JP6672671B2 - Drilling monitoring device - Google Patents
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Description
本発明は、トンネル掘削機(トンネルボーリングマシン: 以下、TBMと称す)による岩盤掘削をモニタリングする掘削モニタリング装置に関する。 The present invention, tunnel boring machine (Tunnel Boring Machine: hereinafter, referred to as TBM) about the drilling monitoring equipment for monitoring the rock drilling due.
TBMは、一般に、山岳トンネルなどの中軟岩質の岩盤の掘削に好適な掘削機である。TBMの先端に設けられたカッタードラムには、回転して岩を破砕する複数のディスクカッターが備えられている。ディスクカッターで破砕されたズリは、カッタードラムの回転によって順次チャンバ内に取り込まれ、スクリュコンベア又はベルトコンベアにより後方に排出される。 The TBM is generally an excavator suitable for excavating medium soft rock such as a mountain tunnel. The cutter drum provided at the tip of the TBM is provided with a plurality of disk cutters that rotate to break rock. The chips crushed by the disk cutter are sequentially taken into the chamber by the rotation of the cutter drum, and are discharged backward by a screw conveyor or a belt conveyor.
このようなTBMを用いて地山の岩盤強度を推定する技術が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1では、検出された推進用シリンダ装置の油圧力および突出量から岩盤の圧縮強度を推定している。
A technique for estimating the rock mass strength of the ground using such a TBM has been proposed (for example, see Patent Document 1). In
しかしながら、従来技術によって推定される圧縮強度は、ディスクカッターの損傷について考慮されていない。すなわち、ディスクカッターは、掘削対象の岩に十分な反力が採れないと偏摩耗を起こし極端に寿命が短くなる。そして、そのままのディスクカッターで切削を継続するとディスクカッターを支える軸受け(ベアリング)の破損につながり、最終的にはカッターヘッド面盤本体の損傷にまで至る危険性がある。一度そのような損傷に至った揚合、切羽内のズリの撤去、作業空間の確保、面盤の修理と工事に与える影響は計り知れない。 However, the compressive strength estimated by the prior art does not take into account the damage of the disk cutter. That is, if the rock to be excavated cannot obtain a sufficient reaction force, the disk cutter causes uneven wear and extremely shortens its life. Then, if the cutting is continued with the disk cutter as it is, the bearing (bearing) supporting the disk cutter may be damaged, and finally, there is a danger that the cutter head face plate main body may be damaged. The impact on such damage, the removal of debris in the face, the securing of work space, the repair and construction of the faceplate, is immense.
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消し、ディスクカッターの損傷を高確率で判定することができる掘削モニタリング装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of such a situation is to solve the problems described above, provides a drilling monitoring equipment that can determine the damage of the disc cutter with high probability.
本発明の掘削モニタリング装置は、ディスクカッターを備えたトンネル掘削機の掘削動作をモニタリングする掘削モニタリング装置であって、前記トンネル掘削機の掘削動作を測定した測定値である掘削データを収集する掘削情報収集部と、前記トンネル掘削機によって掘削したズリの脆性度の入力を受け付ける入力部と、前記トンネル掘削機の緒元データと共に、前記入力部から入力された前記脆性度を脆性データとして記憶する記憶部と、
前記掘削情報収集部によって収集される前記掘削データと前記記憶部に記憶された前記緒元データ及び前記脆性データとを用い、前記トンネル掘削機の掘削速度を前記ディスクカッターの回転速度で除算した値を前記ディスクカッターの切込量とする計算モデルで掘削前の切羽における岩塊状態の岩盤強度を示す岩盤の一軸圧縮応力を逐次算出する一軸圧縮応力算出部と、前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力を出力する出力部と、前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力と前記入力部に入力される前記脆性度とに基づいて、前記ディスクカッターの損傷の有無を掘削状況として判定する掘削状況判定部を具備し、前記掘削状況判定部は、前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力の変化量がUCS閾値を越えて増加もしくは減少しても、前記入力部に入力される前記脆性度が前記記憶部に記憶された前記脆性度に対して脆性度閾値を越える変化がない場合、前記トンネル掘削機に前記ディスクカッターの回転速度の変更を指示し、前記ディスクカッターの回転速度の変更に伴って前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力が変化しない場合に、前記ディスクカッターの損傷と判定することを特徴とする。
さらに、本発明の掘削モニタリング装置において、前記掘削状況判定部は、前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力の変化量が前記UCS閾値を越えて増加すると共に、前記入力部に入力される前記脆性度が前記記憶部に記憶された前記脆性度に対して前記脆性度閾値を越えて減少し、さらに前記トンネル掘削機の掘削速度が下がっている場合、前記掘削状況として前記トンネル掘削機が不良地山によって締付けられていると判定しても良い。
