JP2003097180A - シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 土被りが浅い場所、流砂現象が発生し易い場
所等をシールド掘削機によりトンネル掘削する場合等に
おけるチャンバ内の急激な土圧変動にも対応したシール
ド掘削機における土圧バランス装置を提供することを提
供する。 【解決手段】 チャンバ内の土圧を複数の土圧センサで
検出し、チャンバの上部部位に設置した複数の土圧バラ
ンス装置の作動部を同土圧センサの検出値に基づいて制
御し、チャンバ内の土圧変動に対処する。また、添加剤
注入量を前記センサの検出値に基づいて制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、カッタヘッドチャ
ンバ内の土圧変動に対して迅速に土圧調整を行うシール
ド掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の土圧シールド掘削機におけるチャ
ンバ内の土圧変動に対しては、チャンバと連通する土圧
調整室を設けて土圧変動を調整したり、チャンバ内の土
砂を排土するスクリューコンベヤを制御して土圧の制御
を行っていた。そのために、特開昭６１−２１１４９９
号公報では、チャンバと連通した土圧調整室の土圧作動
ジャッキを常に押出すことで土圧調整室の容積を減少さ
せ、同容積の減少とスクリューコンベヤでの排土量との
バランスをとることでチャンバ内の土圧を適正な圧力に
保っている。また、土圧作動ジャッキを押し切ったとき
にはスクリューコンベヤによる排土を止め、しかも掘削
機を掘進させながら土圧作動ジャッキを縮めて土圧調整
室内に土砂を充満させることで土圧を調整している。

【０００３】特開平６−１５８９９５号公報では、小口
径用の掘削機におけるチャンバ内の土圧変動を抑制する
構成が開示されている。すなわち、スクリューコンベヤ
で排土されるチャンバー内の土砂量に応じて土圧反力板
を前後動させ、しかも土圧反力板を常に一定圧にて押圧
しておくことで土圧変動に対して自然に前後動する構成
となっている。

【０００４】しかしながら、特開昭６１−２１１４９９
号公報のものは、土圧作動ジャッキをチャンバ側に常に
押出すことで、スクリューコンベヤの排土量との調整を
図りチャンバ内の土圧を調整しているものである。トン
ネル掘削機の掘進中に土圧作動ジャッキの伸縮量を積極
的に細かく制御しておらず、土圧の微小な変動に対応し
た調整が行える構成とはなっていない。また、特開平６
−１５８９９５号公報のものは、土圧反力板を押圧する
油圧シリンダへの油圧を一定に保つことにより土圧変動
を調整しているものであって、土圧の微小な変化を抑制
する構成とはなっていない。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】土被りが浅い場所、流
砂現象が発生し易い場所等をシールド掘削機によりトン
ネル掘削する場合、掘削中に地表面の陥没やカッタ上方
の土砂が水と共に急激にチャンバ内に取り込まれて、チ
ャンバ内の土圧が急激に変動する危険性が非常に高い。
従来のシールド掘削機では、チャンバ内の緩やかな土圧
変動に対応した土圧調整装置が用いられていた。しかし
同土圧調整装置では上述のようなチャンバ内の急激な土
圧変動には対応しづらかった。本願発明では、このよう
な急激なチャンバ内の土圧変動にも対応したシールド掘
削機における土圧バランス装置を提供することを目的と
している。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、以下の事項
を備えた本願各請求項に係わる発明により効果的に達成
される。請求項１に係わる発明は、シールド掘進機にお
いて、バルクヘッドに設けられ、カッタヘッドチャンバ
内の土圧を検出する土圧センサと、同バルクヘッドに設
けられ、カッタヘッドチャンバ内の土圧を制御する土圧
バランス装置と、前記土圧センサの検出値に応じて同土
圧バランス装置の作動部の駆動を制御する制御装置とを
備えてなることを特徴とするシールド掘進機にある。こ
の発明では、チャンバ内の土圧変動に応じた土圧バラン
ス装置の制御を行うことができ、急激なチャンバ内の土
圧変動にも対応することができる。

【０００７】請求項２に係わる発明は、請求項１の構成
に加えて、前記土圧バランス装置をカッタヘッドチャン
バの上部に設けた構成を追加したことを特徴とするシー
ルド掘進機にある。この発明では、土圧バランス装置を
カッタヘッドチャンバの上部に設けたことにより、カッ
タヘッドチャンバの上方から同チャンバ内の急激な土圧
変動に対応することができる。

【０００８】請求項３に係わる発明は、請求項１又は２
の構成に加えて、前記バルクヘッド前面に添加剤注入管
を備え、同添加剤注入管からの注入量を前記制御装置に
おいて制御する構成を追加したことを特徴とするシール
ド掘進機にある。この発明では、土圧バランス装置によ
るチャンバ内の土圧制御に加えて、添加剤注入量の制御
も行っており、チャンバ内の急激な土圧変動に対してよ
り迅速に対応することができる。

