JP6463184B2 - トンネル掘進機 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル掘進機に関し、特に、カッタヘッドなどの回転部分の歪みを計測するトンネル掘進機に関する。

従来、カッタヘッドなどの回転部分の歪みを計測するトンネル掘進機が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、トンネル掘進機におけるカッタヘッドなどの回転部分に取り付けた歪みセンサにより歪みを計測する構成が開示されている。トンネル掘進機は、カッタヘッドを回転させつつ、推進ジャッキの推力で前進することにより、地山の掘進を行う。カッタヘッドに作用する力（カッタ推力）は、一般にはジャッキ推力から胴体部外周と地山との摩擦抵抗などの各種の抵抗を差し引いて推定されるが、上記特許文献１は、歪み計測値を用いることでより直接的に取得している。

掘進中には、異種の地層間を跨がるように掘進したり、埋設物または礫に遭遇したりする場合がある。カッタ推力を把握することは、カッタヘッドおよびカッタ駆動部の損傷や、カッタビット（掘削刃）の異常摩耗などを防ぐために重要である。

実開昭６１−１５２０９７号公報

しかしながら、カッタヘッドなどの回転部分に歪みセンサを取り付ける場合、歪みを計測する部分自体が回転移動するため、歪み計測値には、回転に伴う計測誤差が含まれてしまう。そのため、カッタヘッドに作用する力をより高精度に把握することが可能なトンネル掘進機が求められている。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、回転に伴う計測誤差を抑制して、カッタヘッドに作用する力をより高精度に把握することが可能なトンネル掘進機を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の一の局面におけるトンネル掘進機は、カッタヘッドと、カッタヘッドを支持し、かつ、カッタヘッドと共に回転するカッタ支持部と、カッタヘッドおよびカッタ支持部を回転駆動するカッタ駆動部と、カッタヘッドの回転角度を検出する回転角度検出部と、カッタヘッドまたはカッタ支持部に設けられた歪みセンサと、歪みセンサの計測結果に基づき、カッタヘッドに作用する力の計測データを取得するデータ処理部とを備え、データ処理部は、カッタヘッドの現在角度において取得した歪みセンサの現在計測値と、現在角度に対応する回転角度において取得された過去の対応計測値とに基づいて誤差データを取得し、誤差データを用いて、現在の計測データを補正するように構成されている。

なお、「現在計測値」とは、現在の回転角度における歪み計測値のみならず、現在の回転角度と同等と見なせる回転角度での歪み計測値を含む概念である。たとえば、現在計測値には、現在のリアルタイムの回転角度での歪み計測値以外に、現在から１サンプリング周期前の時点での回転角度（現在の角度検出値の１つ前に相当する直前のサンプリングデータ）における歪み計測値や、現在角度θから１度分戻した回転角度（θ−１度）での歪み計測値が含まれてよい。同様に、「対応計測値」も、現在角度と厳密に同じ回転角度（たとえば１回転前の同じ角度）での過去の歪み計測値でなく、現在角度から僅かにずれた回転角度での過去の歪み計測値でもよい。

この発明の一の局面によるトンネル掘進機では、上記のように、データ処理部を、カッタヘッドの現在角度において取得した歪みセンサの現在計測値と、現在角度に対応する回転角度において取得された過去の対応計測値とに基づいて誤差データを取得し、誤差データを用いて、現在の計測データを補正するように構成する。ここで、本願発明者は、鋭意検討した結果、カッタヘッドの回転に伴って発生する計測誤差が、回転と共に変化する一方で回転角度に応じて周期的に変化することを見出した。そのため、本発明によれば、現在角度に対応する過去の回転角度での対応計測値と現在計測値とに基づいて取得した誤差データを用いて現在の計測データを補正することにより、回転に伴う計測誤差の周期性を利用して、回転に伴う誤差成分を効果的に補正することができる。その結果、回転に伴う計測誤差を抑制して、カッタヘッドに作用する力をより高精度に把握することができる。

上記一の局面によるトンネル掘進機において、好ましくは、対応計測値は、現在角度に対する１回転分過去の歪みセンサの計測値である。このように構成すれば、１回転前の直近の対応計測値に基づいて誤差データを取得することができる。これにより、複数回転前の古い対応計測値を用いる場合と比べて、現在時点と対応計測値の取得時点との間での状況の変化（ジャッキ推力の変化や地山の状況の変化）の影響を小さくすることができる。その結果、回転に伴う計測誤差をより精度良く反映した誤差データを取得することができるので、回転に伴う計測誤差をより精度良く補正することができる。

上記一の局面によるトンネル掘進機において、好ましくは、データ処理部は、少なくとも過去の１回転分の複数の歪みセンサの計測値を用いて算出した基準値と、現在計測値および対応計測値とを用いて、誤差データを算出するように構成されている。このように構成すれば、少なくとも過去の１回転分の計測値を用いることによって、回転に伴う計測誤差の周期性を十分に反映した基準値を得ることができる。そして、この基準値に対する現在の回転角度の計測値（現在計測値および対応計測値）の相違を評価することで、容易に、回転に伴う計測誤差を反映した誤差データを取得することができる。

この場合、好ましくは、基準値は、現在角度の直前の過去の１回転分にわたる歪みセンサの計測値の平均値である。このように構成すれば、たとえば基準値として中間値を採用する場合には、実際には１回転分の計測値の内の中間値となる特定の回転角度の計測値しか考慮されないのに対して、１回転分にわたる計測値の平均値を採用することによって、１回転分にわたる計測値の全てのデータを考慮することができる。その結果、回転角度毎の計測誤差をより反映した誤差データを取得することができる。

上記基準値と、現在計測値および対応計測値とを用いて誤差データを算出する構成において、好ましくは、データ処理部は、現在計測値および対応計測値の平均値と、基準値との差分により、誤差データを算出するように構成されている。このように構成すれば、基準値と現在計測値および対応計測値との時間的なずれの影響を抑制することができる。すなわち、たとえば直前の過去の１回転分にわたる計測値の平均値を基準値として用いる場合、基準値は、時系列的には現在と１回転前の時点との中間の時点に対応して、現在から半周期分の遅れが生じる。この場合に、現在計測値および対応計測値の平均値を算出することで、時系列的に現在計測値および対応計測値の中間の時点の値を算出することができる。そのため、現在計測値および対応計測値の平均値と基準値との時間的なずれを抑制できるので、たとえば回転中にジャッキ推力が変化した場合などにも、ジャッキ推力の変化の影響を除外して、より精度のよい誤差データを算出することができる

上記一の局面によるトンネル掘進機において、好ましくは、データ処理部は、カッタヘッドの回転開始から少なくとも１回転後の回転中に誤差データによる計測データの補正を行い、カッタヘッドの回転が所定時間以上継続して停止した場合には、誤差データによる計測データの補正を停止するように構成されている。このように構成すれば、対応計測値を取得するのに必要な計測値が得られてから、誤差データによる計測データの補正を行うことができる。また、カッタヘッドの回転が停止した場合には、過去の回転中の対応計測値を用いた誤差データによる計測データの補正が妥当でなくなるため、誤差データによる計測データの補正を停止することができる。また、現在の状況を反映しない時間的に古いデータを用いて誤差データを算出することを防止できる。この際、カッタヘッドの回転が所定時間経過後に補正を停止することにより、回転停止時に計測データの値が突然変化することを抑制することができる。

