(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山を掘削するためのカッターヘッドと、このカッターヘッドをその軸芯回りに回転させるための回転駆動装置と、前記カッターヘッドの後方に配置された筒状の掘削機本体と、この掘削機本体を掘進方向へ推進するための推進用ジャッキ装置と、前記カッターヘッドの回転時に、前記掘削機本体を保持するためのグリップ装置とが設けられ、このグリップ装置は、掘削機本体に対して放射方向に配置された押圧用ジャッキ装置と、これら各押圧用ジャッキ装置に取付けられてトンネルの坑壁面を押圧するためのシュー部材とを備え、前記各押圧用ジャッキ装置を駆動して各シュー部材を坑壁面に押圧し、回転駆動装置を駆動してカッターヘッドを回転させ、前記推進用ジャッキ装置を駆動することで地山を掘進するようにしたトンネル掘削機において、
前記回転駆動装置を駆動してカッターヘッドを回転させた際に振動によって掘削機本体が基準点から所定時間ごとに変位する変位位置を測定するための測定器が設けられ、
この測定器で測定されたこれら変位位置に最小二乗法を適用させて掘削機本体の変位方向を求めるとともに、この変位方向に基づいて前記各押圧用ジャッキ装置の押圧力を、振動を抑制する方向に調節する機能を有する制御装置が設けられた
ことを特徴とするトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、図５および図６に示すように、トンネル掘削機１は、筒状の掘削機本体１Ａに取付けられた地山掘削用のカッタービット２ａを有するカッターヘッド２と、このカッターヘッド２を掘削機本体１Ａに回転自在に支持して回転駆動するための駆動部３と、掘削機本体１Ａの円周方向に沿って所定間隔置きに配置して掘削機本体１Ａを前部で保持するフロントグリッパ４と、掘削機本体１Ａを後部で保持するリヤグリッパ（メイングリッパともいう）５と、掘削機本体１Ａを先進させるための反力伝達ジャッキ６およびスラストジャッキ７とを備えている。
【０００３】
そして、前記フロントグリッパ４は、掘削機本体１Ａの放射方向に配置された複数のフロントジャッキ８と、これらフロントジャッキ８の先端部に取付けた坑壁面９押圧用のフロントシュー１０とを備え、リヤグリッパ５は、掘削機本体１Ａの放射方向に配置された複数のリヤジャッキ１１と、これらリヤジャッキ１１の先端部に取付けた坑壁面９押圧用のリヤシュー１２とを備えている。
【０００４】
この種のトンネル掘削機１を用いて地山Ｇを掘削する場合は、フロントグリッパ４においてフロントジャッキ８を伸長して各フロントシュー１０を坑壁面９に等しい力で押し当てて掘削機本体１Ａを前部で保持し、また、リヤグリッパ５のリヤジャッキ１１を伸長してリヤシュー１２を坑壁面９に押し当てて掘削機本体１Ａを後部で保持した状態で駆動部３を駆動してカッターヘッド２を回転させ、スラストジャッキ７を伸長させて、掘削機本体１Ａを前進させる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、掘削機本体１Ａ内には多くの機械設備が設けられているため、駆動部３を駆動してカッターヘッド２を回転させると、トンネル掘削機１全体が所定の方向に振動する。しかし、上記従来のトンネル掘削機１では、各フロントシュー１０は、各フロントジャッキ８によって坑壁面９に等しい力で押し当てられているので、前記所定の方向への振動を消去することができず、この振動によって、機械設備が故障したり破損したりし易かった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記課題を解決し得るトンネル掘削機の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明における課題解決手段は、地