JP2001108491A

JP2001108491A - 洗掘監視システム

Info

Publication number: JP2001108491A
Application number: JP28935799A
Authority: JP
Inventors: Yoshifumi Tamon; 美文多門; Yutaka Negishi; 裕根岸
Original assignee: Central Japan Railway Co
Current assignee: Central Japan Railway Co
Priority date: 1999-10-12
Filing date: 1999-10-12
Publication date: 2001-04-20
Anticipated expiration: 2019-10-12
Also published as: JP3308249B2

Abstract

(57)【要約】【課題】河川水や海水の濁度や浮遊物等に関係なく、
橋脚等の周辺の洗掘状態を検知できる洗掘監視システム
を提供する。【解決手段】三個の洗掘センサ（上位洗掘センサ２
１、中位洗掘センサ２２、下位洗掘センサ２３）が等間
隔で設けられたセンサ本体１１が、河床１７に埋設され
ている。悪天候時の増水等により洗掘が進んで河床１７
が掘り下げられ、上位洗掘センサ２１の感応部２１ａが
河川水１８中に露出すると、河川水１８中の浮遊固形物
等が感応部２１ａに衝突、摩擦して、感応部２１ａの内
部に超音波が発生する。この超音波を、感応部２１ａと
音響的に結合された検出用ＡＥセンサで検出することに
より、上位洗掘センサ２１の位置まで洗掘が進んでいる
ものと判断する。各洗掘センサ２１、２２、２３による
判断結果から、洗掘の進行状態をリアルタイムに知るこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、河川橋や海上橋等
の橋梁の上部構造を支持する橋脚・橋台等の洗掘状態を
監視する洗掘監視システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】河川や海に架け渡される橋梁は、鉄道や
道路の建設に欠くことのできない構造物であり、橋梁を
設置する場所の地理的条件等に応じて、桁橋、アーチ
橋、トラス橋、吊橋などの様々なタイプの橋梁が採用さ
れている。橋梁の構造は、例えば地盤に埋め込まれて固
定された橋脚や橋台に橋桁を設置したものが一般的であ
るが、水の流れの影響により、橋脚等の周辺の河床、海
底は洗掘される。特に悪天候時の増水による洪水・急流
等で、洗掘現象は進行しやすい。洗掘が進行すると、橋
脚等の安定性が失われ、橋梁上の鉄道車両やその他の車
両の通行に支障を生じるおそれがある。

【０００３】従って、橋脚や橋台、基礎の周辺の洗掘状
況を常に監視し、洗掘の程度によっては列車や車両を走
行させないようにするなどの安全対策を講じる必要があ
る。特に、洗掘現象が急激に進行する河川増水時等の濁
流下において洗掘の進行状況を正確に把握することが、
橋梁の安全を確保する上で非常に重要となってくる。

【０００４】洗掘を監視する方法としては、例えば図８
に示すような、光学式センサや超音波センサ等を利用し
た監視システムが、従来から試みられている。図８
（ａ）は河床が正常な状態を示し、図８（ｂ）は河床が
洗掘されている状態を示している。橋桁８１を支持する
基礎８３及び橋脚８２は河床８５の中に埋設され、橋梁
８０全体を支持している。洗掘状態を監視する光学式ま
たは超音波式のセンサ８６は、発信器８６ａ及び受信器
８６ｂで構成され、橋桁８１の下部に取り付けられてい
る。発信器８６ａからは、光学式の場合は光波が、超音
波式の場合は超音波が、それぞれ河床８５に向けて発信
される。これらの発信波は、河川水８４を透過して河床
８５の表面で反射し、その反射波は受信器８６ｂで受信
される。このときの発信から受信までの時間を計測する
ことによって、センサ８６から河床８５の表面までの距
離を算出し、河床レベルが正常であるかどうかを調べて
洗掘状態を判断する。例えば、図８（ａ）に示すよう
に、河床８５が洗掘されていなくて正常な状態にあると
きは、センサ８６によって検出した河床８５表面までの
距離も正常であると判断されるが、図８（ｂ）に示すよ
うに河床８５が洗掘されていると、センサ８６によって
検出された距離は長くなり、所定の距離以上の場合は、
異常であると判断される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、光学式
または超音波式のセンサ８６を用いた洗掘の監視システ
ムでは、河川水８４の透明度が高い場合には、河床８５
の表面までの距離を正常に算出できるが、河川水８４中
に浮遊物があったり濁流の場合等では、光や超音波はこ
れらに妨害されて河床８５まで到達せず、河床８５まで
の距離を正確に検知できない。この傾向は、大雨増水時
になるほど顕著になる。仮に河床８５まで到達できたと
しても、洗掘進行中の河床８５の表面はスラリー状にな
っており、河床８５と河川水８４との境界が不明確であ
るため、光又は超音波は十分に反射せず、受信器８６ｂ
で検知できない。しかも、橋脚８２の上では、通常列車
や一般車両等が走行しており、その走行に応じた外乱振
動がセンサ８６に加わるため、超音波センサを用いた監
視方法においては、その影響は非常に大きくなる。

【０００６】これらの要因により、上記の監視方法は試
験的に実施されているのみで、実用化には至っていな
い。一方、橋脚等の洗掘監視システムの使命は、濁流等
の悪条件下で、河床の洗掘状況を正確かつ迅速に検知し
て、橋梁の安全性を確認することにある。従って、河川
水又は海水等の濁度や浮遊物に関係なく、常に河床の洗
掘状態を把握できるような洗掘監視システムが望まれて
いた。

【０００７】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、河川水や海水の濁度や浮遊物等に関係なく、橋脚等
の周辺の洗掘状態を検知できる洗掘監視システムを提供
することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段及び発明の効果】上記目的
を達成するためになされた請求項１記載の洗掘監視シス
テムは、橋梁の上部構造を支持する橋脚や橋台、基礎等
の橋梁支持体の洗掘状態を監視するための洗掘監視シス
テムであって、洗掘センサ取付穴を有する中空杭状の外
管と、物体の衝突や摩擦に起因して振動が発生する感応
部に、前記振動に基づいた検知信号を発生する検出部が
結合されて構成される洗掘センサとを備え、前記洗掘セ
ンサは、前記洗掘センサ取付穴から前記外管の内部に水
が入ってこないように、前記洗掘センサ取付穴を前記感
応部で塞ぐように取り付けられ、しかも前記感応部と前
記外管とは振動絶縁体によって音響的に絶縁されている
ことを特徴とする。

