JPH05149086A - 推進用ヘツドの制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 少ない推進サイクルによって、推進用ヘッド
の推進経路を調整できるようにする。 【構成】 地中にある推進用ヘッド１の鉛直方向及び水
平方向の位置及び姿勢を検出し、その検出情報から、推
進用ヘッド進路を計画線形に合わせるための修正量を、
鉛直方向修正量Ｙ及び水平方向修正量Ｘとして各別に求
め、その鉛直方向修正量Ｙ及び水平方向修正量Ｘからそ
れらの合成ベクトルを修正要求量Ｒとして求め、その修
正要求量Ｒの方向に合わせて受圧面Ｆを向け、且つ、受
圧面Ｆの向く方向を反転操作して推進する反転推進量Ｌ
２を修正要求量Ｒの大きさによって設定して、推進経路
を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、後方から押圧力を受け
て推進する推進管の先端側に連結され、且つ、土中推進
に伴う土中からの反力を受けて推進方向を変更する受圧
面を備えた推進用ヘッドに対して、前記受圧面を向ける
方向を操作して推進経路を調整する推進用ヘッドの制御
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】土中推進に伴う土中からの反力を受けて
推進方向を変更する受圧面を有する先導体を前後軸心周
りに回転操作自在に備えた推進用ヘッドによって推進経
路の調整を行うに際して、前記受圧面を一定方向に向け
たまま一定の推進力で推進する場合には、前記受圧面の
向く方向とは反対方向に、推進量に概ね比例する推進用
ヘッド進路の変位が生じる。 即ち、受圧面を例えば推
進方向に対する左側に向けた状態で推進させ、推進量を
大きくすればするほど当初の推進経路に対してそれ以後
の進路を右側に大きく変位させることが出来る。この現
象を利用して、推進用ヘッド進路を計画線形に合わせる
ための推進経路の修正を実施している。

【０００３】従来、この種の推進用ヘッドの制御方法と
しては、地中にある推進用ヘッドの位置及び姿勢を検出
し、その検出情報から推進用ヘッド進路を計画線形に合
わせるための修正量を求め、その結果に基づいて、熟練
技術者が判断して前記受圧面を向ける方向とその方向に
受圧面を向けた状態で推進する推進量を決定し、それら
の仕様によって推進することを１推進サイクルとして、
順次この推進サイクルを繰り返して推進用ヘッドの制御
を実施するものである。

【０００４】即ち、推進用ヘッドの位置及び姿勢の検出
から次の位置及び姿勢の検出までの１計測ピッチ間に於
ける推進においては、前記推進用ヘッドの推進経路を修
正方向に推進させるための前記受圧面の修正用向きに前
記先導体を向けたままの状態で推進させるものであるか
ら、前記修正量に対する推進経路の調整は、１推進サイ
クルにおける推進量を増減させることで調整せざるを得
ない。つまり、各推進サイクルでの推進量は、修正量に
応じて常に変化する可能性があり、例えば、前記修正量
の値が小さい場合には、１推進サイクル当りの推進量も
短くして推進するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の推進用
ヘッドの制御方法によれば、推進設備の１ストローク分
に相当する距離を推進するのに、数回の推進サイクルを
重ねることもしばしばあり、１推進サイクルの推進が完
了する度毎に推進用ヘッドの位置及び姿勢の検出も実施
することとなる。即ち、１推進サイクル当りの推進長が
短くなればなるほど、推進サイクル数が増加し、前記検
出回数も増えて、結果的に時間が余計に掛かり、推進の
効率が低下するという欠点がある。

【０００６】さらに、実質の制御においては、熟練技術
者の判断が必要となると共に、その判断が、バラツいた
ものになる危険性もある。

【０００７】従って、本発明の目的は、上記欠点に鑑
み、少ない推進サイクルによって、推進用ヘッドの推進
経路を調整できる推進用ヘッドの制御方法を提供すると
ころにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明の特徴手段は、地中にある推進用ヘッドの鉛直
方向及び水平方向の位置及び姿勢を検出し（以後「位置
姿勢検出」という）、その検出情報から、推進用ヘッド
進路を計画線形に合わせるための修正量を、鉛直方向修
正量及び水平方向修正量として各別に求め、その鉛直方
向修正量及び水平方向修正量からそれらの合成ベクトル
を修正要求量として求め、土中推進に伴う土中からの反
力を受けて推進方向を変更する受圧面の向く方向を、前
記修正要求量の方向に合わせて向け、且つ、その受圧面
の向く方向を反転操作して推進する反転推進量を前記修
正要求量の大きさによって設定して、推進経路を調整す
るところにある。

