KR102509206B1

KR102509206B1 - 터널 굴진기

Info

Publication number: KR102509206B1
Application number: KR1020177020320A
Authority: KR
Inventors: 도시유키 오카다; 다카유키 이와무로
Original assignee: 지츄쿠칸카이하츠 가부시키가이샤
Priority date: 2015-01-13
Filing date: 2015-12-01
Publication date: 2023-03-10
Also published as: CN107109938B; JP2016130407A; CN107109938A; KR20170102893A; SG11201705709PA; WO2016114026A1; US10641093B2; JP6618685B2; US20180258765A1

Abstract

이 터널 굴진기(1)는, 커터 헤드(11)와, 커터 지지부(12)와, 커터 구동부(14)와, 회전위치 검출부(20)와, 변형센서(22)와, 변형센서 및 회전위치 검출부의 검출결과에 의거하여 커터 헤드의 회전방향의 위치와 대응시켜서 커터 헤드에 작용하는 힘을 취득하는 데이터 처리부(23)를 구비한다.

Description

터널 굴진기{TUNNEL BORING MACHINE}

본 발명은, 터널 굴진기(tunnel 掘進機)에 관한 것으로서, 특히 커터 헤드(cutter head)를 구비한 터널 굴진기에 관한 것이다.

종래에는, 커터 헤드를 구비한 터널 굴진기가 알려져 있다. 이러한 터널 굴진기는, 예를 들면 일본국 특허 제2738897호 공보에 개시되어 있다.

일본국 특허 제2738897호 공보에는, 커터 헤드와, 커터 헤드를 지지하는 중간 빔(中間 beam)과, 커터 헤드 및 중간 빔을 회전구동(回轉驅動)하는 커터 구동부(cutter 驅動部)를 구비한 터널 굴진기가 개시되어 있다. 터널 굴진기는, 커터 구동부에 의하여 커터 헤드를 회전시키면서, 추진 잭(推進 jack)의 추진력에 의하여 전진함으로써 굴진한다.

터널 굴진기에 의한 굴삭(掘削)에서는, 사전의 보오링 조사(boring 調査) 등에 의하여 굴진경로(掘進經路)의 지질(地質)을 대략적으로 파악할 수 있지만, 예기치 않은 매설물, 지층의 변화를 미리 정확하게 아는 것은 곤란하다. 그 때문에, 커터 토크(커터 구동부의 회전토크(回轉 torque)), 잭 추진력(jack 推進力, 추진 잭의 추진력)이나 굴진속도(掘進速度) 등을 모니터링(monitoring)하면서 파 들어가는 것이 이루어지고 있다.

굴삭 중에는, 터널 굴진기가 이종(異種)의 지층 간을 걸치면서 굴진 하거나, 매설물 또는 돌멩이를 조우(遭遇)하는 경우가 있고, 그 경우에 커터 헤드에는, 편하중(偏荷重)(커터 헤드에 작용하는 힘의 분포의 치우침)이 발생하게 된다. 편하중의 발생은, 커터 헤드 및 커터 구동부의 손상이나, 커터 비트(cutter bit, 굴삭칼날)의 이상마모(異常磨耗) 등의 요인이 된다.

: 일본국 특허 제2738897호 공보

그러나 종래의 잭 추진력 등으로부터 커터 헤드로 작용하는 힘의 분포를 추정하려고 해도, 터널 굴진기의 동체(胴體)와 생땅(natural ground,굴착의 대상이 되는 땅)과의 저항을 정확하게 어림잡을 수 없거나, 커터 헤드에 편하중이 작용하여도 동체가 생땅에 의하여 떠받쳐지고 있기 때문에 추진 잭의 추진력에는 편하중이 반영되기 어려운 등의 이유로, 힘의 분포를 고정밀도(高精密度)로 추정하는 것은 곤란하다. 그 때문에 종래, 커터 헤드에 작용하는 힘의 분포를 고정밀도로 검출할 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 하나의 목적은, 커터 헤드에 작용하는 힘의 분포를 고정밀도로 검출하는 것이 가능한 터널 굴진기를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 하나의 국면에 있어서의 터널 굴진기는, 커터 헤드와, 커터 헤드를 지지하고 또한, 커터 헤드와 함께 회전하는 커터 지지부와, 커터 헤드 및 커터 지지부를 회전구동하는 커터 구동부와, 커터 헤드의 회전방향의 위치를 검출하는 회전위치 검출부와, 커터 헤드 또는 커터 지지부에 설치된 변형센서와, 변형센서 및 회전위치 검출부의 검출결과에 의거하여 커터 헤드의 회전방향의 위치와 대응시켜서 커터 헤드에 작용하는 힘을 취득하는 데이터 처리부를 구비한다.

본 발명의 하나의 국면에 의한 터널 굴진기에서는, 상기와 같이 커터 헤드 또는 커터 지지부에 변형센서를 설치함으로써, 잭 추진력 등으로부터 커터 헤드로 작용하는 힘을 추정하는 경우와 달리, 커터 헤드 또는 커터 지지부에 발생하는 변형으로부터, 커터 헤드에 실제로 작용하는 힘을 보다 직접적이고, 고정밀도로 검출할 수 있다. 그리고 커터 헤드의 회전방향의 위치를 검출하는 회전위치 검출부와, 변형센서 및 회전위치 검출부의 검출결과에 의거하여 커터 헤드의 회전방향의 위치와 대응시켜서 커터 헤드에 작용하는 힘을 취득하는 데이터 처리부를 설치함으로써, 변형센서로부터 얻어지는 커터 헤드에 작용하는 힘을, 예를 들면 커터 헤드의 1회전분(360°)에 걸치는 회전방향의 분포로서 취득할 수 있다. 이들에 의하여 본 발명에 의하면, 커터 헤드에 작용하는 힘의 분포를 고정밀도로 검출할 수 있다. 이 결과, 얻어진 힘의 분포로부터 커터 헤드에 편하중이 발생하고 있는 것인가 아닌가 및 편하중이 발생하고 있는 회전방향의 위치를 판별할 수 있기 때문에, 지층의 변화나 매설물의 존재 및 위치를 빠른 시기에 파악할 수 있고, 지층의 변화나 매설물의 존재에 기인하는 커터 헤드 및 커터 구동부의 손상이나 커터 비트의 이상마모 등의 미연방지를 도모하는 것이 가능하게 된다.

상기 하나의 국면에 의한 터널 굴진기에 있어서 바람직하게는, 데이터 처리부는, 변형센서 및 회전위치 검출부의 검출결과에 의거하여 커터 헤드에 작용하는 회전축선방향의 힘의 회전방향분포를 취득하도록 구성되어 있다. 이렇게 구성하면, 굴진에 따르는 추진력의 반작용력(反作用力)으로서의, 커터 헤드에 작용하는 회전축선방향의 힘의 분포를 취득할 수 있다. 이 결과, 회전축선방향의 힘의 분포에 있어서 편하중이 존재하고 있는 것인가 아닌가에 의거하여 현재 굴삭하고 있는 굴진방향 전방의 지층의 갑작스러운 변화나, 매설물 등을 조우한 것을 파악할 수 있음과 아울러 지층의 변화 장소나 굴삭면에 대한 매설물의 위치를 파악할 수 있다. 또한 회전축선방향의 힘의 분포에 있어서, 전체(평균)로서는 허용범위 내에 들어가고 있어도 국소적으로 큰 하중이 발생하고 있는 경우 등에, 커터 헤드의 베어링이나 밀봉부에의 국소적인 부하의 발생을 파악할 수 있다. 이들의 상황을 파악함으로써, 터널 굴삭공사에 있어서의 사고의 미연방지를 유용하게 할 수 있다.

상기 하나의 국면에 의한 터널 굴진기에 있어서 바람직하게는, 변형센서는, 커터 헤드 또는 커터 지지부에 있어서, 소정의 회전각도 간격으로 3곳 이상에 설치되어 있다. 이렇게 구성하면, 커터 헤드의 1회전분의 힘의 분포를, 보다 적은 회전각도에서 취득할 수 있다. 예를 들면 120도 간격의 3개의 변형센서를 설치하면, 1/3회전으로 1회전분의 힘의 분포를 취득할 수 있게 되므로, 커터 헤드에 편하중의 발생을 빠른 시기에 검출할 수 있다. 또한 3곳 이상의 변형센서에 의하여 커터 헤드의 정지상태에서도 커터 헤드에 작용하는 힘의 분포를 어느 정도 파악할 수 있다. 그 때문에, 터널 굴진기를 정지시켰을 경우의 상황파악에도 기여할 수 있다.

상기 하나의 국면에 의한 터널 굴진기에 있어서 바람직하게는, 변형센서의 근방에 설치된 온도센서를 또한 구비하고, 데이터 처리부는, 온도센서에 의하여 검출된 변형센서의 근방의 온도에 의거하여 변형센서의 검출결과를 온도보상 하도록 구성되어 있다. 이렇게 구성하면, 굴진에 따라 발생하는 굴삭열에 의한 커터 헤드 내부의 온도변화의 영향을 온도보상에 의하여 제거할 수 있다. 그 결과, 커터 헤드에 작용하는 힘의 분포를 보다 고정밀도로 검출할 수 있다.

상기 데이터 처리부가 커터 헤드에 작용하는 회전축선방향의 힘의 회전방향분포를 취득하는 구성에 있어서 바람직하게는, 변형센서는, 커터 헤드 또는 커터 지지부 중에서, 커터 헤드의 회전축선방향과 대략 평행한 설치면에 부착되어 있다. 이렇게 구성하면, 변형센서의 설치면이 회전축선방향에 대하여 경사져 있을 경우와 비교해서, 회전축선방향의 힘에 의한 설치면의 휨변형 등의 영향을 최대한으로 억제할 수 있기 때문에, 회전축선방향의 힘을 보다 고정밀도로 검출할 수 있다.

