JP6618685B2 - トンネル掘進機 - Google Patents
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Description
この発明の第2の局面におけるトンネル掘進機は、回転軸線周りに回転するカッタヘッドと、カッタヘッドを回転軸線方向に沿って推進させる推力を発生する推進ジャッキと、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方向の位置を検出する回転位置検出部と、カッタヘッドの筒状であるカッタスポーク自体の内側面に設けられ、回転軸線方向におけるカッタスポークの曲げ歪みを計測する歪みセンサと、歪みセンサおよび回転位置検出部の検出結果に基づき、カッタヘッドの回転方向の位置と対応付けてカッタヘッドに作用する回転軸線方向の力を取得するデータ処理部とを備え、カッタヘッドに作用する回転軸線方向の力は、推力による掘進方向の力であって、推力の反力として地山から作用する力の方向と対向する方向の力である。
この発明の第3の局面におけるトンネル掘進機は、中間支持方式のトンネル掘進機であって、回転軸線周りに回転するカッタヘッドと、カッタヘッドを回転軸線方向に沿って推進させる推力を発生する推進ジャッキと、複数の歪みセンサと、カッタヘッドを支持し、かつ、カッタヘッドと共に回転し、チャンバ内を周方向に移動する中空筒状部材であり、周方向の対となる側壁面の内側表面に歪みセンサがそれぞれ設置されているカッタコラムと、カッタヘッドおよびカッタコラムを回転駆動するカッタ駆動部と、カッタヘッドの回転方向の位置を検出する回転位置検出部と、歪みセンサおよび回転位置検出部の検出結果に基づき、カッタヘッドの回転方向の位置と対応付けてカッタヘッドに作用する回転軸線方向の力を取得するデータ処理部とを備え、カッタヘッドに作用する回転軸線方向の力は、推力による掘進方向の力であって、推力の反力として地山から作用する力の方向と対向する方向の力である。
上記第2の局面によるトンネル掘進機において、好ましくは、歪みセンサが設けられるカッタスポークの内側面は、カッタヘッドの回転軸線方向に略垂直かつカッタヘッドの中心部から外周方向に延びる面である。
図1〜図5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の全体構成について説明する。
G1(θ)=G1c
G2(θ+90°)=G2c
G3(θ+180°)=G3c
G4(θ+270°)=G4c
したがって、カッタヘッド11を回転させながら計測を継続すると、カッタヘッド11が1回転した場合には、回転角度θ(θ=0°〜359°)毎に、4つずつ歪み計測値G1(θ)〜G4(θ)が記録されていることになる。
F(t)=K×Gave(t)
Gave(t)=(G1c×EG1+G2c×EG2+G3c×EG3+G4c×EG4)/(EG1+EG2+EG3+EG4) ・・・(1)
F(θ)=K×Gave(θ)
Gave(θ)=(G1(θ)×EG1+G2(θ)×EG2+G3(θ)×EG3+G4(θ)×EG4)/(EG1+EG2+EG3+EG4)
・・・(2)
次に、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の推力からカッタヘッド11に作用する回転軸線方向の力(カッタ推力)が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、得られたカッタ推力とを比較した。
次に、図12(A)および図12(B)を参照して、本発明の第2実施形態によるトンネル掘進機について説明する。第2実施形態では、中間支持方式のトンネル掘進機1のカッタコラム12の歪みを計測する例を示した上記第1実施形態とは異なり、センターシャフト支持方式のトンネル掘進機1aのセンターシャフト112の歪みを計測する例について説明する。なお、第2実施形態において、上記第1実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
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1aにおいて、センターシャフト112に歪みセンサ22を設置する例を示したが、この変形例では、センターシャフト112以外の部位に歪みセンサ22を設置する例について説明する。
次に、図14(A)および図14(B)を参照して、本発明の第3実施形態によるトンネル掘進機について説明する。第3実施形態では、カッタヘッド111に作用する回転軸線方向(X方向)の力を計測する例を示した上記第1および第2実施形態とは異なり、カッタヘッド111に作用する回転方向(B方向またはC方向)の力を計測する例について説明する。なお、第3実施形態において、上記第2実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、説明を省略する。
