トンネル覆工厚測定装置、測定方法および型枠
【課題】 トンネルのコンクリート覆工時におけるコンクリートの覆工厚さを、コンクリートが未凝固の状態で計測可能なトンネルの覆工厚測定装置、測定方法およびこれに用いられる型枠を提供する。
【解決手段】 型枠７は、トンネル等の覆工に用いられる型枠である。型枠７は、既設コンクリート５と地山３とを囲むように配置され、型枠７の地山３側にはコンクリート供給部８が設置される。型枠７には、型枠７を貫通するホルダ９が設けられる。ホルダ９は型枠に対して着脱可能に取り付けられ、磁歪素子からなる発振部１１および受振部１３を保持する部材である。ホルダ９の外面には発振部１１および受振部１３が露出しており、型枠７の外面（コンクリート打設側）と略平坦な面で構成される。発振部１１は打設された未凝固コンクリート１０に対して振動（波動）を発振し、受振部１３はこの振動（波動）の反射波等を受振する。
【解決手段】 型枠７は、トンネル等の覆工に用いられる型枠である。型枠７は、既設コンクリート５と地山３とを囲むように配置され、型枠７の地山３側にはコンクリート供給部８が設置される。型枠７には、型枠７を貫通するホルダ９が設けられる。ホルダ９は型枠に対して着脱可能に取り付けられ、磁歪素子からなる発振部１１および受振部１３を保持する部材である。ホルダ９の外面には発振部１１および受振部１３が露出しており、型枠７の外面（コンクリート打設側）と略平坦な面で構成される。発振部１１は打設された未凝固コンクリート１０に対して振動（波動）を発振し、受振部１３はこの振動（波動）の反射波等を受振する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルでのコンクリート覆工時におけるコンクリートの覆工厚さを、コンクリートが未凝固の状態で計測可能なトンネルの覆工厚測定装置、測定方法およびこれに用いられる型枠に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネル等の覆工コンクリートの覆工厚さの測定は、コンクリートの表面から超音波等を発振し、その反射波から厚さの測定が行われている。
【０００３】
このようなコンクリート厚さの測定装置としては、コンクリートの厚さ方向に衝撃弾性波を発生させ、厚さ方向および表層部の振動を検出し、コンクリートを伝播する衝撃弾性波の振動数成分と、表層部を伝播する弾性波の速度とからコンクリート厚さを算出するコンクリート厚さ測定装置がある（特許文献１）。
【０００４】
また、型枠内の鉄筋等に発受振装置少なくとも１組設置し、コンクリート打設後、一方から機械的振動を発振し、これを受振することでコンクリート内の弾性波伝播速度を算出し、さらにコンクリート表面に受振素子を設置し、型枠内より機械的振動を発生させ、これを受振することでコンクリート厚さを算出するコンクリート構造物品質検査方法がある（特許文献２）。
【０００５】
また、励磁コイルの応答性を高めた振動片を用い、対象物内部からの反射信号を受振し、発振信号から受振信号までの時間から厚み等を算出する探査装置がある（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６９４９５号公報
【特許文献２】特開２００９−２５０２２号公報
【特許文献３】特開平０７−２１８４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の装置は、単にコンクリート内の振動の伝播速度が未知である場合に、厚さ方向と表層部でのそれぞれの振動を受振することで厚さを算出するものであり、コンクリート硬化後におけるコンクリート厚さを測定するものである。したがって、コンクリートが未凝固の場合の測定は考慮されていない。
【０００８】
また、特許文献２に記載の装置は、あらかじめ型枠内にセンサ素子を埋め込む必要がある。また、特許文献１と同様、コンクリート硬化後の測定のみを考慮したものである。
【０００９】
また、特許文献３に記載の装置は、高粘性材の測定が可能との記載があるが、あくまでも対象物の表面に設置する必要があることから、対象物の上面に装置を設置する必要がある。このように、特許文献１〜３は、例えばトンネルの覆工のように、型枠を用いて打設する場合において、未凝固状態のコンクリート覆工厚さを測定することは考慮されていない。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、トンネル等のコンクリート覆工時におけるコンクリートの覆工厚さを、コンクリートが未凝固の状態で計測可能なコンクリートの覆工厚測定装置、測定方法およびこれに用いられる型枠を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した目的を達成するため、第１の発明は、トンネルの覆工厚測定装置であって、型枠に設置され、前記型枠内に打設されたコンクリートに対して振動を発振する発振部と、前記発振部で発進した前記振動を受振する受振部と、前記受振部で受信した波形を解析する解析部と、を具備し、前記発振部は超磁歪素子を用いた発振装置であり、前記解析部は、前記発振部から直接受振部に伝播する直接波と測定対象部での反射波とを分離する波形分離手段と、前記反射波から前記コンクリートの覆工厚さを算出する覆工厚算出手段とを有することを特徴とするトンネルの覆工厚測定装置である。
【００１２】
１つの前記発振部に対して、少なくとも３つの前記受振部が、前記発振部からの距離がそれぞれ異なる位置に設置され、前記覆工厚算出手段は、前記受振部毎に受振した受振情報からそれぞれの波動の工程距離を算出し、前記発振部および前記受振部を焦点として、前記発振部及び前記受振部からのそれぞれの距離の和が前記工程距離と同一になる反射点軌跡を前記受振部毎に想定し、前記受振部毎に想定された前記反射点軌跡が交わる点を共通反射点として特定し、前記共通反射点までの距離を覆工厚さとして算出することが望ましい。
【００１３】
前記波形分離手段は、複素ケプストラム解析によって前記直接波と前記反射波とを分離し、前記覆工厚算出手段は、分離された前記反射波をヒルベルト解析によって包絡線化し、前記包絡線の最大振幅となる時間を反射波走時として解析することが望ましい。
【００１４】
第１の発明によれば、発振部と受振部とが型枠に直接設けられるため、型枠を用いてコンクリートを打設する際に、型枠を設置した状態でコンクリートが硬化する前にコンクリートの覆工厚さを測定することができる。また、硬化前のコンクリートは内部を伝播する振動の減衰が大きいが、超磁歪素子を用いることで、大きな振幅（エネルギー）の振動を発振することができ、このため硬化前の未凝固コンクリートに対しても厚さを測定することができる。なお、この場合、周波数が高い縦波弾性波であるＰ波は、減衰傾向が大きいため、横波弾性波であるＳ波が用いられる。
【００１５】
また、１つの発振部に対して３つの受振部を設け、それぞれの受振部は発振部との距離がそれぞれ異なるように配置し、各受振部毎に反射点軌跡を設け、３つの反射点軌跡が交わる共通反射点を特定し、共通反射点までの厚みをトンネルの覆工厚さとして特定するため、弾性波反射面に凹凸があるような場合でも、適切なトンネル覆工厚さを算出することができる。
【００１６】
また、直接波と反射波とを複素ケプストラム解析によって分離するため、直接波群の中に反射波群が混入していても、反射波群を分離することができ、効率良く反射波から覆工厚を算出することができる。
【００１７】
