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JPH0696942B2 - Monitoring device in muddy water shield chamber - Google Patents
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JPH0696942B2 - Monitoring device in muddy water shield chamber - Google Patents

Monitoring device in muddy water shield chamber

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JPH0696942B2
JPH0696942B2 JP7457690A JP7457690A JPH0696942B2 JP H0696942 B2 JPH0696942 B2 JP H0696942B2 JP 7457690 A JP7457690 A JP 7457690A JP 7457690 A JP7457690 A JP 7457690A JP H0696942 B2 JPH0696942 B2 JP H0696942B2
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muddy water
ultrasonic
density
pipe
chamber
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清 倉林
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Toda Corp
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は泥水式シールドチャンバー内の監視装置、特に
注水パイプを用いて前記チャンバー内へ供給される泥水
や、排水パイプを用いて、前記チャンバーから排出され
る泥水等の流速および密度を測定し、この測定値からシ
ールドチャンバー内の状態を監視する装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial field of application] The present invention relates to a monitoring device in a muddy water type shield chamber, and in particular, to muddy water supplied into the chamber using a water injection pipe, and a drain pipe to provide the chamber. The present invention relates to a device for measuring the flow velocity and density of muddy water discharged from a device and monitoring the condition inside the shield chamber from the measured values.

[従来の技術] 周知のように、泥水式シールド工法は、密閉型のシール
ド工法の1つとして幅広く用いられている。
[Prior Art] As is well known, the muddy water type shield construction method is widely used as one of the sealed shield construction methods.

この泥水式シールド工法は、チャンバー内で泥水と土砂
とを混合しスラリー化して排出する。従って、シールド
チャンバー内における泥水密度を正確に測定し、排泥
量、ひいては掘削乾砂量の演算を行うことが、良好な掘
進管理を行う上で重要となる。
In this muddy water shield construction method, muddy water and earth and sand are mixed in a chamber to form a slurry and the slurry is discharged. Therefore, accurate measurement of the mud density in the shielded chamber and calculation of the amount of discharged mud, and consequently the amount of dry sand, are important for good excavation control.

このような密度測定を行うため、従来より、排水パイプ
に差圧密度計を設け、チャンバーからスラリー化して排
出される泥水の密度を測定する監視装置が知られてい
る。
In order to perform such density measurement, conventionally, there has been known a monitoring device in which a differential pressure densitometer is provided in a drain pipe to measure the density of mud water which is slurried from a chamber and discharged.

[発明が解決しようとする問題点] しかし、前記差圧密度計は、液圧の差から泥水密度を求
めているので、泥水に礫が混入すると泥水密度、ひいて
はチャンバー内に取込まれた乾砂量を正確に測定し、チ
ャンバー内の土砂充満状態を正確に把握することができ
ないという問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, since the differential pressure densitometer obtains the muddy water density from the difference in hydraulic pressure, if muddy water is mixed with gravel, the muddy water density, and thus the dry water taken into the chamber, will be reduced. There is a problem in that it is impossible to accurately measure the amount of sand and to accurately grasp the filled state of sediment in the chamber.

また、前記差圧密度計は、泥水の急激な密度変化に追従
できず、リアルタイム測定用のセンサとして用いること
が難しいという問題があった。
Further, the differential pressure densitometer cannot follow a sudden change in density of muddy water, which makes it difficult to use as a sensor for real-time measurement.

さらに、前記差圧密度計は、単に泥水の密度を測定する
だけであり、泥水の流速等を測定する場合には、これと
は別に流速センサ等を設ける必要があり、装置全体が複
雑かつ高価になってしまうという問題があった。
Furthermore, the differential pressure densitometer simply measures the density of the muddy water, and when measuring the muddy water flow rate, etc., it is necessary to provide a flow rate sensor or the like separately from the muddy water, which makes the entire apparatus complicated and expensive. There was a problem that became.

本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたもの
であり、その目的は、注水パイプを用いてシールドチャ
ンバーへ注入される泥水や、排水パイプを用いてシール
ドチャンバーから排出される泥水の流速および泥水密度
を、リアルタイムで正確に測定することができる簡単な
構成の泥水式シールドチャンバー内の監視装置を提供す
ることにある。
The present invention has been made in view of such conventional problems, and an object thereof is muddy water injected into a shield chamber using a water injection pipe, and muddy water discharged from the shield chamber using a drainage pipe. It is an object of the present invention to provide a monitoring device in a muddy water type shield chamber having a simple structure capable of accurately measuring the flow velocity and the muddy water density in real time.