An excavation monitoring device of the present invention is an excavation monitoring device that monitors an excavation operation of a tunnel excavator equipped with a disk cutter, and excavation information for collecting excavation data that is a measurement value obtained by measuring an excavation operation of the tunnel excavator. A collecting unit, an input unit for receiving an input of the brittleness of the shears excavated by the tunnel excavator, and storage for storing the brittleness input from the input unit as brittleness data together with the data of the tunnel excavator. Department and
Using the excavation data collected by the excavation information collection unit, the specification data and the brittleness data stored in the storage unit, a value obtained by dividing the excavation speed of the tunnel excavator by the rotation speed of the disk cutter. A uniaxial compressive stress calculating unit for sequentially calculating a uniaxial compressive stress of a rock showing a rock strength in a rock mass state at a face before excavation by a calculation model in which a cutting amount of the disc cutter is used, and the uniaxial compressive stress calculating unit sequentially calculates An output unit that outputs the calculated uniaxial compressive stress, and a damage of the disk cutter based on the uniaxial compressive stress sequentially calculated by the uniaxial compressive stress calculator and the brittleness input to the input unit. A digging situation determination unit that determines the presence or absence of a digging situation, wherein the digging situation determination unit is sequentially calculated by the uniaxial compressive stress calculation unit. Even if the change amount of the uniaxial compressive stress increases or decreases beyond the UCS threshold, the change in the brittleness input to the input unit exceeds the brittleness threshold with respect to the brittleness stored in the storage unit. If there is no, instructs the tunnel excavator to change the rotation speed of the disk cutter, and the uniaxial compression stress sequentially calculated by the uniaxial compression stress calculation unit does not change with the change in the rotation speed of the disk cutter. In this case, the disc cutter is determined to be damaged .
Et al is, in drilling monitoring device of the present invention, the drilling state determination section, together with the variation of the uniaxial compressive stress sequentially calculated by the uniaxial compressive stress calculating unit is increased beyond the UCS threshold, the input If the brittleness which is input to the section is reduced beyond the brittleness threshold to the brittleness stored in the storage unit, it has dropped further drilling speed of the tunneling machine, as the drilling situation It may be determined that the tunnel excavator is fastened by a bad ground .
本発明によれば、出力部35に出力される一軸圧縮応力(UCS)をモニタリングすることで、ディスクカッターの損傷を高確率で判定することができる。
According to the present invention, damage to the disk cutter can be determined with a high probability by monitoring the uniaxial compressive stress (UCS) output to the
次に、本発明を実施するための形態(以下、単に「実施形態」という)を、図面を参照して具体的に説明する。
本実施形態の掘削モニタリング装置は、トンネル掘削機1(トンネルボーリングマシン:以下、TBM1と称す)による岩盤掘削をモニタリングするコンピュータ等の情報処理装置である。
Next, embodiments for implementing the present invention (hereinafter, simply referred to as “embodiments”) will be specifically described with reference to the drawings.
The excavation monitoring device according to the present embodiment is an information processing device such as a computer that monitors rock excavation by a tunnel excavator 1 (tunnel boring machine: hereinafter, referred to as TBM1).
