JP6587346B2 - 空洞充填検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば既設トンネルの覆工背面に存在する空洞、トンネル構築時に移動式型枠の背面側に設けられる覆工コンクリート打設用の空洞、自然空洞、地盤沈下で形成された建物下の空洞等の各種地下空洞に充填材を充填する際に、空洞への充填材の充填状況を確認するための空洞充填検知装置に関する。

従来、空洞への充填材の充填状況を確認するための装置として、特許文献１のトンネル覆工背面空洞充填確認装置がある。この装置は、セメントモルタルについて水分の誘電率を利用した静電容量式若しくはパルス反射波を用いるＴＤＲ方式の感知部、発泡ウレタンについて発泡時の圧力を感知する感知部と、感知部の感知を計測する記録装置を備えるものであり、感知部を一定の測定長を有するものとして上端を空洞の上端に接触させ、測定長の範囲内で連続的に充填完了までの状態を監視するものである。

特開平１１−２８７０９２号公報

ところで、特許文献１の装置は、静電容量式、ＴＤＲ方式の感知部或いは圧力を感知する感知部と、記録装置に電気信号を送信する配線が必要な構造であるが、斯様な感知部や電気配線の構造は複雑で高コストのものとなる。そして、充填材の充填後にはこれらの構造を充填材内に残置せざるを得なくなるため、経済性に非常に劣るという問題がある。

このような充填材に残置されることになる部分の費用抑制を図ることができる装置として、本願出願人は先に特願２０１４−１５３３２８（非公知文献）の装置を提案している。この装置は、送光用光ファイバーからトンネル空洞壁面に光を照射し、受光用光ファイバーでトンネル空洞壁面で反射された反射光を受光し、受光情報に応じて充填材の充填状況、充填高さを連続的に検知するものであり、送光用光ファイバーの側面に光漏れが生ずる開口部を設け、この開口部が充填材の充填で漸次遮蔽されるようにして、詳細な充填状況の変化を検知可能にしている。

しかしながら、送光用光ファイバーの側面の被覆を故意に破って一定の開口部を形成し、光が漏れるようにするには加工に手間がかかり、製造コストが高くなる。

また、充填材の充填高さの増加に応じて受光強度が増加し、最終段階で受光強度が０になって充填材の充填完了を検知する処理では、リアルタイムに充填状況をモニタリングしておかないと、充填材の充填高さが不十分で受光強度が少ないのか、充填完了で受光強度が少なくなっているのか分からない場合も生ずる。例えば既設トンネルの覆工背面空洞に充填材として可塑性材料を充填するケースでは、数分間で充填完了するわけではなく、施工翌日まで充填状況が変化し、最初に注入した材料が硬化してから未充填箇所への追加注入を翌日施すこともあり、ずっとモニタリングしているのは非現実的である。実際に空洞に充填材を充填する施工では、充填材の充填状況をリアルタイムで把握することよりも、確実に充填材の充填完了を確認できることが求められる。

また、トンネル空洞壁面で反射された反射光を受光用ファイバーで受光して充填材の充填を検知する手法では、図１９（ａ）のように、地山２０５の湧水が溜水２０９となっている空洞２１０に充填材２０８としてセメント系グラウト材を充填していった場合に、溜水２０９が懸濁して受光用ファイバー２０４による受光量が低下又はない状態が継続し、まだ未充填なのに充填完了と認識されてしまったり、又、図１９（ｂ）のように、トンネル空洞壁面２０６の凹凸により反射光が受光用光ファイバー２０４の光入射端で捉えることができずに受光強度が０になって充填完了とみなされてしまうケースも考えられる（図１９中、２０１は光源部、２０２は検知部、２０３は送光用光ファイバー、２０４は受光用光ファイバー、２０５は地山、２０６はトンネル空洞壁面、２０７は覆工コンクリート、２０８は充填材、２０９は溜水、２１０は空洞である）。

本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、外部から内部が見えない地下空洞に充填材を充填する際に、充填材の充填完了を確実に確認することができると共に、経済性と作業効率に優れる空洞充填検知装置を提供することを目的とする。

本発明の空洞充填検知装置は、充填材が充填される空洞外に配置される光源部と、前記空洞外に配置される検知部と、前記空洞内に光出射端が設けられ、前記光源部の光を伝送する送光用光ファイバーと、前記空洞内に光入射端が設けられ、前記光入射端で受光する光を前記検知部に伝送する受光用光ファイバーとを備え、前記送光用光ファイバーの光出射端と前記受光用光ファイバーの光入射端とが、前記光出射端からの出射光が前記光出射端と離間する前記光入射端に一定経路と一定距離で導入されるように配置され、前記検知部が、前記受光用光ファイバーから入力される光の受光強度が設定記憶されている閾値以下若しくは未満になったことを認識可能に提示する空洞充填検知装置であって、前記送光用光ファイバーの光出射端と前記受光用光ファイバーの光入射端とが１〜７ｍｍ離間して対向配置されることを特徴とする。
これによれば、送光用光ファイバーの光出射端からの出射光が離間する受光用光ファイバーの光入射端に一定経路と一定距離で導入されることから、空洞内の溜水の懸濁、空洞壁面の凹凸での光反射等に影響されずに、出射光を受光用光ファイバーで安定して受光することが可能となり、この安定した受光が充填された充填材の光路遮断で急減することで充填材の充填完了を確実に認識することができる。また、充填された充填材内に残置する部分が送光用光ファイバー、受光用光ファイバー等の安価なものに限られ、又、送光用光ファイバーの被覆を故意に破って一定の開口部を形成する等の加工も不要であり、経済性に優れる。また、充填材を充填する施工において、充填状況のリアルタイムのモニタリングすることも不要となり、優れた作業効率で充填材の充填確認を行うことができる。また、送光用光ファイバーの光出射端と受光用光ファイバーの光入射端を離間して対向配置することにより、送光用光ファイバーの光出射端と受光用光ファイバーの光入射端との間に充填材の充填で状態が変化する光路を確保することができると共に、送光用光ファイバーの光出射端から受光用光ファイバーの光入射端に一定経路、一定距離で確実に光を導入することができる。また、これらの光出射端と光入射端を１〜７ｍｍ離間して対向配置することにより、送光用光ファイバーの光出射端と受光用光ファイバーの光入射端とを離間して対向配置する対向型の構成において、より確実に充填材の充填完了を確認することができる。

