(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
カッタースポーク側に設置された攪拌翼と、チャンバーを隔てた隔壁側に設置され、前記チャンバー内に向けて突出した円筒状の固定翼とにより、前記チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価方法であって、
前記固定翼の内部に円柱状の回転体を同軸に設けるとともに、前記回転体を前記固定翼に対して軸方向に移動可能に構成して、前記回転体が軸方向に移動することで前記固定翼の内部の前記掘削土を前記固定翼の外部の前記掘削土と入れ替え可能とする一方、前記固定翼の内部で前記回転体に所定の回転数を与えながらトルクを計測し、回転数に基づいて前記掘削土に与えられるせん断速度を求めるとともに、計測したトルクに基づいて前記掘削土に作用しているせん断応力を求め、求めたせん断速度とせん断応力の関係に基づいて、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価することを特徴とする土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法。
【請求項２】
前記掘削土を粘性流体と仮定し、粘性流体としての降伏値と塑性粘度によって前記掘削土の塑性流動性を評価することを特徴とする請求項１に記載の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法。
【請求項３】
前記回転体の外周面に摩擦力を向上させるための摩擦力向上部を設けたことを特徴とする請求項１または２に記載の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法。
【請求項４】
前記固定翼を隔壁側の複数箇所に設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法。
【請求項５】
前記カッターを回転しながら前記掘削土の塑性流動性を評価するとともに、評価した塑性流動性を示す情報を表示部に可視化表示することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法。
【請求項６】
カッタースポーク側に設置された攪拌翼と、チャンバーを隔てた隔壁側に設置され、前記チャンバー内に向けて突出した円筒状の固定翼とにより、前記チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド掘削機であって、
前記固定翼の内部に円柱状の回転体を同軸に設けるとともに、前記回転体を前記固定翼に対して軸方向に移動可能に構成して、前記回転体が軸方向に移動することで前記固定翼の内部の前記掘削土を前記固定翼の外部の前記掘削土と入れ替え可能とする一方、前記固定翼の内部で前記回転体に所定の回転数を与えながらトルクを計測し、回転数に基づいて前記掘削土に与えられるせん断速度を求めるとともに、計測したトルクに基づいて前記掘削土に作用しているせん断応力を求め、求めたせん断速度とせん断応力の関係に基づいて、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価し、評価した塑性流動性を可視化表示する管理手段を備えることを特徴とする土圧式シールド掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法および土圧式シールド掘削機に関するものである。
【０００２】
従来、シールドトンネル工事に適用される土圧式シールド工法が知られている。この工法は、カッター装置の背後に掘削土を取り込むためのチャンバーを設けた土圧式シールド掘削機を用いて、チャンバー内に取り込んだ掘削土に対して加水ベントナイトや高分子材料等の薬液あるいは気泡等を添加して攪拌翼で攪拌することにより、掘削土に所定の塑性流動性を持たせてその土圧を切羽に作用させて切羽を安定に保持しつつ掘進を行う工法である。
【０００３】
この土圧式シールド工法においては、掘削土による土圧を切羽の全面に対して均一かつ安定に作用させることが重要であるため、チャンバー内における掘削土の塑性流動性を適切に設定しかつ安定に維持する必要がある。そのためには掘削土がチャンバー内全体において均一に塑性流動化しているか否かを掘削中に逐次確認する必要がある。特に昨今においては土圧式シールド工法の大断面化に伴い、チャンバー内の掘削土の塑性流動性を評価するニーズが高まっている。従来の掘削土の塑性流動性を評価するための方法としては、例えば特許文献１〜３に示されるものが知られている。
【０００４】
特許文献１、２に示される方法は、回転式のトルク計測器をチャンバー内に設置し、回転トルクを測定することにより、設置箇所での掘削土の塑性流動性を直接的に評価するものである。この方法は、トルク計測器がチャンバー内に露出しているため、トルク計測器の故障が発生しやすいという問題がある。
【０００５】
