JP2003314196A - Method for predicting natural ground properties ahead of cutting face, and method for excavating natural ground - Google Patents

Method for predicting natural ground properties ahead of cutting face, and method for excavating natural ground

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JP2003314196A
JP2003314196A JP2002119421A JP2002119421A JP2003314196A JP 2003314196 A JP2003314196 A JP 2003314196A JP 2002119421 A JP2002119421 A JP 2002119421A JP 2002119421 A JP2002119421 A JP 2002119421A JP 2003314196 A JP2003314196 A JP 2003314196A
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雅之 山下
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正典 石井
Koji Ishiyama
宏二 石山
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for correctly predicting natural ground properties ahead of a cutting face by using excavation data of a TBM. <P>SOLUTION: According to the method, during excavation of the natural ground by the TBM 1, at least one of the factors consisting of cutter torque, thrust force, cutter rotational speed, and cutter intrusion quantity which are required for excavating the natural ground, is collected as the excavation data, and a value indicating the natural ground properties in the cutting face is estimated, followed by comparing the estimated value with a threshold value set beforehand. During the excavation by the TBM 1 over a predetermined distance, if the estimated value indicating the natural ground properties in the cutting face under excavation continuously falls below the threshold value, it is predicted that a fragile layer can be present in front of the cutting face. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルボーリン
グマシンにより地山を掘削する際の切羽前方地山性状予
測方法および地山掘削方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for predicting the nature of a rock face in front of a ground and a ground excavation method for excavating the ground by a tunnel boring machine.

【0002】[0002]

【従来の技術】トンネルボーリングマシン(以下、TB
Mという)は、ディスクカッタを回転させながらグリッ
パを坑壁に押しつけ固定し、これに反力をとり、スラス
トジャッキを伸ばして機体を前進させて地山を掘削す
る。このTBMを用いて地山を掘削すると急速施工が期
待できる反面、断層破砕帯等の脆弱な地層に遭遇すると
切羽の崩壊などにより掘削不能となる場合がある。この
ような事態を避けるためには、切羽前方の地山性状を正
確に予測し、切羽前方に脆弱層が存在すると予測した場
合には適切な先受け工法を実施し、地山の崩壊を防止す
ることが極めて重要となる。
2. Description of the Related Art Tunnel boring machines (hereinafter referred to as TB
M), while rotating the disk cutter, presses and fixes the gripper against the pit wall, takes reaction force against this, extends the thrust jack, advances the aircraft, and excavates the natural ground. When excavating the ground using this TBM, rapid construction can be expected, but when a fragile stratum such as a fault crush zone is encountered, it may become impossible to excavate due to the collapse of the face. In order to avoid such a situation, accurately predict the rock mass in front of the cutting face, and if it is predicted that there is a fragile layer in front of the cutting face, implement an appropriate front-end construction method to prevent the collapse of the ground mass. It is extremely important to do this.

【0003】しかしながら、TBMは全断面トンネル掘
進機ともいわれるように切羽がTBM機体で塞がれてお
り、切羽の地山の様子を直接観察することができない。
このため、切羽前方の地山性状を予測する方法として、
例えば、特開2002−013381号公報に開示され
るように、TBMに搭載された油圧式削岩機により穿孔
する際に要する穿孔エネルギに基づいて切羽前方の地山
性状を予測することが行われている。
However, in the TBM, the cutting face is blocked by the TBM machine body as is called a full-section tunnel excavator, and the state of the cutting face cannot be directly observed.
Therefore, as a method of predicting the rock mass properties in front of the face,
For example, as disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-013381, it is performed to predict a natural rock property in front of a cutting face based on drilling energy required for drilling by a hydraulic rock drill mounted on a TBM. ing.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】ところで、特開200
2−013381号公報に開示された技術をTBMで地
山を掘削する際に適用した場合、通常、1断面あたり1
カ所の削孔を実施する場合が多い。しかしながら、地山
脆弱部が切羽前方の未掘削地山に不規則な形状で分布す
る場合、脆弱層を回避した状態で削孔される可能性もあ
り、脆弱層の存在を正確に把握できない場合があった。
一方、1断面あたり複数箇所を穿孔し切羽前方の地質探
査を行うものとすると、手間がかかるばかりか、TBM
の施工サイクルに影響を与え、TBMの急速施工という
利点を犠牲にする恐れがあった。
By the way, Japanese Unexamined Patent Application Publication No.
When the technique disclosed in Japanese Patent Publication No. 2-013381 is applied when excavating the ground with TBM, usually 1 per cross section
In many cases, drilling is performed at one place. However, if the fragile portion of the natural ground is distributed irregularly in the unexcavated ground in front of the face, it may be drilled while avoiding the fragile layer, and the existence of the fragile layer cannot be accurately grasped. was there.
On the other hand, if multiple holes are drilled per cross section and the geological exploration in front of the face is to be carried out, not only will it be time-consuming, but also TBM
Could affect the construction cycle of the TBM and sacrifice the advantage of rapid construction of the TBM.

【0005】一方、掘削時に得られるカッタトルクやス
ラスト推力等のTBMの掘削データは、切羽の地山性状
を均した面的なデータとなり、既往の研究により比較的
広範な地山性状と高い相関があることが知られている。
しかし、これらのデータはTBM周辺の既掘削区間にお
ける地質性状を評価するために利用されることが多く、
切羽前方の地質探査への適用は十分になされていない。
本発明の課題は、TBMの掘削データを利用して切羽前
方の地山性状を正確に予測し、TBMが脆弱層に進入し
掘削不能となる事態を回避することのできるトンネルボ
ーリングマシンの切羽前方地山性状予測方法および地山
掘削方法を提供することである。
On the other hand, the TBM excavation data such as the cutter torque and thrust thrust obtained during excavation are two-dimensional data in which the natural characteristics of the face of the face are averaged, and have a high correlation with a relatively wide range of natural rock characteristics according to the past research. It is known that there is.
However, these data are often used to evaluate the geological properties in the existing excavated section around TBM,
It has not been applied sufficiently to the geological exploration in front of the cutting face.
An object of the present invention is to accurately predict rock mass properties in front of a cutting face by using excavation data of a TBM, and to prevent a situation in which the TBM enters a fragile layer and makes it impossible to excavate, in front of a cutting face of a tunnel boring machine. To provide a rock mass property prediction method and rock mass excavation method.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項1記載の発明は、例えば図1〜図4に示すよ
うに、トンネルボーリングマシン1で地山を掘削する際
に、切羽前方の地山性状を予測する切羽前方地山性状予
測方法であって、切羽前方の地山に脆弱層が存在する可
能性を示唆する地山性状を示す値をしきい値(第一のし
きい値A,第二のしきい値B)として予め設定してお
き、トンネルボーリングマシン1を掘進させ、このトン
ネルボーリングマシン1の掘進中の切羽において地山を
掘削する際に要するカッタトルク、スラスト推力、カッ
タ回転数、カッタ貫入量のうち少なくとも一つを掘削デ
ータとして収集し、収集された前記掘削データから掘削
中の切羽における地山性状を示す値(推定岩盤強度)を
推定し、この推定された掘削中の切羽における地山性状
を示す値と前記しきい値A、Bとを比較し、トンネルボ
ーリングマシン1が予め設定された所定の距離を掘進す
る間、前記推定された掘削中の切羽における地山性状を
示す値が前記しきい値A、Bを継続して下回ると、切羽
前方に脆弱層が存在する可能性があると予測することを
特徴とする。
In order to solve the above-mentioned problems, the invention according to claim 1 uses a face when excavating a natural ground with a tunnel boring machine 1 as shown in FIGS. 1 to 4, for example. A method for predicting rock mass properties in front of a cutting face that predicts rock mass properties in front of the rock face. The threshold value A and the second threshold value B) are set in advance, the tunnel boring machine 1 is excavated, and the cutter torque and thrust required to excavate the ground at the face of the tunnel boring machine 1 during excavation. At least one of thrust, cutter rotation speed, and cutter penetration amount is collected as excavation data, and a value (estimated rock mass strength) indicating the rock mass characteristics of the face under excavation is estimated from the collected excavation data, and this estimation is performed. It And the threshold values A and B are compared with each other to indicate the natural property of the face during excavation, and the estimated face during excavation while the tunnel boring machine 1 excavates a predetermined distance. It is characterized in that if the value indicating the rock mass property in 3 is continuously lower than the threshold values A and B, a fragile layer may exist in front of the face.

【0007】請求項1記載の発明によれば、トンネルボ
ーリングマシンを掘進させる際に、掘削中の切羽におい
て地山を掘削する際に要する掘削データを収集し、この
掘削データから掘削中の切羽における地山性状を示す値
を推定している。そして、この推定された切羽における
地山性状を示す値と、予め設定されたしきい値とを比較
し、トンネルボーリングマシンが予め設定された所定の
距離を掘進する間、推定された切羽における地山性状を
示す値が継続して前記しきい値を下回ると、切羽前方に
脆弱層が存在すると予測している。収集される掘削中の
切羽における前記掘削データは、直径が4,5mに達す
る切羽全面から得られるものであるため、従来のように
直径が65mm程度のボーリング孔から切羽前方の地山
性状を評価する場合と比して、地山の性状を均した面的
なデータから切羽前方の地山性状を評価することにな
る。このため、切羽の前方に脆弱層が不均一な形状で存
在する場合であっても、面的なデータから脆弱層の存在
を正確に把握することができ、従来の様にボーリング孔
を穿設した位置が脆弱層を捉えていなかったために、ト
ンネルボーリングマシンが脆弱層の存在に気が付かず、
脆弱層に遭遇し掘進が不能となる事態に陥ることがな
い。
According to the first aspect of the present invention, when the tunnel boring machine is advanced, the excavation data required for excavating the ground in the face being excavated is collected, and the excavation data for the face being excavated is collected from the excavation data. The value showing the nature of the ground is estimated. Then, the value indicating the rock mass characteristics of the estimated face is compared with a preset threshold value, and while the tunnel boring machine is excavating a predetermined distance, the ground at the estimated face is estimated. When the value indicating the mountain nature continues to fall below the threshold value, it is predicted that a fragile layer exists in front of the face. Since the above-mentioned excavation data of the face during the excavation collected is obtained from the entire face face having a diameter of 4,5 m, the rock mass in front of the face face is evaluated from the boring hole with a diameter of about 65 mm as in the conventional case. In comparison with the case where it is done, the natural rock property in front of the cutting face is evaluated from the surface data obtained by averaging the natural rock properties. Therefore, even if the fragile layer exists in front of the face in a non-uniform shape, the existence of the fragile layer can be accurately grasped from the surface data, and the boring hole can be drilled as in the past. Since the position where it did not catch the vulnerable layer, the tunnel boring machine did not notice the existence of the vulnerable layer,
There is no possibility of encountering a vulnerable layer and making it impossible to dig.

