国土交通省技術事務所におけるトンネル点検システムの開発について
はらやま

国土交通省関東地方整備局関東技術事務所 機械課長に へい

専門職

１．

ゆき ひこ

原山 幸彦
まさやす

二瓶 正康

層状剥離

はじめに亀裂・浮石

トンネル覆工等のコンクリートについて，剥離マイクロホン処理面落下がたびたび報告されており，コンクリート構造物の的確な維持管理のため異状部の迅速な点検

カバー

亀裂

打音発生装置

層状剥離

操作アーム

手法の開発が求められている。
カメラ

そこで人力による叩きで行われているコンクリート覆工点検に代わって，剥離や内部空洞を検知し，かつ剥離部の除去を効率的に行える打音点検システムの開発を行った。本報告では開発した打打音解析装置

音発生装置および打音解析装置の概要と基礎実研掃および アーム制御
粉塵回収装置装置

車載式移動装置

験，現地試験および実用機と詳細解析装置につい図―１ システムイメージて述べる。
生装置と迅速に移動しながら調査を行うための懸２．

概要架装置およびベースマシン，発生音をリアルタイムで解析する装置，粉塵回収用の周辺機器で構成

コンクリートの非破壊検査技術として，打撃，される（図―１）。

電気，磁気，音波，電磁波，赤外線等を使用したものが研究されているが点検の迅速性やコストなどの面から人力点検に置き換わるには至っていな
い。

３．

開発内容

 打音発生装置（写真―１）

本開発は，人力での点検ハンマーによる打音点

打音発生装置は，迅速な点検を目的として連続検と劣化部分の叩き落とし作業を機械化したもの的に打音を発生させる装置であり，チェーンに繋である。装置は連続的に打音を発生させる打音発

げた鋼球を回転軸に複数取り付け，これを回転さ

６
６ 建設マネジメント技術

2003 年 6 月号

図―２
写真―１

打音発生装置

フローティング装置
図―４

ゆらぎ変換イメージ

せながら安定した打撃力を構造物に加える機構とし，内部異状の検知と同時に表層の剥離部を叩き落とし，これを吸引して回収する機能も有する。

 フローティング装置（図―２）

フローティング装置は，打音発生装置をトンネル覆工面に適切な力で押し付けるとともに，緩衝機構によって路面，覆工面の不陸にも対応するもフィルタ（ゆらぎ変換）」を導入した。これによりノイズの多い環境下でも，特殊な防音設備を必要とせずに異状を検出可能となった。
また，音圧波形から欠陥部を視覚的に判別するソフトを合わせて開発した。のである。

 搭載ベース車両
次の理由から，既存のトンネル点検車に搭載す４．

試験内容るシステムを開発することとし，既存のトンネル

 実験装置による基礎実験点検車を使った実証試験を行うこととした。

コンクリート覆工の内部欠陥を模擬した供試体

短期間での開発が可能

 開発コストが比較的安価
 壁面に人間が接近できるにより基礎実験を行い以下の内容を検証した。

実証試験の機器構成を図―３に示す。

写真―２
図―３

試験状況

実証試験機構成

 打音解析装置
打音解析装置は，コンクリート表面を連続打撃して発生する打音の変化を，マイクで集音し音響解析技術により分析，コンクリート内部の欠陥を検出するものである。
単打音に対して連続打音では多くの周辺打音がノイズとなり解析を困難としていた。

図―５

供試体レイアウト

ここで，近年の音響解析技術である，「ゆらぎ建設マネジメント技術

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欠陥部分判別性能検証

 探査速度検証
 研掃性能検証

内部欠陥の種類は，内部空洞，剥離，ジャンカ，表面欠陥（脆弱部）を模擬した，試験状況（写真―２），供試体レイアウト（図―５）を以下に示す。
試験結果は次のとおり。
欠陥部の打音は，健全部に比べ大きな音（音写真―３