本発明によれば、上記のように、回転に伴う計測誤差を抑制して、カッタヘッドに作用する力をより高精度に把握することができる。

本発明の第１実施形態によるトンネル掘進機の模式的な縦断面図である。 本発明の第１実施形態によるトンネル掘進機の模式的な正面図である。 歪み計測を行うための機器を示したブロック図である。 現在計測値、対応計測値および誤差データを概念的に示した図である。 カッタヘッドが正回転する場合のデータ列を示した図である。 カッタヘッドが逆回転する場合のデータ列を示した図である。 本発明の第１実施形態によるトンネル掘進機のデータ処理装置による歪み計測フローである。 本発明の第１実施形態によるトンネル掘進機のデータ処理装置による演算フローである。 図８の演算フローにおけるカッタ推力の計算フロー（サブルーチン）である。 図９の計算フローに沿ったデータ処理装置の動作例を示した図である。 ジャッキ推力から求めたカッタ推力の時間変化を示したグラフである。 図１１のカッタ推力の計測時におけるカッタコラムの歪み計測結果を示したグラフである。 図１１のカッタ推力と図１２の歪み計測結果とを重ねて示したグラフである。 図１２の歪み計測結果と回転角度との関係を示したグラフである。 図１１のカッタ推力と誤差補正後の歪み計測結果とを重ねて示したグラフである。 第１実施形態によるトンネル掘進機の第１変形例を示した模式的な縦断面図（Ａ）および模式的な部分正面図（Ｂ）である。 第１実施形態によるトンネル掘進機の第２変形例を示した模式的な縦断面図（Ａ）および模式的な部分正面図（Ｂ）である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１〜図１０を参照して、本発明の第１実施形態によるトンネル掘進機１について説明する。

（トンネル掘進機の全体構成）
図１に示すように、トンネル掘進機１は、掘削面を構成するカッタヘッド１１と、カッタコラム１２および旋回台１３と、カッタ駆動部１４とを備えている。第１実施形態では、トンネル掘進機１は、カッタヘッド１１の支持方式として中間支持方式を採用した中〜大口径タイプの例を示している。中間支持方式では、カッタヘッド１１は、回転駆動される円環状の旋回台１３に対して、回転軸線方向（Ｘ方向）に延びる脚部（カッタコラム１２）によって取り付けられる。旋回台１３は、前胴部１５の隔壁（バルクヘッド）１６に設けられた軸受１７によって回転軸回りに回転可能に支持される。カッタコラム１２は、本発明の「カッタ支持部」の一例である。

なお、以下では、トンネル掘進機１のカッタヘッド１１および前胴部１５の各部のみを説明し、その他の後胴部などについては説明を省略する。

カッタヘッド１１は、掘進方向から見て円形状（図２参照）に形成されており、回転軸線Ａ周りに回転するように構成されている。カッタヘッド１１は、掘進方向前方（Ｘ１方向）の掘削面にカッタビット１１ａを有する。カッタビット１１ａは、複数の放射状のスポーク部１１ｂ（図２参照）にそれぞれ複数取り付けられている。カッタビット１１ａによって削られた掘削土は、貫通孔を通ってカッタヘッド１１の内部に進入し、土圧シールドの場合であれば図示しないスクリューコンベアによって運び出される。なお、泥水シールドの場合には、カッタヘッド１１と隔壁１６との間のカッタチャンバー内に泥水を送り込んで掘削土をスラリー化し、スラリー化した掘削土を図示しない配管から排出する。

カッタコラム１２は、中空筒状の梁部材（ビーム）であり、カッタヘッド１１を支持し、かつ、カッタヘッド１１と共に回転するように構成されている。カッタコラム１２は、前方（Ｘ１方向）端部がカッタヘッド１１のスポーク部１１ｂに取り付けられ、後方（Ｘ２方向）端部が旋回台１３に取り付けられている。

図２に示すように、カッタコラム１２は、回転軸線Ａから半径方向に所定距離隔てた位置に等角度間隔で配置されている。具体的には、カッタヘッド１１において８本のスポーク部１１ｂが４５度間隔で設けられており、カッタコラム１２は、それぞれのスポーク部１１ｂに１つずつ、合計８つ設けられている。したがって、カッタコラム１２は、回転軸線Ａ回りに４５度の等角度間隔で配置されている。カッタコラム１２は、角柱形状を有する。

図１に戻り、旋回台１３は、円環状に形成され、前方（Ｘ１方向）側で複数（８本）のカッタコラム１２を支持している。旋回台１３は、前胴部１５の隔壁１６に設けられた軸受１７によって回転軸線Ａ回りに回転可能に支持されている。

カッタ駆動部１４は、隔壁１６の後方（Ｘ２方向）に配置されており、旋回台１３に駆動トルクを付与して回転軸線Ａ回りに回転駆動するように構成されている。このように、カッタヘッド１１はカッタコラム１２および旋回台１３により回転軸線Ａ回りに回転可能に支持され、カッタヘッド１１、カッタコラム１２および旋回台１３がカッタ駆動部１４によって一体的に回転（旋回）される。一方、前胴部１５や隔壁１６は回転しない静止体である。

トンネル掘進機１は、カッタヘッド１１の回転方向の位置（回転角度）を検出するロータリーエンコーダ２０（以下、エンコーダ２０という）を備えている。エンコーダ２０は、隔壁１６の後方（Ｘ２方向）に設けられ、カッタヘッド１１（旋回台１３）の回転角度を取り出して検出する。エンコーダ２０は、回転角度の絶対位置が検出可能なアブソリュート型が採用されており、カッタヘッド１１の基準位置（たとえば図２に示す位置）からの回転角度を検出する。エンコーダ２０は、本発明の「回転角度検出部」の一例である。

トンネル掘進機１は、前胴部１５に設けられた推進ジャッキ２１の推進力によって掘進方向（Ｘ１方向）に推進する。推進ジャッキ２１は、複数本で１つのブロックを構成し、複数のブロックが、円筒形状の前胴部１５の内周に略全周にわたって配列されている。カッタ駆動部１４による回転駆動と、推進ジャッキ２１によるジャッキ推力の付与（推進）とは、独立して制御される。

第１実施形態では、トンネル掘進機１は、カッタヘッド１１に作用する力を計測するための歪みセンサ２２と、歪みセンサ２２の検出結果を取得するデータ処理装置（データ処理部）２３とを備えている。歪みセンサ２２は、カッタヘッド１１またはカッタコラム１２に設けることが可能であるが、第１実施形態では、歪みセンサ２２をカッタコラム１２に設けた例を示している。

歪みセンサ２２は、トンネル掘進機１に１または複数設けてよい。第１実施形態では、図２に示すように、歪みセンサ２２は、約４５度の等角度間隔で配置された８本のカッタコラム１２のうちで、約９０度間隔の４本のカッタコラム１２（ハッチング部）の内部にそれぞれ（４個所）設けられている。

このように３６０度を４分割（９０度）するように歪みセンサ２２を設けることにより、カッタヘッド１１を停止させたままでも、カッタヘッド１１の掘削面に作用するカッタ推力を得ることができる。なお、８本のカッタコラムの全てに歪みセンサを設けてもよい。

