JPH1019853A - 地盤判定装置 - Google Patents
地盤判定装置Info
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- JPH1019853A JPH1019853A JP8179360A JP17936096A JPH1019853A JP H1019853 A JPH1019853 A JP H1019853A JP 8179360 A JP8179360 A JP 8179360A JP 17936096 A JP17936096 A JP 17936096A JP H1019853 A JPH1019853 A JP H1019853A
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- JP
- Japan
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- ground
- vibration
- blade
- wear
- blade body
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- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 シールド工法において、切羽前方の地盤状態
を調査・判定する装置に関し、特には、ビットの磨耗の
程度にかかわらず高い信頼性で地盤の判定が可能な装置
を提供すること。 【解決手段】 ビット11に取り付けた振動センサー５に
よってビット11と地山との間の摩擦によって発生する振
動を検出し、分析装置８においてはその振動の周波数に
基づいて参照テーブルを参照して、切羽前方の岩盤の種
類を判定する。ビット11に取り付けた超音波センサー６
によってビット11の磨耗量を計測して、前記参照テーブ
ルを補正して、磨耗による周波数の変移を補正して岩盤
を判定する。
を調査・判定する装置に関し、特には、ビットの磨耗の
程度にかかわらず高い信頼性で地盤の判定が可能な装置
を提供すること。 【解決手段】 ビット11に取り付けた振動センサー５に
よってビット11と地山との間の摩擦によって発生する振
動を検出し、分析装置８においてはその振動の周波数に
基づいて参照テーブルを参照して、切羽前方の岩盤の種
類を判定する。ビット11に取り付けた超音波センサー６
によってビット11の磨耗量を計測して、前記参照テーブ
ルを補正して、磨耗による周波数の変移を補正して岩盤
を判定する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シールド工法におい
て、切羽前方の地盤状態を調査・判定する装置に関する
ものである。
て、切羽前方の地盤状態を調査・判定する装置に関する
ものである。
【０００２】
【従来の技術】シールド工法において切羽を安定させな
がら掘削するには、切羽前方の地盤状態を知って、機械
を最適な運転状態になるように管理しながら施工しなけ
ればならない。特に、磨耗したビットの交換作業を安全
に行うためには、切羽の地山が安定した地盤のときに、
シールド機械を止めて、ビット交換の作業をすることが
必要となる。
がら掘削するには、切羽前方の地盤状態を知って、機械
を最適な運転状態になるように管理しながら施工しなけ
ればならない。特に、磨耗したビットの交換作業を安全
に行うためには、切羽の地山が安定した地盤のときに、
シールド機械を止めて、ビット交換の作業をすることが
必要となる。
【０００３】このように、切羽前方の地盤の把握は重要
であるが、カッターヘッドの前方の地盤は直接目視する
ことができないために、切羽の地盤状態を知ることがで
きない。そのため、掘削された土砂を観察するか、泥水
シールドの場合には泥水と共に排出された土塊や沈殿物
を観察し、或いはトンネル施工前の地上からのボーリン
グ調査結果を検討することにより地盤状態を推定・ 判断
することが行われていた。
であるが、カッターヘッドの前方の地盤は直接目視する
ことができないために、切羽の地盤状態を知ることがで
きない。そのため、掘削された土砂を観察するか、泥水
シールドの場合には泥水と共に排出された土塊や沈殿物
を観察し、或いはトンネル施工前の地上からのボーリン
グ調査結果を検討することにより地盤状態を推定・ 判断
することが行われていた。
【０００４】そのような間接的な観察方法に代えて、よ
り直接的な観察方法として、切羽におけるビットと地盤
との摩擦音の音圧・ 周波数分析によって、切羽前方の地
盤状態を判定する技術が、実公昭62-22839号において開
