特許 6672671 掘削モニタリング装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6672671

(24)【登録日】2020年3月9日

(45)【発行日】2020年3月25日

(54)【発明の名称】掘削モニタリング装置

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/11 20060101AFI20200316BHJP

【ＦＩ】

   E21D9/11 Z

【請求項の数】2

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2015-191043(P2015-191043)

(22)【出願日】2015年9月29日

(65)【公開番号】特開2017-66652(P2017-66652A)

(43)【公開日】2017年4月6日

【審査請求日】2018年8月3日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(74)【代理人】

【識別番号】100097113

【弁理士】

【氏名又は名称】堀 城之

(74)【代理人】

【識別番号】100162363

【弁理士】

【氏名又は名称】前島 幸彦

(72)【発明者】

【氏名】野口 宏治

(72)【発明者】

【氏名】山元 寛哲

(72)【発明者】

【氏名】久田 英貴

【審査官】 亀谷 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０９−０２５７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−３０３５８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３１４１９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−３０７０９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００８／００２４０００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−２４７５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 谷本親伯 外５名，ＴＢＭ掘削指数(TEI)に基づくTBM施工管理基準の提案，第36回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集，日本，社団法人土木学会，２００７年 １月，第１１−１６頁

【文献】 小泉悠 外４名，ＴＢＭ施工におけるディスクカッタの摩耗と岩石の鉱物組成，第３７回岩盤力学に関するシンポジウム講演集，日本，社団法人土木学会，２００８年 １月，第２５−３０頁

【文献】 亀山克裕 外３名，岩盤シールド型ＴＢＭにおける岩盤強度推定の高精度化，第３８回岩盤力学に関するシンポジウム講演集，日本，社団法人土木学会，２００９年 １月，第９８−１０３頁

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｄ １／００−９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ディスクカッターを備えたトンネル掘削機の掘削動作をモニタリングする掘削モニタリング装置であって、
前記トンネル掘削機の掘削動作を測定した測定値である掘削データを収集する掘削情報収集部と、
前記トンネル掘削機によって掘削したズリの脆性度の入力を受け付ける入力部と、
前記トンネル掘削機の緒元データと共に、前記入力部から入力された前記脆性度を脆性データとして記憶する記憶部と、
前記掘削情報収集部によって収集される前記掘削データと前記記憶部に記憶された前記緒元データ及び前記脆性データとを用い、前記トンネル掘削機の掘削速度を前記ディスクカッターの回転速度で除算した値を前記ディスクカッターの切込量とする計算モデルで掘削前の切羽における岩塊状態の岩盤強度を示す岩盤の一軸圧縮応力を逐次算出する一軸圧縮応力算出部と、
前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力を出力する出力部と、
前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力と前記入力部に入力される前記脆性度とに基づいて、前記ディスクカッターの損傷の有無を掘削状況として判定する掘削状況判定部を具備し、
前記掘削状況判定部は、前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力の変化量がＵＣＳ閾値を越えて増加もしくは減少しても、前記入力部に入力される前記脆性度が前記記憶部に記憶された前記脆性度に対して脆性度閾値を越える変化がない場合、前記トンネル掘削機に前記ディスクカッターの回転速度の変更を指示し、前記ディスクカッターの回転速度の変更に伴って前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力が変化しない場合に、前記ディスクカッターの損傷と判定することを特徴とする掘削モニタリング装置。

【請求項2】

前記掘削状況判定部は、前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力の変化量が前記ＵＣＳ閾値を越えて増加すると共に、前記入力部に入力される前記脆性度が前記記憶部に記憶された前記脆性度に対して前記脆性度閾値を越えて減少し、さらに前記トンネル掘削機の掘削速度が下がっている場合、前記掘削状況として前記トンネル掘削機が不良地山によって締付けられていると判定することを特徴とする請求項１記載の掘削モニタリング装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル掘削機（トンネルボーリングマシン： 以下、ＴＢＭと称す）による岩盤掘削をモニタリングする掘削モニタリング装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ＴＢＭは、一般に、山岳トンネルなどの中軟岩質の岩盤の掘削に好適な掘削機である。ＴＢＭの先端に設けられたカッタードラムには、回転して岩を破砕する複数のディスクカッターが備えられている。ディスクカッターで破砕されたズリは、カッタードラムの回転によって順次チャンバ内に取り込まれ、スクリュコンベア又はベルトコンベアにより後方に排出される。

