(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
発進孔と到達孔との間の地山に設置された１対のガイド孔間の地山を切削するためのための切削装置であって、到達孔側に設置された主プーリと、この主プーリに巻き掛けられ、送り側が前記ガイド孔の一方に通されて、ガイド孔間を横切り、さらに戻り側が他方のガイド孔を通って前記主プーリに戻される無端状の可撓性切削部材と、前記主プーリに一方向への推力を加えることにより前記切削部材に所定の張力を与える推進アクチュエータと、前記主プーリを回転させる回転アクチュエータとを有し、前記主プーリの回転によって前記切削部材を循環走行させることにより、前記ガイド孔間の地山を切削する切削装置と、
前記１対のガイド孔のそれぞれに通され一端が防護プレートにクランプされる引張材と、到達孔側に設置され、前記引張材の他端が連結されるけん引アクチュエータとを有するけん引装置とを備え、
前記切削装置によって前記ガイド孔間の地山を切削するとともに、前記けん引装置によって前記防護プレートをけん引し、切削速度とけん引速度とがほぼ等しくなるように保ちながら、切削によって形成された切削溝に前記防護プレートを挿入する、地山切削による防護プレート挿入システムにおいて、
前記切削部材に加わる切削負荷を測定する手段と、
前記防護プレートのけん引速度を測定する手段と、
切削負荷及びけん引速度を両者が適合するように設定する手段とを備え、
測定された切削負荷及びけん引速度が適合しているかを監視し、不適合であるとき両者の設定を変化させることを特徴とする防護プレート挿入システムにおける制御装置。
【請求項２】
前記切削負荷及び前記けん引速度は、施工によって得られたそれらのデータの回帰式に基づいて設定されることを特徴とする請求項１記載の防護プレート挿入システムにおける制御装置。
【請求項３】
前記主プーリの回転アクチュエータは油圧アクチュエータであり、前記切削負荷は油圧アクチュエータの作動圧として測定及び設定されることを特徴とする請求項１又は２記載の地山切削による防護プレート挿入システムにおける制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地山切削による防護プレート挿入システムにおける制御装置に関し、より詳細には例えば鉄道線路や道路などの車両走行路の下方の地盤に該走行路を横断するトンネルを構築するに際し、地山を切削してその切削溝に地山を防護するための防護プレートを挿入する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道線路や道路などの車両走行路の下方の地盤に該走行路を横断するトンネル（地下構造物）を構築するに際し、予め防護プレートを地山に挿入して防護する工法が採用されている。
【０００３】
この防護工法の１つとして、先にこの出願人は、地山をワイヤソーなどの可撓性切削部材で水平方向に切削しながら、その切削溝に防護プレート（鋼板）を挿入する工法を提案した（例えば特許文献１参照）。この工法は、地山の変状ひいては鉄道線路の場合は軌道変状を防止することができる極めて有効な工法である。
【０００４】
上記工法に適用される従来のシステムでは、ワイヤソーによって地山を切削する切削装置の運転操作と、防護鋼板をけん引するけん引装置の運転操作が独立している。他方、切削対象は地盤であって崩壊しやすいものであることから、ワイヤソーによって切削された切削溝に防護鋼板を遅滞なく挿入しなければならず、ワイヤソーの切削速度が防護鋼板のけん引速度に追従してほぼ等しくなるようにしてある。しかしながら、ワイヤソーによる地山の切削経路の地質は一定ではなく、また障害物等もあることから、地山状況によってワイヤソーに加わる切削負荷が変動し、以下のような問題が生じる。
