JP2015117539A - Abrasion loss estimation method and abrasion loss estimation system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トンネルを掘削するカッターの摩耗量を見積もる摩耗量見積方法及び摩耗量見積システムに関するものである。 The present invention relates to a wear amount estimation method and a wear amount estimation system for estimating a wear amount of a cutter excavating a tunnel.
従来、このような分野の技術文献として、下記非特許文献１が知られている。この文献では、TBM施工において、地山の岩石試料の圧縮強度や岩石試料に含まれる石英の含有率が、カッタビットの摩耗量に影響することが示されている。 Conventionally, the following non-patent document 1 is known as a technical document in such a field. This document shows that, in TBM construction, the compressive strength of rock samples in the natural ground and the content of quartz contained in the rock samples affect the wear amount of the cutter bit.
しかしながら、地盤の一軸圧縮強さや石英含有率とカッターの摩耗量との間には十分な相関関係が見られない場合もある。従って、一軸圧縮強さや石英含有率を基にしてはカッターの摩耗量の見積りを正確に得られない場合もある。 However, a sufficient correlation may not be found between the uniaxial compressive strength of the ground, the quartz content, and the amount of wear of the cutter. Therefore, there is a case where the estimation of the amount of wear of the cutter cannot be obtained accurately based on the uniaxial compressive strength and the quartz content.
本発明は、カッターの摩耗量を正確に見積もることができる摩耗量見積方法及び摩耗量見積システムを提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a wear amount estimation method and a wear amount estimation system capable of accurately estimating the wear amount of a cutter.
本発明者らは、トンネルを掘削するカッターの摩耗量を見積もるにあたり、地盤中の石英の含有率のみならず、その石英の連結性がカッターの摩耗量に影響を及ぼしていることを見出し、本発明を完成させた。 In estimating the amount of wear of a cutter excavating a tunnel, the present inventors have found that not only the content of quartz in the ground but also the connectivity of the quartz affects the amount of wear of the cutter. Completed the invention.
上記の知見に鑑み、本発明の摩耗量見積方法は、トンネルを掘削するカッターの摩耗量を見積もる摩耗量見積方法であって、掘削対象の地盤に含まれる石英の連結性を示す指標である石英連結指標値を算出する指標値算出工程と、石英連結指標値に基づいてカッターの摩耗量に関する推定データを算出する摩耗量推定工程と、を備えたことを特徴とする。 In view of the above knowledge, the wear amount estimation method of the present invention is a wear amount estimation method for estimating the wear amount of a cutter for excavating a tunnel, and is an index indicating the connectivity of quartz contained in the ground to be excavated. An index value calculation step for calculating a connection index value and a wear amount estimation step for calculating estimation data relating to the wear amount of the cutter based on the quartz connection index value.
また、本発明の摩耗量見積システムは、トンネルを掘削するカッターの摩耗量を見積もる摩耗量見積システムであって、掘削対象の地盤に含まれる石英の連結性を示す指標である石英連結指標値を算出する指標値算出手段と、石英連結指標値に基づいてカッターの摩耗量に関する推定データを算出する摩耗量推定手段と、を備えたことを特徴とする。 The wear amount estimation system of the present invention is a wear amount estimation system for estimating the wear amount of a cutter for excavating a tunnel, and a quartz connection index value that is an index indicating the connectivity of quartz contained in the ground to be excavated. An index value calculating means for calculating and a wear amount estimating means for calculating estimated data relating to the wear amount of the cutter based on the quartz connection index value are provided.
この方法及び装置によれば、掘削対象の地盤に含まれる石英の連結性を石英連結指標値として示し、その指標値に基づいてカッターの摩耗量を推定することができるので、地盤中の石英の連結性が反映された正確な摩耗量の見積りを得ることができる。 According to this method and apparatus, the connectivity of quartz contained in the ground to be excavated is shown as a quartz connection index value, and the amount of wear of the cutter can be estimated based on the index value. It is possible to obtain an accurate estimation of the amount of wear reflecting the connectivity.
具体的には、指標値算出工程は、地盤の断面のサンプルの画像を得る画像化工程と、画像化工程で得られた断面画像から石英の粒子の断面に相当する石英領域を抽出する石英領域抽出工程と、石英領域の連結性に基づいて石英連結指標値を算出する連結性分析工程と、を有することとしてもよい。 Specifically, the index value calculating step includes an imaging step for obtaining an image of a sample of a cross section of the ground, and a quartz region for extracting a quartz region corresponding to a cross section of the quartz particle from the sectional image obtained in the imaging step. An extraction step and a connectivity analysis step of calculating a quartz connectivity index value based on the connectivity of the quartz region may be included.
