特開 2024-40720 状態測定装置及び状態測定方法

(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】P2024040720

(43)【公開日】2024-03-26

(54)【発明の名称】状態測定装置及び状態測定方法

(51)【国際特許分類】

   G01B 11/16 20060101AFI20240318BHJP

   G01D 5/353 20060101ALI20240318BHJP

   G01K 11/322 20210101ALI20240318BHJP

【ＦＩ】

G01B11/16 Z

G01D5/353 B

G01K11/322

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022145245

(22)【出願日】2022-09-13

(71)【出願人】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】黒川 紗季

(72)【発明者】

【氏名】岡本 圭司

(72)【発明者】

【氏名】野中 隼人

【テーマコード（参考）】

2F056

2F065

2F103

【Ｆターム（参考）】

2F056AE03

2F056AE05

2F056AE07

2F056CA02

2F056CA18

2F065AA02

2F065AA65

2F065BB08

2F065BB12

2F065CC14

2F065CC40

2F065DD03

2F065FF41

2F065FF69

2F065JJ01

2F065LL02

2F065MM16

2F065QQ03

2F065QQ25

2F065QQ28

2F065UU07

2F103BA01

2F103CA06

2F103CA07

2F103EB01

2F103EB11

2F103EB18

2F103EC09

2F103FA02

2F103GA01

2F103GA11

2F103GA14

2F103GA15

(57)【要約】

【課題】光ファイバケーブルによる被測定対象物の状態測定の測定精度を向上させる。
【解決手段】状態測定装置１００は、ボーリング孔２内に折り返して埋設された光ファイバケーブル５０と、光ファイバケーブル５０の折返部５０ａを覆うカバー部材６０と、を備え、光ファイバケーブル５０は、往路に埋設される第１光ファイバケーブル５１と、復路に埋設されカバー部材６０内において第１光ファイバケーブル５１に接続される第２光ファイバケーブル５２と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

光ファイバケーブルにより被測定対象物の状態を測定する状態測定装置であって、
前記被測定対象物内を往復するように前記被測定対象物内に折り返して埋設された前記光ファイバケーブルと、
前記光ファイバケーブルの折返部を覆うカバー部材と、を備え、
前記光ファイバケーブルは、往路に埋設される第１光ファイバケーブルと、復路に埋設され前記カバー部材内において前記第１光ファイバケーブルに接続される第２光ファイバケーブルと、を有する、
状態測定装置。

【請求項2】

前記第１光ファイバケーブル及び前記第２光ファイバケーブルは、コアと、前記コアの外周を取り囲むクラッドと、前記クラッドの外周を取り囲む被覆と、をそれぞれ有し、
前記第１光ファイバケーブルの前記被覆に対する前記クラッドの追従性は、前記第２光ファイバケーブルの前記被覆に対する前記クラッドの追従性よりも高い、
請求項１に記載の状態測定装置。

【請求項3】

前記カバー部材は、前記光ファイバケーブルの前記折返部を所定の曲率で保持可能な曲率保持部を有する、
請求項１に記載の状態測定装置。

【請求項4】

前記第１光ファイバケーブル及び前記第２光ファイバケーブルは、コアと、前記コアの外周を取り囲むクラッドと、前記クラッドの外周を取り囲む被覆と、をそれぞれ有し、
前記曲率保持部には、前記第１光ファイバケーブルと前記第２光ファイバケーブルとを接続するために前記被覆が除去された前記第１光ファイバケーブル及び前記第２光ファイバケーブルの何れかが保持される、
請求項３に記載の状態測定装置。

【請求項5】

前記第１光ファイバケーブルと前記第２光ファイバケーブルとは、前記第１光ファイバケーブル及び前記第２光ファイバケーブルよりも許容曲げ半径が小さい第３光ファイバケーブルを介して接続され、
前記曲率保持部には、前記第３光ファイバケーブルが保持される、
請求項３に記載の状態測定装置。

【請求項6】

前記光ファイバケーブルは、前記被測定対象物に設けられた挿入孔内に挿入され、
前記光ファイバケーブルと前記挿入孔との間隙には、充填材が充填される、
請求項１から５の何れか１つに記載の状態測定装置。

【請求項7】

前記第１光ファイバケーブル及び前記第２光ファイバケーブルは、コアと、前記コアの外周を取り囲むクラッドと、前記クラッドの外周を取り囲む被覆と、をそれぞれ有し、
前記充填材に対する前記第１光ファイバケーブルの前記クラッドの追従性は、前記充填材に対する前記第２光ファイバケーブルの前記クラッドの追従性よりも高い、
請求項６に記載の状態測定装置。

【請求項8】

請求項１から５の何れか１つに記載の状態測定装置によって前記被測定対象物の状態を測定する状態測定方法であって、
前記光ファイバケーブルに光を入射する工程と、
前記光ファイバケーブルのうち、前記第１光ファイバケーブルから戻る散乱光に基づいて前記被測定対象物の歪みを計測する工程と、
前記光ファイバケーブルのうち、前記第２光ファイバケーブルから戻る散乱光に基づいて前記被測定対象物の温度を計測する工程と
計測された前記歪みを計測された前記温度を用いて補正する工程と、を含む、
状態測定方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、状態測定装置及び状態測定方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、地盤内に埋設された光ファイバケーブルを用いて地盤の状態を測定する状態測定装置が開示されている。

