JPS58207492A - シ−ルド掘進機の切羽安定制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシールド掘進機の切羽安定制御方法に係り、特
に切羽（あるいはカッター室）の貫入抵抗曲線からそれ
が安定状態にあるか否かを的確に判断し、これに基き切
羽安定剤の注入量等の増減制御を行うことにより、切羽
の安定を確実に維持し得るようになしたシールド掘進機
の切羽安定制御方法に関する。

従来のシールド掘進機における切羽崩壊防止方法として
は、シールドフレーム前端部に設けられたカッターによ
り掘削されカッター室内に取り込捷れた掘削土砂の土圧
全土圧検出器で検出し、この土圧検出値に基いてカッタ
ー室からの掘削土砂の搬出量等を制御し、カッター室の
土圧を一定に保持し切羽の崩壊を抑える方法が知られて
いる。しかしながら、この方法では切羽の安定度を単に
カッター室内の土圧の高低すなわち圧力の絶対値のみで
判断しているが、土圧は切羽の土質等の変化によっても
変わってしまうものであジ、土圧のみでは切羽が安定か
不安定か、あるいは圧縮状態であるか非圧縮状態である
か全正確に判断することはできない。従って、土圧検出
器の検出値によりカッター室からの掘削土砂の搬出量等
を制御したとしても、真の切羽の安定を図ることはでき
ない・ 本発明は、以上の従来の問題点を有効に解決すべく創案
されたものであり、本発明の目的は、切羽等の貫入抵抗
曲線からそれが安定状態にあるか否かを正確に判断し、
これに基き切羽安定剤の注入量等の増減側ｇ＜行うよう
に構成したことにより、切羽の安定を確保することがで
き、また切羽安定剤の最適注入全達成することができる
シールド掘進機の切羽安定制御方法を提供することＫあ
３− る。

以下−に本発明の好適一実施例を添付図面に従って詳述
する。

第１図において、１はシールド掘進機の円筒状のシール
ドフレームであり、その前端部には切羽Ｅｉ掘削するた
めのカッター２が回転自在に設けられている。カッター
２後方のシールドフレーム１内には、カッター２によジ
掘削された掘削土砂ｓｔ収容するカッター室３を区画す
る隔壁４が設けられている。また、カッタ−２中央部よ
り隔壁４を密閉状に貫通させてカッター２を回転駆動す
る駆動軸５が設けられ、駆ｉ軸５には、これを駆動する
駆動モータ６が連結されている。更に駆動軸５ＶＣは、
その中心部に嵌挿されカッタ−２前面より出没自在にパ
イル状の貫入抵抗計測装置７が設けられている。貫入抵
抗計測装置７先端には、貫入抵抗全検知するセンサが取
り付けられており、貫入抵抗計測装置７を切羽Ｅに貫入
することによりその貫入量（ないしストローク）とその
ときの貫入抵抗値とが計測される。貫入抵抗計測装置７
で計測４− された各貫入量での貫入抵抗値は電気信号に変換され信
号処理装置８に入力されるようになっている。

一方、カッター室３には、これに粘土、ベントナイト、
ＣＭＣ等の単体あるいはこれらの混合物からなる切羽安
定剤ｄｉ注入するための切羽安定剤注入管９が接続され
、注入管９には切羽安定剤ｄを貯留するタンク１０が連
設されている。切羽安定剤注入管９には、カッター室３
への切羽安定剤ｄの注入量を制御するための注入ポンプ
１１が設けられている。カッター２には、スリットが形
成されており、カッター室３に注入された切羽安定剤ｄ
が切羽Ｅへと浸透し得るようになっている。

更に、カッタ−２背面には、カッター室３の掘削土砂Ｓ
を攪拌する攪拌翼１２が取り付けられている。また、タ
ンク１０には、タンク１０内に貯留されている切羽安定
剤ｄを攪拌する攪拌手段１３が設けられると共に、シー
ルドフレーム１には、これを切羽Ｅへと押し込み前進さ
せる推進ジヤツキ１４が設けられている。

