JPH03293495A - 泥水式シールド掘進機 - 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］ 本発明は泥水式シールド掘進機、特に切羽における土砂
の取込量をリアルタイムで制御する泥水式シールド掘進
機に関する。

［従来の技術］ 周知のように、泥水式シールド掘進機は、密閉型のシー
ルド工法の１つとして幅広く用いられている。

この泥水式シールド掘進機を用いて、トンネル等の掘削
を行う場合には、掘削土量と掘進速度とがバランスする
ように切羽からの土砂の取込量を制御することが掘削管
理上重要である。これは、例えば掘進速度に対し過度に
土砂を取込むと、地山に空壁が発生し、地盤沈下の原因
となったり、シールド機内に閉塞現象が生ずるからであ
る。逆に、掘削土量に対して過度に掘進速度を大きくと
ると、ビットや推進ジヤツキの負担が大きくなり、機械
的なトラブルが発生するからである。

この種の掘削管理を行うため、一般にはトンネル掘削経
路に沿って土層断面を所定間隔毎にポーリング調査し、
トンネル掘削経路に沿った土層断面の推定図を作成する
。そして、この土層断面推定図に基づき、トンネル掘削
経路を複数に分割し、各分割区間毎に最適な掘削管理条
件を設定し、この設定値に基づきジヤツキスピード、カ
ッターの回転数、カッターのスリット開度、アジテータ
の回転数、チャンバー内へ給排水される泥水ｌ密度。

流量の等の値を決定する。

これにより、各分割間毎にシールド掘進機の掘削土量と
掘進速度とがバランスするよう土砂の取込率が良好に制
御され、トンネルを安定して掘ることが可能となる。

［発明が解決しようとする問題点］ （ しかし、前述した従来のシールド工法では、以下に詳述
する問題があった。

■　前記シールド工法では、同一分割区間内において切
羽の掘削条件か一定であると仮定し、シールド掘進機の
掘削管理条件を設定している。しかし、切羽の土層断面
は、同一分割区間内において微妙に変化するため、この
ままでは土砂の取込率を最適に制御することは難しい。

このため、従来のシールド工法では、チャンバからの泥
水排水パイプの末端、すなわち文机部または後方台車部
付近に差圧密度計を設け、チャンバーからスラリー化し
て排出される泥水の密度を測定していた。そして、この
測定値に基づき実際の掘削土量を演算し、演算された掘
削土量と予めポーリング調査により設定された掘削土量
との誤差が最少となるよう、シールド掘進機の掘削管理
を行っていた。

しかし、前記差圧密度計は、液圧の差から泥水密度を求
めているので、泥水に礫が混入すると泥水密度を正確に
測定できず、この結果、掘削土量を正確に判断すること
ができないという問題があった。

また、前記差圧密度計は、チャンバーから離れた位置に
設けられている。このため、切羽の断面状態が変化し、
シールドチャンバー内の泥水密度が急激に変化した場合
でも、これをリアルタイムで測定して掘削土量を制御で
きないという問題かあった。

