JP2002081289A - トンネル掘進方法及びトンネル掘進装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地中に存在する障害物の大きさ、位置を、音
響診断方法を用いて的確に判断しつつトンネルの掘進を
行うことができるトンネル掘進装置を提供する。 【解決手段】 本発明のトンネル掘進装置は、掘削マシ
ーン１のカッター面板２０に半径方向内方から半径方向
外方に向かって所定間隔を開けて設けられかつ掘削対象
に向かってジェット水流を噴射するジェット噴射ノズル
２３〜２６と、カッター面板２０と協働して密閉室２７
を構成する隔壁２８とカッター面板２０との少なくとも
一方に設けられて掘削対象のジェット水流噴射に基づく
破砕音を検出する検出センサ２９と、ジェット噴射ノズ
ル２３〜２６の回転方向位置とジェット噴射ノズル２３
〜２６の半径方向位置とを表示する表示手段３１とを有
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地中内で掘削対象
に向かってジェット水流を噴射し、その噴射に基づく掘
削対象の破砕音を検出することにより、掘削対象が障害
物であるか否かを診断し、その診断結果に基づいてトン
ネルの掘進を行うトンネル掘進方法及びトンネル掘進装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、トンネル掘進方法には、密閉
式掘進機（密閉式掘削マシーン）を用いてのシールド工
法、推進工法が知られている。このシールド工法、推進
工法は、山岳地帯のトンネルの掘削、河川底を横断する
トンネルの掘削、市街地での長距離トンネルの掘削等の
多様な施工に用いられている。

【０００３】この種のトンネルの掘削の施工計画では、
掘削始点と掘削終点との地質調査（土質調査）を行うと
共に、掘削始点から掘削終点までを結んだ掘削進路（掘
削ルート、掘進計画線）上の数箇所をピックアップし
て、その数箇所の地質調査を行って、その掘削進路上の
地中内の掘削対象としての土質又は地盤を判断し、工法
の選定、密閉式掘削マシーンの選定を行って、実際の施
工を行っている。

【０００４】しかしながら、掘削中に予測できない掘削
対象、例えば、転石、岩盤、流木等の障害物に遭遇する
ことがあり、このような障害物があると施工計画通りに
掘削を続行することが困難となり、施工計画そのものを
見直すことを余儀なくされ、工期の長期化、ひいては、
施工コストの大幅なアップを招くことになる。

【０００５】特に、日本は火山国であり、山岳と河川が
多くて地形が複雑であり、かつ、土質も急激な変化を呈
する場所が多いので、地質調査のみに頼って土質地盤を
判断するのは難しい。また、市街地の施工の場合には、
道路が多くて掘削進路上の数箇所をピックアップして地
質調査を行うことが制限され、実際上、掘削始点と掘削
終点との二箇所のみの地質調査で施工を行わなければな
らず、掘削始点から掘削終点までの掘進進路途中にいか
なる障害物が存在するかを予測することが困難である。
河川底横断の施工計画においても、河川内で地質調査を
行うことが困難であり、同様に障害物の予測をつけにく
い。

【０００６】また、地質調査方法もボーリングによる調
査であり、土質の性状を把握し難い。予算面からも地質
調査の範囲が限られる。掘削中の破砕物から土質を判断
することも考えられるが、密閉式掘削マシーンでは掘削
切り羽を目視できないので土質性状を把握できず、施工
管理上重要な掘削切り羽を損傷することにもなりかねな
い。

【０００７】そこで、地上からの電気探査によって地質
を判断する方法が提案されているが、河川内ではこの方
法を用いることができず、均一土質の場合には広範囲に
渡って測定することによりある程度の大きさの障害物を
判断することができるが、埋設管等の障害物の判断は困
難であり、かつ、全施工区間に渡って電気探査を行うこ
とにすると、施工コストが大幅にアップする。また、掘
進中、リアルタイムでの地質測定が不可能である。

【０００８】一方、掘削中に掘削切り羽に発生した音響
を判断するアコステッィク エミッション（音響診断）
方法も提案されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】その音響診断を用いて
の掘削マシーンによるトンネル掘進方法は、図１に示す
ように、掘削マシーン１のカッター面板２の後方に設け
られてカッター面板２と協働して密閉室３を構成する隔
壁４に加速度センサ５を取り付け、岩盤６、転石７、流
木８等の障害物に切り羽（カッター）９が遭遇したとき
に発生する可聴帯域（例えば、１０KHｚ以下の周波数帯
域）の音響を加速度センサ５によって検出し、この加速
度センサ５から出力される音響検出信号を、中央制御装
置室１０に設置の音響モニター装置１１の周波数バンド
パスフィルタ（図示を略す）で処理して、スピーカ１２
によって音声に再変換し、操作者（オペレータ）に音響
を聞かせるようにすると共に、音響検出信号の波形を可
視化するために、オシロスコープ１３に表示させるよう
にしている。