示されている。または、ビットやカッターヘッドに取り
付けられた検出棒が切羽地山と接触する時の音あるいは
振動を測定して、その大きさや周波数特性から切羽の地
盤状態を判断する方法も提案されている。
り直接的な観察方法として、切羽におけるビットと地盤
との摩擦音の音圧・ 周波数分析によって、切羽前方の地
盤状態を判定する技術が、実公昭62-22839号において開
示されている。または、ビットやカッターヘッドに取り
付けられた検出棒が切羽地山と接触する時の音あるいは
振動を測定して、その大きさや周波数特性から切羽の地
盤状態を判断する方法も提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した実
公昭62-22839号の技術では、ビットの磨耗が進んだ場合
には、同じ地盤であっても音圧や周波数分布の特性が変
化してしまうので、ビットの磨耗が進むにつれて信頼性
の高い判定は困難になるという問題があった。また、検
出棒を用いる方法でも、検出棒が磨耗すると上記同様な
問題があった。
公昭62-22839号の技術では、ビットの磨耗が進んだ場合
には、同じ地盤であっても音圧や周波数分布の特性が変
化してしまうので、ビットの磨耗が進むにつれて信頼性
の高い判定は困難になるという問題があった。また、検
出棒を用いる方法でも、検出棒が磨耗すると上記同様な
問題があった。
【０００６】そこで、本発明は、ビットの磨耗の程度に
かかわらず高い信頼性で地盤の判定が可能な装置を提供
することを目的としてなされたものである。
かかわらず高い信頼性で地盤の判定が可能な装置を提供
することを目的としてなされたものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の請求項１では、
回転するカッターヘッドに取り付けられた刃体によって
地盤を掘削するシールド機械に用いる地盤判定装置にお
いて、刃体に発生する切削振動を振動センサーで検出し
て掘削振動の周波数分布を測定する振動測定手段と、前
記刃体の状態を刃体状態センサーで検出して刃体の磨耗
量を測定する磨耗量測定手段と、予め作成した掘削刃体
の磨耗量に応じて地盤の種類と切削振動の周波数分布と
の関係を表した参照テーブルと、切削振動の周波数分布
と刃体の磨耗量とに基づいて参照テーブルを参照して地
盤の種類を判定する判定手段とを備えるという手段を講
じた。
回転するカッターヘッドに取り付けられた刃体によって
地盤を掘削するシールド機械に用いる地盤判定装置にお
いて、刃体に発生する切削振動を振動センサーで検出し
て掘削振動の周波数分布を測定する振動測定手段と、前
記刃体の状態を刃体状態センサーで検出して刃体の磨耗
量を測定する磨耗量測定手段と、予め作成した掘削刃体
の磨耗量に応じて地盤の種類と切削振動の周波数分布と
の関係を表した参照テーブルと、切削振動の周波数分布
と刃体の磨耗量とに基づいて参照テーブルを参照して地
盤の種類を判定する判定手段とを備えるという手段を講
じた。
【０００８】また、請求項２では、刃体に、振動センサ
ーと刃体状態センサーとを内蔵した。
ーと刃体状態センサーとを内蔵した。
【０００９】また、請求項３では、回転するカッターヘ
ッドに取り付けられた刃体によって地盤を掘削するシー
ルド機械に用いる地盤判定装置において、刃体に発生す
る切削振動を振動センサーで検出して掘削振動の周波数
分布と振幅とを測定する振動測定手段と、前記刃体の状
態を刃体状態センサーで検出して刃体の磨耗量を測定す
る磨耗量測定手段と、予め作成した掘削刃体の磨耗量に
応じて地盤の種類と切削振動の周波数分布と振幅との関
係を表した参照テーブルと、切削振動の周波数分布と振
幅と刃体の磨耗量とに基づいて参照テーブルを参照じて
地盤の種類を判定する判定手段とを備えるという手段を
講じた。
ッドに取り付けられた刃体によって地盤を掘削するシー
ルド機械に用いる地盤判定装置において、刃体に発生す
る切削振動を振動センサーで検出して掘削振動の周波数
分布と振幅とを測定する振動測定手段と、前記刃体の状
態を刃体状態センサーで検出して刃体の磨耗量を測定す
る磨耗量測定手段と、予め作成した掘削刃体の磨耗量に
応じて地盤の種類と切削振動の周波数分布と振幅との関
係を表した参照テーブルと、切削振動の周波数分布と振
幅と刃体の磨耗量とに基づいて参照テーブルを参照じて
地盤の種類を判定する判定手段とを備えるという手段を
講じた。
【００１０】また、請求項４では、回転するカッターヘ
ッドの回転角信号を出力する回転角計測手段と、判定手
段にて判定される地盤の種類をカッターヘッドの回転角
毎に取り込んで刃体の１回転分の軌跡上における地盤の
