JPH1025992A - シールド掘進機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シールド掘進機において、シールド掘削とセ
グメント組立を同時施工する場合に、セグメントを損傷
させることなしに、シールド本体を目標方向に掘進させ
ることができるようにする。 【解決手段】 指示入力装置１６でセグメント組立が指
示されると、制御装置１５は、セグメント組立位置にあ
るシールドジャッキ４ａを短縮するよう対応するサーボ
弁２１を制御するとともに、シールド本体１の姿勢角目
標値と姿勢角センサ１４で検出した姿勢角との偏差を小
さくする各伸長シールドジャッキ４ｂの伸長速度目標値
を求め、これら伸長速度目標値とストローク位置センサ
１３で検出した各伸長シールドジャッキ４ｂのストロー
ク位置から求めた各伸長速度との偏差が小さくなるよう
対応するサーボ弁２１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、シールド工法に使
用されるシールド掘進機に係り、特にシールド掘削とセ
グメント組立とを同時に行うのに好適なシールド掘進機
に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド工法は、特に軟弱な土質の地山
に於いてトンネルを構築するにあたって、崩壊、流動し
ようとする土砂内に構築しようとするトンネルの外径よ
りも多少大きめの管を入れ、その内部で崩壊を防ぎなが
ら掘削作業及びライニング作業を行い、容易にトンネル
を構築する工法であって、シールド掘進機を用いて行わ
れる。

【０００３】従来のシールド掘進機は、シールド本体
と、このシールド本体の前部に設けられ、回転駆動によ
り地山を掘削するカッタヘッドと、シールド本体の後部
に配置され、油圧ポンプからの圧油により伸縮する複数
のシールドジャッキと、シールド本体の後部に設けら
れ、セグメントをリング状に組み立てるセグメント組立
装置とを有している。このようなシールド掘進機により
トンネルの構築を行う場合、カッタヘッド及びシールド
ジャッキによりセグメント１リング相当分のシールド掘
削が進行すると、シールド掘削を一時停止させ、セグメ
ント組立装置により既設セグメントリングに対して新た
なセグメントリングを組み立て、シールドジャッキを伸
長してその新たなセグメントリングに当接させることに
よりシールド掘削を再開させるというように、シールド
掘削とセグメント組立とを交互に繰り返し行っている。

【０００４】一方、シールド掘削とセグメント組立とを
同時に行う同時施工が最近注目されている。しかし、こ
の工法に於いては、シールド掘削中に次のセグメントピ
ースの組立位置にある少なくとも１つのシールドジャッ
キを短縮することになるため、シールド掘進機の推力が
掘削中心から外れてモーメントが不均衡になり、その結
果シールド掘進機の掘進方向が目標方向からずれ、その
是正に多くの手間及び時間を要する問題があった。

【０００５】上記の問題を解決する実施例の一つとし
て、特公平７−１０９１５８号公報に示すシールド掘進
機がある。これは、複数のシールドジャッキを伸長して
既設セグメントリングに当接させるシールド掘進中に、
次のセグメントピースの組立位置にあるシールドジャッ
キと、このシールドジャッキとシールド本体の中心軸に
対して対称位置にあるシールドジャッキとを同時に短縮
した状態で、セグメント組立装置により同セグメントピ
ースを組み立てるものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、同時に短縮するシールドジャッキの
本数が多くなるため、シールド本体を掘進させるための
推力が不足し、場合によっては掘進できないという事態
が生じる。シールド本体を掘進させるための推力を増や
すためには、通常よりも大きな容量を持った油圧源を用
いればよいが、この場合はシールドジャッキの駆動にか
かる費用が高くなるばかりでなく、シールドジャッキ１
本当たりの推力が大きくなるため、シールドジャッキを
伸長してセグメント組立装置により組み立てられたセグ
メントに当接させる際に、セグメントが損傷する恐れが
ある。

【０００７】本発明の目的は、シールド掘削とセグメン
ト組立を同時施工する場合に、セグメントを損傷させる
ことなしに、シールド本体を目標方向に掘進させること
ができるシールド掘進機を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

