JPH09235994A

JPH09235994A - 余堀制御装置

Info

Publication number: JPH09235994A
Application number: JP4260296A
Authority: JP
Inventors: Takao Matsumoto; 隆夫松本; Koji Yamazaki; 幸司山崎
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1996-02-29
Filing date: 1996-02-29
Publication date: 1997-09-09

Abstract

(57)【要約】【課題】余堀制御装置において、掘削断面を常時監視
することでトンネル掘削作業の掘削制度の向上を図る。【解決手段】掘削機本体１１の前端部にカッタヘッド
１２を装着すると共にこのカッタヘッド１２の外周部に
径方向に出没自在な余堀カッタ１４を装着し、カッタヘ
ッド回転位置検出器１７と余堀カッタ突出位置検出器１
８の各検出結果に基づいて現在の掘削断面をカッタヘッ
ド１２の回転中心を原点とする二次元座標にて表示する
表示器２４を設けると共に、この表示器２４の表示内容
に基づいてトンネルの基準掘削断面形状を設定する掘削
断面設定装置２５を設け、表示器２４に現在の掘削断面
と基準掘削断面とを表示して両者のずれを確認すること
で、姿勢の修正や断面の変更を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地盤を掘削して異形断
面形状のトンネルを掘削する余堀制御装置、及びこの余
堀制御装置を有するトンネル掘削機に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般的なトンネル掘削機は円筒形の掘削
機本体の前部に円形のカッタヘッドが回転自在に装着さ
れてなり、このカッタヘッドに装着された駆動モータに
よってカッタヘッドが旋回させながら、掘削機本体を前
進させることで、地盤を掘削してトンネルを構築するも
のである。

【０００３】ところで、掘削形成するトンネルは、地下
鉄が走行するためのものの他に、駅の地下道や下水道な
どとして用いられるものがあり、そのトンネルの断面は
円形のみならず、楕円形や四角形、馬蹄形などとなって
いる。ところが、このような円形以外の異形断面のトン
ネルは上述したようなトンネル掘削機で掘削形成するこ
とはできない。そのため、異形断面のトンネルを形成す
るには、トンネル掘削機にて円形断面のトンネルを形成
し、その後、トンネル内壁部を作業者の手掘りによって
掘削し、異形断面のトンネルを形成していた。

【０００４】ところが、作業車の手堀りによるトンネル
の掘削作業は重労働であると共に、作業時間が長くかか
ってしまい、作業性がよくないという問題があり、異形
断面のトンネルを掘削するトンネル掘削機が各種提案さ
れている。例えば、特公平７−７４５９４号公報に「自
由断面シールド機の掘削結果表示装置」が開示されてい
る。

【０００５】この公報に開示されたシールド機は、シー
ルド機本体に回転自在に装着された回転体に掘削断面の
中央部を掘削するメインカッタを設けると共に、この回
転体の外周部に回転自在に装着された複数の回動部材に
遊星カッタを設け、回転体回転角尾余ぞ回動部材の基準
位置からの変位量を検出し、この変位量と回転体の回転
角に応じて設定された変位量目標値との偏差に基づい
て、遊星カッタの掘削形状に対応する目標軌道に沿って
公転するように回動部材の駆動を制御するようにしたも
のである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、シールド掘
削機の直進掘削時や曲線掘削時には、前述したように、
余堀設定を行う必要があり、また、掘削機本体のピッチ
ングやローリング、ヨーイングの修正の姿勢制御のため
にも余堀設定を行う必要がある。そして、この余堀設定
はトンネルの掘削断面が円形であっても必要であり、円
形でない異形断面（矩形、楕円形、四角形、馬蹄形、多
重円形、多連形・・・）の場合には、曲線掘削時に掘削
機本体の姿勢（特に、ローリング）が不正常状態になる
ことがあり、ローリング修正装置ではあ不十分であるた
め、余堀範囲を簡単に変更することが必要となる。

【０００７】即ち、トンネル掘削機本体の姿勢を表示す
ると共に、姿勢が不正常であるときには、正常に戻すた
めの余堀範囲を簡単に設定する必要がある。上述した従
来の自由断面シールド機の掘削結果表示装置にあって
は、目標値に対して検出値をフィードバック制御するこ
とで高精度に異形断面を余堀しているものの、掘削機本
体の姿勢制御や曲線掘削時の余堀変更制御については開
示されておらず、トンネルの掘削制御全体にわたって高
精度に作業を行うことはできない。

