JP2796503B2 - シールド掘進機の制御方法および制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、掘進動作とセグメント
組付け動作とを同時に行うことのできるシールド掘進機
の制御方法および制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、シールド掘進機は、シールド本
体の前端部に設けられるカッタヘッドと、前記シールド
本体の内周部に設けられ既設セグメントの端面に押し当
ててその端面から推進反力を得るシールドジャッキとを
有する構造とされている。このようなシールド掘進機に
おいては、シールドジャッキを伸長させながらカッタヘ
ッドにより切羽面を掘削するとともに、カッタヘッドが
セグメントの所定分進んだところで掘削を停止し、この
後、シールドジャッキを収縮させてその収縮により形成
される隙間に新設セグメントを搬入してそれらセグメン
トの組付けを行い、この組付けの完了後に再度掘進を行
うようにされている。

【０００３】ところが、このように間欠的に掘進動作を
行うものでは作業効率が良くないことから、掘進動作と
セグメント組付け動作とを並行して行うようにしたシー
ルド掘進機がいろいろと提案されている。

【０００４】このように掘進動作とセグメント組付け動
作とを並行して行うシールド掘進機の例として、次のよ
うなものが知られている。 シールドジャッキのストロークをセグメント２リング
分押せるストロークとし、シールドジャッキストローク
が１リング以上となった時点よりセグメントを組付ける
箇所のシールドジャッキのストロークを戻し、この箇所
にセグメントを逐次組付けるとともに、このセグメント
の組付け中にシールドジャッキを伸長させて掘進を行う
ようにしたもの（例えば特開平２−２５２８９５号公報
参照）。 シールド本体を前胴部と後胴部とに２分割し、前胴部
と後胴部とを推進ジャッキで連結するとともに後胴部に
シールドジャッキを設け、セグメント組付け中推進ジャ
ッキを伸長させて掘進を行い、セグメント組付け完了後
推進ジャッキを縮めながらシールドジャッキを伸長させ
て後胴部を前進させるようにしたもの（例えば特公平３
−２３７２０号公報参照）。

【０００５】また、本発明に関連する技術として、米国
特許第４，５４８，４４３号明細書には、前胴部と後胴
部とを例えば８本のシリンダよりなるパラレルリンク機
構により連結するようにしたものが開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記
のシールド掘進機では、シールドジャッキ長さが通常の
シールド掘進機の約２倍必要なため機長が長くなってし
まって、発進立坑の径を大きくする必要があったり、曲
線施工が困難になるなどの問題点があった。

【０００７】また、前記のシールド掘進機では、機長
を短くすることはできるが、前胴部と後胴部とがシール
ドジャッキと平行配置の推進ジャッキで連結されている
ため、この推進ジャッキによって前胴部の回転トルクを
支持することができず、トルク伝達機構を別途設ける必
要があること、セグメント組付けに伴うシールドジャッ
キ推力の不均衡のためにカッタヘッドの方向制御が悪影
響を受けることがあることなどの問題点があった。ま
た、掘進とセグメント組付けとを同時に行った後に後胴
部を前方に引き寄せる動作が必要なために、この動作の
分だけ施工時間が余分にかかり、施工速度が低下すると
いう問題点があった。

【０００８】なお、関連する技術として示した前記米国
特許第４，５４８，４４３号明細書には、前述のような
回転トルクを支持するパラレルリンク機構について開示
されているものの、前記パラレルリンク機構を前胴部，
後胴部の動作およびセグメントの組付け動作と関連させ
て制御する点については何ら開示されていない。

【０００９】本発明は、前述のような問題点に鑑みてな
されたもので、簡単な構造により、カッタヘッドの方向
制御を容易かつ正確に行うとともに、掘進，セグメント
組付けさらには後胴部の引き寄せを同時に行って施工速
度の高速化を図ることのできるシールド掘進機の制御方
法および制御装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前記目
的を達成するために、本発明によるシールド掘進機の制
御方法は、第１に、カッタヘッドを有する前胴部と、セ
グメントの端面に押し当ててその端面から推進反力を得
る複数個のシールドジャッキを有する後胴部と、これら
前胴部と後胴部とを連結する複数個の推進ジャッキとを
備えるシールド掘進機の制御方法であって、前記シール
ドジャッキを伸ばしながら前記推進ジャッキを縮めるこ
とによる前記後胴部の引き寄せ動作を、前記カッタヘッ
ドの掘進動作もしくは前記セグメントの組付け動作のい
ずれかの動作と並行して、またはそれらカッタヘッドの
掘進動作およびセグメントの組付け動作の両方の動作と
並行して行うことを特徴とするものである。

【００１１】この第１の特徴を有するシールド掘進機の
制御方法においては、シールドジャッキが伸びて推進ジ
ャッキが縮んでいる状態から、カッタヘッドを回転させ
ながら推進ジャッキを伸ばしていき、これによってカッ
タヘッドにより地山が掘削される。このカッタヘッドの
掘進と同時に、シールドジャッキの一部が順次縮められ
その縮められたシールドジャッキに対応するセグメント
の組付けが順次行われる。このとき、後胴部の引き寄せ
動作は、セグメントの組付け動作がまだ完了していない
場合にはその組付け動作と並行して行われ、推進ジャッ
キが伸びきっていない場合、言い換えれば掘進動作がま
だ完了していない場合にはその掘進動作と並行して行わ
れる。また、掘進動作が既に完了している場合でも引き
寄せ動作が開始されればシールドジャッキの伸び速度と
推進ジャッキの縮み速度との差の速度で前胴部すなわち
カッタヘッドを前進させることができるので、掘進動作
が再開されその掘進動作と並行して行われる。さらに、
この引き寄せ動作は掘進動作およびセグメントの組付け
動作の両方の動作と並行して行われ得る。こうして、機
長を長くすることなく、施工速度を向上させることが可
能となる。したがって、発進立坑径を大きくしたり曲線
施工性を悪化させることなくシールドトンネルの高速施
工を実現することができる。

【００１２】前記後胴部の引き寄せ動作は、組付け済の
セグメントに押し当てるシールドジャッキのみで十分な
推進反力が確保できるときに行われるのが好ましい。

【００１３】また、本発明によるシールド掘進機の制御
方法は、第２に、カッタヘッドを有する前胴部と、セグ
メントの端面に押し当ててその端面から推進反力を得る
複数個のシールドジャッキを有する後胴部と、これら前
胴部と後胴部とを連結しそれら前胴部および後胴部の相
対位置と姿勢とを制御可能な推進・方向制御機構とを備
えるシールド掘進機の制御方法であって、全てのシール
ドジャッキが伸びて前記推進・方向制御機構が縮んでい
る状態から、この推進・方向制御機構を伸ばすことによ
って前記カッタヘッドを掘進させると同時に、前記シー
ルドジャッキの一部を順次縮めてその縮めたシールドジ
ャッキに対応するセグメントの組付けを順次行い、前記
セグメントの所定分に相当する前記カッタヘッドの掘進
および所定分の全セグメントの組付け完了後に、前記カ
ッタヘッドの位置および姿勢を保持したまま前記シール
ドジャッキを伸ばす動作と前記推進・方向制御機構を縮
める動作とを同時に行って前記後胴部を前記前胴部側へ
引き寄せることを特徴とするものである。

【００１４】この第２の特徴を有するシールド掘進機の
制御方法においては、全てのシールドジャッキが伸びて
推進・方向制御機構が縮んでいる状態を初期状態とし、
この状態から、カッタヘッドを回転させながら推進・方
向制御機構を伸ばしていき、これによってカッタヘッド
により地山が掘削される。このカッタヘッドの掘進と同
時に、シールドジャッキの一部が順次縮められその縮め
たシールドジャッキに対応するセグメントの組付けが順
次行われる。そして、セグメントの所定分に相当するカ
ッタヘッドの掘進と所定分の全セグメントの組付けが完
了すると、カッタヘッドの位置および姿勢を保持したま
まシールドジャッキを伸ばす動作と推進・方向制御機構
を縮める動作とが同時に行われることにより、後胴部が
前胴部側へ引き寄せられる。こうして、カッタヘッドの
方向制御が容易かつ正確に行われるとともに、カッタヘ
ッドの掘進とセグメントの組付けとが並行して行われて
施工速度の高速化が図られる。