[問題点を解決するための手段] 前記目的を達成するため、本発明は、 泥水式シールドチャンバへ注水する注水パイプと、 泥水式シールドチャンバに取込まれスラリー化された土
砂を排出する排水パイプと、 を含む泥水式シールド掘進機において、 前記注水パイプまたは排水パイプの少くともいずれか一
方に、パイプ内を流れる泥水の流動方向に対し所定角度
で交叉するよう対向配置された少なくとも一対の超音波
送受信器と、 前記一対の超音波送受信器の超音波送受信タイミングお
よび超音波減衰量に基づき、パイプ内を流れる泥水の流
速および密度を演算する演算部とを含むことを特徴とす
る。
[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention provides a water injection pipe for injecting water into a muddy water shield chamber, and a drainage pipe for discharging slurry that is taken into the muddy water shield chamber and slurried. In a muddy water shield machine, including: and at least one of a pair of ultrasonic waves that are arranged to face at least one of the water injection pipe and the drain pipe so as to intersect at a predetermined angle with respect to the flow direction of the muddy water flowing in the pipe It is characterized by including a transmitter / receiver and an operation unit for calculating the flow velocity and density of the muddy water flowing in the pipe based on the ultrasonic wave transmission / reception timing and the ultrasonic attenuation amount of the pair of ultrasonic wave transmitters / receivers.

[作用] 本発明では、注水パイプまたは排水パイプの少なくとも
いずれか一方に、少なくとも一対の超音波送受信器を、
パイプ内を流れる泥水の流動方向に対し所定角度で交差
するよう対向配置している。
[Operation] In the present invention, at least a pair of ultrasonic transceivers is provided on at least one of the water injection pipe and the drain pipe.
The pipes are arranged so as to intersect with the flow direction of the muddy water flowing in the pipe at a predetermined angle.

このとき、一対の超音波送受信器間における超音波伝搬
速度は、流速に対応して変化する。従って、前記一対の
超音波送受信器間における超音波伝搬時間を測定するこ
とにより、パイプ内を流れる泥水の流速を求めることが
できる。
At this time, the ultrasonic wave propagation velocity between the pair of ultrasonic wave transmitters / receivers changes in accordance with the flow velocity. Therefore, the flow velocity of the muddy water flowing in the pipe can be obtained by measuring the ultrasonic wave propagation time between the pair of ultrasonic wave transmitters / receivers.

また、泥水内において超音波を送受信した際、その超音
波は泥水の密度に応じて減衰する。従って、前記一対の
超音波送受信器間で送受信される超音波の減衰量を求め
ることにより、パイプ内を流れる泥水の密度をリアルタ
イムで求めることができる。
Further, when ultrasonic waves are transmitted and received in the muddy water, the ultrasonic waves are attenuated according to the density of the muddy water. Therefore, by obtaining the attenuation amount of the ultrasonic waves transmitted and received between the pair of ultrasonic transceivers, the density of the muddy water flowing in the pipe can be obtained in real time.

このようにして、本発明の監視装置によれば、注水パイ
プまたは排水パイプの少なくともいずれか一方内を流れ
る泥水の流速および密度をリアルタイムで正確に測定す
ることができるため、シールドチャンバー内における土
砂充満状況の変化をリアルタイムで正確に把握し、掘進
管理を行うことが可能となる。
In this way, according to the monitoring device of the present invention, the flow velocity and density of the muddy water flowing in at least one of the water injection pipe and the drainage pipe can be accurately measured in real time, so that the soil filled in the shield chamber can be filled. It becomes possible to accurately grasp the changes in the situation in real time and manage the excavation.

特に、近年のシールド工法では、コンピュータによりシ
ールド掘進機の集中制御を行っている。このため、本発
明のように泥水の密度および流速をリアルタイムで正確
に把握できる監視装置は、コンピュータのセンサ部分と
して極めて好適なものとなる。
In particular, in the recent shield construction method, a computer performs centralized control of the shield machine. Therefore, the monitoring device according to the present invention, which can accurately grasp the density and flow velocity of muddy water in real time, is extremely suitable as a sensor part of a computer.

さらに、本発明によれば一対の超音波送受信器を用い、
泥水の流速および密度の測定を同時に行うことができ、
従来のように密度の測定と流速の測定とを別々のセンサ
を用いて行った監視装置に比べ、その構成が簡単かつ安
価なものとなる。
Furthermore, according to the present invention, using a pair of ultrasonic transceivers,
The flow velocity and density of mud can be measured simultaneously,
The configuration is simpler and less expensive than the conventional monitoring device that measures the density and the flow velocity using separate sensors.

[実施例] 次に本発明の好適な実施例を図面に基づき詳細に説明す
る。
[Embodiment] Next, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図には、本発明が適用された泥水式シールド掘進機
の好適な一例が示されている。
FIG. 1 shows a preferred example of a muddy water shield machine to which the present invention is applied.

