JP2002220992A - シールド掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ローリングに対するシールド機の姿勢の制御
を合理的に行う。 【解決手段】 シールドジャッキ８のうちの一部を、取
るべき反力の向きをトンネルの周方向に調整可能な修正
ジャッキ８Ａとして形成した。そして、シールド機本体
２に、その中心軸線周りの回転角を検知するためのロー
リングセンサ１３を設け、制御装置３が、ローリングセ
ンサ１３からの出力に基づき、修正ジャッキ８Ａにおい
て取るべき反力の向きを決定するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤中にトンネル
を構築する際に用いられるシールド掘削機に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、この種のシールド掘削機
は、スキンプレートと、スキンプレートの前面に設けら
れたカッターと、スキンプレートに取り付けられてトン
ネルのうち既に覆工されたセグメント等から反力を取り
スキンプレートを前方に推進させるための複数のシール
ドジャッキとを有するものが一般的である。また、スキ
ンプレートの形状としては、円筒形のものが最も多く用
いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、複数
のトンネルを互いにラップさせて同時に掘削することが
可能な多連形シールド機が採用されるようになってきて
いる。このような多連形シールド機は、複数のトンネル
を独立して掘削する場合に比較して、地下占有面積が小
さく、不要断面が少ないとともに、複数本のトンネルを
同時に掘削できるため、経済性に優れている。

【０００４】こうした多連形シールド機では、その性質
上、掘進方向の断面が軸対称とならないので、トンネル
掘進時に、その掘進方向の軸周りに生じる回転変位（ロ
ーリング）の制御が非常に重要となる。

【０００５】一般の円形断面のシールド機においては、
ローリングが生じた場合には、カッターを逆転させるこ
とにより姿勢を立て直すことが可能であるが、これに対
し、多連形シールド機は、複数のカッターが設けられて
いることが一般的であり、なおかつ、構造上これらのカ
ッターを互いに反対に回転させるようになっているため
に、カッターを逆転することによって姿勢を立て直すこ
とが困難である。

【０００６】このため、シールドジャッキより得る反力
を偏向させて、シールド機に回転力を与えたり、あるい
は、コピーカッタの使用によりシールド機の姿勢を制御
するようにしているが、これらの制御は、全てオペレー
タの判断によって手動で行われるため、操作時期や操作
量等はオペレータの経験や感覚に頼っていた。

【０００７】本発明は、上記事情に鑑みなされたもので
あり、ローリングに対する姿勢の制御を合理的に行うこ
とができるような、シールド掘削機を提供することを課
題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明においては以下の手段を採用した。請求項１記
載の発明は、スキンプレートと、該スキンプレートの前
面に設けられたカッターと、前記スキンプレートに取り
付けられてトンネルのうち既に覆工された部分から反力
を取って前記スキンプレートを前方に推進させるための
複数のシールドジャッキとを有するシールド機本体と、
該シールド機本体の動作を制御する制御装置とを備え、
前記複数のシールドジャッキのうちの一部は、取るべき
反力の向きを前記トンネルの周方向に調整可能な修正ジ
ャッキとして形成され、前記シールド機本体には、該シ
ールド機本体の中心軸線周りの回転角を検知するための
ローリングセンサが備えられ、前記制御装置は、前記ロ
ーリングセンサからの出力に基づき、前記修正ジャッキ
において取るべき反力の向きを決定する修正ジャッキ制
御情報手段を有することを特徴としている。

【０００９】請求項２記載の発明は、請求項１記載のシ
ールド掘削機であって、前記修正ジャッキが複数備えら
れ、前記修正ジャッキ制御情報手段は、前記ローリング
センサからの出力に応じて、前記修正ジャッキのうち反
力の向きを調整すべきものの数および位置を特定するこ
とを特徴としている。

【００１０】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載のシールド掘削機であって、前記カッターは、前記
シールド機本体の中心軸線から外周方向に離間する方向
の端部に、同方向に出没自在なコピーカッタを有し、前
記制御装置は、前記ローリングセンサからの出力に応じ
て、前記シールド機本体の外周の地盤のうち、前記コピ
ーカッタを用いて掘削すべき領域を決定するコピーカッ
タ情報手段を備えていることを特徴としている。

【００１１】請求項４記載の発明は、請求項２または３
記載のシールド掘削機であって、前記シールド機本体に
は、該シールド機本体の掘進方向および掘進距離を検知
する掘進位置検知装置が設けられ、前記制御装置は、前
記掘進位置検知装置からの出力に基づいて前記シールド
機本体の位置を演算する位置解析演算手段を備えて構成
され、前記修正ジャッキ制御情報手段は、演算された前
記シールド機本体の位置とあらかじめ記憶された前記ト
ンネルの計画線形との相対位置に基づいて、前記修正ジ
ャッキのうち反力の向きを調整すべきものの数および位
置を特定するとともに、その取るべき反力の向きを決定
することを特徴としている。

【００１２】請求項５記載の発明は、請求項４記載のシ
ールド掘削機であって、前記コピーカッタ情報手段は、
前記相対位置に基づいて、前記シールド機本体の外周の
地盤のうち、前記コピーカッタを用いて掘削すべき領域
を決定することを特徴としている。

【００１３】請求項６記載の発明は、請求項１から５の
いずれかに記載のシールド掘削機であって、前記シール
ド機本体には、該シールド機本体の掘進方向および掘進
距離を検知する掘進位置検知装置が設けられ、前記制御
装置は、前記掘進位置検知装置からの出力に基づいて前
記シールド機本体の位置を演算する位置解析演算手段
と、該位置解析演算手段からの出力およびあらかじめ記
憶された前記トンネルの計画線形を比較して、前記シー
ルド機本体が前記計画線形に沿って推進するのに必要な
推進力およびその向きを算出する自動方向制御手段と、
該自動方向制御手段の出力に基づき、使用すべき前記シ
ールドジャッキの数および位置ならびにその反力を特定
するジャッキパターン推論手段とを備え、前記修正ジャ
ッキ制御情報手段は、前記ローリングセンサから出力さ
れる前記回転角の絶対値が第一の所定値以上となった場
合に、その演算結果を、前記ジャッキパターン推論手段
に出力する構成とされ、なおかつ、この場合に、前記ジ
ャッキパターン推論手段は、修正ジャッキ制御情報手段
の演算結果および前記自動方向制御出力手段からの出力
の双方を満たすように、使用すべき前記シールドジャッ
キの数および位置ならびにその反力を特定することを特
徴としている。

【００１４】請求項７記載の発明は、請求項６記載のシ
ールド掘削機であって、前記ジャッキパターン推論手段
は、前記ローリングセンサから出力される前記回転角の
絶対値が前記第一の所定値を超える前記第二の所定値以
上となった場合に、修正ジャッキ制御情報手段の演算結
果のみが満たされるように、使用すべきシールドジャッ
キの数および位置ならびにその反力を特定する構成とす
ることを特徴としている。

【００１５】請求項８記載の発明は、請求項６または７
記載のシールド掘削機であって、前記制御装置には、前
記修正ジャッキ制御情報手段および前記コピーカッタ情
報手段の動作を制御するローリング制御手段が設けら
れ、該ローリング制御手段は、所定のデータテーブルに
基づき、前記回転角の絶対値に応じて、前記修正ジャッ
キ制御情報手段および前記コピーカッタ情報手段の動作
の可否を決定するものであることを特徴としている。

【００１６】請求項９記載の発明は、請求項８記載のシ
ールド掘削機であって、前記ローリング制御手段は、前
記回転角の変化率に応じて、前記修正ジャッキ制御情報
手段および前記コピーカッタ情報手段の動作の可否を決
定するものであることを特徴としている。

