JP7299866B2 - How to diagnose tail brush - Google Patents
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Description
本発明は、テールブラシの診断方法に関する。 The present invention relates to a method for diagnosing tail brushes.
一般的に、トンネル掘削機は、カッタヘッドを回転させ、カッタヘッドの前面に装着された複数のカッタが前方の地盤に切羽を形成することにより、トンネルを掘削する。カッタヘッドは筒状の掘削機本体の前端部に取り付けられており、掘削機本体が前方に推進されることによって、トンネルが掘削される。掘削されたトンネルの内壁面は、環状に組み立てられるセグメントにより覆工される。掘削機本体内の後部では、掘削機本体の前進に伴って、既設のセグメントの前端にセグメントが継ぎ足される。 Generally, a tunnel excavator excavates a tunnel by rotating a cutter head and forming a face on the ground ahead with a plurality of cutters attached to the front surface of the cutter head. The cutter head is attached to the front end of a cylindrical excavator body, and the tunnel is excavated by propelling the excavator body forward. The inner wall of the excavated tunnel is lined with segments that are assembled in an annular fashion. At the rear in the excavator body, a segment is added to the front end of the existing segment as the excavator body advances.
ここで、掘削機本体の後端部内周とセグメントの外周との間には、テールブラシが設けられる。テールブラシは、掘削機本体の後端部内周に設けられており、セグメントの外周と摺接する。テールブラシは、掘削機本体内への水、土砂または裏込材等の侵入(以下、水等の侵入とも呼ぶ)を防止するために設けられている。しかしながら、例えば、テールブラシのテールグリス(以下、単にグリスと呼ぶ)の量であるグリス量の不足等に起因して、テールブラシの止水性能(つまり、掘削機本体内への水等の侵入を防止する性能)が低下してしまう場合がある。そこで、例えば、特許文献1に開示されているように、掘削機本体内への水等の侵入を検知する技術が提案されている。 Here, a tail brush is provided between the inner circumference of the rear end portion of the excavator body and the outer circumference of the segment. The tail brush is provided on the inner circumference of the rear end portion of the excavator main body and is in sliding contact with the outer circumference of the segment. The tail brush is provided to prevent entry of water, earth and sand, backfill material, etc. (hereinafter also referred to as entry of water, etc.) into the body of the excavator. However, due to, for example, a shortage of the amount of tail grease (hereinafter simply referred to as grease) of the tail brush, the water stopping performance of the tail brush (that is, the intrusion of water into the excavator body) performance to prevent Therefore, for example, as disclosed in Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2002-100001, a technique for detecting the intrusion of water or the like into the body of an excavator has been proposed.
しかしながら、特許文献1等に開示されている従来の技術は、テールブラシ自体の状態を診断するものではなかった。テールブラシの状態を診断することは、テールブラシの止水性能が低下する要因を判断し、その要因に応じた対策を行う上で重要である。ゆえに、テールブラシの状態を適切に診断することによって、安全なトンネル施工を実現することが期待される。
However, the conventional techniques disclosed in
そこで、本発明は、このような課題に鑑み、テールブラシの状態を適切に診断することが可能なテールブラシの診断方法を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a tail brush diagnostic method capable of appropriately diagnosing the state of a tail brush.
上記課題を解決するために、本発明のテールブラシの診断方法は、前端部にカッタヘッドが取り付けられている筒状の掘削機本体を備えるトンネル掘削機において、掘削機本体の後端部内周とセグメントの外周との間に設けられるテールブラシの診断方法であって、セグメントの外周に作用するテールブラシの反発力と、テールブラシとセグメントとの間の摺動抵抗とを取得する取得ステップと、取得ステップで取得された反発力および摺動抵抗に基づいて、テールブラシとセグメントとの間の摩擦係数を算出する算出ステップと、算出ステップで算出された摩擦係数に基づいて、テールブラシの状態を診断する診断ステップと、を含む。 In order to solve the above-mentioned problems, a tail brush diagnostic method of the present invention provides a tunnel excavator having a cylindrical excavator body having a cutter head attached to the front end thereof. A method for diagnosing a tail brush provided between an outer periphery of a segment, comprising: an obtaining step of obtaining a repulsive force of the tail brush acting on the outer periphery of the segment and a sliding resistance between the tail brush and the segment; A calculating step of calculating the coefficient of friction between the tail brush and the segment based on the repulsive force and the sliding resistance obtained in the obtaining step, and a state of the tail brush based on the coefficient of friction calculated in the calculating step. and a diagnostic step of diagnosing.
診断ステップでは、摩擦係数が第1閾値以下である場合、テールブラシが、掘削機本体内への水、土砂または裏込材の侵入を防止可能な正常状態であると診断し、摩擦係数が第1閾値より大きい場合、テールブラシが、正常状態ではない非正常状態であると診断してもよい。 In the diagnosis step, when the coefficient of friction is equal to or less than the first threshold value, the tail brush is diagnosed as being in a normal state capable of preventing water, sand, or backfill material from entering the body of the excavator, and the coefficient of friction is determined to be the first threshold value. If it is greater than 1 threshold, it may be diagnosed that the tail brush is in an abnormal state that is not in a normal state.
診断ステップでは、摩擦係数が第1閾値より大きい場合のうち、摩擦係数が第1閾値よりも大きな第2閾値以下である場合、テールブラシのグリス量が不足している、または、テールブラシに異物が侵入していると診断してもよい。 In the diagnosis step, if the coefficient of friction is greater than the first threshold and is equal to or less than a second threshold that is greater than the first threshold, the amount of grease in the tail brush is insufficient, or foreign matter is present in the tail brush. may be diagnosed as invading.
診断ステップでは、摩擦係数が第1閾値より大きい場合のうち、摩擦係数が第2閾値以下である場合、テールブラシへのグリスの供給量を増加させ、テールブラシへのグリスの供給量を増加させたにもかかわらず、摩擦係数が低下しない場合、テールブラシに異物が侵入していると診断してもよい。 In the diagnosis step, when the coefficient of friction is greater than the first threshold and is equal to or less than the second threshold, the amount of grease supplied to the tail brush is increased, and the amount of grease supplied to the tail brush is increased. If the coefficient of friction does not decrease in spite of this, it may be diagnosed that foreign matter has entered the tail brush.
診断ステップでは、摩擦係数が第1閾値より大きい場合のうち、摩擦係数が第1閾値よりも大きな第2閾値より大きい場合、テールブラシに異物が固着していると診断してもよい。 In the diagnosing step, if the coefficient of friction is greater than the first threshold and is greater than a second threshold that is larger than the first threshold, it may be diagnosed that a foreign object is stuck to the tail brush.
診断ステップでは、反発力、摺動抵抗または摩擦係数の少なくともいずれかに基づいて、テールブラシの毛量が基準毛量に対して低下しているか否かを診断してもよい。 In the diagnosis step, it may be diagnosed whether or not the amount of bristles of the tail brush has decreased with respect to the reference amount of bristles, based on at least one of the repulsive force, the sliding resistance, and the coefficient of friction.
取得ステップでは、掘削機本体の後端部内周とセグメントの外周との間のテールクリアランスの大きさに基づいて、反発力を間接的に取得してもよい。 In the acquiring step, the repulsive force may be indirectly acquired based on the size of the tail clearance between the inner circumference of the rear end of the excavator body and the outer circumference of the segment.
取得ステップでは、掘削機本体の推力抵抗の総和から摺動抵抗以外の成分を差し引くことによって、摺動抵抗を間接的に取得してもよい。 In the obtaining step, the sliding resistance may be indirectly obtained by subtracting components other than the sliding resistance from the total thrust resistance of the excavator body.
セグメントまたはトンネル掘削機には、反発力を検出する反発力検出部が設けられており、取得ステップでは、反発力検出部の検出結果に基づいて、反発力を直接的に取得してもよい。 The segment or tunnel excavator is provided with a repulsive force detection unit that detects repulsive force, and in the obtaining step, the repulsive force may be directly obtained based on the detection result of the repulsive force detection unit.
セグメントまたはトンネル掘削機には、摺動抵抗を検出する摺動抵抗検出部が設けられており、取得ステップでは、摺動抵抗検出部の検出結果に基づいて、摺動抵抗を直接的に取得してもよい。 The segment or tunnel excavator is provided with a sliding resistance detection unit for detecting sliding resistance, and in the acquisition step, the sliding resistance is directly acquired based on the detection result of the sliding resistance detection unit. may
本発明によれば、テールブラシの状態を適切に診断することが可能となる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to diagnose the state of a tail brush appropriately.
