JP2007191877A - Design method of shield machine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a design method for designing an earth pressure type shield machine that meets the specification of an agitating mechanism in an optimum plastic flow state for excavation, and input conditions in making a flow analysis based on the specification of the agitating mechanism by grasping, through the flow analysis, the plastic flow state of excavated sediment based on the specification of the agitating mechanism of the earth pressure type shield machine. <P>SOLUTION: Appropriate plastic flow states obtained by simulation based on the flow analysis are compared to select the optimum flow state for excavation, and the specifications of the agitating mechanism and a soil removing mechanism 21 in the plastic flow state are selected. The shield machine 1 is designed based on the selected specifications of the agitating mechanism and soil removing mechanism 21. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、シールド機の設計方法に関するものである。   The present invention relates to a shield machine design method.

近年、都市部では地下構造物を構築する際に、交通混雑の激しい道路での工事をスムーズに行うとともに、周辺住民に与える工事の影響を軽減するために、シールド工法が採用されており、特に、トンネル建設時に多く採用されている。また、都市部の地上には十分な作業基地面積を確保することが難しいために、設備配置スペースの必要面積の大きい泥水式シールドに比べて設備配置スペースの必要面積の小さい土圧式シールドによる施工のニーズが高まっている。   In recent years, when constructing underground structures in urban areas, shield construction methods have been adopted in order to smoothly perform construction on roads with heavy traffic congestion and reduce the impact of construction on surrounding residents. It is often used during tunnel construction. In addition, because it is difficult to secure a sufficient work base area on the ground in urban areas, construction using earth pressure type shields that require a small area for equipment placement space compared to muddy water type shields that require a large area for equipment placement space. Needs are growing.

しかし、土圧式シールドによる掘削工法は、切羽の安定を保持するうえで重要なチャンバー内における掘削土砂の塑性流動状態の把握方法が確立されておらず完全に地盤変状を抑制することが困難であるために、大断面のシールド工法には適用されることが少なかった。塑性流動化とは、図21に示すように、掘削土砂に生ずるずり応力がある値(τ0)を超えてずり速度を発生し流動する状態である。ここで、ずり応力とは、掘削土砂内で相対的に速度差を有する流動(以下、ずりひずみという)を生じさせる単位面積当たりの力で、ずり速度とは、ずりひずみの単位時間当たりの変化を表すひずみ速度である。   However, the excavation method using earth pressure type shields has not established a method for grasping the plastic flow state of excavated soil in the chamber, which is important for maintaining the stability of the face, and it is difficult to completely suppress ground deformation. For this reason, it was rarely applied to a shield method with a large cross section. As shown in FIG. 21, the plastic fluidization is a state where the shear stress generated in the excavated earth and sand exceeds a certain value (τ 0), generates a shear rate, and flows. Here, the shear stress is a force per unit area that causes a flow having a relative speed difference in the excavated soil (hereinafter referred to as shear strain), and the shear rate is a change in shear strain per unit time. Is the strain rate.

チャンバー内における掘削土砂の塑性流動状態を把握するために、例えば、特許文献1には、掘削土砂の流動状態を測定するための測定装置が開示されている。また、この特許文献1には、非特許文献1及び2にて示されたチャンバー内の流動解析手法を実際のシールド機に適用した例も開示されている。   In order to grasp the plastic flow state of excavated sediment in the chamber, for example, Patent Document 1 discloses a measuring device for measuring the flow state of excavated sediment. In addition, this Patent Document 1 also discloses an example in which the flow analysis method in the chamber shown in Non-Patent Documents 1 and 2 is applied to an actual shield machine.

この測定装置は、チャンバー内に設置される回転板と該回転板を駆動するためのモータとを備え、このモータを駆動させて回転板を所定角度だけ回転させ、回転抵抗が最大位置において、回転板の主面の直交する方向を掘削土砂の流動方向とし、そのときの回転トルクに対応した値を流速と算出するものである。   This measuring device includes a rotating plate installed in the chamber and a motor for driving the rotating plate, and the motor is driven to rotate the rotating plate by a predetermined angle so that the rotation resistance is rotated at the maximum position. The direction orthogonal to the main surface of the plate is the flow direction of the excavated earth and sand, and a value corresponding to the rotational torque at that time is calculated as the flow velocity.

そして、非特許文献1及び2にて示された流動解析手法にて、砂地盤、粘度地盤等の複数の地質条件毎にチャンバー内における掘削土砂の流動解析を行って、それぞれの場合における流動方向、流速等を推定し、該流動解析から推定した流動方向及び流速と上述した測定装置にて算出した流動方向及び流速とを照合して、流動解析結果のうち、最も相関の良いものを選択して、これを測定点における流動状態とするものである。
特開2005−90174号公報 「トンネルと地下」 1994年8月 35〜39頁「シールドチャンバ内の泥土・泥水の流動解析」 「大林組技術研究所報」No.48 1994年8月 「シールドチャンバ内における掘削土砂流動解析」
And by the flow analysis method shown in Non-Patent Documents 1 and 2, flow analysis of excavated sediment in the chamber is performed for each of a plurality of geological conditions such as sand ground and viscosity ground, and the flow direction in each case Estimate the flow velocity, etc., and check the flow direction and flow velocity estimated from the flow analysis against the flow direction and flow velocity calculated by the measurement device described above, and select the flow analysis result with the best correlation. This is the flow state at the measurement point.
JP-A-2005-90174 "Tunnel and underground" August 1994, pages 35-39 "Flow analysis of mud and mud water in shield chamber" “Obayashi Institute of Technology Report” No. 48 August 1994 "Drilling sediment flow analysis in shield chamber"

しかしながら、特許文献1に記載の流動解析では、チャンバー内の流動方向、流速のみが推定され、チャンバー内の塑性流動状態を表す指標であるずり速度に関する解析がなされていないという問題点があった。   However, in the flow analysis described in Patent Document 1, only the flow direction and flow velocity in the chamber are estimated, and there is a problem that the analysis regarding the shear rate, which is an index representing the plastic flow state in the chamber, has not been made.

また、一般的にチャンバー内のアジテータ、固定翼、撹拌装置等の撹拌機構の設置位置、設置台数等の違いにより、チャンバー内の撹拌効果はそれぞれ異なることは知られているが、この撹拌効果の違いを定量的に確認する方法が無いという問題点があった。したがって、シールド機の設計は、過去の類似土質に適用されたシールド機の仕様に基づいて行われており、掘削対象土質に対して最適なシールド機の設計がなされていないという問題点があった。   In addition, it is generally known that the stirring effect in the chamber differs depending on the installation position of the stirring mechanism such as an agitator, fixed blade, stirring device, etc. in the chamber, the number of installations, etc. There was a problem that there was no way to quantitatively confirm the difference. Therefore, the shield machine was designed based on the specifications of the shield machine applied to the similar soil in the past, and there was a problem that the optimum shield machine was not designed for the soil to be excavated. .

そこで、本発明は、上記のような従来の問題に鑑みなされたものであって、シールド機のチャンバー内の仕様に基づいた掘削土砂の流動状態又は塑性流動状態を流動解析にて把握し、掘進に最適な流動状態又は塑性流動状態のチャンバー内の仕様に基づいたシールド機を設計するための設計方法を提供することを目的とするものである。   Therefore, the present invention has been made in view of the conventional problems as described above, and grasps the flow state or plastic flow state of excavated sediment based on the specifications in the chamber of the shield machine by flow analysis, and proceeds with excavation. It is an object of the present invention to provide a design method for designing a shield machine based on specifications in a chamber in a flow state or plastic flow state that is optimal for the above.

