JPH0688481A - Automatic control device for water pressure at working face in muddy water pressurizing type shield work - Google Patents

Automatic control device for water pressure at working face in muddy water pressurizing type shield work

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JPH0688481A
JPH0688481A JP26652592A JP26652592A JPH0688481A JP H0688481 A JPH0688481 A JP H0688481A JP 26652592 A JP26652592 A JP 26652592A JP 26652592 A JP26652592 A JP 26652592A JP H0688481 A JPH0688481 A JP H0688481A
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muddy water
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和弘 檜垣
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Abstract

PURPOSE:To enable automation of adjustment of the pressure of muddy water at a working face. CONSTITUTION:A supply quantity and a discharge quantity of muddy water are detected by a mud supply flow sensor 33 and a mud discharge flow sensor 35, the drilling speed of a shield machine 1 is detected by a speed sensor 41, the detected results of the mud supply flow sensor 33, the mud discharge flow sensor 35, and the speed sensor 41 are input to a deviation flow detecting part 49 of a control computer 47 at every decided time, and a deviation flow indicating the surplus or shortage of the discharge quantity of drilled soil against the supply quantity and the discharge quantity of muddy water is detected at every decided time. A fuzzy inference part 55 applies a fuzzy control rule R held by a fuzzy control rule holding part 57 to them so as to perform fuzzy inference, and based on the inferred result, a control part 61 controls drive of a mud supply pump 19, while monitoring the working face water pressure detected by a working face water pressure sensor 39 and the supply pressure of muddy water to a cutter chamber 13 detected by a mud supply pressure sensor 37.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、泥水加圧式シールド工
事において、シールド機の後方から切羽に供給されて該
切羽からシールド機の後方に排出される掘削土回収用の
泥水の供給圧を自動的に制御する切羽水圧の自動制御装
置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention automatically controls the supply pressure of muddy water for excavated soil recovery, which is supplied from the rear of a shield machine to a face and discharged from the face behind the shield machine in a muddy water pressure shield work. The present invention relates to an automatic control device for face water pressure that is controlled dynamically.

【0002】[0002]

【従来の技術】泥水加圧式シールド工法を採用したシー
ルド工事では、シールド機の後方から切羽に泥水を供給
し、該泥水の供給圧と切羽の土圧とのバランスを保たせ
て切羽の崩壊や切羽からの湧水の発生を防いでいると共
に、切羽からシールド機の後方へ泥水を排出して、この
泥水と共にシールド機で掘削された掘削土を切羽から回
収している。従って、切羽を保持するための切羽箇所に
おける泥水の水圧の調整は、泥水加圧式シールド工法を
行う上で重要な要素であり、これに鑑みて従来は、熟練
したオペレータがマニュアル操作で切羽箇所における泥
水の水圧を調整していた。
2. Description of the Related Art In a shield construction that employs a mud pressure shield method, mud is supplied from the rear of the shield machine to the face to maintain the balance between the supply pressure of the muddy water and the earth pressure of the face and to prevent the face from collapsing. While preventing the generation of spring water from the face, the mud is discharged from the face to the rear of the shield machine, and the excavated soil excavated by the shield machine is collected from the face along with the muddy water. Therefore, the adjustment of the water pressure of the muddy water at the face of the face to hold the face is an important factor in performing the muddy water pressure shield method, and in view of this, conventionally, a skilled operator manually operates the face of the face. The water pressure of the muddy water was adjusted.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】上述したように従来
は、熟練したオペレータがマニュアル操作で切羽箇所に
おける泥水の水圧を調整していたため、泥水加圧式シー
ルド工法を採用したシールド工事では、工事を自動化し
て作業の効率化及び省力化を図ることができない不具合
があった。本発明は前記事情に鑑みてなされたものであ
り、切羽箇所における泥水の水圧の調整を自動化して熟
練したオペレータを不要とし、泥水加圧式シールド工事
を自動化して作業の効率化及び省力化を図ることができ
る泥水加圧式シールド工事における切羽水圧の自動制御
装置を提供することを目的とする。
As described above, in the past, a skilled operator manually adjusted the water pressure of the mud at the cutting face, so in the shield construction employing the mud pressure shield construction method, the construction is automated. Therefore, there was a problem that the efficiency and labor saving of the work could not be achieved. The present invention has been made in view of the above circumstances, does not require a skilled operator by automating the adjustment of the water pressure of the muddy water at the face of the face, and automates the muddy water pressure shield work to improve the work efficiency and save labor. It is an object of the present invention to provide an automatic control device for face water pressure in a muddy water pressure type shield work that can be achieved.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、供給ポンプによりシールド機の後方から切
羽へ泥水を供給して該切羽を保持し、前記シールド機で
掘削された掘削土を、排出ポンプにより前記泥水と共に
前記切羽から前記シールド機の後方へ排出するようにし
た泥水加圧式シールド工事における、前記切羽を保持す
るための該切羽箇所での前記泥水の水圧を制御する装置
であって、前記切羽箇所における前記泥水の水圧を検出
する切羽水圧検出手段と、前記シールド機の掘進速度を
検出する掘進速度検出手段と、前記供給ポンプによる前
記泥水の供給量を検出する供給量検出手段と、前記排出
ポンプによる前記泥水の排出量を検出する排出量検出手
段と、前記掘進速度検出手段、供給量検出手段、及び排
出量検出手段の検出結果に基づいて、前記泥水の給排量
に対する前記掘削土の排出量の過不足を示す偏差流量を
所定時間毎に検出する偏差流量検出手段と、前記偏差流
量検出手段で検出された最新の過去及び現在の偏差流量
に基づいて、該両偏差流量の各々に対応するファジース
ケール値を出力するファジースケール値出力手段と、前
記最新の過去及び現在の偏差流量の各々に対応するファ
ジースケール値に基づいて、該両偏差流量の各々に関す
るメンバーシップ関数値を出力するメンバーシップ関数
値出力手段と、ファジー制御ルールを保持するファジー
制御ルール保持手段と、前記ファジー制御ルールに基づ
いて前記メンバーシップ関数値に対するファジー推論を
行うファジー推論手段と、前記ファジー推論手段による
推論結果に基づいて前記切羽箇所における前記泥水の水
圧の制御量を出力する制御量出力手段と、前記制御量出
力手段から出力された前記制御量と、前記切羽水圧検出
手段で検出された前記切羽箇所における前記泥水の水圧
とに基づいて前記供給ポンプの駆動を制御する制御手段
とを備えることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention is to provide mud water from a rear of a shield machine to a face by a supply pump to hold the face, and excavated soil excavated by the shield machine. A device for controlling the water pressure of the muddy water at the face for holding the face in the muddy water pressure type shield construction in which the muddy water is discharged to the rear of the shield machine together with the muddy water by a discharge pump. There is a face water pressure detection means for detecting the water pressure of the muddy water at the face face, a digging speed detection means for detecting the digging speed of the shield machine, and a supply amount detection for detecting the supply amount of the muddy water by the supply pump. Means, discharge amount detecting means for detecting the discharge amount of the muddy water by the discharge pump, detection of the excavation speed detecting means, the supply amount detecting means, and the discharge amount detecting means. Based on the result, a deviation flow rate detecting means for detecting a deviation flow rate indicating an excess or deficiency of the discharge amount of the excavated soil with respect to the supply / discharge quantity of the muddy water every predetermined time, and the latest past detected by the deviation flow rate detecting means. And a fuzzy scale value output means for outputting a fuzzy scale value corresponding to each of the two deviation flow rates, and a fuzzy scale value corresponding to each of the latest past and present deviation flow rates. A membership function value output means for outputting a membership function value for each of the two deviation flow rates, a fuzzy control rule holding means for holding a fuzzy control rule, and a membership function value for the membership function value based on the fuzzy control rule. Fuzzy inference means for performing fuzzy inference, and based on the inference result by the fuzzy inference means, In the control amount output means for outputting the control amount of the water pressure of the muddy water, the control amount output from the control amount output means, and the water pressure of the muddy water at the face portion detected by the face water pressure detection means. And a control means for controlling the drive of the supply pump based on the above.