TBM1は、前胴部2と後胴部3とから構成されている。前胴部2の先端には、複数のディスクカッター20に備えたカッタードラム4が回転可能に配置されている。カッタードラム4の後部側には隔壁5によって仕切られるチャンバ6が形成されている。チャンバ6には、先端取込み口がチャンバ6内に位置するスクリュコンベア7が隔壁5を貫通して設けられている。これにより、カッタードラム4の回転に伴いチャンバ6内に取込まれた掘削ズリは、スクリュコンベア7によりチャンバ6から取り出され、後方に排出される。
The TBM 1 includes a
後胴部3には、セグメント8を組立てるエレクタ9が配置されている。また、後胴部3には、TBM1を推進させるシールドジャッキ10が配置されている。シールドジャッキ10を伸長させ、スプレッダ11を介して組立てられたセグメント8の先端を押圧することで、TBM1全体を前進させ、カッタードラム4を岩盤(切羽)に押し付ける。また、前胴部2には、前胴部2の外周に向けて出没可能に配置された稼働ソリ12が設けられている。さらに、前胴部2と後胴部3とは、中折れジャッキ13によって伸縮連結されている。
An
図2を参照すると、掘削モニタリング装置30は、パーソナルコンピューター等の情報処理装置であり、掘削情報収集部31と、入力部32と、記憶部33と、UCS算出部34と、出力部35と、脆性度比較部36と、掘削状況判定部37とを備えている。
Referring to FIG. 2, the
掘削情報収集部31、UCS算出部34、脆性度比較部36及び掘削状況判定部37は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等を備えたマイクロコンピューター等の情報処理部である。ROMには掘削モニタリング装置30の動作制御を行うための制御プログラムが記憶されている。CPUは、ROMに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをRAMに展開させることで、掘削情報収集部31、UCS算出部34、脆性度比較部36及び掘削状況判定部37として機能する。
The excavation
掘削情報収集部31は、掘進動作に測定した測定値として、TBM1の掘削速度:v[mm/min]と、ディスクカッター20の回転速度:Rpm[rev/min]と、ディスクカッター20の推力(1個のディスクカッター20が岩盤に押し付けられる力):Fn[MPa]とを掘削データとしてTBM1の動作を制御するTBM制御装置40から収集する。なお、TBM1の掘削速度:vは、例えばシールドジャッキ10の伸長速度である。また、掘進中に得られる数値として、シールドジャッキ10の変位量をTBM制御装置40から収集し、掘削情報収集部31でTBM1の掘削速度:vを算出するようにしても良い。さらに、シールドジャッキ10は、油圧ジャッキである。従って、ディスクカッター20の推力:Fnは、シールドジャッキ10の油圧をTBM制御装置40から収集することで、カッタードラム4の推力:Fsを求め、求めたカッタードラム4の推力:Fsをディスクカッター20の総数:Nで除算して算出することができる。なお、必要に応じて、切羽の土水圧を計測する土水圧計を設け、計測した切羽の土水圧を推力Fnから差し引くようにしても良い。
The excavation
入力部32は、キーボード等の入力手段である。また、記憶部33は、HDD、半導体メモリ等の不揮発性の記憶手段である。入力部32は、ディスクカッター20の刃先幅:T[mm]と、ディスクカッター20の半径:R[mm]と、定数:Cと、ディスクカッター20間距離:S[mm]との入力を受け付け、入力されたディスクカッター20の刃先幅:Tと、ディスクカッター20の半径:Rと、定数:Cと、ディスクカッター20間距離:Sとは、TBM1の緒元データ331として記憶部33に記憶される。また、入力部32は、岩盤の脆性度:Kの入力を受け付け、入力された岩盤の脆性度:Kは、脆性データ332として記憶部33に記憶される。岩盤の脆性度:Kは、ズリを岩石試料とする一軸圧縮試験や圧裂引張試験によって測定される。例えば、一軸圧縮試験には、岩強度の簡易判定を行うことができるポイントロード試験機(点載荷試験機)を用いることができる。なお、記憶部33には、掘削前に採取した岩盤サンプルの脆性度:Kを脆性データ332の初期値として記憶しておくと良い。
The
UCS算出部34は、掘削情報収集部31によって収集された掘削データと、記憶部33に記憶されている緒元データ331及び脆性データ332とを用いて、掘進時にリアルタイムに一軸圧縮応力(UCS)を算出する。
The UCS
UCS算出部34による一軸圧縮応力(UCS)の算出動作について説明する。
コロラド鉱山大学(CSM)のデータ解析により導かれた計算モデルによると、ディスクカッター20の切込量:P[mm/rev]は、TBM1の掘削速度:vと、ディスクカッター20の回転速度:Rpmとを用いて、次式[数1]で表される。
The operation of calculating the uniaxial compressive stress (UCS) by the
According to a calculation model derived from data analysis of Colorado Mining University (CSM), the cutting depth of the disk cutter 20: P [mm / rev] is determined by the excavation speed of the TBM 1: v and the rotation speed of the disk cutter 20: R It is expressed by the following equation [Equation 1] using pm .
また、図3に示すように、岩盤に切り込まれたディスクカッター20の最前部から切羽面までの角度を切込角度:θ[rad]とすると、切込角度:θは、ディスクカッター20の切込量:Pと、ディスクカッター20の半径:Rとを用いて、次式[数2]で表される。
Further, as shown in FIG. 3, when the angle from the forefront of the
切込角度:θを用いると、推力:Fnと、ディスクカッター20が岩盤を破砕するために必要な岩盤破砕必要力:P※[MPa]とは、次式[数3]で表される。なお、[数3]において、Tは、刃先幅[mm]、Cは、2.1〜2.7の定数、Sは、ディスクカッター20間距離[mm]、σcは、一軸圧縮応力[MPa]、σtは、圧裂引張強度[MPa]である。
When the cutting angle: θ is used, the thrust: Fn and the required rock crushing power: P * [MPa] required for the
ここで、次式[数4]に示すようにX、Y、Zを定義する。[数4]において、ディスクカッター20の刃先幅:T、ディスクカッター20の半径:R、定数:C、ディスクカッター20間距離:Sは、TBM1の緒元データ331である。従って、X及びYは、切込角度:θによって決定される。
Here, X, Y, and Z are defined as shown in the following equation [Equation 4]. In [Equation 4], the edge width of the disk cutter 20: T, the radius of the disk cutter 20: R, the constant: C, and the distance between the disk cutters 20: S are the
すると、推力:Fnは、X、Y、Zを用いて、次式[数5]で表される。 Then, the thrust Fn is expressed by the following equation [Equation 5] using X, Y, and Z.
