JP2021004479A - Shield excavator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、地山を掘り進むことが可能なシールド掘進機に関する。 The present invention relates to a shield boring machine capable of digging a ground.
シールド掘進機は、筒状に延びるシールドフレームの前端部に設けられたカッターヘッドによって地山を掘削するように構成される。掘削の際、シールドフレームの内周部に複数設けられたシールドジャッキが伸長作動してシールドフレームの後方に配置されたセグメントを押圧するとともにカッターヘッドを押圧して、シールド掘進機が地山を掘削しながら前方へ進むことができるようになっている（例えば、特許文献１参照）。地山を掘削する際には、シールドを掘進させることと、円弧状のセグメントを円筒状に組み立てることとを交互に行い、徐々にシールドトンネルを形成して行く。 The shield excavator is configured to excavate the ground by a cutter head provided at the front end of a tubular shield frame. At the time of excavation, multiple shield jacks provided on the inner circumference of the shield frame extend and operate to press the segments arranged behind the shield frame and the cutter head, and the shield excavator excavates the ground. While being able to move forward (see, for example, Patent Document 1). When excavating the ground, the shield is dug and the arc-shaped segments are assembled into a cylindrical shape alternately to gradually form a shield tunnel.
セグメントを組み立てる際には、シールドジャッキの一部を縮小作動させて、縮小作動させたシールドジャッキと既存のセグメントとの間に新しいセグメントを挿入する。縮小作動させるシールドジャッキ以外のシールドジャッキには、シールド掘進機を所定の位置に保つために所定の圧力をかける。この圧力は掘進時の圧力より低い圧力である。 When assembling the segment, a part of the shield jack is reduced and the new segment is inserted between the reduced operated shield jack and the existing segment. A predetermined pressure is applied to the shield jack other than the shield jack to be reduced and operated in order to keep the shield excavator in a predetermined position. This pressure is lower than the pressure at the time of excavation.
シールド掘進機を所定の位置に保つための所定の圧力は、セグメントの組立位置（シールド掘進機の掘進位置）、即ち、シールド掘進機の外的環境（例えば、深度）が変わっても同じ圧力としていた。 The predetermined pressure for keeping the shield boring machine in place is the same pressure even if the segment assembly position (shield boring machine excavation position), that is, the external environment of the shield boring machine (for example, depth) changes. There was.
しかし、セグメントを組み立てる際のシールド掘進機の外的環境（例えば、深度）が異なる場合は、シールド掘進機にかかる力が異なることとなり、シールド掘進機が所定の位置から動く可能性があった。 However, if the external environment (for example, depth) of the shield boring machine when assembling the segment is different, the force applied to the shield boring machine will be different, and the shield boring machine may move from a predetermined position.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、安定して地山を掘り進むことが可能なシールド掘進機を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem, and an object of the present invention is to provide a shield excavator capable of stably digging a ground.
このような目的達成のため、本発明に係るシールド掘進機は、前後方向に延びる筒状のシールドフレームと、前記シールドフレームの前部に設けられて地中にトンネル等の掘削を行うカッターヘッドと、前記シールドフレームの内周部に周方向に並んで設けられて前後方向に伸縮可能な油圧式の複数のシールドジャッキを備えて構成され、前記カッターヘッドにより掘削された空間内に複数のセグメントを円筒状に配置しながらトンネル等を形成するシールド掘進機であって、前記複数のシールドジャッキはトンネル等に配置されたセグメントを押圧して前記シールドフレームに掘削方向の押圧力を付与するように構成されており、地中から前記シールドフレームに対して掘削方向と逆方向に作用する戻し押圧力を求める押圧力測定手段と、前記カッターヘッドによる掘削を停止して前記カッターヘッドにより掘削された空間内に新たな複数のセグメントを円筒状に配置するときに、前記シールドフレームの位置を保持するために前記複数のシールドジャッキに必要な保持油圧力を設定する組立ジャッキ油圧設定手段とを備え、前記組立ジャッキ油圧設定手段は、前
記押圧力測定手段により求められた戻し押圧力に基づいて前記保持油圧力を設定する。
In order to achieve such an object, the shield excavator according to the present invention includes a tubular shield frame extending in the front-rear direction and a cutter head provided in front of the shield frame for excavating a tunnel or the like in the ground. , A plurality of hydraulic shield jacks provided side by side in the circumferential direction on the inner peripheral portion of the shield frame and expandable in the front-rear direction are provided, and a plurality of segments are formed in the space excavated by the cutter head. A shield excavator that forms a tunnel or the like while being arranged in a cylindrical shape, and the plurality of shield jacks are configured to press a segment arranged in the tunnel or the like to apply a pressing force in the excavation direction to the shield frame. In the space excavated by the cutter head after stopping the excavation by the cutter head and the pressing force measuring means for obtaining the return pressing force acting on the shield frame in the direction opposite to the excavation direction from the ground. The assembly is provided with an assembly jack hydraulic pressure setting means for setting the holding oil pressure required for the plurality of shield jacks in order to hold the position of the shield frame when a plurality of new segments are arranged in a cylindrical shape. The jack oil pressure setting means sets the holding oil pressure based on the return pressing force obtained by the pressing force measuring means.
上述のシールド掘進機の前記押圧力測定手段は、地中から前記シールドフレームに対して作用する土圧を測定する土圧測定手段を有し、前記土圧測定手段により測定された土圧に基づいて前記戻し押圧力を求めることが好ましい。 The push pressure measuring means of the shield excavator described above has an earth pressure measuring means for measuring the earth pressure acting on the shield frame from the ground, and is based on the earth pressure measured by the earth pressure measuring means. It is preferable to obtain the return pressing pressure.
