特開 2024-157918 回転掘削機の掘削土性状測定装置

(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】P2024157918

(43)【公開日】2024-11-08

(54)【発明の名称】回転掘削機の掘削土性状測定装置

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/093 20060101AFI20241031BHJP

   E21D 9/06 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

E21D9/093 F

E21D9/06 302Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】9

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023072588

(22)【出願日】2023-04-26

(71)【出願人】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】串田 慎二

(72)【発明者】

【氏名】川野 健一

(72)【発明者】

【氏名】森 嘉一

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054AC04

2D054CA02

2D054FA01

2D054GA10

2D054GA52

2D054GA68

2D054GA69

2D054GA89

2D054GA93

(57)【要約】

【課題】回転掘削機のチャンバ内における土砂の性状を分布的に測定する。
【解決手段】シールド掘進機１の掘削土性状測定装置１００は、チャンバ２ａにおける土砂の性状を測定する土砂性状測定器１０を備え、土砂性状測定器１０は、カッタヘッド３の背面を形成する背面部材３ｄに設けられ、チャンバ２ａにおける土砂に向けて放射線を出射する放射線出射部１１と、放射線出射部１１から出射された放射線を検出する放射線検出部１２と、を有する。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

地山の内壁を支持可能な筒状の胴体と、前記胴体の前方で回転駆動して前記地山を掘削するカッタヘッドと、前記カッタヘッドの後方に設けられ前記カッタヘッドにより掘削された土砂が滞留するチャンバを前記胴体内に区画する隔壁と、を備える回転掘削機の掘削土性状測定装置であって、
前記チャンバにおける前記土砂の性状を測定する土砂性状測定器を備え、
前記土砂性状測定器は、
前記カッタヘッドの背面を形成する背面部材に設けられ、前記チャンバにおける前記土砂に向けて放射線を出射する放射線出射部と、
前記放射線出射部から出射された放射線を検出する放射線検出部と、を有する、
回転掘削機の掘削土性状測定装置。

【請求項2】

前記カッタヘッドの回転位置を計測するカッタヘッド回転位置計測部を更に備える、
請求項１に記載の回転掘削機の掘削土性状測定装置。

【請求項3】

前記放射線検出部は、前記背面部材に設けられており、前記放射線出射部から出射され前記チャンバ内で散乱した放射線を検出する、
請求項１に記載の回転掘削機の掘削土性状測定装置。

【請求項4】

前記放射線出射部と前記放射線検出部との間に設けられ、放射線を遮蔽する遮蔽部を更に備える、
請求項３に記載の回転掘削機の掘削土性状測定装置。

【請求項5】

前記放射線検出部は、前記カッタヘッドの背面から前記チャンバ内に突出する突出部に設けられる、
請求項１に記載の回転掘削機の掘削土性状測定装置。

【請求項6】

前記放射線出射部及び前記放射線検出部の一方は、前記放射線出射部及び前記放射線検出部の他方を中心に複数に設けられる、
請求項１に記載の回転掘削機の掘削土性状測定装置。

【請求項7】

前記カッタヘッドに設けられ、前記背面部材に固着した土砂を除去する固着土砂除去部を更に備える、
請求項１に記載の回転掘削機の掘削土性状測定装置。

【請求項8】

前記隔壁の前面から前記チャンバ内に突出して設けられ、前記背面部材に固着した土砂を除去する固着土砂除去部を更に備える、
請求項１に記載の回転掘削機の掘削土性状測定装置。

【請求項9】

前記隔壁に設けられ、前記背面部材に臨む開閉可能な開口を更に備える、
請求項１に記載の回転掘削機の掘削土性状測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転掘削機の掘削土性状測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

トンネルを掘進する回転掘削機では、地山を掘削するカッタヘッドの後方に隔壁が設けられ、カッタヘッドの背面と隔壁の前面とでチャンバが区画される。カッタヘッドを用いて掘削された土砂をチャンバ内で滞留させチャンバにおける土砂の圧力を作用させることにより、切羽面の土圧及び地下水圧で抑え切羽面を安定させている。チャンバにおける土砂の圧力は、チャンバにおける土砂の性状（例えば、密度及び含水量）により変化するため、チャンバにおける土砂の性状を計測することが提案されている（特許文献１）。

