JP3460981B2

JP3460981B2 - シールド掘進機およびシールド掘進機の掘削可能距離推定方法

Info

Publication number: JP3460981B2
Application number: JP2000222608A
Authority: JP
Inventors: 民夫堀内
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 2000-07-24
Filing date: 2000-07-24
Publication date: 2003-10-27
Anticipated expiration: 2020-07-24
Also published as: JP2002038883A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ビットの摩耗を把
握して掘削可能距離を推定するシールド掘進機およびシ
ールド掘進機の掘削可能距離推定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、シールド掘進機を用いて地山を掘
進するシールド工法が知られている。シールド掘進機
は、複数のビットを有するカッターを前面部に備え、こ
のカッターを旋回させながら推進することで、カッター
に設けられたビットで掘進箇所を掘削しながら前進して
掘削孔を形成する。このビットはシールド掘進機の掘進
に伴って摩耗していく。また、ビットの摩耗量は掘進す
る地盤の硬さによって変わる。このために、ある程度の
長距離を掘削するときには、掘削中のビットの摩耗量を
随時把握し、その時の状態でシールド掘進機が掘削でき
る掘進可能距離を把握することが重要となる。

【０００３】ビットの摩耗量の検知方法としては、例え
ば、中間立杭を設けてビットの摩耗を直接把握する方
法、ビットに一定量以上の摩耗が生じたときに油圧が低
下して摩耗を検知する「油圧検知ビット」による検知方
法、などの方法の他、ビットの摩耗検知を行う検知器
（超音波や音などを発振および受振して検知を行う）に
よる方法が知られている。また、特開平１０−２２１０
０５号公報には、１次側コイルおよび２次側コイルが巻
回された磁性体コアを内部に収容し、かつ、この磁性体
コアの一部を掘削面前面に露出させて構成される摩耗検
出ヘッドを、カッターの所定位置に設ける構成が開示さ
れている。この構成によれば、磁性体コアの露出した部
分が掘削とともに摩耗し、これに伴って磁性体コアの磁
気抵抗値が変化する。この磁気抵抗値の変化からビット
の摩耗量を把握できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、例え
ば、中間立杭を設ける場合には、ビットの摩耗状態を正
確に把握できるが、多大な作業負荷が伴いコスト高とな
る。また、ビットの摩耗状態は、中間立杭を設けた位置
でのみ把握され、掘削の途中の任意の位置では把握でき
ず、適用範囲が狭い。一方、上述の他の方法（油圧、超
音波、音などを利用する方法）は、ビットを直接確認で
きない点で、中間立杭を設ける方法と比べて正確さが劣
る。また、上述の検知機（超音波や音などを利用）を設
ける場合には、この検知機が備える（超音波や音など
の）測定装置等によりコスト増が生じる。さらに、この
検出器に接続される導線の長さが変わるとインピーダン
スが変化するので、例えば、シールド掘進機の段取替え
の前後で値が変化するという問題点があった。

【０００５】本発明の課題は、大きなコスト増を伴うこ
となく、掘削の途中の任意の場所でビットの摩耗量およ
び掘削可能距離を好適に推定できるシールド掘進機およ
びシールド掘進機の掘削可能距離推定方法を提供するこ
とである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、例えば、図１〜３に示すよ
うに、少なくとも一部のビット（例えば、外周ティース
ビット１６…）が外周から突出するように設けられたカ
ッターディスク１０を有するカッターヘッド２０を前面
部に備え、カッターヘッドを旋回させて地山を掘進して
掘削孔（例えば、トンネル坑Ａ）を形成するシールド掘
進機１であって、シールド掘進機本体が掘進して掘削さ
れた前記掘削孔の内面と前記カッターディスクの外周と
が離間するクリアランス量Ｄを測定する探査手段（例え
ば、切羽崩壊探査装置２５）と、統計処理によりシール
ド掘進機本体が掘進した距離に基づく掘進距離量（例え
ば、リングＮＯ．）と前記探査手段が測定した前記クリ
アランス量との関係について、Ｙ＝５８．８１６−０．
００７８８８６Ｘ（Ｒ＝０．１３３５３）（ここで、
Ｘ：リングＮＯ．、Ｙ：崩壊探査ジャッキストローク
（×１０^-3ｍ）、Ｒ：相関係数である。）との近似式を
求め、該近似式に基づいてシールド掘進機本体の掘削可
能距離を推定する掘削可能距離推定手段（例えば、掘削
可能距離推定部）と、を備えることを特徴とする。

