JPH0610587A - 補正計画線の導出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 シールド掘削機により掘削する際に、掘削位
置、方向が計画線からずれた場合に、手持ちのリングを
考慮して、計画線に戻る進路である補正計画線を求める
ことを目的とする。 【構成】 各リング先端面の中心点を結ぶ折れ線である
補正計画線を導出する方法であって、前記シールド掘削
機の先端と前記計画線との偏角及び偏差が次式を満足す
るまで、選択されたテーパリング及び標準リングの数、
種類に基づき、演算上で仮想的に組み合わせて補正計画
線を作成するものである。 ｜偏差｜＜θ／２ ｜偏角｜＜Ｂ・sin(θ／２）

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘削機により
掘削する際に、掘削位置、方向が計画線からずれた場合
に、計画線に戻る進路である補正計画線を求めるために
適用される導出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】地下鉄道、上下水道、電力、通信、ガス
用共同溝、地下道などのトンネルは、シールド工法によ
り構築されることが多い。シールド工法を採用すれば、
周辺の地盤の崩壊を防ぎながら、シールドの内部で安全
に覆工作業を行いつつトンネルを構築することができ
る。

【０００３】このシールド工法の施工は、次の手順によ
り行われる。 （１）まずシールド掘進に先だって、シールドの組立な
らびに掘進の基点となる場所を、ケーソン工法などの工
法で立坑に掘り下げて確保する。（２）以降は、覆工の
１リングに相当する長さだけ、シールドの前面を掘削す
ると同時に、（３）シールドジャッキによりシールドを
前進させ、（４）尾部の覆工を行う、という操作を繰り
返して掘進する。

【０００４】ここで加泥式シールド掘削機の機械的機構
及び動作の概要を、図１を参照して説明する。図１に示
すように、掘削機本体１は円筒状を成しており、その前
部に隔壁となるバルクヘッド２が取り付けられ、バルク
ヘッド２の前面には回転カッタ３が取り付けられてい
る。バルクヘッド２と回転カッタ３との間がチャンバ室
４となり、チャンバ室４内には、加圧・注入された加泥
材と削土とが混練されて生成された混練土が取り込ま
れ、この混練土はスクリューコンベア５によって排出さ
れる。このとき土圧は、土圧計６により検出され、土圧
に応じて、スクリューコンベア５の排出能力が調整され
る。

【０００５】掘削機本体１の尾部は、テールパッキン７
を介して、既設セグメント８に嵌合している。そして掘
削機本体１には周方向に沿い複数本の油圧式シールドジ
ャッキ９が配置されている。掘削機本体１を掘進させる
ときには、シールドジャッキ９に油圧を供給してシール
ドジャッキ９を伸ばしてセグメント８を押す。セグメン
ト８からの反力により掘削機本体１が前進し、前進時に
回転カッタ３による掘削をする。１リング分掘進したと
ろで掘削を停止してシールドジャッキ９を縮め、縮めた
時に形成された隙間に、エレクタにより、新設セグメン
トを搬入してリング状に組み立てる。なお、シールドジ
ャッキ９のストロークはストローク計により検出され、
シールドジャッキ９に供給される圧油の圧力は圧力計に
より検出される。

【０００６】また、掘削機本体１の内部には、本体１の
位置，姿勢，方向を測定する検出器、位置などを判定す
るための制御装置、シールドジャッキへの圧油供給の制
御をするシールドシーケンサなどが組み込まれている。

【０００７】シールド掘削機は、予め計画された計画線
に沿って掘進するよう方向制御が行われる。すなわち、
シールド掘削機の位置をレーザ計測器やレベル計などを
用いて実測し、この実測データと計画線との偏差をコン
ピュータで演算し、この偏差が小さくなるように、方向
制御を行う。方向制御は、掘進の際に、複数のシールド
ジャッキのうち所定のものに圧油を供給しなかったり、
各シールドジャッキに供給する圧油の圧力を調整するこ
とにより、掘削機本体１に作用する回転モーメントを変
化させることによって実現している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】シールド掘削機の方向
制御を行っている際に、地盤の急変や制御不良などによ
りシールド掘削機の位置、方向が計画線からずれること
があり、ある許容値以上に位置、方向がずれた場合は補
正計画線を新たに作成する。従来、補正計画線は、掘削
機先端から、計画線に滑らかに接するような線を幾何学
的に導出して、それを補正計画線としていた。補正計画
線は、リング先端面に各シールドジャッキが最縮の状態
で接した時のシールド掘削機先端の点を結んだ線と同一
である。補正計画線を導出したら、この補正計画線に沿
うようにシールド掘削機を制御しながら掘進させる。