【0008】また、トンネルボーリングマシンの掘進と
ともに掘削データを収集し、しきい値と前記推定された
切羽の地山性状を示す値とを比較しているので、切羽前
方の脆弱層存在の可能性の有無をトンネルボーリングマ
シンの掘進とともに予測することができる。また、地山
の性状が安定している時には、切羽前方の地山性状を予
測するために掘進を停止してボーリング孔を穿設して切
羽前方探査を行う必要がなく、トンネルボーリングマシ
ンの急速施工を保つことができる。
Further, since excavation data is collected as the tunnel boring machine advances and the threshold value is compared with the estimated value indicating the rock mass characteristics of the face, it is possible that a weak layer in front of the face exists. Whether or not there is can be predicted as the tunnel boring machine is dug. In addition, when the characteristics of the ground are stable, there is no need to stop the excavation and drill a boring hole in order to predict the nature of the ground in front of the cutting face. The construction can be maintained.

【0009】請求項2記載の発明は、請求項1記載の切
羽前方地山性状予測方法において、例えば図1〜図4に
示すように、前記しきい値A,Bは、切羽の所定距離
(例えば、8〜10m)前方に脆弱層が存在する可能性
を示唆する地山性状を示す値である第一のしきい値A
と、前記第一のしきい値Aで示される切羽から脆弱層ま
での所定距離よりも短く切羽に近接した位置(例えば、
切羽の3m前方)に脆弱層が存在する可能性を示唆する
地山性状を示す値である第二のしきい値Bとを備え、前
記推定された掘削中の切羽における地山性状を示す値が
前記しきい値A,Bを継続して下回ると、切羽前方に脆
弱層が存在する可能性があると予測する際に前記トンネ
ルボーリングマシン1が掘進する前記所定の距離とし
て、前記第一のしきい値Aに対応する第一の距離(例え
ば、1st:1.5m)と、前記第二のしきい値Bに対
応し前記第一の距離よりも短い第二の距離(例えば、1
0cm)とが予め設定され、トンネルボーリングマシン
1が前記第一の距離を掘進する間、前記推定された掘削
中の切羽における地山性状を示す値が第一のしきい値A
を継続して下回ると、切羽の所定距離前方に脆弱層が存
在する可能性があると予測し、トンネルボーリングマシ
ン1が前記第二の距離を掘進する間、前記推定された掘
削中の切羽における地山性状を示す値が前記第二のしき
い値Bを継続して下回ると、切羽が脆弱層に近接してい
る可能性があると予測することを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the method for predicting the nature of a face in front of a face according to the first aspect, as shown in, for example, FIGS. For example, 8 to 10 m) The first threshold value A, which is a value indicating a rock mass characteristic indicating that a fragile layer may exist ahead.
And a position closer to the face than the predetermined distance from the face indicated by the first threshold value A to the fragile layer (for example,
A second threshold value B, which is a value indicating a rock mass property indicating the possibility that a fragile layer exists 3 m ahead of the cutting face), and a value indicating the rock mass property of the estimated cutting face during excavation. Is continuously lower than the thresholds A and B, when the tunnel boring machine 1 excavates when predicting that a fragile layer may exist in front of the face, the first distance is set as the first distance. A first distance corresponding to the threshold value A (for example, 1st: 1.5 m) and a second distance corresponding to the second threshold value B and shorter than the first distance (for example, 1
0 cm) is set in advance, and while the tunnel boring machine 1 is excavating the first distance, the estimated value of the rock mass characteristic of the face during the excavation is the first threshold value A.
If it continues to fall below, it is predicted that a fragile layer may exist ahead of the face by a predetermined distance, and while the tunnel boring machine 1 is excavating the second distance, the estimated face face during excavation It is characterized in that if the value indicating the natural property is continuously lower than the second threshold value B, the face may be close to the fragile layer.

【0010】請求項2記載の発明によれば、しきい値は
第一のしきい値と第二のしきい値とを備え、この第一の
しきい値と第二のしきい値との比較により、切羽前方に
脆弱層が存在する可能性の有無に加えて、脆弱層が切羽
の所定距離前方にあるのか、あるいは脆弱層が切羽に近
接した位置に存在しているのかという、脆弱層の存在す
る位置を概略で把握することができる。また、地山性状
が急激に変化する場合であっても、第二の距離は第一の
距離よりも短く、かつ第二のしきい値と掘削データから
推定される掘削中の切羽における地山性状を示す値との
比較により、切羽が脆弱層に近接している可能性をいち
早く予測することができる。このため、トンネルボーリ
ングマシンが地山の急激な変化を予測することができず
に、脆弱層に遭遇し掘削が不能となる事態を避けること
ができる。
According to the second aspect of the invention, the threshold value comprises a first threshold value and a second threshold value, and the first threshold value and the second threshold value are combined. By comparison, in addition to the presence of a fragile layer in front of the face, whether the fragile layer is a predetermined distance in front of the face or whether the fragile layer is in a position close to the face, It is possible to roughly understand the location of the. In addition, even if the nature of the ground changes suddenly, the second distance is shorter than the first distance, and the ground at the face during excavation estimated from the second threshold and the excavation data. It is possible to quickly predict the possibility that the face is close to the fragile layer by comparison with the value indicating the property. For this reason, the tunnel boring machine cannot predict a sudden change in the ground, and it is possible to avoid a situation where the vulnerable layer is encountered and excavation becomes impossible.

【0011】請求項3記載の発明の地山掘削方法は、例
えば、図1、図2および図4に示すように、請求項1ま
たは2に記載の切羽前方地山性状予測方法を用いて切羽
前方の地山性状を予測しながら、トンネルボーリングマ
シン1で地山を掘削し、切羽前方に脆弱層が存在すると
予測されると、トンネルボーリングマシンの掘進を停止
することを特徴とする。
A rock excavating method according to a third aspect of the present invention is, for example, as shown in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. 4, using the face forward rock mass property predicting method according to the first or second aspect of the present invention. It is characterized in that the tunnel boring machine 1 is used to excavate the ground while predicting the nature of the ground ahead, and when it is predicted that a fragile layer is present in front of the face, the tunnel boring machine is stopped.

【0012】請求項3記載の発明によれば、予め設定さ
れたしきい値と、掘削データから推定された掘削中の切
羽における地山性状を示す値との比較により、切羽前方
の地山性状を予測し、切羽前方に脆弱層が存在する可能
性があると予測した場合に停止するものとしている。し
たがって、トンネルボーリングマシンの掘進を停止すべ
きか否かについての判断を客観的に行うことができる。
このため、判断する人の経験等によってトンネルボーリ
ングマシンの掘進を停止するか否かの判断が左右される
ことがない。また、トンネルボーリングマシンを停止す
れば、チャンバー内からトンネルボーリングマシンのカ
ッタヘッドに設けられたスクレーパ等の隙間から切羽の
地山の性状を目視にて直接観察することができる。した
がって、目視にて観察した上で、先受けを行うか、ある
いはボーリング孔を複数穿設してさらに詳細に切羽前方
の地質探査を行うか等を判断することができる。
According to the third aspect of the present invention, by comparing the preset threshold value with the value indicating the rock mass property of the face during excavation, which is estimated from the excavation data, the rock mass property in front of the cutting face is compared. It is supposed to stop when it is predicted that there is a possibility that a fragile layer exists in front of the face. Therefore, it is possible to objectively judge whether or not the excavation of the tunnel boring machine should be stopped.
Therefore, the judgment of whether or not to stop the excavation of the tunnel boring machine does not depend on the experience of the person who makes the judgment. Further, if the tunnel boring machine is stopped, it is possible to directly visually observe the nature of the ground of the cutting face from the inside of the chamber through a gap such as a scraper provided in the cutter head of the tunnel boring machine. Therefore, after visually observing, it is possible to judge whether or not to carry out the front reception, or to perform the geological exploration in front of the face in more detail by forming a plurality of boring holes.

【0013】請求項4記載の発明は、請求項3に記載の
地山掘削方法において、例えば図2または図4に示すよ
うに、切羽の前方に脆弱層が存在すると予測された場合
には、切羽前方の地山にボーリング孔を複数箇所穿設し
て切羽前方の地質探査を行うことを特徴とする。
The invention according to claim 4 is the ground excavating method according to claim 3, wherein, for example, as shown in FIG. 2 or 4, when it is predicted that a fragile layer is present in front of the face, It is characterized in that a plurality of boring holes are drilled in the ground in front of the cutting face to perform geological exploration in front of the cutting face.

【0014】請求項4記載の発明によれば、トンネルボ
ーリングマシンの掘削データから推定された掘削中の切
羽における地山性状を示す値と予め設定されたしきい値
との比較により、切羽の前方に脆弱層が存在する可能性
があると予測された場合には、ボーリング孔を切羽前方
に向けて複数箇所穿設して切羽前方の地質探査を行うの
で、脆弱層の存在する位置や規模等をより詳細に把握す
ることができる。
According to the fourth aspect of the present invention, the value in front of the cutting face is compared by comparing the value indicating the natural ground property of the face during the excavation estimated from the excavation data of the tunnel boring machine with a preset threshold value. If it is predicted that there is a fragile layer in the area, a boring hole will be drilled in multiple locations toward the front of the face to perform geological exploration in front of the face. Can be understood in more detail.

【0015】請求項5記載の発明は、請求項4記載の地
山掘削方法において、例えば図2または図4に示すよう
に、前記切羽前方の地質探査の結果に応じて地山の掘削
に先行して切羽前方の地山を補強する先受けを行うこと
を特徴とする。
According to the invention of claim 5, in the method of excavating rock according to claim 4, for example, as shown in FIG. 2 or 4, prior to excavation of rock according to the result of the geological exploration in front of the face. It is characterized by performing a front reception to reinforce the ground in front of the face.

