JPH10246091A - シールド工法及びシールド掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ローラビットを取り付けたカッタヘッドであ
っても切羽を円滑に掘削できるように推進用ジャッキを
制御することができるシールド技術を提供する。 【解決手段】 シールド掘削機本体１とローラビットを
取り付けたカッタヘッド１ａと推進用ジャッキ２とを備
えたシールド掘削機において、推進用ジャッキ２の駆動
時の油圧を検出する圧力センサ４と土圧計５と推進用ジ
ャッキ２への圧油の供給流量を調節する電磁比例可変バ
ルブ７と、これを制御する制御ユニット６とを設け、制
御ユニット６では、圧力センサ４及び土圧計５の検出結
果から求められる推進用ジャッキ２によるシールド掘削
機本体１への総推力及び地山の圧力によるシールド掘削
機本体１への反推進方向の力に基づいて、シールド掘削
機本体１と地山との摩擦力を加味しながらカッタヘッド
１ａにかかる掘削荷重を演算し、その掘削荷重をローラ
ビットでの切羽の掘削に最適な設定値に近付けるよう電
磁比例可変バルブ７を制御するようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、推進用ジャッキで
シールド掘削機本体に推力を付与しながらローラビット
を有するカッタヘッドで切羽を掘削して地山に地下坑を
掘削するシールド技術に関するもので、特に、巨礫、岩
盤等の硬質地山を適切に掘削できるようにしたものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】推進用ジャッキでシールド掘削機本体に
推力を付与しながらカッタヘッドで切羽を掘削して地下
坑を掘削するシールド掘削機では、従来、切羽を円滑に
掘削できるようにするため、推進用ジャッキの制御を行
っていた。この従来一般に行われていた推進用ジャッキ
の制御を図３に基づいて説明する。図３は、従来の一般
的な推進用ジャッキの制御装置を備えている従来例のシ
ールド掘削機を概略的に示す縦断面図である。

【０００３】従来の推進用ジャッキの制御を説明をする
に当たり、その制御装置と技術的に関連するシールド掘
削機の一般的な事項について概説すると、図３におい
て、１は円筒状の構造体としてのシールド掘削機本体、
１ａは多数のカッタビットを取り付けてシールド掘削機
本体１の前部に回転可能に設けられ切羽を掘削するカッ
タヘッド、１ｂはシールド掘削機本体１の機内側と機外
側とを仕切るバルクヘッド、１ｃはカッタヘッド１ａと
バルクヘッド１ｂとの間に形成され掘削土砂の取り込み
部をなすチャンバ、２は後記既設セグメント３で反力を
とりつつシールド掘削機本体１を推進するための油圧駆
動の推進用ジャッキ、３はシールド掘進機で掘削した地
下坑の周壁に沿って組み立てられ地下坑を覆工した既設
セグメントである。なお、推進用ジャッキ２は、シール
ド掘削機本体１内に、その周方向に所定間隔を置いて複
数個配置されている。

【０００４】このように、シールド掘削機は、シールド
掘削機本体１とカッタヘッド１ａと推進用ジャッキ２と
を備えており、これを用いていわゆるシールド工法を実
施する。すなわち、推進用ジャッキ２でシールド掘削機
本体１に推力（押力）を付与しながら、カッタヘッド１
ａで切羽を掘削してトンネル等の地下坑を地山に掘削
し、その地下坑の周壁に、図示していないエレクタでセ
グメント３を組み立てて地下坑を構築する。カッタヘッ
ド１ａで掘削された切羽の土砂は、カッタヘッド１ａと
バルクヘッド１ｂとの間のチャンバ１ｃに一旦貯溜して
からシールド掘削機本体１の後方に送られ、土圧式のシ
ールド掘削機ではスクリューコンベア、泥水式のシール
ド掘削機では排泥管というように、図示していない適宜
の排土手段により地上に排出される。