更に具体的には、連結性分析工程は、断面画像を複数の分割領域に分割する画像分割工程と、複数の分割領域のうち、当該分割領域の一端から他端まで連続する石英領域を含むものの存在割合に基づいて石英連結指標値を得る指標値取得工程と、を有することとしてもよい。 More specifically, the connectivity analysis step includes an image division step for dividing the cross-sectional image into a plurality of divided regions, and a quartz region continuous from one end to the other end of the divided regions among the plurality of divided regions. An index value acquisition step of obtaining a quartz connection index value based on the existence ratio.
また、連結性分析工程は、断面画像を複数の分割領域に分割する画像分割工程と、複数の分割領域のうち、当該分割領域の一端から他端まで連続する石英領域を含むものの存在割合を演算する存在割合演算工程と、画像分割工程と、存在割合演算工程と、を分割領域のサイズを変更しながら繰り返し、分割領域のサイズと存在割合との相関関係式を得る分割サイズ相関式取得工程と、相関関係式において、分割領域のサイズに所定の値を代入して得られる存在割合を石英連結指標値として得る指標値取得工程と、を有することとしてもよい。 In addition, the connectivity analysis step calculates the existence ratio of an image dividing step of dividing a cross-sectional image into a plurality of divided regions and a plurality of divided regions including a quartz region continuous from one end to the other end of the divided regions. A division size correlation equation obtaining step of obtaining a correlation equation between the size of the divided region and the existence ratio by repeating the existence ratio calculating step, the image dividing step, and the existence ratio calculating step while changing the size of the divided region; The correlation equation may include an index value acquisition step of obtaining an existence ratio obtained by substituting a predetermined value for the size of the divided region as a quartz connection index value.
またこの場合、所定の値として、カッターの地盤への貫入量に関する値が採用されることとしてもよい。 In this case, a value related to the amount of penetration of the cutter into the ground may be adopted as the predetermined value.
本発明によれば、カッターの摩耗量を正確に見積もることができる摩耗量見積方法及び摩耗量見積システムを提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the wear amount estimation method and wear amount estimation system which can estimate the wear amount of a cutter correctly can be provided.
以下、図面を参照しつつ本発明に係る摩耗量見積方法及び摩耗量見積システムの一実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, an embodiment of a wear amount estimating method and a wear amount estimating system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図１は、ＴＢＭ(tunnel boring machines)によるトンネル掘削工事におけるディスクカッターの摩耗量を見積もるための摩耗量見積システム１を示すブロック図である。摩耗量見積システム１は、指標値算出部（指標値算出手段）１０と、摩耗量推定部（摩耗量推定手段）２０とを備えている。指標値算出部１０は、画像化部１１と、石英領域抽出部１２と、連結性分析部１３とを有している。 FIG. 1 is a block diagram showing a wear amount estimation system 1 for estimating the wear amount of a disk cutter in tunnel excavation work by TBM (tunnel boring machines). The wear amount estimation system 1 includes an index value calculation unit (index value calculation unit) 10 and a wear amount estimation unit (wear amount estimation unit) 20. The index value calculation unit 10 includes an imaging unit 11, a quartz region extraction unit 12, and a connectivity analysis unit 13.
画像化部１１は、岩石の試料チップ５１の切断面を画像データ化する。本実施形態の摩耗量見積方法では、ＴＢＭ施工の掘削対象となる地盤から岩石の試料が採取される。そして、画像化部１１によって、採取された岩石の試料チップの切断面がスキャンされ電子的な断面画像データＤ１が取得される。画像化部１１には、例えばイメージスキャナが含まれる。また、画像化部１１が偏光顕微鏡を含み、試料チップ５１の切断面の偏光顕微鏡写真が断面画像データＤ１とされてもよい。 The imaging unit 11 converts the cut surface of the rock sample chip 51 into image data. In the wear amount estimation method of this embodiment, a rock sample is collected from the ground to be excavated for TBM construction. Then, the imaging unit 11 scans the cut surface of the collected rock sample chip to obtain electronic cross-sectional image data D1. The imaging unit 11 includes, for example, an image scanner. Further, the imaging unit 11 may include a polarization microscope, and a polarization microscope photograph of the cut surface of the sample chip 51 may be the cross-sectional image data D1.
