JP2694856B2 - 泥水式シールド掘進装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は泥水式シールド掘進装置の改良に関する。

［先行技術］ 周知のように、泥水式シールド掘進装置は、密閉型の
シールド工法の１つとして幅広く用いられている。この
泥水式シールド掘進装置を用いて、トンネル等の掘削を
行う場合には、切羽断面の土層に合わせて掘削管理条件
を設定することが重要であり、特に掘削土量と掘進密度
とがバランスするよう切羽からの土砂取込量を制御する
ことが重要となる。

このため、従来よりトンネル掘削経路に沿った土層断
面の推定図を作成することが行われている。

第14図には、トンネル掘削経路に沿った地盤断面図が
示されている。

通常、泥水式シールド工法を用いトンネルＴを掘削す
る場合には、トンネル掘削経路Taに沿って、例えば100m
間隔でボーリング坑120を設けて地盤調査を行う。この
地盤調査データを基に、図中１点鎖線で示すように地盤
の推定図を作成する。ここでは、地層表面から埋土層13
0,砂礫層132,細砂層134,粘度層136,細砂層138が斜めに
堆積されているものとして推定図が作成される。

次に、前記地盤推定図に基づき、トンネルＴの掘削経
路Taを、例えばI,II,III…の複数区分に分割し、各分割
区間毎に、シールド掘進機Ｓの掘削管理条件を設定す
る。例えば、トンネルＴの切羽は、区間Ｉでは細砂層13
8で構成され、区間IIでは粘度層136で構成され、区間II
Iでは細砂層134で構成され、区間IVでは砂礫層132で構
成される。従って、このような地盤調査により得られた
各地層の単位体積重量と切羽占有率等から、各分割区間
毎に掘進速度と掘削土量とがバランスするよう最適な掘
削管理条件、例えばジャッキスピード，カッターの回転
数，カッターのスリット開度、アジテータの回転数，チ
ャンバー内に給排水される泥水密度，流量等を設定す
る。

このように、各分割毎にシールド掘進機Ｓの掘削管理
条件を設定することにより、切羽の安定を維持しなが
ら、掘削土量と掘進速度がバランスするよう土砂の取込
率が良好に制御され、トンネルを安定して掘ることが可
能となる。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、前述したシールド工法では、以下に詳述する
問題があった。

前記シールド工法では、同一分割区間内において切
羽の掘削条件が一定であると仮定し、掘削管理条件を設
定している。しかし、実際の土層断面は、第14図におい
て１点鎖線で示すようなものではなく、実際には実線で
示すように変化している。このため、土層断面の推定図
と実際の土層断面との間にズレが発生し、このズレ領域
では良好な掘削制御ができないという問題があった。

また、このようなボーリング調査に基づく土層断面推
定図では、微妙な土層断面の変化を検出できない。この
ため、同図において、例えば細砂層134内に点在する砂
礫層140や、粘度層136内に点在する細砂層142を検出す
ることはできない。従って、トンネル掘削経路Taがこれ
ら砂礫層140,細砂層142に交わる領域において、シール
ド掘進機Ｓの掘削管理条件を最適値に制御できないとい
う問題があった。

特に、大口径のシールドになると、地山の自立性はほ
とんど望み得ない。従って、シールド掘進機Ｓを用いた
トンネルＴの掘削には、トンネル掘削経路Taの土層に合
せた非常に緻密な掘削管理条件の設定が要求されること
になり、このための有効な対策が望まれていた。

また、土層断面の推定図と、実際の土層断面とがあ
る程度一致している場合でも、切羽の土層断面は同一分
割区間内において微妙に変化することが多く、このまま
では土砂の取込率を最適に制御することは難しい。

このため、従来のシールド工法では、チャンバーから
の泥水排水パイプの末端、すなわち立坑部または後方台
車部付近に差圧密度計を設け、チャンバーからスラリー
化して排出される泥水の密度を測定していた。そして、
この測定値に基づき実際の掘削土量を演算し、演算され
た掘削土量と予めボーリング調査により設定された掘削
土量との誤差が最少となるように、シールド掘進装置の
掘削制御を行っていた。

しかし、前記差圧密度計は、液圧の差から泥水密度を
求めているので、泥水に礫が混入すると泥水密度を正確
に測定できず、この結果、掘削土量を正確に判断するこ
とができないという問題があった。

また、前記差圧密度計は、チャンバーから離れた位置
に設けられている。このため、例えばシールド掘進機Ｓ
が予期しない細砂層142に進入することにより切羽の断
面状態が変化し、シールドチャンバー内の泥水密度が急
激に変化した場合、これをリアルタイムで検出して掘削
土量を制御できないという問題があった。

また、チャンバーの直径が大きな大型掘進機では、
チャンバー内おいて、切羽から取込まれた土砂が泥水と
均一に混合撹拌されないことも多い。このため、チャン
バー内における泥水の平均密度と、前記差圧密度計で測
定される泥水密度の値が異なり、正確な掘削土量を演算
できない場合があった。

特に、切羽が互層であったり、その断面の土層が変化
するような場所では、シールドチャンバー内における泥
水密度が不均一になやすく、良好な掘削管理を行うこと
が難しいという問題があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたも
のであり、その目的は、土層断面の推定図と、実際の土
層断面との相違を補正して最適な掘削管理条件をリアル
タイムで設定し、土層が複雑かつ微妙に変化するような
ヵ所にでも安定してトンネルを掘削することができる泥
水式シールド掘進装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 前記目標を達成するため、 請求項１の発明の泥水式シールド掘進装置は、 シールドチャンバ内に設置された内部撹拌手段と、 シールドチャンバーへ注水する注水パイプと、 シールドチャンバーに取込まれスラリー化された土砂
を排出する排水パイプと、 を含む泥水式シールド掘進装置において、 トンネル掘削経路に沿って予め測定された地盤調査デ
ータと、前記地盤調査データに基づき掘進速度と掘削土
量とがバランスするよう設定された掘削管理条件と、泥
水の密度とこの泥水内を伝搬する超音波の減衰量との関
係を示す減衰量テーブルとが記憶されたデータベースメ
モリと、 切羽前方に向けパルス状の電波を送受波し切羽の土質
を検出する前方探査手段と、 前記前方探査手段により検出された切羽の土質に基づ
き、前記データベースメモリに記憶された地盤調査デー
タ及び掘削管理条件を補正する補正演算手段と、 前記注水パイプに、このパイプ内を流れる泥水の流動
方向に対し所定角度で交差するよう対向配置された一対
の第１の超音波送受信器と、 前記シールドチャンバーに近接して排水パイプに設け
られ、このパイプ内を流れる泥水の流動方向に対し所定
角度で交差するよう対向配置された一対の第２の超音波
送受信器と、 前記各一対の超音波送受信器の超音波受信タイミング
および超音波減衰量と、前記データベースメモリに記憶
された減衰量テーブルとに基づき、各パイプ内を流れる
泥水の流速および密度を演算する泥水状態演算部と、 前記泥水状態演算部が演算した前記注水パイプおよび
前記排水パイプを流れる泥水のそれぞれの流速および密
度と、補正演算された地盤調査データとに基づき、シー
ルドチャンバー内に取り込まれた掘削土量を演算する土
量演算手段と、 演算された掘削土量、補正演算された前記掘削管理条
件に基づき、切羽の掘削制御を行う掘削制御手段と、 を含むことを特徴とする。

