(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平方向左右に往復揺動するカッタを有する掘削機を前方に備え、推進用の１または複数のジャッキによるジャッキ群を後方の左右に備えた掘削機構の推力制御方法であって、
前記カッタによる掘削時、
前記カッタが右から左へ揺動する際には、
左のジャッキ群による推力を、前記左のジャッキ群のベース推力から、前記左のジャッキ群の推力修正値を減少させて定め、
右のジャッキ群による推力を、前記右のジャッキ群のベース推力から、前記右のジャッキ群の推力修正値を増加させて定め、
前記カッタが左から右へ揺動する際には、
前記左のジャッキ群による推力を、前記左のジャッキ群のベース推力から、前記左のジャッキ群の推力修正値を増加させて定め、
前記右のジャッキ群による推力を、前記右のジャッキ群のベース推力から、前記右のジャッキ群の推力修正値を減少させて定め、
前記カッタの揺動時の左右のジャッキ群の推力を、前記ベース推力と前記推力修正値によって定まる修正後の推力として前記カッタの揺動方向に合わせて制御することを特徴とする推力制御方法。
【請求項２】
前記ベース推力と前記推力修正値によって定まる修正後の左右のジャッキ群の推力を全推力として、前記掘削機構を掘進させることを特徴とする請求項１記載の推力制御方法。
【請求項３】
前記掘削機が水平方向左右に複数設けられ、
前記掘削機のカッタ毎に、
当該カッタが右から左へ揺動する際の、前記左のジャッキ群の推力修正値と前記右のジャッキ群の推力修正値、および、当該カッタが左から右へ揺動する際の、前記左のジャッキ群の推力修正値と前記右のジャッキ群の推力修正値とを定め、
前記掘削機構による掘削時、
前記左のジャッキ群による推力を、前記左のジャッキ群のベース推力から、右から左に揺動するカッタ毎に当該カッタに対して定められる推力修正値を減少させ、左から右に揺動するカッタ毎に当該カッタに対して定められる推力修正値を増加させた推力とし、
前記右のジャッキ群による推力を、前記右のジャッキ群のベース推力から、右から左に揺動するカッタ毎に当該カッタに対して定められる推力修正値を増加させ、左から右に揺動するカッタ毎に当該カッタに対して定められる推力修正値を減少させた推力とすることを特徴とする請求項１または請求項２記載の推力制御方法。
【請求項４】
前記カッタが右から左へ揺動する際の、前記左のジャッキ群の推力修正値と、前記右のジャッキ群の推力修正値が等しく、
前記カッタが左から右へ揺動する際の、前記左のジャッキ群の推力修正値と、前記右のジャッキ群の推力修正値が等しいことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の推力制御方法。
【請求項５】
前記掘削機は水平方向に偶数配列され、
同数の前記掘削機のカッタ同士を互いに左右対称となる方向に動作させることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の推力制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地盤等を掘削する掘削機構の推力制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの掘削時には、掘削機を後方から押出しつつ掘削機により断面を掘削する推進工法や、掘削機による掘進を行うとともに掘削機の後方でシールドの形成を行うシールド工法が用いられる。
【０００３】
これらの掘削機には、掘削手段としてカッタを設け、該カッタを水平方向に往復揺動させて前方の地盤を掘削しながら前進するものがある（特許文献１、２、３参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−３０３６８１号公報
【特許文献２】特開平７−２６８８９号公報
【特許文献３】特許第２５１００９７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように水平方向に揺動するカッタを掘削手段として用いる場合、掘削中に掘削機の水平方向の姿勢が乱れ、蛇行する問題がある。
【０００６】
これを図１５を参照して説明する。図１５において、２００は掘削機、２１０はカッタである。
