JPH10317880A - トンネル掘削機の掘進制御方法および掘進制御装置 - Google Patents
トンネル掘削機の掘進制御方法および掘進制御装置Info
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- JPH10317880A JPH10317880A JP13259197A JP13259197A JPH10317880A JP H10317880 A JPH10317880 A JP H10317880A JP 13259197 A JP13259197 A JP 13259197A JP 13259197 A JP13259197 A JP 13259197A JP H10317880 A JPH10317880 A JP H10317880A
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- Japan
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- flow rate
- cutter head
- excavation
- geological condition
- propulsion
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 トンネル掘削機を用いてトンネルを施工する
際に、省人化，高速掘進，支保軽減が可能であるととも
に、トンネル掘進の完全自動化に繋がるトンネル掘削機
の掘進制御方法および掘進制御装置を提供する。 【解決手段】 トンネル掘削機１の掘進データまたは地
山強度測定装置１６から得られる地質状況がパソコン１
４に入力され、このパソコン１４により地質状況に応じ
たカッタヘッド回転数およびスラストジャッキ流量を保
持するように、カッタヘッド駆動電動機コントローラ１
０およびスラストジャッキ流量コントローラ１６を制御
する。
際に、省人化，高速掘進，支保軽減が可能であるととも
に、トンネル掘進の完全自動化に繋がるトンネル掘削機
の掘進制御方法および掘進制御装置を提供する。 【解決手段】 トンネル掘削機１の掘進データまたは地
山強度測定装置１６から得られる地質状況がパソコン１
４に入力され、このパソコン１４により地質状況に応じ
たカッタヘッド回転数およびスラストジャッキ流量を保
持するように、カッタヘッド駆動電動機コントローラ１
０およびスラストジャッキ流量コントローラ１６を制御
する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、地質状況に応じて
掘進状態を制御するトンネル掘削機の掘進制御方法およ
び掘進制御装置に関するものである。
掘進状態を制御するトンネル掘削機の掘進制御方法およ
び掘進制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、トンネル掘削機（ＴＢＭ）は、先
端に複数のディスクカッタを取り付けたカッタヘッドを
モータにより回転させながら前進させて、地山を掘進す
るようになっている。こうして掘進される地山は均一な
性状を有さず、掘進するにしたがって地質状況は常に変
化するため、熟練の作業者の経験に基づいて地質状況が
判断されて、地質状況に応じた掘進作業が行われてい
る。
端に複数のディスクカッタを取り付けたカッタヘッドを
モータにより回転させながら前進させて、地山を掘進す
るようになっている。こうして掘進される地山は均一な
性状を有さず、掘進するにしたがって地質状況は常に変
化するため、熟練の作業者の経験に基づいて地質状況が
判断されて、地質状況に応じた掘進作業が行われてい
る。
【０００３】一方、特開平４−９２０９５号公報におい
ては、地質状況に応じてカッタヘッドの回転速度および
カッタヘッドの推進速度を制御するとともに、カッタヘ
ッドの総推進力を予め定めた値に保持する掘進制御装置
が開示されている。
ては、地質状況に応じてカッタヘッドの回転速度および
カッタヘッドの推進速度を制御するとともに、カッタヘ
ッドの総推進力を予め定めた値に保持する掘進制御装置
が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
ように作業者の判断により掘進作業を行うのでは、常に
最適な掘進が行えるとは限らず、判断に時間を要した
り、判断の誤りにより切羽・坑壁を乱してしまうという
問題点がある。また、このような対策として大がかりな
支保を構築する必要が生じたり、逆に余裕過多の状態で
掘進して施工速度が予定通りに進行されないという問題
点もある。さらに、熟練の作業者が必要であったり、作
業者の教育が必要であるという問題点がある。
ように作業者の判断により掘進作業を行うのでは、常に
最適な掘進が行えるとは限らず、判断に時間を要した
り、判断の誤りにより切羽・坑壁を乱してしまうという
問題点がある。また、このような対策として大がかりな
支保を構築する必要が生じたり、逆に余裕過多の状態で
掘進して施工速度が予定通りに進行されないという問題
点もある。さらに、熟練の作業者が必要であったり、作
業者の教育が必要であるという問題点がある。
【０００５】また、前記特開平４−９２０９５号公報に
開示されている掘進制御装置は、主に軟弱地山を掘進す
るシールド掘進機に用いるものであり、この掘進制御装
置をＴＢＭに用いて掘進作業を行った場合、弱層部では
カッタヘッド回転速度および掘進速度が速くなり地山を
乱してしまい、硬岩部ではカッタヘッド回転速度および
掘進速度が遅くなり余裕過多の掘進となるという問題点
がある。また、前記掘進制御装置においては、カッタヘ
ッド回転速度および掘進速度の２つの変数を制御する必
要があるため、制御が困難であるという問題点もある。
開示されている掘進制御装置は、主に軟弱地山を掘進す
るシールド掘進機に用いるものであり、この掘進制御装
置をＴＢＭに用いて掘進作業を行った場合、弱層部では
カッタヘッド回転速度および掘進速度が速くなり地山を
乱してしまい、硬岩部ではカッタヘッド回転速度および
掘進速度が遅くなり余裕過多の掘進となるという問題点
がある。また、前記掘進制御装置においては、カッタヘ