請求項２の発明は、 シールドチャンバ内に設置された内部撹拌手段と、 シールドチャンバーへ注水する注水パイプと、 シールドチャンバーに取込まれスラリー化された土砂
を排出する排水パイプと、 を含む泥水式シールド掘進装置において、 トンネル掘削経路に沿って予め測定された地盤調査デ
ータと、前記地盤調査データに基づき掘進速度と掘削土
量とがバランスするよう設定された掘削管理条件と、泥
水の密度とこの泥水内を伝搬する超音波の減衰量との関
係を示す減衰量テーブルとが記憶されたデータベースメ
モリと、 切羽前方に向けパルス状の電波を送受波し切羽の土質
を検出する前方探査手段と、 前記前方探査手段により検出された切羽の土質に基づ
き、前記データベースメモリに記憶された地盤調査デー
タ及び掘削管理条件を補正する補正演算手段と、 前記注水パイプに、このパイプ内を流れる泥水の流動
方向に対し所定角度で交差するよう対向配置された一対
の第１の超音波送受信器と、 前記シールドチャンバーに近接して排水パイプに設け
られ、このパイプ内を流れる泥水の流動方向に対し所定
角度で交差するよう対向配置された一対の第２の超音波
送受信器と、 前記各一対の超音波送受信器の超音波送受信タイミン
グおよび超音波減衰量と、前記データベースメモリに記
憶された減衰量テーブルとに基づき、各パイプ内を流れ
る泥水の流速および密度を演算する泥水状態演算部と、 前記泥水状態演算部が演算した前記注水パイプおよび
前記排水パイプを流れる泥水のそれぞれの流速および密
度と、補正演算された地盤調査データとに基づき、シー
ルドチャンバー内に取り込まれた掘削土量を演算する土
量演算手段と、 演算された掘削土量、補正演算された前記掘削管理条
件に基づき、切羽の掘削制御を行う掘削制御手段と、 前記シールドチャンバー内の泥水密度分布を測定する
密度分布測定手段と、 を含み、 前記掘削制御部は、測定された泥水密度分布が均一に
なるようシールドチャンバー内の前記内部撹拌手段を駆
動制御することを特徴とする。

請求項３の発明は、請求項（１），（２）のいずれか
において、 前記データベースメモリは、異なる土質に対応した複
数の減衰量テーブルを記憶し、 前記泥水状態演算部が用いる前記減衰量テーブルは、
前記前方探査手段が検出した切羽の土質に対応した前記
減衰量テーブルであることを特徴とする。

請求項４の発明は、請求項（１）〜（３）のいずれか
において、 前記泥水状態演算部は、 前記各超音波送受信器対のうち一方の超音波送受信器
から他方の超音波送受信器への超音波伝搬時間と、他方
の超音波送受信器から一方の超音波送受信器への超音波
伝搬時間とに基づきパイプ内を流れる泥水の流速を演算
することを特徴とする。

［作 用］ 本発明では、データベースメモリ内に、トンネル掘削
経路に沿って予め測定された地盤調査データと、この地
盤調査データに基づき設定された掘削管理条件とが記憶
されている。

そして、シールド掘進装置がトンネル掘削経路に沿っ
てトンネルの掘削を行うと、前方探査手段により、切羽
前方に向けパルス状の電波が送受波され、切羽の土質が
検出される。

補正演算手段は、この前方探査手段により検出された
切羽の土質に基づき、前記データベースメモリに記憶さ
れた地盤調査データおよび掘削管理条件を実際の土層断
面に合せて補正する。

このように本発明によれば、土層が複雑に変化する場
合でも、土層の変化に合せて掘削管理条件をリアルタイ
ムで補正演算することができる。

また本発明では、第１および第２の超音波送受信器を
用いて、注水パイプおよび排水パイプ内を流れる泥水の
密度および流速から、実際の掘削土量を正確にリアルタ
イム演算している。

すなわち、本発明においては、注水パイプに、一対の
第１の超音波送受信器を、パイプ内に流れる泥水の流動
方向に対し所定角度で交差するように対向配置してい
る。

同様に、排水パイプに、一対の第２の超音波送受信器
を、パイプ内を流れる泥水の流動方向に対し所定角度で
交差するように対向配置している。

このとき、前記一対の第１の超音波送受信器間におけ
る超音波伝搬速度は、流速に対応して変化する。従っ
て、前記一対の超音波送受信器間における超音波伝搬時
間を測定することにより、注水パイプ内を流れる泥水の
流速のリアルタイムで求めることができる。

同様にして、前記一対の第２の超音波送受信器間にお
ける超音波伝搬速度に基づき、排水パイプ内を流れる泥
水の流速を求めることができる。

また、泥水内において超音波を送受信した際、その超
音波は泥水の密度に応じて減衰する。従って、前記一対
の第１の超音波送受信器間で送受信される超音波の減衰
量を求めることにより、注水パイプ内を流れる泥水の密
度をリアルタイムで求めることができる。

同様にして、一対の第２の超音波送受信器間で送受信
される超音波の減衰量に基づき、排水パイプ内を流れる
泥水の密度をリアルタイムで求めることができる。

このようにして求めた流速および密度と、補正演算さ
れた地盤調査データとに基づいて、シールドチャンバー
内に取り込まれた掘削土量を正確に、しかもリアルタイ
ムで演算することができる。

そして、リアルタイム演算された実際の掘削土量と、
補正演算された論理的な掘削土量とが一致するよう、前
記掘削管理条件に基づき各種被制御機器をフィードバッ
ク制御する。

