JP2002055089A - Apparatus and method for diagnosing of tunnel - Google Patents

Apparatus and method for diagnosing of tunnel

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JP2002055089A JP2000242012A JP2000242012A JP2002055089A JP 2002055089 A JP2002055089 A JP 2002055089A JP 2000242012 A JP2000242012 A JP 2000242012A JP 2000242012 A JP2000242012 A JP 2000242012A JP 2002055089 A JP2002055089 A JP 2002055089A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that conventionally there is a striking sound inspecting method, using a hammer in the conventional diagnosis of a tunnel but that hammering can not be performed by a constant force and the judge standard of flaws relies heavily on the experience or the intuition of an inspector and a diagnostic result becomes obscure. SOLUTION: Low-frequency acoustic elastic waves are allowed to be incident on a tunnel coating 2 by an acoustic oscillator 11, and the reflection signal thereof is receiving sensor 14 to be inputted to a receiving signal processor 20 via a variable band filter and subjected to FFT calculation by an FFT arithmetic mechanism 22 fore calculating the reflecting energy level and this reflecting energy level is compared with a preset threshold, to judge the presence of peel flaws by an internal flaw judging device 24.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、トンネル構造物
壁面の内部に存在する欠陥を、音響弾性波を用いて診断
するトンネル診断装置及び方法に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tunnel diagnostic apparatus and method for diagnosing defects existing inside the wall of a tunnel structure using acoustic elastic waves.

【０００２】[0002]

【従来の技術】トンネル覆工は、コンクリート構造体
で、モルタルと骨材の混合物であり、剥離に至る欠陥モ
ードとしてクラック、ジャンカ等がある。クラックは、
覆工内の亀裂、空隙であり、ジャンカは、コンクリート
成分の内のモルタル分が流出、あるいは過小の領域であ
り、骨材が不十分なモルタル成分で埋められた状態、場
合によっては微少空隙が多数存在する状態と言える。こ
のような現象が発生すると、コンクリート内部で、構造
的に不安定な状態を顕現し、剥落の危険につながる。ト
ンネルの覆工を診断する方法としては、従来よりハンマ
ーを使った打音検査がある。これはハンマーをトンネル
覆工表面に打診し、この時に発生する衝撃弾性波により
覆工内部の欠陥を検知しようとするものである。また、
超音波を用い超高周波の音響を覆工内部に入射し、覆工
内部の欠陥を捉えようとする方式として超音波探査方式
がある。この方法はパルス性の超高周波音響信号を使用
することに特徴がある。原理としては覆工内部の欠陥部
から反射される音響信号の伝搬時間から欠陥部の位置を
検出しようとするものである。周波数が高いため音響信
号の指向性が高く分解能高い計測ができるメリットがあ
る。2. Description of the Related Art Tunnel lining is a concrete structure, which is a mixture of mortar and aggregate, and has cracks, junkers and the like as defect modes leading to peeling. Crack
Cracks and voids in the lining.Junka is an area in which the mortar component of the concrete component flows out or is too small, and the aggregate is filled with insufficient mortar component. It can be said that there are many states. When such a phenomenon occurs, a structurally unstable state is manifested inside the concrete, leading to danger of falling off. As a method of diagnosing tunnel lining, there is hitherto inspection using a hammer. This is to strike a hammer on the surface of the tunnel lining and to detect a defect inside the lining by a shock elastic wave generated at this time. Also,
There is an ultrasonic exploration method as a method for injecting ultra-high frequency sound into the inside of the lining by using ultrasonic waves and trying to catch a defect inside the lining. This method is characterized by using a pulsed ultrahigh frequency acoustic signal. The principle is to detect the position of the defect from the propagation time of the acoustic signal reflected from the defect inside the lining. Since the frequency is high, there is an advantage that the directivity of the acoustic signal is high and measurement with high resolution can be performed.

【０００３】また、電磁波レーダによる方法もあり、電
磁波を入射し、誘電率の異なる境界面からの反射を捉え
ることにより、覆工内部の空隙、覆工背面の空隙を検出
する。さらに、最近では、赤外線を用いた非接触のトン
ネル覆工検査方法が発明されているが、この方法は、ト
ンネル覆工を加熱し、覆工表層に存在する剥離部位の温
度差を赤外線により検出し、剥離の有無を非接触に検出
する。非接触であるため高速な計測が可能である。There is also a method using an electromagnetic wave radar, which detects an air gap inside the lining and a air gap on the back surface of the lining by injecting an electromagnetic wave and capturing reflections from boundary surfaces having different dielectric constants. Recently, a non-contact tunnel lining inspection method using infrared rays has been invented. However, this method heats the tunnel lining and detects the temperature difference of a peeling portion existing on the lining surface by infrared rays. Then, the presence or absence of peeling is detected in a non-contact manner. High-speed measurement is possible because of non-contact.

【０００４】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ハンマーを用いた方法
では、ハンマリングを一定の力で行うことができなかっ
たり、また、判断基準も実施者の経験や勘によるところ
が大きく、診断結果が曖昧になる課題があり、また診断
結果を定量的に残せない課題もあった。これを解決する
ため、ハンマーの打撃音をマイク等で集音し、ＦＦＴア
ナライザ等により解析する方法も考えられている。但し
この方法でもデータの定量性は実現できるが、打診表面
からの反響波を空中伝搬により記録するため、伝搬する
音響の帯域が制限され、このため覆工内部の情報が欠落
するという課題があった。さらには空中伝搬を使用する
関係上、周囲の雑音の影響を受けやすく、また、ハンマ
リングの衝撃で発生する表面波の影響により、内部から
伝搬してくる反響音が干渉を受けるという課題があっ
た。またハンマー自身の固有振動音が干渉するという課
題もあった。In the method using a hammer, hammering cannot be performed with a constant force, and the judgment criteria largely depend on the experience and intuition of the practitioner. There were also problems that could not be left quantitatively. In order to solve this problem, a method has been considered in which the hammer impact sound is collected by a microphone or the like and analyzed by an FFT analyzer or the like. However, although this method can achieve quantitative data, the echo wave from the percussion surface is recorded in the air, which limits the bandwidth of the sound to be propagated, and the information inside the lining is lost. Was. Furthermore, due to the use of airborne propagation, there is a problem that it is susceptible to ambient noise, and the reflected sound propagating from the inside is interfered by the influence of surface waves generated by the impact of hammering. Was. There is also a problem that the natural vibration sound of the hammer interferes.

【０００５】以上を解決するため、一定の加振力で鋼を
トンネル壁面に打ち付け、衝撃音を加速度センサで受信
し、ＦＦＴアナライザで解析する方法が考えられた。こ
の方法では衝撃音が内部の欠陥部にて反射してくる反射
時間から欠陥部位までの距離を計測する原理を用いてい
る。しかし、この方法では加振が機械的な制御のため衝
撃音の入力を正確に制御できないこと、また対象表面の
状況によっても加振が影響を受ける可能性があり、さら
には、欠陥部からの反射信号は一般に小さく、反射信号
の立上がりを分解能高く検出できない課題がある。また
衝撃により覆工表層に発生する表面波の影響でトンネル
覆工内部より返ってくる反射信号が遮蔽され精度高い計
測ができない課題もある。[0005] In order to solve the above, a method has been conceived in which steel is hit on a tunnel wall surface with a constant excitation force, an impact sound is received by an acceleration sensor, and analysis is performed by an FFT analyzer. This method uses the principle of measuring the distance to the defective part from the reflection time at which the impact sound is reflected at the internal defective part. However, in this method, the vibration cannot be controlled accurately due to the mechanical control of the vibration, and the vibration may be affected by the condition of the target surface. The reflected signal is generally small, and there is a problem that the rising of the reflected signal cannot be detected with high resolution. There is also a problem that a reflection signal returned from the inside of the tunnel lining is shielded by the influence of a surface wave generated on the lining surface layer due to an impact, and measurement with high accuracy cannot be performed.

【０００６】一方、超音波を用いる方法では、高周波の
ため、覆工を構成するコンクリートの骨材の影響を受け
深部へ、信号が到達しないという問題がある。また高周
波の音響信号を効率良く注入し、接触面の凹凸影響を避
けるため、研削、グリース塗布等前処理が不可欠であ
り、計測のための準備に多大の時間と手間を要するとい
う課題がある。On the other hand, in the method using ultrasonic waves, there is a problem that the signal does not reach the deep part due to the influence of the aggregate of the concrete constituting the lining due to the high frequency. Further, in order to efficiently inject a high-frequency acoustic signal and to avoid the influence of unevenness on the contact surface, pretreatment such as grinding and grease application is indispensable, and there is a problem that a great deal of time and labor is required for preparation for measurement.

【０００７】電磁波レーダによる方法は、電磁波の反射
現象を利用するため、空洞等ボリュームのある変状は検
出可能であるが、クラック等の剥離の検出精度は低い課
題がある。また、電磁波のため、漏水、鉄骨等により信
号が減衰し、検出が困難になる課題がある。さらに直接
的な構造不安定は検出不可である。Since the electromagnetic wave radar method utilizes the reflection phenomenon of electromagnetic waves, it is possible to detect a deformed volume such as a cavity, but there is a problem in that the accuracy of detecting peeling such as cracks is low. In addition, there is a problem that detection is difficult due to the attenuation of the signal due to water leakage, steel frame, or the like due to electromagnetic waves. Furthermore, direct structural instability is undetectable.

【０００８】また、赤外線を用いた方法では、覆工壁面
に入射されるエネルギーに限界があり、表層部（０〜２
０ｍｍ）の剥離しか検知できない。また、ジャンカの存
在を検知することが困難、コンクリートの機械強度は検
出困難、さらに覆工厚の計測が困難という課題がある。Further, in the method using infrared rays, there is a limit to the energy incident on the lining wall surface, and the surface layer (0 to 2) is limited.
0 mm). In addition, there is a problem that it is difficult to detect the presence of junkers, it is difficult to detect the mechanical strength of concrete, and it is also difficult to measure the lining thickness.

【０００９】従来の各方法及びその課題については上述
のとおりであるが、構造的不安定な状況から剥離を検知
するためには、構造不安定がもたらす振動現象を捉える
のが、最も直接的で、信頼性の高い検出方法といえる。
従来の方法の内の打音、衝撃弾性波法は、打診のエネル
ギーが大の場合、振動を励起する可能性がある。しか
し、これらの方法は衝撃性の音響信号がもつ周波数帯域
の中で、とくにコンクリートを構成する骨材による散乱
を受けず、浸透性の高い低周波領域を、選択的に駆動す
ることができず、また低周波振動を高感度に検出する方
法を提供するものではなかった。また、電磁波レーダ、
あるいは赤外線方式では原理的に覆工内部の構造的不安
定を直接的に検知する方法ではなく、電気的、熱的特性
から間接的に内部構造を検出するものである。Although the conventional methods and their problems are as described above, the most direct way to detect separation from a structurally unstable situation is to capture the vibration phenomenon caused by structural instability. It can be said that this is a highly reliable detection method.
The tapping sound and the impact elastic wave method among the conventional methods may excite vibration when the energy of the percussion is large. However, these methods are not scattered by the aggregates that make up concrete, especially in the frequency band of the impact acoustic signal, and cannot selectively drive low-frequency regions with high permeability. It does not provide a method for detecting low-frequency vibrations with high sensitivity. Also, electromagnetic wave radar,
Alternatively, in principle, the infrared method does not directly detect the structural instability inside the lining, but detects the internal structure indirectly from electrical and thermal characteristics.

