JP2588077B2 - Automatic control device for pre-lining machine - Google Patents

Automatic control device for pre-lining machine

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JP2588077B2
JP2588077B2 JP3206279A JP20627991A JP2588077B2 JP 2588077 B2 JP2588077 B2 JP 2588077B2 JP 3206279 A JP3206279 A JP 3206279A JP 20627991 A JP20627991 A JP 20627991A JP 2588077 B2 JP2588077 B2 JP 2588077B2
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auger
drilling
gantry
mortar
tunnel
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昭彦 永岡
利夫 森
博一 上
洋一 三村
神田  剛
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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
  • Lining And Supports For Tunnels (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、土被りの浅い未固結地
山にトンネルを掘削する場合に、その切羽前方地山にア
ーチ状のコンクリート壁を構成して地山を補強するのに
用いられるプレライニング機の自動制御装置に係り、特
に切羽前方地山に対するプレライニング機のブームセッ
ト、削孔、モルタル注入を自動的に行うことができるプ
レライニング機の自動制御装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for constructing an arch-shaped concrete wall on a ground in front of a cutting face to reinforce the ground when excavating a tunnel in an unconsolidated ground with a shallow earth covering. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an automatic control device for a prelining machine, and more particularly to an automatic control device for a prelining machine that can automatically perform boom setting, drilling, and mortar injection of a prelining machine for a ground in front of a face.

【0002】[0002]

【従来の技術】地山にトンネルを掘削する場合、地表面
の沈下を抑え、かつ切羽の安定性を図るために、トンネ
ルの切羽前方にプレライニング機によりアーチシェルを
構成して地山を補強する施工法が知られている(特開平
2−112595号公報)。
2. Description of the Related Art When excavating a tunnel in the ground, an arch shell is formed by a pre-lining machine in front of the face of the tunnel to reinforce the ground in order to suppress settlement of the ground surface and to maintain the stability of the face. A known construction method is known (Japanese Unexamined Patent Publication No. 2-112595).

【0003】従来、このようなプレライニング機械を用
いてトンネルの切羽前方にトンネル断面に沿いアーチ状
のコンクリート壁(アーチシェル)を形成する場合は、
まず機械本体を施工位置まで移動させる。次に、オーガ
架台を支持する油圧式多関節機構を運転席にいるオペレ
ータのマニアル操作により作動させてオーガ架台を目標
位置にセットする。その後、コントロールレバーをマニ
アル操作することにより、オーガの回転数およびオーガ
の送り込み速度を調整しながら地山に孔をあける。そし
て、所定の長さに削孔がなされた後は、オーガを一定速
度で抜き方向に後退させながら、コントロールレバーを
マニアル操作することにより、モルタルポンプからオー
ガの中空部を通して孔内に注入されるモルタル注入量を
オーガの抜き速度に合わせて調節し、孔内をモルタルに
より充填することにより、地山内にプレライニングを構
築するようにしていた。
Conventionally, when an arch-shaped concrete wall (arch shell) is formed along the tunnel cross section in front of the face of the tunnel by using such a prelining machine,
First, the machine body is moved to the construction position. Next, the hydraulic multi-joint mechanism supporting the auger gantry is operated by a manual operation of an operator at the driver's seat to set the auger gantry at the target position. Thereafter, by manually operating the control lever, a hole is drilled in the ground while adjusting the rotation speed of the auger and the feeding speed of the auger. After the hole is drilled to a predetermined length, the auger is injected into the hole through the hollow portion of the auger from the mortar pump by manually operating the control lever while retracting the auger at a constant speed in the pulling direction. The mortar injection amount was adjusted in accordance with the auger withdrawal speed, and the inside of the hole was filled with mortar so that a pre-lining was built in the ground.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
ような従来の施工方式では、オペレータのマニアル操作
により、オーガ架台のセット、削孔およびモルタル注入
を行うものであるため、オーガ架台の位置、方向決めに
時間がかかり、オペレータの負担が増大するとともに、
正確な位置および方向決めが困難で、ずれが生じ易い問
題があった。また、決められた長さの孔を正確に掘削で
きず、しかも、オーガの引き抜き速度に合わせてモルタ
ル量を注入することが難しく、構築されたアーチシェル
に障害が発生し易くなるほか、切羽の安定性、地表面の
安定性にも支障を来す問題があった。
However, in the conventional construction method as described above, since the setting, drilling, and mortar injection of the auger gantry are performed by the manual operation of the operator, the position and the direction of the auger gantry are required. It takes time to decide and the burden on the operator increases,
There is a problem that it is difficult to determine the exact position and direction, and the displacement is likely to occur. In addition, it is not possible to accurately drill a hole of the specified length, and it is difficult to inject the mortar amount in accordance with the auger withdrawal speed. There was a problem that also hindered stability and stability of the ground surface.

