JP6664704B2 - Method and apparatus for evaluating plastic fluidity of excavated soil in chamber in earth pressure shield method, and earth pressure shield excavator - Google Patents

Method and apparatus for evaluating plastic fluidity of excavated soil in chamber in earth pressure shield method, and earth pressure shield excavator Download PDF

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Description

本発明は、土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置および土圧式シールド掘削機に関するものである。   TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and an apparatus for evaluating plastic flowability of excavated soil in a chamber in an earth pressure shield construction method, and an earth pressure shield excavator.

従来、シールドトンネル工事に適用される土圧式シールド工法が知られている。この工法は、カッター装置の背後に掘削土を取り込むためのチャンバーを設けた土圧式シールド掘削機を用いて、チャンバー内に取り込んだ掘削土に対して加水ベントナイトや高分子材料等の薬液あるいは気泡等を添加して攪拌翼で攪拌することにより、掘削土に所定の塑性流動性を持たせてその土圧を切羽に作用させて切羽を安定に保持しつつ掘進を行う工法である。   BACKGROUND ART Conventionally, an earth pressure type shield construction method applied to shield tunnel construction is known. This method uses an earth-pressure shield excavator equipped with a chamber for taking in excavated soil behind the cutter device. The excavated soil taken in the chamber is exposed to chemicals such as hydrobentonite and polymer materials or air bubbles. Is added to the excavated soil and agitated by an agitating blade, whereby the excavated soil has a predetermined plastic fluidity, and the earth pressure is applied to the face to excavate while maintaining the face stably.

この土圧式シールド工法においては、掘削土による土圧を切羽の全面に対して均一かつ安定に作用させることが重要であるため、チャンバー内における掘削土の塑性流動性を適切に設定しかつ安定に維持する必要がある。そのためには掘削土がチャンバー内全体において均一に塑性流動化しているか否かを掘削中に逐次確認する必要がある。特に昨今においては土圧式シールド工法の大断面化に伴い、チャンバー内の掘削土の塑性流動性を評価するニーズが高まっている。従来の掘削土の塑性流動性を評価するための方法としては、例えば特許文献1〜3に示されるものが知られている。   In this earth pressure shield method, it is important that the earth pressure from the excavated soil acts uniformly and stably on the entire face of the face, so that the plastic fluidity of the excavated soil in the chamber is appropriately set and stabilized. Need to be maintained. For that purpose, it is necessary to sequentially confirm whether or not the excavated soil is uniformly plastically fluidized in the entire chamber during excavation. In particular, in recent years, with the enlargement of the earth pressure shield method, the need to evaluate the plastic fluidity of excavated soil in a chamber is increasing. As a conventional method for evaluating the plastic fluidity of excavated soil, for example, those disclosed in Patent Documents 1 to 3 are known.

特許文献1は、チャンバーに設置した回転体のトルクから掘削土の塑性流動性を定性的に判定する方法であり、塑性流動性を定量的に評価することはできない。   Patent Document 1 is a method for qualitatively determining the plastic fluidity of excavated soil from the torque of a rotating body installed in a chamber, and cannot quantitatively evaluate the plastic fluidity.

特許文献2および特許文献3は、チャンバーに設置した回転体のトルクから掘削土の塑性流動性や流動方向を定量的に評価し、事前に解析的にチャンバー内の塑性流動状態を推定したものと比較することで施工を管理する方法である。この方法は、特殊な回転装置を用いた評価方法であるため、故障が発生する可能性が高い。また、ここでの解析は、従来の数値解析法(例えば、差分法、FEM、DEM等)を用いることが前提となっているが、掘削土の高粘度大変形流動によって数値的に不安定な現象がおき、解析に不具合が生じるおそれもある。   Patent Literature 2 and Patent Literature 3 quantitatively evaluate the plastic flow property and flow direction of excavated soil from the torque of a rotating body installed in a chamber and preliminarily analytically estimate the plastic flow state in the chamber. It is a method of managing the construction by comparing. Since this method is an evaluation method using a special rotating device, there is a high possibility that a failure will occur. The analysis here is based on the premise that a conventional numerical analysis method (for example, a difference method, FEM, DEM, or the like) is used. A phenomenon may occur, which may cause a failure in the analysis.

一方、本発明者らは、特許文献4ならびに現時点で未公開の特許文献5(特願2015−141743号)、特許文献6(特願2015−052282号)および特許文献7(特願2015−136399号)を既に提案している。   On the other hand, the present inventors have disclosed Patent Document 4 and Patent Document 5 (Japanese Patent Application No. 2015-141743), Patent Document 6 (Japanese Patent Application No. 2005-052282) and Patent Document 7 (Japanese Patent Application No. 2015-136399) which have not been disclosed at this time. No.) has already been proposed.

特許文献4および特許文献5は、土圧計の変動状態から掘削土の塑性流動性を間接的に評価する方法であり、直接的な評価を行うものではない。また、特許文献6は、チャンバーに設置した回転体のトルクから掘削土の塑性流動性を定量的に評価する方法である。この方法は、上記の特許文献2、3と同様、特殊な回転装置を用いた評価方法であるため、装置の開発・設置費用の増大や故障発生のおそれがないとはいえない。   Patent Literature 4 and Patent Literature 5 are methods for indirectly evaluating the plastic fluidity of excavated soil from the fluctuation state of the earth pressure gauge, and do not directly evaluate the excavated soil. Patent Document 6 is a method for quantitatively evaluating the plastic fluidity of excavated soil from the torque of a rotating body installed in a chamber. Since this method is an evaluation method using a special rotating device as in the above-mentioned Patent Documents 2 and 3, it cannot be said that there is no risk of an increase in development / installation cost of the device or occurrence of a failure.

特許文献7は、粒子法解析(MPS解析)によりチャンバー内の撹拌流動状態を推定する方法である。この方法によれば、解析対象が掘削土のような高粘度で大変形する流動体でも、塑性流動状態を数値安定的に解析することができる。ただし、掘削土の塑性流動性(塑性粘度、降伏値等)を解析パラメータとして仮定する必要があるため、適用方法に課題がある。   Patent Literature 7 is a method of estimating a stirring flow state in a chamber by a particle method analysis (MPS analysis). According to this method, even if the analysis target is a fluid having high viscosity and large deformation such as excavated soil, the plastic flow state can be numerically and stably analyzed. However, since it is necessary to assume plastic fluidity (plastic viscosity, yield value, etc.) of the excavated soil as an analysis parameter, there is a problem in the application method.

特開2003−97181号公報JP 2003-97181 A 特開2005−90174号公報JP 2005-90174 A 特開2007−191878号公報JP 2007-191878 A 特開2014−9545号公報JP 2014-9545 A

このため、特殊な装置を用いることなく、掘削土の塑性流動性(塑性粘度、降伏値等)を安定して直接推定することのできる技術の開発が求められていた。   Therefore, there has been a demand for the development of a technology capable of stably directly estimating the plastic fluidity (plastic viscosity, yield value, etc.) of excavated soil without using a special device.

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、掘削土の塑性流動性を安定して直接推定することのできる土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置および土圧式シールド掘削機を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above, a method for evaluating the plastic fluidity of an excavated soil in a chamber in an earth pressure shield method capable of stably directly estimating the plastic fluidity of an excavated soil, an evaluation device, and An object of the present invention is to provide an earth pressure shield excavator.

