P.1

法定停電による SuperKEKB 停止時のビーム衝突点近傍の振動環境調査
2018年 8月10日

竹中工務店 〇松永裕樹、松下仁士、井上竜太、下河内隆文
東北大学 吉岡正和、佐貫智行、小貫勅子
KEK 早野仁司
真英計測 坪川恒也

1.1 背景

P.2

・SuperKEKBビーム衝突点近傍では3Hz付近で卓越する鉛直方向の地盤振動が観測されている
・2013年7月に、ビーム衝突点の両側約10m離れた2点間の鉛直相対振動は数十nm程度であることを確認
・一方で、振動源については明確には特定されていなかった
日光側

筑波実験棟

大穂側
B3F

10 m

日光側
B3F

大穂側
出典：https://map.yahoo.co.jp/

加速度計（XYZ方向）Z YX
Fig.1 KEK筑波実験棟の概観、及び2013年7月の振動測定概要

2013年7月撮影

1.2 2013年7月に実施の振動測定

P.3
大穂側
B3F

・10m離れた2点を対象に、加速度計単体、及び2点の加速度の差分を取った値で評価

日光側
B3F

・加速度波形を2階積分して変位波形に変換し、変位スペクトル振幅の平均値を算出
B3N（Z）
日光側
B3O（Z）

大穂側

1010.1
110Frequency [Hz](a) 鉛直変位の平均値

100

100

相対変位スペクトル振幅の平均値 [nm (0-P)]

変位スペクトル振幅の平均値 [nm (0-P)]

100[B3N−B3O] （Z）
2点の加速度差分

1030nm超

10.1110100Frequency [Hz](b) 2点の加速度差分から算出した
鉛直相対変位の平均値

Fig.2 2013年7月19日 14時45分〜14時55分までの変位スペクトル振幅の平均値
SuperKEKBのビーム縦幅は50nmであり、その半分以上の鉛直相対変位が生じている

1.3 目的

P.4・3Hz付近の地盤振動の振動源を明確にすることを目的とする・振動源は大通りの車両交通と設備振動が有力で、それぞれの寄与度を確認する⇒2017年8月、法定検査のため停電となる期間に合わせて地盤振動測定を実施

測定点
(B4F)

約150m
出典：https://map.yahoo.co.jp/

Fig.3 筑波実験棟の測定点と学園東大通りとの位置関係

2.1 測定箇所・測定機材

P.5

・BelleⅡ測定器近傍は立入り禁止のため、周辺のB4F土間コンクリート上で測定実施
・10m離れた2点にそれぞれ加速度計をXYZ方向に設置（建物外の地盤上に設置）

約50m

約30m

停電時用の発電機

機械室（1F、2F）

N

Fig.4 筑波実験棟1F平面図

サーボ型加速度計
特許機器製：MMI-06X
カタログ分解能：1μm/s2

2.2 分析方法について

P.6

2台の加速度計の差分から相対変位波形を算出し、下表のパラメータでFFT分析を実施

加速度1＋−

2階積分

相対変位

加速度2
Fig.5 2点間の相対変位波形の算出方法
Table.1 FFTパラメータ
サンプリング1000Hz

ウィンドウ幅4096点

窓関数

ハニングウィンドウ

オーバーラップ

75%

平均方法

加算平均

2.3 2台の加速度計を用いた相対振動測定の分解能
加速度計1、2P.7・土間コンクリート上に加速度計2台を同一方向に設置
・常時微動計測結果から加速度計の機差、および加速度計差分による分解能を検証

変位スペクトル振幅
平均値[nm (0-P)]

100

加速度計1
加速度計21010.1

機差0〜4％以内

0.010.001
110Frequency [Hz](a) 加速度計単体の比較結果

100

相対変位スペクトル振幅
平均値[nm (0-P)]

0.1m
100

加速度計差分10

加速度 1.5μm/s2ライン

10.10.01

加速度 0.7μm/s2ライン
0.001
110

Frequency [Hz](b) 加速度計差分の結果

Fig.6 加速度計による常時微動測定結果
カタログ値の通り、約 1μm/s2 の分解能があることを確認

100

3.1 測定スケジュール

P.8・停電状態だったのは8月5日0時〜18時の間と8月6日8時30分〜17時30分の間であった・8月6日夕方までは復電時でも設備は停止していた・振動測定は、8月5日18時過ぎから8月7日12時まで実施した