【０００８】本発明はこのような問題点を解決するもの
であって、掘削断面を常時監視することでトンネル掘削
作業の掘削制度の向上を図った余堀制御装置及びトンネ
ル掘削機、トンネル掘削方法を提供することを目的とす
る。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明の余堀制御装置は、本体の前端部に駆動回転
自在なメインカッタが装着されると共に該メインカッタ
の外周部に該メインカッタの径方向に出没自在なサブカ
ッタが装着された余堀制御装置において、前記メインカ
ッタの回転位置を検出するメインカッタ回転位置検出器
と、前記サブカッタの突出位置を検出するサブカッタ突
出位置検出器と、前記メインカッタ回転位置検出器及び
前記サブカッタ突出位置検出器の各検出結果に基づいて
現在の掘削断面を前記メインカッタの回転中心を原点と
する二次元座標にて表示する表示器と、該表示器の表示
内容に基づいてトンネルの基準掘削断面形状を設定する
掘削断面設定手段とを具えたことを特徴とするものであ
る。

【００１０】従って、メインカッタ回転位置検出器は現
在のメインカッタの回転位置を検出し、サブカッタ突出
位置検出器は現在のサブカッタの突出位置を検出し、表
示器には、各検出結果に基づいて現在の掘削断面がメイ
ンカッタの回転中心を原点とする二次元座標にて表示さ
れ、掘削断面設定手段はこの表示器の表示内容に基づい
てトンネルの基準掘削断面形状を設定することとなり、
簡単にトンネルの基準掘削断面形状の変更が可能とな
る。

【００１１】また、本発明のトンネル掘削機は、筒状の
掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進機構と、
前記掘削機本体の前部に回転自在に装着されたカッタヘ
ッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆
動機構と、前記カッタヘッドの外周部に該カッタヘッド
の径方向に出没自在に装着された余堀カッタと、該余堀
カッタを出没させる余堀カッタ駆動機構と、前記カッタ
ヘッドの回転位置を検出するカッタヘッド回転位置検出
器と、前記余堀カッタの突出位置を検出する余堀カッタ
突出位置検出器と、前記カッタヘッド回転位置検出器及
び前記余堀カッタ突出位置検出器の各検出結果に基づい
て現在の掘削断面を前記メインカッタの回転中心を原点
とする二次元座標にて表示する表示器と、該表示器の表
示内容に基づいてトンネルの基準掘削断面形状を設定す
る掘削断面設定手段と、該掘削断面設定手段が設定した
トンネル基準掘削断面形状に基づいて前記余堀カッタ駆
動機構を駆動制御する余堀カッタ制御手段とを具えたこ
とを特徴とするものである。

【００１２】従って、掘削機本体は推進機構によって前
進し、このとき、カッタヘッドが駆動回転すると共に余
堀カッタが出没することで、所望のトンネル断面が掘削
されることとなり、カッタヘッド回転位置検出器はこの
カッタヘッドの回転位置を検出し、また、余堀カッタ突
出位置検出器は余堀カッタの突出位置を検出しており、
表示器には両検出器の検出結果に基づいて現在の掘削断
面がメインカッタの回転中心を原点とする二次元座標に
て表示され、掘削断面設定手段はこの表示器の表示内容
に基づいてトンネルの基準掘削断面形状を設定し、余堀
カッタ制御手段は設定されたトンネル基準掘削断面形状
に基づいて余堀カッタ駆動機構を駆動制御し、余堀カッ
タを出没させて所望のトンネル断面を簡単に掘削可能と
なる。

【００１３】また、本発明のトンネル掘削方法は、前部
に装着されたカッタヘッドを駆動回転させると共に該カ
ッタヘッドの外周部に装着された余堀カッタを該カッタ
ヘッドの径方向に出没させながら、筒状の本体を前進さ
せることで、前方の地盤を掘削してトンネルを形成する
トンネル掘削方法において、前記カッタヘッドの回転位
置を検出すると共に前記余堀カッタの突出位置を検出
し、該カッタヘッド回転位置及び前記余堀カッタ突出位
置に基づいて現在の掘削断面を前記メインカッタの回転
中心を原点とする二次元座標にて表示し、該表示された
現在の掘削断面に基づいてトンネルの基準掘削断面形状
を設定し、該設定されたトンネル掘削断面形状に基づい
て前記余堀カッタ突出位置を制御することを特徴とする
ものである。

【００１４】従って、掘削中の断面変更を容易に行うこ
とで、所望のトンネル断面を高精度に掘削可能となる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の発明の実施の形態
について説明する。

【００１６】本発明の余堀制御装置は、本体の前端部に
駆動回転自在なほぼ円形をなすメインカッタが装着され
ると共に、メインカッタの外周部にこのメインカッタの
径方向に出没自在なサブカッタが装着されており、メイ
ンカッタが回転しながら円形断面のトンネルを掘削し、
このときにサブカッタが出没することで円形断面の外周
部を掘削して異形断面のトンネルが掘削可能となってい
る。また、このメインカッタにはその回転位置、即ち、
基準位置に対する回転角度を検出するメインカッタ回転
位置（角度）検出器が設けられ、一方、サブカッタには
その突出位置、即ち、基準位置に対する突出量を検出す
るサブカッタ突出位置（量）検出器が設けられている。
そして、このメインカッタ回転位置検出器及びサブカッ
タ突出位置検出器には表示器が接続されており、各検出
結果から現在の掘削断面がメインカッタの回転中心を原
点とする二次元座標として表示器に表示されるようにな
っている。更に、掘削断面設定手段はこの表示器の表示
内容に基づいてトンネルの基準掘削断面形状を設定する
ことができる。

