JPH041393A

JPH041393A - シールド掘進機の掘進制御方法

Info

Publication number: JPH041393A
Application number: JP10021190A
Authority: JP
Inventors: Kosaburo Tsuchiya; 幸三郎土屋; Michio Nakao; 中尾　通夫; Kazuhiko Imakura; 今倉　和彦
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 1990-04-18
Filing date: 1990-04-18
Publication date: 1992-01-06
Anticipated expiration: 2011-03-29
Also published as: JPH0833094B2

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、シールド掘進機の掘進制御方法に関し、特に
、シールド掘進機を曖昧制御する方法に関する。

（従来の技術）周知のように、シールド工法は、地盤中にトンネルを構
築する工法であり、この種の工法には地盤を掘削するシ
ールド掘進機が用いられる。

この種の工法に用いられるシールド掘進機は、−船釣に
、複数のシールドジヤツキの伸長により掘進される。

ところが、このようなシールドジヤツキによる掘進では
、周囲の地盤の性状の相違や、シールドジヤツキの抑圧
のアンバランスなどの要因によって、掘進方向が計画線
から偏位することがある。

このような計画線からの偏位が生じたときに、シールド
掘進機の掘進方向を制御する方法として、例えば、特開
平１−９４１９５号公報には、ジヤツキストロークの積
分に基づいて、シールド掘進機の掘進方向を制御する方
法が提案されている。

しかしながら、この公報に開示されている制御方法では
、方位、ピッチングなどの測定値をジヤツキストローク
に応じて積分するので、測定誤差も積分され、十分な適
合性が得られないという問題があった。

一方、１９８８年３月発行の土木学会論文集には、いわ
ゆるファジィ理論を応用したシールド掘進機の掘進方向
を制御する方法が開示されている。

この文献に示されている制御方法によれば、シールド掘
進機の熟練オペレータの経験や勘による運転技術に基づ
いて、シールド掘進機の掘進制御が行えることになるが
、この文献に示されている制御方法にも以下に説明する
技術的課題があった。

（発明が解決しようとする課題）すなわち、上記文献に示されている制御方法では、熟練
オペレータの経験情報をヒアリングして、これに基づい
てファジィ制御のメンバーシップ関数を決定しているが
、まず、どの程度の経験を有するオペレータを選択する
のか、その選択が難しい。

また、あるオペレータか選択できたとしても、同程度の
経験を有するオペレータでも、その感性は人によって異
なり、一義的にメンバーシップ関数を決定することが困
難な上に、現実に掘削する場所は、試掘などにより地盤
の性状がある程度解っていても、掘削するトンネルの全
長に亘って細かく知ることができないので、十分な適合
性を得ることが難しかった。

この発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、熟練オペレータ
の経験や勘に基づ（ことなく、実際に適したメンバーシ
ップ関数の決定が可能になり、これにより実際の掘削現
場で十分な適合性が得られるシールド掘進機の掘進制御
方法を提供することにある。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するために、本発明は、シールド掘進機
が所定の距離だけ掘進した状態で現位置をその度に測定
し、この測定値と計画線との偏差を測定して、この偏差
の大きさに応じて前記シールド掘進機の掘進方向を制御
する方法であって、現位置までに得られた前記偏差に応
じて設定される制御角と掘進方向とを相関関係データと
して記憶するとともに、得られた各相関関係データの周
囲に所定の曖昧領域を設けた曖昧領域設定データに変換
し、かつ、複数の前記曖昧領域設定データを重合するこ
とで掘進方向決定データとなし、現位置で測定された偏
差と前記掘進方向決定データとに基づいてシールド掘進
機の掘進方向を決定することを特徴とする。

上記曖昧領域設定データは、上記現位置に近いものから
順に大きな重みを付与することができる。

（発明の作用効果）上記構成のシールド掘進機の掘進制御方法によれば、実
際の施工現場で得られた測定値に基づいて曖昧領域を設
定するので、掘進方向を推論する際の適合性が向上する
。

また、現位置に近い測定値に大きな重みを付与すれば、
現位置の直前の測定値が、現位置での推論に大きく影響
するので、より一層適合性が向上する。

（実施例）以下、この発明の好適な実施例について添付図面を参照
にして詳細に説明する。

第１図から第５図は、この発明にかかるシールド掘進機
の掘進制御方法の一実施例を示している。

同図に示す掘進制御方法では、第１図に示す装置類が用
いられれ、シールド掘進機１０内には、レーザ発振器１
２．光波距離計１４．レーザターゲット１６が設けられ
ていて、シールド掘進機ｌＯが所定の距離だけ掘進した
ときにその左右、上下方向の計画線りからの偏差δｈ、
δＶが測定され、光波距離計１４には、その発信方向な
どを制御する制御装置１８が設けられている。