前記目的を達成するため、本発明のシールド機の設計方法は、チャンバー内に流入する掘削土砂を撹拌するための撹拌機構と、該掘削土砂を排出するための排土機構とを備えたシールド機の設計方法において、前記撹拌機構及び前記排土機構の仕様をそれぞれ設定する工程と、該設定した仕様に基づいて前記チャンバー内をモデル化する工程と、該モデル化したモデルに基づいて前記チャンバー内の流動状態を流動解析し、前記チャンバー内全体の掘削土砂の流速及びずり速度をシミュレーションする工程と、前記流速及び前記ずり速度を可視化する工程と、前記可視化した結果に基づいてチャンバー内全体の掘削土砂の流動状態又は塑性流動状態を確認する工程と、該確認においてチャンバー内の流動状態又は塑性流動状態が適切な場合は、前記設定した仕様を満たすようにシールド機を設計することを特徴とする(第1の発明)。
本発明によるシールド機の設計方法によれば、シールド機の撹拌機構及び排土機構の仕様に基づいた掘削土砂の流動状態又は塑性流動状態を把握することが可能となる。そして、適切な流動状態又は塑性流動状態となる撹拌機構及び排土機構の仕様に基づいてシールド機を設計することにより、トンネル掘削時にチャンバー内を確実に流動状態又は塑性流動状態にすることが可能となる。
In order to achieve the above object, a shield machine design method according to the present invention includes a stirring mechanism for stirring excavated earth and sand flowing into a chamber, and a soil removing mechanism for discharging the excavated earth and sand. In the design method, the step of setting the specifications of the stirring mechanism and the soil removal mechanism, the step of modeling the inside of the chamber based on the set specification, and the inside of the chamber based on the modeled model Analyzing the flow state of the chamber, simulating the flow rate and shear rate of the excavated sediment throughout the chamber, visualizing the flow rate and shear rate, and excavating the entire chamber based on the visualized results The process of confirming the flow state or plastic flow state of earth and sand, and when the flow state or plastic flow state in the chamber is appropriate in the confirmation Characterized by designing the shield machine to meet the specification that the set (the first invention).
According to the shield machine design method of the present invention, it is possible to grasp the flow state or plastic flow state of excavated soil based on the specifications of the stirring mechanism and the soil discharge mechanism of the shield machine. And, by designing the shield machine based on the specifications of the stirring mechanism and soil removal mechanism that will be in an appropriate flow state or plastic flow state, it is possible to ensure that the chamber is in a flow state or plastic flow state during tunnel excavation It becomes.

第2の発明の土圧式シールド機の設計方法は、チャンバー内に流入する掘削土砂を撹拌するための撹拌機構と、該掘削土砂を排出するための排土機構とを備えた土圧式シールド機の設計方法において、前記撹拌機構及び前記排土機構の仕様をそれぞれ設定して前記チャンバー内の仕様を設定する工程と、該設定した仕様に基づいて前記チャンバー内をモデル化する工程と、該モデル化したモデルに基づいて前記チャンバー内の流動状態を流動解析し、前記チャンバー内全体の掘削土砂の流速及びずり速度をシミュレーションする工程と、前記流速及び前記ずり速度を可視化する工程と、前記可視化した結果に基づいてチャンバー内全体の掘削土砂の塑性流動状態を確認する工程と、該確認においてチャンバー内の塑性流動状態が適切な場合は、前記設定した仕様を満たすようにシールド機を設計することを特徴とする。
本発明による土圧式シールド機の設計方法によれば、土圧式シールド機の撹拌機構及び排土機構の仕様に基づいた掘削土砂の塑性流動状態を把握することが可能となる。そして、適切な塑性流動状態となる撹拌機構及び排土機構の仕様に基づいて土圧式シールド機を設計することにより、トンネル掘削時にチャンバー内を確実に塑性流動状態にすることが可能となる。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method for designing an earth pressure shield machine comprising an earth pressure type shield machine provided with an agitation mechanism for agitating excavated earth and sand flowing into a chamber and an earth discharge mechanism for discharging the excavated earth and sand. In the design method, the steps of setting the specifications in the chamber by setting the specifications of the stirring mechanism and the soil removal mechanism, respectively, the step of modeling the inside of the chamber based on the set specifications, and the modeling A flow analysis of the flow state in the chamber based on the model, a step of simulating the flow rate and shear rate of the excavated sediment in the entire chamber, a step of visualizing the flow rate and the shear rate, and the visualization result And confirming the plastic flow state of the entire excavated earth and sand in the chamber, and if the plastic flow state in the chamber is appropriate in the confirmation Characterized by designing the shield machine to meet the specification that said setting.
According to the earth pressure shield machine design method according to the present invention, it is possible to grasp the plastic flow state of excavated earth and sand based on the specifications of the stirring mechanism and the soil discharge mechanism of the earth pressure shield machine. Then, by designing the earth pressure shield machine based on the specifications of the stirring mechanism and the soil discharging mechanism that are in an appropriate plastic flow state, the inside of the chamber can be reliably put into a plastic flow state during tunnel excavation.

第3の発明は、第2の発明において、前記仕様を複数設定し、該複数の仕様のそれぞれに基づいて、前記チャンバー内をモデル化する工程から前記流動状態又は塑性流動状態を確認する工程までを実施し、該確認において複数のチャンバー内の塑性流動状態が適切な仕様のうち、前記土圧式シールド機の掘進に最適な仕様を選択し、該選択した最適な仕様を満たすように前記土圧式シールド機を設計することを特徴とする。
本発明による土圧式シールド機の設計方法によれば、複数の適切な塑性流動状態同士を比較し、この中から掘進に最適な撹拌機構及び排土機構の仕様を選択することが可能となる。そして、この最適な撹拌機構及び排土機構の仕様を満たす土圧式シールド機を設計することにより、大、中断面でも土圧式シールド機にて切羽を安定させた状態で安全に掘削することが可能となる。さらに、円形断面だけでなく、例えば、矩形等の円形以外の断面も掘削することが可能となる。
According to a third invention, in the second invention, from the step of setting a plurality of the specifications and modeling the inside of the chamber based on each of the plurality of specifications to the step of confirming the flow state or plastic flow state In the confirmation, out of the specifications in which the plastic flow state in the plurality of chambers is appropriate, the optimum specification for the excavation of the earth pressure type shield machine is selected, and the earth pressure type so as to satisfy the selected optimum specification. It is characterized by designing a shield machine.
According to the earth pressure type shield machine design method according to the present invention, it is possible to compare a plurality of appropriate plastic flow states and select the specifications of the agitation mechanism and the soil removal mechanism that are optimal for excavation. And by designing earth pressure shield machine that satisfies the specifications of this optimum agitation mechanism and soil removal mechanism, it is possible to safely excavate with the earth pressure shield machine even with large and medium cross-sections with the face stable. It becomes. Furthermore, not only a circular cross section but also a cross section other than a circular shape such as a rectangle can be excavated.

第4の発明は、第2又は第3の発明において、前記確認においてチャンバー内の塑性流動状態が不適切な場合は、前記仕様を変更し、該変更した仕様に基づいて、再び前記土圧式シールド機のチャンバー内をモデル化する工程から前記塑性流動状態を確認する工程までを実施することを特徴とする。
本発明による土圧式シールド機の設計方法によれば、塑性流動状態を確認した後に撹拌機構及び排土機構の仕様を変更することができるために、流動解析結果を撹拌機構及び排土機構の仕様の変更にフィードバックすることが可能となる。
According to a fourth invention, in the second or third invention, when the plastic flow state in the chamber is inappropriate in the confirmation, the specification is changed, and the earth pressure type shield is changed again based on the changed specification. From the step of modeling the inside of the chamber of the machine to the step of confirming the plastic flow state is carried out.
According to the earth pressure shield machine design method according to the present invention, the specifications of the agitation mechanism and the soil removal mechanism can be changed after confirming the plastic flow state. It is possible to feed back the changes.

