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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023079670
(43)【公開日】2023-06-08
(54)【発明の名称】探査システム、シールド掘削機及び探査方法
(51)【国際特許分類】
E21D 9/093 20060101AFI20230601BHJP
E21D 9/06 20060101ALI20230601BHJP
E21D 9/10 20060101ALI20230601BHJP
G01V 1/00 20060101ALI20230601BHJP
G01S 15/10 20060101ALI20230601BHJP
【ＦＩ】
E21D9/093 F
E21D9/06 301A
E21D9/10 Z
G01V1/00 B
G01S15/10
【審査請求】未請求
【請求項の数】11
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021193250
(22)【出願日】2021-11-29
(71)【出願人】
【識別番号】000216025
【氏名又は名称】鉄建建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100121603
【弁理士】
【氏名又は名称】永田 元昭
(74)【代理人】
【識別番号】100141656
【弁理士】
【氏名又は名称】大田 英司
(74)【代理人】
【識別番号】100067747
【弁理士】
【氏名又は名称】永田 良昭
(72)【発明者】
【氏名】岩瀬 隆
(72)【発明者】
【氏名】竹田 茂嗣
(72)【発明者】
【氏名】山田 宣彦
(72)【発明者】
【氏名】谷崎 英典
(72)【発明者】
【氏名】浅田 昭
(72)【発明者】
【氏名】村越 誠
【テーマコード（参考）】
2D054
2G105
5J083
【Ｆターム（参考）】
2D054AC04
2D054AC05
2D054AC20
2D054AD02
2D054BA03
2D054GA15
2D054GA17
2D054GA65
2D054GA83
2D054GA94
2G105AA02
2G105BB02
2G105CC01
2G105DD02
2G105EE01
2G105LL03
2G105LL04
2G105LL05
2G105LL06
2G105LL08
5J083AB12
5J083AB20
5J083AC28
5J083AC32
5J083AD04
5J083AE06
5J083AF14
5J083BA02
5J083BB12
5J083CA01
5J083CA12
(57)【要約】
【課題】シールド発進後に、送受信器に不具合が発生しても容易に対処できるとともに、シールド掘削機の機外における地中の未掘削領域までの距離を精度よく算出できる探査システム、シールド掘削機及び探査方法を提供することを目的とする。
【解決手段】泥土圧式シールド掘削機１の前胴２０においてスキンプレート２１や隔壁２２を構成する鋼製部材の機内側に取付けられ、機外に向けて音波を送信するとともに、機外で反射した反射波を受信する送受信器１０１と、送受信器１０１における少なくとも受信波信号Ｒに基づいて、地中における緩み部Ｘａまでの距離を演算するＰＣ１０７とが設けられた探査システム１００であって、送受信器１０１は、所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次音波として送信する。
【選択図】図１
【解決手段】泥土圧式シールド掘削機１の前胴２０においてスキンプレート２１や隔壁２２を構成する鋼製部材の機内側に取付けられ、機外に向けて音波を送信するとともに、機外で反射した反射波を受信する送受信器１０１と、送受信器１０１における少なくとも受信波信号Ｒに基づいて、地中における緩み部Ｘａまでの距離を演算するＰＣ１０７とが設けられた探査システム１００であって、送受信器１０１は、所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次音波として送信する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
シールド掘削機の胴体部において外殻や隔壁を構成する鋼製部材の機内側に取付けられ、機外に向けて音波を送信するとともに、前記機外で反射した反射波を受信する送受信器と、前記送受信器における少なくとも受信情報に基づいて、地中における掘削範囲を演算する演算器とが設けられ、該演算器が、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を算出する探査システムであって、
前記送受信器は、
所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次前記音波として送信する構成である
探査システム。
前記送受信器は、
所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次前記音波として送信する構成である
探査システム。
【請求項2】
前記送受信器は、
所定の周波数ピッチ毎の前記パルス波を複数波ずつ順次送信する構成である
請求項１に記載の探査システム。
所定の周波数ピッチ毎の前記パルス波を複数波ずつ順次送信する構成である
請求項１に記載の探査システム。
【請求項3】
前記送受信器が、所定の周波数ピッチ毎の前記パルス波を複数波ずつ所定の周波数帯域の全域に亘って送信するとともに、
前記送受信器は、所定の周波数ピッチ毎の前記パルス波を前記複数波と異なる波数ずつ所定の周波数帯域の全域に亘ってさらに送信する
請求項２に記載の探査システム。
前記送受信器は、所定の周波数ピッチ毎の前記パルス波を前記複数波と異なる波数ずつ所定の周波数帯域の全域に亘ってさらに送信する
請求項２に記載の探査システム。
【請求項4】
前記送受信器が機外に向けて音波を送信するとともに、前記機外で反射した前記反射波を受信した結果である前記受信情報を記憶する記憶部が設けられ、
前記送受信器が、所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次前記音波として送信し、前記反射波を受信した前記周波数ピッチ毎の前記受信情報を個別データとして前記記憶部に記憶し、
前記演算器は、
前記所定の周波数帯域の全域に亘るとともに波数の異なる前記周波数ピッチ毎の前記個別データをデータセットとするとともに、前記データセットに基づいて特定データを生成し、
異なるデータセットの特定データと、生成した前記特定データとを比較し、前記異なるデータセットの特定データと、生成した前記特定データとの差分を抽出する
請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載の探査システム。
前記送受信器が、所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次前記音波として送信し、前記反射波を受信した前記周波数ピッチ毎の前記受信情報を個別データとして前記記憶部に記憶し、
前記演算器は、
前記所定の周波数帯域の全域に亘るとともに波数の異なる前記周波数ピッチ毎の前記個別データをデータセットとするとともに、前記データセットに基づいて特定データを生成し、
異なるデータセットの特定データと、生成した前記特定データとを比較し、前記異なるデータセットの特定データと、生成した前記特定データとの差分を抽出する
請求項１乃至請求項３のうちいずれかに記載の探査システム。
【請求項5】
前記送受信器から前記受信情報を前記記憶部に伝送する伝送路が設けられ、
前記送受信器に、前記受信情報を増幅する増幅器が設けられるとともに、
前記受信情報を前記記憶部に伝送する前記伝送路に、
前記増幅器で増幅され、前記伝送路を伝送された前記受信情報を減衰する減衰器が設けられた
請求項４に記載の探査システム。
前記送受信器に、前記受信情報を増幅する増幅器が設けられるとともに、
前記受信情報を前記記憶部に伝送する前記伝送路に、
前記増幅器で増幅され、前記伝送路を伝送された前記受信情報を減衰する減衰器が設けられた
請求項４に記載の探査システム。
【請求項6】
請求項１乃至５のうちいずれかに記載の探査システムにおける前記送受信器が前記鋼製部材の機内側に取付けられた
シールド掘削機。
シールド掘削機。
【請求項7】
