JP4276441B2

JP4276441B2 - 裏込材注入装置および裏込材注入方法

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Publication number: JP4276441B2
Application number: JP2003002143A
Authority: JP
Inventors: 寛人福岡; 義信清水
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2009-06-10
Anticipated expiration: 2023-01-08
Also published as: CN1326682C; CN1517192A; JP2004209911A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、裏込材注入装置および裏込材注入方法に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、トンネル工事等においては、シールドマシーンによるシールド工法が用いられている。
このシールド工法では、シールドマシーンで掘進しながらトンネル壁面にセグメントを設置し、裏込装置によりトンネル壁面とセグメントとの間にモルタル等の裏込材を注入して土留め（シールド）する。裏込材としては、モルタルと硬化剤とを別々のポンプで圧送し、注入直前で混合してトンネル壁面とセグメントとの間に注入する二液混合タイプが一般的であり、混合された裏込材の流量を電磁流量計で計測して積算注入量を管理している（例えば、特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３０６１８４３号公報（第３頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、工事の施工条件によっては裏込材として二液タイプではなく、一液タイプのものを用いる場合がある。すなわち、モルタルと硬化剤とを予め混合させて一液としておき、これをポンプで圧送するのである。そして、一液タイプの裏込材には、施工性等の観点から多量の砂およびフライアッシュ（石炭灰）が混合される。
しかしながら、このような一液タイプの裏込材では、その流量を電磁流量計で計測しようとすると、裏込材に含まれる砂が検出電極にぶつかって電気ノイズが生じるうえ、フライアッシュに起因して裏込材の導電率が不安定になるため、流量を正確に計測することができないという問題がある。
しかも、裏込材の吐出圧は最大９ＭＰａ程度と高圧であるため、用いられる電磁流量計としても特注対応となり、裏込装置全体が高額になる。
【０００５】
一方、裏込材の積算注入量を計測する方法として、裏込材が貯蓄されたタンクでの容量変化分に基づいて計測する方法がある。つまり、タンク内での裏込材の液面レベルを計測し、その液面高さの変化量から積算注入量を求めるのである。しかし、この方法では、短時間での液面変化量が微少であることや、液面の揺れ等の影響もあって、液面レベルの変化量を正確に計測できず、積算注入量をリアルタイムに計測するのは困難であるという問題がある。
【０００６】
なお、ポンプの性能から裏込材の吐出流量を求め、これに基づいて積算注入量を理論的に算出することも考えられるが、ポンプの吐出効率は裏込材の注入状況によって変化するため、実際の実積算注入量と理論的に算出した積算注入量との間には誤差が生じ、やはり実用に供することはできない。
【０００７】
本発明の目的は、一液タイプの裏込材の積算注入量をより正確に、かつリアルタイムで計測できるとともに、より安価に構成できる裏込材注入装置および裏込材注入方法を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段と作用効果】
本発明の請求項１の裏込材注入装置は、タンク内に貯留された裏込材の容積に関するパラメータを計測する容積計測手段と、この容積計測手段により容積の変化を精度よく計測するに十分な所定時間が経過する間の前記タンク内での裏込材の変化容量を、当該容積計測手段による計測結果に基づいて演算する容積演算手段と、前記所定時間の間のポンプの理論吐出量の積算値である理論積算注入量を演算する理論積算注入量演算手段と、前記変化容量および前記理論積算注入量から補正率を次式により演算する補正率演算手段と、
補正率＝変化容量 / 理論積算注入量
当該補正率および前記理論積算注入量から実積算注入量を次式により演算する実積算注入量演算手段とを備え、
実積算注入量＝理論積算注入量＊補正率
この演算された実積算注入量に基づく量の裏込材を前記ポンプから吐出することを特徴とする。
