JP3675576B2 - Ground judgment device - Google Patents

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  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、シールド工法において、切羽前方の地盤状態を調査・判定する装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
シールド工法において切羽を安定させながら掘削するには、切羽前方の地盤状態を知って、機械を最適な運転状態になるように管理しながら施工しなければならない。
特に、磨耗したビットの交換作業を安全に行うためには、切羽の地山が安定した地盤のときに、シールド機械を止めて、ビット交換の作業をすることが必要となる。
【0003】
このように、切羽前方の地盤の把握は重要であるが、カッターヘッドの前方の地盤は直接目視することができないために、切羽の地盤状態を知ることができない。そのため、掘削された土砂を観察するか、泥水シールドの場合には泥水と共に排出された土塊や沈殿物を観察し、或いはトンネル施工前の地上からのボーリング調査結果を検討することにより地盤状態を推定・ 判断することが行われていた。
【0004】
そのような間接的な観察方法に代えて、より直接的な観察方法として、切羽におけるビットと地盤との摩擦音の音圧・ 周波数分析によって、切羽前方の地盤状態を判定する技術が、実公昭62-22839号において開示されている。
または、ビットやカッターヘッドに取り付けられた検出棒が切羽地山と接触する時の音あるいは振動を測定して、その大きさや周波数特性から切羽の地盤状態を判断する方法も提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述した実公昭62-22839号の技術では、ビットの磨耗が進んだ場合には、同じ地盤であっても音圧や周波数分布の特性が変化してしまうので、ビットの磨耗が進むにつれて信頼性の高い判定は困難になるという問題があった。
また、検出棒を用いる方法でも、検出棒が磨耗すると上記同様な問題があった。
【0006】
そこで、本発明は、ビットの磨耗の程度にかかわらず高い信頼性で地盤の判定が可能な装置を提供することを目的としてなされたものである。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1では、回転するカッターヘッドに取り付けられた刃体によって地盤を掘削するシールド機械に用いる地盤判定装置において、刃体に発生する切削振動を振動センサーで検出して切削振動の周波数分布を測定する振動測定手段と、前記刃体の状態を刃体状態センサーで検出して刃体の磨耗量を測定する磨耗量測定手段と、予め作成した掘削刃体の磨耗量に応じて地盤の種類と切削振動の周波数分布との関係を表した参照テーブルと、切削振動の周波数分布と刃体の磨耗量とに基づいて参照テーブルを参照して地盤の種類を判定する判定手段とを備えるという手段を講じた。
【0008】
また、請求項2では、刃体に、振動センサーと刃体状態センサーとを内蔵した。
【0009】
また、請求項3では、回転するカッターヘッドに取り付けられた刃体によって地盤を掘削するシールド機械に用いる地盤判定装置において、刃体に発生する切削振動を振動センサーで検出して切削振動の周波数分布と振幅とを測定する振動測定手段と、前記刃体の状態を刃体状態センサーで検出して刃体の磨耗量を測定する磨耗量測定手段と、予め作成した掘削刃体の磨耗量に応じて地盤の種類と切削振動の周波数分布と振幅との関係を表した参照テーブルと、切削振動の周波数分布と振幅と刃体の磨耗量とに基づいて参照テーブルを参照して地盤の種類を判定する判定手段とを備えるという手段を講じた。
【0010】
また、請求項4では、回転するカッターヘッドの回転角信号を出力する回転角計測手段と、判定手段にて判定される地盤の種類をカッターヘッドの回転角毎に取り込んで刃体の1回転分の軌跡上における地盤の種類の分布を出力する分布測定手段とを付加するという手段を講じた。
請求5では、さらに、カッターヘッドの軸を中心とした半径の異なる位置に配置された複数の刃体の切削振動を測定する振動測定手段及び刃体の磨耗量を測定する磨耗量測定手段とを備え、分布測定手段から、切羽断面における地盤の種類の分布を出力するように構成した。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる地盤判定装置を、その実施の形態を示した図面に基づいて詳細に説明する。
【0012】
図1、図2において、1は回転するカッターヘッド、2はカッターヘッド1の軸、3は隔壁、4はギア41を介してカッターヘッド1を回転させる駆動モータである。11、12・・・はカッターヘッド1に取り付けられた掘削用のビットであり、回転軌跡が同心円を描くように、軸2からそれぞれ異なる距離に取り付けられている。
【0013】
詳細を示した図4において、5はビット11に取り付けられた加速度計や圧電素子等を用いた振動センサーである。6は刃体状態センサーとしての超音波センサーでありビット11に取り付けられている。振動センサー5と超音波センサー6の信号ケーブルは軸2を貫通して、スリップリング7を介して取り出されて分析装置8に入力される。
【0014】
分析装置8は、図3のAに示したように、振動信号増幅部81、振動信号分析部82、超音波発振部83、超音波受信部84、磨耗分析部85、および地盤判別部86を備えている。
なお、振動信号増幅部81及び振動信号分析部82は特許請求の範囲の振動測定手段に対応し、超音波発振部83、超音波受信部84、及び磨耗分析部85は磨耗量測定手段に対応し、地盤判別部86は判定手段にそれぞれ対応している。
