JP2000510234A - 撓みを検知する方法と装置、及びこのような装置を装備する土質工学的または建築学的構造物 - Google Patents

撓みを検知する方法と装置、及びこのような装置を装備する土質工学的または建築学的構造物

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JP2000510234A JP09539584A JP53958497A JP2000510234A JP 2000510234 A JP2000510234 A JP 2000510234A JP 09539584 A JP09539584 A JP 09539584A JP 53958497 A JP53958497 A JP 53958497A JP 2000510234 A JP2000510234 A JP 2000510234A
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オダク,ベルナール
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オースモス デーハ−コム ベスローテン フェンノートシャップ
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Abstract

(57)【要約】 少なくとも2メートルの距離に亘って局所変形の総和を検知することによって、構造物(1)の総合的変形を“ロング・ベースライン”検知するため、通過する光パルスの増大する減衰により伸長度を指示する、好ましくはオプチカルファイバから成る検知線(8,11)を利用する。構造物(1)に生ずる撓みの方向及び大きさを検知するため、構造物(1)の撓み変形に追随するマトリックス(13)と、少なくとも1本の、好ましくは2本の検知線(8,11)を含む装置を構造物(1)と密接に連携させ、検知線(8,11)の伸長変化及び/または伸長変化の差が装置の撓みデータとなり、このデータが構造物(1)の撓みに関するデータともなるように、前記2本の検知線(8,11)をマトリックス(13)の断面内に配置する。アクセス困難な、または部分的にアクセス不可能な構造物の撓み、反りの測定、レベリングや沈下の測定などを目的とする利用。

Description

【発明の詳細な説明】 撓みを検知する方法と装置、及びこのような装置を装備する土質工学的または建 築学的構造物 本発明は構造物中の撓みを検知する方法に係わる。 本発明はまた、撓み検知装置にも係わる。 さらにまた、本発明はこのような装置を装備した構造物、例えば、土質工学的 、機械的、建築学的、土木工学的構造物にも係わる。 場合によって、数メートル、数十メートルまたは数百メートルに及ぶ測定線に 沿った長さの変化を、測定線の全長に沿って構造物と連携させた光導波手段によ って測定することはEP-A-O 264 622からすでに公知である。公知のように、光導 波路に引張り応力が作用すると、導波路中を伝送される光パルスがこの引張り応 力の強さに応じて減衰する。光パルスの減衰量を測定することによって、特性曲 線から間接的に、常態における長さに対する導波路の伸長を測定することができ る。EP-A-O 264 622はまた、構造物が無負荷状態にある時の初期伸長状態よりも 導波路の伸長が減小することから、測定線に沿った構造物の圧縮をも検知できる ように導波路を引張りプレストレスする方法をも開示している。構造物に加わる 負荷の作用下で所定の方向に顕著な長さ変化が起こり易い経路に沿って測定線を 配置することもEP-A-O 264 622から公知である。測定線の長さ変化は構造物また はその一部の撓みとして解釈されることになる。 しかし、この公知方法には種々の制約がある。 先ず、場合によっては、特に、構造物が予期したモードで変形しない場合、エ ラーが発生するおそれがある。この場合、測定される伸長は不正確であり、その まま採用することはできない。また、公 知の検知方法の場合、実施に最も好ましい位置に測定線を配設できるとは限らな い。 本発明の目的は、例えば、一部または全部が地中に埋設されている構造物、及 び/または道路や鉄道などに露出している構造物のように少なくともアクセス不 可能な部分を含む構造物においても極めて高い信頼度で撓みの方向及び量を測定 できる検知方法及び検知装置を提供することによって上記問題を解決することに ある。 