JP2902326B2 - 外力計測装置及びトンネル掘削機 - Google Patents
外力計測装置及びトンネル掘削機Info
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- JP2902326B2 JP2902326B2 JP18874395A JP18874395A JP2902326B2 JP 2902326 B2 JP2902326 B2 JP 2902326B2 JP 18874395 A JP18874395 A JP 18874395A JP 18874395 A JP18874395 A JP 18874395A JP 2902326 B2 JP2902326 B2 JP 2902326B2
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- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地盤などを掘削す
るときに掘削機本体に作用する外力を計測する外力計測
装置、及びこの外力計測装置が搭載されたトンネル掘削
機に関する。
るときに掘削機本体に作用する外力を計測する外力計測
装置、及びこの外力計測装置が搭載されたトンネル掘削
機に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６に従来のシールド掘削機の断面を示
す。
す。
【０００３】図６に示すように、地盤を掘削するシール
ド掘削機において、掘削機本体としての円筒形状をなす
スキンプレート１０１の前部にはカッタヘッド１０２が
回転自在に装着されており、このカッタヘッド１０２の
前面には多数のカッタビット１０３が固定されている。
そして、カッタヘッド１０２の後部にはリングギア１０
４が固定される一方、スキンプレート１０１には油圧モ
ータ１０５が取付けられ、この油圧モータ１０５の駆動
ギア１０６がこのリングギア１０４に噛み合っている。
従って、油圧モータ１０５を駆動して駆動ギア１０６を
回転駆動すると、リングギア１０４を介してカッタヘッ
ド１０２を回転することができる。
ド掘削機において、掘削機本体としての円筒形状をなす
スキンプレート１０１の前部にはカッタヘッド１０２が
回転自在に装着されており、このカッタヘッド１０２の
前面には多数のカッタビット１０３が固定されている。
そして、カッタヘッド１０２の後部にはリングギア１０
４が固定される一方、スキンプレート１０１には油圧モ
ータ１０５が取付けられ、この油圧モータ１０５の駆動
ギア１０６がこのリングギア１０４に噛み合っている。
従って、油圧モータ１０５を駆動して駆動ギア１０６を
回転駆動すると、リングギア１０４を介してカッタヘッ
ド１０２を回転することができる。
【０００４】また、スキンプレート１０１にはカッタヘ
ッド１０２の後方に位置してバルクヘッド１０７が取付
けられており、カッタヘッド１０２とこのバルクヘッド
１０７との間にチャンバ室１０８が形成されている。そ
して、このチャンバ室１０８には一端がシールド掘削機
の外部に延設された送泥管１０９及び排泥管１１０の他
端が開口しており、排泥管１１０の開口部分の近傍には
掘削土砂と泥水とを攪拌、混合するアジテータ１１１が
設置されている。
ッド１０２の後方に位置してバルクヘッド１０７が取付
けられており、カッタヘッド１０２とこのバルクヘッド
１０７との間にチャンバ室１０８が形成されている。そ
して、このチャンバ室１０８には一端がシールド掘削機
の外部に延設された送泥管１０９及び排泥管１１０の他
端が開口しており、排泥管１１０の開口部分の近傍には
掘削土砂と泥水とを攪拌、混合するアジテータ１１１が
設置されている。
【０００５】更に、スキンプレート１０１の後部外周辺
には円周方向に複数のシールドジャッキ１１２が並設さ
れており、このシールドジャッキ１１２がシールド掘削
機の掘進方向後方に伸長して掘削したトンネル内周面に
構築された図示しない既設のセグメントＳに押し付ける
ことで、その反力によりスキンプレート１０１、即ち、
シールド掘削機全体を前進することができる。一方、ス
キンプレート１０１の後部中央部にはセグメントエレク
タ１１３が設けられており、このセグメントエレクタ１
１３はシールドジャッキ１１２によって前進したスキン
プレート１０１と既設のセグメントＳとの間の空所に新
しいセグメントＳを装着してトンネルを構築することが
できる。
には円周方向に複数のシールドジャッキ１１２が並設さ
れており、このシールドジャッキ１１２がシールド掘削
機の掘進方向後方に伸長して掘削したトンネル内周面に
構築された図示しない既設のセグメントＳに押し付ける
ことで、その反力によりスキンプレート１０１、即ち、
シールド掘削機全体を前進することができる。一方、ス
キンプレート１０１の後部中央部にはセグメントエレク
タ１１３が設けられており、このセグメントエレクタ１
１３はシールドジャッキ１１２によって前進したスキン
プレート１０１と既設のセグメントＳとの間の空所に新
しいセグメントＳを装着してトンネルを構築することが
できる。
【０００６】従って、トンネルを掘削形成するには、ま
ず、複数のシールドジャッキ１１２を伸長し、既設のセ
グメントＳへの押し付け反力によってスキンプレート１
０１を前進させる一方、油圧モータ１０５によりカッタ
ヘッド１０２を回転させ、多数のカッタビット１０３に
よって前方の地盤を掘削する。そして、カッタビット１
０３によって掘削された土砂はチャンバ室１０８内に取
り込まれ、送泥管１０９から給水されてアジテータ１１
