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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】P2025008138
(43)【公開日】2025-01-20
(54)【発明の名称】泥土評価システム、泥土評価方法
(51)【国際特許分類】
E21D 9/093 20060101AFI20250109BHJP
E21D 5/11 20060101ALI20250109BHJP
G01N 11/02 20060101ALI20250109BHJP
G01N 9/00 20060101ALI20250109BHJP
G01N 9/24 20060101ALI20250109BHJP
【ＦＩ】
E21D9/093 Z
E21D5/11
G01N11/02
G01N9/00 Z
G01N9/24 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023110052
(22)【出願日】2023-07-04
(71)【出願人】
【識別番号】000002299
【氏名又は名称】清水建設株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100149548
【弁理士】
【氏名又は名称】松沼 泰史
(74)【代理人】
【識別番号】100161506
【弁理士】
【氏名又は名称】川渕 健一
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(72)【発明者】
【氏名】陳 剣
(72)【発明者】
【氏名】齋藤 亮
(72)【発明者】
【氏名】西 琢郎
(72)【発明者】
【氏名】杉山 博一
(72)【発明者】
【氏名】若林 成樹
(72)【発明者】
【氏名】吉成 勝美
【テーマコード（参考）】
2D054
【Ｆターム（参考）】
2D054AC04
2D054AD02
2D054AD29
2D054BA03
2D054CA04
2D054DA03
2D054GA10
2D054GA25
2D054GA42
2D054GA67
2D054GA68
2D054GA89
2D054GA92
2D054GA95
(57)【要約】
【課題】シールド掘削機のチャンバー内における泥土の性状を連続的に計測する。
【解決手段】計測対象の試料の湿潤密度と含水量とが調整された状態において流動特性について計測された結果に基づいて、前記湿潤密度と含水量との組み合わせと、前記計測された流動特性との関係を表す評価データを記憶する記憶部と、シールド掘削機のチャンバー内における泥土の湿潤密度と含水量とを計測する計測器によって計測された、湿潤密度と含水量とを取得する第１取得部と、前記取得された湿潤密度と含水量の組み合わせに対応する流動特性を、前記記憶部に記憶された評価データから取得する第２取得部と、を有する。
【選択図】図１
【解決手段】計測対象の試料の湿潤密度と含水量とが調整された状態において流動特性について計測された結果に基づいて、前記湿潤密度と含水量との組み合わせと、前記計測された流動特性との関係を表す評価データを記憶する記憶部と、シールド掘削機のチャンバー内における泥土の湿潤密度と含水量とを計測する計測器によって計測された、湿潤密度と含水量とを取得する第１取得部と、前記取得された湿潤密度と含水量の組み合わせに対応する流動特性を、前記記憶部に記憶された評価データから取得する第２取得部と、を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
計測対象の試料の湿潤密度と含水量とが調整された状態において流動特性について計測された結果に基づいて、前記湿潤密度と含水量との組み合わせと、前記計測された流動特性との関係を表す評価データを記憶する記憶部と、
シールド掘削機のチャンバー内における泥土の湿潤密度と含水量とを計測する計測器によって計測された、湿潤密度と含水量とを取得する第１取得部と、
前記取得された湿潤密度と含水量の組み合わせに対応する流動特性を、前記記憶部に記憶された評価データから取得する第２取得部と、
を有する泥土評価システム。
シールド掘削機のチャンバー内における泥土の湿潤密度と含水量とを計測する計測器によって計測された、湿潤密度と含水量とを取得する第１取得部と、
前記取得された湿潤密度と含水量の組み合わせに対応する流動特性を、前記記憶部に記憶された評価データから取得する第２取得部と、
を有する泥土評価システム。
【請求項2】
前記評価データは、湿潤密度と含水量との関係に基づく流動特性を表す値の分布に応じて生成されたコンター図を表すデータである
請求項１に記載の泥土評価システム。
請求項１に記載の泥土評価システム。
【請求項3】
前記流動特性を表す値としてテーブルフロー値が用いられる
請求項２に記載の泥土評価システム。
請求項２に記載の泥土評価システム。
【請求項4】
前記流動特性を表す値としてミニスランプ値が用いられる
請求項２に記載の泥土評価システム。
請求項２に記載の泥土評価システム。
【請求項5】
