JPH09170398A - 掘削面の地質分布調査装置及びその調査方法と掘削作業制御方法 - Google Patents
掘削面の地質分布調査装置及びその調査方法と掘削作業制御方法Info
- Publication number
- JPH09170398A JPH09170398A JP33159895A JP33159895A JPH09170398A JP H09170398 A JPH09170398 A JP H09170398A JP 33159895 A JP33159895 A JP 33159895A JP 33159895 A JP33159895 A JP 33159895A JP H09170398 A JPH09170398 A JP H09170398A
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- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 掘削面の地質状況を可視的にリアルタイムで
パターン分類し、掘削性の効率化と安全化を図る掘削面
の地質分布調査装置及び調査方法と掘削作業制御方法を
提供する。 【解決手段】 カッターヘッド２に固持されカッターデ
ィスク６を支持するカッター台座５に直接加速度計９を
固定し、掘削時における振動数，振幅を測定する。これ
をアナライザ１３により特定する。パソコン１４はアナ
ライザ１３の振動数，振幅の値を基にして岩盤７の掘削
面のパターン分類を行なう。このパターン分類は可視表
示され、それによって最適の掘削作業の制御が行なわれ
る。
パターン分類し、掘削性の効率化と安全化を図る掘削面
の地質分布調査装置及び調査方法と掘削作業制御方法を
提供する。 【解決手段】 カッターヘッド２に固持されカッターデ
ィスク６を支持するカッター台座５に直接加速度計９を
固定し、掘削時における振動数，振幅を測定する。これ
をアナライザ１３により特定する。パソコン１４はアナ
ライザ１３の振動数，振幅の値を基にして岩盤７の掘削
面のパターン分類を行なう。このパターン分類は可視表
示され、それによって最適の掘削作業の制御が行なわれ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルボーリン
グマシンで岩盤等を掘削する際に、掘削面の地質分布を
推定し、可視化するに好適な掘削面の地質分布調査装置
及びその調査方法と掘削作業制御方法に関する。
グマシンで岩盤等を掘削する際に、掘削面の地質分布を
推定し、可視化するに好適な掘削面の地質分布調査装置
及びその調査方法と掘削作業制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】ＴＢＭ（Ｔｕｎｎｅｌ Ｂｏｒｉｎｇ
Ｍａｃｈｉｎｅ）は複数のカッターディスクを支持する
カッター台座を円板状のカッターヘッドに多数個固着
し、該カッターヘッドを回転することによりカッターデ
ィスクで岩盤を掘削する施工機械である。このＴＢＭで
トンネルを掘削する場合、破砕帯や断層等の不良地山に
遭遇すると施工不能に落ち入り、多大のコストがかか
る。また、掘削後の岩盤の補強方法は、岩盤の軟硬によ
りそのグレードを変える必要がある。この補強のグレー
ドは前もって準備しておくことができれば迅速な対応が
でき、円滑な施工が可能になる。また、亀裂の方向がト
ンネル軸に対して手前に落ち込んでいる場合（流れ盤と
いう）には、亀裂に沿って掘削面の岩盤が崩壊する可能
性があり、予め亀裂の状態を知っておくことが必要であ
る。然し乍ら、トンネル掘削の場合には掘削面の地質を
直接観察することができない。
Ｍａｃｈｉｎｅ）は複数のカッターディスクを支持する
カッター台座を円板状のカッターヘッドに多数個固着
し、該カッターヘッドを回転することによりカッターデ
ィスクで岩盤を掘削する施工機械である。このＴＢＭで
トンネルを掘削する場合、破砕帯や断層等の不良地山に
遭遇すると施工不能に落ち入り、多大のコストがかか
る。また、掘削後の岩盤の補強方法は、岩盤の軟硬によ
りそのグレードを変える必要がある。この補強のグレー
ドは前もって準備しておくことができれば迅速な対応が
でき、円滑な施工が可能になる。また、亀裂の方向がト
ンネル軸に対して手前に落ち込んでいる場合（流れ盤と
いう）には、亀裂に沿って掘削面の岩盤が崩壊する可能
性があり、予め亀裂の状態を知っておくことが必要であ
る。然し乍ら、トンネル掘削の場合には掘削面の地質を
直接観察することができない。
【０００３】そこで、従来技術においても掘削面の地質
状況を推定する方法として各種の方法が採用されてい
る。その１つとして、特公昭５５−３９７１８号公報に
開示するものがあり、更にこの場合における切羽安定制
御に関する公知技術が特開平４−９２０９２号公報に上