また、シールド掘進機１０内には、その後方に順次設置
されるセグメント２０に反力を取って掘進機１０を前方
に掘進させる図外のシールドジャツキ等を制御するシー
ルド制御装置２２が設けられており、この制御装置２２
には、多重伝送装置子局２４が接続されている。

一方、地上側には、シールド掘進機１０の自動制御装置
２６が設置され、この自動制御装置２６では、上記制御
装置１８から自動測量装置２８を介して入力される偏差
δｈ、δ■に基づいて、シールド掘進機１０の方位角θ
ｋｍとピッチ各Ｖｋｍとを演算したり、あるいは、１リ
ングごとの水平、垂直方向の力点位置ｇＸｌ　　ｇ＞’
およびその時の水平、鉛直制御角βｈ、βＶを記憶した
り、この記憶されたデータと偏差δｈ２　δＶとに基づ
いてシールド掘進機１０の掘進方向を推論し、これに基
づいて多重伝送装置親局３０と子局２４とを介してシー
ルド制御装置２２に制御信号を送出する。

このとき自動制御装置２６で実施される処理手順を第２
図に示している。

処理手順がスタートすると、まず、ステップＳ１で計画
線りからの現位置での左右、上下偏差δｈ、δＶが入力
され、シールド掘進機１０の現位置での方位角θｋｍと
ピッチ各ＩＦｋｍとが演算される。

続くステップｓ２では、偏差δｈ、δＶが予め設定され
ている許容値と比較されて偏差の許容度合の判定が行わ
れ、これらのいずれかが許容度合よりも大きい場合には
、ステップｓ３で警報が発せられ、いずれの場合でも次
のステップが実行される。

ステップｓ４では、左右偏差δｈにより、計画線りを挾
んで現位置と反対側にδｈだけ偏位したｎ機長光の位置
に、第３図（Ａ）に示すように、目標点Ｐが設定される
。

なお、この場合のｎは２以上の値になる。

そして、ステップｓ５で、シールド掘進機１０の中心と
目標点Ｐとを結んで角度αｈを求め、この角度αｈに基
づいて、シールド掘進機１０の制御角βｈが求められる
。

制御角βｈは、ｎ５機機長光シールド掘進機１０を２δ
ｈだけ偏位させるので、これをリングの長さで割ると１
リング先でどれだけ偏位させれば良いかその大きさ（δ
ｈ−δｈｉが解り、今、第３図（Ｂ）に示すように、現
位置での計画線りに対する偏位角をθｋｍとし、１リン
グの掘進長をＮＲとし、１リングでの偏位角をθｈとす
ると、βｈ−θｋｍ＋θｈとなり、θｈ−ｔａｎ−１　
　（δｈ−δｈ−）／ＩＨなので、前記式から１リング
での制御角βｈが求められる。

制御角βｈが設定されると、次のステップｓ６では、予
め設定されている掘進方向決定データに基づいて水平方
向の力点ｇｘが推論される。

ここで用いられる推進方向決定データは、第４図にその
一例を示すように、現位置までの複数の測定値に基づい
て得られたデータを基本としている。

同図では、横軸が制御角βであり、縦軸がそのときの力
点ｇであって、第４図では、５回分のデータ■〜■に基
づいて掘進方向決定データを得る場合について示してい
る。

また、同図では、上段の左から右にいくに従って現位置
に近いデータとなっていて、新しいデータの方が古いも
のより信頼性が高く、現位置での推進方向の決定に大き
く影響を及ぼすので、右から左に向けて３．３．２．１
．１となる重みを設定している。

推進方向決定データの作成では、まず、例えば、■デー
タに示すように、力点２ｇでシールド掘進機１０を掘進
させたときに、制御角２βとなったとすると、これが相
関関係データ（第４図では角で囲んだ部分で示している
）として記憶される。

次に、得られた各相関データは、その周囲に所定の曖昧
領域が設定され（第４図では角で囲んだ相関データの周
囲にそれぞれ４つの曖昧領域を設定し、重みを考慮して
１．／３．２／３．３／’ｌとして示している）、曖昧
領域設定データに変換される。

そして、このように曖昧領域が設定された曖昧領域設定
データは、順次その前に得られたデータと重合わされ、
最終的に第４図の下段右端の掘進方向決定データが得ら
れ、上記ステップｓ６では、同ｓ５て設定された制御角
βｈに基づいて、水平方向力点ｇｘが決定される。

