JP5417232B2 - Exploration system, shield machine and shield machine excavation method - Google Patents
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Description
本発明は、切羽近傍の地山情報を探査するための探査システム及びその探査システムを備えたシールド機並びにそのシールド機を用いた掘進工法に関する。 The present invention relates to an exploration system for exploring natural ground information in the vicinity of a face, a shield machine equipped with the exploration system, and an excavation method using the shield machine.
従来より、シールド工法では、シールド機の進行方向前方又はシールド機直上の地山情報を取得しながらトンネルを掘削する。 Conventionally, in the shield method, a tunnel is excavated while acquiring ground information in front of the shield machine in the traveling direction or just above the shield machine.
例えば、特許文献1には、シールド機の上部に、シールド機本体の外殻から出没可能にジャッキを設けて、シールド機直上の地山の強度を測定する方法が開示されている。
For example,
また、特許文献2には、シールド機の内部に、カッターヘッドよりも進行方向前方に出没可能にロータリーパーカションドリルを設けて、進行方向前方の地山の強度を測定する方法が開示されている。
また、特許文献3には、カッタービットに歪ゲージを取り付けて、切羽を削孔する際の歪量を測定することにより切削抵抗を検出する方法が開示されている。 Patent Document 3 discloses a method of detecting cutting resistance by attaching a strain gauge to a cutter bit and measuring the amount of strain when drilling a face.
しかしながら、上述した各方法では、シールド機直上の地山の強度、進行方向前方の地山の強度、地山の切削抵抗のいずれか1つの地山情報しか得ることができない。このため、たとえ自立する地山区間を掘進していても、安全上の観点から、予め設計等により決定された所定の切羽土圧で掘削しなければならないので、掘削抵抗を低減できず、掘進速度を上げることができないという問題点があった。 However, in each of the above-described methods, it is possible to obtain only one natural ground information of the strength of the natural ground just above the shield machine, the strength of the natural ground ahead of the traveling direction, and the cutting resistance of the natural ground. For this reason, even if excavating a self-supporting natural ground section, from a safety standpoint, it is necessary to excavate at a predetermined face pressure determined in advance by design, etc. There was a problem that the speed could not be increased.
そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、切羽近傍の複数箇所の地山情報を取得し、それら複数の地山情報に基づいて地山の安定度を判定可能な探査システム及びこの探査システムを備えたシールド機並びにこのシールド機を用いた掘進工法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and can acquire ground information at a plurality of locations near the face and determine the stability of the ground based on the plurality of ground information. An object of the present invention is to provide an exploration system, a shield machine equipped with the exploration system, and an excavation method using the shield machine.
本発明は、シールド機に設置されて切羽近傍の地山の安定度を探査するための探査システムであって、
前記シールド機内の上部に、前記シールド機の外殻から出没可能に設置され、当該外殻から外方へ突出して前記地山に貫入しながら、その貫入圧力及び貫入量を測定可能な上部探査装置と、
前記シールド機内に、前記シールド機のカッターヘッドよりも進行方向前方に出没可能に設置され、当該カッターヘッドよりも前方へ突出して前記地山を削孔しながら、削孔エネルギー及び削孔速度を測定可能な前方探査装置と、
前記カッターヘッドに設置され、前記カッターヘッドを回転させて切羽を切削しながら、切削抵抗を測定可能な切削抵抗検出装置と、
前記上部探査装置、前記前方探査装置及び前記切削抵抗検出装置により測定された測定結果に基づいて前記地山の安定度を判定するための判定装置と、
を備えることを特徴とする。
The present invention is an exploration system for exploring the stability of a natural ground near a face installed in a shield machine,
An upper exploration device installed in the upper part of the shield machine so as to be able to protrude from the outer shell of the shield machine, and measuring the penetration pressure and the penetration amount while protruding outward from the outer shell and penetrating into the natural ground. When,
In the shield machine, installed so as to be able to appear and move forward in the advancing direction from the cutter head of the shield machine, and measures the drilling energy and drilling speed while drilling the ground mountain by projecting forward from the cutter head. Possible forward exploration devices,
A cutting resistance detector installed on the cutter head and capable of measuring cutting resistance while cutting the face by rotating the cutter head; and
A determination device for determining the stability of the natural ground based on the measurement results measured by the upper exploration device, the forward exploration device, and the cutting resistance detection device;
It is characterized by providing.