１により掘削土砂と送水とが攪拌、混合され、排泥管１
１０により外部に排出される。次に、シールドジャッキ
１１２の何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメ
ントＳとの間に空所を形成し、セグメントエレクタ１１
３によってこの空所に新しいセグメントＳを装着する。
この作業の繰り返しによって所定長さのトンネルを掘削
形成していく。
ず、複数のシールドジャッキ１１２を伸長し、既設のセ
グメントＳへの押し付け反力によってスキンプレート１
０１を前進させる一方、油圧モータ１０５によりカッタ
ヘッド１０２を回転させ、多数のカッタビット１０３に
よって前方の地盤を掘削する。そして、カッタビット１
０３によって掘削された土砂はチャンバ室１０８内に取
り込まれ、送泥管１０９から給水されてアジテータ１１
１により掘削土砂と送水とが攪拌、混合され、排泥管１
１０により外部に排出される。次に、シールドジャッキ
１１２の何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメ
ントＳとの間に空所を形成し、セグメントエレクタ１１
３によってこの空所に新しいセグメントＳを装着する。
この作業の繰り返しによって所定長さのトンネルを掘削
形成していく。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した従
来のシールド掘削機によるトンネル掘削作業時には、ス
キンプレート１０１に対して、周辺地盤からの地盤反力
や土水圧力などが作用すると共に、カッタヘッド１０２
には前面土圧や掘削トルクなどが作用する。通常、シー
ルド掘削機（スキンプレート１０１）は予め設定された
計画線に沿って掘進するように方向制御がなされている
が、前述したような外圧によってスキンプレート１０１
が計画線から外れることがある。そのため、従来はこの
外圧とシールドジャッキ１１２の押し付け力とがバラン
スするようにこのシールドジャッキ１１２の作動力を調
整していた。
来のシールド掘削機によるトンネル掘削作業時には、ス
キンプレート１０１に対して、周辺地盤からの地盤反力
や土水圧力などが作用すると共に、カッタヘッド１０２
には前面土圧や掘削トルクなどが作用する。通常、シー
ルド掘削機（スキンプレート１０１）は予め設定された
計画線に沿って掘進するように方向制御がなされている
が、前述したような外圧によってスキンプレート１０１
が計画線から外れることがある。そのため、従来はこの
外圧とシールドジャッキ１１２の押し付け力とがバラン
スするようにこのシールドジャッキ１１２の作動力を調
整していた。
【０００８】ところが、トンネル掘削作業時にスキンプ
レート１０１に対して作用する外力は、図７に示すよう
に、推進反力Ｆx 、水平方向力Ｆy 、鉛直方向力Ｆz の
みならず、推進方向や姿勢を変化させたときに作用する
ローリングモーメントＭr 、ピッチングモーメント
Ｍp 、ヨーイングモーメントＭy がある。これらの外力
を独立してシールドジャッキ１１２の水力分布から精度
良く推定するのは困難であり、スキンプレート１０１の
推進方向や姿勢を高精度に安定して制御することができ
なかった。
レート１０１に対して作用する外力は、図７に示すよう
に、推進反力Ｆx 、水平方向力Ｆy 、鉛直方向力Ｆz の
みならず、推進方向や姿勢を変化させたときに作用する
ローリングモーメントＭr 、ピッチングモーメント
Ｍp 、ヨーイングモーメントＭy がある。これらの外力
を独立してシールドジャッキ１１２の水力分布から精度
良く推定するのは困難であり、スキンプレート１０１の
推進方向や姿勢を高精度に安定して制御することができ
なかった。
【０００９】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、トンネル掘削作業時の掘削機本体に作用する外
力を正確に推定することができる外力計測装置及びこの
外力計測装置によって推定された推定値に基づいて掘削
機本体の姿勢を高精度に安定して制御可能とするトンネ
ル掘削機を提供することを目的とする。
あって、トンネル掘削作業時の掘削機本体に作用する外
力を正確に推定することができる外力計測装置及びこの
外力計測装置によって推定された推定値に基づいて掘削
機本体の姿勢を高精度に安定して制御可能とするトンネ
ル掘削機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】上述の目的を達成するた
めの本発明の外力計測装置は、前端部に駆動回転自在な
カッタヘッドが装着された前胴の後部に後胴が周方向回
動自在に連結され、前記後胴に装備された推進機構によ
って前記前胴及び後胴を前進させることで、前記回転す
るカッタヘッドによって前方の地盤を掘削するトンネル
掘削機において、前記前胴と後胴とをその周方向に傾斜
してトラス状をなす複数の連結部材によって連結すると
共に該複数の連結部材の軸方向に作用する軸力を計測す
る計測器を設け、該計測器によって計測された前記複数
の連結部材の各軸力に基づいて前記前胴に作用する推進
方向及び鉛直方向及び水平方向の各応力を算出する演算
手段を設けたことを特徴とするものである。
めの本発明の外力計測装置は、前端部に駆動回転自在な
カッタヘッドが装着された前胴の後部に後胴が周方向回
動自在に連結され、前記後胴に装備された推進機構によ
って前記前胴及び後胴を前進させることで、前記回転す
るカッタヘッドによって前方の地盤を掘削するトンネル
掘削機において、前記前胴と後胴とをその周方向に傾斜
してトラス状をなす複数の連結部材によって連結すると
