(57)【要約】      （修正有）【課題】掘削土砂量を正確に計測可能で、この掘削土砂量に応じた適切な掘進速度に可及的に速やかに調整することが可能なシールド掘進機を提供する。【解決手段】掘削土砂を搬送するベルトコンベア８の上方に、ベルト上を搬送される土砂表面までの距離を計測するセンサ１６を配置し、該センサ１６により検出された土砂表面までの距離とベルト面までの基準距離との差から通過する土砂の断面積を演算手段で演算し、該断面積と搬送速度とから前記計測サイクル時間当たりの搬送土砂体積を積算することで、単位時間当たりの掘削土砂量を求めるようにしたシールド掘進機において、該求めた掘削土砂量の多少に応じて、該土砂量が設定された上下限値を超えると該ベルトコンベアの搬送速度を増減速させる搬送速度制御手段を設けて、掘削土砂量の多少に影響されない高精度な掘削土砂の計測を行うとともに、該掘削土砂量をリアルタイムに表示する表示手段を運転室に設ける。【選択図】図２
2005282265.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
土圧室内に先端を配置し、後端をシールドトンネル内に配置したスクリューコンベアと、該スクリューコンベアの後端部における吐出ゲート下部に先端を配置し、かつ後端をズリ搬送台車の上部に対向位置させたベルトコンベアと、
該ベルトコンベアの上方に配置されてベルト上を搬送される土砂表面までの距離を所定のサイクルで繰り返し計測するセンサと、
該センサにより検出された土砂表面までの距離とベルト面までの基準距離との差から通過する土砂の断面積を演算する演算手段と、
該土砂の断面積とベルトコンベアの搬送速度とから前記計測サイクル時間当たりの搬送土砂体積を算出して積算することで、単位時間当たりの搬送土砂量を求める搬送土砂量積算手段とを備えたシールド掘進機において、
該求めた搬送土砂量の多少に応じて、該土砂量が設定された上限値を超えると該ベルトコンベアの搬送速度を増速させるとともに、該土砂量が設定された下限値を下回ると該ベルトコンベアの搬送速度を減速する速度制御手段を設けるともに、
該搬送土砂量を表示する表示手段を該シールド掘進機の運転室に設けた、
ことを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
前記速度制御手段は、
搬送土砂量の上限値及び下限値の設定手段と、
ベルトコンベア速度を複数段に分けて設定する速度設定手段と、
搬送土砂量が上限値を越えた場合に、前記ベルトコンベアの速度を現在速度より一段上げ、下限値を下回った場合に現在速度より一段下げる速度切替制御手段と、
を有していることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排出する土砂量を精度良く計測でき、この排出土砂量に応じて掘進速度を適切に制御することが可能なシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機を用いた土圧シールド工法においては、掘削土の排出には一般にスクリューコンベアが用いられており、このスクリューコンベアの排出端にはベルトコンベアを配置し、当該ベルトコンベアを通じてズリ搬送台車に土砂を受け渡す方法が主流となっている。
【０００３】
ここで、このベルトコンベア上を搬送される土砂量を計測する方法として、最近ではレーザースキャナーをセンサとして利用して、リアルタイムに計測表示可能となした技術が採用されている。この計測方法は、空荷状態のベルトコンベアの搬送面（ベルト面）に対して、その幅方向にレーザー光を照射してスキャンさせ、そのレーザー光の搬送面からの反射時間を基準値として、この基準値と土砂搬送時の土砂表面からの反射時間との差から土砂の断面積を極短い所定時間サイクルで繰り返し算出計測するとともに、この計測された断面積に上記計測サイクル時間当たりのベルトコンベアの進行長を乗ずることで、その計測サイクル時間当たりの体積を逐次算出し、この体積を積算することで排出土砂量を検出できるようにしたものであり、リアルタイムな計測が可能となっている。
【０００４】