上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法は、カッタースポーク側に設置された攪拌翼および前記カッタースポークとは独立して回転駆動するアジテータにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価方法であって、前記掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、前記掘削土を攪拌する前記チャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、前記粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、前記攪拌翼および前記アジテータを移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成し、作成した前記解析モデルにおける前記掘削土の流動解析を行う流動解析工程と、前記掘削土の塑性流動性をパラメータとして前記流動解析工程による流動解析を行い、前記解析モデルにおける前記アジテータに発生するトルクの解析値を算定するトルク解析値算定工程と、施工時に得られた前記アジテータに発生するトルクの測定値と、前記トルク解析値算定工程により算定したトルクの解析値を照らし合わせて、トルクの測定値に対応した前記解析モデルにおける前記掘削土の塑性流動性を、施工時における前記掘削土の塑性流動性として評価する評価工程とを備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a method for evaluating the plastic fluidity of excavated soil in a chamber in the earth pressure shield method according to the present invention includes a stirring blade installed on a cutter spoke side and the cutter spoke. The excavated soil in the chamber is agitated by an agitator that is independently driven to rotate to impart plastic fluidity to the excavated soil, and the excavated soil is subjected to earth pressure to exert the excavation while stabilizing the face. Applied to the earth pressure type shield method, is an evaluation method for evaluating the plastic flowability of the excavated soil in the chamber, and expresses the excavated soil as a collection of particles, and analyzes the movement of the particles by calculation On the other hand, the shape of the inside of the chamber for stirring the excavated soil is approximated by a polyhedron, and An analysis model in which the stirring blade and the agitator are represented by a movable wall is created, and the analysis is performed by creating a rigid body by a wall in which a virtual repulsive force is generated in which a repulsive force is generated so that particles do not pass. A flow analysis step of performing a flow analysis of the excavated soil in the model, and a flow analysis by the flow analysis step using the plastic fluidity of the excavated soil as a parameter to calculate an analysis value of torque generated in the agitator in the analysis model The torque analysis value calculation step to be performed, the measured value of the torque generated in the agitator obtained at the time of construction, and comparing the analysis value of the torque calculated by the torque analysis value calculation step, the torque corresponding to the measured value of the torque Evaluation to evaluate the plastic fluidity of the excavated soil in the analysis model as the plastic fluidity of the excavated soil during construction Characterized in that it comprises a degree.

また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法は、上述した発明において、前記評価工程は、スランプ値、スランプフロー値の少なくとも一方を前記掘削土の塑性流動性として評価することを特徴とする。   Further, in another earth pressure type shield method according to the present invention, the method for evaluating the plastic fluidity of excavated soil in a chamber in the above-described invention is characterized in that the evaluation step includes determining at least one of a slump value and a slump flow value by determining the plasticity of the excavated soil. It is characterized by being evaluated as liquidity.

また、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置は、カッタースポーク側に設置された攪拌翼および前記カッタースポークとは独立して回転駆動するアジテータにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価装置であって、前記掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、前記掘削土を攪拌する前記チャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、前記粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、前記攪拌翼および前記アジテータを移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成し、作成した前記解析モデルにおける前記掘削土の流動解析を行う流動解析手段と、前記掘削土の塑性流動性をパラメータとして前記流動解析手段による流動解析を行い、前記解析モデルにおける前記アジテータに発生するトルクの解析値を算定するトルク解析値算定手段と、施工時に得られた前記アジテータに発生するトルクの測定値と、前記トルク解析値算定手段により算定したトルクの解析値を照らし合わせて、トルクの測定値に対応した前記解析モデルにおける前記掘削土の塑性流動性を、施工時における前記掘削土の塑性流動性として評価する評価手段とを備えることを特徴とする。   Further, the plastic fluidity evaluation device for excavated soil in the chamber in the earth pressure type shield method according to the present invention, the stirring blade installed on the cutter spoke side and the agitator that is driven to rotate independently of the cutter spoke, the inside of the chamber. The excavated soil is agitated to impart plastic fluidity to the excavated soil, and is applied to an earth pressure type shield method for excavating while stabilizing the face by applying the earth pressure of the excavated soil to the face. An evaluation device for evaluating the plastic fluidity of the excavated soil, wherein the excavated soil is expressed as a collection of particles, and the movement of the particles is analyzed by a particle method for analyzing the movement of the particles by calculation. The shape inside the chamber to be stirred is approximated by a polyhedron, and a repulsive force is generated so that the particles do not pass through the surface forming the polyhedron. A rigid body is formed by a wall having a distributed repulsive force, and an analytical model is created in which the stirring blade and the agitator are represented by movable walls, and a flow analysis of the excavated soil in the created analytical model is performed. Flow analysis means, performing a flow analysis by the flow analysis means using the plastic fluidity of the excavated soil as a parameter, torque analysis value calculation means for calculating the analysis value of the torque generated in the agitator in the analysis model, at the time of construction By comparing the obtained measured value of the torque generated in the agitator with the analyzed value of the torque calculated by the torque analysis value calculating means, the plastic fluidity of the excavated soil in the analysis model corresponding to the measured value of the torque is obtained. And an evaluation means for evaluating the excavated soil as plastic fluidity during construction.

また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置は、上述した発明において、前記評価手段は、スランプ値、スランプフロー値の少なくとも一方を前記掘削土の塑性流動性として評価することを特徴とする。   In addition, in the above-described invention, the evaluation means may determine at least one of a slump value and a slump flow value of the excavated soil according to another earth pressure type shield method according to the present invention. It is characterized by being evaluated as liquidity.

また、本発明に係る土圧式シールド掘削機は、カッタースポーク側に設置された攪拌翼および前記カッタースポークとは独立して回転駆動するアジテータにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド掘削機であって、上述した土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置を備えることを特徴とする。   Further, the earth pressure shield excavator according to the present invention is configured to agitate the excavated soil in the chamber by using an agitator installed on the cutter spoke side and an agitator that is driven to rotate independently of the cutter spoke. An earth-pressure shield excavator that imparts plastic fluidity and excavates while stabilizing the face by applying the earth pressure of the excavated soil to the face, and the plasticity of the excavated soil in the chamber in the above-described earth-pressure shield construction method It is characterized by having a liquidity evaluation device.

本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、カッタースポーク側に設置された攪拌翼および前記カッタースポークとは独立して回転駆動するアジテータにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価方法であって、前記掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、前記掘削土を攪拌する前記チャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、前記粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、前記攪拌翼および前記アジテータを移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成し、作成した前記解析モデルにおける前記掘削土の流動解析を行う流動解析工程と、前記掘削土の塑性流動性をパラメータとして前記流動解析工程による流動解析を行い、前記解析モデルにおける前記アジテータに発生するトルクの解析値を算定するトルク解析値算定工程と、施工時に得られた前記アジテータに発生するトルクの測定値と、前記トルク解析値算定工程により算定したトルクの解析値を照らし合わせて、トルクの測定値に対応した前記解析モデルにおける前記掘削土の塑性流動性を、施工時における前記掘削土の塑性流動性として評価する評価工程とを備えるので、アジテータのトルクを測定することで、特殊な装置を用いることなく掘削土の塑性流動性を安定して直接推定することができるという効果を奏する。   According to the plastic fluidity evaluation method of the excavated soil in the chamber in the earth pressure type shield method according to the present invention, the stirring blades installed on the cutter spoke side and the agitator that is driven to rotate independently of the cutter spokes, the inside of the chamber. The excavated soil is agitated to impart plastic fluidity to the excavated soil, and is applied to an earth pressure type shield method for excavating while stabilizing the face by applying the earth pressure of the excavated soil to the face. An evaluation method for evaluating the plastic fluidity of the excavated soil, wherein the excavated soil is expressed as a set of particles, and the movement of the particles is analyzed by a particle method for analysis by calculation. The shape inside the chamber to be stirred is approximated by a polyhedron, and a repulsive force is generated so that the particles do not pass through the surface forming the polyhedron. A rigid body is formed by a wall having a distributed repulsive force, and an analytical model is created in which the stirring blade and the agitator are represented by movable walls, and a flow analysis of the excavated soil in the created analytical model is performed. Flow analysis step, the flow analysis by the flow analysis step using the plastic fluidity of the excavated soil as a parameter, a torque analysis value calculation step of calculating an analysis value of the torque generated in the agitator in the analysis model, during construction By comparing the obtained measured value of the torque generated in the agitator with the analyzed value of the torque calculated in the torque analysis value calculating step, the plastic fluidity of the excavated soil in the analysis model corresponding to the measured value of the torque is obtained. And evaluating the plastic fluidity of the excavated soil at the time of construction, the torque of the agitator By measuring an effect that can be estimated stably directly the plastic flow of the excavated soil without using a special apparatus.

