JP2530046B2 - 泥水輸送設備の自己診断方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は、泥水輸送設備の自己診断方法に関する。

《従来の技術》 周知のように、シールド工法は地盤中にトンネルを構
築する工法であり、この種の工法には地盤を堀削するシ
ールド堀進機が用いられる。

ところで、近時のシールド工事は、複雑な地盤条件や
大深度，大口径など困難な条件下での施工が増加する傾
向にある。

このような困難な条件下での施工には、より一層の安
全性が要請されるとともに、省力化や施工能率の改善も
同時に要請されている。

そこで、例えば、1989年11月日本工業出版発行「建設
機械」には、シールド工事の自動化，省力化を目的にし
た故障診断システムが開示されている。

この文献に示されている故障診断システムは、いわゆ
るエキスパートシステムによるものであり、シールド工
事の専門家の知識をデータベースとして有していて、こ
のデータベースに基づいて、故障個所の推論を行うもの
であるが、この故障診断システムを泥水シールド堀進機
の泥水輸送設備に適用する場合には、以下に説明する技
術的課題があった。

《発明が解決しようとする課題》 すなわち、上記文献に開示されている故障診断システ
ムでは、故障位置を推論する際には、オペレータとの対
話形式で行われるので、その操作が煩雑になるととも
に、オペレータが操作しなければ結論が得られず、操作
ミスがあると適正な推論が行われないという問題があっ
た。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、自動的に、か
つ、総合的に泥水輸送設備の状態が判断できる自己診断
方法を提供することにある。

《課題を解決するための手段》 上記目的を達成するために、本発明は、シールド堀進
機の泥水室に泥水を供給する送泥管と、前記泥水室から
堀削土砂と泥水との混合物を排出する排泥管と、前記送
泥管に設けられた送泥ポンプと、前記排泥管に設けられ
た排泥ポンプとを備えた泥水輸送設備の自己診断方法に
おいて、前記泥水および混合物の流量，比重，前記ポン
プの回転数，駆動電流，前記泥水室や管内の圧力をそれ
ぞれ測定し、得られた測定値の内から診断項目に応じて
適宜選択した測定値に平均値，最大値，最小値，分散，
回帰係数の演算などの統計処理を施し、得られた統計処
理データにより前記泥水輸送設備の状態をファジィ推論
により判断することを特徴とする。

《発明の作用効果》 上記構成の自己診断方法によれば、各測定値に対して
メンバーシップ関数を設定すれば、自動的に泥水輸送設
備の自己診断が行われる。

《実施例》 以下、この発明の好適な実施例について添付図面を参
照にして詳細に説明する。

第１図から第３図は、この発明にかかる泥水輸送設備
の自己診断方法の一実施例を示している。

同図に示す自己診断方法では、第１図にその全体配置
を示すような装置類が用いられる。

第１図において、10は泥水式のシールド堀進機を示し
ており、シールド堀進機10は、筒状のスキンプレート12
と、このスキンプレート12の先端に回転可能に設置され
たカッター14とを有している。

カッター14の前面には、多数のカッタービットが植設
され、その背面側には、所定の間隔をおいて隔壁16がス
キンプレート12に固設され、泥水室18が隔成されてい
る。

この隔壁16には、その上部側に泥水室18内に泥水を供
給する送泥管20が設けられており、下部側には堀削され
た土砂と泥水との混合物を泥水室18から排出する排泥管
22が設けられている。

一方、地上側には、泥水槽24と図外の回収槽とが設置
され、泥水槽24には送泥ポンプP1を介して送泥管20が接
続されるとともに、回収槽には複数の排泥ポンプP2,P3
……ＰEを介して排泥管22が接続されており、排泥管22
を介して回収槽に収容された泥水と堀削土砂との混合物
は、混合物中の堀削土砂のみが分離され、泥水は泥水槽
24に導入されて再使用される。

