JPH11109046A - シールド工法における掘削土量測定システムおよび方法並びにこれらを用いた掘削制御システムおよび方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 切羽の探査範囲の土質判別をリアルタイムに
行い、正確な理論掘削乾砂量を求め、適切な掘削乾砂量
測定ができるシールド工法における掘削土量測定システ
ムおよび方法並びにこれらを用いた掘削制御システムお
よび方法を提供すること。 【解決手段】 掘削土量測定システム１を、切羽に対し
て電磁波を送受信する電磁波送受信手段８０と、前記電
磁波の受信結果に基づき、切羽の掘削断面の土質を判別
する土質判別手段８６と、シールド機面板の回転角度を
測定する角度測定部３８と、前記土質判別結果および前
記角度測定結果に基づき、前記掘削断面を構成する各土
質の掘削断面に占める割合を求め、掘削制御の指標とな
る掘削土量を演算する指標掘削土量演算手段８８とを含
んで構成し、この掘削土量測定結果に基づき、シールド
機の掘削制御を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド工法にお
ける掘削土量測定システムおよび方法並びにこれらを用
いた掘削制御システムおよび方法に関する。

【０００２】

【背景技術】都市トンネル等の施工法としてシールド工
法が広く用いられているが、このシールド工法において
は、切羽の安定を図るため、前方探査や掘削土量の測定
等により、切羽の状況を把握し、適切に掘削制御するこ
とが必要である。

【０００３】掘削制御の指標となる指標掘削土量を求め
る方法として、掘進前に１００〜２００ｍ毎に掘進経路
のボーリング調査を行い、土質を判別し、指標掘削土量
としての理論掘削乾砂量を求める方法がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この方法では、ボーリ
ング調査する地点の間の土質判別は推定で行っており、
土質の変化が激しい場合、正確な理論掘削乾砂量を求め
ることが困難であり、適切な切羽管理が行えない状況と
もなりうるといった問題点があった。また、調査区間を
短くするとコストが増大してしまう。

【０００５】本発明は、このような課題に鑑みなされた
ものであり、その目的は、切羽の掘削断面の土質構成の
判別をリアルタイムに行い、正確な指標掘削土量を求
め、適切な掘削制御が行える、シールド工法における掘
削土量測定システムおよび方法並びにこれらを用いた掘
削制御システムおよび方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１の掘削土量測定システムは、切羽に対して
電磁波を送受信する電磁波送受信手段と、前記電磁波の
受信結果に基づき、切羽の掘削断面の土質を判別する土
質判別手段と、前記土質判別結果に基づき、前記掘削断
面を構成する各土質の掘削断面に占める割合を求め、掘
削制御の指標となる掘削土量を演算する指標掘削土量演
算手段と、を有することを特徴とする。

【０００７】本発明によれば、掘削に伴って電磁波の送
受信を繰り返し行い、切羽の掘削断面の土質を判別する
ことにより、切羽の掘削断面に占める土質の割合をリア
ルタイムに求めることができる。さらに、この土質割合
からリアルタイムに指標掘削土量を求めることができ
る。

【０００８】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、各土質の性状を記憶する土質性状記憶手段を有し、
前記指標掘削土量演算手段は、前記土質判別結果および
前記各土質の性状に基づき前記指標掘削土量を演算する
ことを特徴とする。

【０００９】本発明によれば、あらかじめ各土質の性状
を記憶することにより、各土質に応じて短時間かつ正確
に指標掘削土量を求めることができる。

【００１０】なお、各土質の性状を、掘削前にあらかじ
めボーリング調査等により、把握しておくことが好まし
い。

【００１１】また、請求項３の発明は、請求項１、２の
いずれかにおいて、前記電磁波送受信手段は、シールド
機の面板に配置されて前記電磁波の送受信を行う送信ア
ンテナおよび受信アンテナを含んで構成され、前記土質
判別手段は、前記面板の回転角度を測定する角度測定部
と、前記受信アンテナの受信信号に含まれる表面伝播波
に基づき切羽の掘削断面の土質を判別する土質判別部を
含んで構成され、前記指標掘削土量演算手段は、前記回
転角度と前記土質判別結果とに基づき、各土質の掘削断
面に占める割合を示す土質構成データを作成する土質構
成データ作成部と、前記土質構成データを記憶する土質
構成データ記憶部と、を含んで構成されていることを特
徴とする。

