JP4169567B2

JP4169567B2 - Tunnel boring machine and tunnel face forward exploration method

Info

Publication number: JP4169567B2
Application number: JP2002298601A
Authority: JP
Inventors: 讓芦田; 俊樹渡辺
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2022-10-11
Also published as: JP2004132084A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルボーリングマシンおよびトンネル切羽前方探査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル掘削施工において、弾性波を用いたトンネル切羽前方探査方法の技術が利用されてきた。例えば、ＨＳＰ(Horizontal Seismic Profiling)、ＴＳＰ(Tunnel Seismic Prediction)などとして知られる技術である。これらは、震源を用いて弾性波を地山中に伝播させ、その反射波を受振器で検知することにより、弾性波を反射させる地質変化が生じる場所などを探査する技術である。図８に、これらの探査方法による測定の概念図を示した。
【０００３】
掘削中のトンネル５１において、切羽５１ａの近傍にダイナマイト震源３０が、トンネル内面５１ｂに複数の受振器５２が、それぞれ設置されている。ダイナマイト震源３０の発破により、弾性波３１が地山５０内に伝播される。ここで、図示矢印は、弾性波３１の進行経路を示す。弾性波３１は、地山５０内の地質構成の変化により、透過、屈折または反射を起こして伝播する。断層や緩みのある岩盤３２では弾性波３１が反射され、反射波の振動波形が各受振器５２までの距離や途中の地質に応じて時差を伴って計測される。ダイナマイト震源３０および受振器５２…の設置位置情報を加味して、個々の計測波形に周知の解析処理を施すことにより、岩盤３２の位置や緩みの度合いなどを推定し、グラフ・図表などを表示することができる。
【０００４】
図９は、トンネル５１のほぼ中心部における平面視断面図であり、ＨＳＰにおけるダイナマイト震源３０と受振器５２…の設置例を示している。ダイナマイト震源３０は、切羽５１ａの中央前方に設けられた発破孔３３に埋め込まれている。受振器５２…は、トンネル内面５１ｂにトンネル掘進方向の左右に所定間隔をおいて埋め込まれた受振器ボルト３４に固定されている。受振器５２…の設置数は、片側で１０〜２０個が一般的である。一例として、切羽５１ａから２０ｍ程度の位置から３ｍおきに片側２０個の受振器５２を配置することが考えられるが、この場合、受振器５２…は、切羽５１ａから坑口側の２０ｍ〜７７ｍまでに設置される。
【０００５】
このような切羽前方探査方法に関連する技術として、
特許文献１には、掘削機本体のリアグリッパ内に反射波受信機を設けた装置が記載されている。
特許文献２には、トンネルボーリングマシンのメイングリッパおよび後続台車に４個の加速度計が配設された装置と、トンネルボーリングマシンの掘削用ドリルによる振動を弾性波として利用する技術が記載されている。
特許文献３には、トンネル穿孔機械のドリル・ヘッド・構造のフロントプレートに、音響（地震）の信号を送受信する送信機装置と受信機装置とを設けた装置が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開平９−５３３９０号公報（段落番号＜００４８＞、＜００５２＞、図３）
【特許文献２】
特開２０００−１７０４７８号公報（段落番号＜００１７＞、＜００２１〜２４＞、＜００３０＞、図１−２）
【特許文献３】
特開平７−２８０９４６号公報（段落番号＜００２２＞、＜００２５＞、図１−２）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来技術に係るトンネル切羽前方探査方法には、以下の問題があった。
受振器５２…を図９のように設置する場合、トンネル内面５１ｂに受振器ボルト３４を打ち込み、それぞれに受振器５２を設置して信号ケーブルで結線してセットする必要がある。
ＮＡＴＭ工法を始めとする従来のトンネル掘削工法のように切羽後方の既掘削断面内に十分なスペースがある場合、設置作業自体には支障はないものの、多数の受振器５２を設置し、測定が終了したら撤収しなければならず、かなりの時間がかかるという問題があった。
また、トンネルボーリングマシン（以下、ＴＢＭと略称する）工法の場合、ＮＡＴＭ工法などとは異なり、ＴＢＭを駆動するための後続台車が、通常は後方１００ｍ程度まで連結され、それらがトンネル断面積内でも広い面積を占有するため、受振器５２を設置する作業空間が、３０ｃｍ〜１００ｃｍ程度と狭くなっていた。このため、トンネルの下側に後続台車の車輪を避けながら４５°などの角度で削孔し、そこにボルトを埋め込んで固定する、といった容易ならざる作業が行われることもある。その結果、作業効率が劣るものとなり、作業時間がきわめて長くなるという問題があった。その場合、配置方向をトンネル左右壁面で相互に合わせておく必要がある３成分受振器は使用することが困難であった。
３成分受振器を用いる場合には、トンネル壁面に水平孔を掘削し、鉄筋棒を挿入してモルタルで固定して、その先端に受振器を固定するというさらに時間を要する作業が必要になるという問題があった。
また、トンネル切羽前方探査は、トンネル施工中は頻繁に行う必要があるので、工期を短縮して経済的な施工を行うために、探査時間を短縮することが強く求められていた。
【０００８】
特許文献１に記載の技術では、リアグリッパに反射波受信機を設けることで、受信機の設置作業を容易化している。しかしながら、リアグリッパは掘削機本体に設けられ、切羽の比較的近傍に位置しており、しかも多数の受信機を、間隔を置いて配置することができないから、図９に示すような配置をとることができない。そのため、探査精度が向上できないという問題があった。
特許文献２に記載の技術では、従来のＴＳＰ法では振動計を複数個の設置する作業が煩雑であることに鑑み、加速度計をＴＢＭに設置し、その少なくとも２つの出力から弾性波速度を演算できるようにしている。しかしながら、加速度計を簡易的に設置するための構成については一切開示がなく、加速度計を多数設置する場合に簡易的かつ迅速な探査ができるとは認められない。すなわち、振動計を多数設置する場合に好都合な方法ではないという問題があった。
特許文献３に記載の技術では、フロントプレートに受信機装置を設けるから、受信機装置の設置は容易であるが、図９に示すような配置をとることができないので、探査精度を向上できないという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであって、複数の受振器の設置と撤収が容易であって、探査精度と作業効率とを向上することができるトンネルボーリングマシンおよびトンネル切羽前方探査方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、先端に掘削手段を有するトンネル掘削機と、該トンネル掘削機を駆動するためにその後方に連結された複数の後続台車とを備えるトンネルボーリングマシンであって、震源により地山内に伝播される弾性波を用いてトンネル切羽前方探査を行うために、弾性波を検出して信号を発生する受振器と、該受振器が固定された受振器保持部と、該受振器保持部を移動させることにより、前記受振器をトンネル内面に対して選択的に当接または離間する移動機構とを、前記後続台車に備える。
この発明によれば、トンネルの掘進とともに移動する後続台車から移動機構により受振器をトンネル内面に設置することができるので、受振器の切羽からの位置および配設ピッチを常に適切に保つことができ、しかも、人手によらずに迅速に受振器をトンネル内面に設置し、トンネル内面から離間させて撤収することができる。
【００１１】
前述のトンネルボーリングマシンにおいて、前記受振器が複数であって、前記後続台車の連結方向においてトンネル切羽前方探査が可能な配置間隔を設けて前記複数の後続台車に配置された構成とする。
この発明によれば、複数の受振器が、あらかじめトンネル切羽前方探査が可能な配置間隔で設けて複数の後続台車に配置されているので、受振器を多数必要とするトンネル切羽前方探査であっても、それぞれの受振器を後続台車からトンネル内面に移動することにより、ただちにトンネル切羽探査のための受振器の配置が行える。
【００１２】
また、前述のトンネルボーリングマシンにおいて、前記受振器保持部が、前記後続台車の側部から前記トンネル内面に向けて、弓状に張り出し可能に保持された弾性可撓体であり、かつその長手方向の一端が前記後続台車の側部に固定されたものであり、前記受振器が、前記弾性可撓体の長手方向所定位置のトンネル内面側に固定され、前記移動機構が、前記後続台車の側部に設けられ、前記弾性可撓体を後続台車側から押圧して、該弾性可撓体をトンネル内面側に撓ませつつ移動させて、該弾性可撓体の弾性力を用いることにより、トンネル内面に対して前記受振器を当接または離間させる構成とする。
この発明によれば、弾性可撓体および移動機構が後続台車の側部に設けられているので、後続台車の利用空間を損なうことなく受振器を保持することができ、受振器は弾性可撓体によりトンネル内面に当接されるので、適切な押圧力を付勢して当接させることができる。
【００１３】
また、前述のトンネルボーリングマシンにおいて、前記移動機構が、前記複数の後続台車を連結する台車連結部近傍に設けられ、前記後続台車側から前記トンネル内面側に向けて伸縮可能な可動部材を備え、該可動部材の先端に前記受振器保持部が設けられた構成とする。
この発明によれば、台車連結部近傍に受振器と移動機構を設けるので、後続台車内の空間を有効利用しつつ、受振器を保持することができる。
【００１４】
また、前述のトンネルボーリングマシンにおいて、前記受振器が、前記後続台車からの振動を低減する防振部材を介して前記受振器保持部に固定された構成とする。
この発明によれば、受振器が雑振動源となる後続台車本体から防振されるので、測定精度を向上することができる。
【００１５】
また、前述のトンネルボーリングマシンにおいて、前記複数の受振器を前記トンネル内面に対して選択的に当接または離間させるべく前記移動機構を遠隔制御する移動機構制御手段と、前記複数の受振器が電気的に接続され、該受振器が検出する信号データを収集するデータ収録手段と、該データ収録手段により収集された信号データを解析するデータ解析手段とが、前記後続台車上に搭載された構成とする。
この発明によれば、受振器の設置と撤収とを後続台車上から制御し、受振器からの信号を収集し、データ解析することができるので、後続台車の移動とともにトンネル切羽前方探査を行うことができる。
【００１６】
次に、本発明は、先端に掘削手段を有するトンネル掘削機と、該トンネル掘削機を駆動するためにその後方に連結された複数の後続台車とを備えるトンネルボーリングマシンによるトンネル掘削施工に用いるための、弾性波によるトンネル切羽前方探査方法であって、前記後続台車を停車させて、該後続台車に設けられた移動機構に受振器保持部を介して固定された、弾性波を検出して信号を発生する複数の受振器を、前記移動機構により移動させてトンネル内面に当接させる受振器設置工程を行い、続いて、トンネル坑内の所定位置を加振して弾性波を検出する弾性波計測工程を行い、その後、前記後続台車がトンネル掘進方向に移動できるように、前記移動機構により前記複数の受振器をトンネル内面から離間させる受振器離間工程を行うことを特徴とするトンネル切羽前方探査方法とする。
