JP2001194349A - Apparatus and method for inspecting back face of lining - Google Patents

Apparatus and method for inspecting back face of lining

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JP2001194349A
JP2001194349A JP32773299A JP32773299A JP2001194349A JP 2001194349 A JP2001194349 A JP 2001194349A JP 32773299 A JP32773299 A JP 32773299A JP 32773299 A JP32773299 A JP 32773299A JP 2001194349 A JP2001194349 A JP 2001194349A
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JP
Japan
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layer
lining
back surface
physical quantity
geophone
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JP32773299A
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Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Nagakura
博 長倉
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reliably and easily inspect the back face of a lining. SOLUTION: The value of the transfer function which is the ratio of the first physical quantity to the second physical quantity to be received by a first geophone 6 and a second geophone 7 is calculated by using the first geophone 6 to be joined with the surface side of a lining layer 2 which is a surface side layer of a laminar structure, the second geophone 7 joined with its surface side, and an exciter 5 to give the vibration of low frequency less easily influenced by the physical properties of the lining layer 2 to the lining layer 2. The first physical quantity and the second physical quantity are expressed in terms of the function of the low frequency ω, and in particular, the phase velocity CR is obtained, and a flaw in a back face layer can be clearly detected from the comparison with the reference value.

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】本発明は、覆工体の背面検査
装置及びその背面検査方法に関し、特に、トンネル、堤
防のようにコンクリートで覆工が施されている層状構造
物の覆工背面の状態を検査する覆工体の背面検査装置及
びその背面検査方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an apparatus for inspecting the back of a lining body and a method for inspecting the back of the lining. The present invention relates to a back surface inspection apparatus and a back surface inspection method for a lining body for inspecting a state.

【0002】[0002]

【従来の技術】堤防、トンネルは、比較的に柔らかく脆
い地盤が基層になっている構造体である。このような構
造体は、コンクリートのような強化材料で覆工処理が施
される。天井部で地盤層とコンクリート覆工体層との間
で接合不良が生じる恐れがある。このような接合不良、
更には、経年劣化により、背面欠陥が生じることがあ
る。背面欠陥が生じると、偏圧により構造体の一部が崩
壊する恐れがある。
2. Description of the Related Art Embankments and tunnels are structures having a relatively soft and brittle ground as a base layer. Such a structure is lining treated with a reinforcing material such as concrete. Poor joints may occur between the ground layer and the concrete lining layer at the ceiling. Such poor bonding,
Furthermore, back surface defects may occur due to aging. When a back surface defect occurs, there is a possibility that a part of the structure may collapse due to the bias.

【0003】一般に、ソリッドな構造物の内部の欠陥の
存在を知るための非破壊検査方法が多様に知られてい
る。そのような非破壊検査方法として、超音波、電磁波
が用いられる診断方法が知られている。トンネル等のコ
ンクリート覆工構造物の背面欠陥は、このような診断方
法では発見することが困難であり、結局、熟練者の打検
がもっとも適正であるといわれる。熟練者の信頼性を上
回って信頼度が高い検査方法は知られていない。
In general, various non-destructive inspection methods are known for detecting the presence of a defect inside a solid structure. As such a nondestructive inspection method, a diagnostic method using ultrasonic waves and electromagnetic waves is known. It is difficult to detect a back surface defect of a concrete lining structure such as a tunnel by such a diagnostic method, and after all, it is said that a percussion by an expert is most appropriate. There is no known inspection method that is more reliable than the expert.

【0004】層状構造物に関してより信頼性が高い検査
方法の確立が緊急に求められている。更に、その検査方
法は簡易であることが特に望まれる。
[0004] There is an urgent need to establish a more reliable inspection method for layered structures. Furthermore, it is particularly desirable that the inspection method be simple.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、より
信頼性が高い覆工体の背面検査装置及びその背面検査方
法を提供することにある。本発明の他の課題は、より信
頼性が高く、且つ、検査方法が簡易である覆工体の背面
検査装置及びその背面検査方法を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an apparatus and a method for inspecting a back surface of a lining body with higher reliability. Another object of the present invention is to provide a backside inspection apparatus and a backside inspection method for a lining body having higher reliability and a simpler inspection method.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】その課題を解決するため
の手段が、下記のように表現される。その表現中に現れ
る技術的事項には、括弧()つきで、番号、記号等が添
記されている。その番号、記号等は、本発明の実施の複
数・形態又は複数の実施例のうちの少なくとも1つの実
施の形態又は複数の実施例を構成する技術的事項、特
に、その実施の形態又は実施例に対応する図面に表現さ
れている技術的事項に付せられている参照番号、参照記
号等に一致している。このような参照番号、参照記号
は、請求項記載の技術的事項と実施の形態又は実施例の
技術的事項との対応・橋渡しを明確にしている。このよ
うな対応・橋渡しは、請求項記載の技術的事項が実施の
形態又は実施例の技術的事項に限定されて解釈されるこ
とを意味しない。
Means for solving the problem are described as follows. The technical items appearing in the expression are appended with numbers, symbols, and the like in parentheses (). The numbers, symbols, and the like are technical items that constitute at least one embodiment or a plurality of the embodiments of the present invention, in particular, the embodiments or the examples. Corresponds to the reference numerals, reference symbols, and the like assigned to the technical matters expressed in the drawings corresponding to the above. Such reference numbers and reference symbols clarify the correspondence and bridging between the technical matters described in the claims and the technical matters of the embodiments or examples. Such correspondence / bridge does not mean that the technical matters described in the claims are interpreted as being limited to the technical matters of the embodiments or the examples.

