JP4286462B2

JP4286462B2 - Shield excavator

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Publication number: JP4286462B2
Application number: JP2001017132A
Authority: JP
Inventors: 治郎佐藤; 喜代和尾畑; 修浦田; 竜之介鹿島; 久男増田; 忍鍋田
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2001-01-25
Filing date: 2001-01-25
Publication date: 2009-07-01
Anticipated expiration: 2021-01-25
Also published as: JP2002220992A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤中にトンネルを構築する際に用いられるシールド掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、この種のシールド掘削機は、スキンプレートと、スキンプレートの前面に設けられたカッターと、スキンプレートに取り付けられてトンネルのうち既に覆工されたセグメント等から反力を取りスキンプレートを前方に推進させるための複数のシールドジャッキとを有するものが一般的である。また、スキンプレートの形状としては、円筒形のものが最も多く用いられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、複数のトンネルを互いにラップさせて同時に掘削することが可能な多連形シールド機が採用されるようになってきている。このような多連形シールド機は、複数のトンネルを独立して掘削する場合に比較して、地下占有面積が小さく、不要断面が少ないとともに、複数本のトンネルを同時に掘削できるため、経済性に優れている。
【０００４】
こうした多連形シールド機では、その性質上、掘進方向の断面が軸対称とならないので、トンネル掘進時に、その掘進方向の軸周りに生じる回転変位（ローリング）の制御が非常に重要となる。
【０００５】
一般の円形断面のシールド機においては、ローリングが生じた場合には、カッターを逆転させることにより姿勢を立て直すことが可能であるが、これに対し、多連形シールド機は、複数のカッターが設けられていることが一般的であり、なおかつ、構造上これらのカッターを互いに反対に回転させるようになっているために、カッターを逆転することによって姿勢を立て直すことが困難である。
【０００６】
このため、シールドジャッキより得る反力を偏向させて、シールド機に回転力を与えたり、あるいは、コピーカッタの使用によりシールド機の姿勢を制御するようにしているが、これらの制御は、全てオペレータの判断によって手動で行われるため、操作時期や操作量等はオペレータの経験や感覚に頼っていた。
【０００７】
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、ローリングに対する姿勢の制御を合理的に行うことができるような、シールド掘削機を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては以下の手段を採用した。
請求項１記載の発明は、スキンプレートと、該スキンプレートの前面に設けられたカッターと、前記スキンプレートに取り付けられてトンネルのうち既に覆工された部分から反力を取って前記スキンプレートを前方に推進させるための複数のシールドジャッキとを有するシールド機本体と、
該シールド機本体の動作を制御する制御装置とを備え、
前記複数のシールドジャッキのうちの一部は、取るべき反力の向きを前記トンネルの周方向に調整可能な修正ジャッキとして形成され、
前記シールド機本体には、該シールド機本体の中心軸線周りの回転角を検知するためのローリングセンサが備えられ、
前記制御装置は、前記ローリングセンサからの出力に基づき、前記修正ジャッキにおいて取るべき反力の向きを決定する修正ジャッキ制御情報手段を有し、
前記シールド機本体には、該シールド機本体の掘進方向および掘進距離を検知する掘進位置検知装置が設けられ、
前記制御装置は、前記掘進位置検知装置からの出力に基づいて前記シールド機本体の位置を演算する位置解析演算手段と、該位置解析演算手段からの出力およびあらかじめ記憶された前記トンネルの計画線形を比較して、前記シールド機本体が前記計画線形に沿って推進するのに必要な推進力およびその向きを算出する自動方向制御手段と、該自動方向制御手段の出力に基づき、使用すべき前記シールドジャッキの数および位置ならびにその反力を特定するジャッキパターン推論手段とを備え、
前記修正ジャッキ制御情報手段は、前記ローリングセンサから出力される前記回転角の絶対値が第一の所定値以上となった場合に、その演算結果を、前記ジャッキパターン推論手段に出力する構成とされ、
なおかつ、この場合に、前記ジャッキパターン推論手段は、修正ジャッキ制御情報手段の演算結果および前記自動方向制御出力手段からの出力の双方を満たすように、使用すべき前記シールドジャッキの数および位置ならびにその反力を特定することを特徴としている。
【０００９】
請求項２記載の発明は、請求項１記載のシールド掘削機であって、
前記修正ジャッキが複数備えられ、
前記修正ジャッキ制御情報手段は、前記ローリングセンサからの出力に応じて、前記修正ジャッキのうち反力の向きを調整すべきものの数および位置を特定することを特徴としている。
【００１０】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載のシールド掘削機であって、
前記カッターは、前記シールド機本体の中心軸線から外周方向に離間する方向の端部に、同方向に出没自在なコピーカッタを有し、
前記制御装置は、前記ローリングセンサからの出力に応じて、前記シールド機本体の外周の地盤のうち、前記コピーカッタを用いて掘削すべき領域を決定するコピーカッタ情報手段を備えていることを特徴としている。
【００１１】
請求項４記載の発明は、請求項２または３記載のシールド掘削機であって、前記シールド機本体には、該シールド機本体の掘進方向および掘進距離を検知する掘進位置検知装置が設けられ、
前記制御装置は、前記掘進位置検知装置からの出力に基づいて前記シールド機本体の位置を演算する位置解析演算手段を備えて構成され、
前記修正ジャッキ制御情報手段は、演算された前記シールド機本体の位置とあらかじめ記憶された前記トンネルの計画線形との相対位置に基づいて、前記修正ジャッキのうち反力の向きを調整すべきものの数および位置を特定するとともに、その取るべき反力の向きを決定することを特徴としている。
【００１２】
請求項５記載の発明は、請求項４記載のシールド掘削機であって、
前記コピーカッタ情報手段は、前記相対位置に基づいて、前記シールド機本体の外周の地盤のうち、前記コピーカッタを用いて掘削すべき領域を決定することを特徴としている。
【００１４】
請求項6記載の発明は、請求項１から５のいずれかに記載のシールド掘削機であって、
前記ジャッキパターン推論手段は、前記ローリングセンサから出力される前記回転角の絶対値が前記第一の所定値を超える前記第二の所定値以上となった場合に、修正ジャッキ制御情報手段の演算結果のみが満たされるように、使用すべきシールドジャッキの数および位置ならびにその反力を特定する構成とすることを特徴としている。
【００１５】
請求項７記載の発明は、請求項１から６のいずれかに記載のシールド掘削機であって、
前記制御装置には、前記修正ジャッキ制御情報手段および前記コピーカッタ情報手段の動作を制御するローリング制御手段が設けられ、
該ローリング制御手段は、所定のデータテーブルに基づき、前記回転角の絶対値に応じて、前記修正ジャッキ制御情報手段および前記コピーカッタ情報手段の動作の可否を決定するものであることを特徴としている。
【００１６】
請求項８記載の発明は、請求項７記載のシールド掘削機であって、
前記ローリング制御手段は、前記回転角の変化率に応じて、前記修正ジャッキ制御情報手段および前記コピーカッタ情報手段の動作の可否を決定するものであることを特徴としている。
【００１７】
請求項９記載の発明は、請求項１から８のいずれかに記載のシールド掘削機であって、前記シールド機本体は、多連形シールド機であることを特徴としている。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施の形態を示す図であり、図中、符号１はシールド掘削機を示す。図中に示すように、このシールド掘削機１は、地盤中に実際にトンネルを掘削するためのシールド機本体２と、このシールド機本体２の動作を制御する制御装置３を備えた構成となっている。
【００１９】
シールド機本体２は、スキンプレート４と、スキンプレート４の前面に設けられたカッター５と、スキンプレート４に取り付けられて、既に覆工されたトンネルのセグメント７から反力を取ってスキンプレート４を前方に推進させるための複数のシールドジャッキ８とを有している。
【００２０】
図２に、このシールド機本体２を前方（図１中Ａ方向）から見た際の状態を示す。図中に示すように、このシールド機本体２は、一対の円筒形状の一部を互いに重合させた形状のＤＯＴ(Double O-Tube)型のシールド機として形成されており、スキンプレート４の前面に、一対の十字形状のカッター５，５を備えた構成となっている。これらカッター５，５は、図１に示したように、シールド機本体２をその側面から見た場合には、同一位置に位置するように設けられており、なおかつ、図２に示すように、互いの干渉を避けるために、回転角を４５°互いにずらせて配置されている。
【００２１】
また、各カッター５におけるシールド機本体２の外周方向の端部５ａの一部には、コピーカッタ９が設けられている。このコピーカッタ９は、カッター５の端部５ａからシールド機本体２の外周方向に向けて出没自在に設けられている。
【００２２】
また、このシールド機本体２には、図３に示すように、スキンプレート４に沿って合計３２箇所にシールドジャッキ８が設けられている。そして、これらシールドジャッキ８のうち、シールド機本体２の左右部分に位置する四本ずつのシールドジャッキ８が、取るべき反力の向きをスキンプレート４に沿って（掘削すべきトンネルの周方向に）調整可能な修正ジャッキ８Ａとして形成されている。この修正ジャッキ８Ａは、スキンプレート４に対する取付部分が、スキンプレート４の断面の長軸方向（図３中Ｂ方向）の軸を中心として回動可能なピン結合（図示略）とされ、また、修正ジャッキ８Ａ自体を偏向させるためのアクチュエータ（図示略）を備えた構成となっている。そして、このアクチュエータを起動させることにより、取るべき反力の向きをスキンプレート４に沿った上下方向に偏向させることが可能となっている。
【００２３】
一方、図１に示すように、シールド機本体２の内部には、自動測量装置１１、ジャイロスコープ１２、ローリングセンサ１３、および、テールクリアランスセンサ１４が設けられている。
【００２４】
これらのうち、自動測量装置１１は、レーザ自動測量等により、シールド機本体２によるトンネルの掘進距離を検知可能とされている。また、ジャイロスコープ１２は、シールド機本体２の掘進方向を逐次検知可能とされている。また、ローリングセンサ１３は、図３に示すように、シールド機本体１の左右両端に設けられるとともに、互いに接続管１５により連絡された構成となっており、その内部に注入された液体の水位差によって、シールド機本体２の中心軸ＣＡに関する回転角（ローリング値）を検知可能となっている。また、テールクリアランスセンサ１４は、図１中に示すように、スキンプレート４の後端部に設けられて、スキンプレート４と覆工されたセグメント７との間のクリアランス値を検知可能とされている。
【００２５】
さらに、図１中に示すように、シールド機本体２内には、各シールドジャッキ８のうち、修正ジャッキ８Ａ以外のものに対してそれぞれ設けられて、その動作を制御するジャッキ制御部１６と、各修正ジャッキ８Ａに対してそれぞれ設けられて修正ジャッキ８Ａの動作を制御する修正ジャッキ制御部１７と、カッター５を回転駆動させるためのカッタ駆動装置１８を制御するカッタ駆動装置制御部１９と、コピーカッタ９の動作を制御するためのコピーカッタ制御部２０とが設置されている。
【００２６】
これらの自動測量装置１１、ジャイロスコープ１２、ローリングセンサ１３、テールクリアランスセンサ１４、および、ジャッキ制御部１６、修正ジャッキ制御部１７、カッタ駆動装置制御部１９、コピーカッタ制御部２０は、それぞれ、制御装置３に対して接続されている。これをより詳細に示したのが、図４である。図４に示すように、自動測量装置１１により検出されたトンネルの掘進距離、ジャイロスコープ１２により検出されたトンネルの掘進方向、ローリングセンサ１３により検出されたローリング値、テールクリアランスセンサ１４により検出されたセグメント７とスキンプレート４とのクリアランス値は、まず、制御装置３における位置解析演算手段２２に入力される。