【0016】請求項5記載の発明によれば、切羽前方に
複数のボーリング孔を穿設して切羽前方の地質探査を行
い、その結果に応じて地山の掘削に先行して切羽前方の
地山を補強する先受けを行うものとしている。このた
め、切羽前方の地山を改良して地山の崩落を防ぎ、トン
ネルボーリングマシンが脆弱層に捉えられて掘進不能と
なることなく、地山の掘削を継続することができる。
According to the fifth aspect of the present invention, a plurality of boring holes are formed in front of the cutting face to perform geological exploration in front of the cutting face, and according to the result, the ground in front of the cutting face is preceded by excavation of the natural ground. It is supposed to take the advance reception to reinforce the mountain. Therefore, it is possible to continue the excavation of the ground without improving the ground in front of the face to prevent the ground from collapsing and preventing the tunnel boring machine from being caught by the fragile layer and making it impossible to proceed with the excavation.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明に係
る切羽前方地山性状予測方法及び地山掘削方法の実施の
形態について詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a face forward rock mass property predicting method and a rock excavating method according to the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

【0018】まず、地山を掘削する際に用いるトンネル
ボーリングマシン1(以下、TBM1という。)の構成
について図1を参照して説明する。TBM1は、複数の
ディスクカッタ11aを備え、回転可能に設けられたカ
ッタヘッド11と、カッタヘッド11の回転中心に接続
され伸縮自在に設けられたスラストジャッキ12と、こ
のスラストジャッキ12を伸ばして掘進する際の反力を
とるためのグリッパ13等が設けられている。
First, the structure of a tunnel boring machine 1 (hereinafter referred to as TBM1) used when excavating the natural ground will be described with reference to FIG. The TBM 1 includes a plurality of disc cutters 11a, a rotatably provided cutter head 11, a thrust jack 12 connected to the center of rotation of the cutter head 11 and extendable and retractable, and the thrust jack 12 is extended to advance. A gripper 13 and the like are provided for taking a reaction force when the gripping is performed.

【0019】TBM1で地山を掘削するには、以下の手
順に従う。まず、TBM1を掘削する位置に設置し、グ
リッパ13を地山の壁面に押しつけて反力を取る。そし
て、カッタヘッド11及びディスクカッタ11aをそれ
ぞれ回転させながらスラストジャッキ12を伸ばしてT
BM1本体を推進する。そして、スラストジャッキ12
を収縮状態から伸長可能な範囲まで伸長させると、1ス
トローク(以下、ストロークをstとして示す。)の掘
削が完了する。
To excavate the ground with TBM1, the following procedure is followed. First, the TBM 1 is installed at a position to be excavated, and the gripper 13 is pressed against the wall surface of the natural ground to take a reaction force. Then, the thrust jack 12 is extended while rotating the cutter head 11 and the disk cutter 11a, respectively.
Promote the BM1 body. And the thrust jack 12
Is extended from the contracted state to the extendable range, one excavation (hereinafter, the stroke is indicated as st) is completed.

【0020】掘削が1st完了すると、グリッパ13の
地山への押しつけを解除し、スラストジャッキ12を収
縮させる。そして、グリッパ13を地山の壁面に新たに
押しつけ、カッタヘッド11及びディスクカッタ11a
をそれぞれ回転させながらスラストジャッキ12を伸ば
して掘削を進める。これを繰り返し行うことにより、地
山を掘削し、例えば全長3,000mに及ぶトンネル等
の地下構造物を構築することができる。
When the first excavation is completed, the pressing of the gripper 13 against the natural ground is released, and the thrust jack 12 is contracted. Then, the gripper 13 is newly pressed against the wall surface of the ground, and the cutter head 11 and the disk cutter 11a are
The thrust jack 12 is extended while excavating by rotating each of the. By repeating this, it is possible to excavate the natural ground and construct an underground structure such as a tunnel having a total length of 3,000 m.

【0021】次に、本実施の形態にかかる切羽前方地山
性状評価方法と、地山掘削方法について図2を参照して
説明する。本実施の形態にかかる切羽前方地山性状評価
方法は、トンネルを構築すべくTBM1を掘進させる時
に、TBM1が地山を掘削する時に要するカッタトル
ク、スラスト推力、カッタ回転数、カッタ貫入量、掘進
速度を掘削データとして収集し、収集された掘削データ
から掘削中の切羽における岩盤強度(地山性状を示す
値)を推定し、この推定された掘削中の切羽の岩盤強度
と、予め設定されたしきい値との比較により切羽前方の
未掘削区間の地山性状を予測するものである。また、地
山掘削方法は、上述した切羽前方地山性状予測方法を利
用して切羽前方の地山性状を予測しながら地山の掘削を
進めるものである。
Next, the method for evaluating the nature of the face in front of the ground and the method for excavating the ground according to the present embodiment will be described with reference to FIG. The method for evaluating the nature of a face in front of a face according to the present embodiment is such that when the TBM1 is advanced to construct a tunnel, the cutter torque, thrust thrust, cutter rotation speed, cutter penetration amount, and excavation required when the TBM1 excavates the natural ground. Velocity is collected as excavation data, and the rock mass strength of the face during excavation (a value that indicates the nature of the ground) is estimated from the collected excavation data, and the estimated rock mass strength of the face during excavation and preset By comparing with the threshold value, the rock mass properties of the unexcavated section in front of the face are predicted. Further, the rock excavation method is to advance the rock excavation while predicting the rock mass property in front of the cutting face by using the above-mentioned rock face front rock mass property prediction method.

【0022】まず、しきい値の設定について説明する。
TBM1の掘進を開始する前に予めしきい値を設定す
る。しきい値としては、第一のしきい値Aと第二のしき
い値Bとの二つを設定する。第一のしきい値Aは、切羽
の所定距離前方に脆弱層が存在する可能性を示唆する岩
盤強度の値であり、本実施の形態においては18MPa
と設定している。第二のしきい値Bは、切羽が脆弱層に
近接している可能性を示唆する岩盤強度の値であり、本
実施の形態においては10MPaと設定されている。こ
れらの18MPa、10MPaという値の設定について
は、過去の掘削事例を分析するなどして適宜設定するこ
とができる。
First, the setting of the threshold value will be described.
The threshold value is set in advance before starting the excavation of TBM1. Two thresholds, a first threshold A and a second threshold B, are set. The first threshold value A is a value of rock mass strength that suggests the possibility that a fragile layer exists ahead of the face by a predetermined distance, and is 18 MPa in the present embodiment.
Is set. The second threshold value B is a rock mass strength value that suggests that the face may be close to the fragile layer, and is set to 10 MPa in the present embodiment. The values of 18 MPa and 10 MPa can be set as appropriate by analyzing past excavation cases.

【0023】ここで、「切羽の所定距離前方に脆弱層が
存在する可能性を示唆する岩盤強度の値」とは、現時点
の切羽の岩盤強度はTBM1の掘削に必要な反力をとる
に十分な値であり、目視においても地山は硬質であり比
較的安定した地質であると確認することができるが、T
BM1が1st(第1の距離)程度を掘進する間継続し
て切羽の岩盤強度がこの第一のしきい値Aよりも下回る
と、切羽前方において徐々に岩盤強度が低下していき、
いずれTBM1が脆弱層に遭遇する可能性があることを
示す値である。また本実施の形態において、切羽の所定
距離前方とは、切羽の8〜10m前方を指す。
Here, "the value of the rock mass strength indicating the possibility that a fragile layer exists ahead of the cutting face by a predetermined distance" means that the rock mass strength of the cutting face at present is sufficient to take the reaction force necessary for excavation of TBM1. However, it is possible to visually confirm that the ground is hard and the geology is relatively stable.
If the bedrock strength of the face is continuously lower than the first threshold value A while BM1 is excavating about 1st (first distance), the bedrock strength gradually decreases in front of the face,
It is a value indicating that TBM1 may encounter a fragile layer in some time. In addition, in the present embodiment, the “predetermined distance ahead of the face” means 8 to 10 m ahead of the face.

【0024】また、「切羽が脆弱層に近接している可能
性を示唆する岩盤強度の値」とは、現時点の切羽の岩盤
強度はTBM1の掘削に必要な反力をとるに足る値では
あるが、切羽の岩盤強度がこの第二のしきい値Bを下回
る地点が例えば10cm(第二の距離)以上続くと、切
羽の極近傍において地山の脆弱化が著しくなることが示
唆する値として設定されている。また、「切羽が脆弱層
に近接」とは、切羽の1m〜3m前方に脆弱層が存在、
あるいは切羽の一部が脆弱層に遭遇していることを指
す。
Further, "the value of the rock mass strength suggesting the possibility that the cutting face is close to the fragile layer" means that the rock mass strength of the cutting face at present is a value sufficient to take the reaction force necessary for excavation of TBM1. However, if the point where the rock face strength of the face is below this second threshold value B continues for 10 cm (second distance) or more, for example, as a value that suggests that the ground becomes extremely weak in the vicinity of the face. It is set. Further, "the face is close to the fragile layer" means that the fragile layer exists 1 to 3 m ahead of the face.
Or it means that part of the face encounters the fragile layer.

【0025】また、トンネルを構築すべくTBM1の掘
進を開始する前に、掘削対象となる地山の地質調査を予
め行うことが望ましい。そして、事前の地質調査から脆
弱層の存在の有無の可能性や、脆弱層が表出する場合に
脆弱層の形状は面状である可能が高いか、不均一である
可能性が高いか等を把握しておくとよい。さらに、トン
ネルの構築にあたっては、TBM1が例えば50m程度
の所定の距離を掘進する毎に、切羽前方に向けてボーリ
ング孔を少なくとも1つ穿設し、切羽前方の地質探査を
行うものとすると好ましい。このように、TBM1が所
定の距離を掘進する毎に穿孔探査を行うことにより、以
下に説明する切羽前方地山性状予測の一助とすることが
できる。
Further, before starting the excavation of the TBM 1 in order to construct a tunnel, it is desirable to carry out a geological survey of the ground to be excavated in advance. The possibility of existence of a fragile layer based on prior geological surveys, whether the shape of the fragile layer is likely to be planar or uneven when exposed, etc. It is good to know. Further, in constructing the tunnel, it is preferable that at every time the TBM 1 digs a predetermined distance of, for example, about 50 m, at least one boring hole is formed toward the front of the face to perform geological exploration in front of the face. As described above, by performing the drilling search every time the TBM 1 advances a predetermined distance, it is possible to help predict the nature of the front face of the cutting face, which will be described below.

