(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドトンネルを構築するに当たり、あらかじめ地山の性状からシールドの掘進管理値を設定し、この掘進管理値に基づいてシールドを掘進させ、シールド機の平面位置を計測するとともに、シールドの掘進前，掘進中，掘進後の任意の時期に、地表面ないし路盤の変位量を検知し、これらの変位量からシールド機の当該平面位置での適正制御値を演算し、この適正制御値に基づいて前記掘進管理値を維持または修正し、シールド機の運転を適正制御することを特徴とするシールド掘進時における掘進管理方法。
【請求項２】
前記地表面ないし路盤の変位量を検知する方法が、シールド掘進路線に沿い、地上より高い位置に複数の固定位置を設け、前記固定位置にそれぞれ非接触式距離測定器を設置し、掘進路線上部の地表面ないし路盤の近傍に複数の測点を設け、シールドの掘進前，掘進中，掘進後の任意の時期に、前記距離測定器により前記固定位置から測点までの距離を測定し、これらの測定した距離から固定位置と測点との鉛直距離を演算し、この鉛直距離からシールド掘進における地表面ないし路盤の変位量を検知する方法である請求項１記載のシールド掘進時における掘進管理方法。
【請求項３】
シールドトンネルを構築する際に用いる掘進管理装置であって、シールド機の平面位置を計測するシールド機位置計測手段と、シールド掘進路線上の路盤変位量を非接触式距離測定により検知する路盤変位量検知手段と、コンピュータとよりなり、前記コンピュータには、地山の性状からあらかじめ設定された掘進管理値に基づいてシールド機を運転させる機能と、計測されたシールド機の平面位置と路盤変位量からシールド機の当該平面位置での適正制御値を演算し，この適正制御値に基づいて前記掘進管理値を維持または修正し，シールド機の運転を適正制御する機能とを持たせたことを特徴とするシールド掘進時における掘進管理装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、共用中の鉄道，道路および滑走路等の路盤の下部にシールドトンネルを構築する場合のシールド掘進時における掘進管理方法および掘進管理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、共用中の鉄道・道路および滑走路などの下部の比較的浅い位置にシールドトンネルを構築するときは、運転車両内の乗客の安全を確保するため、路盤の沈下および隆起による路盤変位を出来る限り小さく抑える必要がある。
【０００３】
ところが、共用時間中の鉄道・道路および滑走路などの路盤内は、絶えず運転車両が走行し、有人による計測が非常に危険であり、困難である。
【０００４】
このため、シールド掘進時に路盤の状況をリアルタイムでフィードバックし、適正な掘進管理値を演算し、その演算値でシールド掘進管理を行うことは難しい。
【０００５】
ところで、この種シールド掘進時における路盤変位管理の従来技術としては、（１）あらかじめシールド通過部の上部にボーリングを行い、沈下計を埋め込んで行う方法、
（２）鉄道において、レールに一体的に沈下計を固定して行う方法、
などがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記従来技術には次のような課題があった。
【０００７】
すなわち、前記（１）の従来技術では、共用中にボーリングを行うには、作業時間に制約を受ける。また、施工費が高い。
【０００８】
一方、前記（２）の従来技術では、レールに一体的に沈下計を固定しても、レールは剛性の大きい弾性体であり、沈下計による路盤変位を検知した値と、実際の変位量とは必ずしも一致しない。また、路盤変位を検知した値が、列車の走行時には常に列車の通過によって大きく変動する。
【０００９】
本発明は、上記の事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、シールド掘進時における地表面ないしは路盤の変位を、非接触式距離測定器を使って正確に検知し得る方法を提供することにある。
【００１０】
すなわち、シールド掘進時における路盤変位をきわめて小さく抑制でき、無人でしかも路盤の挙動を的確に把握でき、さらには路盤変位検知用の機器の設置作業の時間的制約が少なく、かつ施工費を安く行うことが可能なシールド掘進時における掘進管理方法を提供することにある。
【００１１】
さらに、前記本発明方法を的確に実施し得る掘進管理装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、請求項１記載の本発明方法は、シールドトンネルを構築するに当たり、あらかじめ地山の性状からシールドの掘進管理値を設定し、この掘進管理値に基づいてシールドを掘進させ、シールド機の平面位置を計測するとともに、シールドの掘進前，掘進中，掘進後の任意の時期に、地表面ないし路盤の変位量を検知し、これらの変位量からシールド機の当該平面位置での適正制御値を演算し、この適正制御値に基づいて前記掘進管理値を維持または修正し、シールド機の運転を適正制御することを特徴とする。
【００１３】