【００１０】また、従来技術では、単一方式でトンネル
覆工の診断を行う十分なデータが得られないため、トン
ネル覆工の健全性診断を種々の方法を組合せ、あるいは
逐次、幾度も検査を行わなければならないという課題が
あった。このため診断に要する時間が長期化し、多大の
コストを要するという課題があった。Further, in the prior art, since sufficient data for diagnosing tunnel lining by a single method cannot be obtained, the soundness diagnosis of tunnel lining can be performed by combining various methods or sequentially and repeatedly. There was a problem that had to be done. For this reason, there has been a problem that the time required for the diagnosis is prolonged and a large cost is required.

【００１１】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、コンクリートを構成する骨
材による散乱を受けず、トンネル覆工の表層部及び深部
の欠陥を検出するトンネル診断装置を得ることを第一の
目的にしている。また、コンクリートを構成する骨材に
よる散乱を受けず、トンネル覆工の表層部及び深部の欠
陥を網羅的に検出するトンネル診断方法を得ることを第
二の目的にしている。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problem, and is a tunnel diagnosis for detecting defects in a surface layer portion and a deep portion of a tunnel lining without being scattered by aggregates constituting concrete. The primary purpose is to get the equipment. It is a second object of the present invention to provide a method for diagnosing a tunnel which comprehensively detects defects in a surface layer portion and a deep portion of a tunnel lining without being scattered by aggregates constituting the concrete.

【００１２】[0012]

【課題を解決するための手段】この発明に係わるトンネ
ル診断装置においては、トンネル覆工に低周波の音響弾
性波を入射する音響発振子と、この音響発振子によって
入射された音響弾性波がトンネル覆工によって励振され
た反射信号を検出する受信センサと、この受信センサに
よって検出された反射信号の反射エネルギ−レベルを算
出すると共に、算出された反射エネルギーレベルを予め
設定された閾値と比較することにより剥離欠陥の有無を
判定する信号処理装置を備えたものである。In a tunnel diagnostic apparatus according to the present invention, an acoustic oscillator for injecting a low-frequency acoustic elastic wave into a tunnel lining, and an acoustic elastic wave incident by the acoustic oscillator are tunneled. A receiving sensor for detecting a reflected signal excited by the lining; calculating a reflected energy level of the reflected signal detected by the receiving sensor; and comparing the calculated reflected energy level with a preset threshold value. And a signal processing device for judging the presence or absence of a peeling defect.

【００１３】また、信号処理装置は、反射信号をＦＦＴ
演算した後、反射エネルギーレベルを算出するものであ
る。また、反射信号は、可変帯域フィルタを介して信号
処理装置に入力され、積算されるものである。Further, the signal processing device converts the reflected signal into an FFT signal.
After the calculation, the reflected energy level is calculated. The reflected signal is input to a signal processing device via a variable bandpass filter and integrated.

【００１４】さらに、音響弾性波は、低周波から高周波
へ向けて変化する連続波であるものである。また、閾値
は、トンネル覆工内部の剥離欠陥部と覆工表面とが形成
する板構造の横振動によって励起された反射信号を、信
号処理装置によって剥離欠陥有りと判定されるように、
設定されているものである。また、閾値は、予めコアリ
ングにより剥離欠陥の存在が確認された反射エネルギー
レベルを用いて設定されているものである。Further, an acoustic elastic wave is a continuous wave that changes from a low frequency to a high frequency. In addition, the threshold value is such that the reflection signal excited by the lateral vibration of the plate structure formed by the peeling defect portion and the lining surface inside the tunnel lining is determined as having a peeling defect by the signal processing device,
It is set. The threshold is set using a reflection energy level in which the presence of a peeling defect has been confirmed by coring in advance.

【００１５】さらにまた、閾値は、上限値及び下限値を
有すると共に、信号処理装置は、反射エネルギーレベル
が、上限値を越えたとき剥離欠陥有りと判定し、反射エ
ネルギーレベルが下限値より小さいとき剥離欠陥無しと
判定し、反射エネルギーレベルが上限値と下限値の間の
ときは、不定状態とするものである。また、閾値の上限
値は、剥離欠陥無しの場合の反射エネルギーレベルの
内、最大の反射エネルギーレベルを用いて設定されてい
るものである。また、閾値の下限値は、剥離欠陥有りの
場合の反射エネルギーレベルの内、最小の反射エネルギ
ーレベルを用いて設定されているものである。Further, the threshold value has an upper limit value and a lower limit value, and the signal processing device determines that a peeling defect exists when the reflection energy level exceeds the upper limit value, and determines that the reflection energy level is smaller than the lower limit value. It is determined that there is no peeling defect, and when the reflection energy level is between the upper limit and the lower limit, the state is determined to be indefinite. The upper limit of the threshold is set using the maximum reflected energy level among the reflected energy levels in the case where there is no peeling defect. The lower limit of the threshold value is set using the minimum reflection energy level among the reflection energy levels in the case where there is a peeling defect.

【００１６】加えて、信号処理装置は、剥離欠陥有りと
判定した場合に、反射エネルギーレベルを用いて、剥離
の厚みを推定するように構成されているものである。ま
た、信号処理装置は、剥離欠陥有りと判定した場合に、
反射信号の減衰特性により、剥離欠陥の種類を識別する
ように構成されているものである。また、信号処理装置
は、剥離欠陥無しと判定した場合に、反射信号の減衰特
性を用いて、トンネル覆工の音速または圧縮強度を推定
するように構成されているものである。また、信号処理
装置は、剥離欠陥無しと判定した場合に、トンネル覆工
背面までの縦振動を用いて、トンネル覆工の厚みを推定
するように構成されているものである。In addition, the signal processing device is configured to estimate the thickness of the peeling using the reflected energy level when it is determined that there is a peeling defect. In addition, the signal processing device, when it is determined that there is a peel defect,
The configuration is such that the type of the peeling defect is identified based on the attenuation characteristic of the reflected signal. The signal processing device is configured to estimate the sound speed or the compressive strength of the tunnel lining by using the attenuation characteristic of the reflected signal when it is determined that there is no peeling defect. Further, the signal processing device is configured to estimate the thickness of the tunnel lining by using the vertical vibration to the back of the tunnel lining when it is determined that there is no peeling defect.

【００１７】さらに、この発明に係わるトンネル診断方
法においては、トンネル覆工に低周波の音響弾性波を入
射し、入射した音響弾性波のトンネル覆工によって励振
された反射信号から反射エネルギ−レベルを算出すると
共に、算出された反射エネルギーレベルを用いて、トン
ネル覆工の欠陥の有無を判定するものである。また、ト
ンネル覆工への音響弾性波の入射は、トンネル覆工表面
に圧接された音響発振子により行われると共に、反射信
号の検出は、トンネル覆工表面に圧接された受信センサ
によって行われるものである。Further, in the tunnel diagnostic method according to the present invention, a low-frequency acoustic elastic wave is incident on the tunnel lining, and the reflected energy level is calculated from the reflected signal excited by the tunnel lining of the incident acoustic elastic wave. In addition to the calculation, the presence or absence of a defect in the tunnel lining is determined using the calculated reflected energy level. In addition, the acoustic elastic wave is incident on the tunnel lining by an acoustic oscillator pressed against the surface of the tunnel lining, and the reflected signal is detected by a receiving sensor pressed against the surface of the tunnel lining. It is.

【００１８】また、トンネル覆工に低周波の音響弾性波
を入射し、入射した音響弾性波のトンネル覆工によって
励振された反射信号から反射エネルギーレベルを算出す
ると共に、算出された反射エネルギーレベルを用いてト
ンネル覆工の剥離欠陥の有無を判定する第一の手順を含
むものである。さらにまた、第一の手順によって剥離欠
陥有りと判定された場合に、反射エネルギーレベルを用
いて、剥離の厚みを推定する第二の手順を含むものであ
る。Also, a low-frequency acoustic elastic wave is incident on the tunnel lining, a reflected energy level is calculated from a reflected signal of the incident acoustic elastic wave excited by the tunnel lining, and the calculated reflected energy level is calculated. The first procedure is used to determine the presence or absence of a peeling defect in tunnel lining. Furthermore, the method includes a second procedure of estimating the thickness of the peeling using the reflection energy level when it is determined that there is a peeling defect by the first procedure.

【００１９】また、第一の手順によって剥離欠陥有りと
判定された場合に、反射信号の減衰特性を用いて、剥離
欠陥の種類を識別する第三の手順を含むものである。ま
た、第一の手順によって剥離欠陥無しと判定された場合
に、反射信号の減衰特性を用いて、トンネル覆工中の音
速またはトンネル覆工の圧縮強度を推定する第四の手順
を含むものである。Further, when the first procedure determines that there is a peeling defect, the method includes a third procedure for identifying the type of the peeling defect by using the attenuation characteristic of the reflection signal. In addition, the method includes a fourth procedure of estimating the speed of sound during tunnel lining or the compressive strength of tunnel lining by using the attenuation characteristic of the reflected signal when it is determined that there is no peeling defect by the first procedure.

【００２０】加えて、第四の手順によって推定されたト
ンネル覆工中の音速またはトンネル覆工の圧縮強度を用
いて、トンネル覆工の厚みを推定する第五の手順を含む
ものである。また、第四の手順によって推定されたトン
ネル覆工中の音速またはトンネル覆工の圧縮強度を用い
て、トンネル覆工は健全であると判定する第六の手順を
含むものである。In addition, a fifth procedure for estimating the thickness of the tunnel lining by using the sound velocity during the tunnel lining estimated by the fourth procedure or the compressive strength of the tunnel lining is included. In addition, the method includes a sixth procedure of determining that the tunnel lining is sound using the speed of sound during the tunnel lining estimated by the fourth procedure or the compressive strength of the tunnel lining.

【００２１】また、第五の手順によって推定されたトン
ネル覆工の厚みを用いて、トンネル覆工は健全であると
判定する第七の手順を含むものである。Further, a tunnel lining is determined to be sound by using the thickness of the tunnel lining estimated by the fifth step, and a seventh step is determined.

【００２２】[0022]

【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図に基づいて説明する。図１は、一般的
なトンネル覆工構造と欠陥を示す図である。図１におい
て、１は地山、２は地山１を覆うトンネル覆工、３はト
ンネル覆工２の表面であるトンネル覆工表面、４はトン
ネル覆工２に生じたクラック、５はトンネル覆工２に生
じたジャンカ、６はトンネル覆工２のコールドジョイン
ト、７は地山１とトンネル覆工２の間の空洞である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a general tunnel lining structure and defects. In FIG. 1, 1 is a ground pile, 2 is a tunnel lining covering the ground 1, 3 is a tunnel lining surface which is a surface of the tunnel lining 2, 4 is a crack generated in the tunnel lining 2, and 5 is a tunnel lining. Reference numeral 6 denotes a cold joint of the tunnel lining 2, and reference numeral 7 denotes a cavity between the ground 1 and the tunnel lining 2.