【００１７】従って、メインカッタ回転位置検出器は現
在のメインカッタの回転位置を検出し、サブカッタ突出
位置検出器は現在のサブカッタの突出位置を検出し、表
示器には、各検出結果に基づいて現在の掘削断面がメイ
ンカッタの回転中心を原点とする二次元座標にて表示さ
れる。そして、掘削断面設定手段はこの表示器の表示内
容に基づいてトンネルの基準掘削断面形状を設定するこ
ととなり、簡単にトンネルの基準掘削断面形状の変更が
可能となる。

【００１８】なお、本発明の余堀制御装置は、掘削断面
設定手段によって設定されたトンネル基準掘削断面形状
はメインカッタの回転中心を原点とする二次元座標にて
表示器に表示され、トンネル基準掘削断面形状とすでに
表示されている現在の掘削断面とを比較して両者のずれ
を求め、掘削断面設定手段はずれに基づいてトンネルの
基準掘削断面形状を変更することができるようになって
いる。

【００１９】従って、トンネル基準掘削断面形状と現在
の掘削断面とを比較した両者のずれから容易にトンネル
の基準掘削断面形状の変更が可能となり、操作性の向上
が図れる。

【００２０】また、本発明のトンネル掘削機は、筒状の
掘削機本体は推進機構によって前進可能であり、この掘
削機本体の前部には回転自在なカッタヘッドが装着さ
れ、カッタヘッド駆動機構によって駆動回転可能である
と共に、このカッタヘッドの外周部にはカッタヘッドの
径方向に出没自在な余堀カッタが装着されており、余堀
カッタ駆動機構によって出没可能となっている。また、
カッタヘッドの回転位置、即ち、即ち、基準位置に対す
る回転角度を検出するメインカッタ回転位置（角度）検
出器が設けられ、一方、余堀カッタにはその突出位置、
即ち、基準位置に対する突出量を検出するサブカッタ突
出位置（量）検出器が設けられている。そして、このカ
ッタヘッド回転位置検出器及び余堀カッタ突出位置検出
器は表示器に接続されており、この表示器には各検出器
の各検出結果に基づいてメインカッタの回転中心を原点
とする二次元座標にて表された現在の掘削断面が表示さ
れる。更に、表示器にはこの表示内容に基づいてトンネ
ルの基準掘削断面形状を設定する掘削断面設定手段が接
続されると共に、掘削断面設定手段が設定したトンネル
基準掘削断面形状に基づいて余堀カッタ駆動機構を駆動
制御する余堀カッタ制御手段が接続されている。

【００２１】従って、掘削機本体は推進機構によって前
進し、このとき、カッタヘッドが駆動回転すると共に余
堀カッタが出没することで、所望のトンネル断面が掘削
される。カッタヘッド回転位置検出器はこのカッタヘッ
ドの回転位置を検出し、また、余堀カッタ突出位置検出
器は余堀カッタの突出位置を検出しており、表示器には
両検出器の検出結果に基づいて現在の掘削断面がメイン
カッタの回転中心を原点とする二次元座標にて表示され
る。掘削断面設定手段はこの表示器の表示内容に基づい
てトンネルの基準掘削断面形状を設定し、余堀カッタ制
御手段は設定されたトンネル基準掘削断面形状に基づい
て余堀カッタ駆動機構を駆動制御し、余堀カッタを出没
させて所望のトンネル断面を簡単に掘削可能となる。

【００２２】そして、本発明のトンネル掘削方法は、前
述したトンネル掘削機を適用したものであり、カッタヘ
ッドを駆動回転させると共に余堀カッタをカッタヘッド
の径方向に出没させながら、筒状の本体を前進させるこ
とで、前方の地盤を掘削してトンネルを形成し、このと
き、カッタヘッドの回転位置を検出すると共に余堀カッ
タの突出位置を検出し、カッタヘッド回転位置及び余堀
カッタ突出位置に基づいて現在の掘削断面をメインカッ
タの回転中心を原点とする二次元座標にて表示し、表示
された現在の掘削断面に基づいてトンネルの基準掘削断
面形状を設定し、設定されたトンネル掘削断面形状に基
づいて余堀カッタ突出位置を制御する。従って、掘削中
の断面変更を容易に行うことで、所望のトンネル断面を
高精度に掘削可能となる。