【００１７】請求項１０記載の発明は、請求項１から９
のいずれかに記載のシールド掘削機であって、前記シー
ルド機本体は、多連形シールド機であることを特徴とし
ている。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を、図
面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施の形態
を示す図であり、図中、符号１はシールド掘削機を示
す。図中に示すように、このシールド掘削機１は、地盤
中に実際にトンネルを掘削するためのシールド機本体２
と、このシールド機本体２の動作を制御する制御装置３
を備えた構成となっている。

【００１９】シールド機本体２は、スキンプレート４
と、スキンプレート４の前面に設けられたカッター５
と、スキンプレート４に取り付けられて、既に覆工され
たトンネルのセグメント７から反力を取ってスキンプレ
ート４を前方に推進させるための複数のシールドジャッ
キ８とを有している。

【００２０】図２に、このシールド機本体２を前方（図
１中Ａ方向）から見た際の状態を示す。図中に示すよう
に、このシールド機本体２は、一対の円筒形状の一部を
互いに重合させた形状のＤＯＴ(Double O-Tube)型のシ
ールド機として形成されており、スキンプレート４の前
面に、一対の十字形状のカッター５，５を備えた構成と
なっている。これらカッター５，５は、図１に示したよ
うに、シールド機本体２をその側面から見た場合には、
同一位置に位置するように設けられており、なおかつ、
図２に示すように、互いの干渉を避けるために、回転角
を４５°互いにずらせて配置されている。

【００２１】また、各カッター５におけるシールド機本
体２の外周方向の端部５ａの一部には、コピーカッタ９
が設けられている。このコピーカッタ９は、カッター５
の端部５ａからシールド機本体２の外周方向に向けて出
没自在に設けられている。

【００２２】また、このシールド機本体２には、図３に
示すように、スキンプレート４に沿って合計３２箇所に
シールドジャッキ８が設けられている。そして、これら
シールドジャッキ８のうち、シールド機本体２の左右部
分に位置する四本ずつのシールドジャッキ８が、取るべ
き反力の向きをスキンプレート４に沿って（掘削すべき
トンネルの周方向に）調整可能な修正ジャッキ８Ａとし
て形成されている。この修正ジャッキ８Ａは、スキンプ
レート４に対する取付部分が、スキンプレート４の断面
の長軸方向（図３中Ｂ方向）の軸を中心として回動可能
なピン結合（図示略）とされ、また、修正ジャッキ８Ａ
自体を偏向させるためのアクチュエータ（図示略）を備
えた構成となっている。そして、このアクチュエータを
起動させることにより、取るべき反力の向きをスキンプ
レート４に沿った上下方向に偏向させることが可能とな
っている。

【００２３】一方、図１に示すように、シールド機本体
２の内部には、自動測量装置１１、ジャイロスコープ１
２、ローリングセンサ１３、および、テールクリアラン
スセンサ１４が設けられている。

【００２４】これらのうち、自動測量装置１１は、レー
ザ自動測量等により、シールド機本体２によるトンネル
の掘進距離を検知可能とされている。また、ジャイロス
コープ１２は、シールド機本体２の掘進方向を逐次検知
可能とされている。また、ローリングセンサ１３は、図
３に示すように、シールド機本体１の左右両端に設けら
れるとともに、互いに接続管１５により連絡された構成
となっており、その内部に注入された液体の水位差によ
って、シールド機本体２の中心軸ＣＡに関する回転角
（ローリング値）を検知可能となっている。また、テー
ルクリアランスセンサ１４は、図１中に示すように、ス
キンプレート４の後端部に設けられて、スキンプレート
４と覆工されたセグメント７との間のクリアランス値を
検知可能とされている。

【００２５】さらに、図１中に示すように、シールド機
本体２内には、各シールドジャッキ８のうち、修正ジャ
ッキ８Ａ以外のものに対してそれぞれ設けられて、その
動作を制御するジャッキ制御部１６と、各修正ジャッキ
８Ａに対してそれぞれ設けられて修正ジャッキ８Ａの動
作を制御する修正ジャッキ制御部１７と、カッター５を
回転駆動させるためのカッタ駆動装置１８を制御するカ
ッタ駆動装置制御部１９と、コピーカッタ９の動作を制
御するためのコピーカッタ制御部２０とが設置されてい
る。

【００２６】これらの自動測量装置１１、ジャイロスコ
ープ１２、ローリングセンサ１３、テールクリアランス
センサ１４、および、ジャッキ制御部１６、修正ジャッ
キ制御部１７、カッタ駆動装置制御部１９、コピーカッ
タ制御部２０は、それぞれ、制御装置３に対して接続さ
れている。これをより詳細に示したのが、図４である。
図４に示すように、自動測量装置１１により検出された
トンネルの掘進距離、ジャイロスコープ１２により検出
されたトンネルの掘進方向、ローリングセンサ１３によ
り検出されたローリング値、テールクリアランスセンサ
１４により検出されたセグメント７とスキンプレート４
とのクリアランス値は、まず、制御装置３における位置
解析演算手段２２に入力される。

【００２７】位置解析演算手段２２では、自動測量装置
１１およびジャイロスコープ１２の検出結果に基づい
て、シールド機本体２の現在位置を演算するようになっ
ており、また、演算した現在位置を、ローリング値、シ
ールド機本体２のテールにおけるクリアランス値ととも
に、ローリング制御手段２３および自動方向制御手段２
４に出力するようになっている。

【００２８】ローリング制御手段２３は、後述する所定
のデータテーブルに基づき、位置解析演算手段２２から
入力されるローリング値の絶対値に応じて、以下に説明
する修正ジャッキ制御情報手段２５およびコピーカッタ
情報手段２６の動作の可否を決定する。

【００２９】修正ジャッキ制御情報手段２５は、ローリ
ング制御手段２３からの出力に応じて修正ジャッキ８Ａ
のうち、反力の向きを調整すべきものの数および位置な
らびに反力の調整方向を決定する。また、コピーカッタ
情報手段２６は、ローリング制御手段２３からの出力に
応じて、シールド機本体２の外周の地盤のうち、コピー
カッタ９を用いて掘削すべき領域を決定する。

【００３０】一方、自動方向制御手段２４は、図示しな
い記憶手段においてあらかじめ記憶されたシールド掘削
機１により構築すべきトンネルの計画線形と、位置解析
演算手段２２からの出力とを比較することにより、シー
ルド機本体２がトンネルの計画線形に沿って推進するの
に必要な推進力およびその向きを算出するためのもので
ある。

【００３１】この自動方向制御手段２４における演算結
果は、ジャッキパターン推論手段２７に入力される。こ
のジャッキパターン推論手段２７は、自動方向制御手段
２４の出力に基づき、使用すべきシールドジャッキ８の
数および位置ならびにその反力を特定する。なお、後述
するように、このジャッキパターン推論手段２７に対し
ては、ローリングセンサ１３から出力されたローリング
値の絶対値が所定の値以上となった場合に、修正ジャッ
キ制御情報手段２５の演算結果が併せて入力されるよう
になっており、この場合に、ジャッキパターン推論手段
２７は、修正ジャッキ制御情報手段２５の演算結果およ
び自動方向制御出力手段２４からの出力の双方を満たす
ように、使用すべき前記シールドジャッキ８の数および
位置ならびにその反力を特定するようになっている。

【００３２】また、制御装置３には、マシン操作盤２８
を通じてオペレータが操作可能な手動方向制御手段２９
が備えられている。この手動方向制御手段２９は、位置
解析演算手段２２により演算されたシールド機本体２の
現在位置と、図示しない記憶手段に記憶された構築すべ
きトンネルの計画線形との関係や、ローリングセンサ１
３から出力されたローリング値等を参照しながらオペレ
ータが手動でシールド機本体２の動作を制御するための
ものである。

