JP3821538B2 - Tunneling machine excavation control method - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地質状況に応じて掘進状態を制御するトンネル掘削機の掘進制御方法関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、トンネル掘削機(TBM)は、先端に複数のディスクカッタを取り付けたカッタヘッドをモータにより回転させながら前進させて、地山を掘進するようになっている。こうして掘進される地山は均一な性状を有さず、掘進するにしたがって地質状況は常に変化するため、熟練の作業者の経験に基づいて地質状況が判断されて、地質状況に応じた掘進作業が行われている。
【0003】
一方、特開平4−92095号公報においては、地質状況に応じてカッタヘッドの回転速度およびカッタヘッドの推進速度を制御するとともに、カッタヘッドの総推進力を予め定めた値に保持する掘進制御装置が開示されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のように作業者の判断により掘進作業を行うのでは、常に最適な掘進が行えるとは限らず、判断に時間を要したり、判断の誤りにより切羽・坑壁を乱してしまうという問題点がある。また、このような対策として大がかりな支保を構築する必要が生じたり、逆に余裕過多の状態で掘進して施工速度が予定通りに進行されないという問題点もある。さらに、熟練の作業者が必要であったり、作業者の教育が必要であるという問題点がある。
【0005】
また、前記特開平4−92095号公報に開示されている掘進制御装置は、主に軟弱地山を掘進するシールド掘進機に用いるものであり、この掘進制御装置をTBMに用いて掘進作業を行った場合、弱層部ではカッタヘッド回転速度および掘進速度が速くなり地山を乱してしまい、硬岩部ではカッタヘッド回転速度および掘進速度が遅くなり余裕過多の掘進となるという問題点がある。また、前記掘進制御装置においては、カッタヘッド回転速度および掘進速度の2つの変数を制御する必要があるため、制御が困難であるという問題点もある。
【0006】
本発明は、このような問題点を解消するためになされたもので、トンネル掘削機を用いてトンネルを施工する際に、省人化,高速掘進,支保軽減が可能であるとともに、トンネル掘進の完全自動化に繋がるトンネル掘削機の掘進制御方法提供することを目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
発明によるトンネル掘削機の掘進制御方法は、前記目的を達成するために、
トンネル掘削機により地山の掘進作業を行う際に、その地山の地質状況に応じて掘進を制御する掘進制御方法であって、
まず地質状況を判断し、カッタヘッド回転数を、前記地質状況に応じて予め設定されているカッタヘッド回転数設定した後に、推進ジャッキへ供給する圧油流量を徐々に増加させ、前記推進ジャッキへ供給する圧油流量が所定の流量となった時点で、その流量を保持することを特徴とするものである。
【0008】
発明による掘進制御方法によれば、例えば掘進作業中のデータ等から地山の地質状況が検知された後、カッタヘッド転数を地質状況に応じて予め設定されているカッタヘッド回転数に設定る。次いで、推進ジャッキへ供給する圧油流量を徐々に増加させ、推進ジャッキへ供給する圧油流量が所定の流量となった時点で推進ジャッキの流量を保持させ、この流量保持の状態で掘進作業が行われる。
【0009】
このように、カッタヘッド回転数は地質状況に応じて予め設定されているカッタヘッド回転数値に設定されるため、実際に制御が行われるのは推進ジャッキのみである。このため地質状況に応じて容易に最適な掘進状態を自動的に選択することができるため、省人化が図れるとともに、地質が硬岩の場合における高速掘進および地質が軟岩の場合における支保軽減が可能となる。このように、地質状況に応じた状態で掘進することができるので、作業効率がよく、トンネル施工期間を短縮することができるという効果を奏する。
【0010】
さらに、前述のように掘進作業中のデータを用いて地質状況を判断させることにより、熟練の作業者に比べてより正確に地質状況を判断させることができるとともに、既に実用化されている自動方向制御システムと併せてトンネル施工の完全自動化へ繋げることができる。
【0011】
発明において、前記予め設定されているカッタヘッド回転数は、地質状況が硬岩から軟岩に向かうにしたがってさくなるように設定されるのが好ましい。このように、地質状況が軟岩である場合に、カッタヘッド回転速度を小さくすることによりトンネル坑壁が乱されることなく掘進させることができ、従来のように大がかりな支保を構築する必要がなくなる。一方、地質状況が硬岩である場合は、トンネル坑壁が乱される恐れが少ないため、カッタヘッドの回転速度を大きくすることにより高速掘進を行うことができる。
【0012】
