シールド機における流動性の測定装置及びこの測定装置を備えたシールド機
【課題】小型で、かつ、安価に製作が可能で、チャンバ内の土砂による荷重を精度よく検出することが可能な測定装置等を提供する。
【解決手段】測定装置２５は、混合物の流動による荷重を受ける第１の荷重伝達部材３１と、第１の荷重伝達部材３１に後方側に接続されてガーダー部５内に配置される第２の荷重伝達部材３３と、第２の荷重伝達部材３３の後方側に設けられた複数のロードセル３５ａ〜３５ｄと、第２の荷重伝達部材３３と各ロードセル３５ａ〜３５ｄとをそれぞれ連結するための複数の連結部材３７と、チャンバ１９内の混合物に含まれる水が、第１の荷重伝達部材３１が隔壁１７を貫通する部分を通して、土圧式シールド機の隔壁１７より後方の部分へ流入するのを防止するシール剤４１とを備える
【解決手段】測定装置２５は、混合物の流動による荷重を受ける第１の荷重伝達部材３１と、第１の荷重伝達部材３１に後方側に接続されてガーダー部５内に配置される第２の荷重伝達部材３３と、第２の荷重伝達部材３３の後方側に設けられた複数のロードセル３５ａ〜３５ｄと、第２の荷重伝達部材３３と各ロードセル３５ａ〜３５ｄとをそれぞれ連結するための複数の連結部材３７と、チャンバ１９内の混合物に含まれる水が、第１の荷重伝達部材３１が隔壁１７を貫通する部分を通して、土圧式シールド機の隔壁１７より後方の部分へ流入するのを防止するシール剤４１とを備える
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド機のチャンバ内における掘削土砂、若しくは、掘削土砂と加泥材とを含む混合物の流動性を測定するための測定装置及びその測定装置を備えたシールド機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、都市部では地下構造物を構築する際に、交通量の多い道路でのトンネル建設工事をスムーズに行うとともに、周辺住民に与える工事の影響を軽減するために、シールド工法が採用されている。また、都市部の地上には十分な作業基地面積を確保することが難しいために、シールド工法として、設備配置スペースの必要面積の大きい泥水式シールドに比べて設備配置スペースの必要面積の小さい土圧式シールドによる施工のニーズが高まっている。
【０００３】
土圧式シールドによる掘削工法では、切羽の安定を保持するうえでチャンバ内における掘削土砂の流動状態を把握することが重要であり、例えば、特許文献１及び２には、掘削土砂の流動性を測定するための測定装置が開示されている。
【０００４】
特許文献１に記載の測定装置は、土圧式シールド機のチャンバ内に掘削土砂の流動方向と対向するように設けられた板状の回転板と、回転板を駆動するためのモータと、モータの駆動力を回転板に伝達するロッドと、モータの電流値を測定するための電流測定器と、回転板の回転角度を検出するための角度検出器と、を備え、モータを駆動させて回転板を所定角度だけ回転させ、回転抵抗が最大位置において、回転板の主面の直交する方向を掘削土砂の流動方向とし、そのときの回転トルクに対応した値を流速として所定の方法にて算出するものである。
【０００５】
また、特許文献２に記載の測定装置は、チャンバとシールド機本体とを隔てる隔壁を貫通して、チャンバ内に出没可能に設置される中空で棒状の計測ロッドと、当該計測ロッドの基端側の内面に設けられた複数の歪ゲージと、を備え、混合物が流動する際の計測ロッドの変形量を歪ゲージで測定し、その測定結果に基づいて混合物の流動方向とその大きさとを算出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１９１８７８号公報
【特許文献２】特開２００８−１６９６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の測定装置では、モータやトルク検出器を設置するための広いスペースが必要になるため、シールド機の設計を大幅に変更しなければならず、また、小型のシールド機には設置することができない。さらに、モータやトルク検出器は高価なため、シールド機の設備投資費が高くなってしまう。
【０００８】
また、上記特許文献２に記載の測定装置では、計測ロッドが変形し易いように計測ロッドの肉厚を薄くすると、計測ロッドが摩耗により早期に寿命に達してして交換が必要になるが、計測ロッドの交換作業には多大な時間を要するので、掘削工程が長くなってしまう。一方、計測ロッドの寿命を長くするため計測ロッドの肉厚を厚くすると、計測ロッドの変形量が少なくなって歪み量の検出が困難になる。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、小型で、かつ、安価に製作できると共に、チャンバ内の土砂による荷重を精度よく検出することが可能な測定装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、シールド機のチャンバ内における掘削土砂、若しくは、掘削土砂と加泥材とを含む混合物の流動性の測定装置であって、
隔壁に設けられた貫通孔内を貫通して延在するように設けられる第１の荷重伝達部材と、
前記第１の荷重伝達部材の前記チャンバ側とは反対側の端部に接続され、前記第１の荷重伝達部材の延在方向に対して側方に突出する第２の荷重伝達部材と、
前記第１の荷重伝達部材が前記チャンバ内において前記掘削土砂若しくは前記混合物の流動による荷重を受けるのに応じて、前記第２の荷重伝達部材に作用する荷重を、前記第２の荷重伝達部材の複数の位置でそれぞれ計測する複数のロードセルと、
前記チャンバ内の前記掘削土砂若しくは前記混合物に含まれる水が、前記貫通孔を通して、前記シールド機の前記隔壁よりも後方の部分へ流入するのを防止するシール手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明において、前記貫通孔内には、前記第１の荷重伝達部材を揺動可能に支持するための支持部材を備えることとしてもよい。
【００１２】
また、本発明において、前記第２の荷重伝達部材は、板状の形状を有することとしてもよい。
【００１３】
また、本発明のシールド機は、上述した流動性の測定装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、小型で、かつ、安価に製作が可能で、チャンバ内の土砂による荷重を精度よく検出することが可能な測定装置等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る土圧式シールド機の側断面図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る測定装置の側断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ’断面図である。
【図５】第１の荷重伝達部材の一端に荷重が作用している状態を正面から示す模式図である。
【図６】測定装置を構成している各部材の寸法を示す概略模式図である。