【0005】[0005]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は本発明の一実施例による切羽水圧の自動制
御装置を採用した泥水加圧式シールド機とこれを用いた
泥水加圧式シールド工事のシールド坑内を示す説明図で
ある。図1中1は泥水加圧式シールド機(以下、シール
ド機と称する)であり、先端のカッター3を回転させつ
つ掘進する。掘削されたシールド坑5の側壁にはセグメ
ント7が取着され、シールド機1は、セグメント7の前
端7aをシールドジャッキ9で押すことにより掘進方向
への推進力を得る。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is an explanatory view showing a muddy water pressure type shield machine adopting an automatic control of face water pressure according to one embodiment of the present invention and a shield mine for muddy water pressure type shield construction using the same. Reference numeral 1 in FIG. 1 denotes a muddy water pressure type shield machine (hereinafter referred to as a shield machine), which excavates while rotating a cutter 3 at the tip. The segment 7 is attached to the side wall of the excavated shield pit 5, and the shield machine 1 pushes the front end 7a of the segment 7 with the shield jack 9 to obtain a propulsive force in the excavation direction.

【0006】また、シールド機1のシールド11内に形
成されたカッターチャンバ13には送泥口15と排泥口
17とが設けられており、送泥口15には、シールド機
1の後方から地上の送泥ポンプ19(供給ポンプに相
当)やプラント装置(図示せず)に至る送泥管21が接
続されている。一方、排泥口17には、やはりシールド
機1の後方から地上のプラント装置に至る排泥管23が
接続されており、この排泥管23の管路中には排泥ポン
プ25(排出ポンプに相当)が、排泥管23の管路長に
応じた台数(図1中では1台のみ示している)設けられ
ている。
The cutter chamber 13 formed in the shield 11 of the shield machine 1 is provided with a mud feed port 15 and a mud feed port 17, and the mud feed port 15 is provided from the rear of the shield machine 1. A mud-sending pump 19 (corresponding to a supply pump) on the ground and a mud-sending pipe 21 leading to a plant device (not shown) are connected. On the other hand, the sludge discharge port 17 is also connected with a sludge discharge pipe 23 extending from the rear of the shield machine 1 to a plant device on the ground, and the sludge discharge pump 25 (exhaust pump Corresponding to the pipe length of the sludge discharge pipe 23 (only one is shown in FIG. 1).

【0007】前記プラント装置から送泥口15へは、送
泥ポンプ19によって送泥管21を介して泥水(図示せ
ず)が供給され、送泥口15からカッターチャンバ13
内へ供給された泥水は、カッター3のスリットを通して
切羽27に供給される。切羽27に噴出された泥水は、
カッター3により掘削された切羽27の掘削土と共に、
カッター3のスリットを通してカッターチャンバ13内
へ回収され、さらに、排泥ポンプ25によって排泥口1
7から排泥管23を介して地上のプラント装置へ吸引、
排出される。そして、シールド坑5内から地上へ排出さ
れた泥水から前記掘削土中の砂や礫が前記プラント装置
において分離され、残る泥水が送泥ポンプ19によって
再び送泥管21を介して送泥口15に供給される。
[0007] Mud water (not shown) is supplied from the plant device to the mud feed port 15 by the mud feed pump 19 through the mud feed pipe 21, and from the mud feed port 15 to the cutter chamber 13.
The muddy water supplied inward is supplied to the cutting face 27 through the slit of the cutter 3. The muddy water ejected on the face 27
With the excavated soil of the face 27 excavated by the cutter 3,
It is collected in the cutter chamber 13 through the slit of the cutter 3, and further, the sludge discharge pump 25 causes the sludge discharge port 1
7 to the plant equipment on the ground through the mud pipe 23,
Is discharged. Then, sand and gravel in the excavated soil are separated from the muddy water discharged from the shield pit 5 to the ground in the plant device, and the remaining muddy water is again sent by the mud sending pump 19 through the mud sending pipe 21 to the mud sending port 15 Is supplied to.