【０００９】請求項４に係わる発明は、シールド掘進機
において、バルクヘッドに設けられ、カッタヘッドチャ
ンバ上部と同上部以外の部位に配され、チャンバ内の土
圧を検出する複数の土圧センサと、同バルクヘッドに設
けられ、カッタヘッドチャンバ内の土圧を制御する土圧
バランス装置と、前記各土圧センサで検出した土圧検出
値に応じて同土圧バランス装置の作動部の駆動を制御す
る制御装置を備えてなることを特徴とするシールド掘進
機にある。この発明では、チャンバ内の土圧を上部及び
上部以外の位置において検出することができ、チャンバ
上部の土圧状態及び上部以外の位置における土圧状態に
応じて土圧バランス装置を制御している。このため、土
圧の変動をいち早く検知する必要のあるチャンバ内上部
の土圧を検知して土圧バランス装置の駆動を開始させ、
あわせてチャンバ内の平均土圧により土圧バランス装置
の作動量を調整することが可能となる。最も注意を要す
る箇所であるチャンバ内上部での土圧の変動に対する応
答性が良くなり、カッタヘッド上方の土砂がチャンバ内
に流入する所謂流砂現象を防止するのに非常に効果的で
ある。

【００１０】

【発明の実施形態】以下、本願発明の好適な実施の形態
を図示実施例に基づいて具体的に説明する。図１は、本
願発明に係わる土圧バランス装置が備えられたトンネル
掘削機であるシールド掘進機の内部構造を示している。
シールド掘進機１００は、筒状のスキンプレート１０１
の前端に中心軸１０２を中心にカッタヘッド駆動用減速
電動機１０３ａにより駆動回転するカッタヘッド１０３
を備えている。尚、カッタヘッド駆動用減速電動機の代
わりにカッタヘッド駆動用油圧モータを用いることもで
きる。同カッタヘッド１０３の後方にはバルクヘッド１
０４ａをもって土砂を取入れるチャンバ１０４が形成さ
れている。バルクヘッド１０４ａの後部にはスキンプレ
ート１０１の前部シールド１０１ａ及び後部シールド１
０１ｂから、更に後方に延びるスクリューコンベヤ１０
７の土砂導入部が固設されている。また、同バルクヘッ
ド１０４ａ上部には垂直軸対象で、チャンバ１０４に連
通する複数の土圧バランス装置１０５（図１〜３参照）
が設けられており、土圧バランス装置内には伸縮制御さ
れる土圧作動ジャッキ１０５ａにより前後動される土圧
反力板１０５ｂが設けられている。同土圧作動ジャッキ
１０５ａ及び土圧反力板１０５ｂが土圧バランス装置に
おける作動部となっている。同土圧バランス装置がチャ
ンバ内の上部に複数設けられているので、流砂現象によ
りカッタヘッド上方の土砂が一気にチャンバ内に流入し
そうなときでも、チャンバ内の上部に重点的に充分な土
圧を補ってこれを防止することができる。これにより土
被りの浅い場所でも山を落とすことなく施工できるよう
になる。

【００１１】更に前記バルクヘッド１０４ａには、チャ
ンバ１０４内の土圧を計る複数の土圧センサ１０６、同
チャンバ内に添加剤を注入する複数の添加剤注入管１１
８（図１、３参照）が装備されている。

【００１２】図５において拡大して示すように前部シー
ルド１０１ａの先端部には、周方向に沿ってカッティン
グエッジ１１１が形成されている。同カッティングエッ
ジ１１１は、前部シールド１０１ａの先端部周方向に配
置したカッタビットをロウ付けなどの固着手段により固
設、あるいは周方向に一体に形成し超硬工具により構成
された周方向刃をロウ付けなどの固着手段により固設さ
れている。

【００１３】図２に示すように、前記カッタヘッド１０
３は、中心から放射状に延設された複数本のカッタスポ
ーク１１２の各先端部同士が連結部材をもって円形に連
結された円盤状に構成されている。上記カッタスポーク
１１２の前面中心線に沿って所定のピッチをもって複数
の先行ビット１１３がロウ付けなどの固着手段により固
設されている。また各カッタスポーク１１２の前面端縁
に沿って同じく所定のピッチをもって複数のカッタビッ
ト１１４がロウ付けなどの固着手段により固設されてい
る。更にカッタヘッド１０３の前面外周部には、所定の
位相角をもって順次ゲージカッタ１１５が固設されてい
る。