【0026】また、前記掘削データから、この掘削デー
タが収集された切羽の岩盤強度を推定するには、以下に
示す式(1)に従って求めることができる。また、以下
において掘削データから推定した切羽の岩盤強度を推定
岩盤強度σcといい、スラスト推力とカッタ貫入量から
求めたものを推定岩盤強度σc(FN)と表すものと
し、カッタトルクとカッタ貫入量から求めたものを推定
岩盤強度σc(TR)と表すものとする。
Further, from the excavation data, in order to estimate the rock mass strength of the face for which this excavation data was collected, it can be obtained according to the following equation (1). In the following, the rock mass strength of the cutting face estimated from the excavation data is called the estimated rock mass strength σc, and the one obtained from the thrust thrust and the cutter penetration amount is expressed as the estimated rock mass strength σc (F N ). The value obtained from the quantity is expressed as the estimated rock mass strength σc (T R ).

【数1】 ここで、σc:推定岩盤強度(MPa)、FN:スラス
ト推力(kN)、TR:カッタトルク(kN・m)、
P:カッタ貫入量(mm/rev)、C1、C2:定数)で
ある。なお、カッタ貫入量は、TBM1の掘進速度をカ
ッタヘッドの回転速度で除すことにより求めることがで
きる。
[Equation 1] Here, .sigma.c: estimating rock strength (MPa), F N: Thrust thrust (kN), T R: cutter torque (kN · m),
P: Cutter penetration amount (mm / rev), C 1 , C 2 : constant). The cutter penetration amount can be obtained by dividing the excavation speed of the TBM 1 by the rotation speed of the cutter head.

【0027】実際に、本実施の形態における切羽前方地
山性状予測方法を用いて、切羽前方の地山性状を予測
し、さらに地山性状を予測しながら地山を掘削するには
以下の手順に従う。
Actually, the following procedure is used for predicting the rock mass properties in front of the cutting face using the method for predicting rock mass front rock mass properties according to the present embodiment and for excavating the rock mass while predicting the rock mass properties. Follow

【0028】まず、トンネルを構築すべくTBM1の掘
進を開始する(ステップS1)。この時、TBM1が約
2cmを掘進する毎に、掘削中の切羽においてTBM1
が地山を掘削する際に要した掘削データを収集し、収集
された掘削データから推定岩盤強度σc(FN)および
推定岩盤強度σc(TR)を求める。すなわち、TBM
1が約2cm掘進する毎に、推定岩盤強度σc(FN
および推定岩盤強度σc(TR)を求める。
First, excavation of the TBM 1 is started in order to construct a tunnel (step S1). At this time, every time the TBM1 digs about 2 cm, the TBM1
Collects the excavation data required for excavating the natural ground, and obtains the estimated rock mass strength σc (F N ) and the estimated rock mass strength σc (T R ) from the collected drilling data. That is, TBM
Estimated rock mass strength σc (F N ) every time 1 travels about 2 cm
And the estimated rock mass strength σc (T R ) is calculated.

【0029】ここで、掘削データから推定岩盤強度σc
(FN)および推定岩盤強度σc(TR)を求める際に
は、制御部、演算部、表示部等を備えたパーソナルコン
ピューター等を用いて処理を行うようにするとよい。ま
た、このようにパーソナルコンピューター等を用いて掘
削データから推定岩盤強度σc(FN)および推定岩盤
強度σc(TR)を求める場合には、処理結果として表
示部等に、例えば図3に示すように、x軸を掘削距離と
し、y軸を推定岩盤強度σc(FN)および推定岩盤強
度σc(TR)として、既掘削区間における推定岩盤強
度σcの推移を図示化して表示するとよい。また、この
時、図2に示すように、図示化された推定岩盤強度σc
(FN)および推定岩盤強度σc(TR)の推移ととも
に、第一のしきい値Aと第二のしきい値Bを表示すると
好ましい。
Here, the estimated rock mass strength σc from the excavation data
When obtaining (F N ) and the estimated rock mass strength σc (T R ), it is advisable to perform the processing using a personal computer or the like equipped with a control unit, a calculation unit, a display unit and the like. Further, when the estimated rock mass strength σc (F N ) and the estimated rock mass strength σc (T R ) are obtained from the excavation data by using the personal computer as described above, the processing result is shown on the display unit, for example, as shown in FIG. As described above, the transition of the estimated rock mass strength σc in the already excavated section may be graphically displayed by using the x-axis as the excavation distance and the y-axis as the estimated rock mass strength σc (F N ) and the estimated rock mass strength σc (T R ). Further, at this time, as shown in FIG. 2, the estimated estimated rock mass strength σc
It is preferable to display the first threshold value A and the second threshold value B together with the transitions of (F N ) and the estimated rock mass strength σc (T R ).

【0030】次にステップS2に進み、2cm毎に求め
られた推定岩盤強度σc(FN)又は推定岩盤強度σc
(TR)の値が、TBM1が10cmの区間を掘進する
間、継続して第二のしきい値B(10MPa)よりも下
回るか否かを判断する。ここで、2cm毎に求められた
推定岩盤強度σc(FN)又は推定岩盤強度σc(TR
の値が、10cmの区間において継続して第二のしきい
値Bより下回っている(S2:Y)と判断されると、切
羽が脆弱層に近接している可能性があると判断してステ
ップS4に進む。ここで、否(S2:N)と判断される
と、切羽が脆弱層に近接している可能性はないと判断し
てステップS3に進む。
Next, in step S2, the estimated rock mass strength σc (F N ) or the estimated rock mass strength σc obtained every 2 cm is obtained.
It is determined whether or not the value of (T R ) is continuously lower than the second threshold value B (10 MPa) while the TBM 1 is excavating the section of 10 cm. Here, the estimated rock mass strength σc (F N ) or the estimated rock mass strength σc (T R ) obtained every 2 cm
If it is determined that the value of is continuously lower than the second threshold value B in the section of 10 cm (S2: Y), it is determined that the face may be close to the fragile layer. Go to step S4. Here, if it is determined to be no (S2: N), it is determined that the face may not be close to the fragile layer, and the process proceeds to step S3.

【0031】次に、ステップS3では、2cm毎に求め
られた推定岩盤強度σc(FN)又は推定岩盤強度σc
(TR)の値がTBM1が1st掘進する間継続して第
一のしきい値Aよりも下回っているか否かが判断され
る。ここで、推定岩盤強度σc(FN)又は推定岩盤強
度σc(TR)の値がTBM1が1st掘進する間継続
して第一のしきい値Aよりも下回っていると判断された
場合(S3:Y)には、切羽の前方に脆弱層が存在して
いる可能性が高いと判断してステップS4に進む。ここ
で否(S3:N)と判断されると、切羽の前方に脆弱層
が存在する可能性は低いと判断しステップS1に戻り、
TBM1の掘進を続ける。
Next, in step S3, the estimated rock mass strength σc (F N ) or the estimated rock mass strength σc obtained every 2 cm.
It is determined whether or not the value of (T R ) is continuously lower than the first threshold value A while the TBM 1 advances for the first step. Here, when it is determined that the value of the estimated rock mass strength σc (F N ) or the estimated rock mass strength σc (T R ) is continuously lower than the first threshold value A while the TBM1 is digging 1st ( In S3: Y), it is highly possible that the fragile layer exists in front of the face, and the process proceeds to step S4. If it is determined to be no (S3: N) here, it is determined that the fragile layer is not likely to exist in front of the face, and the process returns to step S1.
Continue to excavate TBM1.

【0032】次に、上記したようにステップS2におい
て切羽が脆弱層に近接している可能性があると予測され
た場合、あるいはステップS3において切羽の所定の距
離前方に脆弱層が存在する可能性があると予測された場
合には、ステップS4に進む。そして、ステップS4で
は、TBM1の掘進が停止される。
Next, as described above, when it is predicted in step S2 that the face may be close to the fragile layer, or in step S3, the fragile layer may be present a predetermined distance ahead of the face. If it is predicted that there is, the process proceeds to step S4. Then, in step S4, the excavation of the TBM 1 is stopped.

【0033】そして、次に、ステップS5に進み、チャ
ンバー内においてカッタヘッド11に設けられたスクレ
ーパ11bの隙間等から、ライト等で照らすなどして切
羽の地山性状を直接観察する。この時、地山に大きな空
洞等がないか、地山が崩落していないか、湧水等がない
か、等を目視にて確認する。そして、目視にて地山が比
較的硬質で安定していると判断した場合(S5:Y)に
は、切羽における地山性状は良好であると判断し、次に
ステップS6に進む。ここで、否と判断した場合(S
5:Y)には、ステップS10に進む。
Then, in step S5, the natural characteristics of the cutting face are directly observed by illuminating with light or the like from the gap of the scraper 11b provided on the cutter head 11 in the chamber. At this time, visually check whether the ground has large cavities, whether the ground has collapsed, and whether there is spring water. Then, when it is visually determined that the ground is relatively hard and stable (S5: Y), it is determined that the nature of the ground in the face is good, and the process proceeds to step S6. Here, when it is determined to be no (S
5: Y), the process proceeds to step S10.

【0034】ステップS6では、予め実施した地質調査
により脆弱層が表出する場合にはその形状は面状である
か否かが判断される。そして、事前の地質調査により脆
弱層が表出する場合、その形状が面状であると判断され
た場合(S6:Y)には、ステップS7に進む。ここ
で、否と判断された場合(S6:N)には、ステップS
8に進む。
In step S6, if the fragile layer is exposed by the geological survey carried out in advance, it is judged whether or not the shape is planar. Then, when the fragile layer is exposed by the geological survey in advance, and when it is determined that the shape is planar (S6: Y), the process proceeds to step S7. If it is determined that the answer is NO (S6: N), the step S
Go to 8.

【0035】ステップS7では、TBM1が50mを掘
進する毎に1カ所程度ボーリング孔を穿設して実施され
る穿孔探査で脆弱層が存在することが想定されているか
否かが判断される。ここで、この穿孔探査で脆弱層が存
在することが想定されていると判断された場合(S7:
Y)には、ステップS10に進む。ここで、否と判断さ
れた場合(S7:N)にはステップS8に進む。
In step S7, it is determined whether or not the fragile layer is assumed to exist in the drilling exploration carried out by drilling about one boring hole every time the TBM 1 drills 50 m. Here, when it is determined that the fragile layer is present in this drilling exploration (S7:
For Y), the process proceeds to step S10. Here, if it is determined to be no (S7: N), the process proceeds to step S8.