特許文献３に示される方法は、チャンバー内における掘削土の土圧の変動を評価することで間接的に掘削土の塑性流動性を評価するものである。しかしながら、この方法は、掘削土のせん断抵抗（塑性流動性）を直接的に評価するものではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４０２４５０４号公報
【特許文献２】特許第４７７０４７２号公報
【特許文献３】特開２０１４−９５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、図５に示すような一般的な土圧式シールド掘削機のシールドマシン１には、チャンバー２内の掘削土３の攪拌効果を高めるために、カッタースポーク４側に攪拌翼５を、チャンバー２を隔てた隔壁（バルクヘッド）６側に固定翼７を設置している。固定翼７は通常、円柱形の鋼材で構成されており、隔壁６側の複数箇所に取り付けられている。
【０００８】
チャンバー２内に塑性流動性を評価するための装置を取り付けようとする場合、カッタースポーク４側には既に様々な装置が取り付けられているため、新たな装置を取り付けることは難しい。しかしながら、固定翼７の部分は内部が空洞の単なる円柱形の鋼材であり、何らかの装置を取り付ける余裕がある場所でもあるし、シールドマシン１内部（坑内）からも手を加えることができるため、装置が故障した場合でも対応が可能な場所でもある。
【０００９】
そこで、本発明者はこの固定翼部分に着目して、チャンバー内掘削土の塑性流動性を直接的、かつ連続的に精度良く評価することができる技術を発明するに至った。
【００１０】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、チャンバー内掘削土の塑性流動性を直接的、かつ連続的に精度良く評価することができる土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法および土圧式シールド掘削機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】
【００１１】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法は、カッタースポーク側に設置された攪拌翼と、チャンバーを隔てた隔壁側に設置された円筒状の固定翼とにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価方法であって、前記固定翼の内部に円柱状の回転体を同軸に設け、前記回転体に所定の回転数を与えながらトルクを計測し、回転数に基づいて前記掘削土に与えられるせん断速度を求めるとともに、計測したトルクに基づいて前記掘削土に作用しているせん断応力を求め、求めたせん断速度とせん断応力の関係に基づいて、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法は、上述した発明において、前記掘削土を粘性流体と仮定し、粘性流体としての降伏値と塑性粘度によって前記掘削土の塑性流動性を評価することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法は、上述した発明において、前記回転体の外周面に摩擦力を向上させるための摩擦力向上部を設けたことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法は、上述した発明において、前記回転体を軸方向に移動可能に構成したことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法は、上述した発明において、前記回転体によるトルクの非計測時には前記固定翼の内部に収納した状態とし、前記回転体によるトルクの計測時には前記回転体を軸方向に移動して前記固定翼の外部に押し出した状態とすることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法は、上述した発明において、前記固定翼を隔壁側の複数箇所に設けたことを特徴とする。
【００１７】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法は、上述した発明において、前記カッターを回転しながら前記掘削土の塑性流動性を評価するとともに、評価した塑性流動性を示す情報を表示部に可視化表示することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係る土圧式シールド掘削機は、上述した発明において、カッタースポーク側に設置された攪拌翼と、チャンバーを隔てた隔壁側に設置された円筒状の固定翼とにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド掘削機であって、前記固定翼の内部に円柱状の回転体を同軸に設け、前記回転体に所定の回転数を与えながらトルクを計測し、回転数に基づいて前記掘削土に与えられるせん断速度を求めるとともに、計測したトルクに基づいて前記掘削土に作用しているせん断応力を求め、求めたせん断速度とせん断応力の関係に基づいて、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価し、評価した塑性流動性を