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技術 固液混合流体中の固体の大きさの測定装置及び方法

出願人 株式会社KODENホールディングス戸田建設株式会社
発明者 野津俊光清水義治安本匡剛岩井義雄
出願日 2000年2月3日 (20年8ヶ月経過) 出願番号 2000-032649
公開日 2001年8月17日 (19年2ヶ月経過) 公開番号 2001-221751
状態 特許登録済
技術分野 立坑・トンネルの掘削技術 波動性または粒子性放射線を用いた測長装置 マイクロ波、NMR等による材料の調査
主要キーワード 給排水系統 送水系統 分離箇所 γ線密度計 低域通過濾波器 立方体形 トロッコ 清水槽
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (5)

課題

シールド掘進機内などの所望の箇所において泥水に含まれる土砂の固結体などの固体の大きさを検出できる固液混合流体中の固体の大きさの検出装置及び方法を提供する。

解決手段

本発明に係わる固液混合流体中の固体の大きさの検出装置は、固体と液体とが混合された固液混合流体が流れる管路( P ) 内に電波を送信し、この固液混合流体中を伝播した電波を受信する電波の送受信手段 ( T,R )と、この電波の送受信手段 ( T,R )が受信した電波の受信レベル又はこの電波の伝播損失の時間的な変化の様子に基づき上記固液混合流体中の固体の平均的な寸法を測定する手段とを備えている。

概要

背景

シールド掘進機によるトンネル工事では、掘削機の先端部分で削り取った土砂掘削中のトンネル内から外部に排出して投棄する必要がある。この削り取った土砂をトンネル外部に排出する方法にとしては、削り取った土砂をトロッコ等でトンネル外部に排出する泥土圧シールド掘削工法と、トンネルの後方から給水管を通して供給した泥水中に削り取った土砂の塊(固結体)を混ぜて後方の地上に送り返し、ここで固結体を泥水から分離して投棄するという泥水シールド掘削工法とが従来から知られている。作業の自動化による省力化を計るためには、後者の泥水シールド掘削工法の適用が望ましい。

泥水シールド工法については、例えば、本出願人の先願に係わる特開平9ー159623号公報などに説明されている。すなわち、給水系統地上部分には、地中のトンネル内に供給する泥水の密度と粘度とを調整するための調整槽が設置され、この貯水槽内の密度と粘度の調整された泥水が給水ポンプによる加圧を受けて給水管中を地中のシールド掘進機内に送られる。この加圧された泥水は、掘進機の先端部のカッターを通してこのカッターと「キリハ」(切端)との間に形成された切削中の土砂と泥水とによって満たされた空間内に吐出される。

この切端に向けて吐出される泥水の密度や粘度が小さすぎると、この泥水が切端の内部に容易に浸透してしまい、切端の崩落が発生する。逆に、この泥水の密度や粘度が大きすぎると、送水系統の負担が過大になる。そこで、カッターから吐出される泥水の密度や粘度を所望の値に保つように、地上に設置した調整槽中の泥水の密度と粘度とが調整される。具体的には、泥水の密度が清水槽から供給される清水の量と貯泥槽から供給される粘度の量などによって調整されると共に、この泥水の粘度が増粘剤貯蔵槽から供給されるCMCなどの適宜な増粘剤の量によって調整される。

シールド掘進機の先端部から切端中に吐出された泥水は、カッターの先端部のビットによって切取られた土砂の固結体が混合されることにより密度が増した泥水となり、カッターを通して排水管内に流入し、排水ポンプによる加圧を受けて排水管内を地上に運ばれる。地上に運ばれた土砂は振動ふるい装置にかけられ、ある程度大きな粒径の固結体は水から分離され、土砂として投棄される。分離不能な小径の土砂を含む泥水は、排水管を通して調整槽に戻される。

上述のように、泥水シールド工法においては、泥水の密度の測定と管理が重要になると共に、泥水中の土砂の沈殿を防ぐために流量をある程度大きな値に保つ必要があり、この点から流量の測定と管理も重要になる。この泥水の密度と流量を測定するために、カッターの手前の給水管と排水管のそれぞれの側に電磁流量計や、γ線密度計などが設置される。

