JPH04198588A - シールド機の掘進速度制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野】

この発明は、シールド工法におけるシールド機の掘進速
度制御方法の改良に関する。

【従来の技術】

７−ルトエ法とは、以下に述へるようにして地盤を掘削
する方法である。第５図に示すように、シールド機２３
の先端に設けられると共にカッター２１か取り付けられ
たカッター板２０を、モータ２８によって回転して地盤
を掘削する。そして、スキンプレー１・３］をチャンバ
ー３０と機械室３２とに区切る隔壁２７に取すイ・ｊけ
られたスクリューコンヘア２６によって、掘削された土
砂をトン不ル内に＋ｊ＋出し、１・口台車３３等によっ
てトンネル外に運搬する。こうして地盤を掘削しながら
、スキンプレート３１の機械室３２の中央部内周面に設
けられると共にセクメント２　２＋　２２　＋　　を反
力体とする複数の推進／ヤ，キ２４，２／ｌ，　　の伸
長によって、上記／−ルＩ・１浅２３を前進さゼるので
ある。その際に、推進／ヤノキ２４　、　２　４　、　
　・の伸長速度（すなわら、シール（・機２３の掘進速
度）は速いほうか望ましい。 一方、」上記カッター＋ｆｆ２０にはチャンバー３０内
の掘削土砂を撹拌するための撹拌羽根３６とＪｙワタ−
２１が取り付けられている。したかって、カッター板２
０の回転トルクは、カッター２１によって地盤を掘削す
る際の切削抵抗と撹拌羽根３６かチャンバー３０内の掘
削土砂を撹拌する際の撹拌抵抗とによって生ずる。また
、−１−記回転トルクは推進ントノキ２４，２／］．　
　の伸長に基づく抑圧によるカッター板２０と切羽面と
の摩擦抵抗によっても生ずる。したかって、むやみに推
進ジヤツキ２４、２４，・・の伸長速度を速くしようと
すると、カッター板２０と切羽面との摩擦抵抗か大きく
なる。そして、カッター板２０の回転トルク（以下、単
にカッタートルクと言う）か所定範囲を越えて異常に大
きくなり、カッター板２０の回転速度か遅くなってしま
う。その結果、チャンバー３０内に取り込まれる土砂の
量か少なくなって、スクリ。 ーコンベヤ２６や１−口台車３３等による排上作業か定
常状態にはならす、＃ｌ：上作業の効，ネ（か悪くなる
。 そのため、力，タートルクの許容範囲内で推進ジヤツキ
２４の伸長速度（以下、単に推進シャ、。 キスピートと言う）を最適速度にして、掘進作業の効率
化とＩＪＩ：上作業の安定化のバランスを取る必要かあ
る。

【発明か解決しようとする課題】

−１一連のように、シールド機２３の掘進速度を制御す
る場合には、カッタートルクの許容範囲内て推進ジャッ
キスピートを最適速度に制御することか必要である。そ
こで、上記シールｌ’１２３の掘進速度を以下のように
して制御している。すなわぢ、オペレータは、モータ２
８に取り付けられたトルク計２９からのカッター１−ル
クを表す信号に基づいて制御盤２５のトルクメータに表
示されるカッタートルクの値を絶えず見ながら、例えば
油圧ユニ，　ｌ−　３　４　内のバルブ３７の開度や４
］１圧ポンプ３５の吐出量を経験と勘によって制御する
。こうして、油圧ポンプ３５から推進ジヤツキ２４に供
給される圧油の量を調整して推進／ヤソキスピ−１・を
制御し、シールド機の掘進速度を制御しているのである
。 したかって、シールドＪＸｂｉ＋こお（する／−ルト機
２３の掘進速度の制御には熟練したオペレータが必要で
あり、掘進速度制御の自動化か容易にてきないという問
題かある。 そこで、この発明の目的は、熟練者の経験則から求めた
制御ルールに基づいて、／−ルト機の掘進速度制御を正
確にかつ自動的に行なうことかできるシールド機の掘進