ッド回転速度および掘進速度の２つの変数を制御する必
要があるため、制御が困難であるという問題点もある。
【０００６】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、トンネル掘削機を用いてトンネル
を施工する際に、省人化，高速掘進，支保軽減が可能で
あるとともに、トンネル掘進の完全自動化に繋がるトン
ネル掘削機の掘進制御方法および掘進制御装置を提供す
ることを目的とするものである。
めになされたもので、トンネル掘削機を用いてトンネル
を施工する際に、省人化，高速掘進，支保軽減が可能で
あるとともに、トンネル掘進の完全自動化に繋がるトン
ネル掘削機の掘進制御方法および掘進制御装置を提供す
ることを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段および作用・効果】第１発
明によるトンネル掘削機の掘進制御方法は、前記目的を
達成するために、トンネル掘削機により地山の掘進作業
を行う際に、その地山の地質状況に応じて掘進を制御す
る掘進制御方法であって、まず地質状況を判断し、この
地質状況に応じてカッタヘッド回転数を設定した後に、
推進ジャッキ流量を制御することを特徴とするものであ
る。
明によるトンネル掘削機の掘進制御方法は、前記目的を
達成するために、トンネル掘削機により地山の掘進作業
を行う際に、その地山の地質状況に応じて掘進を制御す
る掘進制御方法であって、まず地質状況を判断し、この
地質状況に応じてカッタヘッド回転数を設定した後に、
推進ジャッキ流量を制御することを特徴とするものであ
る。
【０００８】第１発明による掘進制御方法によれば、例
えば掘進作業中のデータ等から地山の地質状況が検知さ
れた後、カッタヘッドの回転数を地質状況に応じた回転
数に設定させる。次いで、推進ジャッキの流量を増加さ
せ、地質状況に応じた推進ジャッキ流量に達した時点で
推進ジャッキの流量を保持させ、この流量保持の状態で
掘進作業が行われる。
えば掘進作業中のデータ等から地山の地質状況が検知さ
れた後、カッタヘッドの回転数を地質状況に応じた回転
数に設定させる。次いで、推進ジャッキの流量を増加さ
せ、地質状況に応じた推進ジャッキ流量に達した時点で
推進ジャッキの流量を保持させ、この流量保持の状態で
掘進作業が行われる。
【０００９】このように、カッタヘッド回転数は地質状
況に応じて予め設定されているカッタヘッド回転数値に
設定されるため、実際に制御が行われるのは推進ジャッ
キのみである。このため地質状況に応じて容易に最適な
掘進状態を自動的に選択することができるため、省人化
が図れるとともに、地質が硬岩の場合における高速掘進
および地質が軟岩の場合における支保軽減が可能とな
る。このように、地質状況に応じた状態で掘進すること
ができるので、作業効率がよく、トンネル施工期間を短
縮することができるという効果を奏する。
況に応じて予め設定されているカッタヘッド回転数値に
設定されるため、実際に制御が行われるのは推進ジャッ
キのみである。このため地質状況に応じて容易に最適な
掘進状態を自動的に選択することができるため、省人化
が図れるとともに、地質が硬岩の場合における高速掘進
および地質が軟岩の場合における支保軽減が可能とな
る。このように、地質状況に応じた状態で掘進すること
ができるので、作業効率がよく、トンネル施工期間を短
縮することができるという効果を奏する。
【００１０】さらに、前述のように掘進作業中のデータ
を用いて地質状況を判断させることにより、熟練の作業
者に比べてより正確に地質状況を判断させることができ
るとともに、既に実用化されている自動方向制御システ
ムと併せてトンネル施工の完全自動化へ繋げることがで
きる。
を用いて地質状況を判断させることにより、熟練の作業
者に比べてより正確に地質状況を判断させることができ
るとともに、既に実用化されている自動方向制御システ
ムと併せてトンネル施工の完全自動化へ繋げることがで
きる。
【００１１】第１発明において、前記カッタヘッド回転
数は、地質状況が硬岩から軟岩に対応して回転速度が小
さくなるように設定されるのが好ましい。このように、
地質状況が軟岩である場合に、カッタヘッド回転速度を
小さくすることによりトンネル坑壁が乱されることなく
掘進させることができ、従来のように大がかりな支保を
構築する必要がなくなる。一方、地質状況が硬岩である
場合は、トンネル坑壁が乱される恐れが少ないため、カ
ッタヘッドの回転速度を大きくすることにより高速掘進
を行うことができる。
数は、地質状況が硬岩から軟岩に対応して回転速度が小
さくなるように設定されるのが好ましい。このように、
地質状況が軟岩である場合に、カッタヘッド回転速度を
小さくすることによりトンネル坑壁が乱されることなく
掘進させることができ、従来のように大がかりな支保を
構築する必要がなくなる。一方、地質状況が硬岩である
場合は、トンネル坑壁が乱される恐れが少ないため、カ
ッタヘッドの回転速度を大きくすることにより高速掘進
を行うことができる。
【００１２】第１発明において、前記地質状況が硬岩で
ある場合には、前記推進ジャッキ流量がスラスト圧最大
時の流量を保持するように制御されるのが好ましい。こ
のように地質状況が硬岩である場合、推進ジャッキ流量
をスラスト圧が最大時の流量となるまで増加させて、ス
ラスト圧が最大時の流量となった時点で推進ジャッキの
流量を保持するように自動的に制御されて高速掘進が行
われる。こうして、トンネル坑壁が硬岩である場合は、
高速掘進を行っても乱される恐れがないため、施工期間
を短縮することができる。
ある場合には、前記推進ジャッキ流量がスラスト圧最大
時の流量を保持するように制御されるのが好ましい。こ
のように地質状況が硬岩である場合、推進ジャッキ流量
をスラスト圧が最大時の流量となるまで増加させて、ス
ラスト圧が最大時の流量となった時点で推進ジャッキの
流量を保持するように自動的に制御されて高速掘進が行
われる。こうして、トンネル坑壁が硬岩である場合は、
高速掘進を行っても乱される恐れがないため、施工期間
を短縮することができる。
【００１３】第１発明において、前記地質状況が中硬岩
