KR20170128460A - 터널 굴진기 - Google Patents

터널 굴진기 Download PDF

Info

Publication number
KR20170128460A
KR20170128460A KR1020177029190A KR20177029190A KR20170128460A KR 20170128460 A KR20170128460 A KR 20170128460A KR 1020177029190 A KR1020177029190 A KR 1020177029190A KR 20177029190 A KR20177029190 A KR 20177029190A KR 20170128460 A KR20170128460 A KR 20170128460A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
rotation
measured value
data
value
measurement
Prior art date
Application number
KR1020177029190A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102517362B1 (ko
Inventor
도시유키 오카다
Original Assignee
히다치 조센 가부시키가이샤
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 히다치 조센 가부시키가이샤 filed Critical 히다치 조센 가부시키가이샤
Publication of KR20170128460A publication Critical patent/KR20170128460A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102517362B1 publication Critical patent/KR102517362B1/ko

Links

Images

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/093—Control of the driving shield, e.g. of the hydraulic advancing cylinders
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/108—Remote control specially adapted for machines for driving tunnels or galleries
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/003—Arrangement of measuring or indicating devices for use during driving of tunnels, e.g. for guiding machines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/08—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield
    • E21D9/0875—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield with a movable support arm carrying cutting tools for attacking the front face, e.g. a bucket
    • E21D9/0879—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield with a movable support arm carrying cutting tools for attacking the front face, e.g. a bucket the shield being provided with devices for lining the tunnel, e.g. shuttering
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/1006—Making by using boring or cutting machines with rotary cutting tools
    • E21D9/1013—Making by using boring or cutting machines with rotary cutting tools on a tool-carrier supported by a movable boom
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/11—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/12—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring axial thrust in a rotary shaft, e.g. of propulsion plants
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/08—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/08—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield
    • E21D9/087—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining with additional boring or cutting means other than the conventional cutting edge of the shield with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines

Abstract

이 터널 굴진기(1)는, 커터헤드(11)의 현재각도(θ)에 있어서 취득한 스트레인 센서(22)의 현재계측값(Vp)과, 현재각도에 대응하는 회전각도에 있어서 취득된 과거의 대응계측값(Vo)에 의거하여 오차데이터(Er)를 취득하고, 오차데이터를 사용하여 현재의 계측데이터를 보정하는 데이터 처리장치(23)를 구비한다.

