JPS60148998A - 穴坑内における穴坑削機と地肌間の距離検出装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、シールド血ＡＭ機、リバースサーキュレーシ
ョンドリル等の入坑掘θり機により入坑を掘削する場合
、当該入坑掘削機と他山の地肌との間にできる空隙距離
を検出する検出装置に関する。

〔発明の背景〕

縦穴、横穴、斜孔等を掘削する場合、掘削機と掘＝＋後
の地肌との間には空隙が生じ、これを放置しておくと他
山の崩壊を生じ危険である。このような状態を、シール
ド掘進機により横穴を掘ｆｉｌｌ　している場合につい
て図により説明する。

第１図は入坑内のシールド掘進機の構成概略図である。

図で、ｌはシールド掘進機の外殻を構成するシールドス
キンプレート、２はシールドスキングレート１の先端に
位諏するカッタホイール、３はシールドスキングレート
１内を仕切るバルクヘッド、４はカッタホイール２とバ
ルクヘッド３の間に形ノ或される泥水室、５は泥水室４
内の泥水をシールド掘進機外部にｖト出するための泥水
搬送装置、６はシールド掘進機の掘進後にトンネルを構
成するセグメント、７はコンクリートポンプである。

シールド掘Ｍ４には゛カッタホイール２を回転させて切
羽地山Ａ、を掘ｎ１１シ、掘削した土砂（湧水により濃
度の大きい泥水状となっている。）を泥水室４に取込み
、この泥水を泥水搬送装置５により外部に排出しながら
前進してゆく。このようなシールド掘進機の掘削後、シ
ールド掘進機の径方向の地山Ａ２の掘削面はシールドス
キンプレー）１の表面とほとんど一致している筈である
。しかしｉｃから、実際は当該地山Ａ！の掘削部分には
小、規模の崩壊（これを肌落ちという。）が発生するの
が通常であり、このため、シールド掘進機と他山Ａ。

のシールド掘進機側の露出面（この面を地肌という。）
との間には空隙が生じる。第１図で、符号８が上記地肌
を示す。そして、シールドスキンプレート１の表面と地
肌８との間の空隙には湧水によって、泥水９が充満した
状態となっでいる。今、仮に、掘削作業中に切羽地山Ａ
１に破線で示すような規模の大きな崩壊（これを単に崩
壊という。）が生じたとすると、掘進後の空隙は極めて
大きなものとなる。

ところで、肌落ちや崩壊による空隙をそのまま放置して
おくと、他山Ａ、が崩壊して地表面に陥没を生じ極めて
危険である。このため、シールド掘進機の掘削後、コン
クリートポンプ７にエリ上記空隙にモルタル等の汲込め
材１０を注入し、空隙を埋める幽込め注入作業が行なわ
れる。従来、この扱込め注入は作業員のＩ叱覚で行なわ
れることが多かった。したがって、裏込め材１０を必袂
址以上に注入したり、躾込め材１０の注入が不足する状
態を生じ、前者の場合には余分の表込め材１０がカッタ
ホイール２、泥水室４、泥水搬送装置ｌｌ！：５を経由
毛て外部に排出されて臭太な社の後込め材の損失を生じ
、又、後者の場合には空隙を完全に充填でさす崩融肋止
の目的を達成できないという欠点がめった。

このような欠点を除くため、従来からいくつかの手段が
採用されてさた。その第１の手段は、掘８り上被（：＋
：のシールド掘進機の掘進距離から計算できる。）とわ
ト出された上鈑との差をチェックし、この差の値からｙ
ｂの体積を判断し、これに応じて畏込め注入を行なうも
のでめる。しかし、この手段では、どの部分にどのよう
な崩壊が生じているか全く不明であり、正確な鎌込め注
入を行なうことはできず、さらに、カソタホイーＡ／２
の前方のみに生じた崩御（このような崩壊は空隙の大き
さには関与しない。）も排出された土量として１其する
ので、宗分フｚ４ｉｋ込め注入を行なってしまうことに
１疋る。又、第２の′−＋一段とじてを工、排出された
泥水の両度’ｔ−６１１１定し、両度が大きい場合には
崩壊か生じでいると判断する手段か採用されているが、
この手段はさきの第ｌの手段と同じ埋出で同じ欠Ａ紫竹
するばかりでな（、地山の土質が鋭化した一合の判断か
回帰であり、かつ、肌落ち程度でははとんど負度が策化
しないので、裏込め材の注入籠のＩＰ、鼠は困難である
。さらに、第３の十げＪもまひ鋼４の手段として、直接
便隙距離を測定する手段か採用されている。これらの＋
段紫す２図および弔３図により説明する。