【０００７】請求項１記載の発明によれば、シールド掘
進機がカッターヘッドを旋回させながら掘進すると、カ
ッターディスクの外周から突出するように設けられたビ
ットにより、掘削孔の掘削径はカッターディスクの径よ
りも大きな径に予堀りされる。しかしながら、シールド
掘進機の掘進に伴って、カッターディスクの外周から突
出するビットが摩耗してくると、この摩耗に伴って十分
に予堀りされず、掘削孔の掘削径が小さくなってくる。
ここで、探査手段が測定するクリアランス量は、掘削孔
の内面とカッターディスクの外周とが離間する距離であ
り、上述のようにビットの摩耗により掘削径が小さくな
ると、これに伴って、測定されるクリアランス量が小さ
くなる。すなわち、カッターディスクの外周から突出す
るビットの摩耗の進行度合いが、探査手段が測定するク
リアランス量に反映される。従って、掘削孔を掘削して
いく過程でのクリアランス量の推移を把握することで、
カッターディスクの外周から突出するビットの摩耗の進
行度合いが把握できる。以上により、シールド掘進機の
掘進に伴って、随時、クリアランス量を測定していき、
掘削可能距離推定手段により、測定されたクリアランス
量とシールド掘進機が掘進した距離に基づく掘進距離量
との関係を示す近似式を求め、この近似式を用いること
で、そのときのビットの摩耗状態からシールド掘進機が
掘削できる掘削可能距離を推定できる。例えば、予め、
ビットの摩耗状態を反映したクリアランス量の限界値を
設定しておくことで、掘削可能距離推定手段が求めた近
似式から、掘削可能距離を推定できる。

【０００８】ここで、掘進距離量とは、シールド掘進機
が掘進した実際の距離だけでなく、シールド掘進機が掘
進した距離に対応するデータであれば、如何なるデータ
を用いても良い。例えば、シールド掘進機は、掘進に伴
う後方に順次セグメントを覆工していくが、この覆工し
たセグメントの数を用いても良く、このセグメントが一
定数集められて形成されたリング数を用いても良い。こ
の場合には、セグメントの長さ（シールド掘進機の掘進
方向への長さ）から、容易に、セグメントの数やリング
数を距離に対応づけることができる。また、探査手段と
しては、掘削孔の内面とカッターディスクの外周とが離
間する距離を測定できれば、如何なる構成のものを適用
しても良い。

【０００９】請求項２記載の発明は、例えば、図１〜３
に示すように、請求項１記載のシールド掘進機におい
て、探査手段は、前記カッターディスクの外周から前記
掘削孔の内面に向かう方向に伸長および縮小自在に設け
られるジャッキ（例えば、崩壊探査ジャッキ２５ａ）
と、該ジャッキが伸長した状態で前記掘削孔の内面に当
接する先端部に設けられ前記掘削孔の内面から受ける圧
力を検知する圧力検知手段（例えば、土圧計）と、を備
え、前記クリアランス量は、前記ジャッキが前記掘削孔
の内面に向かって伸長して前記ジャッキの先端部が前記
掘削孔の内面に当接した状態で、前記圧力検知手段によ
り検知される前記ジャッキの先端部が受ける圧力に基づ
いて測定されることを特徴とする。

【００１０】請求項２記載の発明によれば、ジャッキ
は、カッターディスクの外周から掘削孔の内面に向かう
方向に伸長および縮小自在に設けられるので、ジャッキ
を伸長させて掘削孔の内面に当接させることができる。
また、ジャッキの先端部には圧力検知手段が設けられる
ので、ジャッキを掘削孔の内面に向かって伸長させる過
程で、圧力検知手段が検知する圧力を監視することで、
ジャッキの先端部が掘削孔の内面に当接したか否かが把
握される。すなわち、圧力検知手段が検知する圧力を監
視することで、ジャッキの先端部が掘削孔の内面に当接
するまでのジャッキの伸長距離として、請求項１記載の
クリアランス量を測定できる。従って、請求項１と同様
の効果を奏することができ、好適に、掘削可能距離を推
定できる。

【００１１】また、基本的に、ジャッキの伸長距離によ
りクリアランス量を測定するので、例えば、超音波や音
などを利用した検知機などの構成が不要であり、この検
知機が備える高価な測定装置（超音波や音などの）によ
るコスト増が生じない。

