JPH0288886A - シールド掘進機の排土量計測装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は、シールド掘進機の排土装置の付帯設備として
適用される排土量計測装置に関するものである。

（従来の技術） シールド掘進機の土圧系シールド９（土庄式シールド、
泥土圧式シールド）における従来の排土量計測装置、方
法としては、第８図に示すようにシールド掘進機の土圧
系シールド後部の排土装置におけるベルトコンベヤ（１
）Ｋ、矢示方向に連続搬送される排削土砂（ａ）を支え
るフレーム（２）を設け、フレーム（２）上の土砂重量
を荷重計（ロート９セル）（３）によって検出し、荷重
計（３）の重量検出値、ベルト速度等によって時間当り
の排出量を計測する。第９図に示すようにはルトコンベ
ヤ（１）上で矢示方向に搬送される掘削土砂（ａ）の上
方に超音波発受信器（４）等を配設して、超音波発受信
器（４）によって直下の掘削土砂（ａｌの切断投影面積
を検出し、ベルト速度を乗じて時間当りの排土量を計測
する。第１０図に示すように前記土圧系シールドの１次
排土系になっているスクリューコンベヤ（５）中で、ス
クリュー羽根（６）の回転数を検出し、１ピッチ当りの
内容積を乗じて、理論排土量を算出する。または、第１
１図に示すように前記土圧系シールドの２次排土系であ
る圧送ポンプ（７）のピストン（８）によって押された
排削土砂（ａ）が管路内を先送りされ、この時、ピスト
ンのサイクル数に、往復動作によって生ずる移動容積な
乗じて、理論排土量を求める、などの各種装置、方法が
ある。

（発明が解決しようとする課題） 従来の前記排土量計測装置は、掘削土砂の性状による影
響、搬送形態による影響などによって、土砂が空隙を発
生し易い性状である場合は、空隙を減少する機構が必要
となって複雑な装置となる。

ベルトコンベヤなどによって開放状態で搬送する形態で
は、途中の土砂飛散彦どにより排土量を正確に把握でき
ず、飛散防止機構等が必要となる。

計測用検出器が高価であり、複雑な装置となり保守費用
等でコスト高になっている。理論値を補正する形式では
、運転状態により補正係数を変更する必要があるなど計
測精度上の問題点がある。

本発明は、前記のような課題に対処するために開発され
たものであって、その目的とする処は、計測機構の簡素
化、コスト節減とともに計測性能、信頼性を向上したシ
ールド掘進機の排土量計測装置を提供するにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、シールド掘進機における土圧系シールドの排
土経路に掘削土砂を圧送する内部断面積一定の排土管路
を設けて、該排土管路に土砂流動抵抗圧の検出信号を出
力する複数の圧力センサを輸送方向間隔をおき付設する
とともに、前記各圧力センサに連設され前記検出信号に
よる圧力差に基づき排土量を算出する排土量演算器を設
けた構成に特徴を有し、排土径路に設けた排土管路で掘
削土砂を圧送することによって、掘削土砂の空隙をなく
して飛散等を防止し、該排土管路に輸送方向間隔をおき
付設した圧力センサの土砂流動抵抗圧の検出と、排土量
演算器による前記検出に基づく排土量の算出によって、
排土量の計測性能を高め、信頼性を得ている。

（作用） 掘削土砂は、シールド掘進機における土圧系シールド１
の排土経路に設けた排土管路によって圧送され、空隙が
減少され飛散等が防止されて検出精度が高められるとと
もに、排土管路に輸送方向間隔をおき付設された複数の
圧力センサによって、排土管路内の掘削土砂の土砂流動
抵抗圧が適格に検出され、排土演算器によって前記各検
出による圧力差に基づき排土量が正確に算出される。

前記圧力センサおよび前記排土量演算器による排土量の
検出、演算は、一般的な理論式の応用によりかつ掘削土
砂の土質性状等に対応し連続計測されて優れた精度が得
られ、従ってまた、シール掘進機の操作が適格に行われ
排土、シールド掘削が円滑に遂行される。

（実施例） 第１図および第２図に本発明の第１実施例を示し、図中
（Ｉｃはシールド本体、ａυはシールド本体（ｌｅの前
部に配設され駆動装置０２によって回転されるカッタヘ
ッド、（３０）はリング状に組立、連結されて施工され
たセグメントであって、図示省略した複数の推進用ジヤ
ツキ【よってシールド本体０ｏ）を推進するとともに、
カッタヘッド（１１）ｋ回転してシールド掘削し、掘削
土砂（ａ）は、土圧系シールド（±圧式シールド、泥土
式ジールビ）の排土経路に設げ駆動モータ０４）で駆動
されるスクリューコンベヤ０３）、スクリューコンイヤ
α■の後部ゲート０９に連設され掘削土砂を圧送する内
部断面積一定の排土管路Ｑ６）を経て、ベルトコンベヤ
αη上へ搬送、排出されたのち、坑内軌道（１９上の台
車Ｏａに収容されて外部へ運び出されるシールド掘進機
になっている。