本発明によれば、シールド機の停止中に、シールド機直上の地山の強度及び進行方向前方の地山の強度等の地山情報を取得し、これらの地山情報に基づいて地山の安定度を判定することができる。さらに、シールド機の掘進中に、切削抵抗等の地山情報を取得し、この地山情報とシールド機の停止中に取得した地山情報とに基づいて、地山の安定度をより正確に判定することができる。
したがって、シールド機の停止中に地山の安定度が高いと判定したにもかかわらず、掘削開始後、停止中に判定した安定度よりも実際の地山の安定度が低いと判定した場合は、予め設計等により決定された所定の切羽土圧で掘削することにより、安全に掘進することができる。
一方、シールド機の停止中に地山の安定度は低いと判定したにもかかわらず、掘削開始後、停止中に判定した安定度よりも実際の地山の安定度が高くて地山が自立すると判定した場合は、予め設計等により決定された所定の切羽土圧よりも低い圧力で掘進することにより、掘削抵抗を低減できて高速掘進が可能となる。
According to the present invention, during the stop of the shield machine, the natural ground information such as the strength of the natural ground just above the shield machine and the strength of the natural ground ahead of the traveling direction is obtained, and the natural ground information is obtained based on the natural ground information. Stability can be determined. Furthermore, ground information such as cutting resistance is acquired while the shield machine is excavated, and the stability of the ground is more accurately determined based on this ground information and the ground information acquired while the shield machine is stopped. Can be determined.
Therefore, when it is determined that the stability of the natural ground is high while the shield machine is stopped, but after the start of excavation, it is determined that the actual stability of the natural ground is lower than the stability determined during the stop. By excavating at a predetermined face pressure determined in advance by design or the like, it is possible to dig safely.
On the other hand, even though it was determined that the stability of the natural ground was low during the stop of the shield machine, the stability of the actual natural ground was higher than the stability determined during the stop after the start of excavation, and the natural ground became independent If it is determined that the excavation is performed at a pressure lower than a predetermined face pressure determined in advance by design or the like, excavation resistance can be reduced and high-speed excavation is possible.
本発明において、前記上部探査装置、前記前方探査装置、前記切削抵抗検出装置により測定された測定結果、及び前記判定装置による判定結果を表示するための表示装置を更に備えることとすれば、作業員は地山の状況を容易に把握することができる。 In the present invention, an operator may further include a display device for displaying the measurement result measured by the upper exploration device, the forward exploration device, the cutting resistance detection device, and the determination result by the determination device. Can easily understand the situation of natural ground.
また、本発明において、前記上部探査装置は、前記シールド機の進行方向に所定の間隔で複数、設けられていることとしてもよい。 In the present invention, a plurality of the upper exploration devices may be provided at predetermined intervals in the traveling direction of the shield machine.
本発明によれば、地山の複数箇所を測定することにより、地山の状態をより正確に把握することができる。 According to the present invention, the state of the natural ground can be grasped more accurately by measuring a plurality of locations in the natural ground.
また、本発明において、前記所定の間隔は、セグメントの幅と略同一であることとしてもよい。 In the present invention, the predetermined interval may be substantially the same as the width of the segment.
本発明によれば、所定の間隔をセグメントの幅と略同一にすることにより、シールド機がセグメント1つ分の距離だけ掘進すると、上部探査装置もセグメント1つ分の距離だけ前進することとなる。したがって、シールド機の掘進後、例えば、前から2番目の上部探査装置は、前から1番目の上部探査装置が前回測定した箇所に到達するため、再び同じ箇所を測定することができる。これにより、地山の同じ箇所を時間をおいて測定することとなるので、シールド機の掘進に伴う地山の変状を検知することができる。 According to the present invention, when the predetermined interval is made substantially the same as the width of the segment, when the shield machine digs a distance corresponding to one segment, the upper exploration device also moves forward by a distance corresponding to one segment. . Therefore, after the shield machine is excavated, for example, the second upper exploration device from the front reaches the location previously measured by the first upper exploration device from the front, so that the same location can be measured again. Thereby, since the same location of a natural ground will be measured at time, the deformation of the natural ground accompanying the excavation of a shield machine can be detected.
本発明は、前記前方探査装置は、前記シールド機本体内の異なる高さ位置に複数、設けられていることとしてもよい。 In the present invention, a plurality of the forward exploration devices may be provided at different height positions in the shield machine main body.
本発明によれば、進行方向前方の地山の複数箇所を削孔することにより、掘削対象面全体の強度を把握することができる。 According to the present invention, it is possible to grasp the strength of the entire surface to be excavated by drilling a plurality of locations in the ground in front of the traveling direction.
本発明は、地山内を掘進するシールド機であって、
前記シールド機内の上部に、前記シールド機の外殻から出没可能に設置され、当該外殻から外方へ突出して前記地山に貫入しながら、その貫入圧力及び貫入量を測定可能な上部探査装置と、
前記シールド機内に、前記シールド機のカッターヘッドよりも進行方向前方に出没可能に設置され、当該カッターヘッドよりも前方へ突出して前記地山を削孔しながら、削孔エネルギー及び削孔速度を測定可能な前方探査装置と、
前記カッターヘッドに設置され、前記カッターヘッドを回転させて切羽を切削しながら、切削抵抗を測定可能な切削抵抗検出装置と、
前記上部探査装置、前記前方探査装置及び前記切削抵抗検出装置により測定された測定結果に基づいて前記地山の安定度を判定するための判定装置と、
を備えることを特徴とする。
The present invention is a shield machine that digs in the ground,
An upper exploration device installed in the upper part of the shield machine so as to be able to protrude from the outer shell of the shield machine, and measuring the penetration pressure and the penetration amount while protruding outward from the outer shell and penetrating into the natural ground. When,
In the shield machine, installed so as to be able to appear and move forward in the advancing direction from the cutter head of the shield machine, and measures the drilling energy and drilling speed while drilling the ground mountain by projecting forward from the cutter head. Possible forward exploration devices,
A cutting resistance detector installed on the cutter head and capable of measuring cutting resistance while cutting the face by rotating the cutter head; and
A determination device for determining the stability of the natural ground based on the measurement results measured by the upper exploration device, the forward exploration device, and the cutting resistance detection device;
It is characterized by providing.