本発明の請求項２の裏込材注入装置は、タンク内に貯留された裏込材の容積に関するパラメータを計測する容積計測手段と、この容積計測手段により容積の変化を精度良く計測するに充分な所定時間が経過する間の前記タンク内での裏込材の変化容量を、この容積計測手段の計測結果に基づき演算する容積演算手段と、ピストン式の裏込注入ポンプの押出容積と前記所定時間の間の押出回数とに基づいて前記所定時間の間の理論吐出量の積算値である理論積算注入量を次式により演算する理論積算注入量演算手段と、
理論積算注入量＝押出容積＊押出回数
前記変化容量および前記理論積算注入量から補正率を次式により演算する補正率演算手段と、
補正率＝変化容量／理論積算注入量
当該補正率および前記理論積算注入量から実積算注入量を次式により演算する実積算注入量演算手段とを備え、
実積算注入量＝理論積算注入量＊補正率
この演算された実積算注入量に基づく量の裏込材を前記ポンプから吐出することを特徴とする。
【０００９】
このような本発明においては、理論積算注入量演算手段によりポンプから吐出される裏込材の理論積算注入量を求めるが、この理論積算注入量は前述の如く実際の積算注入量に比べて誤差が多いために、タンク内での裏込材の変化容量を容積演算手段で演算し、この変化容量に基づく補正率を補正率演算手段で演算し、この補正率と理論積算注入量とから実積算注入量をより正確に計測する。この際の補正率は、容積計測手段によりタンク内での裏込材の容積に関するパラメータを計測し、この計測結果から裏込材の減少量等の変化容量を求め、この変化容量に基づいて演算されるのであるが、ここでの変化容量とは、従来では計測が困難であった短時間の微少な量ではなく、所定時間経過後であって容積計測手段により確実に計測可能な量とすることで、補正率も正確に演算される。従って、これらの理論積算注入量と補正率とから、従来の電磁流量計などを用いずに、一液タイプの裏込材の実積算注入量がより正確に計測されるようになる。
また、注入開始から所定時間経過後には補正率が決定するうえ、理論積算注入量演算手段による演算はポンプが稼働している状況で常時実行可能であるから、この理論積算注入量演算手段で常時演算される理論積算注入量と前記補正率とを用いれば、実積算注入量演算手段によって実積算注入量が逐一演算されるようになり、実積算注入量がリアルタイムで計測されるようになる。
そして、計測機器としては、容積計測手段を用いればよく、高価な電磁流量計が不要になるため、装置構築が安価になる。
【００１０】
本発明の請求項３の裏込材注入装置は、請求項１または請求項２に記載の裏込材注入装置において、前記実積算注入量を表示する表示手段を備えていることを特徴とする。
このような本発明によれば、演算された実積算注入量が表示手段に表示されるので、実積算注入量が容易に認識されるようになり、管理がより正確に行われるようになる。
【００１１】
本発明の請求項４の裏込材注入装置は、請求項１ないし請求項２のいずれかに記載の裏込材注入装置において、前記容積計測手段は、前記裏込材の液面レベルを測定する距離計であることを特徴とする。
このような距離計としては、例えば超音波センサ等の反射型の液面検出センサを適用できる。そして、距離計は構造が簡単であり、タンクの構造等に大きく影響を及ぼす機器ではないから、タンクの設計が容易である。
【００１２】
本発明の請求項５の裏込材注入装置は、請求項４に記載の裏込材注入装置において、前記距離計は、前記タンクのほぼ中央近傍に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、距離計がタンクの略中央近傍に配置されているため、タンクが傾いても、その距離計で計測した液面までの距離は、タンクが傾かない状態で計測した距離と同じになり、裏込材の減少量が何ら問題なく演算される。従って、例えば本発明の装置をトンネル工事用のシールドマシーンと共に用いた場合でいえば、シールドマシーンを傾けて傾斜したトンネルを工事するにあたっても、減少量が正確に演算されるから、補正率ひいては実積算注入量が正確に計測される。
【００１３】
本発明の請求項６の裏込材注入装置は、請求項４に記載の裏込材注入装置において、前記距離計は、前記タンクの傾き成分をキャンセル可能な位置に複数配置されていることを特徴とする。
このような本発明でも、二位置でそれぞれ計測される液面までの距離を平均することで、タンクの傾きに影響されることなく裏込材の変化容量が正確に演算されるようになる。
【００１４】
本発明の請求項７の裏込材注入装置は、請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の裏込材注入装置において、前記タンク内に収容された裏込材の液面レベルを更新する液面レベル更新手段を備えていることを特徴とする。