【0003】

特許文献１に開示された方法では、回転掘削機の隔壁にガンマ線密度計が取り付けられる。ガンマ線密度計からチャンバ内の土砂にガンマ線を出射することにより、チャンバ内の土砂の密度を計測する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１６－６９８２２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示された方法では、ガンマ線密度計といった土砂性状測定器が隔壁に取り付けられているため、チャンバ内の限られた範囲にある土砂の性状を測定するだけである。そのため、チャンバにおける土砂全体の性状を把握することが困難であり、切羽を安定させることができなくなるおそれがある。このような理由から、チャンバにおける土砂の性状を分布的に測定することが求められている。

【0006】

本発明は、回転掘削機のチャンバ内における土砂の性状を分布的に測定することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、地山の内壁を支持可能な筒状の胴体と、胴体の前方で回転駆動して地山を掘削するカッタヘッドと、カッタヘッドの後方に設けられカッタヘッドにより掘削された土砂が滞留するチャンバを胴体内に区画する隔壁と、を備える回転掘削機の掘削土性状測定装置であって、チャンバにおける土砂の性状を測定する土砂性状測定器を備え、土砂性状測定器は、カッタヘッドの背面を形成する背面部材に設けられ、チャンバにおける土砂に向けて放射線を出射する放射線出射部と、放射線出射部から出射された放射線を検出する放射線検出部と、を有する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、回転掘削機のチャンバ内における土砂の性状を分布的に測定することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の第１実施形態に係る掘削土性状測定装置を備える回転掘削機の概略図である。

【図2】図１に示すＩＩ部の拡大図である。

【図3】本発明における第１実施形態の変形例に係る掘削土性状測定装置の概略図であり、図２に対応して示す。

【図4】本発明における第１実施形態の別の変形例に係る掘削土性状測定装置の概略図であり、図２に対応して示す。

【図5】第１実施形態の更に別の変形例に係る掘削土性状測定装置の概略図であり、図２に対応して示す。

【図6】図５に示すＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図である。

【図7】本発明の第２実施形態に係る掘削土性状測定装置の概略図であり、図２に対応して示す。

【図8】本発明の第３実施形態に係る掘削土性状測定装置の概略図であり、図２に対応して示す。

【図9】本発明の第４実施形態に係る掘削土性状測定装置の概略図であり、カッタシャフトの内部から後方に掘削土性状測定装置を見た断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、本発明の実施形態に係る回転掘削機の掘削土性状測定装置について、図面を参照
して説明する。

【0011】

＜第１実施形態＞
まず、図１及び図２を参照して、本発明の第１実施形態に係る掘削土性状測定装置１００について説明する。掘削土性状測定装置１００は、いわゆるシールド工法において用いられるシールド掘進機１に適用される。以下では、シールド掘進機１が進む方向である切羽側を「前方」とし、前方とは反対の方向である坑口側を「後方」として説明する。

【0012】

なお、掘削土性状測定装置１００は、いわゆる推進工法において用いられる推進機にも適用可能である。つまり、掘削土性状測定装置１００は、シールド掘進機及び推進機等の回転掘削機に適用可能である。

【0013】

図１は、シールド掘進機１の概略図である。図１に示すように、シールド掘進機１は、地山の内壁Ｗ１を支持可能な筒状の胴体２と、胴体２に装着されたカッタヘッド３と、カッタヘッド３の後方に設けられた隔壁４と、を備えている。胴体２の内部では、シールド掘進機１の前進に伴ってセグメントリング９が順次構築される。カッタヘッド３は、揺動カッターであってもよい。

【0014】

胴体２には、ジャッキ５が固定される。ジャッキ５は、セグメントリング９から反力を得て胴体２を前方に推進し、カッタヘッド３を地山に前方に押付ける。胴体２が推進されてセグメントリング９が胴体２から出ると、セグメントリング９の外周面と地山の内壁Ｗ１との間に裏込め材（図示省略）が充填される。

