ平板４０が配置され、各平板４０にそれぞれ光ファイバーケーブルセンサ５０が設けられている。さらに、上下の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０を左右方向において同じ位置に配置し、左右の光ファイバーケーブルセンサ５０，５０を上下方向において同じ位置に配置している。このようにすると、水平方向および鉛直方向の地盤変位を精度良く計測できる。
【0025】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜に変更が可能である。
本実施形態では、図１に示すように、トンネル１の拡幅部３から切羽２の前方に向けて斜め上向きに計測孔９０が形成されているが、トンネル１に拡幅部３を形成することなく、トンネル１の内壁面から計測孔９０を形成してもよい。
図６は、本発明の他の実施形態に係る変位計測装置１０において、パッカー３０を膨張させた状態を示した軸断面図である。
例えば、本実施形態の変位計測装置１０では、図３に示すように、平板４０の内面４２に光ファイバーケーブルセンサ５０が固定されているが、図６に示すように、平板４０の外面４１に窪み部４３を形成し、その窪み部４３に光ファイバーケーブルセンサ５０を嵌め込んでもよい。
本実施形態の変位計測装置１０では、図３に示すように、ガイド管２０内に上下左右の四本の光ファイバーケーブルセンサ５０が設けられているが、光ファイバーケーブルセンサ５０の数や配置は限定されるものではない。
本実施形態の変位計測装置１０では、光ファイバーケーブルセンサ５０が平板４０に固定されているが、平板４０を設けることなく、光ファイバーケーブルセンサ５０のみをガイド管２０の外面と計測孔９０の内面との間に配置してもよい。
本実施形態の地盤変位計測方法では、地盤に鋼管９１を挿入することで計測孔９０を形成しているが、地盤を掘削した孔を計測孔９０としてもよい。
鋼管９１、ガイド管２０、パッカー３０および平板４０の形状や材質は限定されるものではなく、施工条件に応じて適宜に設定することができる。
なお、本実施形態の変位計測装置１０のように、鋼管９１よりもガイド管２０が柔らかい材質である場合には、鋼管９１の変位に追従してガイド管２０が変位し易いため、地盤変位を精度良く計測できる。
図７は、本発明の他の実施形態に係る変位計測装置１０において、ガイド管２０の軸断面が長方形である構成の軸断面図である。
本実施形態の変位計測装置１０では、ガイド管２０の軸断面が正方形に形成されているが、図７に示すように、ガイド管２０の軸断面を左右方向の辺よりも上下方向の辺が大きい長方形に形成してもよい。図７に示す変位計測装置１０では、ガイド管２０の長辺側となる左右両側に光ファイバーケーブルセンサ５０および平板４０が配置されている。このようにすると、平板４０を安定させることができる。
なお、ガイド管２０の軸断面を上下方向の辺よりも左右方向の辺が大きい長方形に形成し、ガイド管２０の長辺側となる上下両側に光ファイバーケーブルセンサ５０および平板４０を配置してもよい。
本実施形態では、図１に示すように、トンネル１の拡幅部３から切羽２の前方に向けて斜め上向きに計測孔９０が形成されているが、トンネル１に拡幅部３を形成することなく、トンネル１の内壁面から計測孔９０を形成してもよい。
図６は、本発明の他の実施形態に係る変位計測装置１０において、パッカー３０を膨張させた状態を示した軸断面図である。
例えば、本実施形態の変位計測装置１０では、図３に示すように、平板４０の内面４２に光ファイバーケーブルセンサ５０が固定されているが、図６に示すように、平板４０の外面４１に窪み部４３を形成し、その窪み部４３に光ファイバーケーブルセンサ５０を嵌め込んでもよい。
本実施形態の変位計測装置１０では、図３に示すように、ガイド管２０内に上下左右の四本の光ファイバーケーブルセンサ５０が設けられているが、光ファイバーケーブルセンサ５０の数や配置は限定されるものではない。
本実施形態の変位計測装置１０では、光ファイバーケーブルセンサ５０が平板４０に固定されているが、平板４０を設けることなく、光ファイバーケーブルセンサ５０のみをガイド管２０の外面と計測孔９０の内面との間に配置してもよい。
本実施形態の地盤変位計測方法では、地盤に鋼管９１を挿入することで計測孔９０を形成しているが、地盤を掘削した孔を計測孔９０としてもよい。
鋼管９１、ガイド管２０、パッカー３０および平板４０の形状や材質は限定されるものではなく、施工条件に応じて適宜に設定することができる。
なお、本実施形態の変位計測装置１０のように、鋼管９１よりもガイド管２０が柔らかい材質である場合には、鋼管９１の変位に追従してガイド管２０が変位し易いため、地盤変位を精度良く計測できる。
図７は、本発明の他の実施形態に係る変位計測装置１０において、ガイド管２０の軸断面が長方形である構成の軸断面図である。
本実施形態の変位計測装置１０では、ガイド管２０の軸断面が正方形に形成されているが、図７に示すように、ガイド管２０の軸断面を左右方向の辺よりも上下方向の辺が大きい長方形に形成してもよい。図７に示す変位計測装置１０では、ガイド管２０の長辺側となる左右両側に光ファイバーケーブルセンサ５０および平板４０が配置されている。このようにすると、平板４０を安定させることができる。
なお、ガイド管２０の軸断面を上下方向の辺よりも左右方向の辺が大きい長方形に形成し、ガイド管２０の長辺側となる上下両側に光ファイバーケーブルセンサ５０および平板４０を配置してもよい。
【符号の説明】
【0026】
１ トンネル
２ 切羽
３ 拡幅部
４ 充填材
１０ 変位計測装置
２０ ガイド管
２１ 平面
２２ 内面
３０ パッカー
３１ 外面
４０ 平板
４１ 外面
４２ 内面
４３ 窪み部
５０ 光ファイバーケーブルセンサ
８０ 測定装置
９０ 計測孔
９１ 鋼管
２ 切羽
３ 拡幅部
４ 充填材
１０ 変位計測装置
２０ ガイド管
２１ 平面
２２ 内面
３０ パッカー
３１ 外面
４０ 平板
４１ 外面
４２ 内面
４３ 窪み部
５０ 光ファイバーケーブルセンサ
８０ 測定装置
９０ 計測孔
９１ 鋼管
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】