このように、本発明によれば、データベースメモリに
記憶された地盤調査データと、その掘削管理条件とを、
切羽の実際の土質に合せて補正演算することにより、前
記地盤調査データに現れない土層の変化に迅速に対応
し、安定した切羽の掘削を行うことができるという効果
がある。

さらに本発明は、例えばアジテータなどの内部撹拌手
段を用いて、シールドチャンバ内を撹拌し、チャンバ内
の密度を比較的均一なものとし、これに加えて、前記第
２の超音波送受信器をシールドチャンバに近接して排水
パイプに設けることにより、チャンバ内の泥水密度を時
間遅れなく正確に測定することができる。この結果、本
発明の泥水式シールド掘進装置では、切羽の状態が急激
に変化した場合でも、これを密度変化として迅速に検出
し、良好な掘削管理条件を設定して切羽の掘削制御を正
確に行なうことができ、切羽の崩落等を未然にかつ確実
に防止することができる。

また、請求項２に記載のように、チャンバー内の密度
分布が均一となるよう内部撹拌手段を駆動制御すること
により、シールドチャンバー内の泥水密度と、排水パイ
プに設けられた超音波送受信器により検出される泥水密
度とがほぼ完全に一致することになる。ことため、切羽
からの掘削土量をさらに正確に演算し、シールド掘進装
置の掘削管理を行うことが可能となる。

特に発明によれば、大口径のシールド掘進を行う場合
でも、切羽の状態変化を第２の超音波送受信器を用いて
迅速に検出することができる。これにより、大口径の切
羽の掘削制御を最適な掘削管理条件の下で行うことが可
能となる。

また、請求項３に記載のように、前記データベースメ
モリに異なる土質に対応した複数の減衰量テーブルすな
わち超音波の減衰量と泥水密度との関係を示すテーブル
を予め記憶しておき、前記泥水状態演算部は、前記前方
探査手段が検出した切羽の土質に対応した減衰量テーブ
ルを用いることによって、泥水の密度をより正確にリア
ルタイムで測定することができる。これによって、さら
に精密な掘削管理が可能となる。

また、請求項４に記載のように、泥水状態演算部が、
各超音波送受信器対の一方の超音波送受信器から他方の
超音波送受信器への超音波伝搬時間と、他方の超音波送
受信器から一方の超音波送受信器への超音波伝搬時間と
を用いることによって、対向する超音波送受信器間の距
離とそれらの間の超音波伝搬時間のみの関数としてパイ
プ内を流れる泥水の流速を演算できる。これによって、
泥水の種類、温度、圧力に全く依存することなく流速を
測定することができる。

［実施例］ 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき詳細に説明
する。

第２図には、本発明のシステムの好適な一例が示さ
れ、実施例のシステムは、トンネルＴの掘削に用いられ
るシールド掘進機Ｓと、この掘進機Ｓを制御するよう地
表部に設けられた中央制御室300を有する。

前記シールド掘進機Ｓは、シールド10の前部に隔壁12
を設け、この隔壁12の切羽22側に、トンネル構内24と隔
絶された密閉空間をシールドチャンバー14として形成す
る。このシールドチャンバー14内は、注水パイプ16から
供給される泥水100により満たされる。

切羽22の掘削は、図示しない駆動装置により回転駆動
されるカッター20によって行われる。削り取られた土砂
は、シールドチャンバー14内に取込まれ、泥水と撹拌さ
れるスラリー化された後、排水パイプ18から排出され
る。

このとき、切羽22の安定は、シールドチャンバー14内
における泥水の密度と加圧力により管理される。従っ
て、切羽22の土層が変ると、これに応じて泥水の密度お
よび加圧力を設定してやることが必要となる。

前記カッター20には一対の送信機24および受信機26が
設けられ、切羽22の前方に向けパルス状の電波を送受信
し、切羽の土層を検出している。

また、前記注水パイプ16および排水パイプ18には、シ
ールドチャンバー14に近接して第１および第２の超音波
センサ30a,30bが設けられ、パイプ16,18内を流れる泥水
100の密度および速度を検出している。

特に、排水パイプ18に設けられた超音波センサ30b
は、シールドチャンバー14に近接しているため、この超
音波センサ30bを用いて検出された泥水の密度は、その
ままシールドチャンバー14内における泥水密度と一致す
ることになる。

ところで、超音波センサ30bを用いて検出された泥水
密度が、シールドチャンバー14内の泥水密度ρと一致す
るためには、シールドチャンバー14内に取込まれた土砂
と注水パイプ100から供給される泥水とがチャンバー内
において均一に撹拌されていることが条件となる。シー
ルドチャンバー14内における泥水密度を均一化するため
に、チャンバー14内にはアジテータと呼ばれる図示しな
い撹拌装置が設けられている。

しかし、切羽22が互層であったり、チャンバー14の口
径が大きい場合には、チャンバー14内の泥水密度が不均
一となりやすく、超音波センサ30bを用いて測定される
泥水密度と、チャンバー14内における実際の泥水密度の
値が異なったものとなる。

このため、前記シールドチャンバー14内には、泥水の
密度分布を測定する手段として、複数のRIセンサ40が設
けられている。そして、これら核RIセンサ40を用いてシ
ールドチャンバー14内の泥水密度分布をリアルタイム測
定し、密度分布が不均一となった場合にはアジテータ等
の回転数を上げる等して、密度分布を常に均一に制御し
ている。

前方探査システム 第３図には、本実施例の前方探査システムの原理図が
示されている（このシステムの詳細は、本出願人により
特願昭63−179801として出願済み）。実施例のシステム
は、前方探査装置50を用いて、カッター20に取付けられ
た送信機24をおよび受信機26を制御し、受信機24から切
羽前方に向け１〜10nsの高周波のパルス状電波を送受信
する。このとき、受信される電波には、地中内に存在す
る反射物150からの反射波200と、送信機24から受信機26
へ直接伝播される表面伝播波210とがある。

第４図には、この受信波形の一例が示されている。こ
こで反射波200からは、地中内に存在する反射物150、例
えば杭や埋もれ木，地中構造物，ゆるみ領域の層面等が
とらえられる。また、表面伝播波210からは、切羽土質
の判別や、ゆるみ土質の探知等ができる。

なお、前記表面伝播波210は、送信機24および通信機2
6のアンテナを別体のものとして形成した場合に得られ
るものであり、伝播距離が最も近いことから、第４図に
示すよう受信波形の先頭に記録される。表面伝播波210
が、表層のどの程度のところを通過するかは、アンテナ
間の距離にもよるが、実験結果によるとアンテナ間50cm
の場合20〜25cmの範囲を通過することが確認されてい
る。表層部（切羽22領域）を通過する波であるため、反
射物の有無によらず、必ず記録されるという特性を有す
る。