【００２３】図２は、この発明の実施の形態１によるト
ンネル診断装置を示す構成図である。図２において、１
１は音響弾性波をトンネル覆工２に注入する音響発振子
で、トンネル覆工２に圧接させて使用する。１２は音響
発振子１１を駆動する駆動波形信号を生成する駆動制御
装置、１３は駆動制御装置１２によって生成された駆動
波形信号を駆動電流に変換増幅して音響発振子１１に出
力する発振電流生成装置である。１４はトンネル覆工２
の応答振動を受信する受信センサで、トンネル覆工２に
圧接させて使用する。１５は受信センサ１４によって検
出された受信信号を増幅する受信信号増幅器、１６は増
幅された受信信号が入力される可変帯域フィルタであ
る。１７は設定表示装置である。２０は受信信号処理装
置で、波形メモリ２１と、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ Ｆｏｕｒ
ｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ：高速フーリエ変換）演算
機構２２と、反射エネルギーレベル演算装置２３と、内
部欠陥判定装置２４と、閾値決定装置２５から構成され
る。ＦＦＴ演算機構２２は、時間変化で表された信号を
周波数変換するものであり、具体的にはその信号がどの
ような周波数成分で構成されているか周波数のゲイン、
位相で表現する処理である。なお、音響発振子１１は、
低周波の振動を励振するため、低周波で歪みが大きい金
属音響発振子とし、受信センサ１４は、低周波の振動を
検出するため、低周波に感度が高い金属音響受信センサ
とする。この金属音響発振子及び金属音響受信センサと
しては、例えば、鉄、コバルト系の磁歪素子を適用する
ことにより、低周波で歪が大きく、また低周波で感度が
高い受信センサを実現できる。FIG. 2 is a configuration diagram showing a tunnel diagnostic apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 2, 1
Reference numeral 1 denotes an acoustic oscillator that injects an acoustic elastic wave into the tunnel lining 2 and is used by being pressed against the tunnel lining 2. Reference numeral 12 denotes a drive control device that generates a drive waveform signal for driving the acoustic oscillator 11. Reference numeral 13 denotes an oscillation current generator that converts and amplifies the drive waveform signal generated by the drive control device 12 into a drive current and outputs the drive current to the acoustic oscillator 11. Device. 14 is tunnel lining 2
This is a receiving sensor that receives the response vibration of the above, and is used by being pressed against the tunnel lining 2. Reference numeral 15 denotes a reception signal amplifier that amplifies the reception signal detected by the reception sensor 14, and 16 denotes a variable bandpass filter to which the amplified reception signal is input. Reference numeral 17 denotes a setting display device. Reference numeral 20 denotes a reception signal processing device which stores a waveform memory 21 and an FFT (Fast Four).
It is composed of an er Transform (Fast Fourier Transform) operation mechanism 22, a reflected energy level operation device 23, an internal defect determination device 24, and a threshold value determination device 25. The FFT operation mechanism 22 converts the frequency of the signal represented by the time change, and specifically, determines the frequency component of the signal,
This is a process of expressing by phase. Note that the acoustic oscillator 11 is
In order to excite low-frequency vibration, a low-frequency, large-distortion metal acoustic oscillator is used. The reception sensor 14 is a low-frequency, high-sensitivity metal acoustic reception sensor for detecting low-frequency vibration. By applying, for example, an iron or cobalt-based magnetostrictive element as the metal acoustic oscillator and the metal acoustic receiving sensor, a receiving sensor having large distortion at low frequencies and high sensitivity at low frequencies can be realized.

【００２４】図３は、この発明の実施の形態１によるト
ンネル診断装置の駆動信号波形（チャープ波）を示す図
であり、駆動制御装置１２から音響発振子１１へ出力さ
れる信号波形の１例を示し、時間と共に周波数が変化す
るチャープ波を示している。図３において、縦軸は信号
波形の電流、横軸は時間を示す。図４は、この発明の実
施の形態１によるトンネル診断装置の剥離欠陥部の振動
状況を示す模式図であり、覆工表面と欠陥部がなす板状
構造部が振動しているところを示している。図５は、こ
の発明の実施の形態１によるトンネル診断装置の周波数
応答を示す図であり、図５（ａ）は、正常時の応答、図
５（ｂ）は欠陥存在時の応答である。FIG. 3 is a diagram showing a drive signal waveform (chirp wave) of the tunnel diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention. One example of a signal waveform output from drive control device 12 to acoustic oscillator 11 is shown. And a chirp wave whose frequency changes with time. 3, the vertical axis represents the current of the signal waveform, and the horizontal axis represents time. FIG. 4 is a schematic diagram showing a vibration state of a peeling defect portion of the tunnel diagnostic device according to the first embodiment of the present invention, showing a state where a plate-like structure formed by the lining surface and the defect portion vibrates. I have. FIG. 5 is a diagram showing a frequency response of the tunnel diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG. 5 (a) shows a normal response and FIG. 5 (b) shows a defect response.

【００２５】図６は、この発明の実施の形態１によるト
ンネル診断装置の反射エネルギーレベルとコアの照合結
果を示す図である。図６において、横軸は各サンプル点
を表し、縦軸は各サンプル点での反射エネルギーレベル
を示している。３１は閾値である。図６は、各計測位置
で、後述するコアリングした結果について、クラック、
ジャンカ等の剥離異常を呈する現象が検出された箇所
は、黒三角（クラック）、黒四角（ジャンカ）で、正常
であった箇所は、白四角で示している。図７は、この発
明の実施の形態１によるトンネル診断装置の反射エネル
ギーレベルの閾値を決定するフローチャートである。図
７において、Ｅi はコアリングを行う第ｉ番目の計測ポ
イントにおける反射エネルギーレベルを表す。Ｌ1 は閾
値の下限レベル、Ｌ2 は閾値の上限レベルを表す。当初
Ｌ1 とＬ2 は同一のレベル、あるいはＬ1 ＞Ｌ2 であ
る。FIG. 6 is a diagram showing a comparison result between the reflected energy level and the core of the tunnel diagnostic apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 6, the horizontal axis represents each sample point, and the vertical axis represents the reflected energy level at each sample point. 31 is a threshold value. FIG. 6 shows the results of the later-described coring at each measurement position.
The places where the phenomenon of abnormal peeling such as junkers are detected are indicated by black triangles (cracks) and black squares (junkas), and the normal places are indicated by white squares. FIG. 7 is a flowchart for determining the threshold value of the reflected energy level of the tunnel diagnostic apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 7, E i represents the reflected energy level at the ith measurement point at which coring is performed. L 1 is lower level threshold, L 2 represents an upper level of the threshold. Initially, L 1 and L 2 are at the same level, or L 1 > L 2 .

【００２６】次に、動作について説明する。図２の駆動
制御装置１２から、音響発振子１１を駆動する駆動波形
信号が生成され、発振電流生成装置１３に出力される。
発振電流生成装置１３は、駆動波形信号を音響発振子１
１を駆動する駆動電流に変換増幅し、音響発振子１１に
印加する。音響発振子１１は、印加された駆動電流の大
きさに応じた歪みを発生するように構成されているた
め、音響発振子１１を測定対象面であるトンネル覆工２
の表面に接触させることで、トンネル覆工２に音響弾性
波を注入することが可能となる。駆動制御装置１２が出
力する駆動波形は、図３に示すような低周波から高周波
に至る連続波である。音響発振子１１から注入された音
響弾性波は、トンネル覆工２内部を伝搬し、トンネル覆
工の内部構造に依存した特徴周波数で共振し、応答す
る。内部に欠陥がない場合は、覆工背面まで音響弾性波
が伝搬し、覆工表面と、覆工背面の距離に対応する縦振
動が発生する。もし内部にクラック４、ジャンカ５、コ
ールドジョイント６等の剥離欠陥が存在していれば、こ
の欠陥部と覆工表面が形成する板構造の深度、広さによ
って異なった振動現象を示す。Next, the operation will be described. A drive waveform signal for driving the acoustic oscillator 11 is generated from the drive control device 12 in FIG. 2 and output to the oscillation current generation device 13.
The oscillating current generator 13 converts the drive waveform signal into the acoustic oscillator 1
1 is converted and amplified into a drive current for driving the acoustic oscillator 11 and applied to the acoustic oscillator 11. Since the acoustic oscillator 11 is configured to generate a distortion according to the magnitude of the applied drive current, the acoustic oscillator 11 is moved to the tunnel lining 2 which is the surface to be measured.
Makes it possible to inject acoustic acoustic waves into the tunnel lining 2. The drive waveform output by the drive control device 12 is a continuous wave from a low frequency to a high frequency as shown in FIG. The acoustic elastic wave injected from the acoustic oscillator 11 propagates inside the tunnel lining 2, resonates at a characteristic frequency depending on the internal structure of the tunnel lining, and responds. If there is no defect inside, the acoustic elastic wave propagates to the back of the lining, and a longitudinal vibration corresponding to the distance between the lining surface and the back of the lining is generated. If a peeling defect such as a crack 4, a junker 5, or a cold joint 6 exists inside, a vibration phenomenon different depending on the depth and width of the plate structure formed by the defective portion and the lining surface is exhibited.

【００２７】この振動現象は、覆工表面に圧接されてい
る受信センサ１４から受信信号として検出され、受信信
号増幅器１５により増幅され、可変帯域フィルタ１６で
予め設定された周波数帯域の信号が、受信信号処理装置
２０内の波形メモリ２１に取り込まれる。この受信波形
に対し、ＦＦＴ演算機構２２で演算処理を行い、周波数
応答を波形メモリ２１に出力する。This vibration phenomenon is detected as a reception signal from the reception sensor 14 pressed against the lining surface, amplified by the reception signal amplifier 15, and the signal in the frequency band set in advance by the variable bandpass filter 16 is received. It is taken into the waveform memory 21 in the signal processing device 20. The received waveform is subjected to arithmetic processing by the FFT operation mechanism 22, and the frequency response is output to the waveform memory 21.

【００２８】ここでトンネル覆工内部の振動現象につい
て説明する。欠陥が存在しない場合の縦振動は、覆工の
巻き厚、覆工の音速から、以下の周波数で共振する。Here, the vibration phenomenon inside the tunnel lining will be described. The longitudinal vibration in the case where there is no defect resonates at the following frequency based on the winding thickness of the lining and the sound speed of the lining.

【数１】 ここで、ｆL は縦振動の共振周波数、ｄは覆工の巻き
厚、ｖは覆工コンクリートの音速である。(Equation 1) Here, f L is the resonance frequency of longitudinal vibration, d is the winding thickness of the lining, and v is the sound speed of the lining concrete.

【００２９】次に、内部に欠陥が存在する場合は、図４
に示すように覆工表面と欠陥部が構成する板構造が横振
動を呈する。この振動は、板構造が厚さ２ｈ、半径ａの
形状と仮定すると、下記のような周波数で共振する。Next, when there is a defect inside, FIG.
As shown in (1), the plate structure composed of the lining surface and the defective portion exhibits lateral vibration. This vibration resonates at the following frequency, assuming that the plate structure has a thickness of 2 h and a radius of a.