石英領域抽出部１２は、断面画像データＤ１から石英の粒子の断面に相当する石英領域を抽出する。一般的に、地盤中の同種の鉱物は類似の色を示すと考えられるので、断面画像データＤ１から石英の特有の色に近い領域を石英領域として抽出する。例えば、ここでは、図２に示されるように、石英領域Ｅ１とそれ以外の領域Ｅ２とを含む二値化画像データＤ２が得られる。例えば石英領域抽出部１２は、上述のような色彩に基づいて二値化処理を実行する公知の画像処理プログラムに従って上記の処理を行う。 The quartz region extraction unit 12 extracts a quartz region corresponding to the cross section of the quartz particle from the cross-sectional image data D1. Generally, since it is considered that the same kind of mineral in the ground shows a similar color, an area close to a specific color of quartz is extracted from the cross-sectional image data D1 as a quartz area. For example, as shown in FIG. 2, binarized image data D2 including a quartz region E1 and a region E2 other than that is obtained here. For example, the quartz region extraction unit 12 performs the above processing according to a known image processing program that executes binarization processing based on the above-described color.
連結性分析部１３は、二値化画像データＤ２における石英領域Ｅ１の連結性に基づいて石英連結指標値Ｄ５を算出する。石英連結指標値Ｄ５とは、地盤に含まれる石英の連結性を数値化して示す指標である。石英の連結性とは、地盤中に存在する石英のクラスタの大きさを意味し、石英が地盤中で連続して繋がって存在する度合いを言う。すなわち、地盤中に存在する石英のクラスタが大きく、石英が地盤中で長く連続して繋がって存在するほど、石英の連結性が高く石英連結指標値Ｄ５が大きくなる。 The connectivity analysis unit 13 calculates a quartz connectivity index value D5 based on the connectivity of the quartz region E1 in the binarized image data D2. The quartz connection index value D5 is an index indicating the connectivity of quartz contained in the ground in numerical form. Quartz connectivity means the size of quartz clusters present in the ground, and refers to the degree to which quartz is continuously connected in the ground. That is, the larger the cluster of quartz existing in the ground and the longer the quartz is continuously connected in the ground, the higher the quartz connectivity and the greater the quartz connection index value D5.
具体的には、連結性分析部１３は、画像分割部１３ａと、存在割合演算部１３ｂと、分割サイズ相関式取得部１３ｃと、指標値取得部１３ｄと、を有している。 Specifically, the connectivity analysis unit 13 includes an image division unit 13a, an existence ratio calculation unit 13b, a division size correlation expression acquisition unit 13c, and an index value acquisition unit 13d.
画像分割部１３ａは、二値化画像データＤ２を所定の分割サイズＸの複数の分割領域に分割する。例えば、ここでは、図３に示されるように、二値化画像データＤ２が一辺Ｘｍｍの正方格子で分割され、１６個の正方形の分割領域Ｆに分割された分割画像データＤ３が得られる。 The image dividing unit 13a divides the binarized image data D2 into a plurality of divided areas having a predetermined division size X. For example, here, as shown in FIG. 3, the binarized image data D2 is divided by a square lattice with one side of Xmm, and divided image data D3 divided into 16 square divided regions F is obtained.
存在割合演算部１３ｂは、分割画像データＤ３における複数の分割領域Ｆのうち、正方格子の一端から他端まで（例えばここでは正方格子の上辺から下辺まで）連続する石英領域Ｅ１を含むもの（無限クラスタ）の個数を計数し、その無限クラスタの存在割合Ｙを算出する。図３の例では、符号Ｆ１で示される３つの分割領域Ｆが上記の無限クラスタに該当する。よってこの場合、存在割合Ｙは３／１６となる。 The existence ratio calculation unit 13b includes a quartz region E1 that is continuous from one end to the other end of the square lattice (for example, from the upper side to the lower side of the square lattice) among the plurality of divided regions F in the divided image data D3 (infinite The number of clusters) is counted, and the existence ratio Y of the infinite clusters is calculated. In the example of FIG. 3, the three divided areas F indicated by reference numeral F1 correspond to the infinite cluster. Therefore, in this case, the existence ratio Y is 3/16.
