JP3921729B2 - Direction control method and direction control system for shield machine - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、シールド掘進機の方向制御システムに関し、特に、コンピュータを用いてシールド掘進機の掘進方向を制御するための方向制御システムに関する。
【0002】
【従来の技術】
シールド掘進機は、特に都市土木などにおいて、地下水の多い地盤や軟弱な地盤に対してシールドトンネルを掘削形成してゆく際の掘削機械として用いられるもので、先端面にカッターディスクを備えた筒状の外殻体からなり、この外殻体の内部でトンネルの内壁面を覆う覆工体として例えばセグメントを組み立て、シールドジャッキをこのセグメントの先端面に押しつけ、このセグメントから掘進反力を得てこれを外殻体の後方に押し出すようにしながら順次掘進作業を行ってゆくものである。
【0003】
そして、かかるシールドトンネルを掘削形成ゆくためのシールド工法によれば、シールド掘進機を、方向制御を行いながら計画路線に沿って精度良く前進させてゆくことになるが、かかるシールド掘進機の方向制御のための方法としては、例えば専門の管理者がシールド掘進機に関する測量データをもとに計画線からのずれ量を計算し、この結果から数リング先でスムーズに計画線に掘進進路を乗せるべき予想曲線を考え、この予想した曲線に沿ってシールド掘進機のピッチング値およびストローク値(方位角)を管理者の経験と勘に基づいて算定した後、その算定結果をオペレータに指示するとともに、オペレータは指示値から多数のシールドジャッキの組み合わせを経験と勘を頼りに選択してこれを駆動することにより、シールドマシンの方向制御を行う方法が採用されていた。
【0004】
また、近年のコンピュータ技術の発展に伴い、シールド掘進機の方向制御をコンピュータを用いて自動的に行う方法が種々開発されており、このような自動方向制御方法によれば、シールド掘進機の位置を測量または各種の計測器により算出し、計画線形にすりつけるようにコンピュータにより自動的にジャッキパターンを選択することになる。
【0005】
すなわち、従来のコンピュータを用いたシールド掘進機の掘進方向の制御方法によれば、計画路線からのずれ量を検出したら、計画路線にのせる予想曲線を作成し、更にこの予想曲線に乗せるための曲げ量を推論するとともに、算出した曲げ量を生じさせるために必要な推力を垂直、水平方向のベクトル量として検索し、推力を生じさせるための最適なジャッキ組み合わせパターンを選定する。
【0006】
そして、このようにして選定されたジャッキを制御することにより、シールドマシーンが計画路線に載るように方向制御されるとともに、このようなシールドマシーンの方向制御が完全に自動化されて、無人化掘削が可能となる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のコンピュータを用いたシールド掘進機の掘進方向の自動制御方法によれば、単にシールド掘進機を計画線形にすりつけることが目的であったことから、従来の手動操作による場合のように、作業状況に応じて人間の判断を取り入れ、臨機応変に方向制御を行うことができないという問題があった。
【0008】
すなわち、シールド掘進機による掘進作業では、実際に掘進しないとわからない条件であるシールド掘進機のクセや地山の状況等を鑑みて、例えば曲線部分における特定タイプのセグメントの組立て作業の容易さやテールクリアランスの確保のために、シールド掘進機を計画線形から意識的に外して掘進作業を行う必要を生じる場合があるが、従来のコンピュータを用いた自動方向制御方法によれば、実際の掘進時に得られる種々の条件を取り入れるとパラメータが多くなりすぎてコンピュータ処理が困難となることから、このような状況に柔軟に対処することができず、セグメントの組立て作業等に支障を来す場合があるという課題があった。
【0009】
そこで、この発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、実際の掘進時における作業状況に応じて、コンピュータのみの判断ではカバーしきれなかったものに人間の判断を取り入れて実用性を高めながら、コンピュータを用いて方向制御を行ってゆくことを可能にするシールド掘進機の方向制御方法及び方向制御システムを提供することを目的とするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
この発明は、上記目的を達成するためになされたもので、その要旨は、コンピュータを用いてシールド掘進機の掘進方向を制御するための方法であって、作業員により入力された所定距離の掘進後の目標シールドジャッキストローク差と現在のシールドジャッキストローク差との差から実目標シールドジャッキストローク差を算出し、算出した実目標シールドジャッキストローク差を、当該実目標シールドジャッキストローク差とシールドジャッキ重心位置との相関関係にあてはめて実目標シールドジャッキストローク差に基づくシールドジャッキ重心位置を求める工程と、作業員により入力された所定距離の掘進後の目標ピッチングと現在のピッチングとの差から実目標ピッチングを算出し、算出した実目標ピッチングを、当該実目標ピッチングとシールドジャッキ重心位置との相関関係にあてはめて実目標ピッチングに基づくシールドジャッキ重心位置を求める工程と、前記実目標シールドジャッキストローク差に基づくシールドジャッキ重心位置と前記実目標ピッチングに基づくシールドジャッキ重心位置とを合成し、この合成されたシールドジャッキ重心位置に対応するジャッキパターンを予め用意されたジャッキパターンテーブルから選択して出力する工程とを含むことを特徴とするシールド掘進機の方向制御方法にある。
【0011】
