JP2023156856A - シールド掘進機とシールド掘進機における測定値校正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】シールド掘進機における少なくとも排土の密度を精緻に特定することができ、掘削土の過剰取り込みとこれに起因する地表面の沈下（もしくは陥没）を抑制できる、シールド掘進機とシールド掘進機における測定値校正方法を提供する。【解決手段】回転軸３３と、回転軸３３の周囲に装着されている螺旋状の羽根３４とを備えているスクリュー３２と、スクリュー３２を回転自在に収容する筒体３１とにより形成される、スクリューコンベア３０が、掘削土を取り込んで排土を生成するチャンバ１３に連通している、シールド掘進機１００であり、ラジオアイソトープを用いて排土の密度と含水量を測定する、ＲＩ密度測定器４０が、筒体３１の外周に設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、シールド掘進機とシールド掘進機における測定値校正方法に関する。

土圧式シールド工法においては、切羽を安定させ、影響範囲にある地表面における沈下や陥没を防止しながらシールド掘進機の掘進を行うことが重要であり、そのために、掘削土の過剰な取り込みを抑制し、シールド掘進機のチャンバ内に取り込んだ掘削土に添加される添加材の逸脱量を把握することが肝要となる。シールド掘進機においては、スクリューと、スクリューを回転自在に収容する筒体とにより形成されるスクリューコンベアがチャンバに連通しており、チャンバ内において掘削土が添加材とともに撹拌されて生成された排土がスクリューコンベアに排出され、スクリューコンベアを介してシールド掘進機の後方に搬送される。
上記する掘削土の過剰取り込みは、掘削土もしくは排土の体積を精緻に特定できていないことに依拠するが、排土の体積はその質量を密度にて除することにより算定されることから、掘削土もしくは排土の密度を精緻に特定することが極めて重要になる。

ここで、特許文献１，２には、ラジオアイソトープ（ＲＩ：Radioisotope、放射性同位元素）を用いて掘削土の密度と含水量を測定し、シールド掘進機（ここではシールド機）に取り込んだ排土を管理する技術が開示されている。特許文献１に記載のシールド機は、シールド筒の前部に隔壁を設け、この隔壁を介して切羽室が設けられ、この切羽室の前方に掘削具が設けられ、かつ切羽室の後方に排土装置が接続されたシールド機において、切羽室内土砂の密度と含水量を測定するラジオアイソトープを用いた密度・水分測定器が、隔壁に設けられている。

一方、特許文献２に記載のシールド機は、チャンバ内に設けられた、泥土中を回転して回転トルクを測定する回転軸と、回転軸を駆動する駆動装置とからなる塑性流動化測定装置を備えたシールド機であり、回転体の内部に、ＲＩ密度・水分計線源を封入し、回転トルクの他に泥土の密度・含水比を測定するようにしている。

特開平５－２６３５８４号公報 特開２００３－９７１８１号公報

特許文献１，２に記載のシールド機はいずれも、チャンバ内にラジオアイソトープを用いた密度・水分測定器を設置し、チャンバ内で撹拌される掘削土の密度や水分量を計測する技術である。より具体的には、チャンバの前方にカッタスポークがあり、カッタスポークの前方には切羽（地山）が存在するが、チャンバの隔壁に設置された線源から放射線（ガンマ線や中性子）を放射し、カッタスポークやその前方にある切羽にて反射してきた放射線を検出器にて検出している。
そのため、切羽やカッタスポークの影響が測定値に反映され、また、チャンバ内で撹拌されている掘削土はその密度が安定していないことから、排土の密度を正しく測定できるとは言い難い。

本発明は、シールド掘進機における少なくとも排土の密度を精緻に特定することができ、掘削土の過剰取り込みとこれに起因する地表面の沈下を抑制できる、シールド掘進機とシールド掘進機における測定値校正方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明によるシールド掘進機の一態様は、
回転軸と、該回転軸の周囲に装着されている螺旋状の羽根とを備えているスクリューと、該スクリューを回転自在に収容する筒体とにより形成される、スクリューコンベアが、掘削土を取り込んで排土を生成するチャンバに連通している、シールド掘進機であって、
ラジオアイソトープを用いて前記排土の密度と含水量を測定する、ＲＩ密度測定器が、前記筒体の外周に設けられていることを特徴とする。

本態様によれば、ラジオアイソトープを用いて排土の密度を測定するＲＩ密度測定器が、スクリューコンベアを構成する筒体の外周に設けられていることにより、スクリューコンベアを通過する密度が安定した（一定の）排土の密度を測定することができ、このことにより、掘削土の過剰取り込みとこれに起因する地表面の沈下を抑制することができる。
スクリューコンベアの内部には回転しているスクリューが存在することから、スクリューコンベアの筒体の外周にＲＩ密度測定器を設置して排土の密度を測定する場合、回転するスクリューが密度の測定を阻害する恐れがある。このことに関し、本発明者等による検証によれば、回転するスクリューがある場合、回転していない（静止している）スクリューがある場合のいずれのケースにおいても、排土の密度を高い精度で測定できることが実証されている。従来技術においては、スクリューの存在が排土の密度測定を阻害することを懸念し、従ってチャンバ内で撹拌される掘削土の密度を測定していたものと推察されるが、本発明では、本発明者等による上記検証結果に基づき、例えば内部でスクリューが回転しているスクリューコンベアを通過する排土の密度を測定することとしている。

