JP6522954B2 - せん断力計、並びにこれを用いた土圧シールド工法に使用するチャンバー内掘削土の性状測定評価方法、シールド掘進機、及び土砂の塑性流動性試験装置 - Google Patents
せん断力計、並びにこれを用いた土圧シールド工法に使用するチャンバー内掘削土の性状測定評価方法、シールド掘進機、及び土砂の塑性流動性試験装置 Download PDFInfo
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Description
本発明は、シールド掘進機のシールドチャンバー内やスクリューコンベアー内などに設置され、トンネル掘削時に掘削土砂（泥土）がシールドチャンバーやスクリューコンベアーに作用するせん断力を測定するなど、土中の土砂その他の流体から受けるせん断力を測定するのに使用するせん断力計、並びにこれを用いた土圧シールド工法に使用するチャンバー内掘削土の性状測定評価方法、シールド掘進機、及び土砂の塑性流動性試験装置に関する。
一般に、シールド工法の主流のうちの一つである密閉型の泥土圧シールド工法では、シールド掘進機のカッターで掘削した土砂をカッター後部に設けたチャンバーに取り込み、添加材を注入して、チャンバー内に配置された撹拌翼、固定翼により撹拌混合することにより、掘削土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換し、この泥土をチャンバー内とチャンバーから後方に延びるスクリューコンベアーなどからなる排土装置内に充満させ、この状態を維持しながらシールドジャッキの推力によりチャンバー内の泥土に泥土圧を発生させて切羽の土圧と地下水圧に対抗し、シードル掘進機をその推進量と排土量のバランスを図りながら推進することが行われている。
このような泥土圧式シールド工法においては、切羽の安定を適切に保つために、チャンバー内の掘削土砂を良好に塑性流動化する必要があり、このため、チャンバー内の掘削土砂の性状の適切な測定、評価が求められる。
このような泥土圧式シールド工法においては、切羽の安定を適切に保つために、チャンバー内の掘削土砂を良好に塑性流動化する必要があり、このため、チャンバー内の掘削土砂の性状の適切な測定、評価が求められる。
そこで、本願発明者らは、土圧式シールド工法で掘削の対象となる地盤の土質を考え、砂質土、砂礫は粘着性がないが、土粒子のかみ合わせ効果やダイレイタンシーがあり、これがカッターの回転、土砂撹拌時の抵抗となり、粘性土は土粒子のかみ合わせ効果は少ないものの、粘着性、つまり土粒子間の吸着、土粒子とカッターや隔壁との吸着があり、これがカッターの回転、土砂撹拌時の抵抗となり、これらの抵抗の大きさは一般に土砂の硬軟によって異なっており、他面で、これらの抵抗は土砂の粒子がカッター、撹拌翼，固定翼やチャンバーを構成する隔壁（バルクヘッド）、周壁（スキンプレート）に作用する圧力、せん断力であり、これらの大きさを測定することで、土砂の硬軟、すなわちその性状を判断する指標の一つとなり得ることに着目し、カッター、撹拌翼、固定翼やチャンバーを構成する各部に土圧計及び／又はせん断力計を選択的に配置し、チャンバー内の土砂の流動によってこれらに発生する圧力、せん断力を検知し、その勾配や値の大小によって土砂の性状を評価する方法を提案した。なお、この方法等については既に特許出願してある（特許文献１参照）。
この方法では、既述のとおり、シールド掘進機のチャンバーなどに土圧計やせん断力計を選択的に配置し、チャンバー内の土砂の流動によってこれらに発生する圧力、せん断力を検知するので、これに適した土圧計やせん断力計が必要となり、特に、せん断力計は土中用のものが求められる。
一般に、土中で使用できる汎用品のせん断力計は、一端が開口されたケースと、一端が受圧面としてケースの開口に臨み、他端がケース内に固定されて、ケース内に揺動可能に配置され、流体のせん断力を受ける受圧部と、ケース内に設置され、受圧部で受ける流体のせん断力を測定し、電気的信号を発生する測定部、及びこの測定部に接続されてケースの外部に導出され、測定部で発生した電気的信号を外部に取り出すためのケーブルとを備えて構成され、ケース開口の受圧面で流体のせん断力を受けて、せん断力を測定するようになっている。
このような汎用品のせん断力計でも、シールド掘進機のチャンバーなどの内面に埋設することで、チャンバー内の土砂の流動によって発生するせん断力を受けて、土砂のせん断力を測定することが可能である。
一般に、土中で使用できる汎用品のせん断力計は、一端が開口されたケースと、一端が受圧面としてケースの開口に臨み、他端がケース内に固定されて、ケース内に揺動可能に配置され、流体のせん断力を受ける受圧部と、ケース内に設置され、受圧部で受ける流体のせん断力を測定し、電気的信号を発生する測定部、及びこの測定部に接続されてケースの外部に導出され、測定部で発生した電気的信号を外部に取り出すためのケーブルとを備えて構成され、ケース開口の受圧面で流体のせん断力を受けて、せん断力を測定するようになっている。
このような汎用品のせん断力計でも、シールド掘進機のチャンバーなどの内面に埋設することで、チャンバー内の土砂の流動によって発生するせん断力を受けて、土砂のせん断力を測定することが可能である。
しかしながら、このような汎用品のせん断力計の場合、図２（ｂ）に示すように、受圧部９２が柱形の起歪体からなり、ケース９１の内部に受圧部９２の可動域を確保する必要から、ケース９１と受圧部９２の周面との間に受圧部９２の可動代９０として比較的大きな空隙が設けられており、このせん断力計をシールド掘進機のチャンバーやスクリューコンベアーなどに配置して、土中で使用した場合、空隙に土砂が詰まり可動できなくなり、その結果、計測不能となる恐れがあり、また、このような不具合を回避するためには、せん断力計の小まめなメンテナンスが必要となり、せん断力計の連続使用、繰返し使用に支障を来す、という問題がある。また、このようなせん断力計では、本願発明者らが提案した土砂の性状を評価する方法等（特許文献１）の現実的な実施が困難で、実用的でない、という問題がある。
本発明は、上記従来の問題を解決するものであり、シールド掘進機のシールドチャンバー内やスクリューコンベアー内などに設置され、トンネル掘削時に掘削土砂（泥土）がシールドチャンバーやスクリューコンベアーに作用するせん断力を測定するなど、土中の土砂その他の流体から受けるせん断力を測定するのに適した新たな構造を有するせん断力計、並びにこれを用いた土圧シールド工法に使用するチャンバー内掘削土の性状測定評価方法、シールド掘進機、及び土砂の塑性流動性試験装置を提供すること、を目的とする。
上記目的を達成するために、本発明は、一端に開口を有するケースと、一端が受圧面として前記ケースの開口に臨み、他端を前記ケースの内部に固定されて、前記ケースの内部に揺動可能に配置され、流体のせん断力を受ける受圧部と、前記ケース内に設置され、前記受圧部で受ける流体のせん断力を測定し、電気的信号を発生する測定部とを備え、土中の土砂その他の流体のせん断力を測定するせん断力計において、前記受圧部は、前記ケースの開口に揺動可能に所定の可動代を介して配置され、外面を受圧面とする受圧板と、前記受圧板の中心から前記ケースの内部に延び、その端部を前記ケースの内部に固定されて、前記受圧板を揺動可能に支持する受圧軸とからなり、前記測定部が、前記ケースの内部で前記受圧軸の固定部側の変形量を計測可能に配設されて、前記受圧部のせん断力の測定に必要な可動域を小さくすることにより前記ケースの開口における前記受圧板の可動代を小さくし、前記ケースの開口における前記受圧板の可動代及び前記ケースの内部で前記可動代に連通する隙間に、前記受圧板を揺動可能に保持して前記可動代及び前記隙間を填塞する高弾性又は高粘性又はその両方を有する充填材が充填されて、前記ケースの内部への土粒子、水を含む流体の侵入を阻止する、ことを要旨とする。
また、このせん断力計は、次のように具体化される。
（１）ケースは、一端に開口を有する筒状のケース本体と、前記ケース本体の他端に固着され、せん断力計設置先に取り付けるための取付ベースとを具備する。
（２）受圧部の受圧板は、外周部に、略筒状に突出する外周壁を有する。
（３）充填材は、シリコーンチューブを含むゴム状高弾性体又はシリコーングリスを含む高粘性流動体からなる。
この充填材をシリコーングリスを含む高粘性流動体とした場合、ケースの他端側に当該高粘性流動体の注入口が設けられる。
また、このせん断力計は、次のように具体化される。
（１）ケースは、一端に開口を有する筒状のケース本体と、前記ケース本体の他端に固着され、せん断力計設置先に取り付けるための取付ベースとを具備する。
（２）受圧部の受圧板は、外周部に、略筒状に突出する外周壁を有する。
（３）充填材は、シリコーンチューブを含むゴム状高弾性体又はシリコーングリスを含む高粘性流動体からなる。
この充填材をシリコーングリスを含む高粘性流動体とした場合、ケースの他端側に当該高粘性流動体の注入口が設けられる。
本発明は、カッターで掘削した土砂を前記カッター後部のチャンバーに取り込み添加材を注入して、前記チャンバー内で撹拌翼、固定翼により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換して、当該泥土の土圧を切羽に作用させることにより切羽を安定化させ掘進を行うシールド掘進機による土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法であって、泥土が前記チャンバー内の各部に作用する圧力及びせん断力を土圧計及びせん断力計により計測し、その結果の計測値に基づいて前記チャンバー内の泥土の性状を評価する土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法において、前記せん断力計に、本せん断力計を用いた、ことを要旨とする。
本発明は、カッターで掘削した土砂を前記カッター後部のチャンバーに取り込み添加材を注入して、前記チャンバー内で撹拌翼、固定翼により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換して、当該泥土の土圧を切羽に作用させることにより切羽を安定化させ掘進を行う土圧シールド工法に用いるシールド掘進機であって、泥土が前記チャンバー内の各部に作用する圧力及びせん断力を計測する土圧計及びせん断力計を備え、前記土圧計及び前記せん断力計から得た測定値に基づいて前記チャンバー内の泥土の性状を評価する土圧シールド工法に用いるシールド掘進機において、前記せん断力計に、本せん断力計を用いた、ことを要旨とする。
