JP4841403B2

JP4841403B2 - シールドトンネルの施工管理装置及び施工管理プログラム

Info

Publication number: JP4841403B2
Application number: JP2006313137A
Authority: JP
Inventors: 勝河越
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2006-11-20
Filing date: 2006-11-20
Publication date: 2011-12-21
Anticipated expiration: 2026-11-20
Also published as: JP2008127840A

Description

本発明は、シールドマシンの胴筒の後端部の内周面とセグメント壁構造体の前端部の外周面との間の距離であるテールクリアランスを表示できて、シールドマシンの胴筒の後端部の内周面とセグメント壁構造体の前端部の外周面との衝突によるセグメント壁構造体の欠けや割れを防止できるシールドトンネルの施工管理方法及び施工管理プログラムに関する。

シールドマシンを設計計画線に合わせて掘進させる場合に、シールドマシンの実際の掘進路と設計計画線とのずれをリアルタイムないし所定時間ごとに算出することによって、掘進中のシールドマシンの位置や掘進方向を把握する技術が知られている。
特開平１０−２８０８７１号公報

しかしながら、特許文献１の従来技術では、シールドマシンの胴筒の後端部の内周面とセグメント壁構造体の前端部の外周面との間の距離、即ち、テールクリアランスが小さい場合において、シールドマシンを実際に進行させた場合に、シールドマシンの胴筒の後端部の内周面とセグメント壁構造体の前端部の外周面とが衝突して、セグメント壁構造体が欠けたり割れたりするという課題があった。

本発明のシールドトンネルの施工管理装置は、プログラムとプログラムに従って処理を実行するコンピュータとにより実現された処理装置と処理装置に接続された入力装置及び出力装置とを備えたシールドトンネルの施工管理装置において、処理装置が、シールドマシンの現状情報を入力して出力装置にシールドマシンの現状図を表示させるシールドマシン現状出力処理手段と、セグメントにより形成されるセグメント壁構造体の現状情報を入力して出力装置にセグメント壁構造体の現状図を表示させるセグメント現状出力処理手段と、現状のシールドマシンの胴筒の後端部の内周面とセグメント壁構造体の先端部の外周面の先端縁との間の最短距離のうちの最小値を出力装置に表示させるとともに、胴筒の内周面の後端縁とセグメント壁構造体の先端部の外周面との間の最短距離のうちの最小値を出力装置に表示させるテールクリアランス出力処理手段とを備えた。
シールドトンネルの施工計画線情報を入力して出力装置に施工計画線を表示させる施工計画線出力処理手段と、シールドマシンの進行予想情報を入力してシールドマシンの現状図に対するシールドマシンの進行予想図を出力装置に表示させるシールドマシン進行予想出力処理手段と、進行予想図と施工計画線とのずれを算出して出力装置に表示させるシールドマシンずれ出力処理手段とを備えたことも特徴とする。
シールドトンネルの施工計画線情報を入力して出力装置に施工計画線を表示させる施工計画線出力処理手段と、セグメント壁構造体の施工予想情報を入力してセグメント壁構造体の現状図に対するセグメント壁構造体の施工予想図を出力装置に表示させるセグメント施工予想出力処理手段と、施工予想図と施工計画線とのずれを算出して出力装置に表示させるセグメントずれ出力処理手段とを備えたことも特徴とする。
本発明のシールドトンネルの施工管理プログラムは、コンピュータを、シールドマシンの現状情報に基づいて出力装置にシールドマシンの現状図を表示させるシールドマシン現状出力処理手段、セグメントにより形成されるセグメント壁構造体の現状情報に基づいて出力装置にセグメント壁構造体の現状図を表示させるセグメント現状出力処理手段、現状のシールドマシンの胴筒の後端部の内周面とセグメント壁構造体の先端部の外周面の先端縁との間の最短距離のうちの最小値を出力装置に表示させるとともに、胴筒の内周面の後端縁とセグメント壁構造体の先端部の外周面との間の最短距離のうちの最小値を出力装置に表示させるテールクリアランス出力処理手段として機能させることを特徴とする。

本発明に係るシールドトンネルの施工管理装置によれば、テールクリアランス出力処理手段を備え、テールクリアランスの最小値を表示するので、シールドマシンの胴筒の後端部とセグメント壁構造体の先端部との衝突によるセグメント壁構造体の欠けや割れを防止でき、高品質のシールドトンネルを施工できる。
シールドマシンずれ出力処理手段を備えたので、施工計画線から極端にずれないようにシールドマシンの進行を管理でき、施工計画に近いシールドトンネルを施工できる。
セグメントずれ出力処理手段を備えたので、施工計画線から極端にずれないようにセグメント壁構造体の施工を管理でき、施工計画に近いシールドトンネルを施工できる。
本発明のシールドトンネルの施工管理プログラムによれば、コンピュータを上記シールドトンネルの施工管理装置の処理装置として機能させることができる。

