JP2017020188A - 土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置および土圧式シールド掘削機 - Google Patents

Abstract

【課題】解析対象が掘削土のような高粘度で大変形する流動体でも安定的に解析できる解析方法を採用した土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置および土圧式シールド掘削機を提供する。
【解決手段】掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、掘削土を攪拌するチャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、攪拌翼を移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成し（ステップＳ１）、作成した解析モデルにおける掘削土の塑性流動状態を流動解析し（ステップＳ２）、流動解析した結果に基づいて、チャンバー内における掘削土の塑性流動状態を可視化するようにする（ステップＳ３）。
【選択図】図２

Description

本発明は、土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置および土圧式シールド掘削機に関するものである。

従来、シールドトンネル工事に適用される土圧式シールド工法が知られている。この工法は、カッター装置の背後に掘削土を取り込むためのチャンバーを設けた土圧式シールド掘削機を用いて、チャンバー内に取り込んだ掘削土に対して加水ベントナイトや高分子材料等の薬液あるいは気泡等を添加して攪拌翼で攪拌することにより、掘削土に所定の塑性流動性を持たせてその土圧を切羽に作用させて切羽を安定に保持しつつ掘進を行う工法である。

この土圧式シールド工法においては、掘削土による土圧を切羽の全面に対して均一かつ安定に作用させることが重要であるため、チャンバー内における掘削土の塑性流動性を適切に設定しかつ安定に維持する必要がある。そのためには掘削土がチャンバー内全体において均一に塑性流動化しているか否かを掘削中に逐次確認する必要がある。特に昨今においては土圧式シールド工法の大断面化に伴い、チャンバー内の掘削土の塑性流動性を評価するニーズが高まっている。従来の掘削土の塑性流動性を評価するための方法としては、例えば特許文献１に示されるものが知られている。

特許文献１は、チャンバー内に設置された回転板の回転トルクを測定する工程と、チャンバー内における掘削土の塑性流動状態を流動解析（数値解析）し、チャンバー内全体の掘削土の流速、ずり速度をシミュレーションして回転板の回転トルクを推定する工程とを有し、回転トルクの測定値と推定値とを比較検証して、精度が高い場合は、流速、ずり速度を可視化して、チャンバー内全体の掘削土の塑性流動状態を確認するようにしたものである。

特許第４７７０４７２号公報

ところで、従来の数値解析法（例えば差分法、ＦＥＭ、ＤＥＭ等）を適用して土や砂のような流動体の移送・攪拌状況をシミュレーションする場合には、高粘度大変形流動によって数値的に不安定な現象が起き、解析に不具合が生じることがあった。この場合、土砂を扱うシールド掘削機全面での可視化が難しくなり、掘削土の塑性流動性を評価することができなくなるおそれがあった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、解析対象が掘削土のような高粘度で大変形する流動体でも安定的に解析できる解析方法を採用した土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置および土圧式シールド掘削機を提供することを目的とする。

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法は、カッタースポーク側に設置された攪拌翼により、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価方法であって、前記掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、前記掘削土を攪拌する前記チャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、前記粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、前記攪拌翼を移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成し、作成した前記解析モデルにおける前記掘削土の塑性流動状態を流動解析し、流動解析した結果に基づいて、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動状態を可視化することを特徴とする。

また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法は、上述した発明において、前記掘削土をビンガム流体と仮定して流動解析することを特徴とする。

また、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置は、カッタースポーク側に設置された攪拌翼により、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価装置であって、前記掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、前記掘削土を攪拌する前記チャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、前記粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、前記攪拌翼を移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成する解析モデル作成手段と、作成した前記解析モデルにおける前記掘削土の塑性流動状態を流動解析する流動解析手段と、流動解析した結果に基づいて、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動状態を可視化する可視化手段とを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置は、上述した発明において、前記流動解析手段は、前記掘削土をビンガム流体と仮定して流動解析することを特徴とする。

また、本発明に係る土圧式シールド掘削機は、カッタースポーク側に設置された攪拌翼により、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド掘削機であって、上述した土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置を備えることを特徴とする。

