(57)【要約】【課題】ビームカッタを駆動する二つの油圧ジャッキのこじり力を極小化して、それら油圧ジャッキが破損することを防止する。【解決手段】第二油圧検出手段５５ｂ、５６ｂで検出された第二油圧ジャッキ４０ｂの油圧検出値に基づいて第二油圧ジャッキ４０ｂのジャッキ推力計算値を決定し、該ジャッキ推力計算値と回転角度検出手段５３で検出した回転角度とに応じて定まる第一油圧ジャッキ４０ａのこじり力計算値及び第二油圧ジャッキ４０ｂのこじり力計算値をそれぞれ決定し、第一油圧ジャッキ４０ａのジャッキ推力と直交する方向のこじり力計算値と第二油圧ジャッキ４０ｂのジャッキ推力と直交する方向のこじり力計算値との和がゼロとなるように第二油圧ジャッキ４０ｂのジャッキ推力設定値を決定し、該ジャッキ推力設定値と第二油圧ジャッキ４０ｂのジャッキ推力計算値との偏差がゼロとなるように、第二制御弁４８ｂ、５０ｂの開度を制御する。【選択図】図９
2008240456.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド本体の前部に回転自在に設けられたカッタフレームと、該カッタフレームにその半径方向に沿って且つ上記カッタフレームの周方向に互いに所定角度となるように配置された第一及び第二油圧ジャッキと、ビーム状に形成され、その長手方向端部よりも長手方向内側の部分が上記第一及び第二油圧ジャッキの伸縮端部に回動自在に支持されたビームカッタとを備えたシールド掘進機において、
上記カッタフレームの回転角度を検出するための回転角度検出手段と、上記第一油圧ジャッキのストロークを検出するための第一ストローク検出手段と、上記第二油圧ジャッキの油圧を検出するための第二油圧検出手段と、上記第一及び第二油圧ジャッキに供給する油量をそれぞれ制御するための第一及び第二制御弁と、これら第一及び第二制御弁の開度を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、
上記回転角度検出手段で検出した回転角度に基づいて上記第一油圧ジャッキのストローク設定値を決定し、該ストローク設定値と上記第一ストローク検出手段で検出された上記第一油圧ジャッキのストローク検出値との偏差がゼロとなるように、上記第一制御弁の開度を制御すると共に、
上記第二油圧検出手段で検出された上記第二油圧ジャッキの油圧検出値に基づいて上記第二油圧ジャッキのジャッキ推力計算値を決定し、該ジャッキ推力計算値と上記回転角度検出手段で検出した回転角度とに応じて定まる上記第一油圧ジャッキのジャッキ推力と直交する方向のこじり力計算値及び上記第二油圧ジャッキのジャッキ推力と直交する方向のこじり力計算値をそれぞれ決定し、上記第一油圧ジャッキのこじり力計算値と上記第二油圧ジャッキのこじり力計算値との和がゼロとなるように上記第二油圧ジャッキのジャッキ推力設定値を決定し、該ジャッキ推力設定値と上記第二油圧ジャッキのジャッキ推力計算値との偏差がゼロとなるように、上記第二制御弁の開度を制御することを特徴とするシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、馬蹄形断面、楕円形断面或いは矩形断面等の異形断面を掘削するためのシールド掘進機に係り、特に、二つの油圧ジャッキにより駆動されるビームカッタを備えたシールド掘進機に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、シールド本体の前部に設けられた回転カッタで地山を掘削して、その後方でセグメントを順次組立てることにより、トンネルを構築していくものである。回転カッタの前面には複数のビットが配置されており、回転カッタを回転させてビットにより地山を掘削するようになっている。
【０００３】
ところで、道路の横方向の占有幅が上下方向の占有幅より大きいことから、道路用トンネルの断面は、円形断面よりも、上下方向に比べて横方向が広くなる馬蹄形断面が理想的である。つまり、道路用トンネルを馬蹄形断面とすると、円形断面に比べて上下方向に無駄な空間が少なく、建設コストが安価となるという利点がある。
【０００４】
馬蹄形断面、楕円形断面或いは矩形断面等の異形断面を掘削するシールド掘進機としては、例えば、シールド本体の前部に設けられ、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動される回転カッタと、その回転カッタのカッタスポークに設けられ、回転カッタの外周縁よりも半径方向外側に出没自在なオーバカッタとを備えたものが知られている。このようなシールド掘進機では、オーバカッタを回転カッタの外周縁よりも半径方向外側に突出させ、そのオーバカッタにより回転カッタの外周縁よりも半径方向外側の領域を掘削するようになっている。
【０００５】
なお、引用文献１には、円形のメインカッタの外周に開閉自在にスイングカッタを設けたシールド掘進機が記載されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−３０３５８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明者らは、馬蹄形断面、楕円形断面或いは矩形断面等の異形断面を掘削するシールド掘進機を新規開発中である。
