JP2020158982A - 泥土流動監視センサ、泥土流動監視装置および泥土流動監視方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シールドマシンのチャンバー内における泥土の詰まりなどの流動状態の異常を正しく把握可能にする泥土流動監視センサ、泥土流動監視装置および泥土流動監視方法を提供する。【解決手段】泥土に接する受感部１２の面上に互いに感度軸の方向および位置がずれた状態で、３個以上の歪みゲージ部１３を設置する。各歪みゲージの歪み量の情報を取得し、ベクトルの演算を実施して泥土の流動の有無および流動方向を検知する。土砂１４と接する受感部１２の外側は、曲面で中央部が突出した形状とする。受感部１２の内側の平坦面に３個以上の歪みゲージ部１３を固定する。受感部１２の厚みは、中央が大きく、周辺部が小さくなるように形成する。【選択図】図３

Description

本発明は、掘進機上で泥土の状態を把握するために利用可能な泥土流動監視センサ、泥土流動監視装置および泥土流動監視方法に関する。

シールド工法で地山を掘削する掘進機として、例えば泥水加圧式のシールドマシンが用いられる。この種の掘進機は、カッタビットで地山を掘削し、掘削した土砂をチャンバー内で送泥菅から送られる泥水と混合し、泥水を排泥菅で回収しながら進行していく。送泥菅から送る泥水は、水にベントナイトなどを混合したものである。

このような掘削作業を実施する際には、泥土、すなわち泥水と土砂との混合物が掘進機のチャンバー内にたまったまま詰まる場合がある。泥土がチャンバー内に詰まると、土砂をチャンバーから外側に排出できなくなるため、掘進作業の進行ができなくなる。

上記のような掘進機に利用可能な技術として、例えば、特許文献１の従来技術が存在する。特許文献１は、各種の掘進機において地山の切羽又は掘削土砂による土水圧力及びせん断力が作用する各部に設置して、土水圧力とせん断力とを同時に測定するセンサを開示している。具体的には、このセンサは、ケースと、その先端開口面内に配置される受圧部と、感度部とを備え、土水圧力及びせん断力を１台のセンサで同時に測定するものである。感度部はケース内に設置され、受圧部は、土水圧力を受けてケースの軸心方向に進退可能に歪み変形し、また、せん断力を受けてケースの軸心を中心に揺動可能に歪み変形する。そして、土水圧力及びせん断力による各歪み量が電気抵抗の変化として検出される。

特開２０１７−１０１４３６号公報

例えば、掘進機のチャンバー内で泥土が詰まると、この泥土を排出できないためチャンバー内の圧力が上がる。ここで、特許文献１のセンサを利用する場合には、それが受ける土圧および剪断力を計測することにより、間接的に泥土の詰まりのような異常が発生しているかどうかを検出可能である。

しかしながら、特許文献１のセンサは、直接的に泥土の詰まりを検出できるわけではないため、それ以外の原因で発生した何らかの異常に対しても、詰まりの場合と同じように反応する。つまり、特許文献１のセンサは、泥土の詰まりとそれ以外の異常とを区別できない。また、チャンバー内の泥土が正しく排泥菅の方向に向かって流動しているのかを検知することができない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シールドマシンのチャンバー内における泥土の詰まりなどの流動状態の異常を正しく把握することができる泥土流動監視装置および泥土流動監視方法を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る泥土流動監視センサ、泥土流動監視装置および泥土流動監視方法は、下記（１）〜（１０）を特徴としている。
（１） 掘進機内で掘削により生じた土砂を含む泥土に接する受圧部と、
前記受圧部に配置され、当該受圧部の撓み量を検出する３個またはそれ以上の撓み検出部と、を備え、
複数の前記撓み検出部は、互いに感度軸の方向および位置がずれた状態で配置された、
ことを特徴とする泥土流動監視センサ。

上記（１）の構成の泥土流動監視センサによれば、複数の撓み検出部は、互いに異なる感度軸方向について、泥土の流動に起因する受圧部の撓み量を検出できる。この際、複数の撓み検出部から複数の撓み量が得られるので、これら複数の撓み量を取り出して解析すれば、泥土の詰まりが生じたか否かを識別することもできるし、チャンバー内の泥土が正しく排泥菅の方向に向かって流動しているのかを認識することもできる。

（２） 前記受圧部は、前記泥土に接する第１面に前記泥土に向かって中央部が突出する円形状の曲面が形成され、前記第１面の反対側の第２面に平坦面が形成され、
複数の前記撓み検出部は、前記平坦面に配置された、
ことを特徴とする上記（１）に記載の泥土流動監視センサ。

上記（２）の構成の泥土流動監視センサによれば、受圧部の第１面が泥土に向かって突出しているので、受圧部は、泥土の流動の変化をより一層検出しやすくなる。

（３） 前記検出部は、前記受圧部のうち前記泥土に接しない側に配置された、
ことを特徴とする上記（１）又は（２）に記載の泥土流動監視センサ。

上記（３）の構成の泥土流動監視センサによれば、検出部が泥土に直接接しないように配置されるので、泥土による検出部の劣化を抑制できる。

（４） 掘進機内で掘削により生じた土砂を含む泥土に接する受圧部と、
前記受圧部に配置され、当該受圧部の撓み量を検出する３個またはそれ以上の撓み検出部と、
複数の前記撓み検出部がそれぞれ検出した複数の撓み量に関する情報を取得し、複数の前記撓み量に基づいて少なくとも前記泥土の流動の有無および流動方向を検知する流動演算部と、
を備えたことを特徴とする泥土流動監視装置。

