JP2003013687A - シールド掘進時における地表面ないしは路盤の変位を測定する方法および路盤変位管理方法ならびに路盤変位管理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シールド掘進時における地表面ないしは路盤
の変位を、非接触式距離測定器を使って正確に測定する
方法を提供すること。 【解決手段】 シールドトンネル３３を構築するに当た
り、シールド掘進路線３５に沿い、地上より高い位置
に、複数の固定位置を設け、前記固定位置にそれぞれ非
接触式距離測定器としての光波式測距機４４ａ，４４ｂ
を設置し、掘進路線上部の地表面ないしは路盤の近傍に
複数の計測点３８を設け、シールドの掘進前，掘進中，
掘進後の任意の時期に、前記光波式測距機４４ａ，４４
ｂにより前記固定位置から計測点３８までの距離を測定
し、これらの測定した距離から固定位置と計測点３８と
の鉛直距離を演算し、この鉛直距離からシールド掘進に
おける地表面ないし路盤の変位を測定するように構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、共用中の鉄道，道
路および滑走路等の路盤の下部にシールドトンネルを構
築するに当たり、地表面ないしは路盤の変位を測定する
方法と、路盤の変位を抑制するためのシールド掘進時に
おける管理方法と、この方法を実施するための路盤変位
管理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、共用中の鉄道・道路および滑走
路などの下部の比較的浅い位置にシールドトンネルを構
築するときは、運転車両内の乗客の安全を確保するた
め、路盤の沈下および隆起による路盤変位を出来る限り
小さく抑える必要がある。

【０００３】ところが、共用時間中の鉄道・道路および
滑走路などの路盤内は、絶えず運転車両が走行し、有人
による計測が非常に危険であり、困難である。

【０００４】このため、シールド掘進時に路盤の状況を
リアルタイムでフィードバックし、適正な掘進管理値を
演算し、その演算値でシールド掘進管理を行うことは難
しい。

【０００５】ところで、この種シールド掘進時における
路盤変位管理の従来技術としては、（１）あらかじめシ
ールド通過部の上部にボーリングを行い、沈下計を埋め
込んで行う方法、（２）鉄道において、レールに一体的
に沈下計を固定して行う方法、などがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記従
来技術には次のような課題があった。

【０００７】すなわち、前記（１）の従来技術では、共
用中にボーリングを行うには、作業時間に制約を受け
る。また、施工費が高い。

【０００８】一方、前記（２）の従来技術では、レール
に一体的に沈下計を固定しても、レールは剛性の大きい
弾性体であり、沈下計による路盤変位の計測値と、実際
の変位量とは必ずしも一致しない。また、路盤変位の計
測値が、列車の走行時には常に列車の通過によって大き
く変動する。

【０００９】本発明は、上記の事情に鑑みなされたもの
で、その目的とするところは、シールド掘進時における
地表面ないしは路盤の変位を、非接触式距離測定器を使
って正確に測定し得る方法を提供することにある。

【００１０】また、本発明の他の目的は、シールド掘進
時における路盤変位をきわめて小さく抑制でき、無人で
しかも路盤の挙動を的確に把握でき、さらには路盤変位
計測用の機器の設置作業の時間的制約が少なく、かつ施
工費を安く行うことが可能な路盤変位管理方法を提供す
ることにある。

【００１１】さらに、本発明の他の目的は、前記本発明
方法を的確に実施し得る路盤変位管理装置を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本発明方法では、シールドトンネルを構築するに当
たり、シールド掘進路線に沿い、地上より高い位置に、
複数の固定位置を設け、前記固定位置にそれぞれ非接触
式距離測定器を設置し、掘進路線上部の地表面ないしは
路盤の近傍に複数の測点を設け、シールドの掘進前，掘
進中，掘進後の任意の時期に、前記距離測定器により前
記固定位置から測点までの距離を測定し、これらの測定
した距離から固定位置と測点との鉛直距離を演算し、こ
の鉛直距離からシールド掘進における地表面ないし路盤
の変位を計測するようにしている。

【００１３】また、前記目的を達成するため、本発明方
法では、シールドトンネルを構築するに当たり、あらか
じめ地山の性状からシールドの掘進管理値を設定し、掘
進管理値に基づいてシールドを掘進させ、シールド機の
平面位置を計測するとともに、シールドの掘進前，掘進
中，掘進後の任意の時期に、地表面ないし路盤の変位量
を測定し、これらの変位量からシールド機の当該部所の
適正制御値を演算し、この適正制御値に基づいて前記掘
進管理値を維持または修正し、シールド機の当該部所を
適正制御するようにしている。

【００１４】さらに、前記目的を達成するため、本発明
装置では、シールドトンネルを構築するに当たり、シー
ルド機の平面位置を計測するシールド機位置計測手段
と、シールド掘進路線上の路盤変位を非接触式距離測定
により計測する路盤変位計測手段と、コンピュータとを
配備し、前記コンピュータに、地山の性状からあらかじ
め設定された掘進管理値に基づいてシールド機を発進さ
せる機能と、計測されたシールド機の平面位置と路盤変
位から路盤変位状態と路盤変位量を演算する機能と、演
算された路盤変位状態と路盤変位量からシールド機の当
該部所の適正制御値を演算し，この適正制御値に基づい
て前記掘進管理値を維持または修正し，シールド機の当
該部所を適正制御する機能とを持たせている。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて説明する。

【００１６】図１〜図１１は、シールド掘進時における
路盤変位管理を、鉄道（軌道）の如き交通路の路盤下部
にシールドトンネルを構築する際に適用したときの本発
明の一実施例を示す。なお、本発明は鉄道の如き路盤下
部のみならず民地等の下部にも適用し得る。