種類の分布を出力する分布測定手段とを付加するという
手段を講じた。請求５では、さらに、カッターヘッドの
軸を中心とした半径の異なる位置に配置された複数の刃
体の切削振動を測定する振動測定手段及び刃体の磨耗量
を測定する磨耗量測定手段とを備え、分布測定手段か
ら、切羽断面における地盤の種類の分布を出力するよう
に構成した。
ッドの回転角信号を出力する回転角計測手段と、判定手
段にて判定される地盤の種類をカッターヘッドの回転角
毎に取り込んで刃体の１回転分の軌跡上における地盤の
種類の分布を出力する分布測定手段とを付加するという
手段を講じた。請求５では、さらに、カッターヘッドの
軸を中心とした半径の異なる位置に配置された複数の刃
体の切削振動を測定する振動測定手段及び刃体の磨耗量
を測定する磨耗量測定手段とを備え、分布測定手段か
ら、切羽断面における地盤の種類の分布を出力するよう
に構成した。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下に、本発明にかかる地盤判定
装置を、その実施の形態を示した図面に基づいて詳細に
説明する。
装置を、その実施の形態を示した図面に基づいて詳細に
説明する。
【００１２】図１、図２において、１は回転するカッタ
ーヘッド、２はカッターヘッド１の軸、３は隔壁、４は
ギア41を介してカッターヘッド１を回転させる駆動モー
タである。11、12・・・はカッターヘッド１に取り付け
られた掘削用のビットであり、回転軌跡が同心円を描く
ように、軸２からそれぞれ異なる距離に取り付けられて
いる。
ーヘッド、２はカッターヘッド１の軸、３は隔壁、４は
ギア41を介してカッターヘッド１を回転させる駆動モー
タである。11、12・・・はカッターヘッド１に取り付け
られた掘削用のビットであり、回転軌跡が同心円を描く
ように、軸２からそれぞれ異なる距離に取り付けられて
いる。
【００１３】詳細を示した図４において、５はビット11
に取り付けられた加速度計や圧電素子等を用いた振動セ
ンサーである。６は刃体状態センサーとしての超音波セ
ンサーでありビット11に取り付けられている。振動セン
サー５と超音波センサー６の信号ケーブルは軸２を貫通
して、スリップリング７を介して取り出されて分析装置
８に入力される。
に取り付けられた加速度計や圧電素子等を用いた振動セ
ンサーである。６は刃体状態センサーとしての超音波セ
ンサーでありビット11に取り付けられている。振動セン
サー５と超音波センサー６の信号ケーブルは軸２を貫通
して、スリップリング７を介して取り出されて分析装置
８に入力される。
【００１４】分析装置８は、図３のＡに示したように、
振動信号増幅部81、振動信号分析部82、超音波発振部8
3、超音波受信部84、磨耗分析部85、および地盤判別部8
6を備えている。なお、振動信号増幅部81及び振動信号
分析部82は特許請求の範囲の振動測定手段に対応し、超
音波発振部83、超音波受信部84、及び磨耗分析部85は磨
耗量測定手段に対応し、地盤判別部86は判定手段にそれ
ぞれ対応している。
振動信号増幅部81、振動信号分析部82、超音波発振部8
3、超音波受信部84、磨耗分析部85、および地盤判別部8
6を備えている。なお、振動信号増幅部81及び振動信号
分析部82は特許請求の範囲の振動測定手段に対応し、超
音波発振部83、超音波受信部84、及び磨耗分析部85は磨
耗量測定手段に対応し、地盤判別部86は判定手段にそれ
ぞれ対応している。
【００１５】振動センサー５からの信号は、振動信号増
幅部81において増幅され、振動信号分析部82において予
め設定された所定の周波数成分が抽出されて、その振幅
が測定される。振動信号分析部82に予め設定された周波
数成分は、ビットと地山との間の摩擦によって発生する
周波数に設定されたものであり、カッターヘッドを回転
させながら、地山を押圧しない状態での振動と押圧した
状態での振動とを比較することによって決定されたある
程度の帯域巾を持った周波数である。
幅部81において増幅され、振動信号分析部82において予
め設定された所定の周波数成分が抽出されて、その振幅
が測定される。振動信号分析部82に予め設定された周波
数成分は、ビットと地山との間の摩擦によって発生する
周波数に設定されたものであり、カッターヘッドを回転
させながら、地山を押圧しない状態での振動と押圧した
状態での振動とを比較することによって決定されたある
程度の帯域巾を持った周波数である。
【００１６】なお、発生する振動の周波数は切羽前方の
地山の地盤の種類によって特徴があるので、振動信号分
析部82には、図３のＢに示したように、複数種類の地盤