請求項２の本発明方法は、前記地表面ないし路盤の変位量を検知する方法が、シールド掘進路線に沿い、地上より高い位置に複数の固定位置を設け、前記固定位置にそれぞれ非接触式距離測定器を設置し、掘進路線上部の地表面ないし路盤の近傍に複数の測点を設け、シールドの掘進時，掘進中，掘進後の任意の時期に、前記距離測定器により前記固定位置から測点までの距離を測定し、これらの測定した距離から固定位置と測点との鉛直距離を演算し、この鉛直距離からシールド掘進における地表面ないし路盤の変位量を検知することを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の本発明装置は、シールドトンネルを構築する際に用いる掘進管理装置であって、シールド機の平面位置を計測するシールド機位置計測手段と、シールド掘進路線上の路盤変位量を非接触式距離測定により検知する路盤変位量検知手段と、コンピュータとよりなり、前記コンピュータには、地山の性状からあらかじめ設定された掘進管理値に基づいてシールド機を運転させる機能と、計測されたシールド機の平面位置と路盤変位量からシールド機の当該平面位置での適正制御値を演算し，この適正制御値に基づいて前記掘進管理値を維持または修正し，シールド機の運転を適正制御する機能とを持たせたことを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１〜図１１は、シールド掘進時における路盤変位管理を、鉄道（軌道）の如き交通路の路盤下部にシールドトンネルを構築する際に適用したときの本発明の一実施例を示す。なお、本発明は鉄道の如き路盤下部のみならず民地等の下部にも適用し得る。
【００１７】
まず、図１は軌道とシールド機と掘進管理装置の一実施例を示す縦断側面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は路盤変位量検知手段を構成している部材の設置状態を示す平面図である。
【００１８】
これら図１〜図３に示す実施例では、軌道は締め固められた路盤２上の路盤面３の上部に、砂利を敷き詰めて形成された道床４を有している。この道床４には、長さ方向（ｙ軸方向）に所要の間隔をおいて、多数の枕木５が配置されている。この枕木５の列の上部には、２条で１組をなすレール６が２組敷設されていて、複線の軌道が構築されている。
【００１９】
前記道床４の外側には、長さ方向（ｙ軸方向）と幅方向（ｘ軸方向）とにそれぞれ所要の間隔をおいて、複数の杭７が打ち込まれている。各杭７の上部には、架線用の支柱８が設けられている。道床４をはさんで幅方向に対向する２本の支柱８の上部には、架線受け９が固定されている。道床４の長さ方向に配列された架線受け９には、車両に給電するための架線（図示せず）が架設されている。
【００２０】
前記軌道の路盤２の下部にシールドトンネル３３を構築するに当たっては、発進立坑１１からシールド機１３を導入し、このシールド機１３により地山１を掘削して行う。
【００２１】
前記発進立坑１１内には、シールド機発進用のセグメント１２が固定されている。
【００２２】
前記シールド機１３は、シールド筒１４と、隔壁１５と、フード１６と、カッタ駆動装置１７と、隔壁１５に軸受け（図示せず）を介して支持されたカッタ駆動軸１８と、このカッタ駆動軸１８に取り付けられたカッタ１９と、掘削土砂用のチャンバ２３と、カッタ駆動軸１８からチャンバ２３に臨ませて設けられた作泥土材注入系路（図示せず）と、チャンバ２３に臨ませて隔壁１５に設けられた土圧計２４と、排土装置であるスクリューコンベア２５と、シールドジャッキ２６と、裏込め注入管２７と、充填材注入管２９と、シールド筒１４の後部に取り付けられたテールシール３１等を備えて構成されている。
【００２３】
前記カッタ１９は、カッタ駆動軸１８に一体に取り付けられたカッタディスク２０と、このカッタディスク２０の外面側に設けられた多数のカッタビット２１と、カッタディスク２０の内面側に設けられた複数の攪拌翼２２とを有している。そして、カッタ１９はカッタ駆動軸１８を介してカッタ駆動装置１７により回転駆動され、カッタビット２１により地山１を掘削する。
【００２４】
前記チャンバ２３は、隔壁１５とフード１６と切羽とに囲まれた空間に形成されている。このチャンバ２３には、カッタ１９で掘削された土砂を取り込む。
【００２５】
前記作泥土材注入系路は、チャンバ２３内の掘削土砂に作泥土材を注入する。そして、作泥土材を注入した掘削土砂を、カッタディスク２０に設けられた攪拌翼２２で攪拌する。
【００２６】
前記土圧計２４は、切羽の土圧を計測し、その計測値を後述のコンピュータ４９に送り込む。
【００２７】
前記スクリューコンベア２５は、チャンバ２３内を所定の圧力に保持しつつ、チャンバ２３内の掘削土砂を発進立坑１１側に搬出し、排土する。
【００２８】
前記シールドジャッキ２６は、地山１の掘削当初は発進立坑１１の坑口に固定されたセグメント１２に反力を取ってシールド機１３を発進させ、地山１の掘削が進んだ後はシールド筒１４の後方内部で組み立てられたセグメント３２に反力を取って推進させる。
【００２９】
前記裏込め注入管２７は、地山１とセグメント３２間の空隙に裏込め材２８を注入する。
【００３０】
前記充填材注入管２９は、地山１とシールド筒１４間の空隙に充填材３０を注入する。
【００３１】
前記テールシール３１は、シールド筒１４の後部からの泥水の浸入を防ぎ、シールド機１３を水密に保っている。
【００３２】
シールド掘進路線３５は、掘進すべきシールトトンネル３３の幅方向（ｘ軸方向）のほぼ中心部であり、シールド掘進方向３４に延びている。
【００３３】
そして、前記シールド機１３は発進立坑１１から軌道下部の路盤２内を、土被り１０を保って発進され、地山１をシールド掘進路線３５に沿ってシールド掘進方向３４に掘進し、シールド筒１４の後方内部でセグメント３２を組み立て、シールドトンネル３３を構築して行く。
