JP3129853B2 - 泥水加圧式シールド工事における切羽水圧の自動制御装置 - Google Patents
泥水加圧式シールド工事における切羽水圧の自動制御装置Info
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、泥水加圧式シールド工
事において、シールド機の後方から切羽に供給されて該
切羽からシールド機の後方に排出される掘削土回収用の
泥水の供給圧を自動的に制御する切羽水圧の自動制御装
置に関するものである。
事において、シールド機の後方から切羽に供給されて該
切羽からシールド機の後方に排出される掘削土回収用の
泥水の供給圧を自動的に制御する切羽水圧の自動制御装
置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】泥水加圧式シールド工法を採用したシー
ルド工事では、シールド機の後方から切羽に泥水を供給
し、該泥水の供給圧と切羽の土圧とのバランスを保たせ
て切羽の崩壊や切羽からの湧水の発生を防いでいると共
に、切羽からシールド機の後方へ泥水を排出して、この
泥水と共にシールド機で掘削された掘削土を切羽から回
収している。従って、切羽を保持するための切羽箇所に
おける泥水の水圧の調整は、泥水加圧式シールド工法を
行う上で重要な要素であり、これに鑑みて従来は、熟練
したオペレータがマニュアル操作で切羽箇所における泥
水の水圧を調整していた。
ルド工事では、シールド機の後方から切羽に泥水を供給
し、該泥水の供給圧と切羽の土圧とのバランスを保たせ
て切羽の崩壊や切羽からの湧水の発生を防いでいると共
に、切羽からシールド機の後方へ泥水を排出して、この
泥水と共にシールド機で掘削された掘削土を切羽から回
収している。従って、切羽を保持するための切羽箇所に
おける泥水の水圧の調整は、泥水加圧式シールド工法を
行う上で重要な要素であり、これに鑑みて従来は、熟練
したオペレータがマニュアル操作で切羽箇所における泥
水の水圧を調整していた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したように従来
は、熟練したオペレータがマニュアル操作で切羽箇所に
おける泥水の水圧を調整していたため、泥水加圧式シー
ルド工法を採用したシールド工事では、工事を自動化し
て作業の効率化及び省力化を図ることができない不具合
があった。本発明は前記事情に鑑みてなされたものであ
り、切羽箇所における泥水の水圧の調整を自動化して熟
練したオペレータを不要とし、泥水加圧式シールド工事
を自動化して作業の効率化及び省力化を図ることができ
る泥水加圧式シールド工事における切羽水圧の自動制御
装置を提供することを目的とする。
は、熟練したオペレータがマニュアル操作で切羽箇所に
おける泥水の水圧を調整していたため、泥水加圧式シー
ルド工法を採用したシールド工事では、工事を自動化し
て作業の効率化及び省力化を図ることができない不具合
があった。本発明は前記事情に鑑みてなされたものであ
り、切羽箇所における泥水の水圧の調整を自動化して熟
練したオペレータを不要とし、泥水加圧式シールド工事
を自動化して作業の効率化及び省力化を図ることができ
る泥水加圧式シールド工事における切羽水圧の自動制御
装置を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、供給ポンプによりシールド機の後方から切
羽へ泥水を供給して該切羽を保持し、前記シールド機で
掘削された掘削土を、排出ポンプにより前記泥水と共に
前記切羽から前記シールド機の後方へ排出するようにし
た泥水加圧式シールド工事における、前記切羽を保持す
るための該切羽箇所での前記泥水の水圧を制御する装置
であって、前記切羽箇所における前記泥水の水圧を検出
する切羽水圧検出手段と、前記シールド機の掘進速度を
検出する掘進速度検出手段と、前記供給ポンプによる前
記泥水の供給量を検出する供給量検出手段と、前記排出
ポンプによる前記泥水の排出量を検出する排出量検出手
段と、前記掘進速度検出手段、供給量検出手段、及び排
出量検出手段の検出結果に基づいて、前記泥水の給排量
に対する前記掘削土の排出量の過不足を示す偏差流量を
所定時間毎に検出する偏差流量検出手段と、前記偏差流
量検出手段で検出された最新の過去及び現在の偏差流量
に基づいて、該両偏差流量の各々に対応するファジース
ケール値を出力するファジースケール値出力手段と、前
記最新の過去及び現在の偏差流量の各々に対応するファ
ジースケール値に基づいて、該両偏差流量の各々に関す
るメンバーシップ関数値を出力するメンバーシップ関数
値出力手段と、ファジー制御ルールを保持するファジー
制御ルール保持手段と、前記ファジー制御ルールに基づ
いて前記メンバーシップ関数値に対するファジー推論を
行うファジー推論手段と、前記ファジー推論手段による
推論結果に基づいて前記切羽箇所における前記泥水の水
圧の制御量を出力する制御量出力手段と、前記制御量出
力手段から出力された前記制御量と、前記切羽水圧検出
手段で検出された前記切羽箇所における前記泥水の水圧
とに基づいて前記供給ポンプの駆動を制御する制御手段
とを備えることを特徴とする。
に本発明は、供給ポンプによりシールド機の後方から切
羽へ泥水を供給して該切羽を保持し、前記シールド機で
掘削された掘削土を、排出ポンプにより前記泥水と共に
前記切羽から前記シールド機の後方へ排出するようにし
た泥水加圧式シールド工事における、前記切羽を保持す
るための該切羽箇所での前記泥水の水圧を制御する装置
であって、前記切羽箇所における前記泥水の水圧を検出
