JPH02261192A - シールド機の姿勢制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野−１ この発明は、地中を掘進するシールド機の推進手段たる
シールドジヤツキのストローク量を制御することでシー
ルド機の姿勢を制御する方法に係り、特に、自動運転へ
の適用を可能にするシールド機の姿勢制御方法に関する
ものである。

「従来の技術−１ 現在、シールド機の姿勢制御は、その周方向に間隔をお
いて複数本配置された推進手段たるシールドジヤツキの
ストローク量を各シールドジヤツキで異ならせるように
操作員か指令することで行われている。しかし、近年、
２４時間体制での掘削を効率良く行うために、シールド
機の無人運転システムか種々提案、検討されている。

従来提案されている無人運転システムとしては、例えば
シールド機の変位と使用するシールドジヤツキで得られ
る偏心ツノとの相関を示すデータを多数蓄積し、各セグ
メントリング毎における目標変位量に見合ったシールド
ジヤツキの偏心力を算出して、これを得るためのジヤツ
キパターンを選択するようなシステムがある。あるいは
、前記シールド機の変位の代わりに、シールドジヤツキ
のストローク量やピッチング量を使用するシステムもあ
る。

「発明か解決しようとする課題」 しかし、前記従来の無人運転システムのいずれも、デー
タ間の相関を求める必要があるため、実用に足る相関を
得るためには多数のデータを蓄積する必要があり、かつ
、土質等施工条件が異なれば相関も異なることもあり、
これらが実用化における解決すべき課題として残されて
いた。また、同一のシールドジヤツキの偏心ノＪ等を実
現しうるジヤツキパターンは多数存在し、いずれを選択
するか判断し難いこともあり、同様に解決すべき課題と
して残されていた。

この発明は前記事情に鑑みてなされたものであり、現場
の掘削状況に応してシールト゛機の姿勢制御が可能であ
り、かつ、制御方法が簡易かつ確実なシールド機の姿勢
制御方法の提供を問題にしている。

１課題を解決するための手段１ そこでこの発明は、地中を掘進するシールド機の推進手
段たるシールドジヤツキのス］・ローフ量を制御するこ
とでシールド機の姿勢を制御する際に、シールド機の一
地点から目標地点へと向かうシールド機の目標線を算出
し、これに基づいて所定距離シールド機を掘進させた場
合のシールドジヤツキの目標最終ストローク差及びシー
ルド機のピ・ソチングｍを演算した後、前リング掘進時
の最終状態と同じシールドジヤツキを使用して掘進を開
始し、シールド機が所定量進む毎にストローク差及びピ
ッチング量を検出して、この検出されたストローク差及
びピッチング量から前記所定距離掘進後の最終ストロー
ク差及びピッチング量を演算予測し、予測最終ストロー
ク差及びピッチング量と目標最終ストローク差及びピッ
チング量の差が許容範囲以上のときはシールドジヤツキ
の使用箇所の変更を行い、これによりシールド機が所定
距離掘進した際に目標最終ストローク差及びピッチング
量を確保させるように制御することでシールド機をＦｆ
Ｊ標線通りに進めることで前記課題を解決せんとしてい
る。

［実施例」 以下、この発明である／−ルド機の姿勢制御方法の実施
例について図面を参照して説明する。

まず、この発明の一実施例が適用されるシールド機及び
その姿勢制御装置について第１図を参照して説明すれば
、図中符号１は円筒状の外殻（スキンプレート）２を有
するシールド機であり、このシールド機１は、スキンプ
レー１−２前部に設けられた力、タ装置３で地山を掘削
しつつ、内部後方において円筒分割覆工体たるセグメン
ト４、・、。

を組み立て、さらに組み立てられたセグメント４、前端
に反力を取って、スキンプレー１・２の周方向に所定間
隔をおいて配置されたシールドジヤツキ５、　を伸長さ
せることで７一ルド機１全体を前進させ、これを繰り返
すことでシールド機１後方にトンネル（図示路）を形成
している。