【００２３】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２４】図１に本発明の一実施例に係る余堀制御装
置が適用されたシールド掘削機の概略、図２にカッタヘ
ッドの裏面視、図３に制御装置の制御ブロック、図４に
余堀油圧制御装置の制御ブロック、図５に掘削位置の表
示方法を説明するための概略、図６に余堀の範囲及び余
堀速度の表示方法を説明するための概略、図７に右方へ
の余堀修正方法を説明するための概略、図８にローリン
グ修正方法を説明するための概略、図９に下方への余堀
修正方法を説明するための概略を示す。

【００２５】本実施例のシールド掘削機において、図１
及び図２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、カッタヘッド１
２の外周部には周方向均等間隔に３つの余堀カッタ１４
が装着され、このカッタヘッド１２の径方向に出没自在
であり、各余堀カッタ１４は油圧ジャッキ１５によって
駆動することができる。そして、油圧駆動モータ１３に
は油圧を電気信号に変換するスイベルジョイント１６を
介してカッタヘッドの回転位置（角度）を検出するカッ
タヘッド回転位置検出器１７が装着されており、原点Ａ
からの各余堀カッタ１４の位置を検出することができ
る。一方、油圧ジャッキ１５には各余堀カッタ１４の突
出位置（ストローク）を検出する余堀カッタ突出位置検
出器１８が装着されている。

【００２６】また、掘削機本体１１の後部には既設のセ
グメントＳの反力によってこの掘削機本体１１及びカッ
タヘッド１２を推進させるための複数のシールドジャッ
キ１９が円周方向に沿って並設されており、この各シー
ルドジャッキ１９には作動ストロークを検出するストロ
ーク計２０が装着されており、各ストロークデータから
掘削機本体１１のヨーイングを計測することができる。
更に、掘削機本体１１にはこの本体１１の前後方向及び
左右方向の傾斜を計測するピッチング・ローリング計２
１が装着されていると共に、トンネル断面線形を測定す
るジャイロ２２が装着されている。

【００２７】制御装置２３には前述した各種検出セン
サ、即ち、カッタヘッド回転位置検出器１７、余堀カッ
タ突出位置検出器１８、ストローク計２０、各ピッチン
グ・ローリング計２１、ジャイロ２２が接続され、検出
データが入力されるようになっており、この制御装置２
３には表示器２４が接続されている。この制御装置２４
において、図３に示すように、掘削断面設定装置２５は
カッタヘッド１２及び余堀カッタ１４によって掘削する
トンネル基準掘削断面を設定するものであり、カッタヘ
ッド回転位置検出器１７が検出した原点Ａからの各余堀
カッタ１４の位置と、余堀カッタ突出位置検出器１８が
検出した各余堀カッタ１４の突出位置（ストローク）
と、ストローク計２０が検出したヨーイング、各ピッチ
ング・ローリング計２１が検出したピッチング及びロー
リングと、ジャイロ２２が検出したトンネル断面線形が
入力されるようになっている。そして、この掘削断面設
定装置２５が設定したトンネル基準掘削断面が余堀制御
装置２６に出力され、この余堀制御装置２６はこのトン
ネル基準掘削断面に基づく各油圧ジャッキ１５の作動ス
トロークを演算し、その演算結果が余堀油圧制御装置２
７に出力される。この余堀油圧制御装置２７はこの演算
結果から各油圧ジャッキ１５の供給油圧を演算し、この
油圧ジャッキ１５を作動する。

【００２８】すると、各油圧ジャッキ１５に装着された
余堀カッタ突出位置検出器１８は各油圧ジャッキ１５の
作動ストロークを検出し、その検出結果を余堀制御装置
２６にフィードバックする。余堀制御装置２６は指令し
た作動ストロークと実際の作動ストロークとを比較し、
ずれがあれば微調整を行う。また、掘削断面設定装置２
５は各種センサの検出結果から現在の掘削断面を演算
し、表示器２４は現在の掘削断面をカッタヘッド１２の
回転中心Ｏを原点とする二次元座標にて表示する。そし
て、この表示器２４には、掘削断面設定装置２５によっ
て設定されたトンネル基準掘削断面形状と現在の掘削断
面とが表示され、両者を比較してずれを求め、掘削断面
設定装置２５はこのずれに基づいてトンネルの基準掘削
断面形状を変更する。