共に該複数の連結部材の軸方向に作用する軸力を計測す
る計測器を設け、該計測器によって計測された前記複数
の連結部材の各軸力に基づいて前記前胴に作用する推進
方向及び鉛直方向及び水平方向の各応力を算出する演算
手段を設けたことを特徴とするものである。
【００１１】従って、カッタヘッドが駆動回転しながら
推進機構によって前胴及び後胴を前進させることで前方
の地盤を掘削してトンネルを掘削形成するとき、前胴に
作用する外力はトラス状をなす複数の連結部材に軸方向
の軸力として伝達され、計測器はこの各連結部材の軸力
を計測し、演算手段はこの各軸力に基づいて前胴に作用
する推進方向及び鉛直方向及び水平方向の各応力を独立
に算出することとなり、シールド掘削機の作用する外力
を正確に推定できる。
推進機構によって前胴及び後胴を前進させることで前方
の地盤を掘削してトンネルを掘削形成するとき、前胴に
作用する外力はトラス状をなす複数の連結部材に軸方向
の軸力として伝達され、計測器はこの各連結部材の軸力
を計測し、演算手段はこの各軸力に基づいて前胴に作用
する推進方向及び鉛直方向及び水平方向の各応力を独立
に算出することとなり、シールド掘削機の作用する外力
を正確に推定できる。
【００１２】また、本発明の外力計測装置は、前記演算
手段は、前記計測器によって計測された前記複数の連結
部材の各軸力に基づいて前記前胴に作用する推進方向及
び鉛直方向及び水平方向の各応力を算出すると共に、そ
の推進方向及び鉛直方向及び水平方向の各モーメントを
算出することを特徴とするものである。
手段は、前記計測器によって計測された前記複数の連結
部材の各軸力に基づいて前記前胴に作用する推進方向及
び鉛直方向及び水平方向の各応力を算出すると共に、そ
の推進方向及び鉛直方向及び水平方向の各モーメントを
算出することを特徴とするものである。
【００１３】従って、演算手段は、前胴に作用する推進
方向及び鉛直方向及び水平方向の各応力のみならず、各
モーメントも算出することとなり、シールド掘削機の作
用する外力をより正確に推定できる。
方向及び鉛直方向及び水平方向の各応力のみならず、各
モーメントも算出することとなり、シールド掘削機の作
用する外力をより正確に推定できる。
【００１４】また、本発明の外力計測装置は、前記連結
部材はトラス状に配設された２本１組のものが３組設け
られてなり、それぞれ前記前胴及び後胴の周方向均等間
隔に配設されたことを特徴とするものである。
部材はトラス状に配設された２本１組のものが３組設け
られてなり、それぞれ前記前胴及び後胴の周方向均等間
隔に配設されたことを特徴とするものである。
【００１５】従って、トラス状に２本１組で合計３組周
方向均等間隔に設けられた連結部材には、前胴に作用す
る外力が正確に伝達されることとなる。
方向均等間隔に設けられた連結部材には、前胴に作用す
る外力が正確に伝達されることとなる。
【００１６】また、本発明のトンネル掘削機置は、前端
部に駆動回転自在なカッタヘッドが装着された円筒状の
前胴と、該前胴の後部に周方向回動自在に連結された円
筒状の後胴と、前記後胴に装着された推進機構と、前記
前胴と後胴との間にその周方向に傾斜してトラス状をな
して配設されて該前胴と後胴とを連結する複数の連結部
材と、該複数の連結部材に装着されて該連結部材の軸方
向に作用する軸力を計測する計測器と、該計測器によっ
て計測された前記複数の連結部材の各軸力に基づいて前
記前胴に作用する推進方向及び鉛直方向及び水平方向の
各応力を算出すると共にその３方向の各モーメントを算
出する演算手段と、該演算手段によって算出された３方
向の各応力及び各モーメントに基づいて前記推進機構を
駆動制御して前記前胴の方向制御を行う制御装置とを具
えたことを特徴とするものである。
部に駆動回転自在なカッタヘッドが装着された円筒状の
前胴と、該前胴の後部に周方向回動自在に連結された円
筒状の後胴と、前記後胴に装着された推進機構と、前記
前胴と後胴との間にその周方向に傾斜してトラス状をな
して配設されて該前胴と後胴とを連結する複数の連結部
材と、該複数の連結部材に装着されて該連結部材の軸方
向に作用する軸力を計測する計測器と、該計測器によっ
て計測された前記複数の連結部材の各軸力に基づいて前
記前胴に作用する推進方向及び鉛直方向及び水平方向の
各応力を算出すると共にその３方向の各モーメントを算
出する演算手段と、該演算手段によって算出された３方
向の各応力及び各モーメントに基づいて前記推進機構を
駆動制御して前記前胴の方向制御を行う制御装置とを具
えたことを特徴とするものである。
【００１７】従って、カッタヘッドが駆動回転しなが
ら、円筒状の前胴及び後胴は推進機構によって前進し、
前方の地盤を掘削してトンネルを掘削形成し、このと
き、前胴に作用する外力はトラス状をなす複数の連結部
材に軸方向の軸力として伝達され、計測器はこの各連結
部材の軸力を計測し、演算手段はこの各軸力に基づいて
前胴に作用する推進方向及び鉛直方向及び水平方向の各
応力とその３方向の各モーメントを独立に算出すること
となり、シールド掘削機の作用する外力を正確に推定
し、この推定した３方向の応力及びモーメントに対応し
て、該演算手段によって算出された３方向の各応力及び
各モーメントに基づいて制御装置が推進機構を駆動制御
して前胴の方向制御が行われることとなり、掘削機本体
の姿勢が高精度に安定して制御される。
ら、円筒状の前胴及び後胴は推進機構によって前進し、
前方の地盤を掘削してトンネルを掘削形成し、このと
き、前胴に作用する外力はトラス状をなす複数の連結部
材に軸方向の軸力として伝達され、計測器はこの各連結