Description

터널 굴진기{TUNNEL BORING MACHINE}
본 발명은, 터널 굴진기(tunnel 掘進機)에 관한 것으로서, 특히 커터헤드(cutter head) 등의 회전부분의 변형을 계측하는 터널 굴진기에 관한 것이다.
커터헤드 등의 회전부분의 변형을 계측하는 터널 굴진기가 종래부터 알려져 있다. 이러한 터널 굴진기는, 예를 들면 일본국 공개실용신안공보 실개소61―152097호 공보에 개시되어 있다.
일본국 공개실용신안공보 실개소61―152097호 공보에는, 터널 굴진기에 있어서의 커터헤드 등의 회전부분에 부착된 스트레인 센서(strain sensor)에 의하여 변형을 계측하는 구성이 개시되어 있다. 터널 굴진기는, 커터헤드를 회전시키면서, 추진잭(推進jack)의 추진력에 의하여 전진함으로써 지산(地山, natural ground)의 굴진을 실시한다. 커터헤드에 작용하는 힘(커터추진력(cutter 推進力))은, 일반적으로는 잭추진력으로부터 동체부(胴體部) 외주와 지산과의 마찰저항 등 각종 저항을 빼고 추정되지만, 일본국 공개실용신안공보 실개소61―152097호 공보는, 변형계측값을 이용함으로써 더 직접적으로 커터추진력을 취득하고 있다.
굴진 중에는, 다른 종류의 지층(地層) 사이를 걸치도록 굴진하거나, 매설물 또는 돌멩이와 조우(遭遇)하거나 하는 경우가 있다. 커터추진력을 파악하는 것은, 커터헤드 및 커터구동부의 손상이나 커터비트(cutter bit)(굴삭칼날)의 이상마모(異常磨耗) 등을 막기 위하여 중요하다.
: 일본국 공개실용신안공보 실개소61―152097호 공보
그러나 커터헤드 등의 회전부분에 스트레인 센서를 부착하는 경우에, 변형을 계측하는 부분 자체가 회전이동하기 때문에, 변형계측값에는 회전에 따르는 계측오차가 포함되어 버린다. 그 때문에 커터헤드에 작용하는 힘을 더 고정밀도로 파악할 수 있는 터널 굴진기가 요구되고 있다.
이 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 하나의 목적은, 회전에 따르는 계측오차를 억제하여, 커터헤드에 작용하는 힘을 더 고정밀도로 파악할 수 있는 터널 굴진기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 하나의 국면에 있어서의 터널 굴진기는, 커터헤드와, 커터헤드를 지지하고 또한 커터헤드와 함께 회전하는 커터지지부와, 커터헤드 및 커터지지부를 회전구동하는 커터구동부와, 커터헤드의 회전각도를 검출하는 회전각도 검출부와, 커터헤드 또는 커터지지부에 설치된 스트레인 센서와, 스트레인 센서의 계측결과에 의거하여 커터헤드에 작용하는 힘의 계측데이터를 취득하는 데이터 처리부를 구비하고, 데이터 처리부는, 커터헤드의 현재각도에 있어서 취득한 스트레인 센서의 현재계측값과, 현재각도에 대응하는 회전각도에 있어서 취득된 과거의 대응계측값에 의거하여 오차데이터를 취득하고, 오차데이터를 사용하여 현재의 계측데이터를 보정하도록 구성되어 있다.
또 「현재계측값」이라는 것은, 현재의 회전각도에 있어서의 변형계측값뿐만 아니라, 현재의 회전각도와 동등하다고 간주되는 회전각도에서의 변형계측값을 포함하는 개념이다. 예를 들면 현재계측값에는, 현재의 리얼타임(real time)의 회전각도에서의 변형계측값 이외에, 현재로부터 1샘플링 주기 전의 시점에서의 회전각도(현재의 각도검출값의 1개 전에 상당하기 직전의 샘플링 데이터(sampling data))에 있어서의 변형계측값이나, 현재각도(θ)로부터 1도분 되돌린 회전각도(θ―1도)에서의 변형계측값이 포함되어도 좋다. 마찬가지로 「대응계측값」도, 현재각도와 엄밀하게 동일한 회전각도(예를 들면 1회전 전의 동일한 각도)에서의 과거의 변형계측값이 아니라, 현재각도로부터 약간 어긋난 회전각도에서의 과거의 변형계측값이더라도 좋다.
본 발명의 하나의 국면에 의한 터널 굴진기에서는, 상기와 같이 데이터 처리부를, 커터헤드의 현재각도에 있어서 취득한 스트레인 센서의 현재계측값과, 현재각도에 대응하는 회전각도에 있어서 취득된 과거의 대응계측값에 의거하여 오차데이터를 취득하고, 오차데이터를 사용하여 현재의 계측데이터를 보정하도록 구성한다. 여기에서 본원발명자는, 예의 검토한 결과, 커터헤드의 회전에 따라 발생하는 계측오차가, 회전과 함께 변화되는 한편, 회전각도에 따라 주기적으로 변화되는 것을 찾아내었다. 그 때문에 본 발명에 의하면, 현재각도에 대응하는 과거의 회전각도에서의 대응계측값과 현재계측값에 의거하여 취득한 오차데이터를 사용하여 현재의 계측데이터를 보정함으로써, 회전에 따르는 계측오차의 주기성을 이용하여, 회전에 따르는 오차성분을 효과적으로 보정할 수 있다. 그 결과, 회전에 따르는 계측오차를 억제하여 커터헤드에 작용하는 힘을 더 고정밀도로 파악할 수 있다.
상기 하나의 국면에 의한 터널 굴진기에 있어서, 바람직하게는, 대응계측값은, 현재각도에 대한 1회전분 과거의 스트레인 센서의 계측값이다. 이와 같이 구성하면, 1회전 전의 최근접의 대응계측값에 의거하여 오차데이터를 취득할 수 있다. 이에 따라 복수 회전 전의 오래된 대응계측값을 사용하는 경우와 비교하여, 현재시점과 대응계측값의 취득시점과의 사이에서의 상황의 변화(잭추진력의 변화나 지산의 상황 변화)의 영향을 작게 할 수 있다. 그 결과, 회전에 따르는 계측오차를 더 정밀도 좋게 반영한 오차데이터를 취득할 수 있기 때문에, 회전에 따르는 계측오차를 더 정밀도 좋게 보정할 수 있다.
상기 하나의 국면에 의한 터널 굴진기에 있어서, 바람직하게는, 데이터 처리부는, 적어도 과거의 1회전분의 복수의 스트레인 센서의 계측값을 사용하여 산출한 기준값과, 현재계측값 및 대응계측값을 사용하여, 오차데이터를 산출하도록 구성되어 있다. 이와 같이 구성하면, 적어도 과거의 1회전분의 계측값을 사용함으로써, 회전에 따르는 계측오차의 주기성을 충분히 반영한 기준값을 얻을 수 있다. 그리고 이 기준값에 대한 현재의 회전각도의 계측값(현재계측값 및 대응계측값)의 차이를 평가함으로써, 회전에 따르는 계측오차를 반영한 오차데이터를 용이하게 취득할 수 있다.
이 경우에 바람직하게는, 기준값은, 현재각도 직전의 과거의 1회전분에 걸치는 스트레인 센서의 계측값의 평균값이다. 이와 같이 구성하면, 예를 들면 기준값으로서 중간값을 채용하는 경우에는, 실제에는 1회전분의 계측값 내의 중간값이 되는 특정의 회전각도의 계측값밖에 고려되지 않는 것에 대하여, 1회전분에 걸치는 계측값의 평균값을 채용함으로써 1회전분에 걸치는 계측값의 모든 데이터를 고려할 수 있다. 그 결과, 회전각도마다 계측오차를 더 반영한 오차데이터를 취득할 수 있다.
상기 기준값과, 현재계측값 및 대응계측값을 사용하여 오차데이터를 산출하는 구성에 있어서, 바람직하게는, 데이터 처리부는, 현재계측값 및 대응계측값의 평균값과, 기준값과의 차이에 의하여, 오차데이터를 산출하도록 구성되어 있다. 이와 같이 구성하면, 기준값과 현재계측값 및 대응계측값과의 시간적인 차이의 영향을 억제할 수 있다. 즉 예를 들면 직전의 과거의 1회전분에 걸치는 계측값의 평균값을 기준값으로서 사용하는 경우에, 기준값은, 시계열적(時系列的)으로는 현재와 1회전 전의 시점과의 중간의 시점에 대응하여, 현재로부터 반주기분의 지연이 생긴다. 이 경우에 현재계측값 및 대응계측값의 평균값을 산출함으로써, 시계열적으로 현재계측값 및 대응계측값의 중간시점의 값을 산출할 수 있다. 그 때문에, 현재계측값 및 대응계측값의 평균값과 기준값과의 시간적인 차이를 억제할 수 있으므로, 예를 들면 회전 중에 잭추진력이 변화되었을 경우 등에도, 잭추진력의 변화의 영향을 제외하여, 더 정밀도가 좋은 오차데이터를 산출할 수 있다.
상기 하나의 국면에 의한 터널 굴진기에 있어서, 바람직하게는, 데이터 처리부는, 커터헤드의 회전시작으로부터 적어도 1회전 후의 회전 중에 오차데이터에 의한 계측데이터의 보정을 하고, 커터헤드의 회전이 소정시간 이상 계속하여 정지하였을 경우에는, 오차데이터에 의한 계측데이터의 보정을 정지하도록 구성되어 있다. 이와 같이 구성하면, 대응계측값을 취득하는데에 필요한 계측값이 얻어지고나서, 오차데이터에 의한 계측데이터의 보정을 할 수 있다. 또한 커터헤드의 회전이 정지하였을 경우에는, 과거의 회전 중의 대응계측값을 사용한 오차데이터에 의한 계측데이터의 보정이 타당하지 않게 되기 때문에, 오차데이터에 의한 계측데이터의 보정을 정지할 수 있다. 또한 현재의 상황을 반영하지 않는 시간적으로 오래된 데이터를 사용하여 오차데이터를 산출하는 것을 방지할 수 있다. 이때에 커터헤드의 회전이 소정시간 경과 후에 보정을 정지함으로써, 회전정지 시에 계측데이터의 값이 돌연히 변화되는 것을 억제할 수 있다.
본 발명에 의하면, 상기와 같이 회전에 따르는 계측오차를 억제하여, 커터헤드에 작용하는 힘을 더 고정밀도로 파악할 수 있다.
도1은, 본 발명의 제1실시형태에 의한 터널 굴진기의 모식적인 종단면도이다.
도2는, 본 발명의 제1실시형태에 의한 터널 굴진기의 모식적인 정면도이다.
도3은, 변형계측을 실시하기 위한 기기를 나타낸 블럭도이다.
도4는, 현재계측값, 대응계측값 및 오차데이터를 개념적으로 나타내는 도면이다.
도5는, 커터헤드가 정회전하는 경우의 데이터열을 나타내는 도면이다.
도6은, 커터헤드가 역회전하는 경우의 데이터열을 나타내는 도면이다.
도7은, 본 발명의 제1실시형태에 의한 터널 굴진기의 데이터 처리장치에 의한 변형계측 플로우이다.
도8은, 본 발명의 제1실시형태에 의한 터널 굴진기의 데이터 처리장치에 의한 연산 플로우이다.
도9는, 도8의 연산 플로우에 있어서의 커터추진력의 계산 플로우(서브루틴)이다.
도10은, 도9의 계산 플로우에 따른 데이터 처리장치의 동작예를 나타내는 도면이다.
도11은, 잭추진력으로부터 구한 커터추진력의 시간변화를 나타낸 그래프이다.
도12는, 도11의 커터추진력의 계측 시에 있어서의 커터칼럼의 변형계측결과를 나타낸 그래프이다.
도13은, 도11의 커터추진력과 도12의 변형계측결과를 포개어서 나타낸 그래프이다.
도14는, 도12의 변형계측결과와 회전각도의 관계를 나타낸 그래프이다.
도15는, 도11의 커터추진력과 오차보정 후의 변형계측결과를 포개어서 나타낸 그래프이다.
도16은, 제1실시형태에 의한 터널 굴진기의 제1변형예를 나타낸 모식적인 종단면도(A) 및 모식적인 부분정면도(B)이다.
도17은, 제1실시형태에 의한 터널 굴진기의 제2변형예를 나타낸 모식적인 종단면도(A) 및 모식적인 부분정면도(B)이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 의거하여 설명한다.
[제1실시형태]
도1∼도10을 참조하여, 본 발명의 제1실시형태에 의한 터널 굴진기(tunnel 掘進機)(1)에 대하여 설명한다.
(터널 굴진기의 전체 구성)
도1에 나타내는 바와 같이 터널 굴진기(1)는, 굴삭면(掘削面)을 구성하는 커터헤드(cutter head)(11)와, 커터칼럼(cutter column)(12) 및 선회대(旋回臺)(13)와, 커터구동부(14)를 구비하고 있다. 제1실시형태에서는, 터널 굴진기(1)가 커터헤드(11)의 지지방식으로서 중간지지방식(中間支持方式)을 채용한 중∼대구경 타입인 예를 나타내고 있다. 중간지지방식에서는, 커터헤드(11)는, 회전구동되는 원환모양의 선회대(13)에 대하여, 회전축선방향(X방향)으로 연장되는 다리부(커터칼럼(12))에 의하여 부착된다. 선회대(13)는, 앞쪽몸통부(15)의 격벽(隔璧)(벌크헤드(bulk-head))(16)에 설치된 베어링(bearing)(17)에 의하여 회전축을 중심으로 하여 회전할 수 있도록 지지된다. 커터칼럼(12)은, 본 발명의 「커터지지부」의 일례이다.