【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】

特許文献１に開示された状態測定装置では、地盤内に埋設された光ファイバケーブルとして、歪み計測用の光ファイバケーブルが設けられるとともに、歪み計測用の光ファイバケーブルにおいて計測された計測値を補正するために温度補償用の光ファイバケーブルが設けられている。これらの光ファイバケーブルは、散乱光計測装置に別々に接続されていることから、それぞれ異なるタイミングで計測が行われることになる。このように計測が行われるタイミングが異なると、例えば、歪み計測用の光ファイバケーブルによる計測が行われてから温度補償用の光ファイバケーブルによる計測が完了するまでの間に温度が変化した場合には、歪み計測用の光ファイバケーブルによる計測が行われたときの温度とは異なる温度で歪み量が補正されることになる。このため、歪み量の測定精度が低下するおそれがある。

【0005】

本発明は、光ファイバケーブルによる被測定対象物の状態測定の測定精度を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、光ファイバケーブルにより被測定対象物の状態を測定する状態測定装置であって、被測定対象物内を往復するように被測定対象物内に折り返して埋設された光ファイバケーブルと、光ファイバケーブルの折返部を覆うカバー部材と、を備え、光ファイバケーブルは、往路に埋設される第１光ファイバケーブルと、復路に埋設されカバー部材内において第１光ファイバケーブルに接続される第２光ファイバケーブルと、を有する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、光ファイバケーブルによる被測定対象物の状態測定の測定精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る状態測定装置を示す図である。

【図2】第１光ファイバケーブルの構成を説明するための断面図である。

【図3】第２光ファイバケーブルの構成を説明するための断面図である。

【図4】本発明の実施形態に係る状態測定装置のカバー部材を示す図である。

【図5】本発明の実施形態に係る状態測定装置のカバー部材の変形例を示す図である。

【図6】本発明の実施形態に係る状態測定装置の変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る状態測定装置について説明する。

【0010】

まず、図１から図４を参照して、本発明の実施形態に係る状態測定装置１００の構成について説明する。状態測定装置１００は、被測定対象物である地盤１に埋設された光ファイバケーブル５０によって地盤１の状態を測定する装置である。なお、被測定対象物は、地盤１に限定されず、光ファイバケーブル５０を埋設することが可能なものであればどのようなものであってもよく、例えば、ダム等のコンクリート構造物であってもよい。

【0011】

土木構造物の構築において、地滑り等の地盤の状態を把握することは重要であり、また、トンネル等の地下空洞の掘削に伴って地盤に生じる緩み域の進展を把握することは、安定した状態で掘削を進めるためには重要であることから、地中の歪みや緩み域を検出するために、例えば、図１に示すように、地盤１に鉛直方向上方に向けて掘削されたボーリング孔２（挿入孔）内に光ファイバケーブル５０が埋設される。なお、ボーリング孔２は、一端が被測定対象物である地盤や構造物の内部において閉口し、他端が被測定対象物である地盤や構造物に対して開口する有底孔である。

【0012】

ボーリング孔２内に埋設された光ファイバケーブル５０は、地中の歪みや地盤１の緩みに応じて歪みを生じることから、後述のように、光ファイバケーブル５０の歪みを計測することにより地中の歪みや地盤１の緩みを計測することができる。

【0013】

図１に示される状態測定装置１００は、ボーリング孔２の軸方向に沿って往復するように折り返して埋設される光ファイバケーブル５０と、光ファイバケーブル５０が取り付けられたパイプ材１０と、パイプ材１０の先端側に取り付けられ光ファイバケーブル５０の折返部５０ａを覆うカバー部材６０と、カバー部材６０に取り付けられボーリング孔２の径方向外側に拡径可能な拡径体２０と、パイプ材１０に沿って設けられた充填ホース３０と、を主に備える。

【0014】

パイプ材１０は、ポリ塩化ビニル等の樹脂で形成され、ボーリング孔２の内径よりも十分に小さい外径を有する中空の長尺部材であり、軸方向に貫通して形成された内部通路１１と、内部通路１１の内周面において一端が開口しパイプ材１０の内側と外側とを連通する連通孔１２と、を有する。

【0015】

連通孔１２は、状態測定装置１００がボーリング孔２内に挿入された状態において、パイプ材１０の先端側に形成されており、充填ホース３０を通じてボーリング孔２内にグラウト４０（充填材）を充填する際に、ボーリング孔２内の空気をボーリング孔２外へ排出する排出口として機能する。

【0016】

拡径体２０は、供給される流体の圧力に応じて径方向外側に向かって膨張する膨張部２２と、膨張部２２を径方向内側において支持する支持部２１と、加圧された流体を供給する供給パイプ２４と、を有する。図１には、膨張部２２がボーリング孔２の径方向外側に向かって膨張し、ボーリング孔２の内壁面を膨張部２２が押圧している状態が示されている。

【0017】

膨張部２２は、外形が樽状または筒状に形成されたゴム製または金属製の部材であって、支持部２１と膨張部２２との間に形成される図示しない空間へと供給される流体の圧力に応じて径方向外側へと膨張するよう支持部２１によって支持されている。

