チャンバ内土砂流動計測装置及びシールド掘進機
【課題】簡単な構成で、チャンバ内の土砂の流動方向を正確に計測することで、チャンバ内に注入する添加材の注入量を適切に設定する。
【解決手段】シールド掘進機１のカッタヘッド４とバルクヘッド５との間に形成されたチャンバ６内の土砂流動を計測する装置であって、バルクヘッド５に、チャンバ６内に出没自在に支持される棒状部材１９と、棒状部材１９の側面に周方向に間隔を隔てて複数配設され、棒状部材１９の長手方向に直交する方向の圧力を計測する直交方向土圧計２０と、これら各直交方向土圧計２０の計測値に基づいて、チャンバ６内の土砂の流動方向を求める土砂流動演算手段３５とを備える。
【解決手段】シールド掘進機１のカッタヘッド４とバルクヘッド５との間に形成されたチャンバ６内の土砂流動を計測する装置であって、バルクヘッド５に、チャンバ６内に出没自在に支持される棒状部材１９と、棒状部材１９の側面に周方向に間隔を隔てて複数配設され、棒状部材１９の長手方向に直交する方向の圧力を計測する直交方向土圧計２０と、これら各直交方向土圧計２０の計測値に基づいて、チャンバ６内の土砂の流動方向を求める土砂流動演算手段３５とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバ内土砂流動計測装置及びシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、シールド本体の前方に設けられた回転カッタで地山を掘削して、その後方でセグメントを順次組立てることにより、トンネルを構築していくものである。回転カッタの前端には複数のビットが配置されており、回転カッタを回転させてビットにより地山を掘削するようになっている。
【０００３】
泥土圧シールド掘進機は、回転カッタとシールド本体の前端部近傍に設けられたバルクヘッドとの間に形成されるチャンバ内に添加材を注入し、チャンバ内の土砂（掘削土砂）を添加材と混合して、チャンバ内の土砂に適度な流動性を与えるものである。
【０００４】
泥土圧シールド掘進機において、チャンバ内の土砂の流動状態は、特にチャンバ内に注入する添加材の注入量により変化する。また、チャンバ内の土砂の流動状態は、シールド掘進機の掘進速度、回転カッタの回転数、添加材の材質や添加材の注入位置等にも影響される。
【０００５】
なお、特許文献１には、チャンバ内で回転板を回転させて、チャンバ内の土砂に対する回転板の回転抵抗から、チャンバ内の土砂の流動方向とその大きさとを推定する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献１には、チャンバ内に計測ロッドを設置して、チャンバ内の土砂が流動する際の計測ロッドの変形量から、チャンバ内の土砂の流動方向とその大きさとを推定する技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１９１８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の回転板の回転抵抗から土砂流動を計測するものでは、回転板を回転させる装置が必要であり、構造が複雑となる。また、特許文献１の計測ロッドの変形量から土砂流動を計測するものでは、計測ロッドの変形と土砂の流動方向が必ずしも一致せず、チャンバ内の土砂流動を精度良く測定することができない虞がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、簡単な構成で、チャンバ内の土砂の流動方向を正確に計測することで、チャンバ内に注入する添加材の注入量を適切に設定することができるチャンバ内土砂流動計測装置及びシールド掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、シールド掘進機のカッタヘッドとバルクヘッドとの間に形成されたチャンバ内の土砂流動を計測する装置であって、上記バルクヘッドに、上記チャンバ内に出没自在に支持される棒状部材と、該棒状部材の側面に周方向に間隔を隔てて複数配設され、上記棒状部材の長手方向に直交する方向の圧力を計測する直交方向土圧計と、これら各直交方向土圧計の計測値に基づいて、上記チャンバ内の土砂の流動方向を求める土砂流動演算手段とを備えたことを特徴とするチャンバ内土砂流動計測装置である。
【００１１】
請求項２の発明は、上記棒状部材は、上記バルクヘッドに回転自在に支持される請求項１に記載のチャンバ内土砂流動計測装置である。
【００１２】
請求項３の発明は、シールド掘進機のカッタヘッドとバルクヘッドとの間に形成されたチャンバ内の土砂流動を計測する装置であって、上記バルクヘッドに、上記チャンバ内に出没自在に且つ回転自在に支持される棒状部材と、該棒状部材の側面に配設され、上記棒状部材の長手方向に直交する方向の圧力を計測する直交方向土圧計と、上記棒状部材を所定角度ずつ回転させた際の各角度における上記直交方向土圧計の計測値に基づいて、上記チャンバ内の土砂の流動方向を求める土砂流動演算手段とを備えたことを特徴とするチャンバ内土砂流動計測装置である。
【００１３】
請求項４の発明は、上記棒状部材の先端に配設され、上記棒状部材の軸方向の圧力を計測する軸方向土圧計と、上記棒状部材を上記チャンバ内の土砂に貫入させた際の上記棒状部材の移動速度と上記軸方向土圧計の測定値とにより、上記チャンバ内の土砂性状を求める土砂性状演算手段とを備えた請求項１から３のいずれかに記載のチャンバ内土砂流動計測装置である。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載のチャンバ内土砂流動計測装置を備えたシールド掘進機であって、上記土砂流動演算手段で求めた上記チャンバ内の土砂の流動方向に応じて、上記チャンバ内に注入する添加材の注入量を決定する添加材注入量決定手段を備えたことを特徴とするシールド掘進機である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡単な構成で、チャンバ内の土砂の流動方向を正確に計測することで、チャンバ内に注入する添加材の注入量を適切に設定することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の側断面図である。図２は、図１のII−II線矢視図である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、シールド掘進機１は、略円筒状のシールド本体２と、シールド本体２の前部に回転自在に設けられ、円形断面を掘削する回転カッタ３とを備えている。
【００１９】
シールド本体２の後部には、回転カッタ３により掘削した孔内にセグメントを組立ててトンネルを構築するためのエレクタ（図示せず）と、シールド本体２の内周に所定間隔を隔てて複数設けられ、セグメントに反力を取ってシールド本体２を推進させるためのシールドジャッキ（図示せず）とが設けられる。