前記第１取得部は、前記シールド掘削機が掘削を停止している期間において前記計測器によって順次計測されることに応じて計測結果を順次取得し、
前記第２取得部は、前記第１取得部によって計測結果が得られると、得られた計測結果に応じた流動特性を得る
請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の泥土評価システム。
前記第２取得部は、前記第１取得部によって計測結果が得られると、得られた計測結果に応じた流動特性を得る
請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の泥土評価システム。
【請求項6】
前記チャンバーを形成する隔壁を貫通するようにガイド管が取り付けられ、前記計測器がガイド管に挿入される
請求項５に記載の泥土評価システム。
請求項５に記載の泥土評価システム。
【請求項7】
コンピュータに、
計測対象の試料の湿潤密度と含水量とが調整された状態において流動特性について計測された結果に基づいて、前記湿潤密度と含水量との組み合わせと、前記計測された流動特性との関係を表す評価データを記憶部に記憶させるステップと、
シールド掘削機のチャンバー内における泥土の湿潤密度と含水量とを計測する計測器によって計測された、湿潤密度と含水量とを取得するステップと、
前記取得された湿潤密度と含水量の組み合わせに対応する流動特性を、前記記憶部に記憶された評価データから取得するステップと、
を実行させる泥土評価方法。
計測対象の試料の湿潤密度と含水量とが調整された状態において流動特性について計測された結果に基づいて、前記湿潤密度と含水量との組み合わせと、前記計測された流動特性との関係を表す評価データを記憶部に記憶させるステップと、
シールド掘削機のチャンバー内における泥土の湿潤密度と含水量とを計測する計測器によって計測された、湿潤密度と含水量とを取得するステップと、
前記取得された湿潤密度と含水量の組み合わせに対応する流動特性を、前記記憶部に記憶された評価データから取得するステップと、
を実行させる泥土評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、泥土評価システム、泥土評価方法に関する。
【背景技術】
【0002】
土圧式シールド工法により地山にトンネルなどを掘削する場合、シールド掘削機のカッターヘッドを回転させ、地盤を掘削することでチャンバー内に掘削土が堆積する。堆積した掘削土は、スクリューコンベア等によりチャンバー内から排出される。
また、大口径シールドにおいては、シールド停止中において、時間の経過に伴いチャンバー内の泥土が分離し、沈降することで締め固められると、掘進再開時にカッターヘッドが回転不能となる場合がある。このような事象が生じる要因は、例えば、シールド停止中においてチャンバー内の掘削された泥土が沈降することにより塑性流動性が落ちることが挙げられる。
このような事象を回避するためには、チャンバー内の泥土の性状を把握し、その性状に応じた対応をすることが考えられる。チャンバー内の泥土の性状を確認するためには、例えば、スクリューコンベアから排出された泥土の性状を目視観察や触診といった経験的な判断により定性的に管理する方法がある。
特許文献１には、土圧式シールドにおいて、密度・水分測定器を切羽の外周側と排土管にそれぞれ設け、掘削土や排土の性状を把握するシールド機が開示されている。
また、大口径シールドにおいては、シールド停止中において、時間の経過に伴いチャンバー内の泥土が分離し、沈降することで締め固められると、掘進再開時にカッターヘッドが回転不能となる場合がある。このような事象が生じる要因は、例えば、シールド停止中においてチャンバー内の掘削された泥土が沈降することにより塑性流動性が落ちることが挙げられる。
このような事象を回避するためには、チャンバー内の泥土の性状を把握し、その性状に応じた対応をすることが考えられる。チャンバー内の泥土の性状を確認するためには、例えば、スクリューコンベアから排出された泥土の性状を目視観察や触診といった経験的な判断により定性的に管理する方法がある。
特許文献１には、土圧式シールドにおいて、密度・水分測定器を切羽の外周側と排土管にそれぞれ設け、掘削土や排土の性状を把握するシールド機が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第２５３３８１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、チャンバー内から排出された泥土を確認する方法では、排出された泥土を目視観察や触診等の終了を待つ必要があるため、断続的にしか性状を計測・評価することができない。そのため、シールド停止中にチャンバー内の泥土の性状をより精度よく把握できることが望ましい。
なお、特許文献１は、切羽の外周側や排土の性状を把握することができるが、チャンバー内の泥土の性状を把握するものではない。
