JP2006038597A - 埋設管の検査方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】下水管路や農水管路等を構築している埋設管や陶管などの埋設管の劣化現象の区別を高精度で検査する。
【解決手段】埋設管の劣化状態を管内部から検査する方法において、衝撃弾性波試験を行って検査対象管の伝播波を測定し、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の少なくとも第1周波数区間(例えば0.5〜4kHz)のスペクトル面積値と第2周波数区間(例えば0.5〜10kHz)のスペクトル面積値を評価して埋設管の劣化状態の区別を判定する。
【選択図】図10
【解決手段】埋設管の劣化状態を管内部から検査する方法において、衝撃弾性波試験を行って検査対象管の伝播波を測定し、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の少なくとも第1周波数区間(例えば0.5〜4kHz)のスペクトル面積値と第2周波数区間(例えば0.5〜10kHz)のスペクトル面積値を評価して埋設管の劣化状態の区別を判定する。
【選択図】図10
Description
本発明は、埋設管の劣化状態を検査する埋設管の検査方法に関する。
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。
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現象の区別を、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。
本発明の埋設管の検査方法は、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測定し、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の少なくとも第1周波数区間のスペクトル面積値と第2周波数区間のスペクトル面積値とから、劣化現象の区別を判定することを特徴としている。
本発明の埋設管の検査方法において、スペクトル面積値を算出するための周波数区間を設定する手法としては、例えば、状態が異なる複数種の供試管についてそれぞれ衝撃弾性波試験を行って伝播波を測定し、その各伝播波についてそれぞれ周波数スペクトルを解析し、その各周波数スペクトルについて一定の微小周波数区間ごとに積分を行うとともに、その積分値を順次積算して積分積算値を求めていき、当該積分積算値が大きく変化するポイントの周波数を判定して、前記スペクトル面積値を求める周波数区間を設定するという手法を挙げることができる。
本発明の埋設管の検査方法において、前記スペクトル面積値を求める周波数区間は、第1周波数区間の始点が0〜2.5kHz、終点が3〜5.5kHzで、第2周波数区間の始点が前記第1周波数区間と同じ値であり、終点が7〜10kHzである範囲を満たす周波数区間であることが好ましい。
以下、本発明を詳細に説明する。
まず、本出願人は、鉄筋コンクリート管などの管体について、衝撃弾性波試験を行って管体の伝播波を測定し、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技術を提案している。
本発明では、このような衝撃弾性波試験によって得られた周波数スペクトルに対して一定の微小周波数区間ごとに積分し、その積分値を順次積算して積分積算値(スペクトル面積値)を求めていくと、積分積算値が大きく変化するポイントがあり、しかも、その変化ポイントが現れる現象が、図10のグラフに示すように、「管体の軸方向クラック」、「周方向クラック」及び「管肉厚減少」などに関係があることを見出したものである。
そして、本発明では、そのような現象を利用して、上記したように、衝撃弾性波試験を行って検査対象管の伝播波を測定し、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における第1周波数区間(例えば0.5〜4kHz)のスペクトル面積値と第2周波数区間(例えば0.5〜10kHz)のスペクトル面積値を評価することにより、検査対象管の劣化現象の区別が、「健全」、「軸方向クラック」、「周方向クラック」、「軸方向+周方向クラック」または「管肉厚減少」のいずれであるのかを特定することを特徴としている。
次に、本発明において、スペクトル面積を求める際に用いる周波数区間の設定手法について説明する。
まず、状態(劣化状態)が異なる複数種の供試管として、「健全管」、「軸方向クラック導入管」、「周方向クラック導入管」、「軸方向+周方向クラック導入管」、「管肉厚減少管」を作製しておき、これら供試管についてそれぞれ衝撃弾性波試験を行って伝播波を測定し、その各伝播波についてそれぞれ周波数スペクトルを解析する。
次に、各管体の周波数スペクトルについて、それぞれ、一定の微小周波数区間(例えば0.5kHz)ごとに積分を行うとともに、その積分値を順次積算して積分積算値を求める。このようにして得られた各管体の積分積算値を、周波数をパラメータとしてグラフ上にプロットすると、図10のグラフに示すような結果が得られる。なお、図10のグラフは、後述するサンプルS1〜S5について衝撃弾性波試験を行った結果をモデル化したグラフである。