上記（４）の構成の泥土流動監視装置によれば、流動演算部が複数の撓み検出部から複数の撓み量を取得して解析することにより、泥土の流動の有無および流動方向を検知できる。そのため、泥土の詰まりが生じたか否かを識別することもできるし、チャンバー内の泥土が正しく排泥菅の方向に向かって流動しているのかを検知することもできる。

（５） 前記受圧部は、前記泥土に接する第１面に前記泥土に向かって中央部が突出する円形状の曲面が形成され、前記第１面の反対側の第２面に平坦面が形成され、
複数の前記撓み検出部は、前記平坦面に互いに感度軸の方向および位置がずれた状態で配置された、
ことを特徴とする上記（４）に記載の泥土流動監視装置。

上記（５）の構成の泥土流動監視装置によれば、複数の撓み検出部は、互いに異なる感度軸方向について、泥土の流動に起因する受圧部の撓み量を検出できる。したがって、複数の撓み検出部から得られる複数の撓み量を合成演算することにより、泥土の流動の有無および流動方向を精度よく検知できる。

（６） 前記検出部は、前記受圧部のうち前記泥土に接しない側に配置された、
ことを特徴とする上記（４）又は（５）に記載の泥土流動監視装置。

上記（６）の構成の泥土流動監視装置によれば、検出部が泥土に直接接しないように配置されるので、泥土による検出部の劣化を抑制できる。

（７） 前記撓み検出部は、検出した撓み量に応じて電気抵抗が変化する歪みゲージにより構成された、
ことを特徴とする上記（４）乃至（６）のいずれかに記載の泥土流動監視装置。

上記（７）の構成の泥土流動監視装置によれば、歪みゲージは撓み量を電気抵抗の変化として出力できるので、流動演算部との親和性が高く、複雑な構成とすることなく泥土流動監視装置を構築できる。

（８） 前記流動演算部の出力に基づいて、泥土の流動の流動方向、および前記複数の撓み検出部間の検出値の差分の大きさに対応する情報を表示する表示部を更に備えた、
ことを特徴とする上記（４）乃至（７）のいずれかに記載の泥土流動監視装置。

上記（８）の構成の泥土流動監視装置によれば、表示部に表示される情報に基づいて、掘進機の管理者は、泥土の詰まりが生じたか否かを把握したり、泥土が正しく排泥菅の方向に向かって流動しているのかを把握することが容易になる。

（９） 掘進機内で掘削により生じた土砂を含む泥土に接する受圧部の面上に、互いに感度軸の方向および位置がずれた状態で、３個またはそれ以上の数の複数の撓み検出部を設置し、
複数の前記撓み検出部がそれぞれ検出した複数の撓み量の情報を取得し、
複数の前記撓み量の合成演算を実施し、
前記合成演算の結果から少なくとも前記泥土の流動の有無および流動方向を検知する、
ことを特徴とする泥土流動監視方法。

上記（９）の構成の泥土流動監視方法によれば、複数の撓み検出部は、互いに異なる感度軸方向について、泥土の流動に起因する受圧板の撓み量を検出できる。したがって、複数の撓み検出部から得られる複数の撓み量を合成演算することにより、泥土の流動の有無および流動方向を検知できる。そのため、泥土の詰まりが生じたか否かを識別することもできるし、泥土が正しく排泥菅の方向に向かって流動しているのかを検知することもできる。

（１０） 前記受圧部の静止状態において、各前記撓み検出部が検出した撓み量を基準レベルとして取得し、
前記受圧部の稼働状態において、各前記撓み検出部が検出した撓み量を測定値として取得し、
前記測定値と前記基準レベルとの差分を、変化量として前記撓み検出部毎にそれぞれ算出し、
複数の前記撓み検出部の前記変化量の合成演算を実施して重心位置変化を検知する、
ことを特徴とする上記（９）に記載の泥土流動監視方法。

上記（１０）の構成の泥土流動監視方法によれば、例えば各撓み検出部が検出した撓み量の信号にオフセット量が含まれている場合でも、基準レベルによりオフセット量の影響を排除できる。したがって、変化量の合成演算を実施することにより、重心位置およびその変化を高精度で算出できる。

本発明の泥土流動監視センサ、泥土流動監視装置および泥土流動監視方法によれば、シールドマシンのチャンバー内における泥土の詰まりなどの流動状態の異常を正しく把握することが容易になる。すなわち、複数の歪みゲージから得られる複数の歪み量を合成演算することにより、泥土の詰まりが生じたか否かを識別することができ、チャンバー内の泥土が正しく排泥菅の方向に向かって流動しているのかを検知することもできる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための形態（以下、「実施形態」という。）を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