【００１４】さらに、前記カッタヘッド１０３の複数の
カッタスポーク１１２のうち１８０°の位相差をもって
配される２本のカッタスポーク１１２ａの先端部には、
コピーカッタ１１７が外部に対して進退可能に設けられ
ている。また、前記カッタヘッド１０３の複数のカッタ
スポーク１１２のうち１８０°の位相差をもって配され
る２本のカッタスポーク１１２ａの前面には同２本のカ
ッタスポーク１１２ａに沿って、添加剤注入管１１９が
３個設けられている。尚、図１、２中の符号１０８はシ
ールドジャッキ、１０９は前後のシールド１０１ａ及び
１０１ｂ間を連結して取り付けられるアーティキュレー
トジャッキ、１１０はセグメントエレクタ、１１６はカ
ッタヘッド１０３の前面中央に配置されたアローヘッド
を示している。同アローヘッド１１６前面に稜線部に沿
って図示せぬ多数のカッタビットが前記カッタビット１
１４及び先行ビット１１３と同様に固設されている。ま
た、スキンプレート１０１の内部にはその他にも様々な
設備や機器が設置されている。

【００１５】これらの設備を備えたシールド掘進機１０
０をもってトンネルの掘削を行うときは、カッタヘッド
駆動用減速電動機１０３ａを駆動してカッタヘッド１０
３を回転させながら地山を掘削すると共に、後部シール
ド１０１ｂの内部でセグメントを組み立てつつ、このセ
グメントに反力をとってシールドジャッキ１０８を伸長
させながら掘進する。また、掘削施工時には、カッタヘ
ッド１０３外周部周りのオーバカット量を＋１０ｍｍに
抑えて後部シールド１０１ｂ側におけるテールボイド
（後部シールド１０１ｂと地山との空隙）が最小限とに
なるようにしている。そのため、前記カッタヘッド１０
３外周面に前記ゲージカッタ１１５を多数配置して耐久
性を確保するとともに前部シールド１０１ａの先端に形
成した前記カッティングエッジ１１１により砂礫による
損耗を最小限としている。

【００１６】図３には、本願発明に係わる土圧バランス
装置、土圧センサ１０６及び添加剤注入管１１８の配置
構成を示している。４個の前記土圧バランス装置１０５
は、バルクヘッド１０４ａの上部に中心軸１０２ａを通
る垂直線を対称に左右に配置されている。図４に示すよ
うに、土圧バランス装置１０５内には、土圧バランス装
置の容積を変更する土圧反力板１０５ｂが摺動可能に設
けられている。同土圧反力板１０５ｂは後述する制御装
置により伸長・縮小制御される土圧作動ジャッキ１０５
ａにより摺動させられる。図４における土圧バランス装
置内の上半分の状態は、土圧作動ジャッキ１０５ａがス
トロークエンドまで縮小したときの同土圧反力板１０５
ｂの位置を示している。この位置まで同土圧反力板１０
５ｂが後退すると土圧バランス装置の容積は最大とな
る。図４における土圧バランス装置内の下半分の状態
は、土圧作動ジャッキ１０５ａがストロークエンドまで
伸長したときの同土圧反力板１０５ｂの位置を示してい
る。この位置まで同土圧反力板１０５ｂが前進すると土
圧バランス装置の容積は最小となる。同土圧バランス装
置を作動させる前の初期状態における土圧反力板の位置
は、土圧作動ジャッキの両ストロークエンドの中央位
置、あるいは土圧作動ジャッキを所定量だけ縮小方向に
縮小させた位置等所望の位置にセットしておくことがで
きる。

【００１７】前記３個の土圧センサ１０６のうち１個目
の土圧センサ１０６ａはバルクヘッド１０４ａの上部に
設置され、残り２個のうち２個目の土圧センサ１０６ｂ
はバルクヘッド１０４ａの中央高さ位置よりやや下方位
置でしかも前記上部に設けたセンサと中心軸１０２ａを
中心とした同一円周上に設けられている。残りの３個目
の土圧センサ１０６は、所望の位置に設置してある。１
個目と２個目の土圧センサ１０６ａ、ｂは、機内から交
換自在に設置されているので、常にメンテナンスされた
正確な土圧を測定することができる。３個目の土圧セン
サ１０６については、バルクヘッドに機内から交換自在
に設置して常にメンテナンスされた状態にすることもで
きるし、機内からの交換は難しいが、チャンバ内の土圧
を測定するに適した場所に設置することもできる。

【００１８】前記添加剤注入管１１８は、中心軸１０２
を中心とした周上であって中心軸１０２を通る垂直線１
０２ａを対象に同垂直線１０２ａ上に１個が配置され、
残りの８個は左右対称に配置されている。９個の添加剤
注入管１１８のうち４個は、首振り式に構成されており
制御手段により首振り角度を変更できるように構成され
ている。残りの５個の添加剤注入管１１８は固定式に配
置されている。