【００２７】
位置解析演算手段２２では、自動測量装置１１およびジャイロスコープ１２の検出結果に基づいて、シールド機本体２の現在位置を演算するようになっており、また、演算した現在位置を、ローリング値、シールド機本体２のテールにおけるクリアランス値とともに、ローリング制御手段２３および自動方向制御手段２４に出力するようになっている。
【００２８】
ローリング制御手段２３は、後述する所定のデータテーブルに基づき、位置解析演算手段２２から入力されるローリング値の絶対値に応じて、以下に説明する修正ジャッキ制御情報手段２５およびコピーカッタ情報手段２６の動作の可否を決定する。
【００２９】
修正ジャッキ制御情報手段２５は、ローリング制御手段２３からの出力に応じて修正ジャッキ８Ａのうち、反力の向きを調整すべきものの数および位置ならびに反力の調整方向を決定する。また、コピーカッタ情報手段２６は、ローリング制御手段２３からの出力に応じて、シールド機本体２の外周の地盤のうち、コピーカッタ９を用いて掘削すべき領域を決定する。
【００３０】
一方、自動方向制御手段２４は、図示しない記憶手段においてあらかじめ記憶されたシールド掘削機１により構築すべきトンネルの計画線形と、位置解析演算手段２２からの出力とを比較することにより、シールド機本体２がトンネルの計画線形に沿って推進するのに必要な推進力およびその向きを算出するためのものである。
【００３１】
この自動方向制御手段２４における演算結果は、ジャッキパターン推論手段２７に入力される。このジャッキパターン推論手段２７は、自動方向制御手段２４の出力に基づき、使用すべきシールドジャッキ８の数および位置ならびにその反力を特定する。なお、後述するように、このジャッキパターン推論手段２７に対しては、ローリングセンサ１３から出力されたローリング値の絶対値が所定の値以上となった場合に、修正ジャッキ制御情報手段２５の演算結果が併せて入力されるようになっており、この場合に、ジャッキパターン推論手段２７は、修正ジャッキ制御情報手段２５の演算結果および自動方向制御出力手段２４からの出力の双方を満たすように、使用すべき前記シールドジャッキ８の数および位置ならびにその反力を特定するようになっている。
【００３２】
また、制御装置３には、マシン操作盤２８を通じてオペレータが操作可能な手動方向制御手段２９が備えられている。この手動方向制御手段２９は、位置解析演算手段２２により演算されたシールド機本体２の現在位置と、図示しない記憶手段に記憶された構築すべきトンネルの計画線形との関係や、ローリングセンサ１３から出力されたローリング値等を参照しながらオペレータが手動でシールド機本体２の動作を制御するためのものである。
【００３３】
修正ジャッキ制御情報手段２５、コピーカッタ情報手段２６、ジャッキパターン推論手段２７、および手動方向制御手段２９からの出力は、情報出力手段３０に入力される。そして、この情報出力手段３０から、ジャッキ制御部１６、修正ジャッキ制御部１７、カッタ駆動装置制御部１９、コピーカッタ制御部２０に対して、各演算結果が出力されることにより、シールドジャッキ８、修正ジャッキ８Ａ、カッター５、およびコピーカッタ８の動作が制御されるようになっている。
【００３４】
次に、シールド掘削機１によるトンネルの掘削時における、制御装置３の処理の詳細を説明する。
ローリングセンサ１３において、シールド機本体２のローリング値として所定の値が検出されると、このローリング値は、位置解析演算手段２２を通じてローリング制御手段２３に出力される。
【００３５】
ここで、ローリング制御手段２３は、ローリング値に対応した制御レベルを決定するための図５のようなデータテーブルを有している。なお、図５のデータテーブルにおいて、制御レベルの判断のために設定したローリング値の閾値を図６に示す。
【００３６】
これら図５および図６に示すように、ローリング制御手段２３は、ローリング値：Ｒの絶対値が、管理基準閾値：ＤＭ（第一の所定値）の範囲内、すなわち、ＤＭ＿Ｌ≦Ｒ≦ＤＭ＿Ｒである場合には、制御レベルを「０」に設定する。また、ローリング制御手段２３は、ローリング値Ｒの絶対値が管理基準閾値：ＤＭ（第一の所定値）を超えた場合、すなわち、Ｃ１Ｐ２＿Ｌ≦Ｒ≦ＤＭ＿Ｌ、または、ＤＭ＿Ｒ≦Ｒ≦Ｃ１Ｐ２＿Ｒの場合となった場合には、制御レベルを「１」に設定する。そして、さらにローリング値Ｒの絶対値が拡大して、Ｃ１Ｐ２（第二の所定値）を超えた場合、すなわち、Ｃ２Ｐ２＿Ｌ≦Ｒ≦Ｃ１Ｐ２＿Ｌ、または、Ｃ１Ｐ２＿Ｒ≦Ｒ≦Ｃ２Ｐ２＿Ｒとなった場合には、ローリング制御手段２３は、制御レベルを「２」に設定する。
【００３７】
なお、ローリング値Ｒの絶対値がさらに拡大して、Ｒ≦Ｃ２Ｐ２＿ＬまたはＲ≧Ｃ２Ｐ２＿Ｒとなった場合には、ローリング制御は、手動方向制御手段２９による手動制御に切り換えられる。また、制御レベルを「２」から「０」にまで戻す際には、図５の右端欄に示すように、制御レベル「２」の状態を維持したまま、ローリング制御を行い、ローリング値ＲがＤＭ＿Ｌ≦Ｒ≦ＤＭ＿Ｒとなるまで、これを継続する。
【００３８】
以上のような、ローリング制御手段２３による制御レベルの決定の概念をまとめたのが図７である。図中に示すように、ローリング値の絶対値が増加するに従って、制御レベルは「０」→「１」→「２」に切り換えられ、さらにローリング値の絶対値が拡大した場合には、ローリング制御が手動制御に切り換えられる。
また、ローリング値の絶対値を減少させる際には、制御レベル「０」の領域にローリング値が減少するまで、同一の制御レベルが維持される。
なお、制御レベル移行の際には、図８に示すように、マシン操作盤において警報表示がなされるとともに、制御レベルに応じて自動移行または実行指令待機状態が選択される。
【００３９】
次に、各制御モードの内容を説明する。
［制御レベル０］
ローリング制御手段２３において、制御レベルが「０」に設定された場合（ＤＭ＿Ｌ≦Ｒ≦ＤＭ＿Ｒの場合）には、ローリング制御手段２３は、コピーカッタ情報手段２６および修正ジャッキ情報手段２５を動作させないようにする。具体的には、ローリング制御手段２３が、コピーカッタ情報手段２６および修正ジャッキ情報手段２５に対して制御レベル：「０」を出力すると、コピーカッタ情報手段２６および修正ジャッキ情報手段２５はその処理を行わず、これにより、ジャッキパターン推論手段２７には、自動方向制御手段２４からの出力のみが入力されることとなる。
【００４０】
したがって、ジャッキパターン推論手段２７は、ジャッキパターン（使用すべきジャッキの数、位置、反力）の推論を、自動方向制御手段２４の出力にのみ基づいて行う。そして、このジャッキパターン推論手段２７の演算結果が、情報出力手段３０を介して、ジャッキ制御部１６および修正ジャッキ制御部１７に出力され、これに基づいて、シールドジャッキ８および修正ジャッキ８Ａが駆動されることにより、シールド機本体２は、自動方向制御に必要な所望の推進力を得ることができ、また、設計トンネルの計画線形に沿って掘進が行われることとなる。また、この場合、修正ジャッキ８Ａは、通常のシールドジャッキ８として用いられることとなり、その反力を偏向させた状態では用いられない。また、コピーカッタ９は、カッター５に収納された状態とされたままの状態とされる。
【００４１】
［制御レベル１］
ローリング値：Ｒが、Ｃ１Ｐ２＿Ｌ≦Ｒ≦ＤＭ＿Ｌ、または、ＤＭ＿Ｒ≦Ｒ≦Ｃ１Ｐ２＿Ｒの範囲となった場合には、ローリング制御手段２３は、制御レベルを「１」に設定する。なお、図６に示すように、この制御レベル１の範囲は、それぞれ、Ｃ１Ｐ１＿Ｌ≦Ｒ≦ＤＭ＿ＬとＣ１Ｐ２＿Ｌ≦Ｒ≦Ｃ１Ｐ１＿Ｌとの範囲、またはＤＭ＿Ｒ≦Ｒ≦Ｃ１Ｐ１＿ＲとＣ１Ｐ１＿Ｒ≦Ｒ≦Ｃ１Ｐ２＿Ｒの範囲に分割され、それぞれが制御レベル１のフェーズ１またはフェーズ２として設定される。さらに、制御レベル１のフェイズ１は、図９に示すように、さらに大、中、小の三段階に分割されている。
【００４２】
（フェーズ１の場合）
この場合、ローリング制御手段２３から、制御レベル：「１」、フェーズ：「１」の「大（または中または小）」が修正ジャッキ情報手段２５に出力される。これを受けて、修正ジャッキ制御情報手段２５は、図１０のようなデータテーブルに基づき、ローリング値、および、シールド機本体２の中心軸線ＣＡ（図３参照）の垂直偏差に対応した所定の修正ジャッキ８Ａの制御パターンを選択する。
【００４３】
図１０において、「垂直偏差」は、シールド機本体２の中心軸線ＣＡがトンネルの計画線形の中心軸線に比較して上方（＋）にあるか、もしくは下方（−）にあるか、または同位置（０）にあるかを表す。この垂直偏差は、位置解析演算手段２２において、シールド機本体２２の中心軸ＣＡと、あらかじめ記憶された構築すべきトンネルの計画線形の中心軸ＣＡ’（図３参照）との上下方向の位置の差：Ｄ（図３参照）に基づいて定められるものであり、ローリング制御手段２３を通じて、修正ジャッキ制御情報手段２５に出力されるものである。具体的には、位置解析演算手段２２は、図１１に示すように、ＶＣＬ＿−≦Ｄ≦ＶＣＬ＿＋の場合に、垂直偏差を「０」に、Ｄ≧ＶＣＬ＿＋の場合には、垂直偏差を「＋」に、Ｄ≦ＶＣＬ＿−の場合には、垂直偏差を「−」に設定する。
【００４４】
また、図１０において「左大（左中、左小）」として表すものは、制御レベル：「１」、フェーズ：「１」の「大（中、小）」において、ローリング値がマイナスであることを示す。また、「右小（右中、右大）」で表すものは、同様の場合に、ローリング値がプラスであることを示す。
【００４５】
さらに、図１０中において「左」として示すものは、シールド機本体２のうち左側に位置する修正ジャッキ８ＡＬ（図２参照）を使用することを、「右」として示すものは、シールド機本体２のうち右側に位置する修正ジャッキ８ＡＲ（図２参照）を利用することを表す。また枠内の数字と「Ｕ」または「Ｄ」の文字は、修正ジャッキ８のうち、左側または右側の修正ジャッキ８ＡＬまたは８ＡＲを何本使用するか、および、その修正ジャッキ８Ａを上（Ｕ）または下（Ｄ）のいずれかに偏向させるかを示す。
【００４６】
例えば、修正ジャッキ制御情報手段２５に入力された情報が、制御レベル：「１」、フェーズ：「１」の「大」、垂直偏差：「＋」、ローリング値が「−」である場合、修正ジャッキ制御情報手段２５は、図１０のデータテーブルを参照して、修正ジャッキ情報として左：「０」、右：「４Ｄ」を選択し、この情報を情報出力手段３０を介して修正ジャッキ制御部１７に出力する。この場合、図１２の左上欄に模式的に示すように、シールド機本体２の右側の四本の修正ジャッキ８ＡＲが、そのセグメント７側の先端を下向きに偏向させた状態で用いられる。なお、図１２および図１３は、修正ジャッキ制御情報手段２５の出力に応じて使用される修正ジャッキ８Ａの位置および数ならびに向きを、垂直偏差およびローリング値ごとに分類して示したものである。
【００４７】
図１０のデータテーブルは、ローリング値の絶対値の大小に応じて、４本から２本の修正ジャッキ８Ａを使用するように設定されており、これにより、ローリング値の絶対値が大きい場合に、シールド機本体２に大きな回転力が付与されるようにしている。また、ローリング値がマイナス（左）である場合には、シールド機本体２の左側が上昇するような回転力が付与されるように、プラス（右）である場合には、シールド機本体の右側が上昇するような回転力が付与されるように、修正ジャッキ８Ａの向きを偏向させて設定するようになっている。さらに、垂直偏差が０である場合には、シールド機本体２に偶力を与えて、シールド機本体２のローリングを速やかに解消するようにしている。また、垂直偏差が（＋）または（−）である場合には、ローリングと垂直偏差の双方を解消するように、シールド機本体２の左右いずれか一方のみの修正ジャッキ８Ａを駆動するようにしている。
【００４８】
また、修正ジャッキ制御情報手段２５は、図９のデータテーブルからの選択結果をジャッキパターン推論手段２７に対しても出力する。これによりジャッキパターン推論手段２７は、修正ジャッキ制御情報手段２５の出力結果を満たし、なおかつ、自動方向制御手段２４において演算されたシールド機本体２に必要な推進力とその向きとを実現するのに最適なジャッキパターンを、あらかじめ図示略の記憶手段に記憶されていた多数のジャッキパターンから選び出し、これを情報出力手段３０に出力する。そして、情報出力手段３０の出力に基づき、ジャッキ制御部１６および修正ジャッキ制御部１７を駆動させることにより、シールド機本体２は、所望の推進力を得つつ、なおかつローリングに対する制御を行いながら掘進を行うことができる。
【００４９】
（フェーズ２の場合）
この場合、ローリング制御手段２３は、制御レベル「１」、フェーズ「２」を修正ジャッキ情報手段２５およびコピーカッタ情報手段２６に対して出力する。これを受けて修正ジャッキ情報手段２５は、上述のフェーズ１の「左大」または「右大」と同様の制御を行う。
一方、コピーカッタ情報手段２６は、ローリング制御手段２３からの出力を受けて、シールド機本体２の外周の地盤のうちコピーカッタ９を用いて掘削すべき領域を決定する。そして、コピーカッタ情報手段２６は、その結果を情報出力手段３０を介して、コピーカッタ制御部２０に出力し、これに基づいて、シールド機本体２の外周の地盤のうちの所定の部分が掘削されるように、コピーカッタ９を突出させるべきタイミング等が決定される。
