JPS61187642A - シ−ルド式トンネル掘削機の切羽崩壊検知装置 - Google Patents

シ−ルド式トンネル掘削機の切羽崩壊検知装置

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JPS61187642A
JPS61187642A JP2796585A JP2796585A JPS61187642A JP S61187642 A JPS61187642 A JP S61187642A JP 2796585 A JP2796585 A JP 2796585A JP 2796585 A JP2796585 A JP 2796585A JP S61187642 A JPS61187642 A JP S61187642A
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JP
Japan
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voltage
electrodes
muddy water
current
double layer
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Pending
Application number
JP2796585A
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English (en)
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Hidekazu Makabe
英一 真壁
Hiroyuki Hojo
北條 博行
Koji Fujimoto
幸二 藤本
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JFE Engineering Corp
Original Assignee
NKK Corp
Nippon Kokan Ltd
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Publication date
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/02Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance
    • G01N27/04Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance
    • G01N27/043Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating impedance by investigating resistance of a granular material

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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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、シールド式トンネル掘削機の切羽崩壊の状態
を検知するシールド式トンネル掘削機の切羽崩壊検知装
置の改良に関する。
〔発明の技術的背景およびその問題点〕従来のシールド
式トンネル掘削機としては、泥漿式や土庄式あるいは泥
水加圧式等の密閉型シールド式トンネル掘削機が実用に
供されている。上記密閉型シールド式トンネル掘削機は
、外側がスキンプレートで覆われて遮蔽されているため
、内部からは掘進時の切羽状態を知ることができなかっ
た。そのため上記トンネル掘削機は、切羽崩壊を生じて
もそのまま掘進し、第5図に示す如く空洞1がそのまま
取り残され、後日地面の陥没を引き起こすおそれがあっ
た。なお第5図において2は地表面、3は地山、4は切
羽後に環状に形成して土管として機能せしめるセグメン
トを示す。
そこで、上述したような地面陥没を未然に防止するため
の判断資料として、切羽崩壊の状態を検知する切羽崩壊
検知装置が開発されている。その1つとしては実開昭5
8−140296号公報に記載されている超音波方式を
用いた検知装置があり、また他の1つとしては、前部に
位置するカツターフエースの近傍に測針を設け、掘削停
止時に上記測針を切羽面に接触させて切羽崩壊の状態を
測定する、いわゆる触針式検知方式がある。
しかるに、上記超音波方式のものは超音波が泥水によっ
て減衰を受けるので、このままでは測定精度の低下は否
めず、実用化が難しい。そこで、これに代るものとして
清水置換型超音波方式が考えられている。この方式は、
水中ポンプにより清水をジェット流で噴射させて泥水を
清水に置換して超音波路を形成し、超音波接触子から発
生される超音波の反射エコーと、この超音波接触子から
前記清水を通って地山で反射されて返ってくる反射エコ
ーとの時間差から切羽崩壊を検知するものである。しか
し、この方式には、泥水の重量濃度によって制限を受け
ること、地山崩壊を引き起こすことなく清水雰囲気を維
持することが困難であること、等の実用上問題がある。
一方、触針式のものは、掘削を停止したときだけ測定が