また、本発明によるシールド掘進機の他の態様は、
ラジオアイソトープを用いて前記排土の含水量を測定する、ＲＩ水分測定器が、前記筒体の外周にさらに設けられていることを特徴とする。

本態様によれば、排土の含水量を測定する、ＲＩ水分測定器が筒体の外周にさらに設けられていることにより、排土の性状をより高精度に特定することが可能になる。

また、本発明によるシールド掘進機の他の態様は、
前記ＲＩ密度測定器と前記ＲＩ水分測定器が、線源と、放射線検出器とを備え、
前記筒体の外周において、前記ＲＩ密度測定器を構成する前記線源と前記放射線検出器が、前記スクリューの前記回転軸を通る直線上の二点以外の二点に設けられていることを特徴とする。

本態様によれば、筒体の外周において、ＲＩ密度測定器を構成する線源（ガンマ線源）と放射線検出器（ガンマ線検出器）が、スクリューの回転軸を通る直線上の二点以外の二点に設けられていることにより、線源から放射されたガンマ線が放射線検出器に到達する過程でスクリューの回転軸に阻害されることを抑制できる。
ここで、「スクリューの回転軸を通る直線上の二点以外の二点」とは、筒体（スクリューの回転軸）の軸直交方向の同一断面において、直径上にある二点以外の二点（例えば、相互に９０度、１２０度の角度関係にある位置）や、筒体の軸方向に離れた二点において、二点を直線で結んだ際に直線が回転軸に交差しない二点を含んでいる。

尚、仮にガンマ線がガンマ線検出器に到達する過程でスクリューの回転軸を通過する場合でも、高い精度で排土の密度を測定できるものと推察されるが、スクリューの回転軸にガンマ線が干渉しないことにより、密度の測定精度をより一層高めることが可能になる。
また、ＲＩ水分測定器に関しては、線源（中性子線源）と放射線検出器（中性子線検出器）を相互に離した状態で筒体の外周に設置する必要がないことから、ＲＩ密度測定器のような設置の工夫は不要である。

また、本発明によるシールド掘進機の他の態様において、
前記シールド掘進機は、測定値校正装置をさらに有し、
前記測定値校正装置は、
前記ＲＩ密度測定器と前記ＲＩ水分測定器による測定値を校正する、校正式を格納する、格納部と、
実施工の際に、前記測定値を前記校正式に適用して、前記排土の密度と含水量に関する校正値を求める、校正部とを有することを特徴とする。

本態様によれば、測定値校正装置において、ＲＩ密度測定器とＲＩ水分測定器による測定値を校正式に適用して、排土の密度と含水量に関する校正値を求めることにより、放射線の強度（計数率）に関する測定値に対して、放射線強度の減衰に対する補正を行うことにより特定された校正値（排土の密度や含水量）を求めることができる。ＲＩ測定器は、ラジオアイソトープから放射された放射線を利用した間接測定器であることから、予め密度や含水量が既知の物質と比較対象校正を行い、密度や含水量に対する放射線の強度の関係式、すなわち校正式を求めておき、実際の測定値を校正式に適用して密度や含水量を求めることが必要になる。

また、本発明によるシールド掘進機における測定値校正方法の一態様は、
前記シールド掘進機において、測定値を校正する測定値校正方法であって、
前記スクリューコンベアと同仕様の模擬スクリューコンベアに対して前記ＲＩ密度測定器と前記ＲＩ水分測定器を適用して、試験的に排土した際に該ＲＩ密度測定器と該ＲＩ水分測定器にて測定した、試験測定値と、試験時における該排土の密度と含水量に関する実測値の双方に基づいて前記校正式を設定することを特徴とする。

本態様によれば、実施工で適用されるスクリューコンベアと同仕様の模擬スクリューコンベアに対して、ＲＩ密度測定器とＲＩ水分測定器を適用して試験測定値を求め、この試験測定値と、試験時の排土の密度と含水量に関する実測値の双方に基づいて校正式を設定することにより、実施工で適用されるシールド掘進機のスクリューコンベアに対応した高精度の校正式に基づいて、実施工の際の排土の密度や含水量を高精度に求めることが可能になる。

ここで、「実施工で適用されるスクリューコンベアと同仕様」とは、筒体の径（寸法）や肉厚、スクリューの回転軸や螺旋状の羽根の形状及び寸法等が同じであることを意味している。筒体の外周にＲＩ密度測定器やＲＩ水分測定器を設置して、筒体の内部を通過する排土の密度や含水量を測定することから、筒体の径や肉厚は特に重要な要素となる。
また、「試験時の排土の密度と含水量に関する実測値」とは、試験時にスクリューコンベアを通過させる排土を、別途モールド等に入れてその湿潤密度や含水量（もしくは含水比）を測定した際の値を意味している。

また、本発明によるシールド掘進機における測定値校正方法の他の態様は、
前記模擬スクリューコンベアに対して、実施工の際の前記スクリューコンベアに対する設置位置と同じ位置に、前記ＲＩ密度測定器と前記ＲＩ水分測定器を設置することを特徴とする。