【００２０】
回転カッタ３（カッタヘッド４）と、シールド本体２の前端部近傍に設けられたバルクヘッド（隔壁）５との間には、回転カッタ３により掘削した土砂（掘削土砂）を取り込むチャンバ６が形成される。バルクヘッド５の下部には、これを貫通してチャンバ６に開口するスクリュコンベア７が設けられる。
【００２１】
回転カッタ３は、バルクヘッド５に回転自在に設けられている。回転カッタ３は、その回転中心から半径方向外側に延出し、掘進方向と平行な軸廻りに回転されるカッタヘッド４を有している。カッタヘッド４の前面には、その半径方向中央にセンタビット８が配置され、そのセンタビット８よりも外周側に複数のカッタビット９が配置されている。カッタヘッド４は、スポーク状に形成されていても良く、面板状に形成されていても良い。
【００２２】
カッタヘッド４の後面には、掘進方向後方に延出してチャンバ６内の土砂を撹拌するための撹拌羽根（回転撹拌羽根）１０が複数設けられており、バルクヘッド５の前面には、掘進方向前方に延出してチャンバ６内の土砂を攪拌するための撹拌羽根（固定撹拌羽根）１１が複数設けられている（図１参照）。
【００２３】
また、カッタヘッド４の前面には、添加材をチャンバ６内に注入する添加材注入管の添加材注入口１２が開口している。本実施形態では、添加材注入口１２は、カッタヘッド４の中央部、カッタヘッド４の半径方向中間部、カッタヘッド４の外周部にそれぞれ設けられている（図１参照）。
【００２４】
バルクヘッド５には、ギヤ１３を有するリング状部材１４が回転自在に支持されている。リング状部材１４は、回転カッタ３のカッタヘッド４から掘進方向後方に延出する複数の中間ビーム１５によって、カッタヘッド４と連結されている。中間ビーム１５は、回転カッタ３の周方向に所定間隔を隔てて複数設けられる。シールド本体２内には、リング状部材１４を回転させるための複数の駆動モータ１６が設けられている。駆動モータ１６にはピニオン１７が取り付けられており、そのピニオン１７がリング状部材１４に設けられたギヤ１３と歯合するようになっている。
【００２５】
かかるシールド掘進機１を用いて掘進を行うには、シールドジャッキで既設セグメントを押しながら、駆動モータ１６によって回転カッタ３（カッタヘッド４）を回転させる。これによって、シールド掘進機１が前方に推進しながら、地山が掘削される。
【００２６】
このとき、回転カッタ３で掘削された土砂は、カッタヘッド４とバルクヘッド５との間に形成されたチャンバ６内に流入する。このチャンバ６内では、回転カッタ３（カッタヘッド４）の回転と共に撹拌羽根（回転撹拌羽根）１０が回転しており、チャンバ６内の土砂はスクリュコンベア７によって順次バルクヘッド５後方の坑内へ搬出される。
【００２７】
本実施形態のシールド掘進機１は、チャンバ６内の土砂流動を計測するチャンバ内土砂流動計測装置１８を備えている。
【００２８】
図３は、本発明の一実施形態に係るチャンバ内土砂流動計測装置の側断面図である。図４は、チャンバ内土砂流動計測装置の側断面図であり、棒状部材をチャンバ内に貫入させた状態を示す。図５は、図３のV−V線矢視図である。図６は、図３のVI−VI線矢視図である。図７は、図３のVII−VII線矢視図である。図８は、図３のVIII−VIII線矢視図である。
【００２９】
図３から図８に示すように、本実施形態のチャンバ内土砂流動計測装置１８は、バルクヘッド５に、チャンバ６内に出没自在に且つ回転自在に支持される棒状部材１９と、棒状部材１９をその長手方向に移動させるアクチュエータと、棒状部材１９の側面に周方向に間隔を隔てて複数配設され、棒状部材１９の長手方向に直交する方向の圧力を計測する直交方向土圧計２０と、これら各直交方向土圧計２０の計測値に基づいて、チャンバ６内の土砂の流動方向を求める土砂流動演算手段とを備える。
【００３０】
棒状部材１９は、略円筒状の筒体２１と、筒体２１の先端に設けられた切頭円錐状の先端部２２とから主に構成される。本実施形態では、棒状部材１９は、バルクヘッド５に装着された略円筒状の支持筒体２３を介して、バルクヘッド５に回転自在に支持される。支持筒体２３の内周には棒状部材１９の筒体２１と支持筒体２３との間をシールするシール部材２４が配設される。
【００３１】
本実施形態のアクチュエータは、棒状部材１９の筒体２１内に収容されたジャッキ（本実施形態では、油圧ジャッキ）２５からなり、ジャッキ２５の一端（図示例では、ロッド２７）が棒状部材１９の筒体２１内に設けられた取付部２１ａに取り付けられており、ジャッキ２５の他端（図示例では、シリンダチューブ２６）がバルクヘッド５或いはシールド本体２に取り付けられている。
【００３２】
本実施形態では、ジャッキ２５のシリンダチューブ２６に対してロッド２７が周方向に回転して、これによりジャッキ２５のロッド２７に取り付けられた棒状部材１９が周方向に回転するので、棒状部材１９の回転を拘束する回転拘束機構２８が設けられる。この回転拘束機構２８は、例えば、棒状部材１９の筒体２１の内周に周方向に間隔を隔てて複数設けられ、棒状部材１９の長手方向と平行に延出するレール２９と、ジャッキ２５のシリンダチューブ２６に設けられ、レール２９をその両側から挟み込んで係合するガイド３０とから構成される。レール２９の先端部３１は先端に向かい幅が狭くなるテーパ状に形成されており、棒状部材１９の筒体２１の内周に設けたレール２９がジャッキ２５のシリンダチューブ２６に設けたガイド３０に対して掘進方向後方から係合し易くなっている。
【００３３】
棒状部材１９の回転を拘束する際には、ジャッキ２５を伸長させて、棒状部材１９のレール２９がジャッキ２５のガイド３０に係合する位置まで棒状部材１９を掘進方向前方側に移動させるようになっている（図４参照）。棒状部材１９のレール２９をジャッキ２５のガイド３０に係合させることで、棒状部材１９の回転が拘束され、各直交方向土圧計２０が所定の向きに位置決めされる。
【００３４】
他方、棒状部材１９を回転させて各直交方向土圧計２０の向きを変える際には、ジャッキ２５を縮退させて、棒状部材１９のレール２９がジャッキ２５のガイド３０から離脱する位置まで棒状部材１９を掘進方向後方側に移動させるようになっている（図３参照）。棒状部材１９のレール２９がジャッキ２５のガイド３０から離脱し、且つ位置決めピン３３が棒状部材１９の筒体２１の後端部に設けた位置決め穴２１ｂから抜かれた状態で、治具３２（図７参照）等を用いて、棒状部材１９を周方向に所定角度だけ回転させて各直交方向土圧計２０の向きを変えたならば、位置決めピン３３を棒状部材１９の位置決め穴２１ｂに挿入するようになっている（図３参照）。
【００３５】
本実施形態では、直交方向土圧計２０は、圧力を検知する検知部が棒状部材１９（筒体２１）の外周面から露出するように、棒状部材１９の筒体２１に取り付けられている。
【００３６】
