JPH0492082A - Automatic directional control method of shield excavator - Google Patents

Automatic directional control method of shield excavator

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Publication number
JPH0492082A
JPH0492082A JP20733790A JP20733790A JPH0492082A JP H0492082 A JPH0492082 A JP H0492082A JP 20733790 A JP20733790 A JP 20733790A JP 20733790 A JP20733790 A JP 20733790A JP H0492082 A JPH0492082 A JP H0492082A
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JP
Japan
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excavation
shield excavator
excavator
shield
load distribution
Prior art date
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Pending
Application number
JP20733790A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tadayuki Hanamoto
忠幸 花本
Shigeru Harada
茂 原田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Komatsu Ltd filed Critical Komatsu Ltd
Priority to JP20733790A priority Critical patent/JPH0492082A/en
Publication of JPH0492082A publication Critical patent/JPH0492082A/en
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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Abstract

PURPOSE:To enable directional control with high accuracy by providing the course of a shield excavator caused by the soil characteristic and load distribution properly in the case excavation is made for a target value. CONSTITUTION:A self-position detecting receiver 30, an attitude angle detecting pitching meter 31, a vectorial angle detecting gyro 32, a load detecting sensor 34 for each driving jack 16, an earth pressure gauge 36 for detecting 3 axial earth pressure applied to a cutter head 10 and the like are mounted on a shield excavator. The present position and attitude of the shield excavator are measured, and the position and attitude of the shield excavator in a target point are calculated. After that, a vectorial angle of earth pressure vector acted on the present shield excavator is measured, and the correction of a target value is made in consideration of the course of the shield excavator. Then, a target value of load distribution is corrected, and a penetration test is made in advance to calculate a displacement characteristic of the land. When there is no pervious spiral excavation line execution data, calculated execution data is applied as it is, and pressure control of the driving jack 16 is made to drive.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明はシールド掘削機の自動方向制御方法に係り、特
にトンネル掘削目標値に対する方向制御を自動的に行な
わせるのに好適な方向制御方法に関する。
The present invention relates to an automatic direction control method for a shield excavator, and more particularly to a direction control method suitable for automatically performing direction control with respect to a tunnel excavation target value.

【従来の技術】[Conventional technology]

一般に、シールド掘削機は推進ジャツギによりセグメン
ト等を反力支持にして推進され計画路線に沿う掘削作業
を行なう。このような掘削機で曲線掘削を行なう場合、
シールド本体を中折れ構造にするとともに、中折れ部分
の円周上に複数の推進ジヤツキを配置し、稼働ジヤツキ
を選択して荷重分布を調整することにより、シールド前
面の加圧力を調整して掘進方向を制御するよ・)にし、
でいる。 従来の方向制御は、8推進ジヤツキをパターン管理し2
、加圧する推進ジヤツキ群とそうでない推進ジヤツキ群
に分り、推進力向によって決定される推進ジヤツキ群に
油圧を供給(、て所定の方向にカッタヘッドを向(jで
掘進させるようにしていた。 通常、掘削機の位置測定を行ないつつ、Ellllll
縁からのJ゛れがあ、った場合に、マニュアル操作によ
ってパターン管理するように
In general, a shield excavator is propelled by a propulsion jack using segments and the like as reaction force support to perform excavation work along a planned route. When performing curved excavation with such an excavator,
The shield body has a center-fold structure, and multiple propulsion jacks are placed on the circumference of the center-fold part, and by selecting the operating jack and adjusting the load distribution, the pressing force on the front of the shield can be adjusted to allow digging. Control the direction.
I'm here. Conventional direction control involves pattern management of 8 propulsion jacks and 2
The propulsion jacks were divided into a group of propulsion jacks that pressurized and a group of propulsion jacks that did not, and hydraulic pressure was supplied to the propulsion jack group determined by the direction of the propulsion force (, to direct the cutter head in a predetermined direction (j) to make it dig. Usually, while measuring the position of the excavator,
When there is a J-slip from the edge, the pattern can be managed manually.