【0005】本発明は、このような点に鑑みなされたも
ので、切羽前方の地山に対するオーガ架台のセット、削
孔およびモルタル注入をオペレータに頼ることなく自動
化し、迅速かつ正確に地山補強を行うことができるプレ
ライニング機の自動制御装置を提供することを目的とす
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above circumstances, and automates setting of an auger stand, drilling, and mortar injection into a ground in front of a face without relying on an operator, and quickly and accurately reinforces the ground. It is an object of the present invention to provide an automatic control device for a prelining machine capable of performing the following.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、駆動手段により回転される少なくとも1本
の削孔用オーガを進退可能に支持するとともに削孔用オ
ーガを進退させる送り手段を有するオーガ架台、トンネ
ル内を走行する走行台車、前記走行台車に支持されると
ともに前記オーガ架台をトンネルの切羽前方に削孔でき
る姿勢に移動させる多関節支持体、および前記多関節支
持体の各関節部をそれぞれの屈曲方向に動作させる各別
のアクチュエータ、前記オーガ内を通して削孔内に地山
補強用のモルタルを注入するモルタルポンプとを有する
プレライニング機と、前記走行台車上に設置されトンネ
ル切羽に対する位置を計測するためのターゲットミラー
と、前記オーガ架台に設置され、切羽前方の削孔位置に
対する位置および方向を検出するためのターゲットミラ
ーと、前記トンネル内の前記プレライニング機より後方
に位置する基準点に設置され、前記各ターゲットミラー
に対し光りビームを照射することにより基準点からの距
離および角度を計測する自動測量手段と、前記各関節部
のアクチュエータの作動状態を検出するセンサと、前記
自動測量手段からの距離および角度データと前記各セン
サからの情報に基づいて前記オーガ架台の現状位置と目
標位置とのずれ量を算出し、この算出結果に基づき前記
各アクチュエータを制御して前記オーガ架台を削孔許容
範囲内にセットする制御手段とから構成されていること
を特徴とする。また、本発明は、前記構成に加えて、削
孔用オーガの回転速度および送り量をそれぞれ検出する
センサと、前記オーガを送り手段により一定速度で引き
抜きながら削孔内にモルタルを注入するときに前記送り
量センサからの送り速度に基づいてモルタル注入量を算
出し、この算出結果により前記モルタルポンプの回転数
を制御する制御手段を設けたことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a feed means for supporting at least one drilling auger rotated by a driving means so as to be able to advance and retreat, and for moving the drilling auger forward and backward. An auger gantry, a traveling trolley traveling in a tunnel, a multi-joint support supported by the traveling trolley and moving the auger gantry to a position where the auger gantry can be drilled in front of a face of the tunnel, and each of the multi-joint support A pre-lining machine having different actuators for operating joints in respective bending directions, a mortar pump for injecting mortar for ground reinforcement through the auger and into a drill hole, and a tunnel installed on the traveling vehicle A target mirror for measuring the position with respect to the face, and installed on the auger cradle, the position with respect to the drilling position in front of the face and A target mirror for detecting the direction, and installed at a reference point located behind the pre-lining machine in the tunnel, and by irradiating each target mirror with a light beam, a distance and an angle from the reference point are determined. Automatic surveying means for measuring, a sensor for detecting the operation state of the actuator of each joint, a current position and a target of the auger base based on distance and angle data from the automatic surveying means and information from each of the sensors. Control means for calculating the amount of deviation from the position, controlling the actuators based on the calculation results, and setting the auger gantry within the permissible hole drilling range. Further, the present invention, in addition to the above configuration, a sensor for detecting the rotation speed and the feed amount of the drilling auger, respectively, and when pouring the mortar into the drilling hole while pulling out the auger at a constant speed by the feeding means. A mortar injection amount is calculated based on a feed speed from the feed amount sensor, and control means for controlling a rotation speed of the mortar pump based on the calculation result is provided.

【0007】[0007]

【実施例】以下、本発明の一実施例を図1〜図6に基づ
いて説明する。図1は、本発明によるプレライニング機
用自動制御装置の全体の構成図、図2はプレライニング
機の平面図、図3はその側面図、図4は地山補強状態を
示す施工状況図、図5は、トンネルの切羽前方に地山補
強用のアーチシェルを形成した状態を示す説明図、図6
は施工手順を示すフローチャートである。まず、図2〜
図4において、1はトンネルの切羽前方にアーチシェル
を構築するためのプレライニング機である。このプレラ
イニング機1は、前後および旋回方向に走行可能なクロ
ーラ2、およびクローラ2上に水平方向に旋回可能に設
置した車体3を備え、車体3上には、運転席4、クロー
ラ2および不図示の油圧ポンプ等の駆動源となる電動機
5、電動機5その他を制御する制御盤6等が設置されて
いる。また、7はクローラ2のフレーム2a上に設置し
たモルタルポンプである。なお、車体3には、車体3の
ローリングおよびピッチングを検出する各センサ(不図
示)が設けられており、この各センサで検出したデータ
は切羽に対するオーガ部の概略の位置決めに利用され
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS One embodiment of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 is an overall configuration diagram of an automatic control device for a prelining machine according to the present invention, FIG. 2 is a plan view of the prelining machine, FIG. 3 is a side view thereof, FIG. FIG. 5 is an explanatory view showing a state in which an arch shell for reinforcing the ground is formed in front of the face of the tunnel, FIG.
Is a flowchart showing a construction procedure. First, Figure 2
In FIG. 4, reference numeral 1 denotes a prelining machine for constructing an arch shell in front of a face of a tunnel. The prelining machine 1 includes a crawler 2 that can travel in front and rear and turning directions, and a vehicle body 3 that is installed on the crawler 2 so as to be able to turn in the horizontal direction. An electric motor 5 serving as a driving source of the illustrated hydraulic pump and the like, a control panel 6 for controlling the electric motor 5 and the like are provided. Reference numeral 7 denotes a mortar pump installed on the frame 2a of the crawler 2. The vehicle body 3 is provided with sensors (not shown) for detecting rolling and pitching of the vehicle body 3, and data detected by these sensors is used for roughly positioning the auger portion with respect to the face.