【０００５】
すなわち、切れにくい地山に対して速すぎるけん引速度で防護鋼板をけん引すると、それに伴って切削速度も速すぎるものとなるので、ワイヤソーに加わる切削負荷が大きくなる。その結果、地山切削に寄与しているワイヤソー部分の中央に遅れが生じて防護鋼板側に湾曲し（図１（ａ）の鎖線で示すワイヤソー部分８ａ参照）、ワイヤソーと防護鋼板とが干渉する。逆に、切れ易い地山に対して遅すぎるけん引速度で防護鋼板をけん引すると、それに伴って切削速度も遅すぎるものとなり、ワイヤソーに加わる切削負荷が小さくなってその走行速度が大きくなる。その結果、過剰切削が生じ、自立性の乏しい地山では路盤面に変状を与えるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−３３２７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、切削負荷を検出することによって地山状況を把握し、地山状況に見合った速度で地山を切削し、防護プレートをけん引することにより、切削部材と防護プレートとの干渉を防止するとともに、路盤の変状等を防止することができる、地山切削による防護プレート挿入システムにおける制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、発進孔と到達孔との間の地山に設置された１対のガイド孔間の地山を切削するためのための切削装置であって、到達孔側に設置された主プーリと、この主プーリに巻き掛けられ、送り側が前記ガイド孔の一方に通されて、ガイド孔間を横切り、さらに戻り側が他方のガイド孔を通って前記主プーリに戻される無端状の可撓性切削部材と、前記主プーリに一方向への推力を加えることにより前記切削部材に所定の張力を与える推進アクチュエータと、前記主プーリを回転させる回転アクチュエータとを有し、前記主プーリの回転によって前記切削部材を循環走行させることにより、前記ガイド孔間の地山を切削する切削装置と、
前記１対のガイド孔のそれぞれに通され一端が防護プレートにクランプされる引張材と、到達孔側に設置され、前記引張材の他端が連結されるけん引アクチュエータとを有するけん引装置とを備え、
前記切削装置によって前記ガイド孔間の地山を切削するとともに、前記けん引装置によって前記防護プレートをけん引し、切削速度とけん引速度とがほぼ等しくなるように保ちながら、切削によって形成された切削溝に前記防護プレートを挿入する、地山切削による防護プレート挿入システムにおいて、
前記切削部材に加わる切削負荷を測定する手段と、
前記防護プレートのけん引速度を測定する手段と、
切削負荷及びけん引速度を両者が適合するように設定する手段とを備え、
測定された切削負荷及びけん引速度が適合しているかを監視し、不適合であるとき両者の設定を変化させることを特徴とする防護プレート挿入システムにおける制御装置にある。
【０００９】
より具体的には、前記切削負荷及び前記けん引速度は、施工によって得られたそれらのデータの回帰式に基づいて設定される。前記主プーリの回転アクチュエータは油圧アクチュエータであり、前記切削負荷は油圧アクチュエータの作動圧として測定及び設定される前記主プーリの回転アクチュエータは油圧アクチュエータであり、前記切り込み速度及び設定切り込み速度は、それぞれ油圧アクチュエータの作動圧として測定及び設定される。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、切削負荷を検出することによって地山状況を把握し、けん引速度が地山状況に適合しているかを監視しながら地山を切削し、防護プレートをけん引するので、切削部材と防護プレートとの干渉を防止でき、また路盤の変状等を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】防護プレート挿入システムの全体構成を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図２】アクチュエータの制御系統を示すブロック構成図である。