第5の発明は、第2〜4のいずれかの発明において、前記確認は、前記流速と前記ずり速度との関係を評価し、前記流速と前記ずり速度との関係が所定の範囲内に入っている場合は適切であり、所定の範囲に入っていない場合は不適切であると判定することを特徴とする。
本発明による土圧式シールド機の設計方法によれば、流速とずり速度との関係が図にて評価されるために、流速とずり速度との関係が所定の範囲内に入っているか否かを容易に判定することが可能となる。したがって、土圧式シールド工法に熟練した者でなくても判定をすることが可能となる。
In a fifth invention according to any one of the second to fourth inventions, the confirmation is performed by evaluating a relationship between the flow velocity and the shear rate, and a relationship between the flow velocity and the shear velocity is within a predetermined range. If it is, it is appropriate, and if it is not within the predetermined range, it is determined that it is inappropriate.
According to the earth pressure shield machine design method of the present invention, since the relationship between the flow velocity and the shear rate is evaluated in the figure, it is determined whether or not the relationship between the flow velocity and the shear rate is within a predetermined range. It is possible to easily determine. Therefore, even if it is not a person skilled in earth pressure type shield construction method, it can judge.

第6の発明の泥水式シールド機の設計方法は、チャンバー内に流入する掘削土砂を撹拌するための撹拌機構と、該掘削土砂を排出するための排土機構とを備えた泥水式シールド機の設計方法において、前記撹拌機構及び前記排土機構の仕様をそれぞれ設定する工程と、該設定した仕様に基づいて前記チャンバー内をモデル化する工程と、該モデル化したモデルに基づいて前記チャンバー内の流動状態を流動解析し、前記チャンバー内全体の掘削土砂の流速及びずり速度をシミュレーションする工程と、前記流速及び前記ずり速度を可視化する工程と、前記可視化した結果に基づいてチャンバー内全体の掘削土砂の流動状態を確認する工程と、該確認においてチャンバー内の流動状態が適切な場合は、前記設定した仕様を満たすようにシールド機を設計することを特徴とする。
本発明による泥水式シールド機の設計方法によれば、泥水式シールド機の撹拌機構及び排土機構の仕様に基づいた掘削土砂の流動状態を把握することが可能となる。そして、適切な流動状態となるチャンバー内の仕様に基づいて泥水式シールド機を設計することにより、トンネル掘削時にチャンバー内を確実に流動状態にすることが可能となる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a muddy water shield machine design method comprising: a stirring mechanism for agitating excavated earth and sand flowing into a chamber; and a mud type shield machine provided with a soil discharging mechanism for discharging the excavated earth and sand. In the design method, a step of setting specifications of the agitation mechanism and the soil removal mechanism, a step of modeling the inside of the chamber based on the set specification, and a step of modeling the inside of the chamber based on the modeled model Analyzing the flow state, simulating the flow rate and shear rate of the excavated sediment in the entire chamber, visualizing the flow rate and the shear rate, and excavating sediment in the entire chamber based on the visualized results The process of confirming the flow state of the shield and, if the flow state in the chamber is appropriate in the confirmation, the shield is set so as to satisfy the set specifications. Characterized by designing.
According to the method for designing a muddy water shield machine according to the present invention, it is possible to grasp the flow state of excavated earth and sand based on the specifications of the stirring mechanism and the soil discharge mechanism of the muddy water shield machine. And, by designing the muddy water type shield machine based on the specifications in the chamber that is in an appropriate fluidized state, it is possible to ensure that the chamber is fluidized during tunnel excavation.

以上、説明したように、本発明のシールド機の設計方法によれば、流動解析した結果に基づいてシールド機を設計するために、円形の中、大断面用、矩形断面用のシールド機を設計することができる。また、流動解析により予め流動状態又は塑性流動状態を確認するために、切羽を安定させた状態で安全に掘削することができる。さらに、流動解析により流動状態、塑性流動状態を確認することができるために、泥水式シールド機及び土圧式シールド機の設計を行うことができる。   As described above, according to the shielding machine design method of the present invention, in order to design a shielding machine based on the flow analysis results, a shielding machine for a circular medium, large cross section, and rectangular cross section is designed. can do. In addition, since the flow state or the plastic flow state is confirmed in advance by the flow analysis, the face can be safely excavated in a stable state. Furthermore, since the flow state and the plastic flow state can be confirmed by the flow analysis, the muddy water type shield machine and the earth pressure type shield machine can be designed.

以下、本発明に係るシールド機の設計方法の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、発明の理解の便宜上、本実施形態においては、切羽全面に泥土圧を加圧して地盤を掘削するための土圧式シールド機のチャンバー内の仕様として、撹拌機構のカッター、撹拌装置、固定翼、アジテータを設ける場合(以下、CASE1とする)、カッター、撹拌装置、固定翼を設ける場合(以下、CASE2とする)、カッター、撹拌装置を設ける場合(以下、CASE3とする)、カッターのみを設ける場合(以下、CASE4とする)について説明するが、チャンバー内に設ける機器類についてはこれらに限定されるものではなく、排土機構等の様々な機器類を設置することが可能である。   Hereinafter, a preferred embodiment of a design method for a shield machine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. For the convenience of understanding the invention, in this embodiment, the specifications of the chamber of the earth pressure type shield machine for excavating the ground by pressurizing the mud pressure over the entire face, the cutter of the stirring mechanism, the stirring device, the fixed blade In the case of providing an agitator (hereinafter referred to as CASE 1), in the case of providing a cutter, a stirring device, and a fixed blade (hereinafter referred to as CASE 2), in the case of providing a cutter and a stirring device (hereinafter referred to as CASE 3), only the cutter is provided. Although the case (hereinafter referred to as CASE 4) will be described, the devices provided in the chamber are not limited to these, and various devices such as a soil removal mechanism can be installed.

図1は、本発明の第一実施形態に係るCASE1の土圧式シールド機の断面図、図2は、図1のA−A’矢視図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a CASE 1 earth pressure shield machine according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a view taken along the arrow A-A ′ of FIG. 1.

図1及び図2に示すように、土圧式シールド機1は、進行方向前部で切羽の掘削を行うフード部3と、後部で覆工を行うテール部と、フード部3及びテール部を結ぶとともに推進設備等を内方に装備するガーダー部5とから構成され、外部から作用する荷重に対し前述した各部を保護するための矩形筒状の鋼殻からなるスキンプレート9とを備える。   As shown in FIGS. 1 and 2, the earth pressure shield machine 1 connects the hood part 3 for excavating the face at the front part in the traveling direction, the tail part for lining at the rear part, and the hood part 3 and the tail part. In addition, the girder portion 5 is provided with propulsion equipment and the like, and includes a skin plate 9 made of a rectangular cylindrical steel shell for protecting each portion described above against a load acting from the outside.

土圧式シールド機1の前部は、土圧式シールド機1の前面側にカッタービットを有するカッター11と、カッター11を駆動するための駆動源13と、駆動源13の駆動力をカッター11に伝達する回転軸15と、掘削土砂に一定の圧力を与えてこれを保持するために隔壁17とカッター11とで密閉されたチャンバー19と、掘削土砂をチャンバー19から排出するための排土機構21と、チャンバー19内の掘削土砂を撹拌、混練するための撹拌装置23と、掘削土砂と加泥(気泡)材との混練効果を高めるための固定翼24と、チャンバー19内の掘削土砂の流動方向及び流速を推定するための測定装置25とから構成される。   The front part of the earth pressure type shield machine 1 transmits a cutter 11 having a cutter bit on the front side of the earth pressure type shield machine 1, a drive source 13 for driving the cutter 11, and the driving force of the drive source 13 to the cutter 11. A rotating shaft 15, a chamber 19 sealed with a partition wall 17 and a cutter 11 for applying and maintaining a constant pressure on the excavated earth and sand, and a soil discharging mechanism 21 for discharging the excavated earth and sand from the chamber 19. , A stirring device 23 for agitating and kneading the excavated earth and sand in the chamber 19, a fixed blade 24 for enhancing the kneading effect of the excavated earth and mud (bubble) material, and the flow direction of the excavated earth and sand in the chamber 19 And a measuring device 25 for estimating the flow velocity.

