JPH09210767A - シールド掘進機の異常報知方法 - Google Patents

シールド掘進機の異常報知方法

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JPH09210767A
JPH09210767A JP4220296A JP4220296A JPH09210767A JP H09210767 A JPH09210767 A JP H09210767A JP 4220296 A JP4220296 A JP 4220296A JP 4220296 A JP4220296 A JP 4220296A JP H09210767 A JPH09210767 A JP H09210767A
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JP
Japan
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shield machine
detection signal
sound
abnormality
spectrum
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Application number
JP4220296A
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English (en)
Inventor
Koji Yoshino
広司 吉野
Akiyoshi Chichibu
顕美 秩父
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Fujita Corp
Original Assignee
Fujita Corp
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シールド掘進機1の異常の発生を示唆する音
響検出信号S1 を確実にオペレータに報知し、音響診断
の運転状況監視の信頼性を向上させる。 【解決手段】 シールド掘進機1の密閉チャンバ13の
後部隔壁17に取り付けた加速度センサ2からの音響検
出信号S1 を周波数解析装置5によってスペクトル解析
を行い、このスペクトル解析によって、バンドパスフィ
ルタ61のカットオフ周波数を、一定レベルを超えるス
ペクトルの極大領域と対応する狭帯域のみを通過させる
ように可変的に設定し、バンドパスフィルタ61を通過
した前記狭帯域の信号を異常検出信号S2 として音響出
力部62で音響変換する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、シールド掘進機に
よるシールド工法において、シールド掘進機の運転時に
おける異常発生の有無を地上の監視者が高度に把握する
ための異常報知方法に関する。
【0002】
【従来の技術】シールド工事におけるシールド掘進機の
運転状況を地上のオペレータ等監視者が常時監視し、地
盤の土質変化等による異常の発生をリアルタイムに把握
して速やかに対処するための従来技術としては、シール
ド掘進機のカッタフェイスによる地盤の切削音や密閉チ
ャンバ内のズリ(掘削泥土)の撹拌音による音響情報を
利用するものが知られている。
【0003】この方法は、シールド掘進機におけるカッ
タフェイス背面の密閉チャンバ後部の隔壁に音波センサ
を取り付け、この音波センサからの音響検出信号をバン
ドパスフィルタで濾波し、機関騒音等によるノイズを除
去することによって、地上の制御室で主にカッタフェイ
スによる地盤切削音や密閉チャンバ内のズリの撹拌音の
みをオーディオ装置で音響変換するものである。バンド
パスフィルタにはカットオフ周波数可変のものが用いら
れ、その周波数設定においては、前記制御室内のオペレ
ータが、前記オーディオ装置から出力された音響情報か
ら機器駆動部の騒音等による不要なノイズを聞き分けな
がら、このノイズの周波数域を判定し、マニュアル操作
で設定周波数を調節する。そしてこれによって、カッタ
フェイスによる地盤の切削音や密閉チャンバ内のズリの
撹拌音等の音響情報のみを取り出すことができるので、
その音の高さ(周波数)や大きさ、音質、音色等から、
地盤の土質性状の変化や、密閉チャンバ内で撹拌されて
いるズリが砂礫質である場合と粘性土質である場合との
違いや、流動性に乏しい砂礫質土からなるズリが閉塞を
起しつつある状況などを総合的に判断する。したがっ
て、地上からはTV画像情報等による視覚的な確認がで
きなくても、地下の掘進状況を聴覚的に把握することが
できる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述の方法によれば、
次のような問題が指摘される。 (1) 音響検出信号を濾波して、カッタフェイスによる地
盤の切削音や密閉チャンバ内のズリの撹拌音に対応した
信号のみを取り出すためのバンドパスフィルタのカット
オフ周波数の設定は、オペレータの聴覚に依存して手動
で行っているため、その操作には熟練を要する。 (2) バンドパスフィルタのカットオフ周波数の設定が適
切に行われないと、ある特定の周波数帯域に特徴を持つ
異常音がカットされてしまう恐れがあり、異常音の発見
が十分にできない。 (3) 監視者が、オーディオ装置で音響変換された騒音を
常に聞き分けなければならない。
【0005】本発明は、上記のような事情のもとになさ
れたもので、その技術的課題とするところは、音波セン
サからの音響検出信号のうち、異常の発生を示唆する信
号を確実に地上の監視者に報知し、音響診断によるシー
ルド掘進機の運転状況監視の信頼性を向上させることに