【、でいる。 【発明が解決し2よ・うとする課題] ところが、11記従来の方向制御方法では、掘削方向の
ための推進ジヤツキのパターンをマニュアル操作によっ
て行っているため、充分な方向制御ができないという問
題の他に、現在のシールド掘削機の位置から次の掘削目
標にカッタヘッドを向けで掘削しても、地盤の変0ンが
必ずしもジヤツキの押圧力に〜致り、ないため、掘削方
向にズレか生じる。このため、従来からズlz 量を計
測し、っつフィートバック制御によって調整しているが
、誤差が牛にでからの補正掘削であるため掘削精度を一
定以1゛8は高くできない。また、地盤からカッタヘッ
トに作用する土圧の合力が必ずし7も推進方向に−・致
【2ないため、掘進の目標方向を決定し、で掘削しでも
、土圧のベクトルとシールド掘削機の掘進ベクトルの合
力方向に掘削機が流、れて(7、ま・う。この結果、目
標方向を正確に設定l1、てカッタt\ツドをその方向
に向けても、実際−1−の到達位置はヘクトル合力に見
合う分だけズレが住シ:ることか否めないものとなって
いた。 いずねにしても、目標を正確に計測し7で正[、く掘進
させても地盤の変位特性により目標からのズレが生じ、
また、土圧による合ベクトルの作用でシールド掘削機が
流れてしまうので、精度の高い掘進を行うことができな
いものとなっていた。特に連続[7て曲率が変化する掘
削31画線に沿って掘進させる場合は、その方向制御に
困難をきたし7でいる。 一力、近年着目されている大断面空洞の掘削する場合に
、特開↑l−315600号公報に開示されているよう
に、シールド掘削機を球形空洞部の外表面に倣うスパイ
ラル線に沿って掘進さゼ、外殻を形成(、た後、外殻に
囲まねた閉塞空間内部を掘削する工法が稈案されている
。このようなスパイラル掘進を行なわせる場合、連続し
て曲率が変化するので、計画路線に正確に沿わせる掘進
か極めて困難とな−〕でいる。 本発明は、]−記従来の問題点に着目し、特にスパイラ
ル線に沿わせてシールド掘削機を掘進させるに際し、で
、土質の特性に起因するシールド掘削機の流れや、し]
標値に向けて掘削する際の狗重分布を適正に与えて正確
な方向制御を行なオ〕せるとともに、掘進力向に断層が
存在する等の極端な土質特性の変化箇所が存在している
場合であっても、高い精度で方向制御を行なわせること
のできるシールド掘削機の自動方向制御方法を提供する
ことを目的とするものである。 【課題を解決するための手段】 」−1記目的を達成するために、本発明に係るシールド
掘削機の自動方向制御方法は、第一にシールド掘削機を
スパイラル線に沿って曲線掘進させるに際[15、切羽
側から掘削機前面に作用する土圧ベク)・ルに起因する
掘削機の流れを加味(7た掘進L]標の修正を行なうと
ともに、前面地盤の変位特性による推進ジヤツキの予測
荷重分布を算出[7つつ掘進する施工データを記憶して
おき、少なくとも一回の周回掘削完T後の周回掘削時に
面子部近傍の施工データを読み出し、このデータによる
掘削を行なわせるように構成した。 また、第二にはシールド掘削機をスパイラル線に沿って
曲線掘進させるに際し、切羽側から掘削機前面に作用す
る土圧ベクトルに起因する掘削機の流れを加味した掘進
目標の修正を行なうとともに、前面地盤の変位特性によ
る推進ジヤツキの予測荷重分布を算出しつつ掘進する施
工データを記憶しておき、直前の施工データを読ろ出ず
とともに、少なくとも一回の周回掘削完r後の周回掘削
時に直4F部近傍の施工データを読み出し、両施工デー
タに重み付けを行なって次の掘削データに利用すること
により掘削を行なわせるように構成したものである。
[I'm there. [Problems to be Solved by the Invention (2)] However, in the conventional directional control method described in 11, the propulsion jack pattern for the excavation direction is manually operated, so there is a problem that sufficient directional control cannot be achieved. In addition, even if you point the cutter head at the next excavation target from the current position of the shield excavator, the change in the ground will not necessarily result in the pressing force of the jack, so there may be a shift in the excavation direction. arise. For this reason, the amount of deviation has conventionally been measured and adjusted using feedback control, but since the error is corrected by excavation after the cow has detected it, it is not possible to increase the excavation accuracy by more than 1.8 times a certain level. In addition, the resultant force of the earth pressure acting on the cutter head from the ground is not always in the direction of propulsion, so even if the target direction of excavation is determined and excavation is performed, the earth pressure vector and shield excavator The excavator drifts in the direction of the resultant force of the excavation vector (7. It was undeniable that the position would be deviated by the amount corresponding to the hectoral resultant force.In any case, even if the target was accurately measured and the target was correct at 7, the displacement of the ground would not be expected. Due to the characteristics, deviation from the target occurs,
In addition, the shield excavator drifts due to the combined vector effect of earth pressure, making it impossible to excavate with high precision. In particular, when excavation is carried out along a continuous line of excavation 31 whose curvature changes, it is difficult to control the direction. When excavating large cross-section cavities, which have been attracting attention in recent years, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-open No. A method has been proposed in which the culm is excavated, forming an outer shell, and then excavating the inside of the closed space surrounded by the outer shell.When performing such spiral excavation, the curvature changes continuously. Therefore, it is extremely difficult to excavate along the planned route exactly. Therefore, the flow of the shield excavator due to the characteristics of the soil, etc.]
When excavating toward a target value, it is possible to appropriately distribute the load and control the direction accurately, and also to avoid places where there are extreme changes in soil characteristics, such as faults in the direction of the excavation force. It is an object of the present invention to provide an automatic direction control method for a shield excavator, which can perform direction control with high accuracy even when the shield excavator is in use. [Means for Solving the Problems] In order to achieve the object described in item 1, the automatic direction control method for a shield excavator according to the present invention firstly enables the shield excavator to make a curved excavation along a spiral line. At the same time as taking into account the flow of the excavator caused by the earth pressure vector acting on the front surface of the excavator from the face side (7. Excavation L), the propulsion jack due to the displacement characteristics of the front ground was revised. Calculate the predicted load distribution [Construction is such that the construction data for excavation is stored, the construction data near the face part is read out during the round excavation after at least one round excavation is completed, and excavation is performed using this data. Second, when making a shield excavator excavate in a curved line along a spiral line, the excavation target was modified to take into account the flow of the excavator caused by the earth pressure vector acting from the face side to the front of the excavator. At the same time, the construction data for excavation is stored while calculating the predicted load distribution of the propulsion jack based on the displacement characteristics of the front ground. During excavation, construction data in the vicinity of the straight 4F section is read out, and both construction data are weighted and used for the next excavation data, thereby allowing excavation to be carried out.