本発明は、前記上部探査装置、前記前方探査装置、前記切削抵抗検出装置により測定された測定結果、及び前記判定装置による判定結果を表示するための表示装置を更に備えることとしてもよい。 The present invention may further include a display device for displaying a measurement result measured by the upper exploration device, the forward exploration device, the cutting resistance detection device, and a determination result by the determination device.
本発明は、シールド機内の上部に、当該シールド機の外殻から出没可能に設置され、当該外殻から外方へ突出して地山に貫入しながら、その貫入圧力及び貫入量を測定可能な上部探査装置と、前記シールド機内に、前記シールド機のカッターヘッドよりも進行方向前方に出没可能に設置され、当該カッターヘッドよりも前方へ突出して前記地山を削孔しながら、削孔エネルギー及び削孔速度を測定可能な前方探査装置と、前記カッターヘッドに設置され、前記カッターヘッドを回転させて切羽を切削しながら、切削抵抗を測定可能な切削抵抗検出装置と、を備えたシールド機の掘進工法において、
前記シールド機の停止中に、前記上部探査装置を前記シールド機直上の地山へ貫入しながら、その貫入圧力及び貫入量を測定する貫入工程と、前記前方探査装置で進行方向前方の地山を削孔しながら、その削孔エネルギー及び削孔速度を測定する削孔工程と、を実施し、これら両工程により測定された測定結果に基づいて切羽近傍の前記地山の安定度を判定する第1の判定工程を実施し、
前記シールド機の掘進中に、前記切削抵抗検出装置で前記切羽を切削しながら、前記切羽の切削抵抗を測定する切削工程を実施し、前記貫入工程、前記削孔工程及び前記切削工程により測定された測定結果に基づいて、切羽近傍の前記地山の安定度を判定する第2の判定工程を実施することを特徴とする。
The present invention is installed in the upper part of the shield machine so as to be able to appear and disappear from the outer shell of the shield machine, and protrudes outward from the outer shell and penetrates into the natural ground while measuring the penetration pressure and the penetration amount. An exploration device and a shield machine are installed in the shield machine so as to be able to move forward and backward from the cutter head of the shield machine, and project forward from the cutter head to drill the natural ground, while drilling energy and grinding. Drilling of a shield machine provided with a forward exploration device capable of measuring a hole speed and a cutting resistance detection device that is installed on the cutter head and that can measure the cutting resistance while cutting the face by rotating the cutter head In the construction method,
While the shield machine is stopped, an intrusion step of measuring the penetration pressure and the amount of penetration while penetrating the upper exploration device directly into the natural ground directly above the shield machine, A drilling step of measuring the drilling energy and drilling speed while drilling, and determining the stability of the ground near the face based on the measurement results measured by both
During the excavation of the shield machine, a cutting process for measuring the cutting resistance of the cutting face is performed while cutting the cutting face with the cutting resistance detection device, and measured by the penetration process, the drilling process, and the cutting process. Based on the measured results, a second determination step is performed to determine the stability of the natural ground near the face.
本発明によれば、切羽近傍の複数箇所の地山情報を取得し、それら複数の地山情報に基づいて地山の安定度を判定可能な探査システム及びこの探査システムを備えたシールド機並びにこのシールド機を用いた掘進工法を提供することができる。 According to the present invention, ground information in a plurality of locations near the face is acquired, and a survey system capable of determining the stability of the ground based on the plurality of ground information, a shield machine equipped with the survey system, and this An excavation method using a shield machine can be provided.