する切羽水圧検出手段と、前記シールド機の掘進速度を
検出する掘進速度検出手段と、前記供給ポンプによる前
記泥水の供給量を検出する供給量検出手段と、前記排出
ポンプによる前記泥水の排出量を検出する排出量検出手
段と、前記掘進速度検出手段、供給量検出手段、及び排
出量検出手段の検出結果に基づいて、前記泥水の給排量
に対する前記掘削土の排出量の過不足を示す偏差流量を
所定時間毎に検出する偏差流量検出手段と、前記偏差流
量検出手段で検出された最新の過去及び現在の偏差流量
に基づいて、該両偏差流量の各々に対応するファジース
ケール値を出力するファジースケール値出力手段と、前
記最新の過去及び現在の偏差流量の各々に対応するファ
ジースケール値に基づいて、該両偏差流量の各々に関す
るメンバーシップ関数値を出力するメンバーシップ関数
値出力手段と、ファジー制御ルールを保持するファジー
制御ルール保持手段と、前記ファジー制御ルールに基づ
いて前記メンバーシップ関数値に対するファジー推論を
行うファジー推論手段と、前記ファジー推論手段による
推論結果に基づいて前記切羽箇所における前記泥水の水
圧の制御量を出力する制御量出力手段と、前記制御量出
力手段から出力された前記制御量と、前記切羽水圧検出
手段で検出された前記切羽箇所における前記泥水の水圧
とに基づいて前記供給ポンプの駆動を制御する制御手段
とを備えることを特徴とする。
【０００５】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１は本発明の一実施例による切羽水圧の自動制
御装置を採用した泥水加圧式シールド機とこれを用いた
泥水加圧式シールド工事のシールド坑内を示す説明図で
ある。図１中１は泥水加圧式シールド機（以下、シール
ド機と称する）であり、先端のカッター３を回転させつ
つ掘進する。掘削されたシールド坑５の側壁にはセグメ
ント７が取着され、シールド機１は、セグメント７の前
端７ａをシールドジャッキ９で押すことにより掘進方向
への推進力を得る。
する。図１は本発明の一実施例による切羽水圧の自動制
御装置を採用した泥水加圧式シールド機とこれを用いた
泥水加圧式シールド工事のシールド坑内を示す説明図で
ある。図１中１は泥水加圧式シールド機（以下、シール
ド機と称する）であり、先端のカッター３を回転させつ
つ掘進する。掘削されたシールド坑５の側壁にはセグメ
ント７が取着され、シールド機１は、セグメント７の前
端７ａをシールドジャッキ９で押すことにより掘進方向
への推進力を得る。
【０００６】また、シールド機１のシールド１１内に形
成されたカッターチャンバ１３には送泥口１５と排泥口
１７とが設けられており、送泥口１５には、シールド機
１の後方から地上の送泥ポンプ１９（供給ポンプに相
当）やプラント装置（図示せず）に至る送泥管２１が接
続されている。一方、排泥口１７には、やはりシールド
機１の後方から地上のプラント装置に至る排泥管２３が
接続されており、この排泥管２３の管路中には排泥ポン
プ２５（排出ポンプに相当）が、排泥管２３の管路長に
応じた台数（図１中では１台のみ示している）設けられ
ている。
成されたカッターチャンバ１３には送泥口１５と排泥口
１７とが設けられており、送泥口１５には、シールド機
１の後方から地上の送泥ポンプ１９（供給ポンプに相
当）やプラント装置（図示せず）に至る送泥管２１が接
続されている。一方、排泥口１７には、やはりシールド
機１の後方から地上のプラント装置に至る排泥管２３が
接続されており、この排泥管２３の管路中には排泥ポン
プ２５（排出ポンプに相当）が、排泥管２３の管路長に
応じた台数（図１中では１台のみ示している）設けられ
ている。
【０００７】前記プラント装置から送泥口１５へは、送
泥ポンプ１９によって送泥管２１を介して泥水（図示せ
ず）が供給され、送泥口１５からカッターチャンバ１３
内へ供給された泥水は、カッター３のスリットを通して
切羽２７に供給される。切羽２７に噴出された泥水は、
カッター３により掘削された切羽２７の掘削土と共に、
カッター３のスリットを通してカッターチャンバ１３内
へ回収され、さらに、排泥ポンプ２５によって排泥口１
７から排泥管２３を介して地上のプラント装置へ吸引、
排出される。そして、シールド坑５内から地上へ排出さ
れた泥水から前記掘削土中の砂や礫が前記プラント装置
において分離され、残る泥水が送泥ポンプ１９によって
再び送泥管２１を介して送泥口１５に供給される。
泥ポンプ１９によって送泥管２１を介して泥水（図示せ
ず）が供給され、送泥口１５からカッターチャンバ１３
内へ供給された泥水は、カッター３のスリットを通して
切羽２７に供給される。切羽２７に噴出された泥水は、
カッター３により掘削された切羽２７の掘削土と共に、
カッター３のスリットを通してカッターチャンバ１３内
へ回収され、さらに、排泥ポンプ２５によって排泥口１
７から排泥管２３を介して地上のプラント装置へ吸引、
排出される。そして、シールド坑５内から地上へ排出さ
れた泥水から前記掘削土中の砂や礫が前記プラント装置
において分離され、残る泥水が送泥ポンプ１９によって
再び送泥管２１を介して送泥口１５に供給される。
【０００８】尚、前記送泥管２１と送泥口１５との間、
及び排泥管２３と排泥口１７との間には、カッターチャ
ンバ１３内へ供給される泥水の流量や、或はカッターチ
ャンバ１３内から排出される泥水の流量を調整するため
の開閉バルブ２９，３１が設けられている。また、開閉
バルブ２９，３１によって調整された夫々の泥水の流量
は、開閉バルブ２９，３１に付設された送泥流量センサ
３３（供給量検出手段に相当）及び排泥流量センサ３５