【作用】[Effect]

シールド掘削機は掘進時に土圧ベクトルの作用により目
標値に向けて掘進させても機械が流わマ(7まって目標
値に達]、なくなる場合かあり、このため予めI]標値
を機械の流れの分だけ修止することにより1羅な[」標
値を設定できる。また、1」標値に向うような荷重分布
を推進ジヤツキに与えでも地盤の変位特性に起因し、で
、与えられた荷重分布で推進させても地盤変位特性によ
って推進力向か■化し1、正(、<目標位置に到達しな
いことかあり、これは地盤変位を加味した荷重分布を予
め(11進ジヤツキに与えるようにすることでJT、 
[な方向に推進させることかできる。このような目標値
の修正と推進荷重分布の適■化は掘進の都度(]ない、
これを記憶させCおくことにより何時でも読み出し、 
iJ能と(、ておく。 シールド掘進掘削機がスパイラル掘削線にし7たか−)
で1回の周回移動を行なって、2度目の周回移動に入る
場合、シールド掘削機は直11部の地層と同等な地層に
位置することになる。したかって、同等な地層では掘削
機への4−圧ベクトルや地盤変41を特性は同等と見做
Jことかできるので、1台上部近傍の施J1データを読
み出し5、これをそのまま利用することにより、土圧ベ
クトルの両度の検出や地盤変位を計測するだめの貫入試
験の実施等を再度行なわなくても、高い精度で掘進方向
制御を行なわせることができるのである。 また、第二の発明構成によれば、直前の施工データと直
」一部の施工6データどを重み付11し7て両者を加味
した掘進が2度目の周回掘進から行なオ、)れる。これ
により、スパイラル掘削線が2回目以降順次拡大したり
、あるいは縮小したりし7で地質変化が直」一部の施工
データをそのまま利用できない場合であっても、直前の
施工データを加味[,7つつ、的上部の施工データの利
用度を調整し、−・っつ1羅な地質状態を施工に反映さ
せることができ、1羅な方向制御がi=J能となるので
ある。
When using a shield excavator, even if the machine digs toward the target value due to the action of the earth pressure vector during excavation, the machine may drift (reach the target value after 7 seconds) or run out. By modifying the flow by the amount of 1, it is possible to set a standard value of 1.Also, even if a load distribution toward the target value of 1 is applied to the propulsion jack, due to the displacement characteristics of the ground, Even if the propulsion is carried out with the load distribution determined by the By giving JT,
[Can be propelled in a certain direction.] Such correction of target values and optimization of propulsion load distribution is not required every time excavation is carried out.
By storing this in memory, you can read it at any time,
iJ Noh and (, keep. The shield excavator made a spiral excavation line 7 years ago)
When the shield excavator performs one circular movement and enters the second circular movement, the shield excavator will be located in the same stratum as the stratum in the straight 11 section. Therefore, in equivalent strata, the 4-pressure vector to the excavator and the ground deformation 41 can be considered to have the same characteristics, so it is necessary to read out the application J1 data near the top of one excavator5 and use it as is. This makes it possible to control the excavation direction with high accuracy without having to detect both degrees of the earth pressure vector or perform a penetration test to measure ground displacement again. Furthermore, according to the second invention configuration, excavation is performed from the second circular excavation by weighting 11 and 7 the previous construction data and some of the construction data. . As a result, the spiral excavation line may expand or contract sequentially from the second time onwards, and the geological changes will be corrected. Even if some construction data cannot be used as is, the previous construction data will be taken into account [, In addition, by adjusting the degree of use of the construction data on the target, it is possible to reflect the exact geological conditions in the construction, making it possible to control the direction in an i=J manner.

