JP6744120B2 - 斜面変状検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、斜面地形の法面において地表面の変状を検知する装置、特に地表付近の変位を機械的に検出し、その結果を電気的に評価するという手法を採用した斜面変状検知装置に関するものである。

山岳地域において、道路や鉄道などが地すべり地などを通過する場合においては、周辺の斜面において、崩落などが発生し、災害を発生させることがある。また、道路や鉄道などの土木工事においては、斜面を人工的に掘削することが行われ、掘削法面において変状を発生させることがある。このため、このような崩落や変状の発生の恐れのある地点においては、自然斜面や人工法面の監視や動態観測が行われることがある。斜面や法面の動態観測としては、地表面変位を観測する方法と地中の挙動を観測する手法がある。これらの観測結果から警報を発信する装置は数多く開発され、利用されている。

地表面変位については、地表面変位計が一般的に利用されることが多い。また、杭型の計測器を使用する手法が特許文献１に、貫入型のパイプ歪計が特許文献２に、また斜面崩壊監視装置が特許文献３により提案されている。

特許第４２９９３５５号公報 特許第４９４２３４８号公報 特開平８−１３５０５号公報

しかしながら、従来の斜面変位警報装置には、次のような問題がある。例えば従来の一般的な斜面変位警報装置では、地表面伸縮計は斜面の２点間の変位を測定するものであり、一方を不動点に設置する必要がある。また、広範囲を面的に測定することが困難である。特許文献１及び特許文献２の発明では、１点での斜面変位測定が可能であるが、測定装置にセンサー及び演算回路が組み込まれているため、比較的高価なものになっている。また、特許文献３の発明では、傾斜計を検出器とし、検出された傾斜量を電気信号に変換した後、Ａ／Ｄ変換器、演算装置により警報信号を発令するシステムであり、広範囲の各地点の測定が可能となるが、装置が複雑になり、高価なものとなっている。

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、その目的は、地表付近の変位量を、電圧信号などに変換せず、機械的に検出し、さらに、電気回路により変位を評価し、警報を発令する斜面変状検知装置を提供することである。
本発明の第２の目的は、測定装置の設置が容易であり、変位を簡単な構成を有する電気回路で評価可能とするものである。さらに、警報装置は、市販品を使用することと可能し、斜面変状検知装置全体の費用を低減させることができる。

上記目的を達成するために、本発明は、有底孔を有する管形状のガイド管と、前記ガイド管の上端部に取り付けられた固定板部材と、前記固定板部材の上に配置された変位検知部と、前記固定板部材の上に配置され、変位検知部からの検知信号により警報を発する警報部と、前記固定板部材の上に配置され、変位検知部及び警報部に電力を供給する電源部と前記ガイド管の先端部に取り付けられたアンカーピンと、前記ガイド管の有底孔内を長手方向に延び、前記アンカーピンと、前記変位検知部、警報部、および電源部との間に接続された導電線とから成り、前記ガイド管は、地表面よりも所定の寸法だけ深部の位置へ到達するよう設置され、前記アンカーピンはガイド管の孔底から地中に向けて固定される、斜面変状検知装置を要旨とする。

このような斜面変状検知装置において、前記変位検知部は、導電線のアンカーピン接続端部とは反対側の端部に取り付けられた金属箔部材と、当該金属箔に切断作用を及ぼすカッター刃と、前記警報部に接続され、前記金属箔に対するカッター刃の離間、接触、切断作用に応じて前記警報部をオン/オフ動作させるスイッチ部材と、から構成することができる。

また、前記警報部は、電源部に接続されたモニタランプと、モニタランプに対して並列に電源部に接続された注意ランプと、モニタランプに対して直列に電源部に接続された警報ランプとから構成され、前記スイッチ部材は、前記モニタランプに対して直列に電源部に接続され、また前記警報ランプに対して並列に電源部に接続されて前記モニタランプ及び警報ランプをオン/オフ動作させる第１のスイッチと、前記注意ランプに対して直列に電源部に接続され、当該注意ランプをオン/オフ動作させる第２のスイッチとから構成することができる。

また、前記第１のスイッチは前記金属箔によって構成され、当該金属箔が非切断状態でオン、切断状態でオフとなり、前記第２のスイッチは前記カッター刃により構成され、前記金属箔に対するカッター刃の接触作用においてオン、前記金属箔に対するカッター刃の離間および切断作用においてオフとなるようにすることもできる。さらに、前記警報部は警報ランプに加えてさらに音声警報部材を備えることもできる。

本発明の斜面変状検知装置によれば、構成が簡便であることから、安価に製造することができる。また斜面変状検知装置の回路構成も簡便であり、取り扱いが容易である。この結果、多数の地点で傾斜変位の監視をすることが容易であり、安価に行うことが可能となり、工事の安全を確保することができる。