また、この発明の他の要旨は、コンピュータを用いてシールド掘進機の掘進方向を制御するためのシステムであって、作業員により入力された所定距離の掘進後の目標シールドジャッキストローク差と現在のシールドジャッキストローク差との差から実目標シールドジャッキストローク差を算出する実目標シールドジャッキストローク差算出手段と、算出した実目標シールドジャッキストローク差を、当該実目標シールドジャッキストローク差とシールドジャッキ重心位置との相関関係にあてはめて実目標シールドジャッキストローク差に基づくシールドジャッキ重心位置を求める第一シールドジャッキ重心位置決定手段と、作業員により入力された所定距離の掘進後の目標ピッチングと現在のピッチングとの差から実目標ピッチングを求める実目標ピッチング算出手段と、算出した実目標ピッチングを、当該実目標ピッチングとシールドジャッキ重心位置との相関関係にあてはめて実目標ピッチングに基づくシールドジャッキ重心位置を求める第二シールドジャッキ重心位置決定手段と、前記実目標シールドジャッキストローク差に基づくシールドジャッキ重心位置と前記実目標ピッチングに基づくシールドジャッキ重心位置とを合成するとともに、この合成されたシールドジャッキ重心位置に対応するジャッキパターンを予め用意されたジャッキパターンテーブルから選択して出力するジャッキパターン選択手段とからなることを特徴とするシールド掘進機の方向制御システムにある。
【0012】
ここで、上記記載においてシールドジャッキストローク差とは、シールド掘進機の内周面に沿って設けられた複数のシールドジャッキのうち、左右の端部に位置するシールドジャッキのストローク差をいい、また、ピッチングとは、シールド掘進機の垂直方向の傾斜を示すもので、上下の端部に位置するシールドジャッキのストローク差によって、あるいは傾斜角測定手段により測定されるピッチング角によって表すことができる。
【0013】
そして、この発明のシールド掘進機の方向制御方法あるいは方向制御システムによれば、自動方向制御システムを採用していない従来のオペレータによる制御と同様に、管理者や職員が決定した所定距離毎のシールドジャッキのストローク差やピッチング角をコンピュータに作業員が入力することで与え、その指示値をもとにコンピュータが選択したシールドジャッキパターンをシールド掘進機側に出力することにより方向制御を行う。
【0014】
すなわち、例えば曲線部分のシールドセグメントが組みやすくなるように、各リング毎あるいは所定の掘進長毎に設定したジャッキストローク差やピッチング角をコンピュータに入力すれば、この発明の方法やシステムにより、このような要望に応じてシールドジャッキパターンを選択しながら、自動測量システムなどとリンクすることなく、セグメント計画に沿ったシールド掘進機の方向制御を容易に行ってゆくことが可能になる。
【0015】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の好ましい実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。この実施形態のシールド掘進機の方向制御方法は、図1にフローチャートで示すように、実目標シールドジャッキストローク差に基づくシールドジャッキ重心位置を求める工程と、実目標ピッチング角に基づくシールドジャッキ重心位置を求める工程と、これらのシールドジャッキ重心位置を合成しこれに対応するジャッキパターンを選択して出力する工程とを含んで構成されるものである。
【0016】
そして、実目標シールドジャッキストローク差に基づくシールドジャッキ重心位置を求めるには、図2に示すように、所定距離の掘進開始時における「現SJ(シールドジャッキ)ストローク差」と、指示値として作業員により入力された所定距離の掘進後の「目標SJストローク差」の差として、「実目標SJストローク差」を求めるとともに、この求めた「実目標SJストローク差」を単位掘進長(例えば1m)当りの値に換算して、「単位目標SJストローク差」を求め、これをコンピュータシステムが保有する、例えば一次式で表現されたSJストローク差とSJ重心位置との相関関係を示す関係式である制御直線に当てはめることによって、実目標SJストローク差に基づく「SJ重心位置」を決定する。
【0017】
また、実目標ピッチング角に基づくSJ重心位置を求めるには、図3に示すように、所定距離の掘進開始時における「現ピッチング角」と、指示値として作業員により入力された所定距離の掘進後の「目標ピッチング角」の差として、「実目標ピッチング角」を求めるとともに、この求めた「実目標ピッチング角」を単位掘進長(例えば1m)当りの値に換算して、「単位目標ピッチング角」を求め、これをコンピュータシステムが保有する、例えば一次式で表現されたSJストローク差とSJ重心位置との相関関係を示す関係式である制御直線に当てはめることによって、実目標ピッチング角に基づく「SJ重心位置」を決定する。
【0018】
ここで、各SJ重心位置を求めるための制御関係式は、一次式(直線)で与えることとするが、その直線の与え方として、次の3つを用意しておき、任意に選択可能とする。
【0019】
▲1▼「ユーザ定義直線」
2次元のグラフにおいて、切片と傾きを管理者の考えで直接設定したもので、基本的には、掘進の初期段階などにおいて、掘進実績データの無い状況で使用する。
【0020】
▲2▼「現在の学習直線」(制御方針に基づく学習直線)
実際の掘進時において、ある実制御SJストローク差(実制御ピッチング角)に対して、選択されたSJ重心位置を、制御結果の如何(目的のストローク差やピッチング角を確保できたかどうか)に関わらず、グラフ上にプロットし、一次回帰分析によって制御直線の切片と傾きを決定したもので、この機能は、オペレータによる手動(ジャッキパターン)制御を行っているときに、オペレータの制御操作を学習するためのものである。
【0021】
▲3▼「実績による学習直線」(制御結果に基づく学習直線)
実際のシールド掘進時の制御操作に対する制御結果を学習するもので、最も一般的な学習機能に近いものである。すなわち、掘進中に設定された実SJ重心位置に対して、その制御結果であるSJストローク差の変化量や、ピッチング角の変化量を求め、それを単位掘進長さ当たりに換算して実制御量を求めるとともに、それをグラフ上にプロットし、一次回帰分析によって制御直線の切片と傾きを決定したものである。なお、掘削対象地山の影響などを捉えるため、制御実績の参照範囲を設定しておくことが好ましい(例えば、現在から過去30リングなど)。
【0022】