速度制御方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段］ 上記１」的を達成するため、第１の発明は、隔壁によっ
てチャンバーと機械室とに区切られると共にカッターか
取りイτｊ（プられたカッター板か前端に設けられた円
筒形のスキンプレー１・と、」二記機械室における−」
二記スキンプレー１−内周縁に取り（１けられるど共に
上記スキンプレー１・を前進させる打Ｉ進ジャッキを有
するシールド機によって地盤を掘削する際に、上記推進
ジヤツキの伸長速度を制御して」上記シールド機の掘進
速度を制御するシールド機の掘進速度制御方法であって
、上記カツター板の回転トルクを所定時間間隔で測定し
、上記推進ジャッキの伸長速度をｆ１記所定時間間隔で
測定し、」二記カッター板の回転トルクの所定数の測定
値と」二記推進ジヤツキの伸長速度の上記所定数の測定
値とから」上記回転トルクと上記伸長速度との一次回帰
式を求め、上記測定されたカッター板の回転トルクの値
における上記測定された推進ンヤ。 キ伸長速度の値の一次回帰式からの偏差を求め、経験則
に従って、」上記推進／ヤノキの伸長速度の値が所定値
より小さくかつ−に記偏羞の値が負の所定値より小さい
場合には推進ジヤツキの伸長速度の変化量を所定の割合
で増加する一方、−１−記推進シャノキの伸長速度の値
が」−配所定値より大きくかつ上記偏差の値が正の所定
値よりも大きい場合には推進ジヤツキの伸長速度の変化
量を所定の割合で減少することを特徴としている。 また、第２の発明は、」二起筆１の発明のシールド機の
掘進速度制御方法において、上記測定された推進ジヤツ
キの伸長速度と−に記測定されたカッター板の回転トル
クの値における上記測定された推進ジヤツキの伸長速度
の値の−に記−・次回倍大からの偏差とに基づいて推進
ジヤツキの伸長速度の変化量の増減を決定するに際し、
経験則から求めた制御ルールと」二記推進ジャ、キの伸
長速度のメンバーシップ関数、上記偏差のメンバーシッ
プ関数および推進ジヤツキの伸長速度の変化量のメンバ
ーシップ関数とに基づいて、上記推進ジヤツキの伸長速
度の変化量をファジィ推論することを特徴としている。 【実施例］ 以下、この発明を図示の実施例により詳細に説明する。 第１図はこの発明に係る掘進速度制御装置のブロック図
である。この掘進速度制御装置は、推進／ヤノキスピ−
１・検出器２、シール１−機】７のカッター板３を回転
さぜるモータ４に取り付（プられたトルク訓５、このト
ルク訓５からの信号等に基づいてファジィ論理演算を実
行するファジィ制御部８、バルブ制御部９および一次回
帰式算出部１１によって概略構成されている。 −１−記推進ジャッキスピ−１・検出器２は、推進７ヤ
７キ６に油圧ポンプ１２からの圧油を供給するパイプラ
インに介設されたバルブ７の開度を制御するバルブ制御
部９からのバルブ７の開度を表ず信号を推進シャ、キス
ピードＪＳに変換する。また、トルク計５はモータ４の
トルクを計測することによってカッタートルクＴを検出
する。そうすると、−次回倍大算出部１１は、Ａ／Ｄ変
換器１５によってティ／タル値に変換された所定数の力
・ツタ−トルク′Ｆを表す信号と、△／Ｉ）変換器１３
によってディジタル値に変換された」二記所定数の推進
ジャッキスピ−ＦＪＳを表す（３号とに基づいて、後に
詳述するような一次回帰式を算出する。こうして算出さ
れた一次回帰式は一次回帰式格納部１４に格納される。 上記ファジィ制御部８は、△／ｌ）変換器１５によって
ティンタル値に変換されたトルク計５からの検出値や一
次回帰式格納部１４に格納された一次回帰式に基づいて
、後に詳述するごとく推進ジャッキスピ−１’Ｊｓの変
