JPH1151932A - トンネル岩盤強度の推定方法 - Google Patents
トンネル岩盤強度の推定方法Info
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- JPH1151932A JPH1151932A JP20628297A JP20628297A JPH1151932A JP H1151932 A JPH1151932 A JP H1151932A JP 20628297 A JP20628297 A JP 20628297A JP 20628297 A JP20628297 A JP 20628297A JP H1151932 A JPH1151932 A JP H1151932A
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- Japan
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- thrust
- cutter
- rock strength
- excavation
- tunnel
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- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 確度の高い岩盤強度の推定。
【解決手段】 ＴＢＭマシンに、カッタートルク，推
力，掘進速度，カッター回転数をそれぞれ測定するセン
サーを設置し、回転トルクをＴ，スラスト推力をＷ，掘
進速度をＶ，カッター回転数をＲ，掘削時間をｔ，掘進
長をｌ，切羽面積をＡとしたときの、ＴＢＭマシンで岩
盤を掘削するために消費される全エネルギーＥとして、
単位体積を掘削するために必要な単位掘削エネルギーｅ
を以下の式で求め、 ｅ＝Ｅ／（Ａｌ）＝（Ｗｌ＋２πＴＲｔ）／（Ａｌ）
…… カッタートルクＴとスラスト推力Ｗとは、比例関係（Ｔ
＝ａＷ＋ｂ）にあると仮定して、 ｅ＝Ｗ／Ａ＋２πａ（ＷＲ）／（ＡＶ）
…… から求めた単位掘削エネルギーｅに基づいて、ＴＢＭマ
シンで掘削した際の岩盤強度を推定する。
力，掘進速度，カッター回転数をそれぞれ測定するセン
サーを設置し、回転トルクをＴ，スラスト推力をＷ，掘
進速度をＶ，カッター回転数をＲ，掘削時間をｔ，掘進
長をｌ，切羽面積をＡとしたときの、ＴＢＭマシンで岩
盤を掘削するために消費される全エネルギーＥとして、
単位体積を掘削するために必要な単位掘削エネルギーｅ
を以下の式で求め、 ｅ＝Ｅ／（Ａｌ）＝（Ｗｌ＋２πＴＲｔ）／（Ａｌ）
…… カッタートルクＴとスラスト推力Ｗとは、比例関係（Ｔ
＝ａＷ＋ｂ）にあると仮定して、 ｅ＝Ｗ／Ａ＋２πａ（ＷＲ）／（ＡＶ）
…… から求めた単位掘削エネルギーｅに基づいて、ＴＢＭマ
シンで掘削した際の岩盤強度を推定する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、トンネル岩盤強
度の推定方法に関し、特に、トンネルボーリングマシン
を用いて岩盤を掘削する際の岩盤強度の推定方法に関す
るものである。
度の推定方法に関し、特に、トンネルボーリングマシン
を用いて岩盤を掘削する際の岩盤強度の推定方法に関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】岩盤トンネルの掘削工事においては、工
事の安全性を確保するために、掘削しようとする岩盤の
強度を知る必要があり、一般的には、掘削に先立って、
事前にサンプリングを行い、岩盤の種類や強度を測定し
ている。
事の安全性を確保するために、掘削しようとする岩盤の
強度を知る必要があり、一般的には、掘削に先立って、
事前にサンプリングを行い、岩盤の種類や強度を測定し
ている。
【０００３】ところが、実際の岩盤は、非常に複雑な態
様になっていて、少数のサンプリングだけでその全てを
知ることは不可能に近い。
様になっていて、少数のサンプリングだけでその全てを
知ることは不可能に近い。
【０００４】特に、近時多用されているトンネルボーリ
ングマシン（以下、ＴＢＭマシンと略す）を用いる岩盤
トンネルの工事では、切羽がトンネルボーリングマシン
の前面側に隠れているので、サンプリングすることさえ
もできない。
ングマシン（以下、ＴＢＭマシンと略す）を用いる岩盤
トンネルの工事では、切羽がトンネルボーリングマシン
