JPH05280284A

JPH05280284A - 推進用ヘッドの制御方法

Info

Publication number: JPH05280284A
Application number: JP7491592A
Authority: JP
Inventors: Teruo Kabeuchi; 輝夫壁内; Masaya Hattori; 正也服部; Takashi Oshima; 高大島
Original assignee: Kubota Corp
Current assignee: Kubota Corp
Priority date: 1992-03-31
Filing date: 1992-03-31
Publication date: 1993-10-26

Abstract

(57)【要約】【目的】計画線形に沿って正確に且つ効率よく掘削で
きる推進用ヘッドの制御方法の提供を目的とする。【構成】後方から押圧力を受けて推進する推進管の先
端側に連結され、且つ、土中推進に伴う土中からの反力
を受けて推進方向を変更する受圧面Ｆを備えた推進用ヘ
ッド１に対して、前記受圧面Ｆの方向を操作して推進経
路を調整する推進用ヘッドの制御方法であって、地中に
ある推進用ヘッド１の計画線形に対する鉛直方向及び水
平方向の位置及び姿勢を検出して、その検出位置が前記
計画線形に対する設定範囲外にあるときには、前記推進
用ヘッド１の進路が計画線形に戻る方向に前記受圧面Ｆ
の方向を操作し、その検出位置が設定範囲内にあり、そ
の検出姿勢が設定姿勢より大きく変化しているときに
は、前記推進用ヘッド１の姿勢が計画線形に沿うように
前記受圧面Ｆの方向を操作することにより推進経路を調
整するように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、後方から押圧力を受け
て推進する推進管の先端側に連結され、且つ、土中推進
に伴う土中からの反力を受けて推進方向を変更する受圧
面を備えた推進用ヘッドに対して、前記受圧面の方向を
操作して推進経路を調整する推進用ヘッドの制御方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の推進用ヘッドは、土中推
進に伴い土中から受ける反力により推進方向を変更する
受圧面が形成された先導体を本体の前後軸心周りに回動
操作自在に備えて構成してあり、受圧面を一定方向に向
けたまま一定の推進力で推進するときに、受圧面の方向
とは反対方向に受ける反力により推進用ヘッド進路が変
化する現象を利用して進路の調整を行うように構成して
いた。

【０００３】そして、前記推進用ヘッドを計画線形に沿
わせて掘削するための制御方法として、地中にある推進
用ヘッドの位置及び姿勢を検出する段階と、その検出情
報から推進用ヘッド進路を計画線形に合わせるための修
正量を求め、その結果に基づき前記受圧面の方向を計画
線形に合わせる方向に変更する段階と、設定推進量だけ
推進する段階で構成される単位推進サイクルを繰り返す
方法が採られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の推進用
ヘッドの制御方法によれば、修正量が単位推進サイクル
における最大推進ストローク以下である場合等には、過
剰修正を防止するために最大推進ストロークより短いス
トロークで数回の推進サイクルを重ねる必要もあり、単
位推進サイクルで掘削可能な最大推進ストロークを掘削
するのに、推進サイクル数が増加することとなる。その
結果、長い掘削時間を要し、掘削効率が低下するという
欠点があり、掘削効率を優先すると推進軌跡がジグザグ
となるために、多大な推進力を要し、大きな推進力によ
って推進管自身の破損あるいは隣接する既設管の損傷を
誘発する虞もあるという欠点があった。本発明の目的
は、上記欠点に鑑み、少ない推進サイクルによって、推
進用ヘッドの推進経路を計画線形に沿うように正確に調
整できる推進用ヘッドの制御方法を提供するところにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明による推進用ヘッドの制御方法の特徴構成は、地
中にある推進用ヘッドの計画線形に対する鉛直方向及び
水平方向の位置及び姿勢を検出して、その検出位置が前
記計画線形に対する設定範囲外にあるときには、前記推
進用ヘッドの進路が計画線形に戻る方向に前記受圧面の
方向を操作し、その検出位置が設定範囲内にあり、その
検出姿勢が設定姿勢より大きく変化しているときには、
前記推進用ヘッドの姿勢が計画線形に沿うように前記受
圧面の方向を操作することにより推進経路を調整する点
にある。

