JP2836997B2 - シールド掘削機及びその力点位置学習制御方法 - Google Patents
シールド掘削機及びその力点位置学習制御方法Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘削機及びそ
の力点位置学習制御方法に関し、制御角に対する力点位
置を学習することができるように改良したものである。
の力点位置学習制御方法に関し、制御角に対する力点位
置を学習することができるように改良したものである。
【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。
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
により行なわれる。 （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。
により行なわれる。 （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】ここで加泥式シールド掘削機の機械的構成
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は筒状をなしており、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、チャンパ室４内には、加圧・注入された加泥材と
削土とが混線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。
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は筒状をなしており、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、チャンパ室４内には、加圧・注入された加泥材と
削土とが混線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、既設のリング８に嵌合している。リング８
は、周方向に分割された複数のセグメントから構成され
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
を推進させるときには、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を伸ばしリング８を押す。こ
うするとリング８からの反力により掘削機本体１が推進
し、推進時に回転カッタ３による掘削をする。１リング
分掘り進んだところで掘削を停止してシールドジャッキ
９を収縮させ、収縮により形成された間隙に、セグメン
トを搬入してリング８を組立てる。なお、シールドジャ
ッキ９のストロークはストローク計（図示省略）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
は油圧計（図示省略）により検出される。
を介して、既設のリング８に嵌合している。リング８
は、周方向に分割された複数のセグメントから構成され
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
を推進させるときには、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を伸ばしリング８を押す。こ
うするとリング８からの反力により掘削機本体１が推進
し、推進時に回転カッタ３による掘削をする。１リング
分掘り進んだところで掘削を停止してシールドジャッキ
９を収縮させ、収縮により形成された間隙に、セグメン
トを搬入してリング８を組立てる。なお、シールドジャ
ッキ９のストロークはストローク計（図示省略）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
は油圧計（図示省略）により検出される。
【０００６】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や、位置等を判定す
るための制御装置や、シールドジャッキヘの圧油供給の
制御をするシールドシーケンサ等が組み込まれている。
上述したシールド掘削機は、あらかじめ決めた計画線に
沿い掘進するよう進路調整がされる。つまり、シールド
掘削機の位置をレーザ計測器やレベル計等を用いて実測
し、この実測データと計画線との偏差をコンピュータで
求め、この偏差が零となるように、進路調整をする。進
路調整は、掘進の際に、複数のシールドジャッキのうち
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
より実現している。
位置、姿勢、方向を測定する検出器や、位置等を判定す
るための制御装置や、シールドジャッキヘの圧油供給の
制御をするシールドシーケンサ等が組み込まれている。