本発明は、カッターで掘削した土砂を前記カッター後部のチャンバーに取り込み添加材を注入して、前記チャンバー内で撹拌翼、固定翼により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換して、当該泥土の土圧を切羽に作用させることにより切羽を安定化させ掘進を行うシールド掘進機による土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置であって、前記シールド掘進機のカッター、チャンバー、撹拌翼、固定翼を模擬した前記シールド掘進機実機よりも小さい模擬カッター、模擬チャンバー、模擬撹拌翼、模擬固定翼、及び前記模擬カッターを前記模擬撹拌翼とともに駆動する駆動装置と、前記模擬カッターの回転トルクを計測する模擬トルク計測装置と、泥土を模擬した土砂が前記模擬カッター、前記模擬チャンバー、前記模擬撹拌翼、前記模擬固定翼に作用する圧力及び／又はせん断力を計測する模擬土圧計及び模擬せん断力計とを備え、実機のチャンバー内で撹拌混合される泥土を想定した模擬泥土を前記模擬チャンバーに投入し、前記模擬カッターを前記撹拌翼とともに回転させることにより、前記模擬泥土を撹拌混合し、前記模擬トルク計測装置、前記模擬土圧計及び前記模擬せん断力計から得た各測定値に基づいて前記模擬チャンバー内の模擬泥土の性状を評価する土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置において、前記模擬せん断力計に、本せん断力計を用いた、ことを要旨とする。
本発明は、カッターで掘削した土砂を前記カッター後部のチャンバーに取り込み添加材を注入して、前記チャンバー内で撹拌翼、固定翼により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換して、当該泥土の土圧を切羽に作用させることにより切羽を安定化させ掘進を行う土圧シールド工法に用いるシールド掘進機であって、泥土が前記チャンバー内の各部に作用する圧力及びせん断力を計測する土圧計及びせん断力計を備え、前記土圧計及び前記せん断力計から得た測定値に基づいて前記チャンバー内の泥土の性状を評価する土圧シールド工法に用いるシールド掘進機において、前記せん断力計に、本せん断力計を用いた、ことを要旨とする。
本発明は、カッターで掘削した土砂を前記カッター後部のチャンバーに取り込み添加材を注入して、前記チャンバー内で撹拌翼、固定翼により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換して、当該泥土の土圧を切羽に作用させることにより切羽を安定化させ掘進を行うシールド掘進機による土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置であって、前記シールド掘進機のカッター、チャンバー、撹拌翼、固定翼を模擬した前記シールド掘進機実機よりも小さい模擬カッター、模擬チャンバー、模擬撹拌翼、模擬固定翼、及び前記模擬カッターを前記模擬撹拌翼とともに駆動する駆動装置と、前記模擬カッターの回転トルクを計測する模擬トルク計測装置と、泥土を模擬した土砂が前記模擬カッター、前記模擬チャンバー、前記模擬撹拌翼、前記模擬固定翼に作用する圧力及び／又はせん断力を計測する模擬土圧計及び模擬せん断力計とを備え、実機のチャンバー内で撹拌混合される泥土を想定した模擬泥土を前記模擬チャンバーに投入し、前記模擬カッターを前記撹拌翼とともに回転させることにより、前記模擬泥土を撹拌混合し、前記模擬トルク計測装置、前記模擬土圧計及び前記模擬せん断力計から得た各測定値に基づいて前記模擬チャンバー内の模擬泥土の性状を評価する土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置において、前記模擬せん断力計に、本せん断力計を用いた、ことを要旨とする。
本発明のせん断力計によれば、上記の構成により、受圧部のせん断力の測定に必要な可動域を小さくして、ケースの開口における受圧板の可動代を小さくし、ケースの開口における受圧板の可動代及びケースの内部で可動代に連通する隙間に、受圧板を揺動可能に保持して可動代及び隙間を填塞する高弾性又は高粘性又はその両方を有する充填材を充填して、ケースの内部への土粒子、水を含む流体の侵入を阻止するようにしたので、土中の土砂その他の流体のせん断力の測定の際に、ケースの開口における受圧板の可動代及びこの可動代に連通するケースの内部の隙間に土中の土砂その他の流体の侵入を阻止してケース内部の各部を保護し、このせん断力計のメンテナンスフリーでの連続使用、繰返し使用を可能とし、土中の土砂その他の流体のせん断力を確実に測定することができる、という本発明独自の格別な効果を奏する。
また、本発明のせん断力計を、本願発明者らが先に出願した土圧シールド工法に使用するチャンバー内掘削土の性状測定評価方法、シールド掘進機、及び土砂の塑性流動性試験装置に用いることにより、それぞれの効果を確実に実現することができ、その実用性は大きい、という本発明独自の格別な効果を奏する。
また、本発明のせん断力計を、本願発明者らが先に出願した土圧シールド工法に使用するチャンバー内掘削土の性状測定評価方法、シールド掘進機、及び土砂の塑性流動性試験装置に用いることにより、それぞれの効果を確実に実現することができ、その実用性は大きい、という本発明独自の格別な効果を奏する。
次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。
図１にせん断力計を示している。
図１に示すように、このせん断力計４は、土中の土砂その他の流体のせん断力を測定するもので、一端に開口４０を有するケース４１と、一端が受圧面４２０としてケース４１の開口４０に臨み、他端をケース４１の内部に固定されて、ケース４１の内部に揺動可能に配置され、流体のせん断力を受ける受圧部４２と、ケース４１内に設置され、受圧部４２で受ける流体のせん断力を測定し、電気的信号を発生する測定部４３とを備える。
図１にせん断力計を示している。
図１に示すように、このせん断力計４は、土中の土砂その他の流体のせん断力を測定するもので、一端に開口４０を有するケース４１と、一端が受圧面４２０としてケース４１の開口４０に臨み、他端をケース４１の内部に固定されて、ケース４１の内部に揺動可能に配置され、流体のせん断力を受ける受圧部４２と、ケース４１内に設置され、受圧部４２で受ける流体のせん断力を測定し、電気的信号を発生する測定部４３とを備える。
ケース４１は、一端に開口４０を有する金属製のケースで、この場合、一端に開口４０を有し、受圧部４２、測定部４３などを収容する筒形のケース本体４０１と、ケース本体４０１の他端に固着され、シールド掘削機などのせん断力計設置先に取り付けるための取付ベース４１３とを具備する。また、この場合、ケース本体４０１は両端を開口された円筒状に形成され、外周面の一端側に溝４０２が周方向に形成されてこの溝４０２にＯリング４０３が嵌着され、他端側には雄ねじ４０４が形成される。また、このケース本体４０１内には受圧部４２を支持固定するための基体４０５が配置される。基体４０５は、内筒部４０６と、外筒部４０７とからなり、全体が柱状に構成される。内筒部４０６の一端面は中心に受圧部４２のための挿着部４０８を形成されて受圧部４２の固定部になっていて、反対側の他端面の中心には雌ねじ４０９が形成される。外筒部４０７は軸方向の長さが内筒部４０６よりも少し長く、外筒部４０７の一端面と内筒部４０６の一端面との間に測定部４３の配置空間４１０が画成され、この一端面の中央には少し小径の筒状部４１１が形成されて開口される。また、この外筒部４０７の他端面の中心には雌ねじ４１２が形成され、内筒部４０６の雌ねじ４０９に連通される。取付ベース４１３はケース本体４０１の外径よりも大きな円板形に形成され、その一方の面の中央にケース本体４０１が嵌合可能な円形の凹部４１４が形成され、凹部４１４の中心に固定用ボルト４１８のためのボルト挿通部４１５、凹部４１４の内周面にケース他端側の雄ねじ４０４に螺合可能な雌ねじ４１６がそれぞれ形成され、さらに、凹部４１４の周囲の面と他方の面との間にボルト挿通部４１５と平行に取付用ボルト４１９のための複数のボルト挿通部４１７が等間隔（この場合、９０°間隔）に形成される。このようにしてケース４１は、ケース本体４０１内に基体４０５が同芯的に配置され、ケース本体４０１の他端に取付ベース４１３が合せられ、この取付ベース４１３中央のボルト挿通部４１５から固定用ボルト４１８が通され、基体４０５の他端面の各雌ねじ４１２、４０９に締結されて全体がハット形に組み立てられる。
受圧部４２は、ケース４１の開口４０に揺動可能に所定の可動代４００を介して配置され、外面を受圧面４２０とする受圧板４２１と、受圧板４２１の中心からケース４１の内部に延び、その端部をケース４１の内部の基体４０５に固定されて、受圧板４２１を揺動可能に支持する受圧軸４２３とからなる。この場合、受圧板４２１は円板状に形成され、外周部に、ケース４１の内部側に向けて少し略円筒状に突出する外周壁４２２を有する。受圧軸４２３は受圧板４２１よりも小径の細い円柱状の軸からなり、受圧板４２１の内面の中心に固着される。このようにして受圧部４２は、ケース４１の内部の基体４０５、この場合、内筒部４０６一端面の挿着部４０８に挿着固定され、ケース４１の内部に揺動可能に配置される。
測定部４３は、ケース４１の内部で受圧軸４２３の固定部側に配設されて、この固定部側の変形量を測定し、電気的信号を発生するようになっている。この場合、測定部４３は、受圧軸４２３の根元になる内筒部４０６の一端面に配設される感度部４３１と、受圧軸４２３の固定端部側に配置されるプリント基板４３２、プリント基板４３２から導出されるケーブル４３３などからなり、基体４０５の一端の配置空間４１０内に構成されて、感度部４３１で受圧軸４２３の固定部の変形量を測定し、プリント基板４３２からケーブル４３３を通じて電気的信号を発生する。
このようにこのせん断力計４では、受圧部４２の形状、すなわち受圧部４２が、ケース４１の開口４０に揺動可能に所定の可動代４００を介して配置され、外面を受圧面４２０とする受圧板４２と、受圧板４２の中心からケース４１の内部に延び、その端部をケース４１の内部に固定されて、受圧板４２１を揺動可能に支持する受圧軸４２３とからなること、及び測定部４３の位置、すなわち、測定部４３が、ケース４１の内部で受圧軸４２３の固定部側の変形量を計測可能に配設されることより、受圧部４２のせん断力の測定に必要な可動域を極めて小さくし、かかる構造により、図２（ａ）に示すように、ケース４１の開口４０における受圧板４２１の可動代４００を可及的に小さくして、この受圧板４２１の可動代４００を可及的に小さい隙間にしている。
そして、このせん断力計４では、さらにケース４１の開口４０における受圧板４２１の可動代４００及びケース４１の内部で可動代４００に連通する隙間４１Ｓにそれぞれ、受圧板４２１を揺動可能に保持して当該可動代４００及び隙間４１Ｓを填塞する高弾性又は高粘性又はその両方を有する充填材４４が充填されて、ケース４１の内部への土粒子、水を含む流体の侵入を阻止するようにしてある。
この充填材４４には、シリコーンチューブを含むゴム状高弾性体、シリコーングリスを含む高粘性流動体、ウレタン樹脂などのシール材が採用される。この場合、ケース４１の内部で受圧板４２１の可動代４００、すなわちケース４１の開口４０内周面と受圧板４２１の外周面との間には、受圧板４２１の外周面にシリコーンチューブ４４１が巻装されて、シリコーンチューブ４４１が充填されその可動代４００が填塞される。また、ケース４１の内部で受圧板４２１の可動代４００に連通する隙間４１Ｓ、すなわち、ケース４１の内周面と基体４０５の外周面との間には、基体４０５（外筒部４０７）の外周面にシリコーンチューブ４４１が巻装されて、シリコーンチューブ４４１が充填されその隙間４１Ｓが填塞される。さらに、ケース４１の内部で受圧板４２１の可動代４００に連通する隙間４１Ｓとして、受圧板４２１の内面と基体４０５の一端側（の測定部４３の配置空間４１０）との間に、受圧板４２１の外周壁４２２と基体４０５の筒状部４１１との間がウレタン樹脂からなるパッキン４４２により封止されてシリコーングリス４４３が充填され、その隙間４１Ｓが填塞される。
