JP2016094722A - Method and device for detecting looseness in natural ground on working face side of shield machine - Google Patents
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Description
本発明は、密閉式シールド工法において切羽の安定を乱す原因となる切羽地山の緩みを検知する方法および装置に関するものである。 The present invention relates to a method and an apparatus for detecting the looseness of a face mountain that causes disturbance in the face stability in a sealed shield method.
密閉式シールド工法における切羽の安定は切羽の土圧や切羽周辺に充填される泥水圧のバランスをとって確保している。 The stability of the face in the sealed shield method is ensured by balancing the earth pressure of the face and the mud pressure filled around the face.
これに対し、自然条件や人為的原因(特に都市部における近接工事の影響等)で切羽地山に緩みが発生していると、シールド機がそこを通過する際に土圧や泥水圧のバランスを乱す原因となり、その結果、極端な場合はバランス維持が不可能となって過剰な土砂取込みや地上噴出をもたらし、地面陥没や近接構造物の破損をもたらす虞があった。 On the other hand, if the face of the face is loosened due to natural conditions or human factors (particularly due to the effects of close construction in urban areas), the balance of earth pressure and mud pressure when the shield machine passes there As a result, in an extreme case, the balance cannot be maintained, leading to excessive soil uptake and ground eruption, which may cause ground collapse and damage to adjacent structures.
そのため、緩みが懸念される箇所においては、バランスを逸しないよう慎重に掘進する必要があったが、注意力による対応の不安と作業効率が低下する問題があり、対策が求められていた。 For this reason, it was necessary to dig up carefully in places where looseness is a concern, but there was a problem of fear of handling due to attention and a decrease in work efficiency, and countermeasures were required.
下記特許文献はシールド機の掘進による地山の崩落を検知することができる検知装置および検知方法として提案されたもので、シールド機の前部に設けられ、超音波を発信する超音波発信手段と、前記超音波発信手段から発せられ、地山崩落面で反射した超音波を受信する超音波受信手段と、前記超音波受信手段の出力信号に基づいて地山崩落面の形状を認識する手段と、を具備するものである。
この特許文献1は、図7〜図9に示すように、シールド機1のカッタフェイス3に超音波センサ7a〜7dが設けられ、スキンプレート5に超音波センサ7e、7fが設けられる。9は回転軸、10は回転角度を検出する回転角度検出器である。
In Patent Document 1, as shown in FIGS. 7 to 9,
各超音波センサ7a〜7fから超音波が発せられ、崩落面11で反射した超音波が超音波センサ7a〜7fで受信され、受信された信号を処理することにより、各超音波センサから崩落面11までの距離が算出される。
Ultrasonic waves are emitted from the
また、カッタフェイス3の回転角度が検出される。パーソナルコンピュータは各超音波センサから崩落面11までの距離と回転角度とを用いて、崩落部13の形状を認識する。
Further, the rotation angle of the
前記特許文献1の超音波発信手段と、前記超音波発信手段から発せられ、地山崩落面で反射した超音波を受信する超音波受信手段を用いた緩みによる崩落の早期発見が可能なシステムは、超音波の観測結果をコンピュータ処理して切羽面プロファイルとして再構成し、プロファイル上で崩落による異常凹凸面が発生していないかを判定するものである。 The system capable of early detection of the collapse due to loosening using the ultrasonic transmission means of the Patent Document 1 and the ultrasonic reception means that receives the ultrasonic waves that are emitted from the ultrasonic transmission means and reflected by the ground collapse surface. The ultrasonic observation result is computer-processed and reconstructed as a face surface profile, and it is determined whether an abnormal uneven surface due to collapse occurs on the profile.
ゆえに、崩落が発生しても超音波のエコーで異常がとらえられる程度の大きさになるまで判定できない。 Therefore, even if a collapse occurs, it cannot be determined until the magnitude is such that an abnormality is detected by an ultrasonic echo.
本発明の目的は前記従来例の不都合を解消し、崩落の検出でなく、崩落を誘引する緩みの存在を検出し、崩落の前段階での注意喚起ができるシールド機の切羽地山緩み検出方法および装置を提供することにある。 The object of the present invention is to eliminate the disadvantages of the prior art, and not to detect a collapse, but to detect the presence of a slack that induces a collapse, and to alert the operator in the previous stage of the collapse. And providing an apparatus.