【0015】
振動センサー5からの信号は、振動信号増幅部81において増幅され、振動信号分析部82において予め設定された所定の周波数成分が抽出されて、その振幅が測定される。振動信号分析部82に予め設定された周波数成分は、ビットと地山との間の摩擦によって発生する周波数に設定されたものであり、カッターヘッドを回転させながら、地山を押圧しない状態での振動と押圧した状態での振動とを比較することによって決定されたある程度の帯域巾を持った周波数である。
【0016】
なお、発生する振動の周波数は切羽前方の地山の地盤の種類によって特徴があるので、振動信号分析部82には、図3のBに示したように、複数種類の地盤G1,G2,G3,・・・,Gn に対応する周波数f1,f2,f3,・・・,fn が設定され、これらの周波数を選択的に通過させるフィルターF1,F2,F3,・・・Fnが設けられている。
【0017】
超音波発振部83では、所定の超音波領域の駆動信号を断続的に発生させて、その駆動信号によって超音波センサー6を駆動して所定の超音波を発生させてビット先端に向けて超音波振動を発振する。断続的な超音波振動の発振の合間に超音波受信部84が受信状態になり、ビット先端で反射された超音波は超音波センサー6において感知されて超音波受信部84にて受信され、磨耗分析部85においては、発振されたタイミングから受信されたタイミングの遅れ時間を計測する等の手段によって、ビットの先端までの距離の変化、即ちビットの磨耗を測定して磨耗量信号を出力する。
【0018】
但し、この磨耗量の測定はカッターヘッド1の1回転に1回程の頻度で十分である。
【0019】
地盤判別部86では、各フィルターF1,F2,F3,・・・Fnから出力される各周波数成分の振幅を計測して、各周波数成分の振幅の分布に基づいて地盤判定テーブル(参照テーブル)87を参照して、切羽前方の地盤を判定する。
例えば、周波数f1の振幅が卓越していれば、図3のCに示した地盤判定テーブル87を参照して、地盤G1と判定され、周波数f2の振幅が卓越していれば地盤G2と判定されるのである。
【0020】
このように、周波数分布によって地盤を判定できるが、ビットが磨耗すると、地山との摩擦によって発生する振動の振幅と周波数が変移する。
そこで、地盤判定テーブルを、磨耗分析部85から出力される磨耗量信号に基づいて補正しながら、若しくは切替えしながら参照することによって、ビットが磨耗しても、正確な地盤の判定が可能となるのである。
【0021】
ビットの磨耗が地盤の判定に与える影響について、以下に補足説明する。
まず、基本的には、地山の強度が大きい場合は、ビットを押圧する力を強くしなければ、強度の小さい地山と同様の掘削ができない。従って、地山強度の大きい場合はビットの押圧力を強くするので、必然的にビットに発生する振動の振幅は大きくなる。よって、図5に示したように、ビットで発生する振動の振幅の大小によって地山の強度の大小を判断できる。
【0022】
また、ビットが磨耗することによってビットの先端が鈍くなり、押圧力が同じ大きさのままでは地山への食い込み量が小さくなって掘削速度が低下するが、通常は掘削速度の低下を防ぐために押圧力を大きくするので、ビットと地山との摩擦力が大きくなり、図6のように、発生する振動の振幅も大きくなる。ビットの磨耗と地山の強度と振幅の関係を図示すると、図7のような相互関係が見られる。
【0023】
また、ビットが磨耗すると地山との接触面積が増加するため、見かけ上の粒子の粒径が異なり、図8のように、発生する振動の周波数も変移するのである。
【0024】
図9は、磨耗による振幅と周波数への影響を補正した地盤判定テーブルの一例である。
図9において、X軸では周波数、Y軸では磨耗量、Z軸では振幅をそれぞれ表し、平面P1は磨耗量が小の場合の判定テーブル、平面P2は磨耗量が中の場合の判定テーブル、平面P3は磨耗量が大の場合の判定テーブルをそれぞれ示している。図9の変換テーブルは、磨耗量に応じて変換テーブルを切替え若しくは補正することによって、参照する平面を切替えるようにしたものである。
【0025】
各平面の領域A1は地盤が粘土質、領域A2は地盤がシルト質、領域A3は地盤が砂質、領域A4は地盤が礫質をそれぞれ示している。
例えば、磨耗分析部85から出力される磨耗量信号が「小」の場合に、卓越周波数がf3で、振幅が大きいレベルの場合は、平面P1において領域A3に属するので、地盤は硬い砂質であると判定できる。
【0026】
また、磨耗量信号が「大」の場合に、卓越周波数がf4で、振幅が中程度のレベルの場合は、平面P3において領域A4に属するので、地盤は中程度の硬さの礫質であると判定できる。
このように、ビットの磨耗による振幅と周波数の影響を勘案して地盤判定するので、高い信頼性で地盤を判定することが可能となるのである。
【0027】
図4においては、一つのビットに振動センサー51と超音波センサー61の両方のセンサーを設けた場合のビット部分の側面断面図を示した。
【0028】
次に、図10に示したように、切羽の断面に種類の異なる地盤が存在している場合に、それらの地盤の分布状況をも把握することのできる地盤判定装置の実施の形態を、図11に基づいて説明する。
図11において、振動センサー5、超音波センサー6、振動信号増幅部81、振動信号分析部82、超音波発振部83、超音波受信部84、磨耗分析部85、および地盤判別部86は、図3と同様の回路構成であるため、詳細な説明は省略する。
【0029】
9は回転角測定部であり、カッターヘッド1の軸2の取り付けられたローターリーエンコーダ等の回転計91と、回転計91の出力信号に基づいて、例えば鉛直方向を基準としてカッターヘッド1の1回転を例えば360等分した回転角信号を出力する変換回路92とを備えている。