G1,G2,G3,・・・,Gn に対応する周波数f1,f2,f3,・・・,fn が
設定され、これらの周波数を選択的に通過させるフィル
ターF1,F2,F3,・・・Fnが設けられている。
地山の地盤の種類によって特徴があるので、振動信号分
析部82には、図３のＢに示したように、複数種類の地盤
G1,G2,G3,・・・,Gn に対応する周波数f1,f2,f3,・・・,fn が
設定され、これらの周波数を選択的に通過させるフィル
ターF1,F2,F3,・・・Fnが設けられている。
【００１７】超音波発振部83では、所定の超音波領域の
駆動信号を断続的に発生させて、その駆動信号によって
超音波センサー６を駆動して所定の超音波を発生させて
ビット先端に向けて超音波振動を発振する。断続的な超
音波振動の発振の合間に超音波受信部84が受信状態にな
り、ビット先端で反射された超音波は超音波センサー６
において感知されて超音波受信部84にて受信され、磨耗
分析部85においては、発振されたタイミングから受信さ
れたタイミングの遅れ時間を計測する等の手段によっ
て、ビットの先端までの距離の変化、即ちビットの磨耗
を測定して磨耗量信号を出力する。
駆動信号を断続的に発生させて、その駆動信号によって
超音波センサー６を駆動して所定の超音波を発生させて
ビット先端に向けて超音波振動を発振する。断続的な超
音波振動の発振の合間に超音波受信部84が受信状態にな
り、ビット先端で反射された超音波は超音波センサー６
において感知されて超音波受信部84にて受信され、磨耗
分析部85においては、発振されたタイミングから受信さ
れたタイミングの遅れ時間を計測する等の手段によっ
て、ビットの先端までの距離の変化、即ちビットの磨耗
を測定して磨耗量信号を出力する。
【００１８】但し、この磨耗量の測定はカッターヘッド
１の１回転に１回程の頻度で十分である。
１の１回転に１回程の頻度で十分である。
【００１９】地盤判別部86では、各フィルターF1,F2,F
3,・・・Fnから出力される各周波数成分の振幅を計測し
て、各周波数成分の振幅の分布に基づいて地盤判定テー
ブル（参照テーブル）87を参照して、切羽前方の地盤を
判定する。例えば、周波数f1の振幅が卓越していれば、
図３のＣに示した地盤判定テーブル87を参照して、地盤
G1と判定され、周波数f2の振幅が卓越していれば地盤G2
と判定されるのである。
3,・・・Fnから出力される各周波数成分の振幅を計測し
て、各周波数成分の振幅の分布に基づいて地盤判定テー
ブル（参照テーブル）87を参照して、切羽前方の地盤を
判定する。例えば、周波数f1の振幅が卓越していれば、
図３のＣに示した地盤判定テーブル87を参照して、地盤
G1と判定され、周波数f2の振幅が卓越していれば地盤G2
と判定されるのである。
【００２０】このように、周波数分布によって地盤を判
定できるが、ビットが磨耗すると、地山との摩擦によっ
て発生する振動の振幅と周波数が変移する。そこで、地
盤判定テーブルを、磨耗分析部85から出力される磨耗量
信号に基づいて補正しながら、若しくは切替えしながら
参照することによって、ビットが磨耗しても、正確な地
盤の判定が可能となるのである。
定できるが、ビットが磨耗すると、地山との摩擦によっ
て発生する振動の振幅と周波数が変移する。そこで、地
盤判定テーブルを、磨耗分析部85から出力される磨耗量
信号に基づいて補正しながら、若しくは切替えしながら
参照することによって、ビットが磨耗しても、正確な地
盤の判定が可能となるのである。
【００２１】ビットの磨耗が地盤の判定に与える影響に
ついて、以下に補足説明する。まず、基本的には、地山
の強度が大きい場合は、ビットを押圧する力を強くしな
ければ、強度の小さい地山と同様の掘削ができない。従
って、地山強度の大きい場合はビットの押圧力を強くす
るので、必然的にビットに発生する振動の振幅は大きく
なる。よって、図５に示したように、ビットで発生する
振動の振幅の大小によって地山の強度の大小を判断でき
る。
ついて、以下に補足説明する。まず、基本的には、地山
の強度が大きい場合は、ビットを押圧する力を強くしな
ければ、強度の小さい地山と同様の掘削ができない。従
って、地山強度の大きい場合はビットの押圧力を強くす
るので、必然的にビットに発生する振動の振幅は大きく
なる。よって、図５に示したように、ビットで発生する
振動の振幅の大小によって地山の強度の大小を判断でき
る。
【００２２】また、ビットが磨耗することによってビッ
トの先端が鈍くなり、押圧力が同じ大きさのままでは地
山への食い込み量が小さくなって掘削速度が低下する
が、通常は掘削速度の低下を防ぐために押圧力を大きく