図１乃至図３は本発明の最良の形態を示し、図１はシールドトンネルの施工管理装置をブロック図で示し、図２はシールドマシン及びセグメント壁構造体の構造を示し、図３はシールドトンネルの施工管理装置により表示装置の画面に表示された施工管理図を示す。

図２を参照し、管理対象であるシールドマシン１の構造について説明する。シールドマシン１は、カッタヘッド２、円筒状の胴筒３、油圧式の推進ジャッキ４、カッタヘッドの駆動機構５、その他図外のセグメントリング組立装置（エレクター）、制御部、操縦室などを備える。

シールドマシン１は、胴筒３の後端部における内周面に、内周面に沿って所定の間隔を隔てて配置された複数の推進ジャッキ４を備える。
シールドマシン１は、推進ジャッキ４のピストン７を伸ばしてピストン７の後端をセグメント壁構造体８Ａの先頭のセグメントリング８の前端面に押し当ててセグメント壁構造体８Ａからの反力を受けることによって前方への推進力を得ながら、胴筒３の前側に回転可能に設けられたカッタヘッド２を駆動機構５で回転させることによって、カッタヘッド２が地盤９を掘削しながら掘進する。
複数の推進ジャッキ４のピストン７の伸ばし量を調整することによって胴筒３の進行方向を制御できる。

シールドマシン１は、例えば図外の始発竪坑から到達竪坑まで掘進するが、最初は、推進ジャッキ４のピストン７を伸ばしてピストン７の先端を始発竪坑内に設けた反力受板に押し当てることによって得られる反力受板からの反力を受けながらカッタヘッド２を回転させることによって前方に推進する。そして、所定の距離だけ前進したならば、シールドマシン１の後方に、セグメント壁構造体８Ａを周方向に接合してなるセグメントリング８を形成するとともにセグメントリング８の前端面に新たなセグメントリング８を順次継ぎ足していくことで筒状のセグメント壁構造体８Ａを形成する。地盤とセグメント壁構造体８Ａの外周面との間にはモルタルやコンクリートのような裏込材１０が充填される。筒状のセグメント壁構造体８Ａが形成された後は、推進ジャッキ４のピストン７を伸ばしてピストン７の後端をセグメント壁構造体８Ａの前端面に押し当ててセグメント壁構造体８Ａからの反力を受けることによってシールドマシン１が推進する。そして、シールドマシン１が所定距離だけ推進する毎に、セグメント壁構造体８Ａの先頭のセグメントリング８の前端面に新たなセグメントリング８を順次継ぎ足していき、推進ジャッキ４のピストン７の後端を、その際の一番前側に位置する先頭のセグメントリング８の前端面に押し当てることによってシールドマシン１が前方への推進力を得て掘進する。以上を繰り返していくことで、始発竪坑と到達竪坑との間にセグメント壁構造体８Ａによるシールドトンネル壁を構築する。
尚、セグメント壁構造体８Ａの先頭部は、胴筒３の後端開口から胴筒３の内側にセグメントリング８が２つ分程度入り込むように施工される。

次に、図１を参照し、シールドトンネルの施工管理装置２０を説明する。
施工管理装置２０は、処理装置２１と入力装置としてのキーボード装置２２と出力装置としての表示装置２３とを備える。
処理装置２１は、施工計画線出力処理手段３１、シールドマシン現状出力処理手段３２、セグメント現状出力処理手段３３、シールドマシン進行予想出力処理手段３４、セグメント施工予想出力処理手段３５、テールクリアランス出力処理手段３６、シールドマシンずれ出力処理手段３７、セグメントずれ出力処理手段３８を備える。

施工計画線出力処理手段３１は、シールドトンネルの施工計画線情報を入力し、この入力した施工計画線情報に基づいて表示装置２３の画面２４に施工計画線を表示する。
シールドマシン現状出力処理手段３２は、シールドマシン１の現状情報としてシールドマシン１の現状の位置情報と方向情報とを入力し、この入力した現状情報に基づいて画面２４にシールドマシン１の現状を表示する。
セグメント現状出力処理手段３３は、セグメント壁構造体８Ａの現状情報としてセグメント壁構造体８Ａの現状の位置情報と方向情報とを入力し、この入力した現状情報に基づいて画面２４にセグメント壁構造体８Ａの現状を表示する。
シールドマシン１及びセグメント壁構造体８Ａの現状情報は、シールドマシン１に取り付けられた図外の光学式測量装置やジャイロ式測量装置などの測量装置で計測された測量結果により得られる。