【０００５】次に、この従来例のシールド掘削機に設け
た推進用ジャッキの制御装置について説明する。図３に
おいて、１３はカッタヘッド１ａの回転トルクを検出す
るためのトルク計、１４はこのトルク計１３の検出結果
に基づいて流量調整弁１５を制御する制御ユニット、１
５はこの制御ユニット１４により制御され推進用ジャッ
キ２の押し側の流入流量を調節する流量調整弁である。
トルク計１３は、カッタヘッド１ａを油圧で駆動する場
合、これを駆動するための油圧回路中に設けられ、電気
で駆動する場合、カッタヘッド１ａの動力盤に設けられ
て、油圧又は電流を検出してその検出値をカッタヘッド
１ａの回転トルクに換算する。このカッタヘッド１ａの
回転トルクの換算値は、制御ユニット１４に出力され、
制御ユニット１４では、その出力値が予め設定した設定
値の範囲内にあるか否かを判断して、流量調整弁１５
に、その流量を制御するための指令信号を出力する。流
量調整弁１５は、この指令信号を基に、推進用ジャッキ
２の押し側の流入流量を調節してシールド掘削機の推進
速度を調節し、カッタヘッド１ａの回転トルクの現在値
を設定値の範囲に納めるように作動する。

【０００６】こうした制御装置を設けた従来例のシール
ド掘削機では、カッタヘッド１ａの回転トルクがトルク
計１３で検出され、制御ユニット１４において、その検
出された回転トルクが内部に記憶されている回転トルク
の設定値と比較される。その結果、検出された回転トル
クが設定値を超えているときは、推進用ジャッキ２への
圧油の流入流量を減少することにより、推進用ジャッキ
２でのシールド掘削機本体１の推進速度を遅くして切羽
へのカッタビットの食い込み量を減少させ、カッタヘッ
ド１ａの回転トルクが設定値の範囲になるように制御す
る。また、検出された回転トルクが設定値に満たないと
きは、推進用ジャッキ２への圧油の流入流量を増加する
ことにより、推進用ジャッキ２でのシールド掘削機本体
１の推進速度を速くして切羽へのカッタビットの食い込
み量を増加させ、カッタヘッド１ａの回転トルクが設定
値の範囲になるように制御する。従来例のシールド掘削
機では、こうして、カッタビットで切羽を効率的に掘削
できるように推進用ジャッキを制御して、掘削作業を円
滑に行えるようにしていた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、発明者は、
こうした従来例のシールド掘削機における推進用ジャッ
キの制御方式について調査研究を進めたところ、従来の
推進用ジャッキの制御方式は、粘性土、砂質土等の比較
的掘削が容易な通常の地山を掘削する場合に好適であっ
ても、巨礫、岩盤等の硬質地山を掘削する場合には適当
でないことが判明した。そこで、その理由について詳述
する。通常の地山を掘削する場合、カッタビットとし
て、通常、ティースビットが使用されるが、ティースビ
ットは、カッタヘッドの回転により刃先をその回転方向
に切り込むように送って地山を切削するものであるた
め、地山を円滑に掘削できるようにするための最大の条
件は、カッタヘッドの回転方向に作用する切削力であ
る。そのため、前述したように推進用ジャッキの制御を
カッタヘッドの回転トルクに基づいて行えば、カッタビ
ットで切羽を円滑に掘削することができる。これに対
し、硬質地山を掘削する場合には、ローラビットが使用
され、このローラビットは、カッタヘッドとともに公転
し、推力の付与により自転しながら地山を圧砕するする
ようにして切削するものである。こうしたローラビット
の掘削原理に立ち返って、ローラビットで硬質地山を掘
削する場合の推進用ジャッキの制御方式について調査研
究を進めたところ、ローラビットで地山を円滑に掘削で
きるようにするための最大の条件は、カッタヘッドの回
転トルクではなく地山へのカッタヘッドの押し付け力で
あるという事実を見出した。しかるに、従来のシールド
掘進機では、ローラビットで硬質地山を掘削する場合
も、推進用ジャッキの駆動をカッタヘッドの回転トルク
に基づいて制御しており、また、オペレータが推進用ジ
ャッキを手動で駆動するときも、操作盤上の回転トルク
の値を監視しながら操作することが定着していた。こう
した従来の方式で推進用ジャッキを駆動するのでは、ロ
ーラビットを破損させることなく切羽を効率的に掘削で
きるように推進用ジャッキを駆動することは困難であ
り、地山を円滑に掘削することはできない。