【0008】尚、前記送泥管21と送泥口15との間、
及び排泥管23と排泥口17との間には、カッターチャ
ンバ13内へ供給される泥水の流量や、或はカッターチ
ャンバ13内から排出される泥水の流量を調整するため
の開閉バルブ29,31が設けられている。また、開閉
バルブ29,31によって調整された夫々の泥水の流量
は、開閉バルブ29,31に付設された送泥流量センサ
33(供給量検出手段に相当)及び排泥流量センサ35
(排出量検出手段に相当)により検出され、送泥ポンプ
19によって設定される泥水のカッターチャンバ13内
への供給圧は、開閉バルブ29に付設された送泥圧力セ
ンサ37により検出される。
Between the mud pipe 21 and the mud port 15,
An opening / closing valve 29 for adjusting the flow rate of the muddy water supplied into the cutter chamber 13 or the flow rate of the muddy water discharged from the cutter chamber 13 is provided between the mud discharge pipe 23 and the mud discharge port 17. , 31 are provided. The flow rates of the muddy water adjusted by the open / close valves 29, 31 are the sludge flow rate sensor 33 (corresponding to the supply amount detecting means) attached to the open / close valves 29, 31 and the sludge flow rate sensor 35.
The supply pressure to the inside of the cutter chamber 13 of the muddy water, which is detected by (corresponding to the discharge amount detecting means) and set by the mud pump 19, is detected by the mud pressure sensor 37 attached to the opening / closing valve 29.

【0009】さらに、カッターチャンバ13には、切羽
27に噴出された泥水の水圧から、切羽27からの反力
による圧力を減じた圧力、つまり、切羽箇所における泥
水の水圧(以下、切羽水圧と称する)を検出する切羽水
圧センサ39(切羽水圧検出手段に相当)が設けられて
おり、シールド機1の先端には、シールド機1の掘進速
度を検出する速度センサ41(掘進速度検出手段に相
当)が設けられている。そして、前記送泥流量センサ3
3、排泥流量センサ35、切羽水圧センサ39、及び速
度センサ41の検出結果は、シールド坑5内の坑内装置
43から、図2に示す各種操作用スイッチ類が設けられ
た地上の制御盤45を介して、本発明の一実施例による
切羽水圧の自動制御装置を構成する制御用コンピュータ
47に、所定時間毎に入力され、これに基づいて制御用
コンピュータ47は送泥ポンプ19の駆動を制御する。
Further, in the cutter chamber 13, the pressure obtained by subtracting the pressure due to the reaction force from the cutting face 27 from the water pressure of the muddy water ejected on the face 27, that is, the water pressure of the muddy water at the face of the face (hereinafter referred to as the face pressure). ) Is provided, and a speed sensor 41 (corresponding to excavation speed detection means) that detects the excavation speed of the shield machine 1 is provided at the tip of the shield machine 1. Is provided. Then, the mud flow rate sensor 3
The detection results of 3, the sludge flow rate sensor 35, the face water pressure sensor 39, and the speed sensor 41 are obtained from the underground device 43 in the shield mine 5 from the underground control panel 45 provided with various operation switches shown in FIG. Is input to the control computer 47 that constitutes the automatic control system of the face water pressure according to the embodiment of the present invention at predetermined time intervals, and the control computer 47 controls the drive of the mud pump 19 based on this. To do.

【0010】次に、図3のブロック図を参照して制御用
コンピュータ47の概略構成と該制御用コンピュータ4
7による制御動作について説明する。まず、前記送泥流
量センサ33、排泥流量センサ35、及び速度センサ4
1の検出結果は所定時間毎に偏差流量検出部49(偏差
流量検出手段に相当)に入力され、これに基づいて偏差
流量検出部49は、送泥口15からカッターチャンバ1
3への泥水の供給量やカッターチャンバ13から排泥口
17への泥水の排出量に対する、前記掘削土の排出量の
過不足を示す偏差流量の前記所定時間毎の平均値を検出
し、その検出結果を出力する。
Next, referring to the block diagram of FIG. 3, the schematic configuration of the control computer 47 and the control computer 4 will be described.
The control operation by 7 will be described. First, the sludge flow rate sensor 33, the sludge flow rate sensor 35, and the speed sensor 4
The detection result of No. 1 is input to the deviation flow rate detection unit 49 (corresponding to deviation flow rate detection means) every predetermined time, and based on this, the deviation flow rate detection unit 49 causes the deviation chamber flow rate detection unit 49 to feed the cutter chamber 1 from the mud port 15.
The average value of the deviation flow rate indicating the excess or deficiency of the discharge amount of the excavated soil with respect to the supply amount of the muddy water to the No. 3 or the discharge amount of the muddy water from the cutter chamber 13 to the discharge port 17 is detected every predetermined time, Output the detection result.

【0011】偏差流量検出部49で検出された所定時間
毎の偏差流量の平均値(以下、偏差流量と略記する)は
ファジースケール値出力部51(ファジースケール値出
力手段に相当)に入力され、該ファジースケール値出力
部51は、最新の過去(以下、前回と称する)及び現在
(以下、今回と称する)の偏差流量に基づいて、図4に
示すような対応による、両偏差流量の各々に対応するフ
ァジースケール値を出力する。例えば、前回の偏差流量
X1が−0.01m3 /minで、今回の偏差流量X2
が0.02m3 /minであるとき、ファジースケール
値出力部51からは、前回の偏差流量X1に対応するフ
ァジースケール値−0.1と、今回の偏差流量X2に対
応するファジースケール値0.2とが出力される。
The average value of the deviation flow rate (hereinafter, abbreviated as deviation flow rate) detected by the deviation flow rate detecting section 49 for each predetermined time is input to the fuzzy scale value output section 51 (corresponding to fuzzy scale value output means). The fuzzy scale value output unit 51 calculates the difference between the latest past (hereinafter referred to as "previous time") and the present (hereinafter referred to as "this time") deviation flow rates based on the correspondence shown in FIG. Outputs the corresponding fuzzy scale value. For example, the previous deviation flow rate X1 is −0.01 m 3 / min, and the current deviation flow rate X2 is
Is 0.02 m 3 / min, the fuzzy scale value output unit 51 outputs from the fuzzy scale value −0.1 corresponding to the previous deviation flow rate X1 and the fuzzy scale value 0. 2 and are output.