シールド掘削機の胴体部において外殻や隔壁を構成する鋼製部材の機内側に取付けられた送受信器から機外に向けて音波を送信するとともに、前記機外で反射した反射波を受信し、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を算出する探査方法であって、
所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次前記音波として送信する
探査方法。
所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次前記音波として送信する
探査方法。
【請求項8】
所定の周波数ピッチ毎の前記パルス波を複数波ずつ順次送信する
請求項７に記載の探査方法。
請求項７に記載の探査方法。
【請求項9】
所定の周波数ピッチ毎の前記パルス波を複数波ずつ所定の周波数帯域の全域に亘って送信するとともに、
所定の周波数ピッチ毎の前記パルス波を前記複数波と異なる波数ずつ所定の周波数帯域の全域に亘ってさらに送信する
請求項８に記載の探査方法。
所定の周波数ピッチ毎の前記パルス波を前記複数波と異なる波数ずつ所定の周波数帯域の全域に亘ってさらに送信する
請求項８に記載の探査方法。
【請求項10】
前記送受信器が機外に向けて音波を送信するとともに、前記機外で反射した前記反射波を受信した結果である受信情報を記憶する記憶部に、前記送受信器が、所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次前記音波として送信し、前記反射波を受信した前記周波数ピッチ毎の前記受信情報を個別データとして記憶し、
演算器が、
前記所定の周波数帯域の全域に亘るとともに波数の異なる前記周波数ピッチ毎の前記個別データをデータセットとするとともに、前記データセットに基づいて特定データを生成するとともに、
異なるデータセットの特定データと、生成した前記特定データとを比較し、前記異なるデータセットの特定データと、生成した前記特定データとの差分を抽出する
請求項７乃至請求項９のうちいずれかに記載の探査方法。
演算器が、
前記所定の周波数帯域の全域に亘るとともに波数の異なる前記周波数ピッチ毎の前記個別データをデータセットとするとともに、前記データセットに基づいて特定データを生成するとともに、
異なるデータセットの特定データと、生成した前記特定データとを比較し、前記異なるデータセットの特定データと、生成した前記特定データとの差分を抽出する
請求項７乃至請求項９のうちいずれかに記載の探査方法。
【請求項11】
前記送受信器から前記受信情報を前記記憶部に伝送する伝送路が設けられ、
前記送受信器で前記受信情報を増幅するとともに、
前記伝送路を伝送された前記受信情報を減衰して、前記記憶部に記憶する
請求項１０に記載の探査方法。
前記送受信器で前記受信情報を増幅するとともに、
前記伝送路を伝送された前記受信情報を減衰して、前記記憶部に記憶する
請求項１０に記載の探査方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、前記シールド掘削機の機外における地中の未掘削領域までの距離を算出する探査システム、シールド掘削機及び探査方法に関する。
【背景技術】
【0002】
地中に隧道を構築する密閉型のシールド掘削機では、掘削面が全て掘進機で覆われており、地山状況を目視で確認することができず、切羽崩壊の兆候を捉えることが困難であるため、土被りや地質調査資料を基に算出した切羽設定圧を維持しながら施工する。
【0003】
また、実際にはシールド掘削機の推力やカッター部の回転トルクなどの運転データや掘削排土量、地表面変位量などの計測結果に基づいて、適宜その設定圧を調整しながら掘削する。しかしながら、シールド掘削機の運転データは、土質変化を判断する間接的な指標でしかなく、掘削排土量は土質によりほぐし率が異なるため土質変化を伴う区間では切羽設定圧と、掘削状況に応じた適正な切羽圧との乖離を評価することが難しかった。そのため、地表面や埋設物、近接構造物の変状を観察してその乖離を評価することも行われているが、地表面等に変状が現われるまでには時間差があるため、広範囲にわたって沈下又は隆起を及ぼす可能性があった。
【0004】
そこで、例えば、カッターヘッドに電磁波レーダを搭載して、シールド掘削機近傍の地山状態の直接的に計測することが提案されている（特許文献１参照）。しかしながら、特許文献１に記載の電磁波レーダは、機外のカッターヘッドに取付けられているため、シールド掘削機の発進後は加圧下の泥水（または泥土）中であるため、電磁波レーダに不具合が生じても対処することができなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開平０８－２７８３７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
そこで本発明は、シールド発進後に、送受信器に不具合が発生しても容易に対処できるとともに、シールド掘削機の機外における地中の未掘削領域までの距離を精度よく算出できる探査システム、シールド掘削機及び探査方法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】
【0007】
この発明は、シールド掘削機の胴体部において外殻や隔壁を構成する鋼製部材の機内側に取付けられ、機外に向けて音波を送信するとともに、前記機外で反射した反射波を受信する送受信器と、前記送受信器における少なくとも受信情報に基づいて、地中における掘削範囲を演算する演算器とが設けられ、該演算器が、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を算出する探査システムであって、前記送受信器は、所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次前記音波として送信する構成であること、さらには上記探査システムにおける前記送受信器が前記鋼製部材の機内側に取付けられたシールド掘削機であることを特徴とする。
【0008】
またこの発明は、シールド掘削機の胴体部において外殻や隔壁を構成する鋼製部材の機内側に取付けられた送受信器から機外に向けて音波を送信するとともに、前記機外で反射した反射波を受信し、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を算出する探査方法であって、所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次前記音波として送信することを特徴とする。
【0009】
上記シールド掘削機は、土圧バランス式、加泥式、土圧加水式などの泥土圧式シールド掘削機や泥水加圧式シールド掘削機であってもよく、さらには、密閉式であればＴＢＭ等であってもよい。
上記送受信器は、音波を送信する送信機能と受信する受信機能とを有する一体型送受信器であってもよいし、音波を送信する送信器と受信する受信機とが別体構成されていてもよい。また、上記送受信器は１台であってもよいし、複数台を併用してもよい。
上記送受信器は、音波を送信する送信機能と受信する受信機能とを有する一体型送受信器であってもよいし、音波を送信する送信器と受信する受信機とが別体構成されていてもよい。また、上記送受信器は１台であってもよいし、複数台を併用してもよい。
【0010】
この発明により、シールド発進後に、前記送受信器に不具合が発生しても容易に対処できるとともに、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を精度よく算出することができる。
詳述すると、機外に向けて音波を送信するとともに、前記機外で反射した反射波を受信する送受信器をシールド掘削機の胴体部において外殻や隔壁を構成する鋼製部材の機内側に取付けているため、シールド発進後に、前記送受信器に不具合が発生しても容易に対処できる。
詳述すると、機外に向けて音波を送信するとともに、前記機外で反射した反射波を受信する送受信器をシールド掘削機の胴体部において外殻や隔壁を構成する鋼製部材の機内側に取付けているため、シールド発進後に、前記送受信器に不具合が発生しても容易に対処できる。
【0011】
その反面、鋼製部材の機内側に取付けた送受信器から機外に向けて音波を送信するとともに、前記機外で反射した反射波を受信する際に、鋼製部材を透過した音波を送受信するため、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を精度よく算出することが困難になる。