発明において、前記地質状況が硬岩である場合における前記所定の流量は、ラスト圧最大時の流量であるのが好ましい。このように地質状況が硬岩である場合、推進ジャッキ流量をスラスト圧が最大時の流量となるまで増加させて、スラスト圧が最大時の流量となった時点で推進ジャッキの流量を保持するように自動的に制御されて高速掘進が行われる。こうして、トンネル坑壁が硬岩である場合は、高速掘進を行っても乱される恐れがないため、施工期間を短縮することができる。
【0013】
発明において、前記地質状況が中硬岩である場合における前記所定の流量は、ラスト圧最大時の流量もしくはカッタヘッド駆動電流最大時の流量のいずれかであるのが好ましい。このように地質状況が中硬岩である場合、トンネル坑壁が乱される恐れが少ないものの、硬岩と同様の高速掘進を行うとトンネル坑壁が乱され、また、カッタヘッド駆動モータに過大な負荷がかかる恐れがあるため、推進ジャッキ流量がスラスト圧が最大時の流量もしくはカッタヘッド駆動電流最大時の流量のいずれかの流量となった時点で保持されるように制御されつつ掘進が行われる。こうすることにより、トンネル坑壁を乱すことなく、かつ余裕過多の状態となることなく掘進を行うことができる。
【0014】
発明において、前記地質状況が軟岩である場合における前記所定の流量は、ラスト圧最大時の流量、カッタヘッド駆動電流最大時の流量または推進ジャッキ推進速度がカッタヘッド1回転当たりの許容最大切込み量とカッタヘッド回転数との積で得られる掘進速度と等しい時の流量のいずれかであるのが好ましい。このように地質状況が軟岩である場合、トンネル坑壁が乱されたり、またはカッタヘッド駆動モータに過大な負荷がかかる恐れがあるため、推進ジャッキ流量がスラスト圧最大時の流量,カッタヘッド駆動電流最大時の流量もしくはVh=Pe・n(Vh:推進ジャッキ推進速度,Pe:カッタヘッド1回転当たりの許容最大切込み量,n:カッタヘッド回転数)時の流量のいずれかの流量となった時点でその流量が保持されるように制御されて掘進が行われる。こうすることにより、地山にカッタヘッドの突込み過ぎを抑制することができるため、トンネル坑壁が乱されずに簡素な支保で掘進を行うことができる。
【0021】
【発明の実施の形態】
次に、本発明による掘進制御方法具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【0022】
図1には、本発明の一実施例に係る掘進制御装置のシステム構成図が模式的に示されている。
【0023】
本実施例の掘進制御装置が設けられるトンネル掘進機(TBM)1は、カッタヘッドサポート2により前面側に支持されるカッタヘッド3をカッタヘッド駆動電動機4により回転させるとともに、地山5に反力をとるメイングリッパ6と掘削機本体との間に設けられるスラストジャッキ7により掘進を行うものである。
【0024】
このトンネル掘進機1には、前記カッタヘッド3の回転速度(C/H回転速度)を計測するカッタヘッド回転計8、前記カッタヘッド駆動電動機4に接続されてその駆動電流を計測する電流計9およびカッタヘッド回転数を定格回転数以上,定格回転数,定格回転数以下の3段階に設定可能なカッタヘッド駆動電動機コントローラ(カッタヘッド回転数設定手段)10、また前記スラストジャッキ7に接続されてその油圧圧力を計測する油圧圧力計11,そのストロークを計測するストローク計12およびその流量を調整するスラストジャッキ流量コントローラ(推進ジャッキ流量制御手段)13が備えられている。前記電流計9の出力からは、カッタヘッド3の回転トルク(C/Hトルク)が得られ、前記油圧圧力計11の出力からはスラストジャッキ7の推進力およびスラスト圧が得られ、前記ストローク計12の出力からは推進速度が得られる。
【0025】
こうして得られる推進力,推進速度,回転速度,回転トルクは、掘進データとしてパソコン14に入力される。このパソコン14には、当該トンネル掘削機1に用いられるディスクカッタの仕様,ディスクカッタ数,ピッチ等が予め既入力データとして入力されている。この掘進データと既入力データとを解析することにより、カッタヘッド1回転当たりの切込み深さと一軸圧縮強度(地質状況)が一義的に決められ、これによって一軸圧縮強度(地質状況)が得られる。
【0026】
また、このトンネル掘削機1には、カッタヘッド3の直後のサイドサポートの部分に対向するように二つの貫入棒15が突出退入自在に設けられている。この貫入棒15には、地山強度測定装置16が接続されており、この地山強度測定装置16は、前記貫入棒15が突出動作により地山に貫入する際の貫入量を測定する貫入量測定機構とその貫入力を測定する貫入力測定機構とを備えている。さらに、この地山強度測定装置16は、標準となる貫入地質データを予め記憶している貫入地質データ記憶手段を備えているとともに、前記貫入量測定機構と貫入力測定機構とによるそれぞれの測定値とその貫入地質データとから一軸圧縮強度(地質状況)を算出する機能を備えている。なお、この貫入棒15は、地山が軟質な岩盤からなる場合に適しており、その貫入動作はトンネル掘削機1の推進停止時に行われる。
【0027】