例えば図１５（ａ）に示すように、カッタ２１０を掘削機２００の掘進方向に対して右から左（矢印ａ）に揺動させて掘削を行うと、掘削機２００は地盤からの反力を受け、カッタ２１０の揺動方向とは逆の、すなわち時計回り方向のモーメントＭが加わる。従って、図１５（ｂ）に示すように掘削機２００の後方の振れが生じる。このような掘削機２００の意図しない姿勢の乱れは、掘削機２００の蛇行によるトンネル等の品質低下につながるので、極力避けることが望ましい。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的は、掘削機構の姿勢を安定させつつ掘削を行うことができる掘削機構の推力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】
【０００８】
前述した目的を達成するための第１の発明は、水平方向左右に往復揺動するカッタを有する掘削機を前方に備え、推進用の１または複数のジャッキによるジャッキ群を後方の左右に備えた掘削機構の推力制御方法であって、前記カッタによる掘削時、前記カッタが右から左へ揺動する際には、左のジャッキ群による推力を、前記左のジャッキ群のベース推力から、前記左のジャッキ群の推力修正値を減少させて定め、右のジャッキ群による推力を、前記右のジャッキ群のベース推力から、前記右のジャッキ群の推力修正値を増加させて定め、前記カッタが左から右へ揺動する際には、前記左のジャッキ群による推力を、前記左のジャッキ群のベース推力から、前記左のジャッキ群の推力修正値を増加させて定め、前記右のジャッキ群による推力を、前記右のジャッキ群のベース推力から、前記右のジャッキ群の推力修正値を減少させて定め、前記カッタの揺動時の左右のジャッキ群の推力を、前記ベース推力と前記推力修正値によって定まる修正後の推力として前記カッタの揺動方向に合わせて制御することを特徴とする推力制御方法である。例えば、前記ベース推力と前記推力修正値によって定まる修正後の左右のジャッキ群の推力を全推力として、前記掘削機構を掘進させる。
【０００９】
これにより、掘削機構において左右のジャッキ群の推力を調整することで、地盤から受ける反力モーメントを掘削機構全体で相殺することができる。従って、掘削機構の水平方向の姿勢を安定させることができ、掘削機構を正確に掘進させることができる。
【００１０】
また、前記掘削機が水平方向左右に複数設けられ、前記掘削機のカッタ毎に、当該カッタが右から左へ揺動する際の、前記左のジャッキ群の推力修正値と前記右のジャッキ群の推力修正値、および、当該カッタが左から右へ揺動する際の、前記左のジャッキ群の推力修正値と前記右のジャッキ群の推力修正値とを定め、前記掘削機構による掘削時、前記左のジャッキ群による推力を、前記左のジャッキ群のベース推力から、右から左に揺動するカッタ毎に当該カッタに対して定められる推力修正値を減少させ、左から右に揺動するカッタ毎に当該カッタに対して定められる推力修正値を増加させた推力とし、前記右のジャッキ群による推力を、前記右のジャッキ群のベース推力から、右から左に揺動するカッタ毎に当該カッタに対して定められる推力修正値を増加させ、左から右に揺動するカッタ毎に当該カッタに対して定められる推力修正値を減少させた推力とすることが望ましい。
これにより、複数カッタを設ける場合に、各カッタについて推力修正値を定め、これをベース推力に対し加算もしくは減算することで、掘削時に掘削機構の水平方向の姿勢を安定させることができる。
【００１１】
また、前記カッタが右から左へ揺動する際の、前記左のジャッキ群の推力修正値と、前記右のジャッキ群の推力修正値が等しく、前記カッタが左から右へ揺動する際の、前記左のジャッキ群の推力修正値と、前記右のジャッキ群の推力修正値が等しいことが望ましい。
これにより、掘削時の掘削機構の姿勢をより確実に安定させることができる。
【００１２】
また、前記掘削機は水平方向に偶数配列され、同数の前記掘削機のカッタ同士を互いに左右対称となる方向に動作させることが望ましい。
これにより、カッタによって前記の推力修正値が異なる場合等に、ジャッキの推力値の調整幅が少なくて済み、推力の制御が容易になる。
【００１３】
また、前記掘削機構において、前記掘削機が上下に配置され、前記左のジャッキ群による推力および前記右のジャッキ群による推力が、上段の前記掘削機のカッタと下段の前記掘削機のカッタの少なくともいずれかに対して、第１の発明の推力制御方法を用いて定められることが望ましい。
