【事件の表示】
　特許第３１３５２０７号「トンネル掘進機の施工管理システム」の請求項１ないし３に係る特許に対する特許異議の申立てについて、次のとおり決定する。
【結　論】
　訂正を認める。
　特許第３１３５２０７号の請求項１に係る特許を維持する。
【理　由】
１．手続の経緯
　本件特許第３１３５２０７号に係る出願は、平成７年１２月７日の出願であって、平成１２年１２月１日に特許権の設定登録がなされ、その後、石井健治から特許異議の申立がなされ、取消理由が通知され、その指定期間内である平成１４年１月１５日に訂正請求がなされたものである。
　
２．訂正の適否についての判断
（１）訂正の内容
（訂正事項ａ）
　特許請求の範囲【請求項１】に「試験データを含む」とあるのを、「試験データを含み、該試験データは、前記メイングリッパの拡張時における応力−変位の傾きに行動半径を乗じたものである」と訂正する。
　
（訂正事項ｂ）
　特許請求の範囲【請求項２】を削除する。
　
（訂正事項ｃ）
　特許請求の範囲【請求項３】を削除する。
　
（訂正事項ｄ）
　明細書の【００１０】に「試験データを含む」とあるのを、「試験データを含み、該試験データは、前記メイングリッパの拡張時における応力−変位の傾きに坑道半径を乗じたものである」と訂正する。
　
（訂正事項ｅ）
　明細書の【００１７】を削除する。
　
（訂正事項ｆ）
　明細書の【００１８】を削除する。
　
（訂正事項ｇ）
　明細書の【００１９】を削除する。
　
（訂正事項ｈ）
　明細書の【００２０】を削除する。
　
（２）訂正の目的の適否、新規事項の有無及び拡張・変更の存否
　上記訂正事項ａ〜ｃに係る訂正は、特許請求の範囲の減縮を目的とするものであり、願書に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内のものであり、さらに、実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものではない。
　また、訂正事項ｄ〜ｈに係る訂正は、訂正事項ａ〜ｃに関連してなされた明りょうでない記載の釈明に該当し、願書に添付した明細書又は図面に記載した事項の範囲内のものであり、さらに、実質上特許請求の範囲を拡張し、又は変更するものではない。
　
（３）むすび
　したがって、上記訂正は、特許法第１２０条の４第２項及び第３項において準用する特許法第１２６条第２項および第３項の規定に適合するので、当該訂正を認める。
　
３．特許異議の申立てについての判断
（１）本件発明
　上記２．で示したように上記訂正が認められるから、本件の請求項１に係る発明は、上記訂正請求に係る訂正明細書の特許請求の範囲の請求項１に記載された事項により特定される次のとおりのものである（以下、「本件発明」という。）。
　
【請求項１】トンネル掘進機による掘進作業中に得られる機械データ、地山データ、あるいはボーリングデータ等の施工データを収集するデータ収集手段と、該データ収集手段によって収集されたデータに基づいて演算を行い、その演算結果から地山の性状を評価する地山評価手段と、該地山評価手段により評価された地山の性状に応じて、各種のジャッキやグリッパ等からなる掘進機構の操作の組み合わせを選択することにより、カッタートルク、スラスト推力、スラスト伸張速度、カッター回転数、掘進方向等に関してトンネル掘進機の運転制御を行う選択手段とからなる掘進機の運転施工管理システムであって、前記データ収集手段により収集される施工データには、メイングリッパを地山側に張出して押し付ける工程を載荷試験とみなして得られる試験データを含み、該試験データは、前記メイングリッパの拡張時における応力−変位の傾きに行動半径を乗じたものであることを特徴とするトンネル掘進機の施工管理システム。
　
（２）申立ての理由の概要
　申立人石井健治は、証拠として、甲第１号証（特願平７−１７３７４２号の願書に最初に添付した明細書又は図面（特開平９−２５７９０号公報で援用する））を提出して、本件請求項１〜３に係る特許発明は、本件の出願日前の他の出願であって、その出願後に出願公開された、甲第１号証に記載された発明と同一であり、本件特許に係る出願の発明者と出願人は出願の当初から同一ではないから、特許法第２９条の２の規定により特許を受けることができないものであり、本件の特許を取り消すべきであると主張している。
　
（３）甲第１号証記載の発明及び対比・判断
　甲第１号証の願書に最初に添付した明細書又は図面には、【特許請求の範囲】、【０００１】、【００２１】、【００２２】、【００２４】〜【００２９】の記載及び図面の記載からみて、「トンネル掘進機による掘進作業中に得られる掘進データ、押付地質データ等を収集するパソコンと、パソコンによって収集されたデータに基づいて演算を行い、その演算結果から地山の圧縮強度を算出する装置と、該装置により得られた地山の圧縮強度に応じて、トンネル掘削機の掘進速度、カッタヘッドの回転速度などに関してトンネル掘削機の制御を行う装置とからなる掘進機の制御方法であって、前記パソコンにより収集されるデータには、メイングリッパを地山側に押付て得られるストローク量と押付力の測定値を含むトンネル掘進機の制御方法。」の発明（以下、「先願発明」という。）が記載されている。