【０００９】検出部と感応部との結合は、感応部で発生
した振動が感応部から検出部に伝わるように結合すれば
よく、その方法は特に限定されない。例えば、検出部と
感応部とを直接接触させて、感応部で発生した振動が検
出部に直接伝わるようにしてもよい。

【００１０】また、上記の洗掘監視システムでは、洗掘
センサは外管のセンサ取付穴を感応部で覆うように取り
付けられ、外管は河床土や海底中に埋設して使用するた
め、列車や車両の走行振動や、河川水中の浮遊固形物等
が外管に衝突して生じる振動などの様々な外因による振
動が、外管を介して感応部に伝わってくる。これらの外
乱振動によって検出部から検知信号が発生すると、洗掘
状態を誤って判断してしまうおそれがある。そこで、感
応部への直接的な衝突や摩擦以外に起因する振動が感応
部に伝わらないよう、感応部と外管とを振動絶縁体によ
って絶縁する。この振動絶縁体は、河川水や海水等が外
管内部に浸水するのを防ぐ防水シール材としての役目も
果たす。このような振動絶縁体は、ゴム、プラスチック
等、振動を吸収でき、しかも外管内部への浸水を防止で
きるものであれば何でもよい。

【００１１】本発明の洗掘監視システムでは、洗掘セン
サが取り付けられた外管を、例えば、少なくとも洗掘セ
ンサが河床や海底の土中に位置するように河床や海底に
埋設して使用する。河床や海底が正常な状態であるとき
は、洗掘センサは土中に埋設されているため、感応部表
面では河川水や海の流水による水中の浮遊固形物等との
衝突や摩擦が生じない。従って、感応部と結合されてい
る検出部からも、信号は発生しない。一方、悪天候によ
る増水等で洗掘現象が生じ、埋設されていた洗掘センサ
が水中にさらされると、水中の浮遊固形物等が感応部表
面に衝突、摩擦して、感応部が振動する。この振動を検
出部が検知して検知信号を発生する。この検知信号の有
無により、洗掘されているかどうかを判定することがで
きる。

【００１２】上記構成の洗掘監視システムを用いると、
水中の浮遊固形物が感応部に衝突、摩擦することによっ
て生じる振動を検出部で検出することにより洗掘状態を
判断するため、水の濁度に関係なく正確かつリアルタイ
ムに判断することができる。また、振動絶縁体を介して
感応部を外管に取り付けることにより、感応部への直接
の衝突、摩擦以外の要因によって検出部から検知信号が
発生するのを防止しているため、洗掘状態の誤判断を防
ぐことができると共に、外管内部への浸水も確実に防止
できる。

【００１３】また、請求項２記載の洗掘監視システム
は、請求項１記載の洗掘監視システムであって、前記洗
掘センサは、前記外管にて前記橋梁支持体の高さ方向に
少なくとも二個以上備えられていることを特徴とする。
洗掘センサが一つの場合、洗掘センサが埋設されている
深さまで洗掘が進んだときに洗掘の判断ができるもの
の、埋設位置までの洗掘の進行状況や、洗掘が進んで洗
掘センサが水中に露出した後の洗掘進行状態については
判断できない。従って、上記のように複数の洗掘センサ
を橋梁支持体の高さ方向に配置して用いることにより、
どの程度の深さまで洗掘が進んでいるか、洗掘状態の変
化の過程を監視することができ、より正確に洗掘状態を
判断できる。

【００１４】請求項３記載の洗掘監視システムは、請求
項１又は２に記載の洗掘監視システムであって、前記検
知信号に基づいて前記洗掘状態を判断し、前記橋梁の健
全性を判定する信号処理部を備えていることを特徴とす
る。信号処理部では、例えば検出部からの検知信号を増
幅したり、検知信号に含まれるノイズ成分をカットした
りして、洗掘状態を判定するのに適した信号になるよう
検知信号の信号処理を行う。また、信号処理後の検知信
号に基づく洗掘状態の判断及び橋梁の健全性の判定も行
う。具体的には、例えば洗掘センサからの検知信号が、
感応部が振動していない状態を示しているときには、そ
の洗掘センサの設置位置まで洗掘が進んでいないと判断
し、感応部が振動している状態を示しているときには、
その洗掘センサの設置位置まで洗掘が進んだと判断す
る。その判断結果に基づいて、例えば列車や一般車両等
がその橋梁を通過するにあたり、全く支障がないとか、
支障が生じるおそれがあるといったように健全性を判定
する。また、洗掘の進行状態をモニタ等に表示したりブ
ザー等で警告したりするような構成にしたり、洗掘状態
に応じて、橋梁を走行しないよう列車等に指示したり、
一般車両に対して通行を禁止する信号を出すようなシス
テムを設けて、橋梁を走行する車両等の安全を図ること
ができるような構成にしてもよい。

【００１５】このような構成の洗掘監視システムでは、
検知信号に基づく洗掘状態の進行状況の判断及び洗掘の
進行状況に応じた橋梁の健全性の判定を信号処理部で行
うため、洗掘の状態を正確かつリアルタイムに知ること
ができ、橋梁上を走行する列車や一般車両等に対する対
応を迅速にとることができる。

【００１６】ところで、感応部が河床中にあっても、感
応部に接触している地盤の微弱振動等によって微弱な検
知信号が発生する事が考えられる。このような、河川水
中の浮遊固形物等の衝突によって発生する振動より小さ
い微弱振動が万一発生した場合、誤って洗掘状態である
と判断しないようにする必要がある。

