JP7256093B2 - Exploration system, shield excavator and exploration method - Google Patents
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Description
本発明は、前記シールド掘削機の機外における地中の未掘削領域までの距離を算出する探査システム、シールド掘削機及び探査方法に関する。 The present invention relates to an exploration system, a shield excavator, and an exploration method for calculating a distance to an unexcavated area outside the shield excavator.
地中に隧道を構築する密閉型のシールド掘削機では、掘削面が全て掘進機で覆われており、地山状況を目視で確認することができず、切羽崩壊の兆候を捉えることが困難であるため、土被りや地質調査資料を基に算出した切羽設定圧を維持しながら施工する。 With closed-type shield excavators that build underground tunnels, the entire excavation surface is covered with the excavator, making it impossible to visually confirm the condition of the ground, making it difficult to detect signs of face collapse. Therefore, construction is carried out while maintaining the set face pressure calculated based on soil cover and geological survey data.
また、実際にはシールド掘削機の推力やカッター部の回転トルクなどの運転データや掘削排土量、地表面変位量などの計測結果に基づいて、適宜その設定圧を調整しながら掘削する。しかしながら、シールド掘削機の運転データは、土質変化を判断する間接的な指標でしかなく、掘削排土量は土質によりほぐし率が異なるため土質変化を伴う区間では切羽設定圧と、掘削状況に応じた適正な切羽圧との乖離を評価することが難しかった。そのため、地表面や埋設物、近接構造物の変位を観察してその乖離を評価することも行われているが、地表面等に変状が現われるまでには時間差があるため、広範囲にわたって沈下又は隆起を及ぼす可能性があった。 In practice, excavation is performed while appropriately adjusting the set pressure based on operational data such as the thrust of the shield excavator and the rotational torque of the cutter, and measurement results such as excavated soil volume and ground surface displacement. However, the operating data of the shield excavator is only an indirect index for judging soil quality changes. It was difficult to evaluate the deviation from the appropriate face pressure. Therefore, observation of the displacement of the ground surface, buried objects, and adjacent structures is also conducted to evaluate the deviation, but since there is a time lag before the deformation appears on the ground surface, etc., subsidence or There was a possibility of causing upheaval.
そこで、例えば、カッターヘッドに電磁波レーダを搭載して、シールド掘削機近傍の地山状態の直接的に計測することが提案されている(特許文献1参照)。しかしながら、特許文献1に記載の電磁波レーダは、機外のカッターヘッドに取付けられているため、シールド掘削機の発進後は加圧下の泥水(または泥土)中であるため、計測器の増設、取付け位置の変更等を行うことができなかった。
Therefore, for example, it has been proposed to mount an electromagnetic wave radar on the cutter head and directly measure the ground condition in the vicinity of the shield excavator (see Patent Document 1). However, since the electromagnetic wave radar described in
そこで本発明は、発進後であっても送受信器を取付けたり、位置調整したりして、シールド掘削機の機外における地中の未掘削領域までの距離を算出できる探査システム、シールド掘削機及び探査方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention provides an exploration system, a shield excavator, and a shield excavator that can calculate the distance to an unexcavated area outside the shield excavator by attaching a transmitter/receiver or adjusting the position even after starting the machine. The purpose is to provide an exploration method.
この発明は、シールド掘削機の胴体部において外殻や隔壁を構成する鋼製部材の機内側に取付けられ、機外に向けて音波を送信するとともに、前記機外で反射した反射波を受信する送受信器と、前記送受信器における少なくとも受信情報に基づいて、地中における掘削範囲を演算する演算器とが設けられ、該演算器が、前記音波を送信してから前記反射波を受信するまでの第1時間と、前記音波が前記鋼製部材を伝播する第2時間と、前記音波が掘削土を伝播する速度である伝播速度とに基づいて、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を算出する探査システム、及び前記探査システムを備えたシールド掘削機であることを特徴とする。 This invention is attached to the inside of a steel member that constitutes the outer shell and bulkhead in the body of a shield excavator, and transmits sound waves toward the outside of the machine and receives reflected waves reflected outside the machine. A transmitter/receiver and a calculator for calculating an excavation range in the ground based on at least information received by the transmitter/receiver are provided. Based on a first time, a second time for the sound wave to propagate through the steel member, and a propagation speed, which is the speed at which the sound wave propagates through the excavated soil, An exploration system for calculating a distance to an unexcavated area, and a shield excavator equipped with the exploration system.
またこの発明は、シールド掘削機の胴体部において外殻や隔壁を構成する鋼製部材の機内側に取付けられた送受信器から機外に向けて音波を送信するとともに、前記機外で反射した反射波を受信し、前記音波を送信してから前記反射波を受信するまでの第1時間と、前記音波が前記鋼製部材を伝播する第2時間と、前記音波が掘削土を伝播する速度である伝播速度とに基づいて、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を算出する探査方法であることを特徴とする。 In addition, in the body of a shield excavator, a transmitter/receiver attached to the inside of a steel member constituting an outer shell or a partition wall transmits sound waves to the outside of the machine, and also transmits sound waves to the outside of the machine. a first time from receiving a wave and transmitting said sound wave to receiving said reflected wave; a second time for said sound wave to propagate through said steel member; and a speed at which said sound wave propagates through excavated soil. The method is characterized by calculating a distance to an unexcavated area in the ground outside the shield excavator based on a certain propagation speed.
上記シールド掘削機は、土圧バランス式、加泥式、土圧加水式などの泥土圧式シールド掘削機や泥水加圧式シールド掘削機であってもよく、さらには、密閉式であればTBM等であってもよい。
上記送受信器は、音波を送信する送信機能と受信する受信機能とを有する一体型送受信器であってもよいし、音波を送信する送信器と受信する受信機とが別体構成されていてもよい。また、上記送受信器は1台であってもよいし、複数台を併用してもよい。
The shield excavator may be a mud pressure type shield excavator such as an earth pressure balance type, a mud addition type, an earth pressure hydration type, or a mud pressure type shield excavator. There may be.