■　また、チャンバーの直径が大きな大型掘進機では、
チャンバー内おいて、切羽から取込まれた土砂か泥水と
均一に混合撹拌されないことも多い。

このため、チャンバー内における泥水の平均密度と、前
記差圧密度計て測定される泥水密度の値が異なり、正確
な掘削土量を演算できない場合があった。

特に、切羽が互層であったり、その断面の土層が変化す
るような場所では、シールドチャンバー内における泥水
密度が不均一になやすく、良好な掘削管理を行うことが
難しいという問題があった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、切羽からの掘削土量をリアルタイ
ムで正確に演算し、最適な掘削管理条件を設定すること
ができる泥水式シールド掘進機を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 前記目的を達成するため、本発明は、 シールドチャンバーへ注水する注水パイプと、シールド
チャンバーに取込まれスラリー化された土砂を排出する
排水パイプと、 を含む泥水式シールド掘進機において、トンネル掘削経
路に沿って予め測定された土層断面データおよびこのデ
ータから設定された掘削管理条件と、泥水の密度とこの
泥水内を伝搬するゼ 超音疲の減衰量との関係を示す減衰量テーブルとが記憶
されたデータベースメモリと、 前記注水パイプに設けられ、このパイプ内を流れる泥水
の流動方向に対し所定角度で超音波を送受波する第１の
超音波センサと、 前記シールドチャンバーに近接して排水パイプに設けら
れ、このパイプ内を流れる泥水の流動方向に対し所定角
度で超音波を送受波する第２の超音波センサと、 前記各超音波センサの送受信タイミングおよび超音波減
衰量と、前記データベースメモリに記憶された減衰量テ
ーブルとに基づき、各パイプ内を流れる泥水の流速およ
び密度を演算する泥水状態演算部と、 各パイプ内を流れる泥水の流速および密度と、前記デー
タベースメモリに記憶された土層断面データとに基づき
、シールドチャンバー内に取り込まれた掘削土量を演算
する土量演算部と、演算された掘削土量および前記デー
タベースメモリに記憶された掘削管理条件に基づき、土
砂の掘削制御を行う掘削制御部と、 を含むことを特徴とする。

［作　用］ 本発明では、注水パイプ、排水パイプに超音波センサを
設け、各パイプ内を流れる泥水の流動方向に対し所定角
度で交差するよう超音波を送受波している。このとき、
超音波の伝搬速度は、流速に対応して変化する。このた
め、前記超音波の伝搬時間を測定することにより、パイ
プ内を流れる泥水の流速を求めることができる。

また、泥水内において超音波を送受波した際、その超音
波は泥水密度に応じて減衰する。本発明では、泥水密度
と超音波減衰量との関係を示す減衰量テーブルが、予め
データベースメモリ内に記憶されている。このため、前
記超音波センサにより送受波された超音波の減衰量と、
前記減衰量テーブルとに基づき、各パイプ内を流れる泥
水密度をリアルタイムで求めることができる。

特に、本発明では排水パイプに設けられる超音波センサ
が、シールドチャンバーの近傍に設けられているため、
この超音波センサにより求められる泥水の密度は、その
ままシールドチャンパル内の泥水密度となる。

従って、本発明によれば、パイプ内を流れる泥水の流速
密度と、前記データベースメモリに記憶された土層断面
のデータ等に基づき、切羽からの掘削土量を正確にリア
ルタイム演算し、掘進速度と土砂取込量とをバランス良
く制御することが可能となる。

また、請求項（２）、（３）に記載のように、シールド
チャンバー内の泥水密度分布を測定することにより、チ
ャンバー内において取込まれた土砂と泥水とが均一に撹
拌されているか否かを検出することかできる。

そして、この検出結果に基づき、チャンバー内の密度分
布が均一となるようアジテータを駆動制御することによ
り、シールドチャンバー内の泥水密度と、排水パイプに
設けられた超音波センサより検出される泥水密度とがほ
ぼ完全に一致することになる、このため、切羽からの掘
削土量をさらに正確に演算し、シールド掘進機の掘削管
理を行うことが可能となる。

［実施例］ 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。

トンネル掘削経路 第２図には、トンネル掘削箇所の地盤断面図が示されて
いる。

通常、泥水式シールド工法を用いトンネル１００を掘削
する場合には、トンネル１００の掘削経路に沿ってシー
ルド掘進機等の資機材を搬入するための文机１１０が設
けられる。

さらに、トンネル１００の掘削経路に沿って、例えば１
００ｍ間隔でポーリング坑１２０を設けて地盤調査を行
い、図中１点鎖線で示すように地盤の推定図を作成する
。ここでは、地層表面から埋土層１３０．細砂層１３２
．粘度層１３４．細砂層１３６．砂礫層１３８が堆積さ
れているものとする。