画像分割部１３ａ及び存在割合演算部１３ｂにおいては、分割画像データＤ３の分割サイズＸを変えながら無限クラスタの存在割合Ｙが複数回算出される。そして、分割サイズ相関式取得部１３ｃは、上記の複数回の算出結果に基づいてＹとＸとの相関関係を示す近似式Y=f(X)を得る。以下、この近似式Y=f(X)を分割サイズ相関式Ｄ４という。図４は、分割サイズ相関式Ｄ４のグラフの一例である。図４には、異なる岩石タイプＡ，Ｂ，Ｃの地盤それぞれに対する３つの分割サイズ相関式Ｄ４のグラフの例が示されている。なお、上記の３つの例ともに、分割サイズ相関式Ｄ４を２次式で近似しているが、分割サイズ相関式Ｄ４の次数はこれに限られない。 In the image dividing unit 13a and the existence ratio calculating unit 13b, the existence ratio Y of the infinite cluster is calculated a plurality of times while changing the division size X of the divided image data D3. Then, the divided size correlation equation acquisition unit 13c obtains an approximate equation Y = f (X) indicating the correlation between Y and X based on the calculation results obtained a plurality of times. Hereinafter, this approximate expression Y = f (X) is referred to as a division size correlation expression D4. FIG. 4 is an example of a graph of the division size correlation equation D4. FIG. 4 shows an example of a graph of three division size correlation equations D4 for the grounds of different rock types A, B, and C, respectively. In each of the above three examples, the division size correlation equation D4 is approximated by a quadratic equation, but the order of the division size correlation equation D4 is not limited to this.
指標値取得部１３ｄは、所定の入力値Ｄ１１を分割サイズ相関式Ｄ４のＸに代入して得られるＹの値を石英連結指標値Ｄ５とする。ここで上記入力値Ｄ１１は、例えばユーザによって予め入力された情報である。 The index value acquisition unit 13d sets the Y value obtained by substituting the predetermined input value D11 into X of the division size correlation equation D4 as the quartz connection index value D5. Here, the input value D11 is, for example, information input in advance by the user.
以上のように、指標値算出部１０は、ＴＢＭ施工の掘削対象となる地盤に含まれる石英の連結性を石英連結指標値Ｄ５として数値化する機能を有する。 As described above, the index value calculation unit 10 has a function of digitizing the connectivity of quartz contained in the ground to be excavated for TBM construction as the quartz connection index value D5.
摩耗量推定部２０は、指標値算出部１０で得られた石英連結指標値Ｄ５に基づいて、掘削時におけるディスクカッターの摩耗量の推定値（推定データ）Ｄ６を算出し出力する。具体的には、摩耗量推定部２０は、推定値Ｄ６と石英連結指標値Ｄ５との既知の相関関係を参照して推定値Ｄ６を算出する。なお、推定値Ｄ６と石英連結指標値Ｄ５との既知の相関関係は、事前の実験によって求められ、例えば数式やテーブルとして摩耗量推定部２０に事前に保存されている。推定値Ｄ６としては、例えば、掘削体積あたりの摩耗量の推定値（単位：ｍｍ／ｍ３）等が用いられる。 The wear amount estimation unit 20 calculates and outputs an estimated value (estimated data) D6 of the wear amount of the disk cutter during excavation based on the quartz connection index value D5 obtained by the index value calculation unit 10. Specifically, the wear amount estimation unit 20 calculates an estimated value D6 with reference to a known correlation between the estimated value D6 and the quartz connection index value D5. The known correlation between the estimated value D6 and the quartz connection index value D5 is obtained by a prior experiment, and is stored in advance in the wear amount estimating unit 20 as, for example, a mathematical expression or a table. As the estimated value D6, for example, an estimated value (unit: mm / m 3 ) of the wear amount per excavation volume is used.
図５は、摩耗量見積システム１のハードウェア構成図である。摩耗量見積システム１は、物理的には、図５に示すように、ＣＰＵ１１１、主記憶装置であるＲＡＭ１１２及びＲＯＭ１１３、ハードディスク等の補助記憶装置１１５、入力デバイスであるキーボード、マウス、及びイメージ取得装置（例えば、イメージスキャナ、偏光顕微鏡等）などを含む入力装置１１６、ディスプレイ等の出力装置１１７、ネットワークカード等のデータ送受信デバイスである通信モジュール１１４などを含むコンピュータシステムとして構成されている。 FIG. 5 is a hardware configuration diagram of the wear amount estimation system 1. As shown in FIG. 5, the wear amount estimation system 1 physically includes a CPU 111, a RAM 112 and a ROM 113 as main storage devices, an auxiliary storage device 115 such as a hard disk, a keyboard, a mouse as an input device, and an image acquisition device. It is configured as a computer system including an input device 116 (for example, an image scanner, a polarization microscope, etc.), an output device 117 such as a display, and a communication module 114 that is a data transmission / reception device such as a network card.
