JP7544633B2 - Construction management method for shield tunneling machine - Google Patents

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Description

本発明は、シールド掘進機の施工管理方法に関し、特に、人工知能による機械学習の結果を利用して、シールド掘進機の掘進を管理するシールド掘進機の施工管理方法に関する。 The present invention relates to a construction management method for a shield tunneling machine, and in particular to a construction management method for a shield tunneling machine that uses the results of machine learning by artificial intelligence to manage the tunneling of the shield tunneling machine.

シールド掘進工法は、公知の土圧式や泥水式等のシールド掘進機の先端の切羽面を、泥土圧、泥水圧等によって押さえ付けて安定させつつ回転カッターによって地山を掘削すると共に、これらのシールド掘進機の後方にセグメントによるトンネル覆工体を一リング毎に組み立てながら、発進立坑から到達立坑に向けて、地中にトンネルを形成してゆく工法であり、都市部や平野部における主要なトンネル工事のための工法として広く採用されている。 The shield tunneling method involves excavating the ground with a rotating cutter while pressing down and stabilizing the face at the tip of a known earth pressure or slurry type shield machine using mud soil pressure, muddy water pressure, etc., and forming a tunnel underground from the starting shaft to the arrival shaft while assembling a tunnel lining made of segments ring by ring behind the shield machine. This method is widely adopted for major tunnel construction in urban areas and plains.

また、シールド掘進工法に用いる土圧式や泥水式等のシールド掘進機は、スキンプレートと呼ばれる金属製の外殻体の前部に切羽面を切削する回転カッターや、隔壁、カッター駆動装置、排土機構等を備えると共に、スキンプレートの後部に、シールドジャッキ、エレクター装置等を備えており、エレクター装置を用いてセグメントによるトンネル覆工体を一リング毎に組み立て、組み立てたトンネル覆工体から反力をとりつつ、シールドジャッキによってスキンプレートと共に回転カッターを押し出すことで、切羽面を切削しながらシールドトンネルを掘進して行くようになっている。 Shield tunneling machines, such as earth pressure and slurry types, used in the shield tunneling method are equipped with a rotating cutter that cuts the tunnel face, a bulkhead, a cutter drive device, an earth removal mechanism, etc., at the front of a metal outer shell called a skin plate, and a shield jack and an erector device, etc., at the rear of the skin plate. The erector device is used to assemble the tunnel lining made of segments ring by ring, and while receiving a reaction force from the assembled tunnel lining, the shield jack pushes out the rotating cutter together with the skin plate, thereby excavating the shield tunnel while cutting the tunnel face.

このようなシールド掘進工法では、地中に設定された掘進計画延長線に沿って、精度良くシールド掘進機を掘進させて行く必要があるが、地中での施工になるため、周囲の地盤の地質の変化や環境状態の変化、個々のシールド掘進機の特性等に由来する何等かの種々の要因によって、掘進計画延長線に沿って精度良く掘進して行くように制御しながら運転することが難しく、一般に、掘進計画延長線に対する水平偏差や垂直偏差や方向偏差が、シールド掘進機の先端に生じることになる。特に、個々のシールド掘進機の特性等に由来する何等かの種々の要因は、個々の施工現場におけるシールド掘進機の「クセ」と呼ばれて、正確に把握することが難しく、従来は、熟練の作業員による経験と勘による運転の制御によって、掘進計画延長線に対する偏差が大きくならないようにシールド掘進機を掘進させるようになっていた。 In this type of shield tunneling method, it is necessary to precisely drive the shield machine along the planned excavation line set underground. However, because the work is carried out underground, various factors such as changes in the geological quality of the surrounding ground, changes in environmental conditions, and the characteristics of each shield machine can make it difficult to control the operation so that the machine excavates precisely along the planned excavation line. Generally, horizontal, vertical, and directional deviations from the planned excavation line occur at the tip of the shield machine. In particular, various factors resulting from the characteristics of each shield machine are called the "habits" of the shield machine at each construction site, and are difficult to grasp accurately. Conventionally, the shield machine was controlled by experienced workers using their experience and intuition to control the operation so that the deviation from the planned excavation line would not become too large.

また、近年、IoT(Internet of Things)やAI(人工知能:Artificial Intelligence)の技術革新に基づき、大量のデータとAIの利用によって、第四次産業革命の実現が期待されており、シールド掘進工法においても、例えばAIを活用したシールド掘進計画支援システムが開発されている(例えば、非特許文献1参照)。非特許文献1のシールド掘進計画支援システムでは、AIが試行錯誤しながら自己学習することで最適解を導く強化学習手法により、シールドトンネルの線形に応じたシールド掘進機の操作の計画値や、セグメントの配置計画を導き出すことができるようになっている。 Furthermore, in recent years, the use of large amounts of data and AI based on technological innovations in IoT (Internet of Things) and AI (Artificial Intelligence) is expected to bring about the Fourth Industrial Revolution, and in the field of shield tunneling, for example, a shield tunneling planning support system that utilizes AI has been developed (see, for example, Non-Patent Document 1). In the shield tunneling planning support system of Non-Patent Document 1, a reinforcement learning method is used in which the AI self-learns through trial and error to arrive at an optimal solution, making it possible to derive planned values for the operation of the shield machine according to the linear shape of the shield tunnel and a segment placement plan.

AIを活用したシールド掘進計画支援システムを開発/企業情報/清水建設、2018年5月25日、〔2019年6月10日検索〕、インターネット(URL:https://www.shimz.co.jp/company/about/news-release/2018/2018005/html)Developing a shield tunneling planning support system using AI / Corporate information / Shimizu Corporation, May 25, 2018, [Retrieved June 10, 2019], Internet (URL: https://www.shimz.co.jp/company/about/news-release/2018/2018005/html)

特開2021-14727Patent Publication No. 2021-14727

しかしながら、非特許文献1のシールド掘進計画支援システムは、施工現場で実際にシールド掘進工事を施工するのに先立って、計画線形に対するシールド掘進機の運転方法と、形状の異なる複数のセグメントの割り付け方法について事前シミュレーションを行って、これらの計画値を設定するものに過ぎないばかりか、学習済みモデルを作成するため教師データのデータ項目(パラメータ)は、限定された特定のものとなっているため、個々の施工現場において、周囲の地盤の地質の変化や環境状態の変化、あるいは個々のシールド掘進機の特性等に由来する種々の不確定な要因によるシールド掘進機の「クセ」と呼ばれる特質を反映させた精度の良い予測モデルを得て、地中に設定された掘進計画延長線に沿ってシールド掘進機が掘進して行くように、適切に管理することは困難である。 However, the shield tunneling planning support system in Non-Patent Document 1 merely sets planned values by performing a preliminary simulation of the operation method of the shield machine for the planned alignment and the allocation method of multiple segments of different shapes prior to actually carrying out shield tunneling work at the construction site. Furthermore, the data items (parameters) of the training data for creating a trained model are limited and specific, making it difficult to obtain an accurate prediction model that reflects the "habits" of the shield machine due to various uncertain factors resulting from changes in the geology of the surrounding ground, changes in environmental conditions, or the characteristics of each shield machine at each construction site, and to properly manage the shield machine so that it excavates along the planned extension line set underground.

一方、シールド掘進工法では、シールド掘進機の進行に応じた掘進状況を詳細に把握することを目的として、シールド掘進管理システムが導入されることが多くなっている。シールド掘進管理システムは、シールド掘進工事における測量データやシールド掘進機に設置した各種センサーによる計測データ等の各種のデータの収集を行って、シールド掘進機の管理の一元化を担う公知のシステムであり、施工時の計測データの経時的変化やデータの統計処理の結果によって、地山の掘削土砂の状況やシールドマシンの負荷状況などを推測できるようになっていると共に、測量結果が入力されることにより、シールド掘進機やセグメントの位置を計算して、掘進計画延長線からの偏差を求めることができるようになっている。 Meanwhile, shield tunneling methods often use shield tunneling management systems to get a detailed understanding of the tunneling status as the shield machine progresses. Shield tunneling management systems are well-known systems that collect various data, such as survey data from shield tunneling work and measurement data from various sensors installed on the shield machine, and centralize the management of the shield machine. They are able to estimate the condition of the excavated soil in the ground and the load on the shield machine based on the results of changes over time in the measurement data during construction and statistical processing of the data, and by inputting the survey results, they are able to calculate the position of the shield machine and segments and determine the deviation from the tunneling plan extension line.

また、シールド掘進管理システムでは、シールドトンネルを形成するセグメントによる覆工体の各々のリングに対応する掘進が行なわれる際に、多数のパラメータ(データ項目)に関するデータが、例えば5秒程度の時間間隔毎に、或いはシールドジャッキによる10mm程度のジャッキストロ-ク毎に収集されて、大量の数のデータとして記憶されている。これらの大量の数のデータをAIによって解析させることにより、個々の施工現場における周囲の地盤の地質の変化や環境状態の変化、あるいは個々のシールド掘進機の特性等に由来する種々の不確定な要因によるシールド掘進機の「クセ」と呼ばれる特質を反映させて、シールド掘進機が地中に設定された掘進計画延長線に沿って掘進して行くように適切に管理することが可能になると考えられる。 In addition, in the shield tunnel excavation management system, when excavation is carried out corresponding to each ring of the lining body made of segments that form the shield tunnel, data on numerous parameters (data items) is collected, for example, at time intervals of about 5 seconds, or for each jack stroke of about 10 mm by the shield jack, and stored as a large amount of data. By analyzing this large amount of data using AI, it is thought that it will be possible to appropriately manage the shield tunneling machine so that it excavates along the excavation plan extension line set underground, reflecting the characteristics of the shield tunneling machine that are caused by various uncertain factors such as changes in the geology of the surrounding ground and changes in environmental conditions at each construction site, or changes in the characteristics of each shield tunneling machine.