상기 하나의 국면에 의한 터널 굴진기에 있어서 바람직하게는, 커터 헤드는 반경방향으로 연장되는 스포크부를 포함하고, 변형센서는 커터 헤드의 스포크부에 설치되고, 데이터 처리부는, 변형센서 및 회전위치 검출부의 검출결과에 의거하여 스포크부에 작용하는 회전방향의 힘의 회전방향분포를 취득하도록 구성되어 있다. 이렇게 구성하면, 커터 구동부에 의한 회전력의 반작용력으로서의, 커터 헤드의 스포크부에 작용하는 회전방향의 힘의 분포를 취득할 수 있다. 이 결과, 회전방향의 힘의 분포에 있어서 편하중이 존재하고 있는 것인가 아닌가 및 편하중이 존재하는 위치를 파악할 수 있기 때문에 굴진 중의 지층의 갑작스러운 변화나, 매설물 등을 조우한 것을 파악할 수 있음과 아울러 지층의 변화 장소나 굴삭면에 대한 매설물의 위치를 파악할 수 있다. 이에 따라 파악한 상황을 터널 굴삭공사에 있어서의 사고의 미연방지를 유용하게 할 수 있다.
본 발명의 제1측면에 의하면, 중간 지지방식의 터널 굴진기로서, 커터 헤드와, 상기 커터 헤드를 회전축선방향을 따라 추진시키는 추진력을 발생하는 추진 잭과, 상기 커터 헤드의 상기 회전축선으로부터 반경방향으로 소정의 거리를 사이에 둔 위치에 등각도 간격으로 배치되고, 상기 커터 헤드를 지지하고 또한, 상기 커터 헤드와 함께 회전하는 커터 칼럼과, 상기 커터 헤드 및 상기 커터 칼럼을 회전구동하는 커터 구동부와, 상기 커터 헤드의 회전방향의 위치를 검출하는 회전위치 검출부와, 상기 커터 칼럼 중 등각도 간격으로 배치된 복수의 상기 커터 칼럼에 설치되고, 상기 커터 칼럼의 상기 회전축선방향의 변형을 계측하는 변형센서와, 상기 변형센서 및 상기 회전위치 검출부의 검출결과에 의거하여 상기 커터 헤드의 회전방향의 위치와 대응시켜서 상기 커터 헤드에 작용하는 상기 회전축선방향의 힘을 취득하는 데이터 처리부를 구비하고, 상기 커터 헤드에 작용하는 상기 회전축선방향의 힘은, 상기 추진력에 의한 굴진방향의 힘이고, 상기 추진력의 반력으로서 생땅으로부터 작용하는 힘의 방향과 대향하는 방향의 힘인 터널 굴진기가 제공된다.
본 발명의 제2측면에 의하면, 커터 헤드와, 상기 커터 헤드를 회전축선방향을 따라 추진시키는 추진력을 발생하는 추진 잭과, 상기 커터 헤드를 지지하고 또한, 상기 커터 헤드와 함께 회전하는 커터 지지부와, 상기 커터 헤드 및 상기 커터 지지부를 회전구동하는 커터 구동부와, 상기 커터 헤드의 회전방향의 위치를 검출하는 회전위치 검출부와, 상기 커터 헤드의 통모양인 커터 스포크 자체의 내측면에 설치되고, 상기 회전축선방향에 있어서의 상기 커터 스포크의 휨변형을 계측하는 변형센서와, 상기 변형센서 및 상기 회전위치 검출부의 검출결과에 의거하여 상기 커터 헤드의 회전방향의 위치와 대응시켜서 상기 커터 헤드에 작용하는 상기 회전축선방향의 힘을 취득하는 데이터 처리부를 구비하고, 상기 커터 헤드에 작용하는 상기 회전축선방향의 힘은, 상기 추진력에 의한 굴진방향의 힘이고, 상기 추진력의 반력으로서 생땅으로부터 작용하는 힘의 방향과 대향하는 방향의 힘인 터널 굴진기가 제공된다.
본 발명의 제3측면에 의하면, 중간 지지방식의 터널 굴진기로서, 커터 헤드와, 상기 커터 헤드를 회전축선방향을 따라 추진시키는 추진력을 발생하는 추진 잭과, 복수의 변형센서와, 상기 커터 헤드를 지지하고 또한, 상기 커터 헤드와 함께 회전하고, 챔버내의 원주방향으로 이동하는 중공통모양부재이고, 상기 원주방향에 있어서의 쌍을 이루는 측벽면의 내측 표면에 상기 변형센서가 각각 설치되어 있는 커터 칼럼과, 상기 커터 헤드 및 상기 커터 칼럼을 회전구동하는 커터 구동부와, 상기 커터 헤드의 회전방향의 위치를 검출하는 회전위치 검출부와, 상기 변형센서 및 상기 회전위치 검출부의 검출결과에 의거하여 상기 커터 헤드의 회전방향의 위치와 대응시켜서 상기 커터 헤드에 작용하는 상기 회전축선방향의 힘을 취득하는 데이터 처리부를 구비하고, 상기 커터 헤드에 작용하는 상기 회전축선방향의 힘은, 상기 추진력에 의한 굴진방향의 힘이고, 상기 추진력의 반력으로서 생땅으로부터 작용하는 힘의 방향과 대향하는 방향의 힘인 터널 굴진기가 제공된다.
상기 제3측면에 의한 터널 굴진기에 있어서, 상기 커터 칼럼의 상기 측벽면은, 챔버내의 상기 원주방향으로 이동하는 각기둥형상이고 또한, 원주방향측의 1쌍의 측벽면이고, 상기 커터 칼럼은, 상기 원주방향측의 1쌍의 측벽면의 내측 표면을 1쌍의 설치면으로 하여, 상기 변형센서가 각각 설치되어 있다.
본 발명의 제4측면에 의하면, 중간 지지방식의 터널 굴진기로서, 커터 헤드와, 상기 커터 헤드를 회전축선방향을 따라 추진시키는 추진력을 발생하는 추진 잭과, 상기 커터 헤드를 지지하고 또한, 상기 커터 헤드와 함께 회전하는 커터 칼럼과, 상기 커터 헤드 또는 상기 커터 칼럼에 설치된 변형센서와, 상기 커터 헤드 및 상기 커터 칼럼을 회전구동하는 커터 구동부와, 상기 커터 헤드의 회전방향의 위치를 검출하는 회전위치 검출부와, 상기 변형센서 및 상기 회전위치 검출부의 검출결과에 의거하여 상기 커터 헤드의 회전방향의 위치와 대응시켜서 상기 커터 헤드에 작용하는 상기 회전축선방향의 힘을 취득하는 데이터 처리부와, 상기 변형센서의 근방에 설치된 온도센서를 구비하고, 상기 데이터 처리부는, 상기 온도센서에 의하여 검출된 상기 변형센서의 근방의 온도에 의거하여 상기 변형센서의 검출결과를 온도보상 하도록 구성되고, 상기 커터 헤드에 작용하는 상기 회전축선방향의 힘은, 상기 추진력에 의한 굴진방향의 힘이고, 상기 추진력의 반력으로서 생땅으로부터 작용하는 힘의 방향과 대향하는 방향의 힘인 터널 굴진기가 제공된다.
상기 터널 굴진기에 있어서, 상기 변형센서는, 상기 커터 헤드 또는 상기 커터 지지부에 있어서, 소정의 회전각도 간격으로 3곳 이상에 설치되어 있다.
상기 터널 굴진기에 있어서, 상기 변형센서는, 상기 커터 헤드 또는 상기 커터 지지부 중에서, 상기 커터 헤드의 회전축선방향과 평행한 설치면에 부착되어 있다.
상기 터널 굴진기에 있어서, 상기 커터 헤드는, 반경방향으로 연장되는 스포크부를 포함하고, 상기 변형센서는, 상기 커터 헤드의 상기 스포크부에 설치되어 있다.
상기 제2측면에 의한 터널 굴진기에 있어서, 상기 변형센서가 설치되는 상기 커터 스포크의 내측면은, 상기 커터 헤드의 상기 회전축선방향과 수직하고 또한 상기 커터 헤드의 중심부로부터 외주방향으로 연장되는 면이다.

본 발명에 의하면, 상기와 같이 커터 헤드에 작용하는 힘의 분포를 고정밀도로 검출할 수 있다.

도1은, 본 발명의 제1실시형태에 의한 터널 굴진기의 모식적인 종단면도이다.
도2는, 본 발명의 제1실시형태에 의한 터널 굴진기의 모식적인 정면도이다.
도3은, 도1에 나타낸 터널 굴진기의 커터 칼럼 500-500선을 따르는 단면과, B방향 및 C방향의 화살표 방향에서 본 단면을 나타낸 커터 칼럼 내부의 전개도이다.
도4는, 변형센서에 의한 변형 계측을 하기 위한 브리지 회로를 나타내는 도면이다.
도5는, 변형 계측을 하기 위한 기기를 나타낸 블럭도이다.
도6은, 본 발명의 제1실시형태에 의한 터널 굴진기의 데이터 처리장치에 의한 변형 계측 플로우이다.
도7은, 본 발명의 제1실시형태에 의한 터널 굴진기의 데이터 처리장치에 의한 연산 플로우이다.
도8은, 터널 굴진기의 잭 추진력으로부터 요구된 커터 추진력의 계측결과를 나타내는 도면이다.
도9는, 도8의 커터 추진력의 계측시에 있어서의 커터 칼럼의 변형 계측결과를 나타내는 도면이다.
도10은, 커터 추진력과 커터 칼럼의 변형과의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도11은, 도9의 변형 계측결과를 커터 헤드의 회전각도마다 나타낸 레이더 차트이다.
도12에 있어서, (A)는 본 발명의 제2실시형태에 의한 터널 굴진기의 모식적인 종단면도이고, (B)는 (A)에 나타나 있은 터널 굴진기의 모식적인 부분정면도이다.
도13에 있어서, (A)는 제2실시형태의 변형예에 의한 터널 굴진기의 모식적인 종단면도이고, (B)는 (A)에 나타나 있은 터널 굴진기의 모식적인 부분정면도이다.
도14에 있어서, (A)는 본 발명의 제3실시형태에 의한 터널 굴진기의 모식적인 종단면도이고, (B)는 (A)에 나타나 있은 터널 굴진기의 모식적인 부분정면도이다.

