JPS6124622Y2

JPS6124622Y2 -

Info

Publication number: JPS6124622Y2
Application number: JP1980147328U
Authority: JP
Priority date: 1980-10-16
Filing date: 1980-10-16
Publication date: 1986-07-23
Also published as: JPS5659289U

Description

【考案の詳細な説明】

この考案は自動的に切羽の崩壊を検知できる、
泥水シールド掘削機における切羽崩壊検知装置に
関する。泥水シールド掘削現場で切羽が崩壊すると、工
期が遅延するばかりでなく、地表が陥没して地上
の構築物に被害が生じ易い。したがつて、切羽が崩壊した場合は、即刻これ
を検知して、崩壊を初期の段階で食い止めること
が必要であるが、従来の検知装置では検出に長時
間を要するので、上記の要求に応えることができ
なかつた。従来の検知装置の詳細を説明する前に、まず第
１図に基づいて泥水シールド掘削機を説明する
と、１は切羽に設置されたカツター、２はそのカ
ツター１に後続する圧力室で、この圧力室２には
送水管３と循環排泥水管４が接続される。循環排
泥水管４は礫除去機５に連絡され、この礫除去機
５から排泥水管７が外部に向つて伸びている。なお、礫除去機５と前記送水管３との間は、循
環排泥水管４内の流速を、土砂または礫の沈降限
界速度以上に保持するため、循環水管６で連結さ
れている。カツター１で切削された礫を含む土砂は、送水
管３から圧力室２へ圧入された泥水と混合され
る。この礫や十砂を含む泥水は、循環排泥水管４
を通じて礫除去機５に送られ、ここで礫が除去さ
れ、この礫が取出口８から外部へ排出されるとと
もに、礫を除いた泥水は一部が循環水管６を介し
て圧力室２へ返送され、残りの泥水は排泥水管７
を通じて外部に排出される。さて、上述した泥水シールド掘削機には第２図
に示す構成の乾砂量演算装置が配設される。 γ線密度計９と電磁流量計１０が前記の送水管
３に取り付けられ、これらは真比重設定器１３と
ともに演算器１５に接続（電気的に）される。同
様に、前記の排泥水管７にもγ線密度計１１と電
磁流量計１２が取り付けられ、別個に配した真比
重設定器１４とともに演算器１６に接続される。これらの演算器１５，１６は演算器１７に接続
され、さらに演算器１７はＡ−Ｄ変換器１８に接
続され、そしてこのＡ−Ｄ変換器１８は積算器１
９に接続される。このような装置構成では、切羽崩壊の検知は下
記の手順に従つて行なわれる。