可能であり、連続測定が不可能であるので、切羽崩壊の
検知装置としては不十分なものであった。
そこで、本発明者等は、特願昭59−160620号に
記載されている如く、スキンプレート面に取付けられた
対をなす通電電極により泥水と地山からなる電気的二重
層に通電を行なって電位分布を形成させ、この電位分布
と通電電流とから上記泥水側からみた見かけ上の比抵抗
を求め、この見かけ上の比抵抗の変化から切羽崩壊によ
る空洞の存在を泥水厚みの変化として検知するようにし
た検知装置を提案している。
第6図は上記検知装置を示す図で、図中5は泥水、6は
カッターフェース、7はスキンプレート、8は絶縁板、
9a、9bは一対の通電電極、10a、10bは一対の
電圧測定電極、11は定電流源、12は電圧計測器、1
3は出力表示部である。
なお電極間隔A−20αである。
しかるに上記検知装置においては、泥水厚みdの検知特
性が第7図に示す如く非線形特性である上、泥水厚みd
の測定スパンは、電極間隔A=20ax程度である。し
たがって、測定スパンを伸ばすだめには、電極間隔Aを
広げなければならないが、そうすると、各電極9a、9
bおよび10a。
10bを埋め込むためのスキンプレート7の開口部が大
きくなり、ひいては装置が大型化してしまうといった問
題があった。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、掘削機表面に特別な装置あるいは突起
物を設けることなく簡単な構成で切羽崩壊の状態を検知
できる上、装置を大型化させることなく測定精度の向上
および測定スパンの増大をはかり得るシールド式トンネ
ル掘削機の切羽崩壊検知装置を提供することにある。
〔発明の概要) 本発明は、スキンプレート面に対をなす通電電極を取付
け、この対をなす通電電極に定電流源により電流を供給
して泥水と地山からなる電気的二重層に通電を行なわせ
、この通電により上記電気的二重層に生じる電位分布を
複数の対なる電圧測定電極によりとらえ、これら電圧測
定電極間の電圧を電圧計測器により計測し、この計測さ
れた電圧の変化から切羽崩壊による空洞の存在を泥水厚
みの変化として検知するものである。
〔発明の実施例〕
第1図は本発明の一実施例の構成を示す断面図である。
なお、第6図と同一部分には同一符号を付し、詳しい説
明は省略する。第1図において、20a、20bおよび
21a、21bはそれぞれ対をなす第1および第2の電
圧測定電極であり、スキンプレート7の切欠部に絶縁板
8を介して設けられている。そして、通電電極9a、9
bにより泥水5と地山3からなる電気的二重層に通電を
行ない、この電気的二重層に泥水5と地山3との比抵抗
の違いによって生じる電位分布を、前記第1の電圧測定
電極20a、20bおよび第2の電圧測定電極218.
21t)によりとらえ、これら第1.第2の電圧測定電
極20a、20bおよび21a、21b間の電圧を電圧
計測器12にて計測し、この電圧計測器12にて計測さ
れた電圧と通電電流とにより、泥水側からみた電気的二
重層の見かけの比抵抗を求め、この値の変化から切羽崩
壊の状態を泥水厚みの変化として検知するものである。
第2図は本実施例の原理を説明するための図である。今
、第2図において、定電流源10により対なる通電電極
9a、9bに供給される通電電流を■とし、電圧計測器
12により計測される第1の電圧測定電極208.20
b間の電圧を■とする。また通電電極9aと第1の電圧
測定電極20aとの間隔、および通電電極9bと第1の
電圧測定電極20bとの間隔をそれぞれBとし、第1の
電圧測定電極20a、2Ob間の間隔をCとする。
そうすると、第1の電圧測定電極20a、20bからみ
た見かけの比抵抗ρnと上記電流I、電圧Vとの間には V−ρal/π((1/B)−(1/B+C))・・・
(1) なる関係がある。
また前記泥水5の比抵抗をρ1.地山3の比抵抗をρ2
とすると、上記見かけの比抵抗ρルは電気映像法により ・・・(2) なる式から求められる。
第3図は一対の通電電極9a、9b間に一定電流を通電
したときの出力電圧■と泥水厚みdとの関係、を示す図
で、上記通電電極9a、9bの間隔を60αに固定し、
第1の電圧測定電極20a。
20bの間隔を10〜50υに変化させた場合を示して
いる。同図から明らかなように、電圧測定電極20a、
20bの間隔が狭い場合には泥水厚みdが薄ければ安定
した出力が得られるが、泥水厚みdが厚くなると曲線の
傾きが鈍くなり感度が低下する。一方、上記電圧測定電
極208.20bの間隔が広い場合には泥水厚みdが薄
いと出力が非常に大きくなり不安定となるが、泥水厚み
dが厚ければ感度を維持できる。
そこで本実施例では、第1の電圧測定電極20a、20
bとは間隔が異なる第2の電圧測定電極21a、21b
を設ける。そして、第1の電圧測定電極20a、20b
l!Iの間隔を20cmとし、第2の電圧測定電極21
a、21blilの間隔を500とする。
このように構成された本装置において、今、交流定電流
源11により通電電極9a、9bから低周波交流電流(
20Hz、 10mAr11S ) Iを泥水5と地山
3とからなる電気的二重層に通電する。
そうすると、第1.第2の電圧測定電極20a。
20bおよび21a、2Ib間に生じる電圧VおよびV
′が電圧計測器12により計測され、それぞれの実効値
