JPH0711867A - Monitoring method of operation state of shield excavator - Google Patents
Monitoring method of operation state of shield excavatorInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、密閉式のシールド掘進
機によるシールド工法において、シールド掘進機の運転
状況を地上で監視する方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for monitoring the operating status of a shield machine on the ground in a shield construction method using a sealed shield machine.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来から、土圧式シールド工法によるシ
ールドトンネルの施工は、図3に概略的に示すようなシ
ールド掘進機10によって行われている。このシールド
掘進機10は、典型的には、略円筒形のシールドフレー
ム11の掘進方向前端で、多数のカッタビット12aが
設けられたカッタフェイス12をシールドフレーム11
の軸心部を中心に回転させて地盤Gを掘削し、これによ
って発生した掘削土(以下、ズリという)G’を、カッ
タフェイス12に形成された図示しないスリットから、
その背面に形成された密閉チャンバ13内に導入して、
カッタフェイス12の回転に伴って撹拌し、この密閉チ
ャンバ13から後方へ延在されたスクリュコンベア14
を介して排土ゲート15に連続的に搬送し、更にそこか
ら適宜搬送手段を介して外部へ排出するようになってい
る。また、シールドフレーム11の掘進方向後端では、
掘削された坑内壁に、図示しないエレクタによって複数
のセグメント20を環状に組み立てて、土圧に耐えるた
めの一次覆工を施すと共に、既設されたセグメント20
の前端に推進用油圧ジャッキ16を当てて押圧すること
によって、その反力でシールド掘進機を推進させて行く
ものである。2. Description of the Related Art Conventionally, the construction of a shield tunnel by the earth pressure type shield construction method is carried out by a shield machine 10 as schematically shown in FIG. The shield machine 10 typically has a cutter face 12 provided with a large number of cutter bits 12a at the front end of a substantially cylindrical shield frame 11 in the direction of excavation.
The ground G is excavated by rotating the shaft center of the center of the ground, and the excavated soil (hereinafter referred to as “sliding”) G ′ generated thereby is extracted from a slit (not shown) formed in the cutter face 12,
Introduced into the closed chamber 13 formed on the back surface,
The screw conveyor 14 is stirred with the rotation of the cutter face 12 and extends rearward from the closed chamber 13.
It is configured to be continuously conveyed to the earth discharging gate 15 via the, and further discharged from there through the conveying means to the outside. Further, at the rear end of the shield frame 11 in the excavation direction,
On the excavated inner wall, a plurality of segments 20 are assembled into an annular shape by an unillustrated erector, and a primary lining for withstanding earth pressure is applied, and the existing segments 20 are also installed.
By pushing and pushing the hydraulic jack 16 for propulsion on the front end of the, the shield excavator is propelled by its reaction force.
【0003】このような密閉式のシールド工法では、カ
ッタフェイス12による地盤Gの掘削状況や密閉チャン
バ13内におけるズリG’の稼働状況を、視覚的に監視
することが困難であるため、密閉チャンバ13の後部隔
壁に取り付けた土圧センサや間隙水圧センサ、あるいは
カッタフェイス12の駆動系に取り付けたトルクセンサ
等によって各種の計測を行い、これによって得られた計
測データを地上の制御盤の表示装置に表示し、予め設定
されたコンピュータのアルゴリズムに従ってこのコンピ
ュータが制御方法を決定し、シールド掘進機の制御を行
うといった掘進管理を行っている。また最近では、人工
知能(AI)などを用い、これらの計測データを迅速に
処理して運転状況の推論及び判断を行い、シールド掘進
機の運転を自動制御している。In such a closed shield method, it is difficult to visually monitor the excavation condition of the ground G by the cutter face 12 and the operating condition of the slip G'in the closed chamber 13. Various measurement is performed by an earth pressure sensor and a pore water pressure sensor attached to the rear partition wall of 13, or a torque sensor attached to the drive system of the cutter face 12, and the obtained measurement data is displayed on the display device of the control panel on the ground. The computer determines the control method according to a preset computer algorithm, and controls the shield machine to perform excavation management. Recently, artificial intelligence (AI) or the like is used to rapidly process these measurement data to infer and judge the operating status, and automatically control the operation of the shield machine.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】すなわち、コンピュー
