JPH07139290A - 埋設管推進型掘進機及びその方向制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 埋設管推進型掘進機に関し、オペレータの習
熟度に頼ることなく、掘進方向を自動的に修正すること
ができる掘進機の提供を目的とする。 【構成】 カッターを有する先端掘削部と方向修正ジャ
ッキ及び姿勢検知器を有する方向修正部とレーザ受光装
置を有する掘進機後部とから成る先端掘進装置を備えた
シールド掘進機において、立抗側に演算処理装置を付設
して前記先端掘進装置における位置・姿勢に関する計測
データを電気的に受信処理することにより基準線からの
ずれを検出し、前記方向修正ジャッキの駆動装置に帰還
して推進方向を自動的に制御する機構を備えた埋設管推
進型掘進機。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、小口径管用トンネルの
シールド掘進を行う埋設管推進型掘進機及びその方向制
御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】埋設管推進型掘進機とは、通常、小口径
掘進機とも呼ばれるもので、元押し装置により後続管
（埋設管になる管のこと、以下では埋設管と呼ぶ）と共
に推進される装置である。この装置は、比較的小口径の
トンネルをシールド掘削することが目的であり、先端に
地山切羽の切削カッターを備え後端に埋設管を後方より
油圧で推進する元押装置を備える。掘進機の途中には、
前部と後部とを結び且つ方向修正に対応するため中折れ
部がある。オペレータは、立抗内で掘進機前部や後部や
中折部等に設置された各種センサからの計測信号及び元
押装置の推進ジャッキからの信号を監視しながら掘進作
業を行う。前部及び中折れ部のセンサには、傾斜計（ピ
ッチング計、ローリング計など）、土圧計、ドレン計、
折角ストローク計、方向修正ストローク計、これらの計
測信号は、多重伝送装置によって立抗内のパソコン等デ
ータ処理装置に送られる。又、後部には、後部自体の掘
進方向（ピッチング、ヨーイング）を監視するために、
ターゲット受光装置が設置されている。この受光装置
は、基準点からのレーザ光をターゲットで受光し、掘進
方向の基準点及び基準線からのずれ検出用に使用する。
この受光装置の出力もデータ処理装置に送られる。デー
タ処理装置は、各種センサの計測信号、ターゲット受光
装置の検出信号、及び元押し装置に設けた推進距離検出
器の検出信号を取り込み、掘進方向の基準点及び基準線
からのずれ等を算出し、これを出力・表示する。オペレ
ータはこの出力及び表示内容をみて、ずれの修正操作を
行う。このずれの修正は、ずれがピッチングとヨーイン
グで現れることから、ピッチング及びヨーイングを少な
くするようにする。

【０００３】ピッチング、ヨーイングの修正のための手
段が前部内に設けられた複数個の方向修正ジャッキであ
る。個々の方向修正ジャッキのに、全体としてのピッチ
ング、ヨーイング修正の観点で、伸び又は、縮み又は停
止の指示を行うことにより、この修正が可能である。伸
び／縮み・停止のみでなく、アナログ的なジャッキスト
ローク指示の例もある。

【０００４】立抗内の元押装置は、埋設管の推進ジャッ
キと推進距離検出器を備えている。推進ジャッキは、最
後部埋設管の後端を押して埋設管を前進させる。掘進が
進むごとに１個ずつ新しく埋設管が立坑内で最後尾に付
加される。

【０００５】一方、動力源（電気及び油圧）、作泥材注
入、排土処理装置及びシーケンサ親局などは、地上又は
立坑内に配置されている。掘進装置の構成図を図２に示
す。

【０００６】図２において、１は掘進機前部、２は掘進
機後部、３は前部１と後部２を水平及び上下方向に折り
曲げ可能に連結する中折れ部Ｂの連結ピンである。この
折れ角度の様子は中折れ部Ｂに設けた折れ角の水平につ
いてはストローク計１８で測定され、上下についてはピ
ッチング計で測定され、方向修正制御のためのフィード
バック制御に使われる。前部１には、カッタヘッド４を
カッタ駆動装置５で回転させて地山Ｇを掘削する先端掘
削部６が装備され、前部１内に設けた複数本の方向修正
ジャッキ７により先端掘削部６を上下、左右に傾動させ
て方向修正を行う。方向修正は、複数本の方向修正ジャ
ッキに対応して設けられた電磁弁２０によって行う。こ
こでは、先端掘削部６の傾動中心となる前部１の先端部
を方向修正部Ａとする。