　
　本件発明と先願発明を対比すると、先願発明の「掘進データ、押付地質データ等」、「パソコン」、「地山の圧縮強度を算出する装置」、「トンネル掘削機の掘進速度、カッタヘッドの回転速度などに関してトンネル掘削機の制御を行う装置」、「制御方法」、「メイングリッパを地山側に押付て得られるストローク量と押付力の測定値」及び「トンネル掘進機の制御方法」は、それぞれ、本件発明の「機械データ、地山データ、あるいはボーリングデータ等の施工データ」、「データ収集手段」、「地山の性状を評価する地山評価手段」、「各種のジャッキやグリッパ等からなる掘進機構の操作の組み合わせを選択することにより、カッタートルク、スラスト推力、スラスト伸張速度、カッター回転数、掘進方向等に関してトンネル掘進機の運転制御を行う選択手段」、「運転施工管理システム」、「メイングリッパを地山側に張出して押し付ける工程を載荷試験とみなして得られる試験データ」及び「トンネル掘進機の施工管理システム」に相当するから、両者は、トンネル掘進機による掘進作業中に得られる機械データ、地山データ、あるいはボーリングデータ等の施工データを収集するデータ収集手段と、該データ収集手段によって収集されたデータに基づいて演算を行い、その演算結果から地山の性状を評価する地山評価手段と、該地山評価手段により評価された地山の性状に応じて、各種のジャッキやグリッパ等からなる掘進機構の操作の組み合わせを選択することにより、カッタートルク、スラスト推力、スラスト伸張速度、カッター回転数、掘進方向等に関してトンネル掘進機の運転制御を行う選択手段とからなる掘進機の運転施工管理システムであって、前記データ収集手段により収集される施工データには、メイングリッパを地山側に張出して押し付ける工程を載荷試験とみなして得られる試験データを含むことを特徴とするトンネル掘進機の施工管理システムの点で一致するが、先願発明は、本件発明の、試験データは、メイングリッパの拡張時における応力−変位の傾きに行動半径を乗じたものであるという構成を有しておらず、また、この構成が自明な事項であるともいえないから、本件発明は、先願発明と実質的に同一とはいえない。
　
４．むすび
　以上のとおりであるから、異議申立ての理由及び証拠によっては、本件発明の特許を取り消すことはできない。
　また、他に本件発明の特許を取り消すべき理由を発見しない。
　したがって、本件発明の特許は拒絶の査定をしなければならない特許出願に対してされたものと認めない。
　よって、特許法等の一部を改正する法律（平成６年法律第１１６号）附則第１４条の規定に基づく、特許法等の一部を改正する法律の施行に伴う経過措置を定める政令（平成７年政令第２０５号）第４条第２項の規定により、結論のとおり決定する。
【異議決定日】
平成１４年４月３０日（２００２．４．３０）
【訂正の要旨】
訂正の要旨
訂正事項ａ
　特許請求の範囲【請求項１】に「試験データを含む」とあるのを、特許請求の範囲の減縮を目的として、「試験データを含み、該試験データは、前記メイングリッパの拡張時における応力−変位の傾きに行動半径を乗じたものである」と訂正する。
訂正事項ｂ
　特許請求の範囲【請求項２】を、特許請求の範囲の減縮を目的として、削除する。
訂正事項ｃ
　特許請求の範囲【請求項３】を、特許請求の範囲の減縮を目的として、削除する。
訂正事項ｄ
　明細書の【００１０】に「試験データを含む」とあるのを、明りょうでない記載の釈明を目的として、「試験データを含み、該試験データは、前記メイングリッパの拡張時における応力−変位の傾きに坑道半径を乗じたものである」と訂正する。
訂正事項ｅ
　明細書の【００１７】を、明りょうでない記載の釈明を目的として、削除する。
訂正事項ｆ
　明細書の【００１８】を、明りょうでない記載の釈明を目的として、削除する。
訂正事項ｇ
　明細書の【００１９】を、明りょうでない記載の釈明を目的として、削除する。
訂正事項ｈ
　明細書の【００２０】を、明りょうでない記載の釈明を目的として、削除する。
（５４）【発明の名称】
トンネル掘進機の施工管理システム
（５７）【特許請求の範囲】
　【請求項１】　トンネル掘進機による掘進作業中に得られる機械データ、地山データ、あるいはボーリングデータ等の施工データを収集するデータ収集手段と、該データ収集手段によって収集されたデータに基づいて演算を行い、その演算結果から地山の性状を評価する地山評価手段と、該地山評価手段により評価された地山の性状に応じて、各種のジャッキやグリッパ等からなる掘進機構の操作の組み合わせを選択することにより、カッタートルク、スラスト推力、スラスト伸張速度、カッター回転数、掘進方向等に関してトンネル掘進機の運転制御を行う選択手段とからなる掘進機の運転施工管理システムであって、
　前記データ収集手段により収集される施工データには、メイングリッパを地山側に張出して押し付ける工程を載荷試験とみなして得られる試験データを含