【0018】

支持部２１は、カバー部材６０の外面に対して図示しない固定具を介して固定されている。

【0019】

供給パイプ２４は、パイプ材１０に軸方向に沿って取り付けられており、その一端２４ａは、支持部２１と膨張部２２との間に形成される空間に開口している。供給パイプ２４の他端２４ｂは、加圧された流体が供給パイプ２４を通じて膨張部２２に供給される前の段階では、ボーリング孔２の外において、図示しないポンプ等の流体供給源に接続され、膨張部２２への流体の供給が完了した段階では、図１に示されるように、ボーリング孔２内に収容される。なお、一旦膨張した膨張部２２の膨張状態を保持するために、供給された流体の逆流を防止する逆流防止弁が供給パイプ２４上に設けられてもよい。

【0020】

供給パイプ２４を通じて拡径体２０に供給される流体は、例えば、加圧された水であり、膨張部２２は、水圧に応じた荷重でボーリング孔２の内壁面を押圧する。なお、拡径体２０に供給される流体は、水に限定されず、圧縮空気や加圧された作動油であってもよい。

【0021】

充填ホース３０は、ボーリング孔２内に充填されるグラウト４０が流通するホースであり、グラウト４０を放出する放出口３０ａが、ボーリング孔２内において開口するようにパイプ材１０に沿って取り付けられている。放出口３０ａの位置は、図１に示すように、パイプ材１０に形成された連通孔１２よりも鉛直方向下方に設定されている。なお、放出口３０ａは、連通孔１２よりも鉛直方向下方に配置されていればよく、例えば、ボーリング孔２の開口端２ｂ付近に配置されていてもよい。充填ホース３０の他端は、ボーリング孔２の外において、図示しないグラウト送出ポンプに接続される。

【0022】

光ファイバケーブル５０は、図１に示されるように、ボーリング孔２の底面２ａ付近の折返部５０ａにおいて折り返され、ボーリング孔２内を往復するようにして地盤１内に設けられている。

【0023】

光ファイバケーブル５０の先端部５０ｂは、ボーリング孔２の開口端２ｂ付近に配置され、先端面において反射が生じないように油脂、シリコン等のシール材によって閉塞処理されている。一方、光ファイバケーブル５０の基端部５０ｃは、ボーリング孔２の外側において、計測装置７０に接続されている。

【0024】

光ファイバケーブル５０は、ボーリング孔２の開口端２ｂ側から底面２ａに向かう往路に埋設される第１光ファイバケーブル５１と、底面２ａ側から開口端２ｂに向かう復路に埋設される第２光ファイバケーブル５２と、の２つの異なる光ファイバケーブルによって主に構成されている。なお、往路や復路という表現は光ファイバケーブルが敷設される経路を区別するためのものであって、往路に埋設されるものを第２光ファイバケーブルとし、復路に埋設されるものを第１光ファイバケーブルとしてもよい。

【0025】

第１光ファイバケーブル５１は、地盤１に生じる歪みを計測するために用いられる光ファイバセンサであり、図２に示されるように、第１光ファイバ素線５１ａと、鋼製の線材であるテンションメンバ５１ｅと、これらを覆う樹脂製の被覆５１ｄと、を有する。第１光ファイバ素線５１ａは、コア５１ｂ、コア５１ｂの外周を取り囲むクラッド５１ｃ、及び、クラッド５１ｃの周囲を被覆する図示しない紫外線硬化樹脂により構成される。なお、図２は、第１光ファイバケーブル５１の断面図である。

【0026】

被覆５１ｄの表面には、ボーリング孔２内に充填されるグラウト４０との密着性を高めるために、エンボス加工が施されている。これにより、グラウト４０を介して地盤１において生じた歪みが、第１光ファイバ素線５１ａへと伝達されやすくなる。

【0027】

第２光ファイバケーブル５２は、地盤１内の温度を計測するために用いられる光ファイバセンサであり、図３に示されるように、第２光ファイバ素線５２ａと、第２光ファイバ素線５２ａを覆うように設けられる金属管５２ｄ（被覆）と、を有する。

【0028】

第２光ファイバ素線５２ａは、第１光ファイバ素線５１ａと同様に、コア５２ｂ、コア５２ｂの外周を取り囲むクラッド５２ｃ、及び、クラッド５２ｃの周囲を被覆する図示しない紫外線硬化樹脂により構成される。

【0029】

金属管５２ｄは、耐食性が高いステンレスやニッケル合金により形成された鋼管であり、第２光ファイバ素線５２ａの外径よりも大きな内径を有している。つまり、第２光ファイバ素線５２ａと金属管５２ｄとの間には僅かな隙間が形成されており、第２光ファイバ素線５２ａは金属管５２ｄに拘束されることなく自由に伸縮できるようになっている。なお、図３は、第２光ファイバケーブル５２の断面図である。

【0030】

歪み計測用の第１光ファイバケーブル５１の被覆５１ｄに対するクラッド５１ｃ（第１光ファイバ素線５１ａ）の追従性と、温度計測用の第２光ファイバケーブル５２の金属管５２ｄ（被覆）に対するクラッド５２ｃ（第２光ファイバ素線５２ａ）の追従性とを比較すると、前者の方が高く、後者の方が低くなっている。換言すると、第１光ファイバケーブル５１の被覆５１ｄとクラッド５１ｃとの間の摩擦係数と第２光ファイバケーブル５２の被覆（金属管５２ｄ）とクラッド５２ｃとの間の摩擦係数とを比較すると、前者の方が後者よりも大きくなっている。つまり、それぞれの被覆が埋設されるグラウト４０（充填材）に対する第１光ファイバ素線５１ａ（クラッド５１ｃ）の追従性と第２光ファイバ素線５２ａ（クラッド５２ｃ）の追従性とを比較すると、前者の方が高く、後者の方が低くなっている。

