JP3275085B2 - シールド掘進機の運転状況監視方法 - Google Patents
シールド掘進機の運転状況監視方法Info
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- JP3275085B2 JP3275085B2 JP17768293A JP17768293A JP3275085B2 JP 3275085 B2 JP3275085 B2 JP 3275085B2 JP 17768293 A JP17768293 A JP 17768293A JP 17768293 A JP17768293 A JP 17768293A JP 3275085 B2 JP3275085 B2 JP 3275085B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、密閉式のシールド掘進
機によるシールド工法において、シールド掘進機の運転
状況を地上で監視する方法に関する。
機によるシールド工法において、シールド掘進機の運転
状況を地上で監視する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、土圧式シールド工法によるシ
ールドトンネルの施工は、図３に概略的に示すようなシ
ールド掘進機１０によって行われている。このシールド
掘進機１０は、典型的には、略円筒形のシールドフレー
ム１１の掘進方向前端で、多数のカッタビット１２ａが
設けられたカッタフェイス１２をシールドフレーム１１
の軸心部を中心に回転させて地盤Ｇを掘削し、これによ
って発生した掘削土（以下、ズリという）Ｇ’を、カッ
タフェイス１２に形成された図示しないスリットから、
その背面に形成された密閉チャンバ１３内に導入して、
カッタフェイス１２の回転に伴って撹拌し、この密閉チ
ャンバ１３から後方へ延在されたスクリュコンベア１４
を介して排土ゲート１５に連続的に搬送し、更にそこか
ら適宜搬送手段を介して外部へ排出するようになってい
る。また、シールドフレーム１１の掘進方向後端では、
掘削された坑内壁に、図示しないエレクタによって複数
のセグメント２０を環状に組み立てて、土圧に耐えるた
めの一次覆工を施すと共に、既設されたセグメント２０
の前端に推進用油圧ジャッキ１６を当てて押圧すること
によって、その反力でシールド掘進機を推進させて行く
ものである。
ールドトンネルの施工は、図３に概略的に示すようなシ
ールド掘進機１０によって行われている。このシールド
掘進機１０は、典型的には、略円筒形のシールドフレー
ム１１の掘進方向前端で、多数のカッタビット１２ａが
設けられたカッタフェイス１２をシールドフレーム１１
の軸心部を中心に回転させて地盤Ｇを掘削し、これによ
って発生した掘削土（以下、ズリという）Ｇ’を、カッ
タフェイス１２に形成された図示しないスリットから、
その背面に形成された密閉チャンバ１３内に導入して、
カッタフェイス１２の回転に伴って撹拌し、この密閉チ
ャンバ１３から後方へ延在されたスクリュコンベア１４
を介して排土ゲート１５に連続的に搬送し、更にそこか
ら適宜搬送手段を介して外部へ排出するようになってい
る。また、シールドフレーム１１の掘進方向後端では、
掘削された坑内壁に、図示しないエレクタによって複数
のセグメント２０を環状に組み立てて、土圧に耐えるた
めの一次覆工を施すと共に、既設されたセグメント２０
の前端に推進用油圧ジャッキ１６を当てて押圧すること
によって、その反力でシールド掘進機を推進させて行く
ものである。
【０００３】このような密閉式のシールド工法では、カ
ッタフェイス１２による地盤Ｇの掘削状況や密閉チャン
バ１３内におけるズリＧ’の稼働状況を、視覚的に監視
することが困難であるため、密閉チャンバ１３の後部隔
壁に取り付けた土圧センサや間隙水圧センサ、あるいは
カッタフェイス１２の駆動系に取り付けたトルクセンサ
等によって各種の計測を行い、これによって得られた計
測データを地上の制御盤の表示装置に表示し、予め設定
されたコンピュータのアルゴリズムに従ってこのコンピ
ュータが制御方法を決定し、シールド掘進機の制御を行
うといった掘進管理を行っている。また最近では、人工
知能（ＡＩ）などを用い、これらの計測データを迅速に
処理して運転状況の推論及び判断を行い、シールド掘進
機の運転を自動制御している。
ッタフェイス１２による地盤Ｇの掘削状況や密閉チャン
バ１３内におけるズリＧ’の稼働状況を、視覚的に監視
することが困難であるため、密閉チャンバ１３の後部隔
壁に取り付けた土圧センサや間隙水圧センサ、あるいは
カッタフェイス１２の駆動系に取り付けたトルクセンサ
等によって各種の計測を行い、これによって得られた計
測データを地上の制御盤の表示装置に表示し、予め設定
されたコンピュータのアルゴリズムに従ってこのコンピ
ュータが制御方法を決定し、シールド掘進機の制御を行