Fig.7 振動測定スケジュール

3.2 停電時、及び全設備停止時の結果〜車両交通の影響

P.9

停電時、全設備停止時（復電後）において、3Hz付近の鉛直相対変位が最大／最小レベルの時間帯の結果を示す

最大
最小

8/6 11:55-12:10
8/6 12:40-12:55

分解能ライン
車両交通の影響範囲

発電機の電源ノイズ

鉛直相対変位スペクトル振幅
平均値[nm (0-P)]

鉛直相対変位スペクトル振幅
平均値[nm (0-P)]

8月5日(土) 18時 〜 8月6日(日) 17時30分
最大
最小

8/5 22:25-22:40
8/6 07:25-07:40

分解能ライン
車両交通の影響範囲

Frequency [Hz]Frequency [Hz](a) 停電時(b) 全設備停止時

Fig.8 停電時、全設備停止時の最大／最小レベルの鉛直相対変位スペクトル振幅平均値
・3Hz付近の鉛直相対変位は、最大で 10.2nm、最小で 4.7nmであった
・十数Hz周辺で緩やかなピークが見られ、3Hzの振動と相関があるものと思われる
・20Hz以上の振動数領域では車両交通はほとんど影響しない3.3 冷水ポンプ 1台稼働時の結果 1P.10

8月6日夕方の復電後は冷水ポンプが 1台のみ稼働、翌7日の7時までその状態だった。
8月6日17時30分〜24時までの代表的な鉛直相対変位を示す

鉛直相対変位スペクトル振幅平均値[nm (0-P)]

8月6日(日) 17時30分 〜 24時
8/6 18:50-19:05
8/6 20:50-21:05
8/6 22:50-23:05

分解能ライン

Frequency [Hz]Fig.9 冷水ポンプ1台稼働時の代表的な鉛直相対変位スペクトル振幅平均値

・3〜20Hzの振動量は比較的安定しており、車の通行量が少ないものと思われる
・20Hz以上の振動数領域では、冷水ポンプの稼働により顕著に振動量が増加

3.4 冷水ポンプ 1台稼働時の結果 2P.11

8月7日の 0時〜7時までの代表的な鉛直相対変位を示す

8/7 00:35-00:50
8/7 02:05-02:20
8/7 03:35-03:50

分解能ライン

Frequency [Hz]鉛直相対変位スペクトル振幅
平均値[nm (0-P)]

鉛直相対変位スペクトル振幅
平均値[nm (0-P)]

8月7日(月) 0時 〜 7時
8/7 05:05-05:20
8/7 06:20-06:35

分解能ライン

Frequency [Hz]Fig.10 冷水ポンプ1台稼働時の代表的な鉛直相対変位スペクトル振幅平均値
・明け方になるにつれ、3Hz付近の振動量が顕著に増加 ⇒ 交通量の増加
・十数Hz付近の振動は、3Hzの振動と完全には連動していないが増加傾向にある
・20Hz以上の振動数領域ではほとんど変化なし ⇒ 車両交通は影響しない3.5 設備順次稼働時の結果

P.12

8月7日の設備が順次稼働する 7時以降の鉛直相対変位を順に示す

8月7日(月) 6時43分 〜 6時50分①冷水ポンプ

7時1分頃②温水ポンプ（2台）

7時12分頃
7時29分頃③冷凍機

7時46分頃④空調機

9時10分頃⑤ポンプ

9時22分頃⑥空調機

9時28分頃⑦冷水ポンプ

9時47分頃⑧ポンプ

9時54分頃

鉛直相対変位スペクトル振幅の平均値 [nm (0-P)]

