JPH0492083A - Directional control method of tunnel excavator - Google Patents

Directional control method of tunnel excavator

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JPH0492083A
JPH0492083A JP20733990A JP20733990A JPH0492083A JP H0492083 A JPH0492083 A JP H0492083A JP 20733990 A JP20733990 A JP 20733990A JP 20733990 A JP20733990 A JP 20733990A JP H0492083 A JPH0492083 A JP H0492083A
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JP
Japan
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excavator
displacement
cutter head
load
main body
Prior art date
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Application number
JP20733990A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Fukuhara
聡 福原
Tadayuki Hanamoto
忠幸 花本
Shigeru Harada
茂 原田
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Komatsu Ltd
Original Assignee
Komatsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To enable directional control corresponding to the soil by detecting a load for a plurality of grippers provided in the circumferential direction of the side of an excavator, and obtaining the relationship of the displacement of the excavator to driving force to obtain an advancement direction of the excavator. CONSTITUTION:In a displacement characteristic operating section 56, the relationship of the displacement of a cutter head 16 to the soil in front of the cutter head 16 is obtained from a distribution state of the soil of a bedrock 17 in front of the cutter head 16 obtained by a signal treatment device 26, a load acted on grippers 28a-28m detected by load detection sensors 30a-30m, the size and direction of general driving force derived from the distribution of pushing force of thrust jacks 36a-36n detected by force sendors 38a-38n and the displacement of the cutter head 16 obtained by a displacement operating section 54. In an advancement direction operating section 58, the displacement of the cutter head 16 when it is driven forward by the present driving force is anticipated from the relationship and position of the cutter head 16 obtained by a head position operating section 52.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野] 本発明は、地中を掘削するトンネル掘削機に係り、特に
カッタヘッドを複数のジヤツキによって前進させて掘進
方向の制御を行うトンネル掘削機の方向制御力法に関す
る。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Industrial Application] The present invention relates to a tunnel excavating machine that excavates underground, and particularly to a tunnel excavating machine that advances a cutter head using a plurality of jacks to control the direction of excavation. Concerning directional control force method.

(従来の技術) トンネル掘削機は、一般に円筒状の本体の前向に、複数
のカッタビットを取り(1けたカッタヘッドを有し、ζ
おり、このカッタヘッドなモ・−夕によって回転させる
とともに、本体の周方向に配置した複数のジヤツキによ
ってカッター\シトを前進させて地山を掘削し、掘削し
た土砂をスクリエーコンベヤ等を用いて掘削機の後方に
搬出するようにしている。また、曲線節I、蛇行修正等
の掘削機の方向制御は、本体の周方向に配設した複数の
ジヤツキを選択して駆動することにより行っている。
(Prior Art) A tunnel excavator generally has a cylindrical main body with a plurality of cutter bits (having a single-digit cutter head, ζ
The cutter head is rotated by the motor, and the cutter is moved forward by multiple jacks arranged in the circumferential direction of the main body to excavate the ground, and the excavated earth and sand is conveyed using a scree conveyor, etc. The material is transported to the rear of the excavator. Further, directional control of the excavator such as curve node I and meandering correction is performed by selecting and driving a plurality of jacks arranged in the circumferential direction of the main body.

そして、従来の方向制御は、トランシット等による坑内
測量やレーザ光をトンネル計画線に沿−ンで照射し、掘
削機に取り付けたターゲット上の光点を読み取ること等
によりトンネル掘削機の位置、すなわちトンネル掘削機
のトンネル計画線からのズレを求め、掘削機の進行方向
が予定りまた方向とズしてくると、オペレータが経験に
基づいて、駆動させるジヤツキを適宜に選択して方向の
修正を行っていた。
Conventional direction control is achieved by measuring the tunnel excavation machine's position using a transit system, emitting laser light along the tunnel planning line, and reading the light spot on a target attached to the excavator. The operator determines the deviation of the tunnel excavator from the tunnel planned line, and if the excavator's direction of travel deviates from the planned direction, the operator selects the jack to be driven as appropriate based on experience and corrects the direction. I was going.

また、近年は、トンネルの曲線部を掘削づる場合、本体
を軸心方向に複数に分割して屈曲可能に接続したアーテ
ィキュレート型トンネル掘削機が用いられている。そし
て、曲線部を掘削する場合2分割し7た本体の屈曲角度
をジヤツキによって変化させるとともに、方向制御を図
るため、本体側部に設けたグリッパを掘削した壁面に接
触させながら掘進することが行われている(例えば、特
開平1−315600号公報)。
Furthermore, in recent years, when excavating a curved portion of a tunnel, an articulated tunnel excavator is used, in which the main body is divided into a plurality of parts in the axial direction and connected in a bendable manner. When excavating a curved section, the bending angle of the main body, which is divided into two parts, is changed by jacking, and in order to control the direction, excavation is carried out while the gripper provided on the side of the main body is in contact with the excavated wall surface. (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 1-315600).

