JP4598433B2 - 埋設管の検査方法 - Google Patents
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Description
本発明は、埋設管の劣化状態を検査する検査方法に関する。
下水管路や農水管路においては、埋設管の経年に伴う腐食摩耗や破損により陥没や漏水などの事故が増加してきている。このため適切な劣化度診断とその調査結果に基づく、適切な修繕・更新が望まれている。
下水管路や農水管路の診断調査においては、一般に、修繕・改築工事の順番及び工事方法を決定するために、調査流域を構成する要素区域間の劣化進行度の順位付け、及び定量的な劣化レベルの進行度の把握が必要となる。
このため、従来では、目視やＴＶカメラを用いて外観調査を行い、必要となればコアを抜いて物性を調査するという方法が一般に行われている。しかし、このような手法では、目に見える劣化しか捉えることができず、管外周や内部の劣化については見逃されてしまい、劣化現象を適切に定量的に把握することが困難であった。また、定量的なデータを集めるためにはコアを大量に抜く必要があり、下水管路や農水管路の強度を損ねたり、作業に手間がかかるという欠点がある。
一方、コンクリート構造物で行われている検査方法の応用も考えられている。例えば、弾性波を利用したひび割れ幅及び深さを予測するシステムが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この検査システムによれば、弾性波の振幅の大きさや、弾性波のカウント数（所定以上の振幅のカウント数）の減少を利用しているため、埋設管が埋設されている周囲状況の影響を受けやすく、検査精度が悪いという問題がある。
特開平１０−１４２２００号公報
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたもので、下水管路や農水管路等を構築している埋設管の劣化位置を、埋設環境に影響されずに高精度で検査することが可能な埋設管の検査方法を提供することを目的とする。
本発明の検査方法は、埋設管の劣化状態を管内部から検査する方法であって、衝撃弾性波試験を行って検査対象管の伝播波を複数の位置で測定し、その各位置で得られる伝播波について周波数スペクトルを解析し、それら周波数スペクトルにおける一定の周波数区間に対する高周波成分または低周波成分の面積の比率から、劣化位置を特定することを特徴としている。この発明の検査方法によれば、衝撃弾性波試験による伝播波の計測を検査対象管の複数の位置で行っているので、劣化位置を特定することが可能となる。
衝撃弾性波試験を行って検査対象管の伝播波を複数の位置で測定し、その各位置で得られる伝播波について周波数スペクトルを解析し、それら周波数スペクトル一定の周波数区間に対する高周波成分または低周波成分の面積の比率を評価して劣化位置を特定することが可能になる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
＜実施形態＞
本発明の実施形態を以下に説明する。
本発明の実施形態を以下に説明する。
この実施形態において衝撃弾性波試験は以下のようにして行う。
［入力方法］
入力装置としてはハンマや鋼球またはインパルスハンマなどによる打撃具が使用できるが、打撃は常に同じ力で加えることが望ましいので、例えばシュミットハンマや、バネ、ピストン等を用いて一定の力でハンマ、鋼球等を打ち出す方法、または一定の高さから鋼球等を落下させる方法が望ましい。インパルスハンマを使用した際は、入力情報の数値データを計測しておき、解析時に反映させることができるようにしておくことが望ましい。
入力装置としてはハンマや鋼球またはインパルスハンマなどによる打撃具が使用できるが、打撃は常に同じ力で加えることが望ましいので、例えばシュミットハンマや、バネ、ピストン等を用いて一定の力でハンマ、鋼球等を打ち出す方法、または一定の高さから鋼球等を落下させる方法が望ましい。インパルスハンマを使用した際は、入力情報の数値データを計測しておき、解析時に反映させることができるようにしておくことが望ましい。