タンク内の裏込材が少なくなると、裏込材を適宜補充する場合があるが、補充した後での液面までの距離を減少量の演算にそのまま用いると、最終的に実積算注入量が正確に求められない。これに対して本発明では、液面レベル更新手段が設けられているため、実積算注入量が正確に計測されるよう裏込材の補充の度に高さレベルを適正に更新することが可能である。
【００１５】
本発明の請求項８の裏込材注入方法は、容積の変化を精度良く計測するに充分な所定時間が経過する間のタンク内の裏込材の変化容量を演算する手順と、前記所定時間の間のポンプの理論吐出量の積算値である理論積算注入量を演算する手順と、前記変化容量および前記理論積算注入量から補正率を次式により演算する手順とを備え、
補正率＝変化容量／理論積算注入量
当該補正率および前記理論積算注入量から実積算注入量を次式により演算し、
実積算注入量＝理論積算注入量＊補正率
この演算された実積算注入量に基づく量の裏込材を前記ポンプから吐出させながら前記裏込材の注入作業を行うことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る裏込材注入装置１の概略構成を示すブロック図である。
裏込材注入装置１は、トンネル工事用のシールドマシーン２に用いられる装置であって、当該シールドマシーン２で掘進しながら設置される複数のセグメント３とトンネルの壁面との間に一液タイプの裏込材４を注入するのに用いられ、シールドマシーン２と共に前進する。なお、セグメントはシールドマシーン２に設けられたエレクタによって設置されるが、図１ではエレクタの図示を省略してある。
【００１７】
具体的に裏込材注入装置１は、裏込材４を貯留しておく裏込材注入タンク（以下、単にタンクと称す）１０と、タンク１０内の裏込材４をサクションから引き込んで注入部分に圧送するピストン式の裏込注入ポンプ（以下、単にポンプと称す）２０と、裏込材注入装置１の起動、停止等の操作を行う他、裏込材注入装置１で必要な各種の制御を行うための操作盤３０とを備えている。
【００１８】
タンク１０は、本実施形態では四角箱状とされ、貯留された裏込材４の液面レベルを計測することで、裏込材４の残量や減少量を容易に計測できるようになっている。液面レベルの計測には、タンク１０の上部に設置された超音波センサ等の反射型の液面検出センサ（距離計、容積計測手段）１１が用いられる。
【００１９】
液面検出センサ１１は、タンク１０の中央位置Ｃを境にして、掘進方向の前後に等間隔離れた位置に複数（本実施形態では一対）設けられており、傾斜したトンネルを掘進中において、裏込材４の液面が一点鎖線のように傾斜した場合でも、各液面検出センサ１１で計測した高さレベルを平均することにより、その傾き成分（傾斜による差分）がキャンセルされ、傾斜していない状態の液面レベルを計測したとの同じ結果が得られるようになっている。これらの液面検出センサ１１からの出力は、裏込材４のタンク液面レベル（パラメータ）Ｌとして操作盤３０のコントローラ３１に入力される。
【００２０】
ポンプ２０は、シリンダ内のピストンをボトム側（図中の右側）に引くことで裏込材４をタンク１０から引き込み、トップ側（図中左側）に押すことで裏込材４を注入部に押し出す。このため、サクション管および注入管にはそれぞれ、逆流防止用の逆止弁が設けられている。また、このポンプ２０には、図示しないストロークセンサ等が設けられており、このセンサからの出力は、ピストンで裏込材４を押し出す毎にポンプ押出信号としてコントローラ３１に入力される。
【００２１】
操作盤３０は、コンピュータで構成されたコントローラ３１、およびタンク１０での裏込材４の液面レベルＬを表示するタンクレベル表示部３２、注入された裏込材４の実積算注入量を表示する積算量表示部３３、ポンプ２０から吐出される裏込材４の瞬時流量を表示する瞬時流量表示部３４を備えている。
【００２２】
このうちコントローラ３１は、コンピュータプログラムからなる容積演算手段３５、理論積算注入量演算手段３６、補正率演算手段３７、実積算注入量演算手段３８、液面レベル更新手段３９を実行可能に設けられているとともに、これらのプログラムや、前記液面検出センサ１１およびストロークセンサ等から入力されるデータを記憶するための図示しない記憶手段を備えている。
【００２３】
容積演算手段３５は、各液面検出センサ１１から入力される液面レベルＬに基づいて変化量ΔＬを求め、このΔＬとタンク１０でのタンク面積（液面の表面積）ａとから実際の積算注入量であるタンク内変化容量Ｑ１を求める。例えば、図４（Ａ）、（Ｂ）を参照すると、変化量ΔＬは以下の式で求められる。
変化量ΔＬ＝液面レベルＬ１ − 液面レベルＬ２
また、変化容量Ｑ１は以下の式で求められる。