【００１５】さらに、本発明によるシールド掘進機の制
御方法は、第３に、カッタヘッドを有する前胴部と、セ
グメントの端面に押し当ててその端面から推進反力を得
る複数個のシールドジャッキを有する後胴部と、これら
前胴部と後胴部とを連結しそれら前胴部および後胴部の
相対位置と姿勢とを制御可能な推進・方向制御機構とを
備えるシールド掘進機の制御方法であって、全てのシー
ルドジャッキが伸びて前記推進・方向制御機構が縮んで
いる状態から、この推進・方向制御機構を伸ばすことに
よって前記カッタヘッドを掘進させると同時に、前記シ
ールドジャッキの一部を順次縮めてその縮めたシールド
ジャッキに対応するセグメントの組付けを順次行い、前
記推進・方向制御機構を縮めることによる前記後胴部の
引き寄せ動作を、所定分の全セグメントの組付けの完了
前であっても組付け済のセグメントに押し当てるシール
ドジャッキのみで十分な推進反力が確保できる場合には
前記カッタヘッドの掘進動作および前記セグメントの組
付け動作と並行して行うとともに、所定分の全セグメン
トの組付けが完了しているときには前記カッタヘッドの
掘進動作と並行して行うことを特徴とするものである。

【００１６】この第３の特徴を有するシールド掘進機の
制御方法においては、全てのシールドジャッキが伸びて
推進・方向制御機構が縮んでいる状態を初期状態とし、
この状態から、カッタヘッドを回転させながら推進・方
向制御機構を伸ばしていき、これによってカッタヘッド
により地山が掘削される。このカッタヘッドの掘進と同
時に、シールドジャッキの一部が順次縮められその縮め
たシールドジャッキに対応するセグメントの組付けが順
次行われる。そして、推進・方向制御機構を縮めること
による後胴部の引き寄せ動作は、所定分の全セグメント
の組付けの完了前であっても組付け済のセグメントに押
し当てるシールドジャッキのみで十分な推進反力が確保
できる場合には、カッタヘッドの掘進動作および前記セ
グメントの組付け動作と並行して行われ、所定分の全セ
グメントの組付けが完了しているときにはカッタヘッド
の掘進動作と並行して行われる。こうして、後胴部の引
き寄せがカッタヘッドの掘進とセグメントの組付けと同
時に行われ、施工速度の更なる高速化を図ることが可能
となる。

【００１７】前記推進・方向制御機構は、６本以上のパ
ラレルリンクシリンダを備えるパラレルリンク機構とす
るのが好ましく、こうすることでこの推進・方向制御機
構により６自由度の力とモーメントとを全て支持するこ
とができる。

【００１８】一方、本発明によるシールド掘進機の制御
装置は、第１に、カッタヘッドを有する前胴部と、セグ
メントの端面に押し当ててその端面から推進反力を得る
複数個のシールドジャッキを有する後胴部と、これら前
胴部と後胴部とを連結する複数個の推進ジャッキとを備
えるシールド掘進機の制御装置であって、（ａ）前記シ
ールドジャッキのストロークを計測するストローク計測
手段、（ｂ）このストローク計測手段の出力と前記カッ
タヘッドの設定ストロークとに基づいて前記推進ジャッ
キの目標ストロークを演算する目標ストローク演算手段
および（ｃ）この目標ストローク演算手段により演算さ
れる目標ストロークに前記推進ジャッキのストロークを
一致させるようにその推進ジャッキを制御する推進ジャ
ッキ制御手段を備えることを特徴とするものである。

【００１９】この第１の特徴を有するシールド掘進機の
制御装置においては、ストローク計測手段によりシール
ドジャッキのストロークが計測されるとともに、このス
トローク計測手段の出力とカッタヘッドの設定ストロー
クとに基づいて推進ジャッキの目標ストロークが演算さ
れ、この目標ストロークに推進ジャッキのストロークを
一致させるようにその推進ジャッキが制御される。

【００２０】この場合、前記後胴部引き寄せ動作中の前
記カッタヘッドの設定ストロークは、前記後胴部の引き
寄せ動作と掘進動作とを同時に行う場合には掘進速度か
ら決まる時間とともに増加する所定の値に設定され、前
記後胴部の引き寄せ動作と掘進動作とを同時に行わない
場合には常に同じ値に設定されるのが好ましい。

【００２１】また、本発明によるシールド掘進機の制御
装置は、第２に、カッタヘッドを有する前胴部と、セグ
メントの端面に押し当ててその端面から推進反力を得る
複数個のシールドジャッキを有する後胴部と、これら前
胴部と後胴部とを連結する複数個の推進ジャッキとを備
えるシールド掘進機の制御装置であって、（ａ）前記シ
ールドジャッキの速度を計測する速度計測手段、（ｂ）
この速度計測手段の出力と前記カッタヘッドの設定速度
とに基づいて前記推進ジャッキの目標速度を演算する目
標速度演算手段および（ｃ）この目標速度演算手段によ
り演算される目標速度に前記推進ジャッキの速度を一致
させるようにその推進ジャッキを制御する推進ジャッキ
制御手段を備えることを特徴とするものである。

【００２２】この第２の特徴を有するシールド掘進機の
制御装置においては、速度計測手段によりシールドジャ
ッキの速度が計測されるとともに、この速度計測手段の
出力とカッタヘッドの設定速度とに基づいて推進ジャッ
キの目標速度が演算され、この目標速度に推進ジャッキ
の速度を一致させるようにその推進ジャッキが制御され
る。

【００２３】この場合、前記後胴部の引き寄せ動作中の
前記カッタヘッドの設定速度は、前記後胴部の引き寄せ
動作と掘進動作とを同時に行う場合には所定の掘進速度
の値に設定され、前記後胴部の引き寄せ動作と掘進動作
とを同時に行わない場合には零に設定されるのが好まし
い。

【００２４】さらに、本発明によるシールド掘進機の制
御装置は、第３に、カッタヘッドを有する前胴部と、セ
グメントの端面に押し当ててその端面から推進反力を得
る複数個のシールドジャッキを有する後胴部と、これら
前胴部と後胴部とを連結しそれら前胴部および後胴部の
相対位置と姿勢とを制御可能な推進・方向制御機構とを
備えるシールド掘進機の制御装置であって、（ａ）前記
後胴部の位置および姿勢を計測する計測手段、（ｂ）こ
の計測手段の出力に基づいて前記後胴部の位置および姿
勢を演算する後胴部位置・姿勢演算手段、（ｃ）予め設
定される前記カッタヘッドの掘進計画線および掘進速度
よりそのカッタヘッドの位置および姿勢の目標値を演算
するカッタヘッド位置・姿勢演算手段、（ｄ）このカッ
タヘッド位置・姿勢演算手段により演算されるカッタヘ
ッドの位置および姿勢の目標値と、前記後胴部位置・姿
勢演算手段により演算される前記後胴部の位置および姿
勢とから前記前胴部と前記後胴部の相対的な位置および
姿勢の目標値を演算する相対位置・姿勢演算手段および
（ｅ）この相対位置・姿勢演算手段により演算される前
記前胴部と前記後胴部の相対的な位置および姿勢の目標
値に一致させるように前記推進・方向制御機構を制御す
る推進・方向制御機構制御手段を備えることを特徴とす
るものである。

【００２５】この第３の特徴を有するシールド掘進機の
制御装置においては、計測手段および後胴部位置・姿勢
演算手段により後胴部の位置および姿勢が演算されると
ともに、予め設定されるカッタヘッドの掘進計画線およ
び掘進速度よりそのカッタヘッドの位置および姿勢の目
標値が演算される。そして、このようにして得られる後
胴部の位置および姿勢とカッタヘッドの位置および姿勢
の目標値とから相対位置・姿勢演算手段により前胴部と
後胴部の相対的な位置および姿勢の目標値が演算され、
この目標値に一致させるように推進・方向制御機構が制
御される。

【００２６】前記計測手段は、シールドジャッキのスト
ロークを計測することにより後胴部の位置および姿勢を
計測するものとするのが好ましい。また、光学的測量手
段により構築トンネル内に設けた基準点に対する後胴部
の位置・姿勢を計測しても良い。

【００２７】また、前記シールドジャッキにそのシール
ドジャッキの先端がセグメントの端面に接触するのを検
知する接触検知手段を設け、この接触検知手段の出力と
計測手段の出力とに基づいて、後胴部位置・姿勢演算手
段が後胴部の位置および姿勢を演算するものとするのが
好適である。

【００２８】また、前記推進・方向制御機構および前記
シールドジャッキの動作・状態に基づいてカッタヘッド
の掘進速度を設定する掘進速度設定手段を設け、この掘
進速度設定手段の出力に基づいてカッタヘッド位置・姿
勢演算手段がカッタヘッドの位置および姿勢の目標値を
演算するものとするのが好適である。

【００２９】さらに、前記推進・方向制御機構の状態と
組立の完了したセグメントの情報とから後胴部の引き寄
せの可否を判定する後胴部引き寄せ可否判定手段と、こ
の後胴部引き寄せ可否判定手段の出力と設定されたシー
ルドジャッキパターンとに基づいて前記シールドジャッ
キの動作を制御するシールドジャッキ制御手段とを設け
るのが良い。

【００３０】また、組付けを行うセグメントの種類・組
付け位置およびセグメントの組付けの実行・終了を管理
するセグメント組立工程管理手段を設け、このセグメン
ト組立工程管理手段の出力に基づいて後胴部引き寄せ可
否判定手段が後胴部の引き寄せの可否を判定するものと
するのが好適である。