【０００９】

【作用】本発明による特徴手段によれば、地中にある推
進用ヘッドの鉛直方向及び水平方向の前記位置姿勢検出
を行い、その検出情報から、推進用ヘッド進路を計画線
形に合わせるための修正量を、鉛直方向修正量及び水平
方向修正量として各別に求め、その鉛直方向修正量及び
水平方向修正量からそれらの合成ベクトルを修正要求量
として求め、土中推進に伴う土中からの反力を受けて推
進方向を変更する受圧面の向く方向を、前記修正要求量
の方向に合わせて向け、且つ、その受圧面の向く方向を
反転操作して推進する反転推進量を前記修正要求量の大
きさによって設定して、推進経路を調整するので、１推
進サイクルでの推進において、前記修正要求量の方向に
受圧面を向けて行う初期推進と、受圧面の向く方向を反
転させた状態で行う反転推進とを組み合わせることが可
能となる。

【００１０】即ち、前記初期推進によって生じる進路の
変位に対して、前記反転推進を実施することで、元の進
路へ戻そうという動きが生じ、これらの推進の長さを前
記修正量に基づいて変化させることで、１推進サイクル
当りの推進量を長く設定した場合でも推進経路の細かい
調整が可能となる。仮に、１推進サイクル当りの推進量
を、１ストローク分の長さに設定すれば、推進用ヘッド
の前記位置姿勢検出は、１ストローク分の推進工程につ
き１回実施すればよいことになる。

【００１１】つまり、１ストロークに相当する推進長を
一単位とした推進経路の修正が出来、従来のように多く
の推進サイクルを重ねる必要がなく、最小限度の推進サ
イクル数で推進経路の調整を実施することができ、その
結果として、推進用ヘッドの前記位置姿勢検出を行う回
数も減らすことが可能となる。

【００１２】しかも、従来のように人的判断を中心とし
ないことから、バラツキの少ない制御が可能となり推進
精度を向上させることが出来る。

【００１３】

【発明の効果】従って、本発明の推進用ヘッドの制御方
法によれば、必要最小限度の位置姿勢検出回数で推進用
ヘッドの推進経路をバラツキ少なく調整することが出来
るようになり、推進時間を短縮させて、推進効率をよく
する事が可能となった。

【００１４】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。

【００１５】本実施例の推進用ヘッドの制御方法は、図
２に示すように、推進に伴う土からの反力を受けて推進
方向を変更する受圧面Ｆを推進用ヘッド本体１Ａに対し
て軸心Ｐ周りに回転自在に且つ推進方向に出退自在に設
け、地中における推進用ヘッド１の位置及び姿勢を検出
する機構（位置姿勢検出機構）を設けた推進用ヘッド１
によって、推進を実施しつつその推進経路を調整する推
進用ヘッドの制御方法であって、詳しくは、以下に示す
通りである。

【００１６】まず、前記位置姿勢検出機構によって、地
中にある推進用ヘッド１の位置及び姿勢を数値として検
出する。次に、それらの値を基に例えばファジー推論に
よって計画線形に対する推進用ヘッドの位置及び姿勢の
ずれから、鉛直方向修正量Ｙ並びに水平方向修正量Ｘを
それぞれ推論値として求める。これらの値から図１Ａに
示すように、合成ベクトルを修正要求量Ｒとしてもとめ
る。この修正要求量Ｒに基づいて推進に移るわけである
が、まず受圧面Ｆをこの合成ベクトルＲの方向θｔを向
くように合わせる。続いて、その状態で推進用ヘッド１
から前記受圧面Ｆを推進方向に押し出す。その際、図１
Ｂに示すように受圧面Ｆの向く方向を合成ベクトルＲの
方向に合わせた状態で推進させる当初推進量Ｌ１と、受
圧面Ｆを反転操作した状態で推進させる反転推進量Ｌ２
との比を夫々前記修正要求量Ｒの値によって例えば表１
のように設定し、それらの合計推進量が１ストローク分
の長さとなるようにして推進を実施する。推進完了後、
再度推進用ヘッド１の位置及び姿勢の検出を実施し、次
の推進サイクルに対する制御値を求める。