また、特開２００２−１３９３１２号公報に示されているように、コンベア上の搬送土砂の輪郭を定位置で撮影し、撮影されたその輪郭に基づいて、所定時間毎に搬送土砂の断面積を画像処理により求め、得られた断面積にコンベアの搬送速度を乗じて搬送土砂量を計測するようにした技術も知られている。
【特許文献１】特開２００２−１３９３１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、シールド工法にあっては、掘削地盤の土質層の性状変化等に伴うシールドマシンの掘進速度変化等に起因して、排出する掘削土の搬送土砂量は不均一となり易い。このため、上記従来のような搬送土砂量の計測方法では、ベルトコンベアの速度を一定にしているので、特に搬送土砂量が少なくなった場合に、計測誤差が大きいものとなっていた。
【０００６】
この計測誤差の主たる原因としては、基準面となるベルト面の振れがあげられる。即ち、搬送土砂量が多くて土砂の高さが嵩んでいる時には、当該土砂の重みによってベルトの振れ量は小さくなるから、基準面の変動は少なく、その測定精度は確保されるが、搬送土砂量が少なくなると土砂の高さは低くなって重量も減少し、もってベルト面の振れは大きくなってしまうので、その測定誤差は土砂量が減る程に増大してしまうことになる。そして、搬送土砂量の嵩高がある一定値以下まで下がると、その誤差は許容限界を超えて大きくなりすぎ、当該測定自体が無意味なものとなってしまう。
【０００７】
一方、搬送土砂量が少ないときにでも、その嵩高が一定値以上になるように、ベルトコンベア速度を遅くすると、スクリューコンベアから排出される土砂量が多くなった場合に、ベルトコンベアによる搬送が追いつかなくなって搬送量が確保できなくなり、土砂のつまりやオーバフローなどの不具合を来す虞がある。
【０００８】
このため、ベルトコンベアの搬送速度については、作業員が目視判断によって適宜に管理をしていたが、計測誤差が少ない適正な搬送土砂量になるように、その速度を絶えず維持することは困難であった。
【０００９】
また、このように排出土砂量を正確に把握することができなかったので、従来では当該排出土砂量を考慮したシールド掘進機の掘進速度の調整を行うことができず、当該掘削土砂量の情報をシールド掘進機の運転室にリアルタイムに伝えることも行っていなかった。つまり、掘削地盤の土質層の性状の変化などによって、掘削土砂量に増減変化が来したした場合に、当該掘削土砂量の変化に対応させて適切な掘進速度に速やかに調整することができず、例えば、粘性土層から砂礫層などに侵入して予堀量が大きくなりすぎた場合等になどに、速やかに掘進速度を低下させる等の速度制御を行うことができず、予堀量が大きすぎるまま暫く掘進し続けてしまう等、掘削地盤の土質性状の変化への対応にタイムラグが生じてしまうことを避けられなかった。
【００１０】
本発明は、以上の課題を解決するものであり、その目的とするところは、掘削土砂量を正確に計測可能で、この掘削土砂量に応じた適切な掘進速度に可及的に速やかに調整することが可能なシールド掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するために、本発明にかかるシールド掘進機は、土圧室内に先端を配置し、後端をシールドトンネル内に配置したスクリューコンベアと、該スクリューコンベアの後端部における吐出ゲート下部に先端を配置し、かつ後端をズリ搬送台車の上部に対向位置させたベルトコンベアと、該ベルトコンベアの上方に配置されてベルト上を搬送される土砂表面までの距離を所定のサイクルで繰り返し計測するセンサと、該センサにより検出された土砂表面までの距離とベルト面までの基準距離との差から通過する土砂の断面積を演算する演算手段と、該土砂の断面積とベルトコンベアの搬送速度とから前記計測サイクル時間当たりの搬送土砂体積を算出して積算することで、単位時間当たりの搬送土砂量を求める搬送土砂量積算手段とを備えたシールド掘進機において、該求めた搬送土砂量の多少に応じて、該土砂量が設定された上限値を超えると該ベルトコンベアの搬送速度を増速させるとともに、該土砂量が設定された下限値を下回ると該ベルトコンベアの搬送速度を減速する速度制御手段を設けるともに、該搬送土砂量を表示する表示手段を該シールド掘進機の運転室に設けたことを特徴とする（請求項１）。
【００１２】
