Proceedings of the 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
August 7-10, 2018, Nagaoka, Japan

PASJ2018 WEP133

SACLA 加速器棟の沈下防止用杭基礎の振動特性への影響
INFLUENCE OF PILES FOR SETTLEMENT PREVENTION ON THE VIBRATION IN
THE SACLA LINEAR ACCELERATOR BUILDING
松井佐久夫#Sakuo Matsui#
RIKEN

Abstract
Many piles for the settlement prevention were made under the SACLA linear accelerator building. Influence on thevibration characteristics of these piles were measured. The influence from 5Hz up to 200Hz region cannot be detectedin the horizontal directions. The vertical vibration seems to be slightly smaller at the area on the pile. The vibration in
the ew direction is influenced by the pit for the cooling water pipe.

1.

はじめに

一般に柔らかい地盤に建物を立てる場合、杭を打ち沈下を防止する方法が採用される場合が多い。SACLAの線型加速器のエリアは主に盛土なので杭が埋め込まれている。他の放射光の施設でも多くの杭を使用している例がある。これらは主に沈下防止のためで、振動を意識したものではない。また、杭の振動への影響としては地震の関連で問題になるので実験等がなされているが、主に振れ幅が大きい場合を想定している。
一方、電子顕微鏡や半導体製造の施設では除振が重要なテーマで、一般の建物でも工事や交通などの環境振動が内部に及ぼす影響は重要であり、設計のためにシミュレーションのプログラムも開発されている。
SACLA はすでに建設されており、測定が可能なので今回、振幅の小さい振動特性への影響を調査した。
SACLA では、Fig. 1 のように長さ 400m の盛土地盤に太さ 1.5〜1.6m、長さ 19〜52m（平均 30m）の杭が計139 本打ち込まれている。杭は厚さ 2ｍの遮蔽用コンクリ
L53に収納部の下の杭は通り芯の中央すべてにあり、影響の判別が難しいことが予想されるので今回はクライストロンギャラリーの下の杭を対象にした。

Figure 3: Cross sectional view of accelerator building.

2.

杭の打設

対象の地盤は埋め立て地で数十センチの岩塊もある。
そこで、まず旋回式に地面を堅い岩に達するまで土を取り除きながらくりぬく。その後、円筒状の鉄筋籠を投入した後、コンクリートを流し込む方法が採用された（Fig.4,5）。

L33 L31

Figure 1: Cross sectional view of SACLA foundation.
ートを支える２筋 7.5ｍ間隔のもの(Fig.2 黄緑と茶色)と、クライストロンギャラリーを支える、ほぼ 15m 間隔のもの（青色）と計３筋が埋められている。杭の影響を調べるの(By Kimura)
Figure 2: Piles in the accelerator area.
Figure 4: Piles installation.

___________________________________________# matsui@spring8.or.jp- 725 -Proceedings of the 15th Annual Meeting of Particle Accelerator Society of Japan
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4.
4.1

振動の測定

センサー

永久磁石にコイルを巻いた単純なセンサー ジオフォ
ン GS-11D を使用した。固有振動数 4.5Hz、速度出力1V/(cm/s)のタイプで周波数特性を Fig. 8 に示す。抵抗をつながずオープンで使用したため 5Hz 付近がピークになるので 2Hz〜30Hz の範囲は補正を行った。

Figure 5: Scraping pile after installation and three lines ofpiles.

3.

沈下の状況

3.1

HLS による測定

2008 年に線型加速器棟が建設された後、2012 年に400m にわたり HLS（Hydrostatic Leveling System）のセンサーを 8 個収納部内側南側ピットに設置した。これらは床の上下の変化を常にモニターしておりデータは 1分毎に蓄積されている。加速器棟最下流で光源棟につながる付近 L53 の床
レ ベルを 基準に 他の場所のこの 6 年半のレベル変化を Fig. 7に示す。埋立て深さにほぼ比例して沈下している。その速度はややゆるくなってはいるが、建設後 10 年を経た現在でも 0.5mm/年ある Figure 6: HLS in the tunnel pit.
ことがわかる。
1hls_data-2012-2018

-1

測定器

多チャンネルの FFT として Graduo (小野測器 24bit)を使用した。電源は建物内の壁コンセントではノイズが大きいので 12V の自動車用バッテリーを用いた。PC も内部のバッテリーで駆動した。センサーは Fig. 9 のようにアルミの板に水平用 2 個、垂直用 1 個の計 3 個、両面テープで固定したものをベースとして 4 セット計 12chで測定した。400Hz まで測定するためサンプリング周波数は 1024Hz で行った。（1024＝400×2.56）
4.3