また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、前記評価工程は、スランプ値、スランプフロー値の少なくとも一方を前記掘削土の塑性流動性として評価するので、チャンバー内における掘削土の塑性流動状態をスランプ値、スランプフロー値といった指標で管理することができるという効果を奏する。   Further, according to the method for evaluating the plastic fluidity of excavated soil in a chamber in another earth pressure type shield method according to the present invention, the evaluation step includes determining at least one of a slump value and a slump flow value as plastic fluidity of the excavated soil. Since the evaluation is performed, the plastic flow state of the excavated soil in the chamber can be managed by using an index such as a slump value or a slump flow value.

また、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置によれば、カッタースポーク側に設置された攪拌翼および前記カッタースポークとは独立して回転駆動するアジテータにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価装置であって、前記掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、前記掘削土を攪拌する前記チャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、前記粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、前記攪拌翼および前記アジテータを移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成し、作成した前記解析モデルにおける前記掘削土の流動解析を行う流動解析手段と、前記掘削土の塑性流動性をパラメータとして前記流動解析手段による流動解析を行い、前記解析モデルにおける前記アジテータに発生するトルクの解析値を算定するトルク解析値算定手段と、施工時に得られた前記アジテータに発生するトルクの測定値と、前記トルク解析値算定手段により算定したトルクの解析値を照らし合わせて、トルクの測定値に対応した前記解析モデルにおける前記掘削土の塑性流動性を、施工時における前記掘削土の塑性流動性として評価する評価手段とを備えるので、アジテータのトルクを測定することで、特殊な装置を用いることなく掘削土の塑性流動性を安定して直接推定することができるという効果を奏する。   Further, according to the plastic fluidity evaluation device for excavated soil in the chamber in the earth pressure shield method according to the present invention, the chamber is provided with an agitator that is installed on the cutter spoke side and an agitator that is driven to rotate independently of the cutter spoke. The excavated soil is agitated to impart plastic fluidity to the excavated soil, and the earth pressure of the excavated soil is applied to the face to stabilize the face by applying the earth pressure type shield method, and the chamber is applied to the earth pressure type shield method. An evaluation device for evaluating the plastic fluidity of the excavated soil in a vessel, wherein the excavated soil is expressed as a collection of particles, and the movement of the particles is analyzed by a particle method, and the excavation soil is subjected to analysis. The shape inside the chamber for stirring the soil is approximated by a polyhedron, and a repulsive force is generated so that the particles do not pass through the surface forming the polyhedron. A rigid body is formed by a wall in which a virtual repulsive force is distributed, and an analysis model is created in which the stirring blade and the agitator are represented by movable walls, and a flow analysis of the excavated soil in the created analysis model is performed. Flow analysis means to perform, the flow analysis by the flow analysis means as a parameter plastic flowability of the excavated soil, torque analysis value calculation means to calculate the analysis value of the torque generated in the agitator in the analysis model, By comparing the measured value of the torque generated in the agitator obtained at the time of construction with the analyzed value of the torque calculated by the torque analysis value calculating means, the plasticity of the excavated soil in the analysis model corresponding to the measured value of the torque is compared. Fluidity, evaluation means for evaluating the plastic fluidity of the excavated soil at the time of construction, since it comprises an agitator By measuring the torque, an effect that can be estimated stably directly the plastic flow of the excavated soil without using a special apparatus.

また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置によれば、前記評価手段は、スランプ値、スランプフロー値の少なくとも一方を前記掘削土の塑性流動性として評価するので、チャンバー内における掘削土の塑性流動状態をスランプ値、スランプフロー値といった指標で管理することができるという効果を奏する。   Further, according to the plastic fluidity evaluation device for excavated soil in the chamber in another earth pressure shield method according to the present invention, the evaluation means, slump value, at least one of the slump flow value as the plastic fluidity of the excavated soil. Since the evaluation is performed, the plastic flow state of the excavated soil in the chamber can be managed by using an index such as a slump value or a slump flow value.

また、本発明に係る土圧式シールド掘削機によれば、カッタースポーク側に設置された攪拌翼および前記カッタースポークとは独立して回転駆動するアジテータにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド掘削機であって、上述した土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置を備えるので、掘削土の塑性流動性を安定して直接推定可能な土圧式シールド掘削機を提供することができるという効果を奏する。   Further, according to the earth pressure shield excavator according to the present invention, the excavated soil in the chamber is agitated by the agitating blade installed on the cutter spoke side and the agitator which is driven to rotate independently of the cutter spoke. An earth-pressure shield excavator that imparts plastic fluidity to soil and excavates while stabilizing the face by applying the earth pressure of the excavated soil to the face, wherein the excavated soil in the chamber in the above-described earth pressure shield method is used. Is provided, there is an effect that it is possible to provide an earth-pressure shield excavator capable of stably directly estimating the plastic fluidity of excavated soil.

図1は、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置および土圧式シールド掘削機が適用されるカッターフェイス部分の概略側断面図である。FIG. 1 is a schematic side sectional view of a cutter face portion to which a method and an apparatus for evaluating plastic flowability of excavated soil in a chamber in an earth pressure shield method according to the present invention and an earth pressure shield excavator are applied. 図2は、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置の実施の形態を示す概略フローチャート図である。FIG. 2 is a schematic flowchart showing an embodiment of a method and an apparatus for evaluating the plastic fluidity of excavated soil in a chamber in the earth pressure shield method according to the present invention. 図3は、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置の解析モデルの一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of an analytical model of a plastic fluidity evaluation method of an excavated soil in a chamber and an evaluation device in an earth pressure type shield method according to the present invention. 図4は、本発明によるトルク測定値とトルク解析値の照合方法の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a method of comparing a torque measurement value and a torque analysis value according to the present invention. 図5は、本発明によるスランプ値、スランプフロー値の推定方法の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a method for estimating a slump value and a slump flow value according to the present invention. 図6は、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置の実施の形態を示す概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a plastic fluidity evaluation device for excavated soil in a chamber in the earth pressure shield method according to the present invention.

以下に、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置および土圧式シールド掘削機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。   Hereinafter, embodiments of a method, an evaluation device, and an earth pressure shield excavator for evaluating the plastic fluidity of excavated soil in a chamber in an earth pressure shield method according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited by the embodiment.

[土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法]
まず、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法について説明する。
[Evaluation method of plastic fluidity of excavated soil in chamber in earth pressure type shield method]
First, a method for evaluating the plastic fluidity of excavated soil in a chamber in the earth pressure shield method according to the present invention will be described.

本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法は、チャンバー内に設置された攪拌翼およびアジテータで掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、チャンバー内における掘削土の塑性流動性を評価する評価方法である。   The plastic fluidity evaluation method of the excavated soil in the chamber in the earth pressure type shield method according to the present invention, the excavated soil is agitated by a stirring blade and an agitator installed in the chamber to impart plastic fluidity to the excavated soil. This method is applied to the earth pressure shield method in which excavated soil is excavated while stabilizing the face by applying the earth pressure to the face, and is an evaluation method for evaluating the plastic fluidity of the excavated soil in the chamber.