そして、この実施形態によれば、次に、上述のようにして得られた2つのシールドジャッキ重心位置を合成して合成SJ重心位置を決定するとともに、予め用意したジャッキパターン・テーブルの中から、求められた合成SJ重心位置と最も近い重心位置を有するジャッキパターンを選択し、例えばマシーン側シーケンサに信号として出力する。
【0023】
ここで、ジャッキパターン・テーブルとしては、次の3種類のものを用意しておき、任意に選択可能とする。
【0024】
▲1▼デフォルト定義ジャッキパターン
上述のような制御方法を行うコンピュータシステムを現場導入する前に予め用意しておくジャッキパターンテーブルである。
【0025】
▲2▼ユーザ定義ジャッキパターン
上述のような制御方法を行うコンピュータシステムを現場に導入し、実際の掘削が始まるまでの期間に、現場職員や担当オペレータの意見を聞いて作成するジャッキパターンテーブルである。
【0026】
▲3▼学習ジャッキパターン
オペレータによる手動掘削時に、オペレータが選択したジャッキパターンを自動的に記録することにより作成するジャッキパターンテーブルである。
【0027】
図5及び図6は、この実施形態の方向制御方法によって方向制御されるシールド掘進機10の一例を示すもので、このシールド掘進機10は、先端面にカッターディスク25を備えた筒状の外殻体11からなり、この外殻体11の内部でトンネル12の内壁面を覆うセグメント13を組み立て、外殻体11の内周面に沿って周方向に多数設けられたシールドジャッキ14をこのセグメント13の先端面に押しつけ、このセグメント13から掘進反力を得てこれを外殻体11の後方に押し出すようにしながら順次掘進作業を行ってゆくものである。
【0028】
また、このシールド掘進機10によれば、これの内部に設けられた例えばコンピュータからなるシールド制御装置15によって、シールド掘進機10の駆動制御が行われるととともに、レーザ発振機16、光波距離計17、レーザターゲット18、発信方制御装置19等の測量や計測のための機器が設けられ、これらの機器は、地上に設けられた、掘進管理/線形管理コンピーュータ20と接続していて、この掘進管理/線形管理コンピーュータ20によって、シールド掘進機10の稼働状況の監視や、掘削中の各種データの収集・記録、シールド掘進機10の位置・姿勢及び設計計画線に対するズレの把握による線形管理等が行なわれることになる。
【0029】
さらに、掘進管理/線形管理コンピーュータ20は、方向制御コンピュータ21と接続しており、この方向制御コンピュータ21には、後述するこの実施形態のシールド掘進機の方向制御システムが組み込まれて、上述のような掘進制御方法が実施されることになる。
【0030】
なお、図5において、符号22は多重伝送装置親局、符号23は多重伝送装置子局で、これらを介して、方向制御システムからの信号が、シールド制御装置15に出力されることになる。
【0031】
そして、図4は、上述のようなシールド掘進機の方向制御方法を実施するための方向制御システムの、システム構成図である。
【0032】
ここで、この実施形態の方向制御システムによれば、まず、管理者や職員が決定した所定距離毎のシールドジャッキのストローク差に関する指示を受けて、キーボードなどの入力装置から、作業員がコンピュータに目標シールドジャッキストローク差を入力する。
【0033】
また、ファイル装置には、掘進管理/線形管理コンピュータ20から送られてくる、シールド掘進機10の現在位置やSJストローク差などが記録された測量ファイルが備えられている。
【0034】
中央演算処理装置は、メインメモリ中の制御プログラムの指令を受け、作業員により入力された所定距離の掘進後の目標シールドジャッキストローク差と測量ファイルから読み出した現在のシールドジャッキストローク差との差から実目標シールドジャッキストローク差を算出するとともに、これを1m当りの値に換算して単位目標SJストローク差を算出する。
【0035】
次いで、中央演算処理装置は、メインメモリ中の制御プログラムの指令を受け、ファイル装置内の制御関係式ファイルから制御関係式として例えば実績による学習直線を読み出し、これに上述の算出した単位目標SJストローク差をあてはめて、実目標SJストローク差に基づくSJ重心位置を求める。
【0036】
一方、この実施形態の方向制御システムによれば、管理者や職員が決定した所定距離毎のピッチング角に関する指示を受けて、キーボードなどの入力装置から、作業員がコンピュータに目標ピッチング角を入力する。
【0037】
また、ファイル装置には、掘進管理/線形管理コンピュータ20から送られてくる、シールド掘進機10の現在位置やピッチング角などが記録された測量ファイルが備えられている。
【0038】
中央演算処理装置は、メインメモリ中の制御プログラムの指令を受け、作業員により入力された所定距離の掘進後の目標ピッチング角と測量ファイルから読み出した現在のピッチング角との差から実目標ピッチング角を算出するとともに、これを1m当りの値に換算して単位目標ピッチング角を算出する。
【0039】
次いで、中央演算処理装置は、メインメモリ中の制御プログラムの指令を受け、ファイル装置内の制御関係式ファイルから制御関係式として例えば実績による学習直線を読み出し、これに上述の算出した単位目標ピッチング角をあてはめて、実目標ピッチング角に基づくSJ重心位置を求める。
【0040】
そしてさらに、中央演算処理装置は、メインメモリ中の制御プログラムの指令を受け、実目標SJストローク差に基づくSJ重心位置と実目標ピッチング角に基づくSJ重心位置とを合成して合成SJ重心位置を求めるとともに、ファイル装置内のジャッキパターン・テーブルファイルから例えば学習ジャッキパターンを読み出し、この中から、求められた合成SJ重心位置と最も近い重心位置を有するジャッキパターンを選択するとともに、出力装置を介してシールド掘進機10内のシールド制御装置15に制御信号として出力する。
【0041】
これによって、シールド掘進機10は、シールド制御装置15による制御によって、所定の掘進長の掘削作業の終了後に、管理者や職員が決定した所望のSJストローク差やピッチング角が確保されるように、掘進制御されることになる。
【0042】
