JP6949248B2 - トンネル掘削機、及びトンネルを掘進するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念（前置部）に記載したトンネル掘削機に関する。

更に本発明は、トンネルを掘進するための方法に関する。

そのようなトンネル掘削機（トンネルボーリング機）は、下記特許文献１から公知である。このトンネル掘削機は、回転可能な切削ホイールを備えており、切削ローラを備えた所定数の掘削工具を有し、これらの掘削工具は、切削ホイールにおいて所定の掘削工具ポジションに配設されている。更に所定数のセンサユニットが設けられており、この際、１つのセンサユニットは、それぞれ１つの掘削工具に割り当てられ、該当する掘削工具の状態を対応の掘削工具データのかたちで検知するように構成されている。更に切削ローラの回転状態をディスプレイ上で表示するために、センサユニットと接続状態にあるデータ処理装置が設けられている。

下記特許文献２から、地中穿孔のための、穿孔ロッド、穿孔工具、穿孔配管などを管理するための方法が公知であり、この方法において、電子データ処理システム内には、穿孔内に取り込むべき部材の在庫と現在の保管場所に関する情報、並びに穿孔内に取り込まれた全ての部材の取付ポジション及び／又は取付順番に関する情報が記憶される。それにより、自動的な貯蔵と供給と再貯蔵の装置を効率的に制御することができる。

下記特許文献３から、トンネル掘削機の比較的高い稼働信頼性を達成するために、トンネル掘削機の掘削工具用の切削ローラの摩耗を検知するための方法が公知である。

DE 10 2011 114 830 B3 EP 2 578 797 A1 JP H10-140981 A

MARKUS SCHEFFER ET AL: "Simulation of maintenance strategies in mechanized tunneling",20161211; 1077952576 - 1077952576,11. December 2016 (2016-12-11), pages 3345-3356,XP058310170, DOI: 10.1109/WSC.2016.7822365 ISBN: 978-1-5090-4484-9 page 3350, paragraph 3; figure 5 F Koeppl ET AL: "Cutting tool wear prognosis and management of wear-related risks for Mix-Shield TBM in soft ground", Proceedings of the 18th International Conference on Soil Mechanics and Geotechnical Engineering, Paris, September 2-6 2013, 6. September 2013 (2013-09-06), pages 1739-1742, XP055618835, found in Internet: URL:http://www.issmge.org/uploads/publications/1/2/1739-1742.pdf [found on 2019-09-05] page 1742, paragraph 3.3 Yao-Tung Leng: "Review of Cutter Wear-Consumption and Specification Used in the Hsueshan Tunnel TBM Excavation", 2005 World Long Tunnels, 10. November 2005 (2005-11-10), pages 347-354, XP055618725, Taipei found in Internet: URL:https://www.freeway.gov.tw/UserFiles/File/%E9%9B%AA%E5%B1%B1%E9%9A%A7%E9%81%93%E5%B0%88%E5%8D%80/%E6%8A%80%E8%A1%93%E6%96%87%E7%8D%BB/%E5%AD%B8%E8%A1%93%E5%B0%88%E5%8D%80-%E5%9C%8B%E9%9A%9B%E9%95%B7%E9%9A%A7%E9%81%93%E7%A0%94%E8%A8%8E%E6%9C%83%E9%9B%AA%E9%9A%A7%E7%9B%B8%E9%97%9C%E8%AB%96%E6%96%87/39 [found on 2019-09-05] page 350, left column

本発明の基礎を成す課題は、地質が変化する場合にも、掘削工具の最大摩耗に設計された工具交換インターバルを十分に信頼性をもって維持することにより傑出した、冒頭に記載した形式のトンネル掘削機、及びトンネルを掘進するための方法を提示することである。