タによる自動制御機構が広く普及・実用化されている今
日では、各種の計測機器から供給される計測データを比
較的簡単に処理してシールド掘進機の自動制御を行うこ
とが可能であるため、地上に設けた中央制御室からオペ
レータがボタン操作を行うだけで、あとは殆ど機械任せ
でシールドの掘進作業ができるようになりつつある。し
かし、シールド掘進機に取り付けられたセンサから供給
される各種の数値データは、実際に地下の掘削状況を見
ることのできない地上のオペレータにとって、感覚的に
は理解しにくいものであり、また、制御内容はコンピュ
ータ任せでブラックボックス的な部分が多いため、地下
のシールド掘進機10のカッタフェイス12による掘削
状況や、その背面の密閉チャンバ13内のズリG’が実
際にどういう状況にあるのかを感覚的に理解することが
できないことから来る不安があった。また、計測データ
が異常値を示した場合の異常の原因を容易に判断するこ
とができず、したがって、これら地盤Gの土質変化や、
密閉チャンバ13内での異常の発生を迅速に把握して的
確に対応することが困難であった。In other words, in today's world where computerized automatic control mechanisms have been widely spread and put into practical use, measurement data supplied from various types of measuring equipment can be processed comparatively easily and used in shield machine. Since it is possible to perform automatic control, the operator can operate the shield from the central control room on the ground, and the shield can be excavated by the machine. However, the various numerical data supplied from the sensors attached to the shield machine are not intuitively understandable to operators on the ground who cannot actually see the underground excavation situation, and the control Since the content is left to the computer and there are many black box-like parts, I sense the excavation situation by the cutter face 12 of the underground shield machine 10 and the actual situation of the slip G'in the closed chamber 13 behind it. I was worried that I couldn't understand it. In addition, when the measurement data shows an abnormal value, it is not possible to easily determine the cause of the abnormality.
It has been difficult to quickly grasp the occurrence of an abnormality in the closed chamber 13 and take appropriate measures.
【0005】本発明は、上記のような事情のもとになさ
れたもので、その技術的課題とするところは、地上のオ
ペレータが、地下のシールド掘進機の運転状況を感覚的
に把握できるようにすることによってオペレータの漠然
とした不安を取り除くと共に、掘進の異常の発生を早期
に発見して速やかに対処するための運転状況監視方法を
提供することにある。The present invention has been made under the circumstances as described above, and its technical problem is to enable an operator on the ground to intuitively grasp the operation status of an underground shield machine. By eliminating the vague anxiety of the operator by providing the above, it is possible to provide an operation status monitoring method for early detection of an abnormal occurrence of excavation and prompt countermeasures.
【0006】[0006]
【課題を解決するための手段】上述した技術的課題は、
本発明によって有効に解決することができる。すなわち
本発明に係るシールド掘進機の運転状況監視方法は、シ
ールド掘進機のカッタフェイス背面の密閉チャンバ後部
の隔壁に音波センサを取り付け、この音波センサからの
音声信号における周波数成分をバンドパスフィルタを介
して調整し、地上で音響変換し、この変換された音響情
報から、掘進状況を聴覚的に把握するものである。The above-mentioned technical problems are as follows.
The present invention can effectively solve the problem. That is, the operating condition monitoring method of the shield machine according to the present invention, a sound wave sensor is attached to the partition wall at the rear of the closed chamber on the back of the cutter face of the shield machine, and the frequency component in the sound signal from this sound wave sensor is passed through a band pass filter. Is adjusted and acoustically converted on the ground, and the excavation situation is audibly grasped from the converted acoustic information.