上述のシールド掘進機の前記押圧力測定手段は、前記シールドフレームの傾きを測定する傾斜測定手段を有し、前記傾斜測定手段により測定された前記シールドフレームの傾きを考慮して前記戻し押圧力を求めることが好ましい。 The push pressure measuring means of the shield excavator described above has an inclination measuring means for measuring the inclination of the shield frame, and the return pressing force is applied in consideration of the inclination of the shield frame measured by the inclination measuring means. It is preferable to obtain it.
上述のシールド掘進機の前記押圧力測定手段は、前記シールドジャッキのストロークを測定するジャッキストローク測定手段を有し、前記ジャッキストローク測定手段により測定された前記シールドジャッキのストロークから前記シールドフレームの姿勢を求め、前記姿勢を考慮して前記戻し押圧力を求めることが好ましい。 The push pressure measuring means of the shield excavator described above has a jack stroke measuring means for measuring the stroke of the shield jack, and the posture of the shield frame is measured from the stroke of the shield jack measured by the jack stroke measuring means. It is preferable to obtain the return pressing force in consideration of the posture.
本発明によれば、地中からシールドフレームに対して掘削方向と逆方向に作用する戻し押圧力を求める押圧力測定手段と、シールドフレームの位置を保持するために前記複数のシールドジャッキに必要な保持油圧力を設定する組立ジャッキ油圧設定手段と、を有するので、セグメント組立時にシールドジャッキに付加する油圧をシールドフレームに対して作用する戻し押圧力によって変えることができ、セグメント組立時にシールド掘進機の位置を好適に保持でき、安定してトンネルを堀り進むことができる。 According to the present invention, it is necessary for the pressing force measuring means for obtaining the return pressing force acting on the shield frame from the ground in the direction opposite to the excavation direction, and for the plurality of shield jacks for holding the position of the shield frame. Since it has an assembly jack hydraulic pressure setting means for setting the holding oil pressure, the hydraulic pressure applied to the shield jack at the time of segment assembly can be changed by the return pressing pressure acting on the shield frame, and the shield excavator at the time of segment assembly. The position can be held appropriately, and the tunnel can be dug stably.
本発明によれば、シールドフレームの傾きを測定する傾斜測定手段と、シールドジャッキのストロークを測定するジャッキストローク測定手段と、シールドフレームに対して作用する土圧を測定する土圧測定手段と、を更に備えているので、セグメント組立時にシールドジャッキに付加すべき油圧を好適に演算でき、セグメント組立時にシールド掘進機の位置を好適に保持でき、安定してトンネルを堀り進むことができる。 According to the present invention, an inclination measuring means for measuring the inclination of the shield frame, a jack stroke measuring means for measuring the stroke of the shield jack, and an earth pressure measuring means for measuring the earth pressure acting on the shield frame are provided. Further, since it is provided, the hydraulic pressure to be applied to the shield jack at the time of segment assembly can be suitably calculated, the position of the shield excavator can be appropriately held at the time of segment assembly, and the tunnel can be dug stably.
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、図１（ａ）（ｂ）を参照しながら、シールド掘進機１の概要について説明する。本実施形態のシールド掘進機１は、シールドフレーム１０と、カッターヘッド２０と、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌとを主体に構成される。シールドフレーム１０は前後方向に延びる円筒状に形成され、シールドフレーム１０の前端部にカッターヘッド２０が回転可能に配設される。シールドフレーム１０の前部内側におけるカッターヘッド２０の後方に、シールドフレーム１０の内部空間を前後に仕切る隔壁１１が設けられる。シールドフレーム１０の内側におけるカッターヘッド２０と隔壁１１との間に、カッターヘッド２０によって掘削された土砂が取り込まれるチャンバー室１２が形成される。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. First, an outline of the
隔壁１１の中央部に、カッターヘッド２０を回転可能に支持する回転支持部２１が設けられる。カッターヘッド２０は、回転支持部２１に設けられた油圧式の駆動モータ２２により回転駆動されて地山を掘削し、掘削した土砂をチャンバー室１２内に取り込むようになっている。シールドフレーム１０の内側に、チャンバー室１２内に取り込まれた土砂を隔壁１１の下部から後方に搬送するスクリューコンベヤ１３が設けられる。
A
シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌは、油圧シリンダを用いて構成され、図１（ｂ）に示すように、シールドフレーム１０の内周方向に沿って複数（例えば、１２本）並んで配設される。シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌは、シールドフレーム１０の内周部に固定されて後方へ伸縮可能に構成される。また、シールドフレーム１０の後部内側に、複数のセグメントＳＧを組み込んでセグメントリングＳＲを構築するエレクタ装置（図示せず）が設けられる。
The
このようなシールド掘進機１において、トンネルを掘削形成する際、駆動モータ２２によりカッターヘッド２０を回転させながら、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌを既設のセグメントリングＳＲを構成するいずれかのセグメントＳＧに当接させた状態で伸長させる。これにより、回転するカッターヘッド２０が前方の地山を掘削しつつ、シールドジャッキ３０Ａ〜３０ＬがセグメントＳＧを押圧する際の反力によってシールドフレーム１０が前進する。シールド掘進機１が、地山を所定量（セグメントＳＧの幅以上）掘削したら、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌを縮小させて既設のセグメントリングＳＲとの間に間隙部を形成し、エレクタ装置（図示せず）により当該間隙部に複数のセグメントＳＧを組み込んで新たなセグメントリングＳＲを構築する。この作業を繰り返すことによってトンネルが掘削形成される。
In such a
なお、カッターヘッド２０によって掘削された土砂は、チャンバー室１２内に取り込まれる。チャンバー室１２内に取り込まれた土砂は、スクリューコンベヤ１３によって後方に搬送されて外部に排出される。掘削の際、隔壁１１に設けられた前面用土圧計１４（土圧測定手段、押圧力測定手段）を用いてチャンバー室１２内の土圧（地中からシールドフレーム１０に対して作用する土圧）を測定し、チャンバー室１２内の土圧が所定範囲内になるように掘削を行う。また、シールドフレーム１０内には、シールドフレーム１０の傾き（例えば、水平方向からの傾き）を測定する傾斜センサ１５（傾斜測定手段、押圧力測定手段）が備えられている。シールドフレーム１０の周壁の上下左右には、シールドフレーム１０の周囲の土圧（地中からシールドフレーム１０に対して作用する土圧）を測定する周囲用土圧計１６（土圧測定手段、押圧力測定手段）が設置されている。
The earth and sand excavated by the
次に、油圧式のシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌに作動油を供給する作動油供給手段４０について、図６、図７を参照しながら説明する。作動油供給手段４０は、作動油が貯留された作動油タンク４１と、作動油タンク４１から延びるタンク通路部４４と、掘進用作動油供給通路部４５と、組立用作動油供給通路部４６と、作動油供給通路部４８と、を有し、シールドフレーム１０の内側に設けられる。タンク通路部４４には、油圧ポンプ４２と、伸縮切換手段６１とが配設される。油圧ポンプ４２は、電動モータ４３により駆動され、作動油タンク４１に貯留された作動油をシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌに供給する。
Next, the hydraulic oil supply means 40 for supplying the hydraulic oil to the
伸縮切換手段６１は、電磁弁である方向切換弁を用いて構成され、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌの作動を停止させる停止切換状態と、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌを伸長させる伸長切換状態と、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌを縮小させる縮小切換状態とに、掘進用作動油供給通路部４５と組立用作動油供給通路部４６と作動油供給通路部４８との油路を切換可能に構成される。伸縮切換手段６１が停止切換状態のとき、油圧ポンプ
４２より作動油タンク４１からタンク通路部４４に送られた作動油は、作動油タンク４１に戻される。伸縮切換手段６１が伸長切換状態のとき、油圧ポンプ４２より作動油タンク４１からタンク通路部４４に送られた作動油は、掘進用作動油供給通路部４５を通り、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌを伸長作動させるようにシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌの油圧シリンダのキャップ側（油圧シリンダのピストンロッドが出ていない側）に供給される。伸縮切換手段６１が縮小切換状態のとき、油圧ポンプ４２より作動油タンク４１からタンク通路部４４に送られた作動油は、作動油供給通路部４８を通り、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌを縮小作動させるようにシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌの油圧シリンダのヘッド側（油圧シリンダのピストンロッドが出ている側）に供給される。また、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌに、それぞれシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌの伸長量を測定可能なストロークセンサ３１（ジャッキストローク測定手段、押圧力測定手段）が設けられている。
The expansion / contraction switching means 61 is configured by using a direction switching valve which is an electromagnetic valve, and has a stop switching state for stopping the operation of the shield jacks 30A to 30L, an extension switching state for extending the shield jacks 30A to 30L, and a
掘進用作動油供給通路部４５は、伸縮切換手段６１から分岐して延びてシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌの油圧シリンダのキャップ側に接続されるようになっている。掘進用作動油供給通路部４５には、掘進選択切換手段６２が配設される。掘進選択切換手段６２は、電磁弁である開閉弁を用いて構成され、掘進用作動油供給通路部４５の油路を開閉可能に構成される。掘進用作動油供給通路部４５の掘進選択切換手段６２よりシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌ側には、ジャッキ選択切換手段６８Ａ〜６８Ｌが配設されている。ジャッキ選択切換手段６８Ａ〜６８Ｌは、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌごとに設置されている。ジャッキ選択切換手段６８Ａ〜６８Ｌは、電磁弁である開閉弁を用いて構成され、掘進用作動油供給通路部４５の油路をシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌごとに開閉可能に構成されている。