するので、ビットと地山との摩擦力が大きくなり、図６
のように、発生する振動の振幅も大きくなる。ビットの
磨耗と地山の強度と振幅の関係を図示すると、図７のよ
うな相互関係が見られる。
トの先端が鈍くなり、押圧力が同じ大きさのままでは地
山への食い込み量が小さくなって掘削速度が低下する
が、通常は掘削速度の低下を防ぐために押圧力を大きく
するので、ビットと地山との摩擦力が大きくなり、図６
のように、発生する振動の振幅も大きくなる。ビットの
磨耗と地山の強度と振幅の関係を図示すると、図７のよ
うな相互関係が見られる。
【００２３】また、ビットが磨耗すると地山との接触面
積が増加するため、見かけ上の粒子の粒径が異なり、図
８のように、発生する振動の周波数も変移するのであ
る。
積が増加するため、見かけ上の粒子の粒径が異なり、図
８のように、発生する振動の周波数も変移するのであ
る。
【００２４】図９は、磨耗による振幅と周波数への影響
を補正した地盤判定テーブルの一例である。図９におい
て、Ｘ軸では周波数、Ｙ軸では磨耗量、Ｚ軸では振幅を
それぞれ表し、平面Ｐ１は磨耗量が小の場合の判定テー
ブル、平面Ｐ２は磨耗量が中の場合の判定テーブル、平
面Ｐ３は磨耗量が大の場合の判定テーブルをそれぞれ示
している。図９の変換テーブルは、磨耗量に応じて変換
テーブルを切替え若しくは補正することによって、参照
する平面を切替えるようにしたものである。
を補正した地盤判定テーブルの一例である。図９におい
て、Ｘ軸では周波数、Ｙ軸では磨耗量、Ｚ軸では振幅を
それぞれ表し、平面Ｐ１は磨耗量が小の場合の判定テー
ブル、平面Ｐ２は磨耗量が中の場合の判定テーブル、平
面Ｐ３は磨耗量が大の場合の判定テーブルをそれぞれ示
している。図９の変換テーブルは、磨耗量に応じて変換
テーブルを切替え若しくは補正することによって、参照
する平面を切替えるようにしたものである。
【００２５】各平面の領域Ａ１は地盤が粘土質、領域Ａ
２は地盤がシルト質、領域Ａ３は地盤が砂質、領域Ａ４
は地盤が礫質をそれぞれ示している。例えば、磨耗分析
部85から出力される磨耗量信号が「小」の場合に、卓越
周波数がf3で、振幅が大きいレベルの場合は、平面Ｐ１
において領域Ａ３に属するので、地盤は硬い砂質である
と判定できる。
２は地盤がシルト質、領域Ａ３は地盤が砂質、領域Ａ４
は地盤が礫質をそれぞれ示している。例えば、磨耗分析
部85から出力される磨耗量信号が「小」の場合に、卓越
周波数がf3で、振幅が大きいレベルの場合は、平面Ｐ１
において領域Ａ３に属するので、地盤は硬い砂質である
と判定できる。
【００２６】また、磨耗量信号が「大」の場合に、卓越
周波数がf4で、振幅が中程度のレベルの場合は、平面Ｐ
３において領域Ａ４に属するので、地盤は中程度の硬さ
の礫質であると判定できる。このように、ビットの磨耗
による振幅と周波数の影響を勘案して地盤判定するの
で、高い信頼性で地盤を判定することが可能となるので
ある。
周波数がf4で、振幅が中程度のレベルの場合は、平面Ｐ
３において領域Ａ４に属するので、地盤は中程度の硬さ
の礫質であると判定できる。このように、ビットの磨耗
による振幅と周波数の影響を勘案して地盤判定するの
で、高い信頼性で地盤を判定することが可能となるので
ある。
【００２７】図４においては、一つのビットに振動セン
サー51と超音波センサー61の両方のセンサーを設けた場
合のビット部分の側面断面図を示した。
サー51と超音波センサー61の両方のセンサーを設けた場
合のビット部分の側面断面図を示した。
【００２８】次に、図１０に示したように、切羽の断面
に種類の異なる地盤が存在している場合に、それらの地
盤の分布状況をも把握することのできる地盤判定装置の
実施の形態を、図１１に基づいて説明する。図１１にお
いて、振動センサー５、超音波センサー６、振動信号増
幅部81、振動信号分析部82、超音波発振部83、超音波受
信部84、磨耗分析部85、および地盤判別部86は、図３と
同様の回路構成であるため、詳細な説明は省略する。
に種類の異なる地盤が存在している場合に、それらの地
盤の分布状況をも把握することのできる地盤判定装置の
実施の形態を、図１１に基づいて説明する。図１１にお
いて、振動センサー５、超音波センサー６、振動信号増
幅部81、振動信号分析部82、超音波発振部83、超音波受
信部84、磨耗分析部85、および地盤判別部86は、図３と
同様の回路構成であるため、詳細な説明は省略する。
【００２９】９は回転角測定部であり、カッターヘッド
１の軸２の取り付けられたローターリーエンコーダ等の
回転計91と、回転計91の出力信号に基づいて、例えば鉛
直方向を基準としてカッターヘッド１の１回転を例えば
