JP2021042584A - ジャッキパターンの選択支援方法及びシールド掘進機の方向制御システム - Google Patents

Abstract

【課題】正確性を高めつつ安定した精度でシールド掘進機の方向制御を可能とするジャッキパターンの選択支援方法及び方向制御システムを提供する。【解決手段】シールド掘進機の掘進に寄与するシールドジャッキと、掘進に寄与しないシールドジャッキとの配置を任意に組み合わせた複数のジャッキパターンの中から、シールド掘進機を計画線形に沿って掘進させるために最適なジャッキパターンの選択を支援する方法であって、複数のジャッキパターンを格納したジャッキパターンテーブルを準備する工程と、シールド掘進機で所定区画を掘進したのち、シールド掘進機の掘進に寄与するシールドジャッキのジャッキ圧と、掘進に寄与しないシールドジャッキの同調圧とを計測する工程と、計測したジャッキ圧と同調圧とを、複数のジャッキパターン各々に入力し、ジャッキ圧と同調圧が入力されたジャッキパターンごとで、ジャッキ推力の作用力点を算出する工程と、を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、シールド掘進機を計画線形に沿って掘進させるための、ジャッキパターンの選択支援方法及びシールド掘進機の方向制御システムに関する。

従来よりシールド掘進機は、コンピュータを利用した掘進方向の自動制御化が実現されているが、精度よく掘進作業を進めるには、シールド掘進機が有する掘進作業に係るクセや掘進対象となる地山の状況等、掘進作業を実施することにより判明する様々な事象を、シールド掘進機の方向制御に反映させる必要がある。

そこで、特許文献１では、作業状況に応じて人間の判断を取り入れつつ、コンピュータを用いて方向制御を行うことの可能なシールド掘進機の方向制御方法及び方向制御システムを開示している。

具体的には、シールド掘進機の正面視で、左右端に位置するシールドジャッキの伸縮量の差をストローク差、上下端方向のシールド掘進機の傾斜角度をピッチング角として設定し、所定区間だけ掘進して停止させたシールド掘進機において、現在のストローク差およびピッチング角を計測する。その一方で、現場職員が、次の所定区間の掘進作業に向けて、シールド掘進機を計画線形に沿って掘進させるための目標ストローク差および目標ピッチング角を設定する。

方向制御システムは、目標ストローク差及び目標ピッチング角、現在のストローク差及びピッチング角、実績に基づく回帰分析結果に基づいて、カッターヘッドにおける、左右端方向のシールドジャッキ重心位置（ＳＪ重心位置）と、上下端方向のシールドジャッキ重心位置（ＳＪ重心位置）を求める。そして、これら２方向のＳＪ重心位置を合成し、合成シールドジャッキ重心位置（合成ＳＪ重心位置）を取得する。これを、次の所定区間の掘進作業に向けてシールド掘進機を計画線形に沿って掘進させるために、適したジャッキ推力の作用力点として決定する。

さらに、方向制御システムは、こうして求めた合成ＳＪ重心位置に最も近い重心位置を有するジャッキパターンを、あらかじめ方向制御システムに格納したジャッキパターンテーブルファイルの中から選択し、シールド掘進機の制御装置に入力する。なお、あらかじめジャッキパターンテーブルファイルには、現場職員やシールド掘進機のオペレーターから意見徴収して作成したジャッキパターン（ユーザー定義ジャッキパターン）や、過去にオペレーターが手動で選択したジャッキパターン（学習ジャッキパターン）が格納されている。

このような、ユーザー定義ジャッキパターンや学習ジャッキパターンから選択されたジャッキパターンが、シールド掘進機の制御装置に入力されると、シールド掘進機による制御によって、所定の掘進長の掘進作業終了後に、現場職員が決定した所望の目標ストローク差および目標ピッチング角が確保されるように、シールド掘進機の掘進方向が自動制御される。

特開平１０−２６６７６９号公報

特許文献１において、ジャッキパターンテーブルファイルには、現場職員やシールド掘進機のオペレーターから意見徴収して作成したジャッキパターンや、過去にオペレーターが手動で選択したジャッキパターンが格納されるなど、現場職員やオペレーターの判断が取り入れられている。しかし、合成ＳＪ重心位置に最も近い重心位置を有するジャッキパターンを選択する作業は、方向制御システムが行っており、シールド掘進機のオペレーターが選択する構成を有しているか否かについて、明らかにされていない。