【0007】本発明による覆工体の背面検査装置は、層
構造体の表面側層である覆工層(2)の表面側に接合さ
れる第1受振器(6)と、前記表面側に接合される第2
受振器(7)と、前記覆工層(2)の物性により影響さ
れ難い低周波の振動を前記覆工層(2)に付与する加振
器(5)と、前記第1受振器(6)と前記第2受振器
(7)とが受振する受信信号に対応する第1物理量と第
2物理量の比である伝達関数を計算する計算機とを含
む。第1物理量と第2物理量は、その低周波の周波数ω
の関数で表され得る。受信器(6,7)の出力は時間t
の関数であり、計算機でフーリエ変換して角周波数ωの
関数に変換されることになる。
A back surface inspection apparatus for a lining body according to the present invention comprises: a first vibration receiver (6) joined to a surface side of a lining layer (2) which is a surface side layer of a layered structure; Second joined
A vibrator (7), a vibrator (5) for applying low-frequency vibration to the lining layer (2) that is hardly affected by physical properties of the lining layer (2), and the first vibration receiver (6) ) And a calculator for calculating a transfer function that is a ratio of a first physical quantity and a second physical quantity corresponding to a received signal received by the second geophone (7). The first physical quantity and the second physical quantity are the low frequency ω
The function of The output of the receiver (6, 7) is at time t
Which is converted by a computer into a function of the angular frequency ω by performing a Fourier transform.

【0008】第1受振器(6)と第2受振器(7)は、
加振器(5)から異なる2位置に、特に、一直線上に配
置され、第1物理量と第2物理量は、それぞれに速度に
対応する関数v(t)とv(t)である。又は、そ
れぞれに加速度に対応するa (t)とa(t)であ
る。伝達関数は、後述されるように定義される。更に、
Rayleigh波の位相速度Cが後述されるように
定義される。その位相速度の測定値と基準値との相違に
より覆工層(2:以下コンクリート層と称する)の背面
の状況の相違が判断される。
[0008] The first geophone (6) and the second geophone (7)
Two different positions from the shaker (5), especially in a straight line
The first physical quantity and the second physical quantity are
The corresponding function v1(T) and v2(T). Or
A corresponding to the acceleration 1(T) and a2(T)
You. The transfer function is defined as described below. Furthermore,
Phase velocity C of Rayleigh waveRAs described below
Defined. The difference between the measured value of the phase velocity and the reference value
The back side of the lining layer (2: hereinafter referred to as concrete layer)
Are determined.

【0009】この場合、加振器(5=11)と第1受振
器(6=12)は同じ位置に配置され、第2物理量は加
振力に対応する量f(t)であり、第1物理量は覆工層
(2)の表面側の加振位置における振動速度v(t)で
ある。この場合には、伝達関数とばね定数kが後述する
ように定義される。
In this case, the vibrator (5 = 11) and the first vibrator (6 = 12) are arranged at the same position, and the second physical quantity is a quantity f (t) corresponding to the vibrating force. One physical quantity is a vibration velocity v (t) at a vibration position on the surface side of the lining layer (2). In this case, the transfer function and the spring constant k are defined as described below.

【0010】覆工層は、トンネルの地盤を覆うコンクリ
ート層(2)として特に例示され得る。一般的にコンク
リート層の厚さは700mm以下であることから、加振
周波数は、数百Hz以下であることが好ましい。
[0010] The lining layer can be illustrated in particular as a concrete layer (2) covering the ground of the tunnel. Since the thickness of the concrete layer is generally 700 mm or less, the excitation frequency is preferably several hundred Hz or less.

【0011】本発明による覆工体の背面検査方法は、層
構造の表面側層である覆工層の表面側の点状領域を加振
すること、表面側の複数点で複数の物理量(速度又は加
速度)をそれぞれに測定すること、複数の物理量に基づ
いてRayleigh波の速度(位相速度)をそれぞれ
に計算すること、計算された位相速度と基準位相速度の
相違を判定することとを含み、Rayleigh波は、
覆工層の物性により影響され難い低周波であり、一般的
に覆工層の厚さは700mm以下であることから、低周
波の周波数は数百Hz以下であることが好ましい。
[0011] The method for inspecting the back surface of a lining body according to the present invention comprises: vibrating a point-like region on the surface side of a lining layer which is a surface side layer of a layer structure; Or acceleration), calculating each of the Rayleigh wave velocities (phase velocities) based on a plurality of physical quantities, determining a difference between the calculated phase velocities and the reference phase velocities, Rayleigh waves are
Since the low frequency is hardly affected by the physical properties of the lining layer and the thickness of the lining layer is generally 700 mm or less, the low frequency is preferably several hundred Hz or less.