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

上記の如〈従来のトンネル掘削機の方向制御は、1オペ
レータの経験に基づいて駆動するジヤツキを選択して行
っているため、充分な掘進精度が得られない、また、従
来の方向制御は、各ジヤツキの押し力を調整するのでは
なく、各ジャ・ツキを駆動さゼるかさゼないかの2値的
な制w5によっていた。
As mentioned above, the direction control of conventional tunnel excavators is performed by selecting the jack to be driven based on the experience of one operator, so sufficient excavation accuracy cannot be obtained. Instead of adjusting the pushing force of each jack, a binary control w5 was used to determine whether each jack was driven, up, down, or not.

すなわち、例えばトンネル掘削機を1゛向操する場合、
本体横断面の下側半分のジャ・ツキのみを駆動し、上側
半分のジヤツキは駆動さセないよ・うにしているため、
方向制御が困難で、掘進精度も低下する。
That is, for example, when steering a tunnel excavator by 1 degree,
Only the jacks on the lower half of the cross section of the main body are driven, and the jacks on the upper half are not driven.
Direction control is difficult and excavation accuracy is reduced.

また、トンネル掘削機は、掘進する際ニ前方の土質によ
って掘削抵抗の状態が異なり、いわゆる掘削機が流され
て掘削方向がズしてくる。ところが、従来の掘削機の方
向制御においては、このようなカッタヘッドの前方の土
質の影響を考オしていないため、方向制御の精度、掘削
精度を低下さセる要因となっていた。
Further, when a tunnel excavator excavates, the state of excavation resistance varies depending on the soil quality in front of the excavator, so that the excavator is swept away and the excavation direction shifts. However, in the direction control of conventional excavators, the influence of the soil quality in front of the cutter head is not considered, which is a factor that reduces the accuracy of direction control and excavation accuracy.

本発明は、前記従来技術の欠点を解消づ−るためになさ
れたもので、掘削機前方のi質に応した方向制御が行え
、掘進精度を向上することができるトンネル掘削機の方
向制御力法を提供することを目的としている。
The present invention has been made to eliminate the drawbacks of the prior art, and is capable of controlling the direction of a tunnel excavator in accordance with the quality of the front of the excavator, thereby improving the excavation accuracy. The purpose is to provide law.

(課題を解決するための手段) 上記の目的を達成するために、本発明に係るトンネル掘
削機の方向制御力法は、掘削機側部の周方向に設けた複
数のグリッパのそれぞれのft荷を検出するとともに、
推進力に対する掘削機の変位と前記検出したグリッパの
負荷との相関を求め、推進力に対する掘削機の変位を予
測し、この予測された変位に基づいて掘削機の進行方向
を求めることを特徴としている。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the directional control force method for a tunnel excavator according to the present invention provides a ft load of each of a plurality of grippers provided in the circumferential direction on the side of the excavator. In addition to detecting
The present invention is characterized by determining the correlation between the displacement of the excavator relative to the propulsive force and the detected load on the gripper, predicting the displacement of the excavator relative to the propulsive force, and determining the traveling direction of the excavator based on this predicted displacement. There is.

変位の予測は、地中レーダにより検知した掘削機前方の
土質を加味することが望ましい。
When predicting displacement, it is desirable to take into account the soil quality in front of the excavator detected by underground radar.

〔作用] 上記の如く構成した本発明は、地中レーダによって掘削
機前方の土質を把握するとともに、掘削機の変位とグリ
ッパの負荷との相関を求める。すなわち、掘削機は、グ
リッパの負荷が小ざい方向に曲がる傾向があるため、グ
リッパの負荷を検出して、掘削機前方の土質が掘削機を
どの方向にどの程度曲げるかを予測する。そして、この
予測し7た変位を考慮して掘削機の進行方向を定め、掘
削機が予め定めた目標に向かうように制御する。従って
、掘削機前方の土質を考慮した方向制御が行え、掘削機
の方向制御の精度が向上し、掘進精度を高めることがで
きる。
[Operation] The present invention configured as described above uses an underground radar to ascertain the soil quality in front of the excavator, and also determines the correlation between the displacement of the excavator and the load on the gripper. That is, since the excavator tends to bend in a direction where the load on the gripper is small, the load on the gripper is detected to predict in which direction and by how much the soil in front of the excavator will bend the excavator. Then, the direction of travel of the excavator is determined in consideration of this predicted displacement, and the excavator is controlled to move toward a predetermined target. Therefore, directional control can be performed in consideration of the soil quality in front of the excavator, and the accuracy of directional control of the excavator can be improved, and the accuracy of excavation can be increased.