【００１７】そこで、請求項４記載の洗掘監視システム
は、請求項３記載の洗掘監視システムであって、前記信
号処理部は、前記検知信号に基づいて前記洗掘状態を判
断する際に、前記検知信号の信号レベルに基づいて判断
することを特徴とする。例えば所定の信号レベルを設定
し、その信号レベルを越える検知信号が検出部から出力
されれば洗掘状態であると判断し、その信号レベルに満
たない検知信号の場合は単なる微弱振動、すなわち洗掘
状態になっていないものと判断するような構成にすれば
よい。このような構成の洗掘監視システムでは、河川水
中の浮遊固形物等の衝突や摩擦以外の、地盤の微弱振動
等の要因によって、微弱な検知信号が発生しても、その
信号レベルに応じて洗掘であるかどうかの判断を行うこ
とができるため、洗掘状態の誤判断を防止できる。

【００１８】また、列車走行等の外乱振動が感応部に伝
わって洗掘状態であるとの誤判断を起こすのを防止する
ために、振動絶縁体によって感応部と外管とを絶縁する
ことは既に述べた。しかしながら、何らかの要因、例え
ば振動絶縁体の振動吸収性能を上回るほどの振動が外管
から感応部へ伝わった場合には、洗掘状態であるとの誤
判断を起こすおそれがある。このように、振動絶縁体だ
けでは完全に遮断できないような大きい振動が万一発生
して感応部に伝わった場合、誤って洗掘状態であると判
断しないようにする必要がある。

【００１９】一般に、振動絶縁体の振動吸収性能を上回
るほどの振動の発生は、重量の非常に大きい車両、特に
鉄道車両の走行がその要因となることが予想されるが、
鉄道車両が橋梁を通過する時刻及び通過時間は通常限ら
れているため、鉄道車両が橋梁上を通過することによっ
て仮に振動絶縁体の振動吸収性能を上回るほどの振動が
感応部に伝わっても、その振動は持続しない。

【００２０】そこで、請求項５記載の洗掘監視システム
は、請求項３又は４記載の洗掘監視システムであって、
前記信号処理部は、前記検知信号に基づいて前記洗掘状
態を判断する際に、前記検知信号の持続時間が所定の時
間を超えた場合にのみ洗掘状態であると判断することを
特徴とする。上記構成の洗掘監視システムでは、例えば
信号処理部において予め所定の持続時間を設定してお
き、その持続時間を越えてもなお検知信号の発生が続け
ば洗掘状態であると判断し、検知信号の発生が所定の持
続時間に満たない場合は、洗掘ではなく列車通過等の外
因による振動であると判断するようにすればよい。尚、
予め設定しておく持続時間は、例えば鉄道車両が橋梁を
通過するのに要する時間に若干の余裕を見込んで設定す
るなど、橋梁上を走行する鉄道車両の速度等を考慮して
適宜決めればよい。

【００２１】このような構成の洗掘監視システムでは、
鉄道車両などの通過等により振動絶縁体の振動吸収性能
を上回るほどの振動が感応部に伝わって、万一検出部か
ら検知信号が発生しても、その持続時間に応じて洗掘に
よる検知信号であるか否かを判断するため、洗掘状態の
誤判断を防止できる。

【００２２】また、請求項６記載の洗掘監視システム
は、請求項３〜５いずれかに記載の洗掘監視システムで
あって、前記信号処理部は、前記検知信号に基づいて前
記洗掘状態を判断する際に、車両通過時に信号処理を中
断することを特徴とする。橋梁上を鉄道車両や一般車両
等の車両が通行しているかどうかを判断するためには、
例えば橋梁上にセンサを設置して、車両通過中であるか
どうかをセンサからの信号によって知ることができるよ
うにすればよい。その場合、センサからの信号に応じ
て、車両が通過していない時のみ信号処理部における信
号処理を行い、洗掘状態の判断及び橋梁の健全性の判定
を行う。また、鉄道車両の通過時刻及び通過時間を予め
信号処理部に記憶させておき、橋梁通過中は洗掘監視シ
ステムの動作を一時中断するような構成にしてもよい。
なお、このような信号処理の中断は、鉄道車両通過時に
限らず、振動絶縁体の振動吸収性能を上回るほどの振動
が発生するような大型車両等が通過する場合であってそ
の通過時刻が予めわかっているときにも実行してもよ
く、橋梁を通過する車両の種類等に応じて適宜決めれば
よい。

【００２３】このような構成の洗掘監視システムでは、
車両等の通過により振動絶縁体の振動吸収性能を上回る
ほどの振動が感応部に伝わって、万一検出部から検知信
号が発生しても、車両等の通過中は信号処理を中断する
ため、洗掘状態が誤判断されるのを防止できる。

【００２４】請求項７に記載の洗掘監視システムは、請
求項１〜６いずれかに記載の洗掘監視システムであっ
て、前記検出部はＡＥセンサであることを特徴とする。
固体材料に力学的応力を加えたときに、固体材料内部に
ＡＥ（アコースティック・エミッション）すなわち超音
波が発生することは一般に知られている。従って、河川
水中の浮遊固形物等が感応部に衝突又は摩擦する際には
感応部の内部で超音波が発生する。ＡＥセンサは、この
ような超音波を検出又は発生するための、圧電素子を用
いた周知のセンサであり、このＡＥセンサを検出部とし
て用いる。

【００２５】洗掘が進んで洗掘センサの感応部が河川水
又は海水中に露出すると、水中の浮遊固形物等が感応部
に衝突、摩擦し、感応部の内部で超音波が発生する。こ
の超音波をＡＥセンサで検出することにより、少なくと
もその洗掘センサの位置まで洗掘が進んでいることがわ
かる。洗掘されずに洗掘センサが河床中にあるときは、
感応部への衝突等が発生しないため、ＡＥセンサからも
検知信号は発生しない。なお、ＡＥセンサから出力され
る検知信号は微弱な電圧（数μＶ〜数ｍＶ）であるた
め、増幅手段や変換手段等によって、電圧を増幅したり
電気−光変換を行うなど、外部に伝送するのに適した信
号に変換するのが望ましい。このような構成の洗掘監視
システムでは、検出部にＡＥセンサを用いるため、感応
部への固形物等の衝突や摩擦によって生じる感応部内の
超音波を検出することにより、洗掘状態を確実に監視す
ることができる。