또 이하에서는, 터널 굴진기(1)의 커터헤드(11) 및 앞쪽몸통부(15)의 각 부만을 설명하고, 그 이외의 뒤쪽몸통부 등에 대해서는 설명을 생략한다.
커터헤드(11)는, 굴진방향으로부터 보아서 원형모양(도2를 참조)으로 형성되어 있고, 회전축선(A)을 중심으로 하여 회전하도록 구성되어 있다. 커터헤드(11)는, 굴진방향 전방(X1방향)의 굴삭면에 커터비트(cutter bit)(11a)를 갖는다. 커터비트(11a)는, 복수의 방사상(放射狀)의 스포크부(spoke部)(1lb)(도2를 참조)에 각각 복수 부착되어 있다. 커터비트(11a)에 의하여 깎인 굴삭토(掘削土)는, 관통구멍을 통하여 커터헤드(11)의 내부로 진입하여, 토압실드(土壓shield)의 경우이면 도면에 나타내지 않은 스크루 컨베이어에 의하여 외부로 반출된다. 또 이수실드(泥水shield)의 경우에는, 커터헤드(11)와 격벽(16) 사이의 커터챔버(cutter chamber) 내로 이수를 보내어 굴삭토를 슬러리화(slurry化) 하고, 슬러리화 된 굴삭토를 도면에 나타내지 않은 배관으로부터 배출한다.
커터칼럼(12)은, 중공통(中空筒)모양의 빔부재(beam部材)이며, 커터헤드(11)를 지지하고 또한 커터헤드(11)와 함께 회전하도록 구성되어 있다. 커터칼럼(12)은, 전방(X1방향)의 단부(端部)가 커터헤드(11)의 스포크부(1lb)에 부착되어 있고, 후방(X2방향)의 단부가 선회대(13)에 부착되어 있다.
도2에 나타내는 바와 같이 커터칼럼(12)은, 회전축선(A)으로부터 반경방향으로 소정의 거리 둔 위치에 등각도(等角度) 간격으로 배치되어 있다. 구체적으로는, 커터헤드(11)에 있어서 8개의 스포크부(1lb)가 45도 간격으로 설치되어 있다. 커터칼럼(12)은, 각각의 스포크부(1lb)에 1개씩, 합계 8개 설치되어 있다. 따라서 커터칼럼(12)은, 회전축선(A)의 둘레에 45도의 등각도 간격으로 배치되어 있다. 커터칼럼(12)은 각기둥형상을 갖는다.
도1로 되돌아가서, 선회대(13)는, 원환모양으로 형성되고, 전방(X1방향)측에서 복수(8개)의 커터칼럼(12)을 지지하고 있다. 선회대(13)는, 앞쪽몸통부(15)의 격벽(16)에 설치된 베어링(17)에 의하여 회전축선(A)을 중심으로 하여 회전할 수 있도록 지지되어 있다.
커터구동부(14)는, 격벽(16)의 후방(X2방향)에 배치되어 있고, 선회대(13)에 구동토크(驅動torque)를 부여하여 회전축선(A)을 중심으로 하여 회전구동하도록 구성되어 있다. 이와 같이 커터헤드(11)는 커터칼럼(12) 및 선회대(13)에 의하여 회전축선(A)을 중심으로 하여 회전할 수 있도록 지지되어, 커터헤드(11), 커터칼럼(12) 및 선회대(13)가 커터구동부(14)에 의하여 일체적으로 회전(선회)된다. 한편 앞쪽몸통부(15)나 격벽(16)은 회전하지 않는 정지체(靜止體)이다.
터널 굴진기(1)는, 커터헤드(11)의 회전방향의 위치(회전각도)를 검출하는 로터리 인코더(rotary encoder)(20)(이하, 인코더(20)라고 한다)를 구비하고 있다. 인코더(20)는, 격벽(16)의 후방(X2방향)에 설치되며, 커터헤드(11)(선회대(13))의 회전각도를 취득하여 검출한다. 인코더(20)는, 회전각도의 절대위치를 검출할 수 있는 앱설루트형(absolute型)이 채용되어 있어, 커터헤드(11)의 기준위치(예를 들면 도2에 나타내는 위치)로부터의 회전각도를 검출한다. 인코더(20)는 본 발명의 「회전각도 검출부」의 일례이다.
터널 굴진기(1)는, 앞쪽몸통부(15)에 설치된 추진잭(推進jack)(21)의 추진력에 의하여 굴진방향(X1방향)으로 추진된다. 추진잭(21)은 복수 개로 1개의 블록을 구성하고, 복수의 블록이 원통형상의 앞쪽몸통부(15)의 내주에 대략 전체 둘레에 걸쳐서 배열되어 있다. 커터구동부(14)에 의한 회전구동과, 추진잭(21)에 의한 잭추진력의 부여(추진)는 독립하여 제어된다.
제1실시형태에서는, 터널 굴진기(1)는, 커터헤드(11)에 작용하는 힘을 계측하기 위한 스트레인 센서(strain sensor)(22)와, 스트레인 센서(22)의 검출결과를 취득하는 데이터 처리장치(데이터 처리부)(23)를 구비하고 있다. 스트레인 센서(22)는 커터헤드(11) 또는 커터칼럼(12)에 설치하는 것이 가능하지만, 제1실시형태에서는 스트레인 센서(22)를 커터칼럼(12)에 설치한 예를 나타내고 있다.
스트레인 센서(22)는, 터널 굴진기(1)에 하나 또는 복수 설치하여도 좋다. 제1실시형태에서는, 도2에 나타내는 바와 같이 스트레인 센서(22)는, 약 45도의 등각도 간격으로 배치된 8개의 커터칼럼(12) 중에서 약 90도 간격의 4개의 커터칼럼(12)(해칭부)의 내부에 각각(4개소) 설치되어 있다.
이와 같이 360도를 4분할(90도)하도록 스트레인 센서(22)를 설치함으로써, 커터헤드(11)를 정지시킨 상태에서도 커터헤드(11)의 굴삭면에 작용하는 커터추진력을 얻을 수 있다. 또 8개의 커터칼럼의 모두에 스트레인 센서를 설치하여도 좋다.
또한 터널 굴진기(1)는 온도센서(25)(도3을 참조)를 구비하고 있다. 온도센서(25)는, 스트레인 센서(22)의 근방에 설치되어, 스트레인 센서(22)의 근방의 온도를 검출한다. 온도센서(25)는, 온도보상에 의하여 변형계측에 대한 굴삭열의 영향을 제거하기 위하여 설치되어 있다.
도1에 나타내는 바와 같이 각각의 스트레인 센서(22)는, 커터헤드(11)의 중심부(11c)의 내부에 설치된 중계박스(中繼box)(26)에 접속되어 있다. 도3에 나타내는 바와 같이 중계박스(26)는, 스트레인 센서(22)용의 앰프(amplifier)(26a)와, 온도센서(25)용의 앰프(26b)와, 통신기기(26c)와, 전원장치(26d)를 갖는다. 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)에 전원공급을 한다.
데이터 처리장치(23)는 CPU(231) 및 메모리(232) 등을 구비한 컴퓨터이다. 데이터 처리장치(23)는, 스트레인 센서(22)의 검출결과에 의거하여 커터헤드(11)에 작용하는 힘(커터추진력)의 계측데이터를 취득하는 기능을 갖는다. 또한 데이터 처리장치(23)는, 커터헤드(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 스트레인 센서(22)의 검출신호를 취득한다. 또한 데이터 처리장치(23)는, 인코더(20)로부터 커터헤드(11)의 회전방향의 위치(현재각도(θ))의 검출신호를 취득한다. 데이터 처리장치(23)는, 현재각도(θ)에 있어서의 4개소의 스트레인 센서(22)의 회전축선방향의 변형계측값을 각각 취득한다.
또한 데이터 처리장치(23)는, 중계박스(26)의 통신장치(26c)로부터 온도센서(25)의 검출신호를 취득한다. 데이터 처리장치(23)는, 예를 들면 커터칼럼(12)이 소정온도 이상으로 온도상승하였을 경우에 온도보상을 한다. 데이터 처리장치(23)는 항상 온도보상을 하여도 좋다.
데이터 처리장치(23)는, 도1에 나타내는 바와 같이 터널 굴진기(1)의 오퍼레이션룸(operation room)(운전실)(29)의 컴퓨터나, 지상의 모니터링실(monitoring room)(도면에 나타내지 않는다)의 컴퓨터와 접속되어 있다. 데이터 처리장치(23)는 취득한 계측데이터를 출력할 수 있다.
(커터추진력의 계측데이터의 취득처리의 개요)
도4∼도6을 참조하여, 커터추진력의 계측데이터의 취득처리를 개념적으로 설명한다. 도4에 나타내는 바와 같이 제1실시형태에서는, 데이터 처리장치(23)는, 커터헤드(11)의 현재각도(θ)에 있어서 취득한 스트레인 센서(22)의 현재계측값(Vp)과, 현재각도(θ)에 대응하는 회전각도에 있어서 취득된 과거의 대응계측값(Vo)에 의거하여 오차데이터(Er)를 취득한다. 그리고 데이터 처리장치(23)는, 오차데이터(Er)를 사용하여 현재의 계측데이터(F)를 보정하도록 구성되어 있다.
현재각도(θ)는, 커터헤드(11)의 소정의 기준회전위치에 대한 현재의 회전각도의 계측값이다. 현재각도(θ)는 예를 들면 0도∼359도까지의 1도 단위로 취득한다. 커터헤드(11)를 회전시키고 있는 경우에 현재각도(θ)는 시간의 함수로 되기 때문에, 현재시각과 치환하여 생각하여도 좋다.
현재계측값(Vp)은, 현재각도(θ)에 대응하는 현재의 변형계측값이다. 동일시각(동일각도)에서 4개의 스트레인 센서(22)로부터 취득한 변형계측값의 평균값(센서평균값)을 현재계측값(Vp)으로 사용한다. 또 후술하는 바와 같이 현재계측값(Vp)은, 엄밀하게 현재각도(θ)에 있어서의 변형계측값이 아니어도 좋으며, 현재각도(θ)와 동등하다고 간주되는 근방의 회전각도에서의 변형계측값이어도 좋다.
대응계측값(Vo)은, 현재계측값(Vp)에 대응하는 과거의 변형계측값이며, 메모리(232)에 기억되어 있다. 대응계측값(Vo)에는, 현재계측값(Vp)에 대하여 1회전(360도) 또는 복수 회전 전에 취득한 변형계측값(센서평균값)을 채용할 수 있다. 제1실시형태에서는, 대응계측값(Vo)은, 현재각도(θ)에 대한 1회전분 과거의 스트레인 센서(22)의 계측값이다.
오차데이터(Er)는, 커터헤드(11)의 회전에 따르는 계측오차의 데이터이다. 터널 굴진기(1)의 회전부분(커터헤드(11) 및 커터칼럼(12) 등)에 스트레인 센서(22)를 설치하여 변형계측을 하는 경우에, 변형계측값은 가로축에 나타낸 회전각도에 따라 변동하는 오차성분을 포함한다. 오차데이터(Er)는, 이 회전각도에 따라 변동하는 오차성분이며 주기성을 갖는다. 즉 도4에서 나타낸 1주기(1회전)분의 변형계측값의 변동이, 2주기째(2회전째) 이후에도 동일한 경향을 가지고 나타난다. 또 도4에서는, 시간경과에 비례하여 추진잭(21)의 잭추진력을 증대시키고 있는 예를 나타내고 있다. 그 때문에 도4의 변형계측값은 시간의 경과와 함께 증대되고 있다.
데이터 처리장치(23)는, 적어도 과거의 1회전분의 복수의 계측값을 사용하여 산출한 기준값(AG)과, 현재계측값(Vp) 및 대응계측값(Vo)을 사용하여, 오차데이터(Er)를 산출하도록 구성되어 있다.
어떤 회전각도의 오차데이터(Er)는, 그 회전각도에 있어서의 현재계측값(Vp) 및 대응계측값(Vo)의, 기준값(AG)에 대한 변화량으로서 평가할 수 있다. 기준값(AG)은, 예를 들면 현재의 현재계측값(Vp)과 과거의 대응계측값(Vo)의 사이에 포함되는 각 계측값을 사용하여 산출한다.
오차데이터(Er)가 회전에 따르는 변동성분이기 때문에, 기준값(AG)은 적어도 1회전분의 각 계측값을 반영하고 있는 것이 바람직하다. 제1실시형태에서는, 기준값(AG)은, 현재각도(θ) 직전의 과거의 1회전분에 걸치는 스트레인 센서(22)의 계측값의 평균값이다. 그 때문에 기준값(AG)은 1회전분의 360개의 계측값의 평균값이 된다.
기준값(AG)으로서 1회전분의 평균값을 사용하는 경우에 기준값(AG)은, 시계열적(時系列的)으로는 현재로부터 반주기(半周期) 전(λ/2)의 시점의 데이터(산출범위의 중간시점의 데이터)에 집약된다. 그 때문에, 도4와 같이 잭추진력의 변화가 있는 경우에는 반주기 사이의 잭추진력의 변화량(DF)을 고려할 필요가 있다.
