JPH0842284A - シールドトンネル掘削工法 - Google Patents
シールドトンネル掘削工法Info
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- JPH0842284A JPH0842284A JP20790694A JP20790694A JPH0842284A JP H0842284 A JPH0842284 A JP H0842284A JP 20790694 A JP20790694 A JP 20790694A JP 20790694 A JP20790694 A JP 20790694A JP H0842284 A JPH0842284 A JP H0842284A
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- excavation
- muddy water
- shield machine
- oscillator
- shield
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- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 13
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Landscapes
- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 弾性波の反射波によってシールドトンネ
ル前方の状態を判断し掘進管理を行う工法 【構成】 シールドマシーンの回転する掘削波に５
０ｋＨｚ以下の共振帯又はフラット域を持つ発信器と受
信器をとりつけ、得られた信号により掘進管理を行う。
ル前方の状態を判断し掘進管理を行う工法 【構成】 シールドマシーンの回転する掘削波に５
０ｋＨｚ以下の共振帯又はフラット域を持つ発信器と受
信器をとりつけ、得られた信号により掘進管理を行う。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はシールドトンネルを切り
羽の崩落や地盤沈下なしに安全に掘削するための技術と
して開発されたものである。
羽の崩落や地盤沈下なしに安全に掘削するための技術と
して開発されたものである。
【０００２】
【従来の技術】シールド掘進前においてボーリング調査
を行うが、数百ｍおきなされるため一部の土質状態を把
握するのみであり、実際に掘進してみると調査結果と異
なる土質や過去の工事資材であるＨ鋼や杭等に遭遇する
事が多々あり、その対応に貴重な時間を消費している。
掘削マシンを停止する事なく探査装置などのセンサーに
よって前方の未掘削部状態を連続的に把握する事ができ
れば、その変化に応じて施工方法の検討や必要な部材の
準備が掘削中であっても可能となる為、工事の安全性・
経済性を向上させる事が期待できる。こののような期待
の中、電磁波手法による切羽前方探査装置が現実化さ
れ、かつ主流となっているが、電磁波が泥水を透過しな
い等、掘削方式によっては十分な対応が出来ていないと
いった現状である。
を行うが、数百ｍおきなされるため一部の土質状態を把
握するのみであり、実際に掘進してみると調査結果と異
なる土質や過去の工事資材であるＨ鋼や杭等に遭遇する
事が多々あり、その対応に貴重な時間を消費している。
掘削マシンを停止する事なく探査装置などのセンサーに
よって前方の未掘削部状態を連続的に把握する事ができ
れば、その変化に応じて施工方法の検討や必要な部材の
準備が掘削中であっても可能となる為、工事の安全性・
経済性を向上させる事が期待できる。こののような期待
の中、電磁波手法による切羽前方探査装置が現実化さ
れ、かつ主流となっているが、電磁波が泥水を透過しな
い等、掘削方式によっては十分な対応が出来ていないと
いった現状である。
【０００３】またアメリカ等ではレーレー波を使用した
ものも試みられているが掘削マシーンを停止しての探査
であり掘削時前方探査の条件を満たすにいたっていな
い。
ものも試みられているが掘削マシーンを停止しての探査
であり掘削時前方探査の条件を満たすにいたっていな
い。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】シールド掘進前におい
てボーリング調査を行うが、数百ｍおきなされるため一
部の土質状態を把握するのみであり、実際に掘進してみ
ると調査結果と異なる土質や過去の工事資材であるＨ鋼
や杭等に遭遇する事が多々あり、その対応に貴重な時間
を消費している。
てボーリング調査を行うが、数百ｍおきなされるため一
部の土質状態を把握するのみであり、実際に掘進してみ
ると調査結果と異なる土質や過去の工事資材であるＨ鋼
や杭等に遭遇する事が多々あり、その対応に貴重な時間
を消費している。
【０００５】掘削マシンを停止する事なく探査装置など