【0036】次に、ステップS8では、切羽前方の地山
に約20mのボーリング孔を複数穿設して切羽前方の地
質探査を行う。この時、ボーリング孔をTBM1の両側
方及び天端の部分から切羽前方に向けて少なくとも1つ
ずつ穿設すると好ましい。
Next, in step S8, a plurality of boring holes of about 20 m are bored in the ground in front of the cutting face to perform geological exploration in front of the cutting face. At this time, it is preferable to form at least one boring hole from both sides of the TBM 1 and the top end portion toward the front of the face.

【0037】前記地質探査については、例えば、ボーリ
ング孔を穿設する際に要した穿孔エネルギー量と地山性
状とを相関させて、穿孔区間の地質を探査することがで
きる。また、他の方法として、地山への打撃に対する地
山からの打撃反力を受け止め吸収するダンピング機能を
有する油圧式削岩機を用いて穿孔を行う際に、油圧削岩
機を作動させる各種油圧シリンダ装置と、打撃反力を受
け止め吸収する油圧シリンダ装置の油圧(ダンピング
圧)データを油圧センサを介して収集し、ダンピング圧
データと地山の性状とを対応させて、穿孔区間の地質を
探査するものとしてもよい。さらに、切羽面とボーリン
グ孔内のそれぞれとに複数の比抵抗測定用電極を設置し
て、これらの電極から得られた比抵抗値に基づいて、切
羽前方の地山性状を予測するものとしてもよいし、地質
探査の方法は特に限定されるものではない。
Regarding the geological exploration, for example, the geology of the drilling section can be explored by correlating the amount of drilling energy required when boring a boring hole with the nature of the ground. In addition, as another method, when drilling using a hydraulic rock drill having a damping function that receives and absorbs the impact reaction force from the ground against the impact on the ground, various types of hydraulic rock drills are operated. The hydraulic pressure (damping pressure) data of the hydraulic cylinder device and the hydraulic cylinder device that receives and absorbs the impact reaction force is collected through a hydraulic sensor, and the damping pressure data and the nature of the ground are associated to determine the geology of the drilling section. It may be explored. Furthermore, it is also possible to install multiple resistivity measuring electrodes on the face of the face and each of the boreholes, and to predict the natural properties in front of the face based on the resistivity values obtained from these electrodes. The geological exploration method is not particularly limited.

【0038】そして、ステップS8において、切羽前方
探査が終了すると、ステップS9に進み、この切羽前方
探査により切羽前方に脆弱層の存在が確認されたか否か
について判断される。そして、ステップS9で、切羽前
方に脆弱層の存在が確認された場合(S9:Y)には、
ステップS10に進む。ステップS9で、切羽前方に脆
弱層の存在が確認されなかった場合(S9:N)には、
ステップS1に戻り、TBM1の掘進が継続される。
Then, in step S8, when the front face exploration is completed, the process proceeds to step S9, and it is determined whether or not the presence of a fragile layer in front of the front face is confirmed by the front face exploration. Then, in step S9, when the presence of the fragile layer is confirmed in front of the face (S9: Y),
Go to step S10. In step S9, when the presence of the fragile layer is not confirmed in front of the face (S9: N),
Returning to step S1, the excavation of TBM1 is continued.

【0039】ステップS10では、ステップS8におけ
る切羽前方の地質探査の結果に応じて、TBM1による
地山の掘削に先行して切羽前方の地山を補強する先受け
を行う。
In step S10, according to the result of the geological exploration in front of the cutting face in step S8, prior to the excavation of the natural ground by the TBM 1, a preliminary reception for reinforcing the ground in front of the cutting face is performed.

【0040】先受けとしては、例えば、フォアポーリン
グをあげることができる。フォアポーリングは、切羽面
においてトンネルの外周に沿って所定間隔毎に、約10
度〜30度仰角に削孔し、補強部材を孔部に挿入して補
強効果を得るといった施工方法である。具体的には、削
孔後にモルタルを充填して直径約25mm程度の棒鋼
(補強部材)を挿入し、モルタルの硬化を待って地山の
補強効果を得るモルタル式フォアポーリングや、削孔後
に鋼管製注入管を設置して2液性のウレタンを高圧で注
入してウレタンを硬化させ、このウレタンを補強部材と
して地山の補強効果を得るウレタン式フォアポーリング
や、10m〜15m程度の鋼管(AGF鋼管)と注入材
を用いたAGF(All Ground Fasten)工法などがある。
The fore-end can be, for example, fore-polling. Fore-polling is performed at a predetermined interval of about 10 along the outer circumference of the tunnel on the face of the face.
This is a construction method in which a hole is drilled at an elevation angle of 30 degrees to 30 degrees and a reinforcing member is inserted into the hole to obtain a reinforcing effect. Specifically, after drilling, mortar is filled and a steel bar (reinforcing member) with a diameter of about 25 mm is inserted, and the mortar type fore poling, which waits for the hardening of the mortar to obtain the reinforcing effect of the ground, and the steel pipe after drilling. A two-liquid urethane is injected at a high pressure by setting up an injection pipe made of urethane to cure the urethane, and the urethane fore poling that obtains the reinforcing effect of the ground by using this urethane as a reinforcing member and a steel pipe of about 10 m to 15 m (AGF There is an AGF (All Ground Fasten) method using a steel pipe) and an injection material.

【0041】そして、ステップS10において、先受け
が必要となる区間の先受けが完了するまで、再びステッ
プS1に戻り、TBM1による掘進が継続される。
Then, in step S10, the process returns to step S1 again and the excavation by the TBM 1 is continued until the pre-reception of the section requiring the pre-reception is completed.

【0042】次に、図3を参照して、前記した地山性状
予測方法と、この地山性状予測方法を用いて切羽前方の
地山性状を予測しながら地山を掘削する地山掘削方法に
ついてさらに詳細に説明する。
Next, referring to FIG. 3, the above-mentioned rock mass property predicting method and the rock mass excavating method for excavating the rock mass while predicting the rock mass property in front of the face using this rock mass property predicting method. Will be described in more detail.

【0043】図3において、TBM1は矢印aで示す位
置において既に2095mを掘進しているものとする。
そして、上記したステップS1、ステップS2、ステッ
プS3を繰り返し行いながら、矢印bに示す区間までT
BM1の掘進を続ける。矢印bで示す区間においては推
定岩盤強度σc(FN)の値が数回第一のしきい値Aよ
りも下回っているが、TBM1が1stを掘進する間継
続して推定岩盤強度σc(FN)の値が第一のしきい値
Aよりも下回るものではないため、ステップS3により
否と判断されて再びステップS1に戻り、TBM1の掘
進が続けられる。そして、矢印c、矢印dに示す地点に
おいても同様に、推定岩盤強度σc(F N)又は推定岩
盤強度σc(TR)の値が第一のしきい値Aよりも下回
っているが、TBM1が1stを掘進する間継続して推
定岩盤強度σc(FN)又は推定岩盤強度σc(TR)の
値が第一のしきい値Aよりも下回っているものではない
ため、ステップS3により否と判断されて再びステップ
S1に戻り、TBM1の掘進が続けられる。
In FIG. 3, TBM1 is the position indicated by the arrow a.
It is assumed that 2095 m has already been dug at the location.
Then, the steps S1, S2 and
Repeat step S3 until T reaches the section indicated by arrow b.
Continue digging BM1. In the section indicated by arrow b,
Constant bedrock strength σc (FN) Value is several times the first threshold A
It's still below, but it's a continuation while TBM1 digs 1st
Continuously estimated rock mass strength σc (FN) Is the first threshold
Since it is not lower than A, by step S3
If it is judged to be no, it returns to step S1 again, and excavates the TBM1.
You can continue. Then, at the points indicated by arrows c and d
Similarly, the estimated rock mass strength σc (F N) Or estimated rock
Board strength σc (TR) Is less than the first threshold A
However, while TBM1 is digging 1st,
Constant bedrock strength σc (FN) Or estimated rock mass strength σc (TR)of
The value is not less than the first threshold A
Therefore, it is determined to be no in step S3 and the step is repeated.
Returning to S1, the excavation of TBM1 is continued.

【0044】そして、TBM1が矢印eで示す地点まで
掘進すると、推定岩盤強度σc(F N)および推定岩盤
強度σc(TR)の値が第一のしきい値Aよりも下回
る。そして、矢印eで示す地点から矢印fで示す地点ま
で約1.5mの区間、すなわちTBM1が1st掘進す
る間、継続して第一のしきい値Aよりも推定岩盤強度σ
c(TR)の値が下回っている。したがって、上記した
ステップS3により、推定岩盤強度σc(FN)又は推
定岩盤強度σc(TR)の値がTBM1が1st掘進す
る間、継続して第一のしきい値Aを下回っていると判断
されて、切羽の前方に脆弱層が存在すると予測される。
そして、矢印fで示す地点において、TBM1の掘進が
停止される(ステップS4)。
Then, up to the point where TBM1 is indicated by arrow e
When excavated, the estimated rock mass strength σc (F N) And estimated bedrock
Strength σc (TR) Is less than the first threshold A
It Then, from the point indicated by arrow e to the point indicated by arrow f.
Section of about 1.5m, that is, TBM1 digs 1st
During this time, the estimated rock mass strength σ continuously exceeds the first threshold A.
c (TR) Is less than the value. Therefore, above
The estimated rock mass strength σc (FN) Or
Constant bedrock strength σc (TR) Value TBM1 advances 1st
It is determined that the first threshold value A is continuously maintained while
It is predicted that there is a fragile layer in front of the face.
Then, at the point indicated by the arrow f, the excavation of TBM1
It is stopped (step S4).

【0045】次に、矢印fで示す地点においてチャンバ
ー内から切羽の地山の性状を目視にて観察する。この
時、地山は花崗斑岩から主としてなり、見掛け上は比較
的硬質で安定していることが確認される(S5:Y)。
Next, the nature of the ground of the cutting face is visually observed from the inside of the chamber at the point indicated by arrow f. At this time, it is confirmed that the ground is mainly composed of granite porphyry and is relatively hard and stable in appearance (S5: Y).

【0046】そして、切羽における地山性状を直接目視
で確認すると、次に上記したステップS6に進む。本実
施の形態においては事前の地質調査により、脆弱層は不
規則な形状で出現する可能性が高いと把握されているの
で(S6:N)、ステップS8に進む。
Then, when the natural characteristics of the face are directly visually confirmed, the process proceeds to step S6. In the present embodiment, it is understood from the previous geological survey that the fragile layer is likely to appear in an irregular shape (S6: N), and thus the process proceeds to step S8.