이하에서, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.

(제1실시형태)

도1∼도5를 참조하여 본 발명의 제1실시형태에 의한 터널 굴진기(tunnel 掘進機)(1)의 전체 구성에 대하여 설명한다.

터널 굴진기(1)는, 굴삭면을 구성하는 커터 헤드(cutter head)(11)와, 커터 칼럼(cutter column)(12) 및 선회대(旋回臺)(13)와, 커터 구동부(cutter 驅動部)(14)를 구비하고 있다. 제1실시형태에서는, 터널 굴진기(1)가, 커터 헤드(11)의 지지방식으로서 중간 지지방식을 채용한 중∼대구경 타입(中~大口徑 type)인 예를 나타내고 있다. 중간 지지방식에 있어서 커터 헤드(11)는, 회전구동되는 원환모양의 선회대(13)에 대하여, 회전축선방향(X방향)으로 연장되는 다리부(커터 칼럼(12))에 의하여 부착된다. 선회대(13)는, 앞몸통부(15)의 분리벽(bulk-head)(16)에 설치된 베어링(17)에 의하여 회전축을 중심으로 회전이 가능하게 지지된다. 커터 칼럼(12)은 본 발명의 「커터 지지부」의 일례이다.

또한 이하에서는, 터널 굴진기(1)의 커터 헤드(11) 및 앞몸통부(15)의 각 부분을 설명하고, 그 이외의 뒷몸통부 등에 관하여는 설명을 생략한다.

커터 헤드(11)는, 굴진방향으로부터 보아서 원형모양(도2 참조)으로 형성되어 있고, 회전축선(A)을 중심으로 회전하도록 구성되어 있다. 커터 헤드(11)는, 굴진방향 전방(X1방향)의 굴삭면에 커터 비트(11a)를 구비한다. 커터 비트(11a)는, 방사상(放射狀)의 복수의 스포크부(spoke部)(1lb)(도2 참조)에 각각 복수로 부착되어 있다. 커터 비트(11a)에 의하여 깎아진 굴삭토(掘削土)는, 관통구멍을 통하여 커터 헤드(11)의 내부로 진입하고, 토압 실드(土壓 shield)의 경우이면 도면에 나타나 있지 않은 스크루 컨베이어(screw conveyer)에 의하여 반출된다. 또 흙탕물 실드의 경우에는, 커터 헤드(11)와 분리벽(16)의 사이의 커터 챔버(cutter chamber) 내에 흙탕물을 반송하여 굴삭토를 슬러리화(slurry化)하고, 슬러리화한 굴삭토를 도면에 나타나 있지 않은 배관으로부터 배출한다.

커터 칼럼(12)은 중공통모양(中空筒狀)의 빔(beam)으로서, 커터 헤드(11)를 지지하고 또한, 커터 헤드(11)와 함께 회전되도록 구성되어 있다. 커터 칼럼(12)은, 전방(X1방향) 단부(端部)가 커터 헤드(11)의 스포크부(1lb)에 부착되고, 후방(X2방향) 단부가 선회대(13)에 부착되어 있다.

도2에 나타내는 바와 같이 커터 칼럼(12)은, 회전축선(A)으로부터 반경방향으로 소정의 거리를 사이에 둔 위치에 등각도(等角度) 간격으로 배치되어 있다. 구체적으로는, 커터 헤드(11)에 있어서 8개의 스포크부(1lb)가 45°간격으로 설치되어 있고, 커터 칼럼(12)은, 각각의 스포크부(1lb)에 1개씩 합계 8개가 설치되어 있다. 따라서 커터 칼럼(12)은, 회전축선(A)의 주위에 45도의 등각도 간격으로 배치되어 있다. 커터 칼럼(12)은, 각기둥 형상(角柱形狀)을 가지고 있다.

도1로 되돌아가서, 선회대(13)는, 원환모양으로 형성되고, 전방(X1방향)측에서 복수(8개)의 커터 칼럼(12)을 지지하고 있다. 선회대(13)는, 앞몸통부(15)의 분리벽(16)에 설치된 베어링(17)에 의하여 회전축선(A)을 중심으로 회전이 가능하게 지지되어 있다. 선회대(13)와 분리벽(16)의 사이는, 밀봉부(18) 및 밀봉부(19)에 의하여 밀봉되어 있다. 밀봉부(18)는 회전축선방향으로 소정의 밀봉 클리어런스(clearance)를 유지하고, 밀봉부(19)는 반경방향으로 소정의 밀봉 클리어런스를 유지하도록 설치되어 있다.

커터 구동부(14)는, 분리벽(16)의 후방(X2방향)에 배치되어 있고, 선회대(13)에 구동토크(驅動torque)를 부여하여 회전축선(A)을 중심으로 회전구동 하도록 구성되어 있다. 이와 같이 커터 헤드(11)는 커터 칼럼(12) 및 선회대(13)에 의하여 회전축선(A)을 중심으로 회전이 가능하게 지지되어, 커터 헤드(11), 커터 칼럼(12) 및 선회대(13)가 커터 구동부(14)에 의하여 일체적으로 회전(선회)된다. 한편 앞몸통부(15)나 분리벽(16)은 회전하지 않는 정지체(靜止體)이다.

터널 굴진기(1)는, 커터 헤드(11)의 회전방향의 위치(회전각도)를 검출하는 로터리 인코더(rotary encoder)(20)(이하, 인코더(20)라고 한다)를 구비하고 있다. 인코더(20)는, 분리벽(16)의 후방(X2방향)에 설치되고, 커터 헤드(11)(선회대(13))의 회전각도를 취출하여 검출한다. 인코더(20)는, 회전각도의 절대위치가 검출가능한 앱설루트형(absolute型)이 채용되어 있고, 커터 헤드(11)의 기준위치(예를 들면 도2에 나타내는 위치)로부터의 회전각도(θ)(0°∼ 359°)를 검출한다. 인코더(20)는 본 발명의 「회전위치 검출부」의 일례이다.

터널 굴진기(1)는, 앞몸통부(15)에 설치된 추진 잭(推進 jack)(21)의 추진력에 의하여 굴진방향(X1방향)으로 추진된다. 또 회전축선방향의 전방이 굴진방향이다. 추진 잭(21)은, 복수개로 1개의 블록(block)을 구성하고, 복수의 블록이, 원통형상 앞몸통부(15)의 내주(內周)에 대략 전체 둘레에 걸쳐서 배열되어 있다. 추진 잭(21)의 추진력(잭 추진력)은 블록마다 제어가능하다.

여기에서 제1실시형태에 있어서 터널 굴진기(1)는, 커터 헤드(11)에 작용하는 힘을 계측하기 위한 변형센서(變形sensor)(22)와, 변형센서(22)의 검출결과로부터 커터 헤드(11)에 작용하는 힘을 취득하는 데이터 처리장치(데이터 처리부)(23)를 구비하고 있다. 변형센서(22)는 커터 헤드(11) 또는 커터 칼럼(12)에 설치하는 것이 가능지만, 제1실시형태에서는 변형센서(22)를 커터 칼럼(12)에 설치한 예를 나타내고 있다.

변형센서(22)는, 소정의 회전각도 간격으로 3곳 이상에 설치되어 있다. 구체적으로는, 도2에 나타내는 바와 같이 변형센서(22)는, 약 45°의 등각도 간격으로 배치된 8개의 커터 칼럼(12) 중에서, 약 90° 간격의 4개의 커터 칼럼(12)(해칭부)의 내부에 각각(4곳) 설치되어 있다.

이와 같이 360°를 4분할(90°)하도록 변형센서(22)를 설치함으로써, 커터 헤드(11)를 1/4회전을 시키는 것만으로 1바퀴의 변형 계측값이 얻어진다. 또한 커터 헤드(11)를 정지시킨 채로도, 커터 헤드(11)의 굴삭면내의 4점의 힘의 분포를 얻을 수 있다. 또 변형센서(22)는 1개이더라도 좋다. 그 경우에 커터 헤드(11)를 1회전을 하면 회전방향의 전체 둘레에 걸치는 변형 계측값이 얻어진다. 또한 8개의 커터 칼럼의 모두에 변형센서를 설치하여도 좋다.

변형센서(22)는, 도3에 나타내는 바와 같이 커터 칼럼(12) 중에서, 커터 헤드(11)의 회전축선방향과 대략 평행한 설치면(12a)에 부착되어 있다. 구체적으로는, 커터 칼럼(12)은 사각형 단면의 각기둥형상을 구비하고, 원주방향측의 한 쌍의 측면(12b)과, 반경방향측의 한 쌍의 측면(12c)을 구비한다. 그리고 변형센서(22)는, 원주방향측의 한 쌍의 측면(12b)의 내측 표면인 한 쌍의 설치면(12a)에 각각 배치되어 있다. 또 도3에 나타낸 예에서는, 원주방향측의 측면(12b)과, 반경방향측의 측면(12c)의 어느 것이나 회전축선방향과 대략 평행하다.

변형센서(22)는, 한 쌍의 설치면(12a)에 있어서 각각 2개씩 부착된다. 즉 1개의 커터 칼럼(12)에는 합계 4개의 변형센서(22)가 설치된다. 각 설치면(12a)의 2개의 변형센서(22)는, 1개가 회전축선방향(X방향)과 대략 평행하게 배치되고, 다른 1개가 회전축선방향(X방향)과 대략 수직하게 배치되어 있다. 즉 직교배치의 4게이지법(4gauge法)에 의하여 회전축선방향의 변형이 계측된다. 커터 헤드(11)에 작용하는 주요한 힘은 굴진방향의 추진력이므로, 커터 칼럼(12)의 변형은, 주로 굴진방향(회전축선방향, X방향)에 대하여 압축되는 방향으로 발생한다. 그 때문에, 상기의 직교배치의 4게이지법에 의하여, 1게이지에 의한 계측과 비교하여 굴진 시의 회전축선방향의 변형(압축)의 검출감도를 높이고, 타방향의 응력성분(應力成分)의 영향을 제거하고 있다. 4게이지법에 의한 변형 계측은, 도4에 나타내는 바와 같이 4개의 변형센서(22)(R1∼R4)를 접속한 브리지 회로(bridge 回路)(24)로부터 출력전압을 취출함으로써 이루어진다. 이에 따라 1개의 커터 칼럼(12)에 대하여 4개의 변형센서(22)로 커터 칼럼(12)의 회전축선방향(=굴진방향, X방향)의 압축변형이 계측된다.