本実施形態の土砂流動演算手段は、直交方向土圧計２０の計測器３４（図４参照）に接続された演算器３５（図４参照）からなる。
【００３７】
また、シールド掘進機１には、演算器３５（土砂流動演算手段）で求めたチャンバ６内の土砂の流動方向及びその大きさに応じて、添加材注入口１２からチャンバ６内に注入する添加材の注入量を決定する添加材注入量決定手段が設けられる。本実施形態の添加材注入量決定手段は、上記演算器３５からなる。
【００３８】
また、本実施形態では、同一構成のチャンバ内土砂流動計測装置１８（棒状部材１９）が、バルクヘッド５の下部（スクリュコンベア７の左右）、バルクヘッド５の内周部、バルクヘッド５の上部に、計７つ配設されている（図２参照）。
【００３９】
チャンバ６内の土砂流動を計測する際には、ジャッキ２５を伸長させて、棒状部材１９（直交方向土圧計２０）をチャンバ６内の所定位置まで掘進方向前方側に移動させる。
【００４０】
演算器３５は、チャンバ６内に位置する各直交方向土圧計２０の計測値に基づいて、チャンバ６内の土砂の流動方向及びその大きさを求め、求めたチャンバ６内の土砂の流動方向及びその大きさに応じて、添加材の注入位置、添加材の注入量を決定するようになっている。
【００４１】
本実施形態では、演算器３５は、棒状部材１９の周方向に間隔を隔てて配置した各直交方向土圧計２０の計測値の差に基づいて、土砂の流動方向及びその大きさを決定するようになっている。
【００４２】
例えば、演算器３５は、棒状部材１９の周方向に間隔を隔てて配置した各直交方向土圧計２０の内、最大値を得た直交方向土圧計２０の計測値とその他の直交方向土圧計２０の計測値との差に基づいて、土砂の流動方向及びその大きさを決定する。或いは、演算器３５は、棒状部材１９の周方向に間隔を隔てて配置した各直交方向土圧計２０の内、最小値を得た直交方向土圧計２０の計測値とその他の直交方向土圧計２０の計測値との差に基づいて、土砂の流動方向及びその大きさを決定する。
【００４３】
また、本実施形態では、演算器３５は、土砂流動の大きさが所定値を超えている場合、又は土砂の流動化が十分で土砂が流動していると認められる場合（棒状部材１９の周方向に間隔を隔てて配置した各直交方向土圧計２０の計測値に所定値を超える差が生じる場合）に、チャンバ６内の土砂が十分に流動化していると判断し、チャンバ６内に注入する添加材の注入量を減少させるようになっている。
【００４４】
一方、演算器３５は、土砂流動の大きさが所定値以下である場合、又は土砂の流動化が不十分で土砂が流動していると認められない場合（棒状部材１９の周方向に間隔を隔てて配置した各直交方向土圧計２０の計測値に所定値を超える差が生じない場合）に、チャンバ６内の土砂が十分に流動化していない（閉塞している）と判断し、チャンバ６内に注入する添加材の量を増加させるようになっている。
【００４５】
さらには、演算器３５は、複数のチャンバ内土砂流動計測装置１８により決定されるチャンバ６内の土砂流動（土砂の流動方向）が適正と思われる土砂流動（土砂の流動方向）と異なっている場合には、チャンバ６内に注入する添加材の量を増加させ、その後、複数のチャンバ内土砂流動計測装置１８により決定されるチャンバ６内の土砂流動（土砂の流動方向）が適正と思われる土砂流動（土砂の流動方向）と相似したときに、チャンバ６内に注入する添加材の量を減少させるようになっている。
【００４６】
また、本実施形態のチャンバ内土砂流動計測装置１８は、棒状部材１９の先端（先端部２２の先端）に配設され、棒状部材１９の軸方向の圧力を計測する軸方向土圧計３６と、棒状部材１９をチャンバ６内の土砂に貫入させた際の棒状部材１９の移動速度と軸方向土圧計３６の測定値とにより、チャンバ６内の土砂の性状（硬さ）を求める土砂性状演算手段とを備える。
【００４７】
本実施形態では、軸方向土圧計３６は、圧力を検知する検知部が棒状部材１９（先端部２２）の先端面から露出するように、棒状部材１９の先端部２２に取り付けられている。
【００４８】
本実施形態の土砂性状演算手段は、直交方向土圧計３６の計測器３７（図９、図１０参照）に接続された演算器３８（図９、図１０参照）からなる。
【００４９】
また、シールド掘進機１には、演算器３８（土砂性状演算手段）で求めたチャンバ６内の土砂の性状に応じて、添加材注入口１２からチャンバ６内に注入する添加材の注入量を決定する添加材注入量決定手段が設けられる。本実施形態の添加材注入量決定手段は、上記演算器３８からなる。
【００５０】
図９及び図１０にそれぞれ、チャンバ６内の土砂性状を計測するシステム構成の一例を示す。
【００５１】
図９に示すシステム構成では、ジャッキ２５のヘッド側油室３９に供給する油量が一定油量となるようにジャッキ２５のパワーユニット４０を制御して、棒状部材１９を一定の移動速度でチャンバ６内の土砂に貫入させる。
【００５２】
図９に示すシステム構成にあっては、演算器３８は、棒状部材１９を一定の移動速度でチャンバ６内の土砂に貫入させた際の各貫入距離での軸方向土圧計３６の計測値、貫入距離に対する軸方向土圧計３６の計測値の変化パターンから、チャンバ６内の土砂の性状（硬さ）を決定するようになっている。棒状部材１９の貫入距離及び移動速度は、棒状部材１９のストロークセンサ４１の検出値に基づいて求める。
【００５３】
そして、図９に示すシステム構成にあっては、演算器３８は、各貫入距離での軸方向土圧計３６の計測値が所定値を下回っている場合に、チャンバ６内の土砂の性状（硬さ）が適正な性状（硬さ）よりも軟らかいと判断し、チャンバ６内に注入する添加材の量を減少させ、一方、各貫入距離での軸方向土圧計３６の計測値が所定値以上である場合に、チャンバ６内の土砂の性状（硬さ）が適正な性状（硬さ）よりも硬いと判断し、チャンバ６内に注入する添加材の量を増加させるようになっている。
【００５４】
また、図１０に示すシステム構成では、ジャッキ２５のヘッド側油圧室３９とパワーユニット４０とを結ぶ油圧供給ライン４２に制御弁４３が設けられており、棒状部材１９をチャンバ６内の土砂に貫入させる際に軸方向土圧計３６の計測値が一定となるように、制御弁４３によりジャッキ２５のヘッド側油室３９に供給する油量を調整して、棒状部材１９を一定の圧力でチャンバ６内の土砂に貫入させる。
【００５５】
図１０に示すシステム構成では、演算器３８は、棒状部材１９を一定の圧力でチャンバ６内の土砂に貫入させた際の各貫入距離での棒状部材１９の移動速度、貫入距離に対する棒状部材１９の移動速度の変化パターンから、チャンバ６内の土砂の性状（硬さ）を決定するようになっている。棒状部材１９の貫入距離及び移動速度は、棒状部材１９のストロークセンサ４１の検出値に基づいて求める。
【００５６】
そして、図１０に示すシステム構成にあっては、演算器３８は、各貫入距離での棒状部材１９の移動速度が所定値を超えている場合に、チャンバ６内の土砂の性状（硬さ）が適正な性状（硬さ）よりも軟らかいと判断し、チャンバ６内に注入する添加材の量を減少させ、一方、各貫入距離での棒状部材１９の移動速度が所定値以下である場合に、チャンバ６内の土砂の性状（硬さ）が適正な性状（硬さ）よりも硬いと判断し、チャンバ６内に注入する添加材の量を増加させるようになっている。