【００５０】
この場合、コピーカッタ情報手段２６は、図１４のようなデータテーブルを参照して掘削すべき領域を決定する。
このコピーカッタ情報手段２６は、垂直偏差が（０）であり、かつ、ローリング量が（＋）である際には、シールド機本体２の外周の左下および右上の地盤を掘削すべき領域（斜線部分）として指定する。また、垂直偏差が（０）であり、かつ、ローリング量が（−）である際には、シールド機本体２の外周の右下および左上の地盤を掘削すべき領域（斜線部分）として指定する。これにより、掘進時に、シールド機本体２が左回りまたは右回りに偏向しやすくなるようにしている。また、垂直偏差が（−）の場合には、ローリング量の正負に応じて左上または右上の外周地盤を掘削するべき領域として指定し、これにより、垂直偏差を解消しつつシールド機本体２が右回りまたは左回りに偏向しやすくなるようにしている。同様に、垂直偏差が（＋）である場合も、ローリング量の正負に応じて左下または右下の外周地盤を掘削すべき領域として指定するようにし、垂直偏差とローリングとを同時に解消することができるようになっている。
フェーズ２においては、このようなコピーカッタ９の制御を補助的に用いることにより、ローリング値の増大に対応できるようにしている。
【００５１】
（制御手順）
また、以上のような制御レベル１における制御装置によるシールド機本体の制御の手順を図１５に示す。
図１５に示すように、まず、シールド機本体２が掘進を開始すると（ステップＳａ１）、自動測量装置１１、ジャイロスコープ１２、ローリングセンサ１３、テールクリアランスセンサ１４等によるデータ収集（ステップＳａ１１）が行われ、これらが位置解析演算手段２２に出力されて位置解析情報が生成される（ステップＳａ１２）とともに、ローリング制御手段２３に出力されてローリング制御の開始の可否が判定される（ステップＳａ１３）。ここで、ローリング制御を開始するための条件は、▲１▼現在のローリング値の絶対値が、管理閾値ＤＭ＿ＲまたはＤＭ＿Ｌよりも大きいか、または、ローリング値の変化量が、あらかじめ設定されたローリング変化量の閾値よりも大きいこと、かつ、▲２▼テールクリアランス値が、あらかじめ設定された制御可能範囲テールクリアランス値よりも大きいことである。なお、ローリング制御の内容は、後述するステップＳａ３５において決定されたものがフィードバックされる。
【００５２】
そしてローリング制御が可能と判断された場合には、ジャッキパターン推論手段２７において、自動方向制御およびローリング制御の双方を実現するようなジャッキパターンが推論される（ステップＳａ１４）とともに、これが情報出力手段３０により、ジャッキ制御部１６および修正ジャッキ制御部１７に対して出力される（ステップＳａ１５）。そして、この出力に基づきシールドジャッキ８および修正ジャッキ８Ａが駆動されることにより、自動方向制御およびローリング制御の双方が行われつつトンネルの掘進が行われる。
【００５３】
さらに、ステップＳａ１１からＳａ１５の処理を必要に応じて繰り返し、トンネルの掘進をいったん終了する（ステップＳａ２）。次に、シールド機本体は、掘削箇所にセグメントを組み立てるための工程、すなわちセグメントモードを開始する（ステップＳａ３）。
【００５４】
その間に、ローリングセンサ１３、テールクリアランスセンサ１４による情報収集が行われ（ステップＳａ３１）、これに基づいて、ローリング制御手段２３が状況分析を行う（ステップＳａ３２）。ここで、制御レベルが「１」または「０」と判断された場合には、ローリング制御手段２３は全追従モードを指令し（ステップＳａ３３）また制御レベルが「２」と判断された場合には、ローリング制御手段２３は、二圧モードを指令する（ステップＳａ３４）。
【００５５】
ここで、全追従モードおよび二圧モードとは、修正ジャッキ８Ａを含めたシールドジャッキ８の動作の形態を表す。すなわち、全追従モードの場合は、シールドジャッキ８のうち選択されたもののみからシールド機本体２の推進に必要な反力を取るようにし、それ以外のシールドジャッキ８が、選択されたものよりも十分小さい反力で、なおかつ、選択されたものと同一の変位で動作するようにする。制御レベル１においては、この全追従モードによりシールドジャッキ８が駆動される。
【００５６】
また、二圧モードは、修正ジャッキ８Ａに最大限推進力を負担させるとともに、シールド機本体２の推進に必要な残りの反力をオペレータが適宜選択したシールドジャッキ８から取るようにしたものである。制御レベル２においては、この二圧モードによりシールドジャッキ８が駆動される。ここでは、制御レベル２への移行条件が満たされない限り、全追従モード（ステップＳａ３３）が選択される。
【００５７】
次に、ローリング修正量が決定される（ステップＳａ３５）。ここでは、ステップＳａ３２においてなされた状況分析に基づいて、用いるべき修正ジャッキ８Ａの数および位置ならびに取るべき反力の偏向方向が修正ジャッキ制御情報手段２５によって決定されるとともに、コピーカッタ情報手段２６により、コピーカッタ９によって掘削すべき地盤の位置が決定される。そして、この情報が、情報出力手段３０を介して修正ジャッキ制御部１７およびコピーカッタ制御部１６に出力され、これにより修正ジャッキ８Ａの位置の盛り替え、およびコピーカッタ９の突出量の調整制御等が行われる（ステップＳａ３６）。
【００５８】
以上のステップＳａ３１からステップＳａ３６までの処理は、セグメント７が組み立てられている間に行われ、さらに、セグメント７の組立が終了した後に、シールド機本体２が盛り替えられ（ステップＳａ４）、さらに、シールド機本体２が掘進するための工程、すなわち掘進モードＳａ５が開始される。
この後は、再び、ステップＳａ１に戻って掘進が開始され、さらに、同様の手順が繰り返される。
【００５９】
なお、この制御レベル１において、制御出力量（大・中・小）切替、フェーズ変更あるいは他の制御レベルへの変更は、基本的にはローリング値の絶対値に応じてなされるが、同一制御を継続するセグメント７のリング数をあらかじめ決定しておき、このリング数をオーバーして同一制御が継続された場合に、ローリング値の増減等の状況に応じて、制御出力量（大・中・小）切替、フェーズ変更あるいは他の制御レベルへの変更を行ってもよい。
【００６０】
［制御レベル２］
次に、図５における制御レベル２について説明する。
ローリング値：Ｒが、Ｃ２Ｐ２＿Ｌ≦Ｒ≦Ｃ１Ｐ２＿Ｌ、または、Ｃ１Ｐ２＿Ｒ≦Ｒ≦Ｃ２Ｐ２＿Ｒの範囲となった場合には、ローリング制御手段２３は、制御レベルを「２」に設定する。また、いったん設定された制御レベル「２」を制御レベル「０」の範囲にまで戻す必要がある場合にも、この制御レベル２が設定される。この場合のローリング値Ｒの範囲は、Ｃ２Ｐ２＿Ｌ≦Ｒ≦ＤＭ＿Ｌ、または、ＤＭ＿Ｒ≦Ｒ≦Ｃ２Ｐ２＿Ｒとなる（図６参照）。
また、この制御レベル２においては、Ｃ２Ｐ２＿Ｌ≦Ｒ≦Ｃ２Ｐ１＿ＬおよびＣ２Ｐ１＿Ｒ≦Ｒ≦Ｃ２Ｐ２＿Ｒの範囲がフェーズ２として設定され、それ以外の範囲が、フェーズ１として設定される。また、フェーズ１の範囲は、Ｃ２Ｐ２＿ＬとＤＭ＿Ｌとの中間の値、および、ＤＭ＿ＲとＣ２Ｐ２＿Ｒとの中間の値を境界にして「大」または「小」に分類されている。
【００６１】
（フェーズ１の場合）
ローリング制御手段２３により、制御レベル「２」、フェーズ「１」の「大（または小）」との分類がなされると、ローリング制御手段２３は、その結果を修正ジャッキ情報手段２５に出力する。修正ジャッキ制御情報手段２５は、図１６のようなデータテーブルに基づいて、ローリング値に対応した所定の修正ジャッキ８Ａの制御パターンを選択する。
【００６２】
図１６において、「左大（左小）」として表すものは、制御レベル：「２」、フェーズ：「１」の「大（小）」において、ローリング値がマイナスであることを示す。また、「右大（右小）」で表すものは、同様の場合に、ローリング値がプラスであることを示す。
【００６３】
さらに、図１６中において「左」「右」として示すものは、シールド機本体２のうち左側または右側に位置する修正ジャッキ８ＡＬまたは８ＡＲ（図３参照）を使用すること表す。また枠内の数字と「Ｕ」または「Ｄ」の文字は、左側または右側の修正ジャッキ８ＡＬまたは８ＡＲを何本使用するか、および、その修正ジャッキ８Ａによって取るべき反力の向きを上下のいずれかに偏向させるかを示す。
【００６４】
以上より、例えば、修正ジャッキ情報手段２５に入力された情報が、制御レベル：「２」、フェーズ：「１」の「大」、ローリング値が「（−）」である場合、修正ジャッキ情報手段２５は、図１６のデータテーブルを参照して、修正ジャッキ情報として左：「４Ｕ」、右：「４Ｄ」を選択し、この情報を情報出力手段を介して修正ジャッキ制御部１７に出力する。この場合、図１７の左欄に模式的に示すように、シールド機本体２の右側の四本の修正ジャッキ８ＡＲが、そのセグメント７側の先端を下向きに偏向させた状態で、左側の四本の修正ジャッキ８ＡＬが、そのセグメント７側の先端を上向きに偏向させた状態で用いられる。なお、図１７および図１８は、使用される修正ジャッキ８Ａの位置および数ならびに向きを、ローリング値の正負および大小ごとに分類して示したものである。
【００６５】
ここでは、図１０に示した制御レベル「１」のデータテーブルと異なり、シールド機本体２の左右の修正ジャッキ８Ａを同時に使用するように設定されており、これにより、シールド機本体２に偶力を与えて、ローリング値の絶対値をなるべく速やかに減少させるようになっている。
【００６６】
また、修正ジャッキ制御情報手段２５は、図１６のデータテーブルからの選択結果をジャッキパターン推論手段２７に対しても出力する。この場合、ジャッキパターン推論手段２７は、修正ジャッキ制御情報手段２５の出力結果のみを満たすようなジャッキパターンを図示略の記憶手段により選択する。そして、その結果を情報出力手段３０を介してジャッキ制御部１６および修正ジャッキ制御部１７に出力し、これに基づいて、シールドジャッキ８および修正ジャッキ８Ａの制御が行われる。
【００６７】
さらに、選択された修正ジャッキ８Ａのみでは、シールド機本体２の推進力が不足する場合には、オペレータがマシン操作盤２８を介して手動方向制御手段２９を動作させ、推進力の不足分を補うような反力を得るために駆動すべきシールドジャッキ８の位置および数ならびにその反力の大きさを選択し、これを情報出力手段３０を介してジャッキ制御部１６および修正ジャッキ制御部１７に出力する。これにより、シールド機本体２が所定の推進力を得て、掘進することが可能となる。すなわち、ここでは、上述の二圧モードでの制御が行われることとなる。
【００６８】
（フェーズ２の場合）
この場合、ローリング制御手段２３は、制御レベル「２」、フェーズ「２」を修正ジャッキ情報手段２５およびコピーカッタ情報手段２６に対して出力する。これを受けて修正ジャッキ情報手段２５は、上述のフェーズ１の「左大」または「右大」（図１６参照）と同様の制御を行う。
【００６９】
一方、コピーカッタ情報手段２６は、ローリング制御手段２３からの出力を受けて、シールド機本体２の外周の地盤のうちコピーカッタ９を用いて掘削すべき領域を決定する。そして、コピーカッタ情報手段２６は、その結果を情報出力手段３０を介して、コピーカッタ制御部２０に出力し、これに基づいて、シールド機本体２の外周の地盤のうちの所定の部分が掘削されるように、コピーカッタ９を突出させるべきタイミング等が決定される。
【００７０】
この場合、コピーカッタ情報手段２６は、先に図１４に示したものと同様のデータテーブルを参照して掘削すべき領域を決定し、その結果を、情報出力手段３０を介してコピーカッタ制御部２０に対して出力する。これにより、コピーカッタ９の制御を補助的に用いてローリング値の増大に対応することができる。
【００７１】
（制御手順）
また、以上のような制御レベル２における制御装置３によるシールド機本体２の制御の手順を図１９に示す。
図１９に示すように、まず、シールド機本体２が掘進を開始すると（ステップＳｂ１）、自動測量装置１１、ジャイロスコープ１２、ローリングセンサ１３、テールクリアランスセンサ１４等によるデータ収集（ステップＳｂ１１）が行われる。これらのうち、ローリングセンサ１３の出力結果は、ローリング制御手段２３に出力されてローリング制御の開始の可否の判定に用いられる（ステップＳｂ１２）。ここで、ローリング制御を開始するための条件は、制御レベル１と同様である。
【００７２】
そしてローリング制御が可能と判断された場合には、後述するステップＳｂ３５において決定されたローリング制御の内容がフィードバックされるとともに、このローリング制御を実現するようなジャッキパターンが情報出力手段３０を介して出力される（ステップＳｂ１３）。そして、この出力に基づきシールドジャッキ８および修正ジャッキ８Ａが駆動されることにより、トンネル掘進とローリング制御とが同時に行われる。
【００７３】
さらに、ステップＳｂ１１からＳｂ１３の処理を必要に応じて繰り返し、トンネルの掘進をいったん終了する（ステップＳｂ２）。次に、シールド機本体２において、掘削箇所にセグメント７を組み立てるための工程、すなわちセグメントモードが開始される（ステップＳｂ３）。