【００１０】また、その音響診断を用いての掘削マシー
ン１によるトンネル掘進方法には、加速度センサ５をカ
ッター面板２に直接取り付けたものもある。この音響診
断を用いての掘削マシーン１によるトンネル掘進方法に
よれば、オペレータがスピーカー１２から放出される音
響を聞きながら掘削状況を判断できるので、リアルタイ
ムでの地質の判断が可能である。

【００１１】すなわち、この音響診断を用いての掘削マ
シーン１によるトンネル掘進方法によれば、掘削マシー
ン１の電動機の音、カッター面板２（ディスクカッタ
ー）の摩耗による音の変化、カッター面板２への土砂の
居付き、掘削マシーン１の油切れ等の掘削マシーン１の
異常音の判断、粘性度、砂層、転石、流木、金属物等の
地中障害物、硬岩層、軟岩層、互層地盤等の土質性状を
切り羽（カッター）による切削音を聞き分け又はオシロ
スコープ１３を見て判断することはできる。

【００１２】しかしながら、この従来方法は、図２に示
すように、カッター面板２が回転しながら掘削を行いつ
つ進行するので、障害物としての転石７に遭遇した場
合、カッター面板２のいずれかのカッターが転石７に当
接したときの切削音が検出され、どのカッターが転石７
に接触しているかを音響により区別できないため、転石
７の大きさや位置を判断できないという問題点がある。

【００１３】また、岩盤（硬質土層を含む概念として使
用）６と軟弱土層１４とが混在する互層地盤の場合に
は、その判断が多分に感覚的であるため、転石７等の障
害物との区別を付け難く、その大きさ、位置も判断でき
ないので、互層地盤であるか否かを正確に判断するため
には、あえて施工計画通りに掘削マシーン１を進行させ
て掘削を続行しなければならず、この結果、図３に示す
ように、掘削マシーン１が岩盤６に乗り上げて、掘削マ
シーン１による掘進方向１５と施工計画による掘進方向
１６とがずれるという問題点、あるいは、図４に示すよ
うに、軟弱土層の一部が陥没１７を起こす等の問題点が
ある。

【００１４】この従来の方法では、総じて柔らかい土質
中に存在する大きな転石の存在や掘削マシーンの異常事
態を判断できる程度で、その地中障害物の位置や大きさ
等を的確に判断し難いという問題点がある。

【００１５】本発明は、上記の事情に鑑みて為されたも
ので、その目的とするところは、地中に存在する障害物
の大きさ、位置を、音響診断方法を用いて的確に判断し
つつトンネルの掘進を行うことができるトンネル掘進方
法及びトンネル掘進装置を提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、掘削マシーンのカッター面板の半径方向内方から半
径方向外方に向かってジェット噴射ノズルを設け、カッ
ター面板を回転させつつ掘削対象に向かって各ジェット
噴射ノズルからジェット水流を噴射し、その噴射に基づ
く掘削対象の破砕音を検出することにより、掘削対象が
障害物であるか否かをを判断すると共にその大きさと位
置とを判断しつつ掘進を行うことを特徴とするトンネル
掘進方法である。

【００１７】請求項２に記載の発明は、前記掘削マシー
ンの掘進方向の進行を停止させた状態で、前記カッター
面板を一回転させつついずれかのジェット噴射ノズルか
らジェット水流を噴射させて破砕音を検出することによ
り、そのジェット噴射ノズルの回転軌跡上に前記障害物
が存在するか否かを判断し、次いで、前記カッター面板
を一回転させつつ残りのジェット噴射ノズルのいずれか
のジェット噴射ノズルからジェット水流を噴射させて破
砕音を検出することにより、そのジェット噴射ノズルの
回転軌跡上に前記障害物が存在するか否かを判断し、こ
のジェット噴射ノズルのジェット水流噴射による破砕音
の検出を各ジェット噴射ノズルの回転軌跡について行っ
て、前記障害物の形状を判断することを特徴とする請求
項１に記載のトンネル掘進方法である。