このようにして作成された地盤推定図に基づき、トンネ
ル１００の掘削経路を、例えばＩ、　　Ｉｔ、　Ｉｎ・
・・の複数区間に分割し、各分割区間毎に、シールド掘
進機の掘削管理条件を設定する。例えば、トンネル１０
０の切羽は、区間Ｉでは細砂層１３６から構成され、区
間■では粘度層１３４および細砂層１３６の互層となり
、区間■では粘度層１３４から構成される。従って、こ
のような地盤調査により得られた各地層の単位体積重量
と切羽占有率とから、各区間毎の掘削管理条件を設定し
、各区間毎に掘進速度と土砂取込量とをバランスさせる
。

シールド掘進機 第３図には、本発明の泥水式シールド掘進機の好適な一
例が示されている。

実施例の泥水式シールド掘進機は、シールド１０の前部
に隔壁１２を設け、この隔壁１２の切羽２２側に、トン
ネル構内２４と隔絶された密閉空間をシールドチャンバ
ー１４として形成する。

このシールドチャンバー１４内は、注水バイブ１６から
供給される泥水１００により満たされている。

切羽２２の掘削は、図示しない駆動装置により回転駆動
される回転式カッタ２０によって行われ、削り取られた
土砂はシールドチャンバー１４内に取り込まれる。取り
込まれた土砂は、チャンバー１４内において泥水と撹拌
され、スラリー化された泥水として排水パイプ１８から
排出される。

このとき切羽２２の安定は、シールドチャンバー１４内
における泥水の濃度と加圧力により管理される。

前記注水パイプ１６には超音波センサ３０ａが設けられ
、排水パイプ１８にも超音波センサ３０ｂが設けられて
いる。各超音波センサ３０ａ。

３０ｂは、それぞれシールドチャンバー１４に近い位置
に設けられている。

第４図には、前記超音波センサ３０ａ、３０ｂの具体的
な構成が示されている。なお前記各超音波センサ３０ａ
、３０ｂは、その構成が同一であるので、ここでは排水
パイプ１８に設けられた超音波センサ３０ｂを例にとり
その構成および作用を説明する。

流速測定 実施例の超音波センサ３０は、排水パイプ１８の側壁に
、パイプ内を流れる泥水１００の流動方向に対し所定角
度θて交差するよう対向配置された一対の超音波送受信
器３２．３４を有する。そして、前記一対の超音波送受
信器３２．３４を用い、バイブ１８内を流れる泥水１０
０の流速Ｖをリアルタイム測定する。

これにおいて、静止した液体中の超音波の伝搬速度Ｃは
、液体の種類、温度、圧力が定まれば一定値となるが、
液体が流動するとその流れの向きと流速に対応して変化
する。例えば、流動方向と超音波伝搬方向が順方向であ
れば、超音波の伝搬速度は流速分だけ増加し、逆方向で
あれば流速分だけ減少する。

従って、前記一対の超音波送受信器３２．３４から繰返
し交互に超音波パルスを送受信させ、このとき泥水１０
０の流れに対して順方向の伝搬時間をｔｌ＋　逆方向の
伝搬時間をｔ２とし、泥水１００の流速■との関係を求
めると次式で示す関係が得られる。

（１）、（２）式より ・・・　（３） ただし、 Ｖ冒流速（ｍ　／　Ｓ　） Ｌ−送受信器間の距離（ｍ） θ−超音波伝搬軸と管の中心軸とがなす角度Ｃ−静止泥
水中の超音波の伝搬速度（ｍ／Ｓ）前記（３）式から分
るように、伝搬時間の逆数の差と、流速との関係は一次
の比例関係にあり、その直線性が非常に良く、また逆数
差を求めることによって、静止泥水中の伝搬速度Ｃの項
が消去されるので、泥水の種類、温度、圧力とは無関係
に流速Ｖを測定することができる。