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。 Preferred embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in these embodiments are merely examples for facilitating understanding of the invention, and do not limit the invention unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same function and configuration are given the same reference numerals to omit redundant description, and elements that are not directly related to the present invention are omitted from the drawings. do.
<トンネル掘削機の構成>
図1および図2を参照して、本発明の実施形態に係るトンネル掘削機1について説明する。
<Configuration of Tunnel Excavator>
A
まず、図1を参照して、トンネル掘削機1の全体構成について説明する。図1は、トンネル掘削機1の全体構成を示す断面模式図である。なお、図1中の矢印A1は、トンネル掘削機1の進行方向を示す。以下、トンネル掘削機1の進行方向を前方向とも呼び、進行方向に対して逆方向を後方向とも呼ぶ。
First, referring to FIG. 1, the overall configuration of a
トンネル掘削機1は、地盤Gを掘削可能な土圧式(泥土圧式を含む。)のシールド掘削機である。図1に示すように、トンネル掘削機1は、掘削機本体10を備える。掘削機本体10は、筒状(例えば、円筒状または矩形筒状等)である。掘削機本体10の軸方向は、トンネル掘削機1の進行方向と一致する。以下では、掘削機本体10の軸方向を単に軸方向とも呼び、掘削機本体10の径方向を単に径方向とも呼び、掘削機本体10の周方向を単に周方向とも呼ぶ。
The
掘削機本体10の前端には、カッタヘッド11が設けられる。カッタヘッド11は、略円盤状の回転体である。カッタヘッド11の中心部には、カッタ中心軸12の前端が嵌入されており、カッタヘッド11は、カッタ中心軸12を中心に回転可能に軸支されている。
A
カッタヘッド11は、外周リング11aと、内周リング11bと、カッタスポーク11cと、フィッシュテールカッタ11dと、カッタビット11eなどを有する。このうち、外周リング11aは、カッタヘッド11の外周部を形成しており、内周リング11bは、外周リング11aよりも径方向内側に配置されている。また、複数のカッタスポーク11cは、カッタヘッド11の前面において、カッタ中心軸12を中心として放射状に配置されている。カッタヘッド11の前面の中心部には、フィッシュテールカッタ11dが装着されている。さらに、カッタスポーク11cの前面には、多数のカッタビット11eが装着されている。なお、フィッシュテールカッタ11dおよびカッタビット11eは、着脱可能であってもよく、着脱可能でなくてもよい。
The
そして、カッタヘッド11には、上記外周リング11a、内周リング11bおよびカッタスポーク11cの相互の間に、複数の開口部が形成されている。当該開口部は、カッタヘッド11によって地盤G(切羽)を掘削した際に発生する掘削土砂を、掘削機本体10内(後述するチャンバ17内)に取り込むための掘削土砂取込口として機能する。
A plurality of openings are formed in the
掘削機本体10におけるカッタヘッド11よりも後方には、隔壁13が配置されている。隔壁13は、トンネル延伸方向に対して垂直に配置される板状(例えば、円板状)の壁体であり、隔壁13の外周縁は掘削機本体10の内周面に取り付けられる。カッタヘッド11と隔壁13は、軸方向(トンネル延伸方向)に所定間隔を空けて配置される。隔壁13の後方側には、トンネル掘削機1の各種設備が配置されており、隔壁13は、切羽で生じる掘削土砂から当該設備を隔離する。隔壁13の下部には、掘削土砂を排出するための開口部である排出口13aが形成されている。
A
隔壁13の中心部には、カッタ中心軸12が回転可能に支持されている。さらに、隔壁13には、環状の回転リング14が、カッタ中心軸12を中心として回転可能に支持されている。回転リング14の前部には、複数の連結ビーム15が周方向に所定の間隔で設けられている。複数の連結ビーム15は、カッタヘッド11と回転リング14を連結する。連結ビーム15の前端は、カッタヘッド11の内周リング11bとカッタスポーク11cとの接続部に連結されている。一方、回転リング14の後部には、リングギヤ14aが設けられている。なお、リングギヤ14aは、外歯式であってもよく、内歯式であってもよい。さらに、隔壁13の後方にはカッタ旋回用モータ16が設けられている。このカッタ旋回用モータ16の駆動ギヤ16aは、回転リング14のリングギヤ14aと噛み合っている。
A
カッタ旋回用モータ16を駆動させることにより、その駆動ギヤ16aの回転がリングギヤ14aから回転リング14および連結ビーム15に伝達される。これにより、カッタヘッド11を、カッタ中心軸12を中心として回転させることができる。この結果、回転するカッタヘッド11の前面を地盤G(切羽)に押し付けて、地盤Gを掘削することができる。
By driving the
カッタヘッド11と隔壁13との間には、チャンバ17が画成されている。チャンバ17は、カッタヘッド11の後面と、隔壁13の前面と、掘削機本体10の内周面とにより区画された空間(例えば、略円柱状の空間)である。カッタヘッド11による地盤Gの掘削に伴って発生する掘削土砂は、カッタヘッド11に貫通形成された上記開口部(掘削土砂取込口)を通じて、チャンバ17内に取り込まれる。チャンバ17は、掘削土砂を一時的に蓄えるための空間(室)として機能する。チャンバ17内に取り込まれた掘削土砂は、隔壁13の下部にある排出口13aを通じて、チャンバ17からスクリューコンベヤ18内に排出される。
A
スクリューコンベヤ18は、掘削機本体10内における隔壁13の後方側に設けられる。スクリューコンベヤ18は、掘削機本体10内において、後方側に向かうにつれて上方に傾斜して配置される。スクリューコンベヤ18の前端の開口部は、隔壁13の排出口13aに接続されている。これにより、スクリューコンベヤ18の内部空間は、隔壁13の排出口13aを通じてチャンバ17と連通する。スクリューコンベヤ18内には、螺旋状の羽根を備えたスクリュー状の回転体であるスクリュー羽根18aが設けられている。スクリュー羽根18aを回転駆動させることで、チャンバ17内に蓄えられた掘削土砂をスクリューコンベヤ18内に取り込んで、掘削機本体10の後方に向けて運搬し、排出することができる。
The
また、掘削機本体10の隔壁13よりも後方側には、エレクタ装置(図示省略)が設けられる。エレクタ装置は、掘削機本体10の軸方向、径方向および周方向(すなわち、トンネル延伸方向、トンネル径方向およびトンネル周方向)に移動可能に設けられる。エレクタ装置は、覆工部材であるセグメントSを把持可能であり、把持したセグメントSをトンネルTの内壁面(坑壁)に沿って組み立てる。
Further, an erector device (not shown) is provided on the rear side of the
セグメントSは、掘削されたトンネルTの内壁面に沿った湾曲形状を有する環片である。上記エレクタ装置を駆動させることにより、複数のセグメントSを周方向に沿って環状に組み立てることができる。これにより、トンネルTの内壁面が複数のセグメントSにより覆工され、内壁面の崩落を防止できる。 The segment S is a ring piece having a curved shape along the inner wall surface of the tunnel T excavated. By driving the erector device, a plurality of segments S can be annularly assembled along the circumferential direction. Thereby, the inner wall surface of the tunnel T is lined with a plurality of segments S, and collapse of the inner wall surface can be prevented.
