(57)【要約】【課題】地盤等の小変位から大変位までを安価で、かつ、簡単に観察、監視できる地盤、岩盤等の監視方法を提供することを目的とする。【解決手段】機械的に連結されたポインタ１の移動により撓み量の変化が表示される付勢手段２により初期張力を付与して地盤等の監視対象面３にワイヤ４を張設し、前記ポインタ１の移動を離隔位置から観察して監視対象面３の変位を監視する。【選択図】  図１
2004325103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機械的に連結されたポインタの移動により撓み量の変化が表示される付勢手段により初期張力を付与して地盤等の監視対象面にワイヤを張設し、
前記ポインタの移動を離隔位置から観察して監視対象面の変位を監視する地盤、岩盤等の監視方法。
【請求項２】
前記ワイヤが所定領域内で折り返されてジグザグ状に敷設され、ポインタの移動量を監視対象面の変位に比して増大させる請求項１記載の地盤、岩盤等の監視方法。
【請求項３】
前記ポインタと付勢手段に加えてポインタの移動量が所定値を越えた際に状態遷移する異常検出部を設けた検出器本体とワイヤとの複数組を監視対象面に設置し、
前記異常検出部の状態により観察対象の検出器本体を特定する請求項１または２記載の地盤、岩盤等の監視方法。
【請求項４】
ワイヤと検出器本体とを有し、
前記検出器本体は、一端が地盤等の監視対象面に固定されたワイヤの他端に連結されて該ワイヤに初期張力を付与する付勢手段と、
付勢手段に機械的に連結され、該付勢手段の撓み量を表示するポインタと、
をケーシング内に収容してなり、
かつ、ケーシングは、前記ポインタに対する外部からの観察が可能に形成される変位検出器。
【請求項５】
前記検出器本体は、付勢手段の撓み量が所定量に達した際に状態遷移する異常検出部を備える請求項４記載の変位検出器。
【請求項６】
請求項４または５記載の変位検出器と、
変位検出器のポインタの移動を離隔位置から観察するカメラとを有する地盤、岩盤等の監視システム。
【請求項７】
請求項５記載の変位検出器の複数と、
変位検出器のポインタの移動を離隔位置から観察するカメラと、
前記異常検出部の状態遷移に基づいてカメラの姿勢を状態遷移した検出器本体を観察可能な姿勢に制御する制御装置とを有する地盤、岩盤等の監視システム。
【請求項８】
異常検出部が付勢手段の撓み方向に複数個並べられた請求項５記載の変位検出器と、
前記異常検出部の状態遷移継続時間が所定時間長を越えた際に警報を発する制御装置とを有する地盤、岩盤等の監視システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤、岩盤等の監視方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
監視対象の地盤等にワイヤを敷設し、該ワイヤの変位から地盤等への亀裂発生等を監視する監視方法としては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
この従来例において、監視対象の岩盤等には複数の計測ターゲットを設定したワイヤ（磁歪線）が配設される。磁歪線の周囲には所定間隔で永久磁石（計測ターゲット）が配置されており、磁歪線にパルス信号を与えることにより発生する超音波信号を磁歪線の一端に接続される検出器により検出し、計測ターゲット間の微少寸法変位を検出する。
【０００４】
しかし、この従来例において、一般に急傾斜である監視対象面に複数の計測ターゲットを固定する必要があり、作業が困難な上に、部品も高価であるという欠点を有する。
【０００５】
また、上記特許文献１には従来例として、一端が岩盤等に固定される延長ワイヤを岩盤等に固定された検出器の検出ワイヤに連結し、検出ワイヤの変位を測定する手法も示されているが、この場合にも検出器内に検出ワイヤの撓み測定器を収容する必要があるために装置が高価になる上に、延長ワイヤを弛みなく張り渡すことが難しく、設置作業性も悪いという問題がある。
【０００６】
さらに、上記２つの従来例においては、検出される変位量が小さなために、岩盤亀裂等の大規模な変位が発生した場合には、測定限界を超えてしまうために、崩落等の発生までの全期間に渡る監視ができないという問題がある。