また、泥水と共に後方に排出される固結体の寸法は、掘削中の地山の硬さやカッターのビットをどの程度地山側に突出させるかなど地山の性質掘削条件との組合せに応じて、1mm程度から数十cm程度までの数百倍の範囲にわたって変化する。固結体の寸法が小さくなりすぎると、泥水中への溶解量が多くなり、後方においてこれをにかけられなくなる。この結果、泥水との分離作業が困難になるので、固結体の寸法を所定値以上に保つ必要がある。

この固結体の寸法の変動は、実際に分離作業を行う後方でないと検出できないので、これを水と固結体の分離作業を行う後方からシールド掘削機の先端部分にフィードバックし、掘削機のカッタの刃のビットの突出量などの掘削条件を地山の性質の変化に応じて変化させることにより、固結体の大きさをある程度以上の値に保つことが行われる。なお、固結シルト層などの掘削時に生じる固結体は、一軸圧縮強度が数十kg/cm2 程度と石ころほどの硬さがあるため、排水管内であまり砕けたり溶けたりせず、その大きさはそれほど変化しない。

上記シールド掘削作業においては、掘削作業の進行に伴ってトンネルの長さが増加してゆき、シールド掘進機の先端部と後方の土砂の分離箇所との距離が2〜3kmにも達する場合がある。上記固結体の寸法の制御方式では、掘削部分と後方の分離箇所との距離が数kmも長くなると、後方から掘削箇所へのフィードバックの時間の遅れが大きくなって制御系の安定性が低下し、この結果、固結体の寸法が過小になったり必要以上に大きくなるという問題が生ずる。

上記本出願人の先願に係わる特開平9ー159623号公報には、掘削箇所の近傍において泥水が流れる管路内に一定の振幅電波放射し、この泥水中を伝播した電波を受信し、この受信電波の振幅(電波の伝播損失)から泥水に含まれる固結体などの固体の大きさを検出するという測定方法が開示されている。

概要

シールド掘進機内などの所望の箇所において泥水に含まれる土砂の固結体などの固体の大きさを検出できる固液混合流体中の固体の大きさの検出装置及び方法を提供する。

本発明に係わる固液混合流体中の固体の大きさの検出装置は、固体と液体とが混合された固液混合流体が流れる管路( P ) 内に電波を送信し、この固液混合流体中を伝播した電波を受信する電波の送受信手段 ( T,R )と、この電波の送受信手段 ( T,R )が受信した電波の受信レベル又はこの電波の伝播損失の時間的な変化の様子に基づき上記固液混合流体中の固体の平均的な寸法を測定する手段とを備えている。

目的

従って、本発明の目的は、電波の電波損失それ自体とは異なる新たな物理量を見いだし、この物理量を利用して泥水中の固結体の寸法を高確度で検出する新規な方法を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

固体液体とが混合された固液混合流体が流れる管路内に電波を送信し、前記固液混合流体中を伝播した電波を受信する電波の送受信手段と、この電波の送受信手段が受信した電波の受信レベル又はこの電波の伝播損失の時間的な変化の様子に基づき前記固液混合流体中の固体の平均的な寸法を測定する手段とを備えたことを特徴とする固液混合流体中の固体の大きさの測定装置

請求項2

請求項1において、前記電波の受信レベル又はこの電波の伝播損失の時間的な変化の様子は、この受信レベル又は伝播減衰量の時間的な変動幅であることを特徴とする固液混合流体中の固体の大きさの測定装置。

請求項3

請求項1において、前記電波の受信レベル又は伝播損失の時間的な変化の様子は、この受信レベル又は伝播減衰量の変化の周期であることを特徴とする固液混合流体中の固体の大きさの測定装置。

請求項4

請求項2において、前記受信レベル又は伝播損失の変化の周期は前記固液混合流体の流速規格化されることを特徴とする固液混合流体中の固体の大きさの測定装置。

請求項5

請求項1乃至4のそれぞれにおいて、前記固液混合流体中の固体の空間密度を測定する密度計を更に備えたことを特徴とする固液混合流体中の固体の大きさの測定装置

請求項6

請求項1乃至4のそれぞれにおいて、前記固液混合流体中の固体の空間密度はほぼ一定値に保たれることを特徴とする固液混合流体中の固体の大きさの測定装置。

請求項7

請求項1乃至6のそれぞれにおいて、前記電波の送受信手段は、前記管路の外周面に沿って複数対設置されることにより、前記測定結果に関し流路の断面にわたる空間的な平均化が行われることを特徴とする固液混合流体中の固体の大きさの測定装置。