この充填材４４には、シリコーンチューブを含むゴム状高弾性体、シリコーングリスを含む高粘性流動体、ウレタン樹脂などのシール材が採用される。この場合、ケース４１の内部で受圧板４２１の可動代４００、すなわちケース４１の開口４０内周面と受圧板４２１の外周面との間には、受圧板４２１の外周面にシリコーンチューブ４４１が巻装されて、シリコーンチューブ４４１が充填されその可動代４００が填塞される。また、ケース４１の内部で受圧板４２１の可動代４００に連通する隙間４１Ｓ、すなわち、ケース４１の内周面と基体４０５の外周面との間には、基体４０５（外筒部４０７）の外周面にシリコーンチューブ４４１が巻装されて、シリコーンチューブ４４１が充填されその隙間４１Ｓが填塞される。さらに、ケース４１の内部で受圧板４２１の可動代４００に連通する隙間４１Ｓとして、受圧板４２１の内面と基体４０５の一端側（の測定部４３の配置空間４１０）との間に、受圧板４２１の外周壁４２２と基体４０５の筒状部４１１との間がウレタン樹脂からなるパッキン４４２により封止されてシリコーングリス４４３が充填され、その隙間４１Ｓが填塞される。
このようにしてせん断力計４は、図３に示すように、シールド掘進機のチャンパーやスクリューコンベアーなどに取り付けられ、土中の土砂その他の流体のせん断力を受圧板４２１の受圧面４２０で受けて受圧軸４２３を変形（曲げ変形）し、この受圧軸４２３の固定部の変形量を測定部４３の感度部４３１で測定し、プリント基板４３２からケーブル４３３を通じて電気的信号を発生する。
そして、この流体のせん断力の測定の間、ケース４１の開口４０における受圧板４２１の極めて小さい可動代４００により、この可動代４００からの土粒子その他の流体の侵入が防止され、この可動代４００及び可動代４００に連通するケース４１の内部の隙間４１Ｓに充填された充填材４４により、土粒子を含む水その他の流体の侵入を阻止してケース４１の内部の各部が保護され、せん断力計４のメンテナンスフリーでの連続使用、繰返し使用が可能となり、土中の土砂その他の流体のせん断力が確実に測定される。
そして、この流体のせん断力の測定の間、ケース４１の開口４０における受圧板４２１の極めて小さい可動代４００により、この可動代４００からの土粒子その他の流体の侵入が防止され、この可動代４００及び可動代４００に連通するケース４１の内部の隙間４１Ｓに充填された充填材４４により、土粒子を含む水その他の流体の侵入を阻止してケース４１の内部の各部が保護され、せん断力計４のメンテナンスフリーでの連続使用、繰返し使用が可能となり、土中の土砂その他の流体のせん断力が確実に測定される。
以上説明したように、このせん断力計４によれば、受圧部４２は、ケース４１の開口４０に揺動可能に所定の可動代４００を介して配置され、外面を受圧面４２０とする受圧板４２１と、受圧板４２１の中心からケース４１の内部に延び、その端部をケース４１の内部に固定されて、受圧板４２１を揺動可能に支持する受圧軸４２３とからなり、測定部４３が、ケース４１の内部で受圧軸４２３の固定部の変形量を計測可能に配設されて、この受圧部４２の形状及び測定部４３の位置により、受圧部４２のせん断力の測定に必要な可動域を小さくすることによりケース４１の開口４０における受圧板４２１の可動代４００を小さくし、また、ケース４１の開口４０における受圧板４２１の可動代４００及びケース４１の内部で可動代４００に連通する隙間４１Ｓに、受圧板４２１を揺動可能に保持して可動代４００及び隙間４１Ｓを填塞する高弾性又は高粘性又はその両方を有する充填材４４が充填されて、ケース４１の内部への土粒子、水を含む流体の侵入を阻止するようにしたので、土中の土砂その他の流体のせん断力の測定の際に、ケース４１の開口４０における受圧板４２１の可動代４００及びこの可動代４００に連通するケース４１の内部の隙間４１Ｓに土中の土砂その他の流体の侵入を阻止してケース４１の内部の各部を保護し、せん断力計４のメンテナンスフリーでの連続使用、繰返し使用を可能とし、土中の土砂その他の流体のせん断力を確実に測定することができる。
また、このせん断力計４によれば、さらに次のような効果を奏することができる。
（１）ケース４１は、一端に開口４０を有する筒状のケース本体４０１と、ケース本体４０１の他端に固着され、せん断力計設置先に取り付けるための取付ベース４１３とを具備するので、せん断力計４をその設置先に容易に取り付けることができる。
（２）受圧部４２の受圧板４２１は、外周部に、略筒状に突出する外周壁４２２を有するので、受圧板４２１とケース４１の内部の基体４０５との間をシール材（パッキン４４２）などを介して封止することができ、受圧板４１２と基体４０５との間にシリコーングリス４４３を含む高粘性流動体を容易に注入充填することができる。
（３）充填材４４は、シリコーンチューブ４４１を含むゴム状高弾性体又はシリコーングリス４４３を含む高粘性流動体からなり、ケース４１の開口４０における受圧板４１２の可動代４００及びケース４１の内部で可動代４００に連通する隙間４１Ｓを受圧板４１２を揺動可能に保持して填塞することができる。
（１）ケース４１は、一端に開口４０を有する筒状のケース本体４０１と、ケース本体４０１の他端に固着され、せん断力計設置先に取り付けるための取付ベース４１３とを具備するので、せん断力計４をその設置先に容易に取り付けることができる。
（２）受圧部４２の受圧板４２１は、外周部に、略筒状に突出する外周壁４２２を有するので、受圧板４２１とケース４１の内部の基体４０５との間をシール材（パッキン４４２）などを介して封止することができ、受圧板４１２と基体４０５との間にシリコーングリス４４３を含む高粘性流動体を容易に注入充填することができる。
（３）充填材４４は、シリコーンチューブ４４１を含むゴム状高弾性体又はシリコーングリス４４３を含む高粘性流動体からなり、ケース４１の開口４０における受圧板４１２の可動代４００及びケース４１の内部で可動代４００に連通する隙間４１Ｓを受圧板４１２を揺動可能に保持して填塞することができる。
なお、この実施の形態では、受圧部４２の受圧軸４２３の固定部に測定部４３の感度部４３１を設け、受圧軸４２３の固定部の変形量を測定するものとしたが、受圧軸の固定側端部に感度部を設け、この固定側端部の変形量を測定するものとしてもよく、このようにしても上記実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。
また、この実施の形態では、ケース４１の内部で受圧板４２１の可動代４００であるケース４１と受圧板４２１の間に、受圧板４２１の外周にシリコーンチューブ４４１を巻装することにより、シリコーンチューブ４４１を充填し、また、ケース４１の内部で受圧板４２１の可動代４００に連通する隙間４１Ｓであるケース４１と基体４０５との間に、基体４０５（外筒部４０７）の外周にシリコーンチューブ４４１を巻装することにより、シリコーンチューブ４４１を充填するものとしたが、図４に示すように（なお、図４には、上記実施の形態と同様の部材には同じ符号を付してある。）、この充填材４４をケース４１と受圧板４２１の間からこれに連通するケース４１と基体４０５との間にシリコーングリス４４３などの高粘性流動体を充填してもよく、このようにしても上記実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、この場合、ケース４１の他端側、すなわち開口４０とは反対側の面に高粘性流動体の注入口４１Ｐを開閉可能に設けることが好ましい。このようにすることにより、ケース４１内の隙間４１Ｓにシリコーングリス４４３などの高粘性流動体を容易に補充することができる。
また、この実施の形態では、ケース４１の内部で受圧板４２１の可動代４００であるケース４１と受圧板４２１の間に、受圧板４２１の外周にシリコーンチューブ４４１を巻装することにより、シリコーンチューブ４４１を充填し、また、ケース４１の内部で受圧板４２１の可動代４００に連通する隙間４１Ｓであるケース４１と基体４０５との間に、基体４０５（外筒部４０７）の外周にシリコーンチューブ４４１を巻装することにより、シリコーンチューブ４４１を充填するものとしたが、図４に示すように（なお、図４には、上記実施の形態と同様の部材には同じ符号を付してある。）、この充填材４４をケース４１と受圧板４２１の間からこれに連通するケース４１と基体４０５との間にシリコーングリス４４３などの高粘性流動体を充填してもよく、このようにしても上記実施の形態と同様の作用効果を得ることができる。また、この場合、ケース４１の他端側、すなわち開口４０とは反対側の面に高粘性流動体の注入口４１Ｐを開閉可能に設けることが好ましい。このようにすることにより、ケース４１内の隙間４１Ｓにシリコーングリス４４３などの高粘性流動体を容易に補充することができる。
図５にこのせん断力計４の使用例として、本願発明者が先に提案した土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法を示している。
図５に示すように、シールド掘進機を使用して行う土圧シールド工法では、シールド掘進機１のカッター１１で掘削した土砂をカッター１１後部に設けたチャンバー１２に取り込み、添加材を注入して、チャンバー１２内に配置される撹拌翼１３１、固定翼１３２により撹拌混合することにより、掘削土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換し、この泥土をチャンバー１２内とチャンバー１２から後方に延びるスクリューコンベアー１４などからなる排土装置内に充満させ、この状態を維持しながらシールドジャッキ１５の推力によりチャンバー１２内の泥土に泥土圧を発生させて切羽Ｇの土圧と地下水圧に対抗し、シードル掘進機１をその推進量と排土量のバランスを図りながら推進することが行われる。
このような泥土圧式シールド工法においては、切羽Ｇの安定を適切に保つために、チャンバー１２内の掘削土砂を良好に塑性流動化する必要があり、このため、チャンバー内掘削土の性状の適切な測定、評価が重要となる。
そして、このチャンバー内掘削土の性状の測定評価方法では、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルクなどの計測、またスクリューコンベアー１４から排出された泥土の目視などとともに、泥土がチャンバー１２内の各部に作用する圧力及びせん断力を土圧計２１及びせん断力計４により計測し、その結果の計測値に基づいてチャンバー１２内の泥土の性状を評価し、シールド掘進機１の推力やカッター１１の回転トルクに基づくチャンバー内掘削土の性状の評価方法など既知のチャンバー内掘削土の性状の評価方法に、掘削土を撹拌混合するチャンバー１２内の各部で発生する圧力及びせん断力に基づくチャンバー内掘削土の性状の評価方法を併せて、総合的に評価する。
図５に示すように、シールド掘進機を使用して行う土圧シールド工法では、シールド掘進機１のカッター１１で掘削した土砂をカッター１１後部に設けたチャンバー１２に取り込み、添加材を注入して、チャンバー１２内に配置される撹拌翼１３１、固定翼１３２により撹拌混合することにより、掘削土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換し、この泥土をチャンバー１２内とチャンバー１２から後方に延びるスクリューコンベアー１４などからなる排土装置内に充満させ、この状態を維持しながらシールドジャッキ１５の推力によりチャンバー１２内の泥土に泥土圧を発生させて切羽Ｇの土圧と地下水圧に対抗し、シードル掘進機１をその推進量と排土量のバランスを図りながら推進することが行われる。