本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、カッタースポーク側に設置された攪拌翼により、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価方法であって、前記掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、前記掘削土を攪拌する前記チャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、前記粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、前記攪拌翼を移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成し、作成した前記解析モデルにおける前記掘削土の塑性流動状態を流動解析し、流動解析した結果に基づいて、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動状態を可視化するので、解析対象が掘削土のような高粘度で大変形する流動体でも安定的に解析することができ、チャンバー内全面における掘削土の塑性流動状態を安定的に可視化することができる。これにより、掘削土の塑性流動性を安定して評価することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、前記掘削土をビンガム流体と仮定して流動解析するので、掘削土の物性を降伏値と塑性粘度でモデル化することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置によれば、カッタースポーク側に設置された攪拌翼により、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価装置であって、前記掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、前記掘削土を攪拌する前記チャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、前記粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、前記攪拌翼を移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成する解析モデル作成手段と、作成した前記解析モデルにおける前記掘削土の塑性流動状態を流動解析する流動解析手段と、流動解析した結果に基づいて、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動状態を可視化する可視化手段とを備えるので、解析対象が掘削土のような高粘度で大変形する流動体でも安定的に解析することができ、チャンバー内全面における掘削土の塑性流動状態を安定的に可視化することができる。これにより、掘削土の塑性流動性を安定して評価することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置によれば、前記流動解析手段は、前記掘削土をビンガム流体と仮定して流動解析するので、掘削土の物性を降伏値と塑性粘度でモデル化することができるという効果を奏する。

また、本発明に係る土圧式シールド掘削機によれば、カッタースポーク側に設置された攪拌翼により、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド掘削機であって、上述した土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置を備えるので、掘削土の塑性流動性を安定して評価することができるという効果を奏する。

図１は、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置および土圧式シールド掘削機が適用されるカッターフェイス部分の概略図であり、（１）は背面図、（２）は側面図である。 図２は、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置の実施の形態を示す概略フローチャート図である。 図３は、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置および土圧式シールド掘削機の実施の形態における可視化表示の一例を示す図である。 図４は、本発明による解析値と実験値とを比較した土圧変動図である。 図５は、攪拌による圧力分布状況を示す解析モデル図である。 図６は、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置の実施の形態を示す概略構成図である。

以下に、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置および土圧式シールド掘削機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

［土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法］
まず、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法について説明する。

本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法は、チャンバー内に設置された攪拌翼で掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、チャンバー内における掘削土の塑性流動性を評価する評価方法である。

図１は、土圧式シールド掘削機のカッターフェイス部分を拡大した概略図である。この図に示すように、土圧式シールド掘削機のシールドマシン１０には、カッターフェイス１２の背面と隔壁１４とによって区画形成されたチャンバー１６内の掘削土１８の攪拌効果を高めるために、カッターフェイス１２の背面のカッタースポーク２０に、チャンバー１６内に向けて突出する攪拌翼２２が装備されている。本実施の形態では、カッターの回転軸心Ｚから半径方向に離れた点対称の２箇所に攪拌翼２２を設置している。なお、攪拌翼２２の設置位置は、チャンバー１６内の全体において掘削土に対する効率的な攪拌効果が得られるように任意に設定すればよく、双方の位置を半径方向に若干ずらして配置した方が全体にわたり広範囲に攪拌することができるのでより好ましい。掘削時にカッターフェイス１２が回転軸心Ｚの周りに回転すると、この回転に連動して背面の攪拌翼２２も回転軸心Ｚの周りに回転し、シールドマシン１０との間に形成したチャンバー１６内に取り込まれる掘削土を攪拌する。

図２は、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法の概略フローチャート図である。この図に示すように、本発明の塑性流動性評価方法は、まず、掘削土と攪拌機構をモデル化した解析モデルを作成する（ステップＳ１）。ここで、高粘度流動体である掘削土を、粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象としてモデル化する。この場合、掘削土を、流動体の物性が降伏値と塑性粘度で記述されるビンガム流体でモデル化することができる。なお、このモデル化においては、流動解析の高速化を図るため、流動時には粘塑性流体となり、不動時には高粘性流体となる等価線形近似でビンガム流体を扱うようにしてもよい。

また、掘削土を攪拌するチャンバー１６内の形状をポリゴン（多面体）で近似し、ポリゴンをなす面を、粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とする解析モデルを作成する。ここで、チャンバー１６を形成する外壁の部分は固定ポリゴン壁で、攪拌翼２２は移動ポリゴン壁（移動壁）で表現する。この移動ポリゴン壁は、回転軸心Ｚの周りに回転移動可能である。

続いて、作成した解析モデルにおける掘削土の塑性流動状態を、コンピュータを用いて流動解析する（ステップＳ２）。解析方法としては高粘度の流動体でも安定的に解析できる陰解法を用いる。次に、流動解析した結果に基づいて、チャンバー１６内における掘削土の塑性流動状態を可視化（可視化シミュレーション）する（ステップＳ３）。

この場合、カッターを回転しながら、またはカッター停止中に、ステップＳ２の流動解析を行うとともに、流動解析した結果に基づいて作成した掘削土の塑性流動状態を示す情報を、コンピュータのディスプレイ等に可視化表示する。このディスプレイによる表示例を図３に示す。図の例では、チャンバー１６内全体の広範囲にわたって掘削土の塑性流動性を可視化した場合を示しており、塑性流動性として降伏値と塑性粘度に基づいて求めた硬軟の度合いをチャンバー１６全体の空間分布図として表示している。硬軟の度合いについては、例えば色彩や濃淡の違いなどで表現することができる。