【００５７】
本実施形態では、バルクヘッド５にチャンバ６内に出没自在に支持された棒状部材１９の側面に、棒状部材１９の周方向に間隔を隔てて複数の直交方向土圧計２０を配設したので、棒状部材１９（直交方向土圧計２０）をチャンバ６内の所定位置に位置させた状態でその棒状部材１９を回転させることなく、チャンバ６内における圧力が高い方向（土砂の流動方向）を検知することができるので、チャンバ６内の土砂流動（チャンバ６内の土砂の流動方向及びその大きさ）を正確に知ることができる。
【００５８】
また、本実施形態では、棒状部材１９がバルクヘッド５に回転自在に支持されるので、棒状部材１９をチャンバ６内の土砂に貫入させる際の棒状部材１９の角度（直交方向土圧計２０の検知部が向く方向）を、チャンバ６内の土砂の流動方向に応じて変えることができ、より正確にチャンバ６内の土砂流動（チャンバ６内の土砂の流動方向及びその大きさ）を知ることが可能となる。
【００５９】
また、本実施形態では、棒状部材１９の先端にも土圧計（軸方向土圧計３６）を配設したので、棒状部材１９をチャンバ６内の土砂に貫入させた際の貫入抵抗を検知することができ、チャンバ６内の土砂の性状（硬さ）を知ることができる。上記貫入抵抗は、棒状部材１９を一定速度でチャンバ６内の土砂に貫入させた際に棒状部材１９（軸方向土圧計３６）が受ける圧力（軸方向土圧計３６の計測値）に対応し、或いは棒状部材１９を一定圧力でチャンバ６内の土砂に貫入させた際の棒状部材１９の移動速度に対応するので、図９に示すシステム構成にあっては、棒状部材１９を一定速度でチャンバ６内の土砂に貫入させた際の各貫入距離での軸方向土圧計３６の計測値から求めることができ、図１０に示すシステム構成にあっては、棒状部材１９を一定圧力でチャンバ６内の土砂に貫入させた際の各貫入距離での棒状部材１９の移動速度から求めることができる。
【００６０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００６１】
例えば、上述の実施形態では、棒状部材１９がバルクヘッド５に回転自在に支持されるとしたが、棒状部材１９の側面に周方向に間隔を隔てて複数直交方向土圧計２０を配設しており、棒状部材１９を回転させることなくチャンバ６内の土砂の流動方向を検知することができるので、棒状部材１９を必ずしもバルクヘッド５に回転自在に支持させる必要はない。
【００６２】
上述の実施形態では、棒状部材１９の側面に周方向に間隔を隔てて直交方向土圧計２０を複数設けるとしたが、棒状部材１９の側面に直交方向土圧計２０を一つだけ設けても良い。その場合、棒状部材１９を所定角度ずつ回転させて直交方向土圧計２０の検知部が向く方向を変え、その都度棒状部材１９をチャンバ６内の土砂に貫入させて所定角度毎にチャンバ６内の土圧を直交方向土圧計２０で計測し、各角度における直交方向土圧計２０の計測値に基づいて、チャンバ６内の土砂の流動方向及びその大きさを求める。
【００６３】
また、土砂流動演算手段（演算器３５）で求めたチャンバ６内の土砂の流動方向及びその大きさ、土砂性状演算手段（演算器３８）で求めたチャンバ６内の土砂の性状（硬さ）に基づいて、シールド掘進機１の掘進速度、回転カッタ３の回転数や添加材の材質等を決定するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の側断面図である。
【図２】図２は、図１のII−II線矢視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係るチャンバ内土砂流動計測装置の側断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係るチャンバ内土砂流動計測装置の側断面図であり、棒状部材をチャンバ内に貫入させた状態を示す。
【図５】図５は、図３のV−V線矢視図である。
【図６】図６は、図３のVI−VI線矢視図である。
【図７】図７は、図３のVII−VII線矢視図である。
【図８】図８は、図３のVIII−VIII線矢視図である。
【図９】図９は、チャンバ内の土砂性状を計測するシステム構成の一例を示す概略図である。
【図１０】図１０は、チャンバ内の土砂性状を計測するシステム構成の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ シールド掘進機
４ カッタヘッド
５ バルクヘッド
６ チャンバ
１８ チャンバ内土砂流動計測装置
１９ 棒状部材
２０ 直交方向土圧計
３５ 演算器（土砂流動演算手段、添加材注入量決定手段）
３６ 軸方向土圧計
３８ 演算器（土砂性状演算手段、添加材注入量決定手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、チャンバ内土砂流動計測装置及びシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、シールド本体の前方に設けられた回転カッタで地山を掘削して、その後方でセグメントを順次組立てることにより、トンネルを構築していくものである。回転カッタの前端には複数のビットが配置されており、回転カッタを回転させてビットにより地山を掘削するようになっている。
【０００３】
泥土圧シールド掘進機は、回転カッタとシールド本体の前端部近傍に設けられたバルクヘッドとの間に形成されるチャンバ内に添加材を注入し、チャンバ内の土砂（掘削土砂）を添加材と混合して、チャンバ内の土砂に適度な流動性を与えるものである。
【０００４】
泥土圧シールド掘進機において、チャンバ内の土砂の流動状態は、特にチャンバ内に注入する添加材の注入量により変化する。また、チャンバ内の土砂の流動状態は、シールド掘進機の掘進速度、回転カッタの回転数、添加材の材質や添加材の注入位置等にも影響される。
【０００５】
なお、特許文献１には、チャンバ内で回転板を回転させて、チャンバ内の土砂に対する回転板の回転抵抗から、チャンバ内の土砂の流動方向とその大きさとを推定する技術が開示されている。
【０００６】