그래서 제1실시형태에서는, 데이터 처리장치(23)는, 현재계측값(Vp) 및 대응계측값(Vo)의 평균값(Aop)과, 기준값(AG)과의 차이에 의하여 오차데이터(Er)를 산출하도록 구성되어 있다. 즉 오차데이터(Er) = Aop―AG이다. 이에 따라 도4에 나타내는 평균값(Aop)과 기준값(AG)과의 차이가 오차데이터(Er)로서 산출된다. 현재계측값(Vp) 및 대응계측값(Vo)은, 기준값(AG)의 산출에 사용하는 계측값 범위의 양단(兩端)에 있다. 그 때문에, 평균값(Aop)을 사용함으로써 기준값(AG)과 평균값(Aop)의 시계열을 맞출 수 있어, 잭추진력의 변화량(DF)을 오차에 포함시키지 않고 오차데이터(Er)가 산출된다.
오차데이터(Er) 이외의 계측오차가 존재하지 않아, 잭추진력이 커터헤드(11)에 작용하는 커터추진력에 그대로 반영된다고 가정하면, 도4에 나타나 있는 바와 같이 현재계측값(Vp)에 포함되는 오차데이터와 대응계측값(Vo)에 포함되는 오차데이터는 거의 동일하게 되어, 현재계측값(Vp)으로부터 오차데이터(Er)를 빼는 보정을 함으로써, 계측오차를 제거한 계측값이 얻어진다. 이에 따라 보정 후의 커터추진력의 계측데이터(F)를 얻을 수 있다.
그런데 커터헤드(11)의 회전에는, 정회전(예를 들면 시계방향의 회전)과 역회전(예를 들면 반시계방향의 회전)이 있다. 그 때문에 도5에 나타내는 정회전의 경우에, 현재각도(θ) = 0도로 하였을 경우에 1회전(1주기) 전의 데이터는, 0도에서부터 359도 사이의 데이터열(data列) 중에서 1개 앞(θ＋1)의 데이터(1도의 데이터)에 상당한다. 한편 도6에 나타내는 역회전의 경우에, 현재각도(θ) = 0도에 대한 1회전(1주기) 전의 데이터는, 데이터열 중에서 1개 전(θ―1)의 데이터(359도의 데이터)에 상당한다. 그 때문에, 대응계측값(Vo)으로서 참조하는 과거의 데이터는 회전방향에 의하여 참조처가 변하게 된다.
회전방향에 따라 데이터 참조처를 변경하여도 좋지만, 제1실시형태에서는, 현재계측값(Vp) 및 대응계측값(Vo)의 평균값(Aop)의 산출을 아래의 식(1)에 의하여 한다.
Aop = {「계측값(θ＋1)」＋「계측값(θ―1)」}/2
(단 θ = 0일 때에 θ―1 = 359, θ = 359일 때에 θ＋1 = 0) …… (1)
「계측값(θ＋1)」 및 「계측값(θ―1)」은, 각각 회전각도(θ＋1)에 있어서의 계측값, 회전각도(θ―1)에 있어서의 계측값이다.
이 경우에 정회전 시에는, 계측값(θ＋1)이 1회전 전의 과거의 대응계측값(Vo)에 상당하고, 계측값(θ―1)이 현재계측값(Vp)에 상당한다. 이때에 현재각도(θ)와 (θ―1)과의 차이가 충분히 작기 때문에, 계측값(θ) ≒ 계측값(θ―1)으로 간주하여, 계측값(θ―1)을 현재계측값(Vp)으로 하고 있다.
역회전 시에는, 계측값(θ＋1)이 현재계측값(Vp)에 상당하고, 계측값(θ―1)이 1회전 전의 과거의 대응계측값(Vo)에 상당한다. 계측값(θ) ≒ 계측값(θ＋1)으로 간주하여, 계측값(θ＋1)을 현재계측값(Vp)으로 하고 있다.
이와 같이 계측값(θ＋1)과 계측값(θ―1)을 참조하면, 회전방향이 어느 쪽의 방향이더라도 일방(一方)을 현재계측값(Vp), 타방(他方)을 대응계측값(Vo)으로 간주할 수 있다. 그 때문에, 위의 식(1)에 의하여 평균값(Aop)을 산출하는 경우에 회전방향에 의하지 않는 통일적인 취급이 가능하게 된다.
또 제1실시형태에서는, 데이터 처리장치(23)는, 커터헤드(11)의 회전시작으로부터 적어도 1회전 후의 회전 중에 오차데이터(Er)에 의한 계측데이터(F)의 보정을 하고, 커터헤드(11)의 회전이 소정시간 이상 계속하여 정지하였을 경우에는, 오차데이터(Er)에 의한 계측데이터(F)의 보정을 정지하도록 구성되어 있다.
회전시작 후의 보정시작 타이밍은, 대응계측값(Vo)으로서 어떤 회전 전의 계측값을 사용하는지에 따라 결정하면 좋다. 제1실시형태에서는 대응계측값(Vo)으로서 1회전 전의 계측값을 사용하기 때문에, 데이터 처리장치(23)는 회전시작으로부터 1회전 후에 오차데이터(Er)에 의한 계측데이터(F)의 보정을 시작한다.
정지 시에 있어서의 계측데이터(F)의 보정정지 타이밍은, 보정정지 전후에서의 계측데이터(F)의 변화의 영향이 적은 타이밍으로 하는 것이 바람직하다. 그래서 제1실시형태에서는, 현재각도(θ)에 일정시간 변화가 없는 경우에 데이터 처리장치(23)는 커터헤드(11)가 정지되었다고 판단한다. 그리고 데이터 처리장치(23)는, 커터헤드(11)가 정지되었다고 판단한 후에 정지상태가 소정의 정지대기시간의 사이 계속되었을 경우에, 오차데이터(Er)에 의한 보정을 정지한다. 그 후에 커터헤드(11)의 회전이 재개된 경우에는, 데이터 처리장치(23)는 회전재개로부터 1회전 후에 오차데이터(Er)에 의한 보정을 시작한다.
(데이터 처리장치의 처리)
다음에 도7∼도9를 참조하여, 제1실시형태에 의한 터널 굴진기(1)의 데이터 처리장치(23)가 하는 처리에 대하여 설명한다.
<계측처리>
도7에 나타내는 계측 플로우는, 소정의 샘플링 주기(예를 들면 0.1초)마다 각 스트레인 센서(22)로부터 계측결과를 취득하는 처리를 나타내고 있다.
데이터 처리장치(23)는, 도7의 스텝S1에 있어서, 센서의 이상(異常)의 유무를 확인한다. 데이터 처리장치(23)는, 4개소의 커터칼럼(12)에 설치된 각각의 스트레인 센서(22) 및 온도센서(25)의 이상을 검출한다.
또 이하에서는, 커터칼럼(12)마다 4개의 스트레인 센서(22)를 각각 게이지1∼게이지4라고 하고, 4개의 온도센서(25)를 온도1∼온도4라고 한다. 데이터 처리장치(23)는, 단선(斷線)이나 단락(短絡) 등의 이상이 있는 경우에 각 센서의 상태를 나타내는 검출값으로서 0을 부여하고, 이상이 없는 경우에는 검출값으로서 1을 부여한다. 이 결과, 게이지1∼게이지4의 검출값EG1∼검출값EG4와, 온도1∼온도4의 검출값ET1∼검출값ET4(각각 0 또는 1)이 취득된다.
스텝S2에 있어서, 데이터 처리장치(23)는 각 계측값을 받아들인다. 구체적으로는, 커터헤드(11)의 현재각도(θ)가 인코더(20)로부터 취득된다. 또한 게이지1∼게이지4의 각 스트레인 센서(22)로부터 변형계측값 G1a∼G4a가 취득된다. 현재각도(θ)에 있어서의 게이지1∼게이지4의 변형계측값은, 회전방향으로 90도씩 위상이 어긋난 계측값이 된다. 또한 온도1∼온도4의 각 온도센서(25)로부터, 각각 스트레인 센서(22) 근방의 온도계측값 T1a∼T4a가 취득된다. 각 센서의 샘플링 시점의 순시값(瞬時値)이 계측값으로서 받아들여진다.
스텝S3에 있어서, 데이터 처리장치(23)는 얻어진 계측값(변형계측값 G1a∼G4a 및 온도계측값 T1a∼T4a)에 대하여 로우패스필터 처리(low-pass filter 處理)를 하여, 고주파 성분(노이즈)을 제거한다. 로우패스필터 처리는, 계측값에 대하여 이동평균(moving average)이나 창함수(window function) 등의 로우패스필터 함수를 적용함으로써 실시된다. 이에 따라 로우패스필터 처리 후의 변형계측값 G1b∼G4b 및 온도계측값 T1b∼T4b가 각각 취득된다. 또 계측값의 노이즈가 크지 않은 경우에는, 로우패스필터 처리를 하지 않아도 좋다.
스텝S4에 있어서, 데이터 처리장치(23)는, 로우패스필터 처리 후의 변형계측값 G1b∼G4b에 대하여 온도계측값 T1b∼T4b를 사용하여 온도보상처리를 한다. 온도보상처리는, 미리 설정된 온도보상함수를 사용하여 실시된다. 이에 따라 온도보상처리 후의 변형계측값이 G1c∼G4c로서 취득된다.
스텝S5에 있어서, 데이터 처리장치(23)는, 온도보상처리 후의 각 스트레인 센서(22)의 변형계측값 G1c∼G4c에 대하여 각각의 회전각도의 위상을 일치시키는 처리(데이터의 재배열(rearrangement))를 하여, 기준각도에 대한 회전각도마다의 데이터로서 정리한다.
즉 현재각도(θ)에 있어서 금회(今回)에 취득된 게이지1∼게이지4의 온도보상처리 후의 각 변형계측값 G1c∼G4c를, 데이터 처리장치(23)는 4개의 회전각도(φ)의 데이터로서 아래와 같이 재배열한다.
G1(φ) = G1c
G2(φ＋90) = G2c
G3(φ＋180) = G3c
G4(φ＋270) = G4c
여기에서는, 현시점의 커터헤드(11)의 회전각도인 현재각도(θ)에 대하여, 시간과 관계없는 회전각도로서 회전각도(φ)(φ = 0도∼359도)를 편의적으로 사용하고 있다.
이 결과 커터헤드(11)를 회전시키면서 계측하면, 커터헤드(11)가 1회전하였을 경우에는, 임의의 회전각도(φ)에 대하여 4개씩 변형계측값 G1(φ)∼G4(φ)이 기록되어 있게 된다. 현시점에서 커터헤드(11)에 작용하는 힘인 커터추진력을 생각하는 경우에, 현재각도(θ)에 있어서 취득한 계측값 G1c∼G4c를 고려하면 좋다. 회전각도마다 커터헤드(11)에 작용하는 힘(힘의 회전각도분포)을 생각하는 경우에, 회전각도(φ)로 치환한 G1(φ)∼G4(φ)을 고려하면 좋다.
이상의 계측 플로우를 소정의 샘플링 주기마다 루프시킴으로써 회전각도마다의 변형계측값이 순차적으로 취득된다.
<연산처리>
도8에 나타내는 연산 플로우는, 소정의 주기(예를 들면 1초)마다, 변형계측값으로부터 커터헤드(11)에 작용하는 힘(커터추진력)과, 힘의 회전각도분포를 구하는 처리를 나타내고 있다.
데이터 처리장치(23)는, 도8의 스텝S11에 있어서, 커터헤드(11)에 작용하는 힘(커터추진력)의 계측데이터(F)를 산출한다. 커터추진력의 산출처리는, 도9에 나타내는 산출 플로우(서브루틴)에 의하여 실시된다.
우선 도9의 스텝S21에 있어서, 데이터 처리장치(23)는, 현재각도(θ)에 있어서의 계측값의 센서평균값(Gave(θ))을 산출한다. 센서평균값(Gave(θ))은, 현시점(현재각도(θ))에서 취득된 4개의 스트레인 센서(22)의 계측값 G1c∼G4c의 평균값이다.
센서평균값(Gave(θ))은 아래의 식(2)로 나타내어진다.
Gave(θ) = (G1c×EG1＋G2c×EG2＋G3c×EG3＋G4c×EG4)/(EG1＋EG2＋EG3＋EG4) …… (2）
Gave(θ)는, 게이지1∼4의 변형계측값 중에서 이상 유무의 확인에 의하여 정상이라고 판단된 변형계측값의 평균이다. 따라서 예를 들면 도7의 스텝S1에 있어서 게이지4만이 이상이라고 판정되었을 경우(EG4 = 0)에, 이상이라고 판단된 게이지4를 제외한 나머지 3개의 변형계측값의 평균이 산출된다. 데이터 처리장치(23)는, 얻어진 센서평균값(Gave(θ))을 메모리(232)에 기록한다.
스텝S22에 있어서, 데이터 처리장치(23)는, 현재각도(θ) 직전의 1회전(360도)분의 계측값의 평균값(기준값(AG))을 산출하여 메모리(232)에 기록한다. 기준값(AG)은 아래의 식(3)으로 나타내어진다.
AG = ΣGave(θ)/360 …… (3)
스텝S23에 있어서, 데이터 처리장치(23)는, 회전카운터(回轉counter)(C1)의 값을 경신한다. 회전카운터(C1)는, 회전을 시작하고나서 현재까지의 누적회전각도를 상한값까지 카운트하는 것이다. 회전카운터(C1)는, 회전시작 후에 1회전한 것인지 아닌지의 판단을 하기 위하여 회전각도를 카운트함과 아울러, 계측데이터 보정의 정지대기시간을 카운트(카운트 다운)하기 위한 카운터이다. 제1실시형태에서는, 이들 2종류의 판정사항을 공통의 회전카운터(C1)에 의하여 판정한다.
회전카운터(C1)의 상한값은, 여기에서는 720(도)으로 설정되어 있다. 스텝S23에서는, 전회(前回) 산출 시의 각도(전회각도(前回角度)(θold))와 금회의 현재각도(θ) 차이의 절대값|θold―θ|의 값이 회전카운터(C1)에 가산된다(C1 = C1＋|θold―θ|). 회전카운터(C1)가 상한값에 도달하고 있는 경우에 카운트는 상한값(720)인 상태로 유지된다.
