JPH09112184A - 推進ジャッキの推力制御装置及びトンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘削機において、シールドジャッキ
のＯＮ／ＯＦＦ制御による方向制御では、操作が困難で
高精度な方向制御ができないという問題がある。 【解決手段】 複数の推進ジャッキに油圧ポンプから圧
油を選択供給するように複数の推進ジャッキに対応して
複数の第１切換弁を連結すると共に、複数の推進ジャッ
キにそれぞれ圧油を選択供給するように複数の推進ジャ
ッキ全てに圧力制御弁を介して一つの第２切換弁を連結
し、制御装置により、トンネル掘削機本体の目標力点位
置に応じてこの第１切換弁及び第２切換弁、圧力制御弁
を開閉制御して推進ジャッキの推力を制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、都市型トンネルを
掘削する、所謂、シールド掘削機や山岳トンネルを掘削
する、所謂、トンネルボーリングマシン（ＴＢＭ）など
を方向制御を行うための推進ジャッキの推力制御装置及
びこの推進ジャッキの推力制御装置が搭載されたトンネ
ル掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】地下鉄道や上下水道、電力、通信、ガス
用共同溝、地下道などのトンネルは、シールド工法によ
り構築されることが多い。シールド工法を採用すること
により、周辺の地盤の崩壊を防ぎながらシールドの内部
で安全に掘削、覆工作業を行いつつトンネルを構築する
ことができる。

【０００３】このシールド工法の施工は、以下に示す手
順にて行われる。 （１）まず、シールド推進に先だって、シールドの組立
ならびに推進の基点となる場所をケーソン工法などによ
り、立坑に掘り下げて確保する。 （２）次に、覆工の１リングに相当する長さだけシール
ドの前面を掘削する。 （３）この掘削に伴って、シールドジャッキによりシー
ルドを前進させる。 （４）尾部の覆工を行う。 このような手順まよる操作の繰返によってトンネルを構
築する。

【０００４】ここで、シールド掘削機による一般的な掘
進動作について説明する。図１６にシールド掘削機に対
する一般的な力点操作の概念を示した概略、図１７及び
図１８、図１９、図２０に従来のシールドジャッキの操
作パターンに対するジャッキ推力分布を示す。

【０００５】図１６に示すように、掘削機本体は円筒状
をなしており、前端部にカッタヘッドが回転自在に装着
される一方、後部には周方向に沿って複数の油圧式シー
ルドジャッキが配設されると共に、尾部は図示しない既
設のセグメントに嵌合している。従って、この掘削機本
体を掘進させるときには、シールドジャッキに油圧を供
給しこのシールドジャッキを伸長し、セグメントを押す
ことでこのセグメントからの反力によって掘削機本体が
前進し、このとき、カッタヘッドを回転駆動すること
で、前方の地盤を掘削する。

【０００６】そして、掘削機本体が前進し、セグメント
１リング分だけ掘進したところで、掘削を停止してシー
ルドジャッキを縮め、縮めた時に既設のセグメントとの
間に形成された隙間にエレクタ装置によって新設のセグ
メントを搬入し、リング状に組み立てる。なお、シール
ドジャッキの伸縮ストロークはストローク計により検出
され、このシールドジャッキに供給される圧油の圧力は
圧力計により検出されるようになっている。

【０００７】また、掘削機本体の内部には、この掘削機
本体の位置、姿勢、方向を測定する各検出器、位置など
を判定するための装置、シールドジャッキへの圧油の供
給を制御するシールドシーケンサなどが組み込まれてい
る。

【０００８】ところで、上述したシールド掘削機は、予
め計画された計画線形に沿って掘進するように方向制御
が行われる。即ち、従来は、シールド掘削機の位置をレ
ーザ計測器やレベル計などを用いて実測し、この実測デ
ータと計画線との偏差をコンピュータで演算し、この偏
差が小さくなるように方向制御を行っている。

【０００９】例えば、掘削機本体の先端中心が計画線形
に対し水平方向にδｘ，鉛直方向にδｙの偏差があった
場合、掘削機本体に作用する回転（旋回）モーメントが
右斜め上に作用するように各シールドジャッキによる推
力を片寄らせて掘削機本体に旋回力を与える必要があ
る。ここで、シールドジャッキによる総推力の作用点を
力点と呼んでおり、図１６に示したものの場合、力点を
第３象限の位置に操作している。

【００１０】ところで、図１７及び図１９に示すもの
は、シールドジャッキが１４本ある場合の操作パター
ン、即ち、圧油供給のＯＮ／ＯＦＦパターンの例であ
り、同図(ａ)において、“●”印がＯＮ操作ジャッキ、
“○”印がＯＦＦ操作ジャッキであり、同図(ｂ)は、Ｏ
Ｎ／ＯＦＦパターンでのジャッキ推力分布を概念的に示
したものである。これによると、ＯＮ操作ジャッキには
油圧ポンプからの圧油が直接供給され、ＯＦＦ操作ジャ
ッキには圧油供給ラインが遮断されてタンク圧になるた
め、ジャッキ推力は生じない。

【００１１】また、図１８及び図２０に示すものも同様
に、ＯＮ／ＯＦＦパターンの例であるが、ＯＦＦ操作ジ
ャッキを低圧で伸ばす同調ジャッキを使用している。こ
の場合、ＯＮ操作ジャッキには油圧ポンプからの圧油が
直接供給されるが、ＯＦＦ操作ジャッキには低圧（３０
kgf/cm² 〜５０kgf/cm² ）に設定された推力が生じるこ
とになる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前述したよ
うなシールドジャッキのＯＮ／ＯＦＦ制御による従来の
シールド掘削機の方向制御では、操作が困難で、且つ、
高精度な方向制御を行うことができないという問題があ
る。

【００１３】即ち、図１７に示すようなシールドジャッ
キのＯＮ／ＯＦＦ制御にあっては、各シールドジャッキ
に圧油を供給する１４本の各油路にそれぞれ開閉弁を設
け、各開閉弁を操作して力点位置を制御しており、ＯＮ
／ＯＦＦパターンでのジャッキ推力の操作のみであるこ
とから、目標となる力点位置と実際の力点位置との誤差
が大きいという問題がある。また、シールドジャッキの
ＯＮ操作ジャッキとＯＦＦ操作ジャッキとの推力の差が
大きいため、セグメントに多大な応力負荷が作用し、こ
れがセグメントの亀裂や連結ボルトの応力集中の原因と
なっている。そのため、図２１に示すように、セグメン
トの目開きが生じてしまうという問題がある。

【００１４】一方、図１８及び図２０に示すものは、同
調ジャッキを有した、所謂、全ジャッキ追従型のシール
ドジャッキであるが、この場合、同調ジャッキの推力の
作用を考慮しないことが多い。そのため、目標力点位置
と実力点位置との誤差が大きくなり、目標力点を原点か
ら大きく離しているつもりであるにもかかわらず、シー
ルド掘削機本体が回転しにくい結果となってしまうとい
う問題がある。。

【００１５】本発明は、このような問題を解決するもの
であって、ＯＮ／ＯＦＦパターン操作にもかかわらずＯ
ＦＦ操作ジャッキの圧力を制御することにより、力点制
御精度を向上させると共にセグメント過大な応力負荷を
低減してセグメントの目開きほ防止することのできる推
進ジャッキの推力制御装置及びトンネル掘削機を提供す
ることを目的としている。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明の推進ジャッキの推力制御装置は、トンネル
掘削機本体の後部に設けられた複数の推進ジャッキの推
力を調整する推進ジャッキの推力制御装置において、前
記複数の推進ジャッキに油圧ポンプから圧油を選択供給
するように該複数の推進ジャッキに対応して連結された
複数の第１切換弁と、前記複数の推進ジャッキにそれぞ
れ圧油を選択供給するように該複数の推進ジャッキ全て
に連結された一つの第２切換弁と、前記複数の推進ジャ
ッキと前記第２切換弁との間に介装された圧力制御弁
と、前記トンネル掘削機本体の目標力点位置に応じて前
記第１切換弁及び第２切換弁、圧力制御弁を開閉制御し
て前記推進ジャッキの推力を制御する制御装置を具えた
ことを特徴とするものである。

【００１７】従って、トンネル掘削機本体の目標力点位
置に応じて、制御装置が第１切換弁及び第２切換弁、圧
力制御弁を開閉制御して推進ジャッキの推力を制御する
ことで、精度よく力点を制御することができると共に、
掘進中の力点制御精度も維持することができ、シールド
ジャッキの推進操作が極めて容易になる。