ここで、前記速度制御手段は、搬送土砂量の上限値及び下限値の設定手段と、ベルトコンベア速度を複数段に分けて設定する速度設定手段と、搬送土砂量が上限値を越えた場合に、前記ベルトコンベアの速度を現在速度より一段上げ、下限値を下回った場合に現在速度より一段下げる速度切替制御手段を備えた構成となし得る（請求項２）。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にかかるシールド掘進機によれば、ベルトコンベア上を搬送される掘削土砂量が設定値を超えて大きい場合には、ベルトコンベアの搬送速度があがる一方、搬送土砂量が設定値を下回って小さい場合には、その搬送速度が下がるため、常にベルトコンベア上を搬送される掘削土砂量を適正な範囲内に安定的に維持して搬送し得、もってベルトの振れを常時小さく抑えて、掘削土砂量の計測誤差を小さくすることができ、当該ベルトコンベア上に供給される掘削土砂量の変動に拘わらずその計測精度を可及的に向上させることができ、かつ、この計測した掘削土砂量をリアルタイムにシールド掘進機の運転室に表示させることができる。このため、計測された掘削土砂量を監視しつつ、当該掘削土砂量に変化が生じた場合には、これに素早く対応して当該掘削土砂量を考慮した適切な掘進速度に速やかに調整することができ、掘削地盤の土質層の性状変化等に対して迅速な対応が行えるようになる。この結果、過剰な予堀状態を速やかに是正できるようになる等、適切な掘削を可及的に効率良く行えるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態について添付図面を参照して詳細に説明する。図１は本発明にかかるシールド掘進機の全体的構成を示し、図２は図１のＡ部拡大図、図３は図２のＢ−Ｂ線断面図である。これらの図において１はシールド掘進機、２は掘進機１の後部に連続して構築されたシールドトンネルである。
【００１５】
図１に示すように、シールド掘進機１の前面にはカッターディスク３が設けられ、後部内面には推進用の複数の油圧ジャッキ（図示せず）が配置され、カッターディスク３の回転と油圧ジャッキの駆動とにより当該掘進機１自体が既に構築されたトンネル２の先端に反力をとって前進するとともに、この掘進機１の前面の切り羽が掘削されていく。この掘削動作によって掘削された土砂は、掘進機１の先端部に隔壁で仕切られて画成された土圧室４内に取り込まれる。この土圧室４に取り込まれた掘削土砂は、先端が当該土圧室４内の下部に開口して後方に向けて斜めに立ち上がる第１のスクリューコンベア５を通じて土圧室４外に排出される。この第１のコンベア５の後端にはトンネル２の天井部に平行配置された第２のスクリューコンベア６が連結され、このスクリューコンベア６により掘削土砂はさらにトンネル２内を後方に向けて移送される。
【００１６】
第２のスクリューコンベア６の後端の土砂吐出ゲート６ａの下部には後部側に向けて斜めに立ち上がる第１のベルトコンベア７の先端が位置し、このベルトコンベア７の後部には第２のベルトコンベア８が配置されており、掘削土砂は第２のベルトコンベア８を介してズリ搬送台車側に受け渡されて後部側に搬送される。各ベルトコンベア７，８は図３に示すように、後続台車９の一側部に設けた逆Ｌ字形の支持フレーム１０上に支持されている。
【００１７】
図１〜図３に示すように、トンネル２の床面には複線化された軌条１１が敷設されているとともに、その一側部には補助軌条１２が平行に敷設されており、前記支持フレーム１０はその下端が補助軌条１２に沿って移動可能に支持される一方、側端が軌条１１上を走行する後続台車９に連結されていて、当該後続台車９と一体的に移動可能となっている。
【００１８】
また、図３中符号１４は他方の軌条１１上を走行するバッテリ機関車であり、ズリ搬送台車はこのバッテリ機関車１４に牽引されてトンネル２内を移動可能となっている。
【００１９】
上記支持フレーム１０上には、第２のベルトコンベア８の後部に位置されて、当該後部の周囲を取り囲むように矩形状にフレーム１５が組み付けられており、このフレーム１５の上部中央には、ベルトコンベア８のベルト８ａ上を搬送される土砂量を検出するためのセンサ１６が配置されている。
【００２０】