このように、上下に掘削機を配置した掘削機構では、推進ジャッキによる推力を、上下段の少なくともいずれかの掘削機のカッタに対して、前記の方法により定めた推力とすれば、掘削時の掘削機構の姿勢を安定させることが可能になる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、掘削機構の姿勢を安定させつつ掘削を行うことができる掘削機構の推力制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】掘削機構１の垂直方向の構成を示す図
【図２】本体掘削機３の水平方向の構成を示す図
【図３】推進ジャッキ４１について説明する図
【図４】掘削機構１による掘削について説明する図
【図５】ジャッキ群４１ａ、４１ｂの制御について説明する図
【図６】ジャッキ群４１ａ、４１ｂの制御について説明する図
【図７】掘削機構１’を説明する図
【図８】ジャッキ群４１ａ、４１ｂの制御について説明する図
【図９】掘削機構１”を説明する図
【図１０】ジャッキ群４１ａ、４１ｂの制御について説明する図
【図１１】掘削機構１０の垂直方向の構成を示す図
【図１２】矩形ルーフ掘削機２の水平方向の構成を示す図
【図１３】掘削機構１０の後面を示す図
【図１４】掘削機構１０による掘削について説明する図
【図１５】掘削機２００による掘削時のモーメントを示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて、本発明の実施形態について詳細に説明する。
【００１７】
［第１の実施形態］
まず、図１〜図３を参照して、第１の実施形態について説明する。図１は、掘削機構１の垂直方向の構成を示す図である。図２は掘削機構１の本体掘削機３の水平方向の構成を示す図である。図３は、掘削機構１の後面を示す図である。
【００１８】
図１、図２に示すように、掘削機構１は、前胴部１ａと後胴部１ｂからなり、前胴部１ａでは、掘削機である本体掘削機３がスペーサ３１０を挟んで水平方向左右に２つ並べて配列される。
【００１９】
本体掘削機３では、本体内部がバルクヘッド３３により前後に区画されており、バルクヘッド３３の前方の本体前面にカッタ３１が設けられる。
【００２０】
カッタ３１は、接続材３１２で接続された円柱状の一対のカッタスポーク３１３の上下方向に沿って、細かな鋸歯状の（ラック状の）カッタビット３１１を設け、これら一対のカッタスポーク３１３を、上下の支持杆３１５を介して回転軸３１７に接続したものである。鋸歯状のカッタビット３１１とすることで、効率よく地盤を掘削し、掘り残しを減らすことができる。
【００２１】
この回転軸３１７には、上下にリンク材３１８の一端が取り付けられる。これらリンク材３１８の他端に、平面上交差して配置される２つの油圧ジャッキ３１９の一端がそれぞれ接続される。一方の油圧ジャッキ３１９を伸長させるとともに他方の油圧ジャッキ３１９を収縮させる動作を油圧ジャッキ３１９間で交互に行うことにより、カッタ３１が水平方向を円弧状の軌跡で往復揺動する。例えば、カッタ３１は６０°の揺動角度を１．５°／ｍｉｎの揺動速度で往復揺動する。
【００２２】
また、本体掘削機３では、本体内部にスクリューコンベア３２が設けられる。スクリューコンベア３２は本体前面で開口しており、カッタ３１で掘削した土砂を搬送して掘削機構１の後方へ排出する。
【００２３】
一方、後胴部１ｂには、複数の推進ジャッキ４１（油圧ジャッキ）が配置される。この推進ジャッキ４１は、掘削機構１の掘進に用いられるとともに、本発明の推力制御方法による掘削機構１の姿勢安定化に利用される。ここで、図３（ａ）に示すように、中央より左側に配置された１または複数の推進ジャッキ４１が左のジャッキ群４１ａを構成し、中央より右側に配置された１または複数の推進ジャッキ４１が右のジャッキ群４１ｂを構成する。各推進ジャッキ４１は、左右のジャッキ群４１ａ、４１ｂで左右対称の位置となるように配置される。
【００２４】
各推進ジャッキ４１の推力（推進方向への圧力）の制御は、図３（ｂ）に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や記憶部等を備えた制御部４２により、推進ジャッキ４１の伸縮を行う油圧回路４３を制御することで行われる。本実施形態では、前記のカッタ３１の揺動方向に合わせてジャッキ群４１ａ、４１ｂによる推力を制御して、掘削時の掘削機構１の姿勢を安定させるが、その方法については後述する。