実施例の泥水式シールド掘進機は、シールド10の前部に
隔壁12を設け、この隔壁12の切羽22側に、トンネル構内
24と隔絶された密閉空間をシールドチャンバー14として
形成する。このシールドチャンバー14内は、注水パイプ
16から供給される泥水100により満たされている。
The muddy water shield machine of the embodiment is provided with a partition wall 12 at the front part of the shield 10, and on the face 22 side of this partition wall 12, inside the tunnel premises.
A sealed space isolated from 24 is formed as a shield chamber 14. The inside of this shield chamber 14 is a water injection pipe.
It is filled with 100 muddy water supplied from 16.

切羽22の掘削は、図示しない駆動装置により回転駆動さ
れる回転式カッタ20によって行われ、削り取られた土砂
はシールドチャンバー14内に取り込まれる。取り込まれ
た土砂は、チャンバー14内において泥水と攪拌され、ス
ラリー化された泥水として排水パイプ18から排出され
る。
The excavation of the cutting face 22 is performed by the rotary cutter 20 that is rotationally driven by a drive device (not shown), and the scraped earth and sand is taken into the shield chamber 14. The earth and sand taken in is agitated with the muddy water in the chamber 14 and discharged from the drain pipe 18 as muddy water slurried.

このとき切羽22の安定は、シールドチャンバー14内にお
ける泥水の濃度と加圧力により管理される。
At this time, the stability of the face 22 is controlled by the concentration and pressure of the muddy water in the shield chamber 14.

本実施例において、前記注水パイプ16には超音波送受信
装置30aが設けられ、排水パイプ18にも超音波送受信装
置30bが設けられている。これら各超音波送受信装置30
a,30bは、それぞれシールドチャンバー14に近い位置に
設けることが、チャンバー14内の状態を正確に把握する
上で好ましい。
In this embodiment, the water injection pipe 16 is provided with an ultrasonic transmitting / receiving device 30a, and the drain pipe 18 is also provided with an ultrasonic transmitting / receiving device 30b. Each of these ultrasonic transceivers 30
It is preferable to provide a and 30b at positions close to the shield chamber 14 in order to accurately grasp the state inside the chamber 14.

第2図には、前記超音波送受信装置30a,30bの具体的な
構成が示されている。なお前記各超音波送受信装置30a,
30bは、その構成が同一であるので、ここでは排水パイ
プ18に設けられた超音波送受信装置30bを例にとりその
構成および作用を説明する。
FIG. 2 shows a specific configuration of the ultrasonic transmitter / receivers 30a and 30b. Each of the ultrasonic transmitter / receiver devices 30a,
Since the structure of 30b is the same, the structure and operation of the ultrasonic transmitting / receiving device 30b provided in the drainage pipe 18 will be described here as an example.

実施例の超音波送受信装置30は、排水パイプ18の側壁
に、パイプ内を流れる泥水100の流動方向に対し所定角
度θで交差するよう対向配置された一対の超音波送受信
器32,34を有する。
The ultrasonic transmitter / receiver 30 of the embodiment has a pair of ultrasonic transmitter / receivers 32, 34 arranged on the side wall of the drain pipe 18 so as to face each other at a predetermined angle θ with respect to the flow direction of the muddy water 100 flowing in the pipe. .

本発明の第1の特徴は、前記一対の超音波送受信器32,3
4を用い、パイプ18内を流れる泥水100の流速Vをリアル
タイム測定することにある。
A first feature of the present invention is that the pair of ultrasonic transceivers 32, 3
4 is used to measure the flow velocity V of the muddy water 100 flowing in the pipe 18 in real time.

これにおいて、静止した液体中の超音波の伝搬速度C
は、液体の種類,温度,圧力が定まれば一定値となる
が、液体が流動するとその流れの向きと流速に対応して
変化する。例えば、流動方向と超音波伝搬方向が順方向
であれば、超音波の伝搬速度は流速分だけ増加し、逆方
向であれば流速分だけ減少する。
In this, the propagation velocity C of the ultrasonic wave in the stationary liquid
Is a constant value when the type, temperature, and pressure of the liquid are fixed, but when the liquid flows, it changes according to the direction and flow velocity of the flow. For example, if the flow direction and the ultrasonic wave propagation direction are forward, the ultrasonic wave propagation speed increases by the flow velocity, and if the flow direction is opposite, the ultrasonic wave propagation velocity decreases by the flow velocity.