第２図は仲Ｓ４−に用いた第３の手段による測定方法′
？Ｌ己明する蛇喘図でりる。図で、１１はシールドスキ
ンプレートｌｖ外ｈｉに自由に出し入れできる悴俸であ
る。１′μ朶貝は帰休１１にソールトスキングレー）１
の外力に回けて押し出し、棒体１１の先端全地肌８に当
嵌さセ、そのとさの怖体１１のストロ−りをみることに
より空隙距離を直接測定することができ、こわにより崩
壊の位置やその程度を知ることができる。しかし、この
よ゛うな手段では、地肌８が柔かい場合には地・肌８へ
の当接を正確に検知することはできす、又、地肌８に肌
落ちを発生させるおそれがあり、正確な測定はできない
。

加えて、棒体１１を突出させたままだと棒体１１に破損
ＪＰ岸耗を生じるので測定は間欠的にならざるを得す、
この場合、測定個所と次の測定個所との間にたとえ崩壊
が発生する事態が生じていても測定はできす、一層不正
確になる欠点がある。

第３図は超音波を用いた第４の手段による測定方法を説
明する概略図である。図で、１２はシールドスキンプレ
ート１の内側に設けられた管路である。１３は管路１２
に接続されたポンプであり、清水を泥水９中に噴出せし
める。１４は清水の噴出によって泥水９中に形成される
ジェント水流を示す。

１５は管路１２に設けられて超音波を放射するとともに
その反射波（エコー）を受Ｕする超音波探触子である。

一般に、超旨波を用いて距離を測定する方法は良く知ら
れている。しがしながら、このような泪１ｊ別は媒質中
にお＆−する不純り勿の混在が少／ｆい場合にを工じめ
てｃｉＪ舵であり、泥水９のように泥土粒子が極めて長
毎に混在している場合には、放射された超音波は泥土粒
子に散乱され、地肌８によるエコー信号を得ることはで
きない。

ところで、第３図に示す手段は超音波を用いる測定にお
いて生じる上記問題点を解決するものである。即ち、ポ
ンプ１３がら送られる清水はジェット水流１４となり、
これによりＺ尼水９中にシールドスキングレートｌがら
地肌８に達１−る清水通路を形成するものである。した
かって、超音波探触子１５から放射された超ｔｔｉ＆お
よび地肌８がらのエコーは散乱を受けず、超瞳波にょる
測定をＯＪ能とする。しがし、このよりな＋段は、ジェ
ット水Ｍｔ　１４をルｈ’ｘ、するための１川１１が困
しであり、がっ、表置が大型になるとともに、ジェット
水＋７ｎ、　１４によって地肌８が掘削されて正確な測
定は１婦である。又、このような掘削により肌落ちが生
じるおそれもある。さらに、清水によって泥水線度を希
釈するので地山Ａ、、Ａ、が崩壊するおそれが生じ、こ
れを避けるには測定を間欠的に行なわざるを得す、この
場合にはさきの第３の手段と同じ欠点を生じる。

〔発明の目的〕

本発明は、このような少情に嬬みてなされたものであり
、その目的は、入坑掘削機と地肌との間の距離を、地肌
に何等の影ｗをも与えることなく正確かつ連続して６１
す定することができ、ひいては、嬢実に地山の崩融を防
止することができるとともに鉄込め材の損失をも防止す
ることかでさる入坑内における入坑掘削機と地肌間の検
出装置を提供するにある。

〔発明の戯袂〕

この目的を達成するため、本発明は、超音波探触子を支
持した支持体？ｌｌ−大坑畑入坑掘削機の泥水中に、移
動手段により出し入れ目在にし、前記超音波探触子から
の超音波のエコーを受信し、このエコー１５号に基づい
て超ち一波探触子と地肌との距離を釆め、一方、検出装
置により支持体の＃動距離を検出し、これら２つの距離
全加昇して穴ｆＡ　＋ｋＢＦｉｌ１機と地肌との距離を
得るようにしたことを％徴とする。

