JP2808515B2 - シールド掘削機のシールドジャッキ制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシールド掘削機のシール
ドジャッキ制御方法に関し、なめらかで且つ精度よく方
向制御できるように工夫したものである。

【０００２】

【従来の技術】地下鉄道、上下水道、電力、通信、ガス
用共同溝、地下道などのトンネルは、シールド工法によ
り構築されることが多い。シールド工法を採用すれば、
周辺の地盤の崩壊を防ぎながら、シールドの内部で安全
に掘削、覆工作業を行いつつトンネルを構築することが
できる。

【０００３】このシールド工法の施工は、ほぼ次の手順
により行われる。 （１）まずシールド推進に先だって、シールドの組立な
らびに推進の基点となる場所を、ケーソン工法などの工
法で立坑に掘り下げて確保する。 （２）以降は、覆工の１リングに相当する長さだけ、シ
ールドの前面を掘削しつつ、 （３）シールドジャッキによりシールドを前進させ、 （４）尾部の覆工を行う、という操作を繰返して掘進す
る。

【０００４】ここでシールド掘削機の機械的機構及び動
作の概要を、図１を参照して説明する。図１に示すよう
に、掘削機本体１は円筒状を成しており、その前部に隔
壁となるバルクヘッド２が取り付けられ、バルクヘッド
２の前面には回転カッタ３が取り付けられている。バル
クヘッド２と回転カッタ３との間がチャンバ室４とな
り、チャンバ室４内には、加圧・注入された加泥材と削
土とが混練されて生成された混練土が取り込まれ、この
混練土はスクリューコンベア５によって排出される。こ
のとき土圧は、土圧計６により検出され、土圧に応じ
て、スクリューコンベア５の排出能力が調整される。

【０００５】掘削機本体１の尾部は、テールパッキン７
を介して、既設セグメント８に嵌合している。そして掘
削機本体１には周方向に沿い複数本の油圧式シールドジ
ャッキ９が配置されている。掘削機本体１を掘進させる
ときには、シールドジャッキ９に油圧を供給してシール
ドジャッキ９を伸ばしてセグメント８を押す。セグメン
ト８からの反力により掘削機本体１が前進し、前進時に
回転カッタ３による掘削をする。

【０００６】１リング分掘進したところで掘削を停止し
てシールドジャッキ９を縮め、縮めた時に形成された隙
間に、エレクタにより、新設セグメントを搬入してリン
グ状に組み立てる。なお、シールドジャッキ９のストロ
ークはストローク計により検出され、シールドジャッキ
９に供給される圧油の圧力は圧力計により検出される。
また、掘削機本体１の内部には、本体１の位置，姿勢，
方向を測定する検出器、位置などを判定するための装
置、シールドジャッキへの圧油供給の制御をするシール
ドシーケンサなどが組み込まれている。

【０００７】上述したシールド掘削機は、予め計画され
た計画線に沿って掘進するよう方向制御が行われる。す
なわち、シールド掘削機の位置をレーザ計測器やレベル
計などを用いて実測し、この実測データと計画線との偏
差をコンピュータで演算し、この偏差が小さくなるよう
に、方向制御を行う。方向制御は、掘進の際に、複数の
シールドジャッキ９のうち所定のものに圧油を供給しな
かったり、各シールドジャッキ９に供給する圧油の圧力
を調整することにより、掘削機本体１に作用する回転モ
ーメントを変化させることによって実現している。

【０００８】即ち、シールド掘削機が直進掘削するとき
には各シールドジャッキ９の推力を等しくしているが、
計画線に沿い旋回させるときには、シールドジャッキ９
による推力を片寄らせて旋回力を与えている。具体的に
説明すると、図１４に示すように１２本のシールドジャ
ッキ９ａ〜９ｌを備えている場合、例えばシールドジャ
ッキ９ｇ〜９ｌの推力を全出力として旋回力を生じさせ
ている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】図１４に示す従来技術
では、各シールドジャッキ９ａ〜９ｌに圧油を供給する
１２本の各油路に、それぞれ開閉弁を備え、各開閉弁を
開閉制御していた。このため、シールドジャッキ９ａ〜
９ｌの数と同数の開閉弁が必要であり、開閉弁の設置数
が多い。また、一方側の推力が大きく他方側の推力が零
であるため推力のバランスが悪くスムーズな旋回がしに
くかった。

