(57)【要約】【課題】簡単な工夫により測定時間の短縮を図った高低差測定装置及び高低差測定方法を提供すること。【解決手段】計測水槽１i 内及びこの計測水槽１i に係る連通管内の液体を入れ換えながら計測した各計測水槽１i 内の液面の高さに基づいて各測定位置の高低差を測定する高低差測定方法であって、連通管を介して基準水槽２から計測水槽１i に液体を供給し、基準水槽２内に計測水槽１i の液面と同じ高さの液柱を形成するに際して、循環パイプ１１の上流側を短絡パイプ２１側に切り換えることにより、循環パイプ１１も使用して水面の平衡を行う。送水パイプ３に加え、給水タンク７から送水パイプ３に供給した水を回収するために用いていた循環パイプ１１も使用して基準水槽２と計測水槽１i との水位の平衡が行われるので、配管抵抗を減らして平衡時間を短縮することができる。【選択図】図２
2005077171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給口を下方に有するとともにオーバーフロー口を上方に有し、それぞれ別の測定位置に設置される複数の計測水槽と、連通管によって各計測水槽の供給口に連通される排液口を有し、各計測水槽の液面と同じ高さの液柱を形成するための基準水槽と、その基準水槽の水位を計測するための計測手段と、基準水槽の近傍に設置される給水タンクとを有する高低差測定装置において、
連通管は、基準水槽の排液口に一端が接続された送水パイプと、その送水パイプと各計測水槽の供給口とを接続する複数の分岐パイプとからなり、送水パイプの基準水槽側には開閉バルブを介設するとともに各分岐パイプにもそれぞれ開閉バルブを介設しており、
送水パイプにおける開閉バルブと最初の分岐パイプとの間は給水パイプにより給水タンクに接続され、その給水パイプにはポンプと開閉バルブが介設されており、
送水パイプの先端は循環パイプにより給水タンクに接続され、さらに送水パイプと給水パイプの接続箇所を循環パイプの途中に接続する短絡パイプが設けられ、循環パイプと短絡パイプとの接続位置近傍には、循環パイプの上流側を下流側と短絡パイプ側とに切り換える切換手段を備えたことを特徴とする高低差測定装置。
【請求項２】
請求項１に記載の高低差測定装置を使用し、計測水槽内及びこの計測水槽に係る連通管内の液体を入れ換えながら計測した各計測水槽内の液面の高さに基づいて各測定位置の高低差を測定する高低差測定方法であって、
連通管を介して基準水槽から計測水槽に液体を供給し、基準水槽内に計測水槽の液面と同じ高さの液柱を形成するに際して、循環パイプの上流側を短絡パイプ側に切り換えることにより、循環パイプも使用して水面の平衡を行うようにしたことを特徴とする高低差測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、建設業界において軌道関係工事を中心に広く用いられる高低差測定技術に係り、詳しくは、水平方向に点在する地点の高低差を測定する高低差測定装置及び高低差測定方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
軌道に関係する建設工事、例えば鉄道線路の下に地下道を建設するような工事を行うに際しては、鉄道線路下の地盤を掘削する必要がある。その際、掘削によって鉄道線路が沈下したり、掘削機の推力や薬剤の注入によって鉄道線路が上昇したりする場合がある。そこで、従来より、水平方向に点在する地点の高低差を測定する高低差測定装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
この高低差測定装置は、図１に示すように、工事区間における傾斜面に設定された例えば４箇所の計測点（１）〜（４）に計測水槽１1 〜１4 を設置する。そして、不動箇所に基準水槽２を設置し、その基準水槽２と各計測水槽１1 〜１4 とを送水パイプ３と分岐パイプ４1 〜４4 とで連通し、送水パイプ３の基準水槽２側には電磁バルブ５を介設する一方、各分岐パイプ４1 〜４4 には電磁バルブ６1 〜６4 を介設している。
【０００４】
上記基準水槽２の近傍には給水タンク７を設置し、この給水タンク７の下部と送水パイプ３における電磁バルブ５−分岐パイプ４1 間とを、電動ポンプ８及び電磁バルブ９が介設された給水パイプ１０で接続している。そして、送水パイプ３の先端と給水タンク７の上部とを、電磁バルブ１２を介して循環パイプ１１によって接続して、給水タンク７から送水パイプ３に供給された水を給水タンク７に回収するようにしている。ここで、基準水槽２、給水タンク７及び給水パイプ１０を一つの覆い１３で囲って、基準水槽２内の水温と給水タンク７内の水温とが同じになるようにしてある。
【０００５】
