JP2005283442A - 支線式地盤崩落予知装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 地盤の崩落の予知を精度よく行うことができ、装置を小型に且つ安価に製作できるようにする。
【解決手段】 崩落が予想される地盤に固定する測定点設定部１０と、安定している地盤に設置される変位検知装置１２との間に検知ワイヤ１４を張り渡し、検知ワイヤの一端に接続したバネにより張力を与えるようにし、検知ワイヤの変位量によって地盤の崩落を予知する。変位検知装置は、定張力バネ４０を用いて検知ワイヤに常時定張力を与え、該検知ワイヤの弛み量を一定に保つようにすると共に、検知ワイヤの変位量が設定値を超えると警報信号を発信するセンサ機構と、変位の過程における任意の時点で警報発信に至る許容変位幅を初期設定状態に戻すことができるリセット機構を具備している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、地盤の崩落を予知するための装置に関し、更に詳しく述べると、崩落が予想される地盤に固定する測定点設定部と、安定している地盤に設置される変位検知装置との間に検知ワイヤを張り渡して、バネにより張力を与え、バネの伸縮によって地盤の変位を検出する支線式地盤崩落予知装置に関するものである。

従来、地滑りの危険がある急傾斜面の軟弱地盤や、崩落の危険がある不安定状態の岩塊などの崩落を予知するために、様々な装置が開発されている。代表的な例は、崩落が予想される地盤に固定する測定点設定部と、安定している地盤に設置される変位検知装置との間に検知ワイヤを張り渡して、該検知ワイヤによって地盤の変位を検出する方式である。崩落が予想される地点の変位が大きくなると、検知ワイヤがその長手方向に移動することから、その移動を検知することで地盤の変位を検出する。そして、地盤の変位が危険状態（予め設定した変位量）に達したときに警報を発するように動作する。

例えば、特許文献１では、検知ワイヤを巻き掛けるリールにバネによって巻き取り方向への回転力を与えて検知ワイヤに張力を付与する構成が示されている。また特許文献２では、検知ワイヤの一端に錘を接続することによって該検知ワイヤに張力を付与する構成が示されている。

ところで地盤の動きを検出するために張り渡される検知ワイヤは、その自重によって弛みが生じる。その弛み量は、ワイヤ自重とワイヤに加えられる張力との釣り合いによって決まる。ここで張力に変動が生じると、検知ワイヤの弛み量も変動し、弛み量の変動は検知ワイヤの移動量として、地盤の変位に上乗せされて現れることになる。

検知ワイヤの張力保持に、変形量によって復元力に変動を生じる通常のバネを用いる装置（例えば特許文献１参照）の場合には、検知ワイヤが引っ張られることによってバネの変形量が増加し、バネ復元力が強くなり、検知ワイヤの弛み量が少なくなる。このように検知ワイヤに加わる張力に変動を招くような構造では、地盤の変動を正確に把握することはできない。敢えてこの方式で正確な測定を行おうとすれば、弛み量を検出して、その変動を補正する演算装置が必要となり、装置が複雑化し、高価となる。

検知ワイヤの張力保持に錘を用いる装置（例えば特許文献２参照）の場合には、検知ワイヤに加わる張力は一定に保たれるので、このような問題は生じない。しかし、変位検知装置としては、錘の落下距離に見合う高さが必要となり、必然的に測定地点に背の高い構造物を構築しなければならない。現実の崩落予知を必要とする現場は、地形的に現場工事がし難いこともさることながら、地権者と測定者が異なる場合が殆どであり、自然地形に工作を加えたり、半永久的な構築物を建設することは容認され難い。そのため、実施は困難である。

ところで、地盤が崩落に至るまでの変位の推移には、地盤の性状にかかわらず共通のパターンが見られる。即ち、緩慢に移動する初期段階を経て、加速度的に変位量が増大した後、崩落の瞬間を迎える。従って、地盤崩落の予知を行うためには、積分的なトータルの変位量よりも、むしろ微分的な変位の変化率の大小を検出することが肝要である。しかし従来装置では、そのような微分的な変位の変化率の大小を直接検出できず、敢えて行おうとすると、別途、演算装置などを組み込まなければならなくなる。
特開平１１−１０７２２３号公報 特開平９−２５７５２７号公報