【0003】

このようなＴＢＭを用いて地山の岩盤強度を推定する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、検出された推進用シリンダ装置の油圧力および突出量から岩盤の圧縮強度を推定している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１１−３０３５８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、従来技術によって推定される圧縮強度は、ディスクカッターの損傷について考慮されていない。すなわち、ディスクカッターは、掘削対象の岩に十分な反力が採れないと偏摩耗を起こし極端に寿命が短くなる。そして、そのままのディスクカッターで切削を継続するとディスクカッターを支える軸受け（ベアリング）の破損につながり、最終的にはカッターヘッド面盤本体の損傷にまで至る危険性がある。一度そのような損傷に至った揚合、切羽内のズリの撤去、作業空間の確保、面盤の修理と工事に与える影響は計り知れない。

【0006】

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、上述の課題を解消し、ディスクカッターの損傷を高確率で判定することができる掘削モニタリング装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の掘削モニタリング装置は、ディスクカッターを備えたトンネル掘削機の掘削動作をモニタリングする掘削モニタリング装置であって、前記トンネル掘削機の掘削動作を測定した測定値である掘削データを収集する掘削情報収集部と、前記トンネル掘削機によって掘削したズリの脆性度の入力を受け付ける入力部と、前記トンネル掘削機の緒元データと共に、前記入力部から入力された前記脆性度を脆性データとして記憶する記憶部と、
前記掘削情報収集部によって収集される前記掘削データと前記記憶部に記憶された前記緒元データ及び前記脆性データとを用い、前記トンネル掘削機の掘削速度を前記ディスクカッターの回転速度で除算した値を前記ディスクカッターの切込量とする計算モデルで掘削前の切羽における岩塊状態の岩盤強度を示す岩盤の一軸圧縮応力を逐次算出する一軸圧縮応力算出部と、前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力を出力する出力部と、前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力と前記入力部に入力される前記脆性度とに基づいて、前記ディスクカッターの損傷の有無を掘削状況として判定する掘削状況判定部を具備し、前記掘削状況判定部は、前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力の変化量がＵＣＳ閾値を越えて増加もしくは減少しても、前記入力部に入力される前記脆性度が前記記憶部に記憶された前記脆性度に対して脆性度閾値を越える変化がない場合、前記トンネル掘削機に前記ディスクカッターの回転速度の変更を指示し、前記ディスクカッターの回転速度の変更に伴って前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力が変化しない場合に、前記ディスクカッターの損傷と判定することを特徴とする。
さらに、本発明の掘削モニタリング装置において、前記掘削状況判定部は、前記一軸圧縮応力算出部によって逐次算出される前記一軸圧縮応力の変化量が前記ＵＣＳ閾値を越えて増加すると共に、前記入力部に入力される前記脆性度が前記記憶部に記憶された前記脆性度に対して前記脆性度閾値を越えて減少し、さらに前記トンネル掘削機の掘削速度が下がっている場合、前記掘削状況として前記トンネル掘削機が不良地山によって締付けられていると判定しても良い。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、出力部３５に出力される一軸圧縮応力（ＵＣＳ）をモニタリングすることで、ディスクカッターの損傷を高確率で判定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明に係る掘削モニタリング装置がモニタリングするトンネル掘削機の構成を示す側断面図である。

【図2】本発明に係る掘削モニタリング装置の構成を示すブロック図である。

【図3】図１に示すディスクカッターの切込角度と切込量との関係を示す図である。

【図4】図２に示す出力部の表示例を示す図である。

【図5】図２に示すＵＣＳ算出部によって算出される一軸圧縮応力（ＵＣＳ）と脆性度との相関関係を説明する図である。

【図6】図２に示す掘削状況判定部による掘削状況の判定動作を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0010】