【０００８】本発明は、こうした従来の技術にみられる
問題を解消しようとするものであって、その技術課題
は、ローラビットを取り付けたカッタヘッドであっても
切羽を円滑に掘削できるように推進用ジャッキを制御す
ることができるシールド技術を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明のこうした技術課
題は、 １）シールド掘削機本体とこのシールド掘削機本体前部
に設けられローラビットを取り付けたカッタヘッドとシ
ールド掘削機本体を推進する油圧駆動の推進用ジャッキ
とを備えたシールド掘削機を用い、推進用ジャッキでシ
ールド掘削機本体に推力を付与しながらカッタヘッドで
切羽を掘削して地山に地下坑を掘削するシールド工法に
おいて、「カッタヘッドによる切羽の掘削時にシールド
掘削機本体に付与される推進用ジャッキの推力とシール
ド掘削機本体に作用する地山の圧力とを検出し、これら
の検出結果に基づいてカッタヘッドにかかる掘削荷重に
関する値を求め、その掘削荷重に関する値をローラビッ
トでの切羽の掘削に適した値にするよう推進用ジャッキ
への圧油の供給流量を調節して推進用ジャッキの推力を
制御するようにした」こと、 ２）シールド掘削機本体とこのシールド掘削機本体前部
に設けられローラビットを取り付けたカッタヘッドとシ
ールド掘削機本体を推進する油圧駆動の推進用ジャッキ
とを備え、推進用ジャッキでシールド掘削機本体に推力
を付与しながらカッタヘッドで切羽を掘削するシールド
掘削機において、「シールド掘削機本体の推進時におけ
る推進用ジャッキを駆動する油圧を検出する油圧検出手
段と、シールド掘削機本体に作用する地山の圧力を検出
する地山圧力検出手段と、推進用ジャッキへの圧油の供
給流量を調節する流量調節手段と、この流量調節手段を
制御する制御機構とを設け、この制御機構により、油圧
検出手段及び地山圧力検出手段の検出結果に基づいて、
推進用ジャッキでシールド掘削機本体に付与される総推
力に関するデータ及びシールド掘削機本体に作用する地
山の圧力による反推進方向の力に関するデータをそれぞ
れ求め、別途求めたシールド掘削機本体と地山との摩擦
力に関するデータを加味して、前記総推力に関するデー
タと前記反推進方向の力に関するデータとに基づいてカ
ッタヘッドにかかる掘削荷重に関する値を演算し、その
掘削荷重に関する値をローラビットでの切羽の掘削に最
適な設定値に近付けるよう流量調節手段を制御するよう
にした」こと、の何れの事項によっても達成される。

【００１０】前記１）のシールド掘削機に関するこの出
願の第１番目の発明は、１）に示した技術手段を採用す
ることにより、カッタヘッドによる切羽の掘削時にシー
ルド掘削機本体に付与される推進用ジャッキの推力とシ
ールド掘削機本体に作用する地山の圧力とを検出し、こ
れらの検出結果に基づいて、ローラビットで地山を円滑
に掘削できるようにするための最大の条件であるカッタ
ヘッドにかかる掘削荷重に関する値を求め、その掘削荷
重に関する値をローラビットでの切羽の掘削に適した値
にするよう推進用ジャッキへの圧油の供給流量を調節し
て推進用ジャッキの推力を制御するようにしているの
で、ローラビットを破損することなく硬質地山の切羽を
効率的に掘削することができる。前記２）のシールド掘
進機のコピーカッタ装置に関するこの出願の第２番目の
発明は、２）に示した技術手段を採用することにより、
油圧検出手段及び地山圧力検出手段の検出結果に基づい
て、流量調節手段を制御する制御機構で、ローラビット
で地山を円滑に掘削できるようにするための最大の条件
であるカッタヘッドにかかる掘削荷重に関する値を演算
し、その掘削荷重に関する値をローラビットでの切羽の
掘削に最適な設定値に近付けるよう流量調節手段を制御
機構で制御して推進用ジャッキの推力を制御するように
しているので、この出願の第１番目の発明と同様、ロー
ラビットを破損することなく硬質地山の切羽を効率的に
掘削することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】前記したシールド工法に関するこ
の出願の第１番目の発明及びシールド掘削機に関するこ
の出願の第２番目の発明は、共に、産業上の利用分野及
び解決しようとする課題が同一である発明であって、根
底をなす技術的発想も軌を一にするものである。そこ
で、以下に、この出願のシールド掘削機に関する第２番
目の発明が実際上どのように具体化されるのかを示す具
体化例を図１及び図２に基づいて説明することにより、
この出願の各発明の実施の形態を明らかにする。図１
は、本発明の具体化例のシールド掘削機を推進用ジャッ
キの制御装置の油圧回路とともに概略的に示す縦断面
図、図２は、本発明の具体化例のシールド掘削機に設け
た推進用ジャッキの制御装置についての流れ図である。
これら図１及び図２において図３と同一符号を付けた部
分は、同図と同等の部分を表しているので、説明の重複
を避けるため詳述しない。