【0012】本発明による覆工体の背面検査方法は、あ
るいは、層構造の表面側層である覆工層の表面側の点状
領域を加振すること、加振力と覆工層の裏側の振動速度
を測定すること、加振力と振動速度とから層構造のばね
定数を計算すること、測定されたばね定数と基準ばね定
数の相違を判定することとを含み、弾性波は覆工層の物
性により影響され難い低周波であり、一般的に覆工層の
厚さは700mm以下であることから、低周波の周波数
は数百Hz以下であることが好ましい。ばね定数は、既
述のように定義されている。
[0012] The method for inspecting the back surface of a lining body according to the present invention is a method of vibrating a point-like area on the surface side of a lining layer, which is a surface side layer of a layer structure; Measuring the vibration velocity of the layer structure, calculating the spring constant of the layer structure from the excitation force and the vibration velocity, and determining the difference between the measured spring constant and the reference spring constant. Since the low frequency is hardly affected by the physical properties of the material and the thickness of the lining layer is generally 700 mm or less, the low frequency is preferably several hundred Hz or less. The spring constant is defined as described above.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図に一致対応して、本発明による
覆工体の背面検査装置の実施の形態は、図1,2に示さ
れる物理的原理に基づいている。図1は、本原理が適用
される層状構造物のモデルを示す。このモデルとして
は、具体的にはトンネルの天井部が例示される。図1
は、水平方向に延びる中心線を含む鉛直面でトンネルを
切断した断面を示している。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Corresponding to the drawings, an embodiment of the backside inspection apparatus for a lining body according to the present invention is based on the physical principle shown in FIGS. FIG. 1 shows a model of a layered structure to which the present principle is applied. Specifically, this model is exemplified by the ceiling of a tunnel. FIG.
Shows a cross section of the tunnel cut along a vertical plane including a center line extending in the horizontal direction.

【0014】正常トンネルモデルは、図1に示されるよ
うに、地盤又は岩盤である背面層1と背面層1の表面側
を覆う覆工層であるコンクリート層2とから形成されて
いる。異常トンネルモデルでは、図2に示されるよう
に、背面層1とコンクリート層2との間に、泥水層3が
介在している。
As shown in FIG. 1, the normal tunnel model includes a back layer 1 that is ground or rock and a concrete layer 2 that is a lining layer that covers the surface side of the back layer 1. In the abnormal tunnel model, a muddy water layer 3 is interposed between the back layer 1 and the concrete layer 2 as shown in FIG.

【0015】コンクリート層2の表面側が加振されたと
き、低周波領域のRayleigh波の物理的性質は、
コンクリート層2の物性、厚さの影響を受けにくく背面
層の影響をより強く受ける。このことは、発明者の理論
的解析により明らかにされている。図3は、N(Nは自
然数)層構造体内に生起する波動を伝達マトリックス法
を用いて解析した伝播理論に基づいて層構造体表面加振
条件下で特別に数値計算した結果を示している。図3
で、横軸は、背面層1である岩盤のS波速度(m/s)
を示し、縦軸はコンクリート層2と背面層1からなる層
構造体を伝播するRayleigh波の位相速度(m/
s)を示している。Rayleigh波位相速度は、後
述される伝達関数から計算される物理量である。
When the surface side of the concrete layer 2 is vibrated, the physical properties of the Rayleigh wave in the low frequency region are as follows:
It is hardly affected by the physical properties and thickness of the concrete layer 2, and is more strongly affected by the back layer. This has been made clear by the inventors' theoretical analysis. FIG. 3 shows the results of a special numerical calculation under the conditions of the surface excitation of the layered structure based on the propagation theory in which the waves generated in the N (N is a natural number) layered structure are analyzed using the transfer matrix method. . FIG.
And the horizontal axis is the S-wave velocity (m / s) of the bedrock that is the back layer 1
And the vertical axis represents the phase velocity (m / m) of the Rayleigh wave propagating through the layer structure composed of the concrete layer 2 and the back layer 1.
s). The Rayleigh wave phase velocity is a physical quantity calculated from a transfer function described later.

【0016】図3の2つの曲線のうち値が大きい方の曲
線は、図1に示される正常な層構造体に対応する正常層
対応曲線Iである。その2つの曲線のうちの値が小さい
方の曲線は、図2に示される異常な層構造体に対応する
異常層対応曲線IIである。このように、低周波の伝達
関数により定義される物理量は、正常層構造体と異常層
構造体とで明白に区別される物理量であることが分か
る。本発明者は、2つの伝達関数を定義することによ
り、実際のパラメータを理論式に適用して現実の層構造
体の解析を行った。
The curve with the larger value of the two curves in FIG. 3 is the normal layer corresponding curve I corresponding to the normal layer structure shown in FIG. The curve with the smaller value of the two curves is the abnormal layer corresponding curve II corresponding to the abnormal layer structure shown in FIG. Thus, it can be seen that the physical quantity defined by the low-frequency transfer function is a physical quantity that is clearly distinguished between the normal layer structure and the abnormal layer structure. By defining two transfer functions, the present inventor analyzed an actual layer structure by applying actual parameters to theoretical equations.

