JP6608272B2 - Tunnel excavation method and shield excavator - Google Patents
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Description
本発明は、トンネル掘進方法及びシールド掘進機に関する。 The present invention relates to a tunnel excavation method and a shield excavator.
トンネル掘削時において、シールド掘進機が用いられている。シールド掘進機は円筒状のシールドを備え、このシールドの正面側には、地盤を切削する切削刃が設けられた円盤状のカッタヘッドが設けられている。シールド掘進機は、このカッタヘッドを回転させて、地盤を掘削しながら前進する。 A shield machine is used for tunnel excavation. The shield machine includes a cylindrical shield, and a disc-shaped cutter head provided with a cutting blade for cutting the ground is provided on the front side of the shield. The shield machine advances while cutting the ground by rotating the cutter head.
下記特許文献1に記載のシールド掘進機は、シールド掘進機の前方を探査する探査レーダを備え、検知された障害物をボーリングマシンにより切削除去している。このシールド掘進機では、障害物を除去する際にボーリングマシンにより形成された空洞内に対して充填材を充填した後に、シールド掘進機による掘削を行う。
The shield machine described in
先行トンネルに近接させて、後行トンネルを施工する際に、これらの先行トンネルと後行トンネルとの間の地盤において、比較的大きな空隙(肌落ち)が生じることがある。このような空隙を放置すると、トンネル周辺の地盤が沈下するおそれがある。また、先行トンネルと後行トンネルとの間に大きな空隙があると、後行トンネルを掘進するシールド機が、空隙が生じている方向にずれてしまい、設計通りに進行しないおそれがある。 When constructing the succeeding tunnel in the vicinity of the preceding tunnel, a relatively large gap (skin removal) may occur in the ground between the preceding tunnel and the succeeding tunnel. If such a gap is left unattended, the ground around the tunnel may sink. In addition, if there is a large gap between the preceding tunnel and the succeeding tunnel, the shield machine that excavates the succeeding tunnel may shift in the direction in which the gap is generated, and may not proceed as designed.
本発明は、シールド掘進機に近接して生じた空隙を検出すると共に、検出された空隙による不具合の発生を防止することが可能なトンネル掘進方法及びシールド掘進機を提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a tunnel excavation method and a shield excavator that can detect a gap generated in the vicinity of a shield machine and prevent occurrence of a malfunction due to the detected gap.
本発明は、シールド掘進機を用いたトンネル掘進方法であって、シールド掘進機によりトンネルを掘進するトンネル掘進工程と、シールド掘進機のスキンプレートの内側に設けられた送信部から、スキンプレートの外側の地盤に対して検出波を送信する送信工程と、スキンプレートの外側の空隙と地盤との境界で反射した反射波を、スキンプレートの内側に設けられた受信部で受信する受信工程と、受信工程で受信した反射波に基づいて、空隙を検出する空隙検出工程と、を含む。 The present invention relates to a tunnel excavation method using a shield excavator, which includes a tunnel excavation process in which a tunnel is excavated by the shield excavator and a transmitter provided on the inside of the skin plate of the shield excavator. A transmission step of transmitting a detection wave to the ground of the surface, a reception step of receiving a reflected wave reflected at the boundary between the gap outside the skin plate and the ground by a receiving unit provided inside the skin plate, and reception A gap detecting step of detecting a gap based on the reflected wave received in the process.
このトンネル掘進方法では、シールド掘進機のスキンプレートの内側から外側の地盤に対して検出波を送信し、空隙と地盤との境界で反射した反射波を受信して、空隙を検出する。これにより、シールド掘進機に近接して生じた空隙を検出することができる。また、検出された空隙に対して対策を施すことで空隙による不具合の発生を防止することができる。例えば、検出された空隙に対して充填材を注入することで、空隙を埋めることができる。シールド掘進機に近接して生じた空隙による不具合としては、空隙近傍における地盤沈下、シールド掘進機の進行方向のずれ、空隙に溜まった地下水や土砂のシールド掘進機内への流入等が挙げられる。 In this tunnel excavation method, a detection wave is transmitted from the inner side to the outer side of the skin plate of the shield machine, and a reflected wave reflected at the boundary between the gap and the ground is received to detect the gap. Thereby, the space | gap produced close to the shield machine can be detected. Further, by taking measures against the detected gap, it is possible to prevent the occurrence of a defect due to the gap. For example, the gap can be filled by injecting a filler into the detected gap. Problems caused by the gap generated in the vicinity of the shield machine include ground subsidence in the vicinity of the gap, a shift in the traveling direction of the shield machine, inflow of groundwater and sediment accumulated in the gap into the shield machine, and the like.
また、送信工程では、スキンプレートの周方向に配置された複数の送信部から検出波を送信し、受信工程では、スキンプレートの周方向に配置された複数の受信部によって、反射波を受信し、空隙検出工程では、複数の受信部で受信された反射波に基づいて、空隙の大きさを算出する空隙算出工程を含んでいてもよい。これにより、スキンプレートの周方向において異なる位置に配置された複数の受信部で受信した反射波に基づいて、空隙の範囲を特定することができる。 Further, in the transmission step, detection waves are transmitted from a plurality of transmission units arranged in the circumferential direction of the skin plate, and in the reception step, reflected waves are received by a plurality of reception units arranged in the circumferential direction of the skin plate. The air gap detecting step may include a air gap calculating step for calculating the size of the air gap based on the reflected waves received by the plurality of receiving units. Thereby, the space | gap range can be pinpointed based on the reflected wave received by the several receiving part arrange | positioned in the position which differs in the circumferential direction of a skin plate.