なお、特許文献１は、切羽の外周側や排土の性状を把握することができるが、チャンバー内の泥土の性状を把握するものではない。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、シールド掘削機のチャンバー内における泥土の性状を連続的に計測することができる泥土評価システム、泥土評価方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様は、計測対象の試料の湿潤密度と含水量とが調整された状態において流動特性について計測された結果に基づいて、前記湿潤密度と含水量との組み合わせと、前記計測された流動特性との関係を表す評価データを記憶する記憶部と、シールド掘削機のチャンバー内における泥土の湿潤密度と含水量とを計測する計測器によって計測された、湿潤密度と含水量とを取得する第１取得部と、前記取得された湿潤密度と含水量の組み合わせに対応する流動特性を、前記記憶部に記憶された評価データから取得する第２取得部と、を有する泥土評価システムである。
【0007】
また、本発明の一態様は、コンピュータに、計測対象の試料の湿潤密度と含水量とが調整された状態において流動特性について計測された結果に基づいて、前記湿潤密度と含水量との組み合わせと、前記計測された流動特性との関係を表す評価データを記憶部に記憶させるステップと、シールド掘削機のチャンバー内における泥土の湿潤密度と含水量とを計測する計測器によって計測された、湿潤密度と含水量とを取得するステップと、前記取得された湿潤密度と含水量の組み合わせに対応する流動特性を、前記記憶部に記憶された評価データから取得するステップと、を実行させる泥土評価方法である。
【発明の効果】
【0008】
以上説明したように、この発明によれば、シールド掘削機のチャンバー内における泥土の性状を連続的に計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】シールド掘削機１０を側面から見た構成図である。
【図2A】カッター装置１５が掘削を行う場合における計測部２０の構成を示す断面図である。
【図2B】シールド停止中において湿潤密度・含水量を計測する場合における計測部２０の構成を示す断面図である。
【図3】泥土評価システムＳの構成を示す概略機能ブロック図である。
【図4】泥土評価システムＳの動作を説明するフローチャートである。
【図5A】テーブルフロー値に基づく計測対象試料（粘性土）の評価例を示すコンター図である。
【図5B】テーブルフロー値に基づく計測対象試料（砂質土）の評価例を示すコンター図である。
【図6】計測対象試料の粒径加積曲線を示す図である。
【図7A】ガンマ線計数率比と湿潤密度の計測結果との関係を示すグラフである。
【図7B】中性子線計数率比と含水量の計測結果との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明の一実施形態による泥土評価システムについて図面を参照して説明する。
図１は、泥土評価システムが用いられる、土圧式シールド工法によるシールド掘削機の構成例を示す概略構成図である。図１では、シールド掘削機１０を側面から見た構成図である。
図１は、泥土評価システムが用いられる、土圧式シールド工法によるシールド掘削機の構成例を示す概略構成図である。図１では、シールド掘削機１０を側面から見た構成図である。
【0011】
シールド掘削機１０は、スキンプレート１１の先端部を隔壁１２により区画形成することで、掘削土を取り込むためのチャンバー１３が設けられる。チャンバー１３の内部には、カッター装置１５により切羽を掘削することで生じる掘削土が取り込まれる。カッター装置１５の隔壁１２に対向する側に、攪拌翼１４が設けられる。シールド掘削機１０は、チャンバー１３内の掘削土に対して加水ベントナイトや高分子材料等の薬液あるいは気泡等を注入管から供給することで添加し、攪拌翼１４によって攪拌することにより掘削土に所定の塑性流動性を持たせることで泥土にし、その土圧を切羽に作用させて、切羽を安定化しつつ掘進を行うように構成されている。
【0012】
スクリューコンベア１６は、チャンバー１３内の泥土を、排土ゲートを介してコンベア１７に排土する。コンベア１７は、スクリューコンベア１６から排出された泥土を、後段に排出する。
【0013】
計測部２０は、隔壁１２のカッター装置１５に対向する面とは反対側の面から、隔壁１２を貫通してチャンバー１３内に挿入され、チャンバー１３内の泥土の湿潤密度および含水量を計測する。計測部２０は、チャンバー１３内にポータブル１孔式密度計・水分計が直接差し込まれる方法で、チャンバー１３内の泥土の湿潤密度および含水量を計測する。
計測部２０は、隔壁１２の高さ方向における中央よりも上部に設けられるが、中央よりも下部に設けられてもよい。
スケーラ２１は、プローブに対する電源の供給と、計測部２０から得られる検出信号に基づいて計数し、測定結果を出力する。
計測部２０は、隔壁１２の高さ方向における中央よりも上部に設けられるが、中央よりも下部に設けられてもよい。
スケーラ２１は、プローブに対する電源の供給と、計測部２０から得られる検出信号に基づいて計数し、測定結果を出力する。
【0014】
図２は、計測部２０の構成の一例を示す断面図である。
図２Ａは、カッター装置１５が掘削を行う場合における計測部２０の構成を示す断面図、図２Ｂは、シールド停止中において湿潤密度・含水量を計測する場合における計測部２０の構成を示す断面図である。