【００１９】図１、２に示す前記コピーカッタ１１７
は、油圧シリンダ１２０により前記カッタヘッド１０３
外周周面から出没制御され、同カッタヘッド１０３の外
周周りの余堀掘削を行うとともに同カッタヘッド１０３
の外周周りの地山探査機能を備えている。同油圧シリン
ダ１２０には図示せぬ作動圧検出手段及びストローク検
出手段が設けられており、同検出手段により油圧シリン
ダ１２０の作動圧力とストローク量を検出することで、
カッタヘッド１０３周りの地山探査を行っている。

【００２０】カッタヘッド１０３周りの地山探査によ
り、同カッタヘッド１０３周りにおける地山のボイド
（カッタヘッドと地山間の空隙）を確認することができ
る。即ち、すなわち、コピーカッタ１１７に所定の作動
圧力を加えて余掘掘削を行っていたとき、周回方向のあ
る位置で同コピーカッタ１１７のストローク量が変化し
たとすると、同周方向の位置でボイドが生じていること
が検出できる。同周方向の位置をカッタヘッド１０３の
回転位置センサで検出すれば、ボイドが発生している位
置を特定することができる。前記コピーカッタ１１７に
よりカッタヘッド１０３上方の土砂が流砂現象を起こし
やすい状態であることが確認されると、前記土圧バラン
ス装置を別途制御してチャンバ内の上部に重点的に充分
な土圧を補うことにより、流砂現象の発生を事前に防止
することもできる。

【００２１】図６は、本願発明における土圧バランス装
置の制御装置を示している。同土圧バランス装置１０５
は、次の段階で使用されるものである。すなわち、準備
段階としてシールド掘進機１００のカッタヘッド１０３
をカッタヘッド駆動用減速電動機１０３ａにて駆動回転
させつつシールドジャッキ１０８で掘進させる。カッタ
にて掘削されチャンバー１０４内に充満した土砂に適量
の添加剤を注入してチャンバ１０４の土圧を所定の圧力
に保つと同時にスクリューコンベヤ１０７により排土す
る。この状態でチャンバー内の土圧が所定の圧力となっ
たときに前記土圧バランス装置を作動させる。なお、同
土圧バランス装置の作動中は、スクリューコンベヤの回
転制御、スクリューゲート開閉装置の開閉動作等による
チャンバ内の土圧制御は行わずに、土圧バランス装置の
みによる土圧制御を行う。

【００２２】同土圧バランス装置を制御する制御装置
は、検出部、設定部、コントローラ部及び負荷制御部と
から構成されている。検出部においては、バルクヘッド
１０４ａ上に３か所設けられた前記土圧センサ１０６か
らの検出値はマイコンに入力される。また、前記土圧作
動ジャッキにおけるピストンロッドのストローク長は、
既知のセンサにて検出し、検出値がマイコンに入力され
る。さらにコピーカッタ１１７を駆動する油圧シリンダ
には作動圧検出手段及びストローク検出手段でボイドが
検出された信号及びコピーカッタでボイドを検出した周
回位置の検出値がマイコンに入力される。併せて土圧バ
ランス装置の作動時間が計時され、計時時間がマイコン
に入力される。

【００２３】なお、マイコンに入力される検出値がアナ
ログ信号であるときにはＡ／Ｄコンバータを介してデジ
タル信号に変換する必要がある。設定部においては、負
荷制御部を制御するためのしきい値を設定し、コントロ
ーラ部のマイコンに同しきい値および前記準備段階にお
いて設定された値を入力する。即ち、チャンバ内の土圧
基準値及び許容変動幅の圧力変動分のしきい値としての
値を入力する。尚、土圧基準値と変動分の値をそれぞれ
入力しているが、両方の値を合わせた値をしきい値とし
て設定することもできる。図７には、チャンバー内の土
圧変動波形を示している。

【００２４】この例では、土圧基準値Ｐ０として１０．
２ｋｇｆ／ｃｍ² を設定し、変動分Ｐ１として０．１ｋ
ｇｆ／ｃｍ² の幅を設定している。チャンバ内の土圧Ｐ
が１０．２＋０．１ｋｇｆ／ｃｍ² より大きくなったと
き、あるいは１０．２−０．１ｋｇｆ／ｃｍ² より小さ
くなったときに土圧バランス装置の制御を行っている。
土圧作動ジャッキ１０５ａにおけるピストンロッドを縮
小及び伸長したときの両ストロークエンドにおけるピス
トンロッドのストローク長の値をしきい値としてマイコ
ンに入力する。さらに、土圧バランス装置での制御動作
を行うことのできる基準時間をマイコンに入力する。

【００２５】コントローラ部では、マイコンにより検出
部からの各検出信号と設定部からのしきい値及び設定さ
れた値とを用いて、チャンバ内の土圧変動に対応した制
御動作を演算し、負荷制御部に同制御を行うための制御
信号を送出する。負荷制御部では、コントローラ部から
の制御信号に基づいて該当する各負荷、例えば、土圧作
動ジャッキの伸長あるいは縮小動作等の制御動作を行
う。