シールドマシン進行予想出力処理手段３４は、シールドマシン１の現状状態からの進行予想情報としてシールドマシン１の進行予想位置と進行予想方向とを入力し、この入力した進行予想情報に基づいて画面２４にシールドマシン１の進行予想を表示する。
セグメント施工予想出力処理手段３５は、セグメント壁構造体８Ａの現状状態からの施工予想情報としてセグメント壁構造体８Ａの施工予想位置と施工予想方向とを入力し、この入力した現状情報に基づいて画面２４にセグメント壁構造体８Ａの施工予想を表示する。

テールクリアランス出力処理手段３６は、シールドマシン１の現状とセグメント壁構造体８Ａの現状とに基づいて、現状のシールドマシン１の胴筒３の後端部４３の内周面４４と現状のセグメント壁構造体８Ａの先端部４５の外周面４６との間の最短距離のうちの最小値であるテールクリアランスを算出し、このテールクリアランスの位置と値とを画面２４に表示する。
シールドマシンずれ出力処理手段３７は、シールドマシン進行予想の中心線の先端と施工計画線との間の最短距離を算出して画面２４に表示する。
セグメントずれ出力処理手段３８は、セグメント施工予想の中心線の先端と施工計画線との間の最短距離を算出して画面２４に表示する。

施工計画線出力処理手段３１、シールドマシン現状出力処理手段３２、セグメント現状出力処理手段３３、シールドマシン進行予想出力処理手段３４、セグメント施工予想出力処理手段３５、テールクリアランス出力処理手段３６、シールドマシンずれ出力処理手段３７、セグメントずれ出力処理手段３８は、コンピュータと、コンピュータを各処理手段３１乃至３８として機能させるシールドトンネルの施工管理プログラムとにより形成される。言い換えれば、処理装置２１は、施工管理プログラムと、施工管理プログラムに従って処理を実行するコンピュータとにより実現される。

図１乃至図３を参照し、施工管理装置２０を用いたシールドトンネルの施工管理方法を説明する。尚、図３において、大きな丸内の図は小さな丸内の部分の拡大図である。
シールドトンネルの施工管理者が、キーボード装置２２を操作してシールドトンネルの施工計画線を表示させるための施工計画線情報を処理装置２１に入力する。例えば、処理装置２１により表示装置２３の画面２４に作成した現場地中図２５における座標情報を施工計画線情報として処理装置２１に入力することによって、施工計画線出力処理手段３１が、表示装置２３の画面２４に表示した現場地中図２５中に座標情報に基づいた施工計画線４０を表示する。
施工管理者が、上述した測量装置からトンネル施工中のシールドマシン１及びセグメントリング８の現状の位置情報と現状の方向情報とからなる現状情報をリアルタイムに入手する毎に処理装置２１に入力する。これにより、シールドマシン現状出力処理手段３２が、入力した現状情報に基づいて画面２４にシールドマシン１の現状図４１を表示するとともに、セグメント現状出力処理手段３３が、入力した現状情報に基づいて画面２４にセグメント壁構造体８Ａの現状図４２を表示する。

施工管理者が、テールクリアランス表示コマンドを処理装置２１に入力すると、テールクリアランス出力処理手段３６は、シールドマシン１の現状図４１とセグメント壁構造体８Ａの現状図４２とから、現状のシールドマシン１の胴筒３の後端部４３の内周面４４と現状のセグメント壁構造体８Ａの先端部４５の外周面４６との間の最短距離、即ち、テールクリアランスを算出する。

尚、テールクリアランスは、セグメント壁構造体８Ａ及びシールドマシン１の胴筒３の周位置において値が各々異なるため、最良の形態のシールドマシン現状出力処理手段３２及びセグメント現状出力処理手段３６は、シールドマシン１の方向とセグメント壁構造体８Ａの方向とのずれが最大となる現状図４１と現状図４２とを表示し、テールクリアランス出力処理手段３６は、現状のシールドマシン１の胴筒３の後端部４３の内周面４４とセグメント壁構造体８Ａの先端部４５の外周面４６の先端縁４７との間の周位置において値が各々異なる最短距離Ａのうちの最小値Ａ１を表示するとともに、胴筒３の内周面４８の後端縁４９とセグメント壁構造体８Ａの先端部４５の外周面４６との間の周位置において値が各々異なる最短距離Ａのうちの最小値Ａ２を表示する。