Zの項である一軸圧縮応力:σc[MPa]と、圧裂引張強度:σt[MPa]とは、岩盤の脆性:Kを用いて、次式[数6]で表される。 The uniaxial compressive stress: σc [MPa] and the rupture tensile strength: σt [MPa], which are terms of Z, are expressed by the following formula [Equation 6] using the brittleness of rock: K.
従って、[数4]で定義したZは、一軸圧縮応力:σcと、岩盤の脆性度:Kとを用いて、次式[数7]で表される。 Therefore, Z defined by [Equation 4] is expressed by the following equation [Equation 7] using the uniaxial compressive stress: σc and the brittleness of rock: K.
[数5]に[数7]を代入して、一軸圧縮応力:σc[MPa]を求める式に形を整えると、次式[数8]が得られる。 By substituting [Equation 7] into [Equation 5] and adjusting the form to an expression for obtaining the uniaxial compressive stress: σc [MPa], the following expression [Equation 8] is obtained.
UCS算出部34は、掘削情報収集部31によって収集された掘削データと、記憶部33に記憶されている緒元データ331及び脆性データ332とを用いて[数8]を演算することで、一軸圧縮応力(UCS)を算出する。なお、UCS算出部34は、所定時間毎や、TBM1が所定距離進む毎に一軸圧縮応力(UCS)を逐次算出する。
The
出力部35は、液晶ディスプレイ等の表示装置であり、図4に示すように、UCS算出部34で算出された一軸圧縮応力(UCS)がグラフとしてリアルタイムに表示される。なお、図4に示すグラフは、縦軸を一軸圧縮応力(UCS)とし、横軸を掘削距離とした例が示されているが、横軸を時間としても良い。なお、図4に示す区間Aは、ディスクカッター20に損傷が発生したと考えられる区間である。また、図4に示す区間Bは、ディスクカッター20を交換した後、切羽とディスクカッター20との接合状態が不完全である岩盤面不陸区間である。
The
脆性度比較部36は、入力部32から入力された脆性度:Kと、記憶部33に脆性データ332として記憶されている脆性度:K(前回の測定結果)とを比較し、比較結果を掘削状況判定部37に出力する。なお、脆性度比較部36は、比較を行った後、入力部32から入力された脆性度:Kを、記憶部33に脆性データ332として更新して記憶させる。
The
掘削状況判定部37は、UCS算出部34によって算出された一軸圧縮応力(UCS)と、脆性度比較部36に脆性度:Kの比較結果とに基づいて、掘削状況を判定する。掘削状況判定部37は、掘削状況として、「センサー等の故障」と、「不良地山による締付け」と、「ディスクカッター損傷」とを区別して判定し、これらの状況であると判定した場合には、TBM1の掘削動作を停止させる。なお、図4にBで示す岩盤面不陸区間では、正常な掘削動作であっても一軸圧縮応力(UCS)は大きく変化する。従って、ディスクカッター20交換後の所定区間は、掘削状況判定部37による判定動作を停止させると良い。
The excavation
ここで、脆性度:Kの変化(岩質の変化)と一軸圧縮応力(UCS)の変化との相関関係について図5を参照して説明する。
[数8]によると、脆性度:Kが増加すると、一軸圧縮応力(UCS)も増加し、脆性度:Kが減少すると、一軸圧縮応力(UCS)も減少する。従って、一軸圧縮応力(UCS)と脆性度:Kとが共に増加する場合と、共に減少する場合とは、TBM1の掘削動作が正常に行われている状態である。
Here, the correlation between the change in brittleness: K (change in lithology) and the change in uniaxial compressive stress (UCS) will be described with reference to FIG.
According to [Equation 8], when the brittleness: K increases, the uniaxial compressive stress (UCS) also increases, and when the brittleness: K decreases, the uniaxial compressive stress (UCS) also decreases. Therefore, the case where the uniaxial compressive stress (UCS) and the degree of brittleness: K both increase and the case where both decrease are the states where the excavation operation of the
これに対し、脆性度:Kに変化がないにも拘らず、一軸圧縮応力(UCS)が増加もしくは減少した場合には、切込量:Pの変化が考えられ、ディスクカッター20の損傷の虞がある。
On the other hand, when the uniaxial compressive stress (UCS) increases or decreases in spite of the fact that the brittleness: K does not change, the cut amount: P may be changed, and the
また、脆性度:Kの増加に伴い、一軸圧縮応力(UCS)が減少することは、本来ありえないことであり、掘削データを収集するセンサーの故障等の何らかの不具合がTBM1に生じていると考えられる。 Further, it is originally impossible that the uniaxial compressive stress (UCS) decreases as the brittleness: K increases, and it is considered that some trouble such as a failure of a sensor for collecting excavation data has occurred in the TBM1. .