化量△ＪＳを推論する。そして、推進ジャ、キロの伸長
速度を最適速度に制御するためのデイ／タル制御信号を
出力する。そうすると、バルブ制御部９は、ファジィ制
御部８から出力されたディジタル制御信号をＤ／Ａ変換
器１６によって変換して得られたアナログ制御信号に基
づいて、バルブ７の開度をｊｌ、１＋１＋１　Ｌ推進ジ
ャッキスピートＪＳを最適に制御する。 次に、上記ファシイ制御部８によって推進／ヤノキスピ
−ＩＩｓの変化量△ＪＳを推論する際に用いられる制御
ルールと、その制御ルールに基つくファ／イ推論の方法
について詳細に述へる。 第１図において、カッター板３を回転さぜるモータ４に
設けられたトルク計５によってカッタートルクゴを検出
する。上述のように、検出されるノノソタートルクゴは
、カッター１８によって地盤を掘削する際の切削抵抗と
撹拌羽根１９がチャンバー１０内の掘削土砂を撹拌する
際の撹拌抵抗とカンタ−板３か切羽面を押圧する際の摩
擦抵抗とによって生ずる。したかって、掘削中における
上記カツタートルクＴの最適値は、その際の推進ジャッ
キスピートと密接な関係にある。 そこで、地盤を掘削している最中において、検出された
最新の所定数のカッタートルクＴの検出値と推進ジヤツ
キスピードＪＳの検出値とに基づいて、−次回倍大算出
部１１によって一次回帰式を求めておく。そうすれば、
その−・次回帰式に現在のカッタートルクＴの値を代入
することによって、現在の最適推進ジヤツキスピードＪ
Ｓａを求めることかできるのである。 ずなわら、現在のカッタートルク′■゛の値を用いて」
二部−次回帰式に基づいて求められる推進シャツキスビ
ー１・ＪＳの値ＪＳａを現在の推進ツヤツキスピードＪ
Ｓの値がら差し引いた値は、現在のノＪツタートルク′
Ｆにおいて推進ジャッキスピードＪＳを増加させること
かできる度合いを表す値であると言える。つまり、現在
の推進ジャッキスビ−１・ＪＳの値の現在のカッタート
ルク′■゛における上記−次回帰式からの偏差Ｒ５，２
の値が負の大きな値である場合には、推進ジャッキスピ
ードＪＳを増加することが可能である。一方、上記偏差
Ｒ８ｏか正の大きな値である場合には、推進ソヤノキス
ピ−１・ＪＳを減少しなければならないのである。 このことから、本実施例においては、推進／ヤノキスピ
ートＪＳとこの推進シャツキスピートＪＳの上記−次回
帰式からの偏差Ｒ５ｃに基づいて、推進ンヤ、キスピー
ドＪＳを最適になるように制御して、掘進作業の効率化
とυ１土作業の安定化を図るのである。 そこで、熟練者の経験則から求めた以下のような制御ル
ールによって、推進シャツキスピー１”ＪＳの変化量△
ＪＳを推論する。 キスピートＪＳか状！Ｂ　１３　Ｇあるいは状態ＭＤあ
るいは状態ＳＭとなる度合いを表すメンバーノツプ関数
を第２図に示す。また、」―紀偏差Ｒ６゜か状態Ｐ　Ｂ
あるいは状態Ｚ○あるいは状態ＮＢとなる度合いを表す
メンバーンノブ関数を第３図に示す。 さらに、変化量△ＪＳか状態Ｐ　Ｓあるいは状態ＺＯあ
るいは状態ＮＳとなる度合いを表すメンバーノツプ関数
は、７ングルトンタイプとして次にように定義する。 （−５ｍｍ／ｍ１ｎ） ＝１３− 本実施例における推論の形式としては所謂直接法を用い
た。ずなわら、検出された推進／ヤノキスピ−１”　Ｊ
　Ｓの値およびこの推進／ヤソキスピードＪＳの値の」
二部−次回帰式からの偏差Ｒ９，、の値に基づいて、」
二部制御ルール（］）〜（６）を用いて、推進シャツキ
スピー１・ＪＳのメンバー７ノブ関数と偏差Ｒｌｉｅの
メンバーンノブ関数から求めた上記制御ルールの前件部
の命題の適合度に応して後件部の命題（変化量△ＪＳが
状態ＰＳあるいは状！ルＺＯあるいは状態ＮＳとなる）
