JPS63280192A - Shield excavator - Google Patents

Shield excavator

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JPS63280192A
JPS63280192A JP11260887A JP11260887A JPS63280192A JP S63280192 A JPS63280192 A JP S63280192A JP 11260887 A JP11260887 A JP 11260887A JP 11260887 A JP11260887 A JP 11260887A JP S63280192 A JPS63280192 A JP S63280192A
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Japan
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excavator
soil
rod
exploration
ground
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JP11260887A
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緒方 浩二郎
直毅 三柳
賢一 鈴木
昇 杉山
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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Hitachi Construction Machinery Co Ltd
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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

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。
(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、掘進機前方の地山の土質変化を掘進に先立っ
て検知する地山探査機能を備えたシールド掘進機に関す
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a shield excavator equipped with a ground exploration function that detects soil changes in the ground in front of the excavator prior to excavation.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

シールド掘進機には、施工条件により泥土加圧式、泥土
圧式、泥水式等の各種形式のものがあるが、以下の説明
では主として泥土加圧式のシールド掘進機について述べ
る。
There are various types of shield excavators depending on the construction conditions, such as a mud pressure type, a mud pressure type, and a mud type, but in the following explanation, the mud press type shield excavation machine will be mainly described.

泥土加圧式シールド掘進機は、カッターホイールで切羽
を掘削し、掘削した土砂をカッターホイール後方の攪拌
室に充満させ、シールド掘進機の推進力で攪拌室内の土
砂を加圧して、その上圧で切羽の崩壊を防止し、一方、
攪拌室内に充満した土砂をスクリューコンベアで排土し
ながら掘進してゆく機構となっている。
A pressurized mud shield excavator uses a cutter wheel to excavate a face, fills the stirring chamber behind the cutter wheel with the excavated earth, uses the propulsive force of the shield excavator to pressurize the earth and sand in the stirring chamber, and uses the upper pressure to pressurize the earth and sand in the stirring chamber. Preventing the collapse of the face, while
The mechanism is such that the earth and sand that fills the stirring chamber is excavated while being removed by a screw conveyor.

第2図は従来の泥土加圧式シールド掘進機の側断面図で
ある。図中、1はシールド掘進機のシールド本体であり
、前方に形成されたフード部1aおよび後方に形成され
たガーダ部1bを有する。
FIG. 2 is a side sectional view of a conventional mud pressurized shield excavator. In the figure, 1 is a shield main body of a shield tunneling machine, and has a hood part 1a formed at the front and a girder part 1b formed at the rear.

2はフード部!aとガーダ部1bを区画するバルクヘソ
ドである。3はフード部la内に回転自在に設置された
カンクーホイールであり、このカッターホイール3は、
中心部のボス3a、ボス3aに放射状に取付けられた複
数のスポーク3b、スポーク3bに取付けられた撹拌翼
3C%前記ボス3aの切羽側に取付けられたセッタービ
ット3d、前記スポーク3bに取付けられた多数のビッ
ト3e、前記ボス3aに設けられてベントナイト溶液等
の作泥材を地山に向けて噴射する噴射口3fにより構成
されている。4は前記ボス3aに取付けられて後方に延
びているセンターシャフトである。5a、5b、5cは
カッターホイール3を回転させるためのベアリングであ
り、5aはバルクヘッド2に支持されたスライドベアリ
ング、5bはベアリングケース6bに支持されたスライ
ドベアリング、5Cはベアリングケース6bに支持され
たラジアルへアリングである。6はセンタシャフト4に
取付けられた旋回ギヤ、6aはバルクヘッド2に取付け
られて旋回ギヤ6を囲むギヤケース、6bはギヤケース
6aの後面に一体に形成されたベアリングケースである
。7はギヤケース6aに取付けられ、カッターホイール
3を駆動する油圧モータ等の駆動装置、7aは駆動装置
7の出力軸に取付けられたピニオンであり、ピンニオン
7aはギヤケース6a内で旋回ギヤ6とかみ合っている
。8はカッターホイール2の後方に円筒状に形成された
攪拌室であり、図から明らかなように、攪拌室8の切羽
側は開放され、反切羽側はバルクヘッド2で密閉されて
いる。9は撹拌室8内の土砂からスライドベアリング5
aを保護するシール、10は攪拌室8の密閉側の開口を
取込口とするスクリューコンベア、11はバルクヘッド
2に取付けられ、撹拌室8内の掘削土砂の圧力を測定す
る土圧計、12はシールド本体1に推進力を与えるシー
ルドジヤツキである。
2 is the food section! This is a bulk heel that separates the girder part 1b from the girder part 1b. 3 is a cutter wheel rotatably installed in the hood part la, and this cutter wheel 3 is
A boss 3a at the center, a plurality of spokes 3b attached radially to the boss 3a, stirring blades 3C% attached to the spokes 3b, a setter bit 3d attached to the face side of the boss 3a, and a setter bit 3d attached to the spokes 3b. It is comprised of a large number of bits 3e, and an injection port 3f that is provided on the boss 3a and that injects a mud preparation material such as bentonite solution toward the ground. A center shaft 4 is attached to the boss 3a and extends rearward. 5a, 5b, and 5c are bearings for rotating the cutter wheel 3, 5a is a slide bearing supported by the bulkhead 2, 5b is a slide bearing supported by a bearing case 6b, and 5C is a slide bearing supported by the bearing case 6b. It is a radial hair ring. 6 is a swing gear attached to the center shaft 4, 6a is a gear case attached to the bulkhead 2 and surrounds the swing gear 6, and 6b is a bearing case integrally formed on the rear surface of the gear case 6a. 7 is a drive device such as a hydraulic motor that is attached to the gear case 6a and drives the cutter wheel 3; 7a is a pinion that is attached to the output shaft of the drive device 7; the pinion 7a meshes with the swing gear 6 within the gear case 6a; There is. Reference numeral 8 denotes a stirring chamber formed in a cylindrical shape behind the cutter wheel 2. As is clear from the figure, the face side of the stirring chamber 8 is open, and the side opposite to the face is sealed by the bulkhead 2. 9 is a slide bearing 5 that removes soil and sand in the stirring chamber 8.
10 is a screw conveyor whose intake port is the opening on the closed side of the stirring chamber 8; 11 is an earth pressure gauge attached to the bulkhead 2 and measures the pressure of the excavated earth and sand in the stirring chamber 8; 12 is a shield jack that provides propulsion force to the shield body 1.