上述したシールド掘削機は、あらかじめ決めた計画線に
沿い掘進するよう進路調整がされる。つまり、シールド
掘削機の位置をレーザ計測器やレベル計等を用いて実測
し、この実測データと計画線との偏差をコンピュータで
求め、この偏差が零となるように、進路調整をする。進
路調整は、掘進の際に、複数のシールドジャッキのうち
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
より実現している。
【０００７】尚、シールド掘削機の位置が計画線からあ
る値以上大きくなった場合には、補正計画線を新たに作
る場合があり、以下の説明では補正計画線を含めた意味
で計画線の語を使用する。尚、補正計画線とは、数十リ
ング先でシールド掘削機の掘削位置や方向が計画線に接
するように、位置や方向のずれた現在位置と数十リング
先の計画線上の位置とをスムーズに結ぶ線のことをい
う。
る値以上大きくなった場合には、補正計画線を新たに作
る場合があり、以下の説明では補正計画線を含めた意味
で計画線の語を使用する。尚、補正計画線とは、数十リ
ング先でシールド掘削機の掘削位置や方向が計画線に接
するように、位置や方向のずれた現在位置と数十リング
先の計画線上の位置とをスムーズに結ぶ線のことをい
う。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】上述したように直線部
分の計画線においては、計画線と実測データとの偏差を
求めて進路調整することで比較的容易にシールド掘削機
を制御することが可能である。しかし、円弧部分におけ
る計画線においては、シールド掘削機をある曲率半径で
旋回動作させながら掘削する必要があるため、上述した
ような方法での進路調整が容易ではなく、計画線に沿っ
てシールド掘削機を旋回動作させるのは特別な熟練を要
する作業であった。
分の計画線においては、計画線と実測データとの偏差を
求めて進路調整することで比較的容易にシールド掘削機
を制御することが可能である。しかし、円弧部分におけ
る計画線においては、シールド掘削機をある曲率半径で
旋回動作させながら掘削する必要があるため、上述した
ような方法での進路調整が容易ではなく、計画線に沿っ
てシールド掘削機を旋回動作させるのは特別な熟練を要
する作業であった。
【０００９】本発明は、上記従来技術に鑑みてなされた
ものであり、円弧部分における計画線においては、既設
された最後のリングに対して次のリングの配設すべき方
向を各リング間毎に制御角として求め、この制御角と総
推力の力点位置との関係について学習することにより、
円弧部分における計画線に沿った掘削を可能とするシー
ルド掘削機及びその力点位置学習制御方法を提供するこ
とを目的とする。
ものであり、円弧部分における計画線においては、既設
された最後のリングに対して次のリングの配設すべき方
向を各リング間毎に制御角として求め、この制御角と総
推力の力点位置との関係について学習することにより、
円弧部分における計画線に沿った掘削を可能とするシー
ルド掘削機及びその力点位置学習制御方法を提供するこ
とを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の請求項１に係るシールド掘削機の力点位置学習制
御方法の構成は地盤を掘削する掘削機本体と既設のリン
グとの間に円周方向に複数のシールドジャッキを配設
し、該シールドジャッキを伸縮させる推力を相互に異な
らせることにより、前記掘削機本体を旋回制御させなが
ら掘削する方法において、既設された最後のリングに対
して次のリングの配設すべき方向を各リング間毎に制御
角として算出し、前記シールドジャッキの総推力をほぼ
一定としたときの前記制御角に対して前記シールドジャ
ッキの総推力の作用する力点位置の統計データに基づ
き、前記制御角と前記力点位置との関係を最小二乗法に
より近似直線として求め、該近似直線により前記制御角
に対する前記力点位置を推定し、該力点位置にジャッキ
の総推力を作用させるように前記シールドジャッキを制
御することを特徴とする。また、上記目的を達成する本
発明の請求項２に係るシールド掘削機の力点位置学習制
御方法の構成は、請求項１において、制御角として与え
られる設定値と前記掘削機本体の実際の旋回角である実
測角とが一致しない場合には、設定値と実測角との制御
誤差δを求めて、前記近似直線の勾配αで前記誤差を割
った修正値δ／αを前記近似直線により求められた力点
位置に加えて制御することを特徴とする。 更に、上記目
的を達成する本発明の請求項３に係るシールド掘削機の
構成は、地盤を掘削する掘削機本体と既設のリングとの
間に、前記掘削機本体の円周方向に複数のシールドジャ
ッキを配設し、該シールドジャッキを伸縮させる推力を
相互に異ならせることにより、前記掘削機本体を旋回動
作させながら掘削する方法において、リング間の制御角
