JP2721314B2 - トンネル構造物の空洞・亀裂等の異常を検査する走行車両 - Google Patents
トンネル構造物の空洞・亀裂等の異常を検査する走行車両Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トンネル構造物の空洞
・亀裂等の異常を検査する走行車両に係る。 【０００２】 【従来の技術】近年の道路、鉄道等の土木構造物は、地
滑り、崩壊等の災害多発地区及び危険地区では、これら
の災害による破壊を回避するために、地表を避けて基盤
岩に、トンネルを掘削して建設する傾向にある。 【０００３】然しながら、このようなトンネル構造物
も、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け得なかった。 【０００４】トンネル構造物の経年変化は、現象面か
ら、力学的な変形、物理的な変化、化学的な変化に分類
される。 【０００５】力学的な変形は、応力場の変化が原因とな
って、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、盤膨れ、目地切れ、食い違い
等となって現われる。 【０００６】物理的な変化には、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
学的な変形を齎らす。 【０００７】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齎らす。 【０００８】そのため、トンネル構造物の安全性に決定
的な影響を及ぼすような変形破壊に至る前に、覆工面の
亀裂、水漏れまたは、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。 【０００９】ところで、検査、測定対象部分となる表面
を破壊して、内部状態を確認し得ない対象に対して所要
の検査、測定を行なう所謂非破壊検査、測定手段として
知られている技術には、昭和５２年特許出願公開第１２
５４０１号公報に開示された発明や、昭和６０年特許出
願公開第２１３８５４号公報によって明らかにされてい
る発明、若しくは昭和６１年特許出願公開第７２１６９
号公報によって提案された方法などがあるが、これらは
何れも定点検査、観測を目的として研究開発されたもの
であって、距離的変位や経時的な変化に対応し得るもの
ではなかった。况してや、検査、測定の器材を定点に設
置して、時間をかけて作業し得ない交通頻繁なトンネル
内において、所要の観測や記録の継続的作業を実行し得
ないという欠陥があった。更に、地表からの赤外線をビ
デオカメラによって映像記録するとともに、地中のガン
マ線の異常分布から、地質及び地質構造やその位置を知
得するための空中探査方法及びその為の装置として、昭
和６０年特許出願公開第２４９０８３号公報によって本
発明者が提案し、本出願人が特許出願をした実例がある
が、これは、トンネル構造物としての覆工の状態やその
背後の異常を検知できるものではなかった。 この他、遠
方監視を目的として、所定の通路や、軌道に沿って自動
走行させる 台車にテレビジョンカメラを搭載して可視画
像を信号的に記録させ、その送信信号によって遠隔の場
所から所定経路に沿う状況把握をする技術が、昭和５７
年特許出願公開第１５２０１３号公報によって提供され
ているが、これは可視画像に依存するものであるため
に、視覚を通じてトンネル構造物の覆工内部の状態や、
覆工の亀裂、その背後の空洞、地層変化などを検知でき
るものではなかった。 【００１０】つまり、従来の検知方法では、視覚を通じ
ては知る由もない覆工及びその背後の連続的な検査がで
きないので、トンネルのような長い構造物を検知するに
は時間が掛かり過ぎていた。そのため、特に交通が絶え
る間のない自動車用トンネルや鉄道トンネルに対する検
知は困難であった。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】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・検知の他、力学
的変形を齎らす要因となる物理的・化学的な変化をも広
範囲に亘って連続的に検査できる走行車両を提供しよう
とするものである。 【００１２】 【課題を解決するための手段】そこで本発明では、トン
ネル構造物の覆工から発せられる赤外線を検知する赤外
線検知装置と、同覆工を通して発せられるカリウム４
０、ビスマス２１４、タリウム２０８等のガンマ線を検
出する放射線検知装置とを搭載するとともに、トンネル
構造物の覆工に沿いその内側を走行して対地走行による
距離的変化及び経時的変化を記録する計測装置を具備し
ており、トンネル構造物の覆工内を移動しながら、赤外
線検出による観測結果からは覆工の亀裂状態を、ガンマ
線検出による観測結果からは覆工背後の空洞状態を把握
し、判定するようにしたトンネル構造物の空洞・亀裂等
の異常を検査する走行車両を提供することにした。 【００１３】 【作用】このような本発明の検査車両を、覆工に沿っ
て、その内部を走行させれば、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影響を及ぼすよ
うな変化・変形に先立って、亀裂、漏水、空洞等の発生
状況を定期的に且つ容易に検査することができる。 【００１４】 【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を
説明する。 【００１５】第１図及び第２図は、本発明の検査方法に
使用す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図には平面を夫
々示してある。 【００１６】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を装着してあ
る。この架台１２は、観測車１０の背部ドアを開けて車
外に突出させることができる。 【００１７】この架台１２にはまた、ＡＥＲＭＳ赤外線