【００１２】また、ジャッキは、カッターディスクの外
周から掘削孔の内面に向う方向に伸長および縮小自在に
設けられているので、基本的に、ジャッキがクリアラン
ス量を測定する場所に制限はなく、シールド掘進機の掘
削の途中の任意の場所でクリアランス量を測定できる。
なお、ジャッキを伸長させる方向は、測定の誤差を小さ
くするために、掘削孔内面の天端方向とすることが好ま
しい。

【００１３】請求項３記載の発明は、例えば、図１〜３
に示すように、請求項２記載のシールド掘進機におい
て、前記ジャッキは、前記掘削孔の内面の崩壊を検知す
る崩壊探査ジャッキ２５ａであることを特徴とする。

【００１４】請求項３記載の発明によれば、請求項２と
同様の効果を奏することができるとともに、シールド掘
進機の周知の構成要素である崩壊探査ジャッキを、請求
項２記載のジャッキとして利用することで、新たな構成
を設けることなく、部品の共通化を図りさらにコスト低
減に寄与できる。崩壊探査ジャッキは、例えば、油圧シ
リンダにより駆動され、掘削孔の内面に向う方向に出没
自在に構成される。これにより、シールド掘進機の掘進
に際して、所定の予堀り量で掘削されているかどうかを
検知でき、掘削孔の内面に崩壊が生じているかどうかを
検知する。

【００１５】請求項４記載の発明は、例えば、図１〜５
に示すように、少なくとも一部のビット（例えば、外周
ティースビット１６…）が外周から突出するように設け
られたカッターディスク１０を備えるカッターヘッド２
０を前面部に備え、カッターヘッドを旋回させて地山を
掘進して掘削孔（例えば、トンネル坑Ａ）を形成するシ
ールド掘進機１の掘削可能距離推定方法であって、シー
ルド掘進機本体が掘進して掘削された前記掘削孔の内面
と前記カッターディスクの外周とが離間するクリアラン
ス量Ｄを測定し、統計処理によりシールド掘進機本体が
掘進した距離に基づく掘進距離量（例えば、リングＮ
Ｏ．）と前記クリアランス量との関係について、Ｙ＝５
８．８１６−０．００７８８８６Ｘ（Ｒ＝０．１３３５
３）（ここで、Ｘ：リングＮＯ．、Ｙ：崩壊探査ジャッ
キストローク（×１０^-3ｍ）、Ｒ：相関係数である。）
との近似式を求め、該近似式に基づいてシールド掘進機
本体の掘削可能距離を推定することを特徴とする。

【００１６】請求項４記載の発明によれば、請求項１と
同様の効果を奏することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図１〜６を参照して、本発
明の実施の形態のシールド掘進機１を詳細に説明する。
本実施の形態のシールド掘進機１の基本構成は、図２に
示すように、周知の泥水式シールド掘進機の構成であ
り、トンネル坑Ａ（掘削孔）の掘削に際して、地上より
ポンプ（図示しない）で泥水を圧送して地下水を泥水圧
で押さえ、切羽の安定を図りながら、掘削された土砂を
泥水の還流によってトンネル坑Ａ外に排出させる。な
お、以下の説明では、図２に示すように、シールド掘進
機１の掘進方向を前方向とし、掘進方向と反対の方向を
後方向とする。

【００１８】本実施の形態のシールド掘進機１は、図２
に示すように、基本的に以下の構成を有する。すなわ
ち、前面部に多数のビットを有するカッターディスク１
０（図１に図示）を備えるカッターヘッド２０と、泥水
が圧送され泥水圧が所定に管理されるとともに、カッタ
ーヘッド２０で掘削された掘削土砂を取り込むチャンバ
２１と、泥水をチャンバ２１上方から供給してチャンバ
２１に圧送封入する送水管２２と、チャンバ２１から掘
削土を含む泥水を排出するための排泥主管２３や排泥予
備管２４と、を備える。また、シールド掘進機１は、セ
グメントＭをリング状に組み立てるエレクタ３０と、セ
グメントＭを組み立てるための可動式セグメント組立足
場３１と、掘削したトンネル坑Ａの内面に順次セグメン
トＭをリング状に覆工する真円保持装置３２と、履工さ
れたセグメントＭから反力をとりシールド掘進機１を前
進させるシールドジャッキ２６と、を備える。また、カ
ッターヘッド２０には、本実施の形態特有の切羽崩壊探
査装置２５（探査手段、図１に図示）が設けられてい
る。この切羽崩壊探査装置２５は、トンネル坑Ａの掘削
に際して、カッターディスク１０の外周とトンネル坑Ａ
の内面とが離間する距離（以下、クリアランス量Ｄ、図
３に図示）を測定する。

