JP2005180044A - モニタリング機能付き防水シート及びそれを有するトンネル - Google Patents

Abstract

【課題】 安価で、かつ確実に地圧による損傷を計測することができるモニタリング機能付き防水シート及びそれを有するトンネルを提供する。
【解決手段】 地山１に設けられる一次覆工コンクリート２と、この一次覆工コンクリート２の下部に配置される光ファイバーセンサーが付設される防水シート３と、この光ファイバーセンサーが付設される防水シート３の下部に配置される二次覆工コンクリート５とを構築する。
【選択図】図１

Description

本発明は、モニタリング機能付き防水シートに係り、特に、トンネルの地圧によるひび割れを検知するモニタリング機能付き防水シート及びそれを有するトンネルに関するものである。

従来、一般的な山岳工法〔いわゆる、ＮＡＴＭ（Ｎｅｗ Ａｕｓｔｒｉａｎ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）；山岳トンネルの建設方法の一つで、日本では１９８０年頃より主流となった。その特徴は、吹付けコンクリートやロックボルトで早期に掘削面の支保を行う〕トンネルにおいては、図４に示すように、地山１０１に打設される一次覆工コンクリート１０２と二次覆工コンクリート１０４の間に防水シート１０３を敷設するようにしている。

このように構成された従来のトンネルでは、図５に示すように、トンネル２０１の二次覆工コンクリート２０３に、二次覆工コンクリート２０３の材料の収縮力２０４や地山の地圧２０５によって、ひび割れ２０６などの損傷が生じることがある。なお、２０２はレールである。

維持管理上、特に、問題となる変状は、地圧による損傷である。この地圧による損傷は、時間が経過するとともに構造物の健全度を低下させる恐れがある。

なお、本願特許出願人は、既に、地中内の詳細な変状を計測することができる地中用光ファイバーセンサー及びその光ファイバーセンサーシステム（下記特許文献１）、及び比較的大きなエリアや複雑な形状の部位を連続的に計測することができるとともに、ひずみゲージを任意の形状に構成可能な光ファイバーひずみセンサーシート（下記特許文献２）を提案している。
特開２００１−２２１６６４号公報 特開２００２−１３１０２３号公報 「光ファイバによるトンネル変状監視法の検証試験」、鉄道総研報告 ２００２．３、第１６巻第３号 「トンネル覆工変状監視への光ファイバ計装システムの適用性研究」、トンネル工学研究論文・報告集 第１０巻２０００年１１月報告

ところで、構造物の変状原因の特定は重要であるが、トンネルのひび割れを目視観察しただけでは、それが二次覆工コンクリートの材料の収縮力による欠陥なのか、地山の地圧による損傷なのか、原因の特定を行うことは難しい。

そこで、実際の維持管理では、ひび割れの進行性を確認するために、内空変位計測に加え、二次覆工コンクリートのひずみ計測を行う。ひずみ計測は、ひずみゲージの敷設が主流であったが、最近では、図６および図７に示す光ファイバーセンサーの適用について、本願特許出願人（上記非特許文献１，２）をはじめ国土交通省の土木研究所等で検討されている。この光ファイバーセンサーは、連続分布ひずみを計測できることに加え、常時モニタリングが可能であるという長所を有する。

しかしながら、光ファイバーセンサーの材料費及び施工費が非常に高いことが実際の適用の障害となっている。

本発明は、上記状況に鑑みて、安価で、かつ確実に地圧による損傷に起因する構造物のひび割れを計測することができるモニタリング機能付き防水シートを提供することを目的とする。

本発明は、上記目的を達成するために、
〔１〕モニタリング機能付き防水シートにおいて、防水シートに光ファイバーセンサーを付設し、この光ファイバーセンサーの外側の外力により、前記光ファイバーセンサーが付設される防水シートの内側に設けられる構造物に発生するひび割れを検出することを特徴とする。

〔２〕上記〔１〕記載のモニタリング機能付き防水シートにおいて、前記外力が地圧であり、前記光ファイバーセンサーが付設される防水シートの下部に設けられる構造物がトンネルの覆工コンクリートである。

〔３〕上記〔２〕記載のモニタリング機能付き防水シートにおいて、前記トンネルの覆工コンクリートの材料収縮によるひび割れには影響されず、地圧によるトンネルの覆工コンクリートのひび割れのみを判別することを特徴とする。

〔４〕モニタリング機能付き防水シートを有するトンネルにおいて、地山に設けられる一次覆工コンクリートと、この一次覆工コンクリートの下部に配置される光ファイバーセンサーが付設される防水シートと、この光ファイバーセンサーが付設される防水シートの下部に配置される二次覆工コンクリートとを構築することを特徴とする。

本発明によれば、次のような効果を奏することができる。

この光ファイバーセンサー付きの防水シートを用いると、
（１）変状原因の特定が可能である。すなわち、防水シートと二次覆工コンクリートは縁切りされていることから、光ファイバーセンサーはコンクリートの収縮等の初期欠陥によるひずみを測定することなく、地山の地圧によるひずみのみを計測することができるという機能を有する。