【００１７】

【表１】

【００１８】以下に、上述した推進制御に用いる推進装
置の一例を図によって説明する。図２〜図３に示すよう
に、個々の外面が円筒面状をなす管体群、即ち外面円筒
面状の推進用ヘッド１及び外面円筒状面の複数の推進管
２よりなる小口径（例えば口径１００ｍｍ前後、あるい
はそれ以下程度）の管体群を、継手部Ｊを介して屈曲自
在に連結することにより、前記管体群を土中において屈
曲させつつ図外の押し込み装置により推進させるように
推進体を構成してある。

【００１９】次に、推進用ヘッド１を説明すると、図に
示すように管状の推進用ヘッド本体１Ａと、そのヘッド
本体１Ａに対して長手方向に沿う軸心Ｐ周りで回動自在
な先導体３とから構成されているとともに、前記先導体
３をヘッド本体１Ａの軸心Ｐ周りに回転操作する回転駆
動機構４と、前記先導体３をヘッド本体１Ａに対して軸
心Ｐ方向で出退操作する伸縮駆動機構５とを備えてい
る。前記先導体３は、前記ヘッド本体１Ａに枢支された
回転駆動軸８と前記先導体３に連設されたピストン１２
の筒状孔１４との嵌合、および、前記ピストン１２とそ
のピストン１２に外嵌するヘッド本体１Ａのシリンダー
部１３との嵌合により、前記ヘッド本体１Ａに対して、
相対回動ならびに軸心Ｐ方向で相対移動自在に支承され
ている。そして、この先導体３には、前記推進管２を地
中推進させるに伴って土圧を受けて、推進方向をヘッド
本体１Ａの軸心Ｐ方向から逸れる方向へ変換する受圧面
Ｆを設けてある。また、図示しないが前記先導体３の先
端部には、土砂と管体群との摩擦抵抗を減少させるため
の滑材を吐出する周知の滑材吐出手段が設けられてい
る。

【００２０】前記回転駆動機構４は、推進用ヘッド本体
１Ａの内周面の一部に形成された螺旋溝６と、その螺旋
溝６に螺合する螺合凸部７ａを備えて前記推進用ヘッド
本体１Ａに内嵌する回転駆動用ピストン７と、前記回転
駆動用ピストン７の内面側に形成されたスプライン孔部
７ｂと噛合するスプライン軸部８ａを外周部に形成した
回転駆動軸８と、前記回転駆動用ピストン７のピストン
ヘッド７ｃの両側部の受圧室１０に圧力流体の一例であ
る圧油を給排してこの回転駆動用ピストン７をヘッド本
体１Ａの軸心Ｐ方向で往復移動させる一対の圧力流体流
路９Ａ・９Ｂとを備えてなる。

【００２１】前記伸縮駆動機構５は、前記回転駆動軸８
に対して軸心Ｐ方向で摺動自在に外嵌するように前記先
導体３に一体連結された有底筒状のピストン１２と、そ
のピストンを内装するヘッド本体１Ａのシリンダー部１
３と、前記シリンダー部１３の内部空間に対して前記回
転駆動軸８内に形成された伸縮駆動用給排路１１を介し
て圧油を供給する圧力流体供給装置（図外）とから構成
されている。この伸縮駆動機構５は、前記ピストン１２
の内底部および前記ピストン１２の推進方向とは反対側
の端面との双方に夫々受圧部１２ａ，１４ａを設けて、
１２ａの受圧部と前記回転駆動軸８の推進方向側の端面
間および１４ａの受圧部とシリンダー部１３内面との間
に夫々前方圧力室１５・後方圧力室１６を形成してあ
る。そして、前記両圧力室１５，１６に対して圧力流体
供給装置側からの圧油の流通を許す伸縮駆動用給排路１
１を設けてある。また、前方圧力室１５と後方圧力室１
６間については、前記回転駆動軸８の外周面に形成され
たスプライン部８ｂに対して、前記ピストン１２の筒状
孔１４に、圧油の流通を許容する程度の間溝を設けて伸
縮駆動用給排路１１を形成してある。一方、ヘッド本体
１Ａに対するピストン１２の最大突出量を規制するピス
トン突出規制手段は、図２に示すようにピストン１２の
内側における大径部と小径部との段差部１７、及び、回
転駆動軸８の推進方向側の端部でピストンの突出に伴っ
て前記段差部１７が接当する接当部１８とによって形成
してある。