回転軸15の外周面には、チャンバー19内に突出するようにアジテータ27が設けられており、このアジテータ27は、ガーダー部5内に設置された駆動モータ29により、カッター11と独立して回転駆動される。   An agitator 27 is provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft 15 so as to protrude into the chamber 19, and this agitator 27 is rotated independently of the cutter 11 by a drive motor 29 installed in the girder unit 5. Driven.

撹拌装置23は、土圧式シールド機1の中心軸と同心で、かつ異なる径の3つの円周上にそれぞれ周方向に所定の間隔で配置され、チャンバー19内に突出するように、カッター11の背面側に複数台設けられている。   The agitation device 23 is concentric with the central axis of the earth pressure shield machine 1 and is disposed on three circumferences having different diameters at predetermined intervals in the circumferential direction, and is projected into the chamber 19 so as to protrude into the chamber 19. Multiple units are provided on the back side.

固定翼24は、土圧式シールド機1の中心軸と同心で、かつ異なる径の3つの円周上にそれぞれ周方向に所定の間隔で配置され、チャンバー19内に突出するように、隔壁17の前面側に複数台設けられている。   The fixed wings 24 are concentric with the central axis of the earth pressure shield machine 1 and are arranged on three circumferences having different diameters at predetermined intervals in the circumferential direction, and project into the chamber 19 so as to protrude into the chamber 19. Multiple units are provided on the front side.

測定装置25は、掘削土砂の流動方向と対向するように配置される板状の回転板31と、回転板31を駆動するためのモータ33と、モータ33の駆動力を回転板31に伝達するロッド35と、モータ33の電流値を測定するための電流測定器37と、回転板31の回転角度を検出するための角度検出器39と、回転板31を土圧式シールド機1の中心軸方向に移動可能にするためのシリンダ41とを備える。この測定装置25は、土圧式シールド機1の中心軸と同心円上で、周方向に所定の間隔で複数台配置され、攪拌装置23及びアジテータ27との相互干渉を避ける位置に設けられる。なお、本実施形態においては、測定装置25は、土圧式シールド機1の中心軸と同心円上で、周方向に所定の間隔で設置する方法について説明したが、この位置に限定されるものではなく、任意の位置に設置することが可能である。   The measuring device 25 transmits a plate-shaped rotating plate 31 disposed so as to face the flow direction of the excavated sediment, a motor 33 for driving the rotating plate 31, and a driving force of the motor 33 to the rotating plate 31. A rod 35, a current measuring device 37 for measuring the current value of the motor 33, an angle detector 39 for detecting the rotation angle of the rotating plate 31, and the rotating plate 31 in the direction of the central axis of the earth pressure shield machine 1 And a cylinder 41 for enabling movement. A plurality of measuring devices 25 are arranged at a predetermined interval in the circumferential direction on a concentric circle with the central axis of the earth pressure shield machine 1 and are provided at positions where mutual interference with the stirring device 23 and the agitator 27 is avoided. In addition, in this embodiment, although the measuring apparatus 25 demonstrated the method of installing in the circumferential direction at predetermined intervals on the concentric circle with the center axis | shaft of the earth pressure type shield machine 1, it is not limited to this position. It can be installed at any position.

測定装置25の回転板31は長方形状の平板であって、平板状の主面がチャンバ内で流動する掘削土砂の流動方向と対向するように配置される。そして、チャンバー19内で掘削土砂が流動すると、回転板31の主面は土圧式シールド機1の中心軸と平行な軸線回りに回転する。   The rotating plate 31 of the measuring device 25 is a rectangular flat plate and is arranged so that the main surface of the flat plate faces the flow direction of excavated earth and sand flowing in the chamber. When the excavated sediment flows in the chamber 19, the main surface of the rotating plate 31 rotates around an axis parallel to the central axis of the earth pressure shield machine 1.

図3は、本実施形態に係る土圧式シールド機1の仕様を決定するための手順を示すフロー図である。また、図4は、本実施形態に係る地盤の粒度曲線を示す図である。
図3のS10において、土圧式シールド機1にて地盤を掘削する際の掘進条件及び土質条件等を設定する。本実施形態においては、例えば、図4に示すような粒度曲線を有する地盤を掘削する。
そして、図3のS12において、撹拌機構の仕様を設定する。本実施形態においては、図1に示すように、CASE1のチャンバー19内には、カッター11、撹拌装置23、固定翼24、アジテータ27が設けられる。
FIG. 3 is a flowchart showing a procedure for determining the specifications of the earth pressure shield machine 1 according to the present embodiment. Moreover, FIG. 4 is a figure which shows the particle size curve of the ground which concerns on this embodiment.
In S10 of FIG. 3, the excavation condition and the soil condition when excavating the ground with the earth pressure shield machine 1 are set. In the present embodiment, for example, a ground having a particle size curve as shown in FIG. 4 is excavated.
And in S12 of FIG. 3, the specification of the stirring mechanism is set. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, a cutter 11, a stirring device 23, a fixed blade 24, and an agitator 27 are provided in a chamber 19 of CASE 1.

図5は、本実施形態に係るCASE1のチャンバー19内をモデル化した図である。図3のS20において、上述した非特許文献2及び3に開示されている方法にて、図5に示すように、CASE1のチャンバー19内をモデル化する。   FIG. 5 is a diagram modeling the inside of the chamber 19 of the CASE 1 according to the present embodiment. In S20 of FIG. 3, the inside of the chamber 19 of CASE 1 is modeled as shown in FIG. 5 by the method disclosed in Non-Patent Documents 2 and 3 described above.

図6は、本実施形態に係る流動解析の入力条件を示す図である。図3のS22において、モデル化したモデル及び入力条件(後に示す)に基づいて、上述した非特許文献2及び3に開示されている方法にて掘削土砂の流動解析を行い、流速及びずり速度をシミュレーションする。   FIG. 6 is a diagram showing input conditions for flow analysis according to the present embodiment. In S22 of FIG. 3, based on the modeled model and input conditions (shown later), flow analysis of the excavated sediment is performed by the methods disclosed in Non-Patent Documents 2 and 3 described above, and the flow velocity and shear rate are determined. Simulate.

流動解析に用いる基礎方程式は、チャンバー19内の掘削土砂を地山の土砂と加泥(気泡)材とから構成される流体と仮定し、密度成層を考慮した非圧縮ナビエ・ストークス方程式を用いた。また、カッター11の回転などの複雑な移動境界部分には動的マルチブロック法を適用した。   The basic equation used for the flow analysis is an incompressible Navier-Stokes equation that considers density stratification, assuming that the excavated sediment in the chamber 19 is a fluid composed of natural soil and mud (bubble) material. . In addition, the dynamic multi-block method was applied to complicated moving boundary portions such as the rotation of the cutter 11.

本実施形態において、流動解析の入力条件は、図6に示すように、例えば、アジテータ27の回転数は1.365rpm、カッター11の回転数は0.46rpm、土圧式シールド機1の掘進速度は20mm/minである。さらに、流動解析の入力条件として、地山密度と加泥(気泡)材密度の体積占有率比により算出される流体密度、各土質における粘度式等も入力する。   In the present embodiment, as shown in FIG. 6, for example, the input conditions for the flow analysis are as follows: the rotational speed of the agitator 27 is 1.365 rpm, the rotational speed of the cutter 11 is 0.46 rpm, and the excavation speed of the earth pressure shield machine 1 is 20 mm / min. Furthermore, as input conditions for flow analysis, the fluid density calculated from the volume occupancy ratio between the natural ground density and the mud (bubble) material density, the viscosity formula for each soil, and the like are also input.

