JP2021134549A - Natural ground exploration device and natural ground exploration method - Google Patents

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Abstract

To propose a natural ground exploration device and a natural ground exploration method that make it possible to measure the amount of excess excavation around a shield machine in a shield method with high accuracy.SOLUTION: A natural ground exploration device 2 includes a water flow generator 3 that injects water W from a shield machine 1 toward a natural ground G, and an ultrasonic sensor 4 that emits ultrasonic waves U from the shield machine 1 toward the natural ground G. The ultrasonic sensor 4 is arranged behind an injection port 33 of the water flow generator 3 in the injection direction, and emits the ultrasonic waves U in a water column WP formed by the water W injected from the injection port 33.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、シールド工法における掘進時に使用する地山探査装置および地山探査方法に関する。 The present invention relates to a ground exploration device and a ground exploration method used at the time of excavation in a shield tunneling method.

シールド工法よるトンネル施工おいて、余掘り量を測定しながら掘進する場合がある。シールド工法において余掘り量を把握できれば、シールドマシンと地山との間の空隙の体積を把握できるため、適切な裏込め量を算出することができる。また、曲線を有するトンネル施工において、必要な余掘り量（クリアランス）を確保していないと、シールドマシンが地山に接触することによって、推進力の増加や、回頭性の低下が生じてしまう。そのため、シールド工法では、掘進時に余掘り量を測定し、適切な余掘り量を確保しながら掘進するのが望ましい。
シールド工法における余掘り量の測定方法として、例えば、特許文献１には、シールドマシンから地山に向けて電磁波を放射し、地山からの反射波を受信することで、反射波の受信時間に基づいて地山面までの距離を算出する方法が開示されている。
同様の方法として、電磁波に代えて超音波を使用する場合もある。例えば、特許文献２には、カッターヘッドに取り付けられた超音波受発信器により、カッターヘッド周囲の地山に向けて超音波を発信し、地山までの距離を測定する地山探査方法が開示されている。
一方、シールド工法の余掘り部分には、孔壁から崩落した土砂等が滞留している場合がある。余掘り部分に土砂などが滞留していると、超音波等が透過し難くなるため、余掘り量を高精度に測定できなくなるおそれがある。すなわち、余掘り部分の不純物により反射する反射波と、地山面により反射した反射波とが発生することにより、余掘り部分の大きさを測定し難くなってしまう。 In tunnel construction by the shield method, excavation may be carried out while measuring the amount of excess excavation. If the amount of excess digging can be grasped in the shield method, the volume of the gap between the shield machine and the ground can be grasped, so that an appropriate backfill amount can be calculated. Further, in the tunnel construction having a curved line, if the necessary extra digging amount (clearance) is not secured, the shield machine comes into contact with the ground, resulting in an increase in propulsive force and a decrease in turning performance. Therefore, in the shield tunneling method, it is desirable to measure the amount of surplus digging at the time of digging and dig while securing an appropriate amount of surplus digging.
As a method for measuring the amount of excess digging in the shield method, for example, in Patent Document 1, electromagnetic waves are radiated from the shield machine toward the ground and the reflected wave from the ground is received to set the reception time of the reflected wave. A method of calculating the distance to the ground surface based on this is disclosed.
As a similar method, ultrasonic waves may be used instead of electromagnetic waves. For example, Patent Document 2 discloses a ground exploration method in which an ultrasonic wave receiver / transmitter attached to a cutter head transmits ultrasonic waves toward the ground around the cutter head and measures the distance to the ground. Has been done.
On the other hand, in the surplus excavated part of the shield method, earth and sand that has collapsed from the hole wall may be retained. If earth and sand are accumulated in the over-digging portion, it becomes difficult for ultrasonic waves and the like to pass through, so that the over-digging amount may not be measured with high accuracy. That is, it becomes difficult to measure the size of the over-digged portion because the reflected wave reflected by the impurities in the over-digged portion and the reflected wave reflected by the ground surface are generated.

特開平０９−２９７１７９号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 09-297179 特開２０１８−４４８４１号公報JP-A-2018-44841

本発明は、シールド工法におけるシールドマシンの周囲の余掘り量を高精度に測定することを可能とした地山探査装置および地山探査方法を提案することを課題とする。 An object of the present invention is to propose a ground exploration device and a ground exploration method capable of measuring the amount of excess excavation around a shield machine in the shield method with high accuracy.