このようにして、掘進データ(推進力,推進速度,回転速度,回転トルクの測定値)から解析して得られる地質状況と、前記貫入棒15に関する測定値から算出される地質状況とのうちのいずれか適切な値が選択されて地山の地質状況とされる。この選択機構は、前記パソコン14または前記地山強度測定装置16に備えさせることができる。また、前記掘進データから得られる地質状況と、貫入棒15に関する測定値から得られる地質状況とから適当なパラメータを用いて、最も正解と考えられる地質状況を得ることができる。
【0028】
こうして地質状況が得られると、前記パソコン14により地質状況に応じたスラストジャッキ流量とカッタヘッド回転数とに設定するように、それぞれスラストジャッキ流量コントローラ13とカッタヘッド駆動電動機コントローラ10とを制御して、適切な自動掘進を行うことができる。
【0029】
本実施例の掘進制御装置が設けられるトンネル掘削機1による掘削制御方法は、図2にそのフロー図が示されるように、まず、掘進開始の信号がパソコン14に入力され(S1)、次いでスラストジャッキ流量およびカッタヘッド回転数の各初期値が、それぞれスラストジャッキ流量コントローラ13およびカッタヘッド駆動電動機コントローラ10に入力され掘進が開始する(S2)。
【0030】
こうしてトンネル掘削機1により掘進が開始され、前述のように掘進データおよび貫入棒15に関する測定値により地質状況が検出され(S3)、硬岩(S4),中硬岩(S5),軟岩(S6)の3種類に判別される。
【0031】
前記硬岩と判別された地山を掘進する際には、パソコン14の出力によりスラストジャッキ流量コントローラ13を制御してスラストジャッキ7の流量を増加させるとともに、カッタヘッド駆動電動機コントローラ10を制御してカッタヘッド回転数を定格回転数以上の一定値に設定する(S7)。こうして、スラスト圧が最大値となるまでスラストジャッキ流量を増加させ(S8)、スラスト圧が最大値を示した時点でスラストジャッキ流量コントローラ13を制御してスラストジャッキ7の流量を保持する(S9)。
【0032】
前記中硬岩と判断された地山を掘進する際には、パソコン14の出力によりスラストジャッキ流量コントローラ13を制御してスラストジャッキ7の流量を増加させるとともに、カッタヘッド駆動電動機コントローラ10を制御してカッタヘッド回転数を定格回転数に設定する(S10)。こうして、スラスト圧が最大値となるか、もしくはカッタヘッド駆動電動機の電流値が最大値となるまで、スラストジャッキ流量を増加させて(S11)、スラスト圧または電流値のどちらか一方が最大値を示した時点でスラストジャッキ流量コントローラ13を制御してスラストジャッキ7の流量を保持する(S12)。
【0033】
前記軟岩と判断された地山を掘進する際には、パソコン14の出力によりスラストジャッキ流量コントローラ13を制御してスラストジャッキ7の流量を増加させるとともに、カッタヘッド駆動電動機コントローラ10を制御してカッタヘッド回転数を定格回転数以下の一定値に設定する(S13)。こうして、スラスト圧が最大値となるか、カッタヘッド駆動電動機の電流値が最大となるか、もしくはVh=Pe・n(Vh:スラストジャッキ伸長速度,Pe:ディスクカッタ許容最大切込み量,n:カッタヘッド回転数)となるまで、スラストジャッキ流量を増加させる(S14)。こうして、これらのいずれか1つにあてはまった時点で、スラストジャッキ流量コントローラ13を制御してスラストジャッキ流量を保持する(S15)。
【0034】
このように、掘削する地質状況(硬岩,中硬岩,軟岩)のぞれぞれに対応したスラストジャッキ流量を保持しつつ掘進させる。こうして掘進するにしたがって地質状況は変化するため、掘進を終了しない場合は再び地質状況を判断させ、前述の操作を繰り返すことにより掘進が行われる(S16)。一方、掘進を終了させる場合は、スラストジャッキ流量保持およびカッタヘッド回転を中止させる(S17)。
【0035】
本実施例においては、トンネル掘削機1による掘進中に得られるデータを利用して地質状況を自動的に把握することができ、掘削する地質状況が硬岩の場合は、地山を乱す恐れがないため、カッタヘッド回転数を増加させるとともに、スラストジャッキ流量を増加させてディスクカッタを切羽に押しつける限界まで掘進速度を速めて高速掘進を行うことができる。一方、掘削する地質状況が軟岩の場合は、カッタヘッド回転数およびスラストジャッキ推進速度を制御して地山を乱さないように掘進されるため、大がかりな支保を構築する必要がなくなる。また、中硬岩の場合もカッタヘッド回転数およびスラストジャッキ推進速度を制御し、地山が乱されず、かつ余裕過多の状態となることなく掘進作業を行うことができる。
【0036】
したがって、この掘進制御方法および掘進制御装置により、容易に適切な掘進状態を自動的に選択することができるため、省人化を図ることができるとともに、高速掘進および支保軽減が可能となり、トンネル施工期間を短縮することができるという効果を奏する。また、既に実用化されているトンネル掘削機の自動方向制御システムとともに、トンネル掘削の完全自動化に繋がるものである。
