JP2761992B2 - 土圧式シールド工法のトンネル切羽の安定制御方法 - Google Patents
土圧式シールド工法のトンネル切羽の安定制御方法Info
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- JP2761992B2 JP2761992B2 JP2816592A JP2816592A JP2761992B2 JP 2761992 B2 JP2761992 B2 JP 2761992B2 JP 2816592 A JP2816592 A JP 2816592A JP 2816592 A JP2816592 A JP 2816592A JP 2761992 B2 JP2761992 B2 JP 2761992B2
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、土圧式シールド工法に
おけるトンネル切羽の安定制御方法に係るものである。
おけるトンネル切羽の安定制御方法に係るものである。
【０００２】
【従来の技術】土圧式シールド工法は、シールド先端の
カッターで切削された地山の土砂を、密閉されたシール
ドチャンバ内に取り込み、さらにスクリューコンベアで
シールド後方のトンネル坑内に排出するものである。こ
のとき、切羽で切削され、シールドチャンバ内に取り込
まれた土砂の量と、スクリューコンベアによって排出さ
れる土砂の量を調節することにより、シールドチャンバ
内およびスクリューコンベア内に切削土砂を充満するこ
とにより、切羽の土圧・地下水圧とバランスさせて切羽
の安定を図っている。
カッターで切削された地山の土砂を、密閉されたシール
ドチャンバ内に取り込み、さらにスクリューコンベアで
シールド後方のトンネル坑内に排出するものである。こ
のとき、切羽で切削され、シールドチャンバ内に取り込
まれた土砂の量と、スクリューコンベアによって排出さ
れる土砂の量を調節することにより、シールドチャンバ
内およびスクリューコンベア内に切削土砂を充満するこ
とにより、切羽の土圧・地下水圧とバランスさせて切羽
の安定を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】切羽から取り込まれる
土砂の量は、シールド掘削断面積と推進ジャッキストロ
ークから算定することができる。一方、スクリューコン
ベアから排出される土砂の量は、鋼車に積み込んで重
量、あるいは容積で計量する方法が一般的にとられてい
る。この場合、土砂の計量が断続的であること、および
計量のタイミングが遅いことから、計量結果をフィード
バックして排出土量を制御することができなかった。ま
た、スクリューコンベア回転数、コンベアベルトスケー
ル、土砂圧送ポンプストローク数等により連続的に排出
土量を計測する試みが行なわれているが、計測精度が十
分でないことに加えて、地山の土質条件、加泥条件等に
より排出される土砂の性状が変化し、それに伴って計測
精度が影響を受け、十分な計測精度を得ることができ
ず、フィードバック制御ができなかった。
土砂の量は、シールド掘削断面積と推進ジャッキストロ
ークから算定することができる。一方、スクリューコン
ベアから排出される土砂の量は、鋼車に積み込んで重
量、あるいは容積で計量する方法が一般的にとられてい
る。この場合、土砂の計量が断続的であること、および
計量のタイミングが遅いことから、計量結果をフィード
バックして排出土量を制御することができなかった。ま
た、スクリューコンベア回転数、コンベアベルトスケー
ル、土砂圧送ポンプストローク数等により連続的に排出
土量を計測する試みが行なわれているが、計測精度が十
分でないことに加えて、地山の土質条件、加泥条件等に
より排出される土砂の性状が変化し、それに伴って計測
精度が影響を受け、十分な計測精度を得ることができ
ず、フィードバック制御ができなかった。
【０００４】このため、切羽土圧を測定し、この土圧が
一定範囲内の値を維持するように排出土量の制御をする
方法が一般に行われている。この場合、切羽土圧は、シ
ールド推進速度や泥土圧シールドにおける加泥量・加泥
圧力によって変化することがあり、排土量が適切でない
場合にも一定値内に維持されることがあり、特に、土砂
の取り込みすぎにより地山内に生じた空洞を予見でき
ず、地盤変状を招くケースが見られている。
一定範囲内の値を維持するように排出土量の制御をする
方法が一般に行われている。この場合、切羽土圧は、シ
ールド推進速度や泥土圧シールドにおける加泥量・加泥
圧力によって変化することがあり、排土量が適切でない
場合にも一定値内に維持されることがあり、特に、土砂
の取り込みすぎにより地山内に生じた空洞を予見でき
ず、地盤変状を招くケースが見られている。
【０００５】本発明は前記従来技術の有する問題点に鑑