【実施例] 以干に、本発明に係るシールド掘削機の自動方向制御方
法の実施例を図面を参照しパつつ詳細に説明する。 第1図にシールド掘削機の自動方向制御装置のブロック
図、第2図に方向制御のためのフローザヤートを小す。 ます、土質を加味し7たシールド掘進の方向制御につい
で説明づる。 自動方向制御装置が搭載されるシールド掘削機は、先端
にカッタヘット”10を備えたフ[7ントシールド12
と、その後端部に嵌合されるリアシールド14とから構
成され、両シールド12.14はカッタヘッド10の向
きを制御するためにシールド円周方向に沿って複数配列
された推進ジヤツキ〕6によって連携され、またリアシ
ールド14にはその後方に構築されるセグメント18の
端面を推進反力支持面とするシールドジヤツキ20が取
りNOられている。なお、この掘削機では、フロントシ
ールド12とリアシールド14の外周面において、それ
ぞれ地山坑壁に張り出(7日1能にフロントグリッパ2
2とリアグリッパ24とが設(プられ、フロントグリッ
パ22はリアシールド14の推進時に、リアグリッパ2
4はフロントシールド]2の推進時にそれぞれ突出され
、シールドの固定保持を()う。 このような掘削機には自己位置を検出するための受信機
30、姿勢角を検出するビッチグ計31、方向角を検出
するためのジャイロ32、各推進ジヤツキ16の荷重を
検出するセンサ34、およびカッタヘッド10に加わる
3軸方向の土圧を検出するための土圧J136等が搭載
されている。ぞしで、これらの検出信号と予め決定され
ている1山路線との関係から次のような方向制御を行な
うようにしている。 すなわち、第2図に示すように、まず、現在のシールド
掘削機の位置と姿勢を旧劇しくステップ100)、次い
で目標地点でのシールド掘削機の位置と姿勢を算出する
ようにしている(ステップ110)。現在位置は掘削機
に搭載された受信機30により既知の発振源からのζ号
を受信することにより検出され、また、ジャイロ32に
より姿勢の検出がjiJ能であり、また、1」地点点の
位置と姿勢は計画路線の座標を記録Eでいるメモリから
読み込むごとにより容易に求めることができる。 次いで、この現在値と1.1標値を算出し、5た後、現
在シールド掘削機に作用している土圧ベクトルの方向角
を測定I7(ステップ120 ) 1.l+土圧ベクト
ルよるシールド掘削機の流れを考慮[1,た1」標値の
修正を行な・)ようにし、でいる(ステップ130)こ
れは第3図に示すように、シールド掘削機か直曲の位置
(図中1点鎖線)から現在位置(図中実線)に至るまで
[]標位置(図中破線)に向って掘削されるが、土圧ベ
クトル(矢印)が作用しているので、掘進ベクトルとの
合力により「]標位置に正しく一致しない(変位角G)
。このため、ステップ1.1.0にて設定し、た目標値
を修正1.2なければ、同様に掘削機が土圧ベクトルに
より目標値から変位し、でし7ま・)。し7たがって、
予め掘削機の流れが生じた状態で目標値に到達するよう
に、目標値を修正するのである。これを垂直方向におけ
る灯正について第3図を参照(7で説明する。 シールド掘削機の進行方向を2軸と1.た場合、現在0
置は(x、、yゎ、z、)、ま/、゛姿勢は(σ。 β、、)(但(、αはビッヂング角、βは=3・・イソ
グ角である)とj、5て表tことができる。このときの
手圧ベクトルの作用角度を14とする1、同様に現在イ
装置に至るまでの値は (X ++  Y ++  z
、1)(α1.βl)、γ9、また[]標点の稙は(X
H+i3’ 、、+1i  Z n−)1)、 (α7
.1.βn+1) 、γ、、とI、て表すことができる
。過去から現在に至る過程で実際のピッチ角度の変位を
所定のスパンでみると、Σ((y l+1−y +)/
(z m−z +)l・−・−= (1)となる。但L
 i=0〜n−1である。 したがって、単位ベクトル角当りの変位係数に4は、 K、=−Σf(y ++t −y +)/(z ++t
−z +)l/I ta、nγ・・・・・・(2) 、’=して求めることかできる。 そこで、当所の[」標ピッチング角をα0.1、掘削機
の流れを考慮した修正目標ビッヂング角をαfi+1′
とすると、 αni1“−αn+l−knγゎ ・・・・・・(3)
と(、で求めることができるのである。 このような処理を水平力向についでも行ない、修J「ヨ
ーイング角を求める。 この−・連の処理は、第1図において、目標修正係数演
算器38により前記(2)式による演算を行ない、この
演算結果を入力する修止目標値演算器40ではh記(3
)式に基づく演算が行なわれる。 目標値の修正が完了すると、次いで、荷重分布の目標値
の修正を行なうようにしている(ステップ140)。こ
れは、目標値に合わせて推進ジヤツキ16の荷重分布を
設定しても、地盤の変位特性により1羅に目標地点に達
しないからであり、このため、予め貫入試験を行ない、
地盤変位特性を算出するようにしている(ステップ15
0)。 この原理を第4図に基づいて説明する。 第4図(1)に示すように、現在位置から目標の姿勢、
位置に向くように、各推進ジヤツキ16の圧力目標値を
設定するわけであるが、目標に対し。 て調整するビッヂング角Δαとヨーイング角Δβは、次
式でjフ、えられる。 Δαニーαn+I−α。 ・・・・・・(4)Δβ=β
、、−β7 ・・・・・・(5)いま垂直方向のみを考
慮してΔαを算出−ジる場合を考えると、第4図(2)
に示すよ・)に圧ノj分布を14える必要があるが、こ
れを直接目標値から算出すると、1−述したように地盤
変位特性により、目標から変位してしまう。そこで、予
め推進ジヤツキ16の荷重分布f1〜f、を同図(3)
Aのように求めておき、また、シールド掘削機に設けた
貫入試験機により同図(3)Bのような貫入応力σと変
位εの特性を各ジヤツキ16に対応し7て算出する。そ
して、この特性線図に対して先の荷重分布f1〜f5と
作用面積へから各荷重に対する変位ε】〜ε6を算出す
る(同図(3) C)。この変位ε、〜ε6の分布は、
地盤変位特性に対して与えるべき荷重分布に相当するの
で、この分布の傾きを次式で算出する。 tanΔα−fR/(n−1)l・Σ((ε;−ε、)
/11.+・・・・・・(6)ただし、i・2〜nであ
る。なお、上記1は貫入試験位置間の距離を承伏゛。 12だかっ−C1この(6)によって算出された結果を
推進ジヤツキ]6・\の荷重分布とし、5て出力するご
。 とにより、地盤■持持性を加味[、た制御ができる3、
このような処理は、同様に水i’T1力向についても行
ない、前記Δβを求めるようにする。 これらは、第1図に示し、でいるように、各推進シャツ
4:16に設けたセンサ34からのイハ号と、貫入試験
装置42によ−)で得られた変位特性を算出する変位特
性演算器44からの(73号とを設定荷重分布演算器4
6に出力
[Embodiment] Hereinafter, an embodiment of the automatic direction control method for a shield excavator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. Fig. 1 is a block diagram of the automatic directional control device of a shield excavator, and Fig. 2 shows a flow chart for directional control. Next, I will explain the direction control of shield excavation, which takes soil quality into account. A shield excavator equipped with an automatic direction control device is equipped with a cutter head "10" at the tip.