前記課題を解決するための本発明の地山探査装置は、シールドマシンから地山に向けて水を噴射する水流発生装置と、前記シールドマシンから地山に向けて超音波を発する超音波センサーと、を備えるものである。前記超音波センサーは、前記水流発生装置の噴射口の噴射方向後方に配設されていて、前記噴射口から噴射された前記水により形成された水柱内に超音波を発する。
また、本発明の地山探査方法は、シールドマシンから地山に向けて水を噴射するとともに、前記水により形成された水柱内に超音波を発し、前記超音波の反射波を受信することにより、前記シールドマシンの外面と地山との距離を測定するものである。
かかる地山探査装置および地山探査方法によれば、シールドマシンから地山面に向けて形成される水柱を利用して超音波測定を行うため、不純物による超音波の反射を抑制することができる。そのため、シールドマシンの周囲の余掘り利用を高精度に測定することができる。 The ground exploration device of the present invention for solving the above problems includes a water flow generator that injects water from the shield machine toward the ground and an ultrasonic sensor that emits ultrasonic waves from the shield machine toward the ground. , Is provided. The ultrasonic sensor is arranged behind the injection direction of the injection port of the water flow generator, and emits ultrasonic waves in a water column formed by the water injected from the injection port.
Further, in the ground exploration method of the present invention, water is jetted from the shield machine toward the ground, ultrasonic waves are emitted into the water column formed by the water, and the reflected waves of the ultrasonic waves are received. , The distance between the outer surface of the shield machine and the ground is measured.
According to such a ground exploration device and a ground exploration method, ultrasonic measurement is performed using a water column formed from a shield machine toward the ground surface, so that reflection of ultrasonic waves due to impurities can be suppressed. .. Therefore, it is possible to measure the use of extra digging around the shield machine with high accuracy.

前記水流発生装置は、前記シールドマシンのスキンプレートの内面に固定されているとともに、前記スキンプレートに固定された箱体により覆われているのが望ましい。このようにすれば、シールドマシンの内部への地下水などの流入を防止できる。
また、前記噴射孔を閉塞するシャッターを備えていれば、水の噴射停止時に土砂等が水流発生装置内に流入することを防止することができる。 It is desirable that the water flow generator is fixed to the inner surface of the skin plate of the shield machine and is covered with a box body fixed to the skin plate. In this way, it is possible to prevent the inflow of groundwater and the like into the inside of the shield machine.
Further, if a shutter for closing the injection hole is provided, it is possible to prevent earth and sand from flowing into the water flow generator when the injection of water is stopped.

本発明の地山探査装置および地山探査方法によれば、シールド工法におけるシールドマシンの周囲の余掘り量を高精度に測定することが可能となる。この測定結果を利用することで、適切な余掘り量による掘進が可能なるとともに、適切な裏込め量を算出することができる。 According to the ground exploration apparatus and the ground exploration method of the present invention, it is possible to measure the amount of excess excavation around the shield machine in the shield method with high accuracy. By using this measurement result, it is possible to dig with an appropriate amount of surplus digging, and it is possible to calculate an appropriate amount of backfill.

シールドマシンの概要を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the outline of the shield machine. 第一実施形態に係る地山探査装置の使用状況を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the usage state of the ground exploration apparatus which concerns on 1st Embodiment. 水流発生装置を示す図であって、（ａ）は地山側から望む平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は内空側からの望む平面図である。It is a figure which shows the water flow generator. FIG. 第二実施形態に係る地山探査装置を示す図であって、（ａ）は通常時の断面図、（ｂ）は測定時の断面図、（ｃ）は内空側から望む平面図である。It is a figure which shows the ground exploration apparatus which concerns on 2nd Embodiment, (a) is a cross-sectional view at the time of normal time, (b) is a cross-sectional view at the time of measurement, (c) is a plan view which is seen from the inner sky side. ..

＜第一実施形態＞
第一実施形態では、シールド工法によりトンネルを構築する場合について説明する。図１は、シールドマシン１の概要を示す断面図である。トンネル施工は、図１に示すように、シールドマシン１により地山Ｇを削孔することで形成された掘削孔内に、シールドマシン１の後方にセグメントリングＲを連設することにより行う。シールドマシン１は、先端に設けられたカッターヘッド１１と、カッターヘッド１１の後方に設けられた本体部１２とを備えている。本体部１２は、カッターヘッド１１の動力となるモーター１４や推進ジャッキ１５等を備え、筒状のスキンプレート１３により覆われている。掘削は、スキンプレート１３と孔壁（地山Ｇ）との間に所定の大きさの隙間（余掘り部Ｓ）を確保した状態で行う。余掘り部Ｓの大きさは、本体部１２に内装された地山探査装置２により確認する。 <First Embodiment>
In the first embodiment, a case where a tunnel is constructed by the shield method will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing an outline of the shield machine 1. As shown in FIG. 1, the tunnel construction is carried out by continuously providing a segment ring R behind the shield machine 1 in the excavation hole formed by drilling the ground G by the shield machine 1. The shield machine 1 includes a cutter head 11 provided at the tip thereof and a main body portion 12 provided behind the cutter head 11. The main body 12 includes a motor 14 and a propulsion jack 15 that power the cutter head 11, and is covered with a tubular skin plate 13. The excavation is performed in a state where a gap (excavation portion S) of a predetermined size is secured between the skin plate 13 and the hole wall (ground G). The size of the surplus digging portion S is confirmed by the ground exploration device 2 built in the main body portion 12.