本発明の第１の実施の形態に係る斜面変状検知装置の構成を示す正面図である。 第１の実施の形態の斜面変状検知装置の平面図である。 第１の実施の形態における斜面変状検知装置の電気的な構成を表す回路図である。 地面に斜面変状検知装置が設置され、地面に変状が生じていない初期状態のときのアルミ箔とカッター刃の関係をモデル化して示す図である。 第１の実施の形態において、斜面変状検知装置が設置された地面に変状が生じ、アルミ箔がカッター刃に接触した状態をモデル化して示す図である。 第１の実施の形態において、斜面変状検知装置が設置された地面の変状が進行し、カッター刃がアルミ箔に食い込んで切断した状態をモデル化して示す図である。

実施の形態１
次に、図１から図５を用いて本発明の第１の実施の形態について説明する。図１は、本発明の一実施の形態に係る斜面変状検知装置の構成を示す正面図である。図１において、符号１は、装置全体を示し、２は変位測定部を表す。変位測定部２の上端部には固定板３が取り付けられ、固定板３の上には変位検知部４と、変位検知部からの検知信号により警報を発する警報部５と、変位検知部４や警報部５に電力を供給する電源部６とが設けられている。変位測定部２は、先端部（下端部、すなわち前記上端部とは反対側の端部）が底部となっている有底孔７を有する管形状のガイド管８と、ガイド管８の先端部に取り付けられたアンカーピン９と、ガイド管８の有底孔７内を長手方向に延び、変位検知部４とアンカーピン９との間に接続された導電線であるインバー線１０とから成る。インバー線１０には、常温付近で線膨張率、熱膨張率が小さい鉄とニッケルとからなる金属材料が用いられる。なお、図１中符号Ｓは地すべりが生じた場合のすべり面を示す。

図２は上記実施の形態の斜面変状検知装置の平面図である。図２に示されるように、固定板３の上面には、変位検知部４と、警報部５と、電源部６とがそれぞれ配置されている。そして、上述のような構成を有する変位測定部２を地中に設置するには、地面から鋼棒などを嵌入させて所定の孔径（例えば２０ｍｍ（ミリメートル）程度）、深さ５０ｃｍ（センチメートル）〜１ｍ（メートル）の孔を形成する。この孔内に、例えば塩化ビニールを材質とする管（例えばＶＰ１３（外径１８ｍｍ、内径１３ｍｍ）のもの）を挿入する。この塩化ビニール管が上記管形状のガイド管８に相当する。このガイド管８にインバー線１０をバンド等で取り付けたアンカーピン９を挿入後、突き棒でアンカーピン９を打撃し、ガイド管８の孔底に固定する。アンカーピン９はＮ１００（日本工業規格）の丸釘を使用してもよい。固定板３は、当該固定板３の４隅部に設けられた固定ピン１１により地表面１２に固定される。固定板３には例えば松矢板製のものが用いられる。また、固定ピン１１には長さが２０ｃｍ程度の釘部材が用いられる。

地表面１２に設置される変位検知部４の一具体例としては次の構成がある。すなわち図２中で、長さ（図２の左右方向）が５ｃｍ程度であり、任意幅（例えば３〜４ｃｍ）の長方形の金属箔を準備する。この実施の形態では、金属箔としては成形、加工などの作業性がよい材質としてアルミ箔１３を使う。アルミ箔１３は、長方形の３辺にゴムバンド１４等を取り付けたクリップ（目玉クリップ等）により、固定板３上の釘等に取り付けられる。インバー線１０の端部にクリップ（目玉クリップ等）を取り付け、アルミ箔１３の残りの１辺に接続することにより変位検知部４が構成される。アルミ箔１３はインバー線１０に接続されることにより電気回路（具体的にはスイッチ回路）の一部を成す。固定板３上にはさらに、カッター刃１５が取り付けられている。このカッター刃１５は、電源部６に接続されて電気回路を構成する一方で、その刃の部分がインバー線１０に接近した位置でアルミ箔１３に刃先を向けて固定板３上に配置されている。そして、地表の変位が発生した場合、インバー線１０に引張力が発生してアルミ箔１３がカッター刃１５の方へ変位して両部材１３，１５が接触し、さらにはカッター刃１５がアルミ箔１３を切断するようになっている。