【００３１】さらに、前記セグメント組立工程管理手段
の出力に応じてシールドジャッキパターンを設定するシ
ールドジャッキパターン設定手段を設け、このシールド
ジャッキパターン設定手段の出力に基づいてシールドジ
ャッキ制御手段が前記シールドジャッキの動作を制御す
るものとするのが好適である。

【００３２】この制御装置においても、前記推進・方向
制御機構は、６本以上のパラレルリンクシリンダを備え
るパラレルリンク機構とするのが好ましい。

【００３３】本発明の目的は、後述される詳細な説明か
ら明らかにされる。しかしながら、詳細な説明および具
体的実施例は最も好ましい実施態様について説明する
が、本発明の精神および範囲内の種々の変更および変形
はその詳細な説明から当業者にとって明らかであること
から、具体例として述べるものである。

【００３４】

【実施例】次に、本発明によるシールド掘進機の制御方
法および制御装置の具体的実施例について、図面を参照
しつつ説明する。

【００３５】（第１実施例）図１に、本発明の第１実施
例に係るシールド掘進機の概略構成図が示されている。
図示のように、本実施例のシールド掘進機においては、
シールドフレームが、円筒状の前部シールドフレーム
（以下、前胴部という）１と、この前胴部１の後部に配
される円筒状の後部シールドフレーム（以下、後胴部と
いう）２とに分割形成されている。この後胴部２の前部
は前胴部１に内接するようにその前胴部１に対して摺動
自在に嵌合され、後胴部２の後部（非嵌合部）は前胴部
１と同径になるように拡径されている。また、これら前
胴部１と後胴部２との摺動部にはシールが配されてその
摺動部からの水，土砂等の侵入が防がれている。

【００３６】前記前胴部１の前部にはカッタヘッド３が
回転自在に装着され、このカッタヘッド３の回転によっ
て地山の掘削が行われるようになっている。また、後胴
部２の後部内周側には、図示されないエレクタによって
セグメント４がリング状に組付けられるようになってい
る。

【００３７】前記後胴部２の内周面には、先端部がセグ
メント４の端面に押し当て可能な複数個のシールドジャ
ッキ５が円周上に設けられており、これらシールドジャ
ッキ５が既設のセグメント４の端面に押し当てられる
と、セグメント４から後胴部２に推進反力が与えられ
る。

【００３８】また、前胴部１と後胴部２とは、円周上に
設けられる複数個の推進ジャッキ６によって互いに連結
されている。なお、図１中符号７で示されているのは、
後胴部２とセグメント４との隙間からの水等の侵入を防
止するためのテールシールである。

【００３９】図２に示されているように、前記シールド
ジャッキ５にはそれらシールドジャッキ５のシリンダス
トロークを検知するシリンダストロークセンサ８が設け
られるとともに、油圧ユニット９から各シールドジャッ
キ５に供給される圧油を制御する制御弁１０が設けられ
る。同様に、前記推進ジャッキ６にはそれら推進ジャッ
キ６のシリンダストロークを検知するシリンダストロー
クセンサ１１が設けられるとともに、油圧ユニット９か
ら各推進ジャッキ６に供給される圧油を制御する制御弁
１２が設けられる。ここで、推進ジャッキ６のシリンダ
ストロークセンサ１１は全ての推進ジャッキ６に設ける
必要はなく、少なくとも１本の推進ジャッキ６に設けれ
ば良い。また、シールドジャッキ５のシリンダストロー
クセンサ８は、どのセグメントピースを組付けていると
きでも、少なくともセグメント４に押し当てられている
シールドジャッキ５のストロークが検出できるように設
けるだけで十分である。例えば互いに対角線の位置にあ
る２本のシールドジャッキ５のそれぞれにシリンダスト
ロークセンサ８を設けると、これら２本のシールドジャ
ッキ５のうちのいずれかのシールドジャッキ５は必ずセ
グメント４に押し当てられることとなる。勿論、これら
シリンダストロークセンサ８，１１の数は最小限の数に
限る必要はなく、多数個設けても良いのは言うまでもな
い。なお、このように多数個のシリンダストロークセン
サ８，１１を設ける場合には、検出値として各シリンダ
ストロークセンサの検出値の平均値が用いられる。

【００４０】前記制御弁１２は推進ジャッキ制御弁制御
器１３によって制御される。この制御を実行するため
に、シリンダストロークセンサ１１からの信号とオペレ
ータによる外部からの指令信号とにより推進ジャッキ６
のストロークとシールドジャッキ５のストロークとの和
の総ストロークを設定する総ストローク設定器１４と、
この総ストローク設定器１４からの出力信号とシリンダ
ストロークセンサ８からの信号とにより推進ジャッキ６
がとるべきストロークの目標値を演算する推進ジャッキ
ストローク演算器１５と、この推進ジャッキストローク
演算器１５からの出力信号とシリンダストロークセンサ
１１からの信号とにより推進ジャッキの制御弁指令を演
算する推進ジャッキ制御弁指令演算器１６とが設けられ
ている。

【００４１】また、前記制御弁１０の制御のために、シ
リンダストロークセンサ１１からの信号により後胴部２
の引き寄せ許可もしくは禁止信号を出力する引き寄せ可
否判定器１７と、この引き寄せ可否判定器１７からの出
力信号とオペレータによる外部からの指令信号とにより
制御弁１０の動作を制御するシールドジャッキ制御弁制
御器１８とが設けられている。

【００４２】次に、推進ジャッキ６の制御弁１２の制御
手順を図３に示されているフローチャートによって説明
する。

【００４３】Ａ１：シリンダストロークセンサ８，１１
の各検出値によってシールドジャッキ５および推進ジャ
ッキ６の伸縮位置を読み込む。 Ａ２〜Ａ５：カッタヘッド３のストローク、すなわち推
進ジャッキ６およびシールドジャッキ５の総ストローク
を設定する。ここで、この総ストロークの値は、推進ジ
ャッキ６のストロークとシールドジャッキ５のストロー
クとの和として与えられる。オペレータからの掘進指令
がなされ、かつ推進ジャッキ６が伸端にない場合には、
カッタヘッド３を所定の掘進速度で前進させるので、こ
の総ストロークの値は掘進速度に応じて時間とともに増
加していく値が与えられ、一方、掘進指令がない場合も
しくは推進ジャッキ６が伸端にある場合には、総ストロ
ークには常に同じ値が与えられる。

【００４４】Ａ６〜Ａ８：与えられる総ストロークから
現在のシールドジャッキストロークを差し引くことによ
り推進ジャッキのストローク目標値を演算し、この演算
されるストローク目標値と現在の推進ジャッキ６のスト
ロークとの大小によりその推進ジャッキ６の制御弁指令
を演算する。次いで、この演算値を制御弁１２の方向切
換えもしくは開度の指令としてその制御弁１２に出力す
る。

【００４５】一方、シールドジャッキ５の制御弁１０の
制御は、オペレータが各シールドジャッキ５毎の伸縮指
令もしくは後胴部引き寄せ開始指令をシールドジャッキ
制御弁制御器１８に発することにより行われる。ただ
し、引き寄せ可否判定器１７から後胴部２の引き寄せ禁
止信号が出力されている時には、オペレータから後胴部
引き寄せ開始指令が発せられても、後胴部の引き寄せは
行われない。この引き寄せ禁止信号は、推進ジャッキ６
のシリンダストロークセンサ１１から得られる推進ジャ
ッキストローク値によりその推進ジャッキ６が縮端にあ
ると判断された場合に出力される。なお、各シールドジ
ャッキ毎の伸縮指令は、この引き寄せ禁止信号が出力さ
れている場合でも禁止されない。

【００４６】本実施例では、シールドジャッキ５のスト
ロークを制御するものとしたが、このシールドジャッキ
５の速度を制御する変形例も可能である。図４には、こ
の変形例のシステム構成図が示されている。この例で
は、シリンダストロークセンサ８，１１に代えてシリン
ダ速度センサ１９，２０がそれぞれ設けられ、また推進
ジャッキ６の伸端および縮端をそれぞれ検知するストロ
ークエンド検知器２１，２２が設けられている。さら
に、総ストローク設定器１４に代えて掘進速度設定器２
３が設けられるとともに、推進ジャッキストローク演算
器１５に代えて推進ジャッキ速度演算器２４が設けられ
ている。そして、ストロークエンド検知器（伸端検知
器）２１の出力信号が掘進速度設定器２３に入力され、
ストロークエンド検知器（縮端検知器）２２の出力信号
が引き寄せ可否判定器１７に入力されるようになってい
る。これら以外の構成については図２に示される制御装
置と基本的に異なるところがない。したがって、図２と
共通する構成については図に同一符号を付すに留めてそ
の詳細な説明を省略することとする。