前方探査装置50は、この表面伝播波210を用い、次の
２通りの方法を用いて土質の判別を行う。

伝播時間 一定距離Ｌの間を電波が通過する時間は、各土質の比
誘電率によって次のように表される。

t:伝播時間,v :電波の速度,L:距離， c:光速， ε：比誘電率 この特性を利用し、前方探査装置50は、発信から受信
迄の時間を測定することにより、各種土質の比誘電率あ
るいは電波速度を計算し、これを基準値と比較すること
によって土質の判別を行っている。

第５図には、表面伝播波210の伝播時間と、土質との
関係を示す実測データが示され、同データから、この伝
播時間に基づき切羽22の土質判別が可能であることが理
解されよう。

減衰度 また、電波は空中ではほとんど減衰しないが、土等の
電波吸収物体中を通過するときは急激に減衰する。減衰
は各土質の導電率と比誘電率によって決定される。

E_L＝E₀・ｅ^−αＬ E₀:初期電界強度， E_L:距離Ｌを通過した後の電界強度 L:距離， α：減衰定数 ε：比誘電率 前方探査装置50は、受信機26で受信される表面伝播波
210の電圧値を測定し、これを予め準備しておいたデー
タと比較することによって、土質の判別を行っている。

第６図には、送受信アンテナ間距離異をパラメータと
して測定された土質と減衰土との関係が示されされ、同
図から、土質毎に減衰度の差が明確に現れることが理解
されよう。また、表層部に何等かの反射物が存在する場
合は、反射波の影響が電圧に合成されてくるため、信頼
性に欠ける面がある。

このため、実施例の前方探査装置50は、表面伝播波21
0の伝播時間による土質判別および減衰度に基づく土質
判別を組合せて行い、切羽の土質検出精度を高めてい
る。

また、前記送受信機24,26は、カッター20の表面に取
付けられているため、カッター20の回転に応じて、切羽
前方の反射物150の有無や、切羽の土質等を正確に検出
することができる。特に、大口径のシールド等の場合で
は、切羽断面に複数の土層が存在することも多いが、こ
のような場合でも、この切羽の土質をカッター20の回転
と共に正確に検出することができる。

なお、前記送信機24および受信機26に用いられるアン
テナは、電波が背面側に洩れないようにシールドし、空
気を伝わって受信機26に電波が直接伝播しないように構
成されている。

泥水の流速および密度測定 第７図には、前記超音波センサ30a,30bの具体的な構
成が示されている。なお前記各超音波センサ30a,30b
は、その構成が同一であるので、ここでは排水パイプ18
に設けられた超音波センサ30bを例にとりその構成およ
び作用を説明する。

（１）流速測定 実施例の超音波センサ30は、一対の超音波送受信機3
2,34を有する。この超音波受信機32,34は、パイプ18の
側壁に、パイプ内を流れる泥水100の流動方向に対し所
定角度θで交差するように対向配置され、パイプ18内を
流れる泥水100の流速Ｖをリアルタイム測定する。

これにおいて、静止した液体中の超音波の伝搬速度Ｃ
は、液体の種類，温度，圧力が定まれば一定値となる
が、液体が流動するとその流れの向きと流速に対応して
変化する。例えば、流動方向と超音波伝搬方向が順方向
であれば、超音波の伝搬速度は流速分だけ増加し、逆方
向であれば流速分だけ減少する。

従って、前記一対の超音波受信機32,34から繰返し交
互に超音波パルスを送受信させ、このとき泥水100の流
れに対して順方向の伝搬時間をt₁,逆方向の伝搬時間をt
₂とし、泥水100の流速Ｖとの関係を求めると次式で示す
関係が得られる。

（１），（２）式より ただし、 Ｖ＝流速（m/S） Ｌ＝送受信機間の距離（ｍ） θ＝超音波伝搬軸と管の中心軸とがなす角度 Ｃ＝静止泥水中の超音波の伝搬速度（m/S） 前記（３）式から分るように、伝搬時間の逆数の差
と、流速との関係は一次の比例関係にあり、その直線性
が非常の良く、また逆数差を求めることによって、静止
泥水中の伝搬速度Ｃの項が消去されるので、泥水の種
類，温度，圧力とは無関係に流速Ｖを測定することがで
きる。

本実施例の流速測定は、１秒間に20回の速さで繰返し
て行われるので、応答速度，流速の分解能が非常に優
れ、しかもドリフトがない。

実施例の装置では、このようにして求めた泥水100の
流速Ｖに基づき、排水パイプ18内を流れる泥水100の流
量Ｑを求める。この流量Ｑはパイプ18の断面平均流速に
断面積Ｓを乗じて求められるが、前記一対の超音波送受
信機32,34を用いて測定される流速Ｖは、超音波の伝搬
軸（測線）の線平均流速であることから、これを断面平
均流速に換算する必要がある。この換算は、プランティ
ールの速度分布方程式により次式で与えられる。

ただし、＝断面平均流速（m/S） Ｖ＝超音波流速計で測定された線平均流速
（m/S） Re＝レイノズル数 そして、泥水100の流量Ｑは、この断面平均流速Ｖを
用いて次式で求められることになる。

Ｑ＝×Ｓ …（５） このようにして、本発明によれば、パイプ18内を流れ
る泥水100の流速V,流量Ｑをリアルタイムで測定でき
る。

密度測定 また、本発明の装置は、対向配置された一対の超音波
送受信機32,34を用い、パイプ18内を流れる泥水100の密
度ρをリアルタイム測定する。

すなわち、一対の超音波送受信機32,34間で超音波を
送受波すると、送信された超音波信号は、泥水100の粒
子界面での散乱および粘性，粒子の内部摩擦によって減
衰される。

第８図（Ａ）には、超音波送受信機32から泥水100へ
向け送信される超音波の矩形パルスが示され、同図
（Ｂ）には、超音波送受信機34で受信される超音波の受
信波形が示されている。同図に示すように、泥水100に
向け送信された超音波は、泥水内において減衰した後受
信されることが理解されよう。

このとき、泥水100の密度ρと、超音波の減衰量は所
定の対応関係をもつため、受信された超音波の減音量を
測定することで、泥水100の密度ρを求めることができ
る。