또한 제1실시형태에 있어서 터널 굴진기(1)는, 변형센서(22)의 근방에 설치된 온도센서(溫度sensor)(25)를 구비하고 있다. 온도센서(25)는, 일방(一方)의 설치면(12a)에 있어서 변형센서(22)의 근방의 온도를 검출한다. 굴진 시에는, 굴삭 시의 발열(굴삭열)의 영향에 의하여 커터 헤드(11)나 커터 칼럼(12)의 온도가 상승한다. 온도센서(25)는, 변형 계측에 있어서 굴삭열의 영향을 온도보상에 의하여 제거하기 위하여 설치되어 있다.

도1에 나타내는 바와 같이 각각의 변형센서(22)는, 커터 헤드(11)의 중심부(11c)의 내부에 설치된 중계박스(26)에 접속되어 있다. 도5에 나타내는 바와 같이 중계박스(26)는, 변형센서(22)용의 앰프(26a)와, 온도센서(25)용의 앰프(26b)와, 통신기기(26c)와, 전원장치(26d)를 구비한다. 통신기기(26c)는, 로터리 조인트(rotary joint)(27)를 통하여 데이터 처리장치(23)에 접속되어 있다. 통신기기(26c)는, 앰프(26a) 및 앰프(26b)로부터 각각 출력되는 신호를 변환하여 검출신호로서 데이터 처리장치(23)로 출력한다. 전원장치(26d)는, 로터리 조인트(27)를 통하여 외부의 전원(28)에 접속되어 있다. 전원장치(26d)는, 앰프(26a) 및 앰프(26b) 및 통신기기(26c)로 전원공급을 한다.

데이터 처리장치(23)는 CPU 및 메모리 등을 구비한 컴퓨터이다. 데이터 처리장치(23)는, 변형센서(22) 및 인코더(20)의 검출결과에 의거하여, 커터 헤드(11)의 회전방향의 위치(회전각도(θ))와 대응시켜서 커터 헤드(11)에 작용하는 힘을 취득하는 기능을 구비한다. 제1실시형태에 있어서 데이터 처리장치(23)는, 변형센서(22) 및 인코더(20)의 검출결과에 의거하여 커터 헤드(11)에 작용하는 회전축선방향(X방향)의 힘의 회전방향분포를 취득하도록 구성되어 있다.

데이터 처리장치(23)는, 로터리 조인트(27)를 통하여 중계박스(26)와 접속되어 있어, 중계박스(26)의 통신기기(26c)로부터 변형센서(22)의 검출신호를 취득한다. 또한 데이터 처리장치(23)는, 인코더(20)로부터 커터 헤드(11)의 회전방향의 위치(회전각도(θ))의 검출신호를 취득한다. 데이터 처리장치(23)는, 인코더(20)에 의하여 얻어진 회전각도마다, 각 커터 칼럼(12)의 변형 계측값을 대응시켜서 순차적으로 산출하여 기록한다. 그리고 데이터 처리장치(23)는, 각 커터 칼럼(12)의 회전각도마다의 변형 계측값으로부터, 커터 헤드(11)에 작용하는 회전축선방향(X방향)의 힘의 회전방향분포를 산출한다. 또 데이터 처리장치(23)는, 커터 헤드(11)에 작용하는 힘의 회전방향분포 이외에도, 어떤 시점에 있어서의 4곳의 변형센서(22)로부터 얻어지는 회전축선방향의 힘의 평균값(커터 헤드(11)에 작용하는 추진력) 등도 산출할 수 있다.

또한 데이터 처리장치(23)는, 중계박스(26)의 통신장치(26c)로부터 온도센서(25)의 검출신호를 취득한다. 그리고 데이터 처리장치(23)는, 온도센서(25)에 의하여 검출된 변형센서(22)의 근방의 온도에 의거하여 변형센서(22)의 검출결과에 온도보상을 하도록 구성되어 있다. 온도보상은, 사전에 산출된 온도센서(25)의 검출온도와 변형센서(22)의 보상량을 대응시키는 온도보상함수를 사용하여 행한다. 본 실시형태에 있어서 데이터 처리장치(23)는, 커터 칼럼(12)이 소정의 온도 이상으로 온도상승을 하였을 경우에 온도보상을 하도록 구성되어 있다. 예를 들면 데이터 처리장치(23)는, 온도센서(25)의 검출온도가 50℃ 이상으로 온도상승을 하였을 경우에 온도보상을 한다. 또 항상 온도보상을 하도록 데이터 처리장치(23)를 구성해도 좋다.

데이터 처리장치(23)는, 도1에 나타내는 바와 같이 터널 굴진기(1)의 오퍼레이션 룸(operation room, 운전실)(29)의 컴퓨터나, 지상의 모니터링 실(monitoring 室)(도면에는 나타내지 않는다)의 컴퓨터와 접속되어 있어, 취득한 계측 데이터를 출력할 수 있다. 예를 들면 데이터 처리장치(23)는, 커터 헤드(11)에 작용하는 회전축선방향의 힘(추진력)의 시간변화 또는 변형의 시간변화(도8∼도9 참조)나, 커터 헤드(11)에 작용하는 회전축선방향의 힘 또는 변형의 회전각도마다의 플롯(plot, 레이더 차트, 도11 참조)을 출력할 수 있다.

도11의 레이더 차트(radar chart)에서는, 중심으로부터의 반경방향이 커터 헤드(11)에 작용하는 회전축선방향의 힘의 크기(변형의 크기)를 나타내고, 회전방향이 커터 헤드(11)의 회전각도(θ)를 나타낸다. 힘(하중)의 분포가 균일할수록, 플롯의 궤적은 차트중심을 중심으로 하는 진원(眞圓)에 근접하고, 편하중(偏荷重)이 발생하고 있는 경우에는 플롯의 궤적이 진원으로부터 어긋나서 비뚤어진 형상이 된다. 그 때문에, 예를 들면 도11의 차트에 있어서 소정의 회전각도에서 과도한 하중이 될 경우 등에, 데이터 처리장치(23)는 오퍼레이션 룸(29)에 주의를 촉구하는 통지를 송신할 수 있다. 예를 들면 하중의 허용범위가 회전각도에 관계없이 일정하다면, 도11의 레이더 차트에 진원의 임계값 범위를 그릴 수 있고, 데이터 처리장치(23)는, 임계값을 넘은 편하중이 발생하는 경우에 통지를 하는 것이 가능하다. 또한 임계값을 넘은 편하중이 발생하는 경우에 데이터 처리장치(23)가 정지신호를 송신하여, 터널 굴진기(1)를 자동정지시키거나 혹은 편하중이 설정값보다 커지지 않도록 추진력을 제어하도록 구성해도 좋다.

다음에 도6 및 도7를 참조하여 제1실시형태에 의한 터널 굴진기(1)의 데이터 처리장치(23)가 실시하는 처리에 대하여 설명한다. 도6에 나타내는 계측 플로우(計測 flow)는, 소정의 샘플링 주기(예를 들면 0.1초)마다 각 변형센서(22)로부터 계측결과를 취득하는 처리를 나타내고 있다. 또한 도7에 나타내는 연산 플로우(演算 flow)는, 소정의 주기(예를 들면 1초)마다, 얻어진 회전각도별 변형 계측데이터로부터 커터 헤드(11)에 작용하는 힘(커터 추진력)과 힘의 회전각도방향의 분포를 구하는 처리를 나타내고 있다.

도6의 계측 플로우에 있어서 데이터 처리장치(23)는, 스텝 S1에 있어서 센서의 이상(異常) 유무를 확인한다. 데이터 처리장치(23)는, 4곳의 커터 칼럼(12)에 설치된 각각의 변형센서(22) 및 온도센서(25)(온도1∼온도4라고 한다)의 이상을 검출한다. 또 변형센서(22)는 4게이지법에 의하여 4개로 1개의 커터 칼럼(12)의 변형을 계측하기 때문에, 이하에서는 커터 칼럼(12)마다 4개의 변형센서(22)를 1단위로 하여 게이지1∼게이지4라고 한다. 데이터 처리장치(23)는, 단선이나 단락 등의 이상이 있을 경우에는 각 센서의 상태를 나타내는 검출값으로서 0을 부여하고, 이상이 없는 경우에는 검출값으로서 1을 부여한다. 게이지1∼게이지4에 대해서는, 각각의 검출값EG1∼검출값EG4에 0 또는 1의 값이 부여된다. 온도1∼온도4에 대하여도 각각의 검출값ET1∼검출값ET4가 얻어진다.

스텝 S2에 있어서, 데이터 처리장치(23)는 각 계측값을 받아들인다. 구체적으로는, 커터 헤드(11)의 소정의 기준회전위치에 대한 회전각도(커터 포지션)의 계측값(θ)이 인코더(20)로부터 취득된다. 회전각도(θ)는, 예를 들면 0°∼ 359°까지의 1°단위로 취득한다. 또한 게이지1∼게이지4의 각 변형센서(22)로부터 변형 계측값G1a∼G4a가 취득된다. 어떤 회전각도(θ)에 있어서의 게이지1∼게이지4의 변형 계측값은, 회전방향으로 90도씩 위상이 벗어난 위치의 계측결과가 된다. 또한 온도1∼온도4의 각 온도센서(25)로부터 각각 변형센서(22)근방의 온도 계측값T1a∼T4a가 취득된다. 각 센서의 샘플링 시점의 순간값이 계측값으로서 받아들여진다.