ベースの周波数特性測定の便宜上アルミの板に載せて測定を行うが、信用できる周波数帯を調べるため、比較的振動の小さい場所（L30 の下流 102ｍ）で床に直接固定したセンサーとアルミの板に載せた場合で同時測定を行った(Fig. 9)。Figure
10 にスペクトルを示す。赤が床に直接固定したスペクト
ルで Base2,3,4 がアルミの板の上のスペクトルである。東西方向、南北、上下の 3 方向で少しずつ異なるが 150〜200Hz まではあまり差はなく、それ以上ではベースの固有振動のようなものも見えてきている。

19/1/1

18/1/1

17/1/1

16/1/1

15/1/1-4

14/1/1-3

4.2

L13
L21
L31
L33
L38L45L53
13/1/1-2

12/1/1

沈下量（ｍｍ）

0

Figure 8: Sensors Geophone (GS-11D) on the Al plateand frequency characteristics.

date

Figure 7: Levels during six years with HLS.
Figure 9: Sensors on the floor and Base2-4.

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0.0001

10-510-610-7

050

100

150 200 250
Frequency(Hz)南北方向 振動10-5300

350

Floor ns
Base 2 ns
Base 3 ns
Base 4 ns

00.000150

100150 200 250
Frequency(Hz)上下方向 振動10-5300

350

Floor verticalBase 2 verticalBase 3 verticalBase 4 vertical

050

100

150 200 250
Frequency(Hz)

300

350

Figure 10: Vibration spectra of floor and Al Base.
4.4

150 200 250
Frequency(Hz)

300

350

400

300

350

400

350

400

Floor ns
Base 2 ns
Base 3 ns
Base 4 ns
050

100150 200 250
Frequency(Hz)上下方向 振動10-510-6Floor verticalBase 2 verticalBase 3 verticalBase 4 vertical
050

100

150 200 250
Frequency(Hz)300

Figure 12: Spectra of floor and Al Base at impulse.

床加振の場合床の固有振動を調べるため 7.2kg の砲丸を高さ 3 センチ程の高さから落下させ加振時の振動を得た。Figure

Figure 11: Velocities of floor and Al Base at impulse.

100

10-6

10-7

400

50

南北方向 振動

0.0001

10-6

10-7

0

10-5

10-7

400

Floor ew
Base 2 ew
Base 3 ew
Base 4 ew

10-6

0.0001

10-610-7

東西方向 振動

10-5

10-7

400

Spectrum (cm/s)

Spectrum (cm/s)

0.0001

Spectrum (cm/s)

Floor ew
Base 2 ew
Base 3 ew
Base 4 ew

Spectrum (cm/s)

東西方向 振動Spectrum (cm/s)

Spectrum (cm/s)

0.0001

11 は床に直接固定したのとアルミ板上のセンサーの時間波形を示している。最初の衝撃の後、床の振動は収まっているのにアルミ板の上ではしばらく振動が続いている。Figure 12 はこの場合のスペクトルで 150Hz〜200Hzまでの領域では板の上も床と同じスペクトルを示している。

5.

測定

5.1

測定場所

クライストロンギャラリーの床下の杭の真上を加速器棟の中央付近（通り芯 L30）から最下流まで 196ｍを 25cm間隔で測定した。Figure 13 のように４個のベースを用い１回の測定毎に 1ｍ下流に移動した。測定は 60 秒の生データを記録した。この時、クライストロンは 30Hz で運転中で、もちろん冷却水も流れていた。冷却施設からの配水管はクライストロンギャラリーをところどころで横断しており、ピットの上に鉄のプレートで蓋をしてある。今回はその蓋の上でも測定した。

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0.00010.0001EWNS
Vertical

8 10

6 10-5

場所 L37付近(L30+50m )4 10-5
2 10-5
0050

100
150
Frequency(Hz)Spectrum(Velocity (cm/s))

Spectrum(Velocity (cm/s))

振動が大きいところ-5振動が小さいところ
EWNS
Vertical

8 10-5
6 10-5

場所 L43付近(L30+100m )4 10-5
2 10-5
0200

050

100

150

200

Frequency(Hz)Figure 15: Spectra at both large and small vibration
points.
(a)
Figure 13: Vibration measurement at klystron gallery.

