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JP7535927B2 - Segment Judgment System - Google Patents
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JP7535927B2 - Segment Judgment System - Google Patents

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  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)

Description

本願発明は、シールドマシンの掘進時に設置されるセグメントに関する技術であり、より具体的には、掘進中に得られる掘進情報に基づいて事前にセグメントの不具合を検出することができるセグメント判定システムに関するものである。 The present invention relates to technology related to segments that are installed when a shield machine excavates, and more specifically, to a segment determination system that can detect defects in segments in advance based on excavation information obtained during excavation.

シールド工法は、トンネル切羽の安定を図りつつシールドマシンで地中を掘進し、セグメントで覆工することによって、地下に鉄道トンネルや道路トンネル、上下水道用のトンネル、共同溝や電力通信用のトンネルなどを構築する工法である。掘進中、切羽を安定させる手法にはいくつか種類があり、古くは圧気方式(開放型)が用いられ、その後は密閉型の泥水式シールド工法が採用されるようになり、近年では密閉型のうち特に土圧式シールド工法が多用されている。 The shield tunneling method is a construction method for constructing underground railway tunnels, road tunnels, water supply and sewerage tunnels, utility conduits, and tunnels for power and communication by digging into the ground with a shield machine while stabilizing the tunnel face and lining it with segments. There are several methods for stabilizing the face during excavation. In the past, the compressed air method (open type) was used, but later, closed-type slurry shield tunneling methods came to be adopted, and in recent years, closed-type earth pressure shield tunneling methods in particular have been used frequently.

泥水式シールド工法は、それまでの圧気に代えて泥水圧を利用して切羽の安定を図る工法であり、一方の土圧式シールド工法は、文字どおり土圧によって切羽の安定を図る工法である。なお土圧式シールド工法は、さらに土圧シールド工法と泥土圧シールド工法に2分され、このうち現在では泥土圧シールド工法(特に、泥土加圧シールド工法)が主流となっており、泥水式シールド工法を含めたシールド工法全体でも相当の割合を占めている。 The slurry shield tunneling method uses slurry pressure instead of air pressure to stabilize the tunnel face, while the earth pressure shield tunneling method literally uses earth pressure to stabilize the tunnel face. The earth pressure shield tunneling method is further divided into earth pressure shield tunneling and mud pressure shield tunneling, of which mud pressure shield tunneling (especially mud pressure shield tunneling) is currently the mainstream and accounts for a significant proportion of all shield tunneling methods, including slurry shield tunneling.

このように切羽の安定手法にはいくつか種類があるものの、シールドマシンで掘進していく手順はいずれの工法も概ね同様である。すなわち、シールドマシンで所定長だけ掘進するとその掘削部分に永久構造物であるセグメントを組み立て、そして自身で組み立てたセグメントに自身の反力を確保しつつさらに掘進を行っていく。そのためシールドマシンによる掘進においては、セグメントの構造安定性が最も重要な項目の1つとされる。特に急曲線のトンネルを施工する場合、シールドマシンの偏った反力、あるいはシールドマシンとセグメントの位置関係(特に、シールドテール内でのセグメントリングの偏心、偏向)に起因するセグメントへの影響、つまりセグメントの構造安定性が重視される。 Though there are several different face stabilization methods, the procedure for excavating with a shield machine is generally the same for all construction methods. That is, once the shield machine has excavated a specified length, it assembles segments, which are permanent structures, into the excavated section, and then continues excavation while securing its own reaction force for the assembled segments. For this reason, the structural stability of the segments is considered one of the most important factors when excavating with a shield machine. When constructing tunnels with sharp curves in particular, emphasis is placed on the impact on the segments caused by the unbalanced reaction force of the shield machine, or the positional relationship between the shield machine and the segments (especially the eccentricity and deflection of the segment rings within the shield tail), in other words, the structural stability of the segments.

シールドマシンが曲線区間を掘進していく際、一部のジャッキを使用しながら進んでいくことがある。例えば図8(a)では、シールドマシンSHが内側のジャッキを使用することなく外側(図では上方)のジャッキのみを使用することで右側にカーブしながら掘進しており、その結果、既設のセグメントSGには図8(b)に示すように右側にのみジャッキ推力が与えられている。本来であればセグメントSGはリング全体でジャッキ推力に抵抗すべきところ、この場合は曲線外側のセグメントSGにジャッキ推力が集中することとなり、そのためセグメントSGの縦断方向に損傷(例えば縦リブの変形や座屈など)が生じるおそれもある。 When a shield machine excavates a curved section, it may proceed while using some of the jacks. For example, in Figure 8(a), the shield machine SH is excavating while curving to the right by using only the outer (upper in the figure) jacks without using the inner jacks, and as a result, jack thrust is only applied to the right side of the existing segment SG, as shown in Figure 8(b). Normally, the entire ring of segment SG should resist the jack thrust, but in this case the jack thrust is concentrated on the segment SG on the outside of the curve, which may cause damage in the longitudinal direction of the segment SG (for example, deformation or buckling of the vertical ribs).

また図9に示すように、セグメントSGに対してシールドマシンSHが偏心あるいは偏向した状態になると、シールドテール内でセグメントSGとの「競り」が生じることもある。すなわち、シールドマシンSHの偏心や偏向に伴ってシールドテールエンドとセグメント切羽面(最も切羽側のセグメントリングの切羽側の面)とのテールクリアランス分布が不均等になり、そしてこの不均等が顕著になるとシールドテール内でセグメントSGとの競りが生じ、その「競り荷重」によってセグメントSG本体や継手などに損傷や不具合が発生するおそれもある。 Also, as shown in Figure 9, when the shield machine SH becomes eccentric or deflected relative to the segment SG, a "competition" with the segment SG may occur inside the shield tail. In other words, as the shield machine SH becomes eccentric or deflected, the tail clearance distribution between the shield tail end and the segment face face (the face-side face face of the segment ring closest to the face) becomes uneven, and when this unevenness becomes significant, a competition with the segment SG occurs inside the shield tail, and this "competition load" may cause damage or malfunction to the segment SG body or joints.

セグメントSGの構造安定性に関する設計は、当然ながら工事の計画時に実施される。一方、シールドマシンSHによる掘進中は、特にセグメントSGの構造安定性を検討することはなく、通常はセグメントSGや継手を目視することによってその不具合(セグメント本体のひび割れや継手の目開き、ずれ)を確認している。 Naturally, the design regarding the structural stability of the segments SG is carried out at the time of planning the construction. However, during excavation using the shield machine SH, the structural stability of the segments SG is not particularly considered, and defects in the segments SG and joints are usually confirmed by visual inspection (cracks in the segment body, gaps in the joints, misalignment).

これまで、シールドマシンSHの掘進中における確認作業を、品質的にあるいは効率化のために改善しようとする取り組みも行われてきた。例えば特許文献1では、携帯入力端末のカメラを用いてセグメントの状態を撮影し、その画像と点検情報を関連付けて記憶することで、セグメント状態を定量的に管理する技術について提案している。 Up until now, there have been efforts to improve the quality or efficiency of inspection work performed while the shield machine SH is excavating. For example, Patent Document 1 proposes a technology for quantitatively managing the segment condition by photographing the condition of the segments using a camera on a mobile input terminal and storing the images in association with inspection information.

特開2018-9314号公報JP 2018-9314 A

既述したように、特許文献1をはじめ従来技術では、施工中にセグメントSGや継手の不具合を目視で確認するものの、施工中にセグメントSGの構造安定性を検討することはなかった。したがって、セグメントSGなどに不具合が生じたことを事後的に把握するにとどまっていたわけである。このような不具合を事前に回避するには、シールドマシンSHのオペレータの豊富な経験に基づくよりほかなかった。施工中、頻繁に計測することでセグメントSGや継手に生じるひずみや応力度などを把握することでセグメントSG等の不具合を予測することも考えられるが、多大な労力がかかるうえに掘進を止めることにもつながり現実的な手法とはいえない。 As mentioned above, in the prior art including Patent Document 1, defects in the segments SG and joints are visually checked during construction, but the structural stability of the segments SG is not considered during construction. Therefore, defects in the segments SG, etc. can only be identified after the fact. The only way to prevent such defects in advance is to rely on the extensive experience of the shield machine SH operator. It is conceivable that defects in the segments SG, etc. could be predicted by understanding the strain and stress levels that occur in the segments SG and joints through frequent measurements during construction, but this requires a great deal of effort and may lead to the excavation being halted, making it an unrealistic method.