このような泥土圧式シールド工法においては、切羽Ｇの安定を適切に保つために、チャンバー１２内の掘削土砂を良好に塑性流動化する必要があり、このため、チャンバー内掘削土の性状の適切な測定、評価が重要となる。
そして、このチャンバー内掘削土の性状の測定評価方法では、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルクなどの計測、またスクリューコンベアー１４から排出された泥土の目視などとともに、泥土がチャンバー１２内の各部に作用する圧力及びせん断力を土圧計２１及びせん断力計４により計測し、その結果の計測値に基づいてチャンバー１２内の泥土の性状を評価し、シールド掘進機１の推力やカッター１１の回転トルクに基づくチャンバー内掘削土の性状の評価方法など既知のチャンバー内掘削土の性状の評価方法に、掘削土を撹拌混合するチャンバー１２内の各部で発生する圧力及びせん断力に基づくチャンバー内掘削土の性状の評価方法を併せて、総合的に評価する。
この測定評価方法においては、特に、チャンバー１２内の各部としてチャンバー１２の内面、撹拌翼１３１、固定翼１３２の表面、カッター１１のチャンバー１２に対向する背面にそれぞれ、土圧計２１及び／又はせん断力計４を選択的に設置して、泥土がチャンバー１２の内面、撹拌翼１３１、固定翼１３２の表面、カッター１１の背面に作用する圧力及び／又はせん断力を計測する。ここで土圧計２１は、チャンバー１２内の各部で発生する土圧（圧力）を検知する公知の略平板形状の計測機材で、片側一方の面が圧力を受け反応（受圧）する受圧面になっている。せん断力計４は既に述べたとおりで、片側一方の面がせん断力を受け反応（感知）する受圧面になっている。
この場合、チャンバー１２の内面はチャンバー１２の底となるバルクヘッド（隔壁）１２１、及びチャンバー１２の内周面となるシールドスキンプレート１０の前端部側内周面であり、このチャンバー１２に設置する土圧計２１及び／又はせん断力計４は、土圧計２１の受圧面、せん断力計４の受圧面がチャンバー１２のバルクヘッド１２１とシールドスキンプレート１０の前端部側内周面に略同一面となるように、チャンバー１２のバルクヘッド１２１とシールドスキンプレート１０の前端部側内周面の適宜の計測位置に埋め込み設置する。
また、撹拌翼１３１の表面は、カッター１１の背面に突設されてチャンバー１２に向けて延び、カッター１１とともに回転される撹拌翼１３１の周面であり、固定翼１３２の表面は、チャンバー１２のバルクヘッド１２１に固定されてシールドスキンプレート１０の前端部に向けて延びる固定翼１３２の周面であり、この撹拌翼１３１、固定翼１３２に設置する土圧計２１はこの土圧計２１の受圧面をカッター１１の回転方向に対して略直交する方向に向けて、すなわち土圧計２１の受圧面がチャンバー１２内の掘削土砂の流れに略対向するように設置し、撹拌翼１３１、固定翼１３２に設置するせん断力計４はこのせん断力計４の受圧面をカッター１１の回転方向と略平行にして、すなわちせん断力計４の受圧面がチャンバー１２内の掘削土砂の流れに略沿うように設置する。
なお、この場合、カッター１１は正転方向又は逆転方向に回転可能になっているので、いずれの方向の回転に対しても撹拌翼１３１、固定翼１３２の土圧計２１が掘削土砂に反応できるように、２方向の土圧計２１を用い、一方の土圧計２１はその受圧面をカッター１１の正転方向の回転に対向可能に設置し、他方の土圧計２１はその受圧面をカッター１１の逆転方向の回転に対向可能に設置してもよい。また、この場合、せん断力計４はその受圧面をシールド掘進機１の軸芯に向けて設置してもよく、シールド掘進機１の周面（シールドスキンプレート１０の内周面）に向けて設置してもよく、さらに、２方向のせん断力計４を用い、一方のせん断力計４をその受圧面をシールド掘進機１の軸芯に向けて設置し、他方のせん断力計４をその受圧面をシールド掘進機１の周面（シールドスキンプレート１９の内周面）に向けて設置してもよい。また、せん断力計４はその受圧面をシールド掘進機１の後方、すなわちチャンバー１２のバルクヘッド１２１に向けて設置してもよく、シールド掘進機１の前方、すなわちカッター１１の背面に向けて設置してもよく、さらに、２方向のせん断力計４を用い、一方のせん断力計４をその受圧面をチャンバー１２のバルクヘッド１２１に向けて設置し、他方のせん断力計４をその受圧面をカッター１１の背面に向けて設置してもよい。また、せん断力計４は上記各種の設置形式を組み合せて設置してもよい。さらに、このせん断力計４は撹拌翼１３１、固定翼１３２の先端に設置されてもよく、この場合、受圧面をカッター１１の回転方向と略平行に向ければよい。
また、カッター１１の背面に設置する土圧計２１はこの土圧計２１の受圧面をカッター１１の回転方向に対して略直交する方向に向けて又は略平行に設置し、カッター１１の背面に設置するせん断力計４はこのせん断力計４の受圧面をカッター１１の回転方向と略平行にして設置する。
なお、この場合、カッター１１は正転方向又は逆転方向に回転可能になっているので、いずれの方向の回転に対してもカッター１１の土圧計２１が掘削土砂に反応できるように、２方向の土圧計２１を用い、一方の土圧計２１はその受圧面をカッター１１の正転方向の回転に対向可能に設置し、他方の土圧計２１はその受圧面をカッター１１の逆転方向の回転に対向可能に設置してもよい。また、せん断力計４はその受圧面をシールド掘進機１の後方、すなわちチャンバー１２のバルクヘッド１２１に向けて設置することが好ましい。
この場合、チャンバー１２の内面はチャンバー１２の底となるバルクヘッド（隔壁）１２１、及びチャンバー１２の内周面となるシールドスキンプレート１０の前端部側内周面であり、このチャンバー１２に設置する土圧計２１及び／又はせん断力計４は、土圧計２１の受圧面、せん断力計４の受圧面がチャンバー１２のバルクヘッド１２１とシールドスキンプレート１０の前端部側内周面に略同一面となるように、チャンバー１２のバルクヘッド１２１とシールドスキンプレート１０の前端部側内周面の適宜の計測位置に埋め込み設置する。
また、撹拌翼１３１の表面は、カッター１１の背面に突設されてチャンバー１２に向けて延び、カッター１１とともに回転される撹拌翼１３１の周面であり、固定翼１３２の表面は、チャンバー１２のバルクヘッド１２１に固定されてシールドスキンプレート１０の前端部に向けて延びる固定翼１３２の周面であり、この撹拌翼１３１、固定翼１３２に設置する土圧計２１はこの土圧計２１の受圧面をカッター１１の回転方向に対して略直交する方向に向けて、すなわち土圧計２１の受圧面がチャンバー１２内の掘削土砂の流れに略対向するように設置し、撹拌翼１３１、固定翼１３２に設置するせん断力計４はこのせん断力計４の受圧面をカッター１１の回転方向と略平行にして、すなわちせん断力計４の受圧面がチャンバー１２内の掘削土砂の流れに略沿うように設置する。
なお、この場合、カッター１１は正転方向又は逆転方向に回転可能になっているので、いずれの方向の回転に対しても撹拌翼１３１、固定翼１３２の土圧計２１が掘削土砂に反応できるように、２方向の土圧計２１を用い、一方の土圧計２１はその受圧面をカッター１１の正転方向の回転に対向可能に設置し、他方の土圧計２１はその受圧面をカッター１１の逆転方向の回転に対向可能に設置してもよい。また、この場合、せん断力計４はその受圧面をシールド掘進機１の軸芯に向けて設置してもよく、シールド掘進機１の周面（シールドスキンプレート１０の内周面）に向けて設置してもよく、さらに、２方向のせん断力計４を用い、一方のせん断力計４をその受圧面をシールド掘進機１の軸芯に向けて設置し、他方のせん断力計４をその受圧面をシールド掘進機１の周面（シールドスキンプレート１９の内周面）に向けて設置してもよい。また、せん断力計４はその受圧面をシールド掘進機１の後方、すなわちチャンバー１２のバルクヘッド１２１に向けて設置してもよく、シールド掘進機１の前方、すなわちカッター１１の背面に向けて設置してもよく、さらに、２方向のせん断力計４を用い、一方のせん断力計４をその受圧面をチャンバー１２のバルクヘッド１２１に向けて設置し、他方のせん断力計４をその受圧面をカッター１１の背面に向けて設置してもよい。また、せん断力計４は上記各種の設置形式を組み合せて設置してもよい。さらに、このせん断力計４は撹拌翼１３１、固定翼１３２の先端に設置されてもよく、この場合、受圧面をカッター１１の回転方向と略平行に向ければよい。
また、カッター１１の背面に設置する土圧計２１はこの土圧計２１の受圧面をカッター１１の回転方向に対して略直交する方向に向けて又は略平行に設置し、カッター１１の背面に設置するせん断力計４はこのせん断力計４の受圧面をカッター１１の回転方向と略平行にして設置する。
なお、この場合、カッター１１は正転方向又は逆転方向に回転可能になっているので、いずれの方向の回転に対してもカッター１１の土圧計２１が掘削土砂に反応できるように、２方向の土圧計２１を用い、一方の土圧計２１はその受圧面をカッター１１の正転方向の回転に対向可能に設置し、他方の土圧計２１はその受圧面をカッター１１の逆転方向の回転に対向可能に設置してもよい。また、せん断力計４はその受圧面をシールド掘進機１の後方、すなわちチャンバー１２のバルクヘッド１２１に向けて設置することが好ましい。
このようにしてこの測定評価方法では、シールド掘進機１のカッター１１で掘削した土砂をカッター１１後部に設けたチャンバー１２に取り込み、添加材を注入して、カッター１１背面の撹拌翼１３１、チャンバー１２のバルクヘッド１２１の固定翼１３２により撹拌混合する間、この撹拌混合時の土砂の流動により、チャンバー１２を構成するバルクヘッド１２１及びシールドスキンプレート１０の内周面、カッター１１の背面、撹拌翼１３１及び固定翼１３２の周面にそれぞれ圧力、せん断力が発生し、その大きさは一般に土砂の硬軟によって異なるので、その大きさを各土圧計２１及び各せん断力計４により測定することで、得られた値、勾配の大小によって、泥土の硬軟を判定し、評価する。すなわち、計測値が上昇し値が大きい場合は、掘削土砂は硬く流動し難い（つまり、掘削土砂の塑性流動性は低い）と、反対に計測値が上昇せず値が小さい場合は、掘削土砂は軟らかく流動し易い（つまり、掘削土砂の塑性流動性は高い）と判定し、泥土の性状を評価する。
そして、この測定評価方法は、従来から一般的に行われるシールド掘進機１の推力やカッター１１の回転トルクなどの計測とともに実施し、シールド掘進機１の推力やカッター１１の回転トルクに基づく泥土の性状の評価と、掘削土砂の撹拌混合の際のチャンバー１２内の各部で発生する圧力及びせん断力に基づく泥土の性状の評価を併せて行い、総合的に評価する。この場合、シールド掘進機１の推力やカッター１１の回転トルクのマシンデータは地山の状態でも変動することがあり、また、チャンバー１２内の泥土の圧力（土圧）は泥土の硬軟により変動しないが、チャンバー１２内での泥土によるせん断力は泥土の硬軟を十分に反映するので、マシンデータに掘削土を撹拌混合するチャンバー１２内の各部で発生する圧力及びせん断力に基づく泥土の性状の評価を加えることで、信頼性の高い評価が得られる。
