JPH0988481A - トンネル掘削機 - Google Patents
トンネル掘削機Info
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- JPH0988481A JPH0988481A JP24717095A JP24717095A JPH0988481A JP H0988481 A JPH0988481 A JP H0988481A JP 24717095 A JP24717095 A JP 24717095A JP 24717095 A JP24717095 A JP 24717095A JP H0988481 A JPH0988481 A JP H0988481A
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- Japan
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- cutter head
- thrust
- tunnel
- gripper
- link mechanism
- Prior art date
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- Excavating Of Shafts Or Tunnels (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 トンネル掘削機において、トンネル掘削時の
十分な掘進力を確保すると共に掘削反力を確実に受け止
め可能とする。 【解決手段】 前胴11と後胴12との間に架設された
パラレルリンク機構20のスラストジャッキ17の推力
を圧力検出器22a,22bに基づいて検出すると共
に、前胴11に装着されたカッタヘッド13の位置及び
姿勢をストローク検出器21に基づいて検出し、スラス
トジャッキ17の推力検出値とカッタヘッド13の位置
姿勢検出値に基づいてパラレルリンク機構20のラジア
ル方向発生力の力ベクトルを演算し、この力ベクトルが
予め設定された所定値以下となるように既設のトンネル
内壁面に圧接して前胴11を位置保持する前部グリッパ
15を駆動制御する。
十分な掘進力を確保すると共に掘削反力を確実に受け止
め可能とする。 【解決手段】 前胴11と後胴12との間に架設された
パラレルリンク機構20のスラストジャッキ17の推力
を圧力検出器22a,22bに基づいて検出すると共
に、前胴11に装着されたカッタヘッド13の位置及び
姿勢をストローク検出器21に基づいて検出し、スラス
トジャッキ17の推力検出値とカッタヘッド13の位置
姿勢検出値に基づいてパラレルリンク機構20のラジア
ル方向発生力の力ベクトルを演算し、この力ベクトルが
予め設定された所定値以下となるように既設のトンネル
内壁面に圧接して前胴11を位置保持する前部グリッパ
15を駆動制御する。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、トンネル掘削機、
特に、岩盤などを掘削してトンネルを構築するするトン
ネルボーリングマシンに装着されて前胴を位置保持する
前部グリッパの駆動制御装置、並びに、この前部グリッ
パの駆動制御装置が装着されたトンネル掘削機及びトン
ネル掘削方法に関する。
特に、岩盤などを掘削してトンネルを構築するするトン
ネルボーリングマシンに装着されて前胴を位置保持する
前部グリッパの駆動制御装置、並びに、この前部グリッ
パの駆動制御装置が装着されたトンネル掘削機及びトン
ネル掘削方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図6に従来のトンネルボーリングマシン
の概略を示す。トンネルボーリングマシン(TBM)
は、図6に示すように、掘削機本体は互いに摺動自在に
連結された筒状をなす前胴11及び後胴12から構成さ
れている。そして、前胴11の前部には駆動回転自在な
カッタヘッド13が装着され、このカッタヘッド13に
は前面に岩盤を掘削するカッタビット14が多数取付け
られている。また、前胴11には掘削形成したトンネル
の内壁面に圧接してこの前胴11を位置保持する複数の
フロントグリッパ15が装着されている。一方、後胴1
2には掘削形成したトンネルの内壁面に圧接してこの後
胴12を位置保持する複数のリヤグリッパ16が装着さ
れている。そして、前胴11と後胴12との間には6本
以上のスラストジャッキ17がトラス状に架設され、各
端部が自在軸受18,19によって連結されてなるパラ
レルリンク機構20が設けられている。
の概略を示す。トンネルボーリングマシン(TBM)
は、図6に示すように、掘削機本体は互いに摺動自在に
連結された筒状をなす前胴11及び後胴12から構成さ
れている。そして、前胴11の前部には駆動回転自在な
カッタヘッド13が装着され、このカッタヘッド13に
は前面に岩盤を掘削するカッタビット14が多数取付け
られている。また、前胴11には掘削形成したトンネル
の内壁面に圧接してこの前胴11を位置保持する複数の
フロントグリッパ15が装着されている。一方、後胴1
2には掘削形成したトンネルの内壁面に圧接してこの後
胴12を位置保持する複数のリヤグリッパ16が装着さ
れている。そして、前胴11と後胴12との間には6本
以上のスラストジャッキ17がトラス状に架設され、各
端部が自在軸受18,19によって連結されてなるパラ
レルリンク機構20が設けられている。
【0003】従って、リヤグリッパ16によって後胴1
2を位置保持する一方、フロントグリッパ15によって
前胴11の位置保持を解除した状態で、カッタヘッド1
3を回転駆動しながらパラレルリンク機構20の複数の
スラストジャッキ17を伸長させると、多数のカッタビ
ット14が前方の岩盤を掘削ながら前胴11が前進す
る。そして、各スラストジャッキ17が全ストローク伸
長すると、フロントグリッパ15によって前胴11を位
置保持する一方、リヤグリッパ16によって後胴12の
位置保持を解除する。この状態で、複数のスラストジャ
ッキ17を収縮させると、前胴11に対して後胴12が
引き寄せられて前進する。その後、前述したように、リ
ヤグリッパ16によって後胴12を位置保持する一方、
フロントグリッパ15によって前胴11の位置保持を解
除し、カッタヘッド13を回転駆動しながら複数のスラ
ストジャッキ17を伸長させることで、多数のカッタビ
ット14によって岩盤を掘削して前進する。この繰り返
しによって所定長さのトンネルを構築していく。
2を位置保持する一方、フロントグリッパ15によって
前胴11の位置保持を解除した状態で、カッタヘッド1
3を回転駆動しながらパラレルリンク機構20の複数の
スラストジャッキ17を伸長させると、多数のカッタビ
ット14が前方の岩盤を掘削ながら前胴11が前進す
る。そして、各スラストジャッキ17が全ストローク伸
長すると、フロントグリッパ15によって前胴11を位
置保持する一方、リヤグリッパ16によって後胴12の
位置保持を解除する。この状態で、複数のスラストジャ
ッキ17を収縮させると、前胴11に対して後胴12が
引き寄せられて前進する。その後、前述したように、リ
ヤグリッパ16によって後胴12を位置保持する一方、
フロントグリッパ15によって前胴11の位置保持を解
除し、カッタヘッド13を回転駆動しながら複数のスラ
ストジャッキ17を伸長させることで、多数のカッタビ
ット14によって岩盤を掘削して前進する。この繰り返
しによって所定長さのトンネルを構築していく。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上述した従来のTBM
によって岩盤を掘削してトンネルを形成していく場合、
フロントグリッパ15を前胴11内に収納してこの前胴
11の位置保持を解除した状態で、カッタヘッド13を
回転駆動しながらスラストジャッキ17を伸長して前胴
11を前進させることで、前方の岩盤を掘削する。とこ
ろが、このとき、自重による前胴11の前下がりを防止
するため、複数のフロントグリッパ15のうち前胴11
の下側に位置するものだけは突出させてトンネル内壁面
に接地させることがある。
によって岩盤を掘削してトンネルを形成していく場合、
フロントグリッパ15を前胴11内に収納してこの前胴
11の位置保持を解除した状態で、カッタヘッド13を
回転駆動しながらスラストジャッキ17を伸長して前胴
11を前進させることで、前方の岩盤を掘削する。とこ
ろが、このとき、自重による前胴11の前下がりを防止
するため、複数のフロントグリッパ15のうち前胴11
の下側に位置するものだけは突出させてトンネル内壁面
に接地させることがある。
【0005】また、掘削機本体の推進及び操向手段にパ
ラレルリンク機構20を適用すると、このパラレルリン