図１において説明した指標値算出部１０、摩耗量推定部２０、画像化部１１、石英領域抽出部１２、連結性分析部１３、画像分割部１３ａ、存在割合演算部１３ｂ、分割サイズ相関式取得部１３ｃ、及び指標値取得部１３ｄは、図５に示すＣＰＵ１１１、ＲＡＭ１１２等のハードウェア上に所定のコンピュータソフトウェアを読み込ませることにより、ＣＰＵ１１１の制御のもとで通信モジュール１１４、入力装置１１６、出力装置１１７を動作させるとともに、ＲＡＭ１１２や補助記憶装置１１５におけるデータの読み出し及び書き込みを行うことで実現される。 The index value calculation unit 10, wear amount estimation unit 20, imaging unit 11, quartz region extraction unit 12, connectivity analysis unit 13, image division unit 13 a, existence ratio calculation unit 13 b, and division size correlation equation acquisition described in FIG. The unit 13c and the index value acquisition unit 13d read predetermined computer software on hardware such as the CPU 111 and the RAM 112 shown in FIG. 5, thereby controlling the communication module 114, the input device 116, and the output under the control of the CPU 111. This is realized by operating the device 117 and reading and writing data in the RAM 112 and the auxiliary storage device 115.
摩耗量見積システム１を用いて実行される、本実施形態の摩耗量見積方法について説明する。図６は、摩耗量見積方法のフローチャートである。摩耗量見積方法は、掘削対象の地盤の石英連結指標値Ｄ５を算出する指標値算出工程Ｓ２００と、当該石英連結指標値Ｄ５に基づいてディスクカッターの摩耗量の推定値Ｄ６を算出する摩耗量推定工程Ｓ２０７とを備えている。指標値算出工程Ｓ２００は、画像化工程Ｓ２０１と、石英領域抽出工程Ｓ２０３と、 連結性分析工程Ｓ２０５と、を有している。 The wear amount estimation method of this embodiment, which is executed using the wear amount estimation system 1, will be described. FIG. 6 is a flowchart of the wear amount estimation method. The wear amount estimation method includes an index value calculation step S200 for calculating the quartz connection index value D5 of the ground to be excavated, and a wear amount estimation for calculating an estimated value D6 of the disk cutter wear amount based on the quartz connection index value D5. Step S207. The index value calculation step S200 includes an imaging step S201, a quartz region extraction step S203, and a connectivity analysis step S205.
（画像化工程Ｓ２０１）
ディスクカッターで掘削される地盤の岩石サンプルを約３．５ｃｍ程度のチップに切断し、切断面を研磨する。その試料チップの研磨面をイメージスキャナでコンピュータに取り込み、断面画像データＤ１を得る。スキャンの解像度は例えば４００ｄｐｉとする。上記のイメージスキャナ及びコンピュータは、摩耗量見積システム１に含まれる。なお、ここでは特定の鉱物のみを選択的に染色する薬剤を研磨面に塗布し、当該特定の鉱物のみを染色するようにしてもよい。
(Imaging process S201)
A ground rock sample excavated with a disk cutter is cut into chips of about 3.5 cm, and the cut surface is polished. The polished surface of the sample chip is taken into a computer by an image scanner to obtain cross-sectional image data D1. The scanning resolution is, for example, 400 dpi. The image scanner and the computer are included in the wear amount estimation system 1. Here, a chemical agent that selectively stains only a specific mineral may be applied to the polished surface to stain only the specific mineral.
（石英領域抽出工程Ｓ２０３）
続いて、上記のコンピュータ上で所定の画像処理プログラムを実行する。以下の処理は、当該プログラムによって自動的に実行される。まず、断面画像データＤ１から石英の特有の色に近い領域が石英領域Ｅ１として抽出される。例えば、ここでは、図２に示されるように、石英領域Ｅ１とそれ以外の領域Ｅ２とを含む二値化画像データＤ２が得られる。図２の例の場合、石英領域Ｅ１が白、それ以外の領域Ｅ２が黒で表されている。
なお、この石英領域抽出工程Ｓ２０３は、ユーザがコンピュータの画面で断面画像データＤ１を確認しながら手動で実行してもよい。
(Quartz region extraction step S203)
Subsequently, a predetermined image processing program is executed on the computer. The following processing is automatically executed by the program. First, a region close to a specific color of quartz is extracted from the cross-sectional image data D1 as a quartz region E1. For example, as shown in FIG. 2, binarized image data D2 including a quartz region E1 and a region E2 other than that is obtained here. In the example of FIG. 2, the quartz region E1 is represented by white, and the other region E2 is represented by black.
The quartz region extraction step S203 may be executed manually while the user confirms the cross-sectional image data D1 on the computer screen.