変化容量Ｑ１＝タンク面積ａ＊変化量ΔＬ
なお、変化量ΔＬは、経過時間が短時間の間では極微少であって正確に算出することが困難であるため、本実施形態では、液面レベルＬ１，Ｌ２に確実に差が出るよう所定時間経過した時点で変化量ΔＬを演算している。
ただし、そのような液面レベルＬ２は常時検出されており、タンクレベル表示部３２に表示される。
【００２４】
理論積算注入量演算手段３６は、ポンプ２０を用いた場合に理論的に求められる理論積算注入量Ｑ２を演算する手段であり、ピストンの押出容積（理論吐出量）をｑとし、ピストンの押出回数をｃとすれば、理論積算注入量Ｑ２は以下の式で求められる。
理論積算注入量Ｑ２＝押出容積ｑ＊押出回数ｃ
この際、押出容積ｑは既知の値であり、また、押出回数ｃはポンプ２０のストロークセンサからの押出信号によって得ることが可能である。
【００２５】
補正率演算手段３７は、容積演算手段３５で求められた変化容量Ｑ１、および理論積算注入量演算手段３６で求められた理論積算注入量Ｑ２から、以下の式で補正率Ｘを演算する。
補正率Ｘ＝変化容量Ｑ１ / 理論積算注入量Ｑ２
この際、変化容量Ｑ１は理論積算注入量Ｑ２よりも大きくなり得ないため、理論積算注入量Ｑ２と略等しいか、より小さい値を示す。例えば、裏込材４の注入開始直後は、小さい圧力で無理なく裏込材４を圧送できるので、ポンプ２０の吐出効率も高く、実際に注入された量である変化容量Ｑ１と理論積算注入量Ｑ２とは略等しくなって補正率Ｘも１に近い。一方、裏込材４が次第に注入されてくると、より大きな圧力で裏込材４を圧送する必要が生じるため、ポンプ２０の吐出効率も低下し、変化容量Ｑ１と理論積算注入量Ｑ２との間に差が生じて補正率Ｘが１よりも小さくなる。そして、この補正率Ｘは、所定時間経過する毎に再度演算され、より適正な値に更新される。
【００２６】
実積算注入量演算手段３８は、以下の式により理論積算注入量Ｑ２と補正率Ｘとから実積算注入量Ｑを逐一演算する。
実積算注入量Ｑ＝理論積算注入量Ｑ２＊補正率Ｘ
この式によれば、上述の式によりＸ＝Ｑ１/Ｑ２であるから、実績算注入量Ｑの演算とは、変化容量Ｑ１を算出していることになるのであるが、この変化容量Ｑ１を液面検出センサ１１の検出結果から逐一算出しようとすると、変化量が微少なために困難であるから、本実施形態では理論積算注入量Ｑ２と補正率Ｘとを用いて算出することとし、この算出結果を実積算注入量Ｑとしている。つまり、一旦補正率Ｘを決定した後の所定時間の間では、この補正率Ｘを用いて実積算注入量Ｑを逐一演算し、次いで、この所定時間の間に変化した変化容量Ｑ１から新たな補正率Ｘを演算して更新し、次の所定時間の間での実積算注入量Ｑの演算に用い、これを繰り返すのである。
そして、演算された実積算注入量Ｑは、積算量表示部３３に表示される。
【００２７】
液面レベル更新手段３９は、初期の液面レベルＬ１（図４参照）を更新する手段であって、タンク１０内の裏込材４が不足気味になり、補充した場合などに実行される。例えば、図４（Ａ）に示すように、裏込材注入装置１を起動させた直後の初期の液面レベルＬ１が「１０」を示しており、所定時間経過後の液面レベルＬ２が図４（Ｂ）に示すように「２」であれば、その差分の「８」から変化容量Ｑ１を求めることができる。しかし、この段階で、図４（Ｃ）に示すように、裏込材４を「４」だけ足して液面レベルＬ３の「６」まで補充したとし、このまま計測を続けると、再度液面レベルＬ２の「２」まで減った場合にはやはり、変化容量Ｑ１が液面レベルＬ１との差分の変化量ΔＬ＝Ｌ１−Ｌ２＝「８」となって、補充された分の注入量が何ら積算されないことになる。そこで本実施形態では、以下の式により、裏込材４を補充した際に初期の液面レベルＬ１の値を更新する。
補充後液面レベルＬ１＝補充前液面レベルＬ１＋液面レベルＬ３−液面レベルＬ２
【００２８】
さらに、説明および図示を省略するが、注入開始からの時間を計測しておき、実積算注入量Ｑをその計測時間で除することで、ポンプ２０からの裏込材４の単位時間当たりの吐出流量が求められ、この流量が瞬時流量として瞬時流量表示部３４に逐次表示されるようになっている。
【００２９】
以下には、図２、図３をも参照して、実積算注入量Ｑの演算の流れ、および補正率Ｘの演算の流れを説明する。なお、本実施形態では、各演算が別々のフローに沿って（別ルーチンで）実行されるが、各フローは互いに同期している。
先ず、図２に基づいて実積算注入量Ｑについて説明する。
ステップ（図面および以下の説明では単に「Ｓ」と略す）１では、初期設定として、ポンプ２０での押出回数Ｎをリセットし、コントローラ３１に設けられた更新カウンタのカウント数Ａを１にセットし、補正率Ｘを１にセットする。