本発明の基本概念は変形のモード及びこの変形が測定線に及ぼす作用を容易に 予測できる装置を構造と連携させることにある。装置の変形を測定し、この測定 値から、構造物またはその関連部分の変形を算出する。 第1の発明は構造物の撓み検知方法において、少なくとも、撓みの作用下に両 端間に著しい伸長差が現われるのに充分な寸法の横断面を有する線形装置を構造 物と可撓的に結合し、少なくとも約2メートルの長さを有する少なくとも1本の 検知線を、前記検知線によって検知された長さ変化を装置に生じた撓みの方向及 び量として解釈できるように、装置の横断面及び/または構造物に占める装置の 位置に対して配置することを特徴とする撓み検知方法に係わる。 検知線は装置の変形に関するデータとして解釈できる検知結果を提供し、この 検知結果は構造物自体または構造物の関連部分自体の変形を知るためのデータと して解釈することができる。 本発明の基本概念、特に上記方法を開発するに当っての2つの主眼点を考察す る。 第1の主眼点として、装置は構造物に対して異質のマトリックスを含み、この マトリックスは構造物と一緒に変形し易く、マトリックス内に正しく配置された 検知線にはマトリックスの撓み変形を反映する長さ変化が現われる。 この第1主眼点を実施するためには、例えば、構造物の表面に堀穿した溝、ま たは構造物に樋または枠板を固定して形成した溝のような、構造物と直結する溝 にマトリックスを配置すればよい。マトリックスは構造物と一緒に撓み変形し、 少なくとも1本の検知線をマトリックスと連携させることによって、検知線の撓 み変形を、従って、構造物の撓み変形を測定できるようにすればよい。 本発明の基本概念を開発する際の第2の主眼点として、装置は構造物の撓み変 形と連動する2本の検知線を含み、これら2本の検知線を、撓みが両検知線に伸 長差を生じさせるのに充分な間隔を保つように配置する。両検知線に現われる長 さ変化を比較解析することによって構造物の撓みに関するデータを求める。 互いに角度を形成する2つの平面、特に、直交する2つの平面における撓みデ ータが得られるように、前記2本の検知線に加えて、これらと共面関係にない少 なくとも第3の検知線を設けることも可能である。 上記2つの主眼点を組合わせることも可能である:即ち、第1主眼点として述 べたマトリックス内に、互いに間隔を保つ2本の検知線を、場合によってはこれ らとは非共面関係にある第3検知線と共に配設することができる。 検知線の本数は3本までとは限らず、例えば、確実性を高める目的で少なくと も第4の検知線を設けてもよい。 検知線はプレストレスド光導波コードで形成すればよい。局所変形の総和を偏 りなく測定できると云う点で光導波コードの採用が好ましい。ただし、“ロング ・ベースライン”検知を可能にするものであれば(ワイヤの機械的テンションま たは電気抵抗の測定などのような)他の技術を応用してもよい。 本発明はいわゆる“ロング・ベースライン”測定の領域に係わる 。“ロング・ベースライン”測定とは、構造物またはその一部の変形を数メート ル、数十メートル、または数百メートルの距離に亘って顕微鏡的尺度で測定する こと、即ち、局所的にではなく、しかも遠隔の2地点間とは限らず、危険区域に 配置された多数の抵抗線ひずみ計または傾斜計が、局所現象を集計することによ って上記測定を可能にすることを意味する。これにより、危険区域の総合的な変 形を表わす変形平均が得られる。 第2の発明は撓みを測定すべき構造物と可撓結合された少なくとも2メートル の長さを有する少なくとも1本の長さ変化検知線を含み、前記検知線がマトリッ クスの横断面に対して偏心位置を占めることを特徴とする撓み検知装置に係わる 。 第3の発明は少なくとも2メートルの長さを有し、互いに平行に配設され、撓 みを検知すべき構造物と緊密に結合された少なくとも2本の長さ変化検知線と、 2本の検知線に生ずる長さ変化を比較解析する手段とを含むことを特徴とする撓 み検知装置に係わる。 第4の発明は第2または第3の発明に係わる装置を装備した土質工学的、土木 工学的、建築学的、機械工学的構造物などのような構造物にも係わる。 