JPH0565794A - シールドトンネル掘削機の姿勢制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 掘進計画路線に対するシールドトンネル掘削
機の位置・姿勢をリアルタイムで連続的に測量し、かつ
その測量データでこの掘削器の軌跡をリアルタイムで管
理し、この掘削機の適切な推進制御を行う。 【構成】 シールドトンネル掘削機１の位置・姿勢を連
続的にリアルタイムで測量する自動測量手段６を設け
る。この手段６からのデータを処理して掘削機１の推進
軌跡を自動的に演算する軌跡管理手段７を設ける。この
手段７からのデータを掘進計画路線と比較し、その比較
データに応じて掘削機１の各推進用油圧ジャッキ３を自
動的に制御する姿勢制御手段８を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールドトンネル掘削
機の姿勢を自動制御するシールドトンネル掘削機の姿勢
制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】我が国の都市では土地利用の高度化に伴
い、地下空間の開発・利用が今後ますます進展するもの
と見られている。一方、都市の多くは比較的軟弱な地盤
の上に発展したため、地下空間を利用するに際し、シー
ルド工法が採用されることが多い。

【０００３】シールド工法におけるシールドトンネル掘
削機の掘進は、シールドトンネル掘削機テール部に組み
込み挿入したセグメントによる一次覆工を反力として、
機内に装備した掘進用油圧ジャッキのロッドを油圧力で
伸ばすことによりシールドトンネル掘削機本体が前進す
る仕組みである。

【０００４】しかしながら、シールドトンネル掘削機に
おいては、シールドトンネル掘削機本体の全周に均等配
列した掘進用油圧ジャッキの力を均等にしても、シール
ドトンネル掘削機本体の周辺、或いは前面の地質地盤条
件により該シールドトンネル掘削機は直線的に推進せ
ず、推進抵抗となる反力の小さい方向に逃げ、姿勢・方
向の制御が難しいのが通常である。

【０００５】シールドトンネル掘削機のオペレータは、
該シールドトンネル掘削機の姿勢・方向をトンネル掘進
計画路線に沿って常に安定、かつ精度よく推進させるた
めの推進用ジャッキを作動させたり、止めたりして調整
しなければならないが、その判断材料となるシールドト
ンネル掘削機の姿勢・位置の情報については、該シール
ドトンネル掘削機のピッチング，ローリング及びジャッ
キストロークしかなく、姿勢・位置の情報としては不十
分である。特に計画線は図面上のものでシールドトンネ
ル坑内に描いてあるわけではない。従ってトンネル掘進
計画路線に対する水平方向及び鉛直方向の変位量が不明
である。

【０００６】従来は、掘進に際して、１日に最低１回は
トランシット・レベルによる光学測量を実施してシール
ドトンネル掘削機のトンネル掘進計画路線に対する変位
量を測量して、その結果をオペレータに教えるととも
に、シールドトンネル掘削機の推進していく方向の指針
となるべくピッチング，左右のジャッキストローク差等
の値を指示している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法は、測量から次の測量までの区間（約６〜７
ｍ）は、該シールドトンネル掘削機のトンネル掘進計画
路線に対するズレが不明のため、ピッチング姿勢とジャ
イロ或いは左右のジャッキストローク差による方向を一
つの目安として運転せざるを得ない。従って掘進線の管
理としては、施工精度、安全性或いは効率の点で難点が
ある。

【０００８】本発明の目的は、トンネル掘進計画路線に
対するシールドトンネル掘削機の位置・姿勢をリアルタ
イムで連続測量し、かつその測量データで該掘削機の軌
跡をリアルタイムで管理し、該掘削機の適切な推進制御
を行わせることができるシールドトンネル掘削機の姿勢
制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの本発明の構成を説明すると、本発明に係るシールド
トンネル掘削機の姿勢制御装置は、シールドトンネル掘
削機の位置及び姿勢を連続的に測量する自動測量手段
と、該自動測量手段からのデータを処理して前記シール
ドトンネル掘削機の推進軌跡を自動的に演算する軌跡管
理手段と、該軌跡管理手段からのデータをトンネル掘進
計画路線と比較し、その比較データに応じてシールドト
ンネル掘削機の推進用ジャッキを自動的にコントロール
する姿勢制御手段とを備えてなることを特徴とする。

【００１０】

【作用】このようにシールドトンネル掘削機の位置及び
姿勢を自動測量手段で連続的にリアルタイムで測量し、
その測量データを軌跡管理手段で処理してシールドトン
ネル掘削機の推進軌跡を自動的に演算すると、各時刻毎
のシールドトンネル掘削機の推進軌跡がわかるようにな
る。この推進軌跡と掘進計画路線とを姿勢制御手段で比
較し、その比較データに応じてシールドトンネル掘削機
の推進用ジャッキを自動的にコントロールすると、各時
間毎に掘進計画路線に倣った推進をシールドトンネル掘
削機に行わせることができ、ロボット化による正確なシ
ールドトンネルの掘削が可能になる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１及び図２を参照
して詳細に説明する。