【0017】Rayleigh波速度法:本発明者によ
り名付けられるRayleigh波速度法には、下記伝
達関数1が用いられる。 伝達関数1:伝達関数からRayleigh波位相速度
が計算される。図4は、その伝達関数を定義する物理量
を測定する測定装置を示している。水溜まりや空洞など
の欠陥4が、背面層1とコンクリート層2の間に存在す
る恐れがある。その測定装置は、加振器5と、第1受振
器6と、第2受振器7とから構成されている。加振器5
は、正弦状の加振力をコンクリート層2に与える慣用手
段である。加振器5は、数百Hz以下の低周波を発生す
る。コンクリート層2の厚さが500mm程度の厚さで
あれば、加振器5と第1受振器6との間の離隔距離は1
0m程度であることが適正である。この場合、第1受振
器6と第2受振器7との間の離隔距離は1m程度である
ことが適正である。
Rayleigh wave velocity method: The Rayleigh wave velocity method named by the present inventors uses the following transfer function 1. Transfer function 1: Rayleigh wave phase velocity is calculated from the transfer function. FIG. 4 shows a measuring device for measuring a physical quantity defining the transfer function. Defects 4 such as puddles and cavities may exist between the back layer 1 and the concrete layer 2. The measuring device includes a vibrator 5, a first vibrator 6, and a second vibrator 7. Exciter 5
Is a conventional means for applying a sinusoidal excitation force to the concrete layer 2. The vibrator 5 generates a low frequency of several hundred Hz or less. If the thickness of the concrete layer 2 is about 500 mm, the separation distance between the exciter 5 and the first receiver 6 is 1
It is appropriate that the distance is about 0 m. In this case, it is appropriate that the separation distance between the first geophone 6 and the second geophone 7 is about 1 m.

【0018】図5は、測定系の回路ブロックを示してい
る。一種の加速度計である第1受振器6は、それが配置
されているコンクリート層2の部位の振動を検出して第
1受振波形信号v(t)を出力する。時系列電圧信号
として取り出され得る第1受振波形信号v(t)は、
速度に対応する(Rayleigh波の速度データを含
む)電気信号である。一種の加速度計である第2受振器
7は、それが配置されているコンクリート層2の部位の
振動を検出して第2受振波形信号vを出力する。時系
列電圧信号として取り出され得る第2受振波形信号v
(t)は、速度に対応する(Rayleigh波の速度
データを含む)電気信号である。
FIG. 5 shows a circuit block of the measuring system. The first geophone 6, which is a kind of accelerometer, detects the vibration of the portion of the concrete layer 2 where the first geophone is placed and outputs a first vibration waveform signal v 1 (t). The first received waveform signal v 1 (t) that can be extracted as a time-series voltage signal is
It is an electric signal corresponding to the speed (including speed data of Rayleigh wave). The second geophone 7, which is a kind of accelerometer, detects the vibration of the portion of the concrete layer 2 on which it is arranged and outputs a second vibration waveform signal v 2 . Second received waveform signal v 2 that can be extracted as a time-series voltage signal
(T) is an electric signal corresponding to speed (including speed data of Rayleigh wave).

【0019】第1受振波形信号v(t)と第2受振波
形信号v(t)は、FFTアナライザ8に入力され
る。FFTアナライザ8は、信号波形を角周波数ωを変
数とするデータ信号に変換する慣用手段である。第1受
振波形信号v(t)と第2受振波形信号v(t)
は、FFTアナライザ8により、フーリエ変換され、V
(ω)とV(ω)に変換される。伝達関数H(ω)
は、次式で定義される。 H(ω)=V(ω)/V(ω) この伝達関数が用いられて、下記物理量Cが定義され
る。Cは、Rayleigh波の位相速度と呼ばれ
る。 C=ωL/Arg[H(ω)] ここで、ωは用いられる周波数である。Lは、第1受
振器6と第2受振器7の間の離隔距離であり、そのLは
受振器にレーザ測長器等を付設させて、高い精度で測定
することもできる。
The first received waveform signal v 1 (t) and the second received waveform signal v 2 (t) are input to the FFT analyzer 8. The FFT analyzer 8 is a conventional means for converting a signal waveform into a data signal having the angular frequency ω as a variable. First received waveform signal v 1 (t) and second received waveform signal v 2 (t)
Is Fourier transformed by the FFT analyzer 8, and V
1 (ω) and V 2 (ω). Transfer function H (ω)
Is defined by the following equation: H (ω) = V 2 (ω) / V 1 (ω) Using this transfer function, the following physical quantity CR is defined. C R is called a phase velocity of the Rayleigh wave. C R = ω 0 L / Arg [H (ω 0 )] Here, ω 0 is a frequency used. L is the separation distance between the first geophone 6 and the second geophone 7, and L can be measured with high accuracy by attaching a laser length measuring device or the like to the geophone.