【０００７】８は土砂圧送ポンプで、図示していない圧
送ピストンの往復動により前部１の外側から土砂溜タン
ク９に掘削土砂を送り出す。掘削土砂は、排土管１０へ
圧送される。そして掘進を行いながらその掘削土砂が次
々に排土管１０へ送られて、掘進機による推進が行われ
る。１１はトンネル後方の基準線上に設置され、基準線
に合わせてレーザビーム１２を投射するレーザ発振器、
１３は前記１の土砂溜タンク９上に設置されたレーザ受
光装置で、そのターゲット面１４でレーザビーム１２を
受光する。前部１には、前部自体のピッチング及びロー
リング計測用の傾斜計１５などのセンサが内蔵されてい
る。更に、後部２には各種の計測信号を元押し側に伝送
するための信号伝送装置１６を設けている。短管状の後
部２は先頭後続管１７に接続され、元押し装置（図示せ
ず）からの推進力を前部１に伝送する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図３は、図２で示した
各位置・姿勢検出手段（１４、１５、１８）の配置及び
その計測信号が電気ケーブルを経て立抗内のパソコン等
データ処理装置２１のＩ／Ｏユニットにインプットされ
る状況を模写的に示している。この各位置・姿勢検出手
段（１４、１５、１８）は、なるべく掘進機の先端に近
い位置にあることが望ましい。しかし、カッター駆動装
置や方向修正ジャッキ等が掘進機本体の前部を大きく占
めるため、検出手段１５、１８は後方に設置せざるを得
ず、また検出手段１４も、カッターから１．５〜２．５
ｍ程度後部に設置せざるを得ない。この先端からの距離
が大きければ大きい程、方向修正の反応（修正の効き具
合の確認）が遅くなる。方向修正の一番のポイントは、
先端部を傾動させて方向修正を行った時、掘進機本体が
先端部の傾動量（角度及び方向）にどのようなかたちで
追求しているかを、如何に早くつかみ、先端の傾動量が
適切であるかどうかを判断することである。掘進機の先
端に対する後部の追従性は、マシンのくせや地山の性状
によっても一様ではないため、更に状況が複雑になる。

【０００９】前記理由によって方向修正が適切に行われ
ない場合、掘進方向が蛇行して直進性が保たれなくなる
という問題が発生する。従って、計測データから速く適
確に状況を判断して修正操作を行うことが出来る高い熟
練性が、オペレータに要求され、オペレータの負担が大
きい。

【００１０】本発明の目的は、オペレータの習熟度に頼
ることなく掘進方向・姿勢を自動的に修正することがで
きる掘進機及びその方向制御方法を提供することであ
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、掘進機前部
と、掘進機後部と、両者を結ぶ中折れ部と、掘進機後部
を埋設管を介して推進させる元押し装置と、より成る埋
設管推進型掘進機において、掘進機前部のピッチングと
ヨーイングの変化量及び掘進機後部の後部ピッチングと
後部ヨーイングの変化量及びその変化量の変わる速さの
少なくとも１組以上を使って、前記掘進機前部に設けら
れた方向修正ジャッキを制御して推進方向の制御をはか
った埋設管推進型掘進機の方向制御方法を開示する。

【００１２】更に本発明は、掘進機前部と、掘進機後部
と、両者を結ぶ中折れ部と、掘進機後部を埋設管を介し
て推進させる元押し装置と、掘進機前部に設けられ、カ
ッターを含む先端掘削部の方向を制御する方向修正ジャ
ッキと、掘進機前部に設けられ、該前部のピッチング、
ヨーイングを検出する検出手段と、掘進機後部に設けら
れ、トンネル後方の基準点からのレーザビームを受光す
る受光部と、より成る埋設管推進型掘進機において、上
記基準点を通る基準線に対する受光ターゲット面でのレ
ーザ受光位置、及び基準線に対する中折れ部の位置、基
準線に対する方向修正ジャッキの位置とを時々刻々と求
め又は求めた結果を表示させる第１のステップと、第１
のステップで得られるレーザ受光位置及び中折れ部の位
置とが基準線からそれぞれ定めた基準距離内にあるか否
かチェックする第２のステップと、いずれか一方が基準
距離外にある場合、レーザ受光位置から中折れ部の位置
への長さＬ₁と中折れ部の位置から方向修正ジャッキの
位置への長さＬ₂との大小とを比較する第３のステップ
と、前者が大であれば掘進機後部のターゲット面から得
られる後部ピッチング及び後部ヨーイング方向からこの
方向とは逆方向になるように方向修正ジャッキの制御を
行い、後者が大であれば上記検出手段から得られるピッ
チング及びとヨーイングの方向からこの方向とは逆方向
になるように方向修正ジャッキの制御を行う第４のステ
ップと、方向修正ジャッキの制御後の上記検出手段から
得られるピッチング及びとヨーイングに変化があるか否
かを監視し、変化があれば掘進機後部のターゲット面か
ら得られる後部ピッチング及び後部とヨーイングの変化
の速さを監視し、この変化の速さ大小に比例させるよう
に停止基準値を設定し、この停止基準値に達した時点で
方向修正ジャッキの制御を停止させる第５のステップ
と、より成る埋設管推進型掘進機の方向制御方法を開示
する。