第２の発明は、トンネルの覆工厚測定方法であって、振動を発振可能な超磁歪素子を用いる発振部と、振動を受振可能な受振部とを有する型枠を設置する工程（ａ）と、前記型枠内にコンクリートを打設する工程（ｂ）と、前記発振部により未凝固のコンクリートに振動を発振する工程（ｃ）と、前記受振部で前記コンクリートからの振動を受振する工程（ｄ）と、前記受振部で受振した情報から、前記発振部から直接受振部に伝播する直接波と、測定対象部での反射波とを分離する工程（ｅ）と、前記反射波から未凝固の前記コンクリートの覆工厚さを算出する工程（ｆ）と、を具備することを特徴とするトンネルの覆工厚測定方法である。
【００１８】
前記型枠には、１つの前記発振部に対して少なくとも３つの前記受振部が、前記発振部からの距離がそれぞれ異なる位置に設置され、前記工程（ｄ）は、ぞれぞれの前記受振部で振動を受振する工程であり、前記工程（ｆ）は、前記受振部毎に受振した情報からそれぞれの波動の工程距離を算出し、前記発振部および前記受振部を焦点として、前記発振部及び前記受振部からのそれぞれの距離の和が前記工程距離と同一になる反射点軌跡を前記受振部毎に想定し、前記受振部毎に想定された前記反射点軌跡が交わる点を共通反射点として特定し、前記共通反射点までの距離を覆工厚さとして算出する工程であることが望ましい。
【００１９】
前記工程（ｅ）は、複素ケプストラム解析によって前記直接波と前記反射波とを分離する工程であり、前記工程（ｆ）は、分離された前記反射波をヒルベルト解析によって包絡線化し、前記包絡線の最大振幅となる時間を反射波走時として解析することが望ましい。
【００２０】
第２の発明によれば、発振部が超磁歪素子であり、また、発振部および受振部が型枠に設けられるため、未凝固のコンクリートの厚さ測定を行うことができる。また、１つの発振部に対して３つの受振部を設け、各受振部毎に反射点軌跡を設け、３つの反射点軌跡が交わる共通反射点を特定し、共通反射点までの厚みをコンクリートの覆工厚さとして特定するため、弾性波反射面に凹凸があるような場合でも、適切なコンクリート覆工厚さを算出することができる。また、直接波と反射波とを複素ケプストラム解析によって分離するため、直接波群の中に反射波群が混入していても、反射波群を分離することができ、効率良く反射波から覆工厚を算出することができる。
【００２１】
第３の発明は、トンネルの覆工に用いられる型枠であって、振動を発振可能な超磁歪素子を用いる発振部と、前記振動を受振可能な受振部と、を具備し、１つの前記発振部に対して少なくとも３つの受振部が、前記発振部からの距離がそれぞれ異なる位置に設置されたホルダが設けられることを特徴とする型枠である。
【００２２】
第３の発明によれば、トンネルの覆工時に未凝固のコンクリート厚さを測定することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、トンネルのコンクリート覆工時におけるコンクリートの覆工厚さを、コンクリートが未凝固の状態で計測可能なトンネルの覆工厚測定装置、測定方法およびこれに用いられる型枠を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】コンクリート覆工時の覆工厚測定装置１の設置状態を示す図。
【図２】発振部１１と受振部１３とが取り付けられた型枠７を示す斜視図。
【図３】ホルダ９を示す図で、（ａ）はホルダ９近傍における図２のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はホルダ９の正面図。
【図４】発振部１１の構造を示す図。
【図５】発振部１１と受振部１３との位置関係と反射点軌跡３７を示す図。
【図６】反射点軌跡３７ａ、３７ｂ、３７ｃと共通反射点３９を示す図。
【図７】覆工厚測定方法のフローチャート。
【図８】受振部で受振した波形の処理工程を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態にかかるコンクリートの覆工厚測定装置１について説明する。図１は、覆工厚測定装置１を示す図である。覆工厚測定装置１は、主に、型枠７、ホルダ９、発振部１１、受振部１３、制御部１５、解析部１７等から構成される。
【００２６】
型枠７、７ａは、トンネルの覆工等に用いられる型枠である。型枠７、７ａは、コンクリート打設領域を覆うように配置され、型枠７、７ａにはコンクリート供給部８が設置される。型枠７には、型枠７を貫通するホルダ９が設けられる。ホルダ９は型枠に対して着脱可能に取り付けられ、発振部１１および受振部１３を保持する部材である。ホルダ９の外面（コンクリート打設側）には発振部１１および受振部１３が露出しており、型枠７の外面（コンクリート打設側）と略平坦な面で構成される。すなわち、ホルダ９外面、発振部１１および受振部１３は、型枠７の表面と平滑に形成される。コンクリート供給部８は、型枠７、７ａ等で囲まれた範囲にコンクリートを打設する部位であり、図示を省略したコンクリート供給装置等に接続されている。発振部１１は打設された未凝固コンクリート１０に対して振動（波動）を発振し、受振部１３はこの振動（波動）の反射波等を受振する。なお、型枠７ａを設けず、型枠７を地山等を覆うように設置してもよい。すなわち、コンクリート打設領域を、型枠７、地山等で囲まれた領域とすることもできる。
【００２７】
発振部１１および受振部１３には制御部１５および解析部１７が接続される。制御部１５および解析部１７には、演算手段、記憶手段、通信手段、入出力手段、表示手段等を有するコンピュータが使用される。制御部１５は、発振部１１を起振させ、受振部で振動を受振させる。また制御部１５は解析部１７で受振した波形を解析させ、コンクリートの覆工厚さを算出させる。解析部１７の演算手段は、少なくとも波形分離手段および覆工厚算出手段を有する。記憶手段は、測定データや各種管理値、実行プログラム等が記憶されている。通信手段は、発振部１１や受振部１３等とのデータ通信を行う。入力手段は、管理値や条件等の入力を行う。表示手段は、測定データや計測結果等のデータを表示する。
【００２８】
なお、制御部１５はさらにコンクリート供給部９を制御してもよい。また、制御部１５および解析部１７とは一体のコンピュータであってもよい。また、未凝固コンクリート１０としては、ＮＡＴＭ（Ｎｅｗ Ａｕｓｔｒｉａｎ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）工法の二次覆工コンクリートや、ＳＥＮＳ（Ｓｈｉｅｌｄ ｍａｃｈｉｎｅ Ｅｘｔｒｕｄｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｌｉｎｉｎｇ ＮＡＴＭ Ｓｙｓｔｅｍ）工法の覆工コンクリートなどを対象とすることができる。
【００２９】
次に、型枠７について説明する。図２は、型枠７を示す斜視図である。型枠７は、主に４枚の側板１９とスキンプレート２１とから構成される。スキンプレート２１は、設置されるトンネルの曲率に応じた曲率で湾曲しており、スキンプレート２１の湾曲に沿って側板１９が接合される。なお、型枠７としては例えば鋼製のものが使用できる。
【００３０】
型枠７の略中央には、内面側よりホルダ９が取り付けられる。図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ線断面におけるホルダ９近傍を示す断面図である。図３に示すように、スキンプレート２１に対してホルダ９はボルト等で接合されている。ホルダ９には、発振部１１および受振部１３がそれぞれスキンプレート２１外面と略同一面上に露出するように保持される。
【００３１】