【００３３】修正ジャッキ制御情報手段２５、コピーカ
ッタ情報手段２６、ジャッキパターン推論手段２７、お
よび手動方向制御手段２９からの出力は、情報出力手段
３０に入力される。そして、この情報出力手段３０か
ら、ジャッキ制御部１６、修正ジャッキ制御部１７、カ
ッタ駆動装置制御部１９、コピーカッタ制御部２０に対
して、各演算結果が出力されることにより、シールドジ
ャッキ８、修正ジャッキ８Ａ、カッター５、およびコピ
ーカッタ８の動作が制御されるようになっている。

【００３４】次に、シールド掘削機１によるトンネルの
掘削時における、制御装置３の処理の詳細を説明する。
ローリングセンサ１３において、シールド機本体２のロ
ーリング値として所定の値が検出されると、このローリ
ング値は、位置解析演算手段２２を通じてローリング制
御手段２３に出力される。

【００３５】ここで、ローリング制御手段２３は、ロー
リング値に対応した制御レベルを決定するための図５の
ようなデータテーブルを有している。なお、図５のデー
タテーブルにおいて、制御レベルの判断のために設定し
たローリング値の閾値を図６に示す。

【００３６】これら図５および図６に示すように、ロー
リング制御手段２３は、ローリング値：Ｒの絶対値が、
管理基準閾値：ＤＭ（第一の所定値）の範囲内、すなわ
ち、ＤＭ＿Ｌ≦Ｒ≦ＤＭ＿Ｒである場合には、制御レベ
ルを「０」に設定する。また、ローリング制御手段２３
は、ローリング値Ｒの絶対値が管理基準閾値：ＤＭ（第
一の所定値）を超えた場合、すなわち、Ｃ１Ｐ２＿Ｌ≦
Ｒ≦ＤＭ＿Ｌ、または、ＤＭ＿Ｒ≦Ｒ≦Ｃ１Ｐ２＿Ｒの
場合となった場合には、制御レベルを「１」に設定す
る。そして、さらにローリング値Ｒの絶対値が拡大し
て、Ｃ１Ｐ２（第二の所定値）を超えた場合、すなわ
ち、Ｃ２Ｐ２＿Ｌ≦Ｒ≦Ｃ１Ｐ２＿Ｌ、または、Ｃ１Ｐ
２＿Ｒ≦Ｒ≦Ｃ２Ｐ２＿Ｒとなった場合には、ローリン
グ制御手段２３は、制御レベルを「２」に設定する。

【００３７】なお、ローリング値Ｒの絶対値がさらに拡
大して、Ｒ≦Ｃ２Ｐ２＿ＬまたはＲ≧Ｃ２Ｐ２＿Ｒとな
った場合には、ローリング制御は、手動方向制御手段２
９による手動制御に切り換えられる。また、制御レベル
を「２」から「０」にまで戻す際には、図５の右端欄に
示すように、制御レベル「２」の状態を維持したまま、
ローリング制御を行い、ローリング値ＲがＤＭ＿Ｌ≦Ｒ
≦ＤＭ＿Ｒとなるまで、これを継続する。

【００３８】以上のような、ローリング制御手段２３に
よる制御レベルの決定の概念をまとめたのが図７であ
る。図中に示すように、ローリング値の絶対値が増加す
るに従って、制御レベルは「０」→「１」→「２」に切
り換えられ、さらにローリング値の絶対値が拡大した場
合には、ローリング制御が手動制御に切り換えられる。
また、ローリング値の絶対値を減少させる際には、制御
レベル「０」の領域にローリング値が減少するまで、同
一の制御レベルが維持される。なお、制御レベル移行の
際には、図８に示すように、マシン操作盤において警報
表示がなされるとともに、制御レベルに応じて自動移行
または実行指令待機状態が選択される。

【００３９】次に、各制御モードの内容を説明する。 ［制御レベル０］ローリング制御手段２３において、制
御レベルが「０」に設定された場合（ＤＭ＿Ｌ≦Ｒ≦Ｄ
Ｍ＿Ｒの場合）には、ローリング制御手段２３は、コピ
ーカッタ情報手段２６および修正ジャッキ情報手段２５
を動作させないようにする。具体的には、ローリング制
御手段２３が、コピーカッタ情報手段２６および修正ジ
ャッキ情報手段２５に対して制御レベル：「０」を出力
すると、コピーカッタ情報手段２６および修正ジャッキ
情報手段２５はその処理を行わず、これにより、ジャッ
キパターン推論手段２７には、自動方向制御手段２４か
らの出力のみが入力されることとなる。

【００４０】したがって、ジャッキパターン推論手段２
７は、ジャッキパターン（使用すべきジャッキの数、位
置、反力）の推論を、自動方向制御手段２４の出力にの
み基づいて行う。そして、このジャッキパターン推論手
段２７の演算結果が、情報出力手段３０を介して、ジャ
ッキ制御部１６および修正ジャッキ制御部１７に出力さ
れ、これに基づいて、シールドジャッキ８および修正ジ
ャッキ８Ａが駆動されることにより、シールド機本体２
は、自動方向制御に必要な所望の推進力を得ることがで
き、また、設計トンネルの計画線形に沿って掘進が行わ
れることとなる。また、この場合、修正ジャッキ８Ａ
は、通常のシールドジャッキ８として用いられることと
なり、その反力を偏向させた状態では用いられない。ま
た、コピーカッタ９は、カッター５に収納された状態と
されたままの状態とされる。

【００４１】［制御レベル１］ローリング値：Ｒが、Ｃ
１Ｐ２＿Ｌ≦Ｒ≦ＤＭ＿Ｌ、または、ＤＭ＿Ｒ≦Ｒ≦Ｃ
１Ｐ２＿Ｒの範囲となった場合には、ローリング制御手
段２３は、制御レベルを「１」に設定する。なお、図６
に示すように、この制御レベル１の範囲は、それぞれ、
Ｃ１Ｐ１＿Ｌ≦Ｒ≦ＤＭ＿ＬとＣ１Ｐ２＿Ｌ≦Ｒ≦Ｃ１
Ｐ１＿Ｌとの範囲、またはＤＭ＿Ｒ≦Ｒ≦Ｃ１Ｐ１＿Ｒ
とＣ１Ｐ１＿Ｒ≦Ｒ≦Ｃ１Ｐ２＿Ｒの範囲に分割され、
それぞれが制御レベル１のフェーズ１またはフェーズ２
として設定される。さらに、制御レベル１のフェイズ１
は、図９に示すように、さらに大、中、小の三段階に分
割されている。

【００４２】（フェーズ１の場合）この場合、ローリン
グ制御手段２３から、制御レベル：「１」、フェーズ：
「１」の「大（または中または小）」が修正ジャッキ情
報手段２５に出力される。これを受けて、修正ジャッキ
制御情報手段２５は、図１０のようなデータテーブルに
基づき、ローリング値、および、シールド機本体２の中
心軸線ＣＡ（図３参照）の垂直偏差に対応した所定の修
正ジャッキ８Ａの制御パターンを選択する。

【００４３】図１０において、「垂直偏差」は、シール
ド機本体２の中心軸線ＣＡがトンネルの計画線形の中心
軸線に比較して上方（＋）にあるか、もしくは下方
（−）にあるか、または同位置（０）にあるかを表す。
この垂直偏差は、位置解析演算手段２２において、シー
ルド機本体２２の中心軸ＣＡと、あらかじめ記憶された
構築すべきトンネルの計画線形の中心軸ＣＡ’（図３参
照）との上下方向の位置の差：Ｄ（図３参照）に基づい
て定められるものであり、ローリング制御手段２３を通
じて、修正ジャッキ制御情報手段２５に出力されるもの
である。具体的には、位置解析演算手段２２は、図１１
に示すように、ＶＣＬ＿−≦Ｄ≦ＶＣＬ＿＋の場合に、
垂直偏差を「０」に、Ｄ≧ＶＣＬ＿＋の場合には、垂直
偏差を「＋」に、Ｄ≦ＶＣＬ＿−の場合には、垂直偏差
を「−」に設定する。

