JPH0826743B2 - シールド掘進機の切羽崩壊検知装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は掘進中発生する切羽の崩壊を電磁波を用い
て検知するシールド掘進機の切羽崩壊検知装置に関す
る。

〔従来の技術〕

従来トンネル等を掘削するシールド掘進機には、シー
ルド本体の前部に駆動源により回転されるカッタヘッド
が設けられたものがあり、このカッタヘッドにより切羽
を掘削しながら推進ジャッキによりシールド本体を推進
させて堀進を行うようになっている。

またカッタヘッドにより掘削された土砂は、カッタヘ
ッド内へ取込まれた後シールド本体内を経て後方へ搬出
されるが、地質が滞水砂礫層などの場合、シールド本体
の推進速度よりもカッタヘッドにより掘削されてカッタ
ヘッド内へ取込まれる土砂の量が多くなることがあり、
その結果切羽上部が崩落してカッタヘッドの上方に空洞
が発生し、この空洞が原因で地盤が沈下したり、道路が
陥没するなどの不具合が発生する。

このため従来では電磁波を利用して切羽の崩落を検出
する切羽崩壊検知装置が開発されている。

上記従来の切羽崩壊検知装置はシールド本体の前側上
部に切羽またはシールド本体の上方へ電磁波を発射する
送信用アンテナと、地山からの反射波を受信する受信用
アンテナを設けて、電磁波の反射時間により地山までの
距離を測定することにより、切羽の崩壊状態を検出して
いた。

例えば特開昭58−181999号、特開昭60−157065号、特
開昭60−173294号公報など。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来の切羽崩壊検知装置では切羽の崩壊を検知す
るに当って、計測の開始や終了等の操作を全て作業者が
行う必要があったため、データの取り忘れなど人的ミス
により切羽の崩壊を事前に検知できない不具合があっ
た。

また地山へ向けて電波を発射し、地山からの反射波を
受信するアンテナ部が第10図に示すように樹脂よりなる
ウインドプレートａにより覆れた構造を採用しており、
土圧や泥水圧に耐えられるようウインドプレートａが厚
肉に形成されていることから、このウインドプレートａ
により反射波が減衰されると共に、シールド掘進機が滞
水層などに突入した場合、急激な圧力変化によりウイン
ドプレートａが破損して切羽の崩壊検知が不能になる不
具合があった。

さらに、従来の切羽崩壊検知装置では、第11図に示す
ように掘進方向ｂに対して直角な方向に送信用アンテナ
ｃと受信用アンテナｄを１基ずつ設けた構成のため、掘
進方向及び深さ方向の２次元的な崩壊情報しか得られな
いなどの不具合があった。

この発明はかかる従来の不具合を解消したシールド掘
進機の崩壊検知装置を提供することを目的とするもので
ある。

〔課題を解決するための手段及び作用〕

この発明は上記目的を達成するために、シールド掘進
機に設けられて送信用アンテナより地山へ向けて発射し
た電磁波の地山からの反射波を受信用アンテナにより受
信して、上記電磁波の伝播時間により地山までの距離を
算出して切羽の崩壊を検知するシールド掘進機の切羽崩
壊検知装置において、上記シールド掘進機の前部に設け
られたカッタヘッドの回転と、シールド掘進機を推進す
る推進ジャッキの伸縮動及びストローク長よりシールド
掘進機の動作状態を検出して、得られた動作状態により
切羽崩壊検知装置本体の動作を制御することにより、掘
進開始とともに人為的な操作を必要とせずに地山までの
距離の計測と、これに伴う切羽の崩壊検知が行えるよう
になる。

これによって人的ミスなどによる地盤沈下や道路の陥
没などが未然に防止できる。

また、送受信用アンテナの設けられたアンテナ部を覆
うウインドプレートを内側より支柱で支持して、外圧に
対して上記ウインドプレートの耐圧を高めることによ
り、従来より肉厚の薄いウインドプレートが使用できる
ようになる。

〔実施例〕

この発明の一実施例を図面を参照して詳述する。

第１図は地中を掘進中のシールド掘進機１を示すもの
で、前部にカッタ駆動モータ２により回転されるカッタ
ヘッド３が設けられており、このカッタヘッド３により
掘削された土砂は泥水によりスラリー化されてカッタヘ
ッド３内へ取込まれ、さらに泥水排出管（図示せず）に
よりシールド掘進機１及びセグメント５内を後方へ排出
される。