以下、図２を参照して地山探査装置２について説明する。図２は、地山探査装置２の使用状況を示す断面図である。シールドマシン１には、複数の地山探査装置２が、周方向に所定の間隔をあけて設けられている。なお、地山探査装置２の数および配置は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。地山探査装置２は、水流発生装置３と、超音波センサー４と、箱体５と、シャッター６を備えている。
水流発生装置３は、シールドマシン１から地山Ｇに向けて水Ｗを噴射する。水流発生装置３は、シールドマシン１のスキンプレート１３の内面に固定されている。次に、図３を参照して水流発生装置３の詳細について説明する。図３は、水流発生装置３を示す図であって、（ａ）は地山Ｇ側から望む平面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は内空側からの望む平面図である。本実施形態の水流発生装置３は、図３（ｂ）に示すように、金属製の本体部３１と、給水口３２と、噴射口３３と、センサー接続部３４とを備えている。 Hereinafter, the ground exploration device 2 will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a usage situation of the ground exploration device 2. The shield machine 1 is provided with a plurality of ground exploration devices 2 at predetermined intervals in the circumferential direction. The number and arrangement of the ground exploration devices 2 are not limited, and may be appropriately determined. The ground exploration device 2 includes a water flow generator 3, an ultrasonic sensor 4, a box body 5, and a shutter 6.
The water flow generator 3 injects water W from the shield machine 1 toward the ground G. The water flow generator 3 is fixed to the inner surface of the skin plate 13 of the shield machine 1. Next, the details of the water flow generator 3 will be described with reference to FIG. 3A and 3B are views showing a water flow generator 3, where FIG. 3A is a plan view viewed from the ground G side, FIG. 3B is a cross-sectional view, and FIG. 3C is a plan view desired from the inner sky side. As shown in FIG. 3B, the water flow generator 3 of the present embodiment includes a metal main body portion 31, a water supply port 32, an injection port 33, and a sensor connection portion 34.

本体部３１は、箱型の入口部３１ａと入口部３１ａから側方に延びる出口部３１ｂとからなる。入口部３１ａおよび出口部３１ｂは、中空部材であり、互いに連通している。
入口部３１ａのトンネル内空側の面（図３（ｂ）において左側面）には、給水管７を接続するための給水口３２が形成されている。給水口３２は、給水管７であるホースを取り付け可能な継手である。本実施形態の給水口３２は、外面に波型の凹凸が形成された筒状部材を入口部３１ａの下面に固定することにより形成されている。なお、給水口３２の構成（形状等）は限定されるものではなく、例えばワンタッチジョイント等、給水管７の構成（取付部の形状や給水管７の材質）等に応じて適宜決定すればよい。入口部３１ａの四つの側面のうちの一つには出口部３１ｂが接続されていて、その他の三つの側面及び地山Ｇ側の面（図３（ｂ）において左側面）は遮蔽されている。 The main body portion 31 includes a box-shaped entrance portion 31a and an outlet portion 31b extending laterally from the entrance portion 31a. The inlet portion 31a and the outlet portion 31b are hollow members and communicate with each other.
A water supply port 32 for connecting the water supply pipe 7 is formed on the empty side of the inlet portion 31a in the tunnel (the left side surface in FIG. 3B). The water supply port 32 is a joint to which a hose, which is a water supply pipe 7, can be attached. The water supply port 32 of the present embodiment is formed by fixing a tubular member having corrugated irregularities on the outer surface to the lower surface of the inlet portion 31a. The configuration (shape, etc.) of the water supply port 32 is not limited, and may be appropriately determined according to the configuration (shape of the mounting portion, material of the water supply pipe 7), etc. of the water supply pipe 7 such as a one-touch joint. .. The exit portion 31b is connected to one of the four side surfaces of the entrance portion 31a, and the other three side surfaces and the surface on the ground G side (the left side surface in FIG. 3B) are shielded. ..

出口部３１ｂは、入口部３１ａよりも小さい高さを有し、入口部３１ａの側面から側方に張り出している。出口部３１ｂは断面視矩形状で、平面視は直方体と半円とが組み合わされた形状（Ｕ字状）を呈している（図３（ａ）または（ｃ）参照）。出口部３１ｂの地山Ｇ側の面およびトンネル内空側の面は開口している。一方、出口部３１ｂの入口部３１ａと接続された側面以外の側面は遮蔽されている。図３（ａ）および（ｂ）に示すように、出口部３１ｂの地山Ｇ側の面（図３（ｂ）において左側の面）には、水Ｗを噴射するための噴射口３３が形成されている。噴射口３３は、ノズル部材３５に形成された貫通孔である。ノズル部材３５は、出口部３１ｂの地山Ｇ側の面に、複数のビス３６により固定されている。なお、ノズル部材３５の固定方法は限定されるものではなく、例えば、出口部３１ｂ（本体部３１）溶接してもよい。また、出口部３１ｂの地山Ｇ側の面に噴射口３３を直接形成する場合は、ノズル部材３５は省略してもよい。このように、給水口３２と噴射口３３は、互いの中心線をずらした位置に形成されている。給水口３２から入口部３１ａに供給された水Ｗは、入口部３１ａ内において直角に流れを変えて出口部３１ｂへ供給される。出口部３１ｂに供給された水Ｗは、出口部３１ｂ内において直角に曲がって噴射口３３から噴射される。スキンプレート１３には、水流発生装置３の取り付け箇所に対応して、噴射用孔１６が形成されている。噴射口３３は、スキンプレート１３の噴射用孔１６に接続されている。噴射口３３から噴射された水Ｗは、シールドマシン１から地山Ｇに向けて噴射される。 The outlet portion 31b has a height smaller than that of the inlet portion 31a, and projects laterally from the side surface of the inlet portion 31a. The outlet portion 31b has a rectangular shape in cross-sectional view, and has a shape (U-shape) in which a rectangular parallelepiped and a semicircle are combined in a plan view (see FIGS. 3A or 3C). The surface of the exit portion 31b on the ground G side and the surface on the empty side inside the tunnel are open. On the other hand, the side surfaces of the outlet portion 31b other than the side surface connected to the inlet portion 31a are shielded. As shown in FIGS. 3A and 3B, an injection port 33 for injecting water W is formed on the surface of the outlet portion 31b on the ground G side (the surface on the left side in FIG. 3B). Has been done. The injection port 33 is a through hole formed in the nozzle member 35. The nozzle member 35 is fixed to the surface of the outlet portion 31b on the ground G side by a plurality of screws 36. The method of fixing the nozzle member 35 is not limited, and for example, the outlet portion 31b (main body portion 31) may be welded. Further, when the injection port 33 is directly formed on the surface of the outlet portion 31b on the ground G side, the nozzle member 35 may be omitted. As described above, the water supply port 32 and the injection port 33 are formed at positions shifted from each other by the center lines. The water W supplied from the water supply port 32 to the inlet portion 31a changes its flow at a right angle in the inlet portion 31a and is supplied to the outlet portion 31b. The water W supplied to the outlet portion 31b bends at a right angle in the outlet portion 31b and is injected from the injection port 33. The skin plate 13 is formed with injection holes 16 corresponding to the attachment points of the water flow generator 3. The injection port 33 is connected to the injection hole 16 of the skin plate 13. The water W jetted from the injection port 33 is jetted from the shield machine 1 toward the ground G.