（排出量検出手段に相当）により検出され、送泥ポンプ
１９によって設定される泥水のカッターチャンバ１３内
への供給圧は、開閉バルブ２９に付設された送泥圧力セ
ンサ３７により検出される。
及び排泥管２３と排泥口１７との間には、カッターチャ
ンバ１３内へ供給される泥水の流量や、或はカッターチ
ャンバ１３内から排出される泥水の流量を調整するため
の開閉バルブ２９，３１が設けられている。また、開閉
バルブ２９，３１によって調整された夫々の泥水の流量
は、開閉バルブ２９，３１に付設された送泥流量センサ
３３（供給量検出手段に相当）及び排泥流量センサ３５
（排出量検出手段に相当）により検出され、送泥ポンプ
１９によって設定される泥水のカッターチャンバ１３内
への供給圧は、開閉バルブ２９に付設された送泥圧力セ
ンサ３７により検出される。
【０００９】さらに、カッターチャンバ１３には、切羽
２７に噴出された泥水の水圧から、切羽２７からの反力
による圧力を減じた圧力、つまり、切羽箇所における泥
水の水圧（以下、切羽水圧と称する）を検出する切羽水
圧センサ３９（切羽水圧検出手段に相当）が設けられて
おり、シールド機１の先端には、シールド機１の掘進速
度を検出する速度センサ４１（掘進速度検出手段に相
当）が設けられている。そして、前記送泥流量センサ３
３、排泥流量センサ３５、切羽水圧センサ３９、及び速
度センサ４１の検出結果は、シールド坑５内の坑内装置
４３から、図２に示す各種操作用スイッチ類が設けられ
た地上の制御盤４５を介して、本発明の一実施例による
切羽水圧の自動制御装置を構成する制御用コンピュータ
４７に、所定時間毎に入力され、これに基づいて制御用
コンピュータ４７は送泥ポンプ１９の駆動を制御する。
２７に噴出された泥水の水圧から、切羽２７からの反力
による圧力を減じた圧力、つまり、切羽箇所における泥
水の水圧（以下、切羽水圧と称する）を検出する切羽水
圧センサ３９（切羽水圧検出手段に相当）が設けられて
おり、シールド機１の先端には、シールド機１の掘進速
度を検出する速度センサ４１（掘進速度検出手段に相
当）が設けられている。そして、前記送泥流量センサ３
３、排泥流量センサ３５、切羽水圧センサ３９、及び速
度センサ４１の検出結果は、シールド坑５内の坑内装置
４３から、図２に示す各種操作用スイッチ類が設けられ
た地上の制御盤４５を介して、本発明の一実施例による
切羽水圧の自動制御装置を構成する制御用コンピュータ
４７に、所定時間毎に入力され、これに基づいて制御用
コンピュータ４７は送泥ポンプ１９の駆動を制御する。
【００１０】次に、図３のブロック図を参照して制御用
コンピュータ４７の概略構成と該制御用コンピュータ４
７による制御動作について説明する。まず、前記送泥流
量センサ３３、排泥流量センサ３５、及び速度センサ４
１の検出結果は所定時間毎に偏差流量検出部４９（偏差
流量検出手段に相当）に入力され、これに基づいて偏差
流量検出部４９は、送泥口１５からカッターチャンバ１
３への泥水の供給量やカッターチャンバ１３から排泥口
１７への泥水の排出量に対する、前記掘削土の排出量の
過不足を示す偏差流量の前記所定時間毎の平均値を検出
し、その検出結果を出力する。
コンピュータ４７の概略構成と該制御用コンピュータ４
７による制御動作について説明する。まず、前記送泥流
量センサ３３、排泥流量センサ３５、及び速度センサ４
１の検出結果は所定時間毎に偏差流量検出部４９（偏差
流量検出手段に相当）に入力され、これに基づいて偏差
流量検出部４９は、送泥口１５からカッターチャンバ１
３への泥水の供給量やカッターチャンバ１３から排泥口
１７への泥水の排出量に対する、前記掘削土の排出量の
過不足を示す偏差流量の前記所定時間毎の平均値を検出
し、その検出結果を出力する。
【００１１】偏差流量検出部４９で検出された所定時間
毎の偏差流量の平均値（以下、偏差流量と略記する）は
ファジースケール値出力部５１（ファジースケール値出
力手段に相当）に入力され、該ファジースケール値出力
部５１は、最新の過去（以下、前回と称する）及び現在
（以下、今回と称する）の偏差流量に基づいて、図４に
示すような対応による、両偏差流量の各々に対応するフ
ァジースケール値を出力する。例えば、前回の偏差流量
Ｘ１が−０．０１ｍ3 ／ｍｉｎで、今回の偏差流量Ｘ２
が０．０２ｍ3 ／ｍｉｎであるとき、ファジースケール
値出力部５１からは、前回の偏差流量Ｘ１に対応するフ
ァジースケール値−０．１と、今回の偏差流量Ｘ２に対
応するファジースケール値０．２とが出力される。
毎の偏差流量の平均値（以下、偏差流量と略記する）は
ファジースケール値出力部５１（ファジースケール値出
力手段に相当）に入力され、該ファジースケール値出力
部５１は、最新の過去（以下、前回と称する）及び現在
（以下、今回と称する）の偏差流量に基づいて、図４に
示すような対応による、両偏差流量の各々に対応するフ
ァジースケール値を出力する。例えば、前回の偏差流量
Ｘ１が−０．０１ｍ3 ／ｍｉｎで、今回の偏差流量Ｘ２
が０．０２ｍ3 ／ｍｉｎであるとき、ファジースケール
値出力部５１からは、前回の偏差流量Ｘ１に対応するフ
ァジースケール値−０．１と、今回の偏差流量Ｘ２に対
応するファジースケール値０．２とが出力される。
【００１２】ファジースケール値出力部５１から出力さ
れた前回及び今回の偏差流量Ｘ１，Ｘ２の各々に対応す
るファジースケール値は、メンバーシップ関数値出力部
５３（メンバーシップ関数値出力手段に相当）に入力さ
れ、メンバーシップ関数値出力部５３は、図５の、縦軸
にグレードを取り、横軸にＮＢ（Negative Big）、ＮＳ