本発明の空洞充填検知装置は、充填材が充填される空洞外に配置される光源部と、前記空洞外に配置される検知部と、前記空洞内に光出射端が設けられ、前記光源部の光を伝送する送光用光ファイバーと、前記空洞内に光入射端が設けられ、前記光入射端で受光する光を前記検知部に伝送する受光用光ファイバーとを備え、前記送光用光ファイバーの光出射端と前記受光用光ファイバーの光入射端とが、前記光出射端からの出射光が前記光出射端と離間する前記光入射端に一定経路と一定距離で導入されるように配置され、前記検知部が、前記受光用光ファイバーから入力される光の受光強度が設定記憶されている閾値以下若しくは未満になったことを認識可能に提示する空洞充填検知装置であって、前記送光用光ファイバーの光出射端からの出射光が一若しくは複数の反射面を介して前記受光用光ファイバーの光入射端に導入され、前記送光用光ファイバーの光出射端から前記反射面を介して前記受光用光ファイバーの光入射端に至るまでの距離が６〜１６ｍｍに設定されることを特徴とする。
これによれば、送光用光ファイバーの光出射端からの出射光が離間する受光用光ファイバーの光入射端に一定経路と一定距離で導入されることから、空洞内の溜水の懸濁、空洞壁面の凹凸での光反射等に影響されずに、出射光を受光用光ファイバーで安定して受光することが可能となり、この安定した受光が充填された充填材の光路遮断で急減することで充填材の充填完了を確実に認識することができる。また、充填された充填材内に残置する部分が送光用光ファイバー、受光用光ファイバー等の安価なものに限られ、又、送光用光ファイバーの被覆を故意に破って一定の開口部を形成する等の加工も不要であり、経済性に優れる。また、充填材を充填する施工において、充填状況のリアルタイムのモニタリングすることも不要となり、優れた作業効率で充填材の充填確認を行うことができる。また、送光用光ファイバーの光出射端からの出射光を一若しくは複数の反射面を介して受光用光ファイバーの光入射端に導入することにより、送光用光ファイバーの光出射端と受光用光ファイバーの光入射端との間に充填材の充填で状態が変化する光路を確保することができると共に、送光用光ファイバーの光出射端から受光用光ファイバーの光入射端に一定経路、一定距離で確実に光を導入することができる。また、送光用光ファイバーの光出射端から反射面を介して受光用光ファイバーの光入射端に至るまでの距離を６〜１６ｍｍに設定することにより、送光用光ファイバーの光出射端の出射光を反射面を介して受光用光ファイバーの光入射端に導入する反射型の構成において、より確実に充填材の充填完了を確認することができる。

本発明の空洞充填検知装置は、前記検知部が、前記受光用光ファイバーから入力される光の受光強度と設定記憶されている閾値を比較し、前記受光強度が前記閾値以下若しくは未満の場合に、前記光出射端及び前記光入射端の周辺領域の前記充填材の充填完了を認識可能に提示することを特徴とする。
これによれば、検知部の演算処理により、一層明確に光出射端及び光入射端の周辺領域の充填材の充填完了を認識することができる。

本発明の空洞充填検知装置は、前記送光用光ファイバーの光出射端と前記受光用光ファイバーの光入射端とが棒状のガイド部材の先端近傍で支持されることを特徴とする。
これによれば、棒状のガイド部材で空洞内の所要位置に、簡単な作業で送光用光ファイバーの光出射端と受光用光ファイバーの光入射端を設置することができる。

本発明の空洞充填検知装置は、前記ガイド部材が筒状の充填材注入管であり、前記送光用光ファイバーと前記受光用光ファイバーとが前記ガイド部材に略沿って前記ガイド部材の外側に取り付けられることを特徴とする。
これによれば、ガイド部材を筒状の充填材注入管とすることにより、充填材注入管を充填材の注入に加え、送光用光ファイバーの光出射端と受光用光ファイバーの光入射端の設置に利用することができ、別途にガイド部材を用いることが不要となる。