この発明によれば、複数の受振器を、受振器設置工程と受振器離間工程とを人手によらず移動機構により行うことができるので、探査精度および作業効率を向上することができる。
【００１７】
前述のトンネル切羽前方探査方法において、トンネルの掘削のために前記後続台車が停車するときに、前記受振器設置工程、前記弾性波計測工程および前記受振器離間工程を行い、トンネルボーリングマシンを前進させ、次にトンネル掘削を行うために前記後続台車を停車させてから、これらの工程を繰り返すことにより、トンネル掘削施工の進行に合わせて時系列の探査データを取得し、それらの解析結果を前記後続台車に搭載した表示手段に表示することを特徴とするトンネル切羽前方探査方法とする。
この発明によれば、トンネル掘進に合わせて探査を繰り返し、取得した時系列の探査データを表示することにより、刻々と変化するトンネル切羽前方の地質変化を容易に把握することができるとともに、トンネル掘進によって次第に接近するトンネル前方の不良地山の情報が近づくにつれて探査精度が向上する。
【００１８】
また、前述のトンネル切羽前方探査方法において、前記弾性波計測工程を、前記掘削手段による掘削に伴う加振により形成された弾性波を用いて行うことを特徴とするトンネル切羽前方探査方法とする。
この発明によれば、トンネル掘削作業時に弾性波を発生させて探査を行うので、弾性波を発生させるために震源を設置するなどの手間が省けるとともに、トンネル掘削と並行してトンネル切羽前方探査を行うことができる。
【００１９】
また、前述のトンネル切羽前方探査方法において、前記弾性波計測工程を、前記後続台車停止中にトンネル掘削が行われる間、所定サンプリング間隔で反復して行い、それによりトンネル掘進中の時系列の探査データの取得し、該探査データをそれぞれ解析し、それぞれの解析結果を、前記後続台車に搭載した前記表示手段に前記所定サンプリング間隔とほぼ同一の時間間隔で、順次表示することを特徴とするトンネル切羽前方探査方法とする。
この発明によれば、トンネルの掘削が継続する間、掘削に伴う加振により形成された弾性波により、所定サンプリング間隔で探査データの取得と解析を行い、その結果をほぼ同じ時間間隔で時系列にしたがって表示するから、トンネル掘削中におけるトンネル切羽前方の様子を、実時間とほぼ等しい、いわゆるリアルタイムで表示することが可能となる。そして、トンネル掘進によって次第に接近するトンネル前方の不良地山の情報が近づくにつれて探査精度が向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して説明する。なお、すべての図面を通して、異なる実施形態であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付すことにより、適宜説明を省略する。
【００２１】
本発明の実施の形態に係るＴＢＭ１（トンネルボーリングマシン）について説明する。
図１（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係るＴＢＭ１の概略構成を示す平面視および正面視の部分断面説明図である。
【００２２】
ＴＢＭ１は、トンネル掘削機２と複数の後続台車４とからなる。
トンネル掘削機２は、カッタヘッド２ａ（掘削手段）、ヘッド駆動部２ｂ、スライドジャッキ２ｃ、２ｃおよびグリッパ２ｄ、２ｄを備える。
カッタヘッド２ａは、先端に切羽５１ａと対向する回転面板を備え、その回転面板に地山５０を掘削するために前方に突出する複数のカッタ工具と、掘削ずりをトンネル掘削機２内部に取り込む開口とを備えている。そして、掘削断面内で回転しながら、掘進方向に推進されることにより全面掘削が可能とされている。ヘッド駆動部２ｂは、カッタヘッド２ａを回転駆動するモータと適宜の駆動伝達機構とを備え、カッタヘッド２ａを回転可能に保持している。
【００２３】
スライドジャッキ２ｃは、ヘッド駆動部２ｂの後方（坑口側）からトンネル内面５１ｂの方向に向かう斜め方向に延ばされた油圧ジャッキによる推進機構である。スライドジャッキ２ｃの伸長方向は、ヘッド駆動部２ｂとの取付部に設けられた不図示の油圧ジャッキなどにより可変とされている。
グリッパ２ｄは、トンネル内面５１ｂに押着されてスライドジャッキ２ｃが伸長されたときにトンネル内面５１ｂに反力をとるもので、トンネル内面５１ｂ側には適宜の押着形状が設けられている。
【００２４】
なお、トンネル掘削機２は、全面掘削が可能であれば、周知のどのような形式の装置でもよい。さらに、図示はしないが、切羽５１ａを削孔する削孔機、支保工エレクタおよびずり搬出手段などの周知の機構は当然に備えている。
【００２５】
後続台車４は、連結部８、直動機構７（移動機構）、ボウスプリング６（弾性可撓体）および受振器５などを備え、トンネル５１の下半部に水平に設けられた区画板９（図２参照）上に設けられたレール９ａ上を牽引走行可能とされた台車である。以下、図２〜４を参照してより詳しく説明する。図２（ａ）は、後続台車４の概略構成を説明するために編成の一部を拡大した正面視説明図である。図２（ｂ）、（ｃ）は、それぞれ図２（ａ）のＡ−Ａ断面図およびＢ−Ｂ断面図である。図３は、ボウスプリング６および受振器５の構成および取付の概略を説明するための図２におけるＣ−Ｃ断面図である。図４（ａ）、（ｂ）は、受振器５の構成および取付の詳細を説明するための平面視および正面視の説明図である。
【００２６】
後続台車４のトンネル幅方向断面は、中央に作業台車１４が走行可能な矩形の空間が形成されて、その左右に台車室４ｄ、４ｄが設けられ、それぞれの上部が台車上面４ｃにより結合されている。台車上面４ｃは、トンネルの上半の中間部に位置し、その上に適宜の装置や配管を配置するスペースが設けられている。また、作業者が歩いて天井側のトンネル内面５１ｂへの作業ができるようになっている。台車上面４ｃの左右には、手すり１０、１０が設けられている。
【００２７】
台車室４ｄ、４ｄの下面には、それぞれ区画板９の上面に固定されたレール９ａ上を転動する車輪４ｅ…が設けられている。このため、後続台車４のトンネル側側部４ａ、４ａは、後続台車４が移動しても、トンネル内面５１ｂと所定距離を隔てて対向するような位置関係を保つようになっている。
連結部８は、台車上面４ｃの中央に設けられ、隣接する後続台車４を機械的・電気的に連結している。
【００２８】
直動機構７は、ロッド７ａ（可動部材）が一軸方向に伸縮して往復移動可能な機構であり、例えば、油圧ピストンや電動アクチュエータなどの機構が採用できる。直動機構７は、連結側側部４ｂに２台配置され、トンネル断面のほぼ中心を通る水平方向を、ロッド７ａの先端が、トンネル側側部４ａからトンネル内面５１ｂまでそれぞれ伸縮するようになっている。
ロッド７ａ、７ａの先端（受振器保持部）には、防振ゴム１６（防振部材）を介して受振器５がそれぞれ固定されている。その固定方法に関しては、後述するボウスプリング６の場合と同様なのでここでは説明を省略する。
防振ゴム１６は、適宜のゴム硬度と振動減衰特性を備える合成ゴムであれば、どのような材質でもよい。
【００２９】
ボウスプリング６は、図１（ａ）に示したように、トンネル側側部４ａから平面視で凸の弓状に張り出し、凸部のほぼ頂点に設けられた受振器保持部６ａ（図３（ａ）参照）に受振器５が配置され、トンネル内面５１ｂに対して受振器５を押圧可能とされている弾性可撓体である。その取付高さは、直動機構７の高さとそろえられている。ボウスプリング６としては、例えば、鋼製、合成樹脂、合成ゴムの板ばねや、それら材料を適宜複合させた板ばねを採用することができる。
【００３０】
図３（ａ）に示したのは、ボウスプリング６が、受振器５をトンネル内面５１ｂに押圧している様子である。なお、ほぼ対称なボウスプリング６の右側半分の図示は省略している。
ボウスプリング６は、一方の端部がトンネル側側部４ａに対して、例えばボルト・ナットなどの固定部材１７により固定されている。不図示の他方の端部は、トンネル側側部４ａに設けられた、例えばローラなどのスライド支承により、トンネル側側部４ａに沿って長手方向にスライド可能に支持されている。受振器５は、防振ゴム１６を介してトンネル内面５１ｂ側に設置されている。
【００３１】
ボウスプリング６の固定端と受振器５の長手方向の中間位置には、ピン支点を備える回動係止部１５ｄが設けられ、トンネル側側部４ａに固定されたアクチュエータ１５（移動機構）と結合されている。
アクチュエータ１５は、シリンダ１５ａとアーム１５ｂとを備える。
シリンダ１５ａは、トンネル側側部４ａに沿って、ボウスプリング６の弓形を含む平面内に設けられた１軸方向の伸縮機構であり、例えば、油圧ピストン、電動アクチュエータなどが採用できる。
アーム１５ｂは、シリンダ１５ａの可動側先端の回動支点１５ｃと、回動係止部１５ｄとにそれぞれ、回動可能に結合されているロッド部材である。
【００３２】
受振器５は、図４に示したように、受振センサ５ａ、係止板５ｂ、ケース５ｃおよび不図示の信号線ケーブルからなる。
受振センサ５ａは、トンネル切羽前方探査に用いる周知の振動センサであり、３軸方向の加速度または速度をそれぞれ検出し、信号ケーブルを介して電気信号として出力するセンサである。所定の感度を備えていれば、周知のどのような加速度センサ、速度センサを採用してもよい。加速度センサは鋭い応答特性を備える利点がある。また、速度センサは、雑振動が多い場合などでも安定した測定ができるという利点がある。
【００３３】
係止板５ｂは、表面側でトンネル内面５１ｂと当接するために、表面に２条の直線状の凸部５ｅを設けた矩形板であり、裏面側に受振センサ５ａを配設している。このため、受振センサ５ａは、トンネル内面５１ｂに直接当たらないように係止板５ｂによって保護されている。図４（ａ）に示したように、凸部５ｅは、ボウスプリング６の長手方向と平行に配置され、図２（ｃ）に示したように、凸部５ｅのみがトンネル内面５１ｂに当接するように構成されている。係止板５ｂは、受振センサ５ａの応答特性に影響しないような質量と剛性を有していれば、どのような材質でもよく、例えば鋼板や合成樹脂板などが採用できる。
係止板５ｂの形状・大きさは、トンネル内面５１ｂへ安定して当接させることができれば、どのような形状であってもよく、当接する部分が凸部５ｅのような形状に限定されるものでもない。例えば、係止板５ｂから凸部５ｅを取り去った板状として、その外周の対辺で当接させてもよい。本実施形態のように凸部５ｅを設けておけば、安定した当接が可能となる。また、凸部５ｅや、矩形版の対辺など、当接部を平行２直線状に設けるようにすれば、円筒面であるトンネル内面５１ｂに押圧することで、受振センサ５ａの配置方向をトンネル５１の延設方向に確実に合わせることができ、複数の受振センサ５ａの測定軸方向を揃えやすくなり、その結果、探査精度を向上することができるという利点がある。
【００３４】
ケース５ｃは、係止板５ｂの裏側に受振センサ５ａを取り囲むように固定された筒体である。その開口部の周辺には、固定用孔を設けたフランジ状の取付部５ｄが設けられている。また、図示を省略しているが、ケース５ｃの筒体側面には受振センサ５ａの信号ケーブルを通すケーブル孔が設けられている。
【００３５】
図４（ｂ）に、受振器５とボウスプリング６の取付部の構成を示した。ボウスプリング６のトンネル内面５１ｂ側（図示上側）に防振ゴム１６が載せられ、その上に受振器５が取付部５ｄを下に向けて載せられている。取付部５ｄに設けられた取付孔には軟性の合成ゴムで製作されたブッシング２０が挿通され、その中に、ボルト１８が挿通され、ブッシング２０を挟みつつ、ナット１９が締めこまれている。すなわち、ボルト１８とナット１９とが、ブッシング２０を介して取付部５ｄおよびボウスプリング６を共締め固定している。このため、受振器５とボウスプリング６とは、防振ゴム１６およびブッシング２０によって、防振支持されている。防振ゴム１６およびブッシング２０のゴム硬度やゴム材料を適宜に設定することにより、測定に必要な振動数範囲において、受振器５とボウスプリング６とを振動絶縁することが可能である。