さらに、脆性度:Kが減少すると、本来はTBM1の掘削速度:vが上がるはずであるにも拘わらず、脆性度:Kの減少に伴い、一軸圧縮応力(UCS)が増加し、TBM1の掘削速度:vが下がっている場合には、TBM1が不良地山によって締付けられている場合が考えられる。また、脆性度:Kの減少に伴い、一軸圧縮応力(UCS)が増加しても、TBM1の掘削速度:vが下がっていない場合は、本来ありえないことであり、掘削データを収集するセンサーの故障等の何らかの不具合がTBM1に生じていると考えられる。なお、TBM1の掘削動作では、シールドジャッキ10には、油圧力を一定で可変させないとして単位時間当たり一定の油量が供給される。従って、TBM1の掘削速度:vが上がると、推力:Fnが下がり、TBM1の掘削速度:vが下がると、推力:Fnが上がる。従って、掘削速度:vの代わりに、推力:Fnを判定に用いることもできる。
Furthermore, when the brittleness: K decreases, the uniaxial compressive stress (UCS) increases with the decrease in the brittleness: K, although the excavation speed: v of the TBM1 should originally increase, and the excavation of the TBM1 When the speed: v decreases, it is conceivable that the
掘削状況判定部37は、図5に示す相関関係に基づく掘削状況の判定動作を行う。以下、図6を参照して掘削状況判定部37による掘削状況の判定動作を詳細に説明する。
The excavation
掘削状況判定部37は、UCS算出部34によって算出される一軸圧縮応力(UCS)の変化を監視する(ステップA1)。例えば、掘削状況判定部37は、単位掘削距離や単位時間における一軸圧縮応力(UCS)の変化量が予め設定されたUCS閾値を超えることで、一軸圧縮応力(UCS)の変化有りと判断する。
The excavation
掘削状況判定部37は、ステップA1で一軸圧縮応力(UCS)の変化有りと判断すると、出力部35に脆性度の再試験を依頼するメッセージを出力し(ステップA2)、入力部32への脆性度の入力を待機する(ステップA3)。なお、ステップA2での脆性度の再試験を依頼するメッセージの出力部35からの出力は、脆性試験を人的に行うことを前提としている。脆性試験を脆性試験装置によって機械的に行う場合には、ステップA2で脆性試験装置に対して脆性試験を指示することになる。
When the excavation
ステップA3で入力部32に脆性度が入力されると、脆性度比較部36は、入力部32から入力された脆性度:Kと、記憶部33に脆性データ332として記憶されている脆性度:K(前回の測定結果)とを比較し、比較結果を掘削状況判定部37に出力する。そして、掘削状況判定部37は、脆性度比較部36による比較結果に基づき、脆性度の変化有りか否かを判断する(ステップA4)。掘削状況判定部37は、脆性度閾値を越えて脆性度が変化した場合に、脆性度の変化有りと判断する。なお、脆性度閾値は、予め設定された値であっても良く、一軸圧縮応力(UCS)の変化量に応じて変更するようにしても良い。脆性度閾値を一軸圧縮応力(UCS)の変化量に応じて変更する場合には、一軸圧縮応力(UCS)の変化量が大きくなるほど脆性度閾値を大きい値に変更すると良い。
When the brittleness is input to the
ステップA4で脆性度の変化有りの場合、掘削状況判定部37は、ステップA1での一軸圧縮応力(UCS)の変化が一軸圧縮応力(UCS)の増加か否かを判断する(ステップA5)。
If there is a change in the brittleness in step A4, the excavation
ステップA5で一軸圧縮応力(UCS)の増加である場合、掘削状況判定部37は、ステップA4での脆性度の変化が脆性度の増加か否かを判断する(ステップA6)。
If the uniaxial compressive stress (UCS) is increased in step A5, the excavation
ステップA6で脆性度の増加である場合、一軸圧縮応力(UCS)と脆性度:Kとが共に増加しているため、掘削状況判定部37は、TBM1の掘削動作は正常である判断し、ステップA1に戻り、一軸圧縮応力(UCS)の変化を監視する。
If the brittleness is increased in step A6, the uniaxial compressive stress (UCS) and the brittleness: K are both increased, so the excavation
ステップA6で脆性度の減少である場合、掘削状況判定部37は、TBM1の掘削速度:vが減少しているか否かを判断する(ステップA7)。
When the brittleness is decreased in step A6, the excavation
