(57)【要約】【課題】本発明は、トンネル覆工内の深い内部欠陥の検査が可能であり、トンネル覆工の検査部を分割して検査することにより得られたそれぞれの画像を結合して最終的な展開図にする際に、短時間で容易に画像を結合することが可能なトンネル覆工の内部欠陥検査装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明によるトンネル覆工の内部欠陥検査装置は、トンネル覆工に赤外線を照射する赤外線照射手段と、前記赤外線照射手段を移動自在に支持し、前記トンネル覆工の所定区間における区間領域を複数に分割した分割領域毎に対面させる移動手段と、前記分割領域に前記赤外線照射手段を対面させる際に、前記トンネル覆工と前記赤外線照射手段との間の距離が全ての分割領域において一定になるように前記移動手段を駆動制御する制御手段とを備える。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル覆工に赤外線を照射する赤外線照射手段と、
前記赤外線照射手段を移動自在に支持し、前記トンネル覆工の所定区間における区間領域を複数に分割した分割領域毎に対面させる移動手段と、
前記分割領域に前記赤外線照射手段を対面させる際に、前記トンネル覆工と前記赤外線照射手段との間の距離が全ての分割領域において一定になるように前記移動手段を駆動制御する制御手段とを備えることを特徴とするトンネル覆工の内部欠陥検査装置。
【請求項２】
前記赤外線照射手段と前記トンネル覆工との間の距離を測定する測距手段と、
各路線別に前記トンネル覆工内の寸法をデータ化した寸法データベースと
を備え、前記測距手段で測定される実距離を、前記寸法データベースから得られる目標距離に合わせるように前記移動手段を駆動制御することを特徴とする請求項１記載のトンネル覆工の内部欠陥検査装置。
【請求項３】
前記移動手段は、
前記トンネル内の軌道に沿って移動可能な検査車両に搭載され、前記トンネル覆工の断面形状に沿って前記赤外線照射手段を移動させるリフタ手段と、
前記リフタ手段と前記赤外線照射手段との間に配設され、前記赤外線照射手段と前記トンネル覆工との間の距離を調整するジャッキ手段と
を備えることを特徴とする請求項１又は２記載のトンネル覆工の内部欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル構造物の検査を行うためのトンネル覆工の内部欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近、トンネル等のコンクリート構造物の崩壊が社会問題化しており、この対策が急務となっている。従来、こうしたコンクリート構造物の劣化の予測や検査は、主として作業者による目視検査やハンマー等を使って実施する打音検査法に頼っていた。
【０００３】
また、上述の目視検査やハンマー等を使って実施する打音検査法の他には、赤外線ラインセンサカメラを利用した非接触検査方法が実施されていた。
赤外線ラインセンサカメラを使用した非接触検査方法には、検査対象に対して人工的に光を照射して加熱することなく、例えば太陽光等の光で自然に加熱された状態の下で赤外線ラインセンサカメラで観測するパッシブ法がある。この方法は、赤外線ラインセンサカメラで検査対象を撮影するだけで検査ができる便利な方法である。最近はこのパッシブ法に対して、検査対象に対して人工的に光を照射して加熱した後、赤外線ラインセンサカメラで観察するアクティブ法が用いられている。
【０００４】
このアクティブ法を用いて、太陽光が届かないトンネル内部のコンクリート検査を行う技術がすでに実用化されている。この技術は、コンクリート構造物に光を照射する複数の光源と、光源により照射された構造物表面を撮影する赤外線ラインセンサカメラ及び可視光線ラインセンサカメラと、前記光源及びカメラを搭載する撮影車とを備え、内壁表面の温度差により内部の隙間つまり剥離箇所を検査する方式を採用している。
【０００５】
図４及び図５は従来の非接触検査方法を採用したトンネル覆工の内部欠陥検査装置を概略的に示す構成図及びブロック図である。
図４及び図５に示すように、従来の非接触検査方法を採用したトンネル覆工の内部欠陥検査装置は、トンネル覆工の壁面１２に光４１を照射するハロゲンランプ４２と、このハロゲンランプ４２に電源供給するための電源４３と、トンネル１の内壁面のひびや汚れ等を撮影する可視カメラ４４と、赤外線カメラ４５と、これらカメラ４４、４５に接続され、赤外線画像及び可視画像を記憶保持するための画像蓄積装置５１、５２とを備える。