次に、本発明を実施するための形態（以下、単に「実施形態」という）を、図面を参照して具体的に説明する。
本実施形態の掘削モニタリング装置は、トンネル掘削機１（トンネルボーリングマシン：以下、ＴＢＭ１と称す）による岩盤掘削をモニタリングするコンピュータ等の情報処理装置である。

【0011】

ＴＢＭ１は、前胴部２と後胴部３とから構成されている。前胴部２の先端には、複数のディスクカッター２０に備えたカッタードラム４が回転可能に配置されている。カッタードラム４の後部側には隔壁５によって仕切られるチャンバ６が形成されている。チャンバ６には、先端取込み口がチャンバ６内に位置するスクリュコンベア７が隔壁５を貫通して設けられている。これにより、カッタードラム４の回転に伴いチャンバ６内に取込まれた掘削ズリは、スクリュコンベア７によりチャンバ６から取り出され、後方に排出される。

【0012】

後胴部３には、セグメント８を組立てるエレクタ９が配置されている。また、後胴部３には、ＴＢＭ１を推進させるシールドジャッキ１０が配置されている。シールドジャッキ１０を伸長させ、スプレッダ１１を介して組立てられたセグメント８の先端を押圧することで、ＴＢＭ１全体を前進させ、カッタードラム４を岩盤（切羽）に押し付ける。また、前胴部２には、前胴部２の外周に向けて出没可能に配置された稼働ソリ１２が設けられている。さらに、前胴部２と後胴部３とは、中折れジャッキ１３によって伸縮連結されている。

【0013】

図２を参照すると、掘削モニタリング装置３０は、パーソナルコンピューター等の情報処理装置であり、掘削情報収集部３１と、入力部３２と、記憶部３３と、ＵＣＳ算出部３４と、出力部３５と、脆性度比較部３６と、掘削状況判定部３７とを備えている。

【0014】

掘削情報収集部３１、ＵＣＳ算出部３４、脆性度比較部３６及び掘削状況判定部３７は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えたマイクロコンピューター等の情報処理部である。ＲＯＭには掘削モニタリング装置３０の動作制御を行うための制御プログラムが記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶されている制御プログラムを読み出し、制御プログラムをＲＡＭに展開させることで、掘削情報収集部３１、ＵＣＳ算出部３４、脆性度比較部３６及び掘削状況判定部３７として機能する。

【0015】

掘削情報収集部３１は、掘進動作に測定した測定値として、ＴＢＭ１の掘削速度：ｖ［mm/min］と、ディスクカッター２０の回転速度：Ｒ_ｐｍ［rev/min］と、ディスクカッター２０の推力（１個のディスクカッター２０が岩盤に押し付けられる力）：Ｆｎ［MPa］とを掘削データとしてＴＢＭ１の動作を制御するＴＢＭ制御装置４０から収集する。なお、ＴＢＭ１の掘削速度：ｖは、例えばシールドジャッキ１０の伸長速度である。また、掘進中に得られる数値として、シールドジャッキ１０の変位量をＴＢＭ制御装置４０から収集し、掘削情報収集部３１でＴＢＭ１の掘削速度：ｖを算出するようにしても良い。さらに、シールドジャッキ１０は、油圧ジャッキである。従って、ディスクカッター２０の推力：Ｆｎは、シールドジャッキ１０の油圧をＴＢＭ制御装置４０から収集することで、カッタードラム４の推力：Ｆｓを求め、求めたカッタードラム４の推力：Ｆｓをディスクカッター２０の総数：Ｎで除算して算出することができる。なお、必要に応じて、切羽の土水圧を計測する土水圧計を設け、計測した切羽の土水圧を推力Ｆｎから差し引くようにしても良い。