【００１２】本発明によれば、送信アンテナからの表面
伝播波を、前記送信アンテナとは異なる位置に配置され
た受信アンテナを用いて受信することにより、掘削断面
の土質を正確に判別することができる。さらに、面板の
回転角度を測定し、この測定結果と前記土質判別結果と
に基づき、指標掘削土量演算手段を用いて、土量を演算
して記憶することにより、掘削断面に占める各土質の割
合を正確に把握することができる。

【００１３】また、請求項４の発明は、請求項２、３の
いずれかにおいて、前記指標掘削土量は、理論掘削乾砂
量であり、前記性状は、間隙率であることを特徴とす
る。

【００１４】本発明によれば、ある掘削時点における掘
削断面を構成する各土質毎に、（掘削断面に占める割
合）と、（掘削断面積）と、（掘削ストローク長）と、
（１−間隙率）との積を演算することにより、各土質の
理論掘削乾砂量を求めることができる。したがって、掘
削断面が複数の土質から構成されている場合であって
も、前記各土質の理論掘削乾砂量を合計することによ
り、掘削断面に対する理論掘削乾砂量を正確に求めるこ
とができる。

【００１５】また、請求項５の掘削制御システムは、送
排泥水の流量および泥水性状を測定する泥水測定手段
と、前記泥水測定結果に基づき、実測掘削乾砂量を演算
する実測掘削土量演算手段と、を含んで構成される実測
掘削土量測定システムと、請求項４の掘削土量測定シス
テムと、を有し、前記理論掘削乾砂量および前記実測掘
削乾砂量に基づき、掘削機の制御を行うことを特徴とす
る。

【００１６】本発明によれば、掘削断面の土質判別をリ
アルタイムに行い、正確な理論掘削乾砂量を求め、掘削
断面に対する理論掘削乾砂量と実測掘削乾砂量とを比較
することにより、適切な掘削制御が行えているか判断で
きる。この判断結果に基づき、掘削機の制御を行うこと
により、リアルタイムかつ適切に掘削制御できる。

【００１７】また、請求項６の掘削土量測定方法は、切
羽に対して電磁波を送受信する電磁波送受信工程と、前
記電磁波の受信結果に基づき、切羽の掘削断面の土質を
判別する土質判別工程と、前記土質判別結果に基づき、
前記掘削断面を構成する各土質の掘削断面に占める割合
を示す土質構成データを作成し、掘削制御の指標となる
掘削土量を演算する指標掘削土量演算工程と、を有する
ことを特徴とする。

【００１８】本発明によれば、掘削に伴って電磁波の送
受信を繰り返し行い、切羽の掘削断面の土質を判別する
ことにより、切羽の掘削断面に占める土質の割合をリア
ルタイムに求めることができる。さらに、この土質割合
からリアルタイムに指標掘削土量を求めることができ
る。

【００１９】また、請求項７の発明は、請求項６におい
て、あらかじめ掘削断面に存在する各土質の性状を記憶
する土質性状記憶工程を有し、前記指標掘削土量演算工
程は、前記土質構成データおよび前記各土質の性状に基
づき、前記指標掘削土量を演算することを特徴とする。

【００２０】本発明によれば、あらかじめ各土質の性状
を記憶することにより、各土質に応じて短時間かつ正確
に指標掘削土量を求めることができる。

【００２１】なお、各土質の性状を、掘削前にあらかじ
めボーリング調査等により、把握しておくことが好まし
い。

【００２２】また、請求項８の発明は、請求項６、７の
いずれかにおいて、前記指標掘削土量演算工程は、１リ
ング掘削毎に少なくとも１掘削断面分の前記土質構成デ
ータを作成することを特徴とする。

【００２３】１リング掘削中に掘削断面の土質構成が急
激に変化することもある。本発明によれば、このような
場合も１リング掘削中に掘削に伴って複数の土質構成デ
ータを作成でき、変化に応じて適切な土質構成データが
得られるため、より適切な掘削乾砂量測定ができる。

【００２４】また、請求項９の発明は、請求項６〜８の
いずれかにおいて、前記指標掘削土量演算工程は、１リ
ング分の掘削中に前記土質構成が不規則に変化する場
合、前記土質構成データの平均値に基づき、掘削土量を
演算することを特徴とする。