本態様によれば、模擬スクリューコンベアに対して、実施工の際のスクリューコンベアに対する設置位置と同じ位置にＲＩ密度測定器とＲＩ水分測定器を設置することにより、実施工で適用されるスクリューコンベアに加えて、実施工の際のＲＩ密度測定器とＲＩ水分測定器の設置位置に対応した、より一層高精度の校正式に基づいて、実施工の際の排土の密度や含水量をより一層高精度に求めることが可能になる。
また、原寸大模型での予備計測やマシン製作工場での事前計測、作業所でのマシン組み立て時においても、予備計測が可能になる。この予備計測としては、スクリューケーシング内が空洞の場合や、スクリューケーシング内に水を満たした場合、あるいはスクリューケーシング内にベントナイト溶液や模擬土砂などを充填した場合で予備計測し、校正式の精度を上げることができる。

また、本発明によるシールド掘進機における測定値校正方法の他の態様は、
前記筒体と前記スクリューの規模に応じて、前記線源と前記放射線検出器との間の角度を鋭角にして双方の離間を短くすることを特徴とする。

本態様によれば、筒体とスクリューの規模に応じて線源と放射線検出器との間の角度を鋭角にして双方の離間を短くすることにより、例えば、規模の大きなスクリューコンベアの場合においても、排土の密度や含水量を高精度に特定することができる。

本発明のシールド掘進機とシールド掘進機における測定値校正方法によれば、シールド掘進機における少なくとも排土の密度を精緻に特定することができ、掘削土の過剰取り込みとこれに起因する地表面の沈下を抑制できる。

実施形態に係るシールド掘進機の一例の縦断面図である。 スクリューコンベアの筒体の外周に対するＲＩ密度測定器とＲＩ水分測定器の設置形態の一例を示す斜視図である。 測定値校正装置のハードウェア構成の一例を示す図である。 測定値校正装置の機能構成の一例を示す図である。 校正式特定実験において、所定配合の排土の密度と含水量を計測した実験結果を示すテーブルである。 校正式特定実験のうち、スクリューのない筒体の外周に設置されたＲＩ密度測定器により設定された校正式に対応するグラフを示す図である。 校正式特定実験のうち、スクリューのない筒体の外周に設置されたＲＩ密度測定器にて測定された測定値と実測値の相関を示すグラフである。 校正式特定実験のうち、無回転のスクリューを備えたスクリューコンベアの筒体の外周に設置されたＲＩ密度測定器により設定された校正式に対応するグラフを示す図である。 校正式特定実験のうち、無回転のスクリューを備えたスクリューコンベアの筒体の外周に設置されたＲＩ密度測定器にて測定された測定値と実測値の相関を示すグラフである。 校正式特定実験のうち、回転するスクリューを備えたスクリューコンベアの筒体の外周に設置されたＲＩ密度測定器により設定された校正式に対応するグラフを示す図である。 校正式特定実験のうち、回転するスクリューを備えたスクリューコンベアの筒体の外周に設置されたＲＩ密度測定器にて測定された測定値と実測値の相関を示すグラフである。 校正式特定実験のうち、スクリューのない筒体の外周、無回転のスクリューを備えたスクリューコンベアの筒体の外周、及び回転するスクリューを備えたスクリューコンベアの筒体の外周の、それぞれに設置されたＲＩ水分測定器により設定された校正式に対応するグラフを示す図である。 室内実験のうち、スクリューのない筒体の外周、無回転のスクリューを備えたスクリューコンベアの筒体の外周、及び回転するスクリューを備えたスクリューコンベアの筒体の外周の、それぞれに設置されたＲＩ水分測定器にて測定された測定値と実測値の相関を示すグラフである。

以下、実施形態に係るシールド掘進機とシールド掘進機における測定値校正方法について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。

［実施形態に係るシールド掘進機とシールド掘進機における測定値校正方法］
はじめに、図１乃至図４を参照して、実施形態に係るシールド掘進機とシールド掘進機における測定値校正方法の一例について説明する。ここで、図１は、実施形態に係るシールド掘進機の一例の縦断面図であり、図２は、スクリューコンベアの筒体の外周に対するＲＩ密度測定器とＲＩ水分測定器の設置形態の一例を示す斜視図である。

図示するシールド掘進機１００は、シールド本体１０と、シールド本体１０の掘進方向前方に回転自在に取り付けられているカッタヘッド２０とを有し、カッタヘッド２０が複数のカッタスポーク２２を備える、土圧式シールド掘進機（泥土圧式シールド掘進機を含む）である。ここで、シールド掘進機は、面板状のカッタヘッドを備えている、泥水式シールド掘進機であってもよい。また、シールド掘進機としては、前胴と後胴を備えた中折れ式のシールド掘進機であってもよい。さらに、図示例のシールド掘進機１００は、大小様々な口径のシールド掘進機であってよい。

シールド本体１０は、カッタヘッド２０の後方に隔壁１１（バルクヘッド）を備え、隔壁１１とカッタヘッド２０の間には、掘削された土砂（掘削土）を取り込むチャンバ１３を備えており、隔壁１１のチャンバ１３に面する側面に複数の固定翼１２が設けられ、カッタヘッド２０のチャンバ１３に面する背面に撹拌翼２５が設けられている。チャンバ１３の内部に取り込まれた掘削土に対して加泥材が供給され、カッタヘッド２０の回転に応じて撹拌翼２５を回転させることにより、固定翼１２と回転する撹拌翼２５にて掘削土が塑性流動化され、排土が生成される。