【００４４】また、図１０において「左大（左中、左
小）」として表すものは、制御レベル：「１」、フェー
ズ：「１」の「大（中、小）」において、ローリング値
がマイナスであることを示す。また、「右小（右中、右
大）」で表すものは、同様の場合に、ローリング値がプ
ラスであることを示す。

【００４５】さらに、図１０中において「左」として示
すものは、シールド機本体２のうち左側に位置する修正
ジャッキ８ＡＬ（図２参照）を使用することを、「右」
として示すものは、シールド機本体２のうち右側に位置
する修正ジャッキ８ＡＲ（図２参照）を利用することを
表す。また枠内の数字と「Ｕ」または「Ｄ」の文字は、
修正ジャッキ８のうち、左側または右側の修正ジャッキ
８ＡＬまたは８ＡＲを何本使用するか、および、その修
正ジャッキ８Ａを上（Ｕ）または下（Ｄ）のいずれかに
偏向させるかを示す。

【００４６】例えば、修正ジャッキ制御情報手段２５に
入力された情報が、制御レベル：「１」、フェーズ：
「１」の「大」、垂直偏差：「＋」、ローリング値が
「−」である場合、修正ジャッキ制御情報手段２５は、
図１０のデータテーブルを参照して、修正ジャッキ情報
として左：「０」、右：「４Ｄ」を選択し、この情報を
情報出力手段３０を介して修正ジャッキ制御部１７に出
力する。この場合、図１２の左上欄に模式的に示すよう
に、シールド機本体２の右側の四本の修正ジャッキ８Ａ
Ｒが、そのセグメント７側の先端を下向きに偏向させた
状態で用いられる。なお、図１２および図１３は、修正
ジャッキ制御情報手段２５の出力に応じて使用される修
正ジャッキ８Ａの位置および数ならびに向きを、垂直偏
差およびローリング値ごとに分類して示したものであ
る。

【００４７】図１０のデータテーブルは、ローリング値
の絶対値の大小に応じて、４本から２本の修正ジャッキ
８Ａを使用するように設定されており、これにより、ロ
ーリング値の絶対値が大きい場合に、シールド機本体２
に大きな回転力が付与されるようにしている。また、ロ
ーリング値がマイナス（左）である場合には、シールド
機本体２の左側が上昇するような回転力が付与されるよ
うに、プラス（右）である場合には、シールド機本体の
右側が上昇するような回転力が付与されるように、修正
ジャッキ８Ａの向きを偏向させて設定するようになって
いる。さらに、垂直偏差が０である場合には、シールド
機本体２に偶力を与えて、シールド機本体２のローリン
グを速やかに解消するようにしている。また、垂直偏差
が（＋）または（−）である場合には、ローリングと垂
直偏差の双方を解消するように、シールド機本体２の左
右いずれか一方のみの修正ジャッキ８Ａを駆動するよう
にしている。

【００４８】また、修正ジャッキ制御情報手段２５は、
図９のデータテーブルからの選択結果をジャッキパター
ン推論手段２７に対しても出力する。これによりジャッ
キパターン推論手段２７は、修正ジャッキ制御情報手段
２５の出力結果を満たし、なおかつ、自動方向制御手段
２４において演算されたシールド機本体２に必要な推進
力とその向きとを実現するのに最適なジャッキパターン
を、あらかじめ図示略の記憶手段に記憶されていた多数
のジャッキパターンから選び出し、これを情報出力手段
３０に出力する。そして、情報出力手段３０の出力に基
づき、ジャッキ制御部１６および修正ジャッキ制御部１
７を駆動させることにより、シールド機本体２は、所望
の推進力を得つつ、なおかつローリングに対する制御を
行いながら掘進を行うことができる。

【００４９】（フェーズ２の場合）この場合、ローリン
グ制御手段２３は、制御レベル「１」、フェーズ「２」
を修正ジャッキ情報手段２５およびコピーカッタ情報手
段２６に対して出力する。これを受けて修正ジャッキ情
報手段２５は、上述のフェーズ１の「左大」または「右
大」と同様の制御を行う。一方、コピーカッタ情報手段
２６は、ローリング制御手段２３からの出力を受けて、
シールド機本体２の外周の地盤のうちコピーカッタ９を
用いて掘削すべき領域を決定する。そして、コピーカッ
タ情報手段２６は、その結果を情報出力手段３０を介し
て、コピーカッタ制御部２０に出力し、これに基づい
て、シールド機本体２の外周の地盤のうちの所定の部分
が掘削されるように、コピーカッタ９を突出させるべき
タイミング等が決定される。

【００５０】この場合、コピーカッタ情報手段２６は、
図１４のようなデータテーブルを参照して掘削すべき領
域を決定する。このコピーカッタ情報手段２６は、垂直
偏差が（０）であり、かつ、ローリング量が（＋）であ
る際には、シールド機本体２の外周の左下および右上の
地盤を掘削すべき領域（斜線部分）として指定する。ま
た、垂直偏差が（０）であり、かつ、ローリング量が
（−）である際には、シールド機本体２の外周の右下お
よび左上の地盤を掘削すべき領域（斜線部分）として指
定する。これにより、掘進時に、シールド機本体２が左
回りまたは右回りに偏向しやすくなるようにしている。
また、垂直偏差が（−）の場合には、ローリング量の正
負に応じて左上または右上の外周地盤を掘削するべき領
域として指定し、これにより、垂直偏差を解消しつつシ
ールド機本体２が右回りまたは左回りに偏向しやすくな
るようにしている。同様に、垂直偏差が（＋）である場
合も、ローリング量の正負に応じて左下または右下の外
周地盤を掘削すべき領域として指定するようにし、垂直
偏差とローリングとを同時に解消することができるよう
になっている。フェーズ２においては、このようなコピ
ーカッタ９の制御を補助的に用いることにより、ローリ
ング値の増大に対応できるようにしている。

【００５１】（制御手順）また、以上のような制御レベ
ル１における制御装置によるシールド機本体の制御の手
順を図１５に示す。図１５に示すように、まず、シール
ド機本体２が掘進を開始すると（ステップＳａ１）、自
動測量装置１１、ジャイロスコープ１２、ローリングセ
ンサ１３、テールクリアランスセンサ１４等によるデー
タ収集（ステップＳａ１１）が行われ、これらが位置解
析演算手段２２に出力されて位置解析情報が生成される
（ステップＳａ１２）とともに、ローリング制御手段２
３に出力されてローリング制御の開始の可否が判定され
る（ステップＳａ１３）。ここで、ローリング制御を開
始するための条件は、現在のローリング値の絶対値
が、管理閾値ＤＭ＿ＲまたはＤＭ＿Ｌよりも大きいか、
または、ローリング値の変化量が、あらかじめ設定され
たローリング変化量の閾値よりも大きいこと、かつ、
テールクリアランス値が、あらかじめ設定された制御可
能範囲テールクリアランス値よりも大きいことである。
なお、ローリング制御の内容は、後述するステップＳａ
３５において決定されたものがフィードバックされる。

【００５２】そしてローリング制御が可能と判断された
場合には、ジャッキパターン推論手段２７において、自
動方向制御およびローリング制御の双方を実現するよう
なジャッキパターンが推論される（ステップＳａ１４）
とともに、これが情報出力手段３０により、ジャッキ制
御部１６および修正ジャッキ制御部１７に対して出力さ
れる（ステップＳａ１５）。そして、この出力に基づき
シールドジャッキ８および修正ジャッキ８Ａが駆動され
ることにより、自動方向制御およびローリング制御の双
方が行われつつトンネルの掘進が行われる。