【０００６】

【作用】本発明によれば、地中にある推進用ヘッドの鉛
直方向及び水平方向の前記位置姿勢検出を行い、その検
出情報から推進用ヘッド進路を計画線形に合わせるため
の修正量を、以下のように決定する。先ず、検出位置か
ら求まる推進用ヘッド位置が計画線形に対する許容範囲
である設定範囲より外側に位置するときには、前記推進
用ヘッドの進路を計画線形に戻すべく計画線形の方向に
前記受圧面の方向を操作した後に設定ストロークだけ推
進する。次に、検出位置から求まる推進用ヘッド位置が
計画線形に対する許容範囲である設定範囲の内側に位置
するときには、それ以上推進用ヘッド位置を計画線形に
近づけることなく（近づけるように推進することで過剰
推進されて逆の方向にずれることを防止する）、検出姿
勢から求まる推進用ヘッドの姿勢が計画線形に平行な姿
勢に対する許容範囲である設定姿勢より大きく変化して
いるときには、前記推進用ヘッドの姿勢が計画線形に沿
うように前記受圧面の方向を操作した後に設定ストロー
クだけ推進することになる。

【０００７】

【発明の効果】従って、本発明によれば、計画線形に対
して頻繁なジグザグの掘削軌跡となることなく計画線形
に沿うように、単位推進サイクルを最大ストロークの推
進で効率よく掘削することができる推進用ヘッドの制御
方法を提供できるようになった。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。推進装置
は、図６及び図７に示すように、継手部Ｊを介して屈曲
自在に接続された小口径（約１００mm以下）の複数の円
柱状の管体２と、その先端の管体２に同じく継手部Ｊを
介して屈曲自在に接続された推進用ヘッド１とで構成し
てあり、押し込み装置（図示せず）により前記管体２の
周部を固定保持して掘削方向に設定ピッチずつ押し込む
ことで、計画線形に沿って掘削する。

【０００９】前記推進用ヘッド１は、円柱状のヘッド本
体１Ａに、回転駆動機構４を介して軸心Ｐ周りで回動自
在に、且つ、伸縮駆動機構５を介して軸心Ｐ方向に出退
自在に先導体３を取り付けて構成してある。詳述する
と、前記先導体３には、地中での推進時に土圧を受けて
推進方向をヘッド本体１Ａの軸心Ｐ方向から逸れる方向
へ変換する受圧面Ｆを設けてあり、前記管体２の先端部
には、土砂と管体群との摩擦抵抗を減少させるための滑
材を吐出する周知の滑材吐出手段（図示せず）を設けて
ある。

【００１０】前記回転駆動機構４は、スプライン軸部８
ａを外周部に形成した回転駆動軸８にその軸心方向に往
復移動する筒状の回転駆動用ピストン７を外嵌して、そ
の回転駆動用ピストン７の後端部内周面に前記スプライ
ン軸部８ａと噛合するスプライン孔部７ｂを形成すると
ともに、ヘッド本体１Ａの内周面の一部に形成された螺
旋溝６に螺合する螺合凸部７ａを形成して、さらに前記
先導体３が取り付けられた後述の有底筒状のピストン１
２を同じく前記スプライン軸部８ａとスプライン嵌合さ
せて構成してあり、ピストンヘッド７ｃの両側部の受圧
室１０に一対の圧力流体流路９Ａ，９Ｂを介して圧油を
給排してこの回転駆動用ピストン７をヘッド本体１Ａの
軸心Ｐ方向に往復移動させることで、回転駆動軸８を介
して前記ピストン１２を回動させる。

【００１１】前記伸縮駆動機構５は、前記先導体３を一
体連結した有底筒状のピストン１２を前記回転駆動軸８
に軸心Ｐ方向に摺動自在に外嵌して構成してあり、その
ピストン１２を内装したヘッド本体１Ａのシリンダー部
１３の内部空間に対して前記回転駆動軸８内に形成され
た伸縮駆動用給排路１１を介して圧油を供給すること
で、前記先導体３を前記軸心Ｐ方向に伸張駆動するとと
もに、ヘッド本体１Ａを推進することで収縮駆動する。

【００１２】前記ピストン１２の内底部及び前記ピスト
ン１２の推進方向とは反対側の端面との双方に夫々受圧
部１２ａ，１４ａを設けて、受圧部１２ａと前記回転駆
動軸８の推進方向側の端面間及び受圧部１４ａとシリン
ダー部１３内面との間に夫々前方圧力室１５と後方圧力
室１６を形成してあり、前記両圧力室１５，１６に対し
て圧油の流通を許す伸縮駆動用給排路１１を、前記回転
駆動軸８のスプライン軸部８ｂと噛合するスプライン孔
部１４（前記ピストン１２の筒状孔１４に形成）との間
に圧油の流通を許容する程度の隙間を設けて形成してあ
る。