【0008】車体3上の旋回中心には、支持部材8を介
し多関節支持体を構成する主ブーム9の一端が上下方向
に回動可能に枢着され、この主ブーム9はリフト用油圧
シリンダ10により上下方向に回動されるようになって
おり、また、主ブーム9の枢着部には、主ブーム9の角
度を検出するリフトエンコーダ11が取り付けられてい
る。主ブーム9の揺動端には、ブーム伸縮機構50が設
けてあり、このブーム伸縮機構50は、後述するオーガ
で削孔するとき、オーガ架台上にその長手方向に設置さ
れているスライド機構により前方へスライドさせながら
削孔するが、切羽までの距離が長くなってオーガ先端が
所定の位置まで届かないような場合に切羽までの距離を
調整するものである。51は主ブーム9の伸縮量を検出
するセンサである。また、ブーム伸縮機構50の先端に
は、副ブーム連結部材12が上下方向(ピッチング方
向)に回動可能に連結され、この連結部材12はチルト
用油圧シリンダ12aによってピッチング方向に傾き調
節できるようになっているとともに、その傾き角を検出
するチルトエンコーダ13を備える。連結部材12に
は、副ブーム14の一端が水平方向に揺動可能に枢着さ
れ、この副ブーム14はスイング用油圧シリンダ15に
よって水平方向に回動できるようになっているととも
に、そのスイング角を検出するスイングエンコーダ16
を備える。副ブーム14には、オーガ基台17が左右方
向(ローリング方向)に揺動可能に支持され、そして、
このオーガ基台17は枢支部に設けた油圧アクチュエー
タ17aによりローリング方向に回動できるようになっ
ているとともに、そのローリング角を検出するローリン
グエンコーダ18を備える。
One end of a main boom 9 constituting an articulated support is pivotally connected to a turning center on the vehicle body 3 via a supporting member 8 so as to be vertically rotatable. The main boom 9 is a hydraulic cylinder for lifting. A lift encoder 11 for detecting the angle of the main boom 9 is attached to the pivotal portion of the main boom 9. At the swinging end of the main boom 9, a boom extension mechanism 50 is provided. The boom extension mechanism 50 is provided with a slide mechanism installed on the auger base in the longitudinal direction when drilling with an auger described later. The hole is drilled while sliding forward, but the distance to the face is adjusted when the distance to the face becomes long and the auger tip cannot reach a predetermined position. Reference numeral 51 denotes a sensor that detects the amount of expansion and contraction of the main boom 9. A sub-boom connecting member 12 is connected to the tip of the boom extending / contracting mechanism 50 so as to be rotatable in a vertical direction (pitching direction). The connecting member 12 can be tilted in the pitching direction by a tilt hydraulic cylinder 12a. And a tilt encoder 13 for detecting the tilt angle. One end of a sub-boom 14 is pivotally attached to the connecting member 12 so as to be swingable in the horizontal direction. The sub-boom 14 is configured to be horizontally rotatable by a swing hydraulic cylinder 15 and has a swing angle. Encoder 16 for detecting
Is provided. An auger base 17 is supported by the sub-boom 14 so as to be swingable in the left-right direction (rolling direction).
The auger base 17 is configured to be rotatable in a rolling direction by a hydraulic actuator 17a provided on a pivot portion, and includes a rolling encoder 18 for detecting a rolling angle thereof.

【0009】オーガ基台17上には、オーガ架台19が
前後方向にスライド可能に設置され、このオーガ架台1
9は油圧シリンダ20により前後方向に移動できるよう
になっているとともに、その移動量を検出するスライド
センサ21を備える。オーガ架台19上には、オーガ回
転用油圧モータ22aを有する掘進機構22がオーガ架
台19の長手方向にスライド可能に設置されており、掘
進機構22には、オーガ架台19の長手方向に伸びる複
数の削孔用オーガ23の一端が連結され、それぞれは掘
進機構22の油圧モータ22aにより回転されるように
なっているとともに、他端側は、オーガ架台19に取り
付けた振れ止め部材24によって支持されている。25
はオーガ架台19の後端に設置したオーガフィード用油
圧モータであり、この油圧モータ25の回転軸に設けた
スプロケット26と、オーガ架台19の先端に設けたス
プロケット27間には、エンドレスチェーン28が巻き
掛けられ、このエンドレスチェーン28は掘進機構22
に連結されている。29はオーガ23の回転速度を検出
するエンコーダであり、30はオーガ23の掘進量を検
出するエンコーダである。
An auger base 19 is mounted on the auger base 17 so as to be slidable in the front-rear direction.
Reference numeral 9 denotes a hydraulic cylinder 20 which can be moved in the front-rear direction, and has a slide sensor 21 for detecting the amount of movement. A digging mechanism 22 having an auger rotation hydraulic motor 22a is installed on the auger gantry 19 so as to be slidable in the longitudinal direction of the auger gantry 19. The digging mechanism 22 includes a plurality of digging mechanisms 22 extending in the longitudinal direction of the auger gantry 19. One end of the drilling auger 23 is connected, each is rotated by a hydraulic motor 22a of the excavating mechanism 22, and the other end is supported by a steady rest member 24 attached to the auger base 19. I have. 25
Is an auger feed hydraulic motor installed at the rear end of the auger gantry 19. An endless chain 28 is provided between a sprocket 26 provided on the rotation shaft of the hydraulic motor 25 and a sprocket 27 provided at the tip of the auger gantry 19. The endless chain 28 is wound around the excavating mechanism 22.
It is connected to. 29 is an encoder for detecting the rotation speed of the auger 23, and 30 is an encoder for detecting the excavation amount of the auger 23.