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−９１３１３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、地盤等の小変位から大変位までを安価で、かつ、簡単に観察、監視できる地盤、岩盤等の監視方法を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、上記監視方法に使用可能な変位検出器及びこれを使用した地盤、岩盤等の監視システムの提供にある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば上記目的は、
機械的に連結されたポインタ１の移動により撓み量の変化が表示される付勢手段２により初期張力を付与して地盤等の監視対象面３にワイヤ４を張設し、
前記ポインタ１の移動を離隔位置から観察して監視対象面３の変位を監視する地盤、岩盤等の監視方法を提供することにより達成される。
【００１１】
地盤、岩盤等の監視に際し、監視対象面３には、検出器本体６とワイヤ４とが配置される。検出器本体６は、一端が監視対象面３に固定されるワイヤ４の他端と監視対象面３との間に介装される付勢手段２を備えており、該付勢手段２の撓み量は付勢手段２に機械的に連結されて検出器本体６に配置されるポインタ１の移動により知ることができる。
【００１２】
地盤等に変動があった場合には、ワイヤ４の張設経路長が変化するために、付勢手段２が伸縮、あるいは圧縮する。付勢手段２における撓み量の変化に伴ってポインタ１が移動し、このポインタ１の移動を監視対象面３から離隔した位置に設置されたカメラ９等により観察することにより、監視対象面３の変化をとらえることができる。
【００１３】
バネ等の付勢手段２によりワイヤ４に初期張力を与えることにより、ワイヤ４の弛み等の発生を確実に防止することが可能になる。また、ワイヤ４への弛み発生が確実に防止されることから、ワイヤ４は必ずしも一直線状に配置する必要がなくなるために、例えば、凹凸のある監視対象面３にも適用可能であり、汎用性が向上する。
【００１４】
さらに、付勢手段２の撓み量により監視対象面３の変位量を観察する本発明において、観察可能な変位量の範囲は、付勢手段２のバネ特性により決定される。したがって、付勢手段２に弾性変形域が長く、容易にへたらないものを選択使用するだけで、１種類の検出器本体６で、小変位から大変位までを測定することが可能になる。
【００１５】
また、上述したようにワイヤ４は一直線状に配設する必要がないために、例えば、図３（ｃ）、（ｄ）に示すように、監視対象面３内の亀裂等の発生が予想される特定部位を縫うようにして折り返して配置すると、変位を実質的に拡大することが可能になる。この結果、開始対象面の特性を考慮して監視変位量を実質的に選択、変更することが可能となる。
【００１６】
加えて、検出器本体６は、ワイヤ４にテンションを与えるバネ等の付勢手段２と、付勢手段２の撓み量を表示するポインタ１だけで構成することができるために、非常に安価であり、さらに、装着作業も、検出器本体６とワイヤ４の自由端、さらに、必要であればワイヤ４の経路を変更するためのプーリ等の方向変更手段１２の固定作業だけですむために、容易、かつ安価になる。
【００１７】
上述したように、検出器本体６は安価に製造可能であるために、多数を監視対象面３に設置することが可能であり、この場合、各検出器本体６に予め定められた変位量を超えた際に状態遷移する異常検出部５を設けておくと、異常検出部５からの通知があった検出器本体６が関係する領域のみを集中監視することが可能になり、監視効率が向上する。
【００１８】
以上の方法を実施するためには、
ワイヤ４と検出器本体６とを有し、
前記検出器本体６は、一端が地盤等の監視対象面３に固定されたワイヤ４の他端に連結されて該ワイヤ４に初期張力を付与する付勢手段２と、
付勢手段２に機械的に連結され、該付勢手段２の撓み量を表示するポインタ１と、
をケーシング７内に収容してなり、
かつ、ケーシング７は、前記ポインタ１に対する外部からの観察が可能に形成される変位検出器８が使用できる。
【００１９】
付勢手段２には、コイルスプリング、あるいは板バネ等が使用可能であり、求められる変位測定量内で弾性が維持されるようにスプリング諸元が決定される。
【００２０】
ケーシング７は、風雨等から付勢手段２等を守るためのもので、少なくとも、ポインタ１外部から観察できれば足り、例えば、全体を透明材料により形成したり、あるいは表示部に対するのぞき窓のみが透明材料により形成されたものが使用できる。