本願発明の課題は、従来技術が抱える問題を解決することであり、すなわち施工中にセグメントの構造安定性を定量的に評価することによってその不具合を事前に把握することができるセグメント判定システムを提供することである。 The objective of the present invention is to solve the problems inherent in the prior art, namely to provide a segment judgment system that can quantitatively evaluate the structural stability of segments during construction and thereby identify defects in advance.

本願発明は、あらかじめセグメントの構造安定性を示す指標(横断方向危険領域と縦断方向危険領域)を設定し、その指標を利用して施工時にセグメントの構造安定性を評価する、という点に着目してなされたものであり、これまでにない発想に基づいて行われた発明である。 The present invention was developed based on a completely new idea: indicators that indicate the structural stability of a segment (transverse danger zones and longitudinal danger zones) are set in advance, and the indicators are used to evaluate the structural stability of the segment during construction.

本願発明のセグメント判定システムは、掘進時に設置されるセグメントの状態を判定するシステムであって、危険領域記憶手段と旋回モーメント算出手段、照合手段を備えたものである。このうち危険領域記憶手段は、シールドマシンの横断方向危険領域と縦断方向危険領域を記憶する手段であり、また旋回モーメント算出手段は、「施工時ジャッキ推力(トンネル掘進中に実際に付与するジャッキ推力)」に基づいて既設セグメントに作用する「施工時旋回モーメント」を算出する手段、そして照合手段は、施工時ジャッキ推力及び施工時旋回モーメントからなる組み合わせと横断方向危険領域及び縦断方向危険領域とを照らし合わせる手段である。なお横断方向危険領域と縦断方向危険領域は、ジャッキ推力を第1軸とし旋回モーメントを第2軸とする平面座標系に設定される領域であり、その平面座標系に「限界旋回モーメント」を散布することによって設定されるものである。また限界旋回モーメントは、「計画ジャッキ推力(設計計画時に設定されるジャッキ推力)」に基づいて算出されるもので、計画ジャッキ推力が作用したときにセグメントに不具合が生じない限界の旋回モーメントである。 The segment judgment system of the present invention is a system for judging the state of a segment that is installed during tunnel excavation, and is equipped with a danger area storage means, a turning moment calculation means, and a comparison means. The danger area storage means is a means for storing the transverse danger area and the longitudinal danger area of the shield machine, the turning moment calculation means is a means for calculating the "turning moment during construction" acting on the existing segment based on the "jack thrust during construction (jack thrust actually applied during tunnel excavation)", and the comparison means is a means for comparing the combination of the jack thrust during construction and the turning moment during construction with the transverse danger area and the longitudinal danger area. The transverse danger area and the longitudinal danger area are areas set in a plane coordinate system with the jack thrust as the first axis and the turning moment as the second axis, and are set by scattering the "limit turning moment" in the plane coordinate system. The limiting turning moment is calculated based on the "planned jack thrust (the jack thrust set during design planning)" and is the limiting turning moment at which no malfunction occurs in the segment when the planned jack thrust is applied.

本願発明のセグメント判定システムは、警報出力手段をさらに備えたものとすることもできる。この警報出力手段は、照合手段によって照らし合わせた結果、施工時ジャッキ推力と施工時旋回モーメントからなる組み合わせが、横断方向危険領域内あるいは縦断方向危険領域内にあるときに、既設のセグメントに不具合が生じる旨の警告情報を出力する手段である。 The segment determination system of the present invention may further include an alarm output means. This alarm output means outputs warning information that a malfunction will occur in an existing segment when the combination of the construction jack thrust and the construction swing moment is found to be within a transverse danger zone or a longitudinal danger zone as a result of comparison by the comparison means.

本願発明のセグメント判定システムは、危険領域記憶手段に横断方向注意領域と縦断方向注意領域が記憶されたものとすることもできる。この横断方向注意領域は、横断方向危険領域に基づき横断方向危険領域よりも広い領域で設定され、縦断方向注意領域は、縦断方向危険領域に基づき縦断方向危険領域よりも広い領域で設定される。この場合、警報出力手段は、施工時ジャッキ推力と施工時旋回モーメントからなる組み合わせが横断方向危険領域外かつ縦断方向危険領域外であって横断方向注意領域内あるいは縦断方向注意領域内にあるときに、警告情報とは異なる注意情報を出力する。 The segment determination system of the present invention may also be one in which a transverse attention area and a longitudinal attention area are stored in the danger area storage means. The transverse attention area is set to a wider area than the transverse danger area based on the transverse danger area, and the longitudinal attention area is set to a wider area than the longitudinal danger area based on the longitudinal danger area. In this case, the alarm output means outputs caution information different from the warning information when a combination of the construction jack thrust and the construction swing moment is outside the transverse danger area and outside the longitudinal danger area but within the transverse attention area or the longitudinal attention area.

本願発明のセグメント判定システムは、シールドマシンと既設セグメントとの「競り荷重」に基づいて設定された横断方向危険領域と、既設セグメントから得られる「ジャッキ反力」に基づいて設定された縦断方向危険領域を用いるものとすることもできる。 The segment determination system of the present invention can also use a transverse danger area set based on the "bidding load" between the shield machine and the existing segment, and a longitudinal danger area set based on the "jack reaction force" obtained from the existing segment.

本願発明のセグメント判定システムは、競り荷重算出手段をさらに備えたものとすることもできる。この競り荷重算出手段は、トンネル掘進中におけるシールドマシンと既設セグメントとの「施工時競り荷重(トンネル掘進中に実際に生じた競りに伴う荷重)」)を算出する手段である。この場合、危険領域記憶手段にはシールドマシンと既設セグメントの競り荷重の程度に応じた複数種類の横断方向危険領域が記憶される。そして照合手段は、施工時競り荷重に応じた横断方向危険領域と、施工時ジャッキ推力と施工時旋回モーメントからなる組み合わせとを照らし合わせる。 The segment judgment system of the present invention may further include a bidding load calculation means. This bidding load calculation means is a means for calculating the "bidding load during construction (load associated with bidding that actually occurs during tunnel excavation)" between the shield machine and the existing segment during tunnel excavation. In this case, the danger area storage means stores multiple types of transverse danger areas according to the degree of the bidding load between the shield machine and the existing segment. The comparison means then compares the transverse danger area according to the bidding load during construction with a combination of the jack thrust during construction and the swing moment during construction.

本願発明のセグメント判定システムには、次のような効果がある。
(1)掘進中、即時的(リアルタイム)にセグメントの構造安定性を評価することができる。その結果、セグメントの破損や変形,目開きに伴う漏水などを事前に予測することができ、適切な対策を講じることによってこれらの不具合を抑制することができる。
(2)構造安定性を定量的に評価することができることから、従来実施されていた人による目視確認を省略することができ、ひいては工事全体における省力化を図ることができる。
(3)セグメント等の不具合を未然に抑制することができることから、トンネル線形を適切に確保するとともに、トンネル覆工の品質向上に寄与することができる。
The segment determination system of the present invention has the following advantages.
(1) The structural stability of the segments can be evaluated in real time during excavation. As a result, damage or deformation of the segments, as well as water leakage due to openings in the segments, can be predicted in advance, and appropriate measures can be taken to prevent these problems.
(2) Since structural stability can be quantitatively evaluated, the visual inspection by humans that was previously performed can be omitted, thereby resulting in labor savings throughout the entire construction process.
(3) Since defects in segments, etc. can be prevented in advance, the tunnel alignment can be properly ensured and the quality of the tunnel lining can be improved.