図２Ａは、カッター装置１５が掘削を行う場合における計測部２０の構成を示す断面図、図２Ｂは、シールド停止中において湿潤密度・含水量を計測する場合における計測部２０の構成を示す断面図である。
【0015】
図２Ａにおいて、ケース部２０１は、隔壁１２に取り付けられている。
また、図２Ａにおいて、ガイド管２０４は、ケース部２０１の開口部から引き抜かれている。取り付け治具２０３の隔壁１２に取り付けられる端部とは反対側の端部の内周には、ねじが形成されており、封止部２０２が取り付けられ、閉止されている。これにより、掘削時において、チャンバー１３内の泥土あるいは水分がチャンバー１３内から隔壁１２よりも手前側に流出することを防止している。
図２Ｂにおいて、シールド停止中では、封止部２０２が取り外され、取り付け治具２０３が取り付けられる。取り付け治具２０３の隔壁１２に取り付けられる端部には、ねじが形成されており、ケース部２０１に取り付けられるようになっている。取り付け治具２０３のもう一方の端部の開口部から、ガイド管２０４がチャンバー１３内に到達するように挿入される。ガイド管２０４の内周には、ＲＩ（ラジオアイソトープ）機器２１０が挿入される。
また、図２Ａにおいて、ガイド管２０４は、ケース部２０１の開口部から引き抜かれている。取り付け治具２０３の隔壁１２に取り付けられる端部とは反対側の端部の内周には、ねじが形成されており、封止部２０２が取り付けられ、閉止されている。これにより、掘削時において、チャンバー１３内の泥土あるいは水分がチャンバー１３内から隔壁１２よりも手前側に流出することを防止している。
図２Ｂにおいて、シールド停止中では、封止部２０２が取り外され、取り付け治具２０３が取り付けられる。取り付け治具２０３の隔壁１２に取り付けられる端部には、ねじが形成されており、ケース部２０１に取り付けられるようになっている。取り付け治具２０３のもう一方の端部の開口部から、ガイド管２０４がチャンバー１３内に到達するように挿入される。ガイド管２０４の内周には、ＲＩ（ラジオアイソトープ）機器２１０が挿入される。
【0016】
ガイド管２０４の形状は円筒状である。ガイド管２０４の一方の端部は、外周部から連なるようにして閉じられており、もう一方の端部は、開口している。
ガイド管２０４の厚さは、数ｍｍ程度（例えば、３～６ｍｍ程度）である。ここでは、ガイド管２０４は、隔壁とは別体の部材として構成されているため、隔壁の厚さとは別の厚さに設定することができる。また、取り付け治具２０３の内周には、止水ゴム２０５が設けられており、ガイド管２０４が、閉じられた端部から取り付け治具２０３に挿入された際に、取り付け治具２０３とガイド管２０４との間に隙間が生じないように密着される。これにより、チャンバー１３内の水分が取り付け治具２０３とガイド管２０４との間から流出しないように完全に止水することも可能である。止水ゴム２０５は、ガイド管２０４と取り付け治具２０３との間における止水性を確保できるような止水機構であれば、ゴム以外の可撓性材料の部材を用いるようにしてもよい。
ガイド管２０４の厚さは、数ｍｍ程度（例えば、３～６ｍｍ程度）である。ここでは、ガイド管２０４は、隔壁とは別体の部材として構成されているため、隔壁の厚さとは別の厚さに設定することができる。また、取り付け治具２０３の内周には、止水ゴム２０５が設けられており、ガイド管２０４が、閉じられた端部から取り付け治具２０３に挿入された際に、取り付け治具２０３とガイド管２０４との間に隙間が生じないように密着される。これにより、チャンバー１３内の水分が取り付け治具２０３とガイド管２０４との間から流出しないように完全に止水することも可能である。止水ゴム２０５は、ガイド管２０４と取り付け治具２０３との間における止水性を確保できるような止水機構であれば、ゴム以外の可撓性材料の部材を用いるようにしてもよい。
【0017】
また、ガイド管２０４は、ケース部２０１と取り付け治具２０３とを貫通するように取り付けられることで、隔壁１２を貫通するように取り付けられるが、ケース部２０１と取り付け治具２０３を用いずに取り付けられてもよい。この場合、隔壁１２とガイド管２０４との間からチャンバー１３内の泥土や水分が流出しないような止水機構が設けられることが好ましい。
【0018】
ＲＩ機器２１０は、ガイド管２０４の内周に挿入される。ＲＩ機器は、その先端部に密度計・水分計線源部２１１が配置され、先端部の次段に密度計・水分計プローブ２１２が配置され、密度計・水分計プローブ２１２の後段に延長ロード２１３が配置される。ＲＩ機器２１０によって計測された結果を表す信号は、ケーブル２１５を介してスケーラ２１に出力される。
【0019】
図３は、泥土評価システムＳの構成を示す概略機能ブロック図である。
泥土評価システムＳは、ＲＩ機器２１０、スケーラ２１、評価装置１００を含む。
ＲＩ機器２１０は、スケーラ２１に接続され、チャンバー１３内に存在する泥土の湿潤密度と含水量とを測定し、測定結果をスケーラ２１に出力する。
スケーラ２１は、ＲＩ機器２１０と評価装置１００に接続され、ＲＩ機器２１０から測定結果を取得し、評価装置１００に出力する。