【0020】加振器5により与えられる加振力は、背面
層1とコンクリート層2からなる媒質中を伝播する。加
振周波数が低周波である場合、表層領域を伝播するRa
yleigh波は、コンクリート層2の物性にほとんど
影響されず、背面層1である背面岩盤の地質に大きく依
存する。図3に示されるように、岩盤S波速度とRay
leigh波のS波位相速度の関係は、コンクリート層
2の物性に余り影響されず背面層1の物性に大きく依存
している。背面層1の側に図4に示される欠陥4が存在
すると、Rayleigh波のS波は、背面層である欠
陥4から大きく影響される。その影響は、伝達関数H
(ω)に現れる。ωとLは、欠陥4の存否に係わらず
一定であるから、欠陥4の存否に対応して、両伝達関数
H(ω)により記述される両位相速度Cに明瞭な差異
が現れる。コンクリート層2の物性値に正負10%の変
動があった時のRayleigh波の変動の範囲が図3
にエラーバーで示されるように、その差異は確実に明白
に現れる。欠陥4が存在しない領域は、欠陥4が存在す
る領域に対して圧倒的に広いので、複数場所で測定を行
うことにより、欠陥4が存在しない領域のCは容易に
高信頼度で推定され得る。そのように推定されるC
が、欠陥4が存在するかどうかを判定するための基準
値として設定される。
The vibrating force given by the vibrator 5 propagates in the medium consisting of the back layer 1 and the concrete layer 2. When the excitation frequency is low, Ra propagating in the surface region
Yleigh waves are hardly affected by the physical properties of the concrete layer 2 and largely depend on the geology of the back rock as the back layer 1. As shown in FIG. 3, rock S-wave velocity and Ray
The relationship between the phase velocities of the S-wave of the light wave is largely unaffected by the physical properties of the concrete layer 2 and largely depends on the physical properties of the back layer 1. If the defect 4 shown in FIG. 4 exists on the side of the back layer 1, the S ray of the Rayleigh wave is greatly affected by the defect 4 which is the back layer. The effect is due to the transfer function H
Appears at (ω). omega 0 and L is is constant regardless of the presence or absence of defects 4, in response to the presence or absence of defects 4, appears clear difference in phase velocities C R described by both the transfer function H (ω). FIG. 3 shows the range of the Rayleigh wave fluctuation when the physical property value of the concrete layer 2 fluctuates by 10% in the positive and negative directions.
The differences are clearly evident, as indicated by the error bars in FIG. Area defect 4 is not present, so overwhelmingly large relative area existing defect 4, by performing measurements at multiple locations, C R region having no defect 4 is estimated with ease reliably obtain. C estimated so
R is set as a reference value for determining whether or not the defect 4 exists.

【0021】ばね定数法:本発明者により名付けられる
ばね定数法には、下記伝達関数2が用いられる。 伝達関数2:図6は、伝達関数を測定する測定装置を示
している。欠陥4が、背面層1とコンクリート層2の間
に存在する恐れがある。その測定装置は、加振器11
と、受振器12とから構成されている。加振器11は、
正弦状の加振力をコンクリート層2に与える慣用手段で
ある。加振器11は、数百Hz以下の低周波を発生す
る。加振器11と受振器12との間の離隔距離は、実質
的に零であることが適正である。
Spring constant method: The following transfer function 2 is used in the spring constant method named by the present inventors. Transfer Function 2: FIG. 6 shows a measuring device for measuring the transfer function. Defect 4 may be present between back layer 1 and concrete layer 2. The measuring device is a shaker 11
And a geophone 12. The shaker 11 is
This is a conventional means for applying a sinusoidal excitation force to the concrete layer 2. The vibrator 11 generates a low frequency of several hundred Hz or less. Suitably, the separation distance between the exciter 11 and the receiver 12 is substantially zero.

【0022】図7は、その測定系の回路ブロックを示し
ている。加振器11は、加振力をコンクリート層2に与
える。加振器11は、その加振力に対応する電圧信号f
(t)を出力する。一種の加速度計である受振器12
は、それが配置されているコンクリート層2の部位の振
動速度を検出して受振波形信号v(t)を出力する。
FIG. 7 shows a circuit block of the measurement system. The vibrator 11 applies a vibrating force to the concrete layer 2. The vibrator 11 generates a voltage signal f corresponding to the vibrating force.
(T) is output. Geophone 12 which is a kind of accelerometer
Detects the vibration speed of the portion of the concrete layer 2 where it is disposed and outputs a received waveform signal v (t).