【0007】[0007]
【作用】音波センサは、密閉チャンバの後部の隔壁に伝
達されたカッタフェイスの切羽と地盤の摺擦音や、密閉
チャンバ内の撹拌音や、機械の駆動による騒音を音声信
号に変換する。バンドパスフィルタ、例えばローパスフ
ィルタは、この音声信号のうち、シールド掘進機内の機
械の騒音による高周波成分をカットするもので、これに
よって、地上の制御室では、主にカッタフェイスによる
地盤切削音や、密閉チャンバ内のズリの撹拌音のみを音
響変換することができる。The sound wave sensor converts the scraping noise of the cutting face of the cutter face and the ground transmitted to the partition wall at the rear of the closed chamber, the stirring sound in the closed chamber, and the noise generated by the driving of the machine into an audio signal. A band-pass filter, for example, a low-pass filter, cuts a high-frequency component due to the noise of the machine in the shield machine in the audio signal, and thus, in the ground control room, mainly the ground cutting sound by the cutter face, It is possible to acoustically convert only the cracking stirring sound in the closed chamber.
【0008】人間の感覚の一つである聴覚は、音の周波
数や大きさ、音質、音色等を総合的に判断することによ
って、TV映像等による目での確認ができなくても、ど
のような現象が生じているかを把握することができる。
したがって、音響変換されたカッタフェイスの摺擦音や
密閉チャンバ内のズリの撹拌音から、オペレータは、地
盤の土質性状の変化や、密閉チャンバ内で撹拌されてい
るズリが砂礫質である場合と粘性土質である場合との違
いや、流動性に乏しい砂礫質土からなるズリが閉塞を起
しつつある状況などを聞き分けることができるので、迅
速な対応が可能である。Hearing, which is one of the human senses, can be performed by comprehensively judging the frequency, volume, sound quality, timbre, etc. of the sound, even if it cannot be visually confirmed by a TV image or the like. It is possible to understand whether or not various phenomena have occurred.
Therefore, from the acoustically converted scraping noise of the cutter face and the stirring noise of the slurries in the closed chamber, the operator may find that the soil properties of the ground change or the slurries stirred in the closed chamber are gravel. Since it is possible to distinguish the difference from the case of cohesive soil and the situation where the sludge consisting of gravel soil with poor fluidity is causing blockage, it is possible to respond promptly.
【0009】[0009]
【実施例】図1は、本発明に係るシールド掘進機の運転
状況監視方法の一実施例を示す説明図で、参照符号10
は、シールドフレーム11と、その掘進方向前端で回転
して地盤Gを掘削するカッタフェイス12と、その背面
に形成された密閉チャンバ13と、この密閉チャンバ1
3に開口したスクリュコンベア14と、排土ゲート15
と、推進用油圧ジャッキ16及びセグメント20の組み
立て用のエレクタ等を備えた既知のシールド掘進機であ
る。密閉チャンバ13の後部の隔壁17には従来と同様
に、土圧センサや間隙水圧センサ(図示省略)が取り付
けられ、また、カッタフェイス12の駆動系にはトルク
センサ(図示省略)が取り付けられ、これら各センサか
ら供給された計測データは、地上の制御室に設置された
制御盤5上のディスプレイ装置5aに表示され、コンピ
ュータによってシールド掘進機10の制御が行われてい
る。1 is an explanatory view showing an embodiment of a method for monitoring the operating condition of a shield machine according to the present invention.
Is a shield frame 11, a cutter face 12 for excavating the ground G by rotating at the front end in the excavation direction, a closed chamber 13 formed on the back surface thereof, and the closed chamber 1
Screw conveyor 14 opened at 3 and earth discharging gate 15
And a known shield machine including an erector for assembling the propulsion hydraulic jack 16 and the segment 20. An earth pressure sensor and a pore water pressure sensor (not shown) are attached to the partition wall 17 at the rear of the closed chamber 13 as in the conventional case, and a torque sensor (not shown) is attached to the drive system of the cutter face 12. The measurement data supplied from each of these sensors is displayed on the display device 5a on the control panel 5 installed in the control room on the ground, and the computer controls the shield machine 10.