【００１８】請求項３に記載の発明は、前記掘削マシー
ンを掘進方向に進行させつつ各ジェット噴射ノズルから
ジェット水流を噴射させることにより、前記障害物の進
行方向の形状を判断することを特徴とする請求項１に記
載のトンネル掘進方法である。

【００１９】請求項４に記載の発明は、前記ジェット水
流によって前記障害物を破砕することを特徴とする請求
項１に記載のトンネル掘進方法である。請求項５に記載
の発明は、掘削マシーンのカッター面板に半径方向内方
から半径方向外方に向かって所定間隔を開けて設けられ
かつ掘削対象に向かってジェット水流を噴射するジェッ
ト噴射ノズルと、前記カッター面板と協働して密閉室を
構成する隔壁と前記カッター面板との少なくとも一方に
設けられて前記掘削対象の前記ジェット水流噴射に基づ
く破砕音を検出する検出センサと、前記ジェット噴射ノ
ズルの回転方向位置と前記ジェット噴射ノズルの半径方
向位置とを表示する表示手段とを有するトンネル掘進装
置である。

【００２０】請求項６に記載の発明は、前記表示手段が
前記ジェット噴射ノズルの回転角度位置における破砕音
の検出に基づき、前記掘削対象の進行方向と直交する方
向の輪郭形状線を描くことを特徴とする請求項５に記載
のトンネル掘進装置である。

【００２１】請求項７に記載の発明は、前記表示手段が
前記掘削マシーンの進行中の半径方向内方から半径方向
外方のジェット噴射ノズルによる破砕音の検出に基づ
き、前記掘削対象の進行方向の輪郭線形状を描くことを
特徴とする請求項５に記載のトンネル掘進装置である。

【００２２】請求項８に記載の発明は、前記表示手段が
中央制御装置室に設けられ、該中央制御装置室には前記
検出センサの出力を音に再変換して放出するスピーカー
と、前記検出センサの出力を可視化するためのオシロス
コープとが設けられていることを特徴とする請求項５に
記載のトンネル掘進装置である。

【００２３】請求項９に記載の発明は、前記検出センサ
が加速度センサであることを特徴とする請求項５に記載
のトンネル掘進装置である。

【００２４】

【発明の実施の形態】図５は本発明に係るトンネル掘進
方法及びトンネル掘進装置に用いる掘削マシーンのカッ
ター面板の正面図を示し、２０はカッター面板、２１は
カッターである。半径方向最外方のカッター２１はいわ
ゆるゲージカッターであり、そのゲージカッターよりも
半径方向内方に存在するカッターはいわゆる切削ビット
である。

【００２５】そのカッター面板２０にはその回転中心軸
２２から半径方向に一定間隔を開けて、ジェット噴射ノ
ズル２３〜２６が設けられている。また、図８に示すよ
うに、掘削マシーン１のカッター面板２０の後方に設け
られてカッター面板２０と協働して密閉室２７を構成す
る隔壁２８には公知の加速度センサ（検出センサ）２９
が設けられている。この加速度センサはＰＺＴセラミッ
クス素子から構成され、その圧電効果によって振動加速
度に比例した電気信号を発生し、マシーンの駆動音に基
づく隔壁２８の音響振動、掘削対象の掘削音に基づく隔
壁２８の音響振動、後述するジェット水流の噴射に基づ
く掘削対象の破砕音による隔壁２８の音響振動を音響検
出信号として中央制御装置室３０に向かって出力する。

【００２６】音響検出信号の波形パターンや振幅レベル
は掘削対象としての地盤の硬さと一定の対応関係が認め
られ、例えば、粘性土層のような軟弱地盤の場合には掘
削音は小さく、岩盤層では掘削音が大きくなり、多数の
礫や岩片等が存在する地盤では掘削音がランダムに変化
する。従って、後述するスピーカから放出される音響を
聞くことによって、あるいは、後述するオシロスコープ
の波形を見ることによって、掘削対象が何であるかを感
覚的にリアルタイムで判断できる。

【００２７】その掘削マシーン１は中央制御装置室３０
の操作者によって操作される。その中央制御装置室３０
には、従来技術で説明した音響モニター装置１１、スピ
ーカー１２、オシロスコープ１３が設けられていると共
に、表示装置（表示手段）３１が設けられている。