스텝 S3에 있어서 데이터 처리장치(23)는, 얻어진 계측값(변형 계측값G1a∼G4a 및 온도 계측값T1a∼T4a)에 대하여 로패스필터(low pass filter) 처리를 하여 고주파성분(노이즈(noise))을 제거한다. 로패스필터 처리는, 계측값에 대하여 이동평균(移動平均)이나 윈도우 함수(window 函數) 등의 소정의 로패스필터 함수f1을 적용함으로써 이루어진다. 이에 따라 로패스필터 처리 후의 변형 계측값 및 온도 계측값이, 각각 GNb=f1(GNa) 및 TNb=f1(TNa)(N은 1∼4)로서 취득된다. 또 계측값의 노이즈가 크지 않은 경우에는, 로패스필터 처리를 하지 않아도 좋다.

스텝 S4에 있어서 데이터 처리장치(23)는, 로패스필터 처리 후의 변형 계측값G1b∼G4b에 대하여, 온도 계측값T1b∼T4b를 사용하여 온도보상처리를 하고, 굴진 시의 온도변화에 대한 온도보상을 한다. 전술한 바와 같이 온도보상처리는, 미리 설정된 온도보상함수f2를 사용하여 이루어진다. 이에 따라 온도보상처리 후의 변형 계측값이 GNc=f2(GNb, TNb)(N은 1∼4)로서 취득된다.

스텝 S5에 있어서 데이터 처리장치(23)는, 온도보상처리 후의 각 변형센서(22)의 변형 계측값G1c∼G4c에 대하여, 각각의 회전각도의 위상을 일치시키는 처리(데이터의 정렬)를 하고, 기준각도에 대한 회전각도(θ)마다의 데이터로서 정리한다.

즉 이번에 취득된 게이지1∼게이지4의 온도보상처리 후의 각 변형 계측값G1c∼G4c를, 데이터 처리장치(23)는 4개의 회전각도의 데이터로서 아래와 같이 정렬한다.

G1(θ)=G1c

G2(θ＋90°)=G2c

G3(θ＋180°)=G3c

G4(θ＋270°)=G4c

따라서 커터 헤드(11)를 회전시키면서 계측을 계속하면, 커터 헤드(11)가 1회전 하였을 경우에는, 회전각도(θ)(θ=0°∼ 359°)마다, 4개씩 변형 계측값G1(θ)∼G4(θ)가 기록되게 된다.

이상의 계측 플로우를 소정의 샘플링 주기마다 루프(loop)시킴으로써 회전각도마다의 변형 계측값이 순차적으로 취득된다.

도7의 연산 플로우에 있어서 데이터 처리장치(23)는, 스텝 S11에 있어서, 커터 헤드(11)에 작용하는 추진력(커터 추진력)을 산출한다. 커터 추진력은, 같은 시각(時刻)에 취득된 각 변형센서(22)의 변형 계측값의 평균값으로부터 구한다. 어떤 시각t에 있어서의 커터 헤드(11)에 작용하는 힘(커터 추진력F)은, 아래의 식(1)으로 나타내진다.

F(t)=K×G_ave(t)

G_ave(t)=(G1c×EG1＋G2c×EG2＋G3c×EG3＋G4c×EG4)/(EG1＋EG2＋EG3＋EG4)···(1)

K는, 변형을 추진력(응력)으로 변환하기 위한 계수이다. G_ave(t)는, 게이지1∼4의 변형 계측값 중에서, 이상 유무의 확인에 의하여 정상이라고 판단된 변형 계측값의 평균이다. 따라서 예를 들면 도6의 스텝 S1에 있어서 게이지4 만이 이상으로 판정되었을 경우에, EG4=0이 되기 때문에, 이상이라고 판단된 게이지4를 제외한 나머지 게이지의 변형 계측값의 평균이 산출된다.

스텝 S12에 있어서 데이터 처리장치(23)는, 커터 헤드(11)에 작용하는 힘의 회전방향의 분포를 산출한다. 즉 데이터 처리장치(23)는, 커터 헤드(11)에 작용하는 회전축선방향의 힘을 회전각도(θ)마다 산출한다. 어떤 회전각도(θ)에 있어서의 힘F(θ)는, 아래의 식(2)으로 나타내진다.

F(θ)=K×G_ave(θ)

G_ave(θ)=(G1(θ)×EG1＋G2(θ)×EG2＋G3(θ)×EG3＋G4(θ)×EG4)/(EG1＋EG2＋EG3＋EG4) ···(2)

G_ave(θ)는, 도6의 스텝 S5로 얻어진 동일한 회전각도(θ)에서의 변형 계측값의 평균이다. 데이터 처리장치(23)는, 힘F(θ)를 θ=0°∼ 359°의 범위에서 반복하여 산출함으로써, 커터 헤드(11)에 작용하는 회전축선방향 힘의 회전방향 분포를 취득한다.

이상의 연산 플로우를 소정의 주기마다 루프시킴으로써 각 시각t에 있어서의 추진력F(t)와, 회전각도(θ)마다 커터 헤드(11)에 작용하는 회전축선방향 힘의 분포F(θ)가 취득된다.

제1실시형태에서는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

제1실시형태에서는, 상기와 같이 커터 칼럼(12)에 변형센서(22)를 설치함으로써, 잭 추진력 등으로부터 커터 헤드(11)로 작용하는 힘을 추정하는 경우와 달리, 커터 칼럼(12)에 발생하는 변형으로부터, 커터 헤드(11)에 실제로 작용하는 힘을 보다 직접적이고, 고정밀도로 검출할 수 있다. 그리고 커터 헤드(11)의 회전방향의 위치(회전각도(θ))를 검출하는 인코더(20)와, 변형센서(22) 및 인코더(20)의 검출결과에 의거하여 커터 헤드(11)의 회전방향의 위치와 대응시켜서 커터 헤드(11)에 작용하는 힘을 취득하는 데이터 처리장치(23)를 설치함으로써, 변형센서(22)로부터 얻어지는 커터 헤드(11)에 작용하는 힘을, 예를 들면 커터 헤드(11)의 1회전분(360°)에 걸치는 회전방향의 분포로서 취득할 수 있다. 이들에 의하여 제1실시형태의 터널 굴진기(1)에 의하면, 커터 헤드(11)에 작용하는 힘의 분포F(θ)를 고정밀도로 검출할 수 있다. 이 결과, 얻어진 힘의 분포로부터 커터 헤드(11)에 편하중이 발생하고 있는 것인가 아닌가 및 편하중이 발생하고 있는 회전방향의 위치를 판별할 수 있기 때문에, 지층의 변화나 매설물의 존재 및 위치를 빠른 시기에 파악할 수 있고, 지층의 변화나 매설물의 존재에 기인하는 커터 헤드(11) 및 커터 구동부(14)의 손상이나 커터 비트의 이상마모 등의 미연방지를 도모하는 것이 가능하게 된다.

제1실시형태에서는, 상기와 같이 변형센서(22) 및 인코더(20)의 검출결과에 의거하여 커터 헤드(11)에 작용하는 회전축선방향(X방향)의 힘의 회전방향분포F(θ)를 취득하도록 데이터 처리장치(23)를 구성한다. 이에 따라 굴진에 따르는 추진력의 반작용력으로서의, 커터 헤드(11)에 작용하는 회전축선방향의 힘의 분포F(θ)을 취득할 수 있다. 이 결과, 회전축선방향의 힘의 분포F(θ)에 있어서 편하중이 존재하고 있는 것인가 아닌가에 의거하여 현재 굴삭하고 있는 굴진방향 전방의 지층의 갑작스러운 변화나, 매설물 등을 조우한 것을 파악할 수 있음과 아울러 지층의 변화 장소나 굴삭면에 대한 매설물의 위치를 파악할 수 있다. 또한 회전축선방향의 힘의 분포F(θ)에 있어서 전체(평균)로 하여 허용범위 내에 들어가 있어도 국소적으로 큰 하중이 발생하고 있을 경우 등, 커터 헤드(11)의 베어링(17)이나 밀봉부(18) 및 밀봉부(19)에의 국소적인 부하의 발생을 파악할 수 있다. 이들의 상황을 파악함으로써, 터널 굴삭공사에 있어서의 사고의 미연방지를 유용하게 할 수 있다.

즉 회전축선방향의 힘의 분포F(θ)를 취득함으로써, 터널 굴진기(1)의 지지부(커터 칼럼(12) 및 선회대(13))나, 베어링(17), 밀봉부(18) 및 밀봉부(19) 등에 국소적인 과부하가 발생하고 있는 것인가 아닌가를 판단할 수 있으므로, 편하중을 억제하도록 운전제어를 할 수 있다. 그 결과, 지지부나 베어링(17)으로의 과하중을 억제하고, 밀봉 클리어런스를 적정범위로 유지할 수 있다.

또한 회전축선방향의 힘의 분포F(θ)에 의거하여 각 추진 잭(21)의 추진력배분의 조정이나, 실린더 스트로크(단위 추진거리)의 조정을 하거나, 편하중이 발생하였을 경우에 경고나 긴급정지를 하거나 하는 등의 계측결과를 자동운전에 이용할 수 있게 된다. 또한 회전축선방향의 힘의 분포F(θ)의 계측결과를 계속적으로 기록해 둠으로써 편하중의 발생경향을 파악함으로써 고장발생의 미연방지나 고장발생시의 원인 검증 등에 계측결과를 이용하는 것도 가능하게 된다.