（連結性分析工程Ｓ２０５）
次に、例えば図３に示されるように、二値化画像データＤ２が所定のサイズの正方格子で分割される（画像分割工程Ｓ２０５ａ）。図３の例の場合、分割サイズＸ＝７．５ｍｍであり、縦横に４分割され１６個の分割領域Ｆが形成された分割画像データＤ３が得られる。
(Connectivity analysis step S205)
Next, as shown in FIG. 3, for example, the binarized image data D2 is divided by a square lattice having a predetermined size (image division step S205a). In the case of the example of FIG. 3, the division size X = 7.5 mm, and divided image data D3 is obtained in which the divided areas are divided into four vertically and horizontally and 16 divided regions F are formed.
次に、分割画像データＤ３における複数の分割領域Ｆのうち、正方格子の上辺から下辺まで連続する石英領域Ｅ１を含むもの（無限クラスタ）の個数が計数され、その無限クラスタの存在割合Ｙが算出される（存在割合演算工程Ｓ２０５ｂ）。図３の例では、符号Ｆ１で示される３つの分割領域Ｆが上記の無限クラスタに該当する。従って、Ｘ＝７．５の場合において無限クラスタの存在割合Ｙは３／１６＝0.1875と算出される。 Next, among the plurality of divided regions F in the divided image data D3, the number of those including the quartz region E1 continuous from the upper side to the lower side of the square lattice (infinite clusters) is counted, and the existence ratio Y of the infinite clusters is calculated. (Existence ratio calculation step S205b). In the example of FIG. 3, the three divided areas F indicated by reference numeral F1 correspond to the infinite cluster. Therefore, in the case of X = 7.5, the existence ratio Y of infinite clusters is calculated as 3/16 = 0.1875.
そして、上記分割サイズＸを変えながら上記の画像分割工程Ｓ１０３ａと存在割合演算工程Ｓ１０３ｂとが所定回数繰り返される。すなわち、分割サイズＸを変えながら、分割サイズＸに対する存在割合Ｙが複数回算出され、その複数回の結果に基づいて分割サイズ相関式Ｄ４（図４参照）が得られる（分割サイズ相関式取得工程Ｓ２０５ｃ）。 Then, the image division step S103a and the existence ratio calculation step S103b are repeated a predetermined number of times while changing the division size X. That is, the existence ratio Y with respect to the division size X is calculated a plurality of times while changing the division size X, and a division size correlation equation D4 (see FIG. 4) is obtained based on the results of the plurality of times (division size correlation equation acquisition step). S205c).
その後、入力値Ｄ１１を上記分割サイズ相関式Ｄ４に代入して得られたＹの値が石英連結指標値Ｄ５とされる（指標値取得工程Ｓ２０５ｄ）。ここでは、入力値Ｄ１１は、ディスクカッターの地盤への貫入幅のサイズを採用することが好ましい。図７に示されるように、貫入幅（符号ｊで示す）とは、ディスクカッター６１のうち地盤６３に貫入された部分６１ａの幅であり、ディスクカッター６１の貫入量ｈと、ディスクカッター６１の先端形状と、から幾何学的に求められる。ユーザが摩耗量見積システム１に入力する入力値Ｄ１１として、貫入幅ｊのサイズを採用することにより、石英連結指標値Ｄ５と推定値Ｄ６との相関関係がより高くなる。 Thereafter, the Y value obtained by substituting the input value D11 into the division size correlation equation D4 is set as the quartz connection index value D5 (index value acquisition step S205d). Here, the input value D11 preferably employs the size of the penetration width of the disc cutter into the ground. As shown in FIG. 7, the penetration width (indicated by the symbol j) is the width of the portion 61 a of the disc cutter 61 that penetrates the ground 63, and the penetration amount h of the disc cutter 61 and the disc cutter 61 It is geometrically determined from the tip shape. By adopting the size of the penetration width j as the input value D11 that the user inputs to the wear amount estimation system 1, the correlation between the quartz connection index value D5 and the estimated value D6 becomes higher.
（摩耗量推定工程Ｓ２０７）
次に、上記の連結性分析工程で得られた石英連結指標値Ｄ５がパラメータとされ、予め定められた石英連結指標値Ｄ５と摩耗量の推定値Ｄ６との既知の相関関係に基づいて、摩耗量の推定値Ｄ６が得られる。得られた推定値Ｄ６は、例えば、摩耗量見積システム１の出力装置１１７が備えるディスプレイ画面に表示される。
(Abrasion amount estimation step S207)
Next, the quartz connection index value D5 obtained in the above connectivity analysis step is used as a parameter, and the wear is determined based on a known correlation between the predetermined quartz connection index value D5 and the estimated wear amount D6. A quantity estimate D6 is obtained. The obtained estimated value D6 is displayed on, for example, a display screen included in the output device 117 of the wear amount estimation system 1.
続いて、本発明者らが行った実験について説明する。 Subsequently, an experiment conducted by the present inventors will be described.