【表】 m³：立方メートル（体積）

【表】 (A) 乾砂量の演算：まずγ線密度計９、電磁流量計１０、真比重設
定器１３の各信号を用いて表２の(2)式を演算器１
５で演算し、送水側の乾砂重量を算出する。また、γ線密度計１１、電磁流量計１２、真比
重設定器１４の各信号を用いて表２の(3)式を演算
器１６で演算し、排泥側の乾砂重量を算出する。これらの算出値から演算器１７で表１の(1)式を
演算し、実掘削乾砂重量を算出する。この出力信号はＡ−Ｄ変換器１８でデジタル信
号に変換され、さらに積算器１９により積算され
る。この積算値が乾砂重量(A)である。 (B) 礫量：これは秤を使用して人手で計量される。 (C) 全排出土重量：前項(A)と(B)の和 (D) 掘削土重量：泥水シールド掘削機の推進長より、下式に基ず
いて手計算で算出される。Ｗ＝Ａ・γ・Ｌただし、Ｗ：掘削土重量〔ｔ〕Ａ：掘削断面積〔m²〕 γ：掘削土の密度〔ｔ／m³〕Ｌ：掘削長〔ｍ〕 (E) 切羽崩壊量：前項(C)から(D)を差し引いた値で、手計算により
求める。従来のシールド掘削機には礫除去機５はなく送
水管３と排泥水管７内の流量と密度を計測するこ
とにより全排出土重量の算出が出来たが当時大径
礫を含む地層を掘削する工事が増え排泥水管７中
に礫除去機５を設置する方法が考案され、さらに
循環排泥水管４の流速を高めるために循環水管６
を設けた。ところが従来、算出できた全排土重量は礫除去
機５の礫取出口８から排出される礫を手計算求め
ていたので、自動的に算出することが出来なくな
つた。以上で明らかな如く、従来の切羽崩壊検知装置
では、乾砂重量の算出を除いて、手計算を必要と
するため、算出時間が長い、という欠点がある。この考案はそうした欠点を根本的に解決するた
めになされたもので、この考案の目的は泥水シー
ルド掘削機において自動的に切羽の崩壊を検知で
きる装置を提供するものである。すなわち本考案はカツタの背部に設けた圧力室
に送水管と循環排泥水管とを接続し、かつ該循環
排泥水管に礫除去機を介して排泥水管を接続する
とともに礫除去機と送水管との間に循環水管を接
続してなる泥水シールド掘削機における切羽崩壊
検知装置において、上記送水管に取付けられた密
度計もしくは密度設定器及び流量計と上記循環排
泥水管に取付けられた密度計及び流量計と、上記
循環水管に取付けられた密度計と、上記排泥水管
に取付けられた密度計及び流量計と、上記密度設
定器もしくは密度計及び流量計で検知した送水側
の乾砂重量、循環排泥水側の乾砂重量並びに循環
水側の乾砂重量にもとずいて全排出土重量を自動
的に算出する第１の演算器と、シールド推進長検
出器で検知したシールド推進長にもとづいて推進
長に見合う理論掘削土重量を自動的に演算する第
２の演算器と、上記第１及び第２の演算器でそれ
ぞれ算出した算出値を比較する比較器とを具備
し、この比較器の検知信号にもとづいて切羽の崩
壊を自動的に検知するようにした泥水シールド掘
削機における切羽崩壊検知装置である。即ち従来の方法では自動的に算出した排出土量
に礫取出口から排出された礫量を人力で計測し加
えて全排出土量を算出したが、本願考案では循環
排泥水管内の流量と密度循環水管の密度とを計測
することにより礫取出口から排出された礫量を計
測することなく、全排出土量を自動的に算出する
ことが出来るようにしている。以下、図面を参照しながらこの考案を詳細に説
明する。第３図において、１は切羽に設置されたカツタ
ー、２はそれに後続する圧力室、この圧力室２に
は、泥水の送水管３と土砂礫を含む泥水の循環排
泥水管４が接続される。循環排泥水管４には礫除
去機５が取付けられ、さらにこの礫除去機５から
排泥水管７が外部に伸びている。なお、６は礫除去機５と送水管３を連絡する循
環水管、８は礫除去機５に設けられた礫取出口で
ある。要するに、以上は従来と同じ泥水シールド掘削
機の構成で、作用も従来と同じである。さて、この考案は、送水管３に電磁流量計２０
を、循環排泥水管４に重量式密度計２１と電磁流
量計２２を、循環水管６に重量式密度計２３を、
また排泥水管７に重量式密度計２４と電磁式流量
計２５をそれぞれ取付けるとともに、これらを一
部の構成要素とする、第４図に示す新規構成の演
算装置を使用する必要がある。使用の要領は以下
のとおり。

