JPS63140945A - トンネル構造物の空洞・亀裂等の検査方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、トンネル構造物の空洞・亀裂等を検査する方
法に係る。

［従来の技術〕 近年の道路、鉄道等の土木構造物は、地すベリ、崩壊等
の災害多発地区及び危険地区では、これらの災害ににる
破壊を回ｉ！ｉｔ　’ｊるために、地表を避けＣ基盤岩
に、トンネルを掘削して建設する傾向にある。

しかしながらこのようなトンネル構造物ら、経年変形に
より劣化し、そのまま放置しておくと最後には破壊して
しまうことは避は得なかった。

ｌ−ンネル構造物の経年変化は、現象面から、力学な変
形、物理的な変化、化学的な変化に分類される。

力学的な変形は、応力場の変化が原因でトンネル断面形
状に変形を生じ、これが覆工面の亀裂、落盤、剥離、圧
挫、盤ぶくれ、目地切れ、食い違い等となって現われる
。

物ＪＩＪｊ的な変化には覆工背面の土砂流出、粘土鉱物
の膨潤、凍結膨張等があり、これらの進行は力学的な変
形をもたらず。

化学的な変化には風化作用による岩質変化、鉱泉・温泉
質等からなる地下水による腐食等があり、これらの進行
は力学的な変形をもたら寸。

そのため、トンネル構造物の安全性に決定的な影響を及
ばずような変形破壊に至る前に、覆工面の亀裂、水ａ−
れまたは、覆工背面の周囲の地質構造を検査し、これら
の関係を解読して適切な補修・補強をする必要がある。

［発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら従来の検知方法では連続的な検査がひきな
いので、トンネルのような長い構造物を検知するには時
間がかかり過ぎていた。そのため、特に交通が絶える間
のない自動車用トンネルの検知は困難であった。

そこで本発明は、トンネル構造物の力学的な変形の直接
観測・検知のほか、力学的変形をもたらず要因となる物
理的・化学的な変化をも広範囲に０って２！Ｉ！続的に
検査できる検査り法を捏供しようとげるしのぐある。

［問題点を解決するための手段］ そこで本発明の検査方法は、［・ンネル構造物の覆工か
らまたはこれを通して発けられる赤外線または放射線を
、車輛に搭載した検知装置によって移動しながら観測・
記録し、その観測値またはイの分布によって空洞・亀裂
等を判定することとし１、：。

［作用］ このＪ：つな本発明の検査方法によれば、］−ンネル内
を移動しながら連続的に広範囲の被検部を検査すること
ができるので、］・ンネル構造物の安全性に決定的な影
響を及ぼずようイ１変化・変形に先立って、亀裂、漏水
、空洞等の発生状況を定期的に■つ容易に検査すること
ができる。

［実施例］ 以下、添付図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図及び第２図は、本発明の検査方ｖ２に使用ヅる検
知装置を具えた観測車の要部を模式的に示した図であっ
て、第１図には側面を、第２図には正面を夫々示しであ
る。

観測車１０の床には、前後方向に延びる平行なレールを
取り付け、このレールに架台１２の車輪付案内部を挿入
し、前後動自在に架台１２を装着しである。この架台１
２は、観測車１０の背部ドアを開けて車外に突出さける
ことができる。

この架台１２には、ＡＥＲＭＳ赤外線装置２０の熱赤外
線ビデオカメラ２２及びＡＥＲＭ８ガンマ線装置３０の
ガンマ線検知部３２を装置しである。したがって、熱赤
外線ビデオカメラ２２及びガンマ線検知Ｐｉ社３２は、
必２ｖに応じ観測車１０内に収容または車外に露出する
ことができる。また、架台１２は、ガンマ線検知部３２
がのる部分がくりぬかれており、このくりぬき部分には
、路上からの跳ね上がり土砂からセンサを保護するため
に、ネットが張られている。

なおここで、ＡＥＲＭＳ赤外線装謬２０とは、物体の表
面から故山されている熱線をビデオカメラで映像として
捉え、モニタテレビに白黒ａ淡像また番よりラーリーモ
グラフとして表示し、Ｆ［つその映像を記録として残り
ことができる装置全般をいう。へＥＲＭＳガンマ線８置
３０とは、自然の環境ガンマ線を捕捉し、スベク１−ル
分析部ぐカリウム４０、ビスマス２１４、タリウム２０
８の三成分に分離し、ペンレコーダで記録するととしに
、他の記録装置に記録できる装置全般をいう。