また、トンネル掘進方法は、空隙検出工程で検出された空隙に対して充填材を注入する充填材注入工程を更に備えていてもよい。このように空隙に対して充填材を注入することで、空隙を埋めて空隙による不具合の発生を防止することができる。 The tunnel excavation method may further include a filler injection step of injecting a filler into the void detected in the void detection step. By injecting the filler into the gap as described above, the gap can be filled and the occurrence of a defect due to the gap can be prevented.
また、スキンプレートには、シールド掘進機が進行する方向において受信部の後方に注入孔が設けられており、充填材注入工程では、受信部の後方の注入孔から充填材を注入してもよい。これにより、受信部で反射波を受信して空隙の位置を特定し、その受信部の後方の注入孔から充填材を注入することができる。そのため、シールド掘進機を移動させながら空隙の検出を行い、空隙が検出された直後に、当該シールド掘進機において受信部の後方の注入孔から充填材を注入することができる。 Further, the skin plate is provided with an injection hole behind the receiving unit in the direction in which the shield machine advances, and in the filler injection step, the filler may be injected from the injection hole behind the receiving unit. . Thereby, a receiving part can receive a reflected wave, pinpoint the position of a space | gap, and can inject a filler from the injection hole of the back of the receiving part. Therefore, it is possible to detect the gap while moving the shield machine, and immediately after the gap is detected, the filler can be injected from the injection hole behind the receiving unit in the shield machine.
また、注入孔は、スキンプレートの上部側の領域に形成されており、充填材注入工程では、スキンプレートの上部側の領域に形成された注入孔から充填材を注入してもよい。これにより、上部側の領域に形成された注入孔から充填材を注入すれば、下方に空隙がある場合に、充填材が下方に流れて空隙に充填される。そのため、下方に注入孔を設ける必要がない。 The injection hole is formed in the upper region of the skin plate, and in the filler injection step, the filler may be injected from the injection hole formed in the upper region of the skin plate. As a result, if the filler is injected from the injection hole formed in the upper region, if there is a gap below, the filler flows downward and fills the gap. Therefore, there is no need to provide an injection hole below.
送信部は、検出波として電磁波を送信するものであり、スキンプレートには、電磁波を通過させる非磁性体部が設けられており、送信工程では、非磁性体部を通じて電磁波を送信し、受信工程では、非磁性体部を通じて反射波を受信してもよい。これにより、送信部から送信された電磁波は、非磁性体部を透過してスキンプレートの外部の地盤に到達する。空隙と地盤との境界で反射した反射波は、非磁性体部を透過して受信部に受信される。これにより、電磁波を用いて空隙を検出することができる。 The transmitting unit transmits an electromagnetic wave as a detection wave, and the skin plate is provided with a non-magnetic part that allows the electromagnetic wave to pass therethrough. In the transmitting step, the electromagnetic wave is transmitted through the non-magnetic part, and a receiving step Then, you may receive a reflected wave through a non-magnetic-material part. Thereby, the electromagnetic wave transmitted from the transmission unit passes through the non-magnetic body unit and reaches the ground outside the skin plate. The reflected wave reflected at the boundary between the air gap and the ground passes through the non-magnetic body part and is received by the receiving part. Thereby, a space | gap can be detected using electromagnetic waves.
本発明は、トンネルを掘進するシールド掘進機であって、当該シールド掘進機のスキンプレートの内側に配置され、スキンプレートの外側の地盤に対して検出波を送信する送信部と、スキンプレートの内側に配置され、スキンプレートの外側の空隙と地盤との境界で反射した反射波を受信する受信部と、当該受信部で受信された反射波に基づいて、空隙を検出する空隙検出部と、を備える。 The present invention is a shield machine for digging a tunnel, which is disposed inside a skin plate of the shield machine, and transmits a detection wave to the ground outside the skin plate, and the inside of the skin plate A receiving unit that receives the reflected wave reflected at the boundary between the gap outside the skin plate and the ground, and a gap detecting unit that detects the gap based on the reflected wave received by the receiving unit. Prepare.
このシールド掘進機では、当該シールド掘進機のスキンプレートの内側から外側の地盤に対して検出波を送信し、空隙と地盤との境界で反射した反射波を受信して、空隙を検出する。これにより、シールド掘進機に近接して生じた空隙を検出することができる。また、検出された空隙に対して対策を施すことで空隙による不具合の発生を防止することができる。 In this shield machine, a detection wave is transmitted from the inside of the skin plate of the shield machine to the outside ground, and a reflected wave reflected at the boundary between the gap and the ground is received to detect the gap. Thereby, the space | gap produced close to the shield machine can be detected. Further, by taking measures against the detected gap, it is possible to prevent the occurrence of a defect due to the gap.
