JPH0633689A

JPH0633689A - 地中堀削機の地山崩監視装置

Info

Publication number: JPH0633689A
Application number: JP18944592A
Authority: JP
Inventors: Kanji Shibatani; 寛治柴谷
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1992-07-16
Filing date: 1992-07-16
Publication date: 1994-02-08
Also published as: EP0651134A4; WO1994002708A1; EP0651134A1

Abstract

(57)【要約】【目的】地中堀削機が進行する場合の崩壊部の監視を正
確に行う。【構成】一対の通電電極および一対の検出電極の異なる
組み合わせが３以上順次選択され、各組み合わせごとに
電源および電圧計が順次切り換え接続される。そして、
選択された各組み合わせごとの検出電圧に基づき各組み
合わせごとに崩壊部の比抵抗が演算される。一方、比抵
抗の演算値と、選択通電電極間の距離と、崩壊部の泥水
部における真の比抵抗と、崩壊部の地山における真の比
抵抗と、泥水厚との関係を示す演算式に、上記演算され
た各組み合わせごとの比抵抗および各組み合わせごとの
選択通電電極間距離が順次代入され３以上の式が求めら
れる。そして、これら３以上の式に基づき泥水厚が演算
される。このように真の比抵抗の値は既知の値ではなく
未知の値とされて泥水厚が演算されるので、崩壊部の真
の比抵抗が掘進に伴い変化したとしても、それに対応で
き常に精度よく泥水厚を演算することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド堀削機等の地
中堀削機が地中を掘進する場合において、地山崩壊の様
子をリアルタイムに監視する装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】いわゆるシールド堀削機の外側は、金属
からなるスキンプレートで覆われているため内部から掘
進時の地山崩壊の状態を目視することができない。そこ
で、通常はスキンプレートの表面にシールド本体と地山
との距離を測定する装置を設け、この装置により地山の
崩壊を検出するようにしている。この種の崩壊監視装置
の１つとして特開昭６２ー１７８６８９号公報に開示さ
れたものがある。

【０００３】この公報には、地中堀削機表面に配設され
た電極板に８本の電極からなる電極群を一列に配置し、
これら電極群のうち中央の隣あう一対の検出電極に第１
の電圧計を接続するとともに、この一対の検出電極の外
側の一対の通電電極に定電流源を接続し、さらにこの一
対の通電電極の外側の一対の検出電極に第２の電圧計を
接続するとともに、この一対の検出電極の外側の一対の
通電電極に定電流源を接続した、いわゆるＷｅｎｎｅｒ
配置構成の比抵抗検知方式により崩壊を監視する技術が
開示されている。そして、上記内側の第１の電圧計と外
側の第２の電圧計を崩壊状態に応じて適宜切り換えて、
検出電圧から崩壊部の比抵抗を求め、これより堀削機と
地山との間の泥水厚を演算するようにしている。

【０００４】ここで、演算される比抵抗と、選択通電電
極間の距離と、崩壊部の泥水部における真の比抵抗と、
崩壊部の地山における真の比抵抗と、泥水厚との間に
は、所定の関係が成立し、これは所定の演算式で表され
る。そこで、この演算式中の上記真の比抵抗を既知の値
として、演算式に、電圧計の出力に基づき得られた比抵
抗の演算値を代入することにより泥水厚を演算するよう
にしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、崩壊部におけ
る真の比抵抗の値は、掘進に伴い時時刻刻変化するもの
であり、必ずしも一定値ではない。したがって、真の比
抵抗を固定して演算したときには、演算自体は簡略には
なるものの泥水厚の検出精度に欠ける面がある。ところ
で、また、シールド堀削機のスキンプレートは強度上、
導電性を有する金属からなっており、その上に絶縁物で
ある塗装がなされている。ここで、掘進に伴う経時変化
により塗装が剥離することがある。すると、金属が露出
されて、電位分布が変化し電圧計の出力が低下してしま
う。このため、泥水厚の検出が正確に行えなくなってし
まうことがある。また、露出した金属が錆びてしまい再
度電圧計の出力が高くなってしまい、同様に泥水厚の検
出が正確になされなくなることがある。