以上の具体的な装置例に基づいて本方法及びその作用を
以下述べる。

カッター２により切羽Ｅは掘削され掘削された掘削土砂
Ｓはカッター室３内に取り込まれ、カッター室３内の掘
削土砂Ｓは、推進ツヤツキ１４の推進速度に応じてシー
ルドフレーム１後方へと排土装置により搬出される。切
羽Ｅはカッター２によって掘削されるので自然状態の地
山に比べ切羽Ｅは乱されて膨張しゆるみ音生ずる。この
切羽（地山）Ｅのゆるみ全押え安定化させるために、切
羽安定剤注入管９よりカッター室３に切羽安定剤ｄが注
入される。切羽安定剤ｄはカッター室３内の掘削土砂Ｓ
′ｆｒ：不透水性、高粘性の泥土状となし、この泥土に
より切羽Ｅの崩壊を抑えると共に、カッター２のスリッ
トよりカッター室３の切羽安定剤ｄは切羽Ｅへと浸透し
切羽Ｅ自体全安定化させる。

ところで、従来においては、カッター室３への切羽安定
剤ｄの注入量をカッター室３の土庄により制御していた
。しかしながら、上述したように土圧は掘削土砂Ｓの土
質（真比重、含水比等）によっても変化してしまうもの
であり、土圧だけでは切羽Ｅの安定度を正確に把握する
ことはできず、土庄値により切羽安定剤ｄの注入量を制
御しても真の切羽の安定は得られない。ところが、種々
の実機テスト全行った結果、切羽の安定度が切羽等の貫
入抵抗の大小には関係なく貫入抵抗曲線の形状ないしパ
ターンにより正確に判断できることが明らかとなった。

すなわち、固い切羽地山のときは貫入抵抗値は大きく、
軟らかい地山のときは貫入抵抗値は小さくなるので、土
圧の場合と同様に貫入抵抗値の絶対値では真の地山の安
定度はわからないが、地山が固かろうが軟らかろうが、
自然状態にあるときが最も地山が安定した状態にあり、
そのときの貫入抵抗曲線は第２図中、曲ａ　ａのように
なり、また、切羽地山が圧縮状態にあるときの貫入抵抗
曲線は、第２図中、曲線すのようにその貫入初期の立上
り部のカーブが曲線ａよりも上に凸のカーブとなり、ま
た、地山が不安定状態では貫入抵抗曲線の立上り部での
カーブは曲線Ｃの７− ように下に凸のカーブとなることが明らかになった。そ
こで本発明では、この貫入抵抗曲線の形状、特にその立
上り部での形状により切羽の安定度全判断し、切羽安定
剤の注入量等を制御しようとしている。

貫入抵抗計測装置７を切羽Ｅに貫入する。貫入抵抗計測
装置７からは貫入量とその貫入量での貫入抵抗値とが電
気信号として信号処理装置８に送られる。信号処理装置
８には、曲線ａが安定状態を示す貫入抵抗基準曲線とじ
て予め入力されており、信号処理装置８では貫入抵抗計
測装置７ＶＣより計測された切羽Ｅの貫入抵抗曲線と上
記貫入抵抗基準曲線とが比較される。すなわち、貫入抵
抗計測装置７からの貫入抵抗値は信号処理装置８で貫入
抵抗曲線として記録され、この貫入抵抗曲線は適宜に拡
大あるいは縮小され、そのプラト一部が曲線ａの貫入抵
抗基準曲線のプラト一部に重ね合せられ、立上り部のカ
ーブの凹凸が比較されその差異が検出される。計測され
た貫入抵抗曲線の立上り部のカーブが下に凸であるとき
には、切羽８− Ｅが不安定状態であるので、信号処理装置８から切羽安
定剤ｄの注入量を増加させる制御信号を注入ポンプ１１
へと送り、注入量全増加させる。また、貫入抵抗曲線の
立上り部のカーブが貫入抵抗基準曲線のそれよりも上に
凸であると検出されたときには、切羽Ｅが圧縮状態にあ
ることになるから、信号処理装置８は注入ボンｆ１１に
その注入量全減少させる信号を送る。こうして、切羽Ｅ
の貫入抵抗曲線が貫入抵抗基準曲線に近似するように切
羽安定剤ｄの注入量が増減制御され、切羽Ｅの安定が図
られ、その崩壊は未然に防止される。