【００１９】また、シールド掘進機１には、このシール
ド掘進機１の制御を行う制御部（図示しない）が設けら
れる。この制御部は、予め、シールド掘進機１を制御す
るためのプログラムや、このプログラムで使用されるデ
ータが記憶されたＲＯＭと、プログラムに基づいてシー
ルド掘進機１を制御するためのデータが記憶されるＲＡ
Ｍと、プログラムに基づく各種処理を行うＣＰＵと、等
から構成される。また、この制御部には、切羽崩壊探査
装置２５（図１に図示）が測定するクリアランス量Ｄ
（上述）の統計処理を行って、シールド掘進機１の掘進
可能距離を推定する掘削可能距離推定部（掘削可能距離
推定手段、図示しない）が設けられる。

【００２０】シールドジャッキ２６は、油圧シリンダ方
式で駆動され、図２に示すように、シールド掘進機１の
前後方向に伸縮自在に配設される。そして、このシール
ドジャッキ２６が伸長して履工されたセグメントＭから
反力をとり、シールド掘進機１が前進する。なお、本実
施の形態では、シールドジャッキ２６は並列して２９基
設けられている。

【００２１】送水管２２は、図２に示すように、チャン
バ２２内で開口する端部が供給口２２ａとなり、この供
給口２２ａからチャンバ２２へと泥水を供給する。これ
により、トンネル坑Ａの掘削に際して、切羽全面に泥水
を充満させる。このときのチャンバ２１内の泥水圧は、
シールド掘進機１の制御部（図示しない）により、切羽
の安定を保つための所定の圧力となるように制御され
る。チャンバ２１内には、掘削土砂を含む泥水を攪拌す
るアジテータ２１ａが設けられ、この泥水を排泥主管２
３および排泥予備管２４からスムーズに排出させる。こ
れにより、切羽の掘削土砂が泥水に含められてトンネル
坑Ａから適宜排出される。また、排泥予備管２４には内
圧が高くなり過ぎたときに圧力を開放する緊急圧抜管２
４ａが設けられている。また、チャンバ２１の後方に
は、マンロック２９や、バルクヘッド２Ａが設けられて
いる。なお、本実施の形態では、アジテータ２１ａは４
基設けられている。

【００２２】真円保持装置３２は、シールド掘進機１の
前後方向（図２に図示）に移動自在に設けられる。ま
た、真円保持装置３２の上下の端部３２ａは、各々、ト
ンネル坑Ａの内面に向かう方向に伸縮自在に配設され
る。この真円保持装置３２の上下の端部３２ａは、エレ
クタ３０が組み立てたセグメントＭを把持もしくは開放
できるように構成される。これにより、真円保持装置３
２が前後方向に移動し、真円保持装置３２の上下の端部
３２ａがトンネル坑Ａの内面に向かう方向に伸長するこ
とで、組み立てられたセグメントＭをエレクタ３０から
受け取り、このセグメントＭがトンネル坑Ａの内面の所
定位置でリング状に順次覆工される（図２中、実線およ
び２点鎖線で、真円保持装置３２がセグメントＭを覆工
するときの移動の様子を図示）。可動式セグメント組立
足場３１は、シールド掘進機１の前後方向に移動自在に
配設される（図２中、実線および２点鎖線で、可動式セ
グメント組立足場３１が移動する様子を図示）。

【００２３】また、シールド掘進機１は、切羽の掘削に
際して薬液を注入する薬液注入管２７を備える。また、
シールド掘進機１は、排出した排泥水を土砂と泥水に分
離する泥水処理設備（図示しない）と、分離した泥水を
貯留する調整槽（図示しない）と、を備える。

