JPH086868Y2 - シールド掘進機における切羽探知レーダ装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本考案は、シールド掘進機におけ
る切羽探知レーダー装置、特にシールド掘進機の切羽の
土層を検出し、土層断面探査画像としてディスプレイ上
に表示する切羽探知レーダー装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】都市トンネルなどの施工法としてシール
ド工法が広く用いられているが、このシールド工法にお
いては、カッターの回転数や切羽側への負荷圧力などの
掘削条件を適切に設定し、安全かつ確実な施工を行うこ
とが要請される。このような施工管理の適正化を図るた
め、掘進経路の探査を行うことが必要となる。このよう
な探査方式の１つとして、シールド掘進機の回転面板に
送信アンテナおよび受信アンテナを設け、電磁波の送受
波によって切羽前方の状態の探査や土質判別を行う方式
が開発されている。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】この切羽探知レーダー
装置は、カッターを装着したシールド掘進機の回転面板
に送受信アンテナを取り付け、切羽前方に向け高周波の
パルス状電波を送受信することで切羽の土質判別を行
い、その判別結果に基づき、切羽の土層断面探査画像を
ディスプレイ上に表示していた。

【０００４】しかし、従来の土層断面探査画像では、切
羽断面の土層を分かり易く正確に表示することはでき
ず、探査画像の表示から、土層断面の状態を正確に把握
するためには、ある程度の熟練が必要という問題があっ
た。

【０００５】本考案は、このような従来の課題に鑑みて
なされたものであり、その目的は、シールド掘進機の切
羽の土層断面探査画像を分かり易くかつ正確に表示する
ことができるシールド掘進機における切羽探知レーダー
装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、本考案は、シールド掘進機の回転面板に隣接配置さ
れた送信アンテナ及び受信アンテナを用い、切羽前方に
向け探知用電磁波を繰り返し送受信し、切羽の土層を検
出するシールド掘進機における切羽探知レーダ装置おい
て、前記回転面板の回転角度を検出する角度検出部と、
前記受信アンテナの受信信号に含まれる表面伝播波に基
づき切羽の土質を判別する土質判別部と、前記検出回転
角度と判別土質とに基づき、前記回転面板に隣接配置さ
れた送信アンテナ及び受信アンテナの切羽探査範囲に沿
った土層断面探査画像をデイスプレー上に演算表示する
探査画像演算部と、を含み、前記土層断面探査画像は、
前記送信アンテナ及び受信アンテナの切羽探査範囲をほ
ぼリング状に表示し、各土層の境界を水平または土層境
界の傾き角に合わせた角度で表示することを特徴とす
る。

【０００７】

【作用】本考案の切羽探知レーダー装置は、シールド掘
進機の回転面板に送信アンテナおよび受信アンテナを隣
接配置している。従って、前記回転面板の回転に伴う送
信アンテナおよび受信アンテナの移動軌跡に沿って、切
羽の土質が順次検出されていき、その時の回転面板の回
転角度は角度検出部により検出されていく。

【０００８】そして、探査画像演算部は、判別土質と検
出回転角度とに基づき、送受信アンテナの切羽探査範囲
に沿った土層断面探査画像をディスプレイ上に演算表示
する。このとき表示される土層断面探査画像は、前記送
受信アンテナの切羽探査範囲をリング状に表示し、探査
範囲と非探査範囲とを明確に区別して表示し、使用者に
直観的に正確な理解を与えるようになっている。

【０００９】さらに、前記土層断面探査画像は、各土層
の境界を水平または土層境界の傾き角に合わせた角度で
表示している。すなわち、本考案のように、切羽の土質
判別を回転面板が所定角度回転するごとに繰り返して行
なう場合には、各土層の境界を探査画像上にそのラジア
ル方向に表示することが多い。しかし、実際の土層は、
水平かやや斜めに傾いている場合がほとんどである。従
って、各土層の境界をリング状に表示された探査画像の
中心に基づきラジアル方向に設定すると、感覚的に不自
然なものとなってしまう。このため、本考案では、探査
画像上に表示される各土層の境界は、実際の土層に合わ
せて水平または土層境界の傾き角に合わせた角度で表示
し、土層断面の積層状態を直観的に正確に把握できるよ
うになっている。

