JP4608257B2

JP4608257B2 - 埋設管の検査方法

Info

Publication number: JP4608257B2
Application number: JP2004217755A
Authority: JP
Inventors: 卓士皆木
Original assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Current assignee: Sekisui Chemical Co Ltd
Priority date: 2004-07-26
Filing date: 2004-07-26
Publication date: 2011-01-12
Anticipated expiration: 2024-07-26
Also published as: JP2006038588A

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、弾性波の振幅値や、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。

このような問題を解消することを目的として、本出願人は、鉄筋コンクリート管などの埋設管について、管内面から衝撃弾性波試験を行って劣化状態を検査する方法を提案している。

この提案技術によれば、埋設管に衝撃弾性波試験を行って管体の伝播波を計測し、この伝播波について周波数スペクトルを解析し、その周波数スペクトルから管体の劣化状態を判定するので、弾性波の振幅値や、弾性波のカウント数（所定以上の振幅のカウント数）の減少などを利用する検査方法と比べて、埋設管の周囲状況の影響を受けにくく、劣化状態を精度良く判定することができる。
特開平１０−１４２２００号公報

ところで、埋設管に対して衝撃弾性波試験を実施する場合、以下のような点が懸念される。

すなわち、老朽化した埋設管の管内面には、汚濁物、ラードなどが付着していたり、コンクリートが腐食して表面に脆弱層が形成されていることが多い。このような老朽化した埋設管を検査する場合、検査前に高圧洗浄車により管路内の洗浄を行っているが、管内面に強く付着した汚濁物やラードなどを完全に取り除くことは困難であり、それら汚濁物やラードなどが管内面に存在する状態で、管内面から衝撃弾性波試験を実施した場合、それら付着物の影響により、精度の良いデータを取得することが難しくなる。

本発明はそのような実情に鑑みてなされたもので、検査対象である埋設管の管内面に、ラード等の付着物層や脆弱層などが存在する状況であっても、埋設管の劣化状態を精度良く判定することができ、これによって安定した検査データを取得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。

本発明の埋設管の検査方法は、埋設管の管内部で衝撃弾性波試験を行って埋設管の伝播波を計測し、その伝播波の計測結果から埋設管の劣化状態を検査する方法であって、埋設管の伝播波を計測する際に、入力機構の接触子による打撃力で埋設管内面の非健全層や付着物層の圧密を行い、その後、同じ位置を入力機構の接触子により打撃することで弾性波を入力する工程と、受信機構の接触子による押しつけ力で埋設管内面の非健全層や付着物層の圧密を行い、押しつけた状態で弾性波の受信を行う工程と、を有することを特徴づけられる。
なお、本発明の検査方法において「埋設管内面の計測部分に存在する非健全層や付着物層」とは、埋設管内面の計測部分に脆弱層などの非健全層と付着物層の双方が存在する場合と、非健全層もしくは付着物層のいずれか一方が存在する場合の両方を意味するものである。

このように、弾性波を計測する際に計測部分に存在する付着物層や脆弱層などを圧密することにより、埋設管の劣化状態を精度が良く判定することができ、その結果として、安定した検査データを取得することができる。

本発明によれば、埋設管の管内面からの衝撃弾性波試験を実施するにあたり、伝播波の計測前に、管内面の計測部分に存在する付着物層や脆弱層などを圧密するか、もしくは、削り取る処理を行うので、埋設管の劣化状態を精度良く判定することができる。その結果として、安定した検査データを取得することができる。

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１＞
本発明の実施形態を以下に説明する。

−衝撃弾性波試験について−
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］
入力機構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。

［受信方法］
加速度センサやＡＥセンサ及び振動センサ等の受信子が使用できる。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。

これらの入力機構や受信機構は、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伝播波をキャッチし、記録装置により波形記憶を行わせる。入射位置と受信子の位置は、検査対象管の管長の１／４以上離して設置するのが望ましい。これは、亀裂などの劣化による管全体の振動現象の変化が捉えやすいからである。また、入射位置と受信位置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。