評価装置１００は、スケーラ２１に接続される。評価装置１００は、記憶部１０１、入力部１０２、第１取得部１０４、第２取得部１０５、出力部１０６を有する。
記憶部１０１は、計測対象の試料の湿潤密度と含水量とが調整された状態において流動特性について計測された結果に基づいて、前記湿潤密度と含水量との組み合わせと、前記計測された流動特性との関係を表す評価データを記憶する。
評価データは、湿潤密度と含水量との関係に基づく流動特性を表す値の分布に応じて生成されたコンター図を表すデータである。
流動特性を表す値としてテーブルフロー値を用いるようにしてもよい。
また、流動特性を表す値としてミニスランプ値を用いるようにしてもよい。
泥土評価システムＳは、ＲＩ機器２１０、スケーラ２１、評価装置１００を含む。
ＲＩ機器２１０は、スケーラ２１に接続され、チャンバー１３内に存在する泥土の湿潤密度と含水量とを測定し、測定結果をスケーラ２１に出力する。
スケーラ２１は、ＲＩ機器２１０と評価装置１００に接続され、ＲＩ機器２１０から測定結果を取得し、評価装置１００に出力する。
評価装置１００は、スケーラ２１に接続される。評価装置１００は、記憶部１０１、入力部１０２、第１取得部１０４、第２取得部１０５、出力部１０６を有する。
記憶部１０１は、計測対象の試料の湿潤密度と含水量とが調整された状態において流動特性について計測された結果に基づいて、前記湿潤密度と含水量との組み合わせと、前記計測された流動特性との関係を表す評価データを記憶する。
評価データは、湿潤密度と含水量との関係に基づく流動特性を表す値の分布に応じて生成されたコンター図を表すデータである。
流動特性を表す値としてテーブルフロー値を用いるようにしてもよい。
また、流動特性を表す値としてミニスランプ値を用いるようにしてもよい。
【0020】
入力部１０２は、技術者等の操作者からの操作内容に基づいて、テーブルフロー値またはミニスランプ値の入力を受け付ける。入力部１０２は、テーブルフロー値を得る場合、テーブルフロー値と湿潤密度と含水量との組み合わせのデータを得る。また入力部１０２は、ミニスランプ値を得る場合、ミニスランプ値と湿潤密度と含水量との組み合わせのデータを得る。
入力部１０２は、マウス、キーボード、タッチパネル等のうち少なくともいずれか１つの入力装置であり、操作者からの操作内容を受け付けることで、テーブルフロー値またはミニスランプ値を取得するようにしてもよい。また、入力部１０２は、評価装置１００の外部の機器から送信されたテーブルフロー値またはミニスランプ値を通信回線を介して受信することで入力を受け付けるようにしてもよい。
入力部１０２は、マウス、キーボード、タッチパネル等のうち少なくともいずれか１つの入力装置であり、操作者からの操作内容を受け付けることで、テーブルフロー値またはミニスランプ値を取得するようにしてもよい。また、入力部１０２は、評価装置１００の外部の機器から送信されたテーブルフロー値またはミニスランプ値を通信回線を介して受信することで入力を受け付けるようにしてもよい。
【0021】
データ加工部１０３は、入力部１０２から入力されたデータに基づいて、コンター図を生成する。例えば、データ加工部１０３は、入力部１０２から入力されるテーブルフロー値と湿潤密度と含水量に基づいて、湿潤密度と含水量とに応じたテーブルフロー値について二次元分布データを生成することで、コンター図を生成する。また、データ加工部１０３は、入力部１０２から入力されるミニスランプ値と湿潤密度と含水量に基づいて、湿潤密度と含水量とに応じたミニスランプ値について二次元分布データを生成することで、コンター図を生成してもよい。
【0022】
第１取得部１０４は、シールド掘削機ＳＥのチャンバー内における泥土の湿潤密度と含水量とを計測する計測器によって計測された、湿潤密度と含水量とを取得する。
第１取得部１０４は、シールド掘削機ＳＥが掘削を停止している期間においてＲＩ機器２１０によって順次計測されることに応じて計測結果を順次取得する。
第１取得部１０４は、シールド掘削機ＳＥが掘削を停止している期間においてＲＩ機器２１０によって順次計測されることに応じて計測結果を順次取得する。
【0023】
第２取得部１０５は、取得された湿潤密度と含水量の組み合わせに対応する流動特性を、記憶部１０１に記憶された評価データから取得する。
第２取得部１０５は、第１取得部１０４によって計測結果が得られると、得られた計測結果に応じた流動特性を得る。
第２取得部１０５は、第１取得部１０４によって計測結果が得られると、得られた計測結果に応じた流動特性を得る。
【0024】
出力部１０６は、第２取得部１０５によって取得された評価データを出力する。出力部１０６は、有線または無線によって外部機器に通信可能に接続することができ、接続された外部機器に対して評価データを出力するようにしてもよい。外部機器は、コンピュータ、スマートフォン等のいずれであってもよい。これらの外部機器は、シールド掘削機１０によって掘削が行われる施工現場において施工に携わる技術者、作業者等によって利用されてもよい。これにより技術者や作業者が、外部機器の表示画面に表示される評価データを確認することで、チャンバー１３内の泥土の性状を把握することができる。