み、該試験データは、前記メイングリッパの拡張時における応力−変位の傾きに坑道半径を乗じたものである
【発明の詳細な説明】
　【０００１】
　【発明の属する技術分野】
　この発明は、トンネル掘進機の施工管理システムに関し、特に掘進作業中に得られる機械データ、地山データ、あるいはボーリングデータ等の施工データをリアルタイムで収集分析して当該掘進作業に反映させながら施工を行うトンネル掘進機の施工管理システムに関する。
　【０００２】
　【従来の技術】
　トンネルボーリングマシーン（以下「ＴＢＭ」とする。）で代表されるトンネル掘進機は、在来の掘削工法と異なり、爆薬を使用することなく、回転カッタによりトンネルの全断面を切削あるいは破砕しながら掘進して行く機械であり、特に、軟岩から硬岩に至る切羽の自立する安定した地盤に対して有効なトンネルの掘削機械である。また、このトンネル掘進機による掘削工法は、破砕帯や軟弱層のように自立性に乏しい地層を含む、わが国独特の複雑な地質条件への対応性から、わが国においては海外に比べてその採用例が少なかったが、シールド機構の適用などの改善により、地質対応性が図られてその高速施工性をアピールすることができるようになってきており、導水路トンネルや、大断面道路トンネルの先進パイロットトンネル等の施工機械として数多くの施工実績を残すに至っている。
　【０００３】
　そして、このトンネル掘進機は、その本体部分が、図２（ａ）及び（ｂ）に示すように、先端にカッターヘッド５０を備えるとともに、その外周部分に地山に向かって突出進退可能なフロントグリッパ５１を備える前胴部５２と、スラストジャッキ５３によりこの前胴部５２に対して摺動可能に連結されるとともに、その外周部分に地山に向かって突出進退可能なメイングリッパ５４を備える後胴部５とからなり、安定した地盤内においては、メイングリッパ５４を突出しこれを外周の地山に押し付けて掘進反力を得るとともに、フロントグリッパ５１を後退し、カッターヘッド５０を回転しながらスラストジャッキ５３を伸張して１ストローク分の掘進作業を行う工程と、かかる１ストローク分の掘進作業が終了した後、フロントグリッパ５１を突出して外周の地山に押し付けるとともに、メイングリッパ５４を後退し、スラストジャッキ５３を収縮して後胴部５５を前胴部５２側に引き寄せた後、再びメイングリッパ５４を突出して後胴部５５を固定する工程とを繰り返しながら、いわゆる尺取り虫方式でトンネルの掘進作業を行ってゆくものである。
　【０００４】
　また、このトンネル掘進機は、掘進方向を制御するための方向制御ジャッキ５６や、破砕帯や軟弱層等のような不安定な地山に対しても掘進作業が可能なように、シールドジャッキ５７等のシールド機構を備える場合もある。
　【０００５】
　【発明が解決しようとする課題】
　そして、かかるＴＢＭ等のトンネル掘進機によれば、例えば、回転するカッターヘッド５０に装着したローラカッターを地山に押しつけて圧砕してゆくことでトンネル切羽面の掘削作業が行われるが、かかる掘削作業中、切羽面の状況を直接観察することができないことから、従来の地山評価手法をそのまま適用することができない。
　【０００６】
　また、掘進作業の進行に伴って変化する地盤の性状に応じて切羽面の掘削作業や支保作業を行ってゆくための、合理的な施工方法についての定量的な評価が未だ確立していないのが現状である。
　【０００７】
　すなわち、例えば、様々な地質の地山のそれぞれ性状に応じた合理的な施工方法についての評価が確立していたとしても、切羽になるべく近い地点での掘削地山の性状の評価が即時になされなければ、地山の状況の変化への対応が遅れ、的確な施工方法の選択がなされないことになる。
　【０００８】
　一方、切羽になるべく近い地点での掘削地山の性状の評価が即時になされたとしても、地山の性状に応じた合理的な施工方法についての定量的な評価が確立していなければ、トンネル掘進機の運転はオペレータの裁量に頼ることになり、オペレーターによる運転操作の熟練の程度によって、作業の進行が左右されることになる。
　【０００９】
　そこで、この発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、掘進作業中に得られる施工データを迅速に収集分析して切羽に近い地山の性状を的確に把握するとともに、かかる地山の性状に適した施工方法を即座に採用して、効率の良い掘進作業を容易かつ安定して行ってゆくことのできるトンネル掘進機の施工管理システムを提供することを目的とするものである。
　【００１０】
　【課題を解決するための手段】
　この発明は、上記目的を達成するためになされたもので、その要旨は、トンネル掘進機による掘進作業中に得られる機械データ、地山データ、あるいはボーリングデータ等の施工データを収集するデータ収集手段と、該データ収集手段によって収集されたデータに基づいて演算を行い、その演算結果から地山の性状を評価する地山評価手段と、該地山評価手段により評価された地山の性状に応じて、各種のジャッキやグリッパ等からなる掘進機構の操作の組み合わせを選択することにより、カッタートルク、スラスト推力、スラスト伸張速度、カッター回転数、掘進方向等に関してトンネル掘進機の運転制御を行う選択手段とからなる掘進機の運転施工管理システムであって、前記データ収集手段により収集される施工データには、メイングリッパを地山側に張出して押し付ける工程を載荷試験とみなして得られる試験データを含