【0031】

特に、第１光ファイバケーブル５１の被覆５１ｄの表面には、上述のようにエンボス加工が施されており、被覆５１ｄがグラウト４０に密着しやすくなっていることから、グラウト４０に対する第１光ファイバ素線５１ａ（クラッド５１ｃ）の追従性は、より高められているといえる。また、第２光ファイバケーブル５２の第２光ファイバ素線５２ａと金属管５２ｄ（被覆）との間には、上述のように僅かな隙間が設けられ、第２光ファイバ素線５２ａが金属管５２ｄ（被覆）に追従しにくくなっていることから、グラウト４０に対する第２光ファイバ素線５２ａ（クラッド５２ｃ）の追従性は、より低められているといえる。

【0032】

つまり、地盤１に歪みが生じた場合、第１光ファイバケーブル５１では、その歪みが被覆５１ｄを介して第１光ファイバ素線５１ａに伝達されやすくなっている一方で、第２光ファイバケーブル５２では、その歪みが金属管５２ｄを介して第２光ファイバ素線５２ａに伝達されにくくなっている。

【0033】

また、温度計測用の第２光ファイバケーブル５２では、熱伝導性が高い金属管５２ｄが第２光ファイバ素線５２ａを覆う被覆となっているため、地盤１の温度が第２光ファイバ素線５２ａへと伝達されやすくなっている。

【0034】

これら第１光ファイバケーブル５１と第２光ファイバケーブル５２とは、光ファイバケーブル５０の折返部５０ａを覆うカバー部材６０内において、第１光ファイバ素線５１ａと第２光ファイバ素線５２ａとが融着されることによって接続される。具体的には、第１光ファイバ素線５１ａと第２光ファイバ素線５２ａとは、コア５１ｂ，５２ｂ同士が融着され、クラッド５１ｃ，５２ｃ同士が融着されることによって接続される。第１光ファイバ素線５１ａと第２光ファイバ素線５２ａとを融着する際に支障となる第１光ファイバケーブル５１の被覆５１ｄと第２光ファイバケーブル５２の金属管５２ｄ（被覆）とは、端部から所定の長さにわたってそれぞれ予め除去される。第１光ファイバ素線５１ａと第２光ファイバ素線５２ａとが融着された部分は、後述の保護スリーブ５４によって保護される。なお、第１光ファイバケーブル５１と第２光ファイバケーブル５２との接続方法は、融着接続に限定されず、メカニカルスプライス接続やコネクタ接続であってもよい。但し、接続部における接続損失を低減させるためには、融着接続とすることが好ましい。

【0035】

また、パイプ材１０の外周面に軸方向に沿って設けられる第１光ファイバケーブル５１及び第２光ファイバケーブル５２は、供給パイプ２４及び充填ホース３０と共に固定テープ１４によってパイプ材１０に敷設され一体化するように固定される。なお、パイプ材１０と第１光ファイバケーブル及び第２光ファイバケーブルとは、ボーリング孔２内にパイプ材１０と第１光ファイバケーブル及び第２光ファイバケーブルが挿入される際に一体化されていればよい。固定テープ１４は、軸方向において所定の間隔で複数設けられる。

【0036】

カバー部材６０は、射出成形によって形成された樹脂製の筐体であり、図４に示されるように、光ファイバケーブル５０の折返部５０ａを収容可能な形状に形成された収容部６１と、収容部６１内に取り回された光ファイバケーブル５０が外部に露出しないように収容部６１に取り付けられる図示しない蓋部材と、を有する。なお、図４には、収容部６１から蓋部材が取り外された状態における収容部６１の内部の形状が示されている。

【0037】

収容部６１は、板状の底壁６１ａと、底壁６１ａの外縁に沿って形成された側壁６１ｂと、を有し、収容部６１内には、光ファイバケーブル５０の折返部５０ａを所定の曲率で保持可能な曲率保持部６３が設けられるとともに、第１光ファイバケーブル５１を保持可能な第１保持部６４と、第２光ファイバケーブル５２を保持可能な第２保持部６５と、第１光ファイバ素線５１ａと第２光ファイバ素線５２ａとの融着部分を保護する保護スリーブ５４を保持可能なスリーブ保持部６６と、余長部を保持可能な余長保持部６７と、が設けられる。

【0038】

曲率保持部６３は、底壁６１ａから円形状に膨出した膨出部６３ａと、膨出部６３ａと側壁６１ｂとの間に形成される溝部６３ｂと、を有する。膨出部６３ａの外周面は、所定の曲率の円弧面６３ｃとなっており、溝部６３ｂに挿入された光ファイバケーブル５０は、円弧面６３ｃに沿って保持される。このように曲率保持部６３によって保持されることで、光ファイバケーブル５０は、その延在方向が転換される。つまり、曲率保持部６３によって保持される部分が光ファイバケーブル５０の折返部５０ａとなる。