【００２４】カッターヘッド２０は、図２に示すよう
に、切羽を掘削するビットやカッターを有するカッター
ディスク１０（図１に図示）を前面部に備え、スイベル
ジョイント２８を介して回転自在に配設される。このカ
ッターヘッド２０は、駆動モータから駆動力が伝達され
て回転する。カッターディスク１０は、図１に示すよう
に、外周に沿って外輪保護カッタ１１が設けられてい
る。また、この外輪保護カッタ１１には一定間隔を空け
て外周補助ビット１１ａが設けられている。カッターデ
ィスク１０には、このカッターディスク１０の中心から
半径方向に拡がる放射状に、スポーク１２…が固定的に
設けられる。隣り合うスポーク１２…の間に、スポーク
１３…が固定的に設けられる。スポーク１２…、１３…
には、多数の先行カッタ１４…が所定の間隔で列設され
ている。スポーク１２…、１３…の先行カッタ１４…が
設けられる部分の左右には、内周ティースビット１５…
が列設される。そして、カッターディスク１０の最外周
の位置には、外周ティースビット１６…が設けられてい
る。この外周ティースビット１６…はカッターディスク
１０の外周から突出するように配設される（図３に突出
した様子を模式的に図示）。また、スポーク１２…の最
外周の位置のうち、２ケ所の位置には、超音波式の摩耗
検知ビット１７や油圧式の摩耗検知ビット１８が設けら
れる。また、スポーク１２…、１３…とカッターディス
ク１０との間は開口しており、この開口を通して掘削土
砂がチャンバ２１に導かれる。

【００２５】さらに、図１に示すように、カッターディ
スク１０には、コピーカッタ装置１９や、ゲージカッタ
１Ａが設けられる。コピーカッタ装置１９は、コピーカ
ッタ１９ａと、コピーカッタ１９ａを出没させる油圧シ
リンダ１９ｂ（図２に図示）と、を備えている。また、
コピーカッタ１９ａはカッターディスク１０の外周から
任意のストローク量で出没できるように設けられる（図
１に実線および２点鎖線でストローク範囲を図示）。ゲ
ージカッタ１Ａはカッターディスク１０の外周から突出
するように固定的に設けられる。なお、本実施の形態で
は、図１に示すように、コピーカッタ装置１９は２基設
けられ、ゲージカッタ１Ａは３基設けられている。これ
らコピーカッタ１９ａやゲージカッタ１Ａ、および外周
ティースビット１６…により、カッターディスク１０の
外周よりも大径にトンネル坑Ａが余堀りされ、シールド
掘進機１の掘進が容易となる。

【００２６】そして、カッターディスク１０には、図１
に示すように、本実施の形態特有の切羽崩壊探査装置２
５が設けられる。この切羽崩壊探査装置２５は、シール
ド掘進機１の周知の構成要素である崩壊探査ジャッキ２
５ａ（ジャッキ）を備えて構成される。これにより、部
品の共通化を図りコスト低減に寄与できる。この崩壊探
査ジャッキ２５ａは油圧シリンダ方式で駆動され、カッ
ターディスク１０の外周から伸縮自在に設けられる。ま
た、崩壊探査ジャッキ２５ａは、カッターディスク１０
の任意の回転角度で伸縮自在に設けられる。そして、崩
壊探査ジャッキ２５ａは、伸長した状態でトンネル坑Ａ
の内面に当接する先端に土圧計（圧力検知手段、図示し
ない）が設けられる。これにより、トンネル坑Ａの掘削
に際して、崩壊探査ジャッキ２５ａがカッターディスク
１０の外周から伸長し、トンネル坑Ａの内面に当接する
と、この土圧計によりトンネル坑Ａの内面から受ける土
圧が測定される。

【００２７】また、崩壊探査ジャッキ２５ａの先端が受
ける土圧と、崩壊探査ジャッキ２５ａのストロークと、
の測定データが、シールド掘進機１の制御部に設けられ
る掘削可能距離推定部（図示しない）に取り込まれる。
そして、土圧計で測定される土圧に基づいて、崩壊探査
ジャッキ２５ａのストロークから、カッターディスク１
０の外周とトンネル坑Ａの内面とが離間するクリアラン
ス量Ｄを測定する。従って、基本的に構成が簡易的であ
り、超音波や音などを利用する場合のような高価な測定
装置が不要となり、コスト低減に寄与できる。また、崩
壊探査ジャッキ２５ａは任意の位置で伸縮させることが
でき、シールド掘進機１の掘削の途中の任意の場所で、
崩壊探査ジャッキ２５ａを伸長させてクリアランス量Ｄ
を測定できる。なお、本実施の形態のシールド掘進機１
には、これらの測定データ、およびこれらの測定データ
をプロットしたグラフを出力する出力部（図示しない）
が設けられている。

【００２８】次に、本発明の実施の形態のシールド掘進
機１が掘進可能距離を推定する方法を説明する。シール
ド掘進機１は、泥水が送水管２２を介してチャンバ２１
に供給され、カッターディスク１０を旋回させながら切
羽を掘削し、この掘削土砂を含む泥水を排泥主管２３な
どを介して排出しながらトンネル坑Ａ（図３に図示）を
掘削して行く。この一方で、シールド掘進機１の掘進に
伴う後方で、トンネル坑Ａの内面にセグメントＭを順次
リング状に覆工するとともに、シールドジャッキ２６が
覆工されたセグメントＭから反力を取りながら伸長して
シールド掘進機１が前進する。