【図３】切削負荷を説明するための模式的な図である。
【図４】主プーリ圧及びけん引速度の区間割りされた設定範囲を示す図である。
【図５】防護プレート挿入システムおける制御装置の処理動作を示すフローチャートである。
【図６】図５に引き続く処理動作を示すフローチャートである。
【図７】図６に引き続く処理動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明による防護プレート挿入システムの全体構成を示している。鉄道線路や道路などの走行路１を挟む両側には発進立坑２及び到達立坑３が築造されている。これら発進立坑２及び到達立坑３間の地山内には、防護鋼板（防護プレート）４の幅寸法に対応した間隔を置いてガイド孔を形成する１対のガイド管５ａ，５ｂが設置されている。これらのガイド管５ａ，５ｂとしては、塩化ビニルなどの合成樹脂管が用いられる。
【００１３】
各ガイド管５ａ，５ｂの内部には管軸方向に移動自在に切削用プーリの支持機構６ａ，６ｂと、防護鋼板４のクランプ機構７ａ，７ｂとがそれぞれ収容されている。到達立坑３の外部及び内部にはワイヤソー８を循環走行させる主プーリ１０、ワイヤソー８のガイド管５ａ，５ｂ内への送り出し長さを調整する調整プーリ９、ワイヤソー８の方向転換のための方向転換プーリ１１が設置されている。
【００１４】
これらの主プーリ１０や調整プーリ９及び方向転換プーリ１１に巻き掛けられたワイヤソー８は、その送り側が一方のガイド管５ａ内に通され，ガイド管５ａ，５ｂ間の地山を横切るように支持機構６ａ，６ｂの切削用プーリに巻き掛けられたうえ、他方のガイド管５ｂを通って地山外部の主プーリ１０に戻されている。この無端状のワイヤソー８はワイヤに適宜間隔を置いて多数のダイヤモンドビットを取り付けてなる周知のもので、鉄筋コンクリートを切断する際の切断具として知られている。ワイヤソーに代えてチェーンソーを使用することもできる。
【００１５】
到達立坑３には反力壁１２から反力を得て作動するけん引ジャッキ１３が設置されている。このけん引ジャッキ１３に把持されるＰＣ鋼撚り線（引張材）１４は各ガイド管５ａ，５ｂの内部を通って防護鋼板４のクランプ機構７ａ，７ｂに連結されている。以上のようなシステム構成において、主プーリ１０に推力を加えることによりワイヤソー８に張力を与え、その状態で主プーリ１０を回転させることにより、ガイド管５ａ，５ｂ間の地山を溝状に切削して切り込み部を形成する。同時にけん引ジャッキ１３によりＰＣ鋼撚り線１４をけん引し、切り込み部に防護鋼板４を挿入する。
【００１６】
図２は、各アクチュエータの制御系統を示すブロック構成図である。制御装置２３としては、入出力部、演算制御部（ＣＰＵ）、記憶部を有するパーソナルコンピュータが用いられる。主プーリ推進ジャッキ２０は、主プーリ１０に推力Ｆt を加えてワイヤソー８に一定の張力Ｐt を与える油圧アクチュエータである（図３参照）。主プーリ推進ジャッキ２０の作動圧は、その油圧系統において張力Ｐtとして検出され、その信号は制御装置２３に入力される。制御装置２３は、張力Ｐtを制御する制御信号Ｐo2を出力する。
【００１７】