【００３６】
なお、防振部材としては、防振ゴム１６以外の部材を採用してもよいことは言うまでもない。例えば、ワイヤーロープをコイル状に巻いて弾性支持体を構成したワイヤーロープ防振器などを好適に用いることができる。ワイヤーロープ防振器は、ワイヤーの内部摩擦による振動減衰特性や、変位量が大きく取れることによる衝撃吸収性などの優れた性能を有している。
また、受振器５を直動機構７に取り付ける場合もほぼ同様にして防振取り付けすることができる。
【００３７】
受振器５は、トンネル幅方向の左右にそれぞれ連結側側部４ｂに１個、トンネル側側部４ａに２個設けられており（図１（ａ）、図２（ａ）参照）、それぞれトンネル延設方向に所定距離を隔てて配置されている。例えば、３ｍ程度の等間隔を空けて配置されている。また、トンネル幅方向の左右の対応する受振器５、５は、切羽５１ａから同じ距離にあり、互いに表裏の関係にある。このようにすれば、データ解析が簡単となり効率よい計算処理が行える。
ただし、実際の配置位置をデータ解析時に用いれば、配置間隔は等間隔に限るものではなく、さらに、互いに表裏の関係になくてもよい。
【００３８】
また、受振器５…の個数は、ＴＢＭ１全体では、それぞれに後続台車４の台数をかけた個数が搭載されている。例えば、後続台車４が８台ならば４８個である。ただし、ＨＳＰなどでは、一般に受振器の個数は２０〜４０個であるから、必要な個数を満足していれば、必ずしもすべての後続台車４に受振器５を搭載する必要はない。
【００３９】
また受振器５の移動機構である直動機構７…、アクチュエータ１５…は、それぞれを独立に駆動する駆動部２１ａ、２１ｂ（図５参照）に接続されている。駆動部２１ａ、２１ｂは、それぞれトンネル幅方向の左側、右側に設けられた受振器５の駆動を分担している。
【００４０】
台車室４ｄは、種々の用途に用いられ、例えば、図２（ａ）に示したように、泥水タンクなどの作業機器１１や、トンネル切羽前方探査を行うための波形収録器１２、コンピュータ１３、モニタ１３ａなどを備えている。この他にも、例えば、吹付プラント、ポンプユニット、油圧ポンプ、油水のタンク類、コンプレッサ、バキュームポンプ、集塵機、トランス、電気制御ユニット、資材類などを各後続台車４に分けて搭載している。それらは、必要に応じて、管路、電気ケーブルによって結合され、台車上面４ｃ上や連結部８中などに配設または配線されている。
【００４１】
次に、受振器５をトンネル内面５１ｂに当接または離間させる動作について説明する。
受振器５の当接と離間は、アクチュエータ１５を駆動することにより行う。
受振器５をトンネル内面５１ｂに当接させる場合、図３（ａ）に示したように、アクチュエータ１５を伸長させて、回動支点１５ｃを回動係止部１５ｄ側に移動させる。すると、アーム１５ｂがトンネル側側部４ａに対して次第に大きな角度で交差するようになり、ボウスプリング６が回動係止部１５ｄを介してトンネル内面５１ｂ側に押圧される。ボウスプリング６は、長手方向の他端がスライド移動可能とされているので、次第に弓状の張り出しが大きくなり、やがて受振器５がトンネル内面５１ｂに当接する。ボウスプリング６により所定の弾性力が防振ゴム１６に付勢される位置で、アクチュエータ１５の動きを止めて、その位置を固定する。
【００４２】
受振器５をトンネル内面５１ｂから離間させる場合は、図３（ｂ）に示したように、アクチュエータ１５を後退させる。すると、回動支点１５ｃと回動係止部１５ｄとの水平方向距離が大きくなるので、ボウスプリング６がトンネル側側部４ａ側に引き戻され、その弾性力により長手方向の他端がスライドして、弓状の張り出しを減少させるように移動する。このようにして、受振器５がトンネル内面５１ｂから離間する。
【００４３】
次に、本実施形態に係るＴＢＭ１を用いて、弾性波によるトンネル切羽前方探査（以下、探査と略称する）を行う方法について説明する。本実施形態では、弾性波によるトンネル切羽前方探査方法（以下、探査方法と略称する）として、周知のＨＳＰを用いる。そのため、ＨＳＰ自体の説明は、必要最小限に留め、本発明の特徴を中心に説明する。
【００４４】
図５は、本実施形態に係る探査方法を行うための測定システムの概略ブロック図である。
探査の各工程はコンピュータ１３によって制御される。
コンピュータ１３には、信号ケーブル１０２、１０３により、それぞれ波形収録器１２、移動機構制御手段２２が接続されている。
【００４５】
波形収録器１２は、受振器５…が出力する信号を、増幅し、必要に応じて適宜フィルタを通した後、波形をサンプリングして、デジタル信号化する計測装置である。信号ケーブル１００ａ、１００ｂを通してトンネル延設方向の左、右側の受振器５…の信号出力が入力されると、それらをデジタル信号としてコンピュータ１３に出力する。
【００４６】
移動機構制御手段２２は、受振器５…それぞれを移動させる移動機構を選択的に動作させる動作信号と、駆動力を供給する駆動制御装置であり、信号ケーブル１０１により駆動部２１ａ、２１ｂが接続され、駆動部２１ａ、２１ｂは、トンネル延設方向それぞれ左、右側の受振器５…を移動するそれぞれの移動機構に接続されている。
【００４７】
またコンピュータ１３には、信号ケーブル１０４、１０５により、それぞれ、表示手段であるプリンタ２４、モニタ１３ａが接続されている。コンピュータ１３はパソコンなどの汎用コンピュータを採用することができる。コンピュータ１３は、例えばハードディスク、ＤＶＤ、ＭＯなどの内蔵式またはリムーバル式の記憶部１３ｂを備え、波形収録器１２から入力される信号データ、解析結果や解析結果の表示データを記憶できる。また、図示していないが、パソコンに一般的に接続される入出力装置は当然に備えているものである。
リムーバル式のＤＶＤ、ＭＯなどのリムーバル式の記憶部を備えれば、それらの記憶媒体に波形データをいったん記憶させ、波形解析処理はさらに別のコンピュータで行って、その電子出力結果をコンピュータ１３に再読み込みさせるなどの分散処理も可能である。
【００４８】
本測定システムでは、コンピュータ１３にロードされた適宜のプログラムにより、任意の受振器５をトンネル内面５１ｂに当接させて、その位置での振動波形を波形収録器１２に収録することができ、測定終了後、受振器５をトンネル内面５１ｂから離間させることができる。そして、デジタル信号化された各受振器５の振動波形をＨＳＰ手法に基づいて解析し、トンネル切羽前方の軟弱地質層などの位置、分布をモニタ１３ａや、プリンタ２４に出力して、図示表示することができる。
【００４９】
ＴＢＭ１は、以上に説明した測定システムを後続台車４に搭載している。そして、トンネル５１を所定距離掘進するごとに探査を行う。その結果、例えば、前方に軟弱地盤などを発見した場合、軟弱地盤へのグラウト注入補強など、必要な対策を行いながら、次の掘進を行う。
本探査方法は、受振器設置工程、弾性波計測工程および受振器離間工程からなる。
【００５０】
受振器設置工程では、受振器５…を、係止板５ｂを介してトンネル内面５１ｂに一斉に当接させて、測定位置に設置する。このときの当接力は、受振器５の感度や振動絶縁効果などを考慮して適宜に決めればよい。検出すべき弾性波は、例えば波長１０ｍといった比較的長波長を有するものなので、受振器５は、トンネル内面５１ｂから離れない程度の力で押圧していればよい。
【００５１】
また、設置する受振器５は、すべての受振器５を用いてもよいし、一部だけを用いてもよい。すべてを用いる場合、測定ノイズが多数の受振器５により平均化される効果が期待でき測定精度を向上させることができる。一方、一部を用いる場合は、データ処理に係る時間が短縮されるため、測定時間を短縮できるという利点がある。
一部を当接させる場合、切羽５１ａからの距離によって、例えば、切羽５１ａ側の先頭部分と後方部分とを使い分けてもよいし、間引き使用して受振器５の配置ピッチを広げて使用してもよい。
【００５２】
弾性波計測工程では、適宜の手段により切羽５１ａを衝撃加振し、それにより地山５０内に伝播する弾性波の振動を受振器５…で検出する。そして、図５に示した測定システムにより、データ解析を行って、モニタ１３ａやプリンタ２４に解析結果を表示する。表示は、グラフや図表などの静止画で行ってもよいし、モニタ１３ａでは、動画グラフィック表示を採用してもよい。
衝撃加振は、従来行われている種々の手段を用いることができる。例えば、ダイナマイト震源、剛球やハンマによる打撃が採用できる。
【００５３】
受振器離間工程では、弾性波計測の終了を検知後、受振器５…を一斉にトンネル内面５１ｂから離間させる。そして、後続台車４が移動可能となるようにする。
以上で、１回の探査を終了し、トンネルの掘削とそれに伴うＴＢＭ１の前進を開始する。
【００５４】
このような本探査方法によれば、トンネル内面５１ｂに対して削孔、モルタル充填などの受振器設置作業を行うことなく、人手を要しない移動機構により多数の受振器５を一斉に設置することができ、作業性を著しく向上させることができる。また、受振器５の設置位置が後続台車４に対して固定されているから、設置誤差、設置ミスなどによる測定精度の低下を防止することができる。
しかも、その制御、解析などを、後続台車４に作業員が乗り込んだまま簡便に操作することができるから、後続台車４の移動とともに、この探査を繰り返しても効率よく作業することができる。
【００５５】
なお、加振は、上記の衝撃加振手段によらず、カッタヘッド２ａや掘削ドリルを稼動して、それらにより発生する弾性波を用いてもよい。その場合、カッタヘッド２ａや掘削ドリルを急稼動急停止して、衝撃的な加振を行うことができる。さらには、通常の掘削作業で生じる弾性波をランダム加振震源とみなして信号解析を行うことも可能である。これらのようにすれば、掘削作業と並行して、弾性波計測工程を行うことができ、作業効率を向上できるという利点がある。
【００５６】
また、本実施形態に係る探査方法の変形例として、上記カッタヘッド２ａや掘削ドリルによる加振を利用し、後続台車４が停車するたびに、上記の受振器設置工程、弾性波計測工程および受振器離間工程を繰り返し、それらの時系列の解析結果を記憶する探査方法とすることもできる。
このような時系列の解析結果は、時系列グラフ化したり、モニタ１３ａ上に動画表示したり、あるいは重ね合わせ表示したりして、一括表示処理することが可能である。そのようにすれば、時々刻々変化する地山５０の様子を、容易に把握できるので、地盤補強などのすばやい対策の立案が可能となる。また、このように解析情報を増やすことにより、個々の測定・解析誤差があったとしても、例えばその前後の解析結果から総合的に判断することが可能となるから、信頼性の高い探査が可能となる。
【００５７】
さらに、探査方法の別の変形例としては、上記変形例において、弾性波計測工程を、後続台車４が停止中にトンネル掘削が続く間に、所定サンプリング間隔で反復して行うことにより、時系列の探査データを取得する。そして、それぞれの探査データを取得するごとに、探査データの解析を行って、所定のサンプリング間隔ごとの時系列解析結果を得るようにする。その結果は、記憶するとともに、所定サンプリング間隔とほぼ同じ時間間隔で、モニタ１３ａ上に、例えば視認しやすいマップ状などの画像により順次表示する。そのためにコンピュータ１３は、演算能力を適宜のものとして、解析時間が所定サンプリング間隔以下となるようにしておく。
このようにすれば、モニタ１３ａ上で、サンプリング間隔程度の時間遅れで、いわゆるリアルタイムに、時々刻々変化する地山５０の様子を連続的に表示することができる。例えば、動画にしたり、実画像に似せたバーチャル画像化したり、あるいはレーダー画像風にしたりして分かりやすく表示することができる。その結果、地山５０の様子がさらに容易に把握でき、迅速な掘削施工の判断が可能となる。