ク機構20自体が掘進力を出しながら、同時に、カッタ
ヘッド13の掘削反力を受けることとなり、パラレルリ
ンク機構20にはスラスト荷重ばかりでなく、ラジアル
荷重も作用することとなる。しかし、パラレルリンク機
構20はスラスト荷重は十分に受けることができるもの
の、ラジアル荷重に対しては十分でなく、掘削機本体の
曲進時に必要とされる大きなラジアル荷重に対応すると
共に、所定の掘進精度を確保するためには、スラストジ
ャッキ17を大型化しなければならず、装置が大型化し
てしまうと共にコスト高となってしまうという問題があ
った。
ラレルリンク機構20を適用すると、このパラレルリン
ク機構20自体が掘進力を出しながら、同時に、カッタ
ヘッド13の掘削反力を受けることとなり、パラレルリ
ンク機構20にはスラスト荷重ばかりでなく、ラジアル
荷重も作用することとなる。しかし、パラレルリンク機
構20はスラスト荷重は十分に受けることができるもの
の、ラジアル荷重に対しては十分でなく、掘削機本体の
曲進時に必要とされる大きなラジアル荷重に対応すると
共に、所定の掘進精度を確保するためには、スラストジ
ャッキ17を大型化しなければならず、装置が大型化し
てしまうと共にコスト高となってしまうという問題があ
った。
【0006】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、掘削機によるトンネル掘削時の十分な掘進力を
確保すると共に掘削反力を確実に受け止めることのでき
るスラスト力及びラジアル力を出力することのできる前
部グリッパの駆動制御装置及びトンネル掘削機、トンネ
ル掘削方法を提供することを目的とする。
あって、掘削機によるトンネル掘削時の十分な掘進力を
確保すると共に掘削反力を確実に受け止めることのでき
るスラスト力及びラジアル力を出力することのできる前
部グリッパの駆動制御装置及びトンネル掘削機、トンネ
ル掘削方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明の前部グリッパの駆動制御装置は、掘削機本
体が筒状をなす前後一対の胴から構成されると共に該前
胴と後胴とが少なくとも6本のスラストジャッキがトラ
ス状に架設されてなるパラレルリンク機構によって連結
され、該前胴に駆動回転自在なカッタヘッドと共に装着
された既設のトンネル内壁面に圧接して該前胴を位置保
持する一対の前部グリッパを駆動制御する前部グリッパ
駆動制御装置において、前記各スラストジャッキの推力
を検出する推力検出手段と前記カッタヘッドの位置及び
姿勢を検出するカッタヘッド位置姿勢検出手段とを設
け、前記推力検出手段によって検出された各スラストジ
ャッキの推力検出値とカッタヘッド位置姿勢検出手段に
よって検出されたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づい
て前記パラレルリンク機構のラジアル方向発生力の力ベ
クトルを演算して該力ベクトルが予め設定された所定値
以下となるように前記前部グリッパを駆動制御すること
を特徴とするものである。
めの本発明の前部グリッパの駆動制御装置は、掘削機本
体が筒状をなす前後一対の胴から構成されると共に該前
胴と後胴とが少なくとも6本のスラストジャッキがトラ
ス状に架設されてなるパラレルリンク機構によって連結
され、該前胴に駆動回転自在なカッタヘッドと共に装着
された既設のトンネル内壁面に圧接して該前胴を位置保
持する一対の前部グリッパを駆動制御する前部グリッパ
駆動制御装置において、前記各スラストジャッキの推力
を検出する推力検出手段と前記カッタヘッドの位置及び
姿勢を検出するカッタヘッド位置姿勢検出手段とを設
け、前記推力検出手段によって検出された各スラストジ
ャッキの推力検出値とカッタヘッド位置姿勢検出手段に
よって検出されたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づい
て前記パラレルリンク機構のラジアル方向発生力の力ベ
クトルを演算して該力ベクトルが予め設定された所定値
以下となるように前記前部グリッパを駆動制御すること
を特徴とするものである。
【0008】従って、トンネル掘削時に、前胴のカッタ
ヘッドが駆動回転しながら、パラレルリンク機構を作動
することで各スラストジャッキを伸長すると、後胴に対
して前胴が前進し、前方の岩盤を掘削する。このとき、
推力検出手段が各スラストジャッキの推力を検出すると
共にカッタヘッド位置姿勢検出手段がカッタヘッドの位
置及び姿勢を検出し、検出された各スラストジャッキの
推力検出値とカッタヘッド位置姿勢検出値に基づいてパ
ラレルリンク機構のラジアル方向発生力の力ベクトルを
演算してこの力ベクトルが予め設定された所定値以下と
なるように前部グリッパを駆動制御すると、この一対の
前部グリッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力に
よってパラレルリンク機構のラジアル方向に作用する力
が助勢される。
ヘッドが駆動回転しながら、パラレルリンク機構を作動
することで各スラストジャッキを伸長すると、後胴に対
して前胴が前進し、前方の岩盤を掘削する。このとき、
推力検出手段が各スラストジャッキの推力を検出すると
共にカッタヘッド位置姿勢検出手段がカッタヘッドの位
置及び姿勢を検出し、検出された各スラストジャッキの
推力検出値とカッタヘッド位置姿勢検出値に基づいてパ
ラレルリンク機構のラジアル方向発生力の力ベクトルを
演算してこの力ベクトルが予め設定された所定値以下と
なるように前部グリッパを駆動制御すると、この一対の
前部グリッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力に
よってパラレルリンク機構のラジアル方向に作用する力
が助勢される。
【0009】また、本発明の前部グリッパの駆動制御装
置は、掘削機本体が筒状をなす前後一対の胴から構成さ
れると共に該前胴と後胴とが少なくとも6本のスラスト
ジャッキがトラス状に架設されてなるパラレルリンク機
構によって連結され、該前胴に駆動回転自在なカッタヘ
ッドと共に装着された既設のトンネル内壁面に圧接して
該前胴を位置保持する一対の前部グリッパを駆動制御す
る前部グリッパ駆動制御装置において、前記カッタヘッ
ドの位置及び姿勢を検出するカッタヘッド位置姿勢検出
手段を設け、該カッタヘッド位置姿勢検出手段によって
検出されたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づいて前記
パラレルリンク機構のラジアル方向の位置偏差ベクトル
を演算して該位置偏差ベクトルが予め設定された所定値
以下となるように前記前部グリッパを駆動制御すること
を特徴とするものである。
置は、掘削機本体が筒状をなす前後一対の胴から構成さ
れると共に該前胴と後胴とが少なくとも6本のスラスト
ジャッキがトラス状に架設されてなるパラレルリンク機
構によって連結され、該前胴に駆動回転自在なカッタヘ
ッドと共に装着された既設のトンネル内壁面に圧接して
該前胴を位置保持する一対の前部グリッパを駆動制御す
る前部グリッパ駆動制御装置において、前記カッタヘッ
ドの位置及び姿勢を検出するカッタヘッド位置姿勢検出
手段を設け、該カッタヘッド位置姿勢検出手段によって
検出されたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づいて前記
パラレルリンク機構のラジアル方向の位置偏差ベクトル
を演算して該位置偏差ベクトルが予め設定された所定値
以下となるように前記前部グリッパを駆動制御すること
を特徴とするものである。
【0010】従って、トンネル掘削時に、前胴のカッタ
ヘッドが駆動回転しながら、パラレルリンク機構を作動
することで各スラストジャッキを伸長すると、後胴に対
して前胴が前進し、前方の岩盤を掘削する。このとき、
カッタヘッド位置姿勢検出手段がカッタヘッドの位置及
び姿勢を検出し、検出されたカッタヘッド位置姿勢検出
値に基づいてパラレルリンク機構のラジアル方向の位置
偏差ベクトルを演算してこの位置偏差ベクトルが予め設
定された所定値以下となるように前部グリッパを駆動制
御すると、この一対の前部グリッパがトンネル内壁面に
圧接するラジアル力によってパラレルリンク機構のラジ
アル方向に作用する力が助勢される。
ヘッドが駆動回転しながら、パラレルリンク機構を作動
することで各スラストジャッキを伸長すると、後胴に対
して前胴が前進し、前方の岩盤を掘削する。このとき、
カッタヘッド位置姿勢検出手段がカッタヘッドの位置及
び姿勢を検出し、検出されたカッタヘッド位置姿勢検出
値に基づいてパラレルリンク機構のラジアル方向の位置
偏差ベクトルを演算してこの位置偏差ベクトルが予め設
定された所定値以下となるように前部グリッパを駆動制