図１は、シールドマシンの構成例−１における内部構造の概略正面図である。 図２は、シールドマシンの構成例−２における内部構造の概略正面図である。 図３は、泥土流動監視装置の構成例を示すブロック図である。 図４は、流動検出器の構成例を表す縦断面図である。 図５は、流動検出器と土砂との接触状態の例を表す縦断面図である。 図６は、図４中のＡ−Ａ線から視た断面図である。 図７は、流動検出器の出力電圧の変化例を表す波形図である。 図８は、泥土流動監視装置の動作例を示すフローチャートである。 図９は、各チャネルの信号と二次元座標との関係を示すベクトル図である。 図１０は、ディスプレイの画面における表示例−１を表す正面図である。 図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、ディスプレイの画面における表示例−２を表す正面図である。

本発明に関する具体的な実施形態について、各図を参照しながら以下に説明する。

＜泥土流動監視装置が利用される環境の具体例＞
＜シールドマシンの構成例−１＞
図１は、泥水加圧式の一般的な構成のシールドマシン１００の内部構造の概略正面図である。
シールドマシン１００は、全体として円柱状の形状に構成されている。このシールドマシン１００は、図１中の左側に向かって掘削対象地山１２０を掘削しながら前進する。シールドマシン１００の左端、すなわち先端部に回転するカッター１１１が取り付けられている。

また、マシン本体の固定部１１３とカッター１１１との間の空間にチャンバー１１２が設けられている。カッター１１１の回転により掘削対象地山１２０が掘削されて出る泥土１１６は、チャンバー１１２内の空間に入る。

一方、送泥菅１１４は、泥水、すなわち水にベントナイトなどを混合したものをマシン本体の固定部１１３側からチャンバー１１２に送り込む。したがって、掘削されて出た泥土１１６と、送泥菅１１４から送り込まれた泥水とがチャンバー１１２内で混合される。チャンバー１１２内の泥土１１６、すなわち泥水と土砂の混合物は、排泥菅１１５で回収されてシールドマシン１００の後方へ排出される。

したがって、このシールドマシン１００は掘削対象地山１２０を掘削しながら前進することができる。しかし、泥土１１６がチャンバー１１２内で詰まってしまうと、泥土１１６をチャンバー１１２から後方へ排出できなくなり、それ以上の掘削及び進行ができなくなる。

そのため、シールドマシン１００の掘進作業を効率よく継続するために、チャンバー１１２内で泥土１１６の詰まりが発生していないかどうかを把握することが必要になる。また、チャンバー１１２内の泥土１１６が排泥菅１１５に向かって正しい方向に流動していることを確認できることも望まれる。本発明の泥土流動監視装置は、チャンバー１１２内における泥土１１６の流動を監視するために利用できる。

＜シールドマシンの構成例−２＞
図２は、泥水加圧式の一般的な構成のシールドマシン２００の内部構造の概略正面図である。
シールドマシン２００は、図１のシールドマシン１００と同様に、カッタビット２１１、チャンバー２１２、マシン本体の固定部２１３、送泥菅２１４、および排泥菅２１５を備えている。

また、シールドマシン２００の後部にテールシール２１７およびセグメント搬送装置２１８が配置されている。また、チャンバー２１２と対向する位置にバルクヘッド２１９が備わっている。図２に示したシールドマシン２００も、図２中の左側に向かって前進しながらカッタビット２１１が掘削対象地山を掘削する。

＜泥土流動監視装置の構成例＞
図３は、本実施形態における泥土流動監視装置の構成例を示すブロック図である。
泥土流動監視装置は、流動検出器１０、信号変換器２０、および計算機３０を備えている。流動検出器１０と信号変換器２０との間は、信号ケーブル２１を介して電気的に接続されている。また、信号変換器２０と計算機３０との間は信号ケーブル２２を介して電気的に接続されている。

流動検出器１０は、筒状ケース１１、受感部１２、および歪みゲージ部１３を有している。筒状ケース１１は、円筒状の外形を有し、先端側、すなわち図３における左端側に受感部１２が固定されている。筒状ケース１１は例えば金属のように剛性の高い材料で構成されている。

受感部１２の外側の面は、中央部が外側に突出する円形の曲面を形成している。この面に土砂１４が接するように流動検出器１０が配置される。例えば、図１に示したシールドマシン１００においては、流動検出器１０は、マシン本体の固定部１１３の箇所に、受感部１２の外側の面がチャンバー１１２内の空間と対向するように設置される。したがって、シールドマシン１００が稼働している状態では、チャンバー１１２内の土砂１４は、受感部１２の外側の面に沿う方向に流動する。ここで、受感部１２の外側の面が突出した曲面であるので、この面と流動する土砂１４との接触状態を良好に維持できる。

受感部１２は、流動する土砂１４との接触により破壊されないように、例えば金属のように剛性の高い材料で構成されている。このとき、受感部１２には、土砂１４の流動状態に応じた撓みが発生する。受感部１２に取り付けられた歪みゲージ部１３は、土砂１４の流動に応じた受感部１２の撓みを検出するようになっている。詳細については後述するが、歪みゲージ部１３は３個、またはそれ以上の数の歪みゲージの組合せにより構成されている。