【数２】 ここで、σはポアソン比、λは境界条件及び振動モード
によって決まる定数（無次元）である。欠陥が表層に近
く、剥離面積が大きい程、低周波の現象として現れる。(Equation 2) Here, σ is a Poisson's ratio, and λ is a constant (dimensionless) determined by the boundary condition and the vibration mode. The closer the defect is to the surface layer and the larger the peeling area, the lower the frequency of the phenomenon.

【００３０】今、図３に示す駆動波形が、トンネル覆工
２に注入されると、欠陥が存在しない場合は、式（１）
に示す縦振動周波数で共振振動が発生し、受信波形をＦ
ＦＴ演算処理した結果、式（１）の共振周波数ｆL がピ
ークとして検知される。一方、内部に欠陥が存在する場
合、式（２）に示す横振動周波数で共振振動が発生し、
受信波形をＦＦＴ演算処理した結果、式（２）の共振周
波数ｆT がピークとして検知される。図５に周波数応答
のＦＦＴ波形例を示し、図５（ａ）が正常時の周波数応
答、図５（ｂ）が欠陥存在時の周波数応答である。この
周波数応答に対し、反射エネルギーレベル演算装置２３
は、反射エネルギーレベルの計算を行う。この反射エネ
ルギーレベルの計算は、周波数領域では、下記のように
計算される。Now, when the driving waveform shown in FIG. 3 is injected into the tunnel lining 2, if no defect exists, the equation (1) is used.
Resonance vibration occurs at the longitudinal vibration frequency shown in FIG.
As a result of the FT operation, the resonance frequency f L of Expression (1) is detected as a peak. On the other hand, if there is a defect inside, resonance vibration occurs at the transverse vibration frequency shown in equation (2),
As a result of performing the FFT operation on the received waveform, the resonance frequency f T of Expression (2) is detected as a peak. FIG. 5 shows an example of an FFT waveform of the frequency response. FIG. 5A shows the frequency response when the frequency response is normal, and FIG. 5B shows the frequency response when a defect is present. In response to this frequency response, the reflected energy level calculator 23
Calculates the reflected energy level. The calculation of the reflected energy level is calculated as follows in the frequency domain.

【数３】 ここで、Ｋは定数、ｆ1 は下限周波数、ｆ2 は上限周波
数である。ＧはＦＦＴ演算結果の各周波数でのゲインを
示している。図２に示す反射エネルギーレベル演算装置
２３では、式（３）に示す演算を行い、反射エネルギー
レベルを算出している。(Equation 3) Here, K is a constant, f 1 is a lower limit frequency, and f 2 is an upper limit frequency. G indicates the gain at each frequency of the FFT operation result. The reflection energy level calculation device 23 shown in FIG. 2 performs the calculation shown in Expression (3) to calculate the reflection energy level.

【００３１】一方、図２に示す構成が、通過帯域に制限
がある可変帯域フィルタ１６を装備している場合は、こ
の可変帯域フィルタの下限周波数ｆ1 、上限周波数ｆ2
と設定することにより、可変帯域フィルタの出力から得
られる受信波形を直接積分することによっても反射エネ
ルギーレベルを算出できる。以上の正常、欠陥存在時に
検出されるそれぞれの反射エネルギーレベルは、正常時
の縦振動時は小さく、内部に欠陥が存在し横振動を発生
するときの反射エネルギーレベルは高くなる。これは、
反射エネルギーレベルが欠陥部の呈する板構造（厚さ／
広さ）に反比例するためであり、欠陥が浅く、広い程、
エネルギーレベルは大になる。On the other hand, when the configuration shown in FIG. 2 is equipped with a variable bandpass filter 16 having a limited passband, the lower limit frequency f 1 and the upper limit frequency f 2 of the variable bandpass filter are set.
With this setting, the reflected energy level can also be calculated by directly integrating the reception waveform obtained from the output of the variable bandpass filter. The respective reflected energy levels detected when the above-described normal and defective states are present are small during a normal longitudinal vibration, and the reflected energy levels when a defect is present and lateral vibration is generated therein are high. this is,
The plate structure (thickness /
Width) is inversely proportional to the
The energy level will be great.

【００３２】この反射エネルギーレベルが、実際のトン
ネル覆工２で、どのような値を示すか以下に説明する。
図６は、実トンネルで採取された受信信号から計算され
た反射エネルギーレベルを計算しプロットした例であ
る。図６中のマークは、各サンプル点でコアリングを行
い、欠陥の有無を判断した結果を示している。ここでい
うコアリングは覆工の壁面をドリリングマシンで刳り抜
き、例えば１００φの円筒状サンプルを覆工壁面から取
り出すことである。このようにコアリングした結果、ク
ラック状の剥離欠陥が検出されたポイントでは黒三角を
付記した。またジャンカ状の剥離欠陥が検出されたポイ
ントでは黒四角を付記した。一方このような欠陥が検出
されなかった場合は、白四角にて非剥離の状態を付記し
ている。図６で明らかなように、クラック等剥離が内部
にあるポイントでは、反射エネルギーレベルは高く、剥
離が発生していない正常なポイントでは、反射エネルギ
ーレベルは低い。従って、剥離がある欠陥状態と、剥離
がない正常状態は、反射エネルギーレベルにより２領域
に区分されることがわかる。この区分けの境界値を、図
６の閾値３１で示す。この正常、異常の境界を閾値とし
て使用すれば、新しく計測したポイントの欠陥の有無
が、コアリング等の破壊検査を行うことなく推定でき
る。The value of the reflected energy level in the actual tunnel lining 2 will be described below.
FIG. 6 is an example in which the reflection energy level calculated from the received signal collected in the actual tunnel is calculated and plotted. The marks in FIG. 6 indicate the results of performing coring at each sample point and determining the presence or absence of a defect. The coring here means that the wall surface of the lining is cut out by a drilling machine, and a cylindrical sample of, for example, 100φ is taken out from the lining wall surface. As a result of the coring, a point where a crack-like peeling defect is detected is indicated by a black triangle. A black square is added at a point where a junk-like peeling defect is detected. On the other hand, when such a defect is not detected, a non-peeled state is indicated by a white square. As is clear from FIG. 6, the reflection energy level is high at a point where the separation such as a crack is inside, and the reflection energy level is low at a normal point where the separation does not occur. Therefore, it can be seen that the defect state with peeling and the normal state without peeling are classified into two regions according to the reflected energy level. The boundary value of this division is indicated by a threshold value 31 in FIG. If the boundary between the normal and abnormal states is used as a threshold value, the presence or absence of a defect at a newly measured point can be estimated without performing a destructive inspection such as coring.

【００３３】以下、非破壊で判定する手順を説明する。
例えば、図６に示しているポイントと異なったポイント
へ行き、そこで計測し、反射エネルギーレベルを算出す
るものとする。その出力が図６の閾値３１より低いレベ
ルであれば、そのポイントは健全と判定される。逆に、
その出力が、図６の閾値レベルより高いレベルにあれ
ば、そのポイントは剥離ありと判定される。すなわち、
そのポイントでコアリングをすることなく覆工内部の剥
離診断を非破壊で実施できる。The procedure for non-destructive determination will be described below.
For example, it is assumed that the user goes to a point different from the point shown in FIG. 6, measures there, and calculates the reflected energy level. If the output is at a level lower than the threshold value 31 in FIG. 6, the point is determined to be sound. vice versa,
If the output is at a level higher than the threshold level in FIG. 6, that point is determined to have peeled. That is,
At that point, the peeling diagnosis inside the lining can be performed non-destructively without coring.

【００３４】この動作を、図２において説明する。まず
計測が完了すると、波形メモリ２１の計測結果を基に、
ＦＦＴ演算機構２２がＦＦＴ演算結果を出力し、さらに
反射エネルギーレベル演算装置２３が反射エネルギーレ
ベルを演算する。内部欠陥判定装置２４には、予め図６
に示す閾値３１の値を入力されており、反射エネルギー
レベル演算装置２３により出力された反射エネルギーレ
ベルに対し、反射エネルギーレベルが閾値以上か閾値以
下を判断し、結果を出力する。この場合、閾値３１以上
の反射エネルギーレベルに対しては、剥離異常を設定表
示装置１７に出力し、閾値３１より小さい反射エネルギ
ーレベルに対しては、非剥離状態を出力する。以上のよ
うな手順及び計測で診断作業を、長期に亘り実施する。
保守工事の中で新たにコアリングを行う場合は、さらに
本装置の判定の精度向上を図るため、そのポイントの反
射エネルギーレベルを算出し、コアリングと照合した結
果を、図６に追記していく。この照合によるサンプル数
が増えれば増える程、この剥離有無の推定精度は向上す
る。This operation will be described with reference to FIG. First, when the measurement is completed, based on the measurement result of the waveform memory 21,
The FFT operation mechanism 22 outputs the result of the FFT operation, and the reflection energy level operation device 23 calculates the reflection energy level. FIG. 6 shows the internal defect determination device 24 in advance.
And the reflected energy level output from the reflected energy level calculating device 23, the reflected energy level is determined to be equal to or greater than the threshold value or less, and the result is output. In this case, the peeling abnormality is output to the setting display device 17 for the reflected energy level equal to or more than the threshold value 31, and the non-peeling state is output for the reflected energy level smaller than the threshold value 31. Diagnosis work is performed over a long period of time using the above procedures and measurements.
When coring is newly performed during the maintenance work, the reflected energy level at that point is calculated and the result of collation with the coring is added to FIG. 6 to further improve the accuracy of the determination of the present apparatus. Go. As the number of samples by this collation increases, the accuracy of estimation of the presence or absence of peeling improves.

【００３５】このためサンプルポイントを追加する場合
の閾値の決定フローを、図７を用いて、以下に説明す
る。まず、これまで得られたコアリングポイントに対
し、さらに新たなコアリングポイントｉが得られると
き、この点で反射エネルギーレベルＥ1 を計測する（ス
テップＳ１）。また、コアリングによって得られたコア
サンプルの所見（クラックの有無、ジャンカの有無）を
記録する（ステップＳ２）。次いで、ステップＳ３で、
もしコアサンプルに剥離が発生していず、ステップＳ４
で得られた反射エネルギーレベルＥ1 が、閾値の上限レ
ベルＬ2 より大であれば、閾値の上限レベルＬ2 は新た
に得られたＥ1 に置き換えられる（ステップＳ５）。但
し、得られた反射エネルギーレベルＥi が、閾値の上限
レベルＬ2 より小であれば、Ｌ2 は変化なしである。Therefore, a flow of determining a threshold when adding a sample point will be described below with reference to FIG. First, with respect to the coring points obtained thus far, further when a new coring point i is obtained, measuring the reflected energy level E 1 at this point (step S1). In addition, the findings of the core sample obtained by the coring (the presence or absence of cracks, the presence or absence of jumpers) are recorded (step S2). Next, in step S3,
If no delamination has occurred in the core sample, step S4
In the reflected energy level E 1 obtained are, if greater than the upper limit level L 2 of the threshold, the upper limit level L 2 of the threshold is replaced by E 1 newly obtained (step S5). However, the resulting reflected energy level E i is, if smaller than the upper limit level L 2 of the threshold, L 2 is unchanged.