このようなことから、本願出願人は、例えば特許文献1において、シールド掘進管理システムから送られる施工計測データを教師データとする人工知能による機械学習の結果を利用して、シールド掘進機の掘進を管理するシールド掘進機の施工管理方法を提案している。特許文献1のシールド掘進機の施工管理方法では、施工現場におけるシールド掘進機の掘進計画延長線上に学習領域を設定し、設定された学習領域において、掘進方向後方側の一又は複数のリングを施工した際の施工計測データを説明変数として、掘進方向前方側の所定のリングを施工する際のシールド掘進機の先端の偏差を目的変数とする学習済みモデルを機械学習により作成し、学習領域よりも掘進方向前方側の本掘進領域において、作成された学習済みモデルを予測モデルとして、施工された掘進方向後方側の一又は複数のリングを施工した際の前記施工計測データを入力し、掘進方向前方側の所定のリングを施工する際のシールド掘進機の先端の偏差を出力させて、シールド掘進機の先端の前記掘進計画延長線からの偏差を予測しながらシールド掘進機の掘進を管理するようになっている。 For this reason, the applicant of the present application has proposed, for example, in Patent Document 1, a construction management method for a shield machine that uses the results of machine learning by artificial intelligence using construction measurement data sent from a shield excavation management system as teacher data to manage the excavation of the shield machine. In the construction management method for a shield machine in Patent Document 1, a learning area is set on the excavation plan extension line of the shield machine at the construction site, and in the set learning area, a learned model is created by machine learning with the construction measurement data when one or more rings on the rear side of the excavation direction are constructed as explanatory variables and the deviation of the tip of the shield machine when a specified ring on the front side of the excavation direction is constructed as the objective variable. In the main excavation area forward of the excavation direction from the learning area, the created learned model is used as a prediction model, and the construction measurement data when one or more rings on the rear side of the excavation direction are constructed is input, and the deviation of the tip of the shield machine when a specified ring on the front side of the excavation direction is output, so that the excavation of the shield machine is managed while predicting the deviation of the tip of the shield machine from the excavation plan extension line.

しかしながら、特許文献1のシールド掘進機の施工管理方法では、掘進計画延長線上に設定した学習領域や本掘進領域においては、シールド掘進管理システムから送られて蓄積された、人工知能による機械学習によって学習済みモデルを作成するのに十分な量の当該シールド施工現場における施工計測データから、学習済みモデルを作成して、シールド掘進機の掘進を管理することが可能であるが、シールド掘進機の発進立坑からの発進時の領域である初期掘進領域では、機械学習によって学習済みモデルを作成するのに十分な量の施工計測データを当該シールド施工現場から収集できないことから、当該シールド施工現場において人工知能による機械学習によって作成された学習済みモデルを用いて、シールド掘進機の掘進を管理することが困難になる。 However, in the shield tunneling machine construction management method of Patent Document 1, in the learning area set on the extension line of the excavation plan and in the actual excavation area, it is possible to create a learned model from construction measurement data at the shield construction site that is sent from the shield tunneling management system and accumulated, which is in a quantity sufficient to create a learned model through machine learning by artificial intelligence, and to manage the excavation of the shield tunneling machine. However, in the initial excavation area, which is the area when the shield tunneling machine departs from the departure shaft, it is not possible to collect a sufficient amount of construction measurement data from the shield construction site to create a learned model through machine learning, making it difficult to manage the excavation of the shield tunneling machine using a learned model created through machine learning by artificial intelligence at the shield construction site.

これに対して、当該シールド施工現場とは異なる他のシールド施工現場で人工知能による機械学習によって作成された学習済みモデルを転用することにより使用して、当該シールド施工現場の初期掘進領域におけるシールド掘進機の掘進を管理できるようにすることが考えられるが、当該シールド施工現場と他のシールド施工現場では、例えば使用するシールド掘進機の大きさや規格、性能等が異なるため、異なる他のシールド施工現場で作成された学習済みモデルを転用して使用するには、学習済みモデルの汎用化を図るための特別な技術が必要となる。 In response to this, it is conceivable to repurpose and use a trained model created through machine learning using artificial intelligence at another shield construction site different from the one in question to manage the excavation of a shield machine in the initial excavation area of the one shield construction site. However, because the size, specifications, and performance of the shield machines used at the one shield construction site and other shield construction sites are different, for example, a special technology is required to generalize the trained model in order to repurpose and use a trained model created at a different shield construction site.

本発明は、他のシールド施工現場で人工知能による機械学習によって作成された学習済みモデルを転用して使用することを可能にして、当該シールド施工現場の特に初期掘進領域において、学習済みモデルを用いてシールド掘進機の掘進を管理することのできるシールド掘進機の施工管理方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a construction management method for a shield tunneling machine that enables a trained model created by machine learning using artificial intelligence to be reused and used at other shield construction sites, and that can manage the excavation of the shield tunneling machine using the trained model, particularly in the initial excavation area of the shield construction site.

本発明は、シールド掘進管理システムから送られる施工計測データを教師データとする人工知能による機械学習の結果を利用して、シールド施工現場において、シールド掘進機の掘進を管理するシールド掘進機の施工管理方法であって、当該シールド施工現場の初期掘進領域では、当該シールド施工現場とは別の、シールド掘進機の大きさ、規格、及び性能が異なるシールド施工現場において、掘進方向後方側の一又は複数のリングを施工した際の前記施工計測データのうち、シールド掘進機の操作に関する所定のデータを含むデータを説明変数とし、掘進方向前方側の所定のリングを施工する際のシールド掘進機の先端の偏差を目的変数とすると共に、説明変数となる前記施工計測データのうちのシールド掘進機の構造及び機械設備の性能に関する所定のデータを正規化したものとして、機械学習により作成された学習済み汎用モデルを、初期掘進時予測モデルとして使用して、施工された掘進方向後方側の一又は複数のリングを施工した際の前記施工計測データのうち、シールド掘進機の操作に関する所定のデータを含むデータを入力し、掘進方向前方側の所定のリングを施工する際のシールド掘進機の先端の偏差を出力させて、シールド掘進機の先端の偏差を予測しながら、前記初期掘進領域におけるシールド掘進機の掘進を管理し、当該シールド施工現場の前記初期掘進領域よりも掘進方向前方側の本掘進領域では、当該本掘進領域よりも掘進方向後方側に設定された学習領域において機械学習により作成された、後方側の一又は複数のリングを施工した際の前記施工計測データを説明変数とし、掘進方向前方側の所定のリングを施工する際のシールド掘進機の先端の偏差を目的変数とする学習済みモデルを本掘進時予測モデルとして、施工された掘進方向後方側の一又は複数のリングを施工した際の前記施工計測データを入力し、掘進方向前方側の所定のリングを施工する際のシールド掘進機の先端の偏差を出力させて、シールド掘進機の先端の掘進計画延長線からの偏差を予測しながら、前記本掘進領域におけるシールド掘進機の掘進を管理するシールド掘進機の施工管理方法を提供することにより、上記目的を達成したものである。 The present invention is a construction management method for a shield tunneling machine at a shield construction site, using the results of machine learning by artificial intelligence using construction measurement data sent from a shield tunneling management system as teacher data, and managing the excavation of the shield tunneling machine at a shield construction site, wherein, in an initial excavation area of the shield construction site, at a shield construction site other than the shield construction site where the size, specification, and performance of the shield tunneling machine are different, data including predetermined data related to the operation of the shield tunneling machine is used as an explanatory variable, and the deviation of the tip of the shield tunneling machine when constructing a predetermined ring on the front side of the excavation direction is used as an objective variable , and a trained general-purpose model created by machine learning is used as a prediction model for initial excavation, with the predetermined data related to the structure of the shield tunneling machine and the performance of the mechanical equipment being normalized from the construction measurement data that is the explanatory variable, the deviation of the tip of the shield machine when constructing a predetermined ring on the forward side in the excavation direction is output, and the excavation of the shield machine in the initial excavation area is managed while predicting the deviation of the tip of the shield machine; and in a main excavation area further forward in the excavation direction than the initial excavation area at the shield construction site, the construction measurement data when one or more rear rings are constructed, which is created by machine learning in a learning area set rearward in the excavation direction than the main excavation area, is used as an explanatory variable, and a learned model with the deviation of the tip of the shield machine when constructing a predetermined ring on the forward side in the excavation direction as the objective variable is used as a main excavation prediction model, whereby the construction measurement data when one or more rings constructed on the rear side in the excavation direction are input, the deviation of the tip of the shield machine when constructing a predetermined ring on the forward side in the excavation direction is output, and the excavation of the shield machine in the main excavation area is managed while predicting the deviation of the tip of the shield machine from the excavation plan extension line.

そして、本発明のシールド掘進機の施工管理方法は、前記初期掘進領域に、前記学習領域が設定されるようになっていることが好ましい。 And, in the construction management method for a shield tunneling machine of the present invention, it is preferable that the learning area is set in the initial tunneling area.