しかも、オペレータの経験に基づく操作を必要とせず、
リアルタイムな方向制御が行え、より正確な方向制御が
可能となる。
Moreover, it does not require any operations based on the operator's experience.
Real-time direction control is possible, making more accurate direction control possible.

なお、地中レーダを用いて掘削機前方の土質検知し、こ
の地中レーダによるデータを加味して掘削機の変位を予
測すれば、方向制御の精度をより向上することができる
Note that the accuracy of directional control can be further improved by detecting the soil quality in front of the excavator using an underground radar and predicting the displacement of the excavator by taking into account the data from this underground radar.

〔実施例〕〔Example〕

本発明に係るトンネル掘削機の方向制御方法の好ましい
実施例を、添付図面に従って詳説する。
A preferred embodiment of the direction control method for a tunnel excavator according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1図は、本発明に係る方向制御力法が適用されるトン
ネル掘削機の説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a tunnel excavator to which the directional control force method according to the present invention is applied.

第1図において、トンネル掘削機10は、本体が円筒状
に形成してあり、例えば前部本体12と後部本体14と
のように軸方向に複数に分割しであるとともに、前部本
体12と後部本体14とが屈曲可能に、かつ伸縮可能に
連結しである。
In FIG. 1, a tunnel excavator 10 has a cylindrical main body, and is divided into a plurality of parts in the axial direction, for example, a front main body 12 and a rear main body 14. It is connected to the rear main body 14 in a bendable and expandable manner.

前部本体12の前端には、カッタへ・ンド16が回転可
能に設けである。このカッタヘッド16の前面には、図
示しない複数のカッタビットが装着してあって、モータ
によってカッタヘッド16を回転させることにより、前
方の地山17を掘削できるようにしである。そして、カ
ッター・ラド]6の前面には、例えばループニフイルか
らなる送(3アンテナ18と受信アンテナ20との複数
対(例えば、周方向に4対を等間隔に)が設けである。
A cutter head 16 is rotatably provided at the front end of the front body 12. A plurality of cutter bits (not shown) are attached to the front surface of the cutter head 16, and by rotating the cutter head 16 with a motor, the ground 17 in front can be excavated. A plurality of pairs (for example, four pairs equally spaced in the circumferential direction) of a transmitter antenna 18 and a receiver antenna 20 are provided on the front surface of the cutter rod 6, for example.

これらの送信アンテナ18と受信アンテナ20とは、地
中レーダを構成しこおり、それぞれ送信機22、受信機
24に接続しである。そして、受信機24の出力信号は
、信号処理装置26に大力するようになっており、信号
処理装置11tf26が受信機24の出力信号に基づい
て、カッタヘッド16前力の地山17の状態(土質や断
層の有無等)を検知するようにしである。
These transmitting antenna 18 and receiving antenna 20 constitute an underground radar and are connected to a transmitter 22 and a receiver 24, respectively. Then, the output signal of the receiver 24 is sent to a signal processing device 26, and the signal processing device 11tf26 determines the state of the ground 17 in front of the cutter head 16 based on the output signal of the receiver 24. It is designed to detect soil quality, presence of faults, etc.).

一方、前部本体12の側部には、周方向に複数のグリッ
パ28a〜28mが設けである。各グリッパ28a〜2
8rnは、シリンダ(図示せず)によって半径方向に進
退できるようになっており、後部本体14を推進すると
きに、前部本体12の側面から突出さセられて掘削した
壁面に押し、付りられ、前部本体12を固定する6そし
て、グリ・ツバ28.4〜28mの先端部は、ローラに
よ、・、て構成されており、ごのローラを周囲の地山に
接触させた状態でカッタヘッド16を前進させることが
できるようにしである。また、各グリッパ28a〜28
 rr+のシリンダには、油圧センサ等の負荷検出セン
サ30a〜30mが設けてあり、グリッパ28a〜28
mが地山がら受ける負荷を検出できるようにしである。
On the other hand, a plurality of grippers 28a to 28m are provided on the side of the front main body 12 in the circumferential direction. Each gripper 28a-2
8rn is configured to move forward and backward in the radial direction by a cylinder (not shown), and when propelling the rear body 14, it protrudes from the side of the front body 12, pushes it against the excavated wall surface, and attaches to it. 6, which fixes the front main body 12, and the tip of the rib 28.4 to 28m is constituted by a roller, and the roller is in contact with the surrounding ground. This allows the cutter head 16 to move forward. In addition, each gripper 28a to 28
The cylinder of rr+ is provided with load detection sensors 30a to 30m such as oil pressure sensors, and grippers 28a to 28
This is so that the load that m is subjected to from the ground can be detected.