【表】

【表】まず泥水密度設定器２６、電磁流量計２０、真
比重設定器２７の各信号を用いて、表３の(1)式を
演算器２８で演算し、送水側の乾砂重量G₁を算
出する。重量式密度計２１、電磁流量計２２、真比重設
定器３０の各信号を用いて、表３の(2)式を演算器
２９で演算し、循環排泥水の乾砂重量G₂を算出
する。重量式密度計２４、電磁流量計２５、真比重設
定器３０の各信号を用いて、表３の(3)式を演算器
３１で演算し、排泥水乾砂重量G₃を算出する。重量式密度計２３、循環水管流量信号〔表３(4)
式中のQ₂−Q₃を演算器３２で算出したもの〕、真
比重設定器３０の各信号を用いて、表３の(4)式を
演算器３３で演算し、循環水乾砂重量G₄を算出
する。演算器２９，３１，３３の各出力信号を用い
て、表３の(8)式を演算器３４で演算し、礫除去機
５より排出される礫重量G₅を算出する。この演
算器３４の出力信号はＡ−Ｄ変換器３５でデジタ
ル信号に変換され、積算器３６で積算される。そして、演算器２８，２９，３３の各出力信号
を用いて演算器３７で表３の(9)式を演算し、礫排
出量を含む外部排出乾砂重量Ｇを算出する。この演算器３７の出力信号も、Ａ−Ｄ変換器３
８でデジタル信号に変換されたのち、積算器３９
で積算される。一方、推進長に見合う理論掘削土重量の演算は
次のようにして行われる。シールド掘削機推進長検出器４０の信号を用
い、演算器４１でＷ＝Ａ・γ・Ｌを演算し、この
演算結果を掘削時間Ｔ〔ｈ〕で割ることにより、
単位時間当りの理論掘削土重量W′〔ｔ／ｈ〕を
演算する。ただし、Ｗ：理論掘削土重量〔ｔ〕Ａ：掘削断面積〔m²〕 γ：掘削土の密度〔ｔ／m³〕Ｌ：推進長〔ｍ〕 W′：単位時間当りの理論掘削土重量〔ｔ／ｈ〕Ｔ：掘削時間〔ｈ〕この演算器４１の出力信号はＡ−Ｄ変換器４２
でデジタル信号に変換されたのち、積算器４３で
積算される。次に、いよいよ比較操作に入る。すなわち、前記Ａ−Ｄ変換器３８の出力信号
（外部排出乾砂重量）と、Ａ−Ｄ変換器４２の出
力信号（単位時間当りの掘削土重量W′）とを、
比較器４４を用いて比較し、外部排出乾砂重量が
単位時間当りの掘削土重量Ｗより多い場合、すな
わち切羽に崩壊が発生している場合、比較器４４
から外部へ信号を発信されるのである。この信号
が出れば、掘削を直ちに停止して、警報を出すな
どの適切な措置を講ずることができる。以下に、この考案の一実施例を実際の装置に適
用した場合の演算例について、数字を挙げて説明
する。用いられるシールド掘削機の仕様は以下の通り
である。シールド外径：Ｄ＝3.5〔ｍ〕掘削速度：Ｓ＝1.8〔ｍ／ｎ〕掘削時間：Ｔ＝0.5〔ｈ〕また、掘削される地山の仕様は、予めボーリン
グ調査により計測されており、以下の様に検出さ
れている。地山乾砂密度：γ_s＝2.65〔ｔ／m³〕含水比：ｋ＝36〔％〕まず、理論掘削土重量（Ｗ）を算出する。掘削断面積：Ａ＝π・D²／４＝9.62〔m²〕掘削長：Ｌ＝Ｓ・Ｔ＝0.9〔ｍ〕清水密度：ρ＝1.0〔ｔ／m³〕、（担し、設定
値）掘削土の密度：γ＝（100＋ｋ）ρ・γ_s／（ｋγ_s＋100ρ）＝1.84〔ｔ／m³〕従つて、理論掘削土重量（Ｗ）はＷ＝Ａ・γ・Ｌ＝15.93〔ｔ〕となる。ここで、この重量は、0.5〔ｈ〕当りの値であ
るので、単位時間当りの理論掘削土重量（W′）
は、 W′＝Ｗ／Ｔ＝15.93×0.5 ＝31.86〔ｔ／ｈ〕となる。次に、前掲の表３に記載された演算式により外
部排出乾砂重量（Ｇ）を求め、上記した理論掘削
土重量（W′）と比較する。先ず、外部排出乾砂重量（Ｇ）を求める際の条
件について述べる。圧力室２に送られる泥水量（即ち、送水流量
Q₁と循環水流量Q₄とを加えた値）と、地山から
取り込んだ掘削土量（＝Ａ・Ｓ〔m²／ｈ〕）とを
加えた値が、圧力室２から排出される循環排泥水
流量Q₂に等しいものと仮定する。即ち、容積的
に圧力室２を出入りする量がバランスしていると
仮定する。上記のように条件を定め、次に表３の演算式に
各数値を代入する。送水密度 γ_１＝1.25〔ｔ／m³〕、（計測値；但
し、泥水密度設定器２６を採用した場合には、設
定値となる）送水乾砂密度 γ₀₁＝2.65〔ｔ／m³〕、（設定
値）循環排泥水流量 Q₂＝474〔m³／ｈ〕、（電磁流
量計２２による計測値）排泥水流量 Q₃＝240〔m³／ｔ〕、（電磁流量計
２５による計測値）送水流量 Q₁＝222.7〔m³／ｈ）、（電磁流量計
２０による計測値）表３の(1)式より、送水乾砂重量G₁ ＝Q₁（γ_１−ρ）γ₀₁／（γ₀₁−ρ）＝222.7×（1.25−1.0） ×2.65÷（2.65−1.0）＝89.4〔ｔ／ｈ〕循環排泥水密度γ_２＝1.29〔ｔ／m³〕：（重量
式密度計２１による計量値）循環排泥水乾砂密度γ₀₂ ＝2.65〔ｔ／m³〕：（設定値）表３の(2)式より、循環排泥水乾砂重量G₂ ＝Q₂（γ_２−ρ）γ₀₂／（γ₀₂−ρ）＝474×（1.29−1.0） ×2.65÷（2.65−1.0）＝220.8〔ｔ／ｈ〕排泥水密度γ_３＝1.28〔ｔ／m³〕：（重量式密