【００３６】ステップＳ３で、もし剥離が発生してお
り、ステップＳ６で得られた反射エネルギーレベルＥi
が、閾値の下限レベルＬ1 より小であれば、Ｌ1 は新た
に得られたＥ1 に置き換えられる（ステップＳ７）。但
し、得られた反射エネルギーレベルＥi が、Ｌ1 より大
であれば、Ｌ1 は変化なしである。次いで、ステップＳ
８で、追加コアリングポイントがあれば、ステップＳ１
に戻り、なければ処理を終了する。以上のように動作す
ると、閾値の下限レベルＬ1 は、これまで得られた剥離
のあるコアサンプルの反射エネルギーレベルの集合の
内、最小の反射エネルギーレベルになる。一方、閾値の
上限レベルＬ2 は、これまで得られた剥離のない健全な
コアサンプルの反射エネルギーレベルの集合の内、最大
の反射エネルギーレベルになる。コアサンプルの状況に
よっては、Ｌ1 ＜Ｌ2 となり、Ｌ1 〜Ｌ2 間は剥離とも
健全とも言えない不定領域が発生する。この場合は不定
状態を設定表示装置１７に出力することとなる。以上の
処理は、閾値決定装置２５で実行される。In step S3, if peeling has occurred, the reflected energy level E i obtained in step S6 is obtained.
But if smaller than the lower limit level L 1 of the threshold, L 1 is replaced by E 1 newly obtained (step S7). However, the resulting reflected energy level E i is, if larger than L 1, L 1 is unchanged. Then, step S
If there is an additional coring point in step 8, step S1
If not, the process ends. By operating as described above, the lower limit level L 1 of the threshold value is the minimum reflected energy level among the set of reflected energy levels of the core sample having peeling obtained so far. On the other hand, the upper limit level L 2 of the threshold value is the maximum reflected energy level among the set of reflected energy levels of the sound core sample without peeling obtained so far. Depending on the condition of the core sample, L 1 <L 2 , and an indefinite region between L 1 and L 2 that cannot be said to be peeling or sound is generated. In this case, an undefined state is output to the setting display device 17. The above processing is executed by the threshold value determination device 25.

【００３７】実施の形態１によれば、トンネル覆工内部
の剥離等欠陥状況を、反射エネルギーレベルから精度高
く診断することができる。According to the first embodiment, the state of a defect such as separation inside the tunnel lining can be diagnosed with high accuracy from the reflected energy level.

【００３８】実施の形態２．以下、実施の形態２につき
説明する。実施の形態２は、従来診断に要する時間が長
期化し、コスト増を要した問題に対処するもので、音響
弾性波を用い、コンクリート覆工内部の欠陥を逐次、網
羅時に診断する方法についてのものである。図８は、こ
の発明の実施の形態２によるトンネル診断装置の診断機
能を示す構成図である。図８において、９０は周波数掃
引機能、９１は剥離検出機能、９２は剥離厚推定機能、
９３は周波数特性計測機能、９４は減衰特性計測機能で
あり、対象物の固有周波数にて所定時間励振し、その後
その励振を遮断した後に固有周波数の振動が減衰する特
性である減衰特性を、減衰時間によって計測する。９５
は音速推定機能、９６は圧縮強度推定機能、９７は覆工
厚推定機能である。９８はクラック・ジャンカ識別機能
である。９０〜９８は受信信号処理装置２０に内蔵され
ている。ここで周波数特性計測機能９３は受信された信
号をＦＦＴ変換し、周波数応答を算出し、またその応答
からピーク周波数を算出する機能である。減衰特性計測
機能９４は、音速推定機能９５と圧縮強度推定機能９６
を有している。Embodiment 2 Hereinafter, the second embodiment will be described. The second embodiment addresses the problem that the time required for conventional diagnosis is prolonged and the cost is increased, and a method for sequentially diagnosing defects inside concrete lining at the time of coverage using acoustic elastic waves. It is. FIG. 8 is a configuration diagram illustrating a diagnosis function of the tunnel diagnosis device according to the second embodiment of the present invention. 8, 90 is a frequency sweep function, 91 is a peel detection function, 92 is a peel thickness estimation function,
Reference numeral 93 denotes a frequency characteristic measurement function, and 94 denotes an attenuation characteristic measurement function. The excitation characteristic is excited at a natural frequency of an object for a predetermined time, and then the excitation characteristic is attenuated. Measure by time. 95
Is a sound velocity estimation function, 96 is a compression strength estimation function, and 97 is a lining thickness estimation function. Reference numeral 98 denotes a crack / junker identification function. Reference numerals 90 to 98 are built in the reception signal processing device 20. Here, the frequency characteristic measurement function 93 is a function of performing FFT conversion on the received signal, calculating a frequency response, and calculating a peak frequency from the response. The attenuation characteristic measurement function 94 includes a sound velocity estimation function 95 and a compression strength estimation function 96.
have.

【００３９】一方、これらの基本機能を組合せた以下の
ステップが存在する。図９は、この発明の実施の形態２
によるトンネル診断装置の診断フローチャートである。
図９において、９１１は受信センサが検出した反射エネ
ルギーレベルから剥離の有無を検出する実施の形態１に
示す診断機能を実施する剥離検出ステップで、周波数掃
引機能９０と剥離検出機能９１を有する。９１２は反射
エネルギーレベルから剥離厚を推定する剥離厚推定ステ
ップで、剥離厚推定機能９２を有する。９１３は反射エ
ネルギーレベル、減衰特性からクラック、ジャンカの識
別を行うクラック・ジャンカ識別ステップで、周波数特
性計測機能９３、減衰特性計測機能９４及びクラック・
ジャンカ識別機能９８を有する。９１４は覆工厚推定ス
テップで、周波数特性計測機能９３、減衰特性計測機能
９４、音速推定機能９５、圧縮強度推定機能９６及び覆
工厚推定機能９７を有し、周波数特性から覆工厚ピーク
周波数を検出するサブステップ、減衰特性から減衰時定
数を計測するサブステップ、減衰時定数から音速、圧縮
強度を推定するサブステップ、先程算出された音速と周
波数応答から覆工厚を推定するサブステップから成る。
図１０は、この発明の実施の形態２によるトンネル診断
装置の欠陥モードの存在位置と診断機能を示す図であ
る。On the other hand, there are the following steps that combine these basic functions. FIG. 9 shows Embodiment 2 of the present invention.
Is a diagnosis flowchart of the tunnel diagnosis device according to FIG.
In FIG. 9, reference numeral 911 denotes a separation detection step for performing the diagnosis function described in Embodiment 1 for detecting the presence or absence of separation from the reflected energy level detected by the reception sensor, and includes a frequency sweep function 90 and a separation detection function 91. Reference numeral 912 denotes a peel thickness estimating step of estimating the peel thickness from the reflected energy level. Reference numeral 913 denotes a crack / junker identification step for identifying a crack or a junker from the reflected energy level and the attenuation characteristic.
A jumper identification function 98 is provided. A lining thickness estimation step 914 includes a frequency characteristic measuring function 93, a damping characteristic measuring function 94, a sound velocity estimating function 95, a compressive strength estimating function 96, and a lining thickness estimating function 97. From the sub-step of detecting the damping time constant, the sub-step of measuring the damping time constant from the damping characteristic, the sub-step of estimating the sound speed and the compressive strength from the damping time constant, and the sub-step of estimating the lining thickness from the sound speed and the frequency response calculated previously. Become.
FIG. 10 is a diagram showing a defect mode existing position and a diagnostic function of the tunnel diagnostic device according to the second embodiment of the present invention.

【００４０】図９に示す診断の流れは、大きく２つのス
テップに分かれる。第一の診断ステップは、剥離の有無
検出を実施する剥離検出ステップ９１１（第一の手順）
である。第一の診断ステップの結果に基づき、第二の診
断ステップは、剥離ありの場合は剥離厚を推定する剥離
厚推定ステップ９１２（第二の手順）、及び剥離原因の
クラック及びジャンカの識別を実施するクラック・ジャ
ンカ識別ステップ９１３（第三の手順）、並びに剥離な
しの場合は、音速、圧縮強度を推定する（第四の手順）
と共に、覆工厚を推定する覆工厚推定ステップ９１４
（第五の手順）により構成される。以下、図９の各ステ
ップについて説明する。なお、ステップＳ９０〜ステッ
プＳ９８は、９０〜９８の各機能に対応している。The diagnosis flow shown in FIG. 9 is roughly divided into two steps. The first diagnosis step is a peel detection step 911 (first procedure) for detecting the presence or absence of peel.
It is. Based on the result of the first diagnosis step, the second diagnosis step includes a peel thickness estimation step 912 (second procedure) for estimating the peel thickness in the case of peeling, and the identification of cracks and jumpers that cause peeling. Crack / junker identification step 913 (third procedure), and in the case of no peeling, estimate the sound velocity and compressive strength (fourth procedure)
In addition, the lining thickness estimation step 914 for estimating the lining thickness
(Fifth procedure). Hereinafter, each step of FIG. 9 will be described. Steps S90 to S98 correspond to the respective functions 90 to 98.

【００４１】（１）第一の診断ステップ 第一の診断ステップは、計測箇所が剥離しているか否か
を検出することを目的としたものである。剥離がある場
合、剥離層において横振動が発生する。この横振動は欠
陥形状によって決定される固有振動にて励振される。こ
のため音響弾性波はそれ以上深部に到達しないか、大半
のエネルギーが剥離層で消費、反射され、それ以上深部
に伝搬しなくなる。言い換えれば、剥離が発生していれ
ば、その剥離により、以深の診断はエネルギーが到達せ
ず無効になる。このため、最初のステップで剥離の有無
を判定する。ステップＳ９０で周波数掃引を行い、ステ
ップＳ９１で剥離検出機能９１により、実施の形態１で
述べたように反射エネルギーレベルを演算して、剥離有
無を判定する。(1) First Diagnosis Step The first diagnosis step aims at detecting whether or not the measurement location has peeled off. When there is peeling, lateral vibration occurs in the peeling layer. This lateral vibration is excited by natural vibration determined by the defect shape. For this reason, the acoustic elastic wave does not reach the deep portion any more, or most of the energy is consumed and reflected by the separation layer, and does not propagate further to the deep portion. In other words, if the peeling has occurred, the deeper diagnosis becomes invalid because the energy does not reach due to the peeling. For this reason, the presence or absence of peeling is determined in the first step. In step S90, frequency sweep is performed, and in step S91, the presence or absence of peeling is determined by the reflected energy level calculated by the peel detection function 91 as described in the first embodiment.

【００４２】（２）第二の診断ステップ 第一の診断ステップの結果に基づき、覆工内部状態をよ
り詳細に推定する第二の診断ステップへ移行する。第二
の診断ステップにおいては、第一の診断ステップにて剥
離が検出された場合と、検出されなかった場合につい
て、それぞれ異なるステップにて診断を実施する。(2) Second Diagnosis Step Based on the result of the first diagnosis step, the process proceeds to a second diagnosis step for estimating the inner condition of the lining in more detail. In the second diagnosis step, the diagnosis is performed in different steps for the case where the separation is detected in the first diagnosis step and for the case where the separation is not detected in the first diagnosis step.

