JPH0444678B2 - - Google Patents
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- JPH0444678B2 JPH0444678B2 JP11260887A JP11260887A JPH0444678B2 JP H0444678 B2 JPH0444678 B2 JP H0444678B2 JP 11260887 A JP11260887 A JP 11260887A JP 11260887 A JP11260887 A JP 11260887A JP H0444678 B2 JPH0444678 B2 JP H0444678B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明、掘進機前方の地山の土質変化を掘進に
先立つ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〕
シールド掘進機には、施行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。[Prior Art] There are various types of shield excavators depending on the execution conditions, such as mud pressure type, mud pressure type, mud water type, etc., 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、カツターホイー
ルで切羽を掘削し、掘削した土砂をカツターホイ
ール後方の撹拌室に充満させ、シールド掘進機の
推進力で撹拌室内の土砂を加圧して、その土圧で
切羽の崩壊を防止し、一方、撹拌室内に充満した
土砂をスクリユーコンベアで排土しながら掘進し
てゆく機構となつている。 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, and uses the propulsive force of the shield excavator to pressurize the earth and sand in the stirring chamber. The mechanism uses pressure to prevent the face from collapsing, while excavating the earth and sand that has filled the stirring chamber with 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。
2はフード部1aとガーダ部1bを区画するバル
クヘツドである。3はフード部1a内に回転自在
に設置されたカツターホイールであり、このカツ
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ンタービツト3
d、前記スポーク3bに取付けられた多数のビツ
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3
f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ヤフトで
ある。5a,5b,5cはカツターホイール3を
回転させるためのベアリングであり、5aはバル
クヘツド2に支持されたスライドベアリング、5
b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
されたラジアルベアリングである。6はセンタシ
ヤフト4に取付けられた旋回ギヤ、6aはバルク
ヘツド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、カツターホイール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
つている。8はカツターホイール2の後方に円筒
状に形成された撹拌室であり、図から明らかなよ
うに、撹拌室8の切羽側は開放され、反切羽側は
バルクヘツド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5aを保護する
シール、10は撹拌室8の密閉側の開口を取込口
とするスクリユーコンベア、11はバルクヘツド
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。 FIG. 2 is a side sectional view of a conventional mud pressurized shield excavator. In the figure, 1 is the shield body of the shield excavator, and the hood part 1a formed in the front
and a girder portion 1b formed at the rear.
2 is a bulk head that partitions the hood part 1a and the girder part 1b. 3 is a cutter wheel rotatably installed in the hood portion 1a, and this cutter wheel 3 has a central boss 3a, a boss 3a
A plurality of spokes 3b are attached radially to the spokes, stirring blades 3c are attached to the spokes 3b, and a center bit 3 is attached to the face side of the boss 3a.
d, a large number of bits 3e attached to the spokes 3b, and an injection port 3 provided on the boss 3a to inject mud preparation material such as bentonite solution toward the ground.
It is composed of f. A center shaft 4 is attached to the boss 3a and extends rearward. 5a, 5b, 5c are bearings for rotating the cutter wheel 3; 5a is a slide bearing supported by the bulkhead 2;
b is a slide bearing supported by the bearing case 6b, and 5c is a radial bearing supported by the bearing case 6b. 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 is connected to the rotating gear 6 in the gear case 6a; It fits. 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 the stirring chamber 8
10 is a screw conveyor whose intake port is the opening on the sealed side of the stirring chamber 8; 11 is attached to the bulkhead 2; The soil pressure gauge 12 used for measurement is a shield jack that provides a 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を介してカツターホ
イール3に伝えてこれを回転させ、ビツト3d,
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撹拌室
8内に入り、撹拌翼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
抵抗なくスクリユーコンベア10の取込口に達
し、スクリユーコンベア10により機外へ搬送さ
れる。この場合、フード部1a、撹拌室8内に充
満した堀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。
(土圧の管理)。 The shield excavator configured in this way transmits the driving force of the drive device 7 to the cutter wheel 3 via the swing gear 6 to rotate it, and the bits 3d, 3d,
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 inlet of the screw conveyor 10 without much resistance, and is conveyed to the outside of the machine by the screw conveyor 10. In this case, the pressure of the excavated soil filling the hood part 1a and the stirring chamber 8 is detected by the earth pressure gauge 11,
The earth pressure is maintained at an appropriate level based on the detected value.