また、特許文献１には、チャンバ内に計測ロッドを設置して、チャンバ内の土砂が流動する際の計測ロッドの変形量から、チャンバ内の土砂の流動方向とその大きさとを推定する技術が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００７−１９１８７８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献１の回転板の回転抵抗から土砂流動を計測するものでは、回転板を回転させる装置が必要であり、構造が複雑となる。また、特許文献１の計測ロッドの変形量から土砂流動を計測するものでは、計測ロッドの変形と土砂の流動方向が必ずしも一致せず、チャンバ内の土砂流動を精度良く測定することができない虞がある。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、簡単な構成で、チャンバ内の土砂の流動方向を正確に計測することで、チャンバ内に注入する添加材の注入量を適切に設定することができるチャンバ内土砂流動計測装置及びシールド掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために請求項１の発明は、シールド掘進機のカッタヘッドとバルクヘッドとの間に形成されたチャンバ内の土砂流動を計測する装置であって、上記バルクヘッドに、上記チャンバ内に出没自在に支持される棒状部材と、該棒状部材の側面に周方向に間隔を隔てて複数配設され、上記棒状部材の長手方向に直交する方向の圧力を計測する直交方向土圧計と、これら各直交方向土圧計の計測値に基づいて、上記チャンバ内の土砂の流動方向を求める土砂流動演算手段とを備えたことを特徴とするチャンバ内土砂流動計測装置である。
【００１１】
請求項２の発明は、上記棒状部材は、上記バルクヘッドに回転自在に支持される請求項１に記載のチャンバ内土砂流動計測装置である。
【００１２】
請求項３の発明は、シールド掘進機のカッタヘッドとバルクヘッドとの間に形成されたチャンバ内の土砂流動を計測する装置であって、上記バルクヘッドに、上記チャンバ内に出没自在に且つ回転自在に支持される棒状部材と、該棒状部材の側面に配設され、上記棒状部材の長手方向に直交する方向の圧力を計測する直交方向土圧計と、上記棒状部材を所定角度ずつ回転させた際の各角度における上記直交方向土圧計の計測値に基づいて、上記チャンバ内の土砂の流動方向を求める土砂流動演算手段とを備えたことを特徴とするチャンバ内土砂流動計測装置である。
【００１３】
請求項４の発明は、上記棒状部材の先端に配設され、上記棒状部材の軸方向の圧力を計測する軸方向土圧計と、上記棒状部材を上記チャンバ内の土砂に貫入させた際の上記棒状部材の移動速度と上記軸方向土圧計の測定値とにより、上記チャンバ内の土砂性状を求める土砂性状演算手段とを備えた請求項１から３のいずれかに記載のチャンバ内土砂流動計測装置である。
【００１４】
請求項５の発明は、請求項１から４のいずれかに記載のチャンバ内土砂流動計測装置を備えたシールド掘進機であって、上記土砂流動演算手段で求めた上記チャンバ内の土砂の流動方向に応じて、上記チャンバ内に注入する添加材の注入量を決定する添加材注入量決定手段を備えたことを特徴とするシールド掘進機である。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、簡単な構成で、チャンバ内の土砂の流動方向を正確に計測することで、チャンバ内に注入する添加材の注入量を適切に設定することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の側断面図である。図２は、図１のII−II線矢視図である。
【００１８】
図１及び図２に示すように、シールド掘進機１は、略円筒状のシールド本体２と、シールド本体２の前部に回転自在に設けられ、円形断面を掘削する回転カッタ３とを備えている。
【００１９】
シールド本体２の後部には、回転カッタ３により掘削した孔内にセグメントを組立ててトンネルを構築するためのエレクタ（図示せず）と、シールド本体２の内周に所定間隔を隔てて複数設けられ、セグメントに反力を取ってシールド本体２を推進させるためのシールドジャッキ（図示せず）とが設けられる。
【００２０】
回転カッタ３（カッタヘッド４）と、シールド本体２の前端部近傍に設けられたバルクヘッド（隔壁）５との間には、回転カッタ３により掘削した土砂（掘削土砂）を取り込むチャンバ６が形成される。バルクヘッド５の下部には、これを貫通してチャンバ６に開口するスクリュコンベア７が設けられる。
【００２１】
回転カッタ３は、バルクヘッド５に回転自在に設けられている。回転カッタ３は、その回転中心から半径方向外側に延出し、掘進方向と平行な軸廻りに回転されるカッタヘッド４を有している。カッタヘッド４の前面には、その半径方向中央にセンタビット８が配置され、そのセンタビット８よりも外周側に複数のカッタビット９が配置されている。カッタヘッド４は、スポーク状に形成されていても良く、面板状に形成されていても良い。
【００２２】
カッタヘッド４の後面には、掘進方向後方に延出してチャンバ６内の土砂を撹拌するための撹拌羽根（回転撹拌羽根）１０が複数設けられており、バルクヘッド５の前面には、掘進方向前方に延出してチャンバ６内の土砂を攪拌するための撹拌羽根（固定撹拌羽根）１１が複数設けられている（図１参照）。
【００２３】
また、カッタヘッド４の前面には、添加材をチャンバ６内に注入する添加材注入管の添加材注入口１２が開口している。本実施形態では、添加材注入口１２は、カッタヘッド４の中央部、カッタヘッド４の半径方向中間部、カッタヘッド４の外周部にそれぞれ設けられている（図１参照）。
【００２４】
バルクヘッド５には、ギヤ１３を有するリング状部材１４が回転自在に支持されている。リング状部材１４は、回転カッタ３のカッタヘッド４から掘進方向後方に延出する複数の中間ビーム１５によって、カッタヘッド４と連結されている。中間ビーム１５は、回転カッタ３の周方向に所定間隔を隔てて複数設けられる。シールド本体２内には、リング状部材１４を回転させるための複数の駆動モータ１６が設けられている。駆動モータ１６にはピニオン１７が取り付けられており、そのピニオン１７がリング状部材１４に設けられたギヤ１３と歯合するようになっている。
【００２５】
かかるシールド掘進機１を用いて掘進を行うには、シールドジャッキで既設セグメントを押しながら、駆動モータ１６によって回転カッタ３（カッタヘッド４）を回転させる。これによって、シールド掘進機１が前方に推進しながら、地山が掘削される。
【００２６】
このとき、回転カッタ３で掘削された土砂は、カッタヘッド４とバルクヘッド５との間に形成されたチャンバ６内に流入する。このチャンバ６内では、回転カッタ３（カッタヘッド４）の回転と共に撹拌羽根（回転撹拌羽根）１０が回転しており、チャンバ６内の土砂はスクリュコンベア７によって順次バルクヘッド５後方の坑内へ搬出される。
【００２７】
本実施形態のシールド掘進機１は、チャンバ６内の土砂流動を計測するチャンバ内土砂流動計測装置１８を備えている。
【００２８】
図３は、本発明の一実施形態に係るチャンバ内土砂流動計測装置の側断面図である。図４は、チャンバ内土砂流動計測装置の側断面図であり、棒状部材をチャンバ内に貫入させた状態を示す。図５は、図３のV−V線矢視図である。図６は、図３のVI−VI線矢視図である。図７は、図３のVII−VII線矢視図である。図８は、図３のVIII−VIII線矢視図である。
【００２９】