また、トンネル掘進機１は、温度センサ２５（図３参照）を備えている。温度センサ２５は、歪みセンサ２２の近傍に設置され、歪みセンサ２２の近傍の温度を検出する。温度センサ２５は、温度補償により歪み計測への掘削熱の影響を除去するために設けられている。

図１に示すように、それぞれの歪みセンサ２２は、カッタヘッド１１の中心部１１ｃの内部に設置された中継ボックス２６に接続されている。図３に示すように、中継ボックス２６は、歪みセンサ２２用のアンプ２６ａと、温度センサ２５用のアンプ２６ｂと、通信機器２６ｃと、電源装置２６ｄとを有する。通信機器２６ｃは、ロータリージョイント２７を介してデータ処理装置２３に接続されている。通信機器２６ｃは、アンプ２６ａおよびアンプ２６ｂからそれぞれ出力される信号を変換して、検出信号としてデータ処理装置２３に出力する。電源装置２６ｄは、ロータリージョイント２７を介して外部の電源２８に接続されており、電源装置２６ｄは、アンプ２６ａおよびアンプ２６ｂおよび通信機器２６ｃに電源供給を行う。

データ処理装置２３は、ＣＰＵ２３１およびメモリ２３２などを備えたコンピュータである。データ処理装置２３は、歪みセンサ２２の検出結果に基づき、カッタヘッド１１に作用する力（カッタ推力）の計測データを取得する機能を有する。また、データ処理装置２３は、カッタヘッド１１に作用する回転軸線方向（Ｘ方向）の力の回転方向分布を取得するように構成されている。

データ処理装置２３は、ロータリージョイント２７を介して中継ボックス２６と接続されており、中継ボックス２６の通信機器２６ｃから歪みセンサ２２の検出信号を取得する。また、データ処理装置２３は、エンコーダ２０からカッタヘッド１１の回転方向の位置（現在角度θ）の検出信号を取得する。データ処理装置２３は、現在角度θにおける、４個所の歪みセンサ２２の回転軸線方向の歪み計測値をそれぞれ取得する。

また、データ処理装置２３は、中継ボックス２６の通信装置２６ｃから温度センサ２５の検出信号を取得する。データ処理装置２３は、たとえばカッタコラム１２が所定温度以上に温度上昇した場合に温度補償を行う。データ処理装置２３は、常時温度補償を行ってもよい。

データ処理装置２３は、図１に示すように、トンネル掘進機１のオペレーションルーム（運転室）２９のコンピュータや、地上のモニタリング室（図示せず）のコンピュータと接続されており、取得した計測データを出力することが可能である。

（カッタ推力の計測データの取得処理の概要）
図４〜図６を参照して、カッタ推力の計測データの取得処理を概念的に説明する。図４に示すように、第１実施形態では、データ処理装置２３は、カッタヘッド１１の現在角度θにおいて取得した歪みセンサ２２の現在計測値Ｖｐと、現在角度θに対応する回転角度において取得された過去の対応計測値Ｖｏとに基づいて、誤差データＥ_ｒを取得する。そして、データ処理装置２３は、誤差データＥ_ｒを用いて、現在の計測データＦを補正するように構成されている。

現在角度θは、カッタヘッド１１の所定の基準回転位置に対する現在の回転角度の計測値である。現在角度θは、たとえば０度〜３５９度までの１度単位で取得する。カッタヘッド１１を回転させている場合、現在角度θは時間の関数となるため、現在時刻と置き換えて考えてもよい。

現在計測値Ｖｐは、現在角度θに対応する現在の歪み計測値である。同一時刻（同一角度）で４つの歪みセンサ２２から取得した歪み計測値の平均値（センサ平均値）を、現在計測値Ｖｐに用いる。なお、後述するように、現在計測値Ｖｐは、厳密に現在角度θにおける歪み計測値でなくてもよく、現在角度θと同等と見なせる近傍の回転角度での歪み計測値であってもよい。

対応計測値Ｖｏは、現在計測値Ｖｐに対応する過去の歪み計測値であり、メモリ２３２に記憶されている。対応計測値Ｖｏには、現在計測値Ｖｐに対して１回転（３６０度）または複数回転前に取得した歪み計測値（センサ平均値）を採用できる。第１実施形態では、対応計測値Ｖｏは、現在角度θに対する１回転分過去の歪みセンサ２２の計測値である。

誤差データＥ_ｒは、カッタヘッド１１の回転に伴う計測誤差のデータである。トンネル掘進機１の回転部分（カッタヘッド１１およびカッタコラム１２など）に歪みセンサ２２を設けて歪み計測を行う場合、歪み計測値は、横軸に示した回転角度に応じて変動する誤差成分を含む。誤差データＥ_ｒは、この回転角度に応じて変動する誤差成分であり、周期性を有する。つまり、図４で示した１周期（１回転）分の歪み計測値の変動が、２周期目（２回転目）以降も同様の傾向を持って現れる。なお、図４では、時間経過に比例して推進ジャッキ２１のジャッキ推力を増大させている例を示している。そのため、図４の歪み計測値は、時間の経過とともに増大している。

データ処理装置２３は、少なくとも過去の１回転分の複数の計測値を用いて算出した基準値ＡＧと、現在計測値Ｖｐおよび対応計測値Ｖｏとを用いて、誤差データＥ_ｒを算出するように構成されている。

ある回転角度の誤差データＥ_ｒは、その回転角度における現在計測値Ｖｐおよび対応計測値Ｖｏの、基準値ＡＧに対する変化量として評価できる。基準値ＡＧは、たとえば、現在の現在計測値Ｖｐと過去の対応計測値Ｖｏとの間に含まれる各計測値を用いて算出する。

誤差データＥ_ｒが回転に伴う変動成分であるので、基準値ＡＧは、少なくとも１回転分の各計測値を反映していることが好ましい。第１実施形態では、基準値ＡＧは、現在角度θの直前の過去の１回転分にわたる歪みセンサ２２の計測値の平均値である。そのため、基準値ＡＧは、１回転分の３６０個の計測値の平均値となる。

基準値ＡＧとして１回転分の平均値を用いる場合、基準値ＡＧは、時系列的には、現在から半周期前（λ／２）の時点のデータ（算出範囲の中間時点のデータ）に集約される。そのため、図４のようにジャッキ推力の変化がある場合には、半周期の間のジャッキ推力の変化量ＤＦを考慮する必要がある。

そこで、第１実施形態では、データ処理装置２３は、現在計測値Ｖｐおよび対応計測値Ｖｏの平均値Ａ_ｏｐと、基準値ＡＧとの差分により、誤差データＥ_ｒを算出するように構成されている。つまり、誤差データＥ_ｒ＝Ａ_ｏｐ−ＡＧである。これにより、図４に示す平均値Ａ_ｏｐと、基準値ＡＧとの差分が、誤差データＥ_ｒとして算出される。現在計測値Ｖｐおよび対応計測値Ｖｏは、基準値ＡＧの算出に用いる計測値範囲の両端にある。そのため、平均値Ａ_ｏｐを用いることにより、基準値ＡＧと平均値Ａ_ｏｐとの時系列的を揃えることができ、ジャッキ推力の変化量ＤＦを誤差に含めずに誤差データＥ_ｒが算出される。