このように、切羽の安定、不安定あるいは圧縮状態にあ
るかが貫入抵抗計測装置１の計測により迅速、且つ的確
に判断できるので、切羽安定対策として直ちに切羽安定
剤ｄの注入ｉｔ増減して切羽Ｅの安定を確保できるので
、地盤沈下の発生を大幅に低減できる。また、切羽安定
剤ｄの注入量を切羽の変動に応じて過不足のない最適な
量とすることができ・経済的である。更に、ノールド掘
進機掘削中、停止中にかかわらず切羽の安定を検出でき
るので施工管理が容易となる。

なお、上記実施例のシールド掘進機はカッター２を駆動
する駆動軸５がシールドフレーム１の中央にあるセンタ
ーシャフト型のものであるが、第４商に示すような周辺
支持型のシールド掘進機においても貫入抵抗計測装置７
を切羽ＥＫ貫入して貫入抵抗を計測することにより同様
な切羽安定制御がなされる。丑た、カッター２にはスリ
ットが形成され、スリットを介して切羽Ｅとカッター室
３とは連通状態にあるので、第３図に示すセンターシャ
フト型のシールドゝ掘進機または第５図に示す周辺支持
型のシールド掘進機において隔壁４に貫入抵抗計測装置
γを取り付け、カッター室３内の掘削土砂Ｓの貫入抵抗
曲線を計測し、この掘削土砂Ｓの貫入抵抗曲線が貫入抵
抗基準曲線に近似するように切羽安定剤ｄｉ増減制御す
るようにしてもよい。

更に、上記実施例においては、切羽安定対策として切羽
安定剤ｄの注入量全制御したが、計測された貫入抵抗曲
線が安定状態を示す貫入抵抗基準曲線に近似するように
、カッター室３からの掘削土砂Ｓと切羽安定剤ｄとを混
合した土砂の搬出量を増減制御するようにしてもよい。

掘削土砂（含切羽安定剤）全シールドフレーム１後方へ
と搬出するための排土装置としては、第６図から第９図
に示すものが挙げられる。第６図では、隔壁４に接続さ
れた排泥管１５と排泥管１５Ｖ′ｃ設けられた排泥ポン
プ１６とから排土装置が構成され、また第７図では、そ
の取入口１７ａがカッター室３内に挿入されたスクリュ
ーコンベヤ１γとその取出口１７ｂ側に設けられたコン
ベヤ駆動モータ１８とから排土装置が構成されている。

更に第８図の排土装置は第７図のスクリューコンベヤ１
１の取出口１７ｂにロータリフィーダ１９全設けたもの
であり、第９図に示す排土装置はリボンスクリュー２０
であり、ケーシング２１とケーシング２１内に回転自在
に支持され、その内周面に土砂搬送用のスパイラル羽根
を有する回転筒体２２と筒体２２を駆動するモータ２３
とからなる。排土量制御は、切羽安定剤をカッター室３
に定量注入しつ１１一 つ、貫入抵抗曲線装＠７により計測された貫入抵抗曲線
と貫入抵抗基準曲線とを比較し、その差異によジ信号処
理装置８が排土装置に排土量制御信号を送る。第６図か
ら第９図までに示す排土装置によるカッター室３からの
掘削土砂Ｓの排出量（排土量）制御は排泥ポンプ０１６
、スクリューコンベヤ１７、ロータリフィーダ１９及び
リボンスクリュー２０の回転数の制御によりなされる。

この排土量制御により切羽Ｅあるいはカッター室３内が
安定化される。

また、上記実施例においては、信号処理装置８に地山安
定状態における貫入抵抗曲線が貫入抵抗基準曲線として
予め入力されていたが、第１０図に示スように、シール
ドフレーム１にも貫入抵抗計測装置１を設け、シールド
フレーム１より貫入抵抗計測装置７をシールドフレーム
１外側の地山Ｇに貫入し、その貫入抵抗を信号処理装置
８に入力し得られた貫入抵抗曲線全貫入抵抗基準曲線と
して採用し、これと隔壁４に設けられた貫入抵抗計測装
置７により計測された切羽あるいはカッタ１２− 一室の貫入抵抗曲線とを比較し、その形状の差異でもっ
て切羽安定剤の注入量あるいはカッター室からの掘削土
砂の搬出量を制御するようにしてもよい。

なおまた、上記実施例においては、貫入抵抗計測装置７
が駆動軸５または隔壁４Ｖｃ取り付けられているがカッ
ター２に取り付けるようにしてもよい。更に貫入抵抗計
測装置７を複数設けて数箇所の切羽の貫入抵抗を計測さ
せるようにしてもよい。