【００２６】請求項８に記載の洗掘監視システムは、請
求項１〜７いずれかに記載の洗掘監視システムであっ
て、前記洗掘センサの自己診断のために、前記感応部と
音響的に結合された励振部と、前記励振部を励振して前
記感応部を振動させるための励振信号発生部とを備えて
いることを特徴とする。

【００２７】この励振部は、洗掘センサの動作を自己診
断するためのものであり、自己診断の際は、例えば励振
信号発生部から励振部を励振させるための信号を出力す
る。すると、励振部に入力された信号に起因する励振部
の振動が感応部を介して検出部に伝わる。この検出部か
らの検知信号を読み取ることにより、洗掘センサが正常
に動作しているかを確認することができる。このよう
に、洗掘センサに自己診断機能を持たせることにより、
埋設中の洗掘センサを直接点検することなく、遠隔地か
らいつでも確実かつ安全に動作確認をすることができ
る。

【００２８】請求項９に記載の洗掘監視システムは、請
求項８記載の洗掘監視システムであって、前記検出部及
び前記励振部は共にＡＥセンサであることを特徴とす
る。既述の通り、河川水中の浮遊固形物等が感応部に衝
突又は摩擦すると感応部の内部に超音波が発生するた
め、検出部がＡＥセンサであれば、その超音波をＡＥセ
ンサで検出することによって洗掘を判断できる。このよ
うに検出部がＡＥセンサである洗掘センサを自己診断す
る場合、励振部にもＡＥセンサを用い、励振信号発生部
から例えばパルス状の電圧を付加すればよい。パルス状
の電圧が励振部に入力されると励振部は圧電作用により
振動し、その振動が感応部に伝わる。すると感応部の内
部では超音波が発生する。この超音波を検出部で検出で
きたかどうか判断することにより、洗掘センサが正常で
あるかどうか自己診断すればよい。

【００２９】このような構成の洗掘監視システムでは、
検出部及び励振部に共にＡＥセンサを用いることによ
り、励振部を強制的に振動させて、感応部の内部に超音
波を発生させることができるため、河川水中の浮遊固形
物等の感応部への衝突又は摩擦を擬似的に再現できる。
さらに、励振部によって感応部の内部で発生した超音波
を検出部で確実に検出することができる。従って、洗掘
センサの自己診断をより正確に行うことができる。

【００３０】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の好適な実施の形
態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態の洗
掘監視システムを示す説明図、図２は本実施形態のセン
サ本体の内部構成を示す断面図である。洗掘監視システ
ム１０は、主としてセンサ本体１１、信号ケーブル１
２、信号処理部１３ａ、及び制御部１３ｂを備えてい
る。洗掘の監視対象となる橋梁１６は、例えば図１に示
すような一般的な橋梁であり、基礎１６ａ及び橋脚１６
ｂによって橋桁１６ｃが支持されており、その基礎１６
ａ及び橋脚１６ｂは河床１７の中に埋設固定されてい
る。

【００３１】センサ本体１１は、河床１７の洗掘状況を
検知して監視センター１３に信号を送るもので、金属製
の中空円筒状の外管１１ａで構成され、急流時の水圧や
水流中の固形物の衝突等によって破損しないだけの十分
な強度を有するものである。センサ本体１１には、三個
の洗掘センサ（上位洗掘センサ２１、中位洗掘センサ２
２、下位洗掘センサ２３）が等間隔でセンサ本体１１の
長さ方向、つまり橋脚１６ｂの高さ方向に設けられてい
る。そして、このセンサ本体１１は、各洗掘センサ２
１、２２、２３が全て河床１７の中に位置し、しかも下
位洗掘センサ２３は橋脚１６ｂを支持するのに最低限必
要な河床土深さ位置になるように河床１７に埋設され、
二つの取付部材１５ａ、１５ｂによって橋脚１６ｂに固
定されている。

【００３２】次に、センサ本体１１の三箇所に設けられ
た各洗掘センサ２１、２２、２３について、図２に基づ
いて説明する。例えば上位洗掘センサ２１は、感応部２
１ａ、検出用ＡＥセンサ２１ｂ、自己診断用ＡＥセンサ
２１ｃで構成されている。感応部２１ａは、三個のＯリ
ング２１ｄ，２１ｅ，２１ｆを介して感応部支持部材２
１ｇに支持され、その感応部２１ａに検出用ＡＥセンサ
２１ｂ及び自己診断用ＡＥセンサ２１ｃが音響的に結合
されて取り付けられている。尚、検出用ＡＥセンサ２１
ｂは本発明の検出部に相当し、自己診断用ＡＥセンサ２
１ｃは本発明の励振部に相当し、三個のＯリング２１
ｄ，２１ｅ，２１ｆは本発明の振動絶縁体に相当する。

【００３３】感応部２１ａは金属製であり、その周囲は
三個のＯリング２１ｄ，２１ｅ，２１ｆによって金属製
の感応部支持部材２１ｇと音響的に絶縁されている。そ
のため、列車通過や外管１１ａへの河川水中浮遊固形物
の衝突等による外乱振動の影響が感応部２１ａに伝わる
ことを防止している。また、これらのＯリング２１ｄ，
２１ｅ，２１ｆは、音響的絶縁と同時に、河川水１８が
センサ本体１１内部に浸水してこないための防水シール
材としての役目も果たしている。Ｏリング２１ｄ，２１
ｅ，２１ｆとしては、例えばゴム系や軟質プラスチック
を素材とするものを用いることができるが、音響的絶縁
効果及び防水効果を達成するものであれば特に限定され
ない。

【００３４】検出用ＡＥセンサ２１ｂは、センシング素
子として圧電素子を用いた周知のＡＥセンサであり、河
川水１８の中の浮遊固形物等が感応部２１ａに衝突又は
摩擦して感応部２１ａの内部に生じる超音波を検出する
ものである。自己診断用ＡＥセンサ２１ｃは、検出用Ａ
Ｅセンサ２１ｂと同じ構造のＡＥセンサであり、励振信
号（電圧パルス等）を付加することによって振動する。
この振動は感応部２１ａに伝達されて感応部２１ａの内
部で超音波が発生し、その超音波を検出用ＡＥセンサ２
１ｂで検出することができる。つまり、河川水１８中の
浮遊固形物等の衝突等によって感応部２１ａの内部に生
じる超音波を、自己診断用ＡＥセンサ２１ｃを励振させ
ることによって強制的に発生させようというものであ
る。