図7、図8は、本実施形態に係るすべてのCASEのチャンバー19内における掘削土砂の流速分布図、ずり速度分布図である。図7及び図8は、カッターフェース近傍、チャンバー19中央付近、隔壁17近傍における解析結果である。本実施形態において、カッターフェース近傍、チャンバー19中央付近、隔壁17近傍とは、それぞれ隔壁17から、例えば、1.7m、0.9m、0.45m前方の位置とする。   7 and 8 are a flow velocity distribution diagram and a shear velocity distribution diagram of excavated sediment in all the CASE chambers 19 according to the present embodiment. 7 and 8 show analysis results in the vicinity of the cutter face, in the vicinity of the center of the chamber 19 and in the vicinity of the partition wall 17. In the present embodiment, the vicinity of the cutter face, the vicinity of the center of the chamber 19, and the vicinity of the partition wall 17 are, for example, 1.7 m, 0.9 m, and 0.45 m ahead of the partition wall 17, respectively.

図3のS34において、流速及びずり速度を図7、図8に示すように可視化する。流速はベクトル表示され、矢印の長さ、方向により、それぞれ掘削土砂の流動する流速、流向が表示される。また、ずり速度はスカラー表示され、色の濃淡により、速度の大きさが表示される。   In S34 of FIG. 3, the flow velocity and the shear velocity are visualized as shown in FIGS. The flow velocity is displayed as a vector, and the flow velocity and flow direction of the excavated sediment are displayed according to the length and direction of the arrows. Also, the shear rate is displayed as a scalar, and the magnitude of the speed is displayed according to the color density.

チャンバー19内の掘削土砂には、カッター11の回転により流速が与えられるとともに、撹拌装置23及びアジテータ27等によりずり応力が生じる。チャンバー19内の掘削土砂が塑性流動状態である場合は、ずり応力が生じる際に、ずり速度が発生すると推測される。   The excavated earth and sand in the chamber 19 is given a flow velocity by the rotation of the cutter 11, and shear stress is generated by the stirring device 23 and the agitator 27. When the excavated sediment in the chamber 19 is in a plastic flow state, it is presumed that a shear rate is generated when shear stress is generated.

図7のCASE1、図8のCASE1に示すように、本実施形態においては、横断方向において、流速及びずり速度の分布は、土圧式シールド機1の外周付近とアジテータ27周辺と回転軸15付近とでは一様にならず、それぞれ異なる状態が確認される。また、縦断方向においても、流速及びずり速度の分布は、カッターフェース近傍とチャンバー19中央付近と隔壁17近傍付近とでは、一様にならず、それぞれ異なる状態が確認される。   As shown in CASE 1 in FIG. 7 and CASE 1 in FIG. 8, in the present embodiment, in the transverse direction, the distribution of the flow velocity and the shear velocity is around the outer periphery of the earth pressure shield machine 1, around the agitator 27, and around the rotating shaft 15. In, it is not uniform, and different states are confirmed. Also in the longitudinal direction, the distribution of flow velocity and shear velocity is not uniform in the vicinity of the cutter face, near the center of the chamber 19 and near the partition wall 17, and different states are confirmed.

図9は、本実施形態に係る掘削土砂の流動状態を示す図である。図9に示すように、流速とずり速度との関係に着目してチャンバー19内の掘削土砂の流動状態を分類すると、Iの領域は、適切な流速及びずり速度が得られているために、チャンバー19内の掘削土砂は塑性流動化していると推測される。また、IIの領域は、流速が小さく、かつ、ずり速度も小さいために、チャンバー19内の掘削土砂は、塑性流動化していない状態、又は、掘削土砂が滞留し、攪拌されにくい状態であると推測される。そして、IIIの領域は、流速が小さく、かつ、ずり速度が大きいために、チャンバー19内の掘削土砂は、流動性が非常に高い状態であると推測される。IVの領域は、流速が大きく、かつ、ずり速度が小さいために、チャンバー19内の掘削土砂は、塑性流動化していない状態、又は、攪拌効果が少ない箇所であると推測される。   FIG. 9 is a diagram showing a flow state of excavated earth and sand according to the present embodiment. As shown in FIG. 9, focusing on the relationship between the flow velocity and the shear rate, and classifying the flow state of the excavated soil in the chamber 19, the region I has an appropriate flow velocity and shear rate, It is presumed that the excavated sediment in the chamber 19 is plastic fluidized. Further, since the region II has a low flow velocity and a low shear rate, the excavated sediment in the chamber 19 is not in a state of plastic fluidization, or the excavated sediment is in a state in which it is difficult to stir. Guessed. And in the area | region III, since the flow rate is small and the shear rate is large, it is estimated that the excavated sediment in the chamber 19 is in a very high fluidity state. In the region IV, since the flow velocity is high and the shear rate is low, it is presumed that the excavated soil in the chamber 19 is not plastically fluidized or is a portion with little stirring effect.

図10、図11、図12は、それぞれ本実施形態に係るカッターフェース近傍、チャンバー19中央付近、隔壁17近傍の掘削土砂の流動状態を示す図であり、縦軸は流速、横軸は対数表示したずり速度である。また、横断方向の領域を(1)アジテータ27領域(0〜1/3R 、Rはシールド半径とする)、(2)カッター支持部(1/3R〜2/3R)、(3)外周部(2/3R〜1R)の3つに区分して、流速とずり速度との関係を示した。   10, 11, and 12 are diagrams showing the flow state of excavated soil near the cutter face, near the center of the chamber 19, and near the partition wall 17 according to the present embodiment, with the vertical axis representing the flow velocity and the horizontal axis representing the logarithm. It's a drag speed. In addition, the transverse region is defined as (1) agitator 27 region (0 to 1 / 3R, R is a shield radius), (2) cutter support portion (1 / 3R to 2 / 3R), (3) outer peripheral portion ( 2 / 3R to 1R), and the relationship between the flow rate and the shear rate was shown.

図3のS36において、カッターフェース近傍、チャンバー19中央付近、隔壁17近傍における流速とずり速度との関係をそれぞれ評価する。図10〜図12に示すように、カッターフェース付近よりもチャンバー19中央付近が、また、チャンバー19中央付近よりも隔壁17近傍が流速とずり速度との関係はグラフ中央付近に推移している。これは、掘削土砂がカッターフェース近傍から隔壁17近傍に移動すると、撹拌装置23及びアジテータ27の効果により塑性流動化している状態である。また、実施工において、排土状況が良好で切羽の安定が図れていたことを考慮すると、本流動解析結果はチャンバー19内の土砂が適切に塑性流動化している場合をシミュレーションしており、解析精度が高いことを示している。   In S36 of FIG. 3, the relationship between the flow velocity and the shear velocity in the vicinity of the cutter face, in the vicinity of the center of the chamber 19 and in the vicinity of the partition wall 17 is evaluated. As shown in FIGS. 10 to 12, the relationship between the flow velocity and the shear velocity is near the center of the graph in the vicinity of the center of the chamber 19 than in the vicinity of the cutter face, and in the vicinity of the partition wall 17 near the center of the chamber 19. This is a state in which the excavated earth and sand is plastically fluidized by the effects of the agitator 23 and the agitator 27 when it moves from the vicinity of the cutter face to the vicinity of the partition wall 17. In consideration of the fact that the soil removal situation was good and the face was stable in the construction work, this flow analysis result simulates the case where the sediment in the chamber 19 is appropriately plasticized and analyzed. It shows that the accuracy is high.