観測車１０のシ１？−シ底面中火には、距離計４０の車
軸４２が装着されてＪ３す、これにより観測車１０の走
行距＃１を正確にルｉることができる。距離精瓜が悪く
てもよい場合には、１５１測車１０の車軸の回転数を計
測して距離を露出する距Ｍ　ｆｆ１（）〜リップメータ
）を利用してもよい。

観測中１０内には、Ａ　Ｅ　ＲＭ　Ｓ赤外線装置２０及
びＡＥＲＭＳガンマ線装置３０を構成づる各種８！ｉ置
が１ｉ載されている。ＡＥＲＭＳ赤外線装首２０は、熱
赤外線ビデオカメラ２２の他にモニタテレビ２４、ビデ
オフ−ブレコーグ２６、制御部２８ａを具えている。

へＥＲＭＳガンマ線装置３０は、ガンマ線検知部３２の
他にスペクトル分析装置３４、ペンレコーダ３６、他の
記録装置としてのデジタル・データレコーダ３８及び制
御部２８ｂを具えている。

熱赤外線ビデオカメラ２２は、２８°×１５°　〈ワイ
ド）から７°Ｘ　３．２５°　（ナロウ）の視野角を有
し、瞬間視野角はそれぞれ１．８７ｎｒａｄ　　（ワイ
ド）、０．４７ｍｒａｄ　　（ナロウ）である。その分
解能は、最小検知温度差０．１℃（ワイド）〜０．１５
℃（ナロウ）であり、５ｍ離れた被験体の温度を幅２Ｉ
Ｒ１１１ごとに０．１℃単位で観測できる。なおこの視
野角は、当然にこの範囲に限定されるものではなく、も
っと広くＣもまたは狭くてもよい。

また、この熱赤外線ビデオカメラ２２のカメラアングル
は、覆工面の全てをカバーできるように、垂直軸に対し
て左右１０５°、水平軸に対して上方９０°、下方３０
°の範囲で任意に変えることができるように構成しであ
る。また、本実施例では熱赤外線ビデオカメラ２２を１
台だけ示しであるが、２台以上にしてもよい。

モニタテレビ２４は、熱赤外線ビデオカメラ２２が捉え
た温石分布を白黒濃淡像またはカラーリーモグラフとし
てブラウン管に表示するので、温度の分布と変化を映像
としてＥ１祝することができ、時系列で６追跡できる。

モニタテレビ２４の映像は、ビデオチープレコーグ２６
により　１／２インチのビデオカセットに収録される。

したがって、後に研究室等でこのビデ才力ピットの映像
を分析することもできる。

制御部２８ａは、熱赤外線ビデオカメラ２２の視野角と
映像の解像度（ｖ４間視野角）の切り換え、映像の焦点
距離の調節及び、装置全般のスイッチ）１能を持ってい
る。

ΔＥＲＭＳガンマ線装２３０は、自然の環境ガンマ線を
ガンマ線検知装置３２で捕捉し、スペクトル分析装置３
４でカリウム４０、ビスマス２１４、タリウム２０８に
分離検出し、計量してペンレコーダ３６には連続用紙に
折れ線グラフで、デジタル・データレコーダ３８にはデ
ジタル信号で記録する。

ガンマ線検知装置３２は、自然のガンマ線をエネルギー
レベルで検出するもので、直径５インチ×高さ５インチ
のＮａ　Ｉシンチレータを４本以上１”１１いである。

データの再現性を高めるのにはシンチレータの容量を可
１］シな限り大きなものにするのがよい。なお、エネル
ギー分解能は１０％である。

スペクトル分析装置３４は、所定のエネルギーレベルの
ガンマ線のみを選別し、線量をカウントするものＵ−，
３本のシングルチャンネル・アナライザが使われ、カリ
ウム４０、ビスマス２１４、タリウム２０８の各ガンマ
線がルＩ測できるようにする。

ペンレコーダ３６は５ペン式で、スペクトル分析装置３
４から出力されたカリウム４０、ビスマス２１４、タリ
ウム２０８、ビスマス２１４／カリウム４０１タリウム
２０８／ビスマス２１４のガンマ線のＩＪ　ｆｆｉ及び
線量比を連続的に出力する。

制御部２８ｂは、ガンマ線の検出、分析、出力、記録の
指示命令を出す機能を持つ。

デジタル・データレコーダ３８は、スペクトル分析装置
３４から出力されたデータをカセットテープ等に配録す
るものである。データ取り込み間隔は０．５秒置きで、
日・ｆｆ、？・分・秒の時刻の記録と共にデジタル入力
′ｃ１６チヤンネル、アブログ入力で６４チヤンネルを
収録する能力を６っている。