【図７】測定装置に水圧が作用している状態を示す模式図である。
【図８】測定装置の他の実施例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る土圧式シールド機の側断面図であり、 図２は、図１のＡ矢視図である。
【００１７】
両図に示すように、土圧式シールド機１は、進行方向前部で切羽の掘削を行うフード部３と、後部で覆工を行うテール部（図示しない）と、フード部３及びテール部を結ぶとともに推進設備等を内方に装備するガーダー部５とから構成され、外部から作用する荷重に対し前述した各部を保護するための矩形筒状の鋼殻からなるスキンプレート９とを備える。
【００１８】
土圧式シールド機１の前部は、土圧式シールド機１の前面側にカッタービットを有するカッター１１と、カッター１１を駆動するための駆動源１３と、駆動源１３の駆動力をカッター１１に伝達する回転軸１５と、カッター１１の後方に設けられ、カッター11との間に掘削土砂と加泥材とを含む混合物に一定の圧力を与えてこれを保持するための密閉されたチャンバ１９を形成する隔壁１７と、混合物をチャンバ１９から排出するための排土機構２１と、チャンバ１９内の混合物を撹拌、混練するための撹拌装置２３と、掘削土砂と加泥材との混練効果を高めるための固定翼２４と、チャンバ１９内の混合物の流動状態を把握するための測定装置２５とから構成される。
なお、隔壁１７より前方側がフード部３となり、隔壁１７より後方側がガーダー部５となる。
【００１９】
回転軸１５のチャンバ１９内の部分には、外周面から突出するようにアジテータ２７が設けられており、このアジテータ２７は、ガーダー部５内に設置された駆動モータ２９により、カッター１１と独立して回転駆動される。
【００２０】
撹拌装置２３は、カッター１１の背面側からチャンバ１９内へ突出するように複数設けられている。この複数の撹拌装置２３は、土圧式シールド機１の回転軸１５と同心で、かつ径が異なる３つの円周上にそれぞれ周方向に所定の間隔で配置されている。
【００２１】
固定翼２４は、隔壁１７の前面側にチャンバ１９内へ突出するように複数設けられている。この複数の固定翼２４も撹拌装置２３と同様、土圧式シールド機１の回転軸１５と同心で、かつ径が異なる３つの円周上にそれぞれ周方向に所定の間隔で配置されている。
【００２２】
測定装置２５は、土圧式シールド機１の回転軸１５と同心の円周上に、それぞれ周方向に所定の間隔で、撹拌装置２３及びアジテータ２７との相互干渉を避ける位置に配置され、第１の荷重伝達部材３１（後述する）がガーダー部５側から隔壁１７を貫通してチャンバ１９内に突出するように複数台設けられている。
【００２３】
なお、本実施形態においては、測定装置２５は、土圧式シールド機１の回転軸１５と同心の円周上で、周方向に所定の間隔で設置した場合について説明したが、この位置に限定されるものではなく、任意の位置に設置することが可能である。
【００２４】
図３は、本発明の実施形態に係る測定装置２５の側断面図であり、 図４は、図３のＢ−Ｂ’断面図である。
両図に示すように、測定装置２５は、混合物の流動による荷重を受ける第１の荷重伝達部材３１と、第１の荷重伝達部材３１の後方側に接続されてガーダー部５内に配置される第２の荷重伝達部材３３と、第２の荷重伝達部材３３の後方側に設けられた複数のロードセル３５ａ〜３５ｄと、第２の荷重伝達部材３３と各ロードセル３５ａ〜３５ｄとをそれぞれ連結するための複数の連結部材３７と、を備える。
【００２５】
第１の荷重伝達部材３１は、棒状の鋼材からなり、ガーダー部５側から隔壁１７を貫通してチャンバ１９内に突出するように設けられている。
【００２６】
第１の荷重伝達部材３１が貫通する隔壁１７の貫通孔１７ａの内周面のガーダー部５の端部には自動調心ころ軸受３９（以下、単に軸受３９という）が設けられており、当該第１の荷重伝達部材３１は、軸受３９を支点として任意の向きに揺動可能に支持されている。
【００２７】
また、貫通孔１７ａの内周面の軸受３９よりチャンバ１９側の部位には、グリス孔１７ｂを通してグリスからなるシール剤４１が供給されており、第１の荷重伝達部材３１の外周面と貫通孔１７ａの内周面との間の隙間を通ってチャンバ１９内から土圧式シールド機１本体内へ混合物に含まれる水が流入することを防止している。
【００２８】
なお、本実施形態では、後述するように、第１の荷重伝達部材３１の後方側に接続された第２の荷重伝達部材３３がガーダー部５内の支持板１０に固定されているので、その固定強度が、第１の荷重伝達部材３１に上記混合物から作用する荷重に対して十分に大きい場合は、第１の荷重伝達部材３１を支持するための軸受３９は不要であり、貫通孔１７ａをシールするシール剤４１のみが設けられていればよい。また、貫通孔１７ａの内面部分にシール剤を設ける構成に限らず、チャンバ１９内から貫通孔１７ａを通って土圧式シールド機１本体内（隔壁１７よりも後方の部分、すなわち、ガーダー部５）へ混合物に含まれる水が流入するのを防止するための任意のシール手段が設けられればよい。
【００２９】
第２の荷重伝達部材３３は、円盤状の鋼板からなり、その中心部が第１の荷重伝達部材３１の他端３１ｂに接続されて、第１の荷重伝達部材３１の延在方向に対して側方に突出した状態でガーダー部５内に配置されている。
【００３０】
連結部材３７は、第２の荷重伝達部材３３及びロードセル３５ａ〜３５ｄをそれぞれ貫通するボルト４３と、第２の荷重伝達部材３３及びロードセル３５ａ〜３５ｄをそれぞれ両側から挟み込んでボルト４３に螺合するナット４５と、から構成されている。
なお、本実施形態では、第２の荷重伝達部材３３とボルト４３とをナット４５で連結する方法について説明したが、この方法に限定されるものではなく、例えば、ボルト４３やナット４５では強度が不足する場合には、ボルト４３の代わりに棒鋼を用いて、この棒鋼と円盤状の鋼板とを溶接等により接続し、当該円盤状の鋼板の周方向に所定の間隔で配置された複数のボルトで鋼板を第２の荷重伝達部材３３に連結する構造、すなわちフランジ構造としてもよい。
【００３１】
第２の荷重伝達部材３３とロードセル３５ａ〜３５ｄとの間の隙間Ｓの長さは、第１の荷重伝達部材３１に荷重が作用せず、土圧式シールド機１の軸心方向に向いた状態（以下、基準状態という）で、ロードセル３５ａ〜３５ｄに所定の圧縮荷重（以下、基準荷重という）が作用するように（すなわち、ロードセル３５ａ〜３５ｄが、図３中左側のナット４５により上記基準荷重で同図中右向きに押圧されるように）設定されている。これにより、ロードセル３５ａ〜３５ｄに作用する引張荷重及び圧縮荷重の両方を計測することができる。
【００３２】
ロードセル３５ａ〜３５ｄは、第１の荷重伝達部材３１の中心軸ＣＬと同心の円周上に、それぞれ周方向に所定の間隔で配置されて、ガーダー部５内に固定された支持板１０にボルト４９で固定されている。これにより、ロードセル３５ａ〜３５ｄに圧縮荷重や引張荷重が作用した際に、その反力を支持板１０にて受けることができる。