さらに、前記排土管路（１６）の外側には、内部の土砂
流動抵抗圧を検出する複数の圧力センサ１２１）１２１
）が輸送方向間隔（１）をおき付設され、圧力センサＩ
２１）？υに、圧力センサ（２１３Ｃ）１）の検出信号
（２１ａ）（２１ａ）Ｉｃよる圧力差（Ｐｌ−Ｐ２）に
基づき排土量（Ｑ）を算出する排土量演算器（２３が連
設されている。

前記排土管路（１６）は、スクリューコンベヤα□□□
の後部ゲートα９に一連に連結され、内部断面積一定の
円筒状に形成された流量計測用トラフになっており、ス
クリューコンベヤＱ３）のスクリュー（１３ａ）により
掘削土砂（ａ）が圧送される。

前記圧力センサ（２１）　、　（２１）は、排土管路０
ωの外壁面に所定の輸送方向間隔ｌをおき付設され、排
土管路００の壁面を介して圧送されている掘削土砂の流
動抵抗圧を検出して出力する圧力計になっている。

前記排土量演算器器は、圧力センサＣυＣυに連設され
て検出信号（２１ａ）　（２１ａ）が入力され、後記の
理論に基づき排土量ｑを演算する。

該排土量演算器（２２による排土量の演算理論について
詳述すると、 （１）スクリューコンイヤαＪから送り込まれる掘削土
砂が水分を多量に含む土質の場合は、ベルヌーイの式が
適用される。

即ち、排土管路０ｅ内の土砂流速をＶ、重力加速度をｇ
、排土管路の内径なｄ、圧力センサ（２Ｉ）ｅυの検出
間隔（輸送方向間隔）をノ、排土管路内の掘削土砂（ａ
）の単位体積重量をγ、摩擦係数をλ１．検出による圧
力差をｐｌ−ｐ２とすると、はルヌーイの式の変形によ
り ありて、計算で求められるので、式（２）から排土量（
流量）Ｑは Ｑ＝Ａす　　　　　　　−−−（３） Ａ：排土管路の内部断面積＝上πｄ２ によって算出できる。

また、式（３）は次のように表わされ 整理すると Ｑ　＝＝　Ａ１°３°ｒ　　　−（５）Ａ１　は形状的
に定まる定数である。

さらに変形して と表わされ、 排土管路（ｌｅの内部断面積は一定で Ｋは土質の性状と、排土管路Ｏｅの状態により決まる実
験的な係数である。

従って、排土量Ｑは、Ｐｌ−Ｐ２を圧力センサ（２Ｉ）
ＣＤによって検出に基づき得ることにより、式（５）に
よって電気的演算回路で算出される。

（２）スクリューコンベヤ０３から送り出される掘削土
砂が、粘性のある流動状態を保てるような土質のビンガ
ム体として考えられる場合は、該ビンガム体の管内平均
速［Ｖａは、次式で表わされる。

式（９）の変形により さらに、排土量を得るために μ　＝塑性粘度 τ７＝剪断応力降伏値 γア＝剪断応力が降伏値に等しくなる半径また、圧力差
、即ち圧力損失ｐ１−ｐ２は、次式で表わされる。

ここで　γ工＝比重量 Ｖ、　＝平均流速 α＝（２赤２） 一一一定数 これを簡略化して Ｑ＝Ａ　・ζ・（Ｐｔ　−Ｐ２）　　　　　　−−−−
（１２ｒＡ２　は形状により定まる定数であり、ζは実
験的な係数であって、それぞれ予め設定しておくことに
より、検出によるＰ、　−Ｐ２で直ちに排土量の算出、
計測が可能となる。流れが乱流となった場合には、式（
５）および式α２の各定数および係数を変更して正しい
結果を得ることができる。

