JPS6046239B2 - シ−ルド掘進機の切羽崩壊検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、シールド掘進機によつて掘削した掘削孔の切
羽の崩壊を検知するための装置に関する。

本発明の典型的な先行技術は、例えば泥水式シールド掘
進機において、送泥および排泥の流量および密度を測定
・演算することによつて実際の掘削量を検知し、この実
際の掘削量と理論的な掘削量推定値とを比較して切羽崩
壊を間接的に知るものである。

この先行技術では、切羽の崩壊形状を知ることができず
、また泥水の輸送用管路が長いときには切羽崩壊検知の
時間的遅れが大きいという問題がある。他の先行技術は
、切羽に向けて検知部材を付勢しておき、切羽崩壊が生
じたときに検知部材が切羽側に突出することで検知でき
るようにしたものである。

この先行技術では、切羽の崩壊量を正確に把握すること
が困難であり、また検知部材が切羽の崩壊を促進するお
それがあり、さらに検知部材の破損を防ぐためにカッタ
フェイスの回転を停−止して掘削を中断しなければ切羽
の崩壊を検知することができないという問題がある。し
たがつて本発明の主な目的は、切羽崩壊の状態を時間的
遅れを生じることなく連続的に検知することができるシ
ールド掘進機の切羽崩壊検知装置を提供することである
。

本発明は、筒状シールド本体１の掘進方向に沿う前部に
シールド本体１の軸線６のまわりに回転するカッタフェ
イス２が設けられているシールド掘進機の切羽崩壊検知
装置において、カッタフェイス２の内側て軸線６から半
径方向の距離が相異なる位置に複数の超音波送受波器７
〜１２がカッタフェイス２の一半径線上に配列されて装
着さＢれ、各超音波送受波器７〜１２は、超音波ビーム
を切羽３に向けて前記軸線６と平行に送波する送波器と
、その送波器から送波された超音波が切羽３に当つて反
射してきた反射波を受波する受波器とから成り、カッタ
フェイス２の内側で外周部分．には回転スリップリング
１６が固着され、シールド本体１の内周面には回転スリ
ップリング１６に電気的に接続される固定スリップリン
グ１７が固着され、カッタフェイス２の内側には回転ス
リップリング１６から第１伝送線１４を介して送られ゛
てくる切換タイミングパルスに応答して超音波送受波器
７〜１２のうちの１つを順次的に選枦し、その選択した
超音波送受波器７〜１２からの信号を第２伝送線１５を
介して回転スリップリング１６に与える選択器１３が装
着され、カッタフェイス２の回転角度を検出する回転角
度検出器２０が設けられ、回転角度検出器２０からの回
転角度検出出力は、タイミングパルス発生器２２に与え
られ、このタイミングパルス発生器２２は、第３伝送線
１８から固定スリップリング１７を介して、さらに回転
スリップリング１６から第１伝送線１４に、切換タイミ
ングパルスを与え、演算装置２３は、第２伝送線１５か
ら回転スリップリング１６を介して、さらに固定スリッ
プリング１７から第４伝送線１９を介する信号を受信し
選択器１３によつて選択されている超音波送受波器７〜
１２からのカッタフェイス２と切羽３との間の距離を表
わす信号を受信して算出して距離算出信号を表示装置３
０に与え、表示装置３０は、前記距離算出信号を受けて
前記距離が予め定めた各範囲のいずれかの範囲にあるか
を判断し、その範囲に個別的に対応した色相を表わす色
相表示信号を導出する信号変換装置３２と、タイミング
パルス発生器２２からのタイミングパルスに応答し、（
ａ）超音波送受波器７〜１２のうち、選択器１３によつ
て選択されているものが位置している軸線６から半径方
向に沿う距離を表わす距離信号と（ｂ）カッタフェイス
２の回転に従つて超音波送受波器７〜１２が位置してい
る軸線６のまわりの周方向角度位置とを表わす周方向角
度位置信号とを出力する掃引装置３１と、色相表示信号
をカッタフェイス２の１回転毎に更新して記憶する記憶
装置３３と、切羽３の全面の状態を色相で表示する表示
手段３５と、掃引装置３１からの前記距離信号と前記周
方向角度位置信号とを受信し、かつ記憶装置３３に記憶
されている色相表示信号を受信して切羽３全面の状態が
前記距離に対応した色相３６〜３９で表示手段３５によ
つて常時表示させる駆動装置３４とを含む、そのような
表示装置３０が備えられることを特徴とするシールド掘
進機の切羽崩壊検知装置である。