すなわち、この実施形態によれば、例えば曲線部分のシールドセグメントが組みやすくなるように、所定の掘進長毎に設定したジャッキストローク差やピッチング角をコンピュータに入力すれば、このような要望に応じてシールドジャッキパターンを選択しながら、自動測量システムなどと直接リンクすることなく、セグメント計画に沿ったシールド掘進機の方向制御を容易に行ってゆくことが可能になる。
【0043】
また、手動操作時と変わらないようなジャッキパターンで掘進してゆくことができ、これによってシールド掘進機の方向制御も精度良く行うことが可能になる。
【0044】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、この発明のシールド掘進機の方向制御方法及び方向制御システムによれば、作業員により入力された目標シールドジャッキストローク差から実目標シールドジャッキストローク差に基づくシールドジャッキ重心位置を求め、作業員により入力された目標ピッチングから実目標ピッチングに基づくシールドジャッキ重心位置を求め、これらを合成するとともに、この合成されたシールドジャッキ重心位置に対応するジャッキパターンを予め用意されたジャッキパターンテーブルから選択して出力し、この出力結果に基づいてシールド掘進機の方向制御を行うので、作業状況に応じた人間の判断を取り入れながら、手動操作による制御に近いかたちでコンピュータを用いたシールド掘進機の方向制御を行ってゆくことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施形態にかかるシールド掘進機の方向制御方法の作業工程を説明するフローチャートである。
【図2】実目標シールドジャッキストローク差に基づくシールドジャッキ重心位置を求める工程を説明するフローチャートである。
【図3】実目標ピッチング角に基づくシールドジャッキ重心位置を求める工程を説明するフローチャートである。
【図4】この発明の一実施形態にかかる方向制御システムのシステム構成図である。
【図5】この発明の方向制御方法により方向制御を行うシールド掘進機の一例を示す説明図である。
【図6】シールドジャッキの配置状況を説明する図5のA−Aに沿った断面図である。
【符号の説明】
10 シールド掘進機
11 外殻体
12 トンネル
13 セグメント
14 シールドジャッキ
15 シールド制御装置
20 掘進管理/線形管理コンピーュータ
21 方向制御コンピュータ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a direction control system for a shield machine, and more particularly, to a direction control system for controlling the direction of a shield machine using a computer.
[0002]
[Prior art]
The shield machine is used as a drilling machine when excavating and forming a shield tunnel for ground with a lot of groundwater or soft ground, especially in urban civil engineering. For example, a segment is assembled as a lining body that covers the inner wall surface of the tunnel inside the outer shell body, and a shield jack is pressed against the tip end surface of the segment to obtain an excavation reaction force from this segment. The excavation work is performed sequentially while pushing out the back of the shell.
[0003]
Then, according to the shield method for excavating and forming such a shield tunnel, the shield machine will be advanced along the planned route with precision while controlling the direction. For example, a specialized administrator should calculate the amount of deviation from the planned line based on the survey data related to the shield machine, and use this result to smoothly place the course on the planned line several rings later. Considering the expected curve, calculate the pitching value and stroke value (azimuth angle) of the shield machine along this predicted curve based on the experience and intuition of the manager, and then instruct the operator of the calculation result and By selecting and driving a combination of numerous shield jacks based on experience and intuition, the shield machine Method of performing direction control has been adopted.