【００１０】また、ジャッキ推力は掘削地盤の外力に依
存するため、シールドジャッキ９ａ〜９ｌの支持部とな
るセグメント８に過大な力が加わり、セグメント８を割
ってしまう恐れがある。さらに方向制御するための開閉
弁の適正な開／閉パターンの設定は通常掘進開始時（あ
るいは掘進中数回）しか行われないため、なめらかで且
つ精度のよい制御が行いにくいという問題があった。

【００１１】本発明は、上記従来技術に鑑み、シールド
ジャッキへの油圧供給を調整する弁の設置数を少なくで
き、しかもスムーズな旋回をさせ、セグメントに加わる
力を制限しつつ、なめらかで且つ精度よいシールド掘削
機のシールドジャッキ制御方法を提供することを目的と
している。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のシールド掘削機のシールドジャッキ制御方法の構成
は、シールド掘削機の掘削機本体の後部に設けられた複
数本のシールドジャッキの推力を調整する制御方法であ
って、前記シールドジャッキを近くのものどうしを組と
して４以上の偶数のブロックに区分けし、同一のブロッ
ク内のシールドジャッキには、そのロッド側に１つの圧
力制御弁を設け、ロッド側の圧油の排出あるいは供給は
前記圧力制御弁を介して行い、曲がりつつ掘進する際に
は、掘削機本体の軸方向と進行方向とでなす目標制御角
から目標力点位置を求め、前記圧力制御弁の圧力設定範
囲及びシールドジャッキのセグメントに対する許容最大
推力を制約条件とし、目標力点が位置するブロックのシ
ールドジャッキに対して、前記圧力制御弁自身の最小圧
力設定値と、前記許容最大推力を満たすべくポンプ圧力
より算出したロッド圧と、の何れか大きい方を圧力制御
弁の最適な最小制御圧として選択し、上記最小制御圧を
前記ブロックの圧力制御弁の設定圧とするとともに、目
標力点が位置するブロックに対し点対称な位置にあるブ
ロックのシールドジャッキの推力は全ブロック中の最小
値とし、更に残りのブロックのシールドジャッキの推力
を、最大推力ブロックから最小推力のブロックに向かっ
て段階的に小さくなるように、各ブロック毎に設けた前
記圧力制御弁の開度を調整し、前記目標力点位置を実現
することを特徴とする。

【００１３】更に、上記目的を達成する本発明のシール
ド掘削機のシールドジャッキ制御方法の構成は、シール
ド掘削機の掘削機本体の後部に設けられた複数本のシー
ルドジャッキの推力を調整する制御方法であって、前記
シールドジャッキを近くのものどうしを組として４以上
の偶数のブロックに区分けし、同一のブロック内のシー
ルドジャッキには、そのロッド側に１つの圧力制御弁を
設け、ロッド側の圧油の排出あるいは供給は前記圧力制
御弁を介して行い、曲がりつつ掘進する際には、掘削機
本体の軸方向と進行方向とでなす目標制御角から目標力
点位置を求め、前記圧力制御弁の圧力設定範囲及びシー
ルドジャッキのセグメントに対する許容最小推力を制約
条件とし、目標力点が位置するブロックのシールドジャ
ッキの推力をポンプ圧と前記圧力制御弁の最小設定圧で
成し得る最大値とするとともに、目標力点が位置するブ
ロックに対し点対象な位置にあるブロックのシールドジ
ャッキに対して、前記圧力制御弁自身の最大圧力設定値
と、前記許容最小推力を満たすべくポンプ圧力より算出
したロッド圧と、の何れか小さい方を圧力制御弁の最適
な最大制御圧として選択し、上記最大制御圧を前記ブロ
ックの圧力制御弁の設定圧とし、更に残りのブロックの
シールドジャッキの推力を、最大推力ブロックから最小
推力のブロックに向かって段階的に小さくなるように、
各ブロック毎に設けた前記圧力制御弁の開度を調整し、
前記目標力点位置を実現することを特徴とする。

