JPH0489997A - トンネル掘削機の方向制御装置および方向制御方法 - 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］ 本発明は、トンネル掘削機の方向制御装置および方向制
御方法に関する。

［従来の技術］ 公共事業投資の充実と各種工事における省人化、高能率
化の発展に伴い、下水道工事、水路トンネル工事、通信
用ケーブル敷設工事等においては、トンネル掘削機の使
用が著しく活発化している。

これらの工事に使用されているトンネル掘削機は円筒形
のシールドの前面に回転式カッタヘッドを取着し、カッ
タヘッドに取着されたディスクカッタ、ビット等により
切羽を掘削、破砕し、すりを取り込みつつ掘進する。

トンネル掘削機はカッタヘッドとシールＦとの間に隔壁
があるので、オペレータが直接切羽の状況を視認するこ
とができず、かつ土質は切羽の全断面について必ずしも
同一でないため、掘削抵抗の小さい方に曲がりやすい。

このため、一定距離あるいは一定時間掘進後、トランシ
ットを用いて計画路線に対する現在位置の水平および垂
直方向のずれ量を測定し、今後掘進すべき方向の１１正
を行っている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら上記のような掘進方向制御方法においては
、切羽の土質変化すなわち切羽の全断面における掘削抵
抗のばらつきをあらかじめ把握することができないため
、カッタヘッドを推進するスラストジヤツキの操作はオ
ペレータの経験や勘に頼って行われている。そのため、
トンネル掘削機の方向制御が不正確となり、１日に数回
性われる測量結果によって計画路線に対するずれ量を絶
えず補正しなければならない。従って掘進方向のずれに
よって実掘削距離が延び、掘進方向修正によって掘削土
量が計画値よりも増大するという問題点がある。

また現在位置の測量と、測量データに基づいて今後掘進
すべき方向の修正結果が算出されるまで掘削を中断しな
ければならず、作業能率が悪い。

本発明は上記従来の問題点に着目し、土質によるカッタ
ヘッドの変位特性を事前に把握することによって、掘進
方向誤差を縮小することができるような、トンネル掘削
機の方向制御装置および方向制御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］ 上記目的を達成するために本発明に係るトンネル掘削機
の方向制御装置は、シールドの前面に設けたカッタヘッ
ドの回転によりトンネル全断面を切削しつつ掘進するト
ンネル掘削機において、各スラストジヤツキにそれぞれ
圧力センサとストロークセンサとを設け、前記圧力セン
サが検出するスラストジヤツキ油圧と、ストロークセン
サが検出するスラストジヤツキのストローク量とを入力
して処理するデータ処理部と、これらのデータに基づい
て各スラストジヤツキに付加すべき油圧を算出、設定す
る演算部と、各スラストジヤツキ別設定油圧を制御する
制御部とを備える構成とし、このような構成において、
トンネル掘削機の方向制御方法は、カッタヘッドの回転
を停止し、スラストジヤツキの一部を駆動してカッタヘ
ッドを揺動させたときにスラストジヤツキに加わる荷重
をスラストジヤツキに設けた圧力センサで検出し、前記
操作を複数回くり返して得られた切羽の各部位における
荷重とそのばらつきに応じて、泥道時スラストジヤツキ
に付加する油圧を個別に調整するとともに、スラストジ
ヤツキに設けたストロークセンサが、旧道中に生じるス
ラストジヤツキのストローク量のばらつきを検出した場
合は、前記ばらつきに応じてスラストジヤツキに付加す
る油圧を個別に補正することにより、掘進方向を制御す
る構成とした。

［作用］ 上記構成によれば、カッタヘッドを推進する各スラスト
ジヤツキにそれぞれ圧力センサとストロークセンサとを
設けたので、掘進に先立ってスラストジヤツキの一部を
交互に駆動してカッタヘッドを揺動させ、カッタヘッド
を部分的に切羽に押し付けたときにスラストジヤツキに
加わる荷重を圧力センサて検出し、これらのデータをデ
ータ処理部に入力することにより、切羽の各部位別の土
質状態を把握することができる。そして押し付は荷重の
大きい部分に対してはスラストジヤツキの付加油圧が高
くなるように制御部から指令信号が発信され、押し付は
荷重の小さい部分に対してはスラストジヤツキの付加油
圧が低くなるように指令信号が発信される。これにより
各スラストジヤツキ別に付加油圧が調整され、切羽にお
ける土質状態のばらつきにかかわらずカッタヘッドを所
望の方向に掘進させることができる。

更に、掘進中にスラストジヤツキのストローク量を検出
し、必要に応してスラストジヤツキ付加油圧を補正する
ことにしたので、掘進方向を高精度に制御することがで
きる。

［実施例コ 以下に本発明に係るトンネル掘削機の方向制御装置の実
施例について、図面を参照して詳細に説明する。

第１図はトンネル掘削機の概略側面構造図である。第１
図において、カッタヘッド１の前面にはディスクカッタ
、ビット等が所定間隔て配設され、前シールド２にフロ
ントグリッパ３、後シールド４にリヤグリッパ５とシー
ルドジヤツキ６とがそれぞれ設けられ、前後のシールド
２，４の内周に沿って複数個のスラストジヤツキ７が設
けられている。また後シールド４の後方には掘削したト
ンネル部分に敷設されたセグメント８が続いている。