【００２８】この表示装置３１には、図６に示すよう
に、各ジェット噴射ノズル２３〜２６に対応するノズル
位置表示画面３２が表示される。このノズル位置表示画
面３２はジェット噴射ノズル２３の位置を示す噴射点２
３ｂ、ジェット噴射ノズル２４の回転軌跡を示す軌跡円
２４ａとそのジェット噴射ノズル２４の回転方向位置を
示す噴射点２４ｂ、ジェット噴射ノズル２５の回転軌跡
を示す軌跡円２５ａとそのジェット噴射ノズル２５の回
転方向位置を示す噴射点２５ｂ、ジェット噴射ノズル２
６の回転軌跡を示す軌跡円２６ａとそのジェット噴射ノ
ズル２６の回転方向位置を示す噴射点２６ｂ、基準方向
を０度としてそのジェット噴射ノズル２４〜２６の回転
方向位置を角度で示すための数値が表示されている。

【００２９】本発明による掘削マシーン１を用いてのト
ンネル掘進方法は、そのジェット噴射ノズル２３〜２６
からジェット水流を掘削対象に向かって噴射し、そのジ
ェット水流に基づく掘削対象の破砕音を音響診断するこ
とにより、地中に障害物等があるか否かを判断して掘進
を行うものである。

【００３０】ジェット噴射ノズル２３〜２６から噴射す
るジェット噴射水流の圧力は、例えば、１００ＭＰa〜
２５０ＭＰaの超高圧水である。また、その音響診断
は、掘削マシーン１の進行を停止させ、かつ、カッター
面板２０を低速回転させ、ジェット噴射ノズル２３〜２
６に超高圧水を切り換え供給する切り換えバルブ（図示
を略す）を適宜選択して、各ジェット噴射ノズルから個
別にジェット水流を障害物に噴射したときに生ずる破砕
音を検出することにより行う。

【００３１】すなわち、図７、図８に示すように、掘進
方向前方に障害物としての転石７が存在するものとす
る。この場合には、掘削マシーン１の掘進方向への進行
を停止させ、まず、ジェット噴射ノズル２３からジェッ
ト水流を噴射させつつカッター面板２０を一回転させ
る。これによって、掘進方向前方に転石７等の障害物が
存在することが確認できる。次に、ジェット噴射ノズル
２３によるジェット水流の噴射を停止させ、ジェット噴
射ノズル２４からジェット水流を噴射させると共に、カ
ッター面板２０を右方向又は左方向に一回転、低速回転
させる。これによって、約４５度方向から約２４０度方
向に渡って障害物が存在することがわかる。次いで、ジ
ェット噴射ノズル２４によるジェット水流の噴射を停止
させ、ジェット噴射ノズル２５からジェット水流を噴射
させると共に、カッター面板２０を一回転、低速回転さ
せる。これによって、約６０度方向から約２００度方向
に渡って障害物が存在することがわかる。その後、ジェ
ット噴射ノズル２５によるジェット水流の噴射を停止さ
せ、ジェット噴射ノズル２６からジェット水流を噴射さ
せると共に、カッター面板２０を一回転、低速回転させ
る。これによって、約１７０度方向から約１８５度方向
に渡って障害物が存在することとがわかる。

【００３２】ジェット噴射ノズル２３の半径方向位置と
その回転位置とが既知であるので、その破砕音が得られ
た境界点でのジェット噴射ノズル２３の回転方向位置を
輪郭線で結ぶことにすれば、図９（ａ）に示すように、
初期データとして、障害物の輪郭形状線３３が得られ
る。

【００３３】この初期データに基づいて、操作者は噴射
ノズル２５、２６を用いて障害物の一次破砕の指示を出
す。このジェット水流の噴射によって、障害物に亀裂等
が発生する。

【００３４】そして、初期位置から２５０ｍｍ掘進した
地点で、掘削マシーン１を進行させながら、ジェット噴
射による音響診断を再度行う。これによって、図９
（ｂ）に示すような障害物の輪郭線形状３４が得られ
る。

【００３５】そして、初期位置から５００ｍｍ掘進を行
った後、掘削マシーン１の進行を停止させ、再度音響診
断を行う。これによって、図９（ｃ）に示すような障害
物の輪郭線形状３５が得られる。

【００３６】この輪郭線形状３５に基づいて、操作者は
例えば、噴射ノズル２３、２４、２５を用いての破砕指
示を出し、このジェット水流の噴射によって、障害物の
一部が破砕されたり、障害物に亀裂等が発生したりす
る。