図３（ｂ）は、スキンプレート２１外面側から見たホルダ９を示す概略図である。図３（ｂ）に示すように、ホルダ９には、１つの発振部１１と３つの受振部１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）が設置されている。ここで、発振部１１からそれぞれの受振部１３ａ、１３ｂ、１３ｃまでの距離であるＢ〜Ｄはそれぞれ異なる。すなわち、受振部１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、発振部１１と同一面上にそれぞれの距離が異なるように配置される。
【００３２】
次に、発振部１１について説明する。図４は、発振部１１を示す断面図である。発振部１１は、主にヘッド２３、ロッド２５、永久磁石２９、超磁歪素子３１、コイル３３等から構成される。
【００３３】
超磁歪素子３１はＴｂ０．３Ｄｙ０．７Ｆｅ２．０化合物により形成される。超磁歪素子３１は周囲の次回によって長軸方向へ０．１％以上伸長可能であり、磁界の消滅によって元の長さに戻ることが可能である。超磁歪素子３１は、コイル３３の中に配置される。コイル３１の周囲には永久磁石２９がコイル３１を覆うように配置される。
【００３４】
超磁歪素子３１の端部にはロッド２５は接続される。ロッド２５にはフランジ２７が設けられ、フランジ２７に対してロッド２５を軸方向後方（図中下方）に向けて付勢するようにばね３５が設けられる。ロッド２５の先端にはヘッド２３が設けられる。ヘッド２３は、コンクリートに対して振動を直接付与する部位である。
【００３５】
通常時、ばね３５によってロッド２５は超磁歪素子３１の長軸方向後方に力が付与されている。この状態から図示を省略した電源によりコイル３３に電流を流すと、コイル３３により磁界が発生し、超磁歪素子３１が伸長する。超磁歪素子３１の伸長に伴い、ロッド２５はばね３５の力に対抗して超磁歪素子３１の長軸方向前方へ移動する。すなわちヘッド２３が前方に移動する。
【００３６】
この状態からコイル３３への電流を止めると、超磁歪素子３１は元の長さに戻り、ばね３５によりロッド２５が押し戻される。すなわちヘッド２３が後方に移動する。上記の動作を繰り返すことで、ヘッド２３を超磁歪素子３１の長軸方向に往復動作（図中矢印Ｅ方向）させることができる。すなわち、ヘッド２３の往復動作により図中矢印Ｅ方向へ振動（弾性波）を発生させることができる。
【００３７】
なお、受振部１３の詳細は省略するが、受振部先端で軸方向の振動（波動）を受振して電気信号等に変換可能であれば良く、圧電素子や加速度計を用いることができる。
【００３８】
次に、発振部１１から発生した振動を受振部１３で受振する際の振動の伝播工程について説明する。図５は、発振部１１から発振した振動が、計測対象部において反射し、反射波を受振部１３で受振する際の状態を示す模式図である。
【００３９】
図５において、発振部１１および受振部１３の上方側が測定対象であり、例えばコンクリートである。発振部１１から発振した振動は測定対象部内を伝播し、例えば地山等の境界で反射する。反射した振動は受振部１３に伝わり、受振部１３で受振される。発振部１１で振動を発してから受振部１３で受振するまでの時間を測定することで、発振部１１〜反射点〜受振部１３までの工程距離が算出可能である。なお、コンクリート内の振動の伝播速度はあらかじめ設定すれば良い。
【００４０】
この場合、振動の伝わる工程としては、発振部１１〜反射点〜受振部１３が算出された工程距離となるいずれかの反射点で反射されたものである。たとえば、図５においては、発振部１１からＦ点で反射した反射波を受振部１３で受振する場合や、Ｇ点で反射した反射波を受振部１３で受振する場合などが考えられる。この場合、発振部１１〜Ｆ点までの距離ｒ１と、Ｆ点〜受振部１３までの距離ｒ２との和が算出された工程距離と同一となるはずである。同様に、ｒ３＋ｒ４についても工程距離と同一となる。
【００４１】
このように、反射波から振動の工程距離が算出されると、その工程距離となる反射点は、発振部１１および受振部１３を焦点とする、発振部１１および受振部１３からの距離の和が当該工程距離となる楕円上に位置することとなる。このような反射点の軌跡を反射点軌跡３７と称する。
【００４２】
すなわち、発振部１１から受振部１３までの振動の工程距離から、反射点軌跡３７を想定することができ、受振部１３で受振した反射波は、この反射点軌跡上のいずれかの位置で反射したものとして扱うことができる。なお、図５では反射点軌跡を２次元的に示したが、反射点軌跡３７は、反射点の集合を面として有する３次元的な軌跡である。
【００４３】
図６は、１つの発振部１１に対して３つの受振部１３ａ、１３ｂ、１３ｃを設置した場合における、各反射点軌跡３７ａ、３７ｂ、３７ｃを示す図である。なお、図６においては、簡単のため、発振部１１と受振部１３ａ、１３ｂ、１３ｃを同一線上に配置したが、本発明はこれに限られない。また、図６では反射側が地山３である場合を示す。
【００４４】
発振部１１から受振部１３ａ、１３ｂ、１３ｃまでの距離は前述の通り異なる。このため、発振部１１から発振した振動をそれぞれの受振部１３で受振するまでの時間はそれぞれ異なる。したがって、それぞれの受振部１３ごとに算出される振動の工程距離が異なる。すなわち、受振部１３ａ、１３ｂ、１３ｃそれぞれに対して、反射点軌跡３７ａ、３７ｂ、３７ｃを想定することができる。
【００４５】
それぞれの反射点軌跡３７ａ、３７ｂ、３７ｃが交わる部位を共通反射点３９と称する。すなわち、共通反射点３９は、それぞれの反射点軌跡３７ａ、３７ｂ、３７ｃで想定された反射点の共通点である。したがって、共通反射点３９で反射した反射波をそれぞれの受振部１３ａ、１３ｂ、１３ｃで受振したものと考えることができる。この共通反射点３９の位置が特定されると、この位置までの深さ（図中Ｈ）をコンクリートの覆工厚さとして算出することができる。なお、受振部１３が２つであると、共通反射点３９は２か所となる場合があるが、受振部１３を３つ設けることで、共通反射点３９を確実に１点に特定することができる。
【００４６】
次に、本発明におけるコンクリートの覆工厚測定方法について説明する。図７は、工程を示すフローチャートである。まず、あらかじめ発振部１１および受振部１３等が設置された型枠７を、コンクリートの覆工部位に設置する（ステップ１０１）。型枠７の設置後、コンクリートを打設する（ステップ１０２）。
【００４７】
コンクリートの打設中、またはコンクリート打設後硬化開始前にコンクリートの覆工厚さの計測を開始する。まず、制御部１５は発振部１１を起振させ振動を発生させる（ステップ１０３）。さらに制御部１５は受振部１３で振動を受振し解析部１７に波形の解析を行わせる（ステップ１０４）。
【００４８】
図８は受振部で受振した波形を示す概念図であり、解析部１７には図８（ａ）に示すような波形が入力される。なお、本発明において計測される弾性波は、横波であるＳ波である。縦波であるＰ波は周波数が高く、未凝固コンクリートにおいては減衰が大きいため計測が困難であるためである。解析部１７は、まず、受振した波形のフィルタリング処理を行う（ステップ１０５）。フィルタリング処理は現場での状況に応じて設定されるものであり、例えば、振幅回復処理、周波数フィルタ処理、ホワイト・デコンボリューション処理などが行われる。各種フィルタリング処理により、ホルダ９を直接伝わる振動の周波数帯を除去することができる。図８（ｂ）は各種フィルタリング処理を施した波形の概念図である。
【００４９】