本発明の空洞充填検知装置によれば、外部から内部が見えない地下空洞に充填材を充填する際に、優れた経済性と作業効率で充填材の充填完了を確実に確認することができる。

本発明による実施形態の空洞充填検知装置を示すブロック図。 実施形態の空洞充填検知装置を既存の矢板式トンネルの覆工背面空洞に充填材を充填する際に適用する場合の例を示す横断説明図。 送光用光ファイバーと受光用光ファイバーをガイド部材の先端近傍で支持する構造の第１例を示す部分拡大斜視図。 送光用光ファイバーと受光用光ファイバーをガイド部材の先端近傍で支持する構造の第２例を示す部分拡大斜視図。 送光用光ファイバーと受光用光ファイバーをガイド部材の先端近傍で支持する構造の第３例を示す部分拡大斜視図。 送光用光ファイバーと受光用光ファイバーをガイド部材の先端近傍で支持する構造の第４例を示す部分拡大斜視図。 送光用光ファイバーと受光用光ファイバーをガイド部材の先端近傍で支持する構造の第５例を示す部分拡大斜視図。 第５例の変形例である第６例の概念説明図。 送光用光ファイバーと受光用光ファイバーをガイド部材の先端近傍で支持する構造の第７例を示す斜視説明図。 送光用光ファイバーと受光用光ファイバーをガイド部材の先端近傍で支持する構造の第８例を示す斜視説明図。 送光用光ファイバーと受光用光ファイバーをガイド部材の先端近傍で支持する構造の第９例を示す部分拡大斜視図。 （ａ）は送光用光ファイバーと受光用光ファイバーをガイド部材の先端近傍で支持する構造の第１０例を示す部分拡大斜視図、（ｂ）は第１０例のガイド部材の先端近傍を示す部分拡大斜視図。 実施形態の空洞充填検知装置を用いる充填材の充填完了の検知処理を示すフローチャート。 トンネルの延びる方向にセンサー部を複数設置する実施形態の空洞充填検知装置の別使用例を示す縦断説明図。 空洞の両端近傍にセンサー部を設置する実施形態の空洞充填検知装置の別使用例を示す断面説明図。 （ａ）はトンネルの天端にセンサー部を設置する実施形態の空洞充填検知装置の別使用例を示す横断説明図、（ｂ）はその斜視説明図。 （ａ）は実験例の対面型センサー部の送光用光ファイバーと受光用光ファイバーの配置を示す説明図、（ｂ）は実験例の反射型センサー部の送光用光ファイバーと受光用光ファイバーと反射板の配置を示す説明図。 （ａ）は対向型センサー部のセメント系充填材の充填進行に伴う受光強度の変化を示すグラフ、（ｂ）は反射型センサー部のセメント系充填材の充填進行に伴う受光強度の変化を示すグラフ、（ｃ）は対向型センサー部のウレタン系充填材の充填進行に伴う受光強度の変化を示すグラフ。 （ａ）は従来の充填検知方法による溜水の問題点を示す断面説明図、（ｂ）は従来の充填検知方法による空洞壁面の凹凸による反射の問題点を示す断面説明図。

〔実施形態の空洞充填検知装置〕
本発明による実施形態の空洞充填検知装置１は、図１に示すように、充填材が充填される空洞外に配置されるメタルハライドランプ、発光ダイオード等の光源部２と、空洞外に配置される検知部３と、空洞内に光出射端４１が設けられ、光源部２の光を伝送する送光用光ファイバー４と、空洞内に光入射端５１が設けられ、光入射端５１で受光する光を検知部３に伝送する受光用光ファイバー５を備え、検知部３と光源部２で検知装置本体６を構成する。

検知部３は、ＣＰＵ等の制御処理部３１と、ハードディスク、ＲＡＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の記憶部３２と、フォトダイオード等の受光部３３と、液晶ディスプレイ等の表示部３４と、閾値等のデータを入力する入力部３５を有し、記憶部３２には、制御処理部３１に実行させる制御プログラムを格納するプログラム格納部３２１と、設定された受光強度の閾値を格納する閾値格納部３２２と、閾値以外のデータを格納するデータ格納部３２３が設けられている。受光部３３は、受光用光ファイバー５から伝送された光を受光して受光強度を取得するようになっている。

検知部３の制御処理部３１は、格納されている制御プログラムに従い、受光用光ファイバー５から受光部３３を介して入力される光の受光強度と閾値格納部３２２に設定記憶されている閾値とを比較し、受光強度が閾値以下若しくは未満の場合に、送光用光ファイバー４の光出射端及び受光用光ファイバー５の光入射端の周辺領域における、充填材の充填完了として検知し、当該領域の充填材の充填完了を認識可能に提示するようになっている。なお、本発明に用いる光の受光強度は絶対値ではなく、光射出端４１と光入射端５１が位置する空洞の状況に応じ、検知される受光強度を相対的に表示可能とするようキャリブレーションされた値を用い、その受光強度の相対値に基づいて閾値が設定される。充填材の充填完了の提示には、例えば表示部３４に充填完了の旨を表示して報知するが、充填完了の報知の仕方は、例えば別途に検知部３に充填完了灯或いはブザーを付設し、充填完了灯を点灯或いはブザーを鳴らすなど、適宜の仕方を採用できる。

送光用光ファイバー４と受光用光ファイバー５は、例えばコアとこれを被覆するクラッドがプラスチック製の安価な光ファイバーを所望の長さに切断しただけのものであり、側面は全て被覆され、その切断された両端部でコアだけがそれぞれ外部に露出して発光或いは受光可能になっている。送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１とは、互いに接近して配置されると共に、光出射端４１からの出射光が光出射端４１と離間する光入射端５１に一定経路と一定距離で導入されるように配置される。送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１は棒状のガイド部材の先端近傍で支持して配置するようにすると好ましい。送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１と出射光の導入経路により、センサー部７が構成される。

送光用光ファイバー４と受光用光ファイバー５或いはセンサー部７は、１つの検知部３に対して一組若しくは複数組設けることが可能であり、又、光源部２は、送光用光ファイバー４と受光用光ファイバー５の組数或いはセンサー部７の数に対応して１つ若しくは複数設けることが可能である。また、検知部３は、受光用光ファイバー５から入力される受光強度の時間経過に伴う推移を表示部３４にて表示し、且つ記録していく構成とすると参考情報が得られて好適であるが、受光強度の経時的な推移を表示せずに、充填材の充填完了を検知し、表示部３４等で報知する構成とすることも可能である。

尚、本発明の検知部には、上記検知部３の構成以外に、受光用光ファイバー５から入力される光の受光強度が設定記憶されている閾値以下若しくは未満になったことを認識可能に提示するものであれば適宜の構成が含まれ、例えば横軸：時間−縦軸：光強度のグラフを表示部３４で表示すると共に、当該グラフに光強度の設定閾値を横線として表示し、表示部３４を見た作業者が、受光強度が設定記憶されている閾値以下若しくは未満になったことを認識可能にする構成等が含まれる。

本実施形態の空洞充填検知装置１は、例えば図２に示す既存の矢板式トンネルの覆工背面空洞に充填材を充填する際に適用することができる。図２の矢板式トンネルにおいて、９１は地山、９２はトンネル延長方向に所定間隔で設置された支保工（不図示）に架け渡すことで地山壁面に倣って配置されている矢板、９３は矢板９２の内側に形成されている覆工コンクリートであり、９４は覆工背面の空洞、９５は空洞９４に途中まで充填された充填材である。