げられている。なお、特公昭５５−３９７１８号公報の
「メカニカルシールドにおける切羽状態の計測装置」
は、カッターヘッドの前面部に検出棒を装着し、検出棒
の突出端部に作用する地盤の抵抗力を測定することによ
り地盤状態を検出するものである。また、特開平４−９
２０９２号公報の「シールド掘削時の切羽安定制御方
法」はシールド掘削機における推進ジャッキの推進力を
計測し、この推進力を静止土圧近傍の一定値になるよう
にカッターヘッドの回転数を増減調整することにより切
羽の安定化と方向制御を効果的に行なわれるようにした
ものである。
状況を推定する方法として各種の方法が採用されてい
る。その１つとして、特公昭５５−３９７１８号公報に
開示するものがあり、更にこの場合における切羽安定制
御に関する公知技術が特開平４−９２０９２号公報に上
げられている。なお、特公昭５５−３９７１８号公報の
「メカニカルシールドにおける切羽状態の計測装置」
は、カッターヘッドの前面部に検出棒を装着し、検出棒
の突出端部に作用する地盤の抵抗力を測定することによ
り地盤状態を検出するものである。また、特開平４−９
２０９２号公報の「シールド掘削時の切羽安定制御方
法」はシールド掘削機における推進ジャッキの推進力を
計測し、この推進力を静止土圧近傍の一定値になるよう
にカッターヘッドの回転数を増減調整することにより切
羽の安定化と方向制御を効果的に行なわれるようにした
ものである。
【０００４】また、従来技術として、シールド掘削機の
カッターヘッドに電磁波アンテナを装着し、地山に向け
て発信した電磁波の地山からの反射波を受信し、電磁波
の伝播時間により地山までの距離を算出し切羽の崩壊を
検知する方法がある。また、シールド掘削機のカッター
ヘッドに２つの電磁波アンテナを装着し、片方から電磁
波を発信し、もう一方で電磁波を受信して電磁波の伝播
時間から地山内の電磁波の伝播速度を算出し、掘削面の
地質状況を検出する方法がある。また、ＴＢＭのカッタ
ーヘッドの後方にあるカッターヘッドサポートに１つの
加速度計を装着し、その振動を測定することにより掘削
中の地質状態を推定し、且つ異常な振動が発生した場合
にはカッターディスクが損傷していると判断する方法も
採用されている。
カッターヘッドに電磁波アンテナを装着し、地山に向け
て発信した電磁波の地山からの反射波を受信し、電磁波
の伝播時間により地山までの距離を算出し切羽の崩壊を
検知する方法がある。また、シールド掘削機のカッター
ヘッドに２つの電磁波アンテナを装着し、片方から電磁
波を発信し、もう一方で電磁波を受信して電磁波の伝播
時間から地山内の電磁波の伝播速度を算出し、掘削面の
地質状況を検出する方法がある。また、ＴＢＭのカッタ
ーヘッドの後方にあるカッターヘッドサポートに１つの
加速度計を装着し、その振動を測定することにより掘削
中の地質状態を推定し、且つ異常な振動が発生した場合
にはカッターディスクが損傷していると判断する方法も
採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記の特公昭５５−３
９７１８号公報の方法では、突出端部が地盤を削ってい
く状態となり、土質地盤のように比較的軟らかい地盤の
場合には適用可能である。然し乍ら、ＴＢＭのように硬
い岩盤を掘削する場合には、突出端部で岩盤を削ってい
くことができす、突出端部がすぐに損傷する可能性が大
きい。また、亀裂性岩盤の場合は、掘削面の岩盤は平滑
とならず凹凸となるため突出端部を岩盤に常に一定の深
さに保持させることが困難である。以上により、この方
法は岩盤を対象とするＴＢＭによる掘削には適用できな
い。また、特開平４−９２０９２号公報の制御方法は、
推進力を一定にするようにカッターヘッドの回転数を制
御し、切羽の安定化を図るもので後に説明する本発明の
方法とは内容において大きく相異する。
９７１８号公報の方法では、突出端部が地盤を削ってい
く状態となり、土質地盤のように比較的軟らかい地盤の
場合には適用可能である。然し乍ら、ＴＢＭのように硬
い岩盤を掘削する場合には、突出端部で岩盤を削ってい
くことができす、突出端部がすぐに損傷する可能性が大
きい。また、亀裂性岩盤の場合は、掘削面の岩盤は平滑
とならず凹凸となるため突出端部を岩盤に常に一定の深
さに保持させることが困難である。以上により、この方
法は岩盤を対象とするＴＢＭによる掘削には適用できな
い。また、特開平４−９２０９２号公報の制御方法は、
推進力を一定にするようにカッターヘッドの回転数を制
御し、切羽の安定化を図るもので後に説明する本発明の
方法とは内容において大きく相異する。
【０００６】また、前記した電磁波アンテナによるもの
は、切羽の崩壊は検出可能であるが、掘削面の地盤の地
質状態を検出することは困難である。また、前記の２つ
