JP7094862B2

JP7094862B2 - Shield digger

Info

Publication number: JP7094862B2
Application number: JP2018233110A
Authority: JP
Inventors: 健高原; 隆雄伊藤; 亮介脇田; 亮保▲土▼田
Original assignee: 地中空間開発株式会社
Priority date: 2018-12-13
Filing date: 2018-12-13
Publication date: 2022-07-04
Anticipated expiration: 2038-12-13
Also published as: JP2020094414A

Description

本発明は、シールド掘進機に関する。 The present invention relates to a shield excavator.

従来、シールド掘進機により安定した掘削を行うには、カッターヘッドに取り付けられたカッターを適時交換することが好ましいことが知られている。 Conventionally, it is known that it is preferable to replace the cutter attached to the cutter head in a timely manner in order to perform stable excavation by the shield excavator.

例えば特許文献１には、振動センサを用いて、切羽前方の地盤の状態を判定する地盤判定装置が開示されている。詳しくは、特許文献１の地盤判定装置では、回転するカッターヘッドに取り付けられたカッター（特許文献１ではビットと表記）に取り付けられた振動センサによってカッターと地山との間の摩擦により発生する振動を検出し、分析装置によってその振動の周波数に基づいて地盤判定テーブルを参照して、切羽前方の岩盤の種類が判定される。また、カッターが摩耗すると、地山との摩擦によって発生する振動の周波数が変移するため、摩耗分析部から出力されるカッターの摩耗量に基づき地盤判定テーブルを補正することで、正確な地盤の判定ができるとのことである。 For example, Patent Document 1 discloses a ground determination device that determines the state of the ground in front of the face using a vibration sensor. Specifically, in the ground determination device of Patent Document 1, vibration generated by friction between the cutter and the ground by a vibration sensor attached to a cutter attached to a rotating cutter head (denoted as a bit in Patent Document 1). Is detected, and the type of bedrock in front of the face is determined by the analyzer with reference to the ground determination table based on the frequency of the vibration. In addition, when the cutter wears, the frequency of vibration generated by friction with the ground changes, so by correcting the ground judgment table based on the amount of wear of the cutter output from the wear analysis unit, accurate ground judgment can be made. It is said that it can be done.

特開平１０－１９８５３号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 10-19853

しかしながら、特許文献１の地盤判定装置は、地盤の種類の判定を行うものであって、カッターの掘削に関する評価を行うものではない。掘削効率が低下する要因を予測することは、カッターの交換時期などを知る上で重要である。 However, the ground determination device of Patent Document 1 determines the type of ground, and does not evaluate the excavation of the cutter. It is important to predict the factors that reduce the excavation efficiency in order to know when to replace the cutter.

そこで、本発明は、掘削効率が低下する要因を予測することができるシールド掘進機を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a shield excavator capable of predicting factors that reduce excavation efficiency.

本発明者は、掘削効率と逆の関係にある掘削指数を見出し、以下の通り、当該掘削指数に基づき掘削効率が低下する要因を予測することを見い出した。
本発明のシールド掘進機は、掘進機本体と、前記掘進機本体の先端に設けられたカッターヘッドと、前記掘進機本体を前進させるシールドジャッキと、掘削に関する評価を行う評価装置と、を備え、前記評価装置は、前記カッターヘッドのトルク（Ｔ）と前記カッターヘッドの回転数（ｒ）と前記シールドジャッキの推力（Ｆ）との積を前記掘進機本体の速度（Ｖ）で除算した掘削指数を経時的に算出し、前記掘削指数がピークとなる場合に、前記カッターヘッドのトルク（Ｔ）、前記カッターヘッドの回転数（ｒ）、および前記シールドジャッキの推力（Ｆ）を含む群から選択される何れか１つ又は２つの積を前記掘進機本体の速度（Ｖ）で除算した評価指数に基づいて前記掘削指数がピークとなる要因を予測するように構成されているものである。 The present inventor has found an excavation index that is inversely related to the excavation efficiency, and has found that the factors that reduce the excavation efficiency are predicted based on the excavation index as follows.
The shield excavator of the present invention includes an excavator main body, a cutter head provided at the tip of the excavator main body, a shield jack for advancing the excavator main body, and an evaluation device for evaluating excavation. The evaluation device has an excavation index obtained by dividing the product of the torque (T) of the cutter head, the rotation speed (r) of the cutter head, and the thrust force (F) of the shield jack by the speed (V) of the excavator main body. Is calculated over time, and when the excavation index reaches its peak, it is selected from the group including the torque (T) of the cutter head, the rotation speed (r) of the cutter head, and the thrust (F) of the shield jack. It is configured to predict the factor at which the excavation index peaks based on the evaluation index obtained by dividing the product of any one or two of the excavation machines by the speed (V) of the excavator main body.