図２の矢板式トンネルの空洞９４には、５つのセンサー部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅが空洞９４の天井面にそれぞれ近接して設けられており、又、センサー部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅは、それぞれ相互にある程度距離を開けて５箇所の異なる箇所に離間して配置されている。各センサー部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅをそれぞれ光出射端４１と光入射端５１で構成する送光用光ファイバー４と受光用光ファイバー５は、棒状のガイド部材８で先端近傍を支持されて空洞９４内に導入されており、ガイド部材８で支持されて各センサー部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅは所定位置に設けられている。ガイド部材８は筒状の充填材注入管とすると充填材注入管を充填材９５の注入に加え、送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１の設置に利用することができ、別途にガイド部材を用いることが不要となって好ましい。

送光用光ファイバー４と受光用光ファイバー５の５組は、検知装置本体６内の１つの検知部３に接続され、又、各組の送光用光ファイバー４に対応して、検知装置本体６内には５個の送光用の光源部２が設けられている。検知装置本体６の検知部３では、５箇所のセンサー部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅのそれぞれについて、例えば受光用光ファイバー５から入力される受光強度の時間経過に伴う推移を表示部３４にて表示し、且つ記録していく。これらの５箇所の推移画面は、例えば表示部３４で複数画面で並行表示する、或いは入力部３５からの画面切り替えの入力に応じて切替表示する構成等とすることが可能である。

そして、検知部３は、５箇所のそれぞれについて、受光用光ファイバー５から受光部３３を介して入力される光の受光強度と閾値格納部３２２に設定記憶されている閾値とを比較し、受光強度が閾値以下若しくは未満の場合に、送光用光ファイバー４の光出射端及び受光用光ファイバー５の光入射端の周辺領域における、充填材の充填完了として検知し、提示する処理を行う（図１参照）。図２の推移画面においては、光強度の設定閾値に対応する充填完了を認識可能な点線の横線を表示している。尚、検知部３が、入力される受光強度を経時的な推移で表示すると共に、光強度の設定閾値に対応する充填完了を認識可能な横線を表示し、表示部３４を見た作業者が、受光強度が設定記憶されている閾値以下若しくは未満になったことを認識可能にする構成とすることも可能である。尚、図２の示例では、センサー部７ａ、７ｂ、７ｄ、７ｅが設置されている領域では充填材９５の充填が完了し、センサー部７ｃが設置されている天端部の領域では充填材９５の充填が未完である。

ここで、送光用光ファイバー４と受光用光ファイバー５を棒状のガイド部材の先端近傍で支持する構造例について説明する。図３の第１例では、例えば円筒形の塩ビ管の充填材注入管等の筒状のガイド部材８ａの先端近傍の外周面に透明材料で形成されている支持具１１が設けられている。支持具１１の底面はガイド部材８ａの外周面に倣う形状になっており接着等で外周面に固定されている。支持具１１は、略直方体形であり、中央に凹部１２が形成され、その両側の対応する位置に一対の挟持部１３が形成されており、挟持部１３のスリット１４が側方を向くようにして支持部１１はガイド部材８ａに取り付けられている。送光用光ファイバー４と受光用光ファイバー５はガイド部材８ａに略沿うように設けられ、ガイド部材８ａの外側に結束バンド１５で結束して取り付けられている。

送光用光ファイバー４の先端近傍は、一方の挟持部１３に挟持されて固定され、受光用光ファイバー５の先端近傍は、他方の挟持部１３に挟持されて固定され、送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１とが凹部１２の幅と略対応する距離だけ離間して対向配置される。対向配置されている送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１との離間距離は１〜７ｍｍ程度とすることが好ましい。

また、図４の第２例では、例えば円筒形の塩ビ管からなる充填材注入管等の筒状のガイド部材８ａの先端がＬ字形に切り欠かれ、そこに蝶番等のＬ字状の板材１６が、一方の面が切り欠かれ端面８１ａ側に配置され、他方の面が切り欠かれた部分の残りである突出部８２ａに沿うように配置され、突出部８２ａに或いは突出部８２ａと端面８１ａに接着等で固定されている。透明材料で形成されている支持具１１ａは第１例と異なり底面が平面になっており、板材１６の一方の面上に載置するようにして支持具１１ａ設けられ、接着等で固定されている。その他の支持具１１ａの構成は第１例の支持具１１と同一である。支持具１１ａは、ガイド部材８ａの先端開口の一部を占めるように設けられ、挟持部１３のスリット１４が側方を向くようにして取り付けられている。スリット１４が横方向を向いていると、充填材９５が飛び跳ねたり泥や湧水が降ってきて光射出端４１と光入射端５１間の光の経路が塞がれることが防止され、常時適正な光強度を検出することができる。

そして、第１例と同様に、ガイド部材８ａに略沿うように設けられ、ガイド部材８ａの外側に結束バンド１５で結束して取り付けられている送光用光ファイバー４、受光用光ファイバー５について、送光用光ファイバー４の先端近傍が一方の挟持部１３に挟持されて固定され、受光用光ファイバー５の先端近傍が他方の挟持部１３に挟持されて固定されている。送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１とは、凹部１２の幅と略対応する距離だけ例えば１〜７ｍｍ離間して対向配置されている。

また、図５の第３例は、第２例において、送光用光ファイバー４、受光用光ファイバー５をガイド部材８ａの外側に結束バンド１５で結束して取り付ける構成に代え、送光用光ファイバー４、受光用光ファイバー５をガイド部材８ａ内部に挿入し、光源部２、検知部３まで導出しているものである。筒状のガイド部材８ａが充填材注入管でない場合には、第３例のように送光用光ファイバー４、受光用光ファイバー５をガイド部材８ａに内挿して設けることが可能である。図５中、２５は充填材注入管である。その他の構成は第２例と同一である。