このセンサ１６はレーザースキャナであって、センサ１６の発光部から測定対象物に向けて照射したレーザパルスの反射光を受光モジュールにて受光し、この時の光の伝播時間を測定することにより、対象物までの距離を所定のサイクル時間で繰り返し計測する。また、レーザパルスは内蔵された回転ミラーによって予め設定された角度範囲をスキャンする。ここで、センサ１６の位置は図４（ａ），（ｂ）に示すようにベルト８ａの幅方向中心位置であって、その離間間隔が約１０００ｍｍ、またベルト８ａの振れに伴う測定誤差を可及的に小さくするため、コンベアローラ８ｂの直上で９０°の交差角をなすように配置される。すなわち、図４（ａ）に示すように、上部側を移動するベルト８ａは、三つのローラ８ｂにより湾曲形状に保持され、また、左右のベルト押さえ８ｃによってローラ８ｂからの離脱を防止するようになっているが、搬送速度が上がり、かつ搬送土砂量が少ないほど振れが大きくなりやすいため、ローラ８ｂの直上位置を最も計測誤差が生じにくい位置として設定することが必要である。
【００２１】
このセンサ１６の検出値は、当該シールド掘進機１の発進基地となっている立坑の地上部に建てられた施工管理棟に設置された制御手段としてのホスト用のパソコン１７に通信ケーブルを介して入力される。また、図２に示すように、このパソコン１７の本体は、同じく施工管理棟に設置された制御盤１９に相互通信可能に接続されている。この制御盤１９は前記各ベルトコンベア７，８の駆動用のインバータモータ１８や、スクリューコンベア６の駆動モータ６ｂ、並びにゲート６ａの開閉機構、推進用のジャッキ、カッター３の駆動モータ３ａの他、図示していない加泥手段や気泡供給手段、切羽土圧センサー等が接続されていて、これらの作動状態を検出して掘進機１の運転管理をするものであり、当該制御盤１９から各種の掘進データが通信ケーブルを介してパソコン１７に入力されるとともに、パソコン１７側から当該制御盤１９に対して上記のモータ１８やコンベア６、カッター駆動モータ３ａ、推進用ジャッキ等への作動指令信号が発進されるようになっており、これら一連の作業はパソコン１７に内蔵された処理ソフトにより行われる。また、このパソコン１７にはＬＡＮケーブル等を介してネットワークが構築されていて、同一機能を有したクライアント用のパソコン１７ａがシールド掘進機１の後続台車９に設けられている運転室ＯＲ内に設置されており、当該クライアント用のパソコン１７ａのモニター上で各種の掘進データが監視できるとともに、各種制御データの設定変更をすることも可能になっている。
【００２２】
ここで、上記センサ１６は所定の計測サイクルで測定対象物までの距離を逐次繰り返し計測するようになっており、パソコン１７は、当該センサ１６によって検出された土砂表面までの距離とベルトコンベア搬送面であるベルト面までの基準距離との差から通過する土砂の断面積を演算する演算手段と、当該土砂の断面積とベルトコンベア８の搬送速度（上記計測サイクル時間当たりのベルト８ａの移動量）とから前記計測サイクル時間当たりの搬送土砂体積を逐次算出して、その算出値の所定回数分を積算することで、単位時間当たりの搬送土砂量を求める搬送土砂量積算手段と、演算手段による土砂断面積の演算結果及び積算手段による土砂堆積の積算結果とをそれぞれモニター１７ａに表示する表示手段と、求めた搬送土砂量の多少に応じて、当該土砂量が設定された上限値を超えるとベルトコンベア８の搬送速度を増速させるとともに、当該土砂量が設定された下限値を下回るとベルトコンベア８の搬送速度を減速する速度制御手段とを内在して備えている。
【００２３】
また、上記処理ソフトの機能は、上記センサ１６からの計測値を取り込んでその値を断面積に換算して数値表示する機能、同断面形状を画像として表示する機能、ベルトコンベア８の速度を取り込み、前記断面積に乗じて積算体積を演算してモニター１７ａに数値表示する機能、土砂断面積に応じてベルトコンベア７，８の加減速を制御する機能が盛り込まれている。
【００２４】
図５は、モニター１７ａに表示される処理ソフトの作業用ウィンドウ２０の具体例を示すものである。このウィンドウ２０はパソコン１７の電源投入により自動的に起動されるもので、上部に一般的ウィンドウ画面と同様、タイトルバー２１、メニューバー２２が配列され、下部に現在の計測状態を表示するためのタスクバー２３が配列され、これら各バー２１〜２３で囲われた内側を操作、表示のための領域２４とし、この領域２４の内部に各種表示ボタン及び表示窓が表示されている。