また、出力部１０６は、評価データを出力するものであればよく、例えば、出力部１０６は、表示装置であり、評価データを表示装置の表示画面に表示することで出力してもよい。
また、出力部１０６は、評価データを出力するものであればよく、例えば、出力部１０６は、表示装置であり、評価データを表示装置の表示画面に表示することで出力してもよい。
【0025】
上述の評価装置１００は、１台のコンピュータによって構成されてもよいし、クラウドサーバによって構成されてもよい。
記憶部１０１は、記憶媒体、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ ｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、またはこれらの記憶媒体の任意の組み合わせによって構成される。
この記憶部１０１は、例えば、不揮発性メモリを用いることができる。
入力部１０２、データ加工部１０３、第１取得部１０４、第２取得部１０５、出力部１０６は、例えばＣＰＵ（中央処理装置）等の処理装置若しくは専用の電子回路で構成されてよい。
記憶部１０１は、記憶媒体、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）、フラッシュメモリ、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ ｒｅａｄ／ｗｒｉｔｅ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、またはこれらの記憶媒体の任意の組み合わせによって構成される。
この記憶部１０１は、例えば、不揮発性メモリを用いることができる。
入力部１０２、データ加工部１０３、第１取得部１０４、第２取得部１０５、出力部１０６は、例えばＣＰＵ（中央処理装置）等の処理装置若しくは専用の電子回路で構成されてよい。
【0026】
図４は、泥土評価システムＳの動作を説明するフローチャートである。
評価装置１００の入力部１０２は、対象試料の密度と含水量が事前に調整された後、当該対象試料を対象として測定されたテーブルフロー値の入力を受け付ける。対象試料は、チャンバー１３内から得られた泥土である。チャンバー１３内の泥土を得る場合、シールド掘削機１０のシールド停止中において、スクリューコンベア１６によって搬送された泥土を得るようにしてもよい。このようにして得られた泥土から複数の塊を取り出し、泥塊毎に異なる湿潤密度と含水量となるように調整する。そして、調整された泥塊毎に、テーブルフロー試験を実施し、テーブルフロー値を得る。このようなテーブルフロー値を得る実験は、チャンバー１３内から異なる種別の泥土が得られると、その種別ごとに行われる。
テーブルフロー値は、チャンバー１３内の泥土の流動特性を表す値として用いることができ、また、泥土の塑性流動特性に関わる主要な要求性能として用いることができる。そして、このようにして得られたテーブルフロー値と、当該テーブルフロー値が得られた泥塊の湿潤密度及び含水量とを、チャンバー内の泥土性状を評価するための値として用いることができる。ここで、泥土の塑性流動性を確保可能なテーブルフロー値の判断目安は、例えば、105mm～160mmである。
テーブルフロー試験は、対象試料（ここではチャンバー１３内から得られた泥土）にフローテーブル上で振動を与えることで行われる。ここでは、所定の回数の振動を与えた後の対象試料の広がりの最大径(mm)をテーブルフロー値として用いる。ここでは、泥塊の湿潤密度及び含水量の組み合わせによっては、同じ値または異なるテーブルフロー値が得られる。操作担当者は、このようにして得られた、湿潤密度と含水量とテーブルフロー値との組み合わせを複数、入力部１０２から、泥土の種別毎に入力する。
評価装置１００の入力部１０２は、対象試料の密度と含水量が事前に調整された後、当該対象試料を対象として測定されたテーブルフロー値の入力を受け付ける。対象試料は、チャンバー１３内から得られた泥土である。チャンバー１３内の泥土を得る場合、シールド掘削機１０のシールド停止中において、スクリューコンベア１６によって搬送された泥土を得るようにしてもよい。このようにして得られた泥土から複数の塊を取り出し、泥塊毎に異なる湿潤密度と含水量となるように調整する。そして、調整された泥塊毎に、テーブルフロー試験を実施し、テーブルフロー値を得る。このようなテーブルフロー値を得る実験は、チャンバー１３内から異なる種別の泥土が得られると、その種別ごとに行われる。
テーブルフロー値は、チャンバー１３内の泥土の流動特性を表す値として用いることができ、また、泥土の塑性流動特性に関わる主要な要求性能として用いることができる。そして、このようにして得られたテーブルフロー値と、当該テーブルフロー値が得られた泥塊の湿潤密度及び含水量とを、チャンバー内の泥土性状を評価するための値として用いることができる。ここで、泥土の塑性流動性を確保可能なテーブルフロー値の判断目安は、例えば、105mm～160mmである。