11、111 カッタヘッド
11b スポーク部
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(回転位置検出部)
22 歪みセンサ
23、123、223 データ処理装置(データ処理部)
25 温度センサ
12a、113、114、213 設置面
112 センターシャフト(カッタ支持部)
213 設置面
A 回転軸線
B、C 回転方向
X 回転軸線方向
Claims (7)
- 中間支持方式のトンネル掘進機であって、
回転軸線周りに回転するカッタヘッドと、
前記カッタヘッドを前記回転軸線方向に沿って推進させる推力を発生する推進ジャッキと、
前記カッタヘッドの前記回転軸線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、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コラムと、
前記カッタヘッドおよび前記カッタコラム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方向の位置を検出する回転位置検出部と、
前記カッタコラムのうちの等角度間隔で配置された複数の前記カッタコラムに設けられ、前記カッタコラムの前記回転軸線方向の歪みを計測する歪みセンサと、
前記歪みセンサおよび前記回転位置検出部の検出結果に基づき、前記カッタヘッドの回転方向の位置と対応付けて前記カッタヘッドに作用する前記回転軸線方向の力を取得するデータ処理部とを備え、
前記カッタヘッドに作用する前記回転軸線方向の力は、前記推力による掘進方向の力であって、前記推力の反力として地山から作用する力の方向と対向する方向の力である、トンネル掘進機。 - 回転軸線周りに回転するカッタヘッドと、
前記カッタヘッドを前記回転軸線方向に沿って推進させる推力を発生する推進ジャッキと、
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方向の位置を検出する回転位置検出部と、
前記カッタヘッドの筒状であるカッタスポーク自体の内側面に設けられ、前記回転軸線方向における前記カッタスポークの曲げ歪みを計測する歪みセンサと、
前記歪みセンサおよび前記回転位置検出部の検出結果に基づき、前記カッタヘッドの回転方向の位置と対応付けて前記カッタヘッドに作用する前記回転軸線方向の力を取得するデータ処理部とを備え、
前記カッタヘッドに作用する前記回転軸線方向の力は、前記推力による掘進方向の力であって、前記推力の反力として地山から作用する力の方向と対向する方向の力である、トンネル掘進機。 - 中間支持方式のトンネル掘進機であって、
回転軸線周りに回転するカッタヘッドと、
前記カッタヘッドを前記回転軸線方向に沿って推進させる推力を発生する推進ジャッキと、
複数の歪みセンサと、
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し、チャンバ内を周方向に移動する中空筒状部材であり、周方向の対となる側壁面の内側表面に前記歪みセンサがそれぞれ設置されているカッタコラムと、
前記カッタヘッドおよび前記カッタコラム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方向の位置を検出する回転位置検出部と、
前記歪みセンサおよび前記回転位置検出部の検出結果に基づき、前記カッタヘッドの回転方向の位置と対応付けて前記カッタヘッドに作用する前記回転軸線方向の力を取得するデータ処理部とを備え、
前記カッタヘッドに作用する前記回転軸線方向の力は、前記推力による掘進方向の力であって、前記推力の反力として地山から作用する力の方向と対向する方向の力である、トンネル掘進機。 - 前記歪みセンサは、所定の回転角度間隔で3個所以上に設けられている、請求項1〜3のいずれか1項に記載のトンネル掘進機。
- 前記歪みセンサの近傍に設置された温度センサをさらに備え、
前記データ処理部は、前記温度センサにより検出された前記歪みセンサの近傍の温度に基づいて前記歪みセンサの検出結果を温度補償するように構成されている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のトンネル掘進機。 - 前記歪みセンサは、前記カッタスポークの、前記カッタヘッドの前記回転軸線方向に略平行かつ前記カッタヘッドの中心部から外周方向に伸びる設置面に設けられている、請求項2に記載のトンネル掘進機。
- 前記歪みセンサが設けられる前記カッタスポークの内側面は、前記カッタヘッドの前記回転軸線方向に略垂直かつ前記カッタヘッドの中心部から外周方向に延びる面である、請求項2に記載のトンネル掘進機。
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