上記基準水槽２内には、中心軸に沿ってセンサプローブ１４を配設し、フロートとマグネットとの機能を併せ持つフロートマグネット１５をセンサプローブ１４に沿って非接触で移動可能に設けている。そして、基準水槽２内の水位の変動に応じて移動するフロートマグネット１５によって磁歪線上にねじり歪を発生させ、そのねじり歪の伝播時間をコントローラ１６で測定することによって、フロートマグネット１５の位置（つまり、基準水槽２内の水位）を検出するのである。この磁歪式リニアセンサは、標準での有効測定範囲が２ｍであり、各計測点（１）〜（４）間の最大高低差が大きい場合でも精度良く高低差を測定することができる。
【０００６】
上記構成からなる高低差測定装置では、先ず、電磁バルブ６1 〜６4 ，１２を閉鎖する一方、電磁バルブ５，９を開放する。そして、電動ポンプ８を駆動して，給水タンク７から送水パイプ３と基準水槽２とに、基準水槽２内の水位が基準水位に至るまで給水する。ここで、基準水位とは、測定の対象となる計測水槽１i に基準水槽２から水を供給した場合にオーバーフローする量であり、当該計測水槽１i の容積に当該計測水槽１i と基準水槽２とを連通するパイプ３，４の容積とを加えた量以上の水が、基準水槽２内に満たされた際の水位のことである。
【０００７】
次に、給水パイプ１０の電磁バルブ９を閉鎖した後、測定の対象となるｉ番目の計測水槽１i の電磁バルブ６i を開放して、計測水槽１i に基準水槽２内の水が給水される。その際に、基準水槽２内には、当該計測水槽１i の容積と基準水槽２に連通されたパイプ３，４の容積分だけ余分の水量が給水されているので、前回の測定の際に当該計測水槽１i に給水された水はオーバーフロー孔から押し出されてオーバーフローし、当該計測水槽１i 内の水は基準水槽２内の水と同じ温度の水に置き換えられる。こうして、外気温の影響によって基準水槽２内の水と各計測水槽１内の水とに温度差が生じて比重差が生じることが防止されるのである。
【０００８】
上記のようにして、計測水槽１i から水がオーバーフローして当該計測水槽１i 内の水が入れ替わると、基準水槽２内の水位をレーザ距離計１５からの電気信号に基づいて計測し、この計測値を記憶部に記憶させる。以後、送水パイプ３及び基準水槽２への給水から基準水槽２内の水位の計測とを、測定対象の計測水槽１を順次換えながら繰り返して、個々の計測水槽１1 〜１4 内の水位を順次計測する。
【０００９】
したがって、上記の高低差測定装置によれば、個々の計測水槽１1 〜１4 に水位測定手段を付設する必要がなく、高低差測定装置を安価に構成できるのである。また、水位測定手段を付設する必要がない分、計測水槽１の寸法を小さくすることができる。また、計測水槽１内の水位を不動箇所に設置された基準水槽２側（横断面の面積が計測水槽の約１０倍）で測定することによって、計測水槽１の振動の影響を受けずに各計測点（１）〜（４）の水位を正確に測定できる。
【００１０】
また、上記基準水槽２、給水タンク７及び給水パイプ１０を覆い１３で囲って、基準水槽２内の水温と給水タンク７内の水温とが同じ温度になるようにしている。さらに、一つの計測水槽１内の水位を計測する際に、当該計測水槽１の容積に当該計測水槽１と基準水槽２とを連通するパイプ３，４の容積を加算した水量分だけ多く供給して、計測水槽１内の水を完全に入れ替えて計測水槽１内の水温を基準水槽２内の水温と同じにするようにしている。したがって、計測水槽１内の水と基準水槽２内の水の比重を同じにして、精度よく計測水槽１内の水位を計測できるのである。
【特許文献１】特開２００３−１４８９５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
背景技術で述べた従来の高低差測定装置は、測定精度がよく、振動している場所での測定も良好な結果が得られるなどの利点を有している。しかしながら、１計測点あたりの測定に時間がかかることと、複数の計測点を同時に測定できないことから、適用場面に限界がある。特に、基準水槽に近い計測水槽は配管抵抗が少ないが、遠い計測水槽は配管抵抗が大きくなるために水面の平衡に時間がかかり、少しでも短時間でできることが要望されるようになった。
【００１２】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な工夫により測定時間の短縮を図った高低差測定装置及び高低差測定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記の目的を達成するため、本発明の高低差測定装置は、供給口を下方に有するとともにオーバーフロー口を上方に有し、それぞれ別の測定位置に設置される複数の計測水槽と、連通管によって各計測水槽の供給口に連通される排液口を有し、各計測水槽の液面と同じ高さの液柱を形成するための基準水槽と、その基準水槽の水位を計測するための計測手段と、基準水槽の近傍に設置される給水タンクとを有する高低差測定装置において、