【００１７】まず、図１は軌道とシールド機と路盤変位
管理装置の一実施例を示す縦断側面図、図２は図１のＡ
−Ａ線断面図、図３は路盤変位計測手段を構成している
部材の設置状態を示す平面図である。

【００１８】これら図１〜図３に示す実施例では、軌道
は締め固められた路盤２上の路盤面３の上部に、砂利を
敷き詰めて形成された道床４を有している。この道床４
には、長さ方向（ｙ軸方向）に所要の間隔をおいて、多
数の枕木５が配置されている。この枕木５の列の上部に
は、２条で１組をなすレール６が２組敷設されていて、
複線の軌道が構築されている。

【００１９】前記道床４の外側には、長さ方向（ｙ軸方
向）と幅方向（ｘ軸方向）とにそれぞれ所要の間隔をお
いて、複数の杭７が打ち込まれている。各杭７の上部に
は、架線用の支柱８が設けられている。道床４をはさん
で幅方向に対向する２本の支柱８の上部には、架線受け
９が固定されている。道床４の長さ方向に配列された架
線受け９には、車両に給電するための架線（図示せず）
が架設されている。

【００２０】前記軌道の路盤２の下部にシールドトンネ
ル３３を構築するに当たっては、発進立坑１１からシー
ルド機１３を導入し、このシールド機１３により地山１
を掘削して行う。

【００２１】前記発進立坑１１内には、シールド機発進
用のセグメント１２が固定されている。

【００２２】前記シールド機１３は、シールド筒１４
と、隔壁１５と、フード１６と、カッタ駆動装置１７
と、隔壁１５に軸受け（図示せず）を介して支持された
カッタ駆動軸１８と、このカッタ駆動軸１８に取り付け
られたカッタ１９と、掘削土砂用のチャンバ２３と、カ
ッタ駆動軸１８からチャンバ２３に臨ませて設けられた
作泥土材注入系路（図示せず）と、チャンバ２３に臨ま
せて隔壁１５に設けられた土圧計２４と、排土装置であ
るスクリューコンベア２５と、シールドジャッキ２６
と、裏込め注入管２７と、充填材注入管２９と、シール
ド筒１４の後部に取り付けられたテールシール３１等を
備えて構成されている。

【００２３】前記カッタ１９は、カッタ駆動軸１８に一
体に取り付けられたカッタディスク２０と、このカッタ
ディスク２０の外面側に設けられた多数のカッタビット
２１と、カッタディスク２０の内面側に設けられた複数
の攪拌翼２２とを有している。そして、カッタ１９はカ
ッタ駆動軸１８を介してカッタ駆動装置１７により回転
駆動され、カッタビット２１により地山１を掘削する。

【００２４】前記チャンバ２３は、隔壁１５とフード１
６と切羽とに囲まれた空間に形成されている。このチャ
ンバ２３には、カッタ１９で掘削された土砂を取り込
む。

【００２５】前記作泥土材注入系路は、チャンバ２３内
の掘削土砂に作泥土材を注入する。そして、作泥土材を
注入した掘削土砂を、カッタディスク２０に設けられた
攪拌翼２２で攪拌する。

【００２６】前記土圧計２４は、切羽の土圧を計測し、
その計測値を後述のコンピュータ４９に送り込む。

【００２７】前記スクリューコンベア２５は、チャンバ
２３内を所定の圧力に保持しつつ、チャンバ２３内の掘
削土砂を発進立坑１１側に搬出し、排土する。

【００２８】前記シールドジャッキ２６は、地山１の掘
削当初は発進立坑１１の坑口に固定されたセグメント１
２に反力を取ってシールド機１３を発進させ、地山１の
掘削が進んだ後はシールド筒１４の後方内部で組み立て
られたセグメント３２に反力を取って推進させる。

【００２９】前記裏込め注入管２７は、地山１とセグメ
ント３２間の空隙に裏込め材２８を注入する。

【００３０】前記充填材注入管２９は、地山１とシール
ド筒１４間の空隙に充填材３０を注入する。

【００３１】前記テールシール３１は、シールド筒１４
の後部からの泥水の浸入を防ぎ、シールド機１３を水密
に保っている。

【００３２】シールド掘進路線３５は、掘進すべきシー
ルトトンネル３３の幅方向（ｘ軸方向）のほぼ中心部で
あり、シールド掘進方向３４に延びている。

【００３３】そして、前記シールド機１３は発進立坑１
１から軌道下部の路盤２内を、土被り１０を保って発進
され、地山１をシールド掘進路線３５に沿ってシールド
掘進方向３４に掘進し、シールド筒１４の後方内部でセ
グメント３２を組み立て、シールドトンネル３３を構築
して行く。

【００３４】ところで、路盤変位管理装置は、図１〜図
３に示すように、路盤変位計測手段と、制御室４８と、
この制御室４８内に設置されたコンピュータ４９と、こ
れに接続されたディスプレイ５０と、前記シールド機１
３内に設置された端末装置５１等を備えて構成されてい
る。

【００３５】前記路盤変位計測手段は、シールド路線３
５上に所要の間隔をおいて設置された計測杭３６ａ，３
６ｂ，３６ｃ，…と、各計測杭３６ａ，３６ｂ，３６
ｃ，…の上部に取り付けられた目標板３７ａ，３７ｂ，
３７ｃ，…と、計測用の不動点４３と、測定の固定位置
としての軌道上方の架線受け９上に設置された非接触式
距離測定器である光波式測距機４４ａ，４４ｂ等を備え
て構成されている。

【００３６】各計測杭３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，…は、
構築すべきシールドトンネル３３の中心に向かって鉛直
に設置され、かつ路盤面３から充分な深さの根入れ５４
を有して打ち込まれていて、地山１と一体的に設置され
ている。