掘削機本体10内には、複数のシールドジャッキ19が、周方向に相互に間隔を空けて設けられている。各シールドジャッキ19は、掘削機本体10の内周面に沿って、トンネル延伸方向に延びるように設けられる。シールドジャッキ19は、例えば、油圧ジャッキであるが、トンネル掘削機1の推力を発生可能であれば、他の種類のジャッキ、アクチュエータ等であってもよい。シールドジャッキ19の後端には、伸縮可能な駆動ロッド19aが設けられている。駆動ロッド19aの先端は、既設のセグメントSの前端面と対向している。シールドジャッキ19の駆動ロッド19aを、後方に向けて伸長し、セグメントSを押圧することにより、掘削機本体10に推進反力(つまり、推力)を付与することができる。すなわち、シールドジャッキ19がセグメントSを押圧したときに発生する推力によって、掘削機本体10は前進可能である。
A plurality of shield jacks 19 are provided in the excavator
なお、図1に示すトンネル掘削機1は、シールドジャッキ19の前端部から掘削機本体10に推力が伝達されるタイプのトンネル掘削機であるが、本発明に係るトンネル掘削機は、この例に限定されない。例えば、本発明に係るトンネル掘削機は、シールドジャッキ19の後側の部分から掘削機本体10に推力が伝達されるタイプのトンネル掘削機であってもよい。なお、本発明に係るトンネル掘削機は、中折れ機能を有し、かつ、前胴が押されて推進するタイプのトンネル掘削機であってもよく、中折れ機能を有し、かつ、後胴が押されて推進するタイプのトンネル掘削機であってもよい。また、本発明に係るトンネル掘削機は、カッタヘッド11の駆動方式が図1の中間支持方式以外の方式(例えば、センターシャフト方式、中央軸支持方式または外周支持方式等)であるトンネル掘削機であってもよい。
The
掘削機本体10内の後部では、掘削機本体10の前進に伴って、既設のセグメントSの前端に新たなセグメントSが継ぎ足される。これにより、掘削機本体10の後端部に対して径方向内側にセグメントSが配置されている状態が維持される。掘削機本体10の後端部内周とセグメントSの外周との間には、テールブラシ20が設けられる。テールブラシ20は、掘削機本体10の後端部内周に取り付けられており、セグメントSの外周と摺接する。テールブラシ20は、掘削機本体10内への水等の侵入(具体的には、水、土砂または裏込材等の侵入)を防止するために設けられている。
At the rear portion of the
図2は、トンネル掘削機1におけるテールブラシ20とその周囲の構成を示す部分拡大図である。図2に示すように、掘削機本体10には、テールブラシ20A、20B、20Cの3列のテールブラシ20が設けられている。ただし、掘削機本体10に設けられるテールブラシ20の数は、3列以外であってもよい。テールブラシ20は、掘削機本体10の周方向に沿って環状に配置されたワイヤブラシ(つまり、金属製の多数のワイヤ線を束ねたブラシ)、および、ワイヤブラシに対して径方向内向きの付勢力を付与するばね鋼等を含む。ワイヤブラシの自然状態では、ワイヤブラシの先端がセグメントSの外周よりも径方向内側に位置する状態となる。ゆえに、ワイヤブラシは、セグメントSの外周によって押し広げられ、セグメントSの外周に密着してワイヤブラシ自身の復元力によって押し付けられる。テールブラシ20の基部は、溶接またはボルト締結等によって掘削機本体10の内周に固定されており、テールブラシ20の先端部(具体的には、ワイヤブラシの先端部)は、テールブラシ20自身の復元力によってセグメントSの外周に押し付けられる。それにより、後述する反発力N(押付力)が発生する。テールブラシ20A、20B、20Cは、掘削機本体10の軸方向に間隔を空けて、前方からこの順に設けられている。
FIG. 2 is a partially enlarged view showing the configuration of the
掘削機本体10の後方では、トンネルTの内壁面とセグメントSの外周が対向している。トンネルTの内壁面とセグメントSの外周との隙間21には、モルタル等の裏込材22が充填される。これにより、セグメントSがトンネルTに固定される。ここで、掘削機本体10の後端部内周とセグメントSの外周との間には、環状の隙間であるテールクリアランスCが存在する。ゆえに、掘削機本体10の外部に存在する水等が、隙間21およびテールクリアランスCを通って、掘削機本体10内へ侵入するおそれがある。このような掘削機本体10内への水等の侵入を、テールブラシ20によって防止することができる。
Behind the excavator
掘削機本体10の壁部内には、グリス供給路23A、23Bが形成されている。グリス供給路23A、23Bは、グリス供給ポンプ(図示省略)と接続されている。グリス供給ポンプから送出されるグリスは、グリス供給路23A、23Bを流通する。グリス供給路23A、23Bは、掘削機本体10の内周に形成される開口である吐出口24、25とそれぞれ接続されている。吐出口24は、テールブラシ20Aとテールブラシ20Bとの間に画成される空間26と連通している。吐出口24から吐出されるグリスは、空間26に供給される。吐出口25は、テールブラシ20Bとテールブラシ20Cとの間に画成される空間27と連通している。吐出口25から吐出されるグリスは、空間27に供給される。吐出口24から吐出されるグリスの量と、吐出口25から吐出されるグリスの量とは、個別に調整可能となっていてもよい。吐出口24、25からグリスを吐出させ、テールブラシ20にグリスを供給することによって、テールブラシ20内およびテールブラシ20間の空間にグリスが充填され、テールブラシ20の止水性能を向上させることができる。また、グリスは、テールブラシ20とセグメントSとの間の摩擦低減の役割も果たしている。
セグメントSの外周には、力センサ28が設けられている。力センサ28は、セグメントSの外周に作用するテールブラシ20の反発力Nを検出する反発力検出部としての機能を有する。反発力Nは、テールブラシ20がセグメントSの外周に径方向に押し付けられることにより生じる径方向の力である。具体的には、力センサ28により検出される反発力Nは、図2に示すように、セグメントSの外周に作用する径方向内側を向く力である。なお、テールブラシ20には、セグメントSの外周に作用する径方向内側を向く力の反力(つまり、径方向外側を向く力)が作用する。詳細には、反発力Nは、テールクリアランスCの大きさに応じて変化する成分と、テールブラシ20の前後での差圧に応じて変化する成分とを含む。力センサ28は、例えば、径方向に歪み変形し、径方向の歪み量を電気抵抗の変化として検出することによって、テールブラシ20の反発力Nを検出する。
A
さらに、力センサ28は、テールブラシ20とセグメントSとの間の摺動抵抗Fを検出する摺動抵抗検出部としての機能を有する。摺動抵抗Fは、掘削機本体10の前進に伴って生じる軸方向の力である。具体的には、力センサ28により検出される摺動抵抗Fは、図2に示すように、セグメントSの外周に作用する軸方向前側を向く力である。なお、テールブラシ20には、セグメントSの外周に作用する軸方向前側を向く力の反力(つまり、軸方向後側を向く力)が作用する。力センサ28は、例えば、軸方向に歪み変形し、軸方向の歪み量を電気抵抗の変化として検出することによって、摺動抵抗Fを検出する。
Further, the
上記のように、図2に示す例では、反発力検出部としての機能、および、摺動抵抗検出部としての機能の双方が1つのセンサである力センサ28によって実現される。ただし、反発力検出部としての機能を有するセンサ(例えば、土圧計)と、摺動抵抗検出部としての機能を有するセンサ(例えば、摺動抵抗センサ)とが、別々に設けられてもよい。なお、図2に示す例では、反発力検出部および摺動抵抗検出部(つまり、力センサ28)がセグメントSに設けられているが、反発力検出部および摺動抵抗検出部は、トンネル掘削機1(例えば、掘削機本体10の後端部内周)に設けられてもよい。この場合、詳細には、反発力検出部および摺動抵抗検出部は、テールブラシ20の先端部のうちのセグメントSの外周に押し付けられる部分の近傍(例えば、テールブラシ20の内部)に設けられ得る。
As described above, in the example shown in FIG. 2, the
掘削機本体10には、テールクリアランスセンサ29が設けられている。テールクリアランスセンサ29は、掘削機本体10の後端部内周とセグメントSの外周との間のテールクリアランスCの大きさを検出する。テールクリアランスセンサ29は、例えば、超音波または光等をセグメントSの外周に照射し、その反射波を受信することによって、テールクリアランスCの大きさを検出する。なお、テールクリアランスセンサ29は、上記の例に限定されず、例えば、セグメントSの前方からテールクリアランスCの大きさを検出するセンサであってもよく、測定子をセグメントSに接触させて測定子の移動量に基づいてテールクリアランスCの大きさを検出するセンサであってもよい。なお、作業者がメジャー等を用いてテールクリアランスCの大きさを実測してもよい。
The excavator
上記で説明したように、トンネル掘削機1には、掘削機本体10内への水等の侵入を防止するために、テールブラシ20が設けられている。しかしながら、例えば、テールブラシ20のグリス量(つまり、テールブラシ20に供給されるグリスの量)の不足等に起因して、テールブラシの止水性能が低下してしまう場合がある。ここで、本件発明者は、テールブラシ20の摩擦係数μとテールブラシ20の状態との間に密接な関係があると考えられる点に着目し、テールブラシ20の状態を適切に診断することができる診断方法を見出した。
As described above, the
<テールブラシの診断方法>
図3および図4を参照して、本発明の実施形態に係るテールブラシ20の診断方法の処理の流れについて説明する。
<Tail brush diagnosis method>
3 and 4, the processing flow of the diagnostic method for the
本実施形態に係るテールブラシ20の診断方法は、取得ステップと、算出ステップと、診断ステップとを含む。取得ステップでは、セグメントSの外周に作用するテールブラシ20の反発力Nと、テールブラシ20とセグメントSとの間の摺動抵抗Fとが取得される。算出ステップでは、取得ステップで取得された反発力Nおよび摺動抵抗Fに基づいて、テールブラシ20とセグメントSとの間の摩擦係数μが算出される。診断ステップでは、算出ステップで算出された摩擦係数μに基づいて、テールブラシ20の状態が診断される。
The diagnostic method for the