６は上記セグメント５を反力受けとしてシールド掘進
機１を推進させる推進ジャッキで、油圧源７より電磁弁
８及び管路９を介して供給される油圧により伸縮動する
と共に、上記電磁弁８はカッタ回転モータ２と電源10の
間に設けられたカッタ回転指令スイッチ11と同期して切
換え制御されるようになっている。

また上記シールド掘進機１の前側上部には切羽崩壊検
知装置本体14のアンテナ部15が設置されている。

上記アンテナ部15は第２図及び第３図に示すようにシ
ールド掘進機１のスキンプレート1aを開口することによ
り形成された凹入部1b内にケース15aが設けられてい
て、このケース15a内に複数、例えば４本の支持杆16aに
より支持された支持部材16が収容されており、この支持
部材16上にスポンジ状の電波吸収体17を介してアンテナ
基板18が設けられている。

上記アンテナ基板18には掘進方向Ａと直交する方向に
離間して送信用アンテナ18aと受信用アンテナ18bが設け
られていると共に、上記支持部材16の上面中央には電波
吸収体17の中心部を貫通するよう支柱16bが突設されて
いる。

この支柱16bは上記ケース15aの上面開口部を液密に覆
うように取付けられた樹脂よりなるウインドプレート20
の中央部を下方より支持するもので、これによってウイ
ンドプレート20に加わる土圧を上記支柱16bが下方より
支持するため、ウインドプレート20の厚さを従来のウイ
ンドプレート（第10図参照）の半分以下にすることがで
きる。

一方上記送信用アンテナ18a及び受信用アンテナ18bは
それぞれパルス発生回路21及びサンプリング回路22へ接
続されている。

上記パルス発生回路21及びサンプリング回路22はトリ
ガ回路23に接続されていて、トリガ回路23より送られる
トリガ信号によりパルス発生回路21は一定周期のパルス
信号を送信用アンテナ18aへ送出するようになっている
と共に、サンプリング回路22は受信用アンテナ18bで受
信された信号をサンプリングして演算回路24へ送り、演
算回路24により地山までの距離が算出されるようになっ
ている。

また上記演算回路24には、カッタ回転指令スイッチ11
のオン、オフよりカッタの回転を検出するカッタ回転検
出器25と、推進ジャッキ６に設けられて推進ジャッキ６
のストローク長ｌを検出するストローク長検出器27及び
電磁弁８のポジションより推進ジャッキ６の伸縮を検出
する推進ジャッキ伸縮検出器26よりそれぞ信号が入力さ
れていて、次のように自動計測を行うようになってい
る。

なお図中28は計測結果を画像としてリアルタイムで表
示する表示装置を示す。

次に作用を説明すると、作業状態は予め準備中と掘進
中及び休止中の３つのモードに分けられており、これら
の判定は検出器25,26からの２値信号により行う。

すなわち作業準備中の状態からカッタ回転検出器25及
び推進ジャッキ伸縮検出器26がオンになると、作業は掘
進中に移行し、掘削開始信号（第５図参照）がオンにに
なる。

同時にトリガ回路23よりパルス発生回路21へトリガ信
号が送出されてパルス発生回路21が駆動され、送信用ア
ンテナ18aより地山へ向けて電磁波が発射されると共
に、地山からの反射波は受信用アンテナ18bにより受信
されてサンプリング回路22へ送られる。

サンプリング回路22はこれをサンプリングして低周波
に変換し、演算回路24へ出力する。

演算回路24は入力された信号を演算処理して地山まで
の距離を測定し、表示装置28へ画像としてリアルタイム
で表示する。

この後カッタ回転検出器25及び推進ジャッキ伸縮器27
がともにオフになると作業状態は掘進中から休止状態と
なり、そのときの推進ストロークlqはストローク長検出
器27からの信号により演算回路24内のメモリへ記憶され
る。

その後再びカッタ回転検出器25及び推進ジャッキ伸縮
検出器26がオンになると作業状態は掘進中となつて再び
計測を開始すると共に、上記動作はセグメント５の長さ
Ｌだけシールド掘進器１が推進されるまで繰返される。