〔発明の実施例〕

以下１本発明を図示の実施的に基づいて説明する。

第４図は本発明の実施例に係る距離検出装置の糸机図で
める。凶で、第１図にボすｈｔ分と同一部分には同−符
号が付しである。１７はシールドスキンプレー）１の適
宜個盾に設けられた開孔、１８は開孔１７に嵌看固定さ
れたロッドガイド、１９はシールである。加はロッドガ
イド１８に摺動自在に仲人された伸縮ロッド、２１は伸
縮ロッドの先端に支持された超音波探触子である。伸線
ロッド加は超音波探触子２１の先端面とシールドスキン
プレートｌの表面とが同一面となる位置を基準位置とす
る。

２２は伸縮ロッド茄を地肌８の方向に向かって泥水９中
に出し入れするジヤツキ、乙はシールドスキンプレート
１に取付けられてジヤツキｎを支持するジヤツキ支持ブ
ラケットである。２２ｒはジヤツキ２２のジヤツキロッ
ドであり、伸縮ロッド加とビン別で連結されている。５
はジヤツキ２２に油圧を供給する油圧諒、届はジヤツキ
２２の油を排出するタンク、２７はジヤツキｎへの圧油
の供給、排除を制御する電磁切換弁、脂はジヤツキｎへ
の流量検出器、２９は６１ｅ　ｆｉｔ：検出器で検出さ
れた流量に基づいてジヤツキ四のストロークを＆ボする
ジヤツキストローク表示装置である。加は超音波探触子
２１に対して信号を出力して超音波を放射せしめるとと
もに、超音波探触子２１から出力されるエコー信号を受
信する超廿波送欠信器である。３１はエコーイｗ号に応
じてエコー信号波杉を衣ボ１−る陰極勝管でろる。なお
、ｍ４図に示される装置ｉ−は必女に応じてシールドス
キンプレートの周方向に＋ＪＬ数個設けられる。

次に□、不実施例の励作全第５図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ
）に示す波形図を＊ｍしなから説明する。まず、伸縮ロ
ッド加を基準位置に引込め、超音波探触子２Ｉから地肌
８に向けて超音波を放射する。この位置で、超音波探触
子２Ｊと地肌８との距離１ｘｃこの距離が測定されるべ
き距離である。）が大きいと、超音波探触子２１からの
超音波は泥水の中の泥土粒子により散乱されて地肌８か
らのエコー信号は得られない。この場合、陰極線管３１
には第５図（ａ）に示す波形が表示される。ここで、第
５図（ａ）、（ｂ）、（Ｃ）の横軸には超音波探触子２
１からの距離が、縦軸にはエコー信号の大きさくエコー
高さ）がとっである。陰極線管３１には泥水９中の泥土
粒子の散乱ノイズへのみが表示され、この散乱ノイズＮ
も超音波探触子２１からの距離が遠くなるほど小さくな
る。

陰極線管３１の表示が第５図（ａ）に示すように散乱ノ
イズＮのみの場合、作業員は電磁切換弁２７に信号を与
えてこれを駆動し、ジヤツキロッド２２　ｒを伸長させ
て伸縮ロンド加を泥水９中に突出させてゆく。これとと
もに、超音波探触子２１も地肌８に接近してゆく。地肌
８が軟質である場合、超音波探触子２１が地肌８にある
位ｉｔ（第４図に点線で示す位置）まで接近すると陰極
線管３１に表示される散乱ノイズ成形Ｎはその遠隔部分
が明瞭に消滅する。このときの超音波探触子２１と地肌
８との間の距離ｌ、は陰極線’ｌｆ３］に表示されてい
る第５図（ｂ）の散乱ノイズＮの消滅部の距離に相当す
る。

即ち、超音波探触子２１と地肌８との間の距離は陰極線
管３１に表示される散乱ノイズＮの波形により得ること
ができる。一方、このときの伸縮ロッド肋の基準位置か
らの移動距離ｌ、はジヤツキｎのストロークと等しく、
その値はジヤツキストローク表示装置ｔ２９の表示によ
り得ることができる。そして、測定されるべき距離ｌ工
は、Ａｘ　＝ｌｌ　＋　Ｉｔであるから、陰極線管３１
により読みとった距離とジヤツキストローク表示装［２
９に表示された距離を加算すれば、シールドスキンプレ
ートｌの表面と地肌８との間の距離を得ることができる
。なお、地肌８が硬質である場合、陰惚線管３１に表示
される波形は第５図（Ｃ）に示すように、消滅部分と１
なって地肌８のエコー信号のピーク波形Ｐが表われるが
、距離の測定は上述の方法と全く同様にして行なわれる
。