以下、テールブラシ20の診断方法の処理の流れの例として、反発力Nおよび摺動抵抗Fがセンサ(具体的には、力センサ28)を用いて直接的に取得される第1の例と、反発力Nおよび摺動抵抗Fが間接的に取得される第2の例とをこの順に説明する。なお、以下では、直接的に取得される反発力Nと間接的に取得される反発力Nとを区別するために、間接的に取得される反発力Nを特に反発力N’とも呼ぶ。
Hereinafter, as an example of the processing flow of the diagnostic method for the
図3は、テールブラシ20の診断方法の処理フローの第1の例を示すフローチャートである。図3に示す処理フローは、例えば、予め設定された時間間隔で繰り返し行われる。なお、以下では、図3に示す処理フローの各処理がトンネル掘削機1の作業者によって行われる例を説明するが、図3に示す処理フローの処理の一部または全部が演算処理装置であるCPU(Central Processing Unit)によって行われてもよい。なお、CPUは、CPUが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるROM(Read Only Memory)、および、CPUの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるRAM(Random Access Memory)等を含む。
FIG. 3 is a flow chart showing a first example of the processing flow of the method for diagnosing the
図3に示す処理フローのうち、ステップS101が取得ステップに相当する。図3に示す処理フローのうち、ステップS102が算出ステップに相当する。図3に示す処理フローのうち、ステップS103~S117が診断ステップに相当する。 In the processing flow shown in FIG. 3, step S101 corresponds to the acquisition step. In the processing flow shown in FIG. 3, step S102 corresponds to the calculation step. In the processing flow shown in FIG. 3, steps S103 to S117 correspond to diagnostic steps.
図3に示す処理フローが開始されると、ステップS101において、作業者は、力センサ28の検出結果に基づいて、テールブラシ20の反発力N、および、テールブラシ20とセグメントSとの間の摺動抵抗Fを直接的に取得する。
When the processing flow shown in FIG. 3 is started, in step S101, the operator determines the repulsive force N of the
次に、ステップS102において、作業者は、反発力Nおよび摺動抵抗Fに基づいて、テールブラシ20とセグメントSとの間の摩擦係数μを算出する。具体的には、作業者は、摺動抵抗Fを反発力Nで除算して得られる値を摩擦係数μとして算出する(μ=F/N)。
Next, in step S102, the operator calculates the coefficient of friction μ between the
次に、ステップS103において、作業者は、摩擦係数μが第1閾値以下であるか否かを判定する。 Next, in step S103, the operator determines whether or not the coefficient of friction μ is less than or equal to the first threshold.
第1閾値は、テールブラシ20が正常状態(つまり、掘削機本体10内への水等の侵入を防止可能な状態)となっている程度に摩擦係数μが小さいか否かを適切に判断し得る値に設定される。なお、第1閾値は、テールブラシ20の仕様(例えば、材質、寸法、形状)、または、セグメントSの材質等に応じて適宜変更され得る。
The first threshold appropriately determines whether or not the coefficient of friction μ is small enough for the
ステップS103でYESと判定された場合(つまり、摩擦係数μが第1閾値以下であると判定された場合)、基本的には、テールブラシ20が正常状態であると診断することができる。ただし、後述するように、テールブラシ20が消耗している状態(つまり、テールブラシ20の毛量が基準毛量に対して低下している状態)となっている場合があり得る。ゆえに、ステップS103でYESと判定された場合、ステップS104に進み、作業者は、テールブラシ20が正常状態である、または、テールブラシ20が消耗している状態であると診断する。
If it is determined YES in step S103 (that is, if it is determined that the coefficient of friction μ is equal to or less than the first threshold value), basically it can be diagnosed that the
なお、ステップS103でNOと判定された場合(つまり、摩擦係数μが第1閾値より大きいと判定された場合)には、後述するように、テールブラシ20が非正常状態であると診断される。例えば、ステップS109のように、テールブラシ20に異物が固着していると診断され、あるいは、ステップS110のように、テールブラシ20のグリス量が不足している、または、テールブラシ20に異物が侵入していると診断される。
If the determination in step S103 is NO (that is, if the coefficient of friction μ is greater than the first threshold value), the
ステップS104の次に、ステップS105において、作業者は、反発力Nが基準反発力より小さいか否かを判定する。 After step S104, in step S105, the operator determines whether or not the repulsive force N is smaller than the reference repulsive force.
ここで、本件発明者は、反発力Nとテールブラシ20の毛量との間に密接な関係があると考えられる点に着目し、テールブラシ20の毛量を適切に診断することができる方法を見出した。テールブラシ20の毛量が低下するにつれて、テールブラシ20の止水性能が低下しやすくなる。テールブラシ20の毛量が基準毛量に対して低下している場合、テールブラシ20の止水性能をより確実に確保するために、テールブラシ20の交換を検討する必要性が高くなる。基準毛量は、例えば、テールブラシ20の初期毛量でもよく、初期毛量より少なくてもよい。基準反発力は、テールブラシ20の毛量が基準毛量に対して低下している程度に反発力Nが小さいか否かを適切に判断し得る値に設定される。なお、基準反発力は、テールブラシ20の仕様(例えば、材質、寸法、形状)等に応じて適宜変更され得る。
Here, the inventor of the present invention focused on the fact that there is considered to be a close relationship between the repulsive force N and the amount of bristles of the
ステップS105でNOと判定された場合(つまり、反発力Nが基準反発力以上であると判定された場合)、ステップS106に進み、作業者は、テールブラシ20の毛量が適量である(つまり、基準毛量以上である)と診断し、図3に示す処理フローを終了する。この場合、作業者は、テールブラシ20の交換が不要であると判断することができる。
If the determination in step S105 is NO (that is, if it is determined that the repulsive force N is greater than or equal to the reference repulsive force), the process proceeds to step S106, and the operator confirms that the
一方、ステップS105でYESと判定された場合(つまり、反発力Nが基準反発力より小さいと判定された場合)、ステップS107に進み、作業者は、テールブラシ20の毛量が基準毛量に対して低下していると診断し、図3に示す処理フローを終了する。この場合、作業者は、テールブラシ20の交換を検討する必要性が高いと判断することができる。
On the other hand, if it is determined YES in step S105 (that is, if it is determined that the repulsive force N is smaller than the reference repulsive force), the process proceeds to step S107, and the operator sets the hair amount of the
ステップS103でNOと判定された場合(つまり、摩擦係数μが第1閾値より大きいと判定された場合)、ステップS108に進み、作業者は、摩擦係数μが第2閾値以下であるか否かを判定する。第2閾値は、第1閾値よりも大きい。 If it is determined NO in step S103 (that is, if it is determined that the coefficient of friction μ is greater than the first threshold value), the process proceeds to step S108, and the operator determines whether the coefficient of friction μ is equal to or less than the second threshold value. judge. The second threshold is greater than the first threshold.