【００１４】また、前記圧力制御弁の圧力設定範囲及び
ジャッキの許容最大推力及び許容最小推力を制約条件と
し、与えられた目標力点位置を満たすように、連続的に
或いは微小時間間隔で各ブロックのシールドジャッキの
推力を設定し、各ブロック毎に設けた前記圧力制御弁の
開度を調整すると良い。

【００１５】

【作用】ジャッキ推力を制御する場合、全ジャッキは常
にセグメントを押しておく必要があり、またセグメント
に対する過大な押しつけ力を制限するためにジャッキ推
力は制限されるので、シールドジャッキは許容最小推力
と最大推力で制約されることになる。 また、圧力制御弁
は、ある一定の圧力設定範囲内でなければ、その機能を
十分に果たすことができないから、それ自身、最大設定
圧力と最小設定圧力により制約されることになる。 ここ
で、上述した二つの制約条件を満たしつつ、ポンプ圧を
最大限活用して、シールドジャッキに推力を適切に分布
させ、スムーズな旋回を行わせるために、本発明では、
以下のように圧力制御弁の最大、最小制御圧を設定する
ことにした。 即ち、ポンプからの圧油がシールドジャッ
キを経由して圧力制御弁へ流れることから、ポンプ圧が
一定であれば、圧力制御弁の設定圧力とシールドジャッ
キの推力の関係は、一方を高くすれば、他方が小さくな
る関係がある。 つまり、圧力制御弁の制御圧を高く設定
すれば、シールドジャッキの推力は小さくなり、逆に、
圧力制御弁の制御圧を低く設定すれば、シールドジャッ
キの推力は大きくなる。 従って、目標力点が位置するブ
ロックのジャッキ推力を最大にするためには、セグメン
トに対してシールドジャッキが過大な押付力を作用させ
ない範囲で、且つ、その圧力制御弁の制御圧を可能な限
り低くすれば良いことになる。 言い換えると、目標力点
が位置するブロックのシールドジャッキの推力が許容最
大推力により制約されない場合には、圧力制御弁の最小
圧力設定値をその設定圧とすれば、目標力点が位置する
ブロックのジャッキ推力をその条件の下で最大にするこ
とができる。 また、目標力点が位置するブロックのシー
ルドジャッキの推力が許容最大推力により制約される場
合には、その許容最大推力に対応した圧力制御弁の圧力
であるロッド圧（この値は、ポンプ圧等により算出する
ことができる）を圧力制御弁 の設定圧とすれば、目標力
点が位置するブロックのジャッキ推力をその条件の下で
最大にすることができる。 更に、目標力点が位置するブ
ロックの点対称な位置にあるブロックのジャッキ推力を
最小にするためには、セグメントをシールドジャッキが
停止させない範囲で、且つ、その圧力制御弁の制御圧を
可能な限り高くすれば良いことになる。 言い換えると、
目標力点が位置するブロックに対し点対称な位置にある
ブロックのシールドジャッキの推力が許容最小推力によ
り制約されない場合には、圧力制御弁の最大圧力設定値
をその設定圧とすれば、目標力点が位置するブロックに
対し点対称にあるブロックのジャッキ推力をその条件の
下で最小にすることができる。 また、目標力点が位置す
るブロックに対し点対称にあるブロックのシールドジャ
ッキの推力が許容最小推力により制約される場合には、
その許容最小推力に対応した圧力制御弁の圧力であるロ
ッド圧（この値は、ポンプ圧等により算出することがで
きる）を圧力制御弁の設定圧とすれば、目標力点が位置
するブロックに対し点対称にあるブロックのジャッキ推
力をその条件の下で最小にすることができる。 このよう
に、本発明では、圧力制御弁とシールドジャッキの制約
条件を巧みに満たしつつ、目標力点が位置するブロック
のジャッキ推力を最大とし、これと点対象の位置にある
ブロックのジャッキ推力を最小にし、更に、他のブロッ
クの推力は、最大ジャッキ推力から最小ジャッキ推力へ
と段階的に小さくするようにしたため、ポンプ圧を最大
限活用して、シールドジャッキに推力を適切に分布さ
せ、スムーズな旋回を行わせることができるようになっ
た。