の電磁波アンテナを装着する方法は、シールド掘削の場
合には掘削面とカッターヘッドは密着しているため発信
された電磁波は地山内を伝播し、地山の電磁波伝播速度
を検出することは可能である。然し乍ら、ＴＢＭの場合
は、カッターヘッドに装着されているカッターディスク
は、カッターヘッドより地山側に突出しているため、地
山とカッターヘッド間には空気層の空間が生ずる。従っ
て、カッターヘッドに電磁波アンテナを装着した場合、
電磁波は前記空気層を伝播し、地山の電磁波伝播速度を
算出することはできない。また、アンテナを地山に接す
るように装着すると、アンテナに多大な圧力が加わり、
アンテナが損傷する問題点がある。また、ＴＢＭのカッ
ターヘッドの後方のカッターヘッドサポートに加速度計
を付ける方法は、測定位置がカッターヘッドの後方にあ
るカッターヘッドサポートの位置のため、掘削面の地質
全体の軟硬の判断が難しい。また、異常振動が発生して
カッターディスクが損傷したと判断しても、どのカッタ
ーディスクが損傷しているかの判断ができず、多数個の
カッターディスクを全数調査する必要があり、調査に多
大な時間がかかる問題点がある。
は、切羽の崩壊は検出可能であるが、掘削面の地盤の地
質状態を検出することは困難である。また、前記の２つ
の電磁波アンテナを装着する方法は、シールド掘削の場
合には掘削面とカッターヘッドは密着しているため発信
された電磁波は地山内を伝播し、地山の電磁波伝播速度
を検出することは可能である。然し乍ら、ＴＢＭの場合
は、カッターヘッドに装着されているカッターディスク
は、カッターヘッドより地山側に突出しているため、地
山とカッターヘッド間には空気層の空間が生ずる。従っ
て、カッターヘッドに電磁波アンテナを装着した場合、
電磁波は前記空気層を伝播し、地山の電磁波伝播速度を
算出することはできない。また、アンテナを地山に接す
るように装着すると、アンテナに多大な圧力が加わり、
アンテナが損傷する問題点がある。また、ＴＢＭのカッ
ターヘッドの後方のカッターヘッドサポートに加速度計
を付ける方法は、測定位置がカッターヘッドの後方にあ
るカッターヘッドサポートの位置のため、掘削面の地質
全体の軟硬の判断が難しい。また、異常振動が発生して
カッターディスクが損傷したと判断しても、どのカッタ
ーディスクが損傷しているかの判断ができず、多数個の
カッターディスクを全数調査する必要があり、調査に多
大な時間がかかる問題点がある。
【０００７】本発明は、以上の各種の問題点を解決する
もので、ＴＢＭによる掘削において、掘削面の地質分布
が正確に、且つ表示データとして把握でき、掘削の効率
化と安定化に寄与し得る掘削面の地質分布調査装置及び
調査方法と掘削作業制御方法を提供することを目的とす
る。
もので、ＴＢＭによる掘削において、掘削面の地質分布
が正確に、且つ表示データとして把握でき、掘削の効率
化と安定化に寄与し得る掘削面の地質分布調査装置及び
調査方法と掘削作業制御方法を提供することを目的とす
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、以上の目的を
達成するために、トンネルボーリングマシンにより掘削
される掘削面の地質分布を推定し、可視化し、且つ作業
を制御するための調査装置であって、カッターディスク
を支持すべくカッターヘッドに固持される多数個のカッ
ター台座に装着される加速度計と、該加速度計の位置検
出を行なうべく前記カッターヘッドに係着される回転角
検出器と、前記加速度計の計測値から振動数および振幅
の平均値を求めるアナライザと、前記カッターヘッドの
少なくとも１回転中に得られた前記卓越振動数および振
動の補正値を基にして掘削面の地質分類を推定し表示す
る情報伝達表示装置（パソコン）を設ける掘削面の地質
分布調査装置を構成するものである。また、トンネルボ
ーリングマシンにより掘削面の地質分布を推定し、可視
化し、且つ作業を制御するための調査方法であって、カ
ッターヘッドに固持されカッターディスクを支持する多
数個のカッター台座に装着された加速度計（番号ｉ）に
より卓越振動数ｆiと振幅Ａiおよび平均振動数ｆａiと
平均振幅Ａａiを求める第１の手順と、前記加速度計の
装着位置により前記ｆａiおよびＡａiを使用して加速度
計（番号ｉ）ごとの振動数補正値αf iおよび振幅補正値
αA iを求める第２の手順と、少なくとも前記カッターヘ
ッドの１回転前のデータを参考にしながら地質分布を判
断するための振動数および振幅の境界値ｆｏ，Ａｏを前
記ｆa iおよびＡa iを補正して求める第３の手順と、前記
ｆｏ，Ａｏを基として、掘削面の位置ごとの前記卓越振
動数ｆiおよび振幅Ａiと前記ｆｏおよびＡｏを比較して
掘削面の軟硬および亀裂の多少を判断し該掘削面の地盤