【0016】

入力部３２は、キーボード等の入力手段である。また、記憶部３３は、ＨＤＤ、半導体メモリ等の不揮発性の記憶手段である。入力部３２は、ディスクカッター２０の刃先幅：Ｔ［mm］と、ディスクカッター２０の半径：Ｒ［mm］と、定数：Ｃと、ディスクカッター２０間距離：Ｓ［mm］との入力を受け付け、入力されたディスクカッター２０の刃先幅：Ｔと、ディスクカッター２０の半径：Ｒと、定数：Ｃと、ディスクカッター２０間距離：Ｓとは、ＴＢＭ１の緒元データ３３１として記憶部３３に記憶される。また、入力部３２は、岩盤の脆性度：Ｋの入力を受け付け、入力された岩盤の脆性度：Ｋは、脆性データ３３２として記憶部３３に記憶される。岩盤の脆性度：Ｋは、ズリを岩石試料とする一軸圧縮試験や圧裂引張試験によって測定される。例えば、一軸圧縮試験には、岩強度の簡易判定を行うことができるポイントロード試験機（点載荷試験機）を用いることができる。なお、記憶部３３には、掘削前に採取した岩盤サンプルの脆性度：Ｋを脆性データ３３２の初期値として記憶しておくと良い。

【0017】

ＵＣＳ算出部３４は、掘削情報収集部３１によって収集された掘削データと、記憶部３３に記憶されている緒元データ３３１及び脆性データ３３２とを用いて、掘進時にリアルタイムに一軸圧縮応力（ＵＣＳ）を算出する。

【0018】

ＵＣＳ算出部３４による一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の算出動作について説明する。
コロラド鉱山大学（ＣＳＭ）のデータ解析により導かれた計算モデルによると、ディスクカッター２０の切込量：Ｐ［mm/rev］は、ＴＢＭ１の掘削速度：ｖと、ディスクカッター２０の回転速度：Ｒ_ｐｍとを用いて、次式［数１］で表される。

【0019】

【数1】

【0020】

また、図３に示すように、岩盤に切り込まれたディスクカッター２０の最前部から切羽面までの角度を切込角度：θ［rad］とすると、切込角度：θは、ディスクカッター２０の切込量：Ｐと、ディスクカッター２０の半径：Ｒとを用いて、次式［数２］で表される。

【0021】

【数2】

【0022】

切込角度：θを用いると、推力：Ｆｎと、ディスクカッター２０が岩盤を破砕するために必要な岩盤破砕必要力：Ｐ^※［MPa］とは、次式［数３］で表される。なお、［数３］において、Ｔは、刃先幅［mm］、Ｃは、２．１〜２．７の定数、Ｓは、ディスクカッター２０間距離［mm］、σｃは、一軸圧縮応力［MPa］、σｔは、圧裂引張強度［MPa］である。

【0023】

【数3】

【0024】

ここで、次式［数４］に示すようにＸ、Ｙ、Ｚを定義する。［数４］において、ディスクカッター２０の刃先幅：Ｔ、ディスクカッター２０の半径：Ｒ、定数：Ｃ、ディスクカッター２０間距離：Ｓは、ＴＢＭ１の緒元データ３３１である。従って、Ｘ及びＹは、切込角度：θによって決定される。

【0025】

【数4】

【0026】

すると、推力：Ｆｎは、Ｘ、Ｙ、Ｚを用いて、次式［数５］で表される。

【0027】

【数5】

【0028】

Ｚの項である一軸圧縮応力：σｃ［MPa］と、圧裂引張強度：σｔ［MPa］とは、岩盤の脆性：Ｋを用いて、次式［数６］で表される。

【0029】

【数6】

【0030】

従って、［数４］で定義したＺは、一軸圧縮応力：σｃと、岩盤の脆性度：Ｋとを用いて、次式［数７］で表される。

【0031】

【数7】

【0032】

［数５］に［数７］を代入して、一軸圧縮応力：σｃ［MPa］を求める式に形を整えると、次式［数８］が得られる。

【0033】

【数8】

【0034】

ＵＣＳ算出部３４は、掘削情報収集部３１によって収集された掘削データと、記憶部３３に記憶されている緒元データ３３１及び脆性データ３３２とを用いて［数８］を演算することで、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）を算出する。なお、ＵＣＳ算出部３４は、所定時間毎や、ＴＢＭ１が所定距離進む毎に一軸圧縮応力（ＵＣＳ）を逐次算出する。