【００２５】
このうち表示ボタンは、計測開始ボタン（スタートボタン）２５、通信画面表示ボタン２６、基準値取得ボタン２７、計測中断／再開ボタン２８、計測終了ボタン２９、リセットボタン３０、スケール変更ボタン３２、画像反転ボタン３１等からなり、該当する表示位置にマウスポインタ４２をドロップし、クリックすることでそれぞれのボタンに表示された命令が実行される。また、スケール変更ボタン３２のみは中央に設けたボタンにマウスポインタをドロップし、上下方向ドラッグすることで、後述の照射表示窓の表示スケールを変更させることが可能となっている。
【００２６】
表示窓は、断面積表示窓３３，３４、体積表示窓３５，３６、繰り上げ表示窓３７、ベルコン（ベルトコンベア）速度表示窓３８、及び画面中央に大きく表示された照射表示窓３９からなるものである。このうち、断面積表示窓３３，３４は通過する土砂の断面積の現在値をそれぞれｃｍ２、ｍｍ２単位で数値表示するもの、体積表示窓３５，３６は断面積とベルトコンベア速度とを乗じた積算体積をそれぞれｃｍ３、ｍｍ３単位で数値表示するもの、繰り上げ表示窓３７は積算体積が３００ｍ３以上になると１加算するもので、１繰り上がる毎に体積表示窓の表示は初期値に戻り、順次積算を繰り返すようになっている。
【００２７】
また、照射表示窓３９は現在計測中の実際の断面形状を表示するもので、図４（ａ）に示すようなベルトコンベアの断面形状を、基準ラインとして例えば赤線で表示し、計測値すなわち土砂表面の輪郭を例えば青線などで表示することにより、現在計測中の断面形状を前記数値とともに視覚的に見ることができるようにしている。
【００２８】
以上において、計測実行前の設定作業としては次のことを行う。すなわち、各機器のパソコン１７への接続確認後、メニューバー２２中の「設定（Ｓ）」をクリックすると、図６（ａ）に示すような設定画面４０が呼び出されるので、この画面にてスキャン角度範囲、形状記憶スキャン回数、誤差無視範囲を数値入力することで、設定が完了する。ここで、左右それぞれの設定範囲は０〜９０°まで設定できるが、実際の照射範囲（図４（ａ）参照）からそれに応じた角度に設定すればよい。また、形状記憶スキャン回数（計測回数）は多ければ多いほど精度が上がるが、時間がかかるので、適宜なスキャン回数を選択する。
【００２９】
なお、設定画面４０中の下部にある現在値ボタンをクリックすれば、現在の設定の確認画面４０ａが表示されて逐次に設定値を確認でき、設定値を変更する場合には、設定画面４０中で新たな設定値を入力した後に、設定反映ボタンをクリックすることで設定値が更新され、設定作業が完了する。
【００３０】
次に、通信画面の表示ボタン２６をクリックすることにより、図６（ｂ）に示すように、通信画面４１が表示されるので、センサ１６とパソコン１７間の受信／送信設定を行うことにより、データ通信が可能となる。
【００３１】
次いで、前記ベルトコンベア８の空荷状態下でウィンドウ画面２０内の基準値取得ボタン２７をクリックすれば、基準値、すなわちベルト８ａまでの距離とその形状分布が基準値として取り込まれ、以後は計測値と基準値との差分を断面積として表示可能となる。以後、スクリューコンベア５，６及びベルトコンベア７，８の稼働に応じて計測開始ボタン（スタートボタン）２５をクリックすれば、計測が可能となり、順次表示窓にその数値及び断面形状が表示される。
【００３２】
以上の機能に加え、本処理ソフトには計測された断面積に応じてコンベア速度を可変にする速度制御機能が組み込まれている。
【００３３】
前述のごとく、実際の測定に際し、土砂のない空荷状態下において高速でベルト８ａを移動させると当該ベルト振動が大きくなり、図４（ａ）に示す振れ幅が最大となり、測定誤差が大となる。これに対し、掘削土砂がベルト８ａ上に堆積されている場合にはその重量に応じた「重し」効果により振れ幅はより小さくなり、計測誤差も小さくなる。
【００３４】