【０００９】従来、補正計画線は、現場に用意された手
持ちのテーパリング及び標準リングの種類や数を考慮す
ることなく導出されていた。この為、この補正計画線に
沿って掘削するとテーパリングが不足したり、曲率に一
致するリングの組み合わせができないことがあった。こ
のような場合には、補正計画線を無視して、作業者が在
庫のテーパリング及び標準リングを考慮しつつシールド
掘削機の方向を制御し掘進させ、数十リング先で計画線
に戻るように作業していた。

【００１０】本発明は、上記従来技術の問題点を解決
し、リングの種類、数やリングの組み合わせを考慮して
適切かつ迅速な施工のできる補正計画線の導出方法を提
供する目的を有する。

【００１１】

【課題を解決するための手段】斯かる目的を達成する本
発明の構成はシールド掘削機の掘削位置、方向がある許
容値を越えて計画線からずれたときに、現在位置から前
記計画線上に戻るようにリングを組み合わせるために、
各リング先端面の中心点を結ぶ折れ線である補正計画線
を導出する方法であって、前記シールド掘削機の先端と
前記計画線との偏角及び偏差が次式を満足するまで、選
択されたテーパリング及び標準リングの数、種類に基づ
き、演算上で仮想的に組み合わせて補正計画線を作成す
ることを特徴とする。

【００１２】

【数２】

【００１３】

【作用】シールド掘削機の掘削位置、方向がある許容値
を越えて計画線からずれたことが検出されると、作業者
は、手持ちのテーパリング及び標準リングの数、種類を
選択する。そして、選択されたテーパリング及び標準リ
ングの数、種類に基づき、現在位置から前記計画線上に
戻るようにリングを組み合わせ、前記シールド掘削機の
先端と前記計画線との偏角及び偏差が上述した式を満足
するまで、各リング先端面の中心点を結ぶ折れ線である
演算上で仮想的に組み合わせて補正計画線を導出する。

【００１４】

【実施例】以下、本発明について図面に示す実施例を参
照して詳細に説明する。本発明は、図１に示すシールド
掘削機に適用されるものである。即ち、シールドジャッ
キ９が伸びてセグメント８から反力を受けて前進し、回
転カッタ３により掘削された土をスクリューコンベア５
により排出するシールド掘削機に適用されるものであ
る。シールドジャッキ９は、図２に示すように円環状に
２０本配置され、以下、区別する場合には各シールドジ
ャッキに「９−１」〜「９−２０」の符号を付して説明
する。

【００１５】図３は、本発明の一実施例に係る制御系を
構成する各制御装置の配置状況を示すものである。同図
に示すように掘削機本体１内には、自動方向制御システ
ムを搭載した制御装置２０と、シールドシーケンサ２１
が備えられており、地上側には、ユーザ支援、システム
立ち上げ、データ収集・記録を行う運転管理システムを
搭載したパソコン２２が備えられている。

【００１６】制御装置２０には、土圧計２３により検出
した土圧データ、ジャイロとレベル計を組み込んだジャ
ベル（商品名）２４により検出した位置・方向データ、
ジャイロ２５により検出したローリングデータ、ストロ
ーク計２６により検出したシールドジャッキ９のストロ
ークデータ、圧力計２７により検出したシールドジャッ
キ９への供給油圧データが入力される。また、制御装置
２０にはディスプレイ２８が接続されている。

【００１７】シールドシーケンサ２１は、比例弁アンプ
２９を介してバルブ３０の開閉制御をする。バルブ３０
の開閉制御をすることにより、２０本のシールドジャッ
キ９−１〜９−２０への圧油の供給制御が行われる。こ
のシールドシーケンサ２１と制御装置２０との間では、
データが双方向に伝送される。

【００１８】地上のパソコン２２には、モニタ３１、プ
リンタ３２及びキーボード３３が接続されている。この
パソコン２２は、制御装置２０及びシールドシーケンサ
２１に接続されている。