【００１６】本発明によれば、上記制約条件を満たした
最適な推力の制御を行うことができる。即ち、ジャッキ
推力を段階的に変化させることによりセグメントに作用
する力の片当たりを防ぐことができる。また、連続的に
ジャッキ推力を設定することにより、なめらかに且つ精
度の良い推力の制御を行うことができる。

【００１７】

【実施例】以下に本発明の実施例を説明する。本実施例
は、図１に示すシールド掘削機に適用する。掘削機本体
１は、複数のシールドジャッキ９が伸びてセグメント８
から反力を受けて前進し、回転カッタ３により掘削され
た土は、スクリューコンベア５により排出される。シー
ルドジャッキ９としては、図１のII−II矢視図である図
２に示すように１８本備えられている。各シールドジャ
ッキには、９−１〜９−１８の符号を付す。

【００１８】次に図３を参照して、実施例の制御系を構
成する各制御装置の配置状態を説明する。掘削機本体１
内には、制御装置２０と、シールドシーケンサ２１が備
えられており、地上側には、方向制御，データ収集・記
録，線形管理等を行う方向制御管理システム２２が備え
られている。

【００１９】シールドシーケンサ２１には、土圧計２３
により検出した土圧データ、ジャイロとレベル計を組み
込んだジャベル（商品名）２４により検出した位置・方
向データ、ジャイロ２５により検出したローリングデー
タ、ストローク計２６により検出したシールドジャッキ
９のストロークデータ、圧力計２７により検出したシー
ルドジャッキ９への供給油圧データ等が入力される。

【００２０】また、シールドシーケンサ２１は、制御弁
アンプ２９を介してバルブ３０の開閉制御をする。この
シールドシーケンサ２１と制御装置２０との間、シール
ドシーケンサ２１と方向制御管理システム２２との間は
データが双方向に伝送される。また、制御装置２０には
ディスプレイ２８が接続されている。地上のシステム２
２には、モニタ３１、プリンタ３２及びキーボード３３
が接続されている。このシステム２２は、シールドシー
ケンサ２１に接続されている。

【００２１】尚、図３では制御装置２０をシールド機械
の中に配置した例を示しているが、上記装置をシステム
２２と同様に地上に設置することは可能である。ここで
シールドシーケンサ２１によるシールドジャッキ９−１
〜９−１８の制御動作を図４を基に説明する。シールド
シーケンサ２１は、方向制御弁４１の切り替え制御をす
るとともに、制御弁アンプ２９−１〜２９−８を介して
圧力制御弁３０−１〜３０−８の作動圧を調整する。

【００２２】方向制御弁４１の室４１ａを選択するとシ
ールドジャッキ９−１〜９−１８が伸びるように圧油が
供給される。このとき圧力制御弁３０−１〜３０−８の
動作圧力を調整することによりシールドジャッキの推力
を変える、メータアウト制御が可能となる。

【００２３】すなわち （ａ）圧力制御弁３０−１の作動圧力を調整することに
より、シールドジャッキ９−１，９−２のジャッキ推力
を調整できる。 （ｂ）圧力制御弁３０−２の作動圧力を調整することに
より、シールドジャッキ９−３，９−４のジャッキ推力
を調整できる。 （ｃ）圧力制御弁３０−３の作動圧力を調整することに
より、シールドジャッキ９−５，９−６，９−７のジャ
ッキ推力を調整できる。

【００２４】（ｄ）圧力制御弁３０−４の作動圧力を調
整することにより、シールドジャッキ９−８，９−９の
ジャッキ推力を調整できる。 （ｅ）圧力制御弁３０−５の作動圧力を調整することに
より、シールドジャッキ９−１０，９−１１のジャッキ
推力を調整できる。 （ｆ）圧力制御弁３０−６の作動圧力を調整することに
より、シールドジャッキ９−１２，９−１３のジャッキ
推力を調整できる。