【０００８】
このシールド掘進機は、シールド本体の前部に回転自在に設けられたカッタフレームに、その半径方向に沿って且つカッタフレームの周方向に互いに所定角度となるように配置された二つの油圧ジャッキと、ビーム状に形成され、その長手方向端部よりも長手方向内側の部分が二つの油圧ジャッキの伸縮端部に回動自在に支持されたビームカッタ（商標登録出願中）とを備えている。
【０００９】
このシールド掘進機においては、二つの油圧ジャッキを伸縮させることにより、二つの油圧ジャッキの内一方の伸縮端部をカッタフレームの半径方向外側に移動させ、他方の伸縮端部をカッタフレームの半径方向内側に移動させ、ビームカッタの長手方向端部をカッタフレームの半径方向外側に突出させるようになっている。
【００１０】
このようなシールド掘進機にあっては、二つの油圧ジャッキの伸縮端部間の距離は常に一定となるので、二つの油圧ジャッキが伸縮するストロークを正確に制御する必要があるが、二つの油圧ジャッキの制御方法は確立されていない。
【００１１】
上述のようなシールド掘進機において、二つの油圧ジャッキをそれぞれ、そのストロークを制御対象として制御（ストローク制御）することが考えられるが、このようにストロークのみを制御対象として二つの油圧ジャッキを制御すると、ビームカッタが地山から受ける力（掘削力）に抗して二つの油圧ジャッキを伸縮させるところ、二つの油圧ジャッキの油圧が拮抗して上昇して、二つの油圧ジャッキにその長手方向に直交する方向に作用する力（こじり力）が大きくなり、その油圧ジャッキのこじり力により油圧ジャッキが破損する虞がある。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、ビームカッタを駆動する二つの油圧ジャッキのこじり力を極小化して、それら油圧ジャッキが破損することを防止することができるシールド掘進機を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明は、シールド本体の前部に回転自在に設けられたカッタフレームと、該カッタフレームにその半径方向に沿って且つ上記カッタフレームの周方向に互いに所定角度となるように配置された第一及び第二油圧ジャッキと、ビーム状に形成され、その長手方向端部よりも長手方向内側の部分が上記第一及び第二油圧ジャッキの伸縮端部に回動自在に支持されたビームカッタとを備えたシールド掘進機において、上記カッタフレームの回転角度を検出するための回転角度検出手段と、上記第一油圧ジャッキのストロークを検出するための第一ストローク検出手段と、上記第二油圧ジャッキの油圧を検出するための第二油圧検出手段と、上記第一及び第二油圧ジャッキに供給する油量をそれぞれ制御するための第一及び第二制御弁と、これら第一及び第二制御弁の開度を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記回転角度検出手段で検出した回転角度に基づいて上記第一油圧ジャッキのストローク設定値を決定し、該ストローク設定値と上記第一ストローク検出手段で検出された上記第一油圧ジャッキのストローク検出値との偏差がゼロとなるように、上記第一制御弁の開度を制御すると共に、上記第二油圧検出手段で検出された上記第二油圧ジャッキの油圧検出値に基づいて上記第二油圧ジャッキのジャッキ推力計算値を決定し、該ジャッキ推力計算値と上記回転角度検出手段で検出した回転角度とに応じて定まる上記第一油圧ジャッキのジャッキ推力と直交する方向のこじり力計算値及び上記第二油圧ジャッキのジャッキ推力と直交する方向のこじり力計算値をそれぞれ決定し、上記第一油圧ジャッキのこじり力計算値と上記第二油圧ジャッキのこじり力計算値との和がゼロとなるように上記第二油圧ジャッキのジャッキ推力設定値を決定し、該ジャッキ推力設定値と上記第二油圧ジャッキのジャッキ推力計算値との偏差がゼロとなるように、上記第二制御弁の開度を制御するものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ビームカッタを駆動する二つの油圧ジャッキのこじり力を極小化して、それら油圧ジャッキが破損することを防止することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。図５は、図２のＶ−Ｖ線矢視断面図である。
【００１７】
図１から図４に示すように、シールド掘進機１は、シールド本体２と、シールド本体２の前部に回転自在に設けられ、円形断面を掘削する回転カッタ３とを備えている。シールド本体２は、上下方向（図１中の上下方向）に比べて横方向（図１中の左右方向）に広い馬蹄形断面であって、上下方向の中央よりも下部側で横幅が最も広くなるように形成されている。回転カッタ３は、掘進方向と平行な軸廻りに回転駆動される。
【００１８】