本発明に従えば、掘削指数がピークとなる場合に、評価指数に基づき掘削指数がピークとなる要因、換言すれば掘削効率の低下の要因が予測される。詳しくは、評価装置によって、評価指数として、シールドジャッキの押し付け指数（Ｆ／Ｖ）、カッターの回転指数（ｒ／Ｖ）、カッターのトルク指数（Ｔ／Ｖ）、第１施工状態指数（（ｒ×Ｆ）／Ｖ）、第２施工状態指数（（Ｔ×ｒ）／Ｖ）、および掘削状態指数（（Ｔ×Ｆ）／Ｖ）のうち少なくとも１つが算出され、上記掘削指数のピークと評価指数とが関連付けされる。具体的には、掘削指数のピークと押し付け指数（Ｆ／Ｖ）との関連付けにより、掘削効率の低下がシールドジャッキの押し付け力の大きさに起因したものであることが予測される。掘削指数のピークとカッターの回転指数（ｒ／Ｖ）との関連付けにより、掘削効率の低下がカッターの回転不足に起因したものであることが予測される。掘削指数のピークとカッターのトルク指数（Ｔ／Ｖ）との関連付けにより、掘削効率の低下がカッターの切削性低下または掘削土の流動性の低下に起因したものであることが予測される。 According to the present invention, when the excavation index peaks, a factor that causes the excavation index to peak based on the evaluation index, in other words, a factor that reduces the excavation efficiency is predicted. Specifically, depending on the evaluation device, the evaluation indexes include the shield jack pressing index (F / V), the cutter rotation index (r / V), the cutter torque index (T / V), and the first construction condition index ((r). At least one of × F) / V), the second construction condition index ((T × r) / V), and the excavation condition index ((T × F) / V) is calculated and evaluated as the peak of the excavation index. Associated with the exponent. Specifically, by associating the peak of the excavation index with the pressing index (F / V), it is predicted that the decrease in excavation efficiency is caused by the magnitude of the pressing force of the shield jack. By associating the peak of the excavation index with the rotation index (r / V) of the cutter, it is predicted that the decrease in excavation efficiency is caused by the insufficient rotation of the cutter. By associating the peak of the excavation index with the torque index (T / V) of the cutter, it is predicted that the decrease in excavation efficiency is due to the decrease in the machinability of the cutter or the decrease in the fluidity of the excavated soil.

また、掘削指数のピークと第１施工状態指数（（ｒ×Ｆ）／Ｖ）との関連付けにより、掘削効率の低下が土質状態に起因したものであることが予測される。掘削指数のピークと第２施工状態指数（（Ｔ×ｒ）／Ｖ）との関連付けにより、掘削効率の低下がカッターの摩耗量に起因したものであることが予測される。掘削指数のピークと掘削状態指数（（Ｔ×Ｆ）／Ｖ）との関連付けにより、掘削効率の低下が地山強度（掘削土の流動性）の大きさに起因したものであることが予測される。以上の構成により、各評価指数に基づいて掘削指数がピークとなる要因を予測することができるので、掘削効率が低下する要因を予測することが可能となる。 Further, by associating the peak of the excavation index with the first construction condition index ((r × F) / V), it is predicted that the decrease in excavation efficiency is caused by the soil condition. By associating the peak of the excavation index with the second construction condition index ((T × r) / V), it is predicted that the decrease in excavation efficiency is due to the amount of wear of the cutter. By associating the peak of the excavation index with the excavation state index ((T × F) / V), it is predicted that the decrease in excavation efficiency is due to the magnitude of the ground strength (fluidity of excavated soil). To. With the above configuration, it is possible to predict the factors that cause the excavation index to peak based on each evaluation index, and therefore it is possible to predict the factors that reduce the excavation efficiency.

上記発明において、前記評価装置は、同じ所定時間範囲における前記掘削指数のピークと前記評価指数のピークとの重なり合いの有無を検出し前記予測を行うように構成されていてもよい。 In the above invention, the evaluation device may be configured to detect the presence or absence of overlap between the peak of the excavation index and the peak of the evaluation index in the same predetermined time range and perform the prediction.

上記構成に従えば、掘削指数のピークと各評価指数との関連付けを行い易くなる。 According to the above configuration, it becomes easy to associate the peak of the excavation index with each evaluation index.

上記発明において、シールド掘進機は、前記カッターヘッドに設けられて掘削土の温度又は前記カッターヘッドの温度を検出する温度センサをさらに備え、前記評価装置は、前記温度センサの検出結果に基づき前記要因を予測するように構成されていてもよい。 In the above invention, the shield excavator further includes a temperature sensor provided on the cutter head to detect the temperature of the excavated soil or the temperature of the cutter head, and the evaluation device is based on the detection result of the temperature sensor. May be configured to predict.

上記構成に従えば、掘削効率が低下する要因を予測する際の信頼性をより向上することができる。例えば、カッターヘッドのトルクやシールドジャッキの推力が上がっただけでは地山強度が上がっただけの可能性がある。これに対して、カッターヘッドのトルクやシールドジャッキの推力と共に温度センサによる温度が上がった場合には、掘削土との摩擦抵抗が上昇していることが分かる。これにより、掘削土の流動性が低下していることや、カッタービットの摩耗に起因した地山とカッターヘッドとの摩擦抵抗が上昇していることを予測することが可能となる。また、カッターヘッドのトルクやシールドジャッキの推力は上がらずに、温度センサによる温度が上がった場合には、掘削指数に表れない閉塞やカッタービットの摩耗による摩擦の増加を検知することができる。さらに、カッターヘッドに対する抵抗力が生じてもトルクの変化は少ない場合が多いが、機敏に変化する上記温度を早期に捉えれば、異常検知を早期に行うことができる。 According to the above configuration, it is possible to further improve the reliability in predicting the factors that reduce the excavation efficiency. For example, it is possible that just increasing the torque of the cutter head or the thrust of the shield jack will only increase the strength of the ground. On the other hand, when the temperature of the temperature sensor rises along with the torque of the cutter head and the thrust of the shield jack, it can be seen that the frictional resistance with the excavated soil rises. This makes it possible to predict that the fluidity of the excavated soil is decreasing and that the frictional resistance between the ground and the cutter head due to the wear of the cutter bit is increasing. Further, when the torque of the cutter head and the thrust of the shield jack do not increase and the temperature rises due to the temperature sensor, it is possible to detect an increase in friction due to a blockage that does not appear in the excavation index or wear of the cutter bit. Further, even if a resistance force to the cutter head is generated, the change in torque is often small, but if the above-mentioned temperature that changes agilely is caught at an early stage, abnormality detection can be performed at an early stage.