本実施例において、このような流速測定は、１秒間に２
０回の速さで繰返して行われるので、応答速度、流速の
分解能が非常に優れ、しかもドリフトがない。

実施例の装置では、このようにして求めた泥水１００の
流速Ｖに基づき、排水パイプ１８内を流れる泥水１００
の流量Ｑを求める。この流量Ｑはパイプ１８の断面平均
流速に断面積Ｓを乗じて求められるが、前記一対の超音
波送受信器３２゜３４を用いて測定される流速Ｖは、超
音波の伝搬軸（測線）の線平均流速であることから、こ
れを断面平均流速に換算する必要がある。この換算は、
プランティールの速度分布方程式により次式で与えられ
る。

・・・　（４） ただし、■　−断面平均流速（ｍ　／　Ｓ　）■　−超
音波流量計で測定された線平均流速（ｍ／５） Ｒｅａ−レイノルズ数 そして、泥水１００の流量Ｑは、この断面平均流速■を
用い次式で求められることになる。

Ｑ−ＶｘＳ　　　　　　　　　　　・・・　（５）この
ようにして、本発明によれば、パイプ１８内を流れる泥
水１００の流速Ｖ、流量Ｑをリアルタイムで測定できる
。

密度測定 また、本発明の装置は、対向配置された一対の超音波送
受信器３２．３４を用い、パイプ１８内を流れる泥水１
００の密度ρをリアルタイム測定する。

すなわち、一対の超音波送受信器３２．３４間で超音波
を送受波すると、送信された超音波信号は、泥水１００
の粒子界面での散乱および粘性。

粒子の内部摩擦によって減衰される。

第５図（Ａ）には、超音波送受信器３２から泥水１００
へ向は送信される超音波の矩形パルスが示され、同図（
Ｂ）には、超音波送受信器３４て受信される超音波の受
信波形が示されている。同図に示すよう、泥水１００に
向は送信された超音波は、泥水内において減衰した後受
信されることが理解されよう。

このとき、泥水１００の密度ρと、超音波の減衰量は所
定の対応関係をもつため、受信された超音波の減衰量を
測定することて、泥水１００の密度ρを求めることがで
きる。

第６図、第７図には、泥水中に含まれる固形物の濃度と
、この泥水中を通過する超音波の減衰率との対応関係を
示す減衰量テーブルが示されている。第６図は、泥水中
にカオリンを混入した場合のデータであり、第７図は泥
水中に石灰および石膏を混入した場合のデータである。

これら測定データから明らかなように、超音波の減衰量
は泥水中の固形物濃度と比例関係を有することが理解さ
れよう。

従って、前記第２図に示す各分割区間毎に、超音波の減
衰量と泥水濃度との関係を示す減衰量テーブルを作成し
、これを後述するデータベースメモリ内に登録しておけ
ばよい。これにより、第４図に示すよう、泥水１００内
にて超音波を送受波することにより、受信された超音波
の減衰量に基づき泥水の密度ρ（泥水１００内に含まれ
る乾砂量の体積密度）をリアルタイムで測定することが
できる。このとき、泥水の色、ｐＨ，電導度に影響され
ることなく、あるいは固体、乳化粒子等の不均一な懸濁
粒子を含む場合でも、これに影響されることなく泥水濃
度を正確に測定することが可能となる。

チャンバー内での泥水密度分布 ところで、超音波センサ３０ｂを用いて検出された泥水
密度が、シールドチャンバー１４内の泥水密度ρと一致
するためには、シールドチャンバー１４内に取込まれた
土砂と注水パイプ１００から供給される泥水とがチャン
バー内において均一に撹拌されていることが条件となる
。シールドチャンバー１４内における泥水密度を均一化
するために、チャンバー１４内にはアジテータと呼ばれ
る図示しない撹拌装置が設けられている。

しかし、切羽２２が互層であったり、チャンバー１４の
口径が大きい場合には、チャンバー１４内の泥水密度が
不均一となりゃすく、超音波センサ３０ｂを用いて測定
される泥水密度と、チャンバー１４内における実際の泥
水密度の値が異なったちとなる。

このため、本実施例の装置では、前記シールドチャンバ
ー内の泥水密度を測定する密度分布測定手段を含み、測
定された泥水密度分布が均一になるようシールドチャン
バー内のアジテータを駆動制御する。