【0012】ファジースケール値出力部51から出力さ
れた前回及び今回の偏差流量X1,X2の各々に対応す
るファジースケール値は、メンバーシップ関数値出力部
53(メンバーシップ関数値出力手段に相当)に入力さ
れ、メンバーシップ関数値出力部53は、図5の、縦軸
にグレードを取り、横軸にNB(Negative Big)、NS
(Negative Small)、ZO(Zero)、PS(Positive S
mall)、PB(Positive Big)の5段階のファジースケ
ールを取った表に示すメンバーシップ関数Mに基づい
て、前記両偏差流量X1,X2の各々に関するメンバー
シップ関数値を出力する。従って、メンバーシップ関数
値出力部53から出力される、前回及び今回の偏差流量
X1,X2の各々に関するメンバーシップ関数値は、前
回の偏差流量X1については、NS(X1)=A,ZO
(X1)=B、今回の偏差流量X2については、ZO
(X2)=D,PS(X2)=Cとなる。
The fuzzy scale values corresponding to the previous and present deviation flow rates X1 and X2 output from the fuzzy scale value output unit 51 are stored in the membership function value output unit 53 (corresponding to membership function value output means). 5, the membership function value output unit 53 takes the grade on the vertical axis and the NB (Negative Big), NS on the horizontal axis in FIG.
(Negative Small), ZO (Zero), PS (Positive S)
mall) and PB (Positive Big) based on a membership function M shown in a fuzzy scale of 5 stages, membership function values for each of the deviation flow rates X1 and X2 are output. Therefore, the membership function value for each of the previous and current deviation flow rates X1, X2 output from the membership function value output unit 53 is NS (X1) = A, ZO for the previous deviation flow rate X1.
(X1) = B, for the deviation flow rate X2 this time, ZO
(X2) = D and PS (X2) = C.

【0013】メンバーシップ関数値出力部53から出力
された前記両偏差流量X1,X2の各々に関するメンバ
ーシップ関数値は、ファジー推論部55(ファジー推論
手段に相当)に入力され、ここで、以下に示す手順で前
記両メンバーシップ関数値に対するファジー推論が行わ
れる。
The membership function value for each of the two deviation flow rates X1 and X2 output from the membership function value output unit 53 is input to the fuzzy inference unit 55 (corresponding to fuzzy inference means), where Fuzzy inference is performed on both membership function values by the procedure shown.

【0014】まず、ファジー推論部55では、ファジー
制御ルール保持部57(ファジー制御ルール保持手段に
相当)に保持された、図6に示すファジー制御ルールR
に、前回及び今回の偏差流量X1,X2に関する各2つ
ずつのメンバーシップ関数値NS(X1)=A,ZO
(X1)=B、ZO(X2)=D,PS(X2)=Cを
各1つずつ適用して、前記切羽水圧の制御量を決定する
ための制御パラメータYを推論する。次に、ファジー推
論部55では、前記ファジー制御ルールRに適用した、
前回及び今回の偏差流量X1,X2に関する各1つずつ
のメンバーシップ関数値のグレードの比較を行い、低い
方のグレードの値で前記制御パラメータYの重み付けを
行う。
First, in the fuzzy inference unit 55, the fuzzy control rule R shown in FIG. 6 held in the fuzzy control rule holding unit 57 (corresponding to fuzzy control rule holding means).
In addition, two membership function values NS (X1) = A, ZO for each of the previous and current deviation flow rates X1, X2.
(X1) = B, ZO (X2) = D, PS (X2) = C are applied one by one to infer the control parameter Y for determining the control amount of the face water pressure. Next, the fuzzy inference unit 55 applies the fuzzy control rule R,
The grades of the membership function values of the preceding and present deviation flow rates X1 and X2 are compared one by one, and the control parameter Y is weighted by the lower grade value.

【0015】以上の、ファジー推論部55が行うファジ
ー推論の内容を示すのが図7であり、これに示すよう
に、前回の偏差流量X1に関するメンバーシップ関数値
NS(X1)=Aと、今回の偏差流量X2に関するメン
バーシップ関数値ZO(X2)=Dとをファジー制御ル
ールRに適用して推論した結果得られる制御パラメータ
YはZOであり、前記両メンバーシップ関数値のグレー
ドの大小関係はA<Dである。従って、制御パラメータ
Yを重み付けしたパラメータY1はA*ZOとなる。同
様に、前回の偏差流量X1に関するメンバーシップ関数
値ZO(X1)=Bと、今回の偏差流量X2に関するメ
ンバーシップ関数値ZO(X2)=Dとに関しては、制
御パラメータYはZO、両メンバーシップ関数値のグレ
ードの大小関係はB>D、制御パラメータYを重み付け
したパラメータY1はD*ZOとなる。
FIG. 7 shows the contents of the above fuzzy inference performed by the fuzzy inference unit 55. As shown in FIG. 7, the membership function value NS (X1) = A relating to the previous deviation flow rate X1 and this time. Of the membership function value ZO (X2) = D with respect to the deviation flow rate X2 of the above is inferred by applying it to the fuzzy control rule R, the control parameter Y is ZO, and the magnitude relationship between the grades of the two membership function values is A <D. Therefore, the parameter Y1 obtained by weighting the control parameter Y is A * ZO. Similarly, regarding the membership function value ZO (X1) = B relating to the previous deviation flow rate X1, and the membership function value ZO (X2) = D relating to the deviation flow rate X2 this time, the control parameter Y is ZO, both memberships. The magnitude relationship between grades of function values is B> D, and the parameter Y1 weighted with the control parameter Y is D * ZO.