分布を求め、且つ表示する第４の手順とを順次、且つ繰
返し行なうことを特徴とする掘削面の地質分布調査方法
と掘削作業制御することを特徴とするものである。
達成するために、トンネルボーリングマシンにより掘削
される掘削面の地質分布を推定し、可視化し、且つ作業
を制御するための調査装置であって、カッターディスク
を支持すべくカッターヘッドに固持される多数個のカッ
ター台座に装着される加速度計と、該加速度計の位置検
出を行なうべく前記カッターヘッドに係着される回転角
検出器と、前記加速度計の計測値から振動数および振幅
の平均値を求めるアナライザと、前記カッターヘッドの
少なくとも１回転中に得られた前記卓越振動数および振
動の補正値を基にして掘削面の地質分類を推定し表示す
る情報伝達表示装置（パソコン）を設ける掘削面の地質
分布調査装置を構成するものである。また、トンネルボ
ーリングマシンにより掘削面の地質分布を推定し、可視
化し、且つ作業を制御するための調査方法であって、カ
ッターヘッドに固持されカッターディスクを支持する多
数個のカッター台座に装着された加速度計（番号ｉ）に
より卓越振動数ｆiと振幅Ａiおよび平均振動数ｆａiと
平均振幅Ａａiを求める第１の手順と、前記加速度計の
装着位置により前記ｆａiおよびＡａiを使用して加速度
計（番号ｉ）ごとの振動数補正値αf iおよび振幅補正値
αA iを求める第２の手順と、少なくとも前記カッターヘ
ッドの１回転前のデータを参考にしながら地質分布を判
断するための振動数および振幅の境界値ｆｏ，Ａｏを前
記ｆa iおよびＡa iを補正して求める第３の手順と、前記
ｆｏ，Ａｏを基として、掘削面の位置ごとの前記卓越振
動数ｆiおよび振幅Ａiと前記ｆｏおよびＡｏを比較して
掘削面の軟硬および亀裂の多少を判断し該掘削面の地盤
分布を求め、且つ表示する第４の手順とを順次、且つ繰
返し行なうことを特徴とする掘削面の地質分布調査方法
と掘削作業制御することを特徴とするものである。
【０００９】カッターディスクを支持するカッター台座
に加速度計を装着するため、カッターディスクの掘削時
における振動数，振幅が直接求められる。加速度計はカ
ッター台座の数又はこれに近い数の多数個配置されるた
め、掘削面に対して多くのデータが得られる。このデー
タを補正，整理することにより、地質分布を判断するに
必要な振動数および振幅の境界値を求めることができ
る。例えば、掘削面はその部分から発生する振動数が前
記境界値の振動数ｆｏよりも大きい場合には硬岩であ
り、且つ振幅が境界値の振幅よりも大きい場合にはその
岩盤は亀裂が少ないものと判断される。従って、掘削面
ごとの卓越振動数と振動をその都度計測し、これを処理
することにより、リアルタイムに掘削面の地質分布を推
定し、且つその計測値をスリップリング等を経由して監
査室に表示し、掘削作業を制御することができる。
に加速度計を装着するため、カッターディスクの掘削時
における振動数，振幅が直接求められる。加速度計はカ
ッター台座の数又はこれに近い数の多数個配置されるた
め、掘削面に対して多くのデータが得られる。このデー
タを補正，整理することにより、地質分布を判断するに
必要な振動数および振幅の境界値を求めることができ
る。例えば、掘削面はその部分から発生する振動数が前
記境界値の振動数ｆｏよりも大きい場合には硬岩であ
り、且つ振幅が境界値の振幅よりも大きい場合にはその
岩盤は亀裂が少ないものと判断される。従って、掘削面
ごとの卓越振動数と振動をその都度計測し、これを処理
することにより、リアルタイムに掘削面の地質分布を推
定し、且つその計測値をスリップリング等を経由して監
査室に表示し、掘削作業を制御することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して詳述する。まず、図１により本発明の地質分
布調査装置１の全体構成を説明する。図３にも示すよう
に、円板状のカッターヘッド２はカッターヘッドサポー
ト３に固定され回転軸４を介し図略の駆動手段により回
転駆動される。カッターヘッド２の表面側には図１およ
び図３に示すように多数個のカッター台座５が固着され
る。なお、本例ではカッター台座５は放射方向に沿って
３個又は２個づつ配置されるが、勿論この配列や数に限
定されるものではない。カッター台座５には岩盤７を掘
削するためのカッターディスク６が装着される。
を参照して詳述する。まず、図１により本発明の地質分
布調査装置１の全体構成を説明する。図３にも示すよう
に、円板状のカッターヘッド２はカッターヘッドサポー
ト３に固定され回転軸４を介し図略の駆動手段により回
転駆動される。カッターヘッド２の表面側には図１およ
び図３に示すように多数個のカッター台座５が固着され
る。なお、本例ではカッター台座５は放射方向に沿って
３個又は２個づつ配置されるが、勿論この配列や数に限