【００２９】この余堀油圧制御装置２７について、詳細
に説明する。図４に示すように、３つの油圧ジャッキ１
５ａ，１５ｂ，１５ｃにはそれぞれ油圧サーボ弁３１
ａ，３１ｂ，３１ｃが接続されており、この油圧サーボ
弁３１ａ，３１ｂ，３１ｃによって各油圧ジャッキ１５
ａ，１５ｂ，１５ｃの伸縮切替と伸縮速度の制御が可能
となっている。そして、各油圧ジャッキ１５ａ，１５
ｂ，１５ｃに圧油の給排を行うための各油圧サーボ弁３
１ａ，３１ｂ，３１ｃの流路３２ａにはフィルタ３３
ａ，３３ｂ及び油圧ポンプ３４を介して油圧タンク３５
ａが接続され、油圧ポンプ３４にはポンプモータ３６が
装着されると共に、流路３２ｂにはフィルタ３３ｃを介
して油圧タンク３５ｂが接続されている。また、各油圧
サーボ弁３１ａ，３１ｂ，３１ｃの切替を行うための流
路３７ａにはフィルタ３８ａ，３８ｂ及び油圧ポンプ３
９を介して油圧タンク３５ｃが接続され、油圧ポンプ３
９にはポンプモータ４０が装着されると共に、流路３７
ｂには油圧タンク３５ｄが接続されている。更に、流路
３２ａ，３７ａには圧力制御弁４１ａ，４１ｂがそれぞ
れ介装されている。

【００３０】従って、ポンプモータ３６によって油圧ポ
ンプ３４を作動すると、油圧タンク３５ａ内の圧油が流
路３２ａを介して各油圧サーボ弁３１ａ，３１ｂ，３１
ｃを通り、各油圧ジャッキ１５ａ，１５ｂ，１５ｃに供
給され、この油圧ジャッキ１５ａ，１５ｂ，１５ｃが伸
長、あるいは、収縮することができる。また、ポンプモ
ータ４０によって油圧ポンプ３９を作動すると、油圧タ
ンク３５ｃ内の圧油が流路３７ａを介して各油圧サーボ
弁３１ａ，３１ｂ，３１ｃに流れて切り替わり、各油圧
ジャッキ１５ａ，１５ｂ，１５ｃの伸縮方向を変更する
ことができる。なお、油圧ポンプ３４の吐出量がＱ₁〜
Ｑ₂であるとき、各油圧ジャッキ１５ａ，１５ｂ，１５
ｃの伸縮速度はロッド径に関係し、また、各油圧サーボ
弁３１ａ，３１ｂ，３１ｃの許容使用油量と油圧ポンプ
３４の吐出量Ｑ₁〜Ｑ₂の関係と、且つ、各油圧サーボ
弁３１ａ，３１ｂ，３１ｃの損失油圧の関係もあり、そ
れらを加味して各油圧ジャッキ１５ａ，１５ｂ，１５ｃ
の最大伸縮速度Ｖ_max，最小伸縮速度Ｖ_minが算出され
る。また、油圧ジャッキ１５ａ，１５ｂ，１５ｃによる
余堀カッタ１４の最大余堀量と最小余堀量も初期設定が
可能である。

【００３１】ここで、油圧ジャッキ１５ａ，１５ｂ，１
５ｃによる余堀カッタ１４の伸縮形状について説明す
る。図５に示すように、余堀カッタ１４のカッタ角を規
定すれば、収縮した位置がＺ₁，Ｚ₂にて表示され、そ
れぞれの幅ｈの間隔で、且つ、カッタヘッド１２のカッ
タ中心Ｏから距離Ｒ₁離れた位置にあり、所定のストロ
ークＳ_n伸長すると、Ｚ₁，Ｚ₂がＺ_n1，Ｚ_n2になる。
そして、カッタヘッド１２が反時計回り方向にφ₁回転
し続けると、Ｚ₁，Ｚ₂が掘削断面の各ポイントａ₁，
ａ₂，ａ₃，ａ₄・・・に接するようにする。この演算
は前述した掘削断面設定装置２５に設けられた演算器が
行うものであり、カッタヘッド１２の回転角φ_nのとき
に、油圧ジャッキ１５ａ，１５ｂ，１５ｃのストローク
値Ｓ_nが求められる。これは掘削断面の各ポイント
ａ₁，ａ₂，ａ₃，ａ₄・・・を二次元座標（Ｘ，Ｙ）
での交点を求めれば良いものであり、容易に求めること
ができる。

【００３２】また、掘削断面の各ポイントａ₁，ａ₂，
ａ₃，ａ₄・・・は予めカッタヘッド１２の回転角３６
０度を複数等分したポイントにすれば演算しやすく、細
分の必要があれば、そのポイント角を更に等分すればよ
い。即ち、このポイントａ₁，ａ₂，ａ₃，ａ₄・・・
は原点Ａからのカッタヘッド１２の回転角φ_nと座標
（Ｘ_n，Ｙ_n）を登録すれば良いことになる。その演算
方法は、前述した表示器２４の画面上で１回転させ、各
余堀カッタ１４をポイントａ₁，ａ₂，ａ₃，ａ ₄・・
・の設定した掘削断面を掘削するように画面表示させる
ことにより、余堀カッタ１４の油圧ジャッキ１５ａ，１
５ｂ，１５ｃの伸縮ストロークと伸縮速度がカッタヘッ
ド１２の回転位置ごとに表示されることとなる。