（Negative Small）、ＺＯ（Zero）、ＰＳ（Positive S
mall）、ＰＢ（Positive Big）の５段階のファジースケ
ールを取った表に示すメンバーシップ関数Ｍに基づい
て、前記両偏差流量Ｘ１，Ｘ２の各々に関するメンバー
シップ関数値を出力する。従って、メンバーシップ関数
値出力部５３から出力される、前回及び今回の偏差流量
Ｘ１，Ｘ２の各々に関するメンバーシップ関数値は、前
回の偏差流量Ｘ１については、ＮＳ（Ｘ１）＝Ａ，ＺＯ
（Ｘ１）＝Ｂ、今回の偏差流量Ｘ２については、ＺＯ
（Ｘ２）＝Ｄ，ＰＳ（Ｘ２）＝Ｃとなる。
れた前回及び今回の偏差流量Ｘ１，Ｘ２の各々に対応す
るファジースケール値は、メンバーシップ関数値出力部
５３（メンバーシップ関数値出力手段に相当）に入力さ
れ、メンバーシップ関数値出力部５３は、図５の、縦軸
にグレードを取り、横軸にＮＢ（Negative Big）、ＮＳ
（Negative Small）、ＺＯ（Zero）、ＰＳ（Positive S
mall）、ＰＢ（Positive Big）の５段階のファジースケ
ールを取った表に示すメンバーシップ関数Ｍに基づい
て、前記両偏差流量Ｘ１，Ｘ２の各々に関するメンバー
シップ関数値を出力する。従って、メンバーシップ関数
値出力部５３から出力される、前回及び今回の偏差流量
Ｘ１，Ｘ２の各々に関するメンバーシップ関数値は、前
回の偏差流量Ｘ１については、ＮＳ（Ｘ１）＝Ａ，ＺＯ
（Ｘ１）＝Ｂ、今回の偏差流量Ｘ２については、ＺＯ
（Ｘ２）＝Ｄ，ＰＳ（Ｘ２）＝Ｃとなる。
【００１３】メンバーシップ関数値出力部５３から出力
された前記両偏差流量Ｘ１，Ｘ２の各々に関するメンバ
ーシップ関数値は、ファジー推論部５５（ファジー推論
手段に相当）に入力され、ここで、以下に示す手順で前
記両メンバーシップ関数値に対するファジー推論が行わ
れる。
された前記両偏差流量Ｘ１，Ｘ２の各々に関するメンバ
ーシップ関数値は、ファジー推論部５５（ファジー推論
手段に相当）に入力され、ここで、以下に示す手順で前
記両メンバーシップ関数値に対するファジー推論が行わ
れる。
【００１４】まず、ファジー推論部５５では、ファジー
制御ルール保持部５７（ファジー制御ルール保持手段に
相当）に保持された、図６に示すファジー制御ルールＲ
に、前回及び今回の偏差流量Ｘ１，Ｘ２に関する各２つ
ずつのメンバーシップ関数値ＮＳ（Ｘ１）＝Ａ，ＺＯ
（Ｘ１）＝Ｂ、ＺＯ（Ｘ２）＝Ｄ，ＰＳ（Ｘ２）＝Ｃを
各１つずつ適用して、前記切羽水圧の制御量を決定する
ための制御パラメータＹを推論する。次に、ファジー推
論部５５では、前記ファジー制御ルールＲに適用した、
前回及び今回の偏差流量Ｘ１，Ｘ２に関する各１つずつ
のメンバーシップ関数値のグレードの比較を行い、低い
方のグレードの値で前記制御パラメータＹの重み付けを
行う。
制御ルール保持部５７（ファジー制御ルール保持手段に
相当）に保持された、図６に示すファジー制御ルールＲ
に、前回及び今回の偏差流量Ｘ１，Ｘ２に関する各２つ
ずつのメンバーシップ関数値ＮＳ（Ｘ１）＝Ａ，ＺＯ
（Ｘ１）＝Ｂ、ＺＯ（Ｘ２）＝Ｄ，ＰＳ（Ｘ２）＝Ｃを
各１つずつ適用して、前記切羽水圧の制御量を決定する
ための制御パラメータＹを推論する。次に、ファジー推
論部５５では、前記ファジー制御ルールＲに適用した、
前回及び今回の偏差流量Ｘ１，Ｘ２に関する各１つずつ
のメンバーシップ関数値のグレードの比較を行い、低い
方のグレードの値で前記制御パラメータＹの重み付けを
行う。
【００１５】以上の、ファジー推論部５５が行うファジ
ー推論の内容を示すのが図７であり、これに示すよう
に、前回の偏差流量Ｘ１に関するメンバーシップ関数値
ＮＳ（Ｘ１）＝Ａと、今回の偏差流量Ｘ２に関するメン
バーシップ関数値ＺＯ（Ｘ２）＝Ｄとをファジー制御ル
ールＲに適用して推論した結果得られる制御パラメータ
ＹはＺＯであり、前記両メンバーシップ関数値のグレー
ドの大小関係はＡ＜Ｄである。従って、制御パラメータ
Ｙを重み付けしたパラメータＹ１はＡ＊ＺＯとなる。同
様に、前回の偏差流量Ｘ１に関するメンバーシップ関数
値ＺＯ（Ｘ１）＝Ｂと、今回の偏差流量Ｘ２に関するメ
ンバーシップ関数値ＺＯ（Ｘ２）＝Ｄとに関しては、制
御パラメータＹはＺＯ、両メンバーシップ関数値のグレ
ードの大小関係はＢ＞Ｄ、制御パラメータＹを重み付け
したパラメータＹ１はＤ＊ＺＯとなる。
ー推論の内容を示すのが図７であり、これに示すよう
に、前回の偏差流量Ｘ１に関するメンバーシップ関数値
ＮＳ（Ｘ１）＝Ａと、今回の偏差流量Ｘ２に関するメン
バーシップ関数値ＺＯ（Ｘ２）＝Ｄとをファジー制御ル
ールＲに適用して推論した結果得られる制御パラメータ
ＹはＺＯであり、前記両メンバーシップ関数値のグレー
ドの大小関係はＡ＜Ｄである。従って、制御パラメータ
Ｙを重み付けしたパラメータＹ１はＡ＊ＺＯとなる。同
様に、前回の偏差流量Ｘ１に関するメンバーシップ関数
値ＺＯ（Ｘ１）＝Ｂと、今回の偏差流量Ｘ２に関するメ
ンバーシップ関数値ＺＯ（Ｘ２）＝Ｄとに関しては、制
御パラメータＹはＺＯ、両メンバーシップ関数値のグレ
ードの大小関係はＢ＞Ｄ、制御パラメータＹを重み付け
したパラメータＹ１はＤ＊ＺＯとなる。
【００１６】さらに、前回の偏差流量Ｘ１に関するメン
バーシップ関数値ＺＯ（Ｘ１）＝Ｂと、今回の偏差流量
Ｘ２に関するメンバーシップ関数値ＰＳ（Ｘ２）＝Ｃと
に関しては、制御パラメータＹはＰＳ、両メンバーシッ
プ関数値のグレードの大小関係はＢ＞Ｃ、制御パラメー
タＹを重み付けしたパラメータＹ１はＣ＊ＰＳとなる。
尚、前回の偏差流量Ｘ１に関するメンバーシップ関数値