【００１３】一方、ヘッド本体１Ａに対するピストン１
２の最大突出量を規制するピストン突出規制手段を、ピ
ストン１２の内側における大径部と小径部との段差部１
７と、回転駆動軸８の推進方向側の端部でピストンの突
出に伴って前記段差部１７が接当する接当部１８とから
構成してある。

【００１４】前記回転駆動軸８とギヤ連結されたロータ
リーエンコーダ２３を前記ヘッド本体１Ａに設けて前記
回転駆動軸８の回転角度を検出するとともに、前記ヘッ
ド本体１Ａにヘッド本体１Ａのローリング角を検出する
重り付きのポテンショメータ２４を設けて、推進と共に
どれだけローリングしたかを検出する。前記ポテンショ
メータ２４にて検出して推進用ヘッド１のローリング角
及び前記ロータリーエンコーダ２３によって得られた前
記ヘッド本体１Ａと前記受圧面Ｆとの相対角度から、前
記受圧面Ｆの絶対角が導出される。

【００１５】前記回転駆動軸８の後方側端部には、一端
部に前記推進用ヘッド１の位置を地上から検出する位置
検出用センサ２５を、他端部に重錘２７を取り付けたセ
ンサ取付体１９を遊嵌してあり、図８に示すように、前
記推進用ヘッド１の位置検出信号送信手段としてのセン
サコイル２５を取り付けてある。即ち、前記重錘２７に
より前記センサコイル２５内での発生磁束が常に垂直面
内に存在するように構成してあり、前記推進用ヘッド１
が水平姿勢（又は略水平姿勢）である限り、前記センサ
コイル２５により発生する磁束の方向は、常に鉛直方向
（又は略鉛直方向）に沿った方向になる。前記センサコ
イル２５から発せられる磁束を地上に設けた受信用コイ
ルにより検出することで推進用ヘッド１の位置を検出す
る。

【００１６】前記ヘッド本体１Ａの外周部に、推進用ヘ
ッド１の姿勢角検出用のセンサコイル２８を巻き付けて
あり、センサコイル２８から発せられる磁束を地上に設
けた受信用コイルにより検出することで推進用ヘッド１
の水平姿勢角を検出する。

【００１７】以下に前記推進装置により計画線形に沿っ
て掘削する方法を、図５に示すフローチャートに基づき
説明する。図３及び図４に示すように、前記センサコイ
ル２５，２８等で検出された推進用ヘッド１の位置及び
姿勢を、計画線形に対する水平方向のずれｙと鉛直方向
のずれｚ、及び、方位角（計画線形に対する水平姿勢
角）θy と傾斜角（計画線形に対する鉛直姿勢角）θ_p
で表す。先ず、図９に示すように、全長にわたり等間隔
に検出コイル（前後方向を検出するコイル群ａと、左右
方向を検出するコイル群ｂと、姿勢角を検出するコイル
群ｃとから構成され一端部に配線を集積してある）を配
置した位置姿勢検出装置としてのフレキシブルモールＭ
を計画線形に沿った地上に配置して、前記センサコイル
２５，２８の磁束の方向を検出することで＜＃１＞、推
進用ヘッド１の位置（ｙ，ｚ）、及び、姿勢（θ_y，
θ_p）を特定する＜＃２＞。図１に示すように、推進用
ヘッド１の位置（ｙ，ｚ）が計画線形に対する垂直面内
であって前記計画線形を中心とする第一の推進許容半径
Ａの円の外側にあるか内側にあるかを判断して＜＃３
＞、外側にあれば前記回転駆動機構４により受圧面Ｆの
方向を推進用ヘッド１が計画線形に戻る方向に向くよう
にθ_T＝ｔａｎ^- ¹（ｙ／ｚ）に回転調整し＜＃４＞、前
記伸縮駆動機構５により設定ストロークだけ推進する＜
＃５＞。図２に示すように、第一の推進許容半径Ａの円
の内側にある場合には、前記水平姿勢角及び鉛直姿勢角
を直交する二次元座標で表し、前記検出姿勢を示す座標
位置がその直交座標の原点を中心とする第二の推進許容
半径Ｂの円の外側にあるときには＜＃６＞、推進用ヘッ
ド１の姿勢が計画線形に沿うようにθ_T＝ｔａｎ^- ¹（θ_y
／θ_p）に受圧面Ｆの方向を操作し＜＃７＞、設定スト
ロークだけ推進する＜＃５＞。許容半径１，Ｂの両方共
内側にある場合は、修正動作を行わないモードとして、
設定ストロークの半分づつをそれぞれ１８０°違う方向
に受圧面Ｆを向けて推進させる。ステップ＜＃１＞から
＜＃５＞までを１推進サイクルとしてこれを繰り返すこ
とで掘削作業を進める。