本実施形態では、４台のロードセル３５ａ〜３５ｄを周方向に９０°間隔で配置したが、この台数、配置間隔に限定されるものではなく、設計等により適宜決定されるものであり、混合物の流向をより正確に把握したい場合には、周方向の間隔を狭くして多くのロードセル３５を配置することとしてもよい。
【００３３】
上述した構成からなる測定装置２５の第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重は、チャンバ１９内を流動する混合土が第１の荷重伝達部材３１に衝突することにより発生し、この混合土の衝突によって、第１の荷重伝達部材３１には混合土の流動方向と同じ向きの荷重が作用する。そして、本実施形態では、上記複数のロードセル３５ａ〜３５ｄにより荷重を計測しているので、それら計測値を用いることで、第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重の大きさのみならず、荷重の向きも計測できるので、それら計測値に基づいて、混合土の流速の大きさ及び流動方向を算出することができる。
具体的には、第１の荷重伝達部材３１の一端３１ａ側の部位に、混合土の流動による、例えば、下向きの荷重が作用すると、第２の荷重伝達部材３３の上部が、上側に配置されたロードセル３５ｂから離間する方向へ、また、第２の荷重伝達部材３３の下部が、下側に配置されたロードセル３５ｄに近接する方向へ移動しようとすることによって、第２の荷重伝達部材３３からロードセル３５ｂには引張荷重が作用し、ロードセル３５ｄには圧縮荷重が作用する。これらの荷重の大きさは各ロードセル３５ａ〜３５ｄにより計測されて、ＰＣ等（図示しない）により第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重の大きさ及び流動方向が算出される。なお、上記のとおり、ロードセル３５ａ〜３５ｄには基準状態で基準荷重が作用するように構成されているので、第２の荷重伝達部材３３から作用する引張荷重は基準荷重からの減少量として、また、圧縮荷重は基準荷重からの増加量として、それぞれ計測することができる。
【００３４】
以下、第２の荷重伝達部材３３からロードセル３５ａ〜３５ｄに作用する荷重の大きさから第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重の大きさ及び流動方向を算出する算出方法について説明する。
測定装置２５には、（I）隔壁１７の面内方向に混合物の流動によって生じる荷重のみが作用する場合と、（II）この面内方向に作用する荷重に加えて、隔壁１７に後方側へ向かって土水圧が作用する場合がある。そこで、まず、（I）の場合における算出方法について説明し、次に、（II）の場合について説明する。
【００３５】
図５及び図６は、それぞれ第１の荷重伝達部材３１の一端３１ａに荷重が作用している状態を正面から示す模式図、測定装置２５を構成している各部材の寸法を示す概略模式図である。
なお、以下の説明では、図５中の左右方向、上下方向をそれぞれｘ軸、ｙ軸として説明する。
図５及び図６に示すように、混合土が第１の荷重伝達部材３１に衝突して荷重が第１の荷重伝達部材３１に作用しているとき、水平面内におけるモーメントの釣り合い（図６（ａ）参照）及び鉛直面内におけるモーメントの釣り合いより、それぞれ、次の（１）式及び（２）式が成り立つ。
Ｐｃｏｓθ×Ｌ−ＲＡｒ＋ＲＣｒ＝０ ・・・（１）式
Ｐｓｉｎθ×Ｌ−ＲＢｒ＋ＲＤｒ＝０ ・・・（２）式
ここで、Ｐ：第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重の大きさ、θ：第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重のｘ軸に対する角度、Ｌ：第１の荷重伝達部材３１の長さ、ｒ：第１の荷重伝達部材３１の中心軸ＣＬからロードセル３５ａ〜３５ｄまでの長さ、ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤ：各ロードセル３５ａ〜３５ｄの計測値である。
また、（I）の場合は、第１の荷重伝達部材３１の軸方向に作用する力はゼロであるから、次の（３）式及び（４）式が成り立つ。
ＲＡ＋ＲＣ＝０ ・・・（３）式
ＲＢ＋ＲＤ＝０ ・・・（４）式
これら（３）式及び（４）式をそれぞれ変形すると、次の（５）式及び（６）式となる。
ＲＣ＝−ＲＡ ・・・（５）式
ＲＤ＝−ＲＢ ・・・（６）式
続いて、（５）式及び（６）式をそれぞれ（１）式及び（２）式に代入すると、次の（７）式及び（８）式となる。
ＲＡ＝（Ｌ／２ｒ）×Ｐｃｏｓθ ・・・（７）式
ＲＢ＝（Ｌ／２ｒ）×Ｐｓｉｎθ ・・・（８）式
これら（７）式及び（８）式より、荷重の大きさＰ及び角度θは、次の（９）式及び（１０）式にてそれぞれ算出される。
Ｐ＝（２ｒ／Ｌ）×（ＲＡ２＋ＲＢ２）１／２ ・・・（９）式
θ＝ｔａｎ−１（ＲＢ／ＲＡ） ・・・（１０）式
なお、上記（７）、（８）式から分かるように、荷重Ｐが同じであっても（Ｌ／２ｒ）の値が大きいほど、ロードセルによる計測値ＲＡ，ＲＢは大きくなる。したがって、ｒに対してＬを大きく設定することで、荷重Ｐの測定感度を高くすることができる。
【００３６】
次に、上記（II）の場合の算出方法について説明する。
【００３７】
図７は、隔壁１７に土水圧が作用している状態を側方から見た場合を示す模式図である。なお、第１の荷重伝達部材３１には、上述した荷重（図５参照）も作用している。
本図に示すように、隔壁１７に土水圧が作用すると、その土水圧による荷重Ｗｓが第１の荷重伝達部材３１の一端３１ａに作用し、この荷重は、第１の荷重伝達部材３１により第２の荷重伝達部材３３にスラスト力として伝達される。この状態では、まず、上記（I）の場合と同様に、モーメントの釣り合いにより次の（１１）式及び（１２）式が成り立つ。
Ｐｃｏｓθ×Ｌ−ＲＡ’ｒ＋ＲＣ’ｒ＝０ ・・・（１１）式
Ｐｓｉｎθ×Ｌ−ＲＢ’ｒ＋ＲＤ’ｒ＝０ ・・・（１２）式
ここで、ＲＡ’、ＲＢ’、ＲＣ’、ＲＤ’：ロードセル３５ａ〜３５ｄの計測値である。
各ロードセル３５ａ〜３５ｄの計測値ＲＡ’、ＲＢ’、ＲＣ’、ＲＤ’は、図７より、それぞれ次の（１３）式〜（１６）式で表される。
ＲＡ’＝ＲＡ ＋Ｗｓ ・・・（１３）式
ＲＢ’＝ＲＢ ＋Ｗｓ ・・・（１４）式
ＲＣ’＝ＲＣ ＋Ｗｓ ・・・（１５）式
ＲＤ’＝ＲＤ ＋Ｗｓ ・・・（１６）式
そして、上記（３）式及び（４）式は、今回の場合でも成り立つので、これらの式を変形した（５）式及び（６）式をそれぞれ（１５）式及び（１６）式に代入すると、次の（１７）式及び（１８）式となる。
ＲＣ’＝−ＲＡ ＋Ｗｓ ・・・（１７）式
ＲＤ’＝−ＲＢ ＋Ｗｓ ・・・（１８）式
そして、（１３）式及び（１７）式より、次の（１９）式が算出される。
ＲＡ’−ＲＣ’＝２ＲＡ ・・・（１９）式
同様に、（１４）式及び（１８）式より、次の（２０）式が算出される。
ＲＢ’−ＲＤ’＝２ＲＢ ・・・（２０）式
続いて、（１９）式及び（２０）式をそれぞれ（１１）式及び（１２）式に代入すると、次の（２１）式及び（２２）式となる。