【０００６】本発明はこうした実状に鑑みてなされたも
のであり、地中堀削機の掘進に伴い崩壊部の比抵抗が逐
次変化する場合でも、常に精度よく崩壊の監視をリアル
タイムに行えることを第１の目的とし、掘進に伴い堀削
機表面の状態が経時変化したとしても、常に精度よく崩
壊の監視をリアルタイムに行えることを第２の目的とし
ている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明の第１
発明では、地中堀削機表面に配設された電極板に少なく
とも８本の電極からなる電極群を一列に配置し、これら
電極群の中から一対の通電電極とこの一対の電極の内側
の一対の検出電極とを選択し、前記選択通電電極に定電
流源を接続するとともに前記選択検出電極間に電圧計を
接続して前記選択検出電極間に生じる電圧を検出し、こ
の検出電圧と前記選択通電電極間の通電電流とに基づき
崩壊部の見かけの比抵抗を演算し、この演算された見か
けの比抵抗から得られる地中堀削機と地山との間の泥水
厚に基づき地山崩壊を監視する地中堀削機の地山崩壊監
視装置において、前記一対の通電電極および前記一対の
検出電極の異なる組み合わせを３以上順次選択し、各組
み合わせごとに前記定電流源および前記電圧計を順次切
り換え接続する切換手段と、前記切換手段により選択さ
れた各組み合わせごとの検出電圧に基づき各組み合わせ
ごとに崩壊部の見かけの比抵抗を演算する第１の演算手
段と、前記第１の演算手段により演算される見かけの比
抵抗と選択通電電極間の距離と崩壊部の泥水部における
真の第１の比抵抗と崩壊部の地山における真の第２の比
抵抗と泥水厚との関係を示す演算式に、前記第１の演算
手段によって演算された各組み合わせごとの見かけの比
抵抗および各組み合わせごとの選択通電電極間距離を順
次代入して３以上の式を求め、これら３以上の式に基づ
き前記泥水厚を演算する第２の演算手段とを具えてい
る。

【０００８】また、この発明の第２発明では、同様の地
山崩壊監視装置において、前記一対の通電電極および前
記一対の検出電極の異なる組み合わせを３以上順次選択
し、各組み合わせごとに前記定電流源および前記電圧計
を順次切り換え接続する切換手段と、前記切換手段によ
り選択された各組み合わせごとの検出電圧に基づき各組
み合わせごとに崩壊部の見かけの比抵抗を演算する第１
の演算手段と、前記第１の演算手段によって演算される
見かけの比抵抗を所定の補正係数によって補正する補正
手段と、前記補正手段により補正される見かけの比抵抗
と選択通電電極間の距離と崩壊部の泥水部における真の
第１の比抵抗と崩壊部の地山における真の第２の比抵抗
と泥水厚との関係を示す演算式に、前記補正手段によっ
て補正された各組み合わせごとの見かけの比抵抗および
各組み合わせごとの選択通電電極間距離を順次代入して
３以上の式を求め、これら３以上の式に基づき前記泥水
厚を演算する第２の演算手段と、前記第２の演算手段に
よって演算された泥水厚と予め検出された基準泥水厚と
の偏差が所定値以上である場合に、この偏差に応じて前
記補正手段における補正係数を変化させて前記補正手段
における補正および前記第２の演算手段における演算を
繰り返し実行させる演算処理制御手段と、前記偏差が前
記所定値より小さい場合に、前記第２の演算手段の演算
泥水厚に基づき地山崩壊を監視する手段とを具えてい
る。

【０００９】また、この発明の第３発明では、金属から
なる地中堀削機表面に絶縁体からなる電極板を配設し、
この電極板に一列に少なくとも４本の電極からなる電極
群を配置し、これら電極群の中から一対の通電電極とこ
の一対の電極とは異なる一対の検出電極とを選択し、前
記選択通電電極に定電流源を接続するとともに前記選択
検出電極間に電圧計を接続して前記選択検出電極間に生
じる電圧を検出し、この検出電圧と前記選択通電電極間
の通電電流とに基づき崩壊部の比抵抗を演算し、この演
算された比抵抗から得られる地中堀削機本体と地山との
間の泥水厚に基づき地山崩壊を監視する地中堀削機の地
山崩壊監視装置において、前記電極板の外周を所定幅の
金属によって囲むようにしている。

【００１０】

【作用】かかる第１発明の構成によれば、一対の通電電
極および一対の検出電極の異なる組み合わせが３以上順
次選択され、各組み合わせごとに定電流源および電圧計
が順次切り換え接続される。そして、選択された各組み
合わせごとの検出電圧に基づき各組み合わせごとに崩壊
部の見かけの比抵抗が演算される。一方、見かけの比抵
抗の演算値と選択通電電極間の距離と崩壊部の泥水部に
おける真の第１の比抵抗と崩壊部の地山における真の第
２の比抵抗と泥水厚との関係を示す演算式に、上記演算
された各組み合わせごとの見かけの比抵抗および各組み
合わせごとの選択通電電極間距離が順次代入され３以上
の式が求められる。そして、これら３以上の式に基づき
泥水厚が演算される。このように真の第１、第２の比抵
抗の値は既知の値ではなく未知の値とされて泥水厚が演
算されるので、崩壊部の真の比抵抗が掘進に伴い変化し
たとしても、それに対応でき常に精度よく泥水厚を演算
することができる。また、上記第２発明の構成によれ
ば、第１発明と同様に定電流源および電圧計の切換接続
が順次行われ、各組み合わせごとに崩壊部の見かけの比
抵抗が演算される。そして演算された見かけの比抵抗が
所定の補正係数によって補正される。一方、見かけの比
抵抗の補正値と選択通電電極間の距離と崩壊部の泥水部
における真の第１の比抵抗と崩壊部の地山における真の
第２の比抵抗と泥水厚との関係を示す演算式に、補正さ
れた各組み合わせごとの見かけの比抵抗および各組み合
わせごとの選択通電電極間距離を順次代入されて３以上
の式が求められる。そして、これら３以上の式に基づき
泥水厚が演算される。ここで、演算された泥水厚と予め
検出された基準泥水厚との偏差が所定値以上である場合
には、堀削機の表面の状態が経時変化したとして偏差に
応じて補正係数を変化させて上記補正および上記演算式
による演算が繰り返し実行される。やがて、偏差が所定
値より小さくなった場合には、そのときの演算泥水厚に
基づき地山崩壊の監視がなされる。