のセンサーによって前方の未掘削部状態を連続的に把握
する事ができれば、その変化に応じて施工方法の検討や
必要な部材の準備が掘削中であっても可能となる為、工
事の安全性・経済性を向上させる事が期待できる。
のセンサーによって前方の未掘削部状態を連続的に把握
する事ができれば、その変化に応じて施工方法の検討や
必要な部材の準備が掘削中であっても可能となる為、工
事の安全性・経済性を向上させる事が期待できる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は従来のレーダー
の電磁波（高周波）に代わり、いままで解像度が悪く使
用が不可能であった弾性波（５０ｋＨｚ以下）の反射波
を精度よく解析することによって切り羽の状態を管理す
る方法である。図−１は切り羽の断面の模式図、図−２
は反射波と土質、泥水厚さとの関係を示したものであ
る。図−１でそれぞれＡ：トリガー、Ｂ：ゼネレータ
ー、Ｃ：発信センサー、Ｄ：弾性波、Ｅ：切り羽地山、
Ｆ：弾性波の地山からの反射波、Ｇ：泥水、Ｈ：受信セ
ンサー、Ｉ：増幅器．コンピューター、Ｇ：地山成分信
号を示す。Ｂで作られた電気信号はＣで弾性波に変えら
れる、この弾性波はそれぞれ周波数に応じて特性をもっ
ている。例えば５０ＫＨｚの弾性波の場合Ｇの泥水を通
りＥ地山の表面て゛反射してＨで検知される。この場合
のＣとＨにおける波形を図−２に示す。このようにＣと
Ｈの波形の関係から図−２に示すようにｔ１，ｔ２，ｖ
１，ｖ２を求めることにより、Ｇ：泥水の厚さ、泥水濃
度、切り羽の土質を知ることが出来る。つぎにＣから発
信された５ＫＨｚの弾性波は泥水と地山との境界を通り
地山の中に入り地山の中の土質の境界（たとえば砂質と
シルト質の境）、Ｈ鋼の様な異物で反射してＨ：受信セ
ンサーによって検知される。このように５０ＫＨｚ以下
の共振帯又はフラット域を持つ発振器と受信器を回転す
る掘削刃に設置することにより課題を解決することが出
来る。このときの泥水厚さと遅れ時間の関係を図−３
に、泥水濃度、土質と波高値との関係を図−４に示す。
の電磁波（高周波）に代わり、いままで解像度が悪く使
用が不可能であった弾性波（５０ｋＨｚ以下）の反射波
を精度よく解析することによって切り羽の状態を管理す
る方法である。図−１は切り羽の断面の模式図、図−２
は反射波と土質、泥水厚さとの関係を示したものであ
る。図−１でそれぞれＡ：トリガー、Ｂ：ゼネレータ
ー、Ｃ：発信センサー、Ｄ：弾性波、Ｅ：切り羽地山、
Ｆ：弾性波の地山からの反射波、Ｇ：泥水、Ｈ：受信セ
ンサー、Ｉ：増幅器．コンピューター、Ｇ：地山成分信
号を示す。Ｂで作られた電気信号はＣで弾性波に変えら
れる、この弾性波はそれぞれ周波数に応じて特性をもっ
ている。例えば５０ＫＨｚの弾性波の場合Ｇの泥水を通
りＥ地山の表面て゛反射してＨで検知される。この場合
のＣとＨにおける波形を図−２に示す。このようにＣと
Ｈの波形の関係から図−２に示すようにｔ１，ｔ２，ｖ
１，ｖ２を求めることにより、Ｇ：泥水の厚さ、泥水濃
度、切り羽の土質を知ることが出来る。つぎにＣから発
信された５ＫＨｚの弾性波は泥水と地山との境界を通り
地山の中に入り地山の中の土質の境界（たとえば砂質と
シルト質の境）、Ｈ鋼の様な異物で反射してＨ：受信セ
ンサーによって検知される。このように５０ＫＨｚ以下
の共振帯又はフラット域を持つ発振器と受信器を回転す
る掘削刃に設置することにより課題を解決することが出
来る。このときの泥水厚さと遅れ時間の関係を図−３
に、泥水濃度、土質と波高値との関係を図−４に示す。
【０００７】次に測定原理について説明する。伝達系は
基本的に下記の模式によって定義されるすなはち線形時
間不変系の特性はそのインパルス応答ｈ（ｔ）によって
定義される。
基本的に下記の模式によって定義されるすなはち線形時
間不変系の特性はそのインパルス応答ｈ（ｔ）によって
定義される。
【０００８】 この系に任意の信号ｆ（ｔ）が入力したとき、それに対
応する応答ｇ（ｔ）は
応する応答ｇ（ｔ）は
【０００９】 なるたたみこみ積分で表現される。これは時間領域の表
現でありフーリェ変換すると周波数領域における関係式
現でありフーリェ変換すると周波数領域における関係式
【００１０】 Ｇ（ω）＝Ｈ（ω）・Ｆ（ω）．．．．．．（３） となる。ここで Ｇ（ω）・Ｈ（ω）・Ｆ（ω）はそれ
ぞれｇ（ｔ）・ｈ（ｔ）・ｆ（ｔ）のフーリエ変換であ
り、ＦＦＴ解析したときには各データが周波数領域で各
周波数成分の振幅と位相の情報に分けられることを意味
する。実際の場合には計測上の因子が加わり弾性波伝達
系は次のように表される
ぞれｇ（ｔ）・ｈ（ｔ）・ｆ（ｔ）のフーリエ変換であ
り、ＦＦＴ解析したときには各データが周波数領域で各
周波数成分の振幅と位相の情報に分けられることを意味
する。実際の場合には計測上の因子が加わり弾性波伝達
系は次のように表される
【００１１】
【００１２】
【００１３】Ｓは送波変換子Ｔ１の送波感度。Ｍは受波