and a rear shield 14 fitted to the rear end, and both shields 12 and 14 are driven by propulsion jacks] 6 arranged in plurality along the circumference of the shield in order to control the direction of the cutter head 10. In addition, the rear shield 14 is provided with a shield jack 20 that uses the end face of the segment 18 constructed behind it as a propulsion reaction force supporting surface. In addition, in this excavator, the outer peripheral surfaces of the front shield 12 and the rear shield 14 protrude from the earth mine wall (the front gripper 2
2 and a rear gripper 24 are provided (pulled), and the front gripper 22 grips the rear gripper 2 when the rear shield 14 is propelled.
4 is a front shield] When the front shield 2 is propelled, each protrudes and serves to hold the shield fixed. Such an excavator includes a receiver 30 for detecting its own position, a bitching meter 31 for detecting the attitude angle, a gyro 32 for detecting the direction angle, a sensor 34 for detecting the load of each propulsion jack 16, and An earth pressure J136 and the like for detecting earth pressure applied to the cutter head 10 in three axial directions is mounted. Therefore, the following direction control is performed based on the relationship between these detection signals and the predetermined one-mountain route. That is, as shown in FIG. 2, first, the current position and attitude of the shield excavator are calculated (step 100), and then the position and attitude of the shield excavator at the target point are calculated (step 100). 110). The current position is detected by receiving the ζ signal from a known oscillation source by a receiver 30 mounted on the excavator, and the attitude can be detected by the gyro 32. The position and orientation can be more easily determined each time the coordinates of the planned route are read from the memory in record E. Next, this current value and 1.1 target value are calculated, and after that, the direction angle of the earth pressure vector currently acting on the shield excavator is measured I7 (step 120) 1. Considering the flow of the shield excavator due to the l+earth pressure vector, [1, ta 1'' is corrected to the target value (step 130). Excavation is carried out from the straight bend position (dotted chain line in the figure) to the current position (solid line in the figure) toward the target position (dashed line in the figure), but the earth pressure vector (arrow) is acting. Therefore, due to the resultant force with the excavation vector, "] does not match the target position correctly (displacement angle G)
. For this reason, unless the target value set in step 1.1.0 is corrected in step 1.2, the excavator will similarly be displaced from the target value due to the earth pressure vector, and the result will be 7). 7 Therefore,
The target value is corrected so that the target value is reached with the excavator flowing in advance. Refer to Fig. 3 for the direction of light in the vertical direction (explained in 7).If the direction of movement of the shield excavator is 2 axes and 1.
The position is (x,, yゎ, z,), and the attitude is (σ. β, ,) (where (, α is the biting angle, β is the isog angle) and j, 5 In this case, the action angle of the hand pressure vector is 14, and similarly, the value up to the current A device is (X ++ Y ++ z
, 1) (α1.βl), γ9, and the base of the [] gauge is (X
H+i3',,+1i Z n-)1), (α7
.. 1. βn+1) , γ, , and I. Looking at the actual pitch angle displacement over a given span from the past to the present, we find that Σ((y l+1-y +)/
(z m−z +)l・−・−= (1). However, L
i=0 to n-1. Therefore, the displacement coefficient per unit vector angle of 4 is K, = −Σf(y ++t −y +)/(z ++t
-z +) l/I ta, nγ (2) , '= can be obtained. Therefore, our standard pitching angle is α0.1, and the revised target pitching angle that takes into account the flow of the excavator is αfi+1'.
Then, αni1“−αn+l−knγゎ ・・・・・・(3)
This process can be performed also for the horizontal force direction to obtain the yawing angle. Then, the correction target value calculator 40 to which the calculation result is inputted calculates the calculation result according to the above formula (2).
) calculations are performed based on the formula. When the correction of the target value is completed, the target value of the load distribution is then corrected (step 140). This is because even if the load distribution of the propulsion jack 16 is set according to the target value, it will not reach the target point immediately due to the displacement characteristics of the ground.For this reason, a penetration test is conducted in advance.
The ground displacement characteristics are calculated (step 15).
0). This principle will be explained based on FIG. As shown in Figure 4 (1), from the current position to the target attitude,
The pressure target value of each propulsion jack 16 is set so that the pressure is directed toward the target position. The biting angle Δα and yawing angle Δβ to be adjusted can be obtained from the following equations. Δα knee αn+I−α.・・・・・・(4) Δβ=β
,, -β7 ......(5) Now, considering the case where Δα is calculated by considering only the vertical direction, Fig. 4 (2)
It is necessary to calculate the pressure nozzle j distribution by 14, as shown in . Therefore, the load distribution f1 to f of the propulsion jack 16 is determined in advance as shown in the same figure (3).