Ｓ２では、予め設定された押出継続回数Ｎｓに更新カウンタでのカウント数Ａを乗じた値を算出し、この値に押出回数Ｎが達したかどうかを判定する。達していればＳ３に進み、達していなければＳ５に進む。初期の段階では、Ａ＝１であるも、押出回数Ｎは到底押出継続回数Ｎｓに達していないので、Ｓ５に進む。
【００３０】
Ｓ５では、実積算注入量演算手段３８により実積算注入量Ｑの演算を行う。ただし、初期の段階では、まだ補正率Ｘが演算されておらず、初期設定の「１」のままであるから、実積算注入量Ｑはそのまま理論積算注入量Ｑ２と同じになる。補正率Ｘを演算しないのは、押出回数Ｎが押出継続回数Ｎｓに達しないうちは、液面レベルＬの差が微少で正確な演算が困難だからである。また、注入初期の段階では、裏込材４がスムーズに注入され、ポンプ２０の吐出効率も高いため、理論積算注入量Ｑ２をそのまま実積算注入量Ｑとしてもさほど誤差は生じない。
Ｓ６では、操作盤３０の停止スイッチ等が押されたかどうかを判定する。押された場合には、演算を終了し、押されていない場合には、Ｓ２に戻る。
【００３１】
このＳ２において、注入が所定時間行われ、押出回数Ｎが１回目の押出継続回数Ｎｓに達すると、タンク１０内の液面レベルも正確に検出可能な高さに変位していることになるから、Ｓ３に進んで補正率Ｘを更新する。ここで、補正率Ｘは、図３に示す手順で演算された最新の値が記憶手段にストアされており、この記憶手段から読み込んで更新する。
この後のＳ４では、更新カウンタのカウント数Ａを１アップさせ、Ｓ５に進んで実積算注入量Ｑを演算する。そして、この段階において、演算によって求められた補正率Ｘが初めて用いられることになる。
その後、停止スイッチが押されていなければ、再度Ｓ２に戻って同様に繰り返す。
【００３２】
従って、例えば、押出継続回数Ｎｓとして１０００が設定されていれば、１０００回押し出すまでは、理論積算注入量Ｑ２を実積算注入量Ｑとして逐次演算して積算量表示部３３に表示し、１０００回目からは演算によって求められた補正率Ｘを用いて実積算注入量Ｑを逐次演算して表示する。また、この補正率Ｘを用いた演算は、Ｓ２の判定条件から明らかなように、押出回数Ｎが２０００に達するまで行われ、２０００回目からはまた新たな補正率Ｘで３０００回目まで演算され、以下４０００回目、５０００回目、６０００回目…と順次、補正率Ｘを更新しながら同様に繰り返す。
【００３３】
次に、図３に基づいて補正率Ｘについて説明する。
Ｓ１０では、初期設定として、初期の液面レベルＬ１（図４参照）を検出し、ポンプ２０での押出回数Ｎをリセットし、更新カウンタのカウント数Ａを１にセットし、サンプリングカウンタのカウント数Ｂをリセットする。
Ｓ１１では、予め設定された押出継続回数Ｎｓに更新カウンタでのカウント数Ａを乗じた値を算出し、この値からサンプリング回数ｎだけ減じた値を算出し、この値に押出回数Ｎが達したかどうかを監視し、達した段階でＳ１２に進む。つまり、Ｎｓ＊Ａの値に達するｎ回前になったらＳ１２以降に進み、ｎ回だけサンプリングを開始する。このサンプリング回数ｎは予め任意に決められる値である。
そして、Ｓ１２では、タンク１０内に裏込材４を補充する目的等で、注入作業が中断されていないかどうかを判定する。中断していなければＳ１３に進み、中断していればＳ２０に進む。
【００３４】
中断していない場合、Ｓ１３では、サンプリングカウンタのカウント数Ｂを１アップする。Ｓ１４では、容積演算手段３５により、液面検出センサ１１から液面レベルＬ２（図４参照）を入力して変化容量Ｑ１を演算するとともに、理論演算注入量演算手段３６により、理論積算注入量Ｑ２を演算する。
そして、Ｓ１５では、変化容量Ｑ１と理論積算注入量Ｑ２とにより補正率Ｘを演算する。
次いで、Ｓ１６では、サンプリングカウンタのカウント数Ｂがサンプリング回数ｎに達したかどうかを判定する。すなわち、Ｓ１３〜Ｓ１５の処理がサンプリング回数ｎ分だけ繰り返されることになる（サンプリングの実行）。そしてこのサンプリング回数ｎ分だけの液面レベルＬ２₁ _〜 _n、変化容量Ｑ１₁ _〜 _n、理論積算注入量Ｑ２₁ _〜 _n、および補正率Ｘ₁ _〜 _nが演算されることになり、また、これらは演算される度に記憶手段に記憶される。
【００３５】
カウント数Ｂがサンプリング回数ｎに達すると、サンプリングが終了し、Ｓ１７に進む。Ｓ１７では、サンプリングされた補正率Ｘ₁ _〜 _nを平均し、平均したその値を正規の補正率Ｘとして記憶手段に記憶する。図２のＳ３で呼び出される最新の補正率Ｘとはこの値のことである。図２、図３の各処理は同期して行われるため、図２のＳ３の側から記憶手段を読みに来た時点では、図３のＳ１７により常に最新の補正率Ｘがストアされているのである。
次いで、Ｓ１８において更新カウンタが１アップされ、Ｓ１９において注入作業が続行されていれば、Ｓ１１に戻る。
【００３６】