【００２５】掘進速度により異なるが、１リング掘進中
に切羽の探査は数回、例えば１０回程度行われるため、
掘削断面の土質構成が不規則に変化する場合は適用する
土質構成データにより、得られた土質構成が実際のもの
と大きく異なってしまう可能性もある。本発明によれ
ば、このような場合でも土質構成データの平均値に基づ
き、理論掘削乾砂量を演算することにより、実際の土質
構成に近い土質構成として判別し、正確な理論掘削乾砂
量を求め、最適な掘削乾砂量測定を行うことができる。

【００２６】また、請求項１０の発明は、請求項６〜９
のいずれかにおいて、前記指標掘削土量演算工程は、１
リング分の掘削中に前記土質構成が徐々に変化する場
合、前記土質構成データの最新値に基づき、掘削土量を
演算することを特徴とする。

【００２７】本発明によれば、掘削断面の土質構成が徐
々に変化する場合、得られた土質構成データの最新値を
適用することにより掘削する土質構成に最も近い土質構
成を判別することができるため、正確な理論掘削乾砂量
を求め、最適な掘削制御を行うことができる。

【００２８】また、請求項１１の発明は、請求項７〜１
０のいずれかにおいて、前記掘削土量は、理論掘削乾砂
量であり、前記性状は、間隙率であることを特徴とす
る。

【００２９】本発明によれば、ある掘削時点における掘
削断面を構成する各土質毎に、（掘削断面に占める割
合）と、（掘削断面積）と、（掘削ストローク長）と、
（１−間隙率）との積を演算することにより、各土質の
理論掘削乾砂量を求めることができる。したがって、掘
削断面が複数の土質から構成されている場合であって
も、前記各土質の理論掘削乾砂量を合計することによ
り、掘削断面に対する理論掘削乾砂量を正確に求めるこ
とができる。

【００３０】また、請求項１２の掘削制御方法は、請求
項１１の掘削土量測定方法を用いた理論掘削乾砂量測定
工程と、送排泥水の流量および性状を測定する泥水測定
工程と、前記測定した送排泥水の流量および性状に基づ
き、実測掘削乾砂量を演算する実測掘削乾砂量演算工程
と、前記理論掘削乾砂量および前記実測掘削乾砂量に基
づき、シールド機の制御を行う工程と、を有することを
特徴とする。

【００３１】本発明によれば、掘削断面の土質判別をリ
アルタイムに行い、正確な理論掘削乾砂量を求め、掘削
断面に対する理論掘削乾砂量と実測掘削乾砂量とを比較
することにより、適切な掘削制御が行えているか判断で
きる。この判断結果に基づき、掘削機の制御を行うこと
により、リアルタイムかつ適切に掘削制御できる。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明をシールド工法、特
に泥水式シールド工法に適用した好適な実施の形態につ
いて、図面を参照しつつ詳細に説明する。

【００３３】図１は、シールド掘削システムの概略図を
示す。泥水式シールド工法においては、地上設備からの
送泥水を、送泥管１６を介して面板２０、シールド１０
および隔壁１２により囲まれたチャンバー１４に供給
し、切羽２２の安定を図りながら掘削し、発生した掘削
土を含む排泥水を、排泥ポンプ７０で圧送し、排泥管１
８を介して地上設備に送り返しつつ、トンネル６を構築
する。この場合、切羽２２の安定を図るため、切羽２２
の土質をを把握し、適切にシールド機８を制御すること
が必要である。

【００３４】切羽２２の土質把握のため、図２に示すよ
うに、掘削前に調査地点１００−１、１００−２、１０
０−３と数百ｍ間隔で掘削予定経路の各地点Ａ、Ｂ、Ｃ
をボーリング調査する手法も採られる。しかし、この手
法では、調査したＣ点では細砂層と判断したにも関わら
ず、実際に掘削するとＤ点のように急に礫層が現れたと
いったように、土質状況が急激に変化する場合、適切に
シールド機８を制御することができず、切羽２２の管理
が困難となるといった事態も起こりうる。