隔壁１１の背面の中央近傍には、複数のカッタヘッド駆動用油圧モータ１４が設けられ、隔壁１１の背面の下方からシールド本体１０の後方に亘り、チャンバ１３に連通するスクリューコンベア３０が傾斜した姿勢で延設しており、チャンバ１３の内部において塑性流動化されて生成された排土は、スクリューコンベア３０にてシールド掘進機１００の後方に搬送されるようになっている。

シールド本体１０の内周面には、複数のシールドジャッキ１６が取り付けられており（図１では二基のシールドジャッキのみを図示）、シールド本体１０の後方にあるエレクタ装置１７により複数のセグメントＳがリング状に組み付けられたセグメントリングに対して、シールドジャッキ１６を伸張させ、セグメントリングを押圧することにより、シールド掘進機１００が掘進方向に掘進されるようになっている。また、シールド本体１０の後方内側には、複数箇所において、周方向に亘るテールシール（図示せず）が設けられており、設置されたセグメントリングに対してテールシールが常時摺接することにより、シールド本体１０の止水性が確保される。

カッタヘッド２０は、中央のボス部材２４から径方向（放射状）に延設する複数のカッタスポーク２２を備える。また、中央のフィッシュテール２１やカッタスポーク２２には、複数のカッタビット２３が装着されており、カッタスポーク２２の外周端にはコピーカッタ２３Ａが出没自在に装着されている。

チャンバ１３にて生成された排土を受け取り、シールド掘進機１００の後方へ排出するスクリューコンベア３０は、回転軸３３と、回転軸３３の周囲に装着されている螺旋状の羽根３４とを備えているスクリュー３２と、スクリュー３２をＸ１方向に回転自在に収容する筒体３１と、スクリュー３２を回転駆動する不図示の駆動源（駆動モータ）とにより形成される。

筒体３１の外周には、スクリュー３２のＸ１方向の回転に応じて、筒体３１の後方へＸ２方向に搬送される排土の密度と含水量を、ラジオアイソトープを用いて測定する、ＲＩ密度測定器４０とＲＩ水分測定器５０が設置されている。すなわち、シールド掘進機１００では、排土の密度や含水量の測定に際して、スクリューコンベア３０の内部で搬送される排土を測定対象としている。

ＲＩ密度測定器４０は、ガンマ線を放射する線源４６と、放射されたガンマ線を検出して排土の密度を測定する放射線検出器４１とを有する。一方、ＲＩ水分測定器５０は、中性子を放射する線源５３と、放射された中性子を検出して排土の含水量を測定する放射線検出器５２とを有する。ここで、現場における実際の排土の密度や含水量の測定は、一般にスクリューコンベア内に土砂が充満されている状態での測定になることから、線源４６、５３の筒体３１の外周への設置位置の設定については、スクリューコンベア内に土砂が充満されている状態を前提として、測定可能な位置が選定される。尚、ＲＩ密度測定器４０とＲＩ水分測定器５０に関しては、以下で詳説する。

シールド本体１０の内部には、測定値校正装置６０が装備されている。測定値校正装置６０は、ＲＩ密度測定器４０とＲＩ水分測定器５０によるそれぞれの測定値を校正式に適用し、排土の密度と含水量に関する校正値を求めることにより、排土の密度と含水量を特定するコンピュータである。ここで、測定値校正装置６０はシールド掘進機１００の内部に装備されている形態として以下説明するが、測定値校正装置６０は地上にある不図示の管理棟に装備されてもよいし、シールド掘進機１００と管理棟の双方に装備され、双方の測定値校正装置６０がデータの送受信を可能に接続されてもよい。

図２に示すように、スクリューコンベア３０の筒体３１の外周において、回転軸３３の軸方向Ｌに沿って離れた位置にＲＩ密度測定器４０とＲＩ水分測定器５０が設置される。

ＲＩ密度測定器４０を構成する放射線検出器４１は、ケース４２の内部に、ステンレス製のシールド４３と、ガンマ線検出器４４と、高圧の電源４５を有する。一方、ＲＩ密度測定器４０を構成する線源４６は、ケース４７の内部にガンマ線源４８を有する。ガンマ線源４８から放射される放射性物質には、例えば、コバルト６０（Ｃｏ・６０）等が適用できる。

このＲＩ密度測定器４０には、例えば、ソイルアンドロックエンジニアリング株式会社製のPIRICA-S1（ピリカエスワン、配管用RI密度計、PIRICAは登録商標）を適用できる。

一方、ＲＩ水分測定器５０は、ケース５１の内部に、中性子線検出器５２と、中性子線源５３が併設して収容されている。中性子線源５３から放射される放射性物質には、例えば、カリフォルニウム２５２（ｃｆ－２５２）等が適用できる。

このＲＩ水分測定器５０には、例えば、ソイルアンドロックエンジニアリング株式会社製のCONG-II（コングツー、骨材表面水量計、SRM CONGは登録商標）を適用できる。

ＲＩ密度測定器４０は、放射線検出器４１と線源４６が相互に分離していることから、例えば、筒体３１の外周のうち、回転軸３３の軸方向Ｌに直交する任意の断面上の二点に設置される。尚、シールド本体１０における他の機器との関係で、同一断面上の二点に放射線検出器４１と線源４６を設置できない場合は、双方を軸方向Ｌにずれた二点に設置してもよい。

