光ファイバーを備えたジオグリッドを使用して HS2 サイトで地盤の動きを監視

Jul 13, 2023

ジオシンセティックスと光ファイバー感知ケーブルを組み合わせた、地下地面の動きを検出するシステムが、高速 2 切断で使用されています。

気候変動が異常気象を引き起こすにつれて、地盤災害による被害を防ぐために地盤の動きを早期に検出することがますます重要になっています。

しかし、十分に高い空間的および時間的解像度で広範囲を監視して、地下の地面の動きを早期に警告できる従来のセンシング技術には限界があります。

センサーグリッドとして知られる新しい光ファイバー計測ジオグリッドは、地質工学資産内の動きをリアルタイムで監視できる可能性があります。

このソリューションは、ケンブリッジ スマート インフラストラクチャ & 建設センター (CSIC)、CSIC から独立した光ファイバー センシングのスペシャリストである Epsimon、およびジオグリッド メーカーの Huesker によって開発されました。

Sensorgrid はすでに試用されており、High Speed 2 (HS2) スキームの一部にインストールされています。

これは、HS2 ルート沿いのチョークで長さ 710 メートル、深さ最大 13 メートルの掘削であるタイルハウス レーンの切断で実施されました。 この橋はコルネ バレー高架橋と、M25 高速道路に近いチルターン トンネルの南入口を接続しています。

このセクションの主な請負業者は、Bouygues Travaux Publics、Sir Robert McAlpine、Volker Fitzpatrick で構成される Align JV です。

地盤調査と掘削作業中に、切断現場で溶解の特徴が明らかになりました。

設計ソリューションの一環として、線路スラブの下の潜在的な空隙を軽減するために、ジオグリッド強化マットレスが切断の基部に設置されています。

また、現場が運搬道路として運用される建設中や鉄道自体の運用中に、マットレスの下の動きを検出できることが極めて重要であることも明らかになりました。

分散型光ファイバーセンシング (DFOS) は業界にとって新しいものではなく、これまでさまざまな種類のインフラストラクチャで数キロメートルにわたる光ファイバーケーブルに沿ったひずみを測定するために使用されてきました。 ただし、地面の動きの測定は、これらのケーブルと土壌の間の機械的な結合に依存しており、常に保証されるわけではありません。

CSIC オペレーション マネージャーの Cedric Kechavarzi 氏は次のように述べています。「私たちの仕事分野は光ファイバー センシングに関するもので、このために直径数ミリメートルの小さなケーブルを使用しています。 もちろん、コンクリートの中に入れるとコンクリートと接着しますので、コンクリートが伸びたり縮んだりすると、それに応じてケーブルにも負担がかかります。 しかし、土壌ではケーブルがすり抜けてしまう可能性が非常に高くなります。

「これは土壌の種類、含水量、表土荷重によって異なりますが、ケーブルが滑った場合、部分的な地面の動きとひずみのみがケーブルに伝達されます。」

この課題を克服するために、CSIC、Epsimon、および Huesker は、製造中に光ファイバーひずみ検知ケーブルをジオグリッドに統合するソリューションを開発しました。

「ジオグリッドは土壌と非常に良好に相互作用し、土壌を所定の位置に保持するように設計されています。 ドイツのジオグリッド メーカーである Huesker と協力して、製造中にさまざまな光ファイバー ケーブルをジオグリッドに組み込む試験が実施されました」と Kechavarzi 氏は説明します。

「ジオグリッドは糸を縫い合わせてメッシュを形成しているため、特定の糸を同様の剛性の光ファイバー ケーブルに簡単に置き換えることができました。

「そうすることで、さまざまな強度のひずみセンシング ジオグリッドを開発しました。製造中に、センシング ケーブルに交換する糸の数を変更することで測定密度を調整できます。」

CSIC の研究員である Xiaomin Xu 氏は次のように付け加えています。「以前は、押し出されたジオグリッドにケーブルを手動で接着しようとしましたが、これは拡張性がありません。 不織ジオテキスタイルにケーブルを入れる試験も行われていますが、これではステッチと同じレベルの接合は得られません。

「編成プロセス中にケーブルを組み込み、その後センサーグリッドをポリマーコーティングすることで、優れたひずみ伝達とセンシング性能が保証されます。」