JPH0833095B2 - シールド掘進機のジャッキパターンの変更方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 《産業上の利用分野》 本発明は、シールド掘進機の掘進制御方法に関し、特
に、シールド掘進機を掘進させるジャッキパターンの変
更方法に関する。

《従来の技術》 周知のように、シールド工法は、地盤中にトンネルを
構築する工法であり、この種の工法には地盤を掘削する
シールド掘進機が用いられる。

この種の工法に用いられるシールド掘進機は、一般的
に、複数のシールドジャッキの伸長により掘進される。

ところが、このようなシールドジャッキによる掘進で
は、周囲の地盤の性状の相違や、シールドジャッキの押
圧のアンバランスなどの要因によって、掘進方向が計画
線から偏位することがある。

このような計画線からの偏位が生じたときに、シール
ド掘進機の掘進方向を制御する方法として、例えば、特
開平１−94195号公報には、シールド掘進機の現在位置
を自動計測し、この計測値と計算線との偏向角を演算
し、この偏向角に応じてシールド掘進機のジャッキパタ
ーンを選択して、その掘進方向を制御する方法が提案さ
れている。

この公報に開示されている制御方法では、選択された
ジャッキパターンでシールド掘進機を掘進させたとき
に、シールド掘進機が予定した方向に掘進していないと
きには、選択されたジャッキパターンを変更することも
開示されているが、特に、ジャッキパターンを変更する
方法には、以下に説明する技術的課題があった。

《発明が解決しようとする課題》 すなわち、上記公報に示されているジャッキパターン
の変更方法では、ジャッキの伸長によりシールド掘進機
が所定の距離前進したときに、シールド掘進機の掘進方
向の角度と、計画線からの偏差とを測定し、これが設定
された角度と偏差とに近付いていないときに、選択され
たジャッキパターンを変更する。

しかしながら、シールド掘進機は、計画線から偏位し
ている状態で、これを所定距離掘進した時に計画線に合
致させようとする際には、急旋回ができないので、実際
には、選択されたジャッキパターンでジャッキを伸長し
ても、ジャッキが伸長し始めた初期には角度変化が殆ど
なく、ある程度ジャッキが伸長してからシールド掘進機
の掘進方向が徐々に変化し、このような状態の変化は周
囲の地盤の性状や、偏向角度の大きさなどによって異な
る。

ところが、上記公報に示されているようにシールド掘
進機が所定距離前進したときにジャッキパターンの変更
を判断する方法では、ジャッキパターンの変更を判断す
る個所の設定が難しく、また、正確な判断が困難であっ
た。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、ジャッキでシ
ールド掘進機を掘進させている際に、適確なジャッキパ
ターンの変更判断ができるシールド掘進機のジャッキパ
ターンの変更方法を提供することにある。

《課題を解決するための手段》 上記目的を達成するために、本発明は、シールド掘進
機が所定の距離だけ掘進した状態で現位置と計画線との
間の偏差を演算し、この偏差の大きさに応じて前記シー
ルド掘進機を掘進させるジャッキパターンを選択して、
前記シールド掘進機の掘進方向が制御される方法におい
て、前記シールド掘進機を推進させるジャッキの伸長に
応じて前記ジャッキパターンの変更の要求度に相違を設
定するとともに、この要求度を順次加算して、前記要求
度の加算値が所定の大きさになったときに前記ジャッキ
パターンを変更することを特徴とする。

《発明の作用効果》 上記構成のシールド掘進機のジャッキパターンの変更
方法によれば、シールド掘進機を推進させるジャッキの
伸長に応じて、選択されたジャッキパターンの変更の要
求度に相違を設定し、かつ、その要求度を順次加算し、
加算された要求度が所定の大きさになったときに、ジャ
ッキパターンを変更するので、ジャッキでシールド掘進
機を推進させている途中で周囲の地盤の性状が変化した
場合にもこれに適応できる。