ＮＳ（Ｘ１）＝Ａと、今回の偏差流量Ｘ２に関するメン
バーシップ関数値ＰＳ（Ｘ２）＝Ｃとに関しては、ファ
ジー制御ルールＲが適用されず、制御パラメータＹ、両
メンバーシップ関数値のグレードの大小関係、及び制御
パラメータＹを重み付けしたパラメータＹ１を導き出す
ためのファジー推論は行われない。
バーシップ関数値ＺＯ（Ｘ１）＝Ｂと、今回の偏差流量
Ｘ２に関するメンバーシップ関数値ＰＳ（Ｘ２）＝Ｃと
に関しては、制御パラメータＹはＰＳ、両メンバーシッ
プ関数値のグレードの大小関係はＢ＞Ｃ、制御パラメー
タＹを重み付けしたパラメータＹ１はＣ＊ＰＳとなる。
尚、前回の偏差流量Ｘ１に関するメンバーシップ関数値
ＮＳ（Ｘ１）＝Ａと、今回の偏差流量Ｘ２に関するメン
バーシップ関数値ＰＳ（Ｘ２）＝Ｃとに関しては、ファ
ジー制御ルールＲが適用されず、制御パラメータＹ、両
メンバーシップ関数値のグレードの大小関係、及び制御
パラメータＹを重み付けしたパラメータＹ１を導き出す
ためのファジー推論は行われない。
【００１７】このように、ファジー推論部５５によるフ
ァジー推論の結果得られた３つのパラメータＹ１＝Ａ＊
ＺＯ、Ｄ＊ＺＯ、及びＣ＊ＰＳは、制御量出力部５９
（制御量出力手段に相当）に入力され、制御量出力部５
９は、図８に示すように、前記３つのパラメータＹ１に
対して重心法を適用して、前記切羽水圧の制御量に関す
るファジースケール値Ｆを割り出す。さらに、制御量出
力部５９はこのファジースケール値Ｆから、図４に示す
ような対応で設定される前記切羽水圧の増減量、即ちフ
ァジー制御量Ｚを割り出す。例えば、前記３つのパラメ
ータＹ１から割り出されたファジースケール値Ｆが０．
０４１であれば、切羽水圧のファジー制御量Ｚは０．０
０５Ｋｇ／ｃｍ2 となる。
ァジー推論の結果得られた３つのパラメータＹ１＝Ａ＊
ＺＯ、Ｄ＊ＺＯ、及びＣ＊ＰＳは、制御量出力部５９
（制御量出力手段に相当）に入力され、制御量出力部５
９は、図８に示すように、前記３つのパラメータＹ１に
対して重心法を適用して、前記切羽水圧の制御量に関す
るファジースケール値Ｆを割り出す。さらに、制御量出
力部５９はこのファジースケール値Ｆから、図４に示す
ような対応で設定される前記切羽水圧の増減量、即ちフ
ァジー制御量Ｚを割り出す。例えば、前記３つのパラメ
ータＹ１から割り出されたファジースケール値Ｆが０．
０４１であれば、切羽水圧のファジー制御量Ｚは０．０
０５Ｋｇ／ｃｍ2 となる。
【００１８】そして、制御量出力部５９で割り出された
切羽水圧のファジー制御量Ｚは制御部６１（制御手段に
相当）に入力され、制御部６１は、送泥圧力センサ３７
で検出された泥水のカッターチャンバ１３内への供給圧
を監視しながら、切羽水圧センサ３９で検出される切羽
水圧が制御量出力部５９で割り出されたファジー制御量
Ｚに応じた圧力となるように送泥ポンプ１９の駆動を制
御する。
切羽水圧のファジー制御量Ｚは制御部６１（制御手段に
相当）に入力され、制御部６１は、送泥圧力センサ３７
で検出された泥水のカッターチャンバ１３内への供給圧
を監視しながら、切羽水圧センサ３９で検出される切羽
水圧が制御量出力部５９で割り出されたファジー制御量
Ｚに応じた圧力となるように送泥ポンプ１９の駆動を制
御する。
【００１９】制御用コンピュータ４７によって前記切羽
水圧をファジー制御する際の具体的な流れを図９に基づ
いて説明すると、まず、ステップＳ１において、切羽水
圧を変更してからその水圧によるシールド機１の掘進動
作が安定するまでのオフセット時間として、制御カウン
ターＩのカウント時間Ｓ Ｃを設定すると共に、偏差流
量が所定値に達する前に制御が行われないように未変更
範囲Ｈ０を設定する。そして、前記制御カウンターＩ及
び制御用コンピュータ４７による切羽水圧のファジー制
御量Ｚを夫々初期値＝０とし、さらに、切羽水圧の設定
値ＰとファジールールＲとを設定して、次のステップＳ
３でシールド機１による掘削を開始し、続いて、ステッ
プＳ５におけるＤＩＦＦＩＸ通信により、前記送泥流量
センサ３３、排泥流量センサ３５、及び速度センサ４１
の検出結果を所定時間毎に取り込む。
水圧をファジー制御する際の具体的な流れを図９に基づ
いて説明すると、まず、ステップＳ１において、切羽水
圧を変更してからその水圧によるシールド機１の掘進動
作が安定するまでのオフセット時間として、制御カウン
ターＩのカウント時間Ｓ Ｃを設定すると共に、偏差流
量が所定値に達する前に制御が行われないように未変更
範囲Ｈ０を設定する。そして、前記制御カウンターＩ及
び制御用コンピュータ４７による切羽水圧のファジー制
御量Ｚを夫々初期値＝０とし、さらに、切羽水圧の設定
値ＰとファジールールＲとを設定して、次のステップＳ
３でシールド機１による掘削を開始し、続いて、ステッ
プＳ５におけるＤＩＦＦＩＸ通信により、前記送泥流量
センサ３３、排泥流量センサ３５、及び速度センサ４１
の検出結果を所定時間毎に取り込む。
【００２０】ステップＳ５に続くステップＳ７では、シ
ールド機１の駆動が開始されて掘進動作が安定するまで
の間のオフセット量として、シールド機１の掘進量（Ｓ
量）が３０ｍｍ未満であるか否かを確認し、３０ｍｍ未
満であるときにはステップＳ２１にスキップする一方、
３０ｍｍ以上であるときには次のステップＳ９で制御カ
ウンターＩの値を１つインクリメントする。
ールド機１の駆動が開始されて掘進動作が安定するまで
の間のオフセット量として、シールド機１の掘進量（Ｓ
量）が３０ｍｍ未満であるか否かを確認し、３０ｍｍ未
満であるときにはステップＳ２１にスキップする一方、
３０ｍｍ以上であるときには次のステップＳ９で制御カ
