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JP3721486B2 - Evaluation method of ground in tunnel excavation and tunnel excavation method using it - Google Patents
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JP3721486B2 - Evaluation method of ground in tunnel excavation and tunnel excavation method using it - Google Patents

Evaluation method of ground in tunnel excavation and tunnel excavation method using it Download PDF

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JP3721486B2 JP9719898A JP9719898A JP3721486B2 JP 3721486 B2 JP3721486 B2 JP 3721486B2 JP 9719898 A JP9719898 A JP 9719898A JP 9719898 A JP9719898 A JP 9719898A JP 3721486 B2 JP3721486 B2 JP 3721486B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、全断面トンネル掘削機(以下、TBM:tunnel boring maschineという)を使用するトンネル掘進における地山評価方法とそれを用いたトンネル掘進方法の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
TBM掘進工法は、地山条件に恵まれれば無支保での高速掘進が可能でありその長所を十分に生かすことができるが、固結度の低い帯水地山や断層破砕帯などの不良地質部での掘削は苦手であり、これらに起因するトラブルが多く発生し、TBMが数カ月止まることもたびたびある。このような地質的な要因からのTBMのトラブルを未然に防ぐには、切羽前方地山の地層構造の変化や不良地質部の地山性状とその規模を事前に精度良く知ることと、これらを正しく評価しその対策工や補助工法の選定、TBM掘進の可否の判定などができるTBM掘進システムが必要である。
【0003】
従来、切羽前方地山の予測方法として、例えば特開平4−161588号公報においては、油圧式パーカッションドリルによる削孔データ(削孔により得られた削孔深度と各深度における累積掘削時間、削孔速度、ピストン打撃エネルギー、給進力、トルク、送水圧等)により破壊エネルギーを算出し、確率統計手法により岩盤等級と関係づけて予測を行う方法を提案している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記パーカッションドリルによる予測方法は、発破工法の場合には有効な方法ではあるが、TBMの場合には、掘削を中断して切羽面にパーカッションドリルを設置しなければならないとともに、ボーリング中はTBM掘進ができないので工期が大幅に延びるという問題や、ロッドが地山にかまれロッドを地山中に捨てざるをえない場合に、TBMのカッター破損の問題があり、TBM掘進に上記方法を採用することは困難である。
【0005】
この問題を解決するために、本発明者等は、特願平9−139693号において、TBM機内から先進ボーリングにより切羽前方の地山調査、評価を可能とし、地山性状を高精度に判別できるとともに、地山性状に応じた適切な支保工と補助工法を選定でき、確実なTBM掘進を行うことができるトンネル掘進システムを出願している。
【0006】
本発明は、上記先願発明をさらに改良し、リアルタイム計測するTBM機械データの一部を掘削エネルギーやグリッパ係数などへ指標化し、TBM後胴引き寄せ時の坑内観察調査に先がけて予め定めた評価基準に基づいて地山等級を予測し、これにより適時に適切な支保パターンを施工することができるトンネル掘進システムを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本第1発明のトンネル掘進における切羽前方の地山評価方法は、円筒状のスキンプレート、スキンプレートの先端に回転自在に装着されたカッターヘッド、機内後部に配置されるスラストジャッキ、メイングリッパを備える全断面トンネル掘削機(TBM)と、該TBM内に設置された先進ボーリング装置とを備え、該先進ボーリング装置による先進ボーリング調査から得られる削孔速度、打撃回数、削孔断面積を用いて破壊エネルギーを算出し、その破壊エネルギー、トルク、給進力により設定される評価基準による切羽前方の地山性状を評価する第1の評価ステップと、その後の全断面トンネル掘削機による掘進により得られる掘進速度、カッター回転速度、カッタートルク、推進スラスト力、メイングリッパ張り出し時の応力−ひずみ特性から掘削エネルギーとグリッパ係数を算出し、この掘削エネルギとグリッパ係数により設定される評価基準によって切羽の地山性状を評価する第2の評価ステップと、この第2の評価を基に第1の評価基準を見直すフィードバックステップ、からなることを特徴とする