定されるものではない。カッター台座５には岩盤７を掘
削するためのカッターディスク６が装着される。
【００１１】図２はカッターディスク６の装着構造の詳
細を示すものである。即ち、複数個（図示では４個）の
カッターディスク６は支持軸８上に並設されて固持され
る。支持軸８はカッター台座５にその両端を固定され
る。以上の構造のカッターディスク６を岩盤７に押し当
て、カッターヘッド２を回転することによりカッターデ
ィスク６の先端が岩盤面を剥離させ岩盤７が掘削され
る。なお、この掘削の際、振動が発生する。
細を示すものである。即ち、複数個（図示では４個）の
カッターディスク６は支持軸８上に並設されて固持され
る。支持軸８はカッター台座５にその両端を固定され
る。以上の構造のカッターディスク６を岩盤７に押し当
て、カッターヘッド２を回転することによりカッターデ
ィスク６の先端が岩盤面を剥離させ岩盤７が掘削され
る。なお、この掘削の際、振動が発生する。
【００１２】図１乃至図３に示すように、夫々のカッタ
ー台座５には加速度計９が固着される。また、カッター
ヘッドサポート３の背面には回転角検出器１０が係着さ
れる。回転角検出器１０は加速度計９の位置を検出する
ものである。
ー台座５には加速度計９が固着される。また、カッター
ヘッドサポート３の背面には回転角検出器１０が係着さ
れる。回転角検出器１０は加速度計９の位置を検出する
ものである。
【００１３】カッターヘッド２等から離隔した位置にあ
る監視室１１には、切り替えボックス１２，ＦＦＴアナ
ライザ１３およびパソコン１４等が配置される。加速度
計９による計測値は回転軸４に係合するスリップリング
１５を介し監視室１１側に入力される。また、回転角検
出器１０の加速度計９の位置検出値はパソコンに入力さ
れる。
る監視室１１には、切り替えボックス１２，ＦＦＴアナ
ライザ１３およびパソコン１４等が配置される。加速度
計９による計測値は回転軸４に係合するスリップリング
１５を介し監視室１１側に入力される。また、回転角検
出器１０の加速度計９の位置検出値はパソコンに入力さ
れる。
【００１４】以上の構成により、岩盤７の掘削時におい
て生じた振動は夫々の加速度計９により振動数および振
幅として検出される。切り替えボックス１２で順次加速
度計９からの検出値をＦＦＴアナライザ１３に入力する
ことにより、ＦＦＴアナライザは岩盤７の掘削面の位置
ごとの平均振動数および平均振幅を求めパソコン１４側
に入力する。パソコン１４は平均振動数および平均振幅
から岩盤７の地盤を特定するに必要な振動数および振幅
の境界値を求めると共に、掘削によって生ずる掘削面の
位置ごとの卓越振動数および振動と前記の境界値を比較
し、掘削面の地質分布を求める。
て生じた振動は夫々の加速度計９により振動数および振
幅として検出される。切り替えボックス１２で順次加速
度計９からの検出値をＦＦＴアナライザ１３に入力する
ことにより、ＦＦＴアナライザは岩盤７の掘削面の位置
ごとの平均振動数および平均振幅を求めパソコン１４側
に入力する。パソコン１４は平均振動数および平均振幅
から岩盤７の地盤を特定するに必要な振動数および振幅
の境界値を求めると共に、掘削によって生ずる掘削面の
位置ごとの卓越振動数および振動と前記の境界値を比較
し、掘削面の地質分布を求める。
【００１５】一般に、岩盤７は例えば次のように分類さ
れる。 振動数：高，振幅：大→硬岩，亀裂少ない 振動数：高，振幅：小→硬岩，亀裂多い 振動数：低，振幅：大→軟岩，亀裂少ない 振動数：低，振幅：小→軟岩，亀裂多い 以上により岩盤７の分類が可能になり地質分布が求めら
れる。
れる。 振動数：高，振幅：大→硬岩，亀裂少ない 振動数：高，振幅：小→硬岩，亀裂多い 振動数：低，振幅：大→軟岩，亀裂少ない 振動数：低，振幅：小→軟岩，亀裂多い 以上により岩盤７の分類が可能になり地質分布が求めら
れる。
【００１６】次に、本発明における地質分布調査方法を
図４のフローチャートにより説明する。まず、ＴＢＭ掘
削開始を行なう（ステップ１００）。カッターヘッド２
を数回転し、加速度計９により卓越振動数ｆi，振幅Ａi
および平均振動数ｆa i，平均振幅Ａa iを求める。ここで
ｉは加速度計の番号を示し、ｉ＝１，２・・・ｎとなる
（ステップ１０１）。図３に示すように、カッターディ
スク６を固持するカッター台座５は外側と内側との間に
散在し、夫々の走行速度が異なる。従って、同じ岩盤７
の状態でも振動数と振幅の計測値が異なる。そこで、カ
ッターフェイス６の位置による振動数補正値αf iと振幅
補正値αA iを求める（ステップ１０２）。次に、加速度
計９の配置に基づく位置補正を行ない、岩盤７の地盤を
分類するための振動数および振幅の境界値ｆｏおよびＡ
ｏを求める（ステップ１０３）。次に、掘削面からの卓