【００５３】さらに、ステップＳａ１１からＳａ１５の
処理を必要に応じて繰り返し、トンネルの掘進をいった
ん終了する（ステップＳａ２）。次に、シールド機本体
は、掘削箇所にセグメントを組み立てるための工程、す
なわちセグメントモードを開始する（ステップＳａ
３）。

【００５４】その間に、ローリングセンサ１３、テール
クリアランスセンサ１４による情報収集が行われ（ステ
ップＳａ３１）、これに基づいて、ローリング制御手段
２３が状況分析を行う（ステップＳａ３２）。ここで、
制御レベルが「１」または「０」と判断された場合に
は、ローリング制御手段２３は全追従モードを指令し
（ステップＳａ３３）また制御レベルが「２」と判断さ
れた場合には、ローリング制御手段２３は、二圧モード
を指令する（ステップＳａ３４）。

【００５５】ここで、全追従モードおよび二圧モードと
は、修正ジャッキ８Ａを含めたシールドジャッキ８の動
作の形態を表す。すなわち、全追従モードの場合は、シ
ールドジャッキ８のうち選択されたもののみからシール
ド機本体２の推進に必要な反力を取るようにし、それ以
外のシールドジャッキ８が、選択されたものよりも十分
小さい反力で、なおかつ、選択されたものと同一の変位
で動作するようにする。制御レベル１においては、この
全追従モードによりシールドジャッキ８が駆動される。

【００５６】また、二圧モードは、修正ジャッキ８Ａに
最大限推進力を負担させるとともに、シールド機本体２
の推進に必要な残りの反力をオペレータが適宜選択した
シールドジャッキ８から取るようにしたものである。制
御レベル２においては、この二圧モードによりシールド
ジャッキ８が駆動される。ここでは、制御レベル２への
移行条件が満たされない限り、全追従モード（ステップ
Ｓａ３３）が選択される。

【００５７】次に、ローリング修正量が決定される（ス
テップＳａ３５）。ここでは、ステップＳａ３２におい
てなされた状況分析に基づいて、用いるべき修正ジャッ
キ８Ａの数および位置ならびに取るべき反力の偏向方向
が修正ジャッキ制御情報手段２５によって決定されると
ともに、コピーカッタ情報手段２６により、コピーカッ
タ９によって掘削すべき地盤の位置が決定される。そし
て、この情報が、情報出力手段３０を介して修正ジャッ
キ制御部１７およびコピーカッタ制御部１６に出力さ
れ、これにより修正ジャッキ８Ａの位置の盛り替え、お
よびコピーカッタ９の突出量の調整制御等が行われる
（ステップＳａ３６）。

【００５８】以上のステップＳａ３１からステップＳａ
３６までの処理は、セグメント７が組み立てられている
間に行われ、さらに、セグメント７の組立が終了した後
に、シールド機本体２が盛り替えられ（ステップＳａ
４）、さらに、シールド機本体２が掘進するための工
程、すなわち掘進モードＳａ５が開始される。この後
は、再び、ステップＳａ１に戻って掘進が開始され、さ
らに、同様の手順が繰り返される。

【００５９】なお、この制御レベル１において、制御出
力量（大・中・小）切替、フェーズ変更あるいは他の制
御レベルへの変更は、基本的にはローリング値の絶対値
に応じてなされるが、同一制御を継続するセグメント７
のリング数をあらかじめ決定しておき、このリング数を
オーバーして同一制御が継続された場合に、ローリング
値の増減等の状況に応じて、制御出力量（大・中・小）
切替、フェーズ変更あるいは他の制御レベルへの変更を
行ってもよい。

【００６０】［制御レベル２］次に、図５における制御
レベル２について説明する。ローリング値：Ｒが、Ｃ２
Ｐ２＿Ｌ≦Ｒ≦Ｃ１Ｐ２＿Ｌ、または、Ｃ１Ｐ２＿Ｒ≦
Ｒ≦Ｃ２Ｐ２＿Ｒの範囲となった場合には、ローリング
制御手段２３は、制御レベルを「２」に設定する。ま
た、いったん設定された制御レベル「２」を制御レベル
「０」の範囲にまで戻す必要がある場合にも、この制御
レベル２が設定される。この場合のローリング値Ｒの範
囲は、Ｃ２Ｐ２＿Ｌ≦Ｒ≦ＤＭ＿Ｌ、または、ＤＭ＿Ｒ
≦Ｒ≦Ｃ２Ｐ２＿Ｒとなる（図６参照）。また、この制
御レベル２においては、Ｃ２Ｐ２＿Ｌ≦Ｒ≦Ｃ２Ｐ１＿
ＬおよびＣ２Ｐ１＿Ｒ≦Ｒ≦Ｃ２Ｐ２＿Ｒの範囲がフェ
ーズ２として設定され、それ以外の範囲が、フェーズ１
として設定される。また、フェーズ１の範囲は、Ｃ２Ｐ
２＿ＬとＤＭ＿Ｌとの中間の値、および、ＤＭ＿ＲとＣ
２Ｐ２＿Ｒとの中間の値を境界にして「大」または
「小」に分類されている。

【００６１】（フェーズ１の場合）ローリング制御手段
２３により、制御レベル「２」、フェーズ「１」の「大
（または小）」との分類がなされると、ローリング制御
手段２３は、その結果を修正ジャッキ情報手段２５に出
力する。修正ジャッキ制御情報手段２５は、図１６のよ
うなデータテーブルに基づいて、ローリング値に対応し
た所定の修正ジャッキ８Ａの制御パターンを選択する。

【００６２】図１６において、「左大（左小）」として
表すものは、制御レベル：「２」、フェーズ：「１」の
「大（小）」において、ローリング値がマイナスである
ことを示す。また、「右大（右小）」で表すものは、同
様の場合に、ローリング値がプラスであることを示す。

【００６３】さらに、図１６中において「左」「右」と
して示すものは、シールド機本体２のうち左側または右
側に位置する修正ジャッキ８ＡＬまたは８ＡＲ（図３参
照）を使用すること表す。また枠内の数字と「Ｕ」また
は「Ｄ」の文字は、左側または右側の修正ジャッキ８Ａ
Ｌまたは８ＡＲを何本使用するか、および、その修正ジ
ャッキ８Ａによって取るべき反力の向きを上下のいずれ
かに偏向させるかを示す。

【００６４】以上より、例えば、修正ジャッキ情報手段
２５に入力された情報が、制御レベル：「２」、フェー
ズ：「１」の「大」、ローリング値が「（−）」である
場合、修正ジャッキ情報手段２５は、図１６のデータテ
ーブルを参照して、修正ジャッキ情報として左：「４
Ｕ」、右：「４Ｄ」を選択し、この情報を情報出力手段
を介して修正ジャッキ制御部１７に出力する。この場
合、図１７の左欄に模式的に示すように、シールド機本
体２の右側の四本の修正ジャッキ８ＡＲが、そのセグメ
ント７側の先端を下向きに偏向させた状態で、左側の四
本の修正ジャッキ８ＡＬが、そのセグメント７側の先端
を上向きに偏向させた状態で用いられる。なお、図１７
および図１８は、使用される修正ジャッキ８Ａの位置お
よび数ならびに向きを、ローリング値の正負および大小
ごとに分類して示したものである。

【００６５】ここでは、図１０に示した制御レベル
「１」のデータテーブルと異なり、シールド機本体２の
左右の修正ジャッキ８Ａを同時に使用するように設定さ
れており、これにより、シールド機本体２に偶力を与え
て、ローリング値の絶対値をなるべく速やかに減少させ
るようになっている。