ある。
【0006】
【課題を解決するための手段】上述した技術的課題は、
本発明によって有効に解決することができる。すなわち
本発明に係るシールド掘進機の異常報知方法は、シール
ド掘進機のカッタフェイス背面の密閉チャンバの後部の
隔壁に取り付けた音波センサからの音響検出信号をスペ
クトル解析して、この音響検出信号のうち一定レベルを
超えるスペクトルの極大領域を検出し、前記音響検出信
号を前記スペクトルの極大領域と対応する狭帯域の上限
周波数より高周波域及び前記狭帯域の下限周波数より低
周波域をカットオフするバンドパスフィルタに入力し、
このバンドパスフィルタから出力された狭帯域の濾波信
号を異常検出信号として地上の監視者に報知するもので
ある。この場合好ましくは、バンドパスフィルタから出
力された狭帯域の濾波信号を音響変換する。
【0007】音波センサは、密閉チャンバの後部の隔壁
に伝達されたカッタフェイスによる地盤切削音や、密閉
チャンバ内の撹拌音や、機械の駆動による騒音等を含む
音波を、これに対応した電気信号(音響検出信号)に変
換するものである。バンドパスフィルタは、この音響検
出信号を濾波して、異常の発生を示唆する周波数帯域の
信号のみを通過させるものであり、そのカットオフ周波
数の設定は、前記音響検出信号のスペクトル解析(周波
数特性解析)によって行われる。
【0008】すなわち発明者らの研究によれば、シール
ド掘進機が異常な稼働状態にあるような場合の音響検出
信号は、ある狭帯域で信号レベルが卓越した極大部を有
するスペクトルを示し(例えば図2参照)、正常に稼働
している場合の音響検出信号は、広帯域にわたって信号
レベルの偏差の少ないスペクトルを示す(例えば図3参
照)。したがって、音響検出信号のスペクトルが、ある
一定レベルを超える極大値を有する場合は、このレベル
を超える極大領域の周波数成分のみを異常検出信号とし
て通過させるように、バンドパスフィルタのカットオフ
周波数の領域をスペクトル解析により可変制御すれば、
シールド掘進機の掘進状態に異常が発生した場合にバン
ドパスフィルタから異常検出信号が地上の監視者に報知
され、シールド掘進機が正常に稼働している場合は、音
響検出信号は前記のようなスペクトルの極大領域が存在
しないので、バンドパスフィルタを通過せず、異常検出
信号が出力されない。
【0009】本発明において好ましくは、バンドパスフ
ィルタから出力された狭帯域の信号を音響変換する。こ
のようにすれば、監視者は、音響情報の出力を異常発生
の警報として認識することができ、同時に、出力された
音響情報は異常を示唆する成分のみからなるため、その
高さや大きさ、音質、音色等から、発生した異常の種類
を聴覚的に容易に判定することができる。
【0010】
【発明の実施の形態】図1は、本発明に係るシールド掘
進機の異常報知方法の一実施形態を示す説明図で、参照
符号1は地中を掘進してシールドトンネルを施工するシ
ールド掘進機である。
【0011】このシールド掘進機1は、基本的には略円
筒形のシールドフレーム11の掘進方向前端で、多数の
カッタビット12aが設けられたカッタフェイス12を
シールドフレーム11の軸心部を中心に回転させて地盤
Gを掘削し、これによって発生したズリG’を、カッタ
フェイス12に形成されたスリットから、その背面に形
成された密閉チャンバ13内に導入して、カッタフェイ
ス12の回転に伴って撹拌し、この密閉チャンバ13か
ら後方へ延在されたスクリュコンベア14を介して排土
ゲート15に連続的に搬送し、更にそこから適宜搬送手
段を介して外部へ排出する。また、シールドフレーム1
1の掘進方向後端では、掘削された坑内壁に、図示され
ていないエレクタによって複数のセグメント20を環状
に組み立てて、土圧に耐えるための一次覆工を施すと共
に、既設されたセグメント20の前端に推進用油圧ジャ
ッキ16を当てて後方へ押圧することによって、その反
力でシールド掘進機1を推進させて行く。カッタフェイ
ス12の駆動系にはトルクセンサ(図示省略)が取り付
けられ、また、密閉チャンバ13の後部の隔壁17に
は、土圧センサや間隙水圧センサ(図示省略)等が取り
付けられ、これらのセンサからのデータに基づいたコン
ピュータによる掘進管理のための自動制御系が構成され
る。
【0012】隔壁17の後面には、音波センサとしての
加速度センサ1が取り付けられている。この加速度セン
サ2は、センサ本体であるPZTセラミックス素子に振
動が入力されると、その圧電効果によって振動加速度に
比例した電気信号を発生し、すなわち、カッタフェイス
12による地盤Gの切削音や、密閉チャンバ13内での
ズリG’の撹拌流動音や、機械の駆動音等による隔壁1
7の音響振動に対応した音響検出信号S1 を出力するも
のである。
【0013】加速度センサ2から出力された音響検出信
号S1 はプリアンプ3で増幅され、送信ケーブル4を介
して、地上の制御室内に設置された周波数解析装置5及
び音響モニタ6に供給される。音響モニタ6は、ハイパ
スフィルタHPF及びローパスフィルタLPFからなる
カットオフ周波数可変のバンドパスフィルタ61と、音
響出力部62とを備えている。周波数解析装置5は、加
速度センサ2からの音響検出信号S1 のスペクトル解析
を行い、このスペクトル解析によって、バンドパスフィ
ルタ61のカットオフ周波数を可変制御するものであ
る。
【0014】周波数解析装置5によるバンドパスフィル
タ61のカットオフ周波数制御は、次のようにしてなさ
れる。図2は、シールド掘進機1が、カッタフェイス1
2のカッタビット12aが偏摩耗した状態で運転される
といった異常な稼働状態にある場合の音響検出信号のス