(Earth pressure management).
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、撹拌室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つ
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
過度に組成的となり、流動性が悪くなつて、スク
リユウコンベア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、塑性がなくなり、流動性も悪く、このた
め撹拌トルクが大となつて、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、堀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。
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、スクリユーコンベ
ア部から水、砂を噴発するという事態が発生す
る。そして、いつ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。
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 will be excessively compositional and fluidity will deteriorate, making it difficult to remove the soil from the screw conveyor 10. (In short, this is what happens if the soil is such that it sticks). Also,
When the excavated soil is sandy soil, if the concentration of the mud material is too dilute, it will lose its plasticity and have poor fluidity, which may increase the stirring torque and even make it inoperable. As described above, in order to maintain a good mud condition, it is necessary to delicately control the concentration and flow rate of the mud preparation material, as well as the propulsion speed of the excavator, depending on the properties of the excavated soil. However, it is not always easy to maintain such good muddy conditions.
In other words, when the soil quality of the ground in front of the excavator changes from a sandy silt layer to a water-logged gravel layer, for example, as shown in Figure 3, the concentration and flow rate of the sludge material will be changed accordingly. Otherwise, a situation will occur in which water and sand will be ejected from the screw conveyor section. Once the muddy state 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、
スクリユーコンベア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つ
ていた。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。 In this way, it is important to control the concentration and flow rate of the sludge material in response to changes in the soil quality of the ground, but with the conventional shield excavator shown in Figure 2,
By observing the condition of the mud discharged from the screw conveyor 10, we can estimate the properties of the excavated soil in the stirring chamber 8 and the properties of the ground ahead.
Responses to the changes in soil quality mentioned above were delayed. 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ヤンバ内とスクリユーコ
ンベアに充満して切羽土圧と切羽水圧に対抗する
土圧をチヤンバ内に発生させ、土質に応じ滑材を
注入して充満土砂の塑性流動化をはかつており、
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つて
いる。したがつて、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
現されていなかつた。 The above has described the mud pressure type shield excavator, but in the mud pressure type shield excavator, the chamber at the front of the excavator and the screw conveyor are filled with excavated earth to counteract the face earth pressure and the face water pressure. We have created plastic fluidization of filled earth and sand by generating earth pressure in the chamber and injecting lubricant depending on the soil quality.
In addition, in a mud water type shield excavator, mud water of a specified specific gravity and viscosity is fed and pressurized into the mud chamber at the front of the excavator to counter the face earth pressure and face water pressure, and the excavated earth and sand are stirred with the mud water. The method is to transport it to the ground. 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
に先立つ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, it is an object of the present invention 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.
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ツドを備え、該探査用
ロツドにロツ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 a built-in vibration sensor that converts vibrations generated when the rod penetrates into electrical signals into the exploration rod. This is achieved by including a processing device that processes sensor output signals and outputs soil information on the ground.
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ツ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から突出
している探査用ロツドを前方の地山に貫入させる
かして行なう。探査用ロツドに内蔵された振動セ
ンサは、探査用ロツ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, the exploration rod, which is constantly protruding from the front of the excavator, is penetrated into the ground in front by using the propulsive force of the excavator itself provided by the shield jack. 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
棒を伝わつて地上の空中に伝播する音である。こ
の音は、土質によつて異なり、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、
締まつた砂・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、ジヤリジヤ
リ、シヤーシヤ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 the sound of the soil being crushed at the tip of the rod and the vibrations caused by friction with the rod, which are transmitted through the rod and propagated into the air above the ground. This sound varies depending on the soil quality, and in the case of clay it is usually so weak that it is almost inaudible.
It is quite loud in compacted sand and gravel, and in many cases, the characteristics of the sound can be distinguished and described as rasping, rasping, jiyari jiyari, siya siya, etc.