図３は、警報部５と、電源部６とで構成される電気的要素の回路図である。図３に示されるように、電源部５には乾電池或いはバッテリーといった電源１６が用いられる。警報部５は、電源１６に接続されたモニタランプ（緑）１７と、モニタランプ１７をオン/オフ切替えする第１のスイッチ１８（図３以下の図中ではＳＷ１と示されている）と、モニタランプ１７に対して並列に電源１６に接続された注意ランプ１９と、注意ランプ１９をオン/オフ切替えする第２のスイッチ２０（図３以下の図中ではＳＷ２と示されている）と、モニタランプ１７に対して直列に電源１６に接続され、且つ第１のスイッチ１８に対して並列の関係に電源１６に接続された警報ランプ２１及び音声警報部材であるブザー２２とから構成されている。なおアルミ箔１３等の上部には雨よけ用カバー（図示してない）が設置される。

以上の構成において、本実施の形態に係る斜面変状検知装置１の動作を説明する。斜面地の地表面に斜面変状検知装置１が設置されている状態で、すべり面Ｓで地すべりが発生すると、インバー線１０の引張力によりアルミ箔１３が、ゴムバンド１４の弾性力に対抗して図２の下方に向けてずれる。このアルミ箔１３がずれた方向の位置にはカッター刃１５があるので、アルミ箔１３はカッター刃１５に接触し、さらに上記ずれが大きくなればアルミ箔１３がカッター刃１５により切断される。図４乃至図６は上記アルミ箔１３とカッター刃１５との間の接触、切断動作における電気的な接続変化を表す図である。このうち図４は、地面に斜面変状検知装置１が設置され、地面に変状が生じていない初期状態（或いは通常状態）のときのアルミ箔１３とカッター刃１５の関係をモデル化して示す図である。図５は、斜面変状検知装置１が設置された地面に変状が生じ、アルミ箔１３がカッター刃１５に接触した状態をモデル化して示す図である。図６は、斜面変状検知装置１が設置された地面の変状が進行し、カッター刃１５がアルミ箔１３に食い込んで切断した状態をモデル化して示す図である。初期状態では、地面に斜面変状検知装置１が安定して設置された状態に保持される。このときアルミ箔１３は固定板３上で静止しており、アルミ箔１３とカッター刃１５は、図４に示されるように一定の間隔に離されている。次に、地表面が変位すると、固定板３に対して、インバー線１０と接続したアルミ箔１３が移動し、図５に示されるようにアルミ箔１３はカッター刃１５に接触する。この接触の後、さらに地表面が変位すると、カッター刃１５がアルミ箔１３に食い込み、アルミ箔１３が部分的に切断される。さらに地表面が変位して、変位量がアルミ箔１３の幅寸法を超えると、アルミ箔１３はカッター刃１５により、切断される。

また、アルミ箔１３およびカッター刃１５は次のような上記第１のスイッチ１８、或いは第２のスイッチ２０に対応するスイッチ機構を構成する。すなわち図４において、アルミ箔１３はアルミ箔左右にそれぞれワニ口コネクターによりコードと接続し、電源部６及び警報部５と接続配線される。接続配線のし方は、第１に、アルミ箔１３が電源部６に単純に接続されて初期状態で電流が流れる閉回路となる第１のスイッチ１８を構成する。先にも説明したように、この第１のスイッチ１８に対しては警報ランプ２１とブザー２２とが並列に接続されている。第２に、上記第１のスイッチ１８のアルミ箔１３の上部にワニ口コネクターによりコードと接続し、電源部６との間の部位に一端が接続され、アルミ箔１３から離れているカッター刃１５にワニ口コネクターによりコードと接続し、初期状態で電流が流れない開回路となる第２のスイッチ２０を構成する。したがって、図４の初期状態では、第１のスイッチ１８閉回路であるから、図３において第１のスイッチ１８は閉じており（２点鎖線で示されるポジションＰ１）、電流は警報ランプ２１とブザー２２の側を流れるよりも主として閉回路になった第１のスイッチ１８の側を流れる。よって、警報ランプ２１とブザー２２はいずれも作動しない。しかしながら、電源部６とモニタランプ１７を接続する回路に電流が流れてモニタランプ（緑）１７が点灯する。他方において第２のスイッチは開回路であるから、図３において第２のスイッチ２０は開いており（実線で示されるポジションＱ１）、電流は流れない。以上のように、第１のスイッチ１８がオンで第２のスイッチ２０がオフのときはモニタランプ１７が点灯する。