【0010】隔壁17の後面には、音波センサとしての
加速度センサ1が取り付けられている。この加速度セン
サ1は、例えば図2(A)又は同(B)に示すように、
両端に電極を設けたPZTセラミックス1aと、このP
ZTセラミックス1aに接触された慣性質量体1bとを
含むもので、加速度運動する物体に取り付けることによ
ってPZTセラミックス1aに応力が加わり、その圧電
効果によって、加速度に比例した電気信号を発生する。
この実施例においては、加速度センサ1は磁石1cを介
して隔壁17の後面に定着されており、シールド掘進機
10先端での掘削に伴うカッタフェイス12と地盤Gと
の摺擦音や、密閉チャンバ13内でのズリG’の撹拌流
動音や、機械の駆動音等による隔壁17の振動に対応し
た音声信号を出力するもので、共振周波数が高く設定さ
れることによって、人間の可聴領域である20kHz 程度
までの振動を検出することができる。An acceleration sensor 1 as a sound wave sensor is attached to the rear surface of the partition wall 17. This acceleration sensor 1 is, for example, as shown in FIG.
PZT ceramics 1a having electrodes on both ends, and P
The PZT ceramics 1a includes an inertial mass body 1b which is in contact with the ZT ceramics 1a. When the PZT ceramics 1a is attached to an object that is accelerated, a stress is applied to the PZT ceramics 1a, and an electric signal proportional to the acceleration is generated by the piezoelectric effect.
In this embodiment, the acceleration sensor 1 is fixed to the rear surface of the partition wall 17 via the magnet 1c, and the sliding noise between the cutter face 12 and the ground G due to the excavation at the tip of the shield machine 10 and the closed chamber. It outputs a sound signal corresponding to the vibration of the partition wall 17 caused by the stirring flow noise of the slip G'in 13 and the driving noise of the machine, etc. It is in the human audible range by setting the resonance frequency high. Vibrations up to about 20kHz can be detected.
【0011】加速度センサ1で検出された音声信号は、
プリアンプ2で増幅され、送信ケーブル3を介して地上
の制御室内に設置されたオーディオ装置4に供給され
る。このオーディオ装置4は、増幅器4aと、周波数特
性可変のバンドパスフィルタ4bと、ヘッドホンもしく
はスピーカ4cとを備えている。The voice signal detected by the acceleration sensor 1 is
It is amplified by the preamplifier 2 and is supplied via the transmission cable 3 to the audio device 4 installed in the control room on the ground. The audio device 4 includes an amplifier 4a, a bandpass filter 4b having a variable frequency characteristic, and headphones or a speaker 4c.
【0012】加速度センサ1から供給される音声信号に
は、シールド掘進機10内のカッタフェイス12の駆動
装置や、スクリュコンベア14の駆動装置等、機械自体
が発生する騒音による成分が含まれているが、これらの
騒音の周波数は、通常10kHz 以上の高周波領域であ
り、バンドパスフィルタ4bは、この高周波数成分をカ
ットする周波数特性を有するものである。このため、ス
ピーカ4cでは、主にカッタフェイス12と地盤Gとの
摺擦音や、密閉チャンバ13内でのズリG’の撹拌流動
音が音響情報として変換される。したがって、制御室内
のオペレータ6は、この音響による情報から、地盤Gの
土質性状や、カッタフェイス12での切削状況や、密閉
チャンバ13内でのズリG’の流動状況や、ズリG’の
付着による閉塞の有無等を聞き分けて聴覚的に判断しな
がら、図示しない土圧センサや間隙水圧センサ、トルク
センサ等からの各種の計測データと併せて、コンピュー
タによる制御状況を総合的にモニタし、緻密かつ的確な
管理を行うことができる。また設定する周波数はシール
ド機の機種、地山の状況によって若干異なる場合があ
る。The audio signal supplied from the acceleration sensor 1 contains components due to noise generated by the machine itself, such as the drive device for the cutter face 12 in the shield machine 10 and the drive device for the screw conveyor 14. However, the frequency of these noises is usually in the high frequency region of 10 kHz or more, and the bandpass filter 4b has a frequency characteristic of cutting off this high frequency component. Therefore, in the speaker 4c, mainly the rubbing sound between the cutter face 12 and the ground G and the stirring flow sound of the gap G'in the closed chamber 13 are converted as acoustic information. Therefore, the operator 6 in the control room, based on the information by the sound, the soil properties of the ground G, the cutting condition of the cutter face 12, the flow condition of the slip G ′ in the closed chamber 13, and the adhesion of the slip G ′. It is possible to monitor the control status comprehensively by computer together with various measurement data from earth pressure sensor, pore water pressure sensor, torque sensor, etc., which are not shown in the figure, while judging the presence or absence of blockage by hearing and judging aurally. And proper management can be performed. Also, the frequency to be set may differ slightly depending on the model of the shield machine and the conditions of the ground.