本発明が解決しようとする課題は、従来技術では、検知ワイヤに加わる張力を一定にできず正確な測定ができなかったり、検知ワイヤに加わる張力を一定にできても錘の落下距離が必要なため装置が大型化する点、微分的な地盤変位の変化率の大小を直接検出できない点、などである。

本発明は、崩落が予想される地盤に固定する測定点設定部と、安定している地盤に設置される変位検知装置との間に検知ワイヤを張り渡し、該検知ワイヤの一端に接続したバネにより張力を与えるようにし、検知ワイヤの変位量によって地盤の崩落を予知する装置において、変位検知装置は、定張力バネを用いて検知ワイヤに常時定張力を与え、該検知ワイヤの弛み量を一定に保つようにすると共に、検知ワイヤの変位量が設定値を超えると警報信号を発信するセンサ機構と、変位の過程における任意の時点で警報発信に至る許容変位幅を初期設定状態に戻すことができるリセット機構を具備していることを特徴とする支線式地盤崩落予知装置である。ここで定張力ばねは、例えば焼き入れ整形した帯状薄板ばねを定曲率弧状に巻き重ね、これを引き伸ばしたときに変位量の変化に関わりなく常に一定の張力が得られるようにしたものである。

センサ機構は、検知ワイヤと定張力バネとの接続部近傍に固定したセンサ作動体と、該センサ作動体を前記検知ワイヤに沿って案内するセンサ作動体用レールと、センサ作動体を間隔をおいて挟むように検知ワイヤに沿って前後に配置される一対のセンサ手段とからなり、センサ作動体が設定量を超えるとセンサ手段によって警報信号を発信するように構成するのが好ましい。

またリセット機構は、リセット基体と、該リセット基体を検知ワイヤに沿って案内するリセット基体用レールと、リセット基体に係合し検知ワイヤに対して垂直方向に移動自在のリセットガイドとを具備し、リセットガイドはセンサ作動体に対して嵌合・離脱可能であって、リセット基体に前記センサ手段が取り付けられており、リセットガイドのセンサ作動体への嵌合により、リセット基体がセンサ作動体を中心とする中立的位置に移動して再設定されるような構成とするのが好ましい。

センサ作動体にインジケータを取り付け、該インジケータを変位検知装置の筐体に形成されている窓部を通して視認可能とすると、トータルの地盤変動量を検出することができる。

このような地盤崩落予知装置を１台以上用い、地盤崩落予知装置から離れて設置される警報装置を組み合わせると、該警報装置によって変位検知装置から発信される警報信号を受信して地盤崩落警報を発報するような地盤崩落予知システムが構成できる。

本発明に係る支線式地盤崩落予知装置は、検知ワイヤの張力保持に、その変位量の変化に関わりなく常に一定の張力が得られる定張力バネを用いているため、検知ワイヤに自然発生する弛みを吸収し、弛み量の変動による検出誤差の発生を抑えることができる。これによって、測定機構を小型化、簡略化でき、しかも安価に製作できる。

また本発明は、検知ワイヤの変位量が設定値を超えると警報信号を発信するセンサ機構と、変位の過程における任意の時点で警報発信に至る許容変位幅を初期設定状態に戻すことができるリセット機構を具備しているので、地盤崩壊の予知に最も重要な地盤の微分的な変位の変化率の大小を直接検出することができる。これによって、予知精度の高いものが得られる。

土砂または岩石の崩落が起こる場合、崩落の前兆として崩落部分の移動量が加速的に増大するのが一般的である。本発明は、このような地盤崩落にかかわる一般的な予兆現象を利用し、崩落部の変位量を検出することによって、地盤崩落の予知を行なうものである。そのため、崩落が予想される地点を含む複数の測定点に検知ワイヤを敷設し、この検知ワイヤの変位によって、測定点相互の移動量を検出し、この検出された移動量に基づいて崩落を予知する。