【００１９】次に本発明に係わる補正計画線の導出方法
を制御装置２０の演算を中心に説明する。図４に示すよ
うに、計画線Ｋに対し、掘削機本体１先端の位置が次式
（１）で示す許容値を越えてずれたことが判ると、制御
装置２０は、後述する手法により補正計画線Ｈを作成す
る。 許容値＝（ｄ−Ｄ₀）／２ …（１） 但し、ｄは掘削機本体１の内径 Ｄ₀はリング外径である。

【００２０】この補正計画線Ｈは、掘削機本体１の現在
位置Ａと数十リング先の計画線Ｋ上の目標位置Ｔとを結
ぶ線であり、リングを仮組みして作成したものである。
即ち、現在位置Ａから計画線Ｋ上に戻るようにリングを
組み合わせるために、各リング先端面の中心点を結ぶ折
れ線である。

【００２１】ここで、図５に基づいて、補正計画線Ｈの
導出手順を説明する。掘削機本体１内に備えられた制御
装置２０は、地上のパソコン２２から補正計画線Ｈの作
成に必要なデータを掘進開始前に受信するとともに、レ
ーザ計測器などにより得た、掘削機本体１の位置・方向
を示すデータが掘進中に送信されてくる。

【００２２】制御装置２０は、掘削機本体１の現在位置
Ａが計画線Ｋから許容値以上離れたことを検出すると、
補正計画線Ｈを作成するための補正計画線作成モードと
なり、この補正計画線作成モードはパソコン２２に伝え
られモニタ３２に表示される。補正計画線作成モードに
なると、作業者はパソコン２２のキーボード３３などを
用いてテーパリング及び標準リングの種類を選択する。
テーパリングは図６（ａ）に示すように通常の円筒状の
リングの一端面を斜めに切り落としたような片テーパ状
の円筒体である。

【００２３】テーパリングの主要寸法は、外径Ｄ₀ 、最
大リング幅Ｂｒ、テーパの種類や設定数は手持ちのリン
グから作業者が任意に選択できる。この選択したリング
を演算上で計画線に戻るように仮想的に組み合わせてい
き、シールド掘削機本体１の先端と計画線Ｋとの偏角及
び偏差が下式に示す条件式（２）を満足するまで、補正
計画線Ｈを作成し、その補正計画線Ｈ上を通る掘削機本
体１先端と計画線Ｋとの偏角、偏差が次式を満たせば補
正計画線Ｈの作成を終了する。

【００２４】

【数３】

【００２５】偏差は、本来掘削機本体１が位置すべき計
画線Ｋ上の点Ｄから補正計画線Ｈ上の掘削機本体１先端
Ａまでの距離のことをいい、偏角は、点Ｄのおける計画
線Ｋの方向と掘削機本体１先端の掘進方向とがなす角の
ことをいう。また、演算上でのリングの仮想的な組み合
わせは、リングの種類、数に応じて、膨大な組み合わせ
が数学的には考えられるが、上述した式を満足すれば、
それ以降は組み合わせを考えることはないので、演算時
間としては一定範囲内の値とすることができる。

【００２６】ここで、テーパリング及び標準リングの
数、種類を選択する場合には、手持ちのリングの範囲内
で行う必要があるが、更に、経験的に考えて現在位置Ａ
から計画線Ｋの目標位置Ｔへ戻るに必要充分な数、種類
とする必要がある。さもなければ、リングの仮想的な組
み合わせを最後まで行ったとしても、上述した式を満足
すべき補正計画線Ｈが、最終的に求まらないことがある
からである。

【００２７】万一、上述した式を満足する補正計画線Ｈ
が１回の選択で求まらないとしても、テーパリング及び
照準リングの数、種類を再度選択し、それでもだめな
ら、更に、その選択を繰り返せば、結果的に上述した満
足する補正計画線Ｈを導出することが可能である。

【００２８】例えば、図７（ａ）、図７（ｂ）は、計画
線から許容値以上ずれた位置からテーパリングのテーパ
量の異なる場合の補正計画線Ｈを示すが、何れの場合で
も、上述した補正計画線Ｈを求められた。但し、図７
（ｂ）は、図７（ａ）に比べてテーパ量の少ない場合を
示す。

