JPH09151698A - シールド工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンクリートを現場打ちして覆工壁を形成す
るシールド工法において、より施工性に優れるとともに
妻型枠の姿勢制御を行ない得る有効な工法を提供する。 【解決手段】 内型枠４内へコンクリートを打設するに
際して妻枠５の各部の相対位置変化およびその速度を検
出し、その検出結果に基づき各打設ポート５ａからの単
位時間当たりのコンクリート打設量すなわち打設速度や
１巡休止時間等をフィードバック制御する。また、シー
ルド機１の掘進と同時に内型枠内へのコンクリート打設
を行なうとともに、シールド機の掘進を停止させた後
も、打設コンクリートの反力により妻枠ジャッキ７がシ
ールド機に対して相対的に縮む方向へ移動しつつコンク
リート打設が継続されそれと同時にその前方位置におい
て内型枠の盛替えを行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトンネル施工技術に
係わり、特にシールド機の後方で覆工壁を現場打ちコン
クリートにより形成していくシールド工法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、この種のシールド工法
は、シールド機の後方において内型枠を組み立てるとと
もに、内型枠の前部に複数の打設ポートを周方向に間隔
をおいて設けた環状の妻枠を配し、各打設ポートを通し
て内型枠の内部にコンクリートを打設することによって
鉄筋コンクリート造、または無筋（スモールファイバ等
によるもの）コンクリート造の覆工壁を形成していき、
かつ、内型枠から反力をとってシールド機を掘進させて
は内型枠を順次前方側へ盛替えていくことでトンネルを
施工するというものである。そして、内型枠内にコンク
リートを打設する際には、妻枠をジャッキにより後方側
（内型枠内へ押込む方向）へ押圧することによって打設
コンクリート圧力を保持しつつ妻枠を漸次前方側へ移動
させるようにし、以てコンクリートの打設圧を地下水圧
にバランスさせるとともに密実なコンクリート覆工壁を
形成するようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来の
工法においては、内型枠内に打設されたコンクリートの
圧力がレベル差や各打設ポートからの打設量のアンバラ
ンス等に起因して上下方向および周方向の各位置である
程度の偏差が生じ、したがって内型枠や妻枠の各部に偏
荷重が生じ、その結果、妻枠を鉛直姿勢に維持できなく
なることがある。そして、従来においては妻枠の姿勢制
御はきわめて困難であり、わずかに熟練作業員の経験に
依存して各打設ポートからのコンクリート打設量を適宜
増減する等の対策をとってはいるが、そのようなことで
は確実かつ適正な制御は期待できず、有効な改善策が要
望されていた。

【０００４】また、現場打ちコンクリートにより覆工壁
を形成していく上記のようなシールド工法では、シール
ド機による掘削工程と覆工壁を形成するためのコンクリ
ート打設工程とを分離するいわゆる分離推進工法が採用
されることが通常である。すなわち、シールド機を所定
ストロークだけ掘進させたらそれを停止させ、その後方
において内型枠を組み立て、次いでコンクリート打設を
実施し、その後に、内型枠から反力をとってシールド機
の掘進を再開する、という手順を繰り返すことによりト
ンネルを施工していくのである。

【０００５】しかし、そのような分離推進工法では必ず
しも充分な作業効率が望めず、より効率的であって工期
短縮を図り得る有効な工法が望まれていた。特に、上記
のように掘進とコンクリート打設とを交互に行なう分離
推進工法では、必然的にコンクリート打設工程が間欠的
に実施されることになるから、打設を中断している間に
コンクリート打設管が残留コンクリートにより閉塞して
しまうトラブルが生じることがあり、そのようなトラブ
ルを防止し得る手段の開発が急務とされていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記事情に鑑み、請求項
１記載の発明は、シールド機の後方において内型枠を組
み立てるとともに、該内型枠の前部に周方向に複数の打
設ポートを有する環状の妻枠を配し、該打設ポートを通
して前記内型枠内にコンクリートを打設することによっ
て前記妻枠を漸次前方へ移動させつつ覆工壁を形成する
とともに、前記内型枠から反力をとってシールド機を掘
進させては前記内型枠を順次前方側へ盛替えていくこと
でトンネルを施工するシールド工法において、前記内型
枠内へコンクリートを打設するに当たっては、各打設ポ
ートから打設するコンクリートの単位時間当たりの打設
量および各打設ポートの打設回数および１巡休止時間等
を予め設定しておくとともに、コンクリート打設に伴う
前記妻枠の各部のシールド機に対する相対位置および相
対位置の変化率を検出し、その検出結果に基づき前記単
位時間当たりの打設量、１巡休止時間等をフィードバッ
ク制御するようにしたものである。

【０００７】また、請求項２記載の発明は、前記シール
ド機の掘進と同時に前記内型枠内へのコンクリート打設
を実施するとともに、シールド機の掘進を停止させた後
も前記妻枠をシールド機に対して相対的に前方へ移動さ
せつつ前記内型枠内へのコンクリート打設を継続し、そ
れと同時にその前方位置において内型枠の盛替えを行な
い、盛替えた内型枠から反力をとってシールド機の掘進
を再開するとともに該内型枠内へのコンクリート打設を
行なうことによって、コンクリート打設を中断すること
なく連続的に実施するようにしたものである。

【０００８】また、請求項３記載の発明は、上記請求項
１記載の発明と上記請求項２記載の発明とを組合わせて
実施するようにしたものである。すなわち、請求項３記
載の発明は、前記シールド機の掘進と同時に前記内型枠
内へのコンクリート打設を実施するとともに、シールド
機の掘進を停止させた後も前記妻枠をシールド機に対し
て相対的に前方へ移動させつつ前記内型枠内へのコンク
リート打設を継続し、それと同時にその前方位置におい
て内型枠の盛替えを行ない、盛替えた内型枠から反力を
とってシールド機の掘進を再開するとともに該内型枠内
へのコンクリート打設を行なうことによって、コンクリ
ート打設を中断することなく連続的に実施するように
し、しかも、前記内型枠内へコンクリートを打設するに
当たっては、各打設ポートから打設するコンクリートの
単位時間当たりの打設量および各打設ポートの打設回数
および１巡休止時間等を予め設定しておくとともに、コ
ンクリート打設に伴う前記妻枠の各部のシールド機に対
する相対位置および相対位置の変化率を検出し、その検
出結果に基づき前記単位時間当たりの打設量および１巡
休止時間等をフィードバック制御するようにしたもので
ある。

【０００９】また、請求項４記載の発明は、請求項１ま
たは３記載のシールド工法であって、前記フィードバッ
ク制御における前記相対位置および前記相対速度の検出
は、ファジイ推論によりなされるようにしたものであ
る。

【００１０】また、請求項５記載の発明は、請求項４記
載のシールド工法であって、前記ファジイ推論において
用いられるメンバーシップ関数を、前記コンクリート打
設の進捗に応じて変化させるようにしたものである。

【００１１】また、請求項６記載の発明は、請求項１記
載のシールド工法であって、前記内型枠内へコンクリー
トを打設するに当たっては、各打設ポートの圧力を検出
し、その検出結果に基づき前記単位時間あたりの打設回
数をフィードバック制御するようにしたものである。

【００１２】請求項７記載の発明は、シールド機の後方
において内型枠を組み立てるとともに、該内型枠の前部
に周方向に複数の打設ポートを有する環状の妻枠を配
し、該打設ポートを通して前記内型枠内にコンクリート
を打設することによって前記妻枠を漸次前方へ移動させ
つつ覆工壁を形成するとともに、前記内型枠から反力を
とってシールド機を掘進させては前記内型枠を順次前方
側へ盛替えていくことでトンネルを施工するシールド工
法であって、前記内型枠内へコンクリートを打設するに
当たっては、各打設ポートから打設するコンクリートの
単位時間当たりの打設量および各打設ポートの打設回数
および１巡休止時間を予め設定しておくとともに、コン
クリート打設に伴う前記妻枠の各部のシールド機に対す
る相対位置および相対位置の変化率を検出し、その検出
結果に基づき前記各打設ポートへのコンクリートの供給
停止時間をフィードバック制御するようにしたものであ
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照して説明する。まず図１を参照して本実施例のシール
ド工法を実施するためのシールド機の全体概略構成を説
明する。図１において符号１は前胴１ａ、中胴１ｂ、後
胴（スキンプレート）１ｃを有して構成されているシー
ルド機であって、このシールド機１はシールドジャッキ
２によりスプレッダ３を介して内型枠４から反力をとる
ことにより前方へ漸次掘進するものである。符号５は内
型枠４の前部に配される妻枠であって、この妻枠５と内
型枠４とにより形成される密閉空間内にコンクリートを
打設充填することで覆工壁６を形成するようになってい
る。