また、符号６はシールド機制御装置であり、このシール
ド機制御装置には、シールド機１内に設置されたジヤツ
キストローク測定センサ、テールクリアランス測定セン
サ、ピッチング・ローリング測定センサ（いずれも図示
路）からの信号が入力される。また、このシールド機制
御装置６は、後述する演算装置からの制御信号、又は制
御装置６に付設された操作盤からの入力信号により、シ
ールド機１のカッタ装置３、シールドジヤツキ５、等の
制御信号を送出する。また、これら入出力信号はデータ
収録器７に収録される。

さらに、符号８全体で示すものは演算装置であり、この
演算装置８には、前記制御装置６から各センサの出力信
号が入力されると共に、制御装置６に向けて制御信号が
送出される。また、この演算装置８には、追従コントロ
ーラ９を介して測距・測角装置１０か付設されている。

この測距・測角装置１０は、シールド機１後方のトンネ
ル内に設置され、シールド機１に設置されたレーザー受
光盤１１に対してレーザー光を送出することで、これら
の間の距離及び角度を測定するものである。

そして、測距・測角装置１０は、前記演算装置８に向け
て測定データを送出し、一方演算装置８は、測距・測角
装置１０に向けてシールド機１の位置に応じてこの装置
１０を追従さぜるべく制御信号を送出する。そして、演
算装置８は、これら人力信号に基づいてシールド機１の
姿勢及び位置を算出し、さらに計画路線に対するずれを
算出してこれを解消するようにシールド機１の姿勢を制
御する。

次に、第１図ないし第５図を参照して、この発明の一実
施例であるシールド機１の姿勢制御方法について説明す
る。

（１）目標姿勢算出 シールド機１の推進を開始するにあたって（第５図中ス
テップ５Ｐ１）、シールド機１の現在地点において、シ
ールドジヤツキ５、・・のストローク量やローリング・
ピッチング量、及び測距・測角データを得ることで、シ
ールド機１の現姿勢及び計画路線からの現在地点のずれ
を演算装置８により算出する（ステップ５Ｐ２）。

次に、現在位置から所定距離離間した目標地点に対して
、所定距離だけシールド機１を推進させた状態でシール
ド機１が目標地点に至るような目標線を演算装置８によ
り算出する（ステップ５Ｐ３）。この目標地点の設定は
任意の地点で良く、掘進中に変更もありうる。

例えば、第２図（ａ）に示すように、シールド機１の現
在地点２０及び目標地点２１が共に計画路”線２２の直
線区間にあるときは、現在地点と目標地点とを結ぶ直線
を目標線２３とすれば良く、また、第２図（ｂ）、（Ｃ
）に示すように、現在地点２０が計画路線２２の直線区
間にあって目標地点２１が曲線区間にあるときは、計画
路線２２の曲線区間では目標地点２１に内接又は外接す
る円弧を、また、計画路線２２の直線区間では前記円弧
に連続する直線を目標線２３とすればよい。また、第３
図に示すように、シールド機ｌの現在地点２０が計画路
線２２の曲線区間にあるときでも、前述の−Ｌ法と同様
にして目標線２３を決定することができる。

このようにして、目標線２３が決定できれば、１セグメ
ントリング推進した段階におけるシールド機１の姿勢を
決定することができ、現在の姿勢と１セグメントリング
推進後の姿勢とを比較することにより、目標とする目標
最終ストローク差及びピッチング量を算出することがで
きる。この目標最終ストローク差及びピッチング量は、
演算装置８内の表示装置により表示される（ステ、ノブ
５Ｐ３）　　。

（ｉｉ）シールド機による掘進 シールド機１を地中で推進させる場合、急激にその推進
方向を変換させることは困難であり、また急激に方向変
換しないのが通常である。従って、１つのセグメントリ
ング分の推進中に作動・停止ヒの変更が行われるシール
ドジヤツキ５、・・の本数は２〜３本以内であることが
普通である。

そこで、推進当初は、それまで使用していたシールドジ
ヤツキ５、・・をそのまま使用して、シールド機１によ
る推進を行う（ステップＳ　Ｐ４）。

また、推進中は、シールド機１が所定距離推進する毎に
（ステップ５ＰＹ）前記各センサによる測定を行い、シ
ールド機１の現在位置を演算装置８で算出してこれを表
示装置により表示する（ステップ５Ｐ６）。この所定距
離は、演算装置８への指令により任意値に設定すること
ができる。