【００２９】以上の動作をくり返しつつトンネル坑Ａの
掘削がなされる間、１リング掘削終了直後のタイミング
で、随時、切羽崩壊探査装置２５の崩壊探査ジャッキ２
５ａを伸長させ、クリアランス量Ｄを以下の通りに測定
していく。すなわち、図３に示すように、１リング掘削
終了後に、切羽崩壊探査装置２５の崩壊探査ジャッキ２
５ａを、カッターディスク１０の外周からトンネル坑Ａ
の内面に向かって伸長させ、崩壊探査ジャッキ２５ａの
先端をトンネル坑Ａの内面に当接させる（図３では当接
した状態を図示）。ここで、崩壊探査ジャッキ２５ａを
伸長させる方向は、誤差が小さくできるために、トンネ
ル坑Ａの天端方向とすることが好ましい。

【００３０】この過程で崩壊探査ジャッキ２５ａの土圧
計（図示しない）が測定する土圧は、例えば、図４に示
すように、崩壊探査ジャッキ２５ａの先端が天端に当接
するまでは、土圧は安定せずに上昇傾向となる（図４に
領域Ｐで図示）。そして、崩壊探査ジャッキ２５ａの先
端が天端に当接してはじめの間は、崩壊探査ジャッキ２
５ａの伸長が天端で規制された状態となり、ストローク
が一定の下で土圧が上昇する（領域Ｑ）。この状態が過
ぎてさらにストロークすると、油圧シリンダの駆動力が
トンネル坑Ａの天端を押し上げるように作用し、土圧が
上昇しながらストロークが増加しだす（領域Ｒ）。従っ
て、図４に示すように、崩壊探査ジャッキ２５ａのスト
ロークと土圧との関係のグラフには平坦部Ｓが形成さ
れ、この平坦部Ｓでのストローク量を、カッターヘッド
２０の外周とトンネルＡ内面との天端とが離間する「ク
リアランス量Ｄ」として測定する。以上の通りにして、
切羽崩壊探査装置２５は、土圧の変化と崩壊探査ジャッ
キ２５ａのストロークとからクリアランス量Ｄを測定す
る。

【００３１】なお、切羽崩壊探査装置２５の崩壊探査ジ
ャッキ２５ａを、設定された土圧に達したあとはそれ以
上ストロークしないように構成しても良い。この場合に
は、崩壊探査ジャッキ２５ａのストロークが停止するま
での過程で、ストローク量の最大値をクリアランス量Ｄ
として測定する。

【００３２】この測定データが、シールド掘進機１の制
御部に設けられる掘削可能距離推定部に取り込まれて統
計処理される。例えば、このようにして１リング掘削終
了ごとに測定されたクリアランス量Ｄを、リングＮＯ．
に対してプロットする。ここで、リングＮＯ．はシール
ド掘進機１が掘進した距離に基づく量となる。そして、
掘削可能距離推定部で、クリアランス量ＤとリングＮ
Ｏ．との関係の近似式が算出される。

【００３３】外周ティースビット１６…が摩耗すると、
これに伴って掘削される量が少なくなるので、トンネル
坑Ａの内面とカッターディスク１０の外周とが離間する
距離が短くなる。従って、トンネル坑Ａの内面に当接す
るまでの崩壊探査ジャッキ２５ａのストロークが低下
し、測定されるクリアランス量Ｄは小さくなる。従っ
て、外周ティースビット１６…が摩耗してトンネル坑Ａ
の掘削に支障をきたす崩壊探査ジャッキ２５ａのストロ
ークの限界値（すなわち、外周ティースビット１６…の
摩耗量の限界値）を予め把握しておく。そして、得られ
た近似式を用いて、この限界値に至るリングＮＯ．が算
出される。このリングＮＯ．は、そのときの外周ティー
スビット１６…の摩耗状態で、これからシールド掘進機
１が掘進できる距離に基づく量となる。そして、覆工さ
れたリングの長さ（シールド掘進機１本体の掘進方向の
長さ）を用いることで、リングＮＯ．からシールド掘進
機１の掘進可能距離が算出される。なお、近似式を算出
するのに用いるデータはリングＮＯ．に限定されず、シ
ールド掘進機１が前進する距離に基づく量であれば、如
何なる量に対してプロットしても良い。以上の通りにし
て、本実施の形態のシールド掘進機１の掘進可能距離が
推定される。