次に、チャンバー19内の撹拌機構の仕様をCASE2に変更した場合について説明する。
図13は、本実施形態に係るCASE2の土圧式シールド機1の断面図である。図3のS12において、図13に示すように、CASE2のチャンバー19内には、カッター11、撹拌装置23、固定翼24が設けられる。
図14は、本実施形態に係るCASE2のチャンバー19内をモデル化した図である。図14に示すように、再び、図3のS20において、CASE1の場合と同様にCASE2の土圧式シールド機1のチャンバー19内をモデル化する。
Next, the case where the specification of the stirring mechanism in the chamber 19 is changed to CASE 2 will be described.
FIG. 13 is a cross-sectional view of the earth pressure type shield machine 1 of CASE 2 according to the present embodiment. In S12 of FIG. 3, as shown in FIG. 13, a cutter 11, a stirring device 23, and a fixed blade 24 are provided in the chamber 19 of CASE 2.
FIG. 14 is a diagram modeling the inside of the chamber 19 of CASE 2 according to the present embodiment. As shown in FIG. 14, in S20 of FIG. 3, the inside of the chamber 19 of the earth pressure type shield machine 1 of CASE 2 is modeled similarly to the case of CASE 1.

そして、再び、図3のS22において、CASE2のモデル及びCASE1と同様の入力条件に基づいて、流動解析を行い、流速及びずり速度をシミュレーションする。
それから、再び、図3のS34において、流速及びずり速度を図7のCASE2、図8のCASE2に示すように可視化する。
そして、再び、図3のS36において、CASE2の場合においてもCASE1の場合と同様に、カッターフェース近傍、チャンバー19中央付近、隔壁17近傍における流速とずり速度との関係をそれぞれ評価し(図示しない)、塑性流動状態を確認する。
Then, in S22 of FIG. 3 again, based on the CASE2 model and the same input conditions as CASE1, the flow analysis is performed to simulate the flow velocity and shear velocity.
Then, again, in S34 of FIG. 3, the flow velocity and the shear velocity are visualized as shown in CASE 2 of FIG. 7 and CASE 2 of FIG.
3 again, in the case of CASE 2 as in CASE 1, the relationship between the flow velocity and the shear velocity in the vicinity of the cutter face, in the vicinity of the center of the chamber 19 and in the vicinity of the partition wall 17 is evaluated (not shown). Check the plastic flow state.

次に、チャンバー19内の撹拌機構の仕様をCASE3に変更した場合について説明する。
図15は、本実施形態に係るCASE3の土圧式シールド機1の断面図、図16は、図15のB−B’矢視図である。
図3のS12において、図15及び図16に示すように、CASE3のチャンバー19内には、カッター11、撹拌装置23が設けられる。
Next, the case where the specification of the stirring mechanism in the chamber 19 is changed to CASE 3 will be described.
15 is a sectional view of the earth pressure type shield machine 1 of CASE 3 according to the present embodiment, and FIG. 16 is a view taken along the line BB ′ of FIG.
In S12 of FIG. 3, as shown in FIGS. 15 and 16, a cutter 11 and a stirring device 23 are provided in the chamber 19 of CASE 3.

図17は、本実施形態に係るCASE3のチャンバー19内をモデル化した図である。図17に示すように、再び、図3のS20において、CASE1の場合と同様にCASE3の土圧式シールド機1のチャンバー19内をモデル化する。   FIG. 17 is a diagram modeling the inside of the chamber 19 of the CASE 3 according to the present embodiment. As shown in FIG. 17, in S20 of FIG. 3, the inside of the chamber 19 of the earth pressure type shield machine 1 of CASE 3 is modeled in the same manner as the case of CASE 1.

そして、再び、図3のS22において、CASE3のモデル、CASE1とCASE2と同様の入力条件に基づいて、流動解析を行い、流速及びずり速度をシミュレーションする。
それから、再び、図3のS34において、流速及びずり速度を図7のCASE3、図8のCASE3に示すように可視化する。
そして、再び、図3のS36において、CASE3の場合においてもCASE1、2の場合と同様に、カッターフェース近傍、チャンバー19中央付近、隔壁17近傍における流速とずり速度との関係をそれぞれ評価し(図示しない)、塑性流動状態を確認する。
Then, in S22 of FIG. 3 again, based on the same input conditions as the CASE3 model, CASE1 and CASE2, the flow analysis is performed to simulate the flow velocity and shear velocity.
Then, again in S34 of FIG. 3, the flow velocity and the shear velocity are visualized as shown in CASE 3 of FIG. 7 and CASE 3 of FIG.
3 again, in the case of CASE 3 as in CASE 1 and 2, the relationship between the flow velocity and the shear velocity in the vicinity of the cutter face, in the vicinity of the center of the chamber 19, and in the vicinity of the partition wall 17 is evaluated (see the figure). No), check the plastic flow state.

最後に、チャンバー19内の撹拌機構の仕様をCASE4に変更した場合について説明する。
図18は、本実施形態に係るCASE4の土圧式シールド機1の断面図、図19は、図18のC−C’矢視図である。
図3のS12において、図18及び図19に示すように、CASE4のチャンバー19内には、カッター11のみが設けられる。
図20は、本実施形態に係るCASE4のチャンバー19内をモデル化した図である。図20に示すように、再び、図3のS20において、CASE1の場合と同様にCASE4の土圧式シールド機1のチャンバー19内をモデル化する。
Finally, the case where the specification of the stirring mechanism in the chamber 19 is changed to CASE4 will be described.
FIG. 18 is a cross-sectional view of the earth pressure type shield machine 1 of CASE 4 according to the present embodiment, and FIG. 19 is a view taken along the line CC ′ of FIG.
In S12 of FIG. 3, only the cutter 11 is provided in the chamber 19 of the CASE 4 as shown in FIGS.
FIG. 20 is a diagram modeling the inside of the chamber 19 of the CASE 4 according to the present embodiment. As shown in FIG. 20, in S20 of FIG. 3, the inside of the chamber 19 of the earth pressure type shield machine 1 of CASE 4 is modeled in the same manner as in the case of CASE 1.

そして、再び、図3のS22において、CASE4のモデル、CASE1とCASE2とCASE3と同様の入力条件に基づいて、流動解析を行い、流速及びずり速度をシミュレーションする。
それから、再び、図3のS34において、流速及びずり速度を図7のCASE4、図8のCASE4に示すように可視化する。
そして、再び、図3のS36において、CASE4の場合においてもCASE1〜3の場合と同様に、カッターフェース近傍、チャンバー19中央付近、隔壁17近傍における流速とずり速度との関係をそれぞれ評価し(図示しない)、塑性流動状態を確認する。
Then, in S22 of FIG. 3 again, based on the same input conditions as the CASE4 model, CASE1, CASE2, and CASE3, the flow analysis is performed to simulate the flow velocity and shear velocity.
Then, again, in S34 of FIG. 3, the flow velocity and the shear velocity are visualized as shown in CASE 4 in FIG. 7 and CASE 4 in FIG.
3 again, in the case of CASE 4 as in the case of CASE 1 to 3, the relationship between the flow velocity and the shear velocity in the vicinity of the cutter face, in the vicinity of the center of the chamber 19 and in the vicinity of the partition wall 17 is evaluated (illustrated). No), check the plastic flow state.

これらのCASE1〜4の塑性流動状態をそれぞれ確認する際に、流速とずり速度との関係が上述したIの範囲に入り、塑性流動状態が適切な場合のCASEのみの塑性流動状態を図3のS40において比較する。   When the plastic flow states of these CASEs 1 to 4 are confirmed, the relationship between the flow velocity and the shear rate is in the range I described above, and the plastic flow state of only CASE when the plastic flow state is appropriate is shown in FIG. Compare at S40.