信号変換器２０は、歪みゲージ部１３が出力する電気信号を電圧に変換する。具体的には、一般的な歪みゲージの場合と同様に、フルブリッジ回路の一辺の抵抗体として歪みゲージを接続し、歪みゲージの僅かな抵抗値の変化を電圧の変化に変換する。信号変換器２０は、更に変換した電圧を増幅して出力する。

例えば歪みゲージ部１３が３個の歪みゲージを有する場合には、信号変換器２０は３つのチャネルＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３のそれぞれ独立した系統の信号として、各歪みゲージの出力電圧を生成する。

計算機３０は、一般的なパーソナルコンピュータと同様に、ディスプレイ３１および処理部３２を備えている。処理部３２は、予め組み込まれた解析用のアプリケーションプログラムを実行することにより、信号ケーブル２２から取り込んだ電気信号に基づき、土砂１４の流動状態を把握し、その状態をディスプレイ３１の画面上に表示する。

＜流動検出器の構成例＞
図４は、流動検出器１０の構成例を表す縦断面図である。図５は、流動検出器１０と土砂１４との接触状態の例を表す縦断面図である。図６は、図４中のＡ−Ａ線から視た断面図である。

図４に示すように、受感部１２の突状面１２ａは曲面に形成され、中央部１２ｄは厚みが大きく、周辺部１２ｅは厚みが小さくなっている。つまり、突状面１２ａは半球状に似た形状をなしている。したがって、図５に示すように流動する土砂１４と突状面１２ａとの接触状態を良好に維持できる。また、土砂１４の流動によって発生する面に平行な方向の力が受感部１２に加わり、撓みが受感部１２上で発生する。

また、突状面１２ａの反対側は平坦面１２ｂになっており、この平坦面１２ｂが筒状ケース１１の先端に固定されている。また、図４および図６に示すように、平坦面１２ｂに円形の凹部１２ｃが形成されている。凹部１２ｃの表面は平坦になっている。この面に歪みゲージ部１３が取り付けられている。

図６に示した例では、３個の歪みゲージ１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃが１組になって歪みゲージ部１３を形成している。３個の歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃは、それぞれ検知用梁１５Ａ、１５Ｂ、および１５Ｃに保持されており、これらの検知用梁１５Ａ〜１５Ｃは、それぞれ凹部１２ｃの表面に固定されている。また、この例では受感部１２の中心点Ｐ０に対して互いに点対称になるように３個の歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃが配置してある。なお、歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃが検知用梁１５Ａ〜１５Ｃに固定されている場合には、受感部１２の撓みを検知用梁１５Ａ〜１５Ｃの撓み量として検出するが、歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃは受感部１２の撓みを検出できればよく、梁状の部材の代わりに板状の部材など他の形状の部材に保持されていてもよい。

すなわち、中心点Ｐ０を中心とする正三角形ＴＲＧの各頂点ＰＡ、ＰＢ、およびＰＣの位置に３個の歪みゲージ１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃがそれぞれ配置してある。また、各歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃの歪み検出軸（長手方向）は、検知用梁１５Ａ〜１５Ｃの長手方向と一致しており、それぞれ中心点Ｐ０を中心とする円の円周方向に向くように配置してある。

なお、歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃを図６のように幾何学的な点対称に配置することは必須ではないが、重心等の計算を容易にするためには効果的である。また、凹部１２ｃに設置する歪みゲージの数は４以上に増やしてもよい。歪みゲージの数が４以上の場合も、各歪みゲージを正多角形の各頂点の位置に配置するのが好ましい。

また、突状面１２ａが曲面であり、図４に示すように受感部１２の厚みは中央部１２ｄが大きく、周辺部１２ｅが小さくなっている。そのため、凹部１２ｃの平面領域の中では、中心点Ｐ０からの半径方向距離が大きくなるほど、受感部１２の撓みに対する歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃの検出感度が高くなる傾向がある。

３個の歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃは、検知用梁１５Ａ〜１５Ｃに生じる撓み量を、図６に示した軸ＬＡ、ＬＢ、およびＬＣの方向に対する土砂１４の流動を受感部１２の各部に生じる撓みとして検出する。

＜信号電圧の変化例＞
図７は、流動検出器１０の出力電圧の変化例を表す波形図である。図７の横軸は時間［０．１ｍｓ］の変化を表し、縦軸は電圧［ｍＶ］を表している。

図７に示す波形図は、３個の歪みゲージ１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃのそれぞれが検出した歪み量に対応する抵抗変化が、各チャネルＣＨ１、ＣＨ２、およびＣＨ３の電圧として信号変換器２０の出力に現れたものである。

つまり、受感部１２の突状面１２ａに接している土砂１４が流動する時には、３個の歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃがそれぞれ歪みを検出するため、例えば図７に示した各チャネルＣＨ１、ＣＨ２、およびＣＨ３のように信号の電圧が変動する。また、図７に示すように、各チャネルＣＨ１〜ＣＨ３の電圧のピーク値には違いが発生する。更に、ピーク値等が現れるタイミングに、各チャネルＣＨ１〜ＣＨ３の間で時間ずれが発生する。