[0004]
With the development of computer technology in recent years, various methods for automatically controlling the direction of the shield machine using a computer have been developed. According to such an automatic direction control method, the position of the shield machine is improved. Is calculated by surveying or various measuring instruments, and the jack pattern is automatically selected by the computer so as to be rubbed to the planned alignment.
[0005]
That is, according to the control method of the direction of the shield machine using a conventional computer, when the amount of deviation from the planned route is detected, an expected curve to be placed on the planned route is created and further put on this predicted curve. In addition to inferring the bending amount, the thrust necessary for generating the calculated bending amount is searched as a vector amount in the vertical and horizontal directions, and the optimum jack combination pattern for generating the thrust is selected.
[0006]
By controlling the jack selected in this way, the direction of the shield machine is controlled so as to be placed on the planned route, and the direction control of such a shield machine is completely automated, so that unmanned excavation is performed. It becomes possible.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, according to the conventional method for automatically controlling the direction of the shield machine using the computer, the purpose was simply to rub the shield machine in a planned linear manner. In addition, there is a problem that it is not possible to take human judgment according to the work situation and to perform direction control flexibly.
[0008]
In other words, in the excavation work by the shield machine, in consideration of the conditions of the shield machine and conditions of the ground that are not known unless actually excavated, for example, the ease of assembling work of a specific type segment in the curved part and tail clearance In order to ensure the safety, it may be necessary to remove the shield machine from the planned alignment and perform the excavation work. However, according to the automatic direction control method using a conventional computer, it can be obtained during actual excavation. If various conditions are adopted, the number of parameters becomes too large and computer processing becomes difficult, so it is not possible to flexibly cope with this situation, which may hinder segment assembly work, etc. was there.
[0009]
Therefore, the present invention has been made by paying attention to such a conventional problem, and incorporates human judgment into what could not be covered by computer alone depending on the actual working situation at the time of excavation. An object of the present invention is to provide a direction control method and a direction control system for a shield machine capable of performing direction control using a computer while improving practicality.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The present invention has been made in order to achieve the above object, and the gist thereof is a method for controlling the digging direction of a shield machine using a computer, and digging a predetermined distance input by an operator. The actual target shield jack stroke difference is calculated from the difference between the subsequent target shield jack stroke difference and the current shield jack stroke difference, and the calculated actual target shield jack stroke difference is calculated as the actual target shield jack stroke difference and the shield jack center of gravity position. The actual target pitching is calculated from the difference between the current pitching and the target pitching after the excavation of the predetermined distance input by the operator and the step of obtaining the shield jack center of gravity position based on the actual target shieldjack stroke difference. And calculate the actual target pitching as the actual target pitch. And determining the position of the center of gravity of the shield jack based on the actual target pitching by applying the correlation between the position of the center of the shield jack and the center of the shield jack, and the position of the center of gravity of the shield jack based on the actual target jack jack stroke difference and the center of gravity of the shield jack based on the actual target pitching And a method of selecting and outputting a jack pattern corresponding to the synthesized shield jack center of gravity position from a jack pattern table prepared in advance. is there.
[0011]
Another aspect of the present invention is a system for controlling a direction of a shield machine using a computer, and a target shield jack stroke difference after a predetermined distance input by an operator and a current The actual target shield jack stroke difference calculating means for calculating the actual target shield jack stroke difference from the difference from the shield jack stroke difference, and the calculated actual target shield jack stroke difference between the actual target shield jack stroke difference and the shield jack center of gravity position. The first shield jack center of gravity position determination means for obtaining the shield jack center of gravity position based on the actual target shield jack stroke difference and the target pitching after excavation for a predetermined distance input by the operator and the current pitching Find the actual target pitching from the difference An actual target pitching calculating means, and a second shield jack center-of-gravity position determining means for obtaining the shield jack center-of-gravity position based on the actual target pitching by applying the calculated actual target pitching to the correlation between the actual target pitching and the shield jack center-of-gravity position; In addition to combining the shield jack center of gravity position based on the actual target shield jack stroke difference and the shield jack center of gravity position based on the actual target pitching, the jack pattern corresponding to the combined shield jack center of gravity position is prepared in advance. A direction control system for a shield machine comprising a jack pattern selection means for selecting and outputting from a pattern table.
[0012]
Here, in the above description, the shield jack stroke difference refers to the stroke difference between the shield jacks located at the left and right ends of the plurality of shield jacks provided along the inner peripheral surface of the shield machine, Pitching indicates the vertical inclination of the shield machine, and can be represented by the stroke difference between the shield jacks located at the upper and lower ends, or by the pitching angle measured by the inclination angle measuring means.
[0013]
And according to the direction control method or direction control system of the shield machine of the present invention, the shield for each predetermined distance determined by the manager or the staff is the same as the control by the conventional operator who does not employ the automatic direction control system. Direction control is performed by giving the stroke difference and pitching angle of the jack to the computer by an operator and outputting the shield jack pattern selected by the computer to the shield machine based on the indicated value.
