JPH06240979A - 中折れ式シールド掘進機の位置・姿勢自動制御方法 - Google Patents

中折れ式シールド掘進機の位置・姿勢自動制御方法

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JPH06240979A
JPH06240979A JP10386593A JP10386593A JPH06240979A JP H06240979 A JPH06240979 A JP H06240979A JP 10386593 A JP10386593 A JP 10386593A JP 10386593 A JP10386593 A JP 10386593A JP H06240979 A JPH06240979 A JP H06240979A
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jack
shield
bending
center
construction
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Yoshiyuki Shimizu
賀之 清水
Motomitsu Suzuki
基光 鈴木
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Hitachi Shipbuilding and Engineering Co Ltd
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  • Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】 掘削する施工計画線に対するシールド本体の
前胴および後胴の位置および姿勢のずれを検出するとと
もに、前胴と後胴との中折れ角を検出し、これら各検出
データに基づき、シールド本体が施工計画線に沿うよう
に、上記折曲用ジャッキに推力を発生させる自動制御方
法である。 【効果】 中折れ角を調節する折曲用ジャッキを制御し
て、シールド本体を施工計画線に沿うようにするので、
シールド本体の旋回性能すなわち制御性能を大幅に向上
させ得るとともに、推進用ジャッキを、常にセグメント
に当接させておく必要がなく、したがって施工時間の短
縮を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、中折れ式シールド掘進
機の位置・姿勢自動制御方法に関する。
【0002】
【従来の技術】通常、シールド掘進機によりトンネルを
掘削する場合、予め計画された施工計画線に沿って掘削
が行われており、また施工計画線に曲率が大きい曲線が
ある場合には、前胴と後胴とからなる中折れ式のシール
ド掘進機が使用されている。
【0003】ところで、この中折れ式シールド掘進機に
おいては、シールド本体が施工計画線に沿うように、所
定の中折れ角を設定し、後胴側に設けられた推進用ジャ
ッキにより、旋回モーメントを発生させて、シールド本
体を所定の方向に変位させていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の位
置および姿勢制御方法によると、推進用ジャッキを使用
して、シールド掘進機の位置および姿勢を制御している
ため、シールド本体の旋回性能に限界があるとともに、
常に、推進用ジャッキをセグメントに当接させておく必
要があり、したがってどうしても掘削作業時間が長くな
るという問題があり、また所定の中折れ角で施工計画線
通りの曲率で掘進できなかった場合、推進用ジャッキを
使用して、シールド掘進機の位置および姿勢を補正する
ため、その補正が遅れたり、不十分であったりして、ど
うしても施工精度が悪くなるという問題があった。
【0005】そこで、本発明は上記問題を解消し得る中
折れ式シールド掘進機の位置・姿勢自動制御方法を提供
することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第1の手段は、前胴と後胴とが折曲可能に
連結されてなるシールド本体の中折れ角を調節する折曲
用ジャッキを有する中折れ式シールド掘進機の位置およ
び姿勢の制御方法であって、掘削する施工計画線に対す
る上記前胴および後胴の位置および姿勢のずれを検出す
るとともに、前胴と後胴との中折れ角を検出し、これら
各検出データに基づき、シールド本体が施工計画線に沿
うように、上記折曲用ジャッキに推力を発生させる中折
れ式シールド掘進機の位置・姿勢自動制御方法である。
【0007】また、上記課題を解決するため、本発明の
第2の手段は、前胴と後胴とが折曲可能に連結されてな
るシールド本体の中折れ角を調節する折曲用ジャッキを
有する中折れ式シールド掘進機の位置および姿勢の制御
方法であって、掘削する施工計画線に対する上記前胴お
よび後胴の位置および姿勢のずれを検出するとともに、
前胴と後胴との中折れ角を検出し、これら各検出データ
に基づき、シールド本体が施工計画線に沿うように、上
記折曲用ジャッキに推力を発生させることを特徴とする
中折れ式シールド掘進機の位置・姿勢自動制御方法であ
る。
【0008】
【作用】上記第1の手段のシールド掘進機の位置・姿勢
制御方法によると、前胴と後胴との中折れ角を調節する
折曲用ジャッキを制御して、シールド本体を施工計画線
に沿うようにするため、後胴側に設けられた推進用ジャ
ッキを制御して、シールド本体の位置および姿勢を制御
する場合に比べて、シールド掘進機の旋回性能を大幅に
向上させ得るとともに、推進用ジャッキを、常にセグメ
ントに当接させておく必要がなく、掘削作業時間を短縮
させることができる。
【0009】また、上記第2の手段ののシールド掘進機
の位置・姿勢制御方法によると、前胴と後胴との中折れ
角を調節する折曲用ジャッキと推進用ジャッキを連続的
に制御して、シールド本体を施工計画線に沿うようにす
るため、所定の中折れ角を設定した後に、後胴側に設け
られた推進用ジャッキを制御して、シールド掘進機の位
置および姿勢を制御する場合に比べて、シールド掘進機
の位置および姿勢の補正を迅速にかつ正確に行うことが
でき、したがって施工精度を向上させることができる。
【0010】
【実施例】以下、本発明の第1の実施例を図1〜図3に
基づき説明する。図3において、1は中折れ式シールド
掘進機のシールド本体で、このシールド本体1は前胴2
と後胴3とが屈折可能に連結されてなり、またこの前胴
2と後胴3との連結部には、その周方向に沿って所定間
隔置きに複数の折曲用ジャッキ(油圧シリンダー)4が
配置されており、また後胴3の後端部にも、その周方向
に沿って所定間隔置きに複数の推進用ジャッキ(油圧シ
リンダー)5が配置されている。勿論、この推進用ジャ
ッキ5はセグメント(一次覆工用型枠)6を推すことに