《実施例》 以下、この発明の好適な実施例について添付図面を参
照にして詳細に説明する。

第１図から第７図は、この発明にかかるシールド掘進
機のジャッキパターンの変更方法の一実施例を示してい
る。

同図に示す変更方法では、第１図に示す装置類が用い
られれ、シールド掘進機10内には、レーザ発振器12,光
波距離計14,レーザターゲット16が設けられていて、シ
ールド掘進機10が所定の距離だけ掘進したときにその左
右，上下方向の計画線Ｌからの偏差δh,δｖが測定さ
れ、光波距離計14には、その発信方向などを制御する制
御装置18が設けられている。

また、シールド掘進機10内には、その後方に順次設置
されるセグメント20に反力を取って掘進機10を前方に掘
進させる複数のシールドジャッキ21が設置され、このジ
ャッキ21の伸長は図外のストローク計で計測されるとと
もに、その測定値は制御装置18を介して後述する自動制
御装置に入力される。

各シールドジャッキ21は、シールド制御装置22でその
駆動が制御され、この制御装置22には、多重伝送装置子
局24が接続されている。

一方、地上側には、シールド掘進機10の自動制御装置
26が設置され、この自動制御装置26では、上記制御装置
18から自動測量装置28を介して入力される偏差δh,δｖ
に基づいて、シールド掘進機10の方位角θkmとピッチ各
Ψkmとを演算したり、あるいは、１リングごとの水平，
垂直方向の力点位置gx,gyおよびその時の水平，鉛直制
御角βh,βｖを記憶したり、この記憶されたデータと現
位置での偏差δh,δｖとに基づいてシールド掘進機10の
掘進方向を推論し、これに基づいて多重伝送装置親局30
と子局24とを介してシールド制御装置22に制御信号を送
出する。

このとき自動制御装置26で実施される処理手順を第２
図に示している。

処理手順がスタートすると、まず、ステップs1で計画
線Ｌからの現位置での左右，上下偏差δh,δｖが入力さ
れ、シールド掘進機10の現位置での方位角θkmとピッチ
角Ψkmとが演算される。

続くステップs2では、偏差δh,δｖが予め設定されて
いる許容値と比較されて偏差の許容度合の判定が行わ
れ、これらのいずれかが許容度合よりも大きい場合に
は、ステップs3で警報が発せられ、いずれの場合でも次
のステップが実行される。

ステップs4では、左右偏差δｈにより、計画線Ｌを挟
んで現位置と反対側にδｈだけ偏位したｎ機長先の位置
に、第３図（Ａ）に示すように、目標点Ｐが設定され
る。

なお、この場合のｎは２以上の値になる。

そして、ステップs5で、シールド掘進機10の中心と目
標点Ｐとを結んで角度αｈを求め、この角度αｈに基づ
いて、シールド掘進機10の制御角βｈが求められる。

制御角βｈは、ｎ機長先でシールド掘進機10を２δｈ
だけ偏位させるので、これをリングの長さで割ると１リ
ング先でどれだけ偏位させれば良いかその大きさ（δｈ
−δｈ′）が解り、今、第３図（Ｂ）に示すように、現
位置での計画線Ｌに対する偏位角をθkmとし、１リング
の掘進長をlRとし、１リングでの偏位角をθｈとする
と、βｈ＝θkm＋θｈとなり、θｈ＝tan−１（δｈ−
δｈ′）/lRなので、前記式から１リングでの制御角β
ｈが求められる。

制御角βｈが設定されると、次のステップs6では、予
め設定されている掘進方向決定データに基づいて水平方
向の力点gxが推論される。

ここで用いられる推進方向決定データは、第４図にそ
の一例を示すように、現位置までの複数の測定値に基づ
いて得られたデータを基本としている。

同図では、横軸が制御角βであり、縦軸がそのときの
力点ｇであって、第４図では、５回分のデータ〜に
基づいて掘進方向決定データを得る場合について示して
いる。

また、同図では、上段の左から右にいくに従って現位
置に近いデータとなっていて、新しいデータの方が古い
ものより信頼性が高く、現位置での推進方向の決定に大
きく影響を及ぼすので、右から左に向けて3,3,2,1,1と
なる重みを設定している。