第2閾値は、テールブラシ20に異物が固着している程度に摩擦係数μが大きいか否かを適切に判断し得る値に設定される。異物としては、例えば、コンクリート剥離片、水、土砂または裏込材22等が挙げられる。なお、第2閾値は、テールブラシ20の仕様(例えば、材質、寸法、形状)、または、セグメントSの材質等に応じて適宜変更され得る。
The second threshold value is set to a value that can appropriately determine whether or not the coefficient of friction μ is large enough to cause foreign matter to adhere to the
ステップS108でNOと判定された場合(つまり、摩擦係数μが第2閾値より大きいと判定された場合)、ステップS109に進み、作業者は、テールブラシ20に異物が固着していると診断し、図3に示す処理フローを終了する。テールブラシ20に異物が固着している場合、テールブラシ20の止水性能が著しく低下している。ゆえに、作業者は、テールブラシ20を交換する必要性が特に高い、または、テールブラシ20の交換を検討する必要性が特に高いと判断することができる。
If the determination in step S108 is NO (that is, if the coefficient of friction μ is determined to be greater than the second threshold value), the process proceeds to step S109, and the operator diagnoses that the
一方、ステップS108でYESと判定された場合(つまり、摩擦係数μが第2閾値以下であると判定された場合)、ステップS110に進み、作業者は、テールブラシ20のグリス量が不足している、または、テールブラシ20に異物が侵入していると診断する。
On the other hand, if the determination in step S108 is YES (that is, if it is determined that the coefficient of friction μ is equal to or less than the second threshold value), the process proceeds to step S110, and the operator confirms that the amount of grease on the
次に、ステップS111において、作業者は、テールブラシ20へのグリスの供給量を増加させる。具体的には、作業者は、グリス供給ポンプから送出されるグリスの量を増加させ、図2に示した吐出口24、25から空間26、27に吐出されるグリスの量を増加させる。
Next, in step S<b>111 , the operator increases the amount of grease supplied to the
次に、ステップS112において、作業者は、摩擦係数μを再計算する。具体的には、作業者は、ステップS101、S102の処理を行うことによって、摩擦係数μを再計算する。 Next, in step S112, the operator recalculates the coefficient of friction μ. Specifically, the operator recalculates the coefficient of friction μ by performing the processes of steps S101 and S102.
次に、ステップS113において、作業者は、摩擦係数μが低下しているか否かを判定する。具体的には、作業者は、ステップS112で再計算された摩擦係数μが、グリスの供給量の増加(ステップS111)の前に計算された摩擦係数μよりも低下しているか否かを判定する。 Next, in step S113, the operator determines whether or not the coefficient of friction μ has decreased. Specifically, the operator determines whether or not the friction coefficient μ recalculated in step S112 is lower than the friction coefficient μ calculated before the grease supply amount is increased (step S111). do.
ステップS113でYESと判定された場合(つまり、摩擦係数μが低下していると判定された場合)、ステップS103に戻る。この場合、作業者は、直前のステップS103でNOと判定された要因が、テールブラシ20のグリス量が不足していたことであると判断できる。ゆえに、テールブラシ20へのグリスの供給量を増加させたことによってテールブラシ20が正常状態となり、次のステップS103でYESと判定される可能性がある。
If it is determined YES in step S113 (that is, if it is determined that the coefficient of friction μ has decreased), the process returns to step S103. In this case, the operator can determine that the cause of the NO determination in step S103 immediately before is that the amount of grease on the
一方、ステップS113でNOと判定された場合(つまり、摩擦係数μが低下していないと判定された場合)、ステップS114に進み、作業者は、テールブラシ20に異物が侵入していると診断する。
On the other hand, if NO is determined in step S113 (that is, if it is determined that the coefficient of friction μ has not decreased), the process proceeds to step S114, and the operator diagnoses that a foreign object has entered the
次に、ステップS115において、作業者は、反発力Nが基準反発力より小さいか否かを判定する。ステップS115は、ステップS105の処理と同様である。 Next, in step S115, the operator determines whether or not the repulsive force N is smaller than the reference repulsive force. Step S115 is the same as the process of step S105.
ステップS115でNOと判定された場合(つまり、反発力Nが基準反発力以上であると判定された場合)、ステップS116に進み、作業者は、テールブラシ20の毛量が適量であると診断し、図3に示す処理フローを終了する。この場合、テールブラシ20の毛量は適量であるものの、テールブラシ20に異物が侵入していると診断されている。ゆえに、作業者は、テールブラシ20を交換する必要性が高い、または、テールブラシ20の交換を検討する必要性が高いと判断することができる。
If NO is determined in step S115 (that is, if it is determined that the repulsive force N is greater than or equal to the reference repulsive force), the process proceeds to step S116, and the operator diagnoses that the amount of bristles on the
一方、ステップS115でYESと判定された場合(つまり、反発力Nが基準反発力より小さいと判定された場合)、ステップS117に進み、作業者は、テールブラシ20の毛量が基準毛量に対して低下していると診断し、図3に示す処理フローを終了する。この場合、テールブラシ20に異物が侵入していると診断され、さらに、テールブラシ20の毛量が基準毛量に対して低下していると診断されている。ゆえに、作業者は、テールブラシ20を交換する必要性、または、テールブラシ20の交換を検討する必要性が、テールブラシ20の毛量が適量である場合(ステップS116)よりもさらに高いと判断することができる。
On the other hand, if it is determined YES in step S115 (that is, if it is determined that the repulsive force N is smaller than the reference repulsive force), the process proceeds to step S117, and the operator sets the bristle amount of the
図4は、テールブラシ20の診断方法の処理フローの第2の例を示すフローチャートである。図4に示す処理フローは、例えば、予め設定された時間間隔で繰り返し行われる。なお、以下では、図4に示す処理フローの各処理がトンネル掘削機1の作業者によって行われる例を説明するが、図4に示す処理フローの処理の一部または全部が演算処理装置であるCPUによって行われてもよい。
FIG. 4 is a flow chart showing a second example of the processing flow of the method for diagnosing the
図4に示す処理フローのうち、ステップS201、S202が取得ステップに相当する。図4に示す処理フローのうち、ステップS203が算出ステップに相当する。図4に示す処理フローのうち、ステップS204~S215が診断ステップに相当する。 In the processing flow shown in FIG. 4, steps S201 and S202 correspond to acquisition steps. In the processing flow shown in FIG. 4, step S203 corresponds to the calculation step. In the processing flow shown in FIG. 4, steps S204 to S215 correspond to diagnostic steps.
図4に示す処理フローが開始されると、ステップS201において、作業者は、テールクリアランスCの大きさに基づいて、テールブラシ20の反発力N’を間接的に取得する。なお、テールクリアランスCの大きさは、テールクリアランスセンサ29を用いて取得され得る。作業者は、例えば、テールクリアランスCの大きさが小さいほど、テールブラシ20の反発力N’として大きな値を取得する。このように間接的に取得される反発力N’は、テールブラシ20が正常状態である場合に想定される反発力N’であり、図3に示す処理フローで直接的に取得される反発力Nとは異なり得る。
When the processing flow shown in FIG. 4 is started, the operator indirectly obtains the repulsive force N' of the
なお、反発力N’は、上述したように、テールクリアランスCの大きさに応じて変化する成分と、テールブラシ20の前後での差圧に応じて変化する成分とを含む。ゆえに、作業者は、テールブラシ20の前後での差圧を加味することによって、反発力N’をより精度良く取得することができる。
As described above, the repulsive force N' includes a component that changes according to the size of the tail clearance C and a component that changes according to the differential pressure across the
次に、ステップS202において、作業者は、掘削機本体10の推力抵抗の総和から摺動抵抗F以外の成分を差し引くことによって、テールブラシ20とセグメントSとの間の摺動抵抗Fを間接的に取得する。例えば、掘削機本体10の推力抵抗の総和Fnは、以下の式(1)により表される。なお、推力抵抗の総和Fnは、掘削機本体10を前進させる装置(例えば、シールドジャッキ19等)の出力を示す情報を用いて取得され得る。以下の式(1)は、土木学会著、「トンネル標準示方書「共通編」・同解説/「シールド工法編」・同解説 2016年制定」、167頁の記載に基づく式である。
Next, in step S202, the operator indirectly calculates the sliding resistance F between the
Fn=F1+F2+F3+F4+F5・・・(1) Fn=F1+F2+F3+F4+F5 (1)
式(1)において、F1は、掘削機本体10の外周面と土(地盤Gの土)との摩擦抵抗あるいは粘着抵抗を示す。F2は、切羽前面抵抗を示す。F3は、曲線施工等の変向荷重による推進抵抗を示す。F4は、テールブラシ20とセグメントSとの間の摺動抵抗Fを示す。F5は、後続台車の牽引抵抗を示す。
In Expression (1), F1 represents the frictional resistance or adhesion resistance between the outer peripheral surface of the
作業者は、例えば、式(1)を利用し、テールブラシ20とセグメントSとの間の摺動抵抗F以外の成分であるF1、F2、F3およびF5をFnから差し引くことによって得られる値を摺動抵抗Fとして取得する。なお、F1、F2、F3およびF5は、周知の理論式を用いた算出、または、センサ等による実測によって、取得され得る。
For example, the operator uses the formula (1) and subtracts F1, F2, F3 and F5, which are components other than the sliding resistance F between the
次に、ステップS203において、作業者は、反発力N’および摺動抵抗Fに基づいて、テールブラシ20とセグメントSとの間の摩擦係数μを算出する。具体的には、作業者は、摺動抵抗Fを反発力N’で除算して得られる値を摩擦係数μとして算出する(μ=F/N’)。
Next, in step S203, the operator calculates the coefficient of friction μ between the
次に、ステップS204において、作業者は、摩擦係数μが第1閾値以下であるか否かを判定する。なお、ステップS204の第1閾値と、図3中のステップS103の第1閾値とは、一致していてもよく、異なっていてもよい。 Next, in step S204, the operator determines whether or not the coefficient of friction μ is equal to or less than the first threshold. Note that the first threshold in step S204 and the first threshold in step S103 in FIG. 3 may be the same or different.