The transceiver may be an integrated transceiver having a transmission function for transmitting sound waves and a reception function for receiving sound waves, or a transmitter for transmitting sound waves and a receiver for receiving sound waves may be configured separately. good. Moreover, the transmitter/receiver may be one unit, or a plurality of units may be used together.
上述の前記音波が掘削土を伝播する速度である伝播速度は、試掘等で掘削した施工箇所の土質を伝播する伝播速度のように予め設定された伝播速度であってもよいし、施工によって掘削された掘削土を伝播する伝播速度やあるいは音速であってもよい。
上記未掘削領域は、切削ビットによる掘削に伴って地山が緩んだ箇所及び余掘り部分を除き、地山において緩んでいない領域を指す。
The propagation speed, which is the speed at which the sound wave propagates through the excavated soil, may be a preset propagation speed like the propagation speed at which the sound wave propagates through the soil of a construction site excavated by test drilling or the like, or may be excavated by construction. It may be the propagation speed propagating through the excavated soil or the speed of sound.
The unexcavated region refers to a region where the natural ground is not loosened, except for a portion where the natural ground is loosened and an overcut portion due to excavation by the cutting bit.
この発明により、発進後であっても送受信器を取付けたり、位置調整したりして、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を算出することができる。
詳述すると、シールド掘削機の胴体部において外殻や隔壁を構成する鋼製部材の機内側に取付けられた送受信器から機外に向けて音波を送信するとともに、機外の未掘削領域で反射した反射波を受信し、前記送受信器における少なくとも受信情報に基づいて、地中における掘削範囲を演算する演算器とが設けられ、該演算器が、前記音波を送信してから前記反射波を受信するまでの第1時間と、前記音波が前記鋼製部材を伝播する第2時間と、前記音波が掘削土を伝播する速度である伝播速度とに基づいて、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を算出するため、機外において掘削に伴って緩んだ箇所や余掘り部分などの余掘り領域の大きさを把握することができる。したがって、地山崩壊の兆候の有無を評価する。
According to the present invention, the distance to an unexcavated area outside the shield excavator can be calculated by attaching the transmitter/receiver or adjusting the position even after starting.
In detail, sound waves are transmitted outside the machine from a transmitter and receiver attached inside the steel members that make up the outer shell and bulkheads of the body of the shield excavator, and are reflected in an unexcavated area outside the machine. a computing unit that receives the reflected waves and computes an excavation range in the ground based on at least the information received by the transmitter/receiver, and the computing unit receives the reflected waves after transmitting the sound waves. , a second time for the sound wave to propagate through the steel member, and a propagation speed, which is the speed at which the sound wave propagates through the excavated soil. Since the distance to the unexcavated area in the ground is calculated, the size of the over-excavated area, such as a portion loosened due to excavation outside the machine and an over-excavated area, can be grasped. Therefore, the presence or absence of signs of landslide is evaluated.
また、送受信器をシールド掘削機の機内に取付けるため、施工中の送受信器の点検、交換などのメンテナンス、送受信器の取付け位置の変更などに柔軟に対応することができる。 In addition, since the transmitter/receiver is installed inside the shield excavator, it is possible to flexibly cope with maintenance such as inspection and replacement of the transmitter/receiver during construction, and change of the mounting position of the transmitter/receiver.
また、上記構成により、送受信器による計測や、送受信器の取付けに関して、シールド掘削機に特別な構造を要することなく、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を算出することができる。 In addition, with the above configuration, the distance to an unexcavated area outside the shield excavator can be calculated without requiring a special structure for the shield excavator for measurement by the transmitter and receiver and attachment of the transmitter. can do.
なお、特別な構造としては、掘削土や未掘削領域に送受信器を直接接触させるための窓や孔、あるいはそれらの止水構造、さらには、音波の伝達効率を向上するための、材質の異なる導波材を鋼製部材に組込むことなどが挙げられる。 As for special structures, there are windows and holes for direct contact of the transmitter and receiver with excavated soil and unexcavated areas, or water stop structures for them. For example, the waveguide material is incorporated into a steel member.
この発明の態様として、前記音波がパルス波であってもよい。
この発明により、前記送受信器でパルス波を送受信して、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を精度よく算出することができる。
As an aspect of this invention, the sound wave may be a pulse wave.
According to this invention, it is possible to accurately calculate the distance to an unexcavated area outside the shield excavator by transmitting/receiving the pulse wave with the transmitter/receiver.
またこの発明の態様として、前記伝播速度は、前記シールド掘削機で掘削した掘削土における前記伝播速度であってもよい。
上記掘削土は、チャンバー内の掘削土、排土された掘削土、排土管などの管内で搬送される掘削土であってもよい。
As an aspect of the present invention, the propagation speed may be the propagation speed in excavated soil excavated by the shield excavator.
The excavated soil may be excavated soil in a chamber, discharged excavated soil, or excavated soil transported in a pipe such as an earth removal pipe.
この発明により、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離をさらに精度よく算出することができる。
詳述すると、施工によって掘削された掘削土を前記音波が伝播する伝播速度に基づいて、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を算出するため、予め設定された伝播速度に基づいて算出する場合に比べて精度よく算出することができる。
According to the present invention, the distance to an unexcavated area outside the shield excavator can be calculated with higher accuracy.
Specifically, based on the propagation speed at which the sound wave propagates through the excavated soil excavated by construction, the distance to the unexcavated area outside the shield excavator is calculated. It can be calculated with higher accuracy than when calculated based on the propagation velocity.
またこの発明の態様として、前記送受信器は、前記隔壁に取付けられるとともに、前方に向かって前記音波を送信する構成とし、前記演算器は、前記胴体部の前方において回転し、掘削するカッター部と前記隔壁との間のチャンバー内部に取り込まれた前記掘削土を前記音波が伝播する第3時間と、前記カッター部と前記隔壁との距離とに基づいて前記伝播速度を算出してもよい。 Further, as an aspect of the present invention, the transmitter/receiver is attached to the bulkhead and configured to transmit the sound wave forward, and the computing unit rotates in front of the body portion and is a cutter portion that excavates. The propagation speed may be calculated based on a third time during which the sound wave propagates through the excavated soil taken into the chamber between the partition and the distance between the cutter and the partition.