次に、１セグメントリングの推進中において予め設定さ
れた計測地点にシールド機１が至った段階で（ステップ
５Ｐ７）、シールド機１のストローク差を測定する。シ
ールド機１が４測地点に至ったか否かは、シールドジヤ
ツキ５、・のストローク量で判断する。そして、この計
測地点におけるシールド機１のストローク差から、この
ストローク差のままシールド機１の推進を継続した場合
に、１リング推進後のストローク差か前記目標最終スト
ローク差になるかとうかを演算装置８により算出しくス
テップ５Ｐ８）、これを１」標最終ストローク差に近似
するようにシールド機１のシールドジヤツキ５のストロ
ーク量を変更する（ステブラＳＰ９、ステップＳ　Ｐ　
Ｉ　Ｏ）。なお、この計測地点も、演算装置８の指令に
より任意の地点に設定することができる。

例えば、シールド機１の姿勢を、シールド機１を左右に
２分割した際のシールドジヤツキ５、のストローク差、
及びシールド機１全体のピッチング量で表す場合、目標
ストローク差か＋５０＝、すなわちシールド機１か右勝
ちで、目標ピッチングが＋１０％。、すなわちシールド
機Ｉが−１−向きであるときの制御方法について説明す
る。この場合、シールド機ｌ推進当初のストローク差を
＋１０１＋１Ｉ１１、ピッチングを＋２％０．１セグメ
ントリング推進終了時のストロークを９００ｉｉとし、
さらに計測地点を３００ｍｍストローク毎に設定する。

最初の計測地点、すなわちシールドジヤツキ５、・のス
トローク量が３００１に至った時、ストロ−り差か＋２
０ｍｍ、ピッチングが＋２％０であったとする。この状
態で推進を継続した場合の最終ストローク 差の予測値Ｓは、 同様に最終ピッチングの予測値■）は、となる。従って
、シールド機１を目標地点２１にまで到達させるには、
シールド機１の姿勢を右勝ちに、かつ上回きにする必要
かある。そこで、第４図に示すように、シールド機１の
軸線に直交するＸ軸、Ｙ軸を用いてその周方１可に４分
割して、第４図に示す■の区分、ずなわぢシールド機１
の右下に位置するシールドジヤツキ５１．の作動を開始
させる。あるいは、■の区分に作動を停止１−シている
シールトンヤソキ５、　がなければ、■の区分、ずなわ
ちシールド機１の左上に位置するシールドジヤツキ５、
　の作動を停＋１．させる。逆に、＋＋ 予測値Ｓ、Ｐかそれぞれ目標値に対して許容範囲内にあ
れば、シールドジヤツキ５、・・・の変更は行わない。

また、シールド機１が次の計測地点、すなわちシールド
ジヤツキ５、・・のストローク量が６００ｍｍに至った
時、ストローク差か’−５０ｍｍ−、ピッチングが一１
８％。であったとする。この状態で推進を継続した場合
の最終ストローク差の予測値Ｓは同様に最終ピッチング
の予測値Ｐは、 となる。従って、シールド機１を目標地点２１にまで到
達させるには、シールド機１の姿勢を左勝ぢに、かつ下
向きにする必要がある。そこで、第４図に示す■の区分
、すなわちシールド機１の左上に位置するシールドジヤ
ツキ５、・・・の作動を開始させる。あるいは、■の区
分に作動を停止Ｌシているシールドジヤツキ５、・・・
がなければ、■のビニ２ 分、すなわちシールド機１の右下に位置するシールドジ
ヤツキ５、・・・の作動を停止させる。

なお、このようなシールドジヤツキ５、・・の作動又は
その停＋ｈの指令は、前述の如く演算装置８から行われ
、制御装置６は演算装置８からの指令に基ついてシール
ドジヤツキ５、　の制御を行うべくこれらシールドジヤ
ツキ５、・・・に制御信号ヲ送出する。

そして、１セグメントリングの推進が終了した段階で（
ステップ５ＰＩＩ）、使用したシールドジヤツキ５、・
・の本数及び位置、実測ストローク差、実測ピッチング
量、シールド機１の変位のデータを収録器７に登録しく
ステ・ツブ５Ｐ１２）、推進を終了する（ステップ５Ｐ
１３）。