（２）本発明によれば、従来のＮＡＴＭトンネルの防水シート（図４参照）に、あらかじめ工場にて光ファイバーセンサーを敷設するようにしている。そのため、従来工法と変わらない現場作業量で済み、既設のトンネルへの光ファイバーセンサーの配線に比べると、コストを大幅に軽減することができる。

（３）供用後に新たに計測装置を設置する必要がないため、維持管理にかかる費用を軽減することができる。

（４）適切な維持管理計画の立案ができる。すなわち、新設時よりひずみ計測を行うことで、適切な維持管理計画を立てることが可能である。また、ＢＯＴＤＲ（ブリルアン散乱光応用センサ：Ｂｒｉｌｌｏｕｉｎ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｔｉｍｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｍｅｔｅｒ：光ファイバーひずみ計測システムの一つである。その特徴は、光ファイバーの全長１０ｋｍにわたり０．０１％のひずみ分布を計測することが可能であるため、大型構造物の変状状態計測に適している。）を常設することにより、常時モニタリングが可能である。

地山に設けられる一次覆工コンクリートと、この一次覆工コンクリートの下部に配置される光ファイバーセンサー付きの防水シートと、この防水シートの下部に配置される二次覆工コンクリートとを構築する。防水シートと二次覆工コンクリートは縁切りされていることから、光ファイバーセンサーはコンクリートの収縮等の初期欠陥によるひずみを測定することなく、地圧によるひずみのみを計測することができる。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１は本発明の実施例を示す光ファイバーセンサー付き防水シートの断面図、図２はその地山の地圧によるひずみ検知の状況を示す図、図３は二次覆工コンクリート材料の収縮によるひずみ非検知の状況を示す図である。

図１〜図３において、１は地山、２は一次覆工コンクリート、３は防水シート、４は防水シート３に設けられた光ファイバーセンサー、５は二次覆工コンクリート、６は地山１からの地圧、７はその地圧６に起因する二次覆工コンクリート５のひび割れ、８は二次覆工コンクリート５の材料の収縮力、９はその二次覆工コンクリート５の材料の収縮によるひび割れを示している。

なお、光ファイバーセンサー４には、図示しないが、光ファイバーのひずみを測定する装置が接続される。

これらの図に示すように、二次覆工コンクリート５の上部には、縁切りされた光ファイバーセンサー４が設けられた防水シート３が設けられている。

そこで、防水シート３と二次覆工コンクリート５は縁切りされていることから、光ファイバーセンサー４は二次覆工コンクリートの材料の収縮等の初期欠陥によるひずみを測定することなく、地山１の地圧６によるひずみのみを計測することができるという機能を有する。

すなわち、二次覆工コンクリート５の材料の収縮によるひずみの場合は、図３に示すように、防水シート３により縁切りされているため、光ファイバーセンサー４に二次覆工コンクリート５の材料の収縮によるひずみがかからないので、検知しないが、より顕著に構造物の健全度を低下させる地圧によるひずみの場合は、図２に示すように、光ファイバーセンサー４で確実に検知することができる。 なお、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づき種々の変形が可能であり、これらを本発明の範囲から排除するものではない。

本発明は、トンネルの覆工コンクリートの地山の地圧によるひび割れを検出することができるモニタリング機能付き防水シートに適している。

本発明の実施例を示す光ファイバーセンサー付き防水シートの断面図である。 本発明の実施例を示す地山の地圧によるひずみ検知の状況を示す図である。 二次覆工コンクリート材料の収縮によるひずみ非検知の状況を示す図である。 防水シートを敷設した従来のＮＡＴＭトンネルの部分構造を示す図である。 トンネルのひび割れ状態を示す図である。 トンネルへの光ファイバーセンサーの適用図（その１）である。 トンネルへの光ファイバーセンサーの適用図（その２）である。

符号の説明

１ 地山
２ 一次覆工コンクリート
３ 防水シート
４ 光ファイバーセンサー
５ 二次覆工コンクリート
６ 地山からの地圧
７ 地圧に起因する二次覆工コンクリートのひび割れ
８ 二次覆工コンクリートの材料の収縮力
９ 二次覆工コンクリートの材料の収縮によるひび割れ

Claims (4)

1. 防水シートに光ファイバーセンサーを付設し、該光ファイバーセンサーの外側の外力により、前記光ファイバーセンサーが付設される防水シートの内側に設けられる構造物に発生するひび割れを検出する機能を有することを特徴とするモニタリング機能付き防水シート。
2. 請求項１記載のモニタリング機能付き防水シートにおいて、前記外力が地圧であり、前記光ファイバーセンサーが付設される防水シートの下部に設けられる構造物がトンネルの覆工コンクリートであるモニタリング機能付き防水シート。
3. 請求項２記載のモニタリング機能付き防水シートにおいて、前記トンネルの覆工コンクリートの材料収縮によるひび割れには影響されず、地圧によるトンネルの覆工コンクリートのひび割れのみを判別することを特徴とするモニタリング機能付き防水シート。
4. （ａ）地山に設けられる一次覆工コンクリートと、
   （ｂ）該一次覆工コンクリートの下部に配置される光ファイバーセンサーが付設される防水シートと、
   （ｃ）該光ファイバーセンサーが付設される防水シートの下部に配置される二次覆工コンクリートとを構築することを特徴とするモニタリング機能付き防水シートを有するトンネル。