【0023】加振力信号f(t)と受振波形信号v
(t)は、FFTアナライザ13に入力される。FFT
アナライザ13は、既述のアナライザと同じであり、角
周波数ωを変数とするデータ信号にフーリエ変換する慣
用手段である。加振力信号f(t)と受振波形信号v
(t)は、FFTアナライザ13により、F(ω)とV
(ω)に変換される。機械インピーダンスと呼ばれる伝
達関数H(ω)は、次式で定義される。 H(ω)=F(ω)/V(ω) この伝達関数が用いられて、下記物理量kが定義され
る。kは、本発明者によりばね定数と呼ばれる。 k=−Im[H(ω)]×ω ここで、ωは用いられる角周波数である。Imは、機
械インピーダンスである伝達関数の虚数部を示す。図8
の曲線I,IIは、この定義による値が用いられてい
る。図8の横軸は図3の横軸に同じであり、その縦軸は
ばね定数k(N/m)を示している。
Exciting force signal f (t) and received waveform signal v
(T) is input to the FFT analyzer 13. FFT
The analyzer 13 is the same as the analyzer described above.
Fourier transform into a data signal with frequency ω as a variable
Means. Exciting force signal f (t) and received waveform signal v
(T) is F (ω) and V
(Ω). A transmission called mechanical impedance
The arrival function H (ω) is defined by the following equation. H (ω) = F (ω) / V (ω) Using this transfer function, the following physical quantity k is defined.
You. k is called the spring constant by the present inventors. k = −Im [H (ω0)] × ω0  Where ω0Is the angular frequency used. Im the machine
2 shows an imaginary part of a transfer function which is a mechanical impedance. FIG.
In curves I and II, the values according to this definition are used.
You. The horizontal axis in FIG. 8 is the same as the horizontal axis in FIG. 3, and the vertical axis is
The spring constant k (N / m) is shown.

【0024】加振器11により与えられる加振力は、背
面層1とコンクリート層2からなる媒質中を伝播する。
低周波では、ばね定数kは、コンクリート層2の物性に
余り影響されず背面層1の物性(S波速度)に大きく依
存する。背面層1の側に図6に示される欠陥4が存在す
ると、その影響は、図8に示されるように、伝達関数H
(ω)に現れる。ωは、欠陥4の存否に係わらず一定
であるから、欠陥4の存否に対応して、両伝達関数H
(ω)により記述される両ばね定数kに明瞭な差異が現
れる。背面欠陥があれば、ばね定数は著しく低下する。
The vibrating force applied by the vibrator 11 propagates through the medium consisting of the back layer 1 and the concrete layer 2.
At low frequencies, the spring constant k is largely unaffected by the physical properties of the concrete layer 2 and largely depends on the physical properties (S-wave velocity) of the back layer 1. When the defect 4 shown in FIG. 6 is present on the side of the back layer 1, the effect thereof is as shown in FIG.
Appears at (ω). Since ω 0 is constant regardless of the presence or absence of the defect 4, both transfer functions H
A clear difference appears in the two spring constants k described by (ω). If there is a back defect, the spring constant is significantly reduced.

【0025】[0025]

【実施例】図9は、図3と図8に示される理論解析に用
いられた複数のパラメータの値を示している。両方法に
関して正弦状の加振力を付与する場合について記述され
ているが、インパクト加振による検査を行うことができ
る。Rayleigh波速度法では、受振器6と受振器
7の振動速度波形v(t)、v(t)又は振動加速
度波形a(t),a(t)における初動時刻の差Δ
tを距離Lで割ることによって、Rayleigh波速
度Cを算出する(C=Δt/L)。ばね定数法で
は、ωを零に近づける極限で、
FIG. 9 shows the values of a plurality of parameters used in the theoretical analysis shown in FIGS. Although the case of applying a sinusoidal excitation force is described in both methods, an inspection by impact excitation can be performed. In the Rayleigh wave velocity method, the difference Δ between the initial movement times in the vibration velocity waveforms v 1 (t) and v 2 (t) or the vibration acceleration waveforms a 1 (t) and a 2 (t) between the geophone 6 and the geophone 7.
By dividing the t at distance L, to calculate the Rayleigh wave velocity C R (C R = Δt / L). In the spring constant method, in the limit that brings ω 0 close to zero,

【数1】 としてkを算出する。本発明は、トンネル天頂部に限ら
れずその側部の検査にも有効に適用され得る。トンネル
の湾曲面に沿う検査も既述の実施の形態がほとんどその
まま適用され、堤防、岸壁、盛り土の土手、崖にもその
まま適用され得る。
(Equation 1) And calculate k. The present invention can be effectively applied not only to the top of the tunnel but also to the inspection of its side. Inspection along the curved surface of the tunnel can be applied to the above-described embodiment almost as it is, and can also be applied to the embankment, the quay, the embankment, and the cliff.

【0026】[0026]

【発明の効果】本発明による覆工体の背面検査装置及び
その背面検査方法は、高信頼度の検査方法を確立するこ
とができる。具体的には、低周波弾性波を利用すること
により、コンクリートの物性、層厚にほとんど影響され
ず、覆面背面の媒質のS波速度を同定することが可能で
あることが理論的に明らかにされた。背面の欠陥の有無
により、Rayleigh波(位相)速度及び地盤のば
ね定数に有意な差が生じ、異常検知が可能であることが
理論的に明らかにされた。このような理論的に高信頼度
が明白である両方法は、広範囲のスクリーニング検査
と、1点スポット的検査にそれぞれに適正に対処するこ
とができる。
According to the back surface inspection apparatus and the back surface inspection method for a lining body according to the present invention, a highly reliable inspection method can be established. Specifically, it is theoretically clear that the use of low-frequency elastic waves makes it possible to identify the S-wave velocity of the medium on the backside of the uncovered surface without being affected by the physical properties and layer thickness of concrete. Was done. The presence or absence of a defect on the back surface caused a significant difference in the Rayleigh wave (phase) velocity and the ground spring constant, and it was theoretically clarified that abnormality detection was possible. Both of these methods, whose theoretically high reliability is evident, can appropriately deal with a wide range of screening tests and one-point spot tests, respectively.