次に、解析部１７は、波形分離手段によって受信された振動波形を直接波と反射波群とに分離する（ステップ１０６）。直接波とは、発振部１１から受振部１３に向かって、対象部で反射することなく直接コンクリート表面等を伝播した波動である。波形分離手段としては、複素ケプストラム解析が行われる。ケプストラム解析を行うことで、直接波の影響を低減することができる。図８（ｃ）はケプストラム解析によって直接波の影響を除去した波形を示す概念図である。
【００５０】
次に、解析部１７は、覆工厚算出手段によって、反射波群を包絡線化する（ステップ１０７）。包絡線化を行うには、ヒルベルト変換が用いられる。図８（ｄ）はヒルベルト変換がおこなわれた後の波形を示す概念図である。
【００５１】
次に、解析部１７は、覆工厚算出手段によって、包絡線化が行われた波形から、最大振幅の時間が読み取られる（ステップ１０８）。図８（ｄ）においては、例えばＴ点が最大振幅の時間として読み取られる。
【００５２】
次に、解析部１７は、覆工厚算出手段によって、得られた最大振幅の時間とコンクリート内での波動（Ｓ波）の伝播速度とから、振動の工程距離を算出し、これに基づいて、図５に示すような反射点軌跡を算出する（ステップ１０９）。
【００５３】
次に、解析部１７は、覆工厚算出手段によって、３つの反射点軌跡から共通反射点３９を特定する（ステップ１１０）。さらに共通反射点３９の位置から、コンクリートの覆工厚を算出する（ステップ１１１）。以上により、コンクリートの覆工厚さが測定される。コンクリートが硬化した後は型枠７を外し、型枠７をさらに次のコンクリート打設部位に設置することで同様の測定を繰り返す。
【００５４】
なお、必要に応じて、制御部１５は、算出された覆工厚を管理し、覆工厚があらかじめ設定された管理値以上となるとコンクリートの打設を終了するように制御してもよく、覆工厚が管理値以上である場合に合格判定を与えるようにしてもよい。また、覆工厚が合格と判断された際のコンクリートの充填圧を記憶し、次の位置でのコンクリート打設時の参考値として使用してもよい。
【００５５】
本実施の形態にかかるコンクリート覆工厚の測定方法によれば、発振部１１および受振部１３が型枠７に取り付けられており、また、発振部１１に超磁歪素子３１が用いられ、管理する弾性波としてＳ波を利用するため、未凝固状態のコンクリートの覆工厚を測定することができる。また、コンクリートの覆工厚は、少なくとも３つの受振部１３によって求められる反射点軌跡から算出される。したがって、反射面に凹凸がある場合などでも確実に覆工厚を算出することができる。
【００５６】
また、得られた受振波を複素ケプストラム解析によって解析するため、直接波と反射群とが混在している場合でも、直接波と相関のある反射波の初動位置を求めることができる。このため、反射波初動の読取から覆工厚の算出までを現場で迅速に行うことができる。
【００５７】
また、未凝固状態のコンクリートの覆工厚の迅速な測定が可能であるため、コンクリート打設中または打設直後における覆工厚の管理が容易となる。このため、打設圧力などを次回打設時の管理参考値として扱うことができ、例えば未充填や打設時の異常などがある場合であっても、迅速に対応することができる。
【００５８】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５９】
例えば、実施例においては、型枠７の中心にホルダ９を一つ取り付けたが、型枠７に対するホルダ９の取り付け位置や取り付け個数はこれに限られない。また、ホルダ９の形状や発振部１１および受振部１３の配置や個数はこれに限られない。
【符号の説明】
【００６０】
１………覆工厚測定装置
３………地山
５………既設コンクリート
７………型枠
８………コンクリート供給部
９………ホルダ
１０………未凝固コンクリート
１１………発振部
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ………受振部
１５………制御部
１７………解析部
１９………側板
２１………スキンプレート
２３………ヘッド
２５………ロッド
２７………フランジ
２９………永久磁石
３１………超磁歪素子
３３………コイル
３５………ばね
３７、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ………反射点軌跡
３９………共通反射点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルでのコンクリート覆工時におけるコンクリートの覆工厚さを、コンクリートが未凝固の状態で計測可能なトンネルの覆工厚測定装置、測定方法およびこれに用いられる型枠に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、トンネル等の覆工コンクリートの覆工厚さの測定は、コンクリートの表面から超音波等を発振し、その反射波から厚さの測定が行われている。
【０００３】
このようなコンクリート厚さの測定装置としては、コンクリートの厚さ方向に衝撃弾性波を発生させ、厚さ方向および表層部の振動を検出し、コンクリートを伝播する衝撃弾性波の振動数成分と、表層部を伝播する弾性波の速度とからコンクリート厚さを算出するコンクリート厚さ測定装置がある（特許文献１）。
【０００４】
また、型枠内の鉄筋等に発受振装置少なくとも１組設置し、コンクリート打設後、一方から機械的振動を発振し、これを受振することでコンクリート内の弾性波伝播速度を算出し、さらにコンクリート表面に受振素子を設置し、型枠内より機械的振動を発生させ、これを受振することでコンクリート厚さを算出するコンクリート構造物品質検査方法がある（特許文献２）。
【０００５】
また、励磁コイルの応答性を高めた振動片を用い、対象物内部からの反射信号を受振し、発振信号から受振信号までの時間から厚み等を算出する探査装置がある（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−６９４９５号公報
【特許文献２】特開２００９−２５０２２号公報
【特許文献３】特開平０７−２１８４７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の装置は、単にコンクリート内の振動の伝播速度が未知である場合に、厚さ方向と表層部でのそれぞれの振動を受振することで厚さを算出するものであり、コンクリート硬化後におけるコンクリート厚さを測定するものである。したがって、コンクリートが未凝固の場合の測定は考慮されていない。
【０００８】
また、特許文献２に記載の装置は、あらかじめ型枠内にセンサ素子を埋め込む必要がある。また、特許文献１と同様、コンクリート硬化後の測定のみを考慮したものである。
【０００９】
また、特許文献３に記載の装置は、高粘性材の測定が可能との記載があるが、あくまでも対象物の表面に設置する必要があることから、対象物の上面に装置を設置する必要がある。このように、特許文献１〜３は、例えばトンネルの覆工のように、型枠を用いて打設する場合において、未凝固状態のコンクリート覆工厚さを測定することは考慮されていない。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、トンネル等のコンクリート覆工時におけるコンクリートの覆工厚さを、コンクリートが未凝固の状態で計測可能なコンクリートの覆工厚測定装置、測定方法およびこれに用いられる型枠を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前述した目的を達成するため、第１の発明は、トンネルの覆工厚測定装置であって、型枠に設置され、前記型枠内に打設されたコンクリートに対して振動を発振する発振部と、前記発振部で発進した前記振動を受振する受振部と、前記受振部で受信した波形を解析する解析部と、を具備し、前記発振部は超磁歪素子を用いた発振装置であり、前記解析部は、前記発振部から直接受振部に伝播する直接波と測定対象部での反射波とを分離する波形分離手段と、前記反射波から前記コンクリートの覆工厚さを算出する覆工厚算出手段とを有することを特徴とするトンネルの覆工厚測定装置である。