テーブルフロー試験は、対象試料（ここではチャンバー１３内から得られた泥土）にフローテーブル上で振動を与えることで行われる。ここでは、所定の回数の振動を与えた後の対象試料の広がりの最大径(mm)をテーブルフロー値として用いる。ここでは、泥塊の湿潤密度及び含水量の組み合わせによっては、同じ値または異なるテーブルフロー値が得られる。操作担当者は、このようにして得られた、湿潤密度と含水量とテーブルフロー値との組み合わせを複数、入力部１０２から、泥土の種別毎に入力する。
【0027】
入力部１０２から湿潤密度と含水量とテーブルフロー値との組み合わせが複数入力されると、データ加工部１０３は、湿潤密度と含水量とテーブルフロー値とに基づいて、湿潤密度と含水量とに応じたテーブルフロー値についての二次元分布データを、泥土の種別毎に生成し（ステップＳ１０２）、生成された二次元分布データを記憶部１０１に記憶させる（ステップＳ１０３）。データ加工部１０３は、このようにして生成された二次元分布データをもとに、出力部１０６によって表示画面にコンター図として表示するようにしてもよい。
【0028】
図５は、データ加工部１０３によって生成されたコンター図の一例を示す図である。
図５Ａは、テーブルフロー値に基づく計測対象試料（粘性土）の評価例を示すコンター図であり、図５Ｂは、テーブルフロー値に基づく計測対象試料（砂質土）の評価例を示すコンター図である。このように、泥土の種別が異なると、二次元分布データ（コンター図）も異なる。
図５Ａは、テーブルフロー値に基づく計測対象試料（粘性土）の評価例を示すコンター図であり、図５Ｂは、テーブルフロー値に基づく計測対象試料（砂質土）の評価例を示すコンター図である。このように、泥土の種別が異なると、二次元分布データ（コンター図）も異なる。
【0029】
ここでは、テーブルフロー値を用いて泥土の流動特性を評価する場合について説明したが、ミニスランプ値を用いて泥土の流動特性を評価するようにしてもよい。すなわち、チャンバー１３内のから得られた泥土について、ミニスランプ試験を行うことで、ミニスランプ値を測定するようにしてもよい。ミニスランプ値の測定は、ミニスランプコーンに対象試料を詰めた後、直ちにミニスランプコーンを静かに鉛直に連続して引き上げる。その後、対象試料の中央部において下がりを測定し、これをミニスランプ値とする。
また、ここでは、テーブルフロー値とミニスランプ値のいずれか一方の値を泥土の流動特性として評価するようにしてもよいし、テーブルフロー値とミニスランプ値との組合せで、泥土の流動特性を評価するようにしてもよい。
また、ここでは、テーブルフロー値とミニスランプ値のいずれか一方の値を泥土の流動特性として評価するようにしてもよいし、テーブルフロー値とミニスランプ値との組合せで、泥土の流動特性を評価するようにしてもよい。
【0030】
このようにしてチャンバー１３内の泥土について、流動特性を評価する値として、種別毎に記憶しておくことで、シールド掘削機ＳＥによって新たに切羽の掘削が行われ、同じ種別の泥土が得られた場合には、記憶部１０１に記憶された二次元分布データを参照することができる。
【0031】
【0032】
次に、シールド掘削機ＳＥが一定区間において切羽の掘削を行い、掘削を停止すると、第１取得部４０は、掘削が停止している期間において、ＲＩ機器２１０によって計測される計測結果を取得する（ステップＳ１０４）。ここでは、ＲＩ機器２１０は、一定の測定間隔毎に計測を行い、計測が行われる毎に、計測結果を順次出力する。これにより、ＲＩ機器２１０の計測結果がスケーラ２１を介して評価装置１００に出力される。第１取得部４０は、ＲＩ機器２１０によって計測が行われる毎に出力される測定結果を順次取得する。ＲＩ機器２１０からスケーラ２１を介して得られる計測結果は、チャンバー１３内に存在する泥土の湿潤密度と含水量である。
【0033】
ここで、図６は、計測対象試料の粒径加積曲線を示すグラフであり、横軸は粒径を表し、縦軸は通過率を表す。また、図６では、図５に示す２種類の試料（粘性土、砂質土）のそれぞれについて粒径加積曲線が示されている。
このような図６に示す計測対象試料に対し、放射線（ガンマ線および中性子線）計数率の計測を行い、放射線係数率比（放射線計数率／標準計数率）を求める。放射線計数率は、バックグラウンドを除いた値である。標準計数率は、放射線線源の基準値から測定日（半減期）を考慮した値である。
このような図６に示す計測対象試料に対し、放射線（ガンマ線および中性子線）計数率の計測を行い、放射線係数率比（放射線計数率／標準計数率）を求める。放射線計数率は、バックグラウンドを除いた値である。標準計数率は、放射線線源の基準値から測定日（半減期）を考慮した値である。
【0034】
図７Ａは、ガンマ線計数率比と湿潤密度の計測結果との関係を示すグラフであり、図７Ｂは、中性子線計数率比と含水量の計測結果との関係を示すグラフである。これらの図に示すように、測定の結果、ガンマ線計数率比と湿潤密度、また、中性子線計数率比と含水量との間に非常に高い相関を確認することができた。そのため、放射線計数率の測定結果から計測対象試料の湿潤密度および含水量を算定できることが分かった。このようにしてＲＩ機器２１０は、湿潤密度と含水量とを測定することができる。
【0035】