【００１８】また、本発明の推進ジャッキの推力制御装
置は、前記油圧ポンプには前記推進ジャッキの伸縮方向
を切り換える方向切換弁を介して前記第１切換弁及び前
記第２切換弁が連結され、前記圧力制御弁は逆止弁を介
して前記第１切換弁の下流側の前記各推進ジャッキの油
圧回路に合流されることで、前記油圧ポンプから前記方
向切換弁によって供給された圧油が前記第１切換弁ある
いは前記第２切換弁及び前記圧力制御弁のいずれか一方
の流路を通って前記推進ジャッキに供給される油圧回路
を構成し、前記制御装置には前記油圧ポンプの吐出圧力
を検出する圧力検出器と前記圧力制御弁の出口圧力を検
出する圧力検出器と目標力点位置を入力する入力装置と
が接続され、前記制御装置は前記各圧力検出器の信号と
前記目標力点位置の入力値とに基づいて前記複数の推進
ジャッキの選択パターン及び前記圧力制御弁の圧力調整
量とを演算し、該演算結果に基づいて前記各切換弁の開
閉動作及び前記圧力制御弁の圧力調整を行うことを特徴
とするものである。

【００１９】従って、制御装置は各圧力検出器の信号と
目標力点位置の入力値とに基づいて複数の推進ジャッキ
の選択パターン及び圧力制御弁の圧力調整量とを演算
し、この演算結果に基づいて各切換弁の開閉動作及び前
記圧力制御弁の圧力調整を行う。

【００２０】また、本発明の推進ジャッキの推力制御装
置は、前記制御装置は、前記各推進ジャッキの複数のジ
ャッキパターンを格納する記憶部と、前記圧力制御弁の
圧力操作範囲と作動中の前記油圧ポンプの吐出圧力、前
記圧力制御弁の出口圧力及び前記ジャッキパターンから
前記記憶部に格納された各ジャッキパターンでの最大及
び最小力点半径を算出する演算部と、前記入力装置で設
定された目標力点位置の半径を満たすジャッキパターン
を最大、最小力点半径より選択して前記選択された各ジ
ャッキパターンの中からＯＮ操作ジャッキの最も多いジ
ャッキパターンを選択する選択部と、前記選択されたジ
ャッキパターンにおいて前記目標力点の半径を満たすよ
うに前記圧力制御弁の圧力調整量を算出する演算部と、
目標力点位置に応じて前記ジャッキパターンを回転操作
して目標力点位置に対応したジャッキパターンを設定す
る回転処理部とを有することを特徴とするものである。

【００２１】従って、制御装置は、圧力制御弁の圧力操
作範囲と作動中の油圧ポンプの吐出圧力、圧力制御弁の
出口圧力及びジャッキパターンから記憶部に格納された
各ジャッキパターンでの最大及び最小力点半径を算出
し、入力装置で設定された目標力点位置の半径を満たす
ジャッキパターンを最大、最小力点半径より選択して選
択された各ジャッキパターンの中からＯＮ操作ジャッキ
の最も多いジャッキパターンを選択してこの目標力点の
半径を満たすように圧力制御弁の圧力調整量を算出し、
目標力点位置に応じてジャッキパターンを回転操作して
目標力点位置に対応したジャッキパターンを設定する。

【００２２】また、本発明の推進ジャッキの推力制御装
置は、前記制御装置は、作動中の前記油圧ポンプの吐出
圧力及び前記圧力制御弁の出口圧力、ジャッキパターン
とからトンネル掘削機掘進中の力点位置を算出する演算
部と、前記入力装置で設定された目標力点位置と上記演
算部で算出した力点位置との誤差を求める制御誤差算出
部と、前記制御誤差と許容値との大きさを比較して判定
する判定部と、前記判定部で制御誤差が許容値以上と判
定された場合に前記推進ジャッキの選択パターンあるい
は前記圧力制御弁の調整量を演算する演算部とを有する
ことを特徴とするものである。

【００２３】従って、制御装置は、作動中の油圧ポンプ
の吐出圧力及び圧力制御弁の出口圧力、ジャッキパター
ンとからトンネル掘削機掘進中の力点位置を算出し、入
力装置で設定された目標力点位置とこの力点位置との誤
差を求め、この制御誤差と許容値との大きさを比較して
判定し、制御誤差が許容値以上と判定された場合には推
進ジャッキの選択パターンあるいは圧力制御弁の調整量
を演算する。

【００２４】また、本発明の推進ジャッキの推力制御装
置は、前記制御装置は、ＯＮ操作ジャッキとＯＦＦ操作
ジャッキとの差圧を所定値に維持して前記ＯＦＦ操作ジ
ャッキを順次増加させて力点半径を算出する演算部と、
力点半径が目標力点半径以上となるジャッキパターンを
求めるジャッキパターン設定部と、このジャッキパター
ンに基づいて目標力点半径を満たす前記圧力制御弁の圧
力調整量を算出する演算部と、目標力点位置に応じてジ
ャッキパターンを回転操作して目標力点位置に対応した
ジャッキパターンを設定する回転処理部とを有すること
を特徴とするものである。

【００２５】従って、制御装置は、ＯＮ操作ジャッキと
ＯＦＦ操作ジャッキとの差圧を所定値に維持してＯＦＦ
操作ジャッキを順次増加させて力点半径を算出し、この
力点半径が目標力点半径以上となるジャッキパターンを
求め、このジャッキパターンに基づいて目標力点半径を
満たす圧力制御弁の圧力調整量を算出し、目標力点位置
に応じてジャッキパターンを回転操作して目標力点位置
に対応したジャッキパターンを設定する。

【００２６】また、本発明の推進ジャッキの推力制御装
置は、前記制御装置は、ＯＮ操作ジャッキとＯＦＦ操作
ジャッキとの差圧を所定値に維持しながら前記ＯＦＦ操
作ジャッキを順次増加させて力点半径を算出して前記力
点半径が目標力点半径以上となるジャッキパターンを推
進ジャッキ制御のパターンとし、順次増加させる前記Ｏ
ＦＦ操作ジャッキが所定の本数になっても目標力点半径
を満たさない場合に前記所定本数でのジャッキパターン
を推進ジャッキ制御のパターンとするジャッキパターン
設定部と、前記ジャッキパターン基づいて目標力点半径
を満たす前記圧力制御弁の圧力調整量を算出する演算部
と、目標力点位置に応じて前記ジャッキパターンを回転
操作して目標力点位置に対応したジャッキパターンを設
定する回転処理部とを有することを特徴とするものであ
る。

【００２７】従って、制御装置は、ＯＮ操作ジャッキと
ＯＦＦ操作ジャッキとの差圧を所定値に維持しながらＯ
ＦＦ操作ジャッキを順次増加させて力点半径を算出して
この力点半径が目標力点半径以上となるジャッキパター
ンを推進ジャッキ制御のパターンとし、順次増加させる
ＯＦＦ操作ジャッキが所定の本数になっても目標力点半
径を満たさない場合に前記所定本数でのジャッキパター
ンを推進ジャッキ制御のパターンとし、このジャッキパ
ターン基づいて目標力点半径を満たす前記圧力制御弁の
圧力調整量を算出し、目標力点位置に応じてジャッキパ
ターンを回転操作して目標力点位置に対応したジャッキ
パターンを設定する。

【００２８】また、本発明の推進ジャッキの推力制御装
置は、前記制御装置は、ＯＮ操作ジャッキとＯＦＦ操作
ジャッキとの差圧を所定値に維持して目標力点位置に相
対する位置の推進ジャッキの少なくとも１つをＯＮ操作
ジャッキとした状態で前記ＯＦＦ操作ジャッキを順次増
加させて力点半径を算出する演算部と、力点半径が目標
力点半径以上となるジャッキパターンを求めるジャッキ
パターン設定部と、このジャッキパターンに基づいて目
標力点半径を満たす前記圧力制御弁の圧力調整量を算出
する演算部と、目標力点位置に応じてジャッキパターン
を回転操作して目標力点位置に対応したジャッキパター
ンを設定する回転処理部とを有することを特徴とするも
のである。

【００２９】従って、制御装置は、ＯＮ操作ジャッキと
ＯＦＦ操作ジャッキとの差圧を所定値に維持しながら目
標力点位置に相対する位置の推進ジャッキの少なくとも
１つをＯＮ操作ジャッキとした状態で、ＯＦＦ操作ジャ
ッキを順次増加させて力点半径を算出してこの力点半径
が目標力点半径以上となるジャッキパターンを推進ジャ
ッキ制御のパターンとし、順次増加させるＯＦＦ操作ジ
ャッキが所定の本数になっても目標力点半径を満たさな
い場合に前記所定本数でのジャッキパターンを推進ジャ
ッキ制御のパターンとし、このジャッキパターン基づい
て目標力点半径を満たす前記圧力制御弁の圧力調整量を
算出し、目標力点位置に応じてジャッキパターンを回転
操作して目標力点位置に対応したジャッキパターンを設
定する。