【0047】そして、ステップS8において、切羽前方
の地山に約20mのボーリング孔を3つ穿設して切羽前
方の地質探査を行う。この時、ボーリング孔はそれぞれ
TBM1の両側方及び天端の部分から切羽前方に向けて
少なくとも1つずつ穿設する。
In step S8, three boring holes of about 20 m are bored in the ground in front of the cutting face to perform geological exploration in front of the cutting face. At this time, at least one boring hole is formed from both sides and the top end of the TBM 1 toward the front of the face.

【0048】次に、ステップS9に進み、ステップS8
の地質探査の結果では、矢印fに示す地点から約5m前
方より地山の脆弱化が著しくなり、点線で示すように、
矢印fに示す地点から約8m前方(矢印gで示す地点)
においてTBM1の掘進が不能となりうると判断され、
脆弱層の規模等についても把握される。
Then, the process proceeds to step S9 and step S8.
According to the results of geological exploration, the ground weakened significantly from about 5 m ahead of the point indicated by arrow f, and as shown by the dotted line,
About 8m ahead from the point indicated by arrow f (point indicated by arrow g)
It was determined that the TBM1 could not be excavated at
The size of the vulnerable layer is also understood.

【0049】上記のステップS8の結果から、矢印fに
示す地点において先受けを実施し、地山の掘削に先行し
て切羽前方の地山を補強する。先受けが完了したら、再
びステップS1に戻りTBM1の掘進を続ける。なお、
図3には、矢印fで示す地点より前方において点線で推
定岩盤強度の推移を示しているが、これは矢印fに示す
地点で先受け等を実施せず、TBM1が脆弱層が存在す
る可能性を予測できずに掘進を続けた場合には、そのよ
うに推移するであろうという値を示したものである。本
実施の形態では、上記したように切羽前方地山予測方法
によりTBM1が脆弱層が存在する約8m手前で脆弱層
の存在を予測し、先受けを実施するため、図3に示すよ
うに、推定岩盤強度σc(FN)又は推定岩盤強度σc
(TR)の矢印gで示す地点のように0MPaに近い値
となり、TBM1が脆弱層に遭遇し、TBM1の掘進が
不能となることはない。
From the result of the above step S8, the bearing is carried out at the point indicated by the arrow f, and the ground before the face is reinforced prior to the excavation of the ground. When the preemption is completed, the process returns to step S1 to continue the excavation of TBM1. In addition,
In FIG. 3, the transition of the estimated rock mass strength is shown by the dotted line in front of the point indicated by the arrow f, but this does not carry out pre-receiving at the point indicated by the arrow f, and the TBM1 may have a fragile layer. If the digging is continued without predicting the sex, the value will change as such. In the present embodiment, as described above, the TBM1 predicts the existence of the fragile layer about 8 m before the fragile layer exists by the face front rock mass prediction method and carries out the pre-emption, as shown in FIG. Estimated rock mass strength σc (F N ) or estimated rock mass strength σc
The value is close to 0 MPa as shown by the arrow g of (T R ), and the TBM1 does not encounter the fragile layer and cannot excavate the TBM1.

【0050】本実施の形態によれば、トンネルを構築す
べくTBM1を掘進させ、TBM1の掘進に連動してT
BM1が2cm掘進する毎に掘削データを収集して推定
岩盤強度σc(FN)および推定岩盤強度σc(TR)を
求めている。そして、推定岩盤強度σc(FN)又は推
定岩盤強度σc(TR)の値がTBM1が10cmの区
間を掘進する間継続して第2のしきい値Bを下回るか否
か(ステップS2)、あるいはTBM1が1stの区間
を掘進する間継続して第1のしきい値Aを下回るか否か
(ステップS3)によって、切羽が脆弱層に近接してい
る可能性の有無、および切羽の所定距離前方に脆弱層が
存在する可能性の有無を判断している。掘削データは直
径が4,5mに達する切羽全面から得られるものである
ため、従来のように直径が65mm程度のボーリング孔
から切羽前方の地山性状を評価する場合と比して、地山
の性状を均した面的なデータから切羽前方の地山性状を
評価することになる。このため、切羽の前方に脆弱層が
不均一な形状で存在する場合であっても、面的なデータ
から脆弱層の存在を正確に把握することができ、従来の
様にボーリング孔を穿設した位置が脆弱層を捉えていな
かったために、トンネルボーリングマシンが脆弱層の存
在に気が付かず、脆弱層に遭遇し掘進が不能となる事態
に陥ることがない。
According to the present embodiment, the TBM1 is advanced to construct a tunnel, and the TBM1 is operated in association with the advance of the TBM1.
The estimated rock mass strength σc (F N ) and the estimated rock mass strength σc (T R ) are obtained by collecting excavation data every time the BM1 advances by 2 cm. Whether or not the value of the estimated rock mass strength σc (F N ) or the estimated rock mass strength σc (T R ) continuously falls below the second threshold value B while the TBM1 is excavating a section of 10 cm (step S2). , Or whether the face may be close to the fragile layer and whether the face is predetermined depending on whether or not the TBM1 continuously falls below the first threshold value A during the excavation of the 1st section (step S3). It is judged whether there is a possibility that a fragile layer exists ahead of the distance. Since the excavation data is obtained from the entire face where the face reaches a diameter of 4,5 m, compared with the conventional case where the rock mass in front of the face is evaluated from a borehole with a diameter of about 65 mm, It is possible to evaluate the rock mass properties in front of the cutting face from the surface data obtained by averaging the properties. Therefore, even if the fragile layer exists in front of the face in a non-uniform shape, the existence of the fragile layer can be accurately grasped from the surface data, and the boring hole can be drilled as in the past. Since the position where it did not catch the vulnerable layer, the tunnel boring machine does not notice the existence of the vulnerable layer, and does not fall into the situation where the vulnerable layer is encountered and excavation is impossible.

【0051】また、TBM1の掘進を継続しながら切羽
前方の脆弱層の存在の有無を判定しているので、TBM
1の掘進とともに切羽前方の脆弱層存在の可能性の有無
をいち早く察知することができる。
Further, since the presence or absence of the fragile layer in front of the face is judged while continuing the excavation of TBM1, TBM
With the excavation of No. 1, it is possible to quickly detect the presence or absence of the fragile layer in front of the face.

【0052】また、しきい値は第1のしきい値Aと第2
のしきい値Bとがあるので、ステップS2で第二のしき
い値Bにより切羽が脆弱層に近接している可能性がある
と予測された場合にも、ステップS3で第一のしきい値
Aにより切羽の所定距離前方に脆弱層が存在する可能性
があると判断された場合にも、ステップS4に進み、T
BM1の掘進を停止している。すなわち、地山の性状が
急激に変化し切羽の極近傍に脆弱層が存在している場合
にも、地山の性状が緩やかに変化し切羽の所定距離前方
に脆弱層が存在している場合にも、推定岩盤強度σc
(FN)および推定岩盤強度σc(TR)とこれらのしき
い値A,Bとを比較することにより脆弱層の存在をいち
早く察知して、TBM1を停止する。このため、TBM
1が脆弱層に捉えられて掘削不能となる事態を回避する
ことができる。また、TBM1の掘進を停止するための
判断を客観的に行うことができ、判断する人の経験等に
左右されない。
The threshold values are the first threshold value A and the second threshold value.
Even if it is predicted that the face may be close to the fragile layer due to the second threshold value B in step S2, the first threshold value is determined in step S3. Even when it is determined that the fragile layer may exist in front of the face by a predetermined distance based on the value A, the process proceeds to step S4 and T
The excavation of BM1 is stopped. That is, even when the nature of the ground changes rapidly and the fragile layer exists in the immediate vicinity of the face, the property of the ground changes gradually and the fragile layer exists a predetermined distance ahead of the face. Also, estimated rock mass strength σc
(F N ) and the estimated rock mass strength σc (T R ) are compared with these threshold values A and B to quickly detect the existence of the fragile layer and stop the TBM1. Therefore, TBM
It is possible to avoid the situation where 1 is caught in the fragile layer and cannot be excavated. Further, the judgment for stopping the excavation of the TBM 1 can be made objectively and is not affected by the experience of the person making the judgment.

【0053】また、TBM1の掘進を停止するので、ス
テップS5において、切羽における地山の性状を直接確
認することができ、切羽における地山の性状が良好でな
い場合には直ちに、ステップS10に進んで先受け工法
を実施することができる。
Further, since the excavation of the TBM 1 is stopped, it is possible to directly confirm the nature of the ground at the face in step S5. If the nature of the ground at the face is not good, the process immediately proceeds to step S10. The receiving method can be implemented.

【0054】さらに、ステップS8において、ボーリン
グ孔を切羽前方に向けて複数箇所穿設して切羽前方の地
質探査を行うものとしているので、推定岩盤強度σc
(FN)および推定岩盤強度σc(TR)としきい値A、
Bとの比較により切羽前方の脆弱層存在の有無を確認
し、複数箇所において行う切羽前方の地質探査によっ
て、脆弱層の存在する位置や規模等をより詳細に把握す
ることができる。
Further, in step S8, the boring hole is formed at a plurality of points toward the front of the face to perform geological exploration in front of the face, and therefore the estimated rock mass strength σc
(F N ) and estimated rock mass strength σc (T R ) and threshold A,
The presence or absence of the fragile layer in front of the cutting face can be confirmed by comparison with B, and the position, scale, etc. of the fragile layer can be grasped in more detail by the geological survey in front of the cutting face at a plurality of locations.

【0055】そして、ステップS5、ステップS7、ス
テップS9のいずれかにおいて、Yesと判断された場合
には、ステップS10に進み、地山の掘削に先行して切
羽前方の地山を補強する先受けを行うものとしている。
このため、切羽前方の地山を改良して地山の崩落を防
ぎ、TBM1が脆弱層に捉えられて掘進不能となること
なく、地山の掘削を継続することができる。
If it is determined Yes in any of step S5, step S7, and step S9, the process proceeds to step S10, in which the front support for reinforcing the ground in front of the face is excavated before the ground is excavated. Is supposed to do.
Therefore, it is possible to continue excavation of the natural ground without improving the natural ground in front of the face to prevent the natural ground from collapsing and preventing the TBM 1 from being caught by the fragile layer and making it impossible to proceed with the excavation.