【００２５】（ｇ）圧力制御弁３０−７の作動圧力を調
整することにより、シールドジャッキ９−１４，９−１
５，９−１６のジャッキ推力を調整できる。 （ｈ）圧力制御弁３０−８の作動圧力を調整することに
より、シールドジャッキ９−１７，９−１８のジャッキ
推力を調整できる。 方向制御弁４１の室４１ｃを選択するとシールドジャッ
キ９−１〜９−１８が縮むように圧力が供給される。

【００２６】次にシールドジャッキ９−１〜９−１８を
ジャッキブロックに分けて制御する実施例を説明する。
図５に示すように、掘削機本体１の軸方向をＺ軸、掘削
機本体１の前面の中心を原点Ｏとして水平軸方向にＸ
軸、垂直軸方向にＹ軸をとって３次元座標を考えるもの
とする。更に、掘削機本体１の進行ベクトルをＶとした
とき、ＸＺ平面上において、ベクトルＶをＸＺ面に投影
した線とＺ軸との角を水平目標制御角θ_Xとし、ＹＺ平
面上において、ベクトルＶをＹＺ面に投影した線とＺ軸
との角を垂直目標制御角θ_Yとする。

【００２７】方向制御管理システム２２には、図６に示
すように水平目標制御角θ_Xと力点位置Ｈ_Xとの関係を示
すデータと、図７に示すような垂直目標制御角θ_Yと力
点位置Ｈ_Yとの関係を示すデータがメモリされている。
図８は掘削機本体１の後面を示しており、後面の位置を
力点位置と称している。例えば、図５、図６に示すよう
に目標制御角θ_X1，θ_Y1であるとき、図８の力点位置Ｈ
_X1，Ｈ_Y1で規定される点Ｑのことを、目標力点位置と称
している。仮にこの点Ｑに総推力を集中すると、掘削機
本体１が目標制御角θ_X，θ_Yで規定されるベクトルＶの
方向に旋回していく。

【００２８】尚図６、図７に示す特性は、実掘削におい
て実際のデータを取り込んで、学習制御により、土質に
合わせて徐々に補正していっている。方向制御管理シス
テム２２は、予め設定された計画線のデータと、現在の
データから方向ベクトルＶを求め、更に目標制御角
θ_X，θ_Yを算出する。そして算出した目標制御角θ_X，
θ_Yと図６、図７に示す特性から目標力点位置Ｑを求め
る。方向制御管理システム２２で求めた目標力点位置Ｑ
は、制御装置２０に送られる。制御装置２０では、目標
力点位置Ｑを満たすように、各ブロックのジャッキ推力
を設定する。そのため、制御装置２０には供給圧力（ポ
ンプ圧力）のデータが最低必要となる。

【００２９】本実施例では、方向制御管理システム２２
と制御装置２０とで機能的に分けた構成としているが、
１つにまとめることは容易である。本実施例では、各ジ
ャッキブロックのロッド側に装着された圧力制御弁の圧
力設定範囲及びジャッキの許容最大推力及び許容最小推
力を制約条件として指定された場合のジャッキ推力の設
定手段について示す。図９は上記ジャッキ推力の設定手
段での処理の流れを示したものである。いま、図９中の
条件設定部５０において、圧力制御弁の最大圧力設定値
をP2max、最小圧力設定値をP2minとし、ジャッキの許容
最大推力をfmax、許容最小推力をfmin（＞０）とする。

【００３０】通常fmaxはセグメントに過大なジャッキ推
力を作用させないために設定され、fminは最小のジャッ
キ推力でセグメントを押すこと、換言すれば停止してい
るジャッキはないことを意味する。上記条件及びポンプ
圧力Ｐ_pを用いて、判定器５１でジャッキの成し得る最
大推力fUと最小推力fLを判定する。上記判定器の内容を
具体的に示すと次のようになる。 判定器５１の処理内容：条件設定値及びポンプ圧Ｐ_pよ
り、圧力制御弁の取り得る圧力設定値P2a，P2bは次のよ
うになる。

