JPH041394A - シールド掘進機のジャッキパターンの変更方法 - 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、シールド掘進機の掘進制御方法に関し、特に
、シールド掘進機を掘進させるジヤツキパターンの変更
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押圧
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、シールド掘進機の現在位
置を自動計測し、この計測値と計画線との偏向角を演算
し、この偏向角に応してシールド掘進機のジヤツキパタ
ーンを選択して、その掘進方向を制御する方法が提案さ
れている。

この公報に開示されている制御方法では、選択されたジ
ヤツキパターンでシールド掘進機を掘進させたときに、
シールド掘進機が予定した方向に掘進していないときに
は、選択されたジヤツキパターンを変更することも開示
されているが、特に、ジヤツキパターンを変更する方法
には、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、上記公報に示されているジヤツキパターンの
変更方法では、ジヤツキの伸長によりシールド掘進機が
所定の距離前進したときに、シールド掘進機の掘進方向
の角度と、計画線からの偏差とを測定し、これが設定さ
れた角度と偏差とに近付いていないときに、選択された
ジヤツキパターンを変更する。

しかしながら、シールド掘進機は、計画線から偏位して
いる状態で、これを所定距離掘進した時に計画線に合致
させようとする際には、急旋回かできないので、実際に
は、選択されたジヤツキパターンでジヤツキを伸長して
も、ジヤツキが伸長し始めた初期には角度変化が殆どな
く、ある程度ジヤツキが伸長してからシールド掘進機の
掘進方向が徐々に変化し、このような状態の変化は周囲
の地盤の性状や、偏向角度の大きさなどによって異なる
。

ところか、上記公報に示されているようにシールド掘進
機が所定距離前進したときにジヤツキパターンの変更を
判断する方法では、ジヤツキパターンの変更を判断する
個所の設定が難しく、また、正確な判断が困難であった
。

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、ジヤツキでシー
ルド掘進機を掘進させている際に、適確なジヤツキパタ
ーンの変更判断ができるシールド掘進機のジヤツキパタ
ーンの変更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と計画線との間
の偏差を演算し、この偏差の大きさに応じて前記シール
ド掘進機を掘進させるジヤツキパターンを選択して、前
記シールド掘進機の掘進方向が制御される方法において
、前記シールド掘進機を推進させるジヤツキの伸長に応
じて前記ジヤツキパターンの変更の要求度に相違を設定
するとともに、この要求度を順次加算して、前記要求度
の加算値が所定の大きさになったときに前記ジヤツキパ
ターンを変更することを特徴とする。

（発明の作用効果） 上記構成のシールド掘進機のジヤツキパターンの変更方
法によれば、シールド掘進機を推進させるジヤツキの伸
長に応じて、選択されたジヤツキパターンの変更の要求
度に相違を設定し、かつ、その要求度を順次加算し、加
算された要求度が所定の大きさになったときに、ジヤツ
キパターンを変更するので、ジヤツキでシールド掘進機
を推進させている途中で周囲の地盤の性状が変化した場
合にもこれに適応できる。

（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７図は、この発明にかかるシールド掘進機
のジヤツキパターンの変更方法の一実施例を示している
。

同図に示す変更方法では、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１２．
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ｓ＆１０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、δ
Ｖ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に反力を取っテ掘進機１０を前方
に掘進させる複数のシールドジヤツキ２１が設置され、
このジヤツキ２１の伸長は図外のストローク計で計測さ
れるとともに、その測定値は制御装置１８を介して後述
する自動制御装置に入力される。

各シールドジヤツキ２１は、シールド制御装置２２でそ
の駆動が制御され、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、δＶに基づいて、シールド掘進ａｌＩＯの方位角
θｋｍ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ｇ　ｘ＋　　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現位置での偏差δｈ
、δ■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、δ■が入力
され、シールド掘進機１０の現位置での方位角θｋｍと
ピッチ角ＩＦｋｍとが演算される。

続くステップＳ２では、偏差δｈ、δＶか予め設定され
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で警報か発せられ、いずれの場合でも次
のステップか実行される。

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、ｎ機長光でシールド掘進機１０を２δｈ
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（δｈ
−δｈｌ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ＩＲとし、ｌリングでの偏位角をθｈとする
と、βｈ−θｋｍ＋θｈとなり、θｈ−ｊａｎ−１　　
（δｈ−δｈ”）＃Ｒ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図では角で囲んた相関データの周
囲にそれぞれ４つの曖昧領域を設定し、重みを考慮して
！　／３．２　／３．３　／３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で設定された制御角
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することもできる。

一方、第２図に示したステップ８７〜ｓ９では、鉛直偏
差δＶ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８４〜ｓ９で求められると、ステップ１０では、合
成力点位Ｋｇ　（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
ヤツキパターン選択軸Ｊ２ｊが決定され、次に、力点位
置ｇを包囲する力点ゾーンｉが求められ、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軸上の中心がら偏位し
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３ｏと子局２４とをを介してシ
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
βｈ、βＶの掘進方向にシールド掘進機１ｏ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。