The excavation hydraulic oil
組立用作動油供給通路部４６は、伸縮切換手段６１から分岐して延びる掘進用作動油供給通路部４５から分岐して延び、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌの油圧シリンダのキャップ側に接続されるようになっている。組立用作動油供給通路部４６のシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌ手前には、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌからの作動油の逆流を防ぐ逆止弁４７が配設されている。組立用作動油供給通路部４６の逆止弁４７より伸縮切換手段６１側には、後述する組立ジャッキ油圧設定手段６３と、組立選択切換手段６７と、が配設される。組立選択切換手段６７は、電磁弁である開閉弁を用いて構成され、組立用作動油供給通路部４６の２か所に設置され、組立用作動油供給通路部４６の油路を開閉可能に構成される。
The assembly hydraulic oil
作動油供給通路部４８は、掘進用作動油供給通路部４５及び組立用作動油供給通路部４６と異なる油路で伸縮切換手段６１から分岐して延び、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌの油圧シリンダのヘッド側に接続されるようになっている。
The hydraulic oil
次に、作動油供給手段４０の制御システムについて、図６を参照しながら説明する。作動油供給手段４０の制御システムは、シールドフレーム１０の内側に設けられた制御装置５０を有する。制御装置５０には、シールドジャッキ作動選択器５１と、モード選択操作手段５２と、ジャッキ位置選択手段５３と、油圧設定操作手段５４と、組立油圧設定操作手段５５と、圧力計算手段５６（押圧力測定手段）と、が電気的に接続される。また、制御装置５０には、伸縮切換手段６１と、掘進選択切換手段６２と、組立ジャッキ油圧設定手段６３と、組立ジャッキ油圧測定手段６４と、ジャッキ油圧設定手段６５（掘進ジャッキ油圧設定手段）と、ジャッキ油圧測定手段６６と、組立選択切換手段６７と、ジャッキ選択切換手段６８Ａ〜６８Ｌと、が電気的に接続される。また、制御装置５０には、前面用土圧計１４と、傾斜センサ１５と、周囲用土圧計１６と、ストロークセンサ３１と、が電気的に接続される。
Next, the control system of the hydraulic oil supply means 40 will be described with reference to FIG. The control system of the hydraulic oil supply means 40 has a
シールドジャッキ作動選択器５１は、オペレータによって、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌの作動を停止させる停止操作と、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌを伸長作動させる伸長操作と、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌを縮小作動させる縮小操作とが行われるようになっている。シールドジャッキ作動選択器５１は、シールドジャッキ作動選択器５１に対する操作に応じたジャッキ作動操作信号を制御装置５０に出力する。制御装置５０は、シールドジャッキ作動選択器５１から入力されたジャッキ作動操作信号に基づいて、前述の停止切換状態、伸長切換状態、および縮小切換状態のうちいずれか一つに切り換えるように、伸縮切換手段６１を電磁駆動する。
The shield
モード選択操作手段５２は、オペレータによって、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌがシールドフレーム１０の後方に配設されたセグメントＳＧを押圧するように伸長作動してシールド掘進機１を掘進させる掘進モードと、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌがシールドフレーム１０の後方に配設されたセグメントＳＧを押圧するように作動してシールド掘進機１をその場に留まらせてセグメントＳＧの組立を行う組立モードと、が選択操作されるようになっている。モード選択操作手段５２は、モード選択操作に応じたモード選択操作信号を制御装置５０に出力する。制御装置５０は、モード選択操作手段５２から入力されたモード選択操作信号に基づいて、掘進用作動油供給通路部４５及び組立用作動油供給通路部４６の油路を開放し、閉止するように、掘進選択切換手段６２及び組立選択切換手段６７を電磁駆動する。
The mode selection operation means 52 includes a digging mode in which the shield jacks 30A to 30L are extended so as to press the segment SG arranged behind the
ジャッキ位置選択手段５３は、オペレータによって、伸長作動させるシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌ又は、縮小作動させるシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌを選択する操作がされるようになっている。ジャッキ位置選択手段５３は、シャッキ選択操作に応じたジャッキ選択信号を制御装置５０に出力する。制御装置５０は、ジャッキ位置選択手段５３から入力されたジャッキ選択信号に基づいてジャッキ選択切換手段６８Ａ〜６８Ｌを電磁駆動する。
The jack position selecting means 53 is configured to be operated by an operator to select
油圧設定操作手段５４は、オペレータによって、タンク通路部４４を通る作動油の油圧を設定するジャッキ油圧設定操作が行われるようになっている。油圧設定操作手段５４は、ジャッキ油圧設定操作に応じたジャッキ油圧設定操作信号を制御装置５０に出力する。制御装置５０は、油圧設定操作手段５４から入力されたジャッキ油圧設定操作信号に基づいて、ジャッキ油圧設定手段６５を電磁駆動し、タンク通路部４４を通る作動油の油圧を設定する。また、その際には、制御装置５０は、ジャッキ油圧測定手段６６により、タンク通路部４４を通る作動油の油圧を測定し、フィードバック制御を行いながら、タンク通路部４４を通る作動油の油圧を設定する。
The oil pressure setting operation means 54 is configured to perform a jack oil pressure setting operation for setting the oil pressure of the hydraulic oil passing through the
組立油圧設定操作手段５５は、オペレータによって、組立用作動油供給通路部４６を通る作動油の油圧を設定する組立用油圧設定操作が行われるようになっている。組立油圧設定操作手段５５は、組立用油圧設定操作に応じた組立用油圧設定操作信号を制御装置５０に出力する。制御装置５０は、組立油圧設定操作手段５５から入力された組立用油圧設定操作信号に基づいて、組立ジャッキ油圧設定手段６３を電磁駆動する。その際には、組立ジャッキ油圧測定手段６４により、組立用作動油供給通路部４６を通る作動油の油圧を測定し、フィードバック制御を行いながら、組立用作動油供給通路部４６を通る作動油の油圧を設定する。