【００３３】例えば、図６に示すように、表示器２４の
表示画面において、油圧ジャッキ１５ａ，１５ｂ，１５
ｃの伸縮による余堀カッタ１４の最大掘削限界は
Ｌ_max、最小掘削限界はＬ_minであり、その間の掘削可
能範囲はＬとなっている。従って、今回の掘削断面Ｌ₁
はこの掘削可能範囲Ｌにあることが確認できる。もし、
外れているときは、外れている部分の色を変えて表示す
れば分かりやすく、そして、掘削可能範囲Ｌに入るよう
に修正する必要がある。また、油圧ジャッキ１５ａ，１
５ｂ，１５ｃの伸縮による余堀カッタ１４の最大伸縮速
度限界はＶ_max、最小伸縮速度限界はＶ_minであり、そ
の間の掘削速度範囲はＶとなっている。従って、今回の
掘削断面Ｖ₁はこの掘削可能範囲Ｖにあることが確認で
きる。もし、外れているときは、外れている部分の色を
変えて表示すれば分かりやすく、そして、掘削可能範囲
Ｖに入るようになめらかに修正する必要がある。

【００３４】なお、掘削断面の各ポイントａ₁，ａ₂，
ａ₃，ａ₄・・・を座標（Ｘ_n，Ｙ _n）で登録するが、
円や直線などの式を代入してもできくるようになってい
る。また、ａ₁とａ₂とを結ぶ直線、二次曲線、その他
の曲線などを選定できるようになっている。更に、一つ
の表示画面が作成できた場合は、表示された掘削断面を
登録し、フロッピィディスクにコピーしておくことで、
その条件で掘削したときにはいつでも掘削が可能であ
り、且つ、このフロッピィディスクにコピーされた掘削
断面を基本として修正が可能となる。なお、３つの余堀
カッタ１４の形状が同じであれば、掘削断面の各ポイン
トａ₁，ａ₂，ａ₃，ａ₄・・・を登録する代わりに、
θ₁，θ₂，θ₃，θ₄・・・及びｚ₁，ｚ₂，ｚ₃，
ｚ₄・・・を登録すればよい。

【００３５】上述した掘削断面の設定は、掘削機本体の
直進時だけでなく、上下方向や左右方向への曲進時で位
置を変えたり、ただ、姿勢を変化させ、余堀を変化させ
ていく必要がある。即ち、基準掘削断面形状に対して上
下方向あるいは左右方向に所定距離、あるいは、角度余
堀したい場合、掘削断面の各ポイントａ₁，ａ₂，
ａ ₃，ａ₄・・・を一つづつずらすことなく全体的にず
らす簡易選定断面形状を作成することができる。

【００３６】例えば、図７に示す表示画面において、上
方移動及び下方移動の指定をそれぞれ５１ａ，５１ｂと
し、右方移動及び左方移動の指定をそれぞれ５２ａ，５
２ｂとし、ローリング修正のための右方旋回及び左方旋
回の指定をそれぞれ５３ａ，５３ｂとする。そして、現
在の掘削断面形状４１に対して右方にずらして変更掘削
断面形状４２にする場合、表示画面の右方移動５２ａを
マウスで選択し、移動量Ｂを数値、あるいは、画面上の
スクロールバー（図示略）で選定すればよい。そして、
その確認は、前述した図６にて説明したように、ストロ
ークを速度で演算し、許容値内に入っていることを確認
して登録すればよい。

【００３７】また、図８に示す表示画面において、右方
向にローリングした現在の掘削断面形状４３に対して右
方にずれたものを左方旋回させて変更掘削断面形状４４
にする場合、表示画面の左方旋回５３ｂをマウスで選択
し、移動角度θを数値、あるいは、画面上のスクロール
バー（図示略）で選定すればよい。なお、ピッチング・
ローリング計２１によって掘削機本体１１のローリング
角度の数値だけ画面に表示されている場合でも、数値を
入力するだけで同様の操作を行うことができる。また、
同様に、ピッチングやヨーイングが発生しても、予め設
定された基準掘削断面形状に対する各検出器の検出値に
差が出ることで確認して修正することが容易にできる。

【００３８】更に、図９に示す表示画面において、現在
の掘削断面形状４５に対して下方にずらして変更掘削断
面形状４６にする場合、表示画面の下方移動５１ｂをマ
ウスで選択し、移動量μを数値、あるいは、画面上のス
クロールバー（図示略）で選定すればよい。

【００３９】なお、上述した実施例において、シールド
掘削機のカッタヘッド１２の外周部に３つの余堀カッタ
１４を油圧ジャッキ１５によって出没自在に設けたが、
装置自体の構造はこれに限定されるものではない。