図10のグラフについて検討すると、まず、「軸方向クラック導入管」の積分積算値が大きく変化するポイントを含む周波数区間F1までの各管体の積分積算値は、積分積算値が大きな第1群(「健全管」、「管肉厚減少管」、「軸クラック導入管」)と、積分積算値が小さな第2群(「周方向クラック導入管」、「軸方向+周方向クラック導入管」)の2つの群に分かれる。なお、第1群において、「健全管」よりも「管肉厚減少管」の方が積分積算値が大きいのは、管厚が薄い方が低周波成分が多いことによる。
さらに検討すると、「管肉厚減少管」の積分積算値が大きく変化(減少)するポイントと、「周方向クラック導入管」の積分積算値が大きく変化(増大)するポイントとを含む周波数区間F2までの積分積算値は、「健全管」が「管肉厚減少管」よりも僅かに大きくなり、「軸方向クラック導入管」が「健全管」及び「管肉厚減少管」に対して極端に小さくなる。また、「周方向クラック導入管」が「軸方向+周方向クラック導入管」よりも大きくなる。
以上のことから、「軸方向クラック導入管」の積分積算値が大きく変化するポイントを含む周波数区間F1を第1周波数区間とし、「管肉厚減少管」及び「周方向クラック導入管」の積分積算値が大きく変化するポイントを含む周波数区間F2を第2周波数区間とすることにより、劣化現象の区別を判定することができる。
具体的には、「健全管」を基準として、第1周波数区間の積分積算値(スペクトル面積)が、「健全管」に対して大きい場合を「大」、同程度もしくは少し小さい場合を「中」、極端に小さい場合を「小」とし、また、第2周波数区間の積分積算値(スペクトル面積)が、「健全管」に対して、同程度もしくは少しだけ小さい場合を「大」、小さい場合を「中」、極端に小さい場合を「小」とすると、後述する表2に示す判定条件で、劣化現象の区別を判定することができる。
なお、スペクトル面積値を求める周波数区間は、上記した第1周波数区間と第2周波数区間の2つの区間に限られることなく、3つ以上の周波数区間を設定してもよい。
ここで、本発明の検査方法を適用する埋設管としては、例えば、コンクリート管、鉄筋コンクリート管、陶管、金属管、樹脂管またはFRPM管(モルタルとFRPの複合管)などが挙げられる。また、埋設管の断面形状としては、例えば円形、卵形、矩形、馬蹄形などが挙げられる。
本発明の埋設管の検査方法によれば、衝撃弾性波試験を行って検査対象管の伝播波を測定し、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の少なくとも第1周波数区間のスペクトル面積値と第2周波数区間のスペクトル面積値を評価して埋設管の劣化状態を検査するので、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、劣化現象の区別を精度良く判定することができる。
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>
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。
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の打撃具が使用できる。特に、入力装置としては、入力情報を解析時に反映させるために、入力情報を数値データとして計測できる打撃具、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打撃を行うことが望ましい。また、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。
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の打撃具が使用できる。特に、入力装置としては、入力情報を解析時に反映させるために、入力情報を数値データとして計測できる打撃具、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打撃を行うことが望ましい。また、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。
[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体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、管体を伝播した伝播波を計測し、記録装置により波形記憶を行わせる(受信データの計測)。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。
インパルスハンマなどで管体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、管体を伝播した伝播波を計測し、記録装置により波形記憶を行わせる(受信データの計測)。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]
