JP3880327B2 - Judgment method and apparatus for stability of underground structure - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海底トンネル等の地下構造物のように海底や海岸近傍にあって、地下水に海水を含む漏水があるところに築造された地下構造物の安定度の判定方法および判定装置の技術分野に属するものである。
【0002】
【従来技術】
こんにち、地下水面や海面より低い位置にトンネルやボックスカルバート等の地下構造物を築造することが頻繁に行われ、このような地下構造物では、漏出した水の自然排水ができない場合が多く、このときには地下構造物の水没を避けるため漏出した水を動力を使って地上に人工的に排出することが要求される。この様な地下構造物において、海水による浸食を受けて地下構造物自体の劣化が進行する等して地下構造物の安定度が低下することが想定され、このような安定度の低下をそのまま放置しておくと、大量の海水による浸水につながる惧れがあり、早期の補修が必要となる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
このため、このような地下構造物については、定期的に安定度の判定検査をすることが提唱されるが、このような判定検査を簡便にすることは事実上難しく、このような判定検査をするためには、高価な検査機器と多数の作業員とが必要なうえ、判定のための時間も長くかかるという問題があり、ここに本発明の解決すべき課題がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記のような実情に鑑み、これらの課題を解決することを目的として創作されたものであって、請求項1の発明は、地下水に海水を含んだ漏水のある地下構造物の安定度を判定するにあたり、漏水中の海水成分の正常時の濃度を測定してこの変化状態を基礎データとして予め求めておき、該基礎データから逸脱した海水成分の濃度が測定された場合に、これを地下構造物の安定度が低下したものと判定するようにしたことを特徴とする地下構造物の安定度の判定方法である。
請求項2の発明は、地下水に海水を含んだ漏水のある地下構造物の安定度を判定するにあたり、漏水中の海水成分の正常時の濃度の測定値を基礎データとして記憶するデータ記憶手段、海水成分の濃度を測定する濃度測定手段、該濃度測定手段で測定された海水成分の濃度が前記記憶された基礎データから逸脱したものである場合に、これを地下構造物の安定度が低下したものと判定する安定度判定手段を備えて構成したことを特徴とする地下構造物の安定度の判定装置である。
そしてこのようにすることにより、正常時の海水成分の濃度を基礎データとして求めておけば、以降は、この基礎データから逸脱した海水成分の濃度が測定されるだけで簡単に地下構造物の安定度の判定ができることになり、判定作業の簡略化および効率化を図ることができるようになる。
請求項3の発明は、請求項2において、基礎データは、1年を通して測定されたデータであることを特徴とすることができ、このようにすることで、1年間を通しての判定が可能となる。
請求項4の発明は、請求項2または3において、濃度測定される海水成分は、ナトリウムイオンであることを特徴とすることができ、このようにした場合には、海水成分として濃度の高いものを用いての判定ができて、判定精度の信頼性を高めることができる。
請求項5の発明は、請求項2、3または4において、基礎データを測定するにあたり、漏水の流量も合わせて測定するものとし、該測定された漏水流量が正常時の漏水流量から逸脱していると判断される場合には、そのとき測定された海水成分の濃度測定値を基礎データには用いないようにしたことを特徴とすることができ、このようにしたときには、基礎データとしての信頼性が高まり、精度の高い地下構造物の安定度の判定ができる。
請求項6の発明は、請求項2、3、4または5において、地下構造物の安定度の判定をするにあたり、漏水の流量も合わせて測定するものとし、該測定された漏水流量が正常時の漏水流量から逸脱していると判断される場合には、そのとき測定された海水成分の濃度測定値を地下構造物の安定度の判定をするための測定値には用いないようにしたことを特徴とすることができ、このようにしたときには、安定度判定をするにあたり、特異的な地下水流量の変動があったときの判定の間違いを少なくして判定の信頼性を向上することができる。
【0005】
【発明の実施の形態】