【００１２】図示のようにシールドトンネル掘削機１
は、シールドトンネル掘削機本体２と、そのテール部の
内周に、例えば１２本設けられた推進用油圧ジャッキ３
等を備えて構成されている。各油圧ジャッキ３は、電磁
弁３ａでその駆動が制御されるようになっている。

【００１３】このようなシールドトンネル掘削機１は、
その後部に形成されるシールドトンネル４のセグメント
による覆工５を反力として、推進用油圧ジャッキ３のロ
ッドを油圧力で伸ばすことにより覆工５の固定を前提と
してシールドトンネル掘削機本体２が前進するようにな
っている。

【００１４】このようなシールドトンネル掘削機１の姿
勢を制御するため、本実施例の姿勢制御装置は、該シー
ルドトンネル掘削機の位置及び姿勢を連続的にリアルタ
イムで測量する自動測量手段６と、該自動測量手段６か
らのデータを処理して該シールドトンネル掘削機１の推
進軌跡を自動的に演算する軌跡管理手段７と、該軌跡管
理手段７からのデータを掘進計画路線と比較し、その比
較データに応じてシールドトンネル掘削機１の各掘進用
油圧ジャッキ３を自動的にコントロールする姿勢制御手
段８とで構成されている。

【００１５】自動測量手段６は、シールドトンネル掘削
機本体２の位置を連続的に測量する光学系の測量装置９
を有する。該測量装置９は、シールドトンネル掘削機１
の後方のシールドトンネル４内の予め位置が判明してい
る基準点１０に対応して天井に設けられた基準ターゲッ
ト１１と、シールドトンネル掘削機１の後面上部に設け
られた移動ターゲット１２と、これらターゲット１１，
１２の間のシールドトンネル４の天井に設けられた光学
式測距機器１３とで構成されるている。該光学式測距機
器は、各ターゲット１１，１２に鉛直旋回のレーザ光を
出す鉛直旋回式レーザ光発生器１４、このレーザ光に平
行して各ターゲット１１，１２に測距光を出す光波距離
計１５と、一方のターゲット１１から他方のターゲット
１２までのレーザ光の旋回角を測量する測角計１６と、
これらの測量データを処理するパーソナルコンピュータ
１７と、その表示を行うＣＲＴ等よりなる表示器１８と
を有する。各ターゲット１１，１２は、電子スタッフ１
９と９個の反射プリズム２０とで構成されている。

【００１６】また該自動測量手段は、シールドトンネル
掘削機１の方向を検出するためのジャイロコンパス２１
と、ローリングやピッチングを検出するための傾斜計２
２と、鉛直偏位を検出するための水圧計２３とを備えて
いる。水圧計２３は、基準タンク２４とホース２５で結
ばれていて、水圧の差圧により鉛直偏位が計測されるよ
うになっている。

【００１７】自動測量手段６からの測量データは、トン
ネル４内の伝送装置２６からケーブル２７を経て事務所
２８内の伝送装置２９を経て軌跡管理手段７に伝送され
るようになっている。

【００１８】軌跡管理手段７は、伝送装置２９を経て測
量データが入力されるパーソナルコンピュータ３０と、
その表示を行うＣＲＴ等よりなる表示器３１とで構成さ
れている。

【００１９】該軌跡管理手段７からの偏位・軌跡情報が
与えられる姿勢制御手段８は、前述した偏位・軌跡情報
をもとに予め組み込まれた知識ベースにより推論を行う
パーソナルコンピュータ３２と、その表示を行うＣＲＴ
等の表示器３３とで構成されている。

【００２０】姿勢制御手段８からの制御信号は、伝送装
置２６を経て油圧シーケンス３４に与えられ、油圧ジャ
ッキ３を駆動する電磁弁３ａに与えられるようになって
いる。 次にこのようなシールドトンネル掘削機１の姿
勢制御装置の動作について説明する。

【００２１】自動測量手段６では、鉛直旋回式レーザ光
発生器１４から鉛直方向に旋回して出されるレーザ光が
基準ターゲット１１の電子スタッフ１９を横切ると、電
子スタッフ１９からパーソナルコンピュータ１７に信号
が入力される。

【００２２】この信号で該コンピュータ１７は、測角計
１６の角度値を０にリセットする。次いでレーザ光が鉛
直旋回して移動ターゲット１２の電子スタッフ１９を横
切ると、コンピュータ１７に信号が出てコンピュータ１
７はこのときの測角計１６の角度を読み取り、軌跡管理
手段７のパーソナルコンピュータ３０に角度信号を伝送
する。