図1は、土圧式シールド掘削機のカッターフェイス部分を拡大した概略側断面図である。この図に示すように、土圧式シールド掘削機のシールドマシン10には、カッターフェイス12の背面と隔壁14とによって区画形成されたチャンバー16内の掘削土18の攪拌効果を高めるために、カッターフェイス12の背面のカッタースポーク20に、チャンバー16内に向けて突出する複数の攪拌翼22が固定されている。図の例では、説明の便宜上、回転軸24の上下に2箇所固定した例を示しているがこれに限るものではない。すなわち、攪拌翼22の設置位置は、チャンバー16内の全体において掘削土に対する効率的な攪拌効果が得られるように任意に設定すればよく、双方の位置を半径方向に若干ずらして配置した方が全体にわたり広範囲に攪拌することができるのでより好ましい。掘削時にカッターフェイス12が回転軸24の周りに回転すると、この回転に連動して背面の攪拌翼22も回転軸24の周りに回転し、シールドマシン10との間に形成したチャンバー16内に取り込まれる掘削土を攪拌する。   FIG. 1 is a schematic side sectional view in which a cutter face portion of an earth pressure type shield excavator is enlarged. As shown in this figure, a shield machine 10 of an earth pressure type shield excavator includes a cutter face 10 in order to enhance the stirring effect of excavated soil 18 in a chamber 16 defined by a back surface of a cutter face 12 and a partition wall 14. A plurality of stirring blades 22 protruding into the chamber 16 are fixed to the cutter spokes 20 on the back surface of the twelve. In the example of the figure, an example in which two portions are fixed above and below the rotating shaft 24 for convenience of description is shown, but the present invention is not limited to this. That is, the installation position of the stirring blade 22 may be arbitrarily set so that an effective stirring effect on the excavated soil can be obtained in the entire chamber 16, and it is better to displace both positions slightly in the radial direction. It is more preferable because the stirring can be performed over a wide range throughout. When the cutter face 12 rotates around the rotation axis 24 during excavation, the stirring blade 22 on the back also rotates around the rotation axis 24 in conjunction with this rotation, and is taken into the chamber 16 formed between the shield face 10 and the stirring machine 22. Stir the excavated soil.

回転軸24の外周面には、チャンバー16内に向けて突出するアジテータ26が設けられている。このアジテータ26は隔壁14の外側に設けた駆動モータ28によりカッターフェイス12(カッタースポーク20)と独立して回転駆動するようになっている。また、駆動モータ28の近傍には、アジテータ26の回転トルクを測定するためのトルク測定装置30が設けられている。アジテータ26の回転トルクと駆動モータ28に供給する電流値は比例するため、駆動モータ28の電流値を測定することでトルクを算定することが可能である。   An agitator 26 protruding into the chamber 16 is provided on the outer peripheral surface of the rotating shaft 24. The agitator 26 is driven to rotate independently of the cutter face 12 (cutter spoke 20) by a drive motor 28 provided outside the partition 14. A torque measuring device 30 for measuring the rotational torque of the agitator 26 is provided near the drive motor 28. Since the rotational torque of the agitator 26 is proportional to the current value supplied to the drive motor 28, the torque can be calculated by measuring the current value of the drive motor 28.

次に、本発明に係る塑性流動性評価方法の具体的手順について説明する。   Next, a specific procedure of the plastic fluidity evaluation method according to the present invention will be described.

図2は、本発明に係る塑性流動性評価方法の概略フローチャート図である。この図に示すように、本発明の塑性流動性評価方法は、まず施工に先立って事前に、掘削土と攪拌機構をモデル化した解析モデルを作成しておく(ステップS1)。ここで、高粘度流動体である掘削土を、粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象としてモデル化する。この場合、掘削土を、流動体の物性が降伏値と塑性粘度で記述されるビンガム流体でモデル化することができる。なお、このモデル化においては、流動解析の高速化を図るため、流動時には粘塑性流体となり、不動時には高粘性流体となる等価線形近似でビンガム流体を扱うようにしてもよい。   FIG. 2 is a schematic flowchart of the plastic fluidity evaluation method according to the present invention. As shown in this figure, in the plastic fluidity evaluation method of the present invention, an analysis model that models an excavated soil and a stirring mechanism is created in advance before construction (step S1). Here, excavated soil, which is a high-viscosity fluid, is expressed as a group of particles, and is modeled as an analysis target of a particle method for analyzing the movement of the particles by calculation. In this case, the excavated soil can be modeled with a Bingham fluid where the physical properties of the fluid are described by the yield value and the plastic viscosity. In this modeling, in order to speed up the flow analysis, the Bingham fluid may be handled by an equivalent linear approximation in which the fluid becomes a viscoplastic fluid when flowing, and becomes a high viscous fluid when immobile.

また、掘削土を攪拌するチャンバー16内の形状をポリゴン(多面体)で近似し、ポリゴンをなす面を、粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とする解析モデルを作成する。ここで、チャンバー16を形成する外壁の部分は固定ポリゴン壁で、攪拌翼22およびアジテータ26は移動ポリゴン壁(移動壁)で表現する。この移動ポリゴン壁は、回転軸24の周りに回転移動可能である。このようにして作成した実機の解析モデルの一例を図3に示す。この図は、チャンバーを坑内側から見た図であり、シールドマシン10の隔壁14などの鋼殻部、掘削土については図示を省略している。   In addition, the shape of the chamber 16 for stirring the excavated soil is approximated by a polygon (polyhedron), and the surface forming the polygon is a rigid body formed by a wall in which a virtual repulsive force that generates a repulsive force so that particles do not pass is distributed. Create an analysis model. Here, the portion of the outer wall forming the chamber 16 is represented by a fixed polygon wall, and the stirring blade 22 and the agitator 26 are represented by a moving polygon wall (moving wall). The moving polygon wall is rotatable about a rotation axis 24. FIG. 3 shows an example of the analysis model of the actual machine created in this way. In this figure, the chamber is viewed from the inside of the pit, and illustration of a steel shell portion such as a partition wall 14 of the shield machine 10 and excavated soil is omitted.

次に、作成した解析モデルにおける掘削土の塑性流動状態を、コンピュータを用いて流動解析する(流動解析工程:ステップS2)。解析方法としては高粘度の流動体でも安定的に解析できる陰解法を用いる。   Next, the flow analysis of the plastic flow state of the excavated soil in the created analysis model is performed using a computer (flow analysis step: step S2). As an analysis method, an implicit method that can stably analyze even a high-viscosity fluid is used.

この流動解析工程では、掘削土の塑性流動性(塑性粘度、降伏値)をパラメータとして、掘削土の様々な塑性流動状態を想定したパラメータスタディを実施する。続いて、このパラメータスタディにより、解析モデルにおけるアジテータに発生するトルクの解析値を算定する(トルク解析値算定工程:ステップS3)。   In this flow analysis step, a parameter study is carried out assuming various plastic flow states of the excavated soil using the plastic flowability (plastic viscosity, yield value) of the excavated soil as a parameter. Subsequently, the analysis value of the torque generated in the agitator in the analysis model is calculated based on the parameter study (torque analysis value calculation step: step S3).

こうした施工に先立つ事前解析により、例えば図4の左側に示すような解析結果が得られる。この解析結果では、仮定した塑性粘度と降伏値の様々な組み合わせに対応してアジテータのトルク解析値がテーブル形式で示されている。   By such pre-analysis prior to construction, an analysis result as shown on the left side of FIG. 4, for example, is obtained. In the analysis results, torque analysis values of the agitator are shown in a table format corresponding to various combinations of assumed plastic viscosity and yield value.

次に、施工時に得られたアジテータに発生するトルクの測定値と、ステップS3のトルク解析値算定工程により算定したトルクの解析値を照らし合わせて(ステップS4)、トルクの測定値に対応した解析モデルにおける掘削土の塑性流動性を、施工時におけるチャンバー内の掘削土の塑性流動性として評価する(評価工程:ステップS5)。   Next, the measured value of the torque generated in the agitator obtained at the time of construction is compared with the analyzed value of the torque calculated in the torque analysis value calculating step of step S3 (step S4), and the analysis corresponding to the measured value of the torque is performed. The plastic fluidity of the excavated soil in the model is evaluated as the plastic fluidity of the excavated soil in the chamber during construction (evaluation step: step S5).

この場合、例えばカッターおよびアジテータ26を回転しながらトルク測定装置30でアジテータ26のトルクを測定する。そして、このトルク測定値と、図4の左側の解析結果のテーブルにおけるトルク解析値とを照合し、トルク測定値と一致度の高いトルク解析値を探索し、このトルク解析値に対応する塑性粘度、降伏値を求める。図4の例では、施工時のトルク測定値B2がテーブル中のトルク解析値B2に一致する場合を示している。この場合、トルク解析値B2に対応する塑性粘度は60Pa・s、降伏値は600Paと見積もられる。   In this case, for example, the torque of the agitator 26 is measured by the torque measuring device 30 while rotating the cutter and the agitator 26. Then, the torque measurement value is compared with the torque analysis value in the analysis result table on the left side of FIG. 4 to search for a torque analysis value having a high degree of agreement with the torque measurement value, and the plastic viscosity corresponding to the torque analysis value is determined. Find the yield value. The example of FIG. 4 shows a case where the measured torque value B2 at the time of construction matches the torque analysis value B2 in the table. In this case, the plastic viscosity corresponding to the torque analysis value B2 is estimated to be 60 Pa · s, and the yield value is estimated to be 600 Pa.