以上の説明より明らかなように本発明によれば次のよう
な優れた効果を発揮することができる。

（１）　　切羽またはカッター室の掘削土砂の貫入抵抗
曲線により切羽等の安定状態が迅速且つ正確に判断でき
、これに基き直ちに切羽安定剤の注入量またはカッター
室からの掘削土砂の排出量が増減制御されるため、切羽
の安定が常時確実に維持され、地盤沈下も大幅に軽減さ
れる。

（２）切羽安定剤の注入が切羽の状態変化に応じて最適
制御され切羽安定剤の供給が過不足なく行なわれ切羽安
定剤の消費量を低減できる。

（３）　　シールド掘進機の掘削中、停止中にかかわら
ず切羽あるいはカッター室の状態を検出できるので施工
管理の容易化が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法を実施するためのシールド掘進機の
一実施例を示す側断面図、第２図は貫入抵抗曲線を示す
グラフ、第３図から第５図までは本発明の他の実施例を
それぞれ示す側断面図、第６図から第９図まではカッタ
ー室の掘削土砂を搬出する排土装置全それぞれ示す側断
面図、第１０図は本発明の別の実施例を示す側断面図で
ある。 図中、１はシールドフレーム、２はカッター、３はカッ
ター室、４は隔壁、γは貫入抵抗計測装置、８は信号処
理装置、９は切羽安定剤注入管、１１は注入ポンプ、１
５は排泥管、１６は排泥ポン７’、１７１ｄスクリユー
コンベヤ、１９ｔｄロークリフイーダ、２０はリボンス
クリュー、Ｅは切羽、Ｓは掘削土砂、ｄは切羽安定剤、
Ｇは地山である。 １５− ５２３−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ■、　シールド掘進機に設けられた貫入抵抗計測装置に
   より切羽のあるいはカッターにより掘削されカッター室
   内に取９込まれた掘削土砂の貫入抵抗曲線全計測し、計
   測された貫入抵抗曲線と予め設定された貫入抵抗基準曲
   線と全比較し、該基準曲線に上記貫入抵抗曲線が近似す
   るように、上記カッター室への切羽安定剤の注入量を増
   減制御して、切羽の安定を保持するようになしたことを
   特徴とするシールド掘進機の切羽安定制御方法。 ２、　シールド掘進機に設けられた貫入抵抗計測装置に
   より切羽のあるいはカッターにより掘削されカッター室
   内に取り込まれた掘削土砂の貫入抵抗曲線を計測し、計
   測された貫入抵抗曲線と予め設定された貫入抵抗基準曲
   線とを比較し、該基準曲線に上記貫入抵抗曲線が近似す
   るように、上記カッター室からの掘削土砂の搬出量を増
   減制御して、切羽の安定を保持するようになしたことを
   特徴とするシールド掘進機の切羽安定制御方法。 ３、　シールド掘進機に設けられた貫入抵抗計測装置に
   よりシールドフレーム側の地山の貫入抵抗曲線と切羽の
   あるいはカッターにより掘削されカッター室内に取り込
   まれた掘削土砂の貫入抵抗曲線とを計測し、これら計測
   された貫入抵抗曲線を比較し、上記地山の貫入抵抗曲線
   に上記切羽のあるいは一カッター室内の掘削土砂の貫入
   抵抗曲線が近似するように、上記カッター室への切羽安
   定剤の注入量を増減制御して、切羽の安定を保持するよ
   うになしたこと全特徴とするシールド掘進機の切羽安定
   制御方法。 ４　シールド掘進機に設けられた貫入抵抗計測装置によ
   りシールドフレーム側の地山の貫入抵抗曲線と切羽のあ
   るいはカッターにより掘削されカッター室内に取り込ま
   れた掘削土砂の貫入抵抗曲線とを計測し、これら計測さ
   れた貫入抵抗曲線全比較し、上記地山の貫入抵抗曲線に
   上記切羽のあるいはカッター室内の掘削土砂の貫入抵抗
   曲線が近似するように、上記カッター室からの掘削土砂
   の搬出量を増減制御して、切羽の安定を保持するようＫ
   なしたことを特徴とするシールド掘進機の切羽安定制御
   方法。