제1실시형태에서는, 상기와 같이 커터 칼럼(12)에 있어서 소정의 회전각도 간격으로 3곳 이상에 변형센서(22)를 설치한다. 이에 따라 커터 헤드(11)의 1회전분의 힘의 분포를, 보다 적은 회전각도에서 취득할 수 있다. 제1실시형태와 같이 90° 간격의 4개의 변형센서(22)를 설치하면, 1/4회전으로 1회전분의 힘의 분포를 취득할 수 있다. 그 결과, 커터 헤드(11)에의 편하중의 발생을 빠른 시기에 검출할 수 있다. 또한 4곳의 변형센서(22)에 의하여 커터 헤드(11)의 정지상태에서도 커터 헤드(11)에 작용하는 힘의 분포를 어느 정도(4점의 데이터로부터) 파악할 수 있다. 그 때문에, 편하중을 검출하여 터널 굴진기(1)를 정지시켰을 경우 등의 상황파악 등에 기여할 수 있다.

제1실시형태에서는, 상기와 같이 온도센서(25)에 의하여 검출된 변형센서(22) 근방의 온도에 의거하여 변형센서(22)의 검출결과를 온도보상 하도록 데이터 처리장치(23)를 구성한다. 이에 따라 굴진에 따라 발생하는 굴삭열에 의한 커터 헤드(11) 내부의 온도변화의 영향을, 온도보상에 의하여 제거할 수 있다. 그 결과, 커터 헤드(11)에 작용하는 힘의 분포를 보다 고정밀도로 검출할 수 있다.

제1실시형태에서는, 상기와 같이 변형센서(22)를, 커터 칼럼(12) 중, 커터 헤드(11)의 회전축선방향과 대략 평행한 설치면(12a)에 부착한다. 이에 따라 회전축선방향의 힘에 의한 설치면(12a)의 휨변형 등의 영향을 최대한으로 억제할 수 있기 때문에, 회전축선방향의 힘을 보다 고정밀도로 검출할 수 있다.

(실험결과의 설명)

다음에는 제1실시형태에 의한 터널 굴진기(1)에 대해 실행한 실증실험의 결과에 대하여 설명한다. 실증실험은, 추진 잭(21)의 추진력으로부터 커터 헤드(11)에 작용하는 회전축선방향의 힘(커터 추진력)을 정확하게 구할 수 있도록, 터널 굴진기(1)가 땅속에 들어가 있지 않은 발진시에 하고, 터널 굴진기(1)의 자체 중량에 의한 마찰력은 사전에 계측하여 보정하였다. 그리고 병행하여 취득한 커터 칼럼(12)의 변형 계측값과, 얻어진 커터 추진력을 비교하였다.

도8은, 추진 잭(21)의 추진력으로부터 계산하고, 커터 헤드(11)에 작용하는 추진력(커터 추진력)의 시간변화를 나타내고 있다. 계측 중에 추진력의 크기를 3단계(P1, P2 및 P3)로 변경하고 있다. 도9는, 4곳의 커터 칼럼(12)에 부착한 변형센서(22)로부터 상기 식(1)에 의하여 얻어진 커터 칼럼(12)의 변형 계측값 평균의 시간변화이다. 도9에 의한 커터 칼럼(12)의 변형에 있어서도, 도8의 P1, P2 및 P3에 대응하는 3단계의 추진력변화를 반영한 변형(Q1, Q2 및 Q3)이 계측되었다. 도8과 도9를 대비하여 알 수 있는 바와 같이, 커터 칼럼(12)의 변형의 시간변화가 커터 헤드(11)에 작용하는 추진력(커터 추진력)의 시간변화와 근사한 계측결과가 얻어졌다.

도10은, 추진 잭(21)의 추진력으로부터 계산한 커터 추진력(도8 참조)과, 변형센서(22)로부터 얻어진 커터 칼럼(12)의 변형(도9 참조)의 관계를 나타내는 도면이다. 커터 헤드(11)에 작용하는 커터 추진력을 횡축에 플롯 하고, 대응하는 커터 칼럼(12)의 변형을 종축에 플롯 하고 있다. 커터 추진력과 커터 칼럼(12)의 변형이 선형관계(線形關係)를 갖기 때문에 커터 칼럼(12)의 변형 계측값에 의거하여 커터 헤드(11)에 작용하는 힘(커터 추진력)을 충분한 정밀도로 구하는 것이 가능하다고 말할 수 있다.

도11은, 도9에 나타낸 변형 계측결과에 대하여, 상기 식(2)에 의하여 산출된 회전각도(θ)(0도∼ 359°의 1회전 분)마다의 커터 칼럼(12)의 변형을 플롯한 레이더 차트이다. 전술한 바와 같이, 반경방향이 변형의 크기를 나타내고, 플롯 된 점이 중심으로 가까울수록 변형(커터 헤드(11)에 작용하는 힘)이 작고, 중심으로부터 멀어질수록 변형이 큰 것을 나타낸다. 커터 헤드(11)의 1회전분의 플롯 궤적이, 차트중심을 중심으로 하여 진원에 가까운 만큼, 커터 헤드(11)에 균등한 분포하중이 작용하고 있는 것을 나타내고, 궤적이 진원으로부터 벗어날수록, 커터 헤드(11)에 편하중이 작용하고 있는 것을 나타낸다.

도11에서는, 3단계로 추진력을 상승시킴에 따라서 궤적이 반경방향으로 확대되고 있고, 도면 중의 우상부분(右上部分)의 궤적이 반경방향 외측으로 돌출하고 있다. 이 결과로부터 커터 헤드(11)의 우상부분에, 보다 큰 힘이 치우쳐 작용하는 편하중이 발생하고 있는 것을 알 수 있다.

이상과 같이 제1실시형태에 의하면, 커터 칼럼(12)의 변형 계측값으로부터 커터 헤드(11)에 작용하는 회전축선방향의 힘의 회전방향 분포F(θ)를 취득할 수 있는 것이 확인되었다. 또한 제1실시형태에 의하면, 커터 헤드(11)에 작용하는 힘의 분포F(θ)가 진원으로부터 괴리(乖離)하고 있는 것인가 아닌가에 의거하여 커터 헤드(11)에 편하중이 작용하고 있는 것인가 아닌가 및 커터 헤드(11)의 어느 부위에 편하중이 작용하고 있는지를 판단할 수 있다는 것이 확인되었다.

(제2실시형태)

다음에는, 도12(A) 및 도12(B)를 참조하여 본 발명의 제2실시형태에 의한 터널 굴진기에 대하여 설명한다. 제2실시형태에서는, 중간 지지방식의 터널 굴진기(1)의 커터 칼럼(12)의 변형을 계측하는 예를 나타낸 상기 제1실시형태와는 달리, 센터 샤프트 지지방식의 터널 굴진기(1a)의 센터 샤프트(112)의 변형을 계측하는 예에 대하여 설명한다. 또 제2실시형태에 있어서, 상기 제1실시형태와 동일한 구성에 관하여는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.

제2실시형태에서는, 터널 굴진기(1a)가 도12(A) 및 도12(B)에 나타내는 바와 같이 커터 헤드(111)의 지지방식으로서 센터 샤프트 지지방식을 채용한 소∼중구경 타입(小~中口徑 type)인 예를 나타내고 있다. 센터 샤프트 지지방식에서는, 커터 헤드(111)는 회전축선(A)를 중심으로하는 센터 샤프트(112)에 부착된다. 제2실시형태에 의한 터널 굴진기(1a)에는, 커터 칼럼은 설치되지 않고 있다. 센터 샤프트(112)는 본 발명의 「커터 지지부」의 일례다.

센터 샤프트(112)는, 중공원통모양(中空圓筒狀)의 축이며, 커터 헤드(111)를 지지하고 또한 커터 헤드(111)와 함께 회전하도록 구성되어 있다. 센터 샤프트(112)는, 전방(X1방향) 단부가 커터 헤드(111)의 중심부(11c)에 부착되고, 후방(X2방향) 단부가 앞몸통부(15)의 분리벽(16)에 설치된 베어링(17)에 의하여 회전 가능하게 지지되어 있다. 센터 샤프트(112)가 커터 구동부(14)에 의하여 회전축선(A, 중심축선)을 중심으로 회전구동됨으로써, 커터 헤드(111) 및 센터 샤프트(112)가 일체적(一體的)으로 회전(선회)된다. 센터 샤프트(112)의 회전각도는 인코더(20)에 의하여 검출된다.

제2실시형태에 있어서 변형센서(22)는, 센터 샤프트(112)의 내주면에 설치되어 있다. 변형센서(22)는, 상기 제1실시형태와 마찬가지로, 360도를 등분할(等分割) 하도록, 90° 등의 소정의 각도간격(도12(B) 참조)으로 복수 설치된다. 여기에서 변형센서(22)는, 센터 샤프트(112)에 있어서 90° 간격으로 4곳에 설치되어 있는 것으로 한다. 또한 변형센서(22)는, 센터 샤프트(112) 중에, 회전축선방향(X방향)과 대략 평행한 설치면(내주면)(113)에 부착된다. 센터 샤프트(112)의 원통내주면이라면 회전방향의 어느쪽의 위치에서도 회전축선방향에 대하여 대략 평행하다.

중계박스(26)는, 변형센서(22)와 함께 센터 샤프트(112)의 내부에 배치되어 있다. 중계박스(26)는, 센터 샤프트(112)의 후단부에 설치된 로터리 조인트(27)를 통하여 데이터 처리장치(데이터 처리부)(123)로 변형센서(22) 및 온도센서(도면에는 나타내지 않는다)의 온도 계측값을 출력한다.

데이터 처리장치(123)는, 센터 샤프트(112)의 4곳의 변형센서(22)의 변형 계측값으로부터, 커터 추진력F와, 커터 헤드(111)에 작용하는 회전축선방향(X방향)의 힘의 회전방향분포F(θ)를 산출한다. 커터 추진력F 및 회전각도(θ)마다의 힘F(θ)의 산출은 상기 제1실시형태와 같다.

이러한 구성에 의하여 제2실시형태에서는, 센터 샤프트 지지방식에 있어서도, 센터 샤프트(112)의 변형에 의거하여 커터 헤드(111)에 작용하는 회전축선방향(X방향)의 힘의 회전방향분포F(θ)가 취득된다. 또 제2실시형태의 그 이외의 구성은 상기 제1실시형태와 같다.

