JPH09178851A - シールド掘進機の前方探査装置 - Google Patents

シールド掘進機の前方探査装置

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JPH09178851A
JPH09178851A JP33916895A JP33916895A JPH09178851A JP H09178851 A JPH09178851 A JP H09178851A JP 33916895 A JP33916895 A JP 33916895A JP 33916895 A JP33916895 A JP 33916895A JP H09178851 A JPH09178851 A JP H09178851A
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JP
Japan
Prior art keywords
shield machine
arrays
sound source
cutter surface
cutter
Prior art date
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Pending
Application number
JP33916895A
Other languages
English (en)
Inventor
Hitoshi Kitayama
仁志 北山
Makoto Sugimori
真 杉森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IHI Corp
Original Assignee
IHI Corp
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Publication date
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Priority to JP33916895A priority Critical patent/JPH09178851A/ja
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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シールド掘進機の前方にある地中の障害物を
至近距離から遠方まで探査できるシールド掘進機の前方
探査装置を提供する。 【解決手段】 シールド掘進機において、カッター面1
0に誘導型音源アレイ151 ,152 ,…15m と受波
器アレイ171 ,172 ,…17k を配置して広帯域で
高出力の超音波パルスを発射することと、受信信号の主
周波数成分を抽出してその周波数で受信ビームを形成し
て至近距離から遠方までの障害物を探査する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、地中にトンネルを
掘削するシールド掘進機の前方の障害物を探査する探査
装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】シールド掘進機は、シールドフレームの
前面に設けたカッターで地中を掘削して行き、その後方
でセグメントを組み立て、掘進しながら地中にトンネル
を構築していくものであるが、シールド掘進機による工
事において、カッター面から前方の地中の障害物を探査
する機器が無いのが現状である。そのため、地中に障害
物がある場合にはカッタービットが破損しその度に掘進
機を停止してカッタービットを交換していた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】ところで、従来、地中
の障害物を地表面から探査するには、電磁波を用いた電
磁波探査と表面弾性波を用いた探査機などがある。
【0004】電磁波探査機は送信アンテナから地中にパ
ルス電波を発射する。その電波は地中を伝搬し、空洞や
障害物となる物体に当ると、その上質の電気的特性の差
に相した反射波を生ずる。その反射波を受信アンテナで
受信して電波の受信時間からその位置を検出している。
この電磁波探査機の探査能力は土質の電気的特性により
影響を受ける。
【0005】砂漠地帯の乾燥した土質では10m程度の
探査が可能な場合があるが、日本国内の通常の土質では
おおよそ3m程度である。しかし、土質が水分を含んだ
場合には、水分による電磁波の減衰が大きいので探査は
ほとんど不可能に近い場合が多い。従って、泥水シール
ド掘進機のようにカッター面に泥水が注入されている場
合には電磁波探査機での探査はほとんど不可能である。
【0006】表面弾性波を用いた探査機は、地表面を伝
搬する表面波の波長が深度と関係することから、周波数
に対応する速度の変化から障害物を探査するものであ
る。シールド掘進工法は地中であり、地表面でないので
この探査方法は有効でない欠点がある。
【0007】また、同様の目的のために、音波を用いた
海底の地層探査機がある。地層のように減衰が大きく、
かつ周波数で減衰特性が異なる場合には、遠距離まで探
査する目的で低周波数を用いると分解能が低下する。分
解能を良くする目的で高周波数を用いると遠距離が探査
できない。従来の音波を用いた海底の地層探査機では、
固定の周波数を使用しているので、近距離から遠距離ま
で連続して探査できない欠点があった。
【0008】本発明は、従来の地中探査機では、探査で
きなかったシールド掘進機の前方にある地中の障害物を
至近距離から遠方まで探査できるシールド掘進機の前方
探査装置を提供することである。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に請求項1の発明は、シールド掘進機のカッター面に広
帯域で高出力の超音波パルスを発射する誘導型音源アレ
イを配置すると共に受信信号の主周波数成分を抽出して
その周波数で受信ビームを形成するための受波器アレイ
を配置したことを特徴とするシールド掘進機の前方探査
装置である。
【0010】請求項2の発明は、シールド掘進機におい
て、カッター面で、誘導型音源アレイと受波器アレイを
直交して配置されてクロスファンビーム方式により掘進
面の回転軸を含む進行方向の断面を超音波探査する請求
項1記載のシールド掘進機の前方探査装置である。
【0011】請求項3の発明は、シールド掘進機におい
て、カッター面に誘導型音源アレイを円周状に配列し、