そしてシールド掘進器１が距離Ｌ推進されて休止中に
ｌ＜lqが成立すると作業状態は休止状態から準備状態と
なって、推進ジャッキ６の縮小とともに掘進終了信号が
出されると共に、縮小された推進ジャッキ６とセグメン
ト５の間に新たなセグメント５が組立てられる。

以上のようにシールド掘進機１の掘進動作に連動して
自動的に地山までの距離を測定することにより、切羽の
崩壊を検知することができる。

一方第６図ないし第９図はアンテナ部15の別の実施例
で、シールド掘進器１の掘進方向Ａに対して直交する方
向に離間して送受信用アンテナ18cとその両側に２基の
受信用アンテナ18bが設置されている。

送受信用アンテナ18cはパルス発生回路21に接続され
ていてパルス発生回路21より送出されるパルス信号を第
８図に示すように地山へ向けて発射すると共に、地山か
らの反射波ｌ、ｒ、ｍは２基の受信用アンテナ18bと送
受信用アンテナ18cにより受信されてサンプリング回路2
2へ送られる。

なお、送受信用アンテナ18cは電磁波送信後送受信切
換え回路（図示せず）により受信側へ切換えられて反射
波ｍを受信しサンプリング回路22へ送る。

サンプリング回路22は入力された信号をサンプリング
して低周波に変換し演算回路24へ出力する。

演算回路24は各アンテナ18b,18cが受信した反射波デ
ータｌ、ｒ、ｍより各アンテナ18b,18cから地山までの
距離を演算し、機械情報入力回路30より入力されるシー
ルド掘進機１の位置情報をもとに地山の状況を表示装置
28に第９図に示すように３次元の画像として表示する。

これによって従来の２次元画像により表示されたもの
に比べてより正確に切羽の崩壊状態が検知できるように
なる。

なお上記実施例では送受信アンテナ18cを１基と受信
用アンテナ18bを２基の組合せとしたが、上記組合せに
限定されることはなく、アンテナ数を増加しても勿論よ
い。

〔発明の効果〕

この発明は以上詳述したように、シールド掘進機の掘
進動作に連動させて自動的に地山までの距離を計測する
ようにしたことから、作業者が計測開始や終了などの操
作を行う必要がなく、これによって操作性が改善される
と共に、データの収集を忘れて切羽の崩壊が事前に検知
できないなどの不具合も解消される。

またシールド掘進機のアンテナ部に設けらたウインド
プレートを支柱により下側より支持して、支柱で土圧の
一部を受けるようにしたことから、ウインドプレートの
肉厚を従来のものより薄くでき、これによって電磁波の
減衰を少なくできると共に、急激な圧力の変化に対して
ウインドプレートが破損するなどの不具合も解消するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の一実施例を示し、第１図はシールド掘
進機の断面図、第２図はアンテナ部の拡大平面図、第３
図は同断面図、第４図は切羽崩壊検知装置本体のブロッ
ク図、第５図は動作を示すタイミングチャート、第６図
ないし第９図は他の実施例を示す説明図、第10図及び第
11図は従来の説明図である。 １はシールド掘進機、３はカッタヘッド、６は推進ジャ
ッキ、14は切羽崩壊検知装置本体、15はアンテナ部、16
bは支柱、18aは送信用アンテナ、18bは受信用アンテ
ナ、18cは送受信用アンテナ、20はウインドプレート。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド掘進機１に設けられた送信用アン
   テナ18aより地山へ向けて発射した電磁波の地山からの
   反射波を受信用アンテナ18bにより受信して、上記電磁
   波の伝播時間により地山までの距離を算出して切羽の崩
   壊を検知するシールド掘進機の切羽崩壊検知装置におい
   て、上記シールド掘進機１の前部に設けられたカッタヘ
   ッド３の回転と、シールド掘進機１を推進する推進ジャ
   ッキ６の伸縮動及びストローク長よりシールド掘進機１
   の動作状態を検出して、得られた動作状態により切羽崩
   壊検知装置本体14の動作を制御してなるシールド掘進機
   の切羽崩壊検知装置。
2. 【請求項２】上記送信用アンテナ18a及び受信用アンテ
   ナ18bの設けられたアンテナ部15の地山側開口部をウイ
   ンドプレート20で覆うと共に、上記ウインドプレート20
   の内側面を支柱16bにより支持してなる請求項１記載の
   切羽崩壊検知装置。