[0014]
That is, for example, if the jack stroke difference or pitching angle set for each ring or for each predetermined digging length is input to a computer so that the shield segment of the curved portion can be easily assembled, this method and system of the present invention can be used. It is possible to easily control the direction of the shield machine according to the segment plan without linking with the automatic surveying system while selecting the shield jack pattern according to the specific demand.
[0015]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. As shown in the flowchart of FIG. 1, the direction control method of the shield machine according to this embodiment includes a step of obtaining a shield jack center of gravity position based on an actual target shield jack stroke difference, and a shield jack center of gravity position based on an actual target pitching angle. And a step of synthesizing these shield jack barycentric positions and selecting and outputting a jack pattern corresponding thereto.
[0016]
Then, to obtain the position of the center of gravity of the shield jack based on the actual target shield jack stroke difference, as shown in FIG. 2, the “current SJ (shield jack) stroke difference” at the start of excavation for a predetermined distance and the operator as the instruction value. As a difference between the “target SJ stroke difference” after excavation for a predetermined distance input by “A”, an “actual target SJ stroke difference” is obtained, and the obtained “actual target SJ stroke difference” is calculated per unit digging length (for example, 1 m). A “unit target SJ stroke difference” is calculated by converting the value to the value of the control, and this is a relational expression that indicates the correlation between the SJ stroke difference expressed by a linear expression and the SJ barycentric position, for example. By applying to a straight line, the “SJ barycentric position” based on the actual target SJ stroke difference is determined.
[0017]
Further, in order to obtain the SJ barycentric position based on the actual target pitching angle, as shown in FIG. 3, the “current pitching angle” at the start of excavation at a predetermined distance and the excavation at a predetermined distance input by an operator as an instruction value. As the difference of the “target pitching angle” later, the “actual target pitching angle” is obtained, and the obtained “actual target pitching angle” is converted into a value per unit digging length (for example, 1 m). Based on the actual target pitching angle by finding the "angle" and applying it to the control line, which is a relational expression indicating the correlation between the SJ stroke difference expressed by a linear expression and the SJ barycentric position, for example. “SJ centroid position” is determined.
[0018]
Here, the control relational expression for obtaining each SJ barycentric position is given by a linear expression (straight line), but the following three are prepared as the method of giving the straight line, and can be arbitrarily selected. To do.
[0019]
(1) “User-defined straight line”
In a two-dimensional graph, the intercept and inclination are set directly based on the manager's idea. Basically, they are used in the initial stage of excavation and in the situation where there is no excavation record data.
[0020]
(2) “Current learning line” (learning line based on control policy)
During actual excavation, the selected SJ barycentric position for a certain actual control SJ stroke difference (actual control pitching angle) is related to the control result (whether the target stroke difference or pitching angle could be secured). First, plotting on a graph and determining the intercept and slope of the control line by linear regression analysis. This function learns the operator's control operations when manual (jack pattern) control is performed by the operator. Is for.
[0021]
(3) “Learning straight line based on results” (learning straight line based on control results)
This is to learn the control result for the control operation at the time of actual shield excavation, which is close to the most general learning function. That is, with respect to the actual SJ barycentric position set during excavation, the amount of change in the SJ stroke difference and the amount of change in pitching angle, which are the control results, are obtained, and converted into per unit excavation length for actual control. While calculating | requiring a quantity, it plotted on the graph, and determined the intercept and inclination of the control straight line by the linear regression analysis. Note that it is preferable to set a reference range of control results in order to capture the influence of the excavation target ground (for example, the past 30 rings from the present).
[0022]
Then, according to this embodiment, the two shield jack centroid positions obtained as described above are combined to determine a combined SJ centroid position, and from among the jack pattern tables prepared in advance, The jack pattern having the closest center of gravity position to the obtained synthesized SJ center of gravity position is selected and output as a signal to the machine side sequencer, for example.
[0023]
Here, the following three types of jack pattern tables are prepared and can be arbitrarily selected.
[0024]
(1) Default definition jack pattern This is a jack pattern table prepared in advance before introducing the computer system for performing the control method as described above.
[0025]
(2) User-defined jack pattern This is a jack pattern table that is created by introducing the computer system that performs the above-mentioned control method to the site and listening to the opinions of the field staff and the operator in charge until the actual excavation starts. .
[0026]
(3) Learning jack pattern This is a jack pattern table created by automatically recording the jack pattern selected by the operator during manual excavation by the operator.
[0027]
5 and 6 show an example of a shield machine 10 whose direction is controlled by the direction control method of this embodiment. This shield machine 10 has a cylindrical outer surface with a cutter disk 25 on the tip surface. A segment 13 made of a shell 11 and covering the inner wall surface of the tunnel 12 is assembled inside the outer shell 11, and a number of shield jacks 14 provided in the circumferential direction along the inner circumferential surface of the outer shell 11 are assembled. 13, the excavation reaction force is obtained from the segment 13, and the excavation work is sequentially performed while pushing it out to the rear of the outer shell body 11.