連通管は、基準水槽の排液口に一端が接続された送水パイプと、その送水パイプと各計測水槽の供給口とを接続する複数の分岐パイプとからなり、送水パイプの基準水槽側には開閉バルブを介設するとともに各分岐パイプにもそれぞれ開閉バルブを介設しており、
送水パイプにおける開閉バルブと最初の分岐パイプとの間は給水パイプにより給水タンクに接続され、その給水パイプにはポンプと開閉バルブが介設されており、
送水パイプの先端は循環パイプにより給水タンクに接続され、さらに送水パイプと給水パイプの接続箇所を循環パイプの途中に接続する短絡パイプが設けられ、循環パイプと短絡パイプとの接続部には、循環パイプの上流側を下流側と短絡パイプ側とに切り換える切換手段を備えたことを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の高低差測定方法は、上記の高低差測定装置を使用し、計測水槽内及びこの計測水槽に係る連通管内の液体を入れ換えながら計測した各計測水槽内の液面の高さに基づいて各測定位置の高低差を測定する高低差測定方法であって、
連通管を介して基準水槽から計測水槽に液体を供給し、基準水槽内に計測水槽の液面と同じ高さの液柱を形成するに際して、循環パイプの上流側を短絡パイプ側に切り換えることにより、循環パイプも使用して水面の平衡を行うようにしたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の高低差測定装置によれば、循環パイプの上流側を短絡パイプ側に切り換えることにより、送水パイプと循環パイプの両方を使用して基準水槽と計測水槽との水位の平衡が行われることになるので、配管抵抗を減らして平衡時間を短縮することができる。また、従来の装置に対して、開閉バルブの追加と配置変えを行うだけでよいので、大きなコストをかけずに平衡時間の短縮化を図ることができる。
【００１６】
本発明の高低差測定方法によれば、送水パイプに加え、給水タンクから送水パイプに供給した水を回収するために用いていた循環パイプも使用して基準水槽と計測水槽との水位の平衡が行われるので、配管抵抗を減らして平衡時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図２は本発明に係る高低差測定装置の一例を示す概略構成図である。図示の高低差測定装置は図１に示したものと類似した構成をしているので、同じ部位には同じ符号を付してある。
【００１８】
図２の高低差測定装置は、図１に示した装置と同様、工事区間における傾斜面に設定された４箇所の計測点（１）〜（４）に計測水槽１1 〜１4 を設置している。これらの計測水槽１1 〜１4 はそれぞれ供給口を下方に有するとともにオーバーフロー口を上方に有している。そして、不動箇所に基準水槽２が設置されており、その基準水槽２の排液口と各計測水槽１1 〜１4 の供給口とが送水パイプ３と分岐パイプ４1 〜４4 とで連通され、送水パイプ３の基準水槽２側には電磁バルブ５が介設される一方、各分岐パイプ４1 〜４4 には電磁バルブ６1 〜６4 が介設されている。また、基準水槽２の近傍には給水タンク７が設置されており、この給水タンク７の下部と送水パイプ３における電磁バルブ５−分岐パイプ４1 間とは電動ポンプ８及び電磁バルブ９が介設された給水パイプ１０で接続されている。
【００１９】
そして、送水パイプ３の先端と給水タンク７の上部とを、電磁バルブ１２を介して循環パイプ１１によって接続し、給水タンク７から送水パイプ３に供給された水を給水タンク７に回収するようにしているが、図２の高低差測定装置は図１の装置とは異なり、送水パイプ３と給水パイプ１０の接続箇所を循環パイプ１１の途中に接続する短絡パイプ２１を設けており、この循環パイプ１１の接続部より下流側に電磁バルブ１２を介設するとともに、短絡パイプ２１には電磁バルブ２２を介設している。このように、短絡パイプ２１を設け、さらに電磁バルブ１２，２２を介設することにより、循環パイプ１１と短絡パイプ２１との接続部を、循環パイプ１１の上流側を下流側と短絡パイプ２１側とに切り換えることができる。
【００２０】
さらに、図２の高低差測定装置は、図１の装置と同様に、基準水槽２、給水タンク７及び給水パイプ１０を一つの覆い１３で囲って、基準水槽２内の水温と給水タンク７内の水温とが同じになるようにしてある。また、基準水槽２にはその水位を計測するため図１の装置と同様な計測手段が設けられている。すなわち、基準水槽２内の水面には、中心軸に沿ってセンサプローブ１４が配設され、フロートとマグネットとの機能を併せ持つフロートマグネット１５がセンサプローブ１４に沿って非接触で移動可能に設けられている。そして、基準水槽２内の水位の変動に応じて移動するフロートマグネット１５によって磁歪線上にねじり歪を発生させ、そのねじり歪の伝播時間をコントローラ１６で測定することによって、フロートマグネット１５の位置（つまり、基準水槽２内の水位）を検出するのである。この磁歪式リニアセンサは、標準での有効測定範囲が２ｍであり、各計測点（１）〜（４）間の最大高低差が大きい場合でも精度良く高低差を測定することができる。