また、本第2発明の全断面トンネル掘削機によるトンネル掘進方法は、本第1発明の地山評価方法を用いた地山評価により支保構造を選定してトンネル掘進することを特徴とする
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図1〜図10は、本発明のトンネル掘進システムの1実施形態を示し、図1は、本発明で使用するTBMの模式図である。
【0009】
図1において、TBM1は、円筒状のスキンプレート3、スキンプレート3の先端に回転自在に装着されたカッターヘッド2、機内後部に設置されるスラストジャッキ4及びメイングリッパ5等を備え、メイングリッパ5を坑壁に張り出しこれに反力を取ってスラストジャッキ4を伸ばしながらカッターヘッド2を回転させ、1ストローク分を掘削する。スラストジャッキ4上には、ロータリパーカッションドリル6が設置されている。このロータリパーカッションドリル6は、先端ビットを打撃、回転させながら削孔するノンコアボーリングモードと、ビットを交換しドリルを打撃、回転させながら先端コアを採取する部分コアボーリングモードとを備え、また、ロータリパーカッションドリル6は上下左右方向に揺動可能に設置され、図示点線で示すように切羽面7に対して直角方向に削孔される切羽内ボーリング8と、図示実線で示すようにスキンプレート3の後端から切羽斜め前方に削孔される切羽外ボーリング9が可能にされている。
【0010】
図2は、本発明のシステム構成と評価項目を説明するための図である。本発明においては、先進ボーリング調査とTBM機械データによりTBM掘進評価項目を把握し、最終的に支保パターンの評価を行うものである。無論、従来の坑内観察調査および力学調査・試験のデータも随時評価項目の判断材料に加える。TBM掘進評価項目は、(1)地質変化・掘進速度の把握、(2)天端部・肩部の安定度の把握、(3)側壁部の安定度の把握、(4)坑内湧水の評価、(5)不良地質部の評価、(6)支保パターンの評価からなる。
【0011】
先進ボーリング調査においては、▲1▼削孔深度、▲2▼削孔速度、▲3▼給進力、▲4▼打撃エネルギー、▲5▼打撃回数、▲6▼トルク、▲7▼回転数、▲8▼送水圧力、▲9▼送水量などのデータを取得し、これらのデータを破壊エネルギーとして指標化し、これらのデータ及び破壊エネルギーに基づいて評価項目(1)〜(6)を評価する。また、スライムの色調、岩片の形、種類、大きさ、硬さの観察や、部分コア採取による地質の判定、孔内湧水量の測定により、評価項目(1)、(4)、(5)、(6)を評価する。
【0012】
TBM機械データからは、▲1▼掘進速度、▲2▼カッター回転速度、▲3▼カッタートルク、▲4▼スラスト推進力を取得し、これらのデータを掘削エネルギーとして指標化し、これらのデータ及び掘削エネルギーに基づいて評価項目(1)〜(6)を評価する。
【0013】
また、▲5▼フロントグリッパ係数を計算し評価項目(2)を評価し、▲6▼左右メイングリッパ係数を計算し評価項目(3)を評価する。
【0014】
図3は、本発明のトンネル掘進システムのデータ処理の1例を示すフロー図である。先ず、ステップS1で、地質図書などから切羽前方の地山調査地点を特定した後、ステップS2で調査地点までTBM掘進を行い、ステップS3で掘進速度、カッタートルク、スラスト推力などのTBM機械データを取得する。ステップS4で、TBM掘進と並行してノンコアボーリングモードでロータリパーカッションドリル6により切羽斜め前方にボーリング9(50〜100m程度)を行い、ステップS5でボーリング削孔データを取得する。このボーリング削孔データは、▲1▼削孔深度、▲2▼削孔速度、▲3▼給進力、▲4▼打撃エネルギー、▲5▼打撃回数、▲6▼トルク、▲7▼回転数、▲8▼送水圧力、▲9▼送水量などである。次に、ステップS6のデータ解析・図化手段で、ボーリング削孔データに基づいて(1)深度変化の分析、(2)データ間の相関分析、(3)測定データの指標化、(4)力学パラメータの推定を行う。これらの内容について以下に説明する。
【0015】
(1)深度変化の分析
図4(A)に示す削孔深度に対する測定値変化のデータから既知の確率・統計手法を用いて例えば図4(B)に示すガウス型モデルや図4(C)に示す非ガウス型モデルに図化する。これにより、削孔深度に対する測定値の変化を容易に認識することが可能となる。
【0016】
(2)データ間の相関分析
▲1▼削孔速度と打撃エネルギー×打撃回数の相関から地層の硬軟の様子が推定できる。
▲2▼削孔速度と給進力の相関から岩質の様子が推定できる。
▲3▼削孔速度とトルク×回転数の相関から地層の崩壊性が推定できる。
▲4▼トルク×回転数と打撃エネルギー×打撃回数の相関から岩種が推定できる。▲5▼送水圧力と送水量の相関から岩種、水理地質構造が推定できる。