図３（ｂ）および（ｃ）に示すように、出口部３１ｂのトンネル内空側の面（図３（ｂ）において右側の面）には超音波センサー４を接続するためのセンサー接続部３４が形成されている。すなわち、センサー接続部３４は、噴射口３３の後方に形成されている。センサー接続部３４は、超音波センサー４を接続するためのコネクターであって、センサホルダ３７に形成されている。センサホルダ３７は、出口部３１ｂのトンネル内空側の面に、複数のビス３６により固定されている。なお、センサホルダ３７の固定方法は限定されるものではなく、例えば、出口部３１ｂ（本体部３１）に溶接してもよい。また、出口部３１ｂの内空側にセンサー接続部３４を直接形成する場合は、センサホルダ３７は省略してもよい。 As shown in FIGS. 3 (b) and 3 (c), a sensor connecting portion 34 for connecting the ultrasonic sensor 4 to the air-side surface (the surface on the right side in FIG. 3 (b)) of the exit portion 31b in the tunnel. Is formed. That is, the sensor connection portion 34 is formed behind the injection port 33. The sensor connection portion 34 is a connector for connecting the ultrasonic sensor 4, and is formed in the sensor holder 37. The sensor holder 37 is fixed to the empty surface of the outlet portion 31b in the tunnel by a plurality of screws 36. The method of fixing the sensor holder 37 is not limited, and for example, the sensor holder 37 may be welded to the outlet portion 31b (main body portion 31). Further, when the sensor connecting portion 34 is directly formed on the inner air side of the outlet portion 31b, the sensor holder 37 may be omitted.

超音波センサー４は、シールドマシン１から地山Ｇに向けて超音波Ｕを発する。超音波センサー４は、センサー接続部３４に取り付けられている。すなわち、超音波センサー４は、水流発生装置３の噴射口３３の噴射方向後方に取り付けられている。噴射口３３の中心軸とセンサー接続部３４の中心は、同一直線状に形成されている。図１に示すように、超音波センサー４は、噴射口３３から噴射された水Ｗ（水柱ＷＰ）内に超音波Ｕを発して、地山Ｇ（掘削孔の孔壁面）までの距離を測定する。
箱体５は、水流発生装置３および超音波センサー４を覆った状態で、スキンプレート１３の内面に固定されている。箱体５は、シールドマシン１内への漏水を防止するカバーであり、噴射用孔１６や水流発生装置３から流出した水Ｗ等を内部にとどめることができる。箱体５には、水流発生装置３に接続する給水管７や超音波センサー４に接続するケーブル等を挿通するための貫通孔が形成されている。
シャッター６は、スキンプレート１３の外面に沿って形成されている。シャッター６は、スキンプレート１３に形成された噴射用孔１６を開閉可能に構成されていて、水Ｗの噴射を停止しているときに、スキンプレート１３の噴射用孔１６を遮蔽（噴射口３３を閉塞）する。 The ultrasonic sensor 4 emits ultrasonic waves U from the shield machine 1 toward the ground G. The ultrasonic sensor 4 is attached to the sensor connection portion 34. That is, the ultrasonic sensor 4 is attached to the rear of the injection port 33 of the water flow generator 3 in the injection direction. The central axis of the injection port 33 and the center of the sensor connection portion 34 are formed in the same linear shape. As shown in FIG. 1, the ultrasonic sensor 4 emits the ultrasonic wave U in injected water W (water column W P) from the injection port 33, the distance to the natural ground G (pore wall surface of the borehole) taking measurement.
The box body 5 is fixed to the inner surface of the skin plate 13 in a state of covering the water flow generator 3 and the ultrasonic sensor 4. The box body 5 is a cover for preventing water leakage into the shield machine 1, and can retain the water W and the like flowing out from the injection hole 16 and the water flow generator 3 inside. The box body 5 is formed with a through hole for inserting a water supply pipe 7 connected to the water flow generator 3, a cable connected to the ultrasonic sensor 4, and the like.
The shutter 6 is formed along the outer surface of the skin plate 13. The shutter 6 is configured to be able to open and close the injection hole 16 formed in the skin plate 13, and shields the injection hole 16 of the skin plate 13 (injection port 33) when the injection of water W is stopped. To block).