【００３１】

【数１】 従って、ジャッキの設定最大推力fU，設定最小推力fLは
次のように求められる。

【００３２】

【数２】 fU，fLは上述のように、現在のポンプ圧力を使用してい
るので、現時点で設定できる最大、最小推力を意味して
いる。

【００３３】次に図９中の算出器５２により、中間推力
fmid（＝（fU＋fL）／２）を算出する。上記fmidは推力
分布の中間の値であり、fmidに全ジャッキ本数Ntを掛け
るとジャッキの総推力となる。

【００３４】次に図９中の算出器５３で、目標力点位置
（Ｈ_X，Ｈ_Y）及び前述の中間推力fmidを用いて、各ブロ
ックの偏推力Δf(i)を算出する。各ブロックのジャッキ
推力の偏推力は図１０に示すように点対称となるように
設定する。このときのジャッキ推力をfj(i) ，ｉ＝１〜
８とすると式（３）のように表することができる。図１
０中の記号±Ａ，±Ｂ，±Ｃ，±Ｄは偏推力±Δfa，±
Δfb，±Δfc，±Δfdの添え字に相当する。

【００３５】

【数３】

【００３６】図１１（ａ）はＹ軸まわりに関する偏推力
の大きさを示している。図に示すように偏推力Δfa，Δ
fbは、ブロックの作用点のＸ座標の大きさ（作用点の水
平距離）に比例するように設定する。偏推力Δfc，Δfd
はＹ軸まわりには寄与しない。

【００３７】図１１（ｂ）はＸ軸まわりに関する偏推力
の大きさを示している。図に示すように偏推力Δfc，Δ
fdは、ブロックの作用点のＹ座標の大きさに比例するよ
うに設定する。偏推力Δfa，ΔfbはＸ軸まわりには寄与
しない。前者の比例定数をα１、後者の比例定数をα２
とすると偏推力ΔfaとΔfbとの関係、ΔfcとΔfdとの関
係は次のように表される。

【００３８】

【数４】 ここに、定数α１，α２はジャッキブロックの作用点座
標の関数であり、掘削機の設計仕様より求めることがで
きる。また、偏推力Δfb，Δfdは次式で求められる。

【００３９】

【数５】 ここに、Ｈ_X，Ｈ_Yは目標力点位置座標 Ａ_X，Ａ_Yは式（４）中のα１及び各ブロックのジャッキ
本数、作用点座標の関数 Ｂ_X，Ｂ_Yは式（４）中のα２及び各ブロックのジャッキ
本数、作用点座標の関数 Ntは全ジャッキ本数 式（３）より、各ブロックの偏推力Δf(i)は次のように
なる。

【００４０】

【数６】 例えば、目標力点位置が図２において、Ｑ１であると
き、ジャッキブロックＢ−２のジャッキ推力fj(2) が最
大となり、ジャッキブロックＢ−２に対し点対称なジャ
ッキブロックＢ−６のジャッキ推力fj(6) が最小とな
る。

【００４１】図９中の判定器５４では、設定最大推力fU
と式（３），式（６）で得られる推力の最大値（fmid+m
ax（Δf(i)))との比較を行う。fU=fmid+max(Δf(i)) な
る関係は、目標力点位置に対して最大の偏推力による推
力分布であることを意味している。fU>fmid+max(Δf
(i)) とは、図１２の推力分布の側面図に示すように、
例えば最大推力となるべきジャッキブロックＢ−２の推
力がfUより小さいことであり、図１２中の斜線部の推力
でブレーキを掛けていることを意味する。従って上述の
判定の場合推力分布の最適化演算器５５により推力分布
を再計算する。

【００４２】図９中の最適化演算器５５では、まず算出
器５６により、fU=max(fj(i)) とするための新しい中間
推力faveを算出する。この場合、中間推力fmidで算出し
ていた推力分布を新しい中間推力faveで変換することに
なる。即ち、次の式が成り立つと仮定する。

【００４３】

【数７】 式（７）より、faveは次のようになる。

【００４４】

【数８】

【００４５】図９中の算出器５７では式（８）で得られ
た、中間推力faveを用いて、新しい偏推力Δf'(i) を算
出する。偏推力Δf'(i) は式（５）中のfmidをfaveに代
え、式（６）より求めることができる。