部材の軸力を計測し、演算手段はこの各軸力に基づいて
前胴に作用する推進方向及び鉛直方向及び水平方向の各
応力とその３方向の各モーメントを独立に算出すること
となり、シールド掘削機の作用する外力を正確に推定
し、この推定した３方向の応力及びモーメントに対応し
て、該演算手段によって算出された３方向の各応力及び
各モーメントに基づいて制御装置が推進機構を駆動制御
して前胴の方向制御が行われることとなり、掘削機本体
の姿勢が高精度に安定して制御される。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づき、実施例を挙げて詳細に説明する。
て、図面に基づき、実施例を挙げて詳細に説明する。
【００１９】図１に本発明の一実施例に係るトンネル掘
削機としてのシールド掘削機の断面、図２に本実施例の
シールド掘削機に装着されるトラス状をなす連結部材の
概略、図３に本実施例の外力計測装置の制御ブロック、
図４に外力計測装置による外力計測原理を説明するため
のシールド掘削機の正面から見た概略、図５に外力計測
装置による外力計測原理を説明するためのシールド掘削
機の側面から見た概略を示す。
削機としてのシールド掘削機の断面、図２に本実施例の
シールド掘削機に装着されるトラス状をなす連結部材の
概略、図３に本実施例の外力計測装置の制御ブロック、
図４に外力計測装置による外力計測原理を説明するため
のシールド掘削機の正面から見た概略、図５に外力計測
装置による外力計測原理を説明するためのシールド掘削
機の側面から見た概略を示す。
【００２０】図１に示すように、本実施例のシールド掘
削機において、掘削機本体は円筒形状をなす前胴１１と
この前胴１１の後部にシール部材１２を介して嵌合した
円筒形状をなす後胴１３とから構成されており、この前
胴１１と後胴１３とは複数（本実施例では６本）の連結
部材１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，
１４ｆ）によって連結されている。この前胴１１の前部
にはカッタヘッド１５が位置し、その回転軸１６が前胴
１１に軸受１７を介して回転自在に装着されており、こ
のカッタヘッド１５の前面には地盤を掘削する多数のカ
ッタビット１８が固定されている。そして、このカッタ
ヘッド１５の回転軸１６はカップリング１９によってカ
ッタ駆動モータ２０の駆動軸２１と駆動連結されてい
る。従って、カッタ駆動モータ２０によって駆動軸２１
を回転駆動すると、その回転力が回転軸１６を介してカ
ッタヘッド１５に伝達され、このカッタヘッド１５が旋
回駆動することができる。
削機において、掘削機本体は円筒形状をなす前胴１１と
この前胴１１の後部にシール部材１２を介して嵌合した
円筒形状をなす後胴１３とから構成されており、この前
胴１１と後胴１３とは複数（本実施例では６本）の連結
部材１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，
１４ｆ）によって連結されている。この前胴１１の前部
にはカッタヘッド１５が位置し、その回転軸１６が前胴
１１に軸受１７を介して回転自在に装着されており、こ
のカッタヘッド１５の前面には地盤を掘削する多数のカ
ッタビット１８が固定されている。そして、このカッタ
ヘッド１５の回転軸１６はカップリング１９によってカ
ッタ駆動モータ２０の駆動軸２１と駆動連結されてい
る。従って、カッタ駆動モータ２０によって駆動軸２１
を回転駆動すると、その回転力が回転軸１６を介してカ
ッタヘッド１５に伝達され、このカッタヘッド１５が旋
回駆動することができる。
【００２１】また、前胴１１にはバルクヘッド２２が取
付けられており、カッタヘッド１５とこのバルクヘッド
２２によってチャンバ室２３が形成されている。そし
て、前胴１１及び後胴１３を前後に貫通してスクリュー
コンベア２４が装着され、このスクリューコンベア２４
の先端部がチャンバ室２３内に位置しており、スクリュ
ーコンベア２４によってチャンバ室２３内に取り込まれ
た掘削土砂を外部に排出することができる。なお、後胴
１３には掘進機構としての図示しないシールドジャッキ
が装着されると共にセグメントエレクタが設けられてい
る。
付けられており、カッタヘッド１５とこのバルクヘッド
２２によってチャンバ室２３が形成されている。そし
て、前胴１１及び後胴１３を前後に貫通してスクリュー
コンベア２４が装着され、このスクリューコンベア２４
の先端部がチャンバ室２３内に位置しており、スクリュ
ーコンベア２４によってチャンバ室２３内に取り込まれ
た掘削土砂を外部に排出することができる。なお、後胴
１３には掘進機構としての図示しないシールドジャッキ
が装着されると共にセグメントエレクタが設けられてい
る。
【００２２】前胴１１と後胴１３とを連結する連結部材
１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４
ｆ）は、前胴１１と後胴１３の周方向に傾斜してトラス
状をなし、このトラス状に配設された２本１組のものが
３組設けられてなり、それぞれ前胴１１及び後胴１３の
周方向均等間隔に配設されている。例えば、図２に示す
ように、連結部材１４ａと１４ｂとで１組をなし、連結
部材１４ａの一端部は前胴１１の支持部１１ａに軸受３
１を介して回動自在に連結され、連結部材１４ａの他端
部は後胴１３の支持部１３ａに軸受３２を介して回動自
在に連結ている。一方、連結部材１４ｂの一端部は前胴
１１の支持部１１ａに軸受３３を介して回動自在に連結
され、連結部材１４ｂの他端部は後胴１３の支持部１３
ａに軸受３４を介して回動自在に連結されている。な