このように構成されたシールド掘進機は、駆動装置7の
駆動力を旋回ギヤ6を介してカッターホイール3に伝え
てこれを回転させ、ピッ1−3b。
The shield excavator configured in this manner transmits the driving force of the drive device 7 to the cutter wheel 3 via the swing gear 6 to rotate the cutter wheel 3 so as to rotate the cutter wheel 3.

3eで切羽を掘削する。一方、噴射口3fからは作泥材
が切羽側に噴射されて掘削された土砂に混入される。作
泥材が混入された掘削土砂は攪拌室8内に入り、攪拌翼
3Cにより両者が充分にかき混ぜられ、流動性および不
透水性が高められた泥土に変換される。これにより、掘
削土砂は大きな抵抗なくスクリューコンベア10の取込
口に達し、スクリューコンベア10により機外へ搬送さ
れる。
Excavate the face with 3e. On the other hand, mud material is injected from the injection port 3f toward the face side and mixed into the excavated earth and sand. The excavated soil mixed with the mud-making material enters the stirring chamber 8, where both are sufficiently stirred by the stirring blades 3C and converted into mud with improved fluidity and impermeability. As a result, the excavated earth and sand reaches the intake port of the screw conveyor 10 without much resistance, and is conveyed to the outside of the machine by the screw conveyor 10.

この場合、フード部1a、攪拌室8内に充満した掘削土
砂の圧力は土圧計11で検出され、その検出値に基づい
て適正な土圧に保持される。(土庄の管理)。
In this case, the pressure of the excavated soil filling the hood portion 1a and the stirring chamber 8 is detected by the earth pressure gauge 11, and the earth pressure is maintained at an appropriate earth pressure based on the detected value. (Management of Tonosho).

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

さて、上記のような泥土加圧式シールド掘進機において
は、掘進中、攪拌室8内で常に良好な泥土状態が維持さ
れなければならない。この泥土状態は、注入された作泥
材と掘削土砂の性状によって決まる。もしも掘削土砂が
粘性土であれば、作泥材の量が過小な場合は、そのとき
の泥土状態は過度に塑性的となり、流動性が悪くなって
、スクリュウコンベア10からの排土が困難になる(要
するに付着するような土質ではこうなる)。また、掘削
土砂が砂質土の場合、作泥材の濃度が薄めであれば、塑
性がな(なり、流動性も悪く、このため攪拌トルクが大
となって、運転不能となることすらある。このように、
良好な泥土状態を維持するには、掘削土砂の性状に応じ
て微妙に作泥材の濃度、流量、また掘進機の推進速度を
制御することが必要である。ところが、このような良好
な泥土状態を維持することは必ずしも容易ではない。
Now, in the mud pressurized shield excavator as described above, a good mud condition must always be maintained in the stirring chamber 8 during excavation. This mud condition is determined by the properties of the injected mud material and excavated soil. If the excavated soil is clayey soil and the amount of mud material is too small, the mud condition at that time will become excessively plastic and fluidity will deteriorate, making it difficult to discharge the soil from the screw conveyor 10. (In short, this is what happens if the soil is such that it sticks). In addition, if the excavated soil is sandy soil, if the concentration of the mud material is too dilute, it will have poor plasticity and fluidity, which will increase the stirring torque and may even make it impossible to operate. .in this way,
In order to maintain good mud conditions, it is necessary to delicately control the concentration and flow rate of the mud material, as well as the propulsion speed of the excavation machine, depending on the properties of the excavated soil. However, it is not always easy to maintain such good muddy conditions.

すなわち、掘進機前方の地山の土質が、例えば第3図に
示すように、砂質シルト層■から滞水砂礫層■へ変化し
た場合、これに対応して作泥材の濃度、流量を変化させ
なければ、スクリューコンベア部から水、砂を噴発する
という事態が発生する。
In other words, if the soil quality of the ground in front of the excavator changes from a sandy silt layer ■ to a waterlogged gravel layer ■, as shown in Figure 3, the concentration and flow rate of the sludge material should be adjusted accordingly. If this change is not made, a situation will occur in which water and sand will be ejected from the screw conveyor section.

そして、いったん泥土状態をくずしてしまうと、これを
復旧するには相当の時間、手間、技量が必要となる。
Once the mud is destroyed, it takes a considerable amount of time, effort, and skill to restore it.

このように、地山の土質変化に対応して作泥材の濃度、
流量を制御することが大事なのであるが、第2図に示し
た従来のシールド掘進機では、スクリューコンベア10
から排出される泥土の状態を観察して撹拌室8内の掘削
土砂の性状、さらに前方の地山の性状を推定することに
なるので、上記のような土質変化への対応が手おくれと
なっていた。
In this way, the concentration of mud material,
It is important to control the flow rate, but in the conventional shield tunneling machine shown in Fig. 2, the screw conveyor 10
Since the condition of the mud discharged from the mixing chamber 8 is observed and the properties of the excavated soil in the stirring chamber 8 and the properties of the ground in front are estimated, it may be too late to respond to the changes in soil quality as described above. was.