스텝S24에 있어서, 데이터 처리장치(23)는 커터헤드(11)의 회전각도에 변화가 있는지 없는지를 판단한다. 데이터 처리장치(23)는, |θold―θ| > 0일 때에 회전각도에 변화있다고 판단하고, |θold―θ| = 0일 때에 회전각도에 변화없다고 판단한다.
커터헤드(11)의 회전각도에 변화가 있다고 판단한 경우에 데이터 처리장치(23)는, 스텝S25에 있어서 시간카운터(C2)의 값을 0으로 리셋한다(C2 = 0). 그리고 데이터 처리장치(23)는 스텝S29로 처리를 진행시킨다. 시간카운터(C2)는, 커터헤드(11)의 각도변화가 없다고 판단된 경우에, 커터헤드(11)가 정지상태로 되었다고 판단하기 위한 상한값까지 정지계속시간을 카운트하는 것이다. 시간카운터(C2)의 상한값은, 여기에서는 10(초)로 설정되어 있다.
한편 스텝S24에서 커터헤드(11)의 각도변화가 없다고 판단한 경우에 데이터 처리장치(23)는, 스텝S26에 있어서 시간카운터(C2)의 값에 경과시간을 가산한다(C2 = C2＋경과시간). 경과시간은 연산처리의 전회실행 시로부터의 경과시간이다. 여기에서는 연산 플로우를 1초 주기로 하였기 때문에, 가산되는 경과시간은 1(초)이다. 시간카운터(C2)가 상한값에 도달하고 있는 경우에 카운트는 상한값(10초)인 상태로 유지된다.
스텝S27에 있어서, 데이터 처리장치(23)는 시간카운터(C2)가 상한값(10초)인지 아닌지를 판단한다. 상한값에 도달하지 않고 있으면, 데이터 처리장치(23)는 처리를 스텝S29로 진행시킨다.
상한값에 도달하고 있는 경우에 데이터 처리장치(23)는, 스텝S28에 있어서 회전카운터(C1)의 값을 소정의 감산량(Q)만큼 감산한다(C1 = C1―Q). 감산의 결과 C1 < 0으로 되는 경우에 C1 = 0이 된다.
감산량(Q)은, 시간카운터(C2)가 상한값에 도달하고나서 계측데이터(F)의 보정을 정지할 때까지의 정지대기시간에 따라 설정된다. 제1실시형태에서는, 감산량(Q)은 60으로 설정되어 있다. 회전카운터(C1) 및 시간카운터(C2)의 변화와, 계측데이터의 보정의 실행과의 구체적인 관계는 후술한다.
회전카운터(C1)의 값을 감산하면, 데이터 처리장치(23)는 처리를 스텝S29로 진행시킨다. 스텝S29에서는, 데이터 처리장치(23)는, 차회(次回)의 연산처리를 위하여 전회각도(θold)의 값을 금회의 현재각도(θ)의 값으로 경신한다(θold = θ).
스텝S30에 있어서, 데이터 처리장치(23)는 오차데이터(Er(θ))를 산출한다. 오차데이터(Er(θ))는 아래의 식(4)로 나타내어진다.
Er(θ) = {Gave(θ―1)＋Gave(θ＋1)}/2―AG
(단, θ = 0일 때에 θ―1 = 359, θ = 359일 때에 θ＋1 = 0) …… (4)
또 위의 식(4)는 위의 식(1)과 동일한 것이다. 위의 식(4)의 우변에 있어서, Gave(θ―1) 및 Gave(θ＋1)의 일방(一方)이 현재계측값(Vp)에 대응하고, 타방(他方)이 대응계측값(Vo)에 대응한다. {Gave(θ―1)＋Gave(θ＋1)}/2는 상기에서 설명한 평균값(Aop)이다.
다음에 스텝S31에 있어서, 데이터 처리장치(23)는, 회전카운터(C1)의 값이 보정실행 임계값 이상인지 아닌지를 판단한다. 보정실행 임계값에는, 커터헤드(11)의 1회전분에 대응하는 360(도)이 설정되어 있다.
회전카운터(C1)의 값이 보정실행 임계값 미만인 경우에 데이터 처리장치(23)는, 스텝S32에 있어서 커터추진력의 계측데이터(F)를 산출한다. 스텝S32에서는, 데이터 처리장치(23)는, 오차데이터(Er)를 사용한 보정을 하지 않고, 센서평균값(Gave(θ))을 사용하여 아래의 식(5)에 의하여 계측데이터(F)를 산출한다.
F = K×Gave(θ) …… (5)
K는, 변형을 추진력(응력)으로 변환하기 위한 계수이다.
회전카운터(C1)의 값이 보정실행 임계값 이상인 경우에 데이터 처리장치(23)는, 스텝S33에 있어서 오차데이터(Er(θ))를 사용하여 커터추진력의 계측데이터(F)를 보정한다. 데이터 처리장치(23)는 아래의 식(6)에 의하여 계측데이터(F)를 산출한다.
F = K×{Gave(θ)―Er(θ)} …… (6)
스텝S32 또는 스텝S33에 있어서 계측데이터(F)가 산출되면, 스텝S11의 커터추진력의 계산처리가 종료한다. 다음에 도8의 메인 플로우로 되돌아가서, 스텝S12로 처리가 진행된다.
도8의 스텝S12에 있어서 데이터 처리장치(23)는, 커터헤드(11)에 작용하는 힘의 회전각도분포(Fd(φ))를 회전각도(φ)마다 산출한다.
어떤 회전각도(φ)에 있어서의 힘(Fd(φ))은 아래의 식(7)로 나타내어진다.
Fd(φ) = K×Gave(φ)
Gave(φ) = (G1(φ)×EG1＋G2(φ)×EG2＋G3(φ)×EG3＋G4(φ)×EG4)/(EG1＋EG2＋EG3＋EG4) …… (7)
Gave(φ)는, 도7의 스텝S5에서 얻어진 동일한 회전각도(φ)에서의 변형계측값의 평균이다. 데이터 처리장치(23)는, 힘(Fd(φ))을 φ = 0∼359의 범위에서 반복하여 산출함으로써, 커터헤드(11)에 작용하는 힘의 회전방향분포를 취득한다.
이상의 연산 플로우를 소정의 주기마다 루프시킴으로써 각 시각(각 현재각도(θ))에 있어서의 커터추진력의 계측데이터(F(θ))와, 회전각도(φ)마다 커터헤드(11)에 작용하는 힘의 회전방향분포(Fd(φ))가 취득된다.
(데이터 처리장치의 처리동작예)
다음에 도10을 참조하여, 터널 굴진기(1)의 동작 시에 있어서의 데이터 처리장치(23)의 처리동작예를 설명한다. 도10에서는, 설명을 위한 가상적인 동작예로서, 커터헤드(11)의 회전이 1초에 대하여 1도 진행하고, 정회전(0도에서부터 359도로 진행하는 회전)만인 경우의 시계열에 따른 처리동작예를 나타내고 있다.
시각0(초)에 있어서 회전을 시작하면, 현재각도(θ)가 진행한다. 도10의 예에서는, |θold―θ| = 1도가 되기 때문에, 회전카운터(C1)의 값은 1초마다 1씩 가산된다. 회전 중(|θold―θ| > 0)에는 시간카운터(C2)의 값이 0으로 리셋된다.
회전카운터(C1)가 1회전분에 상당하는 보정실행 임계값(360)이 될 때까지 오차데이터(Er)에 의한 보정은 실시되지 않는다. 즉 동작시작 후에 1회전째에서는, 위의 식(5)에 의하여 오차보정없음으로 계측데이터(F)가 산출된다.
회전카운터(C1)가 보정실행 임계값(360)에 도달하면, 오차데이터(Er)에 의한 오차보정을 포함시킨 계측데이터(F)가 산출된다. 즉 위의 식(6)에 따라 오차데이터(Er)를 사용하여 계측데이터(F)가 산출된다. 또 현재각도(θ)는 0∼359의 값을 취하기 때문에, 360초 경과 후에는 현재각도(θ)는 0으로 되돌린다.
회전카운터(C1)가 상한값(720)에 도달하면, 이후에는 회전이 계속되더라도 회전카운터(C1)가 상한값(720)인 상태가 된다.
그 후에 시각(T0)(현재각도(θ) = N도)에서 커터헤드(11)의 회전이 정지한 것으로 한다. 시각(T0) 이후에 |θold―θ| = 0으로 되기 때문에, 시간카운터(C2)가 1초씩 가산된다. 회전카운터(C1)는 증가하지 않기 때문에 상한값(720)인 상태가 된다.
정지 후에 10초의 시각(T10)에서, 시간카운터(C2)는 상한값(10)에 도달하여, 정지상태가 계속되고 있는 사이에는 상한값인 상태로 유지된다. 시간카운터(C2)가 상한값에 도달함으로써, 연산 사이클일 때마다 회전카운터(C1)가 감산량(Q)( = 60)씩 감산된다.
정지상태가 계속되더라도 회전카운터(C1)가 보정실행 임계값(360) 이상의 사이에는, 위의 식(6)에 따라 보정 후의 계측데이터(F)가 산출된다. 시간카운터(C2)가 상한값에 도달하고나서 6초 후의 시각(U6)에서, C1( = 300)이 보정실행 임계값(360) 미만으로 되어, 오차데이터(Er)에 의한 오차보정이 정지된다. 즉 시각(U6) 이후에는, 위의 식(5)에 의하여 보정없음으로 계측데이터(F)가 산출된다.
이와 같이 회전카운터(C1)의 감산량(Q)은, 커터헤드(11)가 정지되었다고 데이터 처리장치(23)가 판단한 후에, 오차데이터(Er)에 의한 보정을 정지할 때까지의 정지대기시간의 길이의 설정값으로서 기능을 한다. Q = 60인 경우에, 정지대기시간은 6초로 되었지만, 정지대기시간의 길이(감산량(Q)의 크기)는 커터헤드(11)의 정격회전속도 등에 따라 적절하게 설정하면 좋다.
감산량(Q(60))씩 감산됨으로써, 회전카운터(C1) < 0이 되는 시각(U12) 이후에, 회전카운터(C1)의 값은 0으로 유지된다.
그 후에 시각(V1)에서, 커터헤드(11)의 회전이 재스타트 되는 것으로 한다. |θold―θ| = 1로 되기 때문에, 회전각도θ = N＋1로 되어 회전카운터(C1) = 1이 된다. 또한 각도변화있음(|θold―θ| > 0)으로 되기 때문에, 시간카운터(C2)가 0으로 리셋된다.
이상과 같이 동작한 결과, 회전시작으로부터 1회전 후 이후에, 회전정지라고 판단한 시점(시각(T10))으로부터 정지대기시간(6초)이 경과할 때까지의 기간(시각(360)으로부터 시각(U5)까지의 기간)은, 오차데이터(Er)를 사용한 계측데이터(F)의 오차보정이 이루어진다. 그리고 회전시작으로부터 1회전의 사이(시각(0)으로부터 시각(359)까지의 사이) 및 회전정지라고 판단한 후의 정지대기시간 경과 후(시각(U6) 이후)에는, 오차데이터(Er)에 의한 오차보정이 정지된다.
(제1실시형태의 효과)
제1실시형태에서는, 이하와 같은 효과를 얻을 수 있다.
제1실시형태에서는, 상기와 같이 데이터 처리장치(23)를, 커터헤드(11)의 현재각도(θ)에 있어서 취득한 스트레인 센서(22)의 현재계측값(Vp)과, 현재각도(θ)에 대응하는 회전각도에 있어서 취득된 과거의 대응계측값(Vo)에 의거하여 오차데이터(Er)를 취득하고, 오차데이터(Er)를 사용하여 현재의 계측데이터(F)를 보정하도록 구성한다. 이에 따라 회전에 따르는 계측오차의 주기성을 이용하여, 커터헤드(11)에 작용하는 힘의 계측데이터(F)로부터 회전에 따르는 오차성분을 효과적으로 보정할 수 있다. 그 결과, 회전에 따르는 계측오차를 억제하여, 커터헤드(11)에 작용하는 추진력(계측데이터(F))을 더 고정밀도로 파악할 수 있다.
또한 제1실시형태에서는, 상기와 같이 대응계측값(Vo)을, 현재각도(θ)에 대한 1회전분 과거의 스트레인 센서(22)의 계측값으로 한다. 이에 따라 1회전 전의 최근접의 대응계측값(Vo)에 의거하여 오차데이터(Er)를 취득할 수 있다. 그 때문에, 복수 회전 전의 오래된 대응계측값을 사용하는 경우와 비교하여, 현재시점과 대응계측값(Vo)의 취득시점과의 사이에서의 상황의 변화(잭추진력의 변화나 지산(地山, natural ground)의 상황 변화)의 영향을 작게 할 수 있다. 그 결과, 회전에 따르는 계측오차를 더 정밀도 좋게 반영한 오차데이터(Er)를 취득할 수 있기 때문에, 회전에 따르는 계측오차를 더 정밀도 좋게 보정할 수 있다.
또한 제1실시형태에서는, 상기와 같이 과거의 1회전분의 복수의 계측값을 사용하여 산출한 기준값(AG)과, 현재계측값(Vp) 및 대응계측값(Vo)을 사용하여, 오차데이터(Er)를 산출하도록 데이터 처리장치(23)를 구성한다. 이에 따라 과거의 1회전분의 계측값을 사용함으로써, 회전에 따르는 계측오차의 주기성을 충분히 반영한 기준값을 얻을 수 있다. 그리고 이 기준값(AG)에 대한 현재의 회전각도의 계측값(현재계측값(Vp) 및 대응계측값(Vo))의 차이를 평가함으로써, 회전에 따르는 계측오차를 반영한 오차데이터(Er)를 용이하게 취득할 수 있다.