【００２６】図８に示すブロック線図を用いて、本願発
明の第１実施例に係わる土圧バランス装置における制御
装置の制御動作を説明する。ブロック１では、前記準備
段階において所定の土圧となり、カッタヘッドの掘進、
添加剤の注入及びスクリューコンベヤからの排土が行わ
れている段階で前記土圧バランス装置の制御を開始す
る。なお、同土圧バランス装置の作動中は、スクリュー
コンベヤの回転制御、スクリューゲート開閉装置の開閉
動作等によるチャンバ内の土圧制御は行わずに、土圧バ
ランス装置のみによる土圧制御を行う。

【００２７】ブロック２では、前記設定部からのしきい
値及び設置された値として次の値を設定する。チャンバ
内の土圧を一定状態とする基準値Ｐ０、土圧バランス装
置の土圧作動ジャッキを作動させる基準となるチャンバ
内土圧の基準値Ｐ０からの変動分Ｐ１を設定する。ま
た、前記土圧作動ジャッキ１０５ａにおけるピストンロ
ッドを縮小及び伸長したときの両ストロークエンドにお
けるピストンロッドのストローク長の値（伸長時のスト
ロークエンド：Ｌ１、縮小時のストロークエンド：Ｌ
２）を設定する。さらに、土圧バランス装置で制御動作
を行える基準時間Ｔ０を設定すると共に、チャンバ内の
土圧を増加させている制御時間Ｔ１、チャンバ内の土圧
を減少させている制御時間Ｔ２、土圧バランス装置の制
御動作時間ｔの各値をゼロに設定する。

【００２８】ブロック３では、現在のチャンバ内の土圧
Ｐを検出する。同土圧Ｐの検出値としては、前記土圧セ
ンサ１０６のいずれかの値を用いて行うこともでき、あ
るいは少なくとも２個の土圧センサ１０６における検出
値の平均値を用いることもできる。土圧Ｐとしてどのよ
うな検出値を用いるかは、チャンバ内の土圧を検出する
ために設定した条件により任意に設定することができる
ものである。

【００２９】ブロック４では、チャンバ内の土圧Ｐが基
準土圧Ｐ０から−Ｐ１分変動しているかを判断する。変
動が認められるときは、ブロック５に移る。ブロック５
では、土圧作動ジャッキのピストンロッドを伸長させ、
土圧反力板１０５ｂを前進させることでチャンバ１０４
内の土圧を高める。ブロック６では、現在注入されてい
る添加剤注入量の注入量を増加させる。添加剤の注入を
増量させなくても土圧バランス装置だけの制御でチャン
バ内の土圧を制御できる時には、添加剤の制御を必ずし
も行わなくてもよい。

【００３０】ブロック７では、土圧バランス装置の作動
時間ｔを計時するとともに、作動時間の累計時間、即ち
制御動作を行っている制御時間Ｔ１を計算する。ブロッ
ク８では、土圧バランス制御が所定時間Ｔ０継続して実
施されているか否かの判断を行う。ブロック７で計時し
た制御時間Ｔ１が基準制御時間Ｔ０以上となったときに
は、同土圧バランス装置では、チャンバ内の土圧変動に
対応できないものと判断してブロック９に移る。ブロッ
ク９では、土圧バランス装置の制御停止を行い警報を発
すると共に、異常状態の表示を行う。

【００３１】ブロック８において、ブロック７で計時し
た制御時間Ｔ１が基準制御時間Ｔ０以下であったときに
は、ブロック１０に移る。ブロック１０では、土圧作動
ジャッキのピストンロッドにおけるストロークが伸長エ
ンドＬ１まで延びきった時には、これ以上土圧バランス
制御装置の土圧制御を行うことができないので、現在の
土圧作動ジャッキのピストンロッドにおけるストローク
長Ｌを検出する。ブロック１１では、ブロック１０で検
出したストロング長Ｌが伸長エンドＬ１まで延びきって
いるか否かを判断する。同ストロング長Ｌが伸長エンド
Ｌ１まで延びきっていないときには、ブロック３に戻り
引き続き土圧バランス装置によるチャンバ内の土圧制御
を行う。同ストロング長Ｌが伸長エンドＬ１まで延びき
っているときには、これ以上土圧作動ジャッキのピスト
ンロッドを伸長させることができないので、ブロック１
２に移る。ブロック１２では、ブロック９と同じく土圧
バランス装置の制御停止を行い警報を発すると共に、異
常状態の表示を行う。