［解析方法］
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。このスペクトル分布において、例えば、ピークの本数を評価することにより劣化現象を区別することが可能となる。また、周波数スペクトルの最大ピークの位置から、劣化度合いを判定することができる。さらに、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もできる。

−入力機構の打撃具・受信機構の接触子の先端形状について−
本発明において入力機構の打撃具及び受信機構の接触子の先端形状としては、図４（ａ）〜（ｅ）に示すような錐形状（円錐または角錐）１ａ〜１ｅを挙げることができる。また、打撃具の先端形状を錐形状とする場合、図４（ｆ）〜（ｉ）に示すように、錐面（側面）を曲面に加工した先端形状１ｆ〜１ｉとしてもよい。

打撃具の先端形状の他の例として、図５（ａ）〜（ｉ）に示すように、先端面が平面の先端形状２ａ〜２ｉを挙げることができる。

打撃具の先端形状の更に別の例として、図６（ａ）〜（ｇ）に示すように、先端面が曲面の先端形状３ａ〜３ｇを挙げることができる。

−圧密処理について−
埋設管内面の計測部分に存在する付着物層や脆弱層などについて、以下のような手段を用いて圧密する。この作業は、計測機器を設置する際に同時に行ってもよいし、事前に行ってもよい。

（１）計測部分を一定の力で押しつけることにより圧密する。この方法は、受信センサを有する機構について実施することが望ましい。その理由は、計測機器の設置と同時に圧密を実施できるので、計測の時間短縮が可能になるからである。このときの押しつけ力（圧着力）は１００Ｎ以上が望ましい。

（２）計測部分を叩く（打撃など）ことにより圧密する方法。この方法は、打撃による弾性波の入力を有する機構について実施するのが望ましい。その理由は、１度目の打撃で圧密を行い、その後、同じ位置を打撃することで、計測の時間短縮が可能になるからである。この方法で、１度目の打撃で精度の良いデータを取得するための圧密を満たすには、打撃力が１０００Ｎ以上であることが望ましい。

なお、以上は圧密処理の好ましい例について説明したが、これに限られることなく、受信を行う位置を予め打撃により圧密してもよいし、また、打撃を行う位置を予め押しつけにより圧密していてもよい。

ここで、以上の圧密処理において、劣化状態を高精度で検査するには、圧密部分が非脆弱層（健全層）と同様の弾性率になる程度まで圧密することが好ましい。

［圧密に適した入力・受信機構の先端形状］
（１）計測部分を一定の力で、押しつけることにより圧密する方法を採用する場合、押しつけ部の先端形状としては、上記した図４に示す錐形状、図５に示す平面形状及び図６に示す曲面形状が挙げられる。計測部分を圧密するので、特に、図５に示す平面形状及び図６に示す曲面形状が望ましい。

（２）計測部分を叩く（打撃など）ことにより圧密する方法を採用する場合、打撃部の先端形状としては、図４に示す錐形状、図５に示す平面形状及び図６に示す曲面形状が挙げられる。計測部分を圧密するので、特に、図５に示す平面形状、図６に示す曲面形状が望ましい。

なお、以上説明した圧密処理に替えて、埋設管内面の計測部分に存在する付着物層や脆弱層などを削り取る処理を、弾性波の計測を行う前に実施しておいてもよい。付着物層や脆弱層などを削り取る方法としては、削り取る面と接触する部分がヤスリのような機構であり、それを回転させながら削り取る方法や、それを前後、もしくは左右に動かして削り取る方法などが挙げられる。

＜実施例１＞
［サンプル］
サンプルとしては、ＪＩＳＡ５３７２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）について、例えば、以下のような条件を設定したサンプルを挙げることができる。この実施例では、条件３のサンプルを使用した。