（１）上記の目的を達成するため、本発明は、シールド
本体と、前記シールド本体の後部に配置され、油圧ポン
プからの圧油により伸縮する複数のシールドジャッキ
と、前記シールド本体の後部に設けられ、セグメントを
リング状に組み立てるセグメント組立装置とを有し、前
記複数のシールドジャッキのうち次のセグメント組立位
置にある少なくとも１つのシールドジャッキを短縮し、
それ以外のシールドジャッキを伸長して既設セグメント
リングに当接させることにより前記シールド本体を掘進
させ掘削を行うと共に、その掘削中に前記短縮したシー
ルドジャッキのある位置に前記セグメント組立装置によ
りセグメントを組み立てるシールド掘進機において、前
記油圧ポンプと前記複数のシールドジャッキとの間に接
続された複数の流量制御弁と、前記シールド本体の姿勢
角を検出する姿勢角検出手段と、前記複数のシールドジ
ャッキの伸長速度をそれぞれ検出する複数の速度検出手
段と、前記短縮したシールドジャッキ以外のシールドジ
ャッキに対して、前記シールド本体の姿勢角目標値と前
記姿勢角検出手段で検出した姿勢角との偏差を小さくす
るそれぞれの伸長速度目標値を求め、これらの伸長速度
目標値と前記複数の速度検出手段で検出した各伸長速度
との偏差が小さくなるよう対応する流量制御弁を制御す
る制御手段とを有する構成とする。

【０００９】以上のように構成した本発明のシールド掘
進機においては、制御手段は、短縮したシールドジャッ
キ以外のシールドジャッキに対して、シールド本体の姿
勢角目標値と姿勢角検出手段で検出した姿勢角との偏差
を小さくするそれぞれの伸長速度目標値を求め、これら
の伸長速度目標値と複数の速度検出手段で検出した各伸
長速度との偏差が小さくなるよう対応する流量制御弁を
制御することにより、シールド掘進中に次のセグメント
組立位置にある少なくとも１つのシールドジャッキのみ
短縮する場合でも、シールド本体を目標方向に掘進させ
ることができ、このとき通常よりも大きな容量を持った
油圧源を用いる必要がないため、シールドジャッキ１本
当たりの推力が大きくなることはなく、セグメントを損
傷させることがない。

【００１０】（２）上記（１）において、好ましくは、
前記制御手段は、前記シールド本体の姿勢角目標値と前
記姿勢角検出手段で検出した姿勢角との偏差を求め、こ
の偏差を小さくするシールドジャッキの伸長速度補正値
をそれぞれ演算する速度補正値演算手段と、それらの伸
長速度補正値を予め記憶されているシールドジャッキの
基本伸長速度目標値に加算しシールドジャッキの伸長速
度目標値をそれぞれ演算する速度目標値演算手段と、そ
れらの伸長速度目標値と前記複数の速度検出手段で検出
した各伸長速度との偏差を求め、これらの偏差を小さく
する流量制御弁の制御指令値をそれぞれ演算する指令値
演算手段と、その制御指令値を該当する流量制御弁に出
力する指令値出力手段とを有する。

【００１１】（３）上記（２）において、好ましくは、
前記速度目標値演算手段での計算に用いられるシールド
ジャッキの基本伸長速度目標値は、前記シールド本体の
中心軸に対して前記短縮したシールドジャッキと対称位
置にあるシールドジャッキの伸長速度が前記短縮したシ
ールドジャッキに隣接するシールドジャッキの伸長速度
よりも小さくなるような値に設定されている。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を参照して説明する。本実施形態のシールド掘進機１０
は、図１に示すように、シールド本体１と、カッタヘッ
ド２と、セグメント組立装置（エレクタ）３と、シール
ドジャッキ（推進ジャッキ）４とを有し、カッタヘッド
２は図示しない回転駆動装置により回転駆動して地山を
掘削する。