に対する総推力の力点位置の統計データを作成し、該デ
ータの傾向を基に次リングで進むべき制御角に対する力
点位置を推定する制御装置と、該推定力点位置にシール
ドジャッキの総推力を作用させるように駆動制御するシ
ールドシーケンサとを具えたことを特徴とする。
発明の請求項１に係るシールド掘削機の力点位置学習制
御方法の構成は地盤を掘削する掘削機本体と既設のリン
グとの間に円周方向に複数のシールドジャッキを配設
し、該シールドジャッキを伸縮させる推力を相互に異な
らせることにより、前記掘削機本体を旋回制御させなが
ら掘削する方法において、既設された最後のリングに対
して次のリングの配設すべき方向を各リング間毎に制御
角として算出し、前記シールドジャッキの総推力をほぼ
一定としたときの前記制御角に対して前記シールドジャ
ッキの総推力の作用する力点位置の統計データに基づ
き、前記制御角と前記力点位置との関係を最小二乗法に
より近似直線として求め、該近似直線により前記制御角
に対する前記力点位置を推定し、該力点位置にジャッキ
の総推力を作用させるように前記シールドジャッキを制
御することを特徴とする。また、上記目的を達成する本
発明の請求項２に係るシールド掘削機の力点位置学習制
御方法の構成は、請求項１において、制御角として与え
られる設定値と前記掘削機本体の実際の旋回角である実
測角とが一致しない場合には、設定値と実測角との制御
誤差δを求めて、前記近似直線の勾配αで前記誤差を割
った修正値δ／αを前記近似直線により求められた力点
位置に加えて制御することを特徴とする。 更に、上記目
的を達成する本発明の請求項３に係るシールド掘削機の
構成は、地盤を掘削する掘削機本体と既設のリングとの
間に、前記掘削機本体の円周方向に複数のシールドジャ
ッキを配設し、該シールドジャッキを伸縮させる推力を
相互に異ならせることにより、前記掘削機本体を旋回動
作させながら掘削する方法において、リング間の制御角
に対する総推力の力点位置の統計データを作成し、該デ
ータの傾向を基に次リングで進むべき制御角に対する力
点位置を推定する制御装置と、該推定力点位置にシール
ドジャッキの総推力を作用させるように駆動制御するシ
ールドシーケンサとを具えたことを特徴とする。
【００１１】
【作用】シールド掘削機の旋回動作は、力点位置と総推
力との積である回転モーメントに依存する。つまり、シ
ールド掘削機の旋回動作は、力点位置のみにより決定さ
れるのではなく、総推力の大きさにより影響を受けてし
まうのである。しかし、総推力は一定値として制御する
のが現実的であり、修正するとしてもそれ程大きく制御
できないから、平均的な総推力により旋回動作が行わ
れ、シールド掘削機の旋回動作は総推力には殆ど依存し
ないと考えるのが自然である。そこで、実際に、総推力
を略一定とした場合についてリング間の制御角と総推力
の力点位置との統計データを求めると、それらの間に一
定の線型性が認められ。そして、それらの統計データを
最小二乗法により処理すると、力点位置に対する制御角
の近似直線が求められる。
力との積である回転モーメントに依存する。つまり、シ
ールド掘削機の旋回動作は、力点位置のみにより決定さ
れるのではなく、総推力の大きさにより影響を受けてし
まうのである。しかし、総推力は一定値として制御する
のが現実的であり、修正するとしてもそれ程大きく制御
できないから、平均的な総推力により旋回動作が行わ
れ、シールド掘削機の旋回動作は総推力には殆ど依存し
ないと考えるのが自然である。そこで、実際に、総推力
を略一定とした場合についてリング間の制御角と総推力
の力点位置との統計データを求めると、それらの間に一
定の線型性が認められ。そして、それらの統計データを
最小二乗法により処理すると、力点位置に対する制御角
の近似直線が求められる。
【００１２】従って、この近似直線の得られた後は、リ
ング間の制御角に対する推力の力点位置を、この近似直
線に基づき求め、この力点位置に総推力が作用するよう
複数のジャッキを適宜制御することにより、計画線に沿
ってシールド掘削機を旋回させることができるのであ
る。尚、地盤の性質により、実際の旋回角と制御角との
間に誤差δが生じる場合には、その誤差を吸収できるよ
うに力点位置を更にきめ細かく制御するようにすると良
い。
ング間の制御角に対する推力の力点位置を、この近似直
線に基づき求め、この力点位置に総推力が作用するよう
複数のジャッキを適宜制御することにより、計画線に沿
ってシールド掘削機を旋回させることができるのであ
る。尚、地盤の性質により、実際の旋回角と制御角との
間に誤差δが生じる場合には、その誤差を吸収できるよ
うに力点位置を更にきめ細かく制御するようにすると良
い。
【００１３】
【実施例】以下、本発明について、図面に示す実施例を
参照して詳細に説明する。図１に本発明の一実施例に係
るシールド掘削機を示す。同図に示すように掘削機本体