この発明により、機外の地山状況により近い、チャンバー内の掘削土の伝播速度に基づいて、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を算出するため、より高精度で算出することができる。 According to the present invention, the distance to the unexcavated area outside the shield excavator is calculated based on the propagation speed of the excavated soil in the chamber, which is closer to the ground condition outside the machine. It can be calculated with precision.
なお、前記第3時間と、前記カッター部と前記隔壁との距離とに基づいて前記伝播速度を算出する演算器は、前記第1時間、前記第2時間、及び前記伝播速度に基づいて前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を算出する演算器と同じ演算器であってもよいし、別の演算器であってもよい。 Note that the computing unit for calculating the propagation speed based on the third time and the distance between the cutter portion and the partition is configured to calculate the shielding speed based on the first time, the second time, and the propagation speed. The computing unit may be the same as the computing unit that calculates the distance to the unexcavated area outside the excavator, or may be a different computing unit.
またこの発明の態様として、前記送受信器で送受信する前記音波が前記鋼製部材を伝播しやすくなるように前記送受信器を前記鋼製部材の機内側に取付ける取付手段が設けられてもよい。
前記取付手段は、前記シールド掘削機の機内において前記鋼製部材に対して密着するように押し当てて取付ける螺子止め可能な取付台やマグネット式の取付け治具などであってもよい。なお、この場合の鋼製部材に対する押付け反力は数百kN程度であればよい。さらには、前記鋼製部材と前記送受信器との間にジェル状の取付け材を介在させて、密着させるように構成された取付手段であってもよい。
As an aspect of the present invention, mounting means may be provided for mounting the transmitter/receiver to the inside of the steel member so that the sound wave transmitted/received by the transmitter/receiver easily propagates through the steel member.
The mounting means may be a mounting base that can be screwed or a magnet-type mounting jig that is pressed against and mounted on the steel member in the shield excavator so as to be in close contact therewith. In this case, the pressing reaction force against the steel member may be about several hundred kN. Further, the attachment means may be constructed such that a gel-like attachment material is interposed between the steel member and the transmitter/receiver to bring them into close contact with each other.
この発明により、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を高精度で確実に算出することができる。
詳述すると、前記取付手段によって前記送受信器を前記鋼製部材の機内側に取付けることで、前記送受信器で送受信する前記音波が前記鋼製部材を伝播しやすくなるため、例えば、前記送受信器と前記鋼製部材との間に隙間が生じるような不具合の発生を防止し、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を高精度で確実に算出することができる。
According to the present invention, the distance to an unexcavated area outside the shield excavator can be reliably calculated with high accuracy.
More specifically, by attaching the transceiver to the inside of the steel member by the attachment means, the sound waves transmitted and received by the transceiver can easily propagate through the steel member. It is possible to prevent the occurrence of a problem such as a gap between the shield excavator and the steel member, and to accurately and reliably calculate the distance to the unexcavated area outside the shield excavator.
またこの発明の態様として、前記送受信器は、前記鋼製部材の機内側に取付けられ、前記機外に向けて前記音波を送信する送信器と、前記鋼製部材の機内側に取付けられ、前記機外で反射した前記反射波を受信する受信器とで別体構成されてもよい。
この発明により、施工中であっても、前記送信器と前記受信器とをより音波の送受信しやすい位置にそれぞれ容易に機内において位置調整することができる。
Further, as an aspect of the present invention, the transmitter/receiver is attached to the inside of the steel member and transmits the sound wave toward the outside of the machine, and the transmitter is attached to the inside of the steel member, It may be configured separately from a receiver for receiving the reflected wave reflected outside the aircraft.
According to this invention, even during construction, it is possible to easily adjust the positions of the transmitter and the receiver in the machine to positions where it is easier to transmit and receive sound waves.
本発明により、本発明は、発進後であっても送受信器を取付けたり、位置調整したりして、シールド掘削機の機外における地中の未掘削領域までの距離を算出できる探査システム、シールド掘削機及び探査方法を提供することができる。 According to the present invention, the present invention provides an exploration system capable of calculating the distance to an unexcavated area outside the shield excavator by attaching a transmitter/receiver or adjusting the position even after starting the excavator. An excavator and exploration method can be provided.
この発明の一実施形態を、図1乃至図5とともに説明する。
なお、図1は地中における泥土圧式シールド掘削機1の概略縦断面図を示し、図2は図1におけるA-A矢視図を示し、図3は探査システム100の概略ブロック図を示している。図4は探査システム100による地山Xまでの距離の計測方法を説明する概略断面図を示し、図5は探査システム100によるチャンバー40内の掘削土の伝播速度CMの計測方法を説明する説明図を示している。
An embodiment of the invention will be described with reference to FIGS. 1 to 5. FIG.