【００３５】本実施の形態では、切羽２２の土質の把握
方法として、電磁波を送受信する手法を用い、掘削制御
の指標となる指標掘削土量の測定をほぼリアルタイムで
行う。ここで、指標掘削土量とは、例えば理論掘削乾砂
量である。そして、実測掘削乾砂量をほぼリアルタイム
で測定し、これら理論および実測掘削乾砂量の測定結果
に基づき、シールド機８を制御することにより、土質状
況が急激に変化する場合でも、適切にシールド機８を制
御することができる。

【００３６】図３は、理論掘削乾砂量を測定する手順を
示すフローチャートである。まず、掘削前にあらかじめ
各土質の性状を記憶しておく（ステップ２）。土質の性
状としては、含水率、間隙率等がある。なお、土質の性
状は、トンネル掘削前のボーリング調査等にとり、あら
かじめ把握しておくことが好ましい。

【００３７】次に、掘削の進行（ステップ４）とともに
切羽２２に対して電磁波の送受信を繰り返し行い（ステ
ップ６）、電磁波の受信結果に基づき、切羽２２の掘削
断面の土質を判別する土質判別を行う（ステップ８）。
これと併せて面板２０の回転角度も測定しておく（ステ
ップ１０）。

【００３８】次に、土質判別結果と角度測定結果に基づ
き、掘削断面を構成する各土質の掘削断面に占める割合
を示す土質構成データを作成、記憶する（ステップ１
２、１４）。

【００３９】次に、この土質構成データおよび前記各土
質の性状に基づき、掘削制御の指標掘削土量としての理
論掘削乾砂量を演算する（ステップ１６）。

【００４０】以下、指標掘削土量の測定について詳細に
説明する。図４は、掘削土量測定システム１、２の機能
ブロック図を示す。実測掘削土量測定システム２および
掘削制御システム３については後述する。指標掘削土量
測定システム１は、切羽２２に対して電磁波を送受信す
る電磁波送受信手段８０と、この電磁波の受信結果に基
づき、切羽２２の掘削断面の土質を判別する土質判別手
段８６と、この土質判別結果に基づき、掘削断面を構成
する各土質の掘削断面に占める割合を求め、掘削制御の
指標となる掘削土量を演算する指標掘削土量演算手段８
８とを含んで構成されている。

【００４１】電磁波送受信手段８０は、電磁波を送信す
る送信アンテナ２４と、送信アンテナ２４から発せられ
た電磁波を受信する受信アンテナ２６とを含んで構成さ
れている。

【００４２】図５は、シールド機８の面板２０の正面図
を示す。面板２０には、ケーシングに収められた送信ア
ンテナ２４および受信アンテナ２６がその円周方向に隣
接して異なる位置に配置され、切羽に向けパルス状の電
波を送受信し、切羽の状態を探査するように構成されて
いる。

【００４３】面板２０には、送受信アンテナ２４、２６
以外にもカッター２８や、掘削した土砂をチャンバー１
４内に取り込むスリット３０、スリット開閉装置３２、
マンホール３４等の種々の設備が設けられている。した
がって、送受信アンテナ２４、２６は、本実施の形態の
ように、上記の必要不可欠な装備の取り付けに邪魔にな
らず、かつ、掘削断面全体の土質を判別できるよう、面
板２０の外周部寄りに配置することが好ましい。

【００４４】図１に示すように、電磁波送受信の際、受
信される電波には、地中内に存在する反射物１５０から
の反射波２００と、送信アンテナ２４から受信アンテナ
２６に直接伝播される表面伝播波２１０とがある。

【００４５】図６は、この受信波形の一例を示す。ここ
で反射波２００からは、地中内に存在する反射物１５０
（例えば埋もれ木、地中構造物）等が捉えられる。

【００４６】一方、表面伝播波２１０からは、切羽２２
の土質の判別等が行える。表面伝播波２１０は、送信ア
ンテナ２４および受信アンテナ２６を、本実施の形態の
ように別体のものとして形成した場合に見られるもので
ある。伝播距離は最も短いことから、図６に示すように
受信波形の先頭に記録される。表面伝播波２１０は、切
羽２２の表面付近の領域を通過する波であるため、反射
物１５０の存在にかかわらず、必ず記録されるという特
殊性を有する。受信アンテナ２６の受信信号は、土質判
別手段８６に入力されるようになっている。