誤差データＥ_ｒ以外の計測誤差が存在せず、ジャッキ推力がカッタヘッド１１に作用するカッタ推力にそのまま反映されると仮定すれば、図４に示したように、現在計測値Ｖｐに含まれる誤差データと対応計測値Ｖｏに含まれる誤差データとはほぼ等しくなり、現在計測値Ｖｐから誤差データＥ_ｒを差し引く補正を行うことで、計測誤差を除去した計測値が得られる。これにより、補正後のカッタ推力の計測データＦを得ることができる。

ところで、カッタヘッド１１の回転には、正回転（たとえば時計方向の回転）と逆回転（たとえば反時計方向の回転）とがある。そのため、図５に示す正回転の場合、現在角度θ＝０度とした場合、１回転（１周期）前のデータは、０度から３５９度の間のデータ列のうち１つ先（θ＋１）のデータ（１度のデータ）に相当する。一方、図６に示す逆回転の場合、現在角度θ＝０度に対する１回転（１周期）前のデータは、データ列のうち１つ前（θ−１）のデータ（３５９度のデータ）に相当する。そのため、対応計測値Ｖｏとして参照する過去のデータは、回転方向によって参照先が変わることになる。

回転方向に応じてデータ参照先を変更してもよいが、第１実施形態では、現在計測値Ｖｐおよび対応計測値Ｖｏの平均値Ａ_ｏｐの算出を、下式（１）により行う。
Ａ_ｏｐ＝｛「計測値（θ＋１）」＋「計測値（θ−１）」｝／２
（ただし、θ＝０のときθ−１＝３５９、θ＝３５９のときθ＋１＝０）
・・・（１）
「計測値（θ＋１）」および「計測値（θ−１）」は、それぞれ、回転角度（θ＋１）における計測値、回転角度（θ−１）における計測値である。

この場合、正回転時には、計測値（θ＋１）が１回転前の過去の対応計測値Ｖｏに相当し、計測値（θ−１）が現在計測値Ｖｐに相当する。この際、現在角度θと（θ−１）との差が十分に小さいので、計測値θ≒計測値（θ−１）と見なして、計測値（θ−１）を現在計測値Ｖｐとしている。

逆回転時には、計測値（θ＋１）が現在計測値Ｖｐに相当し、計測値（θ−１）が１回転前の過去の対応計測値Ｖｏに相当する。計測値θ≒計測値（θ＋１）と見なして、計測値（θ＋１）を現在計測値Ｖｐとしている。

このように、計測値（θ＋１）と計測値（θ−１）とを参照すると、回転方向がいずれの方向であっても、一方を現在計測値Ｖｐ、他方を対応計測値Ｖｏと見なすことができる。そのため、上式（１）によって平均値Ａ_ｏｐを算出する場合、回転方向によらない統一的な取り扱いが可能となる。

なお、第１実施形態では、データ処理装置２３は、カッタヘッド１１の回転開始から少なくとも１回転後の回転中に誤差データＥ_ｒによる計測データＦの補正を行い、カッタヘッド１１の回転が所定時間以上継続して停止した場合には、誤差データＥ_ｒによる計測データＦの補正を停止するように構成されている。

回転開始後の補正開始タイミングは、対応計測値Ｖｏとして何回転前の計測値を用いるかに応じて決定すればよい。第１実施形態では対応計測値Ｖｏとして１回転前の計測値を用いるので、データ処理装置２３は、回転開始から１回転後に、誤差データＥ_ｒによる計測データＦの補正を開始する。

停止時における計測データＦの補正停止タイミングは、補正停止の前後での計測データＦの変化の影響が少ないタイミングにするのが好ましい。そこで、第１実施形態では、現在角度θに一定時間変化がない場合に、データ処理装置２３はカッタヘッド１１が停止されたと判断する。そして、データ処理装置２３は、カッタヘッド１１が停止されたと判断してから、停止状態が所定の停止待機時間の間継続した場合に、誤差データＥ_ｒによる補正を停止する。その後、カッタヘッド１１の回転が再開された場合には、データ処理装置２３は、回転再開から１回転後に、誤差データＥ_ｒによる補正を開始する。

（データ処理装置の処理）
次に、図７〜図９を参照して、第１実施形態によるトンネル掘進機１のデータ処理装置２３の行う処理について説明する。

〈計測処理〉
図７に示す計測フローは、所定のサンプリング周期（たとえば、０．１秒）毎に各歪みセンサ２２から計測結果を取得する処理を示している。

データ処理装置２３は、図７のステップＳ１において、センサの異常の有無を確認する。データ処理装置２３は、４個所のカッタコラム１２に設けられたそれぞれの歪みセンサ２２および温度センサ２５の異常検出を行う。

なお、以下では、カッタコラム１２毎の４つの歪みセンサ２２を、それぞれゲージ１〜ゲージ４とし、４つの温度センサ２５を温度１〜温度４とする。データ処理装置２３は、断線や短絡等の異常がある場合、各センサの状態を示す検出値として０を付与し、異常がない場合には検出値として１を付与する。この結果、ゲージ１〜ゲージ４の検出値ＥＧ１〜検出値ＥＧ４と、温度１〜温度４の検出値ＥＴ１〜検出値ＥＴ４と（それぞれ０または１）が取得される。

ステップＳ２において、データ処理装置２３は、各計測値を取り込む。具体的には、カッタヘッド１１の現在角度θがエンコーダ２０から取得される。また、ゲージ１〜ゲージ４の各歪みセンサ２２から、歪み計測値Ｇ１ａ〜Ｇ４ａが取得される。現在角度θにおけるゲージ１〜ゲージ４の歪み計測値は、回転方向に９０度ずつ位相がずれた計測値になる。また、温度１〜温度４の各温度センサ２５から、それぞれ歪みセンサ２２近傍の温度計測値Ｔ１ａ〜Ｔ４ａが取得される。各センサのサンプリング時点の瞬時値が計測値として取り込まれる。

ステップＳ３において、データ処理装置２３は、得られた計測値（歪み計測値Ｇ１ａ〜Ｇ４ａおよび温度計測値Ｔ１ａ〜Ｔ４ａ）に対してローパスフィルタ処理を行い、高周波成分（ノイズ）を除去する。ローパスフィルタ処理は、計測値に対して移動平均や窓関数などのローパスフィルタ関数を適用することによって行われる。これにより、ローパスフィルタ処理後の歪み計測値Ｇ１ｂ〜Ｇ４ｂおよび温度計測値Ｔ１ｂ〜Ｔ４ｂが、それぞれ取得される。なお、計測値のノイズが大きくない場合には、ローパスフィルタ処理を行わなくてもよい。

ステップＳ４において、データ処理装置２３は、ローパスフィルタ処理後の歪み計測値Ｇ１ｂ〜Ｇ４ｂに対して、温度計測値Ｔ１ｂ〜Ｔ４ｂを用いて温度補償処理を行う。温度補償処理は、予め設定した温度補償関数を用いて行われる。これにより、温度補償処理後の歪み計測値が、Ｇ１ｃ〜Ｇ４ｃとして取得される。

ステップＳ５において、データ処理装置２３は、温度補償処理後の各歪みセンサ２２の歪み計測値Ｇ１ｃ〜Ｇ４ｃについて、それぞれの回転角度の位相を一致させる処理（データの並べ替え）を行い、基準角度に対する回転角度毎のデータとして整理する。