の前面側に隠れているので、サンプリングすることさえ
もできない。
【０００５】そこで、特開平９−１１２１８５号公報に
は、ＴＢＭマシンに設置されたカッタートルク，推力，
掘進速度，カッター回転数センサーの各測定値に基づい
て、掘削した瞬間の岩盤強度を推定する方法が提案され
ている。
は、ＴＢＭマシンに設置されたカッタートルク，推力，
掘進速度，カッター回転数センサーの各測定値に基づい
て、掘削した瞬間の岩盤強度を推定する方法が提案され
ている。
【０００６】この公報に開示されている推定方法では、
岩盤の強度が、推力あるいはトルクに比例し、切り込み
深さに反比例することから、前述したセンサーの測定値
をこの比例，反比例関係を利用して、岩盤強度に換算す
ることを要旨としている。
岩盤の強度が、推力あるいはトルクに比例し、切り込み
深さに反比例することから、前述したセンサーの測定値
をこの比例，反比例関係を利用して、岩盤強度に換算す
ることを要旨としている。
【０００７】ところが、本発明者らの検討によると、こ
のような岩盤強度の推定方法には、以下に説明する技術
的な課題が内在していた。
のような岩盤強度の推定方法には、以下に説明する技術
的な課題が内在していた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記公報に
開示されている岩盤強度の推定方法では、岩盤の強度
が、推力あるいはトルクに比例し、切り込み深さに反比
例するとしている。
開示されている岩盤強度の推定方法では、岩盤の強度
が、推力あるいはトルクに比例し、切り込み深さに反比
例するとしている。
【０００９】推力とトルクの具体的な関係については、
実施の形態中で、カッタートルクと推力の比が、掘削深
さの０．５乗に比例するとの仮定の下に、岩盤強度の推
定を行っている。
実施の形態中で、カッタートルクと推力の比が、掘削深
さの０．５乗に比例するとの仮定の下に、岩盤強度の推
定を行っている。
【００１０】しかしながら、このような３者の関係は、
確実なものではなく、本発明者らの実験によると、カッ
タートルクとスラスト推力は、比例するが、その関係
は、切り込み深さによらないという結果が得られてい
る。
確実なものではなく、本発明者らの実験によると、カッ
タートルクとスラスト推力は、比例するが、その関係
は、切り込み深さによらないという結果が得られてい
る。
【００１１】また、スラスト推力，カッタートルクの２
つの比例関係が示されているので、公報に開示された方
法によると、２つの岩盤強度が得られ、どちらを採用し
て岩盤強度を求めるのかが問題になる。
つの比例関係が示されているので、公報に開示された方
法によると、２つの岩盤強度が得られ、どちらを採用し
て岩盤強度を求めるのかが問題になる。
【００１２】本発明は、このような従来の問題点に鑑み
てなされたものであって、その目的とするところは、実
用的な確度で強度を推定することができるトンネル岩盤
強度の推定方法を提供することにある。
てなされたものであって、その目的とするところは、実
用的な確度で強度を推定することができるトンネル岩盤
強度の推定方法を提供することにある。
【００１３】
【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、トンネルボーリングマシンに、カッター
トルク，推力，掘進速度，カッター回転数をそれぞれ測
定するセンサーを設置し、前記センサーの検出値に基づ
いて、単位体積を掘削するために消費される単位掘削エ
ネルギーを求め、この単位掘削エネルギーに基づいて、
前記トンネルボーリングマシンで掘削した際の岩盤強度
を推定するようにした。このように構成したトンネル岩
盤強度の推定方法では、単位掘削エネルギーの大きさ
が、岩盤強度と密接な相関関係にあるので、実用性のあ
る確度で岩盤強度の推定が可能になる。この場合、単位
掘削エネルギーは、カッタートルクセンサーから求めた
回転トルクをＴ，推力センサーから求めたスラスト推力
をＷ，ストロークセンサーから求めた掘進速度をＶ，カ
ッター回転数センサーから求めたカッター回転数をＲ，
掘削時間をｔ，掘進長をｌ，前記トンネルボーリングマ
シンの切羽面積をＡとしたときの、トンネルボーリング
マシンで岩盤を掘削するために消費される全エネルギー
Ｅとして、以下の式で求め、 ｅ＝Ｅ／（Ａｌ）＝（Ｗｌ＋２πＴＲｔ）／（Ａｌ） ＝Ｗ／Ａ＋２π（ＴＲｔ）／（Ａｌ） ＝Ｗ／Ａ＋２π（Ｔ／Ａ）（Ｒ／Ｖ） …… この式から求めた単位掘削エネルギーｅに基づいて、