請求項8

請求項1乃至7のそれぞれにおいて、前記固液混合流体は、シールド掘進機の先端部分で削り取られた土砂の固結体と、この固結体を後方地上部分まで搬送するための泥水とから成り、この土砂の固結体の平均的な寸法を所定の範囲に保つように、掘削又は泥水の給排水の状態が変更されることを特徴とする固液混合流体中の固体の大きさの測定装置。

請求項9

固体と液体とが混合された固液混合流体が流れる管路内に電波を放射し、この管路内を流れる固液混合流体中を伝播した電波を受信し、この受信レベル又はこの電波の伝播損失の時間的変化の様子から固液混合流体中の固体の平均的な寸法を測定することを特徴とする固液混合流体中の固体の大きさの測定方法

技術分野

0001

本発明は、泥水シールド工事などに利用される土砂と水との混合流体中に含まれる土砂の塊の寸法などの測定に利用される固液混合流体中の固体の大きさの測定方法及び装置に関するものである。

背景技術

0002

シールド掘進機によるトンネル工事では、掘削機の先端部分で削り取った土砂を掘削中のトンネル内から外部に排出して投棄する必要がある。この削り取った土砂をトンネル外部に排出する方法にとしては、削り取った土砂をトロッコ等でトンネル外部に排出する泥土圧シールド掘削工法と、トンネルの後方から給水管を通して供給した泥水中に削り取った土砂の塊(固結体)を混ぜて後方の地上に送り返し、ここで固結体を泥水から分離して投棄するという泥水シールド掘削工法とが従来から知られている。作業の自動化による省力化を計るためには、後者の泥水シールド掘削工法の適用が望ましい。

0003

泥水シールド工法については、例えば、本出願人の先願に係わる特開平9ー159623号公報などに説明されている。すなわち、給水系統地上部分には、地中のトンネル内に供給する泥水の密度と粘度とを調整するための調整槽が設置され、この貯水槽内の密度と粘度の調整された泥水が給水ポンプによる加圧を受けて給水管中を地中のシールド掘進機内に送られる。この加圧された泥水は、掘進機の先端部のカッターを通してこのカッターと「キリハ」(切端)との間に形成された切削中の土砂と泥水とによって満たされた空間内に吐出される。

0004

この切端に向けて吐出される泥水の密度や粘度が小さすぎると、この泥水が切端の内部に容易に浸透してしまい、切端の崩落が発生する。逆に、この泥水の密度や粘度が大きすぎると、送水系統の負担が過大になる。そこで、カッターから吐出される泥水の密度や粘度を所望の値に保つように、地上に設置した調整槽中の泥水の密度と粘度とが調整される。具体的には、泥水の密度が清水槽から供給される清水の量と貯泥槽から供給される粘度の量などによって調整されると共に、この泥水の粘度が増粘剤貯蔵槽から供給されるCMCなどの適宜な増粘剤の量によって調整される。

0005

シールド掘進機の先端部から切端中に吐出された泥水は、カッターの先端部のビットによって切取られた土砂の固結体が混合されることにより密度が増した泥水となり、カッターを通して排水管内に流入し、排水ポンプによる加圧を受けて排水管内を地上に運ばれる。地上に運ばれた土砂は振動ふるい装置にかけられ、ある程度大きな粒径の固結体は水から分離され、土砂として投棄される。分離不能な小径の土砂を含む泥水は、排水管を通して調整槽に戻される。

0006

上述のように、泥水シールド工法においては、泥水の密度の測定と管理が重要になると共に、泥水中の土砂の沈殿を防ぐために流量をある程度大きな値に保つ必要があり、この点から流量の測定と管理も重要になる。この泥水の密度と流量を測定するために、カッターの手前の給水管と排水管のそれぞれの側に電磁流量計や、γ線密度計などが設置される。

