特許 7299866 テールブラシの診断方法

(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】

(24)【登録日】2023-06-20

(45)【発行日】2023-06-28

(54)【発明の名称】テールブラシの診断方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 11/00 20060101AFI20230621BHJP

   E21D 9/06 20060101ALI20230621BHJP

【ＦＩ】

E21D11/00 B

E21D9/06 301Z

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020170662

(22)【出願日】2020-10-08

(65)【公開番号】P2022062561

(43)【公開日】2022-04-20

【審査請求日】2022-10-28

(73)【特許権者】

【識別番号】516308364

【氏名又は名称】ＪＩＭテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】弁理士法人青海国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】山田 剛史

(72)【発明者】

【氏名】中野 聡

(72)【発明者】

【氏名】西渕 雅之

(72)【発明者】

【氏名】新木 健司

【審査官】荒井 良子

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１８０２２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－１４３６９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１４／００７９４８５（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ １１／００

Ｅ２１Ｄ ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

前端部にカッタヘッドが取り付けられている筒状の掘削機本体を備えるトンネル掘削機において、前記掘削機本体の後端部内周とセグメントの外周との間に設けられるテールブラシの診断方法であって、
前記セグメントの外周に作用する前記テールブラシの反発力と、前記テールブラシと前記セグメントとの間の摺動抵抗とを取得する取得ステップと、
前記取得ステップで取得された前記反発力および前記摺動抵抗に基づいて、前記テールブラシと前記セグメントとの間の摩擦係数を算出する算出ステップと、
前記算出ステップで算出された前記摩擦係数に基づいて、前記テールブラシの状態を診断する診断ステップと、
を含む、
テールブラシの診断方法。

【請求項2】

前記診断ステップでは、
前記摩擦係数が第１閾値以下である場合、前記テールブラシが、前記掘削機本体内への水、土砂または裏込材の侵入を防止可能な正常状態であると診断し、
前記摩擦係数が前記第１閾値より大きい場合、前記テールブラシが、前記正常状態ではない非正常状態であると診断する、
請求項１に記載のテールブラシの診断方法。

【請求項3】

前記診断ステップでは、前記摩擦係数が前記第１閾値より大きい場合のうち、前記摩擦係数が前記第１閾値よりも大きな第２閾値以下である場合、前記テールブラシのグリス量が不足している、または、前記テールブラシに異物が侵入していると診断する、
請求項２に記載のテールブラシの診断方法。

【請求項4】

前記診断ステップでは、
前記摩擦係数が前記第１閾値より大きい場合のうち、前記摩擦係数が前記第２閾値以下である場合、前記テールブラシへのグリスの供給量を増加させ、
前記テールブラシへのグリスの供給量を増加させたにもかかわらず、前記摩擦係数が低下しない場合、前記テールブラシに異物が侵入していると診断する、
請求項３に記載のテールブラシの診断方法。

【請求項5】

前記診断ステップでは、前記摩擦係数が前記第１閾値より大きい場合のうち、前記摩擦係数が前記第１閾値よりも大きな第２閾値より大きい場合、前記テールブラシに異物が固着していると診断する、
請求項２～４のいずれか一項に記載のテールブラシの診断方法。

【請求項6】

前記診断ステップでは、前記反発力、前記摺動抵抗または前記摩擦係数の少なくともいずれかに基づいて、前記テールブラシの毛量が基準毛量に対して低下しているか否かを診断する、
請求項１～５のいずれか一項に記載のテールブラシの診断方法。

【請求項7】

前記取得ステップでは、前記掘削機本体の後端部内周と前記セグメントの外周との間のテールクリアランスの大きさに基づいて、前記反発力を間接的に取得する、
請求項１～６のいずれか一項に記載のテールブラシの診断方法。

【請求項8】

前記取得ステップでは、前記掘削機本体の推力抵抗の総和から前記摺動抵抗以外の成分を差し引くことによって、前記摺動抵抗を間接的に取得する、
請求項１～７のいずれか一項に記載のテールブラシの診断方法。

【請求項9】

前記セグメントまたは前記トンネル掘削機には、前記反発力を検出する反発力検出部が設けられており、
前記取得ステップでは、前記反発力検出部の検出結果に基づいて、前記反発力を直接的に取得する、
請求項１～８のいずれか一項に記載のテールブラシの診断方法。

【請求項10】

前記セグメントまたは前記トンネル掘削機には、前記摺動抵抗を検出する摺動抵抗検出部が設けられており、
前記取得ステップでは、前記摺動抵抗検出部の検出結果に基づいて、前記摺動抵抗を直接的に取得する、
請求項１～９のいずれか一項に記載のテールブラシの診断方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、テールブラシの診断方法に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、トンネル掘削機は、カッタヘッドを回転させ、カッタヘッドの前面に装着された複数のカッタが前方の地盤に切羽を形成することにより、トンネルを掘削する。カッタヘッドは筒状の掘削機本体の前端部に取り付けられており、掘削機本体が前方に推進されることによって、トンネルが掘削される。掘削されたトンネルの内壁面は、環状に組み立てられるセグメントにより覆工される。掘削機本体内の後部では、掘削機本体の前進に伴って、既設のセグメントの前端にセグメントが継ぎ足される。

【0003】

ここで、掘削機本体の後端部内周とセグメントの外周との間には、テールブラシが設けられる。テールブラシは、掘削機本体の後端部内周に設けられており、セグメントの外周と摺接する。テールブラシは、掘削機本体内への水、土砂または裏込材等の侵入（以下、水等の侵入とも呼ぶ）を防止するために設けられている。しかしながら、例えば、テールブラシのテールグリス（以下、単にグリスと呼ぶ）の量であるグリス量の不足等に起因して、テールブラシの止水性能（つまり、掘削機本体内への水等の侵入を防止する性能）が低下してしまう場合がある。そこで、例えば、特許文献１に開示されているように、掘削機本体内への水等の侵入を検知する技術が提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２００８－２９７８２１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、特許文献１等に開示されている従来の技術は、テールブラシ自体の状態を診断するものではなかった。テールブラシの状態を診断することは、テールブラシの止水性能が低下する要因を判断し、その要因に応じた対策を行う上で重要である。ゆえに、テールブラシの状態を適切に診断することによって、安全なトンネル施工を実現することが期待される。

【0006】

そこで、本発明は、このような課題に鑑み、テールブラシの状態を適切に診断することが可能なテールブラシの診断方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のテールブラシの診断方法は、前端部にカッタヘッドが取り付けられている筒状の掘削機本体を備えるトンネル掘削機において、掘削機本体の後端部内周とセグメントの外周との間に設けられるテールブラシの診断方法であって、セグメントの外周に作用するテールブラシの反発力と、テールブラシとセグメントとの間の摺動抵抗とを取得する取得ステップと、取得ステップで取得された反発力および摺動抵抗に基づいて、テールブラシとセグメントとの間の摩擦係数を算出する算出ステップと、算出ステップで算出された摩擦係数に基づいて、テールブラシの状態を診断する診断ステップと、を含む。

【0008】

診断ステップでは、摩擦係数が第１閾値以下である場合、テールブラシが、掘削機本体内への水、土砂または裏込材の侵入を防止可能な正常状態であると診断し、摩擦係数が第１閾値より大きい場合、テールブラシが、正常状態ではない非正常状態であると診断してもよい。

