JPS5837295A - 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】 この発明はシールド掘進機の切羽に関し、特に該切羽の
安定制御に係るものである。

従来、この種シールド掘進機には切羽保護のための土庄
検出器が取付けられている。例えばセンターシャフトタ
イプでは第１図（イ）のように、カッタａに土圧検出器
すが取付けられているが、カッタ面板と接触している面
の土圧のみを測定しているにすぎないため、その上圧に
よシ切羽が安定か不安定かの判断はできない。また、第
１図（ロ）のようにバルクヘッドＣに取付けられたもの
もあるが、これもカッタチャンバｄ内の土圧を測定して
いるのみであシ、直接切羽の安定、不安定を検出するこ
とができない。

従って、切羽の安定制御は前記土庄検出器すでは行なえ
ないので、従来方法では、同じような土質でも粒度構成
の土質の違いもあるので掘削予定地点のポーリングデー
タよシの資料を基に切羽の安定制御方法を初期に設定−
するだけに任せ、以後全く変更しないものであった。し
かしながらこの方法社必ずしも最適とはいえない。なぜ
なら、ボーりングデータは５０〜１００ｍ毎に地上から
地質調査したデータであるため、掘削地点の真のデータ
となシ得ず、不確定要素が多くなシ、いきおい不正確な
ものとなっていたからである。

この発明は上記欠点を解消すべくなされたものであシ、
その着眼点の第１は従来の土圧検出器に代えて切羽に進
退自在な貫入ジヤツキを取付け、これで地山貫入抵抗計
測を行なわしめ、地上よシのポーリングデータよシは格
段に精度が高い貫入抵抗曲線を得るようにしたことであ
る。

そして、第２の着眼点は切羽が圧縮されているときと、
切羽が不安定なときとは地山貫入抵抗計測装置の貫入曲
線がそれぞれ特有の形状を描き、また、切羽が安定して
いるときは両曲線の中間に現われることを見出し、さら
にこの切羽安定の貫入曲線がスキンプレートから安定地
山に貫入したときの貫入曲線と一致することをつきとめ
たことにある。

しかして、これら両着眼点より、この発明はスキンプレ
ートから地山へ貫入したとき得られる基準曲線を基に、
バルクヘッド又はカッタよシ切羽前面に貫入したとき得
られる曲線とを比較し、その差異によシ泥水濃度、泥水
圧力、カッタスリット開度、スクリューコンベヤ回転数
、掘進速度等を変化させ、基準曲線に他の曲線を近づけ
るように切羽の安定制御を行なう方法を提供するもので
ある。

以下、この発明を添付の図面に基づいて詳細に説明する
。

第２図ないし第６図はこの発明に係るセンターシャフト
駆動方式のシールド掘進機の要部図である。＄２図にお
いて１はカッタ、２はスキンプレート、３はバルクヘッ
ド、４はカッタ１の駆動軸、５はカッタ１の駆動装置、
６は掘進ジヤツキである。１は駆動軸内に内蔵され切羽
前面の地山２に対して進退自由に取付けられた貫入ジヤ
ツキ、８はバルクヘッド３又はカッタ１の近傍に位置す
るシールドフレームスキンプレート２に取付けられ、ス
キンプレート２に面する地山２に対して進退自在に装着
された貫入ジヤツキであシ、前記貫入ジヤツキ７と同様
に地山貫入抵抗計測装置となる。

なお、１６はカッタチャンバである。

第３図は第２図のＡ矢視のカッタ１を示し、１４はカッ
タ１の直径上に開口したスリット、１５は該スリット１
４の開閉装置でおシスリ゛シトからカッタチャンバ１６
内に流入する土砂等の流入量を調節する。

第４図において９はカッタチャンバ１６内へ泥水（又は
粘性土）を送シ込む送泥管、１０は同じくカッタチャン
バ１６内から泥水を排出する排泥管で４．９．１７はカ
ッタチャンバ１６内の泥水圧力を検出する圧力検出器で
ある。第５図および第６図はバルクヘッド３に取付けた
排土装置の説明図であわ、１１はスクリューコンベヤ、
１２はスクリューコンベヤ駆動装置、１３はスクリュー
コンベヤ１１の排出口に設けたロータリフィーダである
。