み、該試験データは、前記メイングリッパの拡張時における応力−変位の傾きに坑道半径を乗じたものである
　【００１１】
　ここで、上記データ収集手段は、例えば、トンネル掘進機を構成する各種の機械や装置等に取り付けられて、これらの変位や負荷される荷重等を検出する測定装置やセンサ、スキャナー等の検出手段と、かかる検出結果をトンネル内や坑外に設けた管理室に伝送する、プログラマブルロジックコントローラ（以下「ＰＬＣ」とする。）等の伝送機器及び光ファイバーケーブル等の伝送手段と、上記管理室に設けられたコンピュータとからなり、このコンピュータに各種の施工データをリアルタイムで伝送して収集し、必要に応じて収集したデータを出力するとともに蓄積するものである。
　【００１２】
　また、収集される機械データとしては、純掘進時間、スラスト推力、カッタートルク、カッター純回転数、純掘進速度、切込み量等を挙げることができ、地山データとしては、坑壁の自立性、簡易弾性波速度、ＳＨ（シュミットハンマー）反発値、ＲＱＤ、亀裂本数、地山評価点、ＲＭＲ等を挙げることができる。さらに、ボーリングデータとしては、削孔速度、打撃数、給進力、回転数、トルク等を挙げることができる。
　【００１３】
　一方、地山評価手段は、例えば上記管理室に設けられたコンピュータからなり、上記データ収集手段により収集された各種の施工データに基づいて、所定のプログラムに従って迅速に必要な演算を行うとともに、予め蓄積されている、他の施工現場、あるいは当該現場での掘進作業の進行に伴って得られた、地山の性状とかかる演算結果との相関関係を示すデータと対比して、当該掘削作業中の地山の性状を評価するものである。
　【００１４】
　さらに、選択手段もまた、例えば上記管理室に設けられたコンピュータからなり、他の現場において過去に収集された掘削データの解析結果や、熟練したオペレータからのヒアリングによる情報、あるいは当該現場での掘削作業の進行に伴って逐次得られた掘削データの解析結果等から、種々の地山の性状と、各性状の地山に対する最適な運転操作との規則性を見いだしてこれを予めデータとして蓄積しておき、上記地山評価手段により評価された地山の性状を、かかる蓄積データと対比して、各種のジャッキやグリッパ等からなる掘進機構の最適な操作の組み合わせないしはこれらの操作量を選択するものである。
　【００１５】
　【００１６】
　【００１７】
　【００１８】
　【００１９】
　【００２０】
　【００２１】
　そして、この発明のトンネル掘進機の施工管理システムによれば、データ収集手段によりトンネル掘進機による掘進作業中に得られる切羽付近の施工データをリアルタイムで収集するとともに、かかる収集されたデータを地山評価手段によりリアルタイムで分析して地山の性状を評価し、さらに評価された地山の性状に応じて、選択手段により掘進機構の最適な操作の組み合わせをリアルタイムで選択しながら掘進作業を行ってゆく。すなわち、掘進作業中に得られる施工データを収集分析して切羽に近い地山の性状を的確に把握するとともに、かかる地山の性状に適した施工方法を即座に採用して、かかる施工データを当該掘進作業に反映しつつ効率的かつ安定した掘進作業を行ってゆくことを可能にする。
　【００２２】
　また、メイングリッパを地山側に押し付ける工程を載荷試験とみなして得られる試験データを施工データとして収集分析すれば、地山の性状を評価するのに適した実用性と信頼性のある連続的なデータを経済的かつ安定して得ることができるとともに、フロントグリッパを地山側に押し付ける工程を載荷試験とみなして得られる試験データを施工データとして収集分析すれば、地山の性状を評価するのに適した実用性と信頼性のある連続的なデータを、より切羽に近い位置から容易に得ることができる。なお、これらの載荷試験による試験データは、専用の載荷試験装置を使用して、メイングリッパやフロントグリッパを用いることなく、より正確な試験データとして得ることもできる。
　【００２３】
　【発明の実施の形態】
　以下、この発明の好ましい実施の形態すなわち実施例について、添付図面を参照して詳細に説明するが、この発明はかかる実施の態様に限定されるものではない。図１は、この発明の一実施例にかかるトンネル掘進機の施工管理システムの全体構成を示す概念図である。すなわち、この実施例の施工管理システムは、例えば、８０ｍ２程度の掘削断面積を有する大断面道路トンネルの先進導坑を掘削形成するためのトンネル掘進機として、径３．５ｍ程度の大きさのフルシールドタイプのＴＢＭを用いて掘進作業を行う際に、この発明の施工管理システムを採用したものである。
　【００２４】