すなわち、現在角度θにおいて今回取得されたゲージ１〜ゲージ４の温度補償処理後の各歪み計測値Ｇ１ｃ〜Ｇ４ｃを、データ処理装置２３は４つの回転角度φのデータとして以下のように並べ替える。
Ｇ１（φ）＝Ｇ１ｃ
Ｇ２（φ＋９０）＝Ｇ２ｃ
Ｇ３（φ＋１８０）＝Ｇ３ｃ
Ｇ４（φ＋２７０）＝Ｇ４ｃ

ここでは、現時点のカッタヘッド１１の回転角度である現在角度θに対して、時間に関係のない回転角度として、回転角度φ（φ＝０度〜３５９度）を便宜的に用いている。

この結果、カッタヘッド１１を回転させながら計測すると、カッタヘッド１１が１回転した場合には、任意の回転角度φにつき、４つずつ歪み計測値Ｇ１（φ）〜Ｇ４（φ）が記録されていることになる。現時点でカッタヘッド１１に作用する力であるカッタ推力を考える場合、現在角度θにおいて取得した計測値Ｇ１ｃ〜Ｇ４ｃを考慮すればよい。回転角度毎のカッタヘッド１１に作用する力（力の回転角度分布）を考える場合、回転角度φに置き換えたＧ１（φ）〜Ｇ４（φ）を考慮すればよい。

以上の計測フローを所定のサンプリング周期毎にループさせることによって、回転角度毎の歪み計測値が逐次取得される。

〈演算処理〉
図８に示す演算フローは、所定の周期（たとえば、１秒）毎に、歪み計測値からカッタヘッド１１に作用する力（カッタ推力）と力の回転角度分布とを求める処理を示している。

データ処理装置２３は、図８のステップＳ１１において、カッタヘッド１１に作用する力（カッタ推力）の計測データＦを算出する。カッタ推力の算出処理は、図９に示す算出フロー（サブルーチン）によって行われる。

まず、図９のステップＳ２１において、データ処理装置２３は、現在角度θにおける計測値のセンサ平均値Ｇ_ａｖｅ（θ）を算出する。センサ平均値Ｇ_ａｖｅ（θ）は、現時点(現在角度θ)で取得された４つの歪みセンサ２２の計測値Ｇ１ｃ〜Ｇ４ｃの平均値である。

センサ平均値Ｇ_ａｖｅ（θ）は、下式（２）で表される。
Ｇ_ａｖｅ（θ）＝（Ｇ１ｃ×ＥＧ１＋Ｇ２ｃ×ＥＧ２＋Ｇ３ｃ×ＥＧ３＋Ｇ４ｃ×ＥＧ４）／（ＥＧ１＋ＥＧ２＋ＥＧ３＋ＥＧ４） ・・・（２）
Ｇ_ａｖｅ（θ）は、ゲージ１〜４の歪み計測値のうち、異常の有無の確認によって正常と判断された歪み計測値の平均である。したがって、たとえば図７のステップＳ１においてゲージ４のみが異常と判定された場合（ＥＧ４＝０）、異常と判断されたゲージ４を除いた残り３つの歪み計測値の平均が算出される。データ処理装置２３は、得られたセンサ平均値Ｇ_ａｖｅ（θ）をメモリ２３２に記録する。

ステップＳ２２において、データ処理装置２３は、現在角度θの直前の１回転（３６０度）分の計測値の平均値（基準値ＡＧ）を算出し、メモリ２３２に記録する。基準値ＡＧは、下式（３）で表される。
ＡＧ＝ΣＧ_ａｖｅ（θ）／３６０ ・・・（３）

ステップＳ２３において、データ処理装置２３は、回転カウンタＣ１の値を更新する。回転カウンタＣ１は、回転を開始してから現在までの累積回転角度を上限値までカウントするものである。回転カウンタＣ１は、回転開始後、１回転分したか否かの判断のために回転角度をカウントするとともに、計測データ補正の停止待機時間をカウント（カウントダウン）するためのカウンタである。第１実施形態では、これらの２種類の判定事項を共通の回転カウンタＣ１で判定する。

回転カウンタＣ１の上限値は、ここでは７２０（度）に設定されている。ステップＳ２３では、前回算出時の角度（前回角度θ_ｏｌｄ）と今回の現在角度θとの差分の絶対値｜θ_ｏｌｄ−θ｜の値が回転カウンタＣ１に加算される（Ｃ１＝Ｃ１＋｜θ_ｏｌｄ−θ｜）。回転カウンタＣ１が上限値に達している場合、カウントは上限値（７２０）のまま保持される。

ステップＳ２４において、データ処理装置２３は、カッタヘッド１１の回転角度に変化があるか否かを判断する。データ処理装置２３は、｜θ_ｏｌｄ−θ｜＞０のときに回転角度変化ありと判断し、｜θ_ｏｌｄ−θ｜＝０のときに角度変化なしと判断する。

カッタヘッド１１の回転角度に変化があると判断した場合、データ処理装置２３は、ステップＳ２５において、時間カウンタＣ２の値を０にリセットする（Ｃ２＝０）。そして、データ処理装置２３は、ステップＳ２９に処理を進める。時間カウンタＣ２は、カッタヘッド１１の角度変化がないと判断された場合に、カッタヘッド１１が停止状態になったと判断するための上限値まで、停止継続時間をカウントするものである。時間カウンタＣ２の上限値は、ここでは１０（秒）に設定されている。

一方、カッタヘッド１１の角度変化がないと判断した場合、データ処理装置２３は、ステップＳ２６において、時間カウンタＣ２の値に経過時間を加算する（Ｃ２＝Ｃ２＋経過時間）。経過時間は、演算処理の前回実行時からの経過時間である。ここでは、演算フローを１秒周期としたので、加算される経過時間は１（秒）である。時間カウンタＣ２が上限値に達している場合、カウントは上限値（１０秒）のまま保持される。

ステップＳ２７において、データ処理装置２３は、時間カウンタＣ２が上限値（１０秒）であるか否かを判断する。上限値に達していなければ、データ処理装置２３は、処理をステップＳ２９に進める。

上限値に達している場合、データ処理装置２３は、ステップＳ２８において、回転カウンタＣ１の値を所定の減算量Ｑだけ減算する（Ｃ１＝Ｃ１−Ｑ）。減算の結果Ｃ１＜０となる場合、Ｃ１＝０とされる。

減算量Ｑは、時間カウンタＣ２が上限値に達してから計測データＦの補正を停止するまでの停止待機時間に応じて設定される。第１実施形態では、減算量Ｑは６０に設定されている。回転カウンタＣ１および時間カウンタＣ２の変化と、計測データの補正の実行との具体的な関係は、後述する。

回転カウンタＣ１の値を減算すると、データ処理装置２３は、処理をステップＳ２９に進める。ステップＳ２９では、データ処理装置２３は、次回の演算処理のために、前回角度θ_ｏｌｄの値を、今回の現在角度θの値に更新する（θ_ｏｌｄ＝θ）。

ステップＳ３０において、データ処理装置２３は、誤差データＥ_ｒ(θ)を算出する。誤差データＥ_ｒ(θ)は、下式（４）で表される。
Ｅ_ｒ(θ)＝｛Ｇ_ａｖｅ（θ−１）＋Ｇ_ａｖｅ（θ＋１）｝／２−ＡＧ
（ただし、θ＝０のときθ−１＝３５９、θ＝３５９のときθ＋１＝０）
・・・（４）