前部本体12の内部には、位1センザとしてのレーザ測
定器32、傾斜計34などが設けてあり、。
Inside the front main body 12, a laser measuring device 32 as a position sensor, an inclinometer 34, etc. are provided.

前部本体12の基準点に対する位1、ローリングやビソ
ヂング等を検出できるようになっている。
It is possible to detect the position of the front main body 12 with respect to the reference point, rolling, biasing, etc.

前部本体12と後部本体14との間には、複数のスラス
トジヤツキ36a〜36nが設けである。
A plurality of thrust jacks 36a to 36n are provided between the front main body 12 and the rear main body 14.

これらのスラストジヤツキ36a〜・36nは、複動型
の油圧シリンダからなり、本体の周方向に配置してあっ
て、ジヤツキコントローラ40を介L7て油圧ポンプか
ら作動油を受け、前部本体12に押し力f1〜f7を作
用させ′ζカッタヘッド16を前進さセる。そして、各
スジストジャツー36a〜36nには、油圧センサ等の
カセンザ38a〜38I〕が設けであり、各スラストジ
ヤツキ36a〜36nの押し、力f、へ−f、を検出し
て演冥制御器50に入力する。
These thrust jacks 36a to 36n are comprised of double-acting hydraulic cylinders, are arranged in the circumferential direction of the main body, receive hydraulic oil from the hydraulic pump via the jack controller 40 via L7, and are connected to the front main body. Pushing forces f1 to f7 are applied to 12 to move the 'ζ cutter head 16 forward. Each of the thrust jacks 36a to 36n is provided with a force sensor 38a to 38I, such as a hydraulic sensor, which detects the push, force f, and force f of each thrust jack 36a to 36n, and controls the motion controller 50. Enter.

演算制御器50は、位1センヅであるレーザ測定器32
と傾斜計34との検出信号が入力するー・ラド位置演算
部52、ヘッド位置波ρ6部52の出力イε号を受ける
変位演算部54、負荷検出センサ30a〜・30n1と
カセンザ38a〜38nとの検出信号が入力するととも
に、信号処理装置26ど変位演算部54との出力信号が
入力する変位特性演算部56、この変位特性演算部56
とヘッド位置演算部52との出力信号が入力する進行方
向演算部58、進行方向演算部58の出力側に接続され
、各スラストジヤツキ36a〜36nの押し力を求め7
制御体号をジヤツキコントローラ40に出力する推進力
演算部60とから構成し′ζある。
The arithmetic controller 50 has a laser measuring device 32 of approximately 1 centimeter.
Detection signals from the inclinometer 34 are input to the Rad position calculation section 52, the displacement calculation section 54 receives the output ε of the head position wave ρ6 section 52, the load detection sensors 30a to 30n1 and the Kasenzas 38a to 38n. A displacement characteristic calculation unit 56 to which the detection signal of the signal processing device 26 and the output signal from the displacement calculation unit 54 is input;
A traveling direction calculating section 58 receives the output signals from the head position calculating section 52 and is connected to the output side of the traveling direction calculating section 58, and calculates the pushing force of each thrust jack 36a to 36n.
It consists of a propulsive force calculation section 60 that outputs a control body number to the jack controller 40.

なお、第1図に示した符号42a〜42 n ハ、後部
本体14に設けたグリッパであって、図示しないシリン
ダによって後部本体14の半径方向に進退可能に設けら
れ、カッタヘッド16を推進する際に、矢印44のよう
に後部本体14から突出さゼられ、後部本体14を固定
する。
Note that reference numerals 42a to 42n shown in FIG. Then, it protrudes from the rear main body 14 as indicated by an arrow 44, and fixes the rear main body 14.

上記の如く構成した掘削機の方向制御は、次のようにし
7て行われる。
Directional control of the excavator configured as described above is performed as follows.

カッター・ラド16は、図示しない駆動モータによって
回転させられる。また、ジヤツキ、Jント口−ラ40に
ば、各スラストジヤツキ36a〜・36nの初期押し力
が得られるよ・)に、油圧ポンプから各スジストジャツ
ー’l’36a−36nに供給する作動油の圧力が設定
される。そして、各スラストジヤツキ36a〜36nは
、ジヤツキコントローラ40に設定された圧力の作動油
を油圧ポンプから受け、前部本体12を介してカッタ・
・・ラド16を前進させる。この各スラストジヤツキ3
6a−36nの押し力は、カセン−’+38a 〜38
nによって検出され、演算制御器50の変位特性演算部
56に送られる。
The cutter rad 16 is rotated by a drive motor (not shown). In addition, the initial pushing force of each thrust jack 36a to 36n can be obtained from the jack and jack port 40), and the hydraulic oil supplied from the hydraulic pump to each thrust jack 36a to 36n. Pressure is set. Each of the thrust jacks 36a to 36n receives hydraulic oil at a pressure set in the jack controller 40 from a hydraulic pump, and receives hydraulic oil from a hydraulic pump through the front main body 12.
...Move RAD 16 forward. This thrust jack 3
The pushing force of 6a-36n is Kasen-'+38a ~ 38
n is detected and sent to the displacement characteristic calculation unit 56 of the calculation controller 50.