Table.2 各設備の稼働時刻

100

101

分解能ライン
0.1

0.01
110Frequency [Hz]100

Fig.11 鉛直相対変位スペクトル振幅平均値

3.5 設備順次稼働時の結果

P.13

8月7日の設備が順次稼働する 7時以降の鉛直相対変位を順に示す

8月7日(月) 6時50分 〜 7時05分①冷水ポンプ

7時1分頃②温水ポンプ（2台）

7時12分頃
7時29分頃③冷凍機

7時46分頃④空調機

9時10分頃⑤ポンプ

9時22分頃⑥空調機

9時28分頃⑦冷水ポンプ

9時47分頃⑧ポンプ

9時54分頃

鉛直相対変位スペクトル振幅の平均値 [nm (0-P)]

Table.2 各設備の稼働時刻

100

101

分解能ライン
0.1

0.01
110

Frequency [Hz]100

Fig.12 鉛直相対変位スペクトル振幅平均値

3.5 設備順次稼働時の結果

P.14

8月7日の設備が順次稼働する 7時以降の鉛直相対変位を順に示す

8月7日(月) 7時05分 〜 7時20分①冷水ポンプ

7時1分頃②温水ポンプ（2台）

7時12分頃
7時29分頃③冷凍機

7時46分頃④空調機

9時10分頃⑤ポンプ

9時22分頃⑥空調機

9時28分頃⑦冷水ポンプ

9時47分頃⑧ポンプ

9時54分頃

鉛直相対変位スペクトル振幅の平均値 [nm (0-P)]

Table.2 各設備の稼働時刻

100

101

分解能ライン
0.10.01
110Frequency [Hz]100Fig.13 鉛直相対変位スペクトル振幅平均値

3.5 設備順次稼働時の結果

P.15

8月7日の設備が順次稼働する 7時以降の鉛直相対変位を順に示す

8月7日(月) 7時20分 〜 7時35分①冷水ポンプ

7時1分頃②温水ポンプ（2台）

7時12分頃
7時29分頃③冷凍機

7時46分頃④空調機

9時10分頃⑤ポンプ

9時22分頃⑥空調機

9時28分頃⑦冷水ポンプ

9時47分頃⑧ポンプ

9時54分頃

鉛直相対変位スペクトル振幅の平均値 [nm (0-P)]

Table.2 各設備の稼働時刻

100101

分解能ライン
0.1

0.01
110Frequency [Hz]100

Fig.14 鉛直相対変位スペクトル振幅平均値

3.5 設備順次稼働時の結果

P.16

8月7日の設備が順次稼働する 7時以降の鉛直相対変位を順に示す

8月7日(月) 7時35分 〜 7時50分①冷水ポンプ

7時1分頃②温水ポンプ（2台）

7時12分頃
7時29分頃③冷凍機

7時46分頃④空調機

9時10分頃⑤ポンプ

9時22分頃⑥空調機

9時28分頃⑦冷水ポンプ

9時47分頃⑧ポンプ

9時54分頃

鉛直相対変位スペクトル振幅の平均値 [nm (0-P)]

Table.2 各設備の稼働時刻

100

10

1

分解能ライン
0.1

0.01
1

10Frequency [Hz]100

Fig.15 鉛直相対変位スペクトル振幅平均値

3.5 設備順次稼働時の結果

P.17

8月7日の設備が順次稼働する 7時以降の鉛直相対変位を順に示す

8月7日(月) 7時35分 〜 9時10分①冷水ポンプ

7時1分頃②温水ポンプ（2台）

7時12分頃
7時29分頃③冷凍機

7時46分頃④空調機

9時10分頃⑤ポンプ

9時22分頃⑥空調機

9時28分頃⑦冷水ポンプ

9時47分頃⑧ポンプ

9時54分頃

鉛直相対変位スペクトル振幅の平均値 [nm (0-P)]

Table.2 各設備の稼働時刻

100

101

分解能ライン
0.1

0.01
110Frequency [Hz]100

Fig.16 鉛直相対変位スペクトル振幅平均値

3.5 設備順次稼働時の結果

P.18

8月7日の設備が順次稼働する 7時以降の鉛直相対変位を順に示す

8月7日(月) 9時10分 〜 9時20分①冷水ポンプ

7時1分頃②温水ポンプ（2台）

7時12分頃
7時29分頃③冷凍機

7時46分頃④空調機

9時10分頃⑤ポンプ

9時22分頃⑥空調機

9時28分頃⑦冷水ポンプ

9時47分頃⑧ポンプ

9時54分頃

鉛直相対変位スペクトル振幅の平均値 [nm (0-P)]