【００４７】次に、この変形例における制御弁１２の制
御手順を図５に示されているフローチャートによって説
明する。

【００４８】Ｂ１：シリンダ速度センサ１９，２０の各
検出値によってシールドジャッキ５および推進ジャッキ
６の速度を読み込むとともに、ストロークエンド検知器
（伸端検知器）２１の検出値によって推進ジャッキ６が
伸端にあるか否かを読み込む。 Ｂ２〜Ｂ５：カッタヘッド３による掘進速度の指令値を
設定する。ここで、この掘進速度の指令値は、オペレー
タからの掘進指令がなされ、かつ推進ジャッキが伸端に
ない場合には、カッタヘッド３の前進速度として所定の
掘進速度が与えられ、一方、掘進指令がない場合もしく
は推進ジャッキ６が伸端にある場合には、カッタヘッド
３の前進速度として０が与えられる。

【００４９】Ｂ６〜Ｂ８：与えられる掘進速度から現在
のシールドジャッキ速度を差し引くことにより推進ジャ
ッキの速度目標値を演算し、この演算される速度目標値
と現在の推進ジャッキ６の速度との大小によりその推進
ジャッキ６の制御弁指令を演算する。次いで、この演算
値を制御弁１２の方向切換えもしくは開度の指令として
その制御弁１２に出力する。

【００５０】一方、シールドジャッキ５の制御弁１０の
制御は、オペレータが各シールドジャッキ５毎の伸縮指
令もしくは後胴部引き寄せ開始指令をシールドジャッキ
制御弁制御器１８に発することにより行われる。ただ
し、引き寄せ可否判定器１７から後胴部２の引き寄せ禁
止信号が出力されている時には、オペレータから後胴部
引き寄せ開始指令が発せられても、後胴部の引き寄せは
行われない。この引き寄せ禁止信号は、推進ジャッキ６
のストロークエンド検知器（縮端検知器）２２から得ら
れる信号によりその推進ジャッキ６が縮端にあると判断
された場合に出力される。なお、各シールドジャッキ５
毎の伸縮指令は、この引き寄せ禁止信号が出力されてい
る場合でも禁止されない。

【００５１】本実施例においては、シールドジャッキ５
のストロークもしくは速度を計測して推進ジャッキ６の
制御を行うようにしたものについて説明したが、より簡
易な制御を行うには、シールドジャッキ５および推進ジ
ャッキ６のそれぞれに例えば流量制御弁のような速度調
節器を設け、これら各速度調節器に適切な速度を設定す
る実施例も可能である。このような実施例において、引
き寄せと掘進とを同時に行う場合には、シールドジャッ
キ５の伸び速度と推進ジャッキ６の縮み速度との差が希
望する掘進速度になるようにそれらシールドジャッキ５
および推進ジャッキ６の速度を設定し、引き寄せと掘進
とを同時に行わない場合には、シールドジャッキ５の伸
び速度と推進ジャッキ６の縮み速度とが等しくなるよう
にそれら両者の速度を設定する。この場合、速度設定は
処理装置を設けて自動制御により行っても良いし、オペ
レータが直接操作するようにしても良い。

【００５２】（第２実施例）図６乃至図１０には、本発
明の第２実施例に係るシールド掘進機の動作説明図が示
されている。本実施例のシールド掘進機において、前胴
部１と後胴部２とは、６本のパラレルリンクシリンダ６
ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆを備える推進・方向
制御機構としてのパラレルリンク機構６によって互いに
連結されている。このパラレルリンク機構６は、互いに
隣接するパラレルリンクシリンダ６ａ，６ｂ；６ｃ，６
ｄ；６ｅ，６ｆ同士がハの字形に配置されてなるもので
あって、このパラレルリンク機構６によって前胴部１と
後胴部２との相対位置と姿勢とが６自由度（ｘ，ｙ，ｚ
軸方向の位置とローリング，ピッチング，ヨーイングの
３方向の回転）で制御できるようにされている。言い換
えれば、前胴部１と後胴部２とは、相対的に掘進方向に
摺動自在とされるとともに掘進軸周りに回転（ローリン
グ）自在とされ、前胴部１は後胴部２に対して上下方向
（ピッチング），左右方向（ヨーイング）およびそれら
を組み合わせた任意の方向に首振り自在とされている。
また、後胴部２に対して前胴部１を上下左右に平行移動
できるような自由度を持たせることもできる。なお、前
記パラレルリンクシリンダは８本以上設けてもよいのは
言うまでもない。これ以外の構成および作用については
先の実施例と基本的に異なるところがないので、図に同
一符号を付すに留めてその詳細な説明を省略することと
する。

【００５３】次に、この第２実施例のシールド掘進機の
制御方法を図６乃至図１０に基づいて説明する。

【００５４】まず、図６に示されているように、全ての
シールドジャッキ５が伸び、パラレルリンク機構６のパ
ラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆが縮んでいる状態を１
サイクル（１リング分のセグメント）のスタート状態と
する。この状態から、カッタヘッド３を回転させながら
パラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆを伸ばしていき、地
山を掘削する。ここで、各パラレルリンクシリンダ６ａ
〜６ｆには、後述のパラレルシリンダコントロール部２
５から微小時間間隔毎にストローク目標値が指令され
る。

【００５５】このカッタヘッド３の掘進作業と同時に、
図７に示されているように、シールドジャッキ５の一部
（１ピースのセグメント４を組付けるのに必要な分）を
縮め、この縮めたシールドジャッキ５に対応するセグメ
ント４（図７で鎖線で示す）の組付けを行う。一方、他
のシールドジャッキ５は一定の長さを保ったままセグメ
ント４端面からの反力を支持している。このとき、縮め
たシールドジャッキ５では推力を得ることができず、い
わゆる片押しの状態となっているため、カッタヘッド３
が掘進計画線から逸れて曲がっていこうとする傾向にあ
る。この場合には、パラレルシリンダコントロール部２
５でカッタヘッド３が曲がろうとするのを打ち消すよう
にそのカッタヘッド３の位置・姿勢の目標値を補正する
ようにする。これにより、片押し状態においてもカッタ
ヘッド３を掘進計画線通りに掘進させることができる。

【００５６】前記パラレルリンク機構６はカッタヘッド
３にかかる６自由度の力とモーメントとを支持すること
ができるので、掘進推力，回転トルク，カッタヘッド３
にかかる偏荷重等のすべての力とモーメントとをパラレ
ルリンクシリンダ６ａ〜６ｆの容量内において後胴部２
側に伝達することができる。

【００５７】次に、１ピースの新設セグメント４の組付
けが完了すると、図８に示されているように、この完了
セグメント４に対応するシールドジャッキ５を伸ばして
組み込んだセグメント４の端面に押し当て、掘削反力を
得る。続いて、別のシールドジャッキ５を縮め、同様に
して次のピースのセグメント４の組付けを行う。この
際、シールドジャッキ選択パターンが変化するので、前
述のカッタヘッド３の位置・姿勢の補正量が修正され
る。なお、このようにシールドジャッキ５の盛り替えを
行っている間もカッタヘッド３の掘進は停止することな
く続けられる。

【００５８】所定の掘進量を掘進し、かつ１リング分の
セグメント４の組付けが終了した状態が図９に示されて
いる。この図９の状態では、パラレルリンク機構６の各
パラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆは伸び、全てのシー
ルドジャッキ５が縮んでいる。

【００５９】次に、シールドジャッキ５を伸ばすと同時
にパラレルリンク機構６を縮め、後胴部２を前進させ
る。このとき、カッタヘッド３の位置および姿勢に変化
があってはならないので、シールドジャッキ５の伸び量
から後胴部２の移動量が計算され、これによってカッタ
ヘッド３に生じることになる変位量を打ち消すように各
パラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆの目標位置・姿勢が
決定される。このようにパラレルリンク機構６を制御し
つつ後胴部２を前進させることで、切羽を安定に保った
まま後胴部２を引き寄せることができる。図１０には、
後胴部２の引き寄せ途中の状態が示されている。こうし
て引き寄せが完了すると、図６に示される状態に戻り、
１サイクルの作業が完了する。

【００６０】前述の制御方法は、カッタヘッド３の掘進
・セグメント４の組付け作業と後胴部２の引き寄せ作業
とを独立して行うものであるが、施工をさらに高速で行
うためには掘進・組付け作業と後胴部引き寄せ作業とを
同時に行う実施例も可能である。次に、本実施例につい
て説明する。

【００６１】本実施例の制御方法では、前述の制御方法
と同様にして掘進作業とセグメント組付け作業とは並行
して行われるが、１リング分のセグメント４の組付けが
完了する前に後胴部２の引き寄せ作業を開始してもよ
い。言い換えれば、何ピースかのセグメント４が組み込
まれ、これらセグメント４をシールドジャッキ５で押す
ことによって十分な推力を確保できるようになった時点
で、残りのセグメント４の組付け作業と並行して後胴部
２の引き寄せを開始することができる。この後胴部２の
引き寄せは遅くともキーセグメント組付け開始時点まで
には開始できる。