従って、例えば、押出継続回数Ｎｓとして１０００が設定され、サンプリング回数ｎとして１００が設定されていれば、押出回数Ｎが９００に達した段階で、つまり液面レベルＬが十分に下がって液面検出センサ１１での検出が正確に行われるようになった時点でサンプリングを開始し、１００回分の補正率Ｘ₁ _〜 _nをサンプリングとして演算し、これを平均して正規の補正率Ｘとしている。
【００３７】
ところで、Ｓ１２において、注入作業が中断され、例えば裏込材４が補充されている場合にはＳ２０に進む。Ｓ２０では、中断時の液面レベルＬ２（図４参照）を検出する。Ｓ２１では、補充作業が終了して補正率Ｘの演算を再開できる状態かどうかを監視する。再開ＯＫであればＳ２２に進む。
Ｓ２２では、補充後の液面レベルＬ３（図４参照）を検出する。この後のＳ２３では、液面レベル更新手段３９により、初期の液面レベルＬ１の更新が行われる。更新が終了したら、Ｓ１３に戻り、補正率Ｘの演算を再開する。
【００３８】
このＳ１２からの処理によれば、例えば図４（Ｃ）に示す段階から補正率Ｘの演算を再開した場合では、補充前の初期の液面レベルＬ１が「１０」であったのに対して、補充後の初期の液面レベルＬ１としては「１４」に更新されるため、図４（Ｃ）から注入作業を実施して再度図４（Ｂ）の液面レベルＬ２まで下がた時点では、変化量ΔＬ＝Ｌ１−Ｌ２＝「１２」となり、補充分が加味された値となる。
【００３９】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
(１) すなわち、裏込材注入装置１においては、理論積算注入量演算手段３６によりポンプ２０から吐出される裏込材４の理論積算注入量Ｑ２を求めるが、この理論積算注入量Ｑ２は背景技術で述べたように実積算注入量Ｑに比べて誤差が多い。そこで本実施形態では、タンク１０内での裏込材４の変化容量Ｑ１を容積演算手段３５で演算し、この変化容量Ｑ１に基づく補正率Ｘを補正率演算手段３７で演算し、この補正率Ｘと理論積算注入量Ｑ２とから実積算注入量Ｑをより正確に計測している。しかも、この際の補正率Ｘは、液面検出センサ１１によりタンク１０内での裏込材４の液面レベルＬ（Ｌ１〜Ｌ３）を計測し、この計測結果から裏込材４の変化量ΔＬひいては減少量である変化容量Ｑ１を求め、この変化容量Ｑ１に基づいて演算されるのであるが、ここでの変化容量Ｑ１とは、従来では計測が困難であった短時間の微少な量ではなく、所定の押出回数Ｎをこなした所定時間経過後であって、液面検出センサ１１により確実に計測可能な量であり、補正率Ｘを正確に演算できる。従って、これらの理論積算注入量Ｑ２と補正率Ｘとから、従来の電磁流量計などを用いずに、一液タイプの裏込材４の実積算注入量Ｑをより正確に計測できる。
【００４０】
(２) また、注入開始から押出継続回数Ｎｓ経過後には、演算による補正率Ｘが決定するうえ、理論積算注入量演算手段３６による演算はポンプ２０が稼働している状況で常時実行可能であるから、この理論積算注入量演算手段３６で常時演算される理論積算注入量Ｑ２と前記補正率Ｘとを用いれば、実積算注入量演算手段３８によって実積算注入量Ｑを逐一演算でき、実積算注入量Ｑをリアルタイムで計測できる。
【００４１】
(３) 最初の押出継続回数Ｎｓ以前は、補正率Ｘのデフォルト値として１がセットされており、理論積算注入量Ｑ２がそのまま実積算注入量Ｑとして算出されることになるが、注入初期の段階では、裏込材４をポンプ２０で無理なく注入でき、ポンプ２０の吐出効率も高いため、ポンプ２０での理論積算注入量Ｑ２をそのまま実積算注入量Ｑとして扱っても問題がなく、その間の補正率Ｘを演算によって求める必要がない分、処理フローを簡素化できる。
【００４２】
(４) そして、計測機器としては、超音波センサ等の液面検出センサを用いればよく、高価な電磁流量計を不要にできるため、裏込材注入装置１を安価に構築できる。
【００４３】
(５) さらに、操作盤３０には、実積算注入量Ｑを表示する積算量表示部３３が設けられているため、演算された実積算注入量Ｑを逐次表示でき、実積算注入量Ｑを容易に認識できて管理をより正確に行える。
【００４４】
(６) 裏込材注入装置１では、タンク１０内の裏込材４の容量を演算するパラメータとして、裏込材４の液面レベルＬを計測しており、この計測には距離計である液面検出センサ１１を用いているのであるが、このような液面検出センサ１１は構造が簡単であり、タンク１０の構造等に大きく影響を及ぼす機器ではないから、タンク１０の設計の自由度が大きく、容易に設計できる。
【００４５】
(７) そして、液面検出センサ１１は、タンク１０の傾き成分をキャンセル可能な位置に一対配置されているため、二位置でそれぞれ計測される液面までの距離すなわち液面レベルＬ２を平均することで、タンク１０の傾きに影響されることなく裏込材４の変化容量Ｑ１を正確に演算できる。
