埋設物健全性分別装置

【課題】トンネル、法面、アンカーの充填材接着、施工状況を非破壊に診断する方法。防護柵支柱、金属支柱、地下タンク等の、埋設構造物の腐食健全性診断を可能とする。
【解決手段】構造物と境界面で発生する、微小反射信号を詳細に解析するために、バースト波の周波数を循環変化させて送受信すると共に、信号波形解析に障害となる計測再現性を確保するために、受信感度、送信電圧を可変送信周波数に同期して補正を行って、得られた周波数ごとの微小反射信号をデジタル処理し、信号波形の特徴を抽出して分別可能な装置を実現した。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全面接着型のアンカーボルト、ロックボルトの充填材充填状況を非破壊に診断することに関する。
プレテンション方式のグラウト工、グラウト材の充填状況を診断することに関する。
埋設金属構造物、防護柵支柱、鋼管支柱、地中タンクなどの表面腐食発生状況、健全性を非破壊に診断することに関する、装置、方法である。
【背景技術】
【０００２】
法面の補強、ＮＡＴＭ工法で作られるトンネルには大量のロックボルトが用いられる。設置方法は、岩盤にボーリング穴が掘られて挿入されたロックボルトが充填材で地山に定着される。充填材は通常モルタルが使用されるが、穴荒れや、岩盤に亀裂がある場合、充填材が亀裂に吸収され散逸し、ロックボルトの不完全定着が引き起こされる。充填材の不完全充填は、ボルトの腐食をまねき、長期安定性を引き起こす要因となる。
【０００３】
不完全充填を検査する方法は、充填材の注入料を計量して推定する方法や、引っ張り試験を行っており、非破壊で簡易に行える方法の実現が望まれているが、未だ実現していない。
【０００４】
道路側縁や中央分離帯、橋梁に設けられる防護柵は、設置後風雨にさらされ、劣化腐食して交換時期が到来する。特に防護柵支柱の、サビによる腐食は、支柱と地面、あるいはコンクリート固定部分の根本地中部で進行し、車両の衝突が起こったとき、最も耐力の必要とされる部分の強度が減少し、機能を果たさなくなる。劣化度合いは、海岸縁での塩害を受ける道路、寒冷地での融雪剤の散布される場所では、設置経過年月によらず顕著であり、支柱地中部の、不可視部分、健全性評価方法の実現が望まれているが、未だ実現していない。
【０００５】
ロックボルト、アンカーボルト、グラウト工の鋼棒、防護柵支柱、鋼管柱、地中タンク壁面、等の設置施工時では、充填状況が健全度であり、長時間経過後の腐食、サビの検知が健全度評価であると言える。
【０００６】
地中構造物に関して、短期安定性評価要因が、表面充填状況分別であり、長期安定性評価要因が腐食によるものである。
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２０５２３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
超音波によるロックボルト、アンカーボルトの長さ計測、衝撃弾性波による計測の際に見られる、微小反射信号が、ボルトと充填材の境界面状態を反映していることに注目して、充填材の充填状況を把握しようとする試みはなされてきた、しかし未だ有効な手法、装置は考案されてはいない。
【０００９】
微小反射信号の信号レベルは、送信出力、受信感度、探触子の電気機械変換効率、の違いで変動する。更に、探触子と測定対象物との接触状態、音軸角度が変化することにより著しく変化する。このため計測した信号を比較分析しようとすると、再現性が乏しいため、充填状況や、腐食状況を分別することが不可能である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
１バースト波パルス送受信サイクルごとに、送信バースト波の周波数を変えて、複数の周波数応答の微小反射信号を順次取得した。
同じ周波数で送受信した、複数のサイクルで得られた受信信号を平均化した。
受信反射信号の振幅レベル変動を最小にするため、周波数ごとに送信電圧、または受信感度を変化させ補正した。
受信信号をデジタル変換した後に、信号処理を行い、分別判断と表示、記録を行う制御記録装置を設けた。
【発明の効果】
【００１１】
探触子を計測対象物に接触させたまま、周波数を変化させて送受信を行うので、微小反射信号の不安定要素、（１）電気音響変換手段の偏差、（２）伝搬媒質の量、（３）計測対象物、例えば、ロックボルトの周波数ごとの伝搬特性偏差、（４）探触子とロックボルトとの音軸角度偏差、の影響を除去することができるため、計測再現性がよい。