本発明によれば、シールド掘進機に近接して生じた空隙を検出すると共に、検出された空隙による不具合の発生を防止することが可能なトンネル掘進方法及びシールド掘進機を提供することを目的とする。 According to the present invention, it is an object to provide a tunnel excavation method and a shield excavator that can detect a gap generated in the vicinity of a shield excavator and prevent occurrence of a malfunction due to the detected gap. To do.
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において同一部分又は相当部分には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。 DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same code | symbol is attached | subjected to the same part or an equivalent part, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図1に示されるように、シールド掘進機1は円筒状の金属製のスキンプレート2を備えている。スキンプレート2の前端開口部よりも前方には、カッタ部であるカッタヘッド3が設けられている。このカッタヘッド3の後方にはカッタチャンバ4が形成されている。カッタチャンバ4の背面側には、当該カッタチャンバ4の内外を仕切る円盤状の隔壁5が配置されている。
As shown in FIG. 1, the
カッタヘッド3の正面には、多数のカッタビット6が設けられている。カッタヘッド3の背面には後方に延びる回転軸7が連結されている。回転軸7は、駆動源となる電動モータによる回転駆動力が伝達されて軸周りに回転する。回転軸7が回転することで、カッタヘッド3が回転し、カッタビット6により切羽101が掘削される。掘削された土は、カッタヘッド3に設けられた開口を通じてカッタチャンバ4の内部に収容される。
A number of
また、隔壁5の下部側にはスクリューコンベア8が接続されている。スクリューコンベア8は、カッタチャンバ4の内部に充満された泥土を排出する。スクリューコンベア8によってカッタチャンバ4から排出された泥土は、スキンプレート2の後方へ搬送されて、トンネル100Bの外部に排出される。
A screw conveyor 8 is connected to the lower side of the
さらに、スキンプレート2における後部には、複数のシールドジャッキ9が設けられている。シールドジャッキ9は、シールド掘進機1を推進させる駆動部であり、シールドジャッキシリンダ10及びシールドジャッキロッド11を備えている。シールドジャッキシリンダ10は、スキンプレート2の内周面2aに対して固定され、シールドジャッキロッド11は、シールドジャッキシリンダ10から後方に延びている。シールドジャッキロッド11の後端部は、トンネル100Bの内周面2aに施工されたセグメント102の端面に押し当てられ、シールドジャッキロッド11が伸長することで、シールド掘進機1が前方へ押し出される。
Further, a plurality of
また、シールド掘進機1には、複数のセグメント102を自動で組み立てるエレクタ(不図示)が設けられている。複数のセグメント102の一部には、裏込め材注入孔102Hが形成されている。裏込め材注入孔102Hには、裏込め材注入装置12が接続されている。裏込め材注入装置12は、裏込め材注入孔102Hを通じて裏込め材を供給し、供給された裏込め材はセグメント102と地盤との間の隙間に充填される。
Further, the
また、スキンプレート2の後端部には、周方向に連続するテールシール30が設けられている。テールシール30は、シールド掘進機1の後端部において、セグメント102とシールド掘進機1との間を止水しており、スキンプレート2の内側への地下水や土砂の流入を防止している。後方に組み立てたセグメント102とスキンプレート2の内側とをテールシール30によって塞ぐことにより、スキンプレート2内への地下水等の流入が防止される。
A
シールド掘進機1は、図2及び図3に示されるように、例えば、先行トンネル100Aに近接する後行トンネル100Bの掘削に適用される。図2は、トンネル100A,100Bが延在する方向に直交する断面を示し、図示右側に先行トンネル100Aを示し、図示左側に後行トンネル100Bを示している。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
後行トンネル100Bの掘削の際には、後行トンネル100Bと先行トンネル100Aとの間の地盤において、大きな空隙103を形成する肌落ちが生じることがある。シールド掘進機1の掘進により、シールド掘進機1と先行トンネル100Aとの間の地盤104の一部が崩落して、肌落ちが生じ大きな空隙103が形成される。
During excavation of the succeeding
ここで、シールド掘進機1は、図3及び図4に示されるように、当該シールド掘進機1のスキンプレート2に近接した空隙103を検出する空隙検出装置(空隙検出部)13と、検出された空隙103に充填材105を注入する充填材注入装置14とを備える。スキンプレート2に近接した空隙とは、例えば、側方や上方が想定され、主には側方であり、円筒状のスキンプレート2の水平径方向において、スキンプレート2の外側の領域である。
Here, as shown in FIGS. 3 and 4, the
空隙検出装置13は、電磁波(検出波)を送信すると共に地盤からの反射波を受信する複数のセンサ15と、センサ15で受信した反射波に基づいて空隙103の位置及び大きさを演算する演算部(空隙算出部)16と、演算部16で演算された結果を表示する表示部17と、を備える。なお、検出波とは、地中に形成された空隙を検出可能な電磁波、超音波などをいう。
The air
複数のセンサ15は、後行トンネル100Bの軸線方向(シールド掘進機1の進行方向)において例えば同じ位置に配置されている。複数のセンサ15は、スキンプレート2の周方向において離間して配置されている。複数のセンサ15は、先行トンネル100Aと後行トンネル100Bとの間の空隙103を検出するべく、先行トンネル100A側に配置されている。複数のセンサ15は、スキンプレート2の内周面2aにおいて、最も高い位置を0〔deg〕とした場合に、後行トンネル100Bの軸線を中心として右回りの回転角で示すと、例えば、63〔deg〕、76.5〔deg〕、90〔deg〕、103.5〔deg〕、117〔deg〕の位置に配置されている。隣接するセンサ15同士の配置間隔は、例えば13.5〔deg〕となっている。