【００４３】（２−１）剥離ありの場合 第一の診断ステップにて剥離が検出された場合は、ステ
ップ９１２で、その剥離状態のより詳細な情報収集が可
能になる。このため、剥離厚（表面から剥離面までの距
離）の推定、及びステップ９１３でその剥離の原因とな
っている変状のクラック／ジャンカの識別を実施する。
剥離厚の推定は、剥離厚データベースを基に剥離厚推定
機能９２によって算出される。剥離厚推定が完了する
と、ステップＳ９３で周波数特性計測を行い、ステップ
Ｓ９４で減衰特性を計測することにより、減衰時定数を
基にしたクラック／ジャンカデータベースからクラッ
ク、ジャンカの識別がステップＳ９８で実行される。(2-1) When Peeling is Existed When peeling is detected in the first diagnostic step, more detailed information on the peeled state can be collected in step 912. Therefore, the separation thickness (distance from the surface to the separation surface) is estimated, and in step 913, the deformed crack / junker causing the separation is identified.
The estimation of the peel thickness is calculated by the peel thickness estimating function 92 based on the peel thickness database. When the peel thickness estimation is completed, the frequency characteristics are measured in step S93, and the attenuation characteristics are measured in step S94, so that the crack / junker is identified from the crack / junker database based on the attenuation time constant in step S98. You.

【００４４】減衰時定数を基に、クラック／ジャンカデ
ータベースからクラック及びジャンカを識別する方法
は、以下の通りである。クラック及びジャンカの減衰特
性は、クラック及びジャンカの構造的特性に依存する。
クラックの減衰時定数は、ジャンカの減衰時定数より大
きい。従って、クラックがある欠陥状態と、ジャンカが
ある欠陥状態は、減衰時定数により２領域に区分され
る。この区分けの境界値は閾値として予めクラック／ジ
ャンカ識別機能９８に記録されている。新しく計測し剥
離ありと判定されたポイントの減衰時定数をクラック、
ジャンカの識別機能に入力すると、判定結果が出力され
る。The method for identifying cracks and junkers from the crack / junker database based on the decay time constant is as follows. The damping properties of cracks and junkers depend on the structural properties of cracks and junkers.
The crack decay time constant is greater than the junker decay time constant. Therefore, a defect state with a crack and a defect state with a jumper are divided into two regions according to the decay time constant. The boundary value of this division is recorded in advance in the crack / junker identification function 98 as a threshold value. Crack the decay time constant of the point newly measured and determined to be peeled,
When the data is input to the junker identification function, a judgment result is output.

【００４５】（２−２）剥離なしの場合 一時診断にて剥離が検出されなかった場合は、覆工深部
へのエネルギー伝達が可能になり、ステップ９１４によ
り、覆工厚が推定できる。まず、ステップＳ９３で、周
波数特性計測を実施することにより、覆工厚からの縦振
動応答を計測する。次にステップＳ９４で、減衰特性計
測を実施することにより、減衰時定数が計算される。ス
テップＳ９５、Ｓ９６で、減衰時定数−音速／圧縮強度
データベースは、この減衰時定数から音速、圧縮強度を
それぞれ出力する（第四の手順）。この結果、音速が求
まれば、覆工厚からの縦振動応答（式１）に、得られた
音速値を適用し、ステップＳ９７で、覆工厚さが求めら
れることになる。覆工厚の推定値から、覆工が設計巻厚
を確保しているかを確認する（第七の手順）。また、表
面から覆工背面までの平均音速またはトンネル覆工の圧
縮強度の推定値から、覆工内部に音速の低下した部分
（弱ジャンカ状態）が存在していないか診断する（第六
の手順）。(2-2) In the case of no peeling If no peeling is detected in the temporary diagnosis, the energy can be transmitted to the deep lining, and the thickness of the lining can be estimated in step 914. First, in step S93, a frequency response measurement is performed to measure a longitudinal vibration response from the lining thickness. Next, in step S94, the attenuation time constant is calculated by performing the attenuation characteristic measurement. In steps S95 and S96, the attenuation time constant-sound speed / compression intensity database outputs the sound speed and the compression intensity from the attenuation time constant, respectively (fourth procedure). As a result, if the sound velocity is determined, the obtained sound velocity value is applied to the longitudinal vibration response (Equation 1) from the lining thickness, and the lining thickness is determined in step S97. From the estimated value of the lining thickness, it is confirmed whether the lining has the designed winding thickness (seventh procedure). In addition, from the average sound velocity from the surface to the back of the lining or the estimated value of the compressive strength of the tunnel lining, it is diagnosed whether there is a part where the sound velocity has decreased (weak junker state) inside the lining (Sixth procedure) ).

【００４６】以上の診断フローを、トンネル覆工内部の
欠陥（トラック、ジャンカ）とその存在位置（表層：０
〜２５ｃｍ、深層：覆工背面）別に分類した表を図１０
に示す。この診断アルゴリズムは、以上のように構成さ
れているため、これらの欠陥モード診断において、表
層、深層、健全の各部分において、それぞれに合致した
手法を適用することにより、各診断モードの診断が実現
できる。The above-described diagnostic flow is described by referring to the defect (track, junker) inside the tunnel lining and its location (surface: 0).
-25cm, deep: lining back)
Shown in Since this diagnostic algorithm is configured as described above, in each of these defect mode diagnoses, diagnosis in each diagnostic mode is realized by applying a method that matches each of the surface layer, deep layer, and sound part. it can.

【００４７】実施の形態２によれば、覆工内部の欠陥状
況を反射エネルギーレベルから精度高く診断することが
できる。According to the second embodiment, it is possible to diagnose the state of the defect inside the lining with high accuracy from the reflected energy level.

【００４８】[0048]

【発明の効果】この発明は、以上説明したように構成さ
れているので、以下に示すような効果を奏する。トンネ
ル覆工に低周波の音響弾性波を入射する音響発振子と、
この音響発振子によって入射された音響弾性波がトンネ
ル覆工によって励振された反射信号を検出する受信セン
サと、この受信センサによって検出された反射信号の反
射エネルギ−レベルを算出すると共に、算出された反射
エネルギーレベルを予め設定された閾値と比較すること
により剥離欠陥の有無を判定する信号処理装置を備えた
ので、トンネル覆工の表層部及び深部の剥離欠陥を効率
よく判定することができる。Since the present invention is configured as described above, it has the following effects. An acoustic oscillator for injecting low-frequency acoustic elastic waves into the tunnel lining,
A receiving sensor for detecting a reflected signal in which the acoustic acoustic wave incident by the acoustic oscillator is excited by the tunnel lining, and a reflection energy level of the reflected signal detected by the receiving sensor are calculated and calculated. Since the signal processing device that determines the presence or absence of a peeling defect by comparing the reflected energy level with a preset threshold is provided, it is possible to efficiently determine the peeling defect in the surface layer portion and the deep portion of the tunnel lining.

【００４９】また、信号処理装置は、反射信号をＦＦＴ
演算した後、反射エネルギーレベルを算出するので、Ｆ
ＦＴ演算後の反射エネルギーレベルを算出することがで
きる。また、反射信号は、可変帯域フィルタを介して信
号処理装置に入力され、積算されるので、所定の周波数
帯域の反射信号について、反射エネルギーレベルを算出
することができる。Further, the signal processing device performs the FFT on the reflected signal.
After the calculation, the reflected energy level is calculated.
The reflected energy level after the FT operation can be calculated. The reflected signal is input to the signal processing device via the variable bandpass filter and integrated, so that the reflected energy level of the reflected signal in a predetermined frequency band can be calculated.

【００５０】さらに、音響弾性波は、低周波から高周波
へ向けて変化する連続波であるので、剥離欠陥を検出し
やすい波形とすることができる。また、閾値は、トンネ
ル覆工内部の剥離欠陥部と覆工表面とが形成する板構造
の横振動によって励起された反射信号を、信号処理装置
によって剥離欠陥有りと判定されるように、設定されて
いるので、剥離欠陥を容易に判定することができる。Further, since the acoustic elastic wave is a continuous wave that changes from a low frequency to a high frequency, it can have a waveform that can easily detect a peeling defect. The threshold value is set so that a reflection signal excited by the lateral vibration of the plate structure formed by the peeling defect portion inside the tunnel lining and the lining surface is determined to have a peeling defect by the signal processing device. Therefore, the peeling defect can be easily determined.

【００５１】また、閾値は、予めコアリングにより剥離
欠陥の存在が確認された反射エネルギーレベルを用いて
設定されているので、剥離欠陥の判定を有効に行うこと
ができる。さらにまた、閾値は、上限値及び下限値を有
すると共に、信号処理装置は、反射エネルギーレベル
が、上限値を越えたとき剥離欠陥有りと判定し、反射エ
ネルギーレベルが下限値より小さいとき剥離欠陥無しと
判定し、反射エネルギーレベルが上限値と下限値の間の
ときは、不定状態とするので、剥離欠陥有りと剥離欠陥
無しと、不定状態を判定することができる。Further, since the threshold value is set using the reflected energy level in which the presence of the peeling defect has been confirmed in advance by coring, the peeling defect can be effectively determined. Furthermore, the threshold value has an upper limit value and a lower limit value, and the signal processing device determines that there is a peeling defect when the reflected energy level exceeds the upper limit value, and there is no peeling defect when the reflected energy level is smaller than the lower limit value. When the reflection energy level is between the upper limit value and the lower limit value, the state is determined to be indeterminate. Therefore, the indeterminate state can be determined as having a peeling defect and no peeling defect.

【００５２】また、閾値の上限値は、剥離欠陥無しの場
合の反射エネルギーレベルの内、最大の反射エネルギー
レベルを用いて設定されているので、剥離欠陥有りを精
度よく判定することができる。また、閾値の下限値は、
剥離欠陥有りの場合の反射エネルギーレベルの内、最小
の反射エネルギーレベルを用いて設定されているので、
剥離欠陥無しを精度よく判定することができる。Since the upper limit of the threshold value is set using the maximum reflection energy level among the reflection energy levels in the case where there is no peeling defect, it is possible to accurately determine the presence of a peeling defect. The lower limit of the threshold is
Since the setting is made using the minimum reflection energy level among the reflection energy levels in the case where there is a peeling defect,
The absence of a peeling defect can be accurately determined.

