JP2001249117A - コンクリートの剥離診断装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル覆工コンクリートの剥離検査を正確
且つ迅速に行える剥離診断装置を提供する。 【解決手段】 昇降式高所作業車１に台車ガイドレール
１６と横行台車１３を搭載し、横行台車に打撃・集音装
置１２を搭載する。打撃・集音装置は、カムによって駆
動される複数のハンマーと、単一指向性マイクロフォン
とスプレーノズルを備えている。ハンマーによって覆工
コンクリートＣを打撃し、マイクロフォンを通じて打音
を音響解析装置に入力する。音響解析装置が打音の周波
数スペクトラムによって剥離を判断し、そのデータを表
示・保存するとともに、制御部がスプレーノズルを駆動
して剥離箇所にマーキングする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、コンクリートの
剥離診断装置に関するものであり、特に、トンネル覆工
コンクリートの剥離部分の検出を目的とした剥離診断装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】従来、
コンクリートトンネルの表層の剥離検査は、人間がハン
マーにて覆工コンクリートの表面を叩き、その打音を聞
いて剥離が生じているか否かを判断しているが、作業熟
練度の相違等により剥離判断精度に個人差があり、ま
た、人間の聴覚による判断は周囲の環境条件等の影響を
受け易く、剥離箇所の見落とし等の誤診が生じる場合が
あって正確性に欠けるという問題がある。

【０００３】また、検査に人手がかかるとともに、診断
データをリアルタイムに保存・蓄積することができない
ので、総合的な診断データを得ることに時間がかかると
いう問題もある。

【０００４】そこで、コンクリートの剥離検査を能率よ
く正確に行えるようにするために解決すべき技術的課題
が生じてくるのであり、本発明は上記課題を解決するこ
とを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために提案するものであり、フレームに複数の
ハンマーを回動自在且つ一列に枢着し、複数のハンマー
を往復駆動するカム軸及びカム軸駆動モータを設け、各
ハンマーの近傍にマイクロフォンを設けた打撃・集音装
置と、打撃・集音装置を搭載する横行台車と、コンクリ
ートトンネルの横断面曲率と近似の曲率の台車ガイドレ
ールとからなるコンクリートの剥離診断装置であって、
台車ガイドレールを昇降式高所作業車に搭載し、台車ガ
イドレール上の横行台車に打撃・集音装置を、打撃・集
音装置の複数のハンマーが台車走行方向と直交する配列
となる向きに搭載し、横行台車をトンネルの周方向へ走
行させつつ、打撃・集音装置の複数のハンマーにより覆
工コンクリートの表面を打撃し、その打音を打撃・集音
装置のマイクロフォンにて集音し、集音した打音を音響
解析装置により解析することにより打撃箇所の剥離を検
出できるように構成したコンクリートの剥離診断装置を
提供するものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
図に従って詳述する。図１において１は昇降式高所作業
車であり、昇降式高所作業車１上にコンクリートの剥離
診断装置１１が搭載されている。昇降式高所作業車１
は、種々の土木建築工事に供用されている公知のもので
あり、シャーシ２上のプラットフォーム３にパンタグラ
フ式の昇降装置４を搭載し、昇降装置４の上に取付けた
昇降テーブル５の高さを自在に調節できるように形成さ
れている。図示は省略するが、シャーシ２にエンジンと
油圧ポンプが搭載されていて、油圧により走行用油圧モ
ータと昇降装置４の油圧シリンダを駆動する構成となっ
ている。

【０００７】剥離診断装置１１は、打撃・集音装置１２
を搭載した横行台車１３と、横行台車１３を走行させる
ガイド装置１４とによって構成されている。

【０００８】ガイド装置１４のベースフレーム１５上に
は、前後に二本の円弧形台車ガイドレール１６が平行に
配置されていて、台車ガイドレール１６を補強する下弦
ビーム１７の下面に設けたブラケット軸受１８によって
ベースフレーム１５へヒンジ結合され、下弦ビーム１７
の他の一点とベースフレーム１５とが油圧シリンダ１９
を介して結合されており、油圧シリンダ１９を伸縮させ
て台車ガイドレール１６の左右方向の傾斜角度を調節す
ることができる。