【００２２】前記回転駆動軸８の後方側端部には、推進
体の先端側位置を地上から検出する位置検出用センサを
取り付けるためのセンサ取付体１９が、軸受手段２０を
介して回動自在に外嵌装着されている。その軸受手段２
０の近くの回転駆動軸８部分には、ギヤ部２１を備えた
抜止め部材が形成されている。そして、そのギヤ部２１
と噛合するギヤ２２を回転部に装着したロータリーエン
コーダ２３が前記ヘッド本体１Ａ側の適宜位置に装着さ
れている。従って、そのロータリーエンコーダ２３は、
前記回転駆動軸８の回転を前記抜止め部材のギヤ部２１
及び前記ギヤ２２を介して読み取ることができるので、
前記回転駆動軸８の回転方向を検出することができる。
図中の２４は、ポテンショメータ及びその軸に固定され
たバラストにて構成されたローリング角検出センサであ
り、そのローリング角検出センサ２４によって推進用ヘ
ッド１が推進と共にどれだけローリングしたかが検出さ
れるようになっている。そして、このローリング角検出
センサ２４にて検出して推進用ヘッド１のローリング角
及び前記ロータリーエンコーダ２３によって得られた前
記ヘッド本体１Ａと前記受圧面Ｆとの相対角度から、前
記受圧面Ｆの絶対角が分かるようになっている。

【００２３】図４に示すように、前記センサ取付体１９
においては、前記軸芯Ｐと直交する方向に位置する一対
の取付部の一方に、推進用ヘッド１の位置検出信号送信
手段としてのセンサコイル２５（即ち、前記推進体の長
手方向と交叉する方向に励磁状態で磁束を発生するセン
サコイル２５）が、絶縁体２５ａを介して取着部材２６
（具体的にはボルト２６）を用いて取り付けられてい
る。そして、その取着部材２６は、前記センサコイル２
５が発生する磁束の指向性を強めるべく、コイル鉄芯材
料によって構成されている。前記センサ取付体１９の一
対の取付部の他方には、前記回転駆動軸８が回転しても
前記センサコイル２５が常に上側に来るように前記セン
サ取付体１９に対して重力を作用させる重錘２７が装備
されている。従って、前記推進用ヘッド１が水平姿勢
（又は略水平姿勢）である限り、前記センサコイル２５
が発生する磁束の方向は、常に鉛直方向（又は略鉛直方
向）に沿った方向になる。かかる状態で前記センサコイ
ル２５から発せられる磁束は地上に到達するが、前記セ
ンサコイル２５の上方に受信用コイルが存在していれ
ば、その受信用コイルに起電力が誘起されて電流が流
れ、受信用コイルに接続された検流計が反応することに
なる。そこで、前記受信用コイル及び前記検流計よりな
る位置検出信号受信手段を地上にて移動させたときに、
前記検流計が反応すれば、前記受信用コイルの下方の地
中に前記センサコイル２５が存在するので、地上から前
記センサコイル２５の位置即ち推進用ヘッド１の位置を
検出することができる。