装置２０の熱赤外線ビデオカメラ２２及びＡＥＲＭＳガ
ンマ線装置３０のガンマ線検知装置３２を搭載してあ
る。従って、熱赤外線ビデオカメラ２２及びガンマ線検
知装置３２は、必要に応じて観測車１０内に収容または
車外に露出させることができる。また、架台１２は、ガ
ンマ線検知装置３２が乗る部分を刳り抜いてあり、この
刳り抜き部分には、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。 【００１８】なおここで、ＡＥＲＭＳ赤外線装置２０と
は、物体の表面から放出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濃淡像またはカ
ラーサーモグラフとして表示し、且つその映像を記録と
して残すことができる装置全般をいう。 【００１９】ＡＥＲＭＳガンマ線装置３０とは、自然の
環境ガンマ線を捕捉し、これをスペクトル分析部でカリ
ウム４０、ビスマス２１４、タリウム２０８の三成分に
分離し、ペンレコーダで記録するとともに、他の記録装
置に記録できる装置全般をいう。 【００２０】観測車１０のシャーシ底面中央には、距離
計４０の為の車輪４２が装着されており、これにより観
測車１０の走行距離を正確に計ることができる。距離精
度が悪くてもよい場合には、観測車１０の車軸の回転数
を計測して距離を算出する距離計（トリップメータ）を
利用してもよい。 【００２１】観測車１０内にはまた、ＡＥＲＭＳ赤外線
装置２０及びＡＥＲＭＳガンマ線装置３０を構成する各
種装置が搭載されている。ＡＥＲＭＳ赤外線装置２０
は、熱赤外線ビデオカメラ２２の他にモニタテレビ２
４、ビデオテープを用いたビデオレコーダ２６、及びそ
れを制御する制御部２８ａを具えている。 【００２２】ＡＥＲＭＳガンマ線装置３０は、ガンマ線
検知装置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及びその制御部２８ｂを具えている。 【００２３】熱赤外線ビデオカメラ２２は、２８゜×１
５゜（ワイド）から７°×３．２５゜（ナロウ）の視野
角を有し、瞬間視野角は夫々１．８７ｍｒａｄ（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２ｍｍ
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
てもまたは狭くてもよい。 【００２４】また、この熱赤外線ビデオカメラ２２のカ
メラアングルは、覆工面の総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
に構成してある。 【００２５】また、本実施例では熱赤外線ビデオカメラ
２２を１台だけ示してあるが、２台以上装備してもよ
い。 【００２６】モニタテレビ２４は、熱赤外線ビデオカメ
ラ２２が捉えた温度分布を白黒濃淡像またはカラーサー
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目視することができ、時系列でも追
跡できる。 【００２７】モニタテレビ２４の映像は、ビデオレコー
ダ２６により１／２インチ幅テープのビデオカセットに
収録される。従って、後に研究室等でこのビデオカセッ
トの映像を分析することもできる。 【００２８】制御部２８ａは、熱赤外線ビデオカメラ２
２の視野角と映像の解像度（瞬間視野角）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機能を
もっている。 【００２９】ＡＥＲＭＳガンマ線装置３０は、自然の環
境ガンマ線をガンマ線検知装置３２で捕捉し、これをス
ペクトル分析装置３４により、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により連続用紙上に折れ線グラフで記録する
一方、デジタル・データレコーダ３８にはデジタル信号
でその実態を記録する。 【００３０】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ＮａＩシンチレータを４本以上用いてあ
る。データの再現性を高めるには、シンチレータの容量
を可能な限り大きなものにすることが好ましい。なお、
この場合、エネルギー分解能は１０％である。 【００３１】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
るもので、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
の各ガンマ線を計測できるようにする。 【００３２】ペンレコーダ３６は５ペン式で、スペクト
ル分析装置３４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対カリウム４
０、タリウム２０８対ビスマス２１４のガンマ線の線量
及び線量比を連続的に出力する。 【００３３】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もつ。 【００３４】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
プ等に記録するものである。データ取り込み間隔は０．
５秒置きで、日・時・分・秒の時刻の記録と共にデジタ
ル入力で１６チャンネル、アナログ入力で６４チャンネ
ルを収録する能力をもっている。 【００３５】距離計４０は、車輪４２の回転数を距離の
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に送られて、これらに記録される。制御部
２８ｃは、距離計４０及びＡＥＲＭＳ赤外線装置２０と
ＡＥＲＭＳガンマ線装置３０に同期信号を送り、各種デ
ータ間のシーケンスをとる機能をもつ。 【００３６】また、観測車１０には、ＡＥＲＭＳ赤外線
装置２０、ＡＥＲＭＳガンマ線装置３０、及び観測車１
０の計測系に電力を供給する機能をもつバッテリーの集