図２では、軸方向Ｌに直交する任意の断面上の二点に放射線検出器４１と線源４６を設置する場合において、具体的な三つの設置形態を図示している。一つの設置形態は、相互の角度θ１が９０度の形態であり、他の設置形態は、相互の角度θ２が１２０度の形態と、角度θ３が１８０度の形態である。ここで、図２における放射線検出器４１と線源４６の位置は相互に入れ替わってもよい。また、放射線検出器４１と線源４６の相互の角度θが例えば６０度程度の場合、放射線検出器４１と線源４６の間に鉛などの放射線遮蔽物を設置することにより、漏れ放射線を防ぎ、測定精度を向上させることができる。

角度θ１、θ２の設置形態では、筒体３１の外周において、線源４６と放射線検出器４１が、スクリュー３２の回転軸３３を通る直線上の二点以外の二点に設けられることになる。一方、角度θ３の設置形態では、線源４６と放射線検出器４１が、スクリュー３２の回転軸３３を通る直線上（回転軸３３と交差する）の二点に設けられることになる。

本発明者等による検証結果を以下で詳説するが、本検証によれば、線源４６と放射線検出器４１が、スクリュー３２の回転軸３３を通る直線上の二点以外の二点に設けられる設置形態では、排土の密度を高精度に測定できることが特定されている。また、線源４６と放射線検出器４１の間の距離が、排土の密度の測定精度に影響を与えることも特定されている。さらに、この検証結果から、仮に、線源４６と放射線検出器４１がスクリュー３２の回転軸３３を通る直線上の二点に設けられる設置形態（角度θ３の設置形態）の場合でも、排土の密度を高精度に測定できると推察される。

尚、ＲＩ水分測定器５０による排土の含水量の測定に関しては、中性子線源５３から放射された速中性子が排土に含まれる水分に衝突し、反射した熱中性子が中性子線源５３に併設される中性子線検出器５２にて検出されることから、筒体３１の外周の任意の位置に設置してよい。

ガンマ線検出器４４や中性子線検出器５２では、排土を透過した放射線量を測定することにより、排土の密度と含水量に関する測定値を取得する。ガンマ線検出器４４と中性子線検出器５２にて取得された測定値データは、電気信号に変換され、不図示のケーブルを介して測定値校正装置６０に入力される。ここで、電気信号に変換された測定値データが、無線方式にて測定値校正装置６０に送信される形態であってもよい。

ここで、図３及び図４を参照して、測定値校正装置６０について説明する。図３は、測定値校正装置のハードウェア構成の一例を示す図であり、図４は、測定値校正装置の機能構成の一例を示す図である。

図３に示すように、測定値校正装置６０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）等の情報処理装置（コンピュータ）により構成される。測定値校正装置６０を構成するコンピュータは、接続バス６６により相互に接続されているＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、主記憶装置６２、補助記憶装置６３、入出力ＩＦ（interface）６４、及び通信ＩＦ６５を備えている。主記憶装置６２と補助記憶装置６３は、コンピュータが読み取り可能な記録媒体である。尚、上記の構成要素はそれぞれ個別に設けられてもよいし、一部の構成要素を設けないようにしてもよい。

ＣＰＵ６１は、ＭＰＵ（Microprocessor）やプロセッサとも呼ばれ、ＣＰＵ６１は、単一のプロセッサであってもよいし、マルチプロセッサであってもよい。ＣＰＵ６１は、コンピュータからなる測定値校正装置６０の全体の制御を行う中央演算処理装置である。ＣＰＵ６１は、例えば、補助記憶装置６３に記憶されたプログラムを主記憶装置６２の作業領域にて実行可能に展開し、プログラムの実行を通じて周辺機器の制御を行うことにより、所定の目的に合致した機能を提供する。

主記憶装置６２は、ＣＰＵ６１が実行するコンピュータプログラムや、ＣＰＵ６１が処理するデータ等を記憶する。主記憶装置６２は、例えば、フラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）を含む。補助記憶装置６３は、各種のプログラム及び各種のデータを読み書き自在に記録媒体に格納し、外部記憶装置とも呼ばれる。補助記憶装置６３には、例えば、ＯＳ（Operating System）、各種プログラム、各種テーブル等が格納される。ＯＳは、例えば、通信ＩＦ６５を介して接続される外部装置等とのデータの受け渡しを行う通信インターフェースプログラムを含む。外部装置等には、例えば、ガンマ線検出器４４や中性子線検出器５２の他、例えばネットワークに接続する管理棟にある施工管理用のパーソナルコンピュータ（図示せず）等が含まれる。

補助記憶装置６３は、例えば、主記憶装置６２を補助する記憶領域として使用され、ＣＰＵ６１が実行するコンピュータプログラムや、ＣＰＵ６１が処理するデータ等を記憶する。補助記憶装置６３は、不揮発性半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM））を含むシリコンディスク、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）装置、ソリッドステートドライブ装置等である。また、補助記憶装置６３として、ＣＤドライブ装置、ＤＶＤドライブ装置、ＢＤドライブ装置といった着脱可能な記録媒体の駆動装置が例示され、着脱可能な記録媒体として、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＳＤ（Secure Digital）メモリカード等が例示される。

入出力ＩＦ６４は、測定値校正装置６０に接続する機器との間でデータの入出力を行うインターフェイスである。入出力ＩＦ６４には、例えば、キーボード、タッチパネルやマウス等のポインティングデバイス、マイクロフォン等の入力デバイス等が接続する。測定値校正装置６０は、入出力ＩＦ６４を介して、入力デバイスを操作する操作者からの操作指示等を受け付ける。