10は地盤分布分析部であり、回転角測定部9からの回転角信号に基づいて、振動センサー5が備えられたビット11が10度回転する毎に、その位置における地盤の状態を分析部8からの地盤判定結果を取り込んで、CRT画面等の出力手段に出力する。例えば、シルト質は×印、砂質は△印、礫質は○印等を出力する。
【0030】
よって、振動センサー5が備えられたビット11が360 度回転すると、図12のAのように、切羽の断面の地盤の分布が円周上の分布として把握できる。
さらに、各ビットに振動センサーと超音波センサーとを設けるとともに、それぞれの振動センサーと超音波センサーの信号を処理する振動信号増幅部、振動信号分析部、超音波発振部、超音波受信部、磨耗分析部、および地盤判別部を備えることによって、図12のBのように、同心円の各円周上の分布が出力されるので、図10に示された切羽の断面の地盤分布を、ほぼ面状の地盤分布として把握することができるのである。
【0031】
なお、振動センサーはビットに直接内蔵しなくても、近傍に配置してもよい。また、刃体センサーは超音波センサーに代えて高周波や放射線等の他の手段を用いたものであってもよく、ビットの磨耗を検出できるものであれば構わない。また、振動信号分析部は、複数のフィルター群に代えて、DSP(デジタル信号処理)技術、FFT処理技術、もしくはトラッキングフィルター等の他の手段を用いてもよい。 さらに、参照テーブルは磨耗量信号に応じた関数として表現されたものや、更に細分化したテーブルでもよく、スリップリングに代えて、回転トランスや光通信等の伝達方法を用いることも可能である。
【0032】
【発明の効果】
本発明の請求項1によれば、予め作成した掘削刃体の磨耗量に応じて地盤の種類と切削振動の周波数分布との関係を表した参照テーブルを参照して地盤の種類を判定するので、磨耗の大小の如何によらず、正確な地盤の種類の判定が可能となる。
【0033】
そして、請求項2によれば、刃体に、振動センサーと刃体状態センサーとを内蔵したので、刃体の振動と磨耗とをより正確に測定することができる。
【0034】
そして、請求項3によれば、切削振動の周波数分布だけでなく、切削振動の振幅をも勘案して地盤の種類を判定するので、より正確な判定が可能となる。
そして、請求項4によれば、回転するカッターヘッドの回転角信号を出力する回転角計測手段を設けたので、刃体の1回転分の軌跡上における地盤の種類の分布を得ることができる。
【0035】
そして、請求項5によれば、複数の刃体の切削振動を測定する振動測定手段及び刃体の磨耗量量を測定する磨耗量測定手段とを備えたので、切羽断面における地盤の種類の分布を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる請求項1,3の地盤判定装置の実施の形態の側面構成図である。
【図2】同地盤判定装置の正面構成図である。
【図3】同地盤判定装置のブロック図である。
【図4】請求項2の刃体の実施の形態を示す断面図である。
【図5】地山の強度と振動の振幅の関係を示す図である。
【図6】刃体の磨耗量と振動の振幅の関係を示す図である。
【図7】地山の強度と刃体と振幅の関係を示す図である。
【図8】磨耗による振動の周波数の変移を示す図である。
【図9】請求項1,3の地盤判定テーブルを示す図である。
【図10】地盤の分布の状態の一例を示す図である。
【図11】請求項4,5の地盤判定装置のブロック図である。
【図12】同地盤判定装置によって得られた分布を示す図である。
【符号の説明】
1 カッターヘッド
11,12・・・ ビット(刃体)
5 振動センサー
6 超音波センサー(刃体センサー)
8 分析装置
81 振動信号増幅部(振動測定手段)
82 振動信号分析部(振動測定手段)
83 超音波発振部(磨耗量測定手段)
84 超音波受信部(磨耗量測定手段)
85 磨耗分析部(磨耗量測定手段)
86 地盤判別部(判定手段)
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an apparatus for investigating and determining the ground condition in front of a face in a shield method.
[0002]
[Prior art]
In order to excavate while stabilizing the face in the shield method, it is necessary to know the ground condition in front of the face and manage the machine so that it is in an optimal operating state.
In particular, in order to safely replace a worn bit, it is necessary to stop the shield machine and perform the bit replacement work when the ground of the face is stable.
[0003]