　そして、この実施例によれば、ＴＢＭは、従来のＴＢＭと同様に、これの本体部１０は、カッターヘッド１１やフロントグリッパ１２を備えた前胴部１３、メイングリッパ１４を備えた後胴部１５、前胴部１３と後胴部１５とを摺動可能に連結するスラストジャッキ１６、方向制御ジャッキ１７、シールドジャッキ１８等からなり、さらに、方位を検出するジャイロコンパス１９や基準点に対する相対レベルを検出するレベル計２０などを備えている。
　【００２５】
　また、このＴＢＭは、切羽面の前方の地山を探査するための先進ボーリングマシーン２１を備えるとともに、掘削土砂を排出するためのベルトコンベア２２やシャトルトレイン２９を有し、さらに、このＴＢＭには、ベルトコンベア２２から搬出される土砂を監視するレーザ２３、ＣＣＤカメラ２４、画像処理装置２５及びこれらを操作管理する第１パーソナルコンピュータ２６や、ジャイロコンパス１９やレベル計２０をコントロールするジャベルコントロールＢＯＸ２７及びジャベルディスプレイ２８、あるいはシャトルトレイン２３の停止位置を確認するためのセンサ４６等が設けられている。
　【００２６】
　さらにまた、ＴＢＭの本体部１０やこれに後続するトンネル坑内には、先進ボーリングマシーン２１の運転制御を行い、削孔データを収集する第１ＰＬＣ３０、各機器の工程管理（例えば、各機器の起動条件の判定と起動指令、掘進開始と終了の判定及び停止指令等の一連の動作制御や、データ通信、制御信号通信などを行う。）や自動運転制御（例えば、管理室４０より指示された掘削パターン、操作量になる様各種ジャッキを制御し、自動的に準備・掘削・盛替工程の動作を行わせる。）を行う第２ＰＬＣ３１、坑内操作盤３２などが設けられ、上記第１ＰＬＣ３０や第２ＰＬＣ３１を介して収集された機械データやボーリングデータ等の施工データは、伝送手段としての光ファイバーケーブル３３を通して、１０００ｍ毎に中継局として配設された中継ＰＬＣ３４を介しながら、地上に設けた管理室４０内の各種のコンピュータに伝送されて蓄積・収録処理されることになる。
　【００２７】
　一方、地上に設けられた管理室４０には、各種のデータの収集・管理用の第１ＦＡコンピューター３５及びこれに付属するプロッター３６やプリンター３７、第１ＦＡコンピューター３５と接続される第２ＦＡコンピューター３８及びこれに付属するプリンター３９、第２パーソナルコンピューター４１及びこれに付属するプリンター４２などのコンピュータ類や、これらを操作制御するための坑外操作盤４３、あるいはデータ伝送装置としての第３ＰＬＣ４４及びこれに付属するキーボード４５などを備えている。
　【００２８】
　そして、第１ＦＡコンピューター３５は、光ファイバーケーブル３３を通して坑内から送られてくる施工データの収集及び解析や、線形管理、掘進管理、統計解析などを行う。すなわち、第１ＦＡコンピューター３５は、施工データを収集解析すべく、リアルタイムに各種データを収集・演算して単位掘進長毎の掘削情報を収録する。また、前記単位掘進長毎の掘削情報を基に盛り替え作業から次の盛り替え作業に至る１ストロークのＴＢＭの掘削作業ごとの代表値を保存し、ストローク報や目報として帳表出力する。さらに、各収集データの警報監視機能をも有するとともに、先進ボーリングによる各種データの収録及び後述するＭＧ載荷試験結果の収録や変形係数演算等も行う。また線形管理としては、例えば、シャベルからの信号の演算処理結果と掘進距離より、マシン先端の座標を求め、また、人為測量データを入力して、位置座標の補正を行う。掘進管理としては、例えば、１ストローク毎の計画線形及び蛇行量から、次のストロークの目標方位とレベルを演算し表示する。さらに統計解析としては、例えば、ストローク単位のデータファイルより対象となる変数を選択し、重回帰分析、多公式分析、対数散布図等により、掘進データの解析を行う。
　【００２９】
　一方、第２ＦＡコンピューター３８は、自動方向制御や、工程機器の状態表示などを行う。自動方向制御としては、例えば、この実施例では、ニューラルネットワークにより過去の掘進データを学習し、各掘進時に、目標方向に掘進するための最も適切なジャッキパターンを選択する。また、ファジー理論により、ストロークの制御量を決定する。工程機器の状態表示としては、例えば、ＴＢＭ及び周辺機器の略図を画面に表示し、各機器の起動状態を示すと共に、各マシーンデータの表示を行う。
　【００３０】
　そして、第２パーソナルコンピューター４１は、歩掛管理、地山観察データの収集、相関分析、掘削データの分析等を行う。ここで、歩掛管理としては、例えば、ＴＢＭ作業サイクル、本坑拡幅作業サイクル、カッター交換等のデータの入力・保存、帳表出力等を行い、地山観察データの収集としては、例えば、各種の地山調査（地質区分、岩盤分類、ＳＨ等）に関するデータの収集を行う。また、相関分析としては、例えば、地質調査結果、機械特性、支保工形式等の相関分析を行い、掘削データの分析としては、例えば、第１ＦＡコンピューター３５からデータを呼び込み汎用ソフトを用いて分析を行う。
　【００３１】