上述の摩耗量見積方法及び摩耗量見積システム１を用い、岩石のタイプＡ，Ｃについて石英連結指標値Ｄ５を算出した。ここでは、分割サイズをＸ７．５ｍｍとした場合と１０ｍｍとした場合との２通りを求めた。なお、解析に使用した機材・ソフトウェアは以下の通りである。イメージスキャナ：FUJIXEROX 社製ApeosPortIV，PC：Lenovo 社製ThinkCentre(CPU:Core2Duo2.93GHz,メモリ2GB)，画像処理ソフト：GimPhoto ver1.4.3（フリーソフト）。解析プログラム開発言語：文教大学白石和夫氏作，十進BASIC。測定時間は1 回あたり1 分程度であった。 Using the wear amount estimation method and the wear amount estimation system 1 described above, quartz connection index values D5 were calculated for rock types A and C. Here, two types of cases, when the division size is X7.5 mm and when it is 10 mm, were obtained. The equipment and software used for the analysis are as follows. Image scanner: ApeosPortIV manufactured by FUJIXEROX, PC: ThinkCentre (CPU: Core2Duo2.93GHz, memory 2GB) manufactured by Lenovo, Image processing software: GimPhoto ver1.4.3 (free software). Analysis program development language: Bunkyo University Kazuo Shiraishi, Decimal BASIC. The measurement time was about 1 minute per time.
その一方、岩石タイプＡ，Ｂ，Ｃについて一軸圧縮強さと石英含有率とを測定した。また、岩石タイプＡ，Ｂ，Ｃを含む地盤の掘削で実際に使用したディスクカッターについて、転動距離当たりの摩耗量と掘削体積当たりの摩耗量とを測定し、石英連結指標値Ｄ５と比較した。下表１に示されるように、一軸圧縮強さ及び石英含有率は、ディスクカッターの摩耗量との間に相関関係が見られなかったが、分割サイズ７．５ｍｍの場合の石英連結指標値Ｄ５は、ディスクカッターの掘削体積当たり摩耗量との間に相関関係が見られた。また、分割サイズ１０ｍｍに比較して分割サイズ７．５ｍｍの場合に、掘削体積当たり摩耗量と石英連結指標値Ｄ５との相関性が高いことが判った。これは、実際のディスクカッターの貫入幅のサイズ約７．５ｍｍとほぼ一致するものであった。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上述の実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形したものであってもよい。例えば、石英抽出工程Ｓ２０３以降の工程がコンピュータプログラムによって自動的に進行してもよいが、一部にユーザの手作業が含まれていてもよい。また、例えば、分割サイズ相関式取得工程Ｓ２０５ｃまでをコンピュータで実行し、その後の指標値取得工程Ｓ２０５ｄ及び摩耗量推定工程Ｓ２０７はコンピュータから出力された分割サイズ相関式Ｄ４に基づいてユーザが手作業で実行してもよい。 As mentioned above, although one Embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to the above-mentioned embodiment, You may change in the range which does not change the summary described in each claim. For example, the steps after the quartz extraction step S203 may be automatically advanced by a computer program, but some manual operations of the user may be included. Further, for example, the process up to the division size correlation equation acquisition step S205c is executed by the computer, and the subsequent index value acquisition step S205d and wear amount estimation step S207 are manually performed by the user based on the division size correlation equation D4 output from the computer. May be executed.
１…摩耗量見積システム、１０…指標値算出部（指標値算出手段）、１１…画像化部、１２…石英領域抽出部、１３…連結性分析部、１３ａ…画像分割部、１３ｂ…存在割合演算部、１３ｃ…分割サイズ相関式取得部、１３ｄ…指標値取得部、２０…摩耗量推定部（摩耗量推定手段）、６１…ディスクカッター、６３…地盤、Ｄ１…断面画像データ（断面のサンプルの画像）、Ｄ５…石英連結指標値、Ｅ１…石英領域、Ｆ…分割領域、ｊ…貫入幅、Ｓ２００…指標値算出工程、Ｓ２０１…画像化工程、Ｓ２０３…石英領域抽出工程、Ｓ２０５…連結性分析工程、Ｓ２０５ａ…画像分割工程、Ｓ２０５ｂ…存在割合演算工程、Ｓ２０５ｃ…分割サイズ相関式取得工程、Ｓ２０５ｄ…指標値取得工程、Ｓ２０７…摩耗量推定工程。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wear amount estimation system, 10 ... Index value calculation part (index value calculation means), 11 ... Imaging part, 12 ... Quartz area extraction part, 13 ... Connectivity analysis part, 13a ... Image division part, 13b ... Presence ratio Calculation unit, 13c: Division size correlation equation acquisition unit, 13d: Index value acquisition unit, 20 ... Wear amount estimation unit (wear amount estimation means), 61 ... Disc cutter, 63 ... Ground, D1 ... Cross-section image data (section sample) D5 ... quartz connection index value, E1 ... quartz region, F ... divided region, j ... penetration width, S200 ... index value calculation step, S201 ... imaging step, S203 ... quartz region extraction step, S205 ... connectivity Analysis step, S205a ... Image division step, S205b ... Presence ratio calculation step, S205c ... Division size correlation equation acquisition step, S205d ... Index value acquisition step, S207 ... Wear amount estimation step.