ペクトル解析例を示すものであり、この解析例において
は、103 Hz付近の狭帯域に信号レベルが卓越した極
大部を有する。周波数解析装置5は、この図2のよう
に、加速度センサ2からの音響検出信号S1 のスペクト
ルが予め設定された一定の信号レベルV1 を超える極大
領域Pを有する場合、バンドパスフィルタ61における
ハイパスフィルタHPFのカットオフ周波数を前記極大
領域Pと対応する狭帯域f2 の下限周波数よりも低周波
域f1 となるように可変的に制御し、ローパスフィルタ
LPFのカットオフ周波数を前記狭帯域f2 の上限周波
数よりも高周波域f3 となるように可変的に制御する。
このため、バンドパスフィルタ61は前記狭帯域f2
信号のみが通過することができる。バンドパスフィルタ
61からの出力信号は、音響出力部62に異常検出信号
2 として供給され、音響変換される。
【0015】また、図3は、シールド掘進機1が正常に
稼働している場合の音響検出信号のスペクトル解析例を
示すものである。すなわち、この場合の音響検出信号S
1 は広帯域にわたって信号レベルの偏差が小さいスペク
トルを示し、設定レベルV1を超える極大領域が存在し
ないので、バンドパスフィルタ61を通過することがで
きず、異常検出信号S2 が出力されない。
【0016】上述の実施形態によれば、地下のシールド
掘進機1の稼働状況に何らかの異常が発生すると、地上
の制御室内に設置された音響モニタ6の音響出力部62
から異常検出信号S2 による音響が出力されるので、制
御室内のオペレータ等の監視者は、異常の発生の有無を
容易に把握することができる。しかも、音響出力部62
から出力される音響情報は異常の種類による特定の狭帯
域の信号成分からなるため、正常か異常かの判断が、カ
ッタフェイス12による地盤Gの切削音や、密閉チャン
バ13内の撹拌音や、機械の駆動による騒音等が混在し
た音響情報の中から異常音を聞き分けるといった聴覚能
力の個人差に左右されることがない。したがって、異常
の発生を容易に把握すると共に、出力された音響の高さ
や大きさ、音質、音色等から、発生した異常の種類を聴
覚的に推定することができる。また、土圧センサや間隙
水圧センサ、トルクセンサ等からの各種の計測データと
併せて、コンピュータによる制御状況を総合的にモニタ
し、緻密かつ的確な管理を行うことができる。
【0017】
【発明の効果】本発明に係るシールド掘進機の異常報知
方法によれば、次のような効果が実現される。 (1) バンドパスフィルタのカットオフ周波数の設定が監
視者の熟練度に左右されることがないので、異常発生の
報知の信頼性が向上する。 (2) シールド掘進機の運転状況が正常である場合は、音
響検出信号の音響変換が行われないので、監視者が常に
騒音の環境に曝されることがない。 (3) シールド掘進機の運転状況に異常を発生した場合
は、その異常を示唆する音響成分のみが出力されるの
で、異常の種類を容易に把握して迅速に対応することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るシールド掘進機の異常報知方法の
一実施形態を示す概略的な説明図である。
【図2】本発明に係るシールド掘進機の異常報知方法に
おける異常発生時の音響検出信号のスペクトルを概略的
に示す説明図である。
【図3】本発明に係るシールド掘進機の異常報知方法に
おける正常時の音響検出信号のスペクトルを示す説明図
である。
【符号の説明】
1 シールド掘進機 2 加速度センサ(音波センサ) 5 周波数解析装置 6 音響モニタ 61 バンドパスフィルタ 62 音響出力部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 シールド掘進機のカッタフェイス背面の
    密閉チャンバの後部の隔壁に取り付けた音波センサから
    の音響検出信号をスペクトル解析して、この音響検出信
    号のうち一定レベルを超えるスペクトルの極大領域を検
    出し、 前記音響検出信号を前記スペクトルの極大領域と対応す
    る狭帯域の上限周波数より高周波域及び下限周波数より
    低周波域をカットオフするバンドパスフィルタに入力
    し、 このバンドパスフィルタから出力された狭帯域の濾波信
    号を異常検出信号として報知することを特徴とするシー
    ルド掘進機の異常報知方法。
  2. 【請求項2】 請求項1の記載において、 バンドパスフィルタから出力された狭帯域の濾波信号を
    音響変換することを特徴とするシールド掘進機の異常報
    知方法。
JP4220296A 1996-02-06 1996-02-06 シールド掘進機の異常報知方法 Pending JPH09210767A (ja)

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09328993A (ja) * 1996-06-11 1997-12-22 Fujita Corp トンネル掘削機械のカッタフェイスの損耗診断方法
JP2014529024A (ja) * 2011-09-30 2014-10-30 キャタピラー インコーポレイテッドCaterpillar Incorporated センサシステムと方法
CN110307984A (zh) * 2019-07-30 2019-10-08 中铁工程服务有限公司 掘进机主驱动安全监测装置
CN110346161A (zh) * 2019-07-16 2019-10-18 东北大学 一种土压平衡盾构机优化实验装置及其使用方法

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