である場合には、前記推進ジャッキ流量がスラスト圧最
大時の流量もしくはカッタヘッド駆動電流最大時の流量
のいずれかの流量となった時点で保持されるように制御
されるのが好ましい。このように地質状況が中硬岩であ
る場合、トンネル坑壁が乱される恐れが少ないものの、
硬岩と同様の高速掘進を行うとトンネル坑壁が乱され、
また、カッタヘッド駆動モータに過大な負荷がかかる恐
れがあるため、推進ジャッキ流量がスラスト圧が最大時
の流量もしくはカッタヘッド駆動電流最大時の流量のい
ずれかの流量となった時点で保持されるように制御され
つつ掘進が行われる。こうすることにより、トンネル坑
壁を乱すことなく、かつ余裕過多の状態となることなく
掘進を行うことができる。
である場合には、前記推進ジャッキ流量がスラスト圧最
大時の流量もしくはカッタヘッド駆動電流最大時の流量
のいずれかの流量となった時点で保持されるように制御
されるのが好ましい。このように地質状況が中硬岩であ
る場合、トンネル坑壁が乱される恐れが少ないものの、
硬岩と同様の高速掘進を行うとトンネル坑壁が乱され、
また、カッタヘッド駆動モータに過大な負荷がかかる恐
れがあるため、推進ジャッキ流量がスラスト圧が最大時
の流量もしくはカッタヘッド駆動電流最大時の流量のい
ずれかの流量となった時点で保持されるように制御され
つつ掘進が行われる。こうすることにより、トンネル坑
壁を乱すことなく、かつ余裕過多の状態となることなく
掘進を行うことができる。
【００１４】第１発明において、前記地質状況が軟岩で
ある場合には、前記推進ジャッキ流量がスラスト圧最大
時の流量，カッタヘッド駆動電流最大時の流量または推
進ジャッキ推進速度がカッタヘッド１回転当たりの許容
最大切込み量とカッタヘッド回転数との積で得られる推
進速度と等しい時の流量のいずれかの流量となった時点
で保持されるように制御されるのが好ましい。このよう
に地質状況が軟岩である場合、トンネル坑壁が乱された
り、またはカッタヘッド駆動モータに過大な負荷がかか
る恐れがあるため、推進ジャッキ流量がスラスト圧最大
時の流量，カッタヘッド駆動電流最大時の流量もしくは
Ｖｈ＝Ｐｅ・ｎ（Ｖｈ：推進ジャッキ推進速度，Ｐｅ：
カッタヘッド１回転当たりの許容最大切込み量，ｎ：カ
ッタヘッド回転数）時の流量のいずれかの流量となった
時点でその流量が保持されるように制御されて掘進が行
われる。こうすることにより、地山にカッタヘッドの突
込み過ぎを抑制することができるため、トンネル坑壁が
乱されずに簡素な支保で掘進を行うことができる。
ある場合には、前記推進ジャッキ流量がスラスト圧最大
時の流量，カッタヘッド駆動電流最大時の流量または推
進ジャッキ推進速度がカッタヘッド１回転当たりの許容
最大切込み量とカッタヘッド回転数との積で得られる推
進速度と等しい時の流量のいずれかの流量となった時点
で保持されるように制御されるのが好ましい。このよう
に地質状況が軟岩である場合、トンネル坑壁が乱された
り、またはカッタヘッド駆動モータに過大な負荷がかか
る恐れがあるため、推進ジャッキ流量がスラスト圧最大
時の流量，カッタヘッド駆動電流最大時の流量もしくは
Ｖｈ＝Ｐｅ・ｎ（Ｖｈ：推進ジャッキ推進速度，Ｐｅ：
カッタヘッド１回転当たりの許容最大切込み量，ｎ：カ
ッタヘッド回転数）時の流量のいずれかの流量となった
時点でその流量が保持されるように制御されて掘進が行
われる。こうすることにより、地山にカッタヘッドの突
込み過ぎを抑制することができるため、トンネル坑壁が
乱されずに簡素な支保で掘進を行うことができる。
【００１５】第２発明のトンネル掘進機の掘進制御装置
は、トンネル掘削機により地山の掘進作業を行う際に、
その地山の地質状況に応じて掘進を制御する掘進制御装
置であって、（ａ）カッタヘッド回転トルク検知手段，
カッタヘッド回転数検知手段，推進ジャッキのストロー
ク量検知手段，推進速度検出手段および推進力検出手
段、もしくは地山強度測定手段を備える地質状況判断手
段と、（ｂ）カッタヘッドの回転数を地質状況に応じて
設定するカッタヘッド回転数設定手段と、（ｃ）推進ジ
ャッキ流量を地質状況に応じて制御する推進ジャッキ流
量制御手段とを備えることを特徴とするものである。
は、トンネル掘削機により地山の掘進作業を行う際に、
その地山の地質状況に応じて掘進を制御する掘進制御装
置であって、（ａ）カッタヘッド回転トルク検知手段，
カッタヘッド回転数検知手段，推進ジャッキのストロー
ク量検知手段，推進速度検出手段および推進力検出手
段、もしくは地山強度測定手段を備える地質状況判断手
段と、（ｂ）カッタヘッドの回転数を地質状況に応じて
設定するカッタヘッド回転数設定手段と、（ｃ）推進ジ
ャッキ流量を地質状況に応じて制御する推進ジャッキ流
量制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【００１６】第２発明においては、地質状況判断手段に
より得られる掘進中の地山の地質状況はカッタヘッド回
転数設定手段および推進ジャッキ流量制御手段に入力さ
れる。このカッタヘッド回転数設定手段により、この地
質状況に応じて予め設定されている回転数値にカッタヘ
ッド回転数を設定する。一方、推進ジャッキ流量制御手
段は、地質状況に応じた流量になるまで推進ジャッキ流
量を増加させて保持するように制御する。こうして流量
保持の状態で掘進作業が行われる。
より得られる掘進中の地山の地質状況はカッタヘッド回
転数設定手段および推進ジャッキ流量制御手段に入力さ
れる。このカッタヘッド回転数設定手段により、この地
質状況に応じて予め設定されている回転数値にカッタヘ
ッド回転数を設定する。一方、推進ジャッキ流量制御手
段は、地質状況に応じた流量になるまで推進ジャッキ流
量を増加させて保持するように制御する。こうして流量
保持の状態で掘進作業が行われる。
【００１７】前記カッタヘッド回転数は、地質状態が硬
岩から軟岩に向かうにしたがって回転速度が小さくなる
ように設定される。このように地質状況が軟岩である場
合には、カッタヘッド回転速度を遅くすることによりト
ンネル坑壁が乱されることなく掘進することができ、ま
た地質状況が硬岩である場合には、カッタヘッド回転数