【００６６】また、修正ジャッキ制御情報手段２５は、
図１６のデータテーブルからの選択結果をジャッキパタ
ーン推論手段２７に対しても出力する。この場合、ジャ
ッキパターン推論手段２７は、修正ジャッキ制御情報手
段２５の出力結果のみを満たすようなジャッキパターン
を図示略の記憶手段により選択する。そして、その結果
を情報出力手段３０を介してジャッキ制御部１６および
修正ジャッキ制御部１７に出力し、これに基づいて、シ
ールドジャッキ８および修正ジャッキ８Ａの制御が行わ
れる。

【００６７】さらに、選択された修正ジャッキ８Ａのみ
では、シールド機本体２の推進力が不足する場合には、
オペレータがマシン操作盤２８を介して手動方向制御手
段２９を動作させ、推進力の不足分を補うような反力を
得るために駆動すべきシールドジャッキ８の位置および
数ならびにその反力の大きさを選択し、これを情報出力
手段３０を介してジャッキ制御部１６および修正ジャッ
キ制御部１７に出力する。これにより、シールド機本体
２が所定の推進力を得て、掘進することが可能となる。
すなわち、ここでは、上述の二圧モードでの制御が行わ
れることとなる。

【００６８】（フェーズ２の場合）この場合、ローリン
グ制御手段２３は、制御レベル「２」、フェーズ「２」
を修正ジャッキ情報手段２５およびコピーカッタ情報手
段２６に対して出力する。これを受けて修正ジャッキ情
報手段２５は、上述のフェーズ１の「左大」または「右
大」（図１６参照）と同様の制御を行う。

【００６９】一方、コピーカッタ情報手段２６は、ロー
リング制御手段２３からの出力を受けて、シールド機本
体２の外周の地盤のうちコピーカッタ９を用いて掘削す
べき領域を決定する。そして、コピーカッタ情報手段２
６は、その結果を情報出力手段３０を介して、コピーカ
ッタ制御部２０に出力し、これに基づいて、シールド機
本体２の外周の地盤のうちの所定の部分が掘削されるよ
うに、コピーカッタ９を突出させるべきタイミング等が
決定される。

【００７０】この場合、コピーカッタ情報手段２６は、
先に図１４に示したものと同様のデータテーブルを参照
して掘削すべき領域を決定し、その結果を、情報出力手
段３０を介してコピーカッタ制御部２０に対して出力す
る。これにより、コピーカッタ９の制御を補助的に用い
てローリング値の増大に対応することができる。

【００７１】（制御手順）また、以上のような制御レベ
ル２における制御装置３によるシールド機本体２の制御
の手順を図１９に示す。図１９に示すように、まず、シ
ールド機本体２が掘進を開始すると（ステップＳｂ
１）、自動測量装置１１、ジャイロスコープ１２、ロー
リングセンサ１３、テールクリアランスセンサ１４等に
よるデータ収集（ステップＳｂ１１）が行われる。これ
らのうち、ローリングセンサ１３の出力結果は、ローリ
ング制御手段２３に出力されてローリング制御の開始の
可否の判定に用いられる（ステップＳｂ１２）。ここ
で、ローリング制御を開始するための条件は、制御レベ
ル１と同様である。

【００７２】そしてローリング制御が可能と判断された
場合には、後述するステップＳｂ３５において決定され
たローリング制御の内容がフィードバックされるととも
に、このローリング制御を実現するようなジャッキパタ
ーンが情報出力手段３０を介して出力される（ステップ
Ｓｂ１３）。そして、この出力に基づきシールドジャッ
キ８および修正ジャッキ８Ａが駆動されることにより、
トンネル掘進とローリング制御とが同時に行われる。

【００７３】さらに、ステップＳｂ１１からＳｂ１３の
処理を必要に応じて繰り返し、トンネルの掘進をいった
ん終了する（ステップＳｂ２）。次に、シールド機本体
２において、掘削箇所にセグメント７を組み立てるため
の工程、すなわちセグメントモードが開始される（ステ
ップＳｂ３）。

【００７４】その間に、ローリングセンサ１３、テール
クリアランスセンサ１４による情報収集が行われ（ステ
ップＳｂ３１）、これに基づいて、ローリング制御手段
２３が状況分析を行う（ステップＳｂ３２）。ここで、
制御レベルが「０」と判断された場合には、ローリング
制御手段２３は全追従モードを指令し（ステップＳｂ３
３）また制御レベルが「２」と判断された場合には、ロ
ーリング制御手段２３は、二圧モードを指令する（ステ
ップＳｂ３４）。ここでは、制御レベル「０」への移行
条件が満たされない限り、二圧モード（ステップＳｂ３
４）が選択される。

【００７５】次に、ローリング修正量が決定される（ス
テップＳｂ３５）。ここでは、ステップＳｂ３２におい
てなされた状況分析に基づいて、用いるべき修正ジャッ
キ８Ａの数および位置ならびに取るべき反力の偏向方向
が修正ジャッキ制御情報手段２５によって決定されると
ともに、コピーカッタ情報手段２６により、コピーカッ
タ９によって掘削すべき地盤の位置が決定される。そし
て、この情報が、情報出力手段３０を介して修正ジャッ
キ制御部１７およびコピーカッタ制御部１６に出力さ
れ、これにより修正ジャッキ８Ａおよびコピーカッタ９
の動作の制御が行われる。

【００７６】以上のステップＳｂ３１からステップＳｂ
３６までの処理は、セグメント７が組み立てられている
間に行われ、さらに、セグメント７の組立が終了した後
に、シールド機本体２が盛り替えられる（ステップＳｂ
４）。そして、シールド機本体２が掘進するための工
程、すなわち掘進モードＳｂ５が開始される。この後
は、再び、ステップＳｂ１に戻って掘進が開始され、さ
らに、同様の手順が繰り返される。

【００７７】なお、この制御レベル２において、制御出
力量（大・小）の切替、フェーズ変更あるいは他の制御
レベルへの変更は、基本的にはローリング値の絶対値に
応じてなされるが、同一制御を継続するリング数をあら
かじめ決定しておき、このリング数をオーバーして同一
制御が継続された場合に、ローリング値の増減等の状況
に応じて、制御出力量（大・小）切替、フェーズ変更あ
るいは他の制御レベルへの変更を行ってもよい。

【００７８】以上述べたシールド掘削機１においては、
制御装置３によって、シールド機本体２に設けられたロ
ーリングセンサ１３の出力に基づき、修正ジャッキ８Ａ
において取るべき反力の向きが決定されるために、従来
と異なり、オペレータの経験や感覚に頼らず、合理的に
ローリング制御を行うことができる。これにより、掘進
精度の向上を図ることができる。

【００７９】また、複数の修正ジャッキ８Ａのうち、反
力の向きを調整すべきものの数および位置を、ローリン
グセンサ１３からの出力に応じて特定するようにしたの
で、さらに精度のよいローリング制御を行うことが可能
となる。

【００８０】しかも、ローリングセンサ１３からの出力
に応じて、シールド機本体２の外周の地盤のうち、コピ
ーカッタ９を用いて掘削すべき領域を決定するようにし
たので、コピーカッタ９を合理的に利用することがで
き、これにより、ローリング量の拡大に良好に対応する
ことができる。

【００８１】また、ローリングセンサ１３からの出力と
併せて、演算されたシールド機本体２の位置とあらかじ
め記憶されたトンネルの計画線形との相対位置に基づい
て、修正ジャッキ８Ａのうち反力の向きを調整すべきも
のの数および位置を特定するとともに、その取るべき反
力の向きを決定するようにしたため、ローリングとトン
ネルの計画線形からのずれとの双方を解消するように、
修正ジャッキ８Ａを駆動することができる。これによ
り、ローリング制御を行いつつ、トンネルの計画線形に
沿った掘進方向制御を行うことができる。

