JP6946005B2 - シールド掘進機およびスクリュコンベアの排土状況の検知方法 - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘進機に関し、特に、チャンバ内の土砂を排出するスクリュコンベアを備えるシールド掘進機およびスクリュコンベアの排土状況の検知方法に関する。

従来、チャンバ内の土砂を排出するスクリュコンベアを備えるシールド掘進機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、掘削された土砂が貯留されるチャンバと、チャンバ内の土砂を排出するスクリュコンベアとを備えるシールド掘進機が開示されている。たとえば泥土圧式のシールド掘進機では、チャンバ内の圧力が地山側からの圧力と概ね等しくなるように、チャンバ内の掘削土砂の塑性流動性（自由に変形および移動できる性質）や、スクリュコンベアによる排土量が制御される。スクリュコンベアは、チャンバ内の入口部から人間の作業領域内の出口部まで土砂を搬送する。ところが、チャンバ内の土砂の性状の変化等によって、スクリュコンベア内で塑性流動性が低すぎる土砂が搬送できなくなる閉塞が発生したり、逆に塑性流動性が高すぎる場合に出口部において土砂の憤発が発生したりすることがある。そのため、スクリュコンベア内の排土状況を適切に把握して、閉塞や憤発の予兆を事前に、速やかに検知することが重要とされている。

上記特許文献１は、スクリュコンベアの内部に、土砂の搬送方向に沿って複数の土圧計を所定間隔で設置し、スクリュコンベアの入口部から出口部に至る圧力勾配を計測する構成を開示する。上記特許文献１では、これらの複数の土圧計から得られた圧力勾配に基づいて、閉塞や憤発の予兆を検知している。

特開平４−５２３９７号公報

しかしながら、上記特許文献１では、十分正確な圧力勾配を得るためには、実際には多数の土圧計をスクリュコンベア内の極力広い範囲に渡って設置する必要がある。土圧計は故障や校正のために交換が必要で、そのためには掘進作業の停止、シールド掘進機前方の土砂の薬剤による固定、スクリュコンベア内の土砂の排出などの作業が伴うため、土圧計の数が多くなるほど作業負担が大きくなる。したがって、上記特許文献１では、閉塞または憤発の発生の予測し得る排土状況を把握するために多数の土圧計を設ける必要があり、シールド掘進機の運用に伴う作業負担が大きくなるという問題点がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、より少数の土圧計によって閉塞や憤発の発生を予測可能にし、シールド掘進機の運用に伴う作業負担を軽減することが可能なシールド掘進機およびスクリュコンベアの排土状況の検知方法を提供することである。

上記目的を達成するために、本願発明者らが鋭意検討した結果、スクリュコンベア内は完全に一定構造（たとえば直径一定、直線状の円筒形状）であることが理想的であり、搬送経路中に構造が変化する箇所（構造変化部）がある場合に、構造変化部において閉塞や憤発が発生しやすいとの知見を得た。たとえばスクリュの外周部（羽根の縁部）に接合された筒状の駆動部をスクリュと一体で回転駆動する外周駆動型のスクリュコンベアでは、駆動部周辺で他のケーシング部分と構造が大きく変化しており、駆動部周辺において閉塞や憤発が発生しやすい。そこで、本願発明者らは、スクリュコンベアの構造が変化する箇所（構造変化部）の周辺の圧力に着目すれば、多数の土圧計によって広い範囲の圧力勾配を取得しなくても、閉塞や憤発の発生を十分に予測し得ることを見出した。

以上の知見に基づき、この発明の第１の局面におけるシールド掘進機は、掘削された土砂が貯留されるチャンバと、チャンバに接続されるケーシング、ケーシング内に配置されたスクリュ、およびスクリュの外周部と一体回転する外周駆動型の駆動部を含み、チャンバ内の土砂を排出するスクリュコンベアと、駆動部の上流側および下流側のそれぞれにおけるスクリュコンベア内の圧力を計測する第１土圧計および第２土圧計と、を備え、第１土圧計および第２土圧計は、それぞれ、駆動部の搬送方向端部からスクリュの羽根ピッチ分の範囲内の位置に配置されており、第１土圧計および第２土圧計の圧力計測値から取得される駆動部の圧力変動に基づいて、スクリュコンベア内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知するように構成されている。

この発明の第１の局面によるシールド掘進機では、上記のように、外周駆動型の駆動部の上流側近傍および下流側近傍のそれぞれにおけるスクリュコンベア内の圧力を計測する第１土圧計および第２土圧計を設け、第１土圧計および第２土圧計の圧力計測値に基づいて、スクリュコンベア内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知するようにシールド掘進機を構成する。これにより、外周駆動型の駆動部の上流側および下流側の端部近傍における圧力変動を取得することができる。たとえば閉塞が発生する場合、駆動部の上流側での圧力計測値が上昇する一方で、下流側での圧力計測値が変化し難い。一方、憤発が発生する場合、塑性流動性が高いことにより駆動部の下流側の圧力計測値が上昇する（上流側圧力に近付く）。したがって、広範囲の圧力勾配ではなく、最少で２つの第１土圧計および第２土圧計のピンポイントの圧力計測値から、閉塞または憤発の発生の予測が可能な排土状況を把握することが可能となる。以上から、本発明によれば、第１土圧計および第２土圧計の圧力計測値に基づいて、スクリュコンベア内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知することによって、より少数の土圧計によって閉塞や憤発の発生を予測可能にし、シールド掘進機の運用に伴う作業負担を軽減することができる。また、第１土圧計および第２土圧計を、それぞれ搬送方向における駆動部の上流側および下流側の端部から十分に近傍の位置に配置することができる。計測位置が着目すべき箇所（駆動部）から遠ざかるほど排土状況の変化（圧力変動）を検知するのが遅れるため、第１土圧計および第２土圧計を十分に駆動部に近づけることによって、閉塞や憤発の予兆となる排土状況の変化を、事前に、かつ、より速やかに検知することができる。

上記第１の局面によるシールド掘進機において、好ましくは、第１土圧計とケーシングの入口部との間の入口部側の計測位置における圧力を計測する第３土圧計をさらに備え、第１土圧計、第２土圧計および第３土圧計のそれぞれの圧力計測値に基づいて、排土状況を検知するように構成されている。このように構成すれば、第３土圧計では、チャンバから流入する土砂の圧力が把握できるので、検知された排土状況の変化が、単にチャンバ内の圧力変動に起因するものか、スクリュコンベアの内部の閉塞や憤発の予兆なのかをより精度よく把握することが可能となる。したがって、土圧計の数の増大を極力抑制しながら、閉塞や憤発の予兆をより精度よく検知することが可能となる。

上記第１の局面によるシールド掘進機において、好ましくは、第１土圧計および第２土圧計による各圧力計測値の差分の変化に基づいて、排土状況を検知するように構成されている。このように構成すれば、駆動部の前後における圧力降下の変化度合いを把握することができる。つまり、閉塞が発生し得るような土砂の滞留が駆動部で発生すると、平常時の圧力降下と比較して、上流側の圧力が上昇して駆動部前後での圧力降下が増大する。また、憤発が発生し得るような過剰な塑性流動化が発生すると、平常時の圧力降下と比較して、土砂の流動抵抗の低下によって駆動部前後での圧力降下が減少する。したがって、第１土圧計および第２土圧計による各圧力計測値の差分の変化を取得することによって、閉塞や憤発の予兆となるような圧力降下の変化を適切に検知することができる。

