JP2000213296A - エレクタ制御装置及び制御方法と覆工部材の組付方法とトンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エレクタ制御装置において、覆工部材の位置
決め精度の向上を図ると共に、組付作業の作業能率を向
上することで作業性の向上を図る。 【解決手段】 保持セグメントを既設セグメントに接合
するときの接合点ＱにおけるＸ軸方向とＹ軸方向とＺ軸
方向の位置変位及び各軸回りの姿勢変位を検出し、位置
目標変位Ｐｒ及び姿勢目標変位Ｎｒ，Ｏｒ，Ａｒと位置
変位Ｐ及び姿勢変位Ｎ，Ｏ，Ａに基づいて位置偏差及び
姿勢偏差（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸の各修正速度度Ｖ _x ，Ｖ_y ，Ｖ
_z 及びローリング軸、ピッチング軸、ヨーイング軸の各
伸縮速度Ｗ _xj，Ｗ_yj，Ｗ_zj）を演算し、この位置偏差及
び姿勢偏差に基づいてセグメントを接合点Ｑを中心とし
て位置制御及び姿勢制御しながら所定の位置に組み付け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、既設トンネルの内
壁面にセグメントなどの覆工部材を組み付けるエレクタ
制御装置及び制御方法と覆工部材の組付方法、並びにこ
のエレクタ制御装置を搭載したトンネルボーリングマシ
ンやシールド掘削機などのトンネル掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、従来のシールド掘削機におい
て、円筒形状をなす掘削機本体の前部にはカッタヘッド
が駆動モータによって回転自在に装着され、この掘削機
本体の後部には複数本のシールドジャッキが周方向に沿
って並設されると共に、エレクタ装置が装着されてい
る。従って、駆動モータによってカッタヘッドを回転駆
動させながら、各シールドジャッキを伸長して既設のセ
グメントへの押し付け反力によって掘削機本体を前進さ
せると、カッタヘッドが前方の地盤を掘削する。そし
て、掘削土砂を外部に排出すると共に、エレクタ装置に
よってセグメントを既設トンネルの内壁面にリング状に
組付けることで所定長さのトンネルを構築することがで
きる。

【０００３】このようなトンネル掘削作業において、エ
レクタ装置は既設トンネル内に搬入されたセグメントを
保持して移動し、既設トンネルの内壁面の所定の位置に
保持したセグメントを組付けていく。この場合、セグメ
ントを既設トンネルの内壁面の所定の位置に確実に組付
けるために、エレクタ装置を高精度に制御する必要があ
る。

【０００４】図２０に従来のエレクタ制御装置の制御ブ
ロック、図２１に従来のエレクタ制御装置によるセグメ
ントの位置決め制御を方法を表す概略を示す。

【０００５】図２１に示すように、エレクタ装置は、掘
削機本体の後部に既設トンネル内に搬入されたセグメン
トＳを保持する保持機構を有しており、この保持機構
は、掘削機本体に対して既設トンネルの長手方向に沿っ
たＸ方向と、既設トンネルの周方向に沿ったＹ方向と、
既設トンネルの径方向に沿ったＺ方向にそれぞれ移動自
在であると共に、θ_X 方向とθ_Y 方向とθ_Z 方向にそれ
ぞれ揺動自在となっている。従来のエレクタ制御装置
は、エレクタ装置を制御することで、保持機構が保持し
たセグメントＳをＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向、θ_X 方向、
θ_Y 方向、θ_Z 方向にそれぞれ移動し、セグメントＳの
位置決めを行っている。なお、図２１にて、001はシー
ルドジャッキ、002はシールドジャッキの伸縮ロッド、0
03はスプレッダ、Ｓは保持セグメント、Ｓ_S は既設セグ
メントである。

【０００６】即ち、図２０及び図２１に示すように、保
持機構が保持した保持セグメントＳの中心である点Ｐを
基準点として、この保持セグメントＳ（保持機構）をＸ
方向とＹ方向とＺ方向に移動する油圧ジャッキの変位Ｘ
_C ，Ｙ_C ，Ｚ_C を変位検出器011によって検出する。そ
して、減算器012によって変位目標値Ｘ_r ，Ｙ_r ，Ｚ_rと
この実際の変位値Ｘ_C ，Ｙ_C ，Ｚ_C との差を求め、変位
制御ゲイン013を乗じてＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の移動
軸の修正速度をそれぞれ求める。一方、保持セグメント
Ｓをθ_X 方向、θ_Y 方向、θ_Z 方向に移動する油圧ジャ
ッキの変位を変位検出器014により検出して変換器015に
て変換してローリング角θ_XC、ピッチング角θ_YC、ヨー
イング角θ_ZCを求める。そして、減算器016によってロ
ーリング角目標値θ_Xr，ピッチング角目標値θ_Yr，ヨー
イング角目標値θ_Zrとこの実際のローリング角θ_XC、ピ
ッチング角θ_YC、ヨーイング角θ_ZCとの差を求め、角度
制御ゲイン017を乗じてθ_X 方向、θ_Y 方向、θ_Z 方向
のローリング軸、ピッチング軸、ヨーイング軸の修正速
度をそれぞれ求め、変換器018で回転軸速度から油圧ジ
ャッキの伸縮速度に変換される。

【０００７】そして、制御装置019はＸ方向、Ｙ方向、
Ｚ方向の各移動軸の修正速度にてエレクタ装置020の各
油圧ジャッキを駆動制御し、変位値Ｘ_C ，Ｙ_C ，Ｚ_C が
変位目標値Ｘ_r ，Ｙ_r ，Ｚ_r となるように保持機構が保
持したセグメントＳを位置決めすると共に、制御装置01
9はθ_X 方向、θ_Y 方向、θ_Z 方向の各移動軸の修正速
度にてエレクタ装置020の各油圧ジャッキを駆動制御
し、ローリング角θ_XC、ピッチング角θ_YC、ヨーイング
角θ_ZCがローリング角目標値θ_Xr，ピッチング角目標値
θ_Yr，ヨーイング角目標値θ_Zrとなるように保持機構が
保持したセグメントＳを位置決めする。

【０００８】また、トンネルの掘削径やセグメントの形
状及び寸法、組付順序及び位置などは予め制御装置にデ
ータ（変位目標値Ｘ_r ，Ｙ_r ，Ｚ_r 、角度目標値θ_Xr，
θ_Yr，θ_Zr）として入力されているが、セグメントＳの
製造誤差や組付誤差などによって必ずしも所定の位置に
組付けられているとは限らず、組付時に保持セグメント
Ｓが既設セグメントＳに接触して破損してしまう虞があ
り、センサが保持セグメントＳと既設セグメントＳとの
位置を把握しながら、所定の位置に組み付けることが望
ましい。従来は、このセンサを用いて保持セグメントＳ
と既設セグメントＳとの段差や距離（隙間）を検出して
制御装置にフィードバックし、制御装置が目標値と計測
値とに基づいて、エレクタ装置を駆動制御している。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】このように従来のエレ
クタ制御装置にあっては、油圧ジャッキの変位Ｘ_C ，Ｙ
_C ，Ｚ_C が変位目標値Ｘ_r ，Ｙ_r ，Ｚ_r となるように、
また、ローリング角θ_XC、ピッチング角θ_YC、ヨーイン
グ角θ_ZCがローリング角目標値θ_Xr，ピッチング角目標
値θ_Yr，ヨーイング角目標値θ_Zrとなるように各油圧ジ
ャッキを作動してセグメントＳを位置決めしており、こ
の場合。ローリング角とピッチング角とヨーイング角の
位置決め制御は、保持機構の中心である点Ｐを基準点と
して、保持セグメントＳを揺動させている。

【００１０】ところで、図２１に示すように、保持セグ
メントＳを既設セグメントＳ_S に隣接した所定の組付位
置に位置決めする場合、保持セグメントＳの端点Ｑが既
設セグメントＳ_S の端点Ｒに同位置にくるように位置決
めしなければならない。しかし、従来のエレクタ制御装
置では、保持セグメントＳを点Ｐを支点として揺動して
位置決めしているため、保持セグメントＳを揺動するだ
びに保持セグメントＳの端点Ｑと既設セグメントＳ_S の
端点Ｒとがずれてしまい、保持セグメントＳの位置決め
に時間がかかって作業性が良くないという問題があっ
た。

【００１１】また、従来は、保持セグメントＳの移動を
停止させた状態で、センサをこの保持セグメントＳと既
設セグメントＳとの間に移動し、両者の段差や距離を計
測しており、セグメントＳの位置決めに長時間を要して
しまい、セグメントＳの組付作業能率が良くないという
問題があった。

【００１２】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、覆工部材の位置決め精度の向上を図ると共に、
組付作業の作業能率を向上することで作業性の向上を図
ったエレクタ制御装置及び制御方法と覆工部材の組付方
法とトンネル掘削機を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明のエレクタ制御装置は、トンネル内
に搬入された覆工部材を保持する保持手段と、該保持覆
工部材をトンネルの長手方向となるＸ軸方向に移動させ
るＸ軸移動手段と、前記保持覆工部材をトンネルの周方
向となるＹ軸方向に移動させるＹ軸移動手段と、前記保
持覆工部材をトンネルの径方向となるＺ軸方向に移動さ
せるＺ軸移動手段と、前記保持覆工部材を前記Ｘ軸回り
に揺動させるＸ軸揺動手段と、前記保持覆工部材を前記
Ｙ軸回りに揺動させるＹ軸揺動手段と、前記保持覆工部
材を前記Ｚ軸回りに揺動させるＺ軸揺動手段と、前記保
持覆工部材をトンネル内壁面に組付けられた既設覆工部
材に接合するときの接合点における前記Ｘ軸とＹ軸とＺ
軸方向の変位を検出する第１の変位検出手段と、前記接
合点における前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸回りの変位を検出す
る第２の変位検出手段と、前記第１及び第２の変位検出
手段が検出した前記接合点からの変位に基づいて位置ベ
クトル及び姿勢ベクトルを演算する着目点位置姿勢演算
手段と、予め設定された位置目標値ベクトル及び姿勢目
標値ベクトルと前記着目点位置姿勢演算手段が演算した
実際の位置ベクトル及び姿勢ベクトルとに基づいて位置
偏差及び姿勢偏差を演算する位置姿勢偏差演算手段と、
該位置姿勢偏差演算手段が演算した前記接合点からの位
置偏差及び姿勢偏差に基づいて前記各移動手段及び前記
各揺動手段を駆動制御する制御手段とを具えたことを特
徴とするものである。

【００１４】また、請求項２の発明のエレクタ制御装置
では、前記各移動手段及び前記各揺動手段は油圧ジャッ
キであって、前記位置姿勢偏差演算手段が演算した基準
座標系での前記接合点からの位置偏差及び姿勢偏差を覆
工部材座標系での位置偏差及び姿勢偏差に変換する覆工
部材座標系変換手段と、前記覆工部材座標系での位置偏
差及び姿勢偏差を位置修正速度及び姿勢修正速度に変換
する速度変換手段と、前記覆工部材座標系での位置修正
速度をエレクタ座標系での前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸方向の
位置修正速度に変換すると共に前記姿勢修正速度を前記
Ｘ軸とＹ軸とＺ軸回りの姿勢修正速度に変換するエレク
タ座標系変換手段とを設け、前記制御手段が前記エレク
タ座標系での位置修正速度及び姿勢修正速度に基づいて
前記各油圧ジャッキを作動して前記保持覆工部材を前記
接合点を中心として位置制御及び姿勢制御することを特
徴としている。

【００１５】また、請求項３の発明のエレクタ制御装置
では、前記保持覆工部材に作用する前記Ｘ軸とＹ軸とＺ
軸における軸方向圧力及び揺動方向圧力を検出する圧力
検出手段と、該圧力検出手段が検出した軸方向圧力及び
揺動方向圧力の圧力の変化に基づいて前記保持覆工部材
に作用する外力を演算する外力演算手段とを設け、前記
制御手段は、前記位置姿勢偏差演算手段が演算した前記
接合点からの位置偏差及び姿勢偏差に前記外力演算手段
が演算した覆工部材に作用する外力を加味して前記各移
動手段及び前記各揺動手段を駆動制御することを特徴と
している。

【００１６】また、請求項４の発明のエレクタ制御方法
は、トンネル内に搬入された覆工部材を保持し、保持し
た覆工部材をトンネルの長手方向となるＸ軸方向とトン
ネルの周方向となるＹ軸方向とトンネルの径方向となる
Ｚ軸方向に移動自在に支持すると共に、前記Ｘ軸とＹ軸
とＺ軸回りに揺動自在に支持するエレクタ装置におい
て、前記保持覆工部材をトンネル内壁面に組付けられた
既設覆工部材に接合するときの接合点における前記Ｘ軸
とＹ軸とＺ軸方向の変位を検出すると共に、前記Ｘ軸と
Ｙ軸とＺ軸回りの変位を検出し、前記接合点からの変位
に基づいて位置ベクトル及び姿勢ベクトルを演算し、予
め設定された位置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクト
ルと前記位置ベクトル及び姿勢ベクトルとに基づいて位
置偏差及び姿勢偏差を演算し、該接合点からの位置偏差
及び姿勢偏差に基づいて前記保持覆工部材を前記接合点
を中心として位置制御及び姿勢制御するようにしたこと
を特徴ものである。