御すると、この一対の前部グリッパがトンネル内壁面に
圧接するラジアル力によってパラレルリンク機構のラジ
アル方向に作用する力が助勢される。
【0011】また、本発明のトンネル掘削機は、筒状を
なす前後一対の胴からなる掘削機本体と、該掘削機本体
の前胴に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドと、前
記掘削機本体の前胴に装着されて掘削したトンネルの内
壁面に圧接自在な一対の前部グリッパと、該一対の前部
グリッパをトンネル内壁面に圧接して前記前胴を位置保
持する前部グリッパ駆動手段と、前記掘削機本体の後胴
に装着されて掘削したトンネルの内壁面に圧接自在な一
対の後部グリッパと、該一対の後部グリッパをトンネル
内壁面に圧接して前記後胴を位置保持する後部グリッパ
駆動手段と、前記掘削機本体の前胴と後胴との間に少な
くとも6本のスラストジャッキがトラス状に架設されて
なるパラレルリンク機構と、前記各スラストジャッキの
推力を検出する推力検出手段と、前記カッタヘッドの位
置及び姿勢を検出するカッタヘッド位置姿勢検出手段
と、前記推力検出手段によって検出された各スラストジ
ャッキの推力検出値とカッタヘッド位置姿勢検出手段に
よって検出されたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づい
て前記パラレルリンク機構のラジアル方向発生力の力ベ
クトルを演算して該力ベクトルが予め設定された所定値
以下となるように前記前部グリッパ駆動手段を制御する
前部グリッパ制御手段とを具えたことを特徴とするもの
である。
なす前後一対の胴からなる掘削機本体と、該掘削機本体
の前胴に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドと、前
記掘削機本体の前胴に装着されて掘削したトンネルの内
壁面に圧接自在な一対の前部グリッパと、該一対の前部
グリッパをトンネル内壁面に圧接して前記前胴を位置保
持する前部グリッパ駆動手段と、前記掘削機本体の後胴
に装着されて掘削したトンネルの内壁面に圧接自在な一
対の後部グリッパと、該一対の後部グリッパをトンネル
内壁面に圧接して前記後胴を位置保持する後部グリッパ
駆動手段と、前記掘削機本体の前胴と後胴との間に少な
くとも6本のスラストジャッキがトラス状に架設されて
なるパラレルリンク機構と、前記各スラストジャッキの
推力を検出する推力検出手段と、前記カッタヘッドの位
置及び姿勢を検出するカッタヘッド位置姿勢検出手段
と、前記推力検出手段によって検出された各スラストジ
ャッキの推力検出値とカッタヘッド位置姿勢検出手段に
よって検出されたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づい
て前記パラレルリンク機構のラジアル方向発生力の力ベ
クトルを演算して該力ベクトルが予め設定された所定値
以下となるように前記前部グリッパ駆動手段を制御する
前部グリッパ制御手段とを具えたことを特徴とするもの
である。
【0012】従って、前部グリッパ駆動手段によって前
部グリッパをトンネル内壁面にから離間させた解除状態
とする一方、後部グリッパ駆動手段によって後部グリッ
パをトンネル内壁面に圧接して後胴を位置保持した状態
で、掘削機本体の前胴に装着されたカッタヘッドを駆動
回転しながら、パラレルリンク機構の各スラストジャッ
キを伸長すると、前胴が前進してカッタヘッドが前方の
岩盤を掘削する。このとき、推力検出手段が各スラスト
ジャッキの推力を検出すると共にカッタヘッド位置姿勢
検出手段がカッタヘッドの位置及び姿勢を検出し、検出
された各スラストジャッキの推力検出値とカッタヘッド
位置姿勢検出値に基づいてパラレルリンク機構のラジア
ル方向発生力の力ベクトルを演算して該力ベクトルが予
め設定された所定値以下となるように前部グリッパを駆
動制御すると、この一対の前部グリッパがトンネル内壁
面に圧接するラジアル力によってパラレルリンク機構の
ラジアル方向に作用する力が助勢される。
部グリッパをトンネル内壁面にから離間させた解除状態
とする一方、後部グリッパ駆動手段によって後部グリッ
パをトンネル内壁面に圧接して後胴を位置保持した状態
で、掘削機本体の前胴に装着されたカッタヘッドを駆動
回転しながら、パラレルリンク機構の各スラストジャッ
キを伸長すると、前胴が前進してカッタヘッドが前方の
岩盤を掘削する。このとき、推力検出手段が各スラスト
ジャッキの推力を検出すると共にカッタヘッド位置姿勢
検出手段がカッタヘッドの位置及び姿勢を検出し、検出
された各スラストジャッキの推力検出値とカッタヘッド
位置姿勢検出値に基づいてパラレルリンク機構のラジア
ル方向発生力の力ベクトルを演算して該力ベクトルが予
め設定された所定値以下となるように前部グリッパを駆
動制御すると、この一対の前部グリッパがトンネル内壁
面に圧接するラジアル力によってパラレルリンク機構の
ラジアル方向に作用する力が助勢される。
【0013】また、本発明のトンネル掘削機は、筒状を
なす前後一対の胴からなる掘削機本体と、該掘削機本体
の前胴に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドと、前
記掘削機本体の前胴に装着されて掘削したトンネルの内
壁面に圧接自在な一対の前部グリッパと、該一対の前部
グリッパをトンネル内壁面に圧接して前記前胴を位置保
持する前部グリッパ駆動手段と、前記掘削機本体の後胴
に装着されて掘削したトンネルの内壁面に圧接自在な一
対の後部グリッパと、該一対の後部グリッパをトンネル
内壁面に圧接して前記後胴を位置保持する後部グリッパ
駆動手段と、前記掘削機本体の前胴と後胴との間に少な
くとも6本のスラストジャッキがトラス状に架設されて
なるパラレルリンク機構と、前記カッタヘッドの位置及
び姿勢を検出するカッタヘッド位置姿勢検出手段と、前
記カッタヘッド位置姿勢検出手段によって検出されたカ
ッタヘッド位置姿勢検出値に基づいて前記パラレルリン
ク機構のラジアル方向の位置偏差ベクトルを演算して該
位置偏差ベクトルが予め設定された所定値以下となるよ
うに前記前部グリッパ駆動手段を制御する前部グリッパ
制御手段とを具えたことを特徴とするものである。
なす前後一対の胴からなる掘削機本体と、該掘削機本体
の前胴に駆動回転自在に装着されたカッタヘッドと、前
記掘削機本体の前胴に装着されて掘削したトンネルの内
壁面に圧接自在な一対の前部グリッパと、該一対の前部
グリッパをトンネル内壁面に圧接して前記前胴を位置保
持する前部グリッパ駆動手段と、前記掘削機本体の後胴
に装着されて掘削したトンネルの内壁面に圧接自在な一
対の後部グリッパと、該一対の後部グリッパをトンネル
内壁面に圧接して前記後胴を位置保持する後部グリッパ
駆動手段と、前記掘削機本体の前胴と後胴との間に少な
くとも6本のスラストジャッキがトラス状に架設されて
なるパラレルリンク機構と、前記カッタヘッドの位置及
び姿勢を検出するカッタヘッド位置姿勢検出手段と、前
記カッタヘッド位置姿勢検出手段によって検出されたカ
ッタヘッド位置姿勢検出値に基づいて前記パラレルリン
ク機構のラジアル方向の位置偏差ベクトルを演算して該
位置偏差ベクトルが予め設定された所定値以下となるよ
うに前記前部グリッパ駆動手段を制御する前部グリッパ
制御手段とを具えたことを特徴とするものである。
【0014】従って、前部グリッパ駆動手段によって前
部グリッパをトンネル内壁面にから離間させた解除状態
とする一方、後部グリッパ駆動手段によって後部グリッ
パをトンネル内壁面に圧接して後胴を位置保持した状態
で、掘削機本体の前胴に装着されたカッタヘッドを駆動
回転しながら、パラレルリンク機構の各スラストジャッ
キを伸長すると、前胴が前進してカッタヘッドが前方の
岩盤を掘削する。このとき、カッタヘッド位置姿勢検出
手段がカッタヘッドの位置及び姿勢を検出し、検出され
たカッタヘッド位置姿勢検出値に基づいてパラレルリン
ク機構のラジアル方向の位置偏差ベクトルを演算して該
力位置偏差ベクトルが予め設定された所定値以下となる
ように前部グリッパを駆動制御すると、この一対の前部
グリッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力によっ
てパラレルリンク機構のラジアル方向に作用する力が助
勢される。
部グリッパをトンネル内壁面にから離間させた解除状態
とする一方、後部グリッパ駆動手段によって後部グリッ
パをトンネル内壁面に圧接して後胴を位置保持した状態
で、掘削機本体の前胴に装着されたカッタヘッドを駆動
回転しながら、パラレルリンク機構の各スラストジャッ
キを伸長すると、前胴が前進してカッタヘッドが前方の
岩盤を掘削する。このとき、カッタヘッド位置姿勢検出
手段がカッタヘッドの位置及び姿勢を検出し、検出され