本発明の支線式地盤崩壊予知装置は、地盤に固定する測定点設定部と、安定している地盤に設置される変位検知装置との間に検知ワイヤを張り渡し、該検知ワイヤの一端に接続したバネにより張力を与えるようにし、検知ワイヤの変位量に基づいて地盤の崩落を予知するように構成したものである。検知ワイヤは、一定の張力を付加されつつ、測定点の移動に対応して変位しなけれぱならない。そこで変位検知装置は、前記バネとして定張力バネを用いて、検知ワイヤに常時定張力を与え、該検知ワイヤの弛み量を一定に保つようにする。ここで定張力ばねは、例えば定曲率弧状に焼き入れ整形した帯状薄板ばねを巻き重ね、これを引き伸ばしたときに変位量の変化に関わりなく常に一定の張力が得られるようにしたものである。

ところで地盤の変位は、定常的に微量移動によって生じる変位と、崩落に直結するような加速的変位があるが、崩落予知では後者の変位のみを抽出検知することが必要である。そこで本発明では、検知ワイヤの変位量が設定値を超えると警報信号を発信するセンサ機構と、変位の過程における任意の時点で警報発信に至る許容変位幅を初期設定状態に戻すことができるリセット機構を設ける。

上記のセンサ機構は、検知ワイヤと定張力バネとの接続部近傍に固定したセンサ作動体と、該センサ作動体を前記検知ワイヤに沿って案内するセンサ作動体用レールと、センサ作動体を間隔をおいて挟むように検知ワイヤに沿って前後に配置される一対のセンサ手段とからなり、センサ作動体が設定量を超えるとセンサ手段によって警報信号を発信するような構成とする。センサ作動体にインジケータを取り付け、変位検知装置の筐体に窓部を形成しておくと、該インジケータの位置を窓部を通して目視確認することができる。

上記のリセット機構は、リセット基体と、該リセット基体を検知ワイヤに沿って案内するリセット基体用レールと、リセット基体に係合し検知ワイヤに対して垂直方向に移動自在のリセットガイドとを具備し、リセットガイドがセンサ作動体に対して嵌合・離脱可能であって、リセット基体にセンサ手段が取り付けられており、リセットガイドのセンサ作動体への嵌合により、リセット基体がセンサ作動体を中心とする中立的位置に移動して再設定される構成とする。このリセット作業は、リセットボタンを操作するなど人力で行なうようにしてもよいが、電気信号による遠隔指令によってアクチュエータを作動させる方法で自動的に行なうように構成することもできる。

また崩落予知を必要とする地点が、高所であったり容易に接近し難い地形であったり、監視者が常時近傍いることができない場合などでは、変位検知装置と警報を発する警報装置は別の位置に設置することが望ましい。そこで、変位検知装置から警報信号を発信し、ケーブルによって接続された別体の警報装置に伝送し、該警報装置で警報信号を受信して地盤崩落警報を発報するように構成する。これによって、崩落の危険域から離れたところの監視者に報知することができる。このように警報装置を別体にすると、複数の変位検知装置の警報信号を１台の警報装置で対応することができる。更に変位検知装置が接近しにくいところに設置され、定期的な人力によるリセット作業が困難である場合、変位検知装置と警報装置を接続するケーブルと、変位検知装置のリセット機構を働かせる制御信号を送るケーブルを一緒に配線する。

図１は、本発明に係る支線式地盤崩落予知装置の一実施例を示す説明図であり、Ａは一部破断した外形の平面を表し、Ｂは側面を表している。本装置は、地盤の測定点（崩落が予想される地点）に固定する測定点設定部１０と、地盤の他の測定点（安定していると考えられる地点）に固定する変位検知装置１２の組み合わせを有し、両者の間に検知ワイヤ１４を張り渡し、該検知ワイヤ１４の一端に接続したバネ（後述する）により張力を与えるようにし、検知ワイヤ１４の変位量によって地盤の崩落を予知する構造である。

測定点設定部１０は、滑車１６を内蔵している滑車ケース１８がヒンジ２０により固定板２２に枢着され、該固定板２２を測定ボルト（アンカーボルト）２４で地盤に固定する構造である。他方、変位検知装置１２も、機器が組み込まれているハウジング３０が、その一端で固定ボルト（アンカーボルト）３２により地盤に固定される構造である。このように固定版（アンカーボルトの固定部）にヒンジをもうけると、滑車や検知部本体の向きを検知ワイヤの張設方向に一致させることができ、該検知ワイヤの変位が妨げられる恐れが無くなる。検知ワイヤ１４は、変位検知装置１２から滑車１６で折り返して変位検知装置１２に至るように張設される。該検知ワイヤ１４の変位（測定点設定部と変位検知装置との距離の変化）の総量は、インジケータ３４によりアナログ目盛で指示され、該インジケータ３４及びアナログ目盛は、ハウジング３０に形成されている窓３６を通して観測することができる。また、ハウジング３０内にはリセットボタン３８が収納されており、後述するように、このリセットボタン３８を押圧することによって、それまでの変位量には関わりなく、警報信号が発報するまでの許容変位幅が初期設定状態に戻されるようになっている。更に、変位検知装置１２で検知された警報信号は、発信コネクタ３９を介してケーブルにより後述の警報装置に接続される。

