JPH01146098A - シールド機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は地中にトンネルを構築する際に用いられるシー
ルド機に関する。

（従来技術およびその問題点） 従来のブラインドシールドおよび土圧系シールドにおい
て、掘削土量゛と排土量とを一致させる掘進管理の方法
としては、例えば土圧系シールドにおいては排土装置と
してのスクリューコンベアの回転数を測定し、その回転
数から搬出土砂の量を想定する方法や、スクリューコン
ベアから排出された排土を、ズリＩ−口に受けてズリＩ
・口と排土の合計重量を測定することで排土の重量を測
定する方法等で行なわれている。

しかしながら、スクリューコンベアの回転数から想定す
る方法では、土質や排土の性状、すなわちスランプ、含
水比等によって排土効率が異なることから、多種多様な
土質条件下では確実なものとは言えないという問題点が
あった。

また、ズリＩ・口に積んだ排土の重量を測定する方法も
不正確であり、ざらに細則時より相当遅れた後追いの測
定となり、結果として掘削土と排土との蟻を確認するだ
けであるという問題穴があった。

（問題点を解決するための手段） 本発明は、これらの問題点を解決するものであって、ブ
ラインドシールドおよび土圧系シールドの掘進において
掘進中に常時排土量とその排土の比重および、・′もし
くは含水比を把握し、確実な排±最管理ずなわち掘進管
理を可能にして、地表面や地中の゛沈下を綴小限にする
シールド機を提供することを目的としている。

本発明は、上記目的を達成するために、掘削土砂らしく
は掘削土砂と添加剤との混合体で切羽を保持するシール
ド機において、シールド筒の前部に切羽室を設け、この
切羽室に排土装置が接続され、前記排土装置あるいは排
土装置に接続された排土管にラジオアイソトープを用い
て密度および′もしくは含水比を測定する密度・含水比
測定器と流量測定器とを設けたことを要旨としている。

（作用） シールド機の排土装置または排土装置に接続された排土
管に、管内を通過する排土の密度および・もしくは含水
比を測定する密度・含水比測定器と排土の流速を測定す
る流量測定器とが設けられる。

これらの密度・含水比測定器および流量測定器で検出さ
れた排土の密度および、・′もしくは含水比とａ量とか
ら、常時中位時間当りの排土重量が測定され、排土重量
と単位時間当りの掘削土重量とを一致させるべくシール
ド機の掘進が管理される。

（実施例） 以下、図面に沿って本発明の一実施例を説明する。

第１図は、本発明の一実施例を示す土圧系シールド機１
の縦断面図であり、本シールド機１の回転カッター２で
切羽３を掘削し、その掘削土砂４を切羽室５内に充満さ
せて、主に掘削土砂４や機内から注入した添加材との混
合体で切羽３を保持するとともに、掘削土量に見合った
排土６を例えばスクリューコンベアの如き排土装置７を
介して排土させながら掘進している。

なお、８は回転カッターモータ、９はスクリューコンベ
アモータであり、１０は略円筒状に構築されるセグメン
トで、地山Ｇとセグメント１０との間隙には裏込材１１
の如き充填物が充填されている。

また、排土装置７の後方に排土管１２を設けるとともに
、排土管１２には管内を通過する排土６の密度および、
／′もしくは含水比を測定する密度・含水比測定器１３
と排土の流速を測定する流量測定器１４とが付設され、
密度・含水比測定器１３にはケーブル１５ａが接続され
、流速測定器にはケーブル１５ｂが接続されている。

なお、この実施例において具体的に排土管１２は、排土
装置を構成する例えば円筒状のケーシング７゜の後方に
連設され、このケーシング７゛の外周部であって好まし
くは排土装置７の後方の近傍に密度・含水比測定器１３
が設けられている。

さらに、１６はズリトロで排土６を搭載して搬出するも
のである。

第２図ないし第４図において本発明の一実施例である密
度・含水比測定器１３について説明する。

第２図は密度・含水比測定器１３の縦断面図、第３図お
よび第４図は第２図のＡ−Ａ断面図である。

これらの図より密度・含水比測定器１３は放射性同位体
Ｒ１（ラジオアイソＩ・−ブ）を用いたもので、その内
部に線！１１７、線源移送管１８、校正機構１９、標準
体２０および検出器２１等が設けられている。