【0016】さらに、前回の偏差流量X1に関するメン
バーシップ関数値ZO(X1)=Bと、今回の偏差流量
X2に関するメンバーシップ関数値PS(X2)=Cと
に関しては、制御パラメータYはPS、両メンバーシッ
プ関数値のグレードの大小関係はB>C、制御パラメー
タYを重み付けしたパラメータY1はC*PSとなる。
尚、前回の偏差流量X1に関するメンバーシップ関数値
NS(X1)=Aと、今回の偏差流量X2に関するメン
バーシップ関数値PS(X2)=Cとに関しては、ファ
ジー制御ルールRが適用されず、制御パラメータY、両
メンバーシップ関数値のグレードの大小関係、及び制御
パラメータYを重み付けしたパラメータY1を導き出す
ためのファジー推論は行われない。
Further, regarding the previous membership function value ZO (X1) = B for the deviation flow rate X1 and the membership function value PS (X2) = C for the current deviation flow rate X2, the control parameter Y is PS, both The relationship of grades of membership function values is B> C, and the parameter Y1 weighting the control parameter Y is C * PS.
Note that the fuzzy control rule R is not applied to the membership function value NS (X1) = A relating to the deviation flow rate X1 of the previous time and the membership function value PS (X2) = C relating to the deviation flow rate X2 of this time, and the control is performed. Fuzzy inference for deriving the parameter Y, the magnitude relation between the grades of both membership function values, and the parameter Y1 weighting the control parameter Y is not performed.

【0017】このように、ファジー推論部55によるフ
ァジー推論の結果得られた3つのパラメータY1=A*
ZO、D*ZO、及びC*PSは、制御量出力部59
(制御量出力手段に相当)に入力され、制御量出力部5
9は、図8に示すように、前記3つのパラメータY1に
対して重心法を適用して、前記切羽水圧の制御量に関す
るファジースケール値Fを割り出す。さらに、制御量出
力部59はこのファジースケール値Fから、図4に示す
ような対応で設定される前記切羽水圧の増減量、即ちフ
ァジー制御量Zを割り出す。例えば、前記3つのパラメ
ータY1から割り出されたファジースケール値Fが0.
041であれば、切羽水圧のファジー制御量Zは0.0
05Kg/cm2 となる。
As described above, the three parameters Y1 = A * obtained as a result of the fuzzy inference by the fuzzy inference unit 55.
ZO, D * ZO, and C * PS are controlled variable output units 59.
(Corresponding to the control amount output means), and the control amount output unit 5
As shown in FIG. 8, 9 applies a center of gravity method to the three parameters Y1 to determine a fuzzy scale value F relating to the control amount of the face water pressure. Further, the control amount output unit 59 calculates from the fuzzy scale value F the increase / decrease amount of the face water pressure, which is set correspondingly as shown in FIG. 4, that is, the fuzzy control amount Z. For example, the fuzzy scale value F calculated from the three parameters Y1 is 0.
If it is 041, the fuzzy control amount Z of the face water pressure is 0.0
It becomes 05 Kg / cm 2 .

【0018】そして、制御量出力部59で割り出された
切羽水圧のファジー制御量Zは制御部61(制御手段に
相当)に入力され、制御部61は、送泥圧力センサ37
で検出された泥水のカッターチャンバ13内への供給圧
を監視しながら、切羽水圧センサ39で検出される切羽
水圧が制御量出力部59で割り出されたファジー制御量
Zに応じた圧力となるように送泥ポンプ19の駆動を制
御する。
The fuzzy control amount Z of the face water pressure calculated by the control amount output unit 59 is input to the control unit 61 (corresponding to the control means), and the control unit 61 causes the mud pressure sensor 37.
The face water pressure detected by the face water pressure sensor 39 becomes a pressure according to the fuzzy control amount Z determined by the control amount output unit 59 while monitoring the supply pressure of the muddy water detected in the cutter chamber 13. Thus, the drive of the mud pump 19 is controlled.

【0019】制御用コンピュータ47によって前記切羽
水圧をファジー制御する際の具体的な流れを図9に基づ
いて説明すると、まず、ステップS1において、切羽水
圧を変更してからその水圧によるシールド機1の掘進動
作が安定するまでのオフセット時間として、制御カウン
ターIのカウント時間S Cを設定すると共に、偏差流
量が所定値に達する前に制御が行われないように未変更
範囲H0を設定する。そして、前記制御カウンターI及
び制御用コンピュータ47による切羽水圧のファジー制
御量Zを夫々初期値=0とし、さらに、切羽水圧の設定
値PとファジールールRとを設定して、次のステップS
3でシールド機1による掘削を開始し、続いて、ステッ
プS5におけるDIFFIX通信により、前記送泥流量
センサ33、排泥流量センサ35、及び速度センサ41
の検出結果を所定時間毎に取り込む。
A concrete flow for fuzzy control of the face water pressure by the control computer 47 will be described with reference to FIG. 9. First, in step S1, the face water pressure is changed and then the shield machine 1 is controlled by the water pressure. As the offset time until the excavation operation stabilizes, the count time S of the control counter I Along with setting C, the unchanged range H0 is set so that control is not performed before the deviation flow rate reaches a predetermined value. Then, the fuzzy control amount Z of the face water pressure by the control counter I and the control computer 47 is set to an initial value of 0, and a set value P of the face water pressure and a fuzzy rule R are set, and the next step S
3, the excavation by the shield machine 1 is started, and then, by the DIFFIX communication in step S5, the sludge flow rate sensor 33, the sludge flow rate sensor 35, and the speed sensor 41.
The detection result of is acquired every predetermined time.