次に、地山探査装置２を利用して余掘り部Ｓの大きさを測定する地山探査方法について説明する。図２に示すように、本実施形態の地山探査方法は、シールドマシン１から地山Ｇに向けて水Ｗを噴射するとともに、水Ｗにより形成された水柱ＷＰ内に超音波Ｕを発し、地山面において反射した超音波Ｕの反射波を受信することにより、シールドマシン１（スキンプレート１３の外面と地山Ｇとの距離を測定するというものである。
まず、給水管７を介して水流発生装置３に水Ｗを供給するとともに、シャッター６を開いて噴射用孔１６を開口する。シャッター６を開くことで、水流発生装置３から噴射された水Ｗが、地山Ｇに吹き付けられる。このとき、水Ｗを所定の圧力により噴射することで、水柱ＷＰを形成する。給水管７を介して供給される水Ｗは、ポンプ（図示せず）により圧送する。水Ｗの圧力は、地下水圧よりも高くするが、水柱ＷＰを安定的に形成できるよう、地下水圧よりも十分に高圧であることが望ましい。 Next, a ground exploration method for measuring the size of the surplus excavation portion S using the ground exploration device 2 will be described. As shown in FIG. 2, the natural ground probing method of the present embodiment is configured to inject the water W toward the shield machine 1 in the natural ground G, emits ultrasonic wave U in the water column W P formed by the water W By receiving the reflected wave of the ultrasonic wave U reflected on the ground surface, the distance between the outer surface of the shield machine 1 (skin plate 13 and the ground G) is measured.
First, water W is supplied to the water flow generator 3 via the water supply pipe 7, and the shutter 6 is opened to open the injection hole 16. By opening the shutter 6, the water W jetted from the water flow generator 3 is sprayed onto the ground G. In this case, by injecting water W by a predetermined pressure, to form a water column W P. The water W supplied through the water supply pipe 7 is pumped by a pump (not shown). Pressure of the water W is higher than groundwater pressure, so that it can form a water column W P stably, it is desirable that sufficient pressure than groundwater pressure.

シールドマシン１から地山面（掘削孔の孔壁面）に至る水柱ＷＰを形成したら、水柱ＷＰ中に超音波センサー４から地山面に向けて超音波Ｕを発するとともに、地山面により反射した反射波を超音波センサー４により受信する。超音波センサー４から超音波Ｕを発した時間と、超音波センサー４によって反射波を受信した時間とによる時間差により、シールドマシン１の外面と地山面（掘削孔の孔壁面）との距離を算出する。
測定が終了したら、シャッター６により噴射用孔１６（噴射口３３）を遮蔽するとともに、水Ｗの噴射を停止する。このとき、水流発生装置３による水Ｗの噴射を継続した状態で、シャッター６により噴射口３３を遮蔽することで、噴射用孔１６から水流発生装置３の内部に地下水や土砂などが流入することを防止する。シャッター６により噴射口３３を遮蔽したら、水流発生装置３への水Ｗの供給（水流発生装置３からの水Ｗの噴射）を停止する。 After forming the water column W P extending from the shield machine 1 in Chiyamamen (hole wall surface of the borehole), the water column W P toward the ultrasonic sensor 4 to the natural ground surface with emit ultrasound U, the natural ground surface The reflected reflected wave is received by the ultrasonic sensor 4. The distance between the outer surface of the shield machine 1 and the ground surface (hole wall surface of the excavation hole) is determined by the time difference between the time when the ultrasonic wave U is emitted from the ultrasonic sensor 4 and the time when the reflected wave is received by the ultrasonic sensor 4. calculate.
When the measurement is completed, the shutter 6 shields the injection hole 16 (injection port 33) and stops the injection of water W. At this time, while the water flow generator 3 continues to inject water W, the shutter 6 shields the injection port 33 so that groundwater, earth and sand, etc. flow into the water flow generator 3 from the injection hole 16. To prevent. When the injection port 33 is shielded by the shutter 6, the supply of water W to the water flow generator 3 (injection of water W from the water flow generator 3) is stopped.