【００１２】
本考案によって得られた微小反射信号は、アンカーボルト、ロックボルト等の埋設後の充填状況を分別することが可能となり、相当年月の経過したアンカーボルト、ロックボルトにおいては、腐食状態を分別することが可能となる。
【００１３】
社会資本の基本をなす、公共工事の品質確保に、また、保全診断に広く効果をもたらすものと考えられる。
【００１４】
計測対象は、トンネルロックボルト、法面アンカーボルト、構造物固定アンカーから、
プレテンション方式のグラウト工、防護柵支柱、鋼管支柱、地中タンク、他、埋設金属構造物に広く適用でき、コンクリート支柱などの、非金属構造体にも広く応用できるという利点がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
１バースト波パルス送受信サイクルごとに、送受信感度補正手段を設けた。
送受信サイクルごとにバースト波の基本周波数を変化させた。
微小反射信号を安定させるため、複数回の受信信号を平均加算した。
複数の周波数ごとに得られた、微小反射信号の包絡線、包絡線面積を計算して、充填状況、腐食状況を分別した。
【実施例１】
【００１６】
図１は、バースト波基本周波数と波数を示したものである。
バースト波の波形は、矩形波で示してあるが、サイン波、三角波など波形形状に依存しないことは良く知られているので、矩形波で解説する。
【００１７】
波数１を増加させると、送信エネルギーが増大する反面、距離分解能が低下する。
波数１を減少させると、送信エネルギーは減少し、距離分解能は高くなる。
【００１８】
バースト波基本周期２を変化させることにより、バースト波周波数を変えることが出来、周期の逆数がバースト波基本周波数である。
【００１９】
図２は、バースト波周波数可変の１実施例である。
レジスタ入力コード７、がレジスター８、に入力され、シンセサイザー９、でバースト波基本周波数２、がセットされる。バースト波波数制御１１、ゲート１０、により所定の波数と、周波数が定まり、バースト波１２、を発生する。
【００２０】
図５は、バースト波周波数１をセットし、受信波形を任意のＮ回平均加算した後、周波数２に切替て送受信し、受信波形をＮ回平均加算した後、更に周波数３に切替て送受信し、受信波形をＮ回平均加算した実施例である、順次３周波を循環して行う。
【００２１】
循環する制御コードの送出、レジスター入力コード７、は図４の送信同期バースト波設定より行われ、図示されていないが、記録制御装置（パソコン等）に接続されている。
受信信号は検波出力から、図示されていない記録制御装置のＡ／Ｄコンバータに入力されて、デジタル加算平均される。
【００２２】
周波数の切替回数は３回とした例で説明したが、任意回数応用可能であり、平均加算回数も任意複数回行うことが可能である。
【００２３】
図４は、本実施例の全体を示した、バースト波送受信装置のブロック図である。
周波数ごとに異なる信号レベルのばらつきは、プリアンプゲイン補正３、で行われ、周波数ごとにバンドパスフィルター切替４、で制御される。図２で説明した部分は、周波数可変送信バースト波発生回路６、に相当する。
【実施例２】
【００２４】
図３はバースト波周波数可変の他の実施方法である。周波数設定レジスタ８、にＡ、Ｂ、Ｃ、の専用レジスタが用意されており、レジスター入力コード７、より順番にＡ、Ｂ、Ｃの周波数コードが書き込まれる。周波数の切替は、マルチプレクサ１３、がＡ、Ｂ、Ｃを切り替えて、シンセサイザー９、を制御するため、高速の周波数切替が可能となり、図２の実施例よりも、周波数書き換えソフト側にも負担が少なくなる利点がある。
【００２５】
図６が３周波を順次１送受信ごとに切り替えて循環した例である。信号の平均加算は、図示されていない記録制御装置の波形メモリーで行われるため、任意の回数可能であり、図２の方法より受信波形をより多く取り込める利点がある。
【００２６】
図４における周波数可変送信バースト波発生回路６、の位置は実施例１と同じである。
【実施例３】
【００２７】
図７はプレテンション方式でのグラウト工を使用例にした、グラウト材１７、とＰＣ鋼棒１６、の解説である。
コンクリート１４、に鋼製チューブ１５、内部にＰＣ鋼棒１６、が挿入されて、グラウト１７を充填するのがグラウト工である。未充填１７Ａ、の検知を、ＰＣ鋼棒頭部に探触子を接触媒質を介して接触するだけで行うことが可能である。
【００２８】