【００１８】以下に別実施例を説明する。先の実施例で
は、推進用ヘッド１に対する許容半径Ａ，Ｂの値を特に
指定していないが、この値は土質や要求精度等により固
定、或いは可変に適宜設定すればよい。先の実施例は、
推進用ヘッド本体１Ａに対して、受圧面Ｆが推進方向へ
押し出すタイプの推進用ヘッド１について説明したが、
この推進形式に限るものではなく、例えば、受圧面Ｆの
押し出し方式に替えて、元押しジャッキによって後続の
推進管２ごと押し出す方式のものであっても同様の制御
方法を適応することができる。又、１推進サイクル当り
の推進量は、伸縮駆動機構５の最大ストロークの長さに
限るものではなく、土質等の条件に応じて適宜調節して
もよい。さらに、ステップ＜＃４＞や＜＃７＞で設定さ
れた受圧面Ｆの方向も土質等の条件に応じて適宜調節し
てもよい。先の実施例では、フレキシブルモールＭを計
画線形に沿った地上に配置して、センサコイル２５，２
８の磁束の方向を検出するものを説明したが、センサコ
イル２５，２８の磁束の方向を検出する方法はこれに限
定するものではない。

【００１９】尚、特許請求の範囲の項に、図面との対照
を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明
は添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】推進の制御方法を示す説明図

【図２】推進の制御方法を示す説明図

【図３】推進用ヘッドの位置を表す図

【図４】推進用ヘッドの姿勢を表す図

【図５】フローチャート

【図６】推進用ヘッドの縦断面図

【図７】推進用ヘッドの縦断面図

【図８】推進用ヘッドの横断面図

【図９】位置姿勢検出装置Ｍの構成図

【符号の説明】

１推進用ヘッド２推進管Ｆ受圧面

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年８月３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】発明の詳細な説明

【補正方法】変更

【補正内容】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【０００２】

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の推進用
ヘッドの制御方法によれば、修正量が単位推進サイクル
における最大推進ストローク以下である場合等には、過
剰修正を防止するために最大推進ストロークより短いス
トロークで数回の推進サイクルを重ねる必要もあり、単
位推進サイクルで推進可能な最大推進ストロークを推進
するのに、推進サイクル数が増加することとなる。その
結果、長い推進時間を要し、推進効率が低下するという
欠点があり、推進効率を優先すると推進軌跡がジグザグ
となるために、多大な推進力を要し、大きな推進力によ
って推進管自身の破損あるいは隣接する既設管の損傷を
誘発する虞もあるという欠点があった。本発明の目的
は、上記欠点に鑑み、少ない推進サイクルによって、推
進用ヘッドの推進経路を計画線形に沿うように正確に調
整できる推進用ヘッドの制御方法を提供するところにあ
る。

【０００５】

【０００６】

【０００７】

【０００８】

【００１０】前記回転駆動機構４は、スプライン軸部８
ａを外周部に形成した回転駆動軸８にその軸心方向に往
復移動する筒状の回転駆動用ピストン７を外嵌して、そ
の回転駆動用ピストン７の後端部内周面に前記スプライ
ン軸部８ａと噛合するスプライン孔部７ｂを形成すると
ともに、ヘッド本体１Ａの内周面の一部に形成された螺
旋溝６に螺合する螺合凸部７ａを形成して、さらに前記
先導体３が取り付けられた後述の有底筒状のピストン１
２を同じくスプライン軸部８ｂとスプライン嵌合させて
構成してあり、ピストンヘッド７ｃの両側部の受圧室１
０に一対の圧力流体流路９Ａ，９Ｂを介して圧油を給排
してこの回転駆動用ピストン７をヘッド本体１Ａの軸心
Ｐ方向に往復移動させることで、回転駆動軸８を介して
前記ピストン１２を回動させる。