山を掘削するためのカッターヘッドと、このカッターヘッドをその軸芯回りに回転させるための回転駆動装置と、前記カッターヘッドの後方に配置された筒状の掘削機本体と、この掘削機本体を掘進方向へ推進するための推進用ジャッキ装置と、前記カッターヘッドの回転時に、前記掘削機本体を保持するためのグリップ装置とが設けられ、このグリップ装置は、掘削機本体に対して放射方向に配置された押圧用ジャッキ装置と、これら各押圧用ジャッキ装置に取付けられてトンネルの坑壁面を押圧するためのシュー部材とを備え、前記各押圧用ジャッキ装置を駆動して各シュー部材を坑壁面に押圧し、回転駆動装置を駆動してカッターヘッドを回転させ、前記推進用ジャッキ装置を駆動することで地山を掘進するようにし、前記回転駆動装置を駆動してカッターヘッドを回転させた際に振動によって掘削機本体が基準点から所定時間ごとに変位する変位位置を測定するための測定器が設けられ、この測定器で測定されたこれら変位位置に最小二乗法を適用させて掘削機本体の変位方向を求めるとともに、この変位方向に基づいて前記各押圧用ジャッキ装置の押圧力を、振動を抑制する方向に調節する機能を有する制御装置が設けられている。
【０００８】
上記構成において、カッターヘッドを回転させた際に振動によって掘削機本体が基準点から変位する変位位置を所定時間ごとに測定し、これら変位位置に最小二乗法を適用させて掘削機本体の変位方向を求め、この変位方向に基づいて、各押圧用ジャッキ装置の押圧力を、振動を抑制する方向に調節し、シュー部材を掘削機本体の放射方向に突出させることでトンネルの坑壁面に掘削機本体を保持し、カッターヘッドを軸芯回りに回転させて地山を掘削し、掘削機本体を推進させて地山を掘進する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図６に基づいて説明する。なお、図５および図６については、従来技術の説明と本発明の実施の形態の説明を兼用するものとする。図５および図６に示すように、本発明の実施の形態に係るトンネル掘削機１は、筒状の掘削機本体１Ａの前部に、地山掘削用のカッタービット２ａを有する回転自在なカッターヘッド２が、隔壁１３を介して配置され、このカッターヘッド２を、その軸芯２ｂ回りに回転駆動させる回転駆動装置３が隔壁１３に設けられている。
【００１０】
図１および図５に示すように、前記掘削機本体１Ａを前側で保持するフロントグリッパ４が設けられ、このフロントグリッパ４は、掘削機本体１Ａの円周方向に９０°間隔置きに１本づつ配置されたフロントジャッキ８ａ〜８ｄと、これら各フロントジャッキ８ａ〜８ｄの先端部に取付けられた坑壁面９押圧用のフロントシュー１０ａ〜１０ｄとを備えている。
【００１１】
前記掘削機本体１Ａを後側で保持するリヤグリッパ（メイングリッパともいう）５が設けられ、このリヤグリッパ５は、水平方向に反対向きに伸縮する二対のリヤジャッキ１１と、これらリヤジャッキ１１の先端部に取付けた坑壁面９押圧用のリヤシュー１２とを備えている。
【００１２】
前記掘削機本体１Ａを推進させるための複数の反力伝達ジャッキ６およびスラストジャッキ７が、掘削機本体１Ａの内周面に掘進方向に沿って配置されている。
【００１３】
図３および図５に示すように、前記回転駆動装置３を駆動してカッターヘッド２を回転させた際に発生する加速度を測定する加速度計（測定器の一例）１４が、隔壁１３の裏面に取付けられ、この加速度計１４は、掘削機本体１Ａの軸芯２ｂに垂直な面内（隔壁１３に平行な面内）において掘削機本体１Ａの水平方向Ｙの加速度を測定する水平加速度計１５と、掘削機本体１Ａの鉛直方向Ｘの加速度を測定する鉛直加速度計１６とから構成され、水平加速度計１５および鉛直加速度計１６の出力側に増幅器１７が接続されている。
【００１４】