上記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。この周波数スペクトル分布において、第1周波数区間(0.5〜4kHz)のスペクトル面積値と、第2周波数区間(0.5〜10kHz)のスペクトル面積値とを求める。こ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。
上記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。この周波数スペクトル分布において、第1周波数区間(0.5〜4kHz)のスペクトル面積値と、第2周波数区間(0.5〜10kHz)のスペクトル面積値とを求める。こ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>
本発明の具体的な実施例を説明する。
本発明の具体的な実施例を説明する。
[サンプル準備]
JIS A 5372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S1:無処理管(管肉厚:平均28mm)。なお、管肉厚は管端面付近で片端10点ずつ、計20点をノギスで測定した。
・サンプルS2:軸方向クラック導入管
サンプルに線荷重を加えることができる積荷試験機を用いて、軸方向に4本のクラック(クラック幅=0.15mm)を発生させたもの(図1参照)。なお、クラックの本数は片端面で内面外面に発生していたクラック本数を目視で確認した。
・サンプルS3:周方向クラック導入管
図2に示すような導入方法にてクラック幅1.3mmのクラックを導入したもの(図3参照)。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S4:軸方向+周方向クラック導入管
サンプルS2と同様の方法で軸方向クラックを導入した後、サンプルS3と同様な方法で周方向クラックを導入したもの(図4参照)。
・サンプルS5:管肉厚減少管
特殊成形により、外径は無処理管と同じとし、内径を大きくして平均の管肉厚が13mmとなるようにしたもの(図5参照)。なお、管肉厚は管端面付近で片端10点ずつ、計20点をノギスで測定した。
JIS A 5372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S1:無処理管(管肉厚:平均28mm)。なお、管肉厚は管端面付近で片端10点ずつ、計20点をノギスで測定した。
・サンプルS2:軸方向クラック導入管
サンプルに線荷重を加えることができる積荷試験機を用いて、軸方向に4本のクラック(クラック幅=0.15mm)を発生させたもの(図1参照)。なお、クラックの本数は片端面で内面外面に発生していたクラック本数を目視で確認した。
・サンプルS3:周方向クラック導入管
図2に示すような導入方法にてクラック幅1.3mmのクラックを導入したもの(図3参照)。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S4:軸方向+周方向クラック導入管
サンプルS2と同様の方法で軸方向クラックを導入した後、サンプルS3と同様な方法で周方向クラックを導入したもの(図4参照)。
・サンプルS5:管肉厚減少管
特殊成形により、外径は無処理管と同じとし、内径を大きくして平均の管肉厚が13mmとなるようにしたもの(図5参照)。なお、管肉厚は管端面付近で片端10点ずつ、計20点をノギスで測定した。
サンプルの一覧を下記の表1に示す。
[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]
実管路を想定して、上記したサンプルS1〜S5を図7に示すような条件にて埋設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]
実管路を想定して、上記したサンプルS1〜S5を図7に示すような条件にて埋設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S1〜S5ごとに描いた。
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S1〜S5ごとに描いた。
これらのサンプルのうち、サンプルS1(無処理管(健全管))の周波数スペクトルの分布グラフを図8に示す。また、サンプルS1の周波数スペクトルについて、微小周波数区間(0.5kHz)ごとの積分値(スペクトル面積値)を算出し、この積分値を順次積算した積分積算値を、周波数をパラメータにしてグラフ上のプロットすると、図9に示すようなグラフが得られる。さらに、同様な手法により、サンプルS2〜S5について周波数スペクトルの積分積算値を求めて、周波数−積分積算値のグラフを作成し、これら全てのサンプルS1〜S5の積分積算値を同一のグラフ上に表すと、図10に示すような傾向が現れる。その詳細については、前述したので、ここでの説明は省略する。なお、図10のグラフは、各サンプルS1〜S5の積分積算値の変化をモデル化して示している。