【００３７】そして、初期位置から７５０ｍｍ掘進した
地点で、再度掘削マシーン１を進行させながら、音響診
断を行う。これによって、図９（ｄ）に示すような障害
物の輪郭線形状の消失が確認される。

【００３８】その後、初期位置から１０００ｍｍの箇所
で、再度掘進マシーン１を進行させながら、ジェット噴
射による音響診断を行う。これによって、図９（ｅ）に
示すように、完全に輪郭線形状の消失が確認され、障害
物が確実に破砕されたことが判断でき、その後、掘削マ
シーン１による通常の掘進を続行する。

【００３９】このジェット噴射による音響診断によれ
ば、初期地点では、各ジェット噴射ノズル２３〜２６か
らのジェット噴射による障害物の破砕音が検出され、初
期地点から２５０ｍｍの地点でも、各ジェット噴射ノズ
ル２３〜２６からのジェット噴射による障害物の破砕音
が検出され、初期地点から５００ｍｍの地点では、各ジ
ェット噴射ノズル２３〜２５からのジェット噴射による
障害物の破砕音が検出され、初期地点から７５０ｍｍの
地点ではジェット噴射ノズル２３のみからの破砕音が検
出され、初期地点から１０００ｍｍの地点では、いずれ
のジェット噴射ノズル２３〜２６からのジェット噴射に
よる障害物の破砕音が検出されないことになるので、掘
削マシーン１の進行方向に向かっての障害物の輪郭線形
状３６が図９（ｆ）に示すように得られることになり、
地中に存在する障害物の大きさ、形状、位置を、音響診
断方法を用いて的確に判断しつつトンネルの掘進を行う
ことができる。なお、φｄは掘削マシーン１の直径を示
す。

【００４０】図１０、図１１は岩盤６が掘進方向前方に
存在する場合（互層地盤）の音響診断の説明図であっ
て、図１１に示すように、ゲージカッターが岩盤（硬質
土層を含む概念として使用）６に当接しているものとす
る。

【００４１】まず、掘削マシーン１の進行を停止させ、
カッター面板２０を低速回転させつつ、ジェット噴射ノ
ズル２３〜２６によるジェット噴射を順次切り換えて、
各噴射ノズル２３〜２６のジェット水流噴射による破砕
音を検出する。

【００４２】この場合、ジェット噴射ノズル２３のジェ
ット水流噴射による破砕音には変化が生じない。岩盤６
にジェット水流が当たっていないからである。ジェット
噴射ノズル２４のジェット水流噴射による破砕音にも変
化は生じない。図１１に示すように、岩盤６までの距離
が離れており、たとえ、破砕音が生じたとしても、加速
度センサ２９がその破砕音の変化を検出できる程度では
ないからである。同様に、噴射ノズル２５のジェット水
流噴射による破砕音にも変化は生じない。ジェット噴射
ノズル２６のジェット水流噴射による破砕音の変化は検
出される。カッター面板２０に岩盤６が接触しており、
加速度センサ２９がその破砕音の変化を検出するからで
ある。

【００４３】例えば、ジェット噴射ノズル２６のジェッ
ト水流噴射による破砕音の変化が１３０度方向から２７
０度方向に渡って検出されたとすると、図１２（a）に
示すように、円弧線３７が得られる。操作者は、この結
果に基づいて、ジェット噴射ノズル２５、２６を用いて
障害物の破砕指示を出す。これによって、障害物の一部
が破砕される。

【００４４】次いで、掘削マシーン１を初期地点から２
５０ｍｍ進行させた地点で、再度音響診断を行う。これ
によって、ジェット噴射ノズル２５、２６のジェット水
流噴射による破砕音の変化が１３０度から２７０度の範
囲に渡って得られたとすると、図１２（ｂ）に示すよう
な輪郭線形状３８が得られる。

【００４５】次いで、掘削マシーン１を初期地点から５
００ｍｍ進行させた地点で、掘削マシーン１の進行を停
止させ、再度音響診断を行う。これによって、ジェット
噴射ノズル２５、２６のジェット水流噴射による破砕音
の変化が１３０度から２７０度の範囲に渡って得られる
と共に、ジェット噴射ノズル２４のジェット水流噴射に
よる破砕音の変化が１８０度の回転位置で得られたとす
ると、図１２（ｃ）に示すような輪郭線形状３９が得ら
れる。

