JPH02252895A - シールド掘削機の掘進制御法および掘進制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、シールド掘削とセグメント組立の同時施工に
特徴を有するシールド掘削機の掘進制御法および掘進制
御装置に関するものである。

（従来の技術） シールド掘削機におけるシールド掘削とセグメント組立
の同時施工の代表的な従来例について説明すると、機体
後部内に周方向間隔をおき配設（同一円周上）されたシ
ールドジヤツキ群の各シールドジヤツキを、セグメント
の２リング分よりも長いストロークの長尺ジヤツキにし
て、各シールドジヤツキの作動（伸長）継続中にセグメ
ント組立を可能とし、シールドジヤツキ群を組立てられ
たセグメントの前部に当て作動し、各ジヤツキ推力の総
合推力によりシールド掘削機を推進するとともに推進方
向を定め掘進して、掘進中に各セグメントブロックに対
応した一部の各ジヤツキグループを順次に不作動にする
ことにより、各セグメントブロックを順次に組立て施工
するとともに、前記不作動以外の各ジヤツキ推力の総合
推力によりシールド掘削機の掘進を継続して、シールド
掘削中にセグメント組立を同時に行っている。

（発明が解決しようとする課題） 従来の前記シールド掘削とセグメント組立の同時施工は
、シールドジヤツキ群の各シールドジヤツキの手操作に
より、各セグメントブロックに対応した一部の各ジヤツ
キグループを順次に不作動とし、各ブロック施工時は、
前記不作動以外の各ジヤツキ推力の総合推力によりシー
ルド掘削機の推進力を得ているため、各セグメントブロ
ックの配置、長さ形状の相違により、ブロック施工ごと
に前記総合推力、推進方向が変わり、シールド掘削機の
推進モーメントにアンバランスが生じて蛇行の原因とな
り作業能率が低下し、各ブロック施工ごとに各ジヤツキ
推力、推進方向の調整を手操作で行うことは、多（の手
数、時間を要し実際上困難であるなどの問題点がある。

本発明は、前記のような！ｌ！題に対処するために開発
されたものであって、その目的とする処は、各ブロック
施工に対応した一部の各ジヤツキグループの不作動の自
動制御とともに、前記不作動以外の各ジヤツキ推力の総
合推力を一定値に制御しかつ推進方向の制御により、シ
ールド掘削とセグメント組立ての同時施工性能、能率を
向上したシールド掘削機の掘進制御法および掘進制御装
置を提供するにある。

（課題を解決するための手段） 本発明は、機体後部内に周方向間隔をおき配設されたシ
ールドジヤツキ群を組立てられたセグメントの前部に当
て作動し、各ジヤツキ推力の総合推力によりシールド掘
削機の推進とともに推進方向を制御して掘進し、掘進中
に各セグメントブロックに対応した一部の各ジヤツキグ
ループを順次に不作動とし、各セグメントブロックを順
次に組立て施工するとともに、各ブロック施工に対応し
た各推進制御パターンにより前記不作動以外の各ジヤツ
キ推力の総合推力を一定値としかつ推進方向を設定して
掘進制御するシールド掘削機の掘進制御法に特徴を有し
、また、機体後部内に周方向間隔をおき配設されたシー
ルドジヤツキ群を組立てられたセグメントの前部に当て
作動し、各ジヤツキ推力の総合推力により機体の推進と
ともに推進方向を制御して掘進するシールド掘削機にお
いて、各セグメントブロック施工の工程信号を出力する
工程設定器と、各ブロック施工に対応した各シールドジ
ヤツキの作動データ信号を出力する作動データ設定器と
、前記工程信号と前記作動データ信号を入力して演算し
各ブロック施工ごとに一部の各ジヤツキグループの不作
動とともに同不作動以外の各ジヤツキ推力の総合推力を
一定値としかつ推進方向を設定する各推進制御パターン
の制御信号を出力する演算制御器を具備したシールド掘
削機の掘進制御装置に特徴を有し、掘進中に、各ブロッ
ク施工に対応した一部の各ジヤツキグループの不作動を
自動制御するとともに、各ブロック施工に対応した各推
進制御パターンにより不作動以外の各ジヤツキ推力の総
合推力を一定値に確保しかつ推進方向を設定する自動制
御によって、機体推進、掘進およびセグメント組立てを
円滑にしている。

