JP2641985B2 - シールドマシンの最適姿勢角管理方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

本発明は、計画線に沿うように掘進とセグメントリン
グの敷設を逐次行いながら作業するシールドマシンの最
適姿勢角管理方法に関する。

【従来の技術】

従来、シールドマシンによって計画線に沿って掘進及
びセグメントリングの敷設を行うためには、まず、計画
線上の或る掘進開始地点を既知点P0とし、計画線に沿っ
てセグメントリングの長さに相当する距離ΔＬだけ離れ
た第１の地点P1まで掘進して、１個のセグメントリング
を敷設し、更にジャイロコンパスでマシンの姿勢角を測
定することにより、P0〜P1間のマシン姿勢角とジャッキ
ストロークから得られる掘進距離のベクトルデータを算
出する。 次に、同様に地点P1から距離ΔＬだけ離れた計画線上
の次の地点P2まで掘進して、次のセグメントリングを継
ぎ足し、更に、P1〜P2間のマシン姿勢角とジャッキスト
ロークかから得られる掘進距離のベクトルデータを算出
する。 そして、このような掘進とセグメントリングの敷設を
繰り返すと同時に、掘進時にベクトルデータを算出して
各ベクトルデータの和の演算を行うことによってシール
ドマシンの現在位置及び掘進方向を検知し、次の掘進が
計画線上に合致するように該検知結果に基づいてシール
ドマシンの進行方向を制御している。

【発明が解決しようとする課題】

ここで、第４図に示すように、シールドマシンのテー
ルの内壁とセグメントリングの外壁の間隔（テールクリ
アランス）が何れの方向からも等間隔となるように掘進
が行われる場合や、第５図に示すように、テールクリア
ランスの許容範囲内で偏心する程度で掘進が行われる場
合には、次のセグメントリングの敷設は可能となるが、
マシンの起動修正やカーブの掘進においてはセグメント
リングをテールクリアランスの所用内に敷設できないこ
とが生じ、次のセグメントリングを連設することができ
ず、施工を継続できなくなる。 このようにセグメントリングを敷設することができな
い場合は、掘進工事を再度行うこととなり、時間的、経
費的な負担が増加する問題を招来していた。これを防ぐ
ために自動制御を行っても最終的にはオペレータが経験
に基づきマシンの姿勢角の修正を行わざるを得なかっ
た。 本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたも
のであり、オペレータを介在させずに回動掘進を行うと
共に、確実にセグメントリングを敷設することができる
ようにシールドマシンの姿勢制御を行う管理方法を提供
することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

このような目的を達成するために本発明は、最終組完
リングとシールドマシンのテールとのクリアランス及び
最終組完リングとシールドマシンとの距離を実測すると
共に、シールドマシンの姿勢角を測定し、これらの測定
値からシールドマシンの姿勢角及び位置と最終組完リン
グの姿勢角及び位置を算出し、更に、次の掘進によるシ
ールドマシンの位置及び姿勢角を予測して、予め備えて
いる次のセグメントリングの形状データと次の掘進時の
シールドマシンの位置及び姿勢角とを比較することによ
り、次のセグメントリングの敷設が可能か否かの判断処
理を予め行い、不可能な場合は、セグメントリングが組
めるように次の掘進時のシールドマシンの姿勢角を修正
して次の掘進を行うようにした。 この修正処理によりシールドマシンが計画線からずれ
た場合にも最適な姿勢角によって徐々に計画線に戻るよ
うにシールドマシンの位置及び姿勢角を制御する。 この場合において、シールドマシンの姿勢角と推進方
向との関係は、実際の掘進により統計的に既知のものを
使用する。

【作用】

このようなシールドマシンの姿勢角管理方法によれ
ば、最終組完リングに連設させるための次回組立リング
とシールドマシンとをテールクリアランス範囲内に納め
るように制御するので、最終組完リングに次回組立リン
グを確実に連設することができる。