お、連結部材１４ｃと１４ｄ、１４ｅと１４ｆもそれぞ
れ組をなし、連結部材１４ａと１４ｂと同様に取付けら
れている。
１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４
ｆ）は、前胴１１と後胴１３の周方向に傾斜してトラス
状をなし、このトラス状に配設された２本１組のものが
３組設けられてなり、それぞれ前胴１１及び後胴１３の
周方向均等間隔に配設されている。例えば、図２に示す
ように、連結部材１４ａと１４ｂとで１組をなし、連結
部材１４ａの一端部は前胴１１の支持部１１ａに軸受３
１を介して回動自在に連結され、連結部材１４ａの他端
部は後胴１３の支持部１３ａに軸受３２を介して回動自
在に連結ている。一方、連結部材１４ｂの一端部は前胴
１１の支持部１１ａに軸受３３を介して回動自在に連結
され、連結部材１４ｂの他端部は後胴１３の支持部１３
ａに軸受３４を介して回動自在に連結されている。な
お、連結部材１４ｃと１４ｄ、１４ｅと１４ｆもそれぞ
れ組をなし、連結部材１４ａと１４ｂと同様に取付けら
れている。
【００２３】従って、前胴１１に作用する外力、例え
ば、周面土圧や前面土圧、掘削トルク、推進反力、摩擦
力などが全てこの連結部材１４（１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ）に軸方向の力（軸力）と
して伝達されるようになっている。そして、この連結部
材１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１
４ｆ）にはこの軸力を計測する動力計４１（４１ａ，４
１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆ）が装着されて
いる。なお、カッタ駆動モータ２０やスクリューコンベ
ア２４などによる前胴１１から後胴１３への反力の伝達
はほとんどない構造となっている。
ば、周面土圧や前面土圧、掘削トルク、推進反力、摩擦
力などが全てこの連結部材１４（１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ）に軸方向の力（軸力）と
して伝達されるようになっている。そして、この連結部
材１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１
４ｆ）にはこの軸力を計測する動力計４１（４１ａ，４
１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆ）が装着されて
いる。なお、カッタ駆動モータ２０やスクリューコンベ
ア２４などによる前胴１１から後胴１３への反力の伝達
はほとんどない構造となっている。
【００２４】ここで、本実施例のシールド掘削機に搭載
された外力計測装置について説明する。図３に示すよう
に、シールド掘削機の制御装置５１には前述した動力計
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆが接
続されており、計測した連結部材１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆの軸力が入力される。ま
た、この制御装置５１には掘削機の位置変位検出装置
（レーザ計測器やレベル計など）５２が接続されてお
り、検出したシールド掘削機の位置及び変位のデータが
入力される。更に、制御装置５１にはシールド掘削機の
進路データを入力する入力装置５３が接続され、入力さ
れた進路データや設定進路の要否がディスプレイ５４に
表示される。そして、制御装置５１には複数のシールド
ジャッキ５６を駆動制御するシールドシーケンサ５５が
接続されている。
された外力計測装置について説明する。図３に示すよう
に、シールド掘削機の制御装置５１には前述した動力計
４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆが接
続されており、計測した連結部材１４ａ，１４ｂ，１４
ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆの軸力が入力される。ま
た、この制御装置５１には掘削機の位置変位検出装置
（レーザ計測器やレベル計など）５２が接続されてお
り、検出したシールド掘削機の位置及び変位のデータが
入力される。更に、制御装置５１にはシールド掘削機の
進路データを入力する入力装置５３が接続され、入力さ
れた進路データや設定進路の要否がディスプレイ５４に
表示される。そして、制御装置５１には複数のシールド
ジャッキ５６を駆動制御するシールドシーケンサ５５が
接続されている。
【００２５】而して、本実施例のシールド掘削機によっ
てトンネルを掘削形成するには、図１及び図３に示すよ
うに、入力装置５３から制御装置５１にシールド掘削機
の進路データが入力され、制御装置５１はシールドシー
ケンサ５５に指令を出力し、各シールドジャッキ５６を
作動して前胴１１及び後胴１３が推進する。即ち、シー
ルドジャッキ５６が推進し、既設のセグメントへの押し
付け反力によって前胴１１及び後胴１３を前進させる一
方、カッタ駆動モータ２０によりカッタヘッド１５を旋
回させ、カッタビット１８によって地盤を掘削する。掘
削された土砂はチャンバ室２３に取り込まれ、スクリュ
ーコンベア２４によって外部に排出される。そして、シ
ールドジャッキ５６の何れか一つを縮み方向に作動して
既設のセグメントとの空所に新しいセグメントを装着す
る。この作業の繰り返しによってトンネルを掘削形成し
ていく。