シールド本体２の後部には、回転カッタ３及び後述するビームカッタ４により掘削した孔内にセグメントを組立ててトンネル（道路用トンネル）を構築するためのエレクタ（図示せず）と、シールド本体２の内周に所定間隔を隔てて複数設けられ、セグメントに反力を取ってシールド本体２を推進させるためのシールドジャッキ（図示せず）とが設けられる。
【００１９】
回転カッタ３と、シールド本体２の前端部近傍に設けられたバルクヘッド（隔壁）５との間には、回転カッタ３及びビームカッタ４により掘削した土砂（掘削土砂）を取り込むチャンバ６が形成される。バルクヘッド５の下部には、これを貫通してチャンバ６に開口するスクリュコンベア７が設けられる。
【００２０】
回転カッタ３は、バルクヘッド５に回転自在に設けられている。回転カッタ３は、その回転中心から半径方向外側に延出し、掘進方向と平行な軸廻りに回転されるカッタフレーム８を有している。カッタフレーム８の前面には、その半径方向中央にセンタビット９が配置され、そのセンタビット９よりも外周側に複数のカッタビット１０が配置されている。これらセンタビット９及びカッタビット１０は、回転カッタ３の外周縁よりも半径方向内側の地山に当接される。カッタフレーム８の後面には、後方に延出してチャンバ６内の掘削土砂を撹拌するための撹拌翼１１が設けられている。
【００２１】
カッタフレーム８は、中心部材１２と、中心部材１２に放射状に取り付けられた複数（図示例では八本）のカッタスポーク１３、１４とを有している。つまり、各カッタスポーク１３、１４は、回転カッタ３の回転中心から半径方向外側に延出している。
【００２２】
ここで、カッタスポーク１３、１４は、第一カッタスポーク１３と第二カッタスポーク１４との二種類から構成されている。本実施形態では、八本のカッタスポーク１３、１４のうち四本が第一カッタスポーク１３とされ、残りの四本が第二カッタスポーク１４とされている。
【００２３】
第一カッタスポーク１３は、回転カッタ３の周方向に所定間隔を隔てて、少なくとも一つの他の第一カッタスポーク１３に隣接される。
【００２４】
第二カッタスポーク１４は、回転カッタ３の周方向に所定間隔を隔てて、第一カッタスポーク１３或いは他の第二カッタスポーク１４に隣接される。
【００２５】
回転カッタ３の周方向に隣接する第一カッタスポーク１３同士、回転カッタ３の周方向に隣接する第二カッタスポーク１４同士、或いは、回転カッタ３の周方向に隣接する第一カッタスポーク１３と第二カッタスポーク１４とは、それらの半径方向中間部にて中間部材１６により連結されている。
【００２６】
周方向に隣接する第一カッタスポーク１３同士は、その外周部にて外周部材１７ａにより連結されている。
【００２７】
周方向に隣接する第二カッタスポーク１４同士は、その外周部にて外周部材１７ｂにより連結されている。
【００２８】
第二カッタスポーク１４は、ビームカッタ４が駆動された際にそのビームカッタ４を挿通し得るように、側部が開放された箱状に形成されている（図１、図２及び図５参照）。
【００２９】
バルクヘッド５には、ギヤ２０を有するリング状部材２１が回転自在に支持されている。リング状部材２１は、回転カッタ３のカッタフレーム８から後方に延出する複数の中間ビーム２２によって、カッタフレーム８と連結されている。中間ビーム２２は、回転カッタ３の周方向に所定間隔を隔てて複数設けられる。シールド本体２内には、リング状部材２１を回転させるための複数の駆動モータ２３（本実施形態では、油圧モータ）が設けられている。駆動モータ２３にはピニオン２４が取り付けられており、そのピニオン２４がリング状部材２１に設けられたギヤ２０と歯合するようになっている。
【００３０】
バルクヘッド５には、リング状部材２１を回転自在に支持する支持機構２５が設けられている。支持機構２５は、ケーシング２６と、ケーシング２６内に収容され、リング状部材２１を支持するための軸受２７、２８と、シールド本体２内に土砂が侵入するのを防止するためのシール機構２９とを有している。
【００３１】
回転カッタ３には、回転カッタ３の外周縁よりも半径方向内側の所定位置から回転カッタ３の略半径方向外側に延出し、且つ、回転カッタ３の周方向に互いに所定角度となるように配置された二つのガイドが設けられる。
【００３２】
本実施形態では、上記二つのガイドは、回転カッタ３の周方向に互いに隣接する二本の第一カッタスポーク１３に設けられており、中心部材１２に取り付けられた固定スポーク３０と、固定スポーク３０に収容され、回転カッタ３の半径方向（固定スポーク３０の長手方向）に移動自在なガイドスポーク３１とから構成されている。
【００３３】
各第一カッタスポーク１３にはそれぞれ、各第一カッタスポーク１３の長手方向、つまり回転カッタ３の半径方向に沿って移動自在な支持部３２が設けられている。
【００３４】
各支持部３２は、第一カッタスポーク１３のガイドスポーク３１先端部に設けられたケーシング３３と、ケーシング３３内に収容され、後述するビームカッタ本体３４のピン３５を支持するための軸受３６、３７、３８と、ケーシング３３内に土砂が侵入するのを防止するためのシール機構３９とを有している。
【００３５】