なお、このようなシールド掘進機１の推力やカッター１１の回転トルクの計測データ、チャンバー１２を構成するバルクヘッド１２１及びシールドスキンプレート１０の内周面、カッター１１の背面、撹拌翼１３１及び固定翼１３２の周面にそれぞれ発生する圧力、せん断力の計測データに基づく泥土の性状評価は、一般のＰＣ（パーソナルコンピュータ）で各計測データを処理し、ＰＣのディスプレイ上にその結果を表示することで行う。
そして、この測定評価方法は、従来から一般的に行われるシールド掘進機１の推力やカッター１１の回転トルクなどの計測とともに実施し、シールド掘進機１の推力やカッター１１の回転トルクに基づく泥土の性状の評価と、掘削土砂の撹拌混合の際のチャンバー１２内の各部で発生する圧力及びせん断力に基づく泥土の性状の評価を併せて行い、総合的に評価する。この場合、シールド掘進機１の推力やカッター１１の回転トルクのマシンデータは地山の状態でも変動することがあり、また、チャンバー１２内の泥土の圧力（土圧）は泥土の硬軟により変動しないが、チャンバー１２内での泥土によるせん断力は泥土の硬軟を十分に反映するので、マシンデータに掘削土を撹拌混合するチャンバー１２内の各部で発生する圧力及びせん断力に基づく泥土の性状の評価を加えることで、信頼性の高い評価が得られる。
なお、このようなシールド掘進機１の推力やカッター１１の回転トルクの計測データ、チャンバー１２を構成するバルクヘッド１２１及びシールドスキンプレート１０の内周面、カッター１１の背面、撹拌翼１３１及び固定翼１３２の周面にそれぞれ発生する圧力、せん断力の計測データに基づく泥土の性状評価は、一般のＰＣ（パーソナルコンピュータ）で各計測データを処理し、ＰＣのディスプレイ上にその結果を表示することで行う。
以上説明したように、このチャンバー内掘削土の性状の測定評価方法によれば、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルクなどの計測、またスクリューコンベアー１４から排出された泥土の目視などとともに、泥土がチャンバー１２内の各部に作用する圧力及びせん断力を土圧計２１及びせん断力計４により計測し、その結果の計測値に基づいてチャンバー１２内の泥土の性状を評価し、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルクに基づくチャンバー内掘削土の性状の評価方法など既知のチャンバー内掘削土の性状の評価方法と、掘削土を撹拌混合するチャンバー１２内の各部で発生する圧力及びせん断力に基づくチャンバー１２内の掘削土の性状の評価方法とを併せて、総合的に評価するようにしたので、従来から行われているカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルク、スクリューコンベアー１４から排出される土砂の目視などに加え、土砂の硬軟を相対的に定量評価することができ、この評価を実際の掘削工事において実際の掘削土砂に対する添加材の注入量の設定やその添加材の配合による試験練りに用いることができる。
特に、この測定評価方法では、シールド掘削機１のチャンバー１２に既述のせん断力計４を取り付けて、このせん断力計４を用いて掘削土（泥土）のせん断力を測定したことで、チャンバー１２での連続使用、繰返し使用に耐え、掘削土（泥土）の硬軟を適切に把握することができる。なお、このせん断力計４をシールド掘削機１のスクリューコンベアー１４内に取り付けて、泥土のせん断力を測定しても、同様に、スクリューコンベアー１４での連続使用、繰返し使用に耐え、泥土の硬軟を適切に把握することができる。
特に、この測定評価方法では、シールド掘削機１のチャンバー１２に既述のせん断力計４を取り付けて、このせん断力計４を用いて掘削土（泥土）のせん断力を測定したことで、チャンバー１２での連続使用、繰返し使用に耐え、掘削土（泥土）の硬軟を適切に把握することができる。なお、このせん断力計４をシールド掘削機１のスクリューコンベアー１４内に取り付けて、泥土のせん断力を測定しても、同様に、スクリューコンベアー１４での連続使用、繰返し使用に耐え、泥土の硬軟を適切に把握することができる。
図５にこのせん断力計４の使用例として、本願発明者が先に提案した土圧シールド工法に用いるシールド掘進機を併せて示している。
図５に示すように、シールド掘進機１は、シールドスキンプレート１０の前端部に取り付けられるスポーク形状のカッター１１、カッター１１の後部でシールドスキンプレート１０の前端部側にバルクヘッド（隔壁）１２１により区画形成されてなるチャンバー１２、カッター１１の背面に取り付けられてチャンバー１２内に突出され、カッター１１とともに回転される撹拌翼１３１、バルクヘッド１２１に固定され、チャンバー１２内に突出される固定翼１３２、シールドスキンプレート１０の内部に配置され、カッター１１に作動連結されるカッターモーター１１０、バルクヘッド１２１に接続されシールドスキンプレート１０内部を後方に向けて延ばされるスクリューコンベアー１４などからなる排土装置、シールドスキンプレート１０の内部に配設され、既設セグメントに反力を取ってシールド掘進機１本体を前進させるシールドジャッキ１５などを備えて構成され、カッター１１で掘削した土砂をカッター１１後部のチャンバー１２に取り込み添加材を注入して、チャンバー１２内で撹拌翼１３１、固定翼１３２により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換し、当該泥土の土圧を切羽Ｇに作用させることにより切羽Ｇを安定化させて掘進を行うようになっている。なお、Ｓはシールド掘進機１の掘進に伴って順次組立てられたセグメントである。
そして、このようなシールド掘進機１においては、切羽Ｇの安定を適切に保つため、チャンバー１２内の掘削土砂を良好に塑性流動化する必要があり、チャンバー１２内の掘削土の性状の適切な測定、評価が重要となる。
そこで、このシールド掘進機１は、従来から一般に使用されるシールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルクなどを計測する計測器（図示省略）の他に、泥土がチャンバー１２内の各部に作用する圧力及びせん断力を計測する土圧計２１及びせん断力計４を備え、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などを用いて、土圧計２１及びせん断力計４から得た測定値に基づいてチャンバー１２内の泥土の性状を評価するようになっている。
図５に示すように、シールド掘進機１は、シールドスキンプレート１０の前端部に取り付けられるスポーク形状のカッター１１、カッター１１の後部でシールドスキンプレート１０の前端部側にバルクヘッド（隔壁）１２１により区画形成されてなるチャンバー１２、カッター１１の背面に取り付けられてチャンバー１２内に突出され、カッター１１とともに回転される撹拌翼１３１、バルクヘッド１２１に固定され、チャンバー１２内に突出される固定翼１３２、シールドスキンプレート１０の内部に配置され、カッター１１に作動連結されるカッターモーター１１０、バルクヘッド１２１に接続されシールドスキンプレート１０内部を後方に向けて延ばされるスクリューコンベアー１４などからなる排土装置、シールドスキンプレート１０の内部に配設され、既設セグメントに反力を取ってシールド掘進機１本体を前進させるシールドジャッキ１５などを備えて構成され、カッター１１で掘削した土砂をカッター１１後部のチャンバー１２に取り込み添加材を注入して、チャンバー１２内で撹拌翼１３１、固定翼１３２により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換し、当該泥土の土圧を切羽Ｇに作用させることにより切羽Ｇを安定化させて掘進を行うようになっている。なお、Ｓはシールド掘進機１の掘進に伴って順次組立てられたセグメントである。
そして、このようなシールド掘進機１においては、切羽Ｇの安定を適切に保つため、チャンバー１２内の掘削土砂を良好に塑性流動化する必要があり、チャンバー１２内の掘削土の性状の適切な測定、評価が重要となる。
そこで、このシールド掘進機１は、従来から一般に使用されるシールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルクなどを計測する計測器（図示省略）の他に、泥土がチャンバー１２内の各部に作用する圧力及びせん断力を計測する土圧計２１及びせん断力計４を備え、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などを用いて、土圧計２１及びせん断力計４から得た測定値に基づいてチャンバー１２内の泥土の性状を評価するようになっている。
このシールド掘進機１にあっては、特に、チャンバー１２内の各部としてチャンバー１２の内面、撹拌翼１３１、固定翼１３２の表面、カッター１１のチャンバー１２に対向する背面にそれぞれ、土圧計２１及び／又はせん断力計４が設置されて、これらの土圧計２１及び／又はせん断力計４により泥土がチャンバー１２の内面、撹拌翼１３１、固定翼１３２の表面、カッター１１の背面に作用する圧力及び／又はせん断力を計測する。なお、土圧計２１、せん断力計４の構成及びその設置形式については既に述べたとおりである。
また、ＰＣについては一般に使用されるものが採用され、図６に示すように、チャンバー１２内の泥土の性状を測定評価するための各種指示が入力される操作入力部ａと、チャンバー１２内の泥土の性状を測定評価するための各種アプリケーション（ソフトウェア）及びデータが格納される記憶部ｂと、チャンバー１２内の泥土の性状を測定評価するための情報或いは処理結果を表示する表示部ｃと、外部記録媒体に格納された各種のデータを読み出すデータ読取部ｄと、データ収集ユニットから送付されたデータを受信する通信部ｅと、上記各機能部の動作をコントロールしまた各種演算処理を行う制御部ｆとを備える。この場合、操作入力部ａは、キーボード、タッチパネルなどのデータ入力機器により構成され、この操作入力部ａにより、制御部ｆにおける各種処理動作に必要なコマンドおよびデータが入力される。記憶部ｂは、土圧計２１及びせん断力計４からの計測データに基づいてチャンバー１２内の各部に発生する圧力及びせん断力を測定する手段としての処理プログラムを含む各種のプログラムが格納される読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）と、処理動作に際してデータの書き込み、読み出しが実行されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、チャンバー１２内の各部に発生する圧力及びせん断力を測定して得られたデータを格納する計測データメモリとを有しており、それぞれのメモリが必要に応じて使用される。表示部ｃは液晶その他のディスプレイ機器からなり、チャンバー１２内の各部に発生する圧力及びせん断力により得られたチャンバー１２内の泥土の性状などこのシステムの動作中における種々の状態情報や処理情報などが表示される。データ読取部ｄとしては各種のメモリカードスロット、各種のカードメモリリーダー／ライター、各種のディスクドライバーなど各種のインタフェース機器が用いられる。通信部ｅはデータ収集ユニットから通信により送られてきた記録データを受信するためにインターネットなどの公衆通信ネットワークに接続される。制御部ｆはマイクロコンピュータなどからなり、各種の測定データなどのデータ処理を実行し、その結果をサーバへ送付したりする。