本願発明のセグメント判定システムの主な構成を示すブロック図。FIG. 1 is a block diagram showing the main configuration of a segment determination system according to the present invention. 危険領域を設定する手順を示すフロー図。FIG. 11 is a flowchart showing a procedure for setting a danger area. セグメントの構造安定性に関する設計手順例を示すフロー図。FIG. 1 is a flow diagram showing an example of a design procedure for the structural stability of a segment. (a)は横断方向危険領域を設定する場合における限界推力座標の散布図、(b)は横断方向危険領域を示すグラフ図。4A is a scatter diagram of limit thrust coordinates when a lateral danger area is set, and FIG. 4B is a graph showing the lateral danger area. (a)は縦断方向危険領域を設定する場合における限界推力座標の散布図、(b)は縦断方向危険領域を示すグラフ図。4A is a scatter diagram of limit thrust coordinates when a longitudinal danger area is set, and FIG. 4B is a graph showing the longitudinal danger area. (a)は横断方向危険領域が配置された推進力平面座標系に4点の現状推進座標がプロットされた横断方向セグメント構造安定判定図、(b)は縦断方向危険領域が配置された推進力平面座標系に同じ4点の現状推進座標がプロットされた縦断方向セグメント構造安定判定図。(a) is a diagram showing the structural stability judgment of a transverse segment in which the current propulsion coordinates of four points are plotted on a propulsion plane coordinate system in which a transverse danger area is located, and (b) is a diagram showing the structural stability judgment of a longitudinal segment in which the current propulsion coordinates of the same four points are plotted on a propulsion plane coordinate system in which a longitudinal danger area is located. セグメント判定システムの主な処理の流れを示すフロー図。FIG. 2 is a flowchart showing a main process flow of the segment determination system. (a)は上方側のみのジャッキを使用して推進するシールドマシンを模式的に示す平面図、(b)は右側のみのジャッキ推力が与えられたセグメントを模式的に示す正面図。(a) is a plan view showing a schematic diagram of a shield machine propelled using jacks on the upper side only, and (b) is a front view showing a schematic diagram of a segment receiving jack thrust only from the right side. セグメントに対して偏心、偏向したシールドマシンを模式的に示す平面図。FIG. 2 is a plan view showing a schematic diagram of a shield machine that is eccentric and deflected relative to the segments.

本願発明のセグメント判定システムの実施の例を図に基づいて説明する。 An example of the implementation of the segment determination system of the present invention is explained with reference to the figures.

1.全体概要
本願発明は、シールドマシン掘進時に設置されたセグメント(以下、「既設セグメント」という。)の状態を、リアルタイムで判定することができるシステムである。また、作業者など人の目視判断に依存することなく、定量的に既設セグメントの状態を判定することができる。なお、既設セグメントの状態を判定するにあたっては、「横断方向危険領域」と「縦断方向危険領域」を利用する。これら横断方向危険領域と縦断方向危険領域(以下、これらを総称して「危険領域」という。)は、後に詳しく説明するように、いずれもシールドマシンのジャッキ推力を第1軸、旋回モーメントを第2軸とする平面座標系(以下、便宜上ここでは「推進力平面座標系」という。)に設定される領域である。
1. Overall Overview The present invention is a system that can determine in real time the state of segments (hereinafter referred to as "existing segments") that are installed during excavation by a shield machine. It can also quantitatively determine the state of the existing segments without relying on the visual judgment of a worker or other person. In determining the state of the existing segments, a "transverse danger area" and a "longitudinal danger area" are used. As will be explained in detail later, these transverse danger areas and longitudinal danger areas (hereinafter collectively referred to as "danger areas") are areas that are set in a plane coordinate system (hereinafter referred to as the "thrust plane coordinate system" for convenience) with the jack thrust of the shield machine as the first axis and the swing moment as the second axis.

通常、シールドマシンによる掘進中には、ジャッキパターン(使用するジャッキとそれぞれのジャッキ油圧)やジャッキ推力(使用ジャッキの総推力)、テールクリアランス(シールドテール内における既設セグメントとの離隔)といった種々の情報(以下、「掘進情報」という。)が得られる。また、ジャッキパターンとジャッキ推力から偏心量を求めることができ、さらに偏心量とジャッキ推力から旋回モーメントを求めることができる(図8(a)や図9)。 Normally, during excavation using a shield machine, various information (hereafter referred to as "excavation information") such as the jack pattern (the jacks used and their hydraulic pressure), jack thrust (total thrust of the jacks used), and tail clearance (the distance from the existing segments within the shield tail) is obtained. In addition, the amount of eccentricity can be calculated from the jack pattern and jack thrust, and the turning moment can be calculated from the amount of eccentricity and the jack thrust (Figures 8(a) and 9).

掘進情報として得られるトンネル掘進中のジャッキ推力(以下、「施工時ジャッキ推力」という。)と、掘進中に求められる旋回モーメント(以下、「施工時旋回モーメント」という。)からなる組み合わせは、上記した推進力平面座標系にプロットすることができる。つまり、施工時ジャッキ推力と施工時旋回モーメントを推進力平面座標系に配置した座標(以下、現状の推進状態を表すことから「現状推進座標」という。)と、同じく推進力平面座標系に配置した危険領域とを照らし合わせることができる。そして、現状推進座標と危険領域との関係から、既設セグメントの状態を定量的にしかもリアルタイムで判定することができるわけである。なお本願発明のセグメント判定システムは、急曲線を含む平面線形のトンネルや急勾配を含む縦断線形のトンネルに特に有効であるが、もちろん通常の平面線形や縦断線形のトンネルにも適用することができる。 The combination of the jack thrust during tunnel excavation (hereinafter referred to as "jack thrust during construction") obtained as excavation information and the turning moment required during excavation (hereinafter referred to as "turning moment during construction") can be plotted on the above-mentioned thrust plane coordinate system. In other words, the coordinates in which the jack thrust during construction and the turning moment during construction are placed in the thrust plane coordinate system (hereinafter referred to as "current thrust coordinates" since they represent the current thrust state) can be compared with the danger area also placed in the thrust plane coordinate system. Then, the condition of the existing segment can be quantitatively and in real time determined from the relationship between the current thrust coordinates and the danger area. The segment determination system of the present invention is particularly effective for horizontal linear tunnels including sharp curves and vertical linear tunnels including steep gradients, but it can also be applied to normal horizontal linear and vertical linear tunnels.

2.対象物状態推定システム
図1は、本願発明のセグメント判定システム100の主な構成を示すブロック図である。この図に示すように本願発明のセグメント判定システム100は、旋回モーメント算出手段101と照合手段102、危険領域記憶手段106を含んで構成され、さらに警報出力手段103や競り荷重算出手段104、表示手段105、推進情報記憶手段107を含んで構成することもできる。
2. Object State Estimation System Fig. 1 is a block diagram showing the main components of the segment determination system 100 of the present invention. As shown in this figure, the segment determination system 100 of the present invention is configured to include a turning moment calculation means 101, a comparison means 102, and a danger area storage means 106, and can also be configured to further include a warning output means 103, auction load calculation means 104, a display means 105, and a propulsion information storage means 107.

セグメント判定システム100を構成する主な要素のうち、旋回モーメント算出手段101と照合手段102、警報出力手段103、競り荷重算出手段104は、専用のものとして製造することもできるし、汎用的なコンピュータ装置を利用することもできる。このコンピュータ装置は、CPU等のプロセッサ、ROMやRAMといったメモリ、マウスやキーボード等の入力手段や液晶ディスプレイを具備するもので、パーソナルコンピュータ(PC)やサーバ、iPad(登録商標)といったタブレット型PC、スマートフォンを含む携帯端末などによって構成することができる。液晶ディスプレイを具備したコンピュータ装置を利用する場合は、その液晶ディスプレイを表示手段105として利用するとよい。 Of the main elements constituting the segment judgment system 100, the turning moment calculation means 101, the comparison means 102, the warning output means 103, and the bidding load calculation means 104 can be manufactured as dedicated units, or a general-purpose computer device can be used. This computer device is equipped with a processor such as a CPU, memory such as ROM and RAM, input means such as a mouse and keyboard, and an LCD display, and can be configured from a personal computer (PC), a server, a tablet PC such as an iPad (registered trademark), or a mobile terminal including a smartphone. When using a computer device equipped with an LCD display, it is recommended that the LCD display be used as the display means 105.

また、危険領域記憶手段106や推進情報記憶手段107は、汎用的コンピュータの記憶装置を利用することもできるし、データベースサーバに構築することもできる。データベースサーバに構築する場合、ローカルなネットワーク(LAN:Local Area Network)に置くこともできるし、インターネット経由(つまり無線通信)で保存するクラウドサーバとすることもできる。 The danger area storage means 106 and the propulsion information storage means 107 can be configured in a general-purpose computer storage device or in a database server. If configured in a database server, they can be placed on a local network (LAN: Local Area Network) or can be a cloud server that stores data via the Internet (i.e., wireless communication).