主プーリ駆動モータ２１は、主プーリ１０にトルクを与えて主プーリ１０を回転させる油圧アクチュエータである。主プーリ駆動モータ２１の作動圧は、その油圧系統において主プーリ圧Ｐmとして検出され、その信号は制御装置２３に入力される。ワイヤソー８の地山への切り込み速度は、ワイヤソー８に加わる負荷によって変化し、したがって切り込み速度は主プーリ１０の負荷トルクに関連付けることができる。負荷トルクは主プーリ駆動モータ２１の作動圧に比例することから、結局、ワイヤソー８の地山への切り込み速度は、主プーリ圧Ｐmを用いて示すことができる。この主プーリ圧Ｐmを制御するための制御信号Ｐoを制御装置２３は出力する。ここに、切り込み速度とは、ワイヤソー８によって切り込み部（切削溝）が形成される速度、言い換えればワイヤソー８の地山切削に寄与している部分（ガイド管５ａ，５ｂを横切っている部分）の発進側から到達側への移動速度である。
【００１８】
鋼板けん引ジャッキ１３は、前述のように、防護鋼板４をけん引する油圧アクチュエータである。鋼板けん引ジャッキ１３の作動圧は、その油圧系統においてけん引圧Ｐjとして検出され、その信号は制御装置２３に入力される。ストローク計２２は、防護鋼板４のけん引ストローク（移動量）を検出するためのもので、図１（ｂ）に示すように、発進孔２に設置される。ストローク計２２はロータリエンコーダなどが用いられ、検出したストロークＬsは制御装置２３に入力される。制御装置２３はストロークＬSと時間Δｔとから防護鋼板４のけん引速度Ｖを算出する。制御装置２３は、けん引速度Ｖを制御する制御信号Ｖoを出力する。
【００１９】
ここで、ワイヤソー８に加わる切削負荷について図３を参照して説明する。切削用プーリ６，６の支持機構（図１に示した支持機構６ａ，６ｂ、図３においては簡略化のため省略）には連結パイプ２５，２５が連結されている。ワイヤソー８はこの連結パイプ２５の内部を通っている。一方、連結パイプ２５，２５は、ワイヤソー８の地山切削に寄与している部分８ａと防護鋼板４の先端との間に一定距離Ｌを保つように、留め具２６によってＰＣ鋼撚り線１４に締結されている。このような一定距離Ｌを保持する手段を設けることにより、地山切削寄与部分８ａが発進側から到達側に向けて移動する速度、あるいは切削が進行する速度を切削速度Ｖとすると、この切削速度Ｖはけん引ジャッキ１３，１３による防護鋼板４のけん引速度Ｖに等しくなり、等しい速度関係が保たれる。
【００２０】
ワイヤソー８の切削能力は、その走行速度をＶpとするとＶp×Ｖで与えられる。この単位時間当たりの切削面積を意味する切削能力Ｖp×Ｖが、切削負荷に相当する。この切削負荷に対する仕事量は、ワイヤソー８が主プーリ１０に接している半周部分でπｒ×Ｆpとして与えられる。ただし、ｒは主プーリ１０の半径、Ｆpは主プーリ１０の回転トルクにより与えられる作用力である。主プーリ１０の回転トルクは、上記した主プーリ駆動モータの作動油圧である主プーリ圧Ｐmにより与えられる。以上より、主プーリ圧Ｐmを測定することにより切削負荷を把握することができる。切削負荷は、主プーリ１０の回転トルクによって把握することもできるし、あるいは主プーリ１０の回転アクチュエータとして電動モータを使用する場合は、その電流値によって把握することもできる。
【００２１】
切削負荷の大きさ、つまり主プーリ圧Ｐmの大きさは地山の切れ易さを意味する。この発明は、主プーリ圧Ｐmを検出して地山状況を把握し、地山状況に応じた速度で地山を切削し、防護鋼板４をけん引することにより、ワイヤソー８と防護鋼板４との干渉や、過剰切削を防止しようとするものである。
【００２２】
このため、制御装置２３は、上述のような動作のほか、主プーリ圧Ｐmの設定値Ｐb及びけん引速度Ｖの設定値Ｖcを設定し、主プーリ圧Ｐm及びけん引速度Ｖが設定範囲にあるか否かを判断する動作を実行する。図４に示すように、実験あるいはこれまでの施工から得られたデータの解析によれば、地山状況に適した速度で防護鋼板をけん引し、地山を切削している良好な施工が行われている場合、主プーリ圧Ｐmと設定けん引速度Ｖcとの関係は次の回帰式で表される。
Ｐm＝ｆ(Ｖc)＝a・Ｖc＋b