In addition, the characteristics of the penetration stress σ and displacement ε as shown in FIG. 3 (3) B are calculated for each jack 16 using a penetration testing machine installed in the shield excavator. Then, displacements ε] to ε6 for each load are calculated from the load distributions f1 to f5 and the area of action for this characteristic diagram ((3) C in the same figure). The distribution of this displacement ε, ~ε6 is
Since this corresponds to the load distribution that should be applied to the ground displacement characteristics, the slope of this distribution is calculated using the following formula. tanΔα−fR/(n−1)l・Σ((ε;−ε,)
/11. +...(6) However, it is i.2 to n. Note that 1 above does not include the distance between the penetration test positions. 12 Dakka-C1 The result calculated by this (6) is set as the load distribution of propulsion jack]6.\ and output as 5. 3, which allows for control of the ground's durability
Such processing is similarly performed for the water i'T1 force direction to obtain the above-mentioned Δβ. These are shown in FIG. 1, and the displacement characteristics are calculated using the Iha signal from the sensor 34 installed at each propulsion shirt 4:16 and the displacement characteristics obtained by the penetration test device 42. Set the load distribution calculator 4 with (No. 73) from the calculator 44.
output to 6

【、2、ここで前記(6)式に基づいた演算を
行なわせるようにし、でいる。また、設定荷重分布演算
器46には前記上圧ベクトルによる修正目標値演算器4
0からの信号も人力さセ、掘削機の流イ]を考慮して修
止された目標値に対し。 ての荷重分布を演算させるものとし2でいる。そし2て
、このような設定荷重分布演算器46の出力は推進シャ
ツ−16の制御器48に出力され、出力信号に基づいた
推進圧力やストし1−りとなるJ、うに各tf4進ジヤ
ツキ16を調整−?るのである(スナップ160)。 このようにして設定された掘削J1画線に沿−)で掘削
させる方向制御の施工データに基づいてシールド掘削機
を掘進させるが、第5図にノJ’< L、、、たJ・)
に、大規模の空洞50を施]することを目的とする場合
、空洞50の外表面に沿−)で設定されたスパイラル掘
削線50を掘削劇画路線とし、空洞50を囲む外殻を形
成する。(1,たが−〕で、シールド掘削機はスパイラ
ル掘削線50に沿−〕で周回掘進されるので、2回目以
降の掘進部は面子部の周回スパイラル掘削線50□−1
の地層と同一・の+質を掘削することが多い。そこで、
本発明は、」−述し7tコ土質の影響による掘削機の流
れや変位特性による掘削方向のズレを修止ずべく神出1
.た方向制御用の施ノーデータを、直、1一部のスパイ
ラル掘削線50ゎ−1においで使用した施工データとし
、で利用するようにしている。 このため、方向制御装置はtFj記位置セン−IJ−3
0や方向角センサ32の位置デー・夕を人力すると2も
に、修正11標値演算器40、設定前重分4j演算器4
6の設定値を記憶格納−4−るメ王り52を設iフ、過
去の掘削施工データを逐次人力−4るとともに、読み出
[7、可能に(2,でいる。(シ、て、設定荷重分布演
算器46では、現在のシールド掘削機の位置の直ト部分
であって、前回のスパイラル掘削線50.1にお1.l
lる施工データの有無をチエツクし、(ステップ160
)、施工データかない場合にはスフ−ツブ140にて算
出(2,た施]−データを(のまま適用して推進シャツ
−1:16の圧力制御を?]って推進させ(ステップ1
90)、推進ジヤツキ16の荷重分布を計測して同様の
作業を繰り返すのである。 シー・−ルド掘削機が2回目以降のスパイラル掘削線5
0に沿った掘進を行っている場合には、現在の掘削位置
(第5図a)の直」部(同図b)に施工データが存在す
る。そこで、斯かる場合には、メモリ50に格納されて
いる施]−1データのうち、面子位置すの施工データを
読み出す(ステップ170)。イして、設定荷重分布演
算器46にで、土圧ベクトルによる目標の修止係数にと
、地盤変位特性による分布荷重の修正角度Δαとを、現
在地と直l1部の値に本み伺けをし、で新たな修正係数
および荷I分布修j1−角度△α2し2で求めるJ、・
)に15でいる(ステップ〕80)。 ずなわぢ、現在地にお1ノる土圧ベクトルによる11標
修止係数をK Ilmとシ7.メモリ50から読み出さ
れた直上部の目標修■係数をKnbと[5た場合、2回
目以降の]l]標修正係数Kを、 K=A−Kfi、+B−KIlb  ・・・・・・(7
)として求め、同様に、地盤変位特性による現在地のピ
ッチング角αの修正角度をΔαJ二、読み出された直」
゛、部の修正角度をΔα、とし、た場合、2同1−1以
降の修正分布角度Δαを、 Δα;A・Δα、+B・Δα、・・・・・・(8)とし
7て求めるようにし、でいる。但1、A+B=1である
。 このような処理は当然ながら水平方向についても行う。 このようにし5て、スパイラル掘削線50の2回目の周
回掘進からは、設定荷重分布演算器46にで、上記(7
)、(8)式に基づいた[」標修正係数にと、修正角度
Δαを算出し2、これを推進ジヤツキ]6の制御器48
に出力し5て圧力制御あるいはストローク制御を行、っ
で、掘削作業を実施させるのである(ステップ19Q)
。 ところで、ト記(7)、(8)式における重み旬けの値
A、Bは次のように設定する。現在地の地盤の土質が直
上部および直前部の土質と同等である場合には、A=B
 =0.5あるいはB > Aとし、シールド掘削機が
断層の通過などにより、現在地の1−質と直前部の土質
が変動l、また場合、直前のデータを利用省るよりは同
等の土質によってp出された直上部の施」ニブ−9−夕
を利用しなければならない。 このときはA、=OSB=1と(7て設定するのである
。このような−↑−質の判定は貫入試験なとにより実施
し2、予め設定した対応表などにより自動判定させ、所
定の重み旬けをなすようにすることによって、これらの
処、理の自動化を図ることができる。 このように本実施例によれば、シールド掘削機をスパイ
ラル掘削線50に沿・)で掘進させる際に、土圧ベクト
ルによる機械の流れの補止や地盤安(☆特性による荷重
分布の修止のための施」−1データを、直に部あるいは
その近傍の同等上質の族1′、″Tξ−夕を利用し、5
て方向制御を行うことができるので、逐一目標の修正や
荷重分布の修■−を行わなくてもよくなり、設定されで
いるスパイラル掘削線からズl、・が発生(またりする
等、地盤の土質の変化があった場合のみ、現時点での目
標地の修j1−演算や荷重分布の修正演算をt)・)よ
うにでき、作業効率を大幅に改善することができる。 【発明の効果】 以上説明したように、本発明によれば、スパイラル線に
沿わせてシールド゛掘削機を掘進させるに際(7て、土
質の特性に起因するシールド掘削機の流れや、目標値に
向けで掘削する際の荷重分布を適正に与えて正確な方向
制御をfiなわせるとともに、掘進力向に断層が存在す