【００３４】
ところで、路盤変位管理装置は、図１〜図３に示すように、路盤変位量検知手段と、制御室４８と、この制御室４８内に設置されたコンピュータ４９と、これに接続されたディスプレイ５０と、前記シールド機１３内に設置された端末装置５１等を備えて構成されている。
【００３５】
前記路盤変位量検知手段は、シールド路線３５上に所要の間隔をおいて設置された検知用の杭３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，…と、各杭３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，…の上部に取り付けられた目標板３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，…と、検知用の不動点４３と、検知の固定位置としての軌道上方の架線受け９上に設置された非接触式距離測定器である光波式測距機４４ａ，４４ｂ等を備えて構成されている。
【００３６】
各杭３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，…は、構築すべきシールドトンネル３３の中心に向かって鉛直に設置され、かつ路盤面３から充分な深さの根入れ５４を有して打ち込まれていて、地山１と一体的に設置されている。
【００３７】
各目標板３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，…には、少なくとも上面に認識しやすい色を施すことが望ましい。また、各目標板３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，…の上面には測点３８が設定されている。そして、前記目標板３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，…は、当該杭３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，…の上部に、同心状に取り付けられている。
【００３８】
前記検知用の不動点４３は、当該光波式測距機４４ａ，４４ｂの近傍に手動で設定される。
【００３９】
各光波式測距機４４ａ，４４ｂは、回転軸４６の周りに回転可能に形成されている。また、光波式測距機４４ａ，４４ｂは前記目標板３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，…を見渡せる位置としての当該架線受け９上の検知位置に取り付けられている。各光波式測距機４４ａ，４４ｂには、計測器カバー４７が被せられている。さらに、各光波式測距機４４ａ，４４ｂは電線５２を介してコンピュータ４９に接続されている。
【００４０】
そして、この路盤変位量検知手段では路盤２の静止状態において、光波式測距機４４ａ，４４ｂから当該検知用の不動点４３にレーザ光４５を照射し、そのときのｘ軸方向，ｙ軸方向および変位角の値を、ｘ＝０，ｙ＝０，θ＝θｏに設定する。
【００４１】
次に、光波式測距機４４ａ，４４ｂから目標板３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，…に設定された測点３８にレーザ光４５を照射し、そのときのｘ軸方向，ｙ軸方向および変位角の値を、ｘ＝ａ，ｙ＝ａ，θ＝θａに設定する。
【００４２】
ついで、シールド機１３を発進させた後、光波式測距機４４ａ，４４ｂにより目標板３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，…に設定された測点３８における路盤変位量を連続的に検知し、その検知した値を光波式測距機４４ａ，４４ｂから、電線５２を通じてコンピュータ４９にリアルタイムで送り込む。
【００４３】
以上のように、この路盤変位量検知手段によれば、シールド掘進路線３５に沿って所要の間隔をおいて打ち込まれた杭３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，…と、これらの杭３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，…上に取り付けられた目標板３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，…上に設定された検知点３８と、任意に設定された検知用の不動点４３と、架線受け９上の検知位置に取り付けられた光波式測距機４４ａ，４４ｂとにより、レーザ光４５を利用して非接触式距離測定器により路盤変位量をリアルタイムで、しかも正確に検知することができる。
【００４４】
前記コンピュータ４９には、シールド掘進に先立ち、各種掘進管理値が格納されている。この各種掘進管理値は、あらかじめ確認された地山の土質性状に基づいて設定される。また、コンピュータ４９は前記各種掘進管理値に基づいて、シールド機１３の当該部所に制御信号を送り込み、シールド機１３を発進させる。また、コンピュータ４９はシールド掘進中に、シールド機位置計測手段（図示せず）からシールド機の位置計測値を、前記路盤変位量検知手段から路盤変位量を検知した値をそれぞれ取り込み、ディスプレイ５０や端末装置５１に指令を送り、前記検知した値を表示させる。また、コンピュータ４９は、前記シールド機の位置計測値と路盤変位量を検知した値とを演算する。路盤の変位状態としては、「先行沈下・変位なし・先行隆起」、「マシン上沈下・変位なし・マシン上隆起」、「後続沈下・変位なし・後続隆起」などである。また、コンピュータ４９はディスプレイ５０や端末装置５１に指令を送り、前記演算値を表示させる。さらに、コンピュータ４９は前記路盤変位量からシールド機１３の当該部所の適正制御値を演算する。そして、コンピュータ４９は前記適正制御値に基づいて、前記各種掘進管理値を維持または修正し、シールド機１３の当該部所を適正制御する。