第一実施形態の地山探査装置２および地山探査方法によれば、シールドマシン１から地山面に向けて形成される水柱ＷＰを利用して超音波測定を行うため、余掘り部Ｓに堆積した土砂等の不純物による超音波Ｕの反射を抑制することができる。余掘り部Ｓに土砂等が堆積している場合であっても、噴射した水Ｗによって測定範囲（超音波Ｕの発信方向）外に排除される。そのため、シールドマシン１の周囲の余掘り部Ｓの幅（余掘り量）を高精度に測定でき、ひいては、適切な裏込め注入量を算出することができ、また、曲線を有するトンネルにおいては、地山Ｇとシールドマシン１との接触を好適に防止できる。
余掘り部Ｓの測定は、スキンプレート１３の内側からシールドマシン１外に向けて行うため、カッターヘッド１１が駆動中であっても、測定をすることができる。
水流発生装置３は、シールドマシン１のスキンプレート１３の内面に固定された箱体５により覆われているため、シールドマシン１の内部への漏水を防止できる。また、水流発生装置３から水Ｗを噴射した状態でシャッター６により噴射用孔１６を遮蔽できるので、土砂等が水流発生装置３内に流入することを防止できる。
また、水Ｗの噴射停止時は、シャッター６により噴射用孔１６を遮蔽することで噴射口３３が閉塞されているため、外部から土砂等がシールドマシン１の内部へ流入することを防止できる。 According to the natural ground probing apparatus 2 and the natural ground probing method of the first embodiment, since the ultrasonic measurement using the water column W P formed toward the shield machine 1 in the natural ground surface, outbreak portion S It is possible to suppress the reflection of the ultrasonic wave U due to impurities such as earth and sand deposited on the mountain. Even if sediment or the like is accumulated in the surplus excavation portion S, it is excluded from the measurement range (transmission direction of the ultrasonic wave U) by the jetted water W. Therefore, the width (surplus digging amount) of the surplus digging portion S around the shield machine 1 can be measured with high accuracy, and an appropriate backfill injection amount can be calculated. Contact between the ground G and the shield machine 1 can be suitably prevented.
Since the measurement of the extra digging portion S is performed from the inside of the skin plate 13 to the outside of the shield machine 1, the measurement can be performed even when the cutter head 11 is being driven.
Since the water flow generator 3 is covered with the box body 5 fixed to the inner surface of the skin plate 13 of the shield machine 1, it is possible to prevent water leakage to the inside of the shield machine 1. Further, since the injection hole 16 can be shielded by the shutter 6 in the state where the water W is injected from the water flow generator 3, it is possible to prevent earth and sand from flowing into the water flow generator 3.
Further, when the injection of water W is stopped, the injection port 33 is blocked by shielding the injection hole 16 by the shutter 6, so that it is possible to prevent earth and sand from flowing into the shield machine 1 from the outside.

＜第二実施形態＞
第二実施形態の地山探査装置２は、シールドマシン１の内空側においてスライドするシャッター装置６０により噴射口３３の開閉を行う点で、スキンプレート１３の外面に沿って形成されたシャッター６により噴射口３３の開閉を行う第一実施形態と異なっている。
図４に第二実施形態の地山探査装置２の概要を示す。シャッター装置６０は、図４（ａ）および（ｃ）に示すように、スキンプレート１３に形成された開口部１７に設けられている。シャッター装置６０は、開口部１７を遮蔽するように設けられた土台６１と、土台６１の内面（内空側）に沿って摺動するシャッター部６２と、シャッター部６２に設けられた蓋材６３とを備えている。 <Second embodiment>
In the ground exploration device 2 of the second embodiment, the shutter 6 formed along the outer surface of the skin plate 13 opens and closes the injection port 33 by the shutter device 60 that slides on the inner air side of the shield machine 1. It is different from the first embodiment in which the injection port 33 is opened and closed.
FIG. 4 shows an outline of the ground exploration device 2 of the second embodiment. As shown in FIGS. 4A and 4C, the shutter device 60 is provided in the opening 17 formed in the skin plate 13. The shutter device 60 includes a base 61 provided so as to shield the opening 17, a shutter portion 62 sliding along the inner surface (inner air side) of the base 61, and a lid material 63 provided on the shutter portion 62. And have.

土台６１は、開口部１７と同形状の板材からなる。本実施形態の土台６１は、平面視矩形状であるが、土台６１の形状は限定されるものではない。土台６１には、第一噴射用孔６４が貫通している。
シャッター部６２は、土台６１の内面に沿って摺動する。シャッター部６２の土台６１側の面の周縁には、シール材６７が設置されている。シール材６７は、土台６１とシャッター部６２の隙間を遮蔽する。また、シャッター部６２には、第二噴射用孔６５と、蓋材用孔６６とが形成されている。第二噴射用孔６５と蓋材用孔６６は、第一噴射用孔６４と同一の平面形状を有していて、シャッター部６２の摺動方向に沿って並設されている。本実施形態のシャッター部６２の内空側には、第二噴射用孔６５側と蓋材用孔６６側との間に段差が形成されている。なお、シャッター部６２は、平板でもよく、段差は省略してもよい。 The base 61 is made of a plate material having the same shape as the opening 17. The base 61 of the present embodiment has a rectangular shape in a plan view, but the shape of the base 61 is not limited. The first injection hole 64 penetrates the base 61.
The shutter portion 62 slides along the inner surface of the base 61. A sealing material 67 is installed on the peripheral edge of the surface of the shutter portion 62 on the base 61 side. The sealing material 67 shields the gap between the base 61 and the shutter portion 62. Further, the shutter portion 62 is formed with a second injection hole 65 and a lid material hole 66. The second injection hole 65 and the lid material hole 66 have the same planar shape as the first injection hole 64, and are arranged side by side along the sliding direction of the shutter portion 62. A step is formed between the second injection hole 65 side and the lid material hole 66 side on the inner air side of the shutter portion 62 of the present embodiment. The shutter portion 62 may be a flat plate, or a step may be omitted.