また、本発明のシールド掘進機の施工管理方法は、前記機械学習が、サポートベクターマシンをアルゴリズムとするニューラルネットワークによる機械学習であることが好ましい。 In addition, in the construction management method for a shield tunneling machine of the present invention, it is preferable that the machine learning is machine learning using a neural network that uses a support vector machine as an algorithm.

さらに、本発明のシールド掘進機の施工管理方法は、目的変数となるシールド掘進機の先端の偏差が、水平偏差、垂直偏差、及び方向偏差であることが好ましい。 Furthermore, in the construction management method for a shield tunneling machine of the present invention, it is preferable that the deviation of the tip of the shield tunneling machine, which is the objective variable, is a horizontal deviation, a vertical deviation, and a directional deviation.

本発明のシールド掘進機の施工管理方法によれば、他のシールド施工現場で人工知能による機械学習によって作成された学習済みモデルを転用して使用することを可能にして、当該シールド施工現場の特に初期掘進領域において、学習済みモデルを用いてシールド掘進機の掘進を管理することができる。 The construction management method for a shield tunneling machine of the present invention makes it possible to reuse a trained model created by machine learning using artificial intelligence at another shield construction site, and to use the trained model to manage the excavation of the shield tunneling machine, particularly in the initial excavation area of that shield construction site.

本発明の好ましい一実施形態に係るシールド掘進機の施工管理方法が実施されるシステムネットワークの説明図である。1 is an explanatory diagram of a system network in which a construction management method for a shield machine according to a preferred embodiment of the present invention is implemented. 学習済みモデル作成工程の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of the trained model creation process. リング報の説明図である。FIG. 13 is an explanatory diagram of a ring report. 学習済みモデルを作成すための教師データとなる複数の変数(パラメータ)を例示する説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram illustrating a plurality of variables (parameters) that serve as training data for creating a trained model. 施工データの位置関係の説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of the positional relationship of construction data. 学習済みモデルを作成する工程及びパラメータ確認用モデルを作成する工程の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram of a process for creating a trained model and a process for creating a model for parameter confirmation.

本発明の好ましい一実施形態に係るシールド掘進機の施工管理方法は、例えば図1に示す構成のシステムネットワークによって実施されるようになっている。本実施形態のシールド掘進機の施工管理方法は、例えばシールド掘進機20(図2参照)の施工を管理するシールド掘進管理システム10とLAN12を介して接続する、AI(人工知能:Artificial Intelligence)として好ましくはサポートベクターマシンをアルゴリズムとするニューラルネットワークを実装可能な公知の機械学習ツール(ソフトウェア)が組み込まれた、好ましくはクラウドサーバ11を用いて、例えばシールド掘進機の先端の偏差を目的変数とする予測モデルを作成することで、シールド掘進機20が地中に設定された掘進計画延長線21(図2参照)に沿って掘進して行くように、適切に管理できるようにするものである。また、本実施形態のシールド掘進機の施工管理方法は、シールド掘進管理システム10に記憶された多数のパラメータに関する大量の数のデータを用いることで、AIによる機械学習によって、個々の施工現場における周囲の地盤の地質の変化や環境状態の変化、あるいはシールド掘進機20の「クセ」を反映させて、シールド掘進機20が地中に設定された掘進計画延長線21に沿って掘進して行くように、適切に管理できるようにすると共に、他のシールド施工現場でAIによる機械学習によって作成された学習済みモデルを転用して使用することを可能にして、当該シールド施工現場における、特にシールド掘進機20の発進立坑からの発進時の領域である初期掘進領域において、学習済みモデルを用いてシールド掘進機の掘進を管理きるようにするものである。 A construction management method for a shield machine according to a preferred embodiment of the present invention is implemented, for example, by a system network having the configuration shown in FIG. 1. The construction management method for a shield machine according to this embodiment uses, for example, a shield tunneling management system 10 that manages the construction of a shield tunneling machine 20 (see FIG. 2) via a LAN 12, and preferably a cloud server 11 that incorporates a known machine learning tool (software) capable of implementing a neural network with a support vector machine algorithm as AI (artificial intelligence), to create a predictive model with the deviation of the tip of the shield tunneling machine as the objective variable, so that the shield tunneling machine 20 can be appropriately managed so that it excavates along the excavation plan extension line 21 (see FIG. 2) set underground. In addition, the shield tunneling machine construction management method of this embodiment uses a large amount of data related to many parameters stored in the shield tunneling management system 10, and by using AI machine learning, it is possible to appropriately manage the shield tunneling machine 20 so that it excavates along the excavation plan extension line 21 set underground by reflecting changes in the geological condition of the surrounding ground at each construction site, changes in the environmental conditions, or the "habits" of the shield tunneling machine 20, and it is also possible to reuse and use the trained model created by AI machine learning at other shield construction sites, and it is possible to use the trained model to manage the excavation of the shield tunneling machine at that shield construction site, especially in the initial excavation area, which is the area when the shield tunneling machine 20 starts from the starting shaft.

ここで、本実施形態では、公知のシールド掘進管理システム10として、例えば商品名「Arigataya」(株式会社演算工房製)を好ましく用いることができる。また、クラウドサーバ11は、例えばコンピュータを含んで構成されている。コンピュータは、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、I/F(Interface)、HDD(Hard Disk Drive)、記憶手段、入力手段、表示手段、出力手段等を備えている。CPUは、ROMに組み込まれた各種のプログラムに従って、RAMをワークエリアとして使用しながら、AIによる機械学習を制御する。また、CPUは、各種のコンピュータプログラムがROMに組み込まれていることにより、記憶手段、入力手段、表示手段、出力手段等を機能させると共に、シールド掘進管理システム10から送られる大量のデータやAIによる解析結果等を、例えばデータベース部に記憶させたり、所定の情報として、LAN12や現場に設置されたパーソナルコンピュータ13等を介して、例えば現場のディスプレイ14に表示させたり、プリンタから出力させたりできるようになっている。 Here, in this embodiment, for example, the product name "Arigataya" (manufactured by Calculation Studio Co., Ltd.) can be preferably used as a known shield excavation management system 10. The cloud server 11 is configured to include, for example, a computer. The computer includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), an I/F (Interface), a HDD (Hard Disk Drive), a storage means, an input means, a display means, an output means, etc. The CPU controls machine learning by AI while using the RAM as a work area according to various programs built into the ROM. In addition, the CPU, by having various computer programs built into the ROM, functions the storage means, input means, display means, output means, etc., and stores large amounts of data sent from the shield excavation management system 10 and analysis results by AI, for example, in a database unit, or displays them as specified information on, for example, a display 14 at the site via a LAN 12 or a personal computer 13 installed at the site, or outputs them from a printer.

そして、本実施形態のシールド掘進機の施工管理方法は、シールド掘進管理システムから送られる施工計測データを教師データとするAIによる機械学習の結果を利用して、シールド施工現場において、シールド掘進機20の掘進を管理する施工管理方法であって、当該シールド施工現場の初期掘進領域では、当該シールド施工現場とは別の、シールド掘進機の大きさ、規格、及び性能が異なるシールド施工現場において、好ましくは掘進方向後方側の一又は複数のリングN-1’~N-5’を施工した際の前記施工計測データ(図2参照)のうち、シールド掘進機の操作に関する所定のデータを含むデータを説明変数とし、好ましくは掘進方向前方側の所定のリングN’~N+5’を施工する際のシールド掘進機20の先端の偏差を目的変数とすると共に、説明変数となる前記施工計測データのうちのシールド掘進機20の構造及び機械設備の性能に関する所定のデータを正規化したものとして、機械学習により作成された学習済み汎用モデルを、初期掘進時予測モデルとして使用して、施工された掘進方向後方側の一又は複数のリングを施工した際の前記施工計測データのうち、シールド掘進機20の操作に関する所定のデータを含むデータを入力し、掘進方向前方側の所定のリングを施工する際のシールド掘進機20の先端の偏差を出力させて、シールド掘進機20の先端の掘進計画延長線21からの偏差を予測しながら、初期掘進領域におけるシールド掘進機の掘進を管理するようになっている。 The construction management method for a shield tunneling machine of this embodiment is a construction management method for managing the excavation of a shield tunneling machine 20 at a shield construction site by utilizing the results of machine learning by AI using construction measurement data sent from a shield tunneling management system as teacher data, and in the initial excavation area of the shield construction site, at a shield construction site other than the shield construction site where the size, specifications, and performance of the shield tunneling machine are different , data including predetermined data related to the operation of the shield tunneling machine among the construction measurement data (see Figure 2) when constructing one or more rings N-1' to N-5' on the rear side in the excavation direction is used as an explanatory variable, and data including predetermined data related to the operation of the shield tunneling machine ... when constructing predetermined rings N' to N+5' on the front side in the excavation direction is used as an explanatory variable. The deviation of the tip of the shield tunneling machine 20 is used as the objective variable, and certain data related to the structure of the shield tunneling machine 20 and the performance of the mechanical equipment, which are part of the construction measurement data and serve as explanatory variables, are normalized.A trained general-purpose model created by machine learning is used as a prediction model for initial excavation, and data including certain data related to the operation of the shield tunneling machine 20 from the construction measurement data when one or more rings are constructed on the rear side of the excavation direction is input, and the deviation of the tip of the shield tunneling machine 20 when a certain ring on the front side of the excavation direction is constructed is output, and the excavation of the shield tunneling machine in the initial excavation area is managed while predicting the deviation of the tip of the shield tunneling machine 20 from the excavation plan extension line 21.