最小値Ａ１やＡ２が所定値Ｘ（例えば１０ｍｍ）以下である場合には、シールドマシン１を実際に進行させた場合に、シールドマシン１の胴筒３の後端部４３の内周面４４とセグメント壁構造体８Ａの外周面４６の先端縁４７との衝突や、胴筒３の内周面４８の後端縁４９とセグメント壁構造体８Ａの先端部４５の外周面４６との衝突によって、セグメント壁構造体８Ａが欠けたり、割れたりする可能性が高い。

そこで、最小値Ａ１やＡ２が所定値Ｘ以下である場合には、施工管理者が、最小値Ａ１やＡ２を所定値Ｘより大きくする方向にシールドマシン１を進行させるための進行予想情報を処理装置２１に入力する。これにより、シールドマシン進行予想出力処理手段３４が、入力した進行予想情報に基づいて画面２４にシールドマシン１の進行予想図５１を表示する。

シールドマシン進行予想出力処理手段３４が画面２４にシールドマシン１の進行予想図５１を表示した後に、施工管理者が、シールドマシンずれ表示コマンドを処理装置２１に入力する。これにより、シールドマシンずれ出力処理手段３７は、施工計画線４０とシールドマシン１の進行予想図５１の中心線５２の先端５３との間の最短距離Ｂを算出して画面２４に表示する。

最短距離Ｂが所定値Ｙ（例えば２５ｍ）以上である場合において、シールドマシンずれ出力処理手段３７が所定値Ｙ以上の最短距離Ｂを表示しなくなるまで、施工管理者は、最短距離Ｂを所定値Ｙより小さくする方向にシールドマシン１の現状からの進行予想情報を入力し直す。

最小値Ａ１やＡ２が所定値Ｘを超え、最短距離Ｂが所定値Ｙを超えないようなシールドマシン１の進行予想情報が得られた場合に、施工管理者は、当該シールドマシン１の進行予想情報をシールドマシン１の運転者に指示する。
運転者は、施工管理者から指示された進行予想情報に基づいてシールドマシン１を運転する。

施工管理者が、シールドマシン１の進行予想情報を参考にしてセグメントリング８の施工予想情報を処理装置２１に入力すると、セグメント施工予想出力処理手段３５が、セグメント壁構造体８Ａの施工予想図６１を表示する。
施工予想図６１が表示された後に、施工管理者が、セグメントずれ表示コマンドを処理装置２１に入力すると、セグメントずれ出力処理手段３８は、施工計画線４０とセグメント壁構造体８Ａの施工予想図６１の中心線６２の先端６３との間の最短距離Ｃを算出して画面２４に表示する。
最短距離Ｃが所定値Ｚ（例えば２５ｍ）以上である場合において、セグメントずれ出力処理手段３８が所定値Ｙ以上の最短距離Ｃを表示しなくなるまで、施工管理者は、最短距離Ｃを所定値Ｚより小さくする方向にセグメント壁構造体８Ａの現状からの施工予想情報を入力し直す。
最短距離Ｃが所定値Ｚを超えないようなセグメント壁構造体８Ａの施工予想情報が得られた場合に、施工管理者は、当該セグメント壁構造体８Ａの施工予想情報に適合した施工を行うために必要なセグメント片８ａの種類、セグメント片８ａの設置位置などのセグメント仕様をセグメント施工者に指示する。

最良の形態によれば、テールクリアランス出力処理手段３６を備えたので、テールクリアランスの最小値Ａ１やＡ２が所定値Ｘ以下とならないように施工管理でき、シールドマシン１を実際に進行させた場合に、シールドマシン１の胴筒３の後端部４３の内周面４４とセグメント壁構造体８Ａの外周面４６の先端縁４７との衝突や、胴筒３の内周面４８の後端縁４９とセグメント壁構造体８Ａの先端部４５の外周面４６との衝突を防止できるので、セグメント壁構造体８Ａの欠けや割れを防止でき、高品質のシールドトンネルを施工できるようになる。

最良の形態によれば、シールドマシンずれ出力処理手段３７を備えたので、最短距離Ｂが所定値Ｙを超えないように施工管理できるので、施工計画線４０から極端にずれないようにシールドマシン１の進行を管理でき、施工計画に近いシールドトンネルを施工できるようになる。