【００２１】
この変位検出器８は、適宜手段により岩盤等に固定され、カメラ９によるポインタ１の観察により岩盤等の変位を知るために利用することができ、望ましくは、設置姿勢にかかわらずにカメラ９による観察が可能な姿勢に変更できるような間接部を有する。
【００２２】
また、検出器本体６には、付勢手段２の変位量が所定量に達した際に状態遷移する異常検出部５を設けることができる。異常検出部５は、該異常検出部５における状態遷移の検出方法に応じて適宜決定され、リミットスイッチ等の状態遷移が可逆的で、原状復帰が可能なものでも、状態遷移によって切断、あるいは破壊する導線等のように、原状復帰が不能な不可逆的なものであってもよい。
【００２３】
さらに、これら検出器本体６と、
変位検出器８のポインタ１の移動を離隔位置から観察するカメラ９とで地盤、岩盤等の監視システム１０を構築することができる。
【００２４】
この場合、検出器本体６に異常検出部５をもたせることにより、制御装置１１によりカメラ９の姿勢を自動的にコントロールし、異常検出された検出器を観察可能にすることができる。
【００２５】
また、各検出器本体６に複数の異常検出部５をもたせた場合には、制御装置１１によって異常検出の継続時間をもとにして警報を発するように構成することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１に斜面、直立壁等の岩盤崩壊、橋台、ダム等の構造物の崩壊を監視するための災害予警報システムとして構成された本発明の実施の形態を示す。
【００２７】
災害予警報システム１０は、変位検出器８と、制御装置１１と撮像方向を遠隔操作可能なカメラ９とを有して構成される。この災害予警報システム１０の導入に際して、上記斜面等の監視対象面３は、破壊、あるいは崩壊モードを考慮して適宜の監視ゾーンに区画され、各監視ゾーンに適数個の変位検出器８が配置される。
【００２８】
変位検出器８は、図２に示すように、ケーシング７内に圧縮コイルバネ（付勢手段２）を収容した検出器本体６と、一端が圧縮コイルバネ２に連結されたワイヤ４とから構成される。検出器本体６のケーシング７は、後述するポインタ１を外部から目視可能なように、例えば、透明の合成樹脂材により上端が閉塞された円筒形状に形成され、ベースプレート７ａにより底部開口を閉塞することによりケーシング７内部が密封される。
【００２９】
ベースプレート７ａには、岩盤等に打ち込んで固定可能なアンカー１３ａを含む固定部１３が設けられる。この固定部１３は、監視対象面３に固定した後でもポインタ１をカメラ９に正対させることができるように、設置姿勢の変更を許容する間接部１３ｂを備える。この実施の形態において間接部１３ｂは、Ｌ字状に折曲した金属プレートを相互に連結するボルト、ナットにより、さらに、金属プレート自体により構成される。
【００３０】
また、ケーシング７内には、下端がベースプレート７ａに固定される中空筒状の支柱１４が立設され、上記圧縮コイルバネ２が支柱１４内に挿入される。圧縮コイルバネ２は、上記ベースプレート７ａ上に固定されることにより下端を固定端、上端を自由端として配置され、支柱１４内周壁をガイドとして撓み方向が規制される。
【００３１】
ポインタ１は、上記支柱１４の側壁に開設されたガイド溝１４ａによりガイドされて上下方向に往復可能なマーカプレート１５に形成される。マーカプレート１５は上記圧縮コイルバネ２の上端に連結、固定され、圧縮コイルバネ２の撓みに追随して上下動する。また、マーカプレート１５上のポインタ１の移動量を容易に知ることができるように、支柱１４の側壁には、スケールプレート１６が固定される。
【００３２】
さらに、上記ケーシング７内にはリミットスイッチが取り付けられて異常検出部５が形成される。リミットスイッチ５は、ノーマルオープンタイプのマイクロスイッチであり、該リミットスイッチ５の端子には、ベースプレート７ａを挿通してケーシング７外に引き出される信号ケーブル１７が接続される。このリミットスイッチ５は、予め設定される管理閾値まで上記圧縮コイルバネ２が変形した際に操作ボタン５ａが押されてクローズ状態に遷移する位置に配置される。また、マーカプレート１５の下端縁には、図２（ｂ）に示すように、リミットスイッチ５の操作ボタン５ａの押下を円滑にするための斜面１５ａが設定される。