海底や海岸近傍に築造された地下構造物には、地下水に海水を含む漏水が流入することに着目し、海水由来の化学成分の濃度を測定して基礎データとし、この基礎データを基準として現状の海水由来の化学成分の濃度状態を観測することで地下構造物の安定度の判定ができることを確認し、本発明を完成した。この場合に、漏水中の地下水分については、天候等、自然環境による季節的な変動があるのに対して、海水分については、海底や海岸から地下構造物に至るまでの海水流入経路が形成されている地盤等が地震等、格別のことがない限りは変化がないか変化があってもわずかであると考えられることから、季節に左右されず1年を通じてほとんど一定であるものと推定され、そこで漏水組成成分の濃度の季節的変動を予め測定してこれを通年の基礎データとしてデータ化しておき、これと実際に測定した漏水組成成分の濃度とを比較することによって地下構造物の安定度を1年を通して検査できるようにしたものである。
そして本発明では、ある海底トンネルの漏水について海水成分の一つであるナトリウムイオン濃度と漏水流量とを複数年に亘って測定したところ、各測定位置による特異差はあるものの、測定位置が同じであれば季節的変化はほぼ一定していることを見出し、これを1年間の基礎データとし、ナトリウムイオン濃度がこの基礎データから逸脱(大きい方向に逸脱)した場合には、地下構造物の海水に対する安定度が低下したものと推定でき、ここに本発明を完成したものである。このような基礎データについては、多数年の測定値を蓄積するほど信頼性が向上することになり、そこで、安定度が高い、つまり正常状態であると判断されたときの測定値を逐次蓄積し、これを基礎データとして更新することが好ましい。
【0006】
流入した海水成分の濃度測定に用いられるものとしては、例えばナトリウムイオン(Na+)、カリウムイオン(K+)、マグネシウムイオン(Mg2+)、カルシウムイオン(Ca2+)等の陽イオン、塩化物イオン(Cl−)、硫酸イオン(SO4 2−)等の陰イオンの1種類または複数種類の濃度を選択的に測定することで行われる。濃度測定するにあたって好ましい海水成分としては、海水に多量に含まれ、かつ、化学的に安定な成分であることが必要で、その好適な例としてはナトリウムイオンまたは塩化物イオンがこれに該当する。つまり、これら海水成分は地下水中にも含まれているが、その含有量の差が大きいほど判定誤差を減少させることになるからである。
さらにまた、本発明を実施するにあたり、精度をより向上させるためには、ナトリウムイオン1種類について判定するのではなく、複数種類の含有成分について判定できることはいうまでもない。
【0007】
さらにまた、漏水中の地下水は、例えば台風等で大雨が異常に降ったときや、干ばつ等で雨が異常に少ないときには、地下水量の変動が大きく、通年の地下水流量とはならない場合がある。このようなときの海水成分の濃度についても通年の濃度からは逸脱するものとなり、これに基づいて安定度の判定をすることは安定度判定の信頼性を損なうことになる。そこで基礎データをつくる場合、並びに安定度判定をする場合に、地下水流量が基礎データから逸脱していると判断された場合、合わせて測定される海水成分の濃度を基礎データとして採用しないことは勿論、安定度判定をするときの測定値としても用いないようにし、これによって安定度判定の信頼性を高めるようにすることが好ましい。
【0008】
【実施例】
次に、本発明の実施例について図面を用いて説明する。図1(A)は在来の海底トンネルの概略縦断面図、同(B)は概略横断面図であって、該海底トンネルは、上り線本坑1、下り線本坑2、そして作業坑3の3本から構成されている。そのうちの上下線の本坑1、2は左右に並行状態で、かつ、軸方向の中間に向かうほど深くなるこう配変更点を有する略V字形の傾斜状態で築造されている。これに対して作業抗3は、前記本坑1、2の軸方向中間位置では該本坑1、2よりも深く位置するこう配変更点を有し、坑口はさらに深くなるよう傾斜した略逆V字形に築造され、そして地上位置においてたて坑4、5が築造されている。そして上り線系統の漏水は、両坑口から本坑f、j、本坑g、hを経て上り線本坑1のこう配変更点に達し、ここから一方に向けた作業坑mを流れて該方のたて坑底nに達し、一方のたて坑4の坑口にくみ上げ(ポンプ室による揚水)られて一方の海岸に排出されるようになっている。これに対し、下り線系統の漏水は、両坑口から本坑a、e、本坑b、cを経て下り線本坑2のこう配変更点に達し、ここから他方の作業坑kを流れて該方のたて坑底lに達し、他方のたて坑5の坑口にくみ上げ(ポンプ室による揚水)られて他方の海岸に排出されるようになっている。
【0009】