本発明によれば、掘削効率が低下する要因を予測することが可能なシールド掘進機を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a shield excavator capable of predicting a factor that reduces excavation efficiency.

本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の断面図である。It is sectional drawing of the shield excavator which concerns on one Embodiment of this invention. シールド掘進機における各構成のブロック図である。It is a block diagram of each configuration in a shield excavator. 掘削指数の経時的変化を示すグラフである。It is a graph which shows the time-dependent change of the excavation index. （ａ）は押し付け指数（Ｆ／Ｖ）の経時的変化を示すグラフであり、（ｂ）はカッターの回転指数（ｒ／Ｖ）の経時的変化を示すグラフであり、（ｃ）はカッターのトルク指数（Ｔ／Ｖ）の経時的変化を示すグラフである。(A) is a graph showing the time course of the pressing index (F / V), (b) is a graph showing the time course of the rotation index (r / V) of the cutter, and (c) is a graph showing the time course of the cutter. It is a graph which shows the time-dependent change of the torque index (T / V). （ａ）は第１施工状態指数（（ｒ×Ｆ）／Ｖ）の経時的変化を示すグラフであり、（ｂ）は第２施工状態指数（（Ｔ×ｒ）／Ｖ）の経時的変化を示すグラフであり、（ｃ）は掘削状態指数（（Ｔ×Ｆ）／Ｖ）の経時的変化を示すグラフである。(A) is a graph showing the time course of the first construction state index ((r × F) / V), and (b) is the time course of the second construction state index ((T × r) / V). (C) is a graph showing a change over time in the excavation state index ((T × F) / V).

以下、本発明に係る実施形態のシールド掘進機について図面を参照して説明する。以下に説明するシールド掘進機は、本発明の一実施形態に過ぎない。従って、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で追加、削除および変更が可能である。 Hereinafter, the shield excavator according to the embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The shield excavator described below is only one embodiment of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the following embodiments, and can be added, deleted, and modified without departing from the spirit of the present invention.

図１に本発明の一実施形態に係るシールド掘進機１０を示す。シールド掘進機１０は泥水式のシールド掘進機であるが、これに限らず、泥土圧式のシールド掘進機を採用してもよい。シールド掘進機１０は、筒状の掘進機本体１と、掘進機本体１の前方（シールド掘進機１０の進行方向）に配置され、カッターが設けられて図略のバルクヘッドと共にカッターチャンバを形成するカッターヘッド１１とを含む。 FIG. 1 shows a shield excavator 10 according to an embodiment of the present invention. The shield excavator 10 is a muddy water type shield excavator, but the present invention is not limited to this, and a muddy soil pressure type shield excavator may be adopted. The shield excavator 10 is arranged in front of the cylindrical excavator main body 1 and the excavator main body 1 (in the traveling direction of the shield excavator 10), and a cutter is provided to form a cutter chamber together with the bulkhead shown in the figure. Includes a cutter head 11.

上記の掘進機本体１は前胴１２および後胴１３を含む。掘進機本体１は折れ曲がり可能となっている。前胴１２および後胴１３の内側には、セグメントリング２５を押圧して掘進機本体１を前進させる複数のシールドジャッキ１４が配置されている。 The excavator main body 1 includes a front body 12 and a rear body 13. The excavator main body 1 can be bent. Inside the front body 12 and the rear body 13, a plurality of shield jacks 14 that press the segment ring 25 to advance the excavator main body 1 are arranged.

また、図２に示すように、本実施形態のシールド掘進機１は、カッターヘッド１１の駆動系に設けられてカッターの回転トルク（Ｔ）を検出するトルクセンサ５１と、カッターヘッド１１の駆動系に設けられてカッターの回転数（ｒ）を検出する回転センサ５２と、シールドジャッキ１４の推力（Ｆ）を検出する推力センサ５３と、掘進機本体１の速度（Ｖ）を検出する速度センサ５４と、カッターヘッド１１の例えば中心部に設けられて上記カッターチャンバ内の掘削土の温度又はカッターヘッド１１の温度を検出する温度センサ５５と、評価装置５０とを備えている。トルクセンサ５１は例えばカッターヘッド１１の回転トルクを検出する。回転センサ５２は例えばカッターヘッド１１を回転駆動する駆動モータの回転数を検出する。推力センサ５３は例えばシールドジャッキ１４の圧力を検出する圧力センサである。評価装置５０により、推力センサ５３の検出結果からシールドジャッキ１４の推力が算出される。速度センサ５４は例えばシールドジャッキ１４のストローク量を検出するストロークセンサである。評価装置５０により、速度センサ５４の検出結果からシールド掘進機１の推進速度（例えばｍｍ／ｍｉｎ）が算出される。また、評価装置５０は、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリとＣＰＵを有するコンピュータであり、ＲＯＭに格納されたプログラムがＣＰＵにより実行される。 Further, as shown in FIG. 2, the shield excavator 1 of the present embodiment is provided with a torque sensor 51 provided in the drive system of the cutter head 11 to detect the rotation torque (T) of the cutter, and the drive system of the cutter head 11. A rotation sensor 52 for detecting the rotation number (r) of the cutter, a thrust sensor 53 for detecting the thrust (F) of the shield jack 14, and a speed sensor 54 for detecting the speed (V) of the excavator main body 1 A temperature sensor 55 provided at the center of the cutter head 11 for detecting the temperature of the excavated soil in the cutter chamber or the temperature of the cutter head 11 and an evaluation device 50 are provided. The torque sensor 51 detects, for example, the rotational torque of the cutter head 11. The rotation sensor 52 detects, for example, the rotation speed of the drive motor that rotationally drives the cutter head 11. The thrust sensor 53 is, for example, a pressure sensor that detects the pressure of the shield jack 14. The evaluation device 50 calculates the thrust of the shield jack 14 from the detection result of the thrust sensor 53. The speed sensor 54 is, for example, a stroke sensor that detects the stroke amount of the shield jack 14. The evaluation device 50 calculates the propulsion speed (for example, mm / min) of the shield excavator 1 from the detection result of the speed sensor 54. Further, the evaluation device 50 is a computer having a memory such as ROM and RAM and a CPU, and a program stored in the ROM is executed by the CPU.