特に、最大ピークの強度を評価する際の入力装置としては、例えばインパルスハンマのような入力情報を数値化できる打撃具や、一定の力で打撃を行うことができる打撃具を使用するのが望ましい。
［受信方法］
受信子としては加速度センサやＡＥセンサ及び振動センサ等が使用できる。受信子のセット方法としては、テープや接着剤等で固定してもよいし、手や押さえ治具等を使って圧着させてもよい。
受信子としては加速度センサやＡＥセンサ及び振動センサ等が使用できる。受信子のセット方法としては、テープや接着剤等で固定してもよいし、手や押さえ治具等を使って圧着させてもよい。
これらの入力装置や受信装置は、水や酸性水、塩基性水に接触することがあるためステンレスなどの耐食性に優れた材料で形成されていることが望ましい。
［計測方法」
インパルスハンマなどで管内面に弾性波を入力し、一方で管内にセットした受信子により、検査対象管を伝播した弾性波をキャッチし、記録装置により波形記憶を行わせる（受信データの計測）。また、入射位置と受信位置とは相対的な位置が同じになるように設置するのが望ましい。このとき、計測は検査対象管に対して、幾つか位置を変えて複数の位置で計測する。
インパルスハンマなどで管内面に弾性波を入力し、一方で管内にセットした受信子により、検査対象管を伝播した弾性波をキャッチし、記録装置により波形記憶を行わせる（受信データの計測）。また、入射位置と受信位置とは相対的な位置が同じになるように設置するのが望ましい。このとき、計測は検査対象管に対して、幾つか位置を変えて複数の位置で計測する。
［解析方法］
解析方法としては、例えば、以下の２つの方法がある。
解析方法としては、例えば、以下の２つの方法がある。
（１）各計測位置で計測した波形データをＦＦＴし、周波数スペクトルを描かせる。これらのスペクトル分布において、一定の周波数区間に対する高周波成分の面積の比率（［高周波区間のスペクトル／一定の周波数区間のスペクトル面積］×１００％）、または、一定の周波数区間に対する低周波成分の面積の比率（［低周波区間のスペクトル／一定の周波数区間のスペクトル面積］×１００％）を評価することにより、劣化位置を特定することが可能となる。
（２）上記各計測位置で計測した入力と受信のデータについて、入力（打撃側）と出力（受信側）の関係を考慮した周波数スペクトルを描かせる。これらのスペクトル分布において、一定の周波数区間に対する高周波成分の面積の比率、または、一定の周波数区間に対する低周波成分の面積の比率を評価することにより、劣化位置を特定することが可能となる。この（２）の解析法を採用する場合、インパルスハンマの打撃力（入力情報）を数値化しておく必要がある。
ここで、入力と出力との関係を考慮した周波数スペクトルとは、例えば、入力のフーリエスペクトルをＡ（ｆ）、出力のフーリエスペクトルをＢ（ｆ）、伝達関数（周波数応答関数）をＨ（ｆ）とすると、Ｈ（ｆ）＝Ｂ（ｆ）／Ａ（ｆ）の関係で表され、このＨ（ｆ）を描かせたのがここでの周波数スペクトルの分布となる。
＜実施例１＞
［サンプル準備］
ＪＩＳ Ａ ５３０３のＢ型１種の規格に基づいた、呼び径２５０ｍｍ（管長：２ｍ）のコンクリート製ヒューム管（日本ヒューム管製の製品）を用いて、以下のようなサンプルを準備した。
・サンプルＴ５１：無処理品
・サンプルＴ５２：周方向クラック導入品
図１に示すような導入方法にてクラック幅０．１５ｍｍのクラックを導入したもの。なお、クラック幅は、管外周においてスケール付きルーペで拡大して測定した（５点の平均値）。
［サンプル準備］
ＪＩＳ Ａ ５３０３のＢ型１種の規格に基づいた、呼び径２５０ｍｍ（管長：２ｍ）のコンクリート製ヒューム管（日本ヒューム管製の製品）を用いて、以下のようなサンプルを準備した。
・サンプルＴ５１：無処理品
・サンプルＴ５２：周方向クラック導入品
図１に示すような導入方法にてクラック幅０．１５ｍｍのクラックを導入したもの。なお、クラック幅は、管外周においてスケール付きルーペで拡大して測定した（５点の平均値）。
［入射及び受信位置］
入射装置と受信装置を図２（ａ）〜（ｄ）に示す各位置Ｘ１〜Ｘ４に配置して弾性波の入射及び伝播波の受信を行った。