【００３２】上述のブロック４において、チャンバ内の
土圧Ｐでは土圧作動ジャッキ１０５ａを伸長させる必要
がない時には、ブロック１３に移る。ブロック１３で
は、ブロック３で検出した土圧Ｐが土圧作動ジャッキを
逆に縮小させる必要がある圧力か否かの判断を行う。即
ち、チャンバ内の土圧Ｐが基準土圧Ｐ０から＋Ｐ１分以
上変動しているかを判断する。変動が認められるとき
は、ブロック１４に移る。

【００３３】ブロック１４では、土圧作動ジャッキのピ
ストンロッドを縮小させ、土圧反力板１０５ｂを後退さ
せることでチャンバ１０４内の土圧を低下させる。ブロ
ック１５では、現在の添加剤注入量より添加剤の注入量
を減少させる。添加剤を減少させなくても土圧バランス
装置だけの制御でチャンバ内の土圧を制御できる時に
は、添加剤の制御を必ずしも行わなくてもよい。ブロッ
ク１６では、土圧バランス装置の作動時間ｔを計時する
とともに、作動時間の累計時間、即ちチャンバ内の土圧
を減少させる制御動作を行っている制御時間Ｔ２を計算
する。

【００３４】ブロック１７では、土圧バランス制御Ｔ２
が所定時間Ｔ０継続して実施されているか否かの判断を
行う。ブロック１６で計時した制御時間Ｔ２が基準制御
時間Ｔ０以上となったときには、同土圧バランス装置で
は、チャンバ内の土圧変動に対応できないものと判断し
てブロック１８に移る。ブロック１８では、土圧バラン
ス装置の制御停止を行い警報を発すると共に、異常状態
の表示を行う。

【００３５】ブロック１７において、ブロック１６で計
時した制御時間Ｔ２が基準制御時間Ｔ０以下であったと
きには、ブロック１９に移る。ブロック１９では、土圧
作動ジャッキのピストンロッドにおけるストロークが縮
小エンドＬ２まで縮小しきった時には、これ以上土圧バ
ランス制御装置の土圧制御を行うことができないので、
現在の土圧作動ジャッキのピストンロッドにおけるスト
ローク長Ｌを検出する。ブロック２０では、ブロック１
９で検出したストロング長Ｌが縮小エンドＬ２まで縮小
しきっているか否かを判断する。同ストロング長Ｌが縮
小エンドＬ２まで縮小しきっていないときには、ブロッ
ク３に戻り引き続き土圧バランス装置によるチャンバ内
の土圧制御を行う。同ストロング長Ｌが縮小エンドＬ２
まで縮小しきっているときには、これ以上土圧作動ジャ
ッキのピストンロッドを縮小させることができないの
で、ブロック２１に移る。ブロック２１では、ブロック
９と同じく土圧バランス装置の制御停止を行い警報を発
すると共に、異常状態の表示を行う。

【００３６】ブロック１３において、現在のチャンバ内
の土圧Ｐが基準土圧Ｐ０の変動幅Ｐ１内に収まっている
ときは、ブロック２２に移る。ブロック２２では、制御
時間Ｔ１、Ｔ２及び制御動作の計時時間ｔの値をゼロに
セットする。

【００３７】図９に示すブロック線図を用いて、本願発
明の第２実施例に係わる土圧バランス装置における制御
動作を説明する。この第２実施例における土圧バランス
装置の制御動作は、チャンバ内の土圧として、ベルクヘ
ッド上部に設けた前記土圧センサ１０６ａの検出値Ｐｕ
と、前記２番目の土圧センサ１０６ｂの検出値Ｐｍある
いは同２番目と３番目の土圧センサとの平均値等から得
られるチャンバ内の土圧Ｐｍとの２種類の土圧値を用い
て土圧バランス装置を制御するものである。

【００３８】ブロック１では、前記準備段階において所
定の土圧Ｐ０となり、カッタヘッドの掘進、添加剤の注
入及びスクリューコンベヤからの排土が行われている段
階で前記土圧バランス装置の制御を開始する。なお、同
土圧バランス装置の作動中は、スクリューコンベヤの回
転制御、スクリューゲート開閉装置の開閉動作等による
チャンバ内の土圧制御は行わずに、土圧バランス装置の
みによる土圧制御を行う。

【００３９】ブロック２では、前記設定部からのしきい
値及び設置された値として次の値を設定する。チャンバ
内の土圧を一定状態とする基準値Ｐ０、土圧バランス装
置の土圧作動ジャッキを作動させるチャンバ内上部にお
ける土圧Ｐｕに関しての基準値Ｐ０からの変動分Ｐ１、
および土圧バランス装置による土圧制御を停止する基準
となるチャンバ内の上部を除く位置における土圧Ｐｍに
関しての基準値Ｐ０からの下限変動分Ｐ２及び上限変動
分Ｐ３を設定する。下限の変動分Ｐ２と上限の変動分Ｐ
３とは、同じ値にすることもできる。また、前記土圧作
動ジャッキ１０５ａにおけるピストンロッドを縮小及び
伸長したときの両ストロークエンドにおけるピストンロ
ッドのストローク長の値（伸長時のストロークエンド：
Ｌ１、縮小時のストロークエンド：Ｌ２）を設定する。