【００１３】セグメント組立装置３はシールド本体１の
後部に設けられ、セグメントＳをリング状に組み立て
る。セグメント組立装置３はエレクタリング３１を有
し、このエレクタリング３１はシールド本体１のブラケ
ット１ａに取り付けられた複数個のローラ４２に旋回自
在に支持され、旋回モータ４１によりピニオン４３及び
図示しないギヤを介して旋回する。エレクタリング３１
のテール側端面には矩形断面の左右一対のアーム３２が
取り付けられ、これらアーム３２にはそれぞれ前後方向
（トンネル軸方向）に平行に３本の直線ベアリング３３
が取り付けられ、直線ベアリング３３にはスライダ３４
が取り付けられている。エレクタリング３１及びスライ
ダ３４にはスライダ用前後ジャッキ４４が取り付けら
れ、このスライダ用前後ジャッキ４４によりスライダ３
４は直線ベアリング３３に沿って前後方向に摺動する。
なお、直線ベアリング３３は、スライダ３４がアーム３
２に対してセグメント１リング分移動できるように構成
されている。スライダ３４にはロッドガイド３６が取り
付けられ、ロッドガイド３６にはロッド３５が押し付け
方向（トンネル径方向）に摺動自在に設置され、ロッド
３５の一端には略門型の吊りビーム３７が取り付けられ
ている。吊りビーム３７及びロッドガイド３６には押付
ジャッキ４１が取り付けられ、この押付ジャッキ４１に
より吊りビーム３７は押し付け方向に摺動する。吊りビ
ーム３７の下面には把持部５０が取り付けられ、この把
持部５０は把持用前後ジャッキ５１により前後方向に摺
動する。把持部５０の下部にはセグメントＳを把持する
ための把持用ネジ３８が設けられている。

【００１４】シールドジャッキ４は、図２に示すよう
に、シールド本体１の後部に３０本配置され、伸長によ
りセグメント組立装置３により組み立てられた既設セグ
メントＳ＊に当接させることによりシールド本体１を掘
進させる。ここでは、セグメントＳは８ピースでセグメ
ントリング（Ｓ₁〜Ｓ₈）を構成するものとし、その組立
位置は図２に示した通りである。

【００１５】また、本実施形態のシールド掘進機１０
は、図３に示すように、各シールドジャッキ４（図では
２台のみ図示）に圧油を供給する押し引き共通の主ポン
プ７及び引き専用ポンプ７Ａと、各シールドジャッキ４
と主ポンプ７及び引き専用ポンプ７Ａとの間にそれぞれ
接続され、各シールドジャッキ４に供給される圧油の流
量を制御する３０台のサーボ弁２１（図では２台のみ図
示）と、各サーボ弁２１と各シールドジャッキ４のボト
ム側との間にそれぞれ接続された３０台のタンク連通用
開閉弁２２（図では２台のみ図示）と、引き専用ポンプ
７Ａとサーボ弁２１との間に接続された１台のポンプ連
通用開閉弁２３と、各シールドジャッキ４に内蔵され、
現在のストローク位置を検出するストローク位置センサ
１３（図では１個しか示していないが３０個ある）と、
シールド本体１に取り付けられたフレーム１ｂに設けら
れ、現在のシールド本体１の姿勢角を検出する姿勢角セ
ンサ１４と、オペレータがセグメント組立の指示を行う
ための指示入力装置１６と、指示入力装置１６でセグメ
ント組立が指示されたときに、各ストローク位置センサ
１３及び姿勢角センサ１４の検出信号に基づいて所定の
処理を行い、その結果に応じて各サーボ弁２１、各タン
ク連通用開閉弁２２、ポンプ連通用開閉弁２３を制御す
る制御装置１５とを有している。

【００１６】ここで、引き専用ポンプ７Ａ、タンク連通
用開閉弁２２、ポンプ連通用開閉弁２３は、シールド掘
進中にセグメント組立を行う際、セグメント組立位置に
あるシールドジャッキ４を高速で引く必要があるために
設けられている。セグメント組立時は、ポンプ連通用開
閉弁２３を閉位置から開位置に切り換えて引き専用ポン
プ７Ａの圧油を各サーボ弁２１に供給するとともに、高
速引きすべきシールドジャッキ４に対応するタンク連通
用開閉弁２２を閉位置から開位置に切り換えてタンクへ
の戻り回路を２系統にしている。このとき、タンク連通
用開閉弁２２を通る戻り回路の配管を通常よりも太くし
て配管抵抗を小さくすることにより、シールドジャッキ
４の高速引き動作が実現できる。

【００１７】制御装置１５は、信号変換部１５Ａと、指
令演算部１５Ｂと、バルブ制御部１５Ｃとを有し、信号
変換部１５Ａは、ストローク位置センサ１３で検出した
各シールドジャッキ４の現在のストローク位置及び姿勢
角センサ１４で検出した現在のシールド本体１の姿勢角
を入力し、これらを指令演算部１５Ｂで処理できるデー
タに変換（例えばＡ／Ｄ変換）する。