【００１０】このように、本考案では、土層断面探査画
像を、実際の探査範囲を表すようリング状に表示し、し
かも各土層の境界を、実際の土層に合わせて水平または
所定角度傾いた角度で表示することで、探査された切羽
の土層断面を直観的にかつ正確に把握することが可能と
なる。

【００１１】

【実施例】次に本考案の好適な実施例を図面に基づき詳
細に説明する。

【００１２】図２には、本考案が適用されたシールドシ
ステムの好適な一例が示され、実施例のシステムは、ト
ンネルＴの掘削に用いられるシールド掘進機Ｓと、この
掘進を制御するよう地表部に設けられた中央制御室３０
０とを有する。

【００１３】前記シールド掘進機Ｓは、シールド１０の
前部に隔壁１２を設け、この隔壁１２の切羽２２側に、
トンネル坑内と隔絶された密閉空間をシールドチャンバ
ーとして形成する。このシールドチャンバー１４内は注
水パイプ１６から供給される泥水によって満たされる。

【００１４】シールドチャンバー１４の前面には、後述
するカッターを供えた回転面板２０が設けられ、この回
転面板２０を図示しない駆動装置により回転駆動するこ
とにより切羽２２の掘削が行われる。削り取られた土砂
は、シールドチャンバー１４内に取り込まれ、泥水と撹
拌され、スラリー化された後、排水パイプ１８から排出
される。

【００１５】図３には、前記回転面板２０を表面から見
た図が示されている。この回転面板２０には、ケーシン
グに収められた送信アンテナ２４および受信アンテナ２
６がその円周方向に隣接配置され、切羽前方に向けパル
ス状の電波を送受信し、切羽前方の状態を探査するよう
になっている。

【００１６】この回転面板２０には、これ以外にもカッ
ター２８や、掘削した土砂をシールドチャンバー１４内
に取り込むスリット３０、スリット開閉装置３２などが
設けられ、さらに開閉式マンホール３４などの種々の設
備が設けられている。従って、前記送受信アンテナ２
４，２６は、これら必要不可欠な装備の取り付けに邪魔
にならないよう、面板２０の外周部寄りに配置されてい
る。

【００１７】図４には、前記送信アンテナ２４および受
信アンテナ２６を用いて構成された切羽探知レーダーシ
ステムの原理図が示されている。このシステムは、特開
平2-28586 号公報として本出願人によりすでに出願され
ているため、ここではその詳細な説明は省略する。

【００１８】このシステムは、面板２０に設けられた送
信アンテナ２４および受信アンテナ２６を制御し、送信
アンテナ２４から切羽前方に向け高周波のパルス状電波
を送受信するものである。このとき受信される電波に
は、地中内に存在する反射物１５０からの反射波２００
と、送信アンテナ２４から受信アンテナ２６へ直接伝播
される表面伝播波２１０とがある。

【００１９】図５には、この受信波形の一例が示されて
いる。ここで反射波２００からは、地中内に存在する反
射物１５０（例えば埋もれ木、地中構造物）などが捉え
られる。表面伝播波２１０からは、切羽２２の土質の判
別などができる。

【００２０】表面伝播波２１０は、送信アンテナ２４お
よび受信アンテナ２６を別体のものとして形成した場合
に見られるものである。伝播距離は最も短いことから、
図５に示すよう受信波形の先頭に記録される。表面伝播
波２１０は、切羽２２の領域を通過する波であるため、
反射物の存在にかかわらず、必ず記録されるという特殊
性を有する。

【００２１】前記受信アンテナ２６の受信信号は、送受
信器３６を介して前方探査回路４０へ入力されるように
なっている。

【００２２】また、前記回転面板２０の回転角度は、角
度センサー３８により検出され、この検出角度は前方探
査回路４０へ入力されるようになっている。ここで角度
センサー３８により検出される回転角度は、送信アンテ
ナ２４および受信アンテナ２６の探査位置を特定するの
に用いられ、これら送受信アンテナ２４，２６が回転面
板２０の１２時の位置にあるときの角度を０度とし、こ
れを時計方向に０から３６０度まで１度ずつ検出出力す
る。