【００１２】本発明の具体化例のシールド掘削機は、図
３に示した従来のシールド掘削機と同様、シールド掘削
機本体１とこのシールド掘削機本体１の前部に設けられ
カッタビットを取り付けたカッタヘッド１ａとシールド
掘削機本体１を推進する油圧駆動の推進用ジャッキ２と
を備え、推進用ジャッキ２でシールド掘削機本体１に推
力を付与しながらカッタヘッド１ａで切羽を掘削するも
のであり、こうした点では従来のものと変わらない。ま
た、当然のことながら、シールド掘削機本体１前端部に
はバルクヘッド１ｂが設けられ、カッタヘッド１ａとバ
ルクヘッド１ｂとの間には、従来のものと同様、チャン
バ１ｃが形成されている。図には明示されていないが、
本具体化例において、カッタヘッド１ａに取り付けられ
ているカッタビットは、ティースビットではなくローラ
ビットである。

【００１３】図１において、４はシールド掘削機本体１
の推進時における推進用ジャッキ２を駆動する油圧を検
出する油圧検出手段としての圧力センサ、５はシールド
掘削機本体１に作用する地山の圧力を検出する地山圧力
検出手段としての土圧計、６はマイクロコンピュータで
構成され後記電磁比例可変バルブ７を制御する制御機構
としての制御ユニット、７は推進用ジャッキ２への圧油
の供給流量を調節する流量調節手段としての電磁比例可
変バルブ、８は電動モータと油圧ポンプとで構成され推
進用ジャッキ２を駆動するための油圧を発生させるパワ
ーユニット、９はオペレータが操作する操作手段からの
電気信号により所定ポートを開閉して推進用ジャッキ２
を伸縮させたりその伸縮を停止させたりするように圧油
の流れを切り換えることのできる方向選択バルブ、１０
は推進用ジャッキ２等のシールド掘削機の油圧機器を駆
動するための作動油を貯溜する作動油タンク、１１はパ
ワーユニット８からの圧油を各推進用ジャッキ２へ供給
するためのメインの管路をなす供給管路、１２は各推進
用ジャッキ２へ供給した圧油を作動油タンク１０へ排出
するためのメインの管路をなす排出管路である。これら
供給管路１１及び排出管路１２と推進用ジャッキ２の間
には、これらの管路１１，１２から分岐するように分岐
管路ａ，ｂが接続され、推進用ジャッキ２に対して行う
供給管路１１及び排出管路１２からの圧油の供給、排出
は、分岐管路ａ，ｂを通じて行う。図１では、推進用ジ
ャッキ２を一つしか図示していないため、こうした分岐
管路ａ，ｂが一対しか図示されていないが、実際には、
推進用ジャッキ２の数に対応して複数対設けられてい
る。