そして、この実施例においては、各サンプルS1〜S5の周波数スペクトルについて、第1周波数区間0.5〜4kHzのスペクトル面積値と、第2周波数区間0.5〜10kHzのスペクトル面積値を算出する。その結果をそれぞれ図11及び図12に示す。
次に、第1周波数区間0.5〜4kHzのスペクトル面積値を評価する(以下、第1の評価という)。具体的には、「無処理管(健全管)」を基準として、スペクトル面積値が「無処理管」に対して大きい場合を「大」、同程度もしくは少し小さい場合を「中」、極端に小さい場合を「小」として評価する。その評価結果を下記の表2に示す。
さらに、第2周波数区間0.5〜10kHzのスペクトル面積値を評価する。具体的には、「無処理管(健全管)」を基準として、スペクトル面積値が「無処理管」に対して、同程度もしくは少しだけ小さい場合を「大」、小さい場合を「中」、極端に小さい場合を「小」として評価する(以下、第2の評価という)。その評価結果を下記の表2に示す。
従って、予め無処理管(供試管)について衝撃弾性波試験を行って、上記した第1周波数区間0.5〜4kHzのスペクトル面積値と、第2周波数区間0.5〜10kHzのスペクトル面積値とを算出・記録しておき、検査対象管(埋設管)について、衝撃弾性波試験を実施することにより得られた周波数スペクトルから、上記した周波数区間0.5〜4kHz及び0.5〜10kHzの各スペクトル面積値を求め、その実測のスペクトル面積値の大きさを、先に記録済みのスペクトル面積値(基準となる無処理管のスペクトル面積値)を基に、上記第1と第2の2段階で評価することにより、検査対象管の劣化現象の区別を特定することが可能になる。
なお、以上の第1と第2の評価において判断基準となる「大」、「中」、「小」を決定するための閾値は、各サンプルS1〜S5について衝撃弾性波試験を予め行って、図10に示すようなグラフを作成し、そのグラフに基づいて求めるようにすればよい。
以上の実施例では、スペクトル面積を求める第1周波数区間を0.5〜4kHz、第2周波数区間を0.5〜10kHzとしているが、本発明はこれに限定されることなく、第1周波数区間の始点が0〜2.5kHz、終点が3〜5.5kHzで、第2周波数区間の始点が前記第1周波数区間と同じ値であり、終点が7〜10kHzである範囲を満たす周波数区間としても本発明は実施可能である。
また、スペクトル面積値を求める周波数区間は、上記した第1周波数区間と第2周波数区間の2つの区間に限られることなく、3つ以上の周波数区間を設定してもよい。
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現象の区別をの判定するのに有効に利用することができる。
S1〜S5 埋設管のサンプル
Claims (3)
- 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測定し、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の少なくとも第1周波数区間のスペクトル面積値と第2周波数区間のスペクトル面積値とから、劣化現象の区別を判定することを特徴とする埋設管の検査方法。
- 請求項1記載の埋設管の検査方法において、状態が異なる複数種の供試管についてそれぞれ衝撃弾性波試験を行って伝播波を測定し、その各伝播波についてそれぞれ周波数スペクトルを解析し、その各周波数スペクトルについて一定の微小周波数区間ごとに積分を行うとともに、その積分値を順次積算して積分積算値を求めていき、当該積分積算値が大きく変化するポイントの周波数を判定して、前記スペクトル面積値を求める周波数区間を設定することを特徴とする埋設管の検査方法。
- 請求項1記載の埋設管の検査方法において、第1周波数区間の始点が0〜2.5kHz、終点が3〜5.5kHzで、第2周波数区間の始点が前記第1周波数区間と同じ値であり、終点が7〜10kHzである範囲を満たす周波数区間であることを特徴とする埋設管の検査方法。
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JP2004217832A JP2006038597A (ja) | 2004-07-26 | 2004-07-26 | 埋設管の検査方法 |
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KR1020077001807A KR101121283B1 (ko) | 2004-07-26 | 2005-07-26 | 매설관의 검사 방법 |
US11/658,658 US7690258B2 (en) | 2004-07-26 | 2005-07-26 | Buried pipe examining method |
AU2005265697A AU2005265697B2 (en) | 2004-07-26 | 2005-07-26 | Buried pipe examining method |
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