そして、次のステップｓ１２では、ジヤツキ２１の伸長
ストロークに応じて、その時の水平および鉛直偏差δｈ
ｎ、　　δｖｎが読み込まれる。

ステップ５１３では、ジヤツキ２１の伸長ストロークお
よび偏差δｈｎ、　　δｖｎに対するジヤツキパターン
の変更の要求度が演算される。

このときの演算に用いられる伸長ストロークに対する要
求度の設定状況の一例を第６図に示している。

同図では、最大ジヤツキストロークを１００として、こ
れを均等に１０分割し、各分割点でそれぞれ要求度を設
定しており、要求度の最大値は１となっていて、ジヤツ
キストロークの初期では要求度が０で、その後上昇し、
ジヤツキストロークの指標が４から９までは要求度１に
なり、指標９から１０では要求度が１から０に下がって
いる。

このような要求度を設定したのは、ジヤツキ２１の伸長
が始まった初期では、ステップｓｌｌで選択したジヤツ
キパターンの効果が未だ現れないこと、また、ジヤツキ
２１の伸長が終わる頃には、次のジヤツキパターンが選
択されるからこのようにしているが、もちろん要求度は
任意に設定できる。

一方、偏差δｈｎ、　　δｖｎに対する要求度は、第７
図のように設定している。

同図では、縦軸が要求度で横軸が偏差であり、要求度の
度合は、偏差１ｏで０．２．同２０以上が１に設定され
ているが、もちろんこの要求度も任意に設定できる。

ステップｓ１３でストロークおよび偏差に対する要求度
が求められると、ステップｓ１４では、要求度の演算が
行われ、ステップｓ１５で演算された要求度が設定値以
内か否かが判断される。

そして、ステップｓ１６でジヤツキストロークの全長に
亘ってステップｓ１２がら同ｓ１５までの処理が行われ
たか否かが判断され、これがｙｅＳであればスタートに
戻るし、ｎｏであればステップ１２に戻ることになる。

以上の一連の手順をより具体的に説明すると、今、第１
表に示すような偏差Ａ、Ｂの測定値が得られたとすると
、偏差Ａ、Ｈに対するステップ＄１４で行われる要求度
の演算は第２表に示すようになる。

第２表を見ると明らかなように、要求度の演算では、ジ
ヤツキストロークに対して求められる２つの要求度が乗
算されて修正の要求度とされ、さらに、この修正の要求
度を加算することにより、要求度の加算値が求められ、
これが設定値（同表では３以上に設定されている）にな
ると、ステップｓ１７で選択されたジヤツキパターンの
変更が行われ、要求度がクリアされることになる。

さて、以上のような方法でシールド掘進機１０のジヤツ
キパターンを変更すれば、シールド掘進機１０を推進さ
せるジヤツキ２１の伸長に応じて、選択されたジヤツキ
パターンの変更の要求度に格差を設定し、かつ、ジヤツ
キ２１の伸長と、その時点での偏差δｈｎ、　　δｖｎ
の大きさに応じてジヤツキパターンの変更の要求度にも
格差を設定し、さらに、得られた要求度を順次加算し、
加算された要求度か所定の大きさになったときに、ジヤ
ツキパターンを変更するので、ジヤツキ２１でシールド
掘進機１０を推進させている途中で周囲の地盤の性状が
変化した場合にもこれに適応できる。

なお、上記実施例では、ジヤツキパターンを選択する方
法として、いわゆるファジィ制御でこれを行う方法を例
示したが、この発明の実施がこれに限定されることはな
く、これ以外の方法でジヤツキパターンを選択しても良
い。

【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、第６図はジヤツキ
ストロークに対する要求度の設定状態の説明図、第７図
は偏差に対する要求度の設定状態の説明図である。 １０・・・・・・シールド掘進機 ２１・・・・・・ジヤツキ δｈ・・・・・・水平偏差 δ■・・・・・・鉛直偏差 βｈ・・・・・・水平制御角 βＶ・・・・・・鉛直制御角

Claims (1)

【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
   と計画線との間の偏差を演算し、この偏差の大きさに応
   じて前記シールド掘進機を掘進させるジャッキパターン
   を選択して、前記シールド掘進機の掘進方向が制御され
   る方法において、前記シールド掘進機を推進させるジャ
   ッキの伸長に応じて前記ジャッキパターンの変更の要求
   度に相違を設定するとともに、この要求度を順次加算し
   て、前記要求度の加算値が所定の大きさになったときに
   前記ジャッキパターンを変更することを特徴とするシー
   ルド掘進機のジャッキパターンの変更方法。