0007

また、泥水と共に後方に排出される固結体の寸法は、掘削中の地山の硬さやカッターのビットをどの程度地山側に突出させるかなど地山の性質掘削条件との組合せに応じて、1mm程度から数十cm程度までの数百倍の範囲にわたって変化する。固結体の寸法が小さくなりすぎると、泥水中への溶解量が多くなり、後方においてこれをにかけられなくなる。この結果、泥水との分離作業が困難になるので、固結体の寸法を所定値以上に保つ必要がある。

0008

この固結体の寸法の変動は、実際に分離作業を行う後方でないと検出できないので、これを水と固結体の分離作業を行う後方からシールド掘削機の先端部分にフィードバックし、掘削機のカッタの刃のビットの突出量などの掘削条件を地山の性質の変化に応じて変化させることにより、固結体の大きさをある程度以上の値に保つことが行われる。なお、固結シルト層などの掘削時に生じる固結体は、一軸圧縮強度が数十kg/cm2 程度と石ころほどの硬さがあるため、排水管内であまり砕けたり溶けたりせず、その大きさはそれほど変化しない。

0009

上記シールド掘削作業においては、掘削作業の進行に伴ってトンネルの長さが増加してゆき、シールド掘進機の先端部と後方の土砂の分離箇所との距離が2〜3kmにも達する場合がある。上記固結体の寸法の制御方式では、掘削部分と後方の分離箇所との距離が数kmも長くなると、後方から掘削箇所へのフィードバックの時間の遅れが大きくなって制御系の安定性が低下し、この結果、固結体の寸法が過小になったり必要以上に大きくなるという問題が生ずる。

0010

上記本出願人の先願に係わる特開平9ー159623号公報には、掘削箇所の近傍において泥水が流れる管路内に一定の振幅電波放射し、この泥水中を伝播した電波を受信し、この受信電波の振幅(電波の伝播損失)から泥水に含まれる固結体などの固体の大きさを検出するという測定方法が開示されている。

発明が解決しようとする課題

0011

上記先願に係わる固体の大きさの検出方法は、ゴム素材とする立方体形状の角体によって固結体を模擬した場合には、角体の寸法の増加につれて電波の伝播損失が単調に増大するという期待通りの結果が得られた。

0012

しかしながら、固結体を含む実際の泥水について測定してみると、固結体の寸法が変化しても電波の伝播損失は予想したほどには変化しないという結果が得られた。これは、固結体の表面部分が水を吸収することによって固結体と水との物理的な界面がぼやけてしまい、この結果、界面が比誘電率導電率などの電気的特性階段状の不連続面でなくなり、界面での電波の反射が生じにくくなっているためと考えられる。

0013

従って、本発明の目的は、電波の電波損失それ自体とは異なる新たな物理量を見いだし、この物理量を利用して泥水中の固結体の寸法を高確度で検出する新規な方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0014

上記従来技術の課題を解決する本発明に係わる固液混合流体中の固体の大きさを測定する装置は、固液混合流体が流れる管路内に電波を送信しこの固液混合流体中を伝播した電波を受信する電波の送受信手段と、この電波の送受信手段が受信した電波の受信レベル又はこの電波の伝播損失の時間的な変化の様子に基づきこの固液混合流体中の固体の大きさを算定する手段とを備えている。

0015

また、本発明に係わる固液混合流体中の固体の大きさを測定する方法は、固体と液体とが混合された固液混合流体が流れる管路内に電波を放射し、この管路内を流れる固液混合流体中を伝播した電波を受信し、この電波の受信レベル又は伝播損失の時間的変化の様子から固液混合流体中の固体の大きさを算定するように構成されている。

発明を実施するための最良の形態

0016

本発明の好適な実施の形態によれば、上記電波の受信レベル又は伝播損失の時間的な変化の様子は、この受信レベル又は伝播損失の時間的な変動幅であるように構成されている。

0017

本発明の他の好適な実施の形態によれば、上記電波の受信レベル又は伝播損失の時間的な変化の様子は、この受信レベル又は伝播損失の変化の周期であるように構成されている。

0018

本発明の更に他の好適な実施の形態によれば、上記受信レベル又は伝播損失の変化の周期は上記固液混合流体の流速規格化されるように構成されている。

0019

本発明の他の好適な実施の形態によれば、固液混合流体中の固体の空間密度を測定する密度計を更に備え、この固体の空間密度はほぼ一定値に保たれる。

0020

本発明の更に他の好適な実施の形態によれば、上記電波の送受信手段は、上記管路の外周面に沿って複数対設置されることにより、測定結果について管路の断面にわたる空間的な平均化が行われるように構成されている。