【００１３】更に本発明は、上記第５のステップが方向
修正ジャッキの制御後であって且つ所定の距離進んだ後
に上記検出手段から得られるピッチング及びヨーイング
に変化があるか否かを監視し、変化が少なければ方向修
正ジャッキの修正量を増加（多ければ当然減らす）させ
引き続き方向修正の制御を行い、変化があれば掘進機後
部のターゲット面から得られる後部ピッチング及び後部
ヨーイングの変化の速さを監視し、この変化の速さ大小
に比例させるように停止基準値を設定し、この停止基準
値に達した時点で方向修正ジャッキの制御を停止させる
ものとした。

【００１４】更に本発明は、前記制御方法を実現する掘
進機を開示する。

【００１５】

【作用】本発明によれば、掘進機の方向制御を、ピッチ
ング及びヨーイングの値や及びその変化速度をもとに行
うことにより、掘進の進み具合に応じた方向制御を達成
する。

【００１６】更に本発明によれば、受光面、中折れ部、
方向修正ジャッキの位置を時々刻々と求めておき、この
位置の変化の様子を監視して方向修正ジャッキの制御を
掘進機の推進状況に合わせて行わせる。

【００１７】更に本発明によれば、方向修正ジャッキへ
の制御を行った後の掘進機後部の動きの様子を監視する
ことにより、停止基準値を動きの大小に応じて設定し、
方向修正ジャッキへの制御の停止を動きに応じて可能に
する。

【００１８】更に本発明によれば、方向修正ジャッキへ
の制御を行って即座にその動きを監視するのではなく、
所定の距離が進んだ後で行うことにし、これによる方向
修正ジャッキの制御による掘進機後部の反作用は無視す
る。

【００１９】

【実施例】図４は、前記した方向修正ジャッキ部及び掘
進機後部（図２の右側）のある時刻におけるピッチング
量とヨーイング量を表示したデータ処理装置２１内の姿
勢演算手段のディスプレイ画面である。このディスプレ
イ画面は、中央の原点がレーザ受光装置ターゲット面に
おけるレーザ光の基準点である。即ち、この位置にレー
ザスポットがくれば、掘進機後部が設定位置を占めてい
ることになる。黒丸が実際のレーザ光受光位置であり、
設計位置より掘進機後部がずれていることを示してい
る。又、ずれの方向と大きさが、座標で示される。

【００２０】一方、白丸は基準線に対する方向修正ジャ
ッキ部のずれを示す。縦方向がピッチングを、横方向座
標がヨーイングを示している。又、白四角は基準線に対
する中折れ部位Ｂ−Ｂ′（図２参照）の位置ずれを示し
ている。

【００２１】黒丸と白四角を結ぶ線Ｌ₁は、レーザ受光
装置ターゲット面から中折れ部位Ｂ−Ｂ′までの、即ち
掘進機後部の位置ずれの大きさと方向とを示している。
後部ヨーイングが大きく、且つ後部ピッチングが小さな
場合には、Ｌ₁は横長になり、その逆の場合は縦長にな
る。

【００２２】白丸と白四角を結ぶ線Ｌ₂は、方向修正ジ
ャッキ部の位置ずれの大きさと方向とを示している。Ｌ
₂が横長になれば、方向修正部のヨーイングが大きく、
ピッチングが小さいことを示す。以上の図４の表示に必
要な演算及びその表示例については特願平１−２２３０
４０号に詳しい。

【００２３】設計通りトンネル掘進が直線性を保てば、
図４の黒丸、白丸及び白四角は、中央の原点に重なる。
しかし、実際の推進時においては、方向修正ジャッキが
中立状態、即ち、複数個の方向修正ジャッキのストロー
クが全て同じ状態のままにしておくと、マシンのくせや
地山形状のアンバランスなどのために掘進機は基準線か
ら自然にずれていく。そこで、これを基準線に引き戻す
直線施工時方向修正操作が方向修正ジャッキに対して不
可欠なのである。