The plurality of
なお、複数のセンサ15(151,152,153,154,155)のうち、上から順に、センサ151が63〔deg〕、センサ152が76.5〔deg〕、センサ153が90〔deg〕、センサ154が103.5〔deg〕、センサ155が117〔deg〕に配置されている。複数のセンサ15は、その他の角度の位置に配置されていてもよい。また、複数のセンサ15は、先行トンネル100Aとは反対側の内周面2aに配置されていてもよく、後行トンネル100Bの軸線方向において、異なる位置に配置されていてもよい。
A plurality of
センサ15は、電磁波L1を送信する送信部18及び反射波L2を受信する受信部19を有する。送信部18及び受信部19は、例えば、後行トンネル100Bの軸線方向に並んで配置され、シールド掘進機1の進行方向において、前側に受信部19が配置され、後側に送信部18が配置されている。なお、送信部18が受信部19より前側に配置されていてもよく、送信部18及び受信部19が、スキンプレート2の周方向に並んで配置されていてもよい。
また、複数のセンサ15は、スキンプレート2の内周面2aに接するように内周面2aに対して取り付けられている。スキンプレート2において、センサ15が接する部分には、例えば、非磁性体部20(図4参照)が設けられている。非磁性体部20は、電磁波を透過可能であると共に所定の強度を有する。非磁性体部は、スキンプレートの一部が金属製ではなく、例えばアクリル樹脂等の非磁性体によって構成されている部分である。例えば、スキンプレート2に開口部を設け、この開口部に円盤状の非磁性体が組み込まれて、非磁性体部20が構成されている。
The plurality of
演算部16は、複数のセンサ15と電気的に接続され、受信部19で受信した反射波L2のデータを解析し演算する。演算部16は、図5に示されるように、肌落ち深度算出部25、肌落ち面積算出部26、肌落ち体積算出部27及び記憶部28を有する。演算部16は、演算処理を行うCPU、記憶部となるROM及びRAM、入力信号回路、出力信号回路、電源回路などにより構成されている。記憶部28は、演算部16における演算結果、演算に必要なデータ、複数のセンサ15の位置に関するデータを記憶する。
The
演算部16は、シールド掘進機1の位置情報に基づいて、後行トンネル100Bの軸線方向におけるセンサ15の位置を特定する。
The
演算部16の肌落ち深度算出部25は、反射波L2のデータを解析し、肌落ち深度l〔m〕を演算する。肌落ち深度lとは、空隙103の深さであり、スキンプレート2の径方向において、スキンプレート2の外周面2bから、空隙103と地盤104との境界106までの距離〔m〕である。
Skin fall
演算部16は、下記式(1)を用いて肌落ち深度l〔m〕を算出する。
ここで、cは光速(3×108〔m/sec〕)、ε2は空隙103の比誘電率、tは反射波の時間差〔sec〕である。
The calculating
Here, c is the speed of light (3 × 10 8 [m / sec]), ε 2 is the relative dielectric constant of the
図6は、受信部19で受信された反射波の波形の一例を示す図である。図6では、縦軸に時間の経過を示し、横軸に反射波L2の波長を示している。図6に示される時間taは、スキンプレート2の外周面2bで反射した直接反射波L3(図4参照)を受信部19で受信した時間である。時間taは、電磁波が送信部18で送信されてから、スキンプレート2の外周面2bで反射した反射波L3が受信部19で受信されるまでの時間である。図6に示される時間tbは、空隙103と地盤104との境界106で反射した反射波L2を受信部19で受信した時間である。時間tbは、電磁波が送信部18で送信されてから、境界106で反射した反射波L2が受信部19で受信されるまでの時間である。そして、反射波の時間差tは、tbとtaとの差分である。
FIG. 6 is a diagram illustrating an example of a waveform of a reflected wave received by the receiving
また、演算部16の肌落ち面積算出部26は、下記式(2),(3)を用いて肌落ち面積Sm〔m2〕を算出する。肌落ち面積Smは、例えば、スキンプレート2の外周面2bに接する空隙103の面積である。
ここで、S1は、センサ151とセンサ152との間の肌落ち面積〔m2〕、S2はセンサ152とセンサ153との間の肌落ち面積、Snは、センサ15nとセンサ15n+1との間の肌落ち面積である(n=自然数)。
ここで、Rは、スキンプレート2の外径〔m〕、θは周方向に隣接するセンサ15の配置角であり例えば13.5度である。
Also, skin fall
Here, S 1 is the skin fall area between the
Here, R is the outer diameter [m] of the
また、演算部16の肌落ち体積算出部27は、下記式(4)を用いて肌落ち体積V〔m3〕を算出する。肌落ち体積Vは、空隙103の体積である。
ここで、Bは、1リング掘進距離〔m〕であり、セグメント102の幅〔m〕である。vは、シールド掘進機1の掘進速度〔m/s〕である。
Moreover, the skin removal
Here, B is a 1-ring excavation distance [m] and a width [m] of the
充填材注入装置14は、図3及び図4に示されるように、充填材移送ポンプ21及び充填材注入管22を備える。スキンプレート2には、スキンプレート2の板厚方向に貫通する充填材注入孔23が設けられている。充填材注入孔23は、例えば、シールド掘進機1の進行方向において、センサ15の後方の位置に配置されている。充填材注入孔23は、スキンプレート2の周方向において、複数設けられている。スキンプレート2の周方向において、充填材注入孔23の位置は、センサ15(センサ151〜155)の位置と同じでもよく、センサ15の位置よりも高い位置に設けられていてもよい。なお、充填材注入孔23の位置は、センサ15の位置よりも低い位置に設けられていてもよい。
As shown in FIGS. 3 and 4, the
