(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セグメントを組み立てつつ、このセグメントに反力をとって屈伸するシールド掘進機において、
バルクヘッドの上部に設けられ、カッタヘッドチャンバ内上部の土圧を検出する土圧センサと、
前記カッタヘッドチャンバに連通して前記バルクヘッドの上部に設けられ、前記カッタヘッドチャンバ内の土圧を制御する土圧バランス装置と、
前記土圧センサの検出値に応じて、前記土圧バランス装置の作動を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記土圧センサにより検出される土圧が所定の圧力以下となったら前記土圧バランス装置を作動させて前記チャンバ内の土圧を高めると共に、土圧バランス装置の作動時間が基準制御時間以上となった場合には、前記土圧バランス装置の作動を停止させて警報を発することを特徴とするシールド掘進機。
【請求項２】
カッタヘッドチャンバ内に添加剤を注入する添加剤注入管をさらに備え、
前記制御装置は、前記土圧センサにより検出される土圧が所定の圧力以下となったら、前記土圧バランス装置を作動させて前記チャンバ内の土圧を高めると共に、前記添加剤注入管から注入する添加剤の注入量を増加させ、前記土圧バランス装置の作動時間が基準制御時間以上となった場合には、前記土圧バランス装置の作動を停止させて警報を発することを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
【請求項３】
セグメントを組み立てつつ、このセグメントに反力をとって屈伸するシールド掘進機において、
バルクヘッドの上部に設けられ、カッタヘッドチャンバ内上部の土圧を検出する第１の土圧センサと、
前記第１の土圧センサよりも下方に設けられ、前記カッタヘッドチャンバ内の土圧を検出する第２の土圧センサと、
前記カッタヘッドチャンバに連通して前記バルクヘッドの上部に設けられ、前記カッタヘッドチャンバ内の土圧を制御する土圧バランス装置と、
前記土圧センサの検出値に応じて、前記土圧バランス装置の作動を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第１の土圧センサにより検出される土圧が第１の所定の圧力以下となったら、前記土圧バランス装置を作動させて前記チャンバ内の土圧を高めると共に、前記第２の土圧センサにより検出される土圧が第２の所定の圧力以下となった場合には、前記土圧バランス装置の作動を停止させて警報を発することを特徴とするシールド掘進機。
【請求項４】
カッタヘッドチャンバ内に添加剤を注入する添加剤注入管をさらに備え、
前記制御装置は、前記土圧センサにより検出される土圧が所定の圧力以下となったら、前記土圧バランス装置を作動させて前記チャンバ内の土圧を高めると共に、前記添加剤注入管から注入する添加剤の注入量を増加させ、前記第２の土圧センサにより検出される土圧が第２の所定の圧力以下となった場合には、前記土圧バランス装置の作動を停止させて警報を発することを特徴とする請求項３に記載のシールド掘進機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カッタヘッドチャンバ内の土圧変動に対して迅速に土圧調整を行うシールド掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の土圧シールド掘削機におけるチャンバ内の土圧変動に対しては、チャンバと連通する土圧調整室を設けて土圧変動を調整したり、チャンバ内の土砂を排土するスクリューコンベヤを制御して土圧の制御を行っていた。そのために、特開昭６１−２１１４９９号公報では、チャンバと連通した土圧調整室の土圧作動ジャッキを常に押出すことで土圧調整室の容積を減少させ、同容積の減少とスクリューコンベヤでの排土量とのバランスをとることでチャンバ内の土圧を適正な圧力に保っている。また、土圧作動ジャッキを押し切ったときにはスクリューコンベヤによる排土を止め、しかも掘削機を掘進させながら土圧作動ジャッキを縮めて土圧調整室内に土砂を充満させることで土圧を調整している。