また、特許文献１では、重心位置が、ジャッキパターンにおけるただ一つの作用力点であることを前提として、ジャッキパターンの選択を行っている。ところが、ジャッキパターンは、シールド掘進機の正面視で周方向に設けられる複数のシールドジャッキのうち、シールド掘進機の掘進に寄与するべく高圧なジャッキ圧が設定されるものと、掘進に寄与しない同調圧が設定されるものとが、適宜の組み合わせで配置されたものである。そして、このようなジャッキパターンにおいて、個々のシールドジャッキに設定されるジャッキ圧もしくは同調圧によって、ジャッキ推力の作用力点はその位置が様々に変化する。

したがって、特許文献１のように、合成ＳＪ重心位置と最も近い重心位置を有するジャッキパターンを選択し、このジャッキパターンで掘進しても、掘進時に設定したジャッキ圧もしくは同調圧によっては、現場職員が決定した所望の目標ストローク差および目標ピッチング角を確保できない事態が生じかねない。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、正確性を高めつつ安定した精度でシールド掘進機の方向制御を実施することの可能な、ジャッキパターンの選択支援方法及びシールド掘進機の方向制御システムを提供するものである。

かかる目的を達成するため、本発明のジャッキパターンの選択支援方法は、シールド掘進機の掘進に寄与するシールドジャッキと、掘進に寄与しないシールドジャッキとの配置を任意に組み合わせた複数のジャッキパターンの中から、前記シールド掘進機を計画線形に沿って掘進させるために最適な前記ジャッキパターンの選択を支援するジャッキパターンの選択支援方法であって、複数の前記ジャッキパターンを格納したジャッキパターンテーブルを準備する準備工程と、前記シールド掘進機で所定区画を掘進したのち、前記シールド掘進機の掘進に寄与する前記シールドジャッキのジャッキ圧と、掘進に寄与しない前記シールドジャッキの同調圧とを計測する計測工程と、計測した前記ジャッキ圧と前記同調圧とを、複数の前記ジャッキパターン各々に入力し、前記ジャッキ圧と前記同調圧が入力された前記ジャッキパターンごとで、ジャッキ推力の作用力点を算出する作用力点算出工程と、を備えることを特徴とする。

上述する本発明のジャッキパターンの選択支援方法によれば、所定区画を掘進した時点での、シールド掘進機の掘進に寄与するシールドジャッキのジャッキ圧と、掘進に寄与しないシールドジャッキの同調圧を計測し、これらジャッキ圧と同調圧とを複数のジャッキパターン各々に引用してジャッキ推力の作用力点を算出する。これにより、シールド掘進機のオペレーターは、次の所定区間の掘進に向けて、信頼性の高いジャッキ推力の作用力点を利用してジャッキパターンを選択でき、シールド掘進機による次の所定区画の掘進方向を、高い正確性をもって制御することが可能となる。

本発明のジャッキパターンの選択支援方法は、次の所定区間を計画線形に沿って掘進させるために、適したジャッキ推力の作用力点として推奨する推奨力点を算定する推奨力点設定工程と、前記作用力点算出工程で算出された作用力点が、前記推奨力点に近接する前記ジャッキパターンを複数抽出するジャッキパターン抽出工程とを、さらに備えることを特徴とする。

上述する本発明のジャッキパターンの選択支援方法によれば、ジャッキ推力の作用力点が推奨力点に近接するジャッキパターンを、複数抽出する。これにより、シールド掘進機のオペレーターは、次の所定区間を掘進するにあたり、シールド掘進機の性能や地盤状況を勘案しつつ、抽出された複数のジャッキパターンの中から最適であると判断したものを適宜選択することができる。これにより、オペレーターの意図を反映しつつ、ジャッキパターンの選択を行うことが可能となる。

本発明のジャッキパターンの選択支援方法は、前記シールド掘進機で所定区画を掘進したごとに、前記ジャッキパターンテーブルに新たな前記ジャッキパターンが追加可能であることを特徴とする。

本発明のジャッキパターンの選択支援方法によれば、所定区間の掘進にあたり、オペレーターが、ジャッキパターン抽出工程で抽出されたものとは異なるジャッキパターンを任意選択した場合に、これをジャッキパターンテーブルに追加できる。これに伴い、ジャッキ推力の作用力点も増加することから、ジャッキ推力の作用力点における推奨力点の再現性が高まる。したがって、ジャッキパターン抽出工程で、次の所定区間を掘進するためのジャッキパターンを抽出する際、より推奨力点に近接した作用力点を有するジャッキパターンを抽出することが可能となる。