さて、前記の海底トンネルにおいて、前記a〜nの各測定位置についての漏水流量とナトリウムイオン濃度との測定をしたが、いま、その代表として測定位置f〜jの各位置について、異常がない(安定度が確保されている状態である)ことを確認したうえで、複数年(例えば5年程度)に亘って漏水の流量(m3 day−1:立方メートル 日の−1乗)を三角ぜき法にて測定すると共に、その漏水中のナトリウムイオン濃度(μg mL−1:マイクログラム ミリリットルの−1乗)を測定(通常知られた測定手法を採用でき、そのようなものとして例えば、イオン選択性電極での測定がある)し、これら測定されたデータをプロットしたものを図2〜図6に示す。これらプロットされたグラフ図を観察すると、測定位置においての固有差はあるものの、測定されたナトリウムイオン濃度(○印)と漏水流量(△印)とは、各測定位置において凡そ一定の関係で季節的に連続的な変化をしていることが観測され、このことから、海水分の漏水流量は一定で、地下水分の流量には変化が認められるとの推論が正しいことが確認され、斯かる各データを各測定対応観測位置での基本データとし、このデータから逸脱したナトリウムイオン濃度が測定された場合には、海底トンネルの構造物の劣化が進行する等して安定度が低下したものと判定する。その例として、測定位置iでは、ある年の7月に測定したナトリウムイオン濃度(●印)が、漏水流量(▲印)については基礎データと変化が殆どないにも拘わらず、該当月の基礎データの値から増加していることが観測され、これによって海底トンネル構造物の劣化が促進する等して海水流量が増大したものと判定した。この判定結果の真偽を調べるため、現場について詳細な検査をしたところ、事実、トンネル構造物の劣化が進んで安定度が損なわれていることが確認され、本発明の信頼度が高いことが確認された。
【0010】
一方、測定位置jについて、ある年の10月に測定したナトリウムイオン濃度(●印)と漏水流量(▲印)とが基礎データから逸脱していることが観測された。この年の8月は干ばつで特に雨量が少なく、このため、地下水流量が少なくなり、この結果、漏水流量は減少したものの、流入する海水流量には変化がないためナトリウムイオンの濃度が増加して異常値と判断されたものと判定した。この判定結果の真偽を調べるため、現場において詳細な検査をしたところ、事実、トンネル構造物は劣化が進んでおらず安定度が高いままのものであることが確認され、このような対応をすることで本発明の信頼度が高くなることが確認された。
【0011】
次に、図7には安定度の判定装置が示されるが、該判定装置6は、前記海水成分であるナトリウムイオン濃度と漏水流量とのデータを入力して地下構造物の安定度の判定をするものであるが、このものは、書換え可能な記憶部を備えたマイクロコンピューターを制御部7として備えて構成されている。記憶部には、前記a〜nの各測定位置での漏水流量とナトリウムイオン濃度との基礎データが入力されている。さらに制御部7には、前記a〜nの各測定位置の選択入力、各種データの入力、測定日が入力できる入力操作具8と、ナトリウムイオン濃度を測定するためのセンサー(例えばイオン選択性電極)9とが入力インターフェース側に接続されている。そして、前記a〜nの測定位置を選択入力すると共に測定日を入力し、さらにセンサー9で測定した漏水のナトリウムイオン濃度の測定値を入力すると、制御部7は、これら入力結果と予め記憶されている基礎データとを比較判断し、ナトリウムイオン濃度が基礎データから逸脱していると判断された場合には、安定度が低いとしてその旨を表示部10で表示するようになっている。
【0012】
因みに、安定度の判定基準であるが、例えば複数年についての同一日での測定値(漏水の性格上、日単位の測定値には大きな変化がないと考えられることから、測定値について例えば月単位で大きく取りまとめてもよい)を母集団として平均値を求め、該平均値からの偏差により正常、異常の判定をするようにしても勿論よい。
【図面の簡単な説明】
【図1】(A)は海底トンネルの概略縦断面図、(B)は同概略横断面図である。
【図2】測定位置fにおいての漏水流量と該漏水中のナトリウムイオン濃度とをプロットしたグラフ図である。
【図3】測定位置gにおいての漏水流量と該漏水中のナトリウムイオン濃度とをプロットしたグラフ図である。
【図4】測定位置hにおいての漏水流量と該漏水中のナトリウムイオン濃度とをプロットしたグラフ図である。
【図5】測定位置iにおいての漏水流量と該漏水中のナトリウムイオン濃度とをプロットしたグラフ図である。
【図6】測定位置jにおいての漏水流量と該漏水中のナトリウムイオン濃度とをプロットしたグラフ図である。
【図7】地下構造物の安定度判定装置のブロック回路図である。
【符号の説明】
1、2 海底トンネルの本坑
3 海底トンネルの作業坑
4、5 たて坑
6 測定装置
7 制御部
8 入力操作具
9 センサー
10 表示部[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a technical field of a determination method and a determination device for the stability of an underground structure that is built near a seabed or a shore, such as a submarine structure such as a submarine tunnel, and where there is water leakage including seawater in the groundwater. Belongs to.