この発明の第２の局面によるスクリュコンベアの排土状況の検知方法は、スクリュの外周部と接続されスクリュと一体回転する外周駆動型の駆動部を含み、掘削された土砂が貯留されるチャンバ内の土砂を排出するスクリュコンベアを備えるシールド掘進機における、スクリュコンベアの排土状況の検知方法であって、駆動部の上流側および下流側のそれぞれにおける駆動部の搬送方向端部からスクリュの羽根ピッチ分の範囲内の位置で、スクリュコンベア内の圧力を計測する工程と、駆動部の上流側および下流側の各圧力計測値から取得される駆動部の圧力変動に基づいて、スクリュコンベア内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知する工程と、を備える。

この発明の第２の局面によるスクリュコンベアの排土状況の検知方法では、上記のように、駆動部の上流側近傍および下流側近傍のそれぞれにおけるスクリュコンベア内の圧力を計測する工程と、駆動部の上流側近傍および下流側近傍の各圧力計測値に基づいて、スクリュコンベア内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知する工程とを設けることにより、上記第１の局面と同様に、より少数の土圧計によって閉塞や憤発の発生を予測可能にし、シールド掘進機の運用に伴う作業負担を軽減することができる。また、第１土圧計および第２土圧計を、それぞれ搬送方向における駆動部の上流側および下流側の端部から十分に近傍の位置に配置することができる。計測位置が着目すべき箇所（駆動部）から遠ざかるほど排土状況の変化（圧力変動）を検知するのが遅れるため、第１土圧計および第２土圧計を十分に駆動部に近づけることによって、閉塞や憤発の予兆となる排土状況の変化を、事前に、かつ、より速やかに検知することができる。

この発明の第３の局面によるシールド掘進機は、掘削された土砂が貯留されるチャンバと、チャンバに接続され、チャンバ内の土砂を排出するスクリュコンベアと、スクリュコンベアの構造が変化する構造変化部の上流側および下流側のそれぞれにおけるスクリュコンベア内の圧力を計測する第１土圧計および第２土圧計と、を備え、第１土圧計および第２土圧計は、それぞれ、構造変化部の搬送方向端部からスクリュの羽根ピッチ分の範囲内の位置に配置されており、第１土圧計および第２土圧計の圧力計測値から取得される構造変化部の圧力変動に基づいて、スクリュコンベア内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知するように構成されている。

この発明の第３の局面によるシールド掘進機では、上記のように、スクリュコンベアの構造が変化する構造変化部の上流側近傍および下流側近傍のそれぞれにおけるスクリュコンベア内の圧力を計測する第１土圧計および第２土圧計を設け、第１土圧計および第２土圧計の圧力計測値に基づいて、スクリュコンベア内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知するようにシールド掘進機を構成する。これにより、閉塞や憤発が発生しやすい構造変化部の前後（上流側近傍および下流側近傍）における圧力変動を取得することができる。その結果、上記第１の局面と同様に、より少数の土圧計によって閉塞や憤発の発生を予測可能にし、シールド掘進機の運用に伴う作業負担を軽減することができる。

上記第３の局面によるシールド掘進機において、好ましくは、構造変化部は、複数のスクリュコンベアを有する多段スクリュコンベアにおけるスクリュコンベア間の接続部分、スクリュ構造の変化部分、ケーシングの形状変化部分、のいずれかを含む。多段スクリュコンベアの接続部分では、ケーシングの向きが変化して土砂の通過抵抗が変動するとともに、局所的にスクリュが配置されずに搬送力が土砂に作用しない領域が形成されうる。スクリュ構造の変化部分では、回転軸の有無や羽根の厚みの変化などによって、土砂の通過抵抗が変動する。ケーシングの形状変化部分では、土砂の通路自体の形状が変化するため、土砂の通過抵抗が変動する。したがって、これらの構造変化部分では、構造が概ね一定で変化の少ない箇所と比較して、構造の変化に伴って土砂の通過抵抗（圧力損失）が大きく変動するため、土砂の滞留などの排土状況の変化が現れやすい。そこで、これらのような閉塞や憤発が発生しやすい構造変化部の前後（上流側近傍および下流側近傍）における圧力変動を取得することによって、ピンポイントの圧力計測値から、閉塞または憤発の発生の予測が可能な排土状況を適切に把握することが可能となる。

本発明によれば、上記のように、より少数の土圧計によって閉塞や憤発の発生を予測可能にし、シールド掘進機の運用に伴う作業負担を軽減することができる。

本発明の第１実施形態によるシールド掘進機の模式的な縦断面図である。 外周駆動型の駆動部の構造を示した模式的な断面図である。 スクリュコンベアにおける土圧センサの配置を説明するための模式図である。 スクリュコンベア内の圧力分布を示したグラフである。 閉塞の発生を予測可能な排土状況を検知する方法を説明するためのグラフである。 憤発の発生を予測可能な排土状況を検知する方法を説明するためのグラフである。 多段スクリュコンベアの接続部分に土圧センサを配置した第２実施形態を説明するための模式図である。 スクリュコンベアにおけるスクリュ構造の変化部分に土圧センサを配置した第３実施形態を説明するための模式図である。 スクリュコンベアにおけるケーシングの形状変化部分に土圧センサを配置した第４実施形態を説明するための模式図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態によるシールド掘進機１について説明する。

（シールド掘進機の全体構成）
図１に示すように、シールド掘進機１は、掘削面を構成するカッタヘッド２と、掘削された土砂が貯留されるチャンバ３と、チャンバ３内の土砂を排出するスクリュコンベア４と、を備えている。

第１実施形態では、シールド掘進機１が、泥土圧式のシールド掘進機である例を示している。泥土圧式のシールド掘進機１では、カッタヘッド２により掘削された土砂にチャンバ３内で作泥材が注入されて土砂と混合され、掘削土砂が不透水性と塑性流動性を持つ泥土に変換される。掘削土砂（泥土）は、チャンバ３内およびスクリュコンベア４内に充満する。シールド掘進機１は、掘削土砂（泥土）をチャンバ３内およびスクリュコンベア４内に充満させた状態を維持してシールドジャッキ５の推力によりチャンバ３内に圧力を発生させることにより、地山側の圧力（切羽の土圧および地下水圧）に対抗させる。シールド掘進機１は、掘進量と排土量とのバランスによって圧力の平衡を図りながら掘進する。

シールド掘進機１は、それぞれ円筒状の前胴部６ａおよび後胴部６ｂから構成された胴体６を備えている。前胴部６ａは、推進力が付与されてカッタヘッド２により地山の掘進を行う部分であり、後胴部６ｂは、前胴部６ａに伴って、トンネルのリング状の周壁部分を構成するセグメントＳＧを配列しながら進行する部分である。