ステップS204でYESと判定された場合(つまり、摩擦係数μが第1閾値以下であると判定された場合)、基本的には、テールブラシ20が正常状態であると診断することができる。ただし、後述するように、テールブラシ20が消耗している状態(つまり、テールブラシ20の毛量が基準毛量に対して低下している状態)となっている場合があり得る。ゆえに、ステップS204でYESと判定された場合、ステップS205に進み、作業者は、テールブラシ20が正常状態である、または、テールブラシ20が消耗している状態であると診断する。
If the determination in step S204 is YES (that is, if it is determined that the coefficient of friction μ is equal to or less than the first threshold value), basically it can be diagnosed that the
なお、ステップS204でNOと判定された場合(つまり、摩擦係数μが第1閾値より大きいと判定された場合)には、後述するように、テールブラシ20が非正常状態であると診断される。例えば、ステップS210のように、テールブラシ20に異物が固着していると診断され、あるいは、ステップS211のように、テールブラシ20のグリス量が不足している、または、テールブラシ20に異物が侵入していると診断される。
If the determination in step S204 is NO (that is, if the coefficient of friction μ is greater than the first threshold value), the
ステップS205の次に、ステップS206において、作業者は、摩擦係数μが第3閾値より小さいか否かを判定する。第3閾値は、第1閾値よりも小さい。 After step S205, in step S206, the operator determines whether or not the coefficient of friction μ is smaller than the third threshold. The third threshold is less than the first threshold.
作業者は、図4に示す第2の例において、摩擦係数μが第1閾値以下である場合のうち、摩擦係数μが過度に小さい場合、テールブラシ20の毛量が基準毛量に対して低下しており、それ以外の場合、テールブラシ20の毛量が適量(つまり、基準毛量以上である)であると診断する。基準毛量は、図3中のステップS105と同様に、例えば、テールブラシ20の初期毛量でもよく、初期毛量より少なくてもよい。第3閾値は、テールブラシ20の毛量が基準毛量に対して低下している程度に摩擦係数μが小さいか否かを適切に判断し得る値に設定される。なお、第3閾値は、テールブラシ20の仕様(例えば、材質、寸法、形状)等に応じて適宜変更され得る。
In the second example shown in FIG. 4, when the coefficient of friction μ is less than or equal to the first threshold value, when the coefficient of friction μ is excessively small, the amount of bristles of the
ステップS206でNOと判定された場合(つまり、摩擦係数μが第3閾値以上であると判定された場合)、ステップS207に進み、作業者は、テールブラシ20の毛量が適量であると診断し、図4に示す処理フローを終了する。この場合、作業者は、テールブラシ20の交換が不要であると判断することができる。
If NO is determined in step S206 (that is, if it is determined that the coefficient of friction μ is equal to or greater than the third threshold value), the process proceeds to step S207, and the operator diagnoses that the amount of bristles on the
一方、ステップS206でYESと判定された場合(つまり、摩擦係数μが第3閾値より小さいと判定された場合)、ステップS208に進み、作業者は、テールブラシ20の毛量が基準毛量に対して低下していると診断し、図4に示す処理フローを終了する。この場合、作業者は、テールブラシ20の交換を検討する必要性が高いと判断することができる。
On the other hand, if it is determined YES in step S206 (that is, if it is determined that the coefficient of friction μ is smaller than the third threshold), the process proceeds to step S208, and the operator sets the hair amount of the
ステップS204でNOと判定された場合(つまり、摩擦係数μが第1閾値より大きいと判定された場合)、ステップS209に進み、作業者は、摩擦係数μが第2閾値以下であるか否かを判定する。第2閾値は、第1閾値よりも大きい。なお、ステップS209の第2閾値と、図3中のステップS108の第2閾値とは、一致していてもよく、異なっていてもよい。 If it is determined NO in step S204 (that is, if it is determined that the coefficient of friction μ is greater than the first threshold value), the process proceeds to step S209, and the operator determines whether the coefficient of friction μ is equal to or less than the second threshold value. judge. The second threshold is greater than the first threshold. The second threshold in step S209 and the second threshold in step S108 in FIG. 3 may be the same or different.
ステップS209でNOと判定された場合(つまり、摩擦係数μが第2閾値より大きいと判定された場合)、ステップS210に進み、作業者は、テールブラシ20に異物が固着していると診断し、図4に示す処理フローを終了する。テールブラシ20に異物が固着している場合、テールブラシ20の止水性能が著しく低下している。ゆえに、作業者は、テールブラシ20を交換する必要性が特に高い、または、テールブラシ20の交換を検討する必要性が特に高いと判断することができる。
If the determination in step S209 is NO (that is, if the coefficient of friction μ is determined to be greater than the second threshold value), the process proceeds to step S210, and the operator diagnoses that the
一方、ステップS209でYESと判定された場合(つまり、摩擦係数μが第2閾値以下であると判定された場合)、ステップS211に進み、作業者は、テールブラシ20のグリス量が不足している、または、テールブラシ20に異物が侵入していると診断する。
On the other hand, if it is determined YES in step S209 (that is, if it is determined that the coefficient of friction μ is equal to or less than the second threshold value), the process proceeds to step S211, and the operator confirms that the amount of grease on the
次に、ステップS212において、作業者は、テールブラシ20へのグリスの供給量を増加させる。具体的には、作業者は、グリス供給ポンプから送出されるグリスの量を増加させ、図2に示した吐出口24、25から空間26、27に吐出されるグリスの量を増加させる。
Next, in step S<b>212 , the operator increases the amount of grease supplied to the
次に、ステップS213において、作業者は、摩擦係数μを再計算する。具体的には、作業者は、ステップS201~S203の処理を行うことによって、摩擦係数μを再計算する。 Next, in step S213, the operator recalculates the coefficient of friction μ. Specifically, the operator recalculates the friction coefficient μ by performing the processes of steps S201 to S203.
次に、ステップS214において、作業者は、摩擦係数μが低下しているか否かを判定する。具体的には、作業者は、ステップS213で再計算された摩擦係数μが、グリスの供給量の増加(ステップS212)の前に計算された摩擦係数μよりも低下しているか否かを判定する。 Next, in step S214, the operator determines whether or not the coefficient of friction μ has decreased. Specifically, the operator determines whether or not the friction coefficient μ recalculated in step S213 is lower than the friction coefficient μ calculated before the grease supply amount is increased (step S212). do.