0021

本発明の更に他の好適な実施の形態によれば、上記固液混合流体は、シールド掘進機の先端部分で削り取られた土砂の固結体と、この固結体を後方の地上部分まで搬送するための泥水とから成り、この土砂の固結体の平均的な寸法を所定の範囲に保つように、掘削又は泥水の給排水の状態が変更されるように構成されている。

0022

図2は、本発明の一実施例に係わる泥水シールド掘進機の泥水中の固結体の大きさの測定装置の構成を示す機能ブロック図であり、T1〜T4は送信アンテナ、R1〜R4は受信アンテナ、11はデータプロセッサ、12は送信器、13は送信スイッチ回路、14は受信スイッチ回路、15は受信器、16はタイミング制御回路、17は表示・記録回路、18はキー入力回路、19はA/D変換回路である。

0023

この実施例の固体の寸法の測定装置は、この固体を含む泥水の密度を測定するためのγ線密度計や電磁流量計などで構成される適宜な形式の密度計と共に、シールド掘削機内や、その手前のトンネル内などの掘削現場の近くの泥水の管路の途中に設置される。掘削現場では、測定された泥水の密度と、本実施例の測定装置で測定された固結体の寸法が所望の値に接近するように、カッターのビットの伸縮長やカッターの回転速度などの掘削条件や泥水の給排水の条件などが変更される。

0024

送信アンテナT1〜T4と、受信アンテナR1〜R4とは、泥水が流れる電気絶縁性の管路の外周面に90°ずつずれた間隔で、それぞれがこの管路の中心をはさんで対向する送受信アンテナの対を形成しながら、接着などによって取付けられている。この送受信アンテナが取付けられる電気絶縁性の管路は、土砂の固結体を含む水が流れる鋼管の途中に、強化プラスチックなどを素材とする円筒形状の管路として接合されている。この鋼管は、前述した給排水系統においてシールド掘進機内に延長される排水管や、給水管に該当する。

0025

送信アンテナT1〜T4と、受信アンテナR1〜R4のそれぞれは、同一の構造を有している。すなわち、4弗化エチレン(TFE)などを素材する誘電体基板の上に、銅などの金属を素材とする2等辺三角形の2枚の金属平板がそれぞれの頂点を対向させながら貼着されたダブレットアンテナの構造を呈している。誘電体基板は、絶縁性の管路の外周面上に間隙を形成することなく接着固定されるように、この外周面と同一の曲率半径湾曲している。各送受信アンテナは、それぞれの誘電体基板の短辺側を絶縁性の管路の円周方向に沿って配列させながらその外周面上に固定される。

0026

各送受信アンテナを構成する2枚の金属平板のそれぞれは、誘電体基板内に形成された開口内を通過するフィーダ給電線)を介して、図2の送信スイッチ回路13に接続される。このダブレットアンテナの更なる詳細については、必要に応じて、本出願人が先に出願した実用新案登録願の明細書(実公平3ー14807 号公報、実公平 4ー11375 号公報)などを参照されたい。

0027

図2を参照すれば、データプロセッサ11は、計測の開始に際して、タイミング制御回路16を起動する。起動されたタイミング制御回路16は、図3(A)の波形で例示するような一定周期Tの送信タイミング信号tを送信器12に供給する。タイミング制御回路16は、上記送信タイミング信号tの供給に先行して、送信スイッチ回路13と受信スイッチ回路14とに送受信アンテナ対の選択指令を発することにより、4個の送受信アンテナの対を、(T1,R1)→(T2,R2)→(T3,R3)→(T4,R4)→(T1,R1)→(T2,R2)→・・・という具合に、TとRに付加した添字1〜4の昇順循環的に変更させる。