前記トンネルボーリングマシンで掘削した際の岩盤強度
を推定することができる。より具体的な手法としては、
過去の当現場の実績、または、他現場での実績で、良好
な掘進状態でのカッタートルクＴとスラスト推力Ｗとの
関係近似式を相関分布で求める。そして、前記式にこ
の関係近似式を代入することにより、前記単位掘削エネ
ルギーｅをカッタートルクＴまたはスラスト推力Ｗのい
ずれか一方だけで表わすようにする。このようにして単
位掘削エネルギーｅを求めると変数の数が少なくなるの
で、推定がより簡単になる。また、前記式において、
カッタートルクＴとスラスト推力Ｗとは、比例関係（Ｔ
＝ａＷ＋ｂ）にあると仮定して、前記式を以下の式
に変形し、 ｅ＝Ｗ／Ａ＋２πａ（ＷＲ）／（ＡＶ）＋２π（ｂＲ）／（ＡＶ） …… 前記式の右辺第３項を無視した場合、 ｅ＝Ｗ／Ａ＋２πａ（ＷＲ）／（ＡＶ） …… により、単位掘削エネルギーｅをスラスト推力Ｗで表わ
し、この式で求めた単位掘削エネルギーｅから岩盤強度
を推定することができる。これは、カッタートルクＴ
は、スラスト推力Ｗに比べて変動が大きい場合が多く、
掘進中常時監視する実用面を考慮し、スラスト推力Ｗか
ら単位掘削エネルギーｅを求めるようにした。さらに、
前記式において、カッタートルクＴとスラスト推力Ｗ
とは、比例関係（Ｗ＝ｃＴ＋ｄ）にあると仮定して、前
記式を以下の式に変形し、 ｅ＝ｃ（Ｔ／Ａ）＋２π（Ｔ／Ａ）（Ｒ／Ｖ）＋（ｄ／Ａ） …… 前記式の右辺第３項を無視した場合、 ｅ＝ｃ（Ｔ／Ａ）＋２π（Ｔ／Ａ）（Ｒ／Ｖ） …… により、単位掘削エネルギーｅをカッタートルクＴで表
わし、この式で求めた単位掘削エネルギーｅから岩盤強
度を推定することができる。これは、スラスト推力Ｗ
は、カッタートルクＴに比べて安定しているが、周辺地
山との摩擦の影響を受け易く、緩み土圧がかかるような
軟弱地山では、スラスト推力ＷがカッタートルクＴに比
べて大きくなるため、カッタートルクＴによって表わす
ようにした。単位掘削エネルギーｅは、カッタートルク
Ｔとスラスト推力Ｗの双方で表わすことができ、双方の
値が異なる場合があるが、この場合、小さい方の値で岩
盤強度の推定を行うのが妥当である。カッタートルクＴ
とスラスト推力Ｗについては、切り込み深さ，岩種など
により比例関係が変化するというデータがあり、これら
のデータを否定はしないが、ローラーカッターを用いた
ＴＢＭの掘進においては、基本的にローラーカッターの
回転摩擦がカッタートルクＴとスラスト推力Ｗの関係を
最も支配していると考え、比例関係を仮定の第１とし
た。ここで、上記式中のｂまたはｄは、カッターヘッド
を回転させる摩擦，スラストジャッキ自体の摩擦，前胴
と地山の摩擦，掘削ズリの取込力，後続台車の牽引力な
ど、ＴＢＭが掘進するために最低必要なエネルギーと考
えられる。そこで、ｂまたはｄは、岩盤強度の推定に関
係する単位掘削エネルギーｅとは、直接関係しない最低
のエネルギーロスを現す定数であると仮定し、無視する
ことにした。上記式により単位掘削エルネギーｅを求め
た場合には、上記ｂまたはｄといった最低のエネルギー
ロスを考慮しても、カッター開口部の閉塞や、ＴＢＭ前
胴と地山の摩擦増加など、ＴＢＭ掘進時のエネルギーロ
スが含まれていて、カッタートルクＴやスラスト推力Ｗ
を増加させているので、その影響が少ない、値の小さな
方で岩盤強度を評価するほうが望ましい。このような、
カッタートルクＴとスラスト推力ＷによるＴＢＭの単位
掘削エネルギーｅが、より一層正確な岩盤評価に繋がる
ようにするためには、センサーの追加や設置位置の工夫
も重要となるが、基本は、式による評価である。
に、本発明は、トンネルボーリングマシンに、カッター
トルク，推力，掘進速度，カッター回転数をそれぞれ測
定するセンサーを設置し、前記センサーの検出値に基づ
いて、単位体積を掘削するために消費される単位掘削エ
ネルギーを求め、この単位掘削エネルギーに基づいて、
前記トンネルボーリングマシンで掘削した際の岩盤強度
を推定するようにした。このように構成したトンネル岩
盤強度の推定方法では、単位掘削エネルギーの大きさ
が、岩盤強度と密接な相関関係にあるので、実用性のあ
る確度で岩盤強度の推定が可能になる。この場合、単位
掘削エネルギーは、カッタートルクセンサーから求めた
回転トルクをＴ，推力センサーから求めたスラスト推力