なお、上式（４）は、上式（１）と同じものである。上式（４）の右辺において、Ｇ_ａｖｅ（θ−１）およびＧ_ａｖｅ（θ＋１）の一方が、現在計測値Ｖｐに対応し、他方が対応計測値Ｖｏに対応する。｛Ｇ_ａｖｅ（θ−１）＋Ｇ_ａｖｅ（θ＋１）｝／２は、上述の平均値Ａ_ｏｐである。

次に、ステップＳ３１において、データ処理装置２３は、回転カウンタＣ１の値が補正実行閾値以上であるか否かを判断する。補正実行閾値には、カッタヘッド１１の１回転分に対応する３６０（度）が設定されている。

回転カウンタＣ１の値が補正実行閾値未満である場合、データ処理装置２３は、ステップＳ３２において、カッタ推力の計測データＦを算出する。ステップＳ３２では、データ処理装置２３は、誤差データＥ_ｒを用いた補正を行わずに、センサ平均値Ｇ_ａｖｅ（θ）を用いて下式（５）により計測データＦを算出する。
Ｆ＝Ｋ×Ｇ_ａｖｅ（θ） ・・・（５）
Ｋは、歪みを推力（応力）に変換するための係数である。

回転カウンタＣ１の値が補正実行閾値以上である場合、データ処理装置２３は、ステップＳ３３において、誤差データＥ_ｒ(θ)を用いてカッタ推力の計測データＦを補正する。データ処理装置２３は、下式（６）により計測データＦを算出する。
Ｆ＝Ｋ×｛Ｇ_ａｖｅ（θ）−Ｅ_ｒ(θ)｝ ・・・（６）

ステップＳ３２またはステップＳ３３において計測データＦが算出されると、ステップＳ１１のカッタ推力の計算処理が終了する。次に、図８のメインフローに戻り、ステップＳ１２に処理が進む。

図８のステップＳ１２において、データ処理装置２３は、カッタヘッド１１に作用する力の回転角度分布Ｆｄ（φ）を回転角度φ毎に算出する。

ある回転角度φにおける力Ｆｄ（φ）は、下式（７）で表される。
Ｆｄ（φ）＝Ｋ×Ｇ_ａｖｅ（φ）
Ｇ_ａｖｅ（φ）＝（Ｇ１（φ）×ＥＧ１＋Ｇ２（φ）×ＥＧ２＋Ｇ３（φ）×ＥＧ３＋Ｇ４（φ）×ＥＧ４）／（ＥＧ１＋ＥＧ２＋ＥＧ３＋ＥＧ４）
・・・（７）

Ｇ_ａｖｅ（φ）は、図７のステップＳ５で得られた同一の回転角度φでの歪み計測値の平均である。データ処理装置２３は、力Ｆｄ（φ）をφ＝０〜３５９の範囲で繰り返し算出することによって、カッタヘッド１１に作用する力の回転方向分布を取得する。

以上の演算フローを所定の周期毎にループさせることによって、各時刻（各現在角度θ）におけるカッタ推力の計測データＦ（θ）と、回転角度φ毎のカッタヘッド１１に作用する力の回転方向分布Ｆｄ（φ）とが取得される。

（データ処理装置の処理動作例）
次に、図１０を参照して、トンネル掘進機１の動作時における、データ処理装置２３の処理動作例を説明する。図１０では、説明のための仮想的な動作例として、カッタヘッド１１の回転が１秒につき１度進み、正回転（０度から３５９度へ進む回転）のみの場合の時系列に沿った処理動作例を示している。

時刻０(秒)において回転を開始すると、現在角度θが進む。図１０の例では、｜θ_ｏｌｄ−θ｜＝１度となるので、回転カウンタＣ１の値は、１秒毎に１ずつ加算される。回転中（｜θ_ｏｌｄ−θ｜＞０）は、時間カウンタＣ２の値が０にリセットされる。

回転カウンタＣ１が１回転分に相当する補正実行閾値（３６０）になるまで、誤差データＥ_ｒによる補正は行われない。つまり、動作開始後１回転目では、上式（５）によって誤差補正なしで計測データＦが算出される。

回転カウンタＣ１が補正実行閾値（３６０）に達すると、誤差データＥ_ｒによる誤差補正を含めた計測データＦが算出される。つまり、上式（６）によって、誤差データＥ_ｒを用いて計測データＦが算出される。なお、現在角度θは０〜３５９の値をとるので、３６０秒経過後には、現在角度θは０に戻る。

回転カウンタＣ１が上限値（７２０）に達すると、以降は回転が継続しても回転カウンタＣ１が上限値（７２０）のままとなる。

その後、時刻Ｔ０（現在角度θ＝Ｎ度）でカッタヘッド１１の回転が停止したとする。時刻Ｔ０以降、｜θ_ｏｌｄ−θ｜＝０となるので、時間カウンタＣ２が１秒ずつ加算される。回転カウンタＣ１は、増加しないので、上限値（７２０）のままとなる。

停止後１０秒の時刻Ｔ１０で、時間カウンタＣ２は上限値（１０）に達し、停止状態が継続している間は上限値のまま保持される。時間カウンタＣ２が上限値に達したことにより、演算サイクルの度に回転カウンタＣ１が減算量Ｑ（＝６０）ずつ減算される。

停止状態が継続しても、回転カウンタＣ１が補正実行閾値（３６０）以上の間は、上式（６）によって、補正後の計測データＦが算出される。時間カウンタＣ２が上限値に達してから６秒後の時刻Ｕ６で、Ｃ１（＝３００）が補正実行閾値（３６０）未満となり、誤差データＥ_ｒによる誤差補正が停止される。すなわち、時刻Ｕ６以降は、上式（５）により補正なしで計測データＦが算出される。

このように、回転カウンタＣ１の減算量Ｑは、カッタヘッド１１が停止されたとデータ処理装置２３が判断してから、誤差データＥ_ｒによる補正を停止するまでの停止待機時間の長さの設定値として機能する。Ｑ＝６０の場合、停止待機時間は６秒となったが、停止待機時間の長さ（減算量Ｑの大きさ）は、カッタヘッド１１の定格回転速度などに応じて適切に設定すればよい。

減算量Ｑ（６０）ずつ減算されることによって、回転カウンタＣ１＜０となる時刻Ｕ１２以降、回転カウンタＣ１の値は０に維持される。

その後、時刻Ｖ１で、カッタヘッド１１の回転が再スタートされるとする。｜θ_ｏｌｄ−θ｜＝１となるので、回転角度θ＝Ｎ＋１となり、回転カウンタＣ１＝１となる。また、角度変化あり（｜θ_ｏｌｄ−θ｜＞０）となるので、時間カウンタＣ２が０にリセットされる。

以上のように動作する結果、回転開始から１回転後以降、回転停止と判断した時点（時刻Ｔ１０）から停止待機時間（６秒）が経過するまでの期間（時刻３６０から、時刻Ｕ５までの期間）は、誤差データＥ_ｒを用いた計測データＦの誤差補正が行われる。そして、回転開始から１回転の間（時刻０から時刻３５９までの間）、および、回転停止と判断した後の停止待機時間経過後（時刻Ｕ６以降）では、誤差データＥ_ｒによる誤差補正が停止される。