As described above, it is important to grasp the ground in front of the face, but the ground in front of the cutter head cannot be directly observed, and thus the ground state of the face cannot be known. Therefore, the ground condition can be estimated by observing the excavated earth and sand, or in the case of a muddy water shield, observing the lump and sediment discharged together with the muddy water, or examining the results of the boring survey from the ground before tunnel construction.・ Judgment was made.
[0004]
Instead of such an indirect observation method, as a more direct observation method, a technique for determining the ground condition in front of the face by analyzing the sound pressure / frequency analysis of the frictional sound between the bit and the ground at the face is disclosed. -22839.
Alternatively, a method of measuring the sound or vibration when a detection rod attached to a bit or a cutter head comes into contact with the face of the face and determining the ground state of the face from its size and frequency characteristics has been proposed.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the technique of the above-mentioned Japanese Utility Model No. 62-22839, when bit wear progresses, the characteristics of sound pressure and frequency distribution change even on the same ground, so as bit wear progresses. There is a problem that it is difficult to make a highly reliable determination.
Further, the method using the detection rod has the same problem as described above when the detection rod is worn.
[0006]
Therefore, the present invention has been made for the purpose of providing an apparatus capable of determining the ground with high reliability regardless of the degree of bit wear.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
According to claim 1 of the present invention, in a ground determination device used in a shield machine for excavating the ground with a blade attached to a rotating cutter head, a cutting vibration generated in the blade is detected by a vibration sensor, and the frequency of the cutting vibration is detected. Vibration measuring means for measuring distribution, wear amount measuring means for measuring the amount of blade wear by detecting the state of the blade with a blade state sensor, and the ground according to the wear amount of the excavated blade prepared in advance. A reference table that represents the relationship between the type of cutting vibration and the frequency distribution of cutting vibration, and a determination means that determines the type of ground by referring to the reference table based on the frequency distribution of cutting vibration and the amount of wear of the blade I took the steps.