【００４６】操作者はこの輪郭線形状３９に基づいて、
使用するジェット噴射ノズルを適宜選択して、ジェット
水流噴射による岩盤６の破砕を行う。その後、掘削マシ
ーン１を初期地点から７５０ｍｍ進行させた地点で、掘
進中に、ジェット噴射ノズル２３〜２６を用いて再度音
響診断を行い、これによって、ジェット噴射ノズル２４
のジェット水流噴射による破砕音の変化が１３０度から
２４０度の回転位置で得られると共に、ジェット噴射ノ
ズル２５、２６のジェット水流噴射による破砕音の変化
が１３０度から２７０度の範囲に渡って得られたとする
と、図１２（ｄ）に示すような輪郭線形状４０が得られ
る。

【００４７】更に、掘削マシーン１を進行させ、１００
０ｍｍの地点から１５００ｍｍの地点までの範囲に渡っ
て音響診断を行って、ジェット噴射ノズル２４のジェッ
ト水流噴射による破砕音の変化が１３０度から２４０度
の回転位置で得られると共に、ジェット噴射ノズル２
５、２６のジェット水流噴射による破砕音の変化が１３
０度から２７０度の範囲に渡って得られたとすると、図
１２（ｅ）に示すような輪郭線形状４０が得られ、この
１０００ｍｍ地点から１５００ｍｍの地点までの範囲で
は、同一土質（岩盤６）であると判断できる。

【００４８】その後、初期地点から１７５０ｍｍの地点
で、掘削マシーン１による屈進中に、ジェット噴射ノズ
ル２５のジェット水流噴射による破砕音の変化が１３０
度から２００度の範囲に渡って得られ、ジェット噴射ノ
ズル２６のジェット水流噴射による破砕音の変化が１３
０度から２３０度の範囲に渡って得られたとすると、図
１２（ｆ）に示すような輪郭線形状４１が得られる。

【００４９】次いで、初期地点から２０００ｍｍの地点
を掘進中に、ジェット噴射ノズル２６のジェット水流噴
射による破砕音の変化が１５０度から２２０度の範囲に
渡って得られたとすると、図１２（ｇ）に示すような輪
郭線形状４２が得られる。

【００５０】更に、初期地点から２２５０ｍｍの地点を
掘進中に、ジェット噴射ノズル２６のジェット水流噴射
による破砕音の変化が１６０度から２１０度の範囲に渡
って得られたとすると、図１２（ｈ）に示すような輪郭
線形状４３が得られる。

【００５１】更に、初期地点から２５００ｍｍの地点を
掘進中に、いずれのジェット噴射ノズル２３〜２６のジ
ェット水流噴射による破砕音の変化も得られなかったと
すると、図１２（ｉ）に示すように、輪郭線形状が消失
する。

【００５２】これによって、互層地盤の消失を確認でき
る。掘削進行方向の互層地盤の形状は、初期地点では、
ジェット噴射ノズル２６のジェット水流噴射のみによる
破砕音の変化が検出され、初期地点から２５０ｍｍの掘
進中には、ジェット噴射ノズル２５、２６のジェット水
流噴射のみによる破砕音の変化が検出され、初期地点か
ら５００ｍｍの掘進停止中には、ジェット噴射ノズル２
４〜２６のジェット水流噴射のみによる破砕音の変化が
検出され、初期地点から７５０ｍｍの掘進中には、ジェ
ット噴射ノズル２４〜２６のジェット水流噴射のみによ
る破砕音の変化が検出され、初期地点から１０００ｍｍ
の掘進中にも、ジェット噴射ノズル２４〜２６のジェッ
ト水流噴射による破砕音の変化が検出されるので、図１
３（ａ）に示す輪郭形状４４が得られる。また、初期地
点から１０００ｍｍから１５００ｍｍの範囲に渡って
は、破砕音の変化はなく、初期地点から１７５０ｍｍの
掘進中には、ジェット噴射ノズル２５、２６のジェット
水流噴射のみによる破砕音の変化が検出され、初期地点
から２０００ｍｍの掘進中には、ジェット噴射ノズル２
６のジェット水流噴射のみによる破砕音の変化が検出さ
れるので、図１３（ｂ）に示す輪郭形状４５が得られ
る。更に、初期地点から２２５０ｍｍの掘進中にも、ジ
ェット噴射ノズル２６のジェット水流噴射のみによる破
砕音の変化しか検出されず、初期地点から２５００ｍｍ
の掘進中では、破砕音の変化がなくなるので、図１３
（ｃ）に示すように輪郭形状が消失する。