【００３５】センサ本体１１の外管１１ａには洗掘セン
サ取付枠１１ｂが溶接固着されており、この洗掘センサ
取付枠１１ｂにボルト締めすることにより上位洗掘セン
サ２１を外管１１ａに固定している。つまり、感応部２
１ａ、感応部支持部材２１ｇ及び感応部２１ａと感応部
支持部材２１ｇとの間に介在する三個のＯリング２１
ｄ，２１ｅ，２１ｆによって、洗掘センサ取付枠１１ｂ
を完全に塞いでいる。尚、この洗掘センサ取付枠１１ｂ
は本発明の洗掘センサ取付穴に相当するものである。ま
た、上位洗掘センサ２１及び洗掘センサ取付枠１１ｂの
側面（河川水１８や河床１７にさらされる面）は、セン
サ本体１１の外管１１ａの側面形状とほぼ合致するよう
に形成されており、河川水１８の中の浮遊固形物がひっ
かかったり固着したりしてセンサの正常な動作を妨害す
るのを防いでいる。

【００３６】センサ本体１１内の上部には、変換増幅部
２７が設置されており、検出用ＡＥセンサ２１ｂ及び自
己診断用ＡＥセンサ２１ｃは、上位洗掘センサ用ケーブ
ル２４によってこの変換増幅部２７に接続されている。
変換増幅部２７では、例えば検出用ＡＥセンサ２１ｂか
らの検知信号を増幅したり、遠隔地に設置されている監
視センター１３の信号処理部１３ａから送信された励振
信号を、自己診断用ＡＥセンサ２１ｃを励振させるため
の適切な信号に変換したりするなどの機能を持つ。セン
サ本体１１の上部には防水コネクタ１４が設けられてお
り、変換増幅部２７からのセンサ本体内信号ケーブル２
８が防水コネクタ１４を介して信号ケーブル１２に接続
されている。この信号ケーブル１２は、監視センター１
３の信号処理部１３ａに接続されている。なお、上位洗
掘センサ用ケーブル２４は、一本の多芯ケーブルを用い
ており、検出用ＡＥセンサ２１ｂと変換増幅部２７、及
び自己診断用ＡＥセンサ２１ｃと変換増幅部２７とを、
それぞれ別経路で接続しているが、多芯ケーブルを二本
用いたり、単芯のより線を複数用いたりするなど、上位
洗掘センサ用ケーブル２４の形態は特に限定されない。

【００３７】中位洗掘センサ２２及び下位洗掘センサ２
３の詳細については、いずれも上位洗掘センサ２１と同
じものであるため、その説明を省略する。また、中位洗
掘センサ２２からの中位洗掘センサ用ケーブル２５及び
下位洗掘センサ２３からの下位洗掘センサ用ケーブル２
６はいずれも上位洗掘センサ２１と同様、それぞれ変換
増幅部２７に接続されている。

【００３８】信号ケーブル１２は、監視センター１３の
信号処理部１３ａと接続されており、各洗掘センサ２
１、２２、２３への電源供給及び信号伝送を行うもので
ある。信号処理部１３ａでは、主として各洗掘センサ２
１、２２、２３からの検知信号を処理（増幅、ノイズ除
去、波形整形、波形比較等）して各洗掘センサ２１、２
２、２３による検知信号の有無や、洗掘の進行状態の判
定結果を出力又は表示したり、それぞれの自己診断用Ａ
Ｅセンサ２１ｃ，２２ｃ，２３ｃへ励振信号を発信する
機能を持っており、例えば増幅器、バンドパスフィル
タ、波形整形器、比較器、表示モニタ、励振信号発生部
等で構成されている。従って、変換増幅部２７によって
増幅された各検出用ＡＥセンサ２１ｂ，２２ｂ，２３ｂ
からの検知信号は、信号処理部１３ａにおいて、洗掘状
態を判定するために適切に処理される。

【００３９】制御部１３ｂでは、例えば信号処理部１３
ａによって判定された洗掘状態の進行の程度に基づい
て、橋梁１６を通過する列車や一般車両等に警告を発す
るなどの機能を有する。次に、本洗掘監視システム１０
を用いて洗掘状態の判定を行う手順について、図３及び
図４に基づいて説明する。洗掘状態の判定処理は、信号
処理部１３ａにより行う。図３は洗掘状態の判定処理を
示すフローチャート、図４は洗掘の過程におけるセンサ
本体１１と河床１７表面との位置関係を示す説明図であ
る。

【００４０】例えば河川増水時等、洗掘の進行状態を監
視する必要が生じた場合、監視センター１３からセンサ
本体１１の変換増幅部２７に電源を供給し、洗掘監視シ
ステム１０を起動させて、洗掘判定処理を開始する。ま
ず、ステップ（以下「Ｓ」と略す）３１０で、下位洗掘
センサ２３の検出用ＡＥセンサ２３ｂからの検知信号が
あるかどうかを判断する。具体的には、信号処理部１３
ａ内の増幅器やフィルタ、波形整形器等を通過してきた
検知信号を、同じく信号処理部１３ａ内の比較器で所定
の電圧レベル（しきい値）と比較し、検知信号がしきい
値より大きい場合には検知されたものとし、しきい値よ
り小さい場合には未検知と判断する。

【００４１】河床１７の洗掘が進んで、例えば図４
（ｄ）の状態であれば、下位洗掘センサ２３の感応部２
３ａに河川水１８の中の固形物等の衝突や摩擦が生じ、
検出用ＡＥセンサ２３ｂで信号が検知される。従って、
Ｓ３７０に進み、危険度レベルＣであることを示す信号
を監視センター１３のモニタ等に表示する。危険度レベ
ルＣとは、少なくとも下位洗掘センサ２３の位置まで洗
掘が進行して橋梁１６上の車両等の走行に支障が生じる
おそれがあり、何らかの対処をする必要があることを示
すものである。