本発明の詳細を、実施例を示す添付の図面に沿って以下に説明する。 添付図面中: −図1は既存の鉄道線路の下にトンネルを掘進する際の安全確保を目的とする 本発明の実施例を、2つの垂直断面と共に略示する斜視図である。 −図2は図1の検知装置を略示する立面図である。 −図3は本発明の方法における装置取付けステップを、一部断面で略示する切 欠き斜面図である。 −図4及び5は図1及び2に示した装置の2つの変更実施例をそれぞれ示す横 断面図である。 −図6は本発明装置の他の実施例を示す横断面図である。 −図7及び8は本発明の2つの実施例をそれぞれ一部断面で示す斜視図である 。 −図9は掘進中のトンネル切羽前面の地層中に本発明を実施する場合を示す長 手方向断面図である。 ー図10は図9に実施例に使用される装置を示す拡大横断面図である。 図1に示す実施例においては、コンクリート基礎1が2条の互いに平行なレー ル2を支持している。レール2と直交する方向に、前記基礎1を支える地層4中 をトンネル3が掘り進められる。ここで、基礎1が撓むかどうか、撓むとすれば どのように撓むかが問題となる。 基礎1の上面で有効長さを測定するだけでは判定エラーを招くおそれがあり、 基礎1の下面には全くアクセスできない。 本発明では、基礎1の上面6、即ち、アクセス可能な面に、1辺が例えば30cm の矩形または正方形断面を有する溝7を掘る。溝7は主要撓みに起因する弯曲の 観測を可能にする垂直面と平行である。図示の例においては、溝7の方向はレー ル2と平行である。 図3に詳しく図示しているように、溝7の底に溝7の全長に沿ってこれと平行 に延設される第1検知線8を配置する。次いで、溝7の中に等間隔で支持部材9 を配列し、さらに、第2検知線11を配置する。第2検知線11は前記支持部材9に より、溝7の開口部のほぼ中央に、従って、第1検知線8からほぼ最大垂直距離 の位置に支持される。 第2検知線11も直線状であり、溝7の長手方向と平行に溝7の全 長に沿って延設され、その長さは数メートルに及ぶ場合がある。 2本の検知線8,11は例えばEP-A-O 264 622に記載されているような、光導波 コードで形成することが好ましい。このような光導波コードは初期伸長状態に対 してその長さを増減することができる。 次いで、溝7の壁と接着する一方、その接着作用によって検知線8,11を封じ 込めるマトリックス形成材12を溝7に流し込み、マトリックスと検知線8,11と で基礎1の撓みを反映して撓む装置を形成する。2本の検知線8,11は検知すべ き撓みの軸線13と直交する溝7の断面において間隔E1を保っているから、この 撓みによって検知線8,11中に起こる長さ変化に差が現われる。 図2に示すように、各検知線8,11は光導波手段としてオプチカルファイバを 内蔵し、オプチカルファイバはその一端が光パルス・エミッタ14と、他端が光パ ルス・レシーバ16とそれぞれ連携し、連携する検知線8または11におけるパルス 減衰を検知する。 計算手段17は2本の検知線8,11の長さ変化の差を解析することによって装置 の撓みを計算する。当業者には公知のように、この解析は、両検知線の所与の長 さと所与の間隔E1に対して、それぞれの伸長差は曲率半径に、従って、装置の 撓み量に相当すると云う事実に基づいて行われる。図2の鎖線は負の撓み(装置 が上方へふくらむ)を、破線は正の撓み(装置が下方へ撓む)をそれぞれ示す。 両検知線間の伸長差の方向に応じて、計算手段17は後述する2つの撓み方向のう ち、どちらの方向であるかを弁別し、指示することができる。装置と構造物、即 ち、撓み変形を知りたい基礎1とは互いに強固に結合されているから、装置に関 して計算手段17が算出する指示値はそのまま構造物に関する指示値と考えること ができる。なお、本発明は主として撓みの測定を目的とするが、検知線8,11の 平均伸長も両検知線8,11の伸長を平均することによって容易に計 算することができる。 マトリックス形成材として構造物自体よりも変形し易い材料を選ぶことにより 、装置は構造の抵抗にほとんど加担することなく、かつ荷重が加わった際に構造 物が分離する事態を招くことなく構造の変形に追随することができる。セメント ペースト、樹脂、ゴム、エラスマーなどが好ましい。セメントペーストを利用す れば経済的である。