【0017】
(3)測定データの指標化
1.破壊エネルギーEP(kgf・cm/cm2cm
EP=打撃エネルギー(kgf・cm)×打撃回数(bpm)/削孔速度(cm/min)/削孔断面積(cm2
2.掘削エネルギーEt(kgf・cm/cm2cm):単位体積を掘削するに要するエネルギー
Et=El/A
E1:単位cmの掘削するに要するエネルギー(kgf・cm/cm)
E1=スラスト推力(tf)×1000+[2π×カッター回転速度(rpm)×カッタートルク(tf・m)×1000×100]/[掘進速度(mm/min)×0.1]
A:掘削断面積(cm2
3.グリッパ係数Gc(kgf/cm2
横軸にひずみεj(ストロークδj/掘削半径r)を縦軸にグリッパ載荷応力σjをとり、グリッパ張りだし時の応力〜ひずみ特性を数値化する。グリッパ係数の値は次式から計算する。
【0018】
Gc=(σm+2−σm−2)/(εm+2−εm−2)(但し、mは、グリッパを張り出し時のストロークのピッチの中間のピッチ数を意味する。
εj=δj/r
j=1,測点数
(4)力学パラメータの推定岩盤の一軸圧縮強度=k×破壊エネルギー次に、ステップS7の地山評価手段において、前記測定データ間の相関性などを参考にして、ボーリング削孔データの内、破壊エネルギー、削孔速度、トルク、給進力などの深度軸に対する変化の様子などから地層構造、岩種岩質、岩盤性状などを区分け、特定、判定し専門家がTBM地山評価図を作成する。
以上
【0019】
次に、ステップS8において、地山が不良で更に詳細に調べたい場合には切羽内コアボーリングを実施するか否かが判断され、YESの場合には切羽内コアボーリングが行われ、ステップS10でコアボーリングデータが取得され、このデータに基づいてステップS5〜S7で再度、地層構造の判定が行われる。そして、判定された地層構造に基づいて、ステップS11で支保工の選定及び補助工法の選定が行われる。次に、ステップS12でTBM掘進可否の判定が行われ、TBM掘進可能と判定されればステップS2に戻りTBM掘進が行われ、TBM掘進不可能と判定されれば、ステップS13で不良地質部の評価が行われ、トラブルの推定、その対策工、事前地山補強工が実施され、ステップS2に戻りTBM掘進が行われる。
【0020】
図5は、前記ステップS7において先進ボーリングによる地山評価及びステップS11の支保工の選定及び補助工法の選定を説明するための図である。なお、ボーリング削孔データ評価基準値、支保構造及び補助工法はあくまで1例を示すものでこれに限定されるものではない。測定した削孔速度、トルク、給進力と測定データからの計算値の破壊エネルギーの値によって、I〜Vの5段階の地山区分に区分され、それぞれの地山区分に応じて適切な支保工の選定と補助工法の選定、さらにはTBM掘進方式が選定される。なお、全周簡易ライナーとは、坑壁の全周にわたってライナーピースを組み付ける方式であり、シールドジャッキはこの全周簡易ライナーに推進反力をとる方式である。また、裏込め注入とはライナーと坑壁との間にモルタルを注入する方式であり、切羽注入とは、機内から切羽とその周辺地山内にセメントミルクやウレタン材を注入する方式である。
【0021】
図6は、図5の簡易先受け支保システムを説明するための図であり、図6(A)はTBMの断面図、図6(B)はスキンプレートのテール部での横断面図である。本システムは、カッターヘッド2が1ストローク分掘進すると、スキンプレート3のテール部のすぐ後方で先受け材11Bをリング支保工12で受け、インバートライナ15上に設置したフロントグリッパ13を伸長させて押圧支持し、また、タイロッド16で1つ手前のリング支保工12に固定する。次いで、今ある先受け材11Bの間の空いている場所でスキンプレート3と坑壁との空間に次の先受け材11Aを差し込み、坑壁面にはファイバー吹付モルタル20を施工する。以上のようにしてスキンプレート3の後方を常に先受け材で支持するため、肌落ち、抜け落ちを防止することができる。
【0022】
図7は、図5の開口ライナーシステムを示す斜視図である。本システムは、隣接するリング支保工12の間にトンネル天端の一部を支持するライナー部材21a、21b、21cを配設し、トンネル天端を安定化し、また、シールドジャッキの推進反力をとるものである。地盤の強度により、プレート状のライナー部材21a、一部空間のあるライナー部材21b、金網状のライナー部材21cが用意されている。
【0023】
図8は、先進ボーリングの削孔深度に応じて、地山区分、支保構造、補助工法、掘進方式が変化する例を示し、可能な限りTBM機内から切羽前方の地山性状を予測し、地山性状に応じた適切な支保構造と補助工法を選択することにより、確実な掘進を行うことができる。
【0024】
図9は、TBM機械データの指標値である掘削エネルギー、フロントグリッパ係数、メイングリッパストロークの変化を示す図である。図中、2はカッターヘッド、5はメイングリッパ、13はフロントグリッパである。
【0025】
