JPH09112185A - トンネルの岩盤強度の計測方法 - Google Patents

トンネルの岩盤強度の計測方法

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JPH09112185A
JPH09112185A JP29923295A JP29923295A JPH09112185A JP H09112185 A JPH09112185 A JP H09112185A JP 29923295 A JP29923295 A JP 29923295A JP 29923295 A JP29923295 A JP 29923295A JP H09112185 A JPH09112185 A JP H09112185A
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Masataka Uchida
正孝 内田
Sumio Nakano
澄男 中野
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Abstract

(57)【要約】 【課題】トンネルの施工中に、人が接近することのでき
ない現実の切羽における岩盤の強度をただちに知ること
のできる、岩盤強度の計測方法を提供することを目的と
する。 【解決手段】トンネルボーリングマシンに、そのカッタ
ートルク、推力、掘進速度、カッター回転速度を測定す
るためのセンサーを設置し、岩盤の強度は、推力あるい
はトルクに比例し、切り込み深さに反比例することか
ら、センサーから求めた各種の計測値を、上記の比例関
係を利用して岩盤強度に換算し、掘削した瞬間の岩盤の
強度を求める、トンネルの岩盤強度の計測方法を特徴と
したものである。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トンネルの岩盤強
度の計測方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】トンネルの掘削作業において、岩盤の強
度を知ることは重要である。もちろんトンネルの計画時
には事前に少数のサンプルを採取して岩盤の種類、強度
を記録した想定図が作られている。しかし実際の岩盤は
想定図の通りである例は少なく、急激な変化に遭遇して
トンネル工事の掘進に障害が生じる場合も多い。
【0003】
【本発明が解決しようとする課題】岩盤の実際の強度を
知る方法はためにはテストピースを切り取り、圧縮強度
試験を行うか、あるいは弾性波を当ててその反射速度を
測定するような方法で行うことができる。しかしそのよ
うな従来の岩盤強度の計測方法にあっては、特にトンネ
ルにおいて利用する場合には次のような問題点がある。 <イ>トンネルボーリングマシン(以下『TBM』)を
使用して岩盤にトンネルを掘削する場合に、切羽はTB
M前面のカッターに隠れている。したがってテストピー
スを採取することはできず、弾性波試験を行うこともで
きない。 <ロ>TBMが通過した後の岩盤からテストピースを採
取することはできるが、それはすでにTBMが通過し
て、掘削が終了した位置での数値である。したがって現
状を知ることにはならない。 <ハ>後方でテストピースが採取できたとしても、それ
を試験室まで運搬し、圧縮力を与えてテスト結果を出す
までには多大な労力を要し、しかも時間的にも大きく遅
れたものものとなる。したがって記録作りにはともか
く、施工を管理するためのデータとしては利用できな
い。
【0004】本発明は上記したような従来の問題を解決
するためになされたもので、トンネルの施工中に、人が
接近することのできない現実の切羽における岩盤の強度
をただちに知ることのできる、岩盤強度の計測方法を提
供することを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記のような目的を達成
するために、本発明のトンネルの岩盤強度の計測方法
は、トンネルボーリングマシンに、そのカッタートル
ク、推力、掘進速度、カッター回転速度を測定するため
のセンサーを設置し、岩盤の強度は、推力あるいはトル
クに比例し、切り込み深さに反比例することから、セン
サーから求めた各種の計測値を、上記の比例関係を利用
して岩盤強度に換算し、掘削した瞬間の岩盤の強度を求
める、トンネルの岩盤強度の計測方法を特徴としたもの
である。
【0006】
【本発明の実施の態様】以下図面を参照しながら本発明
のトンネルの岩盤強度の計測方法の実施例について説明
する。
【0007】<イ>センサーの配置 TBM1には各種のセンサー、すなわちカッタートルク
センサーC1、推力センサーC2、掘進速度センサーC
3、カッター回転速度を測定するための回転センサーC
4を設置する。これらから求めた計測値を、岩盤強度に
換算して実際に掘削中の岩盤の強度を求めるものであ
る。
【0008】<ロ>カッタートルクと一軸圧縮強度との
関係 推力は、掘削深さ(切り込み深さV/N )のα乗と、
岩盤の強度のβ乗に比例する。したがっては推力は図2
のように表現できる。(式1)
【0009】カッタートルクと推力の比は、掘削深さ
の0.5乗に比例する。したがって、カッタートルクと
推力の比は図2の式2のように表される。 上記の(1)(2)式からカッタートルクを求めると
図2の式3のように表される。
【0010】<ハ>切り込み深さの影響を除いたカッタ
ートルク、推力 式(1)によりF(推力)に基づいた岩盤の圧縮強度が
得られ、式(3)よりカッタートルクに基づいた圧縮強
度が得られる。しかしこれらの式には切り込み深さ(v
/N)の影響が含まれている。そこである切り込み深さ
で得られた推力、トルクを、基準切り込み深さ(v/
N)0 での値に変換する。ここでは仮に基準切り込み深
さを平均的な5mm/minとする。すると、変換した
(基準化した)推力F5 、トルクT5 は図2に示す式
(4)(5)で表される。
【0011】<ニ>試行区間での解析 (4)(5)式より、基準化した推力とトルクは、
(1)(3)式から明らかなように、ある常数をかける
ことにより、地山の強度のβ乗を表すことになる。α、
βの値は通常ほぼ1であるが、カッタービットの構造な