変換子Ｔ２の受波感度。αとβは変換子と伝搬媒体間の
結合に関する伝達関数。Ａは検査対象の伝達関数。この
ように各部の伝達関数を用いると以下の様に表現され
る。
変換子Ｔ２の受波感度。αとβは変換子と伝搬媒体間の
結合に関する伝達関数。Ａは検査対象の伝達関数。この
ように各部の伝達関数を用いると以下の様に表現され
る。
【００１４】 ｆ１（ｔ）→ｓ１→β１→ｈａ→α１→ｍＩＩ→ｇ１（ｔ）．．（６） 従って系全体の伝達関数ＨＡは周波数領域では以下のよ
うに表現される。
うに表現される。
【００１５】 ＨＡ＝ＧＡ／Ｆ１（ω）＝Ｓ１・β１・β２・ＭＩＩ．．（７） この伝達関数ＨＡ（ω）には材料Ａ（切り羽の泥水、
土）に関する非常に多くの情報が含まれており、情報と
伝達関数の関係を示すと下記のようになる。
土）に関する非常に多くの情報が含まれており、情報と
伝達関数の関係を示すと下記のようになる。
【００１６】 これら、全てが伝達関数に影響を与える。シールドの前
方は泥水＋地山と考えられるので上記の材料に関する因
子の（密度の変化→音速および減衰率の変化）を測定す
ることによって切り羽の状態（泥水濃度、泥水厚さ、切
り羽の土質、進路方向の障害物等）を判断することがで
きる。
方は泥水＋地山と考えられるので上記の材料に関する因
子の（密度の変化→音速および減衰率の変化）を測定す
ることによって切り羽の状態（泥水濃度、泥水厚さ、切
り羽の土質、進路方向の障害物等）を判断することがで
きる。
【００１７】
【作用】本発明は図−４，に示すようにシールドマシー
ンのカッター部に５０ＫＨｚ以下の弾性波パルサー発信
器と受信器を設置したもので図−２に示すようにｔ１，
ｔ２，ｖ１，ｖ２を測定することにより伝達関数系から
泥水濃度、土質、異物を画像上に表示し安全にシールド
掘進を行うことが出来る。
ンのカッター部に５０ＫＨｚ以下の弾性波パルサー発信
器と受信器を設置したもので図−２に示すようにｔ１，
ｔ２，ｖ１，ｖ２を測定することにより伝達関数系から
泥水濃度、土質、異物を画像上に表示し安全にシールド
掘進を行うことが出来る。
【００１８】
【実施例】本発明について泥水シールドで実施した例に
ついてせつめいする。図−４はこの装置の取り付けられ
たシールドマシーンの前面及び側面を示したものでカッ
ターの回転部に弾性波の発信と受信センサーが取り付け
られており掘進に伴いセンサーは回転するため切り羽前
方のすべてをカバーすることすることが出来る。図−５
は弾性波センサーの掘進との関連を示したフロー図であ
る。Ａは弾性波の発信パルサーと受信センサーとアンプ
基盤からなりたっており、アンプの電源はＢスリップリ
ングを通してＥ電源供給装置から、発信パルサーにはＤ
機側信号処理装置から図−２に示すに示すパルス電源が
ロータリーコネクターを通して供給される。泥水中を通
りすぎた弾性波は地山に突き当たり反射波となり受信セ
ンサーで検出される。この検出された信号は電圧に変換
されロータリーコネクターを通してＨ中央信号処理装置
のパソコンに供給される。
ついてせつめいする。図−４はこの装置の取り付けられ
たシールドマシーンの前面及び側面を示したものでカッ
ターの回転部に弾性波の発信と受信センサーが取り付け
られており掘進に伴いセンサーは回転するため切り羽前
方のすべてをカバーすることすることが出来る。図−５
は弾性波センサーの掘進との関連を示したフロー図であ
る。Ａは弾性波の発信パルサーと受信センサーとアンプ
基盤からなりたっており、アンプの電源はＢスリップリ
ングを通してＥ電源供給装置から、発信パルサーにはＤ
機側信号処理装置から図−２に示すに示すパルス電源が
ロータリーコネクターを通して供給される。泥水中を通
りすぎた弾性波は地山に突き当たり反射波となり受信セ
ンサーで検出される。この検出された信号は電圧に変換
されロータリーコネクターを通してＨ中央信号処理装置
のパソコンに供給される。
【００１９】この電圧の変化は図−２の土質、泥水濃度
の判定フローにもとずいて解析され、泥水濃度、土質、
異物を画像上に表示するとともにシーケンサー制御装置
を通して切り羽の泥水厚さを一定に保つようにカッター
の回転速度と推進ジャッキを制御することにより安全に
シールド掘進を行うことが出来る。そのときの前方表示
の結果を図６に示す。
の判定フローにもとずいて解析され、泥水濃度、土質、
異物を画像上に表示するとともにシーケンサー制御装置
を通して切り羽の泥水厚さを一定に保つようにカッター
の回転速度と推進ジャッキを制御することにより安全に
シールド掘進を行うことが出来る。そのときの前方表示
の結果を図６に示す。
【００２０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば従来の電磁
波法等と異なり掘進前方の情報が常時入手でき、その情
報によって切り羽が崩壊しないように掘進速度を制御す
ることが出来るので安全に掘進することが可能となっ
た。