ウンターＩの値を１つインクリメントする。
【００２１】続いて、シールド機１の掘進に伴ってシー
ルドジャッキ９のジャッキパターンが変更されたか否か
をステップＳ１１で確認し、変更されたときには偏差流
量が急激に変化するため、ステップＳ１３による今回の
偏差流量Ｘ２の検出を行わず、ステップＳ２５で制御カ
ウンターＩの値を０にリセットし、さらに、ステップＳ
２７で切羽水圧のファジー制御量Ｚを０としてステップ
Ｓ２１に移行する。一方、ステップＳ１１でジャッキパ
ターンが変更されていないときには、ステップＳ１３に
移行して、偏差流量検出部４９により偏差流量の検出を
行い、さらに、ステップＳ１５で、制御カウンターＩの
カウント値がＳ Ｃとなったか否か、つまり、シールド
機１の掘進動作の安定に必要な時間が経過したか否かを
確認する。
ルドジャッキ９のジャッキパターンが変更されたか否か
をステップＳ１１で確認し、変更されたときには偏差流
量が急激に変化するため、ステップＳ１３による今回の
偏差流量Ｘ２の検出を行わず、ステップＳ２５で制御カ
ウンターＩの値を０にリセットし、さらに、ステップＳ
２７で切羽水圧のファジー制御量Ｚを０としてステップ
Ｓ２１に移行する。一方、ステップＳ１１でジャッキパ
ターンが変更されていないときには、ステップＳ１３に
移行して、偏差流量検出部４９により偏差流量の検出を
行い、さらに、ステップＳ１５で、制御カウンターＩの
カウント値がＳ Ｃとなったか否か、つまり、シールド
機１の掘進動作の安定に必要な時間が経過したか否かを
確認する。
【００２２】制御カウンターＩのカウント値がＳ Ｃに
達していないときには、前記ステップＳ２７で切羽水圧
のファジー制御量Ｚを０としてステップＳ２１に移行
し、制御カウンターＩのカウント値がＳ Ｃに達してい
るときには、Ｉ＝０とした後に次のステップＳ１７で、
先に検出された前回及び今回の偏差流量Ｘ１，Ｘ２の絶
対値が共に、初期設定した未変更範囲Ｈ０の範囲内であ
るか否かを確認する。前回及び今回の偏差流量Ｘ１，Ｘ
２の絶対値が共に初期設定した未変更範囲Ｈ０の範囲内
であるときには、前記ステップＳ２７で切羽水圧のファ
ジー制御量Ｚを０としてステップＳ２１に移行し、共に
未変更範囲Ｈ０の範囲を上回っているときには、次のス
テップＳ１９で、ファジースケール値出力部５１、メン
バーシップ関数値出力部５３、ファジー推論部５５、及
びファジー制御ルール保持部５７を機能させて、前回及
び今回の偏差流量Ｘ１，Ｘ２にファジー計算を適用し、
切羽水圧のファジー制御量Ｚを割り出す。
達していないときには、前記ステップＳ２７で切羽水圧
のファジー制御量Ｚを０としてステップＳ２１に移行
し、制御カウンターＩのカウント値がＳ Ｃに達してい
るときには、Ｉ＝０とした後に次のステップＳ１７で、
先に検出された前回及び今回の偏差流量Ｘ１，Ｘ２の絶
対値が共に、初期設定した未変更範囲Ｈ０の範囲内であ
るか否かを確認する。前回及び今回の偏差流量Ｘ１，Ｘ
２の絶対値が共に初期設定した未変更範囲Ｈ０の範囲内
であるときには、前記ステップＳ２７で切羽水圧のファ
ジー制御量Ｚを０としてステップＳ２１に移行し、共に
未変更範囲Ｈ０の範囲を上回っているときには、次のス
テップＳ１９で、ファジースケール値出力部５１、メン
バーシップ関数値出力部５３、ファジー推論部５５、及
びファジー制御ルール保持部５７を機能させて、前回及
び今回の偏差流量Ｘ１，Ｘ２にファジー計算を適用し、
切羽水圧のファジー制御量Ｚを割り出す。
【００２３】続いて、ステップＳ２１では、割り出され
たファジー制御量Ｚを現在までの切羽水圧の設定値Ｐに
加算処理する。尚、ステップＳ２７からステップＳ２１
に移行した場合には、ステップＳ２７で切羽水圧のファ
ジー制御量Ｚが０とされているため、現在と以後とでは
切羽水圧の設定値Ｐは変わらない。そして、ステップＳ
２１で加算処理された後の切羽水圧の設定値Ｐをステッ
プＳ２３でＤ／Ａ変換後に制御部６１に出力する。制御
部６１は先に述べたように、切羽水圧が前記ファジー制
御量Ｚの分増減されるように送泥ポンプ１９の駆動を制
御する。
たファジー制御量Ｚを現在までの切羽水圧の設定値Ｐに
加算処理する。尚、ステップＳ２７からステップＳ２１
に移行した場合には、ステップＳ２７で切羽水圧のファ
ジー制御量Ｚが０とされているため、現在と以後とでは
切羽水圧の設定値Ｐは変わらない。そして、ステップＳ
２１で加算処理された後の切羽水圧の設定値Ｐをステッ
プＳ２３でＤ／Ａ変換後に制御部６１に出力する。制御
部６１は先に述べたように、切羽水圧が前記ファジー制
御量Ｚの分増減されるように送泥ポンプ１９の駆動を制
御する。
【００２４】以上説明したように本実施例の切羽水圧の
自動制御装置によれば、送泥流量センサ３３や排泥流量
センサ３５によって泥水の供給量や排出量を検出し、速
度センサ２９によってシールド機１の掘進速度を検出
し、これら送泥流量センサ３３や排泥流量センサ３５と
速度センサ２９との検出結果を所定時間毎に制御用コン
ピュータ４７の偏差流量検出部４９に入力して、泥水の
供給量や排出量に対する前記掘削土の排出量の過不足を
示す偏差流量を所定時間毎に検出し、これに基づいてフ
ァジー推論部５５が、ファジー制御ルール保持部５７に
保持されたファジー制御ルールＲを適用してファジー推
論し、その推論結果に基づいて制御部６１が、切羽水圧
センサ３９で検出される切羽水圧や送泥圧力センサ３７
で検出される泥水のカッターチャンバ１３内への供給圧
を監視しつつ送泥ポンプ１９の駆動を制御する構成とし
た。
自動制御装置によれば、送泥流量センサ３３や排泥流量