【0009】

診断ステップでは、摩擦係数が第１閾値より大きい場合のうち、摩擦係数が第１閾値よりも大きな第２閾値以下である場合、テールブラシのグリス量が不足している、または、テールブラシに異物が侵入していると診断してもよい。

【0010】

診断ステップでは、摩擦係数が第１閾値より大きい場合のうち、摩擦係数が第２閾値以下である場合、テールブラシへのグリスの供給量を増加させ、テールブラシへのグリスの供給量を増加させたにもかかわらず、摩擦係数が低下しない場合、テールブラシに異物が侵入していると診断してもよい。

【0011】

診断ステップでは、摩擦係数が第１閾値より大きい場合のうち、摩擦係数が第１閾値よりも大きな第２閾値より大きい場合、テールブラシに異物が固着していると診断してもよい。

【0012】

診断ステップでは、反発力、摺動抵抗または摩擦係数の少なくともいずれかに基づいて、テールブラシの毛量が基準毛量に対して低下しているか否かを診断してもよい。

【0013】

取得ステップでは、掘削機本体の後端部内周とセグメントの外周との間のテールクリアランスの大きさに基づいて、反発力を間接的に取得してもよい。

【0014】

取得ステップでは、掘削機本体の推力抵抗の総和から摺動抵抗以外の成分を差し引くことによって、摺動抵抗を間接的に取得してもよい。

【0015】

セグメントまたはトンネル掘削機には、反発力を検出する反発力検出部が設けられており、取得ステップでは、反発力検出部の検出結果に基づいて、反発力を直接的に取得してもよい。

【0016】

セグメントまたはトンネル掘削機には、摺動抵抗を検出する摺動抵抗検出部が設けられており、取得ステップでは、摺動抵抗検出部の検出結果に基づいて、摺動抵抗を直接的に取得してもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、テールブラシの状態を適切に診断することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態に係るトンネル掘削機の全体構成を示す断面模式図である。

【図2】本発明の実施形態に係るトンネル掘削機におけるテールブラシとその周囲の構成を示す部分拡大図である。

【図3】本発明の実施形態に係るテールブラシの診断方法の処理フローの第１の例を示すフローチャートである。

【図4】本発明の実施形態に係るテールブラシの診断方法の処理フローの第２の例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】

【0019】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0020】

<トンネル掘削機の構成>
図１および図２を参照して、本発明の実施形態に係るトンネル掘削機１について説明する。

【0021】

まず、図１を参照して、トンネル掘削機１の全体構成について説明する。図１は、トンネル掘削機１の全体構成を示す断面模式図である。なお、図１中の矢印Ａ１は、トンネル掘削機１の進行方向を示す。以下、トンネル掘削機１の進行方向を前方向とも呼び、進行方向に対して逆方向を後方向とも呼ぶ。

【0022】

トンネル掘削機１は、地盤Ｇを掘削可能な土圧式（泥土圧式を含む。）のシールド掘削機である。図１に示すように、トンネル掘削機１は、掘削機本体１０を備える。掘削機本体１０は、筒状（例えば、円筒状または矩形筒状等）である。掘削機本体１０の軸方向は、トンネル掘削機１の進行方向と一致する。以下では、掘削機本体１０の軸方向を単に軸方向とも呼び、掘削機本体１０の径方向を単に径方向とも呼び、掘削機本体１０の周方向を単に周方向とも呼ぶ。

【0023】

掘削機本体１０の前端には、カッタヘッド１１が設けられる。カッタヘッド１１は、略円盤状の回転体である。カッタヘッド１１の中心部には、カッタ中心軸１２の前端が嵌入されており、カッタヘッド１１は、カッタ中心軸１２を中心に回転可能に軸支されている。

【0024】

カッタヘッド１１は、外周リング１１ａと、内周リング１１ｂと、カッタスポーク１１ｃと、フィッシュテールカッタ１１ｄと、カッタビット１１ｅなどを有する。このうち、外周リング１１ａは、カッタヘッド１１の外周部を形成しており、内周リング１１ｂは、外周リング１１ａよりも径方向内側に配置されている。また、複数のカッタスポーク１１ｃは、カッタヘッド１１の前面において、カッタ中心軸１２を中心として放射状に配置されている。カッタヘッド１１の前面の中心部には、フィッシュテールカッタ１１ｄが装着されている。さらに、カッタスポーク１１ｃの前面には、多数のカッタビット１１ｅが装着されている。なお、フィッシュテールカッタ１１ｄおよびカッタビット１１ｅは、着脱可能であってもよく、着脱可能でなくてもよい。

【0025】

そして、カッタヘッド１１には、上記外周リング１１ａ、内周リング１１ｂおよびカッタスポーク１１ｃの相互の間に、複数の開口部が形成されている。当該開口部は、カッタヘッド１１によって地盤Ｇ（切羽）を掘削した際に発生する掘削土砂を、掘削機本体１０内（後述するチャンバ１７内）に取り込むための掘削土砂取込口として機能する。

【0026】

掘削機本体１０におけるカッタヘッド１１よりも後方には、隔壁１３が配置されている。隔壁１３は、トンネル延伸方向に対して垂直に配置される板状（例えば、円板状）の壁体であり、隔壁１３の外周縁は掘削機本体１０の内周面に取り付けられる。カッタヘッド１１と隔壁１３は、軸方向（トンネル延伸方向）に所定間隔を空けて配置される。隔壁１３の後方側には、トンネル掘削機１の各種設備が配置されており、隔壁１３は、切羽で生じる掘削土砂から当該設備を隔離する。隔壁１３の下部には、掘削土砂を排出するための開口部である排出口１３ａが形成されている。

【0027】

隔壁１３の中心部には、カッタ中心軸１２が回転可能に支持されている。さらに、隔壁１３には、環状の回転リング１４が、カッタ中心軸１２を中心として回転可能に支持されている。回転リング１４の前部には、複数の連結ビーム１５が周方向に所定の間隔で設けられている。複数の連結ビーム１５は、カッタヘッド１１と回転リング１４を連結する。連結ビーム１５の前端は、カッタヘッド１１の内周リング１１ｂとカッタスポーク１１ｃとの接続部に連結されている。一方、回転リング１４の後部には、リングギヤ１４ａが設けられている。なお、リングギヤ１４ａは、外歯式であってもよく、内歯式であってもよい。さらに、隔壁１３の後方にはカッタ旋回用モータ１６が設けられている。このカッタ旋回用モータ１６の駆動ギヤ１６ａは、回転リング１４のリングギヤ１４ａと噛み合っている。

【0028】

カッタ旋回用モータ１６を駆動させることにより、その駆動ギヤ１６ａの回転がリングギヤ１４ａから回転リング１４および連結ビーム１５に伝達される。これにより、カッタヘッド１１を、カッタ中心軸１２を中心として回転させることができる。この結果、回転するカッタヘッド１１の前面を地盤Ｇ（切羽）に押し付けて、地盤Ｇを掘削することができる。