【００３７】各目標板３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，…に
は、少なくとも上面に認識しやすい色を施すことが望ま
しい。また、各目標板３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，…の上
面には計測点３８が設定されている。そして、前記目標
板３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，…は、当該計測杭３６ａ，
３６ｂ，３６ｃ，…の上部に、同心状に取り付けられて
いる。

【００３８】前記計測用の不動点４３は、当該光波式測
距機４４ａ，４４ｂの近傍に手動で設定される。

【００３９】各光波式測距機４４ａ，４４ｂは、回転軸
４６の周りに回転可能に形成されている。また、光波式
測距機４４ａ，４４ｂは前記目標板３７ａ，３７ｂ，３
７ｃ，…を見渡せる位置としての当該架線受け９上の計
測位置に取り付けられている。各光波式測距機４４ａ，
４４ｂには、計測器カバー４７が被せられている。さら
に、各光波式測距機４４ａ，４４ｂは電線５２を介して
コンピュータ４９に接続されている。

【００４０】そして、この路盤変位計測手段では路盤２
の静止状態において、光波式測距機４４ａ，４４ｂから
当該計測用の不動点４３にレーザ光４５を照射し、その
ときのｘ軸方向，ｙ軸方向および変位角の値を、ｘ＝
０，ｙ＝０，θ＝θｏに設定する。

【００４１】次に、光波式測距機４４ａ，４４ｂから目
標板３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，…に設定された計測点３
８にレーザ光４５を照射し、そのときのｘ軸方向，ｙ軸
方向および変位角の値を、ｘ＝ａ，ｙ＝ａ，θ＝θａに
設定する。

【００４２】ついで、シールド機１３を発進させた後、
光波式測距機４４ａ，４４ｂにより目標板３７ａ，３７
ｂ，３７ｃ，…に設定された計測点３８における路盤変
位を連続的に計測し、その計測値を光波式測距機４４
ａ，４４ｂから、電線５２を通じてコンピュータ４９に
リアルタイムで送り込む。

【００４３】以上のように、この路盤変位計測手段によ
れば、シールド掘進路線３５に沿って所要の間隔をおい
て打ち込まれた計測杭３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，…と、
これらの計測杭３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，…上に取り付
けられた目標板３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，…上に設定さ
れた計測点３８と、任意に設定された計測用の不動点４
３と、架線受け９上の計測位置に取り付けられた光波式
測距機４４ａ，４４ｂとにより、レーザ光４５を利用し
て非接触式距離測定器により路盤変位をリアルタイム
で、しかも正確に測定することができる。

【００４４】前記コンピュータ４９には、シールド掘進
に先立ち、各種掘進管理値が格納されている。この各種
掘進管理値は、あらかじめ確認された地山の土質性状に
基づいて設定される。また、コンピュータ４９は前記各
種掘進管理値に基づいて、シールド機１３の当該部所に
制御信号を送り込み、シールド機１３を発進させる。ま
た、コンピュータ４９はシールド掘進中に、シールド機
位置計測手段（図示せず）からシールド機の位置計測値
を、前記路盤計測手段から路盤変位計測値をそれぞれ取
り込み、ディスプレイ５０や端末装置５１に指令を送
り、前記計測値を表示させる。また、コンピュータ４９
は、前記シールド機の位置計測値と路盤変位計測値から
路盤変位量と、路盤変位状態とを演算する。前記変位状
態としては、「先行沈下・変位なし・先行隆起」、「マ
シン上沈下・変位なし・マシン上隆起」、「後続沈下・
変位なし・後続隆起」などである。また、コンピュータ
４９はディスプレイ５０や端末装置５１に指令を送り、
前記演算値を表示させる。さらに、コンピュータ４９は
前記路盤変位量と路盤変位状態の演算値からシールド機
１３の当該部所の適正制御値を演算する。そして、コン
ピュータ４９は前記適正制御値に基づいて、前記各種掘
進管理値を維持または修正し、シールド機１３の当該部
所を適正制御する。

【００４５】コンピュータ４９には、少なくとも前述の
ごとき機能を持たせている。

【００４６】前記ディスプレイ５０は、コンピュータ４
９からの指令により、掘進時におけるシールド機の平面
上の位置や路盤変位の計測値と、路盤変位量や路盤変位
状態の演算値とを表示する。

【００４７】シールド機１３内に設置された端末装置５
１は、電線５３を介してコンピュータ４９に接続されて
いる。そして、この端末装置５１も、コンピュータ４９
からの指令により、掘進時におけるシールド機の平面上
の位置や路盤変位の計測値と、路盤変位量や路盤変位状
態の演算値とを表示する。また、この端末装置５１から
シールド機１３内の作業員がコンピュータ４９に、シー
ルド掘進時の情報を通信することもできる。

【００４８】ついで、図４は路盤変位を示す縦断面図、
図５は同路盤変位の模式図である。

【００４９】通常の路盤変位は、シールドトンネル３３
の路盤面沈下６８および沈下影響範囲６９のように、お
よそ４５度の範囲で発生する。

【００５０】この路盤変位は、路盤面３に対してシール
ド機１３の前面、つまり未掘削部分で先行沈下６０また
は先行隆起６１が発生する。これは、切羽の管理土圧が
静止土圧と一致しない場合、すなわちシールド機１３の
掘進量と排土量のバランスが保たれていない場合に発生
する。

【００５１】前記先行沈下６０および先行隆起６１の計
測は、シールド機１３の前方の必要な範囲を連続して計
測することによって行う。

【００５２】シールド機１３が通過するときは、シール
ド機１３と地山１間の空隙により、マシン上沈下６２ま
たはマシン上隆起６３が発生する。

【００５３】前記マシン上沈下６２およびマシン上隆起
６３の計測は、シールド機１３のテールシール通過点６
６付近の必要な範囲を連続して計測することによって行
う。

【００５４】シールド機１３のテールシール通過以降
（テールシールの通過点を図４に符号６６で示す。）
は、セグメント３２をシールド機１３の内部で組み立て
るため、テールプレート厚やテールクリアランスの分だ
けシールド機１３の外径よりも小さくなるので、セグメ
ント３２と地山１間に空隙が発生する。この空隙に、掘
進と同時に裏込め２８を注入する。