【００２４】方向修正ジャッキ部の位置ずれ（Ｌ₂）に
対して、掘進機後部の位置ずれ（Ｌ₁）は距離が長いた
めにより影響が大きい。小口径推進機では、直径に比べ
て機長が長く且つ推力を後方から受けるため、方向修正
操作を行って先端掘削部を傾動させても、直ちに掘進機
後部は追従しない。後部は、しばらく基準線からはずれ
る動きをしてから先端掘削部の傾動方向に追従する。ま
たレーザのターゲット面が後部に設置しているため、掘
進機の前部が先端に追従し始めてもターゲット面に反応
するまでに時間遅れが発生する。従って、掘進機後部に
設置したターゲット面の受光位置だけで方向修正を行う
と、推進基準線に対し蛇行（ハンチング）し始める。方
向修正制御は、基準線に対して如何に蛇行の範囲を少な
くできるかであり、そのためには、方向修正時の掘進機
前部の位置・姿勢の変化の状況を如何に早く演算処理装
置にフィードバックするかが重要となる。そこで、本実
施例では、掘進機後部のピッチング及びヨーイングの変
化速度を測定し、変化が大きくなる前に逆方向の修正を
加えるようにした。

【００２５】以下本実施例を図面により詳しく述べる。
図４で示した掘進機前部及び後部の基準線からのずれが
具体的にどのような掘進機姿勢に対応しているかを模式
的にに示したのが、図５である。図５は、簡単のために
ピッチング動作についてのみ説明しているが、勿論ヨー
イング動作については図５紙面に垂直方向のずれである
ことを念頭におけば同様である。図４及び図５に示した
姿勢演算表示装置のディスプレイそのものは、基本的に
本発明者らが先願（特願平１−２２３０４０号）で開示
した技術である。即ち、掘進機後部ハルに設置したレー
ザ受光器で位置・姿勢を検出すると共に、そのターゲッ
ト面より前方に設置されたピッチング計及び折れ角スト
ローク計等のデータから前記白丸、白四角の計測データ
を画面に表示する。ここで、当然に、ピッチング計はピ
ッチング量の検出を行い、折れ角ストローク計はヨーイ
ング量の検出を行う。

【００２６】本発明による推進方向の自動修正は、前記
した各部の計測データの経時監視と、これら計測データ
があるしきい値を越えて基準線からずれた場合には、逆
方向動作を指示する信号を方向修正ジャッキ角の電磁弁
の各々に送って駆動せしめることによって行われる。

【００２７】図１に、本発明の掘進機の推進方向自動修
正に係る信号システム構成を示す。先端掘進装置側から
掘進機前部の検出器１５によるピッチング及びヨーイン
グデータが先端局２３を経て地上局から演算処理装置３
６のＩ／Ｏユニット３４に入力される。一方、レーザ受
光装置１３からは掘進機後部のピッチング及びヨーイン
グデータが前記Ｉ／Ｏユニット３４に入力される。これ
らデータは、姿勢演算の上、表示装置３７のディスプレ
イに図４、図５の如く描画される。又、立抗内の元押装
置には、推進ジャッキの推進距離検出器３８が備えられ
ており、推進距離が計測されて姿勢演算表示装置３７及
び前記Ｉ／Ｏユニット３４に入力される。尚、地上に設
置したそ３４、３５、３６、３７の一部又は全部は立坑
内に設けてもよい。

【００２８】これらの演算データを基にして、基準値か
ら一定のしきい値以上推進方向がずれた場合、演算処理
装置３６から自動的に方向修正信号が発せられる。この
信号はＩ／Ｏユニット３４、地上局、先端局を経て先端
掘進装置内の方向修正ジャッキ用電磁弁２０に伝達さ
れ、修正作業が行われる。この時、方向修正ストローク
計３１によって修正量が計測監視される。

【００２９】本発明による推進方向完全自動修正をプロ
グラムに沿って図５、図６、図７を用いて説明する。図
５のに示す通り、最初設計値通り掘進機が直線状態を
保って推進しているものとする。この時、ディスプレイ
面の「位置姿勢表示」は黒丸、白丸、白四角が中央の原
点（基準点）に収束しており重なっている。

【００３０】次に地山状態の変化を受けて掘進機の先端
部が、図５のに示すように上向きに姿勢変化したとす
る。この時、ディスプレイ面の「位置姿勢表示」は、原
点にある黒丸を除いて、白四角が上方へ、更に白丸がよ
り上方へシフトしてピッチングに入ったことを示す。

【００３１】このようなずれを確認した場合、推進方向
修正の指令（先端首振り指示）を出す手順は以下の通り
である。図６に示すように、開始手順５０の次にまず黒
丸が基準点近傍か（ＣＲＴ画面上での距離に換算して、
基準点から５ｍｍ以内にあるか）どうかを自動的にチェ
ックする（手順５１）。但し、表示画面の上下、左右の
単位は角度の千分率単位とした。５ｍｍ以内であれば、
次に白丸が基準点から１０ｍｍ以内にあるかどうかをチ
ェックする（手順５２）。この場合白丸が１０ｍｍ以内
であれば、方向修正は行わない。方向修正しなければ、
図５のディスプレイ面に示される「先端首振り表示」は
原点にとどまったままである。