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
探査用ロツドを製作し、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、
(1)粘土、(2)川砂70%+粘土30%、(3)川砂80%+粘
土20%、(4)川砂90%+粘土10%、(5)川砂、(6)川砂
70%+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(KHz)
を、縦軸に音圧レベルをとつて、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、ほとんど無音で
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)あたりとは違つている。さらに、
砂に礫分がまじると、音圧レベルは一層大きくな
つ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 type of soil,
(1) Clay, (2) 70% river sand + 30% clay, (3) 80% river sand + 20% clay, (4) 90% river sand + 10% clay, (5) river sand, (6) river sand
70% + glass beads (gravel model) 30%, (7) river sand 50%
Eight types of glass beads (+50% glass beads) and (8) glass beads were selected, and the frequency of the sound collected by a microphone during penetration was analyzed. In Figure 5, the horizontal axis shows frequency (KHz).
The graph shows the frequency analysis results, with the sound pressure level plotted on the vertical axis. According to Figure 5, when the soil is mainly composed of clay, the sound pressure level is low and there is almost no sound, but as the sand content increases, the sound level increases. Case (4) is clearly different from case (1). moreover,
It can be seen that when gravel is mixed with sand, the sound pressure level becomes even higher.
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つた。 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、探査用ロツドが土中に貫入す
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ツドの先端コー
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
ロホンの受感面前方の金属表面に達し、その金属
表面の振動が圧力波(縦波)となつて一旦空中を
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。したがつて、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
イツク・エミツシヨン)センサなどを取付けて、
金属中を伝播してくる振動直接検出し、そのセン
サ出力信号を解析することによつても、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、間接を問わず、探
査用ロツ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。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
などといつた土質(または土の粒径)に対応する
情報を意味する。 In the above experiments, when the exploration rod penetrates into the soil, vibrations generated by the crushing of external soil particles or friction between soil particles and vibrations caused by friction between the tip cone of the rod and the soil are transmitted to the surface of the tip cone. The vibrations of the metal surface propagate through the metal that makes up the cone and reach the metal surface in front 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 AE (acoustic emission) sensor to the metal surface of the tip cone,
It is also possible to determine soil quality by directly detecting vibrations propagating through metal and analyzing the sensor output signal, in the same way as by detecting sound with a microphone. 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. In addition, the soil quality information outputted from the processing device means information corresponding to the soil quality (or soil particle size), such as the magnitude of the detected sound (vibration), the range of fluctuation, the frequency of fluctuation, etc.
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, the second
Components with the same functions and names as those in the figures 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つて操
作される探査用ロツドである。この探査用ロツド
13はセンターシヤフト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ツド大径部13
a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ヤフト
4の油圧経路16a,16bを通じて油圧を給、
排することによつて、図で左または右方向に摺動
する。なお、本実施例では、探査用ロツド13が
回転するセンターシヤフト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、探査用ロツド
13に対しては回転止めが施されている。探査用
ロツド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 penetrating device. This exploration rod 13 is provided in the center shaft 4, and the large diameter portion 13 of the rod constitutes the piston of the hydraulic cylinder.
Hydraulic piping 15a is installed in the cylinder chamber 14 before and after a.
15b and hydraulic pressure paths 16a and 16b of the center shaft 4 connected thereto,
Slide to the left or right in the figure by discharging. In this embodiment, the exploration rod 13 is installed 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
査用ロツド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
は探査用ロツド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、探査用ロツド
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
は探査用ロツド13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2
2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. The tip cone portion 17 has a conical shape to facilitate penetration and prevent soil from adhering.
is attached to the main body of the exploration rod 13 with bolts 18. 19 is a microphone attached to the inside of the tip cone portion 17 with a screw 20;
This is shown as an example of a vibration sensor. The microphone 19 has a sensing surface with a tip cone portion 17.
When the exploration rod 13 penetrates into the soil, it collects the sound transmitted from the outer surface of the tip cone part 17 to the inner space. 21
is a signal line that passes through the inside of the exploration rod 13 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 2 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.