【００５５】シールド機１３が通過中に、後続沈下６４
または後続隆起６５が発生する。

【００５６】前記後続沈下６４および後続隆起６５の計
測は、シールド機１３のテールシール３１の後方部分の
必要な範囲を連続して計測することによって行う。

【００５７】以後、長期間微小変状が見られ、最終的に
収束する。

【００５８】次に、図６は路盤が沈下したときの路盤面
の沈下量の計測状態を示し、図７は図６のＢ部分を拡大
して示す。また、図８は路盤が隆起したときの路盤面の
隆起量の計測状態を示し、図９は図８のＣ部分を拡大し
て示す。

【００５９】これら図６〜図９に示す路盤変位計測技術
では、計測杭３６と、目標板３７と、目標板上の計測点
３８〜４２と、計測用の不動点（図６〜図９では省略）
と、光波式測距機４４等を備えた路盤変位計測手段を用
いて行う。

【００６０】前記計測杭３６は、路盤２におけるシール
ド掘進路線３５に沿って路盤面３に対して垂直に打ち込
まれている。また、計測杭３６は路盤２内に根入れ５４
を有して打ち込まれており、この根入れ５４の範囲で路
盤２と接触しているため、路盤変位とほぼ同程度、上下
方向に変位する。

【００６１】前記目標板３７は、計測杭３６の上部に、
これと同心状に取り付けられている。この目標板３７の
上面のほぼ中央には、計測点３８が設定されている。

【００６２】前記計測用の不動点は、光波式測距機４４
の近くの、例えば軌道外の任意の位置に手動で設定され
ている（図２参照）。

【００６３】前記光波式測距機４４は、目標板上の計測
点３８〜４２と、計測用の不動点とを見渡せる計測位置
としての、架線受け９上に設定された計測位置に設置さ
れている。

【００６４】前記路盤変位計測手段により路盤変位を計
測するに当たっては、路盤２の静止状態で、光波式測距
機４４から計測用の不動点にレーザ光４５を照射し、そ
のときのｘ軸方向，ｙ軸方向，変位角の値をｘ＝０，ｙ
＝０，θ＝θｏに設定する。

【００６５】次に、同じく路盤２の静止状態で、光波式
測距機４４から目標板３７上の計測点３８にレーザ光４
５を照射し、そのときのｘ軸方向，ｙ軸方向，変位角の
値をｘ＝ａ，ｙ＝ａ，θ＝θａに設定する。

【００６６】そして、シールド機１３の発進後、光波式
測距機４４から目標板３７上にレーザ光４５を照射し続
け、路盤２の変位を連続的に計測する。

【００６７】いま、図６に示すように、路盤面３が沈下
したものとすると、計測杭３６が路盤２に根入れ５４の
範囲で接触しているため、この計測杭３６は路盤面３の
沈下量とほぼ同程度下降する。これにつれて、目標板３
７が変位なしの状態５７から沈下状態５８に変位する。

【００６８】目標板３７が変位なしの状態５７から沈下
状態５８に変位すると、図７に示すように、変位なしの
状態５７における目標板３７上の計測点３８と、沈下状
態５８における目標板３７′上の計測点３９と、前記変
位なしの状態５７における目標板３７上の計測点３８か
ら沈下状態５８の目標板３７′上に降ろした垂線と目標
板３７′の上面との交点である計測点４０とを結ぶ直角
三角形が形成される。

【００６９】ここで、光波式測距機４４から図１に示す
コンピュータ４９に変位角θａと、レーザ光変位量Δｘ
とを送り込む。

【００７０】前記コンピュータ４９は、前記路盤変位等
の計測値を取り込むとともに、ディスプレイ５０や端末
装置５１に指令を送り、計測値を表示させる。また、コ
ンピュータ４９は次式により路盤沈下量Δｚを演算す
る。 (数１) Δｚ＝Δｘ×ｃｏｓθａ

【００７１】さらに、コンピュータ４９は演算した路盤
沈下量Δｚも、ディスプレイ５０や端末装置５１に表示
させる。

【００７２】一方、図８に示すように、路盤面３が隆起
すると、前述したところと同様、計測杭３６が路盤２に
根入れ５４の範囲で接触しているため、計測杭３６が路
盤面３の隆起量とほぼ同程度上昇する。計測杭３６の上
昇に伴い、目標板３７が変位なしの状態５７から隆起状
態５９に変位する。

【００７３】目標板３７が変位なしの状態５７から隆起
状態５９に変位すると、図９に示すように、変位なしの
状態５７における目標板３７上の計測点３８と、隆起状
態５９における目標板３７″上の計測点４１と、変位な
しの状態５７における目標板３７の計測点３８から隆起
状態５９の目標板３８″上に引いた垂線と目標板３７″
の上面との交点である計測点４２とを結ぶ直角三角形が
形成される。

【００７４】そして、光波式測距機４４から前記コンピ
ュータ４９に変位角θａ′と、レーザ光変位量Δｘ′と
を送り込む。

【００７５】コンピュータ４９は、前述したところと同
様、路盤変位等の計測値を取り込み、かつディスプレイ
５０や端末装置５１に指令を送り、計測値を表示させ
る。さらに、コンピュータ４９は次式により路盤隆起量
Δｚ′を演算し、その演算された路盤隆起量Δｚ′もデ
ィスプレイ５０や端末装置５１に表示させる。 (数２) Δｚ′＝Δｘ′×ｃｏｓθａ′