また、図６の第４例は、第２例において、支持具１１ａを挟持部１３のスリット１４が側方を向くようにして取り付ける構成に代え、支持具１１ａを挟持部１３のスリット１４が上方を向くようにして取り付けられているものであり、スリット１４が上方を向いた挟持部１３・１３で、送光用光ファイバー４の先端近傍、受光用光ファイバー５の先端近傍が挟持されて固定されている。スリット１４が上方を向いた挟持部１３・１３による挟持では、送光用光ファイバー４、受光用光ファイバー５が挟持部１３・１３から外れにくくなり、より取り付け状態が安定する。本例でも送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１とが、凹部１２の幅と略対応する距離だけ離間、好ましくは１〜７ｍｍ離間して対向配置されている。その他の構成は第２例と同一である。

また、図７の第５例は、第１例〜第４例が送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１とが離間して対向配置される対向型であるのに対して、送光用光ファイバー４の光出射端４１からの出射光が１つの反射板を介して受光用光ファイバー５の光入射端５１に導入される反射型の構造例である。

第５例においては、例えば円筒形の塩ビ管からなる筒状のガイド部材８ａの先端がＬ字形に切り欠かれ、そこに蝶番等のＬ字状の板材１６が、一方の面が切り欠かれ端面８１ａと逆側に配置され、他方の面が切り欠かれた部分の残りである突出部８２ａに沿うように配置され、突出部８２ａに接着等で固定されている。板材１６の一方の面には、端面８１ａと対向するように反射板１７が固着されている。尚、本例では板材１６の一方の面が屋根として機能し、送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１が別途設けられる充填材注入管から充填される充填材を被りにくくなる。

図示例においては透明材料で形成されている支持具１１ｂは、略直方体形であり、所定距離離間して一対の挟持部１３・１３が並行して設けられている。支持具１１ｂは、ガイド部材８ａの先端開口の一部を占めるように設けられており、その底面が板材１６の他方の面に沿うように配置され、接着等で固定されていると共に、一対の挟持部１３・１３が、ガイド部材８ａの軸方向に延びるように配置されている。

送光用光ファイバー４、受光用光ファイバー５をガイド部材８ａに内挿して設けられ、送光用光ファイバー４の光出射端４１と、受光用光ファイバー５の光入射端５１は、それぞれ反射板１７の反射面に向けられて挟持部１３・１３で挟持され、反射板１７の反射面に近接して並列配置されている。光出射端４１と反射板１７の反射面、反射板１７の反射面と光入射端５１とはそれぞれ離間しており、光出射端４１から反射板１７の反射面までの距離と、反射板１７の反射面から光入射端５１までの距離の合計距離は、例えばそれぞれの距離を４〜７ｍｍに設定することで、８〜１４ｍｍに設定すると好ましい。

図８の第６例は、第５例の変形例であり、複数の反射面を介して送光用光ファイバー４の光出射端４１からの出射光を受光用光ファイバー５の光入射端５１に導入するものである。第６例では、Ｌ字状の取付板１８の内側に三角柱状の反射体１９を設けた反射具を２つ用い、２つの反射体１９・１９の反射面２０・２０での反射により、送光用光ファイバー４の光出射端４１からの出射光を９０度ずつ角度を変えて屈折、反射させ、コ字形の光路になるように設定し、受光用光ファイバー５の光入射端５１に導入するものである。取付板１８・１８は、例えば第５例の板材１６の一方の面に接着等で固定して設けられ、反射体１９・１９の反射面２０・２０が所定位置となるようにして反射具が配置される。

この場合の光出射端４１から出射光が入射する第１の反射面２０までの距離、第１の反射面２０による反射光が入射する第２の反射面２０までの距離、第２の反射面２０による反射光が入射する光入射端５１までの距離の合計も、例えば８〜１４ｍｍに設定すると好ましい。

また、図９の第７例は、対向型であり、棒状のガイド部材に相当する細長板状のガイド部材８ｂを有し、ガイド部材８ｂの先端に固定板８１ｂが設けられている。送光用光ファイバー４、受光用光ファイバー５はガイド部材８ｂの一方の面に沿うように設けられ、間隔を開けて設けられる結束具２１で取り付けられている。

送光用光ファイバー４の光出射端４１側、受光用光ファイバー５の光入射端５１側は、固定板８１ｂ下に配置されるように引き延ばされ、固定板８１ｂ下において、光出射端４１と光入射端５１が対応する位置で離間して対向するようにして、送光用光ファイバー４と受光用光ファイバー５は図示省略する固定具で固定されている。これにより、固定板８１ｂが屋根として機能し、送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１が充填材等を被って充填前に光強度がなくなることが防止される。送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１は、ガイド部材８ｂの先端近傍で支持される。本例でも送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１とは、例えば１〜７ｍｍ離間して対向配置することが好ましい。

また、図１０の第８例は、反射型であり、棒状のガイド部材に相当する細長板状のガイド部材８ｃを有し、ガイド部材８ｃの先端に、Ｌ字状板材８１ｃが一方の面をガイド部材８ｃに対して略垂直にし、他方の面をガイド部材８ｃの背面に沿わせるようにして設けられ、Ｌ字状板材８１ｃの他方の面がガイド部材８ｃに接着等で固定されている。Ｌ字状部材８１ｃの一方の面のガイド部材８ｃ側には反射板１７が設けられている。

送光用光ファイバー４、受光用光ファイバー５はガイド部材８ｃの前面に沿うように並行して設けられ、間隔を開けて設けられる結束具２１で取り付けられている。送光用光ファイバー４の光出射端４１と、受光用光ファイバー５の光入射端５１は、並行な状態で最先の結束具２１で固定され、ガイド部材８ｃの先端近傍で支持されており、反射板１７の反射面に向けられている。光出射端４１と反射板１７の反射面、反射板１７の反射面と光入射端５１とはそれぞれ離間しており、光出射端４１から反射板１７の反射面までの距離と、反射板１７の反射面から光入射端５１までの距離の合計距離は、例えばそれぞれの距離を４〜７ｍｍに設定することで、８〜１４ｍｍに設定すると好ましい。