Ｐｃｏｓθ×Ｌ−２ｒＲＡ ＝０ ・・・（２１）式
Ｐｓｉｎθ×Ｌ−２ｒＲＢ ＝０ ・・・（２２）式
これら（２１）式及び（２２）式より、荷重の大きさＰ及び角度θは、次の（２３）式及び（２４）式にてそれぞれ算出される。
Ｐ＝（２ｒ／Ｌ）×（ＲＡ２＋ＲＢ２）１／２ ・・・（２３）式
θ＝ｔａｎ−１（ＲＢ／ＲＡ） ・・・（２４）式
ここで算出された（２３）式及び（２４）式は、上記（９）式及び（１０）式と同一となる。
なお、（２１）式及び（２２）式を変形すると上記（７）式及び（８）式と同一になるため、これら（７）式及び（８）式について上述したのと同様に、ｒに対してＬを大きく設定することで、荷重Ｐの測定感度を高くすることができる。
【００３８】
これらの結果より、第１の荷重伝達部材３１に作用する土水圧による荷重Ｗｓの有無にかかわらず、第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重の大きさ及び角度の算出結果は、同じ値となることが確認できた。したがって、第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重の大きさ及び流動方向を算出する場合、土水圧の影響を考慮する必要がないことが分かる。
【００３９】
続いて、上述した算出方法によって算出された第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重の大きさ及び流動方向を、予め設計等によって実施されたチャンバ１９内の流動解析に基づく解析結果と比較する。
具体的には、土圧式シールド機１のチャンバ１９に関する機械モデルを設定するとともに、混合物の粘性式を、現場掘削土、砂地盤、粘土地盤など各種地質に応じて設定し、その後、チャンバ１９内における混合土の流動解析を実施して、複数の流動解析結果を予め求める。そして、上述した算出方法によって算出された荷重の大きさ及び流動方向を流動解析の結果と照合して、測定装置２５の設置個所（図１及び図２参照）において、最も相関のよいものを選択して、その流動解析結果を、測定装置２５での測定時点における流動状態とする。
【００４０】
このようにして流動解析結果を利用すると、チャンバ１９内における混合土の流動状態が可視化されるので、掘削現場において、チャンバ１９内における混合土の閉塞、噴発を容易に検知することができる。
【００４１】
上述した本実施形態に係る測定装置２５によれば、第１の荷重伝達部材３１、第２の荷重伝達部材３３及びロードセル３５から構成されるので、小型化することができる。これにより、土圧式シールド機１の所望の位置に測定装置２５を配置することができる。また、測定装置２５は小型化されているので、土圧式シールド機１内に設置しても作業用のスペースを広く確保することができる。
【００４２】
また、第１の荷重伝達部材３１、第２の荷重伝達部材３３及びロードセル３５は、それぞれ一般的な資機材であり、容易に入手できるので、測定装置２５を安価に製作することができる。
【００４３】
さらに、貫通孔１７ａの内周面と第１の荷重伝達部材３１との間の隙間にグリスを充填しているので、この隙間を通過して土圧式シールド機１本体内に混合物に含まれる水が流入することを防止できる。
【００４４】
なお、本実施形態では、第１の荷重伝達部材３１として棒鋼を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、チャンバ１９内において一方向の流れのみを検知すればよい場合には、平板状の鋼板を用いてその主面を混合土の流動方向と対向するように配置してもよい。例えば、上方方向への流れのみを検知すればよい場合には、図８に示すように、平板状の鋼板４７を水平に配置し、当該鋼板４７の上下にそれぞれ１台ずつロードセル３５ｅ、３５ｆを配置する。
【００４５】
なお、本実施形態では、第１の荷重伝達部材３１を揺動可能に支持する支持部材として軸受３９を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、弾性体であるゴムリング等を用いてもよい。要するに第１の荷重伝達部材３１を揺動可能に支持できるものであればよい。
【００４６】
また、本実施形態では、第２の荷重伝達部材３３として円盤状の鋼板を用いた場合について説明したが、この形状に限定されるものではなく、円盤状以外の板状部材としてもよいし、板状部材に限らず、第１の荷重伝達部材３１の他端３１ｂから放射状に突出するように配置された複数の梁状部材を用いてもよい。要するに第２の荷重伝達部材３３は、第１の荷重伝達部材３１に作用した荷重を各ロードセル３５ａ〜３５ｄに伝達可能な形状のものであればよい。ただし、第２の荷重伝達部材３３を板状部材とすれば、ロードセル３５の設置位置を任意に選定できる点で、梁状部材とするよりも有利である。
さらに、本実施形態では、チャンバ１９内における掘削土砂と加泥材の混合物の流動状態を計測するものとしたが、本発明は、これに限らず、チャンバ１９内に加泥材が供給されず掘削土砂のみが存在し、この掘削土砂の流動状態を計測する場合にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 土圧式シールド機
３ フード部
５ ガーダー部
９ スキンプレート
１０ 支持板
１１ カッター
１３ 駆動源
１５ 回転軸
１７ 隔壁
１７ａ 貫通孔
１７ｂ グリス孔
１９ チャンバ
２１ 排土機構
２３ 撹拌装置
２４ 固定翼
２５ 測定装置
２７ アジテータ
２９ 駆動モータ
３１ 第１の荷重伝達部材
３１ａ 一端
３１ｂ 他端
３３ 第２の荷重伝達部材
３５（＝３５ａ〜３５ｆ） ロードセル
３７ 連結部材
３９ 軸受
４１ シール剤
４３ ボルト
４５ ナット
４７ 平板状の鋼板
４９ ボルト
Ｓ 隙間
ＣＬ 第１の荷重伝達部材の中心軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド機のチャンバ内における掘削土砂、若しくは、掘削土砂と加泥材とを含む混合物の流動性を測定するための測定装置及びその測定装置を備えたシールド機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、都市部では地下構造物を構築する際に、交通量の多い道路でのトンネル建設工事をスムーズに行うとともに、周辺住民に与える工事の影響を軽減するために、シールド工法が採用されている。また、都市部の地上には十分な作業基地面積を確保することが難しいために、シールド工法として、設備配置スペースの必要面積の大きい泥水式シールドに比べて設備配置スペースの必要面積の小さい土圧式シールドによる施工のニーズが高まっている。
【０００３】
土圧式シールドによる掘削工法では、切羽の安定を保持するうえでチャンバ内における掘削土砂の流動状態を把握することが重要であり、例えば、特許文献１及び２には、掘削土砂の流動性を測定するための測定装置が開示されている。
【０００４】
