(57)【要約】【課題】  埋設された構造物に鉄筋などの磁気成分があっても正確に測定することができ、非破壊で効率的に空洞の探査ができる地盤の空洞探査方法を提供する。【解決手段】  地中に埋設された構造物付近の空洞Ｈを探査する方法であって、探査対象の地盤上に所定間隔で複数列の磁気探査機Ｃを設置し、予め設置時の磁気を測定し、その後、前記空洞部に達する深さに削孔され所定距離を隔てて配置された一方のパイプＰ１から磁気トレーサＴを混入した流体を流し込み、他方のパイプＰ２より前記流体を汲み上げることにより前記構造物内を泥水に砂鉄を混入した磁気トレーサを移動させ、前記移動状態の磁気トレーサを前記複数列の磁気探査機Ｃで連続的に測定する構成とした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中に埋設された構造物付近の空洞を探査する方法であって、探査対象の地盤上に所定間隔で複数列の磁気探査機を設置し、前記空洞部に達する深さに削孔され所定距離を隔てて配置された一方のパイプから磁気トレーサを含有する流体を流し込み、他方のパイプより前記流体を汲み上げることにより前記構造物内を泥水に磁性部材を混入した磁気トレーサを移動させ、前記移動状態の磁気トレーサを前記複数列の磁気探査機で連続的に測定することを特徴とする地盤の空洞探査方法。
【請求項２】
前記磁気探査機は、マグネット・インピーダンス効果を利用して磁気を検知するＭＩセンサ素子を２個配設して磁気センサユニットを構成し、前記磁気センサユニットを４ｍｍ間隔で２４個配設してブロック化し、前記磁気センサユニットをコンピュータに接続するためのＵＳＢインターフェース電子回路を備えていることを特徴とする請求項１に記載の地盤の空洞探査方法。
【請求項３】
前記ＭＩセンサ素子は、磁性金属材料のワイヤにピックアップコイルを巻き、前記ワイヤにパルス電流を通電したときに当該ワイヤに発生する誘導電圧を前記ピックアップコイルで検出することを特徴とする請求項２に記載の地盤の空洞探査方法。
【請求項４】
前記磁気センサユニットは、前記ＭＩセンサ素子を直交する方向に２個配置し、前記ＭＩセンサ素子にパルス電流を供給するためのパルス電源と、前記ＭＩセンサ素子の出力を増幅する差動増幅器を備え、パッケージ化されていることを特徴とする請求項２に記載の地盤の空洞探査方法。
【請求項５】
前記磁気トレーサとして、磁性粉を表面に付着したパーライトで、比重を１．０前後とした流動性に優れる磁気トレーサを使用することを特徴とする請求項１乃至請求項４に記載のいずれか１つの地盤の空洞探査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中に埋設した樋函などの周囲に発生する空洞を発見するための地盤の空洞探査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
河川やダムなどの堤防には、樋函などの堤防を横断する構造物が多数施工されている。これらの構造物の地下周辺には時間の経過と共に空洞が発生することが多く、増水時に堤防か決壊する要因の一つになっている。そのため、この空洞を発見するため、従来は主として躯体を削孔して空洞の存在を調査する方法が行われていた。
【０００３】
しかしながら、上述した空洞の調査方法においては、堤防を掘削する必要があるため、構造物が深い位置に埋設されている場合には、手間とコストがかかるという問題があった。また、構造物が埋設されている距離が長い場合には一箇所だけてなく複数箇所の掘削が必要となり、コストと期間も長くなってしまうという問題もあった。さらに、連通管試験を採用する場合は、樋函などの構造物に削孔する必要があり、面的に調査するためには多数点の削孔が必要となり構造物の強度を弱めてしまう虞れがあった。
【０００４】
そこで、この問題を解決するものとして、非破壊探査法による空洞の探査方法があった。この非破壊探査法による空洞の探査方法の例を特許文献１に示す。この特許文献１は、非破壊探査により線路盤下の空洞を探査するもので、鉄道軌道に沿って送信アンテナ素子列と受信アンテナ素子列を配列したアレイアンテナを軌道走行移動させつつ、前記アレイアンテナの移動単位毎に複数の送信アンテナ素子を切り換えながら電波を線路盤下に向けて発射するとともに、個々の送信アンテナ素子からの送信毎に複数の受信アンテナ素子で切替受信させる作業を繰り返すことにより、前記アレイアンテナの進行方向、送受信距離および時間のパラメータによるパルスエコーデータを生成し、このデータから路線盤下の２次元断面映像を生成して検知をなすようにしたものである。