【００３２】しかるに、黒丸または白丸のずれが前記し
きい値を越えた場合には、直ちに方向修正プログラムに
入る。先ず、黒丸と白四角との距離Ｌ₁（掘進機後部ず
れの大きさに対応）と白四角と白丸との距離Ｌ₂（掘進
機前部のずれの大きさに対応）とを比較する（手順５
３）。Ｌ₂が大きい場合には前部がずれた方向へ掘進を
続けていると判断して、ピッチング計によるピッチング
及び折れ角ストローク計より得られるヨーイングの方向
をチェック（手順５５）し、方向修正ジャッキを制御す
る（手順５６）。即ち、基準点からのずれと逆方向にジ
ャッキストロークを伸ばす指示をその電磁弁に出す。

【００３３】一方、Ｌ₁が大きい場合には後部の追従性
が悪いと判断して受光ターゲット面の計測データ等から
得られる後部ピッチング及び後部ヨーイングの方向、度
合をチェックする（手順５４）。図５の場合では、白四
角点の変化の度合をチェックする。

【００３４】方向修正ジャッキ制御（手順５６）は、図
５のに示すように下向きに首振り修正をすることにな
るので、その指示を出し修正効果を「位置姿勢表示」デ
ィスプレイで確認する。首振り修正時点で掘進機先端の
抵抗が増大し、その反作用として一時的に後部が振られ
るため、ピッチング計及び折れ角ストローク計は一時的
に修正しようとする方向と反対方向に作動するが、これ
は無視する。方向修正後５０ｃｍ程度掘進した時点で、
再びピッチング計及び折れ角ストローク計のデータをチ
ェックする（手順５７）。尚、方向修正指示を出した後
は、図５の「先端首振り表示」に示す如く修正量の大き
さと方向がディスプレイ面に描画される。

【００３５】さて、約５０ｃｍ進んだ時点でチェックし
た結果、修正前と同じ方向にずれており変化量が少ない
か或は逆に大きくなる場合には、修正量を増加させる指
示を送って再チェックのサブルーチンに入る（手順５
８）。

【００３６】一方、修正しようとする方向にほぼ目標通
り変化しはじめた場合には、受光ターゲットのデータ等
より得られる後部ピッチング及び後部ヨーイングの変化
の速さ（ピッチング量の微分値及びヨーイング量の微分
値）度合をチェックする（手順５９）。即ち、ピッチン
グが前下がり傾向になり、Ｌ₁が小さくなってくれば下
向きの方向修正制御が効いていると判断される。但し、
後部ピッチングを示すＬ₂は複雑な変化をする。

【００３７】修正開始時点で仮に後部ピッチングの数値
が千分率表示で５／１０００であったとする。ここから
約５０ｃｍ進む間に掘進機は後方から推力を受ける影響
が出て、後部ピッチングの値は６／１０００→７／１０
００と逆に増加する。修正効果が後部に及んでくるにつ
れてピッチングの数値変化の時間が次第に長くなり、最
終的にはピーク値（例えば１０／１０００）に達した後
で９／１０００→８／１０００と減少しはじめる。この
状態をそのまま放置すると掘進機は、下側にオーバーラ
ンしてしまうので下がりすぎないようにある所で最初の
修正値を再修正又は解除する必要がある。そのタイミン
グは後部ピッチングの変化の速さをみて決める。

【００３８】即ち、図６のチャートにおいて、後部ピッ
チングの変化の速さが適当であれば、停止基準値αを当
初設定値通りにしておく（手順６０）が、変化の速さが
大きい場合には修正解除を早めにするために停止基準値
αを大きめに設定しなおす（手順６１）。逆に、後部ピ
ッチングの変化の速さが小さい場合には、停止基準値α
を小さく設定しなおして、修正動作が長時間持続するよ
うにする（手順６２）。

【００３９】そして、図７に移り、後部ピッチング、後
部ヨーイングの変化する速さが少なくなる方向で且つ停
止基準値α以内であるかどうかをチェックし（手順６
３）、「ＹＥＳ」であれば方向修正ジャッキの制御を停
止する（手順６４）。このデータサンプリングの時間間
隔は適当に選択できる。更に適当な距離、例えば１０ｃ
ｍを掘進した後で修正された結果をチェックし（手順６
５）、問題がなければ、再び最初のプロセスに戻る。理
想的な修正が行われるならば、掘進機は図５に示す直線
状態に復帰しており、「位置姿勢表示」のディスプレイ
面では、再び白丸、白四角、黒丸が基準点に重なった状
態が示される。尚、手順６３では、上記条件ではなく、
白丸、白四角及び黒丸が全て停止基準値α以内かという
条件であってもよい。

