問い合わせダムの深部水平変位モニタリングにはどのような設備が使用されますか？
リリース時間：
2025-07-30
堤体の深層水平変位監視は、水工プロジェクトの安全管理において重要な环节である。その核心的な目標は、高精度な設備を用いて、ダム本体内部の土壌や構造物の微小な変形を捉えることである。
堤体の深層水平変位モニタリングは、水工プロジェクトの安全管理において重要な环节である。その核心的な目的は、高精度な測定機器を用いて、ダム本体内部の土壌や構造物の微小な変形を捉え、洪水調節運用や構造補強、災害警戒に科学的根拠を提供することにある。現在、この分野では、トランシットを主体とし、GNSS変位監視ステーションを補完とする技術体系が確立されており、さらにアレイ型およびセグメント型変位計という革新的な方向性も取り入れられている。各装置は、それぞれ異なる状況に対応するよう工夫された設計となっている。
1. 計測器：深部水平変位モニタリングの「基準ツール」
傾斜計は、傾き角を直接測定し、変位を計算するという基本原理に基づき、土石ダムやコンクリートダムなど構造物の深層水平変位モニタリングに最も好まれる測定機器となっています。その動作原理は、重力加速度センサーが土壌の変形によって生じる傾斜計チューブの傾き変化を感知し、内蔵の傾きチップを通じて角度データを変位に変換することにあります。例えば、固定型傾斜計には高精度なMEMSマイクロ電気機械システムが採用されており、これにより0.001°レベルの傾き変化をリアルタイムで監視でき、対応する変位分解能はミリメートルレベルに達します。
機器の設置に関しては、傾斜計を傾斜計用パイプと連携させて使用する必要があります。傾斜計用パイプはダム本体内部に事前に埋設されており、ガイド溝がパイプ内に設けられているため、傾斜計プローブが特定の方向にスライドするようになっています。モニタリング時には、プローブがガイド溝に沿って断面ごとに傾斜角度を測定し、そのデータを積分することで深部水平変位曲線が得られます。この設計により、30～100メートルの深度範囲をカバー可能であり、ダム基礎やダム肩など重要な箇所の長期的なモニタリングに適しています。
技術的には、傾斜計には3つの主要な特徴があります。まず、高度な自動化が実現されており、予定されたデータ収集とリアルタイム伝送をサポートしています。次に、強力な抗干渉能力を持ち、304ステンレススチール製のシェルとIP68保護等級により、地下水による腐食にも耐えることができます。さらに、良好なデータ連続性を備えており、セグメントごとの測定によって全深度の変形を網羅しています。例えば、あるモデルの傾斜計では、輸入された傾きチップと完全な温度補償アルゴリズムを採用し、-30℃から80℃の環境下でも測定精度±0.01°を維持しています。
ii. GNSS変位監視ステーション：地表および地表付近の変位を捉える「宇宙の目」
GNSS変位監視ステーションは、衛星測位技術により、ダム本体の地表および浅層水平変位をリアルタイムで監視することを実現し、その核心的価値は三次元変形場の構築にあります。この装置は差分RTK技術を採用し、基準局と測量局の協調計算を組み合わせることで、水平変位測定の精度をミリ単位レベルまで向上させています。例えば、あるモデルの監視ステーションは北斗/GPSデュアルモード測位をサポートしており、水平方向の静的精度が±2.5mm、垂直方向の静的精度が±5mmと、ダムの安全監視に求められる厳しい要件を満たしています。
機器設計の観点から見ると、GNSS監視ステーションはモジュール型アーキテクチャを採用しています。アンテナユニットにはチョークコイルと磁気吸収材が一体化されており、多重経路効果を効果的に低減しています。通信モジュールは4G、LoRa、WiFiのマルチプロトコル伝送をサポートし、リアルタイムでのデータフィードバックを確保しています。また、電源システムには30Wの太陽光パネルと20AHバッテリーが搭載されており、-40℃から85℃までの幅広い環境下で連続稼働が可能です。さらに、本装置には統合された独立型警報機能が備わっており、変位量または変位速度が閾値を超えた場合、自動的にテキストメッセージまたはプラットフォーム上の警告が発信されます。
応用シナリオの観点から見ると、GNSS監視ステーションと傾斜計は互いに補完し合っています。前者は地表および地表近くの変位モニタリングに重点を置き、後者は深部の変形を対象としています。両者のデータを融合することで、ダム本体の全断面変形モデルを構築できます。例えば、コンクリート重力ダムのモニタリングにおいて、GNSS監視ステーションはダム頂部の水平変位を捉える一方で、傾斜計はダム基礎の深層的なずれを監視し、構造的安定性評価に対する二重の保証を提供します。
3つ目、アレイおよびセグメンタル変位計：革新的技術の「ブレイクスルー」
1. アレイひずみゲージ：三次元変形用の「パノラマスキャナー」
アレイ型変位計は、内蔵のMEMS加速度計アレイにより、各測定ユニットごとに独立したXYZ軸方向の変位計算を実現し、単一方向の変位しか測定できない従来の傾斜計の限界を突破しています。その主な利点は以下の通りです。まず、水平方向、垂直方向、および側方の変位を同時に捉えることができる三次元変形モニタリング機能。次に、高密度での測定が可能で、一般的なセグメント長は0.5～1メートルと短いため、複雑な地質条件における精密なモニタリングに適しています。さらに、セグメントごとの測定により、全深度にわたる変形曲線を構築できるため、データの連続性も確保されています。
しかし、アレイ変位計にはカスタマイズされたコストと複雑なメンテナンスという課題があります。例えば、傾斜計用の井戸の深さに応じて事前に長さをカスタマイズする必要があり、納期は数週間かかります。また、測定ユニットの特定部分に故障が生じた場合、全体を工場に返却してのメンテナンスが必要となり、結果として使用コストが高くなります。
2. セグメンタル変位計：「モジュール型ソリューション」のフレキシブルな組み立て
セグメント変位計は、シングルセグメントの自由な接続設計を採用し、各セグメントに独立した測定モジュールが搭載されており、データは485バスを通じて逐次伝送されます。その革新点としては、まず、異なる深度に柔軟に対応でき、ユーザーがプロジェクトのニーズに応じてセグメント数を自由に組み合わせることができる点です。次に、メンテナンスが便利で、単一のセグメントが故障しても、装置全体を工場に返却する必要なく、局所的に交換できる点です。最後に、コストを最適化し、同一機器を複数のプロジェクトで再利用可能にするため、総所有コストを削減できます。
技術的には、セグメンタル変位計はアレイ型と同程度の測定精度を持ちながら、自動化されたオンライン監視と早期警報機能も備えています。例えば、特定の機種の装置はクラウドプラットフォームに接続することで、変位のリアルタイム表示、閾値トリガーによる警報、および履歴データの追跡を実現し、工事管理におけるインテリジェントな意思決定支援を提供します。
IV. 機器選定の主要な考慮事項
ダム用の深層水平変位監視装置の選定には、以下の3つの主要な要素を総合的に評価する必要があります。まず、監視深度と精度の要件です。深層監視では傾斜計またはアレイ型変位計が優先され、浅層監視にはGPS監視ステーションを使用できます。次に、環境適応性です。設備は、防水性、耐腐食性、耐低温性などの特性を備え、貯水池の複雑な作業条件に対応できる必要があります。最後に、コストとメンテナンスの利便性です。長期的な監視プロジェクトでは、セグメント式変位計の方が経済的ですが、極めて高い精度が求められる場面では傾斜計が適しています。
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