【００７６】以上説明した路盤変位計測手段と、コンピ
ュータ４９と、ディスプレイ５０や端末装置５１によ
り、非接触式距離測定器を使って無人で路盤変位を計測
し、その計測値からリアルタイムで路盤沈下量Δｚ、路
盤隆起量Δｚ′を演算し、計測値や演算値をリアルタイ
ムで表示することができる。

【００７７】また、計測杭３６を根入れ５４を有して路
盤２に打ち込んでいるため、計測杭３６は根入れ５４の
範囲で直接路盤２と接触し、路盤変位量とほぼ同程度、
上下方向に変位するので、路盤２の挙動を的確に把握す
ることができる。

【００７８】続いて、図１０は路盤変位管理のフローチ
ャート、図１１はシールド機の位置の判断基準を示す図
である。

【００７９】シールド掘進に先立ち、ステップ１００で
ボーリング等により、シールド掘進路線３５上の地山の
土質性状をあらかじめ確認しておく。

【００８０】次に、ステップ１０１で前記地山の土質性
状のデータからシールド機の各種掘進管理値を設定す
る。この各種掘進管理値は、切羽土圧管理値、掘削土量
値、裏込め管理値、裏込め材料の選定、充填材管理値等
である。前記裏込め管理値は、注入圧力（切羽の泥土圧
＋α）、注入量（空隙量＋α）である。

【００８１】次に、ステップ１０２でシールド掘進のた
め、あらかじめ設定されたシールド機の各種掘進管理値
に基づいて、シールド機１３を発進させる。シールド機
１３の発進は、カッタ１９を回転させ、スクリューコン
ベア２５を回転させ、シールドジャッキ２６を伸長させ
て行う。

【００８２】シールド機１３を発進させた後、ステップ
１０３で各種計測を行う。計測項目は、路盤変位計測手
段による路盤変位、シールド機１３の位置、カッタトル
ク、掘削土量、土圧計２４による切羽土圧、スクリュー
コンベア２５の回転速度、送・排泥流量、シールドジャ
ッキ２６の推力、同シールドジャッキ２６の速度、裏込
め圧力、裏込め注入量、充填材注入量等である。そし
て、前記各種計測値を図１に示すコンピュータ４９に送
り込む。

【００８３】ついで、ステップ１０４でコンピュータ４
９に各種計測値を取り込み、コンピュータ４９から指令
を送り、制御室４８内のディスプレイ５０やシールド機
１３内の端末装置５１に各種計測値を表示する。

【００８４】次に、ステップ１０５でコンピュータ４９
により管理圧力、つまり管理土圧や泥水圧が管理範囲内
に納まっているか，否かを判断する。

【００８５】判断の結果、管理圧力が管理範囲外のとき
は、シールド掘進を停止させ、ステップ１００に戻り、
地山の土質性状を再調査する。

【００８６】判断の結果、管理範囲内に納まっていると
きは、次のステップに移行する。

【００８７】ついで、ステップ１０６でコンピュータ４
９により路盤変位の計測値から路盤沈下量Δｚ、路盤隆
起量Δｚ′を演算する。その後、コンピュータ４９によ
り路盤変位の有・無と、シールド機１３の位置の計測値
から路盤変位状態を判断する。シールド機１３の位置の
計測は、図１１に示す判断基準に沿って行う。路盤変位
状態としては、図４に示すように、先行沈下６０と、先
行隆起６１と、マシン上沈下６２と、マシン上隆起６３
と、後続沈下６４と、後続隆起６５とがある。

【００８８】そして、ステップ１０７でコンピュータ４
９により先行沈下６０と先行隆起６１について、路盤変
位があるか，否かを判断する。

【００８９】判断の結果、先行沈下６０が認められたと
きは、ステップ１０８で管理圧力を上げる。具体的に
は、スクリューコンベア２５の回転数を下げるか、掘進
速度を上げるか、または送・排泥流量を調整して泥水圧
を上げる。

【００９０】反対に、先行隆起６１が認められたとき
は、ステップ１０９で管理圧力を下げる。具体的には、
スクリューコンベア２５の回転数を上げるか、掘進速度
を下げるか、または送・排泥流量を調整して泥水圧を下
げる。

【００９１】判断の結果、変位なし、つまり先行沈下６
０や先行隆起６１に関する路盤変位が認められないとき
は、現状の管理圧力を維持してシールド掘進を継続す
る。

【００９２】次に、ステップ１１０でコンピュータ４９
によりマシン上沈下６２とマシン上隆起６３について、
路盤変位があるか，否かを判断する。

【００９３】判断の結果、マシン上沈下６２が認められ
たときは、ステップ１１１で充填材注入増を行う。具体
的には、充填材３０の注入圧力を上げるか、または充填
材３０の注入量を増やす。

【００９４】反対に、マシン上隆起６３が認められたと
きは、ステップ１１２で充填材注入減を行う。具体的に
は、充填材３０の注入圧力を下げるか、または充填材３
０の注入量を減らす。

【００９５】判断の結果、変位なし、つまりマシン上沈
下６２やマシン上隆起６３に関する路盤変位が認められ
ないときは、現状の充填材注入管理を維持するととも
に、ステップ１１３で充填材注入の監視を継続して行
う。

【００９６】シールド掘進時において、ステップ１１４
で裏込め注入管２７により裏込め注入を行う。

【００９７】そして、裏込め注入中、ステップ１１５で
裏込め管理値が管理範囲内にあるか，否か継続して判断
する。裏込め管理値には、前述のごとく、注入圧力と、
注入量とがある。

【００９８】判断の結果、裏込め管理値が管理範囲外に
あることが認められたときは、ステップ１１６で裏込め
注入を停止するとともに、シールド掘進をも停止させ、
ステップ１００に戻り、地山の土質性状を再調査し、裏
込め材料の再選定を行う。