以下、セグメント判定システム100を構成する主な要素ごとに詳しく説明する。 Below, we will explain in detail each of the main elements that make up the segment determination system 100.

(危険領域記憶手段)
危険領域記憶手段106は、横断方向危険領域と縦断方向危険領域を記憶する手段である。横断方向危険領域と縦断方向危険領域は、複数段階のジャッキ推力を設定するとともに、設定したジャッキ推力(以下、「計画ジャッキ推力」という。)ごとに「限界旋回モーメント」を算出し、計画ジャッキ推力と限界旋回モーメントからなる座標(以下、「限界推力座標」という。)を推進力平面座標系に散布していくことで設定される。ここで限界旋回モーメントとは、計画ジャッキ推力が作用したときにセグメントに不具合が生じない限界(最小)の旋回モーメントであり、横断方向危険領域を設定する場合はシールドマシンと既設セグメントとの競り荷重に基づいて算出され(図9)、縦断方向危険領域を設定する場合はジャッキ反力に基づいて算出される(図8(a))。なお、競り荷重に基づく旋回モーメント(以下、「横断旋回モーメント」という。)と、ジャッキ反力に基づく旋回モーメント(以下、「縦断旋回モーメント」という。)は、従来知られている手法によって算出することができる。以下、図2を参照しながら、横断方向危険領域と縦断方向危険領域の設定手順について詳しく説明する。
(Dangerous area storage means)
The danger area storage means 106 is a means for storing the transverse danger area and the longitudinal danger area. The transverse danger area and the longitudinal danger area are set by setting a plurality of stages of jack thrust, calculating a "limit swing moment" for each set jack thrust (hereinafter referred to as "planned jack thrust"), and scattering coordinates consisting of the planned jack thrust and the limit swing moment (hereinafter referred to as "limit thrust coordinates") in the thrust plane coordinate system. Here, the limit swing moment is the limit (minimum) swing moment at which no malfunction occurs in the segment when the planned jack thrust acts. When setting the transverse danger area, it is calculated based on the bidding load between the shield machine and the existing segment (FIG. 9), and when setting the longitudinal danger area, it is calculated based on the jack reaction force (FIG. 8(a)). The turning moment based on the auction load (hereinafter referred to as "transverse turning moment") and the turning moment based on the jack reaction force (hereinafter referred to as "longitudinal turning moment") can be calculated by a conventionally known method. The procedure for setting the transverse danger area and the longitudinal danger area will be described in detail below with reference to FIG. 2.

図2は、危険領域(横断方向危険領域や縦断方向危険領域)を設定する手順を示すフロー図である。この図に示すように、まずはトンネル線形やセグメント仕様、地盤定数、種々の許容値や閾値など種々の設計条件を設定する(Step101)。そして、複数の値で計画ジャッキ推力を設定する(Step102)。なお、ここで設定される計画ジャッキ推力の数だけ、限界推力座標(計画ジャッキ推力と限界旋回モーメント)が推進力平面座標系にプロットされる。 Figure 2 is a flow diagram showing the procedure for setting danger areas (transverse danger areas and longitudinal danger areas). As shown in this figure, first, various design conditions such as the tunnel alignment, segment specifications, ground constants, various tolerances and thresholds are set (Step 101). Then, the planned jack thrust is set with multiple values (Step 102). Note that the limit thrust coordinates (planned jack thrust and limit turning moment) are plotted in the thrust plane coordinate system for the number of planned jack thrusts set here.

計画ジャッキ推力を設定すると、その計画ジャッキ推力を実現するようなジャッキバランスを設定する(Step103)とともに、偏心量を算出する(Step104)。なお、横断方向危険領域を設定する場合は、計画ジャッキ推力の作用位置から競り荷重の作用位置までの縦断方向距離(モーメント算出時の腕の長さ)を偏心量として算出し、縦断方向危険領域を設定する場合は、計画ジャッキ推力の作用位置からシールドマシン中心までの横断方向距離(モーメント算出時の腕の長さ)を偏心量として算出する。また、横断方向危険領域を設定する場合、設定したジャッキバランスやテールクリアランスに基づいて、シールドマシンと既設セグメントとの競り荷重も求められる。 Once the planned jack thrust is set, the jack balance is set to achieve the planned jack thrust (Step 103), and the amount of eccentricity is calculated (Step 104). When setting a transverse danger area, the longitudinal distance (the arm length when calculating the moment) from the position where the planned jack thrust is applied to the position where the auction load is applied is calculated as the amount of eccentricity, and when setting a longitudinal danger area, the transverse distance (the arm length when calculating the moment) from the position where the planned jack thrust is applied to the center of the shield machine is calculated as the amount of eccentricity. When setting a transverse danger area, the auction load between the shield machine and the existing segment is also calculated based on the set jack balance and tail clearance.

ジャッキバランスを設定し、偏心量を算出すると、セグメントの構造安定性に関する設計計算を行う(Step105)。例えば、横断方向危険領域を設定する場合は、リング継手のせん断破壊の判定や、セグメント継手の曲げ破壊の判定、セグメント主桁の降伏と座屈の判定、セグメント主断面の曲げ破壊と降伏の判定などを行うとよい。一方、縦断方向危険領域を設定する場合は、リング継手の目開きと曲げ破壊の判定や、鋼製セグメントの縦リブの降伏と座屈の判定、RC(あるいは合成)セグメント主断面の縦断曲げ破壊の判定などを行うとよい。なお、セグメントの構造安定性に関する設計計算は、従来用いられている種々の手法を採用することができ、例えば図3に示す解析手順で実施することができる。 Once the jack balance is set and the eccentricity is calculated, design calculations for the structural stability of the segment are performed (Step 105). For example, when setting a transverse danger zone, it is advisable to perform a determination of shear failure of the ring joint, a determination of bending failure of the segment joint, a determination of yield and buckling of the segment main girder, a determination of bending failure and yield of the segment main cross section, etc. On the other hand, when setting a longitudinal danger zone, it is advisable to perform a determination of the opening and bending failure of the ring joint, a determination of yield and buckling of the longitudinal ribs of the steel segment, a determination of longitudinal bending failure of the RC (or composite) segment main cross section, etc. Note that design calculations for the structural stability of the segment can employ various conventional methods, and can be performed, for example, using the analysis procedure shown in Figure 3.

セグメントの構造安定性に関する設計計算を行うと、算出された応力度や変位量、地盤強度などと、事前に設定した各種要件(許容値や閾値など)を照らし合わせる(Step106)。その結果、いずれかの要件を満足しない場合(Step106のNo)、ジャッキパターンを変更したうえで改めて設計計算を実施する。一方、全ての要件を満足する場合(Step106のYes)、ここでの計画ジャッキ推力と偏心量から得られる旋回モーメントを暫定的な限界旋回モーメントとして設定する。そしてジャッキパターンを変更し、別のジャッキパターンで設計計算を繰り返し実施する。 Once design calculations for the structural stability of the segments have been performed, the calculated stress, displacement, ground strength, etc. are compared with various pre-set requirements (such as allowable values and thresholds) (Step 106). If any of the requirements are not met as a result (No in Step 106), the jack pattern is changed and new design calculations are performed. On the other hand, if all requirements are met (Yes in Step 106), the rotation moment obtained from the planned jack thrust and eccentricity here is set as the provisional limit rotation moment. The jack pattern is then changed, and the design calculations are repeated with a different jack pattern.