Claims (6)
掘削対象の地盤に含まれる石英の連結性を示す指標である石英連結指標値を算出する指標値算出工程と、
前記石英連結指標値に基づいて前記カッターの摩耗量に関する推定データを算出する摩耗量推定工程と、を備えたことを特徴とする摩耗量見積方法。 A wear amount estimation method for estimating the wear amount of a cutter excavating a tunnel,
An index value calculating step for calculating a quartz connection index value, which is an index indicating the connectivity of quartz contained in the ground to be excavated;
A wear amount estimation method comprising: a wear amount estimation step of calculating estimated data related to the wear amount of the cutter based on the quartz connection index value.
前記地盤の断面のサンプルの画像を得る画像化工程と、
前記画像化工程で得られた断面画像から前記石英の粒子の断面に相当する石英領域を抽出する石英領域抽出工程と、
前記石英領域の連結性に基づいて前記石英連結指標値を算出する連結性分析工程と、を有することを特徴とする請求項１に記載の摩耗量見積方法。 The index value calculation step includes
An imaging step of obtaining an image of a sample of a cross section of the ground;
A quartz region extraction step of extracting a quartz region corresponding to a cross section of the quartz particles from the cross-sectional image obtained in the imaging step;
The wear amount estimation method according to claim 1, further comprising a connectivity analysis step of calculating the quartz connection index value based on the connectivity of the quartz region.
前記断面画像を複数の分割領域に分割する画像分割工程と、
複数の前記分割領域のうち、当該分割領域の一端から他端まで連続する前記石英領域を含むものの存在割合に基づいて前記石英連結指標値を得る指標値取得工程と、を有することを特徴とする請求項２に記載の摩耗量見積方法。 The connectivity analysis step includes
An image dividing step of dividing the cross-sectional image into a plurality of divided regions;
An index value obtaining step of obtaining the quartz connection index value based on the existence ratio of the plurality of the divided areas including the quartz area continuous from one end to the other end of the divided areas. The wear amount estimation method according to claim 2.
前記断面画像を複数の分割領域に分割する画像分割工程と、
複数の前記分割領域のうち、当該分割領域の一端から他端まで連続する前記石英領域を含むものの存在割合を演算する存在割合演算工程と、
前記画像分割工程と、前記存在割合演算工程と、を前記分割領域のサイズを変更しながら繰り返し、前記分割領域のサイズと前記存在割合との相関関係式を得る分割サイズ相関式取得工程と、
前記相関関係式において、前記分割領域のサイズに所定の値を代入して得られる前記存在割合を前記石英連結指標値として得る指標値取得工程と、を有することを特徴とする請求項２に記載の摩耗量見積方法。 The connectivity analysis step includes
An image dividing step of dividing the cross-sectional image into a plurality of divided regions;
An abundance ratio calculating step of calculating an abundance ratio of the plurality of divided areas including the quartz area continuous from one end to the other end of the divided areas;
A division size correlation equation obtaining step of repeating the image division step and the existence ratio calculation step while changing the size of the division area to obtain a correlation formula between the size of the division area and the existence ratio;
3. The index value obtaining step of obtaining, in the correlation formula, the existence ratio obtained by substituting a predetermined value for the size of the divided region as the quartz connection index value. Wear amount estimation method.
掘削対象の地盤に含まれる石英の連結性を示す指標である石英連結指標値を算出する指標値算出手段と、
前記石英連結指標値に基づいて前記カッターの摩耗量に関する推定データを算出する摩耗量推定手段と、を備えたことを特徴とする摩耗量見積システム。 A wear amount estimation system for estimating the wear amount of a cutter excavating a tunnel,
Index value calculating means for calculating a quartz connection index value, which is an index indicating the connectivity of quartz contained in the ground to be excavated;
A wear amount estimation system comprising wear amount estimation means for calculating estimated data related to the wear amount of the cutter based on the quartz connection index value.
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