前記課題は、本発明に従い、請求項１の特徴を有する、冒頭に記載した形式のトンネル掘削機により解決される。
即ち本発明の第１の視点により、
回転可能な切削ホイールと、前記切削ホイールにおいて所定の掘削工具ポジションに装着された所定数の掘削工具と、所定数のセンサユニットと、但し１つのセンサユニットがそれぞれ１つの掘削工具に割り当てられ、該当する掘削工具の状態を対応の掘削工具データのかたちで検知するように構成されており、更にそれらのセンサユニットと接続状態にあるデータ処理装置とを有するトンネル掘削機であって、
各センサユニットのために掘削工具測定データ記憶部の１つの掘削工具データ記憶領域が設けられており、前記掘削工具データ記憶領域には、該当する掘削工具に割り当てられたセンサユニットから、１つの所定の掘削工具に割り当てられた掘削工具データが記憶可能であること、
前記データ処理装置は、地理データ記憶部を有し、前記地理データ記憶部には、掘進方向で掘り進むべき掘進区間について通過すべき地質に関する特徴的な地理データが記憶可能であること、
前記データ処理装置は、工具管理中央モジュールを備えた掘進計画ユニットを有し、前記工具管理中央モジュールには、前記掘削工具測定データ記憶部、掘進測定データ記憶部及び前記地理データ記憶部が接続され、現在の掘進のためのフレームパラメータ及び掘削工具のための特徴的データが記憶可能であり、前記掘進計画ユニットを用い、前記地理データと前記掘削工具データに基づき、掘進パラメータ、並びに掘進方向に位置する工具交換予測面の間の掘削工具の掘削工具ポジションが、次のように決定可能であること、即ち、工具交換予測面において、ある他の掘削工具ポジションでのみ次の工具交換予測面に機能可能な状態で到達する掘削工具のためには、当該他の又はひとつの他の掘削工具ポジションへのポジション交換が行われ、どの掘削工具ポジションでももはや次の工具交換予測面に機能可能な状態では到達しない掘削工具のためには、新しく取り付けるべき掘削工具との取り替えが行われるように決定可能であること、を特徴とするトンネル掘削機が提供される。
より詳しくは、前記第１の視点において、
回転可能な切削ホイールと、前記切削ホイールにおいて所定の掘削工具ポジションに装着された所定数の掘削工具ないし回転可能な切削ローラを備えた掘削工具と、所定数のセンサユニットと、但し１つのセンサユニットがそれぞれ１つの掘削工具に割り当てられ、該当する掘削工具の状態を対応の掘削工具データとして検知するように構成されており、更にそれらのセンサユニットと接続状態にあるデータ処理装置とを有するトンネル掘削機であって、
各センサユニットのために掘削工具測定データ記憶部の１つの掘削工具データ記憶領域が設けられており、前記掘削工具データ記憶領域には、１つの所定の掘削工具に割り当てられた掘削工具データが、当該掘削工具に割り当てられたセンサユニットから記憶可能であること、
前記データ処理装置は、地理データ記憶部を有し、前記地理データ記憶部には、掘進方向で掘り進むべき掘進区間について通過すべき地質に関する特徴的な地理データが記憶可能であること、
前記データ処理装置は、工具管理中央モジュールを備えた掘進計画ユニットを有し、前記工具管理中央モジュールには、前記掘削工具測定データ記憶部と、掘進測定データ記憶部と、前記地理データ記憶部とが接続され、前記工具管理中央モジュールを用い、現在の掘進に関するフレームパラメータ、並びに掘削工具のための特徴的データが記憶可能であり、但し前記掘進計画ユニットを用い、前記地理データと前記掘削工具データに基づき、トンネル掘削機の掘進パラメータと、掘進方向に位置する工具交換予測面の間の掘削工具の掘削工具ポジションとが、次のように決定可能であること、即ち、工具交換予測面において、現在の掘削工具ポジションではなく他の掘削工具ポジションでのみ次の工具交換予測面に機能可能な状態で到達する掘削工具のためには、該当する他の掘削工具ポジションへのポジション交換が行われ、どの掘削工具ポジションでももはや次の工具交換予測面に機能可能な状態では到達しない掘削工具のためには、新しく取り付けるべき掘削工具との取り替えが行われるように決定可能であること、
を特徴とする。

更に前記課題は、請求項１３の特徴を有する、トンネルを掘進するための方法により解決される。
即ち本発明の第２の視点により、
トンネルを掘進するための方法であって、以下のステップを含むこと、即ち、
− 本発明の前記第１の視点に記載のトンネル掘削機を提供するステップ、
− 掘進方向で掘り進むべき掘進区間について通過すべき地質に関する特徴的な地理データを地理データ記憶部に記憶するステップ、
− 地理データと掘削工具データに基づき、掘進パラメータ、並びに掘進方向に位置する工具交換予測面の間の掘削工具の掘削工具ポジションを、掘進計画ユニットを用い、次のように決定するステップ、即ち、工具交換予測面において、ある他の掘削工具ポジションでのみ次の工具交換予測面に機能可能な状態で到達する掘削工具のためには、当該他の又はひとつの他の掘削工具ポジションへのポジション交換が行われ、どの掘削工具ポジションでももはや次の工具交換予測面に機能可能な状態では到達しない掘削工具のためには、新しく取り付けるべき掘削工具との取り替えが行われるように決定するステップ
を含むこと、を特徴とするトンネルを掘進するための方法が提供される。
より詳しくは、前記第２の視点において、
トンネルを掘進するための方法であって、以下のステップを含むこと、即ち、
− 本発明の前記第１の視点に記載のトンネル掘削機を提供するステップ、
− 掘進方向で掘り進むべき掘進区間について通過すべき地質に関する特徴的な地理データを地理データ記憶部に記憶するステップ、
− 地理データと掘削工具データに基づき、トンネル掘削機の掘進パラメータと、掘進方向に位置する工具交換予測面の間の掘削工具の掘削工具ポジションとを、掘進計画ユニットを用い、次のように決定するステップ、即ち、工具交換予測面において、現在の掘削工具ポジションではなく他の掘削工具ポジションでのみ次の工具交換予測面に機能可能な状態で到達する掘削工具のためには、該当する他の掘削工具ポジションへのポジション交換が行われ、どの掘削工具ポジションでももはや次の工具交換予測面に機能可能な状態では到達しない掘削工具のためには、新しく取り付けるべき掘削工具との取り替えが行われるように決定するステップ
を含むこと
を特徴とする。