【0037】
また、本実施例においては、前記カッタヘッドの回転数が地質状況に応じて定格回転数以上,定格回転数,定格回転数以下の3段階のいずれかに設定させて、スラストジャッキの流量のみを制御すればよく、掘進制御を容易に行うことができる。
【0038】
本実施例においては、地質状況の検出が掘進データもしくは地山強度測定装置により行われているが、地質状況の判断を作業者が行ってもよい。また、掘進データもくは地山強度測定装置14の選択も作業者が行うようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明の一実施例に係る掘進制御装置のシステム構成図の模式図である。
【図2】図2は、本実施例のトンネル掘削機の掘進制御方法を示すフロー図である。
【符号の説明】
1 トンネル掘削機
2 カッタヘッドサポート
3 カッタヘッド
4 カッタヘッド駆動電動機
5 地山
6 メイングリッパ
7 スラストジャッキ
8 カッタヘッド回転計
9 カッタヘッド駆動電動機電流計
10 カッタヘッド駆動電動機コントローラ
11 油圧圧力計
12 ストローク計
13 スラストジャッキ流量コントローラ
14 パソコン
15 貫入棒
16 地山強度測定装置
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a tunneling method of controlling a tunneling machine for controlling the excavation state in response to geological conditions.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a tunnel excavator (TBM) advances a cutter head having a plurality of disc cutters attached to its tip while rotating by a motor to excavate natural ground. The excavated ground is not uniform, and the geological situation always changes as the excavation progresses. Therefore, the geological situation is judged based on the experience of skilled workers, and excavation works according to the geological situation. Has been done.
[0003]
On the other hand, in JP-A-4-92095, an excavation control device that controls the rotational speed of the cutter head and the propulsion speed of the cutter head in accordance with the geological situation and holds the total propulsive force of the cutter head at a predetermined value. Is disclosed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, if the excavation work is performed according to the judgment of the operator as described above, the optimum excavation cannot always be performed, and it takes time for the judgment, or the face and the pit wall are disturbed due to an erroneous judgment. There is a problem. In addition, there is a problem that it is necessary to construct a large support as such a measure, or conversely, the construction speed is not progressed as planned due to excavation in an excessively large state. Furthermore, there is a problem that a skilled worker is necessary or that the worker needs to be educated.
