JPH0833094B2 - シールド掘進機の掘進制御方法 - Google Patents

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、シールド掘進機を曖昧制御する方法に関する。

《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、一般的
に、複数のシールドジャッ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ャッキによる掘進で
は、周知の地盤の性状の相違や、シールドジャッキの押
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、ジャッキストロークの積分
に基づいて、シールド掘進機の掘進方向を制御する方法
が提案されている。

しかしながら、この公報に開示されている制御方法で
は、方位，ピッチングなどの測定値をジャッキストロー
クに応じて積分するので、測定誤差も積分され、十分な
適合性が得られないという問題があった。

一方、1988年３月発行の土木学会論文集には、いわゆ
るファジィ理論を応用したシールド掘進機の掘進方向を
制御する方法が開示されている。

この文献に示されている制御方法によれば、シールド
掘進機の熟練オペレータの経験や勘による運転技術に基
づいて、シールド掘進機の掘進制御が行えることになる
が、この文献に示されている制御方法にも以下に説明す
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、上記文献に示されている制御方法では、熟
練オペレータの経験情報をヒアリングして、これに基づ
いてファジィ制御のメンバーシップ関数を決定している
が、まず、どの程度の経験を有するオペレータを選択す
るのか、その選択が難しい。

また、あるオペレータが選択できたとしても、同程度
の経験を有するオペレータでも、その感性は人によって
異なり、一義的にメンバーシップ関数を決定することが
困難な上に、現実に掘削する場所は、試掘などにより地
盤の性状がある程度解っていても、掘削するトンネルの
全長に亘って細かく知ることができないので、十分な適
合性を得ることが難しかった。

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、熟練オペレー
タの経験や勘に基づくことなく、実際に適したメンバー
シップ関数の決定が可能になり、これにより実際の掘削
現場で十分な適合性が得られるシールド掘進機の掘進制
御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をその度に測
定し、この測定値と計画線との偏差を測定して、この偏
差の大きさに応じて前記シールド掘進機の掘進方向を制
御する方法であって、現位置までに得られた前記偏差に
応じて設定される制御角と掘進方向とを相関関係データ
として記憶するとともに、得られた各相関関係データの
周囲に所定の曖昧領域を設けた曖昧領域設定データに変
換し、かつ、複数の前記曖昧領域設定データを重合する
ことで掘進方向決定データとなし、現位置で測定された
偏差と前記掘進方向決定データとに基づいてシールド掘
進機の掘進方向を決定することを特徴とする。

上記曖昧領域設定データは、上記現位置に近いものか
ら順に大きな重みを付与することができる。

《発明の作用効果》 上記構成のシールド掘進機の掘進制御方法によれば、
実際の施工現場で得られた測定値に基づいて曖昧領域を
設定するので、掘進方向を推論する際の適合性が向上す
る。

また、現位置に近い測定値に大きな重みを付与すれ
ば、現位置の直前の測定値が、現位置での推論に大きく
影響するので、より一層適合性が向上する。

《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５図は、この発明にかかるシールド掘進
機の掘進制御方法の一実施例を示している。

同図に示す掘進制御方法では、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1
2,光波距離計14,レーザターゲット16が設けられてい
て、シールド掘進機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Ｌからの偏差δh,δｖが測
定され、光波距離計14には、その光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に反力を取って掘進機10を前方に掘
進させる図外のシールドジャッキ等を制御するシールド
制御装置22が設けられており、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、シールド掘進機10の方位角θkmとピッチ各
Ψkm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gx,gy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偏
差δh,δｖ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Ｌからの現位置での左右，上下偏差δh,δｖが入力さ
れ、シールド掘進機10の現位置の方位角θkmとピッチ各
Ψkmとが演算される。

続くステップs2では、偏差δh,δｖが予め設定されて
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で警報が発せられ、いずれもの場合でも
次のステップが実行される。

ステップs4では、左右偏差δｈにより、計画線Ｌを挟
んで現位置と反対側にδｈだけ偏位したｎ機長先の位置
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機長先でシールド掘進機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
−δｈ′）が解り、今、第３図（Ｂ）に示すように、現
位置での計画線Ｌに対する偏位角θkmとし、１リングの
掘進長をlRとし、１リングでの偏位角をθｈとすると、
βｈ＝θkm＋θｈとなり、θｈ＝tan−１（δｈ−δ
ｈ′）/lR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図では角で囲んだ相関データの
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1/3,2/3,3/3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してもよい。

一方、第２図に示したステップs7〜s9では、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s4〜s9で求められると、ステップ10では、合成力点位
置ｇ（X,Y）が求められ、続くステップ11で予め設定さ
れているジャッ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先端
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
ジャキパターン選択軸lj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
ャッキパターンが選定されることになる。ジャッキパタ
ーンの選択では、例えば、Ｙ軸上の中心から偏位した位
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、ジャッ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ャッキパターンが選択されると、
その信号は、多重伝送親局30と子局24とを介してシール
ド制御装置22に入力され、選択されたジャッキパターン
に応じてジャッキが駆動され、水平，鉛直制御角βh,β
ｖの掘進方向にシールド掘進機10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β
h,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。

なお、上記実施例では、シールド掘進機10がある程度
掘進した時の状態で説明したが、発進立坑から発進する
初期状態では、相関データが得られていないので、予め
これを例えば、類似工事の実績や過去の経験から安全側
に設定しておき、順次古いデータから弱く反映するよう
にすれば良い。

さて、以上のような方法でシールド掘進機10の掘進方
向を制御すれば、実際の施工現場で得られた測定値（力
点位置gx,gyと制御角βh,βｖとの相関関係データ）に
基づいて曖昧領域を設定するので、熟練オペレータの勘
や経験によることなく、掘進方向を推論する際の適合性
が向上する。

また、現位置に近い測定値に大きな重みを付与すれ
ば、現位置の直前の測定値が、現位置での推論に大きく
影響するので、より一層適合性が向上する。

【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
ャッキパターンの選定手順の説明図である。 10……シールド掘進機 δｈ……水平偏差 δｖ……鉛直偏差 βｈ……水平制御角 βｖ……鉛直制御角 ｇ……力点位置（掘進方向）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド掘進機が所定の距離だけ掘進した
   状態で現位置をその度に測定し、この測定値と計画線と
   の偏差を測定して、この偏差の大きさに応じて前記シー
   ルド掘進機の掘進方向を制御する方法であって、現位置
   までに得られた前記偏差に応じて設定される制御角と掘
   進方向とを相関関係データとして記憶するとともに、得
   られた各相関関係データの周囲に所定の曖昧領域を設け
   た曖昧領域設定データに変換し、かつ、複数の前記曖昧
   領域設定データを重合することで掘進方向決定データと
   なし、現位置で測定された偏差と前記掘進方向決定デー
   タとに基づいてシールド掘進機の掘進方向を決定するこ
   とを特徴とするシールド掘進機の掘進制御方法。
2. 【請求項２】上記曖昧領域設定データは、上記現位置に
   近いものから順に大きな重みが付与されていることを特
   徴とする請求項１記載のシールド掘進機の掘進制御方
   法。