また、図１１の第９例は、対向型であり、棒状のガイド部材に相当する細長板状のガイド部材８ｄを有し、ガイド部材８ｄの先端に略Ｃ字状のＣ字部８１ｄが形成されている。送光用光ファイバー４、受光用光ファイバー５はガイド部材８ｄの一方の面に沿うように設けられ、間隔を開けて設けられる結束バンド１５で取り付けられていると共に、送光用光ファイバー４、受光用光ファイバー５の先端近傍は、略コ字形の取付具２２を外側から嵌め込むことでガイド部材８ｄ及びＣ字部８１ｄに取り付けられている。

送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１は、Ｃ字部８１ｄのスリットを挟んで対応する位置で対向するように配置され、ガイド部材８ｄの先端近傍で支持される。本例でも送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１とは、例えば１〜７ｍｍ離間して対向配置することが好ましい。

また、図１２の第１０例は、対向型であり、棒状のガイド部材に相当する細長板状のガイド部材８ｅを有し、ガイド部材８ｅの先端の略中央には凹部８１ｅが形成されている。ガイド部材８ｅの一方の面側には、導入溝８２ｅ・８２ｅが離間した位置に一対で形成されている。導入溝８２ｅ・８２ｅは、ガイド部材８ｅの長手方向に延ばされ、先端付近で内側に曲げられ、凹部８１ｅで先端が開放されており、対応する位置で対向配置されている。

送光用光ファイバー４、受光用光ファイバー５は、それぞれ導入溝８２ｅ・８２ｅ内に嵌め込まれ、先端近傍においても導入溝８２ｅ・８２ｅで支持されガイド部材８ｅからの離脱が防止されている。凹部８１ｅにおいて、送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１は離間して配置され、対応する位置で対向配置されている。本例でも送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１とは、例えば１〜７ｍｍ離間して対向配置することが好ましい。

本実施形態の空洞充填検知装置１で充填材の充填完了の検知処理を行う際には、図１３に示すように、ガイド部材８を用いて所要個数のセンサー部７を空洞の所定箇所に設置する（Ｓ１）。例えば図２の矢板式トンネルの空洞９４の場合には、センサー部７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅを、トンネル周面方向に相互に距離を開けて５箇所の異なる箇所に離間して配置する。

次いで、光源部２をＯＮ状態にして、送光用光ファイバー４の光出射端４１からの出射光を受光用光ファイバー５の光入射端５１が受光し、検知部３で受光強度を時間経過に沿って取得する状態とする（Ｓ２）。この状態で充填材９５等の注入、充填を開始する（Ｓ３）。

充填材の充填進行に伴い、充填完了した領域に設置されているセンサー部７について、検知部３は、受光用光ファイバー５から入力される光の受光強度が設定記憶されている閾値以下若しくは未満になったことを認識可能に提示する。そして、設置した全てのセンサー部７について充填が完了した場合には、全てのセンサー部７について、検知部３は、受光用光ファイバー５から入力される光の受光強度が設定記憶されている閾値以下若しくは未満になったことを認識可能に提示し、充填材の充填が完了する（Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６）。

本実施形態によれば、送光用光ファイバー４の光出射端４１からの出射光が離間する受光用光ファイバー５の光入射端５１に一定経路と一定距離で導入されることから、空洞内の溜水の懸濁、空洞壁面の凹凸での光反射等に影響されずに、出射光を受光用光ファイバー５で安定して受光することが可能となり、この安定した受光が充填された充填材の光路遮断で急減することで充填材の充填完了を確実に認識することができる。また、充填された充填材内に残置する部分が送光用光ファイバー４、受光用光ファイバー５等の安価なものに限られ、又、送光用光ファイバー４の被覆を故意に破って一定の開口部を形成する等の加工も不要であり、経済性に優れる。また、充填材を充填する施工において、充填状況のリアルタイムのモニタリングすることも不要となり、優れた作業効率で充填材の充填確認を行うことができる。また、検知部３の演算処理により、一層明確に光出射端４１及び光入射端５１の周辺領域の充填材の充填完了を認識することができる。

また、対向型のセンサー部７、或いは反射型のセンサー部７により、送光用光ファイバーの光出射端と受光用光ファイバーの光入射端との間に充填材の充填で状態が変化する光路を確実に確保することができると共に、送光用光ファイバーの光出射端から受光用光ファイバーの光入射端に一定経路、一定距離で確実に光を導入することができる。また、棒状のガイド部材８で空洞内の所要位置に、簡単な作業で送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１を設置することができる。

また、ガイド部材８を筒状の充填材注入管とする場合には、充填材注入管を充填材の注入に加え、送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１の設置に利用することができ、別途にガイド部材を用いることが不要となる。

〔実施形態の空洞充填検知装置の別使用例〕
次に、実施形態の空洞充填検知装置の別使用例について説明する。図１４はトンネルの延びる方向にセンサー部７ｆ〜７ｊを複数設置する使用例であり、地山１０１と既存の覆工コンクリート１０２との間に空洞１０３が形成され、空洞１０３がトンネルの延びる方向に延びて形成されている。そして、トンネル延在方向に間隔を開けた位置において、覆工コンクリート１０２を貫通するようにガイド部材８を設け、ガイド部材８の先端近傍で支持される送光用光ファイバー４と受光用光ファイバー５を空洞１０３内に導入し、センサー部７ｆ〜７ｊを空洞１０３内に設置するものである。送光用光ファイバー４と受光用光ファイバー５は検知装置本体６に接続される。尚、図１４中、１０４は充填材である。