【００５８】
次に、本実施形態の第１変形例について説明する。
図６は、本実施形態の第１変形例に係る移動機構の配置を説明するためのトンネル幅方向断面を示す概略説明図である。図６（ａ）、（ｂ）は、それぞれ受振器５の当接時、離間時の様子を示す。
本変形例では、移動機構として、図３と全く同じ構成を備えるが、ボウスプリング６、アクチュエータ１５の配置方向を、それぞれの長手方向が鉛直方向となるようにした。受振器５の当接位置は、図３と同様、トンネル断面中心の水平横方向に当たる位置である。
このような配置によれば、移動機構が縦長に配置されるので、一つの後続台車４内に、比較的多数の受振器５を設置することができる。したがって、後続台車４の編成が短い場合でも、測定精度を向上させるのに必要な多数の受振器５を設置することができるという利点がある。
【００５９】
次に、本実施形態に係る第２変形例について説明する。
図７は、本実施形態の第２変形例に係る移動機構の概略構成を説明するための、平面視断面説明図である。図７（ａ）、（ｂ）は、それぞれ受振器５の当接時、離間時の様子を示す。
【００６０】
本変形例では、ボウスプリング６およびアクチュエータ１５を用いる代わりに、移動機構として、平行移動機構２５を用いる。平行移動機構２５は、シリンダ１５ａ、緩衝器２８、平行リンク支持台２７および平行リンク２６からなり、平行リンク２６の一部である保持部２６ａ（受振器保持部）に防振ゴム１６を介して受振器５を固定する。
【００６１】
シリンダ１５ａは、トンネル側側部４ａに水平方向に向けて伸長可能に固定されている。
平行リンク２６は、保持部２６ａ、バー２６ｂ、２６ｃ、２６ｃからなり、それらが互いにピン支点で結合されて平行四辺形リンクを構成している。バー２６ｃ、２６ｃの中間部には、トンネル側側部４ａに固定された平行リンク支持台２７に回動可能に係止される回動支点２６ａ、２６ａが設けられている。そして、保持部２６ａがトンネル側側部４ａおよびトンネル内面５１ｂと平行を保ったまま、トンネル内面５１ｂに当接し、また離間する移動が可能となっている。
緩衝器２８は、ばねと振動減衰機構を内蔵した継手部材であり、シリンダ１５ａの可動側先端と、平行リンク２６の一部をなすバー２６ｂとを接合している。
【００６２】
平行移動機構２５の動作は、シリンダ１５ａを図示矢印方向に伸長・後退させることにより行う。
図７（ａ）に示したようにシリンダ１５ａを伸長させると、緩衝器２８を介して、バー２６ｂが移動され、保持部２６ａが円弧軌道を描いてトンネル内面５１ｂ側に移動される。そのため、受振器５がトンネル内面５１ｂに当接される。緩衝器２８を備えるため、受振器５が当接する際の衝撃は吸収されるとともに、シリンダ１５ａを所定位置で停止することにより、適宜の押圧力で押圧保持される。
図７（ｂ）に示したようにシリンダ１５ａを後退させると、受振器５はトンネル内面５１ｂから離間される。
このような平行移動機構２５によれば、受振器５をソフトに当接することができるから、当接時の衝撃で受振器５を破損するといった事故を低減することができる利点がある。
【００６３】
なお、上記の説明では、ボウスプリング６は、トンネル側側部４ａに対して、一端が固定され、他端がスライド自在に支持されているとして説明した。そのようにすれば、受振器５を安定的に保持することができるが、ボウスプリング６の剛性によっては、図３、６に実線で図示されている通りに、受振器５を保持している部分より他端側の部材を割愛して受振器５を片持ち状に保持してもよい。
【００６４】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明のトンネルボーリングマシンおよびトンネル切羽前方探査方法によれば、複数の受振器の設置と撤収が容易であって、探査精度と作業効率とを向上することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るトンネルボーリングマシンの概略構成を示す平面視および正面視の部分断面説明図である。
【図２】本発明の実施形態に係る後続台車の概略構成を説明するための正面図およびトンネル幅方向の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る受振器とその移動機構を説明するための概略説明図である。
【図４】本発明の実施形態に係る受振器の構成を説明するための平面説明図および正面説明図である。
【図５】本発明の実施形態に係る探査方法を行うための測定システムの概略ブロック図である。
【図６】本発明の実施形態の第１変形例に係る移動機構の配置を説明するためのトンネル幅方向断面の概略説明図である。
【図７】本発明の実施形態の第２変形例に係る移動機構の概略構成を説明するための平面視断面説明図である。
【図８】従来の弾性波を用いたトンネル切羽前方探査方法による測定の概念図である。
【図９】従来の弾性波を用いたトンネル切羽前方探査方法におけるダイナマイト震源と受振器の配置例を示すトンネルの平面視断面図である。
【符号の説明】
１ＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）
２トンネル掘削機
２ａカッタヘッド（掘削手段）
４後続台車
４ａトンネル側側部
４ｂ連結側側部
５受振器
５ａ受振センサ
５ｂ係止板
６ボウスプリング（弾性可撓体）
６ａ受振器保持部
７直動機構（移動機構）
７ａロッド（可動部材）
８連結部
１２波形収録器（データ収録手段）
１３コンピュータ（データ解析手段）
１３ａモニタ（表示手段）
１３ｂ記憶部
１５アクチュエータ（移動機構）
１６防振ゴム（防振部材）
２２移動機構制御手段
２４プリンタ（表示手段）
２５平行移動機構（移動機構）
２６ａ保持部（受振器保持部）
５１ｂトンネル内面[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tunnel boring machine and a tunnel face front exploration method.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a tunnel excavation construction technique using an elastic wave has been used for tunnel excavation construction. For example, it is a technique known as HSP (Horizontal Seismic Profiling), TSP (Tunnel Seismic Prediction), or the like. These are techniques for exploring places where geological changes occur that reflect elastic waves by propagating elastic waves in the ground using an epicenter and detecting the reflected waves with geophones. In FIG. 8, the conceptual diagram of the measurement by these search methods was shown.
[0003]
In the tunnel 51 being excavated, a dynamite hypocenter 30 is installed near the face 51a, and a plurality of geophones 52 are installed on the tunnel inner surface 51b. The elastic wave 31 is propagated into the natural ground 50 by the blast of the dynamite hypocenter 30. Here, the illustrated arrow indicates the traveling path of the elastic wave 31. The elastic wave 31 propagates through transmission, refraction, or reflection due to a change in the geological configuration in the natural ground 50. The elastic wave 31 is reflected by the rock 32 having a fault or looseness, and the vibration waveform of the reflected wave is measured with a time difference depending on the distance to each geophone 52 and the geology in the middle. Considering the installation position information of the dynamite epicenter 30 and the geophones 52 and so on, and performing known analysis processing on each measurement waveform, the position and the degree of looseness of the rock mass 32 are estimated, and graphs and diagrams are displayed. can do.
[0004]
FIG. 9 is a cross-sectional view in plan view at substantially the center of the tunnel 51 and shows an installation example of the dynamite source 30 and the geophones 52 in the HSP. The dynamite hypocenter 30 is embedded in a blast hole 33 provided in front of the center of the face 51a. The geophones 52 are fixed to geophone bolts 34 embedded in the tunnel inner surface 51b at a predetermined interval on the left and right in the tunnel excavation direction. The number of installation of the geophones 52 is generally 10 to 20 on one side. As an example, it can be considered that 20 geophones 52 on one side are arranged every 3 m from the position of about 20 m from the face 51a. In this case, the geophones 52 ... are 20 m to 77 m from the face 51a on the wellhead side. Installed.