【００７４】
その間に、ローリングセンサ１３、テールクリアランスセンサ１４による情報収集が行われ（ステップＳｂ３１）、これに基づいて、ローリング制御手段２３が状況分析を行う（ステップＳｂ３２）。ここで、制御レベルが「０」と判断された場合には、ローリング制御手段２３は全追従モードを指令し（ステップＳｂ３３）また制御レベルが「２」と判断された場合には、ローリング制御手段２３は、二圧モードを指令する（ステップＳｂ３４）。ここでは、制御レベル「０」への移行条件が満たされない限り、二圧モード（ステップＳｂ３４）が選択される。
【００７５】
次に、ローリング修正量が決定される（ステップＳｂ３５）。ここでは、ステップＳｂ３２においてなされた状況分析に基づいて、用いるべき修正ジャッキ８Ａの数および位置ならびに取るべき反力の偏向方向が修正ジャッキ制御情報手段２５によって決定されるとともに、コピーカッタ情報手段２６により、コピーカッタ９によって掘削すべき地盤の位置が決定される。そして、この情報が、情報出力手段３０を介して修正ジャッキ制御部１７およびコピーカッタ制御部１６に出力され、これにより修正ジャッキ８Ａおよびコピーカッタ９の動作の制御が行われる。
【００７６】
以上のステップＳｂ３１からステップＳｂ３６までの処理は、セグメント７が組み立てられている間に行われ、さらに、セグメント７の組立が終了した後に、シールド機本体２が盛り替えられる（ステップＳｂ４）。そして、シールド機本体２が掘進するための工程、すなわち掘進モードＳｂ５が開始される。
この後は、再び、ステップＳｂ１に戻って掘進が開始され、さらに、同様の手順が繰り返される。
【００７７】
なお、この制御レベル２において、制御出力量（大・小）の切替、フェーズ変更あるいは他の制御レベルへの変更は、基本的にはローリング値の絶対値に応じてなされるが、同一制御を継続するリング数をあらかじめ決定しておき、このリング数をオーバーして同一制御が継続された場合に、ローリング値の増減等の状況に応じて、制御出力量（大・小）切替、フェーズ変更あるいは他の制御レベルへの変更を行ってもよい。
【００７８】
以上述べたシールド掘削機１においては、制御装置３によって、シールド機本体２に設けられたローリングセンサ１３の出力に基づき、修正ジャッキ８Ａにおいて取るべき反力の向きが決定されるために、従来と異なり、オペレータの経験や感覚に頼らず、合理的にローリング制御を行うことができる。これにより、掘進精度の向上を図ることができる。
【００７９】
また、複数の修正ジャッキ８Ａのうち、反力の向きを調整すべきものの数および位置を、ローリングセンサ１３からの出力に応じて特定するようにしたので、さらに精度のよいローリング制御を行うことが可能となる。
【００８０】
しかも、ローリングセンサ１３からの出力に応じて、シールド機本体２の外周の地盤のうち、コピーカッタ９を用いて掘削すべき領域を決定するようにしたので、コピーカッタ９を合理的に利用することができ、これにより、ローリング量の拡大に良好に対応することができる。
【００８１】
また、ローリングセンサ１３からの出力と併せて、演算されたシールド機本体２の位置とあらかじめ記憶されたトンネルの計画線形との相対位置に基づいて、修正ジャッキ８Ａのうち反力の向きを調整すべきものの数および位置を特定するとともに、その取るべき反力の向きを決定するようにしたため、ローリングとトンネルの計画線形からのずれとの双方を解消するように、修正ジャッキ８Ａを駆動することができる。これにより、ローリング制御を行いつつ、トンネルの計画線形に沿った掘進方向制御を行うことができる。
【００８２】
さらに、シールド機本体２の演算位置とトンネルの計画線形との相対位置に基づいて、シールド機本体２の外周の地盤のうち、コピーカッタ９を用いて掘削すべき領域を決定するようにしたため、トンネルの掘進方向制御を行いつつ、より精度の高いローリング制御を実現できる。
【００８３】
また、制御レベル「１」の場合に、ローリングの制御を目的とした修正ジャッキ８Ａの制御と、自動方向制御出力手段２４による自動方向制御とを同時に行うことができるように、使用すべきシールドジャッキ８の数および位置ならびにその反力を特定するようにしたために、特に、ローリング量が比較的小さい場合に、トンネルの掘削を進行しつつローリング制御が行われることとなり、ローリング制御に伴う工期の長期化を防止できる。
【００８４】
そして、制御レベル「２」の場合には、修正ジャッキ制御情報手段２５の演算結果のみが満たされるように、使用すべきシールドジャッキ８の数および位置ならびにその反力を特定するようにしたために、ローリング値の拡大に良好に対処して、すみやかにシールド機本体２の姿勢を制御することができる。これより、ローリング値の大小に応じた合理的なローリング制御を実現することができる。
【００８５】
また、この場合、所定のデータテーブルに基づき、ローリング値に応じて、修正ジャッキ制御情報手段２５およびコピーカッタ情報手段２６の動作の可否を決定するようにしたために、ローリング制御が必要な場合に的確なタイミングで修正ジャッキ８Ａおよびコピーカッタ９を使用することができる。
【００８６】
また、ローリング制御手段２３において、ローリング値の変化率に応じて、修正ジャッキ制御情報手段２５およびコピーカッタ情報手段２６の動作の可否を決定するようにしたために、ローリング値の急激な拡大等にも良好に対処することが可能となり、シールド機本体３の安定した姿勢制御を実現することができる。
【００８７】
さらに、上述のような制御を行うことにより、ローリング値の許容量が非常に小さい多連形シールド機であるシールド機本体２の利用性を向上させることができる。
【００８８】
以上において本発明の一実施の形態を説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、必要に応じて、その趣旨を逸脱しない範囲内で他の構成を採用することができる。
【００８９】
例えば、上記実施の形態において、制御レベル２での修正ジャッキ８Ａの制御は、図１６のようなデータテーブルに基づいて行うこととされていたが、これに限らず、図２０のように、シールド機本体２の垂直偏差を考慮した修正ジャッキ８Ａの制御を行うようにしてもよい。なお、図２０の枠内の文字の示すところは、図１０および図１６と同様である。
【００９０】
また、上記実施の形態において、シールド機本体２は、ＤＯＴ型のシールド機とされていたが、これに限らず、他の多連形シールド機であってもよく、また、断面が円形、矩形等のものであってもよい。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係るシールド掘削機においては、制御装置によって、シールド機本体に設けられたローリングセンサの出力に基づき、修正ジャッキにおいて取るべき反力の向きが決定されるために、従来と異なり、オペレータの経験や感覚に頼らず、合理的にローリング制御を行うことができ、シールド機本体による掘進精度の向上を図ることができる。
また、回転角の絶対値が第一の所定値以上となった場合に、ローリングの制御を目的とした修正ジャッキの制御と、自動方向制御出力手段による自動方向制御とを同時に行うことができるように、使用すべきシールドジャッキの数および位置ならびにその反力を特定するようにしたために、トンネルの掘削を進行させつつローリング制御を行うことができ、ローリング制御に伴う工期の長期化を防止できる。
【００９２】
請求項２に係るシールド掘削機においては、複数の修正ジャッキのうち、反力の向きを調整すべきものの数および位置を、ローリングセンサからの出力に応じて特定するようにしたので、さらに精度のよい掘進を行うことが可能となる。
【００９３】
請求項３に係るシールド掘削機においては、ローリングセンサからの出力に応じて、シールド機本体の外周の地盤のうち、コピーカッタを用いて掘削すべき領域を決定するようにしたので、修正ジャッキと併せてコピーカッタを合理的に利用することができ、これにより、回転角の拡大に良好に対応することができる。
【００９４】
請求項４に係るシールド掘削機においては、ローリングセンサからの出力と併せて、演算されたシールド機本体の位置とあらかじめ記憶されたトンネルの計画線形との相対位置に基づいて、修正ジャッキのうち反力の向きを調整すべきものの数および位置を特定するとともに、その取るべき反力の向きを決定するようにしたため、ローリングとトンネルの計画線形からのずれとの双方を解消するように、修正ジャッキを駆動することができ、ローリング制御を行いつつ、トンネルの掘進方向制御を行うことができる。
【００９５】
請求項５に係るシールド掘削機においては、シールド機本体の演算位置とトンネルの計画線形との相対位置に基づいて、シールド機本体の外周の地盤のうち、コピーカッタを用いて掘削すべき領域を決定するようにしたため、回転角の拡大を防止しつつ、トンネルの掘進方向制御を行うことができる。
【００９７】
請求項６に係るシールド掘削機においては、回転角の絶対値が第二の所定値以上となった場合に、修正ジャッキ制御情報手段の演算結果のみが満たされるように、使用すべきシールドジャッキの数および位置ならびにその反力を特定するようにしたために、ローリング値の拡大に良好に対処して、すみやかにシールド機本体の姿勢を制御することができる。
【００９８】
請求項７に係るシールド掘削機においては、ローリング値に応じて、修正ジャッキ制御情報手段およびコピーカッタ情報手段の動作の可否を決定するようにしたために、ローリング制御が必要な場合に的確なタイミングで修正ジャッキおよびコピーカッタを使用することができる。
【００９９】
請求項８に係るシールド掘削機においては、ローリング制御手段において、回転角の変化率に応じて、修正ジャッキ制御情報手段およびコピーカッタ情報手段の動作の可否を決定するようにしたために、ローリング値の急激な拡大等にも良好に対処することが可能となり、シールド機本体の安定した姿勢の制御を実現することができる。
【０１００】
請求項９に係るシールド掘削機によれば、ローリング値の許容量が非常に小さい多連形シールド機の利用性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を模式的に示す図であって、シールド機本体の側断面図と、制御装置およびセンサ類の接続図とを同時に示した図である。
【図２】図１に示したシールド機本体の正面図である。
【図３】図１に示したシールド機本体のうち、シールドジャッキおよびローリングセンサの取付位置を示す正断面図である。
【図４】図１に示した制御装置および各センサ類の接続図と制御装置の機能ブロック図とを同時に示した図である。
【図５】図４に示したローリング制御手段において用いられるデータテーブルの概略図である。
【図６】図５における閾値を説明するためのデータテーブルの概略図である。
【図７】図４に示した制御装置によるシールド機本体の制御内容を示す概念図である。
【図８】図７の制御内容が実行される場合に、制御レベルの移行時に行われる制御装置の動作を示す表である。
【図９】図５の制御レベル１における閾値をより詳細に説明するためのデータテーブルの概略図である。
【図１０】図４に示した修正ジャッキ制御情報手段において制御レベル１の場合に用いられるデータテーブルの概略図である。
【図１１】図１０のデータテーブルにおいて用いられる垂直偏差の閾値を模式的に示す概略図である。
【図１２】図１０のデータテーブルの出力結果の一部を模式的に示す概念図である。
【図１３】同、他の一部を模式的に示す概念図である。
【図１４】図４に示したコピーカッタ情報手段において用いられるデータテーブルの概念図である。
【図１５】図５における制御レベル１の制御手順を示すフローチャートである。
【図１６】図４に示した修正ジャッキ制御情報手段において制御レベル２の場合に用いられるデータテーブルの概略図である。
【図１７】図１６のデータテーブルの出力結果の一部を模式的に示す概念図である。
【図１８】同、他の一部を模式的に示す概念図である。
【図１９】図５における制御レベル２の制御手順を示すフローチャートである。
【図２０】本発明の他の実施の形態を模式的に示す図であって、修正ジャッキ制御情報手段において制御レベル２の際に用いられるデータテーブルの他の例の概略図である。
【符号の説明】
１シールド掘削機
２シールド機本体
３制御装置
４スキンプレート
５カッター
７セグメント
８シールドジャッキ
８Ａ修正ジャッキ
９コピーカッタ
１１自動測量装置
１２ジャイロスコープ
１３ローリングセンサ
１４テールクリアランスセンサ
１５接続管
２２位置解析演算手段
２３ローリング制御手段
２４自動方向制御手段
２５修正ジャッキ制御情報手段
２６コピーカッタ情報手段
２７ジャッキパターン推論手段
２９手動方向制御手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a shield excavator used when building a tunnel in the ground.