この発明の構成は斜上の通υでアシ、以下にその作用を
説明する。第２図図示の貫入ジヤツキ８をスキンプレー
ト２よシ地山に貫入すると、貫入結果は貫入ジヤツキ８
の先端に取付けたセンサから電気信号として取シ出され
、その電気信号は記録装置（図示せず）に記録される。

この電気信号を基にしたストロークに対する貫入力特性
は第７図図示のごとく最初急勾配で立上り、やがて一定
値に落ちつく実線Ｓのような曲線形状となる。

一方、カッタ１に取付けた貫入ジヤツキ７を切羽前面の
地山２に貫入させると、貫入結果は貫入ジヤツキ７の先
端に取付けたセンサから電気信号として取シ出され、そ
の電気信号は前記の記録装置に同様に記録される。との
とき、貫入ジヤツキ７と８との貫入速度は、速度調整装
置（図示せず）によシ同−貫入速度に調整されるように
なっている。・これは双方のデータを同一条件下で得る
ようにするためである。

次いで、貫入ジヤツキ７．８で出力された電気信号は記
録装置によシその差異を比較される。この比較に詔いて
、双方の電気信号に差異がなければ切羽は安定している
といえる。これは安定地山に貫入された貫入ジヤツキ８
の信号と被掘削地山に貫入された貫入ジヤツキＴの信号
とが一致していることを意味しているからである。逆に
貫入ジヤツキ７．８の電気信号に差異があれば切羽は不
安定となる。この不安定すなわち双方の電気信号の差異
を解消するためには、次の６つの対応策が考えられる。

すなわち、 （１）液体輸送にて掘削土を排土する排土装置を有する
装置にあ？ては、カッタチャンバ１６内の泥水濃度を変
化させる。又はカッタチャンバ１６内の圧力を変化させ
る。この変化は第４図図示の送泥管９及び排泥管１０に
よる送排泥量の調整によシ可能である。

（ｉｉ）　　固体状態にて掘削土を排土する排土装置を
有する装置にあっては、カッタチャンバ１６内の土砂を
第５図図示のスクリューコンベア１１の駆動装置１２に
よる回転調整で可変して排土する。又スクリューコンベ
ア１１の排土口に取付けたロータリフィーダ１３を可変
して排土する。

（ｉｉｉｌ　　カッタチャンバ１６内が液体状あるいは
固体状のいずれにあっても第３図図示の掘削土を取シ込
むスリット１４の開口量を開閉装置１５にて調整する。

４ψ　第２図図示の推進ジヤツキ６の速度を調整し、シ
ールドの掘進速度を変化させる。

Ｍ　カッタ１０回転速度を変化させる。

以上の対応策の一つ又は二以上の組合せにて切羽前面の
貫入ジヤツキ７の曲線形状をスキンプレート２の貫入ジ
ヤツキ８の曲線形状に近づけることが可能で、これにょ
シ切羽は安定が維持される〇ここで具体的に切羽を安定
制御する方法について述べる。実機テストで発明者が種
々の実験を行なった結果、切羽が最も安定しているとき
は貫入ジヤツキ７よシ得られる曲線は第７図のａの曲線
、すなわちスキンプレート２から地山に貫入した際の貫
入曲線となる。一方、切羽が圧縮されているときは曲線
ａよシも急峻に立ち上がった後に一旦落ち込み、その後
曲線ａの一定値よシも幾分高い値で落ちつくｂで示した
曲線となる。他方、切羽が不安定なときには曲線ａよシ
も緩やかに立ち上がった後に曲線ａの一定値よシも幾分
低い値で落ちつくｃで示した曲線となることが確認され
た。