ステップS214でYESと判定された場合(つまり、摩擦係数μが低下していると判定された場合)、ステップS204に戻る。この場合、作業者は、直前のステップS204でNOと判定された要因が、テールブラシ20のグリス量が不足していたことであると判断できる。ゆえに、テールブラシ20へのグリスの供給量を増加させたことによってテールブラシ20が正常状態となり、次のステップS204でYESと判定される可能性がある。
If it is determined YES in step S214 (that is, if it is determined that the coefficient of friction μ has decreased), the process returns to step S204. In this case, the operator can determine that the cause of the NO determination in step S204 immediately before is that the amount of grease on the
一方、ステップS214でNOと判定された場合(つまり、摩擦係数μが低下していないと判定された場合)、ステップS215に進み、作業者は、テールブラシ20に異物が侵入していると診断し、図4に示す処理フローを終了する。この場合、作業者は、テールブラシ20を交換する必要性が高い、または、テールブラシ20の交換を検討する必要性が高いと判断することができる。
On the other hand, if NO is determined in step S214 (that is, if it is determined that the coefficient of friction μ has not decreased), the process proceeds to step S215, and the operator diagnoses that a foreign object has entered the
上記では、図3を参照してテールブラシ20の診断方法の処理フローの第1の例を説明し、図4を参照してテールブラシ20の診断方法の処理フローの第2の例を説明した。ただし、テールブラシ20の診断方法の処理の流れは、上記で説明した例に特に限定されない。例えば、上記で説明した第1の例または第2の例に対して一部の処理を追加、削除または変更してもよい。例えば、第2の例のステップS215の次に、ステップS206~S208の処理が追加的に行われてもよい。
The first example of the processing flow of the diagnostic method for the
また、上記では、反発力Nおよび摺動抵抗Fがセンサを用いて直接的に取得される第1の例と、反発力N’および摺動抵抗Fが間接的に取得される第2の例とをそれぞれ説明した。ただし、反発力Nおよび摺動抵抗Fの取得方法として、第1の例のように、直接的な取得のみが用いられてもよい。この場合、トンネル掘削機1の構成からテールクリアランスセンサ29が省略され得る。また、第2の例のように、間接的な取得のみが用いられてもよい。この場合、セグメントSまたはトンネル掘削機1の構成から力センサ28が省略され得る。また、直接的な取得と間接的な取得の双方が使い分けられてもよく、直接的な取得と間接的な取得の双方が併用されてもよい。直接的な取得では、センサの設置位置における反発力Nおよび摺動抵抗Fを精度良く取得できる。これにより、センサの設置位置でのテールブラシ20の状態を把握することが可能となる。なお、力センサ28等のセンサの設置位置としては、例えば、周方向に互いに間隔を空けた複数の位置、または、テールブラシ20の各列と対応する複数の位置等が挙げられる。また、センサの各設置位置でのテールブラシ20の状態の相違に基づいて、吐出口24から吐出されるグリスの量と、吐出口25から吐出されるグリスの量とを異ならせてもよい。それにより、グリスの効率良い使用が可能となる。一方、間接的な取得では、装置全体での平均的な反発力N’および摺動抵抗Fを取得できる。例えば、間接的な取得によって、装置全体での反発力N’および摺動抵抗Fの傾向を把握した上で、特定の位置での反発力Nおよび摺動抵抗Fを精度良く取得したい場合に直接的な取得を利用することが考えられる。また、直接的な取得に用いるセンサが故障した場合等に、適宜、間接的な取得に切り替えて対応するといった時系列的な使い分けも可能である。
Moreover, in the above, the first example in which the repulsive force N and the sliding resistance F are obtained directly using sensors, and the second example in which the repulsive force N' and the sliding resistance F are obtained indirectly explained each. However, as a method of acquiring the repulsive force N and the sliding resistance F, only direct acquisition may be used as in the first example. In this case, the
また、上記では、第2の例のステップS206において、テールブラシ20の毛量が基準毛量に対して低下しているか否かを摩擦係数μに基づいて診断する例を説明した。ただし、第2の例のように反発力N’および摺動抵抗Fが間接的に取得される場合において、テールブラシ20の毛量が基準毛量に対して低下しているか否かを摺動抵抗Fに基づいて診断してもよい。例えば、作業者は、摺動抵抗Fが基準摺動抵抗より小さい場合、テールブラシ20の毛量が基準毛量に対して低下していると診断してもよい。基準摺動抵抗は、ステップS206の第3閾値を反発力N’に乗じて得られる値である。
Also, in the above description, in step S206 of the second example, an example is described in which whether or not the amount of bristles of the
また、上記では、テールブラシ20が非正常状態となっている場合の例として、テールブラシ20に異物が固着している場合、テールブラシ20のグリス量が不足している場合、または、テールブラシ20に異物が侵入している場合を挙げた。ただし、テールブラシ20が非正常状態となっている場合は、上記以外の場合も含み得る。例えば、テールブラシ20が非正常状態となっている場合として、テールブラシ20が反転している場合(つまり、テールブラシ20の先端部が基部より前方に位置する状態になっている場合)、または、裏込材22の注入圧力が異常に高くなることに起因してテールブラシ20がセグメントSに対して異常に高い力で押し付けられている場合等がある。ゆえに、作業者は、テールブラシ20が非正常状態であると診断する場合において、例えば、テールブラシ20が反転していると診断してもよく、テールブラシ20がセグメントSに対して異常に高い力で押し付けられていると診断してもよい。
Further, in the above description, examples of cases where the
以下、本発明の実施形態に係るテールブラシ20の診断方法の効果について説明する。
The effect of the method for diagnosing the
本実施形態に係るテールブラシ20の診断方法は、セグメントSの外周に作用するテールブラシ20の反発力Nと、テールブラシ20とセグメントSとの間の摺動抵抗Fとを取得する取得ステップと、取得ステップで取得された反発力Nおよび摺動抵抗Fに基づいて、テールブラシ20とセグメントSとの間の摩擦係数μを算出する算出ステップと、算出ステップで算出された摩擦係数μに基づいて、テールブラシ20の状態を診断する診断ステップと、を含む。それにより、摩擦係数μとテールブラシ20の状態との関係に基づいて、テールブラシ20の状態を適切に診断することができる。ゆえに、例えば、テールブラシ20の止水性能が低下する要因に応じた対策を適切に行うことができる。よって、安全なトンネル施工を実現することができる。
The diagnostic method for the
また、本実施形態に係るテールブラシ20の診断方法の診断ステップでは、摩擦係数μが第1閾値以下である場合、テールブラシ20が、掘削機本体10内への水、土砂または裏込材22の侵入を防止可能な正常状態であると診断し、摩擦係数μが第1閾値より大きい場合、テールブラシ20が、正常状態ではない非正常状態であると診断することが好ましい。それにより、テールブラシ20が正常状態であるか否かを、摩擦係数μとテールブラシ20の状態との関係に基づいて適切に診断することができる。
Further, in the diagnosis step of the diagnosis method for the
また、本実施形態に係るテールブラシ20の診断方法の診断ステップでは、摩擦係数μが第1閾値より大きい場合のうち、摩擦係数μが第1閾値よりも大きな第2閾値以下である場合、テールブラシ20のグリス量が不足している、または、テールブラシ20に異物が侵入していると診断することが好ましい。それにより、テールブラシ20のグリス量が不足している、または、テールブラシ20に異物が侵入しているか否かを、摩擦係数μとテールブラシ20の状態との関係に基づいて適切に診断することができる。
Further, in the diagnostic step of the diagnostic method for the
また、本実施形態に係るテールブラシ20の診断方法の診断ステップでは、摩擦係数μが第1閾値より大きい場合のうち、摩擦係数μが第2閾値以下である場合、テールブラシ20へのグリスの供給量を増加させ、テールブラシ20へのグリスの供給量を増加させたにもかかわらず、摩擦係数μが低下しない場合、テールブラシ20に異物が侵入していると診断することが好ましい。それにより、摩擦係数μが第1閾値より大きく、かつ、第2閾値以下である場合において、テールブラシ20のグリス量が不足しているのか、テールブラシ20に異物が侵入しているのかを適切に診断することができる。
Further, in the diagnostic step of the diagnostic method for the
また、本実施形態に係るテールブラシ20の診断方法の診断ステップでは、摩擦係数μが第1閾値より大きい場合のうち、摩擦係数μが第1閾値よりも大きな第2閾値より大きい場合、テールブラシ20に異物が固着していると診断することが好ましい。それにより、テールブラシ20に異物が固着しているか否かを、摩擦係数μとテールブラシ20の状態との関係に基づいて適切に診断することができる。
Further, in the diagnostic step of the diagnostic method for the
また、本実施形態に係るテールブラシ20の診断方法の診断ステップでは、反発力N、摺動抵抗Fまたは摩擦係数μの少なくともいずれかに基づいて、テールブラシ20の毛量が基準毛量に対して低下しているか否かを診断することが好ましい。それにより、テールブラシ20の毛量が基準毛量に対して低下しているか否かを適切に診断することができる。
Further, in the diagnostic step of the diagnostic method for the
また、本実施形態に係るテールブラシ20の診断方法の取得ステップでは、掘削機本体10の後端部内周とセグメントSの外周との間のテールクリアランスCの大きさに基づいて、反発力N’を間接的に取得することが好ましい。それにより、反発力Nを直接的に取得可能なセンサ(例えば、力センサ28等)を用いることなく、反発力N’を取得することができる。ゆえに、トンネル掘削機1のセンサ数を減らすことができる。
Further, in the acquisition step of the diagnostic method for the
また、本実施形態に係るテールブラシ20の診断方法の取得ステップでは、掘削機本体10の推力抵抗の総和から摺動抵抗F以外の成分を差し引くことによって、摺動抵抗Fを間接的に取得することが好ましい。それにより、摺動抵抗Fを直接的に取得可能なセンサ(例えば、力センサ28等)を用いることなく、摺動抵抗Fを取得することができる。ゆえに、トンネル掘削機1のセンサ数を減らすことができる。
Further, in the acquisition step of the diagnostic method for the
また、本実施形態に係るテールブラシ20の診断方法の取得ステップでは、反発力検出部(例えば、力センサ28)の検出結果に基づいて、反発力Nを直接的に取得することが好ましい。それにより、反発力Nを精度良く取得することができる。
Further, in the acquisition step of the diagnostic method for the
また、本実施形態に係るテールブラシ20の診断方法の取得ステップでは、摺動抵抗検出部(例えば、力センサ28)の検出結果に基づいて、摺動抵抗Fを直接的に取得することが好ましい。それにより、摺動抵抗Fを精度良く取得することができる。
Further, in the acquisition step of the diagnostic method for the
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above with reference to the accompanying drawings, the present invention is of course not limited to the above-described embodiments, and various modifications within the scope of the claims can be made. It goes without saying that modifications also fall within the technical scope of the present invention.