なお、照合効率を高めるため、上記のパラメータスタディにおいてパラメータの増分を細かくした解析結果を求めておくことが望ましい。あるいは、トルク解析値と塑性粘度、降伏値の関係を補間式や近似曲線式などで規定しておき、これらの式を用いてトルク測定値に対応する塑性粘度、降伏値を算定するようにしてもよい。こうした照合および算定工程を予めコンピュータプログラムによりシステム化しておけば、より一層の省力化を図れる。   In order to increase the collation efficiency, it is desirable to obtain an analysis result in which the parameter increment is made fine in the above parameter study. Alternatively, the relationship between the torque analysis value and the plastic viscosity, the yield value is defined by an interpolation formula or an approximate curve formula, and the plastic viscosity corresponding to the torque measurement value and the yield value are calculated using these formulas. Is also good. If these verification and calculation processes are systematized by a computer program in advance, further labor savings can be achieved.

こうして評価された掘削土の塑性流動性は、必要に応じてコンピュータのディスプレイ等に可視化表示することが望ましい。このようにすれば、利用者はカッター回転時または停止時にディスプレイの表示内容を監視することでチャンバー16内の掘削土の塑性流動性をリアルタイムに精度良く連続的に把握することができ、それに基づき添加材(加泥材、気泡材等)の注入管理などの適切な施工管理を行いつつ掘削を行うことが可能である。このため、塑性流動性の管理を高精度に行うことができる。   It is desirable that the plastic fluidity of the excavated soil evaluated in this way be visualized and displayed on a computer display or the like as necessary. In this way, the user can continuously and accurately grasp the plastic fluidity of the excavated soil in the chamber 16 in real time by monitoring the contents displayed on the display when the cutter is rotating or when the cutter is stopped. Excavation can be performed while performing appropriate construction management such as injection management of additive materials (mud material, foam material, etc.). For this reason, management of plastic fluidity can be performed with high accuracy.

このように、本実施の形態によれば、アジテータのトルクを測定することで、特殊な装置を用いることなく掘削土の塑性流動性を安定して直接推定することができる。   As described above, according to the present embodiment, by measuring the torque of the agitator, the plastic fluidity of the excavated soil can be directly estimated stably without using a special device.

また、本発明における流動解析工程では、高粘度の流動体でも安定的に解析できる陰解法、流動体が大変形しても解析格子が破綻しない粒子法を採用している。したがって、本発明によれば、解析対象が掘削土のような高粘度で大変形する流動体でも安定的に解析することができる。これにより、掘削土の塑性流動性を安定して評価することができる。   In the flow analysis step of the present invention, an implicit method that can stably analyze even a fluid having a high viscosity, and a particle method that does not break the analysis grid even when the fluid is greatly deformed are adopted. Therefore, according to the present invention, it is possible to stably analyze even a fluid having high viscosity and large deformation such as excavated soil. Thereby, the plastic fluidity of the excavated soil can be stably evaluated.

また、本発明の流動解析工程によれば、圧力だけでなく、流動体である掘削土の速度やせん断速度も得ることができ、さらに塑性流動関数によって、塑性流動化指数も求めることができる。また、多面体のポリゴン壁を剛体でなく、弾性体として取り扱うことで、流動体による圧力による変形や応力を算定し、掘削に伴う部材変状を評価・設計することができる。当然のことながら、流動体の寸法効果を加味することで、実物大でのチャンバー内掘削土の塑性流動性を評価することができる。   Further, according to the flow analysis step of the present invention, not only the pressure but also the speed and shear rate of the excavated soil as a fluid can be obtained, and the plastic fluidization index can be obtained by the plastic flow function. Further, by treating the polyhedral polygon wall as an elastic body instead of a rigid body, it is possible to calculate deformation and stress due to pressure caused by the fluid, and to evaluate and design a member deformation due to excavation. Naturally, the plastic fluidity of the excavated soil in the chamber at full scale can be evaluated by taking the size effect of the fluid into account.

上記の実施の形態において、例えば下記の参考文献1に記載の方法などにより、塑性粘度、降伏値からスランプ値、スランプフロー値等を推定することも可能である。図5は、下記の参考文献1に記載の図−10(フロー値およびスランプ値とレオロジー定数の関係)を使った推定方法の一例である。例えば、上記の実施の形態で評価された掘削土の塑性粘度が60Pa・s、降伏値が600Paであったとすると、この図において、η=0.06kPa・s(=60Pa・s)、τ=6gf/cm(=600Pa)の線の交点を求めることにより、スランプ値は20cm程度と推定することができる。このように、予め塑性粘度、降伏値と、スランプ値、スランプフロー値との関係を把握しておけば、評価した塑性粘度、降伏値をこの関係に当てはめることで、スランプ値、スランプフロー値を推定することができる。 In the above embodiment, it is also possible to estimate a slump value, a slump flow value, and the like from a plastic viscosity and a yield value by, for example, a method described in Reference 1 below. FIG. 5 is an example of an estimation method using FIG. 10 (the relationship between a flow value and a slump value and a rheological constant) described in Reference Document 1 below. For example, if the plastic viscosity of the excavated soil evaluated in the above embodiment is 60 Pa · s and the yield value is 600 Pa, in this figure, η = 0.06 kPa · s (= 60 Pa · s), τ y By obtaining the intersection of the lines of = 6 gf / cm 2 (= 600 Pa), the slump value can be estimated to be about 20 cm. In this way, if the relationship between the plastic viscosity and the yield value, the slump value, and the slump flow value is grasped in advance, the slump value and the slump flow value can be calculated by applying the evaluated plastic viscosity and the yield value to this relationship. Can be estimated.

[参考文献1] 谷川恭雄、森博嗣、筒井一仁、黒川善幸:「スランプ試験およびすべり抵抗試験によるフレッシュコンクリートのレオロジー定数の測定」、第8回コンクリート工学年次講演会論文集、pp.381−384、図−10、1986年   [Reference 1] Yasuo Tanikawa, Hiroshi Mori, Kazuhito Tsutsui, Yoshiyuki Kurokawa: "Measurement of rheological constant of fresh concrete by slump test and slip resistance test", Proc. Of the 8th Annual Conference of Japan Concrete Institute, pp. 381 -384, Fig. 10, 1986

このように、上記の実施の形態によれば、チャンバー内における掘削土の塑性流動状態を「塑性粘度、降伏値」、あるいは「スランプ値、スランプフロー値」といった指標で管理することが可能となる。こうした指標は施工時の添加材(加泥材、気泡材など)の添加量を制御する指標として使えるため、施工管理の合理化、省力化に資することとなる。   As described above, according to the above-described embodiment, the plastic flow state of the excavated soil in the chamber can be managed by an index such as “plastic viscosity, yield value”, or “slump value, slump flow value”. . Since such an index can be used as an index for controlling the amount of additive material (such as mud material, foam material) at the time of construction, it contributes to rationalization of construction management and labor saving.

[土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置]
次に、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置について説明する。
[Evaluation system for plastic fluidity of excavated soil in chamber in earth pressure shield method]
Next, an apparatus for evaluating the plastic flowability of excavated soil in a chamber in the earth pressure shield method according to the present invention will be described.

図6に示すように、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置40は、上記の本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法を装置として具現化したものであり、解析モデル作成手段42と、流動解析手段44と、トルク解析値算定手段46と、評価手段48と、可視化手段50とを備える。   As shown in FIG. 6, the apparatus 40 for evaluating the plastic fluidity of excavated soil in a chamber in the earth pressure shield method according to the present invention is a method for evaluating the plastic fluidity of excavated soil in a chamber in the earth pressure shield method according to the present invention. Is realized as an apparatus, and includes an analysis model creation unit 42, a flow analysis unit 44, a torque analysis value calculation unit 46, an evaluation unit 48, and a visualization unit 50.