なお、図７の例では各チャネルＣＨ１〜ＣＨ３の間に電圧のオフセットが発生している。つまり、土砂１４の流動が発生していない状態でも、各チャネルＣＨ１〜ＣＨ３の電圧に違いが生じている。

この場合の各チャネルＣＨ１〜ＣＨ３のピーク値の違いやタイミングの時間ずれは、受感部１２の突状面１２ａに接している土砂１４の流動状態、すなわち流動速度の違いや流動方向の違いを反映している。したがって、各チャネルＣＨ１〜ＣＨ３の電圧を監視して分析することにより、実際の土砂１４の流動状態を把握できる。例えば、図６に示すように、３個の歪みゲージ１３Ａ、１３Ｂ、および１３Ｃが検出する軸ＬＡ、ＬＢ、およびＬＣの方向が互いに異なるので、３チャネルの信号電圧をベクトル演算して合成することにより、流動の方向を特定できる。また、３チャネルの信号電圧のレベルの違いから流動速度の大小も把握できる。

＜泥土流動監視装置の動作例＞
図８は、泥土流動監視装置の動作例を示すフローチャートである。例えば、図３に示した計算機３０の処理部３２が所定のアプリケーションプログラムを実行することにより、図８の動作が実行される。

３個の歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃにより得られる３チャネルの信号ＣＨ１、ＣＨ２、ＣＨ３と二次元座標（Ｘ，Ｙ）との関係の例を図９に示す。本実施形態では３個の歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃが図６のように中心点Ｐ０を中心として点対称の位置関係で正三角形ＴＲＧの各頂点ＰＡ、ＰＢ、ＰＣに配置されているので、これらの静止状態における重心位置は、ＸＹ座標の原点（０，０）とみなすことができる。

また、歪みゲージ１３Ａの信号、すなわちチャネルＣＨ１のベクトルは、図９のように静止状態で原点からＹ軸の正方向と同じ方向に向いている。また、歪みゲージ１３Ｂの信号、すなわちチャネルＣＨ２のベクトルは、図９のように静止状態で原点からＹ軸の負方向に対し−６０度ずれた方向に向いている。また、歪みゲージ１３Ｃの信号、すなわちチャネルＣＨ３のベクトルは、図９のように静止状態で原点からＹ軸の負方向に対し＋６０度ずれた方向に向いている。

図８の動作について以下に説明する。
例えばシールドマシン１００が稼働を開始する前、あるいは土砂１４が流動していない静止状態において、処理部３２は初期状態を特定するためにステップＳ１１からＳ１２に進む。そして、３個の歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃがそれぞれ検出した電圧を、３チャネルの信号ＣＨ１〜ＣＨ３として取り込む。この処理は短い時間周期で所定回数繰り返す。

処理部３２は、次のステップＳ１３において、Ｓ１２で取得した多数の電圧をチャネル毎に統計処理して平均値を算出する。そして、チャネルＣＨ１の平均値を基準電圧ＣＨ１ｖ０とする。また、チャネルＣＨ２の平均値を基準電圧ＣＨ２ｖ０とし、チャネルＣＨ３の平均値を基準電圧ＣＨ３ｖ０とする。

処理部３２は、例えば管理者によるボタン操作などを検知すると、検出開始の指示ありとみなし、ステップＳ１４からＳ１５に進む。そして、３個の歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃがそれぞれ検出した電圧を、３チャネルの計測値ＣＨ１ｖ１、ＣＨ２ｖ１、ＣＨ３ｖ１として取り込む。

処理部３２は、次のステップＳ１６でチャネル毎の差分ＣＨ１ｖ、ＣＨ２ｖ、ＣＨ３ｖを算出する。これにより電圧のオフセットの影響を排除する。
ＣＨ１ｖ＝ＣＨ１ｖ０−ＣＨ１ｖ１
ＣＨ２ｖ＝ＣＨ２ｖ０−ＣＨ２ｖ１
ＣＨ３ｖ＝ＣＨ３ｖ０−ＣＨ３ｖ１

処理部３２は、ステップＳ１７でチャネルＣＨ１のベクトルについて座標を演算する。すなわち、図９に示したチャネルＣＨ１のベクトルのように、原点の座標（０，０）からＹ軸に沿った正方向の先端の座標ＣＨ１（Ｘ，Ｙ）、およびこのベクトルの長さｒを次のように特定する。
ｒ＿ＣＨ１＝ＣＨ１ｖ
Ｘ＿ＣＨ１＝０
Ｙ＿ＣＨ１＝ＣＨ１ｖ

処理部３２は、ステップＳ１８でチャネルＣＨ２のベクトルについて座標を演算する。すなわち、図９に示したチャネルＣＨ２のベクトルのように、原点の座標（０，０）からＹ軸の負方向に対して−６０度ずれた方向の先端の座標ＣＨ２（Ｘ，−Ｙ）、およびこのベクトルの長さｒを次のように特定する。
ｒ＿ＣＨ２＝ＣＨ２ｖ
Ｘ＿ＣＨ２＝（Ｓｉｎ６０×ＣＨ２ｖ）
Ｙ＿ＣＨ２＝−（Ｃｏｓ６０×ＣＨ２ｖ）