（第１実施形態の効果）
第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

第１実施形態では、上記のように、データ処理装置２３を、カッタヘッド１１の現在角度θにおいて取得した歪みセンサ２２の現在計測値Ｖｐと、現在角度θに対応する回転角度において取得された過去の対応計測値Ｖｏとに基づいて誤差データＥ_ｒを取得し、誤差データＥ_ｒを用いて、現在の計測データＦを補正するように構成する。これにより、回転に伴う計測誤差の周期性を利用して、カッタヘッド１１に作用する力の計測データＦから回転に伴う誤差成分を効果的に補正することができる。その結果、回転に伴う計測誤差を抑制して、カッタヘッド１１に作用する推力（計測データＦ）をより高精度に把握することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、対応計測値Ｖｏを、現在角度θに対する１回転分過去の歪みセンサ２２の計測値とする。これにより、１回転前の直近の対応計測値Ｖｏに基づいて誤差データＥ_ｒを取得することができる。そのため、複数回転前の古い対応計測値を用いる場合と比べて、現在時点と対応計測値Ｖｏの取得時点との間での状況の変化（ジャッキ推力の変化や地山の状況の変化）の影響を小さくすることができる。その結果、回転に伴う計測誤差をより精度良く反映した誤差データＥ_ｒを取得することができるので、回転に伴う計測誤差をより精度良く補正することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、過去の１回転分の複数の計測値を用いて算出した基準値ＡＧと、現在計測値Ｖｐおよび対応計測値Ｖｏとを用いて、誤差データＥ_ｒを算出するようにデータ処理装置２３を構成する。これにより、過去の１回転分の計測値を用いることによって、回転に伴う計測誤差の周期性を十分に反映した基準値を得ることができる。そして、この基準値ＡＧに対する現在の回転角度の計測値（現在計測値Ｖｐおよび対応計測値Ｖｏ）の相違を評価することで、容易に、回転に伴う計測誤差を反映した誤差データＥ_ｒを取得することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、基準値ＡＧを、現在角度θの直前の過去の１回転分にわたる歪みセンサ２２の計測値の平均値とする。これにより、たとえば基準値ＡＧとして中間値を採用する場合には、１回転分の計測値の内の中間値となる特定の計測値しか考慮されないのに対して、１回転分にわたる計測値の全てのデータを考慮することができる。その結果、回転角度毎の計測誤差をより反映した誤差データＥ_ｒを取得することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、現在計測値Ｖｐおよび対応計測値Ｖｏの平均値Ａ_ｏｐと、基準値ＡＧとの差分により、誤差データＥ_ｒを算出するようにデータ処理装置２３を構成する。これにより、現在計測値Ｖｐおよび対応計測値Ｖｏの平均値Ａ_ｏｐと基準値ＡＧとの時系列を合わせることができる。その結果、ジャッキ推力の変化などの回転中の影響を除外して、より精度のよい誤差データＥ_ｒを算出することができる。

また、第１実施形態では、上記のように、カッタヘッド１１の回転開始から１回転後の回転中に誤差データＥ_ｒによる計測データＦの補正を行い、カッタヘッド１１の回転が所定の停止待機時間以上継続して停止した場合には、誤差データＥ_ｒによる計測データＦの補正を停止するようにデータ処理装置２３を構成する。これにより、対応計測値Ｖｏを取得するのに必要な計測値が得られてから、誤差データＥ_ｒによる計測データＦの補正を行うことができる。また、カッタヘッド１１の回転が停止した場合にも、現在の状況を反映しない時間的に古いデータを用いて誤差データＥ_ｒを算出することを防止できる。また、停止待機時間経過後に補正を停止することにより、回転停止時に計測データＦの値が突然変化することを抑制することができる。

（実験結果の説明）
次に、図１１〜図１５を参照して、第１実施形態によるトンネル掘進機１に対して行った実証実験の結果について説明する。実証実験は、推進ジャッキ２１のジャッキ推力からカッタヘッド１１に作用するカッタ推力を正確に求めることができるように、トンネル掘進機１が地中に入っていない発進時に行い、トンネル掘進機１の自重による摩擦力は事前に計測して補正した。そして、並行して取得したカッタコラム１２の歪み計測値と、ジャッキ推力から得られたカッタ推力とを比較した。

図１１は、推進ジャッキ２１の推力から計算したカッタ推力の時間変化を示している。計測中、推進ジャッキ２１のジャッキ推力を時間と共に変化させつつ、カッタヘッド１１の回転方向を正回転と逆回転とで切り替えた。図１２は、４個所のカッタコラム１２に取り付けた歪みセンサ２２から得られた計測値（センサ平均値Ｇ_ａｖｅ（θ））の時間変化である。

図１３は、図１２の歪みセンサ２２から得られた計測結果と、推進ジャッキ２１の推力から計算したカッタ推力（図１１参照）とを重ねて示したグラフである。誤差データＥ_ｒを用いた補正は行っていない。図１３から、推進ジャッキ２１の推力から計算したカッタ推力に比べて、歪みセンサ２２から得られた歪み計測値では、細かな変動が含まれていることが分かる。

図１４は、図１２に示したカッタコラム１２の歪みの計測結果の横軸を、時間軸から回転角度（カッタポジション）軸に置き換えた結果を示したグラフである。１本のプロット線が１回転分の計測値であり、複数回の回転によって複数本のプロット線が図示されている。各プロット線が縦軸方向にずれているのは、回転周期毎にジャッキ推力が異なるためである。それぞれのプロット線を比較すると、計測値には、回転角度毎の周期的な変動が共通して含まれていることが分かる。このことから、カッタコラム１２の歪みの計測値には、回転に伴う周期的な計測誤差が含まれていることが分かる。

図１５は、図１２の歪み計測結果について、上式（６）の右辺で誤差データＥ_ｒを用いて補正を行った歪み計測値（Ｇ_ａｖｅ（θ）−Ｅ_ｒ(θ)）と、推進ジャッキ２１の推力から計算したカッタ推力（図１１参照）とを重ねて示したグラフである。図１３に示した補正前の歪み計測値（センサ平均値Ｇ_ａｖｅ（θ））と比較して、誤差データＥ_ｒによる補正後の歪み計測値は、周期的な変動が除去され、推進ジャッキ２１の推力から計算したカッタ推力の計測結果と精度良く一致していることが分かる。

以上により、第１実施形態によれば、誤差データＥ_ｒを用いて補正を行うことにより、カッタヘッド１１の回転に伴う計測誤差を抑制して、カッタヘッド１１に作用するカッタ推力をより高精度に把握できることが確認された。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態による誤差データＥ_ｒの算出方法について説明する。第２実施形態では、上式（６）により誤差データＥ_ｒを算出する例を示した上記第１実施形態とは異なる、誤差データＥ_ｒの他の算出例について説明する。なお、第２実施形態において、誤差データＥ_ｒの算出方法以外については、上記第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。

（誤差データの算出方法）
第２実施形態では、誤差データＥ_ｒは、下式（８）によって算出される。
Ｅ_ｒ(θ)＝ｍ×Ｅ_ｒ(θ_ｏｌｄ)＋（１−ｍ）×［｛Ｇ_ａｖｅ（θ−１）＋Ｇ_ａｖｅ（θ＋１）｝／２−ＡＧ］
（ただし、θ＝０のときθ−１＝３５９、θ＝３５９のときθ＋１＝０）
・・・（８）
ｍは、前回算出時の（現在最新の値として記録されている）誤差データＥ_ｒの重み係数であり、０＜ｍ＜１の範囲で実際の使用状況に応じて適切な値が設定される。