【００４７】土質判別手段８６は、面板２０の回転角度
を測定する角度測定部３８と、土質判別部８７とを含ん
で構成されている。面板２０の回転角度は、角度測定部
３８により測定される。角度測定部としては、例えば角
度センサーがある。角度測定部３８により検出される回
転角度は、送受信アンテナ２４、２６の探査位置を特定
するのに用いられ、送受信アンテナ２４、２６が面板２
０の１２時の位置にあるときの角度を０度とし、これを
時計方向に０から３６０度まで１度ずつ測定して出力す
る。

【００４８】なお、面板２０の掘削位置は、図示しない
掘削位置入力部から掘削土量測定システム１に入力され
るようになっている。図１に示すように、トンネル構内
に壁面構築用のセグメント１５をセットする時に、自動
的にそのセグメントナンバーを入力し、セグメント１５
の端面を基準位置として、ジャッキがどの程度伸縮する
かにより面板２０の掘削位置を自動的に検出し、掘削土
量測定システム１に入力する。なお、作業員が直接入力
してもよい。

【００４９】土質判別部８７は、受信アンテナ２６で受
信される信号に含まれる表面伝播波２１０の伝播時間、
減衰率等に基づき、表面伝播波２１０が通過した切羽２
２の領域の土質判別を行い、その判別データを土質構成
データ作成部５２に向け出力する。なお、表面伝播波２
１０の伝播時間、減衰率等は、表面伝播波が通過する切
羽２２の土質により異なった値となるため、これらを測
定することにより、土質判別が行える。この土質判別
は、受信信号が入力されるごとに繰り返して行われる。
実施例では、１秒間に数十回以上の電波の送受信を行っ
ているため、送信アンテナ２４および受信アンテナ２６
の前面における切羽２２の土質判別をほぼリアルタイム
に行うことができる。

【００５０】このようにして測定された面板２０の回転
角度測定結果および土質判別結果に基づき、指標掘削土
量演算手段８８により、掘削制御の指標となる掘削土量
を演算する。指標掘削土量演算手段８８は、土質構成デ
ータ作成部５２と、土質構成データ記憶部５４とを含ん
で構成されている。

【００５１】土質構成データ作成部５２は、入力された
土質判別データと、角度測定部３８から入力される回転
角度データとに基づき、土質構成データを１度ごとに土
質構成データ記憶部５４に記憶していく。ここで、土質
構成データとは、掘削断面を構成する各土質の掘削断面
に占める割合を示すデータである。したがって、面板２
０が、基準角０度から３６０度回転すると、土質構成デ
ータ記憶部５４内には、一断面分の探査データとして３
６０度分の土質データが記憶されることになる。

【００５２】また、演算のタイミングとしては、１リン
グ掘削中に少なくとも１掘削断面分の土質構成データを
作成する。これにより、１リング掘削中に掘削断面の土
質構成が急激に変化する場合でも、１リング掘削中に掘
削に伴って複数の土質構成データを作成でき、変化に応
じて適切な土質構成データが得られるため、より適切な
掘削乾砂量測定ができる。なお、１リング掘進中に切羽
の探査は数回、例えば１０回程度行われる。

【００５３】図７は、図２のＢ点において、面板２０を
１回転したときにおける送受信アンテナ２４、２６によ
る切羽探査範囲９０を表したものである。切羽探査範囲
９０は、図中斜線で示すリング状の範囲となる。このと
き切羽２２の土層が、細砂層、砂質シルト層、シルト層
から構成されている場合を想定すると、メモリ５４に記
憶されている一断面分の探査データは、回転角が０から
θ１の範囲で細砂層、θ１からθ２の範囲で砂質シルト
層、θ２からθ３の範囲でシルト層、θ３からθ４の範
囲で砂質シルト層、θ４から３６０度の範囲で細砂層と
なる。

【００５４】以上のようにして指標掘削土量が求められ
る。例えば、指標掘削土量が理論掘削乾砂量である場
合、ある掘削時点における掘削断面を構成する各土質毎
に、（掘削断面に占める割合）と、（掘削断面積）と、
（掘削ストローク長）と、（１−間隙率）との積を演算
することにより、各土質の理論掘削乾砂量を求めること
ができる。したがって、掘削断面が複数の土質から構成
されている場合であっても、前記各土質の理論掘削乾砂
量を合計することにより、掘削断面に対する理論掘削乾
砂量を正確に求めることができる。