評価装置５０は、トルクセンサ５１からカッターの回転トルク（Ｔ）の検出結果を受け取り、回転センサ５２からカッターの回転数（ｒ）の検出結果を受け取り、推力センサ５３からシールドジャッキ１４の推力（Ｆ）の検出結果を受け取り、速度センサ５４から掘進機本体１の速度（Ｖ）の検出結果を受け取る。 The evaluation device 50 receives the detection result of the rotation torque (T) of the cutter from the torque sensor 51, the detection result of the rotation speed (r) of the cutter from the rotation sensor 52, and the thrust (F) of the shield jack 14 from the thrust sensor 53. ) Is received, and the speed (V) detection result of the excavator main body 1 is received from the speed sensor 54.

また、評価装置５０は、カッターヘッドのトルク（Ｔ）とカッターヘッドの回転数（ｒ）とシールドジャッキの推力（Ｆ）との積を掘進機本体の速度（Ｖ）で除算した掘削指数（（Ｔ×ｒ×Ｆ）／Ｖ）を経時的に算出するように構成されている。 Further, the evaluation device 50 divides the product of the torque (T) of the cutter head, the rotation speed (r) of the cutter head, and the thrust (F) of the shield jack by the speed (V) of the excavator main body (((). It is configured to calculate T × r × F) / V) over time.

さらに、評価装置５０は、上記の掘削指数がピークとなる場合に、カッターヘッドのトルク（Ｔ）、カッターヘッドの回転数（ｒ）、およびシールドジャッキの推力（Ｆ）を含む群から選択される何れか１つ又は２つの積を掘進機本体の速度（Ｖ）で除算した評価指数に基づいて、上記掘削指数がピークとなる要因、即ち掘削効率が低下する要因を予測するように構成されている。具体的には、評価装置５０は、上記評価指数として、シールドジャッキ１４の押し付け指数（Ｆ／Ｖ）、カッターの回転指数（ｒ／Ｖ）、カッターのトルク指数（Ｔ／Ｖ）、第１施工状態指数（（ｒ×Ｆ）／Ｖ）、第２施工状態指数（（Ｔ×ｒ）／Ｖ）、および掘削状態指数（（Ｔ×Ｆ）／Ｖ）のうち少なくとも１つを算出するように構成されている。 Further, the evaluation device 50 is selected from the group including the torque (T) of the cutter head, the rotation speed (r) of the cutter head, and the thrust force (F) of the shield jack when the above excavation index peaks. Based on the evaluation index obtained by dividing the product of any one or two by the speed (V) of the excavator body, it is configured to predict the factor that causes the excavation index to peak, that is, the factor that reduces the excavation efficiency. There is. Specifically, the evaluation device 50 has, as the evaluation index, the pressing index (F / V) of the shield jack 14, the rotation index (r / V) of the cutter, the torque index (T / V) of the cutter, and the first construction. Calculate at least one of the condition index ((r × F) / V), the second construction condition index ((T × r) / V), and the excavation condition index ((T × F) / V). It is configured.

以下、掘削指数がピークとなる要因の予測方法について図面を参照しながら説明する。図３に示すように、評価装置５０により算出される掘削指数（（Ｔ×ｒ×Ｆ）／Ｖ）の経時的変化において、例えば６つのピークが出現するとする。ピークが出現する時間をＴ１～Ｔ６とする。上記した通り、掘削指数は掘削効率と逆の関係にあるので、図３の例でいえば、掘削効率が大きく低下するポイントが６つ存在するということになる。なお、図３において、ピークが出現するポイントを時間で表すこと、即ちグラフの横軸を時間で表すこととしたが、これに限定されるものではなく、シールド掘進機１０により接続されたセグメントリング２５のリング数で表してもよい。 Hereinafter, the method of predicting the factor at which the excavation index peaks will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 3, it is assumed that, for example, six peaks appear in the time course of the excavation index ((T × r × F) / V) calculated by the evaluation device 50. The time when the peak appears is T1 to T6. As described above, the excavation index has the opposite relationship to the excavation efficiency. Therefore, in the example of FIG. 3, there are six points where the excavation efficiency is significantly reduced. In FIG. 3, the point where the peak appears is represented by time, that is, the horizontal axis of the graph is represented by time, but the present invention is not limited to this, and the segment ring connected by the shield excavator 10 is used. It may be expressed by the number of rings of 25.