設定した計画ジャッキ推力を維持しつつジャッキパターンを変えながら上記手順(Step103~Step107)を繰り返し行うと、複数の暫定的な限界旋回モーメントが得られる。そのうち最小の値を示す旋回モーメントを、ここで設定した計画ジャッキ推力における「限界旋回モーメント」として決定する(Step108)。そして、今度は計画ジャッキ推力を変えながら、「計画ジャッキ推力の設定(Step102)」~「限界旋回モーメントの決定(Step108)」を繰り返し行い、それぞれの計画ジャッキ推力における限界旋回モーメントを決定していく。なお、横断方向危険領域を設定する場合はもちろん横断旋回モーメントによって限界旋回モーメントが求められ、縦断方向危険領域を設定する場合はもちろん縦断旋回モーメントによって限界旋回モーメントが求められる。 By repeating the above procedure (Steps 103 to 107) while changing the jack pattern while maintaining the set planned jack thrust, multiple provisional limit swing moments are obtained. The swing moment that shows the smallest value among them is determined as the "limit swing moment" for the planned jack thrust set here (Step 108). Then, while changing the planned jack thrust, "Setting the planned jack thrust (Step 102)" to "Determining the limit swing moment (Step 108)" are repeated to determine the limit swing moment for each planned jack thrust. Note that when a transverse danger zone is set, the limit swing moment is of course determined from the transverse swing moment, and when a longitudinal danger zone is set, the limit swing moment is of course determined from the longitudinal swing moment.

設定したすべての計画ジャッキ推力について限界旋回モーメントが得られると、それぞれ限界推力座標(計画ジャッキ推力と限界旋回モーメント)を推進力平面座標系にプロットしていく(Step109)。図4(a)に横断方向危険領域を設定する場合における限界推力座標の散布図を示し、図5(a)に縦断方向危険領域を設定する場合における限界推力座標の散布図を示す。 When the limit swing moment is obtained for all the set planned jack thrusts, the limit thrust coordinates (planned jack thrusts and limit swing moment) are plotted in the thrust plane coordinate system (Step 109). Figure 4(a) shows a scatter diagram of the limit thrust coordinates when a transverse danger zone is set, and Figure 5(a) shows a scatter diagram of the limit thrust coordinates when a longitudinal danger zone is set.

限界推力座標の散布図が得られると、この散布図に基づいて横断方向危険領域を設定するとともに、縦断方向危険領域を設定する(Step110)。横断方向危険領域を設定するにあたっては、図4(b)に示すように限界推力座標を結ぶライン(以下、「限界推力ライン」という。)の外側(図では右側)の領域を横断方向危険領域とすることができる。あるいは、限界推力ラインを左右に平行移動したうえでその外側の領域を横断方向危険領域とすることもできる。例えば、左側に平行移動した限界推力ラインの外側を横断方向危険領域とする場合、図4(b)に示す横断方向危険領域よりも広い領域となり、すなわち安全側で横断方向危険領域を設定することができる。なお横断方向危険領域は、シールドマシンと既設セグメントとの競り荷重の程度に応じて複数パターンで設定することもできる。つまり、競り荷重を複数のレンジに分け、それぞれレンジごとに異なる横断方向危険領域を設定するわけである。 When the scatter diagram of the limit thrust coordinates is obtained, a transverse danger area is set based on this scatter diagram, and a longitudinal danger area is also set (Step 110). When setting the transverse danger area, the area outside (the right side in the figure) of the line connecting the limit thrust coordinates (hereinafter referred to as the "limit thrust line") can be set as the transverse danger area as shown in FIG. 4(b). Alternatively, the limit thrust line can be translated left and right and the outside area can be set as the transverse danger area. For example, if the outside of the limit thrust line translated left is set as the transverse danger area, the area becomes wider than the transverse danger area shown in FIG. 4(b), that is, the transverse danger area can be set on the safe side. Note that the transverse danger area can also be set in multiple patterns according to the degree of the auction load between the shield machine and the existing segment. In other words, the auction load is divided into multiple ranges, and a different transverse danger area is set for each range.

一方、縦断方向危険領域を設定するにあたっては、図5(b)に示すように「最小旋回モーメントライン」より上方となる領域を縦断方向危険領域とすることができる。この最小旋回モーメントラインは、図5(a)でプロットされた限界推力座標のうち最小となる限界旋回モーメントを基準に設定される。なお図5のケースにおいて、最も右寄りの2点の限界推力座標に関してはいずれのジャッキパターンでも要件を満足する(Step106のYes)ことから、最小限界旋回モーメントの選出から除外している。もちろん図4(b)のケースと同様、限界推力ラインの外側(図では上側)の領域を縦断方向危険領域とすることができるし、限界推力ラインを上下に平行移動したうえでその外側の領域を縦断方向危険領域とすることもできる。 On the other hand, when setting the longitudinal danger area, the area above the "minimum turning moment line" can be set as the longitudinal danger area as shown in FIG. 5(b). This minimum turning moment line is set based on the minimum limit turning moment among the limit thrust coordinates plotted in FIG. 5(a). In the case of FIG. 5, the two rightmost limit thrust coordinates satisfy the requirements for both jack patterns (Yes in Step 106), so they are excluded from the selection of the minimum limit turning moment. Of course, as in the case of FIG. 4(b), the area outside the limit thrust line (the upper side in the figure) can be set as the longitudinal danger area, or the limit thrust line can be translated up or down and the outside area can be set as the longitudinal danger area.

また、横断方向危険領域と縦断方向危険領域に加えて、「横断方向注意領域」と「縦断方向注意領域」を設定することもできる。この横断方向注意領域は、横断方向危険領域に基づいて設定され、しかも横断方向危険領域よりも広い領域で設定される。同様に、縦断方向注意領域は、縦断方向危険領域に基づいて設定され、しかも縦断方向危険領域よりも広い領域で設定される。つまり、横断方向注意領域と縦断方向注意領域は、横断方向危険領域と縦断方向危険領域よりも安全側で設定されるわけである。例えば、図4(b)のケースでは、限界推力ラインを左側に平行移動したうえで、その外側(図では右側)の領域を横断方向注意領域とすることができる。また、図5(b)のケースでは、最小旋回モーメントラインを上側に平行移動したうえで、その外側(図では上側)の領域を縦断方向注意領域とすることができる。横断方向注意領域と縦断方向注意領域は、危険領域記憶手段106に記憶される。 In addition to the lateral danger area and the longitudinal danger area, a "lateral attention area" and a "longitudinal attention area" can also be set. The lateral attention area is set based on the lateral danger area and is set in a wider area than the lateral danger area. Similarly, the longitudinal attention area is set based on the longitudinal danger area and is set in a wider area than the longitudinal danger area. In other words, the lateral attention area and the longitudinal attention area are set on the safer side than the lateral danger area and the longitudinal danger area. For example, in the case of FIG. 4(b), the limit thrust line can be translated to the left and the area outside of it (the right side in the figure) can be set as the lateral attention area. In the case of FIG. 5(b), the minimum turning moment line can be translated to the upper side and the area outside of it (the upper side in the figure) can be set as the longitudinal attention area. The lateral attention area and the longitudinal attention area are stored in the danger area storage means 106.

(推進情報記憶手段)
推進情報記憶手段107(図1)は、掘進情報を記憶する手段である。既述したとおり、一般的なシールドマシンで掘進する場合、施工中にジャッキパターンや施工時ジャッキ推力(つまり、施工時ジャッキ推力)、テールクリアランスといった掘進情報がリアルタイムで得られる。そして、リアルタイムで得られるたびに、その掘進情報は推進情報記憶手段107に記憶される。
(Propulsion information storage means)
The propulsion information storage means 107 (FIG. 1) is a means for storing excavation information. As described above, when excavating with a general shield machine, the jack pattern and the jack thrust during construction (i.e., the thrust during construction) are stored. The excavation information such as the jack thrust, tail clearance, etc. is obtained in real time. Each time the excavation information is obtained in real time, the excavation information is stored in the propulsion information storage means 107.

(旋回モーメント算出手段)
旋回モーメント算出手段101(図1)は、推進情報記憶手段107から掘進情報(特に、施工時ジャッキ推力と施工時ジャッキパターン)を読み出し、施工時における横断旋回モーメント(図9)と縦断旋回モーメントを(図8(a))を算出する手段である。なお、施工時の横断旋回モーメントを算出するにあたっては、施工時におけるシールドマシンと既設セグメントとの競り荷重が用いられる。この競り荷重は、競り荷重算出手段104(図1)が推進情報記憶手段107から読み出した掘進情報(特に、施工時ジャッキ推力と施工時のジャッキパターン)に基づいて算出する。
(Turning moment calculation means)
The swing moment calculation means 101 (Figure 1) is a means for reading out the excavation information (particularly, the jack thrust during construction and the jack pattern during construction) from the propulsion information storage means 107, and calculating the transverse swing moment (Figure 9) and longitudinal swing moment (Figure 8(a)) during construction. Note that when calculating the transverse swing moment during construction, the auction load between the shield machine and the existing segment during construction is used. This auction load is calculated based on the excavation information (particularly, the jack thrust during construction and the jack pattern during construction) read out by the auction load calculation means 104 (Figure 1) from the propulsion information storage means 107.