【００４５】
コンピュータ４９には、少なくとも前述のごとき機能を持たせている。
【００４６】
前記ディスプレイ５０は、コンピュータ４９からの指令により、掘進時におけるシールド機の平面上の位置や路盤変位量を表示する。
【００４７】
シールド機１３内に設置された端末装置５１は、電線５３を介してコンピュータ４９に接続されている。そして、この端末装置５１も、コンピュータ４９からの指令により、掘進時におけるシールド機の平面上の位置や路盤変位量を表示する。また、この端末装置５１からシールド機１３内の作業員がコンピュータ４９に、シールド掘進時の情報を通信することもできる。
【００４８】
ついで、図４は路盤変位を示す縦断面図、図５は同路盤変位の模式図である。
【００４９】
通常の路盤変位は、シールドトンネル３３の路盤面沈下６８および沈下影響範囲６９のように、およそ４５度の範囲で発生する。
【００５０】
この路盤変位は、路盤面３に対してシールド機１３の前面、つまり未掘削部分で先行沈下６０または先行隆起６１が発生する。これは、切羽の管理土圧が静止土圧と一致しない場合、すなわちシールド機１３の掘進量と排土量のバランスが保たれていない場合に発生する。
【００５１】
前記先行沈下６０および先行隆起６１の計測は、シールド機１３の前方の必要な範囲を連続して検知することによって行う。
【００５２】
シールド機１３が通過するときは、シールド機１３と地山１間の空隙により、マシン上沈下６２またはマシン上隆起６３が発生する。
【００５３】
前記マシン上沈下６２およびマシン上隆起６３は、シールド機１３のテールシール通過点６６付近の必要な範囲を連続して検知することによって行う。
【００５４】
シールド機１３のテールシール通過以降（テールシールの通過点を図４に符号６６で示す。）は、セグメント３２をシールド機１３の内部で組み立てるため、テールプレート厚やテールクリアランスの分だけシールド機１３の外径よりも小さくなるので、セグメント３２と地山１間に空隙が発生する。この空隙に、掘進と同時に裏込め２８を注入する。
【００５５】
シールド機１３が通過中に、後続沈下６４または後続隆起６５が発生する。
【００５６】
前記後続沈下６４および後続隆起６５は、シールド機１３のテールシール３１の後方部分の必要な範囲を連続して検知することによって行う。
【００５７】
以後、長期間微小変状が見られ、最終的に収束する。
【００５８】
次に、図６は路盤が沈下したときの路盤面の沈下量の検知状態を示し、図７は図６のＢ部分を拡大して示す。また、図８は路盤が隆起したときの路盤面の隆起量の検知状態を示し、図９は図８のＣ部分を拡大して示す。
【００５９】
これら図６〜図９に示す路盤変位量検知技術では、杭３６と、目標板３７と、目標板上の検知点３８〜４２と、検知用の不動点（図６〜図９では省略）と、光波式測距機４４等を備えた路盤変位量検知手段を用いて行う。
【００６０】
前記杭３６は、路盤２におけるシールド掘進路線３５に沿って路盤面３に対して垂直に打ち込まれている。また、杭３６は路盤２内に根入れ５４を有して打ち込まれており、この根入れ５４の範囲で路盤２と接触しているため、路盤変位とほぼ同程度、上下方向に変位する。
【００６１】
前記目標板３７は、杭３６の上部に、これと同心状に取り付けられている。この目標板３７の上面のほぼ中央には、検知点３８が設定されている。
【００６２】
前記検知用の不動点は、光波式測距機４４の近くの、例えば軌道外の任意の位置に手動で設定されている（図２参照）。
【００６３】
前記光波式測距機４４は、目標板上の検知点３８〜４２と、検知用の不動点とを見渡せる検知位置としての、架線受け９上に設定された検知位置に設置されている。
【００６４】
前記路盤変位量検知手段により路盤変位を検知するに当たっては、路盤２の静止状態で、光波式測距機４４から検知用の不動点にレーザ光４５を照射し、そのときのｘ軸方向，ｙ軸方向，変位角の値をｘ＝０，ｙ＝０，θ＝θｏに設定する。
【００６５】
次に、同じく路盤２の静止状態で、光波式測距機４４から目標板３７上の検知点３８にレーザ光４５を照射し、そのときのｘ軸方向，ｙ軸方向，変位角の値をｘ＝ａ，ｙ＝ａ，θ＝θａに設定する。
【００６６】
そして、シールド機１３の発進後、光波式測距機４４から目標板３７上にレーザ光４５を照射し続け、路盤２の変位を連続的に検知する。
【００６７】
いま、図６に示すように、路盤面３が沈下したものとすると、杭３６が路盤２に根入れ５４の範囲で接触しているため、この杭３６は路盤面３の沈下量とほぼ同程度下降する。これにつれて、目標板３７が変位なしの状態５７から沈下状態５８に変位する。
【００６８】
目標板３７が変位なしの状態５７から沈下状態５８に変位すると、図７に示すように、変位なしの状態５７における目標板３７上の検知点３８と、沈下状態５８における目標板３７′上の検知点３９と、前記変位なしの状態５７における目標板３７上の検知点３８から沈下状態５８の目標板３７′上に降ろした垂線と目標板３７′の上面との交点である検知点４０とを結ぶ直角三角形が形成される。