[0002]
[Prior art]
As is well known, this type of shield excavator takes a reaction force from a skin plate, a cutter provided in front of the skin plate, a segment attached to the skin plate and already covered in the tunnel, and the like. It is common to have a plurality of shield jacks for propelling the plate forward. As the shape of the skin plate, a cylindrical shape is most often used.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, a multiple shield machine capable of excavating a plurality of tunnels by wrapping them together has been adopted. Such a multiple shield machine has a lower underground occupation area, fewer unnecessary cross sections, and can excavate multiple tunnels simultaneously, compared to the case where multiple tunnels are excavated independently. Are better.
[0004]
In such a multiple shield machine, the cross section in the excavation direction is not axially symmetric due to its nature, and therefore, control of rotational displacement (rolling) that occurs around the axis in the excavation direction is very important during tunnel excavation.
[0005]
In general shield machines with a circular cross section, when rolling occurs, it is possible to reestablish the posture by reversing the cutter, whereas in contrast, multiple shield machines are provided with multiple cutters. In general, these cutters are rotated in the opposite directions, and it is difficult to reverse the posture by reversing the cutters.
[0006]
For this reason, the reaction force obtained from the shield jack is deflected to give a rotational force to the shield machine, or the attitude of the shield machine is controlled by using a copy cutter. Therefore, the operation timing and the operation amount depend on the experience and feeling of the operator.
[0007]
This invention is made | formed in view of the said situation, and makes it a subject to provide the shield excavator which can control the attitude | position with respect to rolling rationally.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
  According to the first aspect of the present invention, a skin plate, a cutter provided on the front surface of the skin plate, a reaction force from a portion of the tunnel that has already been covered and attached to the skin plate, A shield machine body having a plurality of shield jacks for propelling forward;
  A control device for controlling the operation of the shield machine body,
  A part of the plurality of shield jacks is formed as a correction jack capable of adjusting the direction of the reaction force to be taken in the circumferential direction of the tunnel,
  The shield machine body includes a rolling sensor for detecting a rotation angle around the central axis of the shield machine body,
  The control device has correction jack control information means for determining a direction of a reaction force to be taken by the correction jack based on an output from the rolling sensor.And
  The shield machine main body is provided with a digging position detection device for detecting a digging direction and a digging distance of the shield machine main body,
  The control device includes a position analysis calculation means for calculating the position of the shield machine main body based on an output from the excavation position detection device, an output from the position analysis calculation means, and a pre-stored plan alignment of the tunnel. In comparison, the automatic direction control means for calculating the propulsive force and the direction necessary for the shield machine body to propel along the planned alignment, and the shield to be used based on the output of the automatic direction control means A jack pattern inference means for specifying the number and position of jacks and their reaction force,
  The corrected jack control information means is configured to output the calculation result to the jack pattern inference means when the absolute value of the rotation angle output from the rolling sensor is equal to or greater than a first predetermined value. ,
  Further, in this case, the jack pattern inference means includes the number and position of the shield jacks to be used, and the number of the shield jacks so as to satisfy both the calculation result of the corrected jack control information means and the output from the automatic direction control output means. Identify reaction forceIt is characterized by doing.
[0009]
The invention according to claim 2 is the shield excavator according to claim 1,
A plurality of the correction jacks are provided,
The correction jack control information means specifies the number and position of the correction jacks whose reaction force direction should be adjusted in accordance with the output from the rolling sensor.
[0010]
Invention of Claim 3 is a shield excavator of Claim 1 or 2, Comprising:
The cutter has a copy cutter that can be projected and retracted in the same direction at an end portion in a direction away from the central axis of the shield machine body in the outer circumferential direction,
The control device includes a copy cutter information unit that determines an area to be excavated by using the copy cutter in the ground on the outer periphery of the shield machine body in accordance with an output from the rolling sensor. It is said.
[0011]
Invention of Claim 4 is the shield excavator of Claim 2 or 3, Comprising: The said shield machine main body is provided with the excavation position detection apparatus which detects the excavation direction and excavation distance of this shield machine main body,
The control device comprises a position analysis calculation means for calculating the position of the shield machine body based on the output from the excavation position detection device,
The corrected jack control information means is configured to adjust the direction of the reaction force among the corrected jacks based on the relative position between the calculated position of the shield machine main body and the pre-stored planned alignment of the tunnel. It is characterized by specifying the position and determining the direction of the reaction force to be taken.
[0012]
The invention according to claim 5 is the shield excavator according to claim 4,
The copy cutter information means is characterized in that, based on the relative position, an area to be excavated is determined by using the copy cutter in the outer ground of the shield machine body.
[0014]
  Claim6The described invention is claimed.1 to 5A shield excavator as described,
  The jack pattern inference means, when the absolute value of the rotation angle output from the rolling sensor is equal to or greater than the second predetermined value exceeding the first predetermined value, the calculation result of the corrected jack control information means It is characterized in that the number and position of shield jacks to be used and the reaction force thereof are specified so that only the above is satisfied.
[0015]
  Claim7The described invention is claimed.1 to 6A shield excavator as described,
  The control device is provided with a rolling control means for controlling operations of the correction jack control information means and the copy cutter information means,
  The rolling control means is configured to determine whether or not the correction jack control information means and the copy cutter information means can operate according to an absolute value of the rotation angle based on a predetermined data table. .
[0016]
  Claim8The described invention is claimed.7A shield excavator as described,
  The rolling control means is configured to determine whether or not the correction jack control information means and the copy cutter information means can be operated in accordance with a change rate of the rotation angle.
[0017]
  Claim9The invention described is from claim 18The shield excavator according to any one of the above, wherein the shield machine body is a multiple shield machine.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of the present invention. In the figure, reference numeral 1 denotes a shield excavator. As shown in the figure, the shield excavator 1 includes a shield machine main body 2 for actually excavating a tunnel in the ground, and a control device 3 for controlling the operation of the shield machine main body 2. ing.
[0019]
The shield machine body 2 has a skin plate 4, a cutter 5 provided on the front surface of the skin plate 4, and a skin plate 4 that is attached to the skin plate 4 and takes a reaction force from the already-covered tunnel segment 7. And a plurality of shield jacks 8 for propelling the vehicle forward.
[0020]
FIG. 2 shows a state when the shield machine body 2 is viewed from the front (direction A in FIG. 1). As shown in the figure, the shield machine main body 2 is formed as a DOT (Double O-Tube) type shield machine in which a part of a pair of cylindrical shapes is superposed on each other, and the front surface of the skin plate 4 In addition, a pair of cross-shaped cutters 5 and 5 are provided. As shown in FIG. 1, these cutters 5 and 5 are provided to be located at the same position when the shield machine body 2 is viewed from the side, and as shown in FIG. 2, In order to avoid mutual interference, the rotation angles are shifted by 45 ° from each other.
[0021]
Further, a copy cutter 9 is provided at a part of the outer end 5 a of the shield machine body 2 in each cutter 5. The copy cutter 9 is provided so as to be able to appear and retract from the end portion 5 a of the cutter 5 toward the outer peripheral direction of the shield machine body 2.
[0022]
The shield machine body 2 is provided with shield jacks 8 at a total of 32 locations along the skin plate 4 as shown in FIG. Of these shield jacks 8, four shield jacks 8 positioned on the left and right portions of the shield machine main body 2 indicate the direction of the reaction force to be taken along the skin plate 4 (in the circumferential direction of the tunnel to be excavated). ) It is formed as an adjustable correction jack 8A. In the modified jack 8A, a mounting portion with respect to the skin plate 4 is a pin coupling (not shown) that can rotate around an axis in a major axis direction (B direction in FIG. 3) of the cross section of the skin plate 4. An actuator (not shown) for deflecting the correction jack 8A itself is provided. By activating this actuator, the direction of the reaction force to be taken can be deflected in the vertical direction along the skin plate 4.
[0023]
On the other hand, as shown in FIG. 1, an automatic surveying device 11, a gyroscope 12, a rolling sensor 13, and a tail clearance sensor 14 are provided inside the shield machine main body 2.
[0024]
Among these, the automatic surveying device 11 can detect the tunnel excavation distance by the shield machine main body 2 by laser automatic surveying or the like. Further, the gyroscope 12 can sequentially detect the digging direction of the shield machine body 2. Further, as shown in FIG. 3, the rolling sensor 13 is provided at both left and right ends of the shield machine main body 1 and is connected to each other by the connecting pipe 15, and the difference in the water level of the liquid injected therein Thus, the rotation angle (rolling value) with respect to the central axis CA of the shield machine body 2 can be detected. Further, as shown in FIG. 1, the tail clearance sensor 14 is provided at the rear end of the skin plate 4 and can detect a clearance value between the skin plate 4 and the covered segment 7. Yes.
[0025]
Further, as shown in FIG. 1, in the shield machine main body 2, each of the shield jacks 8 is provided for each of the shield jacks 8 other than the correction jack 8 </ b> A, and controls the operation thereof, A correction jack control unit 17 that is provided for each correction jack 8A and controls the operation of the correction jack 8A, a cutter driving device control unit 19 that controls a cutter driving device 18 for rotationally driving the cutter 5, and a copy A copy cutter control unit 20 for controlling the operation of the cutter 9 is provided.
[0026]
The automatic surveying device 11, the gyroscope 12, the rolling sensor 13, the tail clearance sensor 14, the jack control unit 16, the correction jack control unit 17, the cutter driving device control unit 19, and the copy cutter control unit 20 are respectively controlled. It is connected to the device 3. This is shown in more detail in FIG. As shown in FIG. 4, the tunnel excavation distance detected by the automatic surveying device 11, the tunnel excavation direction detected by the gyroscope 12, the rolling value detected by the rolling sensor 13, and the tail clearance sensor 14 detected The clearance value between the segment 7 and the skin plate 4 is first input to the position analysis calculation means 22 in the control device 3.
