JPH04203092A - シールドマシンの最適姿勢角管理方法 - 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】

本発明は、計画線に沿うように掘進とセグメントリング
の敷設を逐次行いながら作業するシールドマシンの最適
姿勢角管理方法に関する。

【従来の技術】

従来、シールドマシンによって計画線に沿って掘進及び
セグメントリングの敷設を行うためには、まず、計画線
上の成る掘進開始地点を既知点ＰＯとし、計画線に沿っ
てセグメントリングの長さに相当する距離Δしたけ離れ
た第１の地点Ｐ１まで掘進して、１個のセグメントリン
グを敷設し、更にジャイロコンパスでマシンの姿勢角を
測定することにより、１０〜２１間のマシン姿勢角とジ
ヤツキストロークから得られる掘進距離のベクトルデー
タを算出する。 次に、同様に地点Ｐ１から距離ΔＬだけ離れた計画線上
の次の地点Ｐ２まで掘進して、次のセグメントリングを
継ぎ足し、更に、２１〜２２間のマシン姿勢角とジヤツ
キストロークかから得られる掘進距離のベクトルデータ
を算出する。 そして、このような掘進とセグメントリングの敷設を繰
り返すと同時に、掘進毎にベクトルデータを算出して各
ベクトルデータの和の演算を行うことによってシールド
マシンの現在位置及び掘進方向を検知し、次の掘進が計
画線上に合致するように該検知結果に基づいてシールド
マシンの進行方向を制御している。

【発明が解決しようとする課題】

ここで、第４図に示すように、シールドマシンのテール
の内壁とセグメントリングの外壁の間隔（テールクリア
ランス）が何れの方向からも等間隔となるように掘進が
行われる場合や、第５図に示すように、テールクリアラ
ンスの許容範囲内で偏心する程度で掘進が行われる場合
には、次のセグメントリングの敷設は可能となるか、マ
インの起動修正やカーブの掘進においてはセグメントリ
ングをテールクリアランスの所用内に施設できないこと
が生じ、次のセグメントリングを連設することができず
、施工を継続できなくなる。 このようにセグメントリングを敷設することができない
場合は、掘進工事を再度行うこととなり、時間的、経費
的な負担が増加する問題を招来していた。これを防ぐた
めに自動制御を行っても最終的にはオペレータが経験に
基づきマシンの姿勢角の修正を行わざるを得なかった。 本発明はこのような従来の問題点に鑑みてなされたもの
であり、オペレータを介在させずに回動掘進を行うと共
に、確実にセグメントリングを敷設することができるよ
うにシールドマシンの姿勢制御を行う管理方法を提供す
ることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

このような目的を達成するために本発明は、最終組完リ
ングとシールドマシンのテールとのクリアランス及び最
終組完リングとシールドマシンとの距離を実測すると共
に、シールドマシンの姿勢を測定して、これらの測定値
からシールドマシンの姿勢角及び位置と最終組完リング
の姿勢角及び位置を算出し、更に、次の掘進によるシー
ルドマシンの位置及び姿勢角を予測して、予め備えてい
る次のセグメントリングの形状データと次の掘進時のシ
ールドマシンの位置及び姿勢角とを比較することにより
、次のセグメントリングの敷設が可能か否かの判断処理
を予め行い、不可能な場合は、セグメントリングが組め
るように次の掘進時のシールドマシンの姿勢角を修正し
て次の掘進を行うようにした。 この修正処理によりシールドマシンが計画線からずれた
場合にも最適な姿勢角によって徐々に計画線に戻るよう
にシールドマシンの位置及び姿勢角を制御する。 この場合において、シールドマシンの姿勢角と推進方向
との関係は、実際の掘進により統計的に既知のものを使
用する。

【作用、】

このようなシールドマシンの姿勢角管理方法によれば、
最終組完リングに連設させるための次回組立リングとシ
ールドマシンとをテールクリアランス範囲内に納めるよ
うに制御するので、最終組完リングに次回組立リングを
確実に連設することができる。