[0005]
As a technology related to the method of exploring the front of the face,
Patent Document 1 describes an apparatus in which a reflected wave receiver is provided in a rear gripper of an excavator body.
Patent Document 2 describes a device in which four accelerometers are arranged in a main gripper and a succeeding carriage of a tunnel boring machine, and a technique that uses vibration generated by an excavation drill of the tunnel boring machine as an elastic wave. .
Patent Document 3 describes a device in which a transmitter device and a receiver device for transmitting and receiving an acoustic (earthquake) signal are provided on a front plate of a drill head of a tunnel drilling machine.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-9-53390 (paragraph numbers <0048>, <0052>, FIG. 3)
[Patent Document 2]
JP 2000-170478 A (paragraph numbers <0017>, <0021-24>, <0030>, FIG. 1-2)
[Patent Document 3]
JP 7-280946 A (paragraph numbers <0022>, <0025>, FIG. 1-2)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the tunnel face forward exploration method according to the above prior art has the following problems.
When the geophones 52 are installed as shown in FIG. 9, it is necessary to drive the geophone bolts 34 into the tunnel inner surface 51b, install the geophones 52 respectively, connect them with signal cables, and set them.
When there is enough space in the existing excavation cross section behind the face as in the conventional tunnel excavation method such as the NATM method, the installation work itself is not hindered. When it was finished, it had to be withdrawn, and there was a problem that it took a considerable amount of time.
Also, in the case of tunnel boring machine (hereinafter abbreviated as TBM) method, unlike the NATM method, the subsequent carriage for driving the TBM is usually connected up to about 100 m behind, and they are also within the tunnel cross-sectional area. In order to occupy a large area, the work space in which the geophone 52 is installed has been narrowed to about 30 cm to 100 cm. For this reason, there is a case where an unnecessary work such as drilling a hole at an angle of 45 ° or the like while avoiding the wheel of the following carriage below the tunnel and embedding and fixing the bolt therein may be performed. As a result, the work efficiency is inferior, and the work time is extremely long. In that case, it was difficult to use a three-component geophone that requires the arrangement direction to be matched with each other on the left and right wall surfaces of the tunnel.
When using a three-component geophone, it takes more time to dig a horizontal hole in the tunnel wall, insert a reinforcing bar and fix it with mortar, and fix the geophone at its tip. There was a problem.
In addition, since exploration ahead of the tunnel face must be performed frequently during tunnel construction, it has been strongly required to shorten the exploration time in order to shorten the construction period and perform economical construction.
[0008]
In the technique described in Patent Document 1, the installation work of the receiver is facilitated by providing a reflected wave receiver in the rear gripper. However, since the rear gripper is provided in the excavator body and is located relatively close to the face, and a large number of receivers cannot be arranged at intervals, the arrangement shown in FIG. I can't. Therefore, there was a problem that the exploration accuracy could not be improved.
In the technique described in Patent Document 2, in view of the complicated work of installing a plurality of vibration meters in the conventional TSP method, an accelerometer is installed in the TBM, and elastic wave velocity is calculated from at least two outputs thereof. I can do it. However, there is no disclosure about a configuration for simply installing an accelerometer, and it is not recognized that simple and quick exploration can be performed when many accelerometers are installed. That is, there is a problem that it is not a convenient method when many vibrometers are installed.
In the technique described in Patent Document 3, since the receiver device is provided on the front plate, it is easy to install the receiver device. However, since the arrangement shown in FIG. 9 cannot be taken, the search accuracy cannot be improved. There was a problem.
[0009]
The present invention has been made in view of such problems, and a tunnel boring machine and a tunnel face that can easily install and remove a plurality of geophones and can improve search accuracy and work efficiency. The purpose is to provide a forward exploration method.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a tunnel boring machine comprising a tunnel excavator having a excavating means at a tip and a plurality of subsequent carriages connected to the rear of the tunnel excavator to drive the tunnel excavator, In order to conduct the forward exploration of the tunnel face using the elastic wave propagating in the ground, a geophone that detects the elastic wave and generates a signal, a geophone holding unit to which the geophone is fixed, and the geophone The succeeding carriage includes a moving mechanism that selectively contacts or separates the geophone from the inner surface of the tunnel by moving the device holder.
According to the present invention, since the geophone can be installed on the inner surface of the tunnel by the moving mechanism from the subsequent carriage that moves along with the tunnel excavation, the position and the arrangement pitch from the face of the geophone can always be appropriately maintained. In addition, it is possible to quickly install the geophone on the inner surface of the tunnel and remove it away from the inner surface of the tunnel without human intervention.
[0011]
The above In the tunnel boring machine, a plurality of the geophones are provided, and arranged in the plurality of succeeding carts with an arrangement interval that allows a forward search of the tunnel face in the connecting direction of the succeeding carts.
According to the present invention, since the plurality of geophones are arranged in advance on the plurality of succeeding carriages at the arrangement intervals where the tunnel face front search is possible, the tunnel face front search requiring a large number of geophones is provided. However, it is possible to immediately place the geophone for exploring the tunnel face by moving each geophone from the following carriage to the inner surface of the tunnel.
[0012]
Also mentioned above In the tunnel boring machine, the geophone holding unit is an elastic flexible body that is held so as to project in an arc shape from the side of the subsequent carriage toward the inner surface of the tunnel, and one end in the longitudinal direction thereof is It is fixed to the side of the subsequent carriage, the geophone is fixed to the tunnel inner surface at a predetermined position in the longitudinal direction of the elastic flexible body, and the moving mechanism is provided on the side of the subsequent carriage. The elastic flexible body is pressed from the subsequent carriage side, the elastic flexible body is moved while being bent toward the inner surface of the tunnel, and the elastic force of the elastic flexible body is used. It is set as the structure which contacts or spaces apart the said geophone.
According to the present invention, since the elastic flexible body and the moving mechanism are provided on the side portion of the succeeding carriage, the geophone can be held without impairing the use space of the succeeding carriage. Since the body is brought into contact with the inner surface of the tunnel, an appropriate pressing force can be applied and brought into contact.
[0013]
Also mentioned above In the tunnel boring machine, the moving mechanism is provided in the vicinity of a carriage coupling portion that couples the plurality of subsequent carriages, and includes a movable member that can be expanded and contracted from the subsequent carriage side toward the tunnel inner surface side. It is set as the structure by which the said geophone holding part was provided in the front-end | tip.
According to this invention, since the geophone and the moving mechanism are provided in the vicinity of the carriage connecting portion, the geophone can be held while effectively using the space in the subsequent carriage.
[0014]
Also mentioned above In the tunnel boring machine, the geophone is fixed to the geophone holder through a vibration isolating member that reduces vibration from the following carriage.
According to the present invention, since the geophone is isolated from the subsequent carriage main body serving as a noise source, the measurement accuracy can be improved.
[0015]
Also mentioned above In the tunnel boring machine, the plurality of geophones are electrically connected to a movement mechanism control means for remotely controlling the movement mechanism so that the plurality of geophones are selectively brought into contact with or separated from the inner surface of the tunnel. The data recording means for collecting the signal data detected by the geophone and the data analysis means for analyzing the signal data collected by the data recording means are mounted on the succeeding carriage.
According to the present invention, the installation and withdrawal of the geophone can be controlled from the succeeding carriage, the signal from the geophone can be collected, and data analysis can be performed. Can do.
[0016]
Next, the present invention Tunnel face by elastic wave for use in tunnel excavation work by tunnel boring machine comprising tunnel excavator having excavation means at the tip and a plurality of succeeding carts connected to the rear of the excavator to drive the tunnel excavator A forward exploration method comprising: a plurality of geophones for detecting an elastic wave and generating a signal, the stationary carriage being stopped and fixed to a moving mechanism provided in the succeeding carriage via a geophone holding unit. Is moved by the moving mechanism to contact the inner surface of the tunnel, followed by an elastic wave measurement step of detecting an elastic wave by exciting a predetermined position in the tunnel mine, A geophone receiving step for separating the plurality of geophones from the tunnel inner surface by the moving mechanism is performed so that the succeeding carriage can move in the tunnel excavation direction. The tunnel face forward exploration methods.
According to this invention, since a plurality of geophones can be performed by the moving mechanism without the manual operation of the geophone installation process and the geophone separation process, the search accuracy and work efficiency can be improved.
[0017]
The above In the tunnel face front exploration method, when the subsequent carriage stops for tunnel excavation, the geophone installation step, the elastic wave measurement step and the geophone separation step are performed, the tunnel boring machine is advanced, In order to perform tunnel excavation, the subsequent carriage is stopped, and by repeating these steps, time-series exploration data is acquired in accordance with the progress of the tunnel excavation construction, and the analysis results are stored in the subsequent carriage. A tunnel face forward exploration method characterized by displaying on a mounted display means.
According to the present invention, by repeating the exploration in accordance with the tunnel excavation and displaying the acquired time-series exploration data, it is possible to easily grasp the geological change ahead of the tunnel face that changes every moment, and the tunnel excavation. As the information of the bad ground in front of the approaching tunnel gradually approaches, the search accuracy improves.
[0018]
Also mentioned above In the tunnel face forward exploration method, the tunnel face forward exploration method is characterized in that the elastic wave measuring step is performed using an elastic wave formed by vibration accompanying excavation by the excavating means.
According to the present invention, since exploration is performed by generating elastic waves during tunnel excavation work, it is possible to save time and effort such as installing an epicenter to generate elastic waves and to conduct forward exploration of the tunnel face in parallel with tunnel excavation. It can be carried out.
[0019]
Also mentioned above In the tunnel face forward exploration method, the elastic wave measurement step is repeatedly performed at predetermined sampling intervals while tunnel excavation is performed while the subsequent carriage is stopped, thereby acquiring time-series exploration data during tunnel excavation. Each of the exploration data is analyzed, and the respective analysis results are sequentially displayed on the display means mounted on the succeeding carriage at a time interval substantially the same as the predetermined sampling interval. And
According to this invention, while excavation of the tunnel continues, the acquisition and analysis of the exploration data is performed at a predetermined sampling interval by the elastic wave formed by the vibration accompanying excavation, and the results are time-sequentially at substantially the same time interval. Therefore, the state in front of the tunnel face during tunnel excavation can be displayed in so-called real time, which is substantially equal to real time. And as the information of the bad ground in front of the tunnel that gradually approaches by tunnel excavation approaches, the search accuracy improves.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Throughout all the drawings, even in different embodiments, the same or corresponding members are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted as appropriate.