【００１７】また、請求項５の発明の覆工部材の組付方
法は、トンネル内に搬入された覆工部材を保持し、該保
持覆工部材をトンネル内壁面に組付けられた既設覆工部
材に接合するときの接合点におけるトンネルの長手方向
となるＸ軸方向とトンネルの周方向となるＹ軸方向とト
ンネルの径方向となるＺ軸方向の位置変位を検出すると
共に、該Ｘ軸とＹ軸とＺ軸回りの姿勢変位を検出し、予
め設定された位置目標変位及び姿勢目標変位と前記位置
変位及び姿勢変位とに基づいて位置偏差及び姿勢偏差を
演算し、該位置偏差及び姿勢偏差に基づいて前記保持覆
工部材を前記接合点を中心として位置制御及び姿勢制御
しながら該保持覆工部材を既設覆工部材に対する所定の
位置に組み付けることを特徴とするものである。

【００１８】また、請求項６の発明のエレクタ制御装置
は、トンネル内に搬入された覆工部材を保持する保持手
段と、該保持覆工部材をトンネルの長手方向となるＸ軸
方向に移動させるＸ軸移動手段と、前記保持覆工部材を
トンネルの周方向となるＹ軸方向に移動させるＹ軸移動
手段と、前記保持覆工部材をトンネルの径方向となるＺ
軸方向に移動させるＺ軸移動手段と、前記保持覆工部材
を前記Ｘ軸回りに揺動させるＸ軸揺動手段と、前記保持
覆工部材を前記Ｙ軸回りに揺動させるＹ軸揺動手段と、
前記保持覆工部材を前記Ｚ軸回りに揺動させるＺ軸揺動
手段と、前記保持覆工部材の所定の基準点における前記
Ｘ軸とＹ軸とＺ軸方向の変位を検出する第１の変位検出
手段と、前記基準点における前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸回り
の変位を検出する第２の変位検出手段と、前記第１及び
第２の変位検出手段が検出した前記基準点の変位に基づ
いて位置ベクトル及び姿勢ベクトルを演算する位置姿勢
演算手段と、前記保持覆工部材と前記既設覆工部材との
段差及び距離を検出する段差距離検出手段と、該段差距
離検出手段が検出した段差及び距離に基づいて前記Ｘ軸
とＹ軸とＺ軸方向の補正量及び前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸回
りの補正量を演算する位置姿勢補正量演算手段と、予め
設定された位置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトル
に前記位置姿勢補正量演算手段が演算した位置補正量及
び姿勢補正量を加算する補正加算手段と、該補正加算手
段によって補正量が加算された位置目標値ベクトル及び
姿勢目標値ベクトルと前記位置姿勢演算手段が演算した
実際の位置ベクトル及び姿勢ベクトルとに基づいて位置
偏差及び姿勢偏差を演算する位置姿勢偏差演算手段と、
該位置姿勢偏差演算手段が演算した位置偏差及び姿勢偏
差に基づいて前記各移動手段及び前記各揺動手段を駆動
制御する制御手段とを具えたことを特徴とするものであ
る。

【００１９】また、請求項７の発明のエレクタ制御装置
では、前記保持覆工部材の所望に組付位置に応じたオフ
セット量を設定するオフセット設定手段を設け、前記位
置姿勢補正量演算手段は前記段差距離検出手段が検出し
た段差及び距離と前記オフセット設定手段が設定したオ
フセット量に基づいて前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸方向の補正
量及び前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸回りの補正量を演算するこ
とを特徴としている。

【００２０】また、請求項８の発明のエレクタ制御装置
では、前記段差距離検出手段は前記保持覆工部材と前記
既設覆工部材との対向するエッジを撮影する撮影手段を
有し、該撮影手段の撮影画像に基づいて前記保持覆工部
材と前記既設覆工部材との各エッジがレンジ内にあるか
どうかを判定するレンジ内外判定手段と、該レンジ内外
判定手段の判定結果に基づいて前記補正加算手段に出力
する位置補正量及び姿勢補正量を補正するレンジ外補正
手段とを設けたことを特徴としている。

【００２１】また、請求項９の発明のエレクタ制御装置
では、前記位置姿勢偏差演算手段へ入力する位置目標値
ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと前記基準点の位置を
手動によって設定する手動操作装置を設けたことを特徴
としている。

【００２２】また、請求項１０の発明のトンネル掘削機
は、筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体の前部に回
転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを
駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記掘削機本体
を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の後部に
装着されてトンネル内に搬入された覆工部材を保持して
トンネルの長手方向となるＸ軸方向とトンネルの周方向
となるＹ軸方向とトンネルの径方向となるＺ軸方向に移
動可能で且つＸ軸とＹ軸とＺ軸回りに揺動自在に支持す
るエレクタ装置と、前記保持覆工部材をトンネル内壁面
に組付けられた既設覆工部材に接合するときの接合点に
おける前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸方向の変位を検出する第１
の変位検出手段と、前記接合点における前記Ｘ軸とＹ軸
とＺ軸回りの変位を検出する第２の変位検出手段と、前
記第１及び第２の変位検出手段が検出した前記接合点の
変位に基づいて該接合点の位置ベクトル及び姿勢ベクト
ルを演算する着目点位置姿勢演算手段と、予め設定され
た位置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと前記着
目点位置姿勢演算器が演算した実際の位置ベクトル及び
姿勢ベクトルとに基づいて位置偏差及び姿勢偏差を演算
する位置姿勢偏差演算手段と、該位置姿勢偏差演算手段
が演算した前記接合点からの位置偏差及び姿勢偏差に基
づいて前記各移動手段及び前記各揺動手段を駆動制御す
る制御手段と、前記カッタヘッドの掘削によって発生し
た掘削土砂を外部に排出する排土手段とを具えたことを
特徴とするものである。

【００２３】また、請求項１１の発明のトンネル掘削機
は、筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体の前部に回
転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを
駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前記掘削機本体
を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の後部に
装着されてトンネル内に搬入された覆工部材を保持して
トンネルの長手方向となるＸ軸方向とトンネルの周方向
となるＹ軸方向とトンネルの径方向となるＺ軸方向に移
動可能で且つＸ軸とＹ軸とＺ軸回りに揺動自在に支持す
るエレクタ装置と、前記保持覆工部材の所定の基準点に
おける前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸方向の変位を検出する第１
の変位検出手段と、前記基準点における前記Ｘ軸とＹ軸
とＺ軸回りの変位を検出する第２の変位検出手段と、前
記第１及び第２の変位検出手段が検出した前記基準点の
変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢ベクトルを演算す
る位置姿勢演算手段と、前記保持覆工部材と前記既設覆
工部材との段差及び距離を検出する段差距離検出手段
と、該段差距離検出手段が検出した段差及び距離に基づ
いて前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸方向の補正量及び前記Ｘ軸と
Ｙ軸とＺ軸回りの補正量を演算する位置姿勢補正量演算
手段と、予め設定された位置目標値ベクトル及び姿勢目
標値ベクトルに前記位置姿勢補正量演算手段が演算した
位置補正量及び姿勢補正量を加算する補正加算手段と、
該補正加算手段によって補正量が加算された位置目標値
ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと前記位置姿勢演算手
段が演算した実際の位置ベクトル及び姿勢ベクトルとに
基づいて位置偏差及び姿勢偏差を演算する位置姿勢偏差
演算手段と、該位置姿勢偏差演算手段が演算した位置偏
差及び姿勢偏差に基づいて前記各移動手段及び前記各揺
動手段を駆動制御する制御手段と、前記カッタヘッドの
掘削によって発生した掘削土砂を外部に排出する排土手
段とを具えたことを特徴とするものである。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００２５】図１に本発明の第１実施形態に係るエレク
タ制御装置の制御ブロック、図２に本実施形態のエレク
タ制御装置によるセグメントの位置決め制御を方法を表
す概略、図３に本実施形態のエレクタ装置の概略、図４
にエレクタ装置の正面視、図５にエレクタ装置の側面視
を示す。

【００２６】本実施形態のシールド掘削機において、掘
削機本体は円筒形状をなし、前部に円盤形状のカッタヘ
ッドが回転自在に装着され、駆動モータによって回転駆
動可能となっており、前面部に多数のカッタビットが取
付けられている。そして、この掘削機本体の後部に複数
本のシールドジャッキが周方向に沿って並設されると共
に、覆工部材としてのセグメントを既設トンネルの内壁
面に組み付けるエレクタ装置が装着されている。

【００２７】ここで、このエレクタ装置について説明す
る。図３乃至図５に示すように、エレクタ装置１１は、
掘削機本体１２の後部に設けられており、このエレクタ
装置１１はシールドジャッキ１３によって前進した掘削
機本体１２と既設セグメントＳ（図３では、Ａ１，Ａ
２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｋで表している。）との間の空
所に新しいセグメントを組み付けるものである。

【００２８】即ち、掘削機本体１２の後部に設けられた
支持リング１４には回転リング１５が回転自在に支持さ
れ、この回転リング１５は複数の油圧モータ（Ｙ軸移動
手段）１６によって回転可能となっている。この回転リ
ング１５の外周部には昇降台１７がガイドロッド１８に
より既設トンネルの径方向となるＺ軸方向に沿って昇降
自在に支持され、昇降ジャッキ（Ｚ軸移動手段）１９に
よって昇降可能となっている。そして、この昇降台１７
の左右には制御装置２０や油圧ユニット２１が設置され
ると共に、上部にはカウンタウエイト２２が取付けられ
ている。

【００２９】この昇降台１７には既設トンネルの長手方
向となるＸ軸方向に沿って第１移動体２３が移動自在に
支持され、移動ジャッキ（Ｘ軸移動手段）２４によって
移動可能となっている。この第１移動体２３には既設ト
ンネルの周方向となるＹ軸方向に沿って第２移動体２５
が移動自在に支持され、移動ジャッキ（Ｙ軸移動手段）
２６によって移動可能となっている。この第２移動体２
５には回転筒２７が回転自在に支持され、この回転筒２
７の下部にはサポート部材としてのセグメントサポート
２８が揺動自在に支持されている。そして、第２移動体
２５と回転筒２７との間にはセグメントサポート２８を
Ｚ軸回りに揺動させる左右一対のヨーイングジャッキ
（Ｚ軸揺動手段）２９が架設されている。また、回転筒
２７とセグメントサポート２８との間にはこのセグメン
トサポート２８をＸ軸回りに揺動させる左右一対のロー
リングジャッキ（Ｘ軸揺動手段）３０が架設され、回転
筒２８とセグメントサポート２８との間にはこのセグメ
ントサポート２８をＹ軸回りに揺動させる左右一対のピ
ッチングジャッキ（Ｙ軸揺動手段）３１が架設されてい
る。

【００３０】そして、セグメントサポート２８には既設
トンネル内に搬入されたセグメントを保持するセグメン
ト保持機構３２が装着されている。このセグメント保持
機構３２はセグメントの中心部に固定されたボルト３３
を係止部３４が掴持し、保持ジャッキ３５を収縮してセ
グメントをセグメントサポート２８に押し付けること
で、このセグメントを保持できるようになっている。ま
た、このセグメントサポート２８にはセグメント同志を
連結固定するためのボルト締結機３６が装着されてい
る。

【００３１】従って、保持機構３２がセグメントを保持
した状態で、昇降ジャッキ１９を伸縮すると保持セグメ
ントをＺ軸方向に移動でき、移動ジャッキ２４を伸縮す
ると保持セグメントをＸ軸方向に移動でき、移動ジャッ
キ２６を伸縮すると保持セグメントをＹ軸方向に移動で
きる。また、ローリングジャッキ３０を伸縮すると保持
セグメントをＸ軸回りに揺動でき、ピッチングジャッキ
３１を伸縮すると保持セグメントをＹ軸回りに揺動で
き、ヨーイングジャッキ２９を伸縮すると保持セグメン
トをＺ軸回りに揺動できる。

【００３２】ここで、上述したエレクタ装置１１の制御
装置及びその方法について説明する。エレクタ制御装置
は、図１及び図２に示すように、変位検出器（第１の変
位検出手段、第２の変位検出手段）101，102と、油圧ジ
ャッキ変位／回転角度変換器103と、着目点位置姿勢演
算器104と、位置姿勢偏差演算器105と、基準座標／セグ
メント座標速度変換器106と、変位制御ゲイン107と、セ
グメント座標／エレクタ移動軸速度変換器108と、回転
軸速度／油圧ジャッキ速度変換器109と、制御装置110と
から構成されている。

【００３３】従って、エレクタ装置１１はセグメント保
持機構３２がトンネル内に搬入されたセグメントＳを保
持すると、所定の位置に移動して組み付けるが、このと
き、変位検出器101は保持セグメントＳを既設セグメン
トＳに接合する際、既設セグメントＳの端点Ｒに合致す
る端点（接合点）Ｑの変位Ｘ_C ，Ｙ_C ，Ｚ_C を、各ジャ
ッキ１９，２４，２６のストロークから検出する。ま
た、変位検出器102はこの端点Ｑの変位を各ジャッキ２
９，３０，３１のストロークから検出し、変換器103が
この検出値を変換してローリング角θ_XC、ピッチング角
θ_YC、ヨーイング角θ_ZCを求める。