うといった掘進管理を行っている。また最近では、人工
知能（ＡＩ）などを用い、これらの計測データを迅速に
処理して運転状況の推論及び判断を行い、シールド掘進
機の運転を自動制御している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、コンピュー
タによる自動制御機構が広く普及・実用化されている今
日では、各種の計測機器から供給される計測データを比
較的簡単に処理してシールド掘進機の自動制御を行うこ
とが可能であるため、地上に設けた中央制御室からオペ
レータがボタン操作を行うだけで、あとは殆ど機械任せ
でシールドの掘進作業ができるようになりつつある。し
かし、シールド掘進機に取り付けられたセンサから供給
される各種の数値データは、実際に地下の掘削状況を見
ることのできない地上のオペレータにとって、感覚的に
は理解しにくいものであり、また、制御内容はコンピュ
ータ任せでブラックボックス的な部分が多いため、地下
のシールド掘進機１０のカッタフェイス１２による掘削
状況や、その背面の密閉チャンバ１３内のズリＧ’が実
際にどういう状況にあるのかを感覚的に理解することが
できないことから来る不安があった。また、計測データ
が異常値を示した場合の異常の原因を容易に判断するこ
とができず、したがって、これら地盤Ｇの土質変化や、
密閉チャンバ１３内での異常の発生を迅速に把握して的
確に対応することが困難であった。
タによる自動制御機構が広く普及・実用化されている今
日では、各種の計測機器から供給される計測データを比
較的簡単に処理してシールド掘進機の自動制御を行うこ
とが可能であるため、地上に設けた中央制御室からオペ
レータがボタン操作を行うだけで、あとは殆ど機械任せ
でシールドの掘進作業ができるようになりつつある。し
かし、シールド掘進機に取り付けられたセンサから供給
される各種の数値データは、実際に地下の掘削状況を見
ることのできない地上のオペレータにとって、感覚的に
は理解しにくいものであり、また、制御内容はコンピュ
ータ任せでブラックボックス的な部分が多いため、地下
のシールド掘進機１０のカッタフェイス１２による掘削
状況や、その背面の密閉チャンバ１３内のズリＧ’が実
際にどういう状況にあるのかを感覚的に理解することが
できないことから来る不安があった。また、計測データ
が異常値を示した場合の異常の原因を容易に判断するこ
とができず、したがって、これら地盤Ｇの土質変化や、
密閉チャンバ１３内での異常の発生を迅速に把握して的
確に対応することが困難であった。
【０００５】本発明は、上記のような事情のもとになさ
れたもので、その技術的課題とするところは、地上のオ
ペレータが、地下のシールド掘進機の運転状況を感覚的
に把握できるようにすることによってオペレータの漠然
とした不安を取り除くと共に、掘進の異常の発生を早期
に発見して速やかに対処するための運転状況監視方法を
提供することにある。
れたもので、その技術的課題とするところは、地上のオ
ペレータが、地下のシールド掘進機の運転状況を感覚的
に把握できるようにすることによってオペレータの漠然
とした不安を取り除くと共に、掘進の異常の発生を早期
に発見して速やかに対処するための運転状況監視方法を
提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上述した技術的課題は、
本発明によって有効に解決することができる。すなわち
本発明に係るシールド掘進機の運転状況監視方法は、シ
ールド掘進機のカッタフェイス背面の密閉チャンバ後部
の隔壁に音波センサを取り付け、この音波センサからの
音声信号における周波数成分をバンドパスフィルタを介
して調整し、地上で音響変換し、この変換された音響情
報から、掘進状況を聴覚的に把握するものである。
本発明によって有効に解決することができる。すなわち
本発明に係るシールド掘進機の運転状況監視方法は、シ
ールド掘進機のカッタフェイス背面の密閉チャンバ後部
の隔壁に音波センサを取り付け、この音波センサからの
音声信号における周波数成分をバンドパスフィルタを介
して調整し、地上で音響変換し、この変換された音響情
報から、掘進状況を聴覚的に把握するものである。
【０００７】
【作用】音波センサは、密閉チャンバの後部の隔壁に伝
達されたカッタフェイスの切羽と地盤の摺擦音や、密閉
チャンバ内の撹拌音や、機械の駆動による騒音を音声信
号に変換する。バンドパスフィルタ、例えばローパスフ
ィルタは、この音声信号のうち、シールド掘進機内の機
械の騒音による高周波成分をカットするもので、これに
よって、地上の制御室では、主にカッタフェイスによる
地盤切削音や、密閉チャンバ内のズリの撹拌音のみを音
響変換することができる。
達されたカッタフェイスの切羽と地盤の摺擦音や、密閉
チャンバ内の撹拌音や、機械の駆動による騒音を音声信
号に変換する。バンドパスフィルタ、例えばローパスフ