の適合度を推論する。 つまり、」二部制御ルール（１）〜（６）と」二部各メ
ンバーシップ関数とを用いてファンイ論理演算を行い、
推進ジャッキスピートＪＳの変化量ΔＪＳの演算を行な
うのである。 第４図に上記ファンイ制御部８および一次回帰式算出部
１］によって実施されるファンイ推論のフローチャート
を示す。以下、第４図に従って、推進ジャ、キスビーＦ
ＪＳの変化量△ＪＳの値ＵＪＳの算出方法について詳述
する。ここで、制御ルール（１）〜（６）の前件部にお
いて推進ジャソキスピ−１・ＪＳの取り得る状態（１３
Ｇ　、　Ｍ　ＤあるいはＳＭ）をΔ１とし、偏差Ｒ８ｏ
の取り得る状ｆｇ（ＰＢ、ＺＯあるいはＮＢ）を１３ｉ
とする。また、その際に後件部において変化ｊｔ　１＼
ＪＳの取り得る状態（ＰＳ、ＺＯあるいはＮＳ）をＣ１
とする。但し１は前件部の命題か成立する制御ルールの
番号である。 ステ、プＳ１で、」二部トルク計５によってカッタｉ・
ルクＴか所定時間間隔て計測され、上記推進／ヤノキス
ピート検出器２によって推進ジャッキスピ−１”ＪＳか
上記所定時間間隔て計測される。 ステップＳ２で、計測されたカッタトルクゴの値と推進
／ヤソキスピートＪＳの値とが、−次回倍大算出部１１
の内部メモリに格納される。 ステップＳ３て、」二部−次回帰式格納部１４に格納さ
れたカッタトルク１゛と推進シャツキスピー１・ＪＳと
の最新の一次回帰式を表すテークか読み出される。 ステ、プＳ４で、上記−・次回倍大を表すテークに基つ
くノＪツタトルク′Ｉ゛と推進／ヤ、キスピートＪＳと
の最新の一次回帰式から、−二記ステップＳ１において
計測されたツノツタ−］−トルク以下、現在のカッター
トルクと言う）Ｔのときの推進ジヤツキスピードＪＳの
値（すなわち、現在の最適推進ジヤツキスピードＪＳａ
）が求められる。そして、上記ステップＳ１において計
測された推進ツヤ・ツキスピード（以下、現在の推進／
ヤノキスピ−１・と言う）Ｓの上記最適推進ジャ、キス
ピーＦＪＳａからの偏差Ｒｓｃの値が算出される。 ステップＳ５で、上記制御ルー　ル（］　）〜（６）の
前件部における各命題の適合度ｈＡ　ｉ（Ｊ　Ｓ　）、
　ｈＢ　ｉ（Ｒ，、）か求められる。 但し、ｈＡｉ（ＪＳ） 、検出された推進ジャッキスピードＪＳの値に対する状
態△ｌにおけるメンバ −／ノブ関数の値 ｈ　Ｂ　ｉ（Ｒｓｊ 算出された偏差Ｒ，の値に対する状態 Ｂｉにおけるメンバー／ノブ関数の値 ステップＳ６て、上記制御ルール（１）〜（６）の前件
部の適合度ω１か次式によって算出される。 ωｉ＝ｍｉｎ（ｈＡｉ（Ｊ　Ｓ）、ｈＢｉ（Ｒ，ｃ］こ
れは、ＪＳ＝ＡｉかつＲ、ｃ＝　Ｂ　ｉなる命題の適合
度は、ＪＳ＝Ａｉなる命題の適合度とＲ、ｃ＝：：　Ｂ
　ｉなる命題の適合度のうちの小さい方の適合度とする
ことを表す。 ステップＳ７で、上記ステップＳ６において算出された
前件部の適合度ω１に基づいて、上記制御ルール（１）
〜（６）のうち前件部の命題が成立する制御ルールにお
ける後件部の適合度＊ｂＣ１（△ＪＳ）か次式によって
算出される。 ＊ｈＣｉ（／＼ＪＳ）＝ａ月・ｈＣｉ（△ＪＳ）但し、
ｈＣｉ（△ＪＳ） ：変化量△ＪＳの状態Ｃ１におけるメ ンバー７ノブ関数の値 ステップＳ８で、上記ステップＳ７において算出された
ａ個の後件部の適合度＊Ｉ＋Ｃｉ（△ＪＳ）に基づいて
、推進ジャッキスピードＪＳの　（ＬｆｆｌΔＪＳの値
Ｕ　ＪＳか次式によって算出される。 Ｕ、、、＝（Σ＊ｈＣｉ（△ＪＳ）］／ａｉ＝１ ステップＳ９で、上記ステップＳ８において算出された
推進シャツキスピー１・ＪＳの変化量△ＪＳの値ＵＪＳ
を表すティンタル制御信号か、」二連のように１）／Ａ
変換器１６に出力される。 ステップＳ］、０て、上記−次回倍大算出部１１の上記