１は、シールドジャッキ９が伸びてリング８から反力を
受けることにより前進し、回転カッタ３により削られた
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は、図１のII−II矢視図である図２に示すよ
うに２０本備えられている（図２では各シールドジャッ
キに「９−１」〜「９−２０」の符号を付している）。
参照して詳細に説明する。図１に本発明の一実施例に係
るシールド掘削機を示す。同図に示すように掘削機本体
１は、シールドジャッキ９が伸びてリング８から反力を
受けることにより前進し、回転カッタ３により削られた
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は、図１のII−II矢視図である図２に示すよ
うに２０本備えられている（図２では各シールドジャッ
キに「９−１」〜「９−２０」の符号を付している）。
【００１４】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、自動方向制御システムを搭載した制御装置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、ユーザ支援．システム立上げ、データ収集記録を
行う運転管理システムを搭載したパソコン２２が備えら
れている。
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、自動方向制御システムを搭載した制御装置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、ユーザ支援．システム立上げ、データ収集記録を
行う運転管理システムを搭載したパソコン２２が備えら
れている。
【００１５】制御装置２０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が入力される。ここで、制御装
置２０は、例えば図８に示すようにＣＰＵ３４、入力装
置３５、メモリ３６とから構成される。入力装置３５に
は、上記シールドジャッキ９の圧力計２７から油圧（推
力Ｆに比例する）が、ジャベル２４、ジャイロ２５から
進行ベクトルＶの方向がそれぞれ入力されるようになっ
ている。メモリ３６には、予め複数のシールドジャッキ
９の座標値、リング間の制御角、過去の統計データ等が
記憶されている。
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が入力される。ここで、制御装
置２０は、例えば図８に示すようにＣＰＵ３４、入力装
置３５、メモリ３６とから構成される。入力装置３５に
は、上記シールドジャッキ９の圧力計２７から油圧（推
力Ｆに比例する）が、ジャベル２４、ジャイロ２５から
進行ベクトルＶの方向がそれぞれ入力されるようになっ
ている。メモリ３６には、予め複数のシールドジャッキ
９の座標値、リング間の制御角、過去の統計データ等が
記憶されている。
【００１６】ＣＰＵ３４は、上記シールドジャッキ９の
座標値、油圧から後述するように総推力ΣＦ、力点位置
を求め、更に最小二乗法により、制御角との関係を求め
るようになっている。そして、ＣＰＵ３４は、最小二乗
法により求めた近似直線により、力点位置に応じた信号
をシールドシーケンサ２１へ送り、シールドシーケンサ
２１は、比例弁アンプ２９を介してバルブ３０の開閉制
御をする。バルブ３０の開閉制御をすることにより、２
０本のシールドジャッキ９（９−１〜９−２０）ヘの圧
油の供給制御が行なわれる。つまり、ＣＰＵ３４は、バ
ルブ３０を開閉して任意の位置へ力点位置を調整するこ
とができるようになっている。また、制御装置２０には
ディスプレイ２８が接続されている。このシールドシー
ケンサ２１と制御装置２０との間では、データが双方向
伝送される。
座標値、油圧から後述するように総推力ΣＦ、力点位置
を求め、更に最小二乗法により、制御角との関係を求め
るようになっている。そして、ＣＰＵ３４は、最小二乗
法により求めた近似直線により、力点位置に応じた信号
をシールドシーケンサ２１へ送り、シールドシーケンサ
２１は、比例弁アンプ２９を介してバルブ３０の開閉制
御をする。バルブ３０の開閉制御をすることにより、２
０本のシールドジャッキ９（９−１〜９−２０）ヘの圧
油の供給制御が行なわれる。つまり、ＣＰＵ３４は、バ
ルブ３０を開閉して任意の位置へ力点位置を調整するこ
とができるようになっている。また、制御装置２０には
ディスプレイ２８が接続されている。このシールドシー
ケンサ２１と制御装置２０との間では、データが双方向
伝送される。
【００１７】地上のパソコン２２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
パソコン２２は、制御装置２０及びシールドシーケンサ