【００５３】以上説明したように、本発明によれば、ジ
ェット噴射ノズル２３〜２６の回転角度位置における破
砕音の検出に基づき、掘削対象の進行方向と直交する方
向の輪郭形状線を表示装置３１に描かせること、掘削マ
シーン１の進行中の半径方向内方から半径方向外方のジ
ェット噴射ノズル２３〜２６による破砕音の検出に基づ
き、掘削対象の進行方向の輪郭線形状を表示装置３１に
描かせることができる。

【００５４】この発明の実施の形態では、ジェット噴射
ノズル２３〜２６を半径方向内方から半径方向外方に向
かって一列に等間隔に配列する構成としたが、これに限
られるものでなく、例えば、図１４に示すように、ジェ
ット噴射ノズル２５をジェット噴射ノズル２３、２４、
２６に対してカッター面板２０の回転方向９０度の位置
に設ける構成としても良い。

【００５５】

【発明の効果】本発明のトンネル掘進方法及びトンネル
掘進装置によれば、地中に存在する障害物の大きさ、位
置を、音響診断方法を用いて的確に判断しつつトンネル
の掘進を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来の音響診断によるトンネル掘進方法の説
明図である。

【図２】 従来の音響診断によるトンネル掘進方法の不
具合の一例の説明図であって、掘進方向前方に転石が存
在する場合の不具合の説明図である。

【図３】 従来の音響診断によるトンネル掘進方法の不
具合の他の例の説明図であって、掘進方向前方に岩盤が
存在する場合の岩盤への掘削マシーンの乗り上げを示す
図である。

【図４】 従来の音響診断によるトンネル掘進方法の不
具合の他の例の説明図であって、軟弱地盤中の掘進方向
前方に岩盤が存在する場合の軟弱地盤の陥没を示す図で
ある。

【図５】 本発明に係る掘削マシーンの正面図であっ
て、そのカッター面板へのジェット噴射ノズルの半径方
向内方から外方に向かっての取り付け状態の一例を示す
図である。

【図６】 本発明に係る表示装置のノズル位置表示画面
の一例を示す図である。

【図７】 本発明に係るトンネル掘進装置の全体構成を
示す概要図である。

【図８】 掘進方向前方に転石が存在する場合の本発明
による音響診断方法の一例を説明するための図である。

【図９】 図７、図８に示す転石の形状判断の説明図で
あって、（ａ）は初期地点の転石の進行方向と直交する
方向の輪郭線形状を示す図であり、（ｂ）は初期地点か
ら２５０ｍｍの地点での転石の進行方向と直交する方向
の輪郭線形状を示す図であり、（ｃ）は初期地点から５
００ｍｍの地点での転石の進行方向と直交する方向の輪
郭線形状を示す図であり、（ｄ）は初期地点から７５０
ｍｍの地点での転石の消失を示す図であり、（ｅ）は初
期地点から１０００ｍｍの地点での転石の消失を示す図
であり、（ｆ）は初期地点から１０００ｍｍまでの地点
までの転石の掘進方向の輪郭線形状を示す図である。

【図１０】 互層土層の場合の本発明による岩盤の形状
判断の説明図であって、掘削方向後面側から掘削マシー
ンのカッター面板を目視した場合の岩盤の外形状を示す
図である。

【図１１】 互層土層の場合の本発明による岩盤の形状
判断の説明図であって、掘進方向の岩盤の形状を示す図
である。

【図１２】図１０、図１１に示す岩盤の形状判断の説明
図であって、（ａ）は初期地点の岩盤の進行方向と直交
する方向の輪郭線を示す図であり、（ｂ）は初期地点か
ら２５０ｍｍの地点での岩盤の進行方向と直交する方向
の輪郭形状を示す図であり、（ｃ）は初期地点から５０
０ｍｍの地点での岩盤の進行方向と直交する方向の輪郭
線形状を示す図であり、（ｄ）は初期地点から７５０ｍ
ｍの地点での岩盤の輪郭形状を示す図であり、（ｅ）は
１０００ｍｍの地点から１５００ｍｍの地点までの岩盤
の輪郭形状を示す図であり、（ｆ）は初期地点から１７
５０ｍｍの地点での岩盤の輪郭形状を示す図であり、
（ｇ）は初期地点から２０００ｍｍの地点での輪郭形状
を示す図であり、（ｈ）は初期地点から２２５０ｍｍの
地点での輪郭形状を示す図であり、（ｉ）は初期地点か
ら２５００ｍｍの地点での輪郭形状の消失を示す図であ
る。