0028

送信器12からは、図3(B)の波形で例示するように、ピークレベルが一定で、半値幅3nsec 程度の鋭い単峰性送信パルスが送信タイミング信号に同期して出力される。この送信パルスは、送信アンテナT1〜T4から電気絶縁性の管路P内に放射され、泥水中を伝播したのち、対向して設置されている対応の受信アンテナR1〜R4に受信される。

0029

この受信パルスは、図3(C)の波形に例示するように、単峰性が崩れた多峰性の波形となっている。この受信パルスは、受信スイッチ回路14を通して受信器15に供給され、A/D変換回路19においてディジタル信号に変換されて、データプロセッサ11に供給される。

0030

データプロセッサ11は、A/D変換された受信パルスを受け取るたびに、この受信パルスの振幅Vを検出する。この振幅Vは、図3(D)に拡大して例示するように、負側のピーク値V- と正側のピーク値V+ との和、V=V- +V+ と定義される。データプロセッサ11は、4個の送受信アンテナ対によって得られた受信パルスの振幅を平均したものを平均値Vmeanとして検出する。すなわち、この受信パルスの振幅Vの検出に際しては、4対の送受信アンテナを用いることにより、互いに 90 o ,180 o ,270 oの角度を保って交差する4種類の伝播経路について得られた受信パルスの振幅について空間的な平均処理が行われる。

0031

データプロセッサ11は、このようにして検出した受信パルスの空間平均的な振幅Vmeanを表示・記録部17に転送する。表示・記録部17は、データプロセッサから転送されてきた振幅Vmeanをディジタルデータとして内蔵のメモリに記憶すると共に、このディジタルデータを低域通過濾波器に通すことによってアナログ信号に変換し、このアナログ信号を液晶パネルブラウン管などで構成される表示装置に表示する。

0032

この実施例では、送信アンテナT1〜T4のアンテナ利得がそれぞれ等しく、受信アンテナR1〜R4のアンテナ利得もそれぞれ等しく、かつ送信アンテナT1〜T4に同一振幅の送信パルスが供給されるので、上記振幅Vmeanは、泥水中の電波の伝播損失も示すことになる。

0033

このメモリに記憶される受信信号の振幅meanの時間変化の様子や、アナログ信号に変換されて表示される信号波形は、管路P内を流れるほぼ一定の密度の泥水に含まれる固結体の寸法に関する情報を含む。

0034

すなわち、まず、図1(A)に例示するように、ほぼ一定の密度の泥水に含まれる固結体の平均的な寸法が小さい場合には、固結体は流れの方向に沿ってほぼ連続的に分布し、受信信号の振幅Vは、図1(a)の波形によって例示するように、時間的にあまり変動しない。これに対して、図1(B)に例示するように、同じ密度の泥水に含まれる固結体の平均的な寸法がこれよりも大きくなると、固結体は流れの方向に沿って不連続的に分布し、図1(b)の波形に例示するように、受信信号の波形に脈動が生じ始める。更に、図1(C)に例示するように、同じ密度の泥水に含まれる固結体の平均的な寸法が一層増大すると、固結体どうしの平均的な間隔が増大し、図1(c)の波形に例示するように、脈動が一層増大する。

0035

すなわち、泥水中に含まれる固結体の密度が一定という条件下では、固結体の平均的な寸法の増加につれて固結体の平均的な間隔は増大する。そして、固結体の平均的な間隔が増大すると、固結体と固結体との間に固結体に比べて電波の伝播損失が小さな水を主体とする空間が形成される。この結果、送受信アンテナの間の電波の伝播路上に固結体が存在する場合と、存在しない場合とでは伝播損失が異なり、受信レベルの変動が一層大きくなる。従って、このような受信レベルの変動の大きさから固結体の平均的な寸法を検出することができる。

0036

すなわち、図4に示すように、受信信号のレベルの変動幅ΔLと、泥水中に含まれる固結体の平均的な寸法Sとの関係については、例えば、直線α、曲線βやγが得られる。この受信信号のレベルの変動幅ΔLと、固結体の寸法Sとの関係は、予め実験的に求められる。また、必要に応じて、投棄対象の土砂を水から分離する地上の作業現場において土砂の固結体の直径などの平均的な寸法が実測され、予め求められた図4の曲線に対する較正がこの実測値を用いて行われる。