可視化表示する管理手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、カッタースポーク側に設置された攪拌翼と、チャンバーを隔てた隔壁側に設置された円筒状の固定翼とにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価方法であって、前記固定翼の内部に円柱状の回転体を同軸に設け、前記回転体に所定の回転数を与えながらトルクを計測し、回転数に基づいて前記掘削土に与えられるせん断速度を求めるとともに、計測したトルクに基づいて前記掘削土に作用しているせん断応力を求め、求めたせん断速度とせん断応力の関係に基づいて、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価するので、固定翼の内部の回転体によってチャンバー内の掘削土の塑性流動性（粘度、降伏値）を直接的、かつ連続的に精度良く評価することができるという効果を奏する。
【００２０】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、前記掘削土を粘性流体と仮定し、粘性流体としての降伏値と塑性粘度によって前記掘削土の塑性流動性を評価するので、従来の粘性評価試験の方法に則ったものであることから、評価結果の信頼度は高い。このため、チャンバー内の掘削土の塑性流動性を精度良く評価することができるという効果を奏する。
【００２１】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、前記回転体の外周面に摩擦力を向上させるための摩擦力向上部を設けたので、回転体の外周面と掘削土との境界面でのすべりが抑制され、より正確なトルク計測が可能となる。このため、チャンバー内の掘削土の塑性流動性を精度良く評価することができるという効果を奏する。
【００２２】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、前記回転体を軸方向に移動可能に構成したので、前記回転体を軸方向に移動させることで固定翼の内部の掘削土を外部と入れ替えることができるという効果を奏する。
【００２３】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、前記回転体によるトルクの非計測時には前記固定翼の内部に収納した状態とし、前記回転体によるトルクの計測時には前記回転体を軸方向に移動して前記固定翼の外部に押し出した状態とするので、トルク計測装置としての回転体を非計測時に保護することができるという効果を奏する。
【００２４】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、前記固定翼を隔壁側の複数箇所に設けたので、チャンバー内全体の広範囲にわたって掘削土の塑性流動性を評価することができるという効果を奏する。
【００２５】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、前記カッターを回転しながら前記掘削土の塑性流動性を評価するとともに、評価した塑性流動性を示す情報を表示部に可視化表示するので、表示部を見ることでチャンバー内全体の塑性流動性をリアルタイムで精度良く連続的に把握でき、塑性流動性の管理を高精度に行うことが可能になるという効果を奏する。
【００２６】
また、本発明に係る土圧式シールド掘削機によれば、カッタースポーク側に設置された攪拌翼と、チャンバーを隔てた隔壁側に設置された円筒状の固定翼とにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド掘削機であって、前記固定翼の内部に円柱状の回転体を同軸に設け、前記回転体に所定の回転数を与えながらトルクを計測し、回転数に基づいて前記掘削土に与えられるせん断速度を求めるとともに、計測したトルクに基づいて前記掘削土に作用しているせん断応力を求め、求めたせん断速度とせん断応力の関係に基づいて、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価し、評価した塑性流動性を可視化表示する管理手段を備えるので、固定翼の内部の回転体によってチャンバー内の掘削土の塑性流動性（粘度、降伏値）を直接的、かつ連続的に精度良く評価することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法および土圧式シールド掘削機の実施の形態１を示す要部拡大側面図であり、（１）は正面断面図、（２）は側面断面図である。
【図２】図２は、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法の実施の形態１の説明図であり、せん断速度とせん断応力の関係を示す図である。
【図３】図３は、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法および土圧式シールド掘削機の実施の形態１における管理手段による可視化表示の一例を示す図である。