このため、上記のような水、砂の噴発という事態になる
のである。
This results in the eruption of water and sand as described above.

以上は泥土加圧式のシールド掘進機について述べたが、
泥土圧式のシールド掘進機では、掘削した土砂を掘進機
前部のチャンバ内とスクリューコンベアに充満して切羽
土圧と切羽水圧に対抗する土圧をチャンバ内に発生させ
、土質に応じ滑材を注入して充満土砂の望性流動化をは
かっており、また泥水式のシールド掘進機では、掘進機
前部の泥水室に所定の比重・粘性の泥水を送水・加圧し
て切羽土圧と切羽水圧に対抗させ、掘削された土砂を泥
水と撹拌して地上に流送する方法を採っている。したが
って、これらの方式においても、地山の土質変化に対応
して注入する滑材や泥水の濃度・流量を変化させなけれ
ばならないことは前述した泥土加圧式の場合と同様であ
る。このように、シールド掘進機においては、一般的に
掘進機前方の地山の土質変化を予測しつつ掘進すること
が必要であるが、従来このための有効な方法が実現され
ていなかった。
The above was about the mud pressurized shield excavator, but
In a mud pressure type shield excavator, excavated earth fills the chamber at the front of the excavator and the screw conveyor to generate earth pressure in the chamber that counters the face earth pressure and face water pressure, and applies lubricant depending on the soil quality. In a muddy type shield excavator, muddy water of a predetermined specific gravity and viscosity is pumped and pressurized into the mud chamber at the front of the excavator to improve the earth pressure at the face. A method is adopted in which excavated earth and sand are mixed with muddy water and flowed to the ground against water pressure. Therefore, in these methods as well, it is necessary to change the concentration and flow rate of the lubricant and mud water to be injected in response to changes in the soil quality of the ground, as in the case of the mud pressurization method described above. As described above, it is generally necessary for a shield excavator to excavate while predicting changes in the soil quality of the ground in front of the excavator, but no effective method for this has been realized so far.

本発明は、上記した従来技術の問題点にかんがみ、掘進
機前方の地山の土質変化を掘進機の進入に先立って検知
する機能を備えたシールド掘進機を提供することを目的
とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the problems of the prior art described above, an object of the present invention is to provide a shield excavator having a function of detecting changes in the soil quality of the ground in front of the excavator before the excavator enters.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

上記目的は、掘進機の前面部から突出して前方の地山に
貫入する探査用ロッドを備え、該探査用ロッドにロンド
貫入時に発生する振動を電気信号に変換する振動センサ
を内蔵し、かつそのセンサ出力信号を処理して地山の土
質情報を出力する処理装置を備えることにより達成され
る。
The above purpose is to provide an exploration rod that protrudes from the front part of the excavator and penetrates into the ground in front of it, and that the exploration rod has a built-in vibration sensor that converts the vibrations generated when penetrating the rondo into electrical signals. This is achieved by including a processing device that processes sensor output signals and outputs soil information on the ground.

〔作用〕[Effect]

地山の探査は、掘進機に付設した油圧シリンダ等の貫入
装置により、常時掘進機内部に格納された状態にある探
査用ロッドを掘進機の前面部から突出させて前方の地山
に貫入させるか、あるいはシールドジヤツキにより与え
られる掘進機自体の推進力を利用して、常時掘進機の前
面部がら突出している探査用ロッドを前方の地山に貫入
させるかして行なう。探査用ロッドに内蔵された振動セ
ンサは、探査用ロッドが地山中に貫入する際に発生する
振動を電気信号に変換し、処理装置は、このセンサ出力
信号を処理して地山の土質情報を出力する。
To explore the ground, a penetrating device such as a hydraulic cylinder attached to the excavator causes an exploration rod, which is always stored inside the excavator, to protrude from the front of the excavator and penetrate into the ground in front of it. Alternatively, using the propulsion of the excavator itself provided by the shield jack, the exploration rod, which is constantly protruding from the front of the excavator, is used to penetrate the ground in front of the excavator. The vibration sensor built into the exploration rod converts the vibrations generated when the exploration rod penetrates into the ground into electrical signals, and the processing device processes this sensor output signal to obtain soil information about the ground. Output.

次に、この土質判別の原理を説明する。Next, the principle of this soil quality determination will be explained.

土中に棒状の物体を貫入させた場合、この棒が土層を破
壊しながら進むときに発生する一種の摩擦音を聞くこと
ができる。この音は、棒の先端部で土が破砕されたり、
棒と摩擦するときの振動が棒を伝わって地上の空中に伝
播する音である。この音は、土質によって異なり、粘土
の場合はほとんど聞きとれないほど微弱なのが普通であ
るが、締まった砂・礫などではかなり大きく、しかもそ
の音の特徴をキリキリ、ガリガリ、シャリシャリ、ジャ
ーシャーなどと区別して書き表わすことができる場合が
多い。
When a rod-shaped object is inserted into the soil, a kind of frictional sound can be heard as the rod breaks through the soil layer. This sound is caused by the soil being crushed at the tip of the rod,
The vibration caused by friction with the rod is transmitted through the rod and is the sound that propagates into the air above the ground. This sound varies depending on the soil type, and in the case of clay, it is usually so weak that it is almost inaudible, but in the case of compacted sand and gravel, it is quite loud, and the sound has characteristics such as rasping, rasping, crunching, and shaky. In many cases, it can be written separately.