【００１２】
１つの前記発振部に対して、少なくとも３つの前記受振部が、前記発振部からの距離がそれぞれ異なる位置に設置され、前記覆工厚算出手段は、前記受振部毎に受振した受振情報からそれぞれの波動の工程距離を算出し、前記発振部および前記受振部を焦点として、前記発振部及び前記受振部からのそれぞれの距離の和が前記工程距離と同一になる反射点軌跡を前記受振部毎に想定し、前記受振部毎に想定された前記反射点軌跡が交わる点を共通反射点として特定し、前記共通反射点までの距離を覆工厚さとして算出することが望ましい。
【００１３】
前記波形分離手段は、複素ケプストラム解析によって前記直接波と前記反射波とを分離し、前記覆工厚算出手段は、分離された前記反射波をヒルベルト解析によって包絡線化し、前記包絡線の最大振幅となる時間を反射波走時として解析することが望ましい。
【００１４】
第１の発明によれば、発振部と受振部とが型枠に直接設けられるため、型枠を用いてコンクリートを打設する際に、型枠を設置した状態でコンクリートが硬化する前にコンクリートの覆工厚さを測定することができる。また、硬化前のコンクリートは内部を伝播する振動の減衰が大きいが、超磁歪素子を用いることで、大きな振幅（エネルギー）の振動を発振することができ、このため硬化前の未凝固コンクリートに対しても厚さを測定することができる。なお、この場合、周波数が高い縦波弾性波であるＰ波は、減衰傾向が大きいため、横波弾性波であるＳ波が用いられる。
【００１５】
また、１つの発振部に対して３つの受振部を設け、それぞれの受振部は発振部との距離がそれぞれ異なるように配置し、各受振部毎に反射点軌跡を設け、３つの反射点軌跡が交わる共通反射点を特定し、共通反射点までの厚みをトンネルの覆工厚さとして特定するため、弾性波反射面に凹凸があるような場合でも、適切なトンネル覆工厚さを算出することができる。
【００１６】
また、直接波と反射波とを複素ケプストラム解析によって分離するため、直接波群の中に反射波群が混入していても、反射波群を分離することができ、効率良く反射波から覆工厚を算出することができる。
【００１７】
第２の発明は、トンネルの覆工厚測定方法であって、振動を発振可能な超磁歪素子を用いる発振部と、振動を受振可能な受振部とを有する型枠を設置する工程（ａ）と、前記型枠内にコンクリートを打設する工程（ｂ）と、前記発振部により未凝固のコンクリートに振動を発振する工程（ｃ）と、前記受振部で前記コンクリートからの振動を受振する工程（ｄ）と、前記受振部で受振した情報から、前記発振部から直接受振部に伝播する直接波と、測定対象部での反射波とを分離する工程（ｅ）と、前記反射波から未凝固の前記コンクリートの覆工厚さを算出する工程（ｆ）と、を具備することを特徴とするトンネルの覆工厚測定方法である。
【００１８】
前記型枠には、１つの前記発振部に対して少なくとも３つの前記受振部が、前記発振部からの距離がそれぞれ異なる位置に設置され、前記工程（ｄ）は、ぞれぞれの前記受振部で振動を受振する工程であり、前記工程（ｆ）は、前記受振部毎に受振した情報からそれぞれの波動の工程距離を算出し、前記発振部および前記受振部を焦点として、前記発振部及び前記受振部からのそれぞれの距離の和が前記工程距離と同一になる反射点軌跡を前記受振部毎に想定し、前記受振部毎に想定された前記反射点軌跡が交わる点を共通反射点として特定し、前記共通反射点までの距離を覆工厚さとして算出する工程であることが望ましい。
【００１９】
前記工程（ｅ）は、複素ケプストラム解析によって前記直接波と前記反射波とを分離する工程であり、前記工程（ｆ）は、分離された前記反射波をヒルベルト解析によって包絡線化し、前記包絡線の最大振幅となる時間を反射波走時として解析することが望ましい。
【００２０】
第２の発明によれば、発振部が超磁歪素子であり、また、発振部および受振部が型枠に設けられるため、未凝固のコンクリートの厚さ測定を行うことができる。また、１つの発振部に対して３つの受振部を設け、各受振部毎に反射点軌跡を設け、３つの反射点軌跡が交わる共通反射点を特定し、共通反射点までの厚みをコンクリートの覆工厚さとして特定するため、弾性波反射面に凹凸があるような場合でも、適切なコンクリート覆工厚さを算出することができる。また、直接波と反射波とを複素ケプストラム解析によって分離するため、直接波群の中に反射波群が混入していても、反射波群を分離することができ、効率良く反射波から覆工厚を算出することができる。
【００２１】
第３の発明は、トンネルの覆工に用いられる型枠であって、振動を発振可能な超磁歪素子を用いる発振部と、前記振動を受振可能な受振部と、を具備し、１つの前記発振部に対して少なくとも３つの受振部が、前記発振部からの距離がそれぞれ異なる位置に設置されたホルダが設けられることを特徴とする型枠である。
【００２２】
第３の発明によれば、トンネルの覆工時に未凝固のコンクリート厚さを測定することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、トンネルのコンクリート覆工時におけるコンクリートの覆工厚さを、コンクリートが未凝固の状態で計測可能なトンネルの覆工厚測定装置、測定方法およびこれに用いられる型枠を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】コンクリート覆工時の覆工厚測定装置１の設置状態を示す図。
【図２】発振部１１と受振部１３とが取り付けられた型枠７を示す斜視図。
【図３】ホルダ９を示す図で、（ａ）はホルダ９近傍における図２のＡ−Ａ線断面図、（ｂ）はホルダ９の正面図。
【図４】発振部１１の構造を示す図。
【図５】発振部１１と受振部１３との位置関係と反射点軌跡３７を示す図。
【図６】反射点軌跡３７ａ、３７ｂ、３７ｃと共通反射点３９を示す図。
【図７】覆工厚測定方法のフローチャート。
【図８】受振部で受振した波形の処理工程を示す概念図。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態にかかるコンクリートの覆工厚測定装置１について説明する。図１は、覆工厚測定装置１を示す図である。覆工厚測定装置１は、主に、型枠７、ホルダ９、発振部１１、受振部１３、制御部１５、解析部１７等から構成される。
【００２６】
型枠７、７ａは、トンネルの覆工等に用いられる型枠である。型枠７、７ａは、コンクリート打設領域を覆うように配置され、型枠７、７ａにはコンクリート供給部８が設置される。型枠７には、型枠７を貫通するホルダ９が設けられる。ホルダ９は型枠に対して着脱可能に取り付けられ、発振部１１および受振部１３を保持する部材である。ホルダ９の外面（コンクリート打設側）には発振部１１および受振部１３が露出しており、型枠７の外面（コンクリート打設側）と略平坦な面で構成される。すなわち、ホルダ９外面、発振部１１および受振部１３は、型枠７の表面と平滑に形成される。コンクリート供給部８は、型枠７、７ａ等で囲まれた範囲にコンクリートを打設する部位であり、図示を省略したコンクリート供給装置等に接続されている。発振部１１は打設された未凝固コンクリート１０に対して振動（波動）を発振し、受振部１３はこの振動（波動）の反射波等を受振する。なお、型枠７ａを設けず、型枠７を地山等を覆うように設置してもよい。すなわち、コンクリート打設領域を、型枠７、地山等で囲まれた領域とすることもできる。