【００６２】この後胴部２の引き寄せ開始時点におい
て、１リング分の掘進作業がまだ終了していない場合に
は、後胴部２を引き寄せながらカッタヘッド３を前進さ
せるようにパラレルリンク機構６を制御する。このとき
の各パラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆの位置・姿勢の
目標値は、基本目標値を後胴部２の移動によってカッタ
ヘッド３に生ずる変位を相殺するように修正したもの
に、推力不均衡を補正する補正量を加えることにより演
算される。

【００６３】また、後胴部２の引き寄せ開始時点におい
て、１リング分の掘進作業が既に終了している場合に
は、後胴部２の引き寄せを始めることで次サイクルの掘
進作業に着手することが可能となる。この場合にも前記
と同様にして後胴部２を引き寄せながらカッタヘッド３
を前進させるようにパラレルリンク機構６を制御すると
よい。

【００６４】ここで、後胴部２の引き寄せ速度を掘進速
度よりも大きく設定しておくことが望ましい。こうする
ことで、掘進と引き寄せの並行作業の途中でパラレルリ
ンクシリンダ６ａ〜６ｆがストローク端まで伸びきって
掘進が止まるようなことがない。他方、パラレルリンク
シリンダ６ａ〜６ｆが短縮側のストローク端に達するこ
とは起こり得るが、この場合には後胴部２の引き寄せ作
業を一時停止し、パラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆが
ある程度伸びた時点で引き寄せを再開するようにすれば
支障はない。

【００６５】このようにして後胴部２の引き寄せ作業が
完了し、かつ１リング分のセグメント４の組付けが終了
すると、次リングのセグメント４の組付けに着手され
る。

【００６６】次に、前述のようなシールド掘進機の各制
御方法を実現するための制御装置の構成について説明す
る。

【００６７】図１１には、この第２実施例の制御装置の
一例が示されている。この例においては、各パラレルリ
ンクシリンダ６ａ〜６ｆにシリンダストロークを検知す
るシリンダストロークセンサ１１が設けられるととも
に、これら各パラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆに供給
される圧油を制御する例えばサーボ弁で構成される制御
弁１２が設けられる。同様に、少なくとも１本以上のシ
ールドジャッキ５にはジャッキストロークを検知するシ
リンダストロークセンサ８が設けられるとともに、各シ
ールドジャッキ５にはその伸縮を切り換える制御弁１０
が設けられる。そして、シリンダストロークセンサ１１
からの検知信号（シリンダストローク信号）およびシリ
ンダストロークセンサ８からの検知信号（ジャッキスト
ローク信号）はパラレルシリンダコントロール部２５に
入力され、このパラレルシリンダコントロール部２５に
よってシリンダストロークが目標値に一致するように制
御弁１２が開閉制御される。なお、シリンダストローク
センサ８を設けるシールドジャッキ５の本数は、既設ト
ンネルの中心軸と掘進機の後胴部２の中心軸とが傾いた
場合を考慮すると、３本以上とするのが望ましい。ま
た、本実施例では、シリンダストロークセンサ８によっ
て後胴部２の位置・姿勢を計測するようにしているが、
シリンダストロークセンサ８を用いる代わりに、光学的
測量手段により構築トンネル内に設けた基準点に対する
後胴部２の位置・姿勢を計測するようにしてもよい。

【００６８】前記パラレルシリンダコントロール部２５
は、設定される掘進速度および掘進計画線からカッタヘ
ッド３の位置・姿勢の目標値を演算するカッタヘッド位
置・姿勢演算器２６と、セグメント４の端面に当接して
いるシールドジャッキ５のストロークから後胴部２の位
置・姿勢を演算する後胴部位置・姿勢演算器２７と、こ
の後胴部位置・姿勢演算器２７により演算される後胴部
２の位置・姿勢と前記カッタヘッド位置・姿勢演算器２
６により演算されるカッタヘッド３の位置・姿勢の目標
値とからパラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆのストロー
クの目標値を演算するパラレルシリンダ長目標値演算器
２８と、このパラレルシリンダ長目標値演算器２８およ
び前記シリンダストロークセンサ１１からの各出力信号
を受けてパラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆのストロー
クが目標値に一致するように制御弁１２に弁開閉指令を
出力するパラレルシリンダ制御器２９とを備えている。
なお、本実施例では、オペレータ３０がシリンダストロ
ークセンサ１１の検出値を見て所定の掘進量の掘進が終
了したことを判断すると、カッタヘッド位置・姿勢演算
器２６に掘進速度を０とする指令すなわち停止指令を出
すようにされている。また、シールドジャッキ５に付設
の制御弁１０の弁開閉指令もオペレータ３０から発せら
れるようになっている。

【００６９】前記パラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆの
制御系は、シリンダストロークを検知するシリンダスト
ロークセンサ１１，各パラレルリンクシリンダ６ａ〜６
ｆに供給される圧油を制御するサーボ弁（制御弁１２）
およびこのサーボ弁を駆動するサーボアンプから構成さ
れるアナログサーボとされているが、コントローラでス
トロークの現在値を読み込んでサーボ弁への指令信号を
演算するようなソフトウェアサーボとすることも可能で
ある。

【００７０】次に、本第２実施例の制御装置におけるパ
ラレルリンク機構６の制御手順を図１２のフローチャー
トによって説明する。

【００７１】Ｃ１〜Ｃ３：掘進に先立ち掘進計画線（掘
進ルート）を設定するとともに、掘進速度の規定値Ｖ₀
を設定する。また、必要に応じてオペレータ３０が掘進
速度を変更する。 Ｃ４：与えられた掘進計画線，掘進速度および現在時刻
からカッタヘッド位置・姿勢演算器２６により所定の座
標系におけるカッタヘッド３の位置および姿勢（向き）
の目標値を演算する。

【００７２】Ｃ５：シールドジャッキ５に付設されたシ
リンダストロークセンサ８の値を読み込む。 Ｃ６：シールドジャッキ５のストロークから後胴部位置
・姿勢演算器２７により後胴部２の現在位置・姿勢を計
算する。この後胴部２の現在位置・姿勢は、少なくとも
３本の既設セグメント４に接しているシールドジャッキ
５のストロークがわかれば、既設セグメント４の切羽側
端面に対する後胴部２の位置・姿勢を計算することがで
きる。

【００７３】Ｃ７：後胴部２の現在位置・姿勢とカッタ
ヘッド３の目標位置・姿勢から、パラレルシリンダ長目
標値演算器２８によりパラレルリンク機構６を構成する
各パラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆの目標ストローク
を逆キネマティクス演算により算出する。 Ｃ８：得られた目標ストロークをパラレルシリンダ制御
器２９に出力し、ステップＣ３に戻る。

【００７４】前述のパラレルリンク機構６の制御は適当
な微小時間間隔（例えば０．１ｓｅｃもしくは１ｓｅ
ｃ）で行われ、これによってカッタヘッド３が掘進され
て地山が掘削される。そして、所定の掘進量の掘進が終
わると、オペレータ３０により掘進速度が０に設定さ
れ、これによりカッタヘッド３は一定の位置・姿勢に保
持される。また、このようにして行われる掘進と並行し
て所定分のセグメントの組付けが行われる。

【００７５】後胴部２の引き寄せはオペレータ３０の判
断により開始される。この後胴部２の引き寄せについて
は、前述されているように必ずしも所定分のセグメント
の組付けおよび掘進が完了していなくても開始すること
ができる。例えば必要十分な推力を確保できるだけのセ
グメント４が既に組付けられ、かつパラレルリンク機構
６を構成する各パラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆに縮
み代がある場合には、後胴部２の引き寄せを行うことが
可能である。勿論、セグメント４の組付けとカッタヘッ
ド３の掘進とが全て完了してから後胴部２の引き寄せを
開始してもよい。なお、後胴部２の引き寄せは、制御弁
１０への指令によって組付けの終わったセグメント４に
当接しているシールドジャッキ５を伸ばすことにより行
われる。また、シールドジャッキ５が伸びきるか、もし
くは各パラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆが縮みきった
場合には後胴部２の引き寄せが停止される。

【００７６】後胴部２の引き寄せ中に掘進を行わない場
合には、オペレータ３０により掘進速度が０に設定され
る。

【００７７】前記各パラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆ
はシールドジャッキ５の伸びによって変化した後胴部２
の現在位置・姿勢を求めた上で制御されているので、後
胴部２の動きにかかわらずカッタヘッド３は目標位置・
姿勢に制御される。

【００７８】図１３には、本第２実施例の制御装置の第
１変形例が示されている。この例においては、シールド
ジャッキ５に、このシールドジャッキ５がセグメント４
端面に接触したことを検知する接触検知センサ３１が設
けられ、この接触検知センサ３１によるセグメント端面
への接触検知信号が後胴部位置・姿勢演算器２７に入力
されるようになっている。