この点に着目し、発明者らは先端コーン部にマイクロホ
ンを内蔵させたほぼ第4図に示す形状の探査用ロッドを
製作し、これを各種土質の土中に貫入させる実験を試み
た。土質の種類としては、(11粘土、(2)川砂70
%十粘土30%、(3)川砂80%十粘土20%、(4
)川砂90%十粘土10%、(5)川砂、(6)川砂7
0%+ガラス玉(礫のモデル)30%、(7)川砂50
%+ガラス玉50%、(8)ガラス玉の8種類を選び、
それぞれ貫入時にマイクロホンで集音した音を周波数分
析した。第5図は、横軸に周波数(k Ilz )を、
縦軸に音圧レベルをとって、周波数分析結果を図示した
ものである。第5図によれば、粘土が主体の場合は音圧
レベルが低く、はとんど無音であるのに対し、砂分が多
くなるに従い、音の大きさが増加し、砂分が90%であ
る土質(4)のケースでは、明らかに(1)あたりとは
違っている。さらに、砂に検分がまじると、音圧レベル
は一層大きくなっていることが分かる。
Focusing on this point, the inventors manufactured an exploration rod having a shape approximately shown in FIG. 4, which had a built-in microphone in its tip cone, and attempted experiments in which the rod was penetrated into soil of various soil types. As for the soil type, (11) clay, (2) river sand 70
%10 clay 30%, (3) river sand 80% 10 clay 20%, (4
) 90% river sand, 10% clay, (5) river sand, (6) river sand 7
0% + glass beads (gravel model) 30%, (7) river sand 50
% + glass beads 50%, (8) choose 8 types of glass beads,
The sound collected by the microphone during each penetration was frequency-analyzed. In Figure 5, the frequency (k Ilz ) is plotted on the horizontal axis,
The frequency analysis results are illustrated with the sound pressure level plotted on the vertical axis. According to Figure 5, when clay is the main component, the sound pressure level is low and there is almost no sound, but as the sand content increases, the sound level increases, and when the sand content is 90% In case of soil quality (4), it is clearly different from case (1). Furthermore, it can be seen that the sound pressure level becomes even louder when the inspection is mixed with sand.

この結果から、棒が貫入していくときの音の大きさ、ま
たはその変動幅、変動の頻度などを調べることで土質を
推定できることがわかった。
From this result, it was found that soil quality can be estimated by examining the loudness of the sound when the rod penetrates, the range of its fluctuations, and the frequency of fluctuations.

以上の実験では、探査用ロッドが土中に貫入する際、外
部の土粒子の破砕あるいは土粒子相互の摩擦により発生
する振動およびロッドの先端コーン部と土との摩擦によ
る振動が先端コーン部表面よりコーン部を構成する金属
中を伝播してマイクロホンの受感面前力の金属表面に達
し、その金属表面の振動が圧力波(縦波)となって一旦
空中を伝播したものをマイクロホンの受感面で捕えてい
るわけであり、振動の検出手段としては、いわば間接的
な手法である。したがって、先端コーン部の金属表面に
加速度センサまたはAE (アコースティック・エミッ
ション)センサなどを取付けて、金属中を伝播してくる
振動を直接検出し、そのセンサ出力信号を解析すること
によっても、マイクロホンで音を検出するのと同様に土
質の判別が可能である。本明細書では、直接9間接を問
わず、探査用ロッドの貫入時に発生する振動を検出し電
気信号に変換するものを振動センサと総称する。
In the above experiments, when the exploration rod penetrates the soil, vibrations generated by the crushing of external soil particles or friction between soil particles and vibrations caused by the friction between the rod tip cone and the soil are transmitted to the tip cone surface. The force propagates through the metal that makes up the cone and reaches the metal surface of the microphone's sensing surface, and the vibrations on the metal surface become pressure waves (longitudinal waves) that propagate through the air and are then sensed by the microphone. It is an indirect method for detecting vibrations. Therefore, by attaching an acceleration sensor or an AE (acoustic emission) sensor to the metal surface of the tip cone, directly detecting the vibration propagating through the metal, and analyzing the sensor output signal, it is possible to use a microphone. It is possible to determine soil quality in the same way as detecting sound. In this specification, devices that detect vibrations generated when an exploration rod penetrates, whether directly or indirectly, and convert them into electrical signals are collectively referred to as vibration sensors.

また、処理装置から出力される土質情報とは、検出され
た音(振動)の大きさ、変動幅、変動の頻度などといっ
た土質(または土の粒径)に対応する情報を意味する。
Moreover, the soil quality information outputted from the processing device means information corresponding to the soil quality (or soil particle size), such as the magnitude, fluctuation range, and frequency of the detected sound (vibration).

〔実施例〕〔Example〕

第1図に本発明の一実施例を示す。図中、第2図と同一
の機能、名称の構成部分には同一符号を付し、その説明
を省略する。
FIG. 1 shows an embodiment of the present invention. In the figure, components with the same functions and names as those in FIG. 2 are given the same reference numerals, and their explanations will be omitted.