３６０等分した回転角信号を出力する変換回路92とを備
えている。10は地盤分布分析部であり、回転角測定部９
からの回転角信号に基づいて、振動センサー５が備えら
れたビット11が10度回転する毎に、その位置における地
盤の状態を分析部８からの地盤判定結果を取り込んで、
ＣＲＴ画面等の出力手段に出力する。例えば、シルト質
は×印、砂質は△印、礫質は○印等を出力する。
１の軸２の取り付けられたローターリーエンコーダ等の
回転計91と、回転計91の出力信号に基づいて、例えば鉛
直方向を基準としてカッターヘッド１の１回転を例えば
３６０等分した回転角信号を出力する変換回路92とを備
えている。10は地盤分布分析部であり、回転角測定部９
からの回転角信号に基づいて、振動センサー５が備えら
れたビット11が10度回転する毎に、その位置における地
盤の状態を分析部８からの地盤判定結果を取り込んで、
ＣＲＴ画面等の出力手段に出力する。例えば、シルト質
は×印、砂質は△印、礫質は○印等を出力する。
【００３０】よって、振動センサー５が備えられたビッ
ト11が360 度回転すると、図１２のＡのように、切羽の
断面の地盤の分布が円周上の分布として把握できる。さ
らに、各ビットに振動センサーと超音波センサーとを設
けるとともに、それぞれの振動センサーと超音波センサ
ーの信号を処理する振動信号増幅部、振動信号分析部、
超音波発振部、超音波受信部、磨耗分析部、および地盤
判別部を備えることによって、図１２のＢのように、同
心円の各円周上の分布が出力されるので、図１０に示さ
れた切羽の断面の地盤分布を、ほぼ面状の地盤分布とし
て把握することができるのである。
ト11が360 度回転すると、図１２のＡのように、切羽の
断面の地盤の分布が円周上の分布として把握できる。さ
らに、各ビットに振動センサーと超音波センサーとを設
けるとともに、それぞれの振動センサーと超音波センサ
ーの信号を処理する振動信号増幅部、振動信号分析部、
超音波発振部、超音波受信部、磨耗分析部、および地盤
判別部を備えることによって、図１２のＢのように、同
心円の各円周上の分布が出力されるので、図１０に示さ
れた切羽の断面の地盤分布を、ほぼ面状の地盤分布とし
て把握することができるのである。
【００３１】なお、振動センサーはビットに直接内蔵し
なくても、近傍に配置してもよい。また、刃体センサー
は超音波センサーに代えて高周波や放射線等の他の手段
を用いたものであってもよく、ビットの磨耗を検出でき
るものであれば構わない。また、振動信号分析部は、複
数のフィルター群に代えて、ＤＳＰ（デジタル信号処
理）技術、ＦＦＴ処理技術、もしくはトラッキングフィ
ルター等の他の手段を用いてもよい。 さらに、参照テ
ーブルは磨耗量信号に応じた関数として表現されたもの
や、更に細分化したテーブルでもよく、スリップリング
に代えて、回転トランスや光通信等の伝達方法を用いる
ことも可能である。
なくても、近傍に配置してもよい。また、刃体センサー
は超音波センサーに代えて高周波や放射線等の他の手段
を用いたものであってもよく、ビットの磨耗を検出でき
るものであれば構わない。また、振動信号分析部は、複
数のフィルター群に代えて、ＤＳＰ（デジタル信号処
理）技術、ＦＦＴ処理技術、もしくはトラッキングフィ
ルター等の他の手段を用いてもよい。 さらに、参照テ
ーブルは磨耗量信号に応じた関数として表現されたもの
や、更に細分化したテーブルでもよく、スリップリング
に代えて、回転トランスや光通信等の伝達方法を用いる
ことも可能である。
【００３２】
【発明の効果】本発明の請求項１によれば、予め作成し
た掘削刃体の磨耗量に応じて地盤の種類と切削振動の周
波数分布との関係を表した参照テーブルを参照して地盤
の種類を判定するので、磨耗の大小の如何によらず、正
確な地盤の種類の判定が可能となる。
た掘削刃体の磨耗量に応じて地盤の種類と切削振動の周
波数分布との関係を表した参照テーブルを参照して地盤
の種類を判定するので、磨耗の大小の如何によらず、正
確な地盤の種類の判定が可能となる。
【００３３】そして、請求項２によれば、刃体に、振動
センサーと刃体状態センサーとを内蔵したので、刃体の
振動と磨耗とをより正確に測定することができる。
センサーと刃体状態センサーとを内蔵したので、刃体の
振動と磨耗とをより正確に測定することができる。
【００３４】そして、請求項３によれば、切削振動の周
波数分布だけでなく、切削振動の振幅をも勘案して地盤
の種類を判定するので、より正確な判定が可能となる。
そして、請求項４によれば、回転するカッターヘッドの
回転角信号を出力する回転角計測手段を設けたので、刃