【００２３】同時に光波測距計１５は、基準ターゲット
１１の反射プリズム２０までの距離と、移動ターゲット
１２の反射プリズム２０までの距離を測量してコンピュ
ータ１７に入力し、基準ターゲット１１を基準にして移
動ターゲット１２の位置を求め、軌跡管理手段７のコン
ピュータ３０に入力する。この実施例では、ターゲット
１１，１２の受光面の長さは５４９ｍｍあり、受光位置
の検出分解能は０．１ｍｍである。

【００２４】また同時にジャイロコンパス２１でシール
ドトンネル掘削機本体２の方位が測量され、傾斜計２２
でシールドトンネル掘削機本体２のピッチングとローリ
ングとが測量され、水圧計２３でシールドトンネル掘削
機本体２の鉛直方向の偏位が測量され、軌跡管理手段７
のコンピュータ３０に入力される。

【００２５】軌跡管理手段７のコンピュータ３０は、自
動測量手段６からの毎時の伝送データを演算処理し、予
め設定されたトンネル掘進計画路線との偏位量をリアル
タイムで算出し、計画線との相対位置を表示器３１に表
示する。

【００２６】シールドトンネル掘削機１の中心線におけ
る掘進計画路線からの偏位量は、制御要素として姿勢制
御手段８のコンピュータ３２に入力されるとともに、自
動測量手段６のコンピュータ１７にも入力され、オペレ
ータがシールドトンネル掘削機１の位置・姿勢の把握が
行えるようになっている。

【００２７】姿勢制御手段８のコンピュータ３２は、軌
跡管理手段７からの偏位・軌跡情報をもとに予め組み込
まれた知識ベースにより推論を行い、掘進計画路線に向
かって穏やかに漸近していくための推進用油圧ジャッキ
３を自動選択する制御信号を油圧シーケンス３４に与え
る。

【００２８】これにより所定の油圧ジャッキ３のみが駆
動され、シールドトンネル掘削機本体２が所望の姿勢で
推進される。

【００２９】以下、同様の制御が繰り返され、シールド
トンネル掘削機１は、掘進計画路線に倣って推進され
る。

【００３０】

【発明の効果】以下説明したように本発明に係るシール
ドトンネル掘削機の姿勢制御装置では、シールドトンネ
ル掘削機の位置及び姿勢を自動測量手段で連続的にリア
ルタイムで測量し、その測量データを軌跡管理手段で処
理してシールドトンネル掘削機の推進軌跡を自動的に演
算するので、各時刻毎のシールドトンネル掘削機の推進
軌跡をリアルタイムで把握することができる。従ってこ
の推進軌跡と掘進計画路線とを姿勢制御手段で比較し、
その比較データに応じてシールドトンネル掘削機の推進
用ジャッキを自動的にコントロールするので、各時間毎
に掘進計画路線に倣った推進をシールドトンネル掘削機
に行わせることができ、ロボット化による正確なシール
ドトンネルの掘削を行わせることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシールドトンネル掘削機の姿勢制
御装置の一実施例のシステム構成を示す概念図である。

【図２】本実施例の装置による自動測量手段の一部の構
成を示すブロック図である。

【符号の説明】

１ シールドトンネル掘削機 ２ シールドトンネル掘削機本体 ３ 推進用油圧ジャッキ ３ａ 電磁弁 ４ シールドトンネル ５ 覆工 ６ 自動測量手段 ７ 軌跡管理手段 ８ 姿勢制御手段 ９ 光学系の測量装置 １０ 基準点 １１ 基準ターゲット １２ 移動ターゲット １３ 光学式測距機器 １４ 鉛直旋回式レーザ光発生器 １５ 光波距離計 １６ 測角計 １７，３０，３２ パーソナルコンピュータ １８，３１，３３ 表示器 １９ 電子スタッフ ２０ 反射プリズム ２１ ジャイロコンパス ２２ 傾斜計 ２３ 水圧計 ２４ 基準タンク ２５ ホース ２６，２９ 伝送装置 ２７ ケーブル ２８ 事務所 ３４ 油圧シーケンス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールドトンネル掘削機の位置及び姿勢
   を連続的に測量する自動測量手段と、該自動測量手段か
   らのデータを処理して前記シールドトンネル掘削機の推
   進軌跡を自動的に演算する軌跡管理手段と、該軌跡管理
   手段からのデータをトンネル掘進計画路線と比較し、そ
   の比較データに応じてシールドトンネル掘削機の推進用
   ジャッキを自動的にコントロールする姿勢制御手段とを
   備えてなるシールドトンネル掘削機の姿勢制御装置。