【0039】

円弧面６３ｃの曲率の大きさは、光ファイバケーブル５０の曲げ損失が増大することを避けるために、光ファイバケーブル５０の最小曲げ半径に応じて設定される。例えば、図４に示すように、第２光ファイバ素線５２ａが折返部５０ａに設けられる場合、円弧面６３ｃの曲率の大きさは、第２光ファイバ素線５２ａの最小曲げ半径に応じて、曲げ損失が増大しないように設定される。

【0040】

なお、折返部５０ａでの曲げ損失を低減させるには、円弧面６３ｃの曲率を小さくした方がよいが、円弧面６３ｃの曲率を小さくすると、カバー部材６０の幅が大きくなるため、カバー部材６０が挿入されるボーリング孔２の内径を大きくしなければならない。一方で、ボーリング孔２の掘削に要する費用や時間は、ボーリング孔２の内径が大きくなるほど増大することから、ボーリング孔２の内径はできるだけ小さくすることが好ましい。

【0041】

また、一般的に、第１光ファイバケーブル５１や第２光ファイバケーブル５２のようなケーブルと、第１光ファイバ素線５１ａや第２光ファイバ素線５２ａのような素線と、を比較した場合、光ファイバ素線の方が曲がりやすく、その最小曲げ半径も小さい。

【0042】

このため、本実施形態では、第２光ファイバ素線５２ａのような素線が折返部５０ａに配置されるようにすることによって、円弧面６３ｃの曲率を大きくし、カバー部材６０の幅をできるだけ小さくしている。これにより、ボーリング孔２の内径が小さい場合であってもカバー部材６０を挿入することが可能となる。

【0043】

円弧面６３ｃが設けられる膨出部６３ａの形状は、円形状に限定されず、ボーリング孔２内に挿入される際にボーリング孔２の底面２ａに当接するカバー部材６０の先端部側に向かって凸状に形成された円弧面６３ｃを有していればどのような形状であってもよく、例えば、半円形状や三日月形状であってもよい。

【0044】

第１保持部６４は、被覆５１ｄが除去されていない第１光ファイバケーブル５１が嵌め込まれることによって第１光ファイバケーブル５１を保持可能な形状に形成された溝部６４ａであり、第２保持部６５は、金属管５２ｄが除去されていない第２光ファイバケーブル５２が嵌め込まれることによって第２光ファイバケーブル５２を保持可能な形状に形成された溝部６５ａである。各溝部６４ａ，６５ａは、収容部６１の内側と外側とを連通するように側壁６１ｂの一部分を切り欠くことによって形成される。

【0045】

スリーブ保持部６６は、直線状に延びる側壁６１ｂとこれと平行に延びる内部壁６６ａとの間に形成された溝部６６ｂであって、溝部６６ｂの幅の大きさは、保護スリーブ５４の外径よりも僅かに小さく設定される。保護スリーブ５４が溝部６６ｂに嵌め込まれることによって、第１光ファイバ素線５１ａと第２光ファイバ素線５２ａとの融着部分は保護スリーブ５４を介してカバー部材６０に固定される。

【0046】

なお、保護スリーブ５４は、脆弱部である第１光ファイバ素線５１ａと第２光ファイバ素線５２ａとの融着部分を保護するために設けられる管状部材であり、内部には、第１光ファイバ素線５１ａと第２光ファイバ素線５２ａとに跨って設けられる棒状の硬質部材が設けられている。

【0047】

余長保持部６７は、第１光ファイバケーブル５１と第２光ファイバケーブル５２とを接続する際に、余裕を持って被覆５１ｄが除去された第１光ファイバ素線５１ａの余長部分や余裕を持って金属管５２ｄが除去された第２光ファイバ素線５２ａの余長部分が取り回される部分であり、底壁６１ａから半円形状に膨出した膨出部６７ａを有する。膨出部６７ａの外周面の一部は、所定の曲率の円弧面６７ｂとなっており、光ファイバケーブル５０は、円弧面６７ｂに沿って保持される。

【0048】

円弧面６７ｂが設けられる膨出部６７ａの形状は、半円形状に限定されず、円弧面６７ｂを有していればどのような形状であってもよく、例えば、曲率保持部６３の膨出部６３ａと同様に円形状であってもよい。なお、余長部分が短い場合には、光ファイバケーブル５０は、破線で示されるように、膨出部６７ａと側壁６１ｂとの間に形成される溝部６７ｃに沿って保持されてもよい。また、余長部分が長い場合には、光ファイバケーブル５０は、曲率保持部６３の膨出部６３ａを周回することにより保持されてもよい。

【0049】

また、余長保持部６７は、図４に示されるように、第２光ファイバ素線５２ａの余長部分を保持するものに限定されず、これに代えて、または、これに加えて、第１光ファイバ素線５１ａの余長部分を保持可能な位置に形成されていてもよい。

【0050】

このように内部に光ファイバケーブル５０が取り回されたカバー部材６０は、折返部５０ａを保持する曲率保持部６３が設けられた部分側がボーリング孔２の底面２ａに対向するようにパイプ材１０の先端側に取り付けられる。つまり、ボーリング孔２内にパイプ材１０等を挿入する際、まず、カバー部材６０がボーリング孔２内に挿入され、カバー部材６０の先端部がボーリング孔２の底面２ａに当接するまで挿入される。