充填材移送ポンプ21は、充填材105を圧送するものである。充填材注入管22は、充填材移送ポンプ21と充填材注入孔23とを接続している。充填材移送ポンプ21により圧送された充填材は、充填材注入管22内を流れて、充填材注入孔23を通り、スキンプレート2の外側の空隙103に注入される。
The
また、充填材注入装置14は、例えば充填材注入管22の内部圧力(または、充填材移送ポンプ21の吐出圧)を検出する圧力計(圧力検出部)を備えている。充填材注入装置14は、圧力計によって検出された圧力に基づいて、充填材の注入量を管理することができる。例えば、所定の判定閾値に達した場合に、充填材の注入を停止する。
The
充填材注入孔23は、例えば、スキンプレート2の側方に設けられている。これにより、空隙103が比較的生じやすいスキンプレート2の側方に対応して、空隙103に近い位置に設けられた充填材注入孔23から充填材を注入することができる。
The
充填材注入孔23は、例えば、スキンプレート2の上方に設けられていてもよい。これにより、充填材注入孔23を通過してスキンプレート2の外部に流れ出た充填材は、スキンプレート2の外周面に沿って流れて、空隙103に充填される。
The
充填材としては、例えば、セメント、セメント系固化材、消石灰などの硬化材を含むものを使用することができる。また、充填材には、当該充填材に含まれる材料の安定性を向上させるためにポリマーを混ぜてもよい。また、充填材に繊維を含有させることで、せん断抵抗力を向上させることができる。充填材は自硬性を有する材料であり、注入後、例えば数週間かけて周囲の地山強度程度に固化する。これにより、地盤104の崩落を防止することが可能となる。
As a filler, what contains hardeners, such as cement, cement-type solidification material, slaked lime, can be used, for example. Further, the filler may be mixed with a polymer in order to improve the stability of the material contained in the filler. Moreover, shear resistance can be improved by making a filler contain a fiber. The filler is a self-hardening material, and solidifies to the strength of the surrounding natural ground over several weeks after injection, for example. As a result, the
次に、図7を参照してシールド掘進機1を用いたトンネル掘進方法について説明する。
Next, a tunnel excavation method using the
このトンネル掘進方法では、先行トンネル100Aに隣接して後行トンネル100Bを掘削する。先行トンネル100A及び後行トンネル100Bは、例えば水平方向に並んで設けられる。このトンネル掘進方法では、先行トンネル100Aが掘削された後に、シールド掘進機1を用いて後行トンネル100Bを掘進する(ステップS1:トンネル掘進工程)。シールド掘進機1は、カッタヘッド3を回転させて切羽101を掘削しながら、シールドジャッキ9を駆動させて進行する。
In this tunnel excavation method, the
また、シールド掘進機1は、掘進工程S1を行いながらスキンプレート2の側方の肌落ちを検出すべく地盤104を探査する(肌落ち探査工程)。具体的には、送信工程(ステップS2)、受信工程(ステップS3)及び空隙算出工程(ステップS4)を実行する。
Further, the
送信工程S2では、シールド掘進機1による掘進を行いながら、送信部18から電磁波L1を送信する。送信部18から送信された電磁波L1は、非磁性体部20を透過して、スキンプレート2の外部の地盤104に到達する。スキンプレート2の外部の地盤104に肌落ちが発生しておらず、空隙103がない場合には、電磁波L1はそのまま進行するか、隣接する先行トンネル100Aの裏込め材やセグメントで反射する。また、スキンプレート2の外部の地盤104に肌落ちが発生して空隙103が形成されている場合には、電磁波L1は、空隙103の内部を進行し、空隙103と地盤104との境界106で反射する。
In the transmission step S2, while excavation by the
受信工程S3では、シールド掘進機1による掘進を行いながら、受信部19により反射波を受信する。地盤104に肌落ちが発生している場合には、空隙103と地盤104との境界106で反射した反射波が受信部19により受信される。また、送信部18から送信された電磁波L1の一部は、非磁性体部20と空隙103との境界(スキンプレート2の外周面2bに対応する位置)で反射し、この反射波が受信部19により受信される。
In the receiving step S3, a reflected wave is received by the receiving
空隙算出工程(空隙検出工程)S4では、受信工程S3で受信した反射波に基づいて、空隙103の位置及び大きさを算出する。具体的は、演算部16の肌落ち深度算出部25は、下記式(1)を用いて肌落ち深度l〔m〕を算出する(肌落ち深度算出工程)。
ここで、cは光速(3×108〔m/sec〕)、ε2は空隙103の比誘電率、tは反射波の時間差〔sec〕である。
In the gap calculation step (gap detection step) S4, the position and size of the
Here, c is the speed of light (3 × 10 8 [m / sec]), ε 2 is the relative dielectric constant of the
さらに、演算部16の肌落ち面積算出部26は、下記式(2),(3)を用いて肌落ち面積Sm〔m2〕を算出する(肌落ち面積算出工程)。
ここで、S1は、センサ151とセンサ152との間の肌落ち面積〔m2〕、S2はセンサ152とセンサ153との間の肌落ち面積、Snは、センサ15nとセンサ15n+1との間の肌落ち面積である(n=自然数)。
ここで、Rは、スキンプレート2の外径〔m〕、θは周方向に隣接するセンサ15の配置角であり例えば13.5度である。
Furthermore, the skin fall
Here, S 1 is the skin fall area between the