このような装置構成から、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルクの計測データや、チャンバー１２を構成するバルクヘッド１２１及びスキンプレート１０の内周面、カッター１１の背面、撹拌翼１３１及び固定翼１３２の周面にそれぞれ発生する圧力、せん断力の計測データはシールド掘進機１に搭載のＰＣ（パーソナルコンピュータ）の処理プログラムでデータ処理され、その結果がＰＣのディスプレイに表示される。シールド掘進機１での作業者は、ＰＣのディスプレイでチャンバー１２内の泥土の性状管理を行う。
かかるシールド掘進機１を用いた地山の掘削工事では、カッターモーター１１０の駆動により、カッター１１で切羽Ｇを掘削し、掘削した土砂をカッター１１後部のチャンバー１２に取り込み、この掘削土砂に適量の添加材を注入して、チャンバー１２内で撹拌翼１３１、固定翼１３２により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換し、この泥土をチャンバー１２内及びスクリューコンベアー１４内に加圧充満させて泥土の土圧を切羽Ｇを作用させて安定化させる。そして、掘削土量に見合った量の泥土をスクリューコンベアー１４を介して排出させながら掘進する。チャンバー１２内の泥土をカッター１１背面の撹拌翼１３１、チャンバー１２のバルクヘッド１２１の固定翼１３２で撹拌混合する間、この撹拌混合時の土砂の流動により、チャンバー１２を構成するバルクヘッド１２１及びスキンプレート１０の内周面、カッター１１の背面、撹拌翼１３１及び固定翼１３２の周面などに発生する圧力、せん断力をチャンバー１２内各部の土圧計２１及びせん断力計４が常時検知、測定し、これらの測定データがＰＣにより処理されて、その結果がディスプレイに数値、波形データとして表示され、このディスプレイに得られた値、勾配の大小によって、泥土の硬軟を判定する。すなわち、計測値が上昇し値が大きい場合は、掘削土砂は硬く流動し難い（つまり、掘削土砂の塑性流動性は低い）と判定され、反対に計測値が上昇せず値が小さい場合は、掘削土砂は軟らかく流動し易い（つまり、掘削土砂の塑性流動性は高い）と判定して、泥土の性状を評価する。
また、このシールド掘進機１では、従来から一般的に実施されるシールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルクなどの計測が行われており、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルクに基づく泥土の性状の評価と、掘削土砂を撹拌混合する際にチャンバー１２内の各部で発生する圧力及びせん断力に基づく泥土の性状の評価を併せて行い、総合的に評価する。この場合、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルクなどのマシンデータは地山の状態でも変動することがあり、また、チャンバー１２内の泥土の圧力（土圧）は泥土の硬軟により変動していなくても、チャンバー１２内の泥土によるせん断力は泥土の硬軟を十分に反映するので、マシンデータにこの圧力及びせん断力に基づく泥土の性状の評価を加えることで、信頼性の高い評価が得られる。
また、ＰＣについては一般に使用されるものが採用され、図６に示すように、チャンバー１２内の泥土の性状を測定評価するための各種指示が入力される操作入力部ａと、チャンバー１２内の泥土の性状を測定評価するための各種アプリケーション（ソフトウェア）及びデータが格納される記憶部ｂと、チャンバー１２内の泥土の性状を測定評価するための情報或いは処理結果を表示する表示部ｃと、外部記録媒体に格納された各種のデータを読み出すデータ読取部ｄと、データ収集ユニットから送付されたデータを受信する通信部ｅと、上記各機能部の動作をコントロールしまた各種演算処理を行う制御部ｆとを備える。この場合、操作入力部ａは、キーボード、タッチパネルなどのデータ入力機器により構成され、この操作入力部ａにより、制御部ｆにおける各種処理動作に必要なコマンドおよびデータが入力される。記憶部ｂは、土圧計２１及びせん断力計４からの計測データに基づいてチャンバー１２内の各部に発生する圧力及びせん断力を測定する手段としての処理プログラムを含む各種のプログラムが格納される読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）と、処理動作に際してデータの書き込み、読み出しが実行されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、チャンバー１２内の各部に発生する圧力及びせん断力を測定して得られたデータを格納する計測データメモリとを有しており、それぞれのメモリが必要に応じて使用される。表示部ｃは液晶その他のディスプレイ機器からなり、チャンバー１２内の各部に発生する圧力及びせん断力により得られたチャンバー１２内の泥土の性状などこのシステムの動作中における種々の状態情報や処理情報などが表示される。データ読取部ｄとしては各種のメモリカードスロット、各種のカードメモリリーダー／ライター、各種のディスクドライバーなど各種のインタフェース機器が用いられる。通信部ｅはデータ収集ユニットから通信により送られてきた記録データを受信するためにインターネットなどの公衆通信ネットワークに接続される。制御部ｆはマイクロコンピュータなどからなり、各種の測定データなどのデータ処理を実行し、その結果をサーバへ送付したりする。
このような装置構成から、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルクの計測データや、チャンバー１２を構成するバルクヘッド１２１及びスキンプレート１０の内周面、カッター１１の背面、撹拌翼１３１及び固定翼１３２の周面にそれぞれ発生する圧力、せん断力の計測データはシールド掘進機１に搭載のＰＣ（パーソナルコンピュータ）の処理プログラムでデータ処理され、その結果がＰＣのディスプレイに表示される。シールド掘進機１での作業者は、ＰＣのディスプレイでチャンバー１２内の泥土の性状管理を行う。
かかるシールド掘進機１を用いた地山の掘削工事では、カッターモーター１１０の駆動により、カッター１１で切羽Ｇを掘削し、掘削した土砂をカッター１１後部のチャンバー１２に取り込み、この掘削土砂に適量の添加材を注入して、チャンバー１２内で撹拌翼１３１、固定翼１３２により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換し、この泥土をチャンバー１２内及びスクリューコンベアー１４内に加圧充満させて泥土の土圧を切羽Ｇを作用させて安定化させる。そして、掘削土量に見合った量の泥土をスクリューコンベアー１４を介して排出させながら掘進する。チャンバー１２内の泥土をカッター１１背面の撹拌翼１３１、チャンバー１２のバルクヘッド１２１の固定翼１３２で撹拌混合する間、この撹拌混合時の土砂の流動により、チャンバー１２を構成するバルクヘッド１２１及びスキンプレート１０の内周面、カッター１１の背面、撹拌翼１３１及び固定翼１３２の周面などに発生する圧力、せん断力をチャンバー１２内各部の土圧計２１及びせん断力計４が常時検知、測定し、これらの測定データがＰＣにより処理されて、その結果がディスプレイに数値、波形データとして表示され、このディスプレイに得られた値、勾配の大小によって、泥土の硬軟を判定する。すなわち、計測値が上昇し値が大きい場合は、掘削土砂は硬く流動し難い（つまり、掘削土砂の塑性流動性は低い）と判定され、反対に計測値が上昇せず値が小さい場合は、掘削土砂は軟らかく流動し易い（つまり、掘削土砂の塑性流動性は高い）と判定して、泥土の性状を評価する。
また、このシールド掘進機１では、従来から一般的に実施されるシールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルクなどの計測が行われており、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルクに基づく泥土の性状の評価と、掘削土砂を撹拌混合する際にチャンバー１２内の各部で発生する圧力及びせん断力に基づく泥土の性状の評価を併せて行い、総合的に評価する。この場合、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルクなどのマシンデータは地山の状態でも変動することがあり、また、チャンバー１２内の泥土の圧力（土圧）は泥土の硬軟により変動していなくても、チャンバー１２内の泥土によるせん断力は泥土の硬軟を十分に反映するので、マシンデータにこの圧力及びせん断力に基づく泥土の性状の評価を加えることで、信頼性の高い評価が得られる。
以上説明したように、このシールド掘進機１では、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルクなどの計測とともに、泥土がチャンバー１２内の各部に作用する圧力及びせん断力を土圧計２１及びせん断力計４により計測し、その結果の計測値に基づいてチャンバー１２内の泥土の性状を評価し、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルクに基づくチャンバー内掘削土の性状の評価方法など既知のチャンバー内掘削土の性状の評価方法と、掘削土を撹拌混合するチャンバー内の各部で発生する圧力及びせん断力に基づくチャンバー内掘削土の性状の評価方法とを併せて、総合的に評価するようにしたので、従来から行われているカッター１１、スクリューコンベアー１４の回転トルク、スクリューコンベアー１４から排出された土砂の目視などに加え、土砂の硬軟を相対的に定量評価することができ、この評価を実際の掘削工事において実際の掘削土砂に対する添加材の注入量の設定やその添加材の配合による試験練りに用いることができる。
特に、このシールド掘進機１では、チャンバー１２に既述のせん断力計４を取り付けて、このせん断力計４を用いて掘削土（泥土）のせん断力を測定したことで、チャンバー１２での連続使用、繰返し使用に耐え、掘削土（泥土）の硬軟を適切に把握することができる。なお、このせん断力計４をシールド掘削機１のスクリューコンベアー１４内に取り付けて、泥土のせん断力を測定しても、同様に、スクリューコンベアー１４での連続使用、繰返し使用に耐え、泥土の硬軟を適切に把握することができる。
特に、このシールド掘進機１では、チャンバー１２に既述のせん断力計４を取り付けて、このせん断力計４を用いて掘削土（泥土）のせん断力を測定したことで、チャンバー１２での連続使用、繰返し使用に耐え、掘削土（泥土）の硬軟を適切に把握することができる。なお、このせん断力計４をシールド掘削機１のスクリューコンベアー１４内に取り付けて、泥土のせん断力を測定しても、同様に、スクリューコンベアー１４での連続使用、繰返し使用に耐え、泥土の硬軟を適切に把握することができる。
図７にこのせん断力計４の使用例として、本願発明者が先に提案した土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置を示している。