をＷ，ストロークセンサーから求めた掘進速度をＶ，カ
ッター回転数センサーから求めたカッター回転数をＲ，
掘削時間をｔ，掘進長をｌ，前記トンネルボーリングマ
シンの切羽面積をＡとしたときの、トンネルボーリング
マシンで岩盤を掘削するために消費される全エネルギー
Ｅとして、以下の式で求め、 ｅ＝Ｅ／（Ａｌ）＝（Ｗｌ＋２πＴＲｔ）／（Ａｌ） ＝Ｗ／Ａ＋２π（ＴＲｔ）／（Ａｌ） ＝Ｗ／Ａ＋２π（Ｔ／Ａ）（Ｒ／Ｖ） …… この式から求めた単位掘削エネルギーｅに基づいて、
前記トンネルボーリングマシンで掘削した際の岩盤強度
を推定することができる。より具体的な手法としては、
過去の当現場の実績、または、他現場での実績で、良好
な掘進状態でのカッタートルクＴとスラスト推力Ｗとの
関係近似式を相関分布で求める。そして、前記式にこ
の関係近似式を代入することにより、前記単位掘削エネ
ルギーｅをカッタートルクＴまたはスラスト推力Ｗのい
ずれか一方だけで表わすようにする。このようにして単
位掘削エネルギーｅを求めると変数の数が少なくなるの
で、推定がより簡単になる。また、前記式において、
カッタートルクＴとスラスト推力Ｗとは、比例関係（Ｔ
＝ａＷ＋ｂ）にあると仮定して、前記式を以下の式
に変形し、 ｅ＝Ｗ／Ａ＋２πａ（ＷＲ）／（ＡＶ）＋２π（ｂＲ）／（ＡＶ） …… 前記式の右辺第３項を無視した場合、 ｅ＝Ｗ／Ａ＋２πａ（ＷＲ）／（ＡＶ） …… により、単位掘削エネルギーｅをスラスト推力Ｗで表わ
し、この式で求めた単位掘削エネルギーｅから岩盤強度
を推定することができる。これは、カッタートルクＴ
は、スラスト推力Ｗに比べて変動が大きい場合が多く、
掘進中常時監視する実用面を考慮し、スラスト推力Ｗか
ら単位掘削エネルギーｅを求めるようにした。さらに、
前記式において、カッタートルクＴとスラスト推力Ｗ
とは、比例関係（Ｗ＝ｃＴ＋ｄ）にあると仮定して、前
記式を以下の式に変形し、 ｅ＝ｃ（Ｔ／Ａ）＋２π（Ｔ／Ａ）（Ｒ／Ｖ）＋（ｄ／Ａ） …… 前記式の右辺第３項を無視した場合、 ｅ＝ｃ（Ｔ／Ａ）＋２π（Ｔ／Ａ）（Ｒ／Ｖ） …… により、単位掘削エネルギーｅをカッタートルクＴで表
わし、この式で求めた単位掘削エネルギーｅから岩盤強
度を推定することができる。これは、スラスト推力Ｗ
は、カッタートルクＴに比べて安定しているが、周辺地
山との摩擦の影響を受け易く、緩み土圧がかかるような
軟弱地山では、スラスト推力ＷがカッタートルクＴに比
べて大きくなるため、カッタートルクＴによって表わす
ようにした。単位掘削エネルギーｅは、カッタートルク
Ｔとスラスト推力Ｗの双方で表わすことができ、双方の
値が異なる場合があるが、この場合、小さい方の値で岩
盤強度の推定を行うのが妥当である。カッタートルクＴ
とスラスト推力Ｗについては、切り込み深さ，岩種など
により比例関係が変化するというデータがあり、これら
のデータを否定はしないが、ローラーカッターを用いた
ＴＢＭの掘進においては、基本的にローラーカッターの
回転摩擦がカッタートルクＴとスラスト推力Ｗの関係を
最も支配していると考え、比例関係を仮定の第１とし
た。ここで、上記式中のｂまたはｄは、カッターヘッド
を回転させる摩擦，スラストジャッキ自体の摩擦，前胴
と地山の摩擦，掘削ズリの取込力，後続台車の牽引力な
ど、ＴＢＭが掘進するために最低必要なエネルギーと考
えられる。そこで、ｂまたはｄは、岩盤強度の推定に関
係する単位掘削エネルギーｅとは、直接関係しない最低
のエネルギーロスを現す定数であると仮定し、無視する
ことにした。上記式により単位掘削エルネギーｅを求め
た場合には、上記ｂまたはｄといった最低のエネルギー
ロスを考慮しても、カッター開口部の閉塞や、ＴＢＭ前
胴と地山の摩擦増加など、ＴＢＭ掘進時のエネルギーロ
スが含まれていて、カッタートルクＴやスラスト推力Ｗ
を増加させているので、その影響が少ない、値の小さな
方で岩盤強度を評価するほうが望ましい。このような、
カッタートルクＴとスラスト推力ＷによるＴＢＭの単位
掘削エネルギーｅが、より一層正確な岩盤評価に繋がる
ようにするためには、センサーの追加や設置位置の工夫
も重要となるが、基本は、式による評価である。
【００１４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１
は、本発明にかかるトンネル岩盤強度の測定方法が適用
されるＴＢＭマシンの全体構成を示している。