たカッタヘッド位置姿勢検出値に基づいてパラレルリン
ク機構のラジアル方向の位置偏差ベクトルを演算して該
力位置偏差ベクトルが予め設定された所定値以下となる
ように前部グリッパを駆動制御すると、この一対の前部
グリッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力によっ
てパラレルリンク機構のラジアル方向に作用する力が助
勢される。
【0015】また、本発明のトンネル掘削方法は、掘削
機本体を構成する前胴に装着されたカッタヘッドを駆動
回転させる一方、前記掘削機本体の前胴に装着された前
部グリッパを掘削したトンネルの内壁面に係脱すると共
に前記掘削機本体の後胴に装着された後部グリッパを該
トンネルの内壁面に係脱することで前記前胴及び後胴を
交互に位置保持しながら前記前胴と後胴との間にトラス
状に架設された複数のスラストジャッキからなるパラレ
ルリンク機構を駆動して該前胴及び後胴を前進すること
で前方の岩盤を掘削し、且つ、前記各スラストジャッキ
の推力及び前記カッタヘッドの位置姿勢から前記パラレ
ルリンク機構のラジアル方向発生力の力ベクトル、ある
いは前記カッタヘッドの位置姿勢から位置偏差ベクトル
を演算し、該力ベクトルあるいは位置偏差ベクトルが予
め設定された所定値以下となるように前記前部グリッパ
を駆動することを特徴とするものである。
機本体を構成する前胴に装着されたカッタヘッドを駆動
回転させる一方、前記掘削機本体の前胴に装着された前
部グリッパを掘削したトンネルの内壁面に係脱すると共
に前記掘削機本体の後胴に装着された後部グリッパを該
トンネルの内壁面に係脱することで前記前胴及び後胴を
交互に位置保持しながら前記前胴と後胴との間にトラス
状に架設された複数のスラストジャッキからなるパラレ
ルリンク機構を駆動して該前胴及び後胴を前進すること
で前方の岩盤を掘削し、且つ、前記各スラストジャッキ
の推力及び前記カッタヘッドの位置姿勢から前記パラレ
ルリンク機構のラジアル方向発生力の力ベクトル、ある
いは前記カッタヘッドの位置姿勢から位置偏差ベクトル
を演算し、該力ベクトルあるいは位置偏差ベクトルが予
め設定された所定値以下となるように前記前部グリッパ
を駆動することを特徴とするものである。
【0016】従って、トンネル掘削時に、検出された各
スラストジャッキの推力検出値とカッタヘッド位置姿勢
検出値に基づいてパラレルリンク機構のラジアル方向発
生力の力ベクトル、あるいは検出されたカッタヘッド位
置姿勢検出値に基づいてラジアル方向の位置偏差ベクト
ルを演算し、この力ベクトルあるいは位置偏差ベクトル
が予め設定された所定値以下となるように前部グリッパ
を駆動制御すると、この一対の前部グリッパがトンネル
内壁面に圧接するラジアル力によってパラレルリンク機
構のラジアル方向に作用する力が助勢される。
スラストジャッキの推力検出値とカッタヘッド位置姿勢
検出値に基づいてパラレルリンク機構のラジアル方向発
生力の力ベクトル、あるいは検出されたカッタヘッド位
置姿勢検出値に基づいてラジアル方向の位置偏差ベクト
ルを演算し、この力ベクトルあるいは位置偏差ベクトル
が予め設定された所定値以下となるように前部グリッパ
を駆動制御すると、この一対の前部グリッパがトンネル
内壁面に圧接するラジアル力によってパラレルリンク機
構のラジアル方向に作用する力が助勢される。
【0017】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て、図面に基づき、実施例を挙げて詳細に説明する。
て、図面に基づき、実施例を挙げて詳細に説明する。
【0018】図1に本発明の第1実施例に係るトンネル
掘削機の概略構成、図2に本実施例のトンネル掘削機に
装着された前部グリッパの駆動制御装置の概略構成、図
3及び図4に掘削機に作用するラジアル力を説明するた
めの概略を示す。なお、従来の技術で説明したものと同
様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する
説明は省略する。
掘削機の概略構成、図2に本実施例のトンネル掘削機に
装着された前部グリッパの駆動制御装置の概略構成、図
3及び図4に掘削機に作用するラジアル力を説明するた
めの概略を示す。なお、従来の技術で説明したものと同
様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する
説明は省略する。
【0019】本実施例のトンネルボーリングマシン(以
下、TBMと称する。)において、図1に示すように、
掘削機本体は前胴11及び後胴12から構成されてお
り、前胴11の前部にはカッタヘッド13が装着される
と共に複数(本実施例では4つ)のフロントグリッパ1
5が装着される一方、後胴12にはリヤグリッパ16が
装着されている。そして、前胴11と後胴12との間に
は6本以上のスラストジャッキ17がトラス状に架設さ
れ、各端部が自在軸受18,19によって連結されてな
るパラレルリンク機構20が設けられている。
下、TBMと称する。)において、図1に示すように、
掘削機本体は前胴11及び後胴12から構成されてお
り、前胴11の前部にはカッタヘッド13が装着される
と共に複数(本実施例では4つ)のフロントグリッパ1
5が装着される一方、後胴12にはリヤグリッパ16が
装着されている。そして、前胴11と後胴12との間に
は6本以上のスラストジャッキ17がトラス状に架設さ
れ、各端部が自在軸受18,19によって連結されてな
るパラレルリンク機構20が設けられている。
【0020】また、上述したTBMにおいて、パラレル
リンク機構20の各スラストジャッキ17にはこのスラ
ストジャッキ17の作動ストロークを検出するストロー
ク検出器21が取付けられると共に、スラストジャッキ
17のヘッド側及びロッド側の圧力を検出する圧力検出
器22a,22bが取付けられている。そして、ストロ
ーク検出器21及び圧力検出器22a,22bの各検出
信号はそれぞれインタフェース23を介して制御装置2
4に出力されるようになっている。一方、フロントグリ
ッパ15にはこのフロントグリッパ15の作動ストロー
クを検出するストローク検出器25が取付けられると共
に、フロントグリッパ15のヘッド側及びロッド側の圧
力を検出する圧力検出器26a,26bが取付けられて
いる。そして、ストローク検出器25及び圧力検出器2
6a,26bの各検出信号はそれぞれインタフェース2
3を介して制御装置24に出力されるようになってい
る。また、このフロントグリッパ15には方向切替弁2
7が接続され、この方向切替弁27には電磁比例減圧弁
28が接続されており、方向切替弁27は制御装置24
からの指令によって作動し、電磁比例減圧弁28は制御
装置24からの指令によって作動する電磁比例アンプ2
9によって作動する。なお、30はスラストジャッキ1
7に取付けられたサーボ弁である。
リンク機構20の各スラストジャッキ17にはこのスラ
ストジャッキ17の作動ストロークを検出するストロー
ク検出器21が取付けられると共に、スラストジャッキ
17のヘッド側及びロッド側の圧力を検出する圧力検出
器22a,22bが取付けられている。そして、ストロ
ーク検出器21及び圧力検出器22a,22bの各検出
信号はそれぞれインタフェース23を介して制御装置2
4に出力されるようになっている。一方、フロントグリ
ッパ15にはこのフロントグリッパ15の作動ストロー
クを検出するストローク検出器25が取付けられると共
に、フロントグリッパ15のヘッド側及びロッド側の圧
力を検出する圧力検出器26a,26bが取付けられて
いる。そして、ストローク検出器25及び圧力検出器2
6a,26bの各検出信号はそれぞれインタフェース2
3を介して制御装置24に出力されるようになってい
る。また、このフロントグリッパ15には方向切替弁2
7が接続され、この方向切替弁27には電磁比例減圧弁
28が接続されており、方向切替弁27は制御装置24
からの指令によって作動し、電磁比例減圧弁28は制御
装置24からの指令によって作動する電磁比例アンプ2
9によって作動する。なお、30はスラストジャッキ1
7に取付けられたサーボ弁である。
【0021】前述した制御装置24はフロントグリッパ
15の作動を制御する制御アルゴリズム31を有してい
る。図2に示すように、スラストジャッキ17のストロ
ーク検出器21によって検出されたストロークSa はリ
ンク長演算部31に出力され、ここで各スラストジャッ
キ17のリンク長La が演算される。そして、算出され
たリンク長La は順キネマティクス演算部32に出力さ
れ、ここで下記数式1を用いて繰り返し近似計算を行
い、順キネマティクスを解くことでカッタヘッド13の
中心の現在位置と姿勢X〔X,Y,Z,ψ,θ,φ〕T
を求め、これに基づいて、ヤコビ行列演算部33にて6