受波器アレイを誘導型音源アレイと同心円で円周状に配
列した請求項1記載のシールド掘進機の前方探査装置で
ある。
【0012】上記構成によれば、水を通して地中に広帯
域で高出力の音波を発射できるので、地中での減衰特性
に影響されることが少なく障害物からの反射波を受信す
ることができ、至近距離から遠方までの障害物を容易に
探査できる。
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適実施の形態を
添付図面に基づいて詳述する。
【0014】図はこの発明を理解できる程度に各構成の
寸法、形状および配置関係を概略的に示してあるにすぎ
ない。また、ここで説明する実施の形態は、単なる一形
態であって、ここに説明される具体的な動作、順序およ
び具体的な数値は、これに限定されるものではなく、部
分的に動作を追加したり、あるいは削除したり、また別
の動作及び数値で置き換えても同様の効果を達成するこ
とができる。
【0015】図1は本発明のシールド掘進機のカッター
面の説明図である。
【0016】カッター面10の回転中心11に対称にカ
ッタービット131 ,132 ,…13n が放射状に形成
され、このカッタービット131 ,132 ,…13n
任意のスポークに回転中心11を対称にして誘導型音源
アレイ151 ,152 ,…15m が配置され、そのスポ
ークと直交するスポークに、誘導型音源アレイ151
152 ,…15m に直交して受波器アレイ171 ,17
2 ,…17k が配置され、直交する音源アレイ151
152 ,…15m と受波器アレイ171 ,172 ,…1
k とでクロスファンビーム方式を構成する。
【0017】図2は、音源アレイ151 ,152 ,…1
m の各誘導型音源の構成図である。
【0018】高圧電源31から抵抗33を通してコンデ
ンサー35に高電圧を充電する。スイッチ37を閉じて
コイル39にコンデンサー35の高電圧を瞬間的に放電
すると、コイル39の前面の振動板41を駆動して音波
を発生する。高電圧の放電は立ち上がり急峻なため、フ
ーリエ級数的に鑑みると高周波数の成分から放電振動の
低周波数の成分を含んだ広帯域で高出力の音波を発生す
る。
【0019】以上において、誘導型音源アレイ151
152 ,…15m を同時に駆動して扇状のファンビーム
の音波を形成する。この音波は、障害物等に当たって反
射波となり、その反射波は、受波器アレイ171 ,17
2 ,…17k で受信される。
【0020】図3は受信信号の処理のブロック図であ
る。
【0021】受波器アレイ171 ,172 ,…17k
各出力は、増幅器511 ,512 ,…51k で増幅さ
れ、AD変換器531 ,532 ,…53k でデジタル変
換されてメモリー551 ,552 ,…55k に各々記憶
される。これら受信情報は、接続器57を通して各メモ
リーに記憶した信号につき周波数分析器59で受信信号
の主周波数成分が検出され、ビーム合成器61で、その
主周波数成分で受信信号のファンビームが形成される。
【0022】このクロスファンビーム方式によりカッタ
ー面の回転中心を含む受波器配列方向の前方断面の反射
信号を各ビーム方向毎にメモリー63に記憶する。すな
わち、カッター面10が1回転する間に一定角度間隔の
複数の断面の反射信号がメモリー63に記憶される。し
たがって、メモリー63はカッター面前方の全空間の反
射信号を記憶している。メモリー63の反射信号を基に
カッター面前方の任意断面の反射像及び3次元像をコン
ピュータ65で合成して表示器67に表示する。
【0023】以上のようにカッター面の1回転ごとに前
方の障害物を探査でき、掘進機が前進する毎にデータを
追加、更新できるので常に前方の状況を把握でき作業の
安全性と効率が向上し、機器の保守や工程管理が容易と
なる。
【0024】上述においては、音源アレイ151 ,15
2 ,…15m と受波器アレイ171 ,172 ,…17k
を回転中心11に対称に配列した場合について説明した
が、掘進機の直径が大きな場合には、図4に示すように
カッター面10の回転中心11の片側に偏心させて音源
アレイ25と受波器アレイ27を十字形に配置しても同
様の効果がある。カッター面10の回転中心11の片側
断面に図1の場合と同様にクロスファンビームを形成す
る。一定角度ずつカッター面10を回転して片断面を回
転して片断面ずつ1回転分測定すれば前方の全断面が測
定できる。このように配置すると、カッタービット23
1 ,232 ,…23n の数をあまり減少することなく音
源アレイ25と受波器アレイ27を配置できる利点があ
る。また音源アレイ25と受波器アレイ27をT字状に
配置しても同様の効果がある。
【0025】また、図5に示すように音源アレイ7
1 ,712 ,…71m と受波器アレイ731 ,7
2 ,…73k を回転中心11を中心とする同心円周上
に配列しても同様の効果がある。
【0026】音源アレイ711 ,712 ,…71m から
広ビームの音波を発射し、受波器アレイ731 ,7
2 ,…73k で反射信号を受信する。前方の探査点に
受信信号の焦点を合わせる。探査点位置を走査して前方
の全断面を探査できる。このように配置するとカッター
及び音源アレイと受波器アレイを対称に配置できる利点
がある。
【0027】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、シールド
掘進機の前方探査では、カッター面の前方の障害物の探
査が水がある状態でもできる効果がある。また障害物が
ある場合には掘進機を停止して障害物を除去してから作
業を再開できるので、カッタービットの破損、交換作業
が少なくなる。従って、作業の安全性と作業の効率が向
上し、機器の保守と工程の管理が容易になる効果があ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のシールド掘進機の前方探査装置の一実
施の形態を示す説明図である。
【図2】本発明のシールド掘進機の音源部の一実施の形
態を示す説明図である。
【図3】本発明のシールド掘進機の前方探査装置の受信
信号の処理ブロックの一実施の形態を示す図である。
【図4】本発明のシールド掘進機の他の実施の形態の説
明図である。
【図5】本発明のシールド掘進機の前方探査装置の更に
他の実施の形態を示す説明図である。
【符号の説明】
10 カッター面 11 回転中心 151 ,152 ,…15m 誘導型音源アレイ 171 ,172 ,…17k 受波器アレイ