ィルタは、この音声信号のうち、シールド掘進機内の機
械の騒音による高周波成分をカットするもので、これに
よって、地上の制御室では、主にカッタフェイスによる
地盤切削音や、密閉チャンバ内のズリの撹拌音のみを音
響変換することができる。
【０００８】人間の感覚の一つである聴覚は、音の周波
数や大きさ、音質、音色等を総合的に判断することによ
って、ＴＶ映像等による目での確認ができなくても、ど
のような現象が生じているかを把握することができる。
したがって、音響変換されたカッタフェイスの摺擦音や
密閉チャンバ内のズリの撹拌音から、オペレータは、地
盤の土質性状の変化や、密閉チャンバ内で撹拌されてい
るズリが砂礫質である場合と粘性土質である場合との違
いや、流動性に乏しい砂礫質土からなるズリが閉塞を起
しつつある状況などを聞き分けることができるので、迅
速な対応が可能である。
数や大きさ、音質、音色等を総合的に判断することによ
って、ＴＶ映像等による目での確認ができなくても、ど
のような現象が生じているかを把握することができる。
したがって、音響変換されたカッタフェイスの摺擦音や
密閉チャンバ内のズリの撹拌音から、オペレータは、地
盤の土質性状の変化や、密閉チャンバ内で撹拌されてい
るズリが砂礫質である場合と粘性土質である場合との違
いや、流動性に乏しい砂礫質土からなるズリが閉塞を起
しつつある状況などを聞き分けることができるので、迅
速な対応が可能である。
【０００９】
【実施例】図１は、本発明に係るシールド掘進機の運転
状況監視方法の一実施例を示す説明図で、参照符号１０
は、シールドフレーム１１と、その掘進方向前端で回転
して地盤Ｇを掘削するカッタフェイス１２と、その背面
に形成された密閉チャンバ１３と、この密閉チャンバ１
３に開口したスクリュコンベア１４と、排土ゲート１５
と、推進用油圧ジャッキ１６及びセグメント２０の組み
立て用のエレクタ等を備えた既知のシールド掘進機であ
る。密閉チャンバ１３の後部の隔壁１７には従来と同様
に、土圧センサや間隙水圧センサ（図示省略）が取り付
けられ、また、カッタフェイス１２の駆動系にはトルク
センサ（図示省略）が取り付けられ、これら各センサか
ら供給された計測データは、地上の制御室に設置された
制御盤５上のディスプレイ装置５ａに表示され、コンピ
ュータによってシールド掘進機１０の制御が行われてい
る。
状況監視方法の一実施例を示す説明図で、参照符号１０
は、シールドフレーム１１と、その掘進方向前端で回転
して地盤Ｇを掘削するカッタフェイス１２と、その背面
に形成された密閉チャンバ１３と、この密閉チャンバ１
３に開口したスクリュコンベア１４と、排土ゲート１５
と、推進用油圧ジャッキ１６及びセグメント２０の組み
立て用のエレクタ等を備えた既知のシールド掘進機であ
る。密閉チャンバ１３の後部の隔壁１７には従来と同様
に、土圧センサや間隙水圧センサ（図示省略）が取り付
けられ、また、カッタフェイス１２の駆動系にはトルク
センサ（図示省略）が取り付けられ、これら各センサか
ら供給された計測データは、地上の制御室に設置された
制御盤５上のディスプレイ装置５ａに表示され、コンピ
ュータによってシールド掘進機１０の制御が行われてい
る。
【００１０】隔壁１７の後面には、音波センサとしての
加速度センサ１が取り付けられている。この加速度セン
サ１は、例えば図２（Ａ）又は同（Ｂ）に示すように、
両端に電極を設けたＰＺＴセラミックス１ａと、このＰ
ＺＴセラミックス１ａに接触された慣性質量体１ｂとを
含むもので、加速度運動する物体に取り付けることによ
ってＰＺＴセラミックス１ａに応力が加わり、その圧電
効果によって、加速度に比例した電気信号を発生する。
この実施例においては、加速度センサ１は磁石１ｃを介
して隔壁１７の後面に定着されており、シールド掘進機
１０先端での掘削に伴うカッタフェイス１２と地盤Ｇと
の摺擦音や、密閉チャンバ１３内でのズリＧ’の撹拌流
動音や、機械の駆動音等による隔壁１７の振動に対応し
た音声信号を出力するもので、共振周波数が高く設定さ
れることによって、人間の可聴領域である２０kHz 程度
までの振動を検出することができる。
加速度センサ１が取り付けられている。この加速度セン
サ１は、例えば図２（Ａ）又は同（Ｂ）に示すように、
両端に電極を設けたＰＺＴセラミックス１ａと、このＰ
ＺＴセラミックス１ａに接触された慣性質量体１ｂとを
含むもので、加速度運動する物体に取り付けることによ
ってＰＺＴセラミックス１ａに応力が加わり、その圧電
効果によって、加速度に比例した電気信号を発生する。
この実施例においては、加速度センサ１は磁石１ｃを介
して隔壁１７の後面に定着されており、シールド掘進機
１０先端での掘削に伴うカッタフェイス１２と地盤Ｇと
の摺擦音や、密閉チャンバ１３内でのズリＧ’の撹拌流
動音や、機械の駆動音等による隔壁１７の振動に対応し
た音声信号を出力するもので、共振周波数が高く設定さ