２１に接続されている。ここで、上記制御装置２０の自
動方向制御システムは、制御角と力点位置との関係を学
習する機能を有している。即ち、制御装置２０は、リン
グ間の制御角に対する総推力の力点位置の統計データを
作成し、上記データの傾向を基に次リングで進むべき制
御角に対する力点位置を推定するのである。その一例を
図４〜図６に示す。
リンタ３２及びキーボード３３が接続されている。この
パソコン２２は、制御装置２０及びシールドシーケンサ
２１に接続されている。ここで、上記制御装置２０の自
動方向制御システムは、制御角と力点位置との関係を学
習する機能を有している。即ち、制御装置２０は、リン
グ間の制御角に対する総推力の力点位置の統計データを
作成し、上記データの傾向を基に次リングで進むべき制
御角に対する力点位置を推定するのである。その一例を
図４〜図６に示す。
【００１８】まず、リング間の制御角と総推力の力点位
置の統計データを求め、図６に示すように制御角θxを
縦軸とし、力点位置Ｈxを横軸とするグラフを作成す
る。総推力の力点位置Ｑは、図５に示すように総推力Σ
Ｆが作用する位置であり、既設の最後のリング中心に対
する相対位置として定める。具体的には、力点位置Ｑの
ｘ座標Ｈxは、図４に示すように複数のジャッキの推力
Ｆと、そのジャッキのｘ座標値を掛け合わせて総和し、
総推力ΣＦで割った値として算出する。また力点位置Ｑ
のｙ座標Ｈyも、同様に、複数のジャッキの推力Ｆと、
そのジャッキのｙ座標値を掛け合わせて総和し、総推力
ΣＦで割った値として算出する。
置の統計データを求め、図６に示すように制御角θxを
縦軸とし、力点位置Ｈxを横軸とするグラフを作成す
る。総推力の力点位置Ｑは、図５に示すように総推力Σ
Ｆが作用する位置であり、既設の最後のリング中心に対
する相対位置として定める。具体的には、力点位置Ｑの
ｘ座標Ｈxは、図４に示すように複数のジャッキの推力
Ｆと、そのジャッキのｘ座標値を掛け合わせて総和し、
総推力ΣＦで割った値として算出する。また力点位置Ｑ
のｙ座標Ｈyも、同様に、複数のジャッキの推力Ｆと、
そのジャッキのｙ座標値を掛け合わせて総和し、総推力
ΣＦで割った値として算出する。
【００１９】また、リング間の制御角とは、円弧部分に
おける計画線に沿ってシールド掘削機を旋回動作させる
ための角度のことであり、既設の最後のリングの軸線方
向に対して次のリングの軸線方向のなす角度のことであ
る。具体的には、制御角θxは、ｘ−ｚ平面内におい
て、現在のリングの軸線方向即ちｚ軸方向に対して次の
リングの軸線方向の成す角の事である。同様に、制御角
θyは、ｙ−ｚ平面内において、現在のリングの軸線方
向即ちｚ軸方向に対して次のリングの軸線方向の成す角
の事である。従って、図４に示すように掘削機本体１の
進行ベクトルＶを制御角θx，θyにより決定される方向
と等しくすることにより、シールド掘削機１を補正線に
沿って正確に移動させることが可能である。
おける計画線に沿ってシールド掘削機を旋回動作させる
ための角度のことであり、既設の最後のリングの軸線方
向に対して次のリングの軸線方向のなす角度のことであ
る。具体的には、制御角θxは、ｘ−ｚ平面内におい
て、現在のリングの軸線方向即ちｚ軸方向に対して次の
リングの軸線方向の成す角の事である。同様に、制御角
θyは、ｙ−ｚ平面内において、現在のリングの軸線方
向即ちｚ軸方向に対して次のリングの軸線方向の成す角
の事である。従って、図４に示すように掘削機本体１の
進行ベクトルＶを制御角θx，θyにより決定される方向
と等しくすることにより、シールド掘削機１を補正線に
沿って正確に移動させることが可能である。
【００２０】ここで、シールド掘削機の旋回動作は、力
点位置Ｑ（Ｈx，Ｈy）と総推力ΣＦとの積である回転モ
ーメントに依存する。つまり、シールド掘削機の旋回動
作は、力点位置Ｑ（Ｈx，Ｈy）のみにより決定されるの
ではなく、総推力ΣＦの大きさにより影響を受けてしま
うのである。従って、力点位置Ｑ（Ｈx，Ｈy）を一定と
しても、総推力ΣＦが大きければ、シールド掘削機は小
さな曲率半径で旋回し、逆に総推力ΣＦが小さくなれ
ば、シールド掘削機は大きな曲率半径により旋回するこ
とになる。
点位置Ｑ（Ｈx，Ｈy）と総推力ΣＦとの積である回転モ
ーメントに依存する。つまり、シールド掘削機の旋回動
作は、力点位置Ｑ（Ｈx，Ｈy）のみにより決定されるの
ではなく、総推力ΣＦの大きさにより影響を受けてしま
うのである。従って、力点位置Ｑ（Ｈx，Ｈy）を一定と
しても、総推力ΣＦが大きければ、シールド掘削機は小
さな曲率半径で旋回し、逆に総推力ΣＦが小さくなれ
ば、シールド掘削機は大きな曲率半径により旋回するこ
とになる。
【００２１】しかし、総推力ΣＦは一定値として制御す
るのが現実的であり、修正するとしてもそれ程大きく制
御できないから、平均的な総推力ΣＦにより旋回動作が