【００４０】ブロック３では、現在のチャンバ内の上部
における土圧センサ１０６ａにおける検出値Ｐｕを検出
する。ブロック４では、チャンバ内上部の土圧Ｐｕが基
準土圧Ｐ０から−Ｐ１分以上変動しているか否かを判断
する。変動が認められるときは、ブロック５に移る。ブ
ロック５では、土圧作動ジャッキのピストンロッドを伸
長させ、土圧反力板１０５ｂを前進させることでチャン
バ１０４内の土圧を高める。ブロック６では、現在注入
されている添加剤注入量の注入量を増加させる。添加剤
の注入を増量させなくても土圧バランス装置だけの制御
でチャンバ内の土圧を制御できる時には、添加剤の制御
を必ずしも行わなくてもよい。

【００４１】ブロック７では、ブロック５、６での制御
動作行っている状態でのチャンバ内上部以外の土圧Ｐｍ
として土圧センサ１０６ａを除いた土圧検出センサにて
検出する。この検出値は、前記土圧センサ１０６ｂの検
出値を用いることも、土圧センサ１０６ａを除いた土圧
センサの平均値等として求めることができる土圧値であ
る。ブロック８では、土圧バランス制御を継続するか停
止するかを判断する。ブロック７で検出した土圧Ｐｍが
基準土圧Ｐ０に対して圧力−Ｐ２以上の変動があったと
きには、同土圧バランス装置では、チャンバ内の土圧変
動に対応できないものと判断してブロック９に移る。ブ
ロック９では、土圧バランス装置の制御停止を行い警報
を発すると共に、異常状態の表示を行う。

【００４２】ブロック８において、ブロック７で検出し
た土圧Ｐｍが基準土圧Ｐ０に対して圧力Ｐ２以下の変動
であったときには、ブロック１０に移る。ブロック１０
では、土圧作動ジャッキのピストンロッドにおけるスト
ロークが伸長エンドＬ１まで延びきった時には、これ以
上土圧バランス制御装置の土圧制御を行うことができな
いので、現在の土圧作動ジャッキのピストンロッドにお
けるストローク長Ｌを検出する。ブロック１１では、ブ
ロック１０で検出したストロング長Ｌが伸長エンドＬ１
まで延びきっているか否かを判断する。同ストロング長
Ｌが伸長エンドＬ１まで延びきっていないときには、ブ
ロック３に戻り引き続き土圧バランス装置によるチャン
バ内の土圧制御を行う。同ストロング長Ｌが伸長エンド
Ｌ１まで延びきっているときには、これ以上土圧作動ジ
ャッキのピストンロッドを伸長させることができないの
で、ブロック１２に移る。ブロック１２では、ブロック
９と同じく土圧バランス装置の制御停止を行い警報を発
すると共に、異常状態の表示を行う。

【００４３】上述のブロック４において、チャンバ内の
土圧Ｐでは土圧作動ジャッキ１０５ａを伸長させる必要
がない時には、ブロック１３に移る。ブロック１３で
は、ブロック３で検出した土圧Ｐｕが土圧作動ジャッキ
を逆に縮小させる必要がある圧力か否かの判断を行う。
即ち、チャンバ内の土圧Ｐｕが基準土圧Ｐ０から＋Ｐ１
分以上変動しているかを判断する。変動が認められると
きは、ブロック１４に移る。ブロック１４では、土圧作
動ジャッキのピストンロッドを縮小させ、土圧反力板１
０５ｂを後退させることでチャンバ１０４内の土圧を低
下させる。ブロック１５では、現在の添加剤注入量より
添加剤の注入量を減少させる。添加剤を減少させなくて
も土圧バランス装置だけの制御でチャンバ内の土圧を制
御できる時には、添加剤の制御を必ずしも行わなくても
よい。

【００４４】ブロック１６では、ブロック５、６での制
御動作行っている状態でのチャンバ内上部以外の土圧Ｐ
ｍとして土圧センサ１０６ａを除いた土圧検出センサに
て検出する。この検出値は、前記土圧センサ１０６ｂの
検出値を用いることも、土圧センサ１０６ａを除いた土
圧センサの平均値等として求めることができる土圧値Ｐ
ｍである。ブロック１７では、土圧バランス制御を継続
するか停止するかを判断する。ブロック７で検出した土
圧Ｐｍが基準土圧Ｐ０に対して圧力＋Ｐ３以上の変動が
あったときには、同土圧バランス装置では、チャンバ内
の土圧変動に対応できないものと判断してブロック１８
に移る。ブロック１８では、土圧バランス装置の制御停
止を行い警報を発すると共に、異常状態の表示を行う。