特許文献１に記載の測定装置は、土圧式シールド機のチャンバ内に掘削土砂の流動方向と対向するように設けられた板状の回転板と、回転板を駆動するためのモータと、モータの駆動力を回転板に伝達するロッドと、モータの電流値を測定するための電流測定器と、回転板の回転角度を検出するための角度検出器と、を備え、モータを駆動させて回転板を所定角度だけ回転させ、回転抵抗が最大位置において、回転板の主面の直交する方向を掘削土砂の流動方向とし、そのときの回転トルクに対応した値を流速として所定の方法にて算出するものである。
【０００５】
また、特許文献２に記載の測定装置は、チャンバとシールド機本体とを隔てる隔壁を貫通して、チャンバ内に出没可能に設置される中空で棒状の計測ロッドと、当該計測ロッドの基端側の内面に設けられた複数の歪ゲージと、を備え、混合物が流動する際の計測ロッドの変形量を歪ゲージで測定し、その測定結果に基づいて混合物の流動方向とその大きさとを算出するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−１９１８７８号公報
【特許文献２】特開２００８−１６９６９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１に記載の測定装置では、モータやトルク検出器を設置するための広いスペースが必要になるため、シールド機の設計を大幅に変更しなければならず、また、小型のシールド機には設置することができない。さらに、モータやトルク検出器は高価なため、シールド機の設備投資費が高くなってしまう。
【０００８】
また、上記特許文献２に記載の測定装置では、計測ロッドが変形し易いように計測ロッドの肉厚を薄くすると、計測ロッドが摩耗により早期に寿命に達してして交換が必要になるが、計測ロッドの交換作業には多大な時間を要するので、掘削工程が長くなってしまう。一方、計測ロッドの寿命を長くするため計測ロッドの肉厚を厚くすると、計測ロッドの変形量が少なくなって歪み量の検出が困難になる。
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、小型で、かつ、安価に製作できると共に、チャンバ内の土砂による荷重を精度よく検出することが可能な測定装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、シールド機のチャンバ内における掘削土砂、若しくは、掘削土砂と加泥材とを含む混合物の流動性の測定装置であって、
隔壁に設けられた貫通孔内を貫通して延在するように設けられる第１の荷重伝達部材と、
前記第１の荷重伝達部材の前記チャンバ側とは反対側の端部に接続され、前記第１の荷重伝達部材の延在方向に対して側方に突出する第２の荷重伝達部材と、
前記第１の荷重伝達部材が前記チャンバ内において前記掘削土砂若しくは前記混合物の流動による荷重を受けるのに応じて、前記第２の荷重伝達部材に作用する荷重を、前記第２の荷重伝達部材の複数の位置でそれぞれ計測する複数のロードセルと、
前記チャンバ内の前記掘削土砂若しくは前記混合物に含まれる水が、前記貫通孔を通して、前記シールド機の前記隔壁よりも後方の部分へ流入するのを防止するシール手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明において、前記貫通孔内には、前記第１の荷重伝達部材を揺動可能に支持するための支持部材を備えることとしてもよい。
【００１２】
また、本発明において、前記第２の荷重伝達部材は、板状の形状を有することとしてもよい。
【００１３】
また、本発明のシールド機は、上述した流動性の測定装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、小型で、かつ、安価に製作が可能で、チャンバ内の土砂による荷重を精度よく検出することが可能な測定装置等を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係る土圧式シールド機の側断面図である。
【図２】図１のＡ矢視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る測定装置の側断面図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ’断面図である。
【図５】第１の荷重伝達部材の一端に荷重が作用している状態を正面から示す模式図である。
【図６】測定装置を構成している各部材の寸法を示す概略模式図である。
【図７】測定装置に水圧が作用している状態を示す模式図である。
【図８】測定装置の他の実施例を示す正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る土圧式シールド機の側断面図であり、 図２は、図１のＡ矢視図である。
【００１７】
両図に示すように、土圧式シールド機１は、進行方向前部で切羽の掘削を行うフード部３と、後部で覆工を行うテール部（図示しない）と、フード部３及びテール部を結ぶとともに推進設備等を内方に装備するガーダー部５とから構成され、外部から作用する荷重に対し前述した各部を保護するための矩形筒状の鋼殻からなるスキンプレート９とを備える。
【００１８】
土圧式シールド機１の前部は、土圧式シールド機１の前面側にカッタービットを有するカッター１１と、カッター１１を駆動するための駆動源１３と、駆動源１３の駆動力をカッター１１に伝達する回転軸１５と、カッター１１の後方に設けられ、カッター11との間に掘削土砂と加泥材とを含む混合物に一定の圧力を与えてこれを保持するための密閉されたチャンバ１９を形成する隔壁１７と、混合物をチャンバ１９から排出するための排土機構２１と、チャンバ１９内の混合物を撹拌、混練するための撹拌装置２３と、掘削土砂と加泥材との混練効果を高めるための固定翼２４と、チャンバ１９内の混合物の流動状態を把握するための測定装置２５とから構成される。
なお、隔壁１７より前方側がフード部３となり、隔壁１７より後方側がガーダー部５となる。
【００１９】
回転軸１５のチャンバ１９内の部分には、外周面から突出するようにアジテータ２７が設けられており、このアジテータ２７は、ガーダー部５内に設置された駆動モータ２９により、カッター１１と独立して回転駆動される。
【００２０】
撹拌装置２３は、カッター１１の背面側からチャンバ１９内へ突出するように複数設けられている。この複数の撹拌装置２３は、土圧式シールド機１の回転軸１５と同心で、かつ径が異なる３つの円周上にそれぞれ周方向に所定の間隔で配置されている。
【００２１】
固定翼２４は、隔壁１７の前面側にチャンバ１９内へ突出するように複数設けられている。この複数の固定翼２４も撹拌装置２３と同様、土圧式シールド機１の回転軸１５と同心で、かつ径が異なる３つの円周上にそれぞれ周方向に所定の間隔で配置されている。
【００２２】
測定装置２５は、土圧式シールド機１の回転軸１５と同心の円周上に、それぞれ周方向に所定の間隔で、撹拌装置２３及びアジテータ２７との相互干渉を避ける位置に配置され、第１の荷重伝達部材３１（後述する）がガーダー部５側から隔壁１７を貫通してチャンバ１９内に突出するように複数台設けられている。