　すなわち、この実施例によれば、ＴＢＭの本体部１０やこれに後続するトンネル坑内に設けた上記第１ＰＬＣや第２ＰＬＣ３１、光ファイバーケーブル３３、地山観察データを収集する第２パーソナルコンピューター４１、第１ＦＡコンピューター３５等が、施工データを収集するデータ収集手段を構成するとともに、各種の演算を行う第１ＦＡコンピューター３５が地山評価手段を構成し、さらに、ジャッキパターンの選択やストロークの制御量を決定する第２ＦＡコンピューター３８が選択手段を構成することになる。
　【００３２】
　また、この実施例によれば、収集される施工データには、メイングリッパを地山側に張出して押し付ける工程を載荷試験とみなして得られるＭＧ載荷試験の試験データ、すなわち以下の方法によって得られるＭＧ係数が含まれる。
　【００３３】
　すなわち、通常、メイングリッパは掘削前に拡張させて地山から反力を取り、掘削が終了すると盛り替えのため引き戻す作業を繰り返す。この掘削前の拡張時を利用して載荷試験を行うこととする。具体的には、例えば、各メイングリッパ１４には、電磁比例弁付きの油圧制御回路や、１／１００ｍｍ精度のレーザストローク計等を各々装着し、まず下限接地圧（面圧８．６ｋｇ／ｃｍ２）にてイニシャライズし、その後５秒毎に３．４ｋｇ／ｃｍ２づつ上昇させ、上限接地圧（面圧４８ｋｇ／ｃｍ２）まで上昇させる。このときの測定データを第１ＦＡコンピューター３５に伝送し、算定された応力−変位グラフから漸近線を各々求め、その傾きに坑道半径を乗じたものをＭＧ係数とする。
　【００３４】
　さらに、この実施例によれば、収集される施工データには、フロントグリッパを地山側に張出して押し付ける工程を載荷試験とみなして得られるＦＧ食い込み試験の試験データ、すなわち以下の方法によって得られるＦＧ食い込み量が含まれる。
　【００３５】
　すなわち、フロントグリッパ１２は、主に、掘削後に拡張させて地山に反力をとり、盛り替え作業を行うために使用されるが、この盛り替え作業における拡張時を利用して載荷試験の一つとして食い込み試験を行うこととする。具体的には、例えば、まず試験の条件として、計測開始圧力（下限接地圧）と計測終了圧力（上限接地圧）を設定し、グリッパ「押し」の操作がなされると、グリッパが地山に当たるまで伸び出し、やがて地山に当たりだして圧力が上昇して行く。そして、フロントグリッパ１２による圧力が下限接地圧（設定値は油圧で７０ｋｇ／ｃｍ２）に達したとき、加圧を一旦停止し、各フロントグリッパ１２のストローク値を計測する。数秒後、再び自動的に加圧され、やがて上限接地圧（設定値は油圧で２００ｋｇ／ｃｍ２）に達すると再度加圧を停止して、各ストローク値を計測する。このストローク差を、フロントグリッパ１２のＦＧ食い込み量として記録する。さらに数秒後、加圧が再開され、最高圧まで加圧されて停止する。
　【００３６】
　なお、ストロークの測定は、通常のストローク計を使用し、グリッパの圧力は個別ではなく、複数本をまとめて一点計測として測定することもできる。またこの食い込み試験は、ＴＢＭによる１ストロークの掘進作業終了後、盛り替へ作業前に行う。さらに、計測データは坑内に敷設された光ファイバーケーブル３３を通して坑外の第１ＦＡコンピューター３５まで送られ、ここで食い込み量値の演算と記録が行われることになる。
　【００３７】
　なお、載荷試験による各種の係数や地山への食い込み量等の試験データは、メイングリッパ１４やフロントグリッパ１２とは別途に、トンネル掘進機の外周部分に設けた専用の載荷試験装置５８を周囲の地山に向けて突出進退して、より正確な値として得ることもできる。
　【００３８】
　さらに、この実施例によれば、切羽面の前方の地山を探査するための先進ボーリングマシーン２１からの施工データをも収集分析することができる。すなわち、この先進ボーリングマシーン２１によれば、例えばロータリーパーカッションマシンに装着した各種のセンサーを用いて、削孔と同時に削孔深度、速度、打撃エネルギー、打撃数、掘進力、トルク、回転数、送水圧、送水量、排水量の１０種類のデータを測定する。かかるデータは、ＴＢＭ１０の機械データと同様に、毎秒スキャニングされ、削孔５０ｍｍ毎に瞬時値が、１００ｃｍ毎に集計値が演算され、収録される。
　【００３９】
　なお、メイングリッパ１４を用いたＭＧ載荷試験や、フロントグリッパ１２を用いた載荷試験は、盛り替え作業を行いつつ前進するＴＢＭの各ストローク毎に行われる。またその他の機械データは毎秒スキャニングされ、地上の操作盤まで伝送されてモニターに描画される。そして、掘進ストローク５０ｍｍ毎に瞬時値が記録され、さらに、各盛り替え作業のためのＴＢＭの１ストローク分の掘進作業終了後、平均などの集計値が演算される。一方、地山データを得るための坑内の観察調査は、５ｍ毎に実施される。
　【００４０】
　また、地山データと機械データ（ＴＢＭデータ、先進ボーリングデータ）は、それぞれ独自のインターバルを有しているため、地山データと機械データ間の対比に際しては、坑内観察測定位置の±２．５ｍ以内のデータについて測定間隔による荷重平均値を採用した。統計分析機能としては、単回帰、箱髭図、頻度図、変化図などを有し、必要に応じテキスト出力する機能を有している。
　【００４１】