【００２１】
図２に示す構成の高低差測定装置において水位測定処理は次のように行われる。
【００２２】
先ず、電磁バルブ６1 〜６4 ，１２，２１を閉鎖する一方、電磁バルブ５，９を開放する。そして、電動ポンプ８を駆動して，給水タンク７から送水パイプ３と循環パイプ１１と基準水槽２とに、基準水槽２内の水位が基準水位に至るまで給水する。ここで、基準水位とは、測定の対象となる計測水槽１i に基準水槽２から水を供給した場合にオーバーフローする量であり、当該計測水槽１i の容積に当該計測水槽１i と基準水槽２とを連通するパイプ３，４の容積とを加えた量以上の水が、基準水槽２内に満たされた際の水位のことである。
【００２３】
次に、給水パイプ１０の電磁バルブ９を閉鎖した後、測定の対象となるｉ番目の計測水槽１i の電磁バルブ６i と短絡パイプ２１の電磁バルブ２２を開放して、計測水槽１i に基準水槽２内の水が給水される。その際に、基準水槽２内の水は連通管の原理で計測水槽１i に移動しようとするが、送水パイプ３と循環パイプ１１の２本の管を使用して短時間に水位の平衡が行われる。そして、基準水槽２内には、当該計測水槽１i の容積と基準水槽２に連通されたパイプ３，４の容積分だけ余分の水量が給水されているので、前回の測定の際に当該計測水槽１i に給水された水はオーバーフロー孔から押し出されてオーバーフローし、当該計測水槽１i 内の水は基準水槽２内の水と同じ温度の水に置き換えられるのである。こうして、外気温の影響によって基準水槽２内の水と各計測水槽１内の水とに温度差が生じて比重差が生じることが防止されるのである。
【００２４】
このようにして、計測水槽１i から水がオーバーフローして当該計測水槽１i 内の水が入れ替わると、基準水槽２内の水位をコントローラ１６からの電気信号に基づいて計測し、この計測値を記憶部に記憶させるのである。以後、送水パイプ３、循環パイプ１１及び基準水槽２への給水から基準水槽２内の水位の計測とを、測定対象の計測水槽１を順次換えながら繰り返して、個々の計測水槽１1 〜１4 内の水位を順次計測するのである。
【００２５】
ここで、送水パイプに加え循環パイプも使用して水面の平衡を行うことによる効果を確認すべく簡素化した装置を使用して実験を行った。すなわち、実験−１は図３、実験−２は図４に示す装置構成とし、送水パイプ３と循環パイプ１１は表１の長さで行った。使用したパイプの径は２５ｍｍである。
【００２６】
【表１】
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実験−１、実験−２とも、短絡パイプ２１の電磁バルブ２２を閉鎖したまま送水パイプ３のみを使用して水位の平衡を行う従来システムの場合の水位平衡時間と、短絡パイプ２１の電磁バルブ２２を開放し送水パイプ３と循環パイプ１１の両方を使用して水位の平衡を行う改良システムの場合の水位平衡時間を測定した。基準水槽２の水位が平衡まで８０ｍｍ下がる時間を測定した結果は表２のとおりである。
【００２７】
【表２】
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表２から分かるように、従来システムと改良システムとを比べた場合、改良システムでは水位平衡時間が約８割になる。このことから、送水パイプ３と循環パイプ１１の両方を使用すると、水位平衡までに要する時間を短くできることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】従来の高低差測定装置の構成図である。
【図２】本発明に係る高低差測定装置の構成図である。
【図３】実験−１を行った装置の構成図である。
【図４】実験−２を行った装置の構成図である。
【符号の説明】
【００２９】
１1 〜１4   計測水槽
２  基準水槽
３  送水パイプ
４1 〜４4   分岐パイプ
５  電磁バルブ
６1 〜６4   電磁バルブ
７  給水タンク
８  電動ポンプ
９  電磁バルブ
１０  給水パイプ
１１  循環パイプ
１２  電磁バルブ
１３  覆い
１４  センサプローブ
１５  フロートマグネット
１６  コントローラ
２１  短絡パイプ
２２  電磁バルブ
【図１】
2005077171.tif 000005
【図２】
2005077171.tif 000006
【図３】
2005077171.tif 000007
【図４】
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