200東西方向0.00

1802.50E-06

解析

生データをサンプル条件 2048 個（2 秒分）でハニングウィンドウで１秒分ずつ重ねながら平均化し 0.5Hz きざみのスペクトルを求めた。

変位の例

7.50E-06
1.00E-05

120

1.25E-05
1.50E-05

100

1.75E-05

80

2.00E-05(cm/s)

60
40200

冷却機械室に近く振動が大きい場所の変位波形をFig. 14 に示す。センサーの出力（速度）を１回積分したもので上下方向が最も大きく±50nm 程度の振幅が見られる。加速器が東西に長い形から東西方向の振動は小さいがそれでも振幅は±10nm 程度ある。

195 180 165 150 135 120 105)/sSpectrum (cmFigure 14: Floor vibration (displacement) in the threedirections.
スペクトルの例

Figure 15 左図に冷却機械室に近いエリアのスペクトルを示す。特に 30Hz 以下の上下振動が大きいことがわかる。冷却機械室から遠い所（Fig. 15 右図）では 3 成分とも同程度に小さい。

4530150

東西方向の床振動

0.00006

40.0000

0.0却
冷配水トピッ管

0002
70000
0.00

6060503(L0か流下ら)ｍ

25cm 間隔で測定した東西方向振動（速度）のスペクトルを 196ｍにわたり Fig. 16 に色グラフで示した。杭の位置を赤線で示しているがはっきりした杭の影響は認められない。黄色の丸の部分は冷却配管用のピットがあるエリアで、45～60Hz のスペクトルがその両側で Fig. 17 のように大きく異なっている。ピットの深さは 40cm あり、防60置
位

6.3 東西方向振動75(b)0.00008(c)

6.290

位置 (L30mから下流 ｍ)

Hz)

6.1

5.00E-06140Fre
quency(測定結果

160506.

Frequency (Hz)

5.2

40

Figure 16: (a) EW vibration spectra and pile positions.
(b) Photo of the pit for cooling water pipe. (c) Three
dimensional spectra in the yellow circle.
振の観点からどのような溝が効果的か、建設後の実際とシミュレーションからの検討の余地が SPring8 の施設でもあるかもしれない[1]。構造的に仕切る目的のエクスパンションは多く用いられているので再評価は興味深い。

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中間の場所で振動がやや大きくなっているところが認められる。また、杭の位置でやや振動が小さくなっているところがわずかに認められるようにも見える。杭のあるところは、上下に拘束を受けるため、上下方向の振動が抑制されるのは考えられるが、この測定結果から見ると 5～200Hz の領域で見る限り顕著な影響はないものと思われる。

6.4 南北方向振動
この方向の振動も杭との相関は認められなかった。
200南北方向0.00

180Frequency (Hz)2.50E-06

160

5.00E-06

140

7.50E-06
1.00E-05

120

1.25E-05
1.50E-05100

7.

1.75E-05

80

2.00E-05

SACLA 加速器棟のクライストロンギャラリーで運転中、杭の打たれているその床上を直線状にほぼ 200ｍ（加速器部分の約 1/2）、25cm おきに振動測定した。
振動数の領域 5～200Hz で杭の影響は水平の東西方向、南北方向ともに認められなかった。上下方向には影響はあるとしてもわずかであると思われる。
防振溝で表面波を抑制するためのエクスパンションの検討はまだ残された課題ではないかと思われる。

(cm/s)

6040200195 180 165 150 135 120 105

907560453015まとめ0

位置 (L30mから下流 ｍ)

参考文献[1] 保井 美敏、藤堂 正喜

Figure 17: NS vibration spectra and pile positions.
6.5

http://www.toda.co.jp/lucubration/pdf/p321.pdf#search=’
振動を抑える+防振溝’

上下方向振動Figure 18 を見ると 40～70ｍと 130～160ｍのエリアは加速器棟の北側の空調冷却機械棟の影響で振動が大きくなっている。また、構造の影響のためか通り芯とその200

Frequency (Hz)0.00

上下方向振動180

2.50E-06

160

5.00E-06

140

7.50E-06
1.00E-05

120

1.25E-05

100

1.50E-05
1.75E-05

80

2.00E-05(cm/s)

60
40
200195180165150

135120

105

9075

60

4530

150

位置 (L30mから下流 ｍ)

Figure 18: Vertical vibration spectra on the floor of klystron gallery and pile positions.

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