[0008]
According to a second aspect of the present invention, the blade body includes a vibration sensor and a blade state sensor.
[0009]
According to a third aspect of the present invention, in a ground determination device used in a shield machine for excavating the ground with a blade attached to a rotating cutter head, a cutting vibration generated in the blade is detected by a vibration sensor and a frequency distribution of the cutting vibration is obtained. Vibration measuring means for measuring the amplitude and amplitude, wear amount measuring means for measuring the amount of wear of the blade body by detecting the state of the blade body with a blade state sensor, and depending on the wear amount of the excavation blade body prepared in advance The reference table that shows the relationship between the ground type and the frequency distribution and amplitude of the cutting vibration, and the ground type is determined by referring to the reference table based on the frequency distribution and amplitude of the cutting vibration and the amount of blade wear. And means for providing a determination means.
[0010]
According to a fourth aspect of the present invention, the rotation angle measuring means for outputting the rotation angle signal of the rotating cutter head, and the ground type determined by the determining means are taken in for each rotation angle of the cutter body by taking each rotation angle of the cutter head. A means of adding a distribution measuring means for outputting the distribution of the type of ground on the trajectory is taken.
In the fifth aspect, the vibration measuring means for measuring the cutting vibration of a plurality of blades arranged at different radii around the axis of the cutter head and the wear amount measuring means for measuring the wear amount of the blade body are provided. The distribution measuring means outputs the distribution of the ground type in the face section.
[0011]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, a ground determination device according to the present invention will be described in detail based on the drawings showing embodiments thereof.
[0012]
In FIGS. 1 and 2, reference numeral 1 denotes a rotating cutter head, 2 denotes a shaft of the cutter head 1, 3 denotes a partition wall, and 4 denotes a drive motor that rotates the cutter head 1 via a gear 41. 11, 12... Are excavation bits attached to the cutter head 1, and are attached at different distances from the shaft 2 so that the rotation trajectory draws a concentric circle.
[0013]
In FIG. 4 showing the details, reference numeral 5 denotes a vibration sensor using an accelerometer or a piezoelectric element attached to the bit 11. An ultrasonic sensor 6 as a blade state sensor is attached to the bit 11. A signal cable between the vibration sensor 5 and the ultrasonic sensor 6 passes through the shaft 2 and is taken out via the slip ring 7 and input to the analyzer 8.
[0014]
As shown in FIG. 3A, the analyzer 8 includes a vibration signal amplification unit 81, a vibration signal analysis unit 82, an ultrasonic oscillation unit 83, an ultrasonic reception unit 84, a wear analysis unit 85, and a ground determination unit 86. I have.
The vibration signal amplification unit 81 and the vibration signal analysis unit 82 correspond to the vibration measurement means in the claims, and the ultrasonic oscillation unit 83, the ultrasonic reception unit 84, and the wear analysis unit 85 correspond to the wear amount measurement means. The ground discriminating unit 86 corresponds to the judging means.
[0015]
The signal from the vibration sensor 5 is amplified by the vibration signal amplification unit 81, a predetermined frequency component set in advance is extracted by the vibration signal analysis unit 82, and the amplitude thereof is measured. The frequency component set in advance in the vibration signal analysis unit 82 is set to a frequency generated by friction between the bit and the ground, and in a state where the ground is not pressed while the cutter head is rotated. This is a frequency having a certain bandwidth determined by comparing the vibration and the vibration in the pressed state.
[0016]
In addition, since the frequency of the generated vibration is characterized by the type of ground in the ground in front of the face, the vibration signal analyzing unit 82 has a plurality of types of ground G1, G2, G3 as shown in FIG. ,..., Gn are set to frequencies f1, f2, f3,..., Fn, and filters F1, F2, F3,. .
[0017]
The ultrasonic oscillating unit 83 intermittently generates a drive signal for a predetermined ultrasonic region, drives the ultrasonic sensor 6 with the drive signal to generate a predetermined ultrasonic wave, and generates an ultrasonic wave toward the tip of the bit. Oscillates vibration. The ultrasonic receiving unit 84 is in a receiving state between intermittent ultrasonic vibrations, and the ultrasonic wave reflected by the tip of the bit is detected by the ultrasonic sensor 6 and received by the ultrasonic receiving unit 84 and worn. The analyzer 85 measures the change in the distance to the tip of the bit, that is, wear of the bit by means such as measuring the delay time of the received timing from the oscillated timing, and outputs a wear amount signal.