また、図１５は空洞１１２の両端近傍にセンサー部７ｋ、７ｌを設置する使用例であり、地山１１１の地下に空洞１１２が形成されている。地山１１１には、充填材１１３を充填すると共に送光用光ファイバー４と受光用光ファイバー５を導入するための注入穴１１４が形成されており、検知装置本体６から送光用光ファイバー４と受光用光ファイバー５が延ばされ、注入穴１１４に挿入され、センサー部７ｋ、７ｌが空洞１１２の両端近傍に設置されている。この使用例は、例えば地下採石場、廃坑跡、防空壕、石灰岩やシラスによる自然空洞等の充填を行う際に、充填材の充填領域を仕切り、その端部近傍にセンサー部を配置する場合等に使用する。

また、図１６はトンネルの天端に単一のセンサー部７ｍを設置する使用例であり、地山１２１の周面に吹付コンクリート１２２が打設され、吹付コンクリート１２２から離間して型枠１２３が周状に配置されている状態において、吹付コンクリート１２２と型枠１２３との間の覆工コンクリート打設用の空洞１２４に充填材注入管１２５の吹上口１２６からコンクリートを充填材として注入、充填する場合の使用例である。

検知装置本体６からは送光用光ファイバー４と受光用光ファイバー５が延ばされ、その先端のセンサー部７ｍは天端の吹付コンクリート１２２に近接して配置されている。このようにトンネル新築時には、既存のトンネルの覆工背面空洞のように、充填領域のアーチ天端形状が複雑ではないので、センサー部７を多点設置しなくても充填材の充填完了を確認することが可能である。尚、図１４〜図１６の各使用例のセンサー部７ｆ〜７ｊ、センサー部７ｋ、７ｌ、センサー部７ｍには、対向型のセンサー部と反射型のセンサー部のいずれを用いてもよい。

〔対向型センサー部と反射型センサー部の実験例〕
次に、対向型センサー部と反射型センサー部の充填材の充填進行に伴う受光強度の変化を確認した実験例について説明する。対向型センサー部の実験例では、図１７（ａ）に示すように、送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１とを距離ｄ１を開けて離間させ、対応位置で対向配置し、この構造を維持して、光出射端４１の出射光を光入射端５１に受光させながら充填材を充填していき、検知部３において充填進行に伴う対向型の受光強度の変化を確認した。

反射型センサー部の実験例では、図１７（ｂ）に示すように、送光用光ファイバー４と受光用光ファイバー５を並行配置し、送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１を反射板２８に向けて配置している。送光用光ファイバー４の光出射端４１と反射板２８との距離、受光用光ファイバー５の光入射端５１と反射板２８との距離は、同一距離で距離ｄ２としており、送光用光ファイバー４の光出射端４１から受光用光ファイバー５の光入射端５１に受光されるまでの距離はｄ２の２倍になっている。この構造を維持して、光出射端４１の出射光を光入射端５１に受光させながら充填材を充填していき、検知部３において充填進行に伴う反射型の受光強度の変化を確認した。

図１８（ａ）、（ｂ）の実験において、図１７（ａ）の対向型センサー部、図１７（ｂ）の反射型センサー部を設置した空洞は、水が存在する空洞であり、この空洞に充填材を充填して実験した。この水が存在する空洞は、充填材の充填進行に伴って空洞内の水が懸濁するものであり、送光用光ファイバーから出射した光を空洞面で反射させ、受光用光ファイバーで受光して充填材の充填完了を確認する構造では、充填完了を正確に確認することが困難なものである。

図１８（ａ）は対向型センサー部を空洞の上端付近に設置し、セメント系充填材を空洞に充填した場合に、セメント系充填材の充填進行に伴う受光強度の変化を表したものである。距離ｄ１を１ｍｍ、４ｍｍ、７ｍｍのいずれとした場合でも、充填材の充填完了時には受光強度が急低下するため、受光強度の閾値を設定することにより、明確にセメント系充填材の充填完了を認識できることが分かる。

図１８（ｂ）は反射型センサー部を空洞の上端付近に設置し、セメント系充填材を空洞に充填した場合に、セメント系充填材の充填進行に伴う受光強度の変化を表したものである。距離ｄ２を４ｍｍ、７ｍｍのいずれとした場合でも、充填材の充填完了時には受光強度が急低下するため、受光強度の閾値を設定することにより、明確にセメント系充填材の充填完了を認識できることが分かる。尚、距離ｄ２を１ｍｍとした場合には、ｄ２が小さすぎて受光強度を正しく計測することができなかった。

図１８（ｃ）の実験においては、図１７（ａ）の対向型センサー部を空洞の上端付近に設置し、発泡ウレタン系充填材を空洞に充填した場合に、発泡ウレタン系充填材の充填進行に伴う受光強度の変化を表したものである。距離ｄ１を１ｍｍ、４ｍｍ、７ｍｍのいずれとした場合でも、充填材の充填完了時には受光強度が急低下するため、受光強度の閾値を設定することにより、明確に発泡ウレタン系充填材の充填完了を認識できることが分かる。尚、距離ｄ１を１ｍｍとした場合では、充填前より光強度が不規則に変化し，充填により一旦受光強度が０になった後，光強度が再上昇する傾向が見られた。これは，黒色で溶液状のウレタンが光の送受信間を充填し，光を一旦遮断したものの，その後の発泡による体積膨張に伴って密度が低下し，光が再び透過し始めたためと考えられる。

以上の実験例によれば、空洞の状況や充填材の性状、送光用光ファイバー４の光射出端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１の配置様態により、充填進行に伴う受光強度の変化状態は異なるものの、光射出端４１から射出される光が一定経路と一定距離で光入射端５１に導入されるように配置しておくことにより、受光強度が一定以下となったことを確認すれば充填完了を明確に認識することができる点が明らかとなった。但し、反射型センサー部においては、図１７（ｂ）に示す反射板２８との距離ｄ２が２ｍｍ以下では受光強度の変化を検出することが難しくなってしまう為、距離ｄ２が適正、即ち光射出端４１から光入射端５１までの距離が６〜１６ｍｍ程度に設定されていることが望ましいことが確認された。