【００２３】
なお、本実施形態においては、測定装置２５は、土圧式シールド機１の回転軸１５と同心の円周上で、周方向に所定の間隔で設置した場合について説明したが、この位置に限定されるものではなく、任意の位置に設置することが可能である。
【００２４】
図３は、本発明の実施形態に係る測定装置２５の側断面図であり、 図４は、図３のＢ−Ｂ’断面図である。
両図に示すように、測定装置２５は、混合物の流動による荷重を受ける第１の荷重伝達部材３１と、第１の荷重伝達部材３１の後方側に接続されてガーダー部５内に配置される第２の荷重伝達部材３３と、第２の荷重伝達部材３３の後方側に設けられた複数のロードセル３５ａ〜３５ｄと、第２の荷重伝達部材３３と各ロードセル３５ａ〜３５ｄとをそれぞれ連結するための複数の連結部材３７と、を備える。
【００２５】
第１の荷重伝達部材３１は、棒状の鋼材からなり、ガーダー部５側から隔壁１７を貫通してチャンバ１９内に突出するように設けられている。
【００２６】
第１の荷重伝達部材３１が貫通する隔壁１７の貫通孔１７ａの内周面のガーダー部５の端部には自動調心ころ軸受３９（以下、単に軸受３９という）が設けられており、当該第１の荷重伝達部材３１は、軸受３９を支点として任意の向きに揺動可能に支持されている。
【００２７】
また、貫通孔１７ａの内周面の軸受３９よりチャンバ１９側の部位には、グリス孔１７ｂを通してグリスからなるシール剤４１が供給されており、第１の荷重伝達部材３１の外周面と貫通孔１７ａの内周面との間の隙間を通ってチャンバ１９内から土圧式シールド機１本体内へ混合物に含まれる水が流入することを防止している。
【００２８】
なお、本実施形態では、後述するように、第１の荷重伝達部材３１の後方側に接続された第２の荷重伝達部材３３がガーダー部５内の支持板１０に固定されているので、その固定強度が、第１の荷重伝達部材３１に上記混合物から作用する荷重に対して十分に大きい場合は、第１の荷重伝達部材３１を支持するための軸受３９は不要であり、貫通孔１７ａをシールするシール剤４１のみが設けられていればよい。また、貫通孔１７ａの内面部分にシール剤を設ける構成に限らず、チャンバ１９内から貫通孔１７ａを通って土圧式シールド機１本体内（隔壁１７よりも後方の部分、すなわち、ガーダー部５）へ混合物に含まれる水が流入するのを防止するための任意のシール手段が設けられればよい。
【００２９】
第２の荷重伝達部材３３は、円盤状の鋼板からなり、その中心部が第１の荷重伝達部材３１の他端３１ｂに接続されて、第１の荷重伝達部材３１の延在方向に対して側方に突出した状態でガーダー部５内に配置されている。
【００３０】
連結部材３７は、第２の荷重伝達部材３３及びロードセル３５ａ〜３５ｄをそれぞれ貫通するボルト４３と、第２の荷重伝達部材３３及びロードセル３５ａ〜３５ｄをそれぞれ両側から挟み込んでボルト４３に螺合するナット４５と、から構成されている。
なお、本実施形態では、第２の荷重伝達部材３３とボルト４３とをナット４５で連結する方法について説明したが、この方法に限定されるものではなく、例えば、ボルト４３やナット４５では強度が不足する場合には、ボルト４３の代わりに棒鋼を用いて、この棒鋼と円盤状の鋼板とを溶接等により接続し、当該円盤状の鋼板の周方向に所定の間隔で配置された複数のボルトで鋼板を第２の荷重伝達部材３３に連結する構造、すなわちフランジ構造としてもよい。
【００３１】
第２の荷重伝達部材３３とロードセル３５ａ〜３５ｄとの間の隙間Ｓの長さは、第１の荷重伝達部材３１に荷重が作用せず、土圧式シールド機１の軸心方向に向いた状態（以下、基準状態という）で、ロードセル３５ａ〜３５ｄに所定の圧縮荷重（以下、基準荷重という）が作用するように（すなわち、ロードセル３５ａ〜３５ｄが、図３中左側のナット４５により上記基準荷重で同図中右向きに押圧されるように）設定されている。これにより、ロードセル３５ａ〜３５ｄに作用する引張荷重及び圧縮荷重の両方を計測することができる。
【００３２】
ロードセル３５ａ〜３５ｄは、第１の荷重伝達部材３１の中心軸ＣＬと同心の円周上に、それぞれ周方向に所定の間隔で配置されて、ガーダー部５内に固定された支持板１０にボルト４９で固定されている。これにより、ロードセル３５ａ〜３５ｄに圧縮荷重や引張荷重が作用した際に、その反力を支持板１０にて受けることができる。
本実施形態では、４台のロードセル３５ａ〜３５ｄを周方向に９０°間隔で配置したが、この台数、配置間隔に限定されるものではなく、設計等により適宜決定されるものであり、混合物の流向をより正確に把握したい場合には、周方向の間隔を狭くして多くのロードセル３５を配置することとしてもよい。
【００３３】
上述した構成からなる測定装置２５の第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重は、チャンバ１９内を流動する混合土が第１の荷重伝達部材３１に衝突することにより発生し、この混合土の衝突によって、第１の荷重伝達部材３１には混合土の流動方向と同じ向きの荷重が作用する。そして、本実施形態では、上記複数のロードセル３５ａ〜３５ｄにより荷重を計測しているので、それら計測値を用いることで、第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重の大きさのみならず、荷重の向きも計測できるので、それら計測値に基づいて、混合土の流速の大きさ及び流動方向を算出することができる。
具体的には、第１の荷重伝達部材３１の一端３１ａ側の部位に、混合土の流動による、例えば、下向きの荷重が作用すると、第２の荷重伝達部材３３の上部が、上側に配置されたロードセル３５ｂから離間する方向へ、また、第２の荷重伝達部材３３の下部が、下側に配置されたロードセル３５ｄに近接する方向へ移動しようとすることによって、第２の荷重伝達部材３３からロードセル３５ｂには引張荷重が作用し、ロードセル３５ｄには圧縮荷重が作用する。これらの荷重の大きさは各ロードセル３５ａ〜３５ｄにより計測されて、ＰＣ等（図示しない）により第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重の大きさ及び流動方向が算出される。なお、上記のとおり、ロードセル３５ａ〜３５ｄには基準状態で基準荷重が作用するように構成されているので、第２の荷重伝達部材３３から作用する引張荷重は基準荷重からの減少量として、また、圧縮荷重は基準荷重からの増加量として、それぞれ計測することができる。
【００３４】
以下、第２の荷重伝達部材３３からロードセル３５ａ〜３５ｄに作用する荷重の大きさから第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重の大きさ及び流動方向を算出する算出方法について説明する。
測定装置２５には、（I）隔壁１７の面内方向に混合物の流動によって生じる荷重のみが作用する場合と、（II）この面内方向に作用する荷重に加えて、隔壁１７に後方側へ向かって土水圧が作用する場合がある。そこで、まず、（I）の場合における算出方法について説明し、次に、（II）の場合について説明する。