シールド掘進機１は、回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側の地山を掘削するためのビームカッタ４を備えている。ビームカッタ４は、ビーム状に形成されたビームカッタ本体３４を有している。ビームカッタ本体３４は、その長手方向両端部よりも長手方向内側の部分にて各第一カッタスポーク１３の支持部３２に回動自在に支持されている。本実施形態では、ビームカッタ本体３４の長手方向両端部よりも長手方向内側の部分にはピン３５が設けられており、このピン３５にてビームカッタ本体３４は、各第一カッタスポーク１３の支持部３２に回動自在に支持されている。
【００３６】
各支持部３２を、各第一カッタスポーク１３の長手方向、つまり回転カッタ３の半径方向に沿って移動するためのアクチュエータとしての二つの油圧ジャッキ（第一及び第二油圧ジャッキ）４０ａ、４０ｂが設けられる。図３及び図５に示すように、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂはそれぞれ、ガイドスポーク３１に取り付けられたシリンダチューブ４１と、シリンダチューブ４１の一端に装着された円盤状のヘッド４１ｈ（図６参照）と、シリンダチューブ４１の他端に装着された円盤状のキャップ４１ｃ（図６参照）と、シリンダチューブ４１内にその軸方向に摺動自在に設けられ、ヘッド側油圧室４２とキャップ側油圧室４３とを区画するピストン４４（図６参照）と、一端がピストン４４に連結され、他端が中心部材１２に連結されたロッド４５とを有している。つまり、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂは、回転カッタ３のカッタフレーム８に、カッタフレーム８の半径方向に沿って且つカッタフレーム８の周方向に互いに所定角度となるように配置されている。
【００３７】
図６に示すように、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂにはそれぞれ、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂを作動する油圧回路４６が接続されている。第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂのヘッド側油圧室４２と油圧回路４６とを結ぶヘッド側油圧供給ライン４７にはそれぞれ、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂのヘッド側油圧室４２に供給する油量を制御するためのヘッド側の第一及び第二制御弁４８ａ、４８ｂが設けられている。また、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂのキャップ側油圧室４３と油圧回路４６とを結ぶキャップ側油圧供給ライン４９にはそれぞれ、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂのキャップ側油圧室４３に供給する油量を制御するためのキャップ側の第一及び第二制御弁５０ａ、５０ｂが設けられている。本実施形態では、ヘッド側の第一及び第二制御弁４８ａ、４８ｂ、キャップ側の第一及び第二制御弁５０ａ、５０ｂとして、サーボ弁を用いている。
【００３８】
各支持部３２を回転カッタ３の半径方向外側に移動させる際には、油圧回路４６、ヘッド側の第一及び第二制御弁４８ａ、４８ｂ、キャップ側の第一及び第二制御弁５０ａ、５０ｂを伸長側に作動させて、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂを伸長させる。一方、各支持部３２を回転カッタ３の半径方向内側に移動させる際には、油圧回路４６、ヘッド側の第一及び第二制御弁４８ａ、４８ｂ、キャップ側の第一及び第二制御弁５０ａ、５０ｂを縮退側に作動させて、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂを縮退させる。
【００３９】
図１及び図４に示すように、ビームカッタ本体３４の長手方向両端部の前面には、複数のカッタビット５１が配置されている。これらカッタビット５１は、回転カッタ３のカッタビット１０よりもわずかに掘進方向後方に配置される。つまり、ビームカッタ本体３４の長手方向両端部が回転カッタ３の外周縁よりも半径方向内側に位置した状態では、ビームカッタ本体３４の長手方向両端部（カッタビット５１）は地山には当接されずチャンバ６内の掘削土砂を撹拌するのみである。また、ビームカッタ本体３４の長手方向一端部が回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側に突出した状態では、ビームカッタ本体３４の長手方向一端部（カッタビット５１）が回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側の地山に当接されて地山を掘削し、ビームカッタ本体３４の長手方向他端部（カッタビット５１）は地山には当接されずチャンバ６内の掘削土砂を撹拌するのみである。
【００４０】