センサ３５によって泥水の供給量や排出量を検出し、速
度センサ２９によってシールド機１の掘進速度を検出
し、これら送泥流量センサ３３や排泥流量センサ３５と
速度センサ２９との検出結果を所定時間毎に制御用コン
ピュータ４７の偏差流量検出部４９に入力して、泥水の
供給量や排出量に対する前記掘削土の排出量の過不足を
示す偏差流量を所定時間毎に検出し、これに基づいてフ
ァジー推論部５５が、ファジー制御ルール保持部５７に
保持されたファジー制御ルールＲを適用してファジー推
論し、その推論結果に基づいて制御部６１が、切羽水圧
センサ３９で検出される切羽水圧や送泥圧力センサ３７
で検出される泥水のカッターチャンバ１３内への供給圧
を監視しつつ送泥ポンプ１９の駆動を制御する構成とし
た。
【００２５】従って、泥水加圧式シールド工法を行う上
で重要な要素である切羽箇所における泥水の水圧の調整
を自動化することができ、よって、熟練したオペレータ
を不要として泥水加圧式シールド工事全体を自動化し、
作業の効率化及び省力化を図ることができる。尚、切羽
水圧をファジー制御する際の制御用コンピュータ４７の
制御の流れや、制御用コンピュータ４７によるファジー
制御を行わない条件の設定は、図９のフローチャートに
示す流れや条件に限定されない。
で重要な要素である切羽箇所における泥水の水圧の調整
を自動化することができ、よって、熟練したオペレータ
を不要として泥水加圧式シールド工事全体を自動化し、
作業の効率化及び省力化を図ることができる。尚、切羽
水圧をファジー制御する際の制御用コンピュータ４７の
制御の流れや、制御用コンピュータ４７によるファジー
制御を行わない条件の設定は、図９のフローチャートに
示す流れや条件に限定されない。
【００２６】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、掘
進速度検出手段、供給量検出手段、及び排出量検出手段
で検出された、シールド機の掘進速度、供給ポンプによ
る泥水の供給量、及び排出ポンプによる泥水の排出量に
基づいて、ファジー推論手段がファジー制御ルールを適
用してファジー推論を行い、この推論結果に基づいて決
定される泥水の供給圧の制御量と、切羽水圧検出手段で
検出された切羽箇所における泥水の水圧とに基づいて制
御手段が供給ポンプの駆動を制御する構成としたので、
切羽箇所における泥水の水圧の調整を自動化して熟練し
たオペレータを不要とし、泥水加圧式シールド工事を自
動化して作業の効率化及び省力化を図ることができる。
進速度検出手段、供給量検出手段、及び排出量検出手段
で検出された、シールド機の掘進速度、供給ポンプによ
る泥水の供給量、及び排出ポンプによる泥水の排出量に
基づいて、ファジー推論手段がファジー制御ルールを適
用してファジー推論を行い、この推論結果に基づいて決
定される泥水の供給圧の制御量と、切羽水圧検出手段で
検出された切羽箇所における泥水の水圧とに基づいて制
御手段が供給ポンプの駆動を制御する構成としたので、
切羽箇所における泥水の水圧の調整を自動化して熟練し
たオペレータを不要とし、泥水加圧式シールド工事を自
動化して作業の効率化及び省力化を図ることができる。
【図１】本発明の一実施例による切羽水圧の自動制御装
置を採用した泥水加圧式シールド機とこれを用いた泥水
加圧式シールド工事のシールド坑内を示す説明図であ
る。
置を採用した泥水加圧式シールド機とこれを用いた泥水
加圧式シールド工事のシールド坑内を示す説明図であ
る。
【図２】本発明の一実施例による切羽水圧の自動制御装
置を構成する制御用コンピュータを含んだ図１の泥水加
圧式シールド機の制御系を示すブロック図である。
置を構成する制御用コンピュータを含んだ図１の泥水加
圧式シールド機の制御系を示すブロック図である。
【図３】図２に示す制御用コンピュータの概略構成を示
すブロック図である。
すブロック図である。
【図４】図３に示す偏差流量検出部で検出される前回及
び今回の偏差流量の平均値と図３に示すファジースケー
ル値出力部から出力されるファジースケール値との対応
を示す説明図である。
び今回の偏差流量の平均値と図３に示すファジースケー
ル値出力部から出力されるファジースケール値との対応
を示す説明図である。
【図５】図３に示すメンバーシップ関数値出力部に保持
されたメンバーシップ関数を示す説明図である。
されたメンバーシップ関数を示す説明図である。
【図６】図３に示すファジー制御ルール保持部に保持さ
れたファジー制御ルールを示す説明図である。
れたファジー制御ルールを示す説明図である。
【図７】図３に示すファジー推論部が行うファジー推論
の内容を示す説明図である。
の内容を示す説明図である。
【図８】図３に示す制御量出力部で重心法を用いて切羽
水圧の制御量に関するファジースケール値を割り出す際
の原理を示す説明図である。
水圧の制御量に関するファジースケール値を割り出す際
の原理を示す説明図である。
【図９】図２に示す制御用コンピュータによって切羽水
圧をファジー制御する際の具体的な流れを示す説明図で
ある。
圧をファジー制御する際の具体的な流れを示す説明図で
ある。
１ シールド機 １９ 送泥ポンプ（供給ポンプ） ２５ 排泥ポンプ（排出ポンプ） ２７ 切羽 ２９ 速度センサ（掘進速度検出手段） ３３ 送泥流量センサ（供給量検出手段） ３５ 排泥流量センサ（排出量検出手段） ３９ 切羽水圧センサ（切羽水圧検出手段） ４９ 偏差流量検出部（偏差流量検出手段） ５１ ファジースケール値出力部（ファジースケール値
出力手段） ５３ メンバーシップ関数値出力部（メンバーシップ関