Table.2 各設備の稼働時刻

100

101

分解能ライン
0.10.011

10Frequency [Hz]100

Fig.17 鉛直相対変位スペクトル振幅平均値

3.5 設備順次稼働時の結果

P.19

8月7日の設備が順次稼働する 7時以降の鉛直相対変位を順に示す

8月7日(月) 9時20分 〜 9時26分①冷水ポンプ

7時1分頃②温水ポンプ（2台）

7時12分頃
7時29分頃③冷凍機

7時46分頃④空調機

9時10分頃⑤ポンプ

9時22分頃⑥空調機

9時28分頃⑦冷水ポンプ

9時47分頃⑧ポンプ

9時54分頃

鉛直相対変位スペクトル振幅の平均値 [nm (0-P)]

Table.2 各設備の稼働時刻

100

101

分解能ライン
0.1

0.01
110Frequency [Hz]100

Fig.18 鉛直相対変位スペクトル振幅平均値

3.5 設備順次稼働時の結果

P.20

8月7日の設備が順次稼働する 7時以降の鉛直相対変位を順に示す

8月7日(月) 9時27分 〜 9時35分①冷水ポンプ

7時1分頃②温水ポンプ（2台）

7時12分頃
7時29分頃③冷凍機

7時46分頃④空調機

9時10分頃⑤ポンプ

9時22分頃⑥空調機

9時28分頃⑦冷水ポンプ

9時47分頃⑧ポンプ

9時54分頃

鉛直相対変位スペクトル振幅の平均値 [nm (0-P)]

Table.2 各設備の稼働時刻

100

10

1

分解能ライン
0.1

0.01
110

Frequency [Hz]100

Fig.19 鉛直相対変位スペクトル振幅平均値

3.5 設備順次稼働時の結果

P.21

8月7日の設備が順次稼働する 7時以降の鉛直相対変位を順に示す

8月7日(月) 9時44分 〜 9時53分①冷水ポンプ

7時1分頃②温水ポンプ（2台）

7時12分頃
7時29分頃③冷凍機

7時46分頃④空調機

9時10分頃⑤ポンプ

9時22分頃⑥空調機

9時28分頃⑦冷水ポンプ

9時47分頃⑧ポンプ

9時54分頃

鉛直相対変位スペクトル振幅の平均値 [nm (0-P)]

Table.2 各設備の稼働時刻

100101

分解能ライン
0.10.01
110Frequency [Hz]100Fig.20 鉛直相対変位スペクトル振幅平均値

3.5 設備順次稼働時の結果

P.22

8月7日の設備が順次稼働する 7時以降の鉛直相対変位を順に示す

8月7日(月) 10時08分 〜 10時20分①冷水ポンプ

7時1分頃②温水ポンプ（2台）

7時12分頃
7時29分頃③冷凍機

7時46分頃④空調機

9時10分頃⑤ポンプ

9時22分頃⑥空調機

9時28分頃⑦冷水ポンプ

9時47分頃⑧ポンプ

9時54分頃

鉛直相対変位スペクトル振幅の平均値 [nm (0-P)]

Table.2 各設備の稼働時刻

100101

分解能ライン
0.10.01
110Frequency [Hz]100

Fig.21 鉛直相対変位スペクトル振幅平均値

3.5 設備順次稼働時の結果

P.23

8月7日の設備が順次稼働する 7時以降の鉛直相対変位を順に示す

8月7日(月) 6時43分 〜 10時20分①冷水ポンプ

7時1分頃②温水ポンプ（2台）

7時12分頃
7時29分頃③冷凍機

7時46分頃④空調機

9時10分頃⑤ポンプ

9時22分頃⑥空調機

9時28分頃⑦冷水ポンプ

9時47分頃⑧ポンプ

9時54分頃

鉛直相対変位スペクトル振幅の平均値 [nm (0-P)]

Table.2 各設備の稼働時刻

100

8/7 06:43-06:50
8/7 07:50-08:05
8/7 09:10-09:20
8/7 09:27-09:35
8/7 10:08-10:20

101

分解能ライン
0.1

0.01
110Frequency [Hz]100Fig.22 鉛直相対変位スペクトル振幅平均値
設備の稼働により、20Hz以上の振動数領域で段階的に振動増幅している3.6 当日稼働予定の全設備稼働後の結果