【０００３】
特開平６−１５８９９５号公報では、小口径用の掘削機におけるチャンバ内の土圧変動を抑制する構成が開示されている。すなわち、スクリューコンベヤで排土されるチャンバー内の土砂量に応じて土圧反力板を前後動させ、しかも土圧反力板を常に一定圧にて押圧しておくことで土圧変動に対して自然に前後動する構成となっている。
【０００４】
しかしながら、特開昭６１−２１１４９９号公報のものは、土圧作動ジャッキをチャンバ側に常に押出すことで、スクリューコンベヤの排土量との調整を図りチャンバ内の土圧を調整しているものである。トンネル掘削機の掘進中に土圧作動ジャッキの伸縮量を積極的に細かく制御しておらず、土圧の微小な変動に対応した調整が行える構成とはなっていない。また、特開平６−１５８９９５号公報のものは、土圧反力板を押圧する油圧シリンダへの油圧を一定に保つことにより土圧変動を調整しているものであって、土圧の微小な変化を抑制する構成とはなっていない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
土被りが浅い場所、流砂現象が発生し易い場所等をシールド掘削機によりトンネル掘削する場合、掘削中に地表面の陥没やカッタ上方の土砂が水と共に急激にチャンバ内に取り込まれて、チャンバ内の土圧が急激に変動する危険性が非常に高い。従来のシールド掘削機では、チャンバ内の緩やかな土圧変動に対応した土圧調整装置が用いられていた。しかし同土圧調整装置では上述のようなチャンバ内の急激な土圧変動には対応しづらかった。
本願発明では、このような急激なチャンバ内の土圧変動にも対応したシールド掘削機における土圧バランス装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、以下の事項を備えた本願各請求項に係わる発明により効果的に達成される。請求項１に係わる発明は、セグメントを組み立てつつ、このセグメントに反力をとって屈伸するシールド掘進機において、バルクヘッドの上部に設けられ、カッタヘッドチャンバ内上部の土圧を検出する土圧センサと、前記カッタヘッドチャンバに連通して前記バルクヘッドの上部に設けられ、前記カッタヘッドチャンバ内の土圧を制御する土圧バランス装置と、前記土圧センサの検出値に応じて、前記土圧バランス装置の作動を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記土圧センサにより検出される土圧が所定の圧力以下となったら前記土圧バランス装置を作動させて前記チャンバ内の土圧を高めると共に、土圧バランス装置の作動時間が基準制御時間以上となった場合には、前記土圧バランス装置の作動を停止させて警報を発することを特徴とするシールド掘進機にある。
この発明では、チャンバ内の土圧変動に応じた土圧バランス装置の制御が行うことができ、急激なチャンバ内の土圧変動にも対応することができる。
【０００７】
請求項２に係わる発明は、請求項１の構成に加えて、カッタヘッドチャンバ内に添加剤を注入する添加剤注入管をさらに備え、前記制御装置は、前記土圧センサにより検出される土圧が所定の圧力以下となったら、前記土圧バランス装置を作動させて前記チャンバ内の土圧を高めると共に、前記添加剤注入管から注入する添加剤の注入量を増加させ、前記土圧バランス装置の作動時間が基準制御時間以上となった場合には、前記土圧バランス装置の作動を停止させて警報を発することを特徴とするシールド掘進機にある。
この発明では、土圧バランス装置によるチャンバ内の土圧制御に加えて、添加剤注入量の制御も行っており、チャンバ内の急激な土圧変動に対してより迅速に対応することができる。
【０００８】