【００３４】着目点位置姿勢演算器104は、端点Ｑの変
位Ｘ_C ，Ｙ_C ，Ｚ_C とローリング角θ_XC、ピッチング角
θ_YC、ヨーイング角θ_ZCとに基づき、Ｏ−Ｘ_C Ｙ_C Ｚ_C
基準座標系からみた保持セグメントＳの端点Ｑの位置ベ
クトルＰ（Ｐ_X ，Ｐ_Y ，Ｐ_Z）及び姿勢ベクトルＮ（Ｎ
_X ，Ｎ_Y ，Ｎ_Z ），Ｏ（Ｏ_X ，Ｏ_Y ，Ｏ_Z ），Ａ
（Ａ _X ，Ａ_Y ，Ａ_Z ）を演算する。なお、ここで、Ｏ−
Ｘ_C Ｙ_C Ｚ_C 基準座標系からみたＸ_sg方向の向きがＮ
（Ｎ_X ，Ｎ_Y ，Ｎ_Z ）で、Ｙ_sg方向の向きがＯ（Ｏ_X ，
Ｏ_Y ，Ｏ_Z ）で、Ｚ_sg方向の向きがＡ（Ａ_X ，Ａ_Y ，Ａ
_Z ）となる。

【００３５】そして、位置姿勢偏差演算器105は、この
Ｏ−Ｘ_C Ｙ_C Ｚ_C 基準座標系からみた保持セグメントＳ
の端点Ｑの位置ベクトルＰ及び姿勢ベクトルＮ，Ｏ，Ａ
と、予め設定された位置目標値ベクトルＰ_r 及び姿勢目
標値ベクトルＮ_r ，Ｏ_r ，Ａ _r とに基づき、端点Ｑから
の位置偏差ΔＰ_c 及び姿勢偏差ΔＮ_c ，ΔＯ_c ，ΔＡ _c
を演算する。この位置偏差ΔＰ_c 及び姿勢偏差ΔＮ_c ，
ΔＯ_c ，ΔＡ_c は基準座標／セグメント座標速度変換器
106で、セグメント座標系であるＱ−Ｘ_sgＹ_sgＺ_sg座標
系からみた位置偏差ΔＰ_sg及び姿勢偏差ΔＮ_sg，Δ
Ｏ_sg，ΔＡ_sgに変換する。更に、この位置偏差ΔＰ_sg及
び姿勢偏差ΔＮ_sg，ΔＯ_sg，ΔＡ_sgに変位制御ゲイン10
7を乗じてＱ−Ｘ_sgＹ_sgＺ_sg座標系からみた位置修正速
度Ｖ_xsg ，Ｖ_{y sg} ，Ｖ_zsg 及び姿勢修正速度Ｗ_xsg ，Ｗ
_ysg ，Ｗ_zsg に変換する。

【００３６】更に、この位置修正速度Ｖ_xsg ，Ｖ_ysg ，
Ｖ_zsg はヤコビ逆行列であるセグメント座標／エレクタ
移動軸速度変換器108で、Ｘ軸修正速度Ｖ_x 、Ｙ軸修正
速度Ｖ_y 、Ｚ軸修正速度Ｖ_z に変換すると共に、姿勢修
正速度Ｗ_xsg ，Ｗ_ysg ，Ｗ_{zs g} はローリング軸修正速度
Ｗ_x 、ピッチング軸修正速度Ｗ_y 、ヨーイング軸修正速
度Ｗ_z に変換する。そして、ローリング軸修正速度
Ｗ_x 、ピッチング軸修正速度Ｗ_y 、ヨーイング軸修正速
度Ｗ_z は回転軸速度／油圧ジャッキ速度変換器109に
て、ローリングジャッキ２９の伸縮速度Ｗ_xjとピッチン
グジャッキ３０の伸縮速度Ｗ_yjとヨーイングジャッキ３
１の伸縮速度Ｗ_zjに変換する。

【００３７】従って、制御装置110はＸ，Ｙ，Ｚ軸の各
修正速度度Ｖ_x ，Ｖ_y ，Ｖ_z 及びローリング軸、ピッチ
ング軸、ヨーイング軸の各伸縮速度Ｗ_xj，Ｗ_yj，Ｗ_zjに
基づき、エレクタ装置１１の各油圧ジャッキ１９，２
４，２６，２９，３０，３１を作動して保持機構２９が
保持した保持セグメントＳを端点Ｑの位置を中心として
位置制御及び姿勢制御を行う。そのため、既設セグメン
トＳ_s の端点Ｒに対して保持セグメントＳの端点Ｑを容
易に合致させることができ、作業効率を向上できる。

【００３８】図６に本発明の第２実施形態に係るエレク
タ制御装置の制御ブロックを示す。

【００３９】なお、この第２実施形態で説明する各実施
形態のエレクタ制御装置は、シールド掘削機やエレクタ
装置の基本的な構成は前述した第１実施形態のものと同
様であり、前述した実施形態で説明したものと同様の機
能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は
省略する。また、本実施形態のエレクタ制御装置の構成
は、前述した第１実施形態の構成になじみ機能を付加し
たものであり、他の構成は同様であるため、同一の符号
を付して重複する説明は省略する。

【００４０】本実施形態のエレクタ装置１１の制御装置
は、図６に示すように、変位検出器101，102と、油圧ジ
ャッキ変位／回転角度変換器103と、着目点位置姿勢演
算器104と、位置姿勢偏差演算器105と、基準座標／セグ
メント座標速度変換器106と、変位制御ゲイン107と、セ
グメント座標／エレクタ移動軸速度変換器108と、回転
軸速度／油圧ジャッキ速度変換器109と、制御装置110
と、圧力検出器111と、エレクタ移動軸力トルク変換器1
12と、スイッチ113と、メモリ114と、減算器115と、セ
グメント座標力トルク変換器116と、力制御ゲイン117
と、加算器118とから構成されている。

【００４１】従って、エレクタ装置１１の保持機構３２
がセグメントＳを保持すると、変位検出器101は保持セ
グメントＳの端点Ｑの変位Ｘ_C ，Ｙ_C ，Ｚ_C を各ジャッ
キ１９，２４，２６のストロークから検出し、変位検出
器102は端点Ｑの変位を各ジャッキ２９，３０，３１か
ら検出し、変換器103がローリング角θ_XC、ピッチング
角θ_YC、ヨーイング角θ_ZCに変換する。着目点位置姿勢
演算器104は、端点Ｑの変位Ｘ_C ，Ｙ_C ，Ｚ_C とローリ
ング角θ_XC、ピッチング角θ_YC、ヨーイング角θ_ZCとに
基づき、Ｏ−Ｘ_C Ｙ_C Ｚ_C 基準座標系からみた保持セグ
メントＳの端点Ｑからの位置ベクトルＰ及び姿勢ベクト
ルＮ，Ｏ，Ａを演算する。

【００４２】そして、位置姿勢偏差演算器105は、保持
セグメントＳの端点Ｑの位置ベクトルＰ及び姿勢ベクト
ルＮ，Ｏ，Ａと、位置目標値ベクトルＰ_r 及び姿勢目標
値ベクトルＮ_r ，Ｏ_r ，Ａ_r とに基づいて位置偏差ΔＰ
_c 及び姿勢偏差ΔＮ_c ，ΔＯ _c ，ΔＡ_c を演算する。続
いて、基準座標／セグメント座標速度変換器106で位置
偏差ΔＰ_c 及び姿勢偏差ΔＮ_c ，ΔＯ_c ，ΔＡ_c をセグ
メント座標系であるＱ−Ｘ_sgＹ_sgＺ_sg座標系からみた位
置偏差ΔＰ_sg及び姿勢偏差ΔＮ_sg，ΔＯ_sg，ΔＡ_sgに変
換し、変位制御ゲイン107を乗じてＱ−Ｘ_sgＹ_sgＺ_sg座
標系からみた位置修正速度Ｖ_xsg ，Ｖ_ysg ，Ｖ_zsg 及び
姿勢修正速度Ｗ_xsg ，Ｗ_ysg ，Ｗ_zsg に変換する。

【００４３】また、圧力検出器111は各ジャッキ１９，
２４，２６，２９，３０，３１の圧力（Ｘ軸とＹ軸とＺ
軸における軸方向圧力及び揺動方向圧力）を検出し、エ
レクタ移動軸力トルク変換器112は点Ｐを基点としたＸ
軸、Ｙ軸、Ｚ軸における軸方向及び揺動方向の力トルク
に変換する。一方、エレクタ装置１１の保持機構３２が
保持した保持セグメントＳの粗位置決めが完了するとス
イッチ５３が一瞬ＯＮとなり、この時点での各ジャッキ
１９，２４，２６，２９，３０，３１の力トルク（保持
セグメントＳを含んだ自重）がメモリ114に記憶され
る。保持セグメントＳの粗位置決めの際、この保持セグ
メントＳの位置及び姿勢の変動は小さいので、この変動
に伴う力トルクの変動も小さいと仮定し、減算器115に
て、エレクタ移動軸力トルク変換器112から出力された
各ジャッキ１９，２４，２６，２９，３０，３１の力ト
ルクと、メモリ114に記憶された力トルクとの差を求め
ると、これが保持セグメントＳに作用する外力ΔＦとな
る。

【００４４】そして、セグメント座標力トルク変換器11
6は外力ΔＦをセグメント座標系Ｑ−Ｘ_sgＹ_sgＺ_sg座標
系からみた力トルクΔＦ_sgに変換し、力制御ゲイン５７
を乗じてＱ−Ｘ_sgＹ_sgＺ_sg座標系からみた力修正速度Ｖ
_Fxsg，Ｖ_Fysg，Ｖ_Fzsg及びトルク修正速度Ｗ_Txsg，Ｗ
_Tysg，Ｗ_Tzsgに変換する。そして、加算器118にて、変
位制御ゲイン107の出力に力制御ゲイン117の出力を加算
することで、位置修正速度Ｖ_xsg ＋Ｖ_Fxsg，Ｖ_ysg ＋Ｖ
_Fysg，Ｖ_zsg ＋Ｖ_Fzsg及び姿勢修正速度Ｗ_xsg ＋
Ｗ_Txsg，Ｗ_ysg ＋Ｗ_Tysg，Ｗ_zsg ＋Ｗ_Tzsgを演算する。

【００４５】その後、セグメント座標／エレクタ移動軸
速度変換器108が、位置修正速度Ｖ_{x sg} ＋Ｖ_Fxsg，Ｖ
_ysg ＋Ｖ_Fysg，Ｖ_zsg ＋Ｖ_Fzsg及び姿勢修正速度Ｗ_xsg
＋Ｗ_{Txs g}，Ｗ_ysg ＋Ｗ_Tysg，Ｗ_zsg ＋Ｗ_Tzsgを、Ｘ軸修
正速度Ｖ_x 、Ｙ軸修正速度Ｖ_y、Ｚ軸修正速度Ｖ_z 及び
ローリング軸修正速度Ｗ_x 、ピッチング軸修正速度
Ｗ_y、ヨーイング軸修正速度Ｗ_z に変換し、回転軸速度
／油圧ジャッキ速度変換器109にて、ローリングジャッ
キ２９の伸縮速度Ｗ_xjとピッチングジャッキ３０の伸縮
速度Ｗ_yjとヨーイングジャッキ３１の伸縮速度Ｗ_zjに変
換する。

【００４６】従って、制御装置110はＸ，Ｙ，Ｚ軸の各
修正速度度Ｖ_x ，Ｖ_y ，Ｖ_z 及びローリング軸、ピッチ
ング軸、ヨーイング軸の各伸縮速度Ｗ_xj，Ｗ_yj，Ｗ_zjに
基づき、エレクタ装置１１の各油圧ジャッキ１９，２
４，２６，１９，３０，３１を作動して保持セグメント
Ｓを端点Ｑの位置を中心として位置制御及び姿勢制御を
行う。この場合、図２に示すように、保持セグメントＳ
を組み付けるときに、この保持セグメントＳがＹ_sgに移
動して既設セグメントＳに接触すると、保持セグメント
Ｓに−Ｙ_sg方向の外力が作用する。前述した力制御ゲイ
ン117は正に設定するのでＶ_Fysg＜０となり、保持セグ
メントＳのＹ_sg方向の移動速度が減少する。これは位置
目標値ベクトルＰ_r で与えられた位置目標値よりも手前
（−Ｙ_sg）に既設セグメントＳ_s が組付けられていたと
き、保持セグメントＳが既設セグメントＳ_s に接触する
ことによりなじみ動作が実現することとなる。そのた
め、既設セグメントＳ_s に対して保持セグメントＳを組
み付ける場合、視覚センサ精度以下の微小な位置ずれを
吸収することが可能となり、組付時間の短縮が可能とな
る。なお、同一の大きさの外力に対して力制御ゲイン11
7を大きく設定するほど、Ｖ_Fysgも大きくなるのでより
なじみ易くなる。