処理部３２は、ステップＳ１９でチャネルＣＨ３のベクトルについて座標を演算する。すなわち、図９に示したチャネルＣＨ３のベクトルのように、原点の座標（０，０）からＹ軸の負方向に対して＋６０度ずれた方向の先端の座標ＣＨ３（Ｘ，−Ｙ）、およびこのベクトルの長さｒを次のように特定する。
ｒ＿ＣＨ３＝ＣＨ３ｖ
Ｘ＿ＣＨ３＝−（Ｓｉｎ６０×ＣＨ３ｖ）
Ｙ＿ＣＨ３＝−（Ｃｏｓ６０×ＣＨ３ｖ）

処理部３２は、ステップＳ２０で３つのチャネルＣＨ１〜ＣＨ３のベクトルを平均化して合成し、重心ｃｇの変化を表すベクトル先端の座標を次のように特定する。
Ｘ＿ｃｇ＝（Ｘ＿ＣＨ１＋Ｘ＿ＣＨ２＋Ｘ＿ＣＨ３）／３
Ｙ＿ｃｇ＝（Ｙ＿ＣＨ１＋Ｙ＿ＣＨ２＋Ｙ＿ＣＨ３）／３

処理部３２は、ステップＳ２１で現在の重心ｃｇの座標（Ｘ＿ｃｇ，Ｙ＿ｃｇ）から原点の座標（０，０）へ向かう矢印パターンをディスプレイ３１の画面に表示する。この矢印パターンの方向が、土砂１４の流動方向を表している。また、流動速度は矢印パターンの長さの違いにより表現する。この矢印パターンの長さは、３つのチャネルの電圧ＣＨ１ｖ〜ＣＨ３ｖの偏差を数値化したものとして表現する。

例えば、歪みゲージ１３Ａのチャネルの電圧ＣＨ１ｖだけが他のチャネルに比べて増大した場合は、チャネルＣＨ１〜ＣＨ３全体の重心位置が原点（０，０）の上方（Ｙ軸の正方向）に移動するので、その重心位置から原点（０，０）に向かう下向きの矢印パターンが表示される。

＜表示例−１＞
図１０は、ディスプレイ３１の画面における表示例−１を表す正面図である。
図１０に示す例では、流動表示部５１および速度レベル表示部５２が画面上に表示される。流動表示部５１の中には、円形表示領域５１ａがあり、この中の中心５１ｃから外側に向かう方向の矢印パターン５１ｂが表示されている。

矢印パターン５１ｂの方向は、座標（０，０）から現在の重心ｃｇの座標（Ｘ＿ｃｇ，Ｙ＿ｃｇ）へ向かう方向に対応し、土砂１４の流動方向と一致する。矢印パターン５１ｂの長さは、３つのチャネルの電圧ＣＨ１ｖ〜ＣＨ３ｖの偏差を数値化した結果を反映している。

速度レベル表示部５２は、矢印パターン５１ｂの長さが表す土砂１４の流動速度について、３種類に区分した「速度１」、「速度２」、「速度３」のレベルの違いを表現している。つまり、長い矢印パターン５１ｂは、短い矢印パターン５１ｂに比べて流動速度が速い状態であることを表現している。

＜表示例−２＞
図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、ディスプレイ３１の画面における表示例−２を表す正面図である。図１１（ａ）に示した画面は初期画面、すなわち計測の準備やオフセットの補正が完了していない状態で表示される内容の例である。また、図１１（ｂ）に示した画面は計測画面、すなわち図８のステップＳ１１〜Ｓ１４が完了した後、Ｓ１５〜Ｓ２１の処理を実行して計測を行った結果を反映した内容の例である。

図１１（ａ）、図１１（ｂ）の各画面の中には、円形表示領域６１Ａ、６１Ｂ、および速度レベル表示部６２Ａ、６２Ｂが含まれている。

図１１（ａ）の例は、計測結果が得られる前の状態を表しているため、円形表示領域６１Ａに表示される矢印パターン６１ｂは、方向および長さが不明な状態であり、円形表示領域６１Ａの中心位置に表示されている。速度レベル表示部６２Ａは、３つのチャネルＣＨ１〜ＣＨ３の各信号電圧の時系列変化を表しているが、オフセットの修正によるステップ状の変化のようすがこの中に現れている。すなわち、図８のステップＳ１３で各基準電圧ＣＨ１ｖ０〜ＣＨ３ｖ０が検出されて、これらがオフセットとして認識され、速度レベル表示部６２Ａに表示される各電圧が０に修正される。

図１１（ｂ）の例は、計測した結果が反映された状態を表しているので、円形表示領域６１Ｂに表示される矢印パターン６１ｂは、円形表示領域６１Ｂの中心から土砂１４の流動方向と一致する方向を向くように配置され、その長さは流動速度のレベルを反映するように自動的に調整される。速度レベル表示部６２Ｂの表示内容は、３つのチャネルＣＨ１〜ＣＨ３の各信号電圧の時系列変化を表している。速度レベル表示部６２Ｂの表示内容は、土砂１４の流動がない状態では３つのチャネルＣＨ１〜ＣＨ３の電圧に大きな違いが生じないが、流動が発生すると各チャネルの電圧に大きな違いが発生する。その判定結果が矢印パターン６１ｂに反映される。