【００２５】
次に、この掘削機構１による地盤の掘削方法について図４を用いて述べる。
【００２６】
この掘削機構１を用いて地盤を掘削するには、まず、図４（ａ）に示すように、地盤に発進側の立坑１００を掘削し、立坑１００内に受台１３０を配置し、受台１３０上に掘削機構１を設置する。また、立坑１００の掘進方向後方の壁面に反力架台１１０を固定し、推進ジャッキ４１の後端部を当接させる。
【００２７】
その後、推進ジャッキ４１を伸長させて掘削機構１を前進させた後、推進ジャッキ４１を収縮させ、図４（ｂ）に示すように、推進ジャッキ４１と反力架台１１０の間でセグメントを組み立てて鋼殻１４０を形成し、推進ジャッキ４１の後端部を鋼殻１４０に当接させる。この後、再び推進ジャッキ４１を伸長させて掘削機構１を前進させる。
【００２８】
このようにして掘削機構１を前進させ、図４（ｃ）に示すように、掘削機構１の前端が立坑１００の掘進方向前方の壁面に接する時点で鏡切りを行って坑口を形成し、掘削機構１の前部を地山に挿入する。以降、前記のように推進ジャッキ４１の伸縮と鋼殻１４０の形成を交互に行い、図４（ｄ）に示すように、掘削機構１を地盤中で前進させる。地盤の掘削は、推進ジャッキ４１の伸長と同時に左右の本体掘削機３のカッタ３１を往復揺動させることにより行われる。
【００２９】
本実施形態では、この掘削機構１による地盤の掘削時に、水平方向に２つ配列された本体掘削機３のカッタ３１の揺動に合わせて各ジャッキ群４１ａ、４１ｂによる推力を調整し、姿勢の乱れを防ぐ。これについて、図５を参照して説明する。
【００３０】
本実施形態では、ジャッキ群４１ａ、４１ｂによる推力が以下示すように定められる。ここでは、ジャッキ群による推力を、当該ジャッキ群を構成する各推進ジャッキ４１の推力の合計とし、制御部４２は、ジャッキ群４１ａ、４１ｂによる推力が以下定めた値になるように各推進ジャッキ４１の推力を制御する。この方法は適宜定めることができ、例えば、ジャッキ群による推力を当該ジャッキ群を構成する各推進ジャッキ４１に等分に割り振ることなどが可能である。
【００３１】
（１）掘削機構１の目標とする掘進方向等に応じて、左のジャッキ群４１ａのベース推力ＸＬと、右のジャッキ群４１ｂのベース推力ＸＲを予め定めるとともに、
（２）カッタ３１毎に、当該カッタ３１が掘削機構１の掘進方向に対して右から左へ揺動する際の、左のジャッキ群４１ａの推力修正値ＬＲ→Ｌと右のジャッキ群４１ｂの推力修正値ＲＲ→Ｌ、および、当該カッタ３１が左から右へ揺動する際の、左のジャッキ群４１ａの推力修正値ＬＬ→Ｒと右のジャッキ群の推力修正値ＲＬ→Ｒとを予め定め、
（３）掘削時、各カッタ３１の揺動方向に応じて、
（３−１）左のジャッキ群４１ａによる推力を、前記のベース推力ＸＬから、右から左に揺動するカッタ３１毎に、対応する推力修正値ＬＲ→Ｌを減少させ、左から右に揺動するカッタ３１毎に、対応する推力修正値ＬＬ→Ｒを増加させた推力ＰＬとし、
（３−２）右のジャッキ群４１ｂによる推力を、前記のベース推力ＸＲから、右から左に揺動するカッタ３１毎に、対応する推力修正値ＲＲ→Ｌを増加させ、左から右に揺動するカッタ３１毎に、対応する推力修正値ＲＬ→Ｒを減少させた推力ＰＲとする。
【００３２】
前記の（１）において、ベース推力ＸＬ、ＸＲは、掘削機構１の機長・幅・高さやカッタの形状等の掘削機構固有の特性と、掘進時に目標とする掘進方向、掘進速度により定まる各ジャッキ群の推力である。掘進時に目標とする掘進方向・掘進速度が変更しない場合、ジャッキ群の推力制御においてベース推力も一定の値を設定する。
【００３３】
前記の（２）では、各カッタ３１について、当該カッタ３１が右から左へ揺動する場合に、掘削機構１に加わる時計回りの反力モーメントＭを相殺できるように、右のジャッキ群４１ｂで増加させる推力修正値ＲＲ→Ｌと、左のジャッキ群４１ａで減少させる推力修正値ＬＲ→Ｌを定める。揺動方向が逆の場合についても、掘削機構１に加わる反時計回りの反力モーメントＭを相殺できるように、右のジャッキ群４１ｂで減少させる推力修正値ＲＬ→Ｒと、左のジャッキ群４１ａで増加させる推力修正値ＬＬ→Ｒを定める。
【００３４】