【００４６】算出器５８では上述の推力中間値fave及び
偏推力Δf'(i) より、各ブロックの推力fj(i) を算出す
る。上記推力は、その最大値が設定最大推力fUと等しく
なる最適な推力分布となる。このときの推力分布を図１
３に示す。図１３と図１２とはいずれも目標力点位置を
満たしているが、図１３では推力全体が高くなり、現在
のポンプ圧力を最も有効に利用した推力分布であること
が分かる。

【００４７】図９中の判定器５４で、fU>fmid+max(Δf
(i)) ではないと判定された場合、算出器５９によりfmi
d，Δf(i)を用いて推力分布fj(i) を算出する。ジャッ
キブロックの推力fj(i) を算出した後、算出器６０で圧
力制御弁の設定圧Pset(i) を算出する。その算出式を次
に示す。 Pset(i)=(P_p・A1-fj(i))/A2，i=1 〜ブロック数 …（９） ここに、A1,A2 はジャッキのヘッド側、ロッド側の受圧
面積

【００４８】上述の手段を使用すると、目標力点が位置
するブロックのジャッキ推力を最大とし、このブロック
から、点対称なブロックに向かい、ジャッキ推力を段階
的に減じていくことができ、推力分布が安定したスムー
ズな旋回掘削ができる。更にジャッキ推力の最小／最大
の制約条件を満たし、且つ現在のポンプ圧を最も有効に
利用した最適な推力の制御を行うことができる。また、
ジャッキ推力の設定を目標力点位置を満たすように連続
的（微小間隔）に行うことにより、精度のよい掘削が行
える。

【００４９】

【発明の効果】以上実施例とともに具体的に説明したよ
うに本発明によれば、シールドジャッキを複数のブロッ
クに分けて同一ブロック内のシールドジャッキには同一
の弁を介して圧油の供給をするため、弁の設定数はブロ
ックの数と同じになり、弁の設定数が少なくてよい。ま
た、ジャッキ推力の最小／最大の制約条件を満たし、且
つ、圧力制御弁の最大、最小設定圧力の制約条件を満た
しつつ、目標力点が位置するブロックのジャッキ推力を
最大とし、これと点対称位置にあるブロックの推力を最
小にし、残りのブロックは最大推力ブロックから最小推
力のブロックに向かい、ジャッキ推力を段階的に小さく
するようにしたので、現在のポンプ圧を最も有効に利用
した最適な推力の制御を行い、スムーズな旋回掘削がで
きる。更に、ジャッキ推力の設定を目標力点位置を満た
すように連続的（微小時間間隔）に行うことにより、精
度のよい掘削が行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】シールド掘削機の構成を示す構成図である。

【図２】シールドジャッキの配置を示す配置図である。

【図３】シールド掘削機の制御系を示す説明図である。

【図４】制御系及び油圧系を示す構成図である。

【図５】三次元座標のとり方を示す説明図である。

【図６】目標制御角と力点位置との関係を示す特性図で
ある。

【図７】目標制御角と力点位置との関係を示す特性図で
ある。

【図８】力点位置を示す説明図である。

【図９】各ブロックのジャッキ推力を設定する処理の流
れを示す説明図である。

【図１０】各ブロックのジャッキの偏推力を示す説明図
である。

【図１１】Ｙ軸回り、Ｘ軸回りの偏推力を示す説明図で
ある。

【図１２】図９中の最適化演算を行う前の推力分布を示
す説明図である。

【図１３】図９中の最適化演算を行った後の推力分布を
示す説明図である。

【図１４】従来技術を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 掘削機本体 ８ セグメント ９ シールドジャッキ（９−１〜９−１８） ２０ 制御装置 ２１ シールドシーケンサ ２２ 方向制御管理システム ２９−１〜２９−８ 制御弁アンプ ３０−１〜３０−８ 圧力制御弁 ５０ 条件設定部 ５１，５４ 判定器 ５２，５３，５６，５７，５８，５９，６０ 算出器 ５５ 最適化演算器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鮫島 誠 兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号 三菱重工業株式会社 高砂研究所内 (72)発明者 西岳 茂 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 １号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (72)発明者 田中 淳一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 １号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (56)参考文献 特開 平５−156889（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−52100（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−140397（ＪＰ，Ａ) 実開 平２−116590（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 9/06 301 E21D 9/06 302