条件１：実管路での付着物を想定して、管内面に味噌のようなものを塗りつけたもの。

条件２：管内面を硫酸等を用いて腐食させ、管内面の表面を脆弱化させたもの。

条件３：実際に埋設されていた老朽管を掘り出したもの。

［入射及び受信位置］
入力機構と受信機構を図１に示す位置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］
入力機構：インパルスハンマ
受信子：キーエンス製の振動センサＧＨ−３１３Ａ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］
図２に示すように、サンプル上に盛砂（管頂部から３００ｍｍ嵩）を行った状態で計測を実施した。また、１つのサンプルについて４度の計測（打撃・受信）を行った。
［計測結果］
計測した各波形データをＦＦＴし、各計測ごとの周波数スペクトルを描いた。その各計測ごとの周波数スペクトルの分布グラフを図３（ａ）〜（ｄ）に示す。

図３において各周波数スペクトルの分布グラフを比較すると、（ａ）の周波数スペクトルのグラフのみが周波数分布が異なっており、（ｂ）〜（ｄ）の周波数スペクトルの分布グラフでは、ほぼ同じ形状の周波数分布が得られていることが判る。すなわち、１度目の打撃による計測結果は、付着物層もしくは脆弱層の影響を受けたデータであるが、１度目の打撃により打撃部分が圧密され、２回目以降では、安定した精度のよいデータが取得されていることが判る。

＜実施形態２＞
本発明の埋設管の検査方法において使用される検査機器の具体的な例を図７を参照しながら説明する。

−検査機器の基本構造の説明−
図７に示す検査機器は、入力機構台車１０、受信機構台車２０、ＴＶカメラ車３０及びデータ記録装置４０を備えている。入力機構台車１０、受信機構台車２０及びＴＶカメラ車３０は、検査対象管であるヒューム管１００の内部を走行することができる。また、データ記録装置４０は検査対象区間の地上に配置される。

入力機構台車１０と受信機構台車２０とは、ジョイント部材５０にて相互に連結されており、打撃時において入力機構台車１０から発生する振動による影響が受信機構台車２０側に及ばない構造としている。なお、上記検査機器やジョイント５０はステンレスやアルミ合金などの錆びにくい材質で作られていることが好ましく、また、防水性能を有するものが好ましい。

入力機構台車１０，受信機構台車２０とジョイント部材５０との連結方法としては、例えば各台車１０，２０に連結用雌ねじ（図示せず）を設ける一方、ジョイント部材５０の両端部に、その各台車１０，２０の連結用ねじに嵌まり合う雄ねじ（図示せず）を加工しておき、ジョイント部材５０の端部の雄ねじを各台車１０，２０の連結用雌ねじにねじ込んで連結するという方法を挙げることができる。また、他の方法として、各台車１０，２０にアイボルトを設ける一方、ジョイント部材５０の両端部にフックを設けておき、その各フックを各台車１０，２０にアイボルトに引っ掛けて連結するという方法を挙げることができる。なお、ジョイント部材５０は、入力機構台車１０及び受信機構台車２０との間隔を一定に保つ必要があるので、例えば金属またはプラスチックなどの伸縮し難い材料で製作する。

また、入力機構台車１０と受信機構台車２０の連結は、受信機構内に搭載される振動センサに他からの振動が伝わらない、除振機構が搭載されている場合、ジョイント部材５０を使用せず、入力機構台車１０と受信機構台車２０を直接連結することができる。

さらに、入力機構台車１０もしくは受信機構台車２０に駆動機構と、位置を確認するＣＣＤカメラが搭載されている場合、ＴＶカメラ車３０を省くことができる。

入力機構台車１０と受信機構台車２０とはデータ転送用電気ケーブル６０にて接続されており、また、受信機構台車２０は地上のデータ記録装置４０にデータ転送用電気ケーブル６０を介して接続されている。

入力機構台車１０には弾性波の入力機構１１が搭載されている。入力機構１１は、電動またはエアシリンダにて駆動力が与えられる昇降機構１２上に配置されており、その昇降機構１２の駆動により、入力機構１１が計測時に打撃を行える位置まで移動することができ、また、走行時において管内面に接触しない位置まで移動することができる。