について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１
は、本発明にかかるトンネル岩盤強度の測定方法が適用
されるＴＢＭマシンの全体構成を示している。
【００１５】同図に示したＴＢＭマシンは、本体部１０
を有していて、本体部１０は、前胴部１２と後胴部１４
とから構成されている。前胴部１２の先端には、岩盤を
掘削するカッターヘッド１６が配置されている。
を有していて、本体部１０は、前胴部１２と後胴部１４
とから構成されている。前胴部１２の先端には、岩盤を
掘削するカッターヘッド１６が配置されている。
【００１６】また、前胴部１２には、フロントグリッパ
１８およびカッターヘッド１６を回転駆動する駆動モー
タ（図示省略）が設置されている。後胴部１４の後部側
には、カッターヘッド１６で岩盤を掘削する際に、地山
側に反力を採る伸縮自在なメイングリッパ２２が設けら
れている。
１８およびカッターヘッド１６を回転駆動する駆動モー
タ（図示省略）が設置されている。後胴部１４の後部側
には、カッターヘッド１６で岩盤を掘削する際に、地山
側に反力を採る伸縮自在なメイングリッパ２２が設けら
れている。
【００１７】また、前胴部１２と後胴部１４との間に
は、前胴部１２を前進させるスラストジャッキ２４が配
置されている。そして、駆動モータには、その供給電流
を測定して、カッターヘッド１６の回転トルクＴを求め
るカッタートルクセンサーｓ１と、カッターヘッド１６
の回転数を測定するカッター回転数センサーｓ２とが設
けられている。
は、前胴部１２を前進させるスラストジャッキ２４が配
置されている。そして、駆動モータには、その供給電流
を測定して、カッターヘッド１６の回転トルクＴを求め
るカッタートルクセンサーｓ１と、カッターヘッド１６
の回転数を測定するカッター回転数センサーｓ２とが設
けられている。
【００１８】また、スラストジャッキ２４には、ジャッ
キ２４に供給する油圧から、ＴＢＭマシンの推力Ｗを求
める推力センサーｓ３と、ジャッキストロークを測定す
るストロークセンサーｓ４とが設けられ、ストロークセ
ンサーｓ４の測定値から掘進速度Ｖおよび掘進長ｌが求
められる。
キ２４に供給する油圧から、ＴＢＭマシンの推力Ｗを求
める推力センサーｓ３と、ジャッキストロークを測定す
るストロークセンサーｓ４とが設けられ、ストロークセ
ンサーｓ４の測定値から掘進速度Ｖおよび掘進長ｌが求
められる。
【００１９】このように構成されたＴＢＭマシンで岩盤
を掘削する際に、岩盤強度の推定は、以下のようにして
行われる。
を掘削する際に、岩盤強度の推定は、以下のようにして
行われる。
【００２０】まず、ＴＢＭマシンに設置されているセン
サーｓ１〜ｓ４の現在の測定値が取込まれ、カッタート
ルクセンサーｓ１から求めた回転トルクをＴ，推力セン
サーｓ３から求めたスラスト推力をＷ，ストロークセン
サーｓ４から求めた掘進速度をＶ，カッター回転数セン
サーｓ２から求めたカッター回転数をＲ，掘削時間を
ｔ，掘進長をｌ，前記トンネルボーリングマシンの切羽
面積をＡとする。
サーｓ１〜ｓ４の現在の測定値が取込まれ、カッタート
ルクセンサーｓ１から求めた回転トルクをＴ，推力セン
サーｓ３から求めたスラスト推力をＷ，ストロークセン
サーｓ４から求めた掘進速度をＶ，カッター回転数セン
サーｓ２から求めたカッター回転数をＲ，掘削時間を
ｔ，掘進長をｌ，前記トンネルボーリングマシンの切羽
面積をＡとする。
【００２１】この場合のＴＢＭマシンで岩盤を掘削する
ために消費される全エネルギーをＥとすると、この値
は、以下の式で示される。 Ｅ＝Ｗｌ＋ＴＲｔ この全エネルギーＥに対して、単位体積を掘削するため
に必要な単位掘削エネルギーｅは、これを切羽面積Ａ×
掘進長ｌで除算した値になるので、単位掘削エネルギー
ｅは、以下の式で求められる。 ｅ＝Ｅ／（Ａｌ）＝（Ｗｌ＋２πＴＲｔ）／（Ａｌ） この式を変形すると、 ｅ＝Ｗ／Ａ＋２π（ＴＲｔ）／Ａｌ ＝Ｗ／Ａ＋２π（Ｔ／Ａ）（Ｒ／Ｖ） …… となる。ここで、Ｖ／Ｒは、カッターヘッド１６の１回
転当たりの切削距離であり、切り込み深さと呼ばれてい
る。
ために消費される全エネルギーをＥとすると、この値
は、以下の式で示される。 Ｅ＝Ｗｌ＋ＴＲｔ この全エネルギーＥに対して、単位体積を掘削するため
に必要な単位掘削エネルギーｅは、これを切羽面積Ａ×
掘進長ｌで除算した値になるので、単位掘削エネルギー