【００２３】前記前方探査回路４０は、受信信号に含ま
れる反射波２００から地中内に存在する反射物１５０の
探査を行う反射波演算部４２と、受信波形に含まれる表
面伝播波２１０から切羽２２の土質判別を行う表面伝播
波演算部４４を含む。ここでは、反射波２００による切
羽前方探知の説明は省略し、以下、表面伝播波２１０に
よる切羽２２の土質判別について詳細に説明する。

【００２４】図６には、前記表面伝播波演算部４４の具
体的な構成が示されている。実施例の表面伝播波演算部
４４は、土質判別部５０，断面データ作成部５２，メモ
リ５４および断面画像演算部５６を含む。

【００２５】土質判別部５０は、受信アンテナ２６で受
信される信号に含まれる表面伝播波２１０の伝播時間，
減衰率などに基づき切羽２２の土質判別を行い、その判
別データを断面データ作成部５２へ向け出力する。この
土質判別は、受信信号が入力されるごとに繰り返して行
われる。実施例では、１秒間に数十回以上の電波の送受
信を行っているため、送受信アンテナ２４，２６の前面
における切羽の土質判別はほぼリアルタイムで行われる
ことになる。

【００２６】断面データ作成部５２は、このように入力
される土質判別データと、角度センサー３８から入力さ
れる回転角度信号とに基づき、土質判別データを１度ご
とにメモリ５４へ記憶していく。従って、回転面板２０
が、基準角０度から３６０度回転すると、メモリ５４内
には３６０度分の土質データが記憶されることになる。

【００２７】図７は、回転面板２０を１回転こたときに
おける送受信アンテナ２４，２６による切羽探査範囲１
００を表したものであり、同図に示すよう、この切羽探
査範囲１００はリング状の範囲１００となる。このとき
切羽２２の土層が、細砂層，砂質シルト層，シルト層か
ら構成されている場合を想定すると、メモリ５４に記憶
されている土層断面探査データは、回転角が０からθ１
の範囲で細砂層、θ１からθ２の範囲で砂質シルト層、
θ２からθ３の範囲でシルト層、θ３からθ４の範囲で
砂質シルト層、θ４から３６０度の範囲で細砂層とな
る。

【００２８】そして、断面画像演算部５６は、メモリ５
４に記憶された土層断面探査データに基づき、送受信ア
ンテナ２４，２６の切羽探査範囲１００に沿った土層断
面探査画像をＣＲＴ４６上に演算表示させる。

【００２９】図１（Ａ）は、ＣＲＴ４６上に表示された
土層断面探査画像の一例が示されている。この土層断面
探査画像は、前記切羽探査範囲１００をリング状に表示
し、リングの内側が非探査範囲であることを視覚的に教
えている。そして、各土層の境界を水平に表示し、土層
断面の状態を視覚的に判別しやすいように表示してい
る。

【００３０】これにより、非探査範囲１１２内におい
て、角度θ１とθ４の境界を結ぶ線１１０と、角度θ２
とθ３の境界を結ぶ線１１２がそれぞれ各土層の境界を
表す線であると推定でき、実際の探査範囲１００のみな
らず、その内側に存在する非探査範囲１１２内の土層断
面をも容易に推定することができる。

【００３１】また、前記断面画像演算部５６は、０から
１８０度までの土層断面探査データと、１８０度から３
６０度内の土層断面探査データとに基づき、各土層の境
界の傾きを演算し、ＣＲＴ４６上に、図１（Ａ）におい
て一点鎖線示すよう、境界推定ライン１１０，１１２を
表示するよう形成してもよい。このようにすれば、非探
査範囲１１２内における土層断面を、より容易に推定す
ることができる。

【００３２】なお、このような推定ライン１１０，１１
２を表示しない場合でも、土層断面探査画像１００内に
おける境界線を前記推定ライン１１０，１１２の傾き角
に合わせた角度に傾けて表示するようにしてもよい。