上式（８）では、今回算出される誤差｛Ｇ_ａｖｅ（θ−１）＋Ｇ_ａｖｅ（θ＋１）｝／２−ＡＧに加えて、前回算出された誤差値Ｅ_ｒ(θ_ｏｌｄ)を加味して、それぞれに重み付けをしている。なお、この場合、図９のフローにおいて、ステップＳ２９とステップＳ３０とを入れ替え、誤差データＥ_ｒを算出してから前回角度θ_ｏｌｄを更新すればよい。

（第２実施形態の効果）
第２実施形態においても、上記第１実施形態と同様、現在計測値Ｖｐと対応計測値Ｖｏとに基づいて算出した誤差データＥ_ｒを用いて、現在の計測データＦを補正することによって、回転に伴う計測誤差を抑制して、カッタヘッド１１に作用する推力（計測データＦ）をより高精度に把握することができる。

また、第２実施形態では、上記のように、現在角度θにおいて算出される誤差に、前回算出された誤差データ（Ｅ_ｒ(θ_ｏｌｄ)）を加味して誤差データＥ_ｒを算出する。これにより、算出される誤差データＥ_ｒに時間的な遅れを持たせ、ノイズなどにより歪みセンサ２２の歪み計測値に異常値が生じた場合などに、計測データＦの急激な変化を緩和することができる。

なお、今回開示された実施形態および変形例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

たとえば、上記第１および第２実施形態では、中間支持方式のトンネル掘進機の例を示し、上記第２実施形態ではセンターシャフト支持方式のトンネル掘進機の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明のトンネル掘進機を、上記の支持方式以外の、外周支持方式、中央支持方式および偏心多軸支持方式などの各種の支持方式のトンネル掘進機に適用してもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、トンネル掘進機１のカッタコラム１２に歪みセンサ２２を取り付ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、カッタコラム以外に歪みセンサを取り付けてもよい。

たとえば、図１６に示す第１変形例は、カッタヘッド１１の支持方式としてセンターシャフト支持方式を採用した例を示している。第１変形例によるトンネル掘進機１ａは、カッタヘッド１１を支持し、かつ、カッタヘッド１１と共に回転するセンターシャフト１１２を備える。歪みセンサ２２は、中空円筒状のセンターシャフト１１２の内部に取り付けられる。センターシャフト１１２の歪みセンサ２２の歪み計測値から、カッタ推力の計測データＦが算出される。なお、センターシャフト１１２は、本発明の「カッタ支持部」の一例である。

図１７に示す第２変形例では、センターシャフト支持方式のトンネル掘進機１ａにおいて、歪みセンサ２２は、カッタヘッド１１の一部であるスポーク部１１ｂに設置されている。スポーク部１１ｂは、中空の角筒形状を有しており、歪みセンサ２２は、スポーク部１１ｂの内側面に設けられている。スポーク部１１ｂの歪みセンサ２２の歪み計測値から、カッタ推力の計測データＦが算出される。

なお、第１変形例と第２変形例とを組み合わせ、センターシャフト１１２とスポーク部１１ｂとにそれぞれ歪みセンサを設けてもよい。歪みセンサ２２は、カッタヘッド、および、カッタヘッドと一体回転するカッタ支持部のいずれか一方または両方において、カッタ推力を算出可能な歪みを計測できる部位に設けらればよく、歪みセンサ２２は、カッタヘッドおよびカッタ支持部のどの部位に設置されてもよい。

また、上記第１および第２実施形態では、回転方向によらない統一的な取り扱いを可能にするために、「計測値（θ＋１）」と「計測値（θ−１）」との一方を現在計測値Ｖｐとみなし、他方を対応計測値Ｖｏとみなして誤差データＥ_ｒを算出する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、現在計測値Ｖｐとして、現在角度θにおける計測値そのものを用い、対応計測値Ｖｏとして、現在角度θの１回転前における計測値を用いてもよい。

その場合、回転方向に応じてデータの参照先を切り替え、正回転時には、現在計測値Ｖｐ＝計測値（θ）、対応計測値Ｖｏ＝計測値（θ＋１）を参照する。そして、逆回転時には、現在計測値Ｖｐ＝計測値（θ）、対応計測値Ｖｏ＝計測値（θ−１）を参照する。

また、上記第１実施形態では、エンコーダ２０が旋回台１３の回転角度を検出する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、エンコーダがたとえばカッタ駆動部の出力軸の回転角度を検出してもよい。エンコーダは、カッタヘッドの回転角度が検出できればよく、トンネル掘進機のどの部位の回転角度を検出するものでもよい。

１、１ａ トンネル掘進機
１１ カッタヘッド
１２ カッタコラム（カッタ支持部）
１４ カッタ駆動部
２０ ロータリーエンコーダ（回転角度検出部）
２２ 歪みセンサ
２３ データ処理装置（データ処理部）
１１２ センターシャフト（カッタ支持部）
θ 現在角度
Ａ_ｏｐ 現在計測値および対応計測値の平均値
ＡＧ 基準値
Ｅ_ｒ 誤差データ
Ｆ 計測データ
Ｖｏ 対応計測値
Ｖｐ 現在計測値

Claims (6)

1. カッタヘッドと、
   前記カッタヘッドを支持し、かつ、前記カッタヘッドと共に回転するカッタ支持部と、
   前記カッタヘッドおよび前記カッタ支持部を回転駆動するカッタ駆動部と、
   前記カッタヘッドの回転角度を検出する回転角度検出部と、
   前記カッタヘッドまたは前記カッタ支持部に設けられた歪みセンサと、
   前記歪みセンサの計測結果に基づき、前記カッタヘッドに作用する力の計測データを取得するデータ処理部とを備え、
   前記データ処理部は、前記カッタヘッドの現在角度において取得した前記歪みセンサの現在計測値と、現在角度に対応する回転角度において取得された過去の対応計測値とに基づいて誤差データを取得し、前記誤差データを用いて、現在の前記計測データを補正するように構成されている、トンネル掘進機。
2. 前記対応計測値は、現在角度に対する１回転分過去の前記歪みセンサの計測値である、請求項１に記載のトンネル掘進機。
3. 前記データ処理部は、少なくとも過去の１回転分の複数の前記歪みセンサの計測値を用いて算出した基準値と、前記現在計測値および前記対応計測値とを用いて、前記誤差データを算出するように構成されている、請求項１または２に記載のトンネル掘進機。
4. 前記基準値は、前記現在角度の直前の過去の１回転分にわたる前記歪みセンサの計測値の平均値である、請求項３に記載のトンネル掘進機。
5. 前記データ処理部は、前記現在計測値および前記対応計測値の平均値と、前記基準値との差分により、前記誤差データを算出するように構成されている、請求項３または４に記載のトンネル掘進機。
6. 前記データ処理部は、前記カッタヘッドの回転開始から少なくとも１回転後の回転中に前記誤差データによる前記計測データの補正を行い、前記カッタヘッドの回転が所定時間以上継続して停止した場合には、前記誤差データによる前記計測データの補正を停止するように構成されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のトンネル掘進機。

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