（作用） 機体後部内に周方向間隔をおき配設されたシールドジヤ
ツキ群を組立てられたセグメントの前部に当て作動する
ことによりシールド掘削機が推進され、各ジヤツキ推力
の総合推力によりシールド掘削機の推進とともに推進方
向が制御され掘進されて、掘進中に各セグメントブロッ
クに対応した一部の各ジヤツキグループを順次に不作動
とし、各セグメントブロックが順次に組立て施工される
とともに、各ブロック施工に対応した各推進制御パター
ンにより前記不作動以外の各ジヤツキ推力の総合推力が
一定値に確保されかつ推進方向が設定され掘進制御され
て、各ブロック施工中にもシールド掘削機のモーメント
、推力バランスがとられて蛇行が防止され、正規の推進
が円滑に実現されるとともに、推進方向の設定により直
進、曲進の施工も自在に行われ、従ってまた、セグメン
ト組立の同時施工が円滑に遂行される。

掘進制御装置における工程設定器の工程信号、作動デー
タ設定器の作動データ信号、および演算制御器の前記工
程信号と前記作動データ信号の演算に基づく制御信号に
より、前記のような掘進制御性能、作動信頼性が得られ
、シールド掘削機が円滑に推進、掘進される。

（実施例） 第１図ないし第６図に本発明のシールド掘削機、セグメ
ントの組立、掘進制御法および掘進制御装置の一実施例
を示し、シールド掘削機は、第１図、第３図および第４
図に示すようにスキンプレート（１）、スキンプレート
（１）内の隔壁（ｌａ）前側に配設され駆動装置（図示
省略）で回転駆動されるカッタビット群付きカッタヘッ
ド（２）、機体後部内つまり隔壁（１ａ）後側に周方向
間隔をおき配設（同一円周上）され第６図に示す掘進制
御装置（２０）によって制御されるシールドジヤツキ群
（５）、機体後部内に配設され各セグメントブロック（
１０ａ）　（１０ｂ）−（１０ｉ）を把持、搬送し組立
てられているセグメント（１０）の前側に配置して組立
てるエレクタ−（６）、隔壁（１ａ）の後部に連設され
掘削土砂等を機体後方へ排出する排土装置（図示省略）
等を具備し、シールドジヤツキ群（５）の各シールドジ
ヤツキには、セグメント（１０）の２リング相当（２Ｘ
Ｘ）以上の長いストロークを有する長尺ジヤツキが適用
され、該シールドジヤツキ群（５）は、第３．４図に示
すように配設されたシールドジヤツキ（５−１）　（５
−２）−・・・−・・・−（５−３８）からなり、各シ
ールドジヤツキは、図示省略した適宜の駆動回路を有し
、第６図に示す掘削制御装置（２０）により個別に伸長
の作動、短縮の不作動に制御される。

また、組立てられたセグメント（１０）は、第５図に示
すようにリング状に配置された多（のセグメントブロッ
ク（１０ａ）　（１０ｂ）−−−（１０ｉ）からなり、
ボルト等で隣接部が相互に連結され、公知機構のエレク
タ−（６）により配置、組立てられる。

前記掘削制御装置（２０）は、第６図に示すようにセグ
メントブロック施工の工程信号（２１ａ）を出力する工
程設定器（２１）と、各ブロック施工に対応した各シー
ルドジヤツキの作動データ信号（２２ａ）を出力するデ
ータ設定器（２２）と、工程信号（２１ａ）と作動デー
タ信号（２２ａ）を入力して演算しインターフェース（
２４）を介して制御信号（２４ａ）に変換して出力する
演算制御器（２３）からなり、さらに演算制御器（２３
）にデイスプレィ（２５）、レコーダ（２６）等が付設
された構造とし、演算制御器（２３）は、後述するよう
に工程信号（２１ａ）と作動データ信号（２２ａ）の入
力、演算により各ブロック施工ごとに一部の各ジヤツキ
グループの不作動とともに、同不作動以外の各ジヤツキ
推力の総合推力を一定値としかつ推進方向を設定する各
推進制御パターンの制御信号（２４ａ）をインターフェ
ース（２４）を介して出力し、各制御バルブ（２７−１
）　（２７−２）・・・・・−（２７−３８）を介し各
シールドジヤツキ（５−１）　（５−２）−・−・−・
（５−３８）を自動制御する。