前記目的を達成するための本発明はシールド機の切羽地山緩み検出方法としては、土の湿潤密度検出手段と土の湿潤密度と水分密度(含水量)検出手段をシールド機の前部に設け、これら土の湿潤密度と水分密度(含水量)を把握することで地山崩落面の予測を行うこと、および、土の湿潤密度検出手段と水分密度(含水量)検出手段は、線源棒を設けてシールド機の前部からガンマ線と中性子線を発し、線源棒から出たガンマ線と中性子線が、土の中を進行する過程で散乱を繰り返し、検出器に到達する放射線量から湿潤密度と含水量を求めることを要旨とするものである。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method for detecting the looseness of the face of the shield machine by providing soil wet density detection means, soil wet density and moisture density (water content) detection means at the front of the shield machine. Predicting the fall of the natural ground by grasping the wet density and moisture density (moisture content) of these soils, and the soil wet density detecting means and the moisture density (moisture content) detecting means are source rods Gamma rays and neutron rays are emitted from the front of the shield machine, and the gamma rays and neutron rays emitted from the source rod repeatedly scatter in the process of traveling through the soil, and the wet density from the amount of radiation that reaches the detector The gist is to determine the water content.
シールド機の切羽地山緩み検出装置としては、第1に、シールド機の前部に設けられ、ガンマ線と中性子線を発信する線源棒と、前記線源棒から発せられたガンマ線と中性子線を受信し、放射線量から土の湿潤密度と水分密度(含水量)を求める放射線測定手段とを具備すること、第2に、ガンマ線と中性子線を発信する線源棒は、前記シールド機のスキンプレート内側に周方向に間隔を存して複数個設け、放射線の放射方向がそれぞれ異なること、第3に、線源棒のスキンプレート外方への突出装置を付加することを要旨とするものである。 First of all, as a device for detecting the slack face of the shield machine, it is provided at the front part of the shield machine and transmits a gamma ray and a neutron beam, and a gamma ray and a neutron ray emitted from the source rod. Radiation measuring means for receiving and determining the soil wet density and moisture density (water content) from the radiation dose; and second, the source rod for transmitting gamma rays and neutron rays is the skin plate of the shield machine The gist is to provide a plurality of radiation directions in the inner circumferential direction with different intervals, and to add a device for projecting the source rod outward of the skin plate. .
請求項1および3記載の本発明によれば、地山崩落の予測は地山の密度・含水量を測定することで行えることを知見し、この地山の密度・含水量の測定をおこなうことで地山崩落の予測が可能となる。 According to the first and third aspects of the present invention, it is found that the collapse of a natural ground can be predicted by measuring the density and water content of the natural ground, and the density and water content of the natural ground are measured. It is possible to predict the collapse of natural ground.
請求項2記載の本発明によれば、土の湿潤密度検出手段と水分密度(含水量)検出手段として、微少のRI(ラジオアイソトープ)を利用することが最適であり、線源棒から出たガンマ線と中性子線が、土の中を進行する過程で散乱を繰り返し、検出器に到達する放射線量から湿潤密度と含水量を求めることができる。 According to the second aspect of the present invention, it is optimal to use a small amount of RI (radioisotope) as the soil wet density detection means and the moisture density (water content) detection means. Gamma rays and neutron rays repeatedly scatter in the process of traveling through the soil, and the wet density and water content can be determined from the amount of radiation that reaches the detector.
請求項4記載の本発明によれば、放射線の放射方向がそれぞれ異なることでスキンプレート外周方向の幅の広い検知が可能である。 According to the present invention described in claim 4, wide detection in the outer peripheral direction of the skin plate is possible because the radiation directions of radiation are different.
請求項5記載の本発明によれば、掘削中の回転するシールド機からではなく、停止した状態のシールド機でスキンプレート外方へ線源棒を突出さて測定することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to measure by projecting the radiation source bar outward from the skin plate not by the rotating shield machine during excavation but by the shield machine in a stopped state.
以上述べたように本発明のシールド機の切羽地山緩み検出方法および装置は、崩落の検出でなく、崩落を誘引する緩みの存在を検出し、崩落の前段階での注意喚起ができるものである。 As described above, the method and apparatus for detecting the slack face of the shield machine according to the present invention can detect the presence of a slack that induces the collapse, not the detection of the collapse, and can call attention at the stage before the collapse. is there.