The assembly oil pressure setting operation means 55 is configured to perform an assembly oil pressure setting operation for setting the oil pressure of the hydraulic oil passing through the assembly hydraulic oil
組立ジャッキ油圧設定手段６３は、電磁比例リリーフ弁を用いて構成され、制御装置５０からの制御信号に応じて、組立用作動油供給通路部４６を通る作動油の油圧を所望の設定油圧に設定する。組立ジャッキ油圧測定手段６４は、油圧センサを用いて構成され、組立用作動油供給通路部４６における作動油の油圧を測定し、油圧測定信号を制御装置５０に出力する。
The assembly jack oil pressure setting means 63 is configured by using an electromagnetic proportional relief valve, and sets the oil pressure of the hydraulic oil passing through the assembly hydraulic oil
ジャッキ油圧設定手段６５は、電磁比例リリーフ弁を用いて構成され、制御装置５０からの制御信号に応じて、タンク通路部４４を通る作動油の油圧を所望の設定油圧に設定する。また、ジャッキ油圧測定手段６６は、油圧センサを用いて構成され、タンク通路部４４における作動油の油圧を測定し、油圧測定信号を制御装置５０に出力する。
The jack oil pressure setting means 65 is configured by using an electromagnetic proportional relief valve, and sets the oil pressure of the hydraulic oil passing through the
圧力計算手段５６は、前面用土圧計１４から土圧測定信号（土圧測定値）を受信する。圧力計算手段５６は、傾斜センサ１５から傾斜測定信号（傾斜測定値）を受信する。圧力計算手段５６は、周囲用土圧計１６からシールド周囲土圧測定信号（シールド周囲土圧測定値）を受信する。圧力計算手段５６は、ストロークセンサ３１からストローク測定信号（ストローク測定値）を受信する。圧力計算手段５６は、受信した土圧測定信号と、受信した傾斜測定信号と、受信したシールド周囲土圧測定信号（シールド周囲土圧測定値）と、受信したストローク測定信号（ストローク測定値）と、等から、シールドフレーム１０に対して掘削方向と逆方向に作用する戻し押圧力を求める。圧力計算手段５６は、求めた戻し押圧力からセグメントＳＧ組立時に組立ジャッキ油圧設定手段６３によってシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌにかけるべき圧力（油圧）を演算する。ここで、戻し押圧力とは、セグメントＳＧ組立時にシールドフレーム１０に対して掘削方向と逆方向に作用する力であって、カッターヘッド２０にかかる土圧（土圧測定値）、重力によるシールドフレーム１０を押し下げる力（傾斜測定値等から求める）、シールドフレーム１０にかかる摩擦力（シールド周囲土圧測定値等から求める）、ストローク測定値等から求めることができる。ストローク測定値は、セグメントＳＧ組立時にシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌにかける圧力が高すぎるか低すぎるかした際に変化し、その変化等から戻し押圧力を求めることができる。また、ストローク測定値からシールドフレーム１０の姿勢（上下の傾き）を求め、その姿勢から重力によるシールドフレーム１０を押し下げる力を求め、その押し下げる力から戻し押圧力を求めることができる。
The pressure calculation means 56 receives an earth pressure measurement signal (earth pressure measurement value) from the front
圧力計算手段５６は、演算した圧力値を制御装置５０に組立用油圧信号として送出する。制御装置５０は、組立油圧設定操作手段５５から入力された組立用油圧信号に基づいて、組立ジャッキ油圧設定手段６３を電磁駆動する。その際には、制御装置５０は、組立ジャッキ油圧測定手段６４により、組立用作動油供給通路部４６を通る作動油の油圧を測定し、設定値と比較しながら、組立用作動油供給通路部４６を通る作動油の油圧を設定する。制御装置５０は、前面用土圧計１４からの土圧測定値と、目標となる土圧の数値範囲とを比較しながら、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌの圧力を設定し、土圧が所定深度における土圧の数値範囲となるように制御を行う。制御装置５０は、傾斜センサ１５から傾斜測定信号（傾斜測定値）や、周囲用土圧計１６からシールド周囲土圧測定信号（シールド周囲土圧測定値）や、ストロークセンサ３１からストローク測定信号（ストローク測定値）が変化しないようにシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌの圧力を調整してもよい。
The pressure calculating means 56 sends the calculated pressure value to the
ここで、セグメントＳＧ組立時に組立ジャッキ油圧設定手段６３によってシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌにかけるべき圧力（保持油圧力）とは、シールド掘進機１の位置を保持するための力（必要な保持力）から求めることができ、必要な保持力は、例えば、下記式等から求めることができる。尚、必要な保持力は、戻し押圧力と等しい。
必要な保持力＝Ｆ１−Ｆ２＋Ｆ３
Ｆ１：シールド掘進深度によって変わる切羽圧力（力）。前面用土圧計１４によって測定された土圧測定値から求める。
Ｆ２：シールドフレーム１０の周囲土砂による摩擦力。周囲用土圧計１６から求められたシールド周囲土圧測定値から求める。
Ｆ３：トンネル勾配によってシールドフレーム１０にかかる力。登りだと正の値。傾斜センサ１５によって測定された傾斜測定値から求める。
Here, the pressure (holding oil pressure) to be applied to the shield jacks 30A to 30L by the assembly jack hydraulic pressure setting means 63 at the time of segment SG assembly is based on the force for holding the position of the shield excavator 1 (required holding force). It can be obtained, and the required holding force can be obtained, for example, from the following formula or the like. The required holding force is equal to the return pressing pressure.