【００１４】妻枠５は環状をなしており、後胴１ｃに設
置された複数台（本実施例では１２台）の妻枠ジャッキ
７により前後方向に移動可能に設けられ、コンクリート
打設の際には妻枠ジャッキ７により後方側へ押圧される
ことでコンクリート打設圧を維持するとともにその傾き
が防止され、かつ、打設の進展に伴い漸次前方へ移動し
ていくようになっている。この妻枠５には周方向に複数
（本実施例では８箇所）の打設ポート５ａが設けられて
おり、各打設ポート５ａのそれぞれには分岐打設管８が
閉止弁９、コンクリート打設圧力計１０を介して接続さ
れ、各分岐打設管８はローターバルブ１１、主打設管１
２を介してコンクリートポンプ１３に接続されている。
符号１４はローターバルブ１１および各閉止弁９を作動
させるための駆動ユニット、１５はその油圧ユニットで
ある。また、符号１６はコンクリートポンプ１３まで生
コンクリートを搬送してくるアジテーターカーである。

【００１５】図２は、上述した１２台の妻枠ジャッキ
７、７・・・および、８台のコンクリート打設圧力計１
０、１０、・・・（打設ポート５ａ、５ａ、・・・）の配置を
示す図であり、この図において、各妻枠ジャッキ７およ
びコンクリート打設圧力計１０（打設ポート５ａ）に
は、各々添え字を付している。すなわち、図２に示す妻
枠ジャッキ７1〜７12は、妻枠５に作用するコンクリー
ト圧力を考慮して妻枠５が鉛直に維持されるように、周
方向に各々配設されており、他方、コンクリート打設圧
力計１０1〜１０8（打設ポート５ａ1〜５ａ8）は、妻枠
ジャッキ７1〜７12と同様にして、妻枠５が鉛直に維持
されるように周方向に各々配設されている。

【００１６】また、図２においては、破線（三角形）で
結ばれた３台の妻枠ジャッキ（同図に示す例では、７
1、７5、７9）により１ブロックが構成されており、１
ブロックの妻枠ジャッキ７1、７5、７9は、同一の油圧
系統からなる調圧装置（図示略）により妻枠５に対する
圧力が調整される。同様にして、他の３ブロックの組み
合わせは、妻枠ジャッキ７2、７6、７10（１ブロッ
ク）、妻枠ジャッキ７3、７7、711（１ブロック）および
妻枠ジャッキ７4、７8、７12（１ブロック）とされてい
る。

【００１７】図３は、図１に示すコンクリート打設圧力
計１０より出力されるコンクリート打設圧信号を処理す
る信号処理部の構成を示すブロック図である。この図に
おいて、２０は、最大値比較器であり、ローターバルブ
１１（図１参照）の１巡する時間内においてコンクリー
ト打設圧力計１０より入力されるコンクリート打設圧信
号より得られるコンクリート打設圧が、メモリ２１に記
憶されているコンクリート打設圧の最大値より大である
とき、そのときのコンクリート打設圧信号（最大値）を
出力する。２２は、最大値発信器であり、上記コンクリ
ート打設圧力信号（最大値）を最大値信号Ｐmxiとして
出力する。

【００１８】２３は、積分／除算器であり、ローターバ
ルブ１１（図１参照）が１巡する時間内に入力されるコ
ンクリート打設圧信号より得られるコンクリート打設圧
を積算した後、所定数で除算して、コンクリート打設圧
の平均値を求め、演算結果をコンクート打設圧信号（平
均値）として出力する。２４は、平均値発信器であり、
入力される上記コンクリート打設信号（平均値）を平均
値信号Ｐaviとして出力する。

【００１９】２５は、最小値比較器であり、ローターバ
ルブ１１（図１参照）の１巡する時間内において上記コ
ンクリート打設圧信号より得られるコンクリート打設圧
が、メモリ２６に記憶されているコンクリート打設圧の
最小値より小であるとき、そのときのコンクリート打設
圧信号（最小値）を出力する。２７は、最小値発信器で
あり、上記コンクリート打設圧力信号（最小値）を最小
値信号Ｐmniとして出力する。

【００２０】上記構成のシールド機１は、基本的には従
来一般のシールド機と同様に、その後方において内型枠
４を組み立てては妻枠５を通してコンクリートを打設し
て覆工壁６を形成し、内型枠４を順次前方に盛替えては
そこから反力をとって掘進を繰り返すものである。内型
枠４内へのコンクリートの打設は、ローターバルブ１１
を所定時間で一巡するように回転作動させることにより
打設ポート５ａを順次移動させて、コンクリートをコン
クリートポンプ１３から各打設ポート５ａに対して順次
供給することで行なうものである。

【００２１】ところで、上記のようにしてコンクリート
を打設するに際して、上述したように従来一般には妻枠
５の各部に偏荷重が生じ、その結果、妻枠５の鉛直姿勢
が保持できなくなる懸念があるが、本実施例のシールド
工法ではその対策として図４に示すような制御システム
を採用している。すなわち、コンクリート打設の際に、
後胴（スキンプレート）１ｃと妻枠５各部との相対位
置、その相対位置の変化率（つまり後胴１ｃに対する妻
枠５の相対速度）、妻枠ジャッキ７による打設コンクリ
ートに対する押圧力、コンクリート打設圧力計１０によ
る打設圧力、等を検出し、それらの検出値に基づいて、
コンクリートポンプ１３およびローターバルブ１１によ
る各打設ポート５ａを通しての打設回数や打設速度（単
位時間当たりの打設量）を増減することで、コンクリー
ト打設圧力の変動や妻枠５の相対位置の変動を極力小さ
くなるようにフィードバック制御するようにしている。

【００２２】具体的には、予め適性なコンクリート圧力
を設定し、その設定値となるようにローターバルブ１１
（図１参照）の１巡あたりの単位時間に、所定の打設回
数、コンクリートポンプ１３が打設を行う。そして、コ
ンクリート圧力が許容範囲を越えて変位した場合には、
それを修正するように適性な操作量（打設回数）を上記
１巡毎にファジイコントローラ１７により決定して、打
設回数を増減するのである。以後、このフィードバック
制御による圧力制御方法をコンクリート打設圧力（適性
圧力打設回数）制御法と称する。

【００２３】また、このシールド工法においては、予め
適正なコンクリート打設速度を設定し、その設定値で各
打設ポート５ａからコンクリートを内型枠４内へ打設し
ていきつつ妻枠５各部の位置を検出する。そして、妻枠
５と後胴１ｃとの相対位置関係が許容限度を越えて変位
した場合には、それを修正するように適正な操作量をフ
ァジィコントローラ１７により決定してコンクリート打
設速度を増減するのである。そのファジィコントローラ
１７におけるファジィ推論法としてはｍｉｎーｍａｘ型
簡略推論法を用いることが良い。以下、このフィードバ
ック制御による制御方法をコンクリート打設量制御法と
称する。

【００２４】＜コンクリート打設圧力制御法＞次に、上
述したコンクリート打設圧力制御法について、さらに詳
述する。まず、このコンクリート圧力制御法の前提条件
について図５および図６を参照して説明する。図５は、
図２に示す打設ポート５ａ1〜５ａ8と妻枠ジャッキ７1
〜７12との相対的な位置関係を直線上に示した図であ
り、打設ポート５ａ1〜５ａ8の各コンクリート打設圧力
は、同図に示す「上半」、「側壁」「下半」なる３つの
グループに分類されている。これは、上記各コンクリー
ト打設圧力を計測するコンクリート打設圧力計１０1〜
１０8のいずれかが破損した場合に、当該コンクリート
打設圧力計の計測値を、同一のグループの他のコンクリ
ート打設圧力計の各計測値（パートナー計測値）を突き
合わせる（比較、評価）ことにより、バックアップする
機能を持たせるものである。