【００２７】
発振部１１および受振部１３には制御部１５および解析部１７が接続される。制御部１５および解析部１７には、演算手段、記憶手段、通信手段、入出力手段、表示手段等を有するコンピュータが使用される。制御部１５は、発振部１１を起振させ、受振部で振動を受振させる。また制御部１５は解析部１７で受振した波形を解析させ、コンクリートの覆工厚さを算出させる。解析部１７の演算手段は、少なくとも波形分離手段および覆工厚算出手段を有する。記憶手段は、測定データや各種管理値、実行プログラム等が記憶されている。通信手段は、発振部１１や受振部１３等とのデータ通信を行う。入力手段は、管理値や条件等の入力を行う。表示手段は、測定データや計測結果等のデータを表示する。
【００２８】
なお、制御部１５はさらにコンクリート供給部９を制御してもよい。また、制御部１５および解析部１７とは一体のコンピュータであってもよい。また、未凝固コンクリート１０としては、ＮＡＴＭ（Ｎｅｗ Ａｕｓｔｒｉａｎ Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｍｅｔｈｏｄ）工法の二次覆工コンクリートや、ＳＥＮＳ（Ｓｈｉｅｌｄ ｍａｃｈｉｎｅ Ｅｘｔｒｕｄｅｄ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ｌｉｎｉｎｇ ＮＡＴＭ Ｓｙｓｔｅｍ）工法の覆工コンクリートなどを対象とすることができる。
【００２９】
次に、型枠７について説明する。図２は、型枠７を示す斜視図である。型枠７は、主に４枚の側板１９とスキンプレート２１とから構成される。スキンプレート２１は、設置されるトンネルの曲率に応じた曲率で湾曲しており、スキンプレート２１の湾曲に沿って側板１９が接合される。なお、型枠７としては例えば鋼製のものが使用できる。
【００３０】
型枠７の略中央には、内面側よりホルダ９が取り付けられる。図３（ａ）は、図２のＡ−Ａ線断面におけるホルダ９近傍を示す断面図である。図３に示すように、スキンプレート２１に対してホルダ９はボルト等で接合されている。ホルダ９には、発振部１１および受振部１３がそれぞれスキンプレート２１外面と略同一面上に露出するように保持される。
【００３１】
図３（ｂ）は、スキンプレート２１外面側から見たホルダ９を示す概略図である。図３（ｂ）に示すように、ホルダ９には、１つの発振部１１と３つの受振部１３（１３ａ、１３ｂ、１３ｃ）が設置されている。ここで、発振部１１からそれぞれの受振部１３ａ、１３ｂ、１３ｃまでの距離であるＢ〜Ｄはそれぞれ異なる。すなわち、受振部１３ａ、１３ｂ、１３ｃは、発振部１１と同一面上にそれぞれの距離が異なるように配置される。
【００３２】
次に、発振部１１について説明する。図４は、発振部１１を示す断面図である。発振部１１は、主にヘッド２３、ロッド２５、永久磁石２９、超磁歪素子３１、コイル３３等から構成される。
【００３３】
超磁歪素子３１はＴｂ０．３Ｄｙ０．７Ｆｅ２．０化合物により形成される。超磁歪素子３１は周囲の次回によって長軸方向へ０．１％以上伸長可能であり、磁界の消滅によって元の長さに戻ることが可能である。超磁歪素子３１は、コイル３３の中に配置される。コイル３１の周囲には永久磁石２９がコイル３１を覆うように配置される。
【００３４】
超磁歪素子３１の端部にはロッド２５は接続される。ロッド２５にはフランジ２７が設けられ、フランジ２７に対してロッド２５を軸方向後方（図中下方）に向けて付勢するようにばね３５が設けられる。ロッド２５の先端にはヘッド２３が設けられる。ヘッド２３は、コンクリートに対して振動を直接付与する部位である。
【００３５】
通常時、ばね３５によってロッド２５は超磁歪素子３１の長軸方向後方に力が付与されている。この状態から図示を省略した電源によりコイル３３に電流を流すと、コイル３３により磁界が発生し、超磁歪素子３１が伸長する。超磁歪素子３１の伸長に伴い、ロッド２５はばね３５の力に対抗して超磁歪素子３１の長軸方向前方へ移動する。すなわちヘッド２３が前方に移動する。
【００３６】
この状態からコイル３３への電流を止めると、超磁歪素子３１は元の長さに戻り、ばね３５によりロッド２５が押し戻される。すなわちヘッド２３が後方に移動する。上記の動作を繰り返すことで、ヘッド２３を超磁歪素子３１の長軸方向に往復動作（図中矢印Ｅ方向）させることができる。すなわち、ヘッド２３の往復動作により図中矢印Ｅ方向へ振動（弾性波）を発生させることができる。
【００３７】
なお、受振部１３の詳細は省略するが、受振部先端で軸方向の振動（波動）を受振して電気信号等に変換可能であれば良く、圧電素子や加速度計を用いることができる。
【００３８】
次に、発振部１１から発生した振動を受振部１３で受振する際の振動の伝播工程について説明する。図５は、発振部１１から発振した振動が、計測対象部において反射し、反射波を受振部１３で受振する際の状態を示す模式図である。
【００３９】
図５において、発振部１１および受振部１３の上方側が測定対象であり、例えばコンクリートである。発振部１１から発振した振動は測定対象部内を伝播し、例えば地山等の境界で反射する。反射した振動は受振部１３に伝わり、受振部１３で受振される。発振部１１で振動を発してから受振部１３で受振するまでの時間を測定することで、発振部１１〜反射点〜受振部１３までの工程距離が算出可能である。なお、コンクリート内の振動の伝播速度はあらかじめ設定すれば良い。
【００４０】
この場合、振動の伝わる工程としては、発振部１１〜反射点〜受振部１３が算出された工程距離となるいずれかの反射点で反射されたものである。たとえば、図５においては、発振部１１からＦ点で反射した反射波を受振部１３で受振する場合や、Ｇ点で反射した反射波を受振部１３で受振する場合などが考えられる。この場合、発振部１１〜Ｆ点までの距離ｒ１と、Ｆ点〜受振部１３までの距離ｒ２との和が算出された工程距離と同一となるはずである。同様に、ｒ３＋ｒ４についても工程距離と同一となる。
【００４１】
このように、反射波から振動の工程距離が算出されると、その工程距離となる反射点は、発振部１１および受振部１３を焦点とする、発振部１１および受振部１３からの距離の和が当該工程距離となる楕円上に位置することとなる。このような反射点の軌跡を反射点軌跡３７と称する。
【００４２】
すなわち、発振部１１から受振部１３までの振動の工程距離から、反射点軌跡３７を想定することができ、受振部１３で受振した反射波は、この反射点軌跡上のいずれかの位置で反射したものとして扱うことができる。なお、図５では反射点軌跡を２次元的に示したが、反射点軌跡３７は、反射点の集合を面として有する３次元的な軌跡である。
【００４３】
図６は、１つの発振部１１に対して３つの受振部１３ａ、１３ｂ、１３ｃを設置した場合における、各反射点軌跡３７ａ、３７ｂ、３７ｃを示す図である。なお、図６においては、簡単のため、発振部１１と受振部１３ａ、１３ｂ、１３ｃを同一線上に配置したが、本発明はこれに限られない。また、図６では反射側が地山３である場合を示す。
【００４４】