P.24

8月7日10時〜12時の当日稼働予定の全設備が稼働した状況において、3Hz付近の鉛直相対変位が最大／最小レベルの時間帯の結果を示す

鉛直相対変位スペクトル振幅平均値[nm (0-P)]

8月7日(月) 10時 〜 12時
最大（3Hz：44.8nm）
最小8/7 11:50-12:05
8/7 10:39-10:50

分解能ライン

Frequency [Hz]Fig.23 設備稼働後の最大／最小レベルの鉛直相対変位スペクトル振幅平均値

・3Hz付近の鉛直相対変位は最大で 44.8nmになることを確認
・SuperKEKBのビーム縦幅 50nmに匹敵する相対振動が生じている

4. まとめ
KEK筑波実験棟B4Fにおいて地盤振動の振動源を明確にするため、全設備停止状態、及び復電後の設備稼働状態での振動測定を実施した■車両交通について
・3Hz付近の振動は車両交通由来であり、最小で4.7nm、最大で44.8nmと9倍以上も変動することを確認した
・十数Hz周辺の振動についても車両交通由来と思われるが、若干相関は弱い
・20Hz以上の振動数領域にはほとんど影響しない■設備振動について
・主に20Hz以上の振動数領域で影響することを確認した

P.25

P.26

補足資料

付1. 大通り近くでの地盤振動測定

P.27

・KEK敷地内の大通りにできるだけ近い場所で、別のセンサを用いて振動測定を実施
・測定は、8月6日（日）17時 〜 8月7日（月）8時まで行った

使用機器：VM-53（公害振動計）
測定内容：XYZ加速度測定

YX

付1. 大通り近くでの地盤振動測定

P.28

8月7日（月）0時〜7時までで、振動の小さい時間帯00:20〜00:35と、振動の大きい時間帯06：20〜06：35について、地上と地下4階で比較
8月7日 0時20分〜0時35分
1

地上地下4階加速度スペクトル振幅の平均値 [gal (0-P)]

加速度スペクトル振幅の平均値 [gal (0-P)]

1

8月7日 6時20分〜6時35分

0.1

0.01

0.0010.0001

地上
地下4階

0.1

0.01

0.001

0.00010.00001

0.00001110

Frequency [Hz]100110100Frequency [Hz]3Hz付近では、地上（大通り近く）と地下4階の振動量が連動して増加することを確認

付1. 大通り近くでの地盤振動測定

P.29

地上と地下4階の3.15Hz帯域と12.5Hz帯域の振動レベル波形を比較

3.15Hz帯域

10−1
10−2
10−310−40

振動加速度レベル [dB]

100

200

400

600

0-10-20-30-40-50-60-70-80-90

800

1000

1200

1400

1600

1800

時間 [s]

10−1
10−2
10−310−4200

400

600

800

1000

地上
地下4階

100

12.5Hz帯域

0

加速度 [gal (rms)]

0-10-20-30-40-50-60-70-80-90

1200

1400

1600

1800

時間 [s]

加速度 [gal (rms)]

振動加速度レベル [dB]

8月7日（月） 0：05~0：35

地上
地下4階

付1. 大通り近くでの地盤振動測定

P.30

地上と地下4階の3.15Hz帯域と12.5Hz帯域の振動レベル波形を比較

3.15Hz帯域

10−110−210−310−40

振動加速度レベル [dB]

100

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

12.5Hz帯域

0-10-20-30-40-50-60-70-80-90

1800

100

10−210−310−4200

400

600

800

1000

地上地下4階

時間 [s]

10−10

加速度 [gal (rms)]

0-10-20-30-40-50-60-70-80-90

1200

1400

1600

加速度 [gal (rms)]

振動加速度レベル [dB]

8月7日（月） 7：05~7：35

1800

時間 [s]

・地上東大通際と地下4階の振動には、強い相関がある
・3.15Hzと12.5Hzは、それぞれ異なる特徴を持った車両によるもの考えられる

地上地下4階