従って、前記一対の超音波送受信器32,34から繰返し交
互に超音波パルスを送受信させ、このとき泥水100の流
れに対して順方向の伝搬時間をt1,逆方向の伝搬時間を
t2とし、泥水100の流速Vとの関係を求めると次式で示
す関係が得られる。
Therefore, ultrasonic pulses are repeatedly transmitted and received alternately from the pair of ultrasonic transmitters / receivers 32, 34, at this time, the propagation time in the forward direction is t 1 with respect to the flow of the muddy water 100, and the propagation time in the reverse direction is
When the relationship with the flow velocity V of the muddy water 100 is calculated with t 2 , the relationship shown by the following equation is obtained.

(1),(2)式より ただし、 V=流速(m/S) L=送受信器間の距離(m) θ=超音波伝搬軸と管の中心軸とがなす角度 C=静止泥水中の超音波の伝搬速度(m/S) 前記(3)式から分るように、伝搬時間の逆数の差と、
流速との関係は一次の比例関係にあり、その直線性が非
常に良く、また逆数差を求めることによって、静止泥水
中の伝搬速度Cの項が消去されるので、泥水の種類,温
度,圧力とは無関係に流速Vを測定することができる。
From equations (1) and (2) However, V = Velocity (m / S) L = Distance between transmitter and receiver (m) θ = Angle between ultrasonic wave propagation axis and center axis of tube C = Propagation speed of ultrasonic wave in stationary mud (m / S) ) As can be seen from the equation (3), the difference of the reciprocal of the propagation time and
The relationship with the flow velocity is linearly proportional, its linearity is very good, and by obtaining the reciprocal difference, the term of propagation velocity C in stationary mud is eliminated, so the type of mud, temperature, pressure The flow velocity V can be measured independently of.

本実施例において、このような流速測定は、1秒間に20
回の速さで繰返して行われ、その演算は後述する第6図
の回路を用いて、0.01m/sの単位で行われるので、応答
速度,流速の分解能が非常に優れ、しかもドリフトがな
い。
In the present embodiment, such flow velocity measurement is performed at 20 times per second.
It is repeatedly performed at the speed of one time, and the calculation is performed in units of 0.01 m / s using the circuit of FIG. 6 described later, so the response speed and flow velocity resolution are extremely excellent, and there is no drift. .

実施例の装置では、このようにして求めた泥水100の流
速Vに基づき、排水パイプ18内を流れる泥水100の流量
Qを求めることができる。このとき、流量Qはパイプ18
の断面平均流速に断面積Sを乗じて求められるが、前記
一対の超音波送受信器32,34を用いて測定される流速V
は、超音波の伝搬軸(測線)の線平均流速であることか
ら、これを断面平均流速に換算する必要がある。この換
算は、プランティールの速度分布方程式により次式で与
えられる。
In the apparatus of the embodiment, the flow rate Q of the muddy water 100 flowing in the drainage pipe 18 can be obtained based on the flow velocity V of the muddy water 100 thus obtained. At this time, the flow rate Q is 18
The cross-sectional area S is multiplied by the cross-sectional average flow velocity V of the ultrasonic wave, and the flow velocity V measured using the pair of ultrasonic transceivers 32 and 34.
Is the line average flow velocity of the propagation axis (measurement line) of the ultrasonic waves, and it is necessary to convert this to the cross-section average flow velocity. This conversion is given by the following equation using the Plantile velocity distribution equation.

ただし、=断面平均流速(m/S) V=超音波流量計で測定された線平均流速(m/
S) Re=レイノルズ数 そして、泥水100の流量Qは、この断面平均流速を用
い次式で求められることになる。
However, = cross-section average flow velocity (m / S) V = line-average flow velocity measured by ultrasonic flowmeter (m / S)
S) Re = Reynolds number Then, the flow rate Q of the muddy water 100 is obtained by the following equation using this cross-sectional average flow velocity.

Q=×S …(5) このようにして、本発明によれば、パイプ18内を流れる
泥水100の流速V,流量Qをリアルタイムで測定できる。
Q = × S (5) As described above, according to the present invention, the flow velocity V and the flow rate Q of the muddy water 100 flowing in the pipe 18 can be measured in real time.

また、本発明の第2の特徴は、対向配置された一対の超
音波送受信器32,34を用い、パイプ18内を流れる泥水100
の密度ρをリアルタイム測定することにある。
The second feature of the present invention is that the muddy water 100 flowing in the pipe 18 is formed by using a pair of ultrasonic transmitters / receivers 32, 34 arranged to face each other.
It is to measure the density ρ of the real time.

すなわち、一対の超音波送受信器32,34間で超音波を送
受波すると、送信された超音波信号は、泥水100の粒子
界面での散乱および粘性,粒子の内部摩擦によって減衰
される。
That is, when ultrasonic waves are transmitted / received between the pair of ultrasonic wave transmitters / receivers 32, 34, the transmitted ultrasonic wave signals are attenuated by scattering and viscosity at the particle interface of the muddy water 100 and internal friction of the particles.