図７に示すように、土砂の塑性流動性試験装置３は、図１のシールド掘進機１のカッター１１、チャンバー１２、撹拌翼１３１、固定翼１３２を模擬したシールド掘進機１の実機よりも小さい模擬カッター３１、模擬チャンバー３２、模擬撹拌翼３３１、模擬固定翼３３２、及び模擬カッター３１を模擬撹拌翼３３１とともに駆動する駆動装置３１０と、模擬カッター３１の回転トルクを計測する模擬トルク計測装置３４と、泥土が模擬カッター３１、模擬チャンバー３２、模擬撹拌翼３３１、模擬固定翼３３２に作用する圧力及び／又はせん断力を計測する模擬土圧計３５及び模擬せん断力計４とを備え、これら各部が架台３９と架台３９の上に設置された支持フレーム３９１の上に組み立てられて構成される。また、この試験装置３はさらに添加材を模擬する模擬添加材を模擬チャンバー３２に注入するための模擬添加材注入装置３７と、模擬添加材の注入圧力及び注入流量を検知する模擬測定器３８とを併せて備える。
図７に示すように、土砂の塑性流動性試験装置３は、図１のシールド掘進機１のカッター１１、チャンバー１２、撹拌翼１３１、固定翼１３２を模擬したシールド掘進機１の実機よりも小さい模擬カッター３１、模擬チャンバー３２、模擬撹拌翼３３１、模擬固定翼３３２、及び模擬カッター３１を模擬撹拌翼３３１とともに駆動する駆動装置３１０と、模擬カッター３１の回転トルクを計測する模擬トルク計測装置３４と、泥土が模擬カッター３１、模擬チャンバー３２、模擬撹拌翼３３１、模擬固定翼３３２に作用する圧力及び／又はせん断力を計測する模擬土圧計３５及び模擬せん断力計４とを備え、これら各部が架台３９と架台３９の上に設置された支持フレーム３９１の上に組み立てられて構成される。また、この試験装置３はさらに添加材を模擬する模擬添加材を模擬チャンバー３２に注入するための模擬添加材注入装置３７と、模擬添加材の注入圧力及び注入流量を検知する模擬測定器３８とを併せて備える。
この場合、模擬カッター３１は１本のスポーク形状のプレートからなり、特にカッタービットは設けられていない。なお、この模擬カッター３１は３本スポーク、４本スポークなど複数本のスポークからなるものであってもよく、また、その形状もスポーク形状に制限されず、種々に変更可能である。
模擬チャンバー３２は下面を開口し、上面に軸受３２０を有する全体として略円筒状の容器からなる。模擬カッター３１はこの模擬チャンバー３２内に上面に近接して配置され、上面の軸受３２０を通して挿通された模擬チャンバー３２側の回転軸３２２に連結される。
駆動装置３１０は、駆動モータ（この場合、サーボモータ）３１１と、この駆動モータ３１１に減速機３１２を介して作動連結されるモータ側の回転軸３１３とからなる。この駆動装置３１０にはモータ側の回転軸３１３の回転角度を検出するためのエンコーダ３１４が併せて設けられる。この駆動装置３１０は、架台３９上の支持フレーム３９１に設置されて架台３９上の模擬チャンバー３２の上方に配置され、これによりモータ側の回転軸３１３と模擬チャンバー側の回転軸３２２が同芯的に配置されて、モータ側の回転軸３１３の下端に水平方向に向けて取り付けられるアーム３１５と、模擬チャンバー側の回転軸３２２の上端に水平方向に取り付けられるアーム３２３との間に回転軸３１３、３２３の回転トルクを検出するための模擬トルク計測装置３４としてロードセルが介在されて、両回転軸３１３、３２３が作動連結される。
模擬土圧計３５及び模擬せん断力計４はそれぞれ、模擬チャンバー３２の内面（すなわち底面（バルクヘッドに相当する面）及び内周面（シールドスキンプレートの前端部側内周面に相当する面））、模擬撹拌翼３３１、模擬固定翼３３２の表面（周面）、及び模擬カッター３１の模擬チャンバー３２に対向する背面に選択的に設置される。
ここで模擬土圧計３５は、模擬チャンバー３２内の各部で発生する土圧（圧力）を検知する公知の略平板形状の計測機材で、片側一方の面が圧力を受け反応（受圧）する受圧面になっている。模擬せん断力計４は既に述べたとおりで、片側一方の面が圧力を受け反応（感知）する受圧面になっている。
模擬チャンバー３２に設置される模擬土圧計３５はこの模擬土圧計３５の受圧面が模擬チャンバー３２の内面と略同一面となるように当該内面に埋め込み設置される。
模擬チャンバー３２に設置される模擬せん断力計４はこの模擬せん断力計４の受圧面が模擬チャンバー３２の内面と略同一面となるように当該内面に埋め込み設置される。
模擬撹拌翼３３１、模擬固定翼３３２に設置される模擬土圧計３５はこの模擬土圧計３５の受圧面が模擬カッター３１の回転方向に対して略直交する方向に向けて設置される。
模擬撹拌翼３３１、模擬固定翼３３２に設置される模擬せん断力計４はこの模擬せん断力計４の受圧面が模擬カッター３１の回転方向と略平行にして設置される。
模擬カッター３１に設置される模擬土圧計３５はこの模擬土圧計３５の受圧面が模擬カッター３１の回転方向に対して略直交する方向に向けて又は略平行に設置される。
模擬カッター３１に設置される模擬せん断力計４はこの模擬せん断力計４の受圧面を模擬カッター３１の回転方向と略平行にして設置される。
なお、これら模擬土圧計３５及び模擬せん断力計４の設置形式は上記シールド掘進機１の土圧計２１及びせん断力計４の設置形式と同様に種々のバリエーションがある。
模擬添加材注入装置３７は添加材を加圧注入するためのタンク、コンプレッサなどからなる。模擬測定器３８は、添加材の注入圧力を計測するための水圧計と、添加材の注入流量を計測するための流量計とからなる。模擬添加材注入装置３７と模擬チャンバー３２はこれら注入装置３７と模擬チャンバー３２との間に模擬測定器３８の流量計及び水圧計を介して注入管４０により接続され、模擬添加材注入装置３７により添加材が模擬チャンバー３２内に注入されるようになっている。なお、この注入管４０は模擬チャンバー３２の下面（バルクヘッドに相当）を通して模擬チャンバー３２内に連通される。
模擬チャンバー３２は下面を開口し、上面に軸受３２０を有する全体として略円筒状の容器からなる。模擬カッター３１はこの模擬チャンバー３２内に上面に近接して配置され、上面の軸受３２０を通して挿通された模擬チャンバー３２側の回転軸３２２に連結される。
駆動装置３１０は、駆動モータ（この場合、サーボモータ）３１１と、この駆動モータ３１１に減速機３１２を介して作動連結されるモータ側の回転軸３１３とからなる。この駆動装置３１０にはモータ側の回転軸３１３の回転角度を検出するためのエンコーダ３１４が併せて設けられる。この駆動装置３１０は、架台３９上の支持フレーム３９１に設置されて架台３９上の模擬チャンバー３２の上方に配置され、これによりモータ側の回転軸３１３と模擬チャンバー側の回転軸３２２が同芯的に配置されて、モータ側の回転軸３１３の下端に水平方向に向けて取り付けられるアーム３１５と、模擬チャンバー側の回転軸３２２の上端に水平方向に取り付けられるアーム３２３との間に回転軸３１３、３２３の回転トルクを検出するための模擬トルク計測装置３４としてロードセルが介在されて、両回転軸３１３、３２３が作動連結される。
模擬土圧計３５及び模擬せん断力計４はそれぞれ、模擬チャンバー３２の内面（すなわち底面（バルクヘッドに相当する面）及び内周面（シールドスキンプレートの前端部側内周面に相当する面））、模擬撹拌翼３３１、模擬固定翼３３２の表面（周面）、及び模擬カッター３１の模擬チャンバー３２に対向する背面に選択的に設置される。
ここで模擬土圧計３５は、模擬チャンバー３２内の各部で発生する土圧（圧力）を検知する公知の略平板形状の計測機材で、片側一方の面が圧力を受け反応（受圧）する受圧面になっている。模擬せん断力計４は既に述べたとおりで、片側一方の面が圧力を受け反応（感知）する受圧面になっている。
模擬チャンバー３２に設置される模擬土圧計３５はこの模擬土圧計３５の受圧面が模擬チャンバー３２の内面と略同一面となるように当該内面に埋め込み設置される。
模擬チャンバー３２に設置される模擬せん断力計４はこの模擬せん断力計４の受圧面が模擬チャンバー３２の内面と略同一面となるように当該内面に埋め込み設置される。
模擬撹拌翼３３１、模擬固定翼３３２に設置される模擬土圧計３５はこの模擬土圧計３５の受圧面が模擬カッター３１の回転方向に対して略直交する方向に向けて設置される。
模擬撹拌翼３３１、模擬固定翼３３２に設置される模擬せん断力計４はこの模擬せん断力計４の受圧面が模擬カッター３１の回転方向と略平行にして設置される。
模擬カッター３１に設置される模擬土圧計３５はこの模擬土圧計３５の受圧面が模擬カッター３１の回転方向に対して略直交する方向に向けて又は略平行に設置される。
模擬カッター３１に設置される模擬せん断力計４はこの模擬せん断力計４の受圧面を模擬カッター３１の回転方向と略平行にして設置される。
なお、これら模擬土圧計３５及び模擬せん断力計４の設置形式は上記シールド掘進機１の土圧計２１及びせん断力計４の設置形式と同様に種々のバリエーションがある。
模擬添加材注入装置３７は添加材を加圧注入するためのタンク、コンプレッサなどからなる。模擬測定器３８は、添加材の注入圧力を計測するための水圧計と、添加材の注入流量を計測するための流量計とからなる。模擬添加材注入装置３７と模擬チャンバー３２はこれら注入装置３７と模擬チャンバー３２との間に模擬測定器３８の流量計及び水圧計を介して注入管４０により接続され、模擬添加材注入装置３７により添加材が模擬チャンバー３２内に注入されるようになっている。なお、この注入管４０は模擬チャンバー３２の下面（バルクヘッドに相当）を通して模擬チャンバー３２内に連通される。
このようにして実機のチャンバー内で撹拌混合される泥土を想定した模擬泥土を模擬チャンバー３２に投入し、模擬カッター３１を撹拌翼３３１とともに回転させることで、模擬泥土を撹拌混合し、模擬トルク計測装置（ロードセル）３４、模擬土圧計３５及び模擬せん断力計４から得た各測定値に基づいて、模擬チャンバー３２内の模擬泥土の性状を評価する。
なお、この模擬土圧計３５及び模擬せん断力計４から得た各測定値に基づく模擬泥土の性状の評価は各計測データを一般のＰＣを使ってデータ処理し、その結果をＰＣのディスプレイ上に表示して行う。
なお、この模擬土圧計３５及び模擬せん断力計４から得た各測定値に基づく模擬泥土の性状の評価は各計測データを一般のＰＣを使ってデータ処理し、その結果をＰＣのディスプレイ上に表示して行う。
この試験装置３を使って土砂の塑性流動性試験を行った。実験は、この試験装置３の模擬チャンバー３２内に掘削土を想定した泥土を投入し、模擬カッター３１とともに模擬撹拌翼３３１を回転させて実施し、各計測器３４、３５、４によりトルク、土圧、せん断力を測定した。この場合、土砂の性状については、実験の前後においてスランプ試験を行い、スランプ値の大きさを土砂の硬軟の指標とした。
実験の結果を図８、図９、図１０に示す。図８は土砂の性状によるトルクの比較結果、図９は土砂の性状による土圧の比較結果、図１０は土砂の性状によるせん断力の比較結果を表している。これらの結果から明らかなように、土砂が硬質（スランプ値１０ｃｍ）であれば、トルク、土圧、せん断力が共に大きく、軟質（スランプ値２０ｃｍ）になれば、トルク、土圧、せん断力が共に小さくなることが分かる。この結果から、（模擬）チャンバー内の土砂の性状（硬軟）を（模擬）チャンバー内で発生するせん断力によって相対的に把握評価することができる、と言うことができる。