【図４】図４は、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法および土圧式シールド掘削機の実施の形態２を示す要部拡大側面図であり、（１）は正面断面図、（２）は側面断面図である。
【図５】図５は、従来の土圧式シールド掘削機のシールドマシンのチャンバーを示す図であり、（１）はカッターフェイスの概略背面図、（２）はチャンバーの概略側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下に、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法および土圧式シールド掘削機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２９】
［土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法］
まず、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法について説明する。
【００３０】
（実施の形態１）
まず、実施の形態１について説明する。
本実施の形態１に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法は、カッタースポーク側に設置された攪拌翼と、チャンバーを隔てた隔壁（バルクヘッド）側に設置された円筒状の固定翼とにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、チャンバー内における掘削土の塑性流動性を評価する評価方法である。
【００３１】
図１は、土圧式シールド掘削機のチャンバー後方の隔壁に設置した固定翼の要部拡大図であり、（１）は正面断面図、（２）は側面断面図である。この図に示すように、一般的なチャンバー１０後方の隔壁１２には、周知のとおりチャンバー１０内に向けて突出する固定翼１４が装備されている。そこで、本実施の形態では、この固定翼１４の内部に一回り小さい円柱状の回転体１６を同軸に設ける。
【００３２】
固定翼１４は、端面が開口し、外壁をなす円筒部１４ａからなる。回転体１６はその回転軸心Ｚが円筒部１４ａの軸心と同軸であり、隔壁１２側の端面において回転軸部１８の一端部１８ａと同軸に連結している。回転軸部１８は、隔壁１２を貫通して配置されており、その他端部１８ｂは隔壁１２の外部で図示しない回転駆動装置に接続されている。この回転駆動装置は回転体１６を可逆回転させ、さらにはその回転数（回転速度）を調整可能なモータ装置を備えている。したがって、回転体１６は回転駆動装置からの制御を受けて回転軸部１８を介して回転可能となっている。回転体１６の外周面には、摩擦力を向上させるための摩擦力向上部として直径方向に板状に延びる高さの低い翼部材２０が円周方向等間隔に４箇所設けられている。
【００３３】
本実施の形態においては、回転体１６に所定の回転数（角速度ω）を与えながら回転体１６を固定翼１４内部で回転させ、そのときのトルクＴを計測し、回転数ωに基づいて掘削土に与えられるせん断速度を求める。一方、計測したトルクＴに基づいて掘削土に作用しているせん断応力を求める。求めたせん断速度とせん断応力の関係に基づいて、チャンバー１０内における掘削土の塑性流動性を評価する。このようにすることで、固定翼１４の内部の回転体１６によってチャンバー１０内の掘削土の塑性流動性（粘度、降伏値）を直接的、かつ連続的に精度良く評価することができる。なお、これは流体の粘性を測定する際の、共軸二重円筒タイプの測定方法（例えば、下記の参考文献１を参照）と同じ形式である。
［参考文献１］  「プライミクス株式会社ホームページ  文系でもわかるレオロジー」、［online］、［平成２７年２月４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.primix.jp/mixer_lecture/vol2/05.html＞
【００３４】
次に、本実施の形態による塑性流動性（粘度、降伏値）の計算方法について説明する。ここで、回転軸心Ｚから測定した円筒部１４ａの内空半径をＲｏ、回転体１６の円柱半径をＲｉ、回転体１６の円柱の高さ（軸方向長さ）をｈ、円周率をπとする。
【００３５】
掘削土に与えられるせん断速度は、以下の式（１）により計算することができる。
【００３６】
【数１】
0006638894.tif 000002
【００３７】
掘削土に作用しているせん断応力は、以下の式（２）により計算することができる。
【００３８】
【数２】
0006638894.tif 000003
【００３９】
回転数（角速度ω）を変えることによりせん断速度γ（ガンマ・ドット）が変化し、それに伴って変化するトルクＴからせん断応力τが計算される。そこで、図２に示すように、せん断速度γとせん断応力τの測定値を複数プロットし、これらのプロットを直線近似した関係を求める。
【００４０】
チャンバー１０内の掘削土を粘性流体と仮定すると、粘性流体としての特性値（降伏値τｙ、塑性粘度μ）は、図２に示すようなせん断速度とせん断応力の関係から求めることができる。図の近似直線の切片が降伏値τｙに、傾きが塑性粘度μに相当する。本実施の形態では、こうして求めた降伏値および塑性粘度を、チャンバー１０内の掘削土の塑性流動性を表す評価値として取り扱う。