シールド掘進機１は、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂによってビームカッタ本体３４の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側に突出させるための制御手段としてのコントローラ５２を備えている（図６参照）。コントローラ５２は、ヘッド側の第一及び第二制御弁４８ａ、４８ｂ、キャップ側の第一及び第二制御弁５０ａ、５０ｂの開度をそれぞれ制御するようになっている。
【００４１】
ビームカッタ本体３４の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側に突出させる際には、回転カッタ３の周方向に互いに隣接する二本の第一カッタスポーク１３のうち一方の第一カッタスポーク１３に設けられた一方の支持部３２を回転カッタ３の半径方向外側に移動させることにより、ビームカッタ本体３４の長手方向一端部が回転カッタ３の半径方向外側に移動されると共に、他方の第一カッタスポーク１３に設けられた他方の支持部３２を回転カッタ３の半径方向内側に移動させることにより、ビームカッタ本体３４の長手方向一端部が上記一方の支持部３２回りに回転カッタ３の半径方向外側へと回動される。
【００４２】
コントローラ５２には、回転カッタ３（カッタフレーム８）の回転角度を検出するための回転角度検出手段としての回転角度センサ５３が接続されている（図７参照）。また、コントローラ５２には、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂのストロークをそれぞれ検出するための第一及び第二ストローク検出手段としての第一及び第二ストロークセンサ５４ａ、５４ｂが接続されている（図６及び図７参照）。
【００４３】
また、コントローラ５２には、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂのヘッド側油圧を検出するための第一及び第二油圧検出手段としてのヘッド側の第一及び第二油圧センサ５５ａ、５５ｂが接続されている（図６及び図８参照）。また、コントローラ５２には、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂのキャップ側油圧を検出するための第一及び第二油圧検出手段としてのキャップ側の第一及び第二油圧センサ５６ａ、５６ｂが接続されている（図６及び図８参照）。
【００４４】
以下、コントローラ５２による第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂの制御について図７及び図８により説明する。
【００４５】
ここで、本実施形態では、二つの油圧ジャッキの内、カッタフレーム８が一回転するときにストローク変化が大きい油圧ジャッキを第一油圧ジャッキ４０ａとし、カッタフレーム８が一回転するときにストローク変化が小さい油圧ジャッキを第二油圧ジャッキ４０ｂとして、コントローラ５２はそれら油圧ジャッキのストロークを制御するものとする。詳しくは、本実施形態では、二つの油圧ジャッキの内、カッタフレーム８の回転方向前側に位置する油圧ジャッキを第一油圧ジャッキ４０ａとし、カッタフレーム８の回転方向後側に位置する油圧ジャッキを第二油圧ジャッキ４０ｂとする。
【００４６】
まず、第一油圧ジャッキ４０ａのストローク制御について説明する。
【００４７】
図７に示すように、コントローラ５２は、回転角度センサ５３で検出された回転カッタ３の回転角度をルックアップテーブル５７ａに入力して第一油圧ジャッキ４０ａのストローク設定値を決定する。ルックアップテーブル５７ａには、回転カッタ３の回転角度に応じた第一油圧ジャッキ４０ａのストローク設定値が予め求められて入力されており、ルックアップテーブル５７ａに回転カッタ３の回転角度を入力することによって、第一油圧ジャッキ４０ａのストローク設定値が求められる。
【００４８】
次いで、コントローラ５２は、第一油圧ジャッキ４０ａのストローク設定値と、第一ストロークセンサ５４ａで検出された第一油圧ジャッキ４０ａのストローク検出値とのストローク偏差を求め（ストローク偏差＝ストローク設定値−ストローク検出値）、そのストローク偏差がゼロとなるようなヘッド側の第一制御弁４８ａの開度、キャップ側の第一制御弁５０ａの開度等を決定する（Ｐ制御又はＰＩ制御）。
【００４９】
そして、コントローラ５２は、決定した開度等に応じて第一制御弁４８ａ、５０ａを制御して、第一油圧ジャッキ４０ａに供給する油量を調節することで、第一油圧ジャッキ４０ａのストロークを所定値となるように制御する。
【００５０】
次に、第二油圧ジャッキ４０ｂのストローク制御について説明する。
【００５１】
図８に示すように、コントローラ５２は、回転角度センサ５３で検出された回転カッタ３の回転角度をルックアップテーブル５７ｂに入力して第二油圧ジャッキ４０ｂのストローク設定値を決定する。ルックアップテーブル５７ｂには、回転カッタ３の回転角度に応じた第二油圧ジャッキ４０ｂのストローク設定値が予め求められて入力されており、ルックアップテーブル５７ｂに回転カッタ３の回転角度を入力することによって、第二油圧ジャッキ４０ｂのストローク設定値が求められる。