【0012】
しかしながら、本発明における前記送受信器は、所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次前記音波として送信する、つまり、周波数の異なるパルス波を音波として送受信器から機外に向けて順次送信する。
【0013】
前記機外における地中の未掘削領域で送信した音波が反射しやすかったり、掘削土で音波が伝播しやすかったりなど前記機外における地中の未掘削領域までの距離を算出するために適した音波の周波数が土質や周辺環境によって異なる。これに対し、上述のように、所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次前記音波として送信するため、地中の未掘削領域までの距離の算出に適した周波数や当該周波数に近似する周波数のパルス波を送受信器から送信することができる。そのため、前記機外における地中の未掘削領域までの距離を精度よく算出することができる。したがって、機外において掘削に伴って緩んだ箇所や余掘り部分などの余掘り領域の大きさを把握することができ、例えば地山崩壊の兆候の有無を評価することができる。
【0014】
なお、一般的に、前記機外における地中の未掘削領域までの距離を算出するために適した音波の周波数としては幅があり、例えば、９０ｋＨｚ前後であることがあり、所定の周波数帯域としては、８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚとし、所定の周波数ピッチとしては１ｋＨｚとすることができる。上述のような周波数帯域や周波数ピッチであれば、計測時間が膨大になることなく、前記機外における地中の未掘削領域までの距離を精度よく算出することができる。
【0015】
また、上記システムは、送受信器をシールド掘削機の機内に取付けるため、施工中の送受信器の点検、交換などのメンテナンス、送受信器の取付け位置の変更などに柔軟に対応することができる。
また、上記構成により、送受信器による計測や、送受信器の取付けに関して、シールド掘削機に特別な構造を要することなく、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を精度よく算出することができる。
また、上記構成により、送受信器による計測や、送受信器の取付けに関して、シールド掘削機に特別な構造を要することなく、前記シールド掘削機の前記機外における地中の未掘削領域までの距離を精度よく算出することができる。
【0016】
なお、特別な構造としては、掘削土や未掘削領域に送受信器を直接接触させるための窓や孔、あるいはそれらの止水構造、さらには、音波の伝達効率を向上するための、材質の異なる導波材を鋼製部材に組込むことなどが挙げられる。
【0017】
この発明の態様として、前記送受信器は、所定の周波数ピッチ毎の前記パルス波を複数波ずつ順次送信する構成であってもよい。
上述の所定の周波数ピッチ毎の前記パルス波を複数波ずつ順次送信とは、各周波数で一度に連続して送信するパルス波の波数を意味する。
上述の所定の周波数ピッチ毎の前記パルス波を複数波ずつ順次送信とは、各周波数で一度に連続して送信するパルス波の波数を意味する。
【0018】
この発明により、前記機外における地中の未掘削領域までの距離を安定して精度よく算出することができる。
詳述すると、所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次前記音波として送信する際に、パルス波をひと波ずつ送信する場合、充分な出力や安定した出力でパルス波を送信することが困難であり、前記機外における地中の未掘削領域までの距離を精度よく算出することが困難になるおそれがある。
詳述すると、所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次前記音波として送信する際に、パルス波をひと波ずつ送信する場合、充分な出力や安定した出力でパルス波を送信することが困難であり、前記機外における地中の未掘削領域までの距離を精度よく算出することが困難になるおそれがある。
【0019】
これに対し、所定の周波数ピッチ毎の前記パルス波を複数波ずつ順次送信することにより、充分な出力や安定した出力でパルス波を送信することができ、前記機外における地中の未掘削領域までの距離を安定して精度よく算出することができる。
【0020】
なお、複数波としては、４波のパルス波が挙げられる。例えば、３波のパルス波の場合、ひと波やふた波の場合に比べて充分な出力や安定した出力でパルス波を送信することができるものの、充分な出力を安定して出力することが困難となる。また、未掘削領域までの距離によるが、５波以上のパルス波を出力すると、未掘削領域で反射する反射波と送信波とが干渉して地中の未掘削領域までの距離を精度よく算出することが困難になるおそれがある。
【0021】
またこの発明の態様として、前記送受信器が、所定の周波数ピッチ毎の前記パルス波を複数波ずつ所定の周波数帯域の全域に亘って送信するとともに、前記送受信器は、所定の周波数ピッチ毎の前記パルス波を前記複数波と異なる波数ずつ所定の周波数帯域の全域に亘ってさらに送信する構成であってもよい。
【0022】
この発明により、機外の土質や周辺環境、あるいは、未掘削領域までの距離などによって、一度に送信する適切な波数が異なるものの、複数の波数でパルス波を送信するため、前記機外における地中の未掘削領域までの距離を安定して精度よく算出することができる。
【0023】
またこの発明の態様として、前記送受信器が機外に向けて音波を送信するとともに、前記機外で反射した前記反射波を受信した結果である前記受信情報を記憶する記憶部が設けられ、前記送受信器が、所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次前記音波として送信し、前記反射波を受信した前記周波数ピッチ毎の前記受信情報を個別データとして前記記憶部に記憶し、前記演算器は、前記所定の周波数帯域の全域に亘るとともに波数の異なる前記周波数ピッチ毎の前記個別データをデータセットとするとともに、前記データセットに基づいて特定データを生成し、異なるデータセットの特定データと、生成した前記特定データとを比較し、前記異なるデータセットの特定データと、生成した前記特定データとの差分を抽出する構成であってもよい。
【0024】
この発明により、機外の土質や周辺環境による適切なパルス波の周波数や、さらには、未掘削領域までの距離などによる適切なパルス波の波数が異なるものの、ある周波数のパルス波をある波数で送信し、その反射波として受信した受信情報である個別データを、複数の周波数及び異なる波数分記憶部に記憶することができる。そして、複数の周波数及び異なる波数分が記憶された個別データをまとめてひとつのデータセットとすることで、適切な周波数、及び適切な波数でのパルス波による個別データが含まれるデータセットを得ることができる。より具体的には、適切な波数でのパルス波による個別データにおける正確性が十分でない波数目のデータを除外し、適切な波数目のみの個別データを生成することができる。
【0025】
また、適切な周波数、及び適切な波数でのパルス波による個別データが含まれるデータセットを、異なるタイミングで取得したデータセットと比較し、前記異なるデータセットの特定データと、生成した前記特定データとの差分を抽出することで、前記機外における地中の未掘削領域までの距離をさらに精度よく算出することができる。
【0026】
具体的には、前記異なるデータセットの特定データと、生成した前記特定データとを比較した比較結果が一致する場合であっても、異なる場合であっても、シールド掘削機の胴体部において外殻や隔壁を構成する鋼製部材の内部を反射する反射波の成分は、前記異なるデータセットの特定データと、生成した前記特定データの両方に含まれる。
【0027】
なお、シールド掘削機の胴体部において外殻や隔壁を構成する鋼製部材の内部を反射する反射波の成分は、鋼製部材を透過し、前記機外で反射した反射波の成分に比べて大きく、前記機外で反射した反射波の成分が鋼製部材の内部を反射する反射波の成分に埋もれてしまうおそれがある。
【0028】
そこで、前記異なるデータセットの特定データと、生成した前記特定データとの差分を抽出することで、シールド掘削機の胴体部において外殻や隔壁を構成する鋼製部材の内部を反射する反射波の成分を除外し、前記機外で反射した反射波の成分のみを顕在化することができる。そして、前記機外で反射した反射波の成分のみで、前記機外における地中の未掘削領域までの距離をさらに精度よく算出することができる。