【００１１】このように堀削機表面の電位分布が変化し
たとしても、その変化を演算泥水厚と基準泥水厚との比
較によって捕らえ、これにより比抵抗の補正を正しく行
って泥水厚を常に精度よく検出することができるように
なる。

【００１２】また、上記第３発明の構成によれば、電極
板の外周が所定幅の金属によって囲まれる。このため、
電極板の周囲の堀削機表面が変化しても、この変化によ
って電圧計の出力は直接影響を受けることがなく、常に
ほぼ一定の出力が得られるようになり、掘進に伴う経時
変化の影響を受けることなく常に精度のよい検出がなさ
れることとなる。

【００１３】

【実施例】以下図面を参照して本発明に係る地中堀削機
の地山崩壊監視装置の実施例について説明する。

【００１４】図１はシールド堀削機の概略断面構成例を
示し、図２は図１の上面を示している。これら図に示す
シールド堀削機は、カッタヘッド１０を回転、駆動して
土砂、岩壁等の堀削を行いながら地中を進行する。２４
は堀削が行われる崩壊部を示しており、泥水部（第１
層）２３と地山（第２層）２２からなる。カッタヘッド
１０の後方のシールド本体９は、導電性を有した金属
（たとえばＳＳ４１）からなり、その外側表面は塗装被
膜により電気的に絶縁されている。シールド本体９上部
には穴が開けられており、この穴には図４にその配設態
様を詳細に示すようにシャーシ２１がはめ込まれ、ブラ
ケット２６を介してシールド本体９に固定されている。
そしてシャーシ２１内上部には８本の電極１〜８が堀削
機進行方向に一列に配置された電極板１１が配設される
とともに、その下には電極切換ユニット１３が配設され
ている。電極切換ユニット１３からは、外部との信号の
入出力を行うためにシャーシ２１を介してケーブル２７
が引き出されている。

【００１５】電極板１１は、周囲環境に対応できるよう
に、吸水率が低く、かつ強度の高い材質、たとえばウル
トラポリエチレン（ＵＰＥ）より成っており、図２に示
すように長辺の長さがＬ、短辺の長さがＷとなってい
る。そして、８本の電極１〜８間の距離は、図３に示す
ように中央の電極３、４、５、６の隣あう電極間距離が
それぞれａ、その外側の電極２、３および電極６、７の
各電極間距離が３ａ、そのまた外側の電極１、２および
電極７、８の各電極間距離が９ａとなっている。シャー
シ２１は所定厚の導電性を有する金属、たとえばステン
レス（ＳＵＳ）より成っている。ここで、シャーシ２１
の厚さは、後述する効果を得るために実験的にＷ／６に
設定されている（図２参照）。

【００１６】電極切換ユニット１３は図１に示すように
水銀リレー１４、リレーコントローラ１５、プリアンプ
１６から構成されている。水銀リレー１４は、その切換
に応じて、電極１〜８の中から一対の電流供給電極とこ
の一対の電極の内側の一対の電圧検出電極とを選択する
作用をなす。そして選択した電流供給電極に定電流源１
７から電流ｉが供給されるとともに、選択した電圧検出
電極間の電圧Ｖが検出される。なお、かかる電極切換方
式それ自体の技術については本出願人による先願（特願
平３ー１２１５０５号）に係る事項であり、本願発明の
主旨とは直接関係ないので詳細な説明は省略する。水銀
リレー１４は、リレーコントローラ１５により切り換え
られ、上記選択を行う。リレーコントローラ１５はＣＰ
Ｕ２０からの制御信号に応じて制御される。なお、上記
制御信号は変換部１９にてパラレル／シリアル変換さ
れ、シリアル信号としてリレーコントローラ１５に加え
られる。

【００１７】図３は、上記電流供給および電圧検出の様
子を示すものであり、電流供給線に介在されたシャント
抵抗２５の両端の電流がプリアンプ１６ｂにてインピー
ダンス変換され電流ｉが検出され、これが図１に示すロ
ックインアンプ１８へアナログ出力される。一方、プリ
アンプ１６ａでは電圧検出電極間の電圧Ｖがインピーダ
ンス変換され、同様にロックインアンプ１８へアナログ
出力される。ロックインアンプ１８の出力は、たとえば
ＧＰＩＢのインターフェースを介してＣＰＵ２０へディ
ジタル信号として加えられる。さらに図示していないが
ＣＰＵ２０にはディスプレイが接続されており、ＣＰＵ
の処理結果を表示し得るようになっている。