より、シールド本体1を前進させるためのものである。
【0011】上記の各折曲用ジャッキ4は、シールド本
体1である前胴2および後胴3が、掘削すべき所定の施
工計画線sに沿うように、制御装置(図1参照)7によ
りその推力が制御される。
【0012】また、上記シールド本体1には、前胴2お
よび後胴3の位置および姿勢を検出するとともに、前胴
2と後胴3との中折れ角を検出する検出器(図1参照)
9が設けられるとともに、この検出器9から検出された
各検出データは、上記制御装置7に入力するようにされ
ている。
【0013】さらに、上記制御装置7は、図1に示すよ
うに、初期データの設定部11と、上記検出器9からの
検出データを入力するとともに、この検出データと設定
部11からの初期データとを比較してその差を出力する
比較部12と、この比較部12から出力された差に基づ
き折曲用ジャッキ4の駆動部8に制御信号を出力する演
算制御部13とを有している。
【0014】次に、上記のシールド本体1の位置および
姿勢制御手順を、図2のフローチャート図に基づき説明
する。まず、制御装置7に、予め施工計画線sの三次元
データ、具体的には姿勢データとして、位置データ、姿
勢角度データ(θr )および前胴2と後胴3との屈折角
として中折れ角度データ(δr )を入力し、次に制御目
標距離(施工計画線sに一致させるまでの距離)を設定
する。
【0015】なお、上記姿勢角度データ(θr )には、
例えば水平面における角度データおよび鉛直面における
角度データが含まれている。次に、シールド本体1側に
設けられている検出器9で検出された前胴2および後胴
3の位置データ、姿勢データ(θ)および中折れ角デー
タ(δ)と、予め入力されている施工計画線sの三次元
データとが比較部12で比較されてその差、すなわち位
置データの差(ξ)、姿勢データの差(Δθ=θr
θ)および中折れ角データの差(Δδ=δr −δ)が求
められた後、その差が演算制御部13に出力される。
【0016】そして、演算制御部13では、数十cmごと
に比較部12から送られてきた差のデータに基づき、シ
ールド本体1を施工計画線sに沿わすような旋回モーメ
ントを発生させるための制御信号がジャッキパターンと
して折曲用ジャッキ4の駆動部8に出力される。
【0017】また、上記演算制御部13において、所定
の旋回モーメントが得られるジャッキパターンすなわち
各折曲用ジャッキ4のオン・オフ(作動・非作動)を求
める際の演算方法としては、土中におけるシールド本体
1の位置、姿勢および中折れ角の運動モデルに基づく制
御アルゴリズムがある。
【0018】すなわち、制御信号に、フィードバックが
かけられており、このときのフィードバックゲインは、
制御目標距離が考慮されるとともに、シールド本体1の
軌道が振動せず、かつ定常偏差が残らないような値に設
定されている。
【0019】このように、折曲用ジャッキ4により発生
するジャッキモーメントを制御することにより、シール
ド本体1を施工計画線sに沿うように変位させるので、
従来に比べてシールド掘進機の旋回性能すなわち制御性
能を大幅に向上させ得るとともに、後胴3側に設けられ
た推進用ジャッキ5を常にセグメント6に当接させてお
く必要がなく、したがって施工時間の短縮を図ることが
できる。
【0020】次に、本発明の第2の実施例を図4および
図5に基づき説明する。上記第1の実施例においては、
シールド掘進機の位置および姿勢を制御するのに、折曲
用ジャッキの推力を制御するようにしたのに対して、本
第2の実施例においては、折曲用ジャッキおよび推進用
ジャッキの両推力を制御して、所定の旋回モーメントを
発生させる制御方法である。
【0021】すなわち、上記第1の実施例において説明
した折曲用ジャッキ4および推進用ジャッキ5が、シー
ルド本体1すなわち前胴2および後胴3が掘削すべき所
定の施工計画線sに沿うように、制御装置7によりそれ
ぞれの推力が制御されて、シールド本体1に所定の旋回
モーメントが発生させられる。
【0022】このため、駆動部8からの信号は、図5に
示すように、折曲用ジャッキ4および推進用ジャッキ5
の両方に出力されて、両者を制御するようにしている。
したがって、前胴2および後胴3の各データ(ξ),
(θ),(δ)と施工計画線sの三次元データとの差が
求められた後、この差が演算制御部13に出力され、そ
してこの演算制御部13では、数十cm掘進するごとに、
その差のデータに基づき、シールド本体1を施工計画線
sに沿わすような旋回モーメントを発生させるための制
御信号がジャッキパターンとして駆動部8に入力され
て、折曲用ジャッキ4および推進用ジャッキ5に所定の
推力が得られるようになし、シールド掘進機に所定の旋
回モーメントが発生させられる。
【0023】このように、折曲用ジャッキ4および推進
用ジャッキ5により発生させられるジャッキモーメント
を制御することにより、シールド本体1を施工計画線s
に沿うように変位させるので、従来に比べて、シールド
掘進機の位置および姿勢の補正を迅速にかつ正確に行う
ことるができ、したがって施工精度を向上させることが
できる。
【0024】
【発明の効果】以上のように本発明の第1の手段の位置
・姿勢制御方法によると、中折れ角を調節する折曲用ジ
ャッキを制御して、シールド本体を施工計画線に沿うよ
うにするので、従来とは異なり、シールド本体の旋回性
能すなわち制御性能を大幅に向上させ得るとともに、推
進用ジャッキを、常にセグメントに当接させておく必要
がなく、したがって施工時間の短縮を図ることができ
る。
【0025】また、本発明の第2の手段の位置・姿勢制
御方法によると、中折れ角を調節する折曲用ジャッキお
よび推進用ジャッキを制御して、シールド本体に所定の
旋回モーメントを発生させ、シールド本体を施工計画線
に沿うようにするので、シールド掘進機の位置および姿
勢の補正を迅速にかつ正確に行うことができ、したがっ
て施工精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例におけるシールド掘進機
の位置・姿勢制御を行うための制御装置の概略構成を示
すブロック図である。
【図2】同第1の実施例におけるシールド掘進機の位置
・姿勢制御方法を示すフローチャート図である。
【図3】同第1の実施例におけるシールド掘進機の概略
全体構成を示す平面図である。
【図4】本発明の第2の実施例におけるシールド掘進機
の位置・姿勢制御を行うための制御装置の概略構成を示
すブロック図である。
【図5】同第2の実施例におけるシールド掘進機の位置
・姿勢制御方法を示すフローチャート図である。
【符号の説明】
1 シールド本体 2 前胴 3 後胴 4 折曲用ジャッキ 5 推進用ジャッキ 6 セグメント 7 制御装置 8 駆動部 9 検出器 11 設定部 12 比較部 13 演算制御部