そして、適正な塑性流動状態同士を比較した中で掘進に最適な塑性流動状態を選択し、この塑性流動状態における撹拌機構の仕様を決定する。本実施形態においては、例えば、CASE1のチャンバー19内にカッター11、撹拌装置23、固定翼24、アジテータ27を設けた撹拌機構を選択する。
この選択した撹拌機構の仕様を満たすように、図3のS42において、例えば、土圧式シールド機1のカッター11の必要トルク、該トルクを出力するためのモータの選定、アジテータ27用モータの選定、チャンバー19周囲のシール構造等の土圧式シールド機1に関する設計を行う。
Then, the optimum plastic flow state is compared with each other, and the optimum plastic flow state for excavation is selected, and the specifications of the stirring mechanism in this plastic flow state are determined. In this embodiment, for example, a stirring mechanism in which the cutter 11, the stirring device 23, the fixed blade 24, and the agitator 27 are provided in the chamber 19 of CASE 1 is selected.
In S42 of FIG. 3, so as to satisfy the specifications of the selected stirring mechanism, for example, the necessary torque of the cutter 11 of the earth pressure type shield machine 1, selection of a motor for outputting the torque, selection of a motor for the agitator 27, The earth pressure type shield machine 1 such as a seal structure around the chamber 19 is designed.

以上説明した本実施形態における土圧式シールド機1の設計方法によれば、土圧式シールド機1のチャンバー19内の仕様に基づいた掘削土砂の塑性流動状態を把握することが可能となる。そして、そして、適切な塑性流動状態となるチャンバー19内の仕様に基づいて土圧式シールド機1を設計することにより、トンネル掘削時にチャンバー19内を確実に塑性流動状態にすることが可能となる。   According to the design method of the earth pressure type shield machine 1 in the present embodiment described above, it is possible to grasp the plastic flow state of excavated earth and sand based on the specifications in the chamber 19 of the earth pressure type shield machine 1. And by designing the earth pressure type shield machine 1 based on the specification in the chamber 19 that is in an appropriate plastic flow state, the inside of the chamber 19 can be reliably put into a plastic flow state during tunnel excavation.

また、複数の適切な塑性流動状態同士を比較し、この中から掘進に最適なチャンバー19内の仕様を選択することが可能となる。そして、この最適なチャンバー19内の仕様を満たす土圧式シールド機1を設計することにより、大、中断面でも土圧式シールド機1にて切羽を安定させた状態で安全に掘削することが可能となる。さらに、円形断面だけでなく、例えば、矩形等の円形以外の断面も掘削することが可能となる。   In addition, it is possible to compare a plurality of appropriate plastic flow states and to select a specification in the chamber 19 that is most suitable for excavation. Then, by designing the earth pressure shield machine 1 that satisfies the specifications in the optimum chamber 19, it is possible to safely excavate the face with the earth pressure shield machine 1 in a stable state even with large and medium cross sections. Become. Furthermore, not only a circular cross section but also a cross section other than a circular shape such as a rectangle can be excavated.

そして、塑性流動状態を確認した後にチャンバー19内の仕様を変更することができるために、流動解析結果をチャンバー19内の仕様の変更にフィードバックすることが可能となる。   Since the specification in the chamber 19 can be changed after the plastic flow state is confirmed, the flow analysis result can be fed back to the change in the specification in the chamber 19.

さらに、流速とずり速度との関係が図表にて評価されるために、流速とずり速度との関係が所定の範囲内に入っているか否かを容易に判定することが可能となる。したがって、土圧式シールド工法に熟練した者でなくても判定をすることが可能となる。   Furthermore, since the relationship between the flow rate and the shear rate is evaluated by the chart, it is possible to easily determine whether or not the relationship between the flow rate and the shear rate is within a predetermined range. Therefore, even if it is not a person skilled in earth pressure type shield construction method, it can judge.

なお、本実施形態においては、チャンバー19内の仕様の設定において、撹拌機構の撹拌装置23、固定翼24、アジテータ27を用いる方法について説明したが、チャンバー19内に設けられる機器類についてはこれらに限定されるものではなく、例えば、排土機構等の他の機器類を設置することが可能である。そして、チャンバー19内に設けられた機器類すべてにおいて塑性流動状態に関する影響を確認することが可能である。さらに、排土機構21についても流動解析をする場合においては、排土機構の径、設置位置、設置台数等について仕様を設定することが可能である。   In the present embodiment, the method of using the stirring device 23 of the stirring mechanism, the fixed blade 24, and the agitator 27 in setting the specifications in the chamber 19 has been described. However, the devices provided in the chamber 19 are not limited to these. For example, it is possible to install other devices such as a soil removal mechanism. And it is possible to confirm the influence regarding a plastic flow state in all the apparatuses provided in the chamber 19. Further, in the case of performing a flow analysis on the soil removal mechanism 21, it is possible to set specifications for the diameter, installation position, number of installations, and the like of the soil removal mechanism.

なお、本実施形態においては、土圧式シールド機1を設計するために、チャンバー19内の塑性流動状態を解析し、流速及びずり速度をシミュレーションする方法について説明したが、これに限定されるものではなく、チャンバー内の流動状態を解析し、流速をシミュレーションして切羽全面に泥水圧を加圧して地盤を掘削するための泥水式シールド機を設計することも可能である。   In addition, in this embodiment, in order to design the earth pressure type shield machine 1, the method of analyzing the plastic flow state in the chamber 19 and simulating the flow velocity and the shear velocity has been described. However, the present invention is not limited to this. It is also possible to design a muddy water shield machine for excavating the ground by analyzing the flow state in the chamber, simulating the flow velocity and applying muddy water pressure to the entire face.

本発明の第一実施形態に係るCASE1の土圧式シールド機の断面図である。It is sectional drawing of the earth pressure type shield machine of CASE1 which concerns on 1st embodiment of this invention. 図1のA−A’矢視図である。It is an A-A 'arrow line view of FIG. 本実施形態に係る土圧式シールド機の仕様を決定するための手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the procedure for determining the specification of the earth pressure type shield machine which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る地盤の粒度曲線を示す図である。It is a figure which shows the particle size curve of the ground which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るCASE1のチャンバー内をモデル化した図である。It is the figure which modeled the inside of the chamber of CASE1 concerning this embodiment. 本実施形態に係る流動解析の入力条件を示す図である。It is a figure which shows the input conditions of the flow analysis which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るすべてのCASEのチャンバー内における掘削土砂の流速分布図である。It is a flow velocity distribution map of excavated sediment in all CASE chambers according to the present embodiment. 本実施形態に係るすべてのCASEのチャンバー内における掘削土砂のずり速度分布図である。It is a shear rate distribution map of excavated earth and sand in all CASE chambers according to the present embodiment. 本実施形態に係る掘削土砂の流動状態を示す図である。It is a figure which shows the flow state of the excavation earth and sand which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るカッターフェース近傍の流動状態を示す図である。It is a figure which shows the flow state of the cutter face vicinity which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るチャンバー中央付近の流動状態を示す図である。It is a figure which shows the flow state of the chamber center vicinity which concerns on this embodiment. 本実施形態に係る隔壁近傍の流動状態を示す図である。It is a figure which shows the flow state of the partition vicinity which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るCASE2の土圧式シールド機の断面図である。It is sectional drawing of the earth pressure type shield machine of CASE2 which concerns on this embodiment. 本実施形態に係るCASE2のチャンバー内をモデル化した図である。It is the figure which modeled the inside of the chamber of CASE2 concerning this embodiment. 本実施形態に係るCASE3の土圧式シールド機の断面図である。It is sectional drawing of the earth pressure type shield machine of CASE3 which concerns on this embodiment. 図15のB−B’矢視図である。It is a B-B 'arrow line view of FIG. 本実施形態に係るCASE3のチャンバー内をモデル化した図である。It is the figure which modeled the inside of the chamber of CASE3 concerning this embodiment. 本実施形態に係るCASE4の土圧式シールド機の断面図である。It is sectional drawing of the earth pressure type shield machine of CASE4 which concerns on this embodiment. 図18のC−C’矢視図である。It is a C-C 'arrow line view of FIG. 本実施形態に係るCASE4のチャンバー内をモデル化した図である。It is the figure which modeled the inside of the chamber of CASE4 concerning this embodiment. 掘削土砂の塑性流動状態を示す図である。It is a figure which shows the plastic flow state of excavated earth and sand.