【００２５】また、図５に示すコンクリート打設圧力計
１０1〜１０8より各々出力されるコンクリート打設圧信
号は、図３を参照して説明したように、最大値、平均値
および最小値という基準で評価され、評価結果として、
最大値発信器２２、平均値発信器２４および最小値発信
器２７からは、最大値信号Ｐmxi、平均値信号Ｐaviおよ
び最小値信号Ｐmniが出力されることを述べた。ここ
で、図５に示す打設圧力ポート５a1〜５a8におけるコン
クリート圧力の下限管理圧設定値をＰdn｛ｉ，ｊ｝、上
限管理圧設定値をＰup｛ｉ，ｊ｝と定義すると、上記平
均値信号Ｐaviより得られる（コンクリート打設圧力）
平均値Ｐaviおよび最小値信号Ｐmniより得られる最小値
Ｐminは、常に下限管理圧設定値Ｐdn｛ｉ，ｊ｝から上
限管理圧設定値Ｐup｛ｉ，ｊ｝までの圧力範囲内にある
ことが望ましい。すなわち、この場合においては、図１
に示す妻枠５の各部に作用する圧力が均等であって、妻
枠５が鉛直状態、言い換えれば、安定した状態にあるこ
とを意味する。

【００２６】つまり、最小値Ｐminおよび平均値Ｐavi
が、 Ｐdn｛ｉ，ｊ｝＜Ｐmni，Ｐavi＜Ｐup｛ｉ，ｊ｝ なる範囲にある場合には、コンクリート打設圧力が制御
上良好であると判断される。一方、平均値Ｐaviが、 Ｐavi≦Ｐdn｛ｉ，ｊ｝またはＰup｛ｉ，ｊ｝≦Ｐavi の場合には、コンクリート打設圧力、言い換えれば、図
４に示すローターバルブ１１の打設回数を制御（調整）
する必要がある。

【００２７】次に、上記打設回数の制御方法について説
明する。まず、下限管理圧設定値Ｐdn｛ｉ，ｊ｝および
上限管理圧設定値Ｐup｛ｉ，ｊ｝における、上記最小値
Ｐmin、平均値Ｐaviおよび最大値Ｐmxiの分布状態を分
類した分類表を図６に示す。この図においては、平均値
Ｐaviに着目すると、平均値Ｐaviが下限管理圧設定値Ｐ
dn｛ｉ，ｊ｝以下である分類１（（イ）、（ロ）および
（ハ））、平均値Ｐaviが下限管理圧設定値Ｐdn｛ｉ，
ｊ｝から上限管理圧設定値Ｐup｛ｉ，ｊ｝までの範囲内
にある分類２（（ニ）、（ホ）および（ヘ））、平均値
Ｐaviが上限管理圧設定値Ｐup｛ｉ，ｊ｝以上である分
類３（（ト）、（チ）および（リ））の計３パターンに
分類されている。

【００２８】図４に示すファジイコントローラ１７は、
所定時間間隔（ローターバルブ１１の１巡に要する時
間）で、各打設ポート（５a1〜５a8）毎に、１巡あたり
の平均値Ｐaviを、分類表（図６参照）と照合して、該
平均値Ｐaviが分類１〜３なかでいずれの分類に属する
かを判断して、次巡の打設回数を決定する。すなわち、
ファジイコントローラ１７は、平均値Ｐaviが分類１に
属している場合にはコンクリート打設圧力を上昇させる
必要があると判断して、現状の打設回数に１を加えた回
数を次巡の打設回数としてローターバルブ１１を制御す
る。

【００２９】また、ファジイコントローラ１７は、平均
値Ｐaviが分類２に属している場合には、コンクリート
打設圧力が制御上良好であると判断して、現状の打設回
数を維持して、該打設回数を次巡の打設回数とする。ま
た、ファジイコントローラ１７は、平均値Ｐaviが分類
３に属している場合には、コンクリート打設圧力を低下
させる必要があると判断して、現状の打設回数から１を
減じた回数を次巡の打設回数としてローターバルブ１１
を制御する。ただし、分類３の（リ）の場合には、ファ
ジイコントローラ１７は、当該打設ポートが閉塞されて
いると判断して、次の打設ポートに対応するコンクリー
ト打設に移行する。

【００３０】＜コンクリート打設量制御法＞次に、前述
したコンクリート打設量制御法について、詳述する。は
じめに、本実施例のシールド工法において採用されてい
る一体推進工法について説明する。この一体推進工法
は、シールド機１の掘進と同時にコンクリートを打設す
る工法であり、しかも、シールド機１が停止している間
においてもコンクリート打設を中断することなく連続的
に行なう工法である。

【００３１】すなわち、本実施例においては、図７に示
す工程図のように、シールド機１を推進させている間
（Ｌ１〜Ｌ４時点の間）にコンクリート打設を同時に行
なうとともに、その際のコンクリート打設を初期打設モ
ード（Ｌ１〜Ｌ２時点の間）、通常打設モード（Ｌ２〜
Ｌ３時点の間）、Ａ打設モード（Ｌ３〜Ｌ４時点の間）
の３モードに区分し、各モードのコンクリート打設を連
続的に行なうようにしている。そして、シールド機１を
停止させている間（Ｌ４〜Ｌ５時点の間）にもコンクリ
ート打設を中断することなく、引続きＢ打設モードとし
てコンクリート打設を継続し、その際に同時に内型枠４
の盛替えとシールドジャッキ２の盛替えを行なうように
している。

【００３２】上記の初期打設モードは、中断されている
打設を再開させる際のみに適用されるモード（したがっ
て打設を開始した以降は中断するまでは適用されない）
であり、モルタルコンクリートを手動操作により注入打
設するようにしたものである。

【００３３】通常打設モードは、上述した自動制御によ
りつつ、つまり、主に妻枠５の後胴１ｃに対する相対位
置変化を検出してコンクリート打設速度（単位時間当た
りの打設量）をフィードバック制御しつつ、コンクリー
ト打設を行なう通常のモードである。この通常打設モー
ドにおいては、基本的に妻枠５はシールド機１の掘進に
追随して後胴１ｃとともに一体に前進していくことにな
るが、後胴１ｃに対する妻枠の位置は図１に示す妻枠管
理適正位置（たとえば後胴１ｃの後端から１５０ｍｍの
位置）に設定しておく。

【００３４】Ａ打設モードは上記通常打設モードと同様
にしてコンクリートを打設しながら、妻枠ジャッキ７を
作動させることにより妻枠５を意図的に後退する方向に
押出すことで、妻枠５を図１に示すように後胴１ｃの後
端側に設定した妻枠管理下限位置（後胴１ｃの後端から
たとえば５０ｍｍの位置）にまで移動させるモードであ
る。

【００３５】Ｂ打設モードは、シールドジャッキ２が伸
びきってシールド機１が停止した状態で実施されるコン
クリート打設モードであって、先のＡ打設モードにより
妻枠管理下限位置に達している妻枠５を、打設コンクリ
ートによる反力によって妻枠ジャッキ７が縮むことによ
り図１に示す妻枠管理上限位置（後胴１ｃの後端からた
とえば２５０ｍｍの位置）にまで移動させつつコンクリ
ート打設を行なうモードである。そして、このＢ打設モ
ードによりコンクリート打設を行なっている際に、同時
に内型枠４の盛替えを行なうとともに、その盛替えのな
された内型枠４に対してシールドジャッキ２の盛替えを
行ない、その作業に要する時間（通常は４０分程度）が
経過した時点で妻枠５が妻枠管理上限位置に達してＢ打
設モードが終了するように妻枠５の前進速度が設定され
ている。つまり、シールド機１が停止して内型枠４およ
びシールドジャッキ２を盛替えている間に、妻枠５を後
胴１ｃに対して所定ストローク（上記例では管理下限位
置を始点とし、管理上限位置を終点とする２００ｍｍの
ストローク）だけ相対的に前進させつつ、内型枠４内へ
のコンクリート打設を行なうのである。