本発明のシールド掘進機の方向制御システムは、シールド掘進機に作用するジャッキ推力の作用力点を用いて、該シールド掘進機の掘進方向を制御するための、シールド掘進機の方向制御システムであって、所定区間を掘進するごとに少なくとも、前記シールド掘進機の掘進に寄与するシールドジャッキのジャッキ圧と、掘進に寄与しないシールドジャッキの同調圧とを計測し、記録する掘進管理／線形管理装置と、前記シールド掘進機の掘進に寄与する前記シールドジャッキと、掘進に寄与しない前記シールドジャッキとの配置を任意に組み合わせた複数のジャッキパターンの中から、前記シールド掘進機を計画線形に沿って掘進させるために最適な、前記ジャッキパターンの選択を支援する、選択支援部を少なくとも備える方向制御装置と、を備え、前記選択支援部が、前記掘進管理／線形管理装置から得た前記ジャッキ圧と前記同調圧を、複数の前記ジャッキパターン各々に入力するとともに、前記ジャッキ圧と前記同調圧が入力された前記ジャッキパターンごとに、前記ジャッキ推力の作用力点を算出する、作用力点算出部、を備えることを特徴とする。

また、本発明のシールド掘進機の方向制御システムは、前記方向制御装置が、次の所定区間を計画線形に沿って掘進させるために、適したジャッキ推力の作用力点として推奨する推奨力点を算定する推奨力点設定部、を備えるとともに、前記選択支援部が、前記推奨力点に近接する前記作用力点を有する前記ジャッキパターンを、複数抽出するパターン抽出部を備えることを特徴とする。

本発明のシールド掘進機の方向制御システムによれば、選択支援部の作用力点算出部で、ジャッキパターンテーブルに格納した複数のジャッキパターン各々に、所定区画を掘進した時点で計測したジャッキ圧と同調圧とを引用してジャッキ推力の作用力点を算出する。また、パターン抽出部で、ジャッキ推力の作用力点が推奨力点に近接するジャッキパターンを、複数抽出する。これにより、シールド掘進機のオペレーターが次の所定区間を掘進するべくジャッキパターンを選択する際の、情報支援を行うことができ、オペレーター個々人の技能差等による判断ブレを最小限に抑え、安定した精度をもって、シールド掘進機を計画線形に沿って掘進させることが可能となる。

本発明によれば、ジャッキパターンテーブルに準備した複数のジャッキパターン各々に、所定区間を掘進した時点で計測したジャッキ圧と同調圧を入力し、ジャッキ推力の作用力点を算出することから、信頼性の高いジャッキ推力の作用力点を利用して次の所定区間を掘進するためのジャッキパターンを選択でき、正確性を高めつつ安定した精度でシールド掘進機の掘進方向を制御することが可能となる。

本発明の実施の形態におけるシールド掘進機及び方向制御システムを示す図である。 本発明の実施の形態におけるシールド掘進機の計画線形に対する逸脱量を示す図である。 本発明の実施の形態におけるジャッキ推力の作用力点およびジャッキパターンを示す図である。 本発明の実施の形態におけるジャッキパターンテーブル及びジャッキ推力の作用力点における分布を示す図である。 本発明の実施の形態における方向制御装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態におけるシールド制御装置の操作盤上の選択画面を示す図である。 本発明の実施の形態におけるジャッキパターンの選択支援方法のフロー図である。

本発明は、シールド掘進機の掘進方向をジャッキ推力の作用力点を用いて制御するものであり、シールド掘進機の方向制御システムを用いて、シールド掘進機のオペレーターがシールド掘進機を計画線形に沿って掘進させるために最適な作用力点を有するジャッキパターンを選択する際の、支援を行うものである。

以下に、本発明のジャッキパターンの選択支援方法及びシールド掘進機の方向制御システムを、図１〜７を参照しつつ説明するが、これに先立って、まずはシールド掘進機１０、ジャッキ推力の作用力点Ｐ及びジャッキパターンについて説明する。

シールド掘進機１０は、図１（ａ）の側面図および図１（ｂ）の正面図で示すように、先端面にカッターディスク２５を備えた筒状の外殻体１１と、外殻体１１の内周面に沿って周方向に設けられる複数のシールドジャッキ１４と、外殻体１１の内部に装備されたコンピュータからなるシールド掘進機１０の駆動制御を実行するシールド制御装置１５と、を備えている。

シールドジャッキ１４は、左右対称に配置され、外殻体１１の内部でセグメント３を組み立て形成したトンネル１２の内壁面を覆う覆工体から掘進用の反力を得る。これにより、シールド掘進機１０は、カッターディスク２５を回転させつつ、覆工体を構成するセグメント１３を掘進反力にして、シールドジャッキ１４を伸張させる動作を繰り返すことで、地盤中を順次掘進していく。

また、シールド掘進機１０は、これら複数のシールドジャッキ１４によってシールド掘進機１０に作用するジャッキ推力の作用力点Ｐの位置により、図２（ａ）（ｂ）で示すように、施工計画に基づく計画線形Ｌに沿って掘進するよう、その掘進方向が制御される。