【0029】

カッタヘッド１１と隔壁１３との間には、チャンバ１７が画成されている。チャンバ１７は、カッタヘッド１１の後面と、隔壁１３の前面と、掘削機本体１０の内周面とにより区画された空間（例えば、略円柱状の空間）である。カッタヘッド１１による地盤Ｇの掘削に伴って発生する掘削土砂は、カッタヘッド１１に貫通形成された上記開口部（掘削土砂取込口）を通じて、チャンバ１７内に取り込まれる。チャンバ１７は、掘削土砂を一時的に蓄えるための空間（室）として機能する。チャンバ１７内に取り込まれた掘削土砂は、隔壁１３の下部にある排出口１３ａを通じて、チャンバ１７からスクリューコンベヤ１８内に排出される。

【0030】

スクリューコンベヤ１８は、掘削機本体１０内における隔壁１３の後方側に設けられる。スクリューコンベヤ１８は、掘削機本体１０内において、後方側に向かうにつれて上方に傾斜して配置される。スクリューコンベヤ１８の前端の開口部は、隔壁１３の排出口１３ａに接続されている。これにより、スクリューコンベヤ１８の内部空間は、隔壁１３の排出口１３ａを通じてチャンバ１７と連通する。スクリューコンベヤ１８内には、螺旋状の羽根を備えたスクリュー状の回転体であるスクリュー羽根１８ａが設けられている。スクリュー羽根１８ａを回転駆動させることで、チャンバ１７内に蓄えられた掘削土砂をスクリューコンベヤ１８内に取り込んで、掘削機本体１０の後方に向けて運搬し、排出することができる。

【0031】

また、掘削機本体１０の隔壁１３よりも後方側には、エレクタ装置（図示省略）が設けられる。エレクタ装置は、掘削機本体１０の軸方向、径方向および周方向（すなわち、トンネル延伸方向、トンネル径方向およびトンネル周方向）に移動可能に設けられる。エレクタ装置は、覆工部材であるセグメントＳを把持可能であり、把持したセグメントＳをトンネルＴの内壁面（坑壁）に沿って組み立てる。

【0032】

セグメントＳは、掘削されたトンネルＴの内壁面に沿った湾曲形状を有する環片である。上記エレクタ装置を駆動させることにより、複数のセグメントＳを周方向に沿って環状に組み立てることができる。これにより、トンネルＴの内壁面が複数のセグメントＳにより覆工され、内壁面の崩落を防止できる。

【0033】

掘削機本体１０内には、複数のシールドジャッキ１９が、周方向に相互に間隔を空けて設けられている。各シールドジャッキ１９は、掘削機本体１０の内周面に沿って、トンネル延伸方向に延びるように設けられる。シールドジャッキ１９は、例えば、油圧ジャッキであるが、トンネル掘削機１の推力を発生可能であれば、他の種類のジャッキ、アクチュエータ等であってもよい。シールドジャッキ１９の後端には、伸縮可能な駆動ロッド１９ａが設けられている。駆動ロッド１９ａの先端は、既設のセグメントＳの前端面と対向している。シールドジャッキ１９の駆動ロッド１９ａを、後方に向けて伸長し、セグメントＳを押圧することにより、掘削機本体１０に推進反力（つまり、推力）を付与することができる。すなわち、シールドジャッキ１９がセグメントＳを押圧したときに発生する推力によって、掘削機本体１０は前進可能である。

【0034】

なお、図１に示すトンネル掘削機１は、シールドジャッキ１９の前端部から掘削機本体１０に推力が伝達されるタイプのトンネル掘削機であるが、本発明に係るトンネル掘削機は、この例に限定されない。例えば、本発明に係るトンネル掘削機は、シールドジャッキ１９の後側の部分から掘削機本体１０に推力が伝達されるタイプのトンネル掘削機であってもよい。なお、本発明に係るトンネル掘削機は、中折れ機能を有し、かつ、前胴が押されて推進するタイプのトンネル掘削機であってもよく、中折れ機能を有し、かつ、後胴が押されて推進するタイプのトンネル掘削機であってもよい。また、本発明に係るトンネル掘削機は、カッタヘッド１１の駆動方式が図１の中間支持方式以外の方式（例えば、センターシャフト方式、中央軸支持方式または外周支持方式等）であるトンネル掘削機であってもよい。

【0035】

掘削機本体１０内の後部では、掘削機本体１０の前進に伴って、既設のセグメントＳの前端に新たなセグメントＳが継ぎ足される。これにより、掘削機本体１０の後端部に対して径方向内側にセグメントＳが配置されている状態が維持される。掘削機本体１０の後端部内周とセグメントＳの外周との間には、テールブラシ２０が設けられる。テールブラシ２０は、掘削機本体１０の後端部内周に取り付けられており、セグメントＳの外周と摺接する。テールブラシ２０は、掘削機本体１０内への水等の侵入（具体的には、水、土砂または裏込材等の侵入）を防止するために設けられている。

【0036】

図２は、トンネル掘削機１におけるテールブラシ２０とその周囲の構成を示す部分拡大図である。図２に示すように、掘削機本体１０には、テールブラシ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの３列のテールブラシ２０が設けられている。ただし、掘削機本体１０に設けられるテールブラシ２０の数は、３列以外であってもよい。テールブラシ２０は、掘削機本体１０の周方向に沿って環状に配置されたワイヤブラシ（つまり、金属製の多数のワイヤ線を束ねたブラシ）、および、ワイヤブラシに対して径方向内向きの付勢力を付与するばね鋼等を含む。ワイヤブラシの自然状態では、ワイヤブラシの先端がセグメントＳの外周よりも径方向内側に位置する状態となる。ゆえに、ワイヤブラシは、セグメントＳの外周によって押し広げられ、セグメントＳの外周に密着してワイヤブラシ自身の復元力によって押し付けられる。テールブラシ２０の基部は、溶接またはボルト締結等によって掘削機本体１０の内周に固定されており、テールブラシ２０の先端部（具体的には、ワイヤブラシの先端部）は、テールブラシ２０自身の復元力によってセグメントＳの外周に押し付けられる。それにより、後述する反発力Ｎ(押付力)が発生する。テールブラシ２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃは、掘削機本体１０の軸方向に間隔を空けて、前方からこの順に設けられている。

【0037】

掘削機本体１０の後方では、トンネルＴの内壁面とセグメントＳの外周が対向している。トンネルＴの内壁面とセグメントＳの外周との隙間２１には、モルタル等の裏込材２２が充填される。これにより、セグメントＳがトンネルＴに固定される。ここで、掘削機本体１０の後端部内周とセグメントＳの外周との間には、環状の隙間であるテールクリアランスＣが存在する。ゆえに、掘削機本体１０の外部に存在する水等が、隙間２１およびテールクリアランスＣを通って、掘削機本体１０内へ侵入するおそれがある。このような掘削機本体１０内への水等の侵入を、テールブラシ２０によって防止することができる。