【0051】

また、状態測定装置１００は、ボーリング孔２の開口端２ｂにおいて、パイプ材１０の基端部をボーリング孔２に対して固定するためのフランジ１６をさらに有する。

【0052】

フランジ１６は、ボーリング孔２の外側に突出するパイプ材１０の基端部を支持するために設けられた板状部材であり、パイプ材１０とパイプ材１０の周りに設けられる光ファイバケーブル５０及び充填ホース３０とが挿通可能な挿通孔１６ａと、ボーリング孔２の開口部を取り囲むように地盤１に埋め込まれたアンカーボルト４が挿通する複数のボルト孔１６ｂと、を有する。フランジ１６は、アンカーボルト４に螺合されたナット５が締め付けられることによって、ボーリング孔２に対して固定された状態となる。

【0053】

また、フランジ１６には、一端がボーリング孔２内において開口する図示しない封止材注入孔が形成されており、この封止材注入孔を通じてボーリング孔２内のフランジ１６近傍にウレタン材等の封止材１８が注入されることによって、ボーリング孔２の開口端２ｂが閉塞され、ボーリング孔２内の空間は外部に対して遮断された状態となる。

【0054】

封止材１８が開口端２ｂに注入されることによって遮断されたボーリング孔２内の空間に、充填ホース３０を通じてセメントベントナイト等のグラウト４０（充填材）が充填されることにより、光ファイバケーブル５０は、パイプ材１０とともにボーリング孔２内に埋設され、地盤１とほぼ一体化された状態となる。なお、グラウト４０が充填される際、ボーリング孔２内の空気は、パイプ材１０の連通孔１２及び内部通路１１を通じてボーリング孔２の外へと排出される。

【0055】

次に、上記構成の状態測定装置１００によって、被測定対象物である地盤１の状態を測定する方法について説明する。

【0056】

一般的に、光ファイバケーブルには入射されたパルス光を僅かに後方に散乱させる性質があり、この性質を利用することにより、光ファイバケーブルにおける複数位置での歪みを計測することが可能である。散乱光の周波数は光ファイバケーブルの歪みに依存するため、パルス光を光ファイバケーブルに入射し、散乱光の周波数を計測することにより光ファイバケーブルの歪みを計測することができる。また、光ファイバケーブルにパルス光を入射してから光ファイバケーブル内で発生した散乱光が入射位置に戻るまでの時間を測定することにより、散乱光が発生した位置、すなわち光ファイバケーブルに歪みが生じた位置を計測することができる。

【0057】

一方で、散乱光の周波数は、歪みだけではなく、周囲温度の変化によっても変わることから、散乱光の周波数から単に歪みを求めた場合、演算された歪みには、温度変化による周波数の変化分も含まれてしまうことになる。つまり、歪みを正確に測定するためには、温度変化に相当する周波数の変化量を補償する必要がある。

【0058】

温度に応じた周波数の変化を補償するために、温度補償用の光ファイバケーブルを別途設けることも考えられるが、歪みを計測するための光ファイバケーブルと温度補償用の光ファイバケーブルとで計測が行われるタイミングが異なると、例えば、歪み計測用の光ファイバケーブルによる計測が行われてから温度補償用の光ファイバケーブルによる計測が完了するまでの間に温度が変化した場合には、歪み計測用の光ファイバケーブルによる計測が行われたときの温度とは異なる温度で歪み量が補正されることになる。

【0059】

このため、単に温度補償用の光ファイバケーブルを設けただけでは、温度変化の影響を確実に除去することができず、結果として歪み量の測定精度が低下してしまうおそれがある。

【0060】

そこで本実施形態では、上述のように、地盤１に生じる歪みを計測するために用いられる第１光ファイバケーブル５１と、地盤１内の温度を計測するために用いられる第２光ファイバケーブル５２と、を接続することによって形成された単一の光ファイバケーブル５０をボーリング孔２内に折り返して埋設し、地盤１の歪みの計測と地盤１の温度の計測とを同時に行うことを可能とし、歪み量の測定に及ぼされる温度変化の影響を確実に除去している。

【0061】

具体的には、まず、計測装置７０内の図示しない光源から光ファイバケーブル５０へと所定のパルス光が入射される（光入射工程）。

【0062】

続いて、光ファイバケーブル５０のうち、第１光ファイバケーブル５１から戻る散乱光（反射光）に基づいて地盤１の歪みがボーリング孔２に沿って計測される（歪み計測工程）。歪みの計測は、例えば、ブリルアン散乱を利用した公知のＢＯＴＤＲ（Brillouin Optical Time Domain Reflectometry）方式によって行われる。

【0063】

これとほぼ同時に、光ファイバケーブル５０のうち、第２光ファイバケーブル５２から戻る散乱光（反射光）に基づいて地盤１の温度がボーリング孔２に沿って計測される（温度計測工程）。温度の計測は、歪みの計測と同様に、公知のＢＯＴＤＲ方式によって行われる。

【0064】

このようにしてボーリング孔２内の軸方向における歪み分布及び温度分布が同時に計測されると、第２光ファイバケーブル５２において計測された温度を用いて第１光ファイバケーブル５１において計測された歪みが補正される（補正工程）。

【0065】

ここで、歪みを算出するために第１光ファイバケーブル５１で取得された周波数差（周波数シフト）には、上述のように、温度に応じた差分も含まれている。一方、第２光ファイバケーブル５２で取得された周波数差（周波数シフト）は、温度に応じた差分のみであり、歪みに応じた差分は含まれていない。