第９図，第10図には、泥水中に含まれる固形物の密度
と、この泥水中を通過する超音波の減衰率との対応関係
を示す減衰量テーブルが示されている。第９図は、泥水
中にカオリンを混入した場合のデータであり、第10図は
泥水中に石灰および石膏を混入した場合のデータであ
る。これら測定データから明らかなように、超音波の減
衰量は泥水中の固形物密度と比例関係を有することが理
解されよう。

従って、前記第14図に示す各分割区間毎に、超音波の
減衰量と泥水密度との関係を示す減衰量テーブルを土質
に合わせて作成し、これを後述するデータベースメモリ
内に登録しておけばよい。これにより、第７図に示すよ
う、泥水100内にて超音波を送受波することにより、受
信された超音波の減衰量に基づき泥水の密度ρ（泥水10
0内に含まれる乾砂量の体積密度）をリアルタイムで測
定することができる。このとき、泥水の色,pH,電導度に
影響されることなく、あるいは固体，乳化粒子等の不均
一な懸濁粒子を含む場合でも、これに影響されることな
く泥水密度を正確に測定することが可能となる。

チャンバー内での泥水密度分布 前述したように、前記シールドチャンバー14内には、
複数のRIセンサが設けられ、チャンバー内の密度分布を
多点測定している。そして、リアルタイム測定された密
度分布は不均一となった場合に、アジテータの回転数を
上げる等として、密度分布を常に均一に制御している。

第11図には、実施例のRIセンサ40の基本的な構成が示
されている。実施例のRIセンサ40は、ケーシング42の内
部に設けられたガンマ線源44、ガンマ線検出部としての
シンチレーションカウンタ46、シールド鉛48,49とを含
む。前記シールド鉛48,49は、ガンマ線源44の両側に配
置され、特にシールド鉛49は、ガンマ線源44からシンチ
レッションカウンタ46に直接入射する一次ガンマ線を遮
断するために設けられている。

前記RIセンサ40は、第13図に示すガンマ線束φと物質
密度ρとの関係が予め較正試験によって求められてい
る。これにより、以下に詳述するようシンチレーション
カウンタ46により測定されるガンマ線束φの値に基づき
シールドチャンバー14内における充満土砂の密度ρを測
定できる。

第12図，第13図には、本実施例のRIセンサ40を用い、
シールドチャンバー14内における泥水の密度を測定する
原理が示されている。

まず、実施例のRIセンサ40を、第12図に示すよう土砂
内に設置する場合を想定する。このとき、ガンマ線源44
からシンチレーションカウンタ46に直接入射しようとす
るガンマ線はシールド鉛49より遮断される。このため、
シンチレーションカウンタ46に入力されるガンマ線は、
図中１点鎖線で示すよう土砂内において散乱された二次
散乱線である。このとき、シンチレーションカウンタ46
で検出されるガンマ線束φは図式で与えられる。

ただし、φ：ガンマ線束（ガンマ線数/cm²・sec） S:線源強度（ガンマ線数/sec） B:ビルドアップ係数 Σ：質量吸収係数（cm²/g） γ：線源と検出器間の距離（cm） ρ：物質の密度（g/cm²） ここでＢは単なる定数ではなく、実験によれば、次式
で近似できることが知られている。

Ｂ＝Ｋ（Σργ）^ｎ …（７） K:比例定数 n:1〜２ 式（７）を（６）に代入すれば、（但しＫ＝１とす
る） となる。

式（８）から、Σ，γを一定として、横軸にρを、縦
軸にφをとってプロットすると、第13図に示すような特
性曲線となる。この特性曲線は、初めは、単調に増加し
ながら極値に達し、その後はまた単調に減少する関数で
あることが分る。

極値を示すときの密度ρ^ｍは、一次ガンマ線のエネル
ギー線源44と、シンチレーションカウンタ46との間の距
離および検出器長によって定まる。

測定では、特殊な場合を除いて、第13図に示す特性の
単調に減少する部分を用いることが好ましい。密度計の
設計においては、測定の対象となる密度範囲を考慮して
も最も高い分解能が得られるように上記のパラメータの
選択を行う。

さて、ガンマ線と測定対象物との相互作用に係わる情
報は、Σに含まれており、式（８）に示されるように、
密度測定の原理上重要なことは、φがρのみに依存する
ことであり、従ってΣがほぼ一定であることが条件とな
る。

ところで、質量吸収係数Σは、媒質原子１個に対する
全微分断面積（相互作用の確率）をσ（cm²）アボガド
ロ数をN₀,原子量を14とすれば によって関係づけられる。σは、光電効果の微分断面積
σ_Ｐ（cm²）とコンプトン散乱の微分断面積σ_Ｃ（cm²）
の和である。

σ＝σ_Ｐ＋σ_Ｃ …（10） 測定される物質が、種の元素から構成されるときは、
それぞれの構成元素の質量吸収係数 の寄与が加算され、物質全体のΣは次式で表わされる。

ただし、piはｉ番目の元素の重合含有比である。

一定の媒質においてはΣは定数になるので、式（８）
からφはρのみによって変化することになる。従って、
予め較正試験によって第13図に示すφとρとの関係を求
めておけば、逆に密度未知の媒質に対しては、φを測定
することによってその密度ρを知ることができるわけで
ある。

本実施例では、第14図に示す分割区間I,II,III…毎
に、第13図に示すガンマ線束φと物質密度ρとの関係を
予め較正試験によって求めデータベースメモリに記録し
ておく。これにより、シンチレーションカウンタ46によ
り測定されるガンマ線束φの値に基づきシールドチャン
バー14内における泥水密度ρを測定することができる。

制御システム 第１図には、本実施例のシールド掘進装置の制御回路
システムの好適な一例が示されている。

実施例のシステムは、各種センサからの信号が中央制
御システム300に入力され、各種被制御機器84の制御が
行われている。

この中央制御機器300には、地盤の調査データ等が記
憶されたデータベースメモリ60を設けられている。この
データベースメモリ60は内には、第14図に示すようにト
ンネル掘削経路Taに沿って予め多点測定された土層の断
面推定図データが地盤の調査データとして記憶されてい
る。さらに、この断面推定図データに付随して、各土層
の密度，粒子分布，含水比等の各種データが記憶されて
いる。

このような地盤調査データは、第１図に示すようトン
ネル掘削経路Taを複数に分割し、各分割区間I,II,III…
毎に記憶されている。さらに、前記地盤調査データに基
づき各種の掘削管理条件が、各分割区間毎に設定記憶さ
れている。このような掘削管理条件としては、シールド
掘進機Ｓの掘進速度と土砂取込み量（掘削土量）とがバ
ランスするよう、例えばジャッキスピード，カッター回
転数，スリット回路，総排泥水量，チャンバーへ供給す
る泥水密度，アジテータ回転数等が、各分割区間毎に記
憶される。また、切羽の安定を図るよう、シールドチャ
ンバへ供給する泥水の密度、流量も、掘削管理条件とし
て設定されている。