【0010】31は車体3の旋回中心部に設置した前方
ターゲットミラー、32はクローラ2の後部に位置する
フレーム2a上に設置した後方ターゲットミーラーであ
り、これらターゲットミラー31,32は、トンネルの
切羽に対するプレライニング機1の移動位置を計測する
ためのものである。また、33はオーガ架台19の先端
側に左右に位置して設置した複数のターゲットミラー、
34はオーガ架台19の後端側に設置したターゲットミ
ラーであり、前方の左右ターゲットミラー33はオーガ
架台19の左右方向の傾き(ローリング角)を計測する
ためのものであり、前方のターゲットミラー33と後方
のターゲットミラー34はオーガ架台19の前後方向の
傾き(ピッチング角)を計測するためのものである。
Reference numeral 31 denotes a front target mirror installed at the center of turning of the vehicle body 3, and 32 denotes a rear target mirror installed on a frame 2a located at the rear of the crawler 2, and these target mirrors 31 and 32 are used for the face of the tunnel. This is for measuring the moving position of the prelining machine 1 with respect to. Reference numeral 33 denotes a plurality of target mirrors located on the left and right sides of the tip of the auger base 19,
Reference numeral 34 denotes a target mirror provided on the rear end side of the auger gantry 19, and front left and right target mirrors 33 are for measuring the inclination (rolling angle) of the auger gantry 19 in the horizontal direction. The rear and target mirrors 34 are for measuring the inclination (pitching angle) of the auger mount 19 in the front-rear direction.

【0011】図4において、35は、プレライニングの
施されたトンネル36内の基準位置に設置した自動測量
装置であり、この測量装置35は、プレライニング機1
のセット位置を計測するとともに、オーガ架台19のロ
ーリング角(左右の傾き)およびオーガ架台19のピッ
チング角(前後の傾き)を計測するものである。自動測
量装置35は、レーザ発生源35aと、このレーザ発生
源35aから各ターゲットミラーに照射され反射してく
るレーザ光から三角測量法等によりターゲットミラーま
での距離を計測する光波距離計35bと、レーザ発生源
35aを水平方向に旋回して水平方向の傾き角度を計測
するエンコーダ等からなる水平傾き角計測器35cと、
レーザ発生源35aを垂直方向に旋回して垂直方向の傾
き角度を計測するエンコーダ等からなる垂直傾き角計測
器35dとから構成される。また、自動測量装置35に
は、制御ユニット37が接続されている。この制御ユニ
ット37は、光波距離計35b、水平傾き角計測器35
cおよび垂直傾き角計測器35dにより計測した距離お
よび角度を基にターゲットミラー31〜34の座標値を
計算するものであり、この座標値データはプレライニン
グ機1に無線送信され、プレライニング機1側でオーガ
架台19の絶対座標を演算するとともに、オーガ架台1
9の現在位置と目標位置とのずれを演算する。また、図
4において、38はトンネル36の切羽、39はプレラ
イニング機1により地山に構築されたプレライニング用
アーチシェルである。
In FIG. 4, reference numeral 35 denotes an automatic surveying device installed at a reference position in a pre-lined tunnel 36. This surveying device 35 is a pre-lining machine 1
Of the auger gantry 19 and the pitching angle of the auger gantry 19 (forward and backward inclination). The automatic surveying device 35 includes a laser source 35a, a lightwave distance meter 35b that measures the distance from the laser beam emitted from the laser source 35a to each target mirror and reflected from the target mirror by triangulation or the like, A horizontal tilt angle measuring device 35c composed of an encoder or the like for turning the laser source 35a in the horizontal direction and measuring the horizontal tilt angle;
And a vertical tilt angle measuring device 35d composed of an encoder or the like for measuring the vertical tilt angle by turning the laser source 35a in the vertical direction. Further, a control unit 37 is connected to the automatic surveying device 35. The control unit 37 includes a lightwave distance meter 35b and a horizontal tilt angle measuring device 35.
The coordinate values of the target mirrors 31 to 34 are calculated based on the distance c and the distance and angle measured by the vertical tilt angle measuring device 35d. The coordinate value data is wirelessly transmitted to the prelining machine 1, and the prelining machine 1 Side calculates the absolute coordinates of the auger mount 19 and the auger mount 1
9 to calculate the deviation between the current position and the target position. In FIG. 4, reference numeral 38 denotes a face of the tunnel 36, and 39 denotes a prelining arch shell constructed on the ground by the prelining machine 1.

【0012】次に、図1の構成について述べる。図1に
おいて、40は、プレライニング機1に搭載された制御
装置であり、この制御装置40は、プレライニング機全
体を制御し管理するCPU401、制御用のプログラム
およびCPU401での演算結果などの各種データを格
納するメモリ402と、入出力インタフェース403を
備える。入出力インタフェース403には、種々のデー
タおよび指令を与えるキーボード41,CRT等からな
るモニタ表示装置42および自動測量装置35の制御ユ
ニット37とデータの送受を行う送受信機43がそれぞ
れ接続されている。さらに、入出力インタフェース40
3には、プレライニング機1の各種エンコーダおよびセ
ンサ類44が接続されているとともに、プレライニング
機1の各種油圧シリンダおよび油圧モータ等に制御指令
を与えて駆動回路45が接続されている。
Next, the configuration of FIG. 1 will be described. In FIG. 1, reference numeral 40 denotes a control device mounted on the prelining machine 1. The control device 40 includes a CPU 401 that controls and manages the entire prelining machine, various programs such as a control program and calculation results of the CPU 401. A memory 402 for storing data and an input / output interface 403 are provided. The input / output interface 403 is connected to a keyboard 41 for giving various data and commands, a monitor display device 42 including a CRT and the like, and a control unit 37 of the automatic surveying device 35 and a transceiver 43 for transmitting and receiving data. Further, the input / output interface 40
To 3, various encoders and sensors 44 of the prelining machine 1 are connected, and a drive circuit 45 that supplies control commands to various hydraulic cylinders and hydraulic motors of the prelining machine 1 is connected.