[0021]
A TBM 1 (tunnel boring machine) according to an embodiment of the present invention will be described.
FIGS. 1A and 1B are partial cross-sectional explanatory views in plan view and front view showing a schematic configuration of the TBM 1 according to the present embodiment.
[0022]
The TBM 1 includes a tunnel excavator 2 and a plurality of subsequent carriages 4.
The tunnel excavator 2 includes a cutter head 2a (excavating means), a head driving unit 2b, slide jacks 2c and 2c, and grippers 2d and 2d.
The cutter head 2a is provided with a rotating face plate facing the face 51a at the tip, and a plurality of cutter tools projecting forward to excavate the natural ground 50 on the rotating face plate and an opening for taking excavation shear into the tunnel excavator 2 And. The entire excavation is enabled by propelling in the excavation direction while rotating within the excavation section. The head driving unit 2b includes a motor that rotationally drives the cutter head 2a and an appropriate drive transmission mechanism, and holds the cutter head 2a rotatably.
[0023]
The slide jack 2c is a propulsion mechanism using a hydraulic jack that extends in an oblique direction from the rear side (wellhead side) of the head drive unit 2b toward the tunnel inner surface 51b. The extension direction of the slide jack 2c is variable by a hydraulic jack (not shown) provided at a mounting portion with the head driving unit 2b.
The gripper 2d is pressed against the tunnel inner surface 51b and takes a reaction force on the tunnel inner surface 51b when the slide jack 2c is extended. An appropriate pressing shape is provided on the tunnel inner surface 51b side.
[0024]
The tunnel excavator 2 may be any known type of apparatus as long as full excavation is possible. Furthermore, although not shown in the drawing, well-known mechanisms such as a drilling machine for drilling the cutting face 51a, a support erector, and a shear carry-out means are naturally provided.
[0025]
The succeeding carriage 4 includes a connecting portion 8, a linear motion mechanism 7 (movement mechanism), a bow spring 6 (elastic flexible body), a geophone 5, and the like, and a partition plate 9 provided horizontally in the lower half of the tunnel 51. (Refer to FIG. 2) It is a cart that can be towed on a rail 9a provided thereon. Hereinafter, a more detailed description will be given with reference to FIGS. FIG. 2A is a front view explanatory view in which a part of the knitting is enlarged in order to explain the schematic configuration of the succeeding carriage 4. FIGS. 2B and 2C are an AA sectional view and a BB sectional view of FIG. 2A, respectively. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line CC in FIG. 2 for explaining the outline of the configuration and attachment of the bow spring 6 and the geophone 5. FIGS. 4A and 4B are explanatory views of a plan view and a front view for explaining the configuration and mounting details of the geophone 5.
[0026]
The cross section in the tunnel width direction of the succeeding carriage 4 is formed with a rectangular space in which the work carriage 14 can travel at the center, and the carriage chambers 4d and 4d are provided on the left and right sides thereof, and the upper portions thereof are coupled by the carriage upper surface 4c. Yes. The carriage upper surface 4c is located in the middle part of the upper half of the tunnel, and a space for arranging appropriate devices and piping is provided thereon. In addition, an operator can work on the tunnel inner surface 51b on the ceiling side by walking. Handrails 10 and 10 are provided on the left and right of the carriage upper surface 4c.
[0027]
Wheels 4e that roll on rails 9a fixed to the upper surface of the partition plate 9 are provided on the lower surfaces of the carriage chambers 4d and 4d. For this reason, the tunnel side portions 4a and 4a of the succeeding carriage 4 maintain a positional relationship so as to face the tunnel inner surface 51b with a predetermined distance even when the succeeding carriage 4 moves.
The connecting portion 8 is provided in the center of the carriage upper surface 4c and mechanically and electrically connects the adjacent succeeding carriages 4 with each other.
[0028]
The linear motion mechanism 7 is a mechanism in which a rod 7a (movable member) can reciprocate by extending and contracting in one axis direction. For example, a mechanism such as a hydraulic piston or an electric actuator can be employed. Two linear motion mechanisms 7 are arranged on the connecting side portion 4b, and the tip of the rod 7a extends and contracts from the tunnel side portion 4a to the tunnel inner surface 51b in the horizontal direction passing through substantially the center of the tunnel cross section. ing.
The geophones 5 are fixed to the tips (vibrator holders) of the rods 7a and 7a via antivibration rubber 16 (vibration isolation members), respectively. Since the fixing method is the same as that of the bow spring 6 described later, the description thereof is omitted here.
The anti-vibration rubber 16 may be any material as long as it is a synthetic rubber having appropriate rubber hardness and vibration damping characteristics.
[0029]
As shown in FIG. 1 (a), the bow spring 6 protrudes from the tunnel side portion 4a into a convex arcuate shape in plan view, and a geophone receiver 6a (FIG. The vibration receiving device 5 is disposed in a), and is an elastic flexible body capable of pressing the vibration receiving device 5 against the tunnel inner surface 51b. The mounting height is aligned with the height of the linear motion mechanism 7. As the bow spring 6, for example, a plate spring made of steel, synthetic resin, or synthetic rubber, or a plate spring obtained by appropriately combining these materials can be employed.
[0030]
FIG. 3A shows the bow spring 6 pressing the geophone 5 against the tunnel inner surface 51b. The right half of the substantially symmetric bow spring 6 is not shown.
One end portion of the bow spring 6 is fixed to the tunnel side portion 4a by a fixing member 17 such as a bolt and a nut. The other end (not shown) is supported so as to be slidable in the longitudinal direction along the tunnel side portion 4a by a slide support such as a roller provided on the tunnel side portion 4a. The geophone 5 is installed on the tunnel inner surface 51 b side through the anti-vibration rubber 16.
[0031]
At a middle position in the longitudinal direction of the bow spring 6 and the geophone 5, a rotation locking portion 15 d having a pin fulcrum is provided and coupled to the actuator 15 (moving mechanism) fixed to the tunnel side portion 4 a. Has been.
The actuator 15 includes a cylinder 15a and an arm 15b.
The cylinder 15a is a uniaxial extending / contracting mechanism provided in a plane including the bow shape of the bow spring 6 along the tunnel side portion 4a. For example, a hydraulic piston, an electric actuator, or the like can be employed.
The arm 15b is a rod member that is rotatably coupled to the rotation fulcrum 15c at the movable end of the cylinder 15a and the rotation locking portion 15d.
[0032]
As shown in FIG. 4, the geophone 5 includes a vibration sensor 5a, a locking plate 5b, a case 5c, and a signal line cable (not shown).
The vibration receiving sensor 5a is a well-known vibration sensor used for forward exploration of the tunnel face, and is a sensor that detects acceleration or velocity in three axial directions and outputs an electrical signal via a signal cable. Any known acceleration sensor or speed sensor may be employed as long as it has a predetermined sensitivity. An acceleration sensor has the advantage of having sharp response characteristics. The speed sensor has an advantage that stable measurement can be performed even when there is a lot of noise.
[0033]
The locking plate 5b is a rectangular plate provided with two straight convex portions 5e on the surface in order to come into contact with the tunnel inner surface 51b on the front surface side, and the vibration receiving sensor 5a is disposed on the back surface side. For this reason, the vibration receiving sensor 5a is protected by the locking plate 5b so as not to directly hit the tunnel inner surface 51b. As shown in FIG. 4A, the convex portion 5e is arranged in parallel with the longitudinal direction of the bow spring 6, and as shown in FIG. 2C, only the convex portion 5e contacts the tunnel inner surface 51b. It is configured as follows. The locking plate 5b may be made of any material as long as it has a mass and rigidity that do not affect the response characteristics of the vibration receiving sensor 5a. For example, a steel plate or a synthetic resin plate can be employed.
The shape and size of the locking plate 5b may be any shape as long as the locking plate 5b can be stably brought into contact with the tunnel inner surface 51b, and the contacting portion is limited to a shape like the convex portion 5e. Not a thing. For example, a plate shape in which the convex portion 5e is removed from the locking plate 5b may be brought into contact with the opposite side of the outer periphery. If the convex portion 5e is provided as in the present embodiment, stable contact is possible. Further, if the abutting portions such as the convex portion 5e and the opposite side of the rectangular plate are provided in two parallel straight lines, the arrangement direction of the vibration receiving sensor 5a is changed by pressing the tunnel inner surface 51b which is a cylindrical surface. Therefore, there is an advantage that it is easy to align the measurement axis directions of the plurality of vibration receiving sensors 5a, and as a result, the search accuracy can be improved.
[0034]
The case 5c is a cylindrical body fixed to the back side of the locking plate 5b so as to surround the vibration receiving sensor 5a. Around the opening, a flange-like mounting portion 5d provided with a fixing hole is provided. Although not shown, a cable hole through which the signal cable of the vibration receiving sensor 5a passes is provided on the cylindrical side surface of the case 5c.
[0035]
FIG. 4B shows the configuration of the mounting portion between the geophone 5 and the bow spring 6. The anti-vibration rubber 16 is placed on the tunnel inner surface 51b side (the upper side in the drawing) of the bow spring 6, and the geophone 5 is placed thereon with the mounting portion 5d facing downward. A bushing 20 made of a soft synthetic rubber is inserted into the mounting hole provided in the mounting portion 5d, and a bolt 18 is inserted therein, and the nut 19 is tightened while sandwiching the bushing 20. That is, the bolt 18 and the nut 19 fasten and fix the attachment portion 5d and the bow spring 6 together via the bushing 20. For this reason, the vibration receiving device 5 and the bow spring 6 are supported in an antivibration manner by the antivibration rubber 16 and the bushing 20. By appropriately setting the rubber hardness and the rubber material of the anti-vibration rubber 16 and the bushing 20, it is possible to insulate the geophone 5 and the bow spring 6 from vibration in the frequency range necessary for measurement.
[0036]
Needless to say, a member other than the anti-vibration rubber 16 may be adopted as the anti-vibration member. For example, a wire rope vibration isolator in which an elastic support is configured by winding a wire rope in a coil shape can be suitably used. The wire rope vibration isolator has excellent performance such as vibration damping characteristics due to internal friction of the wire and shock absorption due to a large amount of displacement.
Further, when the geophone 5 is attached to the linear motion mechanism 7, the vibration isolator can be attached in substantially the same manner.
[0037]
One geophone 5 is provided on each of the connection side 4b and two on the tunnel side 4a on the left and right sides in the tunnel width direction (see FIGS. 1A and 2A). They are arranged at a predetermined distance in the extending direction. For example, they are arranged at an equal interval of about 3 m. Further, the corresponding geophones 5 and 5 on the left and right in the tunnel width direction are at the same distance from the face 51a and are in a front-back relationship. In this way, data analysis is simplified and efficient calculation processing can be performed.