請求項３に係わる発明は、セグメントを組み立てつつ、このセグメントに反力をとって屈伸するシールド掘進機において、バルクヘッドの上部に設けられ、カッタヘッドチャンバ内上部の土圧を検出する第１の土圧センサと、前記第１の土圧センサよりも下方に設けられ、前記カッタヘッドチャンバ内の土圧を検出する第２の土圧センサと、前記カッタヘッドチャンバに連通して前記バルクヘッドの上部に設けられ、前記カッタヘッドチャンバ内の土圧を制御する土圧バランス装置と、前記土圧センサの検出値に応じて、前記土圧バランス装置の作動を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記第１の土圧センサにより検出される土圧が第１の所定の圧力以下となったら、前記土圧バランス装置を作動させて前記チャンバ内の土圧を高めると共に、前記第２の土圧センサにより検出される土圧が第２の所定の圧力以下となった場合には、前記土圧バランス装置の作動を停止させて警報を発することを特徴とするシールド掘進機にある。
この発明では、チャンバ内の土圧を上部及び上部以外の位置において検出することができ、チャンバ上部の土圧状態及び上部以外の位置における土圧状態に応じて土圧バランス装置を制御している。このため、チャンバ内の位置に応じた急激な土圧変動に対しても土圧バランス装置の制御を行うことができる。
【０００９】
請求項４に係わる発明は、請求項３の構成に加えて、カッタヘッドチャンバ内に添加剤を注入する添加剤注入管をさらに備え、前記制御装置は、前記土圧センサにより検出される土圧が所定の圧力以下となったら、前記土圧バランス装置を作動させて前記チャンバ内の土圧を高めると共に、前記添加剤注入管から注入する添加剤の注入量を増加させ、前記第２の土圧センサにより検出される土圧が第２の所定の圧力以下となった場合には、前記土圧バランス装置の作動を停止させて警報を発することを特徴とするシールド掘進機にある。
この発明では、土圧バランス装置によるチャンバ内の土圧制御に加えて、添加剤注入量の制御も行っており、チャンバ内の急激な土圧変動に対してより迅速に対応することができる。
【００１０】
【発明の実施形態】
以下、本願発明の好適な実施の形態を図示実施例に基づいて具体的に説明する。図１は、本願発明に係わる土圧バランス装置が備えられたトンネル掘削機であるシールド掘進機の内部構造を示している。
シールド掘進機１００は、筒状のスキンプレート１０１の前端に中心軸１０２を中心にカッタヘッド駆動用減速電動機１０３ａにより駆動回転するカッタヘッド１０３を備えている。尚、カッタヘッド駆動用減速電動機の代わりにカッタヘッド駆動用油圧モータを用いることもできる。同カッタヘッド１０３の後方にはバルクヘッド１０４ａをもって土砂を取入れるチャンバ１０４が形成されている。バルクヘッド１０４ａの後部にはスキンプレート１０１の前部シールド１０１ａ及び後部シールド１０１ｂから、更に後方に延びるスクリューコンベヤ１０７の土砂導入部が固設されている。また、同バルクヘッド１０４ａ上部には垂直軸対象で、チャンバ１０４に連通する複数の土圧バランス装置１０５（図１〜３参照）が設けられており、土圧バランス装置内には伸縮制御される土圧作動ジャッキ１０５ａにより前後動される土圧反力板１０５ｂが設けられている。同土圧作動ジャッキ１０５ａ及び土圧反力板１０５ｂが土圧バランス装置における作動部となっている。
同土圧バランス装置がチャンバ内の上部に複数設けられているので、流砂現象によりカッタヘッド上方の土砂が一気にチャンバ内に流入しそうなときでも、チャンバ内の上部に重点的に充分な土圧を補ってこれを防止することができる。これにより土被りの浅い場所でも山を落とすことなく施工できるようになる。
【００１１】
更に前記バルクヘッド１０４ａには、チャンバ１０４内の土圧を計る複数の土圧センサ１０６、同チャンバ内に添加剤を注入する複数の添加剤注入管１１８（図１、３参照）が装備されている。
【００１２】
図５において拡大して示すように前部シールド１０１ａの先端部には、周方向に沿ってカッティングエッジ１１１が形成されている。同カッティングエッジ１１１は、前部シールド１０１ａの先端部周方向に配置したカッタビットをロウ付けなどの固着手段により固設、あるいは周方向に一体に形成し超硬工具により構成された周方向刃をロウ付けなどの固着手段により固設されている。
【００１３】