本発明において、以下の形態が可能である。
（形態１）
回転可能な切削ホイールと、前記切削ホイールにおいて所定の掘削工具ポジションに装着された所定数の掘削工具と、所定数のセンサユニットと、但し１つのセンサユニットがそれぞれ１つの掘削工具に割り当てられ、該当する掘削工具の状態を対応の掘削工具データのかたちで検知するように構成されており、更にそれらのセンサユニットと接続状態にあるデータ処理装置とを有するトンネル掘削機であって、
各センサユニットのために１つの掘削工具データ記憶領域が設けられており、前記掘削工具データ記憶領域には、該当する掘削工具に割り当てられたセンサユニットから、１つの所定の掘削工具に割り当てられた掘削工具データが記憶可能であること、
前記データ処理装置は、地理データ記憶部を有し、前記地理データ記憶部には、掘進方向で掘り進むべき掘進区間について通過すべき地質に関する特徴的な地理データが記憶可能であること、
前記データ処理装置は、掘進計画ユニットを有し、前記掘進計画ユニットを用い、前記地理データと前記掘削工具データに基づき、掘進パラメータ、並びに掘進方向に位置する工具交換予測面の間の掘削工具の掘削工具ポジションが、次のように決定可能であること、即ち、工具交換予測面において、ある他の掘削工具ポジションでのみ次の工具交換予測面に機能可能な状態で到達する掘削工具のためには、当該他の又はひとつの他の掘削工具ポジションへのポジション交換が行われ、どの掘削工具ポジションでももはや次の工具交換予測面に機能可能な状態では到達しない掘削工具のためには、新しく取り付けるべき掘削工具との取り替えが行われるように決定可能であること。
（形態２）
ある工具交換予測面において取り替えるべき掘削工具は、完全に摩耗されていること、が好ましい。
（形態３）
少なくとも１つのセンサユニットが、摩耗状態検知モジュールを有し、前記摩耗状態検知モジュールを用い、当該センサユニットに割り当てられた掘削工具の摩耗状態が検知可能であること、が好ましい。
（形態４）
少なくとも１つのセンサユニットが、温度検知モジュールを有し、前記温度検知モジュールを用い、当該センサユニットに割り当てられた掘削工具の温度が検知可能であること、が好ましい。
（形態５）
少なくとも１つのセンサユニットが、荷重検知モジュールを有し、前記荷重検知モジュールを用い、当該センサユニットに割り当てられた掘削工具に及ぼされる機械的な荷重が検知可能であること、が好ましい。
（形態６）
所定数の掘削工具が、回転可能な切削ローラを有するように構成されていること、が好ましい。
（形態７）
少なくとも１つのセンサユニットが、回転状態検知モジュールを有し、前記回転状態検知モジュールを用い、当該センサユニットに割り当てられた切削ローラの回転状態が検知可能であること、が好ましい。
（形態８）
回転数センサが設けられており、前記回転数センサを用い、前記切削ホイールの回転数が検知可能であること、前記回転数センサは、前記データ処理装置と接続状態にあること、検知された回転数は、前記掘進計画ユニットに供給可能であること、そして、前記掘進計画ユニットは、前記切削ホイールの回転数を、掘削工具のポジション交換及び／又は取り替えの前決定のために取り入れること、が好ましい。
（形態９）
トルクセンサが設けられており、前記トルクセンサを用い、前記切削ホイールに加えられているトルクが検知可能であること、前記トルクセンサは、前記データ処理装置と接続状態にあること、検知されたトルクは、前記掘進計画ユニットに供給可能であること、そして、前記掘進計画ユニットは、前記切削ホイールのトルクを、掘削工具のポジション交換及び／又は取り替えの前決定のために取り入れること、が好ましい。
（形態１０）
前記掘進計画ユニットには、経験値記憶部が備えられており、前記経験値記憶部には、地質内の掘進区間を掘り進むときの掘削工具の摩耗についての経験値が記憶可能であること、そして、前記掘進計画ユニットは、それらの経験値を、掘削工具のポジション交換及び／又は取り替えの前決定のために取り入れること、が好ましい。
（形態１１）
前記掘進計画ユニットには、比較モジュールが備えられており、前記比較モジュールを用い、掘削工具の摩耗の現実に即した前決定による準実際状態と、工具交換予測面の間の補間予測による目標状態とが比較可能であること、そして、前記掘進計画ユニットは、修正パラメータ記憶部を有し、前記修正パラメータ記憶部には、前記目標状態と前記準実際状態の比較から導き出された修正パラメータが記憶可能であり、前記掘進計画ユニットは、それらの修正パラメータを、掘削工具のポジション交換及び／又は取り替えの前決定のために取り入れること、が好ましい。
（形態１２）
前記データ処理装置は、警告／警報発生器を有し、前記警告／警報発生器は、前記掘進計画ユニットと接続状態にあり、前記警告／警報発生器を用い、工具交換予測面に到達するには、工具交換予測面の間の補間予測に従うと掘削工具の稼働状態及び／又は摩耗状態がクリティカルな及び／又は許容できない場合には、警告通知及び／又は警報通知が出力可能であること、が好ましい。
（形態１３）
前記データ処理装置には、需要調整モジュールが備えられており、前記需要調整モジュールを用い、少なくとも次の工具交換予測面に到達したときに取り替えるための新しい掘削工具の需要が決定可能であること、が好ましい。
（形態１４）
トンネルを掘進するための方法であって、以下のステップを含むこと、即ち、
− 形態１〜１３のいずれか１つに記載のトンネル掘削機を提供するステップ、
− 掘進方向で掘り進むべき掘進区間について通過すべき地質に関する特徴的な地理データを地理データ記憶部に記憶するステップ、
− 地理データと掘削工具データに基づき、掘進パラメータ、並びに掘進方向に位置する工具交換予測面の間の掘削工具の掘削工具ポジションを、掘進計画ユニットを用い、次のように決定するステップ、即ち、工具交換予測面において、ある他の掘削工具ポジションでのみ次の工具交換予測面に機能可能な状態で到達する掘削工具のためには、当該他の又はひとつの他の掘削工具ポジションへのポジション交換が行われ、どの掘削工具ポジションでももはや次の工具交換予測面に機能可能な状態では到達しない掘削工具のためには、新しく取り付けるべき掘削工具との取り替えが行われるように決定するステップ
を含むこと。
（形態１５）
前記掘進パラメータと工具交換予測面は、ある工具交換予測面において取り替えるべき掘削工具が完全に摩耗されているように選択されること、が好ましい。
尚、本願の特許請求の範囲に付記された図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、図示の形態への限定を意図するものではないことを付言する。