【図１３】 初期地点から２５００ｍｍまでの地点まで
の岩盤の掘進方向の輪郭線形状を示す図であって、
（ａ）は初期地点から１０００ｍｍまでの岩盤の掘進方
向の輪郭線形状を示す図であり、（ｂ）は１０００ｍｍ
の地点から２０００ｍｍの地点までの岩盤の掘進方向の
輪郭線形状を示す図であり、（ｃ）は２０００ｍｍの地
点から２５００ｍｍの地点までの岩盤の掘進方向の輪郭
線形状を示す図である。

【図１４】 本発明に係る掘削マシーンの正面図であっ
て、そのカッター面板へのジェット噴射ノズルの半径方
向内方から外方に向かっての取り付け状態の他の例を示
す図である。

【符号の説明】

１…掘削マシーン ２０…カッター面板 ２３〜２６…ジェット噴射ノズル ２８…隔壁 ２９…加速度センサ（検出センサ） ３１…表示装置（表示手段）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削マシーンのカッター面板の半径方向
   内方から半径方向外方に向かってジェット噴射ノズルを
   設け、カッター面板を回転させつつ掘削対象に向かって
   各ジェット噴射ノズルからジェット水流を噴射し、その
   噴射に基づく掘削対象の破砕音を検出することにより、
   掘削対象が障害物であるか否かをを判断すると共にその
   大きさと位置とを判断しつつ掘進を行うことを特徴とす
   るトンネル掘進方法。
2. 【請求項２】 前記掘削マシーンの掘進方向の進行を停
   止させた状態で、前記カッター面板を一回転させつつい
   ずれかのジェット噴射ノズルからジェット水流を噴射さ
   せて破砕音を検出することにより、そのジェット噴射ノ
   ズルの回転軌跡上に前記障害物が存在するか否かを判断
   し、次いで、前記カッター面板を一回転させつつ残りの
   ジェット噴射ノズルのいずれかのジェット噴射ノズルか
   らジェット水流を噴射させて破砕音を検出することによ
   り、そのジェット噴射ノズルの回転軌跡上に前記障害物
   が存在するか否かを判断し、このジェット噴射ノズルの
   ジェット水流噴射による破砕音の検出を各ジェット噴射
   ノズルの回転軌跡上について行って、前記障害物の形状
   を判断することを特徴とする請求項１に記載のトンネル
   掘進方法。
3. 【請求項３】 前記掘削マシーンを掘進方向に進行させ
   つつ各ジェット噴射ノズルからジェット水流を噴射させ
   ることにより、前記障害物の進行方向の形状を判断する
   ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘進方法。
4. 【請求項４】 前記ジェット水流により前記障害物を破
   砕することを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘進
   方法。
5. 【請求項５】 掘削マシーンのカッター面板に半径方向
   内方から半径方向外方に向かって所定間隔を開けて設け
   られかつ掘削対象に向かってジェット水流を噴射するジ
   ェット噴射ノズルと、前記カッター面板と協働して密閉
   室を構成する隔壁と前記カッター面板との少なくとも一
   方に設けられて前記掘削対象の前記ジェット水流噴射に
   基づく破砕音を検出する検出センサと、前記ジェット噴
   射ノズルの回転方向位置と前記ジェット噴射ノズルの半
   径方向位置とを表示する表示手段とを有するトンネル掘
   進装置。
6. 【請求項６】 前記表示手段は前記ジェット噴射ノズル
   の回転角度位置における破砕音の検出に基づき、前記掘
   削対象の進行方向と直交する方向の輪郭形状線を描くこ
   とを特徴とする請求項５に記載のトンネル掘進装置。
7. 【請求項７】 前記表示手段は前記掘削マシーンの進行
   中の半径方向内方から半径方向外方のジェット噴射ノズ
   ルによる破砕音の検出に基づき、前記掘削対象の進行方
   向の輪郭線形状を描くことを特徴とする請求項５に記載
   のトンネル掘進装置。
8. 【請求項８】 前記表示手段は中央制御装置室に設けら
   れ、該中央制御装置室には前記検出センサの出力を音に
   再変換して放出するスピーカーと、前記検出センサの出
   力を可視化するためのオシロスコープとが設けられてい
   ることを特徴とする請求項５に記載のトンネル掘進装
   置。
9. 【請求項９】 前記検出センサが加速度センサであるこ
   とを特徴とする請求項５に記載のトンネル掘進装置。