以下、図面について本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は本発明のシールド機の切羽地山緩み検出方法および装置の1実施例を示す説明図、図2は図1のA線およびB線断面図、図3は同上C線断面図で、密閉式シールド工法に使用するシールド機15を示すものである。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing one embodiment of a method and apparatus for detecting a slack face of a shield machine according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view along line A and B in FIG. 1, and FIG. The
シールド機15の本体においては従来と変わらず、16はスキンプレート、17はカッタフェイスで、カッタフェイス17にはカッタービット18、特殊先行ビット19、最外周特殊先行ビット20、外周側面保護ビット21、トリムビット22などの各種ビット、および注入管23、コピーカッタ24などが設けられる。
In the main body of the
スキンプレート16の内部には、カッタ旋回電動モータ25、および、注入管27やゲート開閉ジャッキ28による排土口、スクリュ旋回モータ29などを有するスクリュー軸による排土機構26、シールドジャッキ30、中折れジャッキ31、(セグメント)エレクタ32、注入管33、テールパッキン34などを配設した。
Inside the
図中36はセグメントで、37は形状保持装置である。また、図2において、38は土圧計、39はマンホールを示す。 In the figure, 36 is a segment, and 37 is a shape holding device. In FIG. 2, 38 is a soil pressure gauge, and 39 is a manhole.
本発明はこのようなシールド機15の前部、スキンプレート16の内側に、土の湿潤密度検出手段と水分密度(含水量)検出手段を設け、これらで土の湿潤密度と水分密度(含水量)を把握することで地山崩落面の予測を行うこととした。
In the present invention, a soil wet density detecting means and a moisture density (moisture content) detecting means are provided in the front part of the
前記土の湿潤密度検出手段と水分密度(含水量)検出手段は、ガンマ線と中性子線を発信する線源棒40と、前記線源棒40の放射線源40aから発せられたガンマ線と中性子線を受信し、放射線量から土の湿潤密度と水分密度(含水量)を求める放射線測定手段としての放射線検出器41とからなる。
The soil wet density detecting means and the moisture density (water content) detecting means receive a gamma ray and a neutron beam, and a gamma ray and a neutron ray emitted from a
このように土の湿潤密度検出手段と水分密度(含水量)検出手段は、線源棒40を設けてシールド機15の前部からガンマ線と中性子線を発し、線源棒40から出たガンマ線と中性子線が、土の中を進行する過程で散乱を繰り返し、放射線検出器41に到達する放射線量から湿潤密度と含水量を求めるものである。
In this way, the soil wet density detecting means and the moisture density (water content) detecting means are provided with the
測定方式は、湿潤密度はガンマ線後方散乱方式、含水量は速中性子後方散乱方式で、測定範囲は湿潤密度:1.20〜2.50g/cm3、含水量:0.05〜0.80g/cm3である。 As for the measurement method, the wet density is a gamma ray backscattering method, the water content is a fast neutron backscattering method, the measurement range is the wet density: 1.20 to 2.50 g / cm 3 , the water content: 0.05 to 0.80 g / cm 3 .
線源は、ガンマ線源:60Co(コバルト)、強さ:2.6MBq以下、密度測定、半減期:5.27年、中性子線源:252Cf(カリフォルニウム)、強さ:1.1MBq、密度測定、半減期2.65年で、測定時間:1分〜5分とする。 Gamma ray source: 60Co (cobalt), strength: 2.6MBq or less, density measurement, half-life: 5.27 years, neutron source: 252Cf (californium), strength: 1.1MBq, density measurement The half-life is 2.65 years and the measurement time is 1 minute to 5 minutes.
放射線検出器41は、ガンマ線についてはSCカウンター、中性子線については:3He(ヘリウム−3)管とし、計数回路はガンマ線:0〜999999 cpm 中性子:0〜999999cpm、で、演算値は、湿潤密度・水分密度・乾燥密度・含水比・締固め度・空隙率・飽和度・平均値・最大値・最小値・標準偏差などが可能とした。
The
図3に示すように、前記ガンマ線と中性子線を発信する線源棒40は、前記シールド機15のスキンプレート16の内側に周方向に間隔を存して複数個設け、放射線の放射方向がそれぞれ異なるようにする。
As shown in FIG. 3, a plurality of
図示の例では、放射線が鉛直上方に向かうように発せられるものを中心に左右に30°間隔で、4個ずつ、計9個を配置している。 In the example shown in the drawing, a total of nine pieces are arranged, four at a time interval of 30 ° to the left and right with the radiation emitted so as to be directed vertically upward.