[0018]
However, the measurement of the amount of wear is sufficient with a frequency of about once per rotation of the cutter head 1.
[0019]
The ground determination unit 86 measures the amplitude of each frequency component output from each filter F1, F2, F3,... Fn, and determines the ground determination table (reference table) 87 based on the amplitude distribution of each frequency component. To determine the ground in front of the face.
For example, if the amplitude of the frequency f1 is excellent, it is determined as the ground G1 with reference to the ground determination table 87 shown in FIG. 3C, and if the amplitude of the frequency f2 is excellent, it is determined as the ground G2. It is.
[0020]
In this way, the ground can be determined by the frequency distribution, but when the bit is worn, the amplitude and frequency of vibration generated by friction with the natural ground change.
Accordingly, by referring to the ground determination table while correcting or switching based on the wear amount signal output from the wear analysis unit 85, it is possible to accurately determine the ground even if the bit is worn. It is.
[0021]
The effect of bit wear on ground determination will be described below.
First, basically, when the strength of a natural ground is large, excavation similar to that of a natural ground with low strength cannot be performed unless the force for pressing the bit is increased. Accordingly, when the ground strength is high, the pressing force of the bit is increased, so that the amplitude of vibration generated in the bit inevitably increases. Therefore, as shown in FIG. 5, the magnitude of the strength of the natural ground can be determined based on the magnitude of the amplitude of the vibration generated in the bit.
[0022]
In addition, the bit tip becomes dull due to wear of the bit, and if the pressing force remains the same, the amount of biting into the ground will decrease and the excavation speed will decrease, but in order to prevent a decrease in the excavation speed normally Since the pressing force is increased, the frictional force between the bit and the ground is increased, and the amplitude of the generated vibration is increased as shown in FIG. The relationship between bit wear, ground strength and amplitude is shown in FIG.
[0023]
Further, since the contact area with the natural ground increases when the bit is worn, the apparent particle size of the particles is different, and the frequency of the generated vibration changes as shown in FIG.
[0024]
FIG. 9 is an example of a ground determination table in which the influence on the amplitude and frequency due to wear is corrected.
In FIG. 9, the X axis represents the frequency, the Y axis represents the wear amount, and the Z axis represents the amplitude. The plane P1 is a determination table when the wear amount is small, and the plane P2 is a determination table when the wear amount is medium. P3 indicates a determination table when the wear amount is large. The conversion table in FIG. 9 switches the plane to be referenced by switching or correcting the conversion table according to the wear amount.
[0025]
The area A1 of each plane shows the clay in the ground, the area A2 shows the silty in the ground, the area A3 shows the sand in the ground, and the area A4 shows the gravel in the ground.
For example, when the wear amount signal output from the wear analysis unit 85 is “small”, when the dominant frequency is f3 and the amplitude is large, the ground belongs to the area A3 in the plane P1, so the ground is hard sandy. It can be determined that there is.
[0026]
In addition, when the wear amount signal is “large”, when the dominant frequency is f4 and the amplitude is a medium level, the ground belongs to the region A4 in the plane P3, and therefore the ground is a gravel with a medium hardness. Can be determined.
Thus, since the ground is determined in consideration of the influence of the amplitude and frequency due to the wear of the bit, the ground can be determined with high reliability.
[0027]
FIG. 4 shows a side cross-sectional view of the bit portion in the case where both the vibration sensor 51 and the ultrasonic sensor 61 are provided in one bit.
[0028]
Next, as shown in FIG. 10, when different types of ground exist in the cross section of the face, an embodiment of the ground determination device capable of grasping the distribution state of those grounds is shown in FIG. 11 will be described.
In FIG. 11, the vibration sensor 5, the ultrasonic sensor 6, the vibration signal amplifying unit 81, the vibration signal analyzing unit 82, the ultrasonic oscillating unit 83, the ultrasonic receiving unit 84, the wear analyzing unit 85, and the ground discriminating unit 86 are shown in FIG. Since the circuit configuration is the same as that of FIG.