試験状況

圧が大きい）となる。

 欠陥部は，打音発生装置の回転数が高い方が容易に確認できる。

 内部欠陥の大きさが直径１７５mm より大きいものは，深さ１５cm まで発見できる。

 移動速度は，３０m／min までは良好な精度が３）フローティング装置は，壁面に安定して押しつけることが可能であることが判明した。

 実トンネルでの適用性試験

さらに，供用中の実トンネル（３カ所）で，点確保できる。

 研掃機能は，回転数４００rpm において，３mm程度の層状剥離を除去できる。

図―７
図―６

解析結果

 実証機による適用性試験
実証機を用いて以下の試験を実施した。
実物大トンネルモデルによる予備試験
実証機の予備試験を行い，適用性の確認と実トンネルでの現地試験に向けて問題点の抽出を行った。
試験による確認結果は次のとおり。

表―１

本システムの判定結果

変状調査書記載内容





赤，黄赤，黄赤，黄赤，黄赤
赤，黄赤，黄赤，黄赤，黄赤，黄赤，黄黄赤

浮き，剥離目地
浮き，剥離ひび割れ
記載なし
目地，浮き，剥離ひび割れ
浮き，剥離，ひび割れ
記載なし
浮き，剥離浮き，剥離浮き，剥離目地，剥離ることが可能であった。
２）
作業範囲は，搭載重量の影響で，低所，高所作ことが判明した。

６８ 建設マネジメント技術

2003 年 6 月号

判定部の詳細No.

１）
支援車には，必要機器類一式を積載して搬入す業姿勢では，想定していた範囲よりも狭くなる

既存トンネル変状展開図と本システムによる健全度判定マップの比較例

備考

赤：強い異常音発生個所
黄：異常音発生個所

検システム現地試験を実施し，本点検システムによる点検結果と人力による既存点検結果の比較を行った。
本点検システムによるトンネル健全度判定マッ
プと，既存トンネル変状展開図を比較したものを示す（図―７，表―１）。
健全度判定マップは，健全部に対して変状部の可能性がある個所を黄色，変状部を赤で示している。
既存トンネル変状展開図に記載されている浮写真―５

き，剥離および目地部の浮き等の位置で健全度判

点検結果表示画面

定マップ上に黄色，赤色が検出された。
本システムによって検出された異常個所が，既存トンネル変状展開図に記された欠陥部とほぼ一致していることが確認できた。また，点検能力は計測データを取得しリアルタイム判定を実施する。

 詳細解析装置

最大約１，０００m2／h が実証でき，本システムは従来取得したデータを事務所で詳細に解析するたの他の点検方法と比べると飛躍的に点検能力が向め，現地で記録されたデータはすべてリムーバブ上したものといえる。

ルハードディスクに記録される。このデータを持 実用機導入

ち帰り，詳細解析装置を用いて点検結果を再生す平成１
４年度末に，本調査結果を取り入れたトンることで，覆工面の画像，打撃音など現地と同様ネル点検車の実用機を導入した。の点検状況を確認できる。また，点検結果と点検

トンネル点検車（写真―４）個所の画像を合わせて表示できるソフトも開発し実用機については，作業性・操作性を向上させるために各装置の小型・軽量化を図りすべての装置を１台の専用車に搭載した。
また，有効な点検範囲を確保するためブーム配た（写真―５）。
打音点検結果はトンネル展開図として表示し，展開図中の任意個所で近接目視結果などの所見を入力でき，これらの情報はデータベース化して保存することで，以後の打音調査との比較により経置も見直しを行った。
点検車では，現場で打音，画像，点検位置等の時変化の把握を可能としている。

５．

おわりに人力による打音点検に代わって，コンクリートの内部欠陥を効率よく検知できるシステムが開発できた。
今後もさらなる改良を積み重ね，本システムを用いたトンネルの点検管理システムを構築し，効率的なトンネル点検に資する予定である。
写真―４

トンネル点検車

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