解析モデル作成手段42は、掘削土と攪拌機構をモデル化した解析モデルを作成するものであり、CPUを有するコンピュータにより構成することができる。より具体的には、解析モデル作成手段42は、高粘度流動体である掘削土を、粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象としてモデル化する。この場合、掘削土を、流動体の物性が降伏値と塑性粘度で記述されるビンガム流体でモデル化することができる。なお、このモデル化においては、流動解析の高速化を図るため、流動時には粘塑性流体となり、不動時には高粘性流体となる等価線形近似でビンガム流体を扱うようにしてもよい。   The analysis model creation means 42 creates an analysis model in which the excavated soil and the stirring mechanism are modeled, and can be constituted by a computer having a CPU. More specifically, the analysis model creation means 42 expresses the excavated soil, which is a high-viscosity fluid, as a collection of particles, and models the excavated soil as an analysis target of a particle method for analyzing the movement of the particles by calculation. In this case, the excavated soil can be modeled with a Bingham fluid where the physical properties of the fluid are described by the yield value and the plastic viscosity. In this modeling, in order to speed up the flow analysis, the Bingham fluid may be handled by an equivalent linear approximation in which the fluid becomes a viscoplastic fluid when flowing, and becomes a high viscous fluid when immobile.

また、解析モデル作成手段42は、掘削土を攪拌するチャンバー16内の形状をポリゴン(多面体)で近似し、ポリゴンをなす面を、粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とする解析モデルを作成する。ここで、チャンバー16を形成する外壁の部分は固定ポリゴン壁で、攪拌翼22およびアジテータ26は移動ポリゴン壁(移動壁)で表現する。この移動ポリゴン壁は、回転軸24の周りに回転移動可能である。   The analysis model creating means 42 approximates the shape of the chamber 16 for stirring the excavated soil with a polygon (polyhedron) and distributes a virtual repulsive force that generates a repulsive force so that particles do not pass through the surface of the polygon. Create an analysis model that is a rigid body with the wall that has been made. Here, the portion of the outer wall forming the chamber 16 is represented by a fixed polygon wall, and the stirring blade 22 and the agitator 26 are represented by a moving polygon wall (moving wall). The moving polygon wall is rotatable about a rotation axis 24.

流動解析手段44は、解析モデル作成手段42で作成した解析モデルにおける掘削土の塑性流動状態を流動解析するものであり、CPUを有するコンピュータにより構成することができる。なお、解析方法としては高粘度の流動体でも安定的に解析できる陰解法を用いる。   The flow analysis means 44 performs flow analysis of the plastic flow state of the excavated soil in the analysis model created by the analysis model creation means 42, and can be constituted by a computer having a CPU. In addition, as an analysis method, an implicit method that can stably analyze even a high-viscosity fluid is used.

トルク解析値算定手段46は、掘削土の塑性流動性(塑性粘度、降伏値)をパラメータとする流動解析手段44を用いたパラメータスタディにより、解析モデルにおけるアジテータに発生するトルクの解析値を算定するものである。このトルク解析値算定手段46は、施工に先立つ事前解析として実行され、これにより例えば図4の左側に示すようなテーブル形式のトルク解析値が得られる。   The torque analysis value calculation means 46 calculates the analysis value of the torque generated in the agitator in the analysis model by a parameter study using the flow analysis means 44 using the plastic fluidity (plastic viscosity, yield value) of the excavated soil as a parameter. Things. The torque analysis value calculating means 46 is executed as a pre-analysis prior to the construction, thereby obtaining, for example, a table type torque analysis value as shown on the left side in FIG.

評価手段48は、施工時に得られたアジテータのトルク測定値と、トルク解析値算定手段46により算定したトルク解析値を照らし合わせて、トルク測定値に対応した解析モデルにおける掘削土の塑性流動性を、施工時におけるチャンバー内の掘削土の塑性流動性として評価するものである。   The evaluation means 48 compares the torque measurement value of the agitator obtained at the time of construction with the torque analysis value calculated by the torque analysis value calculation means 46 to determine the plastic fluidity of the excavated soil in the analysis model corresponding to the torque measurement value. This is to evaluate the plastic fluidity of the excavated soil in the chamber during construction.

この場合、例えばカッターおよびアジテータ26を回転しながらトルク測定装置30でアジテータ26のトルクを測定して、図4の左側に示すようなトルク解析値と照合する。そして、トルク測定値と一致度の高いトルク解析値を探索し、このトルク解析値に対応する塑性粘度、降伏値を求める。なお、上述したように、照合効率を高めるため、トルク解析値と塑性粘度、降伏値の関係を補間式や近似曲線式などで規定しておき、これらの式を用いてトルク測定値に対応する塑性粘度、降伏値を算定するようにしてもよい。こうした照合および算定工程を予めコンピュータプログラムによりシステム化しておけば、より一層の省力化を図れる。   In this case, for example, the torque of the agitator 26 is measured by the torque measuring device 30 while rotating the cutter and the agitator 26, and the torque is compared with a torque analysis value as shown on the left side of FIG. Then, a torque analysis value having a high degree of coincidence with the torque measurement value is searched, and a plastic viscosity and a yield value corresponding to the torque analysis value are obtained. As described above, in order to increase the collation efficiency, the relationship between the torque analysis value, the plastic viscosity, and the yield value is defined by an interpolation formula, an approximate curve formula, or the like, and the torque measurement value is calculated using these formulas. The plastic viscosity and the yield value may be calculated. If these verification and calculation processes are systematized by a computer program in advance, further labor savings can be achieved.

なお、評価手段48は、上述したように、例えば上記の参考文献1に記載の方法などにより、塑性粘度、降伏値からスランプ値、スランプフロー値等を推定してもよい。この場合、塑性粘度、降伏値からスランプ値、スランプフロー値等を推定する工程を予めコンピュータプログラムなどによりシステム化しておけば、より一層の省力化を図れる。   Note that, as described above, the evaluation means 48 may estimate a slump value, a slump flow value, and the like from the plastic viscosity and the yield value, for example, by the method described in the above-mentioned Reference 1. In this case, if the process of estimating the slump value, the slump flow value, and the like from the plastic viscosity and the yield value is systematized in advance by a computer program or the like, further labor saving can be achieved.

可視化手段50は、評価手段48で評価された掘削土の塑性流動性を可視化表示するものであり、例えばディスプレイにより構成することができる。利用者はカッター回転時または停止時にディスプレイの表示内容を監視することでチャンバー16内の掘削土の塑性流動性をリアルタイムに精度良く連続的に把握することができ、それに基づき添加材(加泥材、気泡材等)の注入管理などの適切な施工管理を行いつつ掘削を行うことが可能である。このため、塑性流動性の管理を高精度に行うことができる。   The visualization means 50 visualizes and displays the plastic fluidity of the excavated soil evaluated by the evaluation means 48, and can be constituted by, for example, a display. The user can monitor the plastic flow of the excavated soil in the chamber 16 accurately and continuously in real time by monitoring the contents displayed on the display when the cutter is rotating or stopped. It is possible to carry out excavation while performing appropriate construction management such as injection management of foam material. For this reason, management of plastic fluidity can be performed with high accuracy.

このように、本実施の形態によれば、アジテータのトルクを測定することで、特殊な装置を用いることなく掘削土の塑性流動性を安定して直接推定することができる。   As described above, according to the present embodiment, by measuring the torque of the agitator, the plastic fluidity of the excavated soil can be directly estimated stably without using a special device.

[土圧式シールド掘削機]
次に、本発明に係る土圧式シールド掘削機について説明する。
[Earth pressure shield excavator]
Next, an earth pressure shield excavator according to the present invention will be described.