第5図(A)には、超音波送受信器32から泥水100へ向
け送信される超音波の矩形パルスが示され、同図(B)
には、超音波送受信器34で受信される超音波の受信波形
が示されている。同図に示すよう、泥水100に向け送信
された超音波は、泥水内において減衰した後受信される
ことが理解されよう。
FIG. 5 (A) shows a rectangular pulse of ultrasonic waves transmitted from the ultrasonic transmitter / receiver 32 to the muddy water 100, and FIG. 5 (B).
In the figure, the reception waveform of the ultrasonic wave received by the ultrasonic transmitter / receiver 34 is shown. As shown in the figure, it will be understood that the ultrasonic wave transmitted to the muddy water 100 is received after being attenuated in the muddy water.

このとき、泥水100の密度ρと、超音波の減衰量は所定
の対応関係をもつため、受信された超音波の減衰量を測
定することで、泥水100の密度ρを求めることができ
る。
At this time, since the density ρ of the muddy water 100 and the attenuation amount of the ultrasonic waves have a predetermined correspondence relationship, the density ρ of the muddy water 100 can be obtained by measuring the attenuation amount of the received ultrasonic waves.

第3図,第4図には、泥水中に含まれる固形物の濃度
と、この泥水中を通過する超音波の減衰率との測定デー
タが示されている。第3図は、泥水中にカオリンを混入
した場合のデータであり、第4図は泥水中に石灰および
石膏を混入した場合のデータである。
3 and 4 show measured data of the concentration of solid matter contained in the muddy water and the attenuation rate of ultrasonic waves passing through the muddy water. FIG. 3 shows the data when kaolin is mixed in the muddy water, and FIG. 4 is the data when lime and gypsum are mixed in the muddy water.

これら測定データから明らかなように、超音波の減衰量
は泥水中の固形物濃度と比例関係を有することが理解さ
れよう。従って、第2図に示すよう泥水100内にて超音
波を送受波することにより、受信された超音波の減衰量
に基づき泥水100の密度ρ(泥水100中に含まれる乾砂量
の体積濃度)をリアルタイムで測定することができる。
このとき、泥水の色、pH,電導度等に影響されることな
く、あるいは固体,乳化粒子など不均質な懸濁粒子を含
む場合でも、これに影響されることなく泥水濃度を正確
に測定することが可能となる。
As is clear from these measurement data, it is understood that the attenuation of ultrasonic waves has a proportional relationship with the solid content concentration in mud water. Therefore, by transmitting and receiving ultrasonic waves in the muddy water 100 as shown in FIG. 2, the density ρ of the muddy water 100 (volume concentration of the amount of dry sand contained in the muddy water 100 is calculated based on the amount of attenuation of the received ultrasonic waves. ) Can be measured in real time.
At this time, the mud concentration can be measured accurately without being affected by the color, pH, conductivity, etc. of the muddy water, or even if it contains heterogeneous suspended particles such as solid or emulsified particles. It becomes possible.

第6図には、本実施例の回路構成の好適な一例が示され
ている。実施例の装置は、前記一対の超音波送受信器3
2,34を駆動する振動子駆動回路40と、泥水100の密度と
超音波減衰量との相関関係が予めテーブルデータとして
記憶されたメモリ42と、泥水100の流速Vおよび密度を
演算する演算回路44とを有する。
FIG. 6 shows a preferred example of the circuit configuration of this embodiment. The apparatus of the embodiment, the pair of ultrasonic transceiver 3
An oscillator driving circuit 40 for driving the 2, 34, a memory 42 in which the correlation between the density of the muddy water 100 and the ultrasonic attenuation amount is stored in advance as table data, and an arithmetic circuit for calculating the flow velocity V and the density of the muddy water 100. 44 and.

これら振動子駆動回路40,メモリ42および演算回路44
は、注水パイプ16に設けられた超音波送受信装置30a
と、排水パイプ18に設けられた超音波送受信装置30bの
それぞれに対し1組ずつ設けられており、これら各パイ
プ16,18内を流れる泥水100の流速Vおよび密度ρそれぞ
れリアルタイム検出するよう形成されている。
These oscillator drive circuit 40, memory 42 and arithmetic circuit 44
Is an ultrasonic transmitter / receiver 30a provided in the water injection pipe 16.
One set is provided for each of the ultrasonic transmitting / receiving devices 30b provided in the drainage pipe 18, and the flow velocity V and the density ρ of the muddy water 100 flowing in each of the pipes 16 and 18 are formed so as to be detected in real time. ing.