[0005]
Further, the excavation control device disclosed in the Japanese Patent Laid-Open No. 4-92095 is mainly used for a shield excavator that excavates a soft ground, and this excavation control device is used for TBM to perform excavation work. In such a case, the cutter head rotation speed and the excavation speed are increased in the weak layer portion and the ground is disturbed, and in the hard rock portion, the cutter head rotation speed and the excavation speed are decreased, resulting in excessive excavation. Further, in the excavation control device, it is necessary to control two variables of the cutter head rotation speed and the excavation speed, so that there is a problem that the control is difficult.
[0006]
The present invention has been made to solve such problems. When a tunnel is constructed using a tunnel excavator, labor saving, high speed excavation, and reduction of support are possible. The object of the present invention is to provide a tunnel excavator control method that leads to full automation.
[0007]
[Means for solving the problems and actions / effects]
In order to achieve the above object, a tunnel excavation control method for a tunnel excavator according to the present invention provides:
An excavation control method for controlling excavation according to the geological situation of the natural ground when performing excavation work of the natural ground with a tunnel excavator,
First determine the geological conditions, the cutter head rotation speed, after setting the cutter head rotation speed that is set in advance according to the geological conditions, gradually increasing the pressure oil flow rate supplied to the propulsion jacks, the propulsion jacks When the flow rate of pressure oil supplied to reaches a predetermined flow rate, the flow rate is maintained .
[0008]
According to the excavation control method according to the present invention, for example, after the geological situation of the natural ground from the data or the like in the excavation work is detected, the cutter head rotation speed that is set in advance according to the number of rolling cutter head once geological conditions to be set. Next, gradually increase the flow rate of pressure oil supplied to the propulsion jack, hold the flow rate of the propulsion jack when the flow rate of pressure oil supplied to the propulsion jack reaches a predetermined flow rate, and digging work can be performed with this flow rate maintained. Done.
[0009]
Thus, since the cutter head rotation speed is set to a cutter head rotation numerical value that is set in advance according to the geological situation, only the propulsion jack is actually controlled. This makes it possible to automatically select the optimal excavation state according to the geological situation, saving labor, reducing high-speed excavation when the geology is hard rock, and reducing support when the geology is soft rock. It becomes possible. Thus, since it can excavate in the state according to the geological situation, there exists an effect that work efficiency is good and a tunnel construction period can be shortened.
[0010]
Furthermore, as described above, by determining the geological situation using the data during the excavation work, it is possible to judge the geological situation more accurately than a skilled worker, and the automatic direction that has already been put into practical use. Together with the control system, it can lead to complete automation of tunnel construction.
[0011]
In the present invention, the cutter head rotation speed that is set in advance is preferably set to be small fence according geological conditions is directed from the hard rock soft rock. Thus, when the geological condition is soft rock, the tunnel head wall can be dug without being disturbed by reducing the cutter head rotation speed, and there is no need to construct a large support as in the past. . On the other hand, when the geological condition is hard rock, there is little risk of the tunnel pit wall being disturbed, so high speed excavation can be performed by increasing the rotational speed of the cutter head.
[0012]
In the present invention, said predetermined that definitive when geological conditions are hard rock flow is preferably a flow rate during the scan last pressure maximum. When the geological condition is hard rock, increase the propulsion jack flow rate until the thrust pressure reaches the maximum flow rate so that the thrust jack flow rate is maintained when the thrust pressure reaches the maximum flow rate. High-speed excavation is performed under the automatic control. Thus, when the tunnel pit wall is hard rock, the construction period can be shortened because there is no fear of being disturbed even if high-speed excavation is performed.
[0013]
In the present invention, said predetermined that definitive when geological conditions is medium hard rock flow is preferably either at the time of the scan last pressure maximum flow or the flow rate at the cutter head drive current up. In this way, when the geological situation is medium hard rock, the tunnel wall is less likely to be disturbed. However, if high-speed excavation similar to hard rock is performed, the tunnel wall will be disturbed, and the cutter head drive motor will be excessive. Since the load on the propulsion jack is controlled to be maintained at the point when the thrust pressure reaches the maximum flow rate or the maximum flow rate of the cutter head drive current, the excavation is performed. Is called. By carrying out like this, it can dig without disturbing a tunnel well wall and without being in an excessive state.