合体からなる電源装置４４が搭載されている。 【００３７】熱赤外線ビデオカメラ２２及びガンマ線検
知装置３２の取り付け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、且つ揺れが少ないという点で
上記構造が好ましい。 【００３８】次に、上記観測車１０を使った検査方法に
ついて、以下説明する。 【００３９】本実施例では、赤外線及びガンマ線の観測
も共に、観測車１０を一定速度、例えば時速５ｋｍで走
行させながら所定の測定を行なう。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
を撮影し、その温度分布をモニタテレビ２４に映し出す
と同時に、その映像をビデオレコーダ２６によってビデ
オカセットに記録する。撮影角度は、垂直上方から後方
に６０゜傾斜させた範囲が好ましい。この場合、ビデオ
カメラの瞬間視野角が１．８７ｍｒａｄのときは、５ｍ
離れた被験体の分解能は０．９３５ｃｍとなる。 【００４０】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３０によって、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で記録する。時速５ｋｍ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
タが記録される。 【００４１】上記観測車１０の速度は一例であって、被
験体までの距離、必要な現地の制約に応じて変更でき
る。 【００４２】このようにして得られたデータは、距離デ
ータで位置を確認しながら次のように分析される。 【００４３】（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、夏季は気温より低く、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
なっている空洞部では、地下水と同じ温度パターン現象
が見られる。従って、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
下水と熱とのやりとりも起こるので、トンネル覆工面の
温度分布を計ると、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で捉えると、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、判読の基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亀裂からの湧き水の温度を参
考にする。 【００４４】（２）亀裂 地中に空間（トンネル）が生ずると、空間周辺の応力場
に変化が生ずる。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働き、その結
果、岩石や土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。但し、亀裂部から常に地下水が滲み出ていると
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、または地下水脈が有るか否かで乾いていたり、
濡れていたりする場合があるからである。ここで亀裂部
を形態的に詳しく見ると、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、後者は引張りの力によ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で捉えると、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、それを亀裂部と判定するこ
とができる。 【００４５】（３）漏水 トンネル覆工背面に「みず道」と「地下水タンク」があ
り、そこにトンネル内に通じる「通路」が存在するとき
に漏水現象が見られる。漏水量は漏水の幅、厚さ、流下
速度の積で表わすことが出来る。漏水量の多少は「みず
道」「地下水タンク」「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、ＡＥＲＭＳ赤外線装置２
０で温度分布を調べれば、簡単に計測できる。また、漏
水の厚さと流下速度の積が大きいほど地下水タンクの水
温に近くなる。従って、この関係を前もって調べておく
ことにより、漏水部の温度分布が判れば、漏水の厚さと
流下速度の積、即ち、漏水量が判る。 【００４６】（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、覆工面の亀裂、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震
動がある。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、カリウム４０、ビスマス２１
４、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３
０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、活断層については
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、といった現象を基に、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で得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。 【００４７】以上の判定は、走行中の観測車１０の中で
も行えるが、総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、研究室に持ち帰ってから行なうこともで
きる。 【００４８】以上本発明の検査車両についての一実施例
につき説明したが、観測・記録するガンマ線も上記実施
