海、山、そして都市空間の重要インフラ - トンネルの監視

我々の日々の移動距離を短縮してくれるトンネル-しかし、その安全性は万全でしょうか?

今日では、近代的な監視システムによる信頼性の高いトンネルの状態監視が可能になっています。そこではファイバブラッグ技術が重要な役割を果たしています。

トンネルの構造上の変形は、安全面で重大な問題となる可能性があります。特に建設の際にはトンネル自体やその周囲環境の構造上の安定性を効率よく正確に検査する機能が不可欠です。

トンネル監視に使用するセンシング技術を選定する時には、多くの課題を理解しておく必要があります:

  • センサが長期的にも短期的にも、必要時間内に必要な信号を高い信頼性で提供できるか?
  • 通常、トンネル内のケーブル配線は長くなるため、計測信号の長距離伝送が保証されているか?
  • トンネルの交通に影響を与えずに、監視システムを設置できるか?
  • そもそもどのような計測値や計測モデルが適しているのか?例えば、異常が検知された場合のアラームは必要か?

こうした点で、光学式センシング技術(ファイバブラッグ技術に基づく)は近年、従来型の監視システムの強力な代替手段になっています。

最適なソリューションとなるファイバブラッグ技術

ファイバブラッグセンサは光でひずみなどの物理量を計測します。傑出した長期安定性に加えて、この光技術は、非常に大きな利点があります: それは、信号の減衰がほとんどなく計測信号を長距離伝送できることです。その上、1本のファイバに、数個のファイバブラッグセンサを接続でき、監視システムの設置工数が最小化にできます。トンネル監視では配線距離が数キロメートルにおよぶ場合が多く、これは特に重要な特長です。

HBM FiberSensing製の"SysTunnel"は、トンネル監視にファイバブラッグセンサを最大限に活用できる専用のシステムソリューションです。

SysTunnelの構成要素

 

SysTunnelの構成

  1. ひずみ/温度計測用のセンサを貼り付けたステンレス棒をトンネルの内壁に円周上に配置
  2. 「センサリング」をトンネル内部の異なる場所に設置し光ファイバで接続
  3. FBGセンサ信号を処理するインテロゲータ
  4. データ処理ソフトウェア

 

 

幾何学的変形を高い信頼性で判断するMEMCOT方式

SysTunnelは計測と演算にMEMCOT方式を使用します。MEMCOTはExtensometric Method for Monitoring Convergences in Tunnels(伸縮方式によるトンネルの収束モニタリング)を意味します。

この方式(材料理論に基づく)では、トンネルの位置変化の連続監視を行います。トンネルの輪郭に沿った計測ポイントで変形を監視し、その経年変化も記録します。計測された軸ひずみの円周方向のオフセットは演算式により計算され、これはトンネル監視には不可欠です。

このアプローチは実際の運用において多くの利点があります: MEMCOTは、全ての計測点で変化の絶対値を計測するので、全てのセクションの幾何学的変化がわかります。これはトンネルの変化が左右対称であると仮定する監視方法(必ずしも正しいとは言えない)とは対照的です。さらにSysTunnelによれば、変形の形状を正確にわかります(従来の監視システムでは不可能)。

トンネル内のファイバブラッグセンサ: 実用上の利点

SysTunnelは、長期的な監視とより短い測定サイクルの両方に適しています。このシステムは、ロシオ・トンネルとサンパウロ地下鉄のトンネルの例があるように、トンネルが通常の運用をしているときに使用できます。

設置後は、SysTunnelは連続して安定した運用がおこなえる監視システムとなります。これは、長期的な計測データを高い信頼性で取得するだけではなく、トンネル形状への著しい変形が生じたときには自動警報機能を提供できることを意味します。

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詳しい情報はアプリケーションレポートをご覧ください: ひずみと収斂の計測のための光学監視システム(PDF)

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