【００６９】
ここで、光波式測距機４４から図１に示すコンピュータ４９に変位角θａと、レーザ光変位量Δｘとを送り込む。
【００７０】
前記コンピュータ４９は、前記路盤変位等の検知した値を取り込むとともに、ディスプレイ５０や端末装置５１に指令を送り、検知した値を表示させる。また、コンピュータ４９は次式により路盤沈下量Δｚを演算する。
（数１）
Δｚ＝Δｘ×ｃｏｓθａ
【００７１】
さらに、コンピュータ４９は演算した路盤沈下量Δｚも、ディスプレイ５０や端末装置５１に表示させる。
【００７２】
一方、図８に示すように、路盤面３が隆起すると、前述したところと同様、杭３６が路盤２に根入れ５４の範囲で接触しているため、杭３６が路盤面３の隆起量とほぼ同程度上昇する。杭３６の上昇に伴い、目標板３７が変位なしの状態５７から隆起状態５９に変位する。
【００７３】
目標板３７が変位なしの状態５７から隆起状態５９に変位すると、図９に示すように、変位なしの状態５７における目標板３７上の検知点３８と、隆起状態５９における目標板３７″上の検知点４１と、変位なしの状態５７における目標板３７の検知点３８から隆起状態５９の目標板３８″上に引いた垂線と目標板３７″の上面との交点である検知点４２とを結ぶ直角三角形が形成される。
【００７４】
そして、光波式測距機４４から前記コンピュータ４９に変位角θａ′と、レーザ光変位量Δｘ′とを送り込む。
【００７５】
コンピュータ４９は、前述したところと同様、路盤変位等の検知した値を取り込み、かつディスプレイ５０や端末装置５１に指令を送り、検知した値を表示させる。さらに、コンピュータ４９は次式により路盤隆起量Δｚ′を演算し、その演算された路盤隆起量Δｚ′もディスプレイ５０や端末装置５１に表示させる。
（数２）
Δｚ′＝Δｘ′×ｃｏｓθａ′
【００７６】
以上説明した路盤変位量検知手段と、コンピュータ４９と、ディスプレイ５０や端末装置５１により、非接触式距離測定器を使って無人で路盤変位を検知し、その検知した値からリアルタイムで路盤沈下量Δｚ、路盤隆起量Δｚ′を演算し、検知した値や演算値をリアルタイムで表示することができる。
【００７７】
また、杭３６を根入れ５４を有して路盤２に打ち込んでいるため、杭３６は根入れ５４の範囲で直接路盤２と接触し、路盤変位量とほぼ同程度、上下方向に変位するので、路盤２の挙動を的確に把握することができる。
【００７８】
続いて、図１０は路盤変位管理のフローチャート、図１１はシールド機の位置の判断基準を示す図である。
【００７９】
シールド掘進に先立ち、ステップ１００でボーリング等により、シールド掘進路線３５上の地山の土質性状をあらかじめ確認しておく。
【００８０】
次に、ステップ１０１で前記地山の土質性状のデータからシールド機の各種掘進管理値を設定する。この各種掘進管理値は、切羽土圧管理値、掘削土量値、裏込め管理値、裏込め材料の選定、充填材管理値等である。前記裏込め管理値は、注入圧力（切羽の泥土圧＋α）、注入量（空隙量＋α）である。
【００８１】
次に、ステップ１０２でシールド掘進のため、あらかじめ設定されたシールド機の各種掘進管理値に基づいて、シールド機１３を発進させる。シールド機１３の発進は、カッタ１９を回転させ、スクリューコンベア２５を回転させ、シールドジャッキ２６を伸長させて行う。
【００８２】
シールド機１３を発進させた後、ステップ１０３で各種計測、検知を行う。項目は、路盤変位量検知手段による路盤変位、シールド機１３の位置、カッタトルク、掘削土量、土圧計２４による切羽土圧、スクリューコンベア２５の回転速度、送・排泥流量、シールドジャッキ２６の推力、同シールドジャッキ２６の速度、裏込め圧力、裏込め注入量、充填材注入量等である。そして、前記各種の値を図１に示すコンピュータ４９に送り込む。
【００８３】
ついで、ステップ１０４でコンピュータ４９に各種の値を取り込み、コンピュータ４９から指令を送り、制御室４８内のディスプレイ５０やシールド機１３内の端末装置５１に各種の値を表示する。
【００８４】
次に、ステップ１０５でコンピュータ４９により管理圧力、つまり管理土圧や泥水圧が管理範囲内に納まっているか，否かを判断する。
【００８５】
判断の結果、管理圧力が管理範囲外のときは、シールド掘進を停止させ、ステップ１００に戻り、地山の土質性状を再調査する。
【００８６】
判断の結果、管理範囲内に納まっているときは、次のステップに移行する。
【００８７】
ついで、ステップ１０６でコンピュータ４９により路盤変位を検知した値から路盤沈下量Δｚ、路盤隆起量Δｚ′を演算する。その後、コンピュータ４９により路盤変位の有・無と、シールド機１３の位置の計測値から路盤変位状態を判断する。シールド機１３の位置の計測は、図１１に示す判断基準に沿って行う。路盤変位状態としては、図４に示すように、先行沈下６０と、先行隆起６１と、マシン上沈下６２と、マシン上隆起６３と、後続沈下６４と、後続隆起６５とがある。
【００８８】
そして、ステップ１０７でコンピュータ４９により先行沈下６０と先行隆起６１について、路盤変位があるか，否かを判断する。
【００８９】
判断の結果、先行沈下６０が認められたときは、ステップ１０８で管理圧力を上げる。具体的には、スクリューコンベア２５の回転数を下げるか、掘進速度を上げるか、または送・排泥流量を調整して泥水圧を上げる。
【００９０】