1 shows a schematic vertical cross-sectional view of the mud
具体的には、図5(a)は探査システム100によってチャンバー40内の掘削土の伝播速度CMの計測する際のカッターヘッド10(スポーク13)の向きを破線で示す図1におけるA-A矢視図である。また、図5(b)は探査システム100によってチャンバー40内の掘削土の伝播速度CMの計測する際の図1のa部拡大図を示している。
なお、図1において後述する前胴20に対するカッターヘッド10の側を前方Fとし、前胴20に対する後胴30の側を後方Bとしている。
Specifically, FIG. 5(a) shows the orientation of the cutter head 10 (spokes 13) when measuring the propagation speed CM of the excavated soil in the
1, the side of the
図1,2に示す泥土圧式シールド掘削機1は、中折れ後胴押し方式の泥土圧式シールド掘削機である。泥土圧式シールド掘削機1は、ベントナイトなどの添加材を注入しながら地山Xを回転するカッターヘッド10で切削し、切羽の土圧に対して泥土圧式シールド掘削機1の推進力や排土量等で土圧バランスをとりながら掘進する。泥土圧式シールド掘削機1は、前方Fから後方Bに向かって、カッターヘッド10、前胴20、後胴30で構成され、側面視円形状である。
A mud
カッターヘッド10は、径外側のリング部11と、リング部11と中央軸部12とを径方向に結ぶ複数本のスポーク13とで構成され、スポーク13とリング部11とに所定間隔を隔てて複数の切削ビット14が設けられている。なお、複数の切削ビット14は、スポーク13においてカッターヘッド10の中心からの位置が調整され、回転するカッターヘッド10の全面を切削することができる。
The
さらに、中央軸部12の前方Fにフィッシュテール15が設けられている。このように構成されたカッターヘッド10は、図示省略するが、カッターヘッド10の前方Fに添加材を注入する注入口が設けられている。
Furthermore, a
前胴20は、倒位の円筒状である鋼製のスキンプレート21と、スキンプレート21における前方Fの端部より後方Bに所定分入り込んだ位置に設けられた隔壁22とで構成されている。なお、隔壁22の前方Fであって、カッターヘッド10の後方Bの空間にチャンバー40を構成している。
The
隔壁22の側面視中央には、カッターヘッド10の中央軸部12が貫通しており、その周囲にカッターヘッド10を回転させるモータ23が同芯状に複数配置されている。
また、隔壁22の下方に接続され、後胴30の後方まで延びるスクリューコンベア24が設けられている。スクリューコンベア24は、前方Fが隔壁22を貫通し、前方Fから後方Bに向かって上方に傾斜している。スクリューコンベア24は、前方Fの端部がチャンバー40まで延びる軸付スクリュー241を内部に備えている。
The
Further, a
また、スキンプレート21の内側には、複数本の中折れジャッキ25を備えている。
中折れジャッキ25は、前方Fが隔壁22の後方Bに軸支され、後方Bが後述する後胴30の前方Fに軸支される態様で周方向に複数配置され、中折れジャッキ25の伸縮量によって、後胴30に対する前胴20の向きを調整するためのジャッキである。
また、隔壁22の上方には、開放することで機外となるチャンバー40に通じ、密閉可能に封止するハッチ27を備えている。
A plurality of center-
A plurality of the folding jacks 25 are arranged in the circumferential direction in such a manner that the front F is pivotally supported on the rear B of the
Further, above the
後胴30は、内部でセグメントSを組み付ける円筒状の鋼製部材であるスキンプレート31の内部に、複数ピースに分割されたセグメントSを組み付けるためのエレクター32を前方Fに備えている。また、後胴30は、スキンプレート31の後方Bの内周面に、組み付けられたSの外面との隙間を埋める周方向に連続するテールブラシ33を前後方向に複数段設けている。
The
また、スキンプレート31の内側には、複数本の推進ジャッキ34を備えている。
推進ジャッキ34は、後胴30の内部で組み付けられたセグメントSの前方Fの端面に押付けて、セグメントSを反力として泥土圧式シールド掘削機1を前方Fに前進させるためのジャッキであり、周方向に所定間隔を隔てて複数配置している。なお、推進ジャッキ34は、前胴20に設けてもよい。
In addition, a plurality of propelling
The
このように構成された泥土圧式シールド掘削機1の後方Bには、組み付けたセグメントSの内部に、後続台車が設けられ、スクリューコンベア24から排出された掘削土を搬出するズリ台車が走行する軌道等の設備が設けられる。また、組み付けたセグメントSの真円度を確保するための形状保持装置や、換気設備など適宜の装置や設備が設けられてもよい。
At the rear B of the mud
このように構成された泥土圧式シールド掘削機1は、図示省略する注入口から切羽に向かって添加材を注入しながらカッターヘッド10を回転させ、回転する切削ビット14で地山Xを切削する。
The earth pressure
切削ビット14によって切削された掘削土は、チャンバー40で攪拌され、チャンバー40の内部まで延びる軸付スクリュー241によってスクリューコンベア24から機内に取り込まれる。スクリューコンベア24から排出された掘削土をズリ台車で坑道外に搬出する。
The excavated soil cut by the cutting
なお、スクリューコンベア24から排出された掘削土の搬出は、ズリ台車だけでなく、スクリューコンベア24の後方にベルトコンベアや、圧送管(排土管)に接続された圧送ポンプ等を設置して、ベルトコンベアや圧送管で搬出してもよい。
In addition, the excavated soil discharged from the
このようなカッターヘッド10による地山Xの掘削に伴って推進ジャッキ34を伸長制御し、組み付けられたセグメントSを反力として、泥土圧式シールド掘削機1を前進させる。泥土圧式シールド掘削機1がセグメントSのリング長分前進すると、カッターヘッド10によるセグメントSの切削を停止し、後胴30の内部において、複数に分割されたピースをエレクター32で組み付けてセグメントSを完成させる。
As the
泥土圧式シールド掘削機1は、このような施工を1サイクルとして繰り返して掘進する。なお、カッターヘッド10による地山Xの掘削において、通常、切削ビット14の軌跡(図1に示す軌跡ラインL参照)で切羽が切削される。しかしながら、地山Xの地質状態によっては、例えば、切削ビット14の軌跡を越えて余分に掘削される。このように、切削ビット14の軌跡を越えて余分に掘削されると、泥土圧式シールド掘削機1の上部などに、掘削に伴って緩んだ箇所や余掘り部分などの緩み部Xaが形成されることがある。
The mud
緩み部Xaが大きくなると、切羽が崩壊するおそれがあるため、密閉型である泥土圧式シールド掘削機1の機外に形成され、泥土圧式シールド掘削機1の機内から目視できない緩み部Xaの大きさを把握することは重要である。そこで、緩み部Xaを探査する探査システム100について以下で説明する。
If the slack part Xa becomes large, the face may collapse, so the size of the slack part Xa is formed outside the earth
探査システム100は、図3に示すように、ソーナーと呼ばれる複数の送受信器101、マルチプレクサ102、プリアンプ103、パルサーレシーバ104、及びパーソナルコンピュータ105(以下においてPC105という)で構成されている。
マルチプレクサ102は、複数の送受信器101、プリアンプ103及びパルサーレシーバ104に接続される。
The
A
プリアンプ103は、マルチプレクサ102に接続されるとともに、パルサーレシーバ104に接続され、マルチプレクサ102から伝達された受信波信号Rを増幅してパルサーレシーバ104に伝達する。
パルサーレシーバ104は、マルチプレクサ102及びプリアンプ103に接続されるとともに、PC105に接続される。
The
The
さらに詳述すると、送受信器101(101a,101b)は、図1及び図2に図示するように、スキンプレート21及び隔壁22に取付けられ、主としてパルス波形を示す音波(以下においてパルス波という)を送信する。また、送受信器101(101a,101b)は、緩み部Xaと地山Xとの境界面Xb等で反射した反射波を受信するよう構成されている。