[0014]
In the present invention, the predetermined flow rate definitive when the geological conditions are soft rock, the scan last pressure maximum at the flow rate, the allowable maximum flow rate or propulsion jacks advancing speed hits rotating cutter head 1 at the time of the cutter head drive current up It is preferable that the flow rate be one of the flow rates when it is equal to the excavation speed obtained by the product of the cutting depth and the cutter head rotational speed. When the geological condition is soft rock, the tunnel wall may be disturbed or an excessive load may be applied to the cutter head drive motor. Therefore, the thrust jack flow rate is the flow rate at the maximum thrust pressure, the cutter head drive current. When the flow rate reaches either the maximum flow rate or the flow rate at Vh = Pe · n (Vh: propulsion speed of the jack jack, Pe: maximum allowable cutting depth per cutter head rotation, n: cutter head rotation speed) Then, the flow is controlled so that the flow rate is maintained, and excavation is performed. By doing so, the cutter head can be prevented from excessively penetrating into the natural ground, so that the tunnel wall is not disturbed and the excavation can be performed with simple support.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, specific embodiments of the excavation control method according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[0022]
FIG. 1 schematically shows a system configuration diagram of an excavation control apparatus according to an embodiment of the present invention.
[0023]
The tunnel excavator (TBM) 1 provided with the excavation control device of the present embodiment rotates the cutter head 3 supported on the front side by the cutter head support 2 by the cutter head drive motor 4 and reacts against the ground 5. Excavation is performed by a thrust jack 7 provided between the main gripper 6 and the excavator body.
[0024]
The tunnel machine 1 includes a cutter head tachometer 8 that measures the rotation speed (C / H rotation speed) of the cutter head 3 and an ammeter 9 that is connected to the cutter head drive motor 4 and measures the drive current. And a cutter head drive motor controller (cutter head rotational speed setting means) 10 that can set the cutter head rotational speed in three stages of the rated rotational speed or higher, the rated rotational speed, and the rated rotational speed or lower, and the thrust jack 7. A hydraulic pressure gauge 11 for measuring the hydraulic pressure, a stroke gauge 12 for measuring the stroke, and a thrust jack flow controller (propulsion jack flow control means) 13 for adjusting the flow rate are provided. From the output of the ammeter 9, rotational torque (C / H torque) of the cutter head 3 is obtained, and from the output of the hydraulic pressure gauge 11, the thrust force and thrust pressure of the thrust jack 7 are obtained, and the stroke meter From the 12 outputs, the propulsion speed is obtained.
[0025]
The propulsive force, propulsion speed, rotational speed, and rotational torque obtained in this way are input to the personal computer 14 as excavation data. In this personal computer 14, the specifications of the disk cutter used in the tunnel excavator 1, the number of disk cutters, the pitch, and the like are previously input as input data. By analyzing this excavation data and the input data, the cutting depth per rotation of the cutter head and the uniaxial compressive strength (geological status) are uniquely determined, and thereby the uniaxial compressive strength (geological status) is obtained.
[0026]
Further, the tunnel excavator 1 is provided with two penetrating bars 15 so as to protrude and retract so as to face the side support portion immediately after the cutter head 3. A natural ground strength measuring device 16 is connected to the penetrating rod 15, and the natural ground strength measuring device 16 measures the amount of penetration when the penetrating rod 15 penetrates into the natural ground by a protruding operation. A measurement mechanism and a penetration input measurement mechanism for measuring the penetration input are provided. Further, the ground strength measuring device 16 includes an intrusion geology data storage means for preliminarily storing intrusion geology data as a standard, and each measured value by the penetration amount measuring mechanism and the penetration input measuring mechanism. And a function to calculate the uniaxial compressive strength (geological condition) from the intrusion geological data. The penetration bar 15 is suitable when the natural ground is made of soft rock, and the penetration operation is performed when the tunnel excavator 1 is stopped.
[0027]
Thus, among the geological situation obtained by analyzing from the excavation data (measured values of propulsive force, propulsion speed, rotational speed, and rotational torque) and the geological situation calculated from the measured values related to the penetrating rod 15 Any appropriate value is selected and the geological condition of the natural ground is selected. This selection mechanism can be provided in the personal computer 14 or the ground strength measuring device 16. In addition, the most appropriate geological situation can be obtained by using appropriate parameters from the geological situation obtained from the excavation data and the geological situation obtained from the measurement value relating to the penetrating rod 15.