【００５３】加えて、信号処理装置は、剥離欠陥有りと
判定した場合に、反射エネルギーレベルを用いて、剥離
の厚みを推定するように構成されているので、剥離の厚
みを推定することができる。また、信号処理装置は、剥
離欠陥有りと判定した場合に、反射信号の減衰特性によ
り、剥離欠陥の種類を識別するように構成されているの
で、剥離欠陥の種類を識別することができる。また、信
号処理装置は、剥離欠陥無しと判定した場合に、反射信
号の減衰特性を用いて、トンネル覆工の音速または圧縮
強度を推定するように構成されているので、剥離欠陥無
しと判定した場合に、トンネル覆工の音速または圧縮強
度を推定することができる。また、信号処理装置は、剥
離欠陥無しと判定した場合に、トンネル覆工背面までの
縦振動を用いて、トンネル覆工の厚みを推定するように
構成されているので、トンネル覆工の厚みを推定し、健
全性を判定することができる。In addition, since the signal processing device is configured to estimate the thickness of the peeling using the reflection energy level when it is determined that there is a peeling defect, the thickness of the peeling can be estimated. . In addition, the signal processing device is configured to identify the type of the peeling defect based on the attenuation characteristic of the reflection signal when it is determined that the peeling defect is present, so that the type of the peeling defect can be identified. In addition, when the signal processing device determines that there is no peeling defect, the signal processing device is configured to estimate the sound speed or the compressive strength of the tunnel lining by using the attenuation characteristic of the reflected signal. In that case, the speed of sound or compressive strength of the tunnel lining can be estimated. In addition, the signal processing device is configured to estimate the thickness of the tunnel lining by using the vertical vibration to the back of the tunnel lining when it is determined that there is no peeling defect. Can be estimated and the soundness determined.

【００５４】さらに、この発明に係わるトンネル診断方
法においては、トンネル覆工に低周波の音響弾性波を入
射し、入射した音響弾性波のトンネル覆工によって励振
された反射信号から反射エネルギ−レベルを算出すると
共に、算出された反射エネルギーレベルを用いて、トン
ネル覆工の欠陥の有無を判定するので、トンネル覆工の
表層部及び深部の欠陥を効率よく判定することができ
る。また、トンネル覆工への音響弾性波の入射は、トン
ネル覆工表面に圧接された音響発振子により行われると
共に、反射信号の検出は、トンネル覆工表面に圧接され
た受信センサによって行われるので、確実に欠陥を検出
することができる。Further, in the tunnel diagnostic method according to the present invention, a low-frequency acoustic elastic wave is incident on the tunnel lining, and a reflected energy level is calculated from a reflected signal excited by the tunnel lining of the incident acoustic elastic wave. In addition to the calculation, the presence / absence of a defect in the tunnel lining is determined using the calculated reflected energy level. Therefore, it is possible to efficiently determine the surface layer portion and the deep portion of the tunnel lining defect. Also, since the acoustic acoustic wave is incident on the tunnel lining by an acoustic oscillator pressed against the surface of the tunnel lining, and the reflected signal is detected by a receiving sensor pressed against the surface of the tunnel lining. Thus, the defect can be reliably detected.

【００５５】また、トンネル覆工に低周波の音響弾性波
を入射し、入射した音響弾性波のトンネル覆工によって
励振された反射信号から反射エネルギーレベルを算出す
ると共に、算出された反射エネルギーレベルを用いてト
ンネル覆工の剥離欠陥の有無を判定する第一の手順を含
むので、トンネル覆工の表層部及び深部の剥離欠陥を効
率よく判定することができる。Further, a low-frequency acoustic elastic wave is incident on the tunnel lining, a reflection energy level is calculated from a reflection signal of the incident acoustic elastic wave excited by the tunnel lining, and the calculated reflection energy level is calculated. Since the method includes the first procedure of determining the presence or absence of a peeling defect in tunnel lining using the method, it is possible to efficiently determine the surface layer and deep peeling defects of the tunnel lining.

【００５６】さらにまた、第一の手順によって剥離欠陥
有りと判定された場合に、反射エネルギーレベルを用い
て、剥離の厚みを推定する第二の手順を含むので、剥離
の厚みを推定することができる。また、第一の手順によ
って剥離欠陥有りと判定された場合に、反射信号の減衰
特性を用いて、剥離欠陥の種類を識別する第三の手順を
含むので、剥離欠陥の種類を識別することができる。Further, when the first procedure determines that there is a peeling defect, a second procedure for estimating the peeling thickness using the reflected energy level is included. it can. Further, when it is determined that there is a peeling defect by the first procedure, the method includes the third procedure of identifying the type of the peeling defect by using the attenuation characteristic of the reflection signal. it can.

【００５７】また、第一の手順によって剥離欠陥無しと
判定された場合に、反射信号の減衰特性を用いて、トン
ネル覆工中の音速またはトンネル覆工の圧縮強度を推定
する第四の手順を含むので、音速またはトンネル覆工の
圧縮強度を推定することができる。加えて、第四の手順
によって推定されたトンネル覆工中の音速またはトンネ
ル覆工の圧縮強度を用いて、トンネル覆工の厚みを推定
する第五の手順を含むので、トンネル覆工の厚みを推定
することができる。When the first procedure determines that there is no peeling defect, the fourth procedure for estimating the sound speed during tunnel lining or the compressive strength of tunnel lining by using the attenuation characteristic of the reflected signal is described. As a result, the velocity of sound or the compressive strength of the tunnel lining can be estimated. In addition, since the fifth step of estimating the thickness of the tunnel lining by using the sound velocity during the tunnel lining estimated by the fourth step or the compressive strength of the tunnel lining is included, the thickness of the tunnel lining is reduced. Can be estimated.

【００５８】また、第四の手順によって推定されたトン
ネル覆工中の音速またはトンネル覆工の圧縮強度を用い
て、トンネル覆工は健全であると判定する第六の手順を
含むので、トンネル覆工が健全であることを判定するこ
とができる。また、第五の手順によって推定されたトン
ネル覆工の厚みを用いて、トンネル覆工は健全であると
判定する第七の手順を含むので、トンネル覆工が健全で
あることを判定することができる。Also, the sixth step of judging that the tunnel lining is sound is performed by using the sound speed during the tunnel lining estimated by the fourth procedure or the compressive strength of the tunnel lining. It can be determined that the worker is healthy. Further, since the tunnel lining is estimated to be sound using the thickness of the tunnel lining estimated by the fifth procedure, the seventh step includes determining that the tunnel lining is sound. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 一般的なトンネル覆工構造と欠陥を示す図で
ある。FIG. 1 is a diagram showing a general tunnel lining structure and defects.

【図２】 この発明の実施の形態１によるトンネル診断
装置を示す構成図である。FIG. 2 is a configuration diagram showing a tunnel diagnostic apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

【図３】 この発明の実施の形態１によるトンネル診断
装置の駆動信号波形（チャープ波）を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a drive signal waveform (chirp wave) of the tunnel diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図４】 この発明の実施の形態１によるトンネル診断
装置の剥離欠陥部の振動状況を示す模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram showing a vibration state of a peel defect portion of the tunnel diagnostic device according to the first embodiment of the present invention.

【図５】 この発明の実施の形態１によるトンネル診断
装置の周波数応答を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a frequency response of the tunnel diagnostic device according to the first embodiment of the present invention.

【図６】 この発明の実施の形態１によるトンネル診断
装置の反射エネルギーレベルとコアの照合結果を示す図
である。FIG. 6 is a diagram showing a comparison result between a reflected energy level and a core of the tunnel diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図７】 この発明の実施の形態１によるトンネル診断
装置の反射エネルギーレベルの閾値を決定するフローチ
ャートである。FIG. 7 is a flowchart for determining a threshold value of a reflected energy level of the tunnel diagnostic apparatus according to the first embodiment of the present invention.

【図８】 この発明の実施の形態２によるトンネル診断
装置の診断機能を示す構成図である。FIG. 8 is a configuration diagram illustrating a diagnostic function of a tunnel diagnostic device according to a second embodiment of the present invention.

【図９】 この発明の実施の形態２によるトンネル診断
装置の診断フローチャートである。FIG. 9 is a diagnosis flowchart of the tunnel diagnosis device according to the second embodiment of the present invention.

【図１０】 この発明の実施の形態２によるトンネル診
断装置の欠陥モードの存在位置と診断機能を示す図であ
る。FIG. 10 is a diagram showing a defect mode existing position and a diagnostic function of the tunnel diagnostic device according to the second embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ 地山、２ トンネル覆工、３ トンネル覆工表面、
４ クラック、５ ジャンカ、６ コールドジョイン
ト、７ 空洞、１１ 音響発振子、１２ 駆動制御装
置、１３ 発振電流生成装置、１４ 受信センサ、１５
受信信号増幅器、１６ 可変帯域フィルタ、１７ 設
定表示装置、２０ 受信信号処理装置、２１ 波形メモ
リ、２２ ＦＦＴ演算機構、２３ 反射エネルギーレベ
ル演算装置、２４ 内部欠陥判定装置、２５ 閾値決定
装置、３１ 閾値、９０ 周波数掃引機能、９１ 剥離
検出機能、９２ 剥離厚推定機能、９３ 周波数特性計
測機能、９４ 減衰特性計測機能、９５ 音速推定機
能、９６ 圧縮強度推定機能、９７ 覆工厚推定機能、
９８ クラック・ジャンカ識別機能。1 Ground, 2 tunnel lining, 3 tunnel lining surface,
4 Crack, 5 Junker, 6 Cold Joint, 7 Cavity, 11 Acoustic Oscillator, 12 Drive Controller, 13 Oscillation Current Generator, 14 Reception Sensor, 15
Reception signal amplifier, 16 variable bandpass filter, 17 setting display device, 20 reception signal processing device, 21 waveform memory, 22 FFT operation mechanism, 23 reflected energy level operation device, 24 internal defect judgment device, 25 threshold value determination device, 31 threshold value, 90 frequency sweep function, 91 peel detection function, 92 peel thickness estimation function, 93 frequency characteristic measurement function, 94 attenuation characteristic measurement function, 95 sound velocity estimation function, 96 compression strength estimation function, 97 lining thickness estimation function,
98 Crack / Junker identification function.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 29/22 ５０１ Ｇ０１Ｎ 29/22 ５０１ (72)発明者 島田 隆史 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 甲斐 公一郎 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 中村 修一 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 山口 義信 大阪府大阪市北区芝田二丁目４番24号 西 日本旅客鉄道株式会社内 (72)発明者 松井 精一 大阪府大阪市北区芝田二丁目４番24号 西 日本旅客鉄道株式会社内 Ｆターム(参考） 2D055 CA03 LA13 LA17 2F068 AA28 AA48 BB08 BB14 BB26 CC11 FF12 FF14 FF16 FF24 HH01 KK14 QQ10 2G047 AA10 AC00 BA03 BC00 BC02 BC03 BC09 BC10 BC18 CB02 EA10 EA12 EA13 EA16 GF07 GF11 GG12 GG14 GG17 GG24 GG27 GG28 GG33 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) G01N 29/22 501 G01N 29/22 501 (72) Inventor Takashi Shimada 2- 2-3 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo (72) Inventor Koichiro Kai 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsui Electric Co., Ltd. (72) Shuichi Nakamura 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo 3 Inside Rishi Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yoshinobu Yamaguchi 2-4-2, Shibata, Kita-ku, Osaka-shi, Osaka West Japan Railway Company (72) Inventor Seiichi Matsui 2--4, Shibata, Kita-ku, Osaka, Osaka No. 24 West Japan Railway Company F term (reference) 2D055 CA03 LA13 LA17 2F068 AA28 AA48 BB08 BB14 BB26 CC11 FF12 FF14 FF16 FF24 HH01 KK14 QQ10 2G047 A A10 AC00 BA03 BC00 BC02 BC03 BC09 BC10 BC18 CB02 EA10 EA12 EA13 EA16 GF07 GF11 GG12 GG14 GG17 GG24 GG27 GG28 GG33