【００３３】また、図（Ｂ）は、土層断面探査画像の他
の実施例を示すものである。一般に土層の境界は、水平
もしくは水平に近い角度であることが多い。このため、
図１（Ａ）に示す探査画像では、土層の境界が角度０
度、１８０度付近に存在すると、その表示が図８に示す
よう不連続になることがあり、使用者に違和感を与える
ことがある。

【００３４】このため、図１（Ｂ）に示すよう、０から
１８０度の土層断面の探査データを表す三日月型をした
第１の探査画像１００Ａと、１８０度から３６０度内の
土層断面探査データを表す三日月型をした第２の探査画
像１００Ｂとを組み合わせ、０から３６０度までの土層
断面探査画像を表示するようにしてもよい。

【００３５】これにより、０度付近、１８０度付近に土
層の境界が存在する場合でも、使用者に違和感を与える
ことなく土層断面探査画像を表示することができる。

【００３６】なお、本考案は前記実施例に限定されるも
のではなく、本考案の要旨の範囲内で各種の変形実施が
可能である。

【００３７】

【考案の効果】以上説明したように、本考案によれば、
シールド掘進機の切羽の土層断面探査画像を、送受信ア
ンテナの探査範囲に合わせてリング状に表示するととも
に、土層の境界が水平もしくはそれに近い角度であると
いう事実に合わせて、各土層の境界を水平もしくは土層
境界の傾き角に合わせた角度で表示することにより、実
際の探査範囲と、非探査範囲とを明確に区別して、切羽
断面の状態を直感的に正確に認識することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】同図（Ａ）、（Ｂ）は、本実施例の切羽探知レ
ーダー装置の土層断面探査画像の説明図である。

【図２】本考案のレーダー装置を搭載したシールド掘進
機の全体概略説明図である。

【図３】図２に示すシールド掘進機の回転面板を正面か
ら見た説明図である。

【図４】本考案の切羽探知レーダー装置の原理説明図で
ある。

【図５】図４に示す切羽探知レーダー装置の受信波形の
説明図である。

【図６】図４に示す装置の表面伝播波演算部の具体的な
回路構成を示すブロック図である。

【図７】実施例のレーダー装置の切羽探査範囲を表す説
明図である。

【図８】土層の境界が切羽探査範囲の０度、１８０度付
近に存在する場合の土層断面探査画像の説明図である。

【符号の説明】

２０ 回転面板 ２２ 切羽 ２４ 送信アンテナ ２６ 受信アンテナ ３８ 角度センサー ４０ 前方探査回路 ４４ 表面伝播波演算部 ４６ ＣＲＴ ５０ 土質判別部 ５２ 断面データ作成部 ５４ メモリ ５６ 断面画像演算部 １００ 切羽探査範囲 １０２ 非探査範囲 １１０，１１２ 境界推定ライン
ＴＤ００４００２

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 舘川 裕次 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内 (72)考案者 請川 誠 東京都中央区京橋１丁目７番１号 戸田建 設株式会社内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘進機の回転面板に隣接配置さ
   れた送信アンテナ及び受信アンテナを用い、切羽前方に
   向け探知用電磁波を繰り返し送受信し、切羽の土層を検
   出するシールド掘進機における切羽探知レーダ装置おい
   て、 前記回転面板の回転角度を検出する角度検出部と、 前記受信アンテナの受信信号に含まれる表面伝播波に基
   づき切羽の土質を判別する土質判別部と、 前記検出回転角度と判別土質とに基づき、前記回転面板
   に隣接配置された送信アンテナ及び受信アンテナの切羽
   探査範囲に沿った土層断面探査画像をデイスプレー上に
   演算表示する探査画像演算部と、 を含み、前記土層断面探査画像は、前記送信アンテナ及
   び受信アンテナの切羽探査範囲をほぼリング状に表示
   し、各土層の境界を水平または土層境界の傾き角に合わ
   せた角度で表示することを特徴とするシールド掘進機に
   おける切羽探知レーダ装置。