図３から図８に示すように、本実施形態のチャンバ内土砂流動計測装置１８は、バルクヘッド５に、チャンバ６内に出没自在に且つ回転自在に支持される棒状部材１９と、棒状部材１９をその長手方向に移動させるアクチュエータと、棒状部材１９の側面に周方向に間隔を隔てて複数配設され、棒状部材１９の長手方向に直交する方向の圧力を計測する直交方向土圧計２０と、これら各直交方向土圧計２０の計測値に基づいて、チャンバ６内の土砂の流動方向を求める土砂流動演算手段とを備える。
【００３０】
棒状部材１９は、略円筒状の筒体２１と、筒体２１の先端に設けられた切頭円錐状の先端部２２とから主に構成される。本実施形態では、棒状部材１９は、バルクヘッド５に装着された略円筒状の支持筒体２３を介して、バルクヘッド５に回転自在に支持される。支持筒体２３の内周には棒状部材１９の筒体２１と支持筒体２３との間をシールするシール部材２４が配設される。
【００３１】
本実施形態のアクチュエータは、棒状部材１９の筒体２１内に収容されたジャッキ（本実施形態では、油圧ジャッキ）２５からなり、ジャッキ２５の一端（図示例では、ロッド２７）が棒状部材１９の筒体２１内に設けられた取付部２１ａに取り付けられており、ジャッキ２５の他端（図示例では、シリンダチューブ２６）がバルクヘッド５或いはシールド本体２に取り付けられている。
【００３２】
本実施形態では、ジャッキ２５のシリンダチューブ２６に対してロッド２７が周方向に回転して、これによりジャッキ２５のロッド２７に取り付けられた棒状部材１９が周方向に回転するので、棒状部材１９の回転を拘束する回転拘束機構２８が設けられる。この回転拘束機構２８は、例えば、棒状部材１９の筒体２１の内周に周方向に間隔を隔てて複数設けられ、棒状部材１９の長手方向と平行に延出するレール２９と、ジャッキ２５のシリンダチューブ２６に設けられ、レール２９をその両側から挟み込んで係合するガイド３０とから構成される。レール２９の先端部３１は先端に向かい幅が狭くなるテーパ状に形成されており、棒状部材１９の筒体２１の内周に設けたレール２９がジャッキ２５のシリンダチューブ２６に設けたガイド３０に対して掘進方向後方から係合し易くなっている。
【００３３】
棒状部材１９の回転を拘束する際には、ジャッキ２５を伸長させて、棒状部材１９のレール２９がジャッキ２５のガイド３０に係合する位置まで棒状部材１９を掘進方向前方側に移動させるようになっている（図４参照）。棒状部材１９のレール２９をジャッキ２５のガイド３０に係合させることで、棒状部材１９の回転が拘束され、各直交方向土圧計２０が所定の向きに位置決めされる。
【００３４】
他方、棒状部材１９を回転させて各直交方向土圧計２０の向きを変える際には、ジャッキ２５を縮退させて、棒状部材１９のレール２９がジャッキ２５のガイド３０から離脱する位置まで棒状部材１９を掘進方向後方側に移動させるようになっている（図３参照）。棒状部材１９のレール２９がジャッキ２５のガイド３０から離脱し、且つ位置決めピン３３が棒状部材１９の筒体２１の後端部に設けた位置決め穴２１ｂから抜かれた状態で、治具３２（図７参照）等を用いて、棒状部材１９を周方向に所定角度だけ回転させて各直交方向土圧計２０の向きを変えたならば、位置決めピン３３を棒状部材１９の位置決め穴２１ｂに挿入するようになっている（図３参照）。
【００３５】
本実施形態では、直交方向土圧計２０は、圧力を検知する検知部が棒状部材１９（筒体２１）の外周面から露出するように、棒状部材１９の筒体２１に取り付けられている。
【００３６】
本実施形態の土砂流動演算手段は、直交方向土圧計２０の計測器３４（図４参照）に接続された演算器３５（図４参照）からなる。
【００３７】
また、シールド掘進機１には、演算器３５（土砂流動演算手段）で求めたチャンバ６内の土砂の流動方向及びその大きさに応じて、添加材注入口１２からチャンバ６内に注入する添加材の注入量を決定する添加材注入量決定手段が設けられる。本実施形態の添加材注入量決定手段は、上記演算器３５からなる。
【００３８】
また、本実施形態では、同一構成のチャンバ内土砂流動計測装置１８（棒状部材１９）が、バルクヘッド５の下部（スクリュコンベア７の左右）、バルクヘッド５の内周部、バルクヘッド５の上部に、計７つ配設されている（図２参照）。
【００３９】
チャンバ６内の土砂流動を計測する際には、ジャッキ２５を伸長させて、棒状部材１９（直交方向土圧計２０）をチャンバ６内の所定位置まで掘進方向前方側に移動させる。
【００４０】
演算器３５は、チャンバ６内に位置する各直交方向土圧計２０の計測値に基づいて、チャンバ６内の土砂の流動方向及びその大きさを求め、求めたチャンバ６内の土砂の流動方向及びその大きさに応じて、添加材の注入位置、添加材の注入量を決定するようになっている。
【００４１】
本実施形態では、演算器３５は、棒状部材１９の周方向に間隔を隔てて配置した各直交方向土圧計２０の計測値の差に基づいて、土砂の流動方向及びその大きさを決定するようになっている。
【００４２】
例えば、演算器３５は、棒状部材１９の周方向に間隔を隔てて配置した各直交方向土圧計２０の内、最大値を得た直交方向土圧計２０の計測値とその他の直交方向土圧計２０の計測値との差に基づいて、土砂の流動方向及びその大きさを決定する。或いは、演算器３５は、棒状部材１９の周方向に間隔を隔てて配置した各直交方向土圧計２０の内、最小値を得た直交方向土圧計２０の計測値とその他の直交方向土圧計２０の計測値との差に基づいて、土砂の流動方向及びその大きさを決定する。
【００４３】
また、本実施形態では、演算器３５は、土砂流動の大きさが所定値を超えている場合、又は土砂の流動化が十分で土砂が流動していると認められる場合（棒状部材１９の周方向に間隔を隔てて配置した各直交方向土圧計２０の計測値に所定値を超える差が生じる場合）に、チャンバ６内の土砂が十分に流動化していると判断し、チャンバ６内に注入する添加材の注入量を減少させるようになっている。
【００４４】
一方、演算器３５は、土砂流動の大きさが所定値以下である場合、又は土砂の流動化が不十分で土砂が流動していると認められない場合（棒状部材１９の周方向に間隔を隔てて配置した各直交方向土圧計２０の計測値に所定値を超える差が生じない場合）に、チャンバ６内の土砂が十分に流動化していない（閉塞している）と判断し、チャンバ６内に注入する添加材の量を増加させるようになっている。
【００４５】
さらには、演算器３５は、複数のチャンバ内土砂流動計測装置１８により決定されるチャンバ６内の土砂流動（土砂の流動方向）が適正と思われる土砂流動（土砂の流動方向）と異なっている場合には、チャンバ６内に注入する添加材の量を増加させ、その後、複数のチャンバ内土砂流動計測装置１８により決定されるチャンバ６内の土砂流動（土砂の流動方向）が適正と思われる土砂流動（土砂の流動方向）と相似したときに、チャンバ６内に注入する添加材の量を減少させるようになっている。
【００４６】