これにおいて、前記振動子駆動回路40は、測定指令が外
部から入力されると、一方の送受信器32から他方の送受
信器34へ向けた超音波送受信動作と、他方の送受信器34
から一方の送受信器32へ向けた超音波送受信動作とを交
互に繰返し行う。このとき、送信される超音波は、第5
図(A)に示すような矩形パルスとする。
In this, when the measurement command is input from the outside, the vibrator drive circuit 40 performs an ultrasonic wave transmission / reception operation from one transceiver 32 to the other transceiver 34 and another transceiver 34.
And the ultrasonic transmission / reception operation from one transceiver 32 to the other transceiver 32 are alternately repeated. At this time, the transmitted ultrasonic wave is the fifth ultrasonic wave.
A rectangular pulse as shown in FIG.

これにより、この超音波パルスが、泥水100内において
その密度に応じて減衰され第5図(B)に示すような波
形の超音波として受信されることになる。
As a result, this ultrasonic pulse is attenuated in the muddy water 100 according to its density and is received as an ultrasonic wave having a waveform as shown in FIG. 5 (B).

前記メモリ42には、泥水100の密度と超音波減衰量との
相関関係がテーブル化して記憶されている。
The memory 42 stores a table of the correlation between the density of the muddy water 100 and the ultrasonic attenuation amount.

そして、演算回路44は、前記各超音波送受信器32,34へ
の入出力信号に基づき、一方の送受信器32から他方の送
受信器34への超音波伝搬時間t1と逆方向への超音波伝搬
時間t2とを求め、このようにして求めた各伝搬時間t1,t
2を前記第3式に代入することにより泥水100の流速Vを
演算出力する。
Then, the arithmetic circuit 44, based on the input / output signals to the ultrasonic transmitters / receivers 32, 34, ultrasonic waves in a direction opposite to the ultrasonic wave propagation time t 1 from one transmitter / receiver 32 to the other transmitter / receiver 34. Propagation time t 2 is obtained, and each propagation time t 1 , t thus obtained
By substituting 2 into the third equation, the flow velocity V of the muddy water 100 is calculated and output.

さらに、必要に応じ前記第4式の演算を行い、前記第5
式に基づき泥水100の流量Qを演算出力する。
Further, if necessary, the operation of the fourth equation is performed to
The flow rate Q of the muddy water 100 is calculated and output based on the equation.

さらに、前記演算回路44は、前記一対の超音波送受信器
32,34間において送受信される超音波の減衰量を測定
し、この減衰量をメモリ42内に記憶されているテーブル
データと照合することにより、泥水100の密度ρを演算
出力する。
Further, the arithmetic circuit 44 includes the pair of ultrasonic transceivers.
The density ρ of the muddy water 100 is calculated and output by measuring the attenuation amount of ultrasonic waves transmitted and received between 32 and 34 and comparing the attenuation amount with the table data stored in the memory 42.

このようにして、本発明によれば、注水パイプ16,排水
パイプ18を流れる泥水100の流速V,流量Qおよび密度ρ
をリアルタイムで、しかも正確に求めることができる。
Thus, according to the present invention, the flow velocity V, the flow rate Q and the density ρ of the muddy water 100 flowing through the water injection pipe 16 and the drainage pipe 18 are
Can be obtained in real time and accurately.

特に、本実施例では、注水パイプ16からチャンバー14へ
供給される泥水100の流量および密度ρを測定すると共
に、排水パイプ18から排出される泥水100の流量Qおよ
び密度ρを測定することにより、シールドチャンバー14
内へ新たに取り込まれる土砂の量や、シールドチャンバ
ー14から排出される土砂の量を正確に測定することがで
きる。しかも、排水パイプ18から排出される泥水100の
密度ρに基づくチャンバー14内における充満土砂密度お
よびその他の土砂充満状態を正確に測定することができ
る。
Particularly, in the present embodiment, by measuring the flow rate and density ρ of the muddy water 100 supplied from the water injection pipe 16 to the chamber 14, and by measuring the flow rate Q and the density ρ of the muddy water 100 discharged from the drainage pipe 18, Shield chamber 14
The amount of earth and sand newly taken in and the amount of earth and sand discharged from the shield chamber 14 can be accurately measured. Moreover, it is possible to accurately measure the filled sediment density in the chamber 14 and other sediment filled states based on the density ρ of the muddy water 100 discharged from the drainage pipe 18.