【００３４】［実施例］以下、図５、６を参照して、本
発明の実施の形態のシールド掘進機１が掘進可能距離を
推定する方法を、実施例により詳細に説明する。図５
に、本実施の形態の掘削可能距離の推定方法に基づいた
測定結果を示す。シールド掘進機１がトンネル坑Ａを掘
削するときに、１リング掘削終了ごとに崩壊探査ジャッ
キ２５ａを天端の方向に伸長させてクリアランス量Ｄを
測定した。図５は、このときの崩壊探査ジャッキストロ
ーク（すなわち、クリアランス量Ｄ）とリングＮＯ．と
の関係をプロットしたグラフである。図５に示すよう
に、リングＮＯ．が増加する（シールド掘進機１が掘進
する）とともに、崩壊探査ジャッキストロークにはある
程度の変動が見られるが、掘進のはじめではほぼ崩壊探
査ジャッキストロークの変動の中心はほぼ一定であっ
た。そして、約６００リング付近以降で崩壊探査ジャッ
キストロークが低下して、外周ティースビット１６…の
摩耗が大きくなりだしたことが読みとれる。

【００３５】本実施例では、図５に示すデータから、統
計処理として最小二乗法を用いて一次式に回帰して以下
の近似式（式（１））を得た。リングＮＯ．と崩壊探査
ジャッキストロークとの関係を示す下記式（１）は、相
関係数Ｒが０．１３３５３であり良い近似が得られた。Ｙ＝５８．８１６―０．００７８８８６Ｘ（Ｒ＝０．１３３５３）式（１）（ここで、Ｘ：リングＮＯ．、Ｙ：崩壊探査ジャッキス
トローク（×１０^-3ｍ）、Ｒ：相関係数である。）従って、上述のように、崩壊探査ジャッキストロークの
限界値を予め把握しておき、式（１）を用いて、得られ
た近似式により、この限界値に至るリングＮＯ．が推定
できる。そして、覆工されたセグメントの長さからシー
ルド掘進機１の掘進可能距離を推定できる。

【００３６】［比較例］比較例として、図６に、上記実
施例と同一のトンネル坑Ａの掘削時に、カッターディス
ク１０に設けられた摩耗検知ビット１７（超音波式）の
摩耗データとリングＮＯ．との関係を示す。図６では、
縦軸はビット長（×１０^-3ｍ）を示し、横軸はリングＮ
Ｏ．を示している。シールド掘進機１が掘進してビット
の摩耗が進むと、摩耗検知ビット１７のビット長がしだ
いに短くなった。図６に示した摩耗検知ビット１７（超
音波式）の結果は、本発明を適用したシールド掘進機１
による掘進可能距離の推定結果を示す結果（図５に示
す）と良好に一致した。

【００３７】以上の本発明の実施の形態のシールド掘進
機１によれば、１リングの掘進ごとに随時、切羽崩壊探
査装置２５の崩壊探査ジャッキ２５ａによりクリアラン
ス量Ｄを測定していき、掘削可能距離推定部（図示しな
い）により、測定されたクリアランス量ＤとリングＮ
Ｏ．との関係を示す近似式を求め、この近似式を用いる
ことで、そのときのビットの摩耗状態からシールド掘進
機１が掘削できる掘削可能距離が好適に推定できる。

【００３８】なお、本発明は以上の実施の形態に限定さ
れるものではない。例えば、本実施の形態のシールド掘
進機１は、基本的に泥水式シールド掘進機１と同様の構
成としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、土圧
式シールド掘進機１など、その他の構成のシールド掘進
機１に適用可能であることは勿論である。また、実施例
では、最小二乗法により近似式を求める構成としたが、
これに限定されず、近似式を求める統計処理方法は、最
小二乗法の他の方法を適用できることは勿論である。そ
の他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、適宜に
変更可能であることは勿論である。

【００３９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、シールド
掘進機の掘進に伴って、随時、クリアランス量を測定し
ていき、掘削可能距離推定手段により、測定されたクリ
アランス量とシールド掘進機が掘進した距離に基づく掘
進距離量との関係を示す近似式を求め、この近似式を用
いることで、そのときのビットの摩耗状態からシールド
掘進機が掘削できる掘削可能距離を推定できる。

