JP2552164B2 - シールド工法の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は、シールド工法において、最適のジャッキパ
ターンによって方向を制御することのできる制御方法に
関するものである。

＜従来の技術＞ シールド工法においてその掘進方向を正確に維持しよ
うとする方法は各種の手段が開発されている。

そうした従来の方法は、現在のシールド掘進機の位置
を確認し、その現在位置と設計線との誤差を表示して方
向修正の資料にする方法であった。

＜従来の技術の問題点＞ こうした従来の方法によると、均一な地層における施
工では比較的正確な制御を行うことができる。

しかし現実には地盤の不均質性、シールド掘進機のく
せ、などによって正確な制御は困難である。

また土の非線形特性からシールド掘進機を曲げるため
の偏心モーメントと変位量は線形に対応しないので、定
量的な制御量を把握できない。

＜本発明の目的＞ 本発明は上記のような欠点を改善するためになされた
もので、時々刻々と得られる計測データに基づいて、常
に変化する地盤やマシンのくせに対応しながら、リアル
タイムに最適な修正方向を示すことのできるシールド掘
進機の制御方法を提供することを目的とする。

＜本発明の構成＞ ＜イ＞全体の構成 本発明の制御方法は、次の機構から構成する。

＜ロ＞センサ シールド掘進機や関連機器に取り付けたセンサは公知
のものを利用できる。

たとえば次のようなセンサである。

＜ハ＞坑内コンピュータ 坑内コンピュータは次のような目的に使用する。

（１）データの収集 上記したセンサ群によって検知したデータを収集す
る。

そしてデータからの各種の信号を変換して統一し、計
測用コンピュータに向けて送信する。

（２）制御量の送信 各種のデータをもとに演算し、制御量が決定される
と、計測用コンピュータからこの坑内用コンピュータに
向けて送信される。

この制御量に応じた信号を、各種の駆動装置に向けて
発信する。

駆動装置とはたとえば次のようなシールド掘進機駆動
用装置である。

ジャッキ伸縮用の油圧回路 カッタ回転装置 スクリュー回転装置 作泥材注入ポンプ 裏込め材注入ポンプ ＜ニ＞計測用コンピュータ （１）演算 坑内コンピュータから発信されたデータを受信し、演
算処理、表示を行う。

（２）演算結果量の送信 この演算処理の結果を次の制御用コンピュータに向け
て送信する機能である。

（３）受信、格納 次の制御用コンピュータによって演算された制御量を
受信し、これを一時格納しておく機能である。

（４）制御量の送信 制御用コンピュータによって演算された制御量を格納
したのち、坑内コンピュータの司令によって適宜坑内コ
ンピュータに向けて送信する機能である。

＜ホ＞制御用コンピュータ （１）演算 計測用コンピュータからの物理量をもとに、制御計算
を行う機能である。

演算の結果の表示も行う。

（２）格納、送信 演算結果のデータを格納し、坑内コンピュータからの
司令によって制御量を計測用コンピュータに向けて送信
する機能である。

（３）演算方法 本発明の特徴のひとつは常に変化する現場に対応した
制御を行う点であり、そのための手法としてカルマン・
フィルタ理論に統計手法の回帰分析を組み込んで利用す
る。

カルマン・フィルタ理論とは簡単に説明すると次のよ
うな手法である。

すなわちデータをシーケンシャルに処理しながら、そ
の最適推定値を逐次修正することのできる近代制御理論
のひとつであり、逐次型最小二乗法とも言うべき手法で
ある。

その特徴は、データをシーケンシャルに処理できるこ
とで、データを蓄積しておく必要がなく、しかも処理時
間が短い。

さらに計測データの中でも最新のデータを重視するこ
とができるといった、本発明の方法に利用するのに適し
た特性を備えている。

＜ヘ＞表示例 以上のような機能を持たせたコンピュータ網の配置に
よって、最終的には第３図に示すような最適パターンの
表示を行うことができる。

すなわち、カルマン・フィルタ理論に組み込んだ回帰
分析を用いて、偏心モーメントと変位量の関係を把握す
る。そして、将来正しい設計線に戻すためにはどのジャ
ッキを伸長すればよいかの計算と表示を行うことができ
る。

＜ト＞制御 制御用コンピュータからの信号は、前記したようにシ
ールド掘進機の各種の掘削、掘進装置の制御盤に入力す
る。

したがって伸長すべきジャッキの配置、本数、排土機
構の回転数や回転速度、作泥材の供給量などを総合的に
制御することになる。

そのために、現在は設計線から外れているシールド掘
進機を、将来たとえば15メートル進行したら設計線に一
致させるための制御を自動的に行うことができる。

＜本発明の効果＞ 本発明は上記した要素の組み合わせからなる制御方法
であるから、次のような効果を期待することができる。

＜イ＞将来のトランシットやレベルを使用する測量方法
では多大の労力と時間を必要としており、しかも掘削時
には測量ができないから測量時間が拘束されている。

したがって常時シールド掘進機の位置を測定しておく
ことができない。

しかるに本発明の方法では掘進中のシールド掘進機の
位置や姿勢を常時把握することができるから正確な施工
管理を行うことができる。

＜ロ＞現在の位置を把握することによって、カルマン・
フィルタ理論に組み込んだ統計手法を用いてシールドジ
ャッキの自動制御が可能である。

しかもその制御は、常に変化する現場の状況に適応し
たもので、リアルタイムのフィードバック制御となって
いる。

＜ハ＞伸長すべき最適なジャッキパターンを表示するこ
とにより、将来正しい設計線に戻るためにはどのジャッ
キを伸長すればよいかを知ることができ、正確な施工管
理を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図：本発明の制御を行うシステムの配置図 第２図：シールド掘進機現場での配置図 第３図：結果の表示の例を示す図

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】各種センサ、コンピュータ、及びジャッキ
   を有するシールド掘進機に関して、フィードバック制御
   における時間的な制御遅れを解消するため、将来の位置
   と姿勢を予測してシールド掘進機を制御する制御方法に
   おいて、 各種センサからの信号をコンピュータに入力し、 該信号の値をカルマン・フィルタ理論に組み込んだ回帰
   分析の統計手法で伸長すべき最適なジャッキパターンを
   表示し、 予測した将来の到達位置での位置と姿勢を計画路線に戻
   すようにジャッキを操作して、シールド掘進機を掘進制
   御することを特徴とする、 シールド工法の制御方法。