を速くしてもトンネル坑壁は乱されることがないため高
速掘進を行うことができる。
岩から軟岩に向かうにしたがって回転速度が小さくなる
ように設定される。このように地質状況が軟岩である場
合には、カッタヘッド回転速度を遅くすることによりト
ンネル坑壁が乱されることなく掘進することができ、ま
た地質状況が硬岩である場合には、カッタヘッド回転数
を速くしてもトンネル坑壁は乱されることがないため高
速掘進を行うことができる。
【００１８】前記推進ジャッキ流量は、推進ジャッキ流
量制御手段により、地質状況が硬岩である場合には、前
記推進ジャッキ流量がスラスト圧最大時の流量を保持す
るように制御され、地質状況が中硬岩である場合には、
前記推進ジャッキ流量がスラスト圧最大時の流量もしく
はカッタヘッド駆動電流最大時の流量のいずれかの流量
となった時点で保持されるように制御され、地質状況が
軟岩である場合には、前記推進ジャッキ流量がスラスト
圧最大時の流量，カッタヘッド駆動電流最大時の流量ま
たは推進ジャッキ推進速度がカッタヘッド１回転当たり
の許容最大切込み量とカッタヘッド回転数との積と等し
くなる時の流量のいずれかの流量となった時点で保持さ
れるように制御される。
量制御手段により、地質状況が硬岩である場合には、前
記推進ジャッキ流量がスラスト圧最大時の流量を保持す
るように制御され、地質状況が中硬岩である場合には、
前記推進ジャッキ流量がスラスト圧最大時の流量もしく
はカッタヘッド駆動電流最大時の流量のいずれかの流量
となった時点で保持されるように制御され、地質状況が
軟岩である場合には、前記推進ジャッキ流量がスラスト
圧最大時の流量，カッタヘッド駆動電流最大時の流量ま
たは推進ジャッキ推進速度がカッタヘッド１回転当たり
の許容最大切込み量とカッタヘッド回転数との積と等し
くなる時の流量のいずれかの流量となった時点で保持さ
れるように制御される。
【００１９】前記地質状況は、カッタヘッド回転トルク
検知手段，カッタヘッド回転数検知手段，推進ジャッキ
のストローク量検知手段，推進速度検出手段および推進
力検出手段から得られるそれぞれの検知値に基づいて算
出されるか、もしくはトンネル掘削機の外周に突出退入
自在に設けられる貫入棒を備える地山強度測定手段によ
り検知されて、地質状況判断手段により判断される。な
お、地山強度測定手段は軟弱地質の検出に適しているた
め、前記検知値に基づいて算出された値かいずれか適切
な値が選択されることにより、正確な地質状況判断する
ことができる。また、両検出値に基づいて最も適切な地
質状況を判断することもできる。
検知手段，カッタヘッド回転数検知手段，推進ジャッキ
のストローク量検知手段，推進速度検出手段および推進
力検出手段から得られるそれぞれの検知値に基づいて算
出されるか、もしくはトンネル掘削機の外周に突出退入
自在に設けられる貫入棒を備える地山強度測定手段によ
り検知されて、地質状況判断手段により判断される。な
お、地山強度測定手段は軟弱地質の検出に適しているた
め、前記検知値に基づいて算出された値かいずれか適切
な値が選択されることにより、正確な地質状況判断する
ことができる。また、両検出値に基づいて最も適切な地
質状況を判断することもできる。
【００２０】前述のように、カッタヘッド回転数は地質
状況に応じて予め設定されているカッタヘッド回転数値
に設定されるため、実際に制御が行われるのは推進ジャ
ッキのみである。このため地質状況に応じて容易に最適
な掘進状態を自動的に選択することができるため、省人
化が図れるとともに、地質が硬岩の場合における高速掘
進および地質が軟岩の場合における支保軽減が可能とな
る。このように、地質状況に応じた状態で掘進すること
ができるので、作業効率がよく、トンネル施工期間を短
縮することができるという効果を奏する。さらに、熟練
の作業者に比べてより正確に地質状況を判断させること
ができるとともに、既に実用化されている自動方向制御
システムと併せてトンネル施工の完全自動化へ繋げるこ
とができる。
状況に応じて予め設定されているカッタヘッド回転数値
に設定されるため、実際に制御が行われるのは推進ジャ
ッキのみである。このため地質状況に応じて容易に最適
な掘進状態を自動的に選択することができるため、省人
化が図れるとともに、地質が硬岩の場合における高速掘
進および地質が軟岩の場合における支保軽減が可能とな
る。このように、地質状況に応じた状態で掘進すること
ができるので、作業効率がよく、トンネル施工期間を短
縮することができるという効果を奏する。さらに、熟練
の作業者に比べてより正確に地質状況を判断させること
ができるとともに、既に実用化されている自動方向制御
システムと併せてトンネル施工の完全自動化へ繋げるこ
とができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】次に、本発明による掘進制御方法
および掘進制御装置の具体的な実施の形態について、図
面を参照しつつ説明する。
および掘進制御装置の具体的な実施の形態について、図
面を参照しつつ説明する。
【００２２】図１には、本発明の一実施例に係る掘進制
御装置のシステム構成図が模式的に示されている。
御装置のシステム構成図が模式的に示されている。
【００２３】本実施例の掘進制御装置が設けられるトン
ネル掘進機（ＴＢＭ）１は、カッタヘッドサポート２に
より前面側に支持されるカッタヘッド３をカッタヘッド
駆動電動機４により回転させるとともに、地山５に反力
をとるメイングリッパ６と掘削機本体との間に設けられ
るスラストジャッキ７により掘進を行うものである。
ネル掘進機（ＴＢＭ）１は、カッタヘッドサポート２に
より前面側に支持されるカッタヘッド３をカッタヘッド
駆動電動機４により回転させるとともに、地山５に反力
をとるメイングリッパ６と掘削機本体との間に設けられ
るスラストジャッキ７により掘進を行うものである。
【００２４】このトンネル掘進機１には、前記カッタヘ
ッド３の回転速度（Ｃ／Ｈ回転速度）を計測するカッタ
ヘッド回転計８、前記カッタヘッド駆動電動機４に接続
されてその駆動電流を計測する電流計９およびカッタヘ