【００１８】指令演算部１５Ｂは、図４に示すように、
短縮シールドジャッキ選定部１５Ｂｃと、短縮シールド
ジャッキ用指令演算部１５Ｂａと、伸長シールドジャッ
キ用指令演算部１５Ｂｂとを有している。短縮シールド
ジャッキ選定部１５Ｂｃは、指示入力装置１６でセグメ
ント組立が指示されたときに、メモリ１５Ｍから今回の
セグメント組立位置の情報を読み込み、そのセグメント
組立位置に対応するシールドジャッキ４（以下、短縮シ
ールドジャッキ４ａという）を選定する。短縮シールド
ジャッキ用指令演算部１５Ｂａは、セグメント組立を可
能にするために短縮シールドジャッキ選定部１５Ｂｃで
選定された短縮シールドジャッキ４ａを少なくともセグ
メント１ピース分短縮するサーボ弁２１の制御指令値を
演算する。伸長シールドジャッキ用指令演算部１５Ｂｂ
は、シールド本体１が計画路線に沿って掘進するよう短
縮シールドジャッキ選定部１５Ｂｃで選定された短縮シ
ールドジャッキ４ａ以外の他のシールドジャッキ４（以
下、伸長シールドジャッキ４ｂという）を伸長するサー
ボ弁２１の制御指令値を演算する。

【００１９】バルブ制御部１５Ｃは、指令演算部１５Ｂ
で演算した制御指令値を出力するとともに、短縮シール
ドジャッキ４ａに対応するタンク連通用開閉弁２２及び
ポンプ連通用開閉弁２３を閉位置から開位置に切り換え
る制御指令値を出力する。

【００２０】伸長シールドジャッキ用指令演算部１５Ｂ
ｂは、図５に示すように、姿勢角目標値演算部１５ｐ
と、姿勢角偏差演算部１５ｑと、伸長速度補正値演算部
１５ｒと、伸長速度目標値演算部１５ｓと、伸長速度演
算部１５ｔと、伸長速度偏差演算部１５ｕと、制御指令
値演算部１５ｖとを有している。姿勢角目標値演算部１
５ｐは、図示しないメモリに予め記憶されているシール
ド本体１の計画路線の位置目標値（目標方向）を読み込
んでシールド本体１の姿勢角目標値を演算する。姿勢角
偏差演算部１５ｑは、姿勢角目標値演算部１５ｐで求め
たシールド本体１の姿勢角目標値と信号変換部１５Ａで
変換された現在のシールド本体１の姿勢角とを比較し、
水平方向及び垂直方向の姿勢角偏差θを求める（図６参
照）。

【００２１】伸長速度補正値演算部１５ｒは、姿勢角偏
差演算部１５ｑで求めた姿勢角偏差を小さくするような
各伸長シールドジャッキ４ｂの伸長速度補正値を演算す
る。伸長速度目標値演算部１５ｓは、図示しないメモリ
に予め記憶されている各伸長シールドジャッキ４ｂの基
本伸長速度目標値に伸長速度補正値演算部１５ｒで求め
た各伸長速度補正値を加算し各伸長シールドジャッキ４
ｂの伸長速度目標値を演算する。伸長速度補正値演算部
１５ｒ及び伸長速度目標値演算部１５ｓの演算処理の詳
細を以下に示す。

【００２２】すなわち、シールド本体１が直進方向に掘
進している最中に短縮シールドジャッキ４ａを短縮する
と、シールド本体１の推力が掘削中心からはずれるた
め、シールド本体１の掘進方向が直進方向からずれてし
まう。このとき、短縮シールドジャッキ４ａ側の伸長シ
ールドジャッキ４ｂの伸長速度を最も大きくし、シール
ド本体１の中心軸に対して短縮シールドジャッキ４ａと
対称位置にある伸長シールドジャッキ４ｂの伸長速度を
最も小さくすると、シールド本体１を直進方向に掘進さ
せることができる。