【0015】

カッタヘッド３は、カッタシャフト６ａ及び減速機構６ｂを介してモータ６に連結されており、モータ６の駆動により胴体２の前方で回転駆動する。カッタヘッド３には、前方に突出するカッタビット３ａが複数設けられている。具体的には、カッタヘッド３が地山に押付けられた状態で回転すると、地山がカッタビット３ａにより前方に掘削される。地山の掘削により生じる土砂は、カッタヘッド３に設けられる不図示のカッタスリット等の開口を通じてカッタヘッド３の後方に導かれる。

【0016】

以下において、カッタヘッド３の回転中心軸に沿う方向を「軸方向」と称し、カッタヘッド３の回転中心軸周りの方向を「周方向」と称し、カッタヘッド３の回転中心軸を中心とする放射方向を「径方向」と称する。

【0017】

隔壁４は、チャンバ２ａを胴体２の内部に区画する。カッタヘッド３により掘削された土砂は、チャンバ２ａ内で滞留する。チャンバ２ａ内を土砂で充満させてチャンバ２ａに土砂の圧力を作用させることにより、切羽面の土圧及び地下水圧を抑え切羽面を安定させることができる。スクリュコンベア７は、チャンバ２ａ内の土砂を排出し、チャンバ内の土砂の量を調節する。

【0018】

カッタヘッド３には、土砂を不透水化及び塑性流動化させる添加剤を掘削する土砂に混合させるための注入孔３ｇが形成される。注入孔３ｇには、不図示の配管が接続されている。添加剤は、例えばベントナイトである。カッタヘッド３の背面には、チャンバ２ａに突出する第１突出部３ｂ及び第２突出部３ｃが設けられている。そのため、掘削された土砂に添加剤を混合すると、カッタヘッド３の回転駆動に伴って、チャンバ２ａ内で土砂と添加剤とが第１突出部３ｂ及び第２突出部３ｃにより撹拌混錬される。その結果、チャンバ２ａにおける土砂の不透水性及び塑性流動性が高くなり、シールド掘進機１を適用可能な地山の範囲を広げることができる。第１突出部３ｂ及び第２突出部３ｃは、例えば、鋼板などで箱状に形成された筐体である。

【0019】

チャンバ２ａにおける土砂により切羽面を安定させるためには、チャンバ２ａにおける土砂の圧力が重要である。土砂の圧力は、土砂の性状（例えば、密度及び含水量）により変化するため、チャンバ２ａにおける土砂の性状を測定することが求められる。掘削土性状測定装置１００は、チャンバ２ａにおける土砂の性状を測定するために用いられる。

【0020】

図２は、図１のＩＩ部の拡大図である。図２に示すように、掘削土性状測定装置１００は、チャンバ２ａにおける土砂の性状を測定する土砂性状測定器１０を備える。土砂性状測定器１０は、γ線や中性子線といった放射線を用いて土砂の密度及び含水量を測定するいわゆるラジオアイソトープ（ＲＩ）計器である。

【0021】

ＲＩ計器による密度及び含水量の測定原理について、簡単に説明する。ＲＩ計器は、例えばγ線源から土砂に向けてγ線を出射し、土砂の内部で散乱し土砂から抜け出てくるγ線を、γ線検出部を用いて検出する。γ線には、土砂の密度が高いほど土砂内で消滅しやすい性質がある。ＲＩ計器は、γ線源から土砂に向けて出射されたγ線の数と、γ線検出部を用いて検出されたγ線の数と、を比較することにより、土砂の密度を測定する。

【0022】

また、ＲＩ計器は、例えば中性子線源から土砂に向けて中性子線を出射し、土砂の内部で散乱し土砂から抜け出てくる熱中性子線を、熱中性子線検出部を用いて検出する。中性子線には、土砂の含水量が多いほど熱中性子線に変化しやすい性質がある。ＲＩ計器は、中性子線源から土砂に向けて出射された中性子線の数と、熱中性子線検出部を用いて検出された熱中性子線の数と、を比較することにより、土砂の含水量を測定する。