【００４７】また、上述した各実施形態において、着目
点位置姿勢演算器104 、基準座標／セグメント座標速度
変換器106、セグメント座標／エレクタ移動軸速度変換
器108、セグメント座標力トルク変換器115 の変換デー
タに、エレクタ装置１１の機構や寸法データを入れ換え
ることで、シリアルリンク構成、パラレルリンク構成、
シリアル／パラレルリンク混在構成を問わず、種々の機
構のエレクタ装置に対応が可能となる。

【００４８】なお、上述した各実施形態では、保持機構
３２が保持した保持セグメントＳを既設セグメントＳに
組み付ける場合、保持セグメントＳをＹ_sg方向に移動し
て既設セグメントＳの端点Ｑが既設セグメントＳ_s の端
点Ｒに一致するように位置及び姿勢制御したが、保持セ
グメントＳを−Ｙ_sg方向に移動して既設セグメントＳの
端点Ｔが対応する既設セグメントＳの端点に一致するよ
うに位置及び姿勢制御してもよい。

【００４９】図７に本発明の第３実施形態に係るエレク
タ制御装置の制御ブロック、図８に位置姿勢補正量演算
器の構成を表す制御ブロック、図９にセンサヘッドを表
す概略、図１０センサヘッドの取付位置を表すセグメン
トサポートの平面視、図１１に保持セグメントと既設セ
グメントとの段差及び距離の算出方法を表す概略、図１
２にセグメントの組付状態を表す概略を示す。

【００５０】本実施形態では、図１２に示すように、６
つのセグメントをトンネルの周方向に接合することで１
つのリングセグメントを組み立てることができるように
なっている。この場合、各セグメントは下方から順に組
み付けていくものであり、最下部にＡ１セグメント、そ
の両側にＡ２セグメント及びＡ３セグメント、その上部
にＢ１セグメント及びＢ２セグメント、そして、最上部
にＫセグメントを組み付ける。各セグメントはその形状
が異なっており、特に、Ｋセグメントは平面視が台形状
をなし、トンネルの前方から後方に移動しながら組付け
を行うようにようになっており、Ｂ１、Ｂ２セグメント
はこのＫセグメントに合わせた形状となっている。隣接
するリングセグメント同志で周方向の接合部を所定距離
ずらしてトンネルの強度が低下しないようにしている。

【００５１】まず、エレクタ装置１１を駆動制御するエ
レクタ制御装置におけるセンサヘッドの構成について説
明する。図９及び図１０に示すように、セグメントサポ
ート２８の外周部から５つのブラケット４１〜４５が外
方に延設され、各ブラケット４１〜４５に第１〜第５セ
ンサヘッド４６〜５０が装着されている。第１センサヘ
ッド４６はセグメントサポート２８の中央部から掘進方
向後方に延設されたブラケット４１に装着され、セグメ
ントまでの高さを測定する超音波センサ５１と、セグメ
ント同志の接合部あるいはセグメントの表面に貼り付け
られたマーカを撮影するＣＣＤカメラ６１とから構成さ
れており、この超音波センサ５１とＣＣＤカメラ６１と
で周方向位置検出手段を構成している。なお、この第１
センサヘッド４６はセグメントサポート２８のトンネル
周方向長さにおける中央部に位置している。

【００５２】また、第２〜第４センサヘッド４７〜５０
はほぼ同様の構造をなしており、第２及び第３センサヘ
ッド４７，４８は、セグメントサポート２８の両隅部か
ら掘進方向後方に延設されたブラケット４２，４３にそ
れぞれ装着され、保持セグメントまでの高さを測定する
超音波センサ５２ａ，５３ａと、保持セグメントとトン
ネル長手方向に隣接する既設セグメントまでの高さを測
定する超音波センサ５２ｂ，５３ｂと、保持セグメント
と既設セグメントとのエッジを撮影するＣＣＤカメラ６
２，６３とから構成されており、超音波センサ５２ａ，
５２ｂと超音波センサ５３ａ，５３ｂがそれぞれ高さ測
定手段を構成し、ＣＣＤカメラ６２，６３が撮影手段を
構成している。

【００５３】更に、第３及び第４センサヘッド４９，５
０は、セグメントサポート２８の両側部からトンネル周
方向に延設されたブラケット４４，４５にそれぞれ装着
され、保持セグメントまでの高さを測定する超音波セン
サ５４ａ，５５ａと、保持セグメントとトンネル周方向
に隣接する既設セグメントまでの高さを測定する超音波
センサ５４ｂ，５５ｂと、保持セグメントと既設セグメ
ントとのエッジを撮影するＣＣＤカメラ６４，６５とか
ら構成されており、超音波センサ５４ａ，５４ｂと超音
波センサ５５ａ，５５ｂがそれぞれ高さ測定手段を構成
し、ＣＣＤカメラ６４，６５が撮影手段を構成してい
る。なお、この第４、第５センサヘッド４９，５０はセ
グメントサポート２８のトンネル長手方向長さにおける
中央部に位置している。

【００５４】また、第２及び第３センサヘッド４７，４
８の各ブラケット４２，４３にはトンネル周方向に分岐
ブラケット４２ａ，４３ａがそれぞれ延設され、各分岐
ブラケット４２ａ，４３ａには超音波センサ５２ａ，５
２ｂと対をなすように、保持セグメントとトンネル周方
向に隣接する既設セグメントまでの高さを測定する超音
波センサ５２ｃ，５３ｃが装着されている。

【００５５】そして、各センサヘッド４６〜５０は演算
処理装置７０に接続され、超音波センサ５１，５２ａ，
５２ｂ・・・５５ａ，５５ｂの検出結果やＣＣＤカメラ
６１，６２・・６５の撮影画像が演算処理装置７０に入
力する。この演算処理装置７０では、各検出結果と撮影
画像に基づいて既設セグメントと保持セグメントとの段
差及び距離を算出し、算出結果を前述した制御装置２０
に出力し、この制御装置２０が段差及び距離に基づいて
各ジャッキ１９，２４，２６，２９，３０，３１を駆動
制御し、保持したセグメントを既設セグメントに適正に
密着した位置に位置決めする。なお、制御装置２０には
運転管理装置７１が接続され、作業者はこの運転管理装
置７１を用いて各種のデータを入力することができる。

【００５６】ここで、演算処理装置７０による既設セグ
メントと保持セグメントとの段差及び距離の算出方法に
ついて説明する。各超音波センサ５１，５２ａ，５２ｂ
・・・５５ａ，５５ｂは、保持セグメントあるいは既設
セグメントに向けた超音波の発射と反射との時間差から
その距離を検出している。一方、ＣＣＤカメラ６１，６
２・・６５は、撮影した取込画像から保持セグメントと
既設セグメントとの対向するエッジを検出している。

【００５７】即ち、図９及び図１１に示すように、例え
ば、第５センサヘッド５０の場合について、ＣＣＤカメ
ラ６５のカメラ撮影中心Ｏから光軸が既設セグメント側
に角度φずれ、その画角が２θ₀ であって画像メモリ画
素数が２ｗ₀ であり、一方、超音波センサ５５ａ，５５
ｂの原点とＣＣＤカメラ６５のカメラ撮影中心Ｏと高さ
差がＬ₀ （ｈ₀ ）であるとする。

【００５８】このような設定で、まず、各超音波センサ
５５ａ，５５ｂにより保持セグメントまでの距離Ｌ５−
１（ｈ₁ ）が測定されると共に、既設セグメントまでの
距離Ｌ５−２（ｈ₂ ）が測定される。また、ＣＣＤカメ
ラ６５によって保持セグメントと既設セグメントとの対
向するエッジが撮影され、画像上での隙間Δｉが画素数
として検出される。そして、この隙間Δｉに基づいてＣ
ＣＤカメラ６５の光軸（画像メモリの中心）から保持セ
グメントのエッジまでの画角θ₁ と画素数ｗ₁が求めら
れると共に、ＣＣＤカメラ６５の光軸（画像メモリの中
心）から既設セグメントのエッジまでの画角θ₂ と画素
数ｗ₂ が求められる。

【００５９】このように求められた各データから下記式
（１）を用いて保持セグメントと既設セグメントとの段
差ｄ５ｓと保持セグメントと既設セグメントとの距離
（隙間）Ｃ５を算出することができる。

【数１】

【００６０】ここで、tan θ_i ＝（ｗ_i／ｗ₀）tan θ₀
であることから、これを上記式（１）に代入すると、下
記式（２）となる。なお、tan θ₀ 、tan φ、ｈ₀ は未
知数であり、キャリブレーションにより決定する。

【数２】

【００６１】以下、このように構成された各センサヘッ
ド４６〜５０によるセグメントの位置決め方法について
説明するが、ここではＡ２セグメントについてのみ説明
する。

【００６２】図９に示すように、まず、トンネル内にＡ
２セグメントが搬入されてエレクタ装置１１のセグメン
ト保持機構３２がこれを保持すると、油圧モータ１６や
各ジャッキ１９，２４，２６を駆動することで、Ａ２セ
グメントの粗位置決めを行う（図１に示す位置）。次
に、このＡ２セグメントの精位置決めを行うが、ここで
使用するセンサヘッドは第２、第３、第５センサヘッド
４７，４８，５０のみであり、この各センサヘッド４
７，４８，５０を作動して超音波センサ５２ａ，５２
ｂ，５３ａ，５３ｂ，５５ａ，５５ｂの検出結果とＣＣ
Ｄカメラ６２，６３，６５の撮影画像を演算処理装置７
０に入力する。

【００６３】即ち、第２、第３センサヘッド４７，４８
の各超音波センサ５２ａ，５３ａが保持セグメント（Ａ
２セグメント）の高さＬ２−１，Ｌ３−１を検出すると
共に、各超音波センサ５２ｂ，５３ｂが既設セグメント
（Ａ１セグメント、Ａ２セグメント）の高さＬ２−２，
Ｌ３−２を検出し、また、ＣＣＤカメラ６２，６３が保
持セグメント（Ａ１セグメント）と既設セグメント（Ａ
１セグメントとＡ２セグメント）とのエッジを撮影し、
演算処理装置７０に入力する。一方、第３、第５センサ
ヘッド４８，５０の超音波センサ５３ａ，５５ａが保持
セグメント（Ａ２セグメント）の高さＬ５−１を検出す
ると共に、超音波センサ５３ｃ，５５ｂが周方向に隣接
する既設セグメント（Ａ１セグメント）の高さＬ５−２
を検出し、また、ＣＣＤカメラ６５が保持セグメント
（Ａ２セグメント）と既設セグメント（Ａ１セグメン
ト）とのエッジを撮影し、演算処理装置７０に入力す
る。演算処理装置７０では、前述した演算方法により、
各位置での既設セグメントと保持セグメントとの段差ｄ
２ｓ，ｄ３ｓ，ｄ５ｓ及び距離Ｃ２，Ｃ３，Ｃ５を算出
し、制御装置２０がこの段差ｄ２ｓ，ｄ３ｓ，ｄ５ｓ及
び距離Ｃ２，Ｃ３，Ｃ５に基づいてエレクタ装置１１を
駆動制御し、保持したＡ２セグメントを所定の位置に位
置決めし、ボルト締結機３６によってボルト締結する。

【００６４】なお、上述の実施形態では、既設セグメン
トと保持セグメントとの各位置での段差ｄ２ｓ，ｄ３
ｓ，ｄ５ｓ及び距離Ｃ２，Ｃ３，Ｃ５が所定値になるよ
うに保持セグメントを移動したが、セグメントのエッジ
にはセグメント同志の接合部にシール剤を挿入すること
から、コーキング溝が形成されており、エッジ同志は完
全には密着しないため、段差ｄ２ｓ，ｄ３ｓ，ｄ５ｓ及
び距離Ｃ２，Ｃ３，Ｃ５が所定値となるまで保持セグメ
ントを移動するようにしている。

【００６５】また、上述の実施形態では、既設セグメン
トを保持セグメントに対して１／２だけ周方向にずれた
位置に位置決めしたが、リングセグメントの強度を考慮
すると、１／３あるいは１／４ずらすことが望ましい。
この場合、既設セグメントに予めマーカＭを貼り付けて
おき、このマーカＭをＣＣＤカメラ６１が検出するよう
にすると良い。

【００６６】同様に、Ａ１セグメント、Ａ３セグメン
ト、Ｂ１セグメント、Ｂ２セグメント、Ｋセグメントの
精位置決めをそれぞれ行うが、使用するセンサヘッド４
６〜５０が異なるだけで、作動は前述のものと同じであ
る。このようにしてＫセグメントが組付けられると、６
つのセグメントによってリングセグメントが組み立てら
れる。この繰り返しによってリングセグメントを連続し
て組み立てることで、所定長さのトンネルを構築するこ
とができる。

【００６７】ここで、上述したエレクタ装置１１の制御
装置及びその方法について説明する。エレクタ制御装置
は、図７及び図８に示すように、変位検出器101，102
と、油圧ジャッキ変位／回転角度変換器103と、着目点
位置姿勢演算器104と、位置姿勢偏差演算器105と、基準
座標／セグメント座標速度変換器106と、変位制御ゲイ
ン107と、セグメント座標／エレクタ移動軸速度変換器1
08と、回転軸速度／油圧ジャッキ速度変換器109と、制
御装置110と、位置姿勢補正量演算器121と、位置決め制
御ゲイン122と、姿勢変換器123と、積分器124，125と、
加算器126，127とから構成されている。