However, if the actual arrangement position is used at the time of data analysis, the arrangement interval is not limited to an equal interval, and may not be in a front-back relationship.
[0038]
Moreover, the number of the geophones 5 is mounted on the entire TBM 1 by multiplying the number of the subsequent carriages 4 by each. For example, if there are eight subsequent carriages 4, the number is 48. However, since the number of geophones is generally 20 to 40 in HSP or the like, it is not always necessary to mount the geophones 5 on all subsequent carriages 4 as long as the necessary number is satisfied.
[0039]
Further, the linear motion mechanisms 7... And the actuators 15... That are moving mechanisms of the geophone 5 are connected to drive units 21a and 21b (see FIG. 5) that drive each independently. The drive units 21a and 21b share the drive of the geophone 5 provided on the left side and the right side in the tunnel width direction, respectively.
[0040]
The dolly room 4d is used for various purposes. For example, as shown in FIG. 2A, a work equipment 11 such as a muddy water tank, a waveform recorder 12 for performing forward exploration of a tunnel face, a computer 13, A monitor 13a is provided. In addition to this, for example, a spray plant, a pump unit, a hydraulic pump, a tank of oil and water, a compressor, a vacuum pump, a dust collector, a transformer, an electric control unit, materials, and the like are separately mounted on each subsequent carriage 4. If necessary, they are connected by a conduit or an electric cable, and are arranged or wired on the carriage upper surface 4c, in the connecting portion 8 or the like.
[0041]
Next, the operation of bringing the geophone 5 into contact with or separating from the tunnel inner surface 51b will be described.
The contact and separation of the geophone 5 are performed by driving the actuator 15.
When the geophone 5 is brought into contact with the tunnel inner surface 51b, as shown in FIG. 3A, the actuator 15 is extended to move the rotation fulcrum 15c toward the rotation locking portion 15d. As a result, the arm 15b gradually intersects the tunnel side portion 4a at a large angle, and the bow spring 6 is pressed toward the tunnel inner surface 51b via the rotation locking portion 15d. Since the bow spring 6 is slidable at the other end in the longitudinal direction, the bow-like protrusion gradually increases, and the geophone 5 eventually comes into contact with the tunnel inner surface 51b. At a position where a predetermined elastic force is urged against the anti-vibration rubber 16 by the bow spring 6, the movement of the actuator 15 is stopped and the position is fixed.
[0042]
When the geophone 5 is separated from the tunnel inner surface 51b, the actuator 15 is moved backward as shown in FIG. Then, since the horizontal distance between the rotation fulcrum 15c and the rotation locking portion 15d becomes large, the bow spring 6 is pulled back to the tunnel side portion 4a side, and the other end in the longitudinal direction slides due to the elastic force. Move to reduce the arcuate overhang. In this way, the geophone 5 is separated from the tunnel inner surface 51b.
[0043]
Next, a method for performing forward tunnel tunnel face exploration (hereinafter referred to as exploration) using elastic waves using the TBM 1 according to the present embodiment will be described. In the present embodiment, a well-known HSP is used as a method for exploring forward of a tunnel face using elastic waves (hereinafter referred to as exploration method). Therefore, the description of the HSP itself will be kept to the minimum necessary, and the description will focus on the features of the present invention.
[0044]
FIG. 5 is a schematic block diagram of a measurement system for performing the exploration method according to the present embodiment.
Each step of the exploration is controlled by the computer 13.
A waveform recorder 12 and moving mechanism control means 22 are connected to the computer 13 by signal cables 102 and 103, respectively.
[0045]
The waveform recorder 12 is a measuring device that amplifies the signal output from the geophones 5... And samples the waveform after converting it appropriately, and converts it into a digital signal. When signal outputs from the left and right geophones 5 in the tunnel extending direction are input through the signal cables 100a and 100b, they are output to the computer 13 as digital signals.
[0046]
The moving mechanism control means 22 is a drive control device that supplies a driving force and an operation signal for selectively operating the moving mechanism that moves each of the geophones 5..., And the drive units 21 a and 21 b are connected by the signal cable 101. The drive units 21a and 21b are connected to respective moving mechanisms that move the left and right geophones 5 in the tunnel extending direction.
[0047]
The computer 13 is connected to a printer 24 and a monitor 13a as display means by signal cables 104 and 105, respectively. The computer 13 can employ a general-purpose computer such as a personal computer. The computer 13 includes, for example, a built-in or removable storage unit 13b such as a hard disk, DVD, or MO, and can store signal data input from the waveform recorder 12, analysis results, and display data of analysis results. Although not shown in the drawing, an input / output device generally connected to a personal computer is naturally provided.
If a removable storage unit such as a removable DVD or MO is provided, the waveform data is temporarily stored in those storage media, the waveform analysis processing is performed by another computer, and the electronic output result is stored in the computer 13. Distributed processing such as rereading is also possible.
[0048]
In the present measurement system, an arbitrary geophone 5 can be brought into contact with the tunnel inner surface 51b by an appropriate program loaded in the computer 13, and the vibration waveform at that position can be recorded in the waveform recorder 12. After completion, the geophone 5 can be separated from the tunnel inner surface 51b. Then, the vibration waveform of each geophone 5 converted into a digital signal is analyzed based on the HSP method, and the position and distribution of the soft geological layer in front of the tunnel face are output to the monitor 13a and the printer 24 for display. be able to.
[0049]
The TBM 1 has the measurement system described above mounted on the subsequent carriage 4. Then, every time the tunnel 51 is dug a predetermined distance, an exploration is performed. As a result, for example, when a soft ground or the like is found in the front, the next excavation is performed while taking necessary measures such as grout injection reinforcement to the soft ground.
This exploration method includes a geophone installation step, an elastic wave measurement step, and a geophone separation step.
[0050]
In the geophone installation step, the geophones 5 are simultaneously brought into contact with the tunnel inner surface 51b via the locking plate 5b and installed at the measurement position. The contact force at this time may be appropriately determined in consideration of the sensitivity of the geophone 5 and the vibration insulation effect. Since the elastic wave to be detected has a relatively long wavelength such as a wavelength of 10 m, the geophone 5 only needs to be pressed with a force that does not leave the tunnel inner surface 51b.
[0051]
Moreover, all the geophones 5 may be used for the geophone 5 to install, and only a part may be used. When all of them are used, the measurement noise can be expected to be averaged by a large number of geophones 5 and the measurement accuracy can be improved. On the other hand, when a part is used, the time required for data processing is shortened, so that there is an advantage that the measurement time can be shortened.
When a part is brought into contact, for example, the front part and the rear part on the face 51a side may be properly used depending on the distance from the face 51a, or the arrangement pitch of the geophone 5 is widened by using thinning. Also good.
[0052]
In the elastic wave measuring step, the face 51a is subjected to impact vibration by an appropriate means, and thereby vibrations of the elastic wave propagating in the natural ground 50 are detected by the geophones 5. Then, data analysis is performed by the measurement system shown in FIG. 5, and the analysis result is displayed on the monitor 13a or the printer 24. The display may be performed with a still image such as a graph or a chart, and the monitor 13a may employ a moving image graphic display.
For impact excitation, various conventional means can be used. For example, hitting with a dynamite epicenter, a hard sphere or a hammer can be employed.
[0053]
In the geophone receiving step, after detecting the end of the elastic wave measurement, the geophones 5 are simultaneously separated from the tunnel inner surface 51b. Then, the succeeding carriage 4 is made movable.
Thus, one exploration is completed, and tunnel excavation and accompanying TBM 1 advance are started.
[0054]
According to this exploration method, a large number of geophones 5 can be installed simultaneously by a moving mechanism that does not require manual operation without performing geophone installation work such as drilling and mortar filling on the tunnel inner surface 51b. Workability can be remarkably improved. Moreover, since the installation position of the geophone 5 is fixed with respect to the succeeding carriage 4, it is possible to prevent a decrease in measurement accuracy due to an installation error, an installation error, or the like.
In addition, since the control, analysis, and the like can be easily operated while an operator is on the succeeding carriage 4, it is possible to work efficiently even if this exploration is repeated as the succeeding carriage 4 moves.
[0055]
Note that the vibration may be generated by operating the cutter head 2a or the excavation drill and using an elastic wave generated by the cutter head 2a without depending on the above-described impact excitation means. In that case, the cutter head 2a and the excavation drill can be suddenly operated suddenly and shocked vibration can be performed. Furthermore, it is also possible to perform signal analysis by regarding an elastic wave generated during normal excavation work as a random excitation source. If it does in this way, an elastic wave measurement process can be performed in parallel with excavation work, and there exists an advantage that work efficiency can be improved.
[0056]
Further, as a modification of the exploration method according to the present embodiment, the vibration receiving device installation process, the elastic wave measurement process, and the vibration reception are performed each time the succeeding carriage 4 stops by using the vibration by the cutter head 2a or the excavation drill. It is also possible to adopt a search method that repeats the vessel separation step and stores the analysis results of those time series.
Such time-series analysis results can be collectively displayed by making a time-series graph, displaying a moving image on the monitor 13a, or displaying them in a superimposed manner. By doing so, it is possible to easily grasp the state of the natural ground 50 that changes from moment to moment, so that quick measures such as ground reinforcement can be planned. In addition, by increasing the analysis information in this way, even if there are individual measurement / analysis errors, for example, it is possible to comprehensively judge from the analysis results before and after that, enabling highly reliable exploration. It becomes.
[0057]
Furthermore, as another modified example of the exploration method, in the above modified example, the elastic wave measurement step is repeated in a predetermined sampling interval while tunnel excavation continues while the succeeding carriage 4 is stopped. Get exploration data. Then, each time the search data is acquired, the search data is analyzed to obtain a time series analysis result at a predetermined sampling interval. The results are stored and sequentially displayed on the monitor 13a as, for example, a map-like image that is easy to see, at approximately the same time interval as the predetermined sampling interval. For this purpose, the computer 13 sets the calculation capability as appropriate so that the analysis time is equal to or less than the predetermined sampling interval.
In this way, it is possible to continuously display the state of the natural ground 50 that changes from moment to moment in so-called real time with a time delay of about the sampling interval on the monitor 13a. For example, it can be displayed in an easy-to-understand manner such as a moving image, a virtual image resembling a real image, or a radar image. As a result, the state of the natural ground 50 can be more easily grasped, and a quick excavation can be determined.
[0058]
Next, a first modification of the present embodiment will be described.