【0023】

図２に示すように、土砂性状測定器１０は、チャンバ２ａ内の土砂に向けてγ線及び中性子線（放射線）を出射する放射線出射部１１と、放射線出射部１１から出射されたγ線及び中性子線（放射線）を検出する放射線検出部１２と、を有している。そのため、チャンバ２ａにおける土砂の密度及び含水量を測定することができる。

【0024】

カッタヘッド３は、中空に形成されており、カッタヘッド３の背面を形成する背面部材３ｄを備える。背面部材３ｄは、例えば鉄製である。放射線出射部１１及び放射線検出部１２は、背面部材３ｄに設けられる。放射線検出部１２は、放射線出射部１１から出射されチャンバ内で散乱した放射線を検出する。つまり、土砂性状測定器１０は、散乱型ＲＩ計器である。

【0025】

放射線出射部１１及び放射線検出部１２は、背面部材３ｄに設けられるため、カッタヘッド３の回転駆動に伴って周方向に移動する。したがって、チャンバ２ａにおける土砂の密度及び含水量を周方向に分布的に測定することができる。

【0026】

放射線出射部１１及び放射線検出部１２を設ける場所を第１突出部３ｂ又は第２突出部３ｃとすることも考えられるが、第１突出部３ｂ又は第２突出部３ｃは、チャンバ２ａ内で土砂と添加剤とを効率よく撹拌混錬できるようにカッタシャフト６ａ（図１参照）からの位置が定められている。そのため、放射線出射部１１及び放射線検出部１２を第１突出部３ｂ又は第２突出部３ｃに設けた形態とすると、チャンバ２ａにおける土砂の密度及び含水量を測定する箇所が限定される。

【0027】

本実施形態では、放射線出射部１１及び放射線検出部１２を設ける場所が背面部材３ｄであるため、カッタシャフト６ａから径方向に所望の位置に放射線出射部１１及び放射線検出部１２を設けることができる。したがって、所望の位置での土砂の密度及び含水量を分布的に測定することができる。

【0028】

背面部材３ｄは、チャンバ２ａとは反対側から形成されたザグリ穴３ｅを有しており、放射線出射部１１及び放射線検出部１２は、ザグリ穴３ｅに設けられる。そのため、チャンバ２ａと放射線出射部１１及び放射線検出部１２との間の背面部材３ｄの厚みを薄くすることができ、放射線出射部１１からチャンバ２ａに向かう放射線及びチャンバ２ａ内から放射線検出部１２に向かう放射線が背面部材３ｄを透過しやすくなる。したがって、土砂性状測定器１０の測定精度を高めることができる。

【0029】

また、ザグリ穴３ｅはチャンバ２ａとは反対側から背面部材３ｄに形成されている。そのため、ザグリ穴３ｅから放射線出射部１１が脱落したとしても、放射線出射部１１は、カッタヘッド３内にとどまる。したがって、放射線出射部１１の紛失を防止することができ、放射線出射部１１の管理が容易になる。

【0030】

掘削土性状測定装置１００は、放射線を遮蔽する遮蔽部３０を備えている。遮蔽部３０は、例えば鉛から形成されるが、これに限られず、放射線の透過率が背面部材３ｄの素材よりも小さい素材から形成されていればよい。遮蔽部３０は、放射線出射部１１と前記放射線検出部１２との間に設けられている。そのため、チャンバ２ａ内を通らずに放射線出射部１１から放射線検出部１２に直線的に向かう放射線が遮られる。したがって、放射線出射部１１から出射されチャンバ２ａ内で散乱した放射線を、放射線検出部１２を用いてより正確に検出することができ、土砂性状測定器１０の測定精度を高めることができる。

【0031】

図１に示すように、掘削土性状測定装置１００は、カッタヘッド３の回転位置を計測するカッタヘッド回転位置計測部２０を備える。そのため、カッタヘッド３の回転位置は、土砂性状測定器１０による土砂の密度及び含水量の測定と合わせてカッタヘッド回転位置計測部２０により測定される。カッタヘッド回転位置計測部２０により計測された回転位置は、土砂性状測定器１０により測定された密度及び含水量と共に、例えば胴体２の内部に設けられた不図示のモニタに表示される。したがって、作業者は、モニタを確認することにより、土砂の密度及び含水量が測定されたカッタヘッド３の回転位置を把握することができる。これにより、シールド掘進機１の掘進速度、カッタヘッド３の回転速度、スクリュコンベア７の回転速度及び添加剤の量といった、トンネルＴ１の掘進に必要な条件を適切に決定することができる。