또한 제1실시형태에서는, 상기와 같이 기준값(AG)을, 현재각도(θ)의 직전의 과거의 1회전분에 걸치는 스트레인 센서(22)의 계측값의 평균값으로 한다. 이에 따라 예를 들면 기준값(AG)으로서 중간값을 채용하는 경우에는, 1회전분의 계측값 내의 중간값이 되는 특정의 계측값밖에 고려되지 않는 것에 대하여, 1회전분에 걸치는 계측값의 모든 데이터를 고려할 수 있다. 그 결과, 회전각도마다 계측오차를 더 반영한 오차데이터(Er)를 취득할 수 있다.
또한 제1실시형태에서는, 상기와 같이 현재계측값(Vp) 및 대응계측값(Vo)의 평균값(Aop)과, 기준값(AG)과의 차이에 의하여 오차데이터(Er)를 산출하도록 데이터 처리장치(23)를 구성한다. 이에 따라 현재계측값(Vp) 및 대응계측값(Vo)의 평균값(Aop)과 기준값(AG)과의 시계열을 맞출 수 있다. 그 결과, 잭추진력의 변화 등 회전 중의 영향을 제외하여, 더 정밀도가 좋은 오차데이터(Er)를 산출할 수 있다.
또한 제1실시형태에서는, 상기와 같이 커터헤드(11)의 회전시작으로부터 1회전 후의 회전 중에 오차데이터(Er)에 의한 계측데이터(F)의 보정을 하고, 커터헤드(11)의 회전이 소정의 정지대기시간 이상 계속하여 정지하였을 경우에는, 오차데이터(Er)에 의한 계측데이터(F)의 보정을 정지하도록 데이터 처리장치(23)를 구성한다. 이에 따라 대응계측값(Vo)을 취득하는데에 필요한 계측값이 얻어지고나서, 오차데이터(Er)에 의한 계측데이터(F)의 보정을 할 수 있다. 또한 커터헤드(11)의 회전이 정지하였을 경우에도, 현재의 상황을 반영하지 않는 시간적으로 오래된 데이터를 사용하여 오차데이터(Er)를 산출하는 것을 방지할 수 있다. 또한 정지대기시간 경과 후에 보정을 정지함으로써, 회전정지 시에 계측데이터(F)의 값이 돌연히 변화되는 것을 억제할 수 있다.
(실험결과의 설명)
다음에 도11∼도15를 참조하여, 제1실시형태에 의한 터널 굴진기(1)에 대하여 실시한 실증실험의 결과에 대하여 설명한다. 실증실험은, 추진잭(21)의 잭추진력으로부터 커터헤드(11)에 작용하는 커터추진력을 정확하게 구할 수 있도록 터널 굴진기(1)가 땅속에 들어가 있지 않은 발진 시에 하고, 터널 굴진기(1)의 자체 중량에 의한 마찰력은 사전에 계측하여 보정하였다. 그리고 병행하여 취득한 커터칼럼(12)의 변형계측값과, 잭추진력으로부터 얻어진 커터추진력을 비교하였다.
도11은, 추진잭(21)의 추진력으로부터 계산한 커터추진력의 시간변화를 나타내고 있다. 계측 중에, 추진잭(21)의 잭추진력을 시간과 함께 변화시키면서, 커터헤드(11)의 회전방향을 정회전과 역회전으로 절체(切替)하였다. 도12는, 4개소의 커터칼럼(12)에 부착된 스트레인 센서(22)로부터 얻어진 계측값(센서평균값(Gave(θ)))의 시간변화이다.
도13은, 도12의 스트레인 센서(22)로부터 얻어진 계측결과와, 추진잭(21)의 추진력으로부터 계산한 커터추진력(도11을 참조)을 포개어서 나타낸 그래프이다. 오차데이터(Er)를 사용한 보정은 하고 있지 않다. 도13으로부터, 추진잭(21)의 추진력으로부터 계산한 커터추진력에 비하여, 스트레인 센서(22)로부터 얻어진 변형계측값에서는 세밀한 변동을 포함되어 있는 것을 알 수 있다.
도14는, 도12에 나타낸 커터칼럼(12)의 변형 계측결과의 가로축을, 시간축으로부터 회전각도(커터 포지션)축으로 치환한 결과를 나타낸 그래프이다. 1개의 플롯선(plot線)이 1회전분의 계측값이고, 복수 회의 회전에 의하여 복수 개의 플롯선이 도면에 나타나 있다. 각 플롯선이 세로축 방향으로 어긋나 있는 것은, 회전주기마다 잭추진력이 달라지기 때문이다. 각각의 플롯선을 비교하면, 계측값에는 회전각도마다 주기적인 변동이 공통되어 포함되어 있는 것을 알 수 있다. 이것으로부터, 커터칼럼(12)의 변형의 계측값에는 회전에 따르는 주기적인 계측오차가 포함되어 있는 것을 알 수 있다.
도15는, 도12의 변형계측결과에 대하여, 위의 식(6)의 우변에서 오차데이터(Er)를 사용하여 보정을 한 변형계측값(Gave(θ)―Er(θ))과, 추진잭(21)의 추진력으로부터 계산한 커터추진력(도11을 참조)을 포개어서 나타낸 그래프이다. 도13에 나타낸 보정 전의 변형계측값(센서평균값(Gave(θ)))과 비교하여, 오차데이터(Er)에 의한 보정 후의 변형계측값은, 주기적인 변동이 제거되어, 추진잭(21)의 추진력으로부터 계산한 커터추진력의 계측결과와 정밀도 좋게 일치하고 있는 것을 알 수 있다.
이상에 의하여, 제1실시형태에 의하면 오차데이터(Er)를 사용하여 보정을 함으로써 커터헤드(11)의 회전에 따르는 계측오차를 억제하여, 커터헤드(11)에 작용하는 커터추진력을 더 고정밀도로 파악할 수 있는 것이 확인되었다.
[제2실시형태]
다음에 본 발명의 제2실시형태에 의한 오차데이터(Er)의 산출방법에 대하여 설명한다. 제2실시형태에서는, 위의 식(6)에 의하여 오차데이터(Er)를 산출하는 예를 나타낸 상기 제1실시형태와는 다른, 오차데이터(Er)의 다른 산출예에 대하여 설명한다. 또 제2실시형태에 있어서 오차데이터(Er)의 산출방법 이외에 대해서는, 상기 제1실시형태와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
(오차데이터의 산출방법)
제2실시형태에서는, 오차데이터(Er)는 아래의 식(8)에 의하여 산출된다.
Er(θ) = m×Er(θold)＋(1―m)×[{Gave(θ―1)＋Gave(θ＋1)}/2―AG]
(단, θ = 0일 때에 θ―1 = 359, θ = 359일 때에 θ＋1 = 0) …… (8)
m은, 전회 산출 시의(현재 최신의 값으로서 기록되어 있음) 오차데이터(Er)의 무게계수이고, 0 < m < 1의 범위에서 실제의 사용상황에 따라 적절한 값이 설정된다.
위의 식(8)에서는, 금회 산출되는 오차{Gave(θ―1)＋Gave(θ＋1)}/2―AG에 부가하여, 전회 산출된 오차값(Er(θold))을 가미하여 각각 가중치 부여를 하고 있다. 또 이 경우에 도9의 플로우에 있어서, 스텝S29와 스텝S30을 교체하고, 오차데이터(Er)를 산출하고나서 전회각도(θold)를 경신하면 좋다.
(제2실시형태의 효과)
제2실시형태에 있어서도, 상기 제1실시형태와 마찬가지로 현재계측값(Vp)과 대응계측값(Vo)에 의거하여 산출한 오차데이터(Er)를 사용하여 현재의 계측데이터(F)를 보정함으로써, 회전에 따르는 계측오차를 억제하여 커터헤드(11)에 작용하는 추진력(계측데이터(F))을 더 고정밀도로 파악할 수 있다.
또한 제2실시형태에서는, 상기와 같이 현재각도(θ)에 있어서 산출되는 오차에, 전회 산출된 오차데이터(Er(θold))를 가미하여 오차데이터(Er)를 산출한다. 이에 따라 산출되는 오차데이터(Er)에 시간적인 지연을 갖게 하여, 노이즈 등에 의하여 스트레인 센서(22)의 변형계측값에 이상값이 생겼을 경우 등에 계측데이터(F)의 급격한 변화를 완화할 수 있다.
또 이번에 개시된 실시형태는, 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 생각되어야 한다. 본 발명의 범위는, 상기한 실시형태의 설명이 아니라 특허청구범위에 의하여 나타내고 또한 특허청구범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경(변형예)이 포함된다.
예를 들면 상기 제1 및 제2실시형태에서는, 중간지지방식의 터널 굴진기의 예를 나타내었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명의 터널 굴진기를, 상기의 지지방식 이외의 외주지지방식, 중앙지지방식 및 편심다축지지방식 등 각종 지지방식의 터널 굴진기에 적용하여도 좋다.
또한 상기 제1 및 제2실시형태에서는, 터널 굴진기(1)의 커터칼럼(12)에 스트레인 센서(22)를 부착하는 예를 나타내었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 커터칼럼 이외에 스트레인 센서를 부착하여도 좋다.
예를 들면 도16에 나타내는 제1변형예는, 커터헤드(11)의 지지방식으로서 센터 샤프트 지지방식(center shaft 支持方式)을 채용한 예를 나타내고 있다. 제1변형예에 의한 터널 굴진기(1a)는, 커터헤드(11)를 지지하고 또한 커터헤드(11)와 함께 회전하는 센터 샤프트(112)를 구비한다. 스트레인 센서(22)는 중공원통모양의 센터 샤프트(112)의 내부에 부착된다. 센터 샤프트(112)의 스트레인 센서(22)의 변형계측값으로부터 커터추진력의 계측데이터(F)가 산출된다. 또 센터 샤프트(112)는 본 발명의 「커터지지부」의 일례이다.
도17에 나타내는 제2변형예에서는, 센터 샤프트 지지방식의 터널 굴진기(1a)에 있어서 스트레인 센서(22)는, 커터헤드(11)의 일부인 스포크부(1lb)에 설치되어 있다. 스포크부(1lb)는 중공의 각기둥 형상을 갖고 있다. 스트레인 센서(22)는 스포크부(1lb)의 내측면에 설치되어 있다. 스포크부(1lb)의 스트레인 센서(22)의 변형계측값으로부터 커터추진력의 계측데이터(F)가 산출된다.
또 제1변형예와 제2변형예를 조합시켜서, 센터 샤프트(112)와 스포크부(1lb)에 각각 스트레인 센서를 설치하여도 좋다. 스트레인 센서(22)는, 커터헤드 및 커터헤드와 일체로 회전하는 커터지지부의 어느 일방 또는 양방에 있어서, 커터추진력을 산출할 수 있고 변형을 계측할 수 있는 부위에 설치하면 좋아, 스트레인 센서(22)는 커터헤드 및 커터지지부의 어느 부위에 설치되어도 좋다.
또한 상기 제1 및 제2실시형태에서는, 회전방향에 의하지 않는 통일적인 취급을 가능하게 하기 위하여 「계측값(θ＋1)」과 「계측값(θ―1)」의 일방을 현재계측값(Vp)으로 간주하고, 타방을 대응계측값(Vo)으로 간주하여 오차데이터(Er)를 산출하는 예를 나타내었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 현재계측값(Vp)으로서 현재각도(θ)에 있어서의 계측값 바로 그것을 사용하고, 대응계측값(Vo)으로서 현재각도(θ)의 1회전 전에 있어서의 계측값을 사용하여도 좋다.
그 경우에 회전방향에 따라 데이터의 참조처를 절체하여, 정회전 시에는 현재계측값(Vp) = 계측값(θ), 대응계측값(Vo) = 계측값(θ＋1)을 참조한다. 그리고 역회전 시에는 현재계측값(Vp) = 계측값(θ), 대응계측값(Vo) = 계측값(θ―1)을 참조한다.
또한 상기 제1실시형태에서는 인코더(20)가 선회대(13)의 회전각도를 검출하는 예를 나타내었지만, 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 본 발명에서는, 인코더가 예를 들면 커터구동부의 출력축의 회전각도를 검출하여도 좋다. 인코더는, 커터헤드의 회전각도가 검출할 수 있으면 좋아, 터널 굴진기의 어느 부위의 회전각도를 검출하는 것이어도 좋다.
1, 1a : 터널 굴진기
11 : 커터헤드
12 : 커터칼럼(커터지지부)
14 : 커터구동부
20 : 로터리 인코더(회전각도 검출부)
22 : 스트레인 센서
23 : 데이터 처리장치(데이터 처리부)
112 : 센터 샤프트(커터지지부)
θ : 현재각도
Aop : 현재계측값 및 대응계측값의 평균값
AG : 기준값
Er : 오차데이터
F : 계측데이터
Vo : 대응계측값
Vp : 현재계측값

