JPH0492084A - トンネル掘削機の方向制御方法 - 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、地中を掘削するトンネル掘削機に係り、特に
カッター・νｔ′を複数のジャッキにより前進させて掘
進力向の制御を行うトンネル掘削機の方向制御方法に関
する。

［従来の技術〕 トンネル掘削機は、一般に円筒状の本体の先端に、複数
のカッタビ２Ｆを取り付けたカッタ・＼ラドを有してお
り、Ｊの力・ツタヘッドをモータによって回転さ干ると
ともに、本体の周方向に配置した複数のジャッキによっ
ζカッタ・ヘッドを前進させて地山を掘削し、掘削した
１−砂をスクリ、　−Ｊンヘヤ等を用いて掘削機の後方
に搬出４゛るようにし７でいる。また、曲線施−］−１
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・ジャッキを選択して駆動することにより行
っている（例えば、特開平１−３１５６００号公報）。

イして、従来の方向制御は、トランソント等による坑内
測量やレーザ光をトンネル計画線に沿って照射し、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
トンフル計画線からのズレを求め、掘削機の進行方向が
ｔ定した方向とズしてくると、オペレータが経験に基づ
いて、駆動させるジャッキを適宜に選択して方向の修正
を行っていた。

〔発明が解決しようとする課題］ −Ｆ記の如〈従来のトンネル掘削機の方向制御は、オペ
レータの経験に基づいこ駆動′するジャッキを選択して
打つでいるため、充分な掘進精度が得られない。また、
従来の方向制御は、各シャツ４の押し力を訓整（るので
はなく、各シャ／４−を駆動さセるかさセないかの２値
的な制御Ｑごよっていた。

すなわち、例えばトンネル掘削機を上向操作ず゛る場合
、本体横断面の上側半分のジャッキのみイ駆動し、上側
半分のジャッキは駆動させないよ・）にＣ２ているため
、方向制御が困難で、ル１進精度も低下する。

また、トンネル掘削機は１、掘進する際じに］囲の地山
がら反力を受け、掘削機の進行方向に大きな影響を与え
る。しかも、掘削機ｔこ作用する地山からの力、すなわ
ち掘削機に作用する荷重は、＋１の影響等により一様で
なく、、ｈト左右方向によ−。

て荷重の分布が責なる。ところが、従来の掘削機の方向
制御におい゛ては、ごのよ・）な掘削機の荷重分布の影
ｇを考慮していないため、力１’ｎ］制御の精度１．掘
削精度を低重さセーる要因となっていた。

本発明は、前記従来技術の欠点４］解消するためになさ
れたもので、掘削機に作用ζ゛る他山がらの荷重分布を
考慮（−１た制御が行λ、掘ｉぢ帽１向ｔ−することが
できるトンネル掘削機の方向制御力法を擢イ共？−る、
゛とを目的と１４．ている。

（課題を解決するための手段および０用１Ｆ記の目的を
達成するために、本発明に係るｌ・ンネル掘削機の方向
制御方法は、まず、前回または過去数回分のジャッキの
推進力、ｌ掘削機の変（１７との関係、すなわ鼾、任意
の推ｉｆｆ力に対（２−テ掘削機がどのよ・うに変位し
たが４求める。さらＣ１，“、イー発明においでは２．
掘削＠１こ作用する他山からの荷重分布を求め、このｔ
Ｔ車分布によっこ掘削機が掘進する際に、変位さセられ
る方向、変位量を予測ｊ、５、前記の推進力よ変位との
関係ごこ荷重分布による予測変位を加味して、次回のｔ
ｉＩ進Ｃ１゛対する掘削機の変位を予測し２、この予測
しまた金持を考慮（７て、掘削機をｔＪ標位置に達する
ように推進する場合θ）掘削機の進９Ｔ方向を演１　ｔ
、、、その】μ行方向が得られるようＣ，″、シャツ４
の推進力４制御づ′る。

従−２２−（、本発明の方向制御は、掘削機に作用達−
る荷重分布、ｐ　：ｊ′；、　ｌ　ｊ、た進行方向の制
御がぜｊわねるため、方向制御の精度が向１（７、掘進
精度を高めることができる。しかも、ｊべＬ−夕の経験
に恭づく操作を必要と−（邊ず、９リアルタ・イノ、な
力１’ｒｌ］制御が行メ、より正確な方向制御がｉｉ１
能となる。

（実施例） 本発明に係るｌ・ン不ル掘削機の方向制御方法の好まし
い実施例を、添（＝ｊ図面に従って詳説゛４′る７第１
図は、本発明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。