カッター回転時または停止時にディスプレイの表示内容を監視することでチャンバー１６内の掘削土の塑性流動性をリアルタイムに精度良く連続的に把握することができ、それに基づき適切な施工管理を行いつつ掘削を行うことが可能である。このため、塑性流動性の管理を高精度に行うことができる。

また、本発明における可視化シミュレーション解析では、高粘度の流動体でも安定的に解析できる陰解法、流動体が大変形しても解析格子が破綻しない粒子法を採用している。したがって、本発明によれば、解析対象が掘削土のような高粘度で大変形する流動体でも安定的に解析することができ、チャンバー内全面における掘削土の塑性流動状態を安定的に可視化することができる。これにより、掘削土の塑性流動性を安定して評価することができる。

（本発明の効果の検証）
次に、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法により得られる効果の検証について図４および図５を参照しながら説明する。

本発明の効果を検証するために、泥土の攪拌実験を行って本発明における解析値との比較検討を行った。本発明の可視化シミュレーション解析は、実験での攪拌条件（回転数４ｒｐｍ等）と泥土の粘性特性を入力値としてサンプリング周期０．１ｓの条件で行った。図４は、解析モデルである多面体の底面（隔壁１４に対応）に作用する土圧変動を、本発明による解析値と実験値とで比較したものである。この図に示すように、本発明による解析値は、実験値を良好に再現していることがわかる。

図５は、本発明の可視化シミュレーション解析による圧力分布を３次元的に可視化したものである。図５においては、降伏値τ＝１０００（Ｐａ）、塑性粘度η＝１０（Ｐａ・ｓ）の場合の圧力分布が描かれている。この図に示すように、圧力が攪拌翼の周辺だけでなく、多面体の底面（隔壁１４に対応）や側面にも広がっていることがわかる。

なお、本発明の可視化シミュレーション解析によれば、圧力だけでなく、流動体である掘削土の速度やせん断速度も得ることができ、さらに塑性流動関数によって、塑性流動化指数も求めることができる。また、多面体のポリゴン壁を剛体でなく、弾性体として取り扱うことで、流動体による圧力による変形や応力を算定し、掘削に伴う部材変状を評価・設計することができる。当然のことながら、流動体の寸法効果を加味することで、実物大でのチャンバー内掘削土の塑性流動性を評価することができる。

［土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置］
次に、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置について説明する。

図６に示すように、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置３０は、上記の本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法を装置として具現化したものであり、解析モデル作成手段３２と、流動解析手段３４と、可視化手段３６とを備える。

解析モデル作成手段３２は、掘削土と攪拌機構をモデル化した解析モデルを作成するものであり、ＣＰＵを有するコンピュータにより構成することができる。より具体的には、解析モデル作成手段３２は、高粘度流動体である掘削土を、粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象としてモデル化する。この場合、掘削土を、流動体の物性が降伏値と塑性粘度で記述されるビンガム流体でモデル化することができる。なお、このモデル化においては、流動解析の高速化を図るため、流動時には粘塑性流体となり、不動時には高粘性流体となる等価線形近似でビンガム流体を扱うようにしてもよい。

また、解析モデル作成手段３２は、掘削土を攪拌するチャンバー１６内の形状をポリゴン（多面体）で近似し、ポリゴンをなす面を、粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とする解析モデルを作成する。ここで、チャンバー１６を形成する外壁の部分は固定ポリゴン壁で、攪拌翼２２は移動ポリゴン壁（移動壁）で表現する。この移動ポリゴン壁は、回転軸心Ｚの周りに回転移動可能である。

流動解析手段３４は、解析モデル作成手段３２で作成した解析モデルにおける掘削土の塑性流動状態を流動解析するものであり、ＣＰＵを有するコンピュータにより構成することができる。なお、解析方法としては高粘度の流動体でも安定的に解析できる陰解法を用いる。

可視化手段３６は、流動解析手段３４で流動解析した結果に基づいて、チャンバー１６内における掘削土の塑性流動状態を可視化表示するものであり、例えばディスプレイにより構成することができる。

上記構成の動作および作用について説明する。
まず、解析モデル作成手段３２で、掘削土と攪拌機構の解析モデルをあらかじめ作成しておく。次に、カッターを回転しながら、またはカッター停止中に、流動解析手段３４で流動解析を行うとともに、流動解析した結果に基づいて作成した掘削土の塑性流動状態を示す情報を、可視化手段３６に可視化表示する。この可視化手段３６による表示例は上記の図３に示したとおりである。