カッタヘッド２は、カッタコラム１１を介して旋回台１２に取り付けられ、カッタ駆動部１３によって回転駆動される。旋回台１２は、前胴部６ａの隔壁７に回転可能に支持される。カッタヘッド２は、掘進方向から見て円形状（図示せず）に形成されており、回転軸線Ａ周りに回転するように構成されている。カッタ駆動部１３は、隔壁７の後方に配置されており、旋回台１２に駆動トルクを付与して回転駆動する。つまり、カッタヘッド２、カッタコラム１１および旋回台１２がカッタ駆動部１３によって一体的に回転（旋回）される。カッタヘッド２は、掘進方向前方の掘削面にカッタビット２ａを有する。カッタビット２ａは、土砂を削る掘削刃である。カッタビット２ａによって削られた掘削土は、図示しない貫通孔を通ってカッタヘッド２の内部のチャンバ３に進入する。

チャンバ３は、カッタヘッド２、前胴部６ａおよび隔壁７によって囲まれた空間（作泥土室）である。チャンバ３内の泥土圧は、隔壁７に設けられたチャンバ内土圧センサ１４により計測される。チャンバ内土圧センサ１４は、たとえば設置高さの異なる位置に複数設けられている。チャンバ３内の泥土圧は、地山側からカッタヘッド２に作用する圧力と概ね平衡状態となるように維持される。

シールド掘進機１は、セグメントＳＧを押圧して胴体６（前胴部６ａおよび後胴部６ｂ）を推進させるシールドジャッキ５を備える。シールドジャッキ５は、後胴部６ｂに取り付けられている。シールドジャッキ５は、複数設けられており、胴体６の周方向に沿って配列されている。

スクリュコンベア４は、ケーシング２１と、スクリュ２２と、駆動部２３とを含む。スクリュコンベア４は、チャンバ３に接続され、チャンバ３内の土砂を排出するように構成されている。

ケーシング２１は、掘削土砂の排出経路を構成する管状部材である。ケーシング２１は、円筒形状を有する。ケーシング２１は、一端で開口する入口部（取込口）２４が隔壁７を貫通してチャンバ３内に露出し、他端側の開口である出口部（排出口）２５が隔壁７よりも後方側の作業領域ＷＳ内に露出している。なお、出口部２５は、ケーシング２１の端面に開口していなくともよく、ケーシング２１の端面を塞いで下向きに開口する開口部として形成されてもよい。出口部２５から排出される土砂は、たとえばベルトコンベア８などの搬送装置によってさらに後方に搬送されていく。スクリュコンベア４は、チャンバ３内の土砂を排出してチャンバ３内の圧力を調整する機能のほか、チャンバ３内の高い圧力を、入口部２４から出口部２５への土砂の搬送過程で人間の作業領域ＷＳ内の圧力まで降下させる機能を有する。

スクリュ２２は、ケーシング２１内に配置されており、回転によって掘削土砂に搬送力を付与する。スクリュ２２は、筒状のケーシング２１と同軸で配置され、中心軸回りに回転可能に設けられている。図１の構成例では、スクリュ２２は、回転軸２２ａおよび回転軸２２ａに固定された螺旋状の羽根２２ｂを備える軸付きスクリュの例を示している。スクリュ２２は、回転軸なしの螺旋状の羽根２２ｂを有するリボンスクリュであってもよいし、入口側がリボンスクリュで途中から軸付きスクリュに切り替わる複合タイプのスクリュであってもよい。スクリュ２２は、ケーシング２１とは非接触の状態で保持されており、駆動部２３によって回転される。ケーシング２１に対するスクリュ２２の相対回転によって、土砂が入口部２４から出口部２５に向かう搬送方向に搬送される。

駆動部２３は、スクリュコンベア４の後部側に配置されている。第１実施形態では、駆動部２３は、スクリュ２２の外周部２２ｃ（図２参照）と一体回転する外周駆動型の駆動部である。

具体的には、図２に示すように、駆動部２３は、スクリュ２２の外周部（羽根の縁部）２２ｃに接合された回転部２３ａと、モータ２３ｂとを含む。回転部２３ａは、円筒形状を有し、土砂の搬送経路の一部を構成している。すなわち、ケーシング２１は、回転部２３ａの上流側の上流管２１ａと、回転部２３ａの下流側の下流管２１ｂとに分割され、上流管２１ａおよび下流管２１ｂと回転部２３ａとの間がシール材２３ｃによってシールされた構造となっている。そして、上流管２１ａおよび下流管２１ｂが固定で、回転部２３ａが回転可能となっている。回転部２３ａの内周面には、スクリュ２２の外周部２２ｃが接着や溶接接合などにより固定されている。これにより、回転部２３ａを中心軸回りに回転させることにより、スクリュ２２に回転駆動力が伝達され回転部２３ａとスクリュ２２とが一体回転する。スクリュ２２の外周部２２ｃは、ケーシング２１の上流管２１ａおよび下流管２１ｂとは間隔を隔てて離間し、非接触となっている。

モータ２３ｂは、回転部２３ａの外周側に配置され、外周側から回転部２３ａを回転駆動するように設けられている。たとえば図２では、回転部２３ａの外周面に、モータ２３ｂのピニオン２３ｄと噛み合うギヤ２３ｅが周状に設けられている。これにより、モータ２３ｂの駆動力がピニオン２３ｄおよびギヤ２３ｅを介して回転部２３ａに伝達される。回転部２３ａの内部では、スクリュ２２との間で相対回転が発生しないため、掘削土砂に搬送力が付与されない。回転部２３ａ内の土砂は、上流側から搬送されてくる土砂に押されることによって下流側に移動する。このため、回転部２３ａ内は、上流側の上流管２１ａおよび下流側の下流管２１ｂの内部と比較して、通過抵抗（圧力降下）が変化して土砂の滞留が発生しやすい箇所であるといえる。

ここで、第１実施形態では、図１に示すように、シールド掘進機１は、スクリュコンベア４内の圧力を計測する土圧センサ３１および土圧センサ３２を備えている。土圧センサ３１および土圧センサ３２は、スクリュコンベア４の構造が変化する構造変化部Ｖの上流側近傍および下流側近傍のそれぞれにおけるスクリュコンベア４内の圧力を計測するように配置されている。土圧センサ３１および土圧センサ３２は、それぞれ、特許請求の範囲の「第１土圧計」および「第２土圧計」の一例である。

構造変化部Ｖは、より具体的には、スクリュコンベア４の搬送方向における上流側と下流側とで構造が変化する（切り替わる）箇所であって、構造の変化に起因して通過抵抗（圧力損失）が変動する箇所である。スクリュコンベア４の構造は、ケーシング２１、スクリュ２２、駆動部２３などの構成部材に基づくスクリュコンベア４の形状や機構を意味する。構造変化部Ｖは、たとえば、スクリュコンベア４内のスクリュ２２の外周部２２ｃと一体回転する外周駆動型の駆動部２３、複数のスクリュコンベアを有する多段スクリュコンベア１０４におけるスクリュコンベア間の接続部分１０５（図７参照）、スクリュ構造の変化部分２０５（図８参照）、ケーシング２１の形状変化部分３０５（図９参照）などを含む。図１および図２に示した第１実施形態の例では、外周駆動型の駆動部２３が構造変化部Ｖに該当する。