【００３０】また、本発明のトンネル掘削機は、回転自
在なカッタヘッドと、前端部に該カッタヘッドが装着さ
れた掘削機本体と、前記カッタヘッドを回転駆動する回
転駆動手段と、前記カッタヘッドを推進させるために前
記掘削機本体に円周方向に沿って並設された複数の推進
ジャッキと、油圧ポンプから複数の第１切換弁を介して
前記複数の推進ジャッキに圧油が選択供給される第１流
路と前記油圧ポンプから第２切換弁及び圧力制御弁を介
して前記複数の推進ジャッキに圧油が選択供給される第
２流路とを有して前記掘削機本体の目標力点位置に応じ
て前記第１切換弁及び第２切換弁、圧力制御弁を開閉制
御して前記推進ジャッキの推力を制御する推進ジャッキ
の推力制御機構とを具えたことを特徴とするものであ
る。

【００３１】従って、カッタヘッドを回転しながら複数
の推進ジャッキによって掘削機本体を前進することで、
前方の地盤を掘削してトンネルを掘削し、このとき、推
進ジャッキの推力制御機構は、掘削機本体の目標力点位
置に応じて第１切換弁及び第２切換弁、圧力制御弁を開
閉制御して推進ジャッキの推力を制御することで、掘進
中の方向制御に対してその制御精度が維持される。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づき、実施例を挙げて詳細に説明する。

【００３３】図１に本発明の第１実施例に係るシールド
掘削機の概略、図２にシールドジャッキへの圧油の給排
システムの構成、図３に目標力点位置の入力装置の説
明、図４に目標力点座標に対する各種変数の定義を表す
説明、図５にシールドジャッキの取付線域での基準型を
表す説明、図６にシールドジャッキの取付間域での基準
型を表す説明、図７に本実施例の制御装置による演算処
理を表す制御ブロック、図８に減圧弁設定圧力の演算処
理を表す制御ブロック、図９にシールドジャッキ取付線
域でのＯＮ／ＯＦＦパターン例を表す説明、図１０にシ
ールドジャッキ取付間域でのＯＮ／ＯＦＦパターン例を
表す説明、図１１に異なるシールドジャッキのＯＮ／Ｏ
ＦＦパターン例を表す説明を示す。

【００３４】本実施例のシールド掘削機において、図１
に示すように、円筒形状をなす掘削機本体１１の前端部
にはカッタヘッド１２が回転自在に装着されており、こ
のカッタヘッド１２は油圧駆動モータ１３によって回転
駆動することができる。また、掘削機本体１１の後部に
は掘削機本体１１及びカッタヘッド１２を推進させるた
めの複数（本実施例では、１４本）のシールドジャッキ
１４が円周方向に沿って並設されている。そして、この
１４本のシールドジャッキ１４は推力制御機構１５によ
ってその推力が調整制御され、掘削機本体１１の掘進方
向制御がなされるようになっている。

【００３５】この推力制御機構１５において、シールド
掘削機本体１１内には、制御装置２１とシールドシーケ
ンサ２２が搭載されており、制御装置２１にはディスプ
レイ２３が接続される一方、シールドシーケンサ２２に
は地上側に配置された線形管理システム５１が接続さ
れ、この線形管理システム５１はディスプレイ５２及び
プリンタ５３、キーボード５４が接続されている。

【００３６】また、シーケンサ２２には、掘削機本体１
１の力点を入力する力点入力装置２４と掘削地盤の土圧
を計測する土圧計２５、ジャイロとレベル計が組み込ま
れて掘削位置及び方向データを測定する検出器２６、各
シールドジャッキ１４への供給油圧データを検出する圧
力計２７、シールドジャッキ１４のストロークデータを
検出するストローク計２８が接続されている。更に、こ
のシールドシーケンサ２２は制御弁アンプ２９を介して
切換弁３０の開閉操作や圧力制御弁である減圧弁３１の
操作を行うことができるようになっている。

【００３７】なお、制御装置２１とこのシールドシーケ
ンサ２２との間、シーケンサ２２と線形管理システム５
１との間はデータが双方向に伝送されている。なお、本
実施例では、制御装置２１をシールド掘削機本体１１の
中に配置したが、線形管理システム５１と同様に、地上
に設置することも可能である。

【００３８】ここで、シールドシーケンサ２２とシール
ドジャッキ１４に油圧を供給する油圧システムの構成に
ついて説明する。

【００３９】図２に示すように、シールドシーケンサ２
２は線形管理システム５１と制御装置２１との信号を送
受し、力点入力装置２４からの信号を受信する。図３は
この力点入力装置２４の一例であり、タッチパネルで目
標力点を入力することができるようになっている。この
タッチパネルを用いて”手動設定許可”ボタンを押した
後、左右・上下の矢印で目標力点を動かし、位置が決ま
ったら”設定ボタン”を押すものである。

【００４０】また、図２に示すように、油圧ポンプ３２
からの圧油給排路には方向制御弁３３が接続され、この
圧油給排路は、方向制御弁３３から複数の第１切換弁３
０ａ，３０ｂ，３０ｃ・・・３０ｍ，３０ｎを介して複
数のシールドジャッキ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ・・・１
４ｍ，１４ｎに接続され、且つ、方向制御弁３３から一
つの第２切換弁３０ｏ及び減圧弁３１を介して各シール
ドジャッキ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ・・・１４ｍ，１４
ｎに接続されている。そして、シールドシーケンサ２２
は方向切換弁３３の切換制御を行うと共に、各制御弁ア
ンプ２９ａ，２９ｂ，２９ｃ・・・２９ｍ，２９ｎ，２
９ｏ，２９ｐを介して各切換弁３０ａ，３０ｂ，３０ｃ
・・・３０ｍ，３０ｎ，３０ｏ及び減圧弁３１の開閉操
作を行う。

【００４１】更に、シールドシーケンサ２２には油圧ポ
ンプ３２の吐出圧力を検出する圧力センサ２７ａのデー
タＰp 及び減圧弁３１の出口圧力を検出する圧力センサ
２７ｂのデータＰd が入力されるようになっている。

【００４２】従って、方向切換弁３３によって油圧ポン
プ３２から第１制御弁３０ａ，３０ｂ，３０ｃ・・・３
０ｍ，３０ｎに至る圧油は各シールドジャッキ１４ａ，
１４ｂ，１４ｃ・・・１４ｍ，１４ｎに至り、また、方
向切換弁３３によって油圧ポンプ３２から第２制御弁３
０ｏを介して減圧弁３１に至る圧油は逆止弁３４ａ，３
４ｂ，３４ｃ・・・３４ｍ，３４ｎを介して切換弁３０
ａ，３０ｂ，３０ｃ・・・３０ｍ，３０ｎの下流側の各
油圧回路に合流されるようになっている。このような油
圧回路にすることで、油圧ポンプ３２からの圧油あるい
は減圧弁３１からの圧油のいずれかがシールドジャッキ
１４に供給されるようになっている。

【００４３】具体的に説明すると、１４本のシールドジ
ャッキ１４ａ，１４ｂ，１４ｃ・・・１４ｍ，１４ｎの
ＯＮ／ＯＦＦ操作において、ＯＮ操作されたシールドジ
ャッキ１４には対応する第１切換弁３０の開操作によっ
て油圧ポンプ３２からの圧油が直接供給され、ＯＦＦさ
れたシールドジャッキ１４には対応する第１切換弁３０
が閉操作されると共に第２切換弁３０ｏの開操作及び減
圧弁３１の圧力調整操作により制御圧が各シールドジャ
ッキ１４に作用することになる。

【００４４】例えば、７本のシールドジャッキ１４ａ，
１４ｂ，１４ｃ・・・１４ｇまでをＯＮ操作、残りの７
本のシールドジャッキ１４ｈ，１４ｉ，１４ｊ・・・１
４ｎまでをＯＦＦ操作する場合、（１）方向切換弁３３
を矢印ａ方向に切換えた後、（２）第１切換弁３０ａ，
３０ｂ，３０ｃ・・・３０ｇ及び第２切換弁３０ｏが開
操作され、（３）第１切換弁３０ｈ，３０ｉ，３０ｊ・
・・３０ｎは閉操作され、（４）減圧弁３１は制御装置
２１からの指令値に応じた圧力に制御される。すると、
（５）シールドジャッキ１４ａ〜１４ｇには、開操作さ
れ切換弁３０ａ〜３０ｇより油圧ポンプ３２からの圧油
が供給され、（６）シールドジャッキ１４ｈ〜１４ｎに
対応した切換弁３０ｈ〜３０ｎは閉操作されているた
め、油圧ポンプ３２からの圧油が供給されないが、減圧
弁３１で制御された圧力が逆止弁３４ｈ〜３４ｎを介し
て作用する。（７）従って、各シールドジャッキ１４ａ
〜１４ｎは供給された油圧に応じて伸縮する。