ｅは、以下の式で求められる。 ｅ＝Ｅ／（Ａｌ）＝（Ｗｌ＋２πＴＲｔ）／（Ａｌ） この式を変形すると、 ｅ＝Ｗ／Ａ＋２π（ＴＲｔ）／Ａｌ ＝Ｗ／Ａ＋２π（Ｔ／Ａ）（Ｒ／Ｖ） …… となる。ここで、Ｖ／Ｒは、カッターヘッド１６の１回
転当たりの切削距離であり、切り込み深さと呼ばれてい
る。
【００２２】次に、カッタートルクＴとスラスト推力Ｗ
とは、比例関係（Ｔ＝ａＷ＋ｂ）にあると仮定する。図
２は、この仮定の妥当性を示す実測グラフであって、本
発明者らが実際のトンネル工事現場で、カッタートルク
Ｔとスラスト推力Ｗとの関係を実測した値である。
とは、比例関係（Ｔ＝ａＷ＋ｂ）にあると仮定する。図
２は、この仮定の妥当性を示す実測グラフであって、本
発明者らが実際のトンネル工事現場で、カッタートルク
Ｔとスラスト推力Ｗとの関係を実測した値である。
【００２３】図２から明らかなよう、カッタートルクＴ
とスラスト推力Ｗとは、相関関係が良好な比例関係（Ｔ
＝ａＷ＋ｂ）にあることが確認されている。
とスラスト推力Ｗとは、相関関係が良好な比例関係（Ｔ
＝ａＷ＋ｂ）にあることが確認されている。
【００２４】このような仮定に基づく値を、式に代入
して変形すると、 ｅ＝Ｗ／Ａ＋｛２π（ａＷ＋ｂ）／Ａ｝（Ｒ／Ｖ） ＝Ｗ／Ａ＋２πａ（ＷＲ）／（ＡＶ）＋２π（ｂ／Ａ）／（Ｒ／Ｖ） …… 式が得られる。
して変形すると、 ｅ＝Ｗ／Ａ＋｛２π（ａＷ＋ｂ）／Ａ｝（Ｒ／Ｖ） ＝Ｗ／Ａ＋２πａ（ＷＲ）／（ＡＶ）＋２π（ｂ／Ａ）／（Ｒ／Ｖ） …… 式が得られる。
【００２５】この式において、右辺の第３項を無視す
ると、 ｅ＝Ｗ／Ａ＋２πａ（ＷＲ）／（ＡＶ） …… 式が得られ、この式から求めた単位掘削エネルギーｅ
に基づいて、ＴＢＭマシンで掘削した際の岩盤強度を推
定する。
ると、 ｅ＝Ｗ／Ａ＋２πａ（ＷＲ）／（ＡＶ） …… 式が得られ、この式から求めた単位掘削エネルギーｅ
に基づいて、ＴＢＭマシンで掘削した際の岩盤強度を推
定する。
【００２６】右辺第３項中のｂ（後述する式中のｄも
同じ）は、カッターヘッドを回転させる摩擦，スラスト
ジャッキ自体の摩擦，前胴と地山の摩擦，掘削ズリの取
込力，後続台車の牽引力など、ＴＢＭが掘進するために
最低必要なエネルギーと考えられる。
同じ）は、カッターヘッドを回転させる摩擦，スラスト
ジャッキ自体の摩擦，前胴と地山の摩擦，掘削ズリの取
込力，後続台車の牽引力など、ＴＢＭが掘進するために
最低必要なエネルギーと考えられる。
【００２７】そこで、ｂは、岩盤強度の推定に関係する
単位掘削エネルギーｅとは、直接関係しない最低のエネ
ルギーロスを現す定数であると仮定し、無視することに
した。
単位掘削エネルギーｅとは、直接関係しない最低のエネ
ルギーロスを現す定数であると仮定し、無視することに
した。
【００２８】このようにして行われる岩盤強度の推定方
法によれば、これまでのＴＢＭマシンを用いた施工実績
から、岩盤状況と相関性が良いとされている単位スラス
ト当たりの切り込み深さ（ ＝Ｖ／Ｒ／Ｗ）が、式，
に表れているので、十分に実用性のある確度で岩盤強
度を推定することができる。
法によれば、これまでのＴＢＭマシンを用いた施工実績
から、岩盤状況と相関性が良いとされている単位スラス
ト当たりの切り込み深さ（ ＝Ｖ／Ｒ／Ｗ）が、式，
に表れているので、十分に実用性のある確度で岩盤強
度を推定することができる。
【００２９】また、本実施例の場合には、カッタートル
クＴは、スラスト推力Ｗに比べて変動が大きい場合が多
く、推進中常時監視しているスラスト推力Ｗから岩盤強
度度を推定しており、実用的な面を考慮して、単位掘削
エネルギーｅを求めるようにしている。
クＴは、スラスト推力Ｗに比べて変動が大きい場合が多
く、推進中常時監視しているスラスト推力Ｗから岩盤強
度度を推定しており、実用的な面を考慮して、単位掘削
エネルギーｅを求めるようにしている。
【００３０】なお、本発明の推定方法では、式で求め
た単位掘削エネルギーｅを用いて岩盤強度を推定するこ
ともできる。すなわち、単位掘削エネルギーの大きさ
は、岩盤強度と密接な相関関係にあるので、この値でも
実用性のある確度で岩盤強度の推定が可能になる。
た単位掘削エネルギーｅを用いて岩盤強度を推定するこ
ともできる。すなわち、単位掘削エネルギーの大きさ
は、岩盤強度と密接な相関関係にあるので、この値でも
実用性のある確度で岩盤強度の推定が可能になる。