第二噴射用孔６５の内空側には、水流発生装置３（噴射口３３）が接続されている。図４（ｂ）に示すように、第二噴射用孔６５と第一噴射用孔６４とを一致させることで、水Ｗを地山Ｇに向けて噴射することが可能となる。
蓋材用孔６６には、蓋材６３が設置されている。蓋材６３は、蓋材用孔６６に内外方向に摺動可能に設けられている。蓋材６３の先端部は、蓋材用孔６６と第一噴射用孔６４とが一致した際に、第一噴射用孔６４に挿入される。蓋材６３の先端部の周面には、シール材６７が設置されていて、第一噴射用孔６４に挿入されることで、蓋材６３が第一噴射用孔６４を遮蔽する。
この他の第二実施形態の水流発生装置３、超音波センサー４の詳細は、第一実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。 A water flow generator 3 (injection port 33) is connected to the inner air side of the second injection hole 65. As shown in FIG. 4B, by matching the second injection hole 65 and the first injection hole 64, it is possible to inject water W toward the ground G.
A lid material 63 is installed in the lid material hole 66. The lid material 63 is provided in the lid material hole 66 so as to be slidable in the inward and outward directions. The tip of the lid material 63 is inserted into the first injection hole 64 when the lid material hole 66 and the first injection hole 64 coincide with each other. A sealing material 67 is installed on the peripheral surface of the tip end portion of the lid material 63, and the lid material 63 shields the first injection hole 64 by being inserted into the first injection hole 64.
Since the details of the water flow generator 3 and the ultrasonic sensor 4 of the other second embodiment are the same as those shown in the first embodiment, detailed description thereof will be omitted.

次に、第二実施形態の地山探査装置２を利用して余掘り部Ｓの大きさを測定する地山探査方法について説明する。
まず、給水管７を介して水流発生装置３に水Ｗを供給するとともに、シャッター装置６０を開口する。シャッター装置６０の開口は、まず、第一噴射用孔６４に先端が挿入された蓋材６３を内空側に引き込むことで第一噴射用孔６４から抜き出す。蓋材６３を第一噴射用孔６４から抜き出したら、シャッター部６２をスライドさせて、図４（ｂ）に示すように、第一噴射用孔６４と第二噴射用孔６５とを一致させることでシャッター装置６０を開口する。シャッター装置６０を開口することで、水流発生装置３（噴射口３３）から噴射された水Ｗが、地山Ｇに吹き付けられる。このとき、水Ｗを所定の圧力により噴射することで、水柱ＷＰを形成する。給水管７を介して供給される水Ｗは、ポンプ（図示せず）により圧送する。水Ｗの圧力は、地下水圧よりも高くするが、水柱ＷＰを安定的に形成できるよう、地下水圧よりも十分に高圧であることが望ましい。 Next, a ground exploration method for measuring the size of the surplus excavation portion S using the ground exploration device 2 of the second embodiment will be described.
First, water W is supplied to the water flow generator 3 via the water supply pipe 7, and the shutter device 60 is opened. The opening of the shutter device 60 is first extracted from the first injection hole 64 by pulling the lid material 63 having the tip inserted into the first injection hole 64 into the inner air side. After the lid material 63 is pulled out from the first injection hole 64, the shutter portion 62 is slid so that the first injection hole 64 and the second injection hole 65 are aligned as shown in FIG. 4 (b). The shutter device 60 is opened with. By opening the shutter device 60, the water W jetted from the water flow generator 3 (injection port 33) is sprayed onto the ground G. In this case, by injecting water W by a predetermined pressure, to form a water column W P. The water W supplied through the water supply pipe 7 is pumped by a pump (not shown). Pressure of the water W is higher than groundwater pressure, so that it can form a water column W P stably, it is desirable that sufficient pressure than groundwater pressure.