評価装置５０により算出されるシールドジャッキ１４の押し付け指数（Ｆ／Ｖ）の経時的変化は、例えば図４（ａ）のようになる。図４（ａ）において、押し付け指数（Ｆ／Ｖ）のピークは、例えば時間Ｔ１，Ｔ４，Ｔ６で出現する。したがって、押し付け指数（Ｆ／Ｖ）のピークが出現した時点Ｔ１，Ｔ４，Ｔ６で、シールドジャッキ１４の押し付けが過大であることがいえる。 The change with time of the pressing index (F / V) of the shield jack 14 calculated by the evaluation device 50 is as shown in FIG. 4A, for example. In FIG. 4A, the peak of the pressing index (F / V) appears, for example, at times T1, T4, and T6. Therefore, it can be said that the pressing of the shield jack 14 is excessive at T1, T4, and T6 when the peak of the pressing index (F / V) appears.

また、評価装置５０により算出されるカッターの回転指数（ｒ／Ｖ）の経時的変化は、例えば図４（ｂ）のようになる。図４（ｂ）において、回転指数（ｒ／Ｖ）のピークは、例えば時間Ｔ２，Ｔ４，Ｔ５で出現する。したがって、カッターの回転指数（ｒ／Ｖ）のピークが出現した時点Ｔ２，Ｔ４，Ｔ５で、カッターの回転過多が生じていることがいえる。 Further, the change with time of the rotation index (r / V) of the cutter calculated by the evaluation device 50 is as shown in FIG. 4 (b), for example. In FIG. 4 (b), the peak of the rotation index (r / V) appears at time T2, T4, T5, for example. Therefore, it can be said that excessive rotation of the cutter occurs at T2, T4, and T5 at the time when the peak of the rotation index (r / V) of the cutter appears.

また、評価装置５０により算出されるカッターのトルク指数（Ｔ／Ｖ）の経時的変化は、例えば図４（ｃ）のようになる。図４（ｃ）において、トルク指数（Ｔ／Ｖ）のピークは、例えば時間Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６で出現する。したがって、カッターのトルク指数（Ｔ／Ｖ）のピークが出現した時点Ｔ３，Ｔ５，Ｔ６で、掘削（もしくは切削）抵抗又は摩擦抵抗が大きいことがいえる。 Further, the change with time of the torque index (T / V) of the cutter calculated by the evaluation device 50 is as shown in FIG. 4 (c), for example. In FIG. 4 (c), the peak of the torque index (T / V) appears at time T3, T5, T6, for example. Therefore, it can be said that the excavation (or cutting) resistance or the frictional resistance is large at T3, T5, and T6 when the peak of the torque index (T / V) of the cutter appears.

また、評価装置５０により算出される第１施工状態指数（（ｒ×Ｆ）／Ｖ）の経時的変化は、例えば図５（ａ）のようになる。図５（ａ）において、第１施工状態指数（（ｒ×Ｆ）／Ｖ）のピークは、例えば時間Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６で出現する。したがって、第１施工状態指数（（ｒ×Ｆ）／Ｖ）のピークが出現した時点Ｔ１，Ｔ２，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６で、カッター貫入抵抗が高い又は掘削土の流動性が低下していることがいえる。 Further, the change with time of the first construction state index ((r × F) / V) calculated by the evaluation device 50 is as shown in FIG. 5A, for example. In FIG. 5A, the peak of the first construction state index ((r × F) / V) appears, for example, at time T1, T2, T4, T5, T6. Therefore, at the time when the peak of the first construction condition index ((r × F) / V) appears, the cutter penetration resistance is high or the fluidity of the excavated soil is low at T1, T2, T4, T5, T6. Can be said.

また、評価装置５０により算出される第２施工状態指数（（Ｔ×ｒ）／Ｖ）の経時的変化は、例えば図５（ｂ）のようになる。図５（ｂ）において、第２施工状態指数（（Ｔ×ｒ）／Ｖ）のピークは、例えば時間Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６で出現する。したがって、第２施工状態指数（（Ｔ×ｒ）／Ｖ）のピークが出現した時点Ｔ２，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６で、カッターの摩耗量が増大又は掘削土の流動性が低下していることがいえる。 Further, the change with time of the second construction state index ((T × r) / V) calculated by the evaluation device 50 is as shown in FIG. 5 (b), for example. In FIG. 5B, the peak of the second construction state index ((T × r) / V) appears, for example, at time T2, T3, T4, T5, T6. Therefore, at T2, T3, T4, T5, and T6 when the peak of the second construction condition index ((T × r) / V) appears, the amount of wear of the cutter increases or the fluidity of the excavated soil decreases. It can be said.

さらに、評価装置５０により算出される掘削状態指数（（Ｔ×Ｆ）／Ｖ）の経時的変化は、例えば図５（ｃ）のようになる。図５（ｃ）において、掘削状態指数（（Ｔ×Ｆ）／Ｖ）のピークは、例えば時間Ｔ１，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６で出現する。したがって、掘削状態指数（（Ｔ×Ｆ）／Ｖ）のピークが出現した時点Ｔ１，Ｔ３，Ｔ４，Ｔ５，Ｔ６で、地山強度が高くなっている又は掘削土の流動性が低下していることがいえる。 Further, the change with time of the excavation state index ((T × F) / V) calculated by the evaluation device 50 is as shown in FIG. 5 (c), for example. In FIG. 5 (c), the peak of the excavation state index ((T × F) / V) appears, for example, at time T1, T3, T4, T5, T6. Therefore, at the time when the peak of the excavation state index ((T × F) / V) appears, the ground strength is high or the fluidity of the excavated soil is low at T1, T3, T4, T5, T6. It can be said.