【００４５】一方、方向制御弁３３を図２中の矢印ｂ方
向に選択すると、各シールドジャッキ１４ａ〜１４ｎは
縮むように圧油が供給される。

【００４６】ここで、前述した各シールドジャッキ１４
ａ〜１４ｎの操作パターンについて説明する。図４に示
すように、シールド掘削機本体１１を後方からみると、
各シールドジャッキ１４ａ〜１４ｎの配置と目標力点の
座標は図示のようになっており、本実施例での演算処理
に必要な各種変数の定義を示している。

【００４７】即ち、シールドジャッキ１４ａ〜１４ｎの
ＯＮ／ＯＦＦ制御パターンで力点操作する場合、目標力
点座標がジャッキ取付部の範囲にある場合とジャッキ間
にある場合とでは扱うＯＮ／ＯＦＦパターンデータが異
なる。ここでは前者の領域をジャッキ取付線域、後者を
ジャッキ取付間域と定義する。すると、図４に示す場合
には、目標力点座標（Ｈtx，Ｈty）がジャッキ取付線域
に存在している。なお、ＯＮ／ＯＦＦパターンデータは
異なっても処理の流れは変わらない。また、原点Ｏから
目標力点座標（Ｈtx，Ｈty）までの長さを目標力点半径
Ｒt と称し、水平軸からの角度を目標力点角θt と称
す。

【００４８】このシールドジャッキ１４ａ〜１４ｎは掘
削機本体１１の円周上に均等に配置されているため、一
つのＯＮ／ＯＦＦパターンを回転操作させることによっ
て、同一半径で設定角の異なる力点を設定することがで
きる。即ち、まず、目標力点半径Ｒt を満たすＯＮ／Ｏ
ＦＦパターンを所定の状態を設定し、次に、このパター
ンをθr だけ回転操作すればよいことになる。この所定
状態を基準型と称することにする。この基準型は目標力
点がジャッキ取付線域にある場合とジャッキ取付間域に
ある場合の２種類を用意すればよい。

【００４９】図５は目標力点座標がジャッキ取付線域に
ある場合の基準型の例であり、図４に示す力点座標の回
転角θr だけ回転させたものである。ここでは、No.9
（１４ｉ）のシールドジャッキがジャッキの取付線上に
力点がある場合を基準型として扱っており、まず、この
基準型で目標力点半径Ｒt を満たすシールドジャッキ１
４ａ〜１４ｎのＯＮ／ＯＦＦパターンと減圧弁３１の設
定圧力Ｐset と算出する。一方、図６は目標力点座標が
ジャッキ取付間域にある場合の基準型の例であり、No.8
（１４ｈ）とNo.9（１４ｉ）のシールドジャッキの間に
力点がある場合を基準型として扱っている。

【００５０】図７及び図８に基づいて、制御装置２１に
よる、目標力点座標（Ｈtx，Ｈty）に対するシールドジ
ャッキ１４のＯＮ／ＯＦＦパターンと減圧弁３１の設定
圧Ｐset とを算出する処理の流れを説明する。

【００５１】図７に示すように、入力信号は、力点入力
装置２４からの目標力点座標（Ｈtx，Ｈty）と圧力セン
サ２７ａからのポンプ吐出圧力Ｐp と圧力センサ２７ｂ
からの減圧弁３１の出口圧力（ＯＦＦジャッキの圧力）
Ｐd とＯＮジャッキの本数Ｎn である。１００は総推力
Ｆt の算出部であり、前述のポンプ吐出圧力Ｐp 、減圧
弁３１の出口圧力Ｐd 、ＯＮジャッキの本数Ｎn の入力
信号が取り込まれる。１０１は目標力点半径Ｒt 及び目
標力点角θt の算出部であり、力点入力装置２４からの
目標力点座標（Ｈtx，Ｈty）と総推力Ｆt 算出部１００
の算出結果が入力される。１０２は目標力点角θt の判
定及び回転角θr の算出部、１０３は判定器、１０４，
１０７は減圧弁設定圧力Ｐset の演算部、１０５は制御
誤差算出部、１０６は制御誤差の判定器である。

【００５２】また、図８に減圧弁設定圧力Ｐset の演算
部１０４（あるいは１０７）の制御処理内容を示してい
るが、力点位置がジャッキ取付線域にある場合とジャッ
キ取付間域にある場合とでは、前述したように、基準型
とそれに対するＯＮ／ＯＦＦパターンのみが異なるため
制御処理部を１１０と１２０とに分けているが、処理内
容は同じであるため、ここでは力点位置がジャッキ取付
線域にある場合を例にして説明する。

【００５３】即ち、図８に示すように、１１１はメモリ
に格納されたジャッキパターンの読み込み部、１１２は
最小使用ジャッキ本数の算出部、１１３は最小力点半径
Ｒmin(i)、最大力点半径Ｒmax(i)の算出部、１１４はジ
ャッキパターンの演算部、１１５はジャッキパターンの
設定部、１１６は減圧弁設定圧力Ｐset の算出部、１１
７はジャッキパターンの回転処理部である。制御処理部
１１０で算出されたジャッキパターンと減圧弁設定圧力
Ｐset は１３０でシールドシーケンサ２２に出力され、
各切換弁３０ａ〜３０ｏが操作され、減圧弁３１でＯＦ
Ｆジャッキの圧力が調整される。

【００５４】従って、図７において、総推力Ｆt 算出部
１００では、現在のポンプ圧力ＰpとＯＦＦジャッキ圧
力Ｐd とＯＮジャッキ本数Ｎn から次の数式１で総推力
Ｆtを算出する。

【００５５】

【数１】

【００５６】目標力点半径Ｒt 、目標力点角θt 算出部
１０１では、図４に例として示した目標力点の座標（Ｈ
tx，Ｈty）から目標力点半径Ｒt と目標力点角θt とを
算出する。

【００５７】そして、目標力点角θt の判定及び回転角
θr 算出部１０２は、目標力点角θt がジャッキ取付線
域、ジャッキ取付間域のいずれに存在するかを判定し、
その角度θj を求める。また、ジャッキ１４ａ〜１４ｎ
は周方向均等に配置されており、ジャッキパターン、減
圧弁圧力は力点半径のみに影響を与えることを考慮すれ
ば、基準型で目標力点半径に対するジャッキパターン、
減圧弁圧力を求め、その後目標力点角θt に対応する角
度に回転すればよいことになる。従って、図４に示した
水平軸からの角度θr を算出すればよい。

【００５８】判定器１０３は、入力された目標力点に対
する減圧弁３１の圧力が設定されたかどうかを判定する
ものであり、最初の流れは設定済みではないため、減圧
弁設定圧力Ｐset 演算部１０４に移行し、一度設定され
たら制御誤差演算部１０５に移行する。なお、この制御
誤差演算部１０５以降での処理内容は、力点設定後、次
に目標力点が変更されるまでの間における力点制御精度
を維持するための処理である。

【００５９】即ち、一度、減圧弁圧力Ｐset が設定され
た後、制御誤差演算部１０５で半径方向の誤差ΔＥr と
角度方向の誤差ΔＥa を算出する。次に、判定器１０６
でこの誤差ΔＥr あるいはΔＥa が許容値を越えたかど
うか判定し、許容値を越えたら、減圧弁設定圧力Ｐset
演算部１０７でジャッキパターンあるいは減圧弁３１の
設定圧力Ｐset を算出し、この結果をシールドシーケン
サ２２に送信する。

【００６０】なお、図８において、減圧弁設定圧力Ｐse
t 演算部１０４の処理のうち、目標力点がジャッキ取付
線域にある場合を示しているが、目標力点がジャッキ取
付間域にある場合も処理内容は同じであるため省略して
いる。

【００６１】図９及び図１０は制御装置２１のメモリ内
に格納されているシールドジャッキ１４ａ〜１４ｎのＯ
Ｎ／ＯＦＦパターンの一例を示したものであり、前述し
たジャッキパターン読み込み部１１１にてこのパターン
データが読み込まれる。図９はジャッキ取付線域でのジ
ャッキＯＮ／ＯＦＦパターン例、図１０はジャッキ取付
間域でのジャッキＯＮ／ＯＦＦパターン例である。前者
の場合、ジャッキ本数分のパターンがメモリに格納され
ており、後者の場合は力点がジャッキの間に有るためジ
ャッキ本数／２の７パターンがメモリに格納されてい
る。