図２は、変位検知装置の縦断面図である。変位検知装置１２は、ハウジング３０内に設置した定張力バネ４０を具備し、検知ワイヤ１４の先端をハウジング３０に固定し、終端を定張力バネ４０に接続することによって、該検知ワイヤ１４に常時一定の張力を与え、該検知ワイヤ１４の弛み量を一定に保ち、検知ワイヤ１４の変位に対応可能に構成する。この定張力バネ４０は、同一半径にて整形硬化されたコイル状の等張力バネである。測定地点間の距離の変化は、定張力バネ４０の伸び縮み量を検出することによって知ることができる。前記インジケータ３４は、検知ワイヤ終端と定張力バネ４０との結合部に取り付けられている。更にハウジング３０内には、検知ワイヤ１４の変位量が設定値を超えると警報信号を発信するセンサ機構と、変位の過程における任意の時点で警報発信に至る許容変位幅を初期設定状態に戻すことができるリセット機構が組み込まれている。

センサ機構及びリセット機構の詳細を図３に示す。Ａはセンサ機構の詳細を示し、Ｂはリセット機構の詳細を示している。センサ機構は、検知ワイヤ１４と定張力バネとの接続部近傍にセンサ作動体４２が固定され、該センサ作動体４２は前記検知ワイヤ１４に沿ってセンサ作動体用レール４４によって案内される。そして、センサ作動体４２を間隔をおいて挟むように、検知ワイヤに沿って前後に、一対のリミットスイッチ（センサ手段）４６が配置されている。検知ワイヤ１４の変位が設定量を超えると、センサ作動体４２が前方又は後方に移動し、前方又は後方のリミットスイッチ４６を押圧する。これによってスイッチ・オンとなり、警報信号が発信される。

リセット機構は、検知ワイヤ１４と平行に配置したリセット基体用レール５０にリセット基体５２を搭載して摺動できるようにし、検知ワイヤ１４に対して垂直方向に移動自在の一対のリセットローラ（リセットガイド）５４を前記リセット基体５２に取り付けた構造である。リセットボタン３８を押し下げた時に、一対のリセットローラ５４が前記センサ作動体４２を挟み込むように嵌入可能となっている。リセットボタン３８を離せば、リセットバネ５６によってリセットボタン３８及びリセットローラ５４は押し上げられ、センサ作動体４２から離脱する。またリセット基体５２にリミットスイッチ４６が取り付けられており、リセットローラ５４がセンサ作動体４２を挟み込むように嵌合することにより、リセット基体５２が前方又は後方に移動し、対向配置されている２個のリミットスイッチ４６が、センサ作動体４２に対して対称となる位置（中立的位置）に改めて設定される。

このように本発明では、検知ワイヤ１４と定張力バネ４０の結合部にリミットスイッチ４６を作動させるセンサ作動体４２を設け、該センサ作動体４２が一定量移動するとリミットスイッチ４６が作動する構造とし、更にセンサ作動体４２の現在位置を中心にしてリミットスイッチ４６が前後両方向で等間隔になるような初期設定に戻すリセット機構を設けることにより、一定時間内の変位量を抽出できる構造となっている。

本発明では、上記のような地盤崩落予知装置と、その変位検知装置から発信される警報信号を受信して地盤崩落警報を発報する警報装置とを組み合わせて地盤崩落予知システムを構成する。警報装置の一例を図４に示す。Ａは平面を表し、Ｂは側面を表している。警報装置６０は、筐体６２の内部にバッテリー６４が収納され、筐体６２の上部に警報ランプ６６を装備している構造である。側面の受信コネクタ６８によって、前述の地盤崩落予知装置の変位検知装置１２から発信される警報信号を取り込み、音声や回転灯などにより警報を発報する。また複数の受信コネクタ６８を装備した場合には、それぞれに対応してパイロットランプ７０を設け、それによって警報信号の通電状態を示すようにする。