図３（ａ）で示すような作用力点Ｐは、複数のシールドジャッキ１４のうち、シールド掘進機１０の掘進に寄与するべく高圧なジャッキ圧が設定されるものと、掘進に寄与しない同調圧が設定されるものとの配置（ジャッキパターン）によりおおよその位置が決定される。したがって、これらの配置を適宜組み合わせることにより、シールド掘進機１０に作用するジャッキ推力の作用力点Ｐにおける配置位置を変化させ、シールド掘進機１０を所望の掘進方向に向けて掘進させる。

ところが、作用力点Ｐは、シールド掘進機１０の掘進に寄与するべく高圧なジャッキ圧が設定されるものと、掘進に寄与しない同調圧が設定されるものとの配置が同じ場合であっても、ジャッキ圧及び同調圧の大きさによって、その詳細な位置が異なる。

例えば、図３（ｂ）をみると、シールド掘進機１０の掘進に寄与するシールドジャッキ１４が６番から２１番及び１番であり、掘進に寄与しないシールドジャッキ１４が２番から５番に設定されている。このような配置のジャッキパターンに対して、掘進に寄与するシールドジャッキ１４に異なるジャッキ圧を４種類（１１、１４、１７、２０ＭＰａ）設定する。すると、ジャッキ推力の作用力点Ｐが、設定したジャッキ圧に応じてそれぞれ異なる位置となる様子がわかる。

そこで、本実施の形態では、図４（ａ）で示すような、ジャッキパターンテーブル３４２を作成し、複数のシールドジャッキ１４のうち、シールド掘進機１０の掘進に寄与するシールドジャッキ１４と、掘進に寄与しないシールドジャッキ１４を適宜の配置で組み合わせた複数のジャッキパターンをあらかじめ準備し、これをジャッキパターンテーブル３４２に格納しておく。

そして、所定区画を掘進した時点での、シールド掘進機１０の掘進に寄与するシールドジャッキ１４のジャッキ圧と、掘進に寄与しないシールドジャッキ１４の同調圧を計測し、図３（ｂ）で示すように、これらジャッキ圧と同調圧とをジャッキパターンテーブル３４２に格納した複数のジャッキパターン各々に引用してジャッキ推力の作用力点Ｐを算出し、シールド掘進機１０を稼働させた際のジャッキ推力の実力点を推定できるようにした。これにより、選択したジャッキパターンで掘進するシールド掘進機１０の掘進方向を、高い正確性をもって制御することを可能にした。

また、シールド掘進機１０を計画線形Ｌに沿って掘進させるために、適したジャッキ推力の作用力点Ｐとして推奨する推奨力点Ｒを算定するとともに、推奨力点Ｒに近接する作用力点Ｐを有するジャッキパターンを複数抽出することとし、オペレーターが適宜選択できるようにした。なお、推奨力点Ｒの算定方法については、後述する。

このような情報支援を、シールド掘進機１０の方向制御システム１００で行うことにより、シールド掘進機１０のオペレーターに、次の所定区間を掘進するべく自身の意図したジャッキパターンを選択させつつ、選択する際に生じやすいオペレーター個々人の技能差等による判断ブレを最小限に抑え、安定した精度をもってシールド掘進機１０を計画線形に沿って掘進させることを可能にする。

以下に、シールド掘進機１０を計画線形に沿って掘進させるために最適なジャッキパターンの選択を支援する機能を備えた、シールド掘進機１０の方向制御システム１００を、図５に示す方向制御システム１００のブロック図を参照しつつ、その詳細を説明する。

≪シールド掘進機の方向制御システム≫
方向制御システム１００は、図１（ａ）及び図５で示すように、掘進管理／線形管理装置２０と、これに接続される方向制御装置３０とを備えている。

掘進管理／線形管理装置２０は、シールド掘進機１０に装備された計測機器から得た掘進作業中の各種データの収集・計算・記録・蓄積を行うとともに、シールド掘進機１０の稼働状況を監視するものである。また、シールド掘進機１０の位置・姿勢、及び図２（ａ）（ｂ）で示すような、施工計画に基づく計画線形Ｌに対する水平方向の逸脱量Ｄｈ及び鉛直方向の逸脱量Ｄｐ等を把握し、シールド掘進機１０の線形管理を行う。

シールド掘進機１０に装備された計測機器として、シールド掘進機１０に自動測量機能が備えられている場合には、図１（ａ）で示すように、少なくともレーザー発振機１６、光波距離計１７、およびレーザーターゲット１８が装備されている。また、自動測量機能が備えられていない場合は、水平方向はジャイロとストローク計により、垂直方向は水レベル計とピッチング計により、シールド掘進機１０の位置の演算を実施する。