図10は、本発明のトンネル掘進システムにおける評価方法を説明するための図である。図10(A)は、前述したTBM機械データに基づく掘削エネルギーとグリッパ係数からの地山等級の評価基準例を示し、図10(B)は図5で説明した先進ボーリング調査からの地山等級の評価基準例を示している。
【0026】
本発明においては、先ず、先進ボーリング調査に基づいて地山等級を評価し、次いで、実際のTBM機械データに基いて地山等級を評価し、この評価結果により先の先進ボーリング調査に基づく地山評価基準を見直し、このフィードバックシステムによる学習により常に最新情報により地山評価基準を設定可能にしている。
【0027】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、リアルタイム計測のTBM機械データの一部を掘削エネルギーやグリッパ係数で指標化することにより、地山等級の数値による判別が可能となり、これにより、地山性状に応じた適切な支保構造と補助工法を選定でき、確実なTBM掘進を行うことができる。また、TBMの後胴を引き寄せる以前に地山性状を予測できるので、地山性状に応じた適切な支保パターンを選定することができる。さらに、先進ボーリング調査結果からの地山等級の予測精度は、TBM機械データのフィードバックにより地山評価基準が見直し学習され、地山性状を高精度に且つ最新情報により予測、評価が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明で使用するTBMの模式図である。
【図2】本発明におけるシステム構成と評価項目を説明するための図である。
【図3】図2の先進ボーリング調査のデータ処理の1例を示すフロー図である。
【図4】データの図化を説明するための図である。
【図5】先進ボーリングによる地山評価並びに支保構造の選定及び補助工法の選定を説明するための図である。
【図6】図5の簡易先受け支保システムを説明するための図であり、図(A)はTBMの断面図、図(B)はスキンプレートのテール部での横断面図である。
【図7】図5の開口ライナーシステムを示す斜視図である。
【図8】ボーリングの削孔深度に応じて、地山区分、支保構造、補助工法、掘進方式が変化する例を示す図である。
【図9】TBM機械データの指標値である掘削エネルギー、フロントグリッパ係数、メイングリッパストロークの変化を示す図である。
【図10】本発明のトンネル掘進システムにおける評価方法を説明するための図である。
【符号の説明】
1…TBM(全断面トンネル掘削機)
2…カッターヘッド
5…メイングリッパ
6…先進ボーリング装置
7…切羽面
8、9…先進ボーリング
13…フロントグリッパ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention belongs to a technical field of a ground excavation method in tunnel excavation using a full-section tunnel excavator (hereinafter referred to as TBM: tunnel boring machine) and a tunnel excavation method using the same .
[0002]
[Prior art]
The TBM excavation method is capable of high-speed excavation without support if it is blessed with natural ground conditions, and can fully utilize its advantages, but poor geological areas such as aquifer mountains and fault fracture zones with low consolidation Drilling is not good, and troubles caused by these often occur, and TBM often stops for several months. In order to prevent TBM troubles caused by such geological factors, it is necessary to know in advance the changes in the stratum structure of the front rocks in front of the face and the geological properties and scales of the defective geological areas. There is a need for a TBM excavation system that can correctly evaluate and select countermeasures and auxiliary construction methods, and determine whether TBM excavation is possible.