以上のようにして、左右のジャッキ群４１ａ、４１ｂによる推力が定められる。例えば、図５（ａ）に示す実施例は、掘削機構１の目標とする掘進方向を直進方向としている。この場合、地山の土質に大きな偏りがないとすると前記のベース推力をＸＬ＝ＸＲと設定する。そして、図に示すように、左右のカッタ３１−１、３１−２が右→左、左→右への揺動を繰り返す場合、左のジャッキ群４１ａの推力ＰＬ、右のジャッキ群４１ｂの推力ＰＲは、左右のカッタ３１−１、３１−２が右→左に揺動する場合に
ＰＬ＝ＸＬ−Ｌ１Ｒ→Ｌ−Ｌ２Ｒ→Ｌ
ＰＲ＝ＸＲ＋Ｒ１Ｒ→Ｌ＋Ｒ２Ｒ→Ｌ
として時計回りの反力モーメントＭを相殺し、左→右に揺動する場合、
ＰＬ＝ＸＬ＋Ｌ１Ｌ→Ｒ＋Ｌ２Ｌ→Ｒ
ＰＲ＝ＸＲ−Ｒ１Ｌ→Ｒ−Ｒ２Ｌ→Ｒ
として反時計回りの反力モーメントＭを相殺し、各カッタ３１の往復揺動に合わせて、上記のジャッキの推力制御を繰り返す。ここで、Ｌ１、Ｒ１は、それぞれ、左のカッタ３１−１の揺動に合わせた左右のジャッキ群４１ａ、４１ｂの推力修正値を表し、Ｌ２、Ｒ２は、それぞれ、右のカッタ３１−２の揺動に合わせた左右のジャッキ群４１ａ、４１ｂの推力修正値を表す。
【００３５】
図５（ａ）の例では、
ＸＬ＝ＸＲ＝６．０（ＭＮ）
Ｌ１Ｒ→Ｌ＝Ｌ２Ｒ→Ｌ＝Ｒ１Ｒ→Ｌ＝Ｒ２Ｒ→Ｌ＝０．４（ＭＮ）
Ｌ１Ｒ→Ｌ＝Ｌ１Ｌ→Ｒ、Ｒ１Ｒ→Ｌ＝Ｒ１Ｌ→Ｒ、Ｌ２Ｒ→Ｌ＝Ｌ２Ｌ→Ｒ、Ｒ２Ｒ→Ｌ＝Ｒ２Ｌ→Ｒ
であり、各カッタ３１が右→左へと移動する際には（ＰＬ、ＰＲ）＝（５．２、６．８）となり、各カッタ３１が左→右へと移動する際には（ＰＬ、ＰＲ）＝（６．８、５．２）となる。
なお、ＸＬ、ＸＲの値はこれに限らず、前記のように掘削機構１の掘進方向や掘進速度を考慮して定めることができ、Ｌ１、Ｒ１等の値は各カッタ３１の揺動速度や揺動角度、掘削機構１の中心とカッタ３１の位置関係、地盤の物性等に合わせて定めればよい。各値は予め定めて制御部４２の記憶部等に記憶させてもよいし、上記の値から制御部４２が演算して算出してもよい。
【００３６】
また、図５（ｂ）に示す実施例は、掘削機構１の目標とする掘進方向を左斜め方向とし、各カッタ３１の揺動を、右→左、左→右と繰り返す例である。この場合、目標とする掘進方向に合わせて前記のベース推力ＸＬ＝５．０（ＭＮ）、ＸＲ＝７．０（ＭＮ）と右側のベース推力を左側のベース推力に比べて大きくする必要がある。それ以外は、図５（ａ）と同様の制御になる。このように、ＸＬ、ＸＲの大小関係は、移動する方向に応じて定まる。例えば、右斜め方向に移動する場合であればＸＬ＞ＸＲとする。
【００３７】
なお、図５（ｃ）は掘削機構１の目標とする掘進方向を直進方向とするとともに、左のカッタ３１−１を右→左に、右のカッタ３１−２を左→右にまず揺動させ、その後、左のカッタ３１−１を左→右に、右のカッタ３１−２を右→左に揺動させ、これを繰り返す例である。この場合、ＸＬ＝ＸＲとするとともに、カッタ３１−１が右→左へと移動し、カッタ３１−２が左→右へ移動する際に、
ＰＬ＝ＸＬ−Ｌ１Ｒ→Ｌ＋Ｌ２Ｌ→Ｒ
ＰＲ＝ＸＲ＋Ｒ１Ｒ→Ｌ−Ｒ２Ｌ→Ｒ
とし、カッタ３１−１が左→右へと移動し、カッタ３１−２が右→左へ移動する際に、
ＰＬ＝ＸＬ＋Ｌ１Ｌ→Ｒ−Ｌ２Ｒ→Ｌ
ＰＲ＝ＸＲ−Ｒ１Ｌ→Ｒ＋Ｒ２Ｒ→Ｌ
とし、これを繰り返す。
【００３８】
このように、本実施形態では、掘削機構１の２つの本体掘削機３のカッタ３１−１、３１−２ごとに定められる推力調整値を、ベース推力から該カッタの揺動方向に合わせて増減し左右のジャッキ群４１ａ、４１ｂによる推力を定めることで、掘削時に地盤から受ける反力モーメントＭが掘削機構１全体で相殺される。このため、掘削時に掘削機構１の水平方向の姿勢を安定させることができる。
【００３９】
なお、本実施形態では、Ｌ１Ｒ→Ｌ＝Ｌ２Ｒ→Ｌ、Ｒ１Ｒ→Ｌ＝Ｒ２Ｒ→Ｌ、…としているが、これに限らず、例えばＬ１Ｒ→ＬとＬ２Ｒ→Ｌの値は各カッタ３１−１、３１−２の揺動角度や揺動速度、あるいは掘削機構１における位置関係などにより異なる場合もある。特にこのような場合では、図６（ａ）に示すように、各カッタ３１−１、３１−２を同一の方向に揺動させるより、図６（ｂ）に示すように各カッタ３１−１、３１−２を互いに左右対称となる方向に移動させる方が、推力の調整幅が小さくなるので制御に都合がよい。すなわち、図６（ａ）の例では、カッタ３１の揺動に応じて左あるいは右のジャッキ群による推力が５．１、６．９（ＭＮ）の間で変化するが、図６（ｂ）の例では、左あるいは右のジャッキ群による推力は５．９、６．１（ＭＮ）の間で変化するので、調整幅がより小さくなる。このように、同数のカッタ同士を互いに左右対称となる方向に動かすことで、推力の調整幅を小さくできる。