[0002]
[Prior art]
Today, underground structures such as tunnels and box culverts are often built below the groundwater surface and the sea level, and such underground structures often do not allow natural drainage of leaked water. At this time, in order to avoid submergence of the underground structure, it is required to artificially discharge the leaked water to the ground using power. In such underground structures, it is assumed that the stability of the underground structure will decrease due to deterioration of the underground structure itself due to erosion by seawater, and such a decrease in stability will be left as it is. If this is done, there is a risk of flooding with a large amount of seawater, and early repairs are required.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
For this reason, it is advocated that periodic inspections of stability be made for such underground structures. However, it is practically difficult to simplify such a determination test. In order to do this, there is a problem that expensive inspection equipment and a large number of workers are required, and it takes a long time for the determination, and there is a problem to be solved by the present invention.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been created in view of the above-described circumstances for the purpose of solving these problems, and the invention of
The invention according to
In this way, if the concentration of seawater components at normal times is obtained as basic data, the concentration of seawater components deviating from this basic data can be easily measured and the stability of underground structures can be easily determined. The degree can be determined, and the determination work can be simplified and made more efficient.
The invention of
The invention of
The invention of
The invention of
[0005]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Focusing on the leakage of water containing seawater into the groundwater in underground structures built near the ocean floor and the coast, measure the concentration of chemical components derived from seawater and use it as basic data. It was confirmed that the stability of the underground structure can be determined by observing the concentration state of chemical components derived from seawater in the sea, and the present invention was completed. In this case, the underground water in the leaked water is subject to seasonal fluctuations due to the natural environment, such as the weather, while the seawater inflow route from the seabed or coast to the underground structure is formed for the seawater. As long as there is no exceptional situation such as an earthquake, it is considered that there is no change or slight change even if there is a change, so it is estimated that it is almost constant throughout the year regardless of the season Therefore, the seasonal fluctuations of the concentration of water leakage composition components are measured in advance and converted into data as basic data for the year, and this is compared with the actually measured concentration of water leakage composition components to stabilize the underground structure. The degree can be inspected throughout the year.
And in this invention, when the sodium ion concentration which is one of the seawater components and the water leakage flow rate were measured over a plurality of years with respect to the water leakage of a certain submarine tunnel, the measurement position was the same although there was a specific difference depending on each measurement position. If there is, the seasonal change is found to be almost constant, and this is used as basic data for one year. When the sodium ion concentration deviates from this basic data (deviation in a large direction), It can be presumed that the stability is lowered, and the present invention is completed here. For such basic data, the reliability increases as the measurement values of many years are accumulated. Therefore, the measurement values when the stability is judged to be high, that is, the normal state, are sequentially accumulated. It is preferable to update this as basic data.
[0006]
For example, sodium ions (Na + ), potassium ions (K + ), magnesium ions (Mg 2+ ), calcium ions (Ca 2+ ), etc. This is performed by selectively measuring one or more concentrations of anions such as (Cl − ) and sulfate ions (SO 4 2− ). A preferable seawater component for measuring the concentration needs to be a component that is contained in a large amount in seawater and is chemically stable, and suitable examples thereof include sodium ions or chloride ions. That is, these seawater components are also contained in the groundwater, but the determination error decreases as the difference in content increases.
Furthermore, when implementing this invention, in order to improve a precision more, it cannot be overemphasized that it can determine about a multiple types of content component instead of determining about one type of sodium ion.