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
図1及び図2は、それぞれ本実施形態に係るシールド機1の正面図及び上部の側断面図である。また、図3は、図2のA−A断面図である。
1 and 2 are a front view and an upper side sectional view of a
図1〜図3に示すように、シールド機1は、円形のシールド機1の前面側に回転可能に設けられたカッターヘッド2と、カッターヘッド2を駆動するための駆動源3と、カッターヘッド2と隔壁4との間に形成されるチャンバー5と、掘削土砂をチャンバー5から排出するための排土機構6と、切羽7の安定度を探査するための探査システム8とを備えている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
探査システム8は、シールド機1の上部に設置された上部探査装置9と、シールド機1の内部に設置された前方探査装置10と、カッターヘッド2に設置された切削抵抗検出装置11と、上部探査装置9、前方探査装置10及び切削抵抗検出装置11により測定された測定結果に基づいて地山Eの安定度を判定するための判定装置12と、各装置9、10、11、12の測定結果や判定結果を表示するための表示装置13と、を備えている。以下、各装置9、10、11、12についてそれぞれ説明する。
The
図2に示すように、上部探査装置9は、シールド機1の外殻1aから出没可能で、シールド機1の上方に位置する地山Eに貫入することができる。
As shown in FIG. 2, the
この上部探査装置9は、シリンダ14と、シリンダ14の伸縮圧を測定するための圧力計(図示しない)と、シリンダ14の伸縮長を測定するためのストローク計(図示しない)と、から構成されており、地山Eへの貫入圧力及び貫入量を測定する。
The
上部探査装置9(9a〜9b)は、シールド機1の進行方向に所定の間隔Lで複数台、設けられている。本実施形態においては、所定の間隔Lをセグメント21の1つ分の幅の長さと同じにした。これにより、一の上部探査装置9が貫入する箇所と、シールド機1がセグメント21の1つ分の距離だけ掘進した後に、当該一の上部探査装置9の後方に隣接する上部探査装置9が貫入する箇所とが同じになる。したがって、地山Eの同じ箇所における貫入圧力及び貫入量を、時間をおいて複数回測定することとなる。これによって、シールド機1の上方の地盤変状を把握することが可能となる。
A plurality of upper exploration devices 9 (9 a to 9 b) are provided at a predetermined interval L in the traveling direction of the
各上部探査装置9a〜9bの圧力計及びストローク計は、運転室22内に設置された判定装置12に接続されており、それぞれの機器で測定された結果は判定装置12に送信される。
また、判定装置12は、モニター等の表示装置13に接続されており、貫入圧力と貫入量との関係がこの表示装置13に表示される。
The pressure gauges and stroke gauges of the
The
図4は、図1のB−B断面図である。図4に示すように、前方探査装置10は、カッターヘッド2よりも進行方向前方に出没可能で、シールド機1の前方に位置する地山Eを削孔する。
4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG. As shown in FIG. 4, the
本実施形態においては、この前方探査装置10として、回転しながら打撃にて地山Eを削孔可能な油圧式パーカションドリルを用いた。
In the present embodiment, a hydraulic percussion drill capable of drilling the natural ground E by striking while rotating is used as the
前方探査装置10(10a〜10g)は、図3に示すように、カッターヘッド2の中心軸23を中心とする円の同心円上で、かつ、図3に対して右側に複数台、配置されている。これにより、異なる深度の強度を測定することができる。したがって、進行方向の地山Eの強度を正確に把握することができる。
As shown in FIG. 3, the forward exploration device 10 (10 a to 10 g) is arranged on a concentric circle of a circle centering on the
前方探査装置10で地山Eを削孔しながら、各前方探査装置10の打撃エネルギー、打撃数、伝達効率、削孔速度、孔断面積等に基づいて、単位体積あたりの地山Eを削孔するために必要な削孔エネルギーを下記の式(1)により算出する。
Ed=(Ep×Np×T)/(Vd×S)・・・(1)
ここで、Ed:削孔エネルギー(J/cm3)、Ep:打撃エネルギー(J)、Np:打撃数(bpm)、T:伝達効率(%)、Vd:削孔速度(cm/min)、S:孔断面積(cm2)である。なお、打撃エネルギー、打撃数、伝達効率、孔断面積等の削孔条件は、予め設計等により決定される。
While drilling the natural ground E with the
Ed = (Ep × Np × T) / (Vd × S) (1)
Here, Ed: drilling energy (J / cm 3 ), Ep: impact energy (J), Np: number of impacts (bpm), T: transmission efficiency (%), Vd: drilling speed (cm / min), S: Hole cross-sectional area (cm 2 ). It should be noted that the drilling conditions such as the impact energy, the number of impacts, the transmission efficiency, and the hole cross-sectional area are determined in advance by design or the like.