【００６２】従って、図８における最小使用ジャッキ本
数の算出部１１２は、算出部１００で算出した総推力Ｆ
t とポンプ圧力の最大値Ｐpmaxより、最低限必要なジャ
ッキ本数Ｎmin を次の数式２で求める。

【００６３】

【数２】

【００６４】そして、読み込み部１１１でメモリから読
み込んだジャッキパターンの内でＯＮとなるジャッキが
Ｎmin 個以上のジャッキパターンを以降の処理の対象と
する。即ち、最小力点半径Ｎmin(i)、最大力点半径Ｒma
x(i)の算出部１１３では、次の〜の算出ステップ
（数式３，４，５）の処理を行い、対象となる各ジャッ
キパターン（第ｉパターン）の最小、最大半径を求め
る。

【００６５】

【数３】

【００６６】

【数４】

【００６７】

【数５】

【００６８】ジャッキパターンの選択部１１４では、入
力データで得られた目標力点半径Ｒt が最小半径Ｒmin
(i)、最大半径Ｒmax(i)に含まれるジャッキパターンを
選択する。即ち、次の不等号式（数式６）を満たすジャ
ッキパターンを選択するる。

【００６９】

【数６】

【００７０】今、上記ジャッキパターンがパターンＬ〜
ｍまで選択され、そのときのジャッキ本数がＮL(L)〜Ｎ
L(m)になったとする。次の、ジャッキパターンの設定部
１１５では、このＮL(L)〜ＮL(m)の中からジャッキ本数
が最大となるパターンを一つ選択する。ここで設定され
たパターンをパターンｎとしておく。減圧弁設定圧力Ｐ
set の算出部１１６では、目標力点半径Ｒt に対するこ
のパターンｎでの減圧弁の設定圧力Ｐset を次式をもと
に算出する。

【００７１】

【数７】

【００７２】ジャッキパターンの回転処理部１１７は、
図５の状態を図４のように目標力点座標に対応した角度
θr だけ回転させる処理を行う。

【００７３】なお、図１１に示すものは、メモリに格納
されたジャッキパターンの他の一例であり、図９、図１
０に対応した別のパターン例である。即ち、図１１のパ
ターン１，２は目標力点座標がジャッキ取付線域にある
場合であり、パターン３，４はこの座標がジャッキ取付
間域にある場合である。この図１１に示したパターンは
４つのパターンのみがメモリに格納されている。このよ
うにジャッキパターンを少なくすれば、ＯＮジャッキの
本数パターンは少なくなるが、パターンを選択する処理
が簡素になり、演算効率を向上させることが可能とな
る。

【００７４】図１２に本発明のトンネル掘削機の推力制
御装置において、第２実施例の制御装置による減圧弁設
定圧力の演算処理を表す制御ブロック、図１３にジャッ
キパターン設定部の演算処理を表す制御ブロック、図１
４にＯＮ／ＯＦＦパターン設定から圧力設定までの概念
を表す説明を示す。なお、前述の実施例で説明したもの
と同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複
する説明は省略する。

【００７５】本実施例の推力制御装置において、制御装
置２１による目標力点座標（Ｈtx，Ｈty）に対するシー
ルドジャッキ１４のＯＮ／ＯＦＦパターンの処理は前述
した実施例のものと同様であるが、減圧弁３１の設定圧
力Ｐset を算出する処理の流れが異なるため、その部分
のみ説明する。

【００７６】即ち、図１２に示すように、２１１は所定
差圧ＤＰｅで順次ＯＦＦジャッキを増やした場合、目標
力点半径Ｒｔを満たすか否かを判定し、減圧弁３１の設
定圧力Ｐset を算出するためのジャッキパターン設定部
である。また、２１２は減圧弁操作圧力の上下設定部、
２１３は減圧弁３１の圧力を操作したときのポンプ圧力
予測するポンプ圧力予測値算出部、２１４は減圧弁３１
の設定圧力Ｐset の算出部、２１５は減圧弁設定圧力Ｐ
set の上下限値に対する処理部、２１６はポンプ圧力の
上限値に対する処理部、２１７はジャッキパターンの回
転処理部である。制御処理部２１０で算出されたジャッ
キパターンと減圧弁設定圧力Ｐset は２３０でシールド
シーケンサ２２に出力され、各切換弁３０ａ〜３０ｏが
操作され、減圧弁３１でＯＦＦジャッキの圧力が調整さ
れる。

【００７７】ここで、制御装置２１による目標力点座標
（Ｈtx，Ｈty）に対するシールドジャッキ１４のＯＮ／
ＯＦＦパターン及び減圧弁３１の設定圧力Ｐset を算出
する処理の流れについて説明する。

【００７８】なお、図１３にはジャッキパターン設定部
２１１の演算処理の内容を表し、図１４には図１２及び
図１３に関するジャッキパターン設定と減圧弁３１の圧
力設定までの概念を表したものである。なお、本実施例
では、NO.4のシールドジャッキ１４ｄを中心として対象
にＯＦＦジャッキを増加させる４つのパターン例を用い
ており、ＯＦＦジャッキの所定本数は全ジャッキ本数の
半数である７本とし、全ジャッキＯＮはパターン０とす
る。

【００７９】本実施例では、図１４に示すように、 まず、ＯＮジャッキに対するＯＦＦジャッキの差圧
を所定差圧ＤＰｅに固定し、ＯＦＦジャッキをパターン
１からパターン４まで変化させ、そのパターンが目標力
点半径Ｒｔを満たすか否かを判定する。 そして、このパターン（例えば、パターン３）の力
点半径が目標力点半径Ｒｔ以上になれば、そのパターン
を制御するジャッキパターンとし、目標力点半径Ｒｔに
対する減圧弁３１の設定圧Ｐset を求める。 一方、このパターンで目標力点半径Ｒｔを満たさな
ければ、パターン４、即ち、半数のジャッキがＯＮとな
るパターンを制御するジャッキパターンとし、目標力点
半径Ｒｔに対する減圧弁３１の設定圧Ｐset を求める。

【００８０】以下、図１２のジャッキパターン設定部２
１１について詳細に説明する。その制御処理内容を示す
図１３に示すように、判定器２４０にて、パターン番号
を判定し、ｉ≦ｉｍであれば、即ち、ｉ＝１のとき、算
出部２４１に移行する。なお、ｉ，ｉｍはパターン番号
であり、ｉｍがパターン４に対応する番号である。次
に、差圧ＤＰｅでのポンプ圧力予測値算出部２４１で第
ｉパターンでのポンプ圧力を予測し、差圧ＤＰｅでの力
点半径ＲＵ算出部２４２で第ｉパターン、且つ、差圧Ｄ
Ｐｅでの力点半径ＲＵを算出する。そして、判定器１４
３は力点半径ＲＵが目標力点半径Ｒｔになったかどうか
を判定する。この判定で、ＲＵ＜Ｒｔの場合は、加算器
２４４でパターン這う号を増やし、判定器２４０に戻
る。

【００８１】また、判定器２４３でＲＵ≧Ｒｔの場合
は、これを満たす最初のパターンを制御するジャッキパ
ターンとし、図１２の減圧弁操作圧力の上下限値設定部
２１２に移行する。なお、判定器２４０にて、ｉ＞ｉｍ
であれば、即ち、ｉ＝５のとき、判定器１４５にてｉ＝
ｉｍ、即ち、半数のジャッキがＯＮになるパターンを制
御するジャッキパターンとして設定部２１２に移行す
る。

【００８２】ここで、前述した差圧ＤＰｅでのポンプ圧
力予測値算出部２４１の処理内容について説明する。こ
の算出部２４１では、差圧ＤＰｅの設定、と、ポン
プ圧力の予測値掛算、とに分けられる。なお、ここで、 ポンプ圧力：Ｐｐ（kgf/cm²) 減圧弁３１の最小設定圧力Ｐｄmin （kgf/cm²) 減圧弁３１の最大設定圧力Ｐｄmax （kgf/cm²) 総推力：Ｆｔ（kgf/) ジャッキの総本数: Ｎｔ 第ｉパターンでのＯＮジャッキ本数：Ｎon(i) ジャッキ伸長側受圧面積：Ａ１（cm²) とする。

【００８３】

【数８】

【００８４】

【数９】

【００８５】次に、差圧ＤＰｅでの力点半径ＲＵ算出部
２４２の処理内容について説明する。この力点半径ＲＵ
は上記数式９で得られたポンプ圧力Ｐpdを用いて下記数
式１０にて算出することができる。