てトンネルを掘削形成するには、図１及び図３に示すよ
うに、入力装置５３から制御装置５１にシールド掘削機
の進路データが入力され、制御装置５１はシールドシー
ケンサ５５に指令を出力し、各シールドジャッキ５６を
作動して前胴１１及び後胴１３が推進する。即ち、シー
ルドジャッキ５６が推進し、既設のセグメントへの押し
付け反力によって前胴１１及び後胴１３を前進させる一
方、カッタ駆動モータ２０によりカッタヘッド１５を旋
回させ、カッタビット１８によって地盤を掘削する。掘
削された土砂はチャンバ室２３に取り込まれ、スクリュ
ーコンベア２４によって外部に排出される。そして、シ
ールドジャッキ５６の何れか一つを縮み方向に作動して
既設のセグメントとの空所に新しいセグメントを装着す
る。この作業の繰り返しによってトンネルを掘削形成し
ていく。
【００２６】このようなシールド掘削機による掘削作業
中に、前胴１１には周面土圧や前面土圧、掘削トルク、
推進反力、摩擦力などの外力が作用し、後胴１３との各
連結部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１
４ｆに軸力として伝達され、各軸力は動力計４１ａ，４
１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆによって計測さ
れる。制御装置５１はこの計測された軸力から前胴１１
に作用する推進方向及び鉛直方向及び水平方向の各応力
とその３方向の各モーメントを独立に算出するし、この
推定した３方向の応力及びモーメントに基づいてシール
ドシーケンサ５５によりシールドジャッキ５６を駆動制
御し、前胴１１の方向制御を行う。
中に、前胴１１には周面土圧や前面土圧、掘削トルク、
推進反力、摩擦力などの外力が作用し、後胴１３との各
連結部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１
４ｆに軸力として伝達され、各軸力は動力計４１ａ，４
１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆによって計測さ
れる。制御装置５１はこの計測された軸力から前胴１１
に作用する推進方向及び鉛直方向及び水平方向の各応力
とその３方向の各モーメントを独立に算出するし、この
推定した３方向の応力及びモーメントに基づいてシール
ドシーケンサ５５によりシールドジャッキ５６を駆動制
御し、前胴１１の方向制御を行う。
【００２７】ここで、制御装置５１による推進方向及び
鉛直方向及び水平方向の各応力とその３方向の各モーメ
ントを独立に算出方法について説明する。
鉛直方向及び水平方向の各応力とその３方向の各モーメ
ントを独立に算出方法について説明する。
【００２８】図３及び図４に示すように、前胴１１及び
後胴１３に対する各連結部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，
１４ｄ，１４ｅ，１４ｆの各連結位置は、原点０−ＸＹ
Ｚを中心とする円周上に位置している。ｕi を連結部材
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆの後
胴１３の取付点から前胴１１の取付点へ向かうベクトル
Ｕの単位ベクトルとし、ｓi を前胴１１の中心点から連
結部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４
ｆの前胴１１の取付点までの距離ベクトルとする。一
方、前胴１１に作用する外力は各連結部材１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆの軸力として伝達
され、動力計４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１
ｅ，４１ｆが計測する。この場合、前胴１１に作用する
推進方向及び鉛直方向及び水平方向の３方向力とこの３
方向の各モーメントとの間には以下に示す関係式が成立
する。
後胴１３に対する各連結部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，
１４ｄ，１４ｅ，１４ｆの各連結位置は、原点０−ＸＹ
Ｚを中心とする円周上に位置している。ｕi を連結部材
１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆの後
胴１３の取付点から前胴１１の取付点へ向かうベクトル
Ｕの単位ベクトルとし、ｓi を前胴１１の中心点から連
結部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４
ｆの前胴１１の取付点までの距離ベクトルとする。一
方、前胴１１に作用する外力は各連結部材１４ａ，１４
ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆの軸力として伝達
され、動力計４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１
ｅ，４１ｆが計測する。この場合、前胴１１に作用する
推進方向及び鉛直方向及び水平方向の３方向力とこの３
方向の各モーメントとの間には以下に示す関係式が成立
する。
【００２９】
【数１】
【００３０】従って、上記数式１より下記数式２が成り
立つ。
立つ。
【００３１】
【数２】
【００３２】従って、上記数式２に動力計４１ａ，４１
ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆが計測した各連結