当業者には公知のように、ペーストの調合に際しては微小ヒ ビ割れを生じ易いように留意する。このように調合すれば、装置がほとんど機械 的抵抗を示さず、従って、構造物の変形に正しく追随することができる。安全性 を考慮して、マトリックス形成材を流し込む前に、溝7のほぼ全長に亘って隔壁 として作用する仕切り板18を溝7に配置してもよい。このようにすれば、マトリ ックスがセグメントに分割され、各セグメントの間で仕切り板18がマトリックス の人工ヒビ割れの役割を果たすことになる。仕切り板18は少なくとも一方の面が マトリックス形成材とは接着しないように、例えば、ポリテトラフルオロエチレ ンのような材料で形成する。 図4〜6の実施形態については、図1〜3のものに比べたその違いについての み記述する。 図4の例では、2本の検出ライン8及び11を溝7の側壁のうちの1方に向かっ てずらし、溝の底面と溝7の反対側の側壁の間のコーナー付近に第3の検出ライ ン19を設置した。かくして、第1及び第3の検出ライン8及び19の間には、E1 にほぼ等しいもののE1に対し垂直に方向づけされた有意な距離E2が得られる 。かくして検出ライン11及び19は、検出ライン8に沿って互いに交わる2つの垂 直な平面の上に位置づけされる。検出ライン8及び19がそれぞれ受ける長さ変動 の差を分析することにより、垂直軸21のまわりの曲げにより随時発生するモデル の変形成分についての情報も得られる。 本発明は、かくして、観察対象の構造物の歪みを生じる複合曲げを、方向性及び 規模の面で決定することを可能にする。さらには、他の3本のラインにより行な われた測定及び計算の裏付けを目的として、溝7の第4の長手方向稜の付近など に、第4の検出ライン22を設けることも可能である。 図5に表わされた例においては、逆に、マトリクス12の中で明確に偏心された 位置、例えば図示されているように図3の検出ライン8と同じ位置つまり溝7の 底面付近の位置に置かれた唯一の検出ライン8しか存在しない。この実施形態は 、曲げの方向が予めわかっていてその規模を決定することしか残されていない場 合に考慮可能なものである。偏心は、予想される曲げの作用下で拡張も圧縮も受 けない、マトリクス12の「中性軸」と呼ばれるゾーンと検出ライン8の間に一定 の距離が存在するような形で選択される。 曲げを決定すべき構造物内に溝を掘削する代わりに、マトリクスを形成する質 量12が中に打設されることになる樋を形成する機構を構造物に固定することも可 能である。この可能性については、構造物1が、水平面内に観察可能な膨張が危 惧されている擁壁である場合に関して図6に例示されている。このために、壁の 見えがかり面23に対し、壁の面23と一緒に溝7を構成する形材24を固定した。こ の場合2本の検出ラインは互いに同じ水平面内に距離をおいて配置され、前述の 場合と同様に、溝7を構成する壁とかみ合わされた状態でこの溝7の中に打設さ れるマトリクスの中に閉じ込められている。 図7及び8の例においては、曲げを決定すべき構造物31は、細長い形をした物 体で、すなわち、図7では梁、図8では杭又は柱である。モデルは、互いに適切 な離隔距離をもち平行で、構造物31の長さに対し平行に方向づけされた複数の検 出ライン28で構成されてい る。このため、ライン28は、構造物31の製造時点から、構造物31を構成する材料 の質量の中に埋め込まれており、この質量の少なくとも一部分は、それぞれ2本 又は3本の検出ラインを互いに又は構造物31と密な形で統合するモデルのマトリ クスを同時に構成するものとみなすことができる。 図8の例においては、3本の検出ライン28は、構造物の軸のまわりに互いに12 0°の角度を成して置かれている。この回転対称配置は、特に、先験的にあらゆ る方向に曲がる危険性のある杭又は柱といった垂直構造物の場合にその他の軸を 犠牲にして予め或る特定の曲げ軸に関する精度にとって有利に作用することを回 避するために有利である。反対に、図7の梁においては、予想される曲げの軸13 の両側にある2本の検出軸28しか存在しない。2つの例において、検出ライン28 は、構造物31が曲げを受けた時点で異なる長さ変動を受けることになる。 図9及び10の例において、モデルは土壌中又は地中26に押し込んで少なくとも 曲げに関しこれと密に結びつける桟33の形をしている。