【００２３】そのため、ここでは伸長シールドジャッキ
４ｂを各セグメント毎のジャッキ群４ｂ＊に分け、図示
しないメモリには、短縮シールドジャッキ４ａに隣接す
る２つのジャッキ群４ｂ＊からシールド本体１の中心軸
に対して短縮シールドジャッキ４ａと対称位置にある１
つのジャッキ群４ｂ＊に向かって伸長速度を小さくして
いくように速度配分した基本伸長速度目標値Ｖ₀₁，
Ｖ₀₂，Ｖ₀₃，Ｖ₀₄が予め記憶されている。ただし、Ｖ₀₁
は短縮シールドジャッキ４ａに隣接する２つのジャッキ
群４ｂ＊₁の基本伸長速度目標値、Ｖ₀₂はそのジャッキ
群４ｂ＊₁に隣接する２つのジャッキ群４ｂ＊₂の基本伸
長速度目標値、Ｖ₀₃はそのジャッキ群４ｂ＊₂に隣接す
る２つのジャッキ群４ｂ＊₃の基本伸長速度目標値、Ｖ
₀₄はそのジャッキ群４ｂ＊₃に隣接しかつシールド本体
１の中心軸に対して短縮シールドジャッキ４ａと対称位
置にある１つのジャッキ群４ｂ＊₄の基本伸長速度目標
値とする。

【００２４】一例として、図７に示すようにセグメント
Ｓ₂組立位置（斜線で示した部分）のシールドジャッキ
４を短縮シールドジャッキ４ａとした場合、セグメント
Ｓ₁,S₃組立位置のジャッキ群４ｂ＊（４ｂ＊₁）の基本
伸長速度目標値がＶ₀₁、セグメントＳ₈，Ｓ₄組立位置の
ジャッキ群４ｂ＊（４ｂ＊₂）の基本伸長速度目標値が
Ｖ₀₂、セグメントＳ₇，Ｓ₅組立位置のジャッキ群４ｂ＊
（４ｂ＊₃）の基本伸長速度目標値がＶ₀₃、セグメント
Ｓ₆組立位置のジャッキ群４ｂ＊（４ｂ＊₄）の基本伸長
速度目標値がＶ₀₄となる。なお、図８の最上部にあるシ
ールドジャッキ４はセグメントＳ₄組立位置のものと
し、最下部にあるシールドジャッキ４はセグメントＳ₁
組立位置のものとする。

【００２５】そして、伸長速度補正値演算部１５ｒは、
姿勢角偏差演算部１５ｑで求めた姿勢角偏差θを入力
し、その姿勢角偏差θを小さくする各ジャッキ群４ｂ＊
の伸長速度補正値ΔＶ₁，ΔＶ₂，ΔＶ₃，ΔＶ₄（対応す
るジャッキ群は４ｂ＊₁，４ｂ＊₂，４ｂ＊₃，４ｂ＊₄）
を演算し、伸長速度目標値演算部１５ｓは、メモリ（図
示せず）に予め記憶されている基本伸長速度目標値Ｖ₀₁
〜Ｖ₀₄に伸長速度補正値演算部１５ｒで求めた各伸長速
度補正値ΔＶ₁〜ΔＶ₄を加算し各ジャッキ群４ｂ＊の伸
長速度目標値Ｖ₁，Ｖ₂，Ｖ₃，Ｖ₄（対応するジャッキ群
は４ｂ＊₁，４ｂ＊₂，４ｂ＊₃，４ｂ＊₄）をそれぞれ演
算する。なお、これら伸長速度目標値Ｖ₁〜Ｖ₄は、各ジ
ャッキ群４ｂ＊に流れる流量の合計が主ポンプ７の最大
吐出流量に等しくなるように速度配分する。

【００２６】図５に戻り、伸長速度演算部１５ｔは、信
号変換部１５Ａで変換された各伸長シールドジャッキ４
ｂの現在のストローク位置から各伸長シールドジャッキ
４ｂの現在の伸長速度を演算する。伸長速度偏差演算部
１５ｕは、伸長速度目標値演算部１５ｓで求めた各伸長
シールドジャッキ４ｂの伸長速度目標値と伸長速度演算
部１５ｔで求めた各伸長シールドジャッキ４ｂの現在の
伸長速度とを比較し、各伸長速度偏差を演算する。指令
値演算部１５ｖは、伸長速度偏差演算部１５ｕで求めた
各伸長シールドジャッキ４ｂの伸長速度偏差を小さくす
るサーボ弁２１の制御指令値をそれぞれ演算する。