【００３６】そして、上記のＢ打設モードが完了すると
直ちにシールド機１の掘進が再開され（Ｌ５時点）、そ
れと同時にコンクリート打設モードが通常打設モードに
切り替えられ、盛替えられた新たな内型枠４内へのコン
クリート打設が中断することなく連続的に継続される。
以降は通常打設モード（Ｌ５〜Ｌ７時点の間）からＡ打
設モード（Ｌ７〜Ｌ８時点の間）に移行し、以下、同様
に繰り返す。

【００３７】以上のように、本実施例のシールド工法で
は、シールド機１の掘進が停止している間にもコンクリ
ート打設を中断することなく継続し、その間に同時に内
型枠４の盛替えとシールドジャッキ２の盛替えを行なう
ことにより、従来工法に比して作業効率の向上、工期短
縮を図り得るとともに、コンクリート打設が中断される
ことなく連続的に実施されるので打設管の閉塞といった
トラブルの発生を未然に防止することができ、きわめて
有効である。

【００３８】次に、上述した一体推進工法を前提とし
て、コンクリート打設量制御法の具体例について、上述
した初期打設モード、通常打設モード、Ａ打設モードお
よびＢ打設モード毎に分けて説明する。 ＜初期打設モード＞初期打設モードにおいては、前述し
たように、手動操作により、モルタルコンクリートを各
打設ポート５ａ（図１参照）へ注入打設を行い、コンク
リート打設圧力計１０で計測されるコンクリート打設
圧、妻枠５の相対位置が所定範囲の値になった時点で、
次の通常打設モードに切り換えられる。

【００３９】＜通常打設モード＞この通常打設モード
は、自動運転が原則とされており、シールドジャッキ２
の速度に、後胴１ｃに対する妻枠５の相対速度を同調さ
せるように、図４に示すコンクリートの打設速度が設定
され、追従機能を後胴１ｃに対する妻枠５の相対位置、
相対速度で評価することにより、コンクリート打設設定
速度値、１巡休止時間等にフィードバックをかけてい
る。上記評価には、図４に示すファジイコントローラ１
７により、前述したｍｉｎーｍａｘ型簡略推論法による
ものが採用されている。また、ファジイコントローラ１
７は、相対位置、相対速度の評価およびコンクリートの
打設速度、１巡休止時間等の再設定操作を、ローターバ
ルブ１１の１巡毎に行っている。さらに、通常打設モー
ドにおいては、最初の１巡目のコンクリートの打設速度
は、シールドジャッキ２の伸設定速度を用いて設定され
るが、次巡からは、シールドジャッキ２の速度（計測
値）を用いて設定される。

【００４０】具体的には、この通常打設モードにおいて
は、自動制御の基本式として次の（１）式および（３）
式が用いられる。

【数１】 上記（１）式において、αは次の（２）式で表される。

【数２】 ここで、Ｐ：コンクリートポンプの実吐出量（実打設速
度）（m³／hr） Ｄ0：掘削外径（m） Ｄ1：内型枠外径（m） φ：余掘率（地山へのコンクリートの圧入量も含む）効
率） Ｖ：シールドジャッキ伸速度（mm／min） Ｐ0：コンクリート打設速度設定値（m³／hr） α：稼動率 η：ポンプ効率（容積効率）

【数３】 上記（３）式においてＡは、次の（４）式で表される。

【数４】 ここで、ｖｐ：コンクリートポンプの１シリンダ当たり
の容積（リットル） ｔｐ：コンクリートポンプにおける隣接ポートへの切り
換え時間(min) Ｔｒ：コンクリートポンプの休止時間（min） ｎｉ：各打設ポートの一巡打設回数（回）

【００４１】上式において、余掘率φおよびポンプ効率
η以外は設定値あるいは計測可能な値である。φ、ηの
値は地質やコンクリートの性状等に依存して変動する
が、経験的にφ＝１.０〜１.１の範囲であり、η＝０.
７〜０.９の範囲であると想定されるから、この通常打
設モードにおいては、それぞれ上記範囲の中央値として
φc＝１.０５、ηc＝０.８が代入された打設設定速度Ｐ
0（以下、打設設定速度Ｐ0cと称する）が用いられる。

【００４２】ここで、この通常打設モードにおける、制
御量として後胴１ｃに対する妻枠５の相対位置（ｅ）お
よび妻枠の相対速度（Δｅ／Δｔ）を、また操作量とし
てコンクリートポンプ打設速度設定値Ｐ0の増分（Δ
Ｐ）を各々定義する。さらに、上記制御量および操作量
をファジイ推論に適合させるため規格化を行う。すなわ
ち、妻枠５の相対位置（ｅ）は、次のように規格化され
る。 □妻枠５の相対位置（ｅ）の規格化 （物理量）：２５０mm １５０mm ５０mm （規格値）：＋１ ０ −１ 上記各物理量は、図１に示す妻枠管理上限位置（２５０
ｍｍ）、妻枠管理適性位置（１５０ｍｍ）、妻枠管理下
限位置（５０ｍｍ）に各々対応している。但し、上記物
理量は、必要に応じて可変されるものとする。

【００４３】また、妻枠５の相対速度（Δｅ／Δｔ）
は、次のように規格化される。 □妻枠５の相対速度（Δｅ／Δｔ）の規格化 （物理量）：＋１０mm／min ０mm／min −１０mm／min （規格値）：＋１ ０ −１ 但し、上記物理量は、あくまで目安であって、必要に応
じて可変されるものとする。

【００４４】次に、設定打設速度増分（ΔＰ）（操作
量）の規格化を行う。はじめに、出力部（後件部）の操
作量に次の手順により重み付けを行う。まず、シールド
ジャッキ２（後胴１ｃ）の伸速度をＶJとすると、この
伸速度ＶJに妻枠５の速度を追従させるためのコンクリ
ート打設設定速度Ｐ0は、次の（５）〜（７）式より求
められる。

【数５】

【数６】

【数７】 ここで、上記（５）〜（７）式の右辺の基本関数ｆ
（・）は、次の（８）式で表される。

【数８】 上記（５）式のＰ0maxは、（８）式のφにφmax（＝
１．１）を、同様にしてηにηmin（＝０．７）を各々
代入することにより得られる値である。また、（６）式
のＰ0cは、（８）式のφにφc（＝１．０５）を、ηに
ηc（＝０．８）を各々代入することにより得られる値
である。さらに、（７）式のＰ0minは、（８）式のφに
φmin（＝１．０）を、ηにηmax（＝０．９）を各々代
入することにより得られる値である。また、上述したＰ
0max、ＰocおよびＰ0minの間には、次の大小関係が存在
する。 Ｐ0max＞Ｐoc＞Ｐ0min この通常打設モードにおいては、実操作量としては、上
述した（６）式、すなわちＰ0cが用いられる。

【００４５】そして、通常打設モードにおいては、上述
した（５）〜（７）式に基づいて、次のように設定打設
速度増分（ΔＰ）の規格化がなされる。 □設定打設速度増分（ΔＰ）の規格化 （物理量）：(PB)m³／hr (PS)m³／hr (ZO)m³／hr (NS)m³／hr (NB)m³／hr （規格値）：＋１ ＋０．５ ０ −０．５ −１ 上記物理量において、（ＰＢ）〜（ＮＢ）は、各々、フ
ァジイ推論における後件部のメンバーシップ関数のラベ
ルであり、（ＰＢ）が最も大きく、順次小さくなり（Ｎ
Ｂ）が最も小さく、具体的には、上述した（５）〜
（７）式に示すＰOmax、Ｐ0cおよびＰominより次の
（９）〜（１３）式により求められる値である。

【数９】

【数１０】

【数１１】

【数１２】

【数１３】

【００４６】ここで、上述したファジイ推論における制
御規則を図８に示す。この図に示す制御規則は、いわゆ
る速度型制御の規則であり、周知のＩＦ／ＴＨＥＮ形式
で表されるものである。つまり、この制御規則におい
て、ＩＦ部（前件部）は前述した妻枠相対位置（ｅ）、
妻枠相対速度（Δｅ／Δｔ）に対応しており、ＴＨＥＮ
部（後件部）は、前述した設定打設速度増分（ΔＰ）に
対応している。また、上記前件部は、（ＰＢ）〜（Ｎ
Ｂ）に各々対応してなる５山の三角形からなるメンバー
シップ関数であり、他方、後件部は、上述した（ＰＢ）
〜（ＮＢ）の５つの値をデファジイとする物理量であ
る。