　そして、この実施例によれば、収集された上述の施工データに基づいて地山評価手段としての第１ＦＡコンピューター３５により評価された地山の性状、及びマシンの蛇行量や１ストローク前の掘削情報等を鑑みて、選択手段としての第２ＦＡコンピューター３８によって、各種のジャッキやグリッパ等からなる掘進機構の最適な操作の組み合わせないしはこれらの操作量を選択することになる。すなわち、掘進機構を構成する、カッターヘッド１１、フロントグリッパ１２、メイングリッパ１４、スラストジャッキ１６、方向制御ジャッキ１７、シールドジャッキ１８等の使用の組み合わせや操作量を選択することにより、ＴＢＭの方向制御やカッタートルク制御、あるいはスラスト推力、スラスト伸張速度、カッター回転数等の制御が行われることになる。
　【００４２】
　ここで、この実施例では、他の現場において過去に収集された掘削データの解析結果や、熟練したオペレータからのヒアリングによる情報、あるいは当該現場での掘削作業の進行に伴って逐次得られた掘削データの解析結果等から、種々の地山の性状と、各性状の地山に対する最適な運転操作との規則性を見いだし、ニューラルネットワークおよびファジィ理論というＡＩ手法を用いて、熟練オペレータと同様の運転操作での自動化を実現させている。すなわち、各ストロークの掘進作業の準備中に、掘進状況に応じた最適な操作端の組み合わせの選択の判断をニューラルネットワークで行い、また、掘進中のフロントグリッパと方向制御ジャッキの必要ストローク量の演算をファジィ推論で行うこととしている。
　【００４３】
　すなわち、ニューラルネットワークは、生体の神経回路や神経細胞の機能を工学的にモデル化した演算回路であり、その特徴としては、機械自身が、与えられたデータをもとに、設定された条件の中で考え得る最適の答えを選択できることにある。つまり、この能力はパターン認識、予測判断等の問題解決に適するものである。
　【００４４】
　また、ファジィ理論は、人間の定性的な考え方、数値的に表現が難しい曖昧な考え方を定量化する理論である。ここで、人間によって機械を操作する場合には、「制御すべき値が大きくなる傾向にあるから、操作すべき値を少し増す。」というようなファジィ的な考えに基づくことが多い。トンネル掘進機の場合で考えると、例えばフロントグリッパ１１と方向制御ジャッキ１７を方向修正の調整に使用しているが、この時の考え方がファジィ的であるので、ファジィ理論を適用することとする。
　【００４５】
　したがって、ニューラルネットワークによる掘進モードの選択を選択手段に含めれば、この選択手段はパターン認識や予測判断等の問題解決に適していることから、掘削状況の変化に対して使用すべき操作の組み合わせを、施工データに基いていち早く判断することができ、また、ファジィ理論によるジャッキの操作量の決定手段を選択手段に含めれば、方向修正の調整の時の考え方がファジィ的であるので、トンネル掘進機の方向修正を容易に行うことができることになる。
　【００４６】
　そして、例えば、ＴＢＭの掘進に使用するジャッキとして、フロントグリッパ１２、方向制御ジャッキ１７、スラストジャッキ１６、メイングリッパ１４を選定するとともに、使用するジャッキの種類と本数について表１に示すように掘進モードを定義し、掘進作業にあたっての最適なモードの選択にニュラルネットワークを使用する。なお、ニューラルネットワークの教師信号（入力信号に対する理想出力）には、過去の現場で収集した掘削データあるいは当該現場での掘削作業の進行に伴って逐次得られた掘削データを解析して、結果の良いものを選んで使用する。
　【００４７】
　【表１】
　表１において、掘進モードは、モード番号の絶対値が大きくなるにしたがってより大きな制御が可能となることを示している。また、符号は、掘進方向を表し、例えば＋は右に、一は左に曲げるモードである。さらに、ニューラルネットワークには、前回のストロークの掘進モード、前回の掘進結果、前回の方位変更量差等が入力され、今回の掘進作業のための各掘進モードの適合度などが出力される。
　【００４８】
　なお、各現場においては、掘削地盤が異なるため、過去の掘削結果から得られた教師信号をそのまま当てはめる訳にはいかず、また、当該現場においても、掘進作業の進行に伴い地盤の変化が表れるため、当該現場からの掘削データを入力して学習させながら、かかるデータをリアルタイムで掘進作業に反映させながら掘進作業を行ってゆく。
　【００４９】
　一方、ニューラルネットワークにより選択されたジャッキの操作量は、例えば、次のようにして定められる。すなわち、一例として、フロントグリッパ１４は、掘削区間が直線あるいは緩やかな曲線区間では、方向制御の中心となる操作端である。Ｎｏ．２，Ｎｏ．３のグリッパ（図２（ｂ）参照）は、それぞれのストローク差を生じさせることにより水平方向偏差の修正が可能であり、Ｎｏ．１，Ｎｏ．４のグリッパは、主に、前胴の振れ止め（軽く地山に当てる）に用いる。このＮｏ．２，Ｎｏ．３のストローク量差の演算をファジィ理論で行い、掘進中に随時調整する。
　【００５０】