2 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。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、一定音
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。 As for the configuration of the processing device 22, for example, after amplifying the output signal of the microphone 19 with a preamplifier,
The amplified signal is logarithmically compressed using a log amplifier and displayed on a sound pressure display as sound pressure, that is, the loudness of the sound. Furthermore, if necessary, a part of the signal amplified by the preamplifier is converted into a voltage proportional to the vibration frequency only for sounds exceeding a certain sound pressure level using a pulse counter, and the pulse count is displayed as a voltage proportional to the vibration frequency 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1m)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, 1 m), the excavation is interrupted in order to add a segment called a member 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
て探査用ロツド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ツド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
入音が先端コーン部17内のマイクロホン19で
検出され、電気信号となつて信号線21により処
理装置22へ送られる。この貫入音は、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、例えば貫入音の大きさ、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、進入に先立つて知ることができ、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。 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 of the excavator and penetrates into the ground that has not yet been excavated. The penetrating sound 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. As explained in the basic principle above, this penetration noise corresponds to the soil quality of the ground ahead, so the driver can check the output of this processing device 22, such as the magnitude of the penetration noise, 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, it will be possible to adjust the flow from the mud-making material supply pipe 23 to the injection port 3f. It becomes possible to prepare in advance the concentration and flow rate of the sludge material to be supplied to the tank.
第6図に探査用ロツド13の貫入終了した状態
を示す。 FIG. 6 shows the state in which the exploration rod 13 has completed its penetration.
このように探査用ロツド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のスロ
トーク分)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
了するのを待つて、掘進を開始する。掘進に伴つ
て、探査用ロツド13は掘進力により再びセンタ
ーシヤフト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, by the stroke talk 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
査用ロツド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く、掘
進途中でも随時行うことができる。 In the above explanation of the operation, 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, but can be performed at any time during excavation.
探査用ロツド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cm/min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。 Although the stroke of the exploration rod 13 is long in terms of predicting the soil quality of the ground ahead, considering the possibility of mechanical damage,
Approximately 1 to 2 segments would be appropriate. Also,
Considering that the excavation speed of the excavator is slow at a few cm/min, there is no need to explore the soil that far ahead.
The above level is considered to be sufficient.
上記実施例では、探査用ロツド13がセンター
シヤフト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つている。これ
によれば、探査用ロツド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
粋の貫入音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 penetration sound 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
の探査用ロツドの形態に限るものでなく、第7図
に示すように、探査用ロツド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ツド13を地山に貫入さ
せ、その貫入音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
査用ロツド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. The technical scope of the present invention also includes a structure in which the exploration rod 13 is penetrated into the ground by the propulsion force generated when the shield body 1 moves forward by the operation of the shield jack 12, and the sound of the penetration is detected. (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ツド13
をセンターシヤフト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、探査用ロツド13
をバルクヘツド2からカツターホイール3のスポ
ーク3b、撹拌翼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、カツターホイー
ル3の回転のじやまにならないフード部1aの外
周上に探査用ロツド13を配置することもでき
る。 Furthermore, in the embodiment shown in FIG.
is placed in the center shaft 4, but if it is okay to limit the exploration while excavation is stopped, the exploration rod 13 can be placed inside the center shaft 4.
It may be configured such that it projects forward from the bulkhead 2 through between the spokes 3b of the cutter wheel 3 and the stirring blades 3c, or a probe for exploration may be placed on the outer periphery of the hood portion 1a that does not interfere with the rotation of the cutter wheel 3. A rod 13 can also be arranged.
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ツド、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
により探査用ロツド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 in its tip, and 28 is a protective cover 26.
A seal that prevents dirt and water from entering the interior.
Regardless of whether excavation is stopped or during excavation, when you want to explore the soil quality of the ground ahead, the hydraulic cylinder 25
This causes the exploration rod 27 to protrude from the front end of the hood portion 1a and penetrate into the ground in front.
第9図は、探査用ロツド27のみをフード部1
aの外周に固定した例で、探査用ロツド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 only the exploration rod 27 in the hood part 1.
In this example, the probe rod 27 is fixed to the outer periphery of the hood part 1a, and the tip of the probe rod 27 is always projected in front of the hood part 1a, and penetrates into the ground when the shield body 1 moves forward.