超音波探触子２１はシールド掘進機の掘進作業中常時超
音波を放射し、作業員は陰極線′＃３１を観察しながら
伸縮ロッド２０の先端が地肌８に接近し過ぎないように
鯛節してやれば、シールドスキンプレー）１と地肌８と
の間の距離を連続して正確にめることができ、したがっ
て崩堝個所の位置も明確に知ることができ、適切な碌込
め注入作莱が可能になる。

このように、本実施例では、伸縮ロッドに超音波探触子
を支持し、伸縮ロッドをジャ・ツキによって泥水中に出
し入れし、一方、超音波探触子が受信したエコー１１号
を陰極線管で観察して散乱ノイズの消滅した部分の距離
を巾ｔみとり、この距離とそのときの伸縮ロッドの移動
距離とを加算して、シールド掘進機のシールドスキンプ
レートと地山の地肌との距１１．１　’をめるようにし
たので、地肌に無接触に、かつ、連続して当該距離を測
定することができ、このため、得られた値も正確である
。

そして、この結果、適切な矢込め注入を行なうことがで
き、地山の崩壊を防止し、かつ、表込め祠の損失をなく
すことができる。又、余斑りが行なわれた場合、余掘り
部分の肌落ちや崩壊を検出することができるばかりでな
く、正確な余掘りが行なわれているか否かをチェックす
ることもできる。

なお、上記実施例ではシールド掘進機を例示して説明し
たが、その他の入坑ｍ　ｐ＋を機に対しても適用できる
のは当然である。又、入坑掘ハ１１機の直径方向の地肌
のみならず、掘進方向の地肌との距離を検出することも
可能である。さらに、加算器を用い″て陰極線管から得
られる距離とジヤツキストローク表示装置から得られる
距離を直ちに加算することもできる。さらに又、伸縮ロ
ッドの移動はジヤツキに限ることはな（、′眠気モータ
、油圧モータ等を利用することもでき、これに応じて移
動距離の検出および表示も適当な装置を使用することが
できる。又、超音波探触子と地肌との距離をある一定の
値に設定し、この値を保？！するように伸縮ロンドの移
！ｖｌを制御し、この移動距離に応じた信号を用いて入
坑掘削機と地肌間の距離を得るようにすれば、人手は全
く不安となる。又、伸縮ロッドの最大移動値においても
距離の検出か不可能な場合には、崩壊費報信号を出力す
るように構成することもできる。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明では１．超音波探触子を支持
した支持体を、移動手段により入坑掘削機外の泥水中に
出し入れ移動させ、この移動距離と超音波探触子からの
エコー信号に基づいてめられる超音波探触子と地肌との
間の距離とを加算することにより入坑掘削機と地肌との
間の距離を検出するようＫしたので、地肌に接触せず、
かつ、連続して当該距離を正確に測定することができ、
ひいては確実に地山の崩壊を防止し、かり、嶽込め材の
損失をなくすことができる。又、余掘りの管理全も行な
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は入坑内のシ′−ルド掘進機の構成概略図、第２
図および第３図は従来の距離測定法を説明する概略図、
第４図は本発明の実施例に係る距隔検出装置の系統図、
第５図（’ａ　）、（ｂ）、　（ｃ）は超音波エコー信
号の波形図である。 ｌ・・・・・・シールドスキンプレート、８・・・・・
・地肌、９・・・・・・泥水、加・・・・・・伸縮ロッ
ド、２１・・・・・・超音波探触子、ｎ・・・・・・ジ
ヤツキ、５・・・・・・油圧ポンプ、ｎ・・・・・・電
磁切挨弁、あ・・・・・・流量検出器、２９・・・・リ
ジャッキストローク表示装置、３１・・・・・・陰極線
管、Ａ、・・・・・・地山。 第１図 第２図　第３図 第４図 第５図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 入坑掘削機に支持されかつ入坑掘削機外の泥水中に出し
   入れ自在に設けられた支持体と、この支持体を移動させ
   る移動手段と、前記支持体に支持された超音波探触子と
   、′この超音波探触子のエコー信号に基づいて当該超音
   波探触子と地肌間の距離をめる手段と、前記支持体の移
   動距離全検出する検出装置とを備えたことを特徴とする
   入坑内における入坑掘削機と地肌間の距離検出装置。