[0028]
Moreover, according to this shield machine 10, the drive control of the shield machine 10 is performed by a shield control device 15 comprising a computer, for example, provided therein, and at the same time, the laser oscillator 16 and the light wave distance meter 17 are controlled. , Laser target 18, transmission method control device 19, etc. are provided for surveying and measurement devices, and these devices are connected to an excavation management / linear management computer 20 provided on the ground. / The linear management computer 20 monitors the operating status of the shield machine 10, collects and records various data during excavation, and performs linear management by grasping the position / posture of the shield machine 10 and deviations from the design plan line. Will be.
[0029]
Further, the excavation management / linear management computer 20 is connected to a direction control computer 21. The direction control computer 21 incorporates a direction control system for a shield excavator according to this embodiment, which will be described later, as described above. A simple excavation control method will be implemented.
[0030]
In FIG. 5, reference numeral 22 denotes a multiplex transmission apparatus master station, and reference numeral 23 denotes a multiplex transmission apparatus slave station, through which signals from the direction control system are output to the shield control apparatus 15.
[0031]
FIG. 4 is a system configuration diagram of a direction control system for carrying out the direction control method of the shield machine as described above.
[0032]
Here, according to the direction control system of this embodiment, first, upon receiving an instruction regarding the stroke difference of the shield jack for each predetermined distance determined by the administrator or the staff, the worker sends the computer to the computer from an input device such as a keyboard. Enter the target shield jack stroke difference.
[0033]
Further, the file device is provided with a survey file in which the current position of the shield machine 10 and the SJ stroke difference, etc., recorded from the excavation management / linear management computer 20 are recorded.
[0034]
The central processing unit receives the command of the control program in the main memory, and from the difference between the target shield jack stroke difference after excavation of the predetermined distance input by the worker and the current shield jack stroke difference read from the survey file. The actual target shield jack stroke difference is calculated, and the unit target SJ stroke difference is calculated by converting this to a value per meter.
[0035]
Next, the central processing unit receives an instruction from the control program in the main memory, reads out a learning straight line, for example, as a control relational expression from the control relational expression file in the file device, and stores the calculated unit target SJ stroke as described above. By applying the difference, the SJ barycentric position based on the actual target SJ stroke difference is obtained.
[0036]
On the other hand, according to the direction control system of this embodiment, an operator inputs an instruction pitching angle to a computer from an input device such as a keyboard in response to an instruction regarding a pitching angle for each predetermined distance determined by an administrator or staff. .
[0037]
Further, the file device is provided with a survey file that is sent from the excavation management / linear management computer 20 and records the current position of the shield excavator 10, the pitching angle, and the like.
[0038]
The central processing unit receives an instruction from the control program in the main memory, and determines the actual target pitching angle from the difference between the target pitching angle after excavation for a predetermined distance input by the worker and the current pitching angle read from the survey file. And a unit target pitching angle is calculated by converting this to a value per meter.
[0039]
Next, the central processing unit receives a command from the control program in the main memory, reads out a learning straight line, for example, as a control relational expression from the control relational expression file in the file device, and calculates the unit target pitching angle calculated above to this To obtain the SJ barycentric position based on the actual target pitching angle.
[0040]
Further, the central processing unit receives a command from the control program in the main memory, and synthesizes the SJ barycentric position based on the actual target SJ stroke difference and the SJ barycentric position based on the actual target pitching angle to obtain a combined SJ barycentric position. In addition, the learning jack pattern is read out from the jack pattern table file in the file device, and the jack pattern having the closest center of gravity position to the determined combined SJ center of gravity position is selected from among the learning jack patterns. A control signal is output to the shield control device 15 in the shield machine 10.
[0041]
Thereby, the shield machine 10 is controlled by the shield control device 15 so that the desired SJ stroke difference and pitching angle determined by the manager and staff are ensured after the excavation work for the predetermined excavation length is completed. The excavation will be controlled.
[0042]
That is, according to this embodiment, for example, if a jack stroke difference or a pitching angle set for each predetermined digging length is input to a computer so that a shield segment of a curved portion can be easily assembled, according to such a request. While selecting the shield jack pattern, it is possible to easily control the direction of the shield machine according to the segment plan without directly linking with an automatic surveying system or the like.
[0043]
Further, it is possible to dig with a jack pattern that is not different from that during manual operation, and this makes it possible to accurately control the direction of the shield machine.
[0044]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the direction control method and direction control system of the shield machine of the present invention, the position of the center of gravity of the shield jack based on the actual target shield jack stroke difference from the target shield jack stroke difference input by the operator. A jack pattern corresponding to the synthesized shield jack center of gravity position is obtained from the target pitching input by the operator, the shield jack center of gravity position based on the actual target pitching is obtained and synthesized. Since the output is selected from the table and the direction of the shield machine is controlled based on the output result, shield drilling using a computer is performed in a manner close to control by manual operation while incorporating human judgment according to work conditions. To control the direction of the machine It can be.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a flowchart for explaining a work process of a direction control method for a shield machine according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart for explaining a process of obtaining a shield jack center of gravity position based on an actual target shield jack stroke difference.