一方、前部本体12に設けたグリッパ28f1〜・28
rriは、前部本体12から突出させられて、周囲の地
山に接触している。そして、各グリッパ28aへ28m
に設けた負荷検出センサ30a”・30 mは、各グリ
ッパ28a〜・28mが地山がら受ける力(負荷)を検
出して変位特性演算部56に入力づる。
On the other hand, grippers 28f1 to 28 provided on the front main body 12
The rri is made to protrude from the front main body 12 and is in contact with the surrounding ground. Then, 28m to each gripper 28a.
The load detection sensors 30a'' and 30m provided in the grippers 28a to 28m detect the force (load) that each gripper 28a to 28m receives from the ground and input it to the displacement characteristic calculation section 56.

地中レーダを構成し7ている送信゛アンテナ】8は、送
信1!22が発住した所定周波数のパルス状電波を、カ
ッター・ノド16前方の地山17に発射4る。
A transmitting antenna 8 constituting the underground radar emits pulsed radio waves of a predetermined frequency emitted by the transmitter 1!22 to the ground 17 in front of the cutter throat 16.

受信アンテナ20は、送信アンテナ18が発射した電波
の地山17から反射してきた電波(エコー)を受け、受
信1!24に送る。受fg機24は、受信アンテナ18
が受けた電波の強度に比例し7た(8号を信号処理装置
26に送る。この信号処理装置26は、受信機24から
の信号を解析し、カッタ・\ラド16の地山17の土質
の状態(例えば砂礫層か粘土層か、または断層が存在す
るか等)、土質の分布を求め、演算制御器50の変位特
性演算部56に入力する。
The receiving antenna 20 receives radio waves (echoes) reflected from the ground 17 of the radio waves emitted by the transmitting antenna 18, and sends them to the receiver 1!24. The fg receiver 24 has a receiving antenna 18
is proportional to the strength of the radio waves received by the receiver and sends it to the signal processing device 26. This signal processing device 26 analyzes the signal from the receiver 24 and determines the soil quality of the ground 17 of Katta / Rad 16. (for example, whether it is a gravel layer, a clay layer, or whether there is a fault) and the distribution of the soil quality are determined and input to the displacement characteristic calculation unit 56 of the calculation controller 50.

位rセンサとり、てのレーザ測定器32には、後部本体
14側からレーザ光が照射され、前部本体12の基準点
に対する相対位置を求めで・\ラド位置演算部52に入
力する。そして、ヘッド位i演′11.部52は、傾斜
計34の出力信号から前部本体】2のピッチング、ロー
リング、ヨー・インクを求めるとともに、傾斜耐34と
レーザ測定器32との出力イE月かうカッタヘッド16
の中心位1イ演算し、メモリ(開示セず)に格納(ると
ともに、変位演算部54と進行方向演算部58とに送出
する。変位演算部54は、ヘット′位置演算部52の演
算結果を受け、この演算結果を−・2)ご位置演算部5
2が求めた前回のカッタヘッド16の位置、またはメモ
リ54が記憶している基準点に対する変位を求めて変位
特性演算部56に入力する。
A laser beam is irradiated from the rear body 14 side to the laser measuring device 32 including the position r sensor, and the relative position of the front body 12 with respect to the reference point is determined and inputted to the rad position calculation section 52. And head position i performance '11. The section 52 calculates the pitching, rolling, yaw, and ink of the front main body 2 from the output signal of the inclinometer 34, and also calculates the output of the inclinometer 34 and the laser measuring device 32 from the cutter head 16.
The center position 1 is calculated, stored in a memory (not disclosed), and sent to the displacement calculation section 54 and the traveling direction calculation section 58.The displacement calculation section 54 calculates the calculation result of the head' position calculation section 52. 2) Position calculation unit 5
The previous position of the cutter head 16 determined by No. 2 or the displacement relative to the reference point stored in the memory 54 is determined and input to the displacement characteristic calculation section 56.

変位特性演算部56は、信号処理装置26が求めたカッ
タヘッド16前方の他山】7の土質の分布状態と、7負
荷検出センサ30a−・30mが検出した各グリッパ2
8a〜28rnに作用ブる11. # 。
The displacement characteristic calculation unit 56 calculates the distribution state of the soil texture of the other mountain in front of the cutter head 16 obtained by the signal processing device 26 and the grippers 2 detected by the load detection sensors 30a-30m.
11. Acts on 8a-28rn. #.