【００３３】
一方、ワイヤ４は、一端が上記圧縮コイルバネ２の上端に連結され、上記支柱１４の中央中空部からケーシング７外に引き出される。この実施の形態においてワイヤ４は、妄りに切断されることがない程度の強度と、耐食性を有するように、例えば、直径１．５（ｍｍ）程度のステンレス鋼線が使用される。
【００３４】
したがってこの実施の形態において、圧縮コイルバネ２の反力に抗してワイヤ４を引っ張ると、マーカプレート１５がスケールプレート１６に沿って下方に移動し、ポインタ１の移動量を読むことにより、ワイヤ４の移動量を知ることができる。
【００３５】
以上のように構成される変位検出器８の設置は、亀裂等の発生する可能性のある変位境界想定線３ａをワイヤ４が横断するようにワイヤ４の一端（固定端４ａ）と検出器本体６とを監視対象面３に固定して行われる。各検出器本体６は、設置後にカメラ９が表示手段を映し出せる姿勢に調整される。
【００３６】
ワイヤ４の敷設は、ワイヤ４に適度の初期張力を付与して弛み等の発生を防止するために、検出器本体６の圧縮コイルバネ２がわずかに撓ませた状態で行われる。ワイヤ４の敷設経路は、岩盤の裏面等、通常目視不能な場所であってもよく、監視対象面３の凹凸吸収、あるいは障害物の迂回による回避等、必要に応じて方向変更手段１２を使用して方向変更される。方向変更手段１２には図３（ａ）に示すように、軸Ｃ１２周りに回転自在な脚１２ａを備えるプーリが使用できるが、ワイヤ４が十分な柔軟性を有する場合には、アンカーボルトにねじ込まれるアイナット、あるいはフックが使用できる。
【００３７】
ワイヤ４は、上述したように、変位境界想定線３ａを跨ぐ状態で敷設されるが、図３（ｃ）、あるいは図３（ｄ）に示すように、変位境界想定線３ａを往復するように折り返した場合には、ワイヤ４の検出器本体６側の変位量が監視対象面３の変位に対して増幅されるために、監視対象面３の微少な変位も確実に検出することが可能になる。
【００３８】
一方、上記制御装置１１は、図４に示すように、上記検出器本体６のリミットスイッチ５の断接状態を監視するスイッチ監視部１１ａと、制御部１１ｂとを備えて監視対象面３から離隔した位置に設置される。スイッチ監視部１１ａは、リミットスイッチ５が”接”状態に遷移した検出器本体６を特定し、該検出器本体６を制御部１１ｂに通知する。
【００３９】
スイッチ監視部１１ａから検出器本体６の特定信号を受領した制御部１１ｂは、例えば図外のテーブルを参照して該当する検出器本体６のポインタ１を映し出すためのカメラ９の角度を求めた後、カメラ駆動信号を生成してカメラ９に出力する。カメラ駆動信号を受領したカメラ９は、例えば設置基台に対して所定角度回転してポインタ１画像を取得し、制御装置１１のモニタ上に表示する。
【００４０】
この結果、システム運用者は、亀裂発生に伴う崩落等の危険性がある領域を集中的に監視することが可能になる。
【００４１】
さらに、上記制御部１１ｂは、スイッチ監視部１１ａからの特定信号を受領すると、図５に示すように、信号継続時間をもとに警報部１８を作動させ、適宜の警報信号を発生させる。
【００４２】
図５（ａ）において、上段に示す線図は、ポインタ１の位置、すなわち、付勢手段２の撓み量の変化を、縦軸に変化量、横軸に時間をとって示すもので、下段には、リミットスイッチ５の状態が示される。また、上段の線図において、横軸に平行な鎖線は、リミットスイッチ５が”接”状態となる時の変化量（閾値）を示す。
【００４３】
いま、監視対象面３の歪み量が増加して点Ａになると、リミットスイッチ５が”接”状態となり、制御部１１ｂは図外のタイマによる計時動作を開始する。この状態から、監視対象面３の歪み量が現象して点Ｂになった場合には、再び”断”状態に復帰する。制御部１１ｂには、継続時間閾値が予め与えられており、上記点ＡからＢに至るまでの時間がこの閾値以下である場合には、制御部１１ｂはタイマをリセットするだけで警報部１８には何等の信号も送出することはない。
【００４４】
これに対し、点Ｃにおいて”接”状態に移行した後においては、”接”状態が相当長期に継続しており、この時間が上記閾時間を超えると、制御部１１ｂは警報信号を生成して警報部１８を作動させる。警報部１８における警報は、警報音の吹鳴以外に、例えば、担当者への警報信号、メイルの送信等でもよい。
【００４５】