Required holding force = F1-F2 + F3
F1: Face pressure (force) that changes depending on the shield excavation depth. It is obtained from the earth pressure measurement value measured by the front
F2: Friction force due to the surrounding earth and sand of the
F3: The force applied to the
以上のような構成の制御システムによる作動油供給手段４０の作動制御について図６、図７を参照しながら説明する。まず、シールド掘進機１によって地山を掘削する際の動作について説明する。オペレータは、モード選択操作手段５２を操作し、掘進モードを選択する。これに応じて制御装置５０は、掘進選択切換手段６２を電磁駆動し、掘進用作動油供給通路部４５の油路を開放する。また、制御装置５０は、組立選択切換手段６７を電磁駆動し、組立用作動油供給通路部４６の油路を閉止する。オペレータは、ジャッキ位置選択手段５３を操作し、伸長作動させるシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌを選択する。すると、制御装置５０は、ジャッキ選択切換手段６８Ａ〜６８Ｌを電磁駆動し、選択されたシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌに対応する油路を開放し、選択されないシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌに対応する油路を閉止する。
The operation control of the hydraulic oil supply means 40 by the control system having the above configuration will be described with reference to FIGS. 6 and 7. First, the operation when excavating the ground with the
油圧設定操作手段５４において、ジャッキ油圧設定操作が行われると、制御装置５０は、油圧設定操作手段５４から入力されたジャッキ油圧設定操作信号に基づいて、ジャッキ油圧設定手段６５を電磁駆動し、タンク通路部４４を通る作動油の油圧を所望の設定油圧に設定する。その後、オペレータは、シールドジャッキ作動選択器５１において伸長操作を行う。すると、制御装置５０は、伸縮切換手段６１を停止切換状態から伸長切換状態に切り換えるように伸縮切換手段６１を電磁駆動する。
When the jack oil pressure setting operation is performed in the oil pressure setting operation means 54, the
これにより、油圧ポンプ４２により作動油タンク４１からタンク通路部４４に送られる作動油の一部は、選択されたシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌに供給され、選択されたシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌが伸長作動する。そこで、カッターヘッド２０を回転させると、シールド掘進機１が地山を掘削する。
As a result, a part of the hydraulic oil sent from the
続いて、所定距離（セグメントＳＧの幅以上）の掘削を完了した後に、シールド掘進機１を停止させ、セグメントＳＧを組み立てる際の動作について説明する。オペレータは、モード選択操作手段５２を操作し、組立モードを選択する。すると制御装置５０は、圧力計算手段５６に組立モード時にシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌにかける油圧を計算させる。圧力計算手段５６は、前面用土圧計１４の土圧測定値、傾斜センサ１５の傾斜測定値、周囲用土圧計１６のシールド周囲土圧測定値、から、シールドフレーム１０に対して掘削方向と逆方向に作用する戻し押圧力を求める。圧力計算手段５６は、求めた戻し押圧力からセグメント組立時に組立ジャッキ油圧設定手段６３によってシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌにかけるべき圧力（油圧）を演算する。具体的には、シールド掘進機１の位置姿勢をその場で維持するための圧力（油圧）、以降、組立圧力と記す、を求める。この際、後述する縮小させるシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌ２本以外のシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌ１０本でシールド掘進機１の位置姿勢をその場で維持できる組立圧力を求める。
Subsequently, the operation when the
更に、制御装置５０は、ジャッキ選択切換手段６８Ａ〜６８Ｌを電磁駆動し、掘進用作動油供給通路部４５の油路のシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌに対応する部分全て閉止する。また、制御装置５０は、組立選択切換手段６７を電磁駆動し、組立用作動油供給通路部４６の油路を開放する。制御装置５０は、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌの油圧が組立圧力となるように組立ジャッキ油圧設定手段６３を制御する。
Further, the
オペレータは、ジャッキ位置選択手段５３を操作し、縮小作動させるシールドジャッキ３０Ａ，３０Ｌを選択する。そうすると、制御装置５０は、ジャッキ選択切換手段６８Ａ，６８Ｌを電磁駆動し、選択されたシールドジャッキ３０Ａ，３０Ｌに対応する掘進用作動油供給通路部４５の油路を開放し、選択されないシールドジャッキ３０Ｂ〜３０Ｋに対応する掘進用作動油供給通路部４５の油路を閉止のまま保持する。
The operator operates the jack position selection means 53 to select the shield jacks 30A and 30L to be reduced. Then, the
油圧設定操作手段５４において、ジャッキ油圧設定操作が行われると、制御装置５０は、油圧設定操作手段５４から入力されたジャッキ油圧設定操作信号に基づいて、ジャッキ
油圧設定手段６５を電磁駆動し、タンク通路部４４を通る作動油の油圧を所望の設定油圧に設定する。その後、オペレータは、シールドジャッキ作動選択器５１において縮小操作を行う。そうすると、制御装置５０は、伸縮切換手段６１を縮小切換状態に切り換えるように伸縮切換手段６１を電磁駆動する。これにより、作動油が作動油供給通路部４８を通ってシールドジャッキ３０Ａ，３０Ｌのヘッド側に供給され、シールドジャッキ３０Ａ，３０Ｌが縮小作動する。
When the jack oil pressure setting operation is performed in the oil pressure setting operation means 54, the
その後に、シールドジャッキ３０Ａ，３０Ｌが縮小作動して空いた場所に新たなセグメントＳＧを挿入し、既存のセグメントＳＧと締結する。その後に、オペレータは、ジャッキ位置選択手段５３を操作し、縮小作動させたシールドジャッキ３０Ａ，３０Ｌの選択を解除する。そうすると、制御装置５０は、ジャッキ選択切換手段６８Ａ，６８Ｌを電磁駆動し、シールドジャッキ３０Ａ，３０Ｌに対応する掘進用作動油供給通路部４５の油路を閉止する。そして、オペレータは、シールドジャッキ作動選択器５１において伸長操作を行う。すると、制御装置５０は、伸縮切換手段６１を伸長切換状態に切り換えるように伸縮切換手段６１を電磁駆動する。これにより、選択されたシールドジャッキ３０Ａ，３０Ｌが組立圧力によって伸長作動する。
After that, the shield jacks 30A and 30L are reduced and the new segment SG is inserted in the vacant place and fastened with the existing segment SG. After that, the operator operates the jack position selection means 53 to deselect the shield jacks 30A and 30L that have been reduced and operated. Then, the