越振動数と前記境界値ｆｏとの大きさを比較し（ステッ
プ１０４）、卓越振動数＞ｆｏの場合（ＹＥＳ）には岩
盤７が硬岩であると判断しステップ１０５に進む。一
方、卓越振動数＜ｆｏの場合（ＮＯ）には岩盤７は軟岩
であると判断し、ステップ１０６に進む。ステップ１０
５は実際の振幅と前記のＡｏとの比較を行なうもので振
幅＜Ａｏの場合（ＹＥＳ）にはステップ１０７の判断が
行なわれ、振動＞Ａｏの場合はステップ１０８の判断が
行なわれる。ステップ１０７はその岩盤７が硬岩であ
り、且つ亀裂が多いという判断であり、ステップ１０８
はその岩盤７は硬岩であり、且つ亀裂が少ないという判
断である。一方、ステップ１０６は振幅と前記Ａｏとの
比較を行なうもので、振幅＜Ａｏの場合（ＹＥＳ）には
ステップ１０９の判断が行なわれ、振幅＞Ａｏの場合
（ＮＯ）にはステップ１１０の判断が行なわれる。ステ
ップ１０９は岩盤７が軟岩であり、且つ亀裂が多いとの
判断であり、ステップ１１０は、その岩盤７は軟岩であ
り、且つ亀裂が少ないとの判断である。次に、加速度計
９の計測位置における前記の岩盤７の判断に基づく分類
が行なわれ、岩盤７の掘削面の地盤分布が表示される
（ステップ１１１）。更に、繰返し加速度計９による次
の測定を行ない（ステップ１１２）境界値ｆｏ，Ａｏの
再設定の有無が判断され（ステップ１１３）、必要の場
合（ＹＥＳ）にはｆｏ，Ａｏの再設定が行なわれ（ステ
ップ１１４）、不必要の場合（ＮＯ）には前記のｆｏ，
Ａｏの値がそのまま使用され、岩盤７の次の地盤分布の
調査が同様の方法により行なわれ、それによって更に掘
削制御が行なわれる。
図４のフローチャートにより説明する。まず、ＴＢＭ掘
削開始を行なう（ステップ１００）。カッターヘッド２
を数回転し、加速度計９により卓越振動数ｆi，振幅Ａi
および平均振動数ｆa i，平均振幅Ａa iを求める。ここで
ｉは加速度計の番号を示し、ｉ＝１，２・・・ｎとなる
（ステップ１０１）。図３に示すように、カッターディ
スク６を固持するカッター台座５は外側と内側との間に
散在し、夫々の走行速度が異なる。従って、同じ岩盤７
の状態でも振動数と振幅の計測値が異なる。そこで、カ
ッターフェイス６の位置による振動数補正値αf iと振幅
補正値αA iを求める（ステップ１０２）。次に、加速度
計９の配置に基づく位置補正を行ない、岩盤７の地盤を
分類するための振動数および振幅の境界値ｆｏおよびＡ
ｏを求める（ステップ１０３）。次に、掘削面からの卓
越振動数と前記境界値ｆｏとの大きさを比較し（ステッ
プ１０４）、卓越振動数＞ｆｏの場合（ＹＥＳ）には岩
盤７が硬岩であると判断しステップ１０５に進む。一
方、卓越振動数＜ｆｏの場合（ＮＯ）には岩盤７は軟岩
であると判断し、ステップ１０６に進む。ステップ１０
５は実際の振幅と前記のＡｏとの比較を行なうもので振
幅＜Ａｏの場合（ＹＥＳ）にはステップ１０７の判断が
行なわれ、振動＞Ａｏの場合はステップ１０８の判断が
行なわれる。ステップ１０７はその岩盤７が硬岩であ
り、且つ亀裂が多いという判断であり、ステップ１０８
はその岩盤７は硬岩であり、且つ亀裂が少ないという判
断である。一方、ステップ１０６は振幅と前記Ａｏとの
比較を行なうもので、振幅＜Ａｏの場合（ＹＥＳ）には
ステップ１０９の判断が行なわれ、振幅＞Ａｏの場合
（ＮＯ）にはステップ１１０の判断が行なわれる。ステ
ップ１０９は岩盤７が軟岩であり、且つ亀裂が多いとの
判断であり、ステップ１１０は、その岩盤７は軟岩であ
り、且つ亀裂が少ないとの判断である。次に、加速度計
９の計測位置における前記の岩盤７の判断に基づく分類
が行なわれ、岩盤７の掘削面の地盤分布が表示される
（ステップ１１１）。更に、繰返し加速度計９による次
の測定を行ない（ステップ１１２）境界値ｆｏ，Ａｏの
再設定の有無が判断され（ステップ１１３）、必要の場
合（ＹＥＳ）にはｆｏ，Ａｏの再設定が行なわれ（ステ
ップ１１４）、不必要の場合（ＮＯ）には前記のｆｏ，
Ａｏの値がそのまま使用され、岩盤７の次の地盤分布の
調査が同様の方法により行なわれ、それによって更に掘
削制御が行なわれる。
【００１７】図５は以上の地質分布調査方法によって分
類された掘削面の地質パターンを表示したものであり、
パソコン１４により可視化される。図示のように掘削面
は分類の硬岩，亀裂多と、分類の硬岩，亀裂少と、
分類の軟岩，亀裂多と、分類の硬岩，亀裂少との４
分類にパターン分けされる。
類された掘削面の地質パターンを表示したものであり、
パソコン１４により可視化される。図示のように掘削面
は分類の硬岩，亀裂多と、分類の硬岩，亀裂少と、
分類の軟岩，亀裂多と、分類の硬岩，亀裂少との４
分類にパターン分けされる。
【００１８】以上の説明において、地質分布調査装置１
の構造を図１等に示したものとしたが、勿論、各構成部