【００３１】さらに、前記式において、カッタートル
クＴとスラスト推力Ｗとは、比例関係（Ｗ＝ｃＴ＋ｄ）
にあると仮定して、前記式を以下の式に変形し、 ｅ＝ｃ（Ｔ／Ａ）＋２π（Ｔ／Ａ）（Ｒ／Ｖ）＋（ｄ／Ａ） …… 前記式の右辺第３項を無視した場合、 ｅ＝ｃ（Ｔ／Ａ）＋２π（Ｔ／Ａ）（Ｒ／Ｖ） …… により、単位掘削エネルギーｅをカッタートルクＴで表
わし、この式で求めた単位掘削エネルギーｅから岩盤強
度を推定することもできる。
クＴとスラスト推力Ｗとは、比例関係（Ｗ＝ｃＴ＋ｄ）
にあると仮定して、前記式を以下の式に変形し、 ｅ＝ｃ（Ｔ／Ａ）＋２π（Ｔ／Ａ）（Ｒ／Ｖ）＋（ｄ／Ａ） …… 前記式の右辺第３項を無視した場合、 ｅ＝ｃ（Ｔ／Ａ）＋２π（Ｔ／Ａ）（Ｒ／Ｖ） …… により、単位掘削エネルギーｅをカッタートルクＴで表
わし、この式で求めた単位掘削エネルギーｅから岩盤強
度を推定することもできる。
【００３２】
【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、
本発明にかかるトンネル岩盤強度の推定方法によれば、
実績のある仮定に基づいて、岩盤強度を推定するので、
実用的な確度で強度を推定することができる。
本発明にかかるトンネル岩盤強度の推定方法によれば、
実績のある仮定に基づいて、岩盤強度を推定するので、
実用的な確度で強度を推定することができる。
【図１】本発明にかかる推定方法が適用されるＴＢＭマ
シンの全体構成図である。
シンの全体構成図である。
【図２】ＴＢＭマシンにおけるカッタートルクとスラス
ト推力との関係の実測した測定値のグラフである。
ト推力との関係の実測した測定値のグラフである。
１０ 本体部 １２ 前胴部 １４ 後胴部 １６ カッターヘッド １８ フロントグリッパ ２０ 駆動モータ ２２ メイングリッパ ２４ スラストジャッキ ｓ１ カッタートルクセンサー ｓ２ カッター回転数センサー ｓ３ 推力センサー ｓ４ ストロークセンサー
Claims (5)
- 【請求項１】 トンネルボーリングマシンに、カッター
トルク，推力，掘進速度，カッター回転数をそれぞれ測
定するセンサーを設置し、 前記センサーの検出値に基づいて、単位体積を掘削する
ために消費される単位掘削エネルギーを求め、この単位
掘削エネルギーに基づいて、前記トンネルボーリングマ
シンで掘削した際の岩盤強度を推定することを特徴とす
るトンネル岩盤強度の推定方法。 - 【請求項２】 前記カッタートルクセンサーから求めた
回転トルクをＴ，前記推力センサーから求めたスラスト
推力をＷ，前記ストロークセンサーから求めた掘進速度
をＶ，前記カッター回転数センサーから求めたカッター
回転数をＲ，掘削時間をｔ，掘進長をｌ，前記トンネル
ボーリングマシンの切羽面積をＡとしたときの、 前記トンネルボーリングマシンで岩盤を掘削するために
消費される全エネルギーＥとして、 前記単位掘削エネルギーｅを以下の式で求め、 ｅ＝Ｅ／（Ａｌ）＝（Ｗｌ＋２πＴＲｔ）／（Ａｌ） ＝Ｗ／Ａ＋２π（ＴＲｔ）／（Ａｌ） ＝Ｗ／Ａ＋２π（Ｔ／Ａ）（Ｒ／Ｖ） …… この式から求めた単位掘削エネルギーｅに基づいて、
前記トンネルボーリングマシンで掘削した際の岩盤強度
を推定することを特徴とする請求項１記載のトンネル岩
盤強度の推定方法。 - 【請求項３】 前記カッタートルクＴとスラスト推力Ｗ
との関係近似式を相関分布で求め、前記式にこの関係
近似式を代入することにより、前記単位掘削エネルギー
をカッタートルクＴまたはスラスト推力Ｗのいずれか一
方だけで表わすことを特徴とする請求項１記載のトンネ
ル岩盤強度の推定方法。 - 【請求項４】 前記式において、カッタートルクＴと
スラスト推力Ｗとは、比例関係（Ｔ＝ａＷ＋ｂ）にある
と仮定して、前記式を以下の式に変形し、 ｅ＝Ｗ／Ａ＋２πａ（ＷＲ）／（ＡＶ）＋２π（ｂＲ）／（ＡＶ） …… 前記式の右辺第３項を無視し、 ｅ＝Ｗ／Ａ＋２πａ（ＷＲ）／（ＡＶ） …… とし、この式から求めた単位掘削エネルギーｅに基づ
いて、前記岩盤強度を推定することを特徴とする請求項
１記載のトンネル岩盤強度の推定方法。 - 【請求項５】 前記式において、カッタートルクＴと
スラスト推力Ｗとは、比例関係（Ｗ＝ｃＴ＋ｄ）にある
と仮定して、前記式を以下の式に変形し、 ｅ＝ｃ（Ｔ／Ａ）＋２π（Ｔ／Ａ）（Ｒ／Ｖ）＋ｄ／Ａ） …… 前記式の右辺第３項を無視し、 ｅ＝ｃ（Ｔ／Ａ）＋２π（Ｔ／Ａ）（Ｒ／Ｖ） …… とし、この式から求めた単位掘削エネルギーｅに基づ