【００５２】
次いで、コントローラ５２は、第二油圧ジャッキ４０ｂのストローク設定値と、第二ストロークセンサ５４ｂで検出された第二油圧ジャッキ４０ｂのストローク検出値とのストローク偏差を求め（ストローク偏差＝ストローク設定値−ストローク検出値）、そのストローク偏差がゼロとなるような第二油圧ジャッキ４０ｂのジャッキ推力設定値を決定する（Ｐ制御又はＰＩ制御）。
【００５３】
ここで、本明細書において、ジャッキ推力とは、油圧ジャッキを伸長させようとする押す力（押し力）から、油圧ジャッキを縮退させようとする引く力（引き力）を引いた値であり、その値が正のときは押し力を表し、負のときは引き力を表す。
【００５４】
また、コントローラ５２は、ヘッド側の第二油圧センサ５５ｂで検出されたヘッド側油圧とヘッド断面積（Ｓｈ）とに基づいて押し力を求める（押し力＝ヘッド側油圧×ヘッド断面積）と共に、キャップ側の第二油圧センサ５６ｂで検出されたキャップ側油圧とキャップ断面積（Ｓｃ）とに基づいて引き力を求め（引き力＝キャップ側油圧×キャップ断面積）、求めた押し力と引き力とに基づいてジャッキ推力計算値を求める（ジャッキ推力計算値＝押し力−引き力）。
【００５５】
次いで、コントローラ５２は、決定したジャッキ推力設定値とジャッキ推力計算値とのジャッキ推力偏差を求め（ジャッキ推力偏差＝ジャッキ推力設定値−ジャッキ推力計算値）、そのジャッキ推力偏差がゼロとなるようなヘッド側の第二制御弁４８ｂの開度、キャップ側の第二制御弁５０ｂの開度等を決定する（Ｐ制御又はＰＩ制御）。
【００５６】
そして、コントローラ５２は、決定した開度等に応じて第二制御弁４８ｂ、５０ｂを制御して、第二油圧ジャッキ４０ｂに供給する油量を調節することで、第二油圧ジャッキ４０ｂのストロークを所定値となるように制御する。
【００５７】
地山を掘削する際には、図１２に示すように、駆動モータ２３により回転カッタ３を回転駆動させると、その回転カッタ３によって地山が円形断面に掘削されて、円形断面の孔が形成される。
【００５８】
また、図１２から図１４に示すように、回転カッタ３の回転角度に応じて、ビームカッタ本体３４の長手方向一端部を回転カッタ３の外周縁よりも半径方向外側に突出させると、回転カッタ３により形成された円形断面の孔の外周縁よりも半径方向外側の未掘削領域の地山が、ビームカッタ４（カッタビット５１）により掘削されて、円形断面の孔に連続された馬蹄形断面の孔が形成される。
【００５９】
ところで、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂを共にストローク偏差（ストローク）を制御対象として制御する場合（「ストローク−ストローク制御」と称する）、第一油圧ジャッキ４０ａのストロークが与えられた目標ストロークに追従したときに、第二油圧ジャッキ４０ｂのストロークが目標ストロークから僅かでもずれていると、第二油圧ジャッキ４０ｂはより大きなジャッキ推力で目標ストロークに追従しようとする。第二油圧ジャッキ４０ｂのストロークが目標ストロークに合わせられることで、第一油圧ジャッキ４０ａのストロークが目標ストロークからずらされるので、第一油圧ジャッキ４０ａは更に大きなジャッキ推力で目標ストロークに追従しようとする。このような流れを二つの油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂが繰り返すことで、油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂの推力が大きくなっていき、ひいては油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂのジャッキ推力に直交する方向のこじり力が大きくなっていく可能性がある。
【００６０】
本実施形態のように、第一油圧ジャッキ４０ａをストローク偏差（ストローク）を制御対象として制御すると共に、第二油圧ジャッキ４０ｂをジャッキ推力偏差（油圧）を制御対象として制御する場合（「ストローク−油圧制御」と称する）には、第二油圧ジャッキ４０ｂのジャッキ推力を制御することで、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂのこじり力の最大値を制御することが可能となる。
【００６１】
以下、こじり力の算出方法、こじり力の制御方法を図９を用いて説明する。
〔こじり力の算出方法〕
ビームカッタ４に作用する各力を以下のように定義する。
【００６２】
Ｈ１、Ｈ２：第一及び第二油圧ジャッキのジャッキ推力
Ｖ１、Ｖ２：第一及び第二油圧ジャッキのこじり力
Ｒｈ１、Ｒｈ２：Ｈ１、Ｖ１（Ｈ２、Ｖ２）の合力のビームカッタ本体に水平な成分    Ｒ１、Ｒ２：Ｈ１、Ｖ１（Ｈ２、Ｖ２）の合力のビームカッタ本体に垂直な成分
Ｆφ：カッタビット先端が地山から受ける力（掘削力）
Ｆφｘ：Ｆφのビームカッタ本体に水平な成分
Ｆφｙ：Ｆφのビームカッタ本体に垂直な成分