れることによって、人間の可聴領域である２０kHz 程度
までの振動を検出することができる。
【００１１】加速度センサ１で検出された音声信号は、
プリアンプ２で増幅され、送信ケーブル３を介して地上
の制御室内に設置されたオーディオ装置４に供給され
る。このオーディオ装置４は、増幅器４ａと、周波数特
性可変のバンドパスフィルタ４ｂと、ヘッドホンもしく
はスピーカ４ｃとを備えている。
プリアンプ２で増幅され、送信ケーブル３を介して地上
の制御室内に設置されたオーディオ装置４に供給され
る。このオーディオ装置４は、増幅器４ａと、周波数特
性可変のバンドパスフィルタ４ｂと、ヘッドホンもしく
はスピーカ４ｃとを備えている。
【００１２】加速度センサ１から供給される音声信号に
は、シールド掘進機１０内のカッタフェイス１２の駆動
装置や、スクリュコンベア１４の駆動装置等、機械自体
が発生する騒音による成分が含まれているが、これらの
騒音の周波数は、通常１０kHz 以上の高周波領域であ
り、バンドパスフィルタ４ｂは、この高周波数成分をカ
ットする周波数特性を有するものである。このため、ス
ピーカ４ｃでは、主にカッタフェイス１２と地盤Ｇとの
摺擦音や、密閉チャンバ１３内でのズリＧ’の撹拌流動
音が音響情報として変換される。したがって、制御室内
のオペレータ６は、この音響による情報から、地盤Ｇの
土質性状や、カッタフェイス１２での切削状況や、密閉
チャンバ１３内でのズリＧ’の流動状況や、ズリＧ’の
付着による閉塞の有無等を聞き分けて聴覚的に判断しな
がら、図示しない土圧センサや間隙水圧センサ、トルク
センサ等からの各種の計測データと併せて、コンピュー
タによる制御状況を総合的にモニタし、緻密かつ的確な
管理を行うことができる。また設定する周波数はシール
ド機の機種、地山の状況によって若干異なる場合があ
る。
は、シールド掘進機１０内のカッタフェイス１２の駆動
装置や、スクリュコンベア１４の駆動装置等、機械自体
が発生する騒音による成分が含まれているが、これらの
騒音の周波数は、通常１０kHz 以上の高周波領域であ
り、バンドパスフィルタ４ｂは、この高周波数成分をカ
ットする周波数特性を有するものである。このため、ス
ピーカ４ｃでは、主にカッタフェイス１２と地盤Ｇとの
摺擦音や、密閉チャンバ１３内でのズリＧ’の撹拌流動
音が音響情報として変換される。したがって、制御室内
のオペレータ６は、この音響による情報から、地盤Ｇの
土質性状や、カッタフェイス１２での切削状況や、密閉
チャンバ１３内でのズリＧ’の流動状況や、ズリＧ’の
付着による閉塞の有無等を聞き分けて聴覚的に判断しな
がら、図示しない土圧センサや間隙水圧センサ、トルク
センサ等からの各種の計測データと併せて、コンピュー
タによる制御状況を総合的にモニタし、緻密かつ的確な
管理を行うことができる。また設定する周波数はシール
ド機の機種、地山の状況によって若干異なる場合があ
る。
【００１３】なお、本発明は、図示の実施例に限定され
るものではない。例えば、音波センサとしては、図示の
加速度センサに限らず、種々のものが適用可能であり、
その取り付けも、螺子部材によるもの等に変更すること
ができる。
るものではない。例えば、音波センサとしては、図示の
加速度センサに限らず、種々のものが適用可能であり、
その取り付けも、螺子部材によるもの等に変更すること
ができる。
【００１４】
【発明の効果】本発明によると、地上のオペレータは、
カッタフェイスでの地盤の切削状況や、その背面の密閉
チャンバ内のズリの稼働状況を、現実性の高い音響情報
によって聴覚的に把握しながらシールド掘進機の制御の
管理を行うことができるため、数値的な計測データのみ
では実際に地下の掘削状況がどうなっているのか感覚的
に分からないといった従来の不安を解消することができ
る。また、計測データが異常値を示した場合の異常の原
因を理解するのが容易であり、地盤の土質性状の変化
や、砂礫質土等からなるズリによる閉塞の発生といった
異常に対して迅速に対応することができる。
カッタフェイスでの地盤の切削状況や、その背面の密閉
チャンバ内のズリの稼働状況を、現実性の高い音響情報
によって聴覚的に把握しながらシールド掘進機の制御の
管理を行うことができるため、数値的な計測データのみ
では実際に地下の掘削状況がどうなっているのか感覚的
に分からないといった従来の不安を解消することができ
る。また、計測データが異常値を示した場合の異常の原
因を理解するのが容易であり、地盤の土質性状の変化
や、砂礫質土等からなるズリによる閉塞の発生といった
異常に対して迅速に対応することができる。
【図１】本発明に係るシールド掘進機の運転状況監視方
法の一実施例を示す概略的な説明図である。
法の一実施例を示す概略的な説明図である。
【図２】上記実施例における加速度センサを示す説明図
である。
である。
【図３】従来のシールド掘進機によるシールド工法を示