【００９９】判断の結果、裏込め管理値が管理範囲内に
入っていると認められたときは、次のステップに移行す
る。

【０１００】ついで、ステップ１１７でコンピュータ４
９により後続沈下６４と後続隆起６５について、路盤変
位があるか，否かを判断する。

【０１０１】判断の結果、後続沈下６４が認められたと
きは、ステップ１１８で裏込め管理値を上げる。具体的
には、裏込め注入圧力を上げるか、または裏込め注入量
を増やす。

【０１０２】反対に、後続隆起６５が認められたとき
は、ステップ１１９で裏込め管理値を下げる。具体的に
は、裏込め注入圧力を下げるか、または裏込め注入量を
減らす。

【０１０３】判断の結果、変位なし、すなわち後続沈下
６４や後続隆起６５に関する路盤変位が認められないと
きは、現状裏込め注入管理を維持するとともに、ステッ
プ１２０で裏込め注入の監視を継続して行う。

【０１０４】以上のように、この実施例では共用中の軌
道の路盤変位の計測、シールド機の位置の計測、路盤変
位量の演算、路盤変位状態の演算、計測値や演算値の表
示をリアルタイムで行い、前記演算値からシールド機１
３の当該部所の適正制御値を演算し、この適正制御値に
基づいて各種掘進管理値を維持または修正し、シールド
機１３の当該部所を適正制御するようにしているので、
シールド掘進時における路盤変位をきわめて小さく抑え
ることができる。

【０１０５】次に、図１２は路盤変位計測手段における
計測杭の他の実施例を示す縦断面図である。

【０１０６】この図１２に示す計測杭７０は、杭本体に
おける軌道の道床４の貫通部分に、外管７１を有してい
る。

【０１０７】これにより、計測杭７０の杭本体と道床４
の摩擦を低減することができる。

【０１０８】なお、計測杭７０の上部には目標板７２が
取り付けられている。この目標板７２は図１〜図３に示
す目標板３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，…と同様である。

【０１０９】ついで、図１３は計測杭のさらに他の実施
例を示す縦断面図である。

【０１１０】この図１３に示す計測杭７３は、杭本体の
下端部に、拡幅された掘削部７４が設けられている。

【０１１１】この計測杭７３では、杭本体を打ち込みま
たは回転させ、軌道の所定の位置に固定する。

【０１１２】ついで、杭本体の下端部から所要部分まで
定着材７５を流し込み、構築すべきシールドトンネル直
上の地山１と計測杭７３を定着させる。

【０１１３】さらに、杭本体の定着部分よりも上部の間
隙には滑材７６を挿入する。

【０１１４】そして、計測杭７３の上部には、上面に計
測点を有する目標板７７が取り付けられている。

【０１１５】この実施例における計測杭７３は、路盤２
が硬く、構築すべきシールドトンネルの直上付近が軟弱
な互層地盤や、土被りが大きい場合で、路盤変位計測が
困難な場合に適用して有効である。

【０１１６】なお、計測の対象が道路や滑走路の場合
は、測定が必要な範囲の路面上に、計測目標板や釘等を
設置しても良く、車両等の通行に支障がなければ杭等で
も良い。

【０１１７】続いて、図１４は軌道の両側に建築されて
いる建物のうちの、選択された建物の屋上に光波式測距
機を設置した実施例を示す正面図、図１５は図１４の平
面図である。

【０１１８】これら図１４および図１５に示す実施例で
は、軌道の両側に建築されている建物７８，７９，８０
のうちの、一方の側の建物７８の屋上に光波式測距機４
４ａが設置され、他方の側の建物８０の屋上に光波式測
距機４４ｂが設置されている。

【０１１９】一方、構築すべきシールドトンネルのシー
ルド掘進路線３５に沿い、かつ所要の間隔をおいて路盤
２に計測杭３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，…が打ち込まれて
いる。各計測杭３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，…の上部に
は、計測点３８を有する目標板３７ａ，３７ｂ，３７
ｃ，…が取り付けられている。

【０１２０】そして、前記光波式測距機４４ａはレーザ
光４５により目標板３７ａ〜３７ｇの計測点３８におけ
る路盤変位に伴う上下方向の変位を計測し、前記光波式
測距機４４ｂは同じくレーザ光４５により目標板３７ｅ
〜３７ｋ上の計測点３８における路盤変位に伴う上下方
向の変位を計測し、計測値をそれぞれコンピュータに送
り込み、処理するようにしている。

【０１２１】この図１４および図１５に示す実施例の他
の構成，作用については、前記図１〜図３に示す実施例
と同様である。

【０１２２】なお、光波式測距機を設置する建物は、木
造家屋の屋上でも良い。木造家屋を利用するときは、杭
など地中の不動位置で支持されていることが好ましい。

【０１２３】光波式測距機を建物の屋上に設置して路盤
変位を計測するときは、有人計測も可能であり、また計
測結果を制御室内のコンピュータに無線で送信すること
もできる。

【０１２４】また、計測の対象が道路の場合は、光波式
測距機を中央分離帯に設置しても良く、道路の側方に支
柱を設けるか，近くの建物の屋上に設置しても良い。

【０１２５】ついで、図１６は路盤変位計測手段と、演
算処理部と、表示部との異なる実施例を示す概念図であ
る。

【０１２６】この図１６に示す実施例では架線受け９上
に、光波式測距機８１とカメラ８２のユニットが設置さ
れている。前記光波式測距機８１には、その視準接眼レ
ンズにカメラ８２が互いに光軸を一致させて結合されて
いる。光波式測距機８１とカメラ８２には、計測機カバ
ー８３が被せられている。