【００４２】一方、例えば図４（ａ）のように河床１７
が洗掘されていない場合又は河床１７の洗掘の進行が例
えば図４（ｂ）、（ｃ）のいずれかに示すように下位洗
掘センサ２３の位置まで進んでいない場合は、下位洗掘
センサ２３の検出用ＡＥセンサ２３ｂでは信号を検知し
ないため、Ｓ３２０に進む。

【００４３】Ｓ３２０では、下位洗掘センサ２３の場合
と同様、中位洗掘センサ２２の検出用ＡＥセンサ２２ｂ
における検知信号の有無を判断する。洗掘状態が図４
（ｃ）に示す状態であれば、中位洗掘センサ２２の検出
用ＡＥセンサ２２ｂで信号が検知されるため、Ｓ３６０
に進み、危険度レベルＢであることを監視センター１３
のモニタ等に表示する。危険度レベルＢとは、中位洗掘
センサ２２と下位洗掘センサ２３との間の位置まで洗掘
が進んでおり、橋梁１６上の車両等の走行には支障ない
ものの、今後の洗掘の進行状態に十分注意すべきレベル
であることを示すものである。一方、例えば図４（ａ）
のように河床１７が洗掘されていない場合又は洗掘の進
行が例えば図４（ｂ）に示すように中位洗掘センサ２２
の位置まで進んでいない場合は、中位洗掘センサ２２の
検出用ＡＥセンサ２２ｂでは信号が検知されないため、
Ｓ３３０に進む。

【００４４】Ｓ３３０でも、下位洗掘センサ２３の場合
と同様、上位洗掘センサ２１の検出用ＡＥセンサ２１ｂ
における検知信号の有無を判断する。洗掘状態が例えば
図４（ｂ）に示す状態であれば、上位洗掘センサ２１の
検出用ＡＥセンサ２１ｂで信号が検知されるため、Ｓ３
５０に進み、危険度レベルＡであることを監視センター
１３のモニタ等に表示する。危険度レベルＡとは、河床
１７がわずかに洗掘されている（上位洗掘センサ２１と
中位洗掘センサ２２との間の位置まで）ものの、まだ洗
掘進行の初期段階であって、橋梁１６上の車両等の走行
には全く支障ないレベルであることを示すものである。

【００４５】一方、河床１７が洗掘されずに、例えば図
４（ａ）に示す状態にある場合、上位洗掘センサ２１の
検出用ＡＥセンサ２１ｂで信号は検知されないため、Ｓ
３４０に進む。Ｓ３４０では、安全信号を出力し、河床
１７は洗掘されていない正常な状態にあることを監視セ
ンター１３のモニタ等に表示する。信号処理部１３ａで
は、各洗掘センサ２１、２２、２３からの検知信号波形
をモニタ等に表示することもでき、その波形を観察する
ことで、監視員等の目視による監視をすることもでき
る。

【００４６】上記のような洗掘判定処理を繰り返すこと
により、本洗掘監視システム１０では、洗掘の進行状況
を的確に検知することができ、監視センター１３ではリ
アルタイムにその状態を知ることができる。また、本洗
掘監視システム１０では、河川水１８の中の浮遊固形物
等が各洗掘センサ２１、２２、２３の感応部２１ａ，２
２ａ，２３ａに衝突や摩擦したりすることによって感応
部内に生じる超音波をを検出することで、洗掘発生の有
無を判断するため、河川水１８の濁度に関係なく常に正
確かつリアルタイムな洗掘監視が可能となる。また、上
位洗掘センサ２１の感応部２１ａは三個のＯリング２１
ｄ，２１ｅ，２１ｆによって感応部支持部材２１ｇと音
響的に絶縁されている（中位洗掘センサ２２及び下位洗
掘センサ２３も同様）ため、各感応部２１ａ，２２ａ，
２３ａへの直接の衝突や摩擦等以外の要因によって各感
応部２１ａ、２２ａ、２３ａの内部に超音波が発生して
洗掘状態を誤判断してしまうのを防止できると共に、外
管１１ａの内部への浸水も確実に防止できる。しかも、
各洗掘センサ２１、２２、２３は所定の距離を隔てて橋
脚１６ｂの高さ方向に沿って複数（三個）設けられてい
るため、洗掘の進行や変化の過程を段階的に知ることが
できる。本実施形態ではこの洗掘センサの設置数を三個
にしたが、これに限らず任意の数に設定でき、設置数が
多いほどより細かく正確に洗掘の進行状態を把握でき
る。

【００４７】また、信号処理部１３ａでは、検知信号が
所定のしきい値より大きい場合に洗掘であると判断する
ため、各感応部２１ａ，２２ａ，２３ａへの浮遊固形物
等の衝突や摩擦による振動以外の微弱振動によって、微
弱な検知信号が発生しても、誤って洗掘であると判断さ
れることはない。そして、各感応部２１ａ，２２ａ，２
３ａへの浮遊固形物等の衝突や摩擦を、各検出用ＡＥセ
ンサ２１ｂ，２２ｂ，２３ｂによって検出するため、感
応部への固形物等の衝突や摩擦によって生じる感応部内
の超音波を検出して、洗掘状態を確実に監視することが
できる。

【００４８】さらに、制御部１３ｂでは信号処理部１３
ａで判断された洗掘状態に応じて、橋梁１６を走行しな
いよう列車等に指示したり、一般車両に対して通行を禁
止する信号を出したりして、橋梁１６を走行する車両等
に対する対応を迅速にとることができる。

【００４９】次に、各洗掘センサ２１、２２、２３の自
己診断用ＡＥセンサを用いた自己診断機能について、図
５に基づいて説明する。自己診断処理は、洗掘状態の判
定処理と同様、信号処理部１３ａにより行う。図５は、
洗掘センサの自己診断処理を示すフローチャートであ
る。

