(57)【要約】      （修正有）【課題】チャンバー内掘削土の性状を把握するための評価方法の提供。【解決手段】カッター１１で掘削した土砂をチャンバー１２に取り込み添加材を注入して、チャンバー１２内で撹拌翼１３１、固定翼１３２により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換して、前記泥土がチャンバー１２内の各部に作用する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みを土圧計２１及びせん断力計若しくはせん断歪み計２２により計測し、その結果の計測値に基づいてチャンバー１２内の前記泥土の性状を評価する。【選択図】図１
2015212476.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッターで掘削した土砂を前記カッター後部のチャンバーに取り込み添加材を注入して、前記チャンバー内で撹拌翼、固定翼により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換して、当該泥土の土圧を切羽に作用させることにより切羽を安定化させ掘進を行うシールド掘進機による土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法であって、
泥土が前記チャンバー内の各部に作用する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みを土圧計及びせん断力計若しくはせん断歪み計により計測し、その結果の計測値に基づいて前記チャンバー内の泥土の性状を評価する、
ことを特徴とする土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法。
【請求項２】
チャンバー内の各部として前記チャンバーの内面に土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計を設置して、泥土が前記チャンバーの内面に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する請求項１に記載の土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法。
【請求項３】
土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計は前記土圧計の受圧面及び／又は前記せん断力計若しくは前記せん断歪み計の受感面を前記チャンバーの内面と略同一面となるように当該内面に埋め込み設置する請求項２に記載の土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法。
【請求項４】
チャンバー内の各部として撹拌翼の表面にせん断力計若しくはせん断歪み計を設置して、泥土が前記撹拌翼の表面に作用するせん断力若しくはせん断歪みを計測する請求項１乃至３のいずれかに記載の土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法。
【請求項５】
せん断力計若しくはせん断歪み計は当該せん断力計若しくはせん断歪み計の受感面を前記カッターの回転方向と略平行にして設置する請求項４に記載の土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法。
【請求項６】
チャンバー内の各部として固定翼の表面に土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計を設置して、泥土が前記固定翼の表面に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する請求項１乃至５のいずれかに記載の土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法。
【請求項７】
土圧計は当該土圧計の受圧面をカッターの回転方向に対して略直交する方向に向けて設置し、せん断力計若しくはせん断歪み計は当該せん断力計若しくはせん断歪み計の受感面を前記カッターの回転方向と略平行にして設置する請求項６に記載の土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法。
【請求項８】
チャンバー内の各部としてカッターのチャンバーに対向する背面に土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計を設置して、泥土が前記カッターの背面に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する請求項１乃至７のいずれかに記載の土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法。
【請求項９】
土圧計は当該土圧計の受圧面をカッターの回転方向に対して略直交する方向に向けて又は略平行に設置し、せん断力計若しくはせん断歪み計は当該せん断力計若しくはせん断歪み計の受感面を前記カッターの回転方向と略平行にして設置する請求項８に記載の土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法。
【請求項１０】
既知のチャンバー内掘削土の性状の評価方法に、泥土が前記チャンバー内の各部に作用する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みに基づくチャンバー内掘削土の性状の評価方法を併せて、総合的に評価する請求項１乃至９のいずれかに記載の土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法。
【請求項１１】
既知のチャンバー内掘削土の性状の評価方法にシールド掘進機の推力とカッターの回転トルクに基づく評価方法を含む請求項１０に記載の土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法。
【請求項１２】
カッターで掘削した土砂を前記カッター後部のチャンバーに取り込み添加材を注入して、前記チャンバー内で撹拌翼、固定翼により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換して、当該泥土の土圧を切羽に作用させることにより切羽を安定化させ掘進を行う土圧シールド工法に用いるシールド掘進機であって、
泥土が前記チャンバー内の各部に作用する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みを計測する土圧計及びせん断力計若しくはせん断歪み計を備え、
前記土圧計及び前記せん断力計若しくは前記せん断歪み計から得た測定値に基づいて前記チャンバー内の泥土の性状を評価する、
ことを特徴とする土圧シールド工法に用いるシールド掘進機。
【請求項１３】
チャンバー内の各部として前記チャンバーの内面に土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計が設置され、泥土が前記チャンバーの内面に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する請求項１２に記載の土圧シールド工法に用いるシールド掘進機。
【請求項１４】
土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計は前記土圧計の受圧面及び／又は前記せん断力計若しくは前記せん断歪み計の受感面が前記チャンバーの内面と略同一面となるように当該内面に埋め込み設置される請求項１３に記載の土圧シールド工法に用いるシールド掘進機。
【請求項１５】
チャンバー内の各部として撹拌翼の表面にせん断力計若しくはせん断歪み計が設置され、泥土が前記撹拌翼の表面に作用するせん断力若しくはせん断歪みを計測する請求項１２乃至１４のいずれかに記載の土圧シールド工法に用いるシールド掘進機。
【請求項１６】
せん断力計若しくはせん断歪み計は当該せん断力計若しくはせん断歪み計の受感面を前記カッターの回転方向と略平行にして設置される請求項１５に記載の土圧シールド工法に用いるシールド掘進機。
【請求項１７】