前記シールド掘削機による掘進制御は、第１．２図に示
すような工程となり、カッタヘッド（２）を回転駆動し
て掘削するとともに、シールドジヤツキ群（５）を組立
てられたセグメント（１０）の前部に当て作動（伸長）
し、各ジヤツキ推力の総合推力によりシールド掘削機の
推進とともに推進方向を制御して掘進し、掘進中に各セ
グメントブロック（１０ａ）　（１０ｂ）・−・・・−
・（１０ｉ）に対応した一部の各ジヤツキグループを順
次に不作動（短縮）とし、各セグメントブロックを順次
に組立て施工するとともに、各ブロック施工に対応した
各掘進制御パターンにより前記不作動以外の各ジヤツキ
推力の総合推力を一定値としかつ推進方向を設定して掘
進制御する。

前記掘進制御法におけるシールド掘削とセグメント組立
の同時施工を、第１．２図によって詳述すると、掘進制
御装置（２０）によるシールドジヤツキ群（５）の制御
によってシールド掘削機が推進され、掘削開始時は、各
シールドジヤツキを短縮状態にして組立てられたセグメ
ント（１０）の前部に当て作動（伸長）し、各ジヤツキ
推力の総合推力によりシールド掘削機を推進するととも
に推進方向を設定する。

掘進が進行し第１図（Ａ）に示すように各シールドジヤ
ツキがセグメント（１０）の１リング相当分（Ｘ）のス
トロークに伸びると、第１図（Ｂ）、第２図（Ａ）に示
すようにセグメントブロック（１０ａ）に対応した一部
のジヤツキグループ（５−１８〜５−２３）が自動的に
不作動（短縮）に制御され、エレクタ−（６）により新
たなセグメントブロック（１０ａ）を把持、搬送して組
立てられているセグメント（１０）の所望位置に配置、
組立てるとともに、適宜の手段によりボルト等で連結し
て施工され、第２図（＾）に示すように不作動（５−１
８〜５−２３）以外の各シールドジヤツキ（無印）が掘
進制御装！　（２０）の前記制御信号（２４ａ）によっ
て作動制御され、各ジヤツキ推力の総合推力が一定値に
確保されかつ推進方向も設定されて、セグメントブロッ
ク（１０ａ）の施工時中もシールド掘削機が円滑に推進
される。

セグメントブロック（１０ａ）の組立、施工が終了する
と、第１図（Ｃ）に示すように前記ジヤツキグループ（
５−９〜５−２３）が作動（伸長）されて新たなセグメ
ントブロック（１０ａ）に当てられジヤツキ推力を発揮
するとともに、第１図（Ｄ）、第２図（Ｂ）に示すよう
にセグメントブロック（１０ｂ）に対応した一部の各ジ
ヤツキグループ（５−１５〜５−１８）が不作動となり
、同様に新たなセグメントブロック（１０ｂ）の組立、
施工がなされ、不作動以外の各ジヤツキ推力の総合推力
が同様に一定値に確保されかつ推進方向も設定された作
動となり、同様にして各セグメントブロック（１０ｃ）
　（１０ｄ）−−−（１０ｉ）が第１図（Ｅ）　（Ｆ）
、第２図（Ｃ）〜（１）のように順次に組立、施工され
る。

第２図（Ａ）〜（りに示すように各セグメントブロック
（１０ａ）　（１０ｂ）−−−−−−（１０ｉ）の順次
で組立、施工され、各ブロック施工時において、各シー
ルドジヤツキは、無印で示すものが作動（伸長）されて
推力を発揮し、その他のシールドジヤツキは不作動（短
縮）にされ、第２図（１）に示すセグメントブロック（
１０ｉ）の施工によってセグメント（１０）の１リング
分の組立、施工が終了し、各シールドジヤツキは、セグ
メント（１０）の２リング分よりも長いストロークの長
尺ジヤツキになっているため、シールド掘削機の推進つ
まり掘進を継続した状態でセグメント組立てが円滑に遂
行される。