実験の結果を図８、図９、図１０に示す。図８は土砂の性状によるトルクの比較結果、図９は土砂の性状による土圧の比較結果、図１０は土砂の性状によるせん断力の比較結果を表している。これらの結果から明らかなように、土砂が硬質（スランプ値１０ｃｍ）であれば、トルク、土圧、せん断力が共に大きく、軟質（スランプ値２０ｃｍ）になれば、トルク、土圧、せん断力が共に小さくなることが分かる。この結果から、（模擬）チャンバー内の土砂の性状（硬軟）を（模擬）チャンバー内で発生するせん断力によって相対的に把握評価することができる、と言うことができる。
また、この試験装置３の模擬チャンバー３２のバルクヘッド及びスキンプレートに、本せん断力計４を汎用品のせん断力計とともに配置し、模擬チャンバー３２内に掘削土を想定した泥土を投入して、模擬カッター３１を回転させ、その際に土とバルクヘッド、スキンプレート間に生じるせん断力を測定する実験を行った。実験は、加泥土を注入し泥土を軟化させ、その後、改質材を注入し硬化させた。なお、実験は本せん断力計をメンテナンスフリーで１０ケース程度行った。
実験の結果を図１１に示す。図１１に示すように、本せん断力計４により、泥土の軟化によるせん断力の低下、泥土の硬化によるせん断力の上昇を検知できることが確認でき、本せん断力計４を用いて土中の土粒子のせん断力を評価することができると考えられる。
実験の結果を図１１に示す。図１１に示すように、本せん断力計４により、泥土の軟化によるせん断力の低下、泥土の硬化によるせん断力の上昇を検知できることが確認でき、本せん断力計４を用いて土中の土粒子のせん断力を評価することができると考えられる。
１ シールド掘進機
１０ シールドスキンプレート
１１ カッター
１１０ カッターモーター
１２ チャンバー
１２１ バルクヘッド（隔壁）
１３１ 撹拌翼
１３２ 固定翼
１４ スクリューコンベアー（排土装置）
１５ シールドジャッキ
２１ 土圧計
ＰＣ パーソナルコンピュータ
ａ 操作入力部
ｂ 記憶部
ｃ ディスプレイ
ｄ データ読取部
ｅ 通信部
ｆ 制御部
Ｓ セグメント
Ｇ 切羽（地山）
３ 土砂の塑性流動性試験装置
３１ 模擬カッター
３１０ 駆動装置
３１１ 駆動モータ
３１２ 減速機
３１３ 回転軸
３１４ エンコーダ
３１５ アーム
３２ 模擬チャンバー
３２０ 軸受
３２２ 回転軸
３２３ アーム
３３１ 模擬撹拌翼
３３２ 模擬固定翼
３４ 模擬トルク計測装置
３５ 模擬土圧計
３７ 模擬添加材注入装置
３８ 模擬測定器
３９ 架台
３９１ 支持フレーム
４０ 注入管
４ せん断力計
４０ 開口
４１ ケース
４００ 可動代
４１Ｓ 隙間
４０１ ケース本体
４０２ 溝
４０３ Ｏリング
４０４ 雄ねじ
４０５ 基体
４０６ 内筒部
４０７ 外筒部
４０８ 挿着部
４０９ 雌ねじ
４１０ （測定部の）配置空間
４１１ 筒状部
４１２ 雌ねじ
４１３ 取付ベース
４１４ 凹部
４１５ ボルト挿通部
４１６ 雌ねじ
４１７ ボルト挿通部
４１８ 固定用ボルト
４１９ 取付用ボルト
４２ 受圧部
４２０ 受圧面
４２１ 受圧板
４２２ 外周壁
４２３ 受圧軸
４３ 測定部
４３１ 感度部
４３２ プリント基板
４３３ ケーブル
４４ 充填材
４４１ シリコーンチューブ
４４２ パッキン
４４３ シリコーングリス
４１Ｐ 注入口
１０ シールドスキンプレート
１１ カッター
１１０ カッターモーター
１２ チャンバー
１２１ バルクヘッド（隔壁）
１３１ 撹拌翼
１３２ 固定翼
１４ スクリューコンベアー（排土装置）
１５ シールドジャッキ
２１ 土圧計
ＰＣ パーソナルコンピュータ
ａ 操作入力部
ｂ 記憶部
ｃ ディスプレイ
ｄ データ読取部
ｅ 通信部
ｆ 制御部
Ｓ セグメント
Ｇ 切羽（地山）
３ 土砂の塑性流動性試験装置
３１ 模擬カッター
３１０ 駆動装置
３１１ 駆動モータ
３１２ 減速機
３１３ 回転軸
３１４ エンコーダ
３１５ アーム
３２ 模擬チャンバー
３２０ 軸受
３２２ 回転軸
３２３ アーム
３３１ 模擬撹拌翼
３３２ 模擬固定翼
３４ 模擬トルク計測装置
３５ 模擬土圧計
３７ 模擬添加材注入装置
３８ 模擬測定器
３９ 架台
３９１ 支持フレーム
４０ 注入管
４ せん断力計
４０ 開口
４１ ケース
４００ 可動代
４１Ｓ 隙間
４０１ ケース本体
４０２ 溝
４０３ Ｏリング
４０４ 雄ねじ
４０５ 基体
４０６ 内筒部
４０７ 外筒部
４０８ 挿着部
４０９ 雌ねじ
４１０ （測定部の）配置空間
４１１ 筒状部
４１２ 雌ねじ
４１３ 取付ベース
４１４ 凹部
４１５ ボルト挿通部
４１６ 雌ねじ
４１７ ボルト挿通部
４１８ 固定用ボルト
４１９ 取付用ボルト
４２ 受圧部
４２０ 受圧面
４２１ 受圧板
４２２ 外周壁
４２３ 受圧軸
４３ 測定部
４３１ 感度部
４３２ プリント基板
４３３ ケーブル
４４ 充填材
４４１ シリコーンチューブ
４４２ パッキン
４４３ シリコーングリス
４１Ｐ 注入口
Claims (8)
- 一端に開口を有するケースと、一端が受圧面として前記ケースの開口に臨み、他端を前記ケースの内部に固定されて、前記ケースの内部に揺動可能に配置され、流体のせん断力を受ける受圧部と、前記ケース内に設置され、前記受圧部で受ける流体のせん断力を測定し、電気的信号を発生する測定部とを備え、土中の土砂その他の流体のせん断力を測定するせん断力計において、
前記受圧部は、前記ケースの開口に揺動可能に所定の可動代を介して配置され、外面を受圧面とする受圧板と、前記受圧板の中心から前記ケースの内部に延び、その端部を前記ケースの内部に固定されて、前記受圧板を揺動可能に支持する受圧軸とからなり、前記測定部が、前記ケースの内部で前記受圧軸の固定部側の変形量を計測可能に配設されて、前記受圧部のせん断力の測定に必要な可動域を小さくすることにより前記ケースの開口における前記受圧板の可動代を小さくし、
前記ケースの開口における前記受圧板の可動代及び前記ケースの内部で前記可動代に連通する隙間に、前記受圧板を揺動可能に保持して前記可動代及び前記隙間を填塞する高弾性又は高粘性又はその両方を有する充填材が充填されて、
前記ケースの内部への土粒子、水を含む流体の侵入を阻止する、
ことを特徴とするせん断力計。
- ケースは、一端に開口を有する筒状のケース本体と、前記ケース本体の他端に固着され、せん断力計設置先に取り付けるための取付ベースとを具備する請求項１に記載のせん断力計。
- 受圧部の受圧板は、外周部に、略筒状に突出する外周壁を有する請求項１又は２に記載のせん断力計。
- 充填材は、シリコーンチューブを含むゴム状高弾性体又はシリコーングリスを含む高粘性流動体からなる請求項１乃至３のいずれかに記載のせん断力計。
- 充填材をシリコーングリスを含む高粘性流動体とした場合、ケースの他端側に当該高粘性流動体の注入口が開閉可能に設けられる請求項４に記載のせん断力計。
- カッターで掘削した土砂を前記カッター後部のチャンバーに取り込み添加材を注入して、前記チャンバー内で撹拌翼、固定翼により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換して、当該泥土の土圧を切羽に作用させることにより切羽を安定化させ掘進を行うシールド掘進機による土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法であって、泥土が前記チャンバー内の各部に作用する圧力及びせん断力を土圧計及びせん断力計により計測し、その結果の計測値に基づいて前記チャンバー内の泥土の性状を評価する土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法において、
前記せん断力計に、請求項１乃至５のいずれかに記載のせん断力計を用いた、
ことを特徴とする土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法。 - カッターで掘削した土砂を前記カッター後部のチャンバーに取り込み添加材を注入して、前記チャンバー内で撹拌翼、固定翼により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換して、当該泥土の土圧を切羽に作用させることにより切羽を安定化させ掘進を行う土圧シールド工法に用いるシールド掘進機であって、泥土が前記チャンバー内の各部に作用する圧力及びせん断力を計測する土圧計及びせん断力計を備え、前記土圧計及び前記せん断力計から得た測定値に基づいて前記チャンバー内の泥土の性状を評価する土圧シールド工法に用いるシールド掘進機において、
前記せん断力計に、請求項１乃至５のいずれかに記載のせん断力計を用いた、
ことを特徴とする土圧シールド工法に用いるシールド掘進機。 - カッターで掘削した土砂を前記カッター後部のチャンバーに取り込み添加材を注入して、前記チャンバー内で撹拌翼、固定翼により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換して、当該泥土の土圧を切羽に作用させることにより切羽を安定化させ掘進を行うシールド掘進機による土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置であって、前記シールド掘進機のカッター、チャンバー、撹拌翼、固定翼を模擬した前記シールド掘進機実機よりも小さい模擬カッター、模擬チャンバー、模擬撹拌翼、模擬固定翼、及び前記模擬カッターを前記模擬撹拌翼とともに駆動する駆動装置と、前記模擬カッターの回転トルクを計測する模擬トルク計測装置と、泥土を模擬した土砂が前記模擬カッター、前記模擬チャンバー、前記模擬撹拌翼、前記模擬固定翼に作用する圧力及び／又はせん断力を計測する模擬土圧計及び模擬せん断力計とを備え、実機のチャンバー内で撹拌混合される泥土を想定した模擬泥土を前記模擬チャンバーに投入し、前記模擬カッターを前記撹拌翼とともに回転させることにより、前記模擬泥土を撹拌混合し、前記模擬トルク計測装置、前記模擬土圧計及び前記模擬せん断力計から得た各測定値に基づいて前記模擬チャンバー内の模擬泥土の性状を評価する土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置において、
前記模擬せん断力計に、請求項１乃至５のいずれかに記載のせん断力計を用いた、
ことを特徴とする土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置。
Priority Applications (1)
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| JP2015004289A JP6522954B2 (ja) | 2015-01-13 | 2015-01-13 | せん断力計、並びにこれを用いた土圧シールド工法に使用するチャンバー内掘削土の性状測定評価方法、シールド掘進機、及び土砂の塑性流動性試験装置 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN108266199A (zh) * | 2018-02-06 | 2018-07-10 | 西南交通大学 | 一种用于土压平衡盾构刀盘结泥饼模拟的试验装置及方法 |
| CN110132759B (zh) * | 2019-05-29 | 2024-02-09 | 中建八局轨道交通建设有限公司 | 盾构管片上预埋槽道的剪切试验装置及其检测方法 |
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