本のスラストジャッキ17におけるヤコビ行列J(K行
6列、Kはリンク本数である。)を求める。
15の作動を制御する制御アルゴリズム31を有してい
る。図2に示すように、スラストジャッキ17のストロ
ーク検出器21によって検出されたストロークSa はリ
ンク長演算部31に出力され、ここで各スラストジャッ
キ17のリンク長La が演算される。そして、算出され
たリンク長La は順キネマティクス演算部32に出力さ
れ、ここで下記数式1を用いて繰り返し近似計算を行
い、順キネマティクスを解くことでカッタヘッド13の
中心の現在位置と姿勢X〔X,Y,Z,ψ,θ,φ〕T
を求め、これに基づいて、ヤコビ行列演算部33にて6
本のスラストジャッキ17におけるヤコビ行列J(K行
6列、Kはリンク本数である。)を求める。
【0022】
【数1】
【0023】ここで、δL=〔δl1 ,δl2 ・・・δ
l6 〕T は、選択した代表6本のスラストジャッキ17
のリンク長の微小変位、δX=〔δX,δY,δZ,δ
ψ,δθ,δφ〕T はカッタヘッド13の位置姿勢の微
小変位、j(6行6列)はヤコビ行列を表す。
l6 〕T は、選択した代表6本のスラストジャッキ17
のリンク長の微小変位、δX=〔δX,δY,δZ,δ
ψ,δθ,δφ〕T はカッタヘッド13の位置姿勢の微
小変位、j(6行6列)はヤコビ行列を表す。
【0024】一方、スラストジャッキ17の圧力検出器
22a,22bによって検出されたジャッキ圧力Pa は
スラストジャッキ推力演算部34に出力され、ここで各
スラストジャッキ17の推力Cが演算される。そして、
パラレルリンク機構発生力演算部35において、パラレ
ルリンク機構20のカッタヘッド13の中心での発生力
Fを下記数式2を用いて算出する。
22a,22bによって検出されたジャッキ圧力Pa は
スラストジャッキ推力演算部34に出力され、ここで各
スラストジャッキ17の推力Cが演算される。そして、
パラレルリンク機構発生力演算部35において、パラレ
ルリンク機構20のカッタヘッド13の中心での発生力
Fを下記数式2を用いて算出する。
【0025】
【数2】
【0026】ここで、C=〔C1,C2,・・・Ck〕
T は各スラストジャッキ17の推力、F=〔Fx,F
y,Fz,Tx,Ty,Tz,〕T はカッタヘッド13
の中心でのパラレルリンク機構20の発生力を表す。
T は各スラストジャッキ17の推力、F=〔Fx,F
y,Fz,Tx,Ty,Tz,〕T はカッタヘッド13
の中心でのパラレルリンク機構20の発生力を表す。
【0027】ところで、図3及び図4に示すように、本
実施例のTBMにあっては、O−XYZは基準座標系、
O−XE YE ZE はカッタヘッド座標系であり、前述し
たように、前胴11には4つのフロントグリッ15が設
けられている。即ち、図2に示すように、カッタヘッド
座標系ラジアル力演算部36では、基準座標系で求めた
並進力Fx,Fy,Fzを下記数式3を用いてカッタヘ
ッド座標系に変換する。
実施例のTBMにあっては、O−XYZは基準座標系、
O−XE YE ZE はカッタヘッド座標系であり、前述し
たように、前胴11には4つのフロントグリッ15が設
けられている。即ち、図2に示すように、カッタヘッド
座標系ラジアル力演算部36では、基準座標系で求めた
並進力Fx,Fy,Fzを下記数式3を用いてカッタヘ
ッド座標系に変換する。
【0028】
【数3】
【0029】ここで、
【数4】 ただし、ψはX軸回りの回転角度、θはY軸回りの回転
角度、φはZ軸回りの回転角度を表す。
角度、φはZ軸回りの回転角度を表す。
【0030】カッタヘッド座標系で表したラジアル力の
大きさRは、下記数式5にて表され、力の向きαはYE
軸から下記数式6にて表される角度の方向である。
大きさRは、下記数式5にて表され、力の向きαはYE
軸から下記数式6にて表される角度の方向である。
【0031】
【数5】
【0032】
【数6】
【0033】フロントグリッパ張出方向の力成分演算部
37は、このラジアル力の各フロントグリッパ15の張
出方向の力成分Gi を下記数式7を用いて算出する。
37は、このラジアル力の各フロントグリッパ15の張
出方向の力成分Gi を下記数式7を用いて算出する。
【0034】
【数7】 ここで、θi はフロントグリッパ15の作動角度であ
る。
る。
【0035】そして、比較部38にて、力成分Gi が負
であるフロントグリッパ15は張出によってラジアル力
を助勢することが可能であり、力成分Gi がパラレルリ
ンク機構20のラジアル発生力を所定値以下にするため
の力偏差に相当し、PI制御部39はPI制御則に基づ
いてフロントグリッパ15の指令推力を求め、圧力変換
部40にて圧力に変換して出力部41、即ち、電磁比例
アンプ29に出力し、電磁比例減圧弁28を作動する。
一方、力成分Gi が正であるフロントグリッパ15は張
出によってラジアル力を助勢することができず、位置決
め制御部42は掘削外径から控えた基準位置へ収縮固定
する。
であるフロントグリッパ15は張出によってラジアル力
を助勢することが可能であり、力成分Gi がパラレルリ
ンク機構20のラジアル発生力を所定値以下にするため
の力偏差に相当し、PI制御部39はPI制御則に基づ
いてフロントグリッパ15の指令推力を求め、圧力変換
部40にて圧力に変換して出力部41、即ち、電磁比例
アンプ29に出力し、電磁比例減圧弁28を作動する。
一方、力成分Gi が正であるフロントグリッパ15は張
出によってラジアル力を助勢することができず、位置決
め制御部42は掘削外径から控えた基準位置へ収縮固定
する。
【0036】従って、本実施例のTBMによるトンネル
掘削時に、前胴11のカッタヘッド13を駆動回転しな
がら、パラレルリンク機構20を作動することで各スラ
ストジャッキ17を伸長すると、後胴12に対して前胴
11が前進し、前方の岩盤を掘削する。このとき、各ス
トローク検出器21は各スラストジャッキ17の作動ス
トロークを検出してカッタヘッド13の位置及び姿勢を
演算すると共に、各圧力検出器22a,22bは各スラ
ストジャッキ17のヘッド側及びロッド側の圧力を検出
して各スラストジャッキ17の推力を演算する。そし
て、各スラストジャッキ17の推力検出値とカッタヘッ
ド位置姿勢検出値に基づいてパラレルリンク機構20の
ラジアル方向発生力の力ベクトルを演算し、この力ベク
トルが予め設定された所定値以下となるようにフロント
グリッパ15を駆動制御する。すると、このフロントグ
リッパ15がトンネル内壁面に圧接するラジアル力によ
ってパラレルリンク機構20のラジアル方向に作用する
力が助勢される。
掘削時に、前胴11のカッタヘッド13を駆動回転しな
がら、パラレルリンク機構20を作動することで各スラ
ストジャッキ17を伸長すると、後胴12に対して前胴
11が前進し、前方の岩盤を掘削する。このとき、各ス
トローク検出器21は各スラストジャッキ17の作動ス
トロークを検出してカッタヘッド13の位置及び姿勢を
演算すると共に、各圧力検出器22a,22bは各スラ
ストジャッキ17のヘッド側及びロッド側の圧力を検出
して各スラストジャッキ17の推力を演算する。そし
て、各スラストジャッキ17の推力検出値とカッタヘッ
ド位置姿勢検出値に基づいてパラレルリンク機構20の
ラジアル方向発生力の力ベクトルを演算し、この力ベク
トルが予め設定された所定値以下となるようにフロント
グリッパ15を駆動制御する。すると、このフロントグ
リッパ15がトンネル内壁面に圧接するラジアル力によ
ってパラレルリンク機構20のラジアル方向に作用する
力が助勢される。
【0037】図5に本発明の第2実施例に係る前部グリ
ッパの駆動制御装置の概略構成を示す。なお、前述の実
施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一
の符号を付して重複する説明は省略する。
ッパの駆動制御装置の概略構成を示す。なお、前述の実
施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一
の符号を付して重複する説明は省略する。
【0038】本実施例の前部グリッパの駆動制御装置に
おける制御アルゴリズムにおいて、図5に示すように、
スラストジャッキ17のストローク検出器21によって
検出されたストロークSa はリンク長演算部31に出力
され、ここで各スラストジャッキ17のリンク長La が
演算される。そして、算出されたリンク長La は順キネ
マティクス演算部32に出力され、ここで前記数式1を
用いて繰り返し近似計算を行い、順キネマティクスを解
くことでカッタヘッド13の中心の現在位置と姿勢X
〔X,Y,Z,ψ,θ,φ〕T を求める。
おける制御アルゴリズムにおいて、図5に示すように、
スラストジャッキ17のストローク検出器21によって