【００１４】圧力センサ４は、パワーユニット８と分岐
管路ａとを結ぶ供給管路１１に設けられて、推進用ジャ
ッキ２の押し操作時における供給管路１１内の油圧を検
出し、これにより、推進用ジャッキ２の推力（押力）を
検出する。土圧計５は、バルクヘッド１ｂに取り付けら
れてチャンバ１ｃ内の土圧を検出し、これにより、シー
ルド掘削機本体１に作用する地山の圧力を検出する。本
具体化例では、土圧計５がバルクヘッド１ｂに取り付け
られているが、カッタヘッド１ａの切羽側に設けて切羽
近辺の土圧を検出し、これにより、シールド掘削機本体
１に作用する地山の圧力を検出するようにしてもよい。
この土圧計５で検出する土圧は、具体的には、バルクヘ
ッド１ｂと切羽との間の空間に充満している掘削土砂の
土圧であり、掘削土砂には、通常、地下水が大量に混入
したり作泥材等を液状にして注入したりするため、実際
には液状化した掘削土砂の圧力を検出することとなる。
こうした傾向は、泥水式シールド掘削機において一層顕
著になり、そのため、土圧計５は、泥水式シールド掘削
機に用いられる場合に水圧計と称することがある。

【００１５】電磁比例可変バルブ７は、供給管路１１と
排出管路１２とを結ぶバイパス管路ｃに設けられ、この
バイパス管路ｃや排出管路１２を通じて供給管路１１の
圧油を作動油タンク１０へ逃がす働きをする。この電磁
比例可変バルブ７は、制御ユニット６の指令信号である
電気信号に応じて開口量を増減させることができるた
め、制御ユニット６の指令信号により作動油タンク１０
へ逃がす油量を変化させて供給管路１１の油量を調節
し、これにより、各推進用ジャッキ２への圧油の流入流
量を制御することができる。方向選択バルブ９は、スプ
ールの作動位置が三つある４ポート３位置の電磁式方向
切換弁であり、上側及び下側の信号受け部の何れかに電
気信号が出力されたとき、それぞれ上位置及び下位置の
何れかに切り換えられ、それ以外のときは中立位置を保
持する。そして、上位置に切り換えられたとき、パワー
ユニット８の圧油を推進用ジャッキ２のロッド側に供給
するとともに同ジャッキ２のボトム側に供給された圧油
を作動油タンク１０に排出して推進用ジャッキ２を縮
め、下位置に切り換えられたとき、パワーユニット８の
圧油を推進用ジャッキ２のボトム側に供給するとともに
同ジャッキ２のロッド側に供給された圧油を作動油タン
ク１０に排出して推進用ジャッキ２を伸ばし、中立位置
においてパワーユニット８からの圧油の流れを遮断す
る。こうした方向選択バルブ９は、複数の推進用ジャッ
キ２の各分岐管路ａ，ｂにそれぞれ設けられ、推進用ジ
ャッキ２の数に対応して複数設けられる。

【００１６】制御ユニット６は、圧力センサ４及び土圧
計５での検出結果が入力され、これらの検出結果に基づ
いてカッタヘッド１ａにかかる掘削荷重を求め、その掘
削荷重をローラビットでの切羽の掘削に適した値にする
よう推進用ジャッキ２への圧油の供給流量を調節して推
進用ジャッキ２の推力を制御する制御機構である。具体
的には、入力された圧力センサ４の検出値に基づいてシ
ールド掘削機本体１の総推力が演算され、土圧計５の検
出値に基づいてシールド掘削機本体１に作用する地山の
圧力による反推進方向の力が演算されて、これらの演算
結果に関するデータが記憶される。前記のシールド掘削
機本体１の総推力は、シールド掘削機本体１の推進に関
与している推進用ジャッキ２の本数と圧力センサ４の検
出値から得られる推進用ジャッキ２の一本当たりの推力
とを掛け合わせることにより求めることができる。