入射装置と受信装置を図２（ａ）〜（ｄ）に示す各位置Ｘ１〜Ｘ４に配置して弾性波の入射及び伝播波の受信を行った。
［使用機器］
入射装置：インパルスハンマ
受信子：振動センサＧＨ−３１３Ａ（キーエンス製）の雄ねじ部に、直径１０ｍｍ、高さ１５ｍｍの円柱物をねじ込んで使用した。
入射装置：インパルスハンマ
受信子：振動センサＧＨ−３１３Ａ（キーエンス製）の雄ねじ部に、直径１０ｍｍ、高さ１５ｍｍの円柱物をねじ込んで使用した。
受信用アンプ：キーエンス製ＧＡ−２４５
データロガー（記録装置）：キーエンス製ＮＲ−２０００
［計測条件］
上記したサンプルＴ５１及びＴ５２を図３に示すように砂上に設置した状態で計測を行った。
データロガー（記録装置）：キーエンス製ＮＲ−２０００
［計測条件］
上記したサンプルＴ５１及びＴ５２を図３に示すように砂上に設置した状態で計測を行った。
［データ解析］
上記入射装置（インパルスハンマ）の打撃力から入力フーリエスペクトルＡ（ｆ）を求めるとともに、上記した受信子で受信・記録した伝播波の波形データから出力フーリエスペクトルＢ（ｆ）を求め、それら入力フーリエスペクトルＡ（ｆ）と出力フーリエスペクトルＢ（ｆ）を用いて、入力と出力との間の伝達関数（周波数応答関数）Ｈ（ｆ）（Ｈ（ｆ）＝Ｂ（ｆ）／Ａ（ｆ））を求めて、入力と出力との関係を考慮した周波数スペクトルを各サンプルＴ５１、Ｔ５２の各計測位置Ｘ１〜Ｘ４ごとに描いた。それら周波数スペクトルの分布グラフを図４（ａ）〜（ｈ）に示す。
上記入射装置（インパルスハンマ）の打撃力から入力フーリエスペクトルＡ（ｆ）を求めるとともに、上記した受信子で受信・記録した伝播波の波形データから出力フーリエスペクトルＢ（ｆ）を求め、それら入力フーリエスペクトルＡ（ｆ）と出力フーリエスペクトルＢ（ｆ）を用いて、入力と出力との間の伝達関数（周波数応答関数）Ｈ（ｆ）（Ｈ（ｆ）＝Ｂ（ｆ）／Ａ（ｆ））を求めて、入力と出力との関係を考慮した周波数スペクトルを各サンプルＴ５１、Ｔ５２の各計測位置Ｘ１〜Ｘ４ごとに描いた。それら周波数スペクトルの分布グラフを図４（ａ）〜（ｈ）に示す。
次に、計測位置Ｘ１〜Ｘ４で得られた周波数スペクトルの高周波面積比率を下記の式を用いて算出した。その結果を図５に示す。
なお、以上の例では劣化位置の特定に高周波面積比率を用いているが、これに替えて、計測位置Ｘ１〜Ｘ４で得られた周波数スペクトルの低高周波面積比率を下記の式を用いて算出して、劣化位置（クラックの存在位置）を特定するようにしてもよい。
本発明の検査方法は、下水管路や農水管路などの埋設管において、修繕・改築工事の順番及び工事方法を決定するに際して、調査流域を構成する要素区域間の劣化進行度の順位付け、劣化箇所の特定及び定量的な劣化レベルの進行度の把握を行うのに有効に利用できる。
Ｔ５１〜Ｔ５２ 埋設管のサンプル
Claims (1)
- 埋設管の劣化状態を管内部から検査する方法であって、衝撃弾性波試験を行って検査対象管の伝播波を複数の位置で測定し、その各位置で得られる伝播波について周波数スペクトルを解析し、それら周波数スペクトルにおける一定の周波数区間に対する高周波成分または低周波成分の面積の比率から、劣化位置を特定することを特徴とする埋設管の検査方法。
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| JP2003401957 | 2003-12-01 | ||
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| JPH03156363A (ja) * | 1989-11-14 | 1991-07-04 | Iwatsu Electric Co Ltd | 欠陥位置評定方法及び装置 |
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2004
- 2004-05-12 JP JP2004142850A patent/JP4598433B2/ja not_active Expired - Fee Related
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