チャンバー内の各部として固定翼の表面に土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計が設置され、泥土が前記固定翼の表面に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する請求項１２乃至１６のいずれかに記載の土圧シールド工法に用いるシールド掘進機。
【請求項１８】
土圧計は当該土圧計の受圧面がカッターの回転方向に対して略直交する方向に向けて設置され、せん断力計若しくはせん断歪み計は当該せん断力計若しくはせん断歪み計の受感面を前記カッターの回転方向と略平行にして設置される請求項１７に記載の土圧シールド工法に用いるシールド掘進機。
【請求項１９】
チャンバー内の各部としてカッターのチャンバーに対向する背面に土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計が設置され、泥土が前記カッターの背面に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する請求項１２乃至１８のいずれかに記載の土圧シールド工法に用いるシールド掘進機。
【請求項２０】
土圧計は当該土圧計の受圧面がカッターの回転方向に対して略直交する方向に向けて又は略平行に設置され、せん断力計若しくはせん断歪み計は当該せん断力計若しくはせん断歪み計の受感面を前記カッターの回転方向と略平行にして設置される請求項１９に記載の土圧シールド工法に用いるシールド掘進機。
【請求項２１】
カッターで掘削した土砂を前記カッター後部のチャンバーに取り込み添加材を注入して、前記チャンバー内で撹拌翼、固定翼により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換して、当該泥土の土圧を切羽に作用させることにより切羽を安定化させ掘進を行うシールド掘進機による土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置であって、
前記シールド掘進機のカッター、チャンバー、撹拌翼、固定翼を模擬した前記シールド掘進機実機よりも小さい模擬カッター、模擬チャンバー、模擬撹拌翼、模擬固定翼、及び前記模擬カッターを前記模擬撹拌翼とともに駆動する駆動装置と、
前記模擬カッターの回転トルクを計測する模擬トルク計測装置と、
泥土を模擬した土砂が前記模擬カッター、前記模擬チャンバー、前記模擬撹拌翼、前記模擬固定翼に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する模擬土圧計及び模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計と、
を備え、
実機のチャンバー内で撹拌混合される泥土を想定した模擬泥土を前記模擬チャンバーに投入し、前記模擬カッターを前記撹拌翼とともに回転させることにより、前記模擬泥土を撹拌混合し、
前記模擬トルク計測装置、前記模擬土圧計及び前記模擬せん断力計若しくは前記模擬せん断歪み計から得た各測定値に基づいて前記模擬チャンバー内の模擬泥土の性状を評価する、
ことを特徴とする土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置。
【請求項２２】
模擬土圧計及び／又は模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計はそれぞれ、模擬チャンバーの内面、模擬撹拌翼、模擬固定翼の表面、及び模擬カッターの前記模擬チャンバーに対向する背面に選択的に設置され、前記模擬チャンバーに設置される前記模擬土圧計及び／又は前記模擬せん断力計若しくは前記模擬せん断歪み計は、当該模擬土圧計の受圧面及び／又は当該模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計の受感面が前記模擬チャンバーの内面と略同一面となるように当該内面に埋め込み設置され、前記模擬撹拌翼、前記模擬固定翼に設置される前記模擬土圧計は、当該模擬土圧計の受圧面が前記模擬カッターの回転方向に対して略直交する方向に向けて設置され、前記模擬撹拌翼、前記模擬固定翼に設置される前記模擬せん断力計若しくは前記模擬せん断歪み計は、当該模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計の受感面を前記模擬カッターの回転方向と略平行にして設置され、前記模擬カッターに設置される前記模擬土圧計は、当該模擬土圧計の受圧面が前記模擬カッターの回転方向に対して略直交する方向に向けて又は略平行に設置され、前記模擬カッターに設置される前記模擬せん断力計若しくは前記模擬せん断歪み計は、当該模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計の受感面を前記模擬カッターの回転方向と略平行にして設置される請求項２１に記載の土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置。
【請求項２３】
模擬カッターの回転位置を検出するためのエンコーダを併せて備える請求項２１又は２２に記載の土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置。
【請求項２４】
添加剤を模擬する模擬添加材を模擬チャンバーに注入するための模擬注入装置と、前記模擬添加材の注入圧力及び注入流量を検知する模擬測定器とを併せて備える請求項２１乃至２３のいずれかに記載の土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法、シールド掘進機及び土砂の塑性流動性試験装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、シールド工法の主流のうちの一つである密閉型の泥土圧シールド工法では、シールド掘進機のカッターで掘削した土砂をカッター後部に設けたチャンバーに取り込み、添加材を注入して、チャンバー内に配置された撹拌翼、固定翼により撹拌混合することにより、掘削土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換し、この泥土をチャンバー内とチャンバーから後方に延びるスクリューコンベアなどからなる排土装置内に充満させ、この状態を維持しながらシールドジャッキの推力によりチャンバー内の泥土に泥土圧を発生させて切羽の土圧と地下水圧に対抗し、シードル掘進機をその推進量と排土量のバランスを図りながら推進することが行われている。
このような泥土圧式シールド工法においては、切羽の安定を適切に保つために、チャンバー内の掘削土砂を良好に塑性流動化する必要があり、このため、チャンバー内の掘削土砂の性状の適切な測定、評価が求められるが、チャンバー内の掘削土砂の状態やカッター、撹拌翼，固定翼での撹拌状況を直接目視することができないこと、また、スクリューコンベアから排出された泥土から泥土の状態は直接目視、触指することができるものの、この泥土はチャンバー内の土砂がスクリューコンベアでさらに撹拌された状態にあり，チャンバー内での性状ではないと考えられることなどから、チャンバー内の掘削土砂の性状を測定、評価するために、従来から、種々の提案がなされている。
この種の測定、評価方法が例えば非特許文献１、特許文献１−４などに開示されている。
（１）非特許文献１
非特許文献１は、泥土式シールド機のチャンバー内塑性流動化の評価方法に関するもので、この文献１では、土圧系シールドのチャンバー内塑性流動化の評価方法として、一般の土圧系シールドで用いられる（Ａ）チャンバー内土圧計の圧力変動状況による評価、（Ｂ）排土量による評価、に加えて、（Ｃ）撹拌翼先端の土圧計の圧力変動状況による評価、（Ｄ）上部固定翼の根元の歪量変化による評価を行い、特に（Ｃ）、（Ｄ）については判定不能と結論付けている。
（２）特許文献１
特許文献１は、チャンバー内土砂流動の測定装置に関するもので、この文献１では、チャンバー内に出没可能な回転板を備え、この回転板の回転抵抗量からチャンバー内土砂の流動性を推定する方法が提案されている。
（３）特許文献２
特許文献２は、チャンバー内土砂流動の測定装置に関するもので、この文献２では、特許文献１の回転板を計測ロッドに変え、チャンバの機械モデルとチャンバ内の混合物の粘土式とに基づいて、チャンバ内の混合物の流速の大きさ、方向、分布の解析を行い、得られた推定値と流動解析結果との相関関係の良好なものを選択して、選択された流動解析結果を推定値が得られた時点の流動状態とする方法が提案されている。