【０００９】横行台車１３の下部フレーム２０と上部テ
ーブル２１はパンタグラフ式リンク２２によって連結さ
れていて、上部テーブル２１はリンク２２に介装したバ
ネ（図示せず）により浮上する方向に付勢されている。

【００１０】ガイド装置１４の台車駆動機構はチェーン
とスプロケットによって構成される公知の機構であり、
図示は省略するが、台車ガイドレール１６の左右両端の
下面に設けたスプロケットと、下弦ビーム１７に一列に
配置した複数のテンションスプロケットにチエーンを架
け回し、チエーンの両端を横行台車１３の下部フレーム
２０に固定している。台車ガイドレール１６の右端また
は左端のスプロケットが台車駆動モータによって回転駆
動され、台車駆動モータを正転または逆転させれば、横
行台車１３は台車駆動モータの回転方向に応じて台車ガ
イドレール１６上を右または左に走行する。

【００１１】台車ガイドレール１６の左右両端近傍には
リミットスイッチ（図示せず）が取付けられていて、横
行台車１３がリミットスイッチを押したときに台車駆動
モータの駆動電源が切れて横行台車は停止する。

【００１２】また、横行台車１３の位置を検出するセン
サとして、横行台車１３の車輪または台車駆動モータに
磁気式或いは光学式等のロータリーエンコーダ等を設け
るか、或いはガイドレール１６にリニア磁気センサを設
け、これらの台車位置センサによって横行台車１３の走
行位置を正確に検出できるようにしている。

【００１３】横行台車１３の上部テーブル２１の上面の
前後両端には従動車輪２３が上向きに取付けられてお
り、前後の従動車輪２３の中間に打撃・集音装置１２が
配置されている。

【００１４】図２及び図３は打撃・集音装置１２を示
し、上面が開放された箱型フレーム２４に複数のハンマ
ー２５が上下回動自在に枢着されている。複数のハンマ
ー２５は、横行台車１３の進行方向に対して直角、即
ち、トンネルの軸方向へ一定間隔で一列に配列されてい
て、箱型フレーム２４の左右の側板に架設したカム軸２
６がハンマー２５の列の上方に位置している。

【００１５】カム軸２６には、各ハンマー２５に個別に
対応する複数のカム２７が嵌着されており、各ハンマー
２５は引張りコイルバネ２８によって上方へ付勢されて
ハンマー軸がカム２７へ弾接している。したがって、カ
ム軸２６に連結したカム軸駆動モータ２９を回転駆動す
ることにより、ハンマー２５はカム２７に押されて上下
に回動する。

【００１６】図示例においては８本のハンマー２５と８
個のカム２７が設けられていて、８個のカム２７の位相
を４５度づつずらしてあり、カム軸２６が１回転する間
に８本のハンマー２５が順番に覆工コンクリートの表面
を打撃する。

【００１７】箱型フレーム２４の内底部には、各ハンマ
ー２５の頭のほぼ直下位置にそれぞれ単一指向性マイク
ロフォン３０が取り付けられていて、各ハンマー２５が
覆工コンクリートＣを打撃したときの打音を８本の単一
指向性マイクロフォン３０によって個別に検出する。

【００１８】各単一指向性マイクロフォン３０のそれぞ
れの後方（図４において右）には、スプレーノズル３１
が設けられており、図示しない噴射制御弁を制御するこ
とにより、覆工コンクリートＣの表面に塗料を噴射して
マーキングすることができるように構成されている。

【００１９】箱型フレーム２４の内面には、グラスウー
ルや粗毛フェルト等の吸音材（図示せず）を貼付して外
部の騒音の影響を受けないようにしている。尚、箱型フ
レーム３２の内部を隔壁にて８室に分割し、８組のハン
マーとマイクロフォンを隔壁で１組毎に仕切れば、隣接
するハンマーの打音の影響が軽減されて打音検出精度が
向上する。また、カム２７の配列順序により、８本のハ
ンマー２５の打撃ローテーションを、例えば１−５−２
−６−３−７−４−８の順番として隣接するハンマーの
打撃タイミングをずらせば、さらに他のハンマーの打音
の影響を軽減することができる。