【0020】ステップS5に続くステップS7では、シ
ールド機1の駆動が開始されて掘進動作が安定するまで
の間のオフセット量として、シールド機1の掘進量(S
量)が30mm未満であるか否かを確認し、30mm未
満であるときにはステップS21にスキップする一方、
30mm以上であるときには次のステップS9で制御カ
ウンターIの値を1つインクリメントする。
In step S7 following step S5, the excavation amount (S) of the shield machine 1 is set as an offset amount until the excavation operation is stabilized after the driving of the shield machine 1 is started.
Amount) is less than 30 mm, and when it is less than 30 mm, the process skips to step S21.
When it is 30 mm or more, the value of the control counter I is incremented by 1 in the next step S9.

【0021】続いて、シールド機1の掘進に伴ってシー
ルドジャッキ9のジャッキパターンが変更されたか否か
をステップS11で確認し、変更されたときには偏差流
量が急激に変化するため、ステップS13による今回の
偏差流量X2の検出を行わず、ステップS25で制御カ
ウンターIの値を0にリセットし、さらに、ステップS
27で切羽水圧のファジー制御量Zを0としてステップ
S21に移行する。一方、ステップS11でジャッキパ
ターンが変更されていないときには、ステップS13に
移行して、偏差流量検出部49により偏差流量の検出を
行い、さらに、ステップS15で、制御カウンターIの
カウント値がS Cとなったか否か、つまり、シールド
機1の掘進動作の安定に必要な時間が経過したか否かを
確認する。
Subsequently, it is checked in step S11 whether or not the jack pattern of the shield jack 9 is changed as the shield machine 1 is advanced. If the jack pattern is changed, the deviation flow rate is rapidly changed. The deviation flow rate X2 is not detected, the value of the control counter I is reset to 0 in step S25, and further, in step S25.
At 27, the fuzzy control amount Z of the face water pressure is set to 0, and the process proceeds to step S21. On the other hand, when the jack pattern is not changed in step S11, the process proceeds to step S13, the deviation flow rate detection unit 49 detects the deviation flow rate, and further, in step S15, the count value of the control counter I is S. It is confirmed whether or not C has been reached, that is, whether or not the time required for stabilizing the excavation operation of the shield machine 1 has elapsed.

【0022】制御カウンターIのカウント値がS Cに
達していないときには、前記ステップS27で切羽水圧
のファジー制御量Zを0としてステップS21に移行
し、制御カウンターIのカウント値がS Cに達してい
るときには、I=0とした後に次のステップS17で、
先に検出された前回及び今回の偏差流量X1,X2の絶
対値が共に、初期設定した未変更範囲H0の範囲内であ
るか否かを確認する。前回及び今回の偏差流量X1,X
2の絶対値が共に初期設定した未変更範囲H0の範囲内
であるときには、前記ステップS27で切羽水圧のファ
ジー制御量Zを0としてステップS21に移行し、共に
未変更範囲H0の範囲を上回っているときには、次のス
テップS19で、ファジースケール値出力部51、メン
バーシップ関数値出力部53、ファジー推論部55、及
びファジー制御ルール保持部57を機能させて、前回及
び今回の偏差流量X1,X2にファジー計算を適用し、
切羽水圧のファジー制御量Zを割り出す。
The count value of the control counter I is S If it has not reached C, the fuzzy control amount Z of the face water pressure is set to 0 in step S27, and the process proceeds to step S21, where the count value of the control counter I is S. When it has reached C, after setting I = 0, in the next step S17,
It is confirmed whether or not the absolute values of the previously detected and the presently different deviation flow rates X1 and X2 are both within the initially set unchanged range H0. Previous and current deviation flow rate X1, X
When the absolute values of 2 are both within the initially set unchanged range H0, the fuzzy control amount Z of the face water pressure is set to 0 in step S27, and the process proceeds to step S21, both of which exceed the unchanged range H0. If so, in the next step S19, the fuzzy scale value output unit 51, the membership function value output unit 53, the fuzzy inference unit 55, and the fuzzy control rule holding unit 57 are caused to function to cause the deviation flow rates X1, X2 of the previous time and this time. Apply fuzzy calculation to
A fuzzy control amount Z of face water pressure is calculated.

【0023】続いて、ステップS21では、割り出され
たファジー制御量Zを現在までの切羽水圧の設定値Pに
加算処理する。尚、ステップS27からステップS21
に移行した場合には、ステップS27で切羽水圧のファ
ジー制御量Zが0とされているため、現在と以後とでは
切羽水圧の設定値Pは変わらない。そして、ステップS
21で加算処理された後の切羽水圧の設定値Pをステッ
プS23でD/A変換後に制御部61に出力する。制御
部61は先に述べたように、切羽水圧が前記ファジー制
御量Zの分増減されるように送泥ポンプ19の駆動を制
御する。
Subsequently, in step S21, the calculated fuzzy control amount Z is added to the set value P of the face water pressure up to the present. Incidentally, from step S27 to step S21
In the case of shifting to, since the fuzzy control amount Z of the face water pressure is set to 0 in step S27, the set value P of the face water pressure does not change between now and thereafter. And step S
In step S23, the set value P of the face water pressure after the addition processing in step 21 is output to the control unit 61 after D / A conversion. As described above, the control unit 61 controls the drive of the mud pump 19 so that the face water pressure is increased or decreased by the fuzzy control amount Z.