また、本実施形態のチャンバ内土砂流動計測装置１８は、棒状部材１９の先端（先端部２２の先端）に配設され、棒状部材１９の軸方向の圧力を計測する軸方向土圧計３６と、棒状部材１９をチャンバ６内の土砂に貫入させた際の棒状部材１９の移動速度と軸方向土圧計３６の測定値とにより、チャンバ６内の土砂の性状（硬さ）を求める土砂性状演算手段とを備える。
【００４７】
本実施形態では、軸方向土圧計３６は、圧力を検知する検知部が棒状部材１９（先端部２２）の先端面から露出するように、棒状部材１９の先端部２２に取り付けられている。
【００４８】
本実施形態の土砂性状演算手段は、直交方向土圧計３６の計測器３７（図９、図１０参照）に接続された演算器３８（図９、図１０参照）からなる。
【００４９】
また、シールド掘進機１には、演算器３８（土砂性状演算手段）で求めたチャンバ６内の土砂の性状に応じて、添加材注入口１２からチャンバ６内に注入する添加材の注入量を決定する添加材注入量決定手段が設けられる。本実施形態の添加材注入量決定手段は、上記演算器３８からなる。
【００５０】
図９及び図１０にそれぞれ、チャンバ６内の土砂性状を計測するシステム構成の一例を示す。
【００５１】
図９に示すシステム構成では、ジャッキ２５のヘッド側油室３９に供給する油量が一定油量となるようにジャッキ２５のパワーユニット４０を制御して、棒状部材１９を一定の移動速度でチャンバ６内の土砂に貫入させる。
【００５２】
図９に示すシステム構成にあっては、演算器３８は、棒状部材１９を一定の移動速度でチャンバ６内の土砂に貫入させた際の各貫入距離での軸方向土圧計３６の計測値、貫入距離に対する軸方向土圧計３６の計測値の変化パターンから、チャンバ６内の土砂の性状（硬さ）を決定するようになっている。棒状部材１９の貫入距離及び移動速度は、棒状部材１９のストロークセンサ４１の検出値に基づいて求める。
【００５３】
そして、図９に示すシステム構成にあっては、演算器３８は、各貫入距離での軸方向土圧計３６の計測値が所定値を下回っている場合に、チャンバ６内の土砂の性状（硬さ）が適正な性状（硬さ）よりも軟らかいと判断し、チャンバ６内に注入する添加材の量を減少させ、一方、各貫入距離での軸方向土圧計３６の計測値が所定値以上である場合に、チャンバ６内の土砂の性状（硬さ）が適正な性状（硬さ）よりも硬いと判断し、チャンバ６内に注入する添加材の量を増加させるようになっている。
【００５４】
また、図１０に示すシステム構成では、ジャッキ２５のヘッド側油圧室３９とパワーユニット４０とを結ぶ油圧供給ライン４２に制御弁４３が設けられており、棒状部材１９をチャンバ６内の土砂に貫入させる際に軸方向土圧計３６の計測値が一定となるように、制御弁４３によりジャッキ２５のヘッド側油室３９に供給する油量を調整して、棒状部材１９を一定の圧力でチャンバ６内の土砂に貫入させる。
【００５５】
図１０に示すシステム構成では、演算器３８は、棒状部材１９を一定の圧力でチャンバ６内の土砂に貫入させた際の各貫入距離での棒状部材１９の移動速度、貫入距離に対する棒状部材１９の移動速度の変化パターンから、チャンバ６内の土砂の性状（硬さ）を決定するようになっている。棒状部材１９の貫入距離及び移動速度は、棒状部材１９のストロークセンサ４１の検出値に基づいて求める。
【００５６】
そして、図１０に示すシステム構成にあっては、演算器３８は、各貫入距離での棒状部材１９の移動速度が所定値を超えている場合に、チャンバ６内の土砂の性状（硬さ）が適正な性状（硬さ）よりも軟らかいと判断し、チャンバ６内に注入する添加材の量を減少させ、一方、各貫入距離での棒状部材１９の移動速度が所定値以下である場合に、チャンバ６内の土砂の性状（硬さ）が適正な性状（硬さ）よりも硬いと判断し、チャンバ６内に注入する添加材の量を増加させるようになっている。
【００５７】
本実施形態では、バルクヘッド５にチャンバ６内に出没自在に支持された棒状部材１９の側面に、棒状部材１９の周方向に間隔を隔てて複数の直交方向土圧計２０を配設したので、棒状部材１９（直交方向土圧計２０）をチャンバ６内の所定位置に位置させた状態でその棒状部材１９を回転させることなく、チャンバ６内における圧力が高い方向（土砂の流動方向）を検知することができるので、チャンバ６内の土砂流動（チャンバ６内の土砂の流動方向及びその大きさ）を正確に知ることができる。
【００５８】
また、本実施形態では、棒状部材１９がバルクヘッド５に回転自在に支持されるので、棒状部材１９をチャンバ６内の土砂に貫入させる際の棒状部材１９の角度（直交方向土圧計２０の検知部が向く方向）を、チャンバ６内の土砂の流動方向に応じて変えることができ、より正確にチャンバ６内の土砂流動（チャンバ６内の土砂の流動方向及びその大きさ）を知ることが可能となる。
【００５９】
また、本実施形態では、棒状部材１９の先端にも土圧計（軸方向土圧計３６）を配設したので、棒状部材１９をチャンバ６内の土砂に貫入させた際の貫入抵抗を検知することができ、チャンバ６内の土砂の性状（硬さ）を知ることができる。上記貫入抵抗は、棒状部材１９を一定速度でチャンバ６内の土砂に貫入させた際に棒状部材１９（軸方向土圧計３６）が受ける圧力（軸方向土圧計３６の計測値）に対応し、或いは棒状部材１９を一定圧力でチャンバ６内の土砂に貫入させた際の棒状部材１９の移動速度に対応するので、図９に示すシステム構成にあっては、棒状部材１９を一定速度でチャンバ６内の土砂に貫入させた際の各貫入距離での軸方向土圧計３６の計測値から求めることができ、図１０に示すシステム構成にあっては、棒状部材１９を一定圧力でチャンバ６内の土砂に貫入させた際の各貫入距離での棒状部材１９の移動速度から求めることができる。
【００６０】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００６１】
例えば、上述の実施形態では、棒状部材１９がバルクヘッド５に回転自在に支持されるとしたが、棒状部材１９の側面に周方向に間隔を隔てて複数直交方向土圧計２０を配設しており、棒状部材１９を回転させることなくチャンバ６内の土砂の流動方向を検知することができるので、棒状部材１９を必ずしもバルクヘッド５に回転自在に支持させる必要はない。
【００６２】
上述の実施形態では、棒状部材１９の側面に周方向に間隔を隔てて直交方向土圧計２０を複数設けるとしたが、棒状部材１９の側面に直交方向土圧計２０を一つだけ設けても良い。その場合、棒状部材１９を所定角度ずつ回転させて直交方向土圧計２０の検知部が向く方向を変え、その都度棒状部材１９をチャンバ６内の土砂に貫入させて所定角度毎にチャンバ６内の土圧を直交方向土圧計２０で計測し、各角度における直交方向土圧計２０の計測値に基づいて、チャンバ６内の土砂の流動方向及びその大きさを求める。
【００６３】