【0056】なお、本発明は上記実施の形態に限定され
るものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲におい
て適宜変更可能であるのは勿論である。例えば、上記実
施の形態においては、ステップS6において、脆弱層の
形状は面状か否かを判断するものとし、ステップS7に
おいて連続適用穿孔探査で脆弱層の存在が想定されてい
るか否かを判断するものとしている。しかし、これらの
ステップS6およびステップS7を必ずしも行わなけれ
ばならないものではなく、例えば、図4に示すように、
ステップS5から直接ステップS8に進むものとしても
よい。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and it goes without saying that the present invention can be appropriately modified without departing from the gist of the present invention. For example, in the above-described embodiment, it is determined in step S6 whether or not the shape of the fragile layer is planar, and in step S7 it is determined whether or not the existence of the fragile layer is assumed in the continuous application drilling survey. It is supposed to do. However, these steps S6 and S7 do not necessarily have to be performed. For example, as shown in FIG.
The process may directly proceed from step S5 to step S8.

【0057】また、しきい値は、第一のしきい値Aと第
二のしきい値Bとの2つを設定するものとしたが、これ
に限定されるものではない。例えば、第一のしきい値A
のみを設定するものとしてもよいし、第二のしきい値B
のみを設定するものとしてもよい。しかしながら、本実
施の形態のように、切羽の所定距離前方に脆弱層が存在
する可能性を示唆する岩盤強度の値として第一のしきい
値Aを設定し、切羽が脆弱層に近接している可能性を示
唆する岩盤強度の値として第二のしきい値Bを設定する
ことにより、緩やかに地山性状が変化する場合にも急激
に地山性状が変化する場合にも、切羽前方の脆弱層存在
の有無をいち早く察知することができる。
Although two threshold values, the first threshold value A and the second threshold value B, are set, the present invention is not limited to this. For example, the first threshold A
Only the second threshold B may be set.
Only one may be set. However, as in the present embodiment, the first threshold value A is set as the value of the rock mass strength indicating the possibility that the fragile layer exists ahead of the face by a predetermined distance, and the face is close to the fragile layer. By setting the second threshold value B as the value of the rock mass strength that indicates the possibility that rocks are present The existence of a vulnerable layer can be quickly detected.

【0058】また、第一のしきい値Aとして18MP
a、第二のしきい値Bとして10MPaと設定したが、
この数値については特に限定されるものではなく、掘削
対象となる地山性状により適宜変更すればよい。
The first threshold value A is 18MP.
a, the second threshold B was set to 10 MPa,
This numerical value is not particularly limited, and may be changed as appropriate according to the nature of the ground to be excavated.

【0059】また、同様に、ステップS3において、切
羽の推定岩盤強度が1stの区間継続して第一のしきい
値Aを下回るか否か、あるいはステップS2において切
羽の推定岩盤強度が10cmの区間継続して第二のしき
い値Bを下回るか否かを判断するものとしたが、これら
の1st、10cmという距離は特に限定されるもので
はなく、第一のしきい値Aおよび第二のしきい値Bとし
て設定された値と、地山性状に応じて適宜変更してもよ
いものである。
Similarly, in step S3, it is determined whether the estimated rock mass strength of the cutting face continues to fall below the first threshold value A for the 1st section or whether the estimated rock mass strength of the cutting face is 10 cm in the step S2. Although it has been decided to continuously determine whether or not it falls below the second threshold value B, the distances of 1st and 10 cm are not particularly limited, and the first threshold value A and the second threshold value The value set as the threshold value B may be appropriately changed depending on the nature of the natural ground.

【0060】また、掘削データから式(1)に従って推
定岩盤強度を求めるものとし、第一のしきい値および第
二のしきい値を岩盤強度の値として設定するものとした
が、これに限定されるものではない。掘削データと地山
性状とを相関させて掘削データから地山性状を評価する
ことができれば、岩盤強度として設定しなくてもよいも
のである。例えば、地山の掘削に要するカッタトルクの
値と、カッタトルクの値に対応するしきい値を設定して
切羽前方の地山性状を判断するものとしてもよい。要は
掘削中の切羽における地山性状を掘削データから推定
し、この推定された地山性状を示す値と比較可能にしき
い値を設定し、しきい値と掘削データから推定される地
山性状を示す値の比較から切羽前方の地山性状を判断す
ることができればそれでよいものである。
The estimated rock mass strength is calculated from the excavation data according to the equation (1), and the first threshold value and the second threshold value are set as the rock mass strength values. It is not something that will be done. If the rock mass properties can be evaluated from the drilling data by correlating the drilling data with the rock mass properties, it is not necessary to set the rock mass strength. For example, the value of the cutter torque required for excavating the natural ground and the threshold value corresponding to the value of the cutter torque may be set to determine the natural property in front of the cutting face. The point is to estimate the rock mass properties of the face during excavation from the drilling data, set a threshold value that can be compared with the estimated rock mass properties, and estimate the rock mass properties estimated from the threshold value and the drilling data. If it is possible to judge the rock mass characteristics in front of the face by comparing the values indicating

【0061】[0061]

【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、トンネル
ボーリングマシンの掘進中の切羽における掘削データを
収集し、この掘削データから掘削中の切羽における地山
性状を示す値を推定し、推定された切羽における地山性
状を示す値としきい値とを比較し、トンネルボーリング
マシンが所定の距離を掘進する間、掘削データが継続し
て前記しきい値を下回ると、切羽前方に脆弱層存在の可
能性があると予測している。収集される掘削中の切羽に
おける掘削データは、直径が4,5mに達する切羽全面
から収集されるものであるため、従来のように直径が6
5mm程度のボーリング孔から切羽前方の地山性状を評
価する場合と比して、地山の性状を均した面的なデータ
から切羽前方の地山性状を評価することになる。このた
め、切羽の前方に脆弱層が不均一な形状で存在する場合
であっても、面的なデータから脆弱層の存在を正確に把
握することができる。
According to the invention as set forth in claim 1, excavation data of a face during excavation of a tunnel boring machine is collected, and a value indicating a rock mass characteristic of the face under excavation is estimated from the excavation data and estimated. If the excavation data continues to fall below the threshold value while the tunnel boring machine is excavating a predetermined distance, the fragile layer exists in front of the face face. I predict that there is a possibility. Since the collected excavation data for the face during excavation is collected from the entire face where the face reaches a diameter of 4,5 m, the diameter of 6
Compared with the case of evaluating the rock mass properties in front of the cutting face from a borehole of about 5 mm, the rock mass properties in front of the cutting face are evaluated based on surface data obtained by averaging the properties of the rock mass. Therefore, even if the fragile layer exists in a non-uniform shape in front of the face, the existence of the fragile layer can be accurately grasped from the surface data.

【0062】また、トンネルボーリングマシンの掘進と
ともに掘削データを収集し、しきい値と前記推定された
切羽の地山性状を示す値とを比較しているので、切羽前
方の脆弱層存在の可能性の有無をトンネルボーリングマ
シンの掘進とともに予測することができる。また、地山
の性状が安定している時には、切羽前方の地山性状を予
測するために掘進を停止してボーリング孔を穿設して切
羽前方探査を行う必要がなく、トンネルボーリングマシ
ンの急速施工を保つことができる。
Since the excavation data is collected as the tunnel boring machine advances and the threshold value is compared with the estimated value indicating the rock mass characteristics of the face, it is possible that a weak layer in front of the face exists. Whether or not there is can be predicted as the tunnel boring machine is dug. In addition, when the characteristics of the ground are stable, there is no need to stop the excavation and drill a boring hole in order to predict the nature of the ground in front of the cutting face. The construction can be maintained.

【0063】請求項2記載の発明によれば、請求項1と
同様の効果が得られるのは勿論のこと、しきい値は第一
のしきい値と第二のしきい値とを備えることにより、地
山の性状が徐々に変化する場合については第一のしきい
値と掘削データから推定される掘削中の切羽における地
山性状を示す値を比較して予測し、地山の性状が急変す
るような箇所については第二のしきい値と掘削データか
ら推定される掘削中の切羽における地山性状を示す値と
を比較して予測することができる。また、第一のしきい
値と第二のしきい値とを予め設定することにより、脆弱
層が切羽の所定距離前方にあるのか、あるいは切羽が脆
弱層に近接しているのかを予測することができる。そし
て、このように脆弱層が存在する位置を大まかに把握す
ることができるので、脆弱層の存在すると考えられる位
置に応じて、トンネルボーリングマシンが脆弱層に遭遇
し、掘進不能となる事態を回避することができる。
According to the second aspect of the invention, the same effect as that of the first aspect can be obtained, and the threshold value has the first threshold value and the second threshold value. Therefore, in the case that the nature of the ground gradually changes, it is predicted by comparing the first threshold value with the value indicating the nature of the ground in the face during excavation, which is estimated from the excavation data. For a location that changes abruptly, it can be predicted by comparing the second threshold value with a value indicating the rock mass characteristics of the face under excavation estimated from the excavation data. Further, by presetting the first threshold value and the second threshold value, it is possible to predict whether the fragile layer is a predetermined distance ahead of the face, or whether the face is close to the fragile layer. You can Then, since the position where the vulnerable layer exists can be roughly understood, it is possible to avoid the situation where the tunnel boring machine encounters the vulnerable layer and is unable to dig depending on the position where the vulnerable layer is considered to exist. can do.

【0064】請求項3記載の発明によれば、請求項1ま
たは2と同様の効果が得られるのは勿論のこと、予め設
定したしきい値と、掘削中の切羽において収集された掘
削データから推定された切羽の地山性状を示す値とを比
較することにより、切羽前方の地山性状を予測してい
る。そして、切羽前方に脆弱層が存在する可能性がある
と予測した場合には、トンネルボーリングマシンの掘進
を停止するものとしている。したがって、トンネルボー
リングマシンの掘進を停止すべきか否かについての判断
を客観的に行うことができる。また、トンネルボーリン
グマシンを停止すれば、チャンバー内からトンネルボー
リングマシンのカッタヘッドに設けられたスクレーパ等
の隙間から切羽の地山の性状を目視にて直接観察するこ
とができる。したがって、目視にて観察した上で、先受
けを行うか、あるいはボーリング孔を複数穿設してさら
に詳細に切羽前方の地質探査を行うか等を判断すること
ができる。
According to the invention described in claim 3, not only the same effect as in claim 1 or 2 can be obtained, but also from the preset threshold value and the excavation data collected in the face during excavation. By comparing with the estimated value indicating the rock mass properties of the face, the rock mass properties in front of the face are predicted. If it is predicted that a fragile layer may exist in front of the face, the tunnel boring machine will be stopped. Therefore, it is possible to objectively judge whether or not the excavation of the tunnel boring machine should be stopped. Further, if the tunnel boring machine is stopped, it is possible to directly visually observe the nature of the ground of the cutting face from the inside of the chamber through a gap such as a scraper provided in the cutter head of the tunnel boring machine. Therefore, after visually observing, it is possible to judge whether or not to carry out the front reception, or to perform the geological exploration in front of the face in more detail by forming a plurality of boring holes.