内部メモリに格納された現在のカッターＩ・ルク］゛の
値および現在の推進ツヤツキスピードＳの値を含む最新
の」二記所定数のツノツタ−トルク′「の値と推進シャ
ツキスピーＦＳの値とに基づいて、ノＪワタートルク′
Ｆと推進ンヤ、キスピー１”　Ｓとの一次回帰式か新た
に算出される。 ステップＳｏｌで、上記ステップＳｈｏにおいて算出さ
れた一次回帰式を表すテークによって、上記−次回倍大
格納部１４の内容か更新される。 ステップＳ１２で、ファジィ推論を終了するか否かかが
判別される。そして、終了の指示かなければステップＳ
］に戻り、終了の指示かあればファジィ推論を終了する
。 こうして、」二記モータ４に取り付けられたトルク計５
からのカッタトルクＴを表ず信号と推進ジヤツキスピー
ド検出器２からの推進ジャッキスピーＦ　、１　Ｓを表
す信号に２ｉ（−）＜推進ジャッキスピーＩＪＳの変化
量△、Ｉ　Ｓの（ｊｌｌＪＵ　ｊｓに基づいて、バルブ
制御部９によってバルブ７の開度が自動的に制御される
のである。 このように、本実施例においては、推進ジヤツキＯの伸
長速度制御に関する熟練者の経験則から求めた制御ルー
ルと上記推進シャツキスピー１”ＪＳ、偏差Ｒ，，，お
よび推進シャ、キスピー１’Ｊｓの変化量△、Ｉ　Ｓの
メンバーシップ関数とに基づいて、推進ジャッキスピ−
１・ＪＳの変化量△ＪＳをファジィ推論する。そして、
推論された推進シャツキスピー１’Ｊｓの変化量△、丁
Ｓの値Ｕ。５に基づいてバルブ制御部９でバルブ７の開
度を制御し、推進ジャッキ６の伸長速度を制御するよう
にしている。 したかって、本実施例によれば、熟練オペレータの経験
と勘によらなくどもノールト機１７の掘進速度を最適な
速度に保つことができ、掘進作業の効率化とＪＪＩニー
＋−作業の安定化を実施できる。 上記実施例においては、ファンイ制御部８からの制御信
号に基づいてバルブ７の開度を制御するようにしている
。しかしながら、この発明はこれに限定されるものでは
なく、例えば状況に応して油圧ポンプ１２の吐出量また
はバルブ７のいずれか一方を制御するようにしてもよい
。 この発明における推進ジャッキスピードの変化量に係る
ファジィ推論のアルコリズムは、上記実施例におけるア
ルコリズムに限定されるものではない。 この発明に係るノールド機の構造は第１図および第５図
に示す構造に限定されるものではない。 」二記実施例においては、推進ジャッキスピ−１・ＪＳ
の変化量△ＪＳをファンイ制御部８によるファジィ推論
によって求めているか、この発明はこれに限定されるも
のではない。例えば、単に制御部の制御によって、−１
−記推進ジャッキスピート、ｌｓの値が所定値より小さ
くかつ上記偏差Ｒｓｃの値が負の所定値より小さい場合
には推進ジヤツキスピードＪＳの変化量△、Ｉ　Ｓを所
定の割合で増加する。 一方、上記推進ジヤツキスピードＪＳの値が１−配所定
値より大きくかつ」二記偏差Ｒｓゆの値が正の所定値よ
りも大きい場合には推進ジャッキスピードＪＳの変化量
△ＪＳを所定の割合て減少するようにしても差し支えな
い。 【発明の効果］ 以上より明らかなように、第１の発明のシールド機の掘
進速度制御方法は、推進ジヤツキの伸長速度およびこの
伸長速度の上記−・次回倍大からの偏差を求め、経験則
に従って、上記推進ジヤツキの伸長速度の値が所定値よ
り小さくかっ」二記偏差の値が負の所定値より小さい場
合には推進ジャッキの伸長速度の変化量を所定の割合で
増加する。 一方、上記推進ジャ、キの伸長速度の値が」−配所定値
より大きくかつ上記偏差の値が正の所定値よりも大きい
場合には推進ジヤツキの伸長速度の変化量を所定の割合
で減少するようにしたので、熟練者の経験則から求めた