ステップA7でTBM1の掘削速度:vが減少している場合、掘削状況判定部37は、脆性度:Kの減少に伴い、一軸圧縮応力(UCS)が増加し、TBM1の掘削速度:vが下がっているため、TBM1が不良地山によって締付けられている状態である「不良地山による締付け」と判断する(ステップA8)。そして、掘削状況判定部37は、TBM1が不良地山によって締付けられている虞を知らせる「締付け警告」を出力部35から出力し(ステップA9)、TBM制御装置40に掘削動作の停止を指示する(ステップA10)。「締付け警告」により、作業員は、TBM1の「不良地山による締付け」を早い段階で確認して対策をとることができる。
When the excavation speed: v of the
ステップA7でTBM1の掘削速度:vが増加している場合、脆性度:Kの減少に伴い、一軸圧縮応力(UCS)が増加しても、TBM1の掘削速度:vが下がっていないため、掘削状況判定部37は、掘削データを収集するセンサー等が故障している状態である「センサー等の故障」と判断する(ステップA11)。そして、掘削状況判定部37は、掘削データを収集するセンサーが故障している虞を知らせる「故障警告」を出力部35から出力し(ステップA12)、ステップA10に至ってTBM制御装置40に掘削動作の停止を指示する。「故障警告」により、作業員は、TBM1(掘削データを収集するセンサーの故障等)を早い段階で確認して対処することができる。
In step A7, when the excavation speed: v of the TBM1 is increased, the excavation speed: v of the TBM1 is not decreased even if the uniaxial compressive stress (UCS) is increased due to the decrease in the brittleness: K. The
ステップA5で一軸圧縮応力(UCS)の減少である場合、掘削状況判定部37は、ステップA4での脆性度の変化が脆性度の増加か否かを判断する(ステップA13)。
If the uniaxial compressive stress (UCS) is decreased in step A5, the excavation
ステップA13で脆性度の減少である場合、一軸圧縮応力(UCS)と脆性度:Kとが共に減少しているため、掘削状況判定部37は、TBM1の掘削動作は正常である判断し、ステップA1に戻り、一軸圧縮応力(UCS)の変化を監視する。
If the brittleness is decreased in step A13, the uniaxial compressive stress (UCS) and the brittleness: K are both reduced, so the excavation
ステップA13で脆性度の増加である場合、脆性度:Kの増加に伴い、一軸圧縮応力(UCS)が減少しているため、掘削状況判定部37は、ステップA11に至って掘削データを収集する「センサー等の故障」と判断する。
If the brittleness is increased in step A13, the uniaxial compressive stress (UCS) is reduced with an increase in the brittleness: K, so the excavation
ステップA4で脆性度の変化なしの場合、掘削状況判定部37は、ステップA1での一軸圧縮応力(UCS)の変化が一軸圧縮応力(UCS)の増加か否かを判断する(ステップA14)。
If there is no change in the brittleness in step A4, the excavation
ステップA14で一軸圧縮応力(UCS)の増加である場合、掘削状況判定部37は、ディスクカッター20の回転速度:Rpm[rev/min]の減少を指示する(ステップA15)。そして、掘削状況判定部37は、UCS算出部34によって算出される一軸圧縮応力(UCS)が減少するか否かを判断する(ステップA16)。
If the uniaxial compressive stress (UCS) is increased in step A14, the excavation
ステップA16で一軸圧縮応力(UCS)が減少する場合には、掘削状況判定部37は、TBM1の掘削動作は正常である判断し、ステップA1に戻り、一軸圧縮応力(UCS)の変化を監視する。すなわち、ディスクカッター20が正常に機能していれば、ディスクカッター20の回転速度:Rpm[rev/min]の減少させることで、ディスクカッター20の切込量:Pが上がり、一軸圧縮応力(UCS)が減少する。
If the uniaxial compressive stress (UCS) decreases in step A16, the excavation