【００４０】請求項２記載の発明によれば、請求項１と
同様の効果を奏することができるとともに、基本的にジ
ャッキが伸長してクリアランス量を測定するので、高価
な測定装置（超音波や音などの）が不要となりコスト低
減に寄与できる。また、シールド掘進機の掘削の途中の
任意の場所で、ジャッキを伸長させてクリアランス量を
測定できる。

【００４１】請求項３記載の発明によれば、請求項２と
同様の効果を奏することができるとともに、部品の共通
化を図りさらにコスト低減に寄与できる。

【００４２】請求項４記載の発明によれば、請求項１と
同様の効果を奏することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した一実施の形態のシールド掘進
機１のカッターディスク１０の構成を示す図である。

【図２】シールド掘進機１の構成を示す図である。

【図３】シールド掘進機１の崩壊探査ジャッキ２５ａが
クリアランス量Ｄを測定する様子を示す図である。

【図４】崩壊探査ジャッキ２５ａが測定する土圧とスト
ロークとの関係を示す図である。

【図５】本実施の形態のシールド掘進機１を用いた測定
結果であり、崩壊探査ジャッキ２５ａのストロークとリ
ングＮＯ．との関係を示す図である。

【図６】摩耗検知ビットによる測定結果であり、ビット
長とリングＮＯ．との関係を示す図である。

【符号の説明】

１シールド掘進機１０カッターディスク１６外周ティースビット２０カッターヘッド２５切羽崩壊探査装置（探査手段）２５ａ崩壊探査ジャッキ（ジャッキ）Ａトンネル坑（掘削孔）Ｄクリアランス量

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一部のビットが外周から突出
するように設けられたカッターディスクを有するカッタ
ーヘッドを前面部に備え、カッターヘッドを旋回させて
地山を掘進して掘削孔を形成するシールド掘進機であっ
て、シールド掘進機本体が掘進して掘削された前記掘削
孔の内面と前記カッターディスクの外周とが離間するク
リアランス量を測定する探査手段と、統計処理によりシ
ールド掘進機本体が掘進した距離に基づく掘進距離量と
前記探査手段が測定した前記クリアランス量との関係に
ついて、Ｙ＝５８．８１６−０．００７８８８６Ｘ（Ｒ
＝０．１３３５３）（ここで、Ｘ：リングＮＯ．、Ｙ：
崩壊探査ジャッキストローク（×１０^-3ｍ）、Ｒ：相関
係数である。）との近似式を求め、該近似式に基づいて
シールド掘進機本体の掘削可能距離を推定する掘削可能
距離推定手段と、を備えることを特徴とするシールド掘
進機。
【請求項２】請求項１記載のシールド掘進機におい
て、探査手段は、前記カッターディスクの外周から前記
掘削孔の内面に向かう方向に伸長および縮小自在に設け
られるジャッキと、該ジャッキが伸長した状態で前記掘
削孔の内面に当接する先端部に設けられ前記掘削孔の内
面から受ける圧力を検知する圧力検知手段と、を備え、
前記クリアランス量は、前記ジャッキが前記掘削孔の内
面に向かって伸長して前記ジャッキの先端部が前記掘削
孔の内面に当接した状態で、前記圧力検知手段により検
知される前記ジャッキの先端部が受ける圧力に基づいて
測定されることを特徴とするシールド掘進機。
【請求項３】請求項２記載のシールド掘進機におい
て、前記ジャッキは、前記掘削孔の内面の崩壊を検知す
る崩壊探査ジャッキであることを特徴とするシールド掘
進機。
【請求項４】少なくとも一部のビットが外周から突出
するように設けられたカッターディスクを備えるカッタ
ーヘッドを前面部に備え、カッターヘッドを旋回させて
地山を掘進して掘削孔を形成するシールド掘進機の掘削
可能距離推定方法であって、シールド掘進機本体が掘進
して掘削された前記掘削孔の内面と前記カッターディス
クの外周とが離間するクリアランス量を測定し、統計処
理によりシールド掘進機本体が掘進した距離に基づく掘
進距離量と前記クリアランス量との関係について、Ｙ＝
５８．８１６−０．００７８８８６Ｘ（Ｒ＝０．１３３
５３）（ここで、Ｘ：リングＮＯ．、Ｙ：崩壊探査ジャ
ッキストローク（×１０^-3ｍ）、Ｒ：相関係数であ
る。）との近似式を求め、該近似式に基づいてシールド
掘進機本体の掘削可能距離を推定することを特徴とする
シールド掘進機の掘削可能距離推定方法。