ここで、評価装置５０は、同じ所定時間範囲における掘削指数（（Ｔ×ｒ×Ｆ）／Ｖ）のピークと各評価指数のピークとの重なり合いの有無を検出する。具体的には、評価装置５０は、掘削指数（（Ｔ×ｒ×Ｆ）／Ｖ）においてピークが出現している時間Ｔ１～Ｔ６と同じ時間（幅を設定してもよい）にピークが出現する各評価指数を検出する。 Here, the evaluation device 50 detects whether or not the peak of the excavation index ((T × r × F) / V) overlaps with the peak of each evaluation index in the same predetermined time range. Specifically, in the evaluation device 50, the peak appears at the same time (the width may be set) as the time T1 to T6 at which the peak appears in the excavation index ((T × r × F) / V). Detect each evaluation index.

この場合、時間Ｔ１については、評価装置５０により押し付け指数（Ｆ／Ｖ）、第１施工状態指数（（ｒ×Ｆ）／Ｖ）、および掘削状態指数（（Ｔ×Ｆ）／Ｖ）が検出される。これによって、掘削指数と押し付け指数とが関連付けされ、掘削指数と第１施工状態指数とが関連付けされ、掘削指数と掘削状態指数とが関連付けされる。これにより、時間Ｔ１における掘削効率の低下が、シールドジャッキの押し付け力の大きさ、土質状態、掘削土の流動性および地山強度の大きさに起因したものであることを予測することができる。 In this case, for the time T1, the pressing index (F / V), the first construction condition index ((r × F) / V), and the excavation condition index ((T × F) / V) are detected by the evaluation device 50. Will be done. As a result, the excavation index and the pressing index are associated with each other, the excavation index and the first construction condition index are associated with each other, and the excavation index and the excavation condition index are associated with each other. From this, it can be predicted that the decrease in excavation efficiency at time T1 is due to the magnitude of the pressing force of the shield jack, the soil condition, the fluidity of the excavated soil, and the magnitude of the ground strength.

以下同様に、時間Ｔ２については、評価装置５０によりカッターの回転指数（ｒ／Ｖ）、第１施工状態指数（（ｒ×Ｆ）／Ｖ）、および第２施工状態指数（（Ｔ×ｒ）／Ｖ）が検出される。これによって、掘削指数とカッターの回転指数とが関連付けされ、掘削指数と第１施工状態指数とが関連付けされ、掘削指数と第２施工状態指数とが関連付けされる。これにより、時間Ｔ２における掘削効率の低下が、カッターの回転不足、土質状態、掘削土の流動性およびカッターの摩耗量に起因したものであることを予測することができる。 Similarly, for the time T2, the rotation index (r / V) of the cutter, the first construction condition index ((r × F) / V), and the second construction condition index ((T × r)) are measured by the evaluation device 50. / V) is detected. As a result, the excavation index and the rotation index of the cutter are associated with each other, the excavation index and the first construction condition index are associated with each other, and the excavation index and the second construction condition index are associated with each other. From this, it can be predicted that the decrease in excavation efficiency at time T2 is caused by the insufficient rotation of the cutter, the soil condition, the fluidity of the excavated soil, and the amount of wear of the cutter.

また、時間Ｔ３については、評価装置５０によりカッターのトルク指数（Ｔ／Ｖ）、第２施工状態指数（（Ｔ×ｒ）／Ｖ）、および掘削状態指数（（Ｔ×Ｆ）／Ｖ）が検出される。これによって、掘削指数とカッターのトルク指数とが関連付けされ、掘削指数と第２施工状態指数とが関連付けされ、掘削指数と掘削状態指数とが関連付けされる。これにより、時間Ｔ３における掘削効率の低下が、攪拌抵抗の大きさ、カッターの摩耗量、および地山強度の大きさに起因したものであることを予測することができる。 Further, for the time T3, the torque index (T / V) of the cutter, the second construction condition index ((T × r) / V), and the excavation condition index ((T × F) / V) are determined by the evaluation device 50. Detected. As a result, the excavation index and the torque index of the cutter are associated with each other, the excavation index and the second construction condition index are associated with each other, and the excavation index and the excavation condition index are associated with each other. From this, it can be predicted that the decrease in excavation efficiency at time T3 is due to the magnitude of the stirring resistance, the amount of wear of the cutter, and the magnitude of the ground strength.

また、時間Ｔ４については、評価装置５０によりシールドジャッキの押し付け指数（Ｆ／Ｖ）、カッターの回転指数（ｒ／Ｖ）、第１施工状態指数（（ｒ×Ｆ）／Ｖ）、第２施工状態指数（（Ｔ×ｒ）／Ｖ）、および掘削状態指数（（Ｔ×Ｆ）／Ｖ）が検出される。これによって、掘削指数と押し付け指数とが関連付けされ、掘削指数とカッターの回転指数とが関連付けされ、掘削指数と第１施工状態指数とが関連付けされ、掘削指数と第２施工状態指数とが関連付けされ、掘削指数と掘削状態指数とが関連付けされる。これにより、時間Ｔ４における掘削効率の低下が、シールドジャッキの押し付け力の大きさ、カッターの回転不足、土質状態、カッターの摩耗量、および地山強度の大きさに起因したものであることを予測することができる。 Further, for the time T4, the pressing index (F / V) of the shield jack, the rotation index (r / V) of the cutter, the first construction condition index ((r × F) / V), and the second construction are performed by the evaluation device 50. The state index ((T × r) / V) and the excavation state index ((T × F) / V) are detected. This associates the excavation index with the push index, the excavation index with the cutter rotation index, the excavation index with the first construction condition index, and the excavation index with the second construction condition index. , The excavation index and the excavation status index are associated. From this, it is predicted that the decrease in excavation efficiency at time T4 is due to the magnitude of the pressing force of the shield jack, insufficient rotation of the cutter, soil condition, the amount of wear of the cutter, and the magnitude of the ground strength. can do.