シールドマシン１から地山面（掘削孔の孔壁面）に至る水柱ＷＰを形成したら、水柱ＷＰ中に超音波センサー４から地山面に向けて超音波Ｕを発するとともに、地山面により反射した反射波を超音波センサー４により受信する。超音波センサー４から超音波Ｕを発した時間と、超音波センサー４によって反射波を受信した時間とによる時間差により、シールドマシン１の外面と地山面（掘削孔の孔壁面）との距離を算出する。
測定が終了したら、シャッター装置６０（噴射口３３）を遮蔽するとともに、水Ｗの噴射を停止する。このとき、水流発生装置３による水Ｗの噴射を継続した状態で、シャッター装置６０を遮蔽することで、第一噴射用孔６４から水流発生装置３の内部に地下水や土砂などが流入することを防止する。シャッター装置６０の遮蔽は、シャッター部６２を開口するときと逆方向にスライドさせる。シャッター部６２は、蓋材用孔６６の位置と第一噴射用孔６４の位置とが一致するまでスライドさせる。蓋材用孔６６の位置と第一噴射用孔６４の位置とを一致させたら、図４（ａ）に示すように、蓋材６３を押し込んで、蓋材６３の先端を第一噴射用孔６４に差し込む。シャッター装置６０を遮蔽したら、水流発生装置３への水Ｗの供給（水流発生装置３からの水Ｗの噴射）を停止する。
第二実施形態の地山探査装置２および地山探査方法によれば、第一実施形態の地山探査装置２および地山探査方法と同様の作用効果を得ることができる。 After forming the water column W P extending from the shield machine 1 in Chiyamamen (hole wall surface of the borehole), the water column W P toward the ultrasonic sensor 4 to the natural ground surface with emit ultrasound U, the natural ground surface The reflected reflected wave is received by the ultrasonic sensor 4. The distance between the outer surface of the shield machine 1 and the ground surface (hole wall surface of the excavation hole) is determined by the time difference between the time when the ultrasonic wave U is emitted from the ultrasonic sensor 4 and the time when the reflected wave is received by the ultrasonic sensor 4. calculate.
When the measurement is completed, the shutter device 60 (injection port 33) is shielded and the water W injection is stopped. At this time, by shielding the shutter device 60 while continuing to inject water W by the water flow generator 3, groundwater, earth and sand, etc. can flow into the water flow generator 3 from the first injection hole 64. To prevent. The shield of the shutter device 60 is slid in the direction opposite to that when the shutter portion 62 is opened. The shutter portion 62 is slid until the position of the lid material hole 66 and the position of the first injection hole 64 coincide with each other. When the position of the lid material hole 66 and the position of the first injection hole 64 are matched, the lid material 63 is pushed in as shown in FIG. 4A, and the tip of the lid material 63 is set to the first injection hole. Plug it into 64. After shielding the shutter device 60, the supply of water W to the water flow generator 3 (injection of water W from the water flow generator 3) is stopped.
According to the ground exploration device 2 and the ground exploration method of the second embodiment, the same effects as those of the ground exploration device 2 and the ground exploration method of the first embodiment can be obtained.

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、箱体５は、必要に応じて設置すればよい。また、箱体５は、各水流発生装置３を個別に覆うものでもよいし、複数の水流発生装置３を覆うものであってもよい。シャッター装置６０を有する場合で、箱体５を設置する場合はシャッター部６２とともに摺動するように設けるのが望ましい。
給水口３２を水流発生装置３の内空側に設けるものとしたが、給水口３２の形成箇所は限定されるものではなく、例えば、水流発生装置３の側面の設けてもよい。 Although the embodiments according to the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and each of the above-mentioned components can be appropriately modified without departing from the spirit of the present invention.
For example, the box body 5 may be installed as needed. Further, the box body 5 may individually cover each water flow generator 3, or may cover a plurality of water flow generators 3. When the box body 5 is installed when the shutter device 60 is provided, it is desirable that the box body 5 is provided so as to slide together with the shutter portion 62.
Although the water supply port 32 is provided on the inner air side of the water flow generator 3, the location where the water supply port 32 is formed is not limited, and for example, the side surface of the water flow generator 3 may be provided.

１ シールドマシン
１３ スキンプレート
２ 地山探査装置
３ 水流発生装置
３１ 本体部
３２ 給水口
３３ 噴射口
４ 超音波センサー
５ 箱体
６ シャッター
７ 給水管
Ｇ 地山
Ｕ 超音波
Ｗ 水
ＷＰ 水柱 1 Shield machine 13 Skin plate 2 Ground exploration device 3 Water flow generator 31 Main body 32 Water supply port 33 Injection port 4 Ultrasonic sensor 5 Box body 6 Shutter 7 Water supply pipe G Ground U Ultrasonic W water W P Water column

Claims (4)

シールドマシンから地山に向けて水を噴射する水流発生装置と、
前記シールドマシンから地山に向けて超音波を発する超音波センサーと、を備える地山探査装置であって、
前記超音波センサーは、前記水流発生装置の噴射口の噴射方向後方に配設されていて、前記噴射口から噴射された前記水により形成された水柱内に超音波を発することを特徴とする、地山探査装置。 A water flow generator that injects water from the shield machine toward the ground,
A ground exploration device including an ultrasonic sensor that emits ultrasonic waves from the shield machine toward the ground.
The ultrasonic sensor is arranged behind the injection direction of the injection port of the water flow generator, and emits ultrasonic waves in a water column formed by the water injected from the injection port. Ground exploration equipment. 前記水流発生装置は、前記シールドマシンのスキンプレートの内面に固定されているとともに、前記スキンプレートに固定された箱体により覆われていることを特徴とする、請求項１に記載の地山探査装置。 The ground exploration according to claim 1, wherein the water flow generator is fixed to the inner surface of the skin plate of the shield machine and is covered with a box body fixed to the skin plate. Device. 前記水の噴射停止時の前記噴射口を閉塞するシャッターを備えていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の地山探査装置。 The ground exploration apparatus according to claim 1 or 2, further comprising a shutter that closes the injection port when the injection of water is stopped. シールドマシンから地山に向けて水を噴射するとともに、前記水により形成された水柱内に超音波を発し、
前記超音波の反射波を受信することにより、前記シールドマシンの外面と地山との距離を測定することを特徴とする、地山探査方法。 Water is sprayed from the shield machine toward the ground, and ultrasonic waves are emitted into the water column formed by the water.
A ground exploration method, characterized in that the distance between the outer surface of the shield machine and the ground is measured by receiving the reflected wave of the ultrasonic wave.
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