PE 管光ファイバセンサによる地盤変形計測の基礎的実験

PE 管光ファイバセンサによる地盤変形計測の基礎的実験

大阪産業大学 フェロー 中野 雅弘 クボタシーアイプラテック(株) 正会員 ○片桐 信

１．目的

光ファイバひずみ計測は,斜面変状の観測などに用いられて きた¹⁾．筆者らは，広域的な地盤の変形を観測するための技術 として，ポリエチレン管（以下「PE管」と称す）に複数の光 ファイバを融着した「PE 管光ファイバセンサ」を開発した．

本法は，B-OTDR 技術 ²⁾を活用することにより，埋設された PE管の軸ひずみ・曲げひずみを検出し，埋設されている地盤 の変形とその進行状況をモニタすることを目的としている．

本研究では,段差状地盤変位を模擬した埋設実験を行い，PE 管光ファイバセンサの計測精度について検証した．

２．PE 管光ファイバセンサの構造

提案する PE管光ファイバセンサの構造を 写真－1 に示す．高密度 PE 管の表面に溝加 工を施し，その中にポリエチレン被服を有す る光ファイバを設置した後に，光ファイバの 表面と PE 管表面とを溶融したポリエチレン 樹脂により融着した構造となっている．

光ファイバはPE管の上下,上下・左右に設 置されており，地盤の変形によるPE管の曲 げ・引張りひずみの分布を計測する．

３．埋設段差沈下実験 １)実験方法

実験方法の概要を図－１に示す．φ50ｍｍ のPE 管の上下に光ファイバを貼付する．ま た，図に示すように50ｃｍ間隔で管の上下に ひずみゲージを貼付する．この状態で，長さ 4ｍ×幅2ｍの埋設ピット内にPE管2本を並 列で埋設する．埋設ピットの底部には電動の 沈下テーブル（2ｍ×2ｍ）が2台設置されて おり，その片側1台を沈下させることで，模 型地盤内に段差状の地盤沈下を発生させる．

PE 管には，図に示すように管路の中央位

置から 50ｃｍ間隔でワイヤー変位計を設置

し，PE管の沈下量を計測する．またPE管埋 設深さ位置で，PE管から60ｃｍ離れた場所

キーワード：光ファイバ，PE管，B-OTDR，地盤変状，モニタリング,埋設実験 連絡先 〒574-8530 大阪府大東市中垣内3-1-1，大阪産業大学工学部, Tel :072-875-3001

写真－１ PE 管光ファイバセンサの構造

図－１ 段差沈下実験

ひずみゲージ

ワイヤー変位計

6-082 土木学会第63回年次学術講演会(平成20年9月)

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に5点の地盤沈下計測器（ワイヤー変位計）を設置し，管路埋設深さ位置での地盤変形量を計測する．

２）実験結果

図－２は段差沈下量＝10ｍｍの際のB-OTDRによる計測ひずみとひずみゲージによる計測ひずみを比較し ている．図に示すように，管No.1，管No.2ともに，B-OTDRによる計測結果とひずみゲージによる計測結 果は概ね一致している．一方，図－３は段差沈下量＝50ｍｍの際の計測ひずみを比較しているが，段差境界 部近傍で，ひずみゲージによる計測値と B-OTDR による計測値に齟齬が生じている．計測の結果，沈下量 20mm までは，十分な精度で計測できることが明らかとなった．段差沈下のような局部的な地盤変状を受け た場合には，地盤変位量の増加に伴ってひずみの集中が生じるが,そのような場合には，B-OTDR方式では十 分な精度で計測できないものと考えられる．

しかし,通常の地盤変形では，段差状沈下のような局部的な変形は希である．また，上記のように，変位量 が小さい段階での計測精度が高いことは，斜面の滑りや軟弱地盤での沈下など,大規模な地盤変位の発生を予 測するための計測として，有効であると考える．

４．まとめ

B-OTDR による PE 管光ファイバセンサは，微小な地盤変位を検知することに適しており，地滑りの発生

検知・推定等に適用できる可能性がある．今後は,実用研究を推進する計画である．

参考文献：

1）奥村,久保,比佐,永井,佐々木,恒岡,加藤：光ファイバセンシング(B-OTDR)技術を用いたパイプひずみ計 の性能実験,土木学会第 56 回年次学術講演会,2001., 2)高橋,呉,須藤：光ファイバセンサによるひび割れモ ニタリングに関する実験,土木学会第 56 回年次学術講演会,2001.

No.1管路 -1000

-500 0 500 1000

-150 -100 -50 0 50 100 150 段差境界からの距離(cm)

ひずみ（×10-6 )

光センサー管頂 光センサー管底

ひずみゲージ管頂 ひずみゲージ管底

沈下部

No.2管路 -1000

-500 0 500 1000

-150 -100 -50 0 50 100 150 段差境界からの距離(cm)

ひずみ（×10-6 )

光センサー管頂 光センサー管底

ひずみゲージ管頂 ひずみゲージ管底

沈下部

No.1管路 -6000

-4000 -2000 0 2000 4000 6000

-150 -100 -50 0 50 100 150 段差境界からの距離(cm)

ひずみ（×10-6 )

光センサー管頂 光センサー管底

ひずみゲージ管頂 ひずみゲージ管底

沈下部

No.2管路 -6000

-4000 -2000 0 2000 4000 6000

-150 -100 -50 0 50 100 150 段差境界からの距離(cm)

ひずみ（×10-6 )

光センサー管頂 光センサー管底

ひずみゲージ管頂 ひずみゲージ管底

沈下部 a)管 No.1 a)管 No.1

b)管 No.2 b)管 No.2

図－２ 10ｍ沈下時のひずみ分布 図－３ 50ｍ沈下時のひずみ分布

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