方向制御装置３０は、図５で示すように、入力装置３１、出力装置３２、中央演算処理装置３３、ファイル装置３４、及びメインメモリ３５とを備えている。入力装置３１は、例えばキーボード、スキャナー、スイッチ等であり、出力装置３２は、ディスプレイやプリンター等が挙げられる。中央演算処理装置３３は、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びハードウェアインタフェース等を有するコンピュータである。

また、ファイル装置３４は、半導体メモリ又はハードディスクドライブ等からなる記憶装置であり、詳細は後述するが、少なくとも測量ファイル３４１、ジャッキパターンテーブルファイル３４２、作用力点格納ファイル３４３、推奨力点格納ファイル３４４、選択パターン格納ファイル３４５、推奨力点設定用ファイル３４６、が格納されている。

メインメモリ３５は、中央演算処理装置３３によって実行可能なプログラムやデータを一時的に格納するものであり、詳細は後述するが、少なくも推奨力点設定部３５１とジャッキパターンの選択支援部３５２が備えられている。また、ジャッキパターンの選択支援部３５２には、作用力点算出部３５２１、パターン抽出部３５２２が備えられている。

そして、上述する構成の方向制御装置３０は、図１（ａ）で示すように、多重伝送装置親局２１および多重伝送装置子局２２を介して、シールド掘進機１０の内部に装備されているシールド制御装置１５と接続されている。したがって、方向制御装置３０の推奨力点設定部３５１にて算定された推奨力点Ｒ、及びジャッキパターンの選択支援部３５２にて抽出されたジャッキパターンは、多重伝送装置親局２１を介してシールド制御装置１５に入力され、図６で示すように、シールド制御装置１５の操作盤上の選択画面１５１に表示される。

≪ジャッキパターンの選択支援方法≫
以下に、方向制御システム１００の詳細と、方向制御システム１００を用いてシールド掘進機１０を計画線形に沿って掘進させるために最適なジャッキパターンの選択するための選択支援方法を、図７で示すフロー図にしたがって説明する。

＜準備工程：ＳＴＥＰ０＞
シールド掘進機１０にて所定区間を掘進する前に、準備段階として、施工計画時にあらかじめ他現場で採用されているジャッキパターンに係る情報を収集したうえで、図４（ａ）で示すように、例えば複数パターン程度のジャッキパターンを準備し、これを収納したジャッキパターンテーブル３４２をジャッキパターンテーブルファイル３４２として作成し、方向制御装置３０のファイル装置３４に格納しておく。

＜計測工程：ＳＴＥＰ１＞
シールド掘進機１０により所定区間を掘進し、シールド掘進機１０の位置・姿勢、その他施工計画に基づく計画線形Ｌに対する水平方向の逸脱量Ｄｈ及び鉛直方向の逸脱量Ｄｐ等、推奨力点Ｒを設定するために必要な情報等の各データを、シールド掘進機１０に装備した前述の計測機器を用いて計測または算出されるごとに、掘進管理／線形管理装置２０に記録する。

また、シールド掘進機１０に備えた複数のシールドジャッキ１４のうち、シールド掘進機１０の掘進に寄与するシールドジャッキ１４のジャッキ圧と、掘進に寄与しないシールドジャッキ１４の同調圧であって、掘進管理／線形管理装置２０にて過去に計測された、セグメント１３をリング状に組み立てた１リング分に相当する距離を掘削した時点のデータを引用する。

これらのデータは、計測または算出されるごとに掘進管理／線形管理装置２０に記録されるだけでなく方向制御装置３０に送信され、ファイル装置３４の測量ファイル３４１もしくは推奨力点設定用ファイル３４６、に格納・蓄積される。

＜推奨力点設定工程：ＳＴＥＰ２＞
シールド掘進機１０が所定区間を掘進し終えたところで一旦掘進作業を停止させ、施工計画に基づく計画線形Ｌに対する水平方向の逸脱量Ｄｈ及び鉛直方向の逸脱量Ｄｐに基づいて、現場職員が、次の所定区間でシールド掘進機１０を、計画線形Ｌに戻しつつ沿わせるための進行計画を立案する。さらには、進行計画を実現するための目標となるストローク差とピッチング角の進行目標値、もしくはストローク差とピッチング角度差の進行目標値（ピッチング角の現在値とピッチング角の進行目標値との差）を算出する。

ストローク差は、図１（ｂ）で示すように、シールド掘進機１０の水平面内における左右方向の回転量であり、ピッチング角は、複数のシールドジャッキ１４のうち、上下端に位置するシールドジャッキ１４のストローク差から算出、あるいはシールド掘進機１０に装備されている計測機器により測定される。

