JP2005181176A

JP2005181176A - 傾斜測定装置および地盤変位モニタリング装置

Info

Publication number: JP2005181176A
Application number: JP2003424399A
Authority: JP
Inventors: Toyoji Ikeda; 豊治池田; N Doaamu Gary; エヌ．ドァームゲェーリー
Original assignee: CHISHITSU GIJUTSU JIMUSHO KK
Current assignee: CHISHITSU GIJUTSU JIMUSHO KK
Priority date: 2003-12-22
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2005-07-07

Abstract

【課題】線形をなして測点間での傾斜角を容易に測定し、各測点からの測定結果をもとに一定区間での傾斜の変化等を連続的かつ継続的に監視できる装置を実現する。
【解決手段】
測点としての地表面等に設置された固定ベース間に架設支持された検知ロッドの傾きを検知する傾斜センサ２０によって、連続した測点における傾斜角を検知する傾斜測定装置１０と、傾斜測定装置１０からの傾斜角を検出した信号を収集するデータ収集部４２と、データ収集部４２の通信手段を経て得られた信号をデータ解析して所定出力形式に変換可能なデータ解析部４４とを備えた。
【選択図】図５

Description

本発明は傾斜測定装置および同装置を用いた地盤変位モニタリング装置に係り、特に計測対象地盤や構造物に設置された測点間に設置され、各測点での傾斜角を連続して計測できる傾斜測定装置および同装置を用いることにより計測対象地盤等の沈下、傾斜、変位等の変状を連続して監視することができる地盤変位モニタリング装置に関する。

従来、地盤調査分野において、計測対象地盤に設置された測点の地盤沈下や地表面の傾斜変動の経時的変化を測定するために、気泡管を用いた水準器を備えた地盤傾斜計が用いられてきている。また、たとえば多径間の複数の橋脚のように、離れた複数の測点及び測点間の傾斜を測定するためには、各測点間に連通水管を配管し、各測点での水位変化を観測して測点の鉛直変位量（沈下量）を測定し、これにより測点間の傾斜を測定する水盛式沈下計も知られている（非特許文献１参照）。

また、気泡管の代わりに小振り子を内蔵し、この小振り子に差動トランスのダストコアを吊持し、本体側の検出器と振り子との傾斜角に応じた電気信号を得て角度変換してデジタル表示、外部表示装置への出力等により角度表示できる電気式の水準器（装置）も開発されている（非特許文献２参照）。

一方、鉄道軌道のような線形構造物の延長方向の軌道の変位を計測するために軌道延長方向に沿って棒材を並設し、この棒材に所定間隔をあけて複数の変位センサを取り付けた軌道変位計測装置が提案されている（特許文献１参照）。この軌道変位計測装置は所定スパンの単純梁として支持された棒材の各測点に設けられた変位センサによって、各枕木間を連結するように枕木に固着された保持部材の沈下を測定し、測定区間での軌道変位（傾斜）を計測するようになっている。

登録実用新案第３０３８７８３号公報土質調査法改定編集委員会編，「地盤調査法」，第３刷，社団法人地盤工学会，平成８年５月，ｐ．４３９，ｐ．４５１〜４５６香住浩伸著，「全図解やさしい測定学」，初版，科学図書出版株式会社，平成１４年４月，ｐ．１７９〜１８１

ところで、上述の気泡管を用いた水準器を備えた地盤傾斜計では測点に設けられた設置ベース毎の傾斜が求まるだけであり、測点間における地盤全体の傾きを知ることができない。これに対して水盛式沈下計では各測点間の傾斜を求めることで測点間での地盤や構造物の傾きを求めることができるが、各測点に沈下計を設置し、それらを連通管で連結してメイン水タンクと各沈下計の水位観察を常に行わなくてはならない。このため各沈下計の水位検知のための検知手段及び各検知結果を信号化して処理する手段も併せて備える必要がある。また、連通水管のための設備の維持管理も面倒である。

また、電気式の水準器では差動トランスが検知できる振り子の傾斜角が小さいため、離れた測点間の大きな傾斜角を測定することができない。

さらに、上述した軌道変位計測装置では、軌道の連続した変位を知るために保持部材を枕木に固定する一方、変位センサを保持するために軌道に沿って棒材を設置するため、装置が大がかりな上、精度も低いという問題がある。