【0035】

出力部３５は、液晶ディスプレイ等の表示装置であり、図４に示すように、ＵＣＳ算出部３４で算出された一軸圧縮応力（ＵＣＳ）がグラフとしてリアルタイムに表示される。なお、図４に示すグラフは、縦軸を一軸圧縮応力（ＵＣＳ）とし、横軸を掘削距離とした例が示されているが、横軸を時間としても良い。なお、図４に示す区間Ａは、ディスクカッター２０に損傷が発生したと考えられる区間である。また、図４に示す区間Ｂは、ディスクカッター２０を交換した後、切羽とディスクカッター２０との接合状態が不完全である岩盤面不陸区間である。

【0036】

脆性度比較部３６は、入力部３２から入力された脆性度：Ｋと、記憶部３３に脆性データ３３２として記憶されている脆性度：Ｋ（前回の測定結果）とを比較し、比較結果を掘削状況判定部３７に出力する。なお、脆性度比較部３６は、比較を行った後、入力部３２から入力された脆性度：Ｋを、記憶部３３に脆性データ３３２として更新して記憶させる。

【0037】

掘削状況判定部３７は、ＵＣＳ算出部３４によって算出された一軸圧縮応力（ＵＣＳ）と、脆性度比較部３６に脆性度：Ｋの比較結果とに基づいて、掘削状況を判定する。掘削状況判定部３７は、掘削状況として、「センサー等の故障」と、「不良地山による締付け」と、「ディスクカッター損傷」とを区別して判定し、これらの状況であると判定した場合には、ＴＢＭ１の掘削動作を停止させる。なお、図４にＢで示す岩盤面不陸区間では、正常な掘削動作であっても一軸圧縮応力（ＵＣＳ）は大きく変化する。従って、ディスクカッター２０交換後の所定区間は、掘削状況判定部３７による判定動作を停止させると良い。

【0038】

ここで、脆性度：Ｋの変化（岩質の変化）と一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の変化との相関関係について図５を参照して説明する。
［数８］によると、脆性度：Ｋが増加すると、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）も増加し、脆性度：Ｋが減少すると、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）も減少する。従って、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）と脆性度：Ｋとが共に増加する場合と、共に減少する場合とは、ＴＢＭ１の掘削動作が正常に行われている状態である。

【0039】

これに対し、脆性度：Ｋに変化がないにも拘らず、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が増加もしくは減少した場合には、切込量：Ｐの変化が考えられ、ディスクカッター２０の損傷の虞がある。

【0040】

また、脆性度：Ｋの増加に伴い、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が減少することは、本来ありえないことであり、掘削データを収集するセンサーの故障等の何らかの不具合がＴＢＭ１に生じていると考えられる。

【0041】

さらに、脆性度：Ｋが減少すると、本来はＴＢＭ１の掘削速度：ｖが上がるはずであるにも拘わらず、脆性度：Ｋの減少に伴い、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が増加し、ＴＢＭ１の掘削速度：ｖが下がっている場合には、ＴＢＭ１が不良地山によって締付けられている場合が考えられる。また、脆性度：Ｋの減少に伴い、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が増加しても、ＴＢＭ１の掘削速度：ｖが下がっていない場合は、本来ありえないことであり、掘削データを収集するセンサーの故障等の何らかの不具合がＴＢＭ１に生じていると考えられる。なお、ＴＢＭ１の掘削動作では、シールドジャッキ１０には、油圧力を一定で可変させないとして単位時間当たり一定の油量が供給される。従って、ＴＢＭ１の掘削速度：ｖが上がると、推力：Ｆｎが下がり、ＴＢＭ１の掘削速度：ｖが下がると、推力：Ｆｎが上がる。従って、掘削速度：ｖの代わりに、推力：Ｆｎを判定に用いることもできる。

【0042】

掘削状況判定部３７は、図５に示す相関関係に基づく掘削状況の判定動作を行う。以下、図６を参照して掘削状況判定部３７による掘削状況の判定動作を詳細に説明する。

【0043】

掘削状況判定部３７は、ＵＣＳ算出部３４によって算出される一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の変化を監視する（ステップＡ１）。例えば、掘削状況判定部３７は、単位掘削距離や単位時間における一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の変化量が予め設定されたＵＣＳ閾値を超えることで、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の変化有りと判断する。