【実施例】

以下、本発明の一実施例を説明する。まず、本発明の
管理方法を適用するための計測システムの構成を第１図
と共に説明する。第１図において、２は或る時点での最
終完工セグメントリング（最終組完リング）、４はシー
ルドマシン、６はシールドマシンの先端部に設けられた
カッタであるとする。 まず、シールドマシン４の内壁に最終組完リング２の
先端部とシールドマシン４との距離を測定するジャッキ
ストローク計8a,8b,8cが設けられている。尚、ジャッキ
ストローク計8a,8b,8cをシールドマシン４の内壁の周方
向に沿って等配置で配置することにより、最終組完リン
グ２の先端部とシールドマシン４との間の３点の距離を
測定するようになっている。 更に、シールドマシン４の内壁に、最終組完リング２
の先端部とシールドマシン４の内壁との隙間間隔を測定
するテールクリアランス計10a,10b,10cが設けられると
共に、シールドマシン４の姿勢角を測定するためのジャ
イロコンパス等の姿勢角検出器12が設けられている。 そして、これらの測定装置から出力される測定データ
は、第２図に示すように、マイクロコンピュータシステ
ム等で構成される制御部14に供給され、シールドマシン
４の掘進位置、姿勢角等を演算し、シールドマシン４の
掘進のための駆動機構16へ制御信号を出力する。 次に、掘進制御のための動作を第３図のフローチャー
トと共に説明する。 まず、掘進作業を開始する前に、シールドマシン４の
位置及び姿勢角に関する既知の初期データと次回に施設
するセグメントリングの幾何学データ及び各信号データ
を制御部14に入力することにより、初期データをプリセ
ットする（ステップ100）。 次に、それらの初期データを基準として、計画線に沿
って所定の距離だけ掘進を行った場合のシールドマシン
４の位置及び姿勢角と、その次に施設されるセグメント
リングの位置をシミュレートすることにより予測する
（ステップ110）。 この場合において、シールドマシンの姿勢角と推進方
向との関係は、実際の掘進により得られた統計的に既知
のものを使用する。 更に、この予測演算によって算出した位置及び姿勢角
のデータにシールドマシン４の形状に関するデータを組
み合わせることによって、シールドマシン４でできる坑
道の空間形状を予測し、次に敷設しようとする予め既知
の形状の次回組立リングが最終組完リングに連設され且
つこの坑道の空間内に収容され得るか否かの判断処理を
行う（ステップ120）。 次回組立リングが最終組完リングに連設可能、即ち、
所定のテールクリアランスの範囲内において最終組完リ
ングと次回組立リングを連設することができると判断し
た場合には、目的の方位に掘進を行い（ステップ13
0）、次回組立リングを敷設する（ステップ140）。 一方、所定のテールクリアランスの範囲内において最
終組完リングと次回組立リングを連設することができな
いと判断した場合には、ステップ150へ処理が移行し
て、シールドマシン４の姿勢角を補正し、ステップ110
からの処理を再び行うことにより、次回組立リングを敷
設するための最適な条件が得られるまで繰り返す。 このように、次のセグメントリングの敷設が可能とな
るまで判断処理を繰り返して、最適な掘進条件を設定
し、掘進及び１つの次回組立リングの敷設を完了する。 次に、ステップ160〜180において、ジャッキストロー
ク計8a,8b,8cで新たな最終組完リングとシールドマシン
４の３点間の距離を測定し、これらの３個の測定結果か
ら最終組完リングのシールドマシン４に対するの姿勢角
を算出する。又、テールクリアランス計10a,10b,10cに
よって、新たな最終組完リングとシールドマシン４のテ
ールとの隙間間隔を実測する。これにより、シールドマ
シン４に対する最終組完リングの位置と姿勢が計測され
る。 そして、ステップ190において、掘進開始前に予めプ
リセットしたデータにこれらの実測データを加算演算す
ることによって、掘進後のシールドマシン４の掘進位
置、方位及び姿勢角のベクトルデータを発生し、初期化
時のプリセットデータと置き換える。 次に、これらの新たなベクトルデータに基づいて次の
掘進計画を予測し、最適の掘進条件を設定してから実際
の掘進を行って、更に次回組立リングの敷設を行う。 このように、掘進開始前の時点で予め最適な掘進条件
を予測してから掘進及びセグメントリングの敷設を繰り
返し行うことにより、セグメントリングを所定のテール
クリアランスの範囲内に収まるようにしながら掘進を行
うことができる。 尚、シールドマシン４の掘進位置が計画線から外れて
いる場合には、計画線に徐々に近づけるように掘進計画
を設定する。即ち、ステップ110では、まず最初に計画
線に近づくための掘進計画を予測し、その予測した掘進
計画に対して更にステップ120において、次回組立リン
グの敷設が可能な否かの判断処理を行う。したがって、
徐々に計画線に戻るように掘進が行われると共に、セグ
メントリングが所定のクリアランス範囲内で敷設される
こととなり、従来のようなセグメントリングの敷設が不
可能となる事態が解消された。

【発明の効果】

以上説明したように、本発明によれば、最終組完リン
グに連設させるための次回組立リングとシールドマシン
とをテールクリアランス範囲内に納めるように、実測値
に基づいて制御するので、最終組完リングに次回組立リ
ングを確実に連設することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の方法を適用した実施例の測
定システムの構成を示す実施例構成説明図； 第３図は実施例の動作を説明するためのフローチャー
ト； 第4,5図は従来技術の問題展を説明するための説明図で
ある。

【符号の説明】

2:最終組完リング 4:シールドマシン 6:カッタ 8a,8b,8c:ジャッキストローク計 10a,10b:テールクリアランス計 12:姿勢角検出器 15:制御部 16:駆動機構

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】計画線に沿うように掘進とセグメントリン
   グの敷設を逐次行いながら作業するシールドマシンの最
   適姿勢角管理方法において、 最終組完リングと前記シールドマシンのテールとのクリ
   アランス及び最終組完リングとシールドマシンとの距離
   を実測すると共に、シールドマシンの姿勢角を測定し、
   これらの測定値から最終組完リングの敷設完了時での該
   シールドマシンの姿勢角及び位置と最終組完リングの姿
   勢角及び位置を算出し、更に、次の掘進による該シール
   ドマシンの位置及び姿勢角を予測して、予め備えている
   次のセグメントリングの形状データと次の掘進時のシー
   ルドマシンの位置及び姿勢角とを比較することにより、
   次のセグメントリングの敷設が可能か否かの判断処理を
   予め行い、不可能な場合は、次のセグメントリングが組
   めるように次の掘進時のシールドマシンの姿勢角を修正
   して次の掘進を行うことを特徴とするシールドマシンの
   最適姿勢角管理方法。