第１図は本発明の一実施例を装備したシールド掘進機の
縦断面を示し、第２図は第１図の■−■線から見た正面
を示す。

このシールド掘進機の筒状シールド本体１の掘進方向に
沿う前部には、カッタフェイス２が装着される。カッタ
フェイス２は、切羽３を掘削するためのカッタ４を有し
、シールド本体１、したがつて掘削孔５の軸線６のまわ
りにたとえば１〜２ｒｐｍの速度で回転駆動される。カ
ッタフェイス２の内側（すなわちシールド本体１側、第
１図の右方）には、前記軸線６からの半径方向の距離が
相異なる位置に、例えば６個の超音波送受波器７〜１２
が装着される。

これらの超音波送受波器７〜１２はカッタフェイス２の
一半径線上に配列される。超音波送受波器−７は、超音
波のペンシルビームを切羽３に向けて前記軸線６と平行
に送波する送波器と、その送波された超音波が切羽３に
当つて反射してきた反射波を受波する受波器とから成る
。他の超音波送受波器８〜１２も、この超音波送受波器
７と全く同様な構成を有する。カッタフェイス２の切羽
３−とは反対側、すなわち内側の部分には、選択器１３
が装着される。第３図をも参照して、選択器１３は、第
１伝送線１４を介して送られてくる切換タイミングパル
スに応答して、超音波送受波器７〜１２のうちの１つを
順次的に選択し、その選択した超音波送受波器７〜１２
からの信号を伝送線１５に接続する。伝送線１４，１５
は、カッタフェイス２の内側で外周部分に固着された回
転スリップリング１６に接続される。回転スリップリン
グ１６は、シールド本体１の内周面に固着された固定ス
リップリング１７に電気的に接続される。固定スリップ
リング１７には伝送線１８，１９が接続される。カッタ
フェイス２の回転角度を検出するために、回転角度検出
器２０が設けられる。

回転角度検出器２０は、たとえばベアリングサーボなど
の公知のものであつてよい。回転角度検出器２０からの
回転角度検出出力は、伝送線２１を介してタイミングパ
ルス発生器２２に与えられる。タイミングパルス発生器
２２は、本件切羽崩壊検知装置の同期動作を行なうタイ
ミングパルスを出力する。このタイミングパルス発生器
２２は、回転角度検出出力に応答して、カッタフェイス
２が予め定めた一定角度だけ回転する毎に、演算装置２
３を作動させる。演算装置２３は、超音波パルスを発生
する発振器２４と、時間差検出器２５と、その発生され
た超音波を伝送線１９に伝送し、伝送後に伝送線１９を
介して送られてくる反射超音波を時間差検出器２５に与
える送受切換器２６とを含む。

発振器２４からの超音波出力は、送受切換器２６から云
送線１９→固定スリップリング１７→回転スリップリン
グ１６→伝送線１５を経て選択器１３に至り、さらに、
この選択器１３によつて選択された超音波送受波器７〜
１２のうちの１つ、たとえば超音波送受波器７に導かれ
る。超音波送受波器７は、その入力された超音波を切羽
３に向けて発射し、かつ切羽によつて反射された反射超
音波を受波し、その反射超音波を伝送線１５に送出する
。反射超音波は、伝送線１５から回転スリップリング１
６→固定スリップリング１７→伝送線１９→送受切換器
２６を経て時間差検出器２５に与えらる。時間差検出器
２５は、発振器２４からの超音波の出力時刻と反射超音
波の受波時刻との時間差を検出し、その時間羞に対応し
たカッタフェイス２と切羽３との間の距離を算出して表
示装置３０”に与える。選択器１３によつて上述のよう
に超音波送受波器７が選択されて時間差が検出された後
、選択器１３は、タイミングパルス発生器２２からの切
換タイミッグパルスを、伝送線１８一固定スリップリン
グ１７→回転スリツプリシグ１６→伝送線１４を介して
受信する。そのため選択器１３は、次の超音波送受波器
８を選択する。そこで、この超音波送受波器８に関して
、演算装置２３が働き、上述と同様に超音波送受波器８
から切羽までの距離が算出される。このようにして他の
超音波送受波器９〜１２と切羽３との距離も順次的に算
出される。表示装置３０は、一画像に、カッタフェイス
２から切羽３までの距離を、色相の違い、すなわち色の
違いによつて切羽全面にわたつて同時に表示する。