【0013】自動測量装置35の制御ユニット37は、
全体を制御し管理するCPU371と、処理プログラ
ム、CPU371での演算結果および自動測量装置35
からの計測データ等を格納するメモリ372と、入出力
インタフェース373を備える。入出力インタフェース
373には、自動測量装置35およびプレライニング機
1側の送受信機43とデータの送受を行う送受信機46
がそれぞれ接続されている。
The control unit 37 of the automatic surveying device 35
A CPU 371 for controlling and managing the whole; a processing program; a calculation result of the CPU 371;
And a memory 372 for storing measurement data from the PC and an input / output interface 373. The input / output interface 373 includes a transceiver 46 for transmitting and receiving data to and from the automatic surveying device 35 and the transceiver 43 on the prelining machine 1 side.
Are connected respectively.

【0014】次に、上記のように構成された本実施例の
施工動作を図6のフローチャートを参照して説明する。
まず、エンジン5を起動して本体、即ち、プレライニン
グ機1を手動運転にてトンネル切羽38に正対する施工
位置まで移動する(ステップS1)。次のステップS2
では、測量装置35を動作させて、プレライニング機1
のターゲットミラー31,32に向けレーザ発生源35
aからレーザ光を照射し、ターゲットミラー31,32
から反射してくるレーザ光を光波距離計35bで受けて
プレライニング機1までの距離を計測するとともに、こ
のときの水平傾き角および垂直傾き角をそれぞれの計測
器35cおよび計測器35dにより計測し、これら計測
データを制御ユニット37に送り込むことにより、プレ
ライニング機1の位置座標を求める。そして、次のステ
ップS3では、本体の位置データを送受信機46を通し
てプレライニング機1へ送信する。
Next, the construction operation of the embodiment constructed as described above will be described with reference to the flowchart of FIG.
First, the engine 5 is started, and the main body, that is, the prelining machine 1 is moved to a construction position facing the tunnel face 38 by manual operation (step S1). Next step S2
Then, the surveying device 35 is operated and the pre-lining machine 1
Laser source 35 toward the target mirrors 31 and 32
a, the target mirrors 31, 32
The laser beam reflected from the device is received by the lightwave distance meter 35b to measure the distance to the prelining machine 1, and the horizontal tilt angle and the vertical tilt angle at this time are measured by the respective measuring devices 35c and 35d. By sending these measurement data to the control unit 37, the position coordinates of the prelining machine 1 are obtained. Then, in the next step S3, the position data of the main body is transmitted to the prelining machine 1 through the transceiver 46.

【0015】プレライニング機1側では、送信されてき
た本体の位置データを送受信機34で受信して制御装置
40のCPU401に取り込み、プレライニング機1の
移動位置がオーガ架台19の削孔許容範囲にセットされ
ているかを判定する(ステップS4)。ここで、削孔許
容範囲でないと判定されたときはステップS1に戻り、
再びプレライニング機1を移動することにより削孔許容
範囲内にセットする。また、プレライニング機1がオー
ガ架台19の削孔許容範囲内にセットされていると判定
されたときは、次のステップS5に移行してオーガ架台
19の削孔位置に対する姿勢を決める主ブーム9、副ブ
ーム14およびオーガ架台19の上下方向、水平方向、
ピッチングおよびローリング方向の作動状況をそれぞれ
のエンコーダおよびセンサにより検出して制御装置40
のCPU401に取り込み、この各検出データと目標位
置データとのずれ量を算出する。そして、次のステップ
S6では、算出結果に基づいて、主ブーム9、副ブーム
14およびオーガ架台19などの各油圧シリンダを制御
し、ブームを移動させてオーガ架台19の位置、方向
(姿勢)を補正する。この時、ブームの1次移動にて補
正される位置はブーム等のがた、たわみ等によるもので
ある。その後、ステップS7において、自動測量装置3
5のレーザ発生源からのレーザ光をオーガ架台19側の
各ターゲットミラー33,34に照射し、その反射光を
測量装置35で受けることにより、基準点からの距離お
よびオーガ架台19の左右方向(ローリング方向)と前
後方向(ピッチング方向)の傾き、即ちオーガ架台の位
置と方向を計測する。この計測結果の各データは、制御
ユニット37で処理された後、送受信機46によりプレ
ライニング機1側へ送信される。(ステップS8)。
On the prelining machine 1 side, the transmitted position data of the main body is received by the transceiver 34 and taken into the CPU 401 of the control device 40, and the movement position of the prelining machine 1 is determined by the permissible drilling hole of the auger stand 19. Is set (step S4). Here, when it is determined that the hole is not in the permissible range, the process returns to step S1, and
By moving the prelining machine 1 again, the prelining machine 1 is set within the permissible range. On the other hand, when it is determined that the prelining machine 1 is set within the permissible hole range of the auger gantry 19, the process proceeds to the next step S5, where the main boom 9 for determining the attitude of the auger gantry 19 with respect to the piercing position. , The vertical direction of the sub boom 14 and the auger stand 19, the horizontal direction,
The control device 40 detects operating conditions in the pitching and rolling directions by respective encoders and sensors.
And calculates the amount of deviation between each of the detected data and the target position data. Then, in the next step S6, based on the calculation result, each hydraulic cylinder such as the main boom 9, the sub boom 14, and the auger gantry 19 is controlled, and the boom is moved to change the position and direction (posture) of the auger gantry 19. to correct. At this time, the position corrected by the primary movement of the boom is due to backlash or deflection of the boom or the like. Then, in step S7, the automatic surveying device 3
5 is irradiated to the target mirrors 33 and 34 on the auger gantry 19 side, and the reflected light is received by the surveying device 35, so that the distance from the reference point and the horizontal direction of the auger gantry 19 ( The inclination in the rolling direction) and the front-back direction (pitching direction), that is, the position and direction of the auger stand are measured. Each data of the measurement result is processed by the control unit 37 and then transmitted by the transceiver 46 to the prelining machine 1 side. (Step S8).