【００４０】然るに、前記後部ピッチングの変化の速さ
から判断した停止基準値αの再設定が不良で、白丸、白
四角及び黒丸のいずれかが基準値αをはずれるならば、
再び方向修正ジャッキに信号を送って修正量（図５で
「先端首振り表示」のベクトル量）を変化させるサブル
ーチンに入ることになる。

【００４１】以上の制御を前記ルーチンプロセスに従っ
て自動的に繰り返すことにより、掘進機の推進方向を自
動的に修正するが出来る。

【００４２】前記図５を用いた説明では簡単のためにピ
ッチング動作についてのみ触れた。しかし、左右方向の
修正も折れ角ストローク計によるヨーイングと後部ヨー
イングの動きをサンプリングして修正指示を出すことに
より、ピッチングと全く同様にして図６のルーチンプロ
セスに沿って行いうることは自明でまる。

【００４３】図６の実施例での手順５４、５５、５７、
５９は以下のパラメータを扱っている。 手順５４…後部ピッチング量（ｐ₁）、後部ヨーイング
量（ｙ₁）、 手順５５…ピッチング計による検出ピッチング量
（ｐ₂）、折れ角ストローク計による検出ヨーイング量
（ｙ₂）、 手順５７…ピッチング計による検出ピッチング量
（ｐ₂）、折れ角ストローク計による検出ヨーイング量
（ｙ₂）、 手順５９、６３…後部ピッチング量の変化の速さ（ピッ
チング量の微分値）ｐ′₁、後部ヨーイング量の変化の
速さ（ヨーイング量の微分値）ｙ′₁、 しかし、これ以外の変形例もありうる。例えば、手順５
４と５５との一方を不要とし、（ｐ₁、ｙ₁）か（ｐ₂、
ｙ₂）か（ｐ′₁、ｙ′₁）かのいずれか１組を使う例、
手順５７で（ｐ₁、ｙ₁）か（ｐ′₁、ｙ′₁）かを使う
例、手順５４で（ｐ₂、ｙ₂）を使い、手順５５で
（ｐ₁、ｙ₁）か（ｐ′₁、ｙ′₁）のいずれかを使う例、
手順５９、６３で（ｐ′₁、ｙ′₁）以外のパラメータで
ある（ｐ₁、ｙ₁）か（ｐ₂、ｙ₂）かのいずれかを使う
例、等種々変形がありうる。また、（ｐ₂、ｙ₂）の微分
値（ｐ′₂、ｙ′₂）をパラメータとすることもありう
る。

【００４４】以上述べた自動制御は、図１で示した演算
処理装置３６によって行われる。演算処理装置３６は適
当な機能、容量を有するマイクロコンピュータ又はパー
ソナルコンピュータであり、処理内容は予めプログラミ
ングされて収納しておくことは云うまでもない。このよ
うな演算処理装置は、専用の電子回路を用いても構築可
能である。尚、演算処理装置３６は、立坑内に設置する
例もありうる。

【００４５】

【発明の効果】以上の述べたように本発明によれば、小
口径トンネル用の埋設管推進型掘進機において、従来は
オペレータの高い熟練度に頼っていた推進方向の修正
を、自動化することができる。この結果、地山状態等で
データを推進設定値と共に予め制御装置に入力しておく
だけで、蛇行を最小限に抑制したトンネル自動掘進が可
能となり、作業の正確度向上、作業効率向上に資するこ
とが出来ると考えられる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の掘進機における推進方向自動修正用信
号システム構成図である。

【図２】先端掘進装置の内部配置を示す縦断面図であ
る。

【図３】掘進機における位置・姿勢センサと制御信号の
入出力系統図を示す。

【図４】姿勢演算表示装置のディスプレイを示す図であ
る。

【図５】実施例による推進位置・姿勢と先端首振りの表
示を示す図である。

【図６】実施例による推進方向の自動修正フローチャー
トを示す。

【図７】実施例による推進方向の自動修正フローチャー
トを示す。

【符号の説明】

１ 掘進機前部 ２ 掘進機後部 ３ 連結ピン ４ カッター ６ 先端掘削部 ７ 方向修正ジャッキ １１ レーザ発振機 １２ レーザ光 １３ レーザ受光装置 １４ ターゲット面 １５ ピッチング計（ローリング計） １７ 埋設管 １８ 折れ角ストローク計 ２０ 電磁弁 Ｂ−Ｂ′ 中折れ部位