行われ、シールド掘削機の旋回動作は総推力ΣＦには殆
ど依存しないと考えるのが自然である。つまり、シール
ド掘削機の旋回動作は、力点位置Ｑ（Ｈx，Ｈy）に対し
てのみ依存すると予想されるのである。そこで、実際
に、図６に示すようにシールド掘削機の制御角θxと総
推力の力点位置Ｈxとの関係を最小二乗法により求める
と、力点位置Ｈxに対する制御角θxの近似直線Ｌが求め
られる。
るのが現実的であり、修正するとしてもそれ程大きく制
御できないから、平均的な総推力ΣＦにより旋回動作が
行われ、シールド掘削機の旋回動作は総推力ΣＦには殆
ど依存しないと考えるのが自然である。つまり、シール
ド掘削機の旋回動作は、力点位置Ｑ（Ｈx，Ｈy）に対し
てのみ依存すると予想されるのである。そこで、実際
に、図６に示すようにシールド掘削機の制御角θxと総
推力の力点位置Ｈxとの関係を最小二乗法により求める
と、力点位置Ｈxに対する制御角θxの近似直線Ｌが求め
られる。
【００２２】この近似直線Ｌは、総推力ΣＦを一定とし
ていないので、力点位置Ｈxと制御角θxとの間に厳密な
線型性はないが、実用上充分な線型性を示している。ま
た、力点位置Ｈyと制御角θyとの間にも同様な関係があ
ると予想される。従って、この近似直線Ｌに基づいてリ
ング間の制御角から力点位置Ｈxを求め、総推力ΣＦを
一定としながら、この力点位置Ｈxに総推力ΣＦが作用
するよう複数のシールドジャッキ９を適宜制御すること
により、ｘ−ｚ平面内において、計画線に沿わせてシー
ルド掘削機を旋回させることができる。
ていないので、力点位置Ｈxと制御角θxとの間に厳密な
線型性はないが、実用上充分な線型性を示している。ま
た、力点位置Ｈyと制御角θyとの間にも同様な関係があ
ると予想される。従って、この近似直線Ｌに基づいてリ
ング間の制御角から力点位置Ｈxを求め、総推力ΣＦを
一定としながら、この力点位置Ｈxに総推力ΣＦが作用
するよう複数のシールドジャッキ９を適宜制御すること
により、ｘ−ｚ平面内において、計画線に沿わせてシー
ルド掘削機を旋回させることができる。
【００２３】ところが、地盤の性質により、旋回しにく
い地盤、旋回しやすい地盤とがある為、図６に示すよう
に制御角θxに対する力点位置Ｈxとの関係が一定ではな
くなる場合がある。即ち、制御角θxである設定値（図
中○で示す）と、ｘ−ｚ平面内における実際の進行ベク
トルＶのｚ軸方向とのなす角度である実測角（図中●で
示す）とが一致せず、それらの変化は一定の傾向を有す
る場合があるのである。つまり、実測角は、上記近似直
線Ｌに対して図中左右に均等に存在ぜず、何方か一方に
偏っているのである。一般に、柔らかい地盤の場合に
は、シールド掘削機は旋回しやすく、実測角は近似直線
Ｌに対して下側に位置する傾向にあり、逆に、硬い地盤
の場合には、シールド掘削機が旋回し難く、実測角は近
似直線Ｌに対して上側に位置する傾向にある。
い地盤、旋回しやすい地盤とがある為、図６に示すよう
に制御角θxに対する力点位置Ｈxとの関係が一定ではな
くなる場合がある。即ち、制御角θxである設定値（図
中○で示す）と、ｘ−ｚ平面内における実際の進行ベク
トルＶのｚ軸方向とのなす角度である実測角（図中●で
示す）とが一致せず、それらの変化は一定の傾向を有す
る場合があるのである。つまり、実測角は、上記近似直
線Ｌに対して図中左右に均等に存在ぜず、何方か一方に
偏っているのである。一般に、柔らかい地盤の場合に
は、シールド掘削機は旋回しやすく、実測角は近似直線
Ｌに対して下側に位置する傾向にあり、逆に、硬い地盤
の場合には、シールド掘削機が旋回し難く、実測角は近
似直線Ｌに対して上側に位置する傾向にある。
【００２４】従って、このような場合に、上記近似直線
Ｌを利用して単純に力点位置Ｈxを求めて制御しても、
計画線に正確に沿って旋回することはできない場合が考
えられる。例えば、設定値から実測角まで真横に移動す
る場合には、力点位置Ｈxを修正して制御角θxの誤差を
なくすようにうまく制御しているが、しかし、多くは、
力点位置Ｈxを補正しても、設定値から実測角までの移
動ベクトルは上下方向の成分を有しており、制御角θx
に誤差を生じている。そこで、実測角と力点位置Ｈxと
の統計データに基づいて、実測角と力点位置Ｈxとの関
係を最小二乗法により再度近似直線を求めるようにして
も良いが、計算が煩雑である。
Ｌを利用して単純に力点位置Ｈxを求めて制御しても、
計画線に正確に沿って旋回することはできない場合が考
えられる。例えば、設定値から実測角まで真横に移動す
る場合には、力点位置Ｈxを修正して制御角θxの誤差を
なくすようにうまく制御しているが、しかし、多くは、
力点位置Ｈxを補正しても、設定値から実測角までの移
動ベクトルは上下方向の成分を有しており、制御角θx
に誤差を生じている。そこで、実測角と力点位置Ｈxと
の統計データに基づいて、実測角と力点位置Ｈxとの関