【特許文献１】特開平９−８７９０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上述した従来の空洞の調査方法おいては、枕木の間を通して地中に電波を発射して、その反射波を受信するものであるから、土中に樋函など構造物がある場合には、構造物の上側は調査できても、問題となる構造物の下側の状態が調査できないという問題があった。そして、この調査装置は線路地盤用に開発されたものであり、鉄道軌道を走行させつつ測定させる専用の装置であるので、一般の用途には使用できないという問題があった。さらに、コンクリート構造物などの一般の非破壊探査装置である磁気を使用した非破壊探査装置を使用しても、樋函などの構造物は鉄筋が入っているので、鉄筋による磁気成分の測定値が空洞の測定値より大きくなるので、空洞の探査が困難であるという問題もあった。
【０００６】
本発明は、上述した従来の問題に鑑みなされたもので、埋設された構造物に鉄筋などの磁気成分があっても正確に測定することができ、非破壊で効率的に空洞の探査ができる地盤の空洞探査方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するため、地中に埋設された構造物付近の空洞を探査する方法であって、探査対象の地盤上に所定間隔で複数列の磁気探査機を設置し、予め設置時の測定を実施し、その後、前記空洞部に達する深さに削孔され所定距離を隔てて配置された一方のパイプから磁気トレーサを混入したグラウト材の流体を流し込み、他方のパイプより前記流体を汲み上げることにより前記構造物内を泥水に磁性部材を混入した磁気トレーサを移動させ、前記移動状態の磁気トレーサを前記複数列の磁気探査機で連続的に測定することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明における磁気探査機は、マグネット・インピーダンス（以下ＭＩと称する）効果を利用して磁気を検知するＭＩセンサ素子で磁気センサユニットを構成し、前記磁気センサユニットを４ｍｍ間隔で２４個配設して磁気センサユニットを構成し、前記磁気センサユニットを等間隔で直線状に配列したことを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の磁気探査機におけるＭＩセンサ素子は、磁性金属材料のワイヤにピックアップコイルを巻き、前記ワイヤにパルス電流を通電したしたときに当該ワイヤに発生する誘導電圧を前記ピックアップコイルで検出することを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の磁気探査機における磁気センサユニットは、前記ＭＩセンサ素子を直交する方向に２個配置し、前記ＭＩセンサ素子にパルス電流を供給するためのパルス電源と、前記ＭＩセンサ素子の出力を増幅する差動増幅器を備え、パッケージ化されていることを特徴としている。
【００１１】
さらに、本発明の磁気探査機における磁気センサユニットは、前記磁気センサユニットを２４個備え、前記磁気センサユニットの出力をコンピュータに接続するためのＵＳＢインターフェース電子回路を備えていることを特徴とするものである。
本発明に使用する磁気トレーサとしては、磁性体としては泥水などに混入しても沈殿することなく、浮遊トレーサとして用いられるものである。例えば、浮子として真珠岩、黒曜石などの火山ガラスを原料としてこれらの粉末を焼成して作製したパーライトが好適である。
このパーライトの表面に磁性粉である鉄粉を接着剤でもってコーティングして付着させ、比重を１．０前後としたものが流動性に優れる。
特に、パーライトのうちでも、黒曜石パーライトが、見かけ比重が０．０８〜０．６であり、吸水性が５〜１５％であって極めて少ないから、浮子として最も好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明は、上述のように構成されたことにより、従来、測定困難であった鉄筋などの強い磁性体が含まれる地中に埋設された構造物付近の空洞でも正確に探査することが可能となるものである。
また、本発明の地盤の空洞探査方法は、非破壊探査方法であるので、掘削探査方法に比べて大幅な手間と期間が短縮できるものである。
さらに、本発明の地盤の空洞探査方法は、長さ方向と幅方向の平面状態で測定することができるので、空洞の広がりに応じて、効率的な探査ができるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る地盤の空洞探査方法の最良の形態について図を参照して説明する。