【００４１】
そして、カッターを回転しながら、またはカッター停止中に、掘削土の塑性流動性（降伏値と塑性粘度）を評価するとともに、評価した結果（情報）を図外のコンピュータのディスプレイ（表示部）に可視化表示する。このディスプレイによる表示例を図３に示す。図の例では、固定翼１４を円周方向等間隔に６箇所に設け、チャンバー１０内全体の広範囲にわたって掘削土の塑性流動性を評価するようにした場合を示しており、塑性流動性として降伏値と塑性粘度に基づいて求めた硬軟の度合いをチャンバー１０全体の空間分布図として表示している。硬軟の度合いについては、例えば色彩や濃淡の違いなどで表現することができる。
【００４２】
カッター回転時または停止時にディスプレイの表示内容を監視することでチャンバー１０内の掘削土の塑性流動性をリアルタイムで精度良く連続的に把握することができ、それに基づき適切な施工管理を行いつつ掘削を行うことが可能である。このため、塑性流動性の管理を高精度に行うことができる。また、固定翼１４を隔壁１２側の複数箇所に設けることにより、チャンバー１０内全体の広範囲にわたって掘削土の塑性流動性を評価することができる。
【００４３】
また、本実施の形態によれば、掘削土を粘性流体と仮定し、粘性流体としての降伏値と塑性粘度によって掘削土の塑性流動性を評価する。これは従来の粘性評価試験の方法に則ったものであり、評価結果の信頼度が高い。このため、本実施の形態によれば、チャンバー１０内の掘削土の塑性流動性を精度良く評価することができる。
【００４４】
また、本実施の形態によれば、回転体１６の外周面に摩擦力を向上させるための摩擦力向上部として翼部材２０を設けたので、回転体１６の外周面と掘削土との境界面でのすべりが抑制され、より正確なトルク計測が可能となる。このため、チャンバー１０内の掘削土の塑性流動性を精度良く評価することができる。
【００４５】
なお、上記の実施の形態においては、固定翼１４の内部の掘削土を入れ替える必要が生じることから、円筒部１４ａ内部に配置する回転体１６を軸方向に移動可能に構成することが望ましい。このようにすれば、固定翼１４の内部の掘削土を外部の掘削土と入れ替えることが可能である。例えば、回転体１６をピストンのような可動構造にした場合、回転体１６が隔壁１２から遠ざかる方向に移動すると、回転体１６は、隔壁１２から遠い側の端面に隣接する掘削土を円筒部１４ａの開口から外部に押し出す。逆に、回転体１６が隔壁１２に近づく方向に移動すると、回転体１６は、円筒部１４ａの開口から外部の掘削土を円筒部１４ａの内部に引き入れるとともに、隔壁１２に近い側の端面と隔壁１２との間の掘削土を円筒部１４ａの開口に向けて押し出す。このようにすることで、固定翼１４の内部の掘削土を外部の掘削土と入れ替えることができる。
【００４６】
また、上記の特許文献２に記載の装置はチャンバー内にむき出し状態で設置されているため、巨礫などが衝突した場合に装置が破損する可能性が高い。しかし、本実施の形態の評価方法であれば、トルク測定時において、外壁をなす円筒部１４ａ（従来の固定翼の壁）が測定部となる回転体１６を保護する作用を発揮するというメリットが得られる。
【００４７】
（実施の形態２）
次に、実施の形態２について説明する。
従来、フレッシュコンクリートの流動性を調べるための回転粘度計が知られている。既往の研究より、フレッシュコンクリートのような塑性粘度が低く、降伏値が高い材料では、上記の実施の形態１で説明したような二重円筒タイプでトルクを測定すると回転体の外周面と材料との境界面ですべりが発生しやすく、正確な測定が難しいことが指摘されている。このすべりを抑制するために、例えば図１に示したように回転体１６に高さの低い板状の翼部材２０を取り付けたり、薄い溝を付けたりして摩擦力を向上させるための工夫もされている。
【００４８】
しかし、礫などが噛み込むことによって回転不能等の不具合が発生することも想定されるため、下記の参考文献２に示すような回転翼型粘度計が提案されている。
【００４９】
[参考文献２］  高流動コンクリートの配合設計方法に関する実験的研究、河合徹、東京工業大学博士論文、１９９６年
【００５０】
すなわち、上記の実施の形態１においては、固定翼１４の円筒部１４ａとその内部の回転体１６との間の隙間に礫などが噛み込むことによって回転不能等の不具合が発生することも想定される。このため、本実施の形態２に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法は、このような課題を解決するものとして、上記の回転翼型粘度計の原理を応用した例を提示するものである。
【００５１】
図４は、土圧式シールド掘削機のチャンバー後方の隔壁に設置した固定翼の要部拡大図であり、（１）は正面断面図、（２）は側面断面図である。この図に示すように、チャンバー１０後方の隔壁１２に、チャンバー１０内に向けて突出する固定翼２２が装備されている。本実施の形態では、固定翼２２の内部に一回り小さい円柱棒状の回転体２４を同軸に設ける。なお、回転体２４の直径は、上記の実施の形態１の回転体１６の直径に比べてかなり小さい。