さらに、排土管１２の周囲は遮蔽箱２２で覆設されると
ともに、直接排土管１２にも遮蔽箱２２°が放射線を放
）１する線源１７と放射線量を測定する検出器２１との
近傍に周設されている。

なお、線源１７には放射線を放射する放１ｊ性物質、例
えば密度測定用としてコバルト６０（Ｇｏ−６ｏ）や含
水比測定用としてカリフォルニウム２５２（Ｃ１２５２
）等をステンレスの円筒容器に入れてたものを用いてい
る。

また、検出器２１は、第１′／ｒ４算装置２３、表示器
２４および第２演算装置２５とケーブル１５ａ、２６ａ
、２（３ａ’を介して接続され、線源１７と離間して対
向配置されている。

さらに、上記実施例では測定器として、密度および含水
比両者を測定するものを例として説明したが、何れか一
方のみの測定で足りる場合には一方だけの測定手段を備
えたもので良いことは勿論である。

そして、線源１７から放射された放射線Ｒは排土管１２
および排土６中を通って検出器２１に照射され、この時
の放射ｓｕｎを測定することで排土６の密度や含水比が
測定される。

しかし、放射性物質には通常半減期があり、時間の経過
とともに放射線Ｍが減衰する性質をもっているが、上記
のコバルト６０（Ｇｏ−６ｏ）やカリフォルニウム２！
＋２（ＣＩ−２５２）は比較的半′／ｉｉ期が短いため
、一定の期間例えば１週間に１回程度線諒１７の減衰度
合を測定する必要がある。

本発明では、測定する対象が常に移ｖＪする排土管１２
内の排土６であるため、詳しくは第４図に示す特別な校
正機構１９を設けて行われる。

ここで、校正機構１９は線源移送管１８、線源移送モー
タ２７ａ、　２７ｂ、滑車２８ａ、　２８ｔ＋、線源移
送線２９および標準体２０等から構成されている。

このような構成から、線源１７の放射線量をチエツクす
るために、線源１１は線源移送管１８の通常の測定位置
から、線源移送モータ２７ａ、２７ａを適宜駆動させて
線源移送線２９の巻き取りおよび巻き戻しを行ない、図
中に示す標準体２０の付近に移動される。

そして、この位置で線′ｌｌＡ１７から点線の矢印方向
に放）ｊ線量が放射され、その下方に配置された標準体
２０を通過して放射線は検出器２１に入力されるので、
その時の放射線量を予め測定しておき、時間の経過とと
もに同様な測定をして比較することにより線源１１の放
射線の減衰を確認することができる。

なお、標準体２０は物理・化学的に性質が安定し、時間
の経過でほとんど変質しない物質、例えばアクリルやガ
ラス等で成形されている。

なお、校正を行なう頻度は線源１７の放射線の強さによ
って異なるが、線源１１にコバルト６０（ＧＯ−６０１
やカリフォルニウム２５２（Ｃｆ−２５２１の合計線量
が１００マイクロキユーリー以下のものを用いれば、法
的な規制を受けず特別な取扱い資格も不用であり、１週
間に１回程度の校正で十分である。

ここで、排土６の密度測定の原理を説明する。

排土の密度の測定にはコバルト６０（Ｇｏ−６ｏ）のガ
ンマ線を用いる。

ガンマ線と測定物質中に含まれる電子との相互作用には
、充電効果、コンプトン効果および電子対生成等がある
が、その中で主にコンプトン効果と呼ばれるものを使用
する。

コンプトン効果とは、ガンマ線が土中を通過する場合、
土中の電子と衝突してエネルギーの一部を土中の電子に
与え、自らは小さなエネルギーになる現象を苦い、その
小さくなる割合は、途中で出会う電子の数に比例する。