【００７９】この第１変形例の制御装置におけるパラレ
ルリンク機構６の制御手順が図１４に示されている。こ
のフローでは、ステップＣ５’において、シリンダスト
ロークセンサ８の値を読み込むとともに、前記接触検知
センサ３１の接触検知信号を読み込むようにし、こうし
て読み込まれた値から次のステップＣ６にてセグメント
端面に接触しているシールドジャッキ５のストロークの
みを用いて後胴部位置・姿勢演算器２７により後胴部２
の現在位置・姿勢を計算するようにされている。こうす
ることで、より確実な演算を行うことを可能としてい
る。なお、本変形例の他の構成および作用については図
１１，図１２に示されている実施例と同様であるので、
図１３，図１４に同一符号を付すに留めてその詳細な説
明を省略することとする。

【００８０】図１５には、本第２実施例の制御装置の第
２変形例が示されている。この実施例では、パラレルシ
リンダコントロール部２５が掘進速度設定器３２を備え
たものとされている。この掘進速度設定器３２は、シリ
ンダストロークセンサ１１からのパラレルリンクシリン
ダ６ａ〜６ｆのストロークと、オペレータ３０からの後
胴部２の引き寄せ中信号とからカッタヘッド３の掘進速
度を設定するものであり、この掘進速度設定器３２によ
り設定された掘進速度信号はカッタヘッド位置・姿勢演
算器２６に入力されるよう構成されている。

【００８１】次に、本第２変形例の制御装置におけるパ
ラレルリンク機構６の制御手順を図１６のフローチャー
トによって説明する。

【００８２】Ｄ１〜Ｄ４：掘進に先立ち掘進計画線を設
定するとともに、パラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆの
許容最大ストロークを設定する。次いで、後胴部２の引
き寄せと掘進とを並行して行うかどうかを設定し、更に
掘進速度の規定値Ｖ₀ を設定する。 Ｄ５：パラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆのストローク
をシリンダストロークセンサ１１から読み込む。

【００８３】Ｄ６〜Ｄ１１：シリンダストロークセンサ
１１により読み込まれたストロークの中に予め設定され
た許容最大ストロークを越えているものがないときに
は、次いで後胴部２の引き寄せ中に掘進を行うかどうか
を判定する。この判定において、引き寄せ中に掘進を行
う場合には掘進速度を規定値Ｖ₀ に設定し、これに対し
引き寄せと掘進とを並行して行わない場合には、次に現
在後胴部２を引き寄せ中であるかどうかを読み込んで、
現在後胴部２を引き寄せ中でない場合にはやはり掘進速
度を規定値Ｖ₀ に設定する。また、現在後胴部２を引き
寄せ中である場合には、掘進を停止させるために掘進速
度を０に設定する。一方、シリンダストロークセンサ１
１により読み込まれたストロークの中に予め設定された
許容最大ストロークを越えているものがあるときには、
前述と同様に掘進を停止させるために掘進速度を０に設
定する。なお、後胴引き寄せ中に、許容最大ストローク
を超えているシリンダがあるために掘進速度が０に設定
された場合でも、次にステップＤ６の処理を行う時まで
には、パラレルリンクシリンダがある量だけ縮んでいる
はずであり、従ってその時には掘進速度がＶ₀ に設定さ
れ掘進を並行して行うことができるようになる。

【００８４】Ｄ１２：与えられた掘進計画線，掘進速度
および現在時刻からカッタヘッド位置・姿勢演算器２６
により所定の座標系におけるカッタヘッド３の位置およ
び姿勢（向き）の目標値を演算する。 Ｄ１３：シリンダストロークセンサ８のストローク値を
読み込むとともに、接触検知センサ３１の接触検知信号
によりシールドジャッキ５のセグメント端面への接触状
況を読み込む。

【００８５】Ｄ１４：シールドジャッキ５のストローク
から後胴部位置・姿勢演算器２７により後胴部２の現在
位置・姿勢を計算する。 Ｄ１５：後胴部２の現在位置・姿勢とカッタヘッド３の
目標位置・姿勢から、パラレルシリンダ長目標値演算器
２８によりパラレルリンク機構６を構成する各パラレル
リンクシリンダ６ａ〜６ｆの目標ストロークを逆キネマ
ティクス演算により算出する。 Ｄ１６：得られた目標ストロークをパラレルシリンダ制
御器２９に出力し、ステップＤ５に戻る。

【００８６】図１７には、本第２実施例の制御装置の第
３変形例が示されている。この変形例の制御装置におい
ては、パラレルシリンダコントロール部２５とシールド
ジャッキコントロール部３３とが備えられている。な
お、パラレルシリンダコントロール部２５については前
記第２変形例と同様であるのでその詳細な説明は省略す
る。

【００８７】シールドジャッキコントロール部３３は、
後胴部２の引き寄せの可否を判断し、ジャッキパターン
に基づいてシールドジャッキ５の動作を制御するもので
あって、組付けられたセグメント４に関する情報とシリ
ンダストロークセンサ１１からのパラレルリンクシリン
ダ６ａ〜６ｆのストロークとから後胴部２の引き寄せ許
可もしくは禁止信号を出力する後胴部引き寄せ可否判定
器３４と、この後胴部引き寄せ可否判定器３４からの後
胴部２の引き寄せ許可もしくは禁止信号と別に指定され
るシールドジャッキパターンとに基づいてシールドジャ
ッキ５の動作を制御するシールドジャッキ制御器３５と
を備えている。前記後胴部引き寄せ可否判定器３４は、
セグメント自動組立装置（またはオペレータ）３６から
与えられる組立済みセグメント情報に基づいて、後胴部
引き寄せ開始条件が満足されているかどうかを判断す
る。また、シールドジャッキ制御器３５は、セグメント
自動組立装置（またはオペレータ）３６から指令される
シールドジャッキパターンにしたがってシールドジャッ
キ５を動かし、動作が完了したらセグメント自動組立装
置（またはオペレータ）３６にその旨通知する。後胴部
引き寄せ中には、後胴部引き寄せ可否判定器３４からパ
ラレルシリンダコントロール部２５にその旨通知され
る。

【００８８】次に、本第３変形例の制御装置におけるパ
ラレルシリンダ機構６およびシールドジャッキ５のそれ
ぞれの制御手順を図１８および図１９によって説明す
る。

【００８９】まず、パラレルシリンダ機構６の制御手順
に関して、このフローでは、ステップＤ８’において、
後胴部２が引き寄せ中であるかどうかの情報をシールド
ジャッキコントロール部３３からの信号によって読み込
むようにしている。これ以外の各ステップについては図
１６に示される第２変形例のフローと同様であるのでそ
の詳細な説明を省略することとする。

【００９０】図１９に示されるシールドジャッキ５の制
御手順に関しては次の通りである。

【００９１】Ｅ１〜Ｅ２：予め各パラレルリンクシリン
ダ６ａ〜６ｆの許容最小ストロークを設定し、後胴部２
の引き寄せを開始する条件を設定する。この引き寄せ開
始条件は、例えば組立済みセグメント４のピース数で与
えられる。 Ｅ３：セグメント自動組立装置（またはオペレータ）３
６にて設定されているシールドジャッキパターンを読み
込み、シールドジャッキ５の作動，不作動を決定する。 Ｅ４：パラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆのストローク
を読み込む。

【００９２】Ｅ５〜Ｅ８：読み込まれたパラレルリンク
シリンダ６ａ〜６ｆのストロークの中でステップＥ１で
設定された許容最小ストローク以下のものがない場合に
は、セグメント自動組立装置（またはオペレータ）３６
から与えられる組立済みセグメント４の情報を読み込
み、この読み込まれた組立済みセグメント情報を基に、
後胴部２の引き寄せ開始条件（実行条件）を満足してい
るか否かを判定し、引き寄せ実行条件を満足している場
合には、シールドジャッキ５を動かして後胴部２を引き
寄せる。具体的には、作動ジャッキ（セグメント端面を
押圧しているシールドジャッキ）を伸びきり位置まで伸
ばし、不作動ジャッキ（使用していないシールドジャッ
キ）を縮みきり位置まで縮める。

【００９３】Ｅ９：パラレルリンクシリンダ６ａ〜６ｆ
のストロークの中で許容最小ストローク以下のものがあ
る場合、もしくは後胴部２の引き寄せ実行条件を満足し
ていない場合に、後胴部２の引き寄せを実行しない（停
止する）。具体的には、作動ジャッキをセグメント端面
に当接する位置まで伸ばし、不作動ジャッキを縮みきり
位置まで縮める。そして、この後ステップＥ３へ戻る。 Ｅ１０：後胴部２の引き寄せの実行中であるので、後胴
部引き寄せ中信号をパラレルシリンダコントロール部２
５に出力してステップＥ３へ戻る。