発振部１１から受振部１３ａ、１３ｂ、１３ｃまでの距離は前述の通り異なる。このため、発振部１１から発振した振動をそれぞれの受振部１３で受振するまでの時間はそれぞれ異なる。したがって、それぞれの受振部１３ごとに算出される振動の工程距離が異なる。すなわち、受振部１３ａ、１３ｂ、１３ｃそれぞれに対して、反射点軌跡３７ａ、３７ｂ、３７ｃを想定することができる。
【００４５】
それぞれの反射点軌跡３７ａ、３７ｂ、３７ｃが交わる部位を共通反射点３９と称する。すなわち、共通反射点３９は、それぞれの反射点軌跡３７ａ、３７ｂ、３７ｃで想定された反射点の共通点である。したがって、共通反射点３９で反射した反射波をそれぞれの受振部１３ａ、１３ｂ、１３ｃで受振したものと考えることができる。この共通反射点３９の位置が特定されると、この位置までの深さ（図中Ｈ）をコンクリートの覆工厚さとして算出することができる。なお、受振部１３が２つであると、共通反射点３９は２か所となる場合があるが、受振部１３を３つ設けることで、共通反射点３９を確実に１点に特定することができる。
【００４６】
次に、本発明におけるコンクリートの覆工厚測定方法について説明する。図７は、工程を示すフローチャートである。まず、あらかじめ発振部１１および受振部１３等が設置された型枠７を、コンクリートの覆工部位に設置する（ステップ１０１）。型枠７の設置後、コンクリートを打設する（ステップ１０２）。
【００４７】
コンクリートの打設中、またはコンクリート打設後硬化開始前にコンクリートの覆工厚さの計測を開始する。まず、制御部１５は発振部１１を起振させ振動を発生させる（ステップ１０３）。さらに制御部１５は受振部１３で振動を受振し解析部１７に波形の解析を行わせる（ステップ１０４）。
【００４８】
図８は受振部で受振した波形を示す概念図であり、解析部１７には図８（ａ）に示すような波形が入力される。なお、本発明において計測される弾性波は、横波であるＳ波である。縦波であるＰ波は周波数が高く、未凝固コンクリートにおいては減衰が大きいため計測が困難であるためである。解析部１７は、まず、受振した波形のフィルタリング処理を行う（ステップ１０５）。フィルタリング処理は現場での状況に応じて設定されるものであり、例えば、振幅回復処理、周波数フィルタ処理、ホワイト・デコンボリューション処理などが行われる。各種フィルタリング処理により、ホルダ９を直接伝わる振動の周波数帯を除去することができる。図８（ｂ）は各種フィルタリング処理を施した波形の概念図である。
【００４９】
次に、解析部１７は、波形分離手段によって受信された振動波形を直接波と反射波群とに分離する（ステップ１０６）。直接波とは、発振部１１から受振部１３に向かって、対象部で反射することなく直接コンクリート表面等を伝播した波動である。波形分離手段としては、複素ケプストラム解析が行われる。ケプストラム解析を行うことで、直接波の影響を低減することができる。図８（ｃ）はケプストラム解析によって直接波の影響を除去した波形を示す概念図である。
【００５０】
次に、解析部１７は、覆工厚算出手段によって、反射波群を包絡線化する（ステップ１０７）。包絡線化を行うには、ヒルベルト変換が用いられる。図８（ｄ）はヒルベルト変換がおこなわれた後の波形を示す概念図である。
【００５１】
次に、解析部１７は、覆工厚算出手段によって、包絡線化が行われた波形から、最大振幅の時間が読み取られる（ステップ１０８）。図８（ｄ）においては、例えばＴ点が最大振幅の時間として読み取られる。
【００５２】
次に、解析部１７は、覆工厚算出手段によって、得られた最大振幅の時間とコンクリート内での波動（Ｓ波）の伝播速度とから、振動の工程距離を算出し、これに基づいて、図５に示すような反射点軌跡を算出する（ステップ１０９）。
【００５３】
次に、解析部１７は、覆工厚算出手段によって、３つの反射点軌跡から共通反射点３９を特定する（ステップ１１０）。さらに共通反射点３９の位置から、コンクリートの覆工厚を算出する（ステップ１１１）。以上により、コンクリートの覆工厚さが測定される。コンクリートが硬化した後は型枠７を外し、型枠７をさらに次のコンクリート打設部位に設置することで同様の測定を繰り返す。
【００５４】
なお、必要に応じて、制御部１５は、算出された覆工厚を管理し、覆工厚があらかじめ設定された管理値以上となるとコンクリートの打設を終了するように制御してもよく、覆工厚が管理値以上である場合に合格判定を与えるようにしてもよい。また、覆工厚が合格と判断された際のコンクリートの充填圧を記憶し、次の位置でのコンクリート打設時の参考値として使用してもよい。
【００５５】
本実施の形態にかかるコンクリート覆工厚の測定方法によれば、発振部１１および受振部１３が型枠７に取り付けられており、また、発振部１１に超磁歪素子３１が用いられ、管理する弾性波としてＳ波を利用するため、未凝固状態のコンクリートの覆工厚を測定することができる。また、コンクリートの覆工厚は、少なくとも３つの受振部１３によって求められる反射点軌跡から算出される。したがって、反射面に凹凸がある場合などでも確実に覆工厚を算出することができる。
【００５６】
また、得られた受振波を複素ケプストラム解析によって解析するため、直接波と反射群とが混在している場合でも、直接波と相関のある反射波の初動位置を求めることができる。このため、反射波初動の読取から覆工厚の算出までを現場で迅速に行うことができる。
【００５７】
また、未凝固状態のコンクリートの覆工厚の迅速な測定が可能であるため、コンクリート打設中または打設直後における覆工厚の管理が容易となる。このため、打設圧力などを次回打設時の管理参考値として扱うことができ、例えば未充填や打設時の異常などがある場合であっても、迅速に対応することができる。
【００５８】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【００５９】
例えば、実施例においては、型枠７の中心にホルダ９を一つ取り付けたが、型枠７に対するホルダ９の取り付け位置や取り付け個数はこれに限られない。また、ホルダ９の形状や発振部１１および受振部１３の配置や個数はこれに限られない。
【符号の説明】
【００６０】
１………覆工厚測定装置
３………地山
５………既設コンクリート
７………型枠
８………コンクリート供給部
９………ホルダ
１０………未凝固コンクリート
１１………発振部
１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ………受振部
１５………制御部
１７………解析部
１９………側板
２１………スキンプレート
２３………ヘッド
２５………ロッド
２７………フランジ
２９………永久磁石
３１………超磁歪素子
３３………コイル
３５………ばね
３７、３７ａ、３７ｂ、３７ｃ………反射点軌跡
３９………共通反射点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの覆工厚測定装置であって、
型枠に設置され、前記型枠内に打設されたコンクリートに対して振動を発振する発振部と、
前記発振部で発進した前記振動を受振する受振部と、
前記受振部で受信した波形を解析する解析部と、
を具備し、
前記発振部は超磁歪素子を用いた発振装置であり、
前記解析部は、前記発振部から直接受振部に伝播する直接波と測定対象部での反射波とを分離する波形分離手段と、前記反射波から前記コンクリートの覆工厚さを算出する覆工厚算出手段とを有することを特徴とするトンネルの覆工厚測定装置。
【請求項２】
１つの前記発振部に対して、少なくとも３つの前記受振部が、前記発振部からの距離がそれぞれ異なる位置に設置され、
前記覆工厚算出手段は、