桟33の本体32は、マトリ クスを構成し、偏心された唯一の検出ライン、又は互いに離隔された2本の検出 ライン、さらには又図10に示されているように互いに異なる2つの平面内で離隔 されている3本の検出ライン38を閉じ込めている(図10参照)。検出ラインの長 さ変動の間の差の分析、或いは又曲げの方向を想定できる場合の唯一の検出ライ ンの長さ変動の分析によって、モデルのひいては土壌の曲げの方向及び規模を知 ることができる。このような実施形態においては、光波の発出及び受理が各検出 ラインの同じ端部で行なわれることが便利である。図9及び10は、トンネル27の 掘進の際の落盤又は沈下の予防に対する応用におけるこの実施形態をより特定的 に例示している。桟33は、掘進中にトンネルの切羽面の中に押し込 まれる。 当然のことながら、本発明は、上述の図示された例に制限されるわけではない 。 本発明は、質量の大きい構造物内の曲げの検出に制限されず、機械的構築物に 適用可能である。本発明の好ましい利用分野は、本発明が往々にして唯一の利用 可能な技術であるという理由で、非常に出入りが困難な構造物又は構造物の一部 分にある。ただし、本発明は同様に、その精度及び廉価さのため、実際に実現可 能である場合のその他の技術と有利な形で競争できるものである。 本発明は、水準測量(1本の軸に沿ったレベル変動測定)及び、複数の軸に沿 った水準測量に等しい不等沈下測定に応用可能である。
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Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1.1つの構造物内の曲げを検出するための方法において、曲げの作用下で伸 長が両端で著しく異なるものとなるように充分大きい少なくとも1つの寸法(E 1,E2)を横断面内に有する1つの細長いモデル(8,11,12,19,28,32, 38)を構造物(1,26,31)と曲げ状態で結合させ、少なくとも約2メートルの 長さの少なくとも1本の検出ライン(8,11,19,28,38)が構造物内でのモデ ルの位置づけとの関係において及び/又はモデルの横断面との関係において適切 に位置づけされ、この検出ラインを用いて検出された長さ変動がモデルの曲げの 方向及び振幅の形で解釈できるようになっていることを特徴とする検出方法。 2.モデルと周辺構造物の間の密接な結合を実現することを特徴とする請求項 1に記載の方法。 3.モデル用としては、構造物(1,26)の組織マトリクスとは異なる組織マ トリクス(12,32)が利用され、検出ライン(8,11,19,38)がこのマトリク ス(12,32)に密に連結されていることを特徴とるす請求項1又は2に記載の方 法。 4.モデル用としては、モデルが構造物の強度に著しく関与することなく構造 物と共に変形するように構造物(1)の材料よりもさらに変形性の高いマトリク ス(12)が利用され、測定ライン(8,11,19,38)が、マトリクス(12,32) に密に連結されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の方法。 5.マトリクス(12,32)が1つの材料質量であることを特徴とする請求項3 又は4に記載の方法。 6.マトリクス(12)の材料がセメントペースト、樹脂、エラストマ、ゴムの 中から選択されること、を特徴とする請求項5に記載 の方法。 7.マトリクスの中に人工的な亀裂ゾーン(18)を構成することを特徴とする 請求項5又は6に記載の方法。 8.人工的な亀裂ゾーンを構成するため、マトリクスの中に、マトリクス(12 )を付着しない少なくとも1つの面をもつ横方向スクリーン(18)を埋込むこと を特徴とする請求項7に記載の方法。 9.モデルを構造物(1)に結びつけるため、構造物(1)に結合された溝( 7)の中にマトリクス(12)を設置することを特徴とする請求項3〜8のいずれ か1項に記載の方法。 10.構造物(1)に固定した型枠(24)を用いて溝を形成することを特徴とす る請求項9に記載の方法。 11.溝(7)を形成するため、これを構造物(1)の中に掘削することを特徴 とする請求項9に記載の方法。 12.