(照合手段)
照合手段102(図1)は、横断方向危険領域や縦断方向危険領域が配置された推進力平面座標系に、現状推進座標をプロットする手段である。具体的には、推進情報記憶手段107から読み出した施工時ジャッキ推力と、旋回モーメント算出手段101によって算出された旋回モーメント(横断旋回モーメントと縦断旋回モーメント)からなる現状推進座標を、推進力平面座標系にプロットする。ただし、シールドマシンと既設セグメントとの競り荷重の程度に応じて複数パターンの横断方向危険領域が設定されているときは、照合手段102は、競り荷重の程度に応じた横断方向危険領域を読み出したうえで現状推進座標をプロットする。
(Means of verification)
The collation means 102 (FIG. 1) is a means for plotting the current propulsion coordinates in a thrust force plane coordinate system in which the transverse danger areas and the longitudinal danger areas are located. Specifically, the current propulsion coordinates, which are composed of the jack thrust during construction read from the propulsion information storage means 107 and the turning moment (transverse turning moment and longitudinal turning moment) calculated by the turning moment calculation means 101, are plotted in the thrust force plane coordinate system. However, when multiple patterns of transverse danger areas are set according to the degree of the auction load between the shield machine and the existing segment, the collation means 102 reads out the transverse danger area according to the degree of the auction load and then plots the current propulsion coordinates.

図6(a)は、横断方向危険領域が配置された推進力平面座標系に現状推進座標がプロットされた図(以下、「横断方向セグメント構造安定判定図」という。)であり、図6(b)は、縦断方向危険領域が配置された推進力平面座標系に現状推進座標がプロットされた図(以下、「縦断方向セグメント構造安定判定図」という。)である。なお、図6(a)に示す横断方向セグメント構造安定判定図と、図6(b)に示す縦断方向セグメント構造安定判定図には、それぞれ同じ4点(P1~P4)の現状推進座標がプロットされている。 Figure 6(a) is a diagram in which the current propulsion coordinates are plotted in a thrust plane coordinate system in which a transverse danger area is located (hereinafter referred to as the "transverse segment structural stability judgment diagram"), and Figure 6(b) is a diagram in which the current propulsion coordinates are plotted in a thrust plane coordinate system in which a longitudinal danger area is located (hereinafter referred to as the "longitudinal segment structural stability judgment diagram"). Note that the current propulsion coordinates of the same four points (P1 to P4) are plotted in both the transverse segment structural stability judgment diagram shown in Figure 6(a) and the longitudinal segment structural stability judgment diagram shown in Figure 6(b).

掘進中に、横断方向セグメント構造安定判定図と縦断方向セグメント構造安定判定図を液晶ディスプレイなどの表示手段105に表示すると、トンネル内にいる作業者は既設セグメントの構造安定性を定量的かつリアルタイムに評価することができる。具体的には、現状推進座標が横断方向危険領域あるいは縦断方向危険領域の内側にある場合に、既設セグメントに不具合が生じることを予測する。例えば図6に示す現状推進座標P1は、横断方向危険領域の外側あってしかも縦断方向危険領域の外側にあることから不具合のおそれがないと推測することができる。一方、図6に示す現状推進座標P2は、横断方向危険領域外にあるものの縦断方向危険領域の内側にあることから不具合のおそれがあると推測し、また図6に示す現状推進座標P3は、縦断方向危険領域外にあるものの横断方向危険領域の内側にあることから不具合のおそれがあると推測し、さらに図6に示す現状推進座標P4は、横断方向危険領域と縦断方向危険領域の内側にあることからやはり不具合のおそれがあると推測する。このように、既設セグメントの構造安定性を事前に評価することができるため、適切な対策を講ずることができ、未然に不具合を回避することができるわけである。 During excavation, if the transverse segment structural stability judgment diagram and the longitudinal segment structural stability judgment diagram are displayed on a display means 105 such as a liquid crystal display, the worker in the tunnel can quantitatively and in real time evaluate the structural stability of the existing segment. Specifically, if the current advance coordinate is inside the transverse danger area or the longitudinal danger area, it is predicted that a defect will occur in the existing segment. For example, the current advance coordinate P1 shown in FIG. 6 is outside the transverse danger area and also outside the longitudinal danger area, so it can be assumed that there is no risk of a defect. On the other hand, the current advance coordinate P2 shown in FIG. 6 is outside the transverse danger area but inside the longitudinal danger area, so it is assumed that there is a risk of a defect, and the current advance coordinate P3 shown in FIG. 6 is outside the longitudinal danger area but inside the transverse danger area, so it is assumed that there is a risk of a defect, and the current advance coordinate P4 shown in FIG. 6 is inside the transverse danger area and the longitudinal danger area, so it is also assumed that there is a risk of a defect. In this way, the structural stability of existing segments can be evaluated in advance, allowing appropriate measures to be taken and problems to be avoided before they occur.

また、危険領域記憶手段106に横断方向注意領域と縦断方向注意領域が記憶されているときは、照合手段102は、横断方向注意領域と縦断方向注意領域が配置された推進力平面座標系に、現状推進座標をプロットすることもできる。そして、横断方向注意領域が示された横断方向セグメント構造安定判定図を表示手段105に表示するとともに、縦断方向注意領域が示された縦断方向セグメント構造安定判定図を表示手段105に表示することによって、トンネル内にいる作業者は既設セグメントの構造安定性を定量的かつリアルタイムに評価することができる。ただしこの場合は、直ちに既設セグメントに不具合が生じると予測するのではなく、不具合が生じる可能性があるといった程度の予測をすることになる。 In addition, when the lateral and longitudinal attention areas are stored in the danger area storage means 106, the comparison means 102 can also plot the current propulsion coordinates in a propulsion plane coordinate system in which the lateral and longitudinal attention areas are located. Then, by displaying on the display means 105 a lateral segment structural stability judgment diagram showing the lateral attention area and a longitudinal segment structural stability judgment diagram showing the longitudinal attention area, the worker inside the tunnel can quantitatively evaluate the structural stability of the existing segment in real time. However, in this case, rather than predicting that a defect will occur immediately in the existing segment, a prediction is made to the extent that there is a possibility of a defect occurring.

(警報出力手段)
警報出力手段103(図1)は、既設セグメントに不具合が生じると予測されるときに警告情報を出力する手段である(図1)。具体的には、「現状推進座標が横断方向危険領域あるいは縦断方向危険領域の内側にある(図6ではP2~P4)」という状況を、警報出力手段103が検知すると、自動的に警告情報を出力する。この警告情報は、音声や振動、照明、表示手段105への文字表示など、様々な形式とすることができる。また、現状推進座標が危険領域(横断方向危険領域と縦断方向危険領域)のうちいずれか一方の内側にある(図6ではP2とP3)ときと、現状推進座標が危険領域の両方の内側にある(図6ではP4)ときでは、警告情報を変えることもできる。例えば、現状推進座標が一方の危険領域内にあるときは比較的小さな警告音(警告情報)を出力し、現状推進座標が両方の危険領域内にあるときはより大きな警告音を出力して警戒を喚起するわけである。
(Warning output means)
The alarm output means 103 (FIG. 1) is a means for outputting alarm information when it is predicted that a malfunction will occur in the existing segment (FIG. 1). Specifically, when the alarm output means 103 detects a situation in which "the current driving coordinates are inside the transverse danger area or the longitudinal danger area (P2 to P4 in FIG. 6)," it automatically outputs alarm information. This alarm information can be in various forms, such as sound, vibration, lighting, and text display on the display means 105. In addition, the alarm information can be different when the current driving coordinates are inside one of the danger areas (the transverse danger area and the longitudinal danger area) (P2 and P3 in FIG. 6) and when the current driving coordinates are inside both of the danger areas (P4 in FIG. 6). For example, when the current driving coordinates are inside one of the danger areas, a relatively small alarm sound (alarm information) is output, and when the current driving coordinates are inside both of the danger areas, a larger alarm sound is output to alert the driver.