【００１７】前述したように、土圧計５で検出する土圧
は、バルクヘッド１ｂと切羽との間の空間に充満してい
る液状化した掘削土砂による地山の圧力であってバルク
ヘッド１ｂに作用するため、シールド掘削機本体１を後
退させる力として働く。したがって、前記の地山の圧力
による反推進方向の力は、土圧計５の検出値とバルクヘ
ッド１ｂの横断面の面積とから演算により求めることが
でき、シールド掘削機本体１の推力を低減させる力とみ
ることができる。また、こうしたシールド掘削機本体１
の推力を低減させる力としては、シールド掘削機本体１
と地山との摩擦力もあるため、制御ユニット６には、こ
うした摩擦力に関するデータも記憶されている。この摩
擦力は、実際値をリアルタイムに検出することが困難で
あり、また、シールド掘削機の運転条件や土質にも大き
く左右されないので、シールド掘削機の機種に応じて予
め設定され既知の値として記憶される。

【００１８】制御ユニット６では、前記のシールド掘削
機本体１の総推力に関する値から、こうした地山の圧力
による反推進方向の力に関する値や摩擦力に関する値を
減算して、カッタヘッド１ａにかかる掘削荷重に関する
現在値を求める。一方、制御ユニット６には、硬質地山
の切羽をローラビットで掘削するのに適した掘削荷重に
関する値が最適値を中心に幅を有するように予め設定さ
れて記憶されている。この掘削荷重に関する設定値は、
カッタヘッド１ａの回転数をローラビットでの当該地山
の掘削に適した所定の範囲で変化させた場合でもローラ
ビットを破損させる恐れがなく、かつ、その掘削の際に
ローラビットに正常な押し付け力が付与されるような値
になるように幅をもたせて設定される。掘削の対象とな
る硬質地山の土質は、シールド工法を実施するに当たっ
て事前に調査されているため、前記の掘削荷重に関する
設定値は、調査された硬質地山の土質に応じてその土質
に適するように適宜変更することができる。制御ユニッ
ト６では、前記のカッタヘッド１ａにかかる掘削荷重に
関する現在値をこうした掘削荷重に関する設定値と比較
し、その比較結果により、その掘削荷重に関する現在値
を設定値の範囲内に納めるよう流量調節手段としての電
磁比例可変バルブ７を制御して最適値に近付けるように
する。

【００１９】次に、こうした制御ユニット６を設けた本
発明の具体化例のシールド掘削機の作用を図２に基づい
て説明する。まず、シールド掘削機で地下坑を掘削する
のに先立ち、前述したように、当該地山の掘削に適した
掘削荷重及びシールド掘削機本体１と地山との摩擦力に
関する値を設定して制御ユニット６に記憶する。しかる
後、シールド掘削機で地下坑を掘削するが、その過程掘
削で圧力センサ４（図では圧力計と記載）で供給管路１
１内の油圧を検出することにより推進用ジャッキ２の作
動油圧を計測するとともに、土圧計５でチャンバ１ｃ内
の土圧を検出することによりシールド掘削機本体１が地
山より受ける土圧を計測して、これらの計測結果を制御
ユニット６に出力する。制御ユニット６では、押し動作
している推進用ジャッキ２の本数を考慮しながら圧力セ
ンサ４の検出値を、シールド掘削機本体１に付与される
総推力（図では機体総推力と記載）に換算するととも
に、土圧計５の検出値によりシールド掘削機本体１への
土圧による反推進方向の力を算出する。そして、前記の
総推力に関する値から前記の土圧による反推進方向の力
及び摩擦力に関する値を引いてカッタヘッド１ａ（図で
はカッタと記載）にかかる掘削荷重を演算し、その演算
により求めた掘削荷重を、当初設定された掘削荷重と比
較する。

【００２０】その結果、掘削荷重に関する演算値が設定
値よりも大きい場合には、電磁比例可変バルブ７に対し
て圧油の通過流量を多くするように指令を出して各推進
用ジャッキ２への供給流量を減少させることにより、カ
ッタヘッド１ａにかかる掘削荷重を低下させるようにす
る。逆に、掘削荷重に関する演算値が設定値よりも小さ
い場合には、電磁比例可変バルブ７に対して圧油の通過
流量を少なくするように指令を出して各推進用ジャッキ
２への供給流量を増加させることにより、カッタヘッド
１ａにかかる掘削荷重を上昇させるようにする。なお、
掘削荷重に関する演算値がこれらの何れにも該当しない
場合には、電磁比例可変バルブ７は現状を維持する。本
具体化例のシールド掘削機では、こうした動作を繰り返
して、カッタヘッド１ａにかかる掘削荷重をローラビッ
トでの掘削に適した値にするように、推進用ジャッキ２
の推力を絶えず制御している。こうして地下坑を掘削す
る過程で、掘削対象となる地山の土質が変化するとき
は、その土質に適するように掘削荷重に関する設定値を
変更する。