Ｖ１、Ｖ２はそれぞれ、ビームカッタ本体３４の長手方向内側の方向をプラス方向（正方向）と定義した。
【００６３】
図９に示すように、掘削力Ｆφは、カッタビット５１の先端Ｔに対して、カッタ中心Ｏとカッタビット５１の先端Ｔとを結ぶ線Ｌ（掘削半径）に直交する方向に、点荷重として作用するものとしてモデル化する。掘削途中で掘削半径を変化させないとすると、掘削半径方向の力は無視できる。
【００６４】
ビームカッタ４に作用する最も大きな力は掘削力Ｆφであり、その他の力（重力、慣性力等）は掘削力Ｆφに比べて小さく無視できるものとして、力の釣り合いを考える。
【００６５】
油圧ジャッキ座標系（局所座標系）での力（Ｈ１、Ｈ２、Ｖ１、Ｖ２）と、ビームカッタ本体座標系（全体座標系）での力（Ｒｈ１、Ｒｈ２、Ｒ１、Ｒ２）とは以下のように座標変換できる。
【００６６】
【数１】
2008240456.tif 000003
【００６７】
【数２】
2008240456.tif 000004
【００６８】
ｘ方向の力の釣り合い式から、
【００６９】
【数３】
2008240456.tif 000005
【００７０】
ｙ方向の力の釣り合い式から、
【００７１】
【数４】
2008240456.tif 000006
【００７２】
式（３）／式（４）より、
【００７３】
【数５】
2008240456.tif 000007
【００７４】
式（２）、（５）より、
【００７５】
【数６】
2008240456.tif 000008
【００７６】
モーメントの釣り合い式から、
【００７７】
【数７】
2008240456.tif 000009
【００７８】
式（６）、（７）をＶ１、Ｖ２について解くと、
【００７９】
【数８】
2008240456.tif 000010
【００８０】
【数９】
2008240456.tif 000011
【００８１】
【数１０】
2008240456.tif 000012
【００８２】
ここで、θｆ、δｆ、θ’ｆ、δ’ｆ、γＦは、掘削半径が定まれば、回転カッタ３の回転角度Ψで定まる。ｌ１、ｌ２は、定数である。よって、式（９）中のａｉｊは回転カッタ３の回転角度Ψによって定まる。
【００８３】
また、Ｈ１、Ｈ２が決まらなければ、式（９）を用いてＶ１、Ｖ２を求めることができない。そこで、Ｈ１としては単位力１を与え、Ｈ２はＨ１に対する比として与える。よって、Ｈ２が定まれば、式（９）からＶ１、Ｖ２を求めることができる。
〔こじり力の制御方法〕
第二油圧ジャッキ４０ｂをジャッキ推力Ｈ２を制御対象として制御する目的は、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂのこじり力Ｖ１、Ｖ２の絶対値の内大きい値（ｍａｘ｛｜Ｖ１｜，｜Ｖ２｜｝の値）を極小化することである。
【００８４】
シミュレーションにより、回転カッタ３の回転角度を変化させて、第二油圧ジャッキ４０ｂのジャッキ推力Ｈ２と第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂのこじり力Ｖ１、Ｖ２との関係を確認した（図１０参照）。
【００８５】
そのシミュレーションの結果、こじり力Ｖ１、Ｖ２は、回転カッタ３の回転角度Ψに依らず、Ｖ１＋Ｖ２＝０（｜Ｖ１｜＝｜Ｖ２｜）となる場合に、極小化できることがわかった。
【００８６】
そこで、本実施形態では、「Ｖ１＋Ｖ２＝０」が成り立つように、つまり、第一油圧ジャッキ４０ａのこじり力Ｖ１と第二油圧ジャッキ４０ｂのこじり力Ｖ２との和がゼロとなるように、第二油圧ジャッキ４０ｂのジャッキ推力Ｈ２を制御（「こじり力低減制御」と称する）するものとする。
【００８７】
以下、第二油圧ジャッキ４０ｂによるこじり力低減制御について説明する。
【００８８】
コントローラ５２は、第二油圧センサ５５ｂ、５６ｂの検出値とヘッド断面積（Ｓｈ）及びキャップ側断面積（Ｓｃ）とから求めた第二油圧ジャッキ４０ｂのジャッキ推力計算値をＨ２として、式（９）を用いて第一油圧ジャッキ４０ａのこじり力計算値（Ｖ１）及び第二油圧ジャッキ４０ｂのこじり力計算値（Ｖ２）を求める。
【００８９】
次いで、コントローラ５２は、求めた第一油圧ジャッキ４０ａのこじり力計算値（Ｖ１）の絶対値及び第二油圧ジャッキ４０ｂのこじり力計算値（Ｖ２）の絶対値の内大きい値（ｍａｘ｛｜Ｖ１｜，｜Ｖ２｜｝の値）が最小化され、第一油圧ジャッキ４０ａのこじり力計算値（Ｖ１）と第二油圧ジャッキ４０ｂのこじり力計算値（Ｖ２）との和がゼロ（Ｖ１＋Ｖ２＝０）となるように第二油圧ジャッキ４０ｂのジャッキ推力設定値を決定する。
【００９０】
次いで、コントローラ５２は、決定した第二油圧ジャッキ４０ｂのジャッキ推力設定値と第二油圧ジャッキ４０ｂのジャッキ推力計算値とのジャッキ推力偏差を求め（ジャッキ推力偏差＝ジャッキ推力設定値−ジャッキ推力計算値）、そのジャッキ推力偏差がゼロとなるようなヘッド側の第二制御弁４８ｂの開度、キャップ側の第二制御弁５０ｂの開度等を決定する（Ｐ制御又はＰＩ制御）。
【００９１】
そして、コントローラ５２は、決定した開度等に応じて第二制御弁４８ｂ、５０ｂを制御して、第二油圧ジャッキ４０ｂに供給する油量を調節する。