【０００６】
また、赤外線カメラを使用した他の従来技術としては、検査対象である構造部材にパルス状の熱負荷を与えて非定常温度場を測定する方法があり、パルス状の熱負荷の具体的な与え方としては、検査対象とする金属材料や複合材料などの構造部材に、直流、交流などのパルス状電流の通電、或いはパルス状レーザ光を照射することが記載されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００７】
また、マイクロ波加熱やキセノン（Ｘｅ）フラッシュランプによる加熱により、赤外線サーモグラフィを用いた非破壊検査も行われていた（例えば、非特許文献１参照。）。
さらに、検査対象であるコンクリート構造物に赤外線を照射し、コンクリート面から反射する赤外線を検出して熱分布画像に表示してコンクリート内部の欠陥を検出する方法もあった（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平３−１５４８５７号公報（第３頁〜第４頁）
【非特許文献１】
阪上他：サーモグラフィによる非破壊評価技術シンポジウム講演論文集　Ｖｏｌ．２　ｐ．２５−３０　（１９９８）
【特許文献２】
特開平５−２０３５９７号公報（第２頁〜第３頁）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、打音検査法では、劣化の定量的な評価が困難であり、検査する作業者により評価が異なるという課題があった。また、検査に要する時間や人件費が膨大となり非経済的である。
一方、赤外線ラインセンサカメラを利用した従来の非接触検査方法では、深さが５ｍｍ程度と浅い欠陥しか検出できないという課題があった。
【００１０】
また、パルス状電流の通電による方法では、検査対象が金属あるいは金属を含む複合材料では有効であるが、電流がほとんど流れないコンクリート構造物やセラミックに対しては適用することは困難であった。また、パルス状レーザ光の照射や文献１で示されているＸｅフラッシュランプによるパルス的な加熱では、コンクリート構造物の表面近傍（５ｍｍ以下）に対してのみ有効であり、より深い部分の欠陥を検出することができないという課題があった。
【００１１】
また、特許文献１記載のマイクロ波加熱法は、水分を含んだ亀裂に対しては有効であるが、亀裂部や剥離等の欠陥部に水分が存在しなければ原理的に適用不可能であり、適用対象が限定されるという課題があった。
また、特許文献２記載の発明では赤外線を照射し、コンクリート面から反射する赤外線を検出することを特徴としているが、この方法では反射赤外線の強度が強すぎて、赤外線加熱により生じるコンクリート内部欠陥に起因する微弱な赤外線を検出することが困難となる課題があった。
【００１２】
さらに、従来の赤外線検査法では内部欠陥の画像を取得することが目的となっており、取得した画像が最終的な危険度評価において有効に機能していないという課題があった。
【００１３】
本発明は上述のような課題を解決するためになされたもので、作業者の勘に頼らない定量的な評価ができるとともに、検査に要するコストを大幅に低減できると共に、従来の赤外線ラインセンサカメラを用いた検査方法を含めた非接触検査方法と比べて深い欠陥の検査が可能であり、トンネル覆工の検査部を分割して検査することにより得られたそれぞれの画像を結合して最終的な展開図にする際に、短時間で容易に画像を結合することが可能なトンネル覆工の内部欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のトンネル覆工の内部欠陥検査装置は、トンネル覆工に赤外線を照射する赤外線照射手段と、前記赤外線照射手段を移動自在に支持し、前記トンネル覆工の所定区間における区間領域を複数に分割した分割領域毎に対面させる移動手段と、前記分割領域に前記赤外線照射手段を対面させる際に、前記トンネル覆工と前記赤外線照射手段との間の距離が全ての分割領域において一定になるように前記移動手段を駆動制御する制御手段とを備える。
【００１５】
また、前記赤外線照射手段と前記トンネル覆工との間の距離を測定する測距手段と、各路線別に前記トンネル覆工内の寸法をデータ化した寸法データベースとを備え、前記測距手段で測定される実距離を、前記寸法データベースから得られる目標距離に合わせるように前記移動手段を駆動制御することを特徴とする。