また、電気的に中性の物質には、電子と同じ数の陽子が
含まれるとともに、同様に陽子の数と中性子の数との比
は多くの物質でほぼ一定の関係にあることから、中性子
密度も電子密度に比例しているとみなせる。

すなわち、物質の密度は、陽子密度と中性子密度を加え
たものであるから、電子の密度と物質の密度との関係を
利用して、ガンマ線の通過量から密度を求めることがで
きる。

一方、排土６の含水比の測定には、線源１７としてカル
フォルニウム２５２（Ｏｆ−２５２１の中性子線を用い
る。

この測定原理は、ｉｉ！７１１７と検出器２１との間に
ある土中を水素原子核以外の原子核に衝突をしながら、
透過した速中性子を検出するものである。

こＣで、速中性子は、エネルギーが高いため、検出管で
そのまま検出することは不可能であり、その周りに減速
材（例、えば、水素原子を多く含むアクリル樹脂）を配
置しておき、検出可能な熱中性子にまで減速させて測定
する。

このようにすれば、物質中の水素原子核の密度を求める
ことができ、土中の水素はほとんど水（ｏ２０）の構成
元素として含まれていることから、水分の含有量すなわ
ち含水比を測定できる。

一方、第５図および第６図において、本発明の一実施例
である流量測定器１４について説明する。

一般に流量測定に用いられている流量計は、電Ｔｌ４１
流量計や超音波流量計等があるが、本実施例の流量測定
器１４としては、排土管１２の直径に関係なく、しかも
排土管１２の外面に取付けるだけで測定が可能な超音波
流量計が用いられる。

流量測定器１４の流速測定器３０と接続される変換器３
１は、超名波を発信する発信素子３２と超音波を受信す
る受信素子３３との両方を内蔵して、超音波を電流に、
または電流を超音波に変換する。

また、流量測定器１４は変換器３１を移動させるガイド
３４および移動ジヤツキ３５、この移動ジヤツキの移動
速度を検出する速度検出器３６、この速度検出器３６お
よび流速測定器３０から出力される電気信号を伝達７る
ケーブル３７ａ、　３７ｈ　、それぞれのケーブル３７
ａ、３７ｂの電気信号を入力し演算することで真の排土
流層を算出する第１演算装置２３、算出された箕の流量
を表示する表示計３８および第２演算装置２５等から構
成されている。

なお、第１演算装置２３、表示計３８および第２演算装
置２５はケーブル２６ａ、２６ａ’を介して接続されて
いる。

その測定原理は流速測定器３０で発生させた電流を変換
器３１内の発信素子３２で超音波に変換し、発信された
超音波は排土管１２の壁を通過し、排土６中の粒子、気
泡あるいは圧力境界面に当たると、反射して受信素子３
３に到達する。

この時、反射された超音波の周波数は排土６の流速に比
例して変化するため、発信周波数と受信周波数には差が
生じ、この周波数の差を流速測定器３０で求めることに
より、流速を測定できる。

ところが、管内を通過する排土６の流速Ｖ、が非常に遅
い場合、例えばｖ、　＝０．１〜０．１５１１／Ｓｅｃ
以下になると、周波数の差も極めて小さくなり、これを
増巾して測定しても周辺からのノイズ等と区別がつかな
くなったり、計測誤差も大きくなり、はとんど測定でき
なくなる。

このような場合に、本流量測定器１４は、第５図に示ず
ように、変換器３１に移動ジヤツキ３５を取付けてあり
、これを排土６の流れの方向（第５図中の→方向）と反
対方向に適当な速度ｖ２で動かすことで、変換器３１お
よび流速測定器３０で計測する排土の相対速度ｖ３はｖ
３　＝ｖ、＋ｖ２となる。

よって、変換器３１の移動速度■２は、第５図にホすよ
うに電気的な速度検出器３６を移動ジヤツキ３５と平行
に取付けて測定し、電気信号を第１演算装置１１２３に
入力する。同時に流速測定器３０で計測した相対速度ｖ
３も同様電気信号で第１演算装Ｗ１２３に入力し、この
中で、ｖ、＝ｖ３−Ｖ２の演算を行なえば、精度の良い
真の排土流速ｖ１を求めることができる。