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘削機の掘削機本体の後部に設
   けられた複数本のシールドジャッキの推力を調整する制
   御方法であって、前記シールドジャッキを近くのものど
   うしを組として４以上の偶数のブロックに区分けし、同
   一のブロック内のシールドジャッキには、そのロッド側
   に１つの圧力制御弁を設け、ロッド側の圧油の排出ある
   いは供給は前記圧力制御弁を介して行い、曲がりつつ掘
   進する際には、掘削機本体の軸方向と進行方向とでなす
   目標制御角から目標力点位置を求め、前記圧力制御弁の
   圧力設定範囲及びシールドジャッキのセグメントに対す
   る許容最大推力を制約条件とし、目標力点が位置するブ
   ロックのシールドジャッキに対して、前記圧力制御弁自
   身の最小圧力設定値と、前記許容最大推力を満たすべく
   ポンプ圧力より算出したロッド圧と、の何れか大きい方
   を圧力制御弁の最適な最小制御圧として選択し、上記最
   小制御圧を前記ブロックの圧力制御弁の設定圧とすると
   ともに、目標力点が位置するブロックに対し点対称な位
   置にあるブロックのシールドジャッキの推力は全ブロッ
   ク中の最小値とし、更に残りのブロックのシールドジャ
   ッキの推力を、最大推力ブロックから最小推力のブロッ
   クに向かって段階的に小さくなるように、各ブロック毎
   に設けた前記圧力制御弁の開度を調整し、前記目標力点
   位置を実現することを特徴とするシールド掘削機のシー
   ルドジャッキ制御方法。
2. 【請求項２】 シールド掘削機の掘削機本体の後部に設
   けられた複数本のシールドジャッキの推力を調整する制
   御方法であって、前記シールドジャッキを近くのものど
   うしを組として４以上の偶数のブロックに区分けし、同
   一のブロック内のシールドジャッキには、そのロッド側
   に１つの圧力制御弁を設け、ロッド側の圧油の排出ある
   いは供給は前記圧力制御弁を介して行い、曲がりつつ掘
   進する際には、掘削機本体の軸方向と進行方向とでなす
   目標制御角から目標力点位置を求め、前記圧力制御弁の
   圧力設定範囲及びシールドジャッキのセグメントに対す
   る許容最小推力を制約条件とし、目標力点が位置するブ
   ロックのシールドジャッキの推力をポンプ圧と前記圧力
   制御弁の最小設定圧で成し得る最大値とするとともに、
   目標力点が位置するブロックに対し点対象な位置にある
   ブロックのシールドジャッキに対して、前記圧力制御弁
   自身の最大圧力設定値と、前記許容最小推 力を満たすべ
   くポンプ圧力より算出したロッド圧と、の何れか小さい
   方を圧力制御弁の最適な最大制御圧として選択し、上記
   最大制御圧を前記ブロックの圧力制御弁の設定圧とし、
   更に残りのブロックのシールドジャッキの推力を、最大
   推力ブロックから最小推力のブロックに向かって段階的
   に小さくなるように、各ブロック毎に設けた前記圧力制
   御弁の開度を調整し、前記目標力点位置を実現すること
   を特徴とするシールド掘削機のシールドジャッキ制御方
   法。
3. 【請求項３】 前記圧力制御弁の圧力設定範囲及びジャ
   ッキの許容最大推力及び許容最小推力を制約条件とした
   請求項１又は２記載のシールド掘削機のシールドジャッ
   キ制御方法。
4. 【請求項４】 与えられた目標力点位置を満たすよう
   に、連続的に或いは微小時間間隔で各ブロックのシール
   ドジャッキの推力を設定し、各ブロック毎に設けた前記
   圧力制御弁の開度を調整する請求項１，２又は３記載の
   シールド掘削機のシールドジャッキ制御方法。