第１図Ｕ二おいＣ、トンネル掘削機１０は１、庫体が円
筒状に形成してあり、例えば前部オ体１２と後部本体１
４とのように軸方向に複数に分割し、こあるとともに、
前部本体＋２と後部本体Ｉ４とが屈曲可能に、かつ伸縮
ｉｉＪ能に連結しζある。

前部本体工２の前端には、カッタヘッド１６が回転可能
に設けこある。このカッタピント１６の前面には、図示
しない複数のカッタピントが装着してあって、モータに
よってカンタヘッド１６を回転させることＣごより、前
方の地山１７を掘削できるようＣ７シである。そして、
カッタ・・＼ラドｌ　［ｉには、前−１ｉの地山１７か
ら受ける荷重庖検出４−゛るための複数の）７圧Ｌｔ　
１８　ａへ１８ｍが取り付り−（ある。これらの１−圧
＋ｔｔ　１．　ｓ　ａ〜・１８ｍは、直交した３方向の
力を検出でき、カッタ・・、ノド］Ｂの周方向に（例え
ば、周方向乙こ等間隔に４゛−口装置してあって、カッ
タへノド１ににかかる荷重の分布を検出Ｃきるよ・）に
なっζいる。

−力、前部本体１２の内部には、位置センサとしてのレ
ーザ測定器２０、傾斜計２２などが設・げてあり、前部
本体１２の基準点じ、対する位置、ローリングやビンチ
ー：／グ等を検出できるようにな。

ている。ぞして、前部本体Ｊ２０側部には、周方向に複
数のグリッパ２４ａ〜２４ｍが設けである。

各グリッパ２４ａ〜２４ｍは、シリンダ（図示セず）に
よっ“（半径方向に進退できるよ・うにな、）でおり、
後部本体１４を推進するときに、前部本体】２の側面か
ら突出させられて掘削Ｕ、た壁面に押し付けられ、前部
本体Ｉ２を固定する。また、グリッパ２４ａ〜２４ｍの
先端部は、１コーラによって構成され−ごおｌっ、ごの
ローラを周囲の地山に接触さ−せた状態でカンタヘッド
１（うを前進させるごとがごきるよ・うにし、である。

前部本体１２と後部本体１４との間には、複数のスラス
［・ジャ、キ２６ａ〜２　（３ｒｉが詐りである。

これらのスラストジャ’　＋　２６　ａ〜２６ｒ１は、
複動型の油Ｆ［シリンダからなり、本体の開方向に配置
しこあっ−こ、う゛ヤンキー１フ１−ローソ２フを介し
て油圧ポツプから作動油を受しｊ、前部本体１２に推進
力（押ｊ７カ）ｆ、−ｆ、を作用ざセで力、ター・スト
１　（ｉを前進させる６イして、各スジストこジャッキ
２６；３〜２６ｎＡこば、油圧センサ等の力センサ２８
ａ〜２８ｎが設けごあり、各スラストジャッキ２６ａ・
〜２６ｎの推進力ｆ、−１７を検出しこ演算制御器３０
に入力“づるよ−）にし°こある。

演算制御器３０ば１７位置セン号であるレーザ測定器２
０と傾斜計２．２との検出信号が入力す−る・・・ノド
位置演算部３２、ヘッド位置演算部ｊ３：）の出力信り
を受（Ｊマーカ、り・、ソＦ’　ｌ　６の変位￥を求め
る変位演算部３４をイ１すると円ζに、土圧計１８ａ〜
・１８ｍの検出（３号からカッター・スト１６が受ける
４ｆｉｆ軍の分布を求める荷重分布演１部ｊ３０、この
Ｎ重″分布演算部３６と変位演１部３４との出力信号お
よびカセン→Ｕ−２８ａ−２８ｎの検出信号に基づいて
、詳細を後述するカノタヘソ１′１Ｇの進行方向を求め
る進行り向演算部３８己が設げＣある。

なお１．第１図に示ｔ７た勾号４０　ａ−４０１１は、
後部本体１４に設けたグリッパごあっ？−１、し１示し
。

ない・′／リンダによって後部本体１４の゛ｆ径方向に
進退ｉｉＪ能に設けられ、カッタ・＼ラド１６を推進す
る際（ご、矢印４２のよ・うに後部本体１４から突出さ
セられ、後部本体１４を固定ギる。