【0044】

掘削状況判定部３７は、ステップＡ１で一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の変化有りと判断すると、出力部３５に脆性度の再試験を依頼するメッセージを出力し（ステップＡ２）、入力部３２への脆性度の入力を待機する（ステップＡ３）。なお、ステップＡ２での脆性度の再試験を依頼するメッセージの出力部３５からの出力は、脆性試験を人的に行うことを前提としている。脆性試験を脆性試験装置によって機械的に行う場合には、ステップＡ２で脆性試験装置に対して脆性試験を指示することになる。

【0045】

ステップＡ３で入力部３２に脆性度が入力されると、脆性度比較部３６は、入力部３２から入力された脆性度：Ｋと、記憶部３３に脆性データ３３２として記憶されている脆性度：Ｋ（前回の測定結果）とを比較し、比較結果を掘削状況判定部３７に出力する。そして、掘削状況判定部３７は、脆性度比較部３６による比較結果に基づき、脆性度の変化有りか否かを判断する（ステップＡ４）。掘削状況判定部３７は、脆性度閾値を越えて脆性度が変化した場合に、脆性度の変化有りと判断する。なお、脆性度閾値は、予め設定された値であっても良く、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の変化量に応じて変更するようにしても良い。脆性度閾値を一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の変化量に応じて変更する場合には、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の変化量が大きくなるほど脆性度閾値を大きい値に変更すると良い。

【0046】

ステップＡ４で脆性度の変化有りの場合、掘削状況判定部３７は、ステップＡ１での一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の変化が一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の増加か否かを判断する（ステップＡ５）。

【0047】

ステップＡ５で一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の増加である場合、掘削状況判定部３７は、ステップＡ４での脆性度の変化が脆性度の増加か否かを判断する（ステップＡ６）。

【0048】

ステップＡ６で脆性度の増加である場合、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）と脆性度：Ｋとが共に増加しているため、掘削状況判定部３７は、ＴＢＭ１の掘削動作は正常である判断し、ステップＡ１に戻り、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の変化を監視する。

【0049】

ステップＡ６で脆性度の減少である場合、掘削状況判定部３７は、ＴＢＭ１の掘削速度：ｖが減少しているか否かを判断する（ステップＡ７）。

【0050】

ステップＡ７でＴＢＭ１の掘削速度：ｖが減少している場合、掘削状況判定部３７は、脆性度：Ｋの減少に伴い、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が増加し、ＴＢＭ１の掘削速度：ｖが下がっているため、ＴＢＭ１が不良地山によって締付けられている状態である「不良地山による締付け」と判断する（ステップＡ８）。そして、掘削状況判定部３７は、ＴＢＭ１が不良地山によって締付けられている虞を知らせる「締付け警告」を出力部３５から出力し（ステップＡ９）、ＴＢＭ制御装置４０に掘削動作の停止を指示する（ステップＡ１０）。「締付け警告」により、作業員は、ＴＢＭ１の「不良地山による締付け」を早い段階で確認して対策をとることができる。

【0051】

ステップＡ７でＴＢＭ１の掘削速度：ｖが増加している場合、脆性度：Ｋの減少に伴い、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が増加しても、ＴＢＭ１の掘削速度：ｖが下がっていないため、掘削状況判定部３７は、掘削データを収集するセンサー等が故障している状態である「センサー等の故障」と判断する（ステップＡ１１）。そして、掘削状況判定部３７は、掘削データを収集するセンサーが故障している虞を知らせる「故障警告」を出力部３５から出力し（ステップＡ１２）、ステップＡ１０に至ってＴＢＭ制御装置４０に掘削動作の停止を指示する。「故障警告」により、作業員は、ＴＢＭ１（掘削データを収集するセンサーの故障等）を早い段階で確認して対処することができる。

【0052】

ステップＡ５で一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の減少である場合、掘削状況判定部３７は、ステップＡ４での脆性度の変化が脆性度の増加か否かを判断する（ステップＡ１３）。