推進方向決定データの作成では、まず、例えば、デ
ータに示すように、力点2gでシールド掘進機10を掘進さ
せたときに、制御角２βとなったとすると、これが相関
関係データ（第４図では角で囲んだ部分で示している）
と記憶される。

次に、得られた各相関データは、その周囲に所定の曖
昧領域が設定され（第４図では角で囲んだ相関データの
周囲にそれぞれ４つの曖昧領域を設定し、重みを考慮し
て1/3,2/3,3/3として示している）、曖昧領域設定デー
タに変換される。

そして、このように曖昧領域が設定された曖昧領域設
定データは、順次その前に得られたデータと重合わさ
れ、最終的に第４図の下段右端の掘進方向決定データが
得られ、上記ステップs6では、同s5で設定された制御角
βｈに基づいて、水平方向力点gxが決定される。

なお、上述した曖昧領域設定データの重みの付かた
は、上述したものに限られることはなく、例えば、急曲
線掘進の場合には、これより前に行われた急曲線施工時
のデータに大きな重みを付けるようにすることもでき
る。

一方、第２図に示したステップs7〜s9では、鉛直偏差
δｖに基づいて、鉛直方向力点位置gyが求められるが、
この場合は、前述した水平方向力点位置gxと同じように
して行われるので、その説明は省略する。

以上のようにして水平，鉛直力点位置gx,gyがステッ
プs4〜s9で求められると、ステップ10では、合成力点位
置ｇ（X,Y）が求められ、続くステップ11で予め設定さ
れているジャッキパターンの中から合成力点位置ｇに対
応したものが選択される。

第５図は、このときに行われるジャッキパターンの選
択手順を示している。

選択手順では、まず、力点位置ｇから力点のベクトル
方向が求められ、次いで、このベクトル方向に一番近い
ジャッキパターン選択軸ljが決定され、次に、力点位置
ｇを包囲する力点ゾーンｉが求けられ、これに基づいて
ジャッキパターンが選定されることになる。ジャッキパ
ターンの選択では、例えば、Ｙ軸上の中心から偏位した
位置（力点ゾーンに対応させる）に力点が存在するパタ
ーンを設けておき、第５図（Ｃ）のｇ点を回転させ、こ
れをＹ軸上に位置させたときに、これが最も近い位置に
あるパターンを選択する。

この場合の選定では、ジャッキの使用法数が多いも
の、使用位置が均等なものが優先して選択される。

以上のようにしてジャッキパターンが選択されると、
その信号は、多重伝送親局30と子局24とをを介してシー
ルド制御装置22に入力され、選択されたジャッキパター
ンに応じてジャッキが駆動され、水平，鉛直制御角βh,
βｖの掘進方向にシールド掘進機10が１リング掘進され
ることになり、このときの力点位置gx,gyおよび制御角
βh,βｖは相関関係データとして自動制御装置26に記憶
され、次のリングの掘進のときの掘進方向決定データと
して利用される。

そして、次のステップs12では、ジャッキ21の伸長ス
トロークに応じて、その時の水平および鉛直偏差δhn,
δvnが読み込まれる。

ステップs13では、ジャッキ21の伸長ストロークおよ
び偏差δhn,δvnに対するジャッキパターンの変更の要
求度が演算される。

このときの演算に用いられる伸長ストロークに対する
要求度の設定状況の一例を第６図に示している。

同図では、最大ジャッキストロークを100として、こ
れを均等に10分割し、各分割点でそれぞれ要求度を設定
しており、要求度の最大値は１となっていて、ジャッキ
ストロークの初期では要求度が０で、その後上昇し、ジ
ャッキストロークの指標が４から９までは要求度１にな
り、指標９から10では要求度が１から０に下がってい
る。