す概略的な説明図である。
す概略的な説明図である。
１ 加速度センサ（音波センサ） ４ｂ バンドパスフィルタ ４ｃ スピーカ １０ シールド掘進機 １２ カッタフェイス １３ 密閉チャンバ １７ 隔壁
Claims (1)
- 【請求項１】 シールド掘進機のカッタフェイス背面の
密閉チャンバの後部の隔壁に音波センサを取り付け、こ
の音波センサからの音声信号における周波数成分をバン
ドパスフィルタを介して調整し、地上で音響変換し、こ
の変換された音響情報から、掘進状況を聴覚的に把握す
ることを特徴とするシールド掘進機の運転状況監視方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17768293A JP3275085B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | シールド掘進機の運転状況監視方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17768293A JP3275085B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | シールド掘進機の運転状況監視方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0711867A JPH0711867A (ja) | 1995-01-13 |
| JP3275085B2 true JP3275085B2 (ja) | 2002-04-15 |
Family
ID=16035267
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17768293A Expired - Fee Related JP3275085B2 (ja) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | シールド掘進機の運転状況監視方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3275085B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014103542A1 (ja) * | 2012-12-27 | 2014-07-03 | 日立造船株式会社 | トンネル掘進機の掘削状況監視システム |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3443714B2 (ja) * | 1995-05-12 | 2003-09-08 | 財団法人先端建設技術センター | トンネル前方探査装置及び探査方法 |
| JP2002048772A (ja) * | 2000-05-24 | 2002-02-15 | Japan Construction Mechanization Association | コンクリート構造物の脆弱部研掃探査方法及び装置 |
| JP6486794B2 (ja) * | 2015-08-06 | 2019-03-20 | 大成建設株式会社 | 振動特定システムと振動特定方法 |
-
1993
- 1993-06-25 JP JP17768293A patent/JP3275085B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2014103542A1 (ja) * | 2012-12-27 | 2014-07-03 | 日立造船株式会社 | トンネル掘進機の掘削状況監視システム |
| JP2014125853A (ja) * | 2012-12-27 | 2014-07-07 | Hitachi Zosen Corp | トンネル掘進機の掘削状況監視システム |
| CN104884740A (zh) * | 2012-12-27 | 2015-09-02 | 日立造船株式会社 | 隧道掘进机的挖掘状况监视系统 |
| US9932812B2 (en) | 2012-12-27 | 2018-04-03 | Hitachi Zosen Corporation | Excavation status monitoring system for tunneling machine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0711867A (ja) | 1995-01-13 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20011212 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
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