【００８６】

【数１０】

【００８７】このようにジャッキパターン設定部２１１
でのジャッキパターン（パターン番号）は減圧弁操作圧
力の上下限値設定部２１２以降に引き渡され、上記パタ
ーンで目標力点半径Ｒｔを満たす減圧弁３１の設定圧力
Ｐset が算出される。

【００８８】即ち、図１２に示すように、減圧弁操作圧
力の上下限値設定部２１２では、減圧弁３１自身の調整
範囲と総推力Ｆｔを用いて調整可能な上下限圧力値を設
定する。今、減圧弁３１自身の最小設定圧力をＰｄmin
、最大設定圧力をＰｄmax とし、総推力Ｆｔから得ら
れる圧力Ｐｄmax2は下記数式１１から算出される。

【００８９】

【数１１】

【００９０】そして、減圧弁３１で調整可能な最大設定
圧力をＰｄmax は下記数式１２から算出され、Ｐｄmin
とＰｄmax の間が減圧弁３１の調整範囲となる。

【００９１】

【数１２】

【００９２】ポンプ圧力予測値算出部２１３は、必要
差圧ＤＰｄの算出、と、ポンプ圧力予測値Ｐpdの算
出、を行う。即ち、目標力点半径Ｒｔを満たすために必
要なＯＮジャッキとＯＦＦジャッキとの差圧を求める。
そして、総推力Ｆｔが一定の場合、ＯＦＦジャッキの圧
力を変化させると、ポンプ圧力も変化するため、予め、
ポンプ圧力を予測する。

【００９３】

【数１３】

【００９４】

【数１４】

【００９５】減圧弁設定圧力Ｐset 算出部２１４では、
上記数式１３，１４にて算出された必要差圧ＤＰｄとポ
ンプ圧力予測値Ｐpdから下記数式１５を用いて減圧弁３
１の設定圧力Ｐset を算出する。

【００９６】

【数１５】

【００９７】前述した減圧弁設定圧力Ｐset 算出部２１
４は設定圧力Ｐset に制約を含めないものであるが、減
圧弁操作圧力の上下限値設定部２１２での上下限値を用
いて調整可能な値にする必要があるため、設定圧力上下
限値に対する処理部２１５にてその処理を行う。また、
減圧弁設定圧力Ｐset が上下限値に変更された場合、ポ
ンプ圧力も変化するため、このポンプ圧力予測値Ｐpdも
再計算する必要がある。

【００９８】即ち、設定圧力上下限値に対する処理部２
１５において、設定圧力Ｐset ＜最小調整圧力Ｐｄmin
の場合、Ｐset ＝Ｐｄmin とし、設定圧力Ｐset ＞最大
調整圧力Ｐｄmax の場合、Ｐset ＝Ｐｄmax とし、下記
数式１６を用いてポンプ圧力予測値Ｐpdを予測する。

【００９９】

【数１６】

【０１００】ポンプ圧力上限値に対する処理部２１６で
は、予測したポンプ圧力ＰpdがＰｄmax に達したかどう
かを判定し、上限値に達した場合にはその値をポンプ圧
力Ｐpdとする。ただし、ポンプ圧力予測値Ｐpdがここで
変更された場合、目標力点半径Ｒｔを満たすための設定
圧力Ｐset を変更しなければならないため、改めて設定
圧力Ｐset を算出する。そして、この設定圧力Ｐset が
上下限に達したかどうかを再度判定し、上下限に達した
場合は、その上限値を減圧弁３１の設定圧力Ｐset とす
る。即ち、ポンプ圧力上限値に対する処理部２１６は、
ポンプ圧力予測値Ｐpd＞最大調整圧力Ｐｄmax の場合、
Ｐset ＝Ｐｄmax とする。このとき、下記数式１７を用
いて必要差圧Ｄpdを求め、設定圧力Ｐset ＝最大調整圧
力Ｐｄmax −必要差圧Ｄpdとなる。

【０１０１】

【数１７】

【０１０２】このように設定圧力Ｐset が上下限値に達
したら、その値を設定圧力とする。そして、ジャッキパ
ターンの回転処理部２１７は目標力点座標に対応した角
度θr だけ回転させる処理を行う。

【０１０３】図１５に本発明のトンネル掘削機の推力制
御装置において、第３実施例の制御装置によるＯＮ／Ｏ
ＦＦパターン設定から圧力設定までの概念を表す説明を
示す。なお、前述の実施例で説明したものと同様の機能
を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省
略する。

【０１０４】本実施例の推力制御装置では、目標力点位
置がN0.11のシールドジャッキ１４の取付線上にあっ
て、セグメントの目開きを防止するためにこの目標力点
位置に対するシールドジャッキ１４、即ち、N0.4のシー
ルドジャッキ１４を常にＯＮ操作する例を示している。
また、ＯＦＦジャッキの増やし方は目標力点位置がN0.1
1のシールドジャッキ１４の取付線上にあるため、N0.4
のシールドジャッキ１４を中心にして対称に３つのパタ
ーン例を用いる。なお、このＯＦＦジャッキの所定本数
とは、N0.1〜N0.3とN0.5〜N0.8がＯＦＦとなる６本のジ
ャッキ本数のことである。なお、全ジャッキＯＮはパタ
ーン０とする。

【０１０５】本実施例では、図１５に示すように、 N0.4のジャッキをＯＮ操作状態で、まず、ＯＮジャ
ッキに対するＯＦＦジャッキの差圧を所定差圧ＤＰｅに
固定し、ＯＦＦジャッキをパターン１からパターン３ま
で変化させ、そのパターンが目標力点半径Ｒｔを満たす
か否かを判定する。 そして、このパターン（例えば、パターン２）の力
点半径が目標力点半径Ｒｔ以上になれば、そのパターン
を制御するジャッキパターンとし、目標力点半径Ｒｔに
対する減圧弁３１の設定圧Ｐset を求める。 一方、このパターンで目標力点半径Ｒｔを満たさな
ければ、パターン３、即ち、N0.4とN0.8〜N0.14のジャ
ッキがＯＮとなるパターンを制御するジャッキパターン
とし、目標力点半径Ｒｔに対する減圧弁３１の設定圧Ｐ
set を求める。

【０１０６】以下、前述した図１３によってジャッキパ
ターン設定について詳細に説明する。なお、前述した実
施例ではｉｍをジャッキが全ジャッキ本数の半分になる
パターン番号としたが、本実施例でｉｍはパターン３と
する。図１３に示すように、判定器２４０にて、パター
ン番号を判定し、ｉ≦ｉｍであれば、即ち、ｉ＝１のと
き、算出部２４１に移行する。なお、ｉ，ｉｍはパター
ン番号であり、ｉｍがパターン３に対応する番号であ
る。次に、差圧ＤＰｅでのポンプ圧力予測値算出部２４
１で第ｉパターンでのポンプ圧力を予測し、差圧ＤＰｅ
での力点半径ＲＵ算出部２４２で第ｉパターン、且つ、
差圧ＤＰｅでの力点半径ＲＵを算出する。そして、判定
器２４３は力点半径ＲＵが目標力点半径Ｒｔになったか
どうかを判定する。この判定で、ＲＵ＜Ｒｔの場合は、
加算器２４４でパターン這う号を増やし、判定器２４０
に戻る。

【０１０７】また、判定器２４３でＲＵ≧Ｒｔの場合
は、これを満たす最初のパターンを制御するジャッキパ
ターンとし、図１２の減圧弁操作圧力の上下限値設定部
２１２に移行する。なお、判定器２４０にて、ｉ＞ｉｍ
であれば、即ち、ｉ＝４のとき、判定器１４５にてｉ＝
ｉｍ、即ち、N0.4とN0.8〜N0.14のジャッキがＯＮにな
るパターンを制御するジャッキパターンとして設定部２
１２に移行する。

【０１０８】ここで、前述した差圧ＤＰｅでのポンプ圧
力予測値算出部２４１の処理内容について説明する。こ
の算出部２４１では、差圧ＤＰｅの設定、と、ポン
プ圧力の予測値掛算、とに分けられる。なお、ここで、 ポンプ圧力：Ｐｐ（kgf/cm²) 減圧弁３１の最小設定圧力Ｐｄmin （kgf/cm²) 減圧弁３１の最大設定圧力Ｐｄmax （kgf/cm²) 総推力：Ｆｔ（kgf/) ジャッキの総本数: Ｎｔ 第ｉパターンでのＯＮジャッキ本数：Ｎon(i) ジャッキ伸長側受圧面積：Ａ１（cm²) とする。