例に限定されるものではなく、本発明がこの実施例によ
る走行車両に拘わるものでなく、特許請求の範囲に記載
した発明の範囲内で、適宜変更して実施し得ることは云
うまでもない。 【００４９】 【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明の
検査車両によれば、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影響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ができる。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。
・亀裂等の異常を検査する走行車両に係る。 【０００２】 【従来の技術】近年の道路、鉄道等の土木構造物は、地
滑り、崩壊等の災害多発地区及び危険地区では、これら
の災害による破壊を回避するために、地表を避けて基盤
岩に、トンネルを掘削して建設する傾向にある。 【０００３】然しながら、このようなトンネル構造物
も、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け得なかった。 【０００４】トンネル構造物の経年変化は、現象面か
ら、力学的な変形、物理的な変化、化学的な変化に分類
される。 【０００５】力学的な変形は、応力場の変化が原因とな
って、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、盤膨れ、目地切れ、食い違い
等となって現われる。 【０００６】物理的な変化には、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
学的な変形を齎らす。 【０００７】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齎らす。 【０００８】そのため、トンネル構造物の安全性に決定
的な影響を及ぼすような変形破壊に至る前に、覆工面の
亀裂、水漏れまたは、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。 【０００９】ところで、検査、測定対象部分となる表面
を破壊して、内部状態を確認し得ない対象に対して所要
の検査、測定を行なう所謂非破壊検査、測定手段として
知られている技術には、昭和５２年特許出願公開第１２
５４０１号公報に開示された発明や、昭和６０年特許出
願公開第２１３８５４号公報によって明らかにされてい
る発明、若しくは昭和６１年特許出願公開第７２１６９
号公報によって提案された方法などがあるが、これらは
何れも定点検査、観測を目的として研究開発されたもの
であって、距離的変位や経時的な変化に対応し得るもの
ではなかった。况してや、検査、測定の器材を定点に設
置して、時間をかけて作業し得ない交通頻繁なトンネル
内において、所要の観測や記録の継続的作業を実行し得
ないという欠陥があった。更に、地表からの赤外線をビ
デオカメラによって映像記録するとともに、地中のガン
マ線の異常分布から、地質及び地質構造やその位置を知
得するための空中探査方法及びその為の装置として、昭
和６０年特許出願公開第２４９０８３号公報によって本
発明者が提案し、本出願人が特許出願をした実例がある
が、これは、トンネル構造物としての覆工の状態やその
背後の異常を検知できるものではなかった。 この他、遠
方監視を目的として、所定の通路や、軌道に沿って自動
走行させる 台車にテレビジョンカメラを搭載して可視画
像を信号的に記録させ、その送信信号によって遠隔の場
所から所定経路に沿う状況把握をする技術が、昭和５７
年特許出願公開第１５２０１３号公報によって提供され
ているが、これは可視画像に依存するものであるため
に、視覚を通じてトンネル構造物の覆工内部の状態や、
覆工の亀裂、その背後の空洞、地層変化などを検知でき
るものではなかった。 【００１０】つまり、従来の検知方法では、視覚を通じ
ては知る由もない覆工及びその背後の連続的な検査がで
きないので、トンネルのような長い構造物を検知するに
は時間が掛かり過ぎていた。そのため、特に交通が絶え
る間のない自動車用トンネルや鉄道トンネルに対する検
知は困難であった。 【００１１】 【発明が解決しようとする課題】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・検知の他、力学
的変形を齎らす要因となる物理的・化学的な変化をも広
範囲に亘って連続的に検査できる走行車両を提供しよう
とするものである。 【００１２】 【課題を解決するための手段】そこで本発明では、トン
ネル構造物の覆工から発せられる赤外線を検知する赤外
線検知装置と、同覆工を通して発せられるカリウム４
０、ビスマス２１４、タリウム２０８等のガンマ線を検
出する放射線検知装置とを搭載するとともに、トンネル
構造物の覆工に沿いその内側を走行して対地走行による
距離的変化及び経時的変化を記録する計測装置を具備し
ており、トンネル構造物の覆工内を移動しながら、赤外
線検出による観測結果からは覆工の亀裂状態を、ガンマ
線検出による観測結果からは覆工背後の空洞状態を把握
し、判定するようにしたトンネル構造物の空洞・亀裂等
の異常を検査する走行車両を提供することにした。 【００１３】 【作用】このような本発明の検査車両を、覆工に沿っ
て、その内部を走行させれば、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影響を及ぼすよ
うな変化・変形に先立って、亀裂、漏水、空洞等の発生
状況を定期的に且つ容易に検査することができる。 【００１４】 【実施例】以下、添付図面に基づいて本発明の実施例を
説明する。 【００１５】第１図及び第２図は、本発明の検査方法に
使用す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図には平面を夫