【００６８】従って、エレクタ装置１１の保持機構３２
がセグメントＳを保持すると、変位検出器101は保持セ
グメントＳの端点Ｑの変位Ｘ_C ，Ｙ_C ，Ｚ_C を各ジャッ
キ１９，２４，２６のストロークから検出し、変位検出
器102は端点Ｑの変位を各ジャッキ２９，３０，３１か
ら検出し、変換器103がローリング角θ_XC、ピッチング
角θ_YC、ヨーイング角θ_ZCに変換する。着目点位置姿勢
演算器104は、端点Ｑの変位Ｘ_C ，Ｙ_C ，Ｚ_C とローリ
ング角θ_XC、ピッチング角θ_YC、ヨーイング角θ_ZCとに
基づき、Ｏ−Ｘ_C Ｙ_C Ｚ_C 基準座標系からみた保持セグ
メントＳの端点Ｑからの位置ベクトルＰ及び姿勢ベクト
ルＮ，Ｏ，Ａを演算する。

【００６９】一方、位置姿勢補正量演算器121には、セ
ンサヘッド４６〜５０の検出結果に基づいて保持セグメ
ントと既設セグメントとの隙間検出値Ｃ２（ＣＣＤカメ
ラ６２），Ｃ３（ＣＣＤカメラ６３），Ｃ４（ＣＣＤカ
メラ６４），Ｃ５（ＣＣＤカメラ６５）と、距離検出値
Ｌ１（超音波センサ５１），Ｌ２−１（超音波センサ５
２ａ），Ｌ２−２（超音波センサ５２ｂ），Ｌ２−３
（超音波センサ５２ｃ），Ｌ３−１（超音波センサ５３
ａ），Ｌ３−２（超音波センサ５３ｂ），Ｌ３−３（超
音波センサ５３ｃ），Ｌ４−１（超音波センサ５４
ａ），Ｌ４−２（超音波センサ５４ｂ），Ｌ５−１（超
音波センサ５５ａ），Ｌ５−２（超音波センサ５５ｂ）
と、保持セグメントと既設セグメントとの段差ｄ２ｒ
（超音波センサ５２ａ，５２ｂ），ｄ２ｓ（超音波セン
サ５２ｂ，５２ｃ），ｄ３ｒ（超音波センサ５３ａ，５
３ｂ），ｄ３ｓ（超音波センサ５３ｂ，５３ｃ），ｄ４
ｓ（超音波センサ５４ａ，５４ｂ），ｄ５ｓ（超音波セ
ンサ５５ａ，５５ｂ）とが入力される。そして、組立セ
グメント判定器130から入力されたセグメントの種類Ａ
１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｋに応じた各軸ＸＹＺ補
正量から、セグメント座標系における回転補正量
θ_xsg ，θ_ysg ，θ_zsg と、基準座標系における並進補
正量Ｘ_sg，Ｙ_sg，Ｚ_sgが算出される。

【００７０】そして、位置決め変位制御ゲイン122を乗
じてゲイン調整を行い、姿勢変換器123で回転補正量θ
_xsg ，θ_ysg ，θ_zsg をセグメント座標系から基準座標
系に変換した後、積分器124で補正量を積分して移動補
正量（姿勢補正量ベクトルΔＮｒ，ΔＯｒ，ΔＡｒ）と
し、また、並進補正量Ｘ_sg，Ｙ_sg，Ｚ_sgを積分器125と
で積分して位置補正量（位置補正量ベクトルΔＰｒ）と
する。加算器126，127では、位置目標値ベクトルＰ_r 及
び姿勢目標値ベクトルＮ_r ，Ｏ_r ，Ａ_r にそれぞれ位置
補正量ベクトルΔＰｒ及び姿勢補正量ベクトルΔＮｒ，
ΔＯｒ，ΔＡｒを加算して最終的な位置目標値ベクトル
Ｐ_r 及び姿勢目標値ベクトルＮ_r ，Ｏ_r ，Ａ_r とする。

【００７１】位置姿勢偏差演算器105は、保持セグメン
トＳの端点Ｑの位置ベクトルＰ及び姿勢ベクトルＮ，
Ｏ，Ａと、位置目標値ベクトルＰ_r 及び姿勢目標値ベク
トルＮ _r ，Ｏ_r ，Ａ_r とに基づいて位置偏差ΔＰ_c 及び
姿勢偏差ΔＮ_c ，ΔＯ_c ，ΔＡ _c を演算する。続いて、
基準座標／セグメント座標速度変換器106で位置偏差Δ
Ｐ_c 及び姿勢偏差ΔＮ_c ，ΔＯ_c ，ΔＡ_c をセグメント
座標系であるＱ−Ｘ_sgＹ _sgＺ_sg座標系からみた位置偏差
ΔＰ_sg及び姿勢偏差ΔＮ_sg，ΔＯ_sg，ΔＡ_sgに変換し、
変位制御ゲイン107を乗じてＱ−Ｘ_sgＹ_sgＺ_sg座標系か
らみた位置修正速度Ｖ_xsg ，Ｖ_ysg ，Ｖ_zsg 及び姿勢修
正速度Ｗ_xsg ，Ｗ_ysg ，Ｗ_zsg に変換する。

【００７２】更に、この位置修正速度Ｖ_xsg ，Ｖ_ysg ，
Ｖ_zsg はヤコビ逆行列であるセグメント座標／エレクタ
移動軸速度変換器108で、Ｘ軸修正速度Ｖ_x 、Ｙ軸修正
速度Ｖ_y 、Ｚ軸修正速度Ｖ_z に変換すると共に、姿勢修
正速度Ｗ_xsg ，Ｗ_ysg ，Ｗ_{zs g} はローリング軸修正速度
Ｗ_x 、ピッチング軸修正速度Ｗ_y 、ヨーイング軸修正速
度Ｗ_z に変換する。そして、ローリング軸修正速度
Ｗ_x 、ピッチング軸修正速度Ｗ_y 、ヨーイング軸修正速
度Ｗ_z は回転軸速度／油圧ジャッキ速度変換器109に
て、ローリングジャッキ２９の伸縮速度Ｗ_xjとピッチン
グジャッキ３０の伸縮速度Ｗ_yjとヨーイングジャッキ３
１の伸縮速度Ｗ_zjに変換する。

【００７３】従って、制御装置110はＸ，Ｙ，Ｚ軸の各
修正速度度Ｖ_x ，Ｖ_y ，Ｖ_z 及びローリング軸、ピッチ
ング軸、ヨーイング軸の各伸縮速度Ｗ_xj，Ｗ_yj，Ｗ_zjに
基づき、エレクタ装置１１の各油圧ジャッキ１９，２
４，２６，２９，３０，３１を作動して保持機構３２が
保持した保持セグメントＳを端点Ｑの位置を中心として
位置制御及び姿勢制御を行う。そのため、既設セグメン
トＳ_s の端点Ｒに対して保持セグメントＳの端点Ｑを容
易に合致させることができ、作業効率を向上できる。

【００７４】なお、制御装置110の入力側には操作切換
器128が介装され、この操作切換器128に手動操作装置12
9が切換可能に接続されている。エレクタ装置１１の自
動運転が不要であったり、自動運転に不具合が生じた場
合には、手動運転に切り換えることで手動操作装置129
による操作が可能となる。

【００７５】図１３に本発明の第４実施形態に係るエレ
クタ制御装置の制御ブロック、図１４に位置姿勢補正量
演算器の構成を表す制御ブロックを示す。

【００７６】本実施形態のエレクタ制御装置は、図１３
及び図１４に示すように、変位検出器101，102と、油圧
ジャッキ変位／回転角度変換器103と、着目点位置姿勢
演算器104と、位置姿勢偏差演算器105と、基準座標／セ
グメント座標速度変換器106と、変位制御ゲイン107と、
セグメント座標／エレクタ移動軸速度変換器108と、回
転軸速度／油圧ジャッキ速度変換器109と、制御装置110
と、位置姿勢オフセット量設定器131と、シール厚み加
算器132と、位置姿勢補正量演算器121と、位置決め制御
ゲイン122と、姿勢変換器123と、積分器124，125と、加
算器126，127とから構成されている。

【００７７】従って、エレクタ装置１１の保持機構３２
がセグメントＳを保持すると、各ジャッキ１９，２４，
２６から検出した端点Ｑの変位Ｘ_C ，Ｙ_C ，Ｚ_C とロー
リング角θ_XC、ピッチング角θ_YC、ヨーイング角θ_ZCに
基づき、着目点位置姿勢演算器104がＯ−Ｘ_C Ｙ_C Ｚ_C
基準座標系における端点Ｑからの位置ベクトルＰ及び姿
勢ベクトルＮ，Ｏ，Ａを演算する。

【００７８】一方、位置姿勢オフセット量設定器131
は、土圧の大きさなどに応じてセグメントの組付位置を
トンネルの径方向にずらすオフセット設定値Ｘｆ０，Ｙ
ｆ０，Ｚｆ０，θｘｆ０，θｙｆ０，θｚｆ０を設定す
る。また、シール厚み加算器132は、後にセグメントを
シールドジャッキによって既設セグメントに押し付ける
ためにトンネルの長手方向にずらすシール厚み設定値Ｘ
ｓ０，Ｙｓ０を設定する。そして、位置姿勢補正量演算
器121は、このオフセット設定値Ｘｆ０，Ｙｆ０，Ｚｆ
０，θｘｆ０，θｙｆ０，θｚｆ０と、シール厚み設定
値Ｘｓ０，Ｙｓ０と、演算処理装置７０からの隙間検出
値Ｃ２〜Ｃ５、距離検出値Ｌ１〜Ｌ５−２、段差ｄ２ｒ
〜ｄ５ｓとに基づいてセグメント座標系における回転補
正量θ_xsg，θ_ysg ，θ_zsg 及び基準座標系における並
進補正量Ｘ_sg，Ｙ_sg，Ｚ_sgを算出する。

【００７９】そして、位置決め変位制御ゲイン122、姿
勢変換器123、積分器124，125によって姿勢補正量ベク
トルΔＮｒ，ΔＯｒ，ΔＡｒ及び位置補正量ベクトルΔ
Ｐｒを求め、加算器126，127にて、位置目標値ベクトル
Ｐ_r 及び姿勢目標値ベクトルＮ _r ，Ｏ_r ，Ａ_r にそれぞ
れ位置補正量ベクトルΔＰｒ及び姿勢補正量ベクトルΔ
Ｎｒ，ΔＯｒ，ΔＡｒを加算して最終的な位置目標値ベ
クトルＰ_r 及び姿勢目標値ベクトルＮ_r ，Ｏ_r ，Ａ_r と
する。

【００８０】その後、位置姿勢偏差演算器105、基準座
標／セグメント座標速度変換器106、変位制御ゲイン10
7、セグメント座標／エレクタ移動軸速度変換器108、回
転軸速度／油圧ジャッキ速度変換器109によって修正速
度度Ｖ_x ，Ｖ_y ，Ｖ_z 及びローリング軸、ピッチング
軸、ヨーイング軸の各伸縮速度Ｗ_xj，Ｗ_yj，Ｗ_zjが求め
られ、制御装置110はＸ，Ｙ，Ｚ軸の各修正速度度
Ｖ_x ，Ｖ_y ，Ｖ_z 及びローリング軸、ピッチング軸、ヨ
ーイング軸の各伸縮速度Ｗ_xj，Ｗ_yj，Ｗ_zjに基づき、エ
レクタ装置１１の各油圧ジャッキ１９，２４，２６，２
９，３０，３１を作動して保持機構３２が保持した保持
セグメントＳを端点Ｑの位置を中心として位置制御及び
姿勢制御を行う。

【００８１】図１５に本発明の第５実施形態に係るエレ
クタ制御装置の制御ブロック、図１６にレンジ内外判定
器の構成を表す制御ブロック、図１７にレンジ外処理器
の処理内容の具体例を表す概略を示す。

【００８２】本実施形態のエレクタ制御装置は、図１５
乃至図１７に示すように、変位検出器101，102と、油圧
ジャッキ変位／回転角度変換器103と、着目点位置姿勢
演算器104と、位置姿勢偏差演算器105と、基準座標／セ
グメント座標速度変換器106と、変位制御ゲイン107と、
セグメント座標／エレクタ移動軸速度変換器108と、回
転軸速度／油圧ジャッキ速度変換器109と、制御装置110
と、レンジ内外判定器141と、レンジ外処理器142と、切
換器143と、位置姿勢補正量演算器121と、位置決め制御
ゲイン122と、姿勢変換器123と、積分器124，125と、加
算器126，127とから構成されている。

【００８３】従って、エレクタ装置１１の保持機構３２
がセグメントＳを保持すると、各ジャッキ１９，２４，
２６から検出した端点Ｑの変位Ｘ_C ，Ｙ_C ，Ｚ_C とロー
リング角θ_XC、ピッチング角θ_YC、ヨーイング角θ_ZCに
基づき、着目点位置姿勢演算器104がＯ−Ｘ_C Ｙ_C Ｚ_C
基準座標系における端点Ｑからの位置ベクトルＰ及び姿
勢ベクトルＮ，Ｏ，Ａを演算する。