本発明によるトンネル掘削機において、及びトンネルを掘進するための方法において、掘削工具の状態を決定するためには、つまりとりわけ、例えば温度により特徴付けられる稼働状態、又は切削ローラを備えた掘削工具において切削ローラの回転状態、及び／又は、例えば掘削工具の残りの残厚により特徴付けられる摩耗状態を決定するためには、掘削工具データが、掘削工具特有のものとして検知され、掘進計画ユニットを用い、掘り進むべき掘進区間についての地理データと共に、次のように処理されることにより、即ち、所定の掘進パラメータを用い、１つの工具交換予測面において十分に又は好ましくは少なくとも部分的に完全に摩耗されておりそれにより取り替えるべきである掘削工具を用いるか、又は単に部分摩耗されており掘削工具ポジションの交換後には次の工具交換予測面への到達までにまだ有用である掘削工具を用いるかして、工具交換予測面に到達するように処理されることにより、比較的有利な稼働コストで比較的高い信頼性を得ることができる。

本発明の目的に適う更なる構成は、従属請求項の対象である。

本発明の目的に適う更なる構成と利点は、図面の各図に関する本発明の実施例の以下の説明から明らかである。

本発明によるトンネル掘削機の一実施例を、簡略化した描写の側面図として示す図である。 一例として、１つの切削ローラを有するように構成された、本発明によるトンネル掘削機のための掘削工具を断面図として示す図であり、該掘削工具では、センサユニットが荷重検知モジュールを有する。 センサユニットの摩耗状態検知モジュールを備えた、図２による掘削工具を、上から見た図として示す図である。 一例として、１つの切削ローラを有するように構成された、本発明によるトンネル掘削機のための掘削工具を斜視図として示す図であり、該掘削工具では、センサユニットが回転状態検知モジュールを有するように構成されている。 一例として、本発明によるトンネル掘削機のためのデータ処理装置をブロック図として示す図であり、該データ処理装置には、掘進計画ユニットが備えられている。 掘進方向で変化する状況を有し且つ工具交換予測面が示唆されている地質内において掘進区間を掘り進むときの図１の本発明によるトンネル掘削機の実施例を、簡略化した描写の側面図として示す図である。

図１は、回転可能な切削ホイール１０６を備えた本発明によるトンネル掘削機（トンネルボーリング機）１０３の一実施例を、簡略化した描写の側面図として示している。切削ホイール１０６には、所定数の掘削工具１０９が取り付けられており、この際、この実施例において、切削ホイール１０６に接して存在する地質１１５内で掘進区間１１２を掘り進むための図示された各掘削工具１０９には、掘進方向で切削ホイール１０６の前方に位置する切羽（掘削面）１１８において物質（地盤）を掘削（解体）するために、切削ローラ（ローラカッタ）１２１が装備されている。（図６も参照）

本発明による各掘削工具１０９には、１つのセンサユニット１２４が割り当てられており、センサユニット１２４は、図１では非図示の温度検知モジュールを用いることにより、該当する掘削工具１０９の温度、及び／又は状態、例えば掘削工具１０９の切削ローラ１２１の摩耗状態及び／又は回転状態を、割り当てられた掘削工具データのかたちで検知するように構成されている。センサユニット１２４は、例えばケーブルハーネス１２７を介し及び／又は無線式の信号経路を介し、各センサユニット１２４のために掘削工具データ記憶領域１３３を有する掘削工具測定データ記憶部１３０と接続状態にある。各掘削工具データ記憶領域１３３には、割り当てられた掘削工具１０９のために、現在の状態が記録可能であり、目的に適い、所定の期間にわたる状態履歴も記録可能である。

更に、図１による実施例は、回転数センサ（回転数送信器）１３６を有するように構成されており、回転数センサ１３６を用い、切削ホイール駆動部１３９により切削ホイール伝動装置１４２を介し、切削ホイール１０６に加えられた回転数が検知可能である。回転数センサ１３６は、ケーブル接続部１４５及び／又は無線式の信号経路を介して掘進測定データ記憶部１４８と接続状態にあり、掘進測定データ記憶部１４８を用い、現在の回転数が記録可能であり、目的に適い、所定の期間にわたる回転数履歴も記録可能である。

更に、図１による実施例では、トルクセンサ（トルク送信器）１５１が設けられており、トルクセンサ１５１は、切削ホイール駆動部１３９と作用結合状態にあり、トルクセンサ１５１を用い、切削ホイール１０６に加えられているトルクが検知可能である。トルクセンサ１５１は、更なるケーブル接続部１５４及び／又は無線式の信号経路を介して掘進測定データ記憶部１４８と接続状態にあり、掘進測定データ記憶部１４８を用い、更に現在のトルクが記録可能であり、目的に適い、所定の期間にわたるトルク履歴も記録可能である。

更に、図１による実施例は、掘削チャンバ１５７内の状況のデータ検知のために、掘削チャンバ１５７内に配設された掘削チャンバ圧力センサ（掘削チャンバ圧力送信器）１６０を有し、掘削チャンバ圧力センサ１６０は、更なるケーブル接続部１６３及び／又は無線式の信号経路を介して掘進測定データ記憶部１４８と接続状態にあり、掘進測定データ記憶部１４８を用い、更に現在の（掘削チャンバの）圧力が記録可能であり、目的に適い、所定の期間にわたる圧力履歴も記録可能である。

掘削工具測定データ記憶部１３０と掘進測定データ記憶部１４８は、図１では非図示であり後続段落で詳細に説明するデータ処理装置とケーブルレス接続で又はケーブル接続で接続状態にある。