検出ライン(8,11,19)をマトリクス(12)に密に結びつけるため、検 出可能な物理的修正により長さ変動に反応する細長い要素の形で作られた検出ラ イン(8,11,19)を溝(7)の中に位置づけし、その後、マトリクス(12)が 細長い要素を閉じ込めるような形でマトリクス(12)を溝(7)の中に打設する ことを特徴とする請求項9〜11のいずれか1項に記載の方法。 13.モデルを構造物に密に結びつけるため、モデル(33)をその長手方向にほ ぼ平行な方向に沿って構造物(26)内にはめ込むことを特徴とする請求項3〜5 のいずれか1項に記載の方法。 14.モデル(32)を切羽面内にはめ込むことを特徴とする、トンネル(27)の 掘進に応用された請求項13に記載の方法。 15.マトリクス(12)の中に、偏心位置で唯一の検出ライン(8)を設置する こと、を特徴とする請求項3〜13のいずれか1項に記載の方法。 16.モデルは、検出すべき曲げの軸(13)に対して垂直に測定された離隔距離 (E1)を互いに呈する2本の検出ライン(8,11)を内含し、2本の検出ライ ン(8,11)が受けた長さ変動の差に従って曲げが決定されること、を特徴とす る請求項1〜14のいずれか1項に記載の方法。 17.前記モデルを形成するため、構造物の曲げの作用の下で異なる長さ変動を 受けるよう充分に間隔どりされた少なくとも2本の検出ライン(28)を構造物( 31)に対し直接的かつ密に結びつけ、2本の検出ライン(28)の長さ変動の比較 分析により曲げの方向及び規模を決定することを特徴とする請求項1又は2に記 載の方法。 18.質量の大きい構造物(31)に適用され、検出ラインを直接的かつ密に結び つけるために、検出可能な物理的修正によって長さ変動に反応する細長い要素の 形で作られた検出ライン(28)を構造物の質量の中に埋め込むことを特徴とする 請求項17に記載の方法。 19.構造物(31)が杭、梁、柱といった細長い要素であることを特徴とする請 求項17又は18に記載の方法。 20.モデルが非共面の3本の検出ライン(8,11,19,28,38)を内含し、3 本の検出ラインが受ける長さ変動の間の差に従って、異なる2本の軸のまわりの 曲げが決定されることを特徴とする請求項1〜14及び16〜19のいずれか1項に記 載の方法。 21.3本の検出ライン(8,11,19,38)が、検出ラインの1本(8)に沿っ て互いに交わる2つの垂直平面の中に配置されていることを特徴とする請求項20 に記載の方法。 22.各々の検出ライン(8,11,19,28,38)についてそれぞれ1本の予め延 伸された光導波管を検出ライン(8)として利用することを特徴とする請求項1 〜21のいずれか1項に記載の方法。 23.曲げを検出すべき構造物と曲げ状態で結合させるためのマト リクス(12)に密に連結された少なくとも約2メートルの長さをもつ少なくとも 1本の長さ変動検出ライン(8,11,19,28,38)を含んで成り、検出ラインが マトリクス(12)の横断面に対し偏心させられていることを特徴とする曲げ検出 装置。 24.マトリクス(12)が、曲げを検出すべき構造物(1)と一体化した溝(7 )の中に打設されることを特徴とする請求項23に記載の装置。 25.第1の検出ライン(8)から横方向に間隔どりされた第2の検出ライン( 11)を含んで成ることを特徴とする請求項23又は24に記載の装置。 26.2本の第1のライン(8,11)に共通な平面の外に設置された第3の検出 ライン(19)を含んで成ることを特徴とする請求項25に記載の装置。 27.各々少なくとも約2メートルの長さをもち、曲げを決定すベき構造物(1 ,31)と密に連結した状態で並行に配置された少なくとも2本の長さ変動検出ラ イン(8,11,19,28,38)及び、2本の検出ラインが受ける長さ変動を比較分 析するための手段(16,17)を含んで成ることを特徴とする曲げ検出装置。 28.少なくとも3本の検出ライン及び、3本の検出ラインが受ける長さ変動を 比較分析するための手段を含んで成ることを特徴とする請求項27に記載の装置。 29.請求項23〜28のいずれか1項に記載の装置を備えた、土質工学、土木、建 築、機械及びそれに類する構造物。
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