【０１０９】なお、この差圧ＤＰｅの設定とポンプ圧力
の予測値掛算は前述の実施例と同様であるため、説明は
省略する。

【０１１０】次に、差圧ＤＰｅでの力点半径ＲＵ算出部
２４２の処理内容について説明する。この力点半径ＲＵ
は前記数式９で得られたポンプ圧力Ｐpdを用いて前記数
式１０にて算出することができる。なお、ここで、ΣＸ
on(j)には目標力点位置に対するジャッキ作用点Ｘ座
標、即ち、図１５におけるN0.4のジャッキの作用点Ｘ座
標が含まれている。

【０１１１】このようにジャッキパターン設定部２１１
でのジャッキパターン（パターン番号）は減圧弁操作圧
力の上下限値設定部２１２以降に引き渡され、上記パタ
ーンで目標力点半径Ｒｔを満たす減圧弁３１の設定圧力
Ｐset が算出される。

【０１１２】即ち、図１２に示すように、減圧弁操作圧
力の上下限値設定部２１２では、減圧弁３１自身の調整
範囲と総推力Ｆｔを用いて調整可能な上下限圧力値を設
定する。今、減圧弁３１自身の最小設定圧力をＰｄmin
、最大設定圧力をＰｄmax とし、総推力Ｆｔを均等に
全ジャッキに配分したときの圧力Ｐｄmax2は前記数式１
１から算出される。そして、減圧弁３１で調整可能な最
大設定圧力をＰｄmax は前記数式１２から算出され、Ｐ
ｄmin とＰｄmax の間が減圧弁３１の調整範囲となる。

【０１１３】ポンプ圧力予測値算出部２１３は、必要
差圧ＤＰｄの算出、と、ポンプ圧力予測値Ｐpdの算
出、を行う。即ち、目標力点半径Ｒｔを満たすために必
要なＯＮジャッキとＯＦＦジャッキとの差圧を求める。
そして、総推力Ｆｔが一定の場合、ＯＦＦジャッキの圧
力を変化させると、ポンプ圧力も変化するため、予め、
ポンプ圧力を予測する。なお、この演算は前記数式１
３，１４にて行う。減圧弁設定圧力Ｐset 算出部２１４
では、算出された必要差圧ＤＰｄとポンプ圧力予測値Ｐ
pdから前記数式１５を用いて減圧弁３１の設定圧力Ｐse
t を算出する。

【０１１４】前述した減圧弁設定圧力Ｐset 算出部２１
４は設定圧力Ｐset に制約を含めないものであるが、減
圧弁操作圧力の上下限値設定部２１２での上下限値を用
いて調整可能な値にする必要があるため、設定圧力上下
限値に対する処理部２１５にてその処理を行う。また、
減圧弁設定圧力Ｐset が上下限値に変更された場合、ポ
ンプ圧力も変化するため、このポンプ圧力予測値Ｐpdも
再計算する必要がある。

【０１１５】即ち、設定圧力上下限値に対する処理部２
１５において、設定圧力Ｐset ＜最小調整圧力Ｐｄmin
の場合、Ｐset ＝Ｐｄmin とし、設定圧力Ｐset ＞最大
調整圧力Ｐｄmax の場合、Ｐset ＝Ｐｄmax とし、前記
数式１６を用いてポンプ圧力予測値Ｐpdを予測する。

【０１１６】ポンプ圧力上限値に対する処理部２１６で
は、予測したポンプ圧力ＰpdがＰｄmax に達したかどう
かを判定し、上限値に達した場合にはその値をポンプ圧
力Ｐpdとする。ただし、ポンプ圧力予測値Ｐpdがここで
変更された場合、目標力点半径Ｒｔを満たすための設定
圧力Ｐset を変更しなければならないため、改めて設定
圧力Ｐset を算出する。そして、この設定圧力Ｐset が
上下限に達したかどうかを再度判定し、上下限に達した
場合は、その上限値を減圧弁３１の設定圧力Ｐset とす
る。即ち、ポンプ圧力上限値に対する処理部２１６は、
ポンプ圧力予測値Ｐpd＞最大調整圧力Ｐｄmax の場合、
Ｐset ＝Ｐｄmax とする。このとき、前記数式１７を用
いて必要差圧Ｄpdを求め、設定圧力Ｐset ＝最大調整圧
力Ｐｄmax −必要差圧Ｄpdとなる。

【０１１７】このように設定圧力Ｐset が上下限値に達
したら、その値を設定圧力とする。そして、ジャッキパ
ターンの回転処理部２１７は目標力点座標に対応した角
度θr だけ回転させる処理を行う。

【０１１８】本実施例のトンネル掘削機の推力制御装置
にあっては、目標力点位置に早退する位置のシールドジ
ャッキの少なくとも１本をＯＮ操作状態に維持して、Ｏ
ＦＦジャッキの圧力を操作するため、セグメントの目開
きを防止し、且つ、過大な応力負荷を低減し、更に、目
標力点と現在を力点とを比較して制御誤差を求め、常に
目標力点を維持するように演算するため、掘進中の制御
精度も維持できる。そして、力点入力装置を随時使用し
て力点を操作することができるため、掘削機の操作が極
めて容易となる。

【０１１９】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに、本発明の推進ジャッキの推力制御装置によれば、
複数の推進ジャッキに油圧ポンプから圧油を選択供給す
るように複数の第１切換弁を連結すると共に、この複数
の推進ジャッキにそれぞれ圧油を選択供給するように複
数の推進ジャッキ全てに圧力制御弁を介して一つの第２
切換弁を連結し、制御装置によりトンネル掘削機本体の
目標力点位置に応じて第１切換弁及び第２切換弁、圧力
制御弁を開閉制御して推進ジャッキの推力を制御するよ
うにしたので、力点位置を精度良く制御することができ
ると共に、掘進中でも一旦設定された目標力点と現在の
力点とを比較して制御誤差を求め、常に目標力点を維持
するように演算しているため、掘進中の制御精度も維持
することができると共に、セグメントの目開きを防止
し、且つ、過大な応力負荷を低減することができ、ま
た、使用する圧力制御弁は一つで良いため、機器の構成
が簡素になってコストを低減することができる。

【０１２０】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
カッタヘッドを回転しながら複数の推進ジャッキによっ
て掘削機本体を前進することで前方の地盤を掘削してト
ンネルを掘削し、このとき、推進ジャッキの推力制御機
構が、掘削機本体の目標力点位置に応じて第１切換弁及
び第２切換弁、圧力制御弁を開閉制御して推進ジャッキ
の推力を制御するようにしたので、掘進中の方向制御に
対してその制御精度が維持し、トンネル掘削作業の作業
性の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るシールド掘削機の概
略図である。