度計２４による計測値）排泥水乾砂密度γ₀₃＝2.65〔ｔ／m³〕：（設定
値）表３の式(3)より、排泥水乾砂重量G₃ ＝Q₃（γ_３−ρ）γ₀₃／（γ₀₃−ρ）＝240×（1.28−1.0） ×2.65÷（2.65−1.0）＝107.9〔ｔ／ｈ〕循環水密度γ_４＝1.28〔ｔ／m³〕：（重量式密
度計２３による計測値）循環水乾砂密度γ₀₄＝2.65〔ｔ／m³〕：（設定
値）表３の(4)式より、循環水乾砂重量G₄ ＝Q₄（γ_４−ρ）γ₀₄／（γ₀₄−ρ）＝（Q₂−Q₃）（γ_４−ρ）γ₀₄ ÷（γ₀₄−ρ）＝（474−240）×（1.28−1.0） ×2.65÷（2.65−1.0）＝105.2〔ｔ／ｈ〕従つて、表３の(5)式より、外部排出乾砂重量Ｇ＝G₂−G₁−G₄ ＝220.8−89.4−105.2 ＝26.2〔ｔ／ｈ〕が得られる。以上の計算に基づいて、単位時間当りの理論掘
削土重量（W′）と外部排出乾砂重量（Ｇ）とを
比較する。重量偏差△Ｗ＝Ｇ−W′＝26.20−31.86 ＝−5.66〔ｔ／ｈ〕従つて、この演算例においては、この重量偏差
（△Ｗ）分だけ取り込み乾砂重量が少いことが分
かる。尚、この重量偏差（△Ｗ）が切羽崩壊を示
しているか否かについては、地山の状態その他の
条件に基づいて決定されることになる。なお、この考案は上述した実施例に限定され
ず、要旨を変えない範囲で種々変形して実施する
ことができる。たとえば、この一実施例では、従来γ線密度計
を用いていたのに代えて重量式密度計を用いるよ
うにして説明したが、密度計や流量計の種類を変
えたり、それらの取付位置を適宜変更したり、あ
るいは演算をコンピユータで行なつたり、実施方
法を適宜変更できるが、前記実施例と類似なので
説明を省く。なお、前記一実施例において、送水側の泥水は
泥水処理設備から排出されるものが使用され、密
度が一定しているので泥水密度設定器２６により
設定された密度を送水密度γ_１として利用してい
る。しかしながら、泥水密度設定器で一定密度に
送水密度を保ち得ない場合は、この設定器の代り
に密度計を設置し、この密度計による検出結果を
用いて送水側の乾砂重量G₁を算出するようにし
ても良い。以上で明らかなように、この考案の切羽崩壊検
知装置は、泥水シールド掘削機においてこれまで
人手を介して行なつていた礫重量の測定や掘削土
重量の計算を、全て自動的に処理するものであ
り、切羽に発生した崩壊を迅速に検知することが
できる。したがつて崩壊の初期の段階で適切な手
段を講じて、崩壊の拡大を未然に防止することが
可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の泥水シールド系統図、第２図は
乾砂量演算装置の系統図である。第３図はこの考
案の一実施例を示す泥水シールド掘削機のブロツ
ク図、第４図は同掘削機における切羽崩壊検出装
置のブロツク図である。１……カツター、２……圧力室、３……泥水の
送水管、４……循環排泥水管、５……礫除去機、
６……循環水管、７……排泥水管、８……礫取出
口、９，１１……γ線密度計、１０，１２，２
０，２２，２５……電磁流量計、１３，１４，２
７，３０……真比重量設定器、１５，１６，１
７，２８，２９，３１，３２，３３，３４，３
７，４１……演算器、１８，３５，３８，４２…
…Ａ−Ｄ変換器、１９，３６，３９，４３……積
算器、２１，２３，２４……重量式密度計、２６
……泥水密度設定器、４０……シールド掘削機推
進長検出器、４４……比較器。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】カツタ１の背部に設けた圧力室２に送水管３と
循環排泥水管４とを接続し、かつ、この循環排泥
水管４に礫除去機５を介して排泥水管７を接続す
ると共に、礫除去機５と送水管３との間に循環水
管６を接続してなる泥水シールド掘削機における
切羽崩壊検知装置において、上記送水管３に取り付けられた密度計もしくは
密度設定器２６、及び流量計２０と、上記循環排泥水管４に取り付けられた密度計２
１及び流量計２２と、上記循環水管６に取り付けられた密度計２３
と、上記排泥水管７に取り付けられた流量計２５
と、上記密度設定器もしくは密度計、及び流量計で
検知した情報に基づいて算出した送水管３側の乾
砂重量G₁、循環排泥水管４側の乾砂重量G₂、並
びに循環水管６側の乾砂重量G₄に基づいて外部
排出土重量Ｇを、演算式：Ｇ＝G₂−G₁−G₄ により自動的に算出する第１の演算器３７と、シールド推進長検出器４０で検知したシールド
推進長Ｌ及び掘削時間ｈに基づいて、単位時間当
りの理論掘削土重量W′を自動的に算出する第２
の演算器４１と、上記第１及び第２の演算器３７，４１で夫々算
出した算出値を比較する比較器４４とを具備し、この比較器４４の比較信号に基づいて、演算式：W′＜Ｇが満足される場合に、切羽の崩壊を自動的に検出
するようにした泥水シールド掘削機における切羽
崩壊検知装置。