すなわち、土圧センサ３１および土圧センサ３２は、駆動部２３の上流側近傍および下流側近傍のそれぞれにおけるケーシング２１内の圧力を計測するように設けられている。つまり、土圧センサ３１は、駆動部２３よりもスクリュコンベア４の入口部２４側（一端側）で、駆動部２３の近傍に配置されている。土圧センサ３２は、駆動部２３よりもスクリュコンベア４の出口部２５側（他端側）で、駆動部２３の近傍に配置されている。言い換えると、土圧センサ３１および土圧センサ３２は、搬送方向の両側から駆動部２３を挟むように、駆動部２３の前後にそれぞれ設けられている。各土圧センサ３１および３２は、たとえばケーシング２１の内周面に検出面が露出するように設けられ、設置位置（計測位置）におけるスクリュコンベア４内の土圧を計測するように構成されている。これにより、土砂の滞留が発生しやすい駆動部２３（回転部２３ａ）の両端部近傍での圧力計測値が取得される。ケーシング２１の周方向における各土圧センサ３１および３２の位置は、特に限定されない。

第１実施形態では、シールド掘進機１は、土圧センサ３１および土圧センサ３２の圧力計測値に基づいて、スクリュコンベア４内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知するように構成されている。

土圧センサ３１および３２や、チャンバ内土圧センサ１４などの各圧力計測値は、データ処理装置１５に送られる。データ処理装置１５は、シールド掘進機１のオペレーションルーム（運転室）１６の制御部１７と接続されており、取得した計測データを出力することが可能である。制御部１７は、土圧センサ３１および土圧センサ３２の圧力計測値に基づいて、閉塞または憤発の発生の予兆となる排土状況を検知した場合には、たとえばオペレータに注意を促すための報知などを行うことができる。

（排土状況の検知）
次に、排土状況の検知に関わる構成について詳細に説明する。

土圧の計測位置について、図３に示すように、土圧センサ３１および土圧センサ３２は、駆動部２３から離れすぎない近傍の位置に配置するのが好ましい。第１実施形態では、土圧センサ３１および土圧センサ３２は、それぞれ、駆動部２３の搬送方向端部からスクリュ２２の羽根ピッチＰｓ分の範囲内の位置に配置されている。土圧センサ３１は、駆動部２３の上流側端部２３ｆから上流方向（図３の左側）に羽根ピッチＰｓの距離範囲内に配置され、土圧センサ３２は、駆動部２３の下流側端部２３ｇから下流方向（図３の右側）に羽根ピッチＰｓの距離範囲内に配置されている。土圧センサ３１および土圧センサ３２の設置範囲は、回転部２３ａの搬送方向長さ（管長）Ｌ１を基準としてもよい。すなわち、土圧センサ３１および土圧センサ３２は、それぞれ、駆動部２３の搬送方向端部から回転部２３ａの搬送方向長さＬ１分の範囲内の位置に配置されてもよい。

スクリュコンベア４内の土圧センサの数について、シールド掘進機１の運用に伴う交換や校正の作業負担を軽減する観点からは、土圧センサの数を極力抑制することが好ましい。土圧センサの数を抑制しつつ、排土状況のより高い検知精度を得るには、土圧センサ３１とケーシング２１の入口部２４との間の入口部２４側の計測位置における圧力を計測する土圧センサ３３をさらに設けてもよい。土圧センサ３３によって、スクリュコンベア４がチャンバ３から掘削土砂を取り込む際の圧力計測値を取得することが可能となる。つまり、単段のスクリュコンベア４であれば、土圧センサ３１および３２の２つか、あるいは土圧センサ３３を含む３つの土圧センサを設けるのが好ましい。土圧センサ３３は、特許請求の範囲の「第３土圧計」の一例である。

第１実施形態では、土圧センサ３３がケーシング２１の入口部２４近傍に設置される例について説明する。つまり、シールド掘進機１は、土圧センサ３１、土圧センサ３２および土圧センサ３３の３つのセンサの各圧力計測値に基づいて、排土状況を検知するように構成されている。土圧センサ３３は、ケーシング２１の入口部２４と土圧センサ３１との中間位置よりも入口部２４側に配置されればよい。つまり、土圧センサ３３は、入口部２４から中間位置までの長さＬ２の範囲内に配置される。たとえば土圧センサ３３は、ケーシング２１の隔壁７（図１参照）への接続位置からスクリュ２２の羽根ピッチＰｓ分の範囲内の位置に配置される。

次に、排土状況の検知方法について説明する。第１実施形態では、駆動部２３の上流側近傍および下流側近傍のそれぞれにおけるスクリュコンベア４内の圧力を計測する工程と、駆動部２３の上流側近傍および下流側近傍の各圧力計測値に基づいて、スクリュコンベア４内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知する工程と、によって、排土状況の検知方法が実現される。本実施形態による排土状況の検知は、土砂の塑性流動性の過剰、不足などの土砂の性状に起因する閉塞や憤発の発生を、事前に予測可能とするものである。

図４は、正常時（実線部）、閉塞時（破線部）、および憤発時（一点鎖線部）の各々における、スクリュコンベア４内の典型的な圧力分布を示したグラフである。横軸が入口部２４（取込口）から出口部２５（排出口）までの搬送経路上の位置を示し、縦軸が土圧の圧力計測値を示す。

図４〜図６に示すように、圧力を計測する工程において、土圧センサ３１は、駆動部２３の上流側近傍の位置Ｓ１の圧力Ｐ１を計測し、土圧センサ３２は、駆動部２３の下流側近傍の位置Ｓ２の圧力Ｐ２を計測し、土圧センサ３３は、入口部２４の近傍の位置Ｓ３の圧力Ｐ３を計測する。シールド掘進機１（制御部１７）は、経時的に得られる各圧力計測値を記録する。そして、シールド掘進機１は、排土状況を検知する工程において、土圧センサ３１および土圧センサ３２による各圧力計測値の差分の変化に基づいて、排土状況を検知するように構成されている。なお、図４〜図６における各計測位置Ｓ１〜Ｓ３以外の位置における圧力分布は、説明のために便宜的に示したものである。シールド掘進機１の運用中には、各計測位置Ｓ１〜Ｓ３の圧力計測値のみがピンポイントで取得される。

〈正常時〉
図４において、実線で示す正常時の運転状態は、チャンバ３内の土砂の塑性流動性が適切な条件となっており、閉塞、憤発のいずれも発生するおそれがない状態である。正常状態では、スクリュコンベア４内の圧力は、入口部２４が最も高く、駆動部２３付近までは緩やかな圧力変化量で概ね線形に（搬送距離に比例して）低下していく。そして、駆動部２３付近では、他の部位と異なりスクリュ２２が回転部２３ａと共回りすることにより、圧力変化量（圧力降下量）が大きくなる。駆動部２３の周辺で大きな圧力降下を経た後は、下流側の出口部２５まで、駆動部２３の上流側と概ね同等の圧力変化量で概ね線形に圧力が低下し、作業領域ＷＳと同等の圧力まで低下する。