13は油圧シリンダ形式の貫入装置によって操作される
探査用ロッドである。この探査用ロッド13はセンター
シャフト4内に設けてあり、油圧シリンダのピストンを
構成するロッド大径部13aの前後のシリンダ室14内
に油圧配管15a、15bと、それらに接続されたセン
ターシャフト4の油圧経路16a、16bを通じて圧油
を給、排することによって、図で左または右方向に摺動
する。なお、本実施例では、探査用ロッド13が回転す
るセンターシャフト4内に設けられているので、後述す
る振動センサの信号線の破損を防止するために、図示は
していないが、探査用ロッド13に対しては回転止めが
施されている。探査用ロッド13の切羽側の先端には振
動センサを内蔵する先端コーン部17が設けられている
13 is an exploration rod operated by a hydraulic cylinder type penetration device. This exploration rod 13 is provided inside the center shaft 4, and there are hydraulic pipes 15a and 15b in the cylinder chamber 14 before and after the rod large diameter portion 13a that constitutes the piston of the hydraulic cylinder, and the center shaft 4 connected to them. By supplying and discharging pressure oil through the hydraulic paths 16a and 16b, the slider slides to the left or right in the figure. In this embodiment, the exploration rod 13 is provided inside the rotating center shaft 4, so in order to prevent damage to the signal line of the vibration sensor, which will be described later, the exploration rod 13 is installed, although not shown in the drawings. 13 is prevented from rotating. A tip cone portion 17 containing a built-in vibration sensor is provided at the tip of the exploration rod 13 on the face side.

振動センサの具体的な構成例を示すために、探査用ロッ
ド13の先端部付近の詳細図を第4図として示した。貫
入を容易にするためと土の付着を防止するために円錐形
状とした先端コーン部17は探査用ロッド13の本体部
分にボルト18で取付けられている。19は先端コーン
部17の内部にねじ20により取付けられたマイクロホ
ンで、振動センサの一例として示したものである。マイ
クロホン19は、その受感面が先端コーン部17の金属
表面と空間を介して対向し、探査用ロッド13が土中に
貫入する際に、先端コーン部17の外表面から内部空間
に伝わる音を集音する。21は探査用ロッド1゛3の内
部を経て後方の運転室に至る信号線であり、マイクロホ
ン19から出力される電気信号を伝送する。運転席部に
は、マイクロホン19からの出力信号を処理して掘進機
前方の地山の土質情報を運転者に提示する処理装置22
が設置されている。
In order to show a specific example of the configuration of the vibration sensor, a detailed view of the vicinity of the tip of the exploration rod 13 is shown in FIG. 4. A tip cone portion 17, which has a conical shape to facilitate penetration and prevent soil from adhering, is attached to the main body portion of the exploration rod 13 with a bolt 18. A microphone 19 is attached to the inside of the tip cone portion 17 with a screw 20, and is shown as an example of a vibration sensor. The microphone 19 has a sensitive surface facing the metal surface of the tip cone portion 17 with a space in between, and detects sound transmitted from the outer surface of the tip cone portion 17 to the internal space when the exploration rod 13 penetrates into the soil. Collect sound. Reference numeral 21 denotes a signal line that passes through the inside of the exploration rod 1-3 to the rear driver's cab, and transmits the electric signal output from the microphone 19. In the driver's seat section, there is a processing device 22 that processes the output signal from the microphone 19 and presents information on the soil quality of the ground in front of the excavator to the driver.
is installed.

処理装置22の構成としては、例えばマイクロホン19
の出力信号をプリアンプで増幅した後、その増幅信号を
ログアンプで対数圧縮し、音圧すなわち、音の大きさと
して音圧表示器に表示させる。
The configuration of the processing device 22 includes, for example, a microphone 19.
After amplifying the output signal with a preamplifier, the amplified signal is logarithmically compressed with a log amplifier and displayed on a sound pressure display as sound pressure, that is, the loudness of the sound.

さらに必要に応じ、前記プリアンプで増幅した信号の一
部を、パルス計数器を用いて、−足音圧レベルを超える
音についてのみ振動周波数に比例する電圧に変換し、パ
ルス表示器に単位時間当りのパルス数として表示させて
もよい。このようにして処理装置から出力される音圧お
よびパルス数ともに、土の粒径が大きくなるにつれて大
きくなる関係にあり、これにより土質を判別することが
可能である。
Furthermore, if necessary, a part of the signal amplified by the preamplifier is converted to a voltage proportional to the vibration frequency only for sounds exceeding the footstep sound pressure level using a pulse counter, and a pulse indicator shows the voltage per unit time. It may also be displayed as the number of pulses. In this way, both the sound pressure and the number of pulses output from the processing device increase as the particle size of the soil increases, and it is possible to determine the soil quality based on this.

次に本実施例の作用を説明する。Next, the operation of this embodiment will be explained.

第1図において、シールド掘進機全体は土中にあるもの
とする。シールド掘進機を用いるシールド工法では、所
定距離(例えばIn)掘進するごとに、セグメントとい
うトンネルの一部となる部材を継ぎ足すために掘進を中
断する。説明を容易にするために、以下の操作はこの掘
進中断時に行なうものとする。
In Figure 1, it is assumed that the entire shield excavator is underground. In the shield construction method using a shield excavator, every time the tunnel excavates a predetermined distance (for example, In), the excavation is interrupted in order to add a member called a segment that will become a part of the tunnel. For ease of explanation, it is assumed that the following operations are performed during this excavation interruption.

セグメント構築中に、油圧配管15bから圧油を供給す
ると、この圧油は油圧通路16bを通じて探査用ロッド
13の大径部13aの図中右側に作用し、その推進力に
より探査用ロッド13は図中左方へ移動する。すなわち
、先端コーン部17が掘進機の前面部から突出し、未だ
掘削されていない地山中に貫入してゆく。このとき発生
する貫入台が先端コーン部17内のマイクロホン19で
検出され、電気信号となって信号線21により処理装置
22へ送られる。
During segment construction, when pressure oil is supplied from the hydraulic pipe 15b, this pressure oil acts on the right side of the large diameter portion 13a of the exploration rod 13 in the figure through the hydraulic passage 16b, and its propulsive force causes the exploration rod 13 to move forward in the figure. Move to the center left. That is, the tip cone portion 17 protrudes from the front face of the excavator and penetrates into the ground that has not yet been excavated. The penetration pad generated at this time is detected by the microphone 19 in the tip cone portion 17, and is sent as an electrical signal to the processing device 22 via the signal line 21.