そこで、本発明の目的は上述した従来の技術が有する問題点を解消し、線形をなして測点間での傾斜角を容易に測定できるとともに、各測点からの測定結果をもとに一定区間での傾斜の変化等を連続的かつ継続的に監視できるようにした耐久性を有する傾斜測定装置および地盤変位モニタリング装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は測点となる地表面あるいは構造物面に固着された第１固定ベースと、第１固定ベースに一端が回動自在に支持された傾斜センサと、該傾斜センサの他端に取り付けられた検知ロッドと、該検知ロッドの他端がスライド可能に収容されたスライドスリーブを支持する第２固定ベースとを備え、前記検知ロッドの傾きを前記傾斜センサで角度検出することを特徴とする。

前記傾斜測定装置を用いた地盤変位モニタリング装置として、前記第１固定ベースと、第２固定ベースとを共有し、隣接して配置された固定ベース間に前記検知ロッドを架設して、連続測点における傾斜角を検知する傾斜測定装置と、該傾斜測定装置からの傾斜角を検出した信号を収集するデータ収集部と、該データ収集部の通信手段を経て得られた前記信号をデータ解析して所定出力形式に変換可能なデータ解析部とを備えたことを特徴とする。

前記傾斜センサは、内蔵気泡管の電極の電解液浸漬量に応じて変化する通電量が傾斜角信号に変換されることが好ましい。

上述したように、本発明によれば、連続した地点での対象地盤の沈下、傾斜を、安価で耐久性のある計測装置により、精度良く連続的かつ継続的に計測することができるという効果を奏する。

以下、図面を参照して、実施例に基づき本発明を説明する。

図１は、本発明の傾斜測定装置の一実施例の構成及びその測定状態を模式的に示した全体図である。傾斜測定装置は、図１に示した計測ユニット１０から構成されている。この計測ユニット１０は測点となる地表面あるいは構造物２に固着された第１固定ベース１１と、第１固定ベース１１表面中央に取り付けられた支柱１２に一端が回動自在に支持された傾斜センサ２０と、傾斜センサ２０の先端に取り付けられた検知ロッド３０と、検知ロッド３０の先端をスライド可能に収容するスライドスリーブ１６を支持する第２固定ベース１５とから構成されている。図１（ａ）を初期状態とすると、第２固定ベース１５側がδだけ沈下する（図１（ｂ））と、傾斜センサ２０から検知される傾斜角θに対して固定ベース間距離Ｌ（支点間距離）との間にはδ＝Ｌ・tanθの関係が得られる。なお、傾斜測定装置は、後述するように、図１に示した計測ユニット１０を、複数連結させて使用することで、固定点（図４中に図示なし）に対しての測点Ｐ_iでの沈下量δ_iを容易に求めることができる。（図４参照）。

傾斜センサ２０は、図２各図に示したように、一端が支持ピン１４を介して支柱１２に所定角度（±１０°）範囲で計測可能に回動自在に支持された細長円筒形状の金属筒２１からなり、内部には細長形状の気泡管２５が収容されている。この気泡管２５は内部に針状の電極２２，２３を有し、管内は上部に気泡が残るように電解液２４で満たされ、電極２２，２３のほとんどが浸漬した状態にある。さらに電極２２，２３端からの信号線２６は、センサ外に導かれ、後述するデータ収集部に所定の状態検知信号が出力されるようになっている。

傾斜センサ２０の金属筒２１の他端には連結スリーブ２７が連接されている（図１参照）。この連接スリーブ２７内には検知ロッド３０の一端が収容され、止めボルト２８により連接スリーブ内に固定されている。検知ロッド３０としては、本実施例では直径１９．１mm、肉厚２．５mm、長さ３mのステンレス鋼管が用いられている。検知ロッド３０他端は第２の固定ベース１５表面中央に取り付けられた支柱１７に支持されたスライドスリーブ１６内に支持されている。スライドスリーブ１６は、図３に示したように、筒内のロッド収容部１８内周面に２列のボールベアリング軸受１９を有する。このため検知ロッド３０は、ロッド収容部１８内の所定範囲をロッド軸線方向にスライドできる。これにより温度変化による伸縮や、地盤変位に伴う有害な曲げや軸方向変位が検知ロッド３０に生じるのを防止できる。