符号の説明Explanation of symbols

1 土圧式シールド機
3 フード部
5 ガーダー部
9 スキンプレート
11 カッター
13 駆動源
15 回転軸
17 隔壁
19 チャンバー
21 排土機構
23 撹拌装置
24 固定翼
25 測定装置
27 アジテータ
29 駆動モータ
31 回転板
33 モータ
35 ロッド
37 電流測定器
39 角度検出器
41 シリンダ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Earth pressure type shield machine 3 Hood part 5 Girder part 9 Skin plate 11 Cutter 13 Driving source 15 Rotating shaft 17 Bulkhead 19 Chamber 21 Earth removal mechanism 23 Stirring device 24 Fixed blade 25 Measuring device 27 Agitator 29 Driving motor 31 Rotating plate 33 Motor 35 Rod 37 Current measuring device 39 Angle detector 41 Cylinder

Claims (6)

チャンバー内に流入する掘削土砂を撹拌するための撹拌機構と、該掘削土砂を排出するための排土機構とを備えたシールド機の設計方法において、
前記撹拌機構及び前記排土機構の仕様をそれぞれ設定する工程と、
該設定した仕様に基づいて前記チャンバー内をモデル化する工程と、
該モデル化したモデルに基づいて前記チャンバー内の流動状態を流動解析し、前記チャンバー内全体の掘削土砂の流速及びずり速度をシミュレーションする工程と、
前記流速及び前記ずり速度を可視化する工程と、
前記可視化した結果に基づいてチャンバー内全体の掘削土砂の流動状態又は塑性流動状態を確認する工程と、
該確認においてチャンバー内の流動状態又は塑性流動状態が適切な場合は、前記設定した仕様を満たすようにシールド機を設計することを特徴とするシールド機の設計方法。
In a design method of a shield machine provided with a stirring mechanism for stirring the excavated earth and sand flowing into the chamber and a soil discharging mechanism for discharging the excavated earth and sand,
Setting the specifications of the stirring mechanism and the soil removal mechanism,
Modeling the interior of the chamber based on the set specifications;
Analyzing the flow state in the chamber based on the modeled model, and simulating the flow rate and shear rate of the excavated sediment throughout the chamber;
Visualizing the flow rate and the shear rate;
A step of confirming the flow state or plastic flow state of the excavated sediment in the entire chamber based on the visualized result;
In the confirmation, when the flow state or plastic flow state in the chamber is appropriate, the shield machine is designed so as to satisfy the set specifications.
チャンバー内に流入する掘削土砂を撹拌するための撹拌機構と、該掘削土砂を排出するための排土機構とを備えた土圧式シールド機の設計方法において、
前記撹拌機構及び前記排土機構の仕様をそれぞれ設定して前記チャンバー内の仕様を設定する工程と、
該設定した仕様に基づいて前記チャンバー内をモデル化する工程と、
該モデル化したモデルに基づいて前記チャンバー内の流動状態を流動解析し、前記チャンバー内全体の掘削土砂の流速及びずり速度をシミュレーションする工程と、
前記流速及び前記ずり速度を可視化する工程と、
前記可視化した結果に基づいてチャンバー内全体の掘削土砂の塑性流動状態を確認する工程と、
該確認においてチャンバー内の塑性流動状態が適切な場合は、前記設定した仕様を満たすようにシールド機を設計することを特徴とする土圧式シールド機の設計方法。
In the design method of the earth pressure type shield machine provided with the stirring mechanism for stirring the excavated earth and sand flowing into the chamber and the earth discharging mechanism for discharging the excavated earth and sand,
Setting the specifications in the chamber by setting the specifications of the stirring mechanism and the soil removal mechanism, respectively;
Modeling the interior of the chamber based on the set specifications;
Analyzing the flow state in the chamber based on the modeled model, and simulating the flow rate and shear rate of the excavated sediment throughout the chamber;
Visualizing the flow rate and the shear rate;
Confirming the plastic flow state of the excavated sediment throughout the chamber based on the visualized results;
In the confirmation, when the plastic flow state in the chamber is appropriate, the shield machine is designed so as to satisfy the set specifications.
前記仕様を複数設定し、
該複数の仕様のそれぞれに基づいて、前記チャンバー内をモデル化する工程から前記流動状態又は塑性流動状態を確認する工程までを実施し、
該確認において複数のチャンバー内の塑性流動状態が適切な仕様のうち、前記土圧式シールド機の掘進に最適な仕様を選択し、
該選択した最適な仕様を満たすように前記土圧式シールド機を設計することを特徴とする請求項2に記載の土圧式シールド機の設計方法。
Set multiple specifications,
Based on each of the plurality of specifications, from the step of modeling the inside of the chamber to the step of confirming the flow state or plastic flow state,
Among the specifications in which the plastic flow state in the plurality of chambers is appropriate in the confirmation, select the specifications that are optimal for the excavation of the earth pressure shield machine,
3. The earth pressure shield machine design method according to claim 2, wherein the earth pressure shield machine is designed to satisfy the selected optimum specification.
前記確認においてチャンバー内の塑性流動状態が不適切な場合は、前記仕様を変更し、
該変更した仕様に基づいて、再び前記土圧式シールド機のチャンバー内をモデル化する工程から前記塑性流動状態を確認する工程までを実施することを特徴とする請求項2又は3に記載の土圧式シールド機の設計方法。
If the plastic flow state in the chamber is inappropriate in the confirmation, change the specification,
4. The earth pressure type according to claim 2, wherein the process from the step of modeling the inside of the chamber of the earth pressure shield machine again to the step of confirming the plastic flow state is performed based on the changed specifications. How to design a shield machine.
前記確認は、
前記流速と前記ずり速度との関係を評価し、前記流速と前記ずり速度との関係が所定の範囲内に入っている場合は適切であり、所定の範囲に入っていない場合は不適切であると判定することを特徴とする請求項2〜4のいずれかに記載の土圧式シールド機の設計方法。
The confirmation
Evaluate the relationship between the flow rate and the shear rate, and if the relationship between the flow rate and the shear rate is within a predetermined range, it is appropriate. If it is not within the predetermined range, it is inappropriate. It determines with these, The design method of the earth pressure type shield machine in any one of Claims 2-4 characterized by the above-mentioned.
チャンバー内に流入する掘削土砂を撹拌するための撹拌機構と、該掘削土砂を排出するための排土機構とを備えた泥水式シールド機の設計方法において、
前記撹拌機構及び前記排土機構の仕様をそれぞれ設定する工程と、
該設定した仕様に基づいて前記チャンバー内をモデル化する工程と、
該モデル化したモデルに基づいて前記チャンバー内の流動状態を流動解析し、前記チャンバー内全体の掘削土砂の流速及びずり速度をシミュレーションする工程と、
前記流速及び前記ずり速度を可視化する工程と、
前記可視化した結果に基づいてチャンバー内全体の掘削土砂の流動状態を確認する工程と、
該確認においてチャンバー内の流動状態が適切な場合は、前記設定した仕様を満たすようにシールド機を設計することを特徴とする泥水式シールド機の設計方法。
In a method for designing a muddy water shield machine comprising an agitation mechanism for agitating excavated earth and sand flowing into the chamber and an earth discharging mechanism for discharging the excavated earth and sand,
Setting the specifications of the stirring mechanism and the soil removal mechanism,
Modeling the interior of the chamber based on the set specifications;
Analyzing the flow state in the chamber based on the modeled model, and simulating the flow rate and shear rate of the excavated sediment throughout the chamber;
Visualizing the flow rate and the shear rate;
Confirming the flow state of the excavated sediment throughout the chamber based on the visualized results;
In the confirmation, when the flow state in the chamber is appropriate, the shielding machine is designed so as to satisfy the set specification.
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