【0029】
またこの発明の態様として、前記送受信器から前記受信情報を前記記憶部に伝送する伝送路が設けられ、前記送受信器に、前記受信情報を増幅する増幅器が設けられるとともに、前記受信情報を前記記憶部に伝送する前記伝送路に、前記増幅器で増幅され、前記伝送路を伝送された前記受信情報を減衰する減衰器が設けられてもよい。
なお、増幅器は送受信器と一体で構成してもよいし、別体で構成してもよい。
なお、増幅器は送受信器と一体で構成してもよいし、別体で構成してもよい。
【0030】
この発明により、伝送路を伝送する受信情報が微弱な信号情報であり、伝送中の伝送損失や電気ノイズの混信等が生じるおそれがあっても、増幅器で前記受信情報を増幅して伝送し、伝送された前記受信情報を減衰器で減衰するため、前記受信情報を正確に記憶部に記憶することができる。したがって、正確に記憶された受信情報に基づいて、前記機外における地中の未掘削領域までの距離を精度よく算出することができる。
【発明の効果】
【0031】
本発明により、本発明は、シールド発進後に、送受信器に不具合が発生しても容易に対処できるとともに、シールド掘削機の機外における地中の未掘削領域までの距離を精度よく算出できる探査システム、シールド掘削機及び探査方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0032】
【発明を実施するための形態】
【0033】
この発明の一実施形態を、図１乃至図５とともに説明する。
なお、図１は地中における泥土圧式シールド掘削機１の概略縦断面図を示し、図２は図１におけるＡ－Ａ矢視図を示し、図３は探査システム１００の概略ブロック図を示している。
なお、図１は地中における泥土圧式シールド掘削機１の概略縦断面図を示し、図２は図１におけるＡ－Ａ矢視図を示し、図３は探査システム１００の概略ブロック図を示している。
【0034】
【0035】
図１及び図２に示す泥土圧式シールド掘削機１は、中折れ後胴押し方式の泥土圧式シールド掘削機である。泥土圧式シールド掘削機１は、ベントナイトなどの添加材を注入しながら地山Ｘを回転するカッターヘッド１０で切削し、切羽の土圧に対して泥土圧式シールド掘削機１の推進力や排土量等で土圧バランスをとりながら掘進する。泥土圧式シールド掘削機１は、前方Ｆから後方Ｂに向かって、カッターヘッド１０、前胴２０、後胴３０で構成され、側面視円形状である。
【0036】
カッターヘッド１０は、径外側のリング部１１と、リング部１１と中央軸部１２とを径方向に結ぶ複数本のスポーク１３とで構成され、スポーク１３とリング部１１とに所定間隔を隔てて複数の切削ビット１４が設けられている。なお、複数の切削ビット１４は、スポーク１３においてカッターヘッド１０の中心からの位置が調整され、回転するカッターヘッド１０の全面を切削することができる。
【0037】
さらに、中央軸部１２の前方Ｆにフィッシュテール１５が設けられている。このように構成されたカッターヘッド１０は、図示省略するが、カッターヘッド１０の前方Ｆに添加材を注入する注入口が設けられている。
【0038】
前胴２０は、倒位の円筒状である鋼製のスキンプレート２１と、スキンプレート２１における前方Ｆの端部より後方Ｂに所定分入り込んだ位置に設けられた隔壁２２とで構成されている。なお、隔壁２２の前方Ｆであって、カッターヘッド１０の後方Ｂの空間にチャンバー４０を構成している。
【0039】
隔壁２２の側面視中央には、カッターヘッド１０の中央軸部１２が貫通しており、その周囲にカッターヘッド１０を回転させるモータ２３が同芯状に複数配置されている。
また、隔壁２２の下方に接続され、後胴３０の後方まで延びるスクリューコンベア２４が設けられている。スクリューコンベア２４は、前方Ｆが隔壁２２を貫通し、前方Ｆから後方Ｂに向かって上方に傾斜している。スクリューコンベア２４は、前方Ｆの端部がチャンバー４０まで延びる軸付スクリュー２４１を内部に備えている。
また、隔壁２２の下方に接続され、後胴３０の後方まで延びるスクリューコンベア２４が設けられている。スクリューコンベア２４は、前方Ｆが隔壁２２を貫通し、前方Ｆから後方Ｂに向かって上方に傾斜している。スクリューコンベア２４は、前方Ｆの端部がチャンバー４０まで延びる軸付スクリュー２４１を内部に備えている。
【0040】
また、スキンプレート２１の内側には、複数本の中折れジャッキ２５を備えている。
中折れジャッキ２５は、前方Ｆが隔壁２２の後方Ｂに軸支され、後方Ｂが後述する後胴３０の前方Ｆに軸支される態様で周方向に複数配置され、中折れジャッキ２５の伸縮量によって、後胴３０に対する前胴２０の向きを調整するためのジャッキである。
また、隔壁２２の上方には、開放することで機外となるチャンバー４０に通じ、密閉可能に封止するハッチ２７を備えている。
中折れジャッキ２５は、前方Ｆが隔壁２２の後方Ｂに軸支され、後方Ｂが後述する後胴３０の前方Ｆに軸支される態様で周方向に複数配置され、中折れジャッキ２５の伸縮量によって、後胴３０に対する前胴２０の向きを調整するためのジャッキである。
また、隔壁２２の上方には、開放することで機外となるチャンバー４０に通じ、密閉可能に封止するハッチ２７を備えている。
【0041】
後胴３０は、内部でセグメントＳを組み付ける円筒状の鋼製部材であるスキンプレート３１の内部に、複数ピースに分割されたセグメントＳを組み付けるためのエレクター３２を前方Ｆに備えている。また、後胴３０は、スキンプレート３１の後方Ｂの内周面に、組み付けられたＳの外面との隙間を埋める周方向に連続するテールブラシ３３を前後方向に複数段設けている。
【0042】
また、スキンプレート３１の内側には、複数本の推進ジャッキ３４を備えている。
推進ジャッキ３４は、後胴３０の内部で組み付けられたセグメントＳの前方Ｆの端面に押付けて、セグメントＳを反力として泥土圧式シールド掘削機１を前方Ｆに前進させるためのジャッキであり、周方向に所定間隔を隔てて複数配置している。なお、推進ジャッキ３４は、前胴２０に設けてもよい。
推進ジャッキ３４は、後胴３０の内部で組み付けられたセグメントＳの前方Ｆの端面に押付けて、セグメントＳを反力として泥土圧式シールド掘削機１を前方Ｆに前進させるためのジャッキであり、周方向に所定間隔を隔てて複数配置している。なお、推進ジャッキ３４は、前胴２０に設けてもよい。
【0043】
このように構成された泥土圧式シールド掘削機１の後方Ｂには、組み付けたセグメントＳの内部に、後続台車が設けられ、スクリューコンベア２４から排出された掘削土を搬出するズリ台車が走行する軌道等の設備が設けられる。また、組み付けたセグメントＳの真円度を確保するための形状保持装置や、換気設備など適宜の装置や設備が設けられてもよい。
【0044】
このように構成された泥土圧式シールド掘削機１は、図示省略する注入口から切羽に向かって添加材を注入しながらカッターヘッド１０を回転させ、回転する切削ビット１４で地山Ｘを切削する。
切削ビット１４によって切削された掘削土は、チャンバー４０で攪拌され、チャンバー４０の内部まで延びる軸付スクリュー２４１によってスクリューコンベア２４から機内に取り込まれる。スクリューコンベア２４から排出された掘削土をズリ台車で坑道外に搬出する。
切削ビット１４によって切削された掘削土は、チャンバー４０で攪拌され、チャンバー４０の内部まで延びる軸付スクリュー２４１によってスクリューコンベア２４から機内に取り込まれる。スクリューコンベア２４から排出された掘削土をズリ台車で坑道外に搬出する。
【0045】
なお、スクリューコンベア２４から排出された掘削土の搬出は、ズリ台車だけでなく、スクリューコンベア２４の後方にベルトコンベアや、圧送管（排土管）に接続された圧送ポンプ等を設置して、ベルトコンベアや圧送管で搬出してもよい。
【0046】
このようなカッターヘッド１０による地山Ｘの掘削に伴って推進ジャッキ３４を伸長制御し、組み付けられたセグメントＳを反力として、泥土圧式シールド掘削機１を前進させる。泥土圧式シールド掘削機１がセグメントＳのリング長分前進すると、カッターヘッド１０による地山Ｘの切削を停止し、後胴３０の内部において、複数に分割されたピースをエレクター３２で組み付けてセグメントＳを完成させる。
【0047】