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シールド掘進機のカッター面に広帯域で
    高出力の超音波パルスを発射する誘導型音源アレイを配
    置すると共に受信信号の主周波数成分を抽出してその周
    波数で受信ビームを形成するための受波器アレイを配置
    したことを特徴とするシールド掘進機の前方探査装置。
  2. 【請求項2】 カッター面に、誘導型音源アレイと受波
    器アレイを直交して配置されてクロスファンビーム方式
    により掘進面の回転軸を含む進行方向の断面を超音波探
    査する請求項1記載のシールド掘進機の前方探査装置。
  3. 【請求項3】 カッター面に、誘導型音源アレイを円周
    状に配列し、受波器アレイを誘導型音源アレイと同心円
    で円周状に配列した請求項1記載のシールド掘進機の前
    方探査装置。
JP33916895A 1995-12-26 1995-12-26 シールド掘進機の前方探査装置 Pending JPH09178851A (ja)

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JP (1) JPH09178851A (ja)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008076294A (ja) * 2006-09-22 2008-04-03 Ihi Corp 水底下探査方法及び装置
US9932812B2 (en) 2012-12-27 2018-04-03 Hitachi Zosen Corporation Excavation status monitoring system for tunneling machine
CN117214957A (zh) * 2023-05-31 2023-12-12 珠海市轨道交通有限公司 孤石探测装置及方法

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