前記スラストジヤツキ７にはそれぞれ圧力センサ７ａと
ストロークセンサ７ｂとが設けられ、各センサの出力信
号はコントローラ９のデータ処理部９ａに入力される。

コントローラ９は第２図に示すように、データ処理部９
ａ、演算部９ｂ、制御部９ｃとからなり、制御部９ｃの
出力配線は各スラストジヤツキ別に設けられたスラスト
ジヤツキ制御弁１０に接続されている。

次にこの方向制御装置を用いて行うトンネル掘削機の方
向制御方法について直進時を例にとって説明する。

トンネル掘削機により一定距離または一定時間掘進後、
掘進を停止する。一般にはセグメント１個分の掘進が完
了し、セグメント８を敷設する際にカッタヘッド１の回
転を停止した上、たとえば上下左右の位置にあるスラス
トジヤツキ７を交互に駆動してカッタヘッド１を揺動さ
せ、上下左右の部分を順次切羽に押し付ける。このとき
各スラストジヤツキの油圧は圧力センサ７ａによって検
出され、コントローラ９のデータ処理部９ａに入力され
る。次に演算部９ｂでスラストジヤツキ７に作用した荷
重とそのばらつきが演算され、その結果に基づいて各ス
ラストジヤツキ７に付加すべき油圧が演算される。制御
部９ｃは前記演算結果に基づいて、各スラストジヤツキ
７の油圧を制御するスラストジヤツキ制御弁１０に対し
て指令信号を出力する。

このようにして第３図に示す通り、掘進開始によるカッ
タヘッドの回転と同時に各スラストジヤツキ制御弁１０
は前記指令に応じて作動するので、切羽の土質状態に応
じてスラストジヤツキの付加油圧が調整され、カッタヘ
ッドは上下左右が均等に掘進し、所望の方向を維持する
。

カッタヘッド１はスラストジヤツキ７の作動によって切
羽を掘削しつつ前進するが、スラストジヤツキ７の作動
量は各スラストジヤツキに設けられたストロークセンサ
７ｂによって検出され、データ処理部９ａに入力される
。直進すべきときにスラストジヤツキのストローク量に
ばらつきがある場合は、さきに設定したスラストジヤツ
キ別付加油圧に対して、各スラストジヤツキのストロー
ク量に基づく補正が演算部９ｂで行われ、その結果に基
づいた指令信号がスラストジヤツキ制御弁１０に出力さ
れる。

トンネル掘削機を曲進させる場合は、上述したように土
質状態のばらつきに基づくスラストジヤツキ別付加油圧
の調整に加えて、曲率に応じたストローク調整量が演算
部で算出され、制御部から各スラストジヤツキ制御弁１
０に指令信号が出力される。

上記による掘進方向制御精度を更に向上させるため、過
去の押し付は荷重データとスラストジヤツキ別付加油圧
との相関を蓄積するデータ記憶装置をコントローラに追
設し、各スラストジヤツキ別例加油圧を演算する際に前
記記憶装置のデータと今回の演算結果とを対比して！正
した演算結果を制御部に入力するようにしてもよい。

［発明の効果コ 以上説明したように本発明によれば、掘削に先だってカ
ッタヘッドを各方向に揺動させて土質状態のばらつきを
把握し、これらのデータに基づいてスラストジヤツキの
油圧を調整するようにし、掘進開始後はスラストジヤツ
キのストローク量のばらつきを検出してスラストジヤツ
キ付加油圧を補正することにしたので、トンネル掘削機
の掘進方向制御の精度を大幅に向上させることができる
。

また方向制御の精度向上に伴い、掘進方向誤差測定と方
向（１正のための計算時間、掘削時間等が短縮され、作
業能率を向上させることができる。

本発明はカッタヘッドを揺動させることによって切羽の
土質状態を把握するので、特別な装置を必要とせず、操
作もきわめて簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例に係る方向制御装置を備えたトンネル掘
削機の概略構造図、第２図は第１図に基づく方向制御シ
ステムの概略構成図、第３図は同じく方向制御のフロー
を示す図である。 １・・・・・・カッタヘッド ７・ゆ・・・・スラストジヤツキ ７ａ・・・・・・圧力センサ ７ｂ・・・・・・ストロークセンサ 第１図 第２図 ９ａ・・・・・・データ処理部 ９ｂ・・・・・・演算部 ９ｃ・・・・・・制御部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シールドの前面に設けたカッタヘッドの回転によ
   りトンネル全断面を切削しつつ掘進するトンネル掘削機
   において、各スラストジャッキにそれぞれ圧力センサと
   ストロークセンサとを設け、前記圧力センサが検出する
   スラストジャッキ油圧と、ストロークセンサが検出する
   スラストジャッキのストローク量とを入力して処理する
   データ処理部と、これらのデータに基づいて各スラスト
   ジャッキに付加すべき油圧を算出、設定する演算部と、
   各スラストジャッキ別設定油圧を制御する制御部とを備
   えたことを特徴とするトンネル掘削機の方向制御装置。
2. （２）カッタヘッドの回転を停止し、スラストジャッキ
   の一部を駆動してカッタヘッドを揺動させたときにスラ
   ストジャッキに加わる荷重をスラストジャッキに設けた
   圧力センサで検出し、前記操作を複数回くり返して得ら
   れた切羽の各部位における荷重とそのばらつきに応じて
   、掘進時スラストジャッキに付加する油圧を個別に調整
   するとともに、スラストジャッキに設けたストロークセ
   ンサが、掘進中に生じるスラストジャッキのストローク
   量のばらつきを検出した場合は、前記ばらつきに応じて
   スラストジャッキに付加する油圧を個別に補正すること
   により、掘進方向を制御することを特徴とするトンネル
   掘削機の方向制御方法。