（４）特許文献３
特許文献３は、土圧式シールド工法における掘削土砂の性状評価方法及び添加剤の選定方法に関するもので、この文献３では、チャンバーを模擬した容器に棒状の貫入手段を所定の距離及び速度で挿脱して、移動距離と荷重の関係を測定し、流動性、強度、粘着性、及び弾性を導出する方法が提案されている。
（５）特許文献４
特許文献４は、土砂の流動性試験方法に関するもので、この文献４では、土砂を充填するための容器と、容器の断面積よりも小さく、落下させると土砂を巻き込みつつ貫入する貫入板と、貫入量を計る変位計を備えてなる試験装置を用い、重力によるまたは載荷による貫入板の貫入量および貫入速度より、土砂の流動性を評価する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】西田義則，和田幸治，新井昌一：泥土圧シールド機のチャンバー内塑性流動化の評価方法への試み，土木学会第５９回年次学術講演会，平成１６年９月
【特許文献１】特許第４１５６４８０号公報
【特許文献２】特許第４７６９２６４号公報
【特許文献３】特許第４７２５３９６号公報
【特許文献４】特許第４８９０９８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来のチャンバー内掘削土の性状測定評価方法では、次のような問題がある。
（１）非特許文献１の報告（試験結果）によると、チャンバー内の土砂の塑性流動状態を適切に評価できる確かな方法は得られていない現状である。
（２）特許文献１の評価方法では、チャンバー内に回転板を出没可能に備える必要があり、実際のシールド掘進機に実装する場合、回転板の入出装置が必要でコストが増大するうえ、大口径では実用的であるが、中小口径では大きさの点で難しいと考えられ、また、簡便なものとは言い難い。
（３）特許文献２の評価方法もまた、特許文献１の場合と同様である。
（４）特許文献３、４の評価方法はいずれも、土砂の流動性を試験装置を使用して評価するもので、実際のシールド掘進機での利用は想定されていない。
【０００５】
本願発明者らは、土圧式シールド工法で掘削の対象となる地盤の土質を考えると、砂質土、砂礫は粘着性がないが、土粒子のかみ合わせ効果やダイレイタンシーがあり、これがカッターの回転、土砂撹拌時の抵抗となり、粘性土は土粒子のかみ合わせ効果は少ないものの、粘着性、つまり土粒子間の吸着、土粒子とカッターや隔壁との吸着があり、これがカッターの回転、土砂撹拌時の抵抗となり、これらの抵抗の大きさは一般に土砂の硬軟によって異なっており、他面で、これらの抵抗は土砂の粒子がカッター、撹拌翼，固定翼やチャンバーを構成する隔壁（バルクヘッド）、周壁（スキンプレート）に作用する圧力、せん断力であり、これらの大きさを測定することで、土砂の硬軟、すなわちその性状を判断する指標の一つとなり得ることに着目し、カッター、撹拌翼、固定翼やチャンバーを構成する各部に土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計を選択的に配置し、チャンバー内の土砂の流動によってこれらに発生する圧力、せん断力を検知し、その勾配や値の大小によって土砂の性状を評価する方法を創案するに至った。
本発明は、上記従来の問題を解決するものであり、チャンバー内掘削土の性状を把握するために、従来から行われているカッターのトルク、スクリューコンベアのトルク、スクリューコンベアから排出された土砂の目視などに加え、土砂の硬軟を相対的に定量評価でき、さらに、実際の掘削工事において、実際の掘削土砂に対する添加材の注入量の設定やその添加材の配合による試験練りに用いることができる土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法、シールド掘進機及び土砂の塑性流動性試験装置を提供すること、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明の土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法は、カッターで掘削した土砂を前記カッター後部のチャンバーに取り込み添加材を注入して、前記チャンバー内で撹拌翼、固定翼により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換して、当該泥土の土圧を切羽に作用させることにより切羽を安定化させ掘進を行うシールド掘進機による土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法であって、泥土が前記チャンバー内の各部に作用する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みを土圧計及びせん断力計若しくはせん断歪み計により計測し、その結果の計測値に基づいて前記チャンバー内の泥土の性状を評価する、ことを要旨とする。
また、この測定評価方法は、次のように具体化される。
（１）チャンバー内の各部として前記チャンバーの内面に土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計を設置して、泥土が前記チャンバーの内面に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する。
この場合、土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計は前記土圧計の受圧面及び／又は前記せん断力計若しくは前記せん断歪み計の受感面を前記チャンバーの内面と略同一面となるように当該内面に埋め込み設置する。
（２）チャンバー内の各部として撹拌翼の表面にせん断力計若しくはせん断歪み計を設置して、泥土が前記撹拌翼の表面に作用するせん断力若しくはせん断歪みを計測する。
この場合、せん断力計若しくはせん断歪み計は当該せん断力計若しくはせん断歪み計の受感面を前記カッターの回転方向と略平行にして設置する。
（３）チャンバー内の各部として固定翼の表面に土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計を設置して、泥土が前記固定翼の表面に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する。
この場合、土圧計は当該土圧計の受圧面をカッターの回転方向に対して略直交する方向に向けて設置し、せん断力計若しくはせん断歪み計は当該せん断力計若しくはせん断歪み計の受感面を前記カッターの回転方向と略平行にして設置する。
（４）チャンバー内の各部としてカッターのチャンバーに対向する背面に土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計を設置して、泥土が前記カッターの背面に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する。
この場合、土圧計は当該土圧計の受圧面をカッターの回転方向に対して略直交する方向に向けて又は略平行に設置し、せん断力計若しくはせん断歪み計は当該せん断力計若しくはせん断歪み計の受感面を前記カッターの回転方向と略平行にして設置する。
（５）既知のチャンバー内掘削土の性状の評価方法に、泥土が前記チャンバー内の各部に作用する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みに基づくチャンバー内掘削土の性状の評価方法を併せて、総合的に評価する。
この場合、既知のチャンバー内掘削土の性状の評価方法にシールド掘進機の推力とカッターの回転トルクに基づく評価方法を含む。
【０００７】
また、上記目的を達成するために、本発明の土圧シールド工法に用いるシールド掘進機は、カッターで掘削した土砂を前記カッター後部のチャンバーに取り込み添加材を注入して、前記チャンバー内で撹拌翼、固定翼により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換して、当該泥土の土圧を切羽に作用させることにより切羽を安定化させ掘進を行う土圧シールド工法に用いるシールド掘進機であって、泥土が前記チャンバー内の各部に作用する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みを計測する土圧計及びせん断力計若しくはせん断歪み計を備え、前記土圧計及び前記せん断力計若しくは前記せん断歪み計から得た測定値に基づいて前記チャンバー内の泥土の性状を評価する、ことを要旨とする。