みて提案されたもので、その目的とする処は、スクリュ
ーコンベアから排出される土砂の量を、連続的かつ高精
度に計測する装置を提供するとともに、切羽土圧計の計
測値から設定される必要な排土偏差量設定値と比較し
て、排出土砂重量の制御量値を設定し、この制御量値を
土量制御回路にフィードバックして排土偏差量を一定範
囲に変化させることにより切羽土圧に対抗するように、
切羽から取り込まれる土砂の量とスクリューコンベアか
ら排出する土砂の量を調節し、シールドチャンバ内およ
びスクリューコンベア内に切削土砂を充満することによ
り、切羽の土圧・地下水圧とバランスさせて切羽の安定
を図かる方法を提供する点にある。
みて提案されたもので、その目的とする処は、スクリュ
ーコンベアから排出される土砂の量を、連続的かつ高精
度に計測する装置を提供するとともに、切羽土圧計の計
測値から設定される必要な排土偏差量設定値と比較し
て、排出土砂重量の制御量値を設定し、この制御量値を
土量制御回路にフィードバックして排土偏差量を一定範
囲に変化させることにより切羽土圧に対抗するように、
切羽から取り込まれる土砂の量とスクリューコンベアか
ら排出する土砂の量を調節し、シールドチャンバ内およ
びスクリューコンベア内に切削土砂を充満することによ
り、切羽の土圧・地下水圧とバランスさせて切羽の安定
を図かる方法を提供する点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記の目的を達成するた
め、本発明に係る方法によれば、土圧式シールドのスク
リューコンベアの土砂排土口に取り付けられた一次圧送
ポンプの吐出側配管に、電磁流量計及びγ線密度計を取
り付けて、シールドから排出される排土量と排土密度を
連続的に測定し、同測定値から演算される排出土砂重量
と前記シールドの推進ジャッキの推進速度から算出され
る理論的な取り込み土砂重量との差である排土偏差量を
連続的に演算し、切羽土圧計の計測値から設定される必
要な排土偏差量設定値と比較して、排出土砂重量の制御
値を設定し、この制御値を排土量制御回路にフィードバ
ックして排土偏差量を一定範囲で変化させることにより
切羽土圧に対抗するものである。
め、本発明に係る方法によれば、土圧式シールドのスク
リューコンベアの土砂排土口に取り付けられた一次圧送
ポンプの吐出側配管に、電磁流量計及びγ線密度計を取
り付けて、シールドから排出される排土量と排土密度を
連続的に測定し、同測定値から演算される排出土砂重量
と前記シールドの推進ジャッキの推進速度から算出され
る理論的な取り込み土砂重量との差である排土偏差量を
連続的に演算し、切羽土圧計の計測値から設定される必
要な排土偏差量設定値と比較して、排出土砂重量の制御
値を設定し、この制御値を排土量制御回路にフィードバ
ックして排土偏差量を一定範囲で変化させることにより
切羽土圧に対抗するものである。
【０００７】
【作用】本発明によればスクリューコンベアの土砂排出
口に取り付けられた１次圧送ポンプの吐出側配管に電磁
流量計とγ線密度計を取付け、スクリューコンベアから
の排出土砂の流量および密度を連続的に検出し、排出土
砂重量を演算する。シールドの推進ジャッキに取り付け
られたジャッキ速度検出器からのシールド推進速度とシ
ールド断面積（設定値）および地山土砂の真比重〔設定
値〕より理論取り込み土砂重量を演算する。
口に取り付けられた１次圧送ポンプの吐出側配管に電磁
流量計とγ線密度計を取付け、スクリューコンベアから
の排出土砂の流量および密度を連続的に検出し、排出土
砂重量を演算する。シールドの推進ジャッキに取り付け
られたジャッキ速度検出器からのシールド推進速度とシ
ールド断面積（設定値）および地山土砂の真比重〔設定
値〕より理論取り込み土砂重量を演算する。
【０００８】而して本発明によれば前記の排出土砂重量
と理論取り込み土砂重量との差を排土偏差量として排土
偏差量調節計のプロセス値入力とする。この排土偏差量
調節計の設定値である排土偏差量設定値は、排土偏差量
設定値増減器により自動的に設定される。その変化の幅
は、予めその上限値および下限値を排土偏差量上限値下
限値設定器で設定しておき、シールドチャンバ内の土砂
の圧力が変化して、その値が土圧上限値下限値設定器で
設定されている上限値以上になると増加し、下限値以下
になると減少し、中間の値ではバランスする。
と理論取り込み土砂重量との差を排土偏差量として排土
偏差量調節計のプロセス値入力とする。この排土偏差量
調節計の設定値である排土偏差量設定値は、排土偏差量
設定値増減器により自動的に設定される。その変化の幅
は、予めその上限値および下限値を排土偏差量上限値下
限値設定器で設定しておき、シールドチャンバ内の土砂
の圧力が変化して、その値が土圧上限値下限値設定器で
設定されている上限値以上になると増加し、下限値以下