以上の工程を繰り返すことで、シールド機１を目標地点
２１へと推進させることができる。ここで、この実施例
では、前記従来の如くデータ間の相関を算出せず、実測
値に基づいて直接的にシールドジヤツキ５、・・・の作
動・停止等を決定しているので、多量のデータ蓄積を必
要とせず、土質の変化等施工条（’Ｉの変化によらず確
実な／−ルド機１の姿勢制御が行える。また、推進当初
に現在地点２０でのジヤツキパターンを使用し、計測地
点においてこれを修正するような姿勢制御を行っている
ので、ｍｆ記従来の如く閾−の結果を得るためのジヤツ
キパターンか多数存在するような現象が起こらず、簡易
な姿勢制御を実現することができる。

なお、この発明の／−ルド機の姿勢制御方法は、その細
部がＷｊｔ記実施例に限定されず、種々の変形例か可能
である。

１−発明の効果−１ 以上詳細に説明したように、この発明によれば、地中を
掘進するシールト′機の推進手段たるシールドジヤツキ
のストローク量を制御することでシールド機の姿勢を制
御する際に、／−ルトパ機の一地点から［１標地点へと
向かうシールド機の目標線を算出し、これに基づいて所
定距離シールＵ′機を掘進させた場合の／−ルドン中ツ
キの目標最終ストａ−り差及びシールド機のピッチング
量を演算した後、前リング掘進時の最終状態と同じシー
ルドジヤツキを使用して掘進を開始し、シールド機が所
定量進む毎にストローク差及びピッチング量を検出して
、この検出されたストローク差及びピッチング量から前
記所定距離掘進後の最終ストローク差及びピッチング量
を演算予測し、予測最終ストローク差及びピッチング量
と目標最終ストローク差及びピッチング量の差が許容範
囲以上のときはシールドジヤツキの使用箇所の変更を行
い、これによりシールド機が所定距離掘進した際に目標
最終ストローク差及びピッチング量を確保させるように
制御することでシールド機を目標線通りに進めているの
で、多量のデータ蓄積を必要とせず、土質の変化等施工
条件の変化によらず確実なシールド機の姿勢制御が行え
る。また、推進当初に前リング掘進時の最終状態と同じ
シールドジヤツキを使用し、計測地点においてこれを修
正するような姿勢制御を行っているので、従来の如く同
一の結果を得るためのジヤツキパターンが多数存在する
ような現象が起こらず、簡易な姿勢制御を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第５図は、この発明の一実施例であるシー
ルド機の姿勢制御方法を説明するための図であって、第
１図はこの方法が適用されるシールド機の姿勢制御装置
の全体構成を示す概略図、第２図は現在地点から目標地
点までの目標線を決定する方法を説明するための図、第
３図は第２図と同様の図、第４図はシールド機のシール
ドジヤツキの区分を示す概略側面図、第５図は前記方法
を説明するためのフローチャートである。 １・・・・・シールド機、５・・・・・・シールドジヤ
ツキ、６・・　・シールド機制御装置、８・・・・演算
装置、２０・・・・現在地点（−地点）、２１・・・・
目標地点、２２・・・・・・計画路線、２３　・・目標
線。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 地中を掘進するシールド機の推進手段たるシールドジャ
   ッキのストローク量を制御することでシールド機の姿勢
   を制御する方法であって、シールド機の一地点から目標
   地点へと向かうシールド機の目標線を算出し、これに基
   づいて所定距離シールド機を掘進させた場合のシールド
   ジャッキの目標最終ストローク差及びシールド機のピッ
   チング量を演算した後、前リング掘進時の最終状態と同
   じシールドジャッキを使用して掘進を開始し、シールド
   機が所定量進む毎にストローク差及びピッチング量を検
   出して、この検出されたストローク差及びピッチング量
   から前記所定距離掘進後の最終ストローク差及びピッチ
   ング量を演算予測し、予測最終ストローク差及びピッチ
   ング量と目標最終ストローク差及びピッチング量の差が
   許容範囲以上のときはシールドジャッキの使用箇所の変
   更を行い、これによりシールド機が所定距離掘進した際
   に目標最終ストローク差及びピッチング量を確保させる
   ように制御することでシールド機を目標線通りに進める
   ことを特徴とするシールド機の姿勢制御方法。