【００２０】図４に示すように、単一指向性マイクロフ
ォン３０が拾った打音信号は、音響解析装置３２に入力
され、アンプ３３、バンドパスフィルタ３４を経て、Ａ
／Ｄコンバータ３５により基準クロックと同期してサン
プリングされ、ノイズ除去、２値化処理が行われて、２
値化された周波数スペクトラムパターンデータは周波数
スペクトラム解析装置３６のメモリに書込まれる。

【００２１】周波数スペクトラム解析装置３６は、画像
処理の分野において一般的なパターンマッチングによる
比較解析機能を有し、基準周波数のスペクトラムパター
ンデータと逐次入力される打音の周波数スペクトラムパ
ターンデータとを照合する。

【００２２】周波数スペクトラム解析装置３６による解
析データと、台車位置センサ３７の出力信号は、剥離診
断システム全体を統合制御する制御コンピュータ３８へ
入力される。

【００２３】制御コンピュータ３８は、台車駆動モータ
３９、カム軸駆動モータ２９、噴射制御弁４０を制御
し、打音の診断結果を記憶装置４１に格納して保存する
とともに、診断データをディスプレイ装置４２にリアル
タイム表示し、必要に応じてプリンタ装置４３によりハ
ードコピーをプリントアウトすることができる。音響解
析装置３２と制御コンピュータ３８は、昇降式高所作業
車１に積載するか、または、昇降式高所作業車１の後続
車両に載せてもよい。

【００２４】続いて、昇降式高所作業車１と剥離診断装
置１１による覆工コンクリートの剥離診断作業の手順を
説明する。

【００２５】 トンネルの内面に合わせて台車ガイド
レール１６の角度を調整し、昇降式高所作業車１の昇降
テーブル５の高さを調整して、剥離診断装置１１の従動
車輪２３を覆工コンクリートＣが剥離していない健全部
に接触させる。

【００２６】 制御コンピュータ３８を初期設定モー
ドとし、打撃・集音装置１２を駆動して健全部の打音を
集音し、その打音の周波数スペクトラムパターンを基準
データとして取込む。

【００２７】 昇降テーブル５を下降させた後に、昇
降式高所作業車１をトンネルの剥離診断開始位置へ移動
して、昇降テーブル５を上昇し、剥離診断装置１１の従
動車輪２３を覆工コンクリートＣへ接触させる。

【００２８】 キーボード４４によってトンネルの軸
方向の位置データを入力し、制御コンピュータ３８へ剥
離診断指令を入力する。

【００２９】 横行台車１３が初期位置（図１におい
て右端）から左へ走行を開始し、これと同時にカム軸駆
動モータ２９が駆動されて、８本のハンマー２５が連続
的に覆工コンクリートＣを打撃する。覆工コンクリート
Ｃの表面に凹凸やある程度の障害物があっても、バネに
て浮上している横行台車１３の上部テーブル２１が上下
動することによって覆工コンクリートＣへの接触が維持
される。

【００３０】 単一指向性マイクロフォン３０にて収
音されたハンマー２５の打音は、周波数スペクトラム解
析装置３６にて基準データである健全部の打音データと
比較される。図５に示すように、剥離が生じている場合
は、剥離の程度によりＢまたはＣのような周波数スペク
トラムパターンが得られる。これらの周波数スペクトラ
ムパターンＢ，Ｃは、健全部の周波数スペクトラムパタ
ーンＡよりも全体的に音圧レベルも高く、パターン形状
も異なる。８本のハンマー２５の中のどのハンマーの打
音であるかは、カム軸２６の回転角度と、既知であるハ
ンマー２５の打撃ローテーションから識別される。

【００３１】 周波数スペクトラムパターンの比較に
より剥離が生じていると判断された場合は、トンネルの
軸方向の位置データと、台車位置センサ３７による横断
方向の位置データとから求められる打撃点の位置データ
に剥離フラグを加えて記憶装置４１に書込む。これと同
時に、制御コンピュータ３８は、剥離点に位置するスプ
レーノズル３１の噴射制御弁４０を開いて剥離箇所に塗
料を噴射してマーキングする。