제2실시형태에서는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

즉 제2실시형태에서는, 센터 샤프트(112)에 변형센서(22)를 설치함으로써, 상기 제1실시형태와 마찬가지로 커터 헤드(111)에 실제로 작용하는 힘을 보다 직접적이고, 고정밀도로 검출할 수 있다. 그리고 데이터 처리장치(123)에 의하여 변형센서(22)로부터 얻어지는 커터 헤드(111)에 작용하는 힘을, 커터 헤드(111)의 1회전분(360°)에 걸치는 회전방향의 분포로서 취득할 수 있다. 이들에 의하여 제2실시형태의 터널 굴진기(1a)에 의하여도, 상기 제1실시형태와 마찬가지로 커터 헤드(111)에 작용하는 힘의 분포F(θ)를 고정밀도로 검출할 수 있다.

또한 제2실시형태에 의하면, 커터 칼럼을 구비한 중간 지지방식 이외의 센터 샤프트 지지방식의 터널 굴진기(1a)에 있어서도, 센터 샤프트(112)에 변형센서(22)를 설치함으로써, 커터 헤드(111)에 작용하는 힘의 분포F(θ)를 고정밀도로 검출할 수 있다.

(제2실시형태의 변형예)

상기 제2실시형태에서는 센터 샤프트 지지방식의 터널 굴진기(1a)에 있어서, 센터 샤프트(112)에 변형센서(22)를 설치하는 예를 나타냈지만, 이 변형예에서는, 센터 샤프트(112) 이외의 부위에 변형센서(22)를 설치하는 예에 대하여 설명한다.

도13(A) 및 도13(B)에 나타내는 바와 같이 제2실시형태의 변형예에 있어서 변형센서(22)는, 커터 헤드(111)의 스포크부(1lb)에 설치되어 있다. 스포크부(1lb)는 중공의 각기둥형상을 구비하고 있고, 변형센서(22)는, 스포크부(1lb)의 회전축선방향(X방향)측의 내측면인 설치면(114)에 설치되어 있다. 따라서 변형센서(22)는, 커터 헤드(111)에 작용하는 회전축선방향(X1방향)의 힘(추진력)의 반작용에 의하여 발생하는 스포크부(1lb)의 Ｘ2방향의 휨변형을 계측한다. 또한 도13(A)에서는 변형센서(22)가 스포크부(1lb)의 Ｘ2방향측의 내측면(설치면114)에 설치되어 있는 예를 도면에 나타내고 있지만, 상기 제1실시형태와 마찬가지로, X2방향측의 내측면과 대향하는 Ｘ1방향측의 내측면에도 변형센서(22)를 설치하는 것이 바람직하다.

변형센서(22)는, 커터 헤드(111)의 중심부(11c)로부터 반경방향으로 연장되는 스포크부(1lb) 중에, 중심부(11c) 근방의 밑동부분에 설치되어 있다. 이것은 스포크부(1lb)에 가하는 휨변형이 중심부(11c) 근방의 밑동부분에서 커지게 되기 때문이다.

또 도13(B)에서는, 커터 헤드(111)가 4개의 스포크부(1lb)(도13(B)에는 3개만을 도면에 나타냄)을 포함하는 예를 나타내고 있고, 변형센서(22)는 4개의 스포크부(1lb)의 각각에 설치되어 있다.

데이터 처리장치(123)는, 4개의 스포크부(1lb)의 각각의 변형센서(22)의 변형 계측값으로부터, 커터 추진력F와, 커터 헤드(11)에 작용하는 회전축선방향(X방향)의 힘의 회전방향분포F(θ)를 산출한다.

이 제2실시형태의 변형예와 같이 센터 샤프트 지지방식의 터널 굴진기(1a)에서는, 센터 샤프트(112) 이외의 스포크부(1lb)에 변형센서(22)를 설치하여 커터 헤드(11)에 작용하는 회전축선방향(X방향)의 힘을 취득하더라도 좋다. 이밖에 상기 제2실시형태의 구성과, 이 변형예의 구성을 조합시켜서, 센터 샤프트(112)와 스포크부(1lb)의 양방에 각각 설치한 변형센서(22)로부터 얻어진 변형 계측값에 의하여, 커터 헤드(11)에 작용하는 힘을 취득하여도 좋다.

(제3실시형태)

다음에, 도14(A) 및 도14(B)를 참조하여 본 발명의 제3실시형태에 의한 터널 굴진기에 대하여 설명한다. 제3실시형태에서는, 커터 헤드(111)에 작용하는 회전축선방향(X방향)의 힘을 계측하는 예를 나타낸 상기 제1 및 제2실시형태와는 달리, 커터 헤드(111)에 작용하는 회전방향(B방향 또는 C방향)의 힘을 계측하는 예에 대하여 설명한다. 또 제3실시형태에 있어서, 상기 제2실시형태와 동일한 구성에 관하여는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략한다.

제3실시형태에 의한 터널 굴진기(1B)는, 도14(A) 및 도14(B)에 나타내는 바와 같이 센터 샤프트 지지방식을 채용한 예를 나타내고 있어, 구조상은 상기 제2실시형태와 같다. 제3실시형태에서는, 변형센서(22)의 설치위치가 상기 제2실시형태와는 다르다.

제3실시형태에 있어서 변형센서(22)는, 커터 헤드(111)의 스포크부(1lb)의 설치면(213)에 설치되어 있다. 설치면(213)은, 커터 헤드(111)의 스포크부(1lb) 중에, 원주방향(회전방향)측의 내측면이다. 즉 변형센서(22)는, 스포크부(1lb)의 B방향측의 내측면 및 C방향측의 내측면에, 각각 설치되어 있다. 따라서 변형센서(22)는, 커터 헤드(111)에 작용하는 회전방향(B방향 또는 C방향)의 힘(커터 구동부(14)의 회전토크)의 반작용에 의하여 발생하는 스포크부(1lb)의 B방향 또는 C방향의 휨변형을 계측한다.

변형센서(22)는, 커터 헤드(111)의 중심부(11c)로부터 반경방향으로 연장되는 스포크부(1lb) 중에, 중심부(11c) 근방의 밑동부분에 설치되어 있다. 또 도14(B)에서는, 커터 헤드(111)가 4개의 스포크부(1lb)(도14(B)에는 3개만을 도면에 나타냄)를 포함하는 예를 나타내고 있고, 변형센서(22)는, 4개의 스포크부(1lb)의 각각에 설치되어 있다. 4개의 스포크부(1lb)는, 서로 직교하도록 회전방향으로 90°간격의 등각도 간격으로 설치되어 있다. 그 때문에 변형센서(22)는, 360°를 4분할(90°)하도록, 90°의 등각도 간격으로 4곳에 설치되어 있다.

데이터 처리장치(데이터 처리부)(223)는, 4개의 스포크부(1lb)의 각각의 변형센서(22)의 변형 계측값으로부터, 커터 헤드(111)에 작용하는 힘의 회전방향분포를 산출한다. 즉 제3실시형태에 있어서 데이터 처리장치(223)는, 변형센서(22) 및 인코더(20)의 검출결과에 의거하여, 스포크부(1lb)에 작용하는 회전방향(B방향 또는 C방향)의 힘의 회전방향분포를 취득하도록 구성되어 있다.

제3실시형태의 그 이외의 구성은 상기 제2실시형태와 같다.

제3실시형태에서는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.

즉 제3실시형태에서는, 스포크부(1lb)의 설치면(213)에 변형센서(22)를 설치함으로써, 상기 제1실시형태와 마찬가지로 커터 헤드(111)에 실제로 작용하는 힘을 보다 직접적이고, 고정밀도로 검출할 수 있다. 그리고 데이터 처리장치(223)에 의하여 변형센서(22)로부터 얻어지는, 커터 헤드(111)(스포크부1lb)에 작용하는 힘을, 커터 헤드(111)의 1회전분(360도)에 걸치는 회전방향의 분포로서 취득할 수 있다. 이들에 의하여 제3실시형태의 터널 굴진기(1b)에 의하여도, 상기 제1실시형태와 마찬가지로 커터 헤드(111)에 작용하는 힘의 분포를 고정밀도로 검출할 수 있다.

또한 제3실시형태에서는, 상기와 같이 데이터 처리장치(223)를, 변형센서(22) 및 인코더(20)의 검출결과에 의거하여 스포크부(1lb)에 작용하는 회전방향(B방향 또는 C방향)의 힘의 회전방향분포를 취득하도록 구성한다. 이에 따라 커터 구동부(14)에 의한 회전토크의 반작용력으로서의, 커터 헤드(111)의 스포크부(1lb)에 작용하는 회전방향의 힘의 분포를 취득할 수 있다. 이 결과, 회전방향의 힘의 분포에 있어서 편하중이 존재하고 있는 것인가 아닌가 및 편하중의 존재하는 위치를 파악할 수 있기 때문에 굴진방향 전방의 지층의 갑작스러운 변화나, 매설물 등을 조우한 것을 파악할 수 있음과 아울러 지층의 변화 장소나 굴삭면에 대한 매설물의 위치를 파악할 수 있다.

구체적으로는, 예를 들면 굴진 중의 어느 시점에 있어서, 도14(A)의 상측의 스포크부(1lb)에서는 상대적으로 부드러운 지층을 굴삭하고 있고, 하측의 스포크부(1lb)에서는 상대적으로 딱딱한 지층을 굴삭하거나, 돌멩이를 조우하거나 하고 있는 상황에 있는 것으로 한다. 이 경우에, 커터 구동부(14)에 의하여 커터 헤드(111)가 회전축선(A)를 중심으로 회전되면, 상측의 스포크부(1lb)에 있어서의 회전방향의 변형보다 하측의 스포크부(1lb)에 있어서의 회전방향의 변형이 커져서, 하측의 스포크부(1lb)에 편하중이 작용하고 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이 커터 헤드(111)의 스포크부(1lb)에 작용하는 회전방향의 힘의 분포를 취득하는 경우에서도, 얻어진 힘의 분포로부터 커터 헤드(111)에 편하중이 발생하고 있는 것인가 아닌가를 판단할 수 있다. 그 결과, 지층의 변화나 매설물의 존재를 빠른 시기에 파악할 수 있고, 이것에 기인하는 커터 헤드(111)의 손상이나 커터 비트의 마모 등의 미연방지를 도모하는 것이 가능하게 된다.