【００５０】センサ本体１１に設けられた上位洗掘セン
サ２１、中位洗掘センサ２２、下位洗掘センサ２３が正
常に動作するかどうか診断する場合、まずＳ５００で、
監視センター１３の信号処理部１３ａから上位洗掘セン
サ２１の自己診断用ＡＥセンサ２１ｃに励振信号（電圧
パルス）を送信する。自己診断用ＡＥセンサ２１ｃは、
既述の通り励振信号によって振動し、その振動によって
感応部２１ａの内部に超音波が発生し、その超音波が検
出用ＡＥセンサ２１ｂに伝わる。従って、Ｓ５１０にお
いて、上位洗掘センサ２１が正常であれば、自己診断用
ＡＥセンサ２１ｃの振動を感応部２１ａを介して検出用
ＡＥセンサ２１ｂで検知でき、Ｓ５２０にて上位洗掘セ
ンサ２１が正常であることを監視センター１３のモニタ
等に表示する。検出用ＡＥセンサ２１ｂにて何ら信号が
検知されない場合は、Ｓ５３０に進んで上位洗掘センサ
２１が異常であることを監視センター１３のモニタ等に
表示する。中位洗掘センサ２２及び下位洗掘センサ２３
についても同様にして、正常に動作するかどうかを自己
診断し、その結果を監視センター１３に伝える。

【００５１】このように、各洗掘センサ２１、２２、２
３に自己診断機能を持たせることにより、必要に応じて
遠隔地等から動作の確認を行うことができる。そのた
め、洗掘センサの保守・点検のために直接現場に行って
河川又は河床中のセンサを確認する必要がなく、この自
己診断により異常が認められた場合にのみ、直接現場に
行ってセンサを取り替える等の作業を行えばよいため、
確実、安全かつ効率的にセンサの動作確認を行うことが
できる。また、自己診断用ＡＥセンサ２１ｃ，２２ｃ，
２３ｃを用いることにより、感応部の内部に強制的に超
音波を発生させることができるため、河川水中の浮遊固
形物等の感応部への衝突又は摩擦を擬似的に再現でき
る。従って、洗掘センサの自己診断をより正確に行うこ
とができる。

【００５２】なお、本発明の実施の形態は、上記実施形
態に何ら限定されるものではなく、本発明の技術的範囲
に属する限り種々の形態を採り得ることはいうまでもな
い。例えば、上記実施形態では一つのセンサ本体を橋脚
１６ｂの近傍の河床１７に埋設して使用する例を示した
が、センサ本体１１を複数設けて洗掘監視システム１０
を構成してもよい。例えば橋脚１６ｂの周囲に、橋脚１
６ｂを囲むように等間隔に複数のセンサ本体１１を埋設
すれば、河床１７の場所による洗掘状態の違いを把握で
き、より信頼性のあるシステムを構築することができ
る。

【００５３】また、各洗掘センサ２１、２２、２３は、
全て河床１７の中に位置するように埋設する必要はな
く、例えば上位洗掘センサ２１を常に河川水１８の中に
露出させ、中位洗掘センサ２２及び下位洗掘センサ２３
を河床１７の中に埋設するように設置してもよい。

【００５４】さらに、変換増幅部２７では、主として各
検出用ＡＥセンサからの検知信号を増幅するものとした
が、例えば検知信号（微弱な電圧信号）を電気−光変換
してもよい。その場合、信号ケーブル１２に光ファイバ
ーケーブル等を用いて光伝送すればよい。また、信号ケ
ーブル１２を用いずに、無線通信を利用してセンサ本体
１１と監視センター１３との信号の送受信を行うような
構成にすることもできる。

【００５５】洗掘判定処理についても、本実施形態で示
した手順（図３参照）に限定されず、例えば常に上位洗
掘センサ２１、中位洗掘センサ２２、下位洗掘センサ２
３の全ての洗掘センサの検知信号の有無をみてから最終
判定するようにしてもいいし、各洗掘センサ２１、２
２、２３の検知信号波形を監視センター１３内のモニタ
等に個々に表示させ、どの洗掘センサから検知信号が出
力されているか常にわかるようにし、それらを目視確認
することにより人為的に判定してもよい。

【００５６】また、図３に示した洗掘判定処理のＳ３１
０でＹＥＳと判断されたときに、すぐにＳ３７０に進ん
で危険度信号レベルＣを出力せず、例えば図６に示すよ
うに、下位洗掘センサ２３からの検知信号出力が所定時
間持続した場合にのみ危険度信号レベルＣを出力するよ
うにしてもよい。具体的には、Ｓ３１０にて下位洗掘セ
ンサ２３から検知信号が出力されていると判断された場
合、Ｓ６１０に進んで検知信号の持続時間ｔ１の計測を
開始する。次に、Ｓ６２０に進み、再び下位洗掘センサ
２３からの検知信号出力の有無を判断し、検知信号が出
力されていればＳ６３０に進む。Ｓ６３０では、検知信
号の持続時間ｔ１が予め設定された時間Ｔを超えたかど
うかを判断し、持続時間ｔ１が設定時間Ｔを超えた場合
はＳ３７０に進んで危険度信号レベルＣを出力する。持
続時間ｔ１が設定時間Ｔを超えていないときは再びＳ６
２０に戻り、持続時間ｔ１が設定時間Ｔを超えるまでＳ
６２０〜Ｓ６３０の処理を繰り返す。

【００５７】Ｓ６２０において、もし検知信号が出力さ
れていないと判断された場合、すなわち検知信号の持続
時間ｔ１がＴに満たなかった場合は、その検知信号は洗
掘以外の何らかの外因によって突発的に発生したものと
みて、下位洗掘センサ２３の位置までは洗掘は進んでい
ないものと判断し、Ｓ３２０に進む。Ｓ３２０でＹＥＳ
と判断された場合、及びＳ３３０でＹＥＳと判断された
場合も、上記のＳ３１０の場合と全く同様、それぞれＳ
６４０及びＳ６７０に進んで、各洗掘センサからの検知
信号の持続時間をみて判断すればよいため、ここではそ
の説明を省略する。設定時間Ｔは、例えば鉄道車両が橋
梁を通過するのに要する時間に若干の余裕を見込んで設
定するなど、橋梁上を走行する鉄道車両の速度や、その
他橋梁周辺の環境条件等を考慮して適宜決めればよい。
このような処理をすれば、鉄道車両などの通過等により
振動絶縁体の振動吸収性能を上回るほどの振動が感応部
に伝わって、万一検出部から検知信号が発生しても、そ
の持続時間に応じて洗掘による検知信号であるか否かを
判断するため、洗掘状態の誤判断を防止できる。