また、ＲＩ機器２１０は、ガイド管を挟んで反対側に存在するチャンバー１３内の泥土を放射線計測を行うことができる。ガイド管の厚さは、数ｍｍ程度である。そのため、数ｍｍ程度のガイド管越しの放射線計測をすることにより、密度・含水量の計測精度を保つことができる利点がある。
【0036】
次に、第２取得部１０５は、第１取得部１０４によって計測結果として湿潤密度と含水量とが得られると、得られた湿潤密度と含水量計の組み合わせに対応する流動特性を、記憶部１０１に記憶された評価データ（二次元分布データ）を読み出すことによって取得する（ステップＳ１０５）。例えば、第２取得部１０５は、湿潤密度と含水量計の組み合わせに対応するテーブルフロー値を読み出す。出力部１０６は、読み出されたテーブルフロー値を、表示画面に表示する。これにより、施工現場における技術者や作業者は、表示されたテーブルフロー値を確認することで、チャンバー１３内の泥土の性状を把握することができる。ここでは、事前に、計測対象試料の湿潤密度、含水量を調整し、テーブルフロー値を測り、性状評価用コンター図を作成し、記憶部１０１に記憶されている。そのため、シールド掘進停止中において、ＲＩ機器２１０によって湿潤密度及び含水量が順次測定されることで、測定された湿潤密度及び含水量に基づいて、チャンバー１３内の泥土の性状を連続的に計測・評価することが可能である（ステップＳ１０６）。
【0037】
以上説明した実施形態によれば、シールド掘削機ＳＥが掘進を停止している期間において、チャンバー１３内の泥土をサンプリングすることなく、チャンバー１３内の圧力下における泥土の性状を連続的に計測・評価することが可能となる。連続的に計測・評価することができるため、チャンバー１３内の泥土が、時間の経過に伴って性状が変化する場合であっても、その傾向を把握することが可能である。例えば、チャンバー１３内の泥土が、時間の経過に伴って分離し、沈降する状況が発生しつつあるか否かについても把握することが可能となる。
【0038】
また、上述した実施形態における、泥土性状の計測・評価方法によれば、数ｍｍ肉厚程度のガイド管越しに放射線計測を行うようにしたので、計測精度が低下してしまうことを抑制し、シールド掘進停止中にチャンバー内の圧力下における泥土の性状を連続的に計測・評価可能である。
【0039】
また、チャンバー内の圧力下における泥土の性状を力学的負荷として間接的に評価するための方法が提案されているが、（例えば、特許第６９０５３６４号、特許第６６７８４３８号）、チャンバー内の圧力下における泥土の湿潤密度や水分量など泥土の性状と直接関わっている物理的な指標を計測できるものではない。これに対し、本実施形態によれば、チャンバー１３内の圧力下にある状態の泥土について、湿潤密度や水分量など泥土の性状と直接関わっている物理的な指標を計測することができる。
【0040】
また、シールド掘削機のチャンバー内に充満された土砂の密度・水分特性を放射線（ガンマ線や中性子線）計測する装置（例えば特許第７０６６９０７号）があるが、土砂密度（例えば気泡混合量）を把握するものであり、土砂特性（流動特性）の評価方法にはなっていない。また、一般に４０～６０ｍｍ程度のチャンバー隔壁の肉厚より薄肉化されている２５ｍｍ肉厚程度の鋼板越しの放射線計測装置であるため、測定精度が低下してしまう。これに対し、本実施形態では、数ｍｍ程度のガイド管越しに放射線計測を行うことができるため、測定精度が低下してしまうことを抑制することができる。
【0041】
上述した実施形態における評価装置１００をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよく、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等のプログラマブルロジックデバイスを用いて実現されるものであってもよい。
【0042】
２０１５年９月の国連サミットにおいて採択された１７の国際目標として「持続可能な開発目標（Sustainable Development Goals：ＳＤＧｓ）」がある。本実施形態に係る泥土評価システムは、このＳＤＧｓの１７の目標のうち、例えば「９．産業と技術革新の基盤をつくろう」の目標などの達成に貢献し得る。
【0043】
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【符号の説明】
【0044】
１０…シールド掘削機、１１…スキンプレート、１２…隔壁、１３…チャンバー、１４…攪拌翼、１５…カッター装置、１６…スクリューコンベア、１７…コンベア、２０…計測部、２１…スケーラ、４０…第１取得部、１００…評価装置、１０１…記憶部、１０２…入力部、１０３…データ加工部、１０４…第１取得部、１０５…第２取得部、１０６…出力部、２０１…ケース部、２０２…封止部、２０３…治具、２０４…ガイド管、２０５…止水ゴム、２１０…ＲＩ機器、２１１…密度計・水分計線源部、２１２…密度計・水分計プローブ、２１３…延長ロード、２１５…ケーブル、Ｓ…泥土評価システム
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7A】
【図7B】