また当該シールド施工現場の初期掘進領域よりも掘進方向前方側の本掘進領域では、当該本掘進領域よりも掘進方向後方側に設定された学習領域において機械学習により作成された、好ましくは後方側の一又は複数のリングN-1~N-5を施工した際の前記施工計測データを説明変数とし、好ましくは掘進方向前方側の所定のリングN~N+5を施工する際のシールド掘進機20の先端の偏差を目的変数とする学習済みモデルを本掘進時予測モデルとして、施工された掘進方向後方側の一又は複数のリングを施工した際の施工計測データを入力し、掘進方向前方側の所定のリングを施工する際のシールド掘進機20の先端の偏差を出力させて、シールド掘進機20の先端の掘進計画延長線21からの偏差を予測しながら、本掘進領域におけるシールド掘進機20の掘進を管理するようになっている。 In addition, in the main excavation area further forward in the excavation direction than the initial excavation area of the shield construction site, the construction measurement data, preferably when constructing one or more rings N-1 to N-5 on the rear side, which was created by machine learning in a learning area set rearward in the excavation direction from the main excavation area, is used as an explanatory variable, and a trained model, preferably with the deviation of the tip of the shield tunneling machine 20 when constructing a predetermined ring N to N+5 on the front side in the excavation direction as the objective variable, is used as a prediction model for the main excavation, and the construction measurement data when constructing one or more rings on the rear side in the excavation direction that have been constructed is input, and the deviation of the tip of the shield tunneling machine 20 when constructing a predetermined ring on the front side in the excavation direction is output, and the excavation of the shield tunneling machine 20 in the main excavation area is managed while predicting the deviation of the tip of the shield tunneling machine 20 from the excavation plan extension line 21.

また、本実施形態では、好ましくは初期掘進領域に、学習領域が設定されるようになっている。 In addition, in this embodiment, a learning area is preferably set in the initial excavation area.

本実施形態では、当該シールド施工現場や別のシールド施工現場において、シールド掘進管理システム10から送られる教師データとなるトンネル掘進時の施工計測データは、例えばシールド掘進管理システム10により「リング報」(図3参照)として出力可能な多数のデータ項目から、好ましくはシールドエンジニアの知見によって選別された、例えば図4に示す187項目程度の多数のパラメータに関するデータとなっている。これらのデータは、シールドトンネルを構成する覆工体の各々のリング毎に、まとまったデータとして収集され、好ましくは5秒毎にクラウドサーバ11に送られて、例えば記憶部に蓄積されるようになっている。すなわち、シールド掘進工法では、一リング分の長さに対応する掘進長で、シールド掘進機20の先端の回転カッター20aにより切羽面を掘削しつつ、シールドジャッキ20bを伸長させながら掘進したら、シールド掘進機20の掘進作業を一旦中断し、スキンプレート20cの後部において、エレクター装置20dを用いてセグメント20eによる一リング分のトンネル覆工体が組み立てられることで、一リング毎に掘進作業が行なわれることから、好ましくは施工計測データは、一リング毎にまとまったデータとして処理されるようになっている。 In this embodiment, the construction measurement data during tunnel excavation, which serves as teacher data and is sent from the shield excavation management system 10 at the shield construction site or another shield construction site, is data relating to a large number of parameters, for example, the approximately 187 items shown in Figure 4, selected preferably by the knowledge of a shield engineer from a large number of data items that can be output as "ring reports" (see Figure 3) by the shield excavation management system 10. These data are collected as a set of data for each ring of the lining that constitutes the shield tunnel, and are sent to the cloud server 11 preferably every 5 seconds and stored in, for example, a memory unit. That is, in the shield tunneling method, the shield tunneling machine 20 excavates the tunnel face with the rotary cutter 20a at the tip of the shield tunneling machine 20 while extending the shield jack 20b for an excavation length corresponding to the length of one ring, and then the excavation work of the shield tunneling machine 20 is temporarily stopped and one ring's worth of tunnel lining is assembled from the segments 20e using the erector device 20d at the rear of the skin plate 20c. Since excavation work is carried out ring by ring, the construction measurement data is preferably processed as a set of data for each ring.

また、本実施形態では、選別された好ましくは187のデータ項目(パラメータ)の施工計測データは、シールド掘進機20の位置の把握に関する合計44点の掘進データ(前胴、中胴、後胴、ジャイロコンパス、座標、偏差、変位量など)50Aと、シールド掘進機20の方向制御に関する合計120点の掘進データ(シールドジャッキ、中折れジャッキ、コピーカッタなど)50Bと、土質などその他の合計23点の掘進データ(記録日時、カッタビット加速度、テールクリアランスなど)50Cとに分類されるようになっている。これらの分類されたデータ項目は、上述にように、例えば5秒毎にシールド掘進管理システム10を介してクラウドサーバ11に送られることで、経時的変化を伴うデータとして収集されて、例えば記憶部に記憶されるようになっている。図4中、「※」で示される先端の水平偏差、先端の垂直偏差、及び方位偏差(方向偏差)は、目的変数となるものである。 In this embodiment, the selected construction measurement data of preferably 187 data items (parameters) is classified into a total of 44 pieces of excavation data (front body, middle body, rear body, gyrocompass, coordinates, deviation, displacement, etc.) 50A related to grasping the position of the shield tunneling machine 20, a total of 120 pieces of excavation data (shield jack, center bending jack, copy cutter, etc.) 50B related to the directional control of the shield tunneling machine 20, and a total of 23 pieces of excavation data (recording date and time, cutter bit acceleration, tail clearance, etc.) 50C related to soil quality, etc. These classified data items are sent to the cloud server 11 via the shield tunneling management system 10, for example, every 5 seconds, as described above, and are collected as data that changes over time and are stored in, for example, a memory unit. In FIG. 4, the horizontal deviation of the tip, the vertical deviation of the tip, and the azimuth deviation (directional deviation) indicated by "*" are the objective variables.

これらの施工計測データは、好ましくはセグメント20eの組立て位置のリングNo.を表題として収集されるようになっている。すなわち、図5に示すように、データ項目によっては、データが収集される位置が、例えば回転カッター20aが配置されるシールド掘進機20の先端の切羽面の位置やスキンプレート20cの後方の裏込め材の注入位置と、シールドジャッキ20bの伸縮部に配置されるセグメント20eによる各リングの組立て位置とが、1リング分の長さよりも離れた位置となっており、これらの1リング分の長さよりも離れた位置のデータについても、セグメントの組立て位置のリングNo.を表題とする、当該リングNo.の組立て位置のリング幅を確保するための切羽面の掘削作業中のデータや、当該リングNo.の組立て位置のリングにおける組立て作業中のデータとして、シールド掘進管理システム10に送られて収集されるようになっている。 These construction measurement data are preferably collected with the ring number of the assembly position of the segment 20e as the title. That is, as shown in FIG. 5, depending on the data item, the position where the data is collected, for example, the position of the face at the tip of the shield tunneling machine 20 where the rotary cutter 20a is placed, the position where the backfill material is injected behind the skin plate 20c, and the assembly position of each ring by the segment 20e placed in the expansion and contraction part of the shield jack 20b, are located at a position that is more than the length of one ring away, and data at positions that are more than the length of one ring are also sent to the shield tunneling management system 10 and collected as data during excavation work on the face to ensure the ring width at the assembly position of the ring number, and data during assembly work on the ring at the assembly position of the ring number, with the ring number of the segment assembly position as the title.

さらに、本実施形態では、シールド掘進機の構造又は機械設備の性能に関する前提条件データが、予めシールド掘進管理システム10やクラウドサーバ11に入力されて登録されている。シールド掘進機の構造に関する前提条件データとして、例えばカッタ面板の直径や、シールドジャッキや中折れジャッキ本数、配置等を挙げることができる。これらのシールド掘進機の構造に関する前提条件データは、説明変数として直接入力されるのではなく、シールド掘進管理システム10から送られるトンネル掘進時の施工計測データと組み合わせて、特徴量エンジニアリングを行うことにより正規化してから、入力することができる。またシールド掘進機の機械設備の性能に関する前提条件データとして、例えば各々のシールドジャッキや中折れジャッキの最大圧力や、伸縮の最大速度、最大ストローク等を挙げることができる。これらのシールド掘進機の機械設備の性能に関する前提条件データは、最大値を1.0に換算して入力されて、シールド掘進管理システム10から送られるトンネル掘進時の施工計測データを、0.0~1.0の値で正規化して評価するために用いることができる。 Furthermore, in this embodiment, prerequisite data regarding the structure of the shield tunneling machine or the performance of the mechanical equipment is input and registered in advance in the shield tunneling management system 10 or the cloud server 11. Examples of prerequisite data regarding the structure of the shield tunneling machine include the diameter of the cutter face plate, the number and arrangement of shield jacks and bending jacks, etc. These prerequisite data regarding the structure of the shield tunneling machine are not directly input as explanatory variables, but can be combined with construction measurement data during tunnel excavation sent from the shield tunneling management system 10 and normalized by performing feature engineering before being input. Examples of prerequisite data regarding the performance of the mechanical equipment of the shield tunneling machine include the maximum pressure, maximum speed of extension and contraction, and maximum stroke of each shield jack and bending jack. These prerequisite data regarding the performance of the mechanical equipment of the shield tunneling machine are input with the maximum value converted to 1.0, and can be used to normalize and evaluate the construction measurement data during tunnel excavation sent from the shield tunneling management system 10 with values between 0.0 and 1.0.