どにより多少変化する。そこで試行区間を定め、その結
果を解析することによりさらに正確な値を求めることが
できる。岩盤の強度を推力からもとめるか、あるいはカ
ッタートルクから求めるかは、その掘削機の構造から掘
削作用以外の影響をなるべく受けない数値を採用すべき
である。両数値の平均値を採用することもできる。
【0012】
【実施例】次に実施例について説明する。
【0013】<イ>センサーの設置 TBM1には各種のセンサー、すなわちカッタートルク
センサーC1、推力センサーC2、掘進速度センサーC
3、カッター回転速度を測定するための回転センサーC
4を設置する。このような構成を採用することによっ
て、掘削中において常時各種の数値を計測し続けること
ができる。こうしてまず多数のデータを蓄積しておく。
【0014】<ロ>試行区間によるデータの蓄積 試行区間を設けて、通過した後の岩盤からサンプルを採
取する。そのサンプルを試験室に運搬して実際に加圧試
験を行い一軸圧強度を得る。実際の加圧試験によって得
た圧縮強度と、試行区間においてセンサーによって蓄積
したデータとを比較する。このように、過去にTBMの
センサーから得られた数値と、その位置の岩盤の実際の
強度を比較すれば、演算に使用する係数、常数を決定す
ることができる。そこでこれらの係数などをパソコンを
利用して上記の式に入力してただちに演算ができる状態
にしておく。
【0015】<ハ>継続測定 演算に使用する係数、常数が決定しているから、センサ
ーから得られた数値を上記の式に入力してただちに岩盤
の圧縮強度を知ることができる。すなわちTBMの進行
と同時にセンサーから数値が得られ、同時に岩盤の圧縮
強度を得ることができる。したがって、数秒おき、数分
おき、などのように所定の時刻ごとに岩盤を掘削した瞬
間の圧縮強度を知ることができる。得られた圧縮強度の
数値は、運転室2のオペレータが見える位置に配置した
表示装置3上に表示したり、あるいは地上の管理室の表
示装置4に表示する。これらの数値が所定の数値以下、
あるいは以上になったら、警報を発するように監視装置
5を採用することも容易である。
【0016】
【本発明の効果】本発明のトンネルの岩盤強度の計測方
法は以上説明したように、過去の実際の岩盤の圧縮強度
と、センサーから得られた数値とを比較して係数を把握
しこれを数式に入力して行う計測方法である。したがっ
て岩盤掘削の瞬間に、圧縮強度を知ることができる。そ
のために次のような効果を得ることができる。
【0017】<イ>従来もセンサーを利用して数値を把
握する方法は利用されている。しかしそれらの従来の方
法は、カッタートルク、推力、掘進速度をばらばらに数
値として得るだけのものであり、それらの相互の複雑な
関連性を有効に生かすものではなかった。しかし本発明
の方法は、センサーから得られた各種の数値を、『岩盤
の圧縮強度』という一点に絞って演算して表示する方法
である。このように本発明の方法においては、各種の数
値の複雑な関連性を明快な数値として把握できるので、
従来のように技術者の経験や勘に頼って判断する方法に
比較してきわめて有効なものである。
【0018】<ロ>TBMの進行状態をただちに判断で
きる。したがって現在の進行状態が最良であるか、ある
いは速度を上げるべきか、減速すべきか、あるいは停止
して補助工法を採用すべきか、迅速に決定することがで
きる。
【0019】<ハ>補助後方の決定に際しても、先受け
工法、薬液注入工法など各種の方法があるが、通常は接
近することのでいない先端の切羽の強度を把握できてい
るので、その決定が容易である。
【0020】<ニ>TBMによって被覆されている先端
の強度を掘削の瞬間に把握できるので、自動運転のため
の条件の確保に不可欠の方法である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のトンネルの岩盤強度の計測方法の実施
例の説明図
【図2】強度の計測方法の式の説明図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】トンネルボーリングマシンに、そのカッタ
    ートルク、推力、掘進速度、カッター回転速度を測定す
    るためのセンサーを設置し、 岩盤の強度は、推力あるいはトルクに比例し、切り込み
    深さに反比例することから、センサーから求めた各種の
    計測値を、上記の比例関係を利用して岩盤強度に換算
    し、 掘削した瞬間の岩盤の強度を求める、 トンネルの岩盤強度の計測方法
  2. 【請求項2】過去に掘削した実際の岩盤の圧縮強度と、 センサーから得られた数値とを比較して係数を把握し、 岩盤の強度は、推力あるいはトルクに比例し、切り込み
    深さに反比例することから、上記の係数を比例関係の式
    に入力して行う、 請求項1記載のトンネルの岩盤強度の計測方法
JP29923295A 1995-10-23 1995-10-23 トンネルの岩盤強度の計測方法 Expired - Fee Related JP3721459B2 (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH11294080A (ja) * 1998-04-09 1999-10-26 Shimizu Corp トンネル掘進システム
JP2000345793A (ja) * 1999-06-07 2000-12-12 Okumura Corp 岩盤判定システム
CN110186792A (zh) * 2019-06-20 2019-08-30 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 双护盾tbm掌子面岩体强度快速测试装置

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CN110186792B (zh) * 2019-06-20 2023-12-05 中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 双护盾tbm掌子面岩体强度快速测试装置

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