力センサ38a〜・38nが検出し、た各スラストジヤ
ツキ36a〜36nの押し力の分布から得られる総推進
力の大きさ、その方向、および変位演算部b4が求めた
カンタヘッド16の変位とから、カッタヘッド16の前
方の土質に対プるカッタ・\ッ)’ 16の変位の関係
を求め、進行方向演算部I58に送る。
The magnitude and direction of the total propulsive force detected by the force sensors 38a to 38n and obtained from the distribution of the pushing force of each thrust jack 36a to 36n, and the displacement of the canterhead 16 determined by the displacement calculation unit b4. From this, the relationship between the displacement of the cutter 16 relative to the soil quality in front of the cutter head 16 is determined and sent to the advancing direction calculation unit I58.

進行方向演算部58は、変位特性演算部5〔;が求めた
力・ンター・ラド1Gの変位とカッタヘン1′16前方
の土質との相関と、ヘッド位置演算部Fi 2が求めた
カンタ・\ラド16の位置とから、現在の推進力により
カッター\ツド16をti進した時のカッタヘッド16
の変位を予測し、予測した変位を力2タヘッド16が進
むべき目標位置とを比較する。そして、進行方向演算部
58は、ヘッド位置演算部52が求めたカッタヘッド1
6の現在位置から、予測変位を考慮してカッタヘッド1
6が目標位置に達するようなカッタヘッド16を進める
べき方向を演算し、推進力演算部60に出力する。
The advancing direction calculating section 58 calculates the correlation between the displacement of force/inter rad 1G obtained by the displacement characteristic calculating section 5 [; The cutter head 16 when the cutter\end 16 is advanced by the current propulsion force from the position of the radius 16.
The predicted displacement is compared with the target position to which the force head 16 should move. Then, the advancing direction calculation unit 58 calculates the cutter head 1 calculated by the head position calculation unit 52.
From the current position of cutter head 6, the cutter head 1 is moved considering the predicted displacement.
The direction in which the cutter head 16 should be advanced so that the cutter head 6 reaches the target position is calculated and outputted to the propulsive force calculation section 60.

すなわち、いまカッタヘッド16を直進さセる押しカバ
ターンに基づいてスラストジヤツキ363〜36nが駆
動され、カッタヘッド16が第1図の2点鎖線に示した
位置から実線に示した位1に変位したとする。このとき
、前部本体12のJ側のグリッパの負荷が下側のグリッ
パの負荷より大きく、また地中レーダの検出り、たカッ
タヘッド1 fliの前ツノの地山17の土質の分II
iが、前部本体12の下方側が1カ側より軟らかい場合
には、掘削機は下方に変位しやすいため、進行方向演算
部58はこれを考慮したカッタヘッド16の進行方向を
求め、推進力演算部60に出力する。
That is, the thrust jacks 363 to 36n are driven based on the push cover turn that causes the cutter head 16 to move straight, and the cutter head 16 is displaced from the position shown by the two-dot chain line in FIG. 1 to the position 1 shown by the solid line. Suppose we did. At this time, the load on the gripper on the J side of the front main body 12 is greater than the load on the lower gripper, and the load on the gripper on the J side of the front main body 12 is greater than the load on the gripper on the lower side.
If i is softer on the lower side of the front body 12 than on the side 1, the excavator is likely to be displaced downward, so the traveling direction calculating section 58 calculates the traveling direction of the cutter head 16 taking this into account, and calculates the propulsion force. It is output to the calculation section 60.

推進力演算部60は、進行方向演算部58が求めたカッ
タヘッド16の進むべき方向が得られるような各スラス
トジヤツキ36a〜36nの押し力を演算し、演算結果
に基づく制御信号をジヤツキコントローラ40に送る。
The propulsive force calculation unit 60 calculates the pushing force of each thrust jack 36a to 36n so as to obtain the direction in which the cutter head 16 should move as determined by the traveling direction calculation unit 58, and outputs a control signal based on the calculation result. It is sent to the controller 40.

ジヤツキコントローラ40は、各スラストジヤツキ36
a〜・36r+が推進力演算部60の求めた押し力を得
られるように設定圧力を1整し、名スラストジ中ツキ3
6a〜36nの出力を制御する。以下、演算制御器50
は、上記と同様にしてカッタヘッド16の進行方向を制
御する。
The jack controller 40 controls each thrust jack 36.
Adjust the set pressure to 1 so that a~・36r+ can obtain the pushing force determined by the propulsive force calculation unit 60, and perform the famous thrust jakatsuki 3.
Controls the outputs of 6a to 36n. Below, the calculation controller 50
controls the direction of movement of the cutter head 16 in the same manner as described above.