固定ベース１１，１５は、図３に示したように、支柱１２，１７位置での支持ピン１４を共有することにより、一体化することができる。これにより、図４に示したように各固定ベース１１（１５）間に検知ロッド３０を架設するようにして計測ユニット１０を複数の測点Ｐ間に配置することができる。図４は、複数の計測ユニット１０を連結し、連続する測点Ｐ間の傾斜を測定できるようにした適用例を示している。上述した特許文献１で開示された軌道変位計測装置としての代替技術として、所定の線形をなした軌道での変位計測への適用が見込める。

ここで、この気泡管２５による傾斜センサ２０の傾き検出の作用について図２を参照して簡単に説明する。傾斜センサ２０は水平に設置された初期状態（図２（ａ））で、内部の気泡管２５は両電極２２，２３が等しく電解液２４内に浸漬している。この状態を初期データをするように後述するデータ収集部において図示しない電源から通電時にキャリブレーションされている。この初期状態からセンサ先端側が所定角度だけ上がるように金属筒２１が傾くと（図２（ｂ））、各電極２２，２３の浸漬量が変化し、各電極２２，２３を介して電解液２４内を流れる通電量も変化する。このとき通電量と傾斜センサ２０の傾斜角との間に所定のキャリブレーションがとられているので、通電量の変化は傾斜角の変化信号として信号ケーブルを介してデータ収集部に出力される。同様に所定角度だけ先端側が下がると（図２（ｂ））、各電極２２，２３の浸漬量に応じて通電量も変化する。このときの通電量の変化も傾斜角の変化信号として信号線２６を介してデータ収集部（図５参照）に出力される。

上述した計測ユニット１０を用いた地盤変位モニタリング装置４０の構成について図５を参照して説明する。計測サイトとしての対象地盤や構造物２に、連続して設置された計測ユニット１０の傾斜センサ２０にそれぞれ接続された信号線２６は、計測サイト近くに設置された中継ボックス４１内に設置されたデータ収集部４２まで導かれている。そして所定時間間隔で各傾斜センサ２０で得られた計測信号はこのデータ収集部４２に逐次出力される。さらに計測信号はデータ収集部４２において所定の計測間隔ごとの計測点データとして統合、整理され、シリアル信号としてモデム等の通信手段４３によって、データ処理部としてのパーソナルコンピュータ４４等が設置された監視室４５に送出される。監視室４５のパーソナルコンピュータ４４内にはデータログソフトとデータ解析ソフトとが搭載されており、各測点で得られる各計測時における各測点における傾斜状態を示した信号データは測点ごと、また経時的にデータ処理、解析され、各測点における連続した傾斜状況のデータが継続的に出力される。これらのデータ出力はパーソナルコンピュータ４４のディスプレイ４６等に表示される他、プロッタ出力等、外部媒体出力等、解析データの目的に沿った表示、出力形式で出力することができる。また、データの送出手段はモデムの他、携帯電話通信、無線、有線等、計測サイトと監視室との設置環境に応じて適正な方法を選択することができる。

上述した地盤変位モニタリング装置の適用事例について、図６〜図１０を参照して説明する。図６は、軟弱地盤上に構築された盛土構造物における地表面の変状監視を行うために、地盤変位モニタリング装置を設置した例を示した模式図である。同図に示したように、地中にレンズ状に軟弱粘性地盤５０が存在するような場合、盛土構造物５１の延長方向において部分的に地盤沈下が生じることが予想される。このため、地表面に設けられた道路等の盛土構造物５１の変状を監視する必要がある。これに対して本地盤変位モニタリング装置によれば、地盤沈下が予想される区間に上述した計測ユニット１０を連続して配置し、各測点での沈下を連続的に所定の区間にわたって監視することができる

図７は、既設の橋脚及び橋梁上部工の変状監視に、地盤変位モニタリング装置を適用した例を示した模式図である。同図に示したように、一方の橋脚５２の背面に計測ユニット１０の不動点Ｆを設け、上部工５３の全スパンにわたり計測ユニット１０を敷設して上部工５３で生じる車両通過振動等による変位を連続して把握できるとともに、橋脚５２上部に傾斜センサ２０を単体で設置することで橋脚５２の上部の変位状態も監視できる。