になると減少し、中間の値ではバランスする。
【０００９】排土偏差量調節計には、予めその上限値と
下限値を設定しておき、排土偏差量が上限値以上あるい
は下限値以下になると、排土量制御回路にフィードバッ
クして、切羽から取り込まれる土砂の量とスクリューコ
ンベアから排出する土砂の量を調節する。排土量制御回
路には、排出土量を制御する手段として一般に用いられ
ている、（イ）スクリューコンベア回転速度、（ｂ）推
進ジャッキ速度、（ハ）一次圧送ポンプの回転速度等を
単独または組み合わせて利用することができ、排土偏差
量に応じてこれらを変更することにより排土偏差量が一
定条件を保持するように制御される。
下限値を設定しておき、排土偏差量が上限値以上あるい
は下限値以下になると、排土量制御回路にフィードバッ
クして、切羽から取り込まれる土砂の量とスクリューコ
ンベアから排出する土砂の量を調節する。排土量制御回
路には、排出土量を制御する手段として一般に用いられ
ている、（イ）スクリューコンベア回転速度、（ｂ）推
進ジャッキ速度、（ハ）一次圧送ポンプの回転速度等を
単独または組み合わせて利用することができ、排土偏差
量に応じてこれらを変更することにより排土偏差量が一
定条件を保持するように制御される。
【００１０】
【実施例】以下、図１に示す実施例について本発明を説
明する。１はジャッキスピード検出器でシールドジャッ
キに取り付けられた推進ストローク計からの信号と時間
とから、シールドの推進スピードを検出する。２は電磁
流量計で１次圧送ポンプＢの吐出側配管に取付けられ
て、圧送土砂の流量を検出する。
明する。１はジャッキスピード検出器でシールドジャッ
キに取り付けられた推進ストローク計からの信号と時間
とから、シールドの推進スピードを検出する。２は電磁
流量計で１次圧送ポンプＢの吐出側配管に取付けられ
て、圧送土砂の流量を検出する。
【００１１】３はγ線密度計で１次圧送ポンプＢの吐出
側配管に取付け、圧送土砂の密度を検出する。４は排土
重量演算器で前記の流量計２とγ線密度計３からの排土
量の流量および密度信号により排土重量を演算する。７
は理論取り込み土砂重量演算器で前記のジャッキスピー
ド検出器１からのシールドの推進スピードと、シールド
掘削機掘削断面積設定器５、地山土砂の真比重設定器６
で設定されたシールド掘削断面積および地山土砂の真比
重との乗算により、理論取り込み土砂重量を演算する。
側配管に取付け、圧送土砂の密度を検出する。４は排土
重量演算器で前記の流量計２とγ線密度計３からの排土
量の流量および密度信号により排土重量を演算する。７
は理論取り込み土砂重量演算器で前記のジャッキスピー
ド検出器１からのシールドの推進スピードと、シールド
掘削機掘削断面積設定器５、地山土砂の真比重設定器６
で設定されたシールド掘削断面積および地山土砂の真比
重との乗算により、理論取り込み土砂重量を演算する。
【００１２】８は排土偏差量演算器で前記の理論取り込
み土砂重量演算器７と排土重量演算器４との演算器出力
差で得られる、理論取り込み土砂重量と排土重量との差
である排土偏差量を演算する。１１は排土偏差量設定値
増減器で、土圧上限値下限値設定器９で設定された土圧
の上限値、下限値により排土偏差量設定値上限値下限値
設定器１０で設定されている排土偏差量設定値の上限値
と下限値の幅で排土偏差量設定値を、土圧計１３で検出
されたシールドチャンバＰ内の土砂の圧力が、上限値以
上になった時に増加、下限値以下なった時に減少させ
る。土圧が上限値と下限値の間にある時は、その値を保
持する。
み土砂重量演算器７と排土重量演算器４との演算器出力
差で得られる、理論取り込み土砂重量と排土重量との差
である排土偏差量を演算する。１１は排土偏差量設定値
増減器で、土圧上限値下限値設定器９で設定された土圧
の上限値、下限値により排土偏差量設定値上限値下限値
設定器１０で設定されている排土偏差量設定値の上限値
と下限値の幅で排土偏差量設定値を、土圧計１３で検出
されたシールドチャンバＰ内の土砂の圧力が、上限値以
上になった時に増加、下限値以下なった時に減少させ
る。土圧が上限値と下限値の間にある時は、その値を保
持する。
【００１３】また１２は排土偏差量調節計で前記排土偏
差量演算器８からのプロセス値である排土偏差量を排土
偏差量設定値の範囲内に保持するように、スクリューコ
ンベアモータＡ及び一次圧送ポンプＰの双方若しくは一
方の回転数を制御する。１３は土圧計で、シールドチャ
ンバＰ内の土砂の圧力を検出する。また前記土圧上限値
下限値設定器は前記排土偏差量設定値増減器１１で排土
偏差量設定値の増減を制御する土圧の上限値と下限値を
設定する。
差量演算器８からのプロセス値である排土偏差量を排土
偏差量設定値の範囲内に保持するように、スクリューコ
ンベアモータＡ及び一次圧送ポンプＰの双方若しくは一