図１は本発明に係る地盤の空洞探査方法の手順を示すフローチャート、図２は図１の地盤の空洞探査方法を使用した全体調査計画の手順を示すフローチャート、図３は図１の地盤の空洞探査方法に使用するＭＩセンサ素子を示す構成図、図４は図１の地盤の空洞探査方法に使用する磁気センサユニットの構成を示すブロック図、図１の地盤の空洞探査方法に使用する磁気探査機の構成を示すブロック図、図６は図１の地盤の空洞探査方法のために桶函内の調査を説明する説明図、図７は図３の磁気探査機の配置状況を示す平面図、図８は図１の地盤の空洞探査方法の状況を示す断面図、図９は図１の地盤の空洞探査方法の測定結果を示すデータ、図１０は図１の地盤の空洞探査方法の測定結果を示すデータである。図１１は試験検体の浮遊トレーサの磁界強度曲線表す比較グラフである。
【００１４】
本発明に係る地盤の空洞探査方法は、図１に示すように、地中に埋設された構造物の探査地盤上に所定間隔で複数列の磁気探査機を設置し、予め設置時の測定を実施し、その後、前記構造物と連結され所定距離を隔てて配置された一方のパイプから磁気トレーサを混入した泥水またはグラウト液を流し込み、他方のパイプより前記流体を汲み上げることにより前記構造物内において磁気トレーサを移動させ、前記移動状態の磁気トレーサを前記複数列の磁気探査機で連続的に測定するものである。
【００１５】
本発明の地盤の空洞探査方法に使用する磁気トレーサとしては、前述のように軽量の浮子である黒曜石パーライトの表面に磁性粉である鉄粉を塗布したものが使用できる。この磁気トレーサは軽量であり、内部が多孔質体であるから泥水中でも浮遊し、移動しやすいので浮遊トレーサとして使用できる。
本発明の地盤の空洞探査方法に使用する磁気探査機Ｃは、マグネチット・インピーダンス（以下ＭＩと称する）効果を応用したＭＩセンサ素子を使用している。このＭＩ効果とは、アモルファス磁性金属材料のワイヤにパルス電流を通電した時のインピーダンスが、微小な外部磁界の影響を受け、大きい変化示す現象である。このＭＩセンサ素子１は、図３に示すように、このアモルファスワイヤ１ａにピッアップコイル１ｂを巻いておき、アモルファスワイヤ１ａにパルス電流を通電した時に、アモルファスワイヤ１ａに発生する誘導電圧をピッアップコイル１ｂで検出するものである。この時にアモルファスワイヤ１ａに発生するインピーダンス（Ｚ）は式１で示されるものである。
（数１）
【００１６】
2006349392.tif 000003
【００１７】
また、本発明に使用する磁気探査機Ｃは、図４に示すように、上述したＭＩセンサ素子１を２個直交する方向に配置し、専用の信号処理用のＩＣと共にパッケージ化して磁気センサユニット１０とし、さらに、図５に示すように、この磁気センサユニット１０を４ｍｍ間隔で２４個直線状に並べてブロック化したものである。
【００１８】
この磁気センサユニット１０は、図４に示すように、地磁気の水平成分のＸ方向とＹ方向の成分を検出するＭＩセンサ素子１，１を備えており、このＭＩセンサ素子１，１にパルス電流を供給するためのパルスジェネレータ２と、このパルス電流を２つのＭＩセンサ素子１，１に供給するタイミングを制御するタイミングシグナルジェネレータ３と、ＭＩセンサ素子１，１からの出力電圧を制御するパワーレギュレータ４と、このパワーレギュレータ４からの出力を差動増幅するためのデフレンシャルアンプ５が備えられている。また、Ｘ方向とＹ方向の入力を切替えのためのＸＹ切替端子６を備えており、このＸＹ切替端子からの入力はサンプルホールド回路７を介してＭＩセンサ素子１，１に入力されるようになっている。
【００１９】
また、この磁気センサユニット１０は、地磁気ＸＹ方向を検出可能としたもので、専用の信号処理用のＩＣと共にパッケージ化されたセンサユニットとなっている。この磁気センサユニット１０は、外形が3.1 ×3.4 ×0.8mm と極めて小型化されているのが特徴である。そのため、消費電力は６ｍＷと極めて低く、正確な方位検出をもたらす高感度特性を
備え、低ノイズと10KHz の高い応答性を備えたものである。
【００２０】
このように構成された磁気センサユニット１０は、外界よりの地磁気の水平成分は、ＭＩセンサ素子１，１の出力に影響を与え、ＭＩセンサ素子１，１の出力電圧を変化させるので、この変化した出力電圧をデフレンシャルアンプ５で差動増幅して出力端子８より出力する。外部の磁界が０のときの原点出力は電源電圧の１／２となる。推奨電源電圧は２．６Ｖであるが２．５
〜３．６Ｖまで動作可能である。デフレンシャルアンプ５からの出力信号は出力端子８は一つであるが、Ｘ方向とＹ方向の出力の切替えはＸＹ切替端子への入力に応じて選択して出力されるようになっている。ＩＣ回路は一つの信号処理回路でＸ軸とＹ軸の２つのセンサの出力を切替えながら処理するようになっており、切替え方式を採用することで、ＩＣサイズの小型化、低コスト化および低消費電力化を実現している。