【００４０】
また、本実施形態では、Ｌ１Ｒ→Ｌ＝Ｒ１Ｒ→Ｌ、Ｌ１Ｌ→Ｒ＝Ｒ１Ｌ→Ｒ、…としており、これにより確実に掘削機構１の姿勢を安定させることができるが、これに限らず、例えば左右の地盤の性状の違い等によりＬ１Ｒ→ＬとＲ１Ｒ→Ｌの値が異なる場合も考えられる。
【００４１】
さらに、本実施形態では、本体掘削機３を２つ配列した掘削機構１における推力制御について例示したが、本発明の推力制御方法はこれに適用されるものに限らない。以下、推力制御の別の例について説明する。
【００４２】
［第２の実施形態］
次に、第２の実施形態について説明する。
図７（ａ）は掘削機構１’の本体掘削機３の水平方向の構成を示す図である。図７（ｂ）は、掘削機構１’の後面を示す図である。各図に示すように、第２の実施形態は、掘削機構１’において本体掘削機３を水平方向左右に３つ並べた点で第１の実施形態と異なる。それ以外の点は第１の実施形態と同様である。
【００４３】
この場合の制御も第１の実施形態と同様に行うことできる。
すなわち、図８（ａ）は、掘削機構１’の目標とする掘進方向を直進方向とするとともに、各カッタ３１が、右→左、左→右への揺動を繰り返す場合であるが、この時、ＸＬ＝ＸＲとするとともに、左のジャッキ群４１ａによる推力ＰＬ、右のジャッキ群４１ｂによる推力ＰＲは、それぞれ、各カッタ３１が右→左へ揺動する場合に、
ＰＬ＝ＸＬ−Ｌ１Ｒ→Ｌ−Ｌ２Ｒ→Ｌ−Ｌ３Ｒ→Ｌ
ＰＲ＝ＸＲ＋Ｒ１Ｒ→Ｌ＋Ｒ２Ｒ→Ｌ＋Ｒ３Ｒ→Ｌ
として時計回りの反力モーメントＭを相殺し、各カッタ３１が左→右へ揺動する場合に、
ＰＬ＝ＸＬ＋Ｌ１Ｌ→Ｒ＋Ｌ２Ｌ→Ｒ＋Ｌ３Ｌ→Ｒ
ＰＲ＝ＸＲ−Ｒ１Ｌ→Ｒ−Ｒ２Ｌ→Ｒ−Ｒ３Ｌ→Ｒ
として反時計回りの反力モーメントＭを相殺するように定められ、各カッタ３１の往復揺動に合わせて、上記のジャッキの推力制御が繰り返される。Ｌ１、Ｒ１は、それぞれ、左のカッタ３１−１の揺動に合わせた左右のジャッキ群４１ａ、４１ｂの推力修正値、Ｌ２、Ｒ２は、それぞれ、中のカッタ３１−２の揺動に合わせた左右のジャッキ群４１ａ、４１ｂの推力修正値、Ｌ３、Ｒ３は、それぞれ、右のカッタ３１−３の揺動に合わせた左右のジャッキ群４１ａ、４１ｂの推力修正値を表す。
【００４４】
図８（ａ）の例では、
ＸＬ＝ＸＲ＝６．０（ＭＮ）
Ｌ１Ｒ→Ｌ＝Ｌ３Ｒ→Ｌ＝Ｒ１Ｒ→Ｌ＝Ｒ３Ｒ→Ｌ＝０．４（ＭＮ）
Ｌ２Ｒ→Ｌ＝Ｒ２Ｒ→Ｌ＝０．３（ＭＮ）
Ｌ１Ｒ→Ｌ＝Ｌ１Ｌ→Ｒ、Ｒ１Ｒ→Ｌ＝Ｒ１Ｌ→Ｒ、Ｌ２Ｒ→Ｌ＝Ｌ２Ｌ→Ｒ、Ｒ２Ｒ→Ｌ＝Ｒ２Ｌ→Ｒ、Ｌ３Ｒ→Ｌ＝Ｌ３Ｌ→Ｒ、Ｒ３Ｒ→Ｌ＝Ｒ３Ｌ→Ｒ
であり、各カッタ３１が右→左へと移動する際には（ＰＬ、ＰＲ）＝（４．９、７．１）となり、各カッタ３１が左→右へと移動する際には（ＰＬ、ＰＲ）＝（７．１、４．９）となる。
なお、Ｌ２、Ｒ２についてのみ推力修正値が小さい（０．３）が、前記したとおり、これらの値はカッタ３１の掘削機構１’の中心とカッタ３１の位置関係等により定まるので、カッタ３１間で同じであるとは限らない。
【００４５】
また、図８（ｂ）は掘削機構１’の目標とする掘進方向は直進方向としつつ、左右のカッタ３１−１、３１−３の移動方向を、右→左とし、中のカッタ３１−２を左→右とする場合と、各カッタ３１−１〜３１−３の移動方向をその逆とする場合とを繰り返す例である。
この場合も、ＸＬ＝ＸＲとするほか、各カッタ３１の揺動方向に合わせて反力モーメントＭを相殺するように左のジャッキ群４１ａによる推力ＰＬ、右のジャッキ群４１ｂによる推力ＰＲの値を定め、前者のケースでは、
ＰＬ＝ＸＬ−Ｌ１Ｒ→Ｌ＋Ｌ２Ｌ→Ｒ−Ｌ３Ｒ→Ｌ
ＰＲ＝ＸＲ＋Ｒ１Ｒ→Ｌ−Ｒ２Ｌ→Ｒ＋Ｒ３Ｒ→Ｌ
とし、後者のケースでは、
ＰＬ＝ＸＬ＋Ｌ１Ｌ→Ｒ−Ｌ２Ｒ→Ｌ＋Ｌ３Ｌ→Ｒ
ＰＲ＝ＸＲ−Ｒ１Ｌ→Ｒ＋Ｒ２Ｒ→Ｌ−Ｒ３Ｌ→Ｒ
とし、これを繰り返す。
【００４６】
また、図８（ｃ）、図８（ｄ）は、それぞれ、図８（ａ）、図８（ｂ）の場合において、掘削機構１’の目標とする掘進方向を左斜め方向とする例である。この場合、進行方向に合わせて前記のベース推力ＸＬ＝５．０（ＭＮ）、ＸＲ＝７．０（ＭＮ）としてＸＬ＜ＸＲとする以外は、図８（ａ）、図８（ｂ）と同様の制御になる。
【００４７】
なお、水平方向左右に複数設けられるカッタは、揺動角度と揺動速度とが同じであることが最適である。掘削幅の制約から同じ揺動角度のカッタを水平方向に設けることができない場合は、揺動周期（＝揺動角度／揺動速度）が同じであることが好ましい。