数値出力手段） ５５ ファジー推論部（ファジー推論手段） ５７ ファジー制御ルール保持部（ファジー制御ルール
保持手段） ５９ 制御量出力部（制御量出力手段） ６１ 制御部（制御手段） Ｍ メンバーシップ関数 Ｒ ファジー制御ルール Ｘ１，Ｘ２ 偏差流量
出力手段） ５３ メンバーシップ関数値出力部（メンバーシップ関
数値出力手段） ５５ ファジー推論部（ファジー推論手段） ５７ ファジー制御ルール保持部（ファジー制御ルール
保持手段） ５９ 制御量出力部（制御量出力手段） ６１ 制御部（制御手段） Ｍ メンバーシップ関数 Ｒ ファジー制御ルール Ｘ１，Ｘ２ 偏差流量
Claims (1)
- 【請求項１】 供給ポンプによりシールド機の後方から
切羽へ泥水を供給して該切羽を保持し、 前記シールド機で掘削された掘削土を、排出ポンプによ
り前記泥水と共に前記切羽から前記シールド機の後方へ
排出するようにした、 泥水加圧式シールド工事における、前記切羽を保持する
ための該切羽箇所での前記泥水の水圧を制御する装置で
あって、 前記切羽箇所における前記泥水の水圧を検出する切羽水
圧検出手段と、 前記シールド機の掘進速度を検出する掘進速度検出手段
と、 前記供給ポンプによる前記泥水の供給量を検出する供給
量検出手段と、 前記排出ポンプによる前記泥水の排出量を検出する排出
量検出手段と、 前記掘進速度検出手段、供給量検出手段、及び排出量検
出手段の検出結果に基づいて、前記泥水の給排量に対す
る前記掘削土の排出量の過不足を示す偏差流量を所定時
間毎に検出する偏差流量検出手段と、 前記偏差流量検出手段で検出された最新の過去及び現在
の偏差流量に基づいて、該両偏差流量の各々に対応する
ファジースケール値を出力するファジースケール値出力
手段と、 前記最新の過去及び現在の偏差流量の各々に対応するフ
ァジースケール値に基づいて、該両偏差流量の各々に関
するメンバーシップ関数値を出力するメンバーシップ関
数値出力手段と、 ファジー制御ルールを保持するファジー制御ルール保持
手段と、 前記ファジー制御ルールに基づいて前記メンバーシップ
関数値に対するファジー推論を行うファジー推論手段
と、 前記ファジー推論手段による推論結果に基づいて前記切
羽箇所における前記泥水の水圧の制御量を出力する制御
量出力手段と、 前記制御量出力手段から出力された前記制御量と、前記
切羽水圧検出手段で検出された前記切羽箇所における前
記泥水の水圧とに基づいて前記供給ポンプの駆動を制御
する制御手段と、 を備えることを特徴とする泥水加圧式シールド工事にお
ける切羽水圧の自動制御装置。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26652592A JP3129853B2 (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | 泥水加圧式シールド工事における切羽水圧の自動制御装置 |
| TW083101979A TW371698B (en) | 1992-09-09 | 1994-03-08 | Configuration of a shield excavator |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26652592A JP3129853B2 (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | 泥水加圧式シールド工事における切羽水圧の自動制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0688481A JPH0688481A (ja) | 1994-03-29 |
| JP3129853B2 true JP3129853B2 (ja) | 2001-01-31 |
Family
ID=17432104
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26652592A Expired - Fee Related JP3129853B2 (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | 泥水加圧式シールド工事における切羽水圧の自動制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3129853B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4337128A1 (de) * | 1993-11-01 | 1995-05-04 | Deutsche Aerospace | Photovoltaischer Solargenerator |
| US5982800A (en) * | 1997-04-23 | 1999-11-09 | Cymer, Inc. | Narrow band excimer laser |
| KR100757370B1 (ko) * | 2002-05-20 | 2007-09-11 | 주식회사 케이티 | 퍼지 제어기를 이용한 터널 굴진기의 자동 제어장치 |
-
1992
- 1992-09-09 JP JP26652592A patent/JP3129853B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0688481A (ja) | 1994-03-29 |
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