また、本発明によるトンネル掘削機１０３の一実施例の簡略化した描写では、一目瞭然性の理由から、更に掘進プレス手段１６６の複数の対（ペア）が図示されており、これらの掘進プレス手段１６６は、プレス手段支承リング１６９において保持されており、掘進区間１１２を掘り進むときには、切削ホイール１０６を切羽１１８に対して押し付けるために、トンネルをライニング（内張補強）するために設けられたセグメント（タビング）１７２において支持される。

図２は、一例として、１つの切削ローラ１２１を有するように構成された、本発明によるトンネル掘削機１０３のための掘削工具１０９を断面図として示している。掘削工具１０９は、切削ローラハウジング２０３を備えており、切削ローラハウジング２０３を用いることにより、切削ローラ１２１の側面両側の配設構成を介し、サポート部材２０９で支持されるテンションボルト２０６を介して引張固定可能な締付楔状部材２１２から、並びに結合ボルト２１８により、センサハウジング２２２を有するように構成されてＣ字状に形成された締付要素２２１と接続状態にある支承ブロック２１５から、切削ローラ軸２２４が、その端部側で回転不能に固定可能である。

センサハウジング２２２は、センサユニット２２７の一実施形態を受容し、センサユニット２２７は、特に荷重検知モジュール２３６のコンポーネントとして荷重センサ２３０と荷重送信器２３３を備えている。例えば（歪みゲージとして）伸長測定ストライプ又は伸長測定スリーブの機械的な変形を介して作動する荷重センサ２３０を用い、切削ローラ軸２２４に作用する機械的な荷重が検知可能である。荷重センサ２３０により（検知）記録されたデータは、荷重送信器２３３を介し、掘削工具測定データ記憶部１３０にケーブルレス接続で又は少なくとも部分的にケーブル接続で供給可能である。

図３は、センサユニット２２７を備えた、図２による掘削工具１０９を、上から見た図として示しており、センサユニット２２７は、荷重検知モジュール２３６に加え又はそれに代わり、摩耗状態検知モジュール３０３を有するように構成されている。摩耗状態検知モジュール３０３を用い、例えば、摩耗状態検知モジュール３０３のコンポーネントとしての間隔センサ３０９を用いることにより、最も突出した領域として、従って切削ローラ１２１の損耗の度合いを特徴付ける領域として、切削ローラ１２１の切削エッジ３０６までの間隔の測定を介し、切削ローラ１２１の摩耗状態が検知可能であり、摩耗状態検知モジュール３０３の更なるコンポーネントとしての間隔送信器３１２を介し、掘削工具測定データ記憶部１３０に供給可能である。

図４は、一例として、本発明によるトンネル掘削機１０３のための掘削工具１０９を斜視図として示しており、この掘削工具１０９には、上述した掘削工具１０９に類似して１つの切削ローラ１２１が備えられおり、この掘削工具１０９においてセンサユニット２２７は、荷重検知モジュール２３６及び／又は摩耗状態検知モジュール３０３に追加し又はそれに代わり、回転状態検知モジュール４０３を有するように構成されている。この実施例では非接触式で作動する回転状態検知モジュール４０３を用い、切削ローラ１２１の回転状態が、特に切削ローラ１２１がはたして回転しているか否か、そしてもし回転しているのならばどの回転数で回転しているかについて、検知可能であり、そして掘削工具測定データ記憶部１３０にケーブルレス接続で又は少なくとも部分的にケーブル接続で供給可能である。

図５は、本発明によるトンネル掘削機１０３のために、一例として、掘進計画ユニット５０６が備えられたデータ処理装置５０３の一実施形をブロック図として示している。掘進計画ユニット５０６の工具管理中央モジュール５０９には、一方では、掘削工具測定データ記憶部１３０並びに掘進測定データ記憶部１４８が接続され、他方では、地理データ記憶部５１２が接続されている。

工具管理中央モジュール５０９内には、一方では、切削ホイール１０６の直径のような現在の掘進のためのフレームパラメータ（ベーシックパラメータ）、並びに、型式、取付時の状態、取付後のポジションのような掘削工具１０９に関する特徴的なデータが記憶可能であり、他方では、所謂交換プロトコルの形式により、掘削工具測定データ記憶部１３０から読み込まれ且つタイムスタンプの付けられた掘削工具データが記憶可能である。

地理データ記憶部５１２内には、例えばボーリングコアの地質学的な分析を介した事前調査により獲得されたものであり、特に掘進方向でトンネル掘削機１０３の前方に予測どおり位置する地質の種類と順序を含んだ、掘り進むべき掘進区間１１２に関する特徴的な地理データが記憶可能である。

工具管理中央モジュール５０９は、掘進計画ユニット５０６の更なるコンポーネントとしてのデータ加工モジュール５１５及び動作寿命予測モジュール５１８と接続状態にあり、この際、データ加工モジュール５１５と動作寿命予測モジュール５１８は、同様に互いに接続状態にある。データ加工モジュール５１５には、掘進計画ユニット５０６の更なるコンポーネントとして、一方では、現在の掘進のために予測された地質を含め、様々な地質における以前の掘進に基づく経験値が記憶可能である経験値記憶部５２１と、現在の掘進のために使用する修正パラメータ値が記憶可能である修正パラメータ記憶部５２４とが接続されている。