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 均 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘進機前部と、掘進機後部と、両者を結
   ぶ中折れ部と、掘進機後部を埋設管を介して推進させる
   元押し装置と、より成る埋設管推進型掘進機において、 掘進機前部のピッチングとヨーイングの変化量及び掘進
   機後部の後部ピッチングと後部ヨーイングの変化量及び
   その変化量の変わる速さの少なくとも１組以上を使っ
   て、前記掘進機前部に設けられた方向修正ジャッキを制
   御して推進方向の制御をはかった埋設管推進型掘進機の
   方向制御方法。
2. 【請求項２】 掘進機前部と、掘進機後部と、両者を結
   ぶ中折れ部と、掘進機後部を埋設管を介して推進させる
   元押し装置と、掘進機前部に設けられ、カッターを含む
   先端掘削部の方向を制御する方向修正ジャッキと、掘進
   機前部に設けられ、該前部のピッチング、ヨーイングを
   検出する検出手段と、掘進機後部に設けられ、トンネル
   後方の基準点からのレーザビームを受光する受光部と、
   より成る埋設管推進型掘進機において、 上記基準点を通る基準線に対する受光ターゲット面での
   レーザ受光位置、及び基準線に対する中折れ部の位置、
   基準線に対する方向修正ジャッキの位置とを時々刻々と
   求め又は求めた結果を表示させる第１のステップと、 第１のステップで得られるレーザ受光位置及び中折れ部
   の位置とが基準線からそれぞれ定めた基準距離内にある
   か否かチェックする第２のステップと、 いずれか一方が基準距離外にある場合、第１のステップ
   で求めた、レーザ受光位置から中折れ部の位置への長さ
   Ｌ₁と中折れ部の位置から方向修正ジャッキの位置への
   長さＬ₂との大小を比較する第３のステップと、 前者が大であれば掘進機後部のターゲット面から得られ
   る後部ピッチング及び後部ヨーイング方向からこの方向
   とは逆方向になるように方向修正ジャッキの制御を行
   い、後者が大であれば上記検出手段から得られるピッチ
   ング及びヨーイングの方向からこの方向とは逆方向にな
   るように方向修正ジャッキの制御を行う第４のステップ
   と、 方向修正ジャッキの制御後の上記検出手段から得られる
   ピッチング及びヨーイングに変化があるか否かを監視
   し、変化があれば掘進機後部のターゲット面から得られ
   る後部ピッチング及び後部ヨーイングの変化の速さを監
   視し、この変化の速さの大小に比例させるように停止基
   準値を設定し、この停止基準値に達した時点で方向修正
   ジャッキの制御を停止させる第５のステップと、より成
   る埋設管推進型掘進機の方向制御方法。
3. 【請求項３】 掘進機前部と、掘進機後部と、両者を結
   ぶ中折れ部と、掘進機後部を埋設管を介して推進させる
   元押し装置と、掘進機前部に設けられ、カッターを含む
   先端掘削部の方向を制御する方向修正ジャッキと、掘進
   機前部に設けられ、該前部のピッチング、ヨーイングを
   検出する検出手段と、掘進機後部に設けられ、トンネル
   後方の基準点上からのレーザビームを受光する受光部
   と、より成る埋設管推進型掘進機において、 上記基準点を通る基準線に対する受光ターゲット面での
   レーザ受光位置、及び基準線に対する中折れ部の位置、
   基準線に対する方向修正ジャッキの位置とを時々刻々と
   求め又は求めた結果を表示させる第１のステップと、 上記第１のステップで得られるレーザ受光位置及び中折
   れ部の位置とが基準線からそれぞれ定めた基準距離内に
   あるか否かチェックする第２のステップと、 いずれか一方が基準距離外にある場合、第１のステップ
   で求めた、レーザ受光位置から中折れ部の位置への長さ
   Ｌ₁と中折れ部の位置から方向修正ジャッキの位置への
   長さＬ₂との大小とを比較する第３のステップと、 前者が大であれば掘進機後部のターゲット面から得られ
   る後部ピッチング及び後部ヨーイング方向からこの方向
   とは逆方向になるように方向修正ジャッキの制御を行
   い、後者が大であれば上記検出手段から得られるピッチ
   ング及びヨーイングの方向からこの方向とは逆方向にな
   るように方向修正ジャッキの制御を行う第４のステップ
   と、 方向修正ジャッキの制御後であって且つ所定の距離進ん
   だ後に上記検出手段から得られるピッチング及びとヨー
   イングに変化があるか否かを監視し、変化が少なければ
   方向修正ジャッキの修正量を増加させ引き続き方向修正
   の制御を行い、変化があれば掘進機後部のターゲット面