【００４５】ブロック１７において、ブロック１６で検
出した土圧Ｐｍが基準土圧Ｐ０に対して圧力Ｐ３以下の
変動であったときには、ブロック１９に移る。ブロック
１９では、土圧作動ジャッキのピストンロッドにおける
ストロークが縮小エンドＬ２まで縮小しきった時には、
これ以上土圧バランス制御装置の土圧制御を行うことが
できないので、現在の土圧作動ジャッキのピストンロッ
ドにおけるストローク長Ｌを検出する。ブロック２０で
は、ブロック１９で検出したストロング長Ｌが縮小エン
ドＬ２まで縮小しきっているか否かを判断する。同スト
ロング長Ｌが縮小エンドＬ２まで縮小しきっていないと
きには、ブロック３に戻り引き続き土圧バランス装置に
よるチャンバ内の土圧制御を行う。同ストロング長Ｌが
縮小エンドＬ２まで縮小しきっているときには、これ以
上土圧作動ジャッキのピストンロッドを縮小させること
ができないので、ブロック２１に移る。ブロック２１で
は、ブロック９と同じく土圧バランス装置の制御停止を
行い警報を発すると共に、異常状態の表示を行う。

【００４６】ブロック１３において、現在のチャンバ内
の土圧Ｐｕが基準土圧Ｐ０の変動幅Ｐ１内に収まってい
るときは、ブロック３に戻り、引き続き土圧バランス装
置によるチャンバ内の土圧制御を継続する。

【００４７】以上は、第１の実施例と第２の実施例にお
ける土圧バランス装置の制御動作を説明したものである
が、前述のコピーカッタでカッタヘッド周りのボイドが
確認されたときに、前記土圧バランス装置の制御動作中
であったとしても同土圧バランス装置の制御を中止ある
いは警報等を発して異常を警告することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】シールド掘進機の断面図である。

【図２】同シールド掘進機の前面に配されるカッタヘッ
ドの正面図である。

【図３】図１におけるＡ−Ａ断面図である。

【図４】土圧バランス装置の部分図である。

【図５】カッティングエッジ部の部分図である。

【図６】制御装置のシステム構成図である。

【図７】チャンバ内の土圧波形図である。

【図８】第１実施例の制御ブロック線図である。

【図９】第２実施例の制御ブロック線図である。

【符号の説明】

１００ シールド掘進機 １０１ スキンプレート １０１ａ 前部シールド １０１ｂ 後部シールド １０２ 中心軸 １０２ａ 中心軸を通る垂直線 １０３ カッタヘッド １０３ａ カッタヘッド駆動用減速電動機 １０４ チャンバ １０４ａ バルクヘッド １０５ 土圧バランス装置 １０５ａ 土圧作動ジャッキ １０５ｂ 土圧反力板 １０６ 土圧センサ １０６ａ チャンバ上部の土圧センサ １０６ｂ チャンバ中央部付近の土圧センサ １０７ スクリューコンベヤ １０８ シールドジャッキ １０９ アーティキュレートジャッキ １１０ セグメントエレクタ １１１ カッティングエッジ １１２ カッタスポーク １１３ 先行ビット １１４ カッタビット １１５ ゲージカッタ １１６ アローヘッド １１７ コピーカッタ １１８ 添加剤注入管 １１９ 添加剤注入管 １２０ 油圧シリンダ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘進機において、 バルクヘッドに設けられ、カッタヘッドチャンバ内の土
   圧を検出する土圧センサと、 同バルクヘッドに設けられ、カッタヘッドチャンバ内の
   土圧を制御する土圧バランス装置と、 前記土圧センサの検出値に応じて同土圧バランス装置の
   作動部の駆動を制御する制御装置と、を備えてなること
   を特徴とするシールド掘進機。
2. 【請求項２】 前記土圧バランス装置をカッタヘッドチ
   ャンバの上部に設けたことを特徴とする請求項１記載の
   シールド掘進機。
3. 【請求項３】 前記バルクヘッド前面に添加剤注入管を
   備え、同添加剤注入管からの注入量を前記制御装置にお
   いて制御することを特徴とする請求項１又は２記載のシ
   ールド掘進機。
4. 【請求項４】 シールド掘進機において、 バルクヘッドに設けられ、カッタヘッドチャンバ上部と
   同上部以外の部位に配され、チャンバ内の土圧を検出す
   る複数の土圧センサと、 同バルクヘッドに設けられ、カッタヘッドチャンバ内の
   土圧を制御する土圧バランス装置と、 前記各土圧センサで検出した土圧検出値に応じて同土圧
   バランス装置の作動部の駆動を制御する制御装置を備え
   てなることを特徴とするシールド掘進機。