受信機構台車２０には伝播波を受信する受信機構２１が搭載されている。受信機構２１は、電動またはエアシリンダにて駆動力が与えられる昇降機構２２上に配置されており、その昇降機構２２の駆動により、受信機構２１が計測時に受信を行える位置まで上昇することができ、また、走行時において管内面に接触しない位置まで下降することができる。

以上の入力機構１１及び受信機構２１などの機器は、各台車１０，２０にボルト等によってしっかりと固定されている。

ＴＶカメラ車３０に搭載したＣＣＤカメラ３１は、入力機構１１による弾性波入射位置と受信機構２１による弾性波受信位置と受信位置を決定する際に用いられるもので、その映像データはデータ転送用電気ケーブル（図示せず）を介してデータ記録装置４０に導かれ、モニタ４１の画面上に表示される。

以上の構造の検査機器によれば、検査員らが入ることができないような、小口径の埋設管を検査する場合であっても、衝撃弾性波試験を容易に実施することができる。

−圧密処理の実施例−
以上の検査機器において、弾性波の入力機構１１の打撃具の先端形状を図５または図６に示す形状とし、受信機構２１の接触子の先端形状を図５または図６に示す形状とする。そして、弾性波を計測する前に、入射側については、入力機構１１の打撃具による打撃を１度行って、計測部分の管内面に存在する付着物層や脆弱層などを圧密する処理を行う。また、受信側については、受信機構２１の接触子を計測部分に一定の力で押し付けて、管内面に存在する付着物層や脆弱層などを圧密する処理を行う。なお、受信機構２１の接触子は圧密処理を完了した後も、埋設管内面に押し付けた状態を保持し、そのままの状態で弾性波の計測を行えるようにする。

以上のような圧密処理を行うと、埋設管の管内面に、ラード等の付着物層や脆弱層などが存在する状況であっても、それらの影響を除去ないしは大幅に軽減することができ、埋設管の劣化状態を精度良く判定することができる。しかも、この例の場合、入力機構１１の打撃具及び受信機構２１の接触子をそれぞれ圧密手段として兼用することができるので、入力機構台車１０や受信機構台車２０に、圧密を行うための専用機構を別途設ける必要もない。

なお、以上の例では、管内面の計測部分に存在する付着物層や脆弱層を圧密する場合の例を示しているが、本発明はこれに限られることなく、計測部分に存在する付着物層や脆弱層を削り取るための除去機構を、入力機構台車１０や受信機構台車２０に配置しておいてもよい。

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状態を正確に把握するのに有効に利用することができる。

サンプルへの計測機器の配置を示す図である。サンプルの計測条件を模式的に示す図である。本発明の実施例の計測結果を示す図で打撃ごとの周波数スペクトルの分布グラフである。入力機構の打撃具及び受信機構の接触子の各先端形状の例を示す斜視図である。同じく先端形状の例を示す斜視図である。同じく先端形状の例を示す斜視図である。本発明の埋設管の検査方法において使用される検査機器の一例を模式的に示す図である。

１０入力機構台車
１１入力機構
１２昇降機構
２０受信機構台車
２１受信機構
２２昇降機構
３０ＴＶカメラ車
３１ＣＣＤカメラ
４０データ記録装置
４１モニタ
５０ジョイント部材
６０データ転送用電気ケーブル

Claims

埋設管の管内部で衝撃弾性波試験を行って埋設管の伝播波を計測し、その伝播波の計測結果から埋設管の劣化状態を検査する方法であって、埋設管の伝播波を計測する際に、入力機構の接触子による打撃力で埋設管内面の非健全層や付着物層の圧密を行い、その後、同じ位置を入力機構の接触子により打撃することで弾性波を入力する工程と、受信機構の接触子による押しつけ力で埋設管内面の非健全層や付着物層の圧密を行い、押しつけた状態で弾性波の受信を行う工程と、を有することを特徴とする埋設管の検査方法。