図８は、円弧滑りが予想される法面５４の法肩部５４ａと法尻部５４ｂとにそれぞれ計測ユニット１０を設置した地盤変位モニタリング装置を示した模式図である。同図に示したように、円弧滑りの前兆は法肩部５４ａの沈下と、法尻部５４ｂの隆起現象に現れる。そこで法肩部５４ａの計測ユニット１０では、円弧滑りの影響範囲外に不動点をとるか、円弧滑りの影響を受けない杭基礎構造物５５等の一部に不動点Ｆを設け、法肩部５４ａの沈下を監視することが好ましい。

図９は、地滑りの予想される斜面５６を横切る道路５７の安全監視のために地盤変位モニタリング装置を設置した適用例を示した模式図である。同図に示したように、斜面５６のすべり面５６ａ下を通過する道路５７の所定区間にわたり、計測ユニット１０を路肩５７ａに沿って敷設し、斜面５６の崩壊の前兆を監視することができる。

図１０は、断層５８を横切って掘削されたトンネル５９の変状監視を行うために、地盤変位モニタリング装置を設置した適用例を示した模式図である。断層５８位置の前後の所定範囲のトンネル天端５９ａに計測ユニット１０を敷設することにより、断層５８の影響によるトンネル変状の発生を連続的に監視することができる。

図１１は、斜面６０に構築された既存建物６１の不同沈下の監視を行うために、地盤変位モニタリング装置を設置した適用例を示した模式図である。同図（ａ）に示したように、建物６１の敷地背面側の切土斜面６０の影響や基礎地盤面６２の傾斜を考慮して、計測ユニット１０を既存建物６１に沿って直交２方向に設置することが好ましい。これにより既存建物６１の地表面６３の平面としての傾斜を把握することができる。

本発明の傾斜測定装置の計測ユニットの一実施例の構成を示した模式図。傾斜センサの構成及びその作用を示した概略説明図。傾斜測定装置の固定ベース位置の構成を示した説明図。傾斜測定装置の複数の計測ユニットを敷設した適用例を示した説明図。本発明の地盤変位モニタリング装置の機能構成を模式的に示したブロック図。本発明の地盤変位モニタリング装置の適用例を示した説明図。本発明の地盤変位モニタリング装置の適用例を示した説明図。本発明の地盤変位モニタリング装置の適用例を示した説明図。本発明の地盤変位モニタリング装置の適用例を示した説明図。本発明の地盤変位モニタリング装置の適用例を示した説明図。本発明の地盤変位モニタリング装置の適用例を示した説明図。

符号の説明

１０計測ユニット
１１第１固定ベース
１５第２固定ベース
１６スライドスリーブ
２０傾斜センサ
２２，２３電極
２４電解液
２５気泡管
２６信号線
３０検知ロッド
４２データ収集部
４３通信手段
４４パーソナルコンピュータ

Claims

測点となる地表面あるいは構造物面に固着された第１固定ベースと、第１固定ベースに一端が回動自在に支持された傾斜センサと、該傾斜センサの他端に取り付けられた検知ロッドと、該検知ロッドの他端がスライド可能に収容されたスライドスリーブを支持する第２固定ベースとを備え、前記検知ロッドの傾きを前記傾斜センサで角度検出することを特徴とする傾斜測定装置。
請求項１に記載の第１固定ベースと、第２固定ベースとを共有し、隣接して配置された固定ベース間に前記検知ロッドを架設して、連続測点における傾斜角を検知するようにした傾斜測定装置。
連続測点における傾斜角を検知するようにした請求項２に記載の傾斜測定装置と、該傾斜測定装置からの傾斜角を検出した信号を収集するデータ収集部と、該データ収集部の通信手段を経て得られた前記信号をデータ解析して所定出力形式に変換可能なデータ解析部とを備えたことを特徴とする地盤変位モニタリング装置。
前記傾斜センサは、内蔵気泡管の電極の電解液浸漬量に応じて変化する通電量が傾斜角信号に変換されることを特徴とする請求項１に記載の傾斜測定装置。