前記受振部毎に受振した受振情報からそれぞれの波動の工程距離を算出し、前記発振部および前記受振部を焦点として、前記発振部及び前記受振部からのそれぞれの距離の和が前記工程距離と同一になる反射点軌跡を前記受振部毎に想定し、前記受振部毎に想定された前記反射点軌跡が交わる点を共通反射点として特定し、前記共通反射点までの距離を覆工厚さとして算出することを特徴とする請求項１記載のトンネルの覆工厚測定装置。
【請求項３】
前記波形分離手段は、複素ケプストラム解析によって前記直接波と前記反射波とを分離し、前記覆工厚算出手段は、分離された前記反射波をヒルベルト解析によって包絡線化し、前記包絡線の最大振幅となる時間を反射波走時として解析することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネルの覆工厚測定装置。
【請求項４】
トンネルの覆工厚測定方法であって、
振動を発振可能な超磁歪素子を用いる発振部と、振動を受振可能な受振部とを有する型枠を設置する工程（ａ）と、
前記型枠内にコンクリートを打設する工程（ｂ）と、
前記発振部により未凝固のコンクリートに振動を発振する工程（ｃ）と、
前記受振部で前記コンクリートからの振動を受振する工程（ｄ）と、
前記受振部で受振した情報から、前記発振部から直接受振部に伝播する直接波と、測定対象部での反射波とを分離する工程（ｅ）と、
前記反射波から未凝固の前記コンクリートの覆工厚さを算出する工程（ｆ）と、
を具備することを特徴とするトンネルの覆工厚測定方法。
【請求項５】
前記型枠には、１つの前記発振部に対して少なくとも３つの前記受振部が、前記発振部からの距離がそれぞれ異なる位置に設置され、
前記工程（ｄ）は、ぞれぞれの前記受振部で振動を受振する工程であり、
前記工程（ｆ）は、前記受振部毎に受振した情報からそれぞれの波動の工程距離を算出し、前記発振部および前記受振部を焦点として、前記発振部及び前記受振部からのそれぞれの距離の和が前記工程距離と同一になる反射点軌跡を前記受振部毎に想定し、前記受振部毎に想定された前記反射点軌跡が交わる点を共通反射点として特定し、前記共通反射点までの距離を覆工厚さとして算出する工程であることを特徴とする請求項４記載のトンネルの覆工厚測定方法。
【請求項６】
前記工程（ｅ）は、複素ケプストラム解析によって前記直接波と前記反射波とを分離する工程であり、
前記工程（ｆ）は、分離された前記反射波をヒルベルト解析によって包絡線化し、前記包絡線の最大振幅となる時間を反射波走時として解析することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のトンネルの覆工厚測定装置。
【請求項７】
トンネルの覆工に用いられる型枠であって、
振動を発振可能な超磁歪素子を用いる発振部と、
前記振動を受振可能な受振部と、
を具備し、
１の前記発振部に対して少なくとも３つの受振部が、前記発振部からの距離がそれぞれ異なる位置に設置されたホルダが設けられることを特徴とする型枠。
【請求項１】
トンネルの覆工厚測定装置であって、
型枠に設置され、前記型枠内に打設されたコンクリートに対して振動を発振する発振部と、
前記発振部で発進した前記振動を受振する受振部と、
前記受振部で受信した波形を解析する解析部と、
を具備し、
前記発振部は超磁歪素子を用いた発振装置であり、
前記解析部は、前記発振部から直接受振部に伝播する直接波と測定対象部での反射波とを分離する波形分離手段と、前記反射波から前記コンクリートの覆工厚さを算出する覆工厚算出手段とを有することを特徴とするトンネルの覆工厚測定装置。
【請求項２】
１つの前記発振部に対して、少なくとも３つの前記受振部が、前記発振部からの距離がそれぞれ異なる位置に設置され、
前記覆工厚算出手段は、
前記受振部毎に受振した受振情報からそれぞれの波動の工程距離を算出し、前記発振部および前記受振部を焦点として、前記発振部及び前記受振部からのそれぞれの距離の和が前記工程距離と同一になる反射点軌跡を前記受振部毎に想定し、前記受振部毎に想定された前記反射点軌跡が交わる点を共通反射点として特定し、前記共通反射点までの距離を覆工厚さとして算出することを特徴とする請求項１記載のトンネルの覆工厚測定装置。
【請求項３】
前記波形分離手段は、複素ケプストラム解析によって前記直接波と前記反射波とを分離し、前記覆工厚算出手段は、分離された前記反射波をヒルベルト解析によって包絡線化し、前記包絡線の最大振幅となる時間を反射波走時として解析することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネルの覆工厚測定装置。
【請求項４】
トンネルの覆工厚測定方法であって、
振動を発振可能な超磁歪素子を用いる発振部と、振動を受振可能な受振部とを有する型枠を設置する工程（ａ）と、
前記型枠内にコンクリートを打設する工程（ｂ）と、
前記発振部により未凝固のコンクリートに振動を発振する工程（ｃ）と、
前記受振部で前記コンクリートからの振動を受振する工程（ｄ）と、
前記受振部で受振した情報から、前記発振部から直接受振部に伝播する直接波と、測定対象部での反射波とを分離する工程（ｅ）と、
前記反射波から未凝固の前記コンクリートの覆工厚さを算出する工程（ｆ）と、
を具備することを特徴とするトンネルの覆工厚測定方法。
【請求項５】
前記型枠には、１つの前記発振部に対して少なくとも３つの前記受振部が、前記発振部からの距離がそれぞれ異なる位置に設置され、
前記工程（ｄ）は、ぞれぞれの前記受振部で振動を受振する工程であり、
前記工程（ｆ）は、前記受振部毎に受振した情報からそれぞれの波動の工程距離を算出し、前記発振部および前記受振部を焦点として、前記発振部及び前記受振部からのそれぞれの距離の和が前記工程距離と同一になる反射点軌跡を前記受振部毎に想定し、前記受振部毎に想定された前記反射点軌跡が交わる点を共通反射点として特定し、前記共通反射点までの距離を覆工厚さとして算出する工程であることを特徴とする請求項４記載のトンネルの覆工厚測定方法。
【請求項６】
前記工程（ｅ）は、複素ケプストラム解析によって前記直接波と前記反射波とを分離する工程であり、
前記工程（ｆ）は、分離された前記反射波をヒルベルト解析によって包絡線化し、前記包絡線の最大振幅となる時間を反射波走時として解析することを特徴とする請求項４または請求項５に記載のトンネルの覆工厚測定装置。
【請求項７】
トンネルの覆工に用いられる型枠であって、
振動を発振可能な超磁歪素子を用いる発振部と、
前記振動を受振可能な受振部と、
を具備し、
１の前記発振部に対して少なくとも３つの受振部が、前記発振部からの距離がそれぞれ異なる位置に設置されたホルダが設けられることを特徴とする型枠。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−３８８３５（Ｐ２０１１−３８８３５Ａ）
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１８４７５２（Ｐ２００９−１８４７５２）
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月２４日（２０１１．２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月７日（２００９．８．７）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
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