ただし、a,bは定数
【００２３】
制御装置２３には、この回帰式をもとにＰm±σ（σ：標準偏差）の範囲で、複数の区間割りされた範囲（図４にNo.1，No.2，No.3・・・として示す）が設定記憶され、制御装置２３は主プーリ圧Ｐm及びけん引速度Ｖの双方共がいずれかの区間割りに入るように制御を行う。例えば、測定された主プーリ圧Ｐm及びけん引速度Ｖが図４のＸ（Ｖx，Ｐmx）で示される値であるとすると、このときの稼働状態は区間割りNo.2の設定けん引速度は満足するが、主プーリ圧Ｐmについては満足しない状態、すなわちワイヤソー８の切削負荷が小さく切り易い地山であるにも拘わらず、けん引速度（切削速度）が小さいことを意味する。この場合、制御装置２３は設定けん引速度をＶc＋ΔＶcに増加させる、区間割りNo.3への変更を行う。
【００２４】
以下、防護プレート挿入システムにおける制御装置の処理動作を図５〜図７に示すフローチャートを参照して説明する。けん引装置及び地盤切削装置を起動する（ステップＳ1,Ｓ2）。具体的には、けん引装置については鋼板けん引ジャッキ１３の起動、地盤切削装置については主プーリ推進ジャッキ２０及び主プーリ駆動モータ２１の起動である。初期状態ではワイヤソー８の張力Ｐtはゼロであり（ステップＳ3）、張力が所定の張力Ｐaになるように調整する（ステップＳ4）。すなわち、制御装置２３は張力Ｐtが張力Ｐaに達したか否かを判断し（ステップＳ5）、Ｐaに達していなければ、制御装置２３は制御信号Ｐo2を出力して主プーリ推進ジャッキ２０を増速させる。ここで、設定張力Ｐaはワイヤソー８が主プーリ１０との間ですべりを生じない張力であり、装置の稼働中は一定である。
【００２５】
また、初期状態では主プーリ圧Ｐmもゼロであり（ステップＳ6）、主プーリ圧Ｐmが初期設定値Ｐbになるように調整する（ステップＳ7）。すなわち、制御装置２３は、主プーリ圧Ｐmが初期設定値Ｐbに達したか否かを判断し（ステップＳ8）、Ｐbに達していなければ、制御信号Ｐoを出力して主プーリ駆動モータ２１を増速させる。
【００２６】
主プーリ圧Ｐmが初期設定値Ｐbに達し、鋼板けん引ジャッキ１３がストロークエンドに達していないと制御装置２３が判断すると（ステップＳ9）、鋼板けん引ジャッキ１３は伸長を続行する（ステップＳ10（図６））。鋼板けん引ジャッキ１３の作動中は、ストローク計２２により鋼板４のストロークすなわち地山へのけん引移動量が計測され（ステップＳ11）、制御装置２３はストロークＬsと時間Δｔとからけん引速度Ｖを演算する（ステップＳ12）。
【００２７】
そして、制御装置２３はけん引速度Ｖが設定けん引速度Ｖcの範囲内にあるか否かを判断し（ステップＳ13）、けん引速度Ｖが最大設定けん引速度Ｖc(max)よりも大きければ、減速制御信号Ｖoを出力し、鋼板けん引ジャッキ１３の伸長速度を減速する。他方、けん引速度Ｖが最小設定けん引速度Ｖc(min)よりも小さければ、増速制御信号Ｖoを出力し、鋼板けん引ジャッキ１３の伸長速度を増速する。
【００２８】
また、制御装置２３は、けん引速度Ｖが設定けん引速度Ｖcの範囲内にあると判断すると、次に、主プーリ圧Ｐmと設定主プーリ圧Ｐbとを比較し、その範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ14）。そして、主プーリ圧Ｐmが最大設定主プーリ圧Ｐb(max)よりも大きい場合、すなわち切削負荷Ｐmが大きく切れにくい地山に対して、それに適合しない速すぎる切削速度（＝けん引速度）で切削し、防護鋼板をけん引していると判断した場合には、制御装置２３は設定けん引速度Ｖcを小さくする（Ｖc＝Ｖc−ΔＶc）区間割りの変更（図４参照）を行い、ステップＳ9以下の処理を再度実行する。また、これとは逆に、主プーリ圧Ｐmが最小設定主プーリ圧Ｐb(min)よりも小さい場合、すなわち切削負荷Ｐmが小さく切れ易い地山に対して、それに適合しない遅すぎる切削速度（＝けん引速度）で切削し、防護鋼板をけん引していると判断した場合には、制御装置２３は設定けん引速度Ｖcを大きくする（Ｖc＝Ｖc＋ΔＶc）区間割りの変更を行い、ステップＳ9以下の処理を再び実行する。