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】前胴と後胴とが折曲可能に連結されてなる
    シールド本体の中折れ角を調節する折曲用ジャッキを有
    する中折れ式シールド掘進機の位置および姿勢の制御方
    法であって、掘削する施工計画線に対する上記前胴およ
    び後胴の位置および姿勢のずれを検出するとともに、前
    胴と後胴との中折れ角を検出し、これら各検出データに
    基づき、シールド本体が施工計画線に沿うように、上記
    折曲用ジャッキに推力を発生させることを特徴とする中
    折れ式シールド掘進機の位置・姿勢自動制御方法。
  2. 【請求項2】前胴と後胴とが折曲可能に連結されてなる
    シールド本体の中折れ角を調節する折曲用ジャッキを有
    する中折れ式シールド掘進機の位置および姿勢の制御方
    法であって、掘削する施工計画線に対する上記前胴およ
    び後胴の位置および姿勢のずれを検出するとともに、前
    胴と後胴との中折れ角を検出し、これら各検出データに
    基づき、シールド本体が施工計画線に沿うように、上記
    折曲用ジャッキおよび推進用ジャッキに推力を発生させ
    ることを特徴とする中折れ式シールド掘進機の位置・姿
    勢自動制御方法。
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105822315A (zh) * 2016-05-25 2016-08-03 山东大学 盾构机防电瓶车溜车碰撞装置及方法

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JPH05248172A (ja) * 1992-03-09 1993-09-24 Taisei Corp シールド掘進機の制御装置

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