【００２９】ここで、シールドシーケンサ２１によるシ
ールドジャッキ９−１〜９−２０の制御動作を図５を基
に説明する。シールドシーケンサ２１は、方向制御弁４
１の切り換え制御をするとともに、比例弁アンプ２９−
１〜２９−６を介して電磁比例弁３０−１〜３０−６の
動作圧力を調整する。

【００３０】方向制御弁４１の室４１ａを選択するとシ
ールドジャッキ９−１〜９−２０が伸びるように圧油が
供給される。このとき電磁比例弁３０−１〜３０−６の
動作圧力を調整することによりシールドジャッキの推力
を変える、メータアウト制御が可能となる。すなわち

【００３１】（ａ）電磁比例弁３０−１の作動圧力を調
整することにより、シールドジャッキ９−１，９−２，
９−３のジャッキ推力を調整でき、（ｂ）電磁比例弁３
０−２の作動圧力を調整することにより、シールドジャ
ッキ９−４，９−５，９−６，９−７のジャッキ推力を
調整でき、

【００３２】（ｃ）電磁比例弁３０−３の作動圧力を調
整することにより、シールドジャッキ９−８，９−９，
９−１０のジャッキ推力を調整でき、（ｄ）電磁比例弁
３０−４の作動圧力を調整することにより、シールドジ
ャッキ９−１１，９−１２，９−１３のジャッキ推力を
調整でき、

【００３３】（ｅ）電磁比例弁３０−５の作動圧力を調
整することにより、シールドジャッキ９−１４，９−１
５，９−１６，９−１７のジャッキ推力を調整でき、
（ｆ）電磁比例弁３０−６の作動圧力を調整することに
より、シールドジャッキ９−１８，９−１９，９−２０
のジャッキ推力を調整できる。

【００３４】従って直進するときには、電磁比例弁３０
−１〜３０−６の作動圧力を一致させ、曲進するとき
は、各電磁比例弁３０の作動圧力を調整して掘削機本体
１に作用する旋回モーメントを変化させる。方向制御弁
４１の室４１ｃを選択するとシールドジャッキ９−１〜
９−２０が縮むように圧力が供給される。

【００３５】

【発明の効果】以上、実施例に基づいて具体的に説明し
たように本発明によれば、テーパリング及び標準リング
を任意に選択するだけで、リングにより実際に覆工可能
な補正計画線を迅速に求めることができる。即ち、手持
ちのリングを有効活用することができる合理的な補正計
画線を導出することができ、迅速な施工を可能とするも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】シールド掘削機の構成を示す構成図である。

【図２】図１中のII−II線断面図であり、シールドジャ
ッキの配置を示すものである。

【図３】シールド掘削機の制御系を示す説明図である。

【図４】補正計画線の作成状態を示す説明図である。

【図５】制御系及び油圧系を示す構成図である。

【図６】同図（ａ）（ｂ）はそれぞれテーパリング、標
準リングを示す正面図である。

【図７】同図（ａ）（ｂ）はそれぞれ補正計画線の作成
状態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 掘削機本体 ２ バルクヘッド ３ 回転カッタ ４ チャンバ室 ５ スクリューコンベア ６ 土圧計 ７ テールパッキン ８ セグメント ９ シールドジャッキ（９−１〜２０） ２０ 制御装置 ２１ シールドシーケンサ ２２ パソコン ２３ 土圧計 ２４ ジャベル（商品名） ２５ ジャイロ ２６ ストローク計 ２７ 圧力計 ２８ ディスプレイ ２９ 比例弁アンプ（２９−１〜６） ３０ バルブ（３０−１〜６） ３１ モニタ ３２ プリンタ ３３ キーボード ４０ 油圧ポンプ ４１ 方向制御弁 Ａ 現在位置 Ｈ 補正計画線 Ｋ 計画線 Ｔ 目標位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 田中 淳一 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘削機の掘削位置、方向がある
   許容値を越えて計画線からずれたときに、現在位置から
   前記計画線上に戻るようにリングを組み合わせるため
   に、各リング先端面の中心点を結ぶ折れ線である補正計
   画線を導出する方法であって、前記シールド掘削機の先
   端と前記計画線との偏角及び偏差が次式を満足するま
   で、選択されたテーパリング及び標準リングの数、種類
   に基づき、演算上で仮想的に組み合わせて補正計画線を
   作成することを特徴とする補正計画線の導出方法。 【数１】