図７で鋼製チューブ１５、を除き、ＰＣ鋼棒１６、がコンクリート中で貫通していない状態がアンカーボルト設置の形態である。
【００２９】
更に、コンクリートを岩盤に置き換えたものが、トンネルロックボルト、法面ロックボルトの設置事例の形態である。
グラウト工と同様に充填材の充填状況、腐食状況の分別に利用可能である。
【実施例４】
【００３０】
図８は防護柵支柱での使用例である。地面２７、の下、地際直下部分２６、に腐食が起こる場合が多く、外力の加わる部分でもあるので、保全すべき部分として最も重要である、ボルト穴２２、から探触子を接触媒質を介して接触することにより、支柱腐食２６、と支柱先端２５、までの受信信号から、腐食状況を分別することが可能である。
【００３１】
地面２７、はコンクリート、ピッチ、によって固定されていても同様に計測応用可能であり、施工時においては、支柱２４、と、土砂、コンクリート、ピッチ、等の、充填状況分別が行え、施工管理に利用可能である。
【実施例５】
【００３２】
図９は充填不良の無い微小反射信号例である、図１０は充填不良例の微小反射信号例である。
図９、図１０、の例では異なる３つの周波数を表示した。充填状態の良い図９では周波数の違いによらず、微小反射信号のレベルが低く、また、周波数の違いによらずレベルも同等であり、目視によっても両者の分別が可能である。
【００３３】
図１１は信号処理による分別方法を示した図である、微小反射信号１８、を平均加算処理、雑音除去処理した後、包絡線１９、を求め、長さ方向２点間の包絡線面積２０、を計算して求める。
【００３４】
複数の周波数について得られた微小反射信号を、同様に包絡線１９、包絡線面積２０、を求め、信号波形の特徴抽出を行い、図示されていない記録制御装置において比較対照して分別を行う。分別を行う微小反射信号の特徴の例は、先端反射信号２１、の後ろに反射信号がある場合等が上げられ、多重反射が多く見られる場合も不良充填、腐食の１兆候である。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
充填材により接着される、建設構造物の施工状態管理、保全検査両方に広く応用して利用可能である。特に鋼材の利用される、トンネル、法面、のロックボルト、防護柵支柱、鋼管柱、地中タンク、埋設金属構造物に有効な、施工検査、保守点検に極めて大きな有効性を持つ。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】バースト波を示した説明図である。
【図２】バースト波周波数可変、実施方法を示した説明図である。
【図３】バースト波周波数可変、他の実施方法を示した説明図である。
【図４】バースト波送受信装置、を示したブロック図である。
【図５】複数バースト波サイクル送受信、順序を示した図である。
【図６】複数バースト波サイクル送受信、順序を示した他の例を示した図である。
【図７】グラウト工を示した説明図である。
【図８】防護柵支柱腐食を示した説明図である。
【図９】健全波形を示した例説明図である。
【図１０】不良波形を示した例説明図である。
【図１１】波形分別方法を示した説明図である。
【符号の説明】
【００３７】
１バースト波波数
２バースト波基本周期
３プリアンプゲイン補正
４バンドパスフィルター切替
５送信電圧制御
６周波数可変送信バースト波発生回路
７レジスター入力コード
８周波数設定レジスタ
９シンセサイザー
１０ゲート
１１バースト波波数制御
１２バースト波
１３マルチプレクサ
１４コンクリート
１５チューブ
１６ＰＣ鋼棒
１７グラウト
１７Ａ未充填
１８微小反射信号
１９包絡線
２０包絡線面積
２１先端反射信号
２２ボルト穴
２３キャップ
２４支柱
２５支柱先端
２６支柱腐食
２７地面

【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気音響変換手段と、バースト波送受信手段と、バースト波基本周波数変化手段と、前記バースト波を送受信時間ごとに変化させる手段を具備し、複数受信信号から充填状況または健全度を分別することを特徴とする診断装置。
【請求項２】
送信電圧または受信感度変化手段を有し、バースト波基本周波数変更に同期させて制御することを特徴とする請求項１の装置。
【請求項３】
複数周波数送受信で得られた微小反射信号の包絡線と、長さ方向２点間の包絡線面積と、特徴抽出比較対照を用い、請求項１の装置を用いた埋設物の、充填状況または健全性を分別する測定方法。

【図１】