FIG. 6 is a schematic explanatory diagram illustrating a cross section in the tunnel width direction for explaining the arrangement of the moving mechanism according to the first modification of the present embodiment. 6 (a) and 6 (b) show the state when the geophone 5 is in contact and when it is separated.
In this modification, the moving mechanism has the same configuration as that shown in FIG. 3, but the arrangement direction of the bow spring 6 and the actuator 15 is set so that the longitudinal direction thereof is the vertical direction. The contact position of the geophone 5 is a position corresponding to the horizontal horizontal direction at the center of the tunnel cross section, as in FIG.
According to such an arrangement, since the moving mechanism is arranged vertically, a relatively large number of geophones 5 can be installed in one succeeding carriage 4. Accordingly, there is an advantage that a large number of geophones 5 necessary for improving the measurement accuracy can be installed even when the knitting of the subsequent carriage 4 is short.
[0059]
Next, a second modification according to the present embodiment will be described.
FIG. 7 is a cross-sectional explanatory view in plan view for explaining a schematic configuration of a moving mechanism according to a second modification of the present embodiment. FIGS. 7A and 7B show a state when the geophone 5 is in contact with and separated from each other.
[0060]
In this modification, instead of using the bow spring 6 and the actuator 15, a parallel movement mechanism 25 is used as the movement mechanism. The parallel movement mechanism 25 includes a cylinder 15 a, a shock absorber 28, a parallel link support 27, and a parallel link 26. The geophone 5 is fixed.
[0061]
The cylinder 15a is fixed to the tunnel side portion 4a so as to extend in the horizontal direction.
The parallel link 26 includes a holding portion 26a and bars 26b, 26c, and 26c, which are connected to each other at pin fulcrums to form a parallelogram link. In the middle part of the bars 26c, 26c, there are provided pivot fulcrums 26a, 26a that are pivotally locked to the parallel link support 27 fixed to the tunnel side 4a. And the holding | maintenance part 26a can contact | abut to the tunnel inner surface 51b, and can move apart, keeping parallel with the tunnel side part 4a and the tunnel inner surface 51b.
The shock absorber 28 is a joint member incorporating a spring and a vibration damping mechanism, and joins the movable side tip of the cylinder 15 a and the bar 26 b forming a part of the parallel link 26.
[0062]
The translation mechanism 25 is operated by extending and retracting the cylinder 15a in the direction of the arrow shown in the figure.
When the cylinder 15a is extended as shown in FIG. 7A, the bar 26b is moved via the shock absorber 28, and the holding portion 26a is moved toward the tunnel inner surface 51b while drawing an arcuate path. Therefore, the geophone 5 is brought into contact with the tunnel inner surface 51b. Since the shock absorber 28 is provided, the shock when the geophone 5 abuts is absorbed, and the cylinder 15a is stopped at a predetermined position and is held with an appropriate pressing force.
When the cylinder 15a is moved backward as shown in FIG. 7B, the geophone 5 is separated from the tunnel inner surface 51b.
According to such a parallel movement mechanism 25, since the geophone 5 can be softly contacted, there is an advantage that it is possible to reduce an accident in which the geophone 5 is damaged by an impact at the time of contact.
[0063]
In the above description, the bow spring 6 is described as having one end fixed to the tunnel side portion 4a and the other end slidably supported. By doing so, the geophone 5 can be stably held. However, depending on the rigidity of the bow spring 6, the geophone 5 is held as shown by the solid line in FIGS. The geophone 5 may be held in a cantilever manner by omitting the member on the other end side from the portion.
[0064]
【The invention's effect】
As described above, according to the tunnel boring machine and the tunnel face forward exploration method of the present invention, it is easy to install and withdraw a plurality of geophones, and it is possible to improve exploration accuracy and work efficiency. There is an effect.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partial cross-sectional explanatory view in plan view and front view showing a schematic configuration of a tunnel boring machine according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 2A and 2B are a front view and a cross-sectional view in a tunnel width direction for explaining a schematic configuration of a succeeding carriage according to the embodiment of the present invention. FIGS.
FIG. 3 is a schematic explanatory diagram for explaining a geophone according to an embodiment of the present invention and its moving mechanism.
FIG. 4 is an explanatory plan view and an explanatory front view for explaining the configuration of the geophone according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is a schematic block diagram of a measurement system for performing an exploration method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic explanatory diagram of a cross section in the tunnel width direction for explaining the arrangement of a moving mechanism according to a first modification of the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional explanatory view in plan view for explaining a schematic configuration of a moving mechanism according to a second modification of the embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a conceptual diagram of measurement by a conventional method for searching forward of a tunnel face using elastic waves.
FIG. 9 is a plan view cross-sectional view of a tunnel showing an example of arrangement of a dynamite source and a geophone in a conventional tunnel face front search method using elastic waves.
[Explanation of symbols]
1 TBM (Tunnel Boring Machine)
2 Tunnel excavator
2a Cutter head (drilling means)
4 Successor cart
4a Tunnel side
4b Connection side
5 geophone
5a Vibration sensor
5b Locking plate
6 Bow spring (elastic flexible body)
6a Geophone holder
7 Linear motion mechanism (movement mechanism)
7a Rod (movable member)
8 connecting part
12 Waveform recorder (data recording means)
13 Computer (data analysis means)
13a Monitor (display means)
13b storage unit
15 Actuator (movement mechanism)
16 Anti-vibration rubber (anti-vibration member)
22 Moving mechanism control means
24 Printer (display means)
25 Translation mechanism (movement mechanism)
26a Holding part (vibrator holding part)
51b Tunnel inner surface

Claims

A tunnel boring machine comprising a tunnel excavator having an excavating means at a tip, and a plurality of succeeding carriages connected to the rear of the tunnel excavator to drive the tunnel excavator,
A geophone that detects an elastic wave and generates a signal in order to conduct an exploration ahead of the tunnel face using an elastic wave propagating in the ground by an epicenter,
A geophone holding unit to which the geophone is fixed;
A moving mechanism for selectively abutting or separating the geophone from the inner surface of the tunnel by moving the geophone holder;
In preparation for the subsequent carriage ,
The geophone holding portion is an elastic flexible body held so as to be able to project in an arc shape from the side portion of the subsequent carriage toward the inner surface of the tunnel, and one end in the longitudinal direction thereof is a side portion of the subsequent carriage. It is fixed to
The geophone is fixed to the tunnel inner surface side at a predetermined position in the longitudinal direction of the elastic flexible body,
The moving mechanism is provided on a side portion of the succeeding carriage, presses the elastic flexible body from the succeeding carriage side, and moves the elastic flexible body while bending it toward the inner surface of the tunnel. A tunnel boring machine characterized in that the geophone is brought into contact with or separated from the inner surface of the tunnel by using the elastic force of the body .

A tunnel boring machine comprising a tunnel excavator having an excavating means at a tip, and a plurality of succeeding carriages connected to the rear of the tunnel excavator to drive the tunnel excavator,
A geophone that detects an elastic wave and generates a signal in order to conduct an exploration ahead of the tunnel face using an elastic wave propagating in the ground by an epicenter,
A geophone holding unit to which the geophone is fixed;
A moving mechanism for selectively abutting or separating the geophone from the inner surface of the tunnel by moving the geophone holder;
In preparation for the subsequent carriage ,
The moving mechanism is provided in the vicinity of a carriage connecting portion that connects the plurality of succeeding carriages, and includes a movable member that can expand and contract from the succeeding carriage side toward the tunnel inner surface side,
A tunnel boring machine , wherein the geophone holding portion is provided at a tip of the movable member .

A tunnel boring machine comprising a tunnel excavator having an excavating means at a tip, and a plurality of succeeding carriages connected to the rear of the tunnel excavator to drive the tunnel excavator,
A geophone that detects an elastic wave and generates a signal in order to conduct an exploration ahead of the tunnel face using an elastic wave propagating in the ground by an epicenter,
A geophone holding unit to which the geophone is fixed;
A moving mechanism for selectively abutting or separating the geophone from the inner surface of the tunnel by moving the geophone holder;
In preparation for the subsequent carriage ,
The tunnel boring machine, wherein the geophone is fixed to the geophone holder through a vibration isolating member that reduces vibration from the subsequent carriage .

In the tunnel boring machine according to any one of claims 1 to 3 ,
A tunnel boring machine comprising a plurality of the geophones and arranged on the plurality of succeeding carriages at an arrangement interval that allows a forward search of the tunnel face in the connecting direction of the succeeding carriages.

In the tunnel boring machine according to any one of claims 1 to 4 ,
Moving mechanism control means for remotely controlling the moving mechanism to selectively abut or separate the plurality of geophones from the inner surface of the tunnel;
A plurality of geophones electrically connected, and data recording means for collecting signal data detected by the geophones;
Data analysis means for analyzing the signal data collected by the data recording means,
A tunnel boring machine mounted on the succeeding carriage.

Tunnel face by elastic wave for use in tunnel excavation by a tunnel boring machine comprising a tunnel excavator having excavation means at the tip and a plurality of succeeding carts connected to the rear of the tunnel excavator to drive the tunnel excavator A forward exploration method,
Stop the subsequent carriage,
A plurality of geophones, which are fixed to a moving mechanism provided in the succeeding carriage via a geophone holding unit and detect elastic waves and generate signals, are moved by the moving mechanism and brought into contact with the inner surface of the tunnel. Perform the geophone installation process,
Subsequently, an elastic wave measurement process is performed to detect an elastic wave by exciting a predetermined position in the tunnel mine,
Then, a tunnel face forward search method, wherein a step of separating the geophones from the inner surface of the tunnel is performed by the moving mechanism so that the subsequent carriage can move in the tunnel excavation direction.

In the tunnel face front exploration method according to claim 6 ,
When the subsequent carriage stops for tunnel excavation,
Performing the geophone installation step, the elastic wave measurement step and the geophone separation step,
The tunnel boring machine is advanced, and the subsequent carriage is stopped for the next tunnel excavation, and then these steps are repeated to acquire time-series exploration data as the tunnel excavation construction progresses. The result of the above analysis is displayed on display means mounted on the succeeding carriage.

The tunnel face forward exploration method according to claim 7 ,
A tunnel face front exploration method characterized in that the elastic wave measurement step is performed using an elastic wave formed by vibration accompanying excavation by the excavating means.

The tunnel face forward exploration method according to claim 8 ,
The elastic wave measurement step is repeatedly performed at predetermined sampling intervals while tunnel excavation is performed while the subsequent carriage is stopped, thereby acquiring time-series exploration data during tunnel excavation and analyzing the exploration data, respectively. Each of the analysis results is sequentially displayed on the display means mounted on the subsequent carriage at a time interval substantially the same as the predetermined sampling interval.