【００２１】
また、本発明の磁気探査機Ｃは、この磁気センサユニット１０を４ｍｍ間隔で２４個直線状に並べて磁気センサブロック１１を形成し、この磁気センサロック１１をＵＳＢインターフェース１２を介してパソコンに接続できるようにしたものである。そのため、図５に示すように、磁気センサロック１１とＵＳＢインターフェース１２を一つのケース１３内に収容し、このケース１３より接続ケーブル１４により図示しないパソコンと接続するようになっている。さらに、本発明の地盤の空洞探査方法は、この磁気探査機Ｃを空洞の測定範囲をカバーするために、一列に２４個（Ｃ１〜Ｃ２４）設置した磁気探査機列Ｍを２０ｃｍ間隔で５列（Ｍ１〜Ｍ４）に並べて測定するものである。
【００２２】
次に、前述のように構成された磁気探査機を使用した地盤の空洞探査方法について図１および図２を参照して説明する。
先ず、図２に示すように、磁気探査機を使用した地盤の空洞の探査を行う前に現地調査を行うものである。この現地調査は、堤防などの埋設した樋函などの構造物の上の地盤が管路に沿って盛り上がり、中央部の張コンクリートに亀裂が生じており、周辺堤体部が管路部より沈下している場合は、樋函施工部が抜け上がり、函体下に空洞が発生している可能性が高いと推定される。この結果に基づいて詳細な調査計画を立てるものである。
【００２３】
以下に各ステップを示すが状況によっては、ステップＳ１、Ｓ２、Ｓ３を省略場合がある。
詳細な調査のステップＳ１として、樋函内部変状検査を行う。この樋函内部変状検査は、図６（ａ）に示すように、検査用カメラを自走車Ｊに搭載したものや検査用ロボットを使用して函体Ｋ内の亀裂を測定する。そして、図６（ｂ）に示すように、撮影した画像より展開図を作成して亀裂の場所や空洞の存在を推定する。
【００２４】
次いで、ステップＳ２として、前記樋函内部変状検査により、空洞の存在が推定される地盤に連通試験を実施する。この連通試験は、図８（ａ）に示すように、空洞部に達する試験パイプである注入孔Ｐ１と排出孔Ｐ２を削孔し、水などの流体を注入孔Ｐ１より注入するものである。空洞があれば、この空洞に水が吸い込まれるので、相当量の水が注入孔Ｐ１より流入するので、空洞の存在が確認される。
【００２５】
次いで、ステップＳ３として、前記連通試験の結果により、空洞有無の判定を行う。そして、判定結果、空洞が有りと判定された場合は、磁気探査機による地盤の空洞探査（ステップＳ４）を行い、空洞が無しと判定された場合は、ステップＳ４に進む。
【００２６】
ステップＳ４にては、図１に示す地盤の空洞探査方法による空洞の探査を行う。先ず、ステップＳ４１にては、空洞の存在が推定されている地盤の上に、図７に示すように、１０〜５０ｃｍ間隔で５本の磁気探査機列Ｍ１〜Ｍ５を設置する。設置後、構造物を含めた地盤の磁気を測定する（Ｓ４２）。
【００２７】
次に、ステップＳ４３として、図８（ｂ）に示すように、磁性部材として砂鉄を塗布した磁気トレーサＴを混入した泥水からなる浮遊トレーサとして連通試験で設置した試験パイプの注入孔Ｐ１より空洞Ｈに注入し、他方の排出孔Ｐ２より排出し、泥水の流れを生じさせる。或いは、二つの試験パイプの水位を交互に変化させて、泥水を振動させてもよい。泥水に混入させた磁性体としての砂鉄はマグネタイトを主成分にしているので、強い磁性を帯びている。そのため、泥水を流動または振動させることにより磁性体が移動するので、磁気探査機に磁束密度の変化が生じる。ステップＳ４４として、この磁束密度の変化を磁気信号として、磁気探査機Ｃで記録するものである。
【００２８】
この測定器で得られるデータは、図９（ａ）に示すように、空洞に存在する磁性体による磁気成分と埋設管の鉄筋による磁気成分の合計の値となるため、空洞が大きく（磁性体の量が多い）埋設管の直上の値が最大となる。従って、磁気トレーサＴを注入する前に測定しておけば、埋設管の鉄筋による磁気成分は一定の強度であるので、この磁気成分の値を差し引くと、図９（ｂ）に示すように、磁性体の移動による磁気成分の値のみを解析時に抽出することができる訳である。ステップＳ４４として、このデータの解析により、空洞の分布状態が判明するものである。
【００２９】
また、同様にして、埋設管の幅方向の分布状態も、図１０（ａ）に示すように、磁性体による磁界強度は距離の３乗で減衰するので、図１０（ｂ）に示すように、埋設管の直上に位置した磁気探査機列（Ｃ３）の値が最大となる。従って、この測定結果より、空洞の埋設管の幅方向の分布状態も判明するものである。
【００３０】