【００３５】
図５及び図６は、それぞれ第１の荷重伝達部材３１の一端３１ａに荷重が作用している状態を正面から示す模式図、測定装置２５を構成している各部材の寸法を示す概略模式図である。
なお、以下の説明では、図５中の左右方向、上下方向をそれぞれｘ軸、ｙ軸として説明する。
図５及び図６に示すように、混合土が第１の荷重伝達部材３１に衝突して荷重が第１の荷重伝達部材３１に作用しているとき、水平面内におけるモーメントの釣り合い（図６（ａ）参照）及び鉛直面内におけるモーメントの釣り合いより、それぞれ、次の（１）式及び（２）式が成り立つ。
Ｐｃｏｓθ×Ｌ−ＲＡｒ＋ＲＣｒ＝０ ・・・（１）式
Ｐｓｉｎθ×Ｌ−ＲＢｒ＋ＲＤｒ＝０ ・・・（２）式
ここで、Ｐ：第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重の大きさ、θ：第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重のｘ軸に対する角度、Ｌ：第１の荷重伝達部材３１の長さ、ｒ：第１の荷重伝達部材３１の中心軸ＣＬからロードセル３５ａ〜３５ｄまでの長さ、ＲＡ、ＲＢ、ＲＣ、ＲＤ：各ロードセル３５ａ〜３５ｄの計測値である。
また、（I）の場合は、第１の荷重伝達部材３１の軸方向に作用する力はゼロであるから、次の（３）式及び（４）式が成り立つ。
ＲＡ＋ＲＣ＝０ ・・・（３）式
ＲＢ＋ＲＤ＝０ ・・・（４）式
これら（３）式及び（４）式をそれぞれ変形すると、次の（５）式及び（６）式となる。
ＲＣ＝−ＲＡ ・・・（５）式
ＲＤ＝−ＲＢ ・・・（６）式
続いて、（５）式及び（６）式をそれぞれ（１）式及び（２）式に代入すると、次の（７）式及び（８）式となる。
ＲＡ＝（Ｌ／２ｒ）×Ｐｃｏｓθ ・・・（７）式
ＲＢ＝（Ｌ／２ｒ）×Ｐｓｉｎθ ・・・（８）式
これら（７）式及び（８）式より、荷重の大きさＰ及び角度θは、次の（９）式及び（１０）式にてそれぞれ算出される。
Ｐ＝（２ｒ／Ｌ）×（ＲＡ２＋ＲＢ２）１／２ ・・・（９）式
θ＝ｔａｎ−１（ＲＢ／ＲＡ） ・・・（１０）式
なお、上記（７）、（８）式から分かるように、荷重Ｐが同じであっても（Ｌ／２ｒ）の値が大きいほど、ロードセルによる計測値ＲＡ，ＲＢは大きくなる。したがって、ｒに対してＬを大きく設定することで、荷重Ｐの測定感度を高くすることができる。
【００３６】
次に、上記（II）の場合の算出方法について説明する。
【００３７】
図７は、隔壁１７に土水圧が作用している状態を側方から見た場合を示す模式図である。なお、第１の荷重伝達部材３１には、上述した荷重（図５参照）も作用している。
本図に示すように、隔壁１７に土水圧が作用すると、その土水圧による荷重Ｗｓが第１の荷重伝達部材３１の一端３１ａに作用し、この荷重は、第１の荷重伝達部材３１により第２の荷重伝達部材３３にスラスト力として伝達される。この状態では、まず、上記（I）の場合と同様に、モーメントの釣り合いにより次の（１１）式及び（１２）式が成り立つ。
Ｐｃｏｓθ×Ｌ−ＲＡ’ｒ＋ＲＣ’ｒ＝０ ・・・（１１）式
Ｐｓｉｎθ×Ｌ−ＲＢ’ｒ＋ＲＤ’ｒ＝０ ・・・（１２）式
ここで、ＲＡ’、ＲＢ’、ＲＣ’、ＲＤ’：ロードセル３５ａ〜３５ｄの計測値である。
各ロードセル３５ａ〜３５ｄの計測値ＲＡ’、ＲＢ’、ＲＣ’、ＲＤ’は、図７より、それぞれ次の（１３）式〜（１６）式で表される。
ＲＡ’＝ＲＡ ＋Ｗｓ ・・・（１３）式
ＲＢ’＝ＲＢ ＋Ｗｓ ・・・（１４）式
ＲＣ’＝ＲＣ ＋Ｗｓ ・・・（１５）式
ＲＤ’＝ＲＤ ＋Ｗｓ ・・・（１６）式
そして、上記（３）式及び（４）式は、今回の場合でも成り立つので、これらの式を変形した（５）式及び（６）式をそれぞれ（１５）式及び（１６）式に代入すると、次の（１７）式及び（１８）式となる。
ＲＣ’＝−ＲＡ ＋Ｗｓ ・・・（１７）式
ＲＤ’＝−ＲＢ ＋Ｗｓ ・・・（１８）式
そして、（１３）式及び（１７）式より、次の（１９）式が算出される。
ＲＡ’−ＲＣ’＝２ＲＡ ・・・（１９）式
同様に、（１４）式及び（１８）式より、次の（２０）式が算出される。
ＲＢ’−ＲＤ’＝２ＲＢ ・・・（２０）式
続いて、（１９）式及び（２０）式をそれぞれ（１１）式及び（１２）式に代入すると、次の（２１）式及び（２２）式となる。
Ｐｃｏｓθ×Ｌ−２ｒＲＡ ＝０ ・・・（２１）式
Ｐｓｉｎθ×Ｌ−２ｒＲＢ ＝０ ・・・（２２）式
これら（２１）式及び（２２）式より、荷重の大きさＰ及び角度θは、次の（２３）式及び（２４）式にてそれぞれ算出される。
Ｐ＝（２ｒ／Ｌ）×（ＲＡ２＋ＲＢ２）１／２ ・・・（２３）式
θ＝ｔａｎ−１（ＲＢ／ＲＡ） ・・・（２４）式
ここで算出された（２３）式及び（２４）式は、上記（９）式及び（１０）式と同一となる。
なお、（２１）式及び（２２）式を変形すると上記（７）式及び（８）式と同一になるため、これら（７）式及び（８）式について上述したのと同様に、ｒに対してＬを大きく設定することで、荷重Ｐの測定感度を高くすることができる。
【００３８】
これらの結果より、第１の荷重伝達部材３１に作用する土水圧による荷重Ｗｓの有無にかかわらず、第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重の大きさ及び角度の算出結果は、同じ値となることが確認できた。したがって、第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重の大きさ及び流動方向を算出する場合、土水圧の影響を考慮する必要がないことが分かる。
【００３９】
続いて、上述した算出方法によって算出された第１の荷重伝達部材３１に作用する荷重の大きさ及び流動方向を、予め設計等によって実施されたチャンバ１９内の流動解析に基づく解析結果と比較する。
具体的には、土圧式シールド機１のチャンバ１９に関する機械モデルを設定するとともに、混合物の粘性式を、現場掘削土、砂地盤、粘土地盤など各種地質に応じて設定し、その後、チャンバ１９内における混合土の流動解析を実施して、複数の流動解析結果を予め求める。そして、上述した算出方法によって算出された荷重の大きさ及び流動方向を流動解析の結果と照合して、測定装置２５の設置個所（図１及び図２参照）において、最も相関のよいものを選択して、その流動解析結果を、測定装置２５での測定時点における流動状態とする。
【００４０】
このようにして流動解析結果を利用すると、チャンバ１９内における混合土の流動状態が可視化されるので、掘削現場において、チャンバ１９内における混合土の閉塞、噴発を容易に検知することができる。
【００４１】
上述した本実施形態に係る測定装置２５によれば、第１の荷重伝達部材３１、第２の荷重伝達部材３３及びロードセル３５から構成されるので、小型化することができる。これにより、土圧式シールド機１の所望の位置に測定装置２５を配置することができる。また、測定装置２５は小型化されているので、土圧式シールド機１内に設置しても作業用のスペースを広く確保することができる。
【００４２】