なお、変換器３１と排土管１２どの外面の間にはグリー
ス等を塗布して空気の１をなくすと、超音波が伝達しや
すく、また変換器３１と当接する排土管１２の部分を超
音波の通過しやすいエポキシ樹脂板等で製作覆るとなお
良好であり、好適であるのはいうまでもない。

また、この変換器３１の接する排土管の一部分を移動ジ
ヤツキ３５とともに可動できるような構造にしても良い
。

さらに、排土の流速が充分大きい場合には、変換器３１
を移動させる必要のないことは勿論である。

次に上述のように求められた排土６の密度・含水比と排
土６の速度とからシールド＃１１１の掘進管理の方法の
一例を説明する。

ここで、シールド１ｊｌｌの掘進速度をＶ４　（ｎ＋／
１ｎ）、シールド機１の掘削断面積をＡ＋（１’）およ
び総則地山Ｇの土砂４の串位体積重吊をγｓ　（ｔ／ｍ
’　）とすると、単位時間当り（毎分当り）の掘削土重
量Ｗｓ　（ｔ／ｗｉｎ）はＷｓ　＝Ｖ４　ＸＡ＋　Ｘγ
Ｂで表わされる。

ここで、γ＄はあらかじめポーリング等の土質試験で地
層毎に測定され、■４はシールドジヤツキ（図示しない
）の速度計より検出されて、かつＡ１は既知であり変化
しないものであるから、Ｗｓはｖ４　＋　Ａ　Ｉ　＋　
γＳを第２演算装置２５に入力し、演算することで、常
時、中位時間当りの掘削土重量を計測できる。

さらに、排土重量Ｗｄについては、密度・含水比測定器
１３で求められた排土６の密度γｄ（ｔ／ｍ’　）と１
１測定器１４で求められた流速Ｖ＋　ｌ＋／ｗｉｎ）ト
、排土管１２の断面積Ａ２　（１２）とにより、単位時
間当りの排土重量Ｗｄ（ｔ／５ｉｎ）はＷｄ＝γｄｘｖ
１ｘＡ２で表わされる。

Ａ２は既知であり変化しないものであるから、γｄ、ｖ
１．Ａ２を同様に第２演算装置２５に入力し、演算する
ことで単位時間当りの排土重量を計測できる。

すなわち、それぞれ求められたＷｄとＷｓとを比較し、
Ｗｄ＝Ｗｓとなるように排土量＠７の回転速度と、シー
ルドジヤツキの推進速度等を適宜調節することで掘進を
管理すれば、掘削土砂の取込み過ぎや、排土量の不足に
よる地中や地表面の変位および変形を最小限に抑えるこ
とができ、従来の土圧系シールドで不十分であった排土
量の管理を正確および確実に行なうことができる。

なお、排土６の固化が心髄な場合に密度・含水比測定器
１３の含水比のデータと排土の流量測定器１４とのデー
タから最も有効な固化剤の種類を選定し、かつ排土６の
速度に応じて無駄のない経済的な深加量を適宜決定し、
例えばオートフィーダー等で固化剤を添加して混合撹拌
することで連続的な固化システムを作り上げることもで
きる。

このような固化システムによれば、従来から行なわれて
いる天日乾燥やバックホウによる混合、固化処理等のよ
うに広い用地の確保が不要となり、立坑用地内での経済
的な固化処理が可能となる。

第７図は実際の実施例を示し、排土装置７の債部側方に
排土管１２が連設され、この排土管１２に密度・含水比
測定器１３および流量測定器１４が設けられている。な
お、排土６は土砂圧送ポンプ４１で坑外へ圧送される。

また、坑内には制御室４０が設けられ、掘進管理が行な
われている。なお、測定器の構成は上記実施例と同様で
ある。

また、第８図（ａ）、（ｂ）および（Ｃ）には、他の実
施例として、密度・含水比測定器１３およＵＦＩＬ量測
定量測定器付４場所が示されている。

同図（ａ）において、排土６がベルトコンベア４２によ
って搬出される際に、排土装置７に夫々の測定器ｉ３．
ｔ４が付設されてもよく、好ましくは切羽室５の近傍で
あればなお良いことは勿論である。