【００２７】以上において、各ストローク位置センサ１
３、信号変換部１５Ａ、伸長シールドジャッキ用指令演
算部１５Ｂｂの伸長速度演算部１５ｔは、複数のシール
ドジャッキ４の伸長速度を検出する速度検出手段を構成
する。信号変換部１５Ａ、伸長シールドジャッキ用指令
演算部１５Ｂｂの姿勢角目標値演算部１５ｐ、姿勢角偏
差演算部１５ｑ、伸長速度補正値演算部１５ｒ、伸長速
度目標値演算部１５ｓ、伸長速度偏差演算部１５ｕ、指
令値演算部１５ｖ及びバルブ制御部１５Ｃは、短縮した
シールドジャッキ４ａ以外のシールドジャッキ４ｂに対
して、シールド本体１の姿勢角目標値と姿勢角検出手段
１４で検出した姿勢角との偏差を小さくするそれぞれの
伸長速度目標値を求め、これらの伸長速度目標値と複数
の速度検出手段で検出した各伸長速度との偏差が小さく
なるよう対応する流量制御弁２１を制御する制御手段を
構成する。

【００２８】以上のように構成した本実施形態の動作を
図８により説明する。ここでは、シールド本体１が直進
している最中にセグメントＳ₂を組み立てるもの（図７
参照）とする。 （１）オペレータが指示入力装置１６によりセグメント
Ｓ₂の組立を指示する。 （２）制御装置１５において、セグメントＳ₂組立位置
の各シールドジャッキ４を短縮するよう対応する各サー
ボ弁２１を制御するとともに、セグメントＳ₂組立位置
の各シールドジャッキ４に対応する各タンク連通用開閉
弁２２、ポンプ連通用開閉弁２３を閉位置から開位置に
切り換えるよう制御する。そうすると、セグメントＳ₂
組立位置の各シールドジャッキ４が短縮し、セグメント
Ｓ₂の組立が可能な状態となる。その後、セグメントＳ₂
組立位置の各シールドジャッキ４に対応する各タンク連
通用開閉弁２２、ポンプ連通用開閉弁２３を開位置から
閉位置に切り換えるよう制御する。

【００２９】（３）それと同時に、メモリ（図示せず）
に予め記憶されている計画路線の位置目標値からシール
ド本体１の姿勢角目標値を演算する（図８のＭ１０１参
照）。 （４）姿勢角センサ１４で現在のシールド本体１の姿勢
角を検出する（同Ｍ１０２参照）。 （５）制御装置１５において、シールド本体１の姿勢角
目標値と姿勢角センサ１４で検出した現在のシールド本
体１の姿勢角とを比較し、水平方向及び垂直方向の姿勢
角偏差θを求める（同Ｍ１０３参照）。 （６）水平方向及び垂直方向の姿勢角偏差θを修正する
ようなセグメントＳ₁，Ｓ₃〜Ｓ₈組立装置の各シールド
ジャッキ４の伸長速度補正値を求め、これらの伸長速度
補正値をメモリ（図示せず）に予め記憶されている基本
伸長速度目標値にそれぞれ加算し、セグメントＳ₁，Ｓ₃
〜Ｓ₈組立装置の各シールドジャッキ４の伸長速度目標
値を演算する（同Ｍ１０４参照）。

【００３０】（７）ストローク位置センサ１３でセグメ
ントＳ₁，Ｓ₃〜Ｓ₈組立装置の各シールドジャッキ４の
現在のストローク位置を検出する（同Ｍ１０５参照）。 （８）制御装置１５において、ストローク位置センサ１
３で検出したセグメントＳ₁，Ｓ₃〜Ｓ₈組立装置の各シ
ールドジャッキ４の現在のストローク位置からそれらシ
ールドジャッキ４の現在の伸長速度を演算する（同Ｍ１
０６参照）。 （９）セグメントＳ₁，Ｓ₃〜Ｓ₈組立装置の各シールド
ジャッキ４の伸長速度目標値と現在の伸長速度とを比較
し、各伸長速度偏差を演算する（同Ｍ１０７参照）。 （１０）セグメントＳ₁，Ｓ₃〜Ｓ₈組立装置の各シール
ドジャッキ４の伸長速度偏差の偏差を修正する各サーボ
弁２１の制御指令値をそれぞれ演算する（同Ｍ１０８参
照）。