〈閉塞が予測される排土状況〉
一方、たとえばチャンバ３内での塑性流動化が不十分である場合などに駆動部２３の周辺で土砂の滞留が始まると、まず滞留箇所付近の上流側で圧力が上昇する。そのため、最初に位置Ｓ１において土圧センサ３１の圧力計測値が上昇する一方、滞留箇所よりも下流側となる位置Ｓ２では、土圧センサ３２の圧力計測値の変化は小さい。つまり、図５に示すように、駆動部２３の前後での圧力差分ΔＰ１２（ΔＰ１２は、Ｐ１−Ｐ２の絶対値）が増大するように変化する。

その後、滞留が解消されない場合には、土圧センサ３１よりも上流側においても徐々に圧力が上昇していき、入口部２４付近の位置Ｓ３において土圧センサ３３の圧力計測値が上昇する。そのため、土圧センサ３１と土圧センサ３３との圧力差分ΔＰ１３（ΔＰ１３は、Ｐ１−Ｐ３の絶対値）は、一旦減少した後で、再び正常時と同程度まで増大するように変化する。このような過程で、閉塞時には、図４の破線で示すような圧力分布がスクリュコンベア４内で形成される。

したがって、図５に示すように、排土状況を検知する工程では、圧力差分ΔＰ１２を、正常時に相当する所定の閾値α１２と比較する。圧力差分ΔＰ１２が閾値α１２を上回ったこと（ΔＰ１２＞α１２）に基づいて、閉塞が予測される排土状況であることを、閉塞の発生前に事前に検知することが可能となる。所定の閾値α１２は、上記の正常時における圧力差分ΔＰ１２に、誤差などのばらつきを考慮した許容範囲の上限値とされ、実験的に求めることが可能である。

より好ましくは、圧力差分ΔＰ１２と閾値α１２との比較に加えて、圧力差分ΔＰ１３の変化を監視し、圧力差分ΔＰ１２の上昇に伴って、圧力差分ΔＰ１３が減少した後に増大（復元）するような変化が確認された場合には、閉塞の予兆である可能性が高いと判断される。たとえばチャンバ３内の圧力が一時的に上昇した場合などでは、圧力差分ΔＰ１２も一時的に増大する場合があるが、その場合には圧力差分ΔＰ１３が時間的に先に増大を開始する（圧力Ｐ３が最初に上昇する）ことから、閉塞とは無関係な一時的な圧力上昇を区別することが可能である。

〈憤発が予測される排土状況〉
図４に戻り、憤発は、たとえばチャンバ３内での塑性流動化が過剰である場合などに発生する。土砂の塑性流動化が過剰になると、土砂の流動抵抗が小さくなるため、一点鎖線で示す憤発時には、スクリュコンベア４内の出口部２５付近までの圧力降下が全体的に減少し、出口部２５付近で急激に圧力降下するようになる。

そのため、図６に示すように、憤発が発生するまでの過程では、位置Ｓ１における土圧センサ３１の圧力計測値（Ｐ１）および位置Ｓ２における土圧センサ３２の圧力計測値（Ｐ２）が、共に入口部２４側の圧力に近付く。特に土圧センサ３２の圧力計測値（Ｐ２）が大きく上昇するため、正常時と比較して駆動部２３の前後での圧力差分ΔＰ１２が減少するように変化する。

また、入口部２４付近の土圧センサ３３の圧力計測値は大きく変化しないものの、位置Ｓ１および位置Ｓ２の圧力計測値が共に入口部２４側の圧力に近付くため、特に土圧センサ３２と土圧センサ３３との圧力差分ΔＰ２３（ΔＰ２３は、Ｐ２−Ｐ３の絶対値）が大きく減少するように変化する。なお、スクリュコンベア４内の圧力降下が全体的に減少するため、土圧センサ３１と土圧センサ３３との圧力差分ΔＰ１３も減少する。

したがって、排土状況を検知する工程では、圧力差分ΔＰ１２を正常時に相当する所定の閾値β１２と比較する。圧力差分ΔＰ１２が閾値β１２を下回ったこと（ΔＰ１２＞β１２）に基づいて、憤発が予測される排土状況であることを、憤発の発生前に事前に検知することが可能となる。所定の閾値β１２は、上記の正常時における圧力差分ΔＰ１２に、誤差などのばらつきを考慮した許容範囲の下限とされ、実験的に求めることが可能である。

より好ましくは、圧力差分ΔＰ１２と閾値β１２との比較に加えて、圧力差分ΔＰ２３の変化を監視し、たとえば圧力差分ΔＰ２３が、正常時の下限値に対応する閾値β２３を下回る場合には、憤発の予兆である可能性が高いと判断される。憤発が予測されるケースでは、上記のように圧力差分ΔＰ２３が顕著に減少することから、憤発の予兆をより正確に検知することが可能である。この際、圧力差分ΔＰ１３が減少することもさらに考慮してもよい。

図１に示す第１実施形態では、シールド掘進機１は、オペレーションルーム１６の制御部１７によって、上記の排土状況の検知を実施することが可能である。制御部１７は、たとえばオペレーションルーム１６に設置されたプログラマブルコントローラ（ＰＣ）であり、ＣＰＵおよびメモリなどの記憶部を備えて構成される。制御部１７は、シールド掘進機１の掘進動作を制御する機能を有する。制御部１７は、地上のモニタリング室ＭＲのプログラマブルコントローラ（ＰＣ）と接続されており、取得した計測データを出力することが可能である。

また、制御部１７は、たとえば圧力差分（ΔＰ１２、ΔＰ２３など）の算出や、閾値（α１２、β１２）との比較を行い、算出結果および比較結果をオペレーションルーム１６やモニタリング室ＭＲのモニタに表示するだけでもよい。この場合、オペレータ等の作業者が算出結果および比較結果から閉塞、憤発が予測される排土状況であるか否かを判断することができる。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、外周駆動型の駆動部２３（構造変化部Ｖ）の上流側近傍および下流側近傍のそれぞれにおけるケーシング２１内の圧力を計測する土圧センサ３１および土圧センサ３２を設け、土圧センサ３１および土圧センサ３２の圧力計測値（Ｐ１、Ｐ２）に基づいて、スクリュコンベア４内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知するようにシールド掘進機１を構成する。これにより、外周駆動型の駆動部２３の前後（上流側および下流側の端部近傍）における圧力変動を取得することができる。そして、広範囲の圧力勾配ではなく、最少で２つの土圧センサ３１および土圧センサ３２のピンポイントの圧力計測値から、閉塞または憤発の発生の予測が可能な排土状況を把握することが可能となる。その結果、第１実施形態では、より少数の土圧センサによって閉塞や憤発の発生を予測可能にし、シールド掘進機１の運用に伴う作業負担を軽減することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、土圧センサ３１および土圧センサ３２を、それぞれ、駆動部２３の搬送方向端部からスクリュ２２の羽根ピッチＰｓ分の範囲内の位置に配置する。これにより、土圧センサ３１および土圧センサ３２を、それぞれ駆動部２３の上流側端部２３ｆおよび下流側端部２３ｇから十分に近傍の位置に配置することができるので、閉塞や憤発の予兆となる排土状況の変化を、事前に、かつ、より速やかに検知することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、土圧センサ３１とケーシング２１の入口部２４との間の入口部２４側の計測位置における圧力を計測する土圧センサ３３を設け、土圧センサ３１、土圧センサ３２および土圧センサ３３のそれぞれの圧力計測値に基づいて、排土状況を検知するようにシールド掘進機１を構成する。これにより、土圧センサ３３では、チャンバ３から流入する土砂の圧力が把握できるので、検知された排土状況の変化が、単にチャンバ３内の圧力変動に起因するものか、スクリュコンベア４の内部の閉塞や憤発の予兆なのかをより精度よく把握することが可能となる。したがって、土圧センサの数の増大を極力抑制しながら、閉塞や憤発の予兆をより精度よく検知することが可能となる。