【0016】プレライニング機1側では、送信データを
送受信機43で受信してCPU401に送り込み、この
計測結果と各エンコーダおよびセンサから取り込んだ情
報に基づく現状のオーガ架台19の方向,位置とを比較
して両者のずれ量を算出する(ステップS9)。そし
て、次のステップS10において、ずれ量が削孔許容範
囲内かを判定する。ここで、削孔許容範囲外であると判
定されたときは、ステップS11に進み、ステップS6
と同様にブームを2次移動させて再度オーガ架台の位置
計測を実行し、ずれ量が許容範囲内になるまで計測と移
動を繰り返す。
On the prelining machine 1 side, the transmission data is received by the transceiver 43 and sent to the CPU 401, and the measurement result is compared with the current direction and position of the auger stand 19 based on the information taken from each encoder and sensor. Then, the amount of deviation between them is calculated (step S9). Then, in the next step S10, it is determined whether the deviation amount is within the permissible range of the drilling. Here, when it is determined that it is outside the perforation allowable range, the process proceeds to step S11, and step S6 is performed.
In the same manner as described above, the boom is secondarily moved, the position of the auger gantry is measured again, and the measurement and the movement are repeated until the displacement amount falls within the allowable range.

【0017】また、ステップS10において、許容範囲
内であると判定されたときは、ステップS12に移行
し、掘進用油圧モータ22aおよびオーガフィード用モ
ータ25を起動することにより、オーガ23を回転し、
かつ推進して切羽38の前方地山を削孔する。このと
き、オーガ23の推進量をエンコーダ30により検出
し、この検出信号をCPU401に取り込むことによ
り、削孔長が所定の長さに達したかを判定し、(ステッ
プS13)、所定長に達したことが判定されると、オー
ガ23が停止する。(ステップS14)。その後、ステ
ップS15に示すモルタルの注入動作に移行する。
If it is determined in step S10 that the auger is within the allowable range, the process proceeds to step S12, in which the auger 23 is rotated by activating the excavating hydraulic motor 22a and the auger feed motor 25,
In addition, it is propelled to cut the ground in front of the face 38. At this time, the propulsion amount of the auger 23 is detected by the encoder 30 and the detection signal is taken into the CPU 401 to determine whether the drilling length has reached a predetermined length (step S13). If it is determined that the operation has been performed, the auger 23 stops. (Step S14). Thereafter, the process proceeds to the mortar injection operation shown in step S15.

【0018】この注入動作に際しては、オーガフィード
用油圧モータ25が後退方向に起動されるとともに、モ
ルタルポンプ7が起動される。これによりオーガ23が
一定の速度で引き抜かれると同時に、この引き抜き速度
に合わせて演算したモルタル注入量がモルタルポンプ7
からオーガ内を通して、削孔内に注入される。そして、
次のステップS16において、予め、判明している削孔
長に応じたモルタル注入が終了したかを判定する。削孔
へのモルタル注入が終了したことが判定されると、次の
ステップS17に移行して、切羽37の前方地山に対す
る全ての削孔およびモルタル注入が終了したかを判定す
る。終了しない場合は、ステップS5に戻り、ステップ
S5以下の処理を繰り返し実行する。
In this injection operation, the auger feed hydraulic motor 25 is started in the backward direction, and the mortar pump 7 is started. As a result, the auger 23 is withdrawn at a constant speed, and at the same time, the mortar injection amount calculated in accordance with the withdrawal speed is reduced.
Through the auger and into the drilling. And
In the next step S16, it is determined in advance whether mortar injection according to the known drilling length has been completed. If it is determined that the mortar injection into the hole has been completed, the process proceeds to the next step S17, and it is determined whether all the holes and the mortar injection into the ground in front of the face 37 have been completed. If not terminated, the process returns to step S5, and the processing from step S5 is repeated.

【0019】図5は、5軸のオーガを有するプレライニ
ング機1により切羽前方の地山に、その断面方向に沿っ
て5回にわたり、プレライニング、即ちアーチシェル3
9を構築した場合を示す。なお、図5において、50は
吹付けコンクリートである。
FIG. 5 shows a prelining machine, that is, an arch shell 3 applied to a ground in front of a cutting face five times by a prelining machine 1 having a 5-axis auger along the cross-sectional direction thereof.
9 is constructed. In FIG. 5, reference numeral 50 denotes shotcrete.

