JP2763580B2 - 掘削土量測定装置と掘削工法 - Google Patents

掘削土量測定装置と掘削工法

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JP2763580B2 JP1101175A JP10117589A JP2763580B2 JP 2763580 B2 JP2763580 B2 JP 2763580B2 JP 1101175 A JP1101175 A JP 1101175A JP 10117589 A JP10117589 A JP 10117589A JP 2763580 B2 JP2763580 B2 JP 2763580B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、掘削土量測定装置と掘削工法に関するも
のである。さらに詳しくは、この発明は、排出土砂の重
量および含水比からボーリングデータより得られた地山
の乾燥密度に基づいて掘削土量を自動的に算出すること
のできる土圧式シールド工法における掘削土量測定装置
と算出した掘削土量に基づいてシールドマシーンの推進
管理を行うことができる掘削工法とに関するものであ
る。
(従来の技術とその課題) 従来より、トンネル施工技術の一つとして土圧式シー
ルド工法が広く知られている。土圧式シールド工法にお
いては、切刃により掘削した土砂をそのまま機械掘り式
シールドのカッターチェンバー内に充填し、スクリュー
コンベアによってカッターチェンバ内の土圧と地山の土
圧とを調整し、切刃の安定を図っている。この土圧式シ
ールド工法における掘削条件は、一般に、切刃の安定に
必要な土圧を保持して推進量に相当する土量を排出する
ことを基本としており、切刃の安定を図りながらシール
ドの推進を管理するために、掘削土量の管理または土圧
の管理が行われている。掘削土量管理においては、ベル
コンスケール、ロードセル、計量ホッパー、ズリトロ計
量器等を用いて排出土量を測定するかあるいは超音波を
用いて排出土量を測定して、シールドの推進量と排出土
量とのバランスをチェックしている。
しかしながら、掘削土の排出に際し、土砂の状態は様
々に変化するため、排出土量と掘削土量とは必ずしも一
致しないという欠点がある。すなわち、第2図に例示し
たように、土粒子(ア)および水(イ)を含有する掘削
土(ウ)は、その排出に際して、水(イ)および空気
(エ)をさらに含有して排出土砂(オ)に変化してい
く。排出土砂(オ)の含水量の変化は、地山の土質、注
入する添加剤の種類や添加量、排土機構の作用、地下水
の呼び水等によって引き起こされるものであり、排出土
砂(オ)の状態は、半固体的性質を示すものから流体に
変換されて排出されるものまで様々である。また、加圧
されていた掘削土(ウ)を排出するときに、掘削土
(ウ)はその圧力から解放されるため、膨らみ、排出土
砂(オ)の含有空気量は増加することにもなる。この掘
削土(ウ)および排出土砂(オ)の構成物の構成量の変
化を模式的に示したものが、第3図である。このよう
に、排出土砂の重量や体積を測定しても掘削土を測定し
たことにならず、また排出土砂の含水量および含有空気
量が分からなければ掘削土量を求めることはできないと
いう問題がある。このため、現在行われている掘削土量
管理は、事実上、排出土量管理であり、シールドの推進
の目安とはなるものの、その推進には反映できないのが
実状であった。また、掘削土量を直接計測することは困
難でもあった。
一方、土圧管理においては、シールドマシンの数ヵ所
に土圧計を設け、チェンバー内の土圧を検出し、設定し
た土圧を保持するようシールドの推進を制御している。
上述したように掘削土量の管理には種々の問題点がある
ため、通常、シールドマシン自体の構造も土圧に対応す
る土砂の取り込みと推進とが連動するように設計してお
り、これまでのシールドマシンの推進管理は、一般に、
土圧管理を中心に行っている状況にある。
しかしながら、土圧だけを一定に保ってシールドマシ
ン運転した場合、設計部以外の掘削をしていても、余掘
りをしているために土圧が一定になることも考えられ、
土圧管理だけでは余掘りをしているかどうかの正確な判
断を下すことはできないという問題があった。
この発明は、以下の通りの事情に鑑みてなされたもの
であり、従来のシールドマシンの推進を管理する掘削土
量の管理の欠点を解消し、排出土砂の重量および含水比
からボーリングデータより得られた地山の乾燥密度に基
づいて掘削土量を自動的に算出することのできる土圧式
シールド工法における掘削土量測定装置と算出した掘削
土量に基づいてシールドマシンの推進管理を行うことの
できる掘削工法とを提供することを目的としている。
(課題を解決するための手段) この発明は、上記の課題を解決するものとして、排出
土砂を搬送するベルトコンベアに排出土砂の重量を測定