このように、変位検知装置１２から検知信号を取り出し、ケーブルによって別体の警報装置６０に接続することによって、崩落の危険域から離れた場所の監視者に報知できる。また、警報装置６０を別体にすることによって、複数の変位検知装置１２の検出信号を一個の警報装置６０で対応することが可能となる。更に変位検知装置１２が接近し難い場所に設置され、定期的な人力によるリセット作業が困難である場合には、変位検知装置１２にアクチュエータで自動的にリセット可能な機構をもたせて、警報装置６０に接続するケーブルは、変位検知装置１２のリセット機構を働かせる制御ケーブルを兼ねるように構成すればよい。

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこのような構成のみに限定されるものではない。上記の実施例ではセンサ手段としてリミットスイッチを用いているが、リードスイッチを用いてもよい。その場合には、センサ作動体に永久磁石片を貼り付ける。また、変位検知装置が接近し難い場所に設置され、そのため定期的に人力によるリセット作業が困難な場合には、変位検知装置にアクチュエータで自動的にリセット可能な機構をもたせて、警報装置を接続するケーブルは、変位検知装置のリセット機構を働かせる制御ケーブルを兼ねるように構成することもできる。検知ワイヤは、ここでは１往復するように張り巡らせている。このように往復させると、地盤の変位の２倍が検知ワイヤの変位として現れるので、検出精度が高くなる。

本発明に係る支線式地盤崩落予知装置の一実施例を示す説明図。 変位検知装置の縦断面図。 センサ機構及びリセット機構の詳細を示す説明図。 警報装置の一例を示す説明図。

符号の説明

１０ 測定点設定部
１２ 変位検知装置
１４ 検知ワイヤ
３８ リセットボタン
４０ 定張力バネ
４２ センサ作動体
４６ リミットスイッチ
５４ リセットローラ

Claims (5)

1. 崩落が予想される地盤に固定する測定点設定部と、安定している地盤に設置される変位検知装置との間に、検知ワイヤを張り渡し、該検知ワイヤの一端に接続したバネにより張力を与えるようにし、検知ワイヤの変位量によって地盤の崩落を予知する装置において、
   変位検知装置は、定張力バネを用いて検知ワイヤに常時定張力を与え、該検知ワイヤの弛み量を一定に保つようにすると共に、検知ワイヤの変位量が設定値を超えると警報信号を発信するセンサ機構と、変位の過程における任意の時点で警報発信に至る許容変位幅を初期設定状態に戻すことができるリセット機構を具備していることを特徴とする支線式地盤崩落予知装置。
2. センサ機構は、検知ワイヤと定張力バネとの接続部近傍に固定したセンサ作動体と、該センサ作動体を前記検知ワイヤに沿って案内するセンサ作動体用レールと、センサ作動体を間隔をおいて挟むように検知ワイヤに沿って前後に配置される一対のセンサ手段とからなり、センサ作動体が設定量を超えるとセンサ手段によって警報信号を発信する請求項１記載の支線式地盤崩落予知装置。
3. リセット機構は、リセット基体と、該リセット基体を検知ワイヤに沿って案内するリセット基体用レールと、リセット基体に係合し検知ワイヤに対して垂直方向に移動自在のリセットガイドとを具備し、リセットガイドはセンサ作動体に対して嵌合・離脱可能であって、リセット基体に前記センサ手段が取り付けられており、リセットガイドのセンサ作動体への嵌合により、リセット基体がセンサ作動体を中心とする中立的位置に移動して再設定される請求項２記載の支線式地盤崩落予知装置。
4. センサ作動体にインジケータが取り付けられ、該インジケータが、変位検知装置の筐体に形成されている窓部を通して視認可能となっている請求項３記載の支線式地盤崩落予知装置。
5. 請求項１乃至４のいずれかに記載の１台以上の地盤崩落予知装置と、該地盤崩落予知装置から離れて設置され、その変位検知装置から発信される警報信号を受信して地盤崩落警報を発報する警報装置とからなる地盤崩落予知システム。
   

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