　また、方向制御ジャッキ１７は、掘削区間が曲線区間であったり、水平偏差量が大きい場合に、方向制御の中心となる操作端である。また、垂直偏差修正や勾配保持のためにも重要な操作端である。そこで、この４本のジャッキのストローク差の演算にファジィ理論を用い、垂直方向の制御については常時、一方水平方向の制御についてはモードで選択された時のみ、掘進中に随時調整する。
　【００５１】
　そして、このようにして、ＴＢＭの掘進作業にニューラルネットワークおよびファジィ理論を適用することにより、施工経験を生かしたマシンの自動制御が可能になり、従来のようにオペレータの技量に左右されることなく、安定した良好な掘削精度と掘削速度での自動運転が実現できることになる。
　【００５２】
　そして、以上の構成を有するこの実施例のトンネル掘進機の施工管理システムによれば、データ収集手段によりＴＢＭによる掘進作業中に得られる切羽付近の施工データをリアルタイムで収集するとともに、かかる収集されたデータを地山評価手段によりリアルタイムで分析して地山の性状を評価し、さらに評価された地山の性状に応じて、選択手段により掘進機構の最適な操作の組み合わせをリアルタイムで選択しながら掘進作業を行ってゆく。したがって、掘進作業中に得られる施工データを収集分析して切羽に近い地山の性状を的確に把握するとともに、かかる地山の性状に適した施工方法を即座に採用して、かかる施工データを当該掘進作業に反映しつつ効率的かつ安定した掘進作業を行ってゆくことができることになる。
　【００５３】
　また、メイングリッパ１４を地山側に押し付ける工程を載荷試験とみなして得られるＭＧ係数を施工データとして収集分析すれば、地山の性状を評価するのに適した実用性と信頼性のある連続的なデータを経済的かつ安定して得ることができるとともに、フロントグリッパ１２を地山側に押し付ける工程を食い込み試験とみなして得られるＦＧ食い込み量を施工データとして収集分析すれば、地山の性状を評価するのに適した実用性と信頼性のある連続的なデータを、より切羽に近い位置から容易に得ることができる。
　【００５４】
　なお、各種データの岩種や岩級区分に対しての相関性を明らかにすることにより、ＴＢＭの機械データ等を用いた施工管理手法を確立するための基礎資料を得ることができるとともに、データ相互の間に高い相関性がみられ、しかも岩級区分別に層別化することができれば、それらのデータを掘進管理の一指標にすることができる。
　【００５５】
　また、各種のデータを使用して多変量解析によりる判別分析（岩級区分の判別や不良地山部の判別等）を実施することにより、各種のデータの地山評価（ＭＧ係数、ＦＧ食い込み量を含めた機械データによる地山評価）や前方地山予知（先進ボーリングデータによる前方地山予知）に対する有効度の確認が可能となり、その結果有効度の高いデータを利用した地山評価（岩級区分の把握）や前方地山予知（マシントラブルを引き起こす不良地山部の把握）などが可能となる。
　【００５６】
　しかし、以上の指標は岩種やマシン径などの違いにより、データの補正が必要なので、将来的に幾つもの現場のデータを蓄積して、データの補正方法を確立することが必要である。
　【００５７】
　【発明の効果】
　以上詳細に説明したように、この発明のトンネル掘進機の施工管理システムによれば、トンネル掘進機による掘進作業中に得られる機械データ、地山データ、あるいはボーリングデータ等の施工データを収集するデータ収集手段と、該データ収集手段によって収集されたデータに基づいて演算を行い、その演算結果から地山の性状を評価する地山評価手段と、該地山評価手段により評価された地山の性状に応じて、各種のジャッキやグリッパ等からなる掘進機構の操作の組み合わせを選択することにより、カッタートルクや掘進方向等の制御を行う選択手段とからなるので、掘進作業中に得られる施工データを迅速に収集分析して切羽に近い地山の性状を的確に把握するとともに、かかる地山の性状に適した施工方法を即座に採用して、効率の良い掘進作業を容易かつ安定して行ってゆくことができる。
【図面の簡単な説明】
　【図１】
　この発明の一実施例にかかるトンネル掘進機の施工管理システムの全体構成を示す概念図である。
　【図２】
　この発明が適用されるトンネル掘進機の一般的な構成を示すもので、（ａ）は略示縦断面図、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａから見た背面図である。
　【符号の説明】
　１０　ＴＢＭの本体部（トンネル掘進機）
　１１　カッターヘッド
　１２　フロントグリッパ
　１３　前胴部
　１４　メイングリッパ
　１５　後胴部
　１６　スラストジャッキ
　１７　方向制御ジャッキ
　２１　先進ボーリングマシーン
　３０　第１ＰＬＣ（データ収集手段）
　３１　第２ＰＬＣ（データ収集手段）
　３３　光ファイバーケーブル（データ収集手段）
　３５　第１ＦＡコンピューター（データ収集手段、地山評価手段）
　３８　第２ＦＡコンピューター（選択手段）
　４１　第２パーソナルコンピューター（データ収集手段）
　５８　載荷試験装置