【実施例】

以下、本発明の一実施例を説明する。まず、本発明の管
理方法を適用するための計測システムの構成を第１図と
共に説明する。第１図において、２は成る時点での最終
完工セグメントリング（最終組完リング）、４はシール
ドマシン、６はシールドマシンの先端部に設けられたカ
ッタであるとする。 まず、シールドマシン４の内壁に最終組完リング２の先
端部とシールドマシン４との距離を測定するジヤツキス
トローク計８ａ、８ｂ、８ｃが設けられている。尚、ジ
ヤツキストローク計８ａ。 ８ｂ、８ｃをシールドマシン４の内壁の周方向に沿って
等間隔て配置することにより、最終組完リング２の先端
部とシールドマシン４との間の３点の距離を測定するよ
うになっている。 更に、シールドマシン４の内壁に、最終組完リング２の
先端部とシールドマシン４の内壁との隙間間隔を測定す
るテールクリアランス計１０ａ。 １０ｂ、１０ｃが設けられると共に、シールドマシン４
の姿勢角を測定するためのジャイロコンパス等の姿勢角
検出器１２か設けられている。 そして、これらの測定装置から出力される測定データは
、第２図に示すように、マイクロコンピュータシステム
等で構成される制御部１４に供給され、シールドマシン
４の掘進位置、姿勢角等を演算し、シールドマシン４の
掘進のための駆動機構１６へ制御信号を出力する。 次に、掘進制御のための動作を第３図のフローチャート
と共に説明する。 まず、掘進作業を開始する前に、シールドマシン４の位
置及び姿勢角に関する既知の初期データと次回に施設す
るセグメントリングの幾何学データ及び各信号データを
制御部１４に入力することにより、初期データをプリセ
ットする（ステップ１００）。 次に、それらの初期データを基準として、計画線に沿っ
て所定の距離たけ掘進を行った場合のシールドマシン４
の位置及び姿勢角と、その次に施設されるセグメントリ
ングの位置をシミュレートすることにより予測する（ス
テップ１１ｏ）。 この場合において、シールドマシンの姿勢角と推進方向
との関係は、実際の掘進により得られた統計的に既知の
ものを使用する。 更に、この予測演算によって算出した位置及び姿勢角の
データにシールドマシン４の形状に関するデータを組ろ
合わせることによって、シールドマシン４てできる坑道
の空間形状を予測し、次に敷設しようとする予め既知の
形状の次回組立リンクが最終組完リングに連設され且つ
この坑道の空間内に収容され得るか否がの判断処理を行
う（ステップ１２０）。 次回組立リングが最終組完リングに連設可能、即ち、所
定のテールクリアランスの範囲内において最終組完リン
グと次回組立リングを連設することができると判断した
場合には、目的の方位に掘進を行い（ステップ１３ｏ）
、次回組立リングを敷設する（ステップ１４ｏ）。 一方、所定のテールクリアランスの範囲内において最終
組完リンクと次回組立リングを連設することができない
と判断した場合には、ステップ１５０へ処理が移行して
、シールドマシン４の姿勢角を補正し、ステップ１１０
がらの処理を再び行うことにより、次回組立リングを敷
設するための最適な条件が得られるまで繰り返す。 このように、次のセグメントリングの敷設が可能となる
まで判断処理を繰り返して、最適な掘進条件を設定し、
掘進及び１つの次回組立リングの・敷設を完了する。 次に、ステップ１６０〜１８０において、ジヤツキスト
ローク計８ａ、８ｂ、８ｃで新たな最終組完リングとシ
ールドマシン４の３点間の距離を測定し、これらの３個
の測定結果から最終組完リングのシールドマシン４に対
するの姿勢角を算出する。又、テールクリアランス計１
０ａ、１０ｂ。 １０ｃによって、新たな最終組完リングとシールドマシ
ン４のテールとの隙間間隔を実測する。これにより、シ
ールドマシン４に対する最終組完リングの位置と姿勢が
計測される。 そして、ステップ１９０において、掘進開始前に予めプ
リセットしたデータにこれらの実測データを加算演算す
ることによって、掘進後のシールドマシン４の掘進位置
、方位及び姿勢角のベクトルデータを発生し、初期化時
のプリセットデータと置き換える。 次に、これらの新たなベクトルデータに基づいて次の掘
進計画を予測し、最適の掘進条件を設定してから実際の
掘進を行って、更に次回組立リングの敷設を行う。 このように、掘進開始前の時点で予め最適な掘進条件を
予測してから掘進及びセグメントリングの敷設を繰り返
し行うことにより、セグメントリングを所定のテールク
リアランスの範囲内に収まるようにしなから掘進を行う
ことができる。 尚、シールドマシン４の掘進位置が計画線から外れてい
る場合には、計画線に徐々に近づけるように掘進計画を
設定する。即ち、ステップ１１０では、まず最初に計画
線に近づくための掘進計画を予測し、その予測した掘進
計画に対して更にステップ１２０において、次回組立リ
ングの敷設が可能か否かの判断処理を行う。したかって
、徐々に計画線に戻るように掘進が行われると共に、セ
グメントリングが所定のクリアランス範囲内で敷設され
ることとなり、従来のようなセグメントリングの敷設が
不可能となる事態が解消された。

【発明の効果】

以上説明したように、本発明によれば、最終組完リング
に連設させるための次回組立リングとシールドマシンと
をテールクリアランス範囲内に納めるように、実測値に
基づいて制御するので、最終組完リングに次回組立リン
グを確実に連設することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の方法を適用した実施例の測
定システムの構成を示す実施例構成説明図；第３図は実
施例の動作を説明するためのフローチャート； 第４，５図は従来技術の問題層を説明するための説明図
である。

【符号の説明】

２：最終組完リング ４、シールドマシン ６・カッタ ８ａ、８ｂ、８ｃ：ジャッキストローク計１０ａ、１０
ｂ：テールクリアランス計１２：姿勢角検出器 １５：制御部 １６：駆動機構

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）計画線に沿うように掘進とセグメントリングの敷
   設を逐次行いながら作業するシールドマシンの最適姿勢
   角管理方法において、 最終組完リングと前記シールドマシンのテールとのクリ
   アランス及び最終組完リングとシールドマシンとの距離
   を実測すると共に、シールドマシンの姿勢角を測定し、
   これらの測定値から最終組完リングの敷設完了時での該
   シールドマシンの姿勢角及び位置と最終組完リングの姿
   勢角及び位置を算出し、更に、次の掘進による該シール
   ドマシンの位置及び姿勢角を予測して、予め備えている
   次のセグメントリングの形状データと次の掘進時のシー
   ルドマシンの位置及び姿勢角とを比較することにより、
   次のセグメントリングの敷設が可能か否かの判断処理を
   予め行い、不可能な場合は、次のセグメントリングが組
   めるように次の掘進時のシールドマシンの姿勢角を修正
   して次の掘進を行うことを特徴とするシールドマシンの
   最適姿勢角管理方法。