また、時間Ｔ５については、評価装置５０によりカッターの回転指数（ｒ／Ｖ）、カッターのトルク指数（Ｔ／Ｖ）、第１施工状態指数（（ｒ×Ｆ）／Ｖ）、第２施工状態指数（（Ｔ×ｒ）／Ｖ）、および掘削状態指数（（Ｔ×Ｆ）／Ｖ）が検出される。これによって、掘削指数とカッターの回転指数とが関連付けされ、掘削指数とカッターのトルク指数とが関連付けされ、掘削指数と第１施工状態指数とが関連付けされ、掘削指数と第２施工状態指数とが関連付けされ、掘削指数と掘削状態指数とが関連付けされる。これにより、時間Ｔ５における掘削効率の低下が、カッターの回転不足、攪拌抵抗の大きさ、土質状態、カッターの摩耗量、および地山強度の大きさに起因したものであることを予測することができる。 Further, for the time T5, the rotation index (r / V) of the cutter, the torque index (T / V) of the cutter, the first construction state index ((r × F) / V), and the second construction state are determined by the evaluation device 50. The exponent ((T × r) / V) and the excavation state index ((T × F) / V) are detected. This associates the excavation index with the cutter rotation index, the excavation index with the cutter torque index, the excavation index with the first construction condition index, and the excavation index with the second construction condition index. It is associated and the excavation index and the excavation status index are associated. From this, it can be predicted that the decrease in excavation efficiency at time T5 is due to insufficient rotation of the cutter, the magnitude of stirring resistance, the soil condition, the amount of wear of the cutter, and the magnitude of the ground strength. can.

さらに、時間Ｔ６については、評価装置５０によりシールドジャッキの押し付け指数（Ｆ／Ｖ）、カッターのトルク指数（Ｔ／Ｖ）、第１施工状態指数（（ｒ×Ｆ）／Ｖ）、第２施工状態指数（（Ｔ×ｒ）／Ｖ）、および掘削状態指数（（Ｔ×Ｆ）／Ｖ）が検出される。これによって、掘削指数と押し付け指数とが関連付けされ、掘削指数とカッターのトルク指数とが関連付けされ、掘削指数と第１施工状態指数とが関連付けされ、掘削指数と第２施工状態指数とが関連付けされ、掘削指数と掘削状態指数とが関連付けされる。これにより、時間Ｔ６における掘削効率の低下が、シールドジャッキの押し付け力の大きさ、攪拌抵抗の大きさ、土質状態、カッターの摩耗量、および地山強度の大きさに起因したものであることを予測することができる。 Further, for the time T6, the evaluation device 50 indicates the pressing index (F / V) of the shield jack, the torque index (T / V) of the cutter, the first construction condition index ((r × F) / V), and the second construction. The state index ((T × r) / V) and the excavation state index ((T × F) / V) are detected. This associates the excavation index with the push index, the excavation index with the cutter torque index, the excavation index with the first construction condition index, and the excavation index with the second construction condition index. , The excavation index and the excavation status index are associated. As a result, the decrease in excavation efficiency at time T6 is due to the magnitude of the pressing force of the shield jack, the magnitude of the stirring resistance, the soil condition, the amount of wear of the cutter, and the magnitude of the ground strength. Can be predicted.

また、本実施形態において、評価装置５０は温度センサ５５の検出結果に基づき上記要因を予測することができ、これにより当該予測の信頼性が向上する。例えば、カッターヘッドのトルクやシールドジャッキの推力が上がっただけでは地山強度が上がっただけの可能性がある。これに対して、カッターヘッドのトルクやシールドジャッキの推力と共に温度センサによる温度が上がった場合には、掘削土との摩擦抵抗が上昇していることが分かる。これにより、掘削土の流動性が低下していることや、カッタービットの摩耗に起因した地山とカッターヘッドとの摩擦抵抗が上昇していることを予測することが可能となる。また、カッターヘッドのトルクやシールドジャッキの推力は上がらずに、温度センサによる温度が上がった場合には、掘削指数に表れない不具合の検知を行うことができる。さらに、カッターヘッドに対する抵抗力が生じてもトルクの変化は少ない場合が多いが、機敏に変化する上記温度を早期に捉えれば、異常検知を早期に行うことができる。 Further, in the present embodiment, the evaluation device 50 can predict the above factors based on the detection result of the temperature sensor 55, which improves the reliability of the prediction. For example, it is possible that just increasing the torque of the cutter head or the thrust of the shield jack will only increase the strength of the ground. On the other hand, when the temperature of the temperature sensor rises along with the torque of the cutter head and the thrust of the shield jack, it can be seen that the frictional resistance with the excavated soil rises. This makes it possible to predict that the fluidity of the excavated soil is decreasing and that the frictional resistance between the ground and the cutter head due to the wear of the cutter bit is increasing. Further, when the torque of the cutter head and the thrust of the shield jack do not increase and the temperature rises by the temperature sensor, it is possible to detect a defect that does not appear in the excavation index. Further, even if a resistance force to the cutter head is generated, the change in torque is often small, but if the above-mentioned temperature that changes agilely is caught at an early stage, abnormality detection can be performed at an early stage.