この結果、から、スキンプレート２側の貫入ジヤツキ８
によシ安定地山の状態を記録し、切羽前面側の貫入ジヤ
ツキ７で切羽の状態を検知し、両者の差異を解消すべく
貫入ジヤツキ７の曲線を貫入ジヤツキ８の曲線に近づけ
れば切羽が安定することが判明し九〇 従って、先ず貫入ジヤツキ７から得られた曲線が第７図
図示の曲線すのような曲線になったとすれ７ば、切羽部
の土砂は圧縮されているので、固体゛状態の掘削土にあ
っては、前記（ｉｏの対応策で土砂を排土する。すなわ
ち、スクリューコンベヤ駆動装置１′２あるいはロータ
リフィーダ１３の回転速度を上げ、カッタチャンバ１６
内の掘削土を排土し、さらにはスリット１４の開度を増
大させスリット１４からの取シ込み量を増大させる。又
液体状態で掘削土を排土する装置にあっては、（ｉ）の
対応策でカッタチャンバ１６内の泥水濃度を下げ、かつ
スリット１−４の開度を増大させスリット１４からの取
シ込み量を増大させ、さらには推進ジヤツキ６の速度を
上げて地山切削切込み量を増しスリット１４からの土砂
取込み量を増大させる等によりｂの曲線を曲線ａに近づ
けることが可能となる。

次に、貫入ジヤツキ７から得られた曲線がＣのような曲
線になったとすれば、切羽部の土砂は非安定状態となっ
ているので、固体状態の掘削土にあっては、前述の場合
とは逆にスクリューコンベヤ駆動装置１２あるいはロー
タリーフィーダ１３の回転速度を落してカッタチャンバ
１６内の掘削土を排土し、さらにはスリット１４の開度
を絞シ、スリット１４からの取シ込み量を減少させる。

又液体状態で掘削土を排土する装置にあっては、（ｉ）
の対応策でカッタチャンバ１６内の泥水濃度を上げ、か
つスリット１４の開度を絞り、スリット１４からの取り
込み量を減少させ、さらにはカッタチャンバ１６内の泥
水圧を上げる。一方、カッタチャンバ１６内の掘削土の
固体、液体状に拘らず、カッタ１の回転速度を落とし、
かつ推進ジヤツキ６の速度を緩め地山切削切込み量を減
少させ、スリット１４からの土砂域シ込み量を減少させ
る等によ、９ｃの曲線を曲線ａに近づけることができる
。

以上のような種々の方法の一つあるいは二以上の組合せ
でａの曲線を基準とした切羽の安定制御ができるのであ
る。なお、ここで一つあるいは二以上の組合せとなって
いるのは、地山の土質が礫あるいは砂又、はシルト、さ
らには粘土というように種々の土質によってその対応の
仕方が異なるからである。従って、例えば地山土質が砂
の場合であって、固体状態の掘削土ではスクリューコン
ベヤ駆動装置１２あるいはロータリフィーダ１３０回転
連層のみを可変することによって対応できるし、液体状
態の掘削土ではスリット１４の開度のみでも対応でき、
又カッタチャンバ１６内の泥水濃度を可変するかあるい
はカッタチャンバ１６内の圧力を可変するのみで対応で
きることもある。

従って、地山土質に応じて最適なる対応方法を見い出す
ことが必要である。また、同じような土質でも粒度構成
の土質の違いがあるので、従来の地上よシのポーリング
データでは不可能であった精度の高い切羽の安定制″御
が行なえることになる。

これは貫入抵抗基準曲線が掘削地点の真のデータになシ
うるからである。

第８図は貫入ジヤツキ７を周辺支持タイプのカッタ中心
部に坂付けた図を示したもので、第２図と全く同じ作用
を奏し得る。また第９図および第１０図はセンターシャ
フト駆動方式と周辺支持タイプを示すが、共にカッタ面
板の中心ではなく。

中心から偏心させた部分に貫入ジヤツキγを取付けたも
のであシ、第２図あるいは第８図のものに比較して切削
中は切羽の挙動を検出できないという欠点があるが、停
止中は全く同じ作用を奏し得る。

なお、上述の実施例ではスキンプレート２に貫入ジヤツ
キ８を取付け、自然地山の貫入曲線を得、これを貫入曲
線の基準としたが、実根試験において種々実験した結果
から判断すれば、必ずしも貫入ジヤツキ８を必要とせず
、単に貫入ジヤツキ７のみをバルクヘッド３又はカッタ
１から貫入させ、この貫入によシ得られた第７図図示の
ような曲線ａ、ｂ及びｃＩ／ｃよシ切羽の安定制御がで
きることも判明した。従って貫入ジヤツキ８を装備しな
くて、単に一つの貫入ジヤツキ７のみでも十分切羽の安
定制御が可能である。

また、実施例では貫入ジヤツキ７あるいは８はそれぞれ
一本を想定したが、複数本装備することも可能でアシ、
その場合には貫入曲線の平均化した同志を比較するのが
実際的であシ、精度を高めることになる。