更に、掘進計画ユニット５０６には、比較モジュール５２７が備えられており、比較モジュール５２７は、一方では、動作寿命予測モジュール５１８と接続状態にあり、他方では、特に工具交換予測面に到達したときのように所定の時点での更新のために目的に適い同様に工具管理中央モジュール５０９と接続されている掘進計画ユニット５０６の整備計画記憶部５３０と、データ処理装置５０３の警告／警報発生器５３３と、掘進計画ユニット５０６における交換インターバル予測モジュール５３６と走行メートル（距離）予測モジュール５３９の並列構成部と、接続状態にある。

交換インターバル予測モジュール５３６と走行メートル予測モジュール５３９から成る並列構成部は、更に掘進計画ユニット５０６の交換提案作成モジュール５４２と接続状態にあり、交換提案作成モジュール５４２は、更にデータ処理装置５０３の需要（必要）調整モジュール５４５と接続状態にある。

一例としてその重要なコンポーネントについて上述した、掘進区間１１２を掘り進むための本発明によるトンネル掘削機１０３の掘進時には、データ処理装置５０３は、実質的に以下で説明するように作動する。

データ加工モジュール５１５を用い、工具管理中央モジュール５０９と、経験値記憶部５２１と、修正パラメータ記憶部５２４とからのデータが、次のように加工可能であり、即ち、現在の掘削工具データと、掘進の将来的な段階の想定される経過とに基づき、動作寿命予測モジュール５１８を用いて比較モジュール５２７に供給可能である極めて現実に即した目標データが、従って極めて信頼できる準実際データとして、掘削工具１０９の見込まれる残りの動作寿命を決定可能であるように加工可能である。

比較モジュール５２７を用い、動作寿命予測モジュール５１８に基づく現実に即した前決定による準実際データが、整備計画記憶部５３０に基づく複数の工具交換予測面の間の補間予測に従ってそれぞれの掘進箇所に割り当てられた目標データと、次のように比較可能である。即ち、一方では、許容できないずれがあり、後続段落で詳細に説明される掘進パラメータの修正措置によっても取り除くことのできないずれがある場合には、警告／警報発生器５３３を介し、緊急警報が出力可能であり、他方では、まだ許容できるずれの場合には、自動化された自己学習モードにおいて、修正パラメータ記憶部５２４に供給可能な修正データが発生可能であり、これらの修正データを用い、修正パラメータ記憶部５２４とデータ加工モジュール５１５を介し、動作寿命予測モジュール５１８を用いて新しい準実際データが生成可能であり、これらの新しい準実際データが目標データに対する準実際データのずれをより少なくするように、比較可能である。

交換インターバル予測モジュール５３６と走行メートル予測モジュール５３９を用い、比較モジュール５２７からの出力データに基づき、一方では、所定の予測された走行メートル（走行距離）において、新しい掘削工具ポジションにポジション交換するための交換インターバル、或いは新しい掘削工具１０９に掘削工具１０９を取り替えるための交換インターバルを計画に組み込むための提案が生成可能であり、交換提案作成モジュール５４２に供給可能であり、交換提案作成モジュール５４２を用い、少なくとも次の工具交換予測面で実行すべき作業のための具体的な指示が生成可能であり表示可能である。

更に、特に通過すべき地質内の状況が地理データと比べて異なる場合にも、少なくとも次の工具交換予測面が、好ましくは、以下の意味において最適に摩耗された掘削工具１０９をもって到達されるように、提案データが生成される。即ち、次の工具交換予測面において完全に摩耗した掘削工具１０９が取り替えられ、まだ完全に摩耗されていない掘削工具１０９は、それぞれ新しい掘削工具ポジションに取り付けられ、それによりそのようなポジション交換後には、部分的に摩耗された掘削工具１０９だけが完全な摩耗に至るまで（機能可能な状態で）少なくともその次の工具交換予測面に到達するという意味において、最適に摩耗された掘削工具１０９をもって到達されるように、切削ホイール１０６の回転数及び／又は切削ホイール１０６を付勢するトルクのようなトンネル掘削機１０３の掘進パラメータを適合することによって、交換インターバル予測モジュール５３６を用いて提案データを生成することができる。

需要調整モジュール５４５と交換提案作成モジュール５４２を接続することにより、更に、工具交換予測面での掘削工具１０９の予測される将来的な需要（必要）を評価することができ、使用可能な新しい掘削工具１０９の在庫が足りない場合には、完全に摩耗されている掘削工具１０９を取り替えるために、警告／警報発生器５３３を介し、次の工具交換予測面に至るまで、新しい掘削工具１０９の在庫を増やすための警告通知が発動される。

工具交換予測面に到達した場合には、工具管理中央モジュール５０９を介し、整備計画記憶部５３０を、次のように更新することが目的に適う。即ち、掘削工具１０９の交換及び／又は取り替えの後に、整備計画記憶部５３０に対し、対応の掘削工具ポジションにおいてそれぞれの状態にある掘削工具１０９を備えた切削ホイール１０６のその際の実際の装備状態が記憶可能であるように更新することが目的に適っている。

図６は、トンネル掘削機に接するべく存在する地質であって、掘進方向で変化する状況を伴う地質内で地表の下側の掘進区間１１２を掘り進むときの図１の本発明によるトンネル掘削機１０３の実施例を、極めて簡略化した描写の側面図として示しており、掘進方向で変化する状況は、異なるシンボルで満たされた掘進区画６０３、６０６、６０９と、垂直に指向されて破線で示唆された工具交換予測面６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０により象徴的に図示されており、それらの工具交換予測面は、図６に図示した掘進の状況に対し、掘進計画ユニット５０６により予め決定されている。