【0020】このように本実施例においては、プレライ
ニング機の位置およびオーガ架台の位置,方向を基準点
に設置した自動測量装置により計測し、この測量結果と
ブーム部分の各センサ情報からずれ量を算出し、このず
れ量に応じて各油圧シリンダを制御することにより、オ
ーガ架台を削孔許容範囲内へ自動的にセットできるよう
にしたので、トンネル切羽に対するオーガ架台の位置を
短時間にかつ正確にセットでき、人手も要しなくなると
共に、切羽前方の地山の補強施工能率が向上し、省人力
化も容易に実現できる。また、オーガ部には、その推進
位置を検出するエンコーダおよびオーガの回転速度を検
出するエンコーダを設け、これによって削孔長を制御で
きるようにしたので、決められた削孔長を正確に掘削で
きるほか、オーガの引き抜き速度に合わせてモルタルポ
ンプの回転数を制御できるようにしたので、削孔への正
確な量のモルタル注入が可能になり、アーチシェルを安
定して構築できるとともに、切羽の安定性、地表面の安
定性を確保できる。
As described above, in this embodiment, the position of the prelining machine and the position and direction of the auger gantry are measured by the automatic surveying device installed at the reference point, and the deviation from the survey result and the sensor information of the boom part is calculated. By controlling each hydraulic cylinder in accordance with this deviation amount, the auger gantry can be automatically set within the permissible range of drilling, so that the position of the auger gantry with respect to the tunnel face can be shortened in a short time. It can be set accurately, requires no human labor, improves the efficiency of reinforcement work on the ground in front of the face, and can easily realize labor saving. In addition, the auger unit is provided with an encoder for detecting the propulsion position and an encoder for detecting the rotation speed of the auger, so that the drilling length can be controlled, so that the determined drilling length can be accurately excavated. In addition, since the rotation speed of the mortar pump can be controlled according to the auger withdrawal speed, it is possible to inject the correct amount of mortar into the drilled hole, stabilize the construction of the arch shell, and stabilize the face Characteristics and stability of the ground surface.

【0021】なお、本発明においては、オーガ架台の姿
勢を目標位置へセットする機構は、上記実施例に示す構
成のものに限らず、他の多関節機構でも良いほか、その
他の機構も請求項に記載した範囲を逸脱しない限り種々
変形し得る。
In the present invention, the mechanism for setting the posture of the auger gantry to the target position is not limited to the structure shown in the above-described embodiment, and may be another articulated mechanism. Various modifications can be made without departing from the range described in.

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、プ
レライニング機のトンネル切羽に対する位置およびオー
ガ架台の位置,方向を基準点に設置した自動測量装置に
より計測し、この測量結果と多関節機構の各関節部の作
動状況を検出するセンサ情報とからずれ量を算出して、
このずれ量に応じオーガ架台を削孔許容範囲内に自動的
に制御するようにしたので、トンネル切羽に対するオー
ガ架台の位置を短時間にかつ正確にセットすることがで
き、省人力化も可能になる。また、削孔へのモルタル注
入時は、オーガの引き抜き速度に合わせてモルタルポン
プの回転数を制御できるようにしたので、削孔へのモル
タル注入を正確にできるほか、オーガ架台のセット,削
孔,およびモルタル注入の一連の作業を自動化できると
いう効果がある。
As described above, according to the present invention, the position of the prelining machine with respect to the tunnel face and the position and direction of the auger gantry are measured by an automatic surveying device installed at a reference point, and the survey result and the multi-joint are measured. Calculate the amount of deviation from the sensor information that detects the operation status of each joint of the mechanism,
The auger gantry is automatically controlled within the permissible range of drilling according to the amount of deviation, so the position of the auger gantry with respect to the tunnel face can be set quickly and accurately, and manpower can be saved. Become. In addition, when pouring mortar into the drill hole, the rotation speed of the mortar pump can be controlled in accordance with the auger withdrawal speed, so that the mortar can be accurately injected into the drill hole, and auger mounting and drilling can be performed. , And a series of operations of mortar injection can be automated.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例を示す自動制御装置の全体の
ブロック図である。
FIG. 1 is an overall block diagram of an automatic control device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本実施例に使用されるプレライニング機の平面
図である。
FIG. 2 is a plan view of a prelining machine used in the present embodiment.

【図3】図2の側面図である。FIG. 3 is a side view of FIG. 2;

【図4】本実施例における地山補強状態を示す施工状況
図である。
FIG. 4 is a construction status diagram showing a ground reinforcement state in the present embodiment.

【図5】トンネルの切羽前方に地山補強用のアーチシェ
ルを形成した状態を示す説明図である。
FIG. 5 is an explanatory view showing a state in which an arch shell for reinforcing ground is formed in front of a face of a tunnel.