Here, R is the outer diameter [m] of the
さらに、演算部16の肌落ち体積算出部27は、下記式(4)を用いて肌落ち体積V〔m3〕を算出する(肌落ち体積算出工程)。
ここで、Bは、1リング掘進距離〔m〕であり、セグメント102の幅〔m〕である。vは、シールド掘進機1の掘進速度〔m/s〕である。
Furthermore, the skin removal
Here, B is a 1-ring excavation distance [m] and a width [m] of the
また、空隙算出工程S4では、演算部16による算出結果を、表示部17を用いて表示する。例えば、トンネルの断面図を表示して、スキンプレート2の外部の地盤における空隙103の位置及び大きさ(形状)を表示する。また、空隙103の大きさとして、空隙103の深度、面積、体積を数値で表示してもよい。また、トンネル100Bの軸線方向における空隙103の位置や長さを表示してもよい。また、表示部は、受信した反射波の波形などのデータを表示してもよい。
Further, in the gap calculation step S <b> 4, the calculation result by the
次に、検出された空隙103に対して、充填材を注入するか否かを判定する(ステップS5)。例えば、肌落ち体積Vが判定閾値以上である場合に、充填材を注入すると判定する。充填材を注入すると判定した場合には、ステップS6に進む。肌落ち体積Vが判定閾値以上ではない場合には、充填材を注入せずに、ステップS1〜S4の処理を繰り返す。例えば、肌落ちが検出されていない場合には、そのままトンネルの掘進及び肌落ちの探査が継続される。 Next, it is determined whether or not a filler is injected into the detected gap 103 (step S5). For example, when the skin drop volume V is greater than or equal to the determination threshold, it is determined that the filler is injected. If it is determined that the filler is to be injected, the process proceeds to step S6. If the skin removal volume V is not greater than or equal to the determination threshold, the processing of steps S1 to S4 is repeated without injecting the filler. For example, when skin peeling is not detected, tunnel excavation and skin peeling search are continued.
ステップS6では、シールド掘進機1によるトンネルの掘進を停止する。続く、ステップS7では、空隙103に対して充填材105の注入する充填材注入工程を行う。充填材注入装置14は、充填材移送ポンプ21を用いて充填材を移送する。充填材移送ポンプ21から吐出された充填材は、充填材注入管22の内部を流れ、センサ15の後方に設けられた充填材注入孔23を通り、スキンプレート2の外部の空隙103に注入される。空隙算出工程S4において、空隙103の体積が予め算出されているので、空隙103の体積に対応した量の充填材を注入する。これにより、適切な量の充填材が確実に注入され、充填材によって空隙103を埋めることができる。
In step S6, the tunnel excavation by the
充填材を注入した後に、シールド掘進機1による掘進を再開し、シールド掘進機1の進行に合わせて、セグメント102が施工され、裏込め材の注入が行われる。なお、空隙103の大きさが小さい場合に、シールド掘進機1による掘進を停止せず、掘進しながら充填材を注入することが可能である。例えば、判定閾値を用いて空隙103の体積の大小を判定して、シールド掘進機1を停止して充填材を注入するのか、シールド掘進機1を停止しないで充填材を注入するのかを決定してもよい。
After injecting the filler, the excavation by the
このようなトンネル掘進方法によれば、シールド掘進機1のスキンプレート2の内側から外側の地盤104に対して電磁波を送信し、空隙103と地盤104との境界106で反射した反射波を受信して、空隙103の位置、深度、面積及び体積を検出することができる。さらに、検出された空隙103に対して充填材を注入して空隙103を埋めることで、空隙103による不具合の発生を防止する。
According to such a tunnel excavation method, an electromagnetic wave is transmitted from the inside of the
なお、シールド掘進機1に近接して生じた空隙103による不具合としては、空隙103近傍における地盤沈下、シールド掘進機1の進行のずれ、空隙103に溜まった地下水や土砂のスキンプレート2の内側への浸入等が挙げられる。本実施形態のトンネル掘進方法では、検出された空隙103に対して充填材を注入して、空隙103を埋めることができるので、空隙103に起因する地盤沈下の発生を防止することができる。また、空隙103を埋めることで、シールド掘進機1の空隙103側へのずれが抑制される。また、空隙103を埋めることで、地下水や土砂が溜まるおそれを無くし、スキンプレート2の内側への地下水や土砂の浸入を防止することができる。
In addition, problems due to the
また、トンネル掘進方向では、周方向の異なる位置に配置された複数のセンサ15を用いて空隙103を検出するので、空隙の範囲を容易に精度良く特定することができる。
In the tunnel excavation direction, the
本発明は、前述した実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で下記のような種々の変形が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications as described below are possible without departing from the gist of the present invention.