泥土圧式シールド掘削機１は、このような施工を１サイクルとして繰り返して掘進する。なお、カッターヘッド１０による地山Ｘの掘削において、通常、切削ビット１４の軌跡（図１に示す軌跡ラインＬ参照）で切羽が切削される。しかしながら、地山Ｘの地質状態によっては、例えば、切削ビット１４の軌跡を越えて余分に掘削される。このように、切削ビット１４の軌跡を越えて余分に掘削されると、泥土圧式シールド掘削機１の上部などに、掘削に伴って緩んだ箇所や余掘り部分などの緩み部Ｘａが形成されることがある。
【0048】
緩み部Ｘａが大きくなると、切羽が崩壊するおそれがあるため、密閉型である泥土圧式シールド掘削機１の機外に形成され、泥土圧式シールド掘削機１の機内から目視できない緩み部Ｘａの大きさを把握することは重要である。そこで、緩み部Ｘａを探査する探査システム１００について以下で説明する。
【0049】
探査システム１００は、図３に示すように、ソーナーと呼ばれる複数の送受信器１０１、プリアンプ１０２、マルチプレクサ１０３、アッテネータ１０４、パルサーレシーバ１０５、これらやパーソナルコンピュータ１０７（以下においてＰＣ１０７という）を接続する伝送路１０６及びＰＣ１０７で構成されている。
【0050】
送受信器１０１は、泥土圧式シールド掘削機１の内部（以下において、機内という）に配置され、地中に向かってパルス波を送信するとともに、地中で反射した反射波を受信する。なお、送受信器１０１は複数設けられ、各送受信器１０１に対してプリアンプ１０２が接続されている。
【0051】
プリアンプ１０２は、各送受信器１０１に対して設けられるとともに、マルチプレクサ１０３に接続され、送受信器１０１が受信した受信波信号Ｒを増幅してマルチプレクサ１０３に伝達する。
【0052】
マルチプレクサ１０３は、複数の送受信器１０１、各送受信器１０１に接続されたプリアンプ１０２及びアッテネータ１０４やパルサーレシーバ１０５に接続される。
マルチプレクサ１０３は、接続された複数の送受信器１０１のそれぞれに対して、パルス超音波の送信波信号Ｔを伝達するとともに、送受信器１０１で受信されたパルス超音波の受信波信号Ｒをまとめ、アッテネータ１０４を介してパルサーレシーバ１０５に伝達するように構成されている。なお、マルチプレクサ１０３は、多重器、多重装置、多重化装置、合波器とも呼ばれる。
アッテネータ１０４は、プリアンプ１０２で増幅され、マルチプレクサ１０３から伝達されたパルス波である受信波信号Ｒを減衰してパルサーレシーバ１０５に伝達する減衰器である。
マルチプレクサ１０３は、接続された複数の送受信器１０１のそれぞれに対して、パルス超音波の送信波信号Ｔを伝達するとともに、送受信器１０１で受信されたパルス超音波の受信波信号Ｒをまとめ、アッテネータ１０４を介してパルサーレシーバ１０５に伝達するように構成されている。なお、マルチプレクサ１０３は、多重器、多重装置、多重化装置、合波器とも呼ばれる。
アッテネータ１０４は、プリアンプ１０２で増幅され、マルチプレクサ１０３から伝達されたパルス波である受信波信号Ｒを減衰してパルサーレシーバ１０５に伝達する減衰器である。
【0053】
パルサーレシーバ１０５は、上述したように、伝送路１０６を介してＰＣ１０７に接続され、ＰＣ１０７の制御によって、送信波信号Ｔとしてのパルス波を発生させてマルチプレクサ１０３に伝達するように構成している。
【0054】
また、パルサーレシーバ１０５は、プリアンプ１０２で増幅され、マルチプレクサ１０３から伝達され、さらに、アッテネータ１０４によって減衰されたパルス波である受信波信号Ｒを、後述する伝送路１０６を介してＰＣ１０７に伝達するように構成している。
伝送路１０６は、送受信器１０１、プリアンプ１０２、マルチプレクサ１０３、アッテネータ１０４、パルサーレシーバ１０５及びＰＣ１０７のそれぞれの間を、電気信号を伝送可能に接続している。
伝送路１０６は、送受信器１０１、プリアンプ１０２、マルチプレクサ１０３、アッテネータ１０４、パルサーレシーバ１０５及びＰＣ１０７のそれぞれの間を、電気信号を伝送可能に接続している。
【0055】
ＰＣ１０７は、受信波信号Ｒを記憶する記憶部として機能するとともに、パルサーレシーバ１０５に対して出力した送信制御情報やパルサーレシーバ１０５から伝達された受信波信号Ｒ等に基づいて緩み部Ｘａの外側の地山Ｘの境界面Ｘｂまでの距離や掘削土の伝播速度を算出する演算器として機能する。
【0056】
なお、プリアンプ１０２、マルチプレクサ１０３、アッテネータ１０４及びパルサーレシーバ１０５、伝送路１０６及びＰＣ１０７は、送受信器１０１とともに、機内に配置され、図示省略するＬＡＮ回路などを介して機外の坑道内や坑道外の管理室に配置された管理ＰＣと通信可能に構成されている。
【0057】
上述の送受信器１０１について以下でさらに詳述する。送受信器１０１（１０１ａ，１０１ｂ）は、図１及び図２に図示するように、スキンプレート２１及び隔壁２２に取付けられ、主としてパルス波形を示す音波（以下においてパルス波という）を送信する。また、送受信器１０１（１０１ａ，１０１ｂ）は、緩み部Ｘａと地山Ｘとの境界面Ｘｂ等で反射した反射波を受信するよう構成されている。
【0058】
具体的には、送受信器１０１ａは、泥土圧式シールド掘削機１における隔壁２２の機内側上部に取付けられ、前方Ｆに向かってパルス波である送信波を送信する。また、送受信器１０１ａは、前方Ｆの地山Ｘで反射したパルス波である反射波を受信する。
【0059】
また、送受信器１０１ｂは、スキンプレート２１の内周面の上部に取付けられ、前胴２０の前方Ｆの上部に形成される緩み部Ｘａに向けてパルス波である送信波を送信する。また、送受信器１０１ｂは、緩み部Ｘａの外側の地山Ｘとの境界面Ｘｂで反射したパルス波である反射波を受信する。なお、送受信器１０１ｂは、図２に図示するように、周方向に所定間隔を隔てて複数設けている。
【0060】
このように、隔壁２２やスキンプレート２１の内面に取付けられる送受信器１０１は、隔壁２２の機内側面や、スキンプレート２１の内周面に対して、隙間が空かないように密着させて取付けている。
そのため、送受信器１０１の取付面を、隔壁２２の機内側面やスキンプレート２１の内周面の形状に沿うように形成している。また、隔壁２２の隔壁２２の機内側面やスキンプレート２１の内周面と送受信器１０１との間に高耐久性であるジェル状のシート（図示省略）を介在させて取付けている。なお、数百ｋＮ程度の反力が生じるように螺子止め可能な取付台（図示省略）やマグネット式の取付け治具（図示省略）で、隔壁２２やスキンプレート２１に対して送受信器１０１を取付けてもよい。
そのため、送受信器１０１の取付面を、隔壁２２の機内側面やスキンプレート２１の内周面の形状に沿うように形成している。また、隔壁２２の隔壁２２の機内側面やスキンプレート２１の内周面と送受信器１０１との間に高耐久性であるジェル状のシート（図示省略）を介在させて取付けている。なお、数百ｋＮ程度の反力が生じるように螺子止め可能な取付台（図示省略）やマグネット式の取付け治具（図示省略）で、隔壁２２やスキンプレート２１に対して送受信器１０１を取付けてもよい。
【0061】
このように構成された探査システム１００は、ＰＣ１０７の送信制御により、パルサーレシーバ１０５がパルス波である送信波信号Ｔを発生させ、マルチプレクサ１０３に伝達する。パルサーレシーバ１０５から送信波信号Ｔを伝達されたマルチプレクサ１０３は、複数の送受信器１０１に対して送信波信号Ｔを伝達する。
【0062】
送信波信号Ｔが伝達された送受信器１０１ａは、隔壁２２を介して前方Ｆに向けてパルス波である送信波を送信する。同様に、送信波信号Ｔが伝達された送受信器１０１ｂは、スキンプレート２１を介して前胴２０の機外に向けて送信波を送信する。
【0063】
緩み部Ｘａとその外側の固結した地山Ｘとでは音響インピーダンスが異なる。そのため、送受信器１０１から送信された送信波は、緩み部Ｘａを通り、緩み部Ｘａと地山Ｘとの境界面Ｘｂで反射する。緩み部Ｘａと地山Ｘとの境界面Ｘｂで反射したパルス波である反射波を隔壁２２やスキンプレート２１を介して送受信器１０１で受信する。
【0064】
送受信器１０１で受信した反射波を受信波信号Ｒとしてプリアンプ１０２で増幅してマルチプレクサ１０３に伝達し、マルチプレクサ１０３が伝達された受信波信号Ｒを、アッテネータ１０４を介してパルサーレシーバ１０５に伝達する。ＰＣ１０７は、パルサーレシーバ１０５から伝達された受信波信号Ｒに基づいて、緩み部Ｘａの長さを算出する。
【0065】
以下において、図４及び図５とともに、詳細に説明する。