なお、あらかじめ現場職員により作成された掘進指示書に、次の所定区画の進行目標値が規定されている場合には、この進行目標値を用いることとし、これら進行目標値を入力装置３１を介して方向制御装置３０に入力する。

方向制御装置３０に進行目標値が入力されたところで、上記の方向制御システム１００により、方向制御装置３０の中央演算処理装置３３がメインメモリ３５に格納されている推奨力点設定部３５１の指令を受け、ファイル装置３４の測量ファイル３４１に格納されているシールド掘進機１０の計画線形Ｌに対する水平方向の逸脱量Ｄｈ及び鉛直方向の逸脱量Ｄｐに係る情報や、推奨力点設定用ファイル３４６に格納されている情報、及び入力された進行目標値に基づいて、推奨力点Ｒを算定する。

こうして設定された、次の所定区間を計画線形Ｌに沿って掘進させるために、適したジャッキ推力の作用力点Ｐとして推奨する推奨力点Ｒは、シールド掘進機１０の位置情報と紐付されて、ファイル装置３４の推奨力点格納ファイル３４４に格納するとともに、多重伝送装置親局２１および多重伝送装置子局２２を介して、図６で示すような、シールド制御装置１５の操作盤上の選択画面１５１に表示させる。

なお、推奨力点Ｒを決定する方法の詳細は、特開２０１９−８２００３号公報に譲る。

＜ジャッキパターン抽出工程：ＳＴＥＰ３＞
方向制御装置３０の推奨力点設定部３５１にて、ジャッキ推力の作用力点Ｐとして推奨する推奨力点Ｒを算出する一方で、ジャッキパターンの選択支援部３５２で、推奨力点Ｒに近接する作用力点を有するジャッキパターンを複数通り抽出する。

具体的には、まず、中央演算処理装置３３がメインメモリ３５に格納されている作用力点算出部３５２１の指令を受け、ファイル装置３４の測量ファイル３４１に格納されているシールドジャッキ１４各々の過去に１リング分を掘削した時点のジャッキ圧及び同調圧を引用して、ファイル装置３４のジャッキパターンテーブルファイル３４２に格納されている複数のジャッキパターン各々における、ジャッキ推力の作用力点Ｐを算出する。

ジャッキパターンにおける作用力点Ｐの算出方法としては、例えば、ジャッキ圧及び同調圧をそれぞれ入力して水平方向力点と垂直方向力点を算出し、これらの合力を作用力点Ｐとすればよい。算定された作用力点Ｐはそれぞれ、ジャッキパターンと紐付したうえで、ファイル装置３４の作用力点格納ファイル３４３に格納しておく。

図４（ａ）に、想定した数百のジャッキパターンうちの、２０個を表示した例を示し、図４（ｂ）に、想定したすべてのジャッキパターンに対して、ある特定のジャッキ圧と同調圧を入力した場合の作用力点Ｐをプロットした、ジャッキパターンテーブルに応じた力点分布３４７を示している。図４（ｂ）で示すように、ジャッキパターンに応じて作用力点Ｐの位置は変化する。

こののち、中央演算処理装置３３がメインメモリ３５に格納されているパターン抽出部３５２２の指令を受け、ファイル装置３４の作用力点格納ファイル３４３に格納されている作用力点Ｐと、ＳＴＥＰ２で設定し、ファイル装置３４の推奨力点格納ファイル３４４に格納された推奨力点Ｒとを比較する。そして、推奨力点Ｒに近接する作用力点Ｐを有するジャッキパターンを抽出し、多重伝送装置親局２１および多重伝送装置子局２２を介して、図６で示すような、シールド制御装置１５の操作盤上の選択画面１５１に表示させる。本実施の形態では、推奨力点Ｒを中心とする半径１５０ｍｍの範囲を近接範囲Ｓとし、この近接範囲Ｓに位置し、推奨力点Ｒまでの距離が上位３位までの作用力点Ｐを有するジャッキパターンを表示させている。

上記のとおり、シールド掘進機１０の方向制御システム１００により、シールド掘進機１０のオペレーターが、次の所定区間を掘進するべくジャッキパターンを選択する際の、情報支援を行うことができる。したがって、オペレーター個々人の技能差等による判断ブレを最小限に抑え、安定した精度をもって、シールド掘進機１０を計画線形に沿って掘進させることが可能となる。