る等の極端な上質特性の変化箇所か存在している場合で
あっても、高い精度で方向制御を行なわせることのでき
るシールド掘削機の自動方向制御方法とすることができ
る。
[,2.Here, the calculation based on the above equation (6) is performed. The set load distribution calculator 46 also includes a corrected target value calculator 4 based on the upper pressure vector.
The target value was revised taking into account the fact that the signal from 0 is also human power and the excavator flow. 2, which calculates the load distribution. 2.The output of the set load distribution calculator 46 is outputted to the controller 48 of the propulsion shirt 16, and the propulsion pressure based on the output signal and the J and TF quaternary jacks for the stroke 1 are determined. Adjust 16-? (Snap 160). The shield excavator is made to excavate along the excavation J1 drawing line set in this way based on the construction data for directional control, but as shown in Fig.
When the purpose is to create a large-scale cavity 50, the spiral excavation line 50 set along the outer surface of the cavity 50 is used as the excavation line to form an outer shell surrounding the cavity 50. . Since the shield excavator excavates circularly along the spiral excavation line 50 (1, hoop-), the second and subsequent excavations will be carried out in the circumferential spiral excavation line 50□-1 of the face section.
In many cases, excavation is carried out in the same geological strata. Therefore,
The present invention aims to correct the deviation in the excavation direction due to the flow and displacement characteristics of the excavator due to the influence of the soil quality.
.. The construction data for directional control is the construction data used in a part of the spiral excavation line 50ゎ-1. For this reason, the direction control device is located at tFj position sensor-IJ-3.
0 and the position data of the direction angle sensor 32 are input manually.
The setting values of 6 can be memorized and stored, and the past excavation construction data can be sequentially manually read out. , the set load distribution calculator 46 determines that the current position of the shield excavator is the direct part, and the previous spiral excavation line 50.1 is 1.l.
Check whether there is any construction data (step 160).
), if there is no construction data, calculate (2, ta) - data with the swift 140 (apply the propulsion shirt - 1:16 pressure control?] and propel it (step 1).
90), the load distribution on the propulsion jack 16 is measured and the same operation is repeated. Spiral drilling line 5 for second and subsequent times by Sealed excavator
When excavation is carried out along 0, the construction data exists in the straight section (b in the same figure) of the current excavation position (a in Fig. 5). Therefore, in such a case, the construction data at the face position is read out of the construction data stored in the memory 50 (step 170). Then, use the set load distribution calculator 46 to find the target correction coefficient based on the earth pressure vector and the correction angle Δα of the distributed load based on the ground displacement characteristics, based on the values of the current location and the straight line 1. Then, use the new correction coefficient and load I distribution modification j1 - angle △α2 and calculate J, ・
) at 15 (step] 80). Zunawaji, calculate the 11-point correction coefficient based on the earth pressure vector at the current location. If the target correction coefficient immediately above read from the memory 50 is Knb and [5, then the second and subsequent] target correction coefficient K is K=A-Kfi, +B-KIlb... (7
), and similarly, the correction angle of the pitching angle α at the current location based on the ground displacement characteristics is calculated as ΔαJ2, and the readout angle is ΔαJ2.