この貫入台は、前述の基本原理で説明したように、前方
地山の土質に対応しているので、運転者は、この処理装
置22の出力、例えば貫入台の大きさ、変動幅、変動の
頻度などにより、これから掘進機が進入してゆく地山の
土質を、進入に先立って知ることができ、土質の変化が
予測された場合、それに対応して作泥材供給配管23か
ら噴射口3fへ供給する作泥材の濃度、流量を予め準備
しておくことが可能となる。
As explained in the basic principle above, this intrusion platform corresponds to the soil quality of the ground ahead, so the driver can check the output of this processing device 22, such as the size of the intrusion platform, the range of fluctuation, and the Depending on the frequency, etc., it is possible to know the soil quality of the ground that the excavator will enter from now on before entering, and if a change in soil quality is predicted, the flow of water from the mud-making material supply pipe 23 to the injection port 3f will be adjusted accordingly. It becomes possible to prepare in advance the concentration and flow rate of the sludge material to be supplied to the tank.

第6図に探査用ロッド13の貫入終了した状態を示す。FIG. 6 shows a state in which the exploration rod 13 has completed its penetration.

このように探査用ロッド13が所定距離(本実施例では
ピストンを構成する大径部13aのストローク分)前進
したら、油圧配管15bの圧油を開放しておく。そして
、セグメント構築作業が終了するのを待って、掘進を開
始する。掘進に伴って、探査用ロッド13は掘進力によ
り再びセンターシャフト4内に押し込まれ、第1図の状
態、すなわち格納状態にもどる。
When the exploration rod 13 moves forward a predetermined distance (in this embodiment, the stroke of the large diameter portion 13a constituting the piston), the pressure oil in the hydraulic pipe 15b is released. Then, wait for the completion of the segment construction work before starting excavation. As the excavation progresses, the exploration rod 13 is again pushed into the center shaft 4 by the excavation force and returns to the state shown in FIG. 1, that is, the retracted state.

以上の作用説明では、掘進機の掘進停止中に探査用ロッ
ド13を貫入させるということで説明したが、貫入操作
は掘進停止中に限ることな(、掘進途中でも随時行うこ
とができる。
In the above description of the operation, it has been explained that the exploration rod 13 is penetrated while the excavation machine is stopped, but the penetration operation is not limited to the time when excavation is stopped (it can also be performed at any time during excavation).

探査用ロッド13のストロークは、前方の地山の土質を
予測するという点からは長いに越したことはないが、機
械的損傷の可能性も考慮すると、1〜2セグメント分程
度が適当であろう。また、掘進機の掘進速度が数ell
 / milと遅いことを考えると、それ程前方の土質
を探査する必要はなく、上記の程度で充分と考えられる
A long stroke of the exploration rod 13 is best from the point of view of predicting the soil quality of the ground ahead, but considering the possibility of mechanical damage, a stroke of 1 to 2 segments is appropriate. Dew. In addition, the digging speed of the excavator is several ell.
Considering the slow speed of /mil, there is no need to explore the soil that far ahead, and the above level is considered to be sufficient.

上記実施例では、探査用ロッド13がセンターシャフト
4内を摺動し、必要に応じて随時、前方地山の土質を探
査できる構成となっている。これによれば、探査用ロッ
ドが常時土中にさらされていないため、損傷しにくいと
いう利点がある。また、掘進停止中に探査ができるので
、掘進中の土砂の掘削による振動の影響を受けない状態
、すなわち外部振動による雑音が混入しない状態で、純
粋の貫入台だけを検出できるという利点もある。
In the above embodiment, the exploration rod 13 slides within the center shaft 4 and is configured to be able to explore the soil quality of the ground in front as needed. According to this, the exploration rod is not constantly exposed to the soil, so it has the advantage of being less likely to be damaged. In addition, since exploration can be performed while excavation is stopped, there is an advantage that only pure intrusion platforms can be detected without being affected by vibrations caused by excavation of earth and sand during excavation, that is, without noise from external vibrations being mixed in.

しかし、本発明の本旨はこのような格納可能型の探査用
ロッドの形態に限るものでなく、第7図に示すように、
探査用ロッド13を常時掘進機の前面部から突出した形
態として、シールドジヤツキ12の作動によりシールド
本体1が前進するときの推進力で探査用ロッド13を地
山に貫入させ、その貫入台を検知するようにしたものも
本発明の技術的範囲に包含される(第7図で24は探査
用ロッド13の固定ボルトである)。
However, the gist of the present invention is not limited to the form of such a retractable exploration rod, but as shown in FIG.
With the exploration rod 13 always protruding from the front part of the excavator, the exploration rod 13 is penetrated into the ground by the propulsion force when the shield body 1 moves forward by the operation of the shield jack 12, and the penetration platform is Detection is also included within the technical scope of the present invention (in FIG. 7, 24 is a fixing bolt for the exploration rod 13).

さらに、第1図の実施例では探査用ロッド13をセンタ
ーシャフト4内に配置したが、掘進停止中の探査に限定
してよければ、探査用ロッド13をバルクヘッド2から
カッターホイール3のスポーク3b、攪拌翼3cの間を
通して前方に突出させる構成としてもよいし、また、カ
ッターホイール3の回転のじゃまにならないフード部1
aの外周上に探査用ロッド13を配置することもできる
Further, in the embodiment shown in FIG. 1, the exploration rod 13 is placed inside the center shaft 4, but if the exploration is limited to exploration while excavation is stopped, the exploration rod 13 can be moved from the bulkhead 2 to the spoke 3b of the cutter wheel 3. , the hood part 1 may be configured to protrude forward through the space between the agitating blades 3c, and the hood part 1 does not interfere with the rotation of the cutter wheel 3.
It is also possible to arrange the exploration rod 13 on the outer periphery of a.