々示してある。 【００１６】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を装着してあ
る。この架台１２は、観測車１０の背部ドアを開けて車
外に突出させることができる。 【００１７】この架台１２にはまた、ＡＥＲＭＳ赤外線
装置２０の熱赤外線ビデオカメラ２２及びＡＥＲＭＳガ
ンマ線装置３０のガンマ線検知装置３２を搭載してあ
る。従って、熱赤外線ビデオカメラ２２及びガンマ線検
知装置３２は、必要に応じて観測車１０内に収容または
車外に露出させることができる。また、架台１２は、ガ
ンマ線検知装置３２が乗る部分を刳り抜いてあり、この
刳り抜き部分には、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。 【００１８】なおここで、ＡＥＲＭＳ赤外線装置２０と
は、物体の表面から放出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濃淡像またはカ
ラーサーモグラフとして表示し、且つその映像を記録と
して残すことができる装置全般をいう。 【００１９】ＡＥＲＭＳガンマ線装置３０とは、自然の
環境ガンマ線を捕捉し、これをスペクトル分析部でカリ
ウム４０、ビスマス２１４、タリウム２０８の三成分に
分離し、ペンレコーダで記録するとともに、他の記録装
置に記録できる装置全般をいう。 【００２０】観測車１０のシャーシ底面中央には、距離
計４０の為の車輪４２が装着されており、これにより観
測車１０の走行距離を正確に計ることができる。距離精
度が悪くてもよい場合には、観測車１０の車軸の回転数
を計測して距離を算出する距離計（トリップメータ）を
利用してもよい。 【００２１】観測車１０内にはまた、ＡＥＲＭＳ赤外線
装置２０及びＡＥＲＭＳガンマ線装置３０を構成する各
種装置が搭載されている。ＡＥＲＭＳ赤外線装置２０
は、熱赤外線ビデオカメラ２２の他にモニタテレビ２
４、ビデオテープを用いたビデオレコーダ２６、及びそ
れを制御する制御部２８ａを具えている。 【００２２】ＡＥＲＭＳガンマ線装置３０は、ガンマ線
検知装置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及びその制御部２８ｂを具えている。 【００２３】熱赤外線ビデオカメラ２２は、２８゜×１
５゜（ワイド）から７°×３．２５゜（ナロウ）の視野
角を有し、瞬間視野角は夫々１．８７ｍｒａｄ（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２ｍｍ
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
てもまたは狭くてもよい。 【００２４】また、この熱赤外線ビデオカメラ２２のカ
メラアングルは、覆工面の総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
に構成してある。 【００２５】また、本実施例では熱赤外線ビデオカメラ
２２を１台だけ示してあるが、２台以上装備してもよ
い。 【００２６】モニタテレビ２４は、熱赤外線ビデオカメ
ラ２２が捉えた温度分布を白黒濃淡像またはカラーサー
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目視することができ、時系列でも追
跡できる。 【００２７】モニタテレビ２４の映像は、ビデオレコー
ダ２６により１／２インチ幅テープのビデオカセットに
収録される。従って、後に研究室等でこのビデオカセッ
トの映像を分析することもできる。 【００２８】制御部２８ａは、熱赤外線ビデオカメラ２
２の視野角と映像の解像度（瞬間視野角）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機能を
もっている。 【００２９】ＡＥＲＭＳガンマ線装置３０は、自然の環
境ガンマ線をガンマ線検知装置３２で捕捉し、これをス
ペクトル分析装置３４により、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により連続用紙上に折れ線グラフで記録する
一方、デジタル・データレコーダ３８にはデジタル信号
でその実態を記録する。 【００３０】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ＮａＩシンチレータを４本以上用いてあ
る。データの再現性を高めるには、シンチレータの容量
を可能な限り大きなものにすることが好ましい。なお、
この場合、エネルギー分解能は１０％である。 【００３１】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
るもので、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
の各ガンマ線を計測できるようにする。 【００３２】ペンレコーダ３６は５ペン式で、スペクト
ル分析装置３４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対カリウム４
０、タリウム２０８対ビスマス２１４のガンマ線の線量
及び線量比を連続的に出力する。 【００３３】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もつ。 【００３４】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
プ等に記録するものである。データ取り込み間隔は０．
５秒置きで、日・時・分・秒の時刻の記録と共にデジタ
ル入力で１６チャンネル、アナログ入力で６４チャンネ
ルを収録する能力をもっている。 【００３５】距離計４０は、車輪４２の回転数を距離の
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に送られて、これらに記録される。制御部
２８ｃは、距離計４０及びＡＥＲＭＳ赤外線装置２０と