More specifically, the transmitter/receiver 101 (101a, 101b) is attached to the
具体的には、送受信器101aは、泥土圧式シールド掘削機1における隔壁22の機内側上部に取付けられ、前方Fに向かってパルス波である送信波を送信する。また、送受信器101aは、前方Fの地山Xやカッターヘッド10のスポーク13の裏面で反射したパルス波である反射波を受信する。
Specifically, the transmitter/
また、送受信器101bは、スキンプレート21の内周面の上部に取付けられ、前胴20の前方Fの上部に形成される緩み部Xaに向けてパルス波である送信波を送信する。また、送受信器101bは、緩み部Xaの外側の地山Xとの境界面Xbで反射したパルス波である反射波を受信する。なお、送受信器101bは、図2に図示するように、周方向に所定間隔を隔てて複数設けている。
Further, the transmitter/
このように、隔壁22やスキンプレート21の内面に取付けられる送受信器101は、隔壁22の機内側面や、スキンプレート21の内周面に対して、隙間が空かないように密着させて取付けている。
そのため、送受信器101の取付面を、隔壁22の機内側面やスキンプレート21の内周面の形状に沿うように形成している。また、数百kN程度の反力が生じるように螺子止め可能な取付台(図示省略)やマグネット式の取付け治具(図示省略)で、隔壁22やスキンプレート21に対して送受信器101を取付ける。なお、隔壁22の隔壁22の機内側面やスキンプレート21の内周面と送受信器101との間にジェル状のシート(図示省略)を介在させて取付けてもよい。
In this way, the transmitter/
Therefore, the mounting surface of the transmitter/
マルチプレクサ102は、接続された複数の送受信器101に対して、パルス超音波の送信波信号Tを伝達するとともに、送受信器101で受信されたパルス超音波の受信波信号Rをプリアンプ103に伝達するように構成されている。なお、マルチプレクサ102は、多重器、多重装置、多重化装置、合波器とも呼ばれる。
The
パルサーレシーバ104は、PC105に接続され、PC105の制御によって、送信波信号Tとしてのパルス波を発生させてマルチプレクサ102に伝達するように構成している。また、パルサーレシーバ104は、マルチプレクサ102から伝達され、プリアンプ103で増幅されたパルス波である受信波信号RをPC105に伝達するように構成している。
The
PC105は、パルサーレシーバ104に対して出力した送信制御情報やパルサーレシーバ104から伝達された受信波信号R等に基づいて緩み部Xaの外側の地山Xの境界面Xbまでの距離や掘削土の伝播速度を算出する演算器として機能する。
Based on the transmission control information output to the
なお、探査システム100のうち送受信器101は泥土圧式シールド掘削機1の機内に配置される。これに対し、マルチプレクサ102、プリアンプ103、及びパルサーレシーバ104は機内に配置されていても、坑道内に配置されてもよい。また、PC105は機内や坑道内のみならず、坑道外の管理室に配置されてもよい。
The transmitter/
このように構成された探査システム100は、PC105の送信制御により、パルサーレシーバ104がパルス波である送信波信号Tを発生させ、マルチプレクサ102に伝達する。パルサーレシーバ104から送信波信号Tを伝達されたマルチプレクサ102は、複数の送受信器101に対して送信波信号Tを伝達する。
In the
送信波信号Tが伝達された送受信器101aは、隔壁22を介して前方Fに向けてパルス波である送信波を送信する。同様に、送信波信号Tが伝達された送受信器101bは、スキンプレート21を介して前胴20の機外に向けて送信波を送信する。
The transmitter/
緩み部Xaとその外側の固結した地山Xとでは音響インピーダンスが異なる。そのため、送受信器101から送信された送信波は、緩み部Xaを通り、緩み部Xaと地山Xとの境界面Xbで反射する。緩み部Xaと地山Xとの境界面Xbで反射したパルス波である反射波を隔壁22やスキンプレート21を介して送受信器101で受信する。
The acoustic impedance is different between the loosened portion Xa and the ground X solidified outside the loose portion Xa. Therefore, the transmission wave transmitted from the transmitter/
送受信器101で受信した反射波を受信波信号Rとしてマルチプレクサ102に伝達し、マルチプレクサ102は伝達された受信波信号Rをプリアンプ103で増幅し、パルサーレシーバ104に伝達する。PC105は、パルサーレシーバ104は伝達された受信波信号Rに基づいて、緩み部Xaの長さを算出する。
A reflected wave received by the transmitter/
具体的には、PC105は、図4に示すように、第1時間(t)と、第2時間(通過時間ts)と、伝播速度CMとに基づいて、スキンプレート21や隔壁22から地山Xまでの距離、つまり緩み部Xaの長さ(区間長lM)を算出する。
Specifically, as shown in FIG. 4 , the
なお、第1時間(t)はパルス波である送信波を送信してから反射波を受信するまでの時間である。第2時間(通過時間ts)はパルス波(送信波及び反射波)がスキンプレート21や隔壁22を伝播する時間である。伝播速度CMはパルス波(送信波及び反射波)が掘削土を伝播する速度である。
Note that the first time (t) is the time from when the transmission wave, which is a pulse wave, is transmitted until when the reflected wave is received. The second time (transit time t s ) is the time for the pulse wave (transmitted wave and reflected wave) to propagate through the
詳述すると、数式1に示すように、パルス波である送信波を送信してから反射波を受信するまでの第1時間(t)は、スキンプレート21や隔壁22をパルス波が伝達する第2時間(通過時間ts)と緩み部Xaをパルス波が伝達する第3時間(通過時間tM)とで表すことができ、
More specifically, as shown in
緩み部Xaをパルス波が伝達する第3時間(通過時間tM)は、
The third time (passing time t M ) during which the pulse wave propagates through the slack portion Xa is
ここで、緩み部Xaの長さ(区間長lM)は、数式3で示すように、緩み部Xaにおける掘削土を伝播する伝播速度CMと、既知のスキンプレート21や隔壁22の厚さlSと、スキンプレート21や隔壁22を伝播する伝播速度cSに基づいて、
Here, as shown in Equation 3, the length of the slack portion Xa (section length l M ) is determined by the propagation speed C M propagating the excavated soil in the slack portion Xa and the known thickness of the
なお、掘削土を伝播する伝播速度CMは、試掘等によって採取した施工箇所の土質に基づいて予め設定してもよいが、チャンバー40内部の掘削土を伝播する伝播速度を用いてもよい。
The propagation speed CM for propagating the excavated soil may be set in advance based on the soil quality of the construction site sampled by trial drilling or the like, or the propagation speed for propagating the excavated soil inside the
具体的には、図5(a)に示すように、送受信器101aの前方Fにスポーク13が位置するカッターヘッド10の向きで、図5(b)に示すように、送受信器101aから送信波を、隔壁22を介して前方Fに送信する。隔壁22を介して前方Fに送信された送信波はチャンバー40の掘削土を伝達し、スポーク13の裏面側で反射した反射波を送受信器101aで受信する。