実施例の密度分布測定手段は、シールドチャンバー１４
内の複数カ所に設けられ、シールドチャンバー内の泥水
密度を多点測定する複数のＲＩセンサ４０を含む。そし
てリアルタイム測定された密度分布が不均一となった場
合にはアジテータの回転数を上げるなどして、密度分布
を常に均一に制御することが可能となる。

第８図には、実施例のＲＩセンサ４０の基本的な構成が
示されている。実施例のＲＩセンサ４０は、ケーシング
４２の内部に設けられたガンマ線源４４、ガンマ線検出
部としてのシンチレーションカウンタ４６、シールド鉛
４８．５０とを含む。

前記シールド鉛４８．５０は、ガンマ線源４４の両側に
配置され、特にシールド鉛５０は、ガンマ線源４４から
シンチレーションカウンタ４６に直接入射する一次ガン
マ線を遮断するために設けられている。

前記ＲＩセンサ４０は、第１０図に示すガンマ線束φと
物質密度ρとの関係が予め較正試験によって求められて
いる。これにより、以下に詳述するようシンチレーショ
ンカウンタ４６により測定されるガンマ線束φの値に基
づきシールドチャンバー１４内における充満土砂の密度
ρを測定できる。

第９図、第１０図には、本実施例のＲＩセンサ４０を用
い、シールドチャンバー１４内における泥水の密度を測
定する原理が示されている。

まず、実施例のＲＩセンサ４ｏを、第９図に示すよう土
砂内に設置する場合を想定する。このとき、ガンマ線源
４４からシンチレーションカウンタ４６に直接入射しよ
うとするガンマ線はシールド鉛５０より遮断される。こ
のため、シンチレーションカウンタ４６に入力されるガ
ンマ線は、図中１点鎖線で示すよう土砂内において散乱
された二次散乱線である。このとき、シンチレーション
カウンタ４６て検出されるガンマ線束φは図式で与えら
れる。

Ｂ φ−・　ｅ　Σρ　γ　　　　・・・　（６）４　π　
γま たたし、φ：ガンマ線束（ガンマ線数／　ｃｄ・５ｅｃ
）Ｓ二線源強度（ガンマ線数／　５ｅｅ）Ｂ・ビルドア
ップ係数 Σ：質量吸収係数（ｃｄ／ｇ） γ：線源と検出器間の距離（ｃｍ　） ρ：物質の密度＜ｇ／ｃｄ） ここでＢは単なる定数ではなく、実験によれば、次式で
近似できることが知られている。

Ｂ−Ｋ　（Σργ）　　　　　・・・（７）Ｋ：比例定
数 ｎｉｌ〜２ 式（７）を（６）に代入すれば、（但しに−１とする）
φ−（Σρ　γ）　　　’ｅ−”ργ ４πγ２　　　　　　　　　　　　　　　　　　・・・
　（８）となる。

式（８）から、Σ、γを一定として、横軸にρを、縦軸
にφをとってプロットすると、第１０図に示すような特
性曲線となる。この特性曲線は、初めは、単調に増加し
ながら極値に達し、その後はまた単調に減少する関数で
あることが分る。

極値を示すときの密度ρ″は、−次ガンマ線のエネルギ
ー線源４４と、シンチレーションカウンタ４６との間の
距離および検出器長によって定まる。

測定では、特殊な場合を除いて、第１０図に示す特性の
単調に減少する部分を用いることが好ましい。密度計の
設計においては、測定の対象となる密度範囲を考慮して
も最も高い分解能が得られるように上記のパラメータの
選択を行う。

さて、ガンマ線と測定対象物との相互作用に係わる情報
は、Σに含まれており、式（８）に示されるように、密
度測定の原理上重要なことは、φがρのみに依存するこ
とであり、従ってΣがほぼ一定であることが条件となる
。