ＡＥＲＭＳガンマ線装置３０に同期信号を送り、各種デ
ータ間のシーケンスをとる機能をもつ。 【００３６】また、観測車１０には、ＡＥＲＭＳ赤外線
装置２０、ＡＥＲＭＳガンマ線装置３０、及び観測車１
０の計測系に電力を供給する機能をもつバッテリーの集
合体からなる電源装置４４が搭載されている。 【００３７】熱赤外線ビデオカメラ２２及びガンマ線検
知装置３２の取り付け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、且つ揺れが少ないという点で
上記構造が好ましい。 【００３８】次に、上記観測車１０を使った検査方法に
ついて、以下説明する。 【００３９】本実施例では、赤外線及びガンマ線の観測
も共に、観測車１０を一定速度、例えば時速５ｋｍで走
行させながら所定の測定を行なう。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
を撮影し、その温度分布をモニタテレビ２４に映し出す
と同時に、その映像をビデオレコーダ２６によってビデ
オカセットに記録する。撮影角度は、垂直上方から後方
に６０゜傾斜させた範囲が好ましい。この場合、ビデオ
カメラの瞬間視野角が１．８７ｍｒａｄのときは、５ｍ
離れた被験体の分解能は０．９３５ｃｍとなる。 【００４０】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３０によって、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で記録する。時速５ｋｍ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
タが記録される。 【００４１】上記観測車１０の速度は一例であって、被
験体までの距離、必要な現地の制約に応じて変更でき
る。 【００４２】このようにして得られたデータは、距離デ
ータで位置を確認しながら次のように分析される。 【００４３】（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、夏季は気温より低く、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
なっている空洞部では、地下水と同じ温度パターン現象
が見られる。従って、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
下水と熱とのやりとりも起こるので、トンネル覆工面の
温度分布を計ると、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で捉えると、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、判読の基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亀裂からの湧き水の温度を参
考にする。 【００４４】（２）亀裂 地中に空間（トンネル）が生ずると、空間周辺の応力場
に変化が生ずる。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働き、その結
果、岩石や土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。但し、亀裂部から常に地下水が滲み出ていると
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、または地下水脈が有るか否かで乾いていたり、
濡れていたりする場合があるからである。ここで亀裂部
を形態的に詳しく見ると、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、後者は引張りの力によ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で捉えると、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、それを亀裂部と判定するこ
とができる。 【００４５】（３）漏水 トンネル覆工背面に「みず道」と「地下水タンク」があ
り、そこにトンネル内に通じる「通路」が存在するとき
に漏水現象が見られる。漏水量は漏水の幅、厚さ、流下
速度の積で表わすことが出来る。漏水量の多少は「みず
道」「地下水タンク」「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、ＡＥＲＭＳ赤外線装置２
０で温度分布を調べれば、簡単に計測できる。また、漏
水の厚さと流下速度の積が大きいほど地下水タンクの水
温に近くなる。従って、この関係を前もって調べておく
ことにより、漏水部の温度分布が判れば、漏水の厚さと
流下速度の積、即ち、漏水量が判る。 【００４６】（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、覆工面の亀裂、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震
動がある。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、カリウム４０、ビスマス２１
４、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３
０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、活断層については
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、といった現象を基に、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で得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。 【００４７】以上の判定は、走行中の観測車１０の中で