この増幅器１７によって増幅された加速度に基づいて前記フロントグリッパ４の各フロントジャッキ８ａ〜８ｄの押圧力Ｆ1〜F4を制御する制御装置１８が設けられ、この制御装置１８の入力側に前記増幅器１７が接続され、制御装置１８の出力側に各フロントジャッキ８ａ〜８ｄの駆動部が接続されている。
【００１５】
そして、この制御装置１８は、増幅器１７から入力される水平方向Ｙの加速度および鉛直方向Ｘの加速度に基づいて、掘削機本体１Ａが基準点（この場合、カッターヘッド２および掘削機本体１Ａの軸芯２ｂ位置）から所定時間ごとに変位する変位位置（振動の軌跡でもある）を演算する第一演算部１８ａと、この第一演算部１８ａで演算された変位位置に最小二乗法を適用して掘削機本体１Ａの振動角度（変位方向に相当する）θを演算する第二演算部１８ｂと、この第二演算部で演算された振動角度θに基づいて前記フロントグリッパ４の各フロントジャッキ８ａ〜８ｄの押圧力F1〜F4を、振動を抑制する方向に調節する調節部１８ｃとを有している。
【００１６】
上記構成において、フロントグリッパ４のフロントジャッキ８ａ〜８ｄをそれぞれ伸長して各フロントシュー１０ａ〜１０ｄを坑壁面９に押し当てて掘削機本体１Ａを前部で保持し、リヤグリッパ５の各リヤジャッキ１１を伸長してリヤシュー１２を坑壁面９に押し当てて掘削機本体１Ａを後部で保持し、この状態で回転駆動装置３を駆動してカッターヘッド２を回転させ、スラストジャッキ７を伸長させ、掘削機本体１Ａを前進させることで地山Ｇを掘進する。
【００１７】
ところで、回転駆動装置３を駆動してカッターヘッド２を回転させると、掘削機本体１Ａ内の機器設備の配置のバランス等により、掘削機本体１Ａが特有の振動をする。
【００１８】
そこで、水平加速度計１５によって所定時間の掘削機本体１Ａの水平方向Ｙの加速度を測定するとともに同時に所定時間の掘削機本体１Ａの鉛直方向Ｘの加速度を、鉛直加速度計１６によって測定する。そうすると、水平方向Ｙの加速度および鉛直方向Ｘの加速度が、増幅器１７によって増幅されて制御装置１８に入力され、この制御装置１８の第一演算部１８ａの機能によって、入力された水平方向Ｙの加速度および鉛直方向Ｘの加速度がそれぞれ２回積分され、これにより所定時間の水平方向Ｙの変位位置およびその変位位置に対応する鉛直方向Ｘの変位位置が求められ、所定時間における水平方向Ｙ・鉛直方向Ｘの変位位置が求められる。この動作を、例えば１０分間継続して行い、図４に示すように、２軸方向の複数の変位位置のデータｄを求める。［ステップ１］
続いて、これら変位位置のデータｄを第二演算部１８ｂに入力し、ここで最小二乗法により、最も確からしい掘削機本体１Ａの振動角度θが演算される。［ステップ２］
そして、上記のようにして第二演算部１８ｂで演算された振動角度θに基づいて、調節部１８ｃの機能によって、各フロントジャッキ８ａ〜８ｄの押圧力F1〜F4が振動を抑制する方向に調節される。この際、上記振動角度θ、フロントジャッキ８ａの水平方向Ｙに対する設置角度φ1およびフロントジャッキ８ａの下方に隣り合うフロントジャッキ８ｂの水平方向Ｙに対する設置角度φ2の関係が、下記(１)式を満足するよう設定されるものである。［ステップ３］
0003638450.tif 000002
但し、同一線上のフロントジャッキ８ａ，８ｃの押圧力F1，F3の関係およびフロントジャッキ８ｂ，８ｄの押圧力F2，F4の関係は、F1＝F3，F2＝F4とし、各フロントジャッキ８ａ〜８ｄの押圧力の和(F1＋F2＋F3＋F4)が坑壁面９に働いた場合でも、スラストジャッキ７の推進力で掘削機本体１Ａが推進できるよう、押圧力F1〜F4が選択される。
【００１９】
そして、例えばフロントジャッキ８ａの設置角度φ1は一定であっても、掘削機本体１Ａの振動角度θに応じて上記のように押圧力F1〜F4を選択することで、設置角度φ1＝振動角度θとなるような状態とし、これにより、掘削機本体１Ａの振動を確実に抑えて、その内部の機械設備の故障や損傷を防止することができる。