【０１２７】前記光波式測距機８１には、上下・左右に
稼働させる稼働部が組み込まれている。

【０１２８】前記カメラ８２は夜間でも使用できる赤外
線タイプでも、通常のタイプでも構わない。ただし、通
常のタイプのものは、夜間時には補助照明を必要とす
る。

【０１２９】一方、制御室８４にはコンピュータ８５
と、ディスプレイ８６と、操作盤８７と、ＴＶモニタ８
８とが設置されている。他方、シールド機１３の内部に
は、端末装置８９と、ＴＶモニタ９０とが設置されてい
る。

【０１３０】前記コンピュータ８５は、図１に示すもの
と同様、光波式測距機８１等から計測値を取り込み、デ
ィスプレイ８６とＴＶモニタ８８と端末装置８９とＴＶ
モニタ９０とに指令を送って計測値を表示させ、路盤変
位や路盤変位状態等を演算し、ディスプレイ８６とＴＶ
モニタ８８と端末装置８９とＴＶモニタ９０とに指令を
送って演算値を表示させ、また路盤変位量と路盤変位状
態からシールド機の当該部所の適正制御値を演算し、こ
の適正制御値に基づいて各種掘進管理値を維持または修
正し、シールド機の当該部所を適正制御する機能を有し
ている。

【０１３１】前記ディスプレイ８６は、コンピュータ８
５からの指令により計測値や演算値を表示する。

【０１３２】前記操作盤８７には、電線９１を介して光
波式測距機８１が接続され、また操作盤８７は電線９２
を介してコンピュータ８５に接続されている。そして、
制御室８４内のＴＶモニタ８８を監視しながら操作盤８
７により路盤変位の計測点（この図１６では省略）に光
波式測距機８１の視準を合わせるようにしている。

【０１３３】制御室８４内のＴＶモニタ８８には、電線
９３を介してカメラ８２が接続され、またＴＶモニタ８
８は電線９４を介してコンピュータ８５に接続されてい
る。このＴＶモニタ８８は、コンピュータ８５からの指
令によりカメラ８２で撮影した画像を表示する。

【０１３４】シールド機１３内に設置された端末装置８
９は、電線９５を介してコンピュータ８５に接続され、
コンピュータ８５からの指令により計測値や演算値を表
示する。

【０１３５】シールド機１３内に設置されたＴＶモニタ
９０は、電線９６を介してコンピュータ８５に接続され
ている。このＴＶモニタ９０も、コンピュータ８５から
の指令により計測値や演算値を表示する。

【０１３６】この図１６に示す実施例においても、非接
触式距離測定器により路盤変位を計測し、その計測値を
表示し、またシールド機の位置と路盤変位の計測値から
路盤変位量と路盤変位状態とを演算し、これらの演算値
からシールド機の当該部位の適正制御値を演算し、この
適正制御値に基づいて各種掘進管理値を維持または修正
し、シールド機の当該部所を適正制御できるので、シー
ルド掘進時における路盤変位をきわめて小さく抑制する
ことができる。

【０１３７】なお、この実施例において、カメラ８２で
撮影した画像をコンピュータ８５に取り込み、画像デー
タを解析・演算することで、路盤変位の計測点を自動視
準することもできる。

【０１３８】また、操作盤８７をシールド機１３内に設
置し、切羽側で操作するようにしても良い。

【０１３９】さらに、切羽側にも端末装置やＴＶモニタ
を設置し、路盤変位を監視することも可能である。

【０１４０】さらに、本発明では光波式測距機に代え
て、人工衛星を利用して路盤変位を計測しても良く、非
接触式距離測定器を用いるものであれば良い。

【０１４１】また、シールド工法は泥土圧、泥水圧、Ｄ
ＯＴ、ＭＦ、偏心多軸など、いずれの工法にも適用可能
である。

【０１４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明方法では交
通路の下部にシールドトンネルを構築するに当たり、シ
ールド掘進路線に沿い、地上より高い位置に、複数の固
定位置を設け、前記固定位置にそれぞれ非接触式距離測
定器を設置し、掘進路線上部の地表面ないしは路盤の近
傍に複数の測点を設け、シールドの掘進前，掘進中，掘
進後の任意の時期に、前記距離測定器により前記固定位
置から測点までの距離を測定し、これらの測定した距離
から固定位置と測点との鉛直距離を演算し、この鉛直距
離からシールド掘進における地表面ないし路盤の変位を
測定するようにしているので、シールド掘進時における
地表面ないしは路盤を、非接触式距離測定器を使って正
確に測定し得る効果がある。

【０１４３】また、本発明方法では交通路の下部にシー
ルドトンネルを構築するに当たり、あらかじめ地山の性
状からシールドの掘進管理値を設置し、掘進管理値に基
づいてシールドを掘進させ、シールド機の平面位置を計
測するとともに、シールドの掘進前，掘進中，掘進後の
任意の時期に、地表面ないし路盤の変位量を測定し、こ
れらの変位量からシールド機の当該部所の適正制御値を
演算し、この適正制御値に基づいて前記掘進管理値を維
持または修正し、シールド機の当該部所を適正制御する
ようにしているので、シールド掘進時における路盤変位
をきわめて小さく抑制し得る効果があり、無人でしかも
路盤の挙動を的確に把握し得る効果があり、さらには路
盤変位計測用の機器の設置作業の時間的制約が少なく、
かつ施工費を安く行い得る効果もある。

【０１４４】さらに、本発明装置によれば、交通路の路
盤の下部にシールドトンネルを構築するに当たり、シー
ルド機の平面位置を計測するシールド機位置計測手段
と、シールド掘進路線上の路盤変位を非接触式距離測定
により計測する路盤変位計測手段と、コンピュータとを
配備し、前記コンピュータに、地山の性状からあらかじ
め設定された掘進管理値に基づいてシールド機を発進さ
せる機能と、計測されたシールド機の平面位置と路盤変
位から路盤変位状態と路盤変位量を演算する機能と、演
算された路盤変位状態と路盤変位量からシールド機の当
該部所の適正制御値を演算し，この適正制御値に基づい
て前記掘進管理値を維持または修正し，シールド機の当
該部所を適正制御する機能とを持たせているので、前記
本発明路盤変位管理方法を的確に実施し得る効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を軌道の路盤下部にシールドトンネルを
構築する際に適用したときの一実施例を示す縦断側面図
である。