最良の形態によれば、セグメントずれ出力処理手段３８を備えたので、最短距離Ｃが所定値Ｚを超えないように施工管理できるので、施工計画線４０から極端にずれないようにセグメント壁構造体８Ａの施工を管理でき、施工計画に近いシールドトンネルを施工できるようになる。

本発明のシールドマシンの施工管理装置は、断面矩形筒状の胴筒３を備えたシールドマシン１の施工管理にも適用できる。推進ジャッキ４は油圧式以外のものでもよい。
最小値Ａ１やＡ２が所定値Ｘ以下である場合にのみその数値を表示するテールクリアランス出力処理手段３６を設けても良い。
最短距離Ｂが所定値Ｙ以上である場合にのみその数値を表示するシールドマシンずれ出力処理手段３７を設けても良い。
最短距離Ｃが所定値Ｚ以上である場合にのみその数値を表示するセグメントずれ出力処理手段３８を設けても良い。
所定値Ｘは、最低１０ｍｍ、好ましくは２５ｍｍ〜３０ｍｍ程度に設定すればよい。最短距離Ｂや最短距離Ｃは、現場に応じて任意に設定すればよい。

施工管理装置を示すブロック図（最良の形態）。シールドマシン及びセグメント壁構造体の構造を示す断面図（最良の形態）。表示装置の画面に表示された施工管理図（最良の形態）。

符号の説明

１シールドマシン、３胴筒、８Ａセグメント壁構造体、２０施工管理装置、
２１処理装置、２２キーボード装置（入力装置）、２３表示装置（出力装置）、
３１施工計画線出力処理手段、３２シールドマシン現状出力処理手段、
３３セグメント現状出力処理手段、３４シールドマシン進行予想出力処理手段、
３５セグメント施工予想出力処理手段、３６テールクリアランス出力処理手段、
３７シールドマシンずれ出力処理手段、３８セグメントずれ出力処理手段、
４１シールドマシンの現状図、４２セグメント壁構造体の現状図。

Claims

プログラムとプログラムに従って処理を実行するコンピュータとにより実現された処理装置と処理装置に接続された入力装置及び出力装置とを備えたシールドトンネルの施工管理装置において、処理装置が、シールドマシンの現状情報を入力して出力装置にシールドマシンの現状図を表示させるシールドマシン現状出力処理手段と、セグメントにより形成されるセグメント壁構造体の現状情報を入力して出力装置にセグメント壁構造体の現状図を表示させるセグメント現状出力処理手段と、現状のシールドマシンの胴筒の後端部の内周面とセグメント壁構造体の先端部の外周面の先端縁との間の最短距離のうちの最小値を出力装置に表示させるとともに、胴筒の内周面の後端縁とセグメント壁構造体の先端部の外周面との間の最短距離のうちの最小値を出力装置に表示させるテールクリアランス出力処理手段とを備えたことを特徴とするシールドトンネルの施工管理装置。
シールドトンネルの施工計画線情報を入力して出力装置に施工計画線を表示させる施工計画線出力処理手段と、シールドマシンの進行予想情報を入力してシールドマシンの現状図に対するシールドマシンの進行予想図を出力装置に表示させるシールドマシン進行予想出力処理手段と、進行予想図と施工計画線とのずれを算出して出力装置に表示させるシールドマシンずれ出力処理手段とを備えたことを特徴とする請求項１に記載のシールドトンネルの施工管理装置。
シールドトンネルの施工計画線情報を入力して出力装置に施工計画線を表示させる施工計画線出力処理手段と、セグメント壁構造体の施工予想情報を入力してセグメント壁構造体の現状図に対するセグメント壁構造体の施工予想図を出力装置に表示させるセグメント施工予想出力処理手段と、施工予想図と施工計画線とのずれを算出して出力装置に表示させるセグメントずれ出力処理手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のシールドトンネルの施工管理装置。
コンピュータを、シールドマシンの現状情報に基づいて出力装置にシールドマシンの現状図を表示させるシールドマシン現状出力処理手段、セグメントにより形成されるセグメント壁構造体の現状情報に基づいて出力装置にセグメント壁構造体の現状図を表示させるセグメント現状出力処理手段、現状のシールドマシンの胴筒の後端部の内周面とセグメント壁構造体の先端部の外周面の先端縁との間の最短距離のうちの最小値を出力装置に表示させるとともに、胴筒の内周面の後端縁とセグメント壁構造体の先端部の外周面との間の最短距離のうちの最小値を出力装置に表示させるテールクリアランス出力処理手段として機能させることを特徴とするシールドトンネルの施工管理プログラム。