第8図において、25はフード部1aの外周に装着され
た貫入用油圧シリンダ、26は保護カバー、27は先端
部にマイクロホン等の振動センサを内蔵した探査用ロッ
ド、28は保護カバー26内への土砂や水の侵入を防止
するシールであり、掘進停止時あるいは掘進中にかかわ
らず、前方地山の土質を探査したいときに、油圧シリン
ダ25により探査用ロッド27をフード部1aの前端か
ら突出させ、前方の地山中に貫入させる。
In FIG. 8, 25 is a hydraulic cylinder for penetration attached to the outer periphery of the hood part 1a, 26 is a protective cover, 27 is an exploration rod with a built-in vibration sensor such as a microphone at its tip, and 28 is inserted into the protective cover 26. This is a seal that prevents the intrusion of earth, sand, and water, and when it is desired to explore the soil quality of the ground ahead, whether the excavation is stopped or during excavation, the exploration rod 27 is protruded from the front end of the hood part 1a by the hydraulic cylinder 25. and penetrate into the ground in front.

第9図は、探査用ロッド27のみをフード部1aの外周
に固定した例で、探査用ロッド27の先端部を常時フー
ド部1aの前方に突出させておき、シールド本体1の前
進時に地山中に貫入させる。
FIG. 9 shows an example in which only the exploration rod 27 is fixed to the outer periphery of the hood part 1a. to penetrate.

第8図、第9図のようにフード部1aの外周部から探査
用ロッド27を突出させることにより、カッターホイー
ル3がじゃまになったり、掘進停止時しか貫入できない
といった制約を受けることがなく、また探査用ロッドを
センターシャフト4内に設けた場合のようにシャフト径
を大きくする必要もなく、掘進機の他の部分の構造を大
きく変えずに探査用ロッドを装備することができる。ま
た、油圧シリンダ25、探査用コンド2フ等をフード部
外周上に複数組配置することも可能であり、例えば上下
左右に4組設置すると、第3図のような地山の変化があ
った場合、下部に設置したものがより早く地山の変化を
検出し、続いて左右、さらに上部と検出していくことに
より、地層の変化方向まで検出でき、より厳密な泥土管
理が可能となる。
By making the exploration rod 27 protrude from the outer periphery of the hood portion 1a as shown in FIGS. 8 and 9, the cutter wheel 3 does not become an obstruction or is restricted to being able to penetrate only when digging is stopped. Further, there is no need to increase the diameter of the shaft unlike when the exploration rod is provided in the center shaft 4, and the exploration rod can be installed without significantly changing the structure of other parts of the excavator. It is also possible to arrange multiple sets of hydraulic cylinders 25, exploration condos 25, etc. on the outer circumference of the hood part. For example, if four sets are installed on the top, bottom, left and right sides, the ground changes as shown in Figure 3. In such cases, the device installed at the bottom detects changes in the ground faster, and then detects from the left and right, and then the top. By doing so, it is possible to detect the direction of changes in the strata, allowing for more precise mud management.

上記実施例では、マイクロホンにより貫入台を検出する
例について説明したが、第4図において、マイクロホン
19の代わりに加速度センサまたはAEセンサを先端コ
ーン部17の金属面に密着して取付け、先端コーン部1
7の金属中を伝播してくる振動を直接検出してもよい。
In the above embodiment, an example was explained in which the penetration table is detected by a microphone, but in FIG. 1
The vibration propagating through the metal 7 may be directly detected.

また、マイクロホン、加速度センサ、AEセンサ等の振
動センサに、貫入抵抗を検出するロードセル、土中の間
隙水の水圧を検出する圧力センサ等の他のセンサを1個
または複数個組合せて探査用ロッドに内蔵させ、それら
の信号を処理することにより、地山の性状についてより
多くの情報を提供することが可能である。
In addition, vibration sensors such as microphones, acceleration sensors, and AE sensors can be combined with one or more other sensors such as load cells that detect penetration resistance and pressure sensors that detect the water pressure of pore water in the soil. By incorporating these signals into a system and processing those signals, it is possible to provide more information about the properties of the ground.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