【００２０】
なお、振動角度θは、カッターヘッド２の回転数や掘進速度が変更されるとそれに応じて変化するので、振動角度θが変化するごとに上記各演算をし直して、最も適当な押圧力F1〜F4を選択することとする。
【００２１】
このように、本発明の実施の形態によれば、カッターヘッド２を回転させた際に発生する加速度を測定する加速度計１４を設け、この加速度計１４によって計測された加速度のデータに基づいて、制御装置１８がカッターヘッド２を回転させた際に発生する掘削機本体１Ａの振動角度θを最小二乗法を用いて演算し、また、その振動角度θに基づいて各フロントジャッキ８ａ〜８ｄの押圧力F1〜F4を掘削機本体１Ａの振動を抑制する方向に調節するようにしたので、削機本体１Ａの内部の機械設備の故障や損傷を防止することができる。
【００２２】
なお、上記実施の形態では、各フロントジャッキ８ａ〜８ｄは掘削機本体１Ａの円周方向に９０°間隔置きに１本づつ配置したが各フロントジャッキ８ａ〜８ｄを、それぞれ掘進方向に所定距離だけ離間させて例えば二本づつ並べ、加速度計１４を、上記水平加速度計１５および鉛直加速度計１６に、掘進方向に沿った方向の加速度を計測する加速度計を加えて三軸加速度計とし、この三軸加速度計によって計測された加速度のデータに基づいて振動角度θを三次元的に演算し、この振動角度θに基づいて、二本づつ設けた各フロントジャッキ８ａ〜８ｄの押圧力F1〜F4を掘削機本体１Ａの振動を抑制する方向に調節するようにしてもよい。このように加速度計１４を三軸加速度計とすることにより、振動角度θをより正確に求めることができ、各フロントジャッキ８ａ〜８ｄの押圧力F1〜F4を調節することにより、掘削機本体１Ａの振動をより確実に抑制することができ、削機本体１Ａの内部の機械設備の故障や損傷を防止することができる。
【００２３】
【発明の効果】
以上の説明から明らかな通り、本発明は、カッターヘッドを回転させた際に振動によって掘削機本体が基準点から変位する変位位置を所定時間ごとに測定し、これら変位位置に基づいて掘削機本体の変位方向を求め、この変位方向に基づいて、掘削機本体を保持するためのグリップ装置の押圧用ジャッキ装置の押圧力を、振動を抑制する方向に調節するので、掘削機本体の内部の機械設備の故障や損傷を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示すトンネル掘削機の要部の概略構成を示す正面図である。
【図２】同じく制御フローチャートである。
【図３】同じく制御ブロック図である。
【図４】同じく変位位置のデータと振動角度の関係を表すグラフ図である。
【図５】トンネル掘削機の全体構成を示す概略縦断面図である。
【図６】同じく正面図である。
【符号の説明】
１      トンネル掘削機
１Ａ    掘削機本体
２      カッターヘッド
３      回転駆動装置
４      フロントグリッパ
５      リヤグリッパ
８ａ    フロントジャッキ
８ｂ    フロントジャッキ
８ｃ    フロントジャッキ
８ｄ    フロントジャッキ
９      坑壁面
１４    加速度計
１５    水平加速度計
１６    鉛直加速度計
１７    増幅器
１８    制御装置
１８ａ  第一演算部
１８ｂ  第二演算部
１８ｃ  調節部
θ      振動角度
【図１】
0003638450.tif 000003
【図２】
0003638450.tif 000004
【図３】
0003638450.tif 000005
【図４】
0003638450.tif 000006
【図５】
0003638450.tif 000007
【図６】
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