また、このシールド掘進機は、次のように具体化される。
（１）チャンバー内の各部として前記チャンバーの内面に土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計が設置され、泥土が前記チャンバーの内面に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する。
この場合、土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計は前記土圧計の受圧面及び／又は前記せん断力計若しくは前記せん断歪み計の受感面が前記チャンバーの内面と略同一面となるように当該内面に埋め込み設置される。
（２）チャンバー内の各部として撹拌翼の表面にせん断力計若しくはせん断歪み計が設置され、泥土が前記撹拌翼の表面に作用するせん断力若しくはせん断歪みを計測する。
この場合、せん断力計若しくはせん断歪み計は当該せん断力計若しくはせん断歪み計の受感面を前記カッターの回転方向と略平行にして設置される。
（３）チャンバー内の各部として固定翼の表面に土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計が設置され、泥土が前記固定翼の表面に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する。
この場合、土圧計は当該土圧計の受圧面がカッターの回転方向に対して略直交する方向に向けて設置され、せん断力計若しくはせん断歪み計は当該せん断力計若しくはせん断歪み計の受感面を前記カッターの回転方向と略平行にして設置される。
（４）チャンバー内の各部としてカッターのチャンバーに対向する背面に土圧計及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計が設置され、泥土が前記カッターの背面に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する。
この場合、土圧計は当該土圧計の受圧面がカッターの回転方向に対して略直交する方向に向けて又は略平行に設置され、せん断力計若しくはせん断歪み計は当該せん断力計若しくはせん断歪み計の受感面を前記カッターの回転方向と略平行にして設置される。
【０００８】
また、上記目的を達成するために、本発明の土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置は、カッターで掘削した土砂を前記カッター後部のチャンバーに取り込み添加材を注入して、前記チャンバー内で撹拌翼、固定翼により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換して、当該泥土の土圧を切羽に作用させることにより切羽を安定化させ掘進を行うシールド掘進機による土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置であって、前記シールド掘進機のカッター、チャンバー、撹拌翼、固定翼を模擬した前記シールド掘進機実機よりも小さい模擬カッター、模擬チャンバー、模擬撹拌翼、模擬固定翼、及び前記模擬カッターを前記模擬撹拌翼とともに駆動する駆動装置と、前記模擬カッターの回転トルクを計測する模擬トルク計測装置と、泥土を模擬した土砂が前記模擬カッター、前記模擬チャンバー、前記模擬撹拌翼、前記模擬固定翼に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する模擬土圧計及び模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計と、を備え、実機のチャンバー内で撹拌混合される泥土を想定した模擬泥土を前記模擬チャンバーに投入し、前記模擬カッターを前記撹拌翼とともに回転させることにより、前記模擬泥土を撹拌混合し、前記模擬トルク計測装置、前記模擬土圧計及び前記模擬せん断力計若しくは前記模擬せん断歪み計から得た各測定値に基づいて前記模擬チャンバー内の模擬泥土の性状を評価する、ことを要旨とする。
また、この試験装置は、次のように具体化される。
（１）模擬土圧計及び／又は模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計はそれぞれ、模擬チャンバーの内面、模擬撹拌翼、模擬固定翼の表面、及び模擬カッターの前記模擬チャンバーに対向する背面に選択的に設置され、前記模擬チャンバーに設置される前記模擬土圧計及び／又は前記模擬せん断力計若しくは前記模擬せん断歪み計は、当該模擬土圧計の受圧面及び／又は当該模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計の受感面が前記模擬チャンバーの内面と略同一面となるように当該内面に埋め込み設置され、前記模擬撹拌翼、前記模擬固定翼に設置される前記模擬土圧計は、当該模擬土圧計の受圧面が前記模擬カッターの回転方向に対して略直交する方向に向けて設置され、前記模擬撹拌翼、前記模擬固定翼に設置される前記模擬せん断力計若しくは前記模擬せん断歪み計は、当該模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計の受感面を前記模擬カッターの回転方向と略平行にして設置され、前記模擬カッターに設置される前記模擬土圧計は、当該模擬土圧計の受圧面が前記模擬カッターの回転方向に対して略直交する方向に向けて又は略平行に設置され、前記模擬カッターに設置される前記模擬せん断力計若しくは前記模擬せん断歪み計は、当該模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計の受感面を前記模擬カッターの回転方向と略平行にして設置される。
（２）模擬カッターの回転位置を検出するためのエンコーダを併せて備える。
（３）添加剤を模擬する模擬添加材を模擬チャンバーに注入するための模擬注入装置と、前記模擬添加材の注入圧力及び注入流量を検知する模擬測定器とを併せて備える。
【発明の効果】
【０００９】
（１）本発明の土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法によれば、泥土がチャンバー内の各部に作用する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みを土圧計及びせん断力計若しくはせん断歪み計により計測し、その結果の計測値に基づいてチャンバー内の泥土の性状を評価するようにしたので、土砂の硬軟を相対的に定量評価することができ、この評価を実際の掘削工事において実際の掘削土砂に対する添加材の注入量の設定やその添加材の配合による試験練りに用いることができる、という本発明独自の格別な効果を奏する。
（２）本発明の土圧シールド工法に用いるシールド掘進機によれば、泥土がチャンバー内の各部に作用する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みを計測する土圧計及びせん断力計若しくはせん断歪み計を備え、土圧計及びせん断力計若しくはせん断歪み計から得た測定値に基づいてチャンバー内の泥土の性状を評価するようにしたので、土砂の硬軟を相対的に定量評価することができ、この評価を実際の掘削工事において実際の掘削土砂に対する添加材の注入量の設定やその添加材の配合による試験練りに用いることができる、という本発明独自の格別な効果を奏する。