検出されたストロークSa はリンク長演算部31に出力
され、ここで各スラストジャッキ17のリンク長La が
演算される。そして、算出されたリンク長La は順キネ
マティクス演算部32に出力され、ここで前記数式1を
用いて繰り返し近似計算を行い、順キネマティクスを解
くことでカッタヘッド13の中心の現在位置と姿勢X
〔X,Y,Z,ψ,θ,φ〕T を求める。
【0039】一方、カッタヘッド13の中心位置の指令
値(Xr,Yr,Zr)から現在位置(X,Y,Z)を
差し引いて位置偏差(ΔX,ΔY,ΔZ)を求める。そ
して、カッタヘッド座標系位置偏差演算部51では、下
記数式8を用いてカッタヘッド座標系で表した偏差(E
ΔX,E ΔY,E ΔZ)に変換する。
値(Xr,Yr,Zr)から現在位置(X,Y,Z)を
差し引いて位置偏差(ΔX,ΔY,ΔZ)を求める。そ
して、カッタヘッド座標系位置偏差演算部51では、下
記数式8を用いてカッタヘッド座標系で表した偏差(E
ΔX,E ΔY,E ΔZ)に変換する。
【0040】
【数8】
【0041】このカッタヘッド座標系で表した位置偏差
ベクトルのラジアル方向の偏差量Sは、下記数式9にて
表され、その偏差の向きαはYE 軸から下記数式10て
に表される角度の方向である。
ベクトルのラジアル方向の偏差量Sは、下記数式9にて
表され、その偏差の向きαはYE 軸から下記数式10て
に表される角度の方向である。
【0042】
【数9】
【0043】
【数10】
【0044】フロントグリッパ張出方向の位置偏差成分
演算部52は、このラジアル力の各フロントグリッパ1
5の張出方向の位置偏差成分Hi を下記数式11を用い
て算出する。
演算部52は、このラジアル力の各フロントグリッパ1
5の張出方向の位置偏差成分Hi を下記数式11を用い
て算出する。
【0045】
【数11】
【0046】そして、比較部53にて、位置偏差成分H
i が正であるフロントグリッパ15は張出によってラジ
アル力を助勢することが可能であり、位置偏差成分Hi
がパラレルリンク機構20のラジアル方向の位置偏差を
所定値以下にするための位置偏差に相当し、PI制御部
54はPI制御則に基づいてフロントグリッパ15の指
令推力を求め、圧力変換部55にて圧力に変換して出力
部56、即ち、電磁比例アンプ29に出力し、電磁比例
減圧弁28を作動する。一方、位置偏差成分FHi が負
であるフロントグリッパ15は張出によってラジアル力
を助勢することができず、位置決め制御部57は掘削外
径から控えた基準位置へ収縮固定する。
i が正であるフロントグリッパ15は張出によってラジ
アル力を助勢することが可能であり、位置偏差成分Hi
がパラレルリンク機構20のラジアル方向の位置偏差を
所定値以下にするための位置偏差に相当し、PI制御部
54はPI制御則に基づいてフロントグリッパ15の指
令推力を求め、圧力変換部55にて圧力に変換して出力
部56、即ち、電磁比例アンプ29に出力し、電磁比例
減圧弁28を作動する。一方、位置偏差成分FHi が負
であるフロントグリッパ15は張出によってラジアル力
を助勢することができず、位置決め制御部57は掘削外
径から控えた基準位置へ収縮固定する。
【0047】従って、本実施例のTBMによるトンネル
掘削時に、各ストローク検出器21は各スラストジャッ
キ17の作動ストロークを検出してカッタヘッド13の
位置及び姿勢を演算する。そして、カッタヘッド位置姿
勢検出値に基づいてパラレルリンク機構20のラジアル
方向の位置偏差ベクトルを演算し、この位置偏差ベクト
ルが予め設定された所定値以下となるようにフロントグ
リッパ15を駆動制御する。すると、このフロントグリ
ッパ15がトンネル内壁面に圧接するラジアル力によっ
てパラレルリンク機構20のラジアル方向に作用する力
が助勢される。
掘削時に、各ストローク検出器21は各スラストジャッ
キ17の作動ストロークを検出してカッタヘッド13の
位置及び姿勢を演算する。そして、カッタヘッド位置姿
勢検出値に基づいてパラレルリンク機構20のラジアル
方向の位置偏差ベクトルを演算し、この位置偏差ベクト
ルが予め設定された所定値以下となるようにフロントグ
リッパ15を駆動制御する。すると、このフロントグリ
ッパ15がトンネル内壁面に圧接するラジアル力によっ
てパラレルリンク機構20のラジアル方向に作用する力
が助勢される。
【0048】
【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明の前部グリッパの駆動制御装置によれば、前
胴と後胴との間に架設されたパラレルリンク機構のスラ
ストジャッキの推力を検出する推力検出手段と前胴に駆
動回転自在に装着されたカッタヘッドの位置及び姿勢を
検出するカッタヘッド位置姿勢検出手段とを設け、推力
検出手段によって検出された各スラストジャッキの推力
検出値とカッタヘッド位置姿勢検出手段によって検出さ
れたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づいてパラレルリ
ンク機構のラジアル方向発生力の力ベクトルを演算し、
この力ベクトルが予め設定された所定値以下となるよう
に既設のトンネル内壁面に圧接して前胴を位置保持する
前部グリッパを駆動制御するようにしたので、この一対
の前部グリッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力
によってパラレルリンク機構のラジアル方向に作用する
力が助勢されることとなり、曲進時等に必要な大きなラ
ジアル力を既設の装置によって確保することができ、パ
ラレルリンク機構の小型化を図ることができると共に、
掘進精度を大幅に向上することができる。
うに本発明の前部グリッパの駆動制御装置によれば、前
胴と後胴との間に架設されたパラレルリンク機構のスラ
ストジャッキの推力を検出する推力検出手段と前胴に駆
動回転自在に装着されたカッタヘッドの位置及び姿勢を
検出するカッタヘッド位置姿勢検出手段とを設け、推力
検出手段によって検出された各スラストジャッキの推力
検出値とカッタヘッド位置姿勢検出手段によって検出さ
れたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づいてパラレルリ
ンク機構のラジアル方向発生力の力ベクトルを演算し、
この力ベクトルが予め設定された所定値以下となるよう
に既設のトンネル内壁面に圧接して前胴を位置保持する
前部グリッパを駆動制御するようにしたので、この一対
の前部グリッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力
によってパラレルリンク機構のラジアル方向に作用する
力が助勢されることとなり、曲進時等に必要な大きなラ
ジアル力を既設の装置によって確保することができ、パ
ラレルリンク機構の小型化を図ることができると共に、
掘進精度を大幅に向上することができる。
【0049】また、本発明の前部グリッパの駆動制御装
置よれば、前胴に駆動回転自在に装着されたカッタヘッ
ドの位置及び姿勢を検出するカッタヘッド位置姿勢検出
手段を設け、このカッタヘッド位置姿勢検出手段によっ
て検出されたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づいて前
胴と後胴との間に架設されたパラレルリンク機構のラジ
アル方向の位置偏差ベクトルを演算し、この位置偏差ベ
クトルが予め設定された所定値以下となるように既設の
トンネル内壁面に圧接して前胴を位置保持する前部グリ
ッパを駆動制御するようにしたので、この一対の前部グ
リッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力によって
パラレルリンク機構のラジアル方向に作用する力が助勢
されることとなり、曲進時等に必要な大きなラジアル力
を既設の装置によって確保することができ、パラレルリ
ンク機構の小型化を図ることができると共に、掘進精度
を大幅に向上することができる。
置よれば、前胴に駆動回転自在に装着されたカッタヘッ
ドの位置及び姿勢を検出するカッタヘッド位置姿勢検出
手段を設け、このカッタヘッド位置姿勢検出手段によっ
て検出されたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づいて前
胴と後胴との間に架設されたパラレルリンク機構のラジ
アル方向の位置偏差ベクトルを演算し、この位置偏差ベ
クトルが予め設定された所定値以下となるように既設の
トンネル内壁面に圧接して前胴を位置保持する前部グリ
ッパを駆動制御するようにしたので、この一対の前部グ
リッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力によって
パラレルリンク機構のラジアル方向に作用する力が助勢