するベルコンスケールと含水比を測定する含水比測定装
置とを配備し、ベルコンスケールおよび含水比測定装置
からの測定データをデータ伝送装置を介して演算装置に
伝達し、演算装置において、記憶装置に有している演算
処理情報とボーリングデータとにより排出土量を掘削土
量に換算し、表示装置に掘削土量を表示することを特徴
とする掘削土量測定装置を提供する。
また、この本発明は、表示された掘削土量に基づいて
掘削速度を制御する掘削工法をも提供する。
この発明においては、排出土砂の含水比をラジオアイ
ソトープ(RI)により測定することを好ましい態様とし
ており、この発明は、第2図(a′)(b′)に示した
掘削土の土粒子重量と排出土砂の土粒子重量とには大き
な変化はないという知見に基づくものである。
(作 用) この発明の掘削土量測定装置と掘削工法においては、
ベルコンスケールで測定した排出土砂の重量で含水比測
定装置により測定した測定データから、記憶装置に有し
ている演算処理情報とボーリングデータとにより排出土
量を掘削土量に換算することができる。排出土砂の含水
比をラジオアイソトープ(RI)により測定することによ
って、非接触で、かつ短時間での測定が可能となる。ま
た、掘削土量を自動的に、しかも精度よく算出すること
ができ、この掘削土量に基づいてシールドマシンの推進
を制御することができる。
(実施例) 以下、図面に沿って実施例を示し、この発明の掘削土
量測定装置と掘削工法についてさらに詳しく説明する。
第1図は、この発明の掘削土量測定装置の構成例をシ
ールドマシンの断面とともに示したブロツク図である。
地山(1)を掘削し、図中矢印(A)方向に進行する
シールド(2)内の掘削土は、シールド(2)に接続さ
れたスクリューコンベア(3)により連続ライン上に配
備したベルトコンベヤ(4)(5)に排出土砂(6)と
して排出される。排出土砂(6)は、ベルトコンベヤ
(4)(5)上を矢印(B)方向へ移動し、ズリトロ
(7)に送られ、排出土砂(6)を貯留したズリトロ
(7)を矢印(C)方向へ移動させて、排出土砂(6)
を排出している。
この発明の掘削土量測定装置は、ベルトコンベヤ
(4)(5)に配設した排出土砂(6)の重量を測定す
るベルコンスケール(8)およびサンプリング装置を有
する含水比測定装置(9)、ベルコンスケール(8)お
よび含水比測定装置(9)に接続しているデータ伝送装
置(10)、データ伝送装置(10)から伝達された排出土
砂(6)の測定データより掘削土量を算出する演算装置
(11)、演算装置(11)の演算処理を制御する記憶装置
(12)および演算結果を表示する表示装置(13)の構成
を有している。
ベルコンスケール(8)は、排出土砂(6)の重量を
連続的に測定し、データ伝送装置(10)にその情報を送
る。このベルコンスケール(8)の配設位置については
特に制限はなく、スクリューコンベア(3)近傍のベル
トコンベヤ(4)先端部からベルトコンベヤ(5)の後
端部までの任意の位置とすることができる。
含水比測定装置(9)においては、ラジオアイソトー
プ(RI)によりサンプリング装置でサンプリングした排
出土砂(6)の中性子透過線数、中性子のスタンダード
カウント数、γ線透過線数およびγ線スタンダードカウ
ント数を1回/2分の割合で測定する。ラジオアイソトー
プ(RI)による測定のため、排出土砂(6)の含水比を
連続的に、非接触で、かつ非破壊で測定することができ
るとともに、その測定を温度や振動等の周囲の環境に影
響されずに行うことを可能としている。この含水比測定
装置(9)の配設位置についても格別の限定はなく、ベ
ルトコンベヤ(4)(5)の任意の位置とすることがで
きる。
これらのベルコンスケール(8)および含水比測定装
置(9)による排出土砂(6)の測定データをデータ伝
送装置(10)によってデータ変換し、演算装置(11)に
伝送する。このようにデータ伝送装置(10)を介在させ
ることによって、施工現場から離れた場所でも掘削土量
を求めることができる。
演算装置(11)では、記憶装置(12)に有している演
算処理情報に基づいてデータ伝送装置(10)より伝達さ
れた排出土砂(6)の測定データから掘削土量に換算す
る。記憶装置(12)には次のような式で示される校正式
が演算処理情報として格納されている。
<密度> ここで Rγ:密度計数比率 Nγ:透過カウント N0r :スタンダードカウント A,B :定数 ρt :湿潤密度(g/cm3) を示している。
<含水比> ここで、 RW :水分計数比率 NW :透過カウント N0W :スタンダードカウント C,D :定数H :等価含水量 を示している。また、 =WH+α・ρ ρ=ρ−WH (WH:含水量(g/cm3),α:補正係数,ρ:乾燥密度) の関係により、 乾燥密度 ρ=ρ−WH(g/cm3) … 含水比 ω=WH×100(%) … これら,,および式で示される演算処理情報
が第1図に例示した記憶装置(12)に格納されている。