係を最小二乗法により再度近似直線を求めるようにして
も良いが、計算が煩雑である。
【００２５】そこで、本発明では、上記近似直線Ｌを利
用し、実測角を考慮して、力点位置Ｈxを修正すること
としている。まず、設定値と実測角との制御誤差δ及び
その符号を求める。制御誤差δは設定値から実測角まで
のベクトルの上下方向の成分である。また、制御誤差δ
は、設定値を示す○より実測角を示す●が上のときには
δ+を示し、設定値を示す○より実測角を示す●が下の
ときにはδ-で示す。誤差の符号は、設定値を示す○よ
り実測角を示す●が高い位置にあるときを正、逆に低い
位置あるときを負とする。このような誤差を、図６に折
れ線グラフとして示す。
用し、実測角を考慮して、力点位置Ｈxを修正すること
としている。まず、設定値と実測角との制御誤差δ及び
その符号を求める。制御誤差δは設定値から実測角まで
のベクトルの上下方向の成分である。また、制御誤差δ
は、設定値を示す○より実測角を示す●が上のときには
δ+を示し、設定値を示す○より実測角を示す●が下の
ときにはδ-で示す。誤差の符号は、設定値を示す○よ
り実測角を示す●が高い位置にあるときを正、逆に低い
位置あるときを負とする。このような誤差を、図６に折
れ線グラフとして示す。
【００２６】ここで、図７に示すように近似直線Ｌに基
づいて、ある制御角θxiに対してある力点位置Ｈxiが対
応するとすると、力点位置の補正量ΔＨは次式で求めら
れる。但し、ここでは、δ+は負の値とする。 ΔＨ＝δ+／α この補正量ΔＨを力点位置Ｈ xi に加えることにより、制
御誤差を考慮した力点位置Ｈ xi *となる。 Ｈxi *＝Ｈxi−ΔＨ
づいて、ある制御角θxiに対してある力点位置Ｈxiが対
応するとすると、力点位置の補正量ΔＨは次式で求めら
れる。但し、ここでは、δ+は負の値とする。 ΔＨ＝δ+／α この補正量ΔＨを力点位置Ｈ xi に加えることにより、制
御誤差を考慮した力点位置Ｈ xi *となる。 Ｈxi *＝Ｈxi−ΔＨ
【００２７】このように制御誤差を考慮して修正された
力点位置Ｈxi *を求め、この力点位置Ｈxi *に総推力ΣＦ
が作用するよう複数のシールドジャッキ９を適宜制御す
ることにより、計画線に沿う制御角θxでシールド掘削
機を旋回させることができる。尚、上記実施例では、ｘ
−ｚ平面における旋回動作について説明したが、ｙ−ｚ
平面における旋回動作についても同様であると考えられ
る。
力点位置Ｈxi *を求め、この力点位置Ｈxi *に総推力ΣＦ
が作用するよう複数のシールドジャッキ９を適宜制御す
ることにより、計画線に沿う制御角θxでシールド掘削
機を旋回させることができる。尚、上記実施例では、ｘ
−ｚ平面における旋回動作について説明したが、ｙ−ｚ
平面における旋回動作についても同様であると考えられ
る。
【００２８】
【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように、本発明は総推力をほぼ一定とした場合に、リ
ング間の制御角と総推力の力点位置との間に線型性があ
ることに着目し、それらの関係を最小二乗法で近似し
て、リング間の制御角から総推力の力点位置を学習して
制御する為、円弧部分における計画線において、熟練作
業者でなくても、計画線に沿ってシールド掘削機を旋回
動作させることが可能となつた。特に、制御誤差を考慮
にいれて学習することにより、地盤の性質に応じて精度
の良い旋回動作を行わせることが可能である。
たように、本発明は総推力をほぼ一定とした場合に、リ
ング間の制御角と総推力の力点位置との間に線型性があ
ることに着目し、それらの関係を最小二乗法で近似し
て、リング間の制御角から総推力の力点位置を学習して
制御する為、円弧部分における計画線において、熟練作
業者でなくても、計画線に沿ってシールド掘削機を旋回
動作させることが可能となつた。特に、制御誤差を考慮
にいれて学習することにより、地盤の性質に応じて精度
の良い旋回動作を行わせることが可能である。
【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】力点位置及び進行ベクトルを示す説明図であ
る。
る。
【図５】力点位置の成分を示す説明図である。
【図６】制御角、制御誤差及び力点位置との関係を示す
グラフである。
グラフである。
【図７】制御誤差による修正を示す説明図である。
【図８】制御装置の説明図である。
１ 掘削機本体 ２ バルクヘッド ３ 回転カッタ ４ チャンバ室 ５ スクリューコンベア ６ 土圧計 ７ テールパッキン ８ リング ９ シールドジャッキ ２０ 制御装置 ２１ シールドシーケンサ ２２ パソコン ２３ 土圧計 ２４ ジャベル ２５ ジャイロ ２６ ストローク計 ２７ 圧力計 ２８ ディスプレイ ２９ 比例弁アンプ ３０ バルブ ３４ ＣＰＵ ３５ 入力装置 ３６ メモリ