【００５２】
固定翼２２は、端面が開口し、外壁をなす円筒部２２ａからなる。回転体２４はその回転軸心Ｚが円筒部２２ａの軸心と同軸であり、隔壁１２を貫通して配置されている。回転体２４の一端部２４ａの外周面には、摩擦力を向上させるための摩擦力向上部として翼部材２６が軸方向で等間隔の位置であって、それぞれ軸心Ｚ周りに９０度ずつずれた位置に合計４箇所設けられている。翼部材２６はそれぞれ軸心Ｚに近い側が短く、遠い側が長い略台形板状のものであり、軸方向に進むに従い円周方向に進む態様で回転体２４の外周面に斜めに取り付けてある。また、回転体２４の外周面からの翼部材２６の放射方向の高さは回転体２４の直径よりも大きくなっている。
【００５３】
回転体２４の他端部２４ｂは隔壁１２の外部で図示しない回転駆動装置に接続されている。この回転駆動装置は回転体２４を可逆回転させ、さらにはその回転数（回転速度）を調整可能なモータ装置を備えている。したがって、回転体２４は回転駆動装置からの制御を受けて回転可能となっている。
【００５４】
本実施の形態においても、上記の実施の形態１と同様にして、回転体２４に所定の回転数（角速度ω）を与えながらトルクＴを計測し、回転数ωに基づいて掘削土に与えられるせん断速度を求める。一方、計測したトルクＴに基づいて掘削土に作用しているせん断応力を求める。求めたせん断速度とせん断応力の関係に基づいて、チャンバー１０内における掘削土の塑性流動性を評価する。このようにすることで、固定翼２２の内部の回転体２４によってチャンバー１０内の掘削土の塑性流動性（粘度、降伏値）を直接的、かつ連続的に精度良く評価することができる。なお、本実施の形態では、上記の実施の形態１とは異なり、別途、塑性流動性の指標（粘度、降伏値）を計算するための補正が必要となる。
【００５５】
なお、本実施の形態では、上記の実施の形態１の場合と異なり、トルク測定の際に外壁をなす円筒部２２ａは必須ではなく、例えば、トルクの非計測時には固定翼２２の内部に回転体２４を収納した状態とし、トルクの計測時には回転体２４を軸方向に移動して固定翼２２の外部に押し出した状態で計測することが望ましい。このように、トルク計測に使用しない場合は固定翼２２内に収納しておき、トルク測定時のみ押し出す機構にすることでトルク計測装置としての回転体２４を保護することができる。なお、上記の実施の形態１の場合と同様に、回転体２４を固定翼２２内で回転してトルクを計測する構成としてもよい。この場合、回転体２４を軸方向に移動可能に構成し、固定翼２２の内部の掘削土を外部の掘削土と入れ替えるようにしてもよい。
【００５６】
また、上記の特許文献２に記載の装置はチャンバー内にむき出し状態で設置されているため、巨礫などが衝突した場合に装置が破損する可能性が高い。しかし、本実施の形態の評価方法であれば、外壁をなす円筒部２２ａ（従来の固定翼の壁）が測定部となる回転体２４を保護する作用を発揮するというメリットが得られる。
【００５７】
［土圧式シールド掘削機］
次に、本発明に係る土圧式シールド掘削機について説明する。
【００５８】
本発明に係る土圧式シールド掘削機は、上述したカッタースポーク側に設置された攪拌翼と、チャンバー１０を隔てた隔壁１２側に設置された円筒状の固定翼１４（または２２）とにより、チャンバー１０内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド掘削機である。
【００５９】
図１（または図４）に示すように、この土圧式シールド掘削機は、固定翼１４（２２）の内部に一回り小さい円柱状の回転体１６（２４）を同軸に設け、回転体１６（２４）に所定の回転数を与えながらトルクを計測し、回転数に基づいて掘削土に与えられるせん断速度を求めるとともに、計測したトルクに基づいて掘削土に作用しているせん断応力を求め、求めたせん断速度とせん断応力の関係に基づいて、チャンバー１０内における掘削土の塑性流動性を評価し、評価した塑性流動性を可視化表示する図外の管理手段を備える。
【００６０】
この管理手段は、掘削土の塑性流動性を評価するＣＰＵを有するコンピュータと、このコンピュータにより評価した塑性流動性を可視化表示するディスプレイ等により構成することができる。ディスプレイ等による表示例は図３に示したとおりである。カッター回転時等にディスプレイ等の表示内容を監視することでチャンバー１０内の掘削土の塑性流動性をリアルタイムで精度良く把握することができ、それに基づき適切な施工管理を行いつつ掘削を行うことが可能である。このため、塑性流動性の管理を高精度に行うことができる。
【００６１】
このように、本実施の形態に係る土圧式シールド掘削機によれば、固定翼１４（２２）の内部の回転体１６（２４）によってチャンバー１０内の掘削土の塑性流動性（粘度、降伏値）を直接的、かつ連続的に精度良く評価することができ、管理することができる。
【００６２】