以上述べたようにこの発明は、掘削装置面に設けた地山
貫入抵抗計測装置よシ得られる貫入抵抗曲線を記録する
ので、切羽の状態を直接検出でき、しかもこの貫入抵抗
曲線を所望の貫入抵抗基準曲線と比較し、と・の両曲線
形袂の差異から泥水圧力、泥水濃度、カッタスリット開
度、カッタ回転速度、シールド掘進速度、土砂排出装置
の排出速度等の一つあるいは二つ以上の要素を変化させ
、前記貫入抵抗曲線を貫入抵抗基準曲線の曲線形状に近
づけるようにしたので、切羽の安定、不安定が直ちに判
断できると共に、切羽の安定化を図ることができるので
、切羽が圧縮された状態あるいは不安定な状態で掘削し
た場合と比較して格段と精度のよい掘削が行なえ、地盤
沈下を少なくすることができる。

また、切羽前百から地山貫入抵抗計測装置よシの貫入抵
抗曲線を得るようにしであるので、掘削中、停止中に拘
わらず切羽の挙動を検出できることとな）施工管理が容
易である。しかも、直接検出である九め、間接的な管理
（例えば乾砂量管理、土量重量管理、土量管理、偏差流
量管理）の場合に多くの切羽安定判断の計器類を必要と
していたのが、大幅に省略することができる。この省略
に伴なってコストダウン並びに間接管理に要するデータ
処理人員及び装置を減少できるので省力化が可能となシ
、さらに間接管理の場合必然的に伴う時間遅れの問題及
び誤差の問題等が解消され、従来率なる安定制御の目安
にしか過ぎなかったものが真の切羽安定制御となシ得る
という種々の著大な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図＠、＠はセンターシャフト駆動方式における従来
の説明図、第２図ないし第１０図はこの発明に係る説明
図であシ、第２図は地山貫入抵抗計測装置となる貫入ジ
ヤツキをセンターシャフト駆動方式の軸内に取付けた図
、第３図は第２図のＡ矢視図、第４図は同じくセンター
シャフト駆動方式において流体輸送によシ掘削排土する
説明図、第５図はスクリューコンベヤによる排土装置図
、第６図は第５図にロータリフィーダを付加した図、第
７図は基準曲線と代表的貫入曲線との比較特性図、第８
図は貫入ジヤツキを周辺支持タイプのカッタ中心部に取
付けた図、第９図は貫入ジヤツキをセンターシャフト駆
動方式のカッタ面板に取付けた図、第１０図は同じく貫
入ジヤツキを周辺支持タイプのカッタ面板外周部に取付
けた図である。 １・・・カッタ、２・・・スキンプレート、３・・・バ
ルクヘッド、４・・・カッタ駆動軸、５・・・カッタ駆
動装置、６・・・推進ジヤツキ、７，８・・・貫入ジヤ
ツキ（地山貫入抵抗計測装置）、９・・・送泥管、１０
・・・排泥管、１１・・・スクリューコンベヤ、１２・
・・ｘ９す：ｘ、−：１ンベヤ駆動装置、１３・・・ロ
ータリフィーダ、１４・・・スリット、１５・・・スリ
ット開閉装置、１６・・・カッタチャンバ、１７・・・
圧力検出器、２・・・地山、ａ・・・貫入抵抗基準曲線
。 特許　出願人　石川島播磨重工業株式会社（ほか１名） 代理人弁理士　絹　谷　信　雄 第１卜 第２図 第１頁の続き ■出　願　人　戸田建設株式会社 東京都中央区京橋１丁目７番１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 掘削装置面に設けた地山貫入抵抗計測装置より得られる
   貫入抵抗曲線と所望の貫入抵抗基準曲線とを比較し、こ
   の両曲線形状の差異から泥水圧力、泥水一度、カッタス
   リット開度、カッタ回ｉ速度、シールド掘進速度、土砂
   排出装置の排出速度等の一つあるいは二つ以上の要素を
   変化させ、前記貫入抵抗曲線を貫入抵抗基準曲線の曲線
   形状に近づけることによシ切羽を安定制御することを特
   徴とするシールド掘進機の切羽安定制御方法。