また、第１実施形態では、上記のように、土圧センサ３１および土圧センサ３２による各圧力計測値の差分（ΔＰ１２）の変化に基づいて、排土状況を検知するようにシールド掘進機１を構成する。これにより、駆動部２３の前後における圧力降下の変化度合いを把握することができる。上記のように、閉塞が発生し得るような土砂の滞留が駆動部２３で発生すると（図５参照）、平常時の圧力降下と比較して、上流側の圧力が上昇して駆動部２３前後での圧力降下（ΔＰ１２）が増大する。また、憤発が発生し得るような過剰な塑性流動化が発生すると（図６参照）、平常時の圧力降下と比較して、土砂の流動抵抗の低下によって駆動部２３前後での圧力降下が減少する。そのため、閉塞や憤発の予兆となるような圧力降下の変化を適切に検知することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、構造変化部Ｖが、スクリュコンベア４内のスクリュ２２の外周部と一体回転する外周駆動型の駆動部２３を含む。これにより、閉塞や憤発が発生しやすい構造変化部Ｖとしての駆動部２３の前後（上流側近傍および下流側近傍）における圧力変動を取得することによって、ピンポイントの圧力計測値から、閉塞または憤発の発生の予測が可能な排土状況を把握することが可能となる。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第２実施形態では、構造変化部Ｖとしての外周駆動型の駆動部２３の上流側および下流側に土圧センサ３１および３２を配置した上記第１実施形態に加えて、構造変化部Ｖとしての多段スクリュコンベア１０４の接続部分１０５の上流側および下流側に土圧センサを配置する例について説明する。なお、第２実施形態において、上記第１実施形態と同様の構成については、同一の符号を用いるとともに説明を省略する。

図７に示すように、第２実施形態のシールド掘進機１（図１参照）は、図１のスクリュコンベア４に代えて、多段スクリュコンベア１０４を備える。多段スクリュコンベア１０４は、搬送方向に接続された複数のスクリュコンベアを有する。図７では、２つのスクリュコンベア１０６および１０７が設けられた２段の多段スクリュコンベア１０４の例を示すが、多段スクリュコンベア１０４は３段以上であってもよい。図７において、個々のスクリュコンベア１０６および１０７は、上記第１実施形態と同様の外周駆動型の駆動部２３を有するが、第２実施形態では、外周駆動型の駆動部２３に代えて、回転軸２２ａを駆動するタイプ（ここでは「中心駆動型」という）の駆動部を採用してもよい。なお、図７では、便宜的に、スクリュ２２の回転軸２２ａの図示を省略している。

多段スクリュコンベア１０４は、接続された複数のスクリュコンベア４の間で掘削土砂の搬送経路を屈曲させるように構成されており、シールド掘進機１内における設置スペースの都合などに応じて形状自由度の高い搬送経路を実現することが可能である。そのため、多段スクリュコンベア１０４では、それぞれ直線円筒状のスクリュコンベア１０６および１０７が、互いに異なる傾斜角度を有するように設置されている。図７の例では、上流側のスクリュコンベア１０６は、回転軸線Ａの延びる方向に対して角度θ１の仰角で設けられ、下流側のスクリュコンベア１０７は、角度θ１よりも小さい角度θ２の仰角で設けられている。

上流側のスクリュコンベア１０６は、一端がチャンバ３内に露出する入口部２４となっており、他端がスクリュコンベア１０７と接続する受渡口１０８となっている。下流側のスクリュコンベア１０７は、一端がスクリュコンベア１０６の受渡口１０８と接続する受入口１０９となっており、他端が土砂を排出する出口部２５となっている。受渡口１０８と受入口１０９とは、ケーシング２１同士が接続されることにより、多段スクリュコンベア１０４の屈曲した接続部分１０５を構成している。

第２実施形態では、構造変化部Ｖは、外周駆動型の駆動部２３に加えて、複数のスクリュコンベア１０６、１０７を有する多段スクリュコンベア１０４におけるスクリュコンベア間の接続部分１０５を含む。すなわち、接続部分１０５では、スクリュコンベア１０６および１０７の各々のスクリュ２２の端部が近傍に配置されているものの、部分的にスクリュ２２が配置されない領域が存在している。つまり、接続部分１０５の内部では、掘削土砂に搬送力が付与されずに上流側から搬送されてくる土砂に押されることによって土砂が下流側に移動する領域が存在する。このため、接続部分１０５は、他のケーシング２１内部と比較して土砂の滞留が発生しやすいといえる。

したがって、図７の例では、構造変化部Ｖは、接続部分１０５と、スクリュコンベア１０６および１０７の各々の外周駆動型の駆動部２３との、合計３箇所存在している。そこで、第２実施形態では、これらの構造変化部Ｖの上流側近傍および下流側近傍のそれぞれにおける多段スクリュコンベア１０４内の圧力を計測するように、土圧センサ３１および土圧センサ３２が設けられている。そして、第２実施形態では、シールド掘進機１は、それぞれの土圧センサ３１および土圧センサ３２の圧力計測値に基づいて、多段スクリュコンベア１０４内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知するように構成されている。なお、排土状況の検知方法については、上記第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

図７の構成例では、スクリュコンベア１０６の駆動部２３と接続部分１０５とが互いに近傍の位置に配置されている。そこで、土圧センサ３１および土圧センサ３２の一部を共通化することにより、土圧センサの数を低減している。すなわち、スクリュコンベア１０６の駆動部２３と接続部分１０５との間の土圧センサ１３０は、スクリュコンベア１０６の駆動部２３の下流側近傍の土圧センサ（土圧センサ３２）として機能するとともに、接続部分１０５の上流側の土圧センサ（土圧センサ３１）としても機能する。土圧センサ１３０は、特許請求の範囲の「第１土圧計」および「第２土圧計」の一例である。

図７の構成例では、スクリュコンベア１０６の駆動部２３の上流側近傍の位置Ｓ１およびスクリュコンベア１０７の駆動部２３の上流側近傍の位置Ｓ５に、それぞれ土圧センサ３１が設けられている。接続部分１０５の下流側近傍の位置Ｓ４、およびスクリュコンベア１０７の駆動部２３の下流側近傍の位置Ｓ６に、それぞれ土圧センサ３２が設けられている。そして、スクリュコンベア１０６の駆動部２３の下流側近傍かつ接続部分１０５の上流側近傍の位置Ｓ２に、兼用の土圧センサ１３０が設けられている。なお、第２実施形態においても、ケーシング２１の入口部２４の近傍位置Ｓ３に、土圧センサ３３が設置される例を示している。