図２に示すように、前記カッタヘッド１０３は、中心から放射状に延設された複数本のカッタスポーク１１２の各先端部同士が連結部材をもって円形に連結された円盤状に構成されている。上記カッタスポーク１１２の前面中心線に沿って所定のピッチをもって複数の先行ビット１１３がロウ付けなどの固着手段により固設されている。また各カッタスポーク１１２の前面端縁に沿って同じく所定のピッチをもって複数のカッタビット１１４がロウ付けなどの固着手段により固設されている。更にカッタヘッド１０３の前面外周部には、所定の位相角をもって順次ゲージカッタ１１５が固設されている。
【００１４】
さらに、前記カッタヘッド１０３の複数のカッタスポーク１１２のうち１８０°の位相差をもって配される２本のカッタスポーク１１２ａの先端部には、コピーカッタ１１７が外部に対して進退可能に設けられている。また、前記カッタヘッド１０３の複数のカッタスポーク１１２のうち１８０°の位相差をもって配される２本のカッタスポーク１１２ａの前面には同２本のカッタスポーク１１２ａに沿って、添加剤注入管１１９が３個設けられている。
尚、図１、２中の符号１０８はシールドジャッキ、１０９は前後のシールド１０１ａ及び１０１ｂ間を連結して取り付けられるアーティキュレートジャッキ、１１０はセグメントエレクタ、１１６はカッタヘッド１０３の前面中央に配置されたアローヘッドを示している。同アローヘッド１１６前面に稜線部に沿って図示せぬ多数のカッタビットが前記カッタビット１１４及び先行ビット１１３と同様に固設されている。また、スキンプレート１０１の内部にはその他にも様々な設備や機器が設置されている。
【００１５】
これらの設備を備えたシールド掘進機１００をもってトンネルの掘削を行うときは、カッタヘッド駆動用減速電動機１０３ａを駆動してカッタヘッド１０３を回転させながら地山を掘削すると共に、後部シールド１０１ｂの内部でセグメントを組み立てつつ、このセグメントに反力をとってシールドジャッキ１０８を伸長させながら掘進する。
また、掘削施工時には、カッタヘッド１０３外周部周りのオーバカット量を＋１０ｍｍに抑えて後部シールド１０１ｂ側におけるテールボイド（後部シールド１０１ｂと地山との空隙）が最小限とになるようにしている。そのため、前記カッタヘッド１０３外周面に前記ゲージカッタ１１５を多数配置して耐久性を確保するとともに前部シールド１０１ａの先端に形成した前記カッティングエッジ１１１により砂礫による損耗を最小限としている。
【００１６】
図３には、本願発明に係わる土圧バランス装置、土圧センサ１０６及び添加剤注入管１１８の配置構成を示している。
４個の前記土圧バランス装置１０５は、バルクヘッド１０４ａの上部に中心軸１０２ａを通る垂直線を対称に左右に配置されている。図４に示すように、土圧バランス装置１０５内には、土圧バランス装置の容積を変更する土圧反力板１０５ｂが摺動可能に設けられている。同土圧反力板１０５ｂは後述する制御装置により伸長・縮小制御される土圧作動ジャッキ１０５ａにより摺動させられる。図４における土圧バランス装置内の上半分の状態は、土圧作動ジャッキ１０５ａがストロークエンドまで縮小したときの同土圧反力板１０５ｂの位置を示している。この位置まで同土圧反力板１０５ｂが後退すると土圧バランス装置の容積は最大となる。図４における土圧バランス装置内の下半分の状態は、土圧作動ジャッキ１０５ａがストロークエンドまで伸長したときの同土圧反力板１０５ｂの位置を示している。この位置まで同土圧反力板１０５ｂが前進すると土圧バランス装置の容積は最小となる。同土圧バランス装置を作動させる前の初期状態における土圧反力板の位置は、土圧作動ジャッキの両ストロークエンドの中央位置、あるいは土圧作動ジャッキを所定量だけ縮小方向に縮小させた位置等所望の位置にセットしておくことができる。
【００１７】
前記３個の土圧センサ１０６のうち１個目の土圧センサ１０６ａはバルクヘッド１０４ａの上部に設置され、残り２個のうち２個目の土圧センサ１０６ｂはバルクヘッド１０４ａの中央高さ位置よりやや下方位置でしかも前記上部に設けたセンサと中心軸１０２ａを中心とした同一円周上に設けられている。残りの３個目の土圧センサ１０６は、所望の位置に設置してある。１個目と２個目の土圧センサ１０６ａ、ｂは、機内から交換自在