また、送泥管20と排泥管22との間には、２つのバイパ
ス管25,26が接続されていて、一方のバイパス管25はそ
の前後に設けられたバルブを開閉することにより、送泥
管20から送られる泥水が泥水室18内に流入することなく
排泥管22に流出させるためのものである（バイパスモー
ド）。

そして、他方のバイパス管26は、前記と同様にバルブ
操作することにより、送泥管20から送られる泥水が泥水
室18内の下方からその内部に供給され、泥水室18内の上
方から排泥管22に流出させるために用いられる（逆噴モ
ード）。

以上のように構成されたシールド堀進機10では、ゼグ
メントにシールドジャッキの反力を取りつつ堀進させ、
カッター14で堀削された土砂は、泥水室18内に取り込ま
れ、泥水とともに排泥管22から坑外の回収槽に排出しな
がらトンネルが構築される。

このとき、泥水輸送設備（泥水槽24→送泥ポンプP1→
送泥管20→泥水室18→排泥管22→排泥ポンプP2,P3,……
ＰE→回収槽）では、地上側に設置された自己診断装置3
0で以下のようにしてその自己診断が自動的に行われ
る。

なお、自己診断装置30には、トンネル内に設置された
各種センサーからの測定値を複数の多重伝送装置子局32
を介して受信する多重伝送装置親局34が接続されてい
る。

自己診断装置30で実施される自己診断は、泥水輸送設
備の切羽循環，バイパス，停止，逆噴の４つのモードに
分けて行われその処理手順を第２図に示している。

処理手順がスタートすると、まず、ステップ_S1でセン
サーの測定値が取込まれ、同_S2で取込んだ情報が記憶さ
れる。

次いで、ステップ_S3では、所定回数の測定値が取込ま
れたか否かが判断され、所定回数取込まれると、ステッ
プ_S4では記憶した測定値の統計的処理が実行される。

このとき実行される統計的処理では、時間軸について
序列を付けた母集団が作成され、この母集団について平
均値，最大値，最小値，分散，標準偏差値，回帰係数の
計算が行われる。

そして、ステップ_S5では、現在泥水輸送設備がどのモ
ードにあるのか判断され、スップ_S6では各モードに応じ
てファジィ推論が実行され、推論によって得られた結果
をステップ_S7で表示してスタートに戻る。

以上の自己診断の要部を切羽循環モードを例にして具
体的に説明すると、まず、このモードでは泥水輸送設備
の駆動状態を検出するセンサーとしては、第１図に示す
ように、泥水室18内の圧力を検出する切羽水圧計a1,a
2、送泥ポンプP1に回転計、電流計が設けられており、
また、送，排泥管20にはそれぞれ差圧密度計b1,b2と電
磁流量計c1,c2が設置されている。

また、排泥ポンプP2,P3,……ＰEには、それぞれ回転
計が設置されるとともに、各ポンプP2,P3,……ＰEの前
後には、それぞれ吸込および吐出圧力を測定する圧力計
d1〜E,e1〜Ｅがそれぞれ設置されている。

そして、これらの測定器での測定値は、切羽水圧A,送
泥流量Ｂ、送泥ポンプP1の回転数Ｃ、送泥ポンプP1の電
流値Ｄ、送泥流量変動値Ｅ、送泥比重Ｆ、排泥流量変動
値Ｇ、排泥ポンプP2〜ＰEの回転数変動値Ｈ、送泥ポン
プP2〜ＰE回転数変動値Ｉ、排泥流量Ｊ、排泥ポンプP2
〜ＰEの吸込圧力Ｋ、同圧力変動Ｌ、排泥ポンプP2〜ＰE
の吐出圧力Ｍ、同圧力変動Ｎとして、直接にないしは多
重伝送装置32,34を介して自己診断装置30に入力され
る。

一方、切羽循環モードにおける自己診断項目として
は、この実施例では、切羽水圧の異常低下（送泥ポン
プP1の動力モータの異常）、切羽水圧の異常低下（送
泥ポンプP1への異物の噛み込み）、切羽水圧の異常低
下（送泥ポンプP1のインペラ部の破損）、切羽水圧の
異常低下（送泥ポンプP1の回転数制御不良）、切羽水
圧の異常低下（逸泥量の過大）、切羽水圧の異常低下
（送泥ポンプP2〜ＰEの回転数制御異常）、送泥管22
の閉塞発生の７項目を挙げている。