まず、送受信器１０１から所定周波数のパルス波を所定波数分（まずは３波）、機外に向けて送信する（ステップｓ１）。なお、具体的には、８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚの周波数帯域において、１ｋＨｚずつ周波数を変化させる。また、１回のパルス波の送信において、３波ずつの送信と４波ずつの送信とを上記周波数帯域の全域において行い１セットとする。そのため、周波数を変化させて２１回送信し、それを、波数を替えて行い、全部で４２回の計測を１セットする。そのため、まずは８０ｋＨｚのパルス波を連続して３波分送信する。
まず、送受信器１０１から所定周波数のパルス波を所定波数分（まずは３波）、機外に向けて送信する（ステップｓ１）。なお、具体的には、８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚの周波数帯域において、１ｋＨｚずつ周波数を変化させる。また、１回のパルス波の送信において、３波ずつの送信と４波ずつの送信とを上記周波数帯域の全域において行い１セットとする。そのため、周波数を変化させて２１回送信し、それを、波数を替えて行い、全部で４２回の計測を１セットする。そのため、まずは８０ｋＨｚのパルス波を連続して３波分送信する。
【0066】
送信した送信波が地中で反射した反射波を送受信器１０１で受信波信号Ｒとして受信し（ステップｓ２）、送受信器１０１で受信した受信波信号Ｒをプリアンプ１０２で増幅し、マルチプレクサ１０３及びアッテネータ１０４を介して伝送路１０６で伝送する（ステップｓ３）。
【0067】
伝送路１０６で伝送された受信波信号Ｒは、プリアンプ１０２で増幅されているため、アッテネータ１０４で減衰し（ステップｓ４）、減衰された受信波信号Ｒを個別データとして、パルサーレシーバ１０５を介して、記憶部として機能するＰＣ１０７に記憶する（ステップｓ５）。
【0068】
そして、所定の周波数帯域（８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ）の全範囲の計測が完了していない場合（ステップｓ６：Ｎｏ）、所定の周波数ピッチ（１ｋＨｚ）分変更した周波数を設定し（ステップｓ７）、ステップｓ１に戻って送受信器１０１から設定された周波数のパルス波を所定波数で送信する。これを所定の周波数帯域（８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ）の全範囲に亘って所定の周波数ピッチずつ変化させながら繰り返す。
【0069】
所定の周波数帯域（８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ）の全範囲の計測が完了すると（ステップｓ６：Ｙｅｓ）、設定された波数（３波及び４波）での計測が完了しているかどうか判定する。
設定された波数（３波及び４波）での計測が完了していない場合（ステップｓ８：Ｎｏ）、設定された波数（４波）に波数を変更し（ステップｓ９）、ステップｓ１に戻って、設定された波数で所定の周波数帯域における所定の周波数のパルス波を送受信器１０１から送信する。これを所定の周波数帯域（８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ）の全範囲に亘って所定の周波数ピッチずつ変化させながら繰り返す。
設定された波数（３波及び４波）での計測が完了していない場合（ステップｓ８：Ｎｏ）、設定された波数（４波）に波数を変更し（ステップｓ９）、ステップｓ１に戻って、設定された波数で所定の周波数帯域における所定の周波数のパルス波を送受信器１０１から送信する。これを所定の周波数帯域（８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ）の全範囲に亘って所定の周波数ピッチずつ変化させながら繰り返す。
【0070】
変更した波数での所定の周波数帯域（８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ）の全範囲に亘って所定の周波数ピッチずつ変化させた計測が完了すると（ステップｓ８：Ｙｅｓ）、つまり１セットの計測が完了すると、ＰＣ１０７は、全ての個別データをデータセットとし、データセットにおける全ての個別データをブレンドして特定データを生成し、ＰＣ１０７に記憶する（ステップｓ１０）。
【0071】
なお、全ての個別データをブレンドして特定データを生成する方法としては、データセットにおいて、正確性が低い１波目、２波目及び３波目の計測結果の影響を除外するため、計測結果に１波目、２波目、３波目及び４波目の成分からなる４波の計測結果から１波目、２波目及び３波目の成分を除く。具体的には、１波目、２波目、３波目及び４波目の成分からなる４波の計測結果から、１波目、２波目、及び３波目の成分からなる３波の計測結果を除算するブレンドを行い、特定データを生成する。これにより、正確性の高い４波目のみからなる特定データを生成することができる。
【0072】
演算器として機能するＰＣ１０７は、別のデータセットの特定データが記憶されているか判定し、別のデータセットの特定データがＰＣ１０７に記憶されていない場合（ステップｓ１１：Ｎｏ）、ステップｓ１に戻って計測を再開する。なお、別のデータセットとは、別のタイミングで計測を行った結果、つまり、直前のタイミングで行った計測結果のデータセットである。
【0073】
別のデータセットの特定データがＰＣ１０７に記憶されている場合（ステップｓ１１：Ｙｅｓ）、ＰＣ１０７は、記憶された別のデータセットの特定データと、ステップｓ１０で生成した特定データを比較する（ステップｓ１２）。
【0074】
そして、比較した結果が一致するかＰＣ１０７が判定し、一致する場合（ステップｓ１３：Ｙｅｓ）は、受信波信号Ｒの状況が変化していないため、ステップｓ１に戻って計測を再開する。
【0075】
逆に、ＰＣ１０７による判定結果が一致しない場合（ステップｓ１３：Ｎｏ）、別のデータセットの特定データと、生成した特定データとの差分を抽出し、未掘削領域までの距離を算出する（ステップｓ１４）。
【0076】
詳述すると、別のデータセットの特定データと、生成した特定データとを比較した比較結果が一致する場合であっても、異なる場合であっても、泥土圧式シールド掘削機１の前胴２０においてスキンプレート２１の内部を反射する反射波の成分は、別のデータセットの特定データと、生成した特定データの両方に含まれる。
【0077】
なお、泥土圧式シールド掘削機１の前胴２０においてスキンプレート２１の内部を反射する反射波の成分は、スキンプレート２１を透過し、前胴２０の機外で反射した反射波の成分に比べて大きく、前胴２０の機外で反射した反射波の成分がスキンプレート２１の内部を反射する反射波の成分に埋もれてしまうおそれがある。
【0078】
そこで、別のデータセットの特定データと、生成した特定データとの差分を抽出することで、泥土圧式シールド掘削機１の前胴２０においてスキンプレート２１の内部を反射する反射波の成分を除外し、前胴２０の機外で反射した反射波の成分のみを顕在化することができる。そして、前胴２０の機外で反射した反射波の成分のみで、スキンプレート２１から地山Ｘまでの距離、つまり緩み部Ｘａの長さ（区間長ｌＭ）をさらに精度よく算出することができる。
【0079】
なお、未掘削領域までの距離を算出方法としては、いろいろな方法があるが、例えば、以下の方法で算出することができる。
具体的には、ＰＣ１０７は、ステップｓ１４における計測結果情報に含まれる計測時間（ｔ）と、伝播速度ＣＭとに基づいて、スキンプレート２１から地山Ｘまでの距離、つまり緩み部Ｘａの長さ（区間長ｌＭ）を算出する。
具体的には、ＰＣ１０７は、ステップｓ１４における計測結果情報に含まれる計測時間（ｔ）と、伝播速度ＣＭとに基づいて、スキンプレート２１から地山Ｘまでの距離、つまり緩み部Ｘａの長さ（区間長ｌＭ）を算出する。
【0080】
なお、計測時間（ｔ）はパルス波である送信波を送信してから反射波を受信するまでの時間であり、伝播速度ＣＭはパルス波（送信波及び反射波）が掘削土を伝播する速度である。
また、掘削土を伝播する伝播速度ＣＭは、試掘等によって採取した施工箇所の土質に基づいて予め設定してもよいが、チャンバー４０内部の掘削土を伝播する伝播速度を用いてもよい。
また、掘削土を伝播する伝播速度ＣＭは、試掘等によって採取した施工箇所の土質に基づいて予め設定してもよいが、チャンバー４０内部の掘削土を伝播する伝播速度を用いてもよい。
【0081】