ッド回転数を定格回転数以上，定格回転数，定格回転数
以下の３段階に設定可能なカッタヘッド駆動電動機コン
トローラ（カッタヘッド回転数設定手段）１０、また前
記スラストジャッキ７に接続されてその油圧圧力を計測
する油圧圧力計１１，そのストロークを計測するストロ
ーク計１２およびその流量を調整するスラストジャッキ
流量コントローラ（推進ジャッキ流量制御手段）１３が
備えられている。前記電流計９の出力からは、カッタヘ
ッド３の回転トルク（Ｃ／Ｈトルク）が得られ、前記油
圧圧力計１１の出力からはスラストジャッキ７の推進力
およびスラスト圧が得られ、前記ストローク計１２の出
力からは推進速度が得られる。
ッド３の回転速度（Ｃ／Ｈ回転速度）を計測するカッタ
ヘッド回転計８、前記カッタヘッド駆動電動機４に接続
されてその駆動電流を計測する電流計９およびカッタヘ
ッド回転数を定格回転数以上，定格回転数，定格回転数
以下の３段階に設定可能なカッタヘッド駆動電動機コン
トローラ（カッタヘッド回転数設定手段）１０、また前
記スラストジャッキ７に接続されてその油圧圧力を計測
する油圧圧力計１１，そのストロークを計測するストロ
ーク計１２およびその流量を調整するスラストジャッキ
流量コントローラ（推進ジャッキ流量制御手段）１３が
備えられている。前記電流計９の出力からは、カッタヘ
ッド３の回転トルク（Ｃ／Ｈトルク）が得られ、前記油
圧圧力計１１の出力からはスラストジャッキ７の推進力
およびスラスト圧が得られ、前記ストローク計１２の出
力からは推進速度が得られる。
【００２５】こうして得られる推進力，推進速度，回転
速度，回転トルクは、掘進データとしてパソコン１４に
入力される。このパソコン１４には、当該トンネル掘削
機１に用いられるディスクカッタの仕様，ディスクカッ
タ数，ピッチ等が予め既入力データとして入力されてい
る。この掘進データと既入力データとを解析することに
より、カッタヘッド１回転当たりの切込み深さと一軸圧
縮強度（地質状況）が一義的に決められ、これによって
一軸圧縮強度（地質状況）が得られる。
速度，回転トルクは、掘進データとしてパソコン１４に
入力される。このパソコン１４には、当該トンネル掘削
機１に用いられるディスクカッタの仕様，ディスクカッ
タ数，ピッチ等が予め既入力データとして入力されてい
る。この掘進データと既入力データとを解析することに
より、カッタヘッド１回転当たりの切込み深さと一軸圧
縮強度（地質状況）が一義的に決められ、これによって
一軸圧縮強度（地質状況）が得られる。
【００２６】また、このトンネル掘削機１には、カッタ
ヘッド３の直後のサイドサポートの部分に対向するよう
に二つの貫入棒１５が突出退入自在に設けられている。
この貫入棒１５には、地山強度測定装置１６が接続され
ており、この地山強度測定装置１６は、前記貫入棒１５
が突出動作により地山に貫入する際の貫入量を測定する
貫入量測定機構とその貫入力を測定する貫入力測定機構
とを備えている。さらに、この地山強度測定装置１６
は、標準となる貫入地質データを予め記憶している貫入
地質データ記憶手段を備えているとともに、前記貫入量
測定機構と貫入力測定機構とによるそれぞれの測定値と
その貫入地質データとから一軸圧縮強度（地質状況）を
算出する機能を備えている。なお、この貫入棒１５は、
地山が軟質な岩盤からなる場合に適しており、その貫入
動作はトンネル掘削機１の推進停止時に行われる。
ヘッド３の直後のサイドサポートの部分に対向するよう
に二つの貫入棒１５が突出退入自在に設けられている。
この貫入棒１５には、地山強度測定装置１６が接続され
ており、この地山強度測定装置１６は、前記貫入棒１５
が突出動作により地山に貫入する際の貫入量を測定する
貫入量測定機構とその貫入力を測定する貫入力測定機構
とを備えている。さらに、この地山強度測定装置１６
は、標準となる貫入地質データを予め記憶している貫入
地質データ記憶手段を備えているとともに、前記貫入量
測定機構と貫入力測定機構とによるそれぞれの測定値と
その貫入地質データとから一軸圧縮強度（地質状況）を
算出する機能を備えている。なお、この貫入棒１５は、
地山が軟質な岩盤からなる場合に適しており、その貫入
動作はトンネル掘削機１の推進停止時に行われる。
【００２７】このようにして、掘進データ（推進力，推
進速度，回転速度，回転トルクの測定値）から解析して
得られる地質状況と、前記貫入棒１５に関する測定値か
ら算出される地質状況とのうちのいずれか適切な値が選
択されて地山の地質状況とされる。この選択機構は、前
記パソコン１４または前記地山強度測定装置１６に備え
させることができる。また、前記掘進データから得られ
る地質状況と、貫入棒１５に関する測定値から得られる
地質状況とから適当なパラメータを用いて、最も正解と
考えられる地質状況を得ることができる。
進速度，回転速度，回転トルクの測定値）から解析して
得られる地質状況と、前記貫入棒１５に関する測定値か
ら算出される地質状況とのうちのいずれか適切な値が選
択されて地山の地質状況とされる。この選択機構は、前
記パソコン１４または前記地山強度測定装置１６に備え
させることができる。また、前記掘進データから得られ
る地質状況と、貫入棒１５に関する測定値から得られる
地質状況とから適当なパラメータを用いて、最も正解と
考えられる地質状況を得ることができる。
【００２８】こうして地質状況が得られると、前記パソ
コン１４により地質状況に応じたスラストジャッキ流量
とカッタヘッド回転数とに設定するように、それぞれス
ラストジャッキ流量コントローラ１３とカッタヘッド駆
動電動機コントローラ１０とを制御して、適切な自動掘
進を行うことができる。
コン１４により地質状況に応じたスラストジャッキ流量
とカッタヘッド回転数とに設定するように、それぞれス
ラストジャッキ流量コントローラ１３とカッタヘッド駆
動電動機コントローラ１０とを制御して、適切な自動掘
進を行うことができる。
【００２９】本実施例の掘進制御装置が設けられるトン
ネル掘削機１による掘削制御方法は、図２にそのフロー
図が示されるように、まず、掘進開始の信号がパソコン
１４に入力され（Ｓ１）、次いでスラストジャッキ流量
およびカッタヘッド回転数の各初期値が、それぞれスラ