0037

また、受信信号のレベルの変動幅に合わせて、あるいは、このレベルの変動幅の代わりに、この受信信号のレベルの変化の周期に基づいて固結体の平均的な寸法Sを検出する構成を採用することもできる。すなわち、図1に例示されるように、固結体の寸法Sの増加につれて固結体どうしの平均的な間隔が増大し、変化の周期が増大する。

0038

ただし、この変化の周期は、固結体どうしの平均的な距離が一定であっても固液混合流体の流速の増大につれて短縮される。そこで、流速に依存しない固結体どうしの平均的な距離として検出するために、周期を流速で規格化し、この規格化された周期に基づいて固結体の平均的な寸法を算定する構成を採用することもできる。このような規格化された周期を使用すれば、流速が変化する場合にも対応できる。

0039

なお、管路の曲がりの部分などにおいて固結体が管路の内壁衝突してそこに付着する現象が起きにくくなるように、流動する泥水に旋回を生じさせることによって、図1(A)〜(C)に例示するように、固結体を管路Pの中心付近に寄せるような配慮がなされている。しかしながら、そのような配慮がなされておらず、固結体が管路Pの中心から離れた管壁の近くに存在する場合でも、上述したと同様の固結体の寸法に応じた受信レベルの変動が生ずる。

0040

また、上述した土砂の固結体の密度の測定は、管路内を流れる泥水と固結体とが混在した固液混合流体にガンマ線中性子線などの放射線照射し、その反射量や透過量を測定することなどによって実現できる。この放射線を利用した密度の測定方法については、必要に応じて、平成4年6月に開催された第27回土質工学研究発表会において講演番号799,800 として発表された「土の締固め管理のための非破壊試験方法(その11) 、 (その12) 」と題する田中貢氏らの研究論文や、土木技術資料34ー11(1992)のpp20〜21に掲載された「建設技術Q&A」の内容などを参照されたい。

0041

以上、パルスレーダの場合を例示したが、これに限定されず、受信電波のレベルを測定できるものでありさえすれば、正弦波バースト状あるいは連続的に送受信するようなものであってもよい。

0042

また、絶縁管路の外周面にそって4対の送受信アンテナを配置する構成を例示したが、この対数としては、3対、2対、1対などこれよりも少ない個数、あるいは4対よりも多い適宜な個数を選択できる。

0043

更に、送受信アンテナとして広帯域なダブレットアンテナを使用する構成を例示したが、これに替えて、他の適宜な形態の送受信アンテナを適用できる。

0044

また、シールド掘進機の泥水中の土砂の固結体の大きさを測定する場合を例にとって、本発明の測定方法と装置とを説明した。しかしながら、本発明に係わる固液混合流体の固体の大きさの測定装置と方法は、製造プラント内や廃液処理場内などの管路中を流れる種々の固液混合流体中の固体の大きさの測定などにも適用できる。

発明の効果

0045

以上詳細に説明したように、本発明に係わる固液混合流体中の固体の大きさの測定装置と方法は、管路内を流れる固液混合流体中に電波を伝播させ、この伝播損失の時間変化の様子から固体の大きさを測定する構成であるから、目視では困難な混合された固体の大きさの検出を的確に行うことができるという効果が奏される。

0046

特に、本発明の方法と装置とをシールド工法に適用した場合、掘進機の内部やその後方のトンネル内など掘削現場に極く近い管路の途中に設置でき、測定結果が短時間のうちに掘削現場にフィードバックされることにより安定なフィードバック系が形成されるという利点がある。

図面の簡単な説明

0047

図1本発明の一実施例に係わるシールド掘進機の泥水中の土砂の固結体の大きさの測定装置の動作原理を説明するための概念図である。
図2上記実施例の測定装置の機能上の構成を示す機能ブロック図である。
図3上記実施例の測定装置の動作を説明する波形図である。
図4上記実施例の測定装置の原理を説明するための概念図である。

--

0048

T,T1〜T4送信アンテナ
R,R1〜R4受信アンテナ
P絶縁管
11データプロセッサ
12送信器
13送信スイッチ回路
14受信スイッチ回路
15受信器
16 タイミング制御回路

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