【0053】

ステップＡ１３で脆性度の減少である場合、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）と脆性度：Ｋとが共に減少しているため、掘削状況判定部３７は、ＴＢＭ１の掘削動作は正常である判断し、ステップＡ１に戻り、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の変化を監視する。

【0054】

ステップＡ１３で脆性度の増加である場合、脆性度：Ｋの増加に伴い、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が減少しているため、掘削状況判定部３７は、ステップＡ１１に至って掘削データを収集する「センサー等の故障」と判断する。

【0055】

ステップＡ４で脆性度の変化なしの場合、掘削状況判定部３７は、ステップＡ１での一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の変化が一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の増加か否かを判断する（ステップＡ１４）。

【0056】

ステップＡ１４で一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の増加である場合、掘削状況判定部３７は、ディスクカッター２０の回転速度：Ｒ_ｐｍ［rev/min］の減少を指示する（ステップＡ１５）。そして、掘削状況判定部３７は、ＵＣＳ算出部３４によって算出される一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が減少するか否かを判断する（ステップＡ１６）。

【0057】

ステップＡ１６で一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が減少する場合には、掘削状況判定部３７は、ＴＢＭ１の掘削動作は正常である判断し、ステップＡ１に戻り、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の変化を監視する。すなわち、ディスクカッター２０が正常に機能していれば、ディスクカッター２０の回転速度：Ｒ_ｐｍ［rev/min］の減少させることで、ディスクカッター２０の切込量：Ｐが上がり、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が減少する。

【0058】

ステップＡ１６で一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が減少しない場合には、掘削状況判定部３７は、ディスクカッター２０が損傷している「ディスクカッター損傷」と判断する（ステップＡ１７）。すなわち、ディスクカッター２０の回転速度：Ｒ_ｐｍ［rev/min］を減少させても、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が減少しない場合には、ディスクカッター２０の切羽への切り込みが正常に行われておらず、ディスクカッター２０が正常に機能していないことを意味する。そして、掘削状況判定部３７は、ディスクカッター２０が損傷している虞を知らせる「カッター損傷警告」を出力部３５から出力し（ステップＡ１８）、ステップＡ１０に至ってＴＢＭ制御装置４０に掘削動作の停止を指示する。「カッター損傷警告」により、作業員は、ディスクカッター２０の損傷を、早期に把握することができ、大事に至る前にディスクカッター２０の交換を行うことができる。

【0059】

ステップＡ１４で一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の減少である場合、掘削状況判定部３７は、ディスクカッター２０の回転速度：Ｒ_ｐｍ［rev/min］の増加を指示する（ステップＡ１９）。そして、掘削状況判定部３７は、ＵＣＳ算出部３４によって算出される一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が増加するか否かを判断する（ステップＡ２０）。

【0060】

ステップＡ２０で一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が増加する場合には、掘削状況判定部３７は、ＴＢＭ１の掘削動作は正常である判断し、ステップＡ１に戻り、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の変化を監視する。すなわち、ディスクカッター２０が正常に機能していれば、ディスクカッター２０の回転速度：Ｒ_ｐｍ［rev/min］の増加させることで、ディスクカッター２０の切込量：Ｐが下がり、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が増加する。

【0061】

ステップＡ２０で一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が増加しない場合には、掘削状況判定部３７は、ステップＡ１７に至ってディスクカッター２０が損傷している「ディスクカッター損傷」と判断する。すなわち、ディスクカッター２０の回転速度：Ｒ_ｐｍ［rev/min］を増加させても、一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が増加しない場合には、ディスクカッター２０の切羽への切り込みが正常に行われておらず、ディスクカッター２０が正常に機能していないことを意味する。