されることとなり、曲進時等に必要な大きなラジアル力
を既設の装置によって確保することができ、パラレルリ
ンク機構の小型化を図ることができると共に、掘進精度
を大幅に向上することができる。
【0050】また、本発明のトンネル掘削機よれば、掘
削機本体の前胴に駆動回転自在なカッタヘッドを装着す
ると共に既設のトンネルの内壁面に圧接自在な一対の前
部グリッパ及び前部グリッパ駆動手段を設ける一方、掘
削機本体の後胴に既設のトンネルの内壁面に圧接自在な
一対の後部グリッパ及び後部グリッパ駆動手段を設け、
この前胴と後胴とを少なくとも6本のスラストジャッキ
がトラス状に架設されてなるパラレルリンク機構によっ
て連結し、各スラストジャッキの推力を検出する推力検
出手段とカッタヘッドの位置及び姿勢を検出するカッタ
ヘッド位置姿勢検出手段とを設けると共に、各スラスト
ジャッキの推力検出値とカッタヘッド位置姿勢検出値に
基づいてパラレルリンク機構のラジアル方向発生力の力
ベクトルを演算して力ベクトルが予め設定された所定値
以下となるように前部グリッパ駆動手段を制御する前部
グリッパ制御手段にを設けたので、この一対の前部グリ
ッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力によってパ
ラレルリンク機構のラジアル方向に作用する力が助勢さ
れることとなり、曲進時等に必要な大きなラジアル力を
既設の装置によって確保することができ、パラレルリン
ク機構及び掘削機の小型化を図ることができると共に、
掘進精度を大幅に向上することができる。
削機本体の前胴に駆動回転自在なカッタヘッドを装着す
ると共に既設のトンネルの内壁面に圧接自在な一対の前
部グリッパ及び前部グリッパ駆動手段を設ける一方、掘
削機本体の後胴に既設のトンネルの内壁面に圧接自在な
一対の後部グリッパ及び後部グリッパ駆動手段を設け、
この前胴と後胴とを少なくとも6本のスラストジャッキ
がトラス状に架設されてなるパラレルリンク機構によっ
て連結し、各スラストジャッキの推力を検出する推力検
出手段とカッタヘッドの位置及び姿勢を検出するカッタ
ヘッド位置姿勢検出手段とを設けると共に、各スラスト
ジャッキの推力検出値とカッタヘッド位置姿勢検出値に
基づいてパラレルリンク機構のラジアル方向発生力の力
ベクトルを演算して力ベクトルが予め設定された所定値
以下となるように前部グリッパ駆動手段を制御する前部
グリッパ制御手段にを設けたので、この一対の前部グリ
ッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力によってパ
ラレルリンク機構のラジアル方向に作用する力が助勢さ
れることとなり、曲進時等に必要な大きなラジアル力を
既設の装置によって確保することができ、パラレルリン
ク機構及び掘削機の小型化を図ることができると共に、
掘進精度を大幅に向上することができる。
【0051】また、本発明のトンネル掘削機よれば、掘
削機本体の前胴に駆動回転自在なカッタヘッドを装着す
ると共に既設のトンネルの内壁面に圧接自在な一対の前
部グリッパ及び前部グリッパ駆動手段を設ける一方、掘
削機本体の後胴に既設のトンネルの内壁面に圧接自在な
一対の後部グリッパ及び後部グリッパ駆動手段を設け、
この前胴と後胴とを少なくとも6本のスラストジャッキ
がトラス状に架設されてなるパラレルリンク機構によっ
て連結し、カッタヘッドの位置及び姿勢を検出するカッ
タヘッド位置姿勢検出手段を設けると共に、カッタヘッ
ド位置姿勢検出値に基づいてパラレルリンク機構のラジ
アル方向の位置偏差ベクトルを演算して位置偏差ベクト
ルが予め設定された所定値以下となるように前部グリッ
パ駆動手段を制御する前部グリッパ制御手段を設けたの
で、この一対の前部グリッパがトンネル内壁面に圧接す
るラジアル力によってパラレルリンク機構のラジアル方
向に作用する力が助勢されることとなり、曲進時等に必
要な大きなラジアル力を既設の装置によって確保するこ
とができ、パラレルリンク機構及び掘削機の小型化を図
ることができると共に、掘進精度を大幅に向上すること
ができる。
削機本体の前胴に駆動回転自在なカッタヘッドを装着す
ると共に既設のトンネルの内壁面に圧接自在な一対の前
部グリッパ及び前部グリッパ駆動手段を設ける一方、掘
削機本体の後胴に既設のトンネルの内壁面に圧接自在な
一対の後部グリッパ及び後部グリッパ駆動手段を設け、
この前胴と後胴とを少なくとも6本のスラストジャッキ
がトラス状に架設されてなるパラレルリンク機構によっ
て連結し、カッタヘッドの位置及び姿勢を検出するカッ
タヘッド位置姿勢検出手段を設けると共に、カッタヘッ
ド位置姿勢検出値に基づいてパラレルリンク機構のラジ
アル方向の位置偏差ベクトルを演算して位置偏差ベクト
ルが予め設定された所定値以下となるように前部グリッ
パ駆動手段を制御する前部グリッパ制御手段を設けたの
で、この一対の前部グリッパがトンネル内壁面に圧接す
るラジアル力によってパラレルリンク機構のラジアル方
向に作用する力が助勢されることとなり、曲進時等に必
要な大きなラジアル力を既設の装置によって確保するこ
とができ、パラレルリンク機構及び掘削機の小型化を図
ることができると共に、掘進精度を大幅に向上すること
ができる。
【0052】また、本発明のトンネル掘削方法よれば、
掘削機本体の前胴に装着されたカッタヘッドを駆動回転
させる一方、前部グリッパ及び後部グリッパをトンネル
の内壁面に係脱することで前胴及び後胴を交互に位置保
持しながら前胴と後胴との間にトラス状に架設された複
数のスラストジャッキからなるパラレルリンク機構を駆
動して前胴及び後胴を前進することで前方の岩盤を掘削
し、且つ、各スラストジャッキの推力及びカッタヘッド
の位置姿勢からパラレルリンク機構のラジアル方向発生
力の力ベクトル、あるいはカッタヘッドの位置姿勢から
位置偏差ベクトルを演算し、この力ベクトルあるいは位
置偏差ベクトルが予め設定された所定値以下となるよう
に前部グリッパを駆動するようにしたので、この一対の
前部グリッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力に
よってパラレルリンク機構のラジアル方向に作用する力
を助勢することができ、掘進精度を大幅に向上すること
ができる。
掘削機本体の前胴に装着されたカッタヘッドを駆動回転
させる一方、前部グリッパ及び後部グリッパをトンネル
の内壁面に係脱することで前胴及び後胴を交互に位置保
持しながら前胴と後胴との間にトラス状に架設された複
数のスラストジャッキからなるパラレルリンク機構を駆
動して前胴及び後胴を前進することで前方の岩盤を掘削
し、且つ、各スラストジャッキの推力及びカッタヘッド
の位置姿勢からパラレルリンク機構のラジアル方向発生
力の力ベクトル、あるいはカッタヘッドの位置姿勢から
位置偏差ベクトルを演算し、この力ベクトルあるいは位
置偏差ベクトルが予め設定された所定値以下となるよう
に前部グリッパを駆動するようにしたので、この一対の
前部グリッパがトンネル内壁面に圧接するラジアル力に
よってパラレルリンク機構のラジアル方向に作用する力
を助勢することができ、掘進精度を大幅に向上すること
ができる。
【図1】本発明の第1実施例に係るトンネル掘削機の概
略構成図である。
略構成図である。
【図2】本実施例のトンネル掘削機に装着された前部グ
リッパの駆動制御装置の概略構成図である。
リッパの駆動制御装置の概略構成図である。
【図3】掘削機に作用するラジアル力を説明するための
概略図である。
概略図である。
【図4】掘削機に作用するラジアル力を説明するための
概略図である。
概略図である。
【図5】本発明の第2実施例に係る前部グリッパの駆動
制御装置の概略構成図である。
制御装置の概略構成図である。
【図6】従来のトンネルボーリングマシンの概略図であ
る。
る。
11 前胴 12 後胴 13 カッタヘッド 15 フロントグリッパ 16 リヤグリッパ 17 スラストジャッキ 20 パラレルリンク機構 21 ストローク検出器 22a,22b 圧力検出器 24 制御装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石瀬 文彦 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 松浦 武 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目1番1 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内
Claims (5)
- 【請求項1】 掘削機本体が筒状をなす前後一対の胴か
ら構成されると共に該前胴と後胴とが少なくとも6本の
スラストジャッキがトラス状に架設されてなるパラレル
リンク機構によって連結され、該前胴に駆動回転自在な