【００８４】一方、演算処理装置７０からの隙間検出値
Ｃ２〜Ｃ５がレンジ内外判定器141に入力し、ここで、
保持セグメントに対して既設セグメントがＣＣＤカメラ
６１〜６５のレンジ内に入ったかどうかを判定してい
る。この場合、図１６に詳細に示すように、各セグメン
トＡ１，Ａ２，Ａ３，Ｂ１，Ｂ２，Ｋに応じて全てのレ
ンジ内外判定ケースが設定されており、レンジ内外判定
器141が既設セグメントをレンジ外であると判定する
と、切換器143を動作してレンジ外処理器142が各ケース
に応じた動作指令を発令する。

【００８５】例えば、図１７に詳細に示すように、セグ
メントＡ３に関して説明すると、レンジ内外判定器141
がケース１のように隙間検出値Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の全て
がレンジ外であると判定すると、レンジ外処理器142は
保持セグメントのヨーイングを停止し、所定速度でＸ軸
方向（トンネル長手方向前方）へスライドすると共に、
Ｙ軸方向（トンネル周方向）へ微小旋回移動する。この
動作により隙間検出値Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４の少なくとも１
つがレンジ内に入ってくる。そして、ケース７のように
隙間検出値Ｃ２，Ｃ３がレンジ内であって隙間検出値Ｃ
４のみがレンジ外であると判定すると、レンジ外処理器
142は保持セグメントのＸ軸方向へのスライドを停止す
ると共に所定速度でヨーイングさせ、所定速度でＹ軸方
向へ微小旋回移動する。この動作により隙間検出値Ｃ
２，Ｃ３，Ｃ４の全てがレンジ内に入ってくる。

【００８６】このようにレンジ内外判定器141のレンジ
外判定によってレンジ外処理器142が各ケースに応じた
動作指令を発令することで、各主の検出値が検出される
と、位置姿勢補正量演算器121は、演算処理装置７０か
らの隙間検出値Ｃ２〜Ｃ５、距離検出値Ｌ１〜Ｌ５−
２、段差ｄ２ｒ〜ｄ５ｓとに基づいてセグメント座標系
における回転補正量θ_xsg ，θ_ysg ，θ_zsg 及び基準座
標系における並進補正量Ｘ _sg，Ｙ_sg，Ｚ_sgを算出する。
そして、位置決め変位制御ゲイン122、姿勢変換器123、
積分器124，125によって姿勢補正量ベクトルΔＮｒ，Δ
Ｏｒ，ΔＡｒ及び位置補正量ベクトルΔＰｒを求め、加
算器126，127にて、位置目標値ベクトルＰ_r及び姿勢目
標値ベクトルＮ_r ，Ｏ_r ，Ａ_r にそれぞれ位置補正量ベ
クトルΔＰｒ及び姿勢補正量ベクトルΔＮｒ，ΔＯｒ，
ΔＡｒを加算して最終的な位置目標値ベクトルＰ_r 及び
姿勢目標値ベクトルＮ_r ，Ｏ_r ，Ａ_r とする。

【００８７】その後、位置姿勢偏差演算器105、基準座
標／セグメント座標速度変換器106、変位制御ゲイン10
7、セグメント座標／エレクタ移動軸速度変換器108、回
転軸速度／油圧ジャッキ速度変換器109によって修正速
度度Ｖ_x ，Ｖ_y ，Ｖ_z 及びローリング軸、ピッチング
軸、ヨーイング軸の各伸縮速度Ｗ_xj，Ｗ_yj，Ｗ_zjが求め
られ、制御装置110はＸ，Ｙ，Ｚ軸の各修正速度度
Ｖ_x ，Ｖ_y ，Ｖ_z 及びローリング軸、ピッチング軸、ヨ
ーイング軸の各伸縮速度Ｗ_xj，Ｗ_yj，Ｗ_zjに基づき、エ
レクタ装置１１の各油圧ジャッキ１９，２４，２６，２
９，３０，３１を作動して保持機構３２が保持した保持
セグメントＳを端点Ｑの位置を中心として位置制御及び
姿勢制御を行う。

【００８８】図１８に本発明の第６実施形態に係るエレ
クタ制御装置の制御ブロック、図１９に手動操作装置の
操作パネルを示す。

【００８９】本実施形態のエレクタ制御装置は、図１８
に示すように、変位検出器101，102と、油圧ジャッキ変
位／回転角度変換器103と、着目点位置姿勢演算器104
と、位置姿勢偏差演算器105と、基準座標／セグメント
座標速度変換器106と、変位制御ゲイン107と、セグメン
ト座標／エレクタ移動軸速度変換器108と、回転軸速度
／油圧ジャッキ速度変換器109と、制御装置110と、位置
姿勢補正量演算器121と、位置決め制御ゲイン122と、姿
勢変換器123と、積分器124，125と、加算器126，127
と、手動操作装置151と操作切換部152とから構成されて
いる。

【００９０】従って、運転管理装置７１によって操作切
換部152が自動運転に切り換えられていると、エレクタ
装置１１の保持機構３２がセグメントＳを保持し、各ジ
ャッキ１９，２４，２６から検出した端点Ｑの変位
Ｘ_C ，Ｙ_C ，Ｚ_C とローリング角θ_XC、ピッチング角θ
_YC、ヨーイング角θ_ZCに基づき、着目点位置姿勢演算器
104がＯ−Ｘ_C Ｙ_C Ｚ_C 基準座標系における端点Ｑから
の位置ベクトルＰ及び姿勢ベクトルＮ，Ｏ，Ａを演算す
る。一方、位置姿勢補正量演算器121は、演算処理装置
７０からの隙間検出値Ｃ２〜Ｃ５、距離検出値Ｌ１〜Ｌ
５−２、段差ｄ２ｒ〜ｄ５ｓとに基づいてセグメント座
標系における回転補正量θ_xsg ，θ_ysg ，θ _zsg 及び基
準座標系における並進補正量Ｘ_sg，Ｙ_sg，Ｚ_sgを算出す
る。そして、位置決め変位制御ゲイン122、姿勢変換器1
23、積分器124，125によって姿勢補正量ベクトルΔＮ
ｒ，ΔＯｒ，ΔＡｒ及び位置補正量ベクトルΔＰｒを求
め、加算器126，127にて、位置目標値ベクトルＰ_r 及び
姿勢目標値ベクトルＮ_r ，Ｏ_r ，Ａ_r にそれぞれ位置補
正量ベクトルΔＰｒ及び姿勢補正量ベクトルΔＮｒ，Δ
Ｏｒ，ΔＡｒを加算して最終的な位置目標値ベクトルＰ
_r 及び姿勢目標値ベクトルＮ_r ，Ｏ_r ，Ａ_r とする。

【００９１】その後、位置姿勢偏差演算器105、基準座
標／セグメント座標速度変換器106、変位制御ゲイン10
7、セグメント座標／エレクタ移動軸速度変換器108、回
転軸速度／油圧ジャッキ速度変換器109によって修正速
度度Ｖ_x ，Ｖ_y ，Ｖ_z 及びローリング軸、ピッチング
軸、ヨーイング軸の各伸縮速度Ｗ_xj，Ｗ_yj，Ｗ_zjが求め
られ、制御装置110はＸ，Ｙ，Ｚ軸の各修正速度度
Ｖ_x ，Ｖ_y ，Ｖ_z 及びローリング軸、ピッチング軸、ヨ
ーイング軸の各伸縮速度Ｗ_xj，Ｗ_yj，Ｗ_zjに基づき、エ
レクタ装置１１の各油圧ジャッキ１９，２４，２６，２
９，３０，３１を作動して保持機構３２が保持した保持
セグメントＳを端点Ｑの位置を中心として位置制御及び
姿勢制御を行う。

【００９２】一方、エレクタ装置１１の自動運転が不要
であったり、センサによる各種の検出ができなかったな
どの自動運転に不具合が生じた場合には、運転管理装置
７１によって操作切換部152が手動運転に切り換えら
れ、作業者は手動操作装置151を用いて保持セグメント
Ｓの位置姿勢制御を行う。

【００９３】この手動操作装置151は、図１９に示すよ
うに、スライド操作スイッチ161（移動ジャッキ２４）
と、ヨーイング操作スイッチ162（ヨーイングジャッキ
２９）と、ピッチング操作スイッチ163（ピッチングジ
ャッキ３１）と、ローリング操作スイッチ164（ローリ
ングジャッキ３０）と、把持フリースイッチ165（保持
ジャッキ３５）と、スライドフリースイッチ166と、ヨ
ーイングフリースイッチ167と、速度調整スイッチ168
と、昇降操作スイッチ169（昇降ジャッキ１９）と、旋
回操作スイッチ170（油圧モータ１６）と、把持伸縮操
作スイッチ171と、旋回微調整操作スイッチ172（移動ジ
ャッキ２６）と、操作基準点変更スイッチ173a，173b，
173cと、確認ランプ174a，174b，174cと、操作禁止スイ
ッチ175とを有している。

【００９４】従って、作業者はこの手動操作装置151を
用いて着目点となる操作基準点（図２にてＰ，Ｑ，Ｔ）
を操作基準点変更スイッチ173a，173b，173cを用いて決
定する。そして、エレクタ装置１１の保持機構３２がセ
グメントＳを保持すると、各ジャッキ１９，２４，２６
から検出した基準点の変位Ｘ_C ，Ｙ_C ，Ｚ_C とローリン
グ角θ_XC、ピッチング角θ_YC、ヨーイング角θ_ZCに基づ
き、着目点位置姿勢演算器104がＯ−Ｘ_C Ｙ_C Ｚ_C 基準
座標系における基準点からの位置ベクトルＰ及び姿勢ベ
クトルＮ，Ｏ，Ａを演算する。

【００９５】そして、手動操作装置151を用いて位置目
標値ベクトルＰ_r 及び姿勢目標値ベクトルＮ_r ，Ｏ_r ，
Ａ_r を設定すると、自動運転と同様に、位置姿勢偏差演
算器105、基準座標／セグメント座標速度変換器106、変
位制御ゲイン107、セグメント座標／エレクタ移動軸速
度変換器108、回転軸速度／油圧ジャッキ速度変換器109
によって修正速度度Ｖ_x ，Ｖ_y ，Ｖ_z 及びローリング
軸、ピッチング軸、ヨーイング軸の各伸縮速度Ｗ_xj，Ｗ
_yj，Ｗ_zjが求められ、制御装置110はＸ，Ｙ，Ｚ軸の各
修正速度度Ｖ_x ，Ｖ_y ，Ｖ_z 及びローリング軸、ピッチ
ング軸、ヨーイング軸の各伸縮速度Ｗ_xj，Ｗ_yj，Ｗ_zjに
基づき、エレクタ装置１１の各油圧ジャッキ１９，２
４，２６，２９，３０，３１を作動して保持機構３２が
保持した保持セグメントＳを設定した基準点の位置を中
心として位置制御及び姿勢制御を行う。

【００９６】なお、上述の各実施形態において、エレク
タ装置１１の各油圧ジャッキ１９，２４，２６，２９，
３０，３１を作動して保持セグメントＳを端点Ｑの位置
を中心として位置制御及び姿勢制御を行って組み付けた
が、セグメントの種類により端点はＰまたはＴとなる。
また、段差距離検出手段としてセンサヘッド４６〜５０
を適用し、このセンサヘッド４６〜５０を超音波センサ
とＣＣＤカメラによって構成したが、超音波センサに代
えてレーザ計測センサや接触式変位計等であってもよ
く、センサヘッド４６〜５０として投光器及びカメラを
適用することでできる。更に、覆工部材をセグメントと
したが、セメントを打設するための型枠であってもよ
い。

【００９７】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明のエレクタ制御装置によれば、覆
工部材を保持する保持手段を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸移動手
段により各軸方向に沿って移動自在に支持すると共に、
Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸揺動手段により各軸回りに揺動自在に
支持し、覆工部材の接合点の各軸方向の変位と各軸回り
の変位を検出する第１、第２の変位検出手段と、この接
合点の変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢ベクトルを
演算する着目点位置姿勢演算手段と、位置目標値ベクト
ル及び姿勢目標値ベクトルと実際の位置ベクトル及び姿
勢ベクトルとに基づいて接合点からの位置偏差及び姿勢
偏差を演算する位置姿勢偏差演算手段と、この位置偏差
及び姿勢偏差に基づいて各移動手段及び各揺動手段を駆
動制御する制御手段とを設けたので、保持覆工部材を接
合点の位置を中心として位置制御及び姿勢制御を行うこ
ととなり、既設覆工部材の接合点に対して保持覆工部材
の接合点を容易に一致させることができ、覆工部材の位
置決め精度を向上することができると共に、位置決め作
業の作業性の向上を図ることができる。

