JPH02278141A - 掘削土量測定装置と掘削工法 - 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） この発明は、掘削土量測定装置と掘削工法に関するもの
である。さらに詳しくは、この発明は、排出土砂のａｔ
および含水比からボーリングデータより得られた地山の
乾燥密度に基づいて掘削土量を自動的に算出することの
できる土圧式シールド工法における掘削土量測定装置と
算出した掘削土量に基づいてシールドマシーンの推進管
理を行うことのできる掘削工法とに関するものである。

（従来の技術とその課ｉｌり 従来より、トンネル施工技術の一つとして土圧式シール
ド工法が広く知られている。土庄式シールド工法におい
ては、切刃により掘削した土砂をそのまま機械掘り式シ
ールドのカッターチェンバー内に充填し、スクリューコ
ンベアによってカッターチェンバ内の土圧と地山の土圧
とを調整し、切刃の安定を図っている。この上圧式シー
ルド工法における掘削条件は、一般に、切刃の安定に必
要な土圧を保持して推進量に相当する土産を排出するこ
とを基本としており、切刃の安定を図りながらシールド
の推進を管理するために、掘削土量の管理または土圧の
管理が行われている。掘削土量管理においては、ベルコ
ンスケール、ロードセル、計量ホッパー、ズリトロ計量
器等を用いて排出土量を測定するかあるいは超音波を用
いて排出土量を測定して、シールドの推進量と排出土産
とのバランスをチエツクしている。

しかしながら、掘削土の排出に際し、土砂の状態は様々
に変化するため、排出土量と掘削土量とは必ずしも一致
しないという欠点がある。すなわち、第２図（ａ）（ｂ
）に例示したように、土粒子（ア）および水（イ）を含
有する掘削土（つ）は、その排出に際して、水（イ）お
よび空気（１）をさらに含有して排出土砂（オ）に変化
していく。

排出土砂（オ）の含水量の変化は、他山の土質、注入す
る添加剤の種類や添加量、排土機構の作用、地下水の呼
び水等によって引き起こされるものであり、排出土砂（
オ）の状態は、半固体的性質を示すものから流体に変換
されて排出されるらのまで様々である。また、加圧され
ていた掘削土（つ）を排出するときに、掘削上（つ）は
その圧力から解放されるため、膨らみ、排出土砂（オ）
の含有空気量は増加することにもなる。この掘削土（つ
）および排出土砂（オ）の構成物の構成量の変化を模式
的に示したものが、第２図（ａ′＞（ｂ′）である。こ
のように、排出土砂の重量や体積を測定しても掘削土を
測定したことにならず、また排出土砂の含水量および含
有空気量が分からなければ掘削土量を求めることはでき
ないという問題がある。このため、現在性われている掘
削土量管理は、事実上、排出土量管理であり、シールド
の推進の目安とはなるものの、その推進には反映できな
いのが実状であった。また、掘削土量を直接計測するこ
とは困難でもあった。

一方、土圧管理においては、シールドマシンの数々所に
土圧計を設け、チェンバー内の土圧を検出し、設定した
土庄を保持するようシールドの推進を制御している。上
述したように掘削土量の管理には種々の問題点があるた
め、通常、シールドマシン自体の構造ら土圧に対応する
土砂の取り込みと推進とが連動するように設計しており
、これまでのシールドマシンの推進管理は、−Ｈに、土
庄管理を中心に行っている状況にある。

しかしながら、土圧だけを一定に保ってシールドマシン
を運転した場合、設計部以外の掘削をしていても、余堀
りをしているために土圧が一定になることも考えられ、
土圧管理だけでは余堀りをしているかどうかの正確な判
断を下すことはできないという問題があった。

この発明は、以上の通りの事情に鑑みてなされたもので
あり、従来のシールドマシンの推進を管理する掘削土量
の管理の欠点を解消し、排出土砂の重量および含水比か
らボーリングデータより得られた他山の乾燥密度に基づ
いて掘削土量を自動的に算出することのできる土庄式シ
ールド工法における掘削土量測定装置と算出した掘削土
ｌに基づいてシールドマシンの推進管理を行うことので
きる掘削工法とを提供することを目的としている。

（課題を解決するための手段） この発明は、上記の課題を解決するものとして、排出土
砂を搬送するベルトコンベアに排出土砂の重量を測定す
るベルコンスケールと含水比を測定する含水比測定装置
とを配備し、ベルコンスケールおよび含水比測定装置か
らの測定データをデータ伝送装置を介して演算装置に伝
達し、演算装置において、記憶装置に有している演算処
理情報とボーリングデータとにより排出上量を掘削土量
に換算し、表示装置に掘削土量を表示することを特徴と
する掘削土量測定装置を提供する。

また、この発明は、表示された掘削土量に基づいて掘削
速度を制御する掘削工法をも提供する。

この発明においては、排出土砂の含水比をラジオアイソ
ドーグ（ＲＩ）により測定することを好ましい態様とし
ており、この発明は、第２図（ａ’　）（ｂ′）に示し
た掘削上の土粒子重量と排出土砂の土粒子重量とには大
きな変化はないという知見に基づくものである。