【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。

【図３】図１に示す実施例において、路盤変位計測手段
を構成している部材の設置状態を示す平面図である。

【図４】路盤変位を示す縦断面図である。

【図５】路盤変位の模式図である。

【図６】路盤が沈下したときの路盤面の沈下量の計測状
態を示す図である。

【図７】図６のＢ部分の拡大図である。

【図８】路盤が隆起したときの路盤面の隆起量の計測状
態を示す図である。

【図９】図８のＣ部分の拡大図である。

【図１０】路盤変位管理のフローチャートである。

【図１１】シールド機の位置の判断基準を示す図であ
る。

【図１２】路盤変位計測手段における計測杭の他の実施
例を示す縦断面図である。

【図１３】計測杭のさらに他の実施例を示す縦断面図で
ある。

【図１４】建物の屋上に路盤変位計測手段の光波式測距
機を設置した実施例を示す正面図である。

【図１５】図１４に示す路盤変位計測手段を構成してい
る部材の設置状態を示す平面図である。

【図１６】路盤変位計測手段と、演算処理部と、表示部
との異なる実施例を示す概念図である。

【符号の説明】

１ 地山 ２ 路盤 ３ 路盤面 ４〜９ 軌道を構成している部材 １０ 土被り １１ シールド機の発進立坑 １３ シールド機 ３２ セグメント ３３ シールドトンネル ３５ シールド掘進路線 ３６，３６ａ，３６ｂ，… 路盤変位計測用の計測杭 ３７，３７ａ，３７ｂ，… 同目標板 ３８〜４２ 測点である計測点 ４３ 計測用の不動点 ４４，４４ａ，４４ｂ 非接触式距離測定器としての光
波式測距機 ４５ レーザ光 ４８ 制御室 ４９ コンピュータ ５０ ディスプレイ ５１ 端末装置 ５４ 根入れ ５５ 沈下路盤面 ５６ 隆起路盤面 ５７ 路盤面の変位なしの状態 ５８ 同沈下状態 ５９ 同隆起状態 ６０ 先行沈下 ６１ 先行隆起 ６２ マシン上沈下 ６３ マシン上隆起 ６４ 後続沈下 ６５ 後続隆起 θａ，θａ′ 変位角 Δｘ，Δｘ′ レーザ光の変位量 Δｚ 路盤沈下量 Δｚ′ 路盤隆起量 ７０，７３ 路盤変位計測用の計測杭 ８１ 光波式測距機 ８２ カメラ ８４ 制御室 ８５ コンピュータ ８６ ディスプレイ ８７ 操作盤 ８８ ＴＶモニタ ８９ 端末装置 ９０ ＴＶモニタ １００〜１２０ シールド掘進による路盤変位管理のた
めのステップ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富沢 勉 東京都中央区新川１丁目24番４号 大豊建 設株式会社内 (72)発明者 保坂 博 東京都中央区新川１丁目24番４号 大豊建 設株式会社内 (72)発明者 小林 隆治 東京都中央区新川１丁目24番４号 大豊建 設株式会社内 (72)発明者 平林 勉 東京都中央区新川１丁目24番４号 大豊建 設株式会社内 (72)発明者 大久保 健治 東京都中央区新川１丁目24番４号 大豊建 設株式会社内 (72)発明者 高村 勝之進 東京都中央区新川１丁目24番４号 大豊建 設株式会社内 Ｆターム(参考） 5J084 AA04 AB17 AC07 AD02 BA03 DA07 EA04

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールドトンネルを構築するに当たり、
   シールド掘進路線に沿い、地上より高い位置に、複数の
   固定位置を設け、前記固定位置にそれぞれ非接触式距離
   測定器を設置し、掘進路線上部の地表面ないしは路盤の
   近傍に複数の測点を設け、シールドの掘進前，掘進中，
   掘進後の任意の時期に、前記距離測定器により前記固定
   位置から測点までの距離を測定し、これらの測定した距
   離から固定位置と測点との鉛直距離を演算し、この鉛直
   距離からシールド掘進における地表面ないし路盤の変位
   を計測する方法。
2. 【請求項２】 シールドトンネルを構築するに当たり、
   あらかじめ地山の性状からシールドの掘進管理値を設定
   し、掘進管理値に基づいてシールドを掘進させ、シール
   ド機の平面位置を計測するとともに、シールドの掘進
   前，掘進中，掘進後の任意の時期に、地表面ないし路盤
   の変位量を測定し、これらの変位量からシールド機の当
   該部所の適正制御値を演算し、この適正制御値に基づい
   て前記掘進管理値を維持または修正し、シールド機の当
   該部所を適正制御することを特徴とするシールド掘進時
   における路盤変位管理方法。
3. 【請求項３】 シールドトンネルを構築するに当たり、
   シールド機の平面位置を計測するシールド機位置計測手
   段と、シールド掘進路線上の路盤変位を非接触式距離測
   定により計測する路盤変位計測手段と、コンピュータと
   を配備し、前記コンピュータに、地山の性状からあらか
   じめ設定された掘進管理値に基づいてシールド機を発進
   させる機能と、計測されたシールド機の平面位置と路盤
   変位から路盤変位状態と路盤変位量を演算する機能と、
   演算された路盤変位状態と路盤変位量からシールド機の
   当該部所の適正制御値を演算し，この適正制御値に基づ
   いて前記掘進管理値を維持または修正し，シールド機の
   当該部所を適正制御する機能とを持たせたことを特徴と
   するシールド掘進時における路盤変位管理装置。