【0038】

掘削機本体１０の壁部内には、グリス供給路２３Ａ、２３Ｂが形成されている。グリス供給路２３Ａ、２３Ｂは、グリス供給ポンプ（図示省略）と接続されている。グリス供給ポンプから送出されるグリスは、グリス供給路２３Ａ、２３Ｂを流通する。グリス供給路２３Ａ、２３Ｂは、掘削機本体１０の内周に形成される開口である吐出口２４、２５とそれぞれ接続されている。吐出口２４は、テールブラシ２０Ａとテールブラシ２０Ｂとの間に画成される空間２６と連通している。吐出口２４から吐出されるグリスは、空間２６に供給される。吐出口２５は、テールブラシ２０Ｂとテールブラシ２０Ｃとの間に画成される空間２７と連通している。吐出口２５から吐出されるグリスは、空間２７に供給される。吐出口２４から吐出されるグリスの量と、吐出口２５から吐出されるグリスの量とは、個別に調整可能となっていてもよい。吐出口２４、２５からグリスを吐出させ、テールブラシ２０にグリスを供給することによって、テールブラシ２０内およびテールブラシ２０間の空間にグリスが充填され、テールブラシ２０の止水性能を向上させることができる。また、グリスは、テールブラシ２０とセグメントＳとの間の摩擦低減の役割も果たしている。

【0039】

セグメントＳの外周には、力センサ２８が設けられている。力センサ２８は、セグメントＳの外周に作用するテールブラシ２０の反発力Ｎを検出する反発力検出部としての機能を有する。反発力Ｎは、テールブラシ２０がセグメントＳの外周に径方向に押し付けられることにより生じる径方向の力である。具体的には、力センサ２８により検出される反発力Ｎは、図２に示すように、セグメントＳの外周に作用する径方向内側を向く力である。なお、テールブラシ２０には、セグメントＳの外周に作用する径方向内側を向く力の反力（つまり、径方向外側を向く力）が作用する。詳細には、反発力Ｎは、テールクリアランスＣの大きさに応じて変化する成分と、テールブラシ２０の前後での差圧に応じて変化する成分とを含む。力センサ２８は、例えば、径方向に歪み変形し、径方向の歪み量を電気抵抗の変化として検出することによって、テールブラシ２０の反発力Ｎを検出する。

【0040】

さらに、力センサ２８は、テールブラシ２０とセグメントＳとの間の摺動抵抗Ｆを検出する摺動抵抗検出部としての機能を有する。摺動抵抗Ｆは、掘削機本体１０の前進に伴って生じる軸方向の力である。具体的には、力センサ２８により検出される摺動抵抗Ｆは、図２に示すように、セグメントＳの外周に作用する軸方向前側を向く力である。なお、テールブラシ２０には、セグメントＳの外周に作用する軸方向前側を向く力の反力（つまり、軸方向後側を向く力）が作用する。力センサ２８は、例えば、軸方向に歪み変形し、軸方向の歪み量を電気抵抗の変化として検出することによって、摺動抵抗Ｆを検出する。

【0041】

上記のように、図２に示す例では、反発力検出部としての機能、および、摺動抵抗検出部としての機能の双方が１つのセンサである力センサ２８によって実現される。ただし、反発力検出部としての機能を有するセンサ（例えば、土圧計）と、摺動抵抗検出部としての機能を有するセンサ（例えば、摺動抵抗センサ）とが、別々に設けられてもよい。なお、図２に示す例では、反発力検出部および摺動抵抗検出部（つまり、力センサ２８）がセグメントＳに設けられているが、反発力検出部および摺動抵抗検出部は、トンネル掘削機１（例えば、掘削機本体１０の後端部内周）に設けられてもよい。この場合、詳細には、反発力検出部および摺動抵抗検出部は、テールブラシ２０の先端部のうちのセグメントＳの外周に押し付けられる部分の近傍（例えば、テールブラシ２０の内部）に設けられ得る。

【0042】

掘削機本体１０には、テールクリアランスセンサ２９が設けられている。テールクリアランスセンサ２９は、掘削機本体１０の後端部内周とセグメントＳの外周との間のテールクリアランスＣの大きさを検出する。テールクリアランスセンサ２９は、例えば、超音波または光等をセグメントＳの外周に照射し、その反射波を受信することによって、テールクリアランスＣの大きさを検出する。なお、テールクリアランスセンサ２９は、上記の例に限定されず、例えば、セグメントＳの前方からテールクリアランスＣの大きさを検出するセンサであってもよく、測定子をセグメントＳに接触させて測定子の移動量に基づいてテールクリアランスＣの大きさを検出するセンサであってもよい。なお、作業者がメジャー等を用いてテールクリアランスＣの大きさを実測してもよい。

【0043】

上記で説明したように、トンネル掘削機１には、掘削機本体１０内への水等の侵入を防止するために、テールブラシ２０が設けられている。しかしながら、例えば、テールブラシ２０のグリス量（つまり、テールブラシ２０に供給されるグリスの量）の不足等に起因して、テールブラシの止水性能が低下してしまう場合がある。ここで、本件発明者は、テールブラシ２０の摩擦係数μとテールブラシ２０の状態との間に密接な関係があると考えられる点に着目し、テールブラシ２０の状態を適切に診断することができる診断方法を見出した。

【0044】

<テールブラシの診断方法>
図３および図４を参照して、本発明の実施形態に係るテールブラシ２０の診断方法の処理の流れについて説明する。

【0045】

本実施形態に係るテールブラシ２０の診断方法は、取得ステップと、算出ステップと、診断ステップとを含む。取得ステップでは、セグメントＳの外周に作用するテールブラシ２０の反発力Ｎと、テールブラシ２０とセグメントＳとの間の摺動抵抗Ｆとが取得される。算出ステップでは、取得ステップで取得された反発力Ｎおよび摺動抵抗Ｆに基づいて、テールブラシ２０とセグメントＳとの間の摩擦係数μが算出される。診断ステップでは、算出ステップで算出された摩擦係数μに基づいて、テールブラシ２０の状態が診断される。

【0046】

以下、テールブラシ２０の診断方法の処理の流れの例として、反発力Ｎおよび摺動抵抗Ｆがセンサ（具体的には、力センサ２８）を用いて直接的に取得される第１の例と、反発力Ｎおよび摺動抵抗Ｆが間接的に取得される第２の例とをこの順に説明する。なお、以下では、直接的に取得される反発力Ｎと間接的に取得される反発力Ｎとを区別するために、間接的に取得される反発力Ｎを特に反発力Ｎ’とも呼ぶ。

【0047】

図３は、テールブラシ２０の診断方法の処理フローの第１の例を示すフローチャートである。図３に示す処理フローは、例えば、予め設定された時間間隔で繰り返し行われる。なお、以下では、図３に示す処理フローの各処理がトンネル掘削機１の作業者によって行われる例を説明するが、図３に示す処理フローの処理の一部または全部が演算処理装置であるＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）によって行われてもよい。なお、ＣＰＵは、ＣＰＵが使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する記憶素子であるＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、および、ＣＰＵの実行において適宜変化するパラメータ等を一時記憶する記憶素子であるＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等を含む。

【0048】

図３に示す処理フローのうち、ステップＳ１０１が取得ステップに相当する。図３に示す処理フローのうち、ステップＳ１０２が算出ステップに相当する。図３に示す処理フローのうち、ステップＳ１０３～Ｓ１１７が診断ステップに相当する。

【0049】

図３に示す処理フローが開始されると、ステップＳ１０１において、作業者は、力センサ２８の検出結果に基づいて、テールブラシ２０の反発力Ｎ、および、テールブラシ２０とセグメントＳとの間の摺動抵抗Ｆを直接的に取得する。