いて、前記岩盤強度を推定することを特徴とする請求項
１記載のトンネル岩盤強度の推定方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20628297A JPH1151932A (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | トンネル岩盤強度の推定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20628297A JPH1151932A (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | トンネル岩盤強度の推定方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1151932A true JPH1151932A (ja) | 1999-02-26 |
Family
ID=16520739
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20628297A Pending JPH1151932A (ja) | 1997-07-31 | 1997-07-31 | トンネル岩盤強度の推定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1151932A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000345793A (ja) * | 1999-06-07 | 2000-12-12 | Okumura Corp | 岩盤判定システム |
| WO2009155110A3 (en) * | 2008-05-30 | 2010-04-29 | The Robbins Company | Apparatus and method for monitoring tunnel boring efficiency |
| CN104849429A (zh) * | 2015-05-08 | 2015-08-19 | 上海城建市政工程（集团）有限公司 | 带土舱模拟的盾构地层适应性测试方法 |
| CN110295915A (zh) * | 2019-07-02 | 2019-10-01 | 中国科学院武汉岩土力学研究所 | 一种实现三向力检测的联合破岩tbm复杂地层掘进方法 |
| CN112593957A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-04-02 | 重庆文理学院 | 可远程控制式tbm施工的掘进测量机及使用方法 |
| CN112682054A (zh) * | 2020-12-03 | 2021-04-20 | 重庆文理学院 | 一种用于tbm施工监测的挖掘设备及其勘测方法 |
| CN113111497A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-13 | 郑州大学 | 一种基于岩碴粒径分布规律的tbm破岩效率评价方法 |
-
1997
- 1997-07-31 JP JP20628297A patent/JPH1151932A/ja active Pending
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN112593957B (zh) * | 2020-12-03 | 2022-08-19 | 重庆文理学院 | 可远程控制式tbm施工的掘进测量机及使用方法 |
| CN112682054B (zh) * | 2020-12-03 | 2022-08-23 | 重庆文理学院 | 一种用于tbm施工监测的挖掘设备及其勘测方法 |
| CN113111497A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-13 | 郑州大学 | 一种基于岩碴粒径分布规律的tbm破岩效率评价方法 |
| CN113111497B (zh) * | 2021-03-25 | 2022-07-29 | 郑州大学 | 一种基于岩碴粒径分布规律的tbm破岩效率评价方法 |
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