の形状，個数等は前記のものに限定はされない。
の構造を図１等に示したものとしたが、勿論、各構成部
の形状，個数等は前記のものに限定はされない。
【００１９】
【発明の効果】本発明によれば、次のような顕著な効果
を奏する。 １）本発明は、岩盤に押圧されるカッターディスクを支
持するカッター岩座の夫々に加速度計を装着し、掘削時
にその位置に生ずる振動の振動数と振動を直接測定し、
これを所定の調査方法に基づいてパターン分類する装置
および方法を採用することにより、掘削面の地質分布が
リアルタイムに、且つ正確に把握され、且つ可視化され
る。 ２）地質分布が可視化されるため、支保工の準備を前も
って実施でき、効率的な掘削作業ができる。 ３）カッターディスク等の切羽の上部が抜け落ちたり、
これ等が崩壊している状況が的確に判断できる。 ４）また、カッターディスクの損傷度合が判断できる。 ５）掘削の進行ごとの分類パターンを比較することによ
り、地質の境界面の走行と傾斜を算定することができ
る。このため、掘削面が崩壊し易い流れ盤の検知と、そ
れに応じた最適の掘削制御が可能になる。
を奏する。 １）本発明は、岩盤に押圧されるカッターディスクを支
持するカッター岩座の夫々に加速度計を装着し、掘削時
にその位置に生ずる振動の振動数と振動を直接測定し、
これを所定の調査方法に基づいてパターン分類する装置
および方法を採用することにより、掘削面の地質分布が
リアルタイムに、且つ正確に把握され、且つ可視化され
る。 ２）地質分布が可視化されるため、支保工の準備を前も
って実施でき、効率的な掘削作業ができる。 ３）カッターディスク等の切羽の上部が抜け落ちたり、
これ等が崩壊している状況が的確に判断できる。 ４）また、カッターディスクの損傷度合が判断できる。 ５）掘削の進行ごとの分類パターンを比較することによ
り、地質の境界面の走行と傾斜を算定することができ
る。このため、掘削面が崩壊し易い流れ盤の検知と、そ
れに応じた最適の掘削制御が可能になる。
【図１】本発明の地質分布調査装置の全体構成図。
【図２】本発明におけるカッターディスクまわりの詳細
構造を示す拡大断面図。
構造を示す拡大断面図。
【図３】カッターディスクと、その表面に配設された加
速度計を示す正面図。
速度計を示す正面図。
【図４】本発明の地質分布調査方法を説明するためのフ
ローチャート。
ローチャート。
【図５】掘削面の地質状況のパターン分類を表示した模
式的拡大図。
式的拡大図。
１ 地質分布調査装置 ２ カッターヘッド ３ カッターヘッドサポート ４ 回転軸 ５ カッター台座 ６ カッターディスク ７ 岩盤 ８ 支持軸 ９ 加速度計 １０ 回転角検出器 １１ 監視室 １２ 切り替えボックス １３ ＦＦＴアナライザ １４ パソコン １５ スリップリング
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成８年１月２４日
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正内容】
【図４】
Claims (2)
- 【請求項１】 トンネルボーリングマシンにより掘削さ
れる掘削面の地質分布を推定し、可視化し、且つ作業を
制御するための調査装置であって、カッターディスクを
支持すべくカッターヘッドに固持される多数個のカッタ
ー台座に装着される加速度計と、該加速度計の位置検出
を行なうべく前記カッターヘッドに係着される回転角検
出器と、前記加速度計の計測値から振動数および振幅の
平均値を求めるアナライザと、前記カッターヘッドの少
なくとも１回転中に得られた前記卓越振動数および振動
の補正値を基にして掘削面の地質分類を推定し表示する
情報伝達表示装置（パソコン）を設けることを特徴とす
る掘削面の地質分布調査装置。 - 【請求項２】 トンネルボーリングマシンにより掘削面
の地質分布を推定し、可視化し、且つ作業を制御するた
めの調査方法であって、カッターヘッドに固持されカッ
ターディスクを支持する多数個のカッター台座に装着さ
れた加速度計（番号ｉ）により卓越振動数ｆiと振幅Ａi
および平均振動数ｆａiと平均振幅Ａａiを求める第１の
手順と、前記加速度計の装着位置により前記ｆａiおよ
びＡａiを使用して加速度計（番号ｉ）ごとの振動数補
正値αf iおよび振幅補正値αA iを求める第２の手順と、
少なくとも前記カッターヘッドの１回転前のデータを参
考にしながら地質分布を判断するための振動数および振
幅の境界値ｆｏ，Ａｏを前記ｆa iおよびＡa iを補正して
求める第３の手順と、前記ｆｏ，Ａｏを基として、掘削
面の位置ごとの前記卓越振動数ｆiおよび振幅Ａiと前記
ｆｏおよびＡｏを比較して掘削面の軟硬および亀裂の多
少を判断し該掘削面の地盤分布を求め、且つ表示する第
４の手順とを順次、且つ繰返し行なうことを特徴とする