また、土砂流動演算手段（演算器３５）で求めたチャンバ６内の土砂の流動方向及びその大きさ、土砂性状演算手段（演算器３８）で求めたチャンバ６内の土砂の性状（硬さ）に基づいて、シールド掘進機１の掘進速度、回転カッタ３の回転数や添加材の材質等を決定するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の側断面図である。
【図２】図２は、図１のII−II線矢視図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係るチャンバ内土砂流動計測装置の側断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施形態に係るチャンバ内土砂流動計測装置の側断面図であり、棒状部材をチャンバ内に貫入させた状態を示す。
【図５】図５は、図３のV−V線矢視図である。
【図６】図６は、図３のVI−VI線矢視図である。
【図７】図７は、図３のVII−VII線矢視図である。
【図８】図８は、図３のVIII−VIII線矢視図である。
【図９】図９は、チャンバ内の土砂性状を計測するシステム構成の一例を示す概略図である。
【図１０】図１０は、チャンバ内の土砂性状を計測するシステム構成の一例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６５】
１ シールド掘進機
４ カッタヘッド
５ バルクヘッド
６ チャンバ
１８ チャンバ内土砂流動計測装置
１９ 棒状部材
２０ 直交方向土圧計
３５ 演算器（土砂流動演算手段、添加材注入量決定手段）
３６ 軸方向土圧計
３８ 演算器（土砂性状演算手段、添加材注入量決定手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機のカッタヘッドとバルクヘッドとの間に形成されたチャンバ内の土砂流動を計測する装置であって、
上記バルクヘッドに、上記チャンバ内に出没自在に支持される棒状部材と、該棒状部材の側面に周方向に間隔を隔てて複数配設され、上記棒状部材の長手方向に直交する方向の圧力を計測する直交方向土圧計と、これら各直交方向土圧計の計測値に基づいて、上記チャンバ内の土砂の流動方向を求める土砂流動演算手段とを備えたことを特徴とするチャンバ内土砂流動計測装置。
【請求項２】
上記棒状部材は、上記バルクヘッドに回転自在に支持される請求項１に記載のチャンバ内土砂流動計測装置。
【請求項３】
シールド掘進機のカッタヘッドとバルクヘッドとの間に形成されたチャンバ内の土砂流動を計測する装置であって、
上記バルクヘッドに、上記チャンバ内に出没自在に且つ回転自在に支持される棒状部材と、該棒状部材の側面に配設され、上記棒状部材の長手方向に直交する方向の圧力を計測する直交方向土圧計と、上記棒状部材を所定角度ずつ回転させた際の各角度における上記直交方向土圧計の計測値に基づいて、上記チャンバ内の土砂の流動方向を求める土砂流動演算手段とを備えたことを特徴とするチャンバ内土砂流動計測装置。
【請求項４】
上記棒状部材の先端に配設され、上記棒状部材の軸方向の圧力を計測する軸方向土圧計と、上記棒状部材を上記チャンバ内の土砂に貫入させた際の上記棒状部材の移動速度と上記軸方向土圧計の測定値とにより、上記チャンバ内の土砂性状を求める土砂性状演算手段とを備えた請求項１から３のいずれかに記載のチャンバ内土砂流動計測装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のチャンバ内土砂流動計測装置を備えたシールド掘進機であって、
上記土砂流動演算手段で求めた上記チャンバ内の土砂の流動方向に応じて、上記チャンバ内に注入する添加材の注入量を決定する添加材注入量決定手段を備えたことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項１】
シールド掘進機のカッタヘッドとバルクヘッドとの間に形成されたチャンバ内の土砂流動を計測する装置であって、
上記バルクヘッドに、上記チャンバ内に出没自在に支持される棒状部材と、該棒状部材の側面に周方向に間隔を隔てて複数配設され、上記棒状部材の長手方向に直交する方向の圧力を計測する直交方向土圧計と、これら各直交方向土圧計の計測値に基づいて、上記チャンバ内の土砂の流動方向を求める土砂流動演算手段とを備えたことを特徴とするチャンバ内土砂流動計測装置。
【請求項２】
上記棒状部材は、上記バルクヘッドに回転自在に支持される請求項１に記載のチャンバ内土砂流動計測装置。
【請求項３】
シールド掘進機のカッタヘッドとバルクヘッドとの間に形成されたチャンバ内の土砂流動を計測する装置であって、
上記バルクヘッドに、上記チャンバ内に出没自在に且つ回転自在に支持される棒状部材と、該棒状部材の側面に配設され、上記棒状部材の長手方向に直交する方向の圧力を計測する直交方向土圧計と、上記棒状部材を所定角度ずつ回転させた際の各角度における上記直交方向土圧計の計測値に基づいて、上記チャンバ内の土砂の流動方向を求める土砂流動演算手段とを備えたことを特徴とするチャンバ内土砂流動計測装置。
【請求項４】
上記棒状部材の先端に配設され、上記棒状部材の軸方向の圧力を計測する軸方向土圧計と、上記棒状部材を上記チャンバ内の土砂に貫入させた際の上記棒状部材の移動速度と上記軸方向土圧計の測定値とにより、上記チャンバ内の土砂性状を求める土砂性状演算手段とを備えた請求項１から３のいずれかに記載のチャンバ内土砂流動計測装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載のチャンバ内土砂流動計測装置を備えたシールド掘進機であって、
上記土砂流動演算手段で求めた上記チャンバ内の土砂の流動方向に応じて、上記チャンバ内に注入する添加材の注入量を決定する添加材注入量決定手段を備えたことを特徴とするシールド掘進機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−１３８９４（Ｐ２０１０−１３８９４Ａ）
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１７６９２８（Ｐ２００８−１７６９２８）
【出願日】平成２０年７月７日（２００８．７．７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００１６６４３２）戸田建設株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月２１日（２０１０．１．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年７月７日（２００８．７．７）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００１６６４３２）戸田建設株式会社 (328)
【Ｆターム（参考）】
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