ストジャッキ流量コントローラ１３およびカッタヘッド
駆動電動機コントローラ１０に入力され掘進が開始する
（Ｓ２）。
ネル掘削機１による掘削制御方法は、図２にそのフロー
図が示されるように、まず、掘進開始の信号がパソコン
１４に入力され（Ｓ１）、次いでスラストジャッキ流量
およびカッタヘッド回転数の各初期値が、それぞれスラ
ストジャッキ流量コントローラ１３およびカッタヘッド
駆動電動機コントローラ１０に入力され掘進が開始する
（Ｓ２）。
【００３０】こうしてトンネル掘削機１により掘進が開
始され、前述のように掘進データおよび貫入棒１５に関
する測定値により地質状況が検出され（Ｓ３）、硬岩
（Ｓ４），中硬岩（Ｓ５），軟岩（Ｓ６）の３種類に判
別される。
始され、前述のように掘進データおよび貫入棒１５に関
する測定値により地質状況が検出され（Ｓ３）、硬岩
（Ｓ４），中硬岩（Ｓ５），軟岩（Ｓ６）の３種類に判
別される。
【００３１】前記硬岩と判別された地山を掘進する際に
は、パソコン１４の出力によりスラストジャッキ流量コ
ントローラ１３を制御してスラストジャッキ７の流量を
増加させるとともに、カッタヘッド駆動電動機コントロ
ーラ１０を制御してカッタヘッド回転数を定格回転数以
上の一定値に設定する（Ｓ７）。こうして、スラスト圧
が最大値となるまでスラストジャッキ流量を増加させ
（Ｓ８）、スラスト圧が最大値を示した時点でスラスト
ジャッキ流量コントローラ１３を制御してスラストジャ
ッキ７の流量を保持する（Ｓ９）。
は、パソコン１４の出力によりスラストジャッキ流量コ
ントローラ１３を制御してスラストジャッキ７の流量を
増加させるとともに、カッタヘッド駆動電動機コントロ
ーラ１０を制御してカッタヘッド回転数を定格回転数以
上の一定値に設定する（Ｓ７）。こうして、スラスト圧
が最大値となるまでスラストジャッキ流量を増加させ
（Ｓ８）、スラスト圧が最大値を示した時点でスラスト
ジャッキ流量コントローラ１３を制御してスラストジャ
ッキ７の流量を保持する（Ｓ９）。
【００３２】前記中硬岩と判断された地山を掘進する際
には、パソコン１４の出力によりスラストジャッキ流量
コントローラ１３を制御してスラストジャッキ７の流量
を増加させるとともに、カッタヘッド駆動電動機コント
ローラ１０を制御してカッタヘッド回転数を定格回転数
に設定する（Ｓ１０）。こうして、スラスト圧が最大値
となるか、もしくはカッタヘッド駆動電動機の電流値が
最大値となるまで、スラストジャッキ流量を増加させて
（Ｓ１１）、スラスト圧または電流値のどちらか一方が
最大値を示した時点でスラストジャッキ流量コントロー
ラ１３を制御してスラストジャッキ７の流量を保持する
（Ｓ１２）。
には、パソコン１４の出力によりスラストジャッキ流量
コントローラ１３を制御してスラストジャッキ７の流量
を増加させるとともに、カッタヘッド駆動電動機コント
ローラ１０を制御してカッタヘッド回転数を定格回転数
に設定する（Ｓ１０）。こうして、スラスト圧が最大値
となるか、もしくはカッタヘッド駆動電動機の電流値が
最大値となるまで、スラストジャッキ流量を増加させて
（Ｓ１１）、スラスト圧または電流値のどちらか一方が
最大値を示した時点でスラストジャッキ流量コントロー
ラ１３を制御してスラストジャッキ７の流量を保持する
（Ｓ１２）。
【００３３】前記軟岩と判断された地山を掘進する際に
は、パソコン１４の出力によりスラストジャッキ流量コ
ントローラ１３を制御してスラストジャッキ７の流量を
増加させるとともに、カッタヘッド駆動電動機コントロ
ーラ１０を制御してカッタヘッド回転数を定格回転数以
下の一定値に設定する（Ｓ１３）。こうして、スラスト
圧が最大値となるか、カッタヘッド駆動電動機の電流値
が最大となるか、もしくはＶｈ＝Ｐｅ・ｎ（Ｖｈ：スラ
ストジャッキ伸長速度，Ｐｅ：ディスクカッタ許容最大
切込み量，ｎ：カッタヘッド回転数）となるまで、スラ
ストジャッキ流量を増加させる（Ｓ１４）。こうして、
これらのいずれか１つにあてはまった時点で、スラスト
ジャッキ流量コントローラ１３を制御してスラストジャ
ッキ流量を保持する（Ｓ１５）。
は、パソコン１４の出力によりスラストジャッキ流量コ
ントローラ１３を制御してスラストジャッキ７の流量を
増加させるとともに、カッタヘッド駆動電動機コントロ
ーラ１０を制御してカッタヘッド回転数を定格回転数以
下の一定値に設定する（Ｓ１３）。こうして、スラスト
圧が最大値となるか、カッタヘッド駆動電動機の電流値
が最大となるか、もしくはＶｈ＝Ｐｅ・ｎ（Ｖｈ：スラ
ストジャッキ伸長速度，Ｐｅ：ディスクカッタ許容最大
切込み量，ｎ：カッタヘッド回転数）となるまで、スラ
ストジャッキ流量を増加させる（Ｓ１４）。こうして、
これらのいずれか１つにあてはまった時点で、スラスト
ジャッキ流量コントローラ１３を制御してスラストジャ
ッキ流量を保持する（Ｓ１５）。
【００３４】このように、掘削する地質状況（硬岩，中
硬岩，軟岩）のぞれぞれに対応したスラストジャッキ流
量を保持しつつ掘進させる。こうして掘進するにしたが
って地質状況は変化するため、掘進を終了しない場合は
再び地質状況を判断させ、前述の操作を繰り返すことに
より掘進が行われる（Ｓ１６）。一方、掘進を終了させ
る場合は、スラストジャッキ流量保持およびカッタヘッ
ド回転を中止させる（Ｓ１７）。
硬岩，軟岩）のぞれぞれに対応したスラストジャッキ流
量を保持しつつ掘進させる。こうして掘進するにしたが
って地質状況は変化するため、掘進を終了しない場合は
再び地質状況を判断させ、前述の操作を繰り返すことに
より掘進が行われる（Ｓ１６）。一方、掘進を終了させ
る場合は、スラストジャッキ流量保持およびカッタヘッ
ド回転を中止させる（Ｓ１７）。
【００３５】本実施例においては、トンネル掘削機１に
よる掘進中に得られるデータを利用して地質状況を自動
的に把握することができ、掘削する地質状況が硬岩の場
合は、地山を乱す恐れがないため、カッタヘッド回転数
を増加させるとともに、スラストジャッキ流量を増加さ
せてディスクカッタを切羽に押しつける限界まで掘進速
度を速めて高速掘進を行うことができる。一方、掘削す
る地質状況が軟岩の場合は、カッタヘッド回転数および