さらにまた、本実施形態では、シールド掘進管理システム10から送られるトンネル掘進時の施工計測データのうち、特徴量エンジニアリングや正規化により加工して入力される計測データは、例えば作業者の操作に関するデータとして、シールドジャッキや中折れジャッキの圧力やストロークに関するデータ、カッタ回転に関するデータ等を挙げることができる。また、例えばシールド掘進機の位置や方向に関するデータとして、水平変位量、垂直変位量、方向変位量等に関するデータ等を挙げることができる。さらに、例えば周辺環境がシールド掘進機に影響を与えるデータとして、切羽水圧やテールクリアランス等に関するデータ等を挙げることができる。 Furthermore, in this embodiment, the measurement data processed by feature engineering and normalization and input from the construction measurement data during tunnel excavation sent from the shield tunneling management system 10 includes, for example, data related to the operation of the operator, such as data related to the pressure and stroke of the shield jack and the center bending jack, and data related to the cutter rotation. Also, for example, data related to the position and direction of the shield tunneling machine includes data related to the horizontal displacement amount, vertical displacement amount, directional displacement amount, etc. Furthermore, for example, data related to the surrounding environment affecting the shield tunneling machine includes data related to the face water pressure, tail clearance, etc.

また、本実施形態では、シールド掘進管理システム10から送られるトンネル掘進時の施工計測データには、正側と負側の値をとるデータが含まれている。このような正側と負側の値をとるデータとして、例えば前胴のピッチング角やローリング角、後胴のピッチング角やローリング角、カッタ回転、カッタトルク等に関するデータを挙げることができる。例えばカッタトルクのように正側(右回転)と負側(左回転)とがある場合、正規化後の最小値は-0.5、最大値は+0.5とすることができる(最小と最大の差が1.0)。カッタトルクの最大値が300kN・mで、150kN・mで右回転した場合に、正規化後の値を+0.25とすることができる。 In addition, in this embodiment, the construction measurement data during tunnel excavation sent from the shield excavation management system 10 includes data that takes positive and negative values. Examples of such data that takes positive and negative values include data related to the pitching angle and rolling angle of the front body, the pitching angle and rolling angle of the rear body, cutter rotation, cutter torque, etc. For example, in the case of cutter torque, where there is a positive side (right rotation) and a negative side (left rotation), the minimum value after normalization can be -0.5 and the maximum value can be +0.5 (the difference between the minimum and maximum is 1.0). If the maximum value of the cutter torque is 300 kN·m and it rotates right at 150 kN·m, the normalized value can be +0.25.

そして、本実施形態では、当該シールド施工現場とは別のシールド施工現場において、AIによる機械学習によって、当該シールド施工現場における発進立坑からの発進時の領域である初期掘進領域において、初期掘進時予測モデルとして用いることが可能な学習済み汎用モデルを作成する。 In this embodiment, at a shield construction site other than the shield construction site, a trained general-purpose model is created using machine learning with AI that can be used as a prediction model for the initial excavation in the initial excavation area, which is the area at the time of departure from the departure shaft at the shield construction site.

すなわち、別のシールド施工現場において、シールド掘進機20の掘進計画延長線21上に設定された、例えば70リング分(1リング=1.5m)の延長の初期の施工区間を第1週の学習領域(例えば125m)として、図2に示すように、掘進方向後方側の好ましくは5リングN-1’~N-5’を施工した際の施工計測データを説明変数として、掘進方向前方側の6箇所のリングN’~N+5’を各々施工する際の、シールド掘進機20の先端の偏差(水平偏差、垂直偏差、方向偏差)を目的変数とする学習済みモデルを各々作成する。ここで、説明変数は、掘進方向後方側の5リングN-1’~N-5’を施工する際の、シールド掘進機の操作に関する所定のデータを含むデータとすることができ、シールド掘進機の構造及び機械設備の性能に関する所定のデータは正規化されたものとすることができる。目的変数であるシールド掘進機20の先端の偏差は、掘進方向前方側の6箇所のリングN’~N+5’を各々施工する際に得られた施工計測データに基づいて、例えばシールド掘進機20に取り付けられたジャイロコンパスによる計測データ等の、所定の測量データに関するデータから、所定の計算式に従って算定された、好ましくはシールド掘進機20の先端のカッター中心の、シールドトンネルの掘進計画延長線21からの水平偏差や垂直偏差や方向偏差の値とすることができる。 That is, at another shield construction site, an initial construction section set on the excavation plan extension line 21 of the shield tunneling machine 20, for example, an extension of 70 rings (1 ring = 1.5 m), is set as the learning area for the first week (for example, 125 m), and as shown in FIG. 2, a trained model is created in which the construction measurement data when constructing preferably five rings N-1' to N-5' on the rear side of the excavation direction is used as explanatory variables, and the deviation (horizontal deviation, vertical deviation, directional deviation) of the tip of the shield tunneling machine 20 when constructing each of six rings N' to N+5' on the front side of the excavation direction is used as the objective variable. Here, the explanatory variables can be data including predetermined data regarding the operation of the shield tunneling machine when constructing five rings N-1' to N-5' on the rear side of the excavation direction, and the predetermined data regarding the structure of the shield tunneling machine and the performance of the mechanical equipment can be normalized. The deviation of the tip of the shield tunneling machine 20, which is the objective variable, can be calculated according to a predetermined formula from data related to predetermined surveying data, such as measurement data from a gyrocompass attached to the shield tunneling machine 20, based on construction measurement data obtained when constructing each of the six rings N' to N+5' on the forward side in the excavation direction, and can preferably be the value of the horizontal deviation, vertical deviation, or directional deviation of the cutter center at the tip of the shield tunneling machine 20 from the planned excavation extension line 21 of the shield tunnel.

本実施形態では、シールド掘進機の操作に関する所定のデータとして、シールドジャッキのジャッキ選択によるジャッキパターン、シールドジャッキのジャッキ速度、シールドジャッキのストローク、シールドジャッキの圧力、コピーカッタの選択、コピーカッタのストローク、コピーカッタの余掘位置、シールド掘進機が中折ジャッキを備えている場合には上下の中折れ角度、左右の中折れ角度、切羽カッタの回転方向等を挙げることができる。 In this embodiment, the specified data regarding the operation of the shield tunneling machine can include the jacking pattern selected by the shield jack, the jacking speed of the shield jack, the stroke of the shield jack, the pressure of the shield jack, the selection of the copy cutter, the stroke of the copy cutter, the overexcavation position of the copy cutter, and if the shield tunneling machine is equipped with a folding jack, the vertical folding angle, the horizontal folding angle, and the rotation direction of the face cutter.

また、正規化される、シールド掘進機の構造及び機械設備の性能に関する所定のデータとして、シールドジャッキや中折れジャッキの配置(選択)と圧力、ストローク、シールドジャッキの速度、コピーカッタの位置とストローク、トルク、カッカ回転、カッタ板の径やトルク値等を挙げることができる。シールド掘進機の構造及び機械設備の性能に関する所定のデータを正規化する場合、例えば、シールドジャッキの最大圧力を1.0、停止時の圧力を0.0とし、掘進時の圧力をその間の0.0~1.0の間の数値で入力できるようにすることが好ましい。例えば、シールドジャッキの最大圧力が100kNの場合には、100kNを1.0として、0.0~1.0の間の無次元化された値で正規化することができ、シールドジャッキの最大圧力が5000kNの場合には、5000kNを1.0として、0.0~1.0の間の無次元化された数値で正規化することができる。この際の最大圧力等の最大の能力は、実際に使用されると考えられる機械設備の最大能力の範囲ではなく、機械設備の規格上の最大能力(最大の性能)として正規化することが好ましい。なお、初期掘進時予測モデルを作成するために用いるシールド掘進機の構造及び機械設備の性能に関する所定のデータは、初期設定として最初に入力されるデータとなるものであり、図4に示すような、掘削時に計測されるデータとは、異なるデータであっても良い。構造に関する所定のデータは、特徴量エンジニアリングを求める際に使用することが可能であり、性能に関する所定のデータは、正規化する際の分母として使用することが可能である。 In addition, examples of the specified data related to the structure of the shield tunneling machine and the performance of the machinery and equipment to be normalized include the arrangement (selection) and pressure of the shield jack and the center bending jack, the speed of the shield jack, the position and stroke of the copy cutter, the torque, the rotation of the cutter, the diameter and torque value of the cutter plate, etc. When normalizing the specified data related to the structure of the shield tunneling machine and the performance of the machinery and equipment, it is preferable to set the maximum pressure of the shield jack to 1.0, the pressure when stopped to 0.0, and to allow the pressure when tunneling to be input as a numerical value between 0.0 and 1.0. For example, if the maximum pressure of the shield jack is 100 kN, 100 kN can be set to 1.0 and normalized to a non-dimensional value between 0.0 and 1.0, and if the maximum pressure of the shield jack is 5000 kN, 5000 kN can be set to 1.0 and normalized to a non-dimensional value between 0.0 and 1.0. In this case, it is preferable to normalize the maximum capacity such as the maximum pressure as the maximum capacity (maximum performance) according to the specifications of the machinery and equipment, rather than the range of the maximum capacity of the machinery and equipment that is expected to be actually used. Note that the specified data regarding the structure of the shield machine and the performance of the machinery and equipment used to create the initial excavation prediction model are the data that are first input as initial settings, and may be different data from the data measured during excavation, as shown in FIG. 4. The specified data regarding the structure can be used when calculating feature engineering, and the specified data regarding the performance can be used as the denominator when normalizing.