[0003]
Conventionally, as a method for predicting the face ahead of the face, for example, in JP-A-4-161588, drilling data by a hydraulic percussion drill (a drilling depth obtained by drilling, a cumulative drilling time at each depth, a drilling hole, We propose a method to calculate the fracture energy by speed, piston impact energy, feed force, torque, water supply pressure, etc.) and to make a prediction in relation to the rock grade by the probability statistical method.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, although the prediction method using the percussion drill is an effective method in the case of the blasting method, in the case of TBM, the drilling must be interrupted and a percussion drill must be installed on the face, and during boring There is a problem that the construction period is greatly extended because TBM excavation is not possible, and there is a problem of TBM cutter breakage when the rod is bitten in a natural ground and the rod must be thrown into the natural ground, and the above method is adopted for TBM excavation It is difficult to do.
[0005]
In order to solve this problem, in the Japanese Patent Application No. 9-139693, the present inventors can investigate and evaluate natural ground in front of the face by advanced boring from the inside of the TBM machine, and can discriminate natural ground properties with high accuracy. At the same time, we have applied for a tunnel excavation system that can select appropriate support and auxiliary methods according to the natural ground properties and can perform reliable TBM excavation.
[0006]
The present invention further improves the above-mentioned invention of the prior application, indexes a part of TBM machine data to be measured in real time to excavation energy, gripper coefficient, and the like, and evaluates criteria determined in advance prior to the underground observation survey at the time of pulling the rear body of the TBM It is an object of the present invention to provide a tunnel excavation system capable of predicting a ground grade based on the above and thereby constructing an appropriate support pattern in a timely manner.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the method of evaluating the ground in front of the face in tunnel excavation according to the first aspect of the present invention includes a cylindrical skin plate, a cutter head rotatably attached to the tip of the skin plate, and a rear part in the machine. A full-section tunnel excavator (TBM) equipped with a thrust jack, a main gripper , and an advanced boring device installed in the TBM, the drilling speed obtained from the advanced boring investigation by the advanced boring device , A first evaluation step for calculating fracture energy using the cross-sectional area of the drilling hole, and evaluating a natural ground property in front of the face according to an evaluation standard set by the fracture energy, torque, and driving force , and then the entire cross-section tunnel Drilling speed, cutter rotation speed, cutter torque, propulsion thrust force, main grind obtained by excavating with the excavator Stress during overhang - is calculated drilling from strain characteristic energy and gripper coefficient, a second evaluation step of evaluating the natural ground properties of tunnel face by criteria set by the drilling energy and the gripper coefficient, the second evaluation And a feedback step for reviewing the first evaluation standard based on the above .
The tunnel excavation method using the full-section tunnel excavator of the second invention is characterized by selecting a support structure by natural ground evaluation using the natural ground evaluation method of the first invention and tunneling .
[0008]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1-10 shows one Embodiment of the tunnel excavation system of this invention, FIG. 1 is a schematic diagram of TBM used by this invention.
[0009]
In FIG. 1, the TBM 1 includes a cylindrical skin plate 3, a cutter head 2 that is rotatably mounted at the tip of the skin plate 3, a thrust jack 4 and a main gripper 5 that are installed at the rear of the machine, and the main gripper 5. The cutter head 2 is rotated while the thrust jack 4 is extended by taking a reaction force on the well wall and excavating one stroke. A rotary percussion drill 6 is installed on the thrust jack 4. The rotary percussion drill 6 has a non-core boring mode in which a drill bit is drilled while rotating and rotating the tip bit, and a partial core boring mode in which the tip core is taken while the bit is changed and the drill is struck and rotated. The percussion drill 6 is installed so as to be swingable in the vertical and horizontal directions, and as shown by the dotted line in the figure, the inside face boring 8 drilled in the direction perpendicular to the face surface 7 and the skin plate 3 as shown by the solid line in the figure. An outer face boring 9 that is drilled from the rear end obliquely forward of the face is made possible.
[0010]
FIG. 2 is a diagram for explaining the system configuration and evaluation items of the present invention. In the present invention, the TBM excavation evaluation items are grasped from the advanced boring survey and the TBM machine data, and the support pattern is finally evaluated. Of course, data from conventional underground observation surveys and mechanics surveys / tests are also added to the evaluation criteria as needed. TBM excavation evaluation items are (1) grasp of geological change and excavation speed, (2) grasp of stability of top and shoulder, (3) grasp of stability of side wall, (4) well spring water It consists of evaluation, (5) evaluation of defective geology, and (6) support pattern evaluation.