図６による図面から、複数の工具交換予測面６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０は、地質に関して異なる硬さの掘進区画６０３、６０６、６０９において、異なって離間して配されており、それにより本発明に従い、これまでに詳述したように、掘削工具１０９の交換及び／又は取り替えのための時点を比較的正確に計画に組み込むことが可能である。それにより経験値に基づく評価と比べ、掘進の経済性が大幅に向上する。

１０３ トンネル掘削機
１０６ 切削ホイール
１０９ 掘削工具
１１２ 掘進区間
１１５ 地質
１１８ 切羽（掘削面）
１２１ 切削ローラ（ローラカッタ）
１２４ センサユニット
１２７ ケーブルハーネス
１３０ 掘削工具測定データ記憶部
１３３ 掘削工具データ記憶領域
１３６ 回転数センサ
１３９ 切削ホイール駆動部
１４２ 切削ホイール伝動装置
１４５ ケーブル接続部
１４８ 掘進測定データ記憶部
１５１ トルクセンサ
１５４ ケーブル接続部
１５７ 掘削チャンバ
１６０ 掘削チャンバ圧力センサ
１６３ ケーブル接続部
１６６ 掘進プレス手段
１６９ プレス手段支承リング
１７２ セグメント（タビング）

２０３ 切削ローラハウジング
２０６ テンションボルト
２０９ サポート部材
２１２ 締付楔状部材
２１５ 支承ブロック
２１８ 結合ボルト
２２１ 締付要素
２２２ センサハウジング
２２４ 切削ローラ軸
２２７ センサユニット
２３０ 荷重センサ
２３３ 荷重送信器
２３６ 荷重検知モジュール
３０３ 摩耗状態検知モジュール
３０６ 切削エッジ
３０９ 間隔センサ
３１２ 間隔送信器
４０３ 回転状態検知モジュール

５０３ データ処理装置
５０６ 掘進計画ユニット
５０９ 工具管理中央モジュール
５１２ 地理データ記憶部
５１５ データ加工モジュール
５１８ 動作寿命予測モジュール
５２１ 経験値記憶部
５２４ 修正パラメータ記憶部
５２７ 比較モジュール
５３０ 整備計画記憶部
５３３ 警告／警報発生器
５３６ 交換インターバル予測モジュール
５３９ 走行メートル（距離）予測モジュール
５４２ 交換提案作成モジュール
５４５ 需要調整モジュール

６０３、６０６、６０９ 掘進区画
６１５、６１８、６２１ 工具交換予測面
６２４、６２７、６３０ 工具交換予測面

Claims (14)