さらに、シールド掘進機の構造及び機械設備の性能に関する所定のデータは、シールドエンジニアの知見に基づいて、特徴量エンジニアリングによって正規化することもできる。このような、特徴量エンジニアリングにより正規化されるデータとしては、水平・垂直方向のカッター面板の傾き(水平・垂直方向のジャッキストロークの差より算出する。)、水平・垂直方向のモーメント(ジャッキのON,OFFの検出により合成モーメントを生成し、合成ベクトルを水平、垂直方向に分解して算出する。)、水平・垂直方向の余堀量(全体の余堀量の算出後、余堀り量ベクトルを計算し、水平、垂直方向に分解して算出する。)、方向付きトルク(カッター面板の回転方向により、トルクのかかる方向を算出する。)等を挙げることができる。 Furthermore, certain data related to the structure of the shield tunneling machine and the performance of the mechanical equipment can also be normalized by feature engineering based on the knowledge of the shield engineer. Examples of such data that can be normalized by feature engineering include the inclination of the cutter face plate in the horizontal and vertical directions (calculated from the difference between the horizontal and vertical jack strokes), the horizontal and vertical moments (a resultant moment is generated by detecting whether the jack is on or off, and the resultant vector is decomposed into the horizontal and vertical directions for calculation), the horizontal and vertical overexcavation amount (after calculating the total overexcavation amount, the overexcavation amount vector is calculated and then decomposed into the horizontal and vertical directions for calculation), and directional torque (the direction in which the torque is applied is calculated based on the direction of rotation of the cutter face plate).

本実施形態では、別のシールド施工現場において、これらの説明変数や目的変数を教師データとして、好ましくはサポートベクターマシンをアルゴリズムとするニューラルネットワークによる機械学習を行うことで、掘進方向後方側の5リングN-1’~N-5’の、シールド掘進機の構造及び機械設備の性能に関する所定のデータを含む施工計測データを入力データとし、掘進方向前方側の6箇所のリングN’~N+5’を各々施工する際のシールド掘進機20の先端の偏差を出力データとする、学習済みモデルを作成する。これらの学習済みモデルは、第1週の学習領域においては、掘進方向前方側の6箇所のリングN~N+5を各々施工する際の、シールド掘進機20の先端の偏差を出力データとする学習済み汎用モデルとして、6モデル作成することができる(図2参照)。 In this embodiment, at another shield construction site, these explanatory variables and objective variables are used as training data, and machine learning is performed, preferably using a neural network with a support vector machine as an algorithm, to create a trained model in which construction measurement data, including predetermined data on the structure of the shield machine and the performance of the mechanical equipment, for the five rings N-1' to N-5' on the rear side of the excavation direction is used as input data, and the deviation of the tip of the shield machine 20 when constructing each of the six rings N' to N+5' on the front side of the excavation direction is used as output data. In the learning area for the first week, six of these trained models can be created as trained general-purpose models in which the deviation of the tip of the shield machine 20 when constructing each of the six rings N to N+5 on the front side of the excavation direction is used as output data (see Figure 2).

また、本実施形態では、第1週の学習領域に後続して、シールド掘進機20の掘進計画延長線21上に、第1週の学習領域と同様の例えば70リング分の延長(例えば125m)の区間を、第2週~第4週の学習領域として設定して、第1週の学習領域と同様に、図6に示すように、第2週~第4週の学習領域の各々について、6モデルの学習済み汎用モデルを作成する。すなわち、第2週~第4週の各々の学習領域において、図2に示すように、掘進方向後方側の好ましくは5リングN-1’~N-5’を施工した際のシールド掘進機20の操作に関する所定のデータを含む施工計測データを説明変数とし、掘進方向前方側の6箇所のリングN’~N+5’を各々施工する際の、シールド掘進機20の先端の偏差を目的変数として、好ましくはサポートベクターマシンをアルゴリズムとするニューラルネットワークによる機械学習を行うことで、掘進方向後方側の5リングN-1’~N-5’のシールド掘進機の操作に関する所定のデータを含む施工計測データを入力データとし、掘進方向前方側の6箇所のリングN’~N+5’を各々施工する際のシールド掘進機20の先端の偏差を出力データとする、6モデルの学習済み汎用モデルを作成する。 In addition, in this embodiment, following the learning area for the first week, a section similar to the learning area for the first week, for example an extension of 70 rings (for example 125 m), is set as the learning area for the second to fourth weeks on the excavation plan extension line 21 of the shield tunneling machine 20, and, similar to the learning area for the first week, six trained general-purpose models are created for each of the learning areas for the second to fourth weeks, as shown in Figure 6, in a manner similar to the learning area for the first week. That is, in each of the learning areas from the second to fourth weeks, as shown in FIG. 2, construction measurement data including predetermined data regarding the operation of the shield machine 20 when constructing preferably five rings N-1' to N-5' on the rear side in the excavation direction is used as an explanatory variable, and the deviation of the tip of the shield machine 20 when constructing each of the six rings N' to N+5' on the front side in the excavation direction is used as the objective variable. By performing machine learning using a neural network preferably using a support vector machine as an algorithm, six trained general-purpose models are created in which construction measurement data including predetermined data regarding the operation of the shield machine for the five rings N-1' to N-5' on the rear side in the excavation direction is used as input data, and the deviation of the tip of the shield machine 20 when constructing each of the six rings N' to N+5' on the front side in the excavation direction is used as output data.

これらによって、本実施形態では、図6に示すように、第1週~第4週を予測期間とし、各予測期間における未来6リング(N’~N+5’)を予測区間として、6箇所のリングN’~N+5’を施工する際の、各々のシールド掘進機20における先端を予測先地点とする、偏差を出力するための合計24モデルの学習済み汎用モデルが作成されることになる。 As a result, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the prediction period is the first week to the fourth week, the prediction interval is the future six rings (N' to N+5') in each prediction period, and a total of 24 trained general-purpose models are created to output deviations, with the tip of each shield machine 20 being the predicted destination point when constructing six rings N' to N+5'.

また、本実施形態では、別のシールド施工現場において機械学習により得られた、これらの合計24モデルの学習済み汎用モデルから、最も精度の良い予測期間、予測区間の学習済み汎用モデルを選択して、当該シールド施工現場における発進立坑からの発進時の領域である初期掘進領域において用いることが可能な、初期掘進時予測モデルとすることが好ましい。ここで、初期掘進時予測モデルとなる最も精度の良い予測期間、予測区間の学習済み汎用モデルの選択は、例えば一の学習済み汎用モデルを得た週とは別の週における学習領域で得られた、シールド掘進機の操作に関する所定のデータを含む施工計測データを当該一の学習済み汎用モデルに入力した際の出力データを、当該別の週における学習領域で得られた施工計測データにおけるシールド掘進機の先端の偏差に関する既知の値と比較することによって、容易に行うことができる。 In addition, in this embodiment, it is preferable to select the trained general-purpose model with the most accurate prediction period and prediction interval from a total of 24 trained general-purpose models obtained by machine learning at another shield construction site, and use it as an initial excavation prediction model that can be used in the initial excavation area, which is the area at the time of departure from the starting shaft at the shield construction site. Here, the selection of the trained general-purpose model with the most accurate prediction period and prediction interval to be used as the initial excavation prediction model can be easily performed, for example, by comparing the output data when construction measurement data including predetermined data on the operation of the shield tunneling machine obtained in a learning area in a week other than the week in which one trained general-purpose model was obtained, inputted into the one trained general-purpose model with a known value related to the deviation of the tip of the shield tunneling machine in the construction measurement data obtained in the learning area in the other week.

そして、本実施形態では、上述のようにして別のシールド施工現場で作成された初期掘進時予測モデルを用いることで、当該シールド施工現場におけるシールド掘進機20の発進立坑からの発進時の領域である初期掘進領域において、好ましくは施工された掘進方向後方側の一又は複数のリングN-1~N-5を施工した際の施工計測データのうち、シールド掘進機の操作に関する所定のデータを含むデータを入力し、好ましくは掘進方向前方側の所定のリングN~N+5を施工する際のシールド掘進機の先端の偏差を出力させて、シールド掘進機の先端の偏差を予測しながら、初期掘進領域におけるシールド掘進機の掘進を管理することが可能になる。 In this embodiment, by using the initial excavation prediction model created at another shield construction site as described above, in the initial excavation area, which is the area when the shield tunneling machine 20 starts from the starting shaft at the shield construction site, data including predetermined data related to the operation of the shield tunneling machine is input from construction measurement data, preferably from construction of one or more rings N-1 to N-5 on the rear side of the excavation direction, and the deviation of the tip of the shield tunneling machine when constructing a predetermined ring N to N+5 on the front side of the excavation direction is output, making it possible to manage the excavation of the shield tunneling machine in the initial excavation area while predicting the deviation of the tip of the shield tunneling machine.