また、危険領域記憶手段106に横断方向注意領域と縦断方向注意領域が記憶されている場合、警報出力手段103は、警告情報とは異なる注意情報を出力することもできる。具体的には、「現状推進座標が横断方向危険領域の外側であって縦断方向危険領域の外側にあるものの、横断方向注意領域あるいは縦断方向注意領域の内側にある」という状況を、警報出力手段103が検知すると、自動的に注意情報を出力する。 In addition, when the danger area storage means 106 stores a cross-directional attention area and a longitudinal attention area, the warning output means 103 can also output attention information different from the warning information. Specifically, when the warning output means 103 detects a situation in which "the current driving coordinates are outside the cross-directional danger area and outside the longitudinal danger area, but are inside the cross-directional attention area or the longitudinal attention area," it automatically outputs the attention information.

次に、図7を参照しながら本願発明のセグメント判定システム100を使用したときの主な処理の流れについて説明する。図7は、セグメント判定システム100の主な処理の流れを示すフロー図であり、中央の列に実施する処理を示し、左列にはその処理に必要な入力情報を、右列にはその処理から生まれる出力情報を示している。 Next, the main process flow when using the segment determination system 100 of the present invention will be described with reference to Figure 7. Figure 7 is a flow diagram showing the main process flow of the segment determination system 100, with the central column showing the process to be performed, the left column showing the input information required for that process, and the right column showing the output information resulting from that process.

あらかじめ危険領域(横断方向危険領域と縦断方向危険領域)や注意領域(横断方向注意領域と縦断方向注意領域)を設定し、これらを危険領域記憶手段106に記憶させたうえでシールドマシンによる掘進を開始する。掘進中は、適宜、推進情報が取得され、その都度、推進情報記憶手段107に記憶される。 Danger areas (transverse danger areas and longitudinal danger areas) and caution areas (transverse caution areas and longitudinal caution areas) are set in advance and stored in the danger area storage means 106 before starting excavation using the shield machine. During excavation, propulsion information is acquired as appropriate and stored in the propulsion information storage means 107 each time.

定期的に、あるいは作業者のオペレーションをトリガとして、推進情報(特に、施工時ジャッキバランスや施工時ジャッキ推力)に基づいて横断旋回モーメント用の偏心量(縦断方向距離)と縦断旋回モーメント用の偏心量(横断方向距離)が算出される(Step301)。また、競り荷重算出手段104が、推進情報(特に、ジャッキバランスやテールクリアランス)に基づいてシールドマシンと既設セグメントとの競り荷重を算出する(Step302)。そして旋回モーメント算出手段101が、偏心量や競り荷重に基づいて横断旋回モーメントと縦断旋回モーメントを算出する(Step303)。 Periodically, or triggered by an operator's operation, the eccentricity (longitudinal distance) for the transverse swing moment and the eccentricity (transverse distance) for the longitudinal swing moment are calculated based on the propulsion information (particularly, the jack balance during construction and the jack thrust during construction) (Step 301). The bidding load calculation means 104 calculates the bidding load between the shield machine and the existing segment based on the propulsion information (particularly, the jack balance and the tail clearance) (Step 302). The swing moment calculation means 101 then calculates the transverse swing moment and the longitudinal swing moment based on the eccentricity and the bidding load (Step 303).

横断旋回モーメントと縦断旋回モーメントが算出されると、照合手段102が横断方向セグメント構造安定判定図と縦断方向セグメント構造安定判定図を生成する(Step304)。なお、シールドマシンと既設セグメントとの競り荷重の程度に応じて複数パターンの横断方向危険領域が設定されているときは、照合手段102は、競り荷重の程度に応じた横断方向危険領域を読み出したうえで横断方向セグメント構造安定判定図を生成する。そして、現状推進座標(施工時ジャッキ推力と施工時旋回モーメント)が横断方向危険領域と縦断方向危険領域のうちいずれか一方の内側にあるとき(Step305のYes)は、警報出力手段103が警告情報を出力し、これにより作業者が適切な処置を施す。このとき、危険領域記憶手段106に横断方向注意領域と縦断方向注意領域が記憶されている場合、警報出力手段103が注意情報を出力することもできる。一方、現状推進座標が横断方向危険領域と縦断方向危険領域の外側にあるとき(Step305のNo)は、そのまま掘進を継続していく。 When the transverse turning moment and the longitudinal turning moment are calculated, the collation means 102 generates a transverse segment structural stability judgment diagram and a longitudinal segment structural stability judgment diagram (Step 304). When multiple patterns of transverse danger areas are set according to the degree of the auction load between the shield machine and the existing segment, the collation means 102 reads out the transverse danger area according to the degree of the auction load and then generates a transverse segment structural stability judgment diagram. Then, when the current propulsion coordinates (the jack thrust during construction and the swing moment during construction) are inside either the transverse danger area or the longitudinal danger area (Yes in Step 305), the alarm output means 103 outputs warning information, and the worker takes appropriate measures. At this time, if the transverse caution area and the longitudinal caution area are stored in the danger area storage means 106, the alarm output means 103 can also output warning information. On the other hand, if the current driving coordinates are outside the transverse danger zone and the longitudinal danger zone (No in Step 305), excavation will continue as is.

本願発明のセグメント判定システムは、地下に構築される道路トンネルのほか、鉄道トンネルや、上下水道用のトンネル、共同溝や電力通信用のトンネルの構築に際して利用することができる。また、小口径から大口径のシールドマシンによる掘進、あるいは泥水式シールド工法や土圧式シールド工法でも利用することができ、広範囲の土質に対応することもできる。なお本願発明は、急曲線を含む平面線形のトンネルや急勾配を含む縦断線形のトンネルに特に有効であり、もちろん通常の平面線形や縦断線形のトンネルでも利用することができる。本願発明によれば効率的かつ安全にトンネル構造物という社会基盤(社会インフラストラクチャ)を構築することができることを考えると、産業上利用できるばかりでなく社会的にも大きな貢献を期待し得る発明といえる。 The segment determination system of the present invention can be used when constructing underground road tunnels, railway tunnels, tunnels for water supply and sewerage, utility conduits, and tunnels for power and communication. It can also be used for excavation using small- to large-diameter shield machines, or for slurry shield and earth pressure shield methods, and can be used for a wide range of soil types. The present invention is particularly effective for horizontal linear tunnels that include sharp curves and vertical linear tunnels that include steep gradients, and can of course also be used for normal horizontal and vertical linear tunnels. Considering that the present invention can efficiently and safely construct social infrastructure (social infrastructure) such as tunnel structures, it can be said to be an invention that can be used not only industrially but also has the potential to make a significant contribution to society.

100 本願発明のセグメント判定システム
101 (セグメント判定システムの)旋回モーメント算出手段
102 (セグメント判定システムの)照合手段
103 (セグメント判定システムの)警報出力手段
104 (セグメント判定システムの)競り荷重算出手段
105 (セグメント判定システムの)表示手段
106 (セグメント判定システムの)危険領域記憶手段
107 (セグメント判定システムの)推進情報記憶手段
SH シールドマシン
SG セグメント
100 Segment determination system of the present invention 101 Swing moment calculation means (of segment determination system) 102 Verification means (of segment determination system) 103 Warning output means (of segment determination system) 104 Auction load calculation means (of segment determination system) 105 Display means (of segment determination system) 106 Danger area storage means (of segment determination system) 107 Propulsion information storage means (of segment determination system) SH Shield machine SG Segment

Claims (5)