【００８２】さらに、シールド機本体２の演算位置とト
ンネルの計画線形との相対位置に基づいて、シールド機
本体２の外周の地盤のうち、コピーカッタ９を用いて掘
削すべき領域を決定するようにしたため、トンネルの掘
進方向制御を行いつつ、より精度の高いローリング制御
を実現できる。

【００８３】また、制御レベル「１」の場合に、ローリ
ングの制御を目的とした修正ジャッキ８Ａの制御と、自
動方向制御出力手段２４による自動方向制御とを同時に
行うことができるように、使用すべきシールドジャッキ
８の数および位置ならびにその反力を特定するようにし
たために、特に、ローリング量が比較的小さい場合に、
トンネルの掘削を進行しつつローリング制御が行われる
こととなり、ローリング制御に伴う工期の長期化を防止
できる。

【００８４】そして、制御レベル「２」の場合には、修
正ジャッキ制御情報手段２５の演算結果のみが満たされ
るように、使用すべきシールドジャッキ８の数および位
置ならびにその反力を特定するようにしたために、ロー
リング値の拡大に良好に対処して、すみやかにシールド
機本体２の姿勢を制御することができる。これより、ロ
ーリング値の大小に応じた合理的なローリング制御を実
現することができる。

【００８５】また、この場合、所定のデータテーブルに
基づき、ローリング値に応じて、修正ジャッキ制御情報
手段２５およびコピーカッタ情報手段２６の動作の可否
を決定するようにしたために、ローリング制御が必要な
場合に的確なタイミングで修正ジャッキ８Ａおよびコピ
ーカッタ９を使用することができる。

【００８６】また、ローリング制御手段２３において、
ローリング値の変化率に応じて、修正ジャッキ制御情報
手段２５およびコピーカッタ情報手段２６の動作の可否
を決定するようにしたために、ローリング値の急激な拡
大等にも良好に対処することが可能となり、シールド機
本体３の安定した姿勢制御を実現することができる。

【００８７】さらに、上述のような制御を行うことによ
り、ローリング値の許容量が非常に小さい多連形シール
ド機であるシールド機本体２の利用性を向上させること
ができる。

【００８８】以上において本発明の一実施の形態を説明
したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでな
く、必要に応じて、その趣旨を逸脱しない範囲内で他の
構成を採用することができる。

【００８９】例えば、上記実施の形態において、制御レ
ベル２での修正ジャッキ８Ａの制御は、図１６のような
データテーブルに基づいて行うこととされていたが、こ
れに限らず、図２０のように、シールド機本体２の垂直
偏差を考慮した修正ジャッキ８Ａの制御を行うようにし
てもよい。なお、図２０の枠内の文字の示すところは、
図１０および図１６と同様である。

【００９０】また、上記実施の形態において、シールド
機本体２は、ＤＯＴ型のシールド機とされていたが、こ
れに限らず、他の多連形シールド機であってもよく、ま
た、断面が円形、矩形等のものであってもよい。

【００９１】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に係るシ
ールド掘削機においては、制御装置によって、シールド
機本体に設けられたローリングセンサの出力に基づき、
修正ジャッキにおいて取るべき反力の向きが決定される
ために、従来と異なり、オペレータの経験や感覚に頼ら
ず、合理的にローリング制御を行うことができ、シール
ド機本体による掘進精度の向上を図ることができる。

【００９２】請求項２に係るシールド掘削機において
は、複数の修正ジャッキのうち、反力の向きを調整すべ
きものの数および位置を、ローリングセンサからの出力
に応じて特定するようにしたので、さらに精度のよい掘
進を行うことが可能となる。

【００９３】請求項３に係るシールド掘削機において
は、ローリングセンサからの出力に応じて、シールド機
本体の外周の地盤のうち、コピーカッタを用いて掘削す
べき領域を決定するようにしたので、修正ジャッキと併
せてコピーカッタを合理的に利用することができ、これ
により、回転角の拡大に良好に対応することができる。

【００９４】請求項４に係るシールド掘削機において
は、ローリングセンサからの出力と併せて、演算された
シールド機本体の位置とあらかじめ記憶されたトンネル
の計画線形との相対位置に基づいて、修正ジャッキのう
ち反力の向きを調整すべきものの数および位置を特定す
るとともに、その取るべき反力の向きを決定するように
したため、ローリングとトンネルの計画線形からのずれ
との双方を解消するように、修正ジャッキを駆動するこ
とができ、ローリング制御を行いつつ、トンネルの掘進
方向制御を行うことができる。

【００９５】請求項５に係るシールド掘削機において
は、シールド機本体の演算位置とトンネルの計画線形と
の相対位置に基づいて、シールド機本体の外周の地盤の
うち、コピーカッタを用いて掘削すべき領域を決定する
ようにしたため、回転角の拡大を防止しつつ、トンネル
の掘進方向制御を行うことができる。

【００９６】請求項６に係るシールド掘削機において
は、回転角の絶対値が第一の所定値以上となった場合
に、ローリングの制御を目的とした修正ジャッキの制御
と、自動方向制御出力手段による自動方向制御とを同時
に行うことができるように、使用すべきシールドジャッ
キの数および位置ならびにその反力を特定するようにし
たために、トンネルの掘削を進行させつつローリング制
御を行うことができ、ローリング制御に伴う工期の長期
化を防止できる。

【００９７】請求項７に係るシールド掘削機において
は、回転角の絶対値が第二の所定値以上となった場合
に、修正ジャッキ制御情報手段の演算結果のみが満たさ
れるように、使用すべきシールドジャッキの数および位
置ならびにその反力を特定するようにしたために、ロー
リング値の拡大に良好に対処して、すみやかにシールド
機本体の姿勢を制御することができる。

【００９８】請求項８に係るシールド掘削機において
は、ローリング値に応じて、修正ジャッキ制御情報手段
およびコピーカッタ情報手段の動作の可否を決定するよ
うにしたために、ローリング制御が必要な場合に的確な
タイミングで修正ジャッキおよびコピーカッタを使用す
ることができる。

【００９９】請求項９に係るシールド掘削機において
は、ローリング制御手段において、回転角の変化率に応
じて、修正ジャッキ制御情報手段およびコピーカッタ情
報手段の動作の可否を決定するようにしたために、ロー
リング値の急激な拡大等にも良好に対処することが可能
となり、シールド機本体の安定した姿勢の制御を実現す
ることができる。

【０１００】請求項１０に係るシールド掘削機によれ
ば、ローリング値の許容量が非常に小さい多連形シール
ド機の利用性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一実施の形態を模式的に示す図で
あって、シールド機本体の側断面図と、制御装置および
センサ類の接続図とを同時に示した図である。