前記掘進制御装置（２０）について詳述すると、前記工
程設定器（２１）は、各セグメントブロック施工の工程
信号（２１ａ）を演算制御器（２３）に入力するもので
あり、具体的には新たに組立てるセグメントブロックか
ら決まるセグメントの位置に関連して除圧（不作動）す
べき各ジヤツキグループのデータを入力値（ｉ−２）と
して入力し、前記作動データ設定値（２２）は、各ブロ
ック施工ごとの作動データ信号（２２ａ）を演算制御器
（２３）に入力するものであり、具体的にはセグメント
ブロックを組立てながらの同時掘進施工をしない場合の
実測から推定するか、あるいは理論計算により算出した
必要推力（Ｆｏ）、合力中心位置（δＸ、δｙ）を初期
値（ｉ−１）として出力し、演算制御器（２３）は、初
期値（ｉ−１）および入力値（ｉ−２）を入力、演算し
て、シールド掘削機のモーメントおよび推力の釣り合い
がとれる所定のジヤツキパターンとして出力し、この出
力値をデイスプレィ（２５）、レコーダ（２６）に接続
しても良く、前記出力値はインターフェース（２４）を
介することにより制御信号（２４ａ）に変換されて、各
シールドジヤツキ（５−１）　（５−２）・−・・・−
（５−３８）の各制御パルプ（２７−１）　（２７）−
２）・−・・−・−に入力信号として与えられ、この結
果、シールド掘削機は、新たに組立てるセグメントブロ
ックに対応した所定のジヤツキパターンで掘進が継続さ
れる。

なお、前記手順だけで掘進に蛇行が生じる場合は、計画
線との誤差量をフィードバック値として初期値０−１）
の合力中心（δＸ、δｙ）の修正演算器を追加すること
も可能である。

セグメント（１０）を形成する各セグメントブロック（
１０ａ）　（１０ｂ）・−＝−＝（１０１）は、予め組
立位置や分割形杖が決まり、シールド掘削機に装備され
ているシールドジヤツキ群（５）の各シールドジヤツキ
との対応関係もほぼ決まっている。

セグメント組立を同時に施工しない通常施工で直線掘削
をする場合は、シールド掘削機の、中心（０）よりも下
側に地盤反力の合力が通常あるため、第２図に示すよう
に通常は上側のシールドジヤツキ（Ｑ印）は使用せず、
下側のシールドジヤツキ（無印）で推進する。各ジヤツ
キ推力の総合推力の中心、即ち合力中心（Ｑ）は、第４
図の位置にありシールド掘絢機の中心（０）よりδＸ、
δｙ（δＸはほぼ０になる場合が多い）の偏心を持って
いる。

前記状態で、例えば第４図に示すシールドジヤツキ（５
−９）〜（５−１４）の針６本が不作動（短ｌＩ）にさ
れると、図示右側の推力が減少するため、シールド掘削
機のモーメントバランスが（ずれ図示右曲りの曲線、推
進となるが、針６本の前記シールドジヤツキが不作動（
短縮）にされる前提条件で、下記条件を満足するジヤツ
キ作動パターンが計算される。

Ｆｏ　≦ΣＦ（１）　　　　　　　　　　　　　　（３
）ここで δＸ　：合力中心のＸ方向変位 δｙ　：合力中心のＹ方向変位 Ｆ（１）：１番目のシールドジヤツキ推力ｊ！ｘ（１）
＋ｉ番目のシールドジヤツキのＸ輪からの距離 ｊ！ｙ（ｉ）　：　ｉ番目のシールドジヤツキのＹ軸か
らの距離 Ｆｏ　ｒ推進に最小限必要な総合推力 これらの計算は、計算テクニック上シールドジヤツキの
ピッチ内を連続推力線と仮定して、不作動のジヤツキグ
ループ（例えば５−９〜４−１４）の両側に、ある中心
角度の弧状の長さを各々未知数とすることにより比較的
に容易に計算される。不作動つまり使用しないジヤツキ
グループがセグメントブロックごとに変化しても、前記
計算により合力中心を一定に保つ特定のジヤツキ作動パ
ターンが求まり、具体的に第２図に示すようなパターン
となって、前記掘削制御装置（２０）により前述のよう
な作動制御が円滑に行われる。即ち、各ブロック施工中
におけるシールド掘削機の総合推力を設定した一定値と
しかつ推進方向も所望どおりに設定可能であって、曲線
あるいは曲線の掘進設定が容易である。