制御ルールに基づいて、推進／ヤソキの伸長速度制御を
正確にかつ自動的に行なうことかできる。 また、第２の発明においては、」二起筆１の発明におい
て推進ツヤツキの伸長速度の変化量を求めるに際し、経
験則から求めた制御ルールと上記１１ｆ進ジヤツキの伸
長速度、偏差および推進ジャッキの伸長速度の変化量の
メンバーシップ関数とに基づいて、推進ジャッキの伸長
速度の変化量をファ／イｉｆｆ論するようにしたので、
熟練者の経験則から求めた制御ルールに基づいて、ノー
ルｊ−機の掘進速度制御を正確にしかもきめ細かくか一
つ自動的に行なうことかできる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る掘進速度制御装置における一実
施例のブロック図、第２図は１［１進ジャッキスピード
ＪＳのメンバーン７プ関数の−・例を示す図、第３図は
偏差Ｒ，ｃのメンバー７ノブ関数の一例を示す図、第４
図はファジィ推論のフローチャー１・、第５図はシール
ドエ法の説明図である。 １・・隔壁、 ２・推進シャツキスピー１・検出器、 ３・カッター板、　　　　４　・モータ、５・・トルク
計、　　　　　６　推論／ヤノキ、７　バルブ、　　　
　　８　ファンイ制御部、９　ハルツ制御部、 １１−次回倍大算出部、 １４・−次回倍大格納部、 ］７　シールド機、　　１９　撹拌羽根。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）隔壁によってチャンバーと機械室とに区切られる
   と共にカッターが取り付けられたカッター板が前端に設
   けられた円筒形のスキンプレートと、上記機械室におけ
   る上記スキンプレート内周縁に取り付けられると共に上
   記スキンプレートを前進させる推進ジャッキを有するシ
   ールド機によって地盤を掘削する際に、上記推進ジャッ
   キの伸長速度を制御して上記シールド機の掘進速度を制
   御するシールド機の掘進速度制御方法であって、上記カ
   ッター板の回転トルクを所定時間間隔で測定し、 上記推進ジャッキの伸長速度を上記所定時間間隔で測定
   し、 上記カッター板の回転トルクの所定数の測定値と上記推
   進ジャッキの伸長速度の上記所定数の測定値とから上記
   回転トルクと上記伸長速度との一次回帰式を求め、 上記測定されたカッター板の回転トルクの値における上
   記測定された推進ジャッキの伸長速度の値の一次回帰式
   からの偏差を求め、 経験則に従って、上記推進ジャッキの伸長速度の値が所
   定値より小さくかつ上記偏差の値が負の所定値より小さ
   い場合には推進ジャッキの伸長速度の変化量を所定の割
   合で増加する一方、 上記推進ジャッキの伸長速度の値が上記所定値より大き
   くかつ上記偏差の値が正の所定値よりも大きい場合には
   推進ジャッキの伸長速度の変化量を所定の割合で減少す
   ることを特徴とするシールド機の掘進速度制御方法。
2. （２）請求項１に記載のシールド機の掘進速度制御方法
   において、上記測定された推進ジャッキの伸長速度と上
   記測定されたカッター板の回転トルクの値における上記
   測定された推進ジャッキの伸長速度の値の上記一次回帰
   式からの偏差とに基づいて推進ジャッキの伸長速度の変
   化量の増減を決定するに際し、 経験則から求めた制御ルールと上記推進ジャッキの伸長
   速度のメンバーシップ関数、上記偏差のメンバーシップ
   関数および推進ジャッキの伸長速度の変化量のメンバー
   シップ関数とに基づいて、上記推進ジャッキの伸長速度
   の変化量をファジィ推論することを特徴とするシールド
   機の掘進速度制御方法。