このように、実施例においては、地中レーダのデータに
よって掘削機前方の土質を把握するとともに、グリッパ
の負殉の状態を求め、このグリッパの負荷の状態と、地
中レーダが求めた掘削機前方の」7質と、掘削機の変位
との相関を求め、ごれらを考慮L2″ζある推進力によ
る掘削機の:li1.旬を予測する。イして、この予測
した変位苓考慮して掘削機が目標位置に達するような掘
削機の進行方向を定め、掘削機が予め定めた目標に向か
・うようにスラストジヤツキ36a〜36nの押し力分
布を制御する。往って、掘削機前方の土負の分布8慮し
た方向制御を行うため、掘削機の方向制御の精度が向上
し、2掘進精度を高めることができる。また、実施例に
おいては、オペレータの経験に基づく制御を必要とゼす
、リアルタイムな制御が可能となる。しかも、名スラス
トシャツ#36 a〜36nの押し7カをアブログ的に
制御するため、方向制御の精度をより高めることができ
る。
In this way, in this example, the soil quality in front of the excavator is grasped using data from the underground radar, and the state of the gripper is determined, and the load state of the gripper and the excavator determined by the underground radar are Calculate the correlation between the forward quality and the displacement of the excavator, taking into consideration The driving direction of the excavator is determined so that the excavator reaches the target position, and the pushing force distribution of the thrust jacks 36a to 36n is controlled so that the excavator moves toward the predetermined target. Since directional control is performed taking into account the distribution of negative soil in front of the excavator, the accuracy of the directional control of the excavator is improved, and the excavation accuracy can be increased. Real-time control is possible without the need for control.Furthermore, since the seven pushes of the famous thrust shirts #36a to 36n are controlled in an abrasive manner, the accuracy of direction control can be further improved.

なお、後部本体I4を推進する場合には、後部本体14
のグリッパ42a〜・42rnを後部本体14内に後退
さセ、前部本体12のグリッパ28a〜28rnを周囲
の地山に強く押し2伺けて前部本体12を固定し、図示
しないアーティキュレートジヤツキによって後部本体1
4を前部本体12側に引き賽せるとともに、スラストジ
ヤツキ36a〜36nのロッドをシリンダ内に前進させ
る。
In addition, when propelling the rear main body I4, the rear main body 14
The grippers 42a to 42rn of the front body 12 are retreated into the rear body 14, and the grippers 28a to 28rn of the front body 12 are strongly pushed against the surrounding ground to fix the front body 12, and the articulated gear (not shown) is Rear body 1 by luck
4 toward the front main body 12 side, and the rods of the thrust jacks 36a to 36n are advanced into the cylinder.

前記実施例においては、変位特性演算部56が負荷検出
センt 30 a〜30mの検出したグリッパ28a〜
28rnの負荷、地中レーダの検出したカッタヘッド1
6前力の土質と変位との関係を求め、また進行方向演算
部5日がこれらの関係を考慮してカッタヘッド1Gの進
行方向を演算する場合について説明したが、地中レーダ
を省略して、グリッパ28a〜28mの負荷と変位との
関係を求め、進行方向演算部58がこの関係からカッタ
ヘッド16前方の土質を推定して負荷と変位との関係か
らカッタヘッド16の変位を予測し7、この予測した変
位を考慮したカッタヘッド16の進行方向を求めてもよ
い、また、前記実施例においでは1.前回推進したとき
の変位特性演算部56が出力L7たデータに基づいて、
進行方向演算部58がカッタヘッド16の進行方向を演
算する場合について説明したが、過去数回の推進による
データに基づいて進行方向を求めるようすると、より方
向制御の精度を向上さ干ることができる。
In the embodiment, the displacement characteristic calculation unit 56 calculates the grippers 28a to 30m detected by the load detection centers t30a to 30m.
28rn load, cutter head 1 detected by underground radar
6. We have explained the case in which the relationship between the soil quality of the front force and the displacement is calculated, and the traveling direction calculation section 5 calculates the traveling direction of the cutter head 1G by taking these relationships into account, but the underground radar has been omitted. , the relationship between the load and displacement of the grippers 28a to 28m is determined, and the advancing direction calculation unit 58 estimates the soil quality in front of the cutter head 16 from this relationship and predicts the displacement of the cutter head 16 from the relationship between the load and displacement. , the direction of movement of the cutter head 16 may be determined in consideration of this predicted displacement. Based on the data output L7 by the displacement characteristic calculation unit 56 during the previous propulsion,
Although the case where the traveling direction calculation unit 58 calculates the traveling direction of the cutter head 16 has been described, the accuracy of direction control can be further improved if the traveling direction is determined based on data from the past several propulsion times. can.