また、本実施形態では、好ましくは初期掘進領域を、当該シールド施工現場における学習領域として設定して、好ましくは後方側の一又は複数のリングN-1~N-5(図2参照)を施工した際の施工計測データのうち、好ましくはシールド掘進機の周辺環境に関するデータ(記録日時、カッタビット加速度、テールクリアランス等)を除いた操作に関する所定のデータを説明変数とし、好ましくは掘進方向前方側の所定のリングN~N+5を施工する際のシールド掘進機の先端の偏差を目的変数とする学習済みモデルを本掘進時予測モデルとして、施工された掘進方向後方側の一又は複数のリングを施工した際の施工計測データを入力し、掘進方向前方側の所定のリングを施工する際のシールド掘進機の先端の偏差を出力させて、シールド掘進機の先端の掘進計画延長線からの偏差を予測しながら、前記本掘進領域におけるシールド掘進機の掘進を管理するようになっている。なお、この学習領域では、周辺環境に関するデータを計測はするが、説明変数としては使用しないようにすることができる。 In this embodiment, the initial excavation area is preferably set as a learning area at the shield construction site, and the construction measurement data when constructing one or more rings N-1 to N-5 (see Figure 2) on the rear side is preferably used as explanatory variables, and the predetermined data related to the operation, preferably excluding data related to the surrounding environment of the shield machine (recording date and time, cutter bit acceleration, tail clearance, etc.), is used as explanatory variables, and the trained model, which preferably uses the deviation of the tip of the shield machine when constructing the predetermined rings N to N+5 on the front side of the excavation direction as the objective variable, is used as the prediction model for the main excavation, and the construction measurement data when constructing one or more rings on the rear side of the excavation direction that have been constructed is input, and the deviation of the tip of the shield machine when constructing the predetermined ring on the front side of the excavation direction is output, and the excavation of the shield machine in the main excavation area is managed while predicting the deviation of the tip of the shield machine from the excavation plan extension line. Note that in this learning area, data related to the surrounding environment is measured, but it is possible not to use it as an explanatory variable.

すなわち、当該シールド施工現場において、AIによる機械学習によって本掘進時予測モデルを作成するには、好ましくは初期掘進領域に設定された、例えば70リング分(1リング=1.5m)の延長の初期の施工区間を第1週の学習領域(例えば125m)として、図2に示すように、別のシールド施工現場において初期掘進時予測モデルを作成した場合と同様に、掘進方向後方側の好ましくは5リングN-1~N-5を施工した際の施工計測データを説明変数として、掘進方向前方側の6箇所のリングN~N+5を各々施工する際の、シールド掘進機20の先端の偏差(水平偏差、垂直偏差、方向偏差)を目的変数とする学習済みモデルを各々作成する。ここで、説明変数は、掘進方向後方側の5リングN-1~N-5を施工する際の、シールド掘進機の操作に関する所定のデータを含むデータや、正規化された、シールド掘進機20の構造及び機械設備の性能に関する所定のデータの他、当該シールド施工現場におけるシールド掘進機20の「クセ」を反映させることが可能な、シールド掘進機の位置の把握に関する掘進データや、土質などその他の掘進データを含めることができる。また初期掘進領域においては使用していなかった、周辺環境に関するデータを含めることもできる。 In other words, to create this excavation prediction model at the shield construction site using AI machine learning, preferably an initial construction section extending for example 70 rings (1 ring = 1.5 m) set in the initial excavation area is set as the first week's learning area (e.g. 125 m), and as shown in Figure 2, in the same way as when creating an initial excavation prediction model at another shield construction site, a learned model is created in which the construction measurement data when constructing preferably five rings N-1 to N-5 on the rear side in the excavation direction is used as an explanatory variable, and the deviation (horizontal deviation, vertical deviation, directional deviation) of the tip of the shield tunneling machine 20 when constructing each of the six rings N to N+5 on the front side in the excavation direction is used as an objective variable. Here, the explanatory variables can include data including specific data regarding the operation of the shield machine when constructing the five rings N-1 to N-5 on the rear side of the excavation direction, specific data regarding normalized performance of the structure and mechanical equipment of the shield machine 20, as well as excavation data regarding understanding the position of the shield machine that can reflect the "habits" of the shield machine 20 at the shield construction site, and other excavation data such as soil type. Data regarding the surrounding environment that was not used in the initial excavation area can also be included.

本実施形態では、当該シールド施工現場の学習領域において、これらの説明変数や目的変数を教師データとして、好ましくはサポートベクターマシンをアルゴリズムとするニューラルネットワークによる機械学習を行うことで、掘進方向後方側の5リングN-1~N-5の所定の施工計測データを入力データとし、掘進方向前方側の6箇所のリングN~N+5を各々施工する際のシールド掘進機20の先端の偏差を出力データとする、学習済みモデルを作成する。これらの学習済みモデルは、上述の当該シールド施工現場における学習済み汎用モデルと同様に、第1週の学習領域においては、掘進方向前方側の6箇所のリングN~N+5を各々施工する際の、シールド掘進機20の先端の偏差を出力データとする学習済みモデルとして、6モデル作成することができる(図6参照)。 In this embodiment, in the learning area of the shield construction site, these explanatory variables and objective variables are used as teacher data, and machine learning is performed using a neural network, preferably with a support vector machine as an algorithm, to create a trained model in which the input data is the specified construction measurement data of the five rings N-1 to N-5 on the rear side of the excavation direction, and the output data is the deviation of the tip of the shield tunneling machine 20 when constructing each of the six rings N to N+5 on the front side of the excavation direction. As with the trained general-purpose model at the shield construction site described above, in the learning area of the first week, six trained models can be created as trained models in which the output data is the deviation of the tip of the shield tunneling machine 20 when constructing each of the six rings N to N+5 on the front side of the excavation direction (see Figure 6).

また、本実施形態では、好ましくは第1週の学習領域に後続して、初期掘進領域よりも掘進方向前方側のシールド掘進機20の掘進計画延長線21上に、第1週の学習領域と同様の例えば70リング分の延長(例えば125m)の区間を、第2週~第4週の学習領域として設定して、第1週の学習領域と同様に、図6に示すように、第2週~第4週の学習領域の各々について、6モデルの学習済みモデルを作成することもできる。すなわち、第2週~第4週の各々の学習領域において、図2に示すように、掘進方向後方側の好ましくは5リングN-1~N-5を施工した際の所定の施工計測データを説明変数とし、掘進方向前方側の6箇所のリングN~N+5を各々施工する際の、シールド掘進機20の先端の偏差を目的変数として、好ましくはサポートベクターマシンをアルゴリズムとするニューラルネットワークによる機械学習を行うことで、掘進方向後方側の5リングN-1~N-5の所定の施工計測データを入力データとし、掘進方向前方側の6箇所のリングN~N+5を各々施工する際のシールド掘進機20の先端の偏差を出力データとする、6モデルの学習済み汎用モデルを作成する。 In addition, in this embodiment, preferably following the first week's learning area, a section with an extension of, for example, 70 rings (for example, 125 m) similar to the first week's learning area is set as the second to fourth week's learning area on the excavation plan extension line 21 of the shield tunneling machine 20, which is further forward in the excavation direction than the initial excavation area, and six learned models can be created for each of the second to fourth week's learning areas, as shown in Figure 6, similar to the first week's learning area. That is, in each of the learning areas from the second to fourth weeks, as shown in FIG. 2, the predetermined construction measurement data when constructing preferably five rings N-1 to N-5 on the rear side in the excavation direction is used as the explanatory variable, and the deviation of the tip of the shield machine 20 when constructing each of the six rings N to N+5 on the front side in the excavation direction is used as the objective variable, and machine learning is preferably performed using a neural network with a support vector machine algorithm to create six trained general-purpose models in which the predetermined construction measurement data of the five rings N-1 to N-5 on the rear side in the excavation direction is used as input data, and the deviation of the tip of the shield machine 20 when constructing each of the six rings N to N+5 on the front side in the excavation direction is used as output data.

これらによって、本実施形態では、図6に示すように、第1週~第4週を予測期間とし、各予測期間における未来6リング(N~N+5)を予測区間として、6箇所のリングN~N+5を施工する際の、各々のシールド掘進機20における先端を予測先地点とする、偏差を出力するための合計24モデルの学習済みモデルが作成されることになる。 As a result, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the prediction period is the first week to the fourth week, the prediction interval is the future six rings (N to N+5) in each prediction period, and a total of 24 trained models are created to output deviations, with the tip of each shield machine 20 being the predicted destination point when constructing six rings N to N+5.

また、本実施形態では、これらの合計24モデルの学習済みモデルから、最も精度の良い予測期間、予測区間の学習済みモデルを選択して、当該シールド施工現場の本掘進領域において用いることが可能な、本掘進時予測モデルとすることが好ましい。ここで、本掘進時予測モデルとなる最も精度の良い予測期間、予測区間の学習済みモデルの選択は、上述の初期掘進時予測モデルの場合と同様に、例えば一の学習済みモデルを得た週とは別の週における学習領域で得られた、所定の施工計測データを当該一の学習済みモデルに入力した際の出力データを、当該別の週における学習領域で得られた施工計測データにおけるシールド掘進機の先端の偏差に関する既知の値と比較することによって、容易に行うことができる。 In addition, in this embodiment, it is preferable to select the trained model with the most accurate prediction period and prediction interval from these total of 24 trained models, and use it as the main excavation prediction model that can be used in the main excavation area of the shield construction site. Here, the selection of the trained model with the most accurate prediction period and prediction interval to be the main excavation prediction model can be easily performed, as in the case of the initial excavation prediction model described above, by, for example, comparing the output data when specific construction measurement data obtained in a learning area in a week other than the week in which a trained model was obtained is input into the trained model with a known value related to the deviation of the tip of the shield tunneling machine in the construction measurement data obtained in the learning area in the other week.