【図6】本実施例における施工手順を示すフローチャー
トである。
FIG. 6 is a flowchart showing a construction procedure in the present embodiment.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 プレライニング機 2 クローラ 3 車体 7 モルタルポンプ 9 主ブーム 10 油圧シリンダ 11 エンコーダ 12 連結部材 12a 油圧シリンダ 13 エンコーダ 14 副ブーム 15 油圧シリンダ 16 エンコーダ 17a アクチュエータ 18 エンコーダ 19 オーガ架台 20 油圧シリンダ 21 センサ 22 掘進機構 22a 油圧モータ 23 オーガ 25 オーガフィード用油圧モータ 29,30 エンコーダ 31,32,33,34 ターゲットミラー 35 自動測量装置 36 トンネル 39 制御ユニット 38 切羽 39 アーチシェル 40 制御装置 43,46 送受信号 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Pre-lining machine 2 Crawler 3 Body 7 Mortar pump 9 Main boom 10 Hydraulic cylinder 11 Encoder 12 Connecting member 12a Hydraulic cylinder 13 Encoder 14 Secondary boom 15 Hydraulic cylinder 16 Encoder 17a Actuator 18 Encoder 19 Auger stand 20 Hydraulic cylinder 21 Sensor 22 Dig mechanism 22a Hydraulic motor 23 Auger 25 Auger feed hydraulic motor 29,30 Encoder 31,32,33,34 Target mirror 35 Automatic surveying device 36 Tunnel 39 Control unit 38 Face 39 Arch shell 40 Control device 43,46

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三村 洋一 東京都渋谷区千駄ヶ谷4丁目6番15号 株式会社フジタ内 (72)発明者 神田 剛 東京都渋谷区千駄ヶ谷4丁目6番15号 株式会社フジタ内 (56)参考文献 特開 昭54−15401(JP,A) 特開 昭59−145895(JP,A) 特開 昭61−117395(JP,A) 特開 昭62−220696(JP,A) 特開 平2−190595(JP,A) 特開 平2−252891(JP,A) 特開 平2−112595(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing from the front page (72) Inventor Yoichi Mimura 4-6-115 Sendagaya, Shibuya-ku, Tokyo Inside Fujita Corporation (72) Inventor Tsuyoshi Kanda 4-6-115 Sendagaya, Shibuya-ku, Tokyo Fujita Corporation (56) References JP-A-54-15401 (JP, A) JP-A-59-145895 (JP, A) JP-A-61-117395 (JP, A) JP-A-62-220696 (JP, A) JP-A-2-190595 (JP, A) JP-A-2-2522891 (JP, A) JP-A-2-112595 (JP, A)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 駆動手段により回転される少なくとも1
本の削孔用オーガを進退可能に支持するとともに削孔用
オーガを進退させる送り手段を有するオーガ架台、トン
ネル内を走行する走行台車、前記走行台車に支持される
とともに前記オーガ架台をトンネルの切羽前方に削孔で
きる姿勢に移動させる多関節支持体、および前記多関節
支持体の各関節部をそれぞれの屈曲方向に動作させる各
別のアクチュエータ、前記オーガ内を通して削孔内に地
山補強用のモルタルを注入するモルタルポンプとを有す
るプレライニング機と、 前記走行台車上に設置されトンネル切羽に対する位置を
計測するためのターゲットミラーと、 前記オーガ架台に設置され、切羽前方の削孔位置に対す
る位置および方向を検出するためのターゲットミラー
と、 前記トンネル内の前記プレライニング機より後方に位置
する基準点に設置され、前記各ターゲットミラーに対し
光りビームを照射することにより基準点からの距離およ
び角度を計測する自動測量手段と、 前記各関節部のアクチュエータの作動状態を検出するセ
ンサと、 前記自動測量手段からの距離および角度データと前記各
センサからの情報に基づいて前記オーガ架台の現状位置
と目標位置とのずれ量を算出し、この算出結果に基づき
前記各アクチュエータを制御して前記オーガ架台を削孔
許容範囲内にセットする制御手段と、 を備えたことを特徴とするプレライニング機の自動制御
装置。
At least one of the first and second rotating means is rotated by a driving means.
An auger gantry having feed means for supporting the drilling auger so as to be able to advance and retreat and for advancing and retreating the drilling auger, a traveling trolley traveling in a tunnel, supported by the traveling trolley and connecting the auger gantry to a face of the tunnel A multi-joint support that moves to a position where drilling can be performed forward, and separate actuators that operate each joint of the multi-joint support in the respective bending direction. A pre-lining machine having a mortar pump for injecting mortar, a target mirror installed on the traveling vehicle to measure a position with respect to a tunnel face, installed on the auger mount, and a position with respect to a drilling position in front of the face and A target mirror for detecting a direction, and a base located behind the pre-lining machine in the tunnel. Automatic surveying means installed at a point and measuring a distance and an angle from a reference point by irradiating each target mirror with a light beam; a sensor for detecting an operation state of an actuator of each joint; and The shift amount between the current position and the target position of the auger gantry is calculated based on the distance and angle data from the surveying means and the information from each of the sensors, and the respective actuators are controlled based on the calculation results to control the auger gantry. And a control means for setting a value within an allowable range of drilling.
【請求項2】 請求項1において、前記削孔用オーガの
回転速度および送り量をそれぞれ検出するセンサと、前
記オーガを送り手段により一定速度で引き抜きながら削
孔内にモルタルを注入するときに前記送り量センサから
の送り速度に基づいてモルタル注入量を算出し、この算
出結果により前記モルタルポンプの回転数を制御する制
御手段を設けたことを特徴とするプレライニング機の自
動制御装置。
2. A mortar according to claim 1, wherein said mortar is injected into a drilled hole while extracting said auger at a constant speed by a feeder, wherein said sensor detects a rotation speed and a feed amount of said drilling auger. An automatic control device for a pre-lining machine, characterized by comprising a control means for calculating a mortar injection amount based on a feed speed from a feed amount sensor and controlling a rotation speed of the mortar pump based on the calculation result.
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