ステップA16で一軸圧縮応力(UCS)が減少しない場合には、掘削状況判定部37は、ディスクカッター20が損傷している「ディスクカッター損傷」と判断する(ステップA17)。すなわち、ディスクカッター20の回転速度:Rpm[rev/min]を減少させても、一軸圧縮応力(UCS)が減少しない場合には、ディスクカッター20の切羽への切り込みが正常に行われておらず、ディスクカッター20が正常に機能していないことを意味する。そして、掘削状況判定部37は、ディスクカッター20が損傷している虞を知らせる「カッター損傷警告」を出力部35から出力し(ステップA18)、ステップA10に至ってTBM制御装置40に掘削動作の停止を指示する。「カッター損傷警告」により、作業員は、ディスクカッター20の損傷を、早期に把握することができ、大事に至る前にディスクカッター20の交換を行うことができる。
If the uniaxial compressive stress (UCS) does not decrease in step A16, the digging
ステップA14で一軸圧縮応力(UCS)の減少である場合、掘削状況判定部37は、ディスクカッター20の回転速度:Rpm[rev/min]の増加を指示する(ステップA19)。そして、掘削状況判定部37は、UCS算出部34によって算出される一軸圧縮応力(UCS)が増加するか否かを判断する(ステップA20)。
If the uniaxial compressive stress (UCS) is decreased in step A14, the excavation
ステップA20で一軸圧縮応力(UCS)が増加する場合には、掘削状況判定部37は、TBM1の掘削動作は正常である判断し、ステップA1に戻り、一軸圧縮応力(UCS)の変化を監視する。すなわち、ディスクカッター20が正常に機能していれば、ディスクカッター20の回転速度:Rpm[rev/min]の増加させることで、ディスクカッター20の切込量:Pが下がり、一軸圧縮応力(UCS)が増加する。
When the uniaxial compressive stress (UCS) increases in step A20, the excavation
ステップA20で一軸圧縮応力(UCS)が増加しない場合には、掘削状況判定部37は、ステップA17に至ってディスクカッター20が損傷している「ディスクカッター損傷」と判断する。すなわち、ディスクカッター20の回転速度:Rpm[rev/min]を増加させても、一軸圧縮応力(UCS)が増加しない場合には、ディスクカッター20の切羽への切り込みが正常に行われておらず、ディスクカッター20が正常に機能していないことを意味する。
If the uniaxial compressive stress (UCS) does not increase in step A20, the excavation
以上説明したように、本実施形態は、ディスクカッター20を備えたTBM1の掘削動作をモニタリングする掘削モニタリング装置30であって、TBM1の掘削動作を測定した測定値である掘削データを収集する掘削情報収集部31と、TBM1によって掘削したズリの脆性度:Kの入力を受け付ける入力部32と、TBM1の緒元データ331と共に、入力部32から入力された脆性度:Kを脆性データ332として記憶する記憶部33と、掘削情報収集部31によって収集される掘削データと記憶部33に記憶された緒元データ331及び脆性データ332とを用い、TBM1の掘削速度:vをディスクカッター20の回転速度:Rpmで除算した値をディスクカッター20の切込量:Pとする計算モデルで岩盤の一軸圧縮応力(UCS)を逐次算出するUCS算出部34と、UCS算出部34によって逐次算出される一軸圧縮応力(UCS)を出力する出力部35とを備えている。
この構成により、出力部35に出力される一軸圧縮応力(UCS)をモニタリングすることで、ディスクカッター20の損傷を高確率で判定することができる。すなわち、UCS算出部34によって算出される一軸圧縮応力(UCS)は、TBM1の掘削速度:vをディスクカッター20の回転速度:Rpmで除算した値をディスクカッター20の切込量:Pとする計算モデルで算出されている。従って、ディスクカッター20の損傷によってUCS算出部34で算出される一軸圧縮応力(UCS)が変化し、この変化に着目することで、ディスクカッター20の損傷を高確率で判定することができる。
As described above, the present embodiment is an
With this configuration, by monitoring the uniaxial compressive stress (UCS) output to the
さらに、本実施形態において、UCS算出部34によって逐次算出される一軸圧縮応力(UCS)と入力部32に入力される脆性度:Kとに基づいて掘削状況を判定する掘削状況判定部37を備えている。
この構成により、岩盤の変化を加味した判定を行うことができる。
Further, in the present embodiment, there is provided an excavation
With this configuration, it is possible to make a determination in consideration of a change in the bedrock.