そして、本実施形態では、上述のようにして当該シールド施工現場で作成された本掘進時予測モデルを用いることで、当該シールド施工現場における本掘進領域において、好ましくは施工された掘進方向後方側の一又は複数のリングN-1~N-5を施工した際の所定の施工計測データを入力し、好ましくは掘進方向前方側の所定のリングN~N+5を施工する際のシールド掘進機の先端の偏差を出力させて、シールド掘進機20の先端の掘進計画延長線21からの偏差を予測しながら、本掘進領域におけるシールド掘進機の掘進を管理することが可能になる。 In this embodiment, by using the main excavation prediction model created at the shield construction site as described above, it is possible to input specified construction measurement data when constructing one or more rings N-1 to N-5, preferably on the rear side of the excavation direction, in the main excavation area at the shield construction site, and output the deviation of the tip of the shield machine when constructing specified rings N to N+5, preferably on the front side of the excavation direction, and manage the excavation of the shield machine in the main excavation area while predicting the deviation of the tip of the shield machine 20 from the excavation plan extension line 21.

これらによって、本実施形態のシールド掘進機の施工管理方法によれば、別のシールド施工現場でAIによる機械学習によって作成された学習済み汎用モデルを転用して使用することを可能にして、当該シールド施工現場の特に初期掘進領域においては、作成された学習済み汎用モデルを初期掘進時予測モデルを用いて、シールド掘進機の掘進を管理することが可能になると共に、当該シールド施工現場の特に初期掘進領域においては、当該シールド施工現場で作成された本掘進時予測モデルを用いることで、シールド掘進機の「クセ」と呼ばれる特質を反映させて、シールド掘進機20が地中に設定された掘進計画延長線21に沿って掘進して行くように適切に管理することが可能になる。 As a result, the shield tunneling machine construction management method of this embodiment makes it possible to reuse and use a trained general-purpose model created by AI machine learning at another shield construction site, and in the initial excavation area, particularly at the shield construction site, it becomes possible to use the trained general-purpose model created as an initial excavation prediction model to manage the excavation of the shield tunneling machine, and by using this excavation prediction model created at the shield construction site, particularly at the initial excavation area, it becomes possible to reflect the characteristics of the shield tunneling machine known as its "habits" and appropriately manage the shield tunneling machine 20 so that it excavates along the excavation plan extension line 21 set underground.

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、学習済み汎用モデルや学習済みモデルを作成するための説明変数となる施工計測データは、掘進方向後方側の直前の5リングから得られるものである必要は必ずしもなく、掘進方向後方側の一又は複数のリングを適宜選択して、これらのリングから得られる施工計測データとすることもできる。目的変数となるシールド掘進機の先端の偏差が計測されるリングは、掘進方向前方側の直後の6リングうちのいずれかである必要は必ずしも無く、7リング以上前方側のリングにおけるシールド掘進機の先端の偏差であっても良い。学習済みモデルやパラメータ確認用モデルや予測モデルを作成するための機械学習は、サポートベクターマシンをアルゴリズムとするニューラルネットワークによるものである必要は必ずしも無く、大量の施工計測データを解析することが可能な、その他の種々のアルゴリズムによるものであっても良い。 The present invention is not limited to the above embodiment and can be modified in various ways. For example, the construction measurement data that serves as the explanatory variables for creating the trained general-purpose model or trained model does not necessarily have to be obtained from the five rings immediately preceding the rear side of the excavation direction, and one or more rings on the rear side of the excavation direction can be appropriately selected and the construction measurement data obtained from these rings can be used. The ring in which the deviation of the tip of the shield tunneling machine, which serves as the objective variable, is measured does not necessarily have to be one of the six rings immediately following the front side of the excavation direction, and may be the deviation of the tip of the shield tunneling machine in a ring seven or more rings forward. Machine learning for creating the trained model, parameter confirmation model, or prediction model does not necessarily have to be based on a neural network that uses a support vector machine as an algorithm, and may be based on various other algorithms that are capable of analyzing large amounts of construction measurement data.

10 シールド掘進管理システム
11 クラウドサーバ
12 LAN
13 パーソナルコンピュータ
14 ディスプレイ
20 シールド掘進機
20a 回転カッター
20b シールドジャッキ
20c スキンプレート
20d エレクター装置
20e セグメント
21 掘進計画延長線
22 学習領域
N~N+5,N-1~N-5,N’~N+5’,N-1’~N-5’ リング
10 Shield tunneling management system 11 Cloud server 12 LAN
13 Personal computer 14 Display 20 Shield tunneling machine 20a Rotary cutter 20b Shield jack 20c Skin plate 20d Erector device 20e Segment 21 Excavation plan extension line 22 Learning area N to N+5, N-1 to N-5, N' to N+5', N-1' to N-5' Ring

Claims (4)

シールド掘進管理システムから送られる施工計測データを教師データとする人工知能による機械学習の結果を利用して、シールド施工現場において、シールド掘進機の掘進を管理するシールド掘進機の施工管理方法であって、
当該シールド施工現場の初期掘進領域では、当該シールド施工現場とは別の、シールド掘進機の大きさ、規格、及び性能が異なるシールド施工現場において、掘進方向後方側の一又は複数のリングを施工した際の前記施工計測データのうち、シールド掘進機の操作に関する所定のデータを含むデータを説明変数とし、掘進方向前方側の所定のリングを施工する際のシールド掘進機の先端の偏差を目的変数とすると共に、説明変数となる前記施工計測データのうちのシールド掘進機の構造及び機械設備の性能に関する所定のデータを正規化したものとして、機械学習により作成された学習済み汎用モデルを、初期掘進時予測モデルとして使用して、施工された掘進方向後方側の一又は複数のリングを施工した際の前記施工計測データのうち、シールド掘進機の操作に関する所定のデータを含むデータを入力し、掘進方向前方側の所定のリングを施工する際のシールド掘進機の先端の偏差を出力させて、シールド掘進機の先端の偏差を予測しながら、前記初期掘進領域におけるシールド掘進機の掘進を管理し、
当該シールド施工現場の前記初期掘進領域よりも掘進方向前方側の本掘進領域では、当該本掘進領域よりも掘進方向後方側に設定された学習領域において機械学習により作成された、後方側の一又は複数のリングを施工した際の前記施工計測データを説明変数とし、掘進方向前方側の所定のリングを施工する際のシールド掘進機の先端の偏差を目的変数とする学習済みモデルを本掘進時予測モデルとして、施工された掘進方向後方側の一又は複数のリングを施工した際の前記施工計測データを入力し、掘進方向前方側の所定のリングを施工する際のシールド掘進機の先端の偏差を出力させて、シールド掘進機の先端の掘進計画延長線からの偏差を予測しながら、前記本掘進領域におけるシールド掘進機の掘進を管理するシールド掘進機の施工管理方法。
A construction management method for a shield machine that manages the excavation of a shield machine at a shield construction site by using the results of machine learning by artificial intelligence using construction measurement data sent from a shield excavation management system as training data,
In the initial excavation area of the shield construction site, at a shield construction site other than the shield construction site where the size, specifications, and performance of the shield machine are different, data including predetermined data related to the operation of the shield machine from the construction measurement data when one or more rings on the rear side of the excavation direction are constructed is used as an explanatory variable, the deviation of the tip of the shield machine when constructing a predetermined ring on the front side of the excavation direction is used as the objective variable, and predetermined data related to the structure of the shield machine and the performance of the mechanical equipment from the construction measurement data that is the explanatory variable is normalized, and a learned general-purpose model created by machine learning is used as a prediction model for initial excavation, inputting data including predetermined data related to the operation of the shield machine from the construction measurement data when one or more rings on the rear side of the excavation direction that have been constructed are used, and outputting the deviation of the tip of the shield machine when constructing a predetermined ring on the front side of the excavation direction, thereby managing the excavation of the shield machine in the initial excavation area while predicting the deviation of the tip of the shield machine;
A shield construction management method for managing the excavation of the shield machine in the main excavation area, in which, in a main excavation area further forward in the excavation direction than the initial excavation area at the shield construction site, the construction measurement data when one or more rings on the rear side were constructed, which was created by machine learning in a learning area set rearward in the excavation direction than the main excavation area, is used as an explanatory variable, and a learned model with the deviation of the tip of the shield machine when constructing a specified ring on the forward side in the excavation direction as the objective variable is used as a prediction model for the main excavation, inputting the construction measurement data when one or more rings on the rear side in the excavation direction that have been constructed are constructed, and outputting the deviation of the tip of the shield machine when constructing a specified ring on the forward side in the excavation direction, thereby predicting the deviation of the tip of the shield machine from the excavation plan extension line.
前記初期掘進領域に、前記学習領域が設定される請求項1記載のシールド掘進機の施工管理方法。 The construction management method for a shield tunneling machine according to claim 1, in which the learning area is set in the initial tunneling area. 前記機械学習が、サポートベクターマシンをアルゴリズムとするニューラルネットワークによる機械学習である請求項1又は2記載のシールド掘進機の施工管理方法。 The construction management method for a shield tunneling machine according to claim 1 or 2, wherein the machine learning is machine learning using a neural network that uses a support vector machine as an algorithm. 目的変数となるシールド掘進機の先端の偏差が、水平偏差、垂直偏差、及び方向偏差である請求項1~3のいずれか1項記載のシールド掘進機の施工管理方法。 A construction management method for a shield tunneling machine according to any one of claims 1 to 3, in which the deviation of the tip of the shield tunneling machine, which is the objective variable, is a horizontal deviation, a vertical deviation, and a directional deviation.
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