【００１６】
さらに、前記移動手段は、前記トンネル内の軌道に沿って移動可能な検査車両に搭載され、前記トンネル覆工の断面形状に沿って前記赤外線照射手段を移動させるリフタ手段と、前記リフタ手段と前記赤外線照射手段との間に配設され、前記赤外線照射手段と前記トンネル覆工との間の距離を調整するジャッキ手段とを備える。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のトンネル覆工の内部欠陥検査装置について更に詳しく説明する。
実施の形態１．
図１は、本実施の形態１に係るトンネル覆工の内部欠陥検査装置における赤外線照射装置による赤外線照射の様子を概略的に示す構成図である。
図２は本発明のトンネル覆工の内部欠陥検査装置を示す全体構成図である。
【００１８】
図１において、符号１１で示されるものは、赤外線をトンネル覆工１２に照射する赤外線照射手段としての赤外線照射装置である。
図２に示すように、赤外線照射装置１１には電源供給用の電源２１が接続されている。赤外線照射装置１１は、波長が１μｍ〜２０μｍの赤外線を照射する光源を使用している。赤外線照射装置１１の周囲にはステンレス製の反射板１５が設置されている。これらの反射板１５は、反射角度を可変制御する反射板角度可変装置２２に接続されており、検査対象の形状や検査距離に応じて反射角度を変化させることができる。このように反射板１５の角度を検査対象の形状に応じて変化させることにより、検査対象に対する赤外線照射を均一化させる。
【００１９】
検査対象の表面温度は、赤外線ラインセンサカメラ１６で計測する。この赤外線ラインセンサカメラ１６には、カメラドライバ１７、画像データ蓄積装置１８が順次接続されている。ここで、赤外線ラインカメラの検出可能な波長領域は８μｍ〜１３μｍの範囲である。
【００２０】
一方、赤外線画像と共に検査対象の可視画像も可視光線ラインカメラ１９で撮像する。可視光線ラインカメラ１９は照明２０を搭載している。可視光線ラインカメラ１９で得られた画像データは、画像データ蓄積装置１８に伝送されて記憶保持される。
【００２１】
こうした構成の内部欠陥検出装置において、赤外線照射装置１１からトンネル覆工１２に赤外線を照射し、赤外線照射後の赤外線画像を赤外線ラインカメラ１６で撮像する。また、可視光線ラインカメラ１９で可視画像を撮像する。赤外線画像からトンネル覆工１２の剥離部（内部欠陥）を検出し、可視画像からはトンネル覆工１２のひび割れを検出し、トンネル覆工の欠陥状況を評価する。
【００２２】
このような赤外線照射方式によるトンネル覆工の検査では、トンネル全面を一度に赤外線照射装置で照射することは種々の制約があり事実上困難であるため、トンネルの所定区間における区間領域においてトンネル覆工１２を所定数の分割領域に分割し、それぞれの照射領域において赤外線を照射して内部欠陥の検査を行う。
【００２３】
ここで、トンネルの所定区間は、赤外線照射装置１１の幅に応じて決まり、この幅に対応する区間におけるトンネル覆工１２を図１に示すように、例えば６つの分割領域に分ける。なお、図１に示すように６つに分けられた領域のうち、相隣接する分割領域の端部では、相隣接する分割領域同士が重複しても良い。
【００２４】
また、トンネル路線によりトンネル覆工１２の断面積や通過する車両限界は異なるため、それぞれのトンネル路線に応じて赤外線照射装置１１を照射する角度や赤外線照射装置１１とトンネル覆工１２との間の距離、反射板の角度等を調整する必要がある。
【００２５】
まず、赤外線照射装置１１を移動させるリフタ手段であるリフタ１３に搭載された赤外線照射装置１１をトンネル覆工１２の６分割した各領域に照射するために移動させる。さらに、それぞれのトンネルに応じて赤外線照射装置１１を照射する角度を設定し、赤外線照射装置１１とトンネル覆工１２までの距離を一定にするため、ジャッキ手段である距離調整ジャッキ１４により赤外線照射装置１１とトンネル覆工１２までの距離を調整する。加えて、６分割した各領域で赤外線照射強度を均一化するために反射板１５の角度等を調整して最適化する。
なお、移動手段としてのリフタ１３及び距離調整ジャッキ１４の駆動制御は、図示しない制御手段によって行われる。
【００２６】