[0027]
The position analysis calculation means 22 calculates the current position of the shield machine body 2 based on the detection results of the automatic surveying device 11 and the gyroscope 12, and calculates the calculated current position based on the rolling value, shield Along with the clearance value at the tail of the machine body 2, it is output to the rolling control means 23 and the automatic direction control means 24.
[0028]
The rolling control means 23 is based on a predetermined data table, which will be described later, in accordance with the absolute value of the rolling value input from the position analysis calculation means 22, and the correction jack control information means 25 and the copy cutter information means 26 described below. Determines whether or not the operation is possible.
[0029]
The correction jack control information means 25 determines the number and position of the correction jacks 8A to adjust the direction of the reaction force and the adjustment direction of the reaction force according to the output from the rolling control means 23. Further, the copy cutter information means 26 determines an area to be excavated using the copy cutter 9 in the ground on the outer periphery of the shield machine body 2 in accordance with the output from the rolling control means 23.
[0030]
On the other hand, the automatic direction control means 24 compares the planned alignment of the tunnel to be constructed by the shield excavator 1 stored in advance in the storage means (not shown) with the output from the position analysis calculation means 22, so that the shield machine body 2 is for calculating the propulsive force and the direction necessary for propulsion along the planned alignment of the tunnel.
[0031]
The calculation result in the automatic direction control means 24 is input to the jack pattern inference means 27. The jack pattern inference means 27 specifies the number and position of shield jacks 8 to be used and the reaction force based on the output of the automatic direction control means 24. As will be described later, for the jack pattern inference means 27, when the absolute value of the rolling value output from the rolling sensor 13 exceeds a predetermined value, the calculation result of the corrected jack control information means 25 is obtained. In this case, the jack pattern inference means 27 is used so as to satisfy both the calculation result of the corrected jack control information means 25 and the output from the automatic direction control output means 24. The number and position of the shield jacks 8 to be determined and the reaction force thereof are specified.
[0032]
Further, the control device 3 is provided with manual direction control means 29 that can be operated by an operator through the machine operation panel 28. This manual direction control means 29 is based on the relationship between the current position of the shield machine body 2 calculated by the position analysis calculation means 22 and the planned alignment of the tunnel to be built stored in the storage means (not shown), and from the rolling sensor 13. This is for the operator to manually control the operation of the shield machine body 2 while referring to the output rolling value and the like.
[0033]
Outputs from the corrected jack control information means 25, the copy cutter information means 26, the jack pattern inference means 27, and the manual direction control means 29 are input to the information output means 30. The information output means 30 outputs the calculation results to the jack control unit 16, the modified jack control unit 17, the cutter driving device control unit 19, and the copy cutter control unit 20, whereby the shield jack 8, The operations of the correction jack 8A, the cutter 5 and the copy cutter 8 are controlled.
[0034]
Next, the details of the processing of the control device 3 during the tunnel excavation by the shield excavator 1 will be described.
When the rolling sensor 13 detects a predetermined value as the rolling value of the shield machine main body 2, the rolling value is output to the rolling control means 23 through the position analysis calculation means 22.
[0035]
Here, the rolling control means 23 has a data table as shown in FIG. 5 for determining a control level corresponding to the rolling value. In addition, in the data table of FIG. 5, the threshold of the rolling value set for judgment of the control level is shown in FIG.
[0036]
As shown in FIG. 5 and FIG. 6, the rolling control means 23 is configured such that the absolute value of the rolling value: R is within the management reference threshold value: DM (first predetermined value), that is, DM_L ≦ R ≦ DM_R. If there is, the control level is set to “0”. In addition, the rolling control unit 23 is configured such that when the absolute value of the rolling value R exceeds the management reference threshold value DM (first predetermined value), that is, when C1P2_L ≦ R ≦ DM_L or DM_R ≦ R ≦ C1P2_R. If this happens, the control level is set to “1”. When the absolute value of the rolling value R further increases and exceeds C1P2 (second predetermined value), that is, when C2P2_L ≦ R ≦ C1P2_L or C1P2_R ≦ R ≦ C2P2_R, The control means 23 sets the control level to “2”.
[0037]
If the absolute value of the rolling value R is further expanded to satisfy R ≦ C2P2_L or R ≧ C2P2_R, the rolling control is switched to manual control by the manual direction control means 29. Further, when the control level is returned from “2” to “0”, as shown in the rightmost column of FIG. 5, the rolling control is performed while the control level “2” is maintained, and the rolling value R is This is continued until DM_L ≦ R ≦ DM_R.
[0038]
FIG. 7 summarizes the concept of control level determination by the rolling control means 23 as described above. As shown in the figure, as the absolute value of the rolling value increases, the control level is switched from “0” → “1” → “2”, and when the absolute value of the rolling value further increases, the rolling control is performed. Is switched to manual control.
Further, when the absolute value of the rolling value is decreased, the same control level is maintained until the rolling value is decreased in the region of the control level “0”.
When the control level is shifted, an alarm is displayed on the machine operation panel as shown in FIG. 8, and an automatic shift or execution command standby state is selected according to the control level.
[0039]
Next, the contents of each control mode will be described.
[Control level 0]
When the control level is set to “0” in the rolling control unit 23 (when DM_L ≦ R ≦ DM_R), the rolling control unit 23 does not operate the copy cutter information unit 26 and the correction jack information unit 25. To. Specifically, when the rolling control means 23 outputs a control level: “0” to the copy cutter information means 26 and the correction jack information means 25, the copy cutter information means 26 and the correction jack information means 25 perform the processing. Thus, only the output from the automatic direction control means 24 is input to the jack pattern inference means 27.
[0040]
Therefore, the jack pattern inference means 27 infers a jack pattern (number of jacks to be used, position, reaction force) based only on the output of the automatic direction control means 24. Then, the calculation result of the jack pattern inference means 27 is output to the jack control section 16 and the correction jack control section 17 via the information output means 30, and based on this, the shield jack 8 and the correction jack 8A are driven. Thus, the shield machine main body 2 can obtain a desired propulsive force necessary for the automatic direction control, and excavation is performed along the planned alignment of the design tunnel. In this case, the correction jack 8A is used as a normal shield jack 8, and is not used in a state where the reaction force is deflected. Further, the copy cutter 9 is kept in the state of being housed in the cutter 5.
[0041]
[Control level 1]
When the rolling value R is in the range of C1P2_L ≦ R ≦ DM_L or DM_R ≦ R ≦ C1P2_R, the rolling control unit 23 sets the control level to “1”. As shown in FIG. 6, the range of control level 1 is divided into a range of C1P1_L ≦ R ≦ DM_L and C1P2_L ≦ R ≦ C1P1_L, or a range of DM_R ≦ R ≦ C1P1_R and C1P1_R ≦ R ≦ C1P2_R, respectively. These are set as phase 1 or phase 2 of control level 1, respectively. Furthermore, the phase 1 of the control level 1 is further divided into three stages of large, medium, and small as shown in FIG.
[0042]
(In the case of Phase 1)
In this case, “large (or medium or small)” of the control level: “1” and phase: “1” is output from the rolling control means 23 to the correction jack information means 25. In response to this, the correction jack control information means 25 performs a predetermined correction corresponding to the rolling value and the vertical deviation of the central axis CA (see FIG. 3) of the shield machine body 2 based on the data table as shown in FIG. The control pattern of the jack 8A is selected.
[0043]
In FIG. 10, the “vertical deviation” indicates whether the central axis CA of the shield machine body 2 is above (+) or below (−) or at the same position as the central axis of the tunnel design line. Indicates whether it is in (0). This vertical deviation is determined by the position analysis calculation means 22 in the vertical position between the central axis CA of the shield machine main body 22 and the preliminarily stored central axis CA ′ (see FIG. 3) of the planned alignment of the tunnel to be constructed. Difference: determined based on D (see FIG. 3), and is output to the modified jack control information means 25 through the rolling control means 23. Specifically, as shown in FIG. 11, the position analysis calculation unit 22 sets the vertical deviation to “0” when VCL_− ≦ D ≦ VCL_ +, and sets the vertical deviation to “+” when D ≧ VCL_ +. In the case of D ≦ VCL_−, the vertical deviation is set to “−”.
[0044]
Also, what is represented as “left large (left middle, left small)” in FIG. 10 has a negative rolling value at “large (middle, small)” of control level: “1” and phase: “1”. It shows that. Moreover, what is represented by “right small (right middle, right large)” indicates that the rolling value is positive in the same case.
[0045]
Furthermore, what is shown as “left” in FIG. 10 is that the correction jack 8AL (see FIG. 2) located on the left side of the shield machine main body 2 is used, and what is shown as “right” is that of the shield machine main body 2 Represents that the correction jack 8AR (see FIG. 2) located on the right side is used. The numbers in the frame and the letters “U” or “D” indicate how many left or right correction jacks 8AL or 8AR of the correction jacks 8 are used, and the correction jacks 8A up (U). Or, it indicates whether to deflect downward (D).
[0046]
For example, if the information input to the correction jack control information means 25 is control level: “1”, phase: “large” of “1”, vertical deviation: “+”, and rolling value is “−” The jack control information means 25 refers to the data table of FIG. 10 and selects left: “0”, right: “4D” as the correction jack information, and this information is output to the correction jack control section via the information output means 30. 17 to output. In this case, as schematically shown in the upper left column of FIG. 12, the four correction jacks 8AR on the right side of the shield machine body 2 are used in a state where the tip on the segment 7 side is deflected downward. 12 and 13 show the position, number, and orientation of the correction jack 8A used according to the output of the correction jack control information means 25, classified by vertical deviation and rolling value.
[0047]
The data table of FIG. 10 is set to use four to two correction jacks 8A according to the magnitude of the absolute value of the rolling value, so that when the absolute value of the rolling value is large, A large rotational force is applied to the shield machine main body 2. Further, when the rolling value is negative (left), a rotational force is applied so that the left side of the shield machine body 2 is raised. When the rolling value is positive (right), the right side of the shield machine body The direction of the correction jack 8A is set so as to be deflected so that a rotational force that raises the angle is applied. Further, when the vertical deviation is 0, a couple is applied to the shield machine main body 2 so that the rolling of the shield machine main body 2 is quickly eliminated. When the vertical deviation is (+) or (-), the correction jack 8A only on either the left or right side of the shield machine body 2 is driven so as to eliminate both the rolling and the vertical deviation. Yes.
[0048]
The modified jack control information means 25 also outputs the selection result from the data table of FIG. 9 to the jack pattern inference means 27. As a result, the jack pattern inference means 27 satisfies the output result of the corrected jack control information means 25 and realizes the propulsive force and the direction required for the shield machine body 2 calculated by the automatic direction control means 24. An optimum jack pattern is selected from a number of jack patterns stored in advance in a storage means (not shown), and is output to the information output means 30. Then, by driving the jack control unit 16 and the modified jack control unit 17 based on the output of the information output means 30, the shield machine main body 2 obtains a desired propulsive force and performs the digging while controlling the rolling. It can be carried out.
[0049]
(In the case of Phase 2)
In this case, the rolling control unit 23 outputs the control level “1” and the phase “2” to the correction jack information unit 25 and the copy cutter information unit 26. In response to this, the correction jack information means 25 performs the same control as “Large Large” or “Right Large” in Phase 1 described above.
On the other hand, the copy cutter information means 26 receives the output from the rolling control means 23 and determines an area to be excavated using the copy cutter 9 in the ground on the outer periphery of the shield machine body 2. Then, the copy cutter information means 26 outputs the result to the copy cutter control unit 20 via the information output means 30, and based on this, a predetermined portion of the ground on the outer periphery of the shield machine body 2 is excavated. As described above, the timing for projecting the copy cutter 9 is determined.
[0050]
In this case, the copy cutter information means 26 determines an area to be excavated with reference to a data table as shown in FIG.
When the vertical deviation is (0) and the rolling amount is (+), the copy cutter information means 26 is a region (hatched line) that should excavate the lower left and upper right grounds of the outer periphery of the shield machine body 2. Part). Further, when the vertical deviation is (0) and the rolling amount is (−), the lower right and upper left grounds of the outer periphery of the shield machine body 2 are designated as areas to be excavated (shaded portions). . Thereby, the shield machine main body 2 is easily deflected counterclockwise or clockwise during excavation. When the vertical deviation is (-), the upper left or upper right outer peripheral ground is designated as the area to be excavated according to the positive or negative rolling amount, so that the shield machine main body 2 moves to the right while eliminating the vertical deviation. It is designed to be easily deflected around or counterclockwise. Similarly, when the vertical deviation is (+), the lower left or lower right outer peripheral ground is designated as the area to be excavated according to the sign of the rolling amount, and the vertical deviation and rolling can be eliminated at the same time. It can be done.