【００４０】図１０に本発明の余堀制御装置が適用され
た他のシールド掘削機の概略を示す。図１０に示すよう
に、図示略しない掘削機本体の前端部には円板状のカッ
タヘッド６１が回転自在に装着されており、このカッタ
ヘッド６１の外周部には左右一対余堀カッタ６２ａ，６
２ｂが互いに逆方向を向いて配設され、回転軸６３ａ，
６３ｂによって回動自在に取付けられている。そして、
本体がこのカッタヘッド６２に支持軸６４ａ，６４ｂに
よって枢着された油圧ジャッキ６５ａ，６５ｂの駆動ロ
ッドの先端部が連結軸６６ａ，６６ｂによって各余堀カ
ッタ６２ａ，６２ｂに連結されている。従って、各油圧
ジャッキ６５ａ，６５ｂを伸縮することで余堀カッタ６
２ａ，６２ｂを回動し、この余堀カッタ６２ａ，６２ｂ
をカッタヘッド６１内に収容した収容位置と外周に突出
した突出位置との間を移動することができる。そして、
カッタヘッド６１が図１０において反時計回り方向ＵＣ
に回転するときは、油圧ジャッキ６５ａによって余堀カ
ッタ６２ａのみを突出して余堀を行い、カッタヘッド６
１が図１０において時計回り方向Ｃに回転するときは、
油圧ジャッキ６５ｂによって余堀カッタ６２ｂのみを突
出して余堀を行う。

【００４１】各余堀カッタ６２ａ，６２ｂがこのように
構成されていることから、余堀カッタ６２ａ，６２ｂの
回転軸６３ａ，６３ｂの位置と油圧ジャッキ６５ａ，６
５ｂの支持軸６４ａ，６４ｂの位置から、この余堀カッ
タ６２ａ，６２ｂの形状が回転軸６３ａ，６３ｂを中心
に回動することを条件として登録すると共に、油圧ジャ
ッキ６５ａ，６５ｂが伸縮ストロークによって支持軸６
４ａ，６４ｂを中心にその間の距離を弧状を描くように
回動することを条件として登録する。従って、任意の掘
削断面形状を選定しても、カッタヘッド６１が回転する
角度ごとに余堀カッタ６２ａ，６２ｂの形状のどこか１
点が接するポイントを演算し、且つ、油圧ジャッキ６５
ａ，６５ｂが伸縮ストロークも演算することができる。
なお、その他の構成、作用については前述したものと同
様であるため説明は省略する。

【００４２】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに、本発明の余堀制御装置によれば、本体の前端部に
駆動回転自在なメインカッタを装着すると共にこのメイ
ンカッタの外周部に径方向に出没自在なサブカッタを装
着し、メインカッタ回転位置検出器とサブカッタ突出位
置検出器をそれぞれ設け、各検出器の検出結果に基づい
て現在の掘削断面をメインカッタの回転中心を原点とす
る二次元座標にて表示する表示器を設けると共に、この
表示器の表示内容に基づいてトンネルの基準掘削断面形
状を設定する掘削断面設定手段を設けたので、表示器に
現在の掘削断面と基準掘削断面とを表示することで、姿
勢の修正や断面の変更を容易に行うことができる。

【００４３】また、本発明の余堀制御装置によれば、ト
ンネル基準掘削断面形状をメインカッタの回転中心を原
点とする二次元座標にて表示器に表示し、このトンネル
基準掘削断面形状と現在の掘削断面とを比較して両者の
ずれを求め、このずれに基づいてトンネルの基準掘削断
面形状を変更するようにしたので、基準掘削断面形状と
現在の掘削断面とのずれから容易にトンネルの基準掘削
断面形状の変更が可能となり、操作性の向上を図ること
ができる。

【００４４】また、本発明のトンネル掘削機によれば、
筒状の掘削機本体を推進機構によって前進可能とすると
共にこの掘削機本体の前部にカッタヘッドを装着してカ
ッタヘッド駆動機構によって駆動回転可能とし、カッタ
ヘッドの外周部に余堀カッタを設けて余堀カッタ駆動機
構によってカッタヘッドの径方向に出没自在とし、カッ
タヘッド回転位置検出器と余堀カッタ突出位置検出器と
を設け、各検出器の検出結果に基づいて現在の掘削断面
をメインカッタの回転中心を原点とする二次元座標にて
表示する表示器とを設けると共に、この表示器の表示内
容に基づいてトンネルの基準掘削断面形状を設定する掘
削断面設定手段を設け、且つ、掘削断面設定手段が設定
したトンネル基準掘削断面形状に基づいて余堀カッタ駆
動機構を駆動制御する余堀カッタ制御手段を設けたの
で、表示器に現在の掘削断面と基準掘削断面とを表示す
ることで、余堀カッタを出没させて所望のトンネル断面
を簡単に掘削可能となり、その結果、掘削機本体の姿勢
の修正や断面の変更等を容易に行うことができる。