【0013】なお、本発明は、図示の実施例に限定され
るものではない。例えば、音波センサとしては、図示の
加速度センサに限らず、種々のものが適用可能であり、
その取り付けも、螺子部材によるもの等に変更すること
ができる。The present invention is not limited to the illustrated embodiment. For example, the sound wave sensor is not limited to the acceleration sensor shown in the figure, and various kinds of sensors can be applied.
The attachment can also be changed to a screw member or the like.
【0014】[0014]
【発明の効果】本発明によると、地上のオペレータは、
カッタフェイスでの地盤の切削状況や、その背面の密閉
チャンバ内のズリの稼働状況を、現実性の高い音響情報
によって聴覚的に把握しながらシールド掘進機の制御の
管理を行うことができるため、数値的な計測データのみ
では実際に地下の掘削状況がどうなっているのか感覚的
に分からないといった従来の不安を解消することができ
る。また、計測データが異常値を示した場合の異常の原
因を理解するのが容易であり、地盤の土質性状の変化
や、砂礫質土等からなるズリによる閉塞の発生といった
異常に対して迅速に対応することができる。According to the present invention, the operator on the ground is
Because it is possible to manage the control of the shield machine while listening to the cutting situation of the ground at the cutter face and the operation status of the slip inside the closed chamber on the back side with a highly realistic acoustic information, It is possible to eliminate the conventional anxiety that it is not possible to intuitively understand what is actually happening in the underground excavation situation with only numerical measurement data. In addition, it is easy to understand the cause of anomalies when the measured data show anomalous values, and it is possible to quickly respond to abnormalities such as changes in the soil properties of the ground and the occurrence of blockage due to slips made of gravels Can respond.
【図1】本発明に係るシールド掘進機の運転状況監視方
法の一実施例を示す概略的な説明図である。FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an embodiment of a method for monitoring the operating condition of a shield machine according to the present invention.
【図2】上記実施例における加速度センサを示す説明図
である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an acceleration sensor in the above embodiment.
【図3】従来のシールド掘進機によるシールド工法を示
す概略的な説明図である。FIG. 3 is a schematic explanatory view showing a shield construction method by a conventional shield machine.
1 加速度センサ(音波センサ) 4b バンドパスフィルタ 4c スピーカ 10 シールド掘進機 12 カッタフェイス 13 密閉チャンバ 17 隔壁 1 Acceleration Sensor (Sound Wave Sensor) 4b Bandpass Filter 4c Speaker 10 Shield Machine 12 Cutter Face 13 Sealed Chamber 17 Partition Wall
Claims (1)
密閉チャンバの後部の隔壁に音波センサを取り付け、こ
の音波センサからの音声信号における周波数成分をバン
ドパスフィルタを介して調整し、地上で音響変換し、こ
の変換された音響情報から、掘進状況を聴覚的に把握す
ることを特徴とするシールド掘進機の運転状況監視方
法。1. A sound wave sensor is attached to a partition wall at the rear of a closed chamber on the back of a cutter face of a shield machine, a frequency component in a sound signal from the sound wave sensor is adjusted through a band pass filter, and sound is converted on the ground. , A method for monitoring the operating condition of a shield machine, characterized by audibly grasping the excavation condition from the converted acoustic information.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP17768293A JP3275085B2 (en) | 1993-06-25 | 1993-06-25 | Operation monitoring method for shield machine |
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Cited By (3)
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JP2017032518A (en) * | 2015-08-06 | 2017-02-09 | 大成建設株式会社 | Vibration specification system and vibration specification method |
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JP5986922B2 (en) * | 2012-12-27 | 2016-09-06 | 日立造船株式会社 | Tunneling machine excavation status monitoring system |
-
1993
- 1993-06-25 JP JP17768293A patent/JP3275085B2/en not_active Expired - Fee Related
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JP3275085B2 (en) | 2002-04-15 |
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