[0011]
In the advanced boring survey, (1) drilling depth, (2) drilling speed, (3) feed force, (4) impact energy, (5) number of hits, (6) torque, (7) rotational speed, (8) Acquire data such as water supply pressure and (9) water supply amount, index these data as destruction energy, and evaluate evaluation items (1) to (6) based on these data and destruction energy. In addition, the evaluation items (1), (4), (5) are based on observations of the color of the slime, the shape, type, size, and hardness of the rock fragments, the determination of the geology by collecting partial cores, and the measurement of the amount of spring water in the borehole. Evaluate (6).
[0012]
From TBM machine data, (1) excavation speed, (2) cutter rotation speed, (3) cutter torque, and (4) thrust thrust force are obtained, and these data are indexed as excavation energy. Evaluation items (1) to (6) are evaluated based on energy.
[0013]
(5) Calculate the front gripper coefficient and evaluate the evaluation item (2). (6) Calculate the left and right main gripper coefficients and evaluate the evaluation item (3).
[0014]
FIG. 3 is a flowchart showing an example of data processing of the tunnel excavation system of the present invention. First, in step S1, a geological survey point in front of the face is specified from a geological book or the like, and then a TBM excavation is performed in step S2 to the survey point. In step S3, TBM machine data such as excavation speed, cutter torque, thrust thrust, etc. is obtained. get. In step S4, in parallel with the TBM excavation, boring 9 (about 50 to 100 m) is performed obliquely forward with the rotary percussion drill 6 in the non-core boring mode, and boring drilling data is acquired in step S5. This drilling data includes (1) drilling depth, (2) drilling speed, (3) feed force, (4) impact energy, (5) number of impacts, (6) torque, and (7) rotational speed. , (8) water supply pressure, and (9) water supply amount. Next, in the data analysis / plotting means in step S6, based on the boring data, (1) depth change analysis, (2) correlation analysis between data, (3) measurement data indexing, (4) Estimate mechanical parameters. These contents will be described below.
[0015]
(1) Analysis of change in depth For example, a Gaussian model shown in FIG. 4 (B) or FIG. 4 (C) using a known probability / statistical method from data of change in measured value with respect to the drilling depth shown in FIG. 4 (A). The non-Gaussian model shown in Fig. Thereby, it becomes possible to recognize easily the change of the measured value with respect to the drilling depth.
[0016]
(2) Correlation analysis between data (1) It is possible to estimate the hardness of the formation from the correlation between drilling speed and impact energy x the number of impacts.
(2) The rocky state can be estimated from the correlation between drilling speed and feed force.
(3) The formation collapse can be estimated from the correlation between drilling speed and torque x rotation speed.
(4) The type of rock can be estimated from the correlation between torque × rotational speed and impact energy × number of impacts. (5) The rock type and hydrogeological structure can be estimated from the correlation between the water supply pressure and the water supply volume.
[0017]
(3) Indexing measurement data Fracture energy EP (kgf · cm / cm 2 / cm 2 )
EP = impact energy (kgf · cm) × number of impacts (bpm) / drilling speed (cm / min) / drilling cross-sectional area (cm 2 )
2. Drilling energy Et (kgf · cm / cm 2 / cm): Energy Et = El / A necessary for drilling a unit volume
E1: Energy required for excavation of unit cm (kgf · cm / cm)
E1 = thrust thrust (tf) × 1000 + [ 2π × cutter rotation speed (rpm) × cutter torque (tf · m) × 1000 × 100] / [digging speed (mm / min) × 0.1]
A: Drilling cross section (cm 2 )
3. Gripper coefficient Gc (kgf / cm 2 )
Strain εj (stroke δj / excavation radius r) is taken on the horizontal axis, and gripper loading stress σj is taken on the vertical axis, and the stress-strain characteristics when the gripper is extended are quantified. The value of the gripper coefficient is calculated from the following equation.
[0018]
Gc = ([sigma] m + 2- [sigma] m-2) / ([epsilon] m + 2- [epsilon] m-2) ( where m represents the number of intermediate pitches of the stroke when the gripper is extended ) .
εj = δj / r
j = 1, number of stations (4) Estimate of mechanical parameters Uniaxial compressive strength of rock mass = k × fracture energy Next, in the natural ground evaluation means in step S7, referring to the correlation between the measured data, etc. Within the borehole data, the geological structure, rock type, rock mass, etc. are classified, identified, and judged by the expert from the TBM site based on changes in the depth axis such as fracture energy, drilling speed, torque, and advance force. Create a mountain evaluation chart.