In the phase 2, the control of the copy cutter 9 is supplementarily used to cope with the increase of the rolling value.
[0051]
(Control procedure)
FIG. 15 shows a procedure for controlling the shield machine main body by the control device at the control level 1 as described above.
As shown in FIG. 15, first, when the shield machine main body 2 starts excavation (step Sa1), data collection (step Sa11) is performed by the automatic surveying instrument 11, the gyroscope 12, the rolling sensor 13, the tail clearance sensor 14, and the like. These are output to the position analysis calculation means 22 to generate position analysis information (step Sa12) and output to the rolling control means 23 to determine whether or not the rolling control can be started (step Sa13). Here, the conditions for starting the rolling control are as follows. (1) The absolute value of the current rolling value is larger than the management threshold DM_R or DM_L, or the amount of change of the rolling value is a preset rolling change. And (2) the tail clearance value is larger than a preset controllable range tail clearance value. Note that the contents of the rolling control are fed back to those determined in step Sa35 described later.
[0052]
If it is determined that the rolling control is possible, the jack pattern inference means 27 infers a jack pattern that realizes both automatic direction control and rolling control (step Sa14), and this is the information output means 30. Is output to the jack control unit 16 and the modified jack control unit 17 (step Sa15). Then, the shield jack 8 and the correction jack 8A are driven based on this output, and the tunnel is dug while performing both automatic direction control and rolling control.
[0053]
Further, the processing of steps Sa11 to Sa15 is repeated as necessary, and tunnel excavation is once ended (step Sa2). Next, the shield machine main body starts a process for assembling a segment at the excavation site, that is, a segment mode (step Sa3).
[0054]
In the meantime, information is collected by the rolling sensor 13 and the tail clearance sensor 14 (step Sa31), and based on this, the rolling control means 23 performs a situation analysis (step Sa32). Here, when the control level is determined to be “1” or “0”, the rolling control means 23 commands the all following mode (step Sa33), and when the control level is determined to be “2”. The rolling control means 23 commands the two-pressure mode (Step Sa34).
[0055]
Here, the all following mode and the two-pressure mode represent modes of operation of the shield jack 8 including the correction jack 8A. That is, in the all following mode, only the selected one of the shield jacks 8 is used to take the reaction force necessary for the propulsion of the shield machine body 2, and the other shield jacks 8 are more than the selected ones. Operate with a sufficiently small reaction force and the same displacement as the selected one. At the control level 1, the shield jack 8 is driven in this all following mode.
[0056]
In the two-pressure mode, the correction jack 8A bears the maximum propulsive force, and the remaining reaction force necessary for the propulsion of the shield machine body 2 is taken from the shield jack 8 appropriately selected by the operator. . At the control level 2, the shield jack 8 is driven by this two-pressure mode. Here, as long as the transition condition to the control level 2 is not satisfied, the all following mode (step Sa33) is selected.
[0057]
Next, the rolling correction amount is determined (step Sa35). Here, based on the situation analysis performed in step Sa32, the number and position of the correction jacks 8A to be used and the deflection direction of the reaction force to be taken are determined by the correction jack control information means 25, and also by the copy cutter information means 26. The position of the ground to be excavated is determined by the copy cutter 9. Then, this information is output to the correction jack control unit 17 and the copy cutter control unit 16 via the information output means 30, thereby rearranging the position of the correction jack 8A, adjusting control of the protruding amount of the copy cutter 9, etc. Is performed (step Sa36).
[0058]
The processes from step Sa31 to step Sa36 are performed while the segment 7 is assembled. Further, after the assembly of the segment 7 is completed, the shield machine main body 2 is replaced (step Sa4). The process for digging the shield machine body 2, that is, the digging mode Sa5 is started.
Thereafter, the process returns to step Sa1 to start excavation, and the same procedure is repeated.
[0059]
In this control level 1, control output amount (large / medium / small) switching, phase change or change to another control level is basically made according to the absolute value of the rolling value, but the same control If the number of rings of segment 7 to continue is determined in advance and the same control is continued with this number of rings being exceeded, the amount of control output (large, medium, (Small) Switch, phase change, or change to another control level may be performed.
[0060]
[Control level 2]
Next, the control level 2 in FIG. 5 will be described.
When the rolling value R is in the range of C2P2_L ≦ R ≦ C1P2_L or C1P2_R ≦ R ≦ C2P2_R, the rolling control unit 23 sets the control level to “2”. The control level 2 is also set when it is necessary to return the control level “2” once set to the range of the control level “0”. The range of the rolling value R in this case is C2P2_L ≦ R ≦ DM_L or DM_R ≦ R ≦ C2P2_R (see FIG. 6).
In this control level 2, the ranges of C2P2_L ≦ R ≦ C2P1_L and C2P1_R ≦ R ≦ C2P2_R are set as phase 2, and the other ranges are set as phase 1. Further, the range of Phase 1 is classified as “large” or “small” with an intermediate value between C2P2_L and DM_L and an intermediate value between DM_R and C2P2_R as boundaries.
[0061]
(In the case of Phase 1)
When the rolling control means 23 classifies the control level “2” and the phase “1” as “large (or small)”, the rolling control means 23 outputs the result to the correction jack information means 25. The correction jack control information means 25 selects a control pattern of the predetermined correction jack 8A corresponding to the rolling value based on the data table as shown in FIG.
[0062]
In FIG. 16, what is represented as “left large (left small)” indicates that the rolling value is negative at “large (small)” of control level: “2” and phase: “1”. Moreover, what is represented by “right large (right small)” indicates that the rolling value is positive in the same case.
[0063]
Furthermore, what is shown as “left” and “right” in FIG. 16 indicates that the correction jack 8AL or 8AR (see FIG. 3) located on the left or right side of the shield machine body 2 is used. The numbers in the frame and the letters “U” or “D” indicate how many left or right correction jacks 8AL or 8AR are used and the direction of the reaction force to be taken by the correction jack 8A. Indicates whether to deflect
[0064]
From the above, for example, when the information input to the correction jack information means 25 is control level: “2”, phase: “1” “large”, and the rolling value is “(−)”, the correction jack information means 25, referring to the data table of FIG. 16, select left: “4U”, right: “4D” as the correction jack information, and output this information to the correction jack control unit 17 via the information output means. In this case, as schematically shown in the left column of FIG. 17, the four right side jacks 8AR of the shield machine body 2 are deflected downward at the tip of the segment 7 side, and the four left side jacks The correction jack 8AL is used in a state where the tip on the segment 7 side is deflected upward. FIG. 17 and FIG. 18 show the position, number, and orientation of the correction jack 8A to be used classified according to the positive / negative and magnitude of the rolling value.
[0065]
Here, unlike the data table of the control level “1” shown in FIG. 10, the right and left correction jacks 8A of the shield machine body 2 are set to be used at the same time. And the absolute value of the rolling value is reduced as quickly as possible.
[0066]
The modified jack control information means 25 also outputs the selection result from the data table of FIG. 16 to the jack pattern inference means 27. In this case, the jack pattern inference means 27 selects a jack pattern that satisfies only the output result of the corrected jack control information means 25 by a storage means (not shown). And the result is output to the jack control part 16 and the correction jack control part 17 via the information output means 30, Based on this, the shield jack 8 and the correction jack 8A are controlled.
[0067]
Furthermore, when the propulsive force of the shield machine main body 2 is insufficient only with the selected correction jack 8A, the operator operates the manual direction control means 29 via the machine operation panel 28 to compensate for the insufficient propulsive force. The position and number of shield jacks 8 to be driven to obtain such reaction force and the magnitude of the reaction force are selected and output to the jack controller 16 and the modified jack controller 17 via the information output means 30. To do. Thereby, it becomes possible for the shield machine main body 2 to obtain a predetermined thrust and to dig. That is, here, the control in the above-described two-pressure mode is performed.
[0068]
(In the case of Phase 2)
In this case, the rolling control unit 23 outputs the control level “2” and the phase “2” to the correction jack information unit 25 and the copy cutter information unit 26. In response to this, the correction jack information means 25 performs the same control as the “left large” or “right large” (see FIG. 16) of the above-described phase 1.
[0069]
On the other hand, the copy cutter information means 26 receives the output from the rolling control means 23 and determines an area to be excavated using the copy cutter 9 in the ground on the outer periphery of the shield machine body 2. Then, the copy cutter information means 26 outputs the result to the copy cutter control unit 20 via the information output means 30, and based on this, a predetermined portion of the ground on the outer periphery of the shield machine body 2 is excavated. As described above, the timing for projecting the copy cutter 9 is determined.
[0070]
In this case, the copy cutter information means 26 determines an area to be excavated by referring to a data table similar to that shown in FIG. 14 and the result is sent via the information output means 30 to the copy cutter control section. 20 is output. Thereby, the control of the copy cutter 9 can be supplementarily used to cope with the increase of the rolling value.
[0071]
(Control procedure)
FIG. 19 shows a procedure for controlling the shield machine body 2 by the control device 3 at the control level 2 as described above.
As shown in FIG. 19, first, when the shield machine main body 2 starts excavation (step Sb1), data collection (step Sb11) is performed by the automatic surveying instrument 11, the gyroscope 12, the rolling sensor 13, the tail clearance sensor 14, and the like. Is called. Among these, the output result of the rolling sensor 13 is output to the rolling control means 23 and used to determine whether or not the rolling control can be started (step Sb12). Here, the conditions for starting the rolling control are the same as those for the control level 1.
[0072]
If it is determined that the rolling control is possible, the contents of the rolling control determined in step Sb35 to be described later are fed back, and a jack pattern that realizes the rolling control is output via the information output means 30. (Step Sb13). Based on this output, the shield jack 8 and the correction jack 8A are driven, so that tunnel excavation and rolling control are performed simultaneously.
[0073]
Further, the processing from step Sb11 to Sb13 is repeated as necessary, and tunnel excavation is once ended (step Sb2). Next, in the shield machine body 2, a process for assembling the segment 7 at the excavation site, that is, the segment mode is started (step Sb3).
[0074]
During that time, information is collected by the rolling sensor 13 and the tail clearance sensor 14 (step Sb31), and based on this, the rolling control means 23 performs a situation analysis (step Sb32). Here, when the control level is determined to be “0”, the rolling control means 23 commands the all following mode (step Sb33), and when the control level is determined to be “2”, the rolling control means. 23 commands the two-pressure mode (step Sb34). Here, unless the condition for shifting to the control level “0” is satisfied, the two-pressure mode (step Sb34) is selected.
[0075]
Next, the rolling correction amount is determined (step Sb35). Here, based on the situation analysis performed in step Sb32, the number and position of the correction jacks 8A to be used and the deflection direction of the reaction force to be taken are determined by the correction jack control information means 25 and also by the copy cutter information means 26. The position of the ground to be excavated is determined by the copy cutter 9. Then, this information is output to the correction jack control unit 17 and the copy cutter control unit 16 via the information output means 30, whereby the operations of the correction jack 8A and the copy cutter 9 are controlled.
[0076]
The above processing from step Sb31 to step Sb36 is performed while the segment 7 is assembled, and after the assembly of the segment 7 is completed, the shield machine main body 2 is replaced (step Sb4). And the process for the shield machine main body 2 to dig, ie, the digging mode Sb5 is started.
After this, the process returns to step Sb1 again to start excavation, and the same procedure is repeated.
[0077]
In this control level 2, switching of the control output amount (large / small), phase change or change to another control level is basically performed according to the absolute value of the rolling value, but the same control is performed. If the number of rings to be continued is determined in advance and the same control is continued with this number of rings being exceeded, the control output amount (large / small) is switched and the phase is changed according to the increase / decrease of the rolling value, etc. Or you may change to another control level.
[0078]
In the shield excavator 1 described above, since the control device 3 determines the direction of the reaction force to be taken in the correction jack 8A based on the output of the rolling sensor 13 provided in the shield machine main body 2, In contrast, the rolling control can be performed rationally without depending on the experience and feeling of the operator. Thereby, the improvement of excavation accuracy can be aimed at.
[0079]
In addition, since the number and position of the plurality of correction jacks 8A whose reaction force directions should be adjusted are specified according to the output from the rolling sensor 13, more accurate rolling control can be performed. It becomes possible.