【００１８】図３は電流供給電極として電極３、６が、
電圧検出電極として電極４、５が切り換え選択された場
合を示している。下記表１は、切り換え、選択される電
極の組み合わせ（以下「電極セット」という）を示して
おり、図３に示す電極セットは、隣あう電極間の距離が
ａの場合のａ１である。その他に、隣あう電極間の距離
が３ａの場合の電極セットａ２、隣あう電極間の距離が
９ａの場合の電極セットａ３がある。なお、ａの値とし
てはたとえば２ｃｍである。

【００１９】表１さて、またシールド本体９の上面にあって電極板１１の
近傍には、崩壊検出用のロッド１２が表面より外部に突
出自在に設けられている。このロッド１２は図示せぬモ
ータ、油圧シリンダ等のアクチュエータにより駆動され
てそのストローク量、つまり突出量が変化する。したが
って、ストローク量を変化させ、ロッド１２の先端が地
山２２に接触したときのストローク量を検出すれば、こ
の検出量に基づきシールド堀削機と地山２２との距離、
つまり泥水部２３の厚さｄｒを検出することができる。
しかし、この検出は堀削停止時のみ可能であり、掘進時
には行うことができない。そこで、シールド堀削機が停
止した時に、かつ定期的に（たとえば１週間ごとに）検
出を行い、検出した泥水厚ｄｒを後述するようにリアル
タイムに行われる計測の補正の基準として使用するよう
にしている。

【００２０】以下、上記ＣＰＵ２０で実行される演算処
理の内容について図６〜図８のフローチャートを併せ参
照して説明する。

【００２１】まず、実施例に適用される演算式について
説明する。

【００２２】図５は、比抵抗ρ1 で厚さｄの第１層２３
と比抵抗ρ2 の第２層２２とで構成される垂直２層構造
における比抵抗ρe を、図３に示したものと同様のＷｅ
ｎｎｅｒ配置によって検出する様子を示したものであ
る。ここで隣あう電極間の距離をａとし、検出される電
圧をＶ、検出される電流をｉとしたとき、いわゆる見か
けの比抵抗ρe は、以下のように表せられる。

【００２３】ρe ＝２πａＶ／ｉ …（１）一方、上記電圧Ｖ、電流ｉに基づき得られる見かけの比
抵抗ρe は、以下の演算式によって演算することができ
ることが公知となっている（「電気探査法」／志村／昭
和４０年２月２５日発行／昭晃堂）。

【００２４】 ρe ＝ρ1 ＋４ρ1 ΣＫn ［｛１＋（２ｎｄ／ａ）2 ｝
-1/2ー｛４＋（２ｎｄ／ａ）2 ｝-1/2］ …（２）ここで、上記Σはｎが１から∞までであり、Ｋは、Ｋ＝（ρ2 ーρ1 ）／（ρ2 ＋ρ1 ） …（３）である。上記演算式（２）は、見かけの比抵抗ρe と、
電極間距離ａと、泥水部２３における真の比抵抗ρ1
と、地山２２における真の比抵抗ρ2 と、泥水厚ｄとの
間に所定の関係が成立していることを示しており、比抵
抗ρ1 、ρ2 、泥水厚ｄを未知数として、上記（２）式
に、電極間距離ａおよび（１）式で演算された比抵抗ρ
e を順次代入して３以上の式が得られれば、未知数ρ1
、ρ2 およびｄを求めることができる。ＣＰＵ２０は
この演算を後述するアルゴリズムにより簡単に行ない、
処理を短時間に実行するようにしている。

【００２５】さて、崩壊監視の処理がスタートすると、
図６に示すように、リレーコントローラ１５に切換用の
制御信号が出力され、電極セットａ１がまず選択される
（ステップ１０１）。このときの検出電圧Ｖ、検出電流
ｉに基づき上記（１）式の演算がなされ、電極セットａ
１に対応する比抵抗ρe1が求められる（ステップ１０
２、１０３）。ついで、リレー１４による切り換えがな
され、つぎの電極セット（ａ２、ａ３のいずれか）が同
様に選択され、同様の処理がなされる（ステップ１０
４）。こうして（１）式の演算がすべての電極セットａ
１〜ａ３について行われ（ステップ１０５）、各電極セ
ットａ１、ａ２、ａ３に対応する比抵抗ρe1、ρe2、ρ
e3が求められる（ステップ１０６）。ついで、手順は図
７のステップ２０１に移行され、演算した比抵抗ρe1、
ρe2、ρe3のそれぞれに電極１〜８の周囲の金属の影響
を補正する補正係数Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 が乗じられ、補正
比抵抗、 ρ´e1＝ρe1・Ｃ1 …（４） ρ´e2＝ρe2・Ｃ2 …（５） ρ´e3＝ρe3・Ｃ3 …（６）がそれぞれ求められる。ここで、このような補正を行う
意義について説明する。すなわちシールド堀削機は、工
場出荷時は塗装されており、施工、掘進に従って塗装が
禿げてくる。これを電気的に考えると、電極１〜８の周
囲が絶縁物だけだったのが、その地の金属が露出するこ
とになるので、電位分布が大きく変わってくる。これに
より比抵抗ρe が本来の塗装状態のときの値よりも低下
してしまう。また、一度、露出した金属が錆びてしまう
と、再び比抵抗ρe が増加することとなる。そこで、本
来の工場出荷時の初期状態のときの値に補正するために
上記補正係数を乗じることにしている。