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

【図1】図1は、本発明による覆工体の背面検査装置及
びその背面検査方法の検査対象モデルを示す断面図であ
る。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an apparatus for inspecting a back surface of a lining body according to the present invention and a model to be inspected by a method of inspecting the back surface thereof.

【図2】図2は、本発明による覆工体の背面検査装置及
びその背面検査方法の他の検査対象モデルを示す断面図
である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing another inspection object model of the back surface inspection apparatus and the back surface inspection method of the lining body according to the present invention.

【図3】図3は、理論解析結果を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the results of a theoretical analysis.

【図4】図4は、本発明による覆工体の背面検査方法の
検査対象モデルと測定装置を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a model to be inspected and a measuring apparatus in the method for inspecting the back of a lining body according to the present invention.

【図5】図5は、測定装置の回路を示す回路ブロック図
である。
FIG. 5 is a circuit block diagram showing a circuit of the measuring device.

【図6】図6は、本発明による覆工体の背面検査方法の
検査対象モデルと他の測定装置を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a model to be inspected and another measuring device in the method for inspecting the back of a lining body according to the present invention.

【図7】図7は、他の測定装置の回路を示す回路ブロッ
ク図である。
FIG. 7 is a circuit block diagram showing a circuit of another measuring device.

【図8】図8は、理論解析結果を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the results of a theoretical analysis.

【図9】図9は、理論解析に用いられるパラメータを示
す表である。
FIG. 9 is a table showing parameters used for theoretical analysis.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…背面層 2…覆工層(コンクリート層) 5…加振器 6…第1受振器 7…第2受振器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Back layer 2 ... Lining layer (concrete layer) 5 ... Exciter 6 ... 1st geophone 7 ... 2nd geophone