[0080]
Moreover, since the area to be excavated is determined using the copy cutter 9 in the ground on the outer periphery of the shield machine body 2 in accordance with the output from the rolling sensor 13, the copy cutter 9 is used rationally. Thus, it is possible to cope with an increase in the rolling amount.
[0081]
In addition to the output from the rolling sensor 13, the direction of the reaction force of the correction jack 8 </ b> A should be adjusted based on the calculated relative position of the shield machine body 2 and the preliminarily stored tunnel design alignment. Since the number and positions of the kimonos are specified and the direction of the reaction force to be taken is determined, the correction jack 8A can be driven so as to eliminate both the rolling and the deviation from the planned alignment of the tunnel. it can. Thereby, the excavation direction control along the planned alignment of the tunnel can be performed while performing the rolling control.
[0082]
Furthermore, based on the relative position between the calculation position of the shield machine main body 2 and the planned alignment of the tunnel, the area to be excavated is determined using the copy cutter 9 in the outer ground of the shield machine main body 2. While performing tunnel excavation direction control, more accurate rolling control can be realized.
[0083]
Further, when the control level is “1”, the shield jack to be used so that the control of the correction jack 8A for the purpose of rolling control and the automatic direction control by the automatic direction control output means 24 can be performed simultaneously. Since the number and position of 8 and the reaction force are specified, especially when the rolling amount is relatively small, the rolling control is performed while the tunnel is being excavated, and the construction period associated with the rolling control is long. Can be prevented.
[0084]
In the case of the control level “2”, the number and position of the shield jacks 8 to be used and the reaction force thereof are specified so that only the calculation result of the corrected jack control information means 25 is satisfied. The attitude of the shield machine main body 2 can be controlled promptly by coping with the increase of the rolling value. Thereby, rational rolling control according to the magnitude of the rolling value can be realized.
[0085]
In this case, whether or not the operation of the correction jack control information means 25 and the copy cutter information means 26 is determined based on a rolling value based on a predetermined data table. The correction jack 8A and the copy cutter 9 can be used at appropriate timing.
[0086]
In addition, since the rolling control means 23 determines whether or not the operation of the correction jack control information means 25 and the copy cutter information means 26 is performed according to the rate of change of the rolling value, the rolling value can be increased rapidly. It is possible to cope with the problem well and to realize stable attitude control of the shield machine main body 3.
[0087]
Furthermore, by performing the control as described above, it is possible to improve the usability of the shield machine body 2 which is a multiple shield machine having a very small rolling value tolerance.
[0088]
Although one embodiment of the present invention has been described above, the present invention is not limited to the above embodiment, and other configurations may be adopted as necessary without departing from the spirit of the present invention. it can.
[0089]
For example, in the above embodiment, the control of the correction jack 8A at the control level 2 is performed based on the data table as shown in FIG. 16, but the present invention is not limited to this, as shown in FIG. Control of the correction jack 8A in consideration of the vertical deviation of the machine body 2 may be performed. 20 are the same as those shown in FIGS. 10 and 16.
[0090]
Moreover, in the said embodiment, although the shield machine main body 2 was made into the DOT type shield machine, it may be not only this but another multiple-type shield machine, and a cross section is circular and rectangular. Or the like.
[0091]
【The invention's effect】
  As described above, in the shield excavator according to the first aspect, the control device determines the direction of the reaction force to be taken by the correction jack based on the output of the rolling sensor provided in the shield machine body. Unlike conventional systems, the rolling control can be performed rationally without depending on the experience and feeling of the operator, and the accuracy of excavation by the shield machine body can be improved.
  In addition, when the absolute value of the rotation angle is equal to or greater than the first predetermined value, the control of the correction jack for the purpose of rolling control and the automatic direction control by the automatic direction control output means can be performed simultaneously. In addition, since the number and position of shield jacks to be used and the reaction force thereof are specified, the rolling control can be performed while the tunnel is being excavated, and the construction period associated with the rolling control can be prevented from being prolonged.
[0092]
In the shield excavator according to claim 2, the number and positions of the plurality of correction jacks whose reaction force direction should be adjusted are specified according to the output from the rolling sensor. It is possible to make a good excavation.
[0093]
In the shield excavator according to claim 3, the region to be excavated is determined using the copy cutter in the outer periphery of the shield machine main body according to the output from the rolling sensor. At the same time, the copy cutter can be used rationally, and this makes it possible to cope with an increase in the rotation angle.
[0094]
In the shield excavator according to claim 4, in addition to the output from the rolling sensor, based on the calculated relative position of the shield machine main body and the pre-stored tunnel design alignment, The number and position of the force direction to be adjusted is specified, and the direction of the reaction force to be taken is determined, so that the correction jack is adjusted so as to eliminate both the rolling and the deviation from the planned alignment of the tunnel. Can be driven, and the tunnel excavation direction can be controlled while performing the rolling control.
[0095]
In the shield excavator according to claim 5, based on the relative position between the calculation position of the shield machine main body and the planned alignment of the tunnel, the area to be excavated using the copy cutter is determined from the outer periphery of the shield machine main body. Since the determination is made, the tunnel excavation direction can be controlled while preventing the rotation angle from expanding.
[0097]
  Claim6In the shield excavator according to the above, the number and position of shield jacks to be used so that only the calculation result of the corrected jack control information means is satisfied when the absolute value of the rotation angle is equal to or greater than the second predetermined value. In addition, since the reaction force is specified, it is possible to cope with the increase of the rolling value and to quickly control the attitude of the shield machine main body.
[0098]
  Claim7In the shield excavator according to the present invention, the operation of the correction jack control information means and the copy cutter information means is determined according to the rolling value. A copy cutter can be used.
[0099]
  Claim8In the shield excavator according to the present invention, in the rolling control means, whether or not the operation of the modified jack control information means and the copy cutter information means is determined according to the rate of change of the rotation angle, the rolling value rapidly increases. Etc. can be dealt with satisfactorily, and stable control of the shield machine body can be realized.
[0100]
  Claim9According to the shield excavator according to the present invention, it is possible to improve the usability of the multiple shield machine having a very small rolling value tolerance.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram schematically showing an embodiment of the present invention, and is a diagram showing a side sectional view of a shield machine body and a connection diagram of a control device and sensors at the same time.
FIG. 2 is a front view of the shield machine main body shown in FIG.
3 is a front cross-sectional view showing a mounting position of a shield jack and a rolling sensor in the shield machine main body shown in FIG. 1; FIG.
FIG. 4 is a diagram simultaneously showing a connection diagram of the control device and sensors shown in FIG. 1 and a functional block diagram of the control device.
FIG. 5 is a schematic diagram of a data table used in the rolling control unit shown in FIG. 4;
6 is a schematic diagram of a data table for explaining threshold values in FIG. 5. FIG.
7 is a conceptual diagram showing the control content of the shield machine main body by the control device shown in FIG. 4;
FIG. 8 is a table showing the operation of the control device performed at the time of transition of the control level when the control content of FIG. 7 is executed.
FIG. 9 is a schematic diagram of a data table for explaining in more detail threshold values at control level 1 in FIG. 5;
10 is a schematic diagram of a data table used in the case of control level 1 in the modified jack control information means shown in FIG.
11 is a schematic diagram schematically showing a threshold of vertical deviation used in the data table of FIG.
12 is a conceptual diagram schematically showing a part of the output result of the data table of FIG.
FIG. 13 is a conceptual diagram schematically showing another part.
FIG. 14 is a conceptual diagram of a data table used in the copy cutter information means shown in FIG.
FIG. 15 is a flowchart showing a control procedure of control level 1 in FIG. 5;
16 is a schematic diagram of a data table used in the case of control level 2 in the modified jack control information means shown in FIG.
17 is a conceptual diagram schematically showing a part of the output result of the data table of FIG.
FIG. 18 is a conceptual diagram schematically showing another part of the same.
FIG. 19 is a flowchart showing a control procedure at control level 2 in FIG. 5;
FIG. 20 is a diagram schematically showing another embodiment of the present invention, and is a schematic diagram of another example of a data table used at the control level 2 in the modified jack control information means.
[Explanation of symbols]
1 Shield excavator
2 Shield machine
3 Control device
4 Skin plate
5 Cutter
7 segments
8 Shield jack
8A modified jack
9 Copy cutter
11 Automatic surveying equipment
12 Gyroscope
13 Rolling sensor
14 Tail clearance sensor
15 Connection pipe
22 Position analysis calculation means
23 Rolling control means
24 Automatic direction control means
25 Corrected jack control information means
26 Copy cutter information means
27 Jack pattern inference means
29 Manual direction control means

Claims

A skin plate, a cutter provided on the front surface of the skin plate, and a plurality of members attached to the skin plate and propelling the skin plate forward by taking a reaction force from the already covered portion of the tunnel A shield machine body having a shield jack;
A control device for controlling the operation of the shield machine body,
A part of the plurality of shield jacks is formed as a correction jack capable of adjusting the direction of the reaction force to be taken in the circumferential direction of the tunnel,
The shield machine body includes a rolling sensor for detecting a rotation angle around the central axis of the shield machine body,
Wherein the control device, based on the output from the rolling sensor, have a modified jack control information means for determining a reaction force direction to be taken in the correcting jack,
The shield machine main body is provided with a digging position detection device for detecting a digging direction and a digging distance of the shield machine main body,
The control device includes a position analysis calculation means for calculating the position of the shield machine main body based on an output from the excavation position detection device, an output from the position analysis calculation means, and a pre-stored plan alignment of the tunnel. In comparison, the automatic direction control means for calculating the propulsive force and the direction necessary for the shield machine body to propel along the planned alignment, and the shield to be used based on the output of the automatic direction control means A jack pattern inference means for specifying the number and position of jacks and their reaction force,
The corrected jack control information means is configured to output the calculation result to the jack pattern inference means when the absolute value of the rotation angle output from the rolling sensor is equal to or greater than a first predetermined value. ,
Further, in this case, the jack pattern inference means includes the number and position of the shield jacks to be used, and the number of the shield jacks so as to satisfy both the calculation result of the corrected jack control information means and the output from the automatic direction control output means. A shield excavator characterized by specifying reaction force .

The shield excavator according to claim 1,
A plurality of the correction jacks are provided,
The modified jack control information means specifies the number and positions of the corrected jacks whose reaction force direction should be adjusted in accordance with the output from the rolling sensor.

The shield excavator according to claim 1 or 2,
The cutter has a copy cutter that can be projected and retracted in the same direction at an end portion in a direction away from the central axis of the shield machine body in the outer circumferential direction,
The control device includes a copy cutter information unit that determines an area to be excavated by using the copy cutter in the ground on the outer periphery of the shield machine body in accordance with an output from the rolling sensor. And shield excavator.

The shield excavator according to claim 2 or 3, wherein the shield machine main body is provided with an excavation position detection device for detecting an excavation direction and an excavation distance of the shield machine main body.
The control device comprises a position analysis calculation means for calculating the position of the shield machine body based on the output from the excavation position detection device,
The corrected jack control information means is configured to adjust the direction of the reaction force among the corrected jacks based on the relative position between the calculated position of the shield machine main body and the pre-stored planned alignment of the tunnel. A shield excavator characterized by determining the position and determining the direction of the reaction force to be taken.

The shield excavator according to claim 4,
The said copy cutter information means determines the area | region which should be excavated using the said copy cutter among the grounds of the outer periphery of the said shield machine main body based on the said relative position.

A shield excavator according to any one of claims 1 to 5 ,
The jack pattern inference means, when the absolute value of the rotation angle output from the rolling sensor is equal to or greater than the second predetermined value exceeding the first predetermined value, the calculation result of the corrected jack control information means The shield excavator is characterized in that the number and position of shield jacks to be used and the reaction force thereof are specified so that only the above is satisfied.

The shield excavator according to any one of claims 1 to 6 ,
The control device is provided with a rolling control means for controlling operations of the correction jack control information means and the copy cutter information means,
The rolling control means determines whether the correction jack control information means and the copy cutter information means can operate according to an absolute value of the rotation angle based on a predetermined data table. Shield excavator.

The shield excavator according to claim 7 ,
The rolling excavator according to claim 1, wherein the rolling control means determines whether or not the corrected jack control information means and the copy cutter information means can operate according to a rate of change of the rotation angle.

The shield excavator according to any one of claims 1 to 8 , wherein the shield machine main body is a multiple shield machine.