[0028]
When the geological situation is obtained in this way, the personal computer 14 controls the thrust jack flow controller 13 and the cutter head drive motor controller 10 so as to set the thrust jack flow rate and the cutter head rotation speed according to the geological situation, respectively. Appropriate automatic excavation can be performed.
[0029]
In the excavation control method by the tunnel excavator 1 provided with the excavation control device of the present embodiment, as shown in the flow chart of FIG. 2, first, the excavation start signal is input to the personal computer 14 (S1), and then the thrust The initial values of the jack flow rate and the cutter head rotational speed are respectively input to the thrust jack flow rate controller 13 and the cutter head drive motor controller 10 to start digging (S2).
[0030]
Thus, the excavation is started by the tunnel excavator 1, and as described above, the geological condition is detected based on the excavation data and the measured values related to the penetrating rod 15 (S3), hard rock (S4), medium hard rock (S5), soft rock (S6). ).
[0031]
When excavating the natural ground identified as the hard rock, the thrust jack flow controller 13 is controlled by the output of the personal computer 14 to increase the flow rate of the thrust jack 7 and the cutter head drive motor controller 10 is controlled. The cutter head rotational speed is set to a constant value equal to or higher than the rated rotational speed (S7). Thus, the thrust jack flow rate is increased until the thrust pressure reaches the maximum value (S8), and when the thrust pressure reaches the maximum value, the thrust jack flow controller 13 is controlled to maintain the flow rate of the thrust jack 7 (S9). .
[0032]
When excavating the natural ground determined to be medium hard rock, the thrust jack flow controller 13 is controlled by the output of the personal computer 14 to increase the flow rate of the thrust jack 7 and the cutter head drive motor controller 10 is controlled. Then, the cutter head rotational speed is set to the rated rotational speed (S10). Thus, the thrust jack flow rate is increased until the thrust pressure reaches the maximum value or the current value of the cutter head drive motor reaches the maximum value (S11), and either the thrust pressure or the current value reaches the maximum value. At the indicated time, the thrust jack flow controller 13 is controlled to maintain the flow rate of the thrust jack 7 (S12).
[0033]
When excavating the natural ground determined to be soft rock, the thrust jack flow controller 13 is controlled by the output of the personal computer 14 to increase the flow rate of the thrust jack 7, and the cutter head drive motor controller 10 is controlled to cut the cutter. The head rotation speed is set to a constant value equal to or less than the rated rotation speed (S13). Thus, whether the thrust pressure becomes the maximum value, the current value of the cutter head driving motor becomes the maximum, or Vh = Pe · n (Vh: thrust jack extension speed, Pe: disc cutter allowable maximum cutting amount, n: cutter) The thrust jack flow rate is increased until the head rotational speed is reached (S14). In this way, when any one of them is applied, the thrust jack flow controller 13 is controlled to maintain the thrust jack flow (S15).
[0034]
Thus, the excavation is carried out while maintaining the flow rate of the thrust jack corresponding to each of the geological conditions (hard rock, medium hard rock, soft rock) to be excavated. Since the geological situation changes as the excavation is performed in this way, if the excavation is not finished, the geological situation is judged again, and the excavation is performed by repeating the above-described operation (S16). On the other hand, when the excavation is ended, the thrust jack flow rate holding and the cutter head rotation are stopped (S17).
[0035]
In this embodiment, the geological situation can be automatically grasped by using data obtained during excavation by the tunnel excavator 1, and if the geological situation to be excavated is hard rock, there is a risk of disturbing the natural ground. Therefore, it is possible to increase the cutter head rotation speed and increase the thrust jack flow rate to increase the excavation speed to the limit where the disc cutter is pressed against the face, thereby performing high-speed excavation. On the other hand, when the geological condition to be excavated is soft rock, since the excavation is carried out so as not to disturb the natural ground by controlling the cutter head rotation speed and the thrust jack propulsion speed, it is not necessary to construct a large support. In the case of medium hard rocks, the cutter head rotation speed and thrust jack propulsion speed are controlled so that the excavation work can be performed without disturbing the ground and being in an excessive state.