体の１回転分の軌跡上における地盤の種類の分布を得る
ことができる。
波数分布だけでなく、切削振動の振幅をも勘案して地盤
の種類を判定するので、より正確な判定が可能となる。
そして、請求項４によれば、回転するカッターヘッドの
回転角信号を出力する回転角計測手段を設けたので、刃
体の１回転分の軌跡上における地盤の種類の分布を得る
ことができる。
【００３５】そして、請求項５によれば、複数の刃体の
切削振動を測定する振動測定手段及び刃体の磨耗量量を
測定する磨耗量測定手段とを備えたので、切羽断面にお
ける地盤の種類の分布を得ることができる。
切削振動を測定する振動測定手段及び刃体の磨耗量量を
測定する磨耗量測定手段とを備えたので、切羽断面にお
ける地盤の種類の分布を得ることができる。
【図１】本発明にかかる請求項１，３の地盤判定装置の
実施の形態の側面構成図である。
実施の形態の側面構成図である。
【図２】同地盤判定装置の正面構成図である。
【図３】同地盤判定装置のブロック図である。
【図４】請求項２の刃体の実施の形態を示す断面図であ
る。
る。
【図５】地山の強度と振動の振幅の関係を示す図であ
る。
る。
【図６】刃体の磨耗量と振動の振幅の関係を示す図であ
る。
る。
【図７】地山の強度と刃体と振幅の関係を示す図であ
る。
る。
【図８】磨耗による振動の周波数の変移を示す図であ
る。
る。
【図９】請求項１，３の地盤判定テーブルを示す図であ
る。
る。
【図１０】地盤の分布の状態の一例を示す図である。
【図１１】請求項４，５の地盤判定装置のブロック図で
ある。
ある。
【図１２】同地盤判定装置によって得られた分布を示す
図である。
図である。
１ カッターヘッド 11，12・・・ ビット（刃体） ５ 振動センサー ６ 超音波センサー（刃体センサー） ８ 分析装置 81 振動信号増幅部（振動測定手段） 82 振動信号分析部（振動測定手段） 83 超音波発振部（磨耗量測定手段） 84 超音波受信部（磨耗量測定手段） 85 磨耗分析部（磨耗量測定手段） 86 地盤判別部（判定手段）
Claims (5)
- 【請求項１】回転するカッターヘッドに取り付けられた
刃体によって地盤を掘削するシールド機械に用いる地盤
判定装置において、刃体に発生する切削振動を振動セン
サーで検出して掘削振動の周波数分布を測定する振動測
定手段と、前記刃体の状態を刃体状態センサーで検出し
て刃体の磨耗量を測定する磨耗量測定手段と、予め作成
した掘削刃体の磨耗量に応じて地盤の種類と切削振動の
周波数分布との関係を表した参照テーブルと、切削振動
の周波数分布と刃体の磨耗量とに基づいて参照テーブル
を参照して地盤の種類を判定する判定手段とを備えたこ
とを特徴とする地盤判定装置。 - 【請求項２】刃体に、振動センサーと刃体状態センサー
とを内蔵したことを特徴とする請求項１に記載の地盤判
定装置。 - 【請求項３】回転するカッターヘッドに取り付けられた
刃体によって地盤を掘削するシールド機械に用いる地盤
判定装置において、刃体に発生する切削振動を振動セン
サーで検出して掘削振動の周波数分布と振幅とを測定す
る振動測定手段と、前記刃体の状態を刃体状態センサー
で検出して刃体の磨耗量を測定する磨耗量測定手段と、
予め作成した掘削刃体の磨耗量に応じて地盤の種類と切
削振動の周波数分布と振幅との関係を表した参照テーブ
ルと、切削振動の周波数分布と振幅と刃体の磨耗量とに
基づいて参照テーブルを参照じて地盤の種類を判定する
判定手段ととを特徴とする地盤判定装置。 - 【請求項４】請求項１または３のいずれか一方の地盤判
定装置に、回転するカッターヘッドの回転角信号を出力
する回転角計測手段と、判定手段にて判定される地盤の
種類をカッターヘッドの回転角毎に取り込んで刃体の１
回転分の軌跡上における地盤の種類の分布を出力する分
布測定手段とを付加したことを特徴とする地盤判定装
置。 - 【請求項５】カッターヘッドの軸を中心とした半径の異
なる位置に配置された複数の刃体の切削振動を測定する
振動測定手段及び刃体の磨耗量を測定する磨耗量測定手
段とを備え、分布測定手段から、切羽断面における地盤
の種類の分布を出力するように構成したことを特徴とす
る請求項４に記載の地盤判定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17936096A JP3675576B2 (ja) | 1996-07-09 | 1996-07-09 | 地盤判定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17936096A JP3675576B2 (ja) | 1996-07-09 | 1996-07-09 | 地盤判定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1019853A true JPH1019853A (ja) | 1998-01-23 |