[0029]
Reference numeral 9 denotes a rotation angle measuring unit. Based on the output signal of the tachometer 91 such as a rotary encoder to which the shaft 2 of the cutter head 1 is attached and the output signal of the tachometer 91, for example, 1 of the cutter head 1 And a conversion circuit 92 that outputs a rotation angle signal obtained by dividing the rotation into 360 equal parts, for example.
Reference numeral 10 denotes a ground distribution analysis unit. Based on the rotation angle signal from the rotation angle measurement unit 9, every time the bit 11 provided with the vibration sensor 5 rotates 10 degrees, the state of the ground at that position is analyzed. The ground determination result is taken in and output to output means such as a CRT screen. For example, “x” is output for silty, “Δ” for sand, and “◯” for gravel.
[0030]
Therefore, when the bit 11 provided with the vibration sensor 5 rotates 360 degrees, the distribution of the ground of the cross section of the face can be grasped as a distribution on the circumference as shown in FIG.
In addition, a vibration sensor and an ultrasonic sensor are provided for each bit, and a vibration signal amplification unit, a vibration signal analysis unit, an ultrasonic oscillation unit, an ultrasonic reception unit, and an abrasion unit that process the signals of the respective vibration sensors and the ultrasonic sensor. By providing the analyzing unit and the ground discriminating unit, the distribution on the circumference of each concentric circle is output as shown in FIG. 12B, so that the ground distribution of the cross section of the face shown in FIG. It can be grasped as a ground distribution.
[0031]
Note that the vibration sensor may not be directly incorporated in the bit but may be disposed in the vicinity. Further, the blade sensor may be one using other means such as high frequency or radiation instead of the ultrasonic sensor, and may be any one that can detect bit wear. Further, the vibration signal analysis unit may use other means such as a DSP (digital signal processing) technique, an FFT processing technique, or a tracking filter instead of the plurality of filter groups. Further, the reference table may be expressed as a function according to the wear amount signal or may be a further subdivided table, and a transmission method such as a rotary transformer or optical communication can be used instead of the slip ring.
[0032]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, the ground type is determined by referring to a reference table that represents the relationship between the ground type and the frequency distribution of the cutting vibration in accordance with the amount of wear of the excavating blade prepared in advance. The ground type can be accurately determined regardless of the amount of wear.
[0033]
According to claim 2, since the vibration sensor and the blade state sensor are incorporated in the blade body, vibration and wear of the blade body can be measured more accurately.
[0034]
According to the third aspect, since the ground type is determined in consideration of not only the frequency distribution of the cutting vibration but also the amplitude of the cutting vibration, a more accurate determination can be made.
According to the fourth aspect of the present invention, since the rotation angle measuring means for outputting the rotation angle signal of the rotating cutter head is provided, it is possible to obtain the ground type distribution on the trajectory for one rotation of the blade body.
[0035]
According to the fifth aspect of the present invention, the vibration measuring means for measuring the cutting vibration of the plurality of blades and the wear amount measuring means for measuring the amount of wear of the blades are provided. Can be obtained.
[Brief description of the drawings]
1 is a side configuration diagram of an embodiment of a ground determination device according to claims 1 and 3 of the present invention;
FIG. 2 is a front configuration diagram of the ground determination device.
FIG. 3 is a block diagram of the ground determination device.
4 is a cross-sectional view showing an embodiment of a blade body according to claim 2. FIG.
FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the strength of natural ground and the amplitude of vibration.
FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the amount of wear of the blade and the amplitude of vibration.
FIG. 7 is a diagram showing the relationship between the strength of a natural ground, the blade body and the amplitude.
FIG. 8 is a diagram showing a change in frequency of vibration due to wear.
FIG. 9 is a diagram showing a ground determination table according to claims 1 and 3;
FIG. 10 is a diagram showing an example of a ground distribution state;
FIG. 11 is a block diagram of a ground determination device according to claims 4 and 5;
FIG. 12 is a diagram showing a distribution obtained by the ground determination device.