【００３１】（１１）セグメントＳ₁，Ｓ₃〜Ｓ₈組立装
置の各シールドジャッキ４に対応する各サーボ弁２１に
それぞれ制御指令値を出力する（同Ｍ１０９参照）。 （１２）そうすると、セグメントＳ₁，Ｓ₃〜Ｓ₈組立装
置の各シールドジャッキ４がそれぞれ伸長速度目標値に
応じて伸長する（同Ｍ１１０参照）。 （１３）これにより、シールド本体１の掘進方向が修正
されて計画路線に維持されるようになる（同Ｍ１１１参
照）。

【００３２】（１４）その後上記（３）〜（１３）の動
作を繰り返し行い、所定時間経過後にセグメントＳ₂の
組立が完了したら、セグメントＳ₂組立位置の各シール
ドジャッキ４を他のシールドジャッキ４とともに伸長し
て組み立てたセグメントＳ₂に当接させるよう対応する
各サーボ弁２１を制御する。

【００３３】以上のように構成した本実施形態によれ
ば、指示入力装置１６によりセグメント組立が指示され
ると、制御装置１５は、そのセグメント組立位置にある
短縮シールドジャッキ４ａを短縮するよう対応するサー
ボ弁２１を制御するとともに、姿勢角センサ１４で検出
したシールド本体１の姿勢角に基づいてその姿勢角が姿
勢角目標値になるような各伸長シールドジャッキ４ｂの
伸長速度目標値を求め、ストローク位置センサ１３で検
出した各伸長シールドジャッキ４ｂのストローク位置に
基づいて各伸長シールドジャッキ４ｂの伸長速度が伸長
速度目標値になるよう対応するサーボ弁２１を制御する
ので、シールド掘進中にセグメント組立位置にあるシー
ルドジャッキ４のみを短縮しても、シールド本体１の掘
進方向を計画路線に維持することができる。このとき、
通常よりも大きな容量を持った油圧源は不要となるた
め、シールドジャッキ４の１本当たりの推力が大きくな
ることはない。これにより、シールド掘削とセグメント
組立を同時に行う場合に、セグメントＳを損傷させるこ
となしに、シールド本体１の掘進方向を計画路線に維持
することができ、その結果シールドの施工能率が著しく
向上する。

【００３４】また、曲線施工する場合においては、伸長
すべきシールドジャッキ４を選択して行うが、従来技術
のようにセグメント組立位置にあるシールドジャッキ４
及びこのシールドジャッキ４とシールド本体１の中心軸
に対して対称位置にあるシールドジャッキ４を短縮する
と、選択すべきシールドジャッキ４が限られてしまい、
方向によってはシールド本体１を目標方向に掘進させる
ことができなくなる可能性がある。しかし、本実施形態
では、セグメント組立位置にあるシールドジャッキ４の
みを短縮するので、曲線施工する場合でも、従来技術に
比べてシールド本体１の掘進方向を精度良く制御でき
る。

【００３５】なお、本実施形態においては、１本のシー
ルドジャッキ４にそれぞれ１台のサーボ弁２１、タンク
連通用開閉弁２２を設ける構成としたが、特にこれに限
らず、３０本のシールドジャッキ４をグループ分けし
て、１グループにそれぞれ１台のサーボ弁２１、タンク
連通用開閉弁２２を設ける構成としてもよい。また、伸
長シールドジャッキ４ｂの速度配分は、各セグメントＳ
に対応するジャッキ群４ｂ＊毎に割り振っているが、特
にこれに限らず、短縮シールドジャッキ４ａ側の伸長シ
ールドジャッキ４ｂの伸長速度が最も大きくなり、シー
ルド本体１の中心軸Ｚに対して短縮シールドジャッキ４
ａと対称位置にある伸長シールドジャッキ４ｂの伸長速
度が最も小さくなるように、伸長シールドジャッキ４ｂ
毎に伸長速度を割り振ってもよい。

【００３６】

【発明の効果】本発明によれば、シールド掘削とセグメ
ント組立を同時に行う際、セグメントを損傷させること
なしに、シールド本体を目標方向に掘進させることがで
き、これによりシールドの施工能率が著しく向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるシールド掘進機の断
面図である。