カッター回転時または停止時にディスプレイの表示内容を監視することでチャンバー１６内の掘削土の塑性流動性をリアルタイムに精度良く連続的に把握することができ、それに基づき適切な施工管理を行いつつ掘削を行うことが可能である。このため、塑性流動性の管理を高精度に行うことができる。

また、本発明における可視化シミュレーション解析では、高粘度の流動体でも安定的に解析できる陰解法、流動体が大変形しても解析格子が破綻しない粒子法を採用している。したがって、本発明に係る塑性流動性評価装置３０によれば、解析対象が掘削土のような高粘度で大変形する流動体でも安定的に解析することができ、チャンバー内全面における掘削土の塑性流動状態を安定的に可視化することができる。これにより、掘削土の塑性流動性を安定して評価することができる。

［土圧式シールド掘削機］
次に、本発明に係る土圧式シールド掘削機について説明する。

本発明に係る土圧式シールド掘削機は、カッタースポーク２０側に設置された攪拌翼２２により、チャンバー１６内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド掘削機であって、上記の本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置３０を備えたものである。したがって、本発明によれば、上記の塑性流動性評価装置３０で説明したものと同様の作用効果を奏することができる。

以上説明したように、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、カッタースポーク側に設置された攪拌翼により、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価方法であって、前記掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、前記掘削土を攪拌する前記チャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、前記粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、前記攪拌翼を移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成し、作成した前記解析モデルにおける前記掘削土の塑性流動状態を流動解析し、流動解析した結果に基づいて、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動状態を可視化するので、解析対象が掘削土のような高粘度で大変形する流動体でも安定的に解析することができ、チャンバー内全面における掘削土の塑性流動状態を安定的に可視化することができる。これにより、掘削土の塑性流動性を安定して評価することができる。

また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、前記掘削土をビンガム流体と仮定して流動解析するので、掘削土の物性を降伏値と塑性粘度でモデル化することができる。

また、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置によれば、カッタースポーク側に設置された攪拌翼により、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価装置であって、前記掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、前記掘削土を攪拌する前記チャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、前記粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、前記攪拌翼を移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成する解析モデル作成手段と、作成した前記解析モデルにおける前記掘削土の塑性流動状態を流動解析する流動解析手段と、流動解析した結果に基づいて、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動状態を可視化する可視化手段とを備えるので、解析対象が掘削土のような高粘度で大変形する流動体でも安定的に解析することができ、チャンバー内全面における掘削土の塑性流動状態を安定的に可視化することができる。これにより、掘削土の塑性流動性を安定して評価することができる。

また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置によれば、前記流動解析手段は、前記掘削土をビンガム流体と仮定して流動解析するので、掘削土の物性を降伏値と塑性粘度でモデル化することができる。

また、本発明に係る土圧式シールド掘削機によれば、カッタースポーク側に設置された攪拌翼により、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド掘削機であって、上述した土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置を備えるので、掘削土の塑性流動性を安定して評価することができる。

以上のように、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置および土圧式シールド掘削機は、カッタースポーク側に設置された攪拌翼により、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に有用であり、特に、掘削土の塑性流動性を安定的に解析・評価するのに適している。

１０ シールドマシン
１２ カッターフェイス
１４ 隔壁
１６ チャンバー
１８ 掘削土
２０ カッタースポーク
２２ 攪拌翼
３０ 塑性流動性評価装置
３２ 解析モデル作成手段
３４ 流動解析手段
３６ 可視化手段
Ｚ 回転軸心

Claims (5)

1. カッタースポーク側に設置された攪拌翼により、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価方法であって、
   前記掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、
   前記掘削土を攪拌する前記チャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、前記粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、前記攪拌翼を移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成し、
   作成した前記解析モデルにおける前記掘削土の塑性流動状態を流動解析し、流動解析した結果に基づいて、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動状態を可視化することを特徴とする土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法。
2. 前記掘削土をビンガム流体と仮定して流動解析することを特徴とする請求項１に記載の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法。
3. カッタースポーク側に設置された攪拌翼により、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価装置であって、
   前記掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、
   前記掘削土を攪拌する前記チャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、前記粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、前記攪拌翼を移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成する解析モデル作成手段と、
   作成した前記解析モデルにおける前記掘削土の塑性流動状態を流動解析する流動解析手段と、
   流動解析した結果に基づいて、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動状態を可視化する可視化手段と
   を備えることを特徴とする土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置。
4. 前記流動解析手段は、前記掘削土をビンガム流体と仮定して流動解析することを特徴とする請求項３に記載の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置。
5. カッタースポーク側に設置された攪拌翼により、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド掘削機であって、
   請求項３または４に記載の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置を備えることを特徴とする土圧式シールド掘削機。