If the correction angle of ゛ is Δα, then the correction distribution angle Δα after 2-1-1 is calculated as Δα; A・Δα, +B・Δα, (8) and 7. Do and be. However, 1, A+B=1. Naturally, such processing is also performed in the horizontal direction. In this way, from the second circular excavation of the spiral excavation line 50, the set load distribution calculator 46 receives
), the controller 48 calculates the correction angle Δα based on the equation (8), calculates the correction angle Δα, and uses this as the propulsion jack] 6.
The output is output to 5 to perform pressure control or stroke control, and then excavation work is carried out (step 19Q).
. By the way, the weighting values A and B in equations (7) and (8) are set as follows. If the soil quality of the ground at the current location is the same as the soil quality directly above and immediately before, A=B
= 0.5 or B > A, and if the shield excavator passes through a fault, the soil quality at the current location and the soil quality in the immediate area change l, then it is better to use the same soil quality than to use and omit the previous data. You must use the 9-inch nib directly above the exposed position. In this case, A,=OSB=1 and (7) are set.This kind of -↑- quality judgment is carried out by a penetration test2, and it is automatically judged by a preset correspondence table, etc., and the specified By making the weights even, it is possible to automate these processes.As described above, according to this embodiment, when the shield excavator excavates along the spiral excavation line 50, In order to compensate for the flow of the machine by the earth pressure vector and to stabilize the ground (☆measures for modifying the load distribution according to the characteristics)-1 data, directly calculate the - Taking advantage of the evening, 5
Since direction control can be performed using Only when there is a change in the soil quality, the current target location can be corrected and the load distribution corrected as in t).), and work efficiency can be greatly improved. Effects of the Invention As explained above, according to the present invention, when a shield excavator excavates along a spiral line (7), the flow of the shield excavator due to soil characteristics and the target In addition to appropriately giving the load distribution when excavating toward the value to achieve accurate directional control, it is also possible to prevent extreme changes in quality characteristics, such as the presence of faults in the direction of the excavation force. According to the present invention, it is possible to provide an automatic direction control method for a shield excavator, which allows direction control to be performed with high precision.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図はシール[・掘削機の自動方向制御装置のブロッ
ク図、第2図は方向制御のための)D −ヂャート、第
23図はシールド掘削機の手圧ベク)・ルによる流れの
説明図、第4図(、を推進荷重分布の算出方法の説明図
、第5図はシールド掘削機苓スバ・イラル掘削線に沿っ
て掘進させでいる説明図“ζ・ある、1
Figure 1 is a block diagram of the automatic directional control device of the excavator, Figure 2 is a block diagram of the automatic direction control device for the excavator, Figure 2 is a diagram of the automatic direction control system for the excavator, Figure 23 is the manual pressure vector of the shield excavator, and explanation of the flow. Figure 4 is an explanatory diagram of the method for calculating the propulsion load distribution, and Figure 5 is an explanatory diagram of the shield excavator excavating along the Rei Suba Ilar excavation line.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1)、シールド掘削機をスパイラル線に沿って曲線掘進
させるに際し、切羽側から掘削機前面に作用する土圧ベ
クトルに起因する掘削機の流れを加味した掘進目標の修
正を行なうとともに、前面地盤の変位特性による推進ジ
ャッキの予測荷重分布を算出しつつ掘進する施工データ
を記憶しておき、少なくとも一回の周回掘削完了後の周
回掘削時に直上部近傍の施工データを読み出し、このデ
ータによる掘削を行なわせることを特徴とするシールド
掘削機の自動方向制御方法。 2)、シールド掘削機をスパイラル線に沿って曲線掘進
させるに際し、切羽側から掘削機前面に作用する土圧ベ
クトルに起因する掘削機の流れを加味した掘進目標の修
正を行なうとともに、前面地盤の変位特性による推進ジ
ャッキの予測荷重分布を算出しつつ掘進する施工データ
を記憶しておき、直前の施工データを読み出すとともに
、少なくとも一回の周回掘削完了後の周回掘削時に直上
部近傍の施工データを読み出し、両施工データに重み付
けを行なって次の掘削データに利用することにより掘削
を行なわせることを特徴とするシールド掘削機の自動方
向制御方法。
[Claims] 1) When a shield excavator excavates in a curve along a spiral line, the excavation target is modified by taking into account the flow of the excavator caused by the earth pressure vector acting on the front surface of the excavator from the face side. At the same time, the construction data for excavation is stored while calculating the predicted load distribution of the propulsion jack based on the displacement characteristics of the front ground, and the construction data in the immediate vicinity of the upper part is read out during the circular excavation after the completion of at least one circular excavation. An automatic direction control method for a shield excavator, characterized by causing excavation to be performed based on this data. 2) When making a shield excavator make a curved excavation along a spiral line, the excavation target is modified to take into account the flow of the excavator caused by the earth pressure vector acting on the front of the excavator from the face side, and the The construction data for excavation is stored while calculating the predicted load distribution of the propulsion jack based on the displacement characteristics, the immediately previous construction data is read out, and the construction data near the immediate upper part is read out during circular excavation after at least one circular excavation is completed. An automatic direction control method for a shield excavator, characterized in that reading and weighting both construction data and using the data for the next excavation data to cause excavation to be performed.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101788406A (en) * 2010-03-31 2010-07-28 上海交通大学 Device for testing force transmission characteristics of tunnellers
CN115788477A (en) * 2023-02-06 2023-03-14 太原理工大学 Self-adaptive cutting control system and method for heading machine

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