【0050】

次に、ステップＳ１０２において、作業者は、反発力Ｎおよび摺動抵抗Ｆに基づいて、テールブラシ２０とセグメントＳとの間の摩擦係数μを算出する。具体的には、作業者は、摺動抵抗Ｆを反発力Ｎで除算して得られる値を摩擦係数μとして算出する（μ＝Ｆ／Ｎ）。

【0051】

次に、ステップＳ１０３において、作業者は、摩擦係数μが第１閾値以下であるか否かを判定する。

【0052】

第１閾値は、テールブラシ２０が正常状態（つまり、掘削機本体１０内への水等の侵入を防止可能な状態）となっている程度に摩擦係数μが小さいか否かを適切に判断し得る値に設定される。なお、第１閾値は、テールブラシ２０の仕様（例えば、材質、寸法、形状）、または、セグメントＳの材質等に応じて適宜変更され得る。

【0053】

ステップＳ１０３でＹＥＳと判定された場合（つまり、摩擦係数μが第１閾値以下であると判定された場合）、基本的には、テールブラシ２０が正常状態であると診断することができる。ただし、後述するように、テールブラシ２０が消耗している状態（つまり、テールブラシ２０の毛量が基準毛量に対して低下している状態）となっている場合があり得る。ゆえに、ステップＳ１０３でＹＥＳと判定された場合、ステップＳ１０４に進み、作業者は、テールブラシ２０が正常状態である、または、テールブラシ２０が消耗している状態であると診断する。

【0054】

なお、ステップＳ１０３でＮＯと判定された場合（つまり、摩擦係数μが第１閾値より大きいと判定された場合）には、後述するように、テールブラシ２０が非正常状態であると診断される。例えば、ステップＳ１０９のように、テールブラシ２０に異物が固着していると診断され、あるいは、ステップＳ１１０のように、テールブラシ２０のグリス量が不足している、または、テールブラシ２０に異物が侵入していると診断される。

【0055】

ステップＳ１０４の次に、ステップＳ１０５において、作業者は、反発力Ｎが基準反発力より小さいか否かを判定する。

【0056】

ここで、本件発明者は、反発力Ｎとテールブラシ２０の毛量との間に密接な関係があると考えられる点に着目し、テールブラシ２０の毛量を適切に診断することができる方法を見出した。テールブラシ２０の毛量が低下するにつれて、テールブラシ２０の止水性能が低下しやすくなる。テールブラシ２０の毛量が基準毛量に対して低下している場合、テールブラシ２０の止水性能をより確実に確保するために、テールブラシ２０の交換を検討する必要性が高くなる。基準毛量は、例えば、テールブラシ２０の初期毛量でもよく、初期毛量より少なくてもよい。基準反発力は、テールブラシ２０の毛量が基準毛量に対して低下している程度に反発力Ｎが小さいか否かを適切に判断し得る値に設定される。なお、基準反発力は、テールブラシ２０の仕様（例えば、材質、寸法、形状）等に応じて適宜変更され得る。

【0057】

ステップＳ１０５でＮＯと判定された場合（つまり、反発力Ｎが基準反発力以上であると判定された場合）、ステップＳ１０６に進み、作業者は、テールブラシ２０の毛量が適量である（つまり、基準毛量以上である）と診断し、図３に示す処理フローを終了する。この場合、作業者は、テールブラシ２０の交換が不要であると判断することができる。

【0058】

一方、ステップＳ１０５でＹＥＳと判定された場合（つまり、反発力Ｎが基準反発力より小さいと判定された場合）、ステップＳ１０７に進み、作業者は、テールブラシ２０の毛量が基準毛量に対して低下していると診断し、図３に示す処理フローを終了する。この場合、作業者は、テールブラシ２０の交換を検討する必要性が高いと判断することができる。

【0059】

ステップＳ１０３でＮＯと判定された場合（つまり、摩擦係数μが第１閾値より大きいと判定された場合）、ステップＳ１０８に進み、作業者は、摩擦係数μが第２閾値以下であるか否かを判定する。第２閾値は、第１閾値よりも大きい。

【0060】

第２閾値は、テールブラシ２０に異物が固着している程度に摩擦係数μが大きいか否かを適切に判断し得る値に設定される。異物としては、例えば、コンクリート剥離片、水、土砂または裏込材２２等が挙げられる。なお、第２閾値は、テールブラシ２０の仕様（例えば、材質、寸法、形状）、または、セグメントＳの材質等に応じて適宜変更され得る。

【0061】

ステップＳ１０８でＮＯと判定された場合（つまり、摩擦係数μが第２閾値より大きいと判定された場合）、ステップＳ１０９に進み、作業者は、テールブラシ２０に異物が固着していると診断し、図３に示す処理フローを終了する。テールブラシ２０に異物が固着している場合、テールブラシ２０の止水性能が著しく低下している。ゆえに、作業者は、テールブラシ２０を交換する必要性が特に高い、または、テールブラシ２０の交換を検討する必要性が特に高いと判断することができる。

【0062】

一方、ステップＳ１０８でＹＥＳと判定された場合（つまり、摩擦係数μが第２閾値以下であると判定された場合）、ステップＳ１１０に進み、作業者は、テールブラシ２０のグリス量が不足している、または、テールブラシ２０に異物が侵入していると診断する。

【0063】

次に、ステップＳ１１１において、作業者は、テールブラシ２０へのグリスの供給量を増加させる。具体的には、作業者は、グリス供給ポンプから送出されるグリスの量を増加させ、図２に示した吐出口２４、２５から空間２６、２７に吐出されるグリスの量を増加させる。

【0064】

次に、ステップＳ１１２において、作業者は、摩擦係数μを再計算する。具体的には、作業者は、ステップＳ１０１、Ｓ１０２の処理を行うことによって、摩擦係数μを再計算する。

【0065】

次に、ステップＳ１１３において、作業者は、摩擦係数μが低下しているか否かを判定する。具体的には、作業者は、ステップＳ１１２で再計算された摩擦係数μが、グリスの供給量の増加（ステップＳ１１１）の前に計算された摩擦係数μよりも低下しているか否かを判定する。

【0066】

ステップＳ１１３でＹＥＳと判定された場合（つまり、摩擦係数μが低下していると判定された場合）、ステップＳ１０３に戻る。この場合、作業者は、直前のステップＳ１０３でＮＯと判定された要因が、テールブラシ２０のグリス量が不足していたことであると判断できる。ゆえに、テールブラシ２０へのグリスの供給量を増加させたことによってテールブラシ２０が正常状態となり、次のステップＳ１０３でＹＥＳと判定される可能性がある。

【0067】

一方、ステップＳ１１３でＮＯと判定された場合（つまり、摩擦係数μが低下していないと判定された場合）、ステップＳ１１４に進み、作業者は、テールブラシ２０に異物が侵入していると診断する。