[0036]
Therefore, since this excavation control method and excavation control apparatus can automatically select an appropriate excavation state automatically, it is possible to save labor, and at the same time, high-speed excavation and support reduction are possible, and tunnel construction is possible. There is an effect that the period can be shortened. In addition to the automatic directional control system for tunnel excavators that have already been put into practical use, it will lead to full automation of tunnel excavation.
[0037]
Further, in this embodiment, the number of revolutions of the cutter head is set to any one of three stages of the rated speed or higher, the rated speed, and the rated speed or less according to the geological condition, and only the flow rate of the thrust jack is set. It is only necessary to control and excavation control can be easily performed.
[0038]
In the present embodiment, the geological situation is detected by the excavation data or the ground strength measuring device, but the operator may judge the geological situation. Further, the operator may select the digging data or the natural ground strength measuring device 14.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram of a system configuration diagram of an excavation control apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart illustrating a tunnel excavation control method for a tunnel excavator according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Tunnel excavator 2 Cutter head support 3 Cutter head 4 Cutter head drive motor 5 Ground 6 Main gripper 7 Thrust jack 8 Cutter head tachometer 9 Cutter head drive motor ammeter 10 Cutter head drive motor controller 11 Hydraulic pressure gauge 12 Stroke meter 13 Thrust jack flow controller 14 Personal computer 15 Penetration bar 16 Ground strength measuring device

Claims (5)

トンネル掘削機により地山の掘進作業を行う際に、その地山の地質状況に応じて掘進を制御する掘進制御方法であって、
まず地質状況を判断し、カッタヘッド回転数を、前記地質状況に応じて予め設定されているカッタヘッド回転数設定した後に、推進ジャッキへ供給する圧油流量を徐々に増加させ、前記推進ジャッキへ供給する圧油流量が所定の流量となった時点で、その流量を保持することを特徴とするトンネル掘削機の掘進制御方法。
An excavation control method for controlling excavation according to the geological situation of the natural ground when performing excavation work of the natural ground with a tunnel excavator,
First determine the geological conditions, the cutter head rotation speed, after setting the cutter head rotation speed that is set in advance according to the geological conditions, gradually increasing the pressure oil flow rate supplied to the propulsion jacks, the propulsion jacks A tunnel excavator control method for holding a tunnel excavator , wherein the flow rate of pressure oil supplied to the vehicle is maintained at a predetermined flow rate .
前記予め設定されているカッタヘッド回転数は、地質状況が硬岩から軟岩に向かうにしたがってさくなるように設定されることを特徴とする請求項1に記載のトンネル掘削機の掘進制御方法。The cutter head rotation speed that is set in advance, excavation control method of tunnel boring machine according to claim 1, characterized in that the geological conditions are set to be small fence toward the hard rock soft rock. 前記地質状況が硬岩である場合における前記所定の流量は、ラスト圧最大時の流量であることを特徴とする請求項1または2に記載のトンネル掘削機の掘進制御方法。 The predetermined flow rate, excavation control method of tunnel boring machine according to claim 1 or 2, characterized in that the flow rate during the scan last pressure maximum definitive when the a geological situation hard rock. 前記地質状況が中硬岩である場合における前記所定の流量は、ラスト圧最大時の流量もしくはカッタヘッド駆動電流最大時の流量のいずれかであることを特徴とする請求項1または2に記載のトンネル掘削機の掘進制御方法。 The predetermined flow rate definitive when the geological situation is medium hard rocks, in claim 1 or 2, characterized in that either at the time of the scan last pressure maximum flow or the flow rate at the cutter head drive current up The tunnel excavation control method of the tunnel excavator as described. 前記地質状況が軟岩である場合における前記所定の流量は、ラスト圧最大時の流量、カッタヘッド駆動電流最大時の流量または推進ジャッキ推進速度がカッタヘッド1回転当たりの許容最大切込み量とカッタヘッド回転数との積で得られる掘進速度と等しい時の流量のいずれかであることを特徴とする請求項1または2に記載のトンネル掘削機の掘進制御方法。 The predetermined flow rate definitive when the geological conditions are soft rock, the scan last pressure maximum at the flow rate, the allowable maximum depth of cut of the flow rate or propulsion jacks advancing speed hits rotating cutter head 1 at the time of the cutter head drive current up to a cutter excavation control method for tunnel boring machine according to claim 1 or 2, characterized in that either a flow rate of equal to resulting penetration rate by the product of the head speed.
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