距却計４０は車輪４２の回転数を距Ｈのデータである電
気信号に変え、この距離データはビデオテープレコーダ
２６、ペンレコーダ３６、デジタル・データレコーダ３
８に送られてごれらに記録される。制御部２８ｃ　ハ、
距離Ｈｆ４０及（Ｊ’Ａ　Ｅ　ＲＭＳ赤外Ｆｕ装置ａ２
０とＡＥＲＭＳガンマ線装冒３ｏに同期１３号を送り、
各種データ間のシーケンスをとる機能を持つ。

また、観測中１０にはＡＥＲＭＳ赤外線装ｒ？！！２０
、ΔＥＲＮＳガンマ線装置３０．及び観測中１０の胴側
系に電力を供給する機能を６つバッテリーの束合イホか
らなる電源装置４４が搭載されている。

熱赤外線ビデオカメラ２２及びガンマ線検知装置３２の
取り付は構造は任意であるが、トンネルの天井からでき
るだけ離れ、ｎつ揺れが少ないという点で上記構造が好
ましい。

次に、上記観測車１０を使った検査方法について説明す
る。本実施例では、赤外線及びガンマ線の観測も共に、
観測＋１１１０を一定速度、例えば時速５ｋｌｍで走行
させながら行なう。観測車１０を走行させながら熱赤外
線ビデオカメラ２２でトンネル覆工表面を照影し、その
温度分布をモニタブレビ２４に映し出すと同時にその映
像をごデオレコーダ２６でビデ才力ヒツトに記録する。

ｍ影角度は、垂直上方から後方に６０°傾斜させた範囲
が好ましい。この鴨合、ビデオカメラの瞬間視野角が１
．８７）ｒａｄのときは、５１離れた被験体の分解能は
０．９３５ｃｍとなる。

同様に観測車１０を走行させながらトンネル覆工から出
るガンマ線を０．５秒間隔でＡＥＲＭＳガンマ線装置３
０で観測する。ガンマ線検知装置３２で捕捉したガンマ
線は、スペクトル分析装置３４でカリウム４０、ビスマ
ス２１４、タリウム２０８の各ガンマ線に分離してペン
レコーダ３６及びデジタル・データレコーダ３８で記録
ケる。時速５ｋ１ｍで走行しているとすれば、０．７ｍ
間隔でのガンマ線スペクトルデータを記録できる。

上記観測車１０の速度は一例であって、被験体までの距
離、必要な制度に応じて変更できる。

このＪこうにして１！ｊられたデータは、距離データひ
位置を確認しながら次のように分析される。

（１）空洞 トンネル覆工背面にできる空洞は、主として地下水によ
る土砂の流出が原因である。地下水温は、四季を通じて
変動が小さいので、ｚ季は気温より低く、冬季は気温よ
り高くなるのが一般的である。

そのため地下水の通路となっている空洞部Ｃは、地下水
と同じ温度パターン現象がみられる。したがって、トン
ネル覆工面では坑内空気と熱収支を保っているが、空洞
化の生じている場所では地下水と熱のやりとりも起こる
ので、トンネル電工面の）８度分布を計ると、空洞のあ
る所には低温域または高温域の温度パターンが現われる
。これを熱赤外線ビデオカメラ２２でとらえると、他の
部分とは異なった温度パターンの映像が現われるので、
その部分には空洞があることが判る。なお、判読の）Ｊ
礎となる坑内空気の温度は現場で、地下水温度は覆工部
のｇａ裂からの湧き水の温度を参考にする。

（２）亀裂 地中に空間（トンネル）が作られると、空間周辺の応力
場に変化を与える。応力場の変化は変形のエネルギー源
となり、変形を抑止する力が反作用として動き、その結
果、岩石や上の組織構造に微細な空隙が形成される。

その空隙は、初期には気体しか通れない狭いものであっ
ても、時間の経過につれて拡大し、水も通れるようにな
る。同時に変形も進行し、大きなものとなり、亀裂形成
に至る。１ζだし、亀裂部から常に地下水がしみ出てい
るとは限らない。何故なら、亀裂の形成要因と形成時期
との関連で、または地下水脈があるか否かで乾わいてい
たり、濡れていたりする場合があるからである。

ここで亀裂部を形態的に詳しくみると、重なるようにず
れているもの、開くようにしてずれているものとがある
。前者は圧縮力、後者は引っ張り力ににって形成された
ものである。これを熱赤外線ビデオカメラ２２でとらえ
ると、坑内温度と地山温度とに差がある限り、亀裂の形
態を反映した温度分布が現われるので、それをＦａ裂部
と判定することができる。