【００４７】すなわち、図４において、ファジイコント
ローラ１７には、前件部として、目標妻枠相対位置と妻
枠相対位置（計測値）との偏差である妻枠相対位置
（ｅ）が、他方、目標妻枠相対速度と妻枠相対速度（計
測値）との偏差である妻枠相対速度（Δｅ／Δｔ）が各
々入力される。そして、ファジイコントローラ１７は、
ローターバルブ１１が１巡する毎に、上記前件部を図８
に示す制御規則に当てはめて、次巡のコンクリートの打
設速度を増やす、現状維持、または減じるかを推論す
る。

【００４８】例えば、今、（ｋ）巡目のコンクリート打
設が終了した時点では次の事実が確定しているものとす
る。 （ａ）（ｋ）巡目のコンクリート設定打設速度の実績
が、Ｐ0（ｋ）’であった。 （ｂ）上述した方法により、前件部と図８に示す制御規
則により、（ｋ）巡目の結果を推論したところ（ｋ＋
１）巡目は、設定打設速度増分（ΔＰ）を増速すべきで
あるとの結論を得た。 （ｃ）（ｋ）巡目のシールドジャッキ伸速度がＶJ
（ｋ）であると見込んで、シールドジャッキ２に対して
制御をかけた。 （ｄ）（ｋ＋１）巡目のシールドジャッキの伸速度は、
ＶJ（ｋ＋１）と見込まれる。

【００４９】そして、上記（ａ）〜（ｄ）の事実に基づ
けば、図４に示すファジイコントローラ１７は、（ｋ＋
１）巡目のコンクリートポンプ１３に対するコンクリー
ト打設速度Ｐ0（ｋ＋１）’を次の（１４）式より求め
る。

【数１４】 ここで、この（１４）式からわかるように、（ｋ＋１）
巡目のコンクリート打設速度Ｐ0（ｋ＋１）’は、上述
した（ａ）の（ｋ）巡目の実績であるＰ0（ｋ）’を全
く無視した速度制御とされる。したがって、（１４）式
のみを用いた制御においては、シールドジャッキ伸速度
の予測変化量（＝ＶJ（ｋ＋１）−ＶJ（ｋ））が小さい
という条件の下では、安定している系を乱す恐れがあ
る。

【００５０】そこで、本実施例によるシールド工法にお
いては、（ｋ＋１）巡目のコンクリート設定打設量Ｐ0
（ｋ＋１）’として、次の（１５）式をも考慮されてい
る。

【数１５】 すなわち、本実施例によるシールド工法においては、
（１４）、（１５）式のいずれを用いるかを判別するた
めの予測差分ΔＶJが定義され、この予測差分ΔＶJと上
記予測変化量ΔＶj（＝ＶJ（ｋ＋１）−ＶJ（ｋ））と
を比較することにより、（１４）式または（１５）式が
用いられる。具体的な第１の判別方法としては、 ΔＶJ≧｜ＶJ（ｋ＋１）−ＶJ（ｋ）｜のとき、（１
４）式が用いられ、他方、 ΔＶJ＜｜ＶJ（ｋ＋１）−ＶJ（ｋ）｜のとき、（１
５）式が用いられる。

【００５１】また、具体的な第２の判別方法としては、
図９に示すように予測変化量ΔＶjに所定幅（βmax−β
min）を持たせることにより重み付け（α、１−α）を
行い、上述した（１４）および（１５）式を同図に示す
ように再定義して行う。なお、図９に示すβmaxおよび
βminは、設定可変または学習による修得が可能な値で
ある。図９において、予測変化量ΔＶjが例えばｓであ
って、重みをα、１−αとすると、Ｐ0（ｋ＋１）は次
の（１６）式で表される。

【数１６】 そして、図１０に示すシールドジャッキ２のストローク
が予め設定されているＳjst（シールドジャッキ２の初
期ストローク）〜Ｓjast（Ａ打設モード開始時における
シールドジャッキ２のストローク）の間において、上述
した制御方法により通常打設モードがなされる。そし
て、本実施例によるシールド工法においては、シールド
ジャッキ２のストロークがＳjastに到達したとき、次の
Ａ打設モードへ移行する。但し、本実施例によるシール
ド工法においては、ローターバルブ１１の回転が（ｋ）
巡の途中で、シールドジャッキ２のストロークが上記Ｓ
jastに到達した場合には、次巡（ｋ＋１）目からＡ打設
モードに移行する。

【００５２】＜Ａ打設モード＞次に、Ａ打設モードにお
ける、制御方法について説明する。まず、このＡ打設モ
ードにおいては、前述したように後胴１ｃに対する妻枠
５の相対位置である１５０ｍｍ（通常打設モードにおけ
る妻枠５の目標妻枠相対位置（図４参照）を、５０ｍｍ
とするための制御がなされる。すなわち、図１０に示す
ように、シールドジャッキ２のストロークが同図に示す
Ｓjast〜Ｓjsp（Ａ打設モード終了時におけるシールド
ジャッキ２のストローク）までの区間に、Ａ打設モード
がなされる。ここで、上記１５０ｍｍおよび５０ｍｍに
対応する妻枠相対位置の計測値および目標値を各々ｅ
（１５０）、ｅ（５０）、また、Ａ打設モード区間のシ
ールドジャッキ伸速度ＶJを一定、上記Ａ打設モード区
間の距離をＬaとすると、シールドジャッキ２がＡ打設
モード区間を移動するのに要する時間Ｔaは、次の（１
７）式で表される。

【数１７】 また、妻枠５の絶対速度をＶtとすると次の（１８）式
が導出される。

【数１８】 従って、上記（１８）式を変形することにより妻枠５の
絶対速度Ｖtは、次の（１９）式で表される。

【数１９】

【００５３】ここで、Ａ打設モードにおける自動制御の
基本式は、前述した（８）式のＶJに代えて上記（１
９）式のＶtを用いることにより次の（２０）式で表さ
れる。

【数２０】 従って、このＡ打設モードにおいては、前述した後件部
のラベル（ＰＢ）〜（ＮＢ）の各物理量は、上記（２
０）式より求められる。他方、前件部においては、（２
０）式の中位置Ｐocで１巡目のコンクリート打設を実施
すればよい。上記中位置Ｐocは、前述した（８）式の例
と同様にして（２０）式のφにφc（＝１．０５）を、
ηにηc（＝０．８）を各々代入することにより得られ
る値である。続いて、１巡目のコンクリート打設実施後
の妻枠５の相対位置の計測値をｅ（１５０）’とする
と、このｅ（１５０）’と前述した通常打設モードにお
ける妻枠相対位置の計測値の最終値ｅ（１５０）（図１
０参照）との差分δｅは、次の（２１）式で表される。

【数２１】

【００５４】上記（２１）式より、妻枠５の絶対速度を
Ｖt（一定）とすると、Ａモード打設区間のローターバ
ルブ１１の総巡回数Ｎは、次の（２２）式で表される。

【数２２】 つまり、（２２）式から判るように、Ａ打設モードにお
いては、Ａ打設モード区間においてローターバルブ１１
が（Ｎ−１）巡回される。この（Ｎ−１）巡回を考慮す
れば、このＡ打設モードにおいては、前件部である妻枠
５の相対位置（ｅ）のメンバーシップ関数は、図１１に
示すものを用いればよい。

【００５５】すなわち、図１１において、ラベル（Ｚ
Ｏ）のメンバーシップ関数の中央値は、図４に示す目標
妻枠相対位置の値に対応している。従って、図１１に示
すように、ラベル（ＺＯ）のメンバーシップ関数の中央
値は、ローターバルブ１１が１巡する毎に同図に示す右
側へ移動、すなわち、Ａ打設モードにおいては、上記１
巡する毎に目標妻枠相対位置を変更させている。以下、
図１１に示すメンバーシップ関数について詳述する。