各前方探査装置10は、地山Eを削孔しながら削孔速度を測定し、削孔エネルギーをリアルタイムに算出する。
Each
各前方探査装置10は、運転室22内に設置された判定装置12に接続されており、各前方探査装置10の削孔条件データ、削孔速度及び削孔エネルギー値は判定装置12に送信される。
また、判定装置12に接続されている表示装置13には、削孔条件、削孔速度及び削孔エネルギー値が表示される。
Each
Further, the
図1に示すように、カッターヘッド2は、中心軸23と、中心軸23を中心にして等角度おきに放射状に設置された12本のスポーク15と、スポーク15の中央部に取り付けられた先行ビット16と、スポーク15の両側に取り付けられたティースビット17と、から構成される。
As shown in FIG. 1, the
カッターヘッド2を回転させると、先行ビット16で切羽7を掘削することにより形成された溝の間を、後続するティースビット17で掘削することにより、断面が円形状のトンネルを掘削することができる。
When the
図5は、先行ビット16に切削抵抗検出装置11aを取り付けた状態を示す図である。
図5に示すように、切削抵抗検出装置11aは、先行ビット16の側面16a、16bの下部に取り付けられた歪ゲージ18と、一端が歪ゲージ18に、他端が判定装置12に接続された電線19と、から構成されている。
FIG. 5 is a diagram showing a state in which the cutting
As shown in FIG. 5, the cutting
歪ゲージ18は、カッターヘッド2の回転方向前方側の側面16a及びこの側面16aと反対側の側面16bのそれぞれの下部に取り付けられている。
The strain gauges 18 are attached to the lower portions of the
電線19は、スポーク15の表面側から内部へ外殻15aを貫通するように設置されている。
The
切羽7を切削するために、カッターヘッド2を回転させて先行ビット16を切羽7に当接させると、先行ビット16に反力が作用する。そして、その反力によって引張歪及び圧縮歪が先行ビット16に生じる。これらの歪量は、歪ゲージ18により測定され、その測定結果は電線19を介して判定装置12に送信される。
When the
図6は、ティースビット17に切削抵抗検出装置11bを取り付けた状態を示す図である。
図6に示すように、切削抵抗検出装置11bは、ティースビット17を支持するためのホルダー20の下端面に取り付けられた歪ゲージ25と、一端が歪ゲージ25に、他端が判定装置12に接続された電線26と、から構成されている。
FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which the cutting
As shown in FIG. 6, the cutting
電線26も電線19と同様に、スポーク15の表面側から内部へ外殻15aを貫通するように設置されている。
Similarly to the
切羽7を切削するために、カッターヘッド2を回転させてティースビット17を切羽7に当接させると、ティースビット17に反力が作用する。そして、この反力が、ピン24を介してホルダー20に伝達されることによって。ホルダー20に歪みが生じる。この歪量は、歪ゲージ25により測定され、その測定結果は電線26を介して判定装置12に送信される。
In order to cut the
判定装置12は、掘進中に、先行ビット16及びティースビット17の歪量に基づいて周知の手法により、掘削抵抗をリアルタイムに算出する。
During the excavation, the
また、判定装置12は、シールド機1の停止中に、各上部探査装置9から得られた貫入圧力及び貫入量と、各前方探査装置10から得られた削孔条件データ、削孔速度及び削孔エネルギー値と、に基づいて、地山Eの安定度を判別する。具体的には、自立する地山及び自立しない地山におけるそれぞれの貫入圧力、貫入量、削孔条件データ、削孔速度及び削孔エネルギー値等を予め取得して記憶し、これらの測定結果と、現場にて上部探査装置9及び前方探査装置10から得られた測定結果と、を比較して、地山Eの自立の可否を安定度として判別する。
The
この判別結果に基づいてシールド機1の切羽土圧、掘進速度等の掘進条件を設定し、その後、掘進を開始する。
Based on the determination result, excavation conditions such as the face pressure of the
掘進中は、判定装置12が、先行ビット16及びティースビット17の歪量に基づいて、常時、掘削抵抗を算出し、この算出結果と、停止時に上部探査装置9及び前方探査装置10から得られた測定結果と、に基づいて地山Eの安定度を判別する。具体的には、自立する地山及び自立しない地山における先行ビット16及びティースビット17の歪量を予め取得して記憶し、これらの測定結果と、掘進中に取得された先行ビット16及びティースビット17の歪量と、を比較するとともに、停止中に上部探査装置9及び前方探査装置10から得られた測定結果を参考にして、掘進中の地山Eの自立の可否についてより正確に判別する。
このように、掘進中に得られる判別結果に基づいて、切羽土圧、加泥材の添加量、排土量、掘進速度等の掘進条件を再調整しながら、掘進を継続する。例えば、地山Eの安定度が低い(例えば、軟弱地盤)場合には、所定の切羽土圧を設定し、加泥材添加量の注入率、或いは排土量の調整を行って、地山Eの安定を確保する。一方、地山Eの安定度が高い(例えば、硬質地盤)場合には、切羽土圧を低くして、加泥材添加量、或いは排土量の調整を行って掘進速度を増加させる。
During the excavation, the
Thus, based on the determination result obtained during excavation, excavation is continued while readjustment of excavation conditions such as face pressure, added amount of mud, soil removal, excavation speed, and the like. For example, when the stability of the natural ground E is low (for example, soft ground), a predetermined face soil pressure is set, and the injection rate of the added mud material or the amount of discharged soil is adjusted. Ensure the stability of E. On the other hand, when the stability of the natural ground E is high (for example, hard ground), the face soil pressure is lowered, and the amount of added mud or the amount of discharged soil is adjusted to increase the excavation speed.