また、入出力ＩＦ６４には、例えば、液晶パネル（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や有機ＥＬパネル（ＥＬ：Electroluminescence）等の表示デバイス、プリンタ、スピーカ等の出力デバイスが接続される。例えば、ガンマ線検出器４４や中性子線検出器５２等からケーブル等を介して送信される密度と含水量に関する測定値データが取得され、表示されるようになっている。また、測定値校正装置６０にて求められた、排土の密度と含水量に関する校正値（特定値）等が同画面に表示されるようになっている。

通信ＩＦ６５は、測定値校正装置６０が接続するケーブルやネットワークとのインターフェイスである。通信ＩＦ６５は、インターネット等の公衆ネットワーク、携帯電話網等の無線ネットワーク、ＶＰＮ（Virtual Private Network）等の専用ネットワーク、ＬＡＮ（Local Area Network）等、様々なネットワークを介して、管理棟にある施工管理用のパーソナルコンピュータに排土の密度と含水量に関する校正値データを送信する。

図４に示すように、測定値校正装置６０は、ＣＰＵ６１によるプログラムの実行により、少なくとも、取得部６０２、校正部６０４、表示部６０６，及び格納部６０８の各種機能を提供する。ここで、上記処理機能の少なくとも一部が、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって提供されてもよく、同様に、上記処理機能の少なくとも一部が、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、数値演算プロセッサ、画像処理プロセッサ等の専用ＬＳＩ（large scale integration）やその他のデジタル回路等であってもよい。

取得部６０２には、ガンマ線検出器４４と中性子線検出器５２より、ケーブル等を介して送信される密度と含水量に関する測定値データが取得され、取得された測定値データは格納部６０８に格納（記憶）される。

格納部６０８には、密度と含水量に関する測定値を校正する、校正式が格納されている。

ＲＩ密度測定器４０やＲＩ水分測定器５０は、ラジオアイソトープからの放射線を利用した間接測定器であることから、あらかじめ密度と水分が既知の物質と比較対照校正を行い、密度と含水量（水分量）に対する放射線の強度の関係式、すなわち校正式を求めておく必要がある。放射線を利用した測定器では、線源の種類を問わず、放射線の強度（計数率）は一定でなく、時間ともに減衰する性質を持っている。

従って、放射線強度（計数率）と密度や含水量との関係を求める際に、放射線強度（計数率）の絶対値をそのまま使用することはできず、放射線強度の減衰に対する補正が必要になる。ＲＩ密度測定器４０やＲＩ水分測定器５０における校正式は、各測定器に固有の値であり、実施工に先行して校正式を特定する試験を実施し、試験にて特定された校正式を用いて密度や含水量に関する測定値から校正値を特定する。

ここで、放射線強度にはその絶対値でなく、ある基準物質に対する測定値の相対値（計数率比）を用いる。すなわち、計数率比＝測定対象の排土の測定値（計数率（ｃｐｍ)、ｃｐｍ：カウント・パー・ミニッツ）/基準物質を用いて測定した計数率（ｃｐｍ)とする。

計数率比を用いない場合、例えば、校正式作成時の計数率が５００ｃｐｍの際の湿潤密度：ρｔが２．０ｇ／ｃｍ^３であったとする。日数が経過し、同じくρｔが２．０ｇ／ｃｍ^３のものを測定すると、放射線の減衰で例えば２５０ｃｐｍとなり、同じ密度のものを測っているにも関わらず、放射線カウント（ｃｐｍ）が異なることになる。

このような事態を回避するべく、年数経過（放射線の減衰）を考慮するために用いるのが計数率比となる。

より詳細には、自然界にも放射線が存在することから、この自然界に存在する放射線である、バックグラウンド（ＢＧ）の影響を排除するべく、バックグラウンド（ＢＧ）の計数率：ＮＢを測定計数率Ｎρから差し引いた値を、標準計数率Ｓρで除した値を、計数率比：Ｒρとするのが望ましい。すなわち、Ｒρは以下の式（１）となる。

式（１）により算出された計数率比Ｒρから、以下の式（２）のような校正式を用いて、測定値から校正値を算出する。

基準校正定数Ａ，Ｂは、排土の密度等の測定の際に適用される筒体（配管）の径（外径）や肉厚、規格等によって固有の値を持つことから、例えば工場出荷時に、実施工にて適用されるスクリューコンベアの筒体の径や肉厚に応じた値が入力されるのが望ましい。すなわち、校正式特定実験では、実施工で適用されるスクリューコンベアと同仕様の模擬スクリューコンベアを用いて、さらに、実施工で適当されるＲＩ密度測定器とＲＩ水分測定器を用いて、校正式を設定するのが望ましい。

この際、模擬スクリューコンベアに対して、実施工の際のスクリューコンベアに対する設置位置と同じ位置に、ＲＩ密度測定器とＲＩ水分測定器を設置することにより、より精度の高い校正式が特定される。

校正式特定実験では、スクリューコンベアと同仕様の模擬スクリューコンベアに対してＲＩ密度測定器とＲＩ水分測定器を適用して、試験的に排土した際にこれらＲＩ密度測定器とＲＩ水分測定器にて測定した、試験測定値と、試験時における排土の密度と含水量に関する実測値の双方に基づいて校正式を設定する。