【００４６】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
例えば、前記実施形態では、液面検出センサ１１が一対設けられ、タンク１０の傾きに影響されずに変化容量Ｑ１を演算できるようになっていたが、そのような液面検出センサ１１を一つだけ用い、タンク１０の中央位置Ｃの近傍に配置してもよく、このような場合でもタンク１０の傾きに影響されずに変化容量Ｑ１を演算できる。
【００４７】
また、前記実施形態では、液面レベルＬ２をサンプリング回数ｎだけ取得して補正率Ｘを求めていたが、一回の液面レベルＬ２の検出で補正率Ｘを算出してもよい。図５には、そのような場合のフローが示されている。このフローは、変化容量Ｑ１と理論積算注入量Ｑ２とを一つのルーチン内で演算するようになっている。以下には、具体的に説明する。
図５において、Ｓ３０では、初期設定として、初期の液面レベルＬ１（図４参照）を検出し、ポンプ２０での押出回数Ｎをリセットし、更新カウンタのカウント数Ａを１にセットし、補正率Ｘを１にセットする。
Ｓ３１では、タンク１０内に裏込材４を補充する目的等で、注入作業が中断されていないかどうかを判定する。中断していなければＳ３２に進み、中断していればＳ２０に進む。なお、Ｓ２０以降については、前記実施形態と同じであるため、ここでの説明を省略する。
【００４８】
Ｓ３２では、予め設定された押出継続回数Ｎｓに更新カウンタでのカウント数Ａを乗じた値を算出し、この値に押出回数Ｎが達したかどうかを判定する。達していればＳ３３に進み、達していなければＳ３６に進んで実積算注入量Ｑを演算する。初期の段階では、Ａ＝１であるも、押出回数Ｎは到底押出継続回数Ｎｓに達していないので、Ｓ３４、Ｓ３５をスキップしてＳ３６に進む。このスキップは、押出回数Ｎが押出継続回数Ｎｓ＊カウント数Ａに達するまで、すなわち、液面の変化量ΔＬが確実に検出できるようになるまで継続され、その間はデフォルトとして設定された補正率Ｘで実積算注入量Ｑを演算する。
そして、押出回数Ｎが押出継続回数Ｎｓに達すると、Ｓ３３、Ｓ３４において、演算により補正率Ｘを求め、Ｓ３５でカウンタを１アップさせた後に、その演算によって求められた補正率Ｘで実積算注入量Ｑを演算する。この後、Ｓ３７にて注入作業が継続されていると判断されれば、Ｓ３１に戻り、以上を繰り返す。
【００４９】
このような処理では、押出継続回数Ｎｓとして１０００が設定されていれば、１０００回の押出毎に１回の補正率Ｘの更新を行うが、この補正率Ｘは前述の実施形態とは異なって複数回サンプリングされた値の平均値ではなく、液面レベルＬ２の一回の検出で求められるため、処理を大幅に簡略化できる。
【００５０】
前記実施形態では、ポンプ２０としてピストンポンプを採用したが、これに限らず、いわゆる回転型のポンプであってもよい。
また、本発明に係る容積計測手段としては距離計に限定されず、種々のタイプの液面計でもよい。ただし、裏込材の硬化性等を考慮した場合、距離計とすることが望ましい。
【００５１】
前記実施形態では、裏込材注入装置１をトンネル工事用のシールドマシーン２に用いた例を説明したが、本発明の裏込材注入装置はこれに限定されるものではなく、液性の裏込材の注入作業を行う場合であれば、どのような場合でも用いることができる。この場合、一液性の裏込材に限らず、二液性の裏込材に適用することも可能である。
【００５２】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
従って、上記に開示した形状、数量などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、数量などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る裏込材注入装置の概略構成を示すブロック図。
【図２】実積算注入量の計測を説明するためのフローチャート。
【図３】補正率の計測を説明するためのフローチャート。
【図４】高さレベルの更新を説明するための模式図。
【図５】本発明の変形例を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１…裏込材注入装置、４…裏込材、１０…タンク、１１…液面検出センサ（距離計、容積計測手段）、２０…ポンプ、３３…積算量表示部（表示手段）、３５…容積演算手段、３６…理論積算注入量演算手段、３７…補正率演算手段、３８…実積算注入量演算手段、３９…液面レベル更新手段、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３…液面レベル（パラメータ）、ｑ…押出容積、Ｑ…実積算注入量、Ｑ１…変化容量、Ｑ２…理論積算注入量、Ｘ…補正率。