【図２】 図１に示したシールド機本体の正面図であ
る。

【図３】 図１に示したシールド機本体のうち、シー
ルドジャッキおよびローリングセンサの取付位置を示す
正断面図である。

【図４】 図１に示した制御装置および各センサ類の
接続図と制御装置の機能ブロック図とを同時に示した図
である。

【図５】 図４に示したローリング制御手段において
用いられるデータテーブルの概略図である。

【図６】 図５における閾値を説明するためのデータ
テーブルの概略図である。

【図７】 図４に示した制御装置によるシールド機本
体の制御内容を示す概念図である。

【図８】 図７の制御内容が実行される場合に、制御
レベルの移行時に行われる制御装置の動作を示す表であ
る。

【図９】 図５の制御レベル１における閾値をより詳
細に説明するためのデータテーブルの概略図である。

【図１０】 図４に示した修正ジャッキ制御情報手段
において制御レベル１の場合に用いられるデータテーブ
ルの概略図である。

【図１１】 図１０のデータテーブルにおいて用いら
れる垂直偏差の閾値を模式的に示す概略図である。

【図１２】 図１０のデータテーブルの出力結果の一
部を模式的に示す概念図である。

【図１３】 同、他の一部を模式的に示す概念図であ
る。

【図１４】 図４に示したコピーカッタ情報手段にお
いて用いられるデータテーブルの概念図である。

【図１５】 図５における制御レベル１の制御手順を
示すフローチャートである。

【図１６】 図４に示した修正ジャッキ制御情報手段
において制御レベル２の場合に用いられるデータテーブ
ルの概略図である。

【図１７】 図１６のデータテーブルの出力結果の一
部を模式的に示す概念図である。

【図１８】 同、他の一部を模式的に示す概念図であ
る。

【図１９】 図５における制御レベル２の制御手順を
示すフローチャートである。

【図２０】 本発明の他の実施の形態を模式的に示す
図であって、修正ジャッキ制御情報手段において制御レ
ベル２の際に用いられるデータテーブルの他の例の概略
図である。

【符号の説明】

１ シールド掘削機 ２ シールド機本体 ３ 制御装置 ４ スキンプレート ５ カッター ７ セグメント ８ シールドジャッキ ８Ａ 修正ジャッキ ９ コピーカッタ １１ 自動測量装置 １２ ジャイロスコープ １３ ローリングセンサ １４ テールクリアランスセンサ １５ 接続管 ２２ 位置解析演算手段 ２３ ローリング制御手段 ２４ 自動方向制御手段 ２５ 修正ジャッキ制御情報手段 ２６ コピーカッタ情報手段 ２７ ジャッキパターン推論手段 ２９ 手動方向制御手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 尾畑 喜代和 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 浦田 修 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 鹿島 竜之介 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 増田 久男 静岡県静岡市中田本町63−25 協立電機株 式会社内 (72)発明者 鍋田 忍 静岡県静岡市中田本町63−25 協立電機株 式会社内 Ｆターム(参考） 2D054 AA01 AB03 GA02 GA25 GA34 GA56 GA62 GA64 GA65 GA87 GA94

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スキンプレートと、該スキンプレートの
   前面に設けられたカッターと、前記スキンプレートに取
   り付けられてトンネルのうち既に覆工された部分から反
   力を取って前記スキンプレートを前方に推進させるため
   の複数のシールドジャッキとを有するシールド機本体
   と、 該シールド機本体の動作を制御する制御装置とを備え、 前記複数のシールドジャッキのうちの一部は、取るべき
   反力の向きを前記トンネルの周方向に調整可能な修正ジ
   ャッキとして形成され、 前記シールド機本体には、該シールド機本体の中心軸線
   周りの回転角を検知するためのローリングセンサが備え
   られ、 前記制御装置は、前記ローリングセンサからの出力に基
   づき、前記修正ジャッキにおいて取るべき反力の向きを
   決定する修正ジャッキ制御情報手段を有することを特徴
   とするシールド掘削機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のシールド掘削機であっ
   て、 前記修正ジャッキが複数備えられ、 前記修正ジャッキ制御情報手段は、前記ローリングセン
   サからの出力に応じて、前記修正ジャッキのうち反力の
   向きを調整すべきものの数および位置を特定することを
   特徴とするシールド掘削機。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載のシールド掘削機
   であって、 前記カッターは、前記シールド機本体の中心軸線から外
   周方向に離間する方向の端部に、同方向に出没自在なコ
   ピーカッタを有し、 前記制御装置は、前記ローリングセンサからの出力に応
   じて、前記シールド機本体の外周の地盤のうち、前記コ
   ピーカッタを用いて掘削すべき領域を決定するコピーカ
   ッタ情報手段を備えていることを特徴とするシールド掘
   削機。
4. 【請求項４】 請求項２または３記載のシールド掘削機
   であって、前記シールド機本体には、該シールド機本体
   の掘進方向および掘進距離を検知する掘進位置検知装置
   が設けられ、 前記制御装置は、前記掘進位置検知装置からの出力に基
   づいて前記シールド機本体の位置を演算する位置解析演
   算手段を備えて構成され、 前記修正ジャッキ制御情報手段は、演算された前記シー
   ルド機本体の位置とあらかじめ記憶された前記トンネル
   の計画線形との相対位置に基づいて、前記修正ジャッキ
   のうち反力の向きを調整すべきものの数および位置を特
   定するとともに、その取るべき反力の向きを決定するこ
   とを特徴とするシールド掘削機。
5. 【請求項５】 請求項４記載のシールド掘削機であっ
   て、 前記コピーカッタ情報手段は、前記相対位置に基づい
   て、前記シールド機本体の外周の地盤のうち、前記コピ
   ーカッタを用いて掘削すべき領域を決定することを特徴
   とするシールド掘削機。
6. 【請求項６】 請求項１から５のいずれかに記載のシー
   ルド掘削機であって、前記シールド機本体には、該シー
   ルド機本体の掘進方向および掘進距離を検知する掘進位
   置検知装置が設けられ、 前記制御装置は、前記掘進位置検知装置からの出力に基
   づいて前記シールド機本体の位置を演算する位置解析演
   算手段と、該位置解析演算手段からの出力およびあらか
   じめ記憶された前記トンネルの計画線形を比較して、前
   記シールド機本体が前記計画線形に沿って推進するのに
   必要な推進力およびその向きを算出する自動方向制御手
   段と、該自動方向制御手段の出力に基づき、使用すべき
   前記シールドジャッキの数および位置ならびにその反力
   を特定するジャッキパターン推論手段とを備え、 前記修正ジャッキ制御情報手段は、前記ローリングセン
   サから出力される前記回転角の絶対値が第一の所定値以
   上となった場合に、その演算結果を、前記ジャッキパタ
   ーン推論手段に出力する構成とされ、 なおかつ、この場合に、前記ジャッキパターン推論手段
   は、修正ジャッキ制御情報手段の演算結果および前記自
   動方向制御出力手段からの出力の双方を満たすように、
   使用すべき前記シールドジャッキの数および位置ならび
   にその反力を特定することを特徴とするシールド掘削
   機。
7. 【請求項７】 請求項６記載のシールド掘削機であっ
   て、 前記ジャッキパターン推論手段は、前記ローリングセン
   サから出力される前記回転角の絶対値が前記第一の所定
   値を超える前記第二の所定値以上となった場合に、修正
   ジャッキ制御情報手段の演算結果のみが満たされるよう
   に、使用すべきシールドジャッキの数および位置ならび
   にその反力を特定する構成とすることを特徴とするシー
   ルド掘削機。
8. 【請求項８】 請求項６または７記載のシールド掘削機
   であって、 前記制御装置には、前記修正ジャッキ制御情報手段およ
   び前記コピーカッタ情報手段の動作を制御するローリン
   グ制御手段が設けられ、 該ローリング制御手段は、所定のデータテーブルに基づ
   き、前記回転角の絶対値に応じて、前記修正ジャッキ制
   御情報手段および前記コピーカッタ情報手段の動作の可
   否を決定するものであることを特徴とするシールド掘削
   機。
9. 【請求項９】 請求項８記載のシールド掘削機であっ
   て、 前記ローリング制御手段は、前記回転角の変化率に応じ
   て、前記修正ジャッキ制御情報手段および前記コピーカ
   ッタ情報手段の動作の可否を決定するものであることを
   特徴とするシールド掘削機。
10. 【請求項１０】 請求項１から９のいずれかに記載のシ
    ールド掘削機であって、前記シールド機本体は、多連形
    シールド機であることを特徴とするシールド掘削機。