反対に、先行隆起６１が認められたときは、ステップ１０９で管理圧力を下げる。具体的には、スクリューコンベア２５の回転数を上げるか、掘進速度を下げるか、または送・排泥流量を調整して泥水圧を下げる。
【００９１】
判断の結果、変位なし、つまり先行沈下６０や先行隆起６１に関する路盤変位が認められないときは、現状の管理圧力を維持してシールド掘進を継続する。
【００９２】
次に、ステップ１１０でコンピュータ４９によりマシン上沈下６２とマシン上隆起６３について、路盤変位があるか，否かを判断する。
【００９３】
判断の結果、マシン上沈下６２が認められたときは、ステップ１１１で充填材注入増を行う。具体的には、充填材３０の注入圧力を上げるか、または充填材３０の注入量を増やす。
【００９４】
反対に、マシン上隆起６３が認められたときは、ステップ１１２で充填材注入減を行う。具体的には、充填材３０の注入圧力を下げるか、または充填材３０の注入量を減らす。
【００９５】
判断の結果、変位なし、つまりマシン上沈下６２やマシン上隆起６３に関する路盤変位が認められないときは、現状の充填材注入管理を維持するとともに、ステップ１１３で充填材注入の監視を継続して行う。
【００９６】
シールド掘進時において、ステップ１１４で裏込め注入管２７により裏込め注入を行う。
【００９７】
そして、裏込め注入中、ステップ１１５で裏込め管理値が管理範囲内にあるか，否か継続して判断する。裏込め管理値には、前述のごとく、注入圧力と、注入量とがある。
【００９８】
判断の結果、裏込め管理値が管理範囲外にあることが認められたときは、ステップ１１６で裏込め注入を停止するとともに、シールド掘進をも停止させ、ステップ１００に戻り、地山の土質性状を再調査し、裏込め材料の再選定を行う。
【００９９】
判断の結果、裏込め管理値が管理範囲内に入っていると認められたときは、次のステップに移行する。
【０１００】
ついで、ステップ１１７でコンピュータ４９により後続沈下６４と後続隆起６５について、路盤変位があるか，否かを判断する。
【０１０１】
判断の結果、後続沈下６４が認められたときは、ステップ１１８で裏込め管理値を上げる。具体的には、裏込め注入圧力を上げるか、または裏込め注入量を増やす。
【０１０２】
反対に、後続隆起６５が認められたときは、ステップ１１９で裏込め管理値を下げる。具体的には、裏込め注入圧力を下げるか、または裏込め注入量を減らす。
【０１０３】
判断の結果、変位なし、すなわち後続沈下６４や後続隆起６５に関する路盤変位が認められないときは、現状裏込め注入管理を維持するとともに、ステップ１２０で裏込め注入の監視を継続して行う。
【０１０４】
以上のように、この実施例では共用中の軌道の路盤変位の検知、シールド機の位置の計測、路盤変位量の演算、路盤変位状態の演算、計測値や演算値の表示をリアルタイムで行い、前記演算値からシールド機１３の当該部所の適正制御値を演算し、この適正制御値に基づいて各種掘進管理値を維持または修正し、シールド機１３の当該平面位置を適正制御するようにしているので、シールド掘進時における路盤変位をきわめて小さく抑えることができる。
【０１０５】
次に、図１２は路盤変位量検知手段における計測杭の他の実施例を示す縦断面図である。
【０１０６】
この図１２に示す杭７０は、杭本体における軌道の道床４の貫通部分に、外管７１を有している。
【０１０７】
これにより、杭７０の杭本体と道床４の摩擦を低減することができる。
【０１０８】
なお、杭７０の上部には目標板７２が取り付けられている。この目標板７２は図１〜図３に示す目標板３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，…と同様である。
【０１０９】
ついで、図１３は杭のさらに他の実施例を示す縦断面図である。
【０１１０】
この図１３に示す杭７３は、杭本体の下端部に、拡幅された掘削部７４が設けられている。
【０１１１】
この杭７３では、杭本体を打ち込みまたは回転させ、軌道の所定の位置に固定する。
【０１１２】
ついで、杭本体の下端部から所要部分まで定着材７５を流し込み、構築すべきシールドトンネル直上の地山１と杭７３を定着させる。
【０１１３】
さらに、杭本体の定着部分よりも上部の間隙には滑材７６を挿入する。
【０１１４】
そして、杭７３の上部には、上面に計測点を有する目標板７７が取り付けられている。
【０１１５】
この実施例における杭７３は、路盤２が硬く、構築すべきシールドトンネルの直上付近が軟弱な互層地盤や、土被りが大きい場合で、路盤変位量検知が困難な場合に適用して有効である。
【０１１６】
なお、検知の対象が道路や滑走路の場合は、検知が必要な範囲の路面上に、目標板や釘等を設置しても良く、車両等の通行に支障がなければ杭等でも良い。
【０１１７】
続いて、図１４は軌道の両側に建築されている建物のうちの、選択された建物の屋上に光波式測距機を設置した実施例を示す正面図、図１５は図１４の平面図である。
【０１１８】
これら図１４および図１５に示す実施例では、軌道の両側に建築されている建物７８，７９，８０のうちの、一方の側の建物７８の屋上に光波式測距機４４ａが設置され、他方の側の建物８０の屋上に光波式測距機４４ｂが設置されている。
【０１１９】
一方、構築すべきシールドトンネルのシールド掘進路線３５に沿い、かつ所要の間隔をおいて路盤２に杭３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，…が打ち込まれている。各杭３６ａ，３６ｂ，３６ｃ，…の上部には、検知点３８を有する目標板３７ａ，３７ｂ，３７ｃ，…が取り付けられている。