[0019]
Next, in step S8, it is determined whether or not to perform core boring in the face if the ground is defective and it is desired to investigate in more detail. If YES, core boring in the face is performed, and in step S10 Core boring data is acquired, and the formation structure is determined again in steps S5 to S7 based on this data. Then, based on the determined stratum structure, a support construction and an auxiliary construction method are selected in step S11. Next, in step S12, whether or not TBM excavation is possible is determined. If it is determined that TBM excavation is possible, the process returns to step S2, TBM excavation is performed, and if it is determined that TBM excavation is impossible, in step S13 Evaluation is performed, trouble estimation, countermeasure work, and preliminary ground reinforcement work are performed, and the process returns to step S2 to perform TBM excavation.
[0020]
FIG. 5 is a diagram for explaining natural ground evaluation by advanced boring in step S7, selection of a support work and selection of an auxiliary method in step S11. Note that the borehole drilling data evaluation reference value, the support structure, and the auxiliary method are merely examples, and are not limited thereto. Depending on the measured drilling speed, torque, feed force and the fracture energy value calculated from the measured data, it is divided into 5 levels from 1 to V, and appropriate support according to each level. Selection of construction method, selection of auxiliary construction method, and TBM excavation method are selected. The all-around simple liner is a method in which a liner piece is assembled over the entire circumference of the well wall, and the shield jack is a method in which a propulsion reaction force is applied to this all-around simple liner. The backfill injection is a method in which mortar is injected between the liner and the pit wall, and the face injection is a method in which cement milk or urethane material is injected from the inside of the machine into the face and the surrounding ground.
[0021]
6A and 6B are diagrams for explaining the simplified prior support system of FIG. 5, FIG. 6A is a cross-sectional view of the TBM, and FIG. 6B is a cross-sectional view of the tail portion of the skin plate. . In this system, when the cutter head 2 digs up for one stroke, the front receiving material 11B is received by the ring support 12 immediately behind the tail portion of the skin plate 3, and the front gripper 13 installed on the inverse liner 15 is extended. It is pressed and supported, and is fixed to the ring support 12 on the front by a tie rod 16. Next, the next receiving material 11A is inserted into the space between the skin plate 3 and the pit wall at a space between the existing receiving material 11B, and the fiber blowing mortar 20 is applied to the pit wall surface. As described above, since the back of the skin plate 3 is always supported by the receiving material, it is possible to prevent the skin from falling off.
[0022]
FIG. 7 is a perspective view of the open liner system of FIG. In this system, liner members 21a, 21b, and 21c that support a part of the tunnel top end are disposed between adjacent ring support members 12 to stabilize the tunnel top end, and to promote the reaction force of the shield jack. It is something to take. Depending on the strength of the ground, a plate-like liner member 21a, a liner member 21b having a partial space, and a wire mesh-like liner member 21c are prepared.
[0023]
Fig. 8 shows an example in which the natural ground division, support structure, auxiliary construction method, and excavation method change according to the drilling depth of advanced boring, predicting the natural ground properties in front of the face as much as possible from inside the TBM machine, By selecting an appropriate support structure and auxiliary construction method according to the mountain properties, a reliable excavation can be performed.
[0024]
FIG. 9 is a diagram showing changes in excavation energy, front gripper coefficient, and main gripper stroke, which are index values of TBM machine data. In the figure, 2 is a cutter head, 5 is a main gripper, and 13 is a front gripper.
[0025]
FIG. 10 is a diagram for explaining an evaluation method in the tunnel excavation system of the present invention. FIG. 10 (A) shows an example of evaluation standard of ground level from the excavation energy and gripper coefficient based on the TBM machine data described above, and FIG. 10 (B) is a ground level from the advanced boring survey explained in FIG. An example of evaluation criteria is shown.
[0026]
In the present invention, first, the natural ground grade is evaluated based on the advanced boring survey, and then the natural ground grade is evaluated based on the actual TBM machine data. Based on the evaluation result, the natural ground grade based on the previous advanced boring survey is evaluated. The evaluation standard is reviewed, and the natural ground evaluation standard can always be set by the latest information by learning with this feedback system.