【００５６】まず、図１１（ａ）に示す１巡目において
は、上述した通常打設モードのメンバーシップ関数が用
いられる。この図１１（ａ）において、メンバーシップ
関数の上下限および中央値は、前述したように（ＰＢ）
＝２５０ｍｍ、（ＰＳ）＝２００ｍｍ、（ＺＯ）＝１５
０ｍｍ、（ＮＳ）＝１００ｍｍおよび（ＮＢ）＝５０ｍ
ｍとされている。また、図１１（ｂ）〜図１１（ｅ）に
おいては、Ａ打設モードのメンバーシップ関数が用いら
れ、巡回数が１増加する毎にラベル（ＺＯ）のメンバー
シップ関数の中央値を縮小値βづつ同図に示す右方向へ
移動させている。この縮小値βは、（ＺＯ）の最終目標
値を（ＺＯ）Ｎと定義すると次の（２３）式を経て（２
４）式で表される。

【数２３】

【数２４】 上記（２４）式からわかるように、例えば図１１（ｄ）
に示す、ｋ巡目の（ＰＢ）〜（ＮＳ）は、次の（２５）
式〜（２９）式で各々表される。

【数２５】

【数２６】

【数２７】

【数２８】

【数２９】

【００５７】次に、Ａ打設モードにおける妻枠５の相対
速度Δｅ／Δｔのメンバーシップ関数について説明す
る。このＡ打設モードにおいては、図４に示す目標妻枠
相対速度として妻枠５の絶対速度Ｖtが用いられ、ファ
ジイコントローラ１７には、上記絶対速度Ｖtと妻枠絶
対速度（計測値）との偏差が入力される。従って、上記
メンバーシップ関数のラベル（ＺＯ）の中央値（ＺＯ）
は、常に一定であって次の（３０）式で表され、他の上
下限値（ＰＢ）、（ＮＢ）、（ＰＳ）および（ＮＳ）
は、次の（３１）〜（３４）式で各々表される。

【数３０】

【数３１】

【数３２】

【数３３】

【数３４】 但し、上記（３１）〜（３４）式の定数部（２．５、
５．０等）は、必要に応じて可変される。

【００５８】＜Ｂ打設モード＞次に、上述したＡ打設モ
ードに引き続いて行われるＢ打設モードにおける、制御
方法について説明する。まず、このＢ打設モードの開始
時においては、前述したようにシールドジャッキ２が伸
限位置で（他方、妻枠５は、Ａ打設モードの終了点の計
測値ｅ（５０）’に位置）停止している。ここで、Ｂ打
設モード終了時における妻枠５の最終相対位置をｅb
（＝１５０ｍｍ）とする。上記最終相対位置ｅbを１５
０ｍｍとした理由は、図７を参照して説明したように、
一般にＢ打設モードに引き続いて自動連動により通常打
設モードに移行させるため、この通常打設モード開始に
適した値であるからである。なお、上記最終相対位置ｅ
bは、必要に応じて可変される。

【００５９】ここで、上述した前提条件より、Ｂ打設モ
ードにおける妻枠５の移動距離Ｌbは、次の（３５）式
で表される。

【数３５】 従って、Ｂ打設モード区間における妻枠５の絶対速度Ｖ
tbは、次の（３６）式で表される。

【数３６】 上記（３６）式において、Ｔmは、Ｂ打設モードにおい
てなされるシールドジャッキ２の盛り替え作業、および
内型枠４の組立作業に要する時間であり、今の場合４０
minを想定している。

【００６０】ここで、Ｂ打設モードにおける自動制御の
基本式は、前述した（８）式のＶJに代えて、上記（３
６）式のＶtbを用いることにより、次の（３７）式で表
される。

【数３７】 従って、このＢ打設モードにおいては、前述した後件部
のラベル（ＰＢ）〜（ＮＢ）の各物理量は、上記（３
７）式より求められる。他方、前件部の制御量の対応に
ついては、前述したＡ打設モードの手続きの逆の手順に
より行えばよい。すなわち、前述したＡ打設モードと同
様にして（３７）式の中位置Ｐocで１巡目のコンクリー
ト打設を実施すればよい。上記中位置Ｐocは、（３７）
式のφにφc（＝１．０５）を、ηにηc（＝０．８）を
各々代入することにより得られる値である。続いて、１
巡目のコンクリート打設実施後の妻枠５の相対位置の計
測値をｅ（５０）’’とすると、このｅ（５０）’’と
Ａ打設モードの妻枠相対位置の計測値の最終値ｅ（５
０）’との差分γｅは、次の（３８）式で表される。

【数３８】

【００６１】従って、妻枠５の絶対速度をＶtb（一定）
とすると、Ｂモード打設区間のローターバルブ１１の総
巡回数Ｍは、次の（３９）式で表される。

【数３９】 つまり、（３９）式から判るように、Ｂ打設モードにお
いては、Ｂ打設モード区間においてローターバルブ１１
が（Ｍ−１）巡回される。この（Ｍ−１）巡回を考慮す
れば、このＢ打設モードにおいては、前件部である妻枠
５の相対位置（ｅ）のメンバーシップ関数は、図１２に
示すものを用いればよい。

【００６２】すなわち、図１２において、ラベル（Ｚ
Ｏ）のメンバーシップ関数の中央値は、図４に示す目標
妻枠相対位置の値に対応している。従って、図１２に示
すように、ラベル（ＺＯ）のメンバーシップ関数の中央
値は、ローターバルブ１１が１巡する毎に同図に示す左
側へ移動される。以下、図１２に示すメンバーシップ関
数について詳述する。

【００６３】まず、図１２（ａ）に示す１巡目において
は、上述したＡ打設モードのメンバーシップ関数が用い
られる。この図１２（ａ）において、メンバーシップ関
数の上下限および中央値は、当然のことながら（ＰＢ）
１＝（ＰＢ）Ｎ、（ＰＳ）１＝（ＰＳ）Ｎ、（ＺＯ）１
＝（ＺＯ）Ｎ、（ＮＳ）１＝（ＮＳ）Ｎ、および（Ｎ
Ｂ）１＝（ＮＢ）Ｎとされている。また、図１２（ｂ）
〜図１２（ｅ）においては、Ｂ打設モードのメンバーシ
ップ関数が用いられ、巡回数が１増加する毎にラベル
（ＺＯ）のメンバーシップ関数の中央値は、拡大値γづ
つ同図に示す左方向へ移動される。この拡大値γは、
（ＺＯ）の最終目標値を（ＺＯ）Ｍ（一般には、１５０
ｍｍ）と定義すると、次の（４０）式を経て（４１）式
で表される。

【数４０】

【数４１】 上記（４１）式からわかるように、例えば図１２（ｃ）
に示す、ｋ巡目の（ＰＢ）〜（ＮＳ）は、次の（４２）
式〜（４６）式で各々表される。

【数４２】

【数４３】

【数４４】

【数４５】

【数４６】

【００６４】次に、Ｂ打設モードにおける妻枠５の相対
速度Δｅ／Δｔのメンバーシップ関数について説明す
る。このＢ打設モードにおいては、図４に示す目標妻枠
相対速度として妻枠５の絶対速度Ｖtbが用いられ、ファ
ジイコントローラ１７には、上記絶対速度Ｖtbと妻枠絶
対速度（計測値）との偏差が入力される。従って、上記
メンバーシップ関数のラベル（ＺＯ）の中央値（ＺＯ）
は、常に一定であって次の（４７）式で表され、他の上
下限値（ＰＢ）、（ＮＢ）、（ＰＳ）および（ＮＳ）
は、次の（４８）〜（５１）式で各々表される。

【数４７】

【数４８】

【数４９】

【数５０】

【数５１】 但し、上記（４８）〜（５１）式の定数部（２．５、
５．０等）は、必要に応じて可変される。

【００６５】ところで、上述したコンクリート打設量制
御法は、コンクリートポンプ１３の性能が限りなく高性
能であって、微小な操作量に対しても追従することがで
きるという前提の下で、その制御が最大限に生かされる
制御方法である。従って、Ａ打設モードまたはＢ打設モ
ードにおいて、コンクリートポンプ１３に要求されるコ
ンクリートポンプ実吐出量Ｐ（（１）式参照）が実現不
可能である場合には、コンクリート打設量制御法に代え
て、次に説明する間欠打設制御法を用いれば良い。