【００２１】こうした制御ユニット６を設けたシールド
掘進機にあっては、カッタヘッド１ａの回転数を増減さ
せて掘削速度を変化させた場合でも、そのカッタヘッド
１ａの掘削速度に見合う好適な推進速度で推進用ジャッ
キ２を推進させるように自動調整されるため、カッタヘ
ッド１ａには、常に適正な掘削荷重が加えられ、過大な
掘削荷重や過小な掘削荷重がかかってローラビットを破
損させたり、掘削効率を低下させたりするようなことは
ない。例えば、カッタヘッド１ａの回転数を増加させて
掘削速度を上昇させた場合、その掘削速度の上昇により
推進用ジャッキ２の推進速度がカッタヘッド１ａの掘削
速度に追従できなくなるが、その場合には、カッタヘッ
ド１ａにかかる掘削荷重の現在値が掘削荷重の設定値よ
り小さくなるため、掘削荷重の現在値をその設定値の範
囲内に納めるように推進用ジャッキ２への供給流量を増
加させて、上昇したカッタヘッド１ａの掘削速度に見合
う適正な推進速度になるように推進用ジャッキ２の推進
速度を増加させる。同様にして、カッタヘッド１ａの掘
削速度を低下させた場合、カッタヘッド１ａにかかる掘
削荷重の現在値が掘削荷重の設定値より大きくなるた
め、低下したカッタヘッド１ａの掘削速度に見合う適正
な推進速度になるように推進用ジャッキ２の推進速度を
低下させる。本具体化例のシールド掘進機にあっては、
こうした制御ユニット６での推進用ジャッキ２の推進速
度の自動調整機能により、カッタヘッド１ａの回転数に
応じたローラビットによる効率的な掘削が可能となり、
かつ、ローラビットを過大な掘削荷重で破損させること
がない。

【００２２】このように、本具体化例では、カッタヘッ
ド１ａにかかるを掘削荷重をローラビットでの掘削に適
した設定値にするよう推進用ジャッキ２の推力を制御す
るようにして推力制御の判断基準を掘削荷重にしたこと
により、ローラビットを破損することなく硬質地山の切
羽を効率的に掘削することができる。そのため、ローラ
ビットを取り付けたカッタヘッド１ａであっても、切羽
を安定的かつ効率的に掘削できて円滑に掘削できるよう
に、推進用ジャッキ２を制御することが可能となる。ま
た、こうして推進用ジャッキ２を自動制御するようにし
たことにより、推進用ジャッキ２を操作するオペレータ
の負担が軽減され、オペレータの不適切な操作でローラ
ビットを破損させたり掘削作業の能率を低下させたりす
るのを防止することができる。

【００２３】推進用ジャッキ２への供給流量を調節する
場合、本具体化例では、電磁比例可変バルブ７を用いて
調節するようにしているが、吐出流量調節機能を有する
可変容量形油圧ポンプを組み込んだパワーユニット８を
用いて調節するようにしてもよく、要は、推進用ジャッ
キ２への圧油の供給流量を調節することができる手段で
あれば、その種類は問わない。カッタヘッド１ａにかか
る掘削荷重に関する現在値を演算する場合、本具体化例
では、シールド掘削機本体１の総推力に関する値からシ
ールド掘削機本体１への土圧による反推進方向の力のほ
か、シールド掘削機本体１と地山との摩擦力に関する値
も減算しているが、この摩擦力に関する値は既知の値で
あるので、その値を減算する代わりに掘削荷重に関する
設定値の方に織り込むようにしてもよく、要は、シール
ド掘削機本体１に付与される推進用ジャッキ２の推力と
シールド掘削機本体１に作用する地山の圧力についての
検出結果に基づいて掘削荷重に関する値を演算するよう
にすればよい。