上述したように、泥土圧式シールド掘削機１の前胴２０においてスキンプレート２１を構成する鋼製部材の機内側に取付けられ、機外に向けて音波を送信するとともに、機外で反射した反射波を受信する送受信器１０１と、送受信器１０１における少なくとも受信波信号Ｒに基づいて、地中における緩み部Ｘａを演算するＰＣ１０７とが設けられ、ＰＣ１０７が、泥土圧式シールド掘削機１の機外における地中の地山Ｘまでの距離を算出する探査システム１００は、送受信器１０１が、所定の周波数帯域において、所定の周波数ピッチ毎のパルス波を順次音波として送信するため、泥土圧式シールド掘削機１の発進後に、送受信器１０１に不具合が発生しても容易に対処できるとともに、泥土圧式シールド掘削機１の機外における地中の地山Ｘまでの距離、つまり緩み部Ｘａの長さを精度よく算出することができる。
【0082】
詳述すると、泥土圧式シールド掘削機１の機外に向けて音波を送信するとともに、泥土圧式シールド掘削機１の機外で反射した反射波を受信する送受信器１０１を泥土圧式シールド掘削機１の前胴２０においてスキンプレート２１や隔壁２２などの機内側に取付けているため、泥土圧式シールド掘削機１の発進後に、送受信器１０１に不具合が発生しても容易に対処できる。
【0083】
その反面、鋼製部材である前胴２０の機内側に取付けた送受信器１０１から機外に向けて音波を送信するとともに、機外で反射した反射波を受信する際に、鋼製部材を透過した音波を送受信するため、泥土圧式シールド掘削機１の機外における地中の地山Ｘまでの距離、つまり緩み部Ｘａの長さ（区間長ｌＭ）を精度よく算出することが困難になる。
【0084】
しかしながら、送受信器１０１は、所定の周波数帯域（８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ）において、所定の周波数ピッチ（１ｋＨｚ）毎のパルス波を音波として送信する、つまり、周波数の異なるパルス波を音波として送受信器１０１から機外に向けて送信する。
【0085】
機外における地中の地山Ｘで送信した音波が反射しやすかったり、掘削土で音波が伝播しやすかったりなど機外における地中の地山Ｘまでの距離を算出するために適した音波の周波数が土質や周辺環境によって異なる。これに対し、上述のように、所定の周波数帯域（８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ）において、所定の周波数ピッチ（１ｋＨｚ）毎のパルス波を音波として送信するため、地中の地山Ｘまでの距離の算出に適した周波数や周波数に近似する周波数のパルス波を送受信器１０１から送信することができる。
【0086】
そのため、周波数の違いによる鋼板の外への透過反射特性の違いから、シールドマシンの外側の切削ミキシング砂泥礫を透過し、基盤面の反射を適切に捉える周波数と波長を選定解析することができる。また、鋼板の厚さ断面内の多重反射の減衰効果が大きい周波数帯域を活用することができる。
【0087】
さらに、鋼板の厚みの往復に掛かる時間差、つまり位相差が減衰効果を生み、鋼板内の多重反射を抑制し、外側の砕けた砂泥礫層の厚み、つまり、その先の基盤面の反射を適切にとらえることができる。
【0088】
よって、機外における地中の地山Ｘまでの距離を精度よく算出することができる。したがって、機外において掘削に伴って緩んだ箇所や余掘り部分などの余掘り領域の大きさを把握することができ、例えば地山崩壊の兆候の有無を評価することができる。
【0089】
また、送受信器１０１は、所定の周波数ピッチ（１ｋＨｚ）毎のパルス波を複数波（３波、４波）ずつ送信するため、機外における地中の地山Ｘまでの距離を安定して精度よく算出することができる。
【0090】
詳述すると、所定の周波数帯域（８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ）において、所定の周波数ピッチ（１ｋＨｚ）毎のパルス波を音波として送信する際に、パルス波をひと波ずつ送信する場合、充分な出力や安定した出力でパルス波を送信することが困難であり、機外における地中の地山Ｘまでの距離を精度よく算出することが困難になるおそれがある。
【0091】
これに対し、所定の周波数ピッチ（１ｋＨｚ）毎のパルス波を複数波（３波、４波）ずつ送信することにより、充分な出力や安定した出力でパルス波を送信することができ、機外における地中の地山Ｘまでの距離を安定して精度よく算出することができる。
【0092】
なお、複数波が３波のパルス波の場合、ひと波やふた波の場合に比べて充分な出力や安定した出力でパルス波を送信することができるものの、充分な出力を安定して出力することが困難である。また、地山Ｘまでの距離によるが、５波以上のパルス波を出力すると、地山Ｘで反射する反射波と送信波とが干渉して地中の地山Ｘまでの距離を精度よく算出することが困難になるおそれがある。
【0093】
また、送受信器１０１が、所定の周波数ピッチ（１ｋＨｚ）毎のパルス波を複数波（３波）ずつ所定の周波数帯域（８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ）の全域に亘って送信するとともに、送受信器１０１は、所定の周波数ピッチ（１ｋＨｚ）毎のパルス波を複数波と異なる波数（４波）ずつ所定の周波数帯域（８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ）の全域に亘って送信するため、機外の土質や周辺環境、あるいは、地山Ｘまでの距離などによって、一度に送信する適切な波数が異なるものの、複数の波数（３波、４波）でパルス波を送信するとともに、ブレンドして、正確性の低いひと波目、ふた波目及び３波目の影響を除外するため、機外における地中の地山Ｘまでの距離を安定して精度よく算出することができる。
【0094】
また、送受信器１０１が機外に向けて音波を送信するとともに、機外で反射した反射波を受信した結果である受信波信号Ｒを記憶するＰＣ１０７が設けられ、送受信器１０１が、所定の周波数帯域（８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ）において、所定の周波数ピッチ（１ｋＨｚ）毎のパルス波を音波として送信し、反射波を受信した周波数ピッチ（１ｋＨｚ）毎の受信波信号Ｒを個別データとしてＰＣ１０７に記憶し、ＰＣ１０７は、所定の周波数帯域（８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚ）の全域に亘る周波数ピッチ（１ｋＨｚ）毎且つ全波数（３波、４波）の個別データをデータセットとするとともに、データセットに基づいて特定データを生成し、異なるデータセットの特定データと、生成した特定データとを比較し、異なるデータセットの特定データと、生成した特定データとの差分を抽出する構成である。
【0095】
そのため、機外の土質や周辺環境による適切なパルス波の周波数や、さらには、地山Ｘまでの距離などによる適切なパルス波の波数が異なるものの、ある周波数のパルス波をある波数で送信し、その反射波として受信した受信波信号Ｒである個別データを、複数の周波数及び異なる波数分ＰＣ１０７に記憶することができる。そして、複数の周波数及び異なる波数分が記憶された個別データをまとめてひとつのデータセットとすることで、適切な周波数、及び適切な波数でのパルス波による個別データが含まれるデータセットを得ることができる。
【0096】
また、適切な周波数、及び適切な波数でのパルス波による個別データが含まれるデータセットを、異なるタイミングで取得したデータセットと比較し、異なるデータセットの特定データと、生成した特定データとの差分を抽出することで、つまりデータセット同士の差分を抽出することで、機外における地中の地山Ｘまでの距離をさらに精度よく算出することができる。
【0097】
具体的には、異なるデータセットの特定データと、生成した特定データとを比較した比較結果が一致する場合であっても、異なる場合であっても、泥土圧式シールド掘削機１の前胴２０においてスキンプレート２１の内部を反射する反射波の成分は、異なるデータセットの特定データと、生成した特定データの両方に含まれる。
【0098】
なお、泥土圧式シールド掘削機１の前胴２０においてスキンプレート２１の内部を反射する反射波の成分は、スキンプレート２１を透過し、機外で反射した反射波の成分に比べて大きく、機外で反射した反射波の成分がスキンプレート２１の内部を反射する反射波の成分に埋もれてしまうおそれがある。
【0099】
そこで、異なるデータセットの特定データと、生成した特定データとの差分を抽出することで、泥土圧式シールド掘削機１の前胴２０においてスキンプレート２１の内部を反射する反射波の成分を除外し、機外で反射した反射波の成分のみを顕在化することができる。そして、機外で反射した反射波の成分のみで、機外における地中の未掘削領域までの距離をさらに精度よく算出することができる。