また、第１の荷重伝達部材３１、第２の荷重伝達部材３３及びロードセル３５は、それぞれ一般的な資機材であり、容易に入手できるので、測定装置２５を安価に製作することができる。
【００４３】
さらに、貫通孔１７ａの内周面と第１の荷重伝達部材３１との間の隙間にグリスを充填しているので、この隙間を通過して土圧式シールド機１本体内に混合物に含まれる水が流入することを防止できる。
【００４４】
なお、本実施形態では、第１の荷重伝達部材３１として棒鋼を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、チャンバ１９内において一方向の流れのみを検知すればよい場合には、平板状の鋼板を用いてその主面を混合土の流動方向と対向するように配置してもよい。例えば、上方方向への流れのみを検知すればよい場合には、図８に示すように、平板状の鋼板４７を水平に配置し、当該鋼板４７の上下にそれぞれ１台ずつロードセル３５ｅ、３５ｆを配置する。
【００４５】
なお、本実施形態では、第１の荷重伝達部材３１を揺動可能に支持する支持部材として軸受３９を用いた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、弾性体であるゴムリング等を用いてもよい。要するに第１の荷重伝達部材３１を揺動可能に支持できるものであればよい。
【００４６】
また、本実施形態では、第２の荷重伝達部材３３として円盤状の鋼板を用いた場合について説明したが、この形状に限定されるものではなく、円盤状以外の板状部材としてもよいし、板状部材に限らず、第１の荷重伝達部材３１の他端３１ｂから放射状に突出するように配置された複数の梁状部材を用いてもよい。要するに第２の荷重伝達部材３３は、第１の荷重伝達部材３１に作用した荷重を各ロードセル３５ａ〜３５ｄに伝達可能な形状のものであればよい。ただし、第２の荷重伝達部材３３を板状部材とすれば、ロードセル３５の設置位置を任意に選定できる点で、梁状部材とするよりも有利である。
さらに、本実施形態では、チャンバ１９内における掘削土砂と加泥材の混合物の流動状態を計測するものとしたが、本発明は、これに限らず、チャンバ１９内に加泥材が供給されず掘削土砂のみが存在し、この掘削土砂の流動状態を計測する場合にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４７】
１ 土圧式シールド機
３ フード部
５ ガーダー部
９ スキンプレート
１０ 支持板
１１ カッター
１３ 駆動源
１５ 回転軸
１７ 隔壁
１７ａ 貫通孔
１７ｂ グリス孔
１９ チャンバ
２１ 排土機構
２３ 撹拌装置
２４ 固定翼
２５ 測定装置
２７ アジテータ
２９ 駆動モータ
３１ 第１の荷重伝達部材
３１ａ 一端
３１ｂ 他端
３３ 第２の荷重伝達部材
３５（＝３５ａ〜３５ｆ） ロードセル
３７ 連結部材
３９ 軸受
４１ シール剤
４３ ボルト
４５ ナット
４７ 平板状の鋼板
４９ ボルト
Ｓ 隙間
ＣＬ 第１の荷重伝達部材の中心軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド機のチャンバ内における掘削土砂、若しくは、掘削土砂と加泥材とを含む混合物の流動性の測定装置であって、
隔壁に設けられた貫通孔内を貫通して延在するように設けられる第１の荷重伝達部材と、
前記第１の荷重伝達部材の前記チャンバ側とは反対側の端部に接続され、前記第１の荷重伝達部材の延在方向に対して側方に突出する第２の荷重伝達部材と、
前記第１の荷重伝達部材が前記チャンバ内において前記掘削土砂若しくは前記混合物の流動による荷重を受けるのに応じて、前記第２の荷重伝達部材に作用する荷重を、前記第２の荷重伝達部材の複数の位置でそれぞれ計測する複数のロードセルと、
前記チャンバ内の前記掘削土砂若しくは前記混合物に含まれる水が、前記貫通孔を通して、前記シールド機の前記隔壁よりも後方の部分へ流入するのを防止するシール手段と、
を備えることを特徴とするシールド機における流動性の測定装置。
【請求項２】
前記貫通孔内には、前記第１の荷重伝達部材を揺動可能に支持するための支持部材を備えることを特徴とする請求項１に記載のシールド機における流動性の測定装置。
【請求項３】
前記第２の荷重伝達部材は、板状の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のシールド機における流動性の測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうち何れか一項に記載のシールド機における流動性の測定装置を備えることを特徴とするシールド機。
【請求項１】
シールド機のチャンバ内における掘削土砂、若しくは、掘削土砂と加泥材とを含む混合物の流動性の測定装置であって、
隔壁に設けられた貫通孔内を貫通して延在するように設けられる第１の荷重伝達部材と、
前記第１の荷重伝達部材の前記チャンバ側とは反対側の端部に接続され、前記第１の荷重伝達部材の延在方向に対して側方に突出する第２の荷重伝達部材と、
前記第１の荷重伝達部材が前記チャンバ内において前記掘削土砂若しくは前記混合物の流動による荷重を受けるのに応じて、前記第２の荷重伝達部材に作用する荷重を、前記第２の荷重伝達部材の複数の位置でそれぞれ計測する複数のロードセルと、
前記チャンバ内の前記掘削土砂若しくは前記混合物に含まれる水が、前記貫通孔を通して、前記シールド機の前記隔壁よりも後方の部分へ流入するのを防止するシール手段と、
を備えることを特徴とするシールド機における流動性の測定装置。
【請求項２】
前記貫通孔内には、前記第１の荷重伝達部材を揺動可能に支持するための支持部材を備えることを特徴とする請求項１に記載のシールド機における流動性の測定装置。
【請求項３】
前記第２の荷重伝達部材は、板状の形状を有することを特徴とする請求項１に記載のシールド機における流動性の測定装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうち何れか一項に記載のシールド機における流動性の測定装置を備えることを特徴とするシールド機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１６２９４５（Ｐ２０１２−１６２９４５Ａ）
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２５１４１（Ｐ２０１１−２５１４１）
【出願日】平成２３年２月８日（２０１１．２．８）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月３０日（２０１２．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月８日（２０１１．２．８）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【Ｆターム（参考）】
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