【００２６】ところで前述するように実施例では幅Ｗ／
６のシャーシ２１で電極板１１の外周を囲んでおり、こ
れによると塗装の剥離、錆の発生の影響が比抵抗ρe に
与える影響を最小限に抑えることができる。図１２〜図
１４は、電極の周囲を所定幅の金属で囲むことの有効性
を確認する実験結果を示している。

【００２７】すなわち、実験装置としては図１２に示す
ように水槽３２の中に水道水を満たし、この上に板３３
を浮かべたものであり、板３３の４本の電極にＷｅｎｎ
ｅｒ配置により定電流源３０、電圧計３１が接続され、
電極間距離ａを変化させて電圧値、電流値から比抵抗ρ
を計測する。供試電極板としては図１３に示すように、
電極の周囲の除いた外側一面が金属であるもの（ケース
１）、電極の周囲が所定幅の金属帯により囲まれてお
り、その地が絶縁物であるもの（ケース２）、板３３の
地全体が絶縁物であるもの（ケース３）となっている。
実験結果を電極間距離ａと計測抵抗値ρとの関係を示す
グラフで示せば、図１４に示すごとくなり、ケース２の
ように金属帯さえあれば、その外側がたとえ絶縁物であ
っても、ケース１のように外側が金属の場合とほぼ同等
の計測値が得られるのがわかる。なお、誤差としてはせ
いぜい最大１８％程度である。

【００２８】これは、シールド堀削機の表面が金属露出
の状態から錆発生に至るまでの経時変化があったとして
も、比抵抗の計測値に与える影響が少ないことを示して
いる。一方、金属帯がないケース３の場合は、ケース１
との比較でみれば計測値は約３００％も変化してしまい
影響が甚大であることがわかる。

【００２９】なお、ケース１からケース２（またはケー
ス３）への変化は、シールド堀削機の表面が金属露出の
状態から錆発生に至るまでの経時変化を想定したもので
あるが、塗装状態から塗装剥離に至るまでの経時変化も
同様に考えられる。

【００３０】以上の実験結果からも明かなように、電極
板１１を所定幅のシャーシ２１で囲んだ効果は絶大なも
のがあり、経時変化を最小限に抑えることができ、補正
係数の変更はわずかで済むのがわかる。逆に言えばシャ
ーシ２１がないものとすると、経時変化によって比抵抗
が大幅に変化してしまう補正係数の変更のみでは対応が
不可能となる虞がある。

【００３１】さて、つぎのステップ２０２では、図８に
示す解析ルーチンに処理が移行されて、泥水厚ｄが上記
（２）式の演算によって求められる。そこで、この解析
ルーチンについて、図９、図１０のグラフを併せ参照し
て説明する。

【００３２】すなわち、図８に示すように解析ルーチン
の処理がスタートすると、まず補正比抵抗ρ´e1、ρ´
e2、ρ´e3の値を取り込む（ステップ３０１）。そして
泥水部２３における真の比抵抗ρ1 が、電極間距離が最
小のときの比抵抗ρ´e1であるとされる。ただし、電極
間距離ａが２ｃｍ以下の十分小さな値でないと、両者の
間に誤差が生じるので、距離ａはそのような値に設定さ
れている必要がある。上記演算式（２）は変形すると、
ｆ（）を所定の関数として、 ρe ／ρ1 ＝ｆ（ａ／ｄ、ρ2 ／ρ1 ） …（７）と表される。

【００３３】このような関数で表される曲線（以下「水
平２層標準曲線」という）ｍは、横軸をａ／ｄ、縦軸を
ρe ／ρ1 とし、かつρ2 ／ρ1 を２０、１０、…とパ
ラメータとして、図９（ａ）に示すように表される。か
かる水平２層標準曲線ｍのデータは予め所定のメモリに
記憶されているものとする。