【0032】

カッタヘッド回転位置計測部２０は、例えば、ロータリエンコーダである。

【0033】

土砂性状測定器１０により測定された密度及び含水量の情報、並びにカッタヘッド回転位置計測部２０により計測された回転位置の情報は、無線によりモニタに送られてもよいし、有線によりモニタに送られてもよい。密度及び含水量の情報を有線によりモニタに送る場合には、不図示の信号線をカッタヘッド３の内部及びカッタシャフト６ａの内部に通すと共に周知の回転コネクタ（例えばスリップリング）をカッタシャフト６ａに設け、信号線及び回転コネクタを介して土砂性状測定器１０とモニタとを電気的に接続すればよい。

【0034】

ところで、チャンバ２ａ内の土砂は、背面部材３ｄに固着することがある。固着した土砂は、カッタヘッド３の回転駆動に伴って、周方向に移動することなる。放射線出射部１１及び放射線検出部１２の近傍で土砂が固着すると、土砂性状測定器１０は、固着した土砂の密度及び含水量を測定し続けることになり、チャンバ２ａにおける土砂の密度及び含水量を分布的に測定することができない。

【0035】

そこで、掘削土性状測定装置１００は、図２に示すように、背面部材３ｄに固着した土砂を除去する洗浄ノズル（固着土砂除去部）４０を備える。洗浄ノズル４０は、作業員の操作により作動して液体を噴出し、土砂を除去する。

【0036】

洗浄ノズル４０は、カッタヘッド３に設けられる。そのため、洗浄ノズル４０は、カッタヘッド３の回転駆動に伴って放射線出射部１１及び放射線検出部１２と共に周方向に移動する。したがって、カッタヘッド３の回転位置に関わらず、放射線出射部１１及び放射線検出部１２の近傍で固着した土砂を洗浄ノズル４０の作動により除去することができ、チャンバ２ａにおける土砂の密度及び含水量を分布的により正確に測定することができる。

【0037】

洗浄ノズル４０に代えて、作業員の操作により作動してカッタヘッド３の背面から出没し土砂を除去する洗浄棒を固着土砂除去部としてもよい。

【0038】

洗浄ノズル４０の作動時には、放射線出射部１１及び放射線検出部１２の近傍には、洗浄ノズル４０から噴出された液体が存在する。そのため、土砂性状測定器１０は、洗浄ノズル４０から噴出された液体を含む土砂の密度及び含水量を測定することになる。このような理由から、洗浄ノズル４０の作動時に土砂性状測定器１０による測定を停止するか、土砂性状測定器１０により分布的に測定された密度及び含水量から、洗浄ノズル４０の作動時に測定された密度及び含水量を除外してチャンバ２ａ内における土砂の密度及び含水量とすることが好ましい。

【0039】

同様に、洗浄ノズル４０に代えて洗浄棒を固着土砂除去部とした場合において、洗浄棒の突出作動時には、放射線出射部１１及び放射線検出部１２の近傍には、洗浄棒が存在する。そのため、土砂性状測定器１０は、土砂の密度及び含水量を測定することができない。このような理由から、洗浄棒の突出作動時に土砂性状測定器１０による測定を停止するか、土砂性状測定器１０により分布的に測定された密度及び含水量から、洗浄棒の突出作動時に測定された密度及び含水量を除外してチャンバ２ａ内における土砂の密度及び含水量とすることが好ましい。

【0040】

以上の第１実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

【0041】

掘削土性状測定装置１００では、放射線出射部１１及び放射線検出部１２は、カッタヘッド３の背面を形成する背面部材３ｄに設けられる。そのため、放射線出射部１１及び放射線検出部１２は、カッタヘッド３の回転駆動に伴って周方向に移動する。したがって、チャンバ２ａにおける土砂の密度及び含水量を周方向に分布的に測定することができる。また、カッタシャフト６ａから径方向に所望の位置に放射線出射部１１及び放射線検出部１２を設けることができるため、所望の位置での土砂の密度及び含水量を分布的に測定することができる。