Specifically, as shown in FIG. 5(a), with the direction of the
そして、数式1に示すように、パルス波である送信波を送信してから反射波を受信するまでの第1時間(t)と隔壁22をパルス波が伝達する第2時間(通過時間ts)とに基づき、第3時間(通過時間tM)を算出する。第3時間(通過時間tM)はチャンバー40内部の掘削土をパルス波が伝達する時間である。
Then, as shown in
そして、チャンバー40内部の掘削土を伝播する伝播速度CMは、隔壁22とスポーク13との既知の間隔(区間長lM)と、既知の隔壁22の厚さlSと、隔壁22を伝播する伝播速度cSに基づいて算出することができる。このように、チャンバー40内部の掘削土を伝播する伝播速度CMを、緩み部Xaの長さ(区間長lM)を算出するために用いてもよい。
Then, the propagation speed C M propagating the excavated soil inside the
上述したように、泥土圧式シールド掘削機1の前胴20におけるスキンプレート21や隔壁22に取付けられ、機外に向けてパルス波を送信するとともに、機外で反射した反射波を受信する送受信器101が設けられている。また、送受信器101における少なくとも受信波信号Rに基づいて、地中における緩み部Xaの長さ(区間長lM)を演算するPC105が設けられている。
As described above, the transmitter/receiver is attached to the
PC105が、第1時間(t)と、通過時間tsと、パルス波が掘削土を伝播する伝播速度CMとに基づいて、泥土圧式シールド掘削機1の機外における地中の地山Xまでの距離を算出する。なお、第1時間(t)はパルス波を送信してから反射波として受信するまでの時間であり、通過時間tsはパルス波がスキンプレート21や隔壁22を伝播する時間である。
Based on the first time (t), the transit time ts , and the propagation speed CM at which the pulse wave propagates through the excavated soil, the
つまり、PC105は、上述のパラメータによって、掘削に伴って緩んだ箇所や余掘り部分などの緩み部Xaの長さ(区間長lM)を算出でき、緩み部Xaの大きさを把握することができる。したがって、地山崩壊の兆候の有無を評価することができる。
In other words, the
また、送受信器101を泥土圧式シールド掘削機1の機内に取付けるため、発進後であっても、送受信器101の点検、交換などのメンテナンス、送受信器101の取付け位置の変更などに柔軟に対応することができる。
In addition, since the transmitter/
また、上記構成により、送受信器101による計測や、送受信器101の取付けに関して、特別な構造を要することなく、泥土圧式シールド掘削機1の機外における地中の地山Xまでの緩み部Xaの長さ(区間長lM)を算出することができる。なお、特別な構造としては、掘削土や地山Xに送受信器101を直接接触させるための窓や孔、あるいはそれらの止水構造、さらには、音波の伝達効率を向上するための、材質の異なる導波材をスキンプレート21や隔壁22に組込むことなどがあげられる。
In addition, with the above configuration, measurement by the transmitter/
また、音波としてパルス波を送受信するため、送受信器101でパルス波を送受信して、緩み部Xaの長さ(区間長lM)を精度よく算出することができる。
また、泥土圧式シールド掘削機1で掘削した掘削土における伝播速度CMを用いて算出するため、緩み部Xaの長さ(区間長lM)をさらに精度よく算出することができる。
Further, since a pulse wave is transmitted and received as a sound wave, the pulse wave is transmitted and received by the transmitter/
Further, since the calculation is performed using the propagation speed C M in the excavated soil excavated by the mud
詳述すると、施工によって掘削された掘削土をパルス波が伝播する伝播速度CMに基づいて、緩み部Xaの長さ(区間長lM)を算出するため、予め設定された伝播速度に基づいて算出する場合に比べて精度よく算出することができる。 Specifically, based on the propagation speed C M at which the pulse wave propagates through the excavated soil excavated during construction, the length of the slack portion Xa (section length l M ) is calculated based on the propagation speed set in advance. can be calculated more accurately than when calculating by
また、送受信器101aを隔壁22に取付け、前方Fに向かってパルス波を送信する構成である。PC105は、第3時間(通過時間tM)と、隔壁22とスポーク13との既知の間隔(区間長lM)とに基づいて伝播速度CMを算出する。なお、第3時間(通過時間tM)は、前胴20の前方Fにおいて回転し、掘削するカッターヘッド10と隔壁22との間のチャンバー40の内部に取り込まれた掘削土をパルス波が伝播する時間である。
そのため、機外の地山状況により近い、チャンバー40の内の掘削土の伝播速度CMに基づいて、緩み部Xaの長さ(区間長lM)を算出でき、より高精度で算出することができる。
Further, the transmitter/
Therefore, the length of the slack portion Xa (section length l M ) can be calculated based on the propagation speed C M of the excavated soil inside the
また、パルス波がスキンプレート21や隔壁22を伝播しやすくなるように送受信器101をスキンプレート21や隔壁22に対して密着させて取付けるため、緩み部Xaの長さ(区間長lM)を高精度で確実に算出することができる。
Further, since the
詳述すると、送受信器101をスキンプレート21や隔壁22に密着させて取付けることで、送受信器101で送受信するパルス波がスキンプレート21や隔壁22を伝播しやすくなる。そのため、例えば、送受信器101とスキンプレート21や隔壁22との間に隙間が生じるような不具合の発生を防止し、緩み部Xaの長さ(区間長lM)を高精度で確実に算出することができる。
More specifically, by attaching the transmitter/
この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、この発明のシールド掘削機は泥土圧式シールド掘削機1に対応し、
以下同様に、
胴体部は前胴20に対応し、
外殻はスキンプレート21に対応し、
隔壁は隔壁22に対応し、
鋼製部材はスキンプレート21や隔壁22に対応し、
送受信器は送受信器101に対応し、
受信情報は受信波信号Rに対応し、
掘削範囲は緩み部Xaに対応し、
演算器はパーソナルコンピュータ105(PC105)に対応し、
第1時間は第1時間(t)に対応し、
第2時間は第2時間(通過時間ts)に対応し、
伝播速度は伝播速度CMに対応し、
未掘削領域は地山Xに対応し、
探査システムは探査システム100に対応し、
前方は前方Fに対応し、
カッター部はカッターヘッド10に対応し、
チャンバーはチャンバー40に対応し、
第3時間は第3時間(通過時間tM)に対応するが、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
In correspondence with the configuration of the present invention and the above-described embodiment, the shield excavator of the present invention corresponds to the earth pressure
and so on,
The torso part corresponds to the
The outer shell corresponds to the