【００１７】以下に前記推進装置により計画線形に沿っ
て掘削する方法を、図５に示すフローチャートに基づき
説明する。図３及び図４に示すように、前記センサコイ
ル２５，２８等で検出された推進用ヘッド１の位置及び
姿勢を、計画線形に対する水平方向のずれｙと鉛直方向
のずれｚ、及び、方位角（計画線形に対する水平姿勢
角）θy と傾斜角（計画線形に対する鉛直姿勢角）θ_p
で表す。先ず、図９に示すように、全長にわたり等間隔
に検出コイル（前後方向を検出するコイル群ａと、左右
方向を検出するコイル群ｂと、姿勢角を検出するコイル
群ｃとから構成され一端部に配線を集積してある）を配
置した位置姿勢検出装置としての位置姿勢検出装置Ｍを
計画線形に沿った地上に配置して、前記センサコイル２
５，２８の磁束の方向を検出することで＜＃１＞、推進
用ヘッド１の位置（ｙ，ｚ）、及び、姿勢（θ_y，θ_p）
を特定する＜＃２＞。図１に示すように、推進用ヘッド
１の位置（ｙ，ｚ）が計画線形に対する垂直面内であっ
て前記計画線形を中心とする第一の推進許容半径Ａの円
の外側にあるか内側にあるかを判断して＜＃３＞、外側
にあれば前記回転駆動機構４により受圧面Ｆの方向を推
進用ヘッド１が計画線形に戻る方向に向くようにθ_T＝
ｔａｎ¹（ｙ／ｚ）に回転調整し＜＃４＞、前記伸縮駆
動機構５により設定ストロークだけ推進する＜＃５＞。
図２に示すように、第一の推進許容半径Ａの円の内側に
ある場合には、前記水平姿勢角及び鉛直姿勢角を直交す
る二次元座標で表し、前記検出姿勢を示す座標位置がそ
の直交座標の原点を中心とする第二の推進許容半径Ｂの
円の外側にあるときには＜＃６＞、推進用ヘッド１の姿
勢が計画線形に沿うようにθ_T＝ｔａｎ¹（θ_y／θ_p）に
受圧面Ｆの方向を操作し＜＃７＞、設定ストロークだけ
推進る＜＃５＞。許容半径１，Ｂの両方共内側にある場
合は、修正動作を行わないモードとして、設定ストロー
クの半分づつをそれぞれ１８０°違う方向に受圧面Ｆを
向けて推進させる。ステップ＜＃１＞から＜＃５＞まで
を１推進サイクルとしてこれを繰り返すことで掘削作業
を進める。

【００１８】以下に別実施例を説明する。先の実施例で
は、推進用ヘッド１に対する許容半径Ａ，Ｂの値を特に
指定していないが、この値は土質や要求精度等により固
定、或いは可変に適宜設定すればよい。先の実施例は、
推進用ヘッド本体１Ａに対して、受圧面Ｆが推進方向へ
押し出すタイプの推進用ヘッド１について説明したが、
この推進形式に限るものではなく、例えば、受圧面Ｆの
押し出し方式に替えて、元押しジャッキによって後続の
推進管２ごと押し出す方式のものであっても同様の制御
方法を適応することができる。又、１推進サイクル当り
の推進量は、伸縮駆動機構５の最大ストロークの長さに
限るものではなく、土質等の条件に応じて適宜調節して
もよい。さらに、ステップ＜＃４＞や＜＃７＞で設定さ
れた受圧面Ｆの方向も土質等の条件に応じて適宜調節し
てもよい。先の実施例では、位置姿勢検出装置Ｍを計画
線形に沿った地上に配置して、センサコイル２５，２８
の磁束の方向を検出するものを説明したが、センサコイ
ル２５，２８の磁束の方向を検出する方法はこれに限定
するものではない。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】後方から押圧力を受けて推進する推進管
（２）の先端側に連結され、且つ、土中推進に伴う土中
からの反力を受けて推進方向を変更する受圧面（Ｆ）を
備えた推進用ヘッド（１）に対して、前記受圧面（Ｆ）
の方向を操作して推進経路を調整する推進用ヘッドの制
御方法であって、地中にある推進用ヘッド（１）の計画線形に対する鉛直
方向及び水平方向の位置及び姿勢を検出して、その検出
位置が前記計画線形に対する設定範囲外にあるときに
は、前記推進用ヘッド（１）の進路が計画線形に戻る方
向に前記受圧面（Ｆ）の方向を操作し、その検出位置が
設定範囲内にあり、その検出姿勢が設定姿勢より大きく
変化しているときには、前記推進用ヘッド（１）の姿勢
が計画線形に沿うように前記受圧面（Ｆ）の方向を操作
することにより推進経路を調整する推進用ヘッドの制御
方法。