なお、以上においては、リミットスイッチ５の状態遷移に応動作するタイマにより継続時間を計測する場合を示したが、この他に、所定間隔をおいた所定時刻でリミットスイッチ５の状態を確認し、”接”状態が連続する回数により継続時間を間接的に計測することも可能である。
【００４６】
さらに、上述した例において、リミットスイッチ５は１個だけ設けられているが、複数個設ける場合には、より細かな観察が可能になる。
【００４７】
図５（ｂ）は上述した閾値（第１閾値）に加えて、この第１閾値（ＳＬ１）より大きな撓み量領域に第２閾値（ＳＬ２）を設定し、該第２閾値（ＳＬ２）を検出する第２リミットスイッチ５を追加した場合を示す。図５（ｂ）において、上述した実施の形態と同一の入力信号（撓み量）に対し、第１閾値（ＳＬ１）を識別する第１リミットスイッチ５は、上述した実施の形態と同様に、点Ａ、Ｃで”接”状態に遷移し、この状態が中段の線図に示されている。これに対し、第２リミットスイッチ５は、下段に示すように、点Ｄ、Ｅ、Ｆで”接”状態に遷移する。
【００４８】
制御部１１ｂにおける制御は、例えば、第２リミットスイッチ５が”接”になった時には、第１閾値（ＳＬ１）を超えた時間が所定時間より短くても警報部１８を作動させたり（点Ｄ）、あるいは、第１閾値（ＳＬ１）を越えた時間が所定値より長期に渡った場合には、先ず、警報部１８から注意信号を発生させ、第２閾値（ＳＬ２）の継続時間が所定値を越えたときに、注意信号を警戒信号に変更する等、監視対象面３の物理的特性に応じて適宜決定される。
【００４９】
なお、以上においては、変位検出器８の構造を可及的に簡単にし、かつ、安価にするために、検出器本体６に電源を搭載しない場合を示したが、検出器本体６側に電池等を搭載することも可能である。
【００５０】
図６に変位検出器８の変形例を示す。この変形例において、検出器本体６には２組の付勢手段２とポインタ１及びリミットスイッチ５（図示せず）が収容され、各付勢手段２には各々ワイヤ４が連結される。付勢手段２は引張コイルバネにより形成され、各付勢手段２とワイヤ４との境界部にポインタ１が形成される。
【００５１】
２本のワイヤ４は、共通の固定端４ａにおいて監視対象面３に固定され、異なった布線経路で、かつ、布線長がほぼ等しくなるように変位境界想定線３ａを跨いで敷設される。
【００５２】
ポインタ１の観測値は、双方のポインタ１が同一方向にほぼ同一量移動しているときにのみ真値として採用され、一方のみに移動が観測される場合には、外乱による異常値として棄却する。
【００５３】
また、リミットスイッチ５からの出力値は、論理積がとられ、双方が状態遷移した場合にのみ状態遷移と判定する。
【００５４】
したがってこの変形例において、２個のポインタ１の移動を比較することにより、ポインタ１移動を評価することが可能になり、装置の信頼性が高まる。
【００５５】
なお、図６においては、１個の検出器本体６内に２組の付勢手段２等を収容する場合を示したが、２組の変位検出器８を使用して同様に構成することもできる。
【００５６】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、地盤等の小変位から大変位までを簡単に、かつ、安価に観察、監視することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を示す説明図である。
【図２】変位検出器を示す図で、（ａ）は側面図、（ｂ）は正面図である。
【図３】ワイヤの敷設状態を示す図である。
【図４】監視システムの構成を示すブロック図である。
【図５】制御部の動作を示す説明図である。
【図６】変位検出器の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１        ポインタ
２        付勢手段
３        監視対象面
４        ワイヤ
５        異常検出部
６        検出器本体
７        ケーシング
８        変位検出器
９        カメラ
１０      監視システム
１１      制御装置
【図１】
2004325103.tif 000003
【図２】
2004325103.tif 000004
【図３】
2004325103.tif 000005
【図４】
2004325103.tif 000006
【図５】
2004325103.tif 000007
【図６】
2004325103.tif 000008