【００２９】
次いで、制御装置２３は主プーリ圧Ｐmが制御範囲にあるか否かを判断し（ステップＳ15)、主プーリ圧Ｐmが制御可能な最大圧Ｐmaxよりも大きい、あるいは最小圧Ｐminよりも小さいと判断したときは、制御範囲外とし図７に示す減速・停止処理を実行する（これについては後述する）。他方、制御装置２３は主プーリ圧Ｐmが制御可能と判断したときは、引き続き設定けん引速度Ｖcが制御範囲にあるか否かを判断する（ステップＳ16）。
【００３０】
そして、設定けん引速度Ｖcが制御可能な最大速度Ｖmaxよりも大きい、あるいは最小速度Ｖminよりも小さいと判断したときは、制御範囲外とし図７に示す減速・停止処理を実行する。他方、制御装置２３は設定けん引速度Ｖcが制御可能と判断したときは、引き続きワイヤソー８が切断されているか否かを判断する。そして、張力Ｐtがゼロである場合にはワイヤソー切断とし、図７に示す減速・停止処理を実行する。他方、張力Ｐtがゼロでない場合には、ステップＳ9以下の処理を再び実行する。
【００３１】
ステップＳ9の処理において鋼板けん引ジャッキ１３がストロークエンドに達したと判断された場合、あるいはステップＳ15，Ｓ16において制御範囲外と判断された場合、あるいはステップＳ17においてワイヤソー切断と判断された場合には、制御装置２３は図７に示す減速・停止処理を実行する。すなわち、鋼板けん引ジャッキ１３の作動を停止させ（ステップＳ18）、制御装置２３はけん引速度がゼロになったか否かを判断し（ステップＳ19）、ゼロでなければ制御信号Ｖoを出力して鋼板けん引ジャッキ１３を減速させる。
【００３２】
また、主プーリ１０に関しても、制御装置２３は主プーリ圧がゼロになった否かを判断し（ステップＳ20）、ゼロでなければ制御信号Ｐoを出力して主プーリ駆動モータ２１を減速させる。これによって、主プーリ１０の回転が停止する（ステップＳ21）。また、主プーリ推進ジャッキ２０についても、制御装置２３は張力がゼロになったか否かを判断し（Ｓ22）、ゼロでなければ制御信号Ｐo2を出力し、主プーリ推進ジャッキ２０を減速させる。これによって、張力が解除される（ステップＳ23）。以上により、鋼板けん引ジャッキの１ストローク分の処理が終了する。なお、鋼板けん引ジャッキ１３がストロークエンドに達し（ステップＳ9）ワイヤソーに余長が出た場合には、減速・停止処理後、ワイヤの掛け替え作業を行う。主プーリ圧、けん引速度が制御範囲外と判断された場合（ステップＳ15，Ｓ16）は、減速・停止処理後、手動運転に切り換える。また、ワイヤが破断と判断された場合（ステップＳ17）は、ワイヤソーの再接続を行う。
【符号の説明】
【００３３】
２      発進立坑
３      到達立坑
５ａ，５ｂ      ガイド管
８      ワイヤソー
１０      主プーリ
１３      鋼板けん引ジャッキ
２０      主プーリ推進ジャッキ
２１      主プーリ駆動モータ
２２      ストローク計
２３      制御装置
【図１】
0005506585.tif 000002
【図２】
0005506585.tif 000003
【図３】
0005506585.tif 000004
【図４】
0005506585.tif 000005
【図５】
0005506585.tif 000006
【図６】
0005506585.tif 000007
【図７】
0005506585.tif 000008