Claims (22)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 トンネル覆工に低周波の音響弾性波を入
射する音響発振子、この音響発振子によって入射された
音響弾性波が上記トンネル覆工によって励振された反射
信号を検出する受信センサ、この受信センサによって検
出された反射信号の反射エネルギ−レベルを算出すると
共に、上記算出された反射エネルギーレベルを予め設定
された閾値と比較することにより剥離欠陥の有無を判定
する信号処理装置を備えたことを特徴とするトンネル診
断装置。An acoustic oscillator for injecting a low-frequency acoustic elastic wave into a tunnel lining; a receiving sensor for detecting a reflected signal in which the acoustic elastic wave incident by the acoustic oscillator is excited by the tunnel lining; A signal processing device for calculating the reflection energy level of the reflection signal detected by the receiving sensor and comparing the calculated reflection energy level with a preset threshold to determine the presence or absence of a peeling defect; A tunnel diagnostic apparatus characterized by the above-mentioned. 【請求項２】 信号処理装置は、反射信号をＦＦＴ演算
した後、反射エネルギーレベルを算出することを特徴と
する請求項１記載のトンネル診断装置。2. The tunnel diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the signal processing device calculates a reflected energy level after performing an FFT operation on the reflected signal. 【請求項３】 反射信号は、可変帯域フィルタを介して
信号処理装置に入力され、積算されることを特徴とする
請求項１または請求項２記載のトンネル診断装置。3. The tunnel diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the reflected signal is input to a signal processing device via a variable bandpass filter and integrated. 【請求項４】 音響弾性波は、低周波から高周波へ向け
て変化する連続波であることを特徴とする請求項１〜請
求項３のいずれか一項記載のトンネル診断装置。4. The tunnel diagnostic apparatus according to claim 1, wherein the acoustic elastic wave is a continuous wave that changes from a low frequency to a high frequency. 【請求項５】 閾値は、トンネル覆工内部の剥離欠陥部
と覆工表面とが形成する板構造の横振動によって励起さ
れた反射信号を、信号処理装置によって剥離欠陥有りと
判定されるように、設定されていることを特徴とする請
求項１〜請求項４のいずれか一項記載のトンネル診断装
置。5. The threshold value is set so that a reflection signal excited by a lateral vibration of a plate structure formed by a peeling defect portion inside a tunnel lining and a lining surface is determined to have a peeling defect by a signal processing device. The tunnel diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 4, wherein: 【請求項６】 閾値は、予めコアリングにより剥離欠陥
の存在が確認された反射エネルギーレベルを用いて設定
されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいず
れか一項記載のトンネル診断装置。6. The tunnel according to claim 1, wherein the threshold value is set using a reflection energy level in which the presence of a peeling defect has been confirmed by coring in advance. Diagnostic device. 【請求項７】 閾値は、上限値及び下限値を有すると共
に、信号処理装置は、反射エネルギーレベルが、上記上
限値を越えたとき剥離欠陥有りと判定し、反射エネルギ
ーレベルが上記下限値より小さいとき剥離欠陥無しと判
定し、反射エネルギーレベルが上記上限値と下限値の間
のときは、不定状態とすることを特徴とする請求項１〜
請求項６のいずれか一項記載のトンネル診断装置。7. The threshold value has an upper limit value and a lower limit value, and the signal processing device determines that a peeling defect is present when the reflected energy level exceeds the upper limit value, and the reflected energy level is smaller than the lower limit value. It is determined that there is no peeling defect, and when the reflection energy level is between the upper limit and the lower limit, the state is determined to be indefinite.
The tunnel diagnostic apparatus according to claim 6. 【請求項８】 閾値の上限値は、剥離欠陥無しの場合の
反射エネルギーレベルの内、最大の反射エネルギーレベ
ルを用いて設定されていることを特徴とする請求項７記
載のトンネル診断装置。8. The tunnel diagnostic apparatus according to claim 7, wherein the upper limit value of the threshold value is set using a maximum reflected energy level among reflected energy levels in the case where there is no peeling defect. 【請求項９】 閾値の下限値は、剥離欠陥有りの場合の
反射エネルギーレベルの内、最小の反射エネルギーレベ
ルを用いて設定されていることを特徴とする請求項７ま
たは請求項８記載のトンネル診断装置。9. The tunnel according to claim 7, wherein the lower limit of the threshold value is set using a minimum reflection energy level among reflection energy levels in the case where a peeling defect is present. Diagnostic device. 【請求項１０】 信号処理装置は、剥離欠陥有りと判定
した場合に、反射エネルギーレベルを用いて、剥離の厚
みを推定するように構成されていることを特徴とする請
求項１〜請求項９のいずれか一項記載のトンネル診断装
置。10. The signal processing device according to claim 1, wherein when it is determined that a peeling defect is present, the thickness of the peeling is estimated by using the reflected energy level. The tunnel diagnostic device according to any one of the above. 【請求項１１】 信号処理装置は、剥離欠陥有りと判定
した場合に、反射信号の減衰特性により、剥離欠陥の種
類を識別するように構成されていることを特徴とする請
求項１〜請求項１０のいずれか一項記載のトンネル診断
装置。11. The signal processing device according to claim 1, wherein when it is determined that a peeling defect is present, the type of the peeling defect is identified based on an attenuation characteristic of a reflection signal. The tunnel diagnostic apparatus according to any one of claims 10 to 13. 【請求項１２】 信号処理装置は、剥離欠陥無しと判定
した場合に、反射信号の減衰特性を用いて、トンネル覆
工の音速または圧縮強度を推定するように構成されてい
ることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれか一
項記載のトンネル診断装置。12. The signal processing device is characterized in that, when it is determined that there is no peeling defect, the sound speed or the compressive strength of the tunnel lining is estimated using the attenuation characteristic of the reflected signal. The tunnel diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 11. 【請求項１３】 信号処理装置は、剥離欠陥無しと判定
した場合に、トンネル覆工背面までの縦振動を用いて、
トンネル覆工の厚みを推定するように構成されているこ
とを特徴とする請求項１〜請求項１２のいずれか一項記
載のトンネル診断装置。13. When the signal processing device determines that there is no peeling defect, the signal processing device uses longitudinal vibration up to the tunnel lining back surface,
The tunnel diagnostic apparatus according to any one of claims 1 to 12, wherein the tunnel diagnostic apparatus is configured to estimate a thickness of the tunnel lining. 【請求項１４】 トンネル覆工に低周波の音響弾性波を
入射し、上記入射した音響弾性波の上記トンネル覆工に
よって励振された反射信号から反射エネルギ−レベルを
算出すると共に、上記算出された反射エネルギーレベル
を用いて、上記トンネル覆工の欠陥の有無を判定するこ
とを特徴とするトンネル診断方法。14. A low-frequency acoustic elastic wave is incident on the tunnel lining, and a reflected energy level is calculated from a reflected signal of the incident acoustic elastic wave excited by the tunnel lining, and the calculated energy level is calculated. A tunnel diagnostic method, wherein the presence or absence of a defect in the tunnel lining is determined using a reflected energy level. 【請求項１５】 トンネル覆工への音響弾性波の入射
は、上記トンネル覆工表面に圧接された音響発振子によ
り行われると共に、反射信号の検出は、上記トンネル覆
工表面に圧接された受信センサによって行われることを
特徴とする請求項１４記載のトンネル診断方法。15. An acoustic acoustic wave is incident on the tunnel lining by an acoustic oscillator pressed against the surface of the tunnel lining, and a reflected signal is detected by a receiving oscillator pressed against the surface of the tunnel lining. The tunnel diagnostic method according to claim 14, wherein the method is performed by a sensor. 【請求項１６】 トンネル覆工に低周波の音響弾性波を
入射し、上記入射した音響弾性波の上記トンネル覆工に
よって励振された反射信号から反射エネルギーレベルを
算出すると共に、上記算出された反射エネルギーレベル
を用いて上記トンネル覆工の剥離欠陥の有無を判定する
第一の手順を含むことを特徴とするトンネル診断方法。16. A low-frequency acoustic elastic wave is incident on a tunnel lining, a reflection energy level is calculated from a reflection signal of the incident acoustic elastic wave excited by the tunnel lining, and the calculated reflection is calculated. A tunnel diagnosis method including a first procedure for determining the presence or absence of a peeling defect in the tunnel lining using an energy level. 【請求項１７】 第一の手順によって剥離欠陥有りと判
定された場合に、反射エネルギーレベルを用いて、上記
剥離の厚みを推定する第二の手順を含むことを特徴とす
る請求項１６記載のトンネル診断方法。17. The method according to claim 16, further comprising a second step of estimating the thickness of the peeling using a reflection energy level when it is determined that there is a peeling defect by the first procedure. Tunnel diagnostic method. 【請求項１８】 第一の手順によって剥離欠陥有りと判
定された場合に、反射信号の減衰特性を用いて、上記剥
離欠陥の種類を識別する第三の手順を含むことを特徴と
する請求項１６または請求項１７記載のトンネル診断方
法。18. The method according to claim 1, further comprising a third step of identifying the type of the peeling defect by using a reflection signal attenuation characteristic when the first procedure determines that there is a peeling defect. The tunnel diagnostic method according to claim 16 or 17. 【請求項１９】 第一の手順によって剥離欠陥無しと判
定された場合に、反射信号の減衰特性を用いて、トンネ
ル覆工中の音速またはトンネル覆工の圧縮強度を推定す
る第四の手順を含むことを特徴とする請求項１６〜請求
項１８のいずれか一項記載のトンネル診断方法。19. A fourth procedure for estimating the speed of sound during tunnel lining or the compressive strength of tunnel lining by using the attenuation characteristic of a reflected signal when it is determined by the first procedure that there is no peeling defect. The tunnel diagnosis method according to claim 16, wherein the tunnel diagnosis method includes: 【請求項２０】 第四の手順によって推定されたトンネ
ル覆工中の音速またはトンネル覆工の圧縮強度を用い
て、トンネル覆工の厚みを推定する第五の手順を含むこ
とを特徴とする請求項１９記載のトンネル診断方法。20. A method according to claim 5, further comprising the step of: estimating a thickness of the tunnel lining by using a sound velocity during the tunnel lining estimated by the fourth step or a compressive strength of the tunnel lining. Item 20. The tunnel diagnostic method according to Item 19. 【請求項２１】 第四の手順によって推定されたトンネ
ル覆工中の音速またはトンネル覆工の圧縮強度を用い
て、上記トンネル覆工は健全であると判定する第六の手
順を含むことを特徴とする請求項１９記載のトンネル診
断方法。21. A method according to claim 6, further comprising the step of judging that the tunnel lining is sound using the sound speed during the tunnel lining estimated by the fourth procedure or the compressive strength of the tunnel lining. The tunnel diagnosis method according to claim 19, wherein: 【請求項２２】 第五の手順によって推定されたトンネ
ル覆工の厚みを用いて、上記トンネル覆工は健全である
と判定する第七の手順を含むことを特徴とする請求項２
０記載のトンネル診断方法。22. The method according to claim 2, further comprising the step of determining that the tunnel lining is sound using the thickness of the tunnel lining estimated by the fifth step.
0 tunnel diagnostic method.
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