次に地表面が変位すると、上述したように固定板３に対して、インバー線１０と接続したアルミ箔１３が移動し、図５に示されるようにアルミ箔１３はカッター刃１５に接触する。このときの状態を図３に対応してみると、第１のスイッチ１８は閉じていて２点鎖線で示されるポジションＰ１の位置を採ったままであるから警報ランプ２１とブザー２２はいずれも作動しない。他方、アルミ箔１３とカッター刃１５が接触することにより第２のスイッチは閉回路となるから、図３において第２のスイッチ２０は閉じており（２点鎖線で示されるポジションＱ２）、電源部６と注意ランプ１９を接続する回路に電流が流れる。これにより第１のスイッチ１８がオンで第２のスイッチ２０もオンのときは注意ランプ（黄）が点灯する。
また、さらに地表面が変位して、変位量がアルミ箔１３の幅寸法を超えると、図６に示されるようにアルミ箔１３はカッター刃１５により切断される。このときの状態を図３に対応してみると、第１のスイッチ１８は開いて実線で示されるポジションＰ２の位置をとる。これにより第１のスイッチ１８の回路には電流が流れず警報ランプ２１とブザー２２の回路に電流が流れるから、警報ランプ２１と警報ブザー２２とが作動を行う。他方、カッター刃１５がアルミ箔１３を切断することにより、カッター刃１５自身も接触相手がなくなり第２のスイッチは開回路となるから、図３において第２のスイッチ２０は開いて実線で示されるポジションＱ１の位置をとる。そして電源部６と注意ランプ１９を接続する回路の電流は遮断される。これにより第１のスイッチ１８がオフで第２のスイッチ２０もオフのときは注意ランプ（黄）が消灯する一方、警報ランプ（赤）が点灯し、且つ警報ブザーが作動を行う。

なお、斜面変状検知装置１で使用される上記各種ランプ及びブザーには市販の品物を使用することができる。また、変状の判定は、アルミ箔１３とカッター刃１５の設置間隔（変位発生時）、及びアルミ箔１３の幅（変位進行時）によって決定される。

本発明によれば、構成が簡便であることから、安価に製造することができ、また斜面変状検知装置の回路構成も簡便であり、取り扱いが容易であり、有用である。

１ 斜面変状検知装置
２ 変位測定部
３ 固定板
４ 変位検知部
５ 警報部
６ 電源部
７ 有底孔
８ ガイド管
９ アンカーピン
１０ インバー線
１１ 固定ピン
１２ 地表面
１３ アルミ箔
１４ ゴムバンド
１５ カッター刃
１６ 電源
１７ モニタランプ（緑）
１８ 第１のスイッチ（ＳＷ１）
１９ 注意ランプ
２０ 第２のスイッチ（ＳＷ２）
２１ 警報ランプ
２２ ブザー

Claims (4)

1. 有底孔を有する管形状のガイド管と、
   前記ガイド管の上端部に取り付けられた固定板部材と、
   前記固定板部材の上に配置された変位検知部と、
   前記固定板部材の上に配置され、変位検知部からの検知信号により警報を発する警報部と、
   前記固定板部材の上に配置され、変位検知部及び警報部に電力を供給する電源部と
   前記ガイド管の先端部に取り付けられたアンカーピンと、
   前記ガイド管の有底孔内を長手方向に延び、前記アンカーピンと、前記変位検知部、警報部、および電源部との間に接続された導電線とから成り、
   前記ガイド管は、地表面よりも所定の寸法だけ深部の位置へ到達するよう設置され、
   前記アンカーピンはガイド管の孔底から地中に向けて固定され、
   前記変位検知部は、導電線のアンカーピン接続端部とは反対側の端部に取り付けられた金属箔部材と、
   当該金属箔に切断作用を及ぼすカッター刃と、
   前記警報部に接続され、前記金属箔に対するカッター刃の離間、接触、切断作用に応じて前記警報部をオン/オフ動作させるスイッチ部材と、
   から成ることを特徴とする斜面変状検知装置。
2. 前記警報部は、
   電源部に接続されたモニタランプと、
   モニタランプに対して並列に電源部に接続された注意ランプと、
   モニタランプに対して直列に電源部に接続された警報ランプとから構成され、
   前記スイッチ部材は、
   前記モニタランプに対して直列に電源部に接続され、また前記警報ランプに対して並列に電源部に接続されて前記モニタランプ及び警報ランプをオン/オフ動作させる第１のスイッチと、
   前記注意ランプに対して直列に電源部に接続され、当該注意ランプをオン/オフ動作させる第２のスイッチとから構成されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の斜面変状検知装置。
3. 前記第１のスイッチは前記金属箔によって構成され、当該金属箔が非切断状態でオン、切断状態でオフとなり、
   前記第２のスイッチは前記カッター刃により構成され、前記金属箔に対するカッター刃の接触作用においてオン、前記金属箔に対するカッター刃の離間および切断作用においてオフとなる、
   ことを特徴とする請求項２に記載の斜面変状検知装置。
4. 前記警報部は警報ランプに加えてさらに音声警報部材を備えていることを特徴とする請求項２又は３に記載の斜面変状検知装置。

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