1. 回転可能な切削ホイール（１０６）と、前記切削ホイール（１０６）において所定の掘削工具ポジションに装着された所定数の掘削工具（１０９）ないし回転可能な切削ローラ（１２１）を備えた掘削工具（１０９）と、所定数のセンサユニット（１２４）と、但し１つのセンサユニット（１２４）がそれぞれ１つの掘削工具（１０９）に割り当てられ、該当する掘削工具（１０９）の状態を対応の掘削工具データとして検知するように構成されており、更にそれらのセンサユニット（１２４）と接続状態にあるデータ処理装置（５０３）とを有するトンネル掘削機であって、
   各センサユニット（１２４）のために掘削工具測定データ記憶部（１３０）の１つの掘削工具データ記憶領域（１３３）が設けられており、前記掘削工具データ記憶領域（１３３）には、１つの所定の掘削工具（１０９）に割り当てられた掘削工具データが、当該掘削工具（１０９）に割り当てられたセンサユニット（１２４）から記憶可能であること、
   前記データ処理装置（５０３）は、地理データ記憶部（５１２）を有し、前記地理データ記憶部（５１２）には、掘進方向で掘り進むべき掘進区間（１１２）について通過すべき地質（１１５）に関する特徴的な地理データが記憶可能であること、
   前記データ処理装置（５０３）は、工具管理中央モジュール（５０９）を備えた掘進計画ユニット（５０６）を有し、前記工具管理中央モジュール（５０９）には、前記掘削工具測定データ記憶部（１３０）と、掘進測定データ記憶部（１４８）と、前記地理データ記憶部（５１２）とが接続され、前記工具管理中央モジュール（５０９）を用い、現在の掘進に関するフレームパラメータ、並びに掘削工具（１０９）のための特徴的データが記憶可能であり、但し前記掘進計画ユニット（５０６）を用い、前記地理データと前記掘削工具データに基づき、トンネル掘削機の掘進パラメータと、掘進方向に位置する工具交換予測面（６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０）の間の掘削工具（１０９）の掘削工具ポジションとが、次のように決定可能であること、即ち、工具交換予測面（６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０）において、現在の掘削工具ポジションではなく他の掘削工具ポジションでのみ次の工具交換予測面（６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０）に機能可能な状態で到達する掘削工具（１０９）のためには、該当する他の掘削工具ポジションへのポジション交換が行われ、どの掘削工具ポジションでももはや次の工具交換予測面（６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０）に機能可能な状態では到達しない掘削工具（１０９）のためには、新しく取り付けるべき掘削工具（１０９）との取り替えが行われるように決定可能であること、
   を特徴とするトンネル掘削機。
2. ある工具交換予測面（６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０）において取り替えるべき掘削工具（１０９）が完全に摩耗されているように、トンネル掘削機の掘進パラメータと工具交換予測面（６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０）が選択されていること
   を特徴とする、請求項１に記載のトンネル掘削機。
3. 少なくとも１つのセンサユニット（１２４）が、摩耗状態検知モジュール（３０３）を有し、前記摩耗状態検知モジュール（３０３）を用い、当該センサユニット（１２４）に割り当てられた掘削工具（１０９）の摩耗状態が検知可能であること
   を特徴とする、請求項１又は２に記載のトンネル掘削機。
4. 少なくとも１つのセンサユニット（１２４）が、温度検知モジュールを有し、前記温度検知モジュールを用い、当該センサユニット（１２４）に割り当てられた掘削工具（１０９）の温度がその稼働状態を知るために検知可能であること
   を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。
5. 少なくとも１つのセンサユニット（１２４）が、荷重検知モジュール（２３６）を有し、前記荷重検知モジュール（２３６）を用い、当該センサユニット（１２４）に割り当てられた掘削工具（１０９）に及ぼされる機械的な荷重が検知可能であること
   を特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。
6. 少なくとも１つのセンサユニット（１２４）が、回転状態検知モジュール（４０３）を有し、前記回転状態検知モジュール（４０３）を用い、当該センサユニット（１２４）に割り当てられた切削ローラ（１２１）の回転状態が検知可能であること
   を特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。
7. 回転数センサ（１３６）が設けられており、前記回転数センサ（１３６）を用い、前記切削ホイール（１０６）の回転数が検知可能であること、前記回転数センサ（１３６）は、前記データ処理装置（５０３）と接続状態にあること、検知された回転数は、前記掘進計画ユニット（５０６）に供給可能であること、そして、前記掘進計画ユニット（５０６）は、前記切削ホイール（１０６）の回転数を、掘削工具（１０９）のポジション交換及び／又は取り替えの前決定のために取り入れること
   を特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。
8. トルクセンサ（１５１）が設けられており、前記トルクセンサ（１５１）を用い、前記切削ホイール（１０６）に加えられているトルクが検知可能であること、前記トルクセンサ（１５１）は、前記データ処理装置（５０３）と接続状態にあること、検知されたトルクは、前記掘進計画ユニット（５０６）に供給可能であること、そして、前記掘進計画ユニット（５０６）は、前記切削ホイール（１０６）のトルクを、掘削工具（１０９）のポジション交換及び／又は取り替えの前決定のために取り入れること
   を特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。
9. 前記掘進計画ユニット（５０６）には、経験値記憶部（５２１）が備えられており、前記経験値記憶部（５２１）には、地質（１１５）内の掘進区間（１１２）を掘り進むときの掘削工具（１０９）の摩耗状態についての経験値が記憶可能であること、そして、前記掘進計画ユニット（５０６）は、それらの経験値を、掘削工具（１０９）のポジション交換及び／又は取り替えの前決定のために取り入れること
   を特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。
10. 前記掘進計画ユニット（５０６）には、比較モジュール（５２７）が備えられており、前記比較モジュール（５２７）を用い、掘削工具（１０９）の摩耗状態の前決定に基づく準実際状態と、工具交換予測面（６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０）の間の補間予測に基づく目標状態とが比較可能であること、そして、前記掘進計画ユニット（５０６）は、修正パラメータ記憶部（５２４）を有し、前記修正パラメータ記憶部（５２４）には、前記目標状態と前記準実際状態の比較から導き出された修正パラメータが記憶可能であり、前記掘進計画ユニット（５０６）は、それらの修正パラメータを、掘削工具（１０９）のポジション交換及び／又は取り替えの前決定のために取り入れること
    を特徴とする、請求項１〜９のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。
11. 前記データ処理装置（５０３）は、警告警報発生器（５３３）を有し、前記警告警報発生器（５３３）は、前記掘進計画ユニット（５０６）と接続状態にあり、前記警告警報発生器（５３３）を用い、工具交換予測面（６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０）の間の補間予測に基づく工具交換予測面（６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０）に到達するには掘削工具（１０９）が稼働状態及び／又は摩耗状態に関して耐えられない場合には、警告通知及び／又は警報通知が出力可能であること
    を特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。
12. 前記データ処理装置（５０３）には、需要調整モジュール（５４５）が備えられており、前記需要調整モジュール（５４５）を用い、少なくとも次の工具交換予測面（６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０）に到達したときに取り替えるための新しい掘削工具（１０９）の必要個数が決定可能であること
    を特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。
13. トンネルを掘進するための方法であって、以下のステップを含むこと、即ち、
    − 請求項１〜１２のいずれか一項に記載のトンネル掘削機（１０３）を提供するステップ、
    − 掘進方向で掘り進むべき掘進区間（１１２）について通過すべき地質（１１５）に関する特徴的な地理データを地理データ記憶部（５１２）に記憶するステップ、
    − 地理データと掘削工具データに基づき、トンネル掘削機の掘進パラメータと、掘進方向に位置する工具交換予測面（６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０）の間の掘削工具（１０９）の掘削工具ポジションとを、掘進計画ユニット（５０６）を用い、次のように決定するステップ、即ち、工具交換予測面（６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０）において、現在の掘削工具ポジションではなく他の掘削工具ポジションでのみ次の工具交換予測面（６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０）に機能可能な状態で到達する掘削工具（１０９）のためには、該当する他の掘削工具ポジションへのポジション交換が行われ、どの掘削工具ポジションでももはや次の工具交換予測面（６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０）に機能可能な状態では到達しない掘削工具（１０９）のためには、新しく取り付けるべき掘削工具（１０９）との取り替えが行われるように決定するステップ
    を含むこと
    を特徴とする方法。
14. 前記掘進パラメータと工具交換予測面（６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０）は、ある工具交換予測面（６１５、６１８、６２１、６２４、６２７、６３０）において取り替えるべき掘削工具（１０９）が完全に摩耗されているように選択されること
    を特徴とする、請求項１３に記載の方法。

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