【0062】

以上説明したように、本実施形態は、ディスクカッター２０を備えたＴＢＭ１の掘削動作をモニタリングする掘削モニタリング装置３０であって、ＴＢＭ１の掘削動作を測定した測定値である掘削データを収集する掘削情報収集部３１と、ＴＢＭ１によって掘削したズリの脆性度：Ｋの入力を受け付ける入力部３２と、ＴＢＭ１の緒元データ３３１と共に、入力部３２から入力された脆性度：Ｋを脆性データ３３２として記憶する記憶部３３と、掘削情報収集部３１によって収集される掘削データと記憶部３３に記憶された緒元データ３３１及び脆性データ３３２とを用い、ＴＢＭ１の掘削速度：ｖをディスクカッター２０の回転速度：Ｒｐｍで除算した値をディスクカッター２０の切込量：Ｐとする計算モデルで岩盤の一軸圧縮応力（ＵＣＳ）を逐次算出するＵＣＳ算出部３４と、ＵＣＳ算出部３４によって逐次算出される一軸圧縮応力（ＵＣＳ）を出力する出力部３５とを備えている。
この構成により、出力部３５に出力される一軸圧縮応力（ＵＣＳ）をモニタリングすることで、ディスクカッター２０の損傷を高確率で判定することができる。すなわち、ＵＣＳ算出部３４によって算出される一軸圧縮応力（ＵＣＳ）は、ＴＢＭ１の掘削速度：ｖをディスクカッター２０の回転速度：Ｒｐｍで除算した値をディスクカッター２０の切込量：Ｐとする計算モデルで算出されている。従って、ディスクカッター２０の損傷によってＵＣＳ算出部３４で算出される一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が変化し、この変化に着目することで、ディスクカッター２０の損傷を高確率で判定することができる。

【0063】

さらに、本実施形態において、ＵＣＳ算出部３４によって逐次算出される一軸圧縮応力（ＵＣＳ）と入力部３２に入力される脆性度：Ｋとに基づいて掘削状況を判定する掘削状況判定部３７を備えている。
この構成により、岩盤の変化を加味した判定を行うことができる。

【0064】

さらに、本実施形態において、掘削状況判定部３７は、ＵＣＳ算出部３４によって逐次算出される一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の変化量がＵＣＳ閾値を越えて増加もしくは減少しても、入力部３２に入力される脆性度：Ｋが記憶部３３に記憶された脆性度データ３３２に対して脆性度閾値を越える変化がない場合、ＴＢＭ１にディスクカッター２０の回転速度：Ｒ_ｐｍの変更を指示し、ディスクカッター２０の回転速度：Ｒ_ｐｍの変更に伴ってＵＣＳ算出部３４によって逐次算出される一軸圧縮応力（ＵＣＳ）が変化しない場合に、ディスクカッター２０の損傷と判定する。
この構成により、作業員は、ディスクカッター２０の損傷を、早期に把握することができ、大事に至る前にディスクカッター２０の交換を行うことができる。

【0065】

さらに、本実施形態において、掘削状況判定部３７は、ＵＣＳ算出部３４によって逐次算出される一軸圧縮応力（ＵＣＳ）の変化量がＵＣＳ閾値を越えて増加すると共に、入力部３２に入力される脆性度：Ｋが記憶部３３に記憶された脆性度データ３３２に対して脆性度閾値を越えて減少し、さらにＴＢＭ１の掘削速度が下がっている場合、ＴＢＭ１が不良地山によって締付けられていると判定する。
この構成により、作業員は、ＴＢＭ１の「不良地山による締付け」を早い段階で確認することができ、掘削外径の拡大等の対策を行うことができる。

【0066】

以上、実施形態をもとに本発明を説明した。この実施形態は例示であり、それらの各構成要素の組み合わせ等にいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

【符号の説明】

【0067】

１ トンネル掘削機（ＴＢＭ）
２ 前胴部
３ 後胴部
４ カッタードラム
５ 隔壁
６ チャンバ
７ スクリュコンベア
８ セグメント
９ エレクタ
１０ シールドジャッキ
１１ スプレッダ
１２ 稼働ソリ
１３中折れジャッキ
２０ ディスクカッター
３０ 掘削モニタリング装置
３１ 掘削情報収集部
３２ 入力部
３３ 記憶部
３４ ＵＣＳ算出部
３５ 出力部
３６ 脆性度比較部
３７ 掘削状況判定部
４０ ＴＢＭ制御装置
３３１ 緒元データ
３３２ 脆性データ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】