本発明に係る土圧式シールド掘削機は、カッタースポーク20側に設置された攪拌翼22およびカッタースポーク20とは独立して回転駆動するアジテータ26により、チャンバー16内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド掘削機であって、上記の本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置40を備えたものである。したがって、本実施の形態によれば、上記の塑性流動性評価装置40で説明したものと同様の作用効果を奏することができる。   In the earth pressure type shield excavator according to the present invention, the excavated soil in the chamber 16 is agitated by the agitating blade 22 installed on the cutter spoke 20 side and the agitator 26 which is driven to rotate independently of the cutter spoke 20. An earth-pressure shield excavator that imparts plastic fluidity to the soil and excavates while stabilizing the face by applying the earth pressure of the excavated soil to the face, in the earth-pressure shield method according to the present invention described above. The apparatus is provided with a device 40 for evaluating plasticity and fluidity of excavated soil in a chamber. Therefore, according to the present embodiment, the same functions and effects as those described in the plastic fluidity evaluation device 40 can be obtained.

以上説明したように、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、カッタースポーク側に設置された攪拌翼および前記カッタースポークとは独立して回転駆動するアジテータにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価方法であって、前記掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、前記掘削土を攪拌する前記チャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、前記粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、前記攪拌翼および前記アジテータを移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成し、作成した前記解析モデルにおける前記掘削土の流動解析を行う流動解析工程と、前記掘削土の塑性流動性をパラメータとして前記流動解析工程による流動解析を行い、前記解析モデルにおける前記アジテータに発生するトルクの解析値を算定するトルク解析値算定工程と、施工時に得られた前記アジテータに発生するトルクの測定値と、前記トルク解析値算定工程により算定したトルクの解析値を照らし合わせて、トルクの測定値に対応した前記解析モデルにおける前記掘削土の塑性流動性を、施工時における前記掘削土の塑性流動性として評価する評価工程とを備えるので、アジテータのトルクを測定することで、特殊な装置を用いることなく掘削土の塑性流動性を安定して直接推定することができる。   As described above, according to the method for evaluating the plastic fluidity of excavated soil in a chamber in the earth pressure shield method according to the present invention, the stirring blades installed on the cutter spoke side and the cutter spoke are driven to rotate independently. The agitator stirs the excavated soil in the chamber to impart plastic fluidity to the excavated soil, and applies the earth pressure of the excavated soil to the face to apply it to the earth pressure shield method that excavates while stabilizing the face. An evaluation method for evaluating the plastic fluidity of the excavated soil in the chamber, wherein the excavated soil is expressed as a collection of particles, and the movement of the particles is analyzed by a particle method for analyzing the movement of the particles by calculation. On the other hand, the shape in the chamber for stirring the excavated soil is approximated by a polyhedron, and the particles do not pass through the surface forming the polyhedron. A resilient force is generated and a rigid body is formed by a wall in which a virtual repulsive force is distributed, and an analytical model in which the stirring blade and the agitator are represented by movable walls is created, and the excavated soil in the created analytical model is created. A flow analysis step of performing a flow analysis of the excavated soil, performing a flow analysis by the flow analysis step using the plastic fluidity of the excavated soil as a parameter, and calculating an analysis value of a torque generated in the agitator in the analysis model. And comparing the measured value of the torque generated in the agitator obtained at the time of construction with the analyzed value of the torque calculated in the torque analysis value calculating step, and performing the excavation in the analysis model corresponding to the measured value of the torque. The plastic fluidity of the soil, the evaluation step to evaluate as the plastic fluidity of the excavated soil during construction By measuring the torque of the agitator, it can be estimated stably directly plastic flow of no excavated soil using a special apparatus.

また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、前記評価工程は、スランプ値、スランプフロー値の少なくとも一方を前記掘削土の塑性流動性として評価するので、チャンバー内における掘削土の塑性流動状態をスランプ値、スランプフロー値といった指標で管理することができる。   Further, according to the method for evaluating the plastic fluidity of excavated soil in a chamber in another earth pressure type shield method according to the present invention, the evaluation step includes determining at least one of a slump value and a slump flow value as plastic fluidity of the excavated soil. Since the evaluation is performed, the plastic flow state of the excavated soil in the chamber can be managed by an index such as a slump value and a slump flow value.

また、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置によれば、カッタースポーク側に設置された攪拌翼および前記カッタースポークとは独立して回転駆動するアジテータにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価装置であって、前記掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、前記掘削土を攪拌する前記チャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、前記粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、前記攪拌翼および前記アジテータを移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成し、作成した前記解析モデルにおける前記掘削土の流動解析を行う流動解析手段と、前記掘削土の塑性流動性をパラメータとして前記流動解析手段による流動解析を行い、前記解析モデルにおける前記アジテータに発生するトルクの解析値を算定するトルク解析値算定手段と、施工時に得られた前記アジテータに発生するトルクの測定値と、前記トルク解析値算定手段により算定したトルクの解析値を照らし合わせて、トルクの測定値に対応した前記解析モデルにおける前記掘削土の塑性流動性を、施工時における前記掘削土の塑性流動性として評価する評価手段とを備えるので、アジテータのトルクを測定することで、特殊な装置を用いることなく掘削土の塑性流動性を安定して直接推定することができる。   Further, according to the plastic fluidity evaluation device for excavated soil in the chamber in the earth pressure shield method according to the present invention, the chamber is provided with an agitator that is installed on the cutter spoke side and an agitator that is driven to rotate independently of the cutter spoke. The excavated soil is agitated to impart plastic fluidity to the excavated soil, and the earth pressure of the excavated soil is applied to the face to stabilize the face by applying the earth pressure type shield method, and the chamber is applied to the earth pressure type shield method. An evaluation device for evaluating the plastic fluidity of the excavated soil in a vessel, wherein the excavated soil is expressed as a collection of particles, and the movement of the particles is analyzed by a particle method, and the excavation soil is subjected to analysis. The shape inside the chamber for stirring the soil is approximated by a polyhedron, and a repulsive force is generated so that the particles do not pass through the surface forming the polyhedron. A rigid body is formed by a wall in which a virtual repulsive force is distributed, and an analysis model is created in which the stirring blade and the agitator are represented by movable walls, and a flow analysis of the excavated soil in the created analysis model is performed. Flow analysis means to perform, the flow analysis by the flow analysis means as a parameter plastic flowability of the excavated soil, torque analysis value calculation means to calculate the analysis value of the torque generated in the agitator in the analysis model, By comparing the measured value of the torque generated in the agitator obtained at the time of construction with the analyzed value of the torque calculated by the torque analysis value calculating means, the plasticity of the excavated soil in the analysis model corresponding to the measured value of the torque is compared. Fluidity, evaluation means for evaluating the plastic fluidity of the excavated soil at the time of construction, since it comprises an agitator By measuring the torque can be estimated stably directly plastic flow of no excavated soil using a special apparatus.

また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置によれば、前記評価手段は、スランプ値、スランプフロー値の少なくとも一方を前記掘削土の塑性流動性として評価するので、チャンバー内における掘削土の塑性流動状態をスランプ値、スランプフロー値といった指標で管理することができる。   Further, according to the plastic fluidity evaluation device for excavated soil in the chamber in another earth pressure shield method according to the present invention, the evaluation means, slump value, at least one of the slump flow value as the plastic fluidity of the excavated soil. Since the evaluation is performed, the plastic flow state of the excavated soil in the chamber can be managed by an index such as a slump value and a slump flow value.

また、本発明に係る土圧式シールド掘削機によれば、カッタースポーク側に設置された攪拌翼および前記カッタースポークとは独立して回転駆動するアジテータにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド掘削機であって、上述した土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置を備えるので、掘削土の塑性流動性を安定して直接推定可能な土圧式シールド掘削機を提供することができる。   Further, according to the earth pressure shield excavator according to the present invention, the excavated soil in the chamber is agitated by the agitating blade installed on the cutter spoke side and the agitator which is driven to rotate independently of the cutter spoke. An earth-pressure shield excavator that imparts plastic fluidity to soil and excavates while stabilizing the face by applying the earth pressure of the excavated soil to the face, wherein the excavated soil in the chamber in the above-described earth pressure shield method is used. Therefore, an earth pressure type shield excavator capable of stably directly estimating the plastic fluidity of excavated soil can be provided.