続いて、図３に示すように、シールドジャッキ３０Ｂ，３０Ｃについて同様の縮伸操作を行いセグメントＳＧを設置する。同様に、残りのシールドジャッキ３０Ｄ〜３０Ｋについても、図４、図５に示すように、２個ずつ縮伸動作を行いセグメントＳＧを設置していく。セグメントＳＧ組立時には、制御装置５０は、前面用土圧計１４からの土圧測定値と、目標となる土圧の数値範囲とを比較しながら、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌの圧力を設定し、土圧が所定深度における土圧の数値範囲となるように制御を行う。また、制御装置５０は、傾斜センサ１５から傾斜測定信号（傾斜測定値）や、周囲用土圧計１６からシールド周囲土圧測定信号（シールド周囲土圧測定値）や、ストロークセンサ３１からストローク測定信号（ストローク測定値）が変化しないようにシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌの圧力を調整する。セグメントＳＧを１周分設置し終わったら再び、上述のようにモード選択操作手段５２を操作し、掘進モードを選択し、地山掘削を行う。尚、組立圧力は、制御装置５０により自動で設定したが、組立油圧設定操作手段５５によって設定してもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 3, the shield jacks 30B and 30C are subjected to the same contraction / extension operation to install the segment SG. Similarly, for the remaining shield jacks 30D to 30K, as shown in FIGS. 4 and 5, the segment SG is installed by performing the contraction / extension operation two by two. At the time of assembling the segment SG, the
以上説明したように、本実施形態によれば、シールド掘進機１は、前面用土圧計１４、傾斜センサ１５、周囲用土圧計１６、ストロークセンサ３１を有し、これらの測定結果を用いて組立圧力を計算する圧力計算手段５６を有し、その組立圧力をシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌにかける組立ジャッキ油圧設定手段６３を有するので、セグメント組立時にシールド掘進機１の周囲の条件に応じて、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌにかける圧力を変えることができる。また、これらの作動を自動で行う制御装置５０を有するので、シールド掘進機１は、シールド掘進機１の周囲の条件に容易に対応できる。その結果、シールド掘進機１は、セグメント組立時に所定の位置（既設セグメントに対する相対位置）を保持でき、安定してトンネルを堀り進むことができる。即ち、トンネル施工の品質を向上することができる。
As described above, according to the present embodiment, the
本実施形態によれば、圧力計算手段５６は、シールド掘進機１の前面側の土圧測定値から、セグメント組立時に必要な保持油圧力（組立圧力）を計算しているので、シールド掘進機１は、シールド掘進における深度変化（切羽土水圧の変化）に対応することができる。また、圧力計算手段５６は、シールド掘進機１の傾斜測定値から、セグメント組立時に必要な保持油圧力（組立圧力）を計算しているので、シールド掘進機１は、掘削方向の勾配変化に対応することができる。また、圧力計算手段５６は、シールド周囲土圧測定値から、セグメント組立時に必要な保持油圧力（組立圧力）を計算しているので、シールド掘進機１は、シールド掘進機１掘進に伴う周辺の土砂性状の変化（シールド掘進機１に対す
る胴体締め付け力変化）に対応することができる。また、圧力計算手段５６は、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌのストローク測定値から、セグメント組立時に必要な保持油圧力（組立圧力）を計算しているので、シールド掘進機１は、セグメントＳＧ組立時にシールドフレーム１０の姿勢を安定に保つことができ、発進時の姿勢も安定にすることができる。
According to the present embodiment, the pressure calculating means 56 calculates the holding oil pressure (assembly pressure) required for segment assembly from the earth pressure measurement value on the front side of the
上述の実施形態において、１２本のシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌが設けられているが、これに限られるものではなく、例えば、１６本のシールドジャッキが設けられてもよく、複数のシールドジャッキが設けられる構成であればよい。上述の実施形態において、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌは、２個ずつ縮小作動させたが、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌは、一つのセグメントＳＧに支持されているシールドジャッキを一つのグループとして縮小作動させるとよく、何個ずつ縮小作動させてもよい。
In the above-described embodiment, 12
上述の実施形態において、圧力計算手段５６は、土圧測定信号、傾斜測定信号、シールド周囲土圧測定信号、ストローク測定信号全ての組み合わせから、組立ジャッキ油圧設定手段６３によって戻し押圧力を求め、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌにかけるべき圧力を演算したが、これらの信号単独で、あるいは２つ以上の組み合わせで戻し押圧力を求め、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌにかけるべき圧力を演算してもよい。上述の実施形態において、圧力計算手段５６は、制御装置５０と別体に形成したが、制御装置５０に圧力計算手段５６の機能を持たせてもよい。
In the above-described embodiment, the pressure calculation means 56 obtains the return pressing pressure by the assembly jack hydraulic pressure setting means 63 from all combinations of the earth pressure measurement signal, the inclination measurement signal, the shield peripheral earth pressure measurement signal, and the stroke measurement signal, and shields the shield. Although the pressure to be applied to the
上述の実施形態においては、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌは、組立圧力の場合も掘進用圧力の場合もシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌ全てが同じ圧力であるが、個々のシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌをそれぞれ別の圧力に設定することができるようにしてもよい。また、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌをグループ分けし、グループごとに圧力を制御するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the shield jacks 30A to 30L have the same pressure for all the shield jacks 30A to 30L regardless of the assembly pressure and the excavation pressure, but the
上述の実施形態においては、組立圧力を計算する際には、縮小させるシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌ以外の１０本のシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌでシールドフレーム１０を支持する圧力を求め、その圧力を１２本全てのシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌにかけたが、最初に、１２本のシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌでシールドフレーム１０を支持する圧力をもとめ、それを１２本にかけ、２本のシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌを縮小させる際に、１０本のシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌで支持する圧力をもとめ、それを１０本のシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌにかけるようにしてもよい。
In the above-described embodiment, when calculating the assembly pressure, the pressure for supporting the
上述の実施形態においては、圧力計算手段５６によって、シールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌにかけるべき圧力を演算し、制御装置５０を通して、組立ジャッキ油圧設定手段６３にシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌの圧力を設定させたが、組立ジャッキ油圧設定手段６３が、戻し押圧力からシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌにかけるべき圧力を演算し、得られた圧力をシールドジャッキ３０Ａ〜３０Ｌに設定するようにしてもよい。