[0007]
Furthermore, when the groundwater in the leaked water is abnormally heavy due to, for example, a typhoon or when there is an abnormally low amount of rain due to drought or the like, the amount of groundwater varies greatly and may not be the year-round groundwater flow rate. The concentration of seawater components at this time also deviates from the year-round concentration, and determining stability based on this will impair the reliability of stability determination. Therefore, when creating basic data and determining stability, if it is determined that the groundwater flow rate deviates from the basic data, the concentration of seawater components measured together is not adopted as basic data. In addition, it is preferable not to use the measured value when the stability determination is performed, thereby increasing the reliability of the stability determination.
[0008]
【Example】
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1A is a schematic longitudinal sectional view of a conventional submarine tunnel, and FIG. 1B is a schematic transverse sectional view. The submarine tunnel includes an upstream
[0009]
Now, in the submarine tunnel, the water leakage flow rate and the sodium ion concentration were measured at each of the measurement positions a to n, but there is no abnormality at each of the measurement positions f to j as a representative ( After confirming that the stability is secured), the flow rate of the leaked water (m 3 day -1 : cubic meters day minus the first power) over multiple years (for example, about 5 years) And measuring the sodium ion concentration (μg mL −1 : microgram milliliter to the power of −1) in the leaked water (ordinarily known measurement techniques can be adopted, such as ion selection) 2 to 6 show plots of these measured data. Observing these plotted graphs, although there is an inherent difference at the measurement position, the measured sodium ion concentration (marked with ○) and the leakage flow rate (marked with Δ) are seasonal with a roughly constant relationship at each measurement position. It was confirmed that the seawater leakage flow rate was constant, and that the inference that there was a change in the groundwater flow rate was correct. When each data is used as basic data at each measurement-corresponding observation position, and the sodium ion concentration deviating from this data is measured, the stability of the submarine tunnel has deteriorated and the stability has decreased. judge. As an example, at the measurement position i, the sodium ion concentration (marked with ●) measured in July of a certain year is the basis of the corresponding month even though there is almost no change in the leaked water flow (marked with ▲). From the data, it was observed that the seawater flow rate increased, and it was determined that the seawater flow rate increased due to the accelerated deterioration of the submarine tunnel structure. In order to investigate the authenticity of this judgment result, a detailed inspection was performed on the site, and in fact, it was confirmed that the deterioration of the tunnel structure progressed and the stability was impaired, and the reliability of the present invention was high. confirmed.
[0010]
On the other hand, at the measurement position j, it was observed that the sodium ion concentration (● mark) and the water leakage flow rate (▲ mark) measured in October of a certain year deviate from the basic data. In August of this year, drought was particularly low, resulting in a decrease in groundwater flow. As a result, the leakage flow decreased, but the incoming seawater flow did not change, so the concentration of sodium ions increased. Judged as an abnormal value. In order to investigate the authenticity of this judgment result, a detailed inspection was carried out at the site, and in fact, it was confirmed that the tunnel structure was not deteriorated and remained highly stable. By doing so, it was confirmed that the reliability of the present invention was increased.
[0011]
Next, FIG. 7 shows a stability determination device. The
[0012]
By the way, although it is a criterion for stability, for example, measured values on the same day for multiple years (due to the nature of water leakage, there is no significant change in measured values on a daily basis. Of course, the average value may be obtained as a population, and normality / abnormality may be determined based on a deviation from the average value.
[Brief description of the drawings]
1A is a schematic longitudinal sectional view of a submarine tunnel, and FIG. 1B is a schematic transverse sectional view thereof.
FIG. 2 is a graph plotting a water leakage flow rate at a measurement position f and a sodium ion concentration in the water leakage.
FIG. 3 is a graph plotting a water leakage flow rate at a measurement position g and a sodium ion concentration in the water leakage.
FIG. 4 is a graph plotting a water leakage flow rate at a measurement position h and a sodium ion concentration in the water leakage.
FIG. 5 is a graph plotting a water leakage flow rate at a measurement position i and a sodium ion concentration in the water leakage.
FIG. 6 is a graph plotting a water leakage flow rate at a measurement position j and a sodium ion concentration in the water leakage.
FIG. 7 is a block circuit diagram of a stability determination device for an underground structure.
[Explanation of symbols]
1, 2 Main tunnel of
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