【図２】図１に示すシールドジャッキの配置パターンを
示す図である。

【図３】本発明の一実施形態によるシールド掘進機の方
向制御系の構成図である。

【図４】図３に示す制御装置の指令演算部の詳細図であ
る。

【図５】図４に示す伸長シールドジャッキ用指令演算部
の詳細図である。

【図６】図１に示すシールド本体の姿勢角偏差を示す図
である。

【図７】図２に示すシールドジャッキの短縮シールドジ
ャッキと伸長シールドジャッキの一例を示す図である。

【図８】本発明の一実施形態によるシールド掘進機の動
作説明図である。

【符号の説明】

１ シールド本体 ３ エレクタ ４ シールドジャッキ ４ａ 短縮シールドジャッキ ４ｂ 伸長シールドジャッキ ７ 主ポンプ ７Ａ 引き専用ポンプ １０ シールド掘進機 １３ ストローク位置センサ １４ 姿勢角センサ １５ 制御装置 １５Ａ 信号変換部 １５Ｂ 指令演算部 １５Ｂｂ 伸長シールドジャッキ用指令演算部 １５Ｃ バルブ制御部 １５ｐ 姿勢角目標値演算部 １５ｑ 姿勢角偏差演算部 １５ｒ 伸長速度補正値演算部 １５ｓ 伸長速度目標値演算部 １５ｔ 伸長速度演算部 １５ｕ 伸長速度偏差演算部 １５ｖ 制御指令値演算部 ２１ サーボ弁 Ｓ セグメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 草木 貴巳 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 亀井 健 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内 (72)発明者 高橋 均 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機株 式会社土浦工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド本体と、前記シールド本体の後
   部に配置され、油圧ポンプからの圧油により伸縮する複
   数のシールドジャッキと、前記シールド本体の後部に設
   けられ、セグメントをリング状に組み立てるセグメント
   組立装置とを有し、前記複数のシールドジャッキのうち
   次のセグメント組立位置にある少なくとも１つのシール
   ドジャッキを短縮し、それ以外のシールドジャッキを伸
   長して既設セグメントリングに当接させることにより前
   記シールド本体を掘進させ掘削を行うと共に、その掘削
   中に前記短縮したシールドジャッキのある位置に前記セ
   グメント組立装置によりセグメントを組み立てるシール
   ド掘進機において、 前記油圧ポンプと前記複数のシールドジャッキとの間に
   接続された複数の流量制御弁と、 前記シールド本体の姿勢角を検出する姿勢角検出手段
   と、 前記複数のシールドジャッキの伸長速度をそれぞれ検出
   する複数の速度検出手段と、 前記短縮したシールドジャッキ以外のシールドジャッキ
   に対して、前記シールド本体の姿勢角目標値と前記姿勢
   角検出手段で検出した姿勢角との偏差を小さくするそれ
   ぞれの伸長速度目標値を求め、これらの伸長速度目標値
   と前記複数の速度検出手段で検出した各伸長速度との偏
   差が小さくなるよう対応する流量制御弁を制御する制御
   手段とを有することを特徴とするシールド掘進機。
2. 【請求項２】 請求項１記載のシールド掘進機におい
   て、前記制御手段は、前記シールド本体の姿勢角目標値
   と前記姿勢角検出手段で検出した姿勢角との偏差を求
   め、この偏差を小さくするシールドジャッキの伸長速度
   補正値をそれぞれ演算する速度補正値演算手段と、それ
   らの伸長速度補正値を予め記憶されているシールドジャ
   ッキの基本伸長速度目標値に加算しシールドジャッキの
   伸長速度目標値をそれぞれ演算する速度目標値演算手段
   と、それらの伸長速度目標値と前記複数の速度検出手段
   で検出した各伸長速度との偏差を求め、これらの偏差を
   小さくする流量制御弁の制御指令値をそれぞれ演算する
   指令値演算手段と、その制御指令値を該当する流量制御
   弁に出力する指令値出力手段とを有することを特徴とす
   るシールド掘進機。
3. 【請求項３】 請求項２記載のシールド掘進機におい
   て、前記速度目標値演算手段での計算に用いられるシー
   ルドジャッキの基本伸長速度目標値は、前記シールド本
   体の中心軸に対して前記短縮したシールドジャッキと対
   称位置にあるシールドジャッキの伸長速度が前記短縮し
   たシールドジャッキに隣接するシールドジャッキの伸長
   速度よりも小さくなるような値に設定されていることを
   特徴とするシールド掘進機。