【０１２０】
そして、前記光波式測距機４４ａはレーザ光４５により目標板３７ａ〜３７ｇの検知点３８における路盤変位に伴う上下方向の変位を検知し、前記光波式測距機４４ｂは同じくレーザ光４５により目標板３７ｅ〜３７ｋ上の検知点３８における路盤変位に伴う上下方向の変位を検知し、検知した値をそれぞれコンピュータに送り込み、処理するようにしている。
【０１２１】
この図１４および図１５に示す実施例の他の構成，作用については、前記図１〜図３に示す実施例と同様である。
【０１２２】
なお、光波式測距機を設置する建物は、木造家屋の屋上でも良い。木造家屋を利用するときは、杭など地中の不動位置で支持されていることが好ましい。
【０１２３】
光波式測距機を建物の屋上に設置して路盤変位を検知するときは、有人検知も可能であり、また検知した結果を制御室内のコンピュータに無線で送信することもできる。
【０１２４】
また、検知の対象が道路の場合は、光波式測距機を中央分離帯に設置しても良く、道路の側方に支柱を設けるか，近くの建物の屋上に設置しても良い。
【０１２５】
ついで、図１６は路盤変位量検知手段と、演算処理部と、表示部との異なる実施例を示す概念図である。
【０１２６】
この図１６に示す実施例では架線受け９上に、光波式測距機８１とカメラ８２のユニットが設置されている。前記光波式測距機８１には、その視準接眼レンズにカメラ８２が互いに光軸を一致させて結合されている。光波式測距機８１とカメラ８２には、検知器カバー８３が被せられている。
【０１２７】
前記光波式測距機８１には、上下・左右に稼働させる稼働部が組み込まれている。
【０１２８】
前記カメラ８２は夜間でも使用できる赤外線タイプでも、通常のタイプでも構わない。ただし、通常のタイプのものは、夜間時には補助照明を必要とする。
【０１２９】
一方、制御室８４にはコンピュータ８５と、ディスプレイ８６と、操作盤８７と、ＴＶモニタ８８とが設置されている。他方、シールド機１３の内部には、端末装置８９と、ＴＶモニタ９０とが設置されている。
【０１３０】
前記コンピュータ８５は、図１に示すものと同様、光波式測距機８１等から計測値を取り込み、ディスプレイ８６とＴＶモニタ８８と端末装置８９とＴＶモニタ９０とに指令を送って計測値を表示させ、路盤変位や路盤変位状態等を演算し、ディスプレイ８６とＴＶモニタ８８と端末装置８９とＴＶモニタ９０とに指令を送って演算値を表示させ、また路盤変位量と路盤変位状態からシールド機の当該平面位置での適正制御値を演算し、この適正制御値に基づいて各種掘進管理値を維持または修正し、シールド機の当該平面位置を適正制御する機能を有している。
【０１３１】
前記ディスプレイ８６は、コンピュータ８５からの指令による表示を行う。
【０１３２】
前記操作盤８７には、電線９１を介して光波式測距機８１が接続され、また操作盤８７は電線９２を介してコンピュータ８５に接続されている。そして、制御室８４内のＴＶモニタ８８を監視しながら操作盤８７により路盤変位の検知点（この図１６では省略）に光波式測距機８１の視準を合わせるようにしている。
【０１３３】
制御室８４内のＴＶモニタ８８には、電線９３を介してカメラ８２が接続され、またＴＶモニタ８８は電線９４を介してコンピュータ８５に接続されている。このＴＶモニタ８８は、コンピュータ８５からの指令によりカメラ８２で撮影した画像を表示する。
【０１３４】
シールド機１３内に設置された端末装置８９は、電線９５を介してコンピュータ８５に接続され、コンピュータ８５からの指令により表示を行う。
【０１３５】
シールド機１３内に設置されたＴＶモニタ９０は、電線９６を介してコンピュータ８５に接続されている。このＴＶモニタ９０も、コンピュータ８５からの指令により表示を行う。
【０１３６】
この図１６に示す実施例においても、非接触式距離測定器により路盤変位を検知し、その値を表示し、またシールド機の位置と路盤変位を検知した値からシールド機の当該平面位置での適正制御値を演算し、この適正制御値に基づいて各種掘進管理値を維持または修正し、シールド機の当該部所を適正制御できるので、シールド掘進時における路盤変位をきわめて小さく抑制することができる。
【０１３７】
なお、この実施例において、カメラ８２で撮影した画像をコンピュータ８５に取り込み、画像データを解析・演算することで、路盤変位の検知点を自動視準することもできる。
【０１３８】
また、操作盤８７をシールド機１３内に設置し、切羽側で操作するようにしても良い。
【０１３９】
さらに、切羽側にも端末装置やＴＶモニタを設置し、路盤変位を監視することも可能である。
【０１４０】
さらに、本発明では光波式測距機に代えて、人工衛星を利用して路盤変位を検知しても良く、非接触式距離測定器を用いるものであれば良い。
【０１４１】
また、シールド工法は泥土圧、泥水圧、ＤＯＴ、ＭＦ、偏心多軸など、いずれの工法にも適用可能である。
【０１４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明方法では交通路の下部にシールドトンネルを構築するに当たり、あらかじめ地山の性状からシールドの掘進管理値を設定し、この掘進管理値に基づいてシールドを掘進させ、シールド機の平面位置を計測するとともに、シールドの掘進前，掘進中，掘進後の任意の時期に、地表面ないし路盤の変位量を検知し、これらの変位量からシールド機の当該平面位置での適正制御値を演算し、この適正制御値に基づいて前記掘進管理値を維持または修正し、シールド機の運転を適正制御するようにしているので、シールド掘進時における路盤変位をきわめて小さく抑制し得る効果があり、無人でしかも路盤の挙動を的確に把握し得る効果があり、さらには路盤変位検知用の機器の設置作業の時間的制約が少なく、かつ施工費を安く行い得る効果がある。