第２実施形態では、土圧センサ３１、土圧センサ３２、土圧センサ１３０および土圧センサ３３の合計６つの土圧センサの各圧力計測値に基づいて、閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況が検知できる。

なお、図７に示したように複数の構造変化部Ｖ（スクリュコンベア１０６の駆動部２３と接続部分１０５）が互いに近傍に位置する場合には、これらの駆動部２３と接続部分１０５とをまとめて１つの構造変化部Ｖと見なして、上流側近傍の位置Ｓ１と、下流側近傍の位置Ｓ４とにそれぞれ土圧センサ３１および土圧センサ３２を設けるだけで、位置Ｓ２の土圧センサ１３０を省略してもよい。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第２実施形態では、上記第１実施形態と同様に、構造変化部Ｖの上流側近傍および下流側近傍のそれぞれに設けた土圧センサ３１および土圧センサ３２（土圧センサ１３０）の圧力計測値に基づいて、スクリュコンベア４内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知するようにシールド掘進機１（図１参照）を構成することにより、より少数の土圧センサによって閉塞や憤発の発生を予測可能にし、シールド掘進機１の運用に伴う作業負担を軽減することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、構造変化部Ｖが、多段スクリュコンベア１０４におけるスクリュコンベア（１０６、１０７）間の接続部分１０５を含む。これにより、屈曲して長大な多段スクリュコンベア１０４においても、極力少数の土圧センサによるピンポイントの圧力計測値から、閉塞または憤発の発生の予測が可能な排土状況を把握することが可能となる。

［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態では、上記第１実施形態および第２実施形態とは異なり、構造変化部Ｖとしてのスクリュ構造の変化部分２０５の上流側および下流側に土圧センサを配置する例について説明する。なお、第３実施形態では、スクリュコンベア４の一部のみを示して説明し、その他の構成については、上記第１実施形態と同様であるものとする。

第３実施形態では、図８に示すように、土圧センサ３１および土圧センサ３２が、構造変化部Ｖとしてのスクリュ構造の変化部分２０５の上流側近傍および下流側近傍のそれぞれにおけるスクリュコンベア４内の圧力を計測するように設けられる。

図８の例では、スクリュ構造の変化部分２０５は、軸付きスクリュとリボンスクリュとの切り替わり箇所である。すなわち、第３実施形態のスクリュコンベア２０４は、軸付きスクリュ２０６と軸なしのリボンスクリュ２０７とが途中で切り替わる複合タイプのスクリュ２２を含んでいる。リボンスクリュ２０７は、端部にのみ、軸付きスクリュ２０６の回転軸２２ａとの接続用の軸部分２０８を有している他は、軸部を有していない。なお、図８では入口部２４側が軸付きスクリュ２０６であり、出口部２５側がリボンスクリュ２０７となっている例を示しているが、配置が逆でもよい。図８の場合、回転軸２２ａが存在していた領域が、スクリュ構造の変化部分２０５以降において回転軸２２ａの存在しない空間に切り替わるため、スクリュ構造の変化部分２０５の前後でスクリュコンベア２０４内の通過抵抗（圧力降下）が変化する。

また、軸付きスクリュ２０６では、回転軸２２ａが羽根２２ｂの補強構造として機能するため、羽根２２ｂの厚みｔ１は小さく設定することができる。一方、軸なしのリボンスクリュ２０７では、羽根２２ｂ自体に十分な強度を持たせるため、羽根２２ｂの厚みｔ２が相対的に大きく設定される（厚みｔ１＜厚みｔ２）。そのため、図８の場合、スクリュ構造の変化部分２０５において羽根２２ｂの厚みが切り替わるため、スクリュ構造の変化部分２０５の前後でスクリュコンベア２０４内の通過抵抗（圧力降下）が変化する。

このため、スクリュ構造の変化部分２０５は、上流側の軸付きスクリュ２０６のみの部分および下流側のリボンスクリュ２０７のみの部分と比較して土砂の滞留や土砂の塑性流動性の変化に起因する圧力変動が発生しやすい。そこで、第３実施形態では、スクリュ構造の変化部分２０５の上流側近傍（位置Ｓ１）および下流側近傍（位置Ｓ２）のそれぞれに配置された土圧センサ３１および土圧センサ３２の圧力計測値に基づいて、スクリュコンベア４内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況が検知される。排土状況の検知方法については、上記第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

（第３実施形態の効果）
第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第３実施形態では、上記第１実施形態と同様に、構造変化部Ｖの上流側近傍および下流側近傍のそれぞれに設けた土圧センサ３１および土圧センサ３２の圧力計測値に基づいて、スクリュコンベア４内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知するようにシールド掘進機１（図１参照）を構成することにより、より少数の土圧センサによって閉塞や憤発の発生を予測可能にし、シールド掘進機１の運用に伴う作業負担を軽減することができる。

また、第３実施形態では、上記のように、構造変化部Ｖが、スクリュ構造の変化部分２０５を含む。これにより、回転軸２２ａの有無や羽根２２ｂの厚みの変化などによって、土砂の通過抵抗が変動するスクリュ構造の変化部分２０５においても、極力少数の土圧センサによるピンポイントの圧力計測値から、閉塞または憤発の発生の予測が可能な排土状況を把握することが可能となる。

［第４実施形態］
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態では、上記第１〜第３実施形態とは異なり、構造変化部Ｖとしてのケーシング２１の形状変化部分３０５の上流側および下流側に土圧センサを配置する例について説明する。なお、第４実施形態では、スクリュコンベア４の一部のみを示して説明し、その他の構成については、上記第１実施形態と同様であるものとする。

第４実施形態では、図９に示すように、土圧センサ３１および土圧センサ３２が、構造変化部Ｖとしてのケーシング２１の形状変化部分３０５の上流側近傍および下流側近傍のそれぞれにおけるスクリュコンベア４内の圧力を計測するように設けられる。

図９の例では、ケーシング２１の形状変化部分３０５は、ケーシング２１の内径が変化する箇所である。すなわち、第４実施形態のスクリュコンベア３０４のケーシング２１は、内径Ｄ１を有する第１部分３０６と、内径Ｄ１よりも小さい内径Ｄ２を有する第２部分３０７とを有し、途中で内径が絞られる形状を有している。形状変化部分３０５は、大径の第１部分３０６と小径の第２部分３０７とを接続するように内径が変化する部分である。なお、ケーシング２１の内径の変化に伴い、スクリュ２２の外径も合わせて変化している。

図９では、形状変化部分３０５が、内径Ｄ１から内径Ｄ２へ徐々に内径が変化するテーパー状部分である例を示しているが、形状変化部分３０５は、たとえば所定位置で内径Ｄ１から内径Ｄ２へ内径が切り替わる段差状部分であってもよい。形状変化部分３０５は、直線的なテーパー形状以外に、円弧状断面などの丸みを帯びて湾曲した絞り形状でもよい。形状変化部分３０５は、小径部分から大径部分に内径が拡大するように変化する部分でもよい。形状変化部分３０５は、ケーシング２１が分岐または合流する部分でもよい。