【００４５】また、本発明のトンネル掘削方法によれ
ば、前部に装着されたカッタヘッドを駆動回転させると
共に外周部に装着された余堀カッタを径方向に出没させ
ながら、筒状の本体を前進させることで前方の地盤を掘
削してトンネルを形成するとき、カッタヘッドの回転位
置及び余堀カッタの突出位置を検出し、該各検出結果に
基づいて現在の掘削断面をメインカッタの回転中心を原
点とする二次元座標にて表示し、この表示された現在の
掘削断面に基づいてトンネルの基準掘削断面形状を設定
し、設定されたトンネル掘削断面形状に基づいて前記余
堀カッタ突出位置を制御するようにしたので、掘削中の
断面変更を容易に行うことで、所望のトンネル断面を高
精度に掘削可能することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る余堀制御装置が適用さ
れたシールド掘削機の概略図である。

【図２】カッタヘッドの裏面図である。

【図３】制御装置の制御ブロック図である。

【図４】余堀油圧制御装置の制御ブロック図である。

【図５】掘削位置の表示方法を説明するための概略図で
ある。

【図６】余堀の範囲及び余堀速度の表示方法を説明する
ための概略図である。

【図７】右方への余堀修正方法を説明するための概略図
である。

【図８】ローリング修正方法を説明するための概略図で
ある。

【図９】下方への余堀修正方法を説明するための概略図
である。

【図１０】本発明の余堀制御装置が適用された他のシー
ルド掘削機の概略図である。

【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１４余堀カッタ１５油圧ジャッキ１７カッタヘッド回転位置検出器１８余堀カッタ突出位置検出器１９シールドジャッキ２０ストローク検出器２１ピッチング・ローリング計２２ジャイロ２３制御装置２４表示器２５掘削断面設定装置２６余堀制御装置２７余堀油圧制御装置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】本体の前端部に駆動回転自在なメインカ
ッタが装着されると共に該メインカッタの外周部に該メ
インカッタの径方向に出没自在なサブカッタが装着され
た余堀制御装置において、前記メインカッタの回転位置
を検出するメインカッタ回転位置検出器と、前記サブカ
ッタの突出位置を検出するサブカッタ突出位置検出器
と、前記メインカッタ回転位置検出器及び前記サブカッ
タ突出位置検出器の各検出結果に基づいて現在の掘削断
面を前記メインカッタの回転中心を原点とする二次元座
標にて表示する表示器と、該表示器の表示内容に基づい
てトンネルの基準掘削断面形状を設定する掘削断面設定
手段とを具えたことを特徴とする余堀制御装置。
【請求項２】請求項１記載の余堀制御装置において、
前記掘削断面設定手段によって設定されたトンネル基準
掘削断面形状を前記メインカッタの回転中心を原点とす
る二次元座標にて前記表示器に表示し、該トンネル基準
掘削断面形状と該表示器にすでに表示されている前記現
在の掘削断面とを比較して両者のずれを求め、前記掘削
断面設定手段がこのずれに基づいてトンネルの基準掘削
断面形状を変更することを特徴とする余堀制御装置。
【請求項３】筒状の掘削機本体と、該掘削機本体を前
進させる推進機構と、前記掘削機本体の前部に回転自在
に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回
転するカッタヘッド駆動機構と、前記カッタヘッドの外
周部に該カッタヘッドの径方向に出没自在に装着された
余堀カッタと、該余堀カッタを出没させる余堀カッタ駆
動機構と、前記カッタヘッドの回転位置を検出するカッ
タヘッド回転位置検出器と、前記余堀カッタの突出位置
を検出する余堀カッタ突出位置検出器と、前記カッタヘ
ッド回転位置検出器及び前記余堀カッタ突出位置検出器
の各検出結果に基づいて現在の掘削断面を前記メインカ
ッタの回転中心を原点とする二次元座標にて表示する表
示器と、該表示器の表示内容に基づいてトンネルの基準
掘削断面形状を設定する掘削断面設定手段と、該掘削断
面設定手段が設定したトンネル基準掘削断面形状に基づ
いて前記余堀カッタ駆動機構を駆動制御する余堀カッタ
制御手段とを具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項４】前部に装着されたカッタヘッドを駆動回
転させると共に該カッタヘッドの外周部に装着された余
堀カッタを該カッタヘッドの径方向に出没させながら、
筒状の本体を前進させることで、前方の地盤を掘削して
トンネルを形成するトンネル掘削方法において、前記カ
ッタヘッドの回転位置を検出すると共に前記余堀カッタ
の突出位置を検出し、該カッタヘッド回転位置及び前記
余堀カッタ突出位置に基づいて現在の掘削断面を前記メ
インカッタの回転中心を原点とする二次元座標にて表示
し、該表示された現在の掘削断面に基づいてトンネルの
基準掘削断面形状を設定し、該設定されたトンネル掘削
断面形状に基づいて前記余堀カッタ突出位置を制御する
ことを特徴とするトンネル掘削方法。