以上説明したように、本実施形態のシールド掘進機１によれば、掘削指数がピークとなる場合に、当該掘削指数のピークと少なくとも１つの評価指数とを関連付けし、掘削指数のピークの要因、即ち掘削効率の低下の要因を予測することができる。 As described above, according to the shield excavator 1 of the present embodiment, when the excavation index peaks, the peak of the excavation index is associated with at least one evaluation index, and the factor of the peak of the excavation index is determined. That is, it is possible to predict the cause of the decrease in excavation efficiency.

また、本実施形態において、評価装置５０は、同じ所定時間範囲における掘削指数のピークと評価指数のピークとの重なり合いの有無を検出する。これにより、掘削指数のピークと各評価指数との関連付けを行い易くなる。 Further, in the present embodiment, the evaluation device 50 detects whether or not the peak of the excavation index and the peak of the evaluation index overlap in the same predetermined time range. This facilitates the association between the peak of the excavation index and each evaluation index.

（他の実施形態）
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。例えば以下の通りである。 (Other embodiments)
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example:

上記実施形態では、評価装置５０によって掘削効率の低下の要因を予測するために、シールドジャッキの押し付け指数（Ｆ／Ｖ）、カッターの回転指数（ｒ／Ｖ）、カッターのトルク指数（Ｔ／Ｖ）、第１施工状態指数（（ｒ×Ｆ）／Ｖ）、第２施工状態指数（（Ｔ×ｒ）／Ｖ）、および掘削状態指数（（Ｔ×Ｆ）／Ｖ）の６つの評価指数を用いることとしたが、これに限定されるものではなく、上記６つの評価指数のうち少なくとも１つの評価指数を用いて掘削効率が低下する要因を予測してもよい。 In the above embodiment, in order to predict the cause of the decrease in excavation efficiency by the evaluation device 50, the pressing index (F / V) of the shield jack, the rotation index (r / V) of the cutter, and the torque index (T / V) of the cutter are predicted. ), The first construction condition index ((r × F) / V), the second construction condition index ((T × r) / V), and the excavation condition index ((T × F) / V). However, the method is not limited to this, and at least one of the above six evaluation indexes may be used to predict the factors that reduce the excavation efficiency.

また、上記実施形態において、掘削効率が低下する要因が予測されれば、アラーム等を報知する構成を採用してもよい。 Further, in the above embodiment, if a factor that lowers the excavation efficiency is predicted, a configuration for notifying an alarm or the like may be adopted.

さらに、上記実施形態では、掘削指数のピークおよび各評価指数のピークに閾値を設けなかったが、閾値を設定してもよい。すなわち、掘削指数のピークに閾値を設定することで当該閾値未満のピークを無視することができる。また、各評価指数のピークに閾値を設けることで、掘削効率の低下の要因を予測する際に、上記閾値未満のピークの評価指数に基づく要因を排除することができる。例えば、カッターの回転指数（ｒ／Ｖ）のピークに閾値を設定し、そのピークが閾値未満である場合に、上記アラームを報知させずに掘削効率を低下させてでも現状のカッター回転数を維持すること等の制御が可能となる。 Further, in the above embodiment, the threshold value is not set for the peak of the excavation index and the peak of each evaluation index, but the threshold value may be set. That is, by setting a threshold value for the peak of the excavation index, peaks below the threshold value can be ignored. Further, by setting a threshold value for the peak of each evaluation index, it is possible to eliminate the factor based on the evaluation index of the peak below the threshold value when predicting the factor of the decrease in excavation efficiency. For example, a threshold value is set for the peak of the rotation index (r / V) of the cutter, and when the peak is less than the threshold value, the current cutter rotation speed is maintained even if the excavation efficiency is lowered without notifying the alarm. It is possible to control things such as what to do.

１掘進機本体
１０シールド掘進機
１１カッターヘッド
１４シールドジャッキ
５０評価装置
５１トルクセンサ
５２回転センサ
５３推力センサ
５４速度センサ
５５温度センサ 1 Excavator body 10 Shield excavator 11 Cutter head 14 Shield jack 50 Evaluation device 51 Torque sensor 52 Rotation sensor 53 Thrust sensor 54 Speed sensor 55 Temperature sensor

Claims

The main body of the excavator and
The cutter head provided at the tip of the excavator body and
A shield jack that advances the main body of the excavator,
Equipped with an evaluation device that evaluates excavation
The evaluation device has an excavation index obtained by dividing the product of the torque (T) of the cutter head, the rotation speed (r) of the cutter head, and the thrust force (F) of the shield jack by the speed (V) of the excavator main body. Is calculated over time, and when the excavation index reaches its peak, it is selected from the group including the torque (T) of the cutter head, the rotation speed (r) of the cutter head, and the thrust (F) of the shield jack. A shielded excavator configured to predict the factors that cause the excavation index to peak based on an evaluation index obtained by dividing the product of any one or two of the excavators by the speed (V) of the excavator body.

The shield excavator according to claim 1, wherein the evaluation device is configured to detect the presence or absence of an overlap between the peak of the excavation index and the peak of the evaluation index in the same predetermined time range and perform the prediction.

Further provided with a temperature sensor provided on the cutter head to detect the temperature of excavated soil or the temperature of the cutter head.
The shield excavator according to claim 1 or 2, wherein the evaluation device is configured to predict the factor based on the detection result of the temperature sensor.