【００６６】＜間欠打設制御法＞以下、上記間欠打設制
御法について詳述する。この間欠打設制御法には、図１
３に示す制御システムが用いられる。なお、図１３に示
す制御システムは、前述したコンクリート打設量制御法
にも適用可能な構成とされている。

【００６７】まず、間欠打設制御法においては、後胴１
ｃに対する妻枠５の相対位置および相対速度が制御量と
されている点がコンクリート打設量制御法と同一であ
る。従って、上記２つの制御量の規格化の方法は、前述
したコンクリート打設量制御法と同一である。この規格
化の結果を、以下に示す。 □妻枠５の相対位置（ｅ）の規格化 （物理量）：２５０mm １５０mm ５０mm （規格値）：＋１ ０ −１ □妻枠５の相対速度（Δｅ／Δｔ）の規格化 （物理量）：＋１０mm／min ０mm／min −１０mm／min （規格値）：＋１ ０ −１

【００６８】一方、間欠打設制御法においては、操作量
がコンクリート打設量制御法と異なる。すなわち、間欠
打設制御法における操作量は、ローターバルブ１３の１
巡毎の休止時間Ｔrの増分（ΔＴr）（以下、ローターバ
ルブ１巡休止時間増分（ΔＴr）と称する）である。こ
の休止時間Ｔrは、次の（５２）式で表され、この（５
２）式は、前述した（３）式をＴｒの式に変形したもの
である。

【数５２】 ここで、上記ローターバルブ１巡休止時間増分（ΔＴ
r）の規格化を行う。はじめに、前述したコンクリート
打設量制御法と同様にして出力部（後件部）の操作量に
次の手順により重み付けを行う。すなわち、上記（５
２）式を用いて、前述した（５）〜（７）式に示すＰ0m
ax、Ｐ0cおよびＰ0minに各々対応するＴrmax、Ｔrcおよ
びＴrminを各々求める。

【００６９】そして、間欠打設制御法においては、コン
クリート打設量制御法と同様の手順により、次のように
ローターバルブ１巡休止時間増分（ΔＴr）の規格化が
なされる。 □ローターバルブ１巡休止時間増分（ΔＴr）の規格化 （物理量）：（ＰＢ） （ＰＳ） （ＺＯ） （ＮＳ） （ＮＢ）（min） （規格値）：＋１ ＋０．５ ０ −０．５ −１ 上記物理量において、（ＰＢ）〜（ＮＢ）は、各々、フ
ァジイ推論における後件部のメンバーシップ関数のラベ
ルであり、（ＰＢ）が最も大きく、順次小さくなり（Ｎ
Ｂ）が最も小さく、具体的には、上述したＴrmax、Ｔrc
およびＴrminより次の（５３）〜（５７）式により求め
られる値である。

【数５３】

【数５４】

【数５５】

【数５６】

【数５７】

【００７０】ここで、間欠打設制御法における制御規則
を図１４に示す。この図に示す制御規則は、いわゆる速
度型制御の規則であり、その基本的な使用方法は、前述
したコンクリート打設量制御法と同様である。

【００７１】例えば、今、（ｋ）巡目のコンクリート打
設が終了した時点では次の事実が確定しているものとす
る。 （ａ）（ｋ）巡目のコンクリート打設設定速度がＰ0
（ｋ）、ローターバルブ１巡休止時間の実績がＴr
（ｋ）’であった。 （ｂ）前件部と図１４に示す制御規則により、（ｋ）巡
目の結果を推論したところ（ｋ＋１）巡目は、ΔＴrを
増加すべきであるとの結論を得た。 （ｃ）（ｋ）巡目のシールドジャッキ伸速度がＶJ
（ｋ）であると見込んで、シールドジャッキ２に対して
制御をかけた。 （ｄ）（ｋ＋１）巡目のシールドジャッキの伸速度は、
ＶJ（ｋ＋１）と見込まれる。

【００７２】そして、上記（ａ）〜（ｄ）の事実に基づ
けば、図１３に示すファジイコントローラ１７は、（ｋ
＋１）巡目のローターバルブ１１に対するローターバル
ブ１巡休止時間Ｔr（ｋ＋１）’を次の（５８）式より
求める。

【数５８】 ここで、この（５８）式からわかるように、（ｋ＋１）
巡目のローターバルブ１巡休止時間Ｔr（ｋ＋１）’
は、上述した（ａ）の（ｋ）巡目の実績であるＴr
（ｋ）’を全く無視した速度制御とされる。したがっ
て、（５８）式のみを用いた制御においては、シールド
ジャッキ伸速度の予測変化量（＝ＶJ（ｋ＋１）−ＶJ
（ｋ））が小さいという条件の下では、安定している系
を乱す恐れがある。

【００７３】そこで、本実施例によるシールド工法にお
いては、（ｋ＋１）巡目のローターバルブ１巡休止時間
Ｔr（ｋ＋１）’として、次の（５９）式をも考慮され
ている。

【数５９】

【００７４】つまり、間欠打設速度制御法においては、
（５８）式または（５９）式の判別方法としては、前述
したコンクリート打設量制御法と同様にして、図１５に
示すように予測変化量ΔＶjに所定幅（βmax−βmin）
を持たせることにより重み付け（α、１−α）を行い、
上述した（５８）および（５９）式を同図に示すように
再定義して行う。

【００７５】以上説明したような制御を行なうことによ
り、妻枠５各部に過大な偏荷重が生じることが防止さ
れ、したがって妻枠５の傾きが防止されて全体として常
に鉛直姿勢に維持されるとともに、コンクリート打設圧
力も適正に維持され、その結果、周方向に均等かつ密実
な高品質の覆工壁６を形成できることはもとより、従来
においては作業員の経験に依存していたコンクリート打
設作業の標準化を確立でき、施工性改善を充分に図るこ
とができる。

【００７６】なお、上記実施例では、通常打設モード、
Ａ打設モード、Ｂ打設モードによりコンクリートを連続
的に打設するに際して、妻型枠５の相対位置を検出しつ
つコンクリート打設速度をフィードバック制御するよう
にしたので、上記実施例ではフィードバック制御による
効果と連続打設による効果の双方を得ることができてき
わめて有効であるが、上記のフィードバック制御とコン
クリートの連続打設とは必ずしも常に併用しなければな
らないものではなく、それらは独立に実施することも可
能であり、独立に実施した場合においてもそれぞれが上
述したような効果を得ることができる。

【００７７】また、上記実施例の変形例として、コンク
リート打設量制御法と間欠打設制御法とを併用した方法
を用いてもよい。この方法は、コンクリートポンプ１３
の最小打設制御可能量（再現可能な最小の制御量の単
位）をΔＰgとした場合、コンクリートポンプ１３に対
する要請が △Ｐg を下回るとき、コンクリートポン
プ１３の出力制御を △Ｐg 単位で階段状の増減にて
行い、これに伴う過不足分の制御をローターバルブ１巡
休止時間の増減により行うものである。

【００７８】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１記載の発
明のシールド工法は、内型枠内へコンクリートを打設す
るに際して妻枠各部の相対位置の変化やその速度を検出
し、その検出結果に基づき各打設ポートからの単位時間
当たりのコンクリート打設量すなわち打設速度、１巡休
止時間等をフィードバック制御するので、妻枠各部に過
大な偏荷重が発生するようなことが防止され、したがっ
て妻枠の傾きが防止されて全体として常に鉛直姿勢に維
持されるとともに、コンクリート打設圧力も適正に維持
され、その結果、周方向に均等かつ密実な高品質の覆工
壁を形成できることはもとより、従来においては作業員
の経験に依存していたコンクリート打設作業の標準化を
確立でき、施工性改善を充分に図ることができる。

【００７９】また、請求項２記載の発明のシールド工法
は、シールド機の掘進と同時に内型枠内へのコンクリー
ト打設を行なうとともに、シールド機の掘進を停止させ
た後も妻枠をシールド機に対して相対的に前方へ移動さ
せつつコンクリート打設を継続し、それと同時にその前
方位置において内型枠の盛替えを行なうようにしたの
で、従来工法に比して作業効率の向上、工期短縮を図り
得るとともに、コンクリート打設が中断されることに伴
う打設管の閉塞といったトラブルの発生を未然に防止す
ることができる。