本発明によれば、掘進に先立って、掘進機前方の地山の
土質変化を検知できるので、それに対応して作泥材の濃
度、流量を変える準備をしておくことにより、泥土加圧
式シールド掘進機における攪拌室内の泥土状態を常に良
好な状態に維持できるという効果がある。また、本発明
は、掘進機前部のチャンバ内に充満した掘削土砂に土質
に応じ滑材を注入して充満土砂の塑性流動化をはかる泥
土圧式シールド推進機や、掘進機前部の泥水室に所定の
比重・粘性の泥水を送水・加圧して掘削土砂と共に流送
する泥水式シールド掘進機にも同様に適用でき、それぞ
れ上記に準じた効果が得られる。
According to the present invention, it is possible to detect changes in the soil quality of the ground in front of the excavator before digging, and by making preparations to change the concentration and flow rate of the mud-making material accordingly, the mud pressurized shield This has the effect that the mud condition inside the stirring chamber of the excavator can always be maintained in a good condition. The present invention also provides a mud pressure type shield propulsion machine that plastically fluidizes the filled earth by injecting a slipping material into the excavated earth filled in the chamber at the front of the excavation machine according to the soil quality, and a mud water chamber at the front of the excavation machine. The present invention can be similarly applied to a muddy shield excavator that pumps and pressurizes muddy water of a predetermined specific gravity and viscosity and transports it together with excavated soil, and the same effects as those described above can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例の側断面図で、探査用ロッド
が格納された状態を示す。第2図は従来のシールド掘進
機の側断面図、第3図はシールド掘進機の掘進中の地山
変化の説明図、第4図は第1図中の探査用ロッドの先端
部を拡大して示す断面図、第5図は本発明の原理説明図
、第6図は第1図に示す実施例の探査用ロッドが貫入終
了した状態図、第7図、第8図、第9図は探査用ロッド
の形態を異にする本発明の他の実施例の側断面図である
。 1・・・シールド本体、1a・・・フード部、2・・・
バルクヘッド、3・・・カッターホイール、4・・・セ
ンターシャフト、8・・・撹拌室、13・・・探査用ロ
ッド、14・・・貫入用シリンダ室、15a、 15b
・・・油圧配管、17・・・先端コーン部、19・・・
マイクロホン(振動センサ)、21・・・信号線、22
・・・処理装置、25・・・貫入用油圧シリンダ、27
・・・探査用ロッド。 代理人 弁理士   秋 本 正 実(外1名)第1図 1−−−シールド本体  1o−一一スクリューコンペ
?     17−一覧廊コーシ靜2−−−ハ゛−ヘッ
ド  13−・−4に倉用口、ド     19−一一
マイクロ木ン3−−−a、ターiイーlI/ 14−−
−IDJiしtンタ’!!     2l−−−It腺
4−− tz′/9−レマ7ト  1シ、  +5b−
一輪しIL負乙官  22−−一処メ!亭【!21−−
−&W!     16a、16b−−−aFL!Mに
’  2  諭 」 第3図 ?1買シルト層 13−−一桿J1用口、ド  19・・−マイクロホン
17−−−L’4コーンf 20・・−fiL’旧−−
−ホ゛+)       21−信号森第5図 第6図 第7図 ■ 1−、−、レド本体   17−・・′に、jIコーノ
卵12・・・シールド−7キ  19・・−7づりpホ
ン13・・・[tl!Iロアド  24・−ロ、ド五更
序J4)第8図
FIG. 1 is a side cross-sectional view of one embodiment of the present invention, showing a state in which the exploration rod is retracted. Figure 2 is a side sectional view of a conventional shield tunneling machine, Figure 3 is an explanatory diagram of changes in the ground during excavation by the shield tunneling machine, and Figure 4 is an enlarged view of the tip of the exploration rod in Figure 1. 5 is an explanatory diagram of the principle of the present invention, FIG. 6 is a state diagram of the exploration rod of the embodiment shown in FIG. 1 after it has penetrated, and FIGS. 7, 8, and 9 are FIG. 7 is a side sectional view of another embodiment of the present invention in which the exploration rod has a different form. 1... Shield body, 1a... Hood part, 2...
Bulkhead, 3... Cutter wheel, 4... Center shaft, 8... Stirring chamber, 13... Rod for exploration, 14... Cylinder chamber for penetration, 15a, 15b
...Hydraulic piping, 17...Tip cone part, 19...
Microphone (vibration sensor), 21... signal line, 22
... Processing device, 25 ... Hydraulic cylinder for penetration, 27
...Exploration rod. Agent Patent attorney Masami Akimoto (1 other person) Figure 1 1 --- Shield body 1o-11 Screw competition? 17-List corridor height 2--High head 13--4, warehouse entrance, door 19-11 Micro wood 3--a, Terre I/I/14--
-IDjittanta'! ! 2l--It gland 4-- tz'/9-rema7to 1shi, +5b-
One wheel and IL debt official 22--Ichidokome! Tei [! 21--
-&W! 16a, 16b---aFL! To M' 2 'Teaching' Figure 3? 1 purchase silt layer 13--One rod J1 opening, de 19...-Microphone 17--L'4 cone f 20...-fiL' old--
- +) 21-Signal Forest Fig. 5 Fig. 6 Fig. 7 ■ 1-, -, Red body 17-...', jI Kono egg 12... Shield -7 Ki 19...-7 p Hong 13... [tl! I Road 24・-Ro、D Pentateuch J4) Figure 8

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、掘進機の前面部から突出して前方の地山に貫入する
探査用ロッドを備え、該探査用ロッドにロッド貫入時に
発生する振動を電気信号に変換する振動センサを内蔵し
、かつそのセンサ出力信号を処理して地山の土質情報を
出力する処理装置を備えたことを特徴とするシールド掘
進機。 2、探査用ロッドが、掘進機に付設した貫入装置により
、随時掘進機前方に突出し得るように構成されているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載のシールド掘
進機。 3、探査用ロッドが、シールド本体のフード部外周上に
配置されていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
または第2項記載のシールド掘進機。
[Claims] 1. An exploration rod that protrudes from the front of the excavator and penetrates the ground in front, and the exploration rod has a built-in vibration sensor that converts vibrations generated when the rod penetrates into electrical signals. A shield excavator characterized in that it is equipped with a processing device that processes the sensor output signal and outputs soil quality information of the ground. 2. The shield excavator according to claim 1, wherein the exploration rod is configured to be able to protrude in front of the excavator at any time by a penetration device attached to the excavator. 3. The shield excavator according to claim 1 or 2, wherein the exploration rod is arranged on the outer periphery of the hood portion of the shield body.
JP11260887A 1987-05-11 1987-05-11 Shield excavator Granted JPS63280192A (en)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH02140350U (en) * 1989-04-20 1990-11-22
JP2017032518A (en) * 2015-08-06 2017-02-09 大成建設株式会社 Vibration specification system and vibration specification method

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