例えば、上記では、土圧式(泥土圧式を含む。)のトンネル掘削機1を説明したが、本発明に係るトンネル掘削機は、泥水式であってもよい。
For example, although the
また、例えば、上記では、図面を参照して、トンネル掘削機1の各構成要素を説明したが、図面における各構成要素の寸法および位置関係はあくまでも例示に過ぎないので、トンネル掘削機1の各構成要素の寸法および位置関係は図面に示す例に限定されない。
Further, for example, in the above description, each component of the
本発明は、テールブラシの診断方法に利用できる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a method of diagnosing a tail brush.
1 トンネル掘削機
10 掘削機本体
11 カッタヘッド
12 カッタ中心軸
13 隔壁
14 回転リング
15 連結ビーム
16 カッタ旋回用モータ
17 チャンバ
18 スクリューコンベヤ
19 シールドジャッキ
20、20A、20B、20C テールブラシ
21 隙間
22 裏込材
23A、23B グリス供給路
24 吐出口
25 吐出口
26 空間
27 空間
28 力センサ(反発力検出部、摺動抵抗検出部)
29 テールクリアランスセンサ
C テールクリアランス
F 摺動抵抗
G 地盤
N、N’ 反発力
S セグメント
T トンネル
μ 摩擦係数
1
29 Tail clearance sensor C Tail clearance F Sliding resistance G Ground N, N' Repulsive force S Segment T Tunnel μ Friction coefficient
Claims (10)
前記セグメントの外周に作用する前記テールブラシの反発力と、前記テールブラシと前記セグメントとの間の摺動抵抗とを取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得された前記反発力および前記摺動抵抗に基づいて、前記テールブラシと前記セグメントとの間の摩擦係数を算出する算出ステップと、
前記算出ステップで算出された前記摩擦係数に基づいて、前記テールブラシの状態を診断する診断ステップと、
を含む、
テールブラシの診断方法。 A method for diagnosing a tail brush provided between the inner periphery of the rear end of the excavator body and the outer periphery of a segment in a tunnel excavator having a cylindrical excavator body having a cutter head attached to the front end thereof, comprising: ,
an acquiring step of acquiring the repulsive force of the tail brush acting on the outer periphery of the segment and the sliding resistance between the tail brush and the segment;
a calculating step of calculating a coefficient of friction between the tail brush and the segment based on the repulsive force and the sliding resistance obtained in the obtaining step;
a diagnosis step of diagnosing the state of the tail brush based on the coefficient of friction calculated in the calculation step;
including,
How to diagnose tail brush.
前記摩擦係数が第1閾値以下である場合、前記テールブラシが、前記掘削機本体内への水、土砂または裏込材の侵入を防止可能な正常状態であると診断し、
前記摩擦係数が前記第1閾値より大きい場合、前記テールブラシが、前記正常状態ではない非正常状態であると診断する、
請求項1に記載のテールブラシの診断方法。 In the diagnostic step,
when the coefficient of friction is equal to or less than a first threshold, diagnosing that the tail brush is in a normal state capable of preventing water, sand, or backfill material from entering the body of the excavator;
diagnosing that the tail brush is in an abnormal state that is not in the normal state when the coefficient of friction is greater than the first threshold;
The method for diagnosing a tail brush according to claim 1.
請求項2に記載のテールブラシの診断方法。 In the diagnosing step, when the coefficient of friction is greater than the first threshold and the coefficient of friction is equal to or less than a second threshold larger than the first threshold, the amount of grease on the tail brush is insufficient. Alternatively, diagnosing that a foreign object has entered the tail brush,
The method for diagnosing a tail brush according to claim 2.
前記摩擦係数が前記第1閾値より大きい場合のうち、前記摩擦係数が前記第2閾値以下である場合、前記テールブラシへのグリスの供給量を増加させ、
前記テールブラシへのグリスの供給量を増加させたにもかかわらず、前記摩擦係数が低下しない場合、前記テールブラシに異物が侵入していると診断する、
請求項3に記載のテールブラシの診断方法。 In the diagnostic step,
increasing the amount of grease supplied to the tail brush when the coefficient of friction is equal to or less than the second threshold among the cases where the coefficient of friction is greater than the first threshold;
If the coefficient of friction does not decrease despite increasing the amount of grease supplied to the tail brush, it is diagnosed that foreign matter has entered the tail brush.
The method for diagnosing a tail brush according to claim 3.
請求項2~4のいずれか一項に記載のテールブラシの診断方法。 In the diagnosing step, when the coefficient of friction is greater than the first threshold and the coefficient of friction is greater than a second threshold which is larger than the first threshold, it is diagnosed that a foreign object is stuck to the tail brush. ,
The method for diagnosing a tail brush according to any one of claims 2 to 4.
請求項1~5のいずれか一項に記載のテールブラシの診断方法。 In the diagnosis step, based on at least one of the repulsive force, the sliding resistance, and the friction coefficient, it is diagnosed whether or not the amount of bristles of the tail brush is reduced relative to a reference amount of bristles.
A method for diagnosing a tail brush according to any one of claims 1 to 5.
請求項1~6のいずれか一項に記載のテールブラシの診断方法。 In the acquiring step, the repulsive force is indirectly acquired based on the size of the tail clearance between the inner circumference of the rear end portion of the excavator body and the outer circumference of the segment.
A method for diagnosing a tail brush according to any one of claims 1 to 6.
請求項1~7のいずれか一項に記載のテールブラシの診断方法。 In the acquiring step, the sliding resistance is indirectly acquired by subtracting components other than the sliding resistance from the total thrust resistance of the excavator body.
A method for diagnosing a tail brush according to any one of claims 1 to 7.
前記取得ステップでは、前記反発力検出部の検出結果に基づいて、前記反発力を直接的に取得する、
請求項1~8のいずれか一項に記載のテールブラシの診断方法。 The segment or the tunnel excavator is provided with a repulsive force detection unit that detects the repulsive force,
In the acquiring step, the repulsive force is directly acquired based on the detection result of the repulsive force detection unit.
A method for diagnosing a tail brush according to any one of claims 1 to 8.
前記取得ステップでは、前記摺動抵抗検出部の検出結果に基づいて、前記摺動抵抗を直接的に取得する、
請求項1~9のいずれか一項に記載のテールブラシの診断方法。 The segment or the tunnel excavator is provided with a sliding resistance detection unit that detects the sliding resistance,
In the acquisition step, the sliding resistance is directly acquired based on the detection result of the sliding resistance detection unit.
A method for diagnosing a tail brush according to any one of claims 1 to 9.
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