【００５５】また、図４に示すように、各土質の性状を
記憶する土質性状記憶手段８４を設け、指標掘削土量演
算手段８８は、前記土質判別結果および前記各土質の性
状に基づき指標掘削土量を演算するよう構成してもよ
い。

【００５６】これによれば、あらかじめ各土質の性状を
記憶することにより、各土質に応じて短時間かつ正確に
指標掘削土量を求めることができる。なお、各土質の性
状を、掘削前にあらかじめボーリング調査等により、把
握しておくことが好ましい。

【００５７】図８は、理論掘削乾砂量の変化を示すグラ
フの一例である。従来のように、指標掘削土量を、図８
に示すように２００ｍ毎にボーリング調査により求めた
場合、測定地点のデータに基づいて演算するため、測定
結果は線ａのように急激に変化する。したがって、上述
したように切羽２２の土質構成が急激に変化した場合に
は変化に対応した掘削制御ができない。一方、本実施の
形態によれば、指標掘削土量としての理論掘削乾砂量
を、掘削に伴いリアルタイムかつ正確に測定できるた
め、測定結果は線ｂのように曲線状となり、土質の急激
な変化にも対応し、適切な掘削制御ができる。しかし、
より適切な制御のためには、実測掘削乾砂量も併せて測
定し、シールド機８の掘削制御を行うことが好ましい。

【００５８】次に、実測掘削乾砂量の測定について説明
する。図９は、実測掘削乾砂量を測定する手順を示すフ
ローチャートである。送排泥水の流量および性状を測
定、演算し（ステップ３２、３４、３８、４０）、測定
した送排泥水の流量および性状に基づき実際の送排泥流
量を演算し（ステップ３６、４２）、排泥流量と送泥流
量の差から実測掘削乾砂量を演算する（ステップ４
４）。なお、ここで送排泥水の性状としては、圧力、密
度、粘性等がある。

【００５９】図４に示すように、実測掘削乾砂量は実測
掘削土量測定システム２により測定される。実測掘削土
量測定システム２は、送排泥水量を測定する泥水測定手
段９２と、送排泥水量測定結果に基づいて実測掘削土量
を求める実測掘削土量演算手段９４とを含んで構成され
る。図１に示すように、泥水測定手段として、チャンバ
ー１４に近接した送泥管１６に密時計６０および流量計
６４が設けられ、チャンバー１４に近接した排泥管１８
に密時計６２および流量計６６が設けられている。実測
掘削土量演算手段９４により、密時計６０および流量計
６４の測定結果からは送泥水の実際の流量が求められ、
密時計６２および流量計６６の測定結果からは排泥水の
実際の流量が求められる。また、実測掘削土量演算手段
９４により、排泥水流量と送泥水流量との差が演算にさ
れ、実測掘削乾砂量が求められる。

【００６０】次に、シールド機８の掘削制御について説
明する。図１０は、掘削制御の手順を示すフローチャー
トである。図４に示すように、指標掘削土量測定システ
ム１により求められた理論掘削乾砂量の測定結果と、実
測掘削土量測定システム２により求められた実測掘削乾
砂量の測定結果に基づき、掘削制御システム３により、
シールド機８の制御が行われる（ステップ６２〜７
８）。

【００６１】まず、上述したように、指標掘削土量を演
算する（ステップ６２）。指標掘削土量の演算は、１リ
ング掘削毎に少なくとも１掘削断面分の土質構成データ
を作成する。ここで、１掘削断面分の土質構成データと
は、図７に示すような土質の割合を示すものである。通
常は、ジャッキの推力の変更等によってシールド機８の
掘削制御を行っているが、このタイミングで土質構成デ
ータを作成し、これに基づきジャッキの推力の変更等が
行えるため、より適切な掘削乾砂量測定ができる。

【００６２】指標掘削土量の演算後、切羽２２の土質状
況について判断を行う（ステップ６４）。上述した図２
のＤ点のように、トンネル経路の土質が急変化する場
合、最新の土質測定結果を適用して掘削制御する（ステ
ップ６６）。一方、変化がないか、緩やかな変化の場
合、土質測定結果の平均を用いて土質構成を判断し、掘
削制御する（ステップ６８）。