【0100】
また、送受信器１０１から受信波信号ＲをＰＣ１０７に伝送する伝送路１０６が設けられ、送受信器１０１に、受信波信号Ｒを増幅するプリアンプ１０２が設けられるとともに、マルチプレクサ１０３とパルサーレシーバ１０５の間に、プリアンプ１０２で増幅され、伝送路１０６を伝送された受信波信号Ｒを減衰するアッテネータ１０４が設けられている。そのため、伝送路１０６を伝送する受信波信号Ｒが微弱な信号情報であり、伝送中の伝送損失や電気ノイズの混信等が生じるおそれがあっても、プリアンプ１０２で受信波信号Ｒを増幅して伝送し、伝送された受信波信号Ｒをアッテネータ１０４で減衰するため、受信波信号Ｒを正確にＰＣ１０７に記憶することができる。したがって、正確に記憶された受信波信号Ｒに基づいて、機外における地中の地山Ｘまでの距離を精度よく算出することができる。
【0101】
上述したように、泥土圧式シールド掘削機１の前胴２０におけるスキンプレート２１や隔壁２２に取付けられ、機外に向けてパルス波を送信するとともに、機外で反射した反射波を受信する送受信器１０１が設けられている。また、送受信器１０１における少なくとも受信波信号Ｒに基づいて、地中における緩み部Ｘａの長さ（区間長ｌＭ）を演算するＰＣ１０７が設けられている。
【0102】
ＰＣ１０７が、計測時間（ｔ）と、パルス波が掘削土を伝播する伝播速度ＣＭとに基づいて、泥土圧式シールド掘削機１の機外における地中の地山Ｘまでの距離を精度よく算出する。なお、計測時間（ｔ）はパルス波を送信してから反射波として受信するまでの時間である。
【0103】
つまり、ＰＣ１０７は、上述のパラメータによって、掘削に伴って緩んだ箇所や余掘り部分などの緩み部Ｘａの長さ（区間長ｌＭ）を算出でき、緩み部Ｘａの大きさを把握することができる。したがって、地山崩壊の兆候の有無を評価することができる。
【0104】
また、送受信器１０１を泥土圧式シールド掘削機１の機内に取付けるため、発進後であっても、送受信器１０１の点検、交換などのメンテナンス、送受信器１０１の取付け位置の変更などに柔軟に対応することができる。
【0105】
また、上記構成により、送受信器１０１による計測や、送受信器１０１の取付けに関して、特別な構造を要することなく、泥土圧式シールド掘削機１の機外における地中の地山Ｘまでの緩み部Ｘａの長さ（区間長ｌＭ）を算出することができる。なお、特別な構造としては、掘削土や地山Ｘに送受信器１０１を直接接触させるための窓や孔、あるいはそれらの止水構造、さらには、音波の伝達効率を向上するための、材質の異なる導波材をスキンプレート２１や隔壁２２に組込むことなどがあげられる。
【0106】
また、音波としてパルス波を送受信するため、送受信器１０１でパルス波を送受信して、緩み部Ｘａの長さ（区間長ｌＭ）を精度よく算出することができる。
また、泥土圧式シールド掘削機１で掘削した掘削土における伝播速度ＣＭを用いて算出するため、緩み部Ｘａの長さ（区間長ｌＭ）をさらに精度よく算出することができる。
また、泥土圧式シールド掘削機１で掘削した掘削土における伝播速度ＣＭを用いて算出するため、緩み部Ｘａの長さ（区間長ｌＭ）をさらに精度よく算出することができる。
【0107】
詳述すると、施工によって掘削された掘削土をパルス波が伝播する伝播速度ＣＭに基づいて、緩み部Ｘａの長さ（区間長ｌＭ）を算出するため、予め設定された伝播速度に基づいて算出する場合に比べて精度よく算出することができる。
【0108】
また、パルス波がスキンプレート２１や隔壁２２を伝播しやすくなるように送受信器１０１をスキンプレート２１や隔壁２２に対して密着させて取付けるため、緩み部Ｘａの長さ（区間長ｌＭ）を高精度で確実に算出することができる。
【0109】
詳述すると、送受信器１０１をスキンプレート２１や隔壁２２に密着させて取付けることで、送受信器１０１で送受信するパルス波がスキンプレート２１や隔壁２２を伝播しやすくなる。そのため、例えば、送受信器１０１とスキンプレート２１や隔壁２２との間に隙間が生じるような不具合の発生を防止し、緩み部Ｘａの長さ（区間長ｌＭ）を高精度で確実に算出することができる。
【0110】
この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、この発明のシールド掘削機は泥土圧式シールド掘削機１に対応し、
以下同様に、
胴体部は前胴２０に対応し、
外殻はスキンプレート２１に対応し、
隔壁は隔壁２２に対応し、
送受信器は送受信器１０１に対応し、
受信情報は受信波信号Ｒに対応し、
掘削範囲は緩み部Ｘａに対応し、
演算器はパーソナルコンピュータ１０７（ＰＣ１０７）に対応し、
未掘削領域は地山Ｘに対応し、
探査システムは探査システム１００に対応し、
記憶部はＰＣ１０７に対応し、
伝送路は伝送路１０６に対応し、
増幅器はプリアンプ１０２に対応し、
減衰器はアッテネータ１０４に対応するが、この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
以下同様に、
胴体部は前胴２０に対応し、
外殻はスキンプレート２１に対応し、
隔壁は隔壁２２に対応し、
送受信器は送受信器１０１に対応し、
受信情報は受信波信号Ｒに対応し、
掘削範囲は緩み部Ｘａに対応し、
演算器はパーソナルコンピュータ１０７（ＰＣ１０７）に対応し、
未掘削領域は地山Ｘに対応し、
探査システムは探査システム１００に対応し、
記憶部はＰＣ１０７に対応し、
伝送路は伝送路１０６に対応し、
増幅器はプリアンプ１０２に対応し、
減衰器はアッテネータ１０４に対応するが、この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。
【0111】
例えば、上述の説明では、機外に向けてパルス波を送信する送信機能と、機外で反射した反射波を受信する受信機能とを備えた送受信器１０１を用いたが、スキンプレート２１や隔壁２２に取付けられ、機外に向けてパルス波を送信する送信器と、機外で反射した反射波を受信する受信器とで別体構成してもよい。
【0112】
また、チャンバー４０の内部の掘削土をパルス波が伝播する伝播速度ＣＭをＰＣ１０７で算出したが、緩み部Ｘａの長さ（区間長ｌＭ）を算出するＰＣ１０７とは別に、チャンバー４０内部の掘削土をパルス波が伝播する伝播速度ＣＭを算出するＰＣ（演算器）を設けてもよい。
【0113】
また、上述の説明では、複数の送受信器１０１と、それぞれ別体構成したプリアンプ１０２、マルチプレクサ１０３、アッテネータ１０４、パルサーレシーバ１０５及びパーソナルコンピュータ１０７で探査システム１００を構成している。これに対し、探査システム１００のうちプリアンプ１０２、マルチプレクサ１０３、アッテネータ１０４、パルサーレシーバ１０５及びパーソナルコンピュータ１０７を一体構成してもよい。さらには、探査システム１００のうちプリアンプ１０２、マルチプレクサ１０３、アッテネータ１０４及びパルサーレシーバ１０５を一体構成してもよい。
【0114】
また、上述の説明では、ステップｓ１で３波のパルス波を送信し、ステップｓ９で波数を変えて４波のパルス波を送信し、データセットを取得したが、ステップｓ１で４波のパルス波を送信し、ステップｓ９で波数を変えて３波のパルス波を送信してもよい。
【0115】
また、ステップｓ１やステップｓ９で所定波数のパルス波を８０ｋＨｚ～１００ｋＨｚの周波数帯域において、１ｋＨｚずつ周波数を変化させて発信したが、上記周波数帯域や周波数ピッチは上記数値に限定されず、適宜設定することができる。
【符号の説明】
【0116】
１…泥土圧式シールド掘削機
２０…前胴
２１…スキンプレート
１００…探査システム
１０１…送受信器
１０２…プリアンプ
１０４…アッテネータ
１０６…伝送路
１０７…パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
Ｒ…受信信号
Ｘ…地山
Ｘａ…緩み部
２０…前胴
２１…スキンプレート
１００…探査システム
１０１…送受信器
１０２…プリアンプ
１０４…アッテネータ
１０６…伝送路
１０７…パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
Ｒ…受信信号
Ｘ…地山
Ｘａ…緩み部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】