（３）本発明の土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置によれば、模擬カッター、模擬チャンバー、模擬撹拌翼、模擬固定翼及び模擬カッターを模擬撹拌翼とともに駆動する駆動装置と、模擬カッターの回転トルクを計測する模擬トルク計測装置と、泥土を模擬した土砂が模擬カッター、模擬チャンバー、模擬撹拌翼、模擬固定翼に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する模擬土圧計及び模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計とを備え、模擬トルク計測装置、模擬土圧計及び模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計から得た測定値に基づいて模擬チャンバー内の泥土の性状を評価するようにしたので、チャンバー内掘削土の性状を把握するために、模擬泥土の硬軟を相対的に定量評価することができ、この評価を実際の掘削工事において実際の掘削土砂に対する添加材の注入量の設定やその添加材の配合による試験練りに用いることができる、という本発明独自の格別な効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態におけるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法及びシールド掘進機の構成を示す図（（ａ）シールド掘進機を前部から見た図（ｂ）シールド掘進機の側面を断面して見た図）
【図２】同方法に用いるＰＣの構成を示すブロック図
【図３】本発明の一実施の形態による土砂の塑性流動性試験装置の構成を示す図
【図４】同試験装置による実験結果から得た土砂の性状によるトルクの比較を示す図
【図５】同試験装置による実験結果から得た土砂の性状による土圧の比較を示す図
【図６】同試験装置による実験結果から得た土砂の性状によるせん断力の比較を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。図１に土圧シールド工法に用いるチャンバー内掘削土の性状測定評価方法を示している。
【００１２】
図１に示すように、シールド掘進機を使用して行う土圧シールド工法では、シールド掘進機１のカッター１１で掘削した土砂をカッター１１後部に設けたチャンバー１２に取り込み、添加材を注入して、チャンバー１２内に配置される撹拌翼１３１、固定翼１３２により撹拌混合することにより、掘削土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換し、この泥土をチャンバー１２内とチャンバー１２から後方に延びるスクリューコンベア１４などからなる排土装置内に充満させ、この状態を維持しながらシールドジャッキ１５の推力によりチャンバー１２内の泥土に泥土圧を発生させて切羽Ｇの土圧と地下水圧に対抗し、シードル掘進機１をその推進量と排土量のバランスを図りながら推進することが行われる。
このような泥土圧式シールド工法においては、切羽Ｇの安定を適切に保つために、チャンバー１２内の掘削土砂を良好に塑性流動化する必要があり、このため、チャンバー内掘削土の性状の適切な測定、評価が重要となる。
そして、このチャンバー内掘削土の性状の測定評価方法では、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベア１４の回転トルクなどの計測、またスクリューコンベア１４から排出された泥土の目視などとともに、泥土がチャンバー１２内の各部に作用する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みを土圧計２１及びせん断力計若しくはせん断歪み計２２により計測し、その結果の計測値に基づいてチャンバー１２内の泥土の性状を評価し、シールド掘進機１の推力やカッター１１の回転トルクに基づくチャンバー内掘削土の性状の評価方法など既知のチャンバー内掘削土の性状の評価方法に、掘削土を撹拌混合するチャンバー１２内の各部で発生する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みに基づくチャンバー内掘削土の性状の評価方法を併せて、総合的に評価する。
【００１３】
この測定評価方法においては、特に、チャンバー１２内の各部としてチャンバー１２の内面、撹拌翼１３１、固定翼１３２の表面、カッター１１のチャンバー１２に対向する背面にそれぞれ、土圧計２１及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計２２を選択的に設置して、泥土がチャンバー１２の内面、撹拌翼１３１、固定翼１３２の表面、カッター１１の背面に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する。なお、ここで土圧計２１は、チャンバー１２内の各部で発生する土圧（圧力）を検知する略平板形状の計測機材で、片側一方の面が圧力を受け反応（受圧）する受圧面になっている。せん断力計若しくはせん断歪み計２２はチャンバー１２内の各部、各部材と掘削土との間で発生するせん断力若しくはせん断歪みを感知する略平板形状の計測機材で、片側一方の面が圧力を受け反応（感知）する受感面になっている。
この場合、チャンバー１２の内面はチャンバー１２の底となるバルクヘッド（隔壁）１２１、及びチャンバー１２の内周面となるシールドスキンプレート１０の前端部側内周面であり、このチャンバー１２に設置する土圧計２１及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計２２は、土圧計２１の受圧面、せん断力計若しくはせん断歪み計２２の受感面がチャンバー１２のバルクヘッド１２１とシールドスキンプレート１０の前端部側内周面に略同一面となるように、チャンバー１２のバルクヘッド１２１とシールドスキンプレート１０の前端部側内周面の適宜の計測位置に埋め込み設置する。
また、撹拌翼１３１の表面は、カッター１１の背面に突設されてチャンバー１２に向けて延び、カッター１１とともに回転される撹拌翼１３１の周面であり、固定翼１３２の表面は、チャンバー１２のバルクヘッド１２１に固定されてシールドスキンプレート１０の前端部に向けて延びる固定翼１３２の周面であり、この撹拌翼１３１、固定翼１３２に設置する土圧計２１はこの土圧計２１の受圧面をカッター１１の回転方向に対して略直交する方向に向けて、すなわち土圧計２１の受圧面がチャンバー１２内の掘削土砂の流れに略対向するように設置し、撹拌翼１３１、固定翼１３２に設置するせん断力計若しくはせん断歪み計２２はこのせん断力計若しくはせん断歪み計２２の受感面をカッター１１の回転方向と略平行にして、すなわちせん断力計若しくはせん断歪み計２２の受感面がチャンバー１２内の掘削土砂の流れに略沿うように設置する。
なお、この場合、カッター１１は正転方向又は逆転方向に回転可能になっているので、いずれの方向の回転に対しても撹拌翼１３１、固定翼１３２の土圧計２１が掘削土砂に反応できるように、２方向の土圧計２１を用い、一方の土圧計２１はその受圧面をカッター１１の正転方向の回転に対向可能に設置し、他方の土圧計２１はその受圧面をカッター１１の逆転方向の回転に対向可能に設置してもよい。また、この場合、せん断力計若しくはせん断歪み計２２はその受感面をシールド掘進機１の軸芯に向けて設置してもよく、シールド掘進機１の周面（シールドスキンプレート１０の内周面）に向けて設置してもよく、さらに、２方向のせん断力計若しくはせん断歪み計２２を用い、一方のせん断力計若しくはせん断歪み計２２をその受感面をシールド掘進機１の軸芯に向けて設置し、他方のせん断力計若しくはせん断歪み計２２をその受感面をシールド掘進機１の周面（シールドスキンプレート１９の内周面）に向けて設置してもよい。また、せん断力計若しくはせん断歪み計２２はその受感面をシールド掘進機１の後方、すなわちチャンバー１２のバルクヘッド１２１に向けて設置してもよく、シールド掘進機１の前方、すなわちカッター１１の背面に向けて設置してもよく、さらに、２方向のせん断力計若しくはせん断歪み計２２を用い、一方のせん断力計若しくはせん断歪み計２２をその受感面をチャンバー１２のバルクヘッド１２１に向けて設置し、他方のせん断力計若しくはせん断歪み計２２をその受感面をカッター１１の背面に向けて設置してもよい。また、せん断力計若しくはせん断歪み計２２は上記各種の設置形式を組み合せて設置してもよい。さらに、このせん断力計若しくはせん断歪み計２２は撹拌翼１３１、固定翼１３２の先端に設置されてもよく、この場合、受感面をカッター１１の回転方向と略平行に向ければよい。
また、カッター１１の背面に設置する土圧計２１はこの土圧計２１の受圧面をカッター１１の回転方向に対して略直交する方向に向けて又は略平行に設置し、カッター１１の背面に設置するせん断力計若しくはせん断歪み計２２はこのせん断力計若しくはせん断歪み計２２の受感面をカッター１１の回転方向と略平行にして設置する。