部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ
の軸力Ｃ（ｃ1 ，ｃ2 ，ｃ3 ，ｃ4 ，ｃ5 ，ｃ6 ）を代
入することで、３方向の外力Ｆ（Ｆx ，Ｆy ，Ｆz ）及
びモーメントＭ（Ｍr ，Ｍp ，Ｍy ）を算出することが
できる。
ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１ｆが計測した各連結
部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ
の軸力Ｃ（ｃ1 ，ｃ2 ，ｃ3 ，ｃ4 ，ｃ5 ，ｃ6 ）を代
入することで、３方向の外力Ｆ（Ｆx ，Ｆy ，Ｆz ）及
びモーメントＭ（Ｍr ，Ｍp ，Ｍy ）を算出することが
できる。
【００３３】
【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明の外力計測装置によれば、トンネル掘削機の
前胴と後胴とをその周方向に傾斜してトラス状をなす複
数の連結部材によって連結すると共にこの複数の連結部
材の軸方向に作用する軸力を計測する計測器を設け、演
算手段が計測器によって計測された各連結部材の軸力に
基づいて前胴に作用する推進方向及び鉛直方向及び水平
方向の各応力を算出するようにしたので、トンネル掘削
作業時の掘削機本体に作用する外力を推進方向及び鉛直
方向及び水平方向に独立して正確に推定することがで
き、機体に作用する過負荷を的確に監視することができ
る。
うに本発明の外力計測装置によれば、トンネル掘削機の
前胴と後胴とをその周方向に傾斜してトラス状をなす複
数の連結部材によって連結すると共にこの複数の連結部
材の軸方向に作用する軸力を計測する計測器を設け、演
算手段が計測器によって計測された各連結部材の軸力に
基づいて前胴に作用する推進方向及び鉛直方向及び水平
方向の各応力を算出するようにしたので、トンネル掘削
作業時の掘削機本体に作用する外力を推進方向及び鉛直
方向及び水平方向に独立して正確に推定することがで
き、機体に作用する過負荷を的確に監視することができ
る。
【００３４】また、本発明の外力計測装置によれば、演
算手段が各連結部材の各軸力に基づいて前胴に作用する
推進方向及び鉛直方向及び水平方向の各応力及び各モー
メントを算出するようにしたので、機体に作用するモー
メント作用も監視することができる。
算手段が各連結部材の各軸力に基づいて前胴に作用する
推進方向及び鉛直方向及び水平方向の各応力及び各モー
メントを算出するようにしたので、機体に作用するモー
メント作用も監視することができる。
【００３５】また、本発明の外力計測装置によれば、連
結部材はトラス状に配設された２本１組のものが３組設
けられてなり、それぞれ前胴及び後胴の周方向均等間隔
に配設されたので、各連結部材には前胴に作用する外力
が正確に伝達されることとなり、計測精度を向上するこ
とができる。
結部材はトラス状に配設された２本１組のものが３組設
けられてなり、それぞれ前胴及び後胴の周方向均等間隔
に配設されたので、各連結部材には前胴に作用する外力
が正確に伝達されることとなり、計測精度を向上するこ
とができる。
【００３６】また、本発明のトンネル掘削機置によれ
ば、前端部に駆動回転自在なカッタヘッドが装着された
円筒状の前胴の後部に周方向回動自在に連結された円筒
状の後胴を連結して推進機構によって前進可能とし、こ
の前胴と後胴との間にその周方向に傾斜してトラス状を
なす複数の連結部材を装着すると共に各連結部材に作用
する軸力を計測する計測器を装着し、演算手段がこの計
測器によって計測された各軸力に基づいて前胴に作用す
る推進方向及び鉛直方向及び水平方向の各応力及び各モ
ーメントを算出し、制御装置が演算手段によって算出さ
れた３方向の各応力及び各モーメントに基づいて推進機
構を駆動制御して前胴の方向制御を行うようにしたの
で、トンネル掘削機は３方向の各応力及び各モーメント
に基づいて推進機構が駆動制御されて方向制御が行われ
ることとなり、掘削機本体の姿勢を高精度に安定して制
御することで、過負荷による機体の損傷や地盤の崩壊を
防止することができる。その結果、トンネル掘削機の自
動化や省力化に寄与することができる。
ば、前端部に駆動回転自在なカッタヘッドが装着された
円筒状の前胴の後部に周方向回動自在に連結された円筒
状の後胴を連結して推進機構によって前進可能とし、こ
の前胴と後胴との間にその周方向に傾斜してトラス状を
なす複数の連結部材を装着すると共に各連結部材に作用
する軸力を計測する計測器を装着し、演算手段がこの計
測器によって計測された各軸力に基づいて前胴に作用す
る推進方向及び鉛直方向及び水平方向の各応力及び各モ
ーメントを算出し、制御装置が演算手段によって算出さ
れた３方向の各応力及び各モーメントに基づいて推進機
構を駆動制御して前胴の方向制御を行うようにしたの
で、トンネル掘削機は３方向の各応力及び各モーメント
に基づいて推進機構が駆動制御されて方向制御が行われ
ることとなり、掘削機本体の姿勢を高精度に安定して制
御することで、過負荷による機体の損傷や地盤の崩壊を
防止することができる。その結果、トンネル掘削機の自
動化や省力化に寄与することができる。
【図１】本発明の一実施例に係るトンネル掘削機として
のシールド掘削機の断面図である。
のシールド掘削機の断面図である。
【図２】本実施例のシールド掘削機に装着されるトラス
状をなす連結部材の概略図である。
状をなす連結部材の概略図である。
【図３】本実施例の外力計測装置の制御ブロック図であ
る。
る。