【0068】

次に、ステップＳ１１５において、作業者は、反発力Ｎが基準反発力より小さいか否かを判定する。ステップＳ１１５は、ステップＳ１０５の処理と同様である。

【0069】

ステップＳ１１５でＮＯと判定された場合（つまり、反発力Ｎが基準反発力以上であると判定された場合）、ステップＳ１１６に進み、作業者は、テールブラシ２０の毛量が適量であると診断し、図３に示す処理フローを終了する。この場合、テールブラシ２０の毛量は適量であるものの、テールブラシ２０に異物が侵入していると診断されている。ゆえに、作業者は、テールブラシ２０を交換する必要性が高い、または、テールブラシ２０の交換を検討する必要性が高いと判断することができる。

【0070】

一方、ステップＳ１１５でＹＥＳと判定された場合（つまり、反発力Ｎが基準反発力より小さいと判定された場合）、ステップＳ１１７に進み、作業者は、テールブラシ２０の毛量が基準毛量に対して低下していると診断し、図３に示す処理フローを終了する。この場合、テールブラシ２０に異物が侵入していると診断され、さらに、テールブラシ２０の毛量が基準毛量に対して低下していると診断されている。ゆえに、作業者は、テールブラシ２０を交換する必要性、または、テールブラシ２０の交換を検討する必要性が、テールブラシ２０の毛量が適量である場合（ステップＳ１１６）よりもさらに高いと判断することができる。

【0071】

図４は、テールブラシ２０の診断方法の処理フローの第２の例を示すフローチャートである。図４に示す処理フローは、例えば、予め設定された時間間隔で繰り返し行われる。なお、以下では、図４に示す処理フローの各処理がトンネル掘削機１の作業者によって行われる例を説明するが、図４に示す処理フローの処理の一部または全部が演算処理装置であるＣＰＵによって行われてもよい。

【0072】

図４に示す処理フローのうち、ステップＳ２０１、Ｓ２０２が取得ステップに相当する。図４に示す処理フローのうち、ステップＳ２０３が算出ステップに相当する。図４に示す処理フローのうち、ステップＳ２０４～Ｓ２１５が診断ステップに相当する。

【0073】

図４に示す処理フローが開始されると、ステップＳ２０１において、作業者は、テールクリアランスＣの大きさに基づいて、テールブラシ２０の反発力Ｎ’を間接的に取得する。なお、テールクリアランスＣの大きさは、テールクリアランスセンサ２９を用いて取得され得る。作業者は、例えば、テールクリアランスＣの大きさが小さいほど、テールブラシ２０の反発力Ｎ’として大きな値を取得する。このように間接的に取得される反発力Ｎ’は、テールブラシ２０が正常状態である場合に想定される反発力Ｎ’であり、図３に示す処理フローで直接的に取得される反発力Ｎとは異なり得る。

【0074】

なお、反発力Ｎ’は、上述したように、テールクリアランスＣの大きさに応じて変化する成分と、テールブラシ２０の前後での差圧に応じて変化する成分とを含む。ゆえに、作業者は、テールブラシ２０の前後での差圧を加味することによって、反発力Ｎ’をより精度良く取得することができる。

【0075】

次に、ステップＳ２０２において、作業者は、掘削機本体１０の推力抵抗の総和から摺動抵抗Ｆ以外の成分を差し引くことによって、テールブラシ２０とセグメントＳとの間の摺動抵抗Ｆを間接的に取得する。例えば、掘削機本体１０の推力抵抗の総和Ｆｎは、以下の式（１）により表される。なお、推力抵抗の総和Ｆｎは、掘削機本体１０を前進させる装置(例えば、シールドジャッキ１９等)の出力を示す情報を用いて取得され得る。以下の式（１）は、土木学会著、「トンネル標準示方書「共通編」・同解説/「シールド工法編」・同解説 2016年制定」、１６７頁の記載に基づく式である。

【0076】

Ｆｎ＝Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４＋Ｆ５・・・（１）

【0077】

式（１）において、Ｆ１は、掘削機本体１０の外周面と土（地盤Ｇの土）との摩擦抵抗あるいは粘着抵抗を示す。Ｆ２は、切羽前面抵抗を示す。Ｆ３は、曲線施工等の変向荷重による推進抵抗を示す。Ｆ４は、テールブラシ２０とセグメントＳとの間の摺動抵抗Ｆを示す。Ｆ５は、後続台車の牽引抵抗を示す。

【0078】

作業者は、例えば、式（１）を利用し、テールブラシ２０とセグメントＳとの間の摺動抵抗Ｆ以外の成分であるＦ１、Ｆ２、Ｆ３およびＦ５をＦｎから差し引くことによって得られる値を摺動抵抗Ｆとして取得する。なお、Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３およびＦ５は、周知の理論式を用いた算出、または、センサ等による実測によって、取得され得る。

【0079】

次に、ステップＳ２０３において、作業者は、反発力Ｎ’および摺動抵抗Ｆに基づいて、テールブラシ２０とセグメントＳとの間の摩擦係数μを算出する。具体的には、作業者は、摺動抵抗Ｆを反発力Ｎ’で除算して得られる値を摩擦係数μとして算出する（μ＝Ｆ／Ｎ’）。

【0080】

次に、ステップＳ２０４において、作業者は、摩擦係数μが第１閾値以下であるか否かを判定する。なお、ステップＳ２０４の第１閾値と、図３中のステップＳ１０３の第１閾値とは、一致していてもよく、異なっていてもよい。

【0081】

ステップＳ２０４でＹＥＳと判定された場合（つまり、摩擦係数μが第１閾値以下であると判定された場合）、基本的には、テールブラシ２０が正常状態であると診断することができる。ただし、後述するように、テールブラシ２０が消耗している状態（つまり、テールブラシ２０の毛量が基準毛量に対して低下している状態）となっている場合があり得る。ゆえに、ステップＳ２０４でＹＥＳと判定された場合、ステップＳ２０５に進み、作業者は、テールブラシ２０が正常状態である、または、テールブラシ２０が消耗している状態であると診断する。

【0082】

なお、ステップＳ２０４でＮＯと判定された場合（つまり、摩擦係数μが第１閾値より大きいと判定された場合）には、後述するように、テールブラシ２０が非正常状態であると診断される。例えば、ステップＳ２１０のように、テールブラシ２０に異物が固着していると診断され、あるいは、ステップＳ２１１のように、テールブラシ２０のグリス量が不足している、または、テールブラシ２０に異物が侵入していると診断される。

【0083】

ステップＳ２０５の次に、ステップＳ２０６において、作業者は、摩擦係数μが第３閾値より小さいか否かを判定する。第３閾値は、第１閾値よりも小さい。

【0084】

作業者は、図４に示す第２の例において、摩擦係数μが第１閾値以下である場合のうち、摩擦係数μが過度に小さい場合、テールブラシ２０の毛量が基準毛量に対して低下しており、それ以外の場合、テールブラシ２０の毛量が適量（つまり、基準毛量以上である）であると診断する。基準毛量は、図３中のステップＳ１０５と同様に、例えば、テールブラシ２０の初期毛量でもよく、初期毛量より少なくてもよい。第３閾値は、テールブラシ２０の毛量が基準毛量に対して低下している程度に摩擦係数μが小さいか否かを適切に判断し得る値に設定される。なお、第３閾値は、テールブラシ２０の仕様（例えば、材質、寸法、形状）等に応じて適宜変更され得る。