【００６３】通常は、掘削土量は、１リング掘削中には
さほど変化しないため、１リング分の土質構成データの
平均値を用いて掘削制御を行う。測定結果には多少の誤
差も含まれるが、平均値を適用することにより誤差を吸
収し（ステップ６８）、より適切なデータに基づき（ス
テップ７０）、掘削制御できる。また、掘削土量は、１
リング掘削中にも不規則に変化したり、急激に変化する
場合もある。このような場合は、最も新しい土質構成デ
ータを用いることにより（ステップ６６）、実際の土質
構成に最も近い土質構成を判別し（ステップ７０）、適
切に掘削制御できる。

【００６４】このような指標掘削データに基づき掘削し
た結果、制御が適切か判断するため、実際の掘削土量の
測定を行う（ステップ７２）。この判断により（ステッ
プ７４）、掘削量が超過している場合、速く掘りすぎて
いるため、チャンバー１４内の水圧を高めて地山を抑え
る等により、掘削制御する（ステップ７６）。一方、掘
削量が不足している場合、掘削速度を上げるため、チャ
ンバー１４内の水圧を低下させる等により、掘削制御す
る（ステップ７８）。もちろん、掘削量が適量である場
合、掘削制御は変更しない。

【００６５】このように、本実施の形態によれば、切羽
の掘削断面の土質判別をリアルタイムに行い、正確な指
標掘削土量を求め、適切な掘削制御が可能となる。

【００６６】なお、本発明は前記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内で各種の変形実施が
可能である。例えば、本発明を泥水式シールド工法に適
用した例について説明したが、泥土圧や、圧気式等の各
種のシールド工法に対して本発明を適用できる。

【００６７】

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態の一例に係るシールド掘削システ
ムの概略図である。

【図２】土質断面の変化の一例を示す図である。

【図３】理論掘削乾砂量測定の手順を示すフローチャー
トである。

【図４】本実施の形態の一例に係る掘削土量測定システ
ムの機能ブロック図である。

【図５】シールド機の面板の正面図の一例である。

【図６】電磁波の受信波形の説明図である。

【図７】切羽探査範囲を表す説明図である。

【図８】指標掘削土量の変化を示すグラフの一例であ
る。

【図９】実測掘削乾砂量測定の手順を示すフローチャー
トである。

【図１０】掘削制御の手順を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ 指標掘削土量測定システム ２ 実測掘削土量測定システム ３ 掘削制御システム ６ トンネル ８ シールド機 １０ シールド １２ 隔壁 １４ チャンバー １５ セグメント １６ 送泥管 １８ 排泥管 ２０ 面板 ２２ 切羽 ２４ 送信アンテナ ２６ 受信アンテナ ３０ スリット ３２ スリット開閉装置 ３４ マンホール ３６ 送受信器 ３８ 角度測定部 ４０ 前方探査回路 ４２ 反射波演算部 ４４ 表面伝播波演算部 ４８ 掘削位置入力部 ４６ ＣＲＴ ５０ 土質判別部 ５２ 土質構成データ作成部 ５４ 土質構成データ記憶部 ６０、６２ 密度計 ６４、６６ 流量計 ７０ 排泥ポンプ ８０ 電磁波送受信手段 ８４ 土質性状記憶手段 ８６ 土質判別手段 ８７ 土質判別部 ８８ 指標掘削土量演算手段 ９０ 切羽探査範囲 ９２ 泥水測定手段 ９４ 実測掘削土量演算手段 １００ ボーリング調査地点 １５０ 反射物 ２００ 表面伝播波 ２１０ 反射波

フロントページの続き (72)発明者 請川 誠 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 高橋 潤 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)発明者 奥村 利博 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内