【図４】外力計測装置による外力計測原理を説明するた
めのシールド掘削機の正面から見た概略図である。
めのシールド掘削機の正面から見た概略図である。
【図５】外力計測装置による外力計測原理を説明するた
めのシールド掘削機の側面から見た概略図である。
めのシールド掘削機の側面から見た概略図である。
【図６】従来のシールド掘削機の断面図である。
【図７】シールド掘削機に作用する外力を説明するため
の概略図である。
の概略図である。
１１ 前胴（掘削機本体） １３ 後胴（掘削機本体） １４，１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４
ｆ 連結部材 １５ カッタヘッド ２０ カッタ駆動モータ ３１，３２，３３，３４ 軸受 ４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１
ｆ 動力計（計測器） ５１ 制御装置 ５５ シールドシーケンサ ５６ シールドジャッキ
ｆ 連結部材 １５ カッタヘッド ２０ カッタ駆動モータ ３１，３２，３３，３４ 軸受 ４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ，４１
ｆ 動力計（計測器） ５１ 制御装置 ５５ シールドシーケンサ ５６ シールドジャッキ
Claims (4)
- 【請求項１】 前端部に駆動回転自在なカッタヘッドが
装着された前胴の後部に後胴が周方向回動自在に連結さ
れ、前記後胴に装備された推進機構によって前記前胴及
び後胴を前進させることで、前記回転するカッタヘッド
によって前方の地盤を掘削するトンネル掘削機におい
て、前記前胴と後胴とをその周方向に傾斜してトラス状
をなす複数の連結部材によって連結すると共に該複数の
連結部材の軸方向に作用する軸力を計測する計測器を設
け、該計測器によって計測された前記複数の連結部材の
各軸力に基づいて前記前胴に作用する推進方向及び鉛直
方向及び水平方向の各応力を算出する演算手段を設けた
ことを特徴とする外力計測装置。 - 【請求項２】 請求項１記載の外力計測装置において、
前記演算手段は、前記計測器によって計測された前記複
数の連結部材の各軸力に基づいて前記前胴に作用する推
進方向及び鉛直方向及び水平方向の各応力を算出すると
共に、その推進方向及び鉛直方向及び水平方向の各モー
メントを算出することを特徴とする外力計測装置。 - 【請求項３】 請求項１記載の外力計測装置において、
前記連結部材はトラス状に配設された２本１組のものが
３組設けられてなり、それぞれ前記前胴及び後胴の周方
向均等間隔に配設されたことを特徴とする外力計測装
置。 - 【請求項４】 前端部に駆動回転自在なカッタヘッドが
装着された円筒状の前胴と、該前胴の後部に周方向回動
自在に連結された円筒状の後胴と、前記後胴に装着され
た推進機構と、前記前胴と後胴との間にその周方向に傾
斜してトラス状をなして配設されて該前胴と後胴とを連
結する複数の連結部材と、該複数の連結部材に装着され
て該連結部材の軸方向に作用する軸力を計測する計測器
と、該計測器によって計測された前記複数の連結部材の
各軸力に基づいて前記前胴に作用する推進方向及び鉛直
方向及び水平方向の各応力を算出すると共にその３方向
の各モーメントを算出する演算手段と、該演算手段によ
って算出された３方向の各応力及び各モーメントに基づ
いて前記推進機構を駆動制御して前記前胴の方向制御を
行う制御装置とを具えたことを特徴とするトンネル掘削
機。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18874395A JP2902326B2 (ja) | 1995-07-25 | 1995-07-25 | 外力計測装置及びトンネル掘削機 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18874395A JP2902326B2 (ja) | 1995-07-25 | 1995-07-25 | 外力計測装置及びトンネル掘削機 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0932483A JPH0932483A (ja) | 1997-02-04 |
| JP2902326B2 true JP2902326B2 (ja) | 1999-06-07 |
Family
ID=16229002
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18874395A Expired - Lifetime JP2902326B2 (ja) | 1995-07-25 | 1995-07-25 | 外力計測装置及びトンネル掘削機 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2902326B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109736818B (zh) * | 2019-01-25 | 2024-01-23 | 江苏建筑职业技术学院 | 一种盾构施工的辅助平衡推进装置 |
-
1995
- 1995-07-25 JP JP18874395A patent/JP2902326B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0932483A (ja) | 1997-02-04 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990223 |