───────────────────────────────────────────────────── 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 (56)参考文献 特開 平４−1394（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) E21D 9/06 302 E21D 9/06 301
Claims (3)
- 【請求項１】 地盤を掘削する掘削機本体と既設のリン
グとの間に、前記掘削機本体の円周方向に複数のシール
ドジャッキを配設し、該シールドジャッキを伸縮させる
推力を相互に異ならせることにより、前記掘削機本体を
旋回動作させながら掘削する方法において、既設された
最後のリングに対して次のリングを設定すべき方向を各
リング間毎に制御角として算出し、前記シールドジャッ
キの総推力をほぼ一定としたときの前記制御角に対して
前記シールドジャッキの総推力の作用する力点位置の統
計データに基づき、前記制御角と前記力点位置との関係
を最小二乗法により近似直線として求め、該近似直線に
より前記制御角に対する前記力点位置を推定し、該力点
位置にジャッキの総推力を作用させるように前記シール
ドジャッキを制御することを特徴とするシールド掘削機
の力点位置学習制御方法。 - 【請求項２】 請求項１において制御角として与えられ
る設定値と前記掘削機本体の実際の旋回角である実測角
とが一致しない場合には、設定値と実測角との制御誤差
δを求めて、前記近似直線の勾配αで前記誤差を割った
修正値δ／αを前記近似直線により求められた力点位置
に加えて制御することを特徴とするシールド掘削機の力
点位置学習制御方法。 - 【請求項３】 地盤を掘削する掘削機本体と既設のリン
グとの間に、前記掘削機本体の円周方向に複数のシール
ドジャッキを配設し、該シールドジャッキを伸縮させる
推力を相互に異ならせることにより、前記掘削機本体を
旋回動作させながら掘削する方法において、リング間の
制御角に対する総推力の力点位置の統計データを作成
し、該データの傾向を基に次リングで進むべき制御角に
対する力点位置を推定する制御装置と、該推定力点位置
にシールドジャッキの総推力を作用させるように駆動制
御するシールドシーケンサとを具えたことを特徴とする
シールド掘削機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3195577A JP2836997B2 (ja) | 1991-08-05 | 1991-08-05 | シールド掘削機及びその力点位置学習制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3195577A JP2836997B2 (ja) | 1991-08-05 | 1991-08-05 | シールド掘削機及びその力点位置学習制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0533597A JPH0533597A (ja) | 1993-02-09 |
| JP2836997B2 true JP2836997B2 (ja) | 1998-12-14 |
Family
ID=16343451
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3195577A Expired - Fee Related JP2836997B2 (ja) | 1991-08-05 | 1991-08-05 | シールド掘削機及びその力点位置学習制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2836997B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105464672B (zh) * | 2015-12-21 | 2018-03-02 | 江苏凯宫隧道机械有限公司 | 土压平衡盾构机用主动铰接装置 |
| JP6954002B2 (ja) * | 2017-10-27 | 2021-10-27 | 株式会社大林組 | シールド掘進機の方向制御システム |
| CN113236271B (zh) * | 2021-05-21 | 2024-01-19 | 上海隧道工程有限公司 | 盾构智能控制系统及方法 |
-
1991
- 1991-08-05 JP JP3195577A patent/JP2836997B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0533597A (ja) | 1993-02-09 |
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