ところで、質量吸収係数Σは、媒質原子１個に対する全
微分断面積（相互作用の確立）をρ（ｃｄ　）アボガド
ロ数をＮ。、原子量をＡとすればによって関係づけられ
る。σは、光電効果の微分断面積σｐ（ｃｄ）とコンプ
トン散乱の微分断面積σｃ（（！ｊ）の和である。

σ−σＰ＋σＣ・・・（１０） 測定される物質か　種の元素から構成されるときは、そ
れぞれの構成元素の質量吸収係数Σの寄与が加算され、
物質全体のΣは次式で表わされる。

Σ−Σ　（ｐｉ　　Σ　ｉ）　　　　　　・・・　（１
１）ただし、ｐｉはｉ番目の 元素の重合含有比である。

一定の媒質においてはΣは定数になるので、式（８）か
らφはρのみによって変化することになる。

従って、予め較正試験によって第１０図に示すφとρと
の関係を求めておけば、逆に密度未知の媒質に対しては
、φを測定することによってその密度ρを知ることがで
きるわけである。

本実施例では、第２図に示す分割区間Ｉ、　　ＩＩ■・
・・毎に、第１０図に示すガンマ線束φと物質密度ρと
の関係を予め較正試験によって求めデータベースメモリ
に記録しておく。これにより、シンチレーションカウン
タ４６により測定されるガンマ線束φの値に基づきシー
ルドチャンバー１４内における泥水密度ρを測定するこ
とができる。

回路構成 第１図には、本実施例の回路構成の好適な一例が示され
ている。実施例の装置は、地盤の調査データ等が記憶さ
れたデータベースメモリ６０と、超音波センサ３０ａ、
３０ｂの出力に基づき各バイブ１６，１８内を流れる泥
水の速度および密度を演算する泥水状態演算部７０と、
各ＲＩセンサ４０の出力に基づきシールドチャンバー１
４内における密度を多点測定するＲＩ密度演算部７６と
を含む。

前記データベースメモリ６０内には、第２図に示すよう
トンネル掘削経路に沿って予め多点測定された土層の推
定断面データが地盤の調査結果として記憶されている。

さらに、この推定断面ブタに付随して、各土層の密度１
粒度分布、含水比等の各種データか記憶されている。

このような地盤調査データは、第２図に示すようトンネ
ル掘削経路を複数に分割し、各分割区間１、　　ＩＩ、
　ＩＩＩ・・・毎に記憶されている。さらに、前記地盤
調査データに基づき掘進速度と土砂取込量とをバランス
させるよう決定された掘削管理条件、例えばジヤツキス
ピード、カッタ回転数、スリット開度、送排泥水量、ア
ジテータ回転数等が、各分割区間ｒ、ｎ、ｍ・・・毎に
記憶される。

これに加えて、このデータベースメモリ６０には、各分
割区間１．　　ＩＩ、　ＩＩＩ・・・毎に泥水１００の
密度と超音波減衰量との相関関係を示す減衰量テープル
がテーブルデータとして記憶されると共に、第１０図に
示すよう土砂の密度とガンマ線束との相関関係を示すデ
ータが記憶されている。

また、実施例の超音波センサ３０ａ、３０ｂは、後述す
るＡＩ集中管理部８２により交互に駆動され、その出力
信号を泥水状態演算部７０へ向は出力している。

泥水状態演算部７０は、速度演算部７２と、密度演算部
７４とを含み、各超音波センサ３０ａ。

３０ｂから入力される信号に基づき、給水パイプ１６、
排水パイプ１８内を流れる泥水の速度Ｖおよび密度ρを
演算し土量演算部７８へ向は出力する。

これにおいて、前記速度演算部７２は、超音波センサ３
０を構成する各超音波送受信器３２゜３４への入出力信
号に基づき、一方の送受信器３２から他方の送受信器３
４への超音波伝搬時間１、と逆方向への超音波伝搬時間
ｔ２とを求め、このようにして求めた各伝搬時間ｔＩ＋
　　ｔ２を前記第３式に代入することにより泥水１００
の流速■を演算出力する。