例えば図７に示した第２の実施形態の掘削機構１’において、中央のカッタ３１（図８のカッタ３１−２）の揺動角度が４０°であり、左右のカッタ３１（図８のカッタ３１−１、３１−３）の揺動角度が６０°である場合、中央のカッタ３１の揺動速度を１．０°／ｍｉｎ、左右のカッタ３１の揺動速度を１．５°／ｍｉｎと設定すれば、揺動周期を同じにすることができる。
【００４８】
カッタの揺動運動を同期することで、左右のジャッキ群の推力の変更時点を一定間隔にできるのでジャッキ群の推力調整が容易となる。ただし、揺動周期が同じでなくて、カッタの揺動運動が同期できない場合であっても、各時点でのカッタの揺動方向に合わせたジャッキ群の推力調整が複雑になるだけで、掘削機構の姿勢を安定させることができる。
【００４９】
［第３の実施形態］
次に、第３の実施形態について説明する。
図９（ａ）は掘削機構１”の本体掘削機３の水平方向の構成を示す図である。図９（ｂ）は、掘削機構１”の後面を示す図である。各図に示すように、第３の実施形態は、掘削機構１”において本体掘削機３を水平方向に１つのみ配置する点で第１の実施形態と異なる。それ以外の点は第１の実施形態と同様である。
【００５０】
この場合の制御も第１の実施形態と同様にして行うことができる。
すなわち、図１０（ａ）は、掘削機構１”の目標とする掘進方向を直進方向としつつ、カッタ３１が、右→左、左→右への揺動を繰り返す場合であるが、この場合は、ＸＬ＝ＸＲとするとともに、左のジャッキ群４１ａによる推力ＰＬ、右のジャッキ群４１ｂによる推力ＰＲを、カッタ３１が右→左へ揺動する場合に、
ＰＬ＝ＸＬ−Ｌ１Ｒ→Ｌ
ＰＲ＝ＸＲ＋Ｒ１Ｒ→Ｌ
として時計回りの反力モーメントＭを相殺し、カッタ３１が左→右へ揺動する場合に、
ＰＬ＝ＸＬ＋Ｌ１Ｌ→Ｒ
ＰＲ＝ＸＲ−Ｒ１Ｌ→Ｒ
として反時計回りの反力モーメントＭを相殺する。Ｌ１、Ｒ１は、それぞれ、カッタ３１の揺動に合わせた左右のジャッキ群４１ａ、４１ｂの推力修正値を表す。
【００５１】
図１０（ａ）の例では、
ＸＬ＝ＸＲ＝６．０（ＭＮ）
Ｌ１Ｒ→Ｌ＝Ｒ１Ｒ→Ｌ＝０．５（ＭＮ）
Ｌ１Ｒ→Ｌ＝Ｌ１Ｌ→Ｒ、Ｒ１Ｒ→Ｌ＝Ｒ１Ｌ→Ｒ
であり、カッタ３１が右→左へと移動する際には（ＰＬ、ＰＲ）＝（５．５、６．５）となり、カッタ３１が左→右へと移動する際には（ＰＬ、ＰＲ）＝（６．５、５．５）となる。
【００５２】
図１０（ｂ）は、図１０（ａ）の場合において、掘削機構１”の目標とする掘進方向を左斜め方向とする例である。この場合、進行方向に合わせて前記のベース推力ＸＬ＜ＸＲとする以外は、上記と同様の制御になる。
【００５３】
以上のようにして、第２、第３の実施形態についても、左右のジャッキ群４１ａ、４１ｂによる推力の制御により掘削機構による掘削時の姿勢を安定させることができる。
【００５４】
［第４の実施形態］
次に、第４の実施形態について説明する。
まず、図１１〜図１３を参照して、第４の実施形態の掘削機構１０の概略について説明する。図１１は、掘削機構１０の垂直方向の構成を示す図である。図１２は掘削機構１０の矩形ルーフ掘削機２の水平方向の構成を示す図である。図１３は、掘削機構１０の後面を示す図である。
【００５５】
第４の実施形態の掘削機構１０は、前胴部１ａにおいて本体掘削機３の上に矩形ルーフ掘削機２を重ねて配置する点で第１の実施形態の掘削機構１と異なる。この矩形ルーフ掘削機２は、本体掘削機３と同様、スペーサ２１０を挟んで水平方向左右に２つ並べて配列される。なお、図１３に示すように推進ジャッキ４１は第１の実施形態と同様に配置され、左右のジャッキ群４１ａ、４１ｂを構成する。
【００５６】
この矩形ルーフ掘削機２では、カッタ２４やスクリューコンベア２６等がルーフマシンボックス２５の内側に配置される。ルーフマシンボックス２５は前部２５ａと後部２５ｂにより構成され、後部２５ｂが、ルーフマシンボックス２５の後方に設けたルーフ推進ボックス２３の内部に収容される。また、後部２５ｂの内部はバルクヘッド２５１により前後に区画される。
【００５７】
カッタ２４は、ルーフマシンボックス２５の前面に配置される。
このカッタ２４は、接続材２４２で接続した円柱状の一対のカッタスポーク２４３の上下方向に沿って、前記と同様細かな鋸歯状のカッタビット２４１を設け、これら一対のカッタスポーク２４３を、支持杆２４５を介して回転軸２４７に接続したものである。
【００５８】