方の回転数を制御する。１３は土圧計で、シールドチャ
ンバＰ内の土砂の圧力を検出する。また前記土圧上限値
下限値設定器は前記排土偏差量設定値増減器１１で排土
偏差量設定値の増減を制御する土圧の上限値と下限値を
設定する。
【００１４】更に前記排土偏差量設定値上限値下限値設
定器１０は排土偏差量の上限値と下限値を設定するもの
である。図示の実施例は前記したように構成されている
ので、シールドチャンバＰ内に取り込まれた掘削土砂は
スクリューコンベアＱで排出され、１次圧送ポンプで配
管内を圧送される途中、配管に取り付けられた電磁流量
計２とγ線密度計３によりその流量と密度を測定し、排
土重量演算器４で配管内を通過する土砂の重量を演算す
る。
定器１０は排土偏差量の上限値と下限値を設定するもの
である。図示の実施例は前記したように構成されている
ので、シールドチャンバＰ内に取り込まれた掘削土砂は
スクリューコンベアＱで排出され、１次圧送ポンプで配
管内を圧送される途中、配管に取り付けられた電磁流量
計２とγ線密度計３によりその流量と密度を測定し、排
土重量演算器４で配管内を通過する土砂の重量を演算す
る。
【００１５】次に、シールドの推進スピードをシールド
ジャッキＲに取り付けられたジャッキ速度計１より検出
し、シールド掘削機掘削断面積設定器５、地山土砂の真
比重設定器６で予め設定されたシールド断面積および真
比重とにより、理論取り込み土砂重量演算器７で、理論
取り込み土砂重量を演算する。前記の理論取り込み土砂
重量と、取り込み土砂重量との差の排土偏差量を排土偏
差量演算器８で演算し、排土偏差量調節計１２に制御プ
ロセス値として入力する。
ジャッキＲに取り付けられたジャッキ速度計１より検出
し、シールド掘削機掘削断面積設定器５、地山土砂の真
比重設定器６で予め設定されたシールド断面積および真
比重とにより、理論取り込み土砂重量演算器７で、理論
取り込み土砂重量を演算する。前記の理論取り込み土砂
重量と、取り込み土砂重量との差の排土偏差量を排土偏
差量演算器８で演算し、排土偏差量調節計１２に制御プ
ロセス値として入力する。
【００１６】この排土偏差量調節計１２の操作出力によ
り、本実施例においてはシールドのスクリューコンベア
モータＡの回転数を変化させて、シールドチャンバＰ内
からの排土量を増減し排土偏差量を制御する。また、こ
の排土偏差量調節計の設定値の排土偏差量設定値は排土
偏差量増減器１１で増減され、その増減幅は排土偏差量
上限値下限値設定器１０で予め設定された上限値と下限
値の間にあり、シールドチャンバＰ内に取り付けられた
土圧計１３で測定された土圧が、土圧上限値下限値設定
器９で設定された上限値を越えると増加し、下限値以下
になると減少し、中間の値では、バランスする。
り、本実施例においてはシールドのスクリューコンベア
モータＡの回転数を変化させて、シールドチャンバＰ内
からの排土量を増減し排土偏差量を制御する。また、こ
の排土偏差量調節計の設定値の排土偏差量設定値は排土
偏差量増減器１１で増減され、その増減幅は排土偏差量
上限値下限値設定器１０で予め設定された上限値と下限
値の間にあり、シールドチャンバＰ内に取り付けられた
土圧計１３で測定された土圧が、土圧上限値下限値設定
器９で設定された上限値を越えると増加し、下限値以下
になると減少し、中間の値では、バランスする。
【００１７】
【発明の効果】本発明は前記したように構成されている
ので、土圧式シールド工法において、シールドの掘進ス
ピードに見合った排土量として、排土偏差量を測定制御
している。この排土偏差量は、直接排出土砂の流量およ
び密度を測定演算した排出土砂重量より掘進スピード、
シールド断面積、土砂真比重より求めた理論取り込み土
砂重量を引いた差で、これをスクリューコンベア回転数
により制御するものであり、これまで不可能であった、
掘進中のシールドからの取り込み土砂量と排土量のバラ
ンス状態を制御することが可能となった。
ので、土圧式シールド工法において、シールドの掘進ス
ピードに見合った排土量として、排土偏差量を測定制御
している。この排土偏差量は、直接排出土砂の流量およ
び密度を測定演算した排出土砂重量より掘進スピード、
シールド断面積、土砂真比重より求めた理論取り込み土
砂重量を引いた差で、これをスクリューコンベア回転数
により制御するものであり、これまで不可能であった、
掘進中のシールドからの取り込み土砂量と排土量のバラ
ンス状態を制御することが可能となった。
【００１８】また地山の土質とシールドチャンバー内の
土砂の充填状況とにより切羽土圧が大きく変化した場
合、従来の方法では、直接スクリューコンベアの回転数
を制御していたため、スクリューコンベアの回転数が急
激に変化し、これに伴い切羽土圧を大きく変化させるこ
とがある。上記した本発明による手段を用いることによ