また、前記密度演算部７４は、各超音波センサ３０を構
成する一対の超音波送受信器３２．３４間において送受
信される超音波の減衰量を測定し、この減衰量をデータ
ベースメモリ６０内に記憶されている減衰量テーブルと
照合することにより、泥水１００の密度ρを演算し、土
量演算部７８へ向は出力する。

土量演算部７８は、祖速度演算部７２から入力される泥
水１００の流速■を用いて、前記第４式の演算を行い、
さらに前記第５式に基づき泥水１００の流量Ｑを演算す
る。そして、このようして求めた流量Ｑと、密度演算部
７４から出力される泥水密度ρに基づき、給水バイブ１
６および排出パイプ１８内を流れる泥水の土量をそれぞ
れ演算する。そして、データベースメモリ６０内に各分
割区間毎に記憶された地盤調査データ、給水バイブ１６
、排水パイプ１８内を流れる泥水の土量に基づき、シー
ルドチャンバー１４内に取込まれる掘削土量（切羽２２
から取込まれる乾砂量）をリアルタイムで演算しＡＩ集
中管理部８２へ向は出力する。

また、実施例の各ＲＩセンサ４０，４０・・・は、ＡＩ
集中管理部３２により順次駆動され、その出力信号をＲ
Ｉ密度演算部７６へ向は出力する。

前記データベースメモリ６０には、前記Ｒｒセンサ４０
の第１０図に示すようなφ、ρとの関係がインプットさ
れている。そして、ＲＩ密度演算７６は、ＲＩセンサ４
０のシンチレーションカウンタ４６から出力されるガン
マ線束φの値に基づき、シールドチャンバー１４内の泥
水密度ρを演算する。そして、演算された泥水密度は、
密度分布解析部８０へ向は出力される。

密度分布解析部８０は、このようにしてＲＩ密度演算部
７６から出力される信号に基づき、シールドチャンバー
１４内における密度分布を解析し、この解析結果をＡＩ
集中管理部８２へ向は出力する。

ＡＩ集中管理部８２は、このようにして解析される密度
分布が均一となるように、被制御機器８４を制御する。

この場合には、シールドチャンバー１４内のアジテータ
の回転数を制御し、チャンバー１４内において土砂と泥
水が均一に撹拌されるように制御する。

これにより、土量演算部７８は、切羽２２から取込まれ
た土砂の掘削土量を常に正確に演算出力することができ
る。

そして、ＡＩ集中管理部８２は、このようにして演算出
力される掘削土量と、データベースメモリ６０内に予め
各分割区間毎に設定された理論的な掘削土量とか一致す
るよう、被制御機器８４を制御する。この場合には、例
えばジヤツキスピードを制御し、シールド掘進機自体の
掘進速度を制御すると共に、カッター２０の回転数、カ
ッター２０に設けられた図示しないスリットの開度等を
制御すればよい。

このようにして、本実施例によれば、データベースメモ
リ６０内にトンネル１００の各分割区間毎に設定された
データに基づき、土砂の掘削量と、シールド掘進機の掘
進速度とが良好にバランスするよう掘削制御を行うこと
ができる。

特に、本発明によれば、切羽２２からの土砂取込量をリ
アルタイムでかつ正確に演算することができるため、掘
削する切羽２２の土層変化に迅速に対応し、良好な掘削
管理を行うことができる。

また、本実施例では、超音波センサ３０とＲＩセンサ４
０の双方を用いて泥水密度の演算を行っている。このた
め、両センサ３’０．４０の検出泥水密度が異なる場合
には、いずれか一方のセンサに異常が発生したものと推
定できるため、センサ３０．４０が常に正常に動作する
ようその保守管理を行うことができる。

なお、本発明は前記実施例に限定されるものでなく、本
発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。

［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、切羽からの掘削
土量をリアルタイムで正確に演算し、土層の変化に迅速
に対応し、最適な掘削管理条件を設定することができる
泥水式シールド掘進機を得ることができるという効果が
ある。