そして、上記測定値Ａ〜Ｈは、〜の診断項目に応
じて適宜選択され、予めそれぞれファジィ推論に用いる
メンバーシップ関数が定められている。

以上の診断項目と出力およびメンバーシップ関数との
関係を第３図に示している。

自己診断の実行に当たっては、各測定値Ａ〜Ｈは、前
述したように統計処理が行われ、平均値など演算され
る。

第３図の各欄に示している記号の意味を表にして示し
たのが以下の第１表であり、例えば、診断項目の行で
送泥流量Ｂに示しているAL（３）は、診断の任意のルー
プ間での送泥流量Ｂの平均値であり、同AB（10）は10リ
ングでの送泥流量の平均初期設定値である。

さて、以上のように設定された状態での推論につい
て、例えば、診断項目の切羽水圧の異常低下でどのよ
うに推論が行われるかについて説明すると、まず、切羽
水圧Ａに対しては現時点での測定値が設定値よりも大き
いか否かが演算され、これが設定値以上の場合に100％
の確信度で切羽水圧が上昇していると判断される。

また、送泥流量Ｂに対しては、その３ループでの平均
値が、10リングでの平均初期設定値に対して約60％以下
の場合に切羽水圧が異常に低下しているとが100％の確
信度で判断される。

さらに、送泥ポンプＰの回転数Ｃでは、３リングの平
均値が、10リングでの平均初期設定値に対して約60％以
下の場合に切羽水圧が100％の確信度で低下していると
判断される。

さらに、送泥ポンプＰの電流値Ｄは、１ループの平均
値が、10リングでの平均初期設定値から約40％以下の場
合に切羽水圧が100％の確信度で低下していると判断さ
れ。

そして、最終的な切羽水圧の異常低下（送泥ポンプ
Ｐの動力モータ異常）に対する判断は、上記各判断の確
信度の最小のものを採用して、例えば、現在の状況で
は、何％の確信度で送泥ポンプP1の動力モータの異常に
より切羽水圧が異常に低下していると推論される。

このような推論は、診断項目〜のそれぞれについ
て同様な手法で自動的に行われ、その結果が表示される
ことになる。

なお、以上の説明では泥水輸送設備の切羽循環モード
における自己診断方法について説明したが、バイパスモ
ード、停止モードおよび逆噴モードに対しても、各モー
ドに応じた診断項目を設定し、かつ、設定された診断項
目に応じて測定値を適宜選択して、それぞれにメンバー
シップ関数を設定しておけば上記と同様に自動的に自己
診断が行われることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかる泥水輸送設備の自己診断方法の
実施状態の全体説明図、第２図は同方法の処理手順を示
すフローチャート、第３図は診断項目と測定値およびメ
ンバーシップ関数の関係を示す説明図である。 10……シールド堀進機 18……泥水室 20……送泥管 22……排泥管 P1……送泥ポンプ P2,3……排泥ポンプ 30……自己診断装置

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド堀進機の泥水室に泥水を供給する
   送泥管と、前記泥水室から堀削土砂と泥水との混合物を
   排出する排泥管と、前記送泥管に設けられた送泥ポンプ
   と、前記排泥管に設けられた排泥ポンプとを備えた泥水
   輸送設備の自己診断方法において、前記泥水および混合
   物の流量，比重，前記ポンプの回転数，駆動電流，前記
   泥水室の管内の圧力をそれぞれ測定し、得られた測定値
   の内から診断項目に応じて適宜選択した測定値に平均
   値，最大値，最小値，分散，回帰係数の演算などの統計
   処理を施し、得られた統計処理データにより前記泥水輸
   送設備の状態をファジィ推論により判断することを特徴
   とする泥水輸送設備の自己診断方法。