[Explanation of symbols]
1 Cutter head
11, 12 ... Bit (blade)
5 Vibration sensor 6 Ultrasonic sensor (blade body sensor)
8 Analyzer
81 Vibration signal amplifier (vibration measuring means)
82 Vibration signal analyzer (vibration measuring means)
83 Ultrasonic oscillator (Abrasion amount measuring means)
84 Ultrasonic wave receiver (Abrasion amount measuring means)
85 Wear analysis part (Wear amount measuring means)
86 Ground discrimination part (judgment means)

Claims (5)

回転するカッターヘッドに取り付けられた刃体によって地盤を掘削するシールド機械に用いる地盤判定装置において、刃体に発生する切削振動を振動センサーで検出して切削振動の周波数分布を測定する振動測定手段と、前記刃体の状態を刃体状態センサーで検出して刃体の磨耗量を測定する磨耗量測定手段と、予め作成した掘削刃体の磨耗量に応じて地盤の種類と切削振動の周波数分布との関係を表した参照テーブルと、切削振動の周波数分布と刃体の磨耗量とに基づいて参照テーブルを参照して地盤の種類を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする地盤判定装置。In a ground determination device used in a shield machine that excavates the ground with a blade attached to a rotating cutter head, vibration measuring means for detecting a cutting vibration generated in the blade with a vibration sensor and measuring a frequency distribution of the cutting vibration; , A wear amount measuring means for measuring the amount of wear of the blade body by detecting the state of the blade body with a blade state sensor, and the type of ground and the frequency distribution of the cutting vibration according to the wear amount of the excavated blade body prepared in advance. And a reference table for determining the type of ground by referring to the reference table based on the frequency distribution of the cutting vibration and the wear amount of the blade body apparatus. 刃体に、振動センサーと刃体状態センサーとを内蔵したことを特徴とする請求項1に記載の地盤判定装置。The ground determination device according to claim 1, wherein the blade body includes a vibration sensor and a blade state sensor. 回転するカッターヘッドに取り付けられた刃体によって地盤を掘削するシールド機械に用いる地盤判定装置において、刃体に発生する切削振動を振動センサーで検出して切削振動の周波数分布と振幅とを測定する振動測定手段と、前記刃体の状態を刃体状態センサーで検出して刃体の磨耗量を測定する磨耗量測定手段と、予め作成した掘削刃体の磨耗量に応じて地盤の種類と切削振動の周波数分布と振幅との関係を表した参照テーブルと、切削振動の周波数分布と振幅と刃体の磨耗量とに基づいて参照テーブルを参照して地盤の種類を判定する判定手段とを備えたことを特徴とする地盤判定装置。In a ground judgment device used in a shield machine that excavates the ground with a blade attached to a rotating cutter head, vibration that detects the cutting vibration generated in the blade with a vibration sensor and measures the frequency distribution and amplitude of the cutting vibration Measuring means, wear amount measuring means for measuring the amount of wear of the blade body by detecting the state of the blade body with a blade state sensor, and the type of ground and cutting vibration according to the wear amount of the excavated blade body prepared in advance this with the a reference table showing a relationship between a frequency distribution and amplitude, and determining means for determining the type of ground with reference to the reference table based on the amount of wear of the frequency distribution and amplitude and blade body of the cutting vibrations A ground determination device characterized by the above. 請求項1または3のいずれか一方の地盤判定装置に、
回転するカッターヘッドの回転角信号を出力する回転角計測手段と、
判定手段にて判定される地盤の種類をカッターヘッドの回転角毎に取り込んで刃体の1回転分の軌跡上における地盤の種類の分布を出力する分布測定手段とを付加したことを特徴とする地盤判定装置。
In the ground determination device of any one of claims 1 and 3,
A rotation angle measuring means for outputting a rotation angle signal of the rotating cutter head;
A distribution measuring means for adding the ground type determined by the determining means for each rotation angle of the cutter head and outputting the distribution of the ground type on the trajectory for one rotation of the blade body is added. Ground judgment device.
カッターヘッドの軸を中心とした半径の異なる位置に配置された複数の刃体の切削振動を測定する振動測定手段及び刃体の磨耗量を測定する磨耗量測定手段とを備え、
分布測定手段から、切羽断面における地盤の種類の分布を出力するように構成したことを特徴とする請求項4に記載の地盤判定装置。
A vibration measuring means for measuring cutting vibrations of a plurality of blades arranged at different radii around the axis of the cutter head, and a wear amount measuring means for measuring the wear amount of the blade,
5. The ground determination device according to claim 4, wherein the distribution measuring means is configured to output a distribution of ground types in the face section.
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