【0085】

ステップＳ２０６でＮＯと判定された場合（つまり、摩擦係数μが第３閾値以上であると判定された場合）、ステップＳ２０７に進み、作業者は、テールブラシ２０の毛量が適量であると診断し、図４に示す処理フローを終了する。この場合、作業者は、テールブラシ２０の交換が不要であると判断することができる。

【0086】

一方、ステップＳ２０６でＹＥＳと判定された場合（つまり、摩擦係数μが第３閾値より小さいと判定された場合）、ステップＳ２０８に進み、作業者は、テールブラシ２０の毛量が基準毛量に対して低下していると診断し、図４に示す処理フローを終了する。この場合、作業者は、テールブラシ２０の交換を検討する必要性が高いと判断することができる。

【0087】

ステップＳ２０４でＮＯと判定された場合（つまり、摩擦係数μが第１閾値より大きいと判定された場合）、ステップＳ２０９に進み、作業者は、摩擦係数μが第２閾値以下であるか否かを判定する。第２閾値は、第１閾値よりも大きい。なお、ステップＳ２０９の第２閾値と、図３中のステップＳ１０８の第２閾値とは、一致していてもよく、異なっていてもよい。

【0088】

ステップＳ２０９でＮＯと判定された場合（つまり、摩擦係数μが第２閾値より大きいと判定された場合）、ステップＳ２１０に進み、作業者は、テールブラシ２０に異物が固着していると診断し、図４に示す処理フローを終了する。テールブラシ２０に異物が固着している場合、テールブラシ２０の止水性能が著しく低下している。ゆえに、作業者は、テールブラシ２０を交換する必要性が特に高い、または、テールブラシ２０の交換を検討する必要性が特に高いと判断することができる。

【0089】

一方、ステップＳ２０９でＹＥＳと判定された場合（つまり、摩擦係数μが第２閾値以下であると判定された場合）、ステップＳ２１１に進み、作業者は、テールブラシ２０のグリス量が不足している、または、テールブラシ２０に異物が侵入していると診断する。

【0090】

次に、ステップＳ２１２において、作業者は、テールブラシ２０へのグリスの供給量を増加させる。具体的には、作業者は、グリス供給ポンプから送出されるグリスの量を増加させ、図２に示した吐出口２４、２５から空間２６、２７に吐出されるグリスの量を増加させる。

【0091】

次に、ステップＳ２１３において、作業者は、摩擦係数μを再計算する。具体的には、作業者は、ステップＳ２０１～Ｓ２０３の処理を行うことによって、摩擦係数μを再計算する。

【0092】

次に、ステップＳ２１４において、作業者は、摩擦係数μが低下しているか否かを判定する。具体的には、作業者は、ステップＳ２１３で再計算された摩擦係数μが、グリスの供給量の増加（ステップＳ２１２）の前に計算された摩擦係数μよりも低下しているか否かを判定する。

【0093】

ステップＳ２１４でＹＥＳと判定された場合（つまり、摩擦係数μが低下していると判定された場合）、ステップＳ２０４に戻る。この場合、作業者は、直前のステップＳ２０４でＮＯと判定された要因が、テールブラシ２０のグリス量が不足していたことであると判断できる。ゆえに、テールブラシ２０へのグリスの供給量を増加させたことによってテールブラシ２０が正常状態となり、次のステップＳ２０４でＹＥＳと判定される可能性がある。

【0094】

一方、ステップＳ２１４でＮＯと判定された場合（つまり、摩擦係数μが低下していないと判定された場合）、ステップＳ２１５に進み、作業者は、テールブラシ２０に異物が侵入していると診断し、図４に示す処理フローを終了する。この場合、作業者は、テールブラシ２０を交換する必要性が高い、または、テールブラシ２０の交換を検討する必要性が高いと判断することができる。

【0095】

上記では、図３を参照してテールブラシ２０の診断方法の処理フローの第１の例を説明し、図４を参照してテールブラシ２０の診断方法の処理フローの第２の例を説明した。ただし、テールブラシ２０の診断方法の処理の流れは、上記で説明した例に特に限定されない。例えば、上記で説明した第１の例または第２の例に対して一部の処理を追加、削除または変更してもよい。例えば、第２の例のステップＳ２１５の次に、ステップＳ２０６～Ｓ２０８の処理が追加的に行われてもよい。

【0096】

また、上記では、反発力Ｎおよび摺動抵抗Ｆがセンサを用いて直接的に取得される第１の例と、反発力Ｎ’および摺動抵抗Ｆが間接的に取得される第２の例とをそれぞれ説明した。ただし、反発力Ｎおよび摺動抵抗Ｆの取得方法として、第１の例のように、直接的な取得のみが用いられてもよい。この場合、トンネル掘削機１の構成からテールクリアランスセンサ２９が省略され得る。また、第２の例のように、間接的な取得のみが用いられてもよい。この場合、セグメントＳまたはトンネル掘削機１の構成から力センサ２８が省略され得る。また、直接的な取得と間接的な取得の双方が使い分けられてもよく、直接的な取得と間接的な取得の双方が併用されてもよい。直接的な取得では、センサの設置位置における反発力Ｎおよび摺動抵抗Ｆを精度良く取得できる。これにより、センサの設置位置でのテールブラシ２０の状態を把握することが可能となる。なお、力センサ２８等のセンサの設置位置としては、例えば、周方向に互いに間隔を空けた複数の位置、または、テールブラシ２０の各列と対応する複数の位置等が挙げられる。また、センサの各設置位置でのテールブラシ２０の状態の相違に基づいて、吐出口２４から吐出されるグリスの量と、吐出口２５から吐出されるグリスの量とを異ならせてもよい。それにより、グリスの効率良い使用が可能となる。一方、間接的な取得では、装置全体での平均的な反発力Ｎ’および摺動抵抗Ｆを取得できる。例えば、間接的な取得によって、装置全体での反発力Ｎ’および摺動抵抗Ｆの傾向を把握した上で、特定の位置での反発力Ｎおよび摺動抵抗Ｆを精度良く取得したい場合に直接的な取得を利用することが考えられる。また、直接的な取得に用いるセンサが故障した場合等に、適宜、間接的な取得に切り替えて対応するといった時系列的な使い分けも可能である。

【0097】

また、上記では、第２の例のステップＳ２０６において、テールブラシ２０の毛量が基準毛量に対して低下しているか否かを摩擦係数μに基づいて診断する例を説明した。ただし、第２の例のように反発力Ｎ’および摺動抵抗Ｆが間接的に取得される場合において、テールブラシ２０の毛量が基準毛量に対して低下しているか否かを摺動抵抗Ｆに基づいて診断してもよい。例えば、作業者は、摺動抵抗Ｆが基準摺動抵抗より小さい場合、テールブラシ２０の毛量が基準毛量に対して低下していると診断してもよい。基準摺動抵抗は、ステップＳ２０６の第３閾値を反発力Ｎ’に乗じて得られる値である。