〔実施形態の変形例等〕
本明細書開示の発明は、各発明、実施形態、各例の他に、適用可能な範囲で、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものを含むものである。

例えば送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１とを離間して対向配置する対向型の構成、或いは送光用光ファイバー４の光出射端４１からの出射光を反射面を介して受光用光ファイバー５の光入射端５１に導入する反射型の構成は上記例以外にも適宜であり、送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１とが、光出射端４１からの出射光が光入射端５１に一定経路と一定距離で導入されるように配置されるものであれば包含される。

また、送光用光ファイバー４の光出射端４１と受光用光ファイバー５の光入射端５１の支持構造は上記例以外にも適宜である。また、送光用光ファイバー４の光出射端４１から受光用光ファイバー５の光入射端５１に至るまでの光路の距離は、充填材の充填完了を確認できる範囲で適宜である。

本発明は、例えば既設トンネルの覆工背面に存在する空洞、トンネル構築時に移動式型枠の背面側に設けられる覆工コンクリート打設用の空洞、地下採石場、廃坑跡、防空壕、石灰岩やシラスによる自然空洞、地盤沈下で形成された建物下の空洞等の各種地下空洞に充填材を充填する際に利用することができる。

１…空洞充填検知装置 ２…光源部 ３…検知部 ３１…制御処理部 ３２…記憶部 ３２１…プログラム格納部 ３２２…閾値格納部 ３２３…データ格納部 ３３…受光部 ３４…表示部 ３５…入力部 ４…送光用光ファイバー ４１…光出射端 ５…受光用光ファイバー ５１…光入射端 ６…検知装置本体 ７、７ａ、７ｂ、７ｃ、７ｄ、７ｅ、７ｆ、７ｇ、７ｈ、７ｉ、７ｊ、７ｋ、７ｌ、７ｍ…センサー部 ８、８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄ…ガイド部材 ８１ａ…端面 ８２ａ…突出部 ８１ｂ…固定板 ８１ｃ…Ｌ字状板材 ８１ｄ…Ｃ字部 １１、１１ａ、１１ｂ…支持具 １２…凹部 １３…挟持部 １４…スリット １５…結束バンド １６…板材 １７…反射板 １８…取付板 １９…反射体 ２０…反射面 ２１…結束具 ２２…取付具 ２５…充填材注入管 ２８…反射板 ９１…地山 ９２…矢板 ９３…覆工コンクリート ９４…空洞 ９５…充填材 １０１…地山 １０２…覆工コンクリート １０３…空洞 １０４…充填材 １１１…地山 １１２…空洞 １１３…充填材 １１４…注入穴 １２１…地山 １２２…吹付コンクリート １２３…型枠 １２４…空洞 １２５…充填材注入管 １２６…吹上口 ２０１…光源部、２０２…検知部、２０３…送光用光ファイバー、２０４…受光用光ファイバー、２０５…地山、２０６…トンネル空洞壁面、２０７…覆工コンクリート、２０８…充填材、２０９…溜水、２１０…空洞 ｄ１、ｄ２…距離

Claims (5)

1. 充填材が充填される空洞外に配置される光源部と、
   前記空洞外に配置される検知部と、
   前記空洞内に光出射端が設けられ、前記光源部の光を伝送する送光用光ファイバーと、
   前記空洞内に光入射端が設けられ、前記光入射端で受光する光を前記検知部に伝送する受光用光ファイバーとを備え、
   前記送光用光ファイバーの光出射端と前記受光用光ファイバーの光入射端とが、前記光出射端からの出射光が前記光出射端と離間する前記光入射端に一定経路と一定距離で導入されるように配置され、
   前記検知部が、前記受光用光ファイバーから入力される光の受光強度が設定記憶されている閾値以下若しくは未満になったことを認識可能に提示する空洞充填検知装置であって、
   前記送光用光ファイバーの光出射端と前記受光用光ファイバーの光入射端とが１〜７ｍｍ離間して対向配置されることを特徴とする空洞充填検知装置。
2. 充填材が充填される空洞外に配置される光源部と、
   前記空洞外に配置される検知部と、
   前記空洞内に光出射端が設けられ、前記光源部の光を伝送する送光用光ファイバーと、
   前記空洞内に光入射端が設けられ、前記光入射端で受光する光を前記検知部に伝送する受光用光ファイバーとを備え、
   前記送光用光ファイバーの光出射端と前記受光用光ファイバーの光入射端とが、前記光出射端からの出射光が前記光出射端と離間する前記光入射端に一定経路と一定距離で導入されるように配置され、
   前記検知部が、前記受光用光ファイバーから入力される光の受光強度が設定記憶されている閾値以下若しくは未満になったことを認識可能に提示する空洞充填検知装置であって、
   前記送光用光ファイバーの光出射端からの出射光が一若しくは複数の反射面を介して前記受光用光ファイバーの光入射端に導入され、
   前記送光用光ファイバーの光出射端から前記反射面を介して前記受光用光ファイバーの光入射端に至るまでの距離が６〜１６ｍｍに設定されることを特徴とする空洞充填検知装置。
3. 前記検知部が、前記受光用光ファイバーから入力される光の受光強度と設定記憶されている閾値を比較し、前記受光強度が前記閾値以下若しくは未満の場合に、前記光出射端及び前記光入射端の周辺領域の前記充填材の充填完了を認識可能に提示することを特徴とする請求項１又は２記載の空洞充填検知装置。
4. 前記送光用光ファイバーの光出射端と前記受光用光ファイバーの光入射端とが棒状のガイド部材の先端近傍で支持されることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の空洞充填検知装置。
5. 前記ガイド部材が筒状の充填材注入管であり、
   前記送光用光ファイバーと前記受光用光ファイバーとが前記ガイド部材に略沿って前記ガイド部材の外側に取り付けられることを特徴とする請求項４記載の空洞充填検知装置。

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