以上説明したように、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、カッタースポーク側に設置された攪拌翼と、チャンバーを隔てた隔壁側に設置された円筒状の固定翼とにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド工法に適用され、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価する評価方法であって、前記固定翼の内部に円柱状の回転体を同軸に設け、前記回転体に所定の回転数を与えながらトルクを計測し、回転数に基づいて前記掘削土に与えられるせん断速度を求めるとともに、計測したトルクに基づいて前記掘削土に作用しているせん断応力を求め、求めたせん断速度とせん断応力の関係に基づいて、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価するので、固定翼の内部の回転体によってチャンバー内の掘削土の塑性流動性（粘度、降伏値）を直接的、かつ連続的に精度良く評価することができる。
【００６３】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、前記掘削土を粘性流体と仮定し、粘性流体としての降伏値と塑性粘度によって前記掘削土の塑性流動性を評価するので、従来の粘性評価試験の方法に則ったものであることから、評価結果の信頼度は高い。このため、チャンバー内の掘削土の塑性流動性を精度良く評価することができる。
【００６４】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、前記回転体の外周面に摩擦力を向上させるための摩擦力向上部を設けたので、回転体の外周面と掘削土との境界面でのすべりが抑制され、より正確なトルク計測が可能となる。このため、チャンバー内の掘削土の塑性流動性を精度良く評価することができる。
【００６５】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、前記回転体を軸方向に移動可能に構成したので、前記回転体を軸方向に移動させることで固定翼の内部の掘削土を外部と入れ替えることができる。
【００６６】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、前記回転体によるトルクの非計測時には前記固定翼の内部に収納した状態とし、前記回転体によるトルクの計測時には前記回転体を軸方向に移動して前記固定翼の外部に押し出した状態とするので、トルク計測装置としての回転体を非計測時に保護することができる。
【００６７】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、前記固定翼を隔壁側の複数箇所に設けたので、チャンバー内全体の広範囲にわたって掘削土の塑性流動性を評価することができる。
【００６８】
また、本発明に係る他の土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法によれば、前記カッターを回転しながら前記掘削土の塑性流動性を評価するとともに、評価した塑性流動性を示す情報を表示部に可視化表示するので、表示部を見ることでチャンバー内全体の塑性流動性をリアルタイムで精度良く連続的に把握でき、塑性流動性の管理を高精度に行うことが可能になる。
【００６９】
また、本発明に係る土圧式シールド掘削機によれば、カッタースポーク側に設置された攪拌翼と、チャンバーを隔てた隔壁側に設置された円筒状の固定翼とにより、チャンバー内の掘削土を攪拌してこの掘削土に塑性流動性を付与し、この掘削土の土圧を切羽に作用させることによって切羽を安定化しつつ掘進を行う土圧式シールド掘削機であって、前記固定翼の内部に円柱状の回転体を同軸に設け、前記回転体に所定の回転数を与えながらトルクを計測し、回転数に基づいて前記掘削土に与えられるせん断速度を求めるとともに、計測したトルクに基づいて前記掘削土に作用しているせん断応力を求め、求めたせん断速度とせん断応力の関係に基づいて、前記チャンバー内における前記掘削土の塑性流動性を評価し、評価した塑性流動性を可視化表示する管理手段を備えるので、固定翼の内部の回転体によってチャンバー内の掘削土の塑性流動性（粘度、降伏値）を直接的、かつ連続的に精度良く評価することができる。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
以上のように、本発明に係る土圧式シールド工法におけるチャンバー内掘削土の塑性流動性評価方法および土圧式シールド掘削機は、シールドトンネル工事に適用される土圧式シールド工法に有用であり、特に、チャンバー内掘削土の塑性流動性を直接的、かつ連続的に精度良く評価するのに適している。
【符号の説明】
【００７１】
１０  チャンバー
１２  隔壁
１４，２２  固定翼
１４ａ，２２ａ  円筒部
１６，２４  回転体
１８  回転軸部
１８ａ，２４ａ  一端部
１８ｂ，２４ｂ  他端部
２０，２６  翼部材
Ｚ  回転軸心
【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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