次に、上述した構成からなるシールド機1の掘進工法について、施工手順にしたがって説明する。
Next, the excavation method of the
図7〜図10は、シールド機1による掘進の施工手順を示す図である。
まず、図7に示すように、セグメント21を設置する際等のシールド機1の停止中に、各上部探査装置9(9a〜9c)を地山Eへ貫入して、その貫入圧力及び貫入量を測定する貫入工程を実施する。
測定結果は、判定装置12に送信され、運転室22内のその表示装置13に表示される。
7-10 is a figure which shows the construction procedure of excavation by the
First, as shown in FIG. 7, while the
The measurement result is transmitted to the
次に、図8に示すように、シールド機1の停止中に、各前方探査装置10(10a〜10g)をカッターヘッド2よりも進行方向前方に出没させて、進行方向の地山Eを削孔する削孔工程を実施する。
Next, as shown in FIG. 8, while the
地山Eを削孔する際の各前方探査装置10(10a〜10g)の削孔条件データ、削孔速度及び削孔エネルギー値は、判定装置12に送信され、運転室22内のその表示装置13に表示される。
The drilling condition data, drilling speed and drilling energy value of each forward exploration device 10 (10a to 10g) when drilling the natural ground E are transmitted to the
なお、本実施形態においては、貫入工程の後に削孔工程を実施する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、削孔工程の後に貫入工程を実施したり、両工程を同時に実施したりしてもよい。要は、シールド機1の停止中に両工程を実施すればよい。
In this embodiment, the case where the drilling process is performed after the penetration process has been described, but the present invention is not limited to this, and the penetration process may be performed after the drilling process, or both processes may be performed simultaneously. You may do it. In short, both steps may be performed while the
次に、貫入工程及び削孔工程で得られた結果に基づいて、判定装置12が、進行方向前方及びシールド機1直上の切羽7近傍の地山Eの安定度を判定する第1の判定工程を実施する。具体的には、地山Eの自立の可否について判別する。
そして、第1の判定工程による判定結果に基づいて、切羽土圧、加泥材の添加量、排土量、掘進速度等の掘進条件を決定する。掘進条件をシールド機1に入力した後、シールド機1を掘進させる。
Next, based on the results obtained in the penetration step and the drilling step, the
And based on the determination result by a 1st determination process, excavation conditions, such as a face earth pressure, the addition amount of a mud material, the amount of soil removal, and excavation speed, are determined. After inputting the excavation conditions into the
次に、図9に示すように、シールド機1を掘進させて、先行ビット16及びティースビット17で切羽7を切削しながら、両切削抵抗検出装置11a、11bで歪量を測定する切削工程を実施する。
測定結果は、判定装置12に送信され、運転室22内のその表示装置13に表示される。
Next, as shown in FIG. 9, a cutting process is performed in which the
The measurement result is transmitted to the
両切削抵抗検出装置11a、11bにより測定された結果に基づいて判定装置12により、掘削抵抗をリアルタイムに算出し、この掘削抵抗に基づいてより正確に地山Eの安定度を判別する第2の判定工程を実施する。具体的には、地山Eの自立の可否について、第1の判定工程よりも正確に判別する。
A
そして、第2の判別工程による判定結果に基づいて、シールド機1の掘進速度を設定するとともに、切羽土圧、加泥材の添加量、排土量等の掘進条件を再調整する。
And based on the determination result by a 2nd discrimination | determination process, while setting the excavation speed of the
次に、図10に示すように、シールド機1が所定の距離Lだけ進行したら掘進を停止し、シールド機1のテール部に新しいセグメント21dを設置する。
Next, as shown in FIG. 10, when the
次に、切削工程の測定結果を考慮しながら、上記貫入工程と同様に、各上部探査装置9(9a〜9c)を地山Eへ貫入して、その貫入圧力及び貫入量を測定する。このとき、上部探査装置9b、9cは、上記貫入工程において、それぞれ上部探査装置9a、9bにて前回測定した箇所(図10中のNo.1貫入位置及びNo.2貫入位置)を再び測定することとなる。
測定結果は、判定装置12に送信され、さらに運転室22内のその表示装置13に表示されて、前回の測定結果と比較し、地山Eの安定度の判定に利用される。
Next, in consideration of the measurement result of the cutting process, each upper exploration device 9 (9a to 9c) is penetrated into the natural ground E and the penetration pressure and the penetration amount are measured in the same manner as the penetration process. At this time, the