【0042】

掘削土性状測定装置１００は、カッタヘッド３の回転位置を計測するカッタヘッド回転位置計測部２０を備える。そのため、カッタヘッド３の回転位置は、土砂性状測定器１０による土砂の密度及び含水量の測定と合わせてカッタヘッド回転位置計測部２０により測定される。したがって、土砂の密度及び含水量が測定されたカッタヘッド３の回転位置を把握することができ、シールド掘進機１の掘進速度、カッタヘッド３の回転速度、スクリュコンベア７の回転速度及び添加剤の量といった、トンネルＴ１の掘進に必要な条件を適切に決定することができる。

【0043】

掘削土性状測定装置１００は、放射線出射部１１と放射線検出部１２との間に設けられ、放射線を遮蔽する遮蔽部３０を更に備える。そのため、チャンバ２ａ内を通らずに放射線出射部１１から放射線検出部１２に直線的に向かう放射線が遮られる。したがって、放射線出射部１１から出射されチャンバ２ａ内で散乱した放射線を、放射線検出部１２を用いてより正確に検出することができ、土砂性状測定器１０の測定精度を高めることができる。

【0044】

掘削土性状測定装置１００では、洗浄ノズル４０は、カッタヘッド３に設けられる。そのため、洗浄ノズル４０は、カッタヘッド３の回転駆動に伴って放射線出射部１１と放射線検出部１２と共に周方向に移動する。したがって、カッタヘッド３の回転位置に関わらず、洗浄ノズル４０の作動により放射線出射部１１と放射線検出部１２の近傍で固着した土砂を除去することができ、チャンバ２ａにおける土砂の密度及び含水量を分布的により正確に測定することができる。

【0045】

図３は、第１実施形態の変形例に係る掘削土性状測定装置１０１の概略図であり、図２に対応して示す。図３に示すように、掘削土性状測定装置１０１では、放射線検出部１２は、第１突出部３ｂに設けられている。この形態であっても、チャンバ２ａにおける土砂の密度及び含水量を周方向に分布的に測定することができる。

【0046】

掘削土性状測定装置１０１では、放射線出射部１１と放射線検出部１２との間を土砂が流動する。そのため、放射線出射部１１から出射された放射線は、直線的にチャンバ内を透過して放射線検出部１２に到達する。したがって、土砂性状測定器１０として、透過型ＲＩ計器を用いることができる。そして、放射線出射部１１から放射線検出部１２に直線的に向かう放射線を遮る必要がないため、掘削土性状測定装置１００における遮蔽部３０（図２参照）が不要となる。

【0047】

図４は、第１実施形態の別の変形例に係る掘削土性状測定装置１０２の概略図であり、図２に対応して示す。図４に示すように、掘削土性状測定装置１０２では、放射線出射部１１と放射線検出部１２は、一体化されており、背面部材３ｄのザグリ穴３ｅに設けられている。この形態であっても、チャンバ２ａにおける土砂の密度及び含水量を周方向に分布的に測定することができる。

【0048】

図５は、第１実施形態の更に別の変形例に係る掘削土性状測定装置１０３の概略図であり、図２に対応して示す。図６は、図５に示すＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図である。なお、図６では、背面部材３ｄの断面の図示を省略している。図５及び図６に示すように、掘削土性状測定装置１０３では、放射線検出部１２は、放射線出射部１１を中心に複数設けられる。そのため、放射線出射部１１から出射された放射線は、複数の放射線検出部１２により検出される。したがって、検出される放射線の総量を増加させることができ、土砂性状測定器１０の測定精度をより高めることができる。

【0049】

掘削土性状測定装置１０３では、遮蔽部３０は、放射線出射部１１と、各放射線検出部１２と、の間に設けられる。そのため、チャンバ２ａ内を通らずに放射線出射部１１から放射線検出部１２に直線的に向かう放射線が遮られる。したがって、放射線出射部１１から出射されチャンバ２ａ内で散乱した放射線を、放射線検出部１２を用いてより正確に検出することができ、土砂性状測定器１０の測定精度をより高めることができる。