（３）　　スクリューコンベヤα濠から送り出される掘
削土砂が流動性のない固体とみなされる土質、即ち固体
の運動として考えられる場合は、運動の方程式により Ｆ−泡、。　　　　−−−（１３） ここで　Ｆ＝作用する力 Ｗ＝型重 量＝加速度 等加速度運動の方程式により ｖ２＝ｖ２＋２αＬ　　　　　　−＋−０４）ここで　
Ｖ−終速度 ＶＱ＝初速変 速度移動距離 排土管路内の摩擦抵抗により、ＦとＷの関係はＦ＝ｆ１
−μ・Ｗ　　　　　　−−−（１５）ここで　Ｆ　＝　
ｗ’ｌのブロックを押す力ｆ１−スクリューコン（ヤが
Ｗを押す力μ＝土砂と排土管路の管壁の摩擦係数 と表わされ、式θ■を変形し式０４）に代入して整理す
ると、排土量Ｑは ここで　Ｋ＝２・Ｌｇ（定数） １）−Ｎ＝Ｖｏ（定数） Ｐ−スクリューピッチ Ｎ＝ニスクリユー転数 と表わされて、さらに、 β＝相関係数 ｐ＝管内圧力（検出値） として、式０ｅは、 となり、排土量が算出される。

本発明では、式（５）、α■、（１８）に切り換えて演
算でき、各式の定数および係数を任意に設定できる電気
的演算回路を、排土量演算器（ハ）として装備し、あら
ゆる条件下でも圧力センサ（２１）（２１）の検出した
値により瞬時に排土量な正確に算出し計測表示できる。

第３図ないし第７図：（圧力センサ（２１）ｔ２１）配
置の他の各実施例を示しており、第３図に示すように圧
力センサ（２＋ａ）　（２１ａ）を排土管路０６）の同
じ側面部に配設し、第４図に示すように圧力センサ（２
１ｂ）（２１ｂ）を排土管路０６）の左、右側面部に配
設し、第５図に示すように圧力センサ（２１ｃ）（２１
ｃ）を排土管路０ｅの上側面部と下側面部に配設し、さ
らに、排土管路０６）内の土砂流動抵抗圧の検出感度を
さらに高めるために、第６図シて示すように排土管路（
１６）に凹部を設けて圧力センサ（２１ａ）を付設し、
第７図に示すように排土管路（Ｉ６）内に圧力センサ（
２１ａ）を配設した実施例にもできる。

（発明の効果） 本発明は、前述のような購成になっており、ジ−ルビ掘
進機における土圧系ジールビの排土経路に設けた排土管
路内で掘削土砂を圧送し、排土管路に輸送方向間隔をお
き付設した複数の圧力センサによって、排土管路内の複
数箇所で土砂流動抵抗圧の検出信号が出力され、排土量
演算器によって前記検出信号による圧力差に基づき排出
量が正確に算出されて、掘削土砂の性状、搬送形態およ
び飛散等による影響がなくなり、検出精度、信頼性が著
しく高められているとともに、該排土量演算器てよる排
土量の演算は、複数の圧力センサの前記検出信号による
圧力差に基づいて行われ、般的な理論式の応用により、
掘削土砂の土質性状に対応し連続計測されて、排土量の
計測性能、信頼性が著しく向上されている。

機構が著しく簡素化され大幅にコスト節減されるととも
に、排出量の計測性能の向上と相まってシールド掘進機
の操作が適格に行われ排土、シールド掘削、が円滑に遂
行されて作業能率が大幅に高められる。

以上本発明を実施（ｆｌＪ　Ｋついて説明したが、勿論
本発明はこのような実施例にだけ局限されるものでシよ
なく、本発明の精神を逸脱しない範囲内で種々の設計の
改変を施しうろものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例を示す全体の縦断機構図、
第２図は第１図の排土配管部分の拡大機構図、第３図（
Ａ＋（Ｂ）と第４図（Ａ）（Ｂ）および第５図（Ａ）（
Ｂ）は圧力センサ配置の各実施例を示す第２図のｌ１ｌ
ａ　−Ｉｌｌａおよびｍｂ−ｍｂ相当部分の各断面図、
第６図と第７図は圧力センサ配置の他の各実施例を示す
排土配管の拡大側面図と拡大縦断面図、第８図は従来例
を示す側視機構図、第９図は他の従来例を示す側視機構
図、第１０図は他の従来例を示す縦断面図、第１１・図
はさらに他の従来例を示す縦断面図である。 １３−−１７　：　排土経路（スクリューコンベヤ、は
ルトコンはヤ）１６：排土管路　　　　　　２１：圧力
センサ２２：排土量演算器 代　理　人　　弁理士　岡　本　重　文外２名 第３図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シールド掘進機における土圧系シールドの排土経路に掘
   削土砂を圧送する内部断面積一定の排土管路を設けて、
   該排土管路に土砂流動抵抗圧の検出信号を出力する複数
   の圧力センサを輸送方向間隔をおき付設するとともに、
   前記各圧力センサに連設され前記検出信号による圧力差
   に基づき排土量を算出する排土量演算器を設けたことを
   特徴とするシールド掘進機の排土量計測装置。