Claims (6)

  1. 커터헤드(cutter hear)(11)와,
    상기 커터헤드를 지지하고 또한 상기 커터헤드와 함께 회전하는 커터지지부(12)와,
    상기 커터헤드 및 상기 커터지지부를 회전구동하는 커터구동부(14)와,
    상기 커터헤드의 회전각도를 검출하는 회전각도 검출부(20)와,
    상기 커터헤드 또는 상기 커터지지부에 설치된 스트레인 센서(strain sensor)(22)와,
    상기 스트레인 센서의 계측결과에 의거하여, 상기 커터헤드에 작용하는 힘의 계측데이터(F)를 취득하는 데이터 처리부(data 處理部)(23)를
    구비하고,
    상기 데이터 처리부는, 상기 커터헤드의 현재각도(θ)에 있어서 취득한 상기 스트레인 센서의 현재계측값(Vp)과, 현재각도에 대응하는 회전각도에 있어서 취득된 과거의 대응계측값(Vo)에 의거하여 오차데이터(Er)를 취득하고, 상기 오차데이터를 사용하여 현재의 상기 계측데이터를 보정하도록 구성되어 있는 터널 굴진기(tunnel 掘進機).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 대응계측값은, 현재각도에 대한 1회전분 과거의 상기 스트레인 센서의 계측값인 터널 굴진기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는, 적어도 과거의 1회전분의 복수의 상기 스트레인 센서의 계측값을 사용하여 산출한 기준값(AG)과, 상기 현재계측값 및 상기 대응계측값을 사용하여, 상기 오차데이터를 산출하도록 구성되어 있는 터널 굴진기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 기준값은, 상기 현재각도의 직전의 과거의 1회전분에 걸치는 상기 스트레인 센서의 계측값의 평균값인 터널 굴진기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는, 상기 현재계측값 및 상기 대응계측값의 평균값(Aop)과, 상기 기준값과의 차이에 의하여, 상기 오차데이터를 산출하도록 구성되어 있는 터널 굴진기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 데이터 처리부는, 상기 커터헤드의 회전시작으로부터 적어도 1회전 후의 회전 중에 상기 오차데이터에 의한 상기 계측데이터의 보정을 하고, 상기 커터헤드의 회전이 소정시간 이상 계속하여 정지하였을 경우에는, 상기 오차데이터에 의한 상기 계측데이터의 보정을 정지하도록 구성되어 있는 터널 굴진기.
KR1020177029190A 2015-03-24 2016-01-20 터널 굴진기 KR102517362B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015060670A JP6463184B2 (ja) 2015-03-24 2015-03-24 トンネル掘進機
JPJP-P-2015-060670 2015-03-24
PCT/JP2016/051591 WO2016152218A1 (ja) 2015-03-24 2016-01-20 トンネル掘進機