【0050】

なお、図６に示される例では、放射線検出部１２は８個設けられているが、これに限定されない。放射線検出部１２は２個以上であればよい。

【0051】

図示を省略するが、放射線出射部１１が放射線検出部１２を中心に複数設けられていてもよい。この場合、放射線検出部１２は、複数の放射線出射部１１から出射された放射線を検出する。したがって、検出される放射線の総量を増加させることができ、土砂性状測定器１０の測定精度をより高めることができる。

【0052】

＜第２実施形態＞
次に、本発明の第２実施形態に係る掘削土性状測定装置２００について、図７を参照して説明する。以下では、第１実施形態と異なる点を主に説明し、第１実施形態で説明した構成と同一の構成又は相当する構成については、図中に第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。また、掘削土性状測定装置２００を適用可能なシールド掘進機１の概略図は、図１に示されるシールド掘進機１の概略図と略同じであるため、図示を省略する。

【0053】

図７は、掘削土性状測定装置２００の概略図であり、図２に対応して示す。図７に示すように、掘削土性状測定装置２００は、隔壁４の前面からチャンバ２ａ内に突出して設けられる隔壁側突出部（固着土砂除去部）２４０を備えている。

【0054】

隔壁側突出部２４０は、カッタヘッド３の回転駆動に伴って放射線出射部１１及び放射線検出部１２の近傍を通過する。そのため、放射線出射部１１及び放射線検出部１２の近傍で固着した土砂は、隔壁側突出部２４０により除去される。したがって、チャンバ２ａにおける土砂の密度及び含水量を分布的により正確に測定することができる。

【0055】

隔壁側突出部２４０が放射線出射部１１と放射線検出部１２との間を通過するときには、土砂性状測定器１０は、土砂の密度及び含水量を測定することができない。そのため、隔壁側突出部２４０が放射線出射部１１と放射線検出部１２との間を通過するタイミングで土砂性状測定器１０による測定を停止するか、土砂性状測定器１０により分布的に測定された密度及び含水量から、隔壁側突出部２４０が放射線出射部１１と放射線検出部１２との間を通過したタイミングで測定された密度及び含水量を除外することが好ましい。隔壁側突出部２４０が放射線出射部１１と放射線検出部１２との間を通過するタイミングは、カッタヘッド回転位置計測部２０（図１）により計測される回転位置から把握可能である。

【0056】

隔壁側突出部２４０は、隔壁４の前面から出没可能に設けられていてもよい。この場合には、放射線出射部１１と放射線検出部１２との間で土砂が固着したときだけ隔壁側突出部２４０を隔壁４の前面から突出させることができる。したがって、放射線出射部１１と放射線検出部１２との間で土砂が固着していない状態で隔壁側突出部２４０が放射線出射部１１と放射線検出部１２との間を通過するのを防ぐことができ、チャンバ２ａにおける土砂の密度及び含水量の分布をより正確に測定することができる。

【0057】

図示を省略するが、掘削土性状測定装置２００において、洗浄ノズル４０（図２参照）又は洗浄棒をカッタヘッド３に設け、隔壁側突出部２４０と洗浄ノズル４０又は洗浄棒とを併用してもよい。

【0058】

＜第３実施形態＞
次に、本発明の第３実施形態に係る掘削土性状測定装置３００について、図８を参照して説明する。以下では、第１実施形態と異なる点を主に説明し、第１実施形態で説明した構成と同一の構成又は相当する構成については、図中に第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。また、掘削土性状測定装置３００を適用可能なシールド掘進機１の概略図は、図１に示されるシールド掘進機１の概略図と略同じであるため、図示を省略する。

【0059】

図８は、掘削土性状測定装置３００の概略図であり、図２に対応して示す。図８に示すように、掘削土性状測定装置３００は、隔壁４に設けられた開閉可能な開口４ｂを備えている。