| JP3675576B2 JP3675576B2 (ja) | 2005-07-27 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17936096A Expired - Fee Related JP3675576B2 (ja) | 1996-07-09 | 1996-07-09 | 地盤判定装置 |
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| JP (1) | JP3675576B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11270283A (ja) * | 1998-03-19 | 1999-10-05 | Taisei Corp | トンネル掘削機 |
| JP2000345793A (ja) * | 1999-06-07 | 2000-12-12 | Okumura Corp | 岩盤判定システム |
| JP2009221802A (ja) * | 2008-03-18 | 2009-10-01 | Kajima Corp | シールド掘進機の掘削断面土層判定装置および判定方法 |
| JP2014531538A (ja) * | 2011-09-27 | 2014-11-27 | キャタピラー・グローバル・マイニング・ヨーロッパ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング | 粉砕または穿孔によって物質を切削する装置、およびその方法 |
| 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 |
| 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 |
| JP2017101388A (ja) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | 株式会社奥村組 | データ転送装置を有する掘削機 |
| JP2018112065A (ja) * | 2018-04-25 | 2018-07-19 | 住友重機械工業株式会社 | ショベル支援装置 |
| JP2019027121A (ja) * | 2017-07-28 | 2019-02-21 | 株式会社奥村組 | シールド掘進機における切羽地盤の判定方法 |
| JP2019109168A (ja) * | 2017-12-20 | 2019-07-04 | 株式会社安藤・間 | 岩盤評価方法 |
| JP2019174401A (ja) * | 2018-03-29 | 2019-10-10 | 三菱重工業株式会社 | 埋設物探査装置及び埋設物探査方法 |
| JP2020169559A (ja) * | 2017-07-28 | 2020-10-15 | 株式会社奥村組 | ビット振動試験装置 |
| CN113065388A (zh) * | 2021-02-03 | 2021-07-02 | 湖南大学 | 一种实时土体类别识别方法、系统及一种挖掘机 |
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| JP2023062772A (ja) * | 2021-10-22 | 2023-05-09 | 株式会社大林組 | 土砂特性計測装置 |
| CN116734780A (zh) * | 2023-08-14 | 2023-09-12 | 中铁五局集团电务工程有限责任公司 | 硬岩隧道tbm滚刀磨损检测装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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-
1996
- 1996-07-09 JP JP17936096A patent/JP3675576B2/ja not_active Expired - Fee Related
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|---|---|
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