【００９８】また、請求項２の発明のエレクタ制御装置
によれば、各移動手段及び各揺動手段を油圧ジャッキと
し、基準座標系での接合点からの位置偏差及び姿勢偏差
を覆工部材座標系に変換する覆工部材座標系変換手段
と、覆工部材座標系での位置偏差及び姿勢偏差を位置修
正速度及び姿勢修正速度に変換する速度変換手段と、こ
の位置修正速度をエレクタ座標系でのＸ軸とＹ軸とＺ軸
方向の位置修正速度に変換すると共に姿勢修正速度をＸ
軸とＹ軸とＺ軸回りの姿勢修正速度に変換するエレクタ
座標系変換手段とを設け、制御手段がエレクタ座標系で
の位置修正速度及び姿勢修正速度に基づいて各油圧ジャ
ッキを作動して保持覆工部材を接合点を中心として位置
制御及び姿勢制御するようにしたので、各油圧ジャッキ
を容易に作動制御して作業性の向上を図ることができ
る。

【００９９】また、請求項３の発明のエレクタ制御装置
によれば、保持手段が保持した覆工部材に作用するＸ軸
とＹ軸とＺ軸における軸方向圧力及び揺動方向圧力を検
出する圧力検出手段と、軸方向圧力及び揺動方向圧力の
圧力の変化に基づいて覆工部材に作用する外力を演算す
る外力演算手段とを設け、駆動制御手段が接合点からの
位置偏差及び姿勢偏差に、外力演算手段が演算した覆工
部材に作用する外力を加味して各移動手段及び各揺動手
段を駆動制御するようにしたので、既設の覆工部材に対
して保持した覆工部材を組み付けるとき、微小な位置ず
れを吸収することが可能となり、覆工部材の組付時間を
短縮することができる。

【０１００】また、請求項４の発明のエレクタ制御方法
によれば、保持覆工部材をトンネル内壁面に組付けられ
た既設覆工部材に接合するときの接合点におけるＸ軸と
Ｙ軸とＺ軸方向の変位を検出すると共に、Ｘ軸とＹ軸と
Ｚ軸回りの変位を検出し、接合点からの変位に基づいて
位置ベクトル及び姿勢ベクトルを演算し、予め設定され
た位置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと位置ベ
クトル及び姿勢ベクトルとに基づいて位置偏差及び姿勢
偏差を演算し、接合点からの位置偏差及び姿勢偏差に基
づいて保持覆工部材を接合点を中心として位置制御及び
姿勢制御するようにしたので、保持覆工部材を接合点の
位置を中心として位置制御及び姿勢制御を行うこととな
り、既設覆工部材の接合点に対して保持した覆工部材の
接合点を容易に一致させることができ、覆工部材の位置
決め精度を向上することができると共に、位置決め作業
の作業性の向上を図ることができる。

【０１０１】また、請求項５の発明のエレクタ制御方法
によれば、トンネル内に搬入された覆工部材を保持し、
保持覆工部材をトンネル内壁面に組付けられた既設覆工
部材に接合するときの接合点におけるトンネルの長手方
向となるＸ軸方向とトンネルの周方向となるＹ軸方向と
トンネルの径方向となるＺ軸方向の位置変位を検出する
と共に、Ｘ軸とＹ軸とＺ軸回りの姿勢変位を検出し、予
め設定された位置目標変位及び姿勢目標変位と位置変位
及び姿勢変位とに基づいて位置偏差及び姿勢偏差を演算
し、位置偏差及び姿勢偏差に基づいて保持覆工部材を接
合点を中心として位置制御及び姿勢制御しながら保持覆
工部材を既設覆工部材に対する所定の位置に組み付ける
ようにしたので、保持覆工部材を接合点の位置を中心と
して位置制御及び姿勢制御を行うこととなり、既設覆工
部材の接合点に対して保持した覆工部材の接合点を容易
に一致させることができ、覆工部材の位置決め精度を向
上することができると共に、位置決め作業の作業性の向
上を図ることができる。

【０１０２】また、請求項６の発明のエレクタ制御装置
によれば、覆工部材を保持する保持手段を、Ｘ軸、Ｙ
軸、Ｚ軸移動手段により各軸方向に沿って移動自在に支
持すると共に、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸揺動手段により各軸回
りに揺動自在に支持し、覆工部材の接合点の各軸方向の
変位と各軸回りの変位を検出する第１、第２の変位検出
手段と、基準点の変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢
ベクトルを演算する位置姿勢演算手段と、保持覆工部材
と既設覆工部材との段差及び距離を検出する段差距離検
出手段と、段差及び距離に基づいてＸ軸とＹ軸とＺ軸方
向の補正量及びＸ軸とＹ軸とＺ軸回りの補正量を演算す
る位置姿勢補正量演算手段と、予め設定された位置目標
値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルにこの位置補正量及
び姿勢補正量を加算する補正加算手段と、補正量が加算
された位置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと位
置姿勢演算手段が演算した実際の位置ベクトル及び姿勢
ベクトルとに基づいて位置偏差及び姿勢偏差を演算する
位置姿勢偏差演算手段と、演算した位置偏差及び姿勢偏
差に基づいて各移動手段及び各揺動手段を駆動制御する
制御手段とを設けたので、保持覆工部材と既設覆工部材
との段差及び距離を把握しながら位置目標値ベクトル及
び姿勢目標値ベクトルを補正して覆工部材の位置制御及
び姿勢制御を行うこととなり、覆工部材の位置決め精度
を向上することができると共に、位置決め作業の作業性
の向上を図ることができる。

【０１０３】また、請求項７の発明のエレクタ制御装置
によれば、保持覆工部材の所望に組付位置に応じたオフ
セット量を設定するオフセット設定手段を設け、位置姿
勢補正量演算手段は段差距離検出手段が検出した段差及
び距離とオフセット設定手段が設定したオフセット量に
基づいてＸ軸とＹ軸とＺ軸方向の補正量及びＸ軸とＹ軸
とＺ軸回りの補正量を演算するようにしたので、保持覆
工部材をオフセット量に基づいて所望に組付位置に組み
付けることができ、汎用性が高くなる。

【０１０４】また、請求項８の発明のエレクタ制御装置
によれば、段差距離検出手段に保持覆工部材と既設覆工
部材との対向するエッジを撮影する撮影手段を設け、撮
影手段の撮影画像に基づいて保持覆工部材と既設覆工部
材との各エッジがレンジ内にあるかどうかを判定するレ
ンジ内外判定手段と、レンジ内外判定手段の判定結果に
基づいて補正加算手段に出力する位置補正量及び姿勢補
正量を補正するレンジ外補正手段とを設けたので、保持
覆工部材と既設覆工部材との各エッジがレンジ内にない
ときには補正加算手段に出力する位置補正量及び姿勢補
正量を補正し、保持覆工部材と既設覆工部材との各エッ
ジがレンジ内にあったときに、段差距離検出手段がその
段差及び距離を検出することとなり、制御の信頼性を向
上することができる。

【０１０５】また、請求項９の発明のエレクタ制御装置
によれば、位置姿勢偏差演算手段へ入力する位置目標値
ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと基準点の位置を手動
によって設定する手動操作装置を設けたので、自動運転
が不要であったり、センサによる各種の検出ができなか
ったなどの自動運転に不具合が生じた場合には、作業者
が手動操作装置を用いて保持覆工部材の位置姿勢制御を
行うことができ、安全性の向上を図ることができる。

【０１０６】また、請求項１０の発明のトンネル掘削機
によれば、掘削機本体の前部にカッタヘッドを装着して
カッタヘッド駆動手段により駆動回転可能とすると共
に、推進ジャッキによって前進可能とし、覆工部材を保
持する保持手段が既設トンネルの長手方向となるＸ軸方
向と既設トンネルの周方向となるＹ軸方向と既設トンネ
ルの径方向となるＺ軸方向に移動可能で且つＸ軸とＹ軸
とＺ軸回りを揺動可能となるように掘削機本体の後部に
エレクタ装置を支持し、覆工部材の接合点におけるＸ軸
とＹ軸とＺ軸方向の変位を検出すると共にＸ軸とＹ軸と
Ｚ軸回りの変位を検出する第１及び第２変位検出手段
と、接合点からの変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢
ベクトルを演算する着目点位置姿勢演算手段と、位置目
標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと実際の位置ベク
トル及び姿勢ベクトルとに基づいて接合点からの位置偏
差及び姿勢偏差を演算する位置姿勢偏差演算手段と、こ
の位置偏差及び姿勢偏差に基づいて各移動手段及び各揺
動手段を駆動制御する制御手段とを設けたので、保持覆
工部材を接合点の位置を中心として位置制御及び姿勢制
御を行うこととなり、既設覆工部材の接合点に対して保
持覆工部材の接合点を容易に一致させることができ、覆
工部材の位置決め精度を向上することができると共に、
位置決め作業の作業性の向上を図ることができる。その
結果、トンネル掘削作業効率を向上することができる。

【０１０７】また、請求項１１の発明のトンネル掘削機
によれば、掘削機本体の前部にカッタヘッドを装着して
カッタヘッド駆動手段により駆動回転可能とすると共
に、推進ジャッキによって前進可能とし、覆工部材を保
持する保持手段が既設トンネルの長手方向となるＸ軸方
向と既設トンネルの周方向となるＹ軸方向と既設トンネ
ルの径方向となるＺ軸方向に移動可能で且つＸ軸とＹ軸
とＺ軸回りを揺動可能となるように掘削機本体の後部に
エレクタ装置を支持し、覆工部材の基準点におけるＸ軸
とＹ軸とＺ軸方向の変位を検出すると共にＸ軸とＹ軸と
Ｚ軸回りの変位を検出する第１及び第２変位検出手段
と、基準点からの変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢
ベクトルを演算する位置姿勢演算手段と、保持覆工部材
と既設覆工部材との段差及び距離を検出する段差距離検
出手段と、段差及び距離に基づいてＸ軸とＹ軸とＺ軸方
向の補正量及びＸ軸とＹ軸とＺ軸回りの補正量を演算す
る位置姿勢補正量演算手段と、予め設定された位置目標
値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルに位置補正量及び姿
勢補正量を加算する補正加算手段と、補正量が加算され
た位置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと実際の
位置ベクトル及び姿勢ベクトルとに基づいて位置偏差及
び姿勢偏差を演算する位置姿勢偏差演算手段と、この位
置偏差及び姿勢偏差に基づいて各移動手段及び各揺動手
段を駆動制御する制御手段とを設けたので、保持覆工部
材と既設覆工部材との段差及び距離を把握しながら位置
目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルを補正して覆工
部材の位置制御及び姿勢制御を行うこととなり、覆工部
材の位置決め精度を向上することができると共に、位置
決め作業の作業性の向上を図ることができる。その結
果、トンネル掘削作業効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るエレクタ制御装置
の制御ブロック図である。

【図２】本実施形態のエレクタ制御装置によるセグメン
トの位置決め制御を方法を表す概略図である。

【図３】本実施形態のエレクタ装置の概略図である。

【図４】エレクタ装置の正面図である。

【図５】エレクタ装置の側面図である。

【図６】本発明の第２実施形態に係るエレクタ制御装置
の制御ブロック図である。

【図７】本発明の第３実施形態に係るエレクタ制御装置
の制御ブロック図である。

【図８】位置姿勢補正量演算器の構成を表す制御ブロッ
ク図である。

【図９】センサヘッドを表す概略図である。

【図１０】センサヘッドの取付位置を表すセグメントサ
ポートの平面図である。

【図１１】保持セグメントと既設セグメントとの段差及
び距離の算出方法を表す概略図である。

【図１２】セグメントの組付状態を表す概略図である。

【図１３】本発明の第４実施形態に係るエレクタ制御装
置の制御ブロック図である。

【図１４】位置姿勢補正量演算器の構成を表す制御ブロ
ック図である。

【図１５】本発明の第５実施形態に係るエレクタ制御装
置の制御ブロック図である。

【図１６】レンジ内外判定器の構成を表す制御ブロック
図である。

【図１７】レンジ外処理器の処理内容の具体例を表す概
略図である。

【図１８】本発明の第６実施形態に係るエレクタ制御装
置の制御ブロック図である。

【図１９】手動操作装置の操作パネル図である。

【図２０】従来のエレクタ制御装置の制御ブロック図で
ある。

【図２１】従来のエレクタ制御装置によるセグメントの
位置決め制御を方法を表す概略図である。

【符号の説明】

１１ エレクタ装置 １２ 掘削機本体 １３ シールドジャッキ １７ 昇降台 １９ 昇降ジャッキ（Ｚ軸移動手段） ２０ 制御装置 ２３ 第１移動体 ２４ 移動ジャッキ（Ｙ軸移動手段） ２５ 第２移動体 ２６ 移動ジャッキ（Ｚ軸移動手段） ２８ セグメントサポート ２９ ヨーイングジャッキ（Ｚ軸揺動手段） ３０ ローリングジャッキ（Ｘ軸揺動手段） ３１ ピッチングジャッキ（Ｙ軸揺動手段） ３２ セグメント保持機構 ４６，４７，４８，４９，５０ センサヘッド（段差距
離検出手段） ５１，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５３ａ，５３ｂ，５３
ｃ，５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂ 超音波センサ ６１，６２，６３，６４，６５ ＣＣＤカメラ（撮影手
段） ７０ 演算処理装置 ７１ 運転管理装置 101 変位検出器（第１の変位検出手段） 102 角度検出器（第２の変位検出手段） 103 油圧ジャッキ変位／回転角度変換器 104 着目点位置姿勢演算器 105 位置姿勢偏差演算器 106 基準座標／セグメント座標速度変換器 107 変位制御ゲイン 108 セグメント座標／エレクタ移動軸速度変換器 109 回転軸速度／油圧ジャッキ速度変換器 110 制御装置 111 圧力検出器 112 エレクタ移動軸力トルク変換器 113 スイッチ 114 メモリ 115 減算器 116 セグメント座標力トルク変換器 117 力制御ゲイン 118 加算器 121 位置姿勢補正量演算器 122 位置決め制御ゲイン 123 姿勢変換器 124，125 積分器 126，127 加算器 131 位置姿勢オフセット量設定器（オフセット設定手
段） 132 シール厚み加算機 141 レンジ内外判定器 142 レンジ外補正処理器 143 切換器 151 手動運転操作装置（手動操作装置） 152 操作切換部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 前川 明寛 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 佐藤 拓志 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者 森 輝幸 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 Ｆターム(参考） 2D055 BA01 BB01 GB01 GB03 GB08 LA13