上記実施形態では、水平方向において先行トンネルに近接する後行トンネルの掘進について説明しているが、先行トンネルと後行トンネルとが近接する方向は、水平方向に限定されず、一方のトンネルが他方のトンネルよりも高い位置に配置されている場合、その他の方向に近接して配置される場合、その他の方向に交差して配置される場合に、本発明のトンネル掘進方法を適用してもよい。また、掘削するトンネルの近くに他のトンネルが無いような単独のトンネルにおいて、本発明のトンネル掘進方法を適用してもよい。 In the above embodiment, the following tunnel is described in the horizontal direction, which is adjacent to the preceding tunnel. However, the direction in which the preceding tunnel and the subsequent tunnel are close to each other is not limited to the horizontal direction. The tunnel excavation method of the present invention may be applied to a case where it is arranged at a position higher than that of the tunnel, a case where it is arranged close to the other direction, and a case where it is arranged so as to cross the other direction. . Further, the tunnel excavation method of the present invention may be applied to a single tunnel in which there is no other tunnel near the tunnel to be excavated.
なお、先行トンネル及び後行トンネルが上下方向に接近して施工される場合には、通常、先行トンネルが下側に施工され、先行トンネルの上方に後方トンネルが施工される。この場合には、後行トンネルを掘削する際に、後行トンネルの下側であって、後行トンネルと先行トンネルとの間の領域に空隙が生じるおそれはない。 When the preceding tunnel and the following tunnel are constructed close to each other in the vertical direction, the preceding tunnel is usually constructed on the lower side, and the rear tunnel is constructed above the preceding tunnel. In this case, when excavating the succeeding tunnel, there is no possibility that a void is formed in a region below the succeeding tunnel and between the succeeding tunnel and the preceding tunnel.
また、上記実施形態では、送信部18から電磁波を送信して空隙103を検出しているが、超音波などその他の検出波を送信して、空隙103を検出してもよい。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、受信部19より後方に設けられた充填材注入孔23から充填材105を注入しているが、受信部19より前方に充填材注入孔23を設けてこの充填材注入孔23から充填材105を注入してもよい。また、充填材注入孔23は、上下方向において、受信部19よりも高い位置に設けられていてもよく、受信部19よりも低い位置に設けられていてもよい。充填材注入孔23が高い位置に設けられていると、充填材105が下方に流れるので、低い位置に充填材注入孔23を設ける必要がない。
In the above embodiment, the
また、上記実施形態では、シールド掘進機1による掘進を停止させてから、充填材の注入を行っているが、シールド掘進機1による掘進を行いながら、充填材を注入してもよい。
In the above embodiment, the filling material is injected after the excavation by the
また、上記実施形態では、複数の受信部19を設けて反射波を受信しているが、例えば1つの受信部19を移動させて、反射波を受信してもよい。
Moreover, in the said embodiment, although the several receiving
また、上記実施形態では、空隙103の体積を算出しているが、空隙103の深度のみを算出する構成でもよく、空隙103の面積のみを算出してもよい。また、受信部で受信された反射波及びシールド掘進機1の移動速度に基づいて、トンネル100Bの軸線方向における空隙103の長さを算出してもよい。また、上記実施形態では、空隙103の大きさを検出しているが、反射波に基づいて空隙103の有無を判定するだけでもよい。
In the above embodiment, the volume of the
1…シールド掘進機
2…スキンプレート、2a…内周面、2b…外周面
3…カッタヘッド
4…カッタチャンバ
5…隔壁
6…カッタビット
7…回転軸
8…スクリューコンベア
9…シールドジャッキ
10…シールドジャッキシリンダ
11…シールドジャッキロッド
12…裏込め材注入装置
13…空隙検出装置
14…充填材注入装置
15…センサ
16…演算部
17…表示部
18…送信部
19…受信部
20…非磁性体部
21…充填材移送ポンプ
22…充填材注入管
23…充填材注入孔
25…肌落ち深度算出部
26…肌落ち面積算出部
27…肌落ち体積算出部
28…記憶部
30…テールシール
100A…先行トンネル
100B…後行トンネル
101…切羽
102…セグメント
102H…裏込め材注入孔
103…空隙
104…地盤
105…充填材
106…境界(空隙と地盤との境界)
L1…電磁波(検出波)
L2…反射波
R…スキンプレートの外径
B…1リング掘進距離
DESCRIPTION OF
L 1 ... Electromagnetic wave (detection wave)
L 2 ... Reflected wave R ... Outer diameter of skin plate B ... 1 ring excavation distance
Claims (5)
前記シールド掘進機によりトンネルを掘進するトンネル掘進工程と、
前記シールド掘進機のスキンプレートの内側に設けられた送信部から、前記スキンプレートの外側の地盤に対して検出波を送信する送信工程と、
前記スキンプレートの外側の空隙と前記地盤との境界で反射した反射波を、前記スキンプレートの内側に設けられた受信部で受信する受信工程と、
前記受信工程で受信した前記反射波に基づいて、前記空隙を検出する空隙検出工程と、
を含み、
前記空隙検出工程で検出された前記空隙に対して充填材を注入する充填材注入工程を更に備え、
前記スキンプレートには、前記シールド掘進機が進行する方向において前記受信部の後方に注入孔が設けられており、
前記充填材注入工程は、前記受信部の後方の前記注入孔から前記充填材を注入する、
トンネル掘進方法。 A tunnel excavation method using a shield excavator,
A tunnel excavation process of excavating a tunnel with the shield machine,