波法等と異なり掘進前方の情報が常時入手でき、その情
報によって切り羽が崩壊しないように掘進速度を制御す
ることが出来るので安全に掘進することが可能となっ
た。
【０００８】
【０００９】
【００１０】 Ｇ（ω）＝Ｈ（ω）・Ｆ（ω）．．．．．．（３）
【００１１】
【００１２】
図 −１切り羽の断面の模式図と反射波と土質、泥水厚
さとの関係をしめしたも −２図−１における弾性波の送波、受波と地山成分との
解析フローを示したもの −３図−１におけるｖ２と土質との関係を示したもの。 −４シールドマシーンの弾性波送受信器と磁気センサー
の位置関係を示す。 −５実例のシールドマシーンの断面模式図を示したも
の。 −７前方状況表示ＣＲＴの画面を示したもの
さとの関係をしめしたも −２図−１における弾性波の送波、受波と地山成分との
解析フローを示したもの −３図−１におけるｖ２と土質との関係を示したもの。 −４シールドマシーンの弾性波送受信器と磁気センサー
の位置関係を示す。 −５実例のシールドマシーンの断面模式図を示したも
の。 −７前方状況表示ＣＲＴの画面を示したもの
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成６年１２月５日
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】図面の簡単な説明
【補正方法】変更
【補正内容】
【図面の簡単な説明】
【図−１】切り羽の断面の模式図と反射波と土質、泥水
厚さとの関係を示したもの
厚さとの関係を示したもの
【図−２】図−１における弾性波の送波、受波と地山成
分との解析フローを示したもの
分との解析フローを示したもの
【図−３】図−１におけるｖ２と土質との関係を示した
もの。
もの。
【図−４】シールドマシーンの弾性波受信器と磁気セン
サーの位置関係を示す。
サーの位置関係を示す。
【図−５】実例のシールドマシーンの断面模式図を示し
たもの。
たもの。
【図−６】前方状況表示ＣＲＴの画面を示したもの
Claims (3)
- 【請求項１】シールドマシーンの回転する掘削刃に５０
ｋＨｚ以下の共振帯又はフラット域を持つ発振器と受信
器を取り付け、得られた信号により切り羽の状態（泥水
濃度、泥水厚さ）を判断し掘進管理を行う方法。 - 【請求項２】シールドマシーンの回転する掘削刃に５０
ｋＨｚ以下の共振帯又はフラット域を持つ発振器と受信
器を複数取り付け、得られた信号を画像処理することに
より切り羽前方の状態を判断することにより掘進管理を
行う方法 - 【請求項３】シールドマシーンの回転する掘削刃に５０
ｋＨｚ以下の共振帯又はフラット域を持つ発振器と受信
器を取り付けけ、得られた信号により切り羽の土質を判
断する方法
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20790694A JPH0842284A (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | シールドトンネル掘削工法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20790694A JPH0842284A (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | シールドトンネル掘削工法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0842284A true JPH0842284A (ja) | 1996-02-13 |
Family
ID=16547535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20790694A Pending JPH0842284A (ja) | 1994-07-28 | 1994-07-28 | シールドトンネル掘削工法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0842284A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023077710A (ja) * | 2021-11-25 | 2023-06-06 | 戸田建設株式会社 | シールド工法における掘削土量測定システム |
-
1994
- 1994-07-28 JP JP20790694A patent/JPH0842284A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023077710A (ja) * | 2021-11-25 | 2023-06-06 | 戸田建設株式会社 | シールド工法における掘削土量測定システム |
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