（３）漏水 ｉ・ンネル覆工背面に「みず通」と「地下水タンク１が
あり、そこにトンネル内に通じる「通路」が存在Ｊると
きに漏水現象が見られる。混水量は漏水の幅、厚み、流
下速度の積で表わづことが出来る。漏水量の多少は「み
ず逍」［地下水タンク１「通路」等の規模と関連してお
り、空洞探知、亀裂発生要因の評価に際して、重要な情
報を提供してくれる。

ここで漏水の幅は、その部分の温度が周囲の温度と異な
るので、へＥＲＭＳ赤外線装置２０で温度分布を調べれ
ば、簡単に計ＩＳぐきる。また、漏水のＰメみと流下速
度の積が大ぎいほど地下水タンクの水温に近くなる。従
って、この関係を前もつで調べておけば、漏水部の温度
分布が判れば、漏水の）９みと流下速度の積、すなわち
、漏水量が判る。

（４）　　地質・岩質・構造・地震動との関連トンネル
覆工背面の空洞化、覆工面のｆ０裂、漏水の原因として
は、風化作用、地震活動、火山活動等による地Ｒ１ＩＪ
がある。これを判定するのには、岩質、断層、ラドン・
トロンの挙動、地熱と熱水、等の情報を得る必要がある
。その情報としては、カリｒンム４０、ビスマス２１４
、タリウム２０８といった自然ガンマ線のスペクトル分
布が適している。

従って、ＡＥＲＭＳガンマ線装置３０でこれらのスペク
トル分布を観察し、分析することにより、それらの問題
を評価解析できる。例えば膨潤性の蛇紋岩では極端にガ
ンマ線が少なく、活断層についではガンマ線の成分変化
から、また高温熱水ではガンマ線の成分量と成分比に特
徴がでる、といった現象を塁に、時系列観測の中での評
価判定に使える。

このように観測車１０で（ｑたデータを分析することに
より、トンネル構造物の亀裂・空洞物等を発見できるの
で、必要により問題個所を再度綿密に検査したり、補修
、補強したりできる。

以上の判定は走行中の観１１１１ｍ１０の中でも行える
が、全てのデータはビデオレコーダ２６、ペンレコーダ
３６、デジタル・データレコーダ３８に記録されている
ので、研究室に清ら帰ってから行なうことらできる。

以−ＬＡ発明の検査方法についての一実施例について説
明したが、観測・記録するガンマ線し上記実施例に限定
されるものではなく、本発明がこの実施例に拘泥される
ものでないことはいうまでもない。

［発明の効果］ 以上の説明から明らかな通り本発明の検査方法によれば
、トンネル内を移動しながら連続的に広範囲の被検部を
検査することができるので、トンネル構造物の安全性に
決定的な形管を及ぼすような変化・変形に先立って、漏
水、空洞、亀裂等の発生状況を定期的に且つ容易に検査
することかできる。従って、トンネル構造物の保守、補
修といった安全管理を確実に行なって災害を未然に防止
するとができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の検査方法の実施に使用１゛る観測車の
一実施例の要部を概略で示した側面図、第２図は同実施
例のＴ面図、第３図は同実施例によってトンネル内を検
査している様子を示した側面図、第４図は同背面図、第
５図は本発明の検査方法の概略をブロックで示した図面
である。 １０・・・観測車　２０・・・ＡＥＲＭＳ赤外線装賃　
２２・・・熱赤外線ビデオカメラ　２４・・・モニタテ
レビ　２６・・・ビデオテープレコーダ　３０・・・へ
ＥＲＭＳガンマ線装置　３２・・・ガンマ線検知装置１
’／　　３４・・・スペクトル分装置部　３６・・・ペ
ンレコーダ　３８・・・デジタル・データレコーダ　４
０・・・距離＾１ 特許出願人　　朝日航洋株式会社 代理人弁理士　吉　　村　　　悟 第１図 第２図 ４２′ 第３図 第４図 第５図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）トンネル構造物の覆工からまたはこれを通して発
   せられる赤外線または放射線を、車輛に搭載した検知装
   置によって移動しながら観測・記録し、その観測値また
   はその分布によって空洞・亀裂等を判定することを特徴
   とするトンネル構造物の空洞・亀裂等の検査方法。
2. （２）前記トンネル構造物の覆工からまたはこれを通し
   て発せられる熱赤外線を、ＡＥＲＭＳ赤外線装置で観測
   ・記録する特許請求の範囲第（１）項に記載のトンネル
   構造物の空洞・亀裂等の検査方法。
3. （３）前記トンネル構造物の覆工を通して発せられるカ
   リウム４０、ビスマス２１４、タリウム２０８の各ガン
   マ線を、ＡＥＲＭＳガンマ線装置で観測・記録する特許
   請求の範囲第（１）項に記載のトンネル構造物の空洞・
   亀裂等の検査方法。