【図２】シールドジャッキへの圧油の給排システムの構
成図である。

【図３】目標力点位置の入力装置の説明図である。

【図４】目標力点座標に対する各種変数の定義を表す説
明図である。

【図５】シールドジャッキの取付線域での基準型を表す
説明図である。

【図６】シールドジャッキの取付間域での基準型を表す
説明図である。

【図７】本実施例の制御装置による演算処理を表す制御
ブロック図である。

【図８】減圧弁設定圧力の演算処理を表す制御ブロック
図である。

【図９】シールドジャッキ取付線域でのＯＮ／ＯＦＦパ
ターン例を表す説明図である。

【図１０】シールドジャッキ取付間域でのＯＮ／ＯＦＦ
パターン例を表す説明図である。

【図１１】異なるシールドジャッキのＯＮ／ＯＦＦパタ
ーン例を表す説明図である。

【図１２】本発明のトンネル掘削機の推力制御装置にお
いて、第２実施例の制御装置による減圧弁設定圧力の演
算処理を表す制御ブロック図である。

【図１３】ジャッキパターン設定部の演算処理を表す制
御ブロック図である。

【図１４】ＯＮ／ＯＦＦパターン設定から圧力設定まで
の概念を表す説明図である。

【図１５】本発明のトンネル掘削機の推力制御装置にお
いて、第３実施例の制御装置によるＯＮ／ＯＦＦパター
ン設定から圧力設定までの概念を表す説明図である。

【図１６】シールド掘削機に対する一般的な力点操作の
概念を示した概略図である。

【図１７】従来のシールドジャッキの操作パターンに対
するジャッキ推力分布を表す概略図である。

【図１８】従来のシールドジャッキの操作パターンに対
するジャッキ推力分布を表す概略図である。

【図１９】従来のシールドジャッキの操作パターンに対
するジャッキ推力分布を表す概略図である。

【図２０】従来のシールドジャッキの操作パターンに対
するジャッキ推力分布を表す概略図である。

【図２１】セグメントの目開き状態を説明するための概
略図である。

【符号の説明】

１１ 掘削機本体 １２ カッタヘッド １３ 油圧駆動モータ １４ａ〜１４ｎ シールドジャッキ １５ 推力制御機構 ２１ 制御装置 ２２ シールドシーケンサ ２４ 力点入力装置 ２５ 土圧計 ２６ 検出器 ２７ 圧力計 ２７ａ，２７ｂ 圧力センサ ２８ ストローク計 ２９，２９ａ〜２９ｐ 制御弁アンプ ３０ 切換弁 ３０ａ〜３０ｎ 第１切換弁 ３０ｏ 第２切換弁 ３１ 減圧弁（圧力制御弁） ３２ 油圧ポンプ ３３ 方向切換弁 ５１ 線形管理システム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 淳一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 土屋 幸三郎 東京都千代田区神田司町二丁目３番地 株 式会社大林組東京本社内 (72)発明者 東出 明宏 東京都千代田区神田司町二丁目３番地 株 式会社大林組東京本社内 (72)発明者 大野 浩史 東京都千代田区神田司町二丁目３番地 株 式会社大林組東京本社内 (72)発明者 富岡 彰 東京都千代田区神田司町二丁目３番地 株 式会社大林組東京本社内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネル掘削機本体の後部に設けられた
   複数の推進ジャッキの推力を調整する推進ジャッキの推
   力制御装置において、前記複数の推進ジャッキに油圧ポ
   ンプから圧油を選択供給するように該複数の推進ジャッ
   キに対応して連結された複数の第１切換弁と、前記複数
   の推進ジャッキにそれぞれ圧油を選択供給するように該
   複数の推進ジャッキ全てに連結された一つの第２切換弁
   と、前記複数の推進ジャッキと前記第２切換弁との間に
   介装された圧力制御弁と、前記トンネル掘削機本体の目
   標力点位置に応じて前記第１切換弁及び第２切換弁、圧
   力制御弁を開閉制御して前記推進ジャッキの推力を制御
   する制御装置を具えたことを特徴とする推進ジャッキの
   推力制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の推進ジャッキの推力制御
   装置において、前記油圧ポンプには前記推進ジャッキの
   伸縮方向を切り換える方向切換弁を介して前記第１切換
   弁及び前記第２切換弁が連結され、前記圧力制御弁は逆
   止弁を介して前記第１切換弁の下流側の前記各推進ジャ
   ッキの油圧回路に合流されることで、前記油圧ポンプか
   ら前記方向切換弁によって供給された圧油が前記第１切
   換弁あるいは前記第２切換弁及び前記圧力制御弁のいず
   れか一方の流路を通って前記推進ジャッキに供給される
   油圧回路を構成し、前記制御装置には前記油圧ポンプの
   吐出圧力を検出する圧力検出器と前記圧力制御弁の出口
   圧力を検出する圧力検出器と目標力点位置を入力する入
   力装置とが接続され、前記制御装置は前記各圧力検出器
   の信号と前記目標力点位置の入力値とに基づいて前記複
   数の推進ジャッキの選択パターン及び前記圧力制御弁の
   圧力調整量とを演算し、該演算結果に基づいて前記各切
   換弁の開閉動作及び前記圧力制御弁の圧力調整を行うこ
   とを特徴とする推進ジャッキの推力制御装置。
3. 【請求項３】 請求項２記載の推進ジャッキの推力制御
   装置において、前記制御装置は、前記各推進ジャッキの
   複数のジャッキパターンを格納する記憶部と、前記圧力
   制御弁の圧力操作範囲と作動中の前記油圧ポンプの吐出
   圧力、前記圧力制御弁の出口圧力及び前記ジャッキパタ
   ーンから前記記憶部に格納された各ジャッキパターンで
   の最大及び最小力点半径を算出する演算部と、前記入力
   装置で設定された目標力点位置の半径を満たすジャッキ
   パターンを最大、最小力点半径より選択して前記選択さ
   れた各ジャッキパターンの中からＯＮ操作ジャッキの最
   も多いジャッキパターンを選択する選択部と、前記選択
   されたジャッキパターンにおいて前記目標力点の半径を
   満たすように前記圧力制御弁の圧力調整量を算出する演
   算部と、目標力点位置に応じて前記ジャッキパターンを
   回転操作して目標力点位置に対応したジャッキパターン
   を設定する回転処理部とを有することを特徴とする推進
   ジャッキの推力制御装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の推進ジャッキの推力制御
   装置において、前記制御装置は、作動中の前記油圧ポン
   プの吐出圧力及び前記圧力制御弁の出口圧力、ジャッキ
   パターンとからトンネル掘削機掘進中の力点位置を算出
   する演算部と、前記入力装置で設定された目標力点位置
   と上記演算部で算出した力点位置との誤差を求める制御
   誤差算出部と、前記制御誤差と許容値との大きさを比較
   して判定する判定部と、前記判定部で制御誤差が許容値
   以上と判定された場合に前記推進ジャッキの選択パター
   ンあるいは前記圧力制御弁の調整量を演算する演算部と
   を有することを特徴とする推進ジャッキの推力制御装
   置。
5. 【請求項５】 請求項２記載の推進ジャッキの推力制御
   装置において、前記制御装置は、ＯＮ操作ジャッキとＯ
   ＦＦ操作ジャッキとの差圧を所定値に維持して前記ＯＦ
   Ｆ操作ジャッキを順次増加させて力点半径を算出する演
   算部と、力点半径が目標力点半径以上となるジャッキパ
   ターンを求めるジャッキパターン設定部と、このジャッ
   キパターンに基づいて目標力点半径を満たす前記圧力制
   御弁の圧力調整量を算出する演算部と、目標力点位置に
   応じてジャッキパターンを回転操作して目標力点位置に
   対応したジャッキパターンを設定する回転処理部とを有
   することを特徴とする推進ジャッキの推力制御装置。
6. 【請求項６】 請求項２記載の推進ジャッキの推力制御
   装置において、前記制御装置は、ＯＮ操作ジャッキとＯ
   ＦＦ操作ジャッキとの差圧を所定値に維持しながら前記
   ＯＦＦ操作ジャッキを順次増加させて力点半径を算出し
   て前記力点半径が目標力点半径以上となるジャッキパタ
   ーンを推進ジャッキ制御のパターンとし、順次増加させ
   る前記ＯＦＦ操作ジャッキが所定の本数になっても目標
   力点半径を満たさない場合に前記所定本数でのジャッキ
   パターンを推進ジャッキ制御のパターンとするジャッキ
   パターン設定部と、前記ジャッキパターン基づいて目標
   力点半径を満たす前記圧力制御弁の圧力調整量を算出す
   る演算部と、目標力点位置に応じて前記ジャッキパター
   ンを回転操作して目標力点位置に対応したジャッキパタ
   ーンを設定する回転処理部とを有することを特徴とする
   推進ジャッキの推力制御装置。
7. 【請求項７】 請求項２記載の推進ジャッキの推力制御
   装置において、前記制御装置は、ＯＮ操作ジャッキとＯ
   ＦＦ操作ジャッキとの差圧を所定値に維持して目標力点
   位置に相対する位置の推進ジャッキの少なくとも１つを
   ＯＮ操作ジャッキとした状態で前記ＯＦＦ操作ジャッキ
   を順次増加させて力点半径を算出する演算部と、力点半
   径が目標力点半径以上となるジャッキパターンを求める
   ジャッキパターン設定部と、このジャッキパターンに基
   づいて目標力点半径を満たす前記圧力制御弁の圧力調整
   量を算出する演算部と、目標力点位置に応じてジャッキ
   パターンを回転操作して目標力点位置に対応したジャッ
   キパターンを設定する回転処理部とを有することを特徴
   とする推進ジャッキの推力制御装置。
8. 【請求項８】 回転自在なカッタヘッドと、前端部に該
   カッタヘッドが装着された掘削機本体と、前記カッタヘ
   ッドを回転駆動する回転駆動手段と、前記カッタヘッド
   を推進させるために前記掘削機本体に円周方向に沿って
   並設された複数の推進ジャッキと、油圧ポンプから複数
   の第１切換弁を介して前記複数の推進ジャッキに圧油が
   選択供給される第１流路と前記油圧ポンプから第２切換
   弁及び圧力制御弁を介して前記複数の推進ジャッキに圧
   油が選択供給される第２流路とを有して前記掘削機本体
   の目標力点位置に応じて前記第１切換弁及び第２切換
   弁、圧力制御弁を開閉制御して前記推進ジャッキの推力
   を制御する推進ジャッキの推力制御機構とを具えたこと
   を特徴とするトンネル掘削機。