＜選択工程：ＳＴＥＰ４＞
シールド掘進機１０のオペレーターは、図６で示すような、シールド制御装置１５の操作盤上の選択画面１５１に表示された推奨力点Ｒを参照しつつ、シールド掘進機１０の性能や地盤状況、過去の経験等を勘案し、次の所定区間を掘進するために用いるジャッキ推力の目標力点Ｇを決定する。そのうえで、シールド制御装置１５の操作盤に出力された３つのジャッキパターンの中から、自身が決定した目標力点Ｇに最も近いジャッキパターンが存在していた場合には、オペレーターがこれを選択する。

こうして選択されたジャッキパターンに係る情報は、作用力点Ｐを算出する際に用いたジャッキ圧及び同調圧が紐付されて、多重伝送装置子局２２および多重伝送装置親局２１を介して入力装置３１から方向制御装置３０に入力され、ファイル装置３４の選択パターン格納ファイル３４５に格納される。

一方、シールド制御装置１５の操作盤に出力させるジャッキパターンの中に、オペレーターが決定した目標力点Ｇに最も近いジャッキパターンが存在していていなかった場合、もしくは、オペレーターの過去の経験から、出力されていない他のジャッキパターンを使用したい場合には、シールド制御装置１５の操作盤（図示せず）を介して、オペレーターが所望のジャッキパターンを入力する。

このような、オペレーターが入力した所望のジャッキパターンに係る情報は、作用力点Ｐを算出する際に用いたジャッキ圧及び同調圧と紐付されて、多重伝送装置子局２２および多重伝送装置親局２１を介して入力装置３１から方向制御装置３０に入力される。そして、ファイル装置３４の選択パターン格納ファイル３４５に格納される。

なお、所望のジャッキパターンをシールド制御装置１５に操作盤を介してオペレーターが入力した際には、このジャッキパターンが、ファイル装置３４の選択パターン格納ファイル３４５だけでなく、ジャッキパターンテーブルファイル３４２に格納される。これにより、ジャッキパターンテーブルファイル３４２には、新たなジャッキパターンが追加される。

こうすると、ジャッキ推力の作用力点Ｐも増加することから、ジャッキ推力の作用力点Ｐにおける推奨力点Ｒの再現性が高まる。したがって、ＳＴＥＰ３のジャッキパターン抽出工程で、次の所定区間を掘進するためのジャッキパターンを抽出する際、より推奨力点Ｒに近接した作用力点Ｐを有するジャッキパターンを抽出することが可能となる。

＜ＳＴＥＰ５＞
ファイル装置３４の選択パターン格納ファイル３４５にジャッキパターンが格納されたところで、方向制御システム１００は、このジャッキパターンに係る情報を、方向制御装置３０を介してシールド制御装置１５に制御信号として出力する。これにより、シールド掘進機１０を稼働させると、選択されたジャッキパターンもしくはオペレーターが入力した所望のジャッキパターンで配置されている、シールド掘進機の掘進に寄与するシールドジャッキ１４、および掘進に寄与しないシールドジャッキ１４の各々に、これに紐付されたジャッキ圧もしくは同調圧が設定される。

これにより、シールド掘進機１０は、運転中のシールド掘進機１０に作用するジャッキ推力の実力点Ｅが、オペレーターの決定した目標力点Ｇに近接するよう、シールド制御装置１５によって制御されつつ、次の所定区間を掘進する。

上述する＜ＳＴＥＰ１＞〜＜ＳＴＥＰ５＞の作業を、シールド掘進機１０が目標地点に到達するまで順次繰り返す。

上述するジャッキパターンの選択支援方法によれば、シールド掘進機１０のオペレーターは、次の所定区間の掘進に向けて、ジャッキ圧及び同調圧が引用された信頼性の高いジャッキ推力の作用力点Ｐを利用してジャッキパターンを選択することができる。これにより、シールド掘進機１０による次の所定区画の掘進方向を、高い正確性をもって制御することが可能となる。

また、シールド掘進機１０のオペレーターは、次の所定区間を掘進するにあたり、シールド掘進機１０の性能や地盤状況を勘案しつつ、抽出された複数のジャッキパターンの中から最適であると判断したものを適宜選択することができる。これにより、オペレーターの意図を反映しつつ、ジャッキパターンの選択を行うことが可能となる。

本発明のジャッキパターンの選択支援方法及びシールド掘進機の方向制御システム１００は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、本実施の形態では、推奨力点Ｒを中心とする半径１５０ｍｍの範囲を近接範囲Ｓとし、この近接範囲Ｓに位置し、推奨力点Ｒまでの距離が上位３位までの作用力点Ｐを有するジャッキパターンを、図６で示すように、シールド制御装置１５の操作盤上の選択画面１５１に表示させた。しかし、出力するジャッキパターンの数量は、これに限定されるものではなく、また、近接範囲Ｓもいずれに設定してもよい。