また、前記実施例においては、本体が屈曲可能なアーテ
ィキュレ−1・型掘削機につい°ζ説明したが、チーテ
ィ4ユI/−ト型でない掘削機についても適用すること
ができる。また、前記実施例においては、負荷検出セン
サ30a〜30mと力センサ38a〜3Elnとが油圧
センサからなる場合に゛フいて説明したが、これらのセ
ンサはロードセルや歪ゲージ等であってもよい、さらに
、前記実施例においては、カッタヘッド16にループコ
イルからなるアンテナを設けた場合について説明したが
、アンテナはこれに限定されず、また超音波による地中
17−ダや地上に設けた地中レーダのデータを利用して
もよい。そして、前記実施例においては、レーザ測定器
32と傾斜計34とを用いてカンタヘッド16の位置を
求める場合について説明したが、カッタヘッド16の位
置検出は、坑内測量やジャイロ、距離計等を用いてもよ
い。
Further, in the above embodiments, the description has been given of an articule 1 type excavator having a bendable main body, but the present invention can also be applied to an excavator other than a Cheety 4 unit type excavator. Further, in the above embodiment, the load detection sensors 30a to 30m and the force sensors 38a to 3Eln are oil pressure sensors, but these sensors may be load cells, strain gauges, etc. Furthermore, in the embodiment described above, the cutter head 16 is provided with an antenna consisting of a loop coil, but the antenna is not limited to this. Radar data may also be used. In the embodiment described above, the position of the cutter head 16 is determined using the laser measuring device 32 and the inclinometer 34. However, the position of the cutter head 16 can be detected using an underground survey, a gyro, a distance meter, etc. May be used.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以」−に説明したように、本発明によれば、グリッパの
i殉を検出して、負荷と掘削機の変位との関係から掘削
機前方の土質を推定して掘削機の変位を予測し、この予
測した変位を考慮して掘削機が目標位置に達するような
掘削機の進行方向を詠め、予め定めた目標に向かうよう
に押し力を制御するため、掘削機の方向制御の精度が向
上し、掘進精度を高めることができる。
As explained below, according to the present invention, the gripper failure is detected, the soil quality in front of the excavator is estimated from the relationship between the load and the excavator displacement, and the excavator displacement is predicted. This predicted displacement is taken into account to determine the direction in which the excavator will reach the target position, and the pushing force is controlled so that the excavator moves toward the predetermined target, improving the accuracy of the excavator's directional control. This can improve excavation accuracy.

そして、地中レーダによって掘削機前方の土質を検知し
、この検知した土質を加味して掘削機変位を予測すると
、方向制御の精度をより向上することができる。
Then, by detecting the soil quality in front of the excavator using an underground radar and predicting the displacement of the excavator by taking this detected soil quality into consideration, the accuracy of directional control can be further improved.

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

第1図は本発明の実施例に係る方向制御方法が適用され
るトンネル掘削機の説明図である。 10−・・−−−)ンネル掘削機、16〜・−カッタヘ
ッド、18.20.22.24−・地中レーダ(送信ア
ンテナ、受信アンテナ、送信機、受信機)、28a、2
8rn  ・−一−グリッパ、30a、30m−・−負
荷検出セン号、32−一一レーザ測定器、34・−・−
傾斜針、36a、36n ・−スラストジャ・7キ、3
8a、38n  −−一カセンサ、50 −−m−演算
制御器。
FIG. 1 is an explanatory diagram of a tunnel excavator to which a direction control method according to an embodiment of the present invention is applied. 10-...---) Tunnel excavator, 16--Cutter head, 18.20.22.24--Underground radar (transmitting antenna, receiving antenna, transmitter, receiver), 28a, 2
8rn ・-1-Gripper, 30a, 30m--Load detection sensor number, 32-11 Laser measuring instrument, 34.--
Inclined needle, 36a, 36n - Thrust needle 7ki, 3
8a, 38n--one sensor, 50--m-arithmetic controller.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)掘削機側部の周方向に設けた複数のグリッパのそ
れぞれの負荷を検出するとともに、推進力に対する掘削
機の変位と前記検出したグリッパの負荷との相関を求め
、推進力に対する掘削機の変位を予測し、この予測され
た変位に基づいて掘削機の進行方向を求めることを特徴
とするトンネル掘削機の方向制御方法。
(1) Detect the load on each of the plurality of grippers provided in the circumferential direction on the side of the excavator, and find the correlation between the displacement of the excavator relative to the propulsive force and the detected load on the gripper, and 1. A direction control method for a tunnel excavator, comprising predicting the displacement of the excavator and determining the traveling direction of the excavator based on the predicted displacement.
(2)前記変位の予測は、地中レーダにより検知した掘
削機前方の土質を加味することを特徴とする請求項1に
記載のトンネル掘削機の方向制御方法。
(2) The direction control method for a tunnel excavator according to claim 1, wherein the prediction of the displacement takes into account soil quality in front of the excavator detected by an underground radar.
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