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20170128460A true KR20170128460A (ko) 2017-11-22
KR102517362B1 KR102517362B1 (ko) 2023-03-31

Family

ID=56977359

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020177029190A KR102517362B1 (ko) 2015-03-24 2016-01-20 터널 굴진기

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9957796B2 (ko)
JP (1) JP6463184B2 (ko)
KR (1) KR102517362B1 (ko)
CN (1) CN107407147B (ko)
SG (1) SG11201707854UA (ko)
WO (1) WO2016152218A1 (ko)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6618685B2 (ja) * 2015-01-13 2019-12-11 日立造船株式会社 トンネル掘進機
WO2019023952A1 (zh) * 2017-08-01 2019-02-07 大连理工大学 全断面岩石掘进机关键部位振动与应变监测方法
CN109296373B (zh) * 2018-09-13 2020-04-07 大连理工大学 全断面岩石掘进机主梁及其连接法兰振动及应变的监测方法
CN109630154B (zh) * 2019-01-24 2023-08-25 华能西藏雅鲁藏布江水电开发投资有限公司 一种用于隧道掘进的掘进机器人及远程移动终端指挥系统
CN112901159B (zh) * 2021-01-29 2022-01-11 中国矿业大学 一种矿井掘进机器人环境监测装置及方法
JP7016195B1 (ja) 2021-09-06 2022-02-18 Wota株式会社 プログラム、方法、情報処理装置、システム

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61152097A (ja) 1984-12-26 1986-07-10 住友金属鉱山株式会社 スル−ホ−ルの導通方法
JP2009221802A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Kajima Corp シールド掘進機の掘削断面土層判定装置および判定方法

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2503340B2 (de) * 1975-01-28 1978-09-21 Wirth Co Kg Masch Bohr Verfahren und Vorrichtung zur Antriebssteuerung von Bohrköpfen, insbesondere für Großlochbohrmaschinen
JPS61152097U (ko) 1985-03-12 1986-09-19
JPS62211492A (ja) * 1986-03-10 1987-09-17 石川島播磨重工業株式会社 中空センタ−シヤフト式シ−ルド掘進機
JPH11101091A (ja) * 1997-09-29 1999-04-13 Mitsubishi Heavy Ind Ltd トンネル掘削機及び掘削方法
JP2002004772A (ja) * 2000-06-16 2002-01-09 Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd 駆動軸のスラスト荷重検出方法と検出装置
US7695071B2 (en) * 2002-10-15 2010-04-13 Minister Of Natural Resources Automated excavation machine
CN1818640A (zh) * 2006-03-03 2006-08-16 广州市盾建地下工程有限公司 隧道掘进机掘进过程中刀具磨损的检测方法
CN102607478B (zh) * 2012-03-29 2015-04-15 中建交通建设集团有限公司 一种用于盾构机刀具磨损量的检测装置及检测方法
CN202599933U (zh) * 2012-06-13 2012-12-12 中铁隧道装备制造有限公司 一种隧道掘进机刀盘刀具磨损无线检测及监控系统
CN103234903B (zh) * 2013-04-01 2015-08-19 天津大学 Tbm滚刀磨损检测装置
CN203572455U (zh) * 2013-09-30 2014-04-30 天津大学 硬岩隧道掘进机盘形滚刀磨损的在线检测装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61152097A (ja) 1984-12-26 1986-07-10 住友金属鉱山株式会社 スル−ホ−ルの導通方法
JP2009221802A (ja) * 2008-03-18 2009-10-01 Kajima Corp シールド掘進機の掘削断面土層判定装置および判定方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102517362B1 (ko) 2023-03-31
CN107407147B (zh) 2020-01-03
US20180073362A1 (en) 2018-03-15
US9957796B2 (en) 2018-05-01
JP2016180237A (ja) 2016-10-13
JP6463184B2 (ja) 2019-01-30
WO2016152218A1 (ja) 2016-09-29
CN107407147A (zh) 2017-11-28
SG11201707854UA (en) 2017-10-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR20170128460A (ko) 터널 굴진기
JP6618685B2 (ja) トンネル掘進機
KR102039580B1 (ko) 세그먼트 진원도 측정장치 및 세그먼트 진원도 측정방법
JP5809357B2 (ja) 掘削装置のセンサ較正方法及び装置
JP2016130407A5 (ko)
JP6721449B2 (ja) 真円度計測装置
KR20130111199A (ko) 굴착 및 유사 장비용 측정 장치
JP5189866B2 (ja) シールド掘進機の掘削断面土層判定装置および判定方法
JP2019065655A (ja) 作業機械、作業機械を含むシステムおよび作業機械の制御方法
JP2011217598A (ja) サーボモータを制御するためのフィードバック装置及びフィードバック方法
JP2017214770A (ja) トンネル掘進機およびトンネル掘進機における歪みセンサの校正方法
CN204240975U (zh) 一种钢管圆度测量仪
JP4495716B2 (ja) トレンチウォール装置
JP6259313B2 (ja) シールド掘進機の掘削土砂重量測定装置
JP4360933B2 (ja) 地盤削孔装置、地盤削孔における孔曲がり計測方法
JP2008274555A (ja) シールド掘進機およびセグメントリングの組み立て精度管理方法
JP2020016566A (ja) セグメント真円度測定装置、シールド掘進機およびセグメント真円度測定方法
JP2006283289A (ja) 柱列式地中連続壁の施工における削孔管理装置
JP2020094432A (ja) トンネル掘進機および軸受部の疲労度計測方法
JP2644152B2 (ja) シールド機の自動測量方法
JP2005232834A5 (ko)
JP5097887B2 (ja) 管路位置計測装置におけるミスアライメント計測方法
CN116772794A (zh) 一种建筑物钢筋砼构件微创检测设备及方法
JPH03134506A (ja) 楕円測定方法および楕円位置決め方法
JP2006138077A (ja) 建設機械の位置センサのオフセット値更新装置

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant