JPH072782Y2 - シールド掘進機の姿勢制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案はシールド掘進機の姿勢制御装置に係り、特に掘
進機本体を推進移動させるジャッキに、各地山側から受
ける圧力およびモーメントに見合った推進力を発生させ
ることのできるシールド掘進機の姿勢制御装置に関す
る。

［従来の技術］ 一般に、地下鉄のトンネル堀削工事においては工期の短
縮化を図るためにセグメントの組み立てと同時に地山を
堀削しながら掘進移動するシールド掘進機が知られてい
る。この種のシールド掘進機としては第６図に示す如き
構成が考えられる（未公開）。

図示するように、掘進機本体１にはその掘進方向に臨ん
で地山を堀削するカッタ２が設けられる。このカッタ２
の背面部には泥水が給排水されるカッタチャンバ３が形
成され、このカッタチャンバ３内は切羽土圧に対抗する
泥水圧に保持されている。

また、カッタチャンバ３にはシールドフレーム４が連結
され、このシールドフレーム４内にはスライドジャッキ
５を介してエレクタ６が連結される。このエレクタ６は
円弧状のセグメント片Ｓを保持すると共にその保持した
セグメント片Ｓを周方向に据え付けるようになってい
る。

また、シールドフレーム４内にはその周方向に沿って掘
進機本体１の推進駆動源となるシールドジャッキ８が複
数配設される。したがって、１つのセグメント片Ｓに対
して複数の長尺なジャッキ８が配設される。これらのジ
ャッキ８はその延出先端部をセグメント片Ｓに係止させ
て伸長移動することにより、掘進機本体１を掘進方向に
推進移動させるものである。図示例は最下部に位置する
ジャッキ8aと最上部に位置するジャッキ8bとを示したも
のである。

具体的にはシールドフレーム４内に沿って下方から上方
に順次セグメント片Ｓが組み立てられ、その組立て中に
掘進機本体１が推進移動される。

まず、上方に位置するジャッキ8bが伸長移動された状態
で、下方に位置するジャッキ8aが既設のセグメント片Ｓ
から後退移動され、これらの隙間にはエレクタ６に握持
された新規なセグメントS₁が配設される。この最下端の
新規セグメント片S₁が配置された後はその上方に順次新
規なセグメント片が配設される。したがって、第７図に
示すように、最上部のジャッキ8bが後退移動され、最上
部の新規セグメント片S₂が組み込まれると１リング分の
セグメント片が配設されることになる。

この１リング分の新規セグメント片が配設される際には
その新たに配設される新規なセグメント片に対応するジ
ャッキ８以外のジャッキ８が伸長移動し、これらのジャ
ッキ８の伸長移動により、掘進機本体１が推進移動する
ことになる。すなわち、各ジャッキ８は２リング分のス
トローク長を有することになる。

したがって、セグメント片毎にシールドジャッキが交互
に伸縮移動され盛り替えながら、セグメント片の組み立
てと同時に掘進機本体１が推進移動されることになる。
また、掘進機本体１の推進移動に追従してエレクタ６が
掘進方向にスライド移動することになる。

このように１リング分のセグメント片の組立てが完了す
ると、第８図に示すように掘進機本体１の掘進移動も完
了することになる。

これら新規セグメントの組立ておよび掘進機本体１の推
進移動が完了した後は第９図に示すように、エレクタ６
をスライドジャッキ５を介して掘進方向に後退移動させ
ることになる。

そこで、このように各ジャッキ８を交互に盛り替えなが
ら駆動させるために、第10図に示す如き油圧回路23が採
用される。

すなわち、シールドフレーム７に沿って周方向に配設さ
れるジャッキ８のうちの任意な２本のジャッキ８に対し
て高圧側ポンプ24と低圧側ポンプ25とが接続される。こ
れらのポンプ24,25の吐出側には高圧側電磁弁26および
低圧側電磁弁27が接続される。高圧側電磁弁26には推進
用選択弁28,29が接続され、他方、低圧側電磁弁27には
盛替え用選択弁30,31が接続される。また、これら推進
用選択弁28,29および盛替え用選択弁30,31と、各ジャッ
キ８との間には逆止弁32,33,34,35が介設される。

そこで、掘進機本体１の推進力を得るために各ジャッキ
８を伸長移動させるには高圧側ポンプ24から供給された
オイルが高圧側電磁弁26から推進用選択弁28,29の推進
回路36,37を介して各ジャッキ22,23の推進側に供給され
ることにより、各ジャッキ８が伸長移動する。

一方、上述したようにセグメント組立て中は新規に配設
されるセグメントに対応するジャッキ８は後退移動する
ことになる。

そこで、第10図において、ジャッキ８を後退移動して抜
くときにはそのジャッキ８に接続される推進用選択弁2
8,29を推進回路36,37から中立回路38,39に戻すと共に、
盛替え用選択弁30,31を戻し回路40,41に切り換える。こ
れにより、低圧側ポンプ25から盛替え用選択弁30,31を
介してジャッキ８の戻し側にオイルが供給されジャッキ
８は後退移動する。

このように、新規なセグメントを組終えた後は盛替え用
選択弁30,31が推進回路42,43に切り換えられる。これに
よりジャッキ８が他のジャッキ８の伸長移動位置まで伸
長移動され、その後は推進用選択弁28,29を推進回路36,
37に入れ、盛替え用選択弁30,31が中立回路44,45に戻さ
れる。

すなわち、掘進機本体１を推進移動させる際には高圧側
ポンプ24によりジャッキ８が推進移動し、その際に新規
なセグメントに対応するジャッキ８は低圧側ポンプ25に
より進退移動されることになる。

［考案が解決しようとする課題］ ところで、第10図に示すように、各ジャッキ８を進退移
動するための油圧回路23においては、各ジャッキ８の進
退用回路が互いに分岐部46において連通されており、こ
のため掘進移動するための全てのジャッキ８には等しい
推進力が働くことになる。

一方、カッタ２側にはその前面部に切刃土圧及びその背
面部には泥水圧が作用し、これらの合成圧力は第11図に
示す如き圧力分布となる。すなわち、地山側から台形状
に順次小さくなる圧力を受けることになる。これに対し
て、前述したように、新規なセグメント片を配設するた
めに後退移動するジャッキ８を除いて全てのジャッキ８
には互いに等しい推進力が働くため、同図に示すように
長方形の圧力分布が形成される。

そこで、掘進機本体１が推進移動するためにはその地山
側から受ける合成圧力に対抗するジャッキ８の推進力を
発生させることになる。この場合に図示例のように、地
山側の上部の合成圧力が小さい部分においてはこれに対
応するジャッキ８の推進力が打ち勝ってしまい、ジャッ
キ８が伸びてしまうことになる。すなわち、地山側とジ
ャッキ８側との圧力バランスがくずれ、地山２側の合成
圧力が小さくなるにしたがって逆に破線で示すようにジ
ャッキ８のストロークが伸びてしまうことになる。

このため、従来は掘進機本体１の姿勢が崩れてしまうと
いう問題があった。

本考案は上記問題点を有効に解決すべく創案されたもの
である。

本考案はセグメント組立て中に掘進移動するシールド掘
進機において、掘進移動中の掘進機本体の掘進姿勢を制
御することのできるシールド掘進機の姿勢制御装置を提
供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本考案は掘進と同時にセグメント片を組み立てるべくセ
グメント２リング分のストロークを有するシールドジャ
ッキと、各シールドジャッキごとに配置され、掘進中に
組み立てられるセグメント片に対応するシールドジャッ
キを引き戻すための盛替え用選択弁と、各シールドジャ
ッキごとに配置され、掘進するためにシールドジャッキ
を伸長させる推進用選択弁と、その推進用選択弁の作動
により伸長する推進用シールドジャッキの油圧を検出す
る油圧検出手段と、掘進機本体の掘進姿勢を検出する姿
勢検出手段と、上記油圧検出手段から得られる各推進用
シールドジャッキの油圧が地山側の圧力に見合った設定
値になるまで上記個々の推進用選択弁を作動させると共
に上記設定値を上記姿勢検出手段から得られる姿勢検出
信号により実際の地山側の圧力に応じて修正する制御手
段とから構成したものである。

［作用］ 掘進中にセグメントを組み立てるには組み立てられるセ
グメント片に対応するシールドジャッキは引き戻され、
他の推進用シールドジャッキで推進力を発生させる。

掘進に必要な各推進用シールドジャッキに地山の圧力に
見合った推力を発生させるために、個々の推進用シール
ドジャッキの推力を地山側の圧力に見合った設定値にな
るまでフィールドバック制御すると共に、実際の地山側
の圧力と設定された推力分布とのバランスがとれている
かを掘進機の姿勢から検出し、設定された各推進用シー
ルドジャッキの推力を実際の地山の圧力分布に合わせて
修正するようにしたものである。

［実施例］ 以下、本考案の一実施例を添付図面に従って詳述する。

第２図に示すように、掘進機本体１にはその掘進方向に
臨んで地山を堀削する円盤状のカッタ２が設けられる。
このカッタ２の背面部には泥水が給排水されるカッタチ
ャンバ３が形成され、このカッタチャンバ３内はこれに
接続される送泥管12及び排泥管13により切羽土圧に対抗
する泥水圧に保持されている。

また、シールドフレーム４内にはスライドジャッキ５を
介してエレクタ６が連結される。このエレクタ６は円弧
状のセグメント片Ｓを保持すると共にその保持したセグ
メント片Ｓを周方向に据え付けるようになっている。従
って、セグメント片Ｓが周方向に互いに付き合わされて
配設されることになる。これら互いに連結されたセグメ
ント片Ｓは真円保持装置14により保持される。

また、シールドフレーム４内には推進駆動源となる長尺
なシールドジャッキ８が連結される。このジャッキ８は
シールドフレーム４内に沿って周方向に複数配設され
る。したがって、１つのセグメント片Ｓに対して複数の
シールドジャッキ８が配設される。これらのシールドジ
ャッキ８はその延出端部をセグメント片Ｓに係止させて
伸長移動することにより、掘進機本体１を掘進方向に推
進移動させるものである。

また、第１図は油圧回路23を示すとともに、ジャッキ８
のうちの任意な１本のジャッキ８を示したものである。

この油圧回路23には高圧側ポンプ24及び低圧側ポンプ25
が接続され、その低圧側ポンプ25には従来と同様にセグ
メント片Ｓの配設時にジャッキ８を進退移動させる盛替
え用選択弁30が介設され、この盛替え用選択弁30には推
進回路40、戻し回路42、中立回路44が設けられる。ま
た、盛替え用選択弁30には一対の逆止弁33が介設され、
この逆止弁33は一方が開弁したときにその開弁圧で他方
が閉弁するように構成される。

特に、高圧側ポンプ24とジャッキ８との間はそのジャッ
キ８を個々に作動させるための推進用選択弁51が介設さ
れる。

この推進用選択弁51は動作部52を有すると共に、推進回
路53、戻し回路54及び中立回路55を有するサーボ弁56に
より構成される。このサーボ弁56は一対の逆止弁57を介
してジャッキ22に連結され、その逆止弁57は一方の開放
圧力により他方が閉弁するように構成される。

また、ジャッキ８の推進側配管61にはジャッキ８の油圧
力を検出する油圧検出手段62が接続される。この油圧検
出手段62は圧力センサ63により構成される。この圧力セ
ンサ63から出力された信号64は制御手段65に入力され
る。

この制御手段65にはCPU66が設けられる。このCPU66には
ジャッキ８のストローク速度を検出するストローク速度
検出手段67からストローク速度検出信号68が入力される
とともに、掘進機本体１の掘進姿勢を検出するシールド
姿勢検出手段69から姿勢検出信号70が入力されるように
構成される。たとえば、掘進機本体１に設けられたジャ
イロ、ピッチング、ローリング計等によりシールド姿勢
検出手段69が構成される。

また、CPU66には予め設定されたジャッキ設定圧、およ
び地山から受ける圧力とジャッキの推進力とによるモー
メント設定値が入力される。

これらCPU66に入力された情報は圧力（推進力）設定器7
1に入力され、この設定器71の出力端にはこれより出力
された設定圧力と圧力センサ63から出力される実際の圧
力値64とを比較する比較器72が接続され、この比較器72
の出力端にはアンプ73を介してサーボ弁56の作動部52が
連結される。

すなわち、制御手段65はそのCPU66を介して圧力設定器7
1から出力される予め設定された設定圧力と圧力センサ6
3から得られる実際の圧力値64とを比較検討して各ジャ
ッキ８の油圧力が設定値になるようにサーボ弁56を切換
え動作するように構成される。また、制御手段65はその
CPU66において姿勢検出手段69から得られる姿勢検出信
号70により設定値を修正するように構成される。

したがって、予め設定された初期の設定値になるように
ジャッキ８の油圧力がフィードバック制御され、さらに
掘進機本体１の実際の姿勢に応じて初期に設定された設
定値が修正されその修正された新たな設定値になるよう
に再度ジャッキ８の油圧力がフィードバック制御される
ことになる。

次に上記実施例の作用について述べる。

第１図に示すように、先ず掘進機本体１を推進移動させ
るにはサーボ弁56が推進回路53に切り換えられ、高圧ポ
ンプ24から圧送されたオイル圧力でジャッキ８が伸長移
動し、掘進機本体１を掘進移動させるための推進力が発
生する。

一方、推進移動と同時に新規セグメント片を組み立てる
にはその組立てセグメント片に対応するジャッキ８を後
退移動させることになる。そのために、後退移動される
べきジャッキ８に対応するサーボ弁56を中立回路55に切
り換えるとともに、盛替え用選択弁30を戻し回路42に切
り換える。これにより、低圧ポンプ25から圧送されたオ
イル圧力で組立てセグメントに対応するジャッキ８のみ
が後退移動することになる。なお、新規なセグメント片
の組み立てが完了した後は盛替え用選択弁30が推進回路
40に切り換えられ、ジャッキ８が他のジャッキの伸長位
置まで推進移動することになる。

したがって、組立てセグメントに対応するジャッキ８の
みが低圧側ポンプ25により進退移動され、その他のジャ
ッキ８は高圧側ポンプ24により推進移動されることにな
る。

第３図及び第４図はセグメント組立て時の推進用ジャッ
キと組立て用ジャッキとを示すものである。

第３図は９つの既設のセグメント片Ｓを示すと共にこれ
に沿って32本のジャッキ８が配設されたものであり、既
設のセグメント片Ｓに対しその最下端部に新規なNO.1の
セグメント片S₃を組み立てるためにこれに対応するNO.1
4からNO.18までの５本のジャッキ８は後退移動し、残る
27本のジャッキ８で推進移動することになる。また、第
４図は新規な３片のセグメント片S₃,S₄,S₅を配設した
後、新規セグメント片S₆を配設する場合を示したもので
ある。この場合にはその新規セグメント片S₆に対応する
NO.21からNO.25までの５本のジャッキ８を後退移動する
と共に、残りの27本のジャッキ８が推進移動のために伸
長移動することになる。

そこで、セグメントの組み立て順序に従って推進移動に
使用可能なジャッキ８が定められることになり、どのセ
グメント片を組み立てるかによって掘進機本体１が地山
から受ける力およびモーメントに対応する各ジャッキ８
の必要圧力が決定する。

そこで、第１図に示すように制御手段65のCPU66には予
めジャッキ設定圧力及びモーメント設定値が入力されて
おり、これらの値は圧力設定器71を介して設定圧力とし
て比較器72に出力される。この比較器72においてはその
設定値と油圧検出手段62から得られる各ジャッキ８の圧
力検出信号64とが比較演算される。この演算値はサーボ
弁56に出力され、そのサーボ弁56に対応する各ジャッキ
８は地山から受ける圧力及びモーメントに対応する設定
圧力にそれぞれ制御される。すなわち、各ジャッキ８の
油圧力がCPU66に予め入力された設定圧力になるように
フィードバック制御されることになる。

また、地山から受ける圧力分布と各ジャッキ８による圧
力分布とのモーメントバランスがとれているかどうかが
検出される。すなわち、制御手段65のCPU66には姿勢検
出手段69から実際の掘進機本体１の掘進姿勢信号70が入
力されると共に、各ジャッキ８に設けられたストローク
速度検出手段67により実際の推進速度68が入力される。

CPU66においてはこれに入力された姿勢検出信号70によ
り初期に設定された設定値が妥当であるかどうかが判断
され、妥当でない場合にはその姿勢検出信号70に基づい
て初期に設定された設定値を修正することになる。した
がって、修正された設定値と初期の設定値に従って定め
られた圧力検出信号64とが再度比較演算され、その比較
演算値に従ってサーボ弁56が切り換えられ、再度ジャッ
キ８の油圧力がフィードバック制御されることになる。

具体的にはジャッキ圧力を大きくする場合にはサーボ弁
56を推進回路53に、小さくする場合には戻し回路54に、
圧力を同一に保持するには中立回路55にそれぞれ切り換
えられ、最適な推進圧力に設定することになる。

したがって、新規に配設されるセグメント片に対応する
ジャッキ８を後退移動したときには他の残りのジャッキ
８は地山から受ける圧力に見合った設定圧力にフィード
バック制御されると共に、その設定圧力が掘進機本体１
の姿勢に応じて修正されることにより、最適な油圧力に
調節されることになる。

第５図は切羽土圧及び泥水圧力による圧力分布に対して
本考案によるジャッキ８のストローク及び推進力を示し
たものである。

同図に示すように、従来と同様に地山から受ける圧力に
対して各ジャッキ８は互いに等しいストロークで伸長移
動し、かつ地山側の圧力分布に略相似した推進力を発生
する。すなわち、各ジャッキ８には地山側から受ける圧
力に対応した推進力が発生するため、掘進姿勢は一定に
保持されることになる。

このように本考案においては、各ジャッキ８の推進力を
個々に制御することにより、配設すべきセグメント片に
対応するジャッキ８を後退移動しても、地山側の圧力と
ジャッキ側とのモーメントバランスの均衡が保持され、
一定の姿勢に保持された掘進機本体１を推進移動させる
ことができる。

［考案の効果］ 以上要するに本考案によれば、掘進に必要な個々の推進
用シールドジャッキの推力を地山側の圧力に見合った設
定値になるまでフィードバック制御すると共に、その設
定された各推進用シールドジャッキの推力を実際の地山
側の圧力に応じて修正するので、掘進中に組み立てられ
るセグメント片に対応するシールドジャッキを引き戻し
ても、掘進姿勢を常に一定に保持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の制御内容を示すブロック図、第２図は
掘進機本体を示す断面図、第３図及び第４図はセグメン
ト配設状態を示す図、第５図は本考案の圧力分布図、第
６図から第９図までは掘進状態を示す断面図、第10図は
従来の油圧回路を示すブロック図、第11図は従来の圧力
分布図である。 図中、１は掘進機本体、８はジャッキ、23は油圧回路、
51は推進用選択弁、62は油圧力検出手段、65は制御手
段、69は姿勢検出手段である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】掘進と同時にセグメント片を組み立てるべ
   くセグメント２リング分のストロークを有するシールド
   ジャッキと、各シールドジャッキごとに配置され、掘進
   中に組み立てられるセグメント片に対応するシールドジ
   ャッキを引き戻すための盛替え用選択弁と、各シールド
   ジャッキごとに配置され、掘進するためにシールドジャ
   ッキを伸長させる推進用選択弁と、その推進用選択弁の
   作動により伸長する推進用シールドジャッキの油圧を検
   出する油圧検出手段と、掘進機本体の掘進姿勢を検出す
   る姿勢検出手段と、上記各油圧検出手段から得られる各
   推進用シールドジャッキの油圧が地山側の圧力に見合っ
   た設定値になるまで上記個々の推進用選択弁を作動させ
   ると共に上記設定値を上記姿勢検出手段から得られる姿
   勢検出信号により実際の地山側の圧力に応じて修正する
   制御手段とを備えたシールド掘進機の姿勢制御装置。