さらに、本実施形態において、掘削状況判定部37は、UCS算出部34によって逐次算出される一軸圧縮応力(UCS)の変化量がUCS閾値を越えて増加もしくは減少しても、入力部32に入力される脆性度:Kが記憶部33に記憶された脆性度データ332に対して脆性度閾値を越える変化がない場合、TBM1にディスクカッター20の回転速度:Rpmの変更を指示し、ディスクカッター20の回転速度:Rpmの変更に伴ってUCS算出部34によって逐次算出される一軸圧縮応力(UCS)が変化しない場合に、ディスクカッター20の損傷と判定する。
この構成により、作業員は、ディスクカッター20の損傷を、早期に把握することができ、大事に至る前にディスクカッター20の交換を行うことができる。
Furthermore, in the present embodiment, the excavation
With this configuration, the operator can grasp the damage of the
さらに、本実施形態において、掘削状況判定部37は、UCS算出部34によって逐次算出される一軸圧縮応力(UCS)の変化量がUCS閾値を越えて増加すると共に、入力部32に入力される脆性度:Kが記憶部33に記憶された脆性度データ332に対して脆性度閾値を越えて減少し、さらにTBM1の掘削速度が下がっている場合、TBM1が不良地山によって締付けられていると判定する。
この構成により、作業員は、TBM1の「不良地山による締付け」を早い段階で確認することができ、掘削外径の拡大等の対策を行うことができる。
Furthermore, in the present embodiment, the excavation
With this configuration, the worker can confirm the "tightening due to the bad ground" of the
以上、実施形態をもとに本発明を説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。 The present invention has been described based on the embodiments. This embodiment is an exemplification, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications can be made to the combination of the components, and that such modifications are also within the scope of the present invention.
1 トンネル掘削機(TBM)
2 前胴部
3 後胴部
4 カッタードラム
5 隔壁
6 チャンバ
7 スクリュコンベア
8 セグメント
9 エレクタ
10 シールドジャッキ
11 スプレッダ
12 稼働ソリ
13中折れジャッキ
20 ディスクカッター
30 掘削モニタリング装置
31 掘削情報収集部
32 入力部
33 記憶部
34 UCS算出部
35 出力部
36 脆性度比較部
37 掘削状況判定部
40 TBM制御装置
331 緒元データ
332 脆性データ
1 Tunnel excavator (TBM)
2
Claims (2)
前記トンネル掘削機の掘削動作を測定した測定値である掘削データを収集する掘削情報収集部と、
前記トンネル掘削機によって掘削したズリの脆性度の入力を受け付ける入力部と、
前記トンネル掘削機の緒元データと共に、前記入力部から入力された前記脆性度を脆性データとして記憶する記憶部と、
前記掘削情報収集部によって収集される前記掘削データと前記記憶部に記憶された前記緒元データ及び前記脆性データとを用い、前記トンネル掘削機の掘削速度を前記ディスクカッターの回転速度で除算した値を前記ディスクカッターの切込量とする計算モデルで掘削前の切羽における岩塊状態の岩盤強度を示す岩盤の一軸圧縮応力を逐次算出する一軸圧縮応力算出部と、
前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力を出力する出力部と、
前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力と前記入力部に入力される前記脆性度とに基づいて、前記ディスクカッターの損傷の有無を掘削状況として判定する掘削状況判定部を具備し、
前記掘削状況判定部は、前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力の変化量がUCS閾値を越えて増加もしくは減少しても、前記入力部に入力される前記脆性度が前記記憶部に記憶された前記脆性度に対して脆性度閾値を越える変化がない場合、前記トンネル掘削機に前記ディスクカッターの回転速度の変更を指示し、前記ディスクカッターの回転速度の変更に伴って前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力が変化しない場合に、前記ディスクカッターの損傷と判定することを特徴とする掘削モニタリング装置。 An excavation monitoring device for monitoring the excavation operation of a tunnel excavator having a disk cutter,
An excavation information collecting unit that collects excavation data that is a measurement value obtained by measuring an excavation operation of the tunnel excavator,
An input unit that receives an input of brittleness of a shear excavated by the tunnel excavator,
A storage unit that stores the brittleness inputted from the input unit as brittleness data, together with the data of the tunnel excavator,
Using the excavation data collected by the excavation information collection unit, the specification data and the brittleness data stored in the storage unit, a value obtained by dividing the excavation speed of the tunnel excavator by the rotation speed of the disk cutter. A uniaxial compressive stress calculation unit that sequentially calculates the uniaxial compressive stress of the rock indicating the rock strength in the rock mass state at the face before excavation in a calculation model with the cutting amount of the disc cutter as
An output unit that outputs the uniaxial compressive stress sequentially calculated by the uniaxial compressive stress calculation unit,
An excavation situation determination unit that determines whether the disk cutter is damaged as an excavation situation based on the uniaxial compression stress sequentially calculated by the uniaxial compression stress calculation unit and the brittleness input to the input unit. And
The excavation situation determination unit, even if the change amount of the uniaxial compressive stress sequentially calculated by the uniaxial compressive stress calculation unit increases or decreases beyond the UCS threshold, the brittleness input to the input unit is the brittleness If there is no change exceeding the brittleness threshold value for the brittleness stored in the storage unit, instruct the tunnel excavator to change the rotation speed of the disk cutter, and with the change in the rotation speed of the disk cutter. An excavation monitoring device characterized in that when the uniaxial compressive stress sequentially calculated by the uniaxial compressive stress calculator does not change, it is determined that the disc cutter is damaged .
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