スラストジャッキ推進速度を制御して地山を乱さないよ
うに掘進されるため、大がかりな支保を構築する必要が
なくなる。また、中硬岩の場合もカッタヘッド回転数お
よびスラストジャッキ推進速度を制御し、地山が乱され
ず、かつ余裕過多の状態となることなく掘進作業を行う
ことができる。
よる掘進中に得られるデータを利用して地質状況を自動
的に把握することができ、掘削する地質状況が硬岩の場
合は、地山を乱す恐れがないため、カッタヘッド回転数
を増加させるとともに、スラストジャッキ流量を増加さ
せてディスクカッタを切羽に押しつける限界まで掘進速
度を速めて高速掘進を行うことができる。一方、掘削す
る地質状況が軟岩の場合は、カッタヘッド回転数および
スラストジャッキ推進速度を制御して地山を乱さないよ
うに掘進されるため、大がかりな支保を構築する必要が
なくなる。また、中硬岩の場合もカッタヘッド回転数お
よびスラストジャッキ推進速度を制御し、地山が乱され
ず、かつ余裕過多の状態となることなく掘進作業を行う
ことができる。
【００３６】したがって、この掘進制御方法および掘進
制御装置により、容易に適切な掘進状態を自動的に選択
することができるため、省人化を図ることができるとと
もに、高速掘進および支保軽減が可能となり、トンネル
施工期間を短縮することができるという効果を奏する。
また、既に実用化されているトンネル掘削機の自動方向
制御システムとともに、トンネル掘削の完全自動化に繋
がるものである。
制御装置により、容易に適切な掘進状態を自動的に選択
することができるため、省人化を図ることができるとと
もに、高速掘進および支保軽減が可能となり、トンネル
施工期間を短縮することができるという効果を奏する。
また、既に実用化されているトンネル掘削機の自動方向
制御システムとともに、トンネル掘削の完全自動化に繋
がるものである。
【００３７】また、本実施例においては、前記カッタヘ
ッドの回転数が地質状況に応じて定格回転数以上，定格
回転数，定格回転数以下の３段階のいずれかに設定させ
て、スラストジャッキの流量のみを制御すればよく、掘
進制御を容易に行うことができる。
ッドの回転数が地質状況に応じて定格回転数以上，定格
回転数，定格回転数以下の３段階のいずれかに設定させ
て、スラストジャッキの流量のみを制御すればよく、掘
進制御を容易に行うことができる。
【００３８】本実施例においては、地質状況の検出が掘
進データもしくは地山強度測定装置により行われている
が、地質状況の判断を作業者が行ってもよい。また、掘
進データもくは地山強度測定装置１４の選択も作業者が
行うようにしてもよい。
進データもしくは地山強度測定装置により行われている
が、地質状況の判断を作業者が行ってもよい。また、掘
進データもくは地山強度測定装置１４の選択も作業者が
行うようにしてもよい。
【図１】図１は、本発明の一実施例に係る掘進制御装置
のシステム構成図の模式図である。
のシステム構成図の模式図である。
【図２】図２は、本実施例のトンネル掘削機の掘進制御
方法を示すフロー図である。
方法を示すフロー図である。
１ トンネル掘削機 ２ カッタヘッドサポート ３ カッタヘッド ４ カッタヘッド駆動電動機 ５ 地山 ６ メイングリッパ ７ スラストジャッキ ８ カッタヘッド回転計 ９ カッタヘッド駆動電動機電流計 １０ カッタヘッド駆動電動機コントローラ １１ 油圧圧力計 １２ ストローク計 １３ スラストジャッキ流量コントローラ １４ パソコン １５ 貫入棒 １６ 地山強度測定装置
Claims (6)
- 【請求項１】 トンネル掘削機により地山の掘進作業を
行う際に、その地山の地質状況に応じて掘進を制御する
掘進制御方法であって、 まず地質状況を判断し、この地質状況に応じてカッタヘ
ッド回転数を設定した後に、推進ジャッキ流量を制御す
ることを特徴とするトンネル掘削機の掘進制御方法。 - 【請求項２】 前記カッタヘッド回転数は、地質状況が
硬岩から軟岩に向かうにしたがって回転速度が小さくな
るように設定されることを特徴とする請求項１に記載の
トンネル掘削機の掘進制御方法。 - 【請求項３】 前記地質状況が硬岩である場合には、前
記推進ジャッキ流量がスラスト圧最大時の流量を保持す
るように制御されることを特徴とする請求項１または２
に記載のトンネル掘削機の掘進制御方法。 - 【請求項４】 前記地質状況が中硬岩である場合には、
前記推進ジャッキ流量がスラスト圧最大時の流量もしく
はカッタヘッド駆動電流最大時の流量のいずれかの流量
となった時点で保持されるように制御されることを特徴
とする請求項１または２に記載のトンネル掘削機の掘進
制御方法。 - 【請求項５】 前記地質状況が軟岩である場合には、前
記推進ジャッキ流量がスラスト圧最大時の流量，カッタ
ヘッド駆動電流最大時の流量または推進ジャッキ推進速
度がカッタヘッド１回転当たりの許容最大切込み量とカ
ッタヘッド回転数との積で得られる推進速度と等しい時
の流量のいずれかの流量となった時点で保持されるよう
に制御されることを特徴とする請求項１または２に記載
のトンネル掘削機の掘進制御方法。 - 【請求項６】 トンネル掘削機により地山の掘進作業を
行う際に、その地山の地質状況に応じて掘進を制御する
掘進制御装置であって、（ａ）カッタヘッド回転トルク
検知手段，カッタヘッド回転数検知手段，推進ジャッキ
のストローク量検知手段，推進速度検出手段および推進
力検出手段、もしくは地山強度測定手段を備える地質状
況判断手段と、（ｂ）カッタヘッドの回転数を地質状況
に応じて設定するカッタヘッド回転数設定手段と、
（ｃ）推進ジャッキ流量を地質状況に応じて制御する推
進ジャッキ流量制御手段とを備えることを特徴とするト
ンネル掘削機の掘進制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13259197A JP3821538B2 (ja) | 1997-05-22 | 1997-05-22 | トンネル掘削機の掘進制御方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13259197A JP3821538B2 (ja) | 1997-05-22 | 1997-05-22 | トンネル掘削機の掘進制御方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10317880A true JPH10317880A (ja) | 1998-12-02 |