第8図、第9図のようにフード部1aの外周部
から探査用ロツド27を突出させることにより、
カツターホイール3がじやまになつたり、掘進停
止時しか貫入できないといつた制約を受けること
がなく、また探査用ロツドをセンターシヤフト4
内に設けた場合のようにシヤ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
えずに探査用ロツドを装備することができる。ま
た、油圧シリンダ25、探査用ロツド27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つた場合、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 protruding the exploration rod 27 from the outer periphery of the hood portion 1a as shown in FIGS. 8 and 9,
There is no restriction such as the cutter wheel 3 becoming stuck or being able to penetrate only when excavation is stopped, and the exploration rod can be moved to the center shaft 4.
There is no need to increase the diameter of the shaft unlike when it is installed inside the excavator, 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 rods 27, etc. on the outer periphery of the hood part. For example, if four sets are installed on the top, bottom, left, and right sides, it is possible to arrange them in case of changes in the ground as shown in Fig. 3. The one 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 changes in the direction of the strata, making it possible to manage mud more precisely.
上記実施例では、マイクロホンにより貫入音を
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17の金属中を伝播
してくる振動を直接検出してもよい。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ツドに内
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 the above embodiment, an example was explained in which the penetrating sound is detected by a microphone, but in FIG. The vibration propagating through the metal 17 may be directly detected. 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 to create exploration rods. By incorporating these signals into a system and processing those signals, it is possible to provide more information about the properties of the ground.
本発明によれば、掘進に先立つて、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撹
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
のチヤ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・加圧して堀削土砂
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, changes in the soil quality of the ground in front of the excavator can be detected prior to excavation, and preparations can be made to change the concentration and flow rate of the mud-making material in response to the change. This has the effect that the mud condition in the stirring chamber of the machine 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 lubricant 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.
第1図は本発明の一実施例の側断面図で、探査
用ロツ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図中の探査用ロツ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ツドが貫入終了した
状態図、第7図、第8図、第9図は探査用ロツド
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…
…バルクヘツド、3……カツターホイール、4…
…センターシヤフト、8……撹拌室、13……探
査用ロツド、14……貫入用シリンダ室、15
a,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……探査用ロツド。
FIG. 1 is a side sectional view of one embodiment of the present invention, showing the probe rod in a retracted state. 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 diagram showing the state in which the exploration rod of the embodiment shown in FIG. 1 has completed its penetration, and FIGS. 7, 8, and 9 are FIG. 7 is a side sectional view of another embodiment of the present invention in which the exploring 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, 15
a, 15b...Hydraulic pipe, 17...Tip cone section, 19...Microphone (vibration sensor), 21
... Signal line, 22 ... Processing device, 25 ... Hydraulic cylinder for penetration, 27 ... Rod for exploration.
Claims (1)
入する探査用ロツドを備え、該探査用ロツドにロ
ツ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 探査用ロツドが、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 探査用ロツドが、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。[Scope of Claims] 1. An exploration rod that protrudes from the front part of the excavator and penetrates the ground in front, and a vibration sensor that converts vibrations generated when the rod penetrates into electrical signals is built into the exploration rod. , and a processing device that processes the sensor output signal and outputs soil quality information of the ground. 2. Claim 1, characterized in that 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.
The shield excavator described in Section 1. 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.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11260887A JPS63280192A (en) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | Shield excavator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11260887A JPS63280192A (en) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | Shield excavator |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63280192A JPS63280192A (en) | 1988-11-17 |
| JPH0444678B2 true JPH0444678B2 (en) | 1992-07-22 |
Family
ID=14590989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11260887A Granted JPS63280192A (en) | 1987-05-11 | 1987-05-11 | Shield excavator |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63280192A (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02140350U (en) * | 1989-04-20 | 1990-11-22 | ||
| JP6486794B2 (en) * | 2015-08-06 | 2019-03-20 | 大成建設株式会社 | Vibration identification system and vibration identification method |
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1987
- 1987-05-11 JP JP11260887A patent/JPS63280192A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63280192A (en) | 1988-11-17 |
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