【００８０】また、請求項３記載の発明のシールド工法
は、請求項１および２記載の発明を組合わせて実施する
ので、上記双方の効果を併せて得ることができる。

【００８１】また、請求項４に記載のシールド工法は、
フィードバック制御における前記相対位置および相対位
置の変化率の検出をファジイ推論により行っているの
で、より熟練工による制御に近いフィードバック制御を
することができる。

【００８２】また、請求項５に記載のシールド工法は、
ファジイ推論において用いられるメンバーシップ関数
を、コンクリート打設の進捗に応じて変化させているの
で、コンクリート打設状態への追従性が高いフィードバ
ック制御をすることができる。

【００８３】また、請求項６記載のシールド工法は、各
打設ポートの圧力を検出し、その検出結果に基づき単位
時間あたりの打設回数をフィードバック制御しているの
で、妻枠にかかる偏荷重を防止することができる。

【００８４】また、請求項７記載のシールド工法は、コ
ンクリート打設に伴う前記妻枠の各部のシールド機に対
する相対位置および相対位置の変化率を検出し、その検
出結果に基づき各打設ポートへのコンクリートの供給停
止時間をフィードバック制御しているので、請求項１記
載のシールド工法と同様の効果が得られる。。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のシールド工法を実施するためのシール
ド機の一例を示す概略構成図である。

【図２】図１に示す打設ポート５ａ、妻枠ジャッキ７、
コンクリート打設圧力計１０の配置を示す概略断面図で
ある。

【図３】図３は、図１に示すコンクリート打設圧力計１
０より出力されるコンクリート打設圧信号を処理する信
号処理部の構成を示すブロック図である。

【図４】同シールド工法において、コンクリート打設量
制御法における制御システムを示すブロック図である。

【図５】図２に示す打設ポート５ａ1〜５ａ8と妻枠ジャ
ッキ７1〜７12との相対的な位置関係を直線上に示した
図である。

【図６】本発明のシールド工法において、下限管理圧設
定値Ｐdn｛ｉ，ｊ｝および上限管理圧設定値Ｐup｛ｉ，
ｊ｝における、上記最小値Ｐmin、平均値Ｐaviおよび最
大値Ｐmxiの分布状態を分類した分類表である。

【図７】同シールド工法における推進とコンクリート打
設に係わる工程を示す工程図である。

【図８】同シールド工法において、コンクリート打設量
制御法で用いられる制御規則を示す図である。

【図９】同シールド工法において、コンクリート打設量
制御法で用いられる判別方法を説明する図である。

【図１０】同シールド工法における通常打設モードおよ
びＡ打設モードを説明する図である。

【図１１】同シールド工法において、Ａ打設モードで用
いられるメンバーシップ関数を示す図である。

【図１２】同シールド工法において、Ｂ打設モードで用
いられるメンバーシップ関数を示す図である。

【図１３】同シールド工法において、間欠打設制御法に
おける制御システムを示すブロック図である。

【図１４】同シールド工法において、間欠打設制御法で
用いられる制御規則を示す図である。

【図１５】同シールド工法において、間欠打設制御法で
用いられる判別方法を説明する図である。

【符号の説明】

１ シールド機 ２ シールドジャッキ ４ 内型枠 ５ 妻枠 ５ａ 打設ポート ６ 覆工壁 ７ 妻枠ジャッキ ８ 分岐打設管 ９ 閉止弁 １０ コンクリート打設圧力計 １１ ローターバルブ １２ 主打設管 １３ コンクリートポンプ １７ ファジィコントローラ

フロントページの続き (72)発明者 渋江 都男 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 沓脱 慎也 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 高橋 達夫 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド機の後方において内型枠を組み
   立てるとともに、該内型枠の前部に周方向に複数の打設
   ポートを有する環状の妻枠を配し、該打設ポートを通し
   て前記内型枠内にコンクリートを打設することによって
   前記妻枠を漸次前方へ移動させつつ覆工壁を形成すると
   ともに、前記内型枠から反力をとってシールド機を掘進
   させては前記内型枠を順次前方側へ盛替えていくことで
   トンネルを施工するシールド工法であって、 前記内型枠内へコンクリートを打設するに当たっては、
   各打設ポートから打設するコンクリートの単位時間当た
   りの打設量および各打設ポートの打設回数および１巡休
   止時間等を予め設定しておくとともに、コンクリート打
   設に伴う前記妻枠の各部のシールド機に対する相対位置
   および相対位置の変化率を検出し、その検出結果に基づ
   き前記単位時間当たりの打設量、１巡休止時間等をフィ
   ードバック制御することを特徴とするシールド工法。
2. 【請求項２】 シールド機の後方において内型枠を組み
   立てるとともに、該内型枠の前部に周方向に複数の打設
   ポートを有する環状の妻枠を配し、該打設ポートを通し
   て前記内型枠内にコンクリートを打設することによって
   前記妻枠を漸次前方へ移動させつつ覆工壁を形成すると
   ともに、前記内型枠から反力をとってシールド機を掘進
   させては前記内型枠を順次前方側へ盛替えていくことで
   トンネルを施工するシールド工法であって、 前記シールド機の掘進と同時に前記内型枠内へのコンク
   リート打設を実施するとともに、シールド機の掘進を停
   止させた後も前記妻枠をシールド機に対して相対的に前
   方へ移動させつつ前記内型枠内へのコンクリート打設を
   継続し、それと同時にその前方位置において内型枠の盛
   替えを行ない、盛替えた内型枠から反力をとってシール
   ド機の掘進を再開するとともに該内型枠内へのコンクリ
   ート打設を行なうことによって、コンクリート打設を中
   断することなく連続的に実施することを特徴とするシー
   ルド工法。
3. 【請求項３】 請求項２記載のシールド工法であって、 前記内型枠内へコンクリートを打設するに当たっては、
   各打設ポートから打設するコンクリートの単位時間当た
   りの打設量および各打設ポートの打設回数および１巡休
   止時間等を予め設定しておくとともに、コンクリート打
   設に伴う前記妻枠の各部のシールド機に対する相対位置
   および相対位置の変化率を検出し、その検出結果に基づ
   き前記単位時間当たりの打設量、１巡休止時間をフィー
   ドバック制御することを特徴とするシールド工法。
4. 【請求項４】 請求項１または３記載のシールド工法で
   あって、 前記フィードバック制御における前記相対位置および前
   記相対位置の変化率の検出は、ファジイ推論によりなさ
   れていることを特徴とするシールド工法。
5. 【請求項５】 請求項４記載のシールド工法であって、 前記ファジイ推論において用いられるメンバーシップ関
   数を、前記コンクリート打設の進捗に応じて変化させる
   ことを特徴とするシールド工法。
6. 【請求項６】 請求項１記載のシールド工法であって、 前記内型枠内へコンクリートを打設するに当たっては、
   各打設ポートの圧力を検出し、その検出結果に基づき前
   記単位時間あたりの打設回数をフィードバック制御する
   ことを特徴とするシールド工法。
7. 【請求項７】 シールド機の後方において内型枠を組み
   立てるとともに、該内型枠の前部に周方向に複数の打設
   ポートを有する環状の妻枠を配し、該打設ポートを通し
   て前記内型枠内にコンクリートを打設することによって
   前記妻枠を漸次前方へ移動させつつ覆工壁を形成すると
   ともに、前記内型枠から反力をとってシールド機を掘進
   させては前記内型枠を順次前方側へ盛替えていくことで
   トンネルを施工するシールド工法であって、 前記内型枠内へコンクリートを打設するに当たっては、
   各打設ポートから打設するコンクリートの単位時間当た
   りの打設量および各打設ポートの打設回数および１巡休
   止時間等を予め設定しておくとともに、コンクリート打
   設に伴う前記妻枠の各部のシールド機に対する相対位置
   および相対位置の変化率を検出し、その検出結果に基づ
   き前記各打設ポートへのコンクリートの供給停止時間を
   フィードバック制御することを特徴とするシールド工
   法。