カッタヘッドと共に装着された既設のトンネル内壁面に
圧接して該前胴を位置保持する一対の前部グリッパを駆
動制御する前部グリッパ駆動制御装置において、前記各
スラストジャッキの推力を検出する推力検出手段と前記
カッタヘッドの位置及び姿勢を検出するカッタヘッド位
置姿勢検出手段とを設け、前記推力検出手段によって検
出された各スラストジャッキの推力検出値とカッタヘッ
ド位置姿勢検出手段によって検出されたカッタヘッド位
置姿勢検出値に基づいて前記パラレルリンク機構のラジ
アル方向発生力の力ベクトルを演算して該力ベクトルが
予め設定された所定値以下となるように前記前部グリッ
パを駆動制御することを特徴とする前部グリッパの駆動
制御装置。 - 【請求項2】 掘削機本体が筒状をなす前後一対の胴か
ら構成されると共に該前胴と後胴とが少なくとも6本の
スラストジャッキがトラス状に架設されてなるパラレル
リンク機構によって連結され、該前胴に駆動回転自在な
カッタヘッドと共に装着された既設のトンネル内壁面に
圧接して該前胴を位置保持する一対の前部グリッパを駆
動制御する前部グリッパ駆動制御装置において、前記カ
ッタヘッドの位置及び姿勢を検出するカッタヘッド位置
姿勢検出手段を設け、該カッタヘッド位置姿勢検出手段
によって検出されたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づ
いて前記パラレルリンク機構のラジアル方向の位置偏差
ベクトルを演算して該位置偏差ベクトルが予め設定され
た所定値以下となるように前記前部グリッパを駆動制御
することを特徴とする前部グリッパ駆動制御装置。 - 【請求項3】 筒状をなす前後一対の胴からなる掘削機
本体と、該掘削機本体の前胴に駆動回転自在に装着され
たカッタヘッドと、前記掘削機本体の前胴に装着されて
掘削したトンネルの内壁面に圧接自在な一対の前部グリ
ッパと、該一対の前部グリッパをトンネル内壁面に圧接
して前記前胴を位置保持する前部グリッパ駆動手段と、
前記掘削機本体の後胴に装着されて掘削したトンネルの
内壁面に圧接自在な一対の後部グリッパと、該一対の後
部グリッパをトンネル内壁面に圧接して前記後胴を位置
保持する後部グリッパ駆動手段と、前記掘削機本体の前
胴と後胴との間に少なくとも6本のスラストジャッキが
トラス状に架設されてなるパラレルリンク機構と、前記
各スラストジャッキの推力を検出する推力検出手段と、
前記カッタヘッドの位置及び姿勢を検出するカッタヘッ
ド位置姿勢検出手段と、前記推力検出手段によって検出
された各スラストジャッキの推力検出値とカッタヘッド
位置姿勢検出手段によって検出されたカッタヘッド位置
姿勢検出値に基づいて前記パラレルリンク機構のラジア
ル方向発生力の力ベクトルを演算して該力ベクトルが予
め設定された所定値以下となるように前記前部グリッパ
駆動手段を制御する前部グリッパ制御手段とを具えたこ
とを特徴とするトンネル掘削機。 - 【請求項4】 筒状をなす前後一対の胴からなる掘削機
本体と、該掘削機本体の前胴に駆動回転自在に装着され
たカッタヘッドと、前記掘削機本体の前胴に装着されて
掘削したトンネルの内壁面に圧接自在な一対の前部グリ
ッパと、該一対の前部グリッパをトンネル内壁面に圧接
して前記前胴を位置保持する前部グリッパ駆動手段と、
前記掘削機本体の後胴に装着されて掘削したトンネルの
内壁面に圧接自在な一対の後部グリッパと、該一対の後
部グリッパをトンネル内壁面に圧接して前記後胴を位置
保持する後部グリッパ駆動手段と、前記掘削機本体の前
胴と後胴との間に少なくとも6本のスラストジャッキが
トラス状に架設されてなるパラレルリンク機構と、前記
カッタヘッドの位置及び姿勢を検出するカッタヘッド位
置姿勢検出手段と、前記カッタヘッド位置姿勢検出手段
によって検出されたカッタヘッド位置姿勢検出値に基づ
いて前記パラレルリンク機構のラジアル方向の位置偏差
ベクトルを演算して該位置偏差ベクトルが予め設定され
た所定値以下となるように前記前部グリッパ駆動手段を
制御する前部グリッパ制御手段とを具えたことを特徴と
するトンネル掘削機。 - 【請求項5】 掘削機本体を構成する前胴に装着された
カッタヘッドを駆動回転させる一方、前記掘削機本体の
前胴に装着された前部グリッパを掘削したトンネルの内
壁面に係脱すると共に前記掘削機本体の後胴に装着され
た後部グリッパを該トンネルの内壁面に係脱することで
前記前胴及び後胴を交互に位置保持しながら前記前胴と
後胴との間にトラス状に架設された複数のスラストジャ
ッキからなるパラレルリンク機構を駆動して該前胴及び
後胴を前進することで前方の岩盤を掘削し、且つ、前記
各スラストジャッキの推力及び前記カッタヘッドの位置
姿勢から前記パラレルリンク機構のラジアル方向発生力
の力ベクトル、あるいは前記カッタヘッドの位置姿勢か
ら位置偏差ベクトルを演算し、該力ベクトルあるいは位
置偏差ベクトルが予め設定された所定値以下となるよう
に前記前部グリッパを駆動することを特徴とするトンネ
ル掘削方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24717095A JPH0988481A (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | トンネル掘削機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP24717095A JPH0988481A (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | トンネル掘削機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0988481A true JPH0988481A (ja) | 1997-03-31 |
Family
ID=17159490
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP24717095A Withdrawn JPH0988481A (ja) | 1995-09-26 | 1995-09-26 | トンネル掘削機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0988481A (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002503940A (ja) * | 1998-02-18 | 2002-02-05 | フラオンホファー−ゲゼルシャフト・ツア・フェルデルング・デア・アンゲヴァンテン・フォルシュング・エー・ファオ | 線形駆動装置 |
WO2015079877A1 (ja) * | 2013-11-29 | 2015-06-04 | 株式会社小松製作所 | トンネル掘削装置およびその制御方法 |
WO2021241092A1 (ja) * | 2020-05-29 | 2021-12-02 | 株式会社小松製作所 | トンネル掘削装置の制御方法およびトンネル掘削装置 |
-
1995
- 1995-09-26 JP JP24717095A patent/JPH0988481A/ja not_active Withdrawn
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2002503940A (ja) * | 1998-02-18 | 2002-02-05 | フラオンホファー−ゲゼルシャフト・ツア・フェルデルング・デア・アンゲヴァンテン・フォルシュング・エー・ファオ | 線形駆動装置 |
WO2015079877A1 (ja) * | 2013-11-29 | 2015-06-04 | 株式会社小松製作所 | トンネル掘削装置およびその制御方法 |
JP2015105511A (ja) * | 2013-11-29 | 2015-06-08 | 株式会社小松製作所 | トンネル掘削装置およびその制御方法 |
US10006285B2 (en) | 2013-11-29 | 2018-06-26 | Komatsu Ltd. | Tunnel boring device, and control method therefor |
WO2021241092A1 (ja) * | 2020-05-29 | 2021-12-02 | 株式会社小松製作所 | トンネル掘削装置の制御方法およびトンネル掘削装置 |
JP2021188365A (ja) * | 2020-05-29 | 2021-12-13 | 株式会社小松製作所 | トンネル掘削装置の制御方法およびトンネル掘削装置 |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20021203 |