【００３２】このようにして、横行台車１３が左端位置
へ達するまで、覆工コンクリートを横断方向に走査して
剥離箇所にマーキングするとともに、トンネル軸方向へ
１スパン（打撃・集音装置１２の前後長）×トンネル周
方向へガイドレール長の二次元マップ形式の診断データ
が収集される。

【００３３】以後は、昇降式高所作業車１を１スパン前
進させて上記の横断方向の剥離検査を行い、これを反復
してトンネルの全長に亘る離診断操作を行い、トンネル
全体の診断データを取得する。

【００３４】以上はトンネルの覆工コンクリートの剥離
診断手順を述べたが、目的に応じてガイドレールなどを
部分的に変更すればコンクリート製の大型ボックスカル
バート等の表層の剥離検査にも用いることができること
は言うまでもない。また、この発明は上記の実施形態に
限定するものではなく、この発明の技術的範囲内におい
て種々の改変が可能であり、この発明がそれらの改変さ
れたものに及ぶことは当然である。

【００３５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の剥離診断
装置は、一列に横並び配置した複数のハンマーをモータ
にて駆動してトンネルの覆工コンクリートを打撃し、そ
の打音をマイクロフォンにて拾い、音響解析装置により
その打音を解析して剥離しているか否かを診断するの
で、人的労力が著しく軽減されるとともに正確なデータ
をリアルタイムに収集でき、コンクリートの剥離検査の
効率と正確度の向上に効果を奏する発明である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の剥離診断装置のシステム構成図。

【図２】打撃・集音装置の正面図。

【図３】図２のＡ−Ａ線矢視断面図。

【図４】剥離診断装置の回路ブロック図。

【図５】打撃・集音装置による覆工コンクリートの打音
の周波数スペクトラムパターンを示すグラフ。

【符号の説明】

１ 昇降式高所作業車 ５ 昇降テーブル １１ 剥離診断装置 １２ 打撃・集音装置 １３ 横行台車 １４ ガイド装置 １６ 台車ガイドレール ２３ 従動車輪 ２５ ハンマー ２６ カム軸 ２７ カム ２８ 引張りコイルバネ ２９ カム軸駆動モータ ３０ 単一指向性マイクロフォン ３１ スプレーノズル ３２ 音響解析装置

フロントページの続き (72)発明者 岩井 孝幸 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 (72)発明者 田中 浩和 東京都新宿区津久戸町２番１号 株式会社 熊谷組東京本社内 Ｆターム(参考） 2D055 LA12 LA13 LA16 2G047 AA10 AB07 AD11 BC00 BC04 CA03 CA07 EA10 GG19 GJ02

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フレームに複数のハンマーを回動自在且
   つ一列に枢着し、複数のハンマーを往復駆動するカム軸
   及びカム軸駆動モータを設け、各ハンマーの近傍にマイ
   クロフォンを設けた打撃・集音装置と、打撃・集音装置
   を搭載する横行台車と、コンクリートトンネルの横断面
   曲率と近似の曲率の台車ガイドレールとからなるコンク
   リートの剥離診断装置であって、台車ガイドレールを昇
   降式高所作業車に搭載し、台車ガイドレール上の横行台
   車に打撃・集音装置を、打撃・集音装置の複数のハンマ
   ーが台車走行方向と直交する配列となる向きに搭載し、
   横行台車をトンネルの周方向へ走行させつつ、打撃・集
   音装置の複数のハンマーにより覆工コンクリートの表面
   を打撃し、その打音を打撃・集音装置のマイクロフォン
   にて集音し、集音した打音を音響解析装置により解析す
   ることにより打撃箇所の剥離を検出できるように構成し
   たコンクリートの剥離診断装置。
2. 【請求項２】 位相差を設けた複数のカムを有するカム
   軸にて上記複数のハンマーを個別に駆動し、カム軸が一
   回転する際に複数のハンマーが時間差をもって覆工コン
   クリートを打撃するように形成した請求項１記載のコン
   クリートの剥離診断装置。
3. 【請求項３】 上記打撃・集音装置に塗料を噴射するス
   プレーノズルを設け、覆工コンクリートの剥離箇所に塗
   料によるマーキングを行えるように形成した請求項１記
   載のコンクリートの剥離診断装置。