表示装置３０は、掃引装置３１と、信号変換装置３２と
、記憶装置３３と、表示管駆動装置３４と、ブラウン管
などの陰極線表示管３５とを含む。掃引装置３１は、タ
イミングパルス発生器２２からの信号に応答し、（ａ）
超音波送受波器７〜１２のうち、選択器１３によつて選
択されているものが位置している軸線６から半径方向に
沿う距離を表わす距離信号と、（ｂ）カッタフェイス２
の回転に従つて超音波送受波器７〜１２が位置している
軸線６のまわりの周方向角度位置を表わす周方向角度位
置信号とを出力して、表示管駆動装置３４に与える。信
号変換装置３２は、カッタフェイス２から切羽３まての
距離を表わす時間差検出器２５からの距離算出信号を受
けて、その距離に対応した色相を表わす信号に変換する
。

しかして表示管３５の観察者が色相の違いによつて判断
する距離は個人差をまぬがれ得ず、実際の距離とは異な
ることもあろう。本発明によれば、このような観察者に
よつて異なる読取り誤差を可及的に小さくするため．に
、距離と色相とを個別的に対応させている。たとえば、
距離が加以上では赤色、２〜１．８ｍでは橙色の如く表
示することにする。この目的で、信号変換装置３２は、
時間差検出器２５からの距離算出信号をレベル弁別また
は量子化し、予め定め．た或る範囲にある距離が特定の
色相で表わされるように色相表示信号を発生する。記憶
装置３３は、色相表示信号を記憶し、カッタフェイス２
が１回転して再び切羽３の同一位置の距離に対応した色
相表示信号を再び受信してス（ドア内容を更新する。記
憶されている色相表示信号は、表示管駆動装置３４に与
えられ、それによつて表示管３５には常時、切羽３の全
面の状態が第６図の如く距離によつて異なる色相３６〜
３９で表示される。本発明は、泥水式シールド掘進機だ
けでなく、湧水ある場合などに切羽前面を閉塞すること
がてきるいわゆる密閉式、圧気式およびその他のシール
ド掘進機に関連して広く実施することができる。

以上のように本発明は、カッタフェイスとともに回転す
る複数の超音波送受波器を切羽に向けて設け、超音波送
波時刻と反射超音波受波時刻とのノ時間差を検出し、そ
の時間差に対応したカッタフェイスから切羽までの距離
を演算して画像表示するものである。

したがつて切羽の崩壊形状を、時間遅れを生じることな
く連続的に知ることができる。そのため切羽の崩壊を防
止するための対策を−適確に行なうことができるように
なる。また崩壊量を定量的に知ることができる。特に本
発明では、超音波送受波器７〜１２のうちの１つを順次
的に選択する選択器１３が、カッタフェイス２の内側に
装着されており、この選択器１３の選択動作を行なう切
換タイミングパルスを与え、かつ超音波送受波器７〜１
２のうちの選択された１つからの信号を導出するための
回転スリップリング１６がカッタフェイス２の内側で外
周部分に固着され、シールド本体１の内周面には回転ス
リップリング１６に電気的に接続される固定スリップリ
ング１７が固着されているので、回転スリップリング１
６および固定スリップリング１７はカッタフェイス２の
回転中に第１伝送線１４と、第３伝送線１８とを接続し
、また第２伝送線１５と第４伝送線１９とを接続するよ
うにいわば２回線でよく、したがつて超音波送受波器７
〜１２が多数個設けられていても回転スリップリング１
６と固定スリップリング１７との構成が簡略化され、信
頼性が向上する。