【0065】請求項4記載の発明によれば、請求項3と
同様の効果が得られるのは勿論のこと、切羽の前方に脆
弱層が存在する可能性があると予測された場合には、ボ
ーリング孔を切羽前方に向けて複数箇所穿設して切羽前
方の地質探査を行うものとしている。従って、掘削デー
タとしきい値との比較により切羽前方に脆弱層存在の有
無を確認し、複数箇所において行う切羽前方の地質探査
によって、脆弱層の存在する位置や規模等をより詳細に
把握することができる。
According to the invention described in claim 4, not only the same effect as in claim 3 is obtained, but when it is predicted that a fragile layer may exist in front of the face, It is supposed that the boring hole will be drilled in multiple places toward the front of the face to perform geological exploration in front of the face. Therefore, the existence of a fragile layer in front of the cutting face should be checked by comparing the excavation data with the threshold value, and the location and scale of the fragile layer should be grasped in more detail by the geological survey in front of the cutting face at multiple locations. You can

【0066】請求項5記載の発明によれば、請求項4と
同様の効果が得られるのは勿論のこと、切羽前方に複数
のボーリング孔を穿設して切羽前方の地質探査を行い、
その結果に応じて地山の掘削に先行して切羽前方の地山
を補強する先受けを行うものとしている。このため、切
羽前方の地山を改良して地山の崩落を防ぎ、トンネルボ
ーリングマシンが脆弱層に捉えられて掘進不能となるこ
となく、地山の掘削を継続することができる。
According to the invention of claim 5, not only the same effect as in claim 4 can be obtained, but a plurality of boring holes are bored in front of the face to perform geological exploration in front of the face.
According to the result, prior to the excavation of the natural ground, a preliminary reception is performed to reinforce the natural ground in front of the face. Therefore, it is possible to continue the excavation of the ground without improving the ground in front of the face to prevent the ground from collapsing and preventing the tunnel boring machine from being caught by the fragile layer and making it impossible to proceed with the excavation.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一例のトンネルボーリングマシンの切
羽前方地山性状予測方法および地山掘削方法で使用され
るトンネルボーリングマシンの側面図である。
FIG. 1 is a side view of a tunnel boring machine used in a method for predicting rock face forward rock mass properties and a rock excavation method for a tunnel boring machine according to an example of the present invention.

【図2】本発明の一例の切羽前方地山性状予測方法およ
び地山掘削方法の手順を示したフローチャートである。
FIG. 2 is a flow chart showing a procedure of a method for predicting the nature of a natural rock face in front of a face and a method for excavating a rock in an example of the present invention.

【図3】本発明の一例の切羽前方地山性状予測方法及び
地山掘削方法において、掘削データと地山性状を相関さ
せて、掘削中の掘削データの推移を切羽における地山性
状を評価する値の推移として示したものである。
[Fig. 3] In the method of predicting rock mass forward rock mass properties and rock mass excavation method according to an example of the present invention, excavation data and rock mass properties are correlated to evaluate changes in drilling data during drilling to evaluate rock mass properties at the rock face. It is shown as a transition of the value.

【図4】本発明の他の例の切羽前方地山性状予測方法お
よび地山掘削方法の手順を示したフローチャートであ
る。
FIG. 4 is a flow chart showing a procedure of a method for predicting the nature of a rock front rock mass and a rock excavation method according to another example of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 トンネルボーリングマシン(TBM) A 第一のしきい値 B 第二のしきい値 1 Tunnel boring machine (TBM) A first threshold B second threshold

フロントページの続き (72)発明者 石山 宏二 東京都港区虎ノ門一丁目20番10号 西松建 設株式会社内 Fターム(参考) 2D054 AC01 BA03 FA01 GA10 GA15 GA42 GA63 GA64 GA65 GA72Continued front page    (72) Inventor Koji Ishiyama             Nishimatsuken 1-20-10 Toranomon, Minato-ku, Tokyo             Inside the corporation F-term (reference) 2D054 AC01 BA03 FA01 GA10 GA15                       GA42 GA63 GA64 GA65 GA72

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 トンネルボーリングマシンで地山を掘削
する際に、切羽前方の地山性状を予測する切羽前方地山
性状予測方法であって、 切羽前方の地山に脆弱層が存在する可能性を示唆する地
山性状を示す値をしきい値として予め設定しておき、 トンネルボーリングマシンを掘進させ、 このトンネルボーリングマシンの掘進中の切羽において
地山を掘削する際に要するカッタトルク、スラスト推
力、カッタ回転数、カッタ貫入量のうち少なくとも一つ
を掘削データとして収集し、 収集された前記掘削データから掘削中の切羽における地
山性状を示す値を推定し、 この推定された掘削中の切羽における地山性状を示す値
と前記しきい値とを比較し、 トンネルボーリングマシンが予め設定された所定の距離
を掘進する間、前記推定された掘削中の切羽における地
山性状を示す値が前記しきい値を継続して下回ると、切
羽前方に脆弱層が存在する可能性があると予測すること
を特徴とする切羽前方地山性状予測方法。
1. A method for predicting rock mass in front of a cutting face when excavating a rock mass with a tunnel boring machine, wherein a fragile layer may exist in the rock mass in front of the cutting face. The threshold value is set in advance as a value indicating the rock mass property suggesting that the tunnel boring machine is excavated, and the cutter torque and thrust thrust required to excavate the rock ground at the face of the tunnel boring machine , At least one of the cutter rotation speed and the cutter penetration amount is collected as excavation data, and the value indicating the rock mass characteristic of the face under excavation is estimated from the collected excavation data, and the estimated face during excavation During the estimated excavation while the tunnel boring machine is excavating a predetermined distance set in advance, by comparing the value indicating the rock mass property with the threshold value. When the value indicating the rock mass property of the cutting face continues to fall below the threshold value, it is predicted that a fragile layer may exist in front of the cutting face.
【請求項2】 請求項1記載の切羽前方地山性状予測方
法において、 前記しきい値は、切羽の所定距離前方に脆弱層が存在す
る可能性を示唆する地山性状を示す値である第一のしき
い値と、 前記第一のしきい値で示される切羽から脆弱層までの所
定距離よりも短く切羽に近接した位置に脆弱層が存在す
る可能性を示唆する地山性状を示す値である第二のしき
い値とを備え、 前記推定された掘削中の切羽における地山性状を示す値
が前記しきい値を継続して下回ると、切羽前方に脆弱層
が存在する可能性があると予測する際に前記トンネルボ
ーリングマシンが掘進する前記所定の距離として、前記
第一のしきい値に対応する第一の距離と、前記第二のし
きい値に対応し前記第一の距離よりも短い第二の距離と
が予め設定され、 トンネルボーリングマシンが前記第一の距離を掘進する
間、前記推定された掘削中の切羽における地山性状を示
す値が第一のしきい値を継続して下回ると、切羽の所定
距離前方に脆弱層が存在する可能性があると予測し、 トンネルボーリングマシンが前記第二の距離を掘進する
間、前記推定された掘削中の切羽における地山性状を示
す値が前記第二のしきい値を継続して下回ると、切羽が
脆弱層に近接している可能性があると予測することを特
徴とする切羽前方地山性状予測方法。
2. The method for predicting rock mass forward rock mass property according to claim 1, wherein the threshold value is a value indicating rock mass property which suggests that a fragile layer may exist in a predetermined distance ahead of the rock face. One threshold value and a value indicating a rock mass property that suggests that a fragile layer may exist at a position closer to the face than the predetermined distance from the face indicated by the first threshold to the fragile layer. With a second threshold, which is, if the value indicating the rock mass characteristics in the estimated face during excavation is continuously lower than the threshold, a fragile layer may exist in front of the face. As the predetermined distance that the tunnel boring machine advances when it is predicted that there is a first distance corresponding to the first threshold and the first distance corresponding to the second threshold. A second distance shorter than the preset distance While the machine travels the first distance, if the value indicating the rock mass characteristics of the estimated face during excavation continues to fall below the first threshold value, the fragile layer is present at a predetermined distance ahead of the face. Predicting that there is a possibility of existing, while the tunnel boring machine is excavating the second distance, the estimated value indicating the rock mass property at the face during excavation continues the second threshold value. If it falls below this, it is predicted that the face may be close to the fragile layer.
【請求項3】 請求項1または2のいずれかに記載の切
羽前方地山性状予測方法を用いて切羽前方の地山性状を
予測しながら、トンネルボーリングマシンで地山を掘削
し、 切羽前方に脆弱層が存在すると予測されると、トンネル
ボーリングマシンの掘進を停止することを特徴とする地
山掘削方法。
3. A ground boring machine is excavated by a tunnel boring machine while predicting the rock mass property in front of the cutting face using the method for predicting rock mass in front of the cutting face according to claim 1 or 2. A method of excavating a rock, comprising stopping the excavation of a tunnel boring machine when it is predicted that a fragile layer exists.
【請求項4】 請求3に記載の地山掘削方法において、 切羽の前方に脆弱層が存在する可能性があると予測され
た場合には、切羽前方の地山にボーリング孔を複数箇所
穿設して切羽前方の地質探査を行うことを特徴とする地
山掘削方法。
4. The ground excavating method according to claim 3, wherein when it is predicted that a fragile layer may exist in front of the face, a plurality of boring holes are formed in the ground in front of the face. A geological excavation method characterized by performing a geological survey in front of the face.
【請求項5】 請求項4記載の地山掘削方法において、 前記切羽前方の地質探査の結果に応じて地山の掘削に先
行して切羽前方の地山を補強する先受けを行うことを特
徴とする地山掘削方法。
5. The ground excavation method according to claim 4, wherein prior to excavation of the natural rock, pre-bearing for reinforcing the natural rock in front of the natural cutting face is performed according to the result of the geological survey in front of the cutting face. How to excavate the ground.
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