【０１４３】
また、地表面ないし路盤の変位量を検知するにあたり、シールド掘進路線に沿い、地上より高い位置に複数の固定位置を設け、前記固定位置にそれぞれ非接触式距離測定器を設置し、掘進路線上部の地表面ないし路盤の近傍に複数の測点を設け、シールドの掘進前，掘進中，掘進後の任意の時期に、前記距離測定器により前記固定位置から測点までの距離を測定し、これらの測定した距離から固定位置と測点との鉛直距離を演算し、この鉛直距離からシールド掘進における地表面ないし路盤の変位量を検知するようにしているので、シールド掘進時における地表面ないしは路盤を、非接触式距離測定器を使って正確に測定し得る効果がある。
【０１４４】
さらに、本発明装置は、シールドトンネルを構築する際に用いる掘進管理装置であって、シールド機の平面位置を計測するシールド機位置計測手段と、シールド掘進路線上の路盤変位量を非接触式距離測定により検知する路盤変位量検知手段と、コンピュータとよりなり、前記コンピュータには、地山の性状からあらかじめ設定された掘進管理値に基づいてシールド機を運転させる機能と、計測されたシールド機の平面位置と路盤変位量からシールド機の当該平面位置での適正制御値を演算し，この適正制御値に基づいて前記掘進管理値を維持または修正し，シールド機の運転を適正制御する機能とを持たせているので、前記本発明路盤変位管理方法を的確に実施し得る効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を軌道の路盤下部にシールドトンネルを構築する際に適用したときの一実施例を示す縦断側面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】図１に示す実施例において、路盤変位量検知手段を構成している部材の設置状態を示す平面図である。
【図４】路盤変位を示す縦断面図である。
【図５】路盤変位の模式図である。
【図６】路盤が沈下したときの路盤面の沈下量の検知状態を示す図である。
【図７】図６のＢ部分の拡大図である。
【図８】路盤が隆起したときの路盤面の隆起量の検知状態を示す図である。
【図９】図８のＣ部分の拡大図である。
【図１０】路盤変位管理のフローチャートである。
【図１１】シールド機の位置の判断基準を示す図である。
【図１２】路盤変位量検知手段における杭の他の実施例を示す縦断面図である。
【図１３】杭のさらに他の実施例を示す縦断面図である。
【図１４】建物の屋上に路盤変位量検知手段の光波式測距機を設置した実施例を示す正面図である。
【図１５】図１４に示す路盤変位量検知手段を構成している部材の設置状態を示す平面図である。
【図１６】路盤変位量検知手段と、演算処理部と、表示部との異なる実施例を示す概念図である。
【符号の説明】
１    地山
２    路盤
３    路盤面
４〜９  軌道を構成している部材
１０  土被り
１１  シールド機の発進立坑
１３  シールド機
３２  セグメント
３３  シールドトンネル
３５  シールド掘進路線
３６，３６ａ，３６ｂ，…  路盤変位量検知用の杭
３７，３７ａ，３７ｂ，…  同目標板
３８〜４２  測点
４３  検知用の不動点
４４，４４ａ，４４ｂ  非接触式距離測定器としての光波式測距機
４５  レーザ光
４８  制御室
４９  コンピュータ
５０  ディスプレイ
５１  端末装置
５４  根入れ
５５  沈下路盤面
５６  隆起路盤面
５７  路盤面の変位なしの状態
５８  同沈下状態
５９  同隆起状態
６０  先行沈下
６１  先行隆起
６２  マシン上沈下
６３  マシン上隆起
６４  後続沈下
６５  後続隆起
θａ，θａ′  変位角
Δｘ，Δｘ′  レーザ光の変位量
Δｚ  路盤沈下量
Δｚ′  路盤隆起量
７０，７３  路盤変位計測用の計測杭
８１  光波式測距機
８２  カメラ
８４  制御室
８５  コンピュータ
８６  ディスプレイ
８７  操作盤
８８  ＴＶモニタ
８９  端末装置
９０  ＴＶモニタ
１００〜１２０  シールド掘進による路盤変位管理のためのステップ
【図１】
0003575604.tif 000002
【図２】
0003575604.tif 000003
【図３】
0003575604.tif 000004
【図４】
0003575604.tif 000005
【図５】
0003575604.tif 000006
【図６】
0003575604.tif 000007
【図７】
0003575604.tif 000008
【図８】
0003575604.tif 000009
【図９】
0003575604.tif 000010
【図１０】
0003575604.tif 000011
【図１１】
0003575604.tif 000012
【図１２】
0003575604.tif 000013
【図１３】
0003575604.tif 000014
【図１４】
0003575604.tif 000015
【図１５】
0003575604.tif 000016
【図１６】
0003575604.tif 000017