（作　用） この発明の掘削土量測定装置と掘削工法においては、ベ
ルコンスケールで測定した排出土砂の重量と含水比測定
装置により測定した測定データから、記Ｉｒ１：、装置
に有している演算処理情報とボーリングデータとにより
排出土産を掘削土量に換算することができる。排出土砂
の含水比をラジオアイソトープ（ＲＩ）により測定する
ことによって、非接触で、かつ短時間での測定が可能と
なる。また、掘削±量を自動的に、しかも精度よく算出
することができ、この掘削土１に基づいてシールドマシ
ンの推進を制御することができる。

（実方＠　例　） 以下、図面に沿って実施例を示し、この発明の掘削土量
測定装置と掘削工法についてさらに詳しく説明する。

第１図は、この発明の掘削土量測定装置の構成例をシー
ルドマシンの断面とともに示したブロック図である。

他山（１）を掘削し、図中矢印（Ａ）方向に進行するシ
ールド（２）内の掘削土は、シールド（２）に接続され
たスクリューコンベア（３）により連続ライン上に配備
したベルトコンベア（４）（５）に排出土砂（６）とし
て排出される。排出土砂（６）は、ベルトコンベア（４
）（５）上を矢印（Ｂ）方向へ移動し、ズリトロ（７）
に送られ、排出土砂（６）を貯留したズリトロ（７）を
矢印（Ｃ）方向へ移動させて、排出土砂（６）を排出し
ている。

この発明の掘削土量測定装！は、ベルトコンベア（４）
（５）に配設した排出土砂（６）の重量を測定するベル
コンスケール（８）およびサンプリング装置を有する含
水比測定装置（９）、ベルコンスケール（８）および含
水比測定装置（９）に接続しているデータ伝送装置（１
０）、データ伝送装置（１０）から伝達された排出土砂
（６）の測定データより掘削土量を算出する演算装置（
１１）、演算装置（１１）の演算処理を制御する記憶装
置（１２）および演算結果を表示する表示装置Ｆ（１３
）の構成を有している。

ベルコンスケール（８）は、排出土砂（６）の重量を連
続的に測定し、データ伝送装置（１０）にその・情報を
送る。このベルコンスケール（８）の配設位置について
は特に制限はなく、スクリューコンベア（３）近傍のベ
ルトコンベア（４）先端部からベルトコンベア（５）の
後端部までの任意の位置とすることができる。

含水比測定装置（９）においては、ラジオアイソトープ
（ＲＩ）によりサンプリング装置でサンプリングした排
出土砂（６）の中性子透過線数、中性子のスタンダード
カウント数、γ線透過線数およびγ線スタンダードカウ
ント数を１回／２分の割合で測定する。ラジオアイソト
ープ（ＲＩ）による測定のため、排出土砂（６）の含水
比を連続的に、非接触で、かつ非破壊で測定することが
できるとともに、その測定を温度や振動等の周囲の環境
に影響されずに行うことを可能としている。

この含水比測定装置（９）の配役位置についても格別の
限定はなく、ベルトコンベア＜４＞’（５）の任意の位
置とすることができる。

これらのベルコンスケール（８）および含水比測定装置
（９）による排出土砂（６）の測定データをデータ伝送
装置（１０）によってデータ変換し、演算装置（１１）
に伝送する。このようにデータ伝送装置（１０）を介在
させることによって、施工現場から離れた場所でも掘削
土量を求めることができる。

演！装置（１１）では、記憶装！（１２＞に有している
演算処理情報に基づいてデータ伝送装置（１０）より伝
達された排出土砂（６）の測定データから掘削土量に換
算する。記憶装置（１２）には次のような式で示される
校正式が演算処理情報として格納されている。

く密度〉 ここで Ｒｒ　：密度計数比率 Ｎア　　：透過カウント Ｎｏ、ニスタンダートカウント Ａ、Ｂ：定数 Ｐｔ　　：湿潤密度（ｓｒ／■１） を示している。

く含水比〉 Δ ρ４　：ρＬ　　−ｗＨ （Ｗ、：含水ｆｊｋ　（ｇ／ａｍ’　）　、　ａ　：補
正係数。

ρ４：乾燥密度） の関係により、 △ Ｗｎ　　＝Ｗ　Ｈ＋α　°　ρ− ＝Ｗ、４　＋α　（ρ−ｖｔ’、４＞ ＝　（１−α）　Ｗ、４　＋α　・　ρ、ここで、 Ｒ。

ｗ ｏｗ Ｃ，Ｄ ：水分計数比率 ：透過カウント ニスタンダートカウント ：定数 Ｑ□　２ユ４ｆ、、ヵ。

を示している。また、 △ ＷＨ＝ＷＨ＋α　・　ρｄ 乾燥密度　ρ、＝ρＬ　−ＷＨ（ｇ／ｃａ’　）・・・
■含水比　　ωｌ　＝ＷＨ／ρ、　ｘｌｏｏ　　（％）
・・・■これら■、■、■および０式で示される演算処
理情報が第１図に例示した記憶装置（１２）に格納され
ている。含水比測定装置（９）による測定データからこ
れらの演算処理情報に基づいて、演算装置（１１）にお
いて湿潤密度（ρ、）および含水比（ω１）を算出し、
表示装置Ｆ（１３）に表示する。これらの密度および含
水比から掘削している地山の地質を推定することもでき
る。