１０ シールド掘進機
１１ 外殻体
１２ トンネル
１３ セグメント
１４ シールドジャッキ
１５ シールド制御装置
１６ レーザー発振機
１７ 光波距離計
１８ レーザーターゲット

２０ 掘進管理／線形管理装置
２１ 多重伝送装置親局
２２ 多重伝送装置子局
２５ カッターディスク

３０ 方向制御装置
３１ 入力装置
３２ 出力装置
３３ 中央演算処理装置
３４ ファイル装置
３４１ 測量ファイル
３４２ ジャッキパターンテーブルファイル（ジャッキパターンテーブル）
３４３ 作用力点格納ファイル
３４４ 推奨力点格納ファイル
３４５ 選択パターン格納ファイル
３４６ 推奨力点設定用ファイル
３４７ ジャッキパターンテーブルに応じた力点分布
３５ メインメモリ
３５１ 推奨力点設定部
３５２ ジャッキパターンの選択支援部
３５２１ 作用力点算出部
３５２２ パターン抽出部

１００ 方向制御システム

Ｐ 作用力点
Ｒ 推奨力点
Ｇ 目標力点
Ｅ 実力点
Ｓ 近接範囲

Claims (5)

1. シールド掘進機の掘進に寄与するシールドジャッキと、掘進に寄与しないシールドジャッキとの配置を任意に組み合わせた複数のジャッキパターンの中から、前記シールド掘進機を計画線形に沿って掘進させるために最適な前記ジャッキパターンの選択を支援するジャッキパターンの選択支援方法であって、
   複数の前記ジャッキパターンを格納したジャッキパターンテーブルを準備する準備工程と、
   前記シールド掘進機で所定区画を掘進したのち、前記シールド掘進機の掘進に寄与する前記シールドジャッキのジャッキ圧と、掘進に寄与しない前記シールドジャッキの同調圧とを計測する計測工程と、
   計測した前記ジャッキ圧と前記同調圧とを、複数の前記ジャッキパターン各々に入力し、前記ジャッキ圧と前記同調圧が入力された前記ジャッキパターンごとで、ジャッキ推力の作用力点を算出する作用力点算出工程と、
   を備えることを特徴とするジャッキパターンの選択支援方法。
2. 請求項１に記載のジャッキパターンの選択支援方法において、
   次の所定区間を計画線形に沿って掘進させるために、適したジャッキ推力の作用力点として推奨する推奨力点を算定する推奨力点設定工程と、
   前記作用力点算出工程で算出された作用力点が、前記推奨力点に近接する前記ジャッキパターンを複数抽出するジャッキパターン抽出工程とを、さらに備えることを特徴とすることを特徴とするジャッキパターンの選択支援方法。
3. 請求項１または２に記載のジャッキパターンの選択支援方法において、
   前記準備工程では、前記シールド掘進機で所定区画を掘進したごとに、前記ジャッキパターンテーブルに新たな前記ジャッキパターンが追加可能であることを特徴とするジャッキパターンの選択方法。
4. シールド掘進機に作用するジャッキ推力の作用力点を用いて、該シールド掘進機の掘進方向を制御するための、シールド掘進機の方向制御システムであって、
   所定区間を掘進するごとに少なくとも、前記シールド掘進機の掘進に寄与するシールドジャッキのジャッキ圧と、掘進に寄与しないシールドジャッキの同調圧とを計測し、記録する掘進管理／線形管理装置と、
   前記シールド掘進機の掘進に寄与する前記シールドジャッキと、掘進に寄与しない前記シールドジャッキとの配置を任意に組み合わせた複数のジャッキパターンの中から、
   前記シールド掘進機を計画線形に沿って掘進させるために最適な、前記ジャッキパターンの選択を支援する、選択支援部を少なくとも備える方向制御装置と、を備え、
   前記選択支援部が、
   前記掘進管理／線形管理装置から得た前記ジャッキ圧と前記同調圧を、複数の前記ジャッキパターン各々に入力するとともに、
   前記ジャッキ圧と前記同調圧が入力された前記ジャッキパターンごとに、前記ジャッキ推力の作用力点を算出する、作用力点算出部、を備えることを特徴とするシールド掘進機の方向制御システム。
5. 請求項４に記載のシールド掘進機の方向制御システムにおいて、
   前記方向制御装置が、
   次の所定区間を計画線形に沿って掘進させるために、適したジャッキ推力の作用力点として推奨する推奨力点を算定する推奨力点設定部、を備えるとともに、
   前記選択支援部が、
   前記推奨力点に近接する前記作用力点を有する前記ジャッキパターンを、複数抽出するパターン抽出部を備えることを特徴とするシールド掘進機の方向制御システム。

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