これに加えて、このデータベースメモリ60にわは、各
分割区間I,II,III…毎に、泥水100の密度と超音波減衰
量との相間関係を示す減衰量テーブルがテーブルデータ
として記憶されると共に、土砂の密度とガンマ線束との
相関関係を示すデータが記憶されている（第13図参
照）。

さらに、このデータベースメモリ60には、表面伝播波
210の各土質に対する特性データも記憶されている（第
５図，第６図参照）。

第14図に示すよう、トンネル掘削経路Taに沿ってシー
ルド掘進機Ｓが掘削を開始すると、カッター20に設けら
れた送信機24から切羽前方に向けパルス状の電波を送信
される。このとき、受信機26では、第４図に示すような
電波が受信される。

切羽前方探査回路50は、この受信波に含まれる反射波
200に基づき、第３図に示すよう切羽前方に存在する反
射物150を検出し、これをAI集中管理部82へ向け知らせ
る。AI集中管理部82は、検出された反射物150が何であ
るかを判断し、トラブルの発生を未然に防止する。

また、前記切羽前方探査回路50は、受信波に含まれる
表面伝播波210に基づき、切羽断面の土質を検出し、こ
の検出結果を補正演算部52およびその他の回路各部へ向
け出力する。このときの土質の検出は、表面伝播波210
の伝播時間と、減衰量を、データベースメモリ60内に予
め記憶していた各土質のデータと比較することにより行
う（第５図，第６図参照）。

補正演算部52は、このように検出された切羽22の土質
データと、データベースメモリ60内に記憶された断面推
定図データとが一致するか否かを判断する。そして、両
者が一致しない場合には、データベースメモリ60内に記
憶された断面推定図データおよび掘削管理条件を、検出
された土質データに基づき補正演算する。

例えば、データベースメモリ60に記憶された断面推定
図データには、ボーリング調査により検出できない砂礫
層140,細砂層142は記載されていない。しかし、本発明
では、シールド掘進機Ｓが、細砂層142,砂礫層140にさ
しかかると、切羽前方探査回路50によりこれらの層が検
出される。そして、補正演算部52は、データベースメモ
リ60に記憶されている断面推定図データおよびその掘削
管理条件を、検出された細砂層142,砂礫層140に合うよ
うに補正演算する。

また、シールド掘進機Ｓが、各分割区間の境界領域に
さしかかると、この境界領域では、第14図中１点鎖線で
示す推定断面図データと、実線で死す実線の土層とが位
置的にずれることが多い。このような場合でも、切羽前
方探査回路50は、実際の土質と断面推定図データとのず
れを検出する。そして、補正演算部52は、実際の土質に
合わせてデータベースメモリ60に記憶された断面推定図
データおよび掘削管理条件を補正演算する。

このように、本発明によればデータベースメモリ60に
記憶された断面推定図データと、実際の土質が異なる場
合でも、これをリアルタイムで検出し実際の土質にあっ
た掘削管理条件を補正演算することができる。

次に、実施例のシステムは、シールド掘進機Ｓが実際
に掘削する土砂取込み量を以下に詳述するよう検出す
る。そして、この検出値が補正演算された理論的な掘削
土量と一致するよう、前記掘削管理条件に基づき各種被
制御機器84をフィードバック制御する。

まず、実施例の超音波センサ30a,30bは、後述するAI
集中管理部82により交互に駆動され、その出力信号を泥
水状態演算部70へ向け出力している。

泥水状態演算部70は、速度演算部72と、密度演算部74
とを含み、各超音波センサ30a,30bから入力される信号
に基づき、注水パイプ16,排水パイプ18内を流れる泥水
の速度Ｖおよび密度ρを演算し土量演算部78へ向け出力
する。

これにおいて、前記速度演算部72は、超音波センサ30
を構成する各超音波送受信機32,34への入出力信号に基
づき、一方の送受信機32から他方の送受信機34への超音
波伝搬時間t₁と逆方向への超音波伝搬時間t₂とを求め、
このようにして求めた各伝搬時間t₁,t₂を前記第３式に
代入することにより泥水100の流速Ｖを演算出力する。

また、前記密度演算部74は、各超音波センサ30を構成
する一対の超音波送受信機32,34間において送受信され
る超音波の減衰量を測定し、この減衰量をデータベース
メモリ60内に記憶されている減衰量テーブルと照合する
ことにより、泥水100の密度ρを演算し、土量演算部78
へ向け出力する。このとき、前記密度演算部74は、切羽
前方探査回路50より検出された切羽の土質に関する減衰
量テーブルを、データベースメモリ60から読み出し、泥
水密度ρの演算を行なうため、泥水密度演算を正確に行
うことができる。

土量演算部78は、速度演算部72から入力される泥水10
0の流速Ｖを用いて、前記第４式の演算を行い、さらに
前記第５式に基づき泥水100の流量Ｑを演算する。そし
て、このようして求めた流量Ｑと、密度演算部74から出
力される泥水密度ρに基づき、注水パイプ16および排水
パイプ18内を流れる泥水の土量をそれぞれ演算する。

そして、データベースメモリ60内に各分割区間毎に記
憶された地盤調査データ，注水パイプ16、排水パイプ18
内を流れる泥水の土量に基づき、シールドチャンバー14
内に取込まれる掘削土量（切羽22から取込まれる乾砂
量）をリアルタイムで演算しAI集中管理部82へ向け出力
する。このとき、土量演算部78は、補正演算部52により
補正演算された断面推定図データおよび掘削管理条件に
基づき掘削土量の演算を行っているため、その土量演算
をより正確に行うことができる。

また、実施例の各RIセンサ40,40…は、AI集中管理部3
2により順次駆動され、その出力信号をRI密度演算部76
へ向け出力する。

前記データベースメモリ60には、前記RIセンサ40の第
10図に示すようなφ，ρとの関係がインプットされてい
る。そして、RI密度演算76は、RIセンサ40のシンチレー
ションカウンタ46から出力されるガンマ線束φの値に基
づき、シールドチャンバー14内の泥水密度ρを演算す
る。そして、演算された泥水密度は、密度分布解析部80
へ向け出力される。