[0027]
【The invention's effect】
As is clear from the above description, according to the present invention, a part of the TBM machine data of the real-time measurement is indexed by the excavation energy and the gripper coefficient, thereby making it possible to discriminate by the numerical value of the ground grade. Therefore, it is possible to select an appropriate support structure and auxiliary method according to natural ground properties, and to perform reliable TBM excavation. In addition, since the natural ground property can be predicted before the rear trunk of the TBM is drawn, an appropriate support pattern according to the natural mountain property can be selected. Furthermore, the prediction accuracy of the natural ground grade from the advanced boring survey results is learned by reviewing the natural ground evaluation standard by feedback of TBM machine data, and the natural ground property can be predicted and evaluated with high accuracy and the latest information.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a TBM used in the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining a system configuration and evaluation items in the present invention.
FIG. 3 is a flowchart showing an example of data processing of the advanced boring survey in FIG. 2;
FIG. 4 is a diagram for explaining data plotting;
FIG. 5 is a diagram for explaining natural ground evaluation by advanced boring, selection of a support structure, and selection of an auxiliary method.
6A and 6B are diagrams for explaining the simplified prior support system of FIG. 5, in which FIG. 5A is a cross-sectional view of the TBM, and FIG. 5B is a cross-sectional view of the tail portion of the skin plate.
7 is a perspective view showing the open liner system of FIG. 5. FIG.
FIG. 8 is a diagram showing an example in which the natural ground division, the support structure, the auxiliary construction method, and the excavation method change according to the drilling depth of the boring.
FIG. 9 is a diagram showing changes in excavation energy, front gripper coefficient, and main gripper stroke, which are index values of TBM machine data.
FIG. 10 is a diagram for explaining an evaluation method in the tunnel excavation system of the present invention.
[Explanation of symbols]
1 ... TBM (Tunnel excavator with full cross section)
2 ... Cutter head 5 ... Main gripper 6 ... Advanced boring device 7 ... Face face 8, 9 ... Advanced boring 13 ... Front gripper

Claims (2)

円筒状のスキンプレート、スキンプレートの先端に回転自在に装着されたカッターヘッド、機内後部に配置されるスラストジャッキ、メイングリッパを備える全断面トンネル掘削機(TBM)と、該TBM内に設置された先進ボーリング装置とを備え、該先進ボーリング装置による先進ボーリング調査から得られる削孔速度、打撃回数、削孔断面積を用いて破壊エネルギーを算出し、その破壊エネルギー、トルク、給進力により設定される評価基準による切羽前方の地山性状を評価する第1の評価ステップと、その後の全断面トンネル掘削機による掘進により得られる掘進速度、カッター回転速度、カッタートルク、推進スラスト力、メイングリッパ張り出し時の応力−ひずみ特性から掘削エネルギーとグリッパ係数を算出し、この掘削エネルギとグリッパ係数により設定される評価基準によって切羽の地山性状を評価する第2の評価ステップと、この第2の評価を基に第1の評価基準を見直すフィードバックステップ、からなることを特徴とするトンネル掘進における切羽前方の地山評価方法。 A cylindrical skin plate, a cutter head rotatably mounted at the tip of the skin plate, a thrust jack placed at the rear of the machine, a full-section tunnel excavator (TBM) equipped with a main gripper , and installed in the TBM It is equipped with an advanced boring device , and the fracture energy is calculated using the drilling speed, the number of hits, and the cross-sectional area obtained from the advanced boring survey by the advanced boring device , and is set by the fracture energy, torque, and feed force The first evaluation step to evaluate the natural ground properties in front of the face according to the evaluation criteria , and then the excavation speed, cutter rotation speed, cutter torque, propulsion thrust force, main gripper overhang obtained by excavation by the full-section tunnel excavator The drilling energy and gripper coefficient are calculated from the stress-strain characteristics of the A second evaluation step of evaluating the natural ground properties of tunnel face by criteria set by formic and gripper coefficient, and characterized by comprising feedback step of, reviewing the first evaluation criterion to the second based on the evaluation of A natural ground evaluation method in front of the face in tunnel excavation. 全断面トンネル掘削機によるトンネル掘進方法において、請求項1記載の地山評価方法を用いた地山評価により支保構造を選定してトンネル掘進することを特徴とする全断面トンネル掘削機によるトンネル掘進方法。A tunnel excavation method using a full-section tunnel excavator, wherein the tunnel excavation method is carried out by selecting a support structure based on an evaluation of a natural ground using the natural ground evaluation method according to claim 1. .
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