Claims

タンク（１０）内に貯留された裏込材（４）の容積に関するパラメータ（Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）を計測する容積計測手段（１１）と、
この容積計測手段（１１）により容積の変化を精度よく計測するに十分な所定時間が経過する間の前記タンク（１０）内での裏込材（４）の変化容量（Ｑ１）を、当該容積計測手段（１１）による計測結果に基づいて演算する容積演算手段（３５）と、
前記所定時間の間のポンプ（２０）の理論吐出量の積算値である理論積算注入量（Ｑ２）を演算する理論積算注入量演算手段（３６）と、
前記変化容量（Ｑ１）および前記理論積算注入量（Ｑ２）から補正率（Ｘ）を次式により演算する補正率演算手段（３７）と、
補正率（Ｘ）＝変化容量（Ｑ１） / 理論積算注入量（Ｑ２）
当該補正率（Ｘ）および前記理論積算注入量（Ｑ２）から実積算注入量（Ｑ）を次式により演算する実積算注入量演算手段（３８）とを備え、
実積算注入量（Ｑ）＝理論積算注入量（Ｑ２）＊補正率（Ｘ）
この演算された実積算注入量（Ｑ）に基づく量の裏込材（４）を前記ポンプ（２０）から吐出する
ことを特徴とする裏込材注入装置（１）。
タンク（１０）内に貯留された裏込材（４）の容積に関するパラメータ（Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）を計測する容積計測手段（１１）と、
この容積計測手段（１１）により容積の変化を精度良く計測するに充分な所定時間が経過する間の前記タンク（１０）内での裏込材（４）の変化容量（Ｑ１）を、この容積計測手段（１１）の計測結果に基づき演算する容積演算手段（３５）と、
ピストン式の裏込注入ポンプ（２０）の押出容積（ｑ）と前記所定時間の間の押出回数（Ｃ）とに基づいて前記所定時間の間の理論吐出量の積算値である理論積算注入量（Ｑ２）を次式により演算する理論積算注入量演算手段（３６）と、
理論積算注入量（Ｑ２）＝押出容積（ q ）＊押出回数（ｃ）
前記変化容量（Ｑ１）および前記理論積算注入量（Ｑ２）から補正率（Ｘ）を次式により演算する補正率演算手段（３７）と、
補正率（Ｘ）＝変化容量（Ｑ１）／理論積算注入量（Ｑ２）
当該補正率（Ｘ）および前記理論積算注入量（Ｑ２）から実積算注入量（Ｑ）を次式により演算する実積算注入量演算手段（３８）とを備え、
実積算注入量（Ｑ）＝理論積算注入量（Ｑ２）＊補正率（Ｘ）
この演算された実積算注入量（Ｑ）に基づく量の裏込材（４）を前記ポンプ（２０）から吐出する
ことを特徴とする裏込材注入装置（１）。
請求項１または請求項２に記載の裏込材注入装置（１）において、
前記実積算注入量（Ｑ）を表示する表示手段（３３）を備えている
ことを特徴とする裏込材注入装置（１）。
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の裏込材注入装置（１）において、
前記容積計測手段（１１）は、前記裏込材の液面レベル（Ｌ，Ｌ１，Ｌ２，Ｌ３）を測定する距離計（１１）である
ことを特徴とする裏込材注入装置（１）。
請求項４に記載の裏込材注入装置（１）において、
前記距離計（１１）は、前記タンク（１０）のほぼ中央近傍に配置されていることを特徴とする裏込材注入装置（１）。
請求項４に記載の裏込材注入装置（１）において、
前記距離計（１１）は、前記タンク（１０）の傾き成分をキャンセル可能な位置に複数配置されている
ことを特徴とする裏込材注入装置（１）。
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の裏込材注入装置（１）において、
前記タンク（１０）内に収容された裏込材（４）の液面レベル（Ｌ１）を更新する液面レベル更新手段（３９）を備えている
ことを特徴とする裏込材注入装置（１）。
容積の変化を精度良く計測するに充分な所定時間が経過する間のタンク（１０）内の裏込材（４）の変化容量（Ｑ１）を演算する手順と、
前記所定時間の間のポンプ（２０）の理論吐出量の積算値である理論積算注入量（Ｑ２）を演算する手順と、
前記変化容量（Ｑ１）および前記理論積算注入量（Ｑ２）から補正率（Ｘ）を次式により演算する手順とを備え、
補正率（Ｘ）＝変化容量（Ｑ１）／理論積算注入量（Ｑ２）
当該補正率（Ｘ）および前記理論積算注入量（Ｑ２）から実積算注入量（Ｑ）を次式により演算し、
実積算注入量（Ｑ）＝理論積算注入量（Ｑ２）＊補正率（Ｘ）
この演算された実積算注入量（Ｑ）に基づく量の裏込材（４）を前記ポンプ（２０）から吐出させながら前記裏込材（４）の注入作業を行う
ことを特徴とする裏込材注入方法。