地下構造物の安全性の評価方法
日本国内には、上下水道・電力・ガス・通信・共同溝・トンネルといった多くの地下構造物が張り巡らされ、私たちの生活を支えています。こうした構造物は年々老朽化が進行し、地震や豪雨、地盤沈下などの自然災害にも脆弱です。
特に都市部では、地下構造物の損傷や劣化が発見されずに放置されることで、陥没事故やインフラ機能の停止など深刻な問題が発生するリスクがあります。これを防ぐには、定期的かつ精度の高い安全性評価が欠かせません。
地下構造物の評価方法の種類
地下構造物の安全性を評価するためには、複数の調査手法が活用されます。主なものは以下の通りです。
- 目視調査：構造物の内部・外部の状況を直接観察する方法。ひび割れや漏水などを確認。
- 打音検査：ハンマーなどで構造物を叩き、音の変化から空洞や剥離を検知。
- 内視鏡検査：狭小な空間内部をファイバースコープ等で調査。
- 非破壊検査：超音波や電磁波などを用いて、内部構造を壊さずに探査。
- 地中レーダー探査：地中に電磁波を送信し、地下構造物や空洞の存在を検知。
これらの手法を組み合わせることで、より正確な評価が可能になります。
地中レーダー探査とは？
地中レーダー（GPR：Ground Penetrating Radar）は、地面に向けて高周波の電磁波を照射し、地下の物体や境界面からの反射波を受信・解析することで、地中の構造を可視化する非破壊検査技術です。
地中レーダーの特徴
- 非破壊・非接触での調査が可能
- 浅層（数cm〜数m）を高分解能で測定
- 空洞・埋設管・基礎構造・劣化部の検出に有効
- 水分や金属の影響を受けやすいなどの限界も存在
特にコンクリート床下やトンネル背面など、人が立ち入れない場所の調査に強みを発揮します。
地中レーダーの安全性評価への応用
地中レーダーは、以下のような評価対象に対して有効です。
トンネル背面の空洞や浮きの検知
トンネル覆工（コンクリート）と地山（地盤）の間に形成された空洞や背面の浮きといった不均一な空隙は、地中レーダーによって高精度に可視化することが可能です。地中レーダーはレーダー波の反射パターンを解析することで、数センチから数十センチ程度の浅層空洞を面的に捉え、構造物背面の異常を短時間で把握できます。
特に人が立ち入れない覆工コンクリート外側の調査にも適しており、高速道路トンネルなど通行止めが困難な場所でも迅速なデータ取得が可能です。この技術により、劣化部位を早期に特定して崩落事故を未然に防ぐことができます。
共同溝や電線管路の被覆劣化
共同溝や埋設電線管におけるコンクリート被覆の劣化や、埋戻し材の沈下・欠損といった問題に対しては、地中レーダーが有効です。
地中レーダーは、被覆の厚みの変化や内部のひび割れ・空洞を可視化し、さらに埋設管路周辺の空隙や緩みの検出も可能です。塩ビや金属など配管の材質や深さに応じて適切な周波数帯のアンテナを使用することで、より精度の高い探査が実現できます。これにより、掘削や直接露出を行うことなく管路の状態を把握でき、ライフラインの運用に影響を与えることなく調査が可能です。
早期に劣化の兆候を捉え、補修計画の優先順位を合理的に判断するための有効な手段となります。
沈下・陥没の前兆となる空洞・緩み
地表面下に形成される空洞や緩んだ地盤（盛土内部の空洞や老朽配管付近の空隙など）は、地中レーダーによって効率的に検出できます。空洞内部では電磁波が強く反射される特性を利用し、異常な反射パターンから空洞の存在、深さ、広がりを特定できるほか、雨水浸透や漏水による空洞形成の初期段階も捉えることが可能です。
「ハンディレーダー」や「GPR車載システム」といった移動型の計測機器を用いれば、広範囲を短時間で調査でき、特に通行中の道路下の異常も通行規制をかけずに把握できます。これにより、沈下や陥没といった地盤災害の予防保全に向けた的確な判断が可能となります。
基礎構造の健全性確認
建物や構造物の基礎（ベタ基礎、杭基礎など）の位置や形状、劣化箇所を確認するうえで、地中レーダーは重要な役割を果たします。鉄筋の分布や深さを特定できるほか、コンクリート内部の空隙、ひび割れ、ジャンカなどの欠陥も非破壊で把握可能です。杭基礎の場合は、杭の打設位置や根入れ深さの目安を得る手段としても有効に機能します。
とくに古い建物や図面が残っていない場合においても、基礎構造の正確な位置を特定でき、地震対策や耐震補強工事の計画を進める上で信頼性の高い事前調査手法として活用されています。
まとめ：今後の展望と地中レーダーの可能性
地下構造物の老朽化が社会問題となる中で、安全性評価の重要性は今後ますます高まります。地中レーダーはその中心を担う技術として、より高精度・効率的な調査の実現に貢献するでしょう。
地中構造の「見える化」によって、技術者・管理者はトラブルの予兆を把握し、計画的な補修・管理へとつなげることができます。導入の第一歩として、まずは小規模な構造物での活用から始めてみてはいかがでしょうか。