シールドマシン掘進時に設置されるセグメントの状態を、横断方向危険領域及び縦断方向危険領域を用いて判定するシステムであって、
シールドマシンのジャッキ推力を第1軸とし旋回モーメントを第2軸とする平面座標系に設定される前記横断方向危険領域及び前記縦断方向危険領域を記憶する危険領域記憶手段と、
トンネル掘進中の施工時ジャッキ推力に基づいて、既設のセグメントに作用する施工時旋回モーメントを算出する旋回モーメント算出手段と、
前記施工時ジャッキ推力及び前記施工時旋回モーメントと、前記横断方向危険領域及び前記縦断方向危険領域と、を照らし合わせる照合手段と、
前記照合手段によって照らし合わせた結果、前記施工時ジャッキ推力及び前記施工時旋回モーメントが、前記横断方向危険領域内にあるとき、又は前記縦断方向危険領域内にあるとき、既設のセグメントに不具合が生じる警告情報を出力する警報出力手段と、を備え、
シールドマシンと既設セグメントとの競り荷重に基づいて設定される前記横断方向危険領域及び既設セグメントから得られるジャッキ反力に基づいて設定される前記縦断方向危険領域は、計画ジャッキ推力に基づいてそれぞれ算出される限界旋回モーメントを前記平面座標系に散布することによって設定され、
前記限界旋回モーメントは、前記計画ジャッキ推力が作用したときにセグメントに不具合が生じない限界の旋回モーメントである、
ことを特徴とするセグメント判定システム
A system for determining the state of a segment installed during shield machine excavation using a transverse danger area and a longitudinal danger area,
A danger area storage means for storing the transverse danger area and the longitudinal danger area that are set in a plane coordinate system with the jack thrust of the shield machine as a first axis and the turning moment as a second axis;
a swing moment calculation means for calculating a swing moment acting on an existing segment during construction based on a jack thrust during tunnel excavation;
A collation means for comparing the jack thrust during construction and the swing moment during construction with the transverse danger area and the longitudinal danger area;
and an alarm output means for outputting an alarm indicating that a malfunction will occur in an existing segment when the jack thrust during construction and the swing moment during construction are within the transverse danger area or the longitudinal danger area as a result of the comparison by the comparison means,
The transverse danger area , which is set based on the auction load between the shield machine and the existing segment , and the longitudinal danger area , which is set based on the jack reaction force obtained from the existing segment , are set by scattering limit turning moments, which are respectively calculated based on the planned jack thrust, on the plane coordinate system,
The limit rotation moment is a limit rotation moment at which no malfunction occurs in the segment when the planned jack thrust acts.
A segment determination system comprising:
シールドマシン掘進時に設置されるセグメントの状態を、横断方向危険領域及び縦断方向危険領域を用いて判定するシステムであって
シールドマシンのジャッキ推力を第1軸とし旋回モーメントを第2軸とする平面座標系に設定される前記横断方向危険領域及び前記縦断方向危険領域を記憶する危険領域記憶手段と、
トンネル掘進中の施工時ジャッキ推力に基づいて、既設のセグメントに作用する施工時旋回モーメントを算出する旋回モーメント算出手段と、
前記施工時ジャッキ推力及び前記施工時旋回モーメントと、前記横断方向危険領域及び前記縦断方向危険領域と、を照らし合わせる照合手段と、を備え、
シールドマシンと既設セグメントとの競り荷重に基づいて設定される前記横断方向危険領域、及び既設セグメントから得られるジャッキ反力に基づいて設定される前記縦断方向危険領域は、計画ジャッキ推力に基づいてそれぞれ算出される限界旋回モーメントを前記平面座標系に散布することによって設定され、
前記限界旋回モーメントは、前記計画ジャッキ推力が作用したときにセグメントに不具合が生じない限界の旋回モーメントであり、
前記照合手段は、前記横断方向危険領域が配置された前記平面座標系に、前記施工時ジャッキ推力及び前記施工時旋回モーメントからなる現状推進座標をプロットした図を表示手段に表示するとともに、前記縦断方向危険領域が配置された該平面座標系に、該現状推進座標をプロットした図を該表示手段に表示し、
前記表示手段を確認した作業者は、前記現状推進座標が前記横断方向危険領域、又は前記縦断方向危険領域の内側にあるとき、既設セグメントに不具合が生じることを予測することができる、
ことを特徴とするセグメント判定システム。
A system for determining the state of a segment installed during shield machine excavation using a transverse danger area and a longitudinal danger area ,
A danger area storage means for storing the transverse danger area and the longitudinal danger area that are set in a plane coordinate system with the jack thrust of the shield machine as a first axis and the turning moment as a second axis;
a swing moment calculation means for calculating a swing moment acting on an existing segment during construction based on a jack thrust during tunnel excavation;
A collation means for comparing the construction jack thrust and the construction swing moment with the transverse danger area and the longitudinal danger area,
The transverse danger area, which is set based on the auction load between the shield machine and the existing segment, and the longitudinal danger area, which is set based on the jack reaction force obtained from the existing segment, are set by scattering limit turning moments, which are respectively calculated based on the planned jack thrust, on the plane coordinate system,
The limit rotation moment is a limit rotation moment at which no malfunction occurs in the segment when the planned jack thrust acts,
The collation means displays on the display means a diagram in which current propulsion coordinates consisting of the jack thrust during construction and the swing moment during construction are plotted on the plane coordinate system in which the transverse danger area is located, and displays on the display means a diagram in which the current propulsion coordinates are plotted on the plane coordinate system in which the longitudinal danger area is located,
When the operator checks the display means, the operator can predict that a problem will occur in the existing segment when the current driving coordinate is inside the transverse danger area or the longitudinal danger area.
A segment determination system comprising:
前記旋回モーメント算出手段は、シールドマシンと既設セグメントとの競り荷重に基づいて施工時における横断旋回モーメントを算出するとともに、既設セグメントから得られるジャッキ反力に基づいて施工時における縦断旋回モーメントを算出し、The turning moment calculation means calculates a transverse turning moment during construction based on the abutment load between the shield machine and the existing segment, and calculates a longitudinal turning moment during construction based on a jack reaction force obtained from the existing segment,
前記照合手段は、前記施工時ジャッキ推力及び前記横断旋回モーメントと前記横断方向危険領域を照らし合わせるとともに、該施工時ジャッキ推力及び前記縦断旋回モーメントと前記縦断方向危険領域を照らし合わせる、The collation means collate the jack thrust during construction and the transverse rotation moment with the transverse danger area, and collate the jack thrust during construction and the longitudinal rotation moment with the longitudinal danger area.
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載のセグメント判定システム。3. The segment determination system according to claim 1 or 2.
前記危険領域記憶手段には、横断方向注意領域と縦断方向注意領域とが記憶され、
前記横断方向注意領域は、前記横断方向危険領域に基づき、該横断方向危険領域よりも広い領域で設定され、
前記縦断方向注意領域は、前記縦断方向危険領域に基づき、該縦断方向危険領域よりも広い領域で設定され、
前記警報出力手段は、前記施工時ジャッキ推力及び前記施工時旋回モーメントが、前記横断方向危険領域外かつ前記縦断方向危険領域外であって、前記横断方向注意領域内にあるとき、又は前記縦断方向注意領域内にあるとき、前記警告情報とは異なる注意情報を出力する、
ことを特徴とする請求項1記載のセグメント判定システム。
The danger area storage means stores a transverse direction attention area and a longitudinal direction attention area,
The crossing direction attention area is set based on the crossing direction danger area and is wider than the crossing direction danger area,
The longitudinal direction attention area is set based on the longitudinal direction danger area and is wider than the longitudinal direction danger area,
The alarm output means outputs caution information different from the warning information when the construction jack thrust and the construction swing moment are outside the transverse danger area and outside the longitudinal danger area and are within the transverse attention area or are within the longitudinal attention area.
2. The segment determination system according to claim 1.
トンネル掘進中におけるシールドマシンと既設セグメントとの施工時競り荷重を算出する競り荷重算出手段を、さらに備え、
前記危険領域記憶手段には、シールドマシンと既設セグメントの競り荷重の程度に応じた複数種類の前記横断方向危険領域が記憶され、
前記照合手段は、前記施工時競り荷重に応じた前記横断方向危険領域と、前記施工時ジャッキ推力及び前記施工時旋回モーメントと、を照らし合わせる、
ことを特徴とする請求項4記載のセグメント判定システム。
The present invention further includes a bid load calculation means for calculating a bid load between the shield machine and the existing segment during tunnel excavation,
The danger area storage means stores a plurality of types of transverse danger areas according to the degree of the crossing load between the shield machine and the existing segment,
The collation means compares the transverse danger area according to the construction load with the construction jack thrust and the construction swing moment.
5. The segment determination system according to claim 4 .
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Title
土木学会,シールドトンネル施行時荷重,日本,土木学会,2006年10月12日,72-73頁、104-107頁、112-113頁、158-161頁

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