【0066】

したがって、第１光ファイバケーブル５１で取得された周波数差から第２光ファイバケーブル５２で取得された周波数差を差し引くことにより、歪みのみに起因する周波数差が求められる。このようにして求められた歪みのみに起因する周波数差に基づいて、ボーリング孔２の所定位置において生じた歪みを精度よく計測することができる。

【0067】

なお、歪み及び温度の計測は、上記方式に限定されず、光ファイバケーブル５０の後方散乱光に基づいて計測することができれば他の方式により行われてもよく、例えば、公知のＯＦＤＲ（Optical Frequency Domain Reflectometry）方式で行われてもよいし、上述の方式とＯＦＤＲ方式とを組み合わせて行われてもよい。

【0068】

以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。

【0069】

本実施形態に係る状態測定装置１００によれば、ボーリング孔２内に埋設された光ファイバケーブル５０は、往路に埋設される第１光ファイバケーブル５１と復路に埋設される第２光ファイバケーブル５２とが接続されることによって一体化されている。

【0070】

このため、第１光ファイバケーブル５１での計測と第２光ファイバケーブル５２での計測とは同じタイミングで行われることになる。これにより第１光ファイバケーブル５１により測定された計測値を、同じタイミングで第２光ファイバケーブル５２により測定された計測値によって補正することが可能となり、結果として、地盤１の歪み（被測定対象物の状態）の測定精度を向上させることができる。また、第１光ファイバケーブル５１での計測と第２光ファイバケーブル５２での計測とが同時に行われるため、地盤１の歪みの測定に要する時間を短縮することができる。

【0071】

また、折返部５０ａにおいて光ファイバケーブル５０は、カバー部材６０により所定の曲率で保持される。このため、折返部５０ａにおいて曲げ損失が生じることが抑制され、結果として、折返部５０ａを有する場合であっても光ファイバケーブル５０の全域における計測精度を維持することが可能である。

【0072】

また、第１光ファイバケーブル５１と第２光ファイバケーブル５２との接続部は、カバー部材６０内に配置される。このため、脆弱部となる接続部を外部から保護することができる。

【0073】

なお、次のような変形例も本発明の範囲内であり、変形例に示す構成と上述の実施形態で説明した構成を組み合わせたり、以下の異なる変形例で説明する構成同士を組み合わせたりすることも可能である。

【0074】

上記実施形態では、折返部５０ａには第２光ファイバ素線５２ａが配置されている。これに代えて、図５に示す変形例のように、第１光ファイバ素線５１ａ及び第２光ファイバ素線５２ａとは別の第３光ファイバ素線５３（第３光ファイバケーブル）が折返部５０ａに配置され、この第３光ファイバ素線５３が曲率保持部６３により保持されていてもよい。なお、図５は、図４に相当する図である。

【0075】

図５に示される変形例において、第１光ファイバケーブル５１と第２光ファイバケーブル５２とは、第３光ファイバ素線５３を介して接続されている。具体的には、第３光ファイバ素線５３の一端５３ａが第１光ファイバ素線５１ａに融着され、第３光ファイバ素線５３の他端５３ｂが第２光ファイバ素線５２ａに融着され、各融着部は、第１保護スリーブ１５４及び第２保護スリーブ１５５によってそれぞれ保護されている。

【0076】

第３光ファイバ素線５３は、例えばホーリーファイバのような曲げ耐性に特化した光ファイバであり、最小曲げ半径が第１光ファイバ素線５１ａ及び第２光ファイバ素線５２ａよりも小さいものが用いられる。

【0077】

この変形例では、図５に示されるように、カバー部材１６０の収容部１６１には、上記実施形態と同様の曲率保持部６３が設けられる他に、第１保護スリーブ１５４を保持可能な第１スリーブ保持部１６６と、第２保護スリーブ１５５を保持可能な第２スリーブ保持部１６７と、が設けられる。

【0078】

第１スリーブ保持部１６６は、直線状に延びる側壁６１ｂとこれと平行に延びる内部壁１６６ａとの間に形成された溝部１６６ｂであって、溝部１６６ｂの幅の大きさは、第１保護スリーブ１５４の外径よりも僅かに小さく設定される。第１保護スリーブ１５４が溝部１６６ｂに嵌め込まれることによって、第１光ファイバ素線５１ａと第３光ファイバ素線５３との融着部分は第１保護スリーブ１５４を介してカバー部材１６０に固定される。

【0079】

第２スリーブ保持部１６７は、第１スリーブ保持部１６６と同様に、直線状に延びる側壁６１ｂとこれと平行に延びる内部壁１６７ａとの間に形成された溝部１６７ｂであって、溝部１６７ｂの幅の大きさは、第２保護スリーブ１５５の外径よりも僅かに小さく設定される。第２保護スリーブ１５５が溝部１６７ｂに嵌め込まれることによって、第２光ファイバ素線５２ａと第３光ファイバ素線５３との融着部分は第２保護スリーブ１５５を介してカバー部材１６０に固定される。

【0080】

折返部５０ａに配置される第３光ファイバ素線５３は、第１光ファイバ素線５１ａ及び第２光ファイバ素線５２ａよりも最小曲げ半径が小さいことから、この変形例では、上記実施形態よりも曲率保持部６３の円弧面６３ｃの曲率を大きくし、カバー部材１６０の幅をさらに小さくすることが可能となる。これにより内径がさらに小さいボーリング孔２内に光ファイバケーブル５０を埋設することができる。