In the above-described embodiment, the pressure calculation means 56 calculates the pressure to be applied to the shield jacks 30A to 30L, and the assembly jack oil pressure setting means 63 is made to set the pressure of the shield jacks 30A to 30L through the
上述の実施形態においては、セグメント組立時に組立圧力は、１０本のシールドジャッキ全て同じ圧力であったが、縮小させるシールドジャッキ２本に隣接する複数のシールドジャッキの圧力を他のシールドジャッキの圧力より高く設定できるようにしてもよい。またその際は、縮小させるシールドジャッキに近いシールドジャッキから遠いシールドジャッキにかけて徐々にシールドジャッキにかける圧力を減らしていってもよい。 In the above embodiment, the assembly pressure at the time of segment assembly was the same for all 10 shield jacks, but the pressure of the plurality of shield jacks adjacent to the two shield jacks to be reduced is higher than the pressure of the other shield jacks. It may be possible to set it high. In that case, the pressure applied to the shield jack may be gradually reduced from the shield jack close to the shield jack to be reduced to the shield jack far from the shield jack.
１ シールド掘進機
１０ シールドフレーム
１４ 土圧測定手段
１５ 傾斜測定手段
１６ シールドフレーム土圧測定手段
２０ カッターヘッド
３０Ａ〜３０Ｌ シールドジャッキ
３１ ジャッキストローク測定手段
５６ 圧力計算手段
６３ 組立ジャッキ油圧設定手段
ＳＧ セグメント
1
Claims (4)
前記複数のシールドジャッキはトンネル等に配置されたセグメントを押圧して前記シールドフレームに掘削方向の押圧力を付与するように構成されており、
地中から前記シールドフレームに対して掘削方向と逆方向に作用する戻し押圧力を求める押圧力測定手段と、
前記カッターヘッドによる掘削を停止して前記カッターヘッドにより掘削された空間内に新たな複数のセグメントを円筒状に配置するときに、前記シールドフレームの位置を保持するために前記複数のシールドジャッキに必要な保持油圧力を設定する組立ジャッキ油圧設定手段とを備え、
前記組立ジャッキ油圧設定手段は、前記押圧力測定手段により求められた戻し押圧力に基づいて前記保持油圧力を設定することを特徴とするシールド掘進機。 A tubular shield frame extending in the front-rear direction, a cutter head provided in front of the shield frame for excavating a tunnel or the like in the ground, and a cutter head provided in the inner peripheral portion of the shield frame side by side in the circumferential direction. It is a shield excavator that is configured to be equipped with a plurality of hydraulic shield jacks that can be expanded and contracted in the front-rear direction, and forms a tunnel or the like while arranging a plurality of segments in a cylindrical shape in the space excavated by the cutter head. ,
The plurality of shield jacks are configured to press a segment arranged in a tunnel or the like to apply a pressing force in the excavation direction to the shield frame.
A pressing force measuring means for obtaining a return pressing force acting on the shield frame from the ground in the direction opposite to the excavation direction.
Required for the plurality of shield jacks to hold the position of the shield frame when the excavation by the cutter head is stopped and a plurality of new segments are arranged in a cylindrical shape in the space excavated by the cutter head. Equipped with an assembly jack hydraulic setting means to set the holding oil pressure
The assembly jack oil pressure setting means is a shield excavator characterized in that the holding oil pressure is set based on the return pressing pressure obtained by the pressing pressure measuring means.
前記土圧測定手段により測定された土圧に基づいて前記戻し押圧力を求めることを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。 The pressing force measuring means has an earth pressure measuring means for measuring the earth pressure acting on the shield frame from the ground.
The shield excavator according to claim 1, wherein the return pressing pressure is obtained based on the earth pressure measured by the earth pressure measuring means.
前記傾斜測定手段により測定された前記シールドフレームの傾きを考慮して前記戻し押圧力を求めることを特徴とする請求項１または２に記載のシールド掘進機。 The pressing force measuring means includes an inclination measuring means for measuring the inclination of the shield frame.
The shield excavator according to claim 1 or 2, wherein the return pressing force is obtained in consideration of the inclination of the shield frame measured by the inclination measuring means.
前記ジャッキストローク測定手段により測定された前記シールドジャッキのストロークから前記シールドフレームの姿勢を求め、前記姿勢を考慮して前記戻し押圧力を求めることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のシールド掘進機。 The pressing force measuring means includes a jack stroke measuring means for measuring the stroke of the shield jack.
Any one of claims 1 to 3, wherein the posture of the shield frame is obtained from the stroke of the shield jack measured by the jack stroke measuring means, and the return pressing pressure is obtained in consideration of the posture. Shield excavator described in.
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