（発明の効果） 本発明は、前述のような構成からなり、機体後部内に開
方向間隔をおき配設されたシールドジヤツキ群を組立て
られたセグメントの前部に当て作動（伸長）し、各ジヤ
ツキ推力の総合推力によりシールド掘削機を推進すると
ともに推進方向を制御して掘進し、掘進中に各セグメン
トブロックに対応した一部の各ジヤツキグループを順次
に不作動とし、各セグメントブロックが順次に組立て施
工されるとともに、各ブロック施工に対応した各推進制
御パターンにより前記不作動以外の各ジヤツキ推力の総
合推力が一定値とされかつ推進方向も設定されて掘進制
御されるため、前記各ジヤツキグループの不作動の自動
制御とともに、各ブロック施工時におけるシールド掘削
機の総合推力が一定値に確保されかつ推進方向に設定さ
れる自動制御となり、シールド掘削機のモーメント、推
力バランスがとられて蛇行が防止され、正規の推進が円
滑に実現されるとともに、また、予め必要な曲進のため
のモーメントを求め、それに対応した総合推力の中心位
置の選定により、曲進施工にも対応でき、前記掘進ａｍ
装置は前記掘進を円滑に実現し、従ってまた、セグメン
ト組立の同時施工も円滑に遂行されて、シールド掘削と
セグメント組立の同時施工性能、能率が著しく向上され
ている。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）ないしくＦ）は、本発明のシールド掘削機
の機構および各工程の一実施例を示す各縦断面図、第２
図（＾）ないしく１）は各ブロック施工ごとのシールド
ジャ・フキ群の不作動と作動状態を示す各断面機構図、
第３図はシールドジヤツキ群の展開図、第４図はシール
ドジヤツキ群の配置を示す機体後部の側の断面機構図、
第５図は各セグメントブロックの配置を示す組立てられ
たセグメントの前面図、第６図は掘進制御装置の機構図
である。 ５：シールドジヤツキ群 ５−１．５−２．−・−＝５−３８２シールドジヤツキ
ｌＯ・−・−セグメント １０ａ、　１０ｂ、　−−−−＝−１０１：セグメント
ブロック２０：掘進制御装置　　　　２１：工程設定器
２２：データ設定器　　　　２３−・−演算制御器代理
人　弁理士　岡　本　重　文 外２名 第２図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）機体後部内に周方向間隔をおき配設されたシール
   ドジャッキ群を組立てられたセグメントの前部に当て、
   作動し、各ジャッキ推力の総合推力によりシールド掘削
   機の推進とともに推進方向を制御して掘進し、掘進中に
   各セグメントブロックに対応した一部の各ジャッキグル
   ープを順次に不作動とし、各セグメントブロックを順次
   に組立て施工するとともに、各ブロック施工に対応した
   各推進制御パターンにより前記不作動以外の各ジャッキ
   推力の総合推力を一定値としかつ推進方向を設定して掘
   進制御することを特徴とするシールド掘削機の掘進制御
   法。
2. （２）機体後部内に周方向間隔をおき配設されたシール
   ドジャッキ群を組立てられたセグメントの前部に当て作
   動し、各ジャッキ推力の総合推力により機体の推進とと
   もに推進方向を制御して掘進するシールド掘削機におい
   て、各セグメントブロック施工の工程信号を出力する工
   程設定器と、各ブロック施工に対応した各シールドジャ
   ッキの作動データ信号を出力する作動データ設定器と、
   前記工程信号と上記作動データ信号を入力して演算し各
   ブロック施工ごとに一部の各ジャッキグループの不作動
   とともに同不作動以外の各ジャッキ推力の総合推力を一
   定値としかつ推進方向を設定する各推進制御パターンの
   制御信号を出力する演算制御器を具備したことを特徴と
   するシールド掘削機の掘進制御装置。