| JP3821538B2 JP3821538B2 (ja) | 2006-09-13 |
Family
ID=15084931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP13259197A Expired - Fee Related JP3821538B2 (ja) | 1997-05-22 | 1997-05-22 | トンネル掘削機の掘進制御方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3821538B2 (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105822314A (zh) * | 2016-05-23 | 2016-08-03 | 中铁隧道集团有限公司 | 一种tbm盾尾支护的设备及支护方法 |
| CN112196558A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-08 | 清华大学 | 一种地下岩体工程用隧道掘进机 |
| CN114439498A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-06 | 中铁十八局集团有限公司 | 一种tbm自动掘进实现的方法 |
| CN114674260A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-06-28 | 沈阳建筑大学 | 一种全断面隧道掘进机刮刀磨损检测方法 |
| CN116733485A (zh) * | 2023-06-15 | 2023-09-12 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | 单电机驱动的全断面隧道掘进机及其出渣控制方法 |
| CN116816355A (zh) * | 2023-05-18 | 2023-09-29 | 中铁十一局集团有限公司 | 隧道软硬互层掘进控制方法及相关设备 |
| CN118469762A (zh) * | 2024-04-23 | 2024-08-09 | 北京首兴安成电力工程有限公司 | 一种隧道电网施工优化方法 |
| CN119373516A (zh) * | 2024-10-09 | 2025-01-28 | 中铁十九局集团有限公司 | 一种处理含孤石复杂地质条件下的分级掘进系统及方法 |
| WO2025107345A1 (zh) * | 2023-11-22 | 2025-05-30 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种盾构机自动定速掘进节能控制方法及系统 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102529266B1 (ko) | 2021-04-27 | 2023-05-04 | 한국원자력연구원 | Tbm의 추력 파라미터 예측 방법 및 그 방법을 제공하는 굴착 모니터링 시스템 |
| DE102021125286A1 (de) | 2021-09-29 | 2023-03-30 | Hans-Peter Uffmann | Verfahren zur Abraumkontrolle beim Vortrieb in Erdreich sowie Vortriebseinrichtung |
-
1997
- 1997-05-22 JP JP13259197A patent/JP3821538B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| CN112196558A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-08 | 清华大学 | 一种地下岩体工程用隧道掘进机 |
| CN114439498A (zh) * | 2022-01-20 | 2022-05-06 | 中铁十八局集团有限公司 | 一种tbm自动掘进实现的方法 |
| CN114674260A (zh) * | 2022-03-28 | 2022-06-28 | 沈阳建筑大学 | 一种全断面隧道掘进机刮刀磨损检测方法 |
| CN114674260B (zh) * | 2022-03-28 | 2023-12-26 | 沈阳建筑大学 | 一种全断面隧道掘进机刮刀磨损检测方法 |
| CN116816355A (zh) * | 2023-05-18 | 2023-09-29 | 中铁十一局集团有限公司 | 隧道软硬互层掘进控制方法及相关设备 |
| CN116733485A (zh) * | 2023-06-15 | 2023-09-12 | 中国铁建重工集团股份有限公司 | 单电机驱动的全断面隧道掘进机及其出渣控制方法 |
| WO2025107345A1 (zh) * | 2023-11-22 | 2025-05-30 | 中铁工程装备集团有限公司 | 一种盾构机自动定速掘进节能控制方法及系统 |
| CN118469762A (zh) * | 2024-04-23 | 2024-08-09 | 北京首兴安成电力工程有限公司 | 一种隧道电网施工优化方法 |
| CN119373516A (zh) * | 2024-10-09 | 2025-01-28 | 中铁十九局集团有限公司 | 一种处理含孤石复杂地质条件下的分级掘进系统及方法 |
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|---|---|
| JP3821538B2 (ja) | 2006-09-13 |
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