【００９４】前記第３変形例においては、パラレルシリ
ンダコントロール部２５とシールドジャッキコントロー
ル部３３とをそれぞれ別個に設けるようにしたが、両者
を一つのコントロール部に統合することもできる。

【００９５】図２０には、本第２実施例の制御装置の第
４変形例が示されている。この変形例の制御装置におい
ては、パラレルシリンダコントロール部２５とシールド
ジャッキコントロール部３３とセグメント組立コントロ
ール部３７とが備えられている。なお、パラレルシリン
ダコントロール部２５およびシールドジャッキコントロ
ール部３３については前記第３変形例と同様であるので
その詳細な説明は省略する。

【００９６】セグメント組立コントロール部３７は、セ
グメント組立工程を管理し、ジャッキパターンを設定す
るものであって、組付けを行うセグメント４の種類や組
付け位置等を管理するセグメント組立工程管理器３８
と、組付けるセグメント４に応じてシールドジャッキパ
ターン（各シールドジャッキ５の作動・不作動の別）を
設定するシールドジャッキパターン設定器３９とを備え
ている。前記セグメント組立工程管理器３８は、シール
ドジャッキコントロール部３３からシールドジャッキ動
作完了通知を受けてセグメント自動組立装置（またはオ
ペレータ）３６に組立開始指令を出し、組立が終了した
らその組立終了通知を受けて組立済みセグメント情報を
シールドジャッキコントロール部３３に報告する。ま
た、シールドジャッキパターン設定器３９は、セグメン
ト組立工程管理器３８から与えられる組付けセグメント
の情報に基づいて、シールドジャッキパターンをシール
ドジャッキ制御器３５に出力する。

【００９７】次に、本第４変形例の制御装置におけるセ
グメント組立ての制御手順を図２１によって説明する。
なお、本変形例におけるパラレルシリンダコントロール
部２５およびシールドジャッキコントロール部３３の制
御フローは第３変形例の図１８および図１９に示される
制御フローとそれぞれ同様であるのでその詳細な説明を
省略することとする。

【００９８】図２１に示される制御フローに関しては次
の通りである。

【００９９】Ｆ１〜Ｆ３：セグメント組立工程管理器３
８により新たに組み込むセグメント４の種類および組付
け位置を設定する。次いで、シールドジャッキパターン
設定器３９によりシールドジャッキパターンを設定し、
この設定されたシールドジャッキパターンをシールドジ
ャッキコントロール部３３へ通知する。

【０１００】Ｆ４〜Ｆ５：シールドジャッキコントロー
ル部３３からシールドジャッキ５の動作完了通知信号が
入力されている場合には、シールドジャッキ５の動作完
了通知を受けてセグメント自動組立装置（またはオペレ
ータ）３６にセグメントピースの組み込み開始指令を出
す。一方、動作完了通知信号が入力されていない場合に
は入力されるまで待機する。

【０１０１】Ｆ６〜Ｆ７：１ピースの組み込みが完了し
ている場合には、セグメント自動組立装置（またはオペ
レータ）３６から組み込み終了通知を受けてシールドジ
ャッキコントロール部３３へ組み込み済みのセグメント
４を通知し、この後ステップＦ１へ戻る。一方、１ピー
スの組み込みが完了していない場合には完了するまで待
機する。

【０１０２】前述のように、本発明は、種々に変更可能
なことは明らかである。このような変更は本発明の精神
および範囲に反することなく、また当業者にとって明瞭
な全てのそのような変形、変更は、請求の範囲に含まれ
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の第１実施例に係るシールド掘
進機の概略構成図である。

【図２】図２は、第１実施例の制御装置を示すシステム
構成図である。

【図３】図３は、第１実施例における推進ジャッキの制
御手順を示すフローチャートである。

【図４】図４は、第１実施例の制御装置の変形例を示す
システム構成図である。

【図５】図５は、第１実施例の変形例における推進ジャ
ッキの制御手順を示すフローチャートである。

【図６】図６は、本発明の第２実施例に係るシールド掘
進機の動作説明図である。

【図７】図７は、本発明の第２実施例に係るシールド掘
進機の動作説明図である。

【図８】図８は、本発明の第２実施例に係るシールド掘
進機の動作説明図である。

【図９】図９は、本発明の第２実施例に係るシールド掘
進機の動作説明図である。

【図１０】図１０は、本発明の第２実施例に係るシール
ド掘進機の動作説明図である。

【図１１】図１１は、第２実施例の制御装置の一例を示
すシステム構成図である。

【図１２】図１２は、第２実施例におけるパラレルリン
ク機構の制御手順を示すフローチャートである。

【図１３】図１３は、第２実施例の第１変形例の制御装
置を示すシステム構成図である。

【図１４】図１４は、第２実施例の第１変形例における
パラレルリンク機構の制御手順を示すフローチャートで
ある。

【図１５】図１５は、第２実施例の第２変形例の制御装
置を示すシステム構成図である。

【図１６】図１６は、第２実施例の第２変形例における
パラレルリンク機構の制御手順を示すフローチャートで
ある。

【図１７】図１７は、第２実施例の第３変形例の制御装
置を示すシステム構成図である。

【図１８】図１８は、第２実施例の第３変形例における
パラレルリンク機構の制御手順を示すフローチャートで
ある。

【図１９】図１９は、第２実施例の第３変形例における
シールドジャッキの制御手順を示すフローチャートであ
る。

【図２０】図２０は、第２実施例の第４変形例の制御装
置を示すシステム構成図である。

【図２１】図２１は、第２実施例の第４変形例における
セグメント組立ての制御手順を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ 前胴部 ２ 後胴部 ３ カッタヘッド ４ セグメント ５ シールドジャッキ ６ 推進ジャッキ，パラレルリンク機構（推進・方向制
御機構） ６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ，６ｅ，６ｆ パラレルリンク
シリンダ ８，１１ シリンダストロークセンサ（ストローク計測
手段，計測手段） １０，１２ 制御弁 １３ 推進ジャッキ制御弁制御器 １４ 総ストローク設定器 １５ 推進ジャッキストローク演算器（目標ストローク
演算手段） １６ 推進ジャッキ制御弁指令演算器（推進ジャッキ制
御手段） １７ 引き寄せ可否判定器 １８ シールドジャッキ制御弁制御器（推進ジャッキ制
御手段） １９，２０ シリンダ速度センサ（速度計測手段） ２１，２２ ストロークエンド検知器 ２３ 掘進速度設定器 ２４ 推進ジャッキ速度演算器（目標速度演算手段） ２５ パラレルシリンダコントロール部 ２６ カッタヘッド位置・姿勢演算器（カッタヘッド位
置・姿勢演算手段） ２７ 後胴部位置・姿勢演算器（後胴部位置・姿勢演算
手段） ２８ パラレルシリンダ長目標値演算器（相対位置・姿
勢演算手段） ２９ パラレルシリンダ制御器（推進・方向制御機構制
御手段） ３１ 接触検知センサ（接触検知手段） ３２ 掘進速度設定器（掘進速度設定手段） ３３ シールドジャッキコントロール部 ３４ 後胴部引き寄せ可否判定器（後胴部引き寄せ可否
判定手段） ３５ シールドジャッキ制御器（シールドジャッキ制御
手段） ３７ セグメント組立コントロール部 ３８ セグント組立工程管理器（セグメント組立工程管
理手段） ３９ シールドジャッキパターン設定器（シールドジャ
ッキパターン設定手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/06 301 E21D 9/06 302