回転軸２４７には、さらにリンク材２４８の一端が接続され、該リンク材２４８の他端と、油圧ジャッキ２４９の一端が接続される。この油圧ジャッキ２４９を伸縮することにより、カッタ２４が水平方向を円弧状の軌跡で往復揺動する。また、油圧ジャッキ２４９の他端は、ルーフ推進ボックス２３等を貫通し、後胴部１ｂに設置した中折れジャッキ２７に接続される。中折れジャッキ２７は、カッタ２４の上下方向等の姿勢制御を行うためのものである。
【００５９】
スクリューコンベア２６は、ルーフマシンボックス２５の前面で開口しており、カッタ２４で掘削した土砂を搬送し、土砂圧送管を介して掘削機構１０の後方へ排出する。
【００６０】
また、ルーフマシンボックス２５の前部２５ａの後端には、カバープレート２１が取り付けられる。カバープレート２１は、ルーフ推進ボックス２３の上面および外側の側面を覆うように設けられる。
【００６１】
ルーフ推進ボックス２３には、ルーフ推進ジャッキ２２の端部が取り付けられる。ルーフ推進ジャッキ２２を伸長させることにより、矩形ルーフ掘削機２のルーフマシンボックス２５が本体掘削機３とは独立して前進する。
【００６２】
次に、この掘削機構１０による地盤の掘削方法について図１４を用いて述べる。
【００６３】
掘削機構１０を用いて地盤を掘削する場合も、図１４（ａ）に示すように掘削機構１０の前部を地山に挿入するまでは第１の実施形態と同様である。
【００６４】
掘削機構１０では、次いで、図１４（ｂ）に示すように、ルーフ推進ジャッキ２２を伸長させ、矩形ルーフ掘削機２を本体掘削機３に対して先行させる。このように、矩形ルーフ掘削機２を本体掘削機３に対して先行させることで、以降の掘削時に矩形ルーフ掘削機２で地盤の先受けを行い、掘削機構１０での掘削による前方の地盤沈下を抑制することができる。
【００６５】
この時、矩形ルーフ掘削機２は、カッタ２４を往復揺動させて地山を掘削しつつ前進する。この際、左右の矩形ルーフ掘削機２のカッタ２４の揺動方向に合わせて、第１の実施形態と同様にジャッキ群４１ａ、４１ｂの制御を行うことにより、掘削機構１０の姿勢を保つことができる。前記と同様にして左右のカッタ２４についての推力修正値を定め、前記と同様の制御を行えばよい。
【００６６】
その後、図１４（ｃ）に示すように、矩形ルーフ掘削機２を本体掘削機３に対し先行した状態で、前記のように推進ジャッキ４１の伸縮と鋼殻１４０の形成を交互に行い掘削機構１０を前進させてゆく。地盤の掘削は、推進ジャッキ４１の伸長と同時に左右の本体掘削機３のカッタ３１、および左右の矩形ルーフ掘削機２のカッタ２４を往復揺動させることにより行われる。
【００６７】
この場合も、カッタ２４およびカッタ３１の揺動方向に合わせて、上記と同様にして左右のジャッキ群４１ａ、４１ｂによる推力の制御を行えばよい。例えば、各カッタ２４、３１について、前記と同様にしてカッタの揺動に合わせた推力修正値を定め、その値をカッタ２４、３１の揺動方向に合わせて前記のベース推力ＸＬ、ＸＲから増減すればよい。この他、必要に応じてカッタ２４やカッタ３１のいずれかのみに対して前記と同様の制御を行ってもよく、この場合も掘削機構１０の姿勢の乱れを抑制することができる。
【００６８】
これにより、本実施形態でも、第１の実施形態と同様、掘削機構１０の矩形ルーフ掘削機２のカッタ２４や本体掘削機３のカッタ３１の揺動方向に合わせて、左右のジャッキ群４１ａ、４１ｂの推力を調整することにより、掘削機構１０の水平方向の姿勢を安定させることが可能になる。
【００６９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００７０】
１、１’、１”、１０………掘削機構
１ａ………前胴部
１ｂ………後胴部
２………矩形ルーフ掘削機
３………本体掘削機
２４、３１………カッタ
４１………推進ジャッキ
４１ａ、４１ｂ………ジャッキ群
【図１】
0005846958.tif 000002
【図２】
0005846958.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0005846958.tif 000007
【図７】
0005846958.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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