含水比測定装置(9)による測定データからこれらの演
算処理情報に基づいて、演算装置(11)において湿潤密
度(ρ)および含水比(ω)を算出し、表示装置
(13)に表示する。これらの密度および含水比から掘削
している地山の地質を推定することもできる。
また、記憶装置(12)には、演算装置(11)で算出し
た含水比(ω)を用いて排出土量を掘削土量に換算す
る演算処理情報が配備されてもいる。
<掘削土量の換算> ここで、 W1 :ベルコンスケールより得た排出土砂重量 WS1 :排出土土粒子重量 ω1 :排出土の含水比 V1 :掘削土量 γd0:ボーリングデータより得た地山乾燥密度を示して
いる。
第1図に示した演算装置(11)において、および
式で示される演算処理情報に基づいてベルコンスケール
(8)で測定した排出土砂重量(W1)から土粒子重量
(WS1)を算出し、予め測定しておいたボーリングデー
タより得た地山乾燥密度(γd0)を入力することによっ
て、排出土砂を地山と同じ含水比にして掘削土量(V1
に換算し、表示装置(13)に表示することができる。
地山乾燥密度(γd0)の算定については特に制限はな
く、ボーリングデータから得られる粘土・シルト土と砂
礫土との割合により求める方法や、含水比測定装置
(9)で測定し、演算装置(11)で算出した湿潤密度
(Pt)から粘土・シルト土と砂礫土との割合を算出し、
この結果より求める方法のいずれをも採用することがで
きる。また、必要に応じては、シールド(2)内の土砂
の地質をラジオアイソトープ(RI)によって、直接測定
し、地山乾燥密度(γd0)を求めるようにしてもよい。
ボーリングサンプルについては特に制限はないが、地山
100〜200m間隔程度のものを採取することができる。上
述した排出土砂(6)の重量、ラジオアイソトープ(R
I)による各線数の測定、演算処理および画面表示はす
べて自動的にかつ連続的に行うことができる。
さらにまた、記憶装置(12)には、次の式で示される
また別の演算制御情報を有しており、これによって算出
することのできる理論掘削土量と先に演算装置(11)で
算出した掘削土量とを比較することにより、シールドマ
シンの推進管理を行い、掘削速度を制御することも可能
としている。
V0=S×L … ここで V0:設計土量 S:設計掘削断面図 L:シールド機推進量 を示している。
もちろんこの発明は、以上の例によって限定されるも
のではない。掘削土量測定装置の構成、ベルコンスケー
ルの配置位置、含水比測定装置の構造および構成等の細
部については様々な態様が可能であることはいうまでも
ない。
(発明の効果) 以上詳しく説明した通り、この発明の掘削土量測定装
置と掘削工法によって、従来、測定が困難であった掘削
土量を連続的にかつ自動的に測定することができる。掘
削土量に対応する土砂の取り込みと推進とを連動させる
ことにより、精度の向上したシールドマシンの推進管理
を行うことが可能となる。また、余掘りの判断も正確に
下すこともできる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明の掘削土量測定装置の構成例をシー
ルドマシンの断面とともに示したブロック図である。 第2図は掘削土と排出土砂とを概念的に示した斜視図で
ある。また第3図は、この掘削土と排出土砂とを模式的
に示した斜視図である。 1……地山 2……シールド 3……スクリューコンベア 4、5……ベルトコンベヤ 6……排出土砂 7……ズリトロ 8……ベルコンスケール 9……含水比測定装置 10……データ伝送装置 11……演算装置 12……記憶装置 13……表示装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) E21D 9/06 301 E21D 9/12

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】排出土砂を搬送するベルトコンベヤに排出
    土砂の重量を測定するベルコンスケールと含水比を測定
    する含水比測定装置とを配備し、ベルコンスケールおよ
    び含水比測定装置からの測定データをデータ伝送装置を
    介して演算装置に伝達し、演算装置において、記憶装置
    に有している演算処理情報とボーリングデータとにより
    排出土量を掘削土量に換算し、表示装置に掘削土量を表
    示することを特徴とする掘削土量測定装置。
  2. 【請求項2】ラジオアイソトープ(RI)により排出土砂
    の含水比を測定する請求項(1)記載の掘削土量測定装
    置。
  3. 【請求項3】請求項(1)または(2)記載の装置に表
    示された掘削土量に基づいて掘削速度を制御することを
    特徴とする掘削工法。
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