The measurement result is transmitted to the
また、シールド機1の停止中に削孔工程も実施し、貫入工程及び削孔工程で得られた結果に基づいて、判定装置12が、切羽7近傍の地山Eの安定度を判定する第1の判定工程を再び実施する。
In addition, the drilling process is also performed while the
なお、前回の削孔工程において、シールド機1の1回の掘進距離よりも長い距離(例えば、30m程度)を削孔した場合においては、シールド機1が、削孔済み地山区間を通過する間は削孔工程を省いてもよい。
In addition, in the last drilling step, when a distance (for example, about 30 m) longer than one excavation distance of the
以上のように、シールド機1の停止中に、貫入工程及び削孔工程を実施してその結果に基づいて第1の判定工程を実施し、シールド機1の掘進中に、切削工程を実施しながら、その結果に基づいて第2の判定工程を実施することを繰り返してトンネルを構築する。
As described above, the penetration process and the drilling process are performed while the
なお、本実施形態においては、上部探査装置9(9a〜9c)を設置する所定の間隔Lをセグメント21の1つ分の幅の長さとした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、シールド機1が1回の掘進で進む距離と同じになるように設定されていればよい。
In the present embodiment, the case where the predetermined interval L for installing the upper exploration device 9 (9a to 9c) is set to the length of one
なお、本実施形態においては、前方探査装置10(10a〜10g)をカッターヘッド2の中心軸23を中心とする同心円上で、かつ、シールド機1の片側にのみ配置したが、この位置に限定されるものではない。例えば、図11に示すように、シールド機1内の左右両側に交互に設置してもよく、要は、異なる高さに設けられていればよい。
In the present embodiment, the forward exploration device 10 (10a to 10g) is arranged on a concentric circle centered on the
なお、本実施形態においては、歪ゲージ25をホルダー20の下端面に取り付けた場合について説明したが、この位置に限定されるものではなく、図12に示すように、ティースビット17の側面17a等に取り付けてもよい。
In the present embodiment, the case where the
上述したシールド機1によれば、シールド機1の停止中に、シールド機1直上の地山Eの強度及び進行方向前方の地山Eの強度等の地山情報を取得し、これらの地山情報に基づいて地山Eの安定度を判定することができる。さらに、シールド機1の掘進中に、切削抵抗等の地山情報を取得し、この地山情報とシールド機1の停止中に取得した地山情報とに基づいて、地山Eの安定度をより正確に判定することができる。
したがって、シールド機1の停止中に地山Eの安定度が高いと判定したにもかかわらず、掘削開始後、停止中に判定した安定度よりも実際の地山Eの安定度が低いと判定した場合は、所定の切羽土圧で掘削することにより、安全に掘進することができる。
一方、シールド機1の停止中に地山Eの安定度は低いと判定したにもかかわらず、掘削開始後、停止中に判定した安定度よりも実際の地山Eの安定度が高くて地山Eが自立すると判定した場合は、予め設計等により決定された切羽土圧よりも低い圧力で掘進することにより、掘削抵抗を低減できて高速掘進が可能となる。
According to the
Therefore, even though it is determined that the stability of the natural ground E is high while the
On the other hand, although it is determined that the stability of the natural ground E is low while the
また、上部探査装置9、前方探査装置10、切削抵抗検出装置11により測定された測定結果を表示装置13で表示するので、作業員が地山Eの状況を容易に把握することができる。
In addition, since the measurement results measured by the
また、判定装置12による判定結果も表示装置13で表示するので、地山Eの安定度を容易に把握することができる。
Moreover, since the determination result by the
また、上部探査装置9を配置する所定の間隔Lをセグメント21の幅の長さと略同一にすることにより、シールド機1がセグメント21の1つ分の距離だけ掘進すると、上部探査装置9もセグメント21の1つ分の距離だけ前進することとなる。したがって、シールド機1直上の地山Eの同じ箇所を複数回、測定することができる。これにより、同じ箇所を時間をおいて測定することとなるので、シールド機1の掘進に伴う地山Eの変状を検知することができる。
Further, by setting the predetermined interval L for arranging the
また、前方探査装置10で進行方向前方の地山Eの複数箇所を削孔することにより、掘削対象面全体の強度を把握することができる。
Moreover, the intensity | strength of the whole excavation target surface can be grasped | ascertained by drilling several places of the natural ground E ahead of the advancing direction with the
また、切削工程の測定結果を次の貫入工程及び削孔工程における測定結果に反映することができるので、これらの測定結果の精度を向上させることができる。 Moreover, since the measurement result of a cutting process can be reflected in the measurement result in the next penetration process and drilling process, the precision of these measurement results can be improved.