このとき、前記RI密度演算部76は、切羽前方探査回路
50により検出された切羽の土質に関するデータを、デー
タベースメモリ60から読み出すため、シールドチャンバ
ー内の泥水密度ρを正確に演算することができる。

密度分布解析部80は、このようにしてRI密度演算部76
から出力される信号に基づき、シールドチャンバー14内
における密度分布を解析し、この解析結果をAI集中管理
部82へ向け出力する。

AI集中管理部82は、密度分布が均一となるように、ア
ジテータの回転数を制御し、チャンバー14内において土
砂と泥水が均一に撹拌されるように制御する。

これにより、土量演算部78は、切羽22から取込まれた
土砂の掘削土量を常に正確に演算出力することができ
る。

そして、AI集中管理部82は、補正演算された掘削管理
条件に基づき、演算される実際の掘削土量と、補正演算
された理論的な掘削土量とが一致するよう各種被制御機
器84をフィードバック制御する。この場合には、例えば
ジャッキスピードを制御し、シールド掘進機自体の掘進
速度を制御すると共に、カッター20の回転数，カッター
20に設けられた図示しないスリット開度等を制御すれば
よい。このようにして、本実施例によれば、データベー
スメモリ60内に記憶された断面推定図データと、実際の
土質との間にずれがある場合でも、これをリアルタイム
で正確に補正し、土砂の掘削量と、シールド掘進機の掘
進速度とが良好にバランスするよう各種被制御機器84の
掘削制御を行うことができる。

また、AI集中管理部82は、補正演算された断面推定図
データおよび掘削管理条件に基づき、切羽22が安定する
よう注水パイプ16を用いて供給する泥水100の流量およ
び密度を制御する。

これに加えて、本発明によれば、超音波センサ30から
の検出信号に基づき切羽22からの土砂取込量をリアルタ
イムでかつ正確に演算することができるため、掘削する
切羽22の土層変化に迅速に対応し、良好な掘削管理を行
うことができる。

さらに、本発明によば、RIセンサ40を用いてシールド
チャンバー40内の泥水密度分布を測定し、この密度分布
が均一となるようアジテータ等を制御している。従っ
て、大口径のシールドチャンバーであっても、チャンバ
ー内の密度分布が不均一となることはなく、これにより
超音波センサ30を用いた土砂取込量の演算をより正確に
行うことができる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではな
く、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能であ
る。

例えば、本発明において制御される掘削管理条件とし
ては、前記実施例に限定されるものではなく、これ以外
に必要に応じて各種の条件を設定することができ、例え
ばシールドチャンバー14内へ安定剤を供給し、切羽の安
定を図る場合には、この安定剤の投入量を掘削管理条件
の１つのと加えてもよい。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、データベースメ
モリに記憶された地盤調査データと、その掘削管理条件
とを、切羽の実際の土質に合せて補正演算することによ
り、前記地盤調査データに現れない土層の変化に迅速に
対応し、安定した切羽の掘削を行うことができるという
効果がある。

特に本発明は、例えばアジテータなどの内部撹拌手段
を用いて、シールドチャンバ内を撹拌し、チャンバ内の
密度を比較的均一なものとし、これに加えて、前記第２
の超音波送受信器をシールドチャンバに近接して排水パ
イプに設けることにより、チャンバ内の泥水密度を時間
遅れなく正確に測定することができる。この結果、本発
明の泥水式シールド掘進装置では、切羽の状態が急激に
変化した場合でも、これを密度変化として迅速に検出
し、良好な掘削管理条件を設定して切羽の掘削制御を正
確に行なうことができ、切羽の崩落等を未然にかつ確実
に防止することができる。

また、請求項２に記載のように、チャンバー内の密度
分布が均一となるよう内部撹拌手段を駆動制御すること
により、シールドチャンバー内の泥水密度と、排水パイ
プに設けられた超音波送受信器により検出される泥水密
度とがほぼ完全に一致することになる。このため、切羽
からの掘削土量をさらに正確に演算し、シールド掘進装
置の掘削管理を行うことが可能となる。

特に本発明によれば、大口径のシールド掘進を行う場
合でも、切羽の状態変化を第２の超音波送受信器を用い
て迅速に検出することができる。これにより、大口径の
切羽の掘削制御を最適な掘削管理条件の下で行うことが
可能となる。

また、請求項３の発明では、データベースメモリに異
なる土質に対応した複数の減衰量テーブルすなわち超音
波の減衰量と泥水密度との関係を示すテーブルを予め記
憶しておき、前記泥水状態演算部は、前記前方探査手段
が検出した切羽の土質に対応した減衰量テーブルを用い
ることによって、泥水の密度をより正確にリアルタイム
で測定することができる。このように、前記泥水状態演
算部が用いる、超音波の減衰量と泥水密度との関係を示
す、減衰量テーブルとして、土質に合わせて作成された
ものを用いることによって、泥水の密度をより正確にリ
アルタイムで測定することができる。したがって、さら
に精密な掘削管理が可能となる。