제3실시형태의 그 이외의 효과는 상기 제1실시형태와 같다.

또 이번 개시된 실시형태 및 변형예는, 모든 점에서 예시이고, 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시형태의 설명이 아니고 특허청구범위에 의하여 나타내지고, 또한 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경(변형예)이 포함된다.

예를 들면 상기 제1실시형태에서는 중간 지지방식의 터널 굴진기의 예를 나타내고, 상기 제2실시형태에서는 센터 샤프트 지지방식의 터널 굴진기의 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명의 터널 굴진기를, 상기의 지지방식 이외의 외주 지지방식, 중앙 지지방식 및 편심다축 지지방식 등의 각종 지지방식의 터널 굴진기에 적용하더라도 좋다.

또한 상기 제1실시형태에서는, 1곳에 대하여 4개의 변형센서(22)를 설치하는 4게이지법으로 변형계측을 하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 변형의 계측방법은, 1게이지법이나 2게이지법 등, 4게이지법 이외의 계측방법을 채용하더라도 좋다. 또 단축(單軸)이 아니고, 2축 이상의 다축(多軸)의 검출축(檢出軸)을 갖는 변형센서(복수의 소자를 구비한 변형센서)를 사용하더라도 좋다.

또한 상기 제1실시형태에서는, 인코더(20)가 선회대(13)의 회전각도를 검출하는 예를 나타내고, 상기 제2 및 제3실시형태에서는 인코더(20)가 센터 샤프트(112)의 회전각도를 검출하는 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 인코더가 예를 들면 커터 구동부의 출력축의 회전각도를 검출하더라도 좋다. 인코더는, 커터 헤드의 회전각도를 검출할 수 있으면 좋고, 터널 굴진기의 어느 부위의 회전각도를 검출하는 것이라도 좋다.

또한 상기 제1실시형태에서는, 변형센서(22)의 근방에 온도센서(25)를 설치하여 변형센서(22)의 계측값의 온도보상을 하도록 구성한 예를 나타냈지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 온도센서를 설치하지 않더라도 좋다. 특히 변형센서의 설치면에 있어서의 온도변화의 범위가 변형센서의 사용 온도범위 내로 들어갈 경우 등에는, 온도보상을 할 필요는 없다.

1, 1a, 1b 터널 굴진기
11, 111 커터 헤드
1lb 스포크부
12 커터 칼럼(커터 지지부)
14 커터 구동부
20 로터리 인코더(회전위치 검출부)
22 변형센서
23, 123, 223 데이터 처리장치(데이터 처리부)
25 온도센서
12a, 113, 114 설치면
112 센터 샤프트(커터 지지부)
213 설치면
A 회전축선
B, C 회전방향
X 회전축선방향

Claims

중간 지지방식의 터널 굴진기(tunnel 掘進機)로서,
커터 헤드(cutter head)와,
상기 커터 헤드를 회전축선방향을 따라 추진시키는 추진력을 발생하는 추진 잭(推進 jack)과,
상기 커터 헤드의 상기 회전축선으로부터 반경방향으로 소정의 거리를 사이에 둔 위치에 등각도(等角度) 간격으로 배치되고, 상기 커터 헤드를 지지하고 또한, 상기 커터 헤드와 함께 회전하는 커터 칼럼(cutter column)과,
상기 커터 헤드 및 상기 커터 칼럼을 회전구동하는 커터 구동부(cutter 驅動部)와,
상기 커터 헤드의 회전방향의 위치를 검출하는 회전위치 검출부와,
상기 커터 칼럼 중 등각도 간격으로 배치된 복수의 상기 커터 칼럼에 설치되고, 상기 커터 칼럼의 상기 회전축선방향의 변형을 계측하는 변형센서(變形sensor)와,
상기 변형센서 및 상기 회전위치 검출부의 검출결과에 의거하여 상기 커터 헤드의 회전방향의 위치와 대응시켜서 상기 커터 헤드에 작용하는 상기 회전축선방향의 힘을 취득하는 데이터 처리부를
구비하고,
상기 커터 헤드에 작용하는 상기 회전축선방향의 힘은, 상기 추진력에 의한 굴진방향의 힘이고, 상기 추진력의 반력(反力)으로서 생땅으로부터 작용하는 힘의 방향과 대향하는 방향의 힘인
터널 굴진기.
커터 헤드와,
상기 커터 헤드를 회전축선방향을 따라 추진시키는 추진력을 발생하는 추진 잭과,
상기 커터 헤드를 지지하고 또한, 상기 커터 헤드와 함께 회전하는 커터 지지부와,
상기 커터 헤드 및 상기 커터 지지부를 회전구동하는 커터 구동부와,
상기 커터 헤드의 회전방향의 위치를 검출하는 회전위치 검출부와,
상기 커터 헤드의 통모양인 커터 스포크 자체의 내측면에 설치되고, 상기 회전축선방향에 있어서의 상기 커터 스포크의 휨변형을 계측하는 변형센서와,
상기 변형센서 및 상기 회전위치 검출부의 검출결과에 의거하여 상기 커터 헤드의 회전방향의 위치와 대응시켜서 상기 커터 헤드에 작용하는 상기 회전축선방향의 힘을 취득하는 데이터 처리부를
구비하고,
상기 커터 헤드에 작용하는 상기 회전축선방향의 힘은, 상기 추진력에 의한 굴진방향의 힘이고, 상기 추진력의 반력으로서 생땅으로부터 작용하는 힘의 방향과 대향하는 방향의 힘인
터널 굴진기.
중간 지지방식의 터널 굴진기로서,
커터 헤드와,
상기 커터 헤드를 회전축선방향을 따라 추진시키는 추진력을 발생하는 추진 잭과,
복수의 변형센서와,
상기 커터 헤드를 지지하고 또한, 상기 커터 헤드와 함께 회전하고, 챔버내의 원주방향으로 이동하는 중공통모양(中空筒狀)부재이고, 상기 원주방향에 있어서의 쌍을 이루는 측벽면의 내측 표면에 상기 변형센서가 각각 설치되어 있는 커터 칼럼과,
상기 커터 헤드 및 상기 커터 칼럼을 회전구동하는 커터 구동부와,
상기 커터 헤드의 회전방향의 위치를 검출하는 회전위치 검출부와,
상기 변형센서 및 상기 회전위치 검출부의 검출결과에 의거하여 상기 커터 헤드의 회전방향의 위치와 대응시켜서 상기 커터 헤드에 작용하는 상기 회전축선방향의 힘을 취득하는 데이터 처리부를
구비하고,
상기 커터 헤드에 작용하는 상기 회전축선방향의 힘은, 상기 추진력에 의한 굴진방향의 힘이고, 상기 추진력의 반력으로서 생땅으로부터 작용하는 힘의 방향과 대향하는 방향의 힘인
터널 굴진기.
제3항에 있어서,
상기 커터 칼럼의 상기 측벽면은, 챔버내의 상기 원주방향으로 이동하는 각기둥형상이고 또한, 원주방향측의 1쌍의 측벽면이고,
상기 커터 칼럼은, 상기 원주방향측의 1쌍의 측벽면의 내측 표면을 1쌍의 설치면으로 하여, 상기 변형센서가 각각 설치되어 있는
터널 굴진기.
중간 지지방식의 터널 굴진기로서,
커터 헤드와,
상기 커터 헤드를 회전축선방향을 따라 추진시키는 추진력을 발생하는 추진 잭과,
상기 커터 헤드를 지지하고 또한, 상기 커터 헤드와 함께 회전하는 커터 칼럼과,
상기 커터 헤드 또는 상기 커터 칼럼에 설치된 변형센서와,
상기 커터 헤드 및 상기 커터 칼럼을 회전구동하는 커터 구동부와,
상기 커터 헤드의 회전방향의 위치를 검출하는 회전위치 검출부와,
상기 변형센서 및 상기 회전위치 검출부의 검출결과에 의거하여 상기 커터 헤드의 회전방향의 위치와 대응시켜서 상기 커터 헤드에 작용하는 상기 회전축선방향의 힘을 취득하는 데이터 처리부와,
상기 변형센서의 근방에 설치된 온도센서(溫度sensor)를
구비하고,
상기 데이터 처리부는, 상기 온도센서에 의하여 검출된 상기 변형센서의 근방의 온도에 의거하여 상기 변형센서의 검출결과를 온도보상 하도록 구성되고,
상기 커터 헤드에 작용하는 상기 회전축선방향의 힘은, 상기 추진력에 의한 굴진방향의 힘이고, 상기 추진력의 반력으로서 생땅으로부터 작용하는 힘의 방향과 대향하는 방향의 힘인
터널 굴진기.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 변형센서는, 상기 커터 헤드 또는 상기 커터 지지부에 있어서, 소정의 회전각도 간격으로 3곳 이상에 설치되어 있는 터널 굴진기.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 변형센서는, 상기 커터 헤드 또는 상기 커터 지지부 중에서, 상기 커터 헤드의 회전축선방향과 평행한 설치면에 부착되어 있는 터널 굴진기.
제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서,
상기 커터 헤드는, 반경방향으로 연장되는 스포크부를 포함하고,
상기 변형센서는, 상기 커터 헤드의 상기 스포크부에 설치되어 있는
터널 굴진기.
제2항에 있어서,
상기 변형센서가 설치되는 상기 커터 스포크의 내측면은, 상기 커터 헤드의 상기 회전축선방향과 수직하고 또한 상기 커터 헤드의 중심부로부터 외주방향으로 연장되는 면(面)인 터널 굴진기.