また、本実施形態においては、地山Eの安定度を判定装置12で判定する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、人間が判定してもよい。
In the present embodiment, the case where the
1 シールド機
1a 外殻
2 カッターヘッド
3 駆動源
4 隔壁
5 チャンバー
6 排土機構
7 切羽
8 探査システム
9 上部探査装置
9a〜9c 各上部探査装置
10 前方探査装置
10a〜10g 各前方探査装置
11 切削抵抗検出装置
11a、11b 各切削抵抗検出装置
12 判定装置
13 表示装置
14 シリンダ
15 スポーク
15a 外殻
16 先行ビット
16a、16b 側面
17 ティースビット
17a 側面
18 歪ゲージ
19 電線
20 ホルダー
21 セグメント
21a〜21d 各セグメント
22 運転室
23 回転軸
24 ピン
25 歪ゲージ
26 電線
E 地山
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記シールド機内の上部に、前記シールド機の外殻から出没可能に設置され、当該外殻から外方へ突出して前記地山に貫入しながら、その貫入圧力及び貫入量を測定可能な上部探査装置と、
前記シールド機内に、前記シールド機のカッターヘッドよりも進行方向前方に出没可能に設置され、当該カッターヘッドよりも前方へ突出して前記地山を削孔しながら、削孔エネルギー及び削孔速度を測定可能な前方探査装置と、
前記カッターヘッドに設置され、前記カッターヘッドを回転させて切羽を切削しながら、切削抵抗を測定可能な切削抵抗検出装置と、
前記上部探査装置、前記前方探査装置及び前記切削抵抗検出装置により測定された測定結果に基づいて前記地山の安定度を判定するための判定装置と、
を備えることを特徴とする探査システム。 An exploration system installed on a shield machine for exploring the stability of natural ground near the face,
An upper exploration device installed in the upper part of the shield machine so as to be able to protrude from the outer shell of the shield machine, and measuring the penetration pressure and the penetration amount while protruding outward from the outer shell and penetrating into the natural ground. When,
In the shield machine, installed so as to be able to appear and move forward in the advancing direction from the cutter head of the shield machine, and measures the drilling energy and drilling speed while drilling the ground mountain by projecting forward from the cutter head. Possible forward exploration devices,
A cutting resistance detector installed on the cutter head and capable of measuring cutting resistance while cutting the face by rotating the cutter head; and
A determination device for determining the stability of the natural ground based on the measurement results measured by the upper exploration device, the forward exploration device, and the cutting resistance detection device;
An exploration system comprising:
前記シールド機内の上部に、前記シールド機の外殻から出没可能に設置され、当該外殻から外方へ突出して前記地山に貫入しながら、その貫入圧力及び貫入量を測定可能な上部探査装置と、
前記シールド機内に、前記シールド機のカッターヘッドよりも進行方向前方に出没可能に設置され、当該カッターヘッドよりも前方へ突出して前記地山を削孔しながら、削孔エネルギー及び削孔速度を測定可能な前方探査装置と、
前記カッターヘッドに設置され、前記カッターヘッドを回転させて切羽を切削しながら、切削抵抗を測定可能な切削抵抗検出装置と、
前記上部探査装置、前記前方探査装置及び前記切削抵抗検出装置により測定された測定結果に基づいて前記地山の安定度を判定するための判定装置と、
を備えることを特徴とするシールド機。 A shield machine that digs in the ground,
An upper exploration device installed in the upper part of the shield machine so as to be able to protrude from the outer shell of the shield machine, and measuring the penetration pressure and the penetration amount while protruding outward from the outer shell and penetrating into the natural ground. When,
In the shield machine, installed so as to be able to appear and move forward in the advancing direction from the cutter head of the shield machine, and measures the drilling energy and drilling speed while drilling the ground mountain by projecting forward from the cutter head. Possible forward exploration devices,
A cutting resistance detector installed on the cutter head and capable of measuring cutting resistance while cutting the face by rotating the cutter head; and
A determination device for determining the stability of the natural ground based on the measurement results measured by the upper exploration device, the forward exploration device, and the cutting resistance detection device;
A shielding machine comprising:
前記シールド機の停止中に、前記上部探査装置を前記シールド機直上の地山へ貫入しながら、その貫入圧力及び貫入量を測定する貫入工程と、前記前方探査装置で進行方向前方の地山を削孔しながら、その削孔エネルギー及び削孔速度を測定する削孔工程と、を実施し、これら両工程により測定された測定結果に基づいて切羽近傍の前記地山の安定度を判定する第1の判定工程を実施し、
前記シールド機の掘進中に、前記切削抵抗検出装置で前記切羽を切削しながら、前記切羽の切削抵抗を測定する切削工程を実施し、前記貫入工程、前記削孔工程及び前記切削工程により測定された測定結果に基づいて、切羽近傍の前記地山の安定度を判定する第2の判定工程を実施することを特徴とするシールド機の掘進工法。 An upper exploration device installed in the upper part of the shield machine so as to be able to protrude from the outer shell of the shield machine, projecting outward from the outer shell and penetrating into the natural ground, and measuring its penetration pressure and penetration amount; In the shield machine, installed so as to be able to appear and move forward in the advancing direction from the cutter head of the shield machine, and measures the drilling energy and drilling speed while drilling the ground mountain by projecting forward from the cutter head. In a digging method for a shield machine, comprising a possible forward exploration device, and a cutting resistance detection device that is installed in the cutter head and rotates the cutter head to cut the face while measuring cutting resistance.
While the shield machine is stopped, an intrusion step of measuring the penetration pressure and the amount of penetration while penetrating the upper exploration device directly into the natural ground directly above the shield machine, A drilling step of measuring the drilling energy and drilling speed while drilling, and determining the stability of the ground near the face based on the measurement results measured by both steps 1 determination process,
During the excavation of the shield machine, a cutting process for measuring the cutting resistance of the cutting face is performed while cutting the cutting face with the cutting resistance detection device, and measured by the penetration process, the drilling process, and the cutting process. A shield machine excavation method, wherein a second determination step of determining the stability of the ground near the face is performed based on the measurement result.
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