掘削面の地質分布調査方法と掘削作業制御方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33159895A JPH09170398A (ja) | 1995-12-20 | 1995-12-20 | 掘削面の地質分布調査装置及びその調査方法と掘削作業制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33159895A JPH09170398A (ja) | 1995-12-20 | 1995-12-20 | 掘削面の地質分布調査装置及びその調査方法と掘削作業制御方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09170398A true JPH09170398A (ja) | 1997-06-30 |
Family
ID=18245450
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33159895A Pending JPH09170398A (ja) | 1995-12-20 | 1995-12-20 | 掘削面の地質分布調査装置及びその調査方法と掘削作業制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH09170398A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102645668A (zh) * | 2012-05-08 | 2012-08-22 | 山东大学 | 钻爆法施工中利用爆破信号超前地质预报装置及使用方法 |
| JP2014013222A (ja) * | 2012-07-05 | 2014-01-23 | Kajima Corp | シールド機による切羽調査方法 |
| JP2016003429A (ja) * | 2014-06-13 | 2016-01-12 | 株式会社奥村組 | シールド掘進機による切羽土質分布の判別システム |
| JP2016003430A (ja) * | 2014-06-13 | 2016-01-12 | 株式会社奥村組 | シールド掘進機による土質分布の判定方法 |
| JP2019015093A (ja) * | 2017-07-06 | 2019-01-31 | 大成建設株式会社 | 振動解析評価方法 |
| JP2019065617A (ja) * | 2017-10-03 | 2019-04-25 | カヤバ システム マシナリー株式会社 | 岩盤性状判定装置 |
| WO2020256193A1 (ko) * | 2019-06-21 | 2020-12-24 | 엘지전자 주식회사 | 진동 감지 센서 |
| JP2021147866A (ja) * | 2020-03-19 | 2021-09-27 | 川崎重工業株式会社 | カッターの異常判定システム |
| JP2021147867A (ja) * | 2020-03-19 | 2021-09-27 | 川崎重工業株式会社 | カッターの異常判定システム |
| CN116304843A (zh) * | 2023-05-22 | 2023-06-23 | 湖南大学 | 基于振动响应实时识别盾构机前方地质条件的方法及系统 |
-
1995
- 1995-12-20 JP JP33159895A patent/JPH09170398A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102645668A (zh) * | 2012-05-08 | 2012-08-22 | 山东大学 | 钻爆法施工中利用爆破信号超前地质预报装置及使用方法 |
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| JP2021147866A (ja) * | 2020-03-19 | 2021-09-27 | 川崎重工業株式会社 | カッターの異常判定システム |
| JP2021147867A (ja) * | 2020-03-19 | 2021-09-27 | 川崎重工業株式会社 | カッターの異常判定システム |
| CN116304843A (zh) * | 2023-05-22 | 2023-06-23 | 湖南大学 | 基于振动响应实时识别盾构机前方地质条件的方法及系统 |
| CN116304843B (zh) * | 2023-05-22 | 2023-08-18 | 湖南大学 | 基于振动响应实时识别盾构机前方地质条件的方法及系统 |
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