上述のように、ステップＳ４１〜ステップＳ４５にて空洞の存在する範囲が判明すると、図１に示すステップＳ５として、埋設管の底盤を削孔し、ステップＳ６にて埋設管下部の状況をＣＣＤカメラで観察し、ビデオ画像として録画する。
【００３１】
さらに、調査結果により埋設管に遮水対策工事を施し、ステップＳ７として、埋設管に間隙水圧計と継目計を設置し、遮水性の長期観察システムを構築するものである。
【００３２】
本発明に使用する磁気トレーサとしての浮遊トレーサの磁気特性について、鉄粉のみ、発泡スチロールや黒曜石パーライトに鉄粉を塗布した磁気トレーサをグラウト液に混ぜて浮遊トレーサとし、これを桶函周辺の空洞に注入して磁気特性を測定した。
測定装置としてミリガウスメータ（アイチ・マイクロインテリジェンス社製）を使用した。
【００３３】
浮遊トレーサ試験検体
磁気トレーサの試験検体である浮遊トレーサは、鉄粉と浮子の比率を変えて４種類作成した。試験検体の諸元を表１に示す。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
【表２】
2006349392.tif 000005
【００３６】
浮遊トレーサによる磁気測定結果を表２および図１１に示す。
測定結果より浮遊トレーサの磁界強度曲線(図１１)を作成した。図１１は純鉄粉による磁界を100％とした時に対する磁界強度比を示した。
【００３７】
この表に示されるように本発明の浮遊トレーサを使用しても十分な測定が可能であることが判明した。鉄分の含有量が少なくても磁界強度が得られ測定が可能である。
【００３８】
尚、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内において、様々な態様が可能なことは勿論である。
例えば、磁気トレーサに使用する磁性粉として砂鉄を使用したが、砂鉄に限定されるものではなく、磁気成分を有する金属粉などを使用することも可能であり、磁気探査機列の本数も空洞の範囲に応じて適宜変更できることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明に係る地盤の空洞探査方法の手順を示すフローチャートである。
【図２】図１の地盤の空洞探査方法を使用した全体調査計画の手順を示すフローチャートである。
【図３】図１の地盤の空洞探査方法に使用するＭＩセンサ素子を示すもので、（ａ）は回路構成図、（ｂ）は平面図である。
【図４】図１の地盤の空洞探査方法に使用する磁気センサユニットの構成を示すブロック図である。
【図５】図１の地盤の空洞探査方法に使用する磁気探査機の構成を示すブロック図である。
【図６】図１の地盤の空洞探査方法のために桶函内の調査を説明するもので、（ａ）は自走車による調査の説明図、（ｂ）は撮影した画像の展開図である。
【図７】図３の磁気探査機の配置状況を示す平面図である。
【図８】図１の地盤の空洞探査方法の状況を示す断面図で、（ａ）は連通試験を示す断面図、（ｂ）は磁気トレーサの注入を示す断面図である。
【図９】図１の地盤の空洞探査方法の測定結果を示すデータで、（ａ）は空洞の分布状態と磁界強度の関係を示すグラフ、（ｂ）は解析データを示すものである。
【図１０】図１の地盤の空洞探査方法の測定結果を示すデータで、（ａ）は空洞と桶函に対する磁気探査機列の配置を示す断面図、（ｂ）は測定データである。
【図１１】試験検体の浮遊トレーサの磁界強度曲線を表す比較グラフである。
【符号の説明】
【００４０】
Ｃ      磁気探査機
Ｍ      磁気探査機列
Ｈ      空洞
Ｔ      磁気トレーサ
１      ＭＩセンサ素子
１ａ    アモルファスワイヤ
１ｂ    ピックアップコイル
２      パルスジェネレータ
３      タイミングシグナルジェネレータ
４      パワーレギュレータ
５      デフレンシァルアンプ
６      切替端子
７      サンプルホールド回路
８      出力端子
１０      磁気センサユニット
１１      磁気センサブロック
１２      ＵＳＢインターフェース
１３      ケース
１４      接続ケーブル
【図１】
2006349392.tif 000006
【図２】
2006349392.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006349392.tif 000011
【図７】
2006349392.tif 000012
【図８】
2006349392.tif 000013
【図９】
2006349392.tif 000014
【図１０】
2006349392.tif 000015
【図１１】
2006349392.tif 000016