このような本発明のトンネル覆工の内部欠陥検査装置を用いてトンネル覆工１２に赤外線を照射すると、トンネル覆工１２のコンクリート表面に照射された赤外線はコンクリート表面を加熱すると共に、コンクリート内部に浸透しコンクリート全体の温度を上昇させる。ここで、コンクリート内に剥離と考えられる隙間がある場合は、隙間内の空気が赤外線による熱を遮断するため、健全部（内部欠陥の存在しない部分）に比べコンクリート内部の温度が上昇する。
【００２７】
赤外線照射装置１１から構造物に赤外線を照射する際に、検査対象表面における赤外線の強度が不均一だと欠陥部の検出に支障をきたす。実際に、赤外線照射方式によるトンネル検査では、トンネル全面を一度に赤外線照射装置で照射することは種々の制約があり事実上困難であるため、図１に示すようにトンネル覆工１２を６つの領域に分割し、各領域毎に赤外線を照射して内部欠陥の検査を行う。
【００２８】
この検査に際し、６分割した各領域で赤外線照射の強度が異なっていると、各領域で得られた画像を結合して展開図として表示した際に、画像ムラが発生し画像を均一に評価することが困難となる。
本発明のトンネル覆工の内部欠陥検査装置では、トンネル覆工の断面形状や車両限界などのデータは、トンネルの各路線別にデータ化してあり、このデータを用いて赤外線が検査対象に均一に照射されるように、赤外線照射装置１１とトンネル覆工１２までの距離が一定になるように、赤外線照射装置１１をリフタ１３や距離調整用ジャッキ１４等の赤外線照射装置移動機構を用いて最適に移動させている。
【００２９】
以上、本発明の実施の形態１に係るトンネル覆工の内部欠陥検査装置によれば、リフタ１３や距離調整ジャッキ１４を用いて赤外線照射装置１１を最適に移動させてトンネル覆工１２に照射するので、トンネルの所定区間毎に６分割した領域のそれぞれにおいて均一な赤外線照射が可能である。また、上述のように赤外線照射装置１１を調整した上で赤外線を照射し、照射後に撮像する赤外線画像を赤外線ラインカメラ１６で検出するので、赤外線ラインカメラで得られた画像は６分割された領域のいずれにおいても均一な赤外線の照射を受けた画像となるので、各赤外線画像間のばらつきを抑制でき、展開図として表示する際の画像結合が容易になる。
【００３０】
また、本発明のトンネル覆工の内部欠陥検査装置によれば、検査対象に均一に赤外線を照射して赤外線画像を検出することにより、作業者の勘に頼らない定量的な評価ができ、検査に要するコストを大幅に削減することができる。
また、こうして得られた赤外線画像を解析することにより、トンネル覆工の内部欠陥検査精度を大幅に向上させ、欠陥の深さを決定するデータ処理装置により剥落の危険度を定量的に評価できると共に、この剥落の危険度の定量データを過去の赤外線検査結果と比較すれば剥落の危険度の予測性能を大幅に向上させることができる。
【００３１】
実施の形態２．
図３は、本発明の実施の形態２に係るトンネル覆工の内部欠陥検査装置における赤外線照射装置による赤外線照射の様子を概略的に示す構成図である。
本発明の実施の形態２に係るトンネル覆工の内部欠陥検査装置は、赤外線照射装置１１とトンネル覆工１２との間の距離を計測する測距手段である測距装置３１を備える。
【００３２】
赤外線照射装置１１とトンネル覆工１２までの距離を一定にするために、測距装置３１で赤外線照射装置１１とトンネル覆工１２との間の距離を測定し、測定結果を各路線別にデータ化した距離データと比較し、実際の距離を距離データに合わせるようにリフタ１３及び距離調整ジャッキ１４を調整して赤外線照射装置１１を移動させる。
【００３３】
トンネル内を走行しながら内部欠陥を検出する際に、走行中の赤外線照射装置１１とトンネル覆工１２までの距離は変動するが、赤外線照射装置１１とトンネル覆工１２との間の距離を計測する測距装置３１と、路線別にトンネル覆工の寸法をデータ化した距離データとを備えて実際の距離を距離データの数値に合わせることにより、同一路線においても一定ではなくトンネル覆工１２の形状によって変化する赤外線照射装置１１とトンネル覆工１２との間の距離に対応することができるので、全ての領域において均一した画像を得ることができ、ひいてはより精度の高い内部欠陥の検出が可能となる。
【００３４】
なお、リフタ１３及び距離調整ジャッキ１４の駆動制御は、図示しない制御手段によって行われる。この制御手段は、各路線別にトンネル覆工１２内の寸法をデータ化した寸法データベースを保持しており、トンネル覆工１２と赤外線照射装置１１との間の距離が全ての分割領域において一定になるようにリフタ１３及び距離調整ジャッキ１４を駆動制御する。即ち、測距装置３１で測定される実距離を、寸法データベースから得られる目標距離に合わせるようにフタ１３及び距離調整ジャッキ１４を駆動制御する。