このような要求度を設定したのは、ジャッキ21の伸長
が始まった初期では、ステップs11で選択したジャッキ
パターンの効果が未だ現れないこと、また、ジャッキ21
の伸長が終わる頃には、次のジャッキパターンが選択さ
れるからこのようにしているが、もちろん要求度は任意
に設定できる。

一方、偏差δhn,δvnに対する要求度は、第７図のよ
うに設定している。

同図では、縦軸が要求度で横軸が偏差であり、要求度
の度合は、偏差10で0.2,同20以上が１に設定されている
が、もちろんこの要求度も任意に設定できる。

ステップs13でストロークおよび偏差に対する要求度
が求められると、ステップs14では、要求度の演算が行
われ、ステップs15で演算された要求度が設定値以内か
否かが判断される。

そして、ステップs16でジャッキストロークの全長に
亘ってステップs12から同s15までの処理が行われたか否
かが判断され、これがyesであれはスタートに戻るし、n
oであればステップ12に戻ることになる。

以上の一連の手順をより具体的に説明すると、今、第
１表に示すような偏差A,Bの測定値が得られたとする
と、偏差A,Bに対するステップs14で行われる要求度の演
算は第２表に示すようになる。

第２表を見ると明らかなように、要求度の演算では、
ジャッキストロークに対して求められる２つの要求度が
乗算されて修正の要求度とされ、さらに、この修正の要
求度を加算することにより、要求度の加算値が求めら
れ、これが設定値（同表では３以上に設定されている）
になると、ステップs17で選択されたジャッキパターン
の変更が行われ、要求度がクリアされることになる。

さて、以上のような方法でシールド掘進機10のジャッ
キパターンを変更すれば、シールド掘進機10の推進させ
るジャッキ21の伸長に応じて、選択されたジッキパター
ンの変更の要求度に格差を設定し、かつ、ジャッキ21の
伸長と、その時点での偏差δhn,δvnの大きさに応じて
ジャッキパターンの変更の要求度にも格差を設定し、さ
らに、得られた要求度を順次加算し、加算された要求度
が所定の大きさになったときに、ジャッキパターンを変
更するので、ジャッキ21でシールド掘進機10を推進させ
ている途中で周囲の地盤の性状が変化した場合にもこれ
に適応できる。

なお、上記実施例では、ジャッキパターンを選択する
方法として、いわゆるファジィ制御でこれを行う方法を
例示したが、この発明の実施がこれに限定されることは
なく、これ以外の方法でジャッキパターンを選択しても
良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるシールド掘進機の掘進制御方法
の実施状態の全体配置図、第２図は自動制御装置で行わ
れるシールド掘進機の掘進方向の決定手順を示すフロー
チャート、第３図は本発明方法で決定されるシールド掘
進機の制御角の説明図、第４図は本発明方法で用いられ
る掘進方向決定データの作成方法の説明図、第５図はジ
ャッキパターンの選定手順の説明図、第６図はジャッキ
ストロークに対する要求度の設定状態の説明図、第７図
は偏差に対する要求度の設定状態の説明図である。 10……シールド掘進機 21……ジャッキ δｈ……水平偏差 δｖ……鉛直偏差 βｈ……水平制御角 βｖ……鉛直制御角 ｇ……力点位置（掘進方向）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド掘進機が所定の距離だけ掘進した
   状態で現位置と計画線との間の偏差を演算し、この偏差
   の大きさに応じて前記シールド掘進機を掘進させるジャ
   ッキパターンを選択して、前記シールド掘進機の掘進方
   向が制御される方法において、前記シールド掘進機を推
   進させるジャッキの伸長に応じて前記ジャッキパターン
   の変更の要求度に相違を設定するとともに、この要求度
   を順次加算して、前記要求度の加算値が所定の大きさに
   なったときに前記ジャッキパターンを変更することを特
   徴とするシールド掘進機のジャッキパターンの変更方
   法。