＜泥土流動監視装置の利点＞
図３に示した泥土流動監視装置においては、流動検出器１０が突状面１２ａと接する土砂１４の流動に反応してその撓み量を歪みゲージ部１３で検出している。また、互いに異なる検出軸を持つ複数の歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃの出力を図８のステップＳ１７〜Ｓ２０でベクトル演算することにより、流動の方向および流動速度の違いを特定している。したがって、チャンバー１１２内における土砂１４の詰まりの有無を確実に検出できる。また、チャンバー１１２内の土砂１４が正しく排泥菅１１５の方向に向かって流動しているのか否かを判定することが容易になる。

ここで、上述した本発明の実施形態に係る泥土流動監視センサ、泥土流動監視装置および泥土流動監視方法の特徴をそれぞれ以下［１］〜［１０］に簡潔に纏めて列記する。

［１］ 掘進機（シールドマシン１００）内で掘削により生じた土砂を含む泥土（土砂１４）に接する受圧部（受感部１２）と、
前記受圧部に配置され、当該受圧部の撓み量を検出する３個またはそれ以上の撓み検出部（歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃ）と、を備え、
複数の前記撓み検出部は、前記平坦面に互いに感度軸の方向および位置がずれた状態で配置された、
ことを特徴とする泥土流動監視センサ（流動検出器１０）。

［２］ 前記受圧部は、前記泥土に接する第１面に前記泥土に向かって中央部が突出する円形状の曲面が形成され、前記第１面の反対側の第２面に平坦面が形成され、
複数の前記撓み検出部は、前記平坦面に配置された、
ことを特徴とする上記［１］に記載の泥土流動監視センサ（流動検出器１０）。

［３］ 前記検出部は、前記受圧部のうち前記泥土に接しない側に配置された、
ことを特徴とする上記［１］又は［２］に記載の泥土流動監視センサ。

［４］ 掘進機（シールドマシン１００）内で掘削により生じた土砂を含む泥土（土砂１４）に接する受圧部（受感部１２）と、
前記受圧部に配置され、当該受圧部の撓み量を検出する３個またはそれ以上の撓み検出部（歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃ）と、
複数の前記撓み検出部がそれぞれ検出した複数の撓み量に関する情報を取得し、複数の前記撓み量に基づいて少なくとも前記泥土の流動の有無および流動方向を検知する流動演算部（処理部３２，Ｓ１５〜Ｓ２０）と、
を備えたことを特徴とする泥土流動監視装置（流動検出器１０，計算機３０）。

［５］ 前記受圧部（受感部１２）は、前記泥土に接する第１面に前記泥土に向かって中央部（１２ｄ）が突出する円形状の曲面（突状面１２ａ）が形成され、前記第１面の反対側の第２面に平坦面（凹部１２ｃ）が形成され、
複数の前記撓み検出部は、前記平坦面に互いに感度軸の方向および位置がずれた状態で配置された、
ことを特徴とする上記［４］に記載の泥土流動監視装置。

［６］ 前記検出部は、前記受圧部のうち前記泥土に接しない側に配置された、
ことを特徴とする上記［４］又は［５］に記載の泥土流動監視センサ。

［７］ 前記撓み検出部は、検出した撓み量に応じて電気抵抗が変化する歪みゲージ（１３Ａ〜１３Ｃ）により構成された、
ことを特徴とする上記［４］乃至［６］に記載の泥土流動監視装置。

［８］ 前記流動演算部の出力に基づいて、泥土の流動の流動方向、および前記複数の撓み検出部間の検出値の差分の大きさに対応する情報を表示する表示部（ディスプレイ３１、Ｓ２１）を更に備えた、
ことを特徴とする上記［４］乃至［７］のいずれかに記載の泥土流動監視装置。

［９］ 掘進機（シールドマシン１００）上で掘削により生じた土砂を含む泥土（土砂１４）に接する受圧部（受感部１２）の面上に、互いに感度軸の方向および位置がずれた状態で、３個またはそれ以上の数の複数の撓み検出部（歪みゲージ１３Ａ〜１３Ｃ）を設置し（図６参照）、
複数の前記撓み検出部がそれぞれ検出した複数の撓み量の情報を取得し（Ｓ１５）、
複数の前記撓み量の合成演算を実施し（Ｓ１７〜Ｓ２０）、
前記合成演算の結果から少なくとも前記泥土の流動の有無および流動方向を検知する（Ｓ２１）、
ことを特徴とする泥土流動監視方法。

［１０］ 前記受圧部の静止状態において、各前記撓み検出部が検出した撓み量を基準レベル（基準電圧ＣＨ１ｖ０〜ＣＨ３ｖ０）として取得し、
前記受圧部の稼働状態において、各前記撓み検出部が検出した撓み量を測定値（計測値ＣＨ１ｖ１〜ＣＨ３ｖ１）として取得し（Ｓ１５）、
前記測定値と前記基準レベルとの差分（ＣＨ１ｖ〜ＣＨ３ｖ）を、変化量として前記撓み検出部毎にそれぞれ算出し（Ｓ１６）、
複数の前記撓み検出部の前記変化量の合成演算を実施して重心位置変化を検知する（Ｓ１７〜Ｓ２１）、
ことを特徴とする上記［９］に記載の泥土流動監視方法。