形状変化部分３０５では、土砂の通路であるケーシング２１自体の形状が変化するため、土砂の通過抵抗が変動する。図９の場合、通路内径が形状変化部分３０５で絞られることにより、形状変化部分３０５の前後でスクリュコンベア２０４内の通過抵抗（圧力降下）が変化する。

このため、形状変化部分３０５は、内径一定の第１部分３０６および第２部分３０７と比較して、土砂の塑性流動性の変化に起因する圧力変動が発生しやすい。そこで、第４実施形態では、ケーシング２１の形状変化部分３０５の上流側近傍（位置Ｓ１）および下流側近傍（位置Ｓ２）のそれぞれに配置された土圧センサ３１および土圧センサ３２の圧力計測値に基づいて、スクリュコンベア４内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況が検知される。排土状況の検知方法については、上記第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

（第４実施形態の効果）
第４実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第４実施形態では、上記第１実施形態と同様に、構造変化部Ｖの上流側近傍および下流側近傍のそれぞれに設けた土圧センサ３１および土圧センサ３２の圧力計測値に基づいて、スクリュコンベア４内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知するようにシールド掘進機１（図１参照）を構成することにより、より少数の土圧センサによって閉塞や憤発の発生を予測可能にし、シールド掘進機１の運用に伴う作業負担を軽減することができる。

また、第４実施形態では、上記のように、構造変化部Ｖが、ケーシング２１の形状変化部分３０５を含む。これにより、土砂の通路自体の形状変化によって、土砂の通過抵抗が変動するケーシング２１の形状変化部分３０５においても、極力少数の土圧センサによるピンポイントの圧力計測値から、閉塞または憤発の発生の予測が可能な排土状況を把握することが可能となる。

なお、今回開示された実施形態および変形例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１〜第４実施形態では、泥土圧式シールド掘進機に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明を、泥水式シールド掘進機に適用してもよい。泥水式シールド掘進機の場合には、チャンバ３内に泥水を送り込んで掘削土砂をスラリー化し、スラリー化した掘削土砂をスクリュコンベア４から排出する。

また、上記第３〜第４実施形態では、スクリュコンベアの駆動部２３は、外周駆動型であってもよいし、中心駆動型であってもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、土圧センサ３１および３２に加えて、入口部２４側の計測位置における圧力を計測する土圧センサ３３をさらに設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、土圧センサ３１および３２のみを設けて、土圧センサ３３を設けなくてもよい。

また、構造変化部Ｖは、上記第１〜第４実施形態において例示した箇所に限られない。構造変化部は、スクリュコンベア内で、スクリュコンベアの構造が変化する箇所であれば上記した外周駆動型の駆動部２３、多段スクリュコンベア１０４の接続部分１０５、スクリュ構造の変化部分２０５、ケーシング２１の形状変化部分３０５以外の箇所であってもよい。構造変化部は、スクリュコンベア内の構造の変化に起因して通過抵抗（圧力損失）が変動する箇所であればよい。上述の通り、このような構造変化部の上流側近傍および下流側近傍の圧力計測値を取得することにより、多数の土圧センサによって広範囲の圧力勾配を取得するのと同等の精度での閉塞、憤発の予測が可能となる。

１ シールド掘進機
３ チャンバ
４ スクリュコンベア
２１ ケーシング
２２ スクリュ
２２ｃ 外周部
２３ 駆動部
２３ｆ 上流側端部
２３ｇ 下流側端部
２４ 入口部
３１ 土圧センサ（第１土圧計）
３２ 土圧センサ（第２土圧計）
３３ 土圧センサ（第３土圧計）
１０４ 多段スクリュコンベア
１０５ 接続部分
１０６、１０７ スクリュコンベア
１３０ 土圧センサ（第１土圧計、第２土圧計）
２０５ スクリュ構造の変化部分
３０５ ケーシングの形状変化部分
Ｖ 構造変化部
Ｐｓ 羽根ピッチ

Claims (6)

1. 掘削された土砂が貯留されるチャンバと、
   前記チャンバに接続されるケーシング、前記ケーシング内に配置されたスクリュ、および前記スクリュの外周部と一体回転する外周駆動型の駆動部を含み、前記チャンバ内の土砂を排出するスクリュコンベアと、
   前記駆動部の上流側および下流側のそれぞれにおける前記スクリュコンベア内の圧力を計測する第１土圧計および第２土圧計と、を備え、
   前記第１土圧計および前記第２土圧計は、それぞれ、前記駆動部の搬送方向端部から前記スクリュの羽根ピッチ分の範囲内の位置に配置されており、
   前記第１土圧計および前記第２土圧計の圧力計測値から取得される前記駆動部の圧力変動に基づいて、前記スクリュコンベア内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知するように構成されている、シールド掘進機。
2. 前記第１土圧計と前記ケーシングの入口部との間の前記入口部側の計測位置における圧力を計測する第３土圧計をさらに備え、
   前記第１土圧計、前記第２土圧計および前記第３土圧計のそれぞれの圧力計測値に基づいて、前記排土状況を検知するように構成されている、請求項１に記載のシールド掘進機。
3. 前記第１土圧計および前記第２土圧計による各圧力計測値の差分の変化に基づいて、前記排土状況を検知するように構成されている、請求項１または２に記載のシールド掘進機。
4. スクリュの外周部と接続され前記スクリュと一体回転する外周駆動型の駆動部を含み、掘削された土砂が貯留されるチャンバ内の土砂を排出するスクリュコンベアを備えるシールド掘進機における、前記スクリュコンベアの排土状況の検知方法であって、
   前記駆動部の上流側および下流側のそれぞれにおける前記駆動部の搬送方向端部から前記スクリュの羽根ピッチ分の範囲内の位置で、前記スクリュコンベア内の圧力を計測する工程と、
   前記駆動部の上流側および下流側の各圧力計測値から取得される前記駆動部の圧力変動に基づいて、前記スクリュコンベア内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知する工程と、を備える、スクリュコンベアの排土状況の検知方法。
5. 掘削された土砂が貯留されるチャンバと、
   前記チャンバに接続され、前記チャンバ内の土砂を排出するスクリュコンベアと、
   前記スクリュコンベアの構造が変化する構造変化部の上流側および下流側のそれぞれにおける前記スクリュコンベア内の圧力を計測する第１土圧計および第２土圧計と、を備え、
   前記第１土圧計および前記第２土圧計は、それぞれ、前記構造変化部の搬送方向端部からスクリュの羽根ピッチ分の範囲内の位置に配置されており、
   前記第１土圧計および前記第２土圧計の圧力計測値から取得される前記構造変化部の圧力変動に基づいて、前記スクリュコンベア内の閉塞または憤発の発生の予測に関する排土状況を検知するように構成されている、シールド掘進機。
6. 前記構造変化部は、複数の前記スクリュコンベアを有する多段スクリュコンベアにおける前記スクリュコンベア間の接続部分、スクリュ構造の変化部分、ケーシングの形状変化部分、のいずれかを含む、請求項５に記載のシールド掘進機。

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