【0024】以上説明したように本実施例の切羽水圧の
自動制御装置によれば、送泥流量センサ33や排泥流量
センサ35によって泥水の供給量や排出量を検出し、速
度センサ29によってシールド機1の掘進速度を検出
し、これら送泥流量センサ33や排泥流量センサ35と
速度センサ29との検出結果を所定時間毎に制御用コン
ピュータ47の偏差流量検出部49に入力して、泥水の
供給量や排出量に対する前記掘削土の排出量の過不足を
示す偏差流量を所定時間毎に検出し、これに基づいてフ
ァジー推論部55が、ファジー制御ルール保持部57に
保持されたファジー制御ルールRを適用してファジー推
論し、その推論結果に基づいて制御部61が、切羽水圧
センサ39で検出される切羽水圧や送泥圧力センサ37
で検出される泥水のカッターチャンバ13内への供給圧
を監視しつつ送泥ポンプ19の駆動を制御する構成とし
た。
As described above, according to the automatic face water pressure control system of this embodiment, the mud flow rate sensor 33 and the mud flow rate sensor 35 detect the amount of mud water supplied and discharged, and the speed sensor 29 shields it. The excavation speed of the machine 1 is detected, and the detection results of the mud flow rate sensor 33 and the mud flow rate sensor 35 and the speed sensor 29 are input to the deviation flow rate detection section 49 of the control computer 47 at predetermined time intervals, and the mud water is detected. The deviation flow rate indicating the excess or deficiency of the excavated soil discharge amount with respect to the supply amount and the discharge amount is detected every predetermined time, and based on this, the fuzzy inference unit 55 causes the fuzzy control rule holding unit 57 to hold the fuzzy control. Fuzzy inference is performed by applying the rule R, and the control unit 61 controls the face water pressure detected by the face water pressure sensor 39 and the mud pressure sensor 37 based on the inference result.
The drive of the mud feed pump 19 is controlled while monitoring the supply pressure of the mud water into the cutter chamber 13, which is detected in Step 1.

【0025】従って、泥水加圧式シールド工法を行う上
で重要な要素である切羽箇所における泥水の水圧の調整
を自動化することができ、よって、熟練したオペレータ
を不要として泥水加圧式シールド工事全体を自動化し、
作業の効率化及び省力化を図ることができる。尚、切羽
水圧をファジー制御する際の制御用コンピュータ47の
制御の流れや、制御用コンピュータ47によるファジー
制御を行わない条件の設定は、図9のフローチャートに
示す流れや条件に限定されない。
Therefore, it is possible to automate the adjustment of the water pressure of the muddy water at the face part, which is an important factor in carrying out the muddy water pressure type shield construction method. Therefore, it is possible to automate the entire muddy water pressure type shield work without requiring a skilled operator. Then
Work efficiency and labor saving can be achieved. The control flow of the control computer 47 when the face water pressure is fuzzy controlled, and the setting of conditions under which the fuzzy control is not performed by the control computer 47 are not limited to the flow and conditions shown in the flowchart of FIG. 9.

【0026】[0026]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、掘
進速度検出手段、供給量検出手段、及び排出量検出手段
で検出された、シールド機の掘進速度、供給ポンプによ
る泥水の供給量、及び排出ポンプによる泥水の排出量に
基づいて、ファジー推論手段がファジー制御ルールを適
用してファジー推論を行い、この推論結果に基づいて決
定される泥水の供給圧の制御量と、切羽水圧検出手段で
検出された切羽箇所における泥水の水圧とに基づいて制
御手段が供給ポンプの駆動を制御する構成としたので、
切羽箇所における泥水の水圧の調整を自動化して熟練し
たオペレータを不要とし、泥水加圧式シールド工事を自
動化して作業の効率化及び省力化を図ることができる。
As described above, according to the present invention, the excavation speed of the shield machine, the supply amount of muddy water by the supply pump, detected by the excavation speed detection means, the supply amount detection means, and the discharge amount detection means, The fuzzy inference means applies a fuzzy control rule to perform a fuzzy inference based on the discharge amount of the muddy water by the discharge pump, and the control amount of the muddy water supply pressure determined based on the inference result, and the face water pressure detecting means. Since the control means is configured to control the drive of the supply pump based on the water pressure of the muddy water at the face point detected in
It is possible to automate the adjustment of the water pressure of the muddy water at the face of the face and eliminate the need for a skilled operator, and to automate the muddy water pressure type shield work to improve the work efficiency and save labor.

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

【図1】本発明の一実施例による切羽水圧の自動制御装
置を採用した泥水加圧式シールド機とこれを用いた泥水
加圧式シールド工事のシールド坑内を示す説明図であ
る。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a muddy water pressure type shield machine adopting an automatic face water pressure control device according to an embodiment of the present invention and a shield mine for muddy water pressure type shield construction using the same.

【図2】本発明の一実施例による切羽水圧の自動制御装
置を構成する制御用コンピュータを含んだ図1の泥水加
圧式シールド機の制御系を示すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing a control system of the muddy water pressure type shield machine of FIG. 1 including a control computer that constitutes an automatic face water pressure control device according to an embodiment of the present invention.

【図3】図2に示す制御用コンピュータの概略構成を示
すブロック図である。
FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a control computer shown in FIG.

【図4】図3に示す偏差流量検出部で検出される前回及
び今回の偏差流量の平均値と図3に示すファジースケー
ル値出力部から出力されるファジースケール値との対応
を示す説明図である。
4 is an explanatory diagram showing the correspondence between the average values of the previous and present deviation flow rates detected by the deviation flow rate detection unit shown in FIG. 3 and the fuzzy scale values output from the fuzzy scale value output unit shown in FIG. is there.

【図5】図3に示すメンバーシップ関数値出力部に保持
されたメンバーシップ関数を示す説明図である。
5 is an explanatory diagram showing a membership function held in a membership function value output unit shown in FIG.

【図6】図3に示すファジー制御ルール保持部に保持さ
れたファジー制御ルールを示す説明図である。
6 is an explanatory diagram showing fuzzy control rules held in a fuzzy control rule holding unit shown in FIG. 3. FIG.

【図7】図3に示すファジー推論部が行うファジー推論
の内容を示す説明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the contents of fuzzy inference performed by the fuzzy inference unit shown in FIG.

【図8】図3に示す制御量出力部で重心法を用いて切羽
水圧の制御量に関するファジースケール値を割り出す際
の原理を示す説明図である。
8 is an explanatory diagram showing the principle of determining a fuzzy scale value related to the control amount of the face water pressure by using the center of gravity method in the control amount output unit shown in FIG.