   から得られる後部ピッチング及び後部とヨーイングの変
   化の速さを監視し、この変化の速さ大小に比例させるよ
   うに停止基準値を設定し、この停止基準値に達した時点
   で方向修正ジャッキの制御を停止させる第５のステップ
   と、より成る埋設管推進型掘進機の方向制御方法。
4. 【請求項４】 掘進機前部と、 掘進機後部と、 両者を結ぶ中折れ部と、 掘進機後部を埋設管を介して推進させる元押し装置と、 掘進機前部に設けられ、カッターを含む先端掘削部の方
   向を制御する方向修正ジャッキと、 掘進機前部に設けられ、該前部のピッチング、ヨーイン
   グを検出する検出手段と、 掘進機後部に設けられ、トンネル後方の基準点上からの
   レーザビームを受光する受光部と、 上記検出手段及び受光部からの検出信号を取り込み方向
   修正ジャッキの制御を行う演算制御手段と、より成ると
   共に、 上記演算制御手段は、 上記基準点を通る基準線に対する受光ターゲット面での
   レーザ受光位置、及び基準線に対する中折れ部の位置、
   基準線に対する方向修正ジャッキの位置とを時々刻々と
   求め又は求めた結果を表示させる第１の手段と、 上記第１の手段で得られたレーザ受光位置及び中折れ部
   の位置とが基準線からそれぞれ定めた基準距離内にある
   か否かチェックする第２の手段と、 いずれか一方が基準距離外にある場合、第１の手段で求
   めた、レーザ受光位置から中折れ部の位置への長さＬ₁
   と中折れ部の位置から方向修正ジャッキの位置への長さ
   Ｌ₂との大小とを比較する第３の手段と、 前者が大であれば掘進機後部のターゲット面から得られ
   る後部ピッチング及び後部ヨーイング方向からこの方向
   とは逆方向になるように方向修正ジャッキの制御を行
   い、後者が大であれば上記検出手段から得られるピッチ
   ング及びヨーイングの方向からこの方向とは逆方向にな
   るように方向修正ジャッキの制御を行う第４の手段と、 方向修正ジャッキの制御後の上記検出手段から得られる
   ピッチング及びとヨーイングに変化があるか否かを監視
   し、変化があれば掘進機後部のターゲット面から得られ
   る後部ピッチング及び後部ヨーイングの変化の速さを監
   視し、この変化の速さ大小に比例させるように停止基準
   値を設定し、この停止基準値に達した時点で方向修正ジ
   ャッキの制御を停止させる第５の手段と、より成る埋設
   管推進型掘進機。
5. 【請求項５】 掘進機前部と、 掘進機後部と、 両者を結ぶ中折れ部と、 掘進機後部を埋設管を介して推進させる元押し装置と、 掘進機前部に設けられ、カッターを含む先端掘削部の方
   向を制御する方向修正ジャッキと、 掘進機前部に設けられ、該前部のピッチング、ヨーイン
   グを検出する検出手段と、 掘進機後部に設けられ、トンネル後方の基準点上からの
   レーザビームを受光する受光部と、 上記検出手段及び受光部からの検出信号を取り込み方向
   修正ジャッキの制御を行う演算制御手段と、より成ると
   共に、 上記演算制御手段は、 上記基準点を通る基準線に対する受光ターゲット面での
   レーザ受光位置、及び基準線に対する中折れ部の位置、
   基準線に対する方向修正ジャッキの位置とを時々刻々と
   求め又は求めた結果を表示させる第１の手段と、 上記第１の手段で得られたレーザ受光位置及び中折れ部
   の位置とが基準線からそれぞれ定めた基準距離内にある
   か否かチェックする第２の手段と、 いずれか一方が基準距離外にある場合、第１の手段で求
   めた、レーザ受光位置から中折れ部の位置への長さＬ₁
   と中折れ部の位置から方向修正ジャッキの位置への長さ
   Ｌ₂との大小とを比較する第３の手段と、 前者が大であれば掘進機後部のターゲット面から得られ
   る後部ピッチング及び後部とヨーイング方向からこの方
   向とは逆方向になるように方向修正ジャッキの制御を行
   い、後者が大であれば上記検出手段から得られるピッチ
   ング及びとヨーイングの方向からこの方向とは逆方向に
   なるように方向修正ジャッキの制御を行う第４の手段
   と、 方向修正ジャッキの制御後であって且つ所定の距離進ん
   だ後に上記検出手段から得られるピッチング及びとヨー
   イングに変化があるか否かを監視し、変化が少なければ
   方向修正ジャッキの修正量を増加させ引き続き方向修正
   の制御を行い、変化があれば掘進機後部のターゲット面
   から得られる後部ピッチング及び後部ヨーイングの変化
   の速さを監視し、この変化の速さの大小に比例させるよ
   うに停止基準値を設定し、この停止基準値に達した時点
   で方向修正ジャッキの制御を停止させる第５の手段と、
   より成る埋設管推進型掘進機。