なお、上述した曖昧領域設定データの重みの付かたは、
上述したものに限られることはなく、例えば、急曲線掘
進の場合には、これより前に行われた急曲線施工時のデ
ータに大きな重みを付けるようにしてもよい。

一方、第２図に示したステップ５７〜Ｓ９では、δ■に
基づいて、鉛直方向力点位置ｇｙが求められるが、この
場合は、前述した水平方向力点位置ｇｘと同じようにし
て行われるので、その説明は省略する。

以上のようにして水平、鉛直力点位置ｇｘ、ｇｙがステ
ップ６４〜Ｓ９で求められると、ステップ１０では、合
成力点位置ｇ　（Ｘ、Ｙ）が求められ、続くステップ１
１で予め設定されているジヤツキパターンの中から合成
力点位置ｇに対応したものが選択される。

第５図は、このときに行われるジャキパターンの選択手
順を示している。

選択手順では、まず、力点位置ｇから力点のベクトル方
向が求められ、次いで、このベクトル方向に一番近いジ
ャキパターン選択軸Ｎｊが決定され、次に、力点位置ｇ
を包囲する力点ゾーンｉか求められ、これに基づいてジ
ヤツキパターンが選定されることになる。ジヤツキパタ
ーンの選択では、例えば、Ｙ軸上の中心から偏位した位
置（力点ゾーンに対応させる）に力点が存在するパター
ンを設けておき、第５図（Ｃ）のｇ点を回転させ、これ
をＹ軸上に位置させたときに、これが最も近い位置にあ
るパターンを選択する。

この場合の選定では、ジヤツキの使用法数が多いもの、
使用位置が均等なものが優先して選択される。

以上のようにしてジヤツキパターンが選択されると、そ
の信号は、多重伝送親局３０と子局２４とを介してシー
ルド制御装置２２に入力され、選択されたジヤツキパタ
ーンに応じてジヤツキが駆動され、水平、鉛直制御角β
ｈ、βＶの掘進方向にシールド掘進機１０が１リング掘
進されることになり、このときの力点位置ｇｘ、ｇｙお
よび制御角βｈ、βＶは相関関係データとして自動制御
装置２６に記憶され、次のリングの掘進のときの掘進方
向決定データとして利用される。

なお、上記実施例では、シールド掘進機１０がある程度
掘進した時の状態で説明したが、発進立坑から発進する
初期状態では、相関データが得られていないので、予め
これを例えば、類似工事の実績や過去の経験から安全側
に設定しておき、順次古いデータから弱く反映するよう
にすれば良い。

さて、以上のような方法でシールド掘進機１０の掘進方
向を制御すれば、実際の施工現場で得られた測定値（力
点位置ｇＸｌ　　ｇＹと制御角βｈ。

βＶとの相関関係データ）に基づいて曖昧領域を設定す
るので、熟練オペレータの勘や経験によることなく、掘
進方向を推論する際の適合性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明にかかるシールド掘進機の掘進制御方法
の実施状態の全体配置図、第２図は自動制御装置で行わ
れるシールド掘進機の掘進方向の決定手順を示すフロー
チャート、第３図は本発明方法で決定されるシールド掘
進機の制御角の説明図、第４図は本発明方法で用いられ
る掘進方向決定データの作成方法の説明図、第５図はジ
ヤツキパターンの選定手順の説明図である。１０・・・・・・シールド掘進機 δｈ・・・・・・水平偏差 δＶ・・・・・・鉛直偏差 βｈ・・・・・・水平制御角 βＶ・・・・・・鉛直制御角

Claims

【特許請求の範囲】

（１）シールド掘進機が所定の距離だけ掘進した状態で
現位置をその度に測定し、この測定値と計画線との偏差
を測定して、この偏差の大きさに応じて前記シールド掘
進機の掘進方向を制御する方法であって、現位置までに
得られた前記偏差に応じて設定される制御角と掘進方向
とを相関関係データとして記憶するとともに、得られた
各相関関係データの周囲に所定の曖昧領域を設けた曖昧
領域設定データに変換し、かつ、複数の前記曖昧領域設
定データを重合することで掘進方向決定データとなし、
現位置で測定された偏差と前記掘進方向決定データとに
基づいてシールド掘進機の掘進方向を決定することを特
徴とするシールド掘進機の掘進制御方法。
（２）上記曖昧領域設定データは、上記現位置に近いも
のから順に大きな重みが付与されていることを特徴とす
る請求項１記載のシールド掘進機の掘進制御方法。