【００３５】
具体的には距離合わせは、赤外線照射装置１１よりも検査車両３２の進行方向前方に測距装置３１を設置して検査車両３２の全幅中心からトンネル覆工までの距離を走行中に計測する。こうして計測した距離データを用いて、赤外線照射装置１１とトンネル覆工１２との間の距離を検査車両３２の走行中も常に一定に維持するために、距離調整用ジャッキ１４で赤外線照射装置１１とトンネル覆工１２との間の距離を一定に調整しながら走行する。
【００３６】
以上、本発明の実施の形態２によれば、リフタ１３や距離調整ジャッキ１４を用いて赤外線照射装置１１とトンネル覆工１２との間の距離を一定に調整しながら赤外線照射装置１１から赤外線をトンネル覆工１２に照射し、赤外線照射後の赤外線画像を赤外線ラインカメラ１６で検出するので、より均一な赤外線照射が可能となり、赤外線照射装置１１とトンネル覆工１２までの距離に依存せず均一な赤外線画像が得られ、展開図として表示する際の画像結合がより容易になる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明のトンネル覆工の内部欠陥検査装置は、トンネル覆工に赤外線を照射する赤外線照射手段と、前記赤外線照射手段を移動自在に支持し、前記トンネル覆工の所定区間における区間領域を複数に分割した分割領域毎に対面させる移動手段と、前記分割領域に前記赤外線照射手段を対面させる際に、前記トンネル覆工と前記赤外線照射手段との間の距離が全ての分割領域において一定になるように前記移動手段を駆動制御する制御手段とを備えるので、各領域への均一な赤外線照射により各領域間における赤外線画像間のばらつきを抑制でき、展開図として表示する際の画像結合が容易になる。
【００３８】
また、前記赤外線照射手段と前記トンネル覆工との間の距離を測定する測距手段と、各路線別に前記トンネル覆工内の寸法をデータ化した寸法データベースとを備え、前記測距手段で測定される実距離を、前記寸法データベースから得られる目標距離に合わせるように前記移動手段を駆動制御することを特徴とするので、より均一な赤外線照射が可能となり、赤外線照射装置とトンネル覆工までの距離に依存せず均一な赤外線画像が得られ、展開図として表示する際の画像結合がより容易になる。
【００３９】
さらに、前記移動手段は、前記トンネル内の軌道に沿って移動可能な検査車両に搭載され、前記トンネル覆工の断面形状に沿って前記赤外線照射手段を移動させるリフタ手段と、前記リフタ手段と前記赤外線照射手段との間に配設され、前記赤外線照射手段と前記トンネル覆工との間の距離を調整するジャッキ手段とを備えるので、簡単な構成で正確に赤外線照射手段を移動させることができ、トンネル覆工の内部欠陥を高精度に検出することのできるトンネル覆工の内部欠陥検査装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係るトンネル覆工の内部欠陥検査装置における赤外線照射装置による赤外線照射の様子を概略的に示す構成図である。
【図２】本発明のトンネル覆工の内部欠陥検査装置を示す全体構成図である。
【図３】本発明の実施の形態２に係るトンネル覆工の内部欠陥検査装置における赤外線照射装置による赤外線照射の様子を概略的に示す構成図である。
【図４】従来の非接触検査方法を採用したトンネル覆工の内部欠陥検査装置を概略的に示す構成図である。
【図５】従来の非接触検査方法を採用したトンネル覆工の内部欠陥検査装置を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
１１…赤外線照射装置、１２…トンネル覆工、１３…リフタ、１４…距離調整用ジャッキ、１５…反射板、１６…赤外線ラインセンサカメラ、１７…カメラドライバ、１８…画像データ蓄積装置、１９…可視ラインセンサカメラ、２０…照明、２１…電源、２２…反射板角度可変装置、３１…測距装置、３２…検査車両。
【図１】
2004117194.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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