が出力表示部13に表示される。
第4図は本装置による泥水厚み測定データを、泥水厚み
dの測定スパンO〜30crxとして示す図である。図
中Mは第1の電圧測定電極20a、2ob間に生じた出
力電圧を示しており、図中Nは第2の電圧測定電極21
a、21b間に生じた出力電圧を示している。
第4図から明らかなように、第1.第2の電圧測定電極
20a、20bおよび21a、21b間のそれぞれの出
力電圧を同時にモニタリングし、泥水厚みd=10cm
以下の場合は第1の電圧測定電極20a、20bにて得
られる出力電圧の変化から切羽崩壊による空洞の存在を
検知し、泥水厚みd−10cta以上の場合は第2の電
圧測定電極21a、21bにて得られる出力電圧の変化
から切羽崩壊による空洞の存在を検知することにより、
高精度に切羽崩壊を検知することができる。
かくして、本実施例によれば、通電電ff19a。
9bの間隔が限られても十分な測定スパンを確保できる
。なお、上記測定スパンは最大40cttrまで拡大で
き、電圧測定電極が一対だけの場合に比べて50%以上
のスパン拡大が実現できる。したがって、切羽崩壊をシ
ールド様械稼動中に連続的かつ高精度に検知することが
でき、早期の空洞補修が可能となり、ひいては陥没事故
等を未然に防止できる。
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではない。
たとえば、前記実施例では電圧測定電極を2対だけ設け
た場合を示したが、3対以上設けるようにしてもよい。
こうすることにより、測定スパンをより拡大できる上、
精度の向上もはかれる。また通電電流値は安全性を考慮
して10mAとしたが、この電流値を上げて分解能向上
をはかることも可能である。また周波数は測定電圧が最
大となる20thとしたが、他の周波数であってもよい
。このほか本発明の要旨を越えない範囲で種々変形実施
司能であるのは勿論である。
〔発明の効果〕
以上詳述したように本発明は、スキンプレート面に対を
なす通電電極を取付け、この対をなす通電電極に定電流
源により電流を供給し、泥水と地山からなる電気的二重
層に通電を行なわせ、この通電により上記電気的二重層
に生じる電位分布を複数の対なる電圧測定電極によりと
らえ、これら電圧測定電橋間の電圧を電圧計測器により
計測し、この計測された電圧の変化から切羽崩壊による
空洞の存在を泥水厚みの変化として検知するものである
したがって本発明によれば、掘削機表面に特別な装置あ
るいは突起物を設けることなく簡単な構成で切羽崩壊の
状態を検知できる上、装置を大型化させることなく測定
精度の向上および測定スパンの増大をはかり得るシール
ド式トンネル掘削機の切羽崩壊検知装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の構成を示す断面図、第2図
は原理を説明するための図、第3図は泥水厚みと出力電
圧との関係を電圧測定電極の間隔の変化に応じて示した
図、第4図は泥水厚みと出力電圧との関係を示した図、
第5図〜第7図は従来例を説明するための図である。 3・・・地山、5・・・泥水、6・・・カッターフェー
ス、7・・・スキンプレート、8・・・絶縁板、9,9
b・・・通電電極、11・・・定電流源、°12・・・
電圧計測器、13・・・出力表示部、20a、20b・
・・第1の電圧測定電極、21a、21t)・・・第2
の電圧測定電極。 出願人代理人 弁理士 鈴江武彦 第1図 h    円 −へ −1へ5 襄や蛎舅 〉 第4図 現水厚d (cm) 第5図 : 羽(−ミ 〉

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. シールド式トンネル掘削機において、スキンプレート面
    に取付けられた対をなす通電電極と、この対をなす通電
    電極に電流を供給し泥水と地山からなる電気的二重層に
    通電を行なわせる定電流源と、この定電流源による通電
    により前記電気的二重層に生じる電位分布をとらえる複
    数の対なる電圧測定電極と、これら電圧測定電極間の電
    圧を計測する電圧計測器と、この電圧計測器により計測
    された電圧の変化から切羽崩壊による空洞の存在を泥水
    厚みの変化として検知する手段とを具備したことを特徴
    とするシールド式トンネル掘削機の切羽崩壊検知装置。
JP2796585A 1985-02-15 1985-02-15 シ−ルド式トンネル掘削機の切羽崩壊検知装置 Pending JPS61187642A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2868531A1 (fr) * 2004-04-05 2005-10-07 Imartec Sarl Procede de mesure de la position d'au moins une interface entre au moins deux milieux et dispositif pour sa mise en oeuvre
CN111441783A (zh) * 2020-04-17 2020-07-24 中铁隧道局集团有限公司 一种盾构机低压电器性能的集中检测方法

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