［−記の如く構成ｔ７た掘削機の方向制御は、次のよう
にして行われる。

カッタヘッド１Ｇは、図小しない駆動モ〜々によっ゛て
回転さセられる。また、２゛）＋ツキニｔ　：、７１−
１：１−ｅ２７には、名スラス１ジャッキ２６ａへ・２
６ｒｉの初期推進力が得られるように、池月−ボツブか
ら名スフストジャッキ２６ａ〜２６　ｒｉにイ共給すイ
】作動油の圧力が設定される。イし−こ、各ス〉スＩ・
ジャ１、・キ２６　ａ−２５ｒｌは、シャツ１−ｊスト
口・・シ２゛７に設定された圧力の作動油は油圧ボ・・
プから受：ｊ、前部本体１２を介１．て力・ンタ＼ノ）
’　Ｊ、　６を前進、き１オる。この各スラストジャ７
４２（ｉ　ａ・・・２６　ｎの推進力は１、カセ゛／　
”Ｊ−２８ａ　＝−２８ｎによって検出され、演算制御
器１３０の１１４行方向演算部３Ｂ乙、−送られる。

一方、カンタパ・ソト用６に設げた土Ｆｆ旧１８ａ−１
８ｍは、地山１７がカッタ・＼ソ］′１６にＬｉえてい
る力、−イなわらカッタ・・・ノド１６に作用゛４゛る
荷重を検出しこ荷重分布演１７部３にｃこ入力４−る。

荷重分布演算部３６は、土圧轟＋　１８２・・・１８ｍ
の検出信号からカッタ・・・・ノド１　ｆｉに作用する
荷重の分布を求め、進行方向演算部（３８ζ、こ送出Ａ
る。

位置セ゛／すとｌ−７でのＬ／−ザ測定器２０には、後
部本体１４側から１．、、＝−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ζ”　ｙ　Ｆ位
置演算部３２に入力する。そして、ヘッド位置演算部３
２は、傾斜計２２の出力信号から前部本体１２のビノヂ
ング、ローリング、ヨーイングを求める２ともに、傾針
計２２とＬ−−ザ測定器２０との出力信号からカッタ・
＼ラド１６の中心イζ１１演算Ｌ２、メモリ　（しＪ示
ゼ４″〕に格納するとともに、変位演算部３４と進行方
向ｌ１ｉｉ算部、３））とに送出る。

変位演算部３４は、ヘッド位マ１１ｉ算部３２の演Ｗ結
果を受り、この演算結果苓・・・ノド位置演算部３２が
求めた前回のカッ々・・ノド１６の位置、またはメ七り
が記憶（２，ている基準点に対４″る変位６゛求めｒ：
、進行方向演算部３８６′入カイ゛る。

進行方向演算部３８ば、力ｔ・ンサ２８ａ・−２８１の
検出信号を睨め込み、名スラストジャツギ２６ｄ〜２６
τｌＣ５よる推進力を求めこ、ごの鉗進力と変位演算部
３４が出力りまたカッタ・＼ツＦ　ｌ　（Ｈの変位との
関係を求める。Ｊなわち、進行方向演算部３８は、現在
掘削し、ごいる地山１７の推進力（、こ対する掘削機の
変位との相関を示す変位特性を求める。さらに、進行方
向演算部３Ｂは、荷重分布演算部３６が求めたカッタ・
＼ラド１　ｆ３に作用し、′ている荷重の分４状態を取
り込み、この荷重分布がカッター・ノド１６を推進した
ときに、カッタ・＼ソド１６の進行に与、える影響を推
測する。次に、進行方向演算部３８は、１−記（７た前
回の推進力と変位との相関または過大数回の推進力と変
位との相関と、カッター・ノド１６に作用している荷重
分布の影響とを考慮して、任意の推進力に対するカッタ
ヘッド１６の変位を予測ξ７、この予測しまた変位を考
慮して、へ・ノド（；ｆ置演算部３２が求め〕５−カッ
タヘッド１６の現在イ装置から、カッタヘノＦ　１６を
目標位置に進めるための進行ブノ向を求め、この進行方
向に進めるための各スラストジャツギ２６８〜２６ｒ＋
の推進力を演算し１、制御信号をジャッキコントｒ１−
　ラ２７に送る。