校正式特定実験においては、実施工の際に想定される排土（模擬排土）を試作し、模擬排土を模擬スクリューコンベア内に通過させた際のＲＩ密度測定器等による測定値を求め、さらに、試作された排土の湿潤密度測定や含水比測定に基づいて実測値を求める。

模擬排土の作成においては、実施工における対象地山を想定し、礫や砂、土を所定の割合で混合しながら製作する。また、この際、実施工で適用される加泥材（増粘材）を添加する。

尚、本発明者等によれば、校正式の精度に関して、排土の性状（種類）の影響は殆どなく、あくまでも排土の密度と含水量が校正式の精度に影響を与えることが特定されている。

格納部６０８には、校正式特定実験にて設定された、実施工で適当されるＲＩ密度測定器４０とＲＩ水分測定器５０に対するそれぞれの校正式が格納される。

実施工においては、格納部６０８に対して排土の密度と含水量に関する測定値データが随時格納され、校正部６０４では、格納部６０８にある密度と含水量に関する校正式に対してそれぞれの測定値データを適用することにより、密度と含水量に関する校正値を特定する。以上が、実施形態に係るシールド掘進機における測定値校正方法となる。

本発明者等によれば、筒体の外径（規模）と肉厚、スクリューの規模が校正式に大きな影響を与えることが特定されており、従って、筒体とスクリューの規模に応じて、ＲＩ密度測定器４０の線源４６と放射線検出器４１との間の角度を鋭角（例えば、９０度やそれ未満の角度）にして双方の離間を短く設定するのが好ましい。

表示部６０６は、特定された密度と含水量に関する校正値を画面表示し、校正値に基づいて算定された排土の体積を特定し、チャンバ１３に対して、掘削土が過剰に取り込まれていないか否かに関する検証根拠を表示する。また、掘削土の取り込み量に関する適正範囲が格納部６０８に格納されていて、不図示の判定部等により、特定された排土（ひいては掘削土）の密度から算定された掘削土の取り込み量と取り込み適正範囲量との比較判定を随時行い、判定結果を表示部６０６に表示するようにしてもよい。

シールド掘進機１００と測定値校正方法によれば、シールド掘進機１００における排土と含水量の密度を精緻に特定することができるため、掘削土の過剰取り込みとこれに起因する地表面の沈下を効果的に抑制することが可能になる。

［校正式特定実験とその結果］
本発明者等は、所定配合の模擬排土を作成し、さらに、模擬スクリューコンベアを製作して、模擬スクリューコンベアにおけるスクリューコンベアの有無や、スクリューコンベアの回転の有無が校正式の精度に及ぼす影響について検証する、室内実験を行った。

ここで、所定配合の模擬排土に関しては、礫４０％、砂４０％、土２０％とする配合をはじめ、様々な配合で複数種の模擬排土を作成し、ミキサにてドライミキシングを行った後、所定の含水比となるように水を加えてさらに混合し、生分解性ポリマーである加泥材（増粘材）をさらに添加して混合することにより、所望する湿潤密度と含水比の模擬排土を作成した。

本実験では、スクリューのない筒体のみのケース、スクリューがあって回転していないケース、スクリューがあって回転しているケースのそれぞれにおいて、排土の密度と含水量に関する校正式を求めた。さらに、スクリューの有無や回転の有無が校正式の精度に影響を及ぼしているか否かを検証するべく、ＲＩ密度測定器において、ガンマ線検出器に対して、ガンマ線源を相互の角度が９０度で設置したケース、１２０度で設置したケース、及び１５０度で設置したケースのそれぞれのケースにおける校正式を求めた。

図５は、校正式特定実験において、所定配合の排土の密度と含水量を計測した実験結果を示すテーブルである。また、図６Ａ、図７Ａ，及び図８Ａはそれぞれ、校正式特定実験のうち、スクリューのない筒体の外周に設置されたＲＩ密度測定器により設定された校正式に対応するグラフ、無回転のスクリューを備えたスクリューコンベアの筒体の外周に設置されたＲＩ密度測定器により設定された校正式に対応するグラフ、及び、回転するスクリューを備えたスクリューコンベアの筒体の外周に設置されたＲＩ密度測定器により設定された校正式に対応するグラフを示す図である。
また、図６Ｂ、図７Ｂ，図８Ｂはそれぞれ、校正式特定実験のうち、スクリューのない筒体の外周に設置されたＲＩ密度測定器にて測定された測定値と実測値の相関を示すグラフ、無回転のスクリューを備えたスクリューコンベアの筒体の外周に設置されたＲＩ密度測定器にて測定された測定値と実測値の相関を示すグラフ、及び、回転するスクリューを備えたスクリューコンベアの筒体の外周に設置されたＲＩ密度測定器にて測定された測定値と実測値の相関を示すグラフである。
さらに、図９Ａは、校正式特定実験のうち、スクリューのない筒体の外周、無回転のスクリューを備えたスクリューコンベアの筒体の外周、及び回転するスクリューを備えたスクリューコンベアの筒体の外周の、それぞれに設置されたＲＩ水分測定器により設定された校正式に対応するグラフを示す図であり、図９Ｂは、室内実験のうち、スクリューのない筒体の外周、無回転のスクリューを備えたスクリューコンベアの筒体の外周、及び回転するスクリューを備えたスクリューコンベアの筒体の外周の、それぞれに設置されたＲＩ水分測定器にて測定された測定値と実測値の相関を示すグラフである。