【００３４】ついで上記（７）式の左辺を、 ρe ／ρ1 ＝ρ´e2／ρ´e1 …（８）ごとく電極セットａ２のときの値にして、この値に対応
する水平２層標準曲線ｍ上の点＃１〜＃６を演算する
（同図９（ｂ）参照）。同様に、上記（７）式の左辺
を、 ρe ／ρ1 ＝ρ´e3／ρ´e1 …（９）のごとく電極セットａ３のときの値にして、この値に対
応する水平２層標準曲線ｍ上の点＃７〜＃９を演算する
（同図９（ｂ）参照）。これら点＃１〜＃９は（ａ／
ｄ、ρ2 ／ρ1 ）という次元を有している。

【００３５】図１０は上記点＃６を求める様子を例示し
たものである。上記メモリには、水平２層標準曲線ｍに
各対応した２次元座標位置（ａ／ｄ、ρe ／ρ1 ）が記
憶されている。そこで、上記（９）式の値ρe ／ρ1 が
３．１２とすれば、この値３．１２の挟む所定曲線ｍ1
上の２点＊１（５、０、３．５）、＊２（４．５、３．
０）が上記メモリから読み出される。そして、これら２
点＊１〜＊２間が直線近似され、その間の直線ｍ´1 が
求められ、座標位置３．１２が直線ｍ´1 に交差したと
きの座標位置として点＃６の座標位置ａ／ｄが得られ
る。一方、上記所定曲線ｍ1 のρ2 ／ρ1 は既知であり
（図９（ｂ）参照）、これより点＃６の座標位置ρ2 ／
ρ1 が得られる。他の点＃１…についても同様にしてそ
れらの座標位置（ａ／ｄ、ρ2 ／ρ1 ）が求められる
（ステップ３０３）。

【００３６】つぎにこうして求めた点＃１〜＃９の座標
位置（ａ／ｄ、ρ2 ／ρ1 ）を座標位置（ｄ、ρ2 ）に
座標変換する処理が実行される。

【００３７】すなわち点＃１〜点＃６は表１よりａ＝６
ｃｍのときのデータであり、ρ1 はρ´e1であるので、
得られた座標位置（ａ／ｄ、ρ2 ／ρ1 ）が座標位置
（６ｃｍ・ｄ／ａ、ρ´e1・ρ2 ／ρ1 ）に座標変換さ
れる。

【００３８】同様に点＃７〜点＃９については表１より
ａ＝１８ｃｍのときのデータであり、ρ1 はρ´e1であ
るので、得られた座標位置（ａ／ｄ、ρ2 ／ρ1 ）が座
標位置（１８ｃｍ・ｄ／ａ、ρ´e1・ρ2 ／ρ1 ）に座
標変換される。こうして座標変換された点＃１〜＃６に
対応する座標位置＃´１〜＃´６は図１１に示すような
第１の曲線ｎ1 で示される。一方、点＃７〜＃９に対応
する座標位置＃´７〜＃´９は同図に示すような第２の
曲線ｎ2 で示される。そして、これらの曲線ｎ1 、ｎ2
の交点Ｐ（ｄ、ρ2 ）が演算され、そのときの座標位置
を泥水厚ｄ、地山２２の真の比抵抗ρ2 とする（ステッ
プ３０５）。

【００３９】以上の解析ルーチンを数学的にいえば、演
算式（２）において、ｄ、ρ2 を未知数とするととも
に、ρ1 がρ´e2であると仮定して、２つの式を求め、
これら２式を連立演算することにより、ｄ、ρ2 を求め
たことになる。

【００４０】ところで解析ルーチンで得られた演算値
ｄ、ρ2 は、補正が正しくなされたとの仮定のもとに行
っている。しかし、前述したようにシールド本体９の表
面状態の経時変化に応じて補正量が変動する場合があ
る。そこで、補正が正しく行われたか否かの判断が以下
行われる。

【００４１】すなわち、上記ロッド１２によって検出さ
れた基準泥水厚ｄｒがメモリから読み出され（ステップ
２０３）、演算された泥水厚ｄの誤差が基準泥水厚ｄｒ
に対して±１５％以内に収まっているか否かが判断され
る（ステップ２０４）。この結果、誤差が上記範囲内で
あると判断されれば、補正が正しく行われたものと判定
し、ステップ１０１に移行され、再び同様の処理を行
う。

【００４２】一方、ステップ２０４において、誤差が上
記範囲外であると判断されれば、経時変化によって補正
が正しく行われていないと判定し、補正係数Ｃ1 、Ｃ2
、Ｃ3 を変更する処理を行う。