以上のように、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法、評価装置および土圧式シールド掘削機は、カッタースポーク側に設置された攪拌翼により、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に有用であり、特に、掘削土の塑性流動性を安定して直接推定するのに適している。   As described above, in the earth pressure type shield method according to the present invention, the method and apparatus for evaluating the plastic fluidity of excavated soil in the chamber, the earth pressure type shield excavator, excavation in the chamber by the stirring blade installed on the cutter spoke side. It is useful for the earth pressure type shield method in which the soil is stirred to impart plastic fluidity to the excavated soil, and the earth pressure of the excavated soil is applied to the face to stabilize the face and excavate while excavating. It is suitable for directly and stably estimating the plastic fluidity of the material.

10 シールドマシン
12 カッターフェイス
14 隔壁
16 チャンバー
18 掘削土
20 カッタースポーク
22 攪拌翼
24 回転軸
26 アジテータ
28 駆動モータ
30 トルク測定装置
40 塑性流動性評価装置
42 解析モデル作成手段
44 流動解析手段
46 トルク解析値算定手段
48 評価手段
50 可視化手段
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Shield machine 12 Cutter face 14 Partition wall 16 Chamber 18 Excavated soil 20 Cutter spoke 22 Stirrer blade 24 Rotating shaft 26 Agitator 28 Drive motor 30 Torque measuring device 40 Plastic fluidity evaluation device 42 Analysis model creation means 44 Flow analysis means 46 Torque analysis value Calculation means 48 Evaluation means 50 Visualization means

Claims (5)

カッタースポーク側に設置された攪拌翼および前記カッタースポークとは独立して回転駆動するアジテータにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価方法であって、
前記掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、前記掘削土を攪拌する前記チャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、前記粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、前記攪拌翼および前記アジテータを移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成し、作成した前記解析モデルにおける前記掘削土の流動解析を行う流動解析工程と、
前記掘削土の塑性流動性をパラメータとして前記流動解析工程による流動解析を行い、前記解析モデルにおける前記アジテータに発生するトルクの解析値を算定するトルク解析値算定工程と、
施工時に得られた前記アジテータに発生するトルクの測定値と、前記トルク解析値算定工程により算定したトルクの解析値を照らし合わせて、トルクの測定値に対応した前記解析モデルにおける前記掘削土の塑性流動性を、施工時における前記掘削土の塑性流動性として評価する評価工程と
を備えることを特徴とする土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法。
The excavated soil in the chamber is agitated by the agitating blade installed on the cutter spoke side and the agitator which is driven to rotate independently of the cutter spoke to impart plastic fluidity to the excavated soil, and the earth pressure of the excavated soil is increased. Applied to the earth pressure shield construction method to excavate while stabilizing the face by acting on the face, an evaluation method for evaluating the plastic fluidity of the excavated soil in the chamber,
The excavated soil is expressed as a collection of particles, and the movement of the particles is analyzed by a particle method for analyzing by calculation, while the shape of the chamber for stirring the excavated soil is approximated by a polyhedron, and this polyhedron is approximated. The surface that forms is a rigid body composed of walls in which a virtual repulsive force is generated in which a repulsive force is generated so that the particles do not pass, and an analysis model is created in which the stirring blade and the agitator are represented by movable walls. And, a flow analysis step of performing a flow analysis of the excavated soil in the created analysis model,
A torque analysis value calculation step of performing a flow analysis by the flow analysis step using the plastic flowability of the excavated soil as a parameter and calculating an analysis value of torque generated in the agitator in the analysis model,
The measured value of the torque generated in the agitator obtained at the time of construction and the analyzed value of the torque calculated in the torque analysis value calculating step are compared with each other, and the plasticity of the excavated soil in the analysis model corresponding to the measured value of the torque is compared. An evaluation step of evaluating fluidity as plastic fluidity of the excavated soil during construction. A method for evaluating plastic fluidity of excavated soil in a chamber in an earth pressure shield method.
前記評価工程は、スランプ値、スランプフロー値の少なくとも一方を前記掘削土の塑性流動性として評価することを特徴とする請求項1に記載の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法。   The said evaluation process evaluates at least one of a slump value and a slump flow value as the plastic fluidity of the said excavated soil, The plastic fluidity evaluation of the excavated soil in a chamber in the earth pressure type shield method of Claim 1 characterized by the above-mentioned. Method. カッタースポーク側に設置された攪拌翼および前記カッタースポークとは独立して回転駆動するアジテータにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価装置であって、
前記掘削土を粒子の集まりとして表現するとともに、この粒子の動きを計算によって解析する粒子法の解析対象とする一方、前記掘削土を攪拌する前記チャンバー内の形状を多面体で近似して、この多面体をなす面を、前記粒子が通過しないように斥力が生じる仮想的な反発力を分布させた壁による剛体とするとともに、前記攪拌翼および前記アジテータを移動可能な移動壁で表現した解析モデルを作成し、作成した前記解析モデルにおける前記掘削土の流動解析を行う流動解析手段と、
前記掘削土の塑性流動性をパラメータとして前記流動解析手段による流動解析を行い、前記解析モデルにおける前記アジテータに発生するトルクの解析値を算定するトルク解析値算定手段と、
施工時に得られた前記アジテータに発生するトルクの測定値と、前記トルク解析値算定手段により算定したトルクの解析値を照らし合わせて、トルクの測定値に対応した前記解析モデルにおける前記掘削土の塑性流動性を、施工時における前記掘削土の塑性流動性として評価する評価手段と
を備えることを特徴とする土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置。
The excavated soil in the chamber is agitated by the agitating blade installed on the cutter spoke side and the agitator which is driven to rotate independently of the cutter spoke to impart plastic fluidity to the excavated soil, and the earth pressure of the excavated soil is increased. Applied to the earth pressure shield construction method of excavating while stabilizing the face by acting on the face, an evaluation device for evaluating the plastic fluidity of the excavated soil in the chamber,
The excavated soil is expressed as a collection of particles, and the movement of the particles is analyzed by a particle method for analyzing by calculation, while the shape of the chamber for stirring the excavated soil is approximated by a polyhedron, and this polyhedron is approximated. The surface that forms is a rigid body with a wall in which a virtual repulsive force is generated in which a repulsive force is generated so that the particles do not pass, and an analysis model is created in which the stirring blade and the agitator are represented by a movable wall that can move. And, flow analysis means for performing a flow analysis of the excavated soil in the created analysis model,
Torque analysis value calculation means for performing flow analysis by the flow analysis means using the plastic fluidity of the excavated soil as a parameter and calculating an analysis value of torque generated in the agitator in the analysis model,
By comparing the measured value of the torque generated in the agitator obtained at the time of construction with the analyzed value of the torque calculated by the torque analysis value calculating means, the plasticity of the excavated soil in the analysis model corresponding to the measured value of the torque is compared. Evaluation means for evaluating fluidity as plastic fluidity of the excavated soil at the time of construction. An apparatus for evaluating plastic fluidity of excavated soil in a chamber in an earth pressure shield method.
前記評価手段は、スランプ値、スランプフロー値の少なくとも一方を前記掘削土の塑性流動性として評価することを特徴とする請求項3に記載の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置。   The said evaluation means evaluates at least one of a slump value and a slump flow value as the plastic fluidity of the said excavated soil, The plastic fluidity evaluation of the excavated soil in a chamber in the earth pressure type shield method according to claim 3 characterized by the above-mentioned. apparatus. カッタースポーク側に設置された攪拌翼および前記カッタースポークとは独立して回転駆動するアジテータにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド掘削機であって、
請求項3または4に記載の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価装置を備えることを特徴とする土圧式シールド掘削機。
The excavated soil in the chamber is agitated by the agitating blade installed on the cutter spoke side and the agitator which is driven to rotate independently of the cutter spoke to impart plastic fluidity to the excavated soil, and the earth pressure of the excavated soil is increased. An earth pressure shield excavator that excavates while stabilizing the face by acting on the face,
An earth pressure shield excavator, comprising: an apparatus for evaluating the plastic flowability of excavated soil in a chamber in the earth pressure shield method according to claim 3.
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