The partition corresponds to the
The steel member corresponds to the
The transceiver corresponds to the
The received information corresponds to the received wave signal R,
The excavation range corresponds to the slack part Xa,
The calculator corresponds to the personal computer 105 (PC 105),
the first time corresponds to the first time (t),
the second time corresponds to the second time (transit time t s ),
The propagation velocity corresponds to the propagation velocity CM ,
The unexcavated area corresponds to the natural ground X,
The exploration system corresponds to
The front corresponds to the front F,
The cutter part corresponds to the
the chamber corresponds to the
The third time corresponds to the third time (transit time t M ), but
The present invention is not limited to the configurations of the above-described embodiments, and many embodiments can be obtained.
例えば、上述の説明では、機外に向けてパルス波を送信する送信機能と、機外で反射した反射波を受信する受信機能とを備えた送受信器101を用いたが、スキンプレート21や隔壁22に取付けられ、機外に向けてパルス波を送信する送信器と、機外で反射した反射波を受信する受信器とで別体構成してもよい。
For example, in the above description, the transmitter/
また、チャンバー40の内部の掘削土をパルス波が伝播する伝播速度CMをPC105で算出したが、緩み部Xaの長さ(区間長lM)を算出するPC105とは別に、チャンバー40内部の掘削土をパルス波が伝播する伝播速度CMを算出するPC(演算器)を設けてもよい。
In addition, although the
また、上述の説明では、複数の送受信器101と、それぞれ別体構成したマルチプレクサ102、プリアンプ103、パルサーレシーバ104及びパーソナルコンピュータ105で探査システム100を構成している。これに対し、探査システム100のうちマルチプレクサ102、プリアンプ103、パルサーレシーバ104及びパーソナルコンピュータ105を一体構成してもよい。さらには、探査システム100のうちマルチプレクサ102、プリアンプ103及びパルサーレシーバ104を一体構成してもよい。
In the above description, the
上記泥土圧式シールド掘削機1は、泥土圧式のシールド掘削機であったが、図6及び図7に図示するように泥水加圧式の泥水加圧式シールド掘削機1aであってもよい。
なお、図6は泥水加圧式シールド掘削機1aの概略縦断面図を示し、図7(a)は図6におけるB-B矢視図を示し、図7(b)は探査システム100による流体輸送管60内の掘削土の伝播速度CMの計測方法について説明する断面図を示している。
The mud pressure
6 shows a schematic vertical cross-sectional view of the mud pressurized
図6,7に示す泥水加圧式シールド掘削機1aは、軟弱地盤である地山Xに対し、カッターヘッド10で掘削した掘削土に水を混ぜ、圧力を作用させて切羽の崩壊を防止しながら掘進するシールド掘削機である。なお、泥水加圧式シールド掘削機1aにおいて泥土圧式シールド掘削機1と同機能を果たす構成について同じ符号を付してその説明を省略する。
The mud pressurized
掘削土をスクリューコンベア24で排土し、後方Bの軌道を走行するズリ台車等で掘削土を搬出する泥土圧式シールド掘削機1と異なり、泥水加圧式シールド掘削機1aは、スクリューコンベア24の代わりに、流体輸送管60(図7(b)参照)から泥水を切羽に送る送泥管28と、掘削土を泥水とともにチャンバー40から流体輸送管60まで排出する排泥管29とが備えられている。
Unlike the mud pressure
泥水加圧式シールド掘削機1aでは、上述の泥土圧式シールド掘削機1と同様に、隔壁22とスキンプレート21とに送受信器101を取付けて、緩み部Xaと地山Xとの境界面Xbまでの距離、つまり緩み部Xaの大きさを検出することができる。
In the mud
なお、チャンバー40内においてスポーク13の裏面で反射する反射波を用いて掘削土を伝播する伝播速度CMを算出した上述の泥土圧式シールド掘削機1に対し、泥水加圧式シールド掘削機1aにおいて同様の方法で伝播する伝播速度CMを算出してもよい。
In contrast to the above-described mud
あるいは、図7(b)に示すように、流体輸送管60にパルス波を送信する送信器106とパルス波を受信する受信器107とを対向するように配置する。このように配置した送信器106から、流体輸送管60を導通する泥水にパルス波を送信し、受信器107で受信して、流体輸送管60で排出される泥水を伝播する伝播速度CMを算出してもよい。
Alternatively, as shown in FIG. 7B, a
もちろん、送受信器101を流体輸送管60に取付けて流体輸送管60における対向部分の内周面で反射する反射波を受信するように構成してもよい。さらには、泥土圧式シールド掘削機1におけるスクリューコンベア24の後方に設置されたベルトコンベアや圧送管に、送信器106及び受信器107とを対向配置して搬出する掘削土を伝播する伝播速度CMを算出してもよい。
なお、泥土圧式シールド掘削機1や泥水加圧式シールド掘削機1a以外でも、密閉式であればTBM等であってもよい。
Of course, the transmitter/
In addition to the mud pressure
また、上述の泥土圧式シールド掘削機1のスキンプレート21や隔壁22に対して送受信器101を螺子止めやマグネット式の取付け治具などで取付けしたが、接着性のあるジェル状の取付け材を介在させて、密着させるように送受信器101を取付けてもよい。
Further, although the transmitter/
1…泥土圧式シールド掘削機
1a…泥水加圧式シールド掘削機
10…カッターヘッド
20…前胴
21…スキンプレート
22…隔壁
40…チャンバー
100…探査システム
101…送受信器
105…パーソナルコンピュータ(PC)
F…前進側
R…受信波信号
X…地山
Xa…緩み部
CM…伝播速度
tM,ts…通過時間
DESCRIPTION OF
F... Advance side R... Received wave signal X... Ground Xa... Slack part C M ... Propagation speed t M , t s ... Passing time
Claims (11)
前記送受信器における少なくとも受信情報に基づいて、地中における掘削範囲を演算する演算器とが設けられ、
該演算器が、
前記音波を送信してから前記反射波を受信するまでの第1時間と、
前記音波が前記鋼製部材を伝播する第2時間と、
前記音波が掘削土を伝播する速度である伝播速度とに基づいて、
前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を算出する
探査システム。 a transmitter/receiver that is attached to the inside of the steel members that make up the outer shell and bulkhead in the body of the shield excavator, transmits sound waves toward the outside of the machine, and receives reflected waves that are reflected outside the machine;
a calculator for calculating an excavation range in the ground based on at least the information received by the transmitter/receiver;