特に、本発明によれば、シールドチャンバー内の泥水密
度分布を多点測定し、その密度分布が均一となるよう制
御できるため、シールド断面が大きな場合でも、また切
羽の土層が変化するような場合でも、常に最適な掘削管
理条件を設定しトンネルの掘削を行うことが可能となる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる泥水式シールド掘進機の回路
構成の好適な一例を示すブロック図、第２図は、本実施
例の泥水式シールド掘進機を用いて掘削される土層の断
面概略図、 第３図は、本実施例の泥水式シールド掘進機の側断面概
略説明図、 第４図は、第３図に示す掘進機の排水パイプに設けられ
た超音波センサの説明図であり、同図（Ａ）はその横断
面概略図、同図（Ｂ）は縦断面概略図、 第５図は、前記超音波センサを用いて送受波される超音
波パルスの波形図であり、同図（Ａ）は泥水へ向は送信
される超音波パルスの説明図、同図（Ｂ）は泥水内で減
衰される超音波の波形説明図、 第６図、第７図は、泥水密度と超音波減衰率との相関関
係の一例を示す説明図、 第８図は、本実施例において用いられるＲＩセンサの基
本的な構成を示す説明図、 第９図は４本実施例に用いられるＲＩセンサの原理説明
図、 第１０図は、前記ＲＩセンサを用いて測定したガンマ線
束φと泥水密度ρとの関係を示す説明図である。 １０・・・シールド、　　１４・・・シールドチャンバ
ー１６・・・給水バイブ、　　　１８・・・排水パイプ
、３０・・・超音波センサ、　４０・・・ＲＩセンサ、
６０・・・データベースメモリ、 ７０・・・泥水状態演算部、７２・・・速度演算部、７
４・・・密度演算部、７６・・・ＲＩ密度演算部、７８
・・・土量密度演算部、８０・・・密度分布演算部、８
２・・・ＡＩ集中管理部、８４・・・被制御機器、０　
・・・ ト ンネル掘削紅路。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シールドチャンバーへ注水する注水パイプと、 シールドチャンバーに取込まれスラリー化された土砂を
   排出する排水パイプと、 を含む泥水式シールド掘進機において、 トンネル掘削経路に沿って予め測定された土層断面デー
   タおよびこのデータから設定された掘削管理条件と、泥
   水の密度とこの泥水内を伝搬する超音波の減衰量との関
   係を示す減衰量テーブルとが記憶されたデータベースメ
   モリと、 前記注水パイプに設けられ、このパイプ内を流れる泥水
   の流動方向に対し所定角度で超音波を送受波する第１の
   超音波センサと、 前記シールドチャンバーに近接して排水パイプに設けら
   れ、このパイプ内を流れる泥水の流動方向に対し所定角
   度で超音波を送受波する第２の超音波センサと、 前記各超音波センサの送受信タイミングおよび超音波減
   衰量と、前記データベースメモリに記憶された減衰量テ
   ーブルとに基づき、各パイプ内を流れる泥水の流速およ
   び密度を演算する泥水状態演算部と、 各パイプ内を流れる泥水の流速および密度と、前記デー
   タベースメモリに記憶された土層断面データとに基づき
   、シールドチャンバー内に取り込まれた掘削土量を演算
   する土量演算部と、 演算された掘削土量および前記データベースメモリに記
   憶された掘削管理条件に基づき、土砂の掘削制御を行う
   掘削制御部と、 を含むことを特徴とする泥水式シールド掘進機。
2. （２）請求項（１）において、 前記シールドチャンバー内の泥水密度分布を測定する密
   度分布測定手段を含み、 前記掘削制御部は、測定された泥水密度分布が均一にな
   るようシールドチャンバー内のアジテータを駆動制御す
   ることを特徴とする泥水式シールド掘進機。
3. （３）請求項（２）において、 前記密度分布測定手段は、シールドチャンバー内の複数
   ヵ所に設けられ、シールドチャンバー内の泥水密度を多
   点測定する複数のＲＩセンサを含むことを特徴とするシ
   ールド掘進機。