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル内に搬入された覆工部材を保持
   する保持手段と、該保持覆工部材をトンネルの長手方向
   となるＸ軸方向に移動させるＸ軸移動手段と、前記保持
   覆工部材をトンネルの周方向となるＹ軸方向に移動させ
   るＹ軸移動手段と、前記保持覆工部材をトンネルの径方
   向となるＺ軸方向に移動させるＺ軸移動手段と、前記保
   持覆工部材を前記Ｘ軸回りに揺動させるＸ軸揺動手段
   と、前記保持覆工部材を前記Ｙ軸回りに揺動させるＹ軸
   揺動手段と、前記保持覆工部材を前記Ｚ軸回りに揺動さ
   せるＺ軸揺動手段と、前記保持覆工部材をトンネル内壁
   面に組付けられた既設覆工部材に接合するときの接合点
   における前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸方向の変位を検出する第
   １の変位検出手段と、前記接合点における前記Ｘ軸とＹ
   軸とＺ軸回りの変位を検出する第２の変位検出手段と、
   前記第１及び第２の変位検出手段が検出した前記接合点
   からの変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢ベクトルを
   演算する着目点位置姿勢演算手段と、予め設定された位
   置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと前記着目点
   位置姿勢演算手段が演算した実際の位置ベクトル及び姿
   勢ベクトルとに基づいて位置偏差及び姿勢偏差を演算す
   る位置姿勢偏差演算手段と、該位置姿勢偏差演算手段が
   演算した前記接合点からの位置偏差及び姿勢偏差に基づ
   いて前記各移動手段及び前記各揺動手段を駆動制御する
   制御手段とを具えたことを特徴とするエレクタ制御装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のエレクタ制御装置におい
   て、前記各移動手段及び前記各揺動手段は油圧ジャッキ
   であって、前記位置姿勢偏差演算手段が演算した基準座
   標系での前記接合点からの位置偏差及び姿勢偏差を覆工
   部材座標系での位置偏差及び姿勢偏差に変換する覆工部
   材座標系変換手段と、前記覆工部材座標系での位置偏差
   及び姿勢偏差を位置修正速度及び姿勢修正速度に変換す
   る速度変換手段と、前記覆工部材座標系での位置修正速
   度をエレクタ座標系での前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸方向の位
   置修正速度に変換すると共に前記姿勢修正速度を前記Ｘ
   軸とＹ軸とＺ軸回りの姿勢修正速度に変換するエレクタ
   座標系変換手段とを設け、前記制御手段が前記エレクタ
   座標系での位置修正速度及び姿勢修正速度に基づいて前
   記各油圧ジャッキを作動して前記保持覆工部材を前記接
   合点を中心として位置制御及び姿勢制御することを特徴
   とするエレクタ制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１記載のエレクタ制御装置におい
   て、前記保持覆工部材に作用する前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸
   における軸方向圧力及び揺動方向圧力を検出する圧力検
   出手段と、該圧力検出手段が検出した軸方向圧力及び揺
   動方向圧力の圧力の変化に基づいて前記保持覆工部材に
   作用する外力を演算する外力演算手段とを設け、前記制
   御手段は、前記位置姿勢偏差演算手段が演算した前記接
   合点からの位置偏差及び姿勢偏差に前記外力演算手段が
   演算した覆工部材に作用する外力を加味して前記各移動
   手段及び前記各揺動手段を駆動制御することを特徴とす
   るエレクタ制御装置。
4. 【請求項４】 トンネル内に搬入された覆工部材を保持
   し、保持した覆工部材をトンネルの長手方向となるＸ軸
   方向とトンネルの周方向となるＹ軸方向とトンネルの径
   方向となるＺ軸方向に移動自在に支持すると共に、前記
   Ｘ軸とＹ軸とＺ軸回りに揺動自在に支持するエレクタ装
   置において、前記保持覆工部材をトンネル内壁面に組付
   けられた既設覆工部材に接合するときの接合点における
   前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸方向の変位を検出すると共に、前
   記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸回りの変位を検出し、前記接合点か
   らの変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢ベクトルを演
   算し、予め設定された位置目標値ベクトル及び姿勢目標
   値ベクトルと前記位置ベクトル及び姿勢ベクトルとに基
   づいて位置偏差及び姿勢偏差を演算し、該接合点からの
   位置偏差及び姿勢偏差に基づいて前記保持覆工部材を前
   記接合点を中心として位置制御及び姿勢制御するように
   したことを特徴とするエレクタ制御方法。
5. 【請求項５】 トンネル内に搬入された覆工部材を保持
   し、該保持覆工部材をトンネル内壁面に組付けられた既
   設覆工部材に接合するときの接合点におけるトンネルの
   長手方向となるＸ軸方向とトンネルの周方向となるＹ軸
   方向とトンネルの径方向となるＺ軸方向の位置変位を検
   出すると共に、該Ｘ軸とＹ軸とＺ軸回りの姿勢変位を検
   出し、予め設定された位置目標変位及び姿勢目標変位と
   前記位置変位及び姿勢変位とに基づいて位置偏差及び姿
   勢偏差を演算し、該位置偏差及び姿勢偏差に基づいて前
   記保持覆工部材を前記接合点を中心として位置制御及び
   姿勢制御しながら該保持覆工部材を既設覆工部材に対す
   る所定の位置に組み付けることを特徴とする覆工部材の
   組付方法。
6. 【請求項６】 トンネル内に搬入された覆工部材を保持
   する保持手段と、該保持覆工部材をトンネルの長手方向
   となるＸ軸方向に移動させるＸ軸移動手段と、前記保持
   覆工部材をトンネルの周方向となるＹ軸方向に移動させ
   るＹ軸移動手段と、前記保持覆工部材をトンネルの径方
   向となるＺ軸方向に移動させるＺ軸移動手段と、前記保
   持覆工部材を前記Ｘ軸回りに揺動させるＸ軸揺動手段
   と、前記保持覆工部材を前記Ｙ軸回りに揺動させるＹ軸
   揺動手段と、前記保持覆工部材を前記Ｚ軸回りに揺動さ
   せるＺ軸揺動手段と、前記保持覆工部材の所定の基準点
   における前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸方向の変位を検出する第
   １の変位検出手段と、前記基準点における前記Ｘ軸とＹ
   軸とＺ軸回りの変位を検出する第２の変位検出手段と、
   前記第１及び第２の変位検出手段が検出した前記基準点
   の変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢ベクトルを演算
   する位置姿勢演算手段と、前記保持覆工部材と前記既設
   覆工部材との段差及び距離を検出する段差距離検出手段
   と、該段差距離検出手段が検出した段差及び距離に基づ
   いて前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸方向の補正量及び前記Ｘ軸と
   Ｙ軸とＺ軸回りの補正量を演算する位置姿勢補正量演算
   手段と、予め設定された位置目標値ベクトル及び姿勢目
   標値ベクトルに前記位置姿勢補正量演算手段が演算した
   位置補正量及び姿勢補正量を加算する補正加算手段と、
   該補正加算手段によって補正量が加算された位置目標値
   ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと前記位置姿勢演算手
   段が演算した実際の位置ベクトル及び姿勢ベクトルとに
   基づいて位置偏差及び姿勢偏差を演算する位置姿勢偏差
   演算手段と、該位置姿勢偏差演算手段が演算した位置偏
   差及び姿勢偏差に基づいて前記各移動手段及び前記各揺
   動手段を駆動制御する制御手段とを具えたことを特徴と
   するエレクタ制御装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載のエレクタ制御装置におい
   て、前記保持覆工部材の所望に組付位置に応じたオフセ
   ット量を設定するオフセット設定手段を設け、前記位置
   姿勢補正量演算手段は前記段差距離検出手段が検出した
   段差及び距離と前記オフセット設定手段が設定したオフ
   セット量に基づいて前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸方向の補正量
   及び前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸回りの補正量を演算すること
   を特徴とするエレクタ制御装置。
8. 【請求項８】 請求項６記載のエレクタ制御装置におい
   て、前記段差距離検出手段は前記保持覆工部材と前記既
   設覆工部材との対向するエッジを撮影する撮影手段を有
   し、該撮影手段の撮影画像に基づいて前記保持覆工部材
   と前記既設覆工部材との各エッジがレンジ内にあるかど
   うかを判定するレンジ内外判定手段と、該レンジ内外判
   定手段の判定結果に基づいて前記補正加算手段に出力す
   る位置補正量及び姿勢補正量を補正するレンジ外補正手
   段とを設けたことを特徴とするエレクタ制御装置。
9. 【請求項９】 請求項６記載のエレクタ制御装置におい
   て、前記位置姿勢偏差演算手段へ入力する位置目標値ベ
   クトル及び姿勢目標値ベクトルと前記基準点の位置を手
   動によって設定する手動操作装置を設けたことを特徴と
   するエレクタ制御装置。
10. 【請求項１０】 筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本
    体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カ
    ッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前
    記掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機
    本体の後部に装着されてトンネル内に搬入された覆工部
    材を保持してトンネルの長手方向となるＸ軸方向とトン
    ネルの周方向となるＹ軸方向とトンネルの径方向となる
    Ｚ軸方向に移動可能で且つＸ軸とＹ軸とＺ軸回りに揺動
    自在に支持するエレクタ装置と、前記保持覆工部材をト
    ンネル内壁面に組付けられた既設覆工部材に接合すると
    きの接合点における前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸方向の変位を
    検出する第１の変位検出手段と、前記接合点における前
    記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸回りの変位を検出する第２の変位検
    出手段と、前記第１及び第２の変位検出手段が検出した
    前記接合点の変位に基づいて該接合点の位置ベクトル及
    び姿勢ベクトルを演算する着目点位置姿勢演算手段と、
    予め設定された位置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベク
    トルと前記着目点位置姿勢演算器が演算した実際の位置
    ベクトル及び姿勢ベクトルとに基づいて位置偏差及び姿
    勢偏差を演算する位置姿勢偏差演算手段と、該位置姿勢
    偏差演算手段が演算した前記接合点からの位置偏差及び
    姿勢偏差に基づいて前記各移動手段及び前記各揺動手段
    を駆動制御する制御手段と、前記カッタヘッドの掘削に
    よって発生した掘削土砂を外部に排出する排土手段とを
    具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
11. 【請求項１１】 筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本
    体の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カ
    ッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、前
    記掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機
    本体の後部に装着されてトンネル内に搬入された覆工部
    材を保持してトンネルの長手方向となるＸ軸方向とトン
    ネルの周方向となるＹ軸方向とトンネルの径方向となる
    Ｚ軸方向に移動可能で且つＸ軸とＹ軸とＺ軸回りに揺動
    自在に支持するエレクタ装置と、前記保持覆工部材の所
    定の基準点における前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸方向の変位を
    検出する第１の変位検出手段と、前記基準点における前
    記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸回りの変位を検出する第２の変位検
    出手段と、前記第１及び第２の変位検出手段が検出した
    前記基準点の変位に基づいて位置ベクトル及び姿勢ベク
    トルを演算する位置姿勢演算手段と、前記保持覆工部材
    と前記既設覆工部材との段差及び距離を検出する段差距
    離検出手段と、該段差距離検出手段が検出した段差及び
    距離に基づいて前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸方向の補正量及び
    前記Ｘ軸とＹ軸とＺ軸回りの補正量を演算する位置姿勢
    補正量演算手段と、予め設定された位置目標値ベクトル
    及び姿勢目標値ベクトルに前記位置姿勢補正量演算手段
    が演算した位置補正量及び姿勢補正量を加算する補正加
    算手段と、該補正加算手段によって補正量が加算された
    位置目標値ベクトル及び姿勢目標値ベクトルと前記位置
    姿勢演算手段が演算した実際の位置ベクトル及び姿勢ベ
    クトルとに基づいて位置偏差及び姿勢偏差を演算する位
    置姿勢偏差演算手段と、該位置姿勢偏差演算手段が演算
    した位置偏差及び姿勢偏差に基づいて前記各移動手段及
    び前記各揺動手段を駆動制御する制御手段と、前記カッ
    タヘッドの掘削によって発生した掘削土砂を外部に排出
    する排土手段とを具えたことを特徴とするトンネル掘削
    機。