【００２４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この出
願のシールド工法に関する第１番目の発明、シールド掘
削機に関する第２番目の発明は、それぞれ、「課題を解
決する手段」の項の１）及び２）に示した技術手段を採
用しているので、ローラビットを取り付けたカッタヘッ
ドであっても、切羽を安定的かつ効率的に掘削できて円
滑に掘削できるように、推進用ジャッキを制御すること
ができる。また、こうして推進用ジャッキを自動制御す
るようにしたことにより、推進用ジャッキを操作するオ
ペレータの負担が軽減され、オペレータの不適切な操作
でローラビットを破損させたり掘削作業の能率を低下さ
せたりするのを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の具体化例のシールド掘削機を推進用ジ
ャッキの制御装置の油圧回路とともに概略的に示す縦断
面図である。

【図２】本発明の具体化例のシールド掘削機に設けた推
進用ジャッキの制御装置についての流れ図である。

【図３】従来の一般的な推進用ジャッキの制御装置を備
えている従来例のシールド掘削機を概略的に示す縦断面
図である。

【符号の説明】 １ シールド掘削機本体 １ａ カッタヘッド １ｂ バルクヘッド １ｃ チャンバ ２ 推進用ジャッキ ３ 既設セグメント ４ 圧力センサ ５ 土圧計 ６ 制御ユニット ７ 電磁比例可変バルブ ８ パワーユニット ９ 方向選択バルブ １０ 作動油タンク

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘削機本体とこのシールド掘削
   機本体前部に設けられローラビットを取り付けたカッタ
   ヘッドとシールド掘削機本体を推進する油圧駆動の推進
   用ジャッキとを備えたシールド掘削機を用い、推進用ジ
   ャッキでシールド掘削機本体に推力を付与しながらカッ
   タヘッドで切羽を掘削して地山に地下坑を掘削するシー
   ルド工法において、カッタヘッドによる切羽の掘削時に
   シールド掘削機本体に付与される推進用ジャッキの推力
   とシールド掘削機本体に作用する地山の圧力とを検出
   し、これらの検出結果に基づいてカッタヘッドにかかる
   掘削荷重に関する値を求め、その掘削荷重に関する値を
   ローラビットでの切羽の掘削に適した値にするよう推進
   用ジャッキへの圧油の供給流量を調節して推進用ジャッ
   キの推力を制御するようにしたことを特徴とするシール
   ド工法。
2. 【請求項２】 シールド掘削機本体とこのシールド掘削
   機本体前部に設けられローラビットを取り付けたカッタ
   ヘッドとシールド掘削機本体を推進する油圧駆動の推進
   用ジャッキとを備え、推進用ジャッキでシールド掘削機
   本体に推力を付与しながらカッタヘッドで切羽を掘削す
   るシールド掘削機において、シールド掘削機本体の推進
   時における推進用ジャッキを駆動する油圧を検出する油
   圧検出手段と、シールド掘削機本体に作用する地山の圧
   力を検出する地山圧力検出手段と、推進用ジャッキへの
   圧油の供給流量を調節する流量調節手段と、この流量調
   節手段を制御する制御機構とを設け、この制御機構によ
   り、油圧検出手段及び地山圧力検出手段の検出結果に基
   づいて、推進用ジャッキでシールド掘削機本体に付与さ
   れる総推力に関するデータ及びシールド掘削機本体に作
   用する地山の圧力による反推進方向の力に関するデータ
   をそれぞれ求め、別途求めたシールド掘削機本体と地山
   との摩擦力に関するデータを加味して、前記総推力に関
   するデータと前記反推進方向の力に関するデータとに基
   づいてカッタヘッドにかかる掘削荷重に関する値を演算
   し、その掘削荷重に関する値をローラビットでの切羽の
   掘削に最適な設定値に近付けるよう流量調節手段を制御
   するようにしたことを特徴とするシールド掘削機。