この重量は土砂比重によっても異なるが、計測される断面積に比例するものであるから、断面積が大であれば、精度のよい計測がなされることになる。つまり、スクリューコンベア５，６およびベルトコンベア７を通じて供給される土砂量に対して、ベルトコンベア８の搬送速度を遅くするほど、ベルトコンベア８による搬送土砂量は多くなって、測定精度は高くなる極端に遅くした場合には、測定精度は高い。その代わりスクリューコンベア６から吐出される土砂量に対するベルトコンベア７，８の搬送量が少なくなり、搬送が停滞したりオーバフローする不具合が生ずる。
【００３５】
それ故、断面積が常時一定となるようにベルト搬送速度を可変することによって計測誤差を小さく保つと同時にスクリューコンベア６からの吐出土砂量に応じた最適輸送効率を得ることができることになる。
【００３６】
例えば制御対象であるベルトコンベア７，８の速度とインバータモータ１８の出力との関係は、次の表１に示す通りであり、これらを設定値として予め登録しておく。
【表１】
2005282265.tif 000003
【００３７】
また、土砂量計測値の上限値及び下限値を制御パラメータとして、それぞれ設定しておくことにより、次の図７に示す制御が実行される。
【００３８】
図７において、まず計測開始ボタンをクリックすることで、ベルトコンベア７，８のモータ１８が駆動し、最初の段階ではベルトコンベア速度は基準速度である中速で移動を開始する（ステップＳＴ１，２）。  
次いでスクリューコンベア５，６の駆動及びゲート６ａの開信号を受けて計測及び演算が開始され、その値を作業ウィンドウ２０上に順次表示する（ステップＳＴ３〜ＳＴ６）。
【００３９】
これと同時にステップＳＴ７では土砂量が設定された範囲の上限を上回っているか否かの判断がなされる。ＮＯ、すなわち上回っていない場合は、次のステップ８で土砂量が設定された下限値を下回っているか、否かの判断がなされ、ＮＯ、すなわち下回っていない場合には、ベルトコンベア速度を中速に保持したまま掘削土砂の搬送を持続する。
【００４０】
ステップＳＴ７でＹＥＳ、すなわち設定された上限を所定時間以上上回っていた場合は、所定時間経過後、モータ１８の出力を一段速い速度である高速に引き上げ（ＳＴ９）、この状態で再びステップＳＴ７，８における判断を繰り返す。
【００４１】
その逆にステップＳＴ８でＹＥＳ、すなわち設定された下限を所定時間以上下回った場合は、所定時間経過後モータ１８の出力を一段低い速度である低速に引き下げ（ＳＴ１０）、この状態で再びステップＳＴ７，８における判断を繰り返す。
【００４２】
なお、所定時間以上というのは、スクリューコンベアからベルトコンベアに受け渡される土砂の形状に凹凸があるからで、一時的な断面形状の過小により直ちに速度変更した場合には過誤を生ずるからである。
【００４３】
図８（ａ）〜（ｃ）は搬送土砂量がそれぞれ適正・過大・過小な状態における土砂の断面形状を示すもので、同図（ａ）〜（ｃ）中において波線で示した上部側円弧が上限値、下部側円弧が下限値であり、（ａ）においては計測された掘削ずりはこの上下限の範囲に入っており、搬送量と搬送速度がマッチングしている。また（ｂ）においては、搬送量が上限値を上回って過大となっており、（ｃ）では搬送量が下限値を下回って過小となっている。過大の場合には搬送が遅滞し、過小の場合にはベルト８ａの振動により計測精度の低下を来す要因となるため、それぞれ搬送速度を上げる、または下げることによって、適正な搬送量となすことができる。
【００４４】
すなわち、ベルトコンベア８上を搬送される土砂量が設定値を超えて大きい場合には、ベルトコンベア８の搬送速度があがる一方、搬送土砂量が設定値を下回って小さい場合には、その搬送速度が下がるため、常にベルトコンベア８上の搬送土砂量を適正な範囲内に安定的に維持して搬送し得、もってベルト８ａの振れを常時小さく抑えて、土砂量の計測誤差を小さくすることができ、当該ベルトコンベア８上に供給される搬送土砂量の変動に拘わらずその計測精度を可及的に向上させることができるようになる。
【００４５】
また、ベルトコンベア８上に供給される土砂量が少ない場合には、ベルトコンベア８の搬送速度を下げて運転するので、当該ベルトコンベア８による土砂の搬送効率を可及的に向上させることができて、消費電力の低減化等の省エネルギー化が可及的に図れる。
【００４６】