【0060】

開口４ｂは、背面部材３ｄに臨む。より具体的には、開口４ｂは、カッタヘッド３の回転駆動に伴って放射線出射部１１及び放射線検出部１２が設けられた領域に臨む。そのため、作業者は、開口４ｂから放射線出射部１１及び放射線検出部１２に向けて不図示の治具を挿入することができる。したがって、放射線出射部１１及び放射線検出部１２の近傍で固着した土砂を、治具を用いて除去することができ、チャンバ２ａにおける土砂の密度及び含水量を分布的により正確に測定することができる。

【0061】

放射線出射部１１及び放射線検出部１２の近傍で固着した土砂を除去する際には、まず、開口４ｂが放射線出射部１１と放射線検出部１２とが設けられた領域に臨む回転位置で、カッタヘッド３を停止する。この回転位置は、カッタヘッド回転位置計測部２０（図１）により計測される回転位置から把握可能である。次に、開口４ｂを開け、治具を開口４ｂからチャンバ２ａ内に不図示の治具を挿入し、放射線出射部１１及び放射線検出部１２の近傍で固着した土砂を除去する。次に、治具を開口４ｂから抜くと共に開口４ｂを閉じる。その後、カッタヘッド３を回転駆動して、シールド掘進機１（図１）によるトンネルＴ１の掘進を再開する。

【0062】

＜第４実施形態＞
次に、本発明の第４実施形態に係る掘削土性状測定装置４００について、図９を参照して説明する。以下では、第１実施形態と異なる点を主に説明し、第１実施形態で説明した構成と同一の構成又は相当する構成については、図中に第１実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。また、掘削土性状測定装置４００を適用可能なシールド掘進機１の概略図は、図１に示されるシールド掘進機１の概略図と略同じであるため、図示を省略する。

【0063】

図９は、掘削土性状測定装置４００の概略図であり、カッタヘッド３の内部から後方に掘削土性状測定装置４００を見た断面図である。図９において、地山の掘削により生じる土砂をカッタヘッド３の後方に導くためにカッタヘッド３に設けられるカッタスリット３ｆが描かれている。

【0064】

図９に示すように、カッタスリット３ｆは、カッタシャフト６ａを中心に放射状に延びて形成されている。放射線出射部１１及び放射線検出部１２は、カッタスリット３ｆを挟んで向かい合わせて設けられている。この形態であっても、チャンバ２ａにおける土砂の密度及び含水量を周方向に分布的に測定することができる。

【0065】

掘削土性状測定装置４００では、放射線出射部１１と放射線検出部１２との間を土砂が流動する。そのため、放射線出射部１１から出射された放射線は、直線的にカッタスリット３ｆを透過して放射線検出部１２に到達する。したがって、土砂性状測定器１０として、透過型ＲＩ計器を用いることができる。そして、放射線出射部１１から放射線検出部１２に直線的に向かう放射線を遮る必要がないため、掘削土性状測定装置１００における遮蔽部３０（図２参照）が不要となる。

【0066】

本実施形態では、地山の掘削により生じる土砂がカッタスリット３ｆを通じて放射線出射部１１と放射線検出部１２との間に導かれる。そのため、放射線出射部１１と放射線検出部１２との間で土砂が固着することを防止することができ、また、放射線出射部１１と放射線検出部１２との間で固着した土砂を、カッタスリット３ｆを通じて導かれる土砂で除去することができる。したがって、チャンバ２ａにおける土砂の密度及び含水量を分布的により正確に測定することができる。

【0067】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【符号の説明】

【0068】

１００，１０１，１０２，１０３，２００，３００，４００・・・掘削土性状測定装置
１・・・シールド掘進機（回転掘削機）
２・・・胴体
３・・・カッタヘッド
３ｂ・・・第１突出部
３ｃ・・・第２突出部
３ｄ・・・背面部材
４・・・隔壁
４ｂ・・・開口
１０・・・土砂性状測定器
１１・・・放射線出射部
１２・・・放射線検出部
２０・・・カッタヘッド回転位置計測部
３０・・・遮蔽部
４０・・・洗浄ノズル（固着土砂除去部）
２４０・・・隔壁側突出部（固着土砂除去部）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】