従って、注水パイプ16内を流れる泥水の測定データや、
排水パイプ18内を流れる泥水の測定データを、シールド
掘進機の集中管理用のコンピュータへリアルタイム入力
することにより、コンピュータはチャンバー14内の土砂
充満状態を正確に把握し、シールド掘進機の掘進速度
や、チャンバー14内への土砂取込量の制御、注水パイプ
16を介しての泥水供給量の制御等を状況に応じて正確に
行うことが可能となる。
Therefore, the measurement data of the mud flowing in the water injection pipe 16,
By inputting the measurement data of the muddy water flowing in the drainage pipe 18 to the computer for centralized control of the shield machine in real time, the computer accurately grasps the earth and sand filling state in the chamber 14, and the excavation speed of the shield machine and Controlling the amount of sediment taken into the chamber 14, water injection pipe
It is possible to accurately control the amount of muddy water supplied via 16 depending on the situation.

なお、本実施例では、メモリ42内に1種類の土砂の密度
および超音波減衰量のテーブルデータを記憶した場合を
例にとり説明した。しかし、実際にシールド掘進機を用
いてトンネルを構築していく場合に、チャンバー14内へ
取り込まれる土砂の種類は地盤に応じて変化する。従っ
て、予めトンネル経路に沿って地盤等をボーリング調査
し、トンネル掘削経路に位置する土砂を調べておくこと
が好ましい。そして、調査した土砂の密度と超音波減衰
量の相関関係を土砂別にテーブル化してメモリ42内へ記
憶する。これにより、演算回路44はチャンバー14内に取
り込まれる土砂の種類に合せてメモリ42から当該土砂の
テーブルデータを読み出し、泥水100の密度を正確に測
定することが可能となる。
In the present embodiment, the case has been described as an example in which the table data of the density and the ultrasonic attenuation amount of one type of soil is stored in the memory 42. However, when actually constructing a tunnel using a shield machine, the type of sediment taken into the chamber 14 changes depending on the ground. Therefore, it is preferable to carry out a boring survey of the ground or the like along the tunnel route in advance to check the earth and sand located on the tunnel excavation route. Then, the correlation between the density of the investigated sediment and the ultrasonic attenuation is tabulated for each sediment and stored in the memory 42. As a result, the arithmetic circuit 44 can read out the table data of the earth and sand from the memory 42 according to the kind of earth and sand taken into the chamber 14 and accurately measure the density of the muddy water 100.

なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、
本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
The present invention is not limited to the above embodiment,
Various modifications can be made within the scope of the present invention.

例えば、前記実施例では注水パイプ16および排水パイプ
18の双方に超音波送受信装置を設けた場合を例にとり説
明したが、本発明はこれに限らず、必要に応じてどちら
か一方、例えば排水パイプ18にのみ超音波送受信装置を
設けてもよい。
For example, in the above embodiment, the water injection pipe 16 and the drainage pipe
Although the case where the ultrasonic transmitting / receiving device is provided on both 18 has been described as an example, the present invention is not limited to this, and either one may be provided with the ultrasonic transmitting / receiving device only on the drain pipe 18, for example, if necessary. .

また、前記実施例では、泥水100へ向けた超音波の送受
信を、送信と受信を兼用する超音波送受信器32,34を用
いて行う場合を例にとり説明した。しかし、本発明はこ
れに限らず、必要に応じて超音波の送信のみを行う送信
器と、受信のみを行う受信器とを組合せて用いてもよ
い。この場合には、対をなす送信器および受信器を少な
くとも2組設ければよい。
Further, in the above-described embodiment, the case where the transmission / reception of the ultrasonic wave toward the muddy water 100 is performed by using the ultrasonic wave transmitter / receivers 32 and 34 that both perform the transmission and the reception has been described as an example. However, the present invention is not limited to this, and a transmitter that only transmits ultrasonic waves and a receiver that only receives ultrasonic waves may be used in combination as necessary. In this case, at least two pairs of transmitters and receivers may be provided.