【００５８】さらに、洗掘判定処理のＳ３１０の前に、
例えば図７に示すように、Ｓ３０５にて列車が通過中で
あるかどうかを判断し、通過中でなければＳ３１０に進
み、通過中であればＳ３１０に進まずに再びＳ３０５に
戻って、列車が完全に通過するまでＳ３１０に進まない
ようにしてもよい。このような処理をすれば、列車通過
時の振動が万一各洗掘センサ２１、２２、２３の感応部
２１ａ，２２ａ，２３ａに伝わったとしても、それぞれ
の検出用ＡＥセンサ２１ｂ，２２ｂ，２３ｂでは検出さ
れず、洗掘の誤判断をするおそれはない。なお、列車が
通過中であるかどうかの判断は、橋梁近くにセンサ等を
設置して列車通過中にセンサから信号を送信して列車通
過を知らせるようにしてもよいし、信号処理部１３ａに
予め列車走行ダイヤのデータを入力しておき、列車が橋
梁を通過する時刻になったら自動的に洗掘判定処理を中
断するようにしてもよい。

【００５９】また、上記実施形態では、河川に架け渡さ
れた橋梁１６の橋脚１６ｂ等の洗掘状態を監視する場合
を示したが、河川に限らず、海上橋の橋脚の洗掘監視シ
ステムとして使用したり、その他堤防、護岸等のあらゆ
る水中建造物に利用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態の洗掘監視システムを示す説明図
である。

【図２】本実施形態のセンサ本体の内部構造を示す断
面図である。

【図３】洗掘状態の判定処理を示すフローチャートで
ある。

【図４】洗掘の過程におけるセンサ本体と河床表面と
の位置関係を示す説明図である。

【図５】洗掘センサの自己診断処理を示すフローチャ
ートである。

【図６】洗掘状態の判定処理の他の実施例を示すフロ
ーチャートである。

【図７】洗掘状態の判定処理の他の実施例を示すフロ
ーチャートである。

【図８】従来の洗掘監視方法を示す説明図である。

【符号の説明】

１０・・・洗掘監視システム１１・・・センサ本体、１１ａ・・・外管１１ｂ・・・洗掘センサ取付枠１２・・・信号ケーブル、１３・・・監視センター１３ａ・・・信号処理部、１３ｂ・・・制御部１４・・・防水コネクタ、１５ａ・・・取付部材１６・・・橋梁、１６ｂ・・・橋脚１６ｃ・・・橋桁、１７・・・河床１８・・・河川水２１・・・上位洗掘センサ２１ａ、２２ａ、２３ａ・・・感応部２１ｂ、２２ｂ，２３ｂ・・・検出用ＡＥセンサ２１ｃ、２２ｃ，２３ｃ・・・自己診断用ＡＥセンサ２１ｄ、２１ｅ、２１ｆ・・・Ｏリング２１ｇ・・・感応部支持部材２２・・・中位洗掘センサ２３・・・下位洗掘センサ、２７・・・変換増幅部２８・・・センサ本体内信号ケーブル

フロントページの続きＦターム(参考） 2D059 AA01 AA03 GG31 2F076 BA11 BB07 BB12 BD01 BD12 BE11 BE17 2G024 AD34 BA12 BA21 BA22 BA27 CA13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】橋梁の上部構造を支持する橋脚や橋台、
基礎等の橋梁支持体の洗掘状態を監視するための洗掘監
視システムであって、洗掘センサ取付穴を有する中空杭状の外管と、物体の衝突や摩擦に起因して振動が発生する感応部に、
前記振動に基づいた検知信号を発生する検出部が結合さ
れて構成される洗掘センサとを備え、前記洗掘センサは、前記洗掘センサ取付穴から前記外管
の内部に水が入ってこないように、前記洗掘センサ取付
穴を前記感応部で塞ぐように取り付けられ、しかも前記
感応部と前記外管とは振動絶縁体によって音響的に絶縁
されていることを特徴とする洗掘監視システム。
【請求項２】前記洗掘センサは、前記外管にて前記橋
梁支持体の高さ方向に少なくとも二個以上備えられてい
ることを特徴とする請求項１記載の洗掘監視システム。
【請求項３】前記検知信号に基づいて前記洗掘状態を
判断し、前記橋梁の健全性を判定する信号処理部を備え
ていることを特徴とする請求項１又は２に記載の洗掘監
視システム。
【請求項４】前記信号処理部は、前記検知信号に基づ
いて前記洗掘状態を判断する際に、前記検知信号の信号
レベルに基づいて判断することを特徴とする請求項３記
載の洗掘監視システム。
【請求項５】前記信号処理部は、前記検知信号に基づ
いて前記洗掘状態を判断する際に、前記検知信号の持続
時間が所定の時間を超えた場合にのみ洗掘状態であると
判断することを特徴とする請求項３又は４記載の洗掘監
視システム。
【請求項６】前記信号処理部は、前記検知信号に基づ
いて前記洗掘状態を判断する際に、車両通過時に信号処
理を中断することを特徴とする請求項３〜５いずれかに
記載の洗掘監視システム。
【請求項７】前記検出部はＡＥセンサであることを特
徴とする請求項１〜６いずれかに記載の洗掘監視システ
ム。
【請求項８】前記洗掘センサの自己診断のために、前記感応部と音響的に結合された励振部と、前記励振部を励振して前記感応部を振動させるための励
振信号発生部とを備えていることを特徴とする請求項１〜７いずれかに
記載の洗掘監視システム。
【請求項９】前記検出部及び前記励振部は共にＡＥセ
ンサであることを特徴とする請求項８記載の洗掘監視シ
ステム。