The computing unit
a first time from transmitting the sound wave to receiving the reflected wave;
a second time for the sound wave to propagate through the steel member;
Based on the propagation speed, which is the speed at which the sound wave propagates through the excavated soil,
An exploration system for calculating a distance to an unexcavated area outside the shield excavator.
請求項1に記載の探査システム。 2. The exploration system of claim 1, wherein said sound waves are pulse waves.
請求項1又は2に記載の探査システム。 The exploration system according to claim 1 or 2, wherein the propagation speed is the propagation speed in excavated soil excavated by the shield excavator.
前記演算器は、
前記胴体部の前方において回転し、掘削するカッター部と前記隔壁との間のチャンバー内部に取り込まれた前記掘削土を前記音波が伝播する第3時間と、前記カッター部と前記隔壁との距離とに基づいて前記伝播速度を算出する
請求項3に記載の探査システム。 The transceiver is attached to the bulkhead and configured to transmit the sound waves forward,
The calculator is
a third time during which the sound wave propagates through the excavated soil taken into the chamber between the cutter portion rotating and excavating in front of the body portion and the partition wall; and a distance between the cutter portion and the partition wall. 4. The exploration system of claim 3, wherein the velocity of propagation is calculated based on:
請求項1乃至4のうちいずれかに記載の探査システム。 5. The apparatus according to any one of claims 1 to 4, further comprising mounting means for mounting said transmitter/receiver inside said steel member so that said sound wave transmitted/received by said transmitter/receiver can easily propagate through said steel member. exploration system.
前記鋼製部材の機内側に取付けられ、前記機外に向けて前記音波を送信する送信器と、
前記鋼製部材の機内側に取付けられ、前記機外で反射した前記反射波を受信する受信器とで別体構成された
請求項1乃至5のうちいずれかに記載の探査システム。 The transceiver is
a transmitter attached to the inside of the steel member and transmitting the sound wave toward the outside of the machine;
6. The exploration system according to any one of claims 1 to 5, wherein the receiver is attached inside the steel member and configured separately from a receiver for receiving the reflected wave reflected outside the aircraft.
シールド掘削機。 7. A shield excavator in the exploration system according to any one of claims 1 to 6, wherein said transceiver is mounted inboard of said steel member.
前記音波を送信してから前記反射波を受信するまでの第1時間と、
前記音波が前記鋼製部材を伝播する第2時間と、
前記音波が掘削土を伝播する速度である伝播速度とに基づいて、
前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を算出する
探査方法。 In the body of the shield excavator, a transmitter and receiver attached to the inside of the steel members that make up the outer shell and bulkhead transmit sound waves toward the outside of the machine, and receive the reflected waves reflected outside the machine,
a first time from transmitting the sound wave to receiving the reflected wave;
a second time for the sound wave to propagate through the steel member;
Based on the propagation speed, which is the speed at which the sound wave propagates through the excavated soil,
An exploration method for calculating a distance to an underground unexcavated area outside the shield excavator.
請求項8に記載の探査方法。 The exploration method according to claim 8, wherein the sound waves are pulse waves.
請求項8又は9に記載の探査方法。 The exploration method according to claim 8 or 9, wherein the propagation speed is the propagation speed in excavated soil excavated by the shield excavator.
前記胴体部の前方において回転し、掘削するカッター部と前記隔壁との間のチャンバー内部に取り込まれた前記掘削土を前記音波が伝播する第3時間と、前記カッター部と前記隔壁との距離とに基づいて前記伝播速度を算出する
請求項10に記載の探査方法。 transmitting the sound wave forward from the transceiver attached to the bulkhead;
a third time during which the sound wave propagates through the excavated soil taken into the chamber between the cutter portion rotating and excavating in front of the body portion and the partition wall; and a distance between the cutter portion and the partition wall. 11. The exploration method according to claim 10, wherein the propagation speed is calculated based on.
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