また、同図（！））において、排土量Ｍ７に２次スクリ
ューコンベア４３が連結されて排土６が搬出される際に
、夫々の測定器１３．１４が連結部近傍に付設されても
よい。

さらに同図（Ｃ）において、排土６が排土管１２および
土砂圧送ポンプ４１を介し、接続される２次排土管４４
によって搬出される際に、夫々の測定器１３、１４が２
次排土管４４に付設されてもよい。

まｌ；、本発明はブラインドシールドや泥土加圧、泥漿
、気泡、土庄バランス等と呼ばれるあらゆる土圧系のシ
ールド機等に適用できることはもちろんである。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、掘削土砂もしくは規則土
砂と添加剤との混合体で切羽を保持するシールド機にお
いて、シールド簡の前部に切羽室を設け、この切羽室に
排土装置が接続され、前記排土装置あるいは排土装置に
接続された排土管にラジオアイソト−プを用いて密度お
よび・′もしくは含水比を測定する密度・含水比測定器
と１層測定器とを設けたことにより、シールドの掘削土
石と排土量とを一致させて、掘削中に常時排土量を把握
し、確実な排土量管理すなわち掘進管理を可能にすると
ともに、地表面や地中の沈下を最小限にするシールド機
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第８図は本発明の一実施例を示すシールド
機で、第１図はその縦断面図、第２図は密度・含水比測
定器の縦断面図、第３図および第４図は第２図のＡ−Ａ
断面図、第５図は流速測定器の縦断面図、第６図は第５
図のＢ−８断面図、第７図および第８図は実際の実施例
を示す図である。 １・・・・シールド機、２・・・・回転カッター、３・
・・・切羽、４・・・・掘削土砂、５・・・・切羽室、
６・・・・排土、７・・・・排土装置、７°・・・・ケ
ーシング、８・・・・回転カッターモータ、９・・・・
スクリューコンベアモータ、１０・・・・セグメント、
１１・・・・裏込材、１２・・・・排土管、１３・・・
・密度・含水比測定器、１４・・・・流量測定器、１５
ａ、　１５ｂ・・・・ケーブル、１６・・・・ズリトロ
、１１・・・・線源、１８・・・・線源移送管、１９・
・・・校正機構、２０・・・・標準体、２１・・・・検
出器、２２．２２’・・・・遮蔽箱、２３・・・・第１
演算装置、２４・・・・表示器、２５・・・・第２演偉
装置、２６ａ、２６ａ’・・・・ケーブル、２７ａ、２
７ト・・・線源移送モータ、２８ａ、２８ｂ・・・・滑
車、２９・・・・轢源移送線、３０・・・・流速測定器
、３１・・・・変換器、３２・・・・発信素子、３３・
・・・受信素子、３４・・・・ガイド、３５・・・・移
動ジヤツキ、３６・・・・速度検出器、３７ａ、　３７
ｂ、３７ｃ、３７ｄ・・−・ケーブル、３８・・・・表
示計、４０・・・・制御室、４１・・・・土砂圧送ポン
プ、４２・・・・ベルトコンベア、４３・・・・２次ス
クリューコンベア、４４・・・・２次排土管、Ｇ・・・
・地山、Ｒ・・・・放射線路。 はＶ　する 第１図 第２図 ヒＡ ＠３図 第４図 第５図 第６ｖＩＪ 第７図 第８図 第８図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 掘削土砂もしくは掘削土砂と添加剤との混合体で切羽を
   保持するシールド機において、シールド筒の前部に切羽
   室を設け、この切羽室に排土装置が接続され、前記排土
   装置あるいは排土装置に接続された排土管にラジオアイ
   ソトープを用いて密度および／もしくは含水比を測定す
   る密度・含水比測定器と流量測定器とを設けたことを特
   徴とするシールド機。