なお、この場合、カッター１１は正転方向又は逆転方向に回転可能になっているので、いずれの方向の回転に対してもカッター１１の土圧計２１が掘削土砂に反応できるように、２方向の土圧計２１を用い、一方の土圧計２１はその受圧面をカッター１１の正転方向の回転に対向可能に設置し、他方の土圧計２１はその受圧面をカッター１１の逆転方向の回転に対向可能に設置してもよい。また、せん断力計若しくはせん断歪み計２２はその受感面をシールド掘進機１の後方、すなわちチャンバー１２のバルクヘッド１２１に向けて設置することが好ましい。
【００１４】
このようにしてこの測定評価方法では、シールド掘進機１のカッター１１で掘削した土砂をカッター１１後部に設けたチャンバー１２に取り込み、添加材を注入して、カッター１１背面の撹拌翼１３１、チャンバー１２のバルクヘッド１２１の固定翼１３２により撹拌混合する間、この撹拌混合時の土砂の流動により、チャンバー１２を構成するバルクヘッド１２１及びシールドスキンプレート１０の内周面、カッター１１の背面、撹拌翼１３１及び固定翼１３２の周面にそれぞれ圧力、せん断力が発生し、その大きさは一般に土砂の硬軟によって異なるので、その大きさを各土圧計２１及び各せん断力計若しくはせん断歪み計２２により測定することで、得られた値、勾配の大小によって、泥土の硬軟を判定し、評価する。すなわち、計測値が上昇し値が大きい場合は、掘削土砂は硬く流動し難い（つまり、掘削土砂の塑性流動性は低い）と、反対に計測値が上昇せず値が小さい場合は、掘削土砂は軟らかく流動し易い（つまり、掘削土砂の塑性流動性は高い）と判定し、泥土の性状を評価する。
そして、この測定評価方法は、従来から一般的に行われるシールド掘進機１の推力やカッター１１の回転トルクなどの計測とともに実施し、シールド掘進機１の推力やカッター１１の回転トルクに基づく泥土の性状の評価と、掘削土砂の撹拌混合の際のチャンバー１２内の各部で発生する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みに基づく泥土の性状の評価を併せて行い、総合的に評価する。この場合、シールド掘進機１の推力やカッター１１の回転トルクのマシンデータは地山の状態でも変動することがあり、また、チャンバー１２内の泥土の圧力（土圧）は泥土の硬軟により変動しないが、チャンバー１２内での泥土によるせん断力若しくはせん断歪みは泥土の硬軟を十分に反映するので、マシンデータに掘削土を撹拌混合するチャンバー１２内の各部で発生する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みに基づく泥土の性状の評価を加えることで、信頼性の高い評価が得られる。
なお、このようなシールド掘進機１の推力やカッター１１の回転トルクの計測データ、チャンバー１２を構成するバルクヘッド１２１及びシールドスキンプレート１０の内周面、カッター１１の背面、撹拌翼１３１及び固定翼１３２の周面にそれぞれ発生する圧力、せん断力の計測データに基づく泥土の性状評価は、一般のＰＣ（パーソナルコンピュータ）で各計測データを処理し、ＰＣのディスプレイ上にその結果を表示することで行う。
【００１５】
以上説明したように、このチャンバー内掘削土の性状の測定評価方法によれば、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベア１４の回転トルクなどの計測、またスクリューコンベア１４から排出された泥土の目視などとともに、泥土がチャンバー１２内の各部に作用する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みを土圧計２１及びせん断力計若しくはせん断歪み計２２により計測し、その結果の計測値に基づいてチャンバー１２内の泥土の性状を評価し、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベア１４の回転トルクに基づくチャンバー内掘削土の性状の評価方法など既知のチャンバー内掘削土の性状の評価方法と、掘削土を撹拌混合するチャンバー１２内の各部で発生する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みに基づくチャンバー１２内の掘削土の性状の評価方法とを併せて、総合的に評価するようにしたので、従来から行われているカッター１１、スクリューコンベア１４の回転トルク、スクリューコンベア１４から排出される土砂の目視などに加え、土砂の硬軟を相対的に定量評価することができ、この評価を実際の掘削工事において実際の掘削土砂に対する添加材の注入量の設定やその添加材の配合による試験練りに用いることができる。
【００１６】
図１に土圧シールド工法に用いるシールド掘進機を併せて示している。
図１に示すように、シールド掘進機１は、シールドスキンプレート１０の前端部に取り付けられるスポーク形状のカッター１１、カッター１１の後部でシールドスキンプレート１０の前端部側にバルクヘッド（隔壁）１２１により区画形成されてなるチャンバー１２、カッター１１の背面に取り付けられてチャンバー１２内に突出され、カッター１１とともに回転される撹拌翼１３１、バルクヘッド１２１に固定され、チャンバー１２内に突出される固定翼１３２、シールドスキンプレート１０の内部に配置され、カッター１１に作動連結されるカッターモーター１１０、バルクヘッド１２１に接続されシールドスキンプレート１０内部を後方に向けて延ばされるスクリューコンベア１４などからなる排土装置、シールドスキンプレート１０の内部に配設され、既設セグメントに反力を取ってシールド掘進機１本体を前進させるシールドジャッキ１５などを備えて構成され、カッター１１で掘削した土砂をカッター１１後部のチャンバー１２に取り込み添加材を注入して、チャンバー１２内で撹拌翼１３１、固定翼１３２により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換し、当該泥土の土圧を切羽Ｇに作用させることにより切羽Ｇを安定化させて掘進を行うようになっている。なお、Ｓはシールド掘進機１の掘進に伴って順次組立てられたセグメントである。
そして、このようなシールド掘進機１においては、切羽Ｇの安定を適切に保つため、チャンバー１２内の掘削土砂を良好に塑性流動化する必要があり、チャンバー１２内の掘削土の性状の適切な測定、評価が重要となる。
そこで、このシールド掘進機１は、従来から一般に使用されるシールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベア１４の回転トルクなどを計測する計測器（図示省略）の他に、泥土がチャンバー１２内の各部に作用する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みを計測する土圧計２１及びせん断力計若しくはせん断歪み計２２を備え、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）などを用いて、土圧計２１及びせん断力計若しくはせん断歪み計２２から得た測定値に基づいてチャンバー１２内の泥土の性状を評価するようになっている。
【００１７】
このシールド掘進機１にあっては、特に、チャンバー１２内の各部としてチャンバー１２の内面、撹拌翼１３１、固定翼１３２の表面、カッター１１のチャンバー１２に対向する背面にそれぞれ、土圧計２１及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計２２が設置されて、これらの土圧計２１及び／又はせん断力計若しくはせん断歪み計２２により泥土がチャンバー１２の内面、撹拌翼１３１、固定翼１３２の表面、カッター１１の背面に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する。なお、土圧計２１、せん断力計若しくはせん断歪み計２２の構成及びその設置形式については既に述べたとおりである。