１０ 流動検出器
１１ 筒状ケース
１２ 受感部
１２ａ 突状面
１２ｂ 平坦面
１２ｃ 凹部
１２ｄ 中央部
１２ｅ 周辺部
１３ 歪みゲージ部
１３Ａ，１３Ｂ，１３Ｃ 歪みゲージ
１４ 土砂
２０ 信号変換器
２１，２２ 信号ケーブル
３０ 計算機
３１ ディスプレイ
３２ 処理部
５１ 流動表示部
５１ａ，６１Ａ，６１Ｂ 円形表示領域
５１ｂ，６１ｂ 矢印パターン
５１ｃ 中心
５２，６２Ａ，６２Ｂ 速度レベル表示部
１００，２００ シールドマシン
１１１ カッター
１１２，２１２ チャンバー
１１３，２１３ マシン本体の固定部
１１４，２１４ 送泥菅
１１５，２１５ 排泥菅
１１６ 泥土
１２０ 掘削対象地山
２１１ カッタビット
２１７ テールシール
２１８ セグメント搬送装置
２１９ バルクヘッド
ＣＨ１，ＣＨ２，ＣＨ３ チャネル
Ｐ０ 中心点
ＴＲＧ 正三角形
ＰＡ，ＰＢ，ＰＣ 頂点
ＣＨ１ｖ０，ＣＨ２ｖ０，ＣＨ３ｖ０ 基準電圧
ＣＨ１ｖ１，ＣＨ２ｖ１，ＣＨ３ｖ１ 計測値
ＣＨ１ｖ，ＣＨ２ｖ，ＣＨ３ｖ 差分

Claims (10)

1. 掘進機内で掘削により生じた土砂を含む泥土に接する受圧部と、
   前記受圧部に配置され、当該受圧部の撓み量を検出する３個またはそれ以上の撓み検出部と、を備え、
   複数の前記撓み検出部は、互いに感度軸の方向および位置がずれた状態で配置された、
   ことを特徴とする泥土流動監視センサ。
2. 前記受圧部は、前記泥土に接する第１面に前記泥土に向かって中央部が突出する円形状の曲面が形成され、前記第１面の反対側の第２面に平坦面が形成され、
   複数の前記撓み検出部は、前記平坦面に配置された、
   ことを特徴とする請求項１に記載の泥土流動監視センサ。
3. 前記検出部は、前記受圧部のうち前記泥土に接しない側に配置された、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の泥土流動監視センサ。
4. 掘進機内で掘削により生じた土砂を含む泥土に接する受圧部と、
   前記受圧部に配置され、当該受圧部の撓み量を検出する３個またはそれ以上の撓み検出部と、
   複数の前記撓み検出部がそれぞれ検出した複数の撓み量に関する情報を取得し、複数の前記撓み量に基づいて少なくとも前記泥土の流動の有無および流動方向を検知する流動演算部と、
   を備えたことを特徴とする泥土流動監視装置。
5. 前記受圧部は、前記泥土に接する第１面に前記泥土に向かって中央部が突出する円形状の曲面が形成され、前記第１面の反対側の第２面に平坦面が形成され、
   複数の前記撓み検出部は、前記平坦面に互いに感度軸の方向および位置がずれた状態で配置された、
   ことを特徴とする請求項４に記載の泥土流動監視装置。
6. 前記検出部は、前記受圧部のうち前記泥土に接しない側に配置された、
   ことを特徴とする請求項４又は５に記載の泥土流動監視装置。
7. 前記撓み検出部は、検出した撓み量に応じて電気抵抗が変化する歪みゲージにより構成された、
   ことを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか１項に記載の泥土流動監視装置。
8. 前記流動演算部の出力に基づいて、泥土の流動の流動方向、および前記複数の撓み検出部間の検出値の差分の大きさに対応する情報を表示する表示部を更に備えた、
   ことを特徴とする請求項４乃至請求項７のいずれか１項に記載の泥土流動監視装置。
9. 掘進機内で掘削により生じた土砂を含む泥土に接する受圧部の面上に、互いに感度軸の方向および位置がずれた状態で、３個またはそれ以上の数の複数の撓み検出部を設置し、
   複数の前記撓み検出部がそれぞれ検出した複数の撓み量の情報を取得し、
   複数の前記撓み量の合成演算を実施し、
   前記合成演算の結果から少なくとも前記泥土の流動の有無および流動方向を検知する、
   ことを特徴とする泥土流動監視方法。
10. 前記受圧部の静止状態において、各前記撓み検出部が検出した撓み量を基準レベルとして取得し、
    前記受圧部の稼働状態において、各前記撓み検出部が検出した撓み量を測定値として取得し、
    前記測定値と前記基準レベルとの差分を、変化量として前記撓み検出部毎にそれぞれ算出し、
    複数の前記撓み検出部の前記変化量の合成演算を実施して重心位置変化を検知する、
    ことを特徴とする請求項９に記載の泥土流動監視方法。

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