【図9】図2に示す制御用コンピュータによって切羽水
圧をファジー制御する際の具体的な流れを示す説明図で
ある。
9 is an explanatory diagram showing a specific flow when fuzzy control of the face water pressure is performed by the control computer shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シールド機 19 送泥ポンプ(供給ポンプ) 25 排泥ポンプ(排出ポンプ) 27 切羽 29 速度センサ(掘進速度検出手段) 33 送泥流量センサ(供給量検出手段) 35 排泥流量センサ(排出量検出手段) 39 切羽水圧センサ(切羽水圧検出手段) 49 偏差流量検出部(偏差流量検出手段) 51 ファジースケール値出力部(ファジースケール値
出力手段) 53 メンバーシップ関数値出力部(メンバーシップ関
数値出力手段) 55 ファジー推論部(ファジー推論手段) 57 ファジー制御ルール保持部(ファジー制御ルール
保持手段) 59 制御量出力部(制御量出力手段) 61 制御部(制御手段) M メンバーシップ関数 R ファジー制御ルール X1,X2 偏差流量
1 Shield Machine 19 Mud Pump (Supply Pump) 25 Mud Pump (Exhaust Pump) 27 Face 29 Speed Sensor (Excavation Speed Detection Means) 33 Mud Flow Rate Sensor (Supply Detection Means) 35 Sludge Flow Rate Sensor (Discharge Detection) 39) Face water pressure sensor (face water pressure detection unit) 49 Deviation flow rate detection unit (deviation flow rate detection unit) 51 Fuzzy scale value output unit (fuzzy scale value output unit) 53 Membership function value output unit (Membership function value output unit) ) 55 fuzzy inference section (fuzzy inference means) 57 fuzzy control rule holding section (fuzzy control rule holding means) 59 control amount output section (control amount output means) 61 control section (control means) M membership function R fuzzy control rule X1 , X2 deviation flow rate

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 供給ポンプによりシールド機の後方から
切羽へ泥水を供給して該切羽を保持し、 前記シールド機で掘削された掘削土を、排出ポンプによ
り前記泥水と共に前記切羽から前記シールド機の後方へ
排出するようにした、 泥水加圧式シールド工事における、前記切羽を保持する
ための該切羽箇所での前記泥水の水圧を制御する装置で
あって、 前記切羽箇所における前記泥水の水圧を検出する切羽水
圧検出手段と、 前記シールド機の掘進速度を検出する掘進速度検出手段
と、 前記供給ポンプによる前記泥水の供給量を検出する供給
量検出手段と、 前記排出ポンプによる前記泥水の排出量を検出する排出
量検出手段と、 前記掘進速度検出手段、供給量検出手段、及び排出量検
出手段の検出結果に基づいて、前記泥水の給排量に対す
る前記掘削土の排出量の過不足を示す偏差流量を所定時
間毎に検出する偏差流量検出手段と、 前記偏差流量検出手段で検出された最新の過去及び現在
の偏差流量に基づいて、該両偏差流量の各々に対応する
ファジースケール値を出力するファジースケール値出力
手段と、 前記最新の過去及び現在の偏差流量の各々に対応するフ
ァジースケール値に基づいて、該両偏差流量の各々に関
するメンバーシップ関数値を出力するメンバーシップ関
数値出力手段と、 ファジー制御ルールを保持するファジー制御ルール保持
手段と、 前記ファジー制御ルールに基づいて前記メンバーシップ
関数値に対するファジー推論を行うファジー推論手段
と、 前記ファジー推論手段による推論結果に基づいて前記切
羽箇所における前記泥水の水圧の制御量を出力する制御
量出力手段と、 前記制御量出力手段から出力された前記制御量と、前記
切羽水圧検出手段で検出された前記切羽箇所における前
記泥水の水圧とに基づいて前記供給ポンプの駆動を制御
する制御手段と、 を備えることを特徴とする泥水加圧式シールド工事にお
ける切羽水圧の自動制御装置。
1. A supply pump supplies muddy water from the rear of the shield machine to the face to hold the face, and excavated soil excavated by the shield machine is discharged from the face together with the muddy water by a discharge pump. A device for controlling the water pressure of the muddy water at the face of the face for holding the face in the muddy water pressure type shield construction that discharges backward, and detects the water pressure of the muddy water at the face of the face. Face water pressure detection means, excavation speed detection means for detecting the excavation speed of the shield machine, supply amount detection means for detecting the supply amount of the muddy water by the supply pump, and detection of the discharge amount of the muddy water by the discharge pump Based on the detection results of the discharge amount detecting means, the excavation speed detecting means, the supply amount detecting means, and the discharge amount detecting means. The deviation flow rate detecting means for detecting the deviation flow rate indicating the excess or deficiency of the discharge amount of the excavated soil at predetermined time intervals, and the both deviations based on the latest past and present deviation flow rates detected by the deviation flow rate detecting means. Fuzzy scale value output means for outputting a fuzzy scale value corresponding to each of the flow rates, and a membership function for each of the deviation flow rates based on the fuzzy scale values corresponding to each of the latest past and present deviation flow rates. Membership function value output means for outputting a value, fuzzy control rule holding means for holding fuzzy control rules, fuzzy inference means for performing fuzzy inference on the membership function values based on the fuzzy control rules, and the fuzzy inference Based on the result of inference by the means, a control for outputting the control amount of the water pressure of the muddy water at the face portion. Quantity output means, the control quantity output from the control quantity output means, and a control means for controlling the drive of the supply pump based on the water pressure of the mud at the face of the face detected by the face water pressure detection means. An automatic control device for the face water pressure in a mud pressure shield work.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE4337128A1 (en) * 1993-11-01 1995-05-04 Deutsche Aerospace Photovoltaic solar generator
US5982800A (en) * 1997-04-23 1999-11-09 Cymer, Inc. Narrow band excimer laser
KR100757370B1 (en) * 2002-05-20 2007-09-11 주식회사 케이티 Apparatus for controlling automatic micro-tunneling system by using fuzzy controller

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