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】層構造体の表面側層である覆工層の表面側
に接合される第1受振器と、 前記表面側に接合される第2受振器と、 低周波の振動を前記覆工層の表面側から前記層構造体に
付与する加振器と、 前記第1受振器と前記第2受振器とが受振する第1物理
量と第2物理量の比である伝達関数を計算する計算機と
を含む覆工体の背面検査装置。
A first vibration receiver joined to a surface side of a lining layer which is a surface side layer of the layer structure; a second vibration receiver joined to the surface side; A vibrator applied to the layered structure from the surface side of the working layer, and a computer for calculating a transfer function that is a ratio of a first physical quantity and a second physical quantity received by the first and second geophones. And a back surface inspection device for a lining body.
【請求項2】請求項1において、 前記第1受振器と前記第2受振器は、前記加振器から異
なる2位置に一直線上に配置され、 前記第1物理量と前記第2物理量は、それぞれに速度に
対応する関数v(t)とv(t)である覆工体の背
面検査装置。
2. The device according to claim 1, wherein the first geophone and the second geophone are linearly arranged at two different positions from the exciter, and the first physical quantity and the second physical quantity are respectively The back surface inspection device for the lining body, which has functions v 1 (t) and v 2 (t) corresponding to the speed.
【請求項3】請求項1において、 前記第1受振器と前記第2受振器は、前記加振器から異
なる2位置に一直線上に配置され、 前記第1物理量と前記第2物理量は、それぞれに加速度
に対応する関数a(t)とa(t)である覆工体の
背面検査装置。
3. The device according to claim 1, wherein the first geophone and the second geophone are linearly arranged at two different positions from the exciter, and the first physical quantity and the second physical quantity are respectively A back surface inspection apparatus for a lining body, which includes functions a 1 (t) and a 2 (t) corresponding to acceleration.
【請求項4】請求項2において、 前記伝達関数がV(ω)/V(ω)で定義され、 Rayleigh波の位相速度Cが次式: C=ωL/Arg[H(ω)] で定義され、前記Lは前記第1受振器と前記第2受振器
の間の距離であり、 前記位相速度の測定値と基準値との相違により前記覆工
層の背面の状況の相違が判断される覆工体の背面検査装
置。
4. The method of claim 2, wherein the transfer function is defined by V 2 (ω) / V 1 (ω), the phase velocity C R of Rayleigh wave equation: C R = ω 0 L / Arg [H (Ω 0 )], wherein L is a distance between the first geophone and the second geophone, and a difference between a measured value of the phase velocity and a reference value indicates a distance between the back surface of the lining layer and the reference value. A back surface inspection device for linings that determines the difference in circumstances.
【請求項5】請求項3において、 前記伝達関数がA(ω)/A(ω)で定義され、 Rayleigh波の位相速度Cが次式: C=ωL/Arg[H(ω)] で定義され、前記Lは前記第1受振器と前記第2受振器
の間の距離であり、 前記位相速度の測定値と基準値との相違により前記覆工
層の背面の状況の相違が判断される覆工体の背面検査装
置。
5. The method of claim 3, wherein the transfer function is defined by A 2 (ω) / A 1 (ω), the phase velocity C R of Rayleigh wave equation: C R = ω 0 L / Arg [H (Ω 0 )], wherein L is a distance between the first geophone and the second geophone, and a difference between a measured value of the phase velocity and a reference value indicates a distance between the back surface of the lining layer and the reference value. A back surface inspection device for linings that determines the difference in circumstances.
【請求項6】層構造体の表面側層である覆工層の表面側
に接合される第1受振器と、 低周波の振動を前記覆工層の表面側から前記層構造体に
付与する加振器と、 前記加振器の加振力に対応する第1物理量f(t)と前
記第1受振器が受振する第2物理量v(t)とを計算す
る計算機とを含み、 前記第1物理量f(t)と前記第2物理量v(t)とに
基づいて前記覆工層の背面の状況の相違が判断される覆
工体の背面検査装置。
6. A first vibration receiver joined to a surface side of a lining layer, which is a surface side layer of the layer structure, and applying low frequency vibration to the layer structure from the surface side of the lining layer. A vibrator; and a calculator for calculating a first physical quantity f (t) corresponding to a vibrating force of the vibrator and a second physical quantity v (t) received by the first vibrator. A back surface inspection apparatus for a lining body in which a difference in a state of a back surface of the lining layer is determined based on one physical quantity f (t) and the second physical quantity v (t).
【請求項7】請求項6において、 伝達関数がH(ω)=V(ω)/F(ω)で定義され、 ここで、F(ω)=F[f(t)],V(ω)=F[v
(t)]であり、F[]はフーリエ変換を示し、 ばね定数kが次式: k=−Im[H(ω)]×ωで定義され、 前記ばね定数kの測定値と基準値との相違により前記覆
工層の背面の状況の相違が判断される覆工体の背面検査
装置。
7. The method according to claim 6, wherein the transfer function is defined as H (ω) = V (ω) / F (ω), where F (ω) = F [f (t)], V (ω ) = F [v
(T)], and F [] denotes a Fourier transform, and a spring constant k is defined by the following equation: k = −Im [H (ω 0 )] × ω 0 , and a measured value of the spring constant k and a reference A back surface inspection apparatus for a lining body in which a difference in a state of a back surface of the lining layer is determined based on a difference between the value and the value.
【請求項8】請求項1〜7から選択される1請求項にお
いて、 前記覆工層はトンネルの地盤を覆うコンクリート層であ
る覆工体の背面検査装置。
8. The back surface inspection apparatus for a lining body according to claim 1, wherein the lining layer is a concrete layer covering the ground of a tunnel.
【請求項9】請求項8において、 前記低周波は、数百Hz以下である覆工体の背面検査装
置。
9. The back surface inspection apparatus according to claim 8, wherein the low frequency is several hundred Hz or less.
【請求項10】層構造の表面側層である覆工層の表面側
の点状領域を加振すること、 前記表面側の複数点で測定した複数のRayleigh
波の位相速度をそれぞれに計算すること、 前記計算された位相速度と基準位相速度の相違を判定す
ることとを含み、 Rayleigh波は、前記覆工層の物性により影響さ
れ難い低周波であり、 前記低周波の周波数は数百Hz以下である覆工体の背面
検査方法。
10. Exciting a point-like area on the surface side of a lining layer, which is a surface-side layer of a layer structure, a plurality of Rayleighs measured at a plurality of points on the surface side.
Calculating the phase velocities of the waves respectively, including determining the difference between the calculated phase velocities and the reference phase velocities, the Rayleigh waves are low frequencies that are hardly affected by the physical properties of the lining layer, A method for inspecting a back surface of a lining body, wherein the low frequency is several hundred Hz or less.
【請求項11】層構造の表面側層である覆工層の表面側
の点状領域を加振すること、 前記物理量と前記加振による加振力とから前記層構造の
ばね定数を測定すること、 前記測定されたばね定数と基準ばね定数の相違を判定す
ることとを含み、 前記弾性波は、前記覆工層の物性により影響され難い低
周波であり、 前記低周波の周波数は数百Hz以下である覆工体の背面
検査方法。
11. Exciting a point-like region on the surface side of a lining layer which is a surface side layer of a layer structure, and measuring a spring constant of the layer structure from the physical quantity and an exciting force by the excitation. Determining the difference between the measured spring constant and the reference spring constant, wherein the elastic wave is a low frequency that is hardly affected by the physical properties of the lining layer, and the frequency of the low frequency is several hundred Hz. The following is the method of inspecting the back of a lining body.
【請求項12】請求項10又は11において、 前記覆工層は、コンクリート層である覆工体の背面検査
方法。
12. The method according to claim 10, wherein the lining layer is a concrete layer.
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