【００２４】前記ヘッド本体１Ａの中間部にはその外周
部に、推進用ヘッド１の方位角検出信号送信手段として
のセンサコイル２８（即ち、前記推進体の長手方向に沿
う方向に励磁状態で磁束を発生するセンサコイル２８）
が、推進用ヘッド１（詳しくは、その本体１Ａ）に対し
て同軸状に装着されている。そして、そのセンサコイル
２８が発生する磁束の方向は、推進用ヘッド１が水平姿
勢（又は略水平姿勢）である限り、常に水平方向（又は
略水平方向）に沿った方向になる。かかる状態で前記セ
ンサコイル２８から発せられる磁束は地上に到達する
が、前記センサコイル２８の上方位置に適宜の方位角検
出信号受信手段を存在させると、それによって前記セン
サコイル２８の方位即ち推進用ヘッド１の方位を検出す
ることができる。例えば、前記方位角検出信号受信手段
として、前記上方位置に、水平姿勢に配される受信用コ
イルを存在させると、その受信用コイルに起電力が誘起
されて電流が流れ、その電流は受信用コイルに接続され
た電流計によって読み取ることができる。そして、その
電流計にて読み取ったデータの組合せ結果から、前記セ
ンサコイル２８の方位即ち推進用ヘッド１の方位を検出
することができる。

【００２５】以上の位置検出信号送信手段・位置検出信
号受信手段・方位角検出信号送信手段・方位角検出信号
受信手段を総称して位置姿勢検出機構という。

【００２６】〔別実施例〕以下に別実施例を説明する。

【００２７】先の実施例は、推進用ヘッド本体１Ａに対
して、受圧面Ｆが推進方向へ押し出すタイプの推進用ヘ
ッド１について説明したが、この推進形式に限るもので
はなく、例えば、受圧面Ｆの押し出し方式に替えて、元
押しジャッキによって後続の推進管２ごと押し出す方式
のものであっても同様の制御方法を適応することが出来
る。

【００２８】又、１推進サイクル当りの推進量は、１ス
トロークの長さに限るものではなく、更に長く設定した
り、逆に短く設定することも可能である。例えば、対象
土質の性状が比較的均一な場合には、推進量と進路の変
位量との関係が、規則正しい比例関係を示し易いため
に、１推進サイクル当りの推進量を長く設定しても、予
測と実際との差が生じることは少ない。

【００２９】更に、前記初期推進と前記反転推進とは、
１推進サイクルの内で必ず一回づつ実施することに限る
ものではなく、交互に複数回繰り返してもよく、修正量
の値によれば、１推進サイクルの推進すべてを初期推進
で実施してもよい。

【００３０】尚、特許請求の範囲の項に、図面との対照
を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明
は添付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】推進の制御を表す図（１Ａ……修正要求量を表
す図表、１Ｂ……各制御での推進量を表す図）

【図２】推進用ヘッドの先端側を表す図

【図３】推進ヘッドの基端側を表す図

【図４】推進ヘッドのイ−イ断面を表す図

【符号の説明】

１ 推進用ヘッド ２ 推進管 Ｆ 受圧面 Ｌ２ 反転推進量 Ｒ 修正要求量 Ｘ 水平方向修正量 Ｙ 鉛直方向修正量

フロントページの続き (72)発明者 大島 高 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会社 クボタ技術開発研究所内 (72)発明者 服部 正也 兵庫県尼崎市浜１丁目１番１号 株式会社 クボタ技術開発研究所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 後方から押圧力を受けて推進する推進管
   （２）の先端側に連結され、且つ、土中推進に伴う土中
   からの反力を受けて推進方向を変更する受圧面（Ｆ）を
   備えた推進用ヘッド（１）に対して、前記受圧面（Ｆ）
   を向ける方向を操作して推進経路を調整する推進用ヘッ
   ドの制御方法であって、 地中にある推進用ヘッド（１）の鉛直方向及び水平方向
   の位置及び姿勢を検出し、その検出情報から、推進用ヘ
   ッド進路を計画線形に合わせるための修正量を、鉛直方
   向修正量（Ｙ）及び水平方向修正量（Ｘ）として各別に
   求め、その鉛直方向修正量（Ｙ）及び水平方向修正量
   （Ｘ）からそれらの合成ベクトルを修正要求量（Ｒ）と
   して求め、その修正要求量（Ｒ）の方向に合わせて前記
   受圧面（Ｆ）を向け、且つ、前記受圧面（Ｆ）の向く方
   向を反転操作して推進する反転推進量（Ｌ２）を前記修
   正要求量（Ｒ）の大きさによって設定して、推進経路を
   調整する推進用ヘッドの制御方法。