なお、図示しないが、センサ１６による土砂量計測位置よりも上流側に位置させて、ベルトコンベア８の両側には、ベルト８ａの両側縁上に突出して土砂を中央部に寄せるように案内するガイド部材を設けるのが好ましい。この場合、当該ガイド部材は搬送方向後方に向けて回動可能となしておくとともに、スプリング等の付勢手段で先端の揺動端側をべると８ａ上に突出するように付勢しておき、搬送土砂量が少ないときにはベルト８ａ上に幅方向に広がった両側部の土砂をベルト中央部に向けて掻き寄せるように案内する一方、多量の土砂が搬送されてきたときには、移動する多量の当該土砂に押し戻されてベルト８ａ面上から待避する機構を付設しておくことが望ましい。
【００４７】
図９は、制御盤１９とパソコン１７，１７ａとによって管理するシールド掘進機１の運転制御プログラム中に組み込まれている排土量（掘削土砂量）監視用画面５０を示すものであり、パソコン１７，１７ａのモニター上に表示されるようになっている。図示するようにこの監視用画面５０には、左側に各種のプログラム選択用のメニューボタン５１が縦に多数並んでおり、当該メニューボタンの１つを任意に選択してクリックすることにより、メイン表示窓５２に表示される画面が切り替わるようになっていて、そのメニューボタンとしては、土圧管理ボタン５１ａ、排土量（掘削土砂量）管理ボタン５１ｂ、加泥管理ボタン５１ｃ、気泡管理ボタン５１ｄ、終了ボタン５１ｅの他にも各種のボタンが設けられている。
【００４８】
メイン表示窓５２に表示された排土量監視用画面中には、排土量（掘削土砂量）の瞬時値をリアルタイムに表示していく折れ線グラフ５３が上部に、過去の実績値を表示する棒グラフ５４が下部に表示されている。また上記折れ線グラフ５３と棒グラフ５４との間にはスクリューコンベアの回転速度と推進用ジャッキの推進速度との変化履歴を示す折れ線グラフ５５が表示されている。
【００４９】
排土量の瞬時値をリアルタイムに表示していく上記折れ線グラフ５３は、横軸が推進ストローク、縦軸が排土量の積算値となっており、目標値を示す直線５３ａの上下を挟んで許容し得る排土量の上限値と下限値との範囲を示す直線５３ｂ，５３ｃが表示されている。排土量の瞬時値は１サイクルの計測が終了する毎に直ちにその値がグラフ５３中にプロットされて折れ線５３ｄにて記されていく。つまり、当該折れ線５３ｄが直線５３ｂと５３ｃとの間にあれば、許容し得る正常値の範囲内で掘進作業が進行していることになる。
【００５０】
また、これら３種のグラフ５３，５４，５５の左側には、今回の掘進作業の開始時から積算した、ベルコンでの排土量と後続台車（鋼車）での排土量、並びに鋼車による理論上の土量（排土量）、実際に掘進したストローク、供給した気泡量の各情報をそれぞれ示す表５６と、セグメントのリング換算で所定個数分を推進したときのベルコンでの排土量と鋼車での排土量との実績値の情報を各々平均値で示す表５７とが表示されている。
【００５１】
図１０は運転制御プログラムによって管理するシールド掘進機１の運転手順を示すフローチャートである。図示するように、この運転制御プログラムが起動されると、最初に初期設定画面が表示され、切羽土圧やカッター駆動トルク，スクリューコンベア速度、加泥量，気泡量，ジャッキ推力，排土量（掘削土砂量）等の各種掘進データの目標値が入力される（ＳＴ１１）。この目標掘進データは予めボーリング調査等によって得ている地質データや直前の掘進作業から得られた地質データに基づいて決定される。
【００５２】
目標掘進データの設定が終了すると、次に当該目標値での掘進作業が開始される（ＳＴ１２）。そして、当該各種目標掘進データに対応する実掘進データを逐次計測及び検出して監視する（ＳＴ１３）。即ち、先ず切羽土圧が許容設定範囲の正常値内にあるか否かが判断される（ＳＴ１４）。ここで、当該切羽土圧が上限値を超えて高い場合には、スクリューコンベアの回転を増して速度を上げるとともにその回転速度目標値を更新する（ＳＴ１５）。一方、上記ＳＴ１４の判断で、その切羽土圧が低い場合には、スクリューコンベアの回転を減じて速度を下げるとともにその回転速度目標値を更新する（ＳＴ１６）。
【００５３】