また、記憶装！（１２＞には、演算装置（１１）で算出
した含水比（ω１）を用いて排出上量を掘削土量に換算
する演算処理情報が配備されてもいる。

く掘削土量の換算〉 γ　ｄ。

ここで、 Ｗｌ　：ベルコンスケールより得た排出土砂重量Ｗ９．
：排出上土粒子重量 ω、：排出上の含水比 ｖｌ　：掘削土量 γｄｏ：ボーリングデータより得た他山乾燥密度を示し
ている。

第１図に示した演算装置（１１）において、■および０
式で示される演算処理情報に基づいてベルコンスケール
（８）で測定した排出土砂１ＪＬ量（Ｗｌ）から土粒子
重量（Ｗ　、＋）を算出し、予め測定しておいなボーリ
ングデータより得た地山乾燥密度（γｄＧ）を入力する
ことによって、排出土砂を地山と同じ含水比にして掘削
土量（Ｖｌ）に換算し、表示装置（１３）に表示するこ
とができる。

他山乾燥密度（γ４゜）の算定については特に制限はな
く、ボーリングデータから得られる粘土・シルト土と砂
礫土との割合により求める方法や、含水比測定装置（９
）で測定し、演算装置（１１）で算出した湿潤密度（Ｐ
ｔ）から粘土・シルト土と砂礫上との割合を算出し、こ
の結果より求める方法のいずれをも採用することができ
る。また、必要に応じては、シールド（２）内の土砂の
地質をラジオアイソ１−一プ（ＲＩ）によって、直接測
定し、地山乾燥密度（γ＋１０＞を求めるようにしても
よい、ポーリングサンプルについては特に制限はないが
、他山１００〜２００ｍ間隔程度のものを採取すること
ができる。上述した排出土砂（６）の重量、ラジオアイ
ソトープ（ＲＩ）による各線数の測定、演算処理および
画面表示はすべて自動的にかつ連続的に行うことができ
る。

さらにまた、記憶装置（１２）には、次の式で示される
また別の演算制御情報を有しており、これによって算出
することのできる理論掘削土量と先に演算装置（１１）
で算出した掘削土量とを比較することにより、シールド
マシンの推進管理を行い、掘削速度を制御することも可
能としている。

ｖｏ＝ｓＸＬ、　　　　　　　　・・・［相］ここで ■ｏ：設計土量 Ｓ：設計掘削断面図 Ｌ：シールド機推進量 を示している。

もちろんこの発明は、以上の例によって限定されるもの
ではない、掘削土量測定装置の構成、ベルコンスケール
の配置位置、含水比測定装置の構造および構成等の細部
については様々な態様が可能であることはいうまでもな
い。

（発明の効果） 以上詳しく説明した通り、この発明の掘削土量測定装置
と掘削工法によって、従来、測定が困難であった掘削土
量を連続的にかつ自動的に測定することができる。掘削
土量に対応する土砂の取り込みと推進とを連動させるこ
とにより、精度の向上したシールドマシンの推進管理を
行うことが可能となる。また、余掘りの判断も正確に下
すこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明の掘削土量測定装置の構成例をシー
ルドマシンの断面とともに示したブロック図である。 第２図（ａ＞（ｂ）および（ａ′）（ｂ’　）は、各々
、掘削土と排出土砂とを概念的に示した斜視図および模
式的に示した構成斜視図である。 １・・・地山 ２・・・シールド ３・・・スクリューコンベア ４．５・・・ベルトコンベア ６・・・排出土砂 ７・・・ズリトロ ８・・・ベルコンスケール ９・・・含水比測定装置 ０・・・データ伝送装置 １・・・演算装置 ２・・・記憶装置 ３・・・表示装置 第２図 （ａ） （ａ′）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）排出土砂を搬送するベルトコンベアに排出土砂の
   重量を測定するベルコンスケールと含水比を測定する含
   水比測定装置とを配備し、ベルコンスケールおよび含水
   比測定装置からの測定データをデータ伝送装置を介して
   演算装置に伝達し、演算装置において、記憶装置に有し
   ている演算処理情報とボーリングデータとにより排出土
   量を掘削土量に換算し、表示装置に掘削土量を表示する
   ことを特徴とする掘削土量測定装置。
2. （２）ラジオアイソトープ（ＲＩ）により排出土砂の含
   水比を測定する請求項（１）記載の掘削土量測定装置。
3. （３）請求項（１）または（２）記載の装置に表示され
   た掘削土量に基づいて掘削速度を制御することを特徴と
   する掘削工法。