A transmission step of transmitting a detection wave to the ground outside the skin plate from the transmission unit provided inside the skin plate of the shield machine,
A receiving step of receiving a reflected wave reflected at the boundary between the gap outside the skin plate and the ground by a receiving unit provided inside the skin plate;
A gap detecting step of detecting the gap based on the reflected wave received in the receiving step;
Only including,
A filler injection step of injecting a filler into the gap detected in the gap detection step;
The skin plate is provided with an injection hole behind the receiving unit in the direction in which the shield machine advances.
The filler injection step injects the filler from the injection hole behind the receiving unit,
Tunneling method.
前記受信工程では、前記スキンプレートの周方向に配置された複数の前記受信部によって、前記反射波を受信し、
前記空隙検出工程は、複数の前記受信部で受信された前記反射波に基づいて、前記空隙の大きさを算出する空隙算出工程を含む請求項1に記載のトンネル掘進方法。 In the transmission step, the detection waves are transmitted from the plurality of transmission units arranged in the circumferential direction of the skin plate,
In the receiving step, the reflected waves are received by the plurality of receiving units arranged in the circumferential direction of the skin plate,
2. The tunnel excavation method according to claim 1, wherein the air gap detecting step includes a air gap calculating step of calculating a size of the air gap based on the reflected waves received by a plurality of the receiving units.
前記充填材注入工程では、前記スキンプレートの上部側の領域に形成された前記注入孔から前記充填材を注入する請求項1又は2に記載のトンネル掘進方法。 The injection hole is formed in a region on the upper side of the skin plate,
3. The tunnel excavation method according to claim 1, wherein, in the filler injection step, the filler is injected from the injection hole formed in an upper region of the skin plate.
前記スキンプレートには、前記電磁波を通過させる非磁性体部が設けられており、
前記送信工程では、前記非磁性体部を通じて前記電磁波を送信し、
前記受信工程では、前記非磁性体部を通じて前記反射波を受信する請求項1〜3の何れか一項に記載のトンネル掘進方法。 The transmission unit transmits electromagnetic waves as the detection wave,
The skin plate is provided with a non-magnetic part that allows the electromagnetic wave to pass through.
In the transmitting step, the electromagnetic wave is transmitted through the non-magnetic part,
The tunnel excavation method according to any one of claims 1 to 3 , wherein, in the reception step, the reflected wave is received through the non-magnetic body part.
当該シールド掘進機のスキンプレートの内側に配置され、前記スキンプレートの外側の地盤に対して検出波を送信する送信部と、
前記スキンプレートの内側に配置され、前記スキンプレートの外側の空隙と前記地盤との境界で反射した反射波を受信する受信部と、
前記受信部で受信された前記反射波に基づいて、前記空隙を検出する空隙検出部と、を備え、
前記空隙検出部で検出された前記空隙に対して充填材を注入する充填材注入装置を更に備え、
前記スキンプレートには、前記シールド掘進機が進行する方向において前記受信部の後方に注入孔が設けられており、
前記充填材注入装置は、前記受信部の後方の前記注入孔から前記充填材を注入する、
シールド掘進機。 A shield machine that digs through a tunnel,
A transmitting unit that is arranged inside the skin plate of the shield machine, and transmits a detection wave to the ground outside the skin plate;
A receiving unit that is disposed inside the skin plate and receives a reflected wave reflected at a boundary between the gap outside the skin plate and the ground; and
A gap detecting unit that detects the gap based on the reflected wave received by the receiving unit, and
A filler injection device for injecting a filler into the gap detected by the gap detector;
The skin plate is provided with an injection hole behind the receiving unit in the direction in which the shield machine advances.
The filler injection device injects the filler from the injection hole behind the receiving unit;
Shield machine.
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