も行えるが、総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、研究室に持ち帰ってから行なうこともで
きる。 【００４８】以上本発明の検査車両についての一実施例
につき説明したが、観測・記録するガンマ線も上記実施
例に限定されるものではなく、本発明がこの実施例によ
る走行車両に拘わるものでなく、特許請求の範囲に記載
した発明の範囲内で、適宜変更して実施し得ることは云
うまでもない。 【００４９】 【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明の
検査車両によれば、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影響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ができる。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】
【図１】第１図は本発明の検査方法の実施に使用する観
測車の一実施例の要部を概略的に示した側面図。 【図２】第２図は同実施例に係る観測車の概略平面図。 【図３】第３図は同実施例に係る観測車によるトンネル
内検査の実態を示す側面図。 【図４】第４図は同背面図。 【図５】第５図は本発明の検査方法の概略をブロックで
示したダイアグラムである。 【符号の説明】 １０ 観測車 ２０ ＡＥＲＭＳ赤外線装置 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 ＡＥＲＭＳガンマ線装置 ３２ ガンマ線検知装置 ３４ スペクトル分析装置 ３６ ペンレコーダ ３８ デジタル・データレコーダ ４０ 距離計
測車の一実施例の要部を概略的に示した側面図。 【図２】第２図は同実施例に係る観測車の概略平面図。 【図３】第３図は同実施例に係る観測車によるトンネル
内検査の実態を示す側面図。 【図４】第４図は同背面図。 【図５】第５図は本発明の検査方法の概略をブロックで
示したダイアグラムである。 【符号の説明】 １０ 観測車 ２０ ＡＥＲＭＳ赤外線装置 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 ＡＥＲＭＳガンマ線装置 ３２ ガンマ線検知装置 ３４ スペクトル分析装置 ３６ ペンレコーダ ３８ デジタル・データレコーダ ４０ 距離計
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．トンネル構造物の覆工から発せられる赤外線を検知
する赤外線検知装置と、同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等のガンマ
線を検出する放射線検知装置とを搭載するとともに、ト
ンネル構造物の覆工に沿いその内側を走行して対地走行
による距離的変化及び経時的変化を記録する計測装置を
具備しており、トンネル構造物の覆工内を移動しなが
ら、赤外線検出による観測結果からは覆工の亀裂状態
を、ガンマ線検出による観測結果からは覆工背後の空洞
状態を把握し、判定するようにしたトンネル構造物の空
洞・亀裂等の異常を検査する走行車両。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP491895A JP2721314B2 (ja) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | トンネル構造物の空洞・亀裂等の異常を検査する走行車両 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP491895A JP2721314B2 (ja) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | トンネル構造物の空洞・亀裂等の異常を検査する走行車両 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61286673A Division JP2602818B2 (ja) | 1986-12-03 | 1986-12-03 | トンネル構造物の空洞・亀裂等の異常を検査する方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH085565A JPH085565A (ja) | 1996-01-12 |
| JP2721314B2 true JP2721314B2 (ja) | 1998-03-04 |
Family
ID=11597008
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP491895A Expired - Fee Related JP2721314B2 (ja) | 1995-01-17 | 1995-01-17 | トンネル構造物の空洞・亀裂等の異常を検査する走行車両 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JPS60249083A (ja) * | 1984-05-25 | 1985-12-09 | Asahi Koyo Kk | 地質空中探査法及びその装置 |
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-
1995
- 1995-01-17 JP JP491895A patent/JP2721314B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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| JPH085565A (ja) | 1996-01-12 |
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