このことは特に、作業環境の悪い掘削現場において重要
である。また本発明によれば、カッタフェイス２と切羽
３との間の距離は、予め定めた複数の各範囲のいずれに
あるかが判断され、その範囲に個別的に対応した色相で
表示されるので、観察者によつて距離の読取り誤差をな
くすことが可能となる。こうして切羽全面の前記距離が
表示手段３５によつて容易に表示されることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を装備したシールド掘進機の
縦断面図、第２図は第１図の■−■線から見たシールド
掘進機の正面図、第３図は本発明の一実施例の全体の回
路図、第４図は第３図示の表示管２８によつて得られる
画像の一例を示す図である。 １・・・・・・シールド本体、２・・・・・・カッタフ
ェイス、３・・・・・・切羽、４・・・・・・カッタ、
５・・・・・・掘削孔、６・・・・・・中実軸線、７〜
１２・・・・・超音波送受波器、１３・・・選択器、１
６・・・・・・回転スリップリング、１７・・・固定ス
リップリング、２０・・・・・・回転角度検出器、２２
・・・・・・タイミングパルス発生器、２３・・・演算
装置、２４・・・・・・発振器、２５・・・・・・時間
差検出器、２６・・・・・・送受切換器、３０・・・・
・・表示装置、３４・・・・・・表示管駆動装置、３５
・・・・・・表示管、３１・・・・・・掃引装置、３２
・・・・・・信号変換装置、３３・・・・・・記憶装置
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 筒状シールド本体１の掘進方向に沿う前部にシール
   ド本体１の軸線６のまわりに回転するカッタフェイス２
   が設けられているシールド掘進機の切羽崩壊検知装置に
   おいて、カッタフェイス２の内側で軸線６からの半径方
   向の距離が相異なる位置に複数の超音波送受波器７〜１
   ２がカッタフェイス２の一半径線上に配列されて装着さ
   れ、各超音波送受波器７〜１２は、超音波ビームを切羽
   ３に向けて前記軸線６と平行に送波する送波器と、その
   送波器から送波された超音波が切羽３に当つて反射して
   きた反射波を受波する受波器とから成り、カッタフェイ
   ス２の内側で外周部分には回転スリップリング１６が固
   着され、シールド本体１の内周面には回転スリップリン
   グ１６に電気的に接続される固定スリップリング１７が
   固着され、カッタフェイス２の内側には回転スリップリ
   ング１６から第１伝送線１４を介して送られてくる切換
   タイミングパルスに応答して超音波送受波器７〜１２の
   うちの１つを順次的に選択し、その選択した超音波送受
   波器７〜１２からの信号を第２伝送線１５を介して回転
   スリップリング１６に与える選択器１３が装着され、カ
   ッタフェイス２の回転角度を検出する回転角度検出器２
   ０が設けられ、回転角度検出器２０からの回転角度検出
   出力は、タイミングパルス発生器２２に与えられ、この
   タイミングパルス発生器２２は、第３伝送線１８から固
   定スリップリング１７を介して、さらに回転スリップリ
   ング１６から第１伝送線１４に、切換タイミングパルス
   を与え、演算装置２３は、第２伝送線１５から回転スリ
   ップリング１６を介して、さらに固定スリップリング１
   ７から第４伝送線１９を介する信号を受信し、選択器１
   ３によつて選択されている超音波送受波器７〜１２から
   のカッタフェイス２と切羽３との間の距離を表わす信号
   を受信して算出して距離算出信号を表示装置３０に与え
   、表示装置３０は、 前記距離算出信号を受けて前記距離が予め定めた各範囲
   のいずれかの範囲にあるかを判断し、その範囲に個別的
   に対応した色相を表わす色相表示信号を導出する信号変
   換装置３２と、タイミングパルス発生器２２からのタイ
   ミングパルスに応答し、（ａ）超音波送受波器７〜１２
   のうち、選択器１３によつて選択されているものが位置
   している軸線６から半径方向に沿う距離を表わす距離信
   号と、（ｂ）カッタフェイス２の回転に従つて超音波送
   受波器７〜１２が位置している軸線６のまわりの周方向
   角度位置とを表わす周方向角度位置信号とを出力する掃
   引装置３１と、色相表示信号をカッタフェイス２の１回
   転毎に更新して記憶する記憶装置３３と、切羽３の全面
   の状態を色相で表示する表示手段３５と、掃引装置３１
   からの前記距離信号と前記周方向角度位置信号とを受信
   し、かつ記憶装置３３に記憶されている色相表示信号を
   受信して切羽３全面の状態が前記距離に対応した色相３
   ６〜３９で表示手段３５によつて常時表示させる駆動装
   置３４とを含む、そのような表示装置３０が備えられる
   ことを特徴とするシールド掘進機の切羽崩壊検知装置。