また、ＰＣについては一般に使用されるものが採用され、図２に示すように、チャンバー１２内の泥土の性状を測定評価するための各種指示が入力される操作入力部ａと、チャンバー１２内の泥土の性状を測定評価するための各種アプリケーション（ソフトウェア）及びデータが格納される記憶部ｂと、チャンバー１２内の泥土の性状を測定評価するための情報或いは処理結果を表示する表示部ｃと、外部記録媒体に格納された各種のデータを読み出すデータ読取部ｄと、データ収集ユニットから送付されたデータを受信する通信部ｅと、上記各機能部の動作をコントロールしまた各種演算処理を行う制御部ｆとを備える。この場合、操作入力部ａは、キーボード、タッチパネルなどのデータ入力機器により構成され、この操作入力部ａにより、制御部ｆにおける各種処理動作に必要なコマンドおよびデータが入力される。記憶部ｂは、土圧計２１及びせん断力計若しくはせん断歪み計２２からの計測データに基づいてチャンバー１２内の各部に発生する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みを測定する手段としての処理プログラムを含む各種のプログラムが格納される読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）と、処理動作に際してデータの書き込み、読み出しが実行されるランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と、チャンバー１２内の各部に発生する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みを測定して得られたデータを格納する計測データメモリとを有しており、それぞれのメモリが必要に応じて使用される。表示部ｃは液晶その他のディスプレイ機器からなり、チャンバー１２内の各部に発生する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みにより得られたチャンバー１２内の泥土の性状などこのシステムの動作中における種々の状態情報や処理情報などが表示される。データ読取部ｄとしては各種のメモリカードスロット、各種のカードメモリリーダー／ライター、各種のディスクドライバーなど各種のインタフェース機器が用いられる。通信部ｅはデータ収集ユニットから通信により送られてきた記録データを受信するためにインターネットなどの公衆通信ネットワークに接続される。制御部ｆはマイクロコンピュータなどからなり、各種の測定データなどのデータ処理を実行し、その結果をサーバへ送付したりする。
このような装置構成から、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベア１４の回転トルクの計測データや、チャンバー１２を構成するバルクヘッド１２１及びスキンプレート１０の内周面、カッター１１の背面、撹拌翼１３１及び固定翼１３２の周面にそれぞれ発生する圧力、せん断力若しくはせん断歪みの計測データはシールド掘進機１に搭載のＰＣ（パーソナルコンピュータ）の処理プログラムでデータ処理され、その結果がＰＣのディスプレイに表示される。シールド掘進機１での作業者は、ＰＣのディスプレイでチャンバー１２内の泥土の性状管理を行う。
かかるシールド掘進機１を用いた地山の掘削工事では、カッターモーター１１０の駆動により、カッター１１で切羽Ｇを掘削し、掘削した土砂をカッター１１後部のチャンバー１２に取り込み、この掘削土砂に適量の添加材を注入して、チャンバー１２内で撹拌翼１３１、固定翼１３２により撹拌混合し、土砂を塑性流動性と不透水性を有する泥土に変換し、この泥土をチャンバー１２内及びスクリューコンベア１４内に加圧充満させて泥土の土圧を切羽Ｇを作用させて安定化させる。そして、掘削土量に見合った量の泥土をスクリューコンベア１４を介して排出させながら掘進する。チャンバー１２内の泥土をカッター１１背面の撹拌翼１３１、チャンバー１２のバルクヘッド１２１の固定翼１３２で撹拌混合する間、この撹拌混合時の土砂の流動により、チャンバー１２を構成するバルクヘッド１２１及びスキンプレート１０の内周面、カッター１１の背面、撹拌翼１３１及び固定翼１３２の周面などに発生する圧力、せん断力若しくはせん断歪みをチャンバー１２内各部の土圧計２１及びせん断力計若しくはせん断歪み計２２が常時検知、測定し、これらの測定データがＰＣにより処理されて、その結果がディスプレイに数値、波形データとして表示され、このディスプレイに得られた値、勾配の大小によって、泥土の硬軟を判定する。すなわち、計測値が上昇し値が大きい場合は、掘削土砂は硬く流動し難い（つまり、掘削土砂の塑性流動性は低い）と判定され、反対に計測値が上昇せず値が小さい場合は、掘削土砂は軟らかく流動し易い（つまり、掘削土砂の塑性流動性は高い）と判定して、泥土の性状を評価する。
また、このシールド掘進機１では、従来から一般的に実施されるシールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベア１４の回転トルクなどの計測が行われており、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベア１４の回転トルクに基づく泥土の性状の評価と、掘削土砂を撹拌混合する際にチャンバー１２内の各部で発生する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みに基づく泥土の性状の評価を併せて行い、総合的に評価する。この場合、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベア１４の回転トルクなどのマシンデータは地山の状態でも変動することがあり、また、チャンバー１２内の泥土の圧力（土圧）は泥土の硬軟により変動していなくても、チャンバー１２内の泥土によるせん断力若しくはせん断歪みは泥土の硬軟を十分に反映するので、マシンデータにこの圧力及びせん断力若しくはせん断歪みに基づく泥土の性状の評価を加えることで、信頼性の高い評価が得られる。
【００１８】
以上説明したように、このシールド掘進機１では、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベア１４の回転トルクなどの計測とともに、泥土がチャンバー１２内の各部に作用する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みを土圧計２１及びせん断力計若しくはせん断歪み計２２により計測し、その結果の計測値に基づいてチャンバー１２内の泥土の性状を評価し、シールド掘進機１の推力やカッター１１、スクリューコンベア１４の回転トルクに基づくチャンバー内掘削土の性状の評価方法など既知のチャンバー内掘削土の性状の評価方法と、掘削土を撹拌混合するチャンバー内の各部で発生する圧力及びせん断力若しくはせん断歪みに基づくチャンバー内掘削土の性状の評価方法とを併せて、総合的に評価するようにしたので、従来から行われているカッター１１、スクリューコンベア１４の回転トルク、スクリューコンベア１４から排出された土砂の目視などに加え、土砂の硬軟を相対的に定量評価することができ、この評価を実際の掘削工事において実際の掘削土砂に対する添加材の注入量の設定やその添加材の配合による試験練りに用いることができる。
【００１９】
図３にこの種の土圧シールド工法に用いる土砂の塑性流動性試験装置を示している。
図３に示すように、土砂の塑性流動性試験装置３は、図１のシールド掘進機１のカッター１１、チャンバー１２、撹拌翼１３１、固定翼１３２を模擬したシールド掘進機１の実機よりも小さい模擬カッター３１、模擬チャンバー３２、模擬撹拌翼３３１、模擬固定翼３３２、及び模擬カッター３１を模擬撹拌翼３３１とともに駆動する駆動装置３１０と、模擬カッター３１の回転トルクを計測する模擬トルク計測装置３４と、泥土が模擬カッター３１、模擬チャンバー３２、模擬撹拌翼３３１、模擬固定翼３３２に作用する圧力及び／又はせん断力若しくはせん断歪みを計測する模擬土圧計３５及び模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計３６とを備え、これら各部が架台３９と架台３９の上に設置された支持フレーム３９１の上に組み立てられて構成される。また、この試験装置３はさらに添加材を模擬する模擬添加材を模擬チャンバー３２に注入するための模擬添加材注入装置３７と、模擬添加材の注入圧力及び注入流量を検知する模擬測定器３８とを併せて備える。
【００２０】
この場合、模擬カッター３１は１本のスポーク形状のプレートからなり、特にカッタービットは設けられていない。なお、この模擬カッター３１は３本スポーク、４本スポークなど複数本のスポークからなるものであってもよく、また、その形状もスポーク形状に制限されず、種々に変更可能である。