Claims (17)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 カッタヘッドを有する前胴部と、セグメ
   ントの端面に押し当ててその端面から推進反力を得る複
   数個のシールドジャッキを有する後胴部と、これら前胴
   部と後胴部とを連結する複数個の推進ジャッキとを備え
   るシールド掘進機の制御方法であって、 前記シールドジャッキを伸ばしながら前記推進ジャッキ
   を縮めることによる前記後胴部の引き寄せ動作を、前記
   カッタヘッドの掘進動作もしくは前記セグメントの組付
   け動作のいずれかの動作と並行して、またはそれらカッ
   タヘッドの掘進動作およびセグメントの組付け動作の両
   方の動作と並行して行うことを特徴とするシールド掘進
   機の制御方法。
2. 【請求項２】 前記後胴部の引き寄せ動作は、組付け済
   のセグメントに押し当てるシールドジャッキのみで十分
   な推進反力が確保できるときに行われる請求項１に記載
   のシールド掘進機の制御方法。
3. 【請求項３】 カッタヘッドを有する前胴部と、セグメ
   ントの端面に押し当ててその端面から推進反力を得る複
   数個のシールドジャッキを有する後胴部と、これら前胴
   部と後胴部とを連結しそれら前胴部および後胴部の相対
   位置と姿勢とを制御可能な推進・方向制御機構とを備え
   るシールド掘進機の制御方法であって、 全てのシールドジャッキが伸びて前記推進・方向制御機
   構が縮んでいる状態から、この推進・方向制御機構を伸
   ばすことによって前記カッタヘッドを掘進させると同時
   に、前記シールドジャッキの一部を順次縮めてその縮め
   たシールドジャッキに対応するセグメントの組付けを順
   次行い、前記セグメントの所定分に相当する前記カッタ
   ヘッドの掘進および所定分の全セグメントの組付け完了
   後に、前記カッタヘッドの位置および姿勢を保持したま
   ま前記シールドジャッキを伸ばす動作と前記推進・方向
   制御機構を縮める動作とを同時に行って前記後胴部を前
   記前胴部側へ引き寄せることを特徴とするシールド掘進
   機の制御方法。
4. 【請求項４】 カッタヘッドを有する前胴部と、セグメ
   ントの端面に押し当ててその端面から推進反力を得る複
   数個のシールドジャッキを有する後胴部と、これら前胴
   部と後胴部とを連結しそれら前胴部および後胴部の相対
   位置と姿勢とを制御可能な推進・方向制御機構とを備え
   るシールド掘進機の制御方法であって、 全てのシールドジャッキが伸びて前記推進・方向制御機
   構が縮んでいる状態から、この推進・方向制御機構を伸
   ばすことによって前記カッタヘッドを掘進させると同時
   に、前記シールドジャッキの一部を順次縮めてその縮め
   たシールドジャッキに対応するセグメントの組付けを順
   次行い、前記推進・方向制御機構を縮めることによる前
   記後胴部の引き寄せ動作を、所定分の全セグメントの組
   付けの完了前であっても組付け済のセグメントに押し当
   てるシールドジャッキのみで十分な推進反力が確保でき
   る場合には前記カッタヘッドの掘進動作および前記セグ
   メントの組付け動作と並行して行うとともに、所定分の
   全セグメントの組付けが完了していいるときには前記カ
   ッタヘッドの掘進動作と並行して行うことを特徴とする
   シールド掘進機の制御方法。
5. 【請求項５】 前記推進・方向制御機構は、６本以上の
   パラレルリンクシリンダを備えるパラレルリンク機構で
   ある請求項３または４に記載のシールド掘進機の制御方
   法。
6. 【請求項６】 カッタヘッドを有する前胴部と、セグメ
   ントの端面に押し当ててその端面から推進反力を得る複
   数個のシールドジャッキを有する後胴部と、これら前胴
   部と後胴部とを連結する複数個の推進ジャッキとを備え
   るシールド掘進機の制御装置であって、 （ａ）前記シールドジャッキのストロークを計測するス
   トローク計測手段、 （ｂ）このストローク計測手段の出力と前記カッタヘッ
   ドの設定ストロークとに基づいて前記推進ジャッキの目
   標ストロークを演算する目標ストローク演算手段および （ｃ）この目標ストローク演算手段により演算される目
   標ストロークに前記推進ジャッキのストロークを一致さ
   せるようにその推進ジャッキを制御する推進ジャッキ制
   御手段を備えることを特徴とするシールド掘進機の制御
   装置。
7. 【請求項７】 前記後胴部引き寄せ動作中の前記カッタ
   ヘッドの設定ストローク は、前記後胴部の引き寄せ
   動作と掘進動作とを同時に行う場合には掘進速度から決
   まる時間とともに増加する所定の値に設定され、前記後
   胴部の引き寄せ動作と掘進動作とを同時に行わない場合
   には常に同じ値に設定される請求項６に記載のシールド
   掘進機の制御装置。
8. 【請求項８】 カッタヘッドを有する前胴部と、セグメ
   ントの端面に押し当ててその端面から推進反力を得る複
   数個のシールドジャッキを有する後胴部と、これら前胴
   部と後胴部とを連結する複数個の推進ジャッキとを備え
   るシールド掘進機の制御装置であって、 （ａ）前記シールドジャッキの速度を計測する速度計測
   手段、 （ｂ）この速度計測手段の出力と前記カッタヘッドの設
   定速度とに基づいて前記推進ジャッキの目標速度を演算
   する目標速度演算手段および （ｃ）この目標速度演算手段により演算される目標速度
   に前記推進ジャッキの速度を一致させるようにその推進
   ジャッキを制御する推進ジャッキ制御手段を備えること
   を特徴とするシールド掘進機の制御装置。
9. 【請求項９】 前記後胴部の引き寄せ動作中の前記カッ
   タヘッドの設定速度は、前記後胴部の引き寄せ動作と掘
   進動作とを同時に行う場合には所定の掘進速度の値に設
   定され、前記後胴部の引き寄せ動作と掘進動作とを同時
   に行わない場合には零に設定される請求項８に記載のシ
   ールド掘進機の制御装置。
10. 【請求項１０】 カッタヘッドを有する前胴部と、セグ
    メントの端面に押し当ててその端面から推進反力を得る
    複数個のシールドジャッキを有する後胴部と、これら前
    胴部と後胴部とを連結しそれら前胴部および後胴部の相
    対位置と姿勢とを制御可能な推進・方向制御機構とを備
    えるシールド掘進機の制御装置であって、 （ａ）前記後胴部の位置および姿勢を計測する計測手
    段、 （ｂ）この計測手段の出力に基づいて前記後胴部の位置
    および姿勢を演算する後胴部位置・姿勢演算手段、 （ｃ）予め設定される前記カッタヘッドの掘進計画線お
    よび掘進速度よりそのカッタヘッドの位置および姿勢の
    目標値を演算するカッタヘッド位置・姿勢演算手段、 （ｄ）このカッタヘッド位置・姿勢演算手段により演算
    されるカッタヘッドの位置および姿勢の目標値と、前記
    後胴部位置・姿勢演算手段により演算される前記後胴部
    の位置および姿勢とから前記前胴部と前記後胴部の相対
    的な位置および姿勢の目標値を演算する相対位置・姿勢
    演算手段および （ｅ）この相対位置・姿勢演算手段により演算される前
    記前胴部と前記後胴部の相対的な位置および姿勢の目標
    値に一致させるように前記推進・方向制御機構を制御す
    る推進・方向制御機構制御手段を備えることを特徴とす
    るシールド掘進機の制御装置。
11. 【請求項１１】 前記計測手段は、前記シールドジャッ
    キのストロークを計測することにより前記後胴部の位置
    および姿勢を計測するものである請求項１０に記載のシ
    ールド掘進機の制御装置。
12. 【請求項１２】 前記シールドジャッキにはそのシール
    ドジャッキの先端が前記セグメントの端面に接触するの
    を検知する接触検知手段が設けられ、この接触検知手段
    の出力と前記計測手段の出力とに基づいて、前記後胴部
    位置・姿勢演算手段が前記後胴部の位置および姿勢を演
    算するものとされる請求項１０または１１に記載のシー
    ルド掘進機の制御装置。
13. 【請求項１３】 前記推進・方向制御機構および前記シ
    ールドジャッキの動作・状態に基づいて前記カッタヘッ
    ドの掘進速度を設定する掘進速度設定手段が設けられ、
    この掘進速度設定手段の出力に基づいて前記カッタヘッ
    ド位置・姿勢演算手段が前記カッタヘッドの位置および
    姿勢の目標値を演算するものとされる請求項１０乃至１
    ２のうちのいずれかに記載のシールド掘進機の制御装
    置。
14. 【請求項１４】 前記推進・方向制御機構の状態と組立
    の完了したセグメントの情報とから前記後胴部の引き寄
    せの可否を判定する後胴部引き寄せ可否判定手段と、こ
    の後胴部引き寄せ可否判定手段の出力と設定されたシー
    ルドジャッキパターンとに基づいて前記シールドジャッ
    キの動作を制御するシールドジャッキ制御手段とが設け
    られる請求項１０乃至１３のうちのいずれかに記載のシ
    ールド掘進機の制御装置。
15. 【請求項１５】 組付けを行うセグメントの種類・組付
    け位置およびセグメントの組付けの実行・終了を管理す
    るセグメント組立工程管理手段が設けられ、このセグメ
    ント組立工程管理手段の出力に基づいて前記後胴部引き
    寄せ可否判定手段が前記後胴部の引き寄せの可否を判定
    するものとされる請求項１４に記載のシールド掘進機の
    制御装置。
16. 【請求項１６】 前記セグメント組立工程管理手段の出
    力に応じてシールドジャッキパターンを設定するシール
    ドジャッキパターン設定手段が設けられ、このシールド
    ジャッキパターン設定手段の出力に基づいて前記シール
    ドジャッキ制御手段が前記シールドジャッキの動作を制
    御するものとされる請求項１５に記載のシールド掘進機
    の制御装置。
17. 【請求項１７】 前記推進・方向制御機構は、６本以上
    のパラレルリンクシリンダを備えるパラレルリンク機構
    である請求項１０乃至１６のうちのいずれかに記載のシ
    ールド掘進機の制御装置。