図５より、スクリューの有無、スクリューの回転の有無に関わらず、ガンマ線検出器に対して、ガンマ線源を相互の角度が９０度で設置したケース、１２０度で設置したケース、及び１５０度で設置したケースのいずれのケースともに、計測値に大きな差異がないことが確認された。

また、図６Ａ、図７Ａ，及び図８Ａより、ガンマ線検出器に対して、ガンマ線源を相互の角度が９０度で設置したケース、１２０度で設置したケース、及び１５０度で設置したケースにそれぞれ固有の校正式が特定されるが、図６Ｂ、図７Ｂ，及び図８Ｂより、いずれの校正式ともに相関が良好であることが実証されている。

また、図９Ａと図９Ｂより、スクリューのないケース、スクリューが回転していないケース、スクリューが回転しているケースのいずれのケースともに、同様の校正式が特定され、いずれの校正式ともに相関が良好であることが実証されている。

本室内実験より、スクリューコンベアの筒体の外周にＲＩ密度測定器とＲＩ水分測定器を設置して排土の密度と含水量を測定する際に、特定される校正式がスクリューの有無やスクリューの回転の有無に左右されないことが実証されている。

尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１０：シールド本体
１１：隔壁
１２：固定翼
１３：チャンバ
１４：カッタヘッド駆動用油圧モータ
１６：シールドジャッキ
１７：エレクタ装置
１８：中折れジャッキ
２０：カッタヘッド
２１：フィッシュテール
２２：カッタスポーク
２３：カッタビット
２３Ａ：コピーカッタ
２４：ボス部材
３０：スクリューコンベア
３１：筒体
３２：スクリュー
３３：回転軸
３４：螺旋状の羽根（羽根）
４０：ＲＩ密度測定器
４１：放射線検出器
４２：ケース
４３：シールド
４４：ガンマ線検出器
４５：電源
４６：線源
４７：ケース
４８：線源（ガンマ線源）
５０：ＲＩ水分測定器
５１：ケース
５２：放射線検出器（中性子線検出器）
５３：線源（中性子線源）
６０：測定値校正装置
６１：通信部
６２：校正部
６３：格納部
１００：シールド掘進機
Ｌ：回転軸の軸方向

前記目的を達成すべく、本発明によるシールド掘進機の一態様は、
回転軸と、該回転軸の周囲に装着されている螺旋状の羽根とを備えているスクリューと、該スクリューを回転自在に収容する筒体とにより形成される、スクリューコンベアが、掘削土を取り込んで排土を生成するチャンバに連通している、シールド掘進機であって、
ラジオアイソトープを用いて前記排土の密度を測定する、ＲＩ密度測定器が、前記筒体の外周に設けられていることを特徴とする。

Claims (7)

1. 回転軸と、該回転軸の周囲に装着されている螺旋状の羽根とを備えているスクリューと、該スクリューを回転自在に収容する筒体とにより形成される、スクリューコンベアが、掘削土を取り込んで排土を生成するチャンバに連通している、シールド掘進機であって、
   ラジオアイソトープを用いて前記排土の密度と含水量を測定する、ＲＩ密度測定器が、前記筒体の外周に設けられていることを特徴とする、シールド掘進機。
2. ラジオアイソトープを用いて前記排土の含水量を測定する、ＲＩ水分測定器が、前記筒体の外周にさらに設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のシールド掘進機。
3. 前記ＲＩ密度測定器と前記ＲＩ水分測定器が、線源と、放射線検出器とを備え、
   前記筒体の外周において、前記ＲＩ密度測定器を構成する前記線源と前記放射線検出器が、前記スクリューの前記回転軸を通る直線上の二点以外の二点に設けられていることを特徴とする、請求項２に記載のシールド掘進機。
4. 前記シールド掘進機は、測定値校正装置をさらに有し、
   前記測定値校正装置は、
   前記ＲＩ密度測定器と前記ＲＩ水分測定器による測定値を校正する、校正式を格納する、格納部と、
   実施工の際に、前記測定値を前記校正式に適用して、前記排土の密度と含水量に関する校正値を求める、校正部とを有することを特徴とする、請求項２又は３に記載のシールド掘進機。
5. 請求項３に従属する請求項４に記載のシールド掘進機において、測定値を校正する測定値校正方法であって、
   前記スクリューコンベアと同仕様の模擬スクリューコンベアに対して前記ＲＩ密度測定器と前記ＲＩ水分測定器を適用して、試験的に排土した際に該ＲＩ密度測定器と該ＲＩ水分測定器にて測定した、試験測定値と、試験時における該排土の密度と含水量に関する実測値の双方に基づいて前記校正式を設定することを特徴とする、シールド掘進機における測定値校正方法。
6. 前記模擬スクリューコンベアに対して、実施工の際の前記スクリューコンベアに対する設置位置と同じ位置に、前記ＲＩ密度測定器と前記ＲＩ水分測定器を設置することを特徴とする、請求項５に記載のシールド掘進機における測定値校正方法。
7. 前記筒体と前記スクリューの規模に応じて、前記線源と前記放射線検出器との間の角度を鋭角にして双方の離間を短くすることを特徴とする、請求項６に記載のシールド掘進機における測定値校正方法。

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