【0081】

なお、第３光ファイバ素線５３のうち、曲率保持部６３によって保持される部分は、第１光ファイバケーブル５１と同様に、樹脂製の被覆で覆われた光ファイバケーブル状となっていてもよい。また、カバー部材１６０の収容部１６１には、上記実施形態と同様に、余長部を保持可能な余長保持部６７が設けられていてもよい。

【0082】

また、上記実施形態では、光ファイバケーブル５０は、地盤１に鉛直方向上方に向けて掘削されたボーリング孔２内に埋設されている。これに代えて、光ファイバケーブル５０は、水平方向に掘削されたボーリング孔２内に埋設されてもよいし、図６に示す変形例のように、鉛直方向下方に向けて掘削されたボーリング孔２内に埋設されてもよい。

【0083】

図６に示される変形例では、光ファイバケーブル５０は、パイプ材１０ではなく、鋼製のロープ２６４とともにボーリング孔２内へと挿入される。

【0084】

具体的には、図６に示される状態測定装置２００は、ボーリング孔２の軸方向に沿って往復するように折り返して埋設される光ファイバケーブル５０と、光ファイバケーブル５０の折返部５０ａを覆うカバー部材２６０と、カバー部材２６０に取り付けられた錘２６２と、カバー部材２６０に一端が接続されたロープ２６４と、を有する。

【0085】

カバー部材２６０は、上記実施形態のカバー部材６０と同様に、光ファイバケーブル５０の折返部５０ａを所定の曲率で保持可能な構成を有するとともに、第１光ファイバケーブル５１と第２光ファイバケーブル５２との接続部分を保持可能な構成を有する。

【0086】

錘２６２は、カバー部材２６０の側面に取り付けられた金属製部材であり、カバー部材２６０をボーリング孔２内へと挿入する際にカバー部材２６０の位置を安定させる重量物として機能するものである。なお、錘２６２は、カバー部材２６０を収納可能な空間が内部に形成された筒状の金属製部材であってもよい。また、錘２６２は、カバー部材２６０の先端側にワイヤ等を介して連結され、カバー部材２６０よりも先にボーリング孔２内へと挿入されるものであってもよい。

【0087】

ロープ２６４は、カバー部材２６０を錘２６２とともにボーリング孔２内へと挿入する際に、これらを吊り下げ支持する鋼製のワイヤロープであり、他端は図示しないウインチ等の巻取装置に取り付けられている。なお、ロープ２６４は、鋼製のワイヤロープに限定されず、ポリエチレン等により形成される樹脂製のロープであってもよい。また、ロープ２６４は、非自転性ロープであることが好ましい。また、ロープ２６４の一端は、カバー部材２６０に代えて、錘２６２に接続されていてもよい。

【0088】

ボーリング孔２内に折り返して設けられる光ファイバケーブル５０は、軸方向において所定の間隔で設けられた複数の固定テープ１４によってロープ２６４に固定されており、この状態でボーリング孔２内へと挿入される。

【0089】

そして、図６に示されるように、カバー部材２６０の先端部がボーリング孔２の底面２ａに当接し、光ファイバケーブル５０の先端部５０ｂが、ボーリング孔２の開口端２ｂ付近に位置した状態において、ボーリング孔２内にはグラウト４０が充填される。

【0090】

このように光ファイバケーブル５０が鉛直方向下方に向けて掘削されたボーリング孔２内に埋設される場合も、上記実施形態と同様に、地盤１の歪み（被測定対象物の状態）の測定精度を向上させることができる。

【0091】

また、上記実施形態では、折返部５０ａには第２光ファイバ素線５２ａが配置されている。これに代えて、折返部５０ａには被覆５１ｄが除去されていない第１光ファイバケーブル５１または金属管５２ｄが除去されていない第２光ファイバケーブル５２が配置されていてもよい。但し、上述のように、折返部５０ａが保持される曲率保持部６３の円弧面６３ｃの曲率を大きくするためには、光ファイバ素線５１ａ，５２ａを折返部５０ａに配置することが好ましい。

【0092】

また、上記実施形態では、ボーリング孔２の開口端２ｂ側から底面２ａに向かう往路に第１光ファイバケーブル５１が埋設されており、底面２ａ側から開口端２ｂに向かう復路に第２光ファイバケーブル５２が埋設されている。これに変えて、往路に第２光ファイバケーブル５２が埋設され、復路に第１光ファイバケーブル５１が埋設されていてもよい。

【0093】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0094】

１００，２００・・・状態測定装置
１・・・地盤（被測定対象物）
２・・・ボーリング孔（挿入孔）
４０・・・グラウト（充填材）
５０・・・光ファイバケーブル
５０ａ・・・折返部
５１・・・第１光ファイバケーブル
５１ａ・・・第１光ファイバ素線
５１ｂ・・・コア
５１ｃ・・・クラッド
５１ｄ・・・被覆
５２・・・第２光ファイバケーブル
５２ａ・・・第２光ファイバ素線
５２ｂ・・・コア
５２ｃ・・・クラッド
５２ｄ・・・金属管（被覆）
５３・・・第３光ファイバ素線（第３光ファイバケーブル）
６０，１６０，２６０・・・カバー部材
６３・・・曲率保持部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】