[発明の効果] 本発明によれば、注水パイプを用いてシールドチャンバ
ーへ注入される泥水や、排水パイプを用いてシールドチ
ャンバーから排出される泥水の流速および泥水密度を、
リアルタイムで正確に測定することができ、しかもその
構成が簡単な構成の泥水式シールドチャンバーの監視装
置を得ることができるという効果がある。
[Advantages of the Invention] According to the present invention, the muddy water injected into the shield chamber using the water injection pipe, and the flow velocity and the muddy water density of the muddy water discharged from the shield chamber using the drainage pipe,
There is an effect that it is possible to obtain a monitoring device for a muddy water type shield chamber which can perform accurate measurement in real time and has a simple structure.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は、本発明が適用された泥水式シールド掘進機の
好適な一例を示す説明図、 第2図は、注水パイプ,排水パイプに設けられた超音波
送受信器の取り付け状態を示す説明図であり、同図
(A)はその側断面説明図、同図(B)はその正面断面
説明図、 第3図および第4図は、泥水密度と超音波減衰率との相
関関係の一例を示す説明図、 第5図は、泥水へ向け送受信される超音波の波形説明図
であり、同図(A)は泥水へ向け送信される超音波パル
スの説明図、同図(B)は泥水内で減衰される超音波の
波形説明図、 第6図は、本実施例の具体的な回路構成を示す説明図で
ある。 14……シールドチャンバー、 16……注水パイプ、18……排水パイプ、 30a,30b…超音波送受信装置、 32,34……超音波送受信器、 40……振動子駆動回路、42……メモリ、 44……演算装置。
FIG. 1 is an explanatory view showing a preferred example of a muddy water type shield excavator to which the present invention is applied, and FIG. 2 is an explanatory view showing an installation state of ultrasonic transceivers provided in a water injection pipe and a drain pipe. FIG. 3A is a side cross-sectional explanatory view thereof, FIG. 3B is a front cross-sectional explanatory view thereof, and FIGS. 3 and 4 show examples of correlation between muddy water density and ultrasonic attenuation rate. FIG. 5 is an explanatory diagram of waveforms of ultrasonic waves transmitted / received to muddy water, FIG. 5 (A) is an explanatory diagram of ultrasonic pulses transmitted to muddy water, and FIG. 5 (B) is muddy water. FIG. 6 is an explanatory view of the waveform of the ultrasonic wave attenuated in the inside, and FIG. 6 is an explanatory view showing a specific circuit configuration of the present embodiment. 14 …… Shield chamber, 16 …… Water injection pipe, 18 …… Drain pipe, 30a, 30b… Ultrasonic transceiver, 32, 34 …… Ultrasonic transceiver, 40 …… Transducer drive circuit, 42 …… Memory, 44 ... Arithmetic unit.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】泥水式シールドチャンバへ注水する注水パ
イプと、 泥水式シールドチャンバに取込まれスラリー化された土
砂を排出する排水パイプと、 を含む泥水式シールド掘進機において、 前記注水パイプまたは排水パイプの少くともいずれか一
方に、パイプ内を流れる泥水の流動方向に対し所定角度
で交叉するよう対向配置された少なくとも一対の超音波
送受信器と、 前記一対の超音波送受信器の超音波送受信タイミングお
よび超音波減衰量に基づき、パイプ内を流れる泥水の流
速および密度を演算する演算部と、 を含むことを特徴とする泥水式シールドチャンバ内の監
視装置。
1. A muddy water shield machine comprising: a water injection pipe for injecting water into a muddy water shield chamber; and a drainage pipe for discharging earth and sand which is taken into the muddy water shield chamber and slurried. At least one of the pipes, at least one pair of ultrasonic transceivers arranged to face each other at a predetermined angle with respect to the flow direction of the muddy water flowing in the pipe, and ultrasonic transmission / reception timings of the pair of ultrasonic transceivers And a calculator for calculating the flow velocity and density of the muddy water flowing in the pipe based on the ultrasonic attenuation, and a monitoring device in the muddy water shielded chamber.
【請求項2】請求項(1)において、 前記演算部は、 泥水内を伝搬する超音波減衰量と泥水密度との関係を減
衰量テーブルとして記憶しておき、前記一対の超音波送
受信器間で送受波される超音波の減衰量と前記減衰量テ
ーブルとに基づき、パイプ内を流れる泥水の密度を演算
することを特徴とする泥水式シールドチャンバー内の監
視装置。
2. The calculation unit according to claim 1, wherein the relation between the ultrasonic attenuation amount propagating in the muddy water and the muddy water density is stored as an attenuation amount table, and between the pair of ultrasonic transceivers. A monitoring device in a muddy water type shield chamber for calculating the density of muddy water flowing in a pipe, based on the amount of attenuation of ultrasonic waves transmitted and received by and the attenuation table.
【請求項3】請求項(1),(2)のいずれかにおい
て、 前記演算部は、前記一対の超音波送受信器のうち一方の
超音波送受信器から他方の超音波送受信器への超音波伝
搬時間と、他方の超音波送受信器から一方の超音波送受
信器への超音波伝搬時間とに基づきパイプ内を流れる泥
水の流速を演算することを特徴とする泥水式シールドチ
ャンバー内の監視装置。
3. The ultrasonic wave from any one of the pair of ultrasonic wave transmitters / receivers to the other ultrasonic wave transmitter / receiver according to any one of claims 1 and 2. A monitoring device in a muddy water shield chamber, which calculates a flow velocity of muddy water flowing in a pipe based on a propagation time and an ultrasonic propagation time from the other ultrasonic transceiver to one ultrasonic transceiver.
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