図4、図5に示すように、線源棒40は鉛遮蔽体42で囲繞し、さらに、両側には油圧ジャッキ43を配して、渡し板44により線源棒40を移動させるようにして線源棒40のスキンプレート16の外方への突出装置45を付加した。
As shown in FIGS. 4 and 5, the
その際、線源棒40には距離計46を設けた。
At that time, the
次に使用法について説明する。前記RIによる土の湿潤密度検出手段と水分密度(含水量)検出手段は、測定対象との間に遮蔽物があってもキャリブレーション実験により測定結果の補正ができ、シールド機15のスキンプレート16程度であれば透過するので、シールド機15内からの地山測定が可能である。
Next, the usage will be described. The soil wet density detection means and the moisture density (water content) detection means by the RI can correct the measurement result by a calibration experiment even if there is a shield between the measurement object and the
具体的には、シールド掘削中で図5に示すようにスキンプレート16内面に線源棒40と放射線検出器41を密着させた構成としている。
Specifically, as shown in FIG. 5, the
線源棒40から出たガンマ線と中性子線が、土の中を進行する過程で散乱を繰り返し、放射線検出器41に到達する放射線量から湿潤密度と含水量を求めることができ、これらから緩みが検出できる。
Gamma rays and neutron rays emitted from the
図6は本発明による緩み評価の流れを示すもので、前記RIによる土の湿潤密度検出手段と水分密度(含水量)検出手段のスキンプレート16に対するキャリブレーション実験を行い、シールド掘削中の測定(機内測定)を行う。
FIG. 6 shows the flow of looseness evaluation according to the present invention. A calibration experiment was performed on the
このように緩みと疑われる密度・水分量であるかをリアルタイムに判定する。 In this way, it is determined in real time whether the density / moisture amount is suspected of being loose.
ところで緩みが検出された時は、対策のためにシールド掘削を止めて、その緩みをより精査する段階へと進む。 When looseness is detected, the shield excavation is stopped as a countermeasure and the process proceeds to a stage where the looseness is further examined.
図6に示すように、緩みと判定された場合、シールド掘削停止→精査の実施(機外測定)および貫入試験の実施→緩み状況の把握、対策の実施となる。 As shown in FIG. 6, when it is determined that it is loose, the shield excavation is stopped → scrutiny is performed (external measurement) and the penetration test is performed → the looseness is grasped and countermeasures are taken.
精査の段階ではシールドの回転が止まっていることから、図4に示すように突出装置45により線源棒40をスキンプレート16の外方へ突出させて地山に挿入し、より正確な測定が行える。
Since the rotation of the shield is stopped at the scrutiny stage, as shown in FIG. 4, the
また、線源棒40の地山への貫入抵抗も緩み評価の指標として有用である。突出装置45の油圧ジャッキ43による線源棒40の押込み機構には、その反力を測定可能な圧力センサー(図示せず)を備え、貫入抵抗の測定を可能としてもよい。
Further, the penetration resistance of the
1…シールド機
3…カッタフェイス
5…スキンプレート
7a〜7f…超音波センサ
9、10…回転角度検出器
11…崩落面
13…崩落部
15…シールド機
16…スキンプレート
17…カッタフェイス
18…カッタービット
19…特殊先行ビット
20…最外周特殊先行ビット
21…外周側面保護ビット
22…トリムビット
23…注入管
24…コピーカッタ
25…カッタ旋回電動モータ
26…排土機構
27…注入管
28…ゲート開閉ジャッキ
29…スクリュ旋回モータ
30…シールドジャッキ
31…中折れジャッキ
32…エレクタ
33…注入管
34…テールパッキン
36…セグメント
37…形状保持装置
38…土圧計
39…マンホール
40…線源棒
40a…放射線源
41…放射線検出器
42…鉛遮蔽体
43…油圧ジャッキ
44…渡し板
45…突出装置
46…距離計
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
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山口柏樹, 土質力学, vol. 1版9刷, JPN6018018086, 1 April 1982 (1982-04-01), pages 14 - 15, ISSN: 0003800668 * |
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