【0098】

また、上記では、テールブラシ２０が非正常状態となっている場合の例として、テールブラシ２０に異物が固着している場合、テールブラシ２０のグリス量が不足している場合、または、テールブラシ２０に異物が侵入している場合を挙げた。ただし、テールブラシ２０が非正常状態となっている場合は、上記以外の場合も含み得る。例えば、テールブラシ２０が非正常状態となっている場合として、テールブラシ２０が反転している場合（つまり、テールブラシ２０の先端部が基部より前方に位置する状態になっている場合）、または、裏込材２２の注入圧力が異常に高くなることに起因してテールブラシ２０がセグメントＳに対して異常に高い力で押し付けられている場合等がある。ゆえに、作業者は、テールブラシ２０が非正常状態であると診断する場合において、例えば、テールブラシ２０が反転していると診断してもよく、テールブラシ２０がセグメントＳに対して異常に高い力で押し付けられていると診断してもよい。

【0099】

以下、本発明の実施形態に係るテールブラシ２０の診断方法の効果について説明する。

【0100】

本実施形態に係るテールブラシ２０の診断方法は、セグメントＳの外周に作用するテールブラシ２０の反発力Ｎと、テールブラシ２０とセグメントＳとの間の摺動抵抗Ｆとを取得する取得ステップと、取得ステップで取得された反発力Ｎおよび摺動抵抗Ｆに基づいて、テールブラシ２０とセグメントＳとの間の摩擦係数μを算出する算出ステップと、算出ステップで算出された摩擦係数μに基づいて、テールブラシ２０の状態を診断する診断ステップと、を含む。それにより、摩擦係数μとテールブラシ２０の状態との関係に基づいて、テールブラシ２０の状態を適切に診断することができる。ゆえに、例えば、テールブラシ２０の止水性能が低下する要因に応じた対策を適切に行うことができる。よって、安全なトンネル施工を実現することができる。

【0101】

また、本実施形態に係るテールブラシ２０の診断方法の診断ステップでは、摩擦係数μが第１閾値以下である場合、テールブラシ２０が、掘削機本体１０内への水、土砂または裏込材２２の侵入を防止可能な正常状態であると診断し、摩擦係数μが第１閾値より大きい場合、テールブラシ２０が、正常状態ではない非正常状態であると診断することが好ましい。それにより、テールブラシ２０が正常状態であるか否かを、摩擦係数μとテールブラシ２０の状態との関係に基づいて適切に診断することができる。

【0102】

また、本実施形態に係るテールブラシ２０の診断方法の診断ステップでは、摩擦係数μが第１閾値より大きい場合のうち、摩擦係数μが第１閾値よりも大きな第２閾値以下である場合、テールブラシ２０のグリス量が不足している、または、テールブラシ２０に異物が侵入していると診断することが好ましい。それにより、テールブラシ２０のグリス量が不足している、または、テールブラシ２０に異物が侵入しているか否かを、摩擦係数μとテールブラシ２０の状態との関係に基づいて適切に診断することができる。

【0103】

また、本実施形態に係るテールブラシ２０の診断方法の診断ステップでは、摩擦係数μが第１閾値より大きい場合のうち、摩擦係数μが第２閾値以下である場合、テールブラシ２０へのグリスの供給量を増加させ、テールブラシ２０へのグリスの供給量を増加させたにもかかわらず、摩擦係数μが低下しない場合、テールブラシ２０に異物が侵入していると診断することが好ましい。それにより、摩擦係数μが第１閾値より大きく、かつ、第２閾値以下である場合において、テールブラシ２０のグリス量が不足しているのか、テールブラシ２０に異物が侵入しているのかを適切に診断することができる。

【0104】

また、本実施形態に係るテールブラシ２０の診断方法の診断ステップでは、摩擦係数μが第１閾値より大きい場合のうち、摩擦係数μが第１閾値よりも大きな第２閾値より大きい場合、テールブラシ２０に異物が固着していると診断することが好ましい。それにより、テールブラシ２０に異物が固着しているか否かを、摩擦係数μとテールブラシ２０の状態との関係に基づいて適切に診断することができる。

【0105】

また、本実施形態に係るテールブラシ２０の診断方法の診断ステップでは、反発力Ｎ、摺動抵抗Ｆまたは摩擦係数μの少なくともいずれかに基づいて、テールブラシ２０の毛量が基準毛量に対して低下しているか否かを診断することが好ましい。それにより、テールブラシ２０の毛量が基準毛量に対して低下しているか否かを適切に診断することができる。

【0106】

また、本実施形態に係るテールブラシ２０の診断方法の取得ステップでは、掘削機本体１０の後端部内周とセグメントＳの外周との間のテールクリアランスＣの大きさに基づいて、反発力Ｎ’を間接的に取得することが好ましい。それにより、反発力Ｎを直接的に取得可能なセンサ（例えば、力センサ２８等）を用いることなく、反発力Ｎ’を取得することができる。ゆえに、トンネル掘削機１のセンサ数を減らすことができる。

【0107】

また、本実施形態に係るテールブラシ２０の診断方法の取得ステップでは、掘削機本体１０の推力抵抗の総和から摺動抵抗Ｆ以外の成分を差し引くことによって、摺動抵抗Ｆを間接的に取得することが好ましい。それにより、摺動抵抗Ｆを直接的に取得可能なセンサ（例えば、力センサ２８等）を用いることなく、摺動抵抗Ｆを取得することができる。ゆえに、トンネル掘削機１のセンサ数を減らすことができる。

【0108】

また、本実施形態に係るテールブラシ２０の診断方法の取得ステップでは、反発力検出部（例えば、力センサ２８）の検出結果に基づいて、反発力Ｎを直接的に取得することが好ましい。それにより、反発力Ｎを精度良く取得することができる。

【0109】

また、本実施形態に係るテールブラシ２０の診断方法の取得ステップでは、摺動抵抗検出部（例えば、力センサ２８）の検出結果に基づいて、摺動抵抗Ｆを直接的に取得することが好ましい。それにより、摺動抵抗Ｆを精度良く取得することができる。

【0110】

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

【0111】

例えば、上記では、土圧式（泥土圧式を含む。）のトンネル掘削機１を説明したが、本発明に係るトンネル掘削機は、泥水式であってもよい。

【0112】

また、例えば、上記では、図面を参照して、トンネル掘削機１の各構成要素を説明したが、図面における各構成要素の寸法および位置関係はあくまでも例示に過ぎないので、トンネル掘削機１の各構成要素の寸法および位置関係は図面に示す例に限定されない。

【産業上の利用可能性】

【0113】

本発明は、テールブラシの診断方法に利用できる。

【符号の説明】

【0114】

１ トンネル掘削機
１０ 掘削機本体
１１ カッタヘッド
１２ カッタ中心軸
１３ 隔壁
１４ 回転リング
１５ 連結ビーム
１６ カッタ旋回用モータ
１７ チャンバ
１８ スクリューコンベヤ
１９ シールドジャッキ
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ テールブラシ
２１ 隙間
２２ 裏込材
２３Ａ、２３Ｂ グリス供給路
２４ 吐出口
２５ 吐出口
２６ 空間
２７ 空間
２８ 力センサ（反発力検出部、摺動抵抗検出部）
２９ テールクリアランスセンサ
Ｃ テールクリアランス
Ｆ 摺動抵抗
Ｇ 地盤
Ｎ、Ｎ’ 反発力
Ｓ セグメント
Ｔ トンネル
μ 摩擦係数

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】