模擬チャンバー３２は下面を開口し、上面に軸受３２０を有する全体として略円筒状の容器からなる。模擬カッター３１はこの模擬チャンバー３２内に上面に近接して配置され、上面の軸受３２０を通して挿通された模擬チャンバー３２側の回転軸３２２に連結される。
駆動装置３１０は、駆動モータ（この場合、サーボモータ）３１１と、この駆動モータ３１１に減速機３１２を介して作動連結されるモータ側の回転軸３１３とからなる。この駆動装置３１０にはモータ側の回転軸３１３の回転角度を検出するためのエンコーダ３１４が併せて設けられる。この駆動装置３１０は、架台３９上の支持フレーム３９１に設置されて架台３９上の模擬チャンバー３２の上方に配置され、これによりモータ側の回転軸３１３と模擬チャンバー側の回転軸３２２が同芯的に配置されて、モータ側の回転軸３１３の下端に水平方向に向けて取り付けられるアーム３１５と、模擬チャンバー側の回転軸３２２の上端に水平方向に取り付けられるアーム３２３との間に回転軸３１３、３２３の回転トルクを検出するための模擬トルク計測装置３４としてロードセルが介在されて、両回転軸３１３、３２３が作動連結される。
模擬土圧計３５及び模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計３６はそれぞれ、模擬チャンバー３２の内面（すなわち底面（バルクヘッドに相当する面）及び内周面（シールドスキンプレートの前端部側内周面に相当する面））、模擬撹拌翼３３１、模擬固定翼３３２の表面（周面）、及び模擬カッター３１の模擬チャンバー３２に対向する背面に選択的に設置される。
ここで模擬土圧計３５は、模擬チャンバー３２内の各部で発生する土圧（圧力）を検知する略平板形状の計測機材で、片側一方の面が圧力を受け反応（受圧）する受圧面になっている。模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計３６は模擬チャンバー３２内の各部、各部材と土砂との間で発生するせん断力若しくはせん断歪みに反応（感知）する略平板形状の計測機材で、片側一方の面が圧力を受け反応（感知）する受感面になっている。なお、この場合、模擬土圧計３５、模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計３６には汎用計測機材として市販される土圧計、せん断力計若しくはせん断歪み計が採用される。
模擬チャンバー３２に設置される模擬土圧計３５はこの模擬土圧計３５の受圧面が模擬チャンバー３２の内面と略同一面となるように当該内面に埋め込み設置される。
模擬チャンバー３２に設置される模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計３６はこの模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計３６の受感面が模擬チャンバー３２の内面と略同一面となるように当該内面に埋め込み設置される。
模擬撹拌翼３３１、模擬固定翼３３２に設置される模擬土圧計３５はこの模擬土圧計３５の受圧面が模擬カッター３１の回転方向に対して略直交する方向に向けて設置される。
模擬撹拌翼３３１、模擬固定翼３３２に設置される模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計３６はこの模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計３６の受感面が模擬カッター３１の回転方向と略平行にして設置される。
模擬カッター３１に設置される模擬土圧計３５はこの模擬土圧計３５の受圧面が模擬カッター３１の回転方向に対して略直交する方向に向けて又は略平行に設置される。
模擬カッター３１に設置される模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計３６はこの模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計３６の受感面を模擬カッター３１の回転方向と略平行にして設置される。
なお、これら模擬土圧計３５及び模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計３６の設置形式は上記シールド掘進機１の土圧計２１及び模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計２２の設置形式と同様に種々のバリエーションがある。
模擬添加材注入装置３７は添加材を加圧注入するためのタンク、コンプレッサなどからなる。模擬測定器３８は、添加材の注入圧力を計測するための水圧計と、添加材の注入流量を計測するための流量計とからなる。模擬添加材注入装置３７と模擬チャンバー３２はこれら注入装置３７と模擬チャンバー３２との間に模擬測定器３８の流量計及び水圧計を介して注入管４０により接続され、模擬添加材注入装置３７により添加材が模擬チャンバー３２内に注入されるようになっている。なお、この注入管４０は模擬チャンバー３２の下面（バルクヘッドに相当）を通して模擬チャンバー３２内に連通される。
【００２１】
このようにして実機のチャンバー内で撹拌混合される泥土を想定した模擬泥土を模擬チャンバー３２に投入し、模擬カッター３１を撹拌翼３３１とともに回転させることで、模擬泥土を撹拌混合し、模擬トルク計測装置（ロードセル）３４、模擬土圧計３５及び模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計３６から得た各測定値に基づいて、模擬チャンバー３２内の模擬泥土の性状を評価する。
なお、この模擬土圧計３５及び模擬せん断力計若しくは模擬せん断歪み計３６から得た各測定値に基づく模擬泥土の性状の評価は各計測データを一般のＰＣを使ってデータ処理し、その結果をＰＣのディスプレイ上に表示して行う。
【００２２】
この試験装置３を使って土砂の塑性流動性試験を行った。実験は、この試験装置３の模擬チャンバー３２内に掘削土を想定した泥土を投入し、模擬カッター３１とともに模擬撹拌翼３３１を回転させて実施し、各計測器３４、３５、３６によりトルク、土圧、せん断力を測定した。この場合、土砂の性状については、実験の前後においてスランプ試験を行い、スランプ値の大きさを土砂の硬軟の指標とした。
実験の結果を図４、図５、図６に示す。図４は土砂の性状によるトルクの比較結果、図５は土砂の性状による土圧の比較結果、図６は土砂の性状によるせん断力の比較結果を表している。これらの結果から明らかなように、土砂が硬質（スランプ値１０ｃｍ）であれば、トルク、土圧、せん断力が共に大きく、軟質（スランプ値２０ｃｍ）になれば、トルク、土圧、せん断力が共に小さくなることが分かる。この結果から、（模擬）チャンバー内の土砂の性状（硬軟）を（模擬）チャンバー内で発生するせん断力によって相対的に把握評価することができる、と言うことができる。
【符号の説明】
【００２３】
１  シールド掘進機
１０  シールドスキンプレート
１１  カッター
１１０  カッターモーター
１２  チャンバー
１２１  バルクヘッド（隔壁）
１３１  撹拌翼
１３２  固定翼
１４  スクリューコンベア（排土装置）
１５  シールドジャッキ
２１  土圧計
２２  せん断力計若しくはせん断歪み計
ＰＣ  パーソナルコンピュータ
ａ  操作入力部
ｂ  記憶部
ｃ  ディスプレイ
ｄ  データ読取部
ｅ  通信部
ｆ  制御部
Ｓ  セグメント
Ｇ  切羽（地山）
３  土砂の塑性流動性試験装置
３１  模擬カッター
３１０  駆動装置
３１１  駆動モータ
３１２  減速機
３１３  回転軸
３１４  エンコーダ
３１５  アーム
３２  模擬チャンバー
３２０  軸受
３２２  回転軸
３２３  アーム
３３１  模擬撹拌翼
３３２  模擬固定翼
３４  模擬トルク計測装置
３５  模擬土圧計
３６  模擬せん断力計若しくはせん断歪み計
３７  模擬添加材注入装置
３８  模擬測定器
３９  架台
３９１  支持フレーム
４０  注入管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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