また、請求項４の発明によれば、泥水状態演算部は、
各超音波受信器対の一方の超音波受信器から他方の超音
波送受信器への超音波伝搬時間と、他方の超音波送受信
器から一方の超音波送受信器への超音波伝搬時間とを用
いることによって、対向する超音波送受信器間の距離と
それらの間の超音波伝搬時間のみの関数としてパイプ内
を流れる泥水の流速を演算できる。これによって、泥水
の種類、温度、圧力に全く依存することなく流速を測定
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる泥水式シールド掘進装置の制
御回路システムの好適な一例を示すブロック回路図、 第２図は、本実施例の泥水式シールド掘進装置の側断面
概略説明図、 第３図は、第２図に示すシールド掘進装置に設けられた
前方探査装置の原理説明図、 第４図は、第３図に示す受信機から出力される受信波形
の説明図、 第５図は、第４図に示す受信波形中に含まれる表面伝播
波の伝播時間と伝播媒体との関係を示す波形説明図、 第６図は、前記表面伝播波の減衰特性と伝播媒質との関
係を示す説明図、 第７図は、第２図に示す掘進装置の排水パイプに設けら
れた超音波センサの説明図であり、同図（Ａ）はその横
断面概略図、同図（Ｂ）は縦断面概略図、 第８図は、前記超音波センサを用いて送受波される超音
波パルスの波形図であり、同図（Ａ）は泥水へ向け送信
される超音波パルスの説明図、同図（Ｂ）は泥水内で減
衰される超音波の波形説明図、 第９図，第10図は、泥水密度と超音波減衰率との相関関
係の一例を示す説明図、 第11図は、本実施例において用いられるRIセンサの基本
的な構成を示す説明図、 第12図は、本実施例に用いられるRIセンサの原理説明
図、 第13図は、前記RIセンサを用いて測定したガンマ線束φ
と泥水密度ρとの関係を示す説明図、 第14図は、泥水式シールド掘進装置を用いて掘削される
土層の断面概略説明図である。 10……シールド 14……シールドチャンバー、 16……注水パイプ、18……排水パイプ、 22……切羽、24……送信機、26……受信機、 30a……第１の超音波センサ、 30b……第２の超音波センサ、 40……RIセンサ、50……前方探査回路、 52……補正演算回路、 60……データベースメモリ、 70……泥水状態演算部、 76……RI密度演算部、 78……土量密度演算部、 80……密度分布演算部、82……AI集中管理部、Ｓ……シ
ールド掘進機、Ｔ……トンネル、Ta……トンネル掘削経
路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 知海 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 多田 幸司 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 樋口 忠 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 谷口 徹 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 中川 雅弘 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 倉林 清 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 窪田 敬昭 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田 建設株式会社内 (72)発明者 金井 進 大阪府大阪市西区西本町１―13―47 新 信濃橋ビル 戸田建設株式会社大阪支店 内 (56)参考文献 特開 平２−28586（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−177498（ＪＰ，Ａ) 実開 昭59−35856（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭54−11975（ＪＰ，Ｂ２)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールドチャンバ内に設置された内部撹拌
   手段と、 シールドチャンバーへ注水する注水パイプと、 シールドチャンバーに取込まれスラリー化された土砂を
   排出する排水パイプと、 を含む泥水式シールド掘進装置において、 トンネル掘削経路に沿って予め測定された地盤調査デー
   タと、前記地盤調査データに基づき掘進速度と掘削土量
   とがバランスするよう設定された掘削管理条件と、泥水
   の密度とこの泥水内を伝搬する超音波の減衰量との関係
   を示す減衰量テーブルとが記憶されたデータベースメモ
   リと、 切羽前方に向けパルス状の電波を送受波し切羽の土質を
   検出する前方探査手段と、 前記前方探査手段により検出された切羽の土質に基づ
   き、前記データベースメモリに記憶された地盤調査デー
   タ及び掘削管理条件を補正する補正演算手段と、 前記注水パイプに、このパイプ内を流れる泥水の流動方
   向に対し所定角度で交差するよう対向配置された一対の
   第１の超音波送受信器と、 前記シールドチャンバーに近接して排水パイプに設けら
   れ、このパイプ内を流れる泥水の流動方向に対し所定角
   度で交差するよう対向配置された一対の第２の超音波送
   受信器と、 前記各一対の超音波送受信器の超音波受信タイミングお
   よび超音波減衰量と、前記データベースメモリに記憶さ
   れた減衰量テーブルとに基づき、各パイプ内を流れる泥
   水の流速および密度を演算する泥水状態演算部と、 前記泥水状態演算部が演算した前記注水パイプおよび前
   記排水パイプを流れる泥水のそれぞれの流速および密度
   と、補正演算された地盤調査データとに基づき、シール
   ドチャンバー内に取り込まれた掘削土量を演算する土量
   演算手段と、 演算された掘削土量、補正演算された前記掘削管理条件
   に基づき、切羽の掘削制御を行う掘削制御手段と、 を含むことを特徴とする泥水式シールド掘進装置。
2. 【請求項２】シールドチャンバ内に設置された内部撹拌
   手段と、 シールドチャンバーへ注水する注水パイプと、 シールドチャンバーに取込まれスラリー化された土砂を
   排出する排水パイプと、 を含む泥水式シールド掘進装置において、 トンネル掘削経路に沿って予め測定された地盤調査デー
   タと、前記地盤調査データに基づき掘進速度と掘削土量
   とがバランスするよう設定された掘削管理条件と、泥水
   の密度とこの泥水内を伝搬する超音波の減衰量との関係
   を示す減衰量テーブルとが記憶されたデータベースメモ
   リと、 切羽前方に向けパルス状の電波を送受波し切羽の土質を
   検出する前方探査手段と、 前記前方探査手段により検出された切羽の土質に基づ
   き、前記データベースメモリに記憶された地盤調査デー
   タ及び掘削管理条件を補正する補正演算手段と、 前記注水パイプに、このパイプ内を流れる泥水の流動方
   向に対し所定角度で交差するよう対向配置された一対の
   第１の超音波送受信器と、 前記シールドチャンバーに近接して排水パイプに設けら
   れ、このパイプ内を流れる泥水の流動方向に対し所定角
   度で交差するよう対向配置された一対の第２の超音波送
   受信器と、 前記各一対の超音波送受信器の超音波受信タイミングお
   よび超音波減衰量と、前記データベースメモリに記憶さ
   れた減衰量テーブルとに基づき、各パイプ内を流れる泥
   水の流速および密度を演算する泥水状態演算部と、 前記泥水状態演算部が演算した前記注水パイプおよび前
   記排水パイプを流れる泥水のそれぞれの流速および密度
   と、補正演算された地盤調査データとに基づき、シール
   ドチャンバー内に取り込まれた掘削土量を演算する土量
   演算手段と、 演算された掘削土量、補正演算された前記掘削管理条件
   に基づき、切羽の掘削制御を行う掘削制御手段と、 前記シールドチャンバー内の泥水密度分布を測定する密
   度分布測定手段と、 を含み、 前記掘削制御部は、測定された泥水密度分布が均一にな
   るようシールドチャンバー内の前記内部撹拌手段を駆動
   制御することを特徴とする泥水式シールド掘進装置。
3. 【請求項３】請求項（１），（２）のいずれかにおい
   て、 前記データベースメモリは、異なる土質に対応した複数
   の減衰量テーブルを記憶し、 前記泥水状態演算部が用いる前記減衰量テーブルは、前
   記前方探査手段が検出した切羽の土質に対応した前記減
   衰量テーブルであることを特徴とする泥水式シールド掘
   進装置。
4. 【請求項４】請求項（１）〜（３）のいずれかにおい
   て、 前記泥水状態演算部は、 前記各超音波送受信器対のうち一方の超音波送受信器か
   ら他方の超音波送受信器への超音波伝搬時間と、他方の
   超音波送受信器から一方の超音波送受信器への超音波伝
   搬時間とに基づきパイプ内を流れる泥水の流速を演算す
   ることを特徴とする泥水式シールド掘進装置。