次に、カッター駆動トルクが設定上限値以下になっているか否かを判断し（ＳＴ１７）、これがＹＥＳであれば、次にジャッキ推力が設定上限値以下になっているかを判断し（ＳＴ２０）、これがＹＥＳであればさらに次にベルトコンベア上で計測した前述の搬送土砂量（掘削土砂量）つまり排土量が許容設定範囲の正常値内にあるか否かが判断され（ＳＴ２２）、これがＹＥＳであれば、上記ＳＴ１３に戻される。
【００５４】
一方、上記ＳＴ１７での判断がＮＯで、トルクが設定上限値を超えていると、駆動トルクを減じるとともにその駆動トルクの目標値を更新し（ＳＴ１８）、次いでチャンバー内への加泥量を増してその加泥量目標値も更新（ＳＴ１９）した後、ＳＴ１２に戻される。同様に、上記ＳＴ２０での判断がＮＯで、ジャッキ推力が設定上限値を超えていると、ジャッキ推力を減じてそのジャッキ推力の目標値を更新（ＳＴ２１）した後、ＳＴ２２をジャンプしてＳＴ１２に戻る。
【００５５】
また、上記ＳＴ２１での判断がＮＯで、かつ排土量（掘削土砂量）が設定値の上限を超えている場合には、掘進速度が早すぎるとみなして、各種の目標掘進データを全般的に見直し、掘進速度減処理をすべく各種目標掘進データの再設定を行って（ＳＴ２３）、上記ＳＴ１２に戻る。一方、排土量が設定値の下限を下回っている場合には、掘進速度が遅すぎるとみなして、各種の目標掘進データを全般的に見直し、掘進速度増処理をすべく各種目標掘進データの再設定を行って（ＳＴ２４）、上記ＳＴ１２に戻る。
【００５６】
従って、上記のような搬送土砂量（掘削土砂量）の計測装置を搭載して、その排土量（掘削土砂量）の情報を正確に、しかもリアルタイムに運転室ＯＲのパソコン１７ａのモニターに表示するようにしたシールド掘進機１にあっては、ベルトコンベア上で高精度に計測された掘削土砂量の推移を監視して、当該掘削土砂量を考慮しつつ各種の目標掘進データを更新することで、掘進速度の調節をすることができるので、計測した掘削土砂量に変化が生じた場合に、これに素早く対応して適切な掘進速度に速やかに調整することができる。つまり、掘削地盤の土質層の性状変化等に対して可及的に迅速な対応が行えるようになり、その結果、過剰な予堀状態等を速やかに是正できるようになる等、適切な掘削を可及的に効率良く行えるようになる。
【００５７】
また、供給される土砂量が少ない場合に、ベルトコンベア８の搬送速度を下げて運転するので、当該ベルトコンベア８による土砂の搬送効率を可及的に向上させることができて、消費電力の低減化等の省エネルギー化も可及的に図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明に係るシールド掘進機の全体的構成を示す側断面図である。
【図２】図１のＡ部拡大断面図である。
【図３】図２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図４】（ａ），（ｂ）はセンサとベルトコンベアの配置を示す正面図及び側面図である。
【図５】処理ソフトの作業ウィンドウを示す説明図である。
【図６】（ａ）は同処理ソフトにおける設定画面、（ｂ）は同処理ソフトにおける通信設定画面を示す説明図である。
【図７】同処理ソフトによる速度変更手順を示すフローチャートである。
【図８】（ａ），（ｂ），（ｃ）は搬送量の上下限設定値と計測値を示す説明図である。
【図９】シールド掘進機の運転制御プログラムに組み込まれている掘削土砂量の管理画面を示すものである。
【図１０】シールド掘進機の運転手順を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１  シールド掘進機
２  シールドトンネル
５，６  スクリューコンベア
７，８  ベルトコンベア
８ａ  ベルト
８ｂ  ローラ
１６  センサ
１７，１７ａ  パソコン（演算手段，搬送土砂量積算手段，速度制御手段，モニター）
１８  インバータモータ
１９  制御盤
３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９  表示手段
ＯＲ  運転室
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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