Claims (12)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 切羽に対して電磁波を送受信する電磁波
   送受信手段と、 前記電磁波の受信結果に基づき、切羽の掘削断面の土質
   を判別する土質判別手段と、 前記土質判別結果に基づき、前記掘削断面を構成する各
   土質の掘削断面に占める割合を求め、掘削制御の指標と
   なる掘削土量を演算する指標掘削土量演算手段と、 を有することを特徴とするシールド工法における掘削土
   量測定システム。
2. 【請求項２】 請求項１において、 各土質の性状を記憶する土質性状記憶手段を有し、 前記指標掘削土量演算手段は、前記土質判別結果および
   前記各土質の性状に基づき前記指標掘削土量を演算する
   ことを特徴とするシールド工法における掘削土量測定シ
   ステム。
3. 【請求項３】 請求項１、２のいずれかにおいて、 前記電磁波送受信手段は、シールド機の面板に配置され
   て前記電磁波の送受信を行う送信アンテナおよび受信ア
   ンテナを含んで構成され、 前記土質判別手段は、前記面板の回転角度を測定する角
   度測定部と、 前記受信アンテナの受信信号に含まれる表面伝播波に基
   づき切羽の掘削断面の土質を判別する土質判別部を含ん
   で構成され、 前記指標掘削土量演算手段は、前記回転角度と前記土質
   判別結果とに基づき、各土質の掘削断面に占める割合を
   示す土質構成データを作成する土質構成データ作成部
   と、 前記土質構成データを記憶する土質構成データ記憶部
   と、 を含んで構成されていることを特徴とするシールド工法
   における掘削土量測定システム。
4. 【請求項４】 請求項２、３のいずれかにおいて、 前記指標掘削土量は、理論掘削乾砂量であり、 前記性状は、間隙率であることを特徴とするシールド工
   法における掘削土量測定システム。
5. 【請求項５】 送排泥水の流量および泥水性状を測定す
   る泥水測定手段と、 前記泥水測定結果に基づき、実測掘削乾砂量を演算する
   実測掘削土量演算手段と、 を含んで構成される実測掘削土量測定システムと、 請求項４の掘削土量測定システムと、 を有し、 前記理論掘削乾砂量および前記実測掘削乾砂量に基づ
   き、掘削機の制御を行うことを特徴とするシールド工法
   における掘削制御システム。
6. 【請求項６】 切羽に対して電磁波を送受信する電磁波
   送受信工程と、 前記電磁波の受信結果に基づき、切羽の掘削断面の土質
   を判別する土質判別工程と、 前記土質判別結果に基づき、前記掘削断面を構成する各
   土質の掘削断面に占める割合を示す土質構成データを作
   成し、掘削制御の指標となる掘削土量を演算する指標掘
   削土量演算工程と、 を有することを特徴とするシールド工法における掘削土
   量測定方法。
7. 【請求項７】 請求項６において、 あらかじめ掘削断面に存在する各土質の性状を記憶する
   土質性状記憶工程を有し、 前記指標掘削土量演算工程は、前記土質構成データおよ
   び前記各土質の性状に基づき、前記指標掘削土量を演算
   することを特徴とするシールド工法における掘削土量測
   定方法。
8. 【請求項８】 請求項６、７のいずれかにおいて、 前記指標掘削土量演算工程は、１リング掘削毎に少なく
   とも１掘削断面分の前記土質構成データを作成すること
   を特徴とするシールド工法における掘削土量測定方法。
9. 【請求項９】 請求項６〜８のいずれかにおいて、 前記指標掘削土量演算工程は、１リング分の掘削中に前
   記土質構成が不規則に変化する場合、前記土質構成デー
   タの平均値に基づき、掘削土量を演算することを特徴と
   するシールド工法における掘削土量測定方法。
10. 【請求項１０】 請求項６〜９のいずれかにおいて、 前記指標掘削土量演算工程は、１リング分の掘削中に前
    記土質構成が徐々に変化する場合、前記土質構成データ
    の最新値に基づき、掘削土量を演算することを特徴とす
    るシールド工法における掘削土量測定方法。
11. 【請求項１１】 請求項７〜１０のいずれかにおいて、 前記掘削土量は、理論掘削乾砂量であり、 前記性状は、間隙率であることを特徴とするシールド工
    法における掘削土量測定方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１の掘削土量測定方法を用い
    た理論掘削乾砂量測定工程と、 送排泥水の流量および性状を測定する泥水測定工程と、 前記測定した送排泥水の流量および性状に基づき、実測
    掘削乾砂量を演算する実測掘削乾砂量演算工程と、 前記理論掘削乾砂量および前記実測掘削乾砂量に基づ
    き、シールド機の制御を行う工程と、 を有することを特徴とするシールド工法における掘削土
    量制御方法。