FIG. 3 is a flowchart illustrating a process of obtaining a shield jack barycentric position based on an actual target pitching angle.
FIG. 4 is a system configuration diagram of the direction control system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 5 is an explanatory view showing an example of a shield machine that performs direction control by the direction control method of the present invention.
6 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Shield machine 11 Outer shell 12 Tunnel 13 Segment 14 Shield jack 15 Shield control apparatus 20 Digging management / linear management computer 21 Direction control computer

Claims (2)

コンピュータを用いてシールド掘進機の掘進方向を制御するための方法であって、作業員により入力された所定距離の掘進後の目標シールドジャッキストローク差と現在のシールドジャッキストローク差との差から実目標シールドジャッキストローク差を算出し、算出した実目標シールドジャッキストローク差を、当該実目標シールドジャッキストローク差とシールドジャッキ重心位置との相関関係にあてはめて実目標シールドジャッキストローク差に基づくシールドジャッキ重心位置を求める工程と、作業員により入力された所定距離の掘進後の目標ピッチングと現在のピッチングとの差から実目標ピッチングを算出し、算出した実目標ピッチングを、当該実目標ピッチングとシールドジャッキ重心位置との相関関係にあてはめて実目標ピッチングに基づくシールドジャッキ重心位置を求める工程と、前記実目標シールドジャッキストローク差に基づくシールドジャッキ重心位置と前記実目標ピッチングに基づくシールドジャッキ重心位置とを合成し、この合成されたシールドジャッキ重心位置に対応するジャッキパターンを予め用意されたジャッキパターンテーブルから選択して出力する工程とを含むことを特徴とするシールド掘進機の方向制御方法。This is a method for controlling the direction of the shield machine using a computer, and is based on the difference between the target shield jack stroke difference after excavation for a predetermined distance input by the operator and the current shield jack stroke difference. The shield jack stroke difference is calculated, and the calculated actual target shield jack stroke difference is applied to the correlation between the actual target shield jack stroke difference and the shield jack center of gravity position to determine the shield jack center of gravity position based on the actual target shield jack stroke difference. The actual target pitching is calculated from the difference between the step of obtaining and the target pitching after excavation for a predetermined distance input by the worker and the current pitching, and the calculated actual target pitching is calculated as the actual target pitching and the shield jack center of gravity position. Applied to the correlation of Synthesize the shield jack center of gravity position based on the actual target shield jack stroke difference, the step of obtaining the shield jack center of gravity position based on the actual target pitching, and the step of obtaining the shield jack center of gravity position based on the actual target shield jack stroke difference. And a method of selecting and outputting a corresponding jack pattern from a jack pattern table prepared in advance. コンピュータを用いてシールド掘進機の掘進方向を制御するためのシステムであって、作業員により入力された所定距離の掘進後の目標シールドジャッキストローク差と現在のシールドジャッキストローク差との差から実目標シールドジャッキストローク差を算出する実目標シールドジャッキストローク差算出手段と、算出した実目標シールドジャッキストローク差を、当該実目標シールドジャッキストローク差とシールドジャッキ重心位置との相関関係にあてはめて実目標シールドジャッキストローク差に基づくシールドジャッキ重心位置を求める第一シールドジャッキ重心位置決定手段と、作業員により入力された所定距離の掘進後の目標ピッチングと現在のピッチングとの差から実目標ピッチングを算出する実目標ピッチング算出手段と、算出した実目標ピッチングを、当該実目標ピッチングとシールドジャッキ重心位置との相関関係にあてはめて実目標ピッチングに基づくシールドジャッキ重心位置を求める第二シールドジャッキ重心位置決定手段と、前記実目標シールドジャッキストローク差に基づくシールドジャッキ重心位置と前記実目標ピッチングに基づくシールドジャッキ重心位置とを合成するとともに、この合成されたシールドジャッキ重心位置に対応するジャッキパターンを予め用意されたジャッキパターンテーブルから選択して出力するジヤッキパターン選択手段とからなることを特徴とするシールド掘進機の方向制御システム。A system for controlling the direction of the shield machine using a computer. The actual target is determined based on the difference between the target shield jack stroke after excavation for a predetermined distance input by the operator and the current shield jack stroke difference. The actual target shield jack stroke difference calculating means for calculating the shield jack stroke difference, and the actual target shield jack stroke difference applied to the correlation between the actual target shield jack stroke difference and the shield jack center of gravity position. The first shield jack center of gravity position determining means for determining the shield jack center of gravity position based on the stroke difference, and the actual target for calculating the actual target pitching from the difference between the target pitching after excavation for a predetermined distance input by the operator and the current pitching Pitching calculation means A second shield jack center-of-gravity position determining means for determining the position of the center of gravity of the shield jack based on the actual target pitching by applying the calculated actual target pitching to the correlation between the actual target pitching and the position of the center of gravity of the shield jack; and the actual target shield jack The shield jack center of gravity position based on the stroke difference and the shield jack center of gravity position based on the actual target pitching are combined, and the jack pattern corresponding to the combined shield jack center of gravity position is selected from a prepared jack pattern table. A direction control system for a shield machine, comprising a jack pattern selection means for outputting.
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