【００９２】
実機実験により、「ストローク−ストローク制御」（図１１（ａ）参照）と比較して、第一油圧ジャッキ４０ａのこじり力（Ｖ１）及び第二油圧ジャッキ４０ｂのこじり力（Ｖ２）を低減できることを確認した（図１１（ｂ）参照）。
【００９３】
また、本実施形態では、コントローラ５２は、「こじり力Ｖ１、Ｖ２を低減する必要あり」と判定した場合に、こじり力低減制御を実行する。
【００９４】
まず、式（１）〜（３）を用いて、Ｆφｘ、Ｆφｙを求め、その絶対値としてＦφを求める。求めたＦφをカッタビット５１（ビームカッタ本体３４）の先端が地山から受ける掘削力計算値（Ｆφ）とする。
【００９５】
本実施形態では、図８に示すように、コントローラ５２は、求めた掘削力計算値（Ｆφ）が所定のしきい値（Ｆφ＿ｔｈ）より大きく（Ｆφ＞Ｆφ＿ｔｈ）、且つ、回転角度センサ５３で検出された回転カッタ３の回転角度に基づいて定まる第二油圧ジャッキ４０ｂのストローク設定値と、第二ストロークセンサ５４ｂで検出された第二油圧ジャッキ４０ｂのストローク検出値とから求めた第二油圧ジャッキ４０ｂのストローク偏差（Ｐｅｒｒ）が所定のしきい値（Ｐｅｒｒ＿ｔｈ）より小さい（Ｐｅｒｒ＜Ｐｅｒｒ＿ｔｈ）ときに、「こじり力Ｖ１、Ｖ２を低減する必要あり」と判定して、こじり力低減制御を実行するようになっている。
【００９６】
このように第二油圧ジャッキ４０ｂを、ジャッキ推力偏差（油圧）を制御対象として制御（油圧制御）し、第一及び第二油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂのこじり力Ｖ１、Ｖ２が大きいときに、これらこじり力Ｖ１、Ｖ２が極小化されるように第二油圧ジャッキ４０ｂの油圧を制御することで、それら油圧ジャッキ４０ａ、４０ｂが破損することを防止することが可能となる。
【００９７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。
【００９８】
例えば、上述の実施形態では、コントローラ５２は、「こじり力Ｖ１、Ｖ２を低減する必要あり」と判定した場合にこじり力低減制御を実行するとしたが、これには限定はされない。こじり力Ｖ１、Ｖ２の大きさは、基本的に、回転カッタ３の回転角度、つまり掘削断面（掘削半径）に依存するので、コントローラ５２は、予め定められた回転角度となったときに、こじり力低減制御を実行するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】本発明の一実施形態に係るシールド掘進機の正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線矢視断面図である。
【図６】油圧ジャッキの概略図である。
【図７】制御手段による油圧ジャッキの制御（ストローク制御）を示すブロック図である。
【図８】制御手段による油圧ジャッキの制御（油圧制御）を示すブロック図である。
【図９】ビームカッタに作用する各力を説明するための概略図である。
【図１０】（ａ）から（ｃ）は第二ジャッキのジャッキ推力と第一及び第二油圧ジャッキのこじり力との関係を示すグラフである。
【図１１】（ａ）及び（ｂ）は回転カッタの回転角度と第一及び第二油圧ジャッキのこじり力との関係を示すグラフである。
【図１２】馬蹄形断面を掘削するシールド掘進機の正面図である。
【図１３】馬蹄形断面を掘削するシールド掘進機の正面図である。
【図１４】馬蹄形断面を掘削するシールド掘進機の正面図である。
【符号の説明】
【０１００】
１  シールド掘進機
２  シールド本体
４  ビームカッタ
８  カッタフレーム
４０ａ  油圧ジャッキ（第一油圧ジャッキ）
４０ｂ  油圧ジャッキ（第二油圧ジャッキ）
４８ａ  制御弁（ヘッド側の第一制御弁）
４８ｂ  制御弁（ヘッド側の第二制御弁）
５０ａ  制御弁（キャップ側の第一制御弁）
５０ｂ  制御弁（キャップ側の第二制御弁）
５２  コントローラ（制御手段）
５３  回転角度センサ（回転角度検出手段）
５４ａ  ストロークセンサ（第一ストローク検出手段）
５５ｂ  油圧センサ（ヘッド側の第二油圧検出手段）
５６ｂ  油圧センサ（キャップ側の第二油圧検出手段）
【図１】
2008240456.tif 000013
【図２】
2008240456.tif 000014
【図３】
2008240456.tif 000015
【図４】
2008240456.tif 000016
【図５】
2008240456.tif 000017
【図６】
2008240456.tif 000018
【図７】
2008240456.tif 000019
【図８】
2008240456.tif 000020
【図９】
2008240456.tif 000021
【図１０】
2008240456.tif 000022
【図１１】
2008240456.tif 000023
【図１２】
2008240456.tif 000024
【図１３】
2008240456.tif 000025
【図１４】
2008240456.tif 000026