すなわち、例えば力・ツタヘッド１６を図の２点ＭＨに
示し、た位１から直進さゼようとしたときに、カッタヘ
ッド１６の前面に作用する荷重がＦ部で大きく、」一部
で小さくて、カッタヘッドを士向きに変位さセる分布を
有Ｌ２ており、しかも前回または過去数回の推進力とカ
ッター・ノド１６の変位との関係が、カッタヘット川６
を下向きに変位さセる傾向にあり、進行方向演算部３８
が次回の推進によるカッタヘッドの変位を求ぬだところ
、カニ・タヘノドが実線に示ず（ｉ２ｆｆに達雫ること
が予測された場合、進行方向演算部は、カンタヘッド１
〔３が直進できるよ・うな、予測した変位量を修正した
進行方向を求め、求めた進行方向ｔごカッタヘッド１．
６を進めるような各スラストジャツー＋　２６　ａ　−
２ｆｌｉ　ｎの推進力を演算し、この演算した推進力が
得られるような制御器ηをジャッキコントローラ２７に
送出する。

ジャッキコントローラ２７は、進行方向演算部３８から
制御信号を受けると、各スラストジャッキ２６ａ〜２６
ｎの推進力が進行方向演算部３８の求めた推進力となる
ように、各スラストジャッキ２６ａ〜２６ｎに供給する
作動油の圧力を設定する。これにより、スラストジャッ
キ２６ａ〜・２６ｎは、所定の推進力によってカッタヘ
ッド１６を目標位置に向けて前進させる。そし７て、演
算制御器３０は、以下同様にして掘削機の方向量ね１を
行う。

このように、実施例においては、スラストジャッキ２６
ａ”・２６ｎの推進力とカッタヘット１６の変位との関
係と、力、タヘノ）・１６の前面にイ１用する地山１７
からの荷重分布とを考慮して、カンタヘッド１６を目標
位置に進めるべき進行゛方向を求め、各スラストジャッ
キ２６ａ〜２６ｎの１＃進力を制御するため、掘削機に
作用す−る荷重分布を考慮した方向制御が行え、正確な
方向制御が可能となり、掘進精度の向−トを図ることが
できる。

しかも、オペレータの経験に基づく制御と異なり、演算
制御器３０が自動的に制御するため、リアルタイムな制
御が可能になる。また、各スラストジャッキ２６ａ〜２
６ｎの推進力は、２稙的な制御と異なり、アナログ的な
制御が行われるため、方向制御の精度を高めることがで
きる。

なお、前記実施例においては、カッタヘノＦ１６の前面
に作用する荷重分布のみを考慮した場合について説明と
７だが、前部本体１２に設けたグリッパ２４ａ〜・２４
ｍに作用する荷重や、前部本体１２の側面に作用する荷
重等を考慮すると、より方向制御の精度を高めることが
できる。

また、前記実施例においては、本体が屈曲可能なアーテ
ィキュレー）型掘削機について説明し７だが、アーティ
キュレート型でない掘削機やグリッパ２４ａ〜２４ｍを
有しない掘削機の方向制御にも適用することができる。

そして、前記実施例においては、スラストジャッキ２６
ａ〜・２６ｎの推進力を検出する力センサ２８ａ−・２
）３ｎとし、で、油圧センサを用いた場合について説明
し、たが、力センサはロードセルや歪ゲージ等であって
もよしさらに、前記実施例においては、レーザ測定器２
０と傾斜計２２とを用いてカッタヘッド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
。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明によれば、前Ｕまたは過
去数回の推進力と掘削機の変位との関係を求めるととも
に、この推進力と掘削機の変位との関係と、掘削機に作
用する荷重分布とを考慮し・て、掘削機を目標位置に進
めるための進行方向を求めるため　ｉ’Ｆ、確な方向制
御がｒｉ］能とな−、て　掘１ｕ精度を向上：Σセるご
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１し１は本発明Ｑこ係る。ち゛量制御方法が適用さ才
・１−る］シ不ル掘削機の説明図である。 １０　　　［・ン′Ａ−ル掘削機、Ｉ　（ｉ　　　力、
２４・・・・ド　、　　　１　１３　　ａ　、　　　１
　１３　ｍ　　　　　　　土圧　５十　、　　２　　　
Ｑ　　　　　　　　し、、−、、、、、、、−Ｊす沖１
定器、２２　　傾斜４１．２０ａ、２６ｎ　　　スニ７
ス＋−：；　ヤ、、、士、２８　ａ　、　２８　ｎ　　
　、ｔＪ＋　’、＝′’Ｊ、Ｓ３０　　　演ｐ制御器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）前回または過去数回分のジャッキの推進力と掘削
   機の変位との関係を求めるとともに、掘削機に作用する
   地山からの荷重分布を求め、前記推進力と変位との関係
   と前記荷重分布とから、次回の推進に伴う掘削機の変位
   を予測し、この予測し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。