り、これらを解消して、安定した切羽管理を行うことが
できる。
土砂の充填状況とにより切羽土圧が大きく変化した場
合、従来の方法では、直接スクリューコンベアの回転数
を制御していたため、スクリューコンベアの回転数が急
激に変化し、これに伴い切羽土圧を大きく変化させるこ
とがある。上記した本発明による手段を用いることによ
り、これらを解消して、安定した切羽管理を行うことが
できる。
【図１】本発明に係る土圧式シールド工法の切羽の安定
制御回路図である。
制御回路図である。
Ｐ シールドチャンバ Ｑ スクリューコンベア Ｒ シールドジャッキ １ ジャッキスピード検出器 ２ 電磁流量計 ３ γ線密度計 ４ 排土重量演算器 ５ シールド掘削機掘削断面積設定器 ６ 地山の土砂真比重設定器 ７ 理論排土土砂重量演算器 ８ 排土偏差量演算器 ９ 土圧上限値、下限値測定器 １０ 排土偏差量設定値上限値下限値設定器 １１ 排土偏差量設定値増減器 １２ 排土偏差量調節計 １３ 土圧計 Ａ モーター Ｂ １次圧送ポンプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 順 東京都中央区日本橋本町４−12−20 佐 藤工業株式会社内 (72)発明者 直井 保 東京都千代田区神田佐久間町３−21 東 洋工業株式会社内 (72)発明者 飯沢 幸穂 東京都千代田区神田佐久間町３−21 東 洋工業株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) E21D 9/12
Claims (1)
- 【請求項１】 土圧式シールドのスクリューコンベアの
土砂排土口に取り付けられた一次圧送ポンプの吐出側配
管に、電磁流量計及びγ線密度計を取り付けて、シール
ドから排出される排土量と排土密度を連続的に測定し、
同測定値から演算される排出土砂重量と前記シールドの
推進ジャッキの推進速度から算出される理論的な取り込
み土砂重量との差である排土偏差量を連続的に演算し、
切羽土圧計の計測値から設定される必要な排土偏差量設
定値と比較して、排出土砂重量の制御値を設定し、この
制御値を排土量制御回路にフィードバックして排土偏差
量を一定範囲で変化させることにより切羽土圧に対抗す
ることを特徴とする土圧式シールド工法のトンネル切羽
の安定制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2816592A JP2761992B2 (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | 土圧式シールド工法のトンネル切羽の安定制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2816592A JP2761992B2 (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | 土圧式シールド工法のトンネル切羽の安定制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05222897A JPH05222897A (ja) | 1993-08-31 |
| JP2761992B2 true JP2761992B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=12241137
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2816592A Expired - Fee Related JP2761992B2 (ja) | 1992-02-14 | 1992-02-14 | 土圧式シールド工法のトンネル切羽の安定制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2761992B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105065012A (zh) * | 2015-08-12 | 2015-11-18 | 中铁十六局集团有限公司 | 一种盾构掘进出土量自动控制系统 |
| JP6949623B2 (ja) * | 2017-08-28 | 2021-10-13 | 清水建設株式会社 | 操作設定提示装置、及びプログラム |
-
1992
- 1992-02-14 JP JP2816592A patent/JP2761992B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05222897A (ja) | 1993-08-31 |
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