【００４３】上記補正係数は図７のステップ２０５に示
す補正曲線ｌ1 で表される。この曲線ｌ1 からわかるよ
うに電極間距離ａと補正係数Ｃとの間には所定の比例関
係があり、電極間距離ａが大きくなる程シールド本体９
表面の影響を大きく受けるのがわかる。ここで、演算さ
れた泥水厚ｄが基準泥水厚ｄｒよりも大きい場合は塗装
が禿げて比抵抗ρe が低下した場合であるので、補正係
数Ｃ2 、Ｃ3 が大きくなるように曲線ｌ1 よりも傾きが
大きい曲線ｌ2 に変更され、この曲線ｌ2 上の補正係数
Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 に基づき再びステップ２０１における
演算が行われる。一方、演算された泥水厚ｄが基準泥水
厚ｄｒよりも小さい場合は地の金属が錆びて比抵抗ρe
が増加した場合であるので、補正係数Ｃ2 、Ｃ3 が小さ
くなるようにより傾きの小さい補正曲線に変更され、こ
の補正曲線上の補正係数Ｃ1 、Ｃ2 、Ｃ3 に基づき再び
ステップ２０１における演算が行われる。なお、電極間
距離が最小の電極セットａ１の場合はシールド本体９表
面状態の変化の影響をほとんど受けないので、補正曲線
の変更に際してはＣ1 固定とすることができる。

【００４４】なお、補正係数の初期値としてたとえば工
場出荷時に対応する値が予め設定されているものとす
る。このように補正係数Ｃ1 …が変更されるごとに解析
ルーチンが実行され、やがて演算された泥水厚ｄの誤差
が所定範囲内に収まると（ステップ２０４の判断ＹＥ
Ｓ）、このときの泥水厚ｄがディスプレイ上に表示され
る。このようにして崩壊部２４の状態の監視がリアルタ
イムに行われることになる。

【００４５】なお、この実施例では、演算式（２）にお
いて、真の比抵抗ρ1 が、補正比抵抗ρ´e1と同じであ
ると仮定して演算処理をするようにしているが、場合に
よっては真の比抵抗ρ1 をも未知の値であるとして演算
処理する実施も可能である。この場合は、数学的にいえ
ば（２）式についての３元連立方程式を解くことにな
る。また、実施例では、経時変化を考慮して比抵抗の補
正を行うようにしているが、経時変化が少ない場合、あ
るいはシャーシ２１によって変化を十分に抑えることが
できる場合には、かかる補正を省略するようにしてもよ
い。また、経時変化が少ない場合には、シャーシ２１の
配設を省略するようにしてもよい。

【００４６】また、本発明はシールド堀削機に限定され
ることなく、アイアンモ−ルのような小口径の掘進機等
任意の地中堀削機に適用可能である。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、地
中堀削機の掘進に伴い崩壊部の比抵抗が逐次変化する場
合でも、常に精度よく崩壊の監視をリアルタイムに行え
ることができ、しかも掘進に伴い堀削機表面の状態が経
時変化したとしても、常に精度よく崩壊の監視がリアル
タイムに行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明に係る地中堀削機の地山崩壊監視
装置の実施例の構成を示す概略断面図である。

【図２】図２は図１の上面を示す図である。

【図３】図３は図１に示す電極の切り換えの様子を示す
図である。

【図４】図４は図１に示す電極板がシールド本体が配設
される構造を示す断面図である。

【図５】図５は実施例に適用される原理を説明するため
に用いた図である。

【図６】図６は図１に示すＣＰＵで実行される処理内容
を示すフローチャートである。

【図７】図７は図１に示すＣＰＵで実行される処理内容
を示すフローチャートである。

【図８】図８は図１に示すＣＰＵで実行される処理内容
を示すフローチャートである。

【図９】図９は図８に示す解析ルーチンを説明するため
に用いたグラフである。

【図１０】図１０は図８に示す解析ルーチンを説明する
ために用いたグラフである。

【図１１】図１１は図８に示す解析ルーチンを説明する
ために用いたグラフである。

【図１２】図１２は図１に示すシャーシの効果を説明す
るために用いた実験装置を示す図である。

【図１３】図１３は図１２の供試板をそれぞれ示す図で
ある。

【図１４】図１４は図１２の実験装置による実験結果を
示すグラフである。

【符号の説明】

１〜８電極９シールド本体１１電極板１２ロッド１４水銀リレー１６プリアンプ１７定電流源２０ＣＰＵ２１シャーシ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】地中堀削機表面に配設された電極板
に少なくとも８本の電極からなる電極群を一列に配置
し、これら電極群の中から一対の通電電極とこの一対の
電極の内側の一対の検出電極とを選択し、前記選択通電
電極に定電流源を接続するとともに前記選択検出電極間
に電圧計を接続して前記選択検出電極間に生じる電圧を
検出し、この検出電圧と前記選択通電電極間の通電電流
とに基づき崩壊部の見かけの比抵抗を演算し、この演算
された見かけの比抵抗から得られる地中堀削機と地山と
の間の泥水厚に基づき地山崩壊を監視する地中堀削機の
地山崩壊監視装置において、前記一対の通電電極および前記一対の検出電極の異なる
組み合わせを３以上順次選択し、各組み合わせごとに前
記定電流源および前記電圧計を順次切り換え接続する切
換手段と、前記切換手段により選択された各組み合わせごとの検出
電圧に基づき各組み合わせごとに崩壊部の見かけの比抵
抗を演算する第１の演算手段と、前記第１の演算手段により演算される見かけの比抵抗と
選択通電電極間の距離と崩壊部の泥水部における真の第
１の比抵抗と崩壊部の地山における真の第２の比抵抗と
泥水厚との関係を示す演算式に、前記第１の演算手段に
よって演算された各組み合わせごとの見かけの比抵抗お
よび各組み合わせごとの選択通電電極間距離を順次代入
して３以上の式を求め、これら３以上の式に基づき前記
泥水厚を演算する第２の演算手段とを具えた地中堀削機
の地山崩壊監視装置。
【請求項２】前記演算式中の泥水部における真の
第１の比抵抗は、前記切換手段により一対の通電電極間
の距離が最小となる組み合わせが選択されたときに前記
第１の演算手段によって演算される見かけの比抵抗とし
たものであり、前記第２の演算手段は、前記演算式に、
前記第１の演算手段によって演算された各組み合わせご
との見かけの比抵抗および各組み合わせごとの選択通電
電極間距離を順次代入して得られる２以上の式に基づい
て前記泥水厚を演算するものである請求項１記載の地中
堀削機の地山崩壊監視装置。
【請求項３】地中堀削機表面に配設された電極板
に少なくとも８本の電極からなる電極群を一列に配置
し、これら電極群の中から一対の通電電極とこの一対の
電極の内側の一対の検出電極とを選択し、前記選択通電
電極に定電流源を接続するとともに前記選択検出電極間
に電圧計を接続して前記選択検出電極間に生じる電圧を
検出し、この検出電圧と前記選択通電電極間の通電電流
とに基づき崩壊部の見かけの比抵抗を演算し、この演算
された見かけの比抵抗から得られる地中堀削機と地山と
の間の泥水厚に基づき地山崩壊を監視する地中堀削機の
地山崩壊監視装置において、前記一対の通電電極および前記一対の検出電極の異なる
組み合わせを３以上順次選択し、各組み合わせごとに前
記定電流源および前記電圧計を順次切り換え接続する切
換手段と、前記切換手段により選択された各組み合わせごとの検出
電圧に基づき各組み合わせごとに崩壊部の見かけの比抵
抗を演算する第１の演算手段と、前記第１の演算手段によって演算される見かけの比抵抗
を所定の補正係数によって補正する補正手段と、前記補正手段により補正される見かけの比抵抗と選択通
電電極間の距離と崩壊部の泥水部における真の第１の比
抵抗と崩壊部の地山における真の第２の比抵抗と泥水厚
との関係を示す演算式に、前記補正手段によって補正さ
れた各組み合わせごとの見かけの比抵抗および各組み合
わせごとの選択通電電極間距離を順次代入して３以上の
式を求め、これら３以上の式に基づき前記泥水厚を演算
する第２の演算手段と、前記第２の演算手段によって演算された泥水厚と予め検
出された基準泥水厚との偏差が所定値以上である場合
に、この偏差に応じて前記補正手段における補正係数を
変化させて前記補正手段における補正および前記第２の
演算手段における演算を繰り返し実行させる演算処理制
御手段と、前記偏差が前記所定値より小さい場合に、前記第２の演
算手段の演算泥水厚に基づき地山崩壊を監視する手段と
を具えた地中堀削機の地山崩壊監視装置。
【請求項４】前記演算式中の泥水部における真の
第１の比抵抗は、前記切換手段により一対の通電電極間
の距離が最小となる組み合わせが選択されたときに前記
補正手段によって補正される比抵抗としたものであり、
前記第２の演算手段は、前記演算式に、前記補正手段に
よって補正された各組み合わせごとの見かけの比抵抗お
よび各組み合わせごとの選択通電電極間距離を順次代入
して得られる２以上の式に基づいて前記泥水厚を演算す
るものである請求項３記載の地中堀削機の地山崩壊監視
装置。
【請求項５】前記地中堀削機表面より外部に突出
自在のロッドを設け、このロッド先端が地山に接触した
ときのストローク量に基づき前記基準泥水厚を予め検出
するものである請求項３記載の地中堀削機の地山崩壊監
視装置。
【請求項６】金属からなる地中堀削機表面に絶縁
体からなる電極板を配設し、この電極板に一列に少なく
とも４本の電極からなる電極群を配置し、これら電極群
の中から一対の通電電極とこの一対の電極とは異なる一
対の検出電極とを選択し、前記選択通電電極に定電流源
を接続するとともに前記選択検出電極間に電圧計を接続
して前記選択検出電極間に生じる電圧を検出し、この検
出電圧と前記選択通電電極間の通電電流とに基づき崩壊
部の比抵抗を演算し、この演算された比抵抗から得られ
る地中堀削機本体と地山との間の泥水厚に基づき地山崩
壊を監視する地中堀削機の地山崩壊監視装置において、前記電極板の外周を所定幅の金属によって囲むようにし
た地中堀削機の地山崩壊監視装置。