NTTら,光ファイバーによる地盤モニタリングを実証

NTTと産業技術総合研究所(産総研)は,既存の通信光ファイバーを活用し,広範囲の地盤特性を常時モニタリングする手法を実証した(ニュースリリース)。

近年,都市部では老朽化した上下水道などのインフラへの土砂の流入による地中空洞の発生が社会問題となっている。従来の空洞調査は,地中レーダーや超音波などを用いた現地調査による手法が主流だったが,これらの手法での調査深度は地表から約2mと限定的であり,専用の機器を用いるため時間や手間もかかり,高頻度の点検・監視は困難だった。

物理探査分野では,人工的な震源を用いず,交通や自然現象など地表面に存在する人がほとんど感じないレベルの常時微動を複数の高感度地震計(微動計)で同時に記録・解析することで,より簡易に地下約数十mの地下構造を推定する微動アレイ探査の研究・活用が盛んに行なわれている。近年では,さまざまな研究機関において,微動計の代わりに光ファイバーセンサを活用した地盤特性観測手法が研究されている。

街の地表には,交通や自然現象などによる常時微動が存在し,これを解析することで地盤特性を推定することができる。研究グループは,実際の市街地の地下管路に敷設された光ファイバーをセンサとして活用し,常時微動の測定と特性の解析を行なった。

高精度分布音響センシング(DAS)技術と,微動アレイ探査技術を用い,実際の市街地における実証実験を通じて,両者がおおむね一致することを確認した。光ファイバーセンシング(DAS)を用いた手法により,従来技術では数年に1回程度しか実施できなかった地中空洞の点検に対して,地中深さ約3~30mの広範囲を,おおむね1日に1回程度の高頻度で遠隔モニタリングが可能になる。

この手法の有効性を確認するため,実際の地下管路に敷設された通信光ファイバーケーブルのルート上の複数地点において,光ファイバーを用いたDASと微動アレイ探査を用いて常時微動に含まれる振動を評価・比較する実証実験を実施した。

その結果,約3Hz~約20Hz以下の範囲において,おおむね整合的な結果が得られた。周波数とその振動に影響を与える地盤の深さは相関があり,たとえば低い周波数ほどより深い地盤の情報を持っていることが知られている。今回,整合的な結果が得られた範囲の位相速度の大きさから深さに換算すると,おおむね約3m~30mの深さの地盤特性が得られており,既に設置されている通信光ファイバーを用いることで,現地で作業が必要な微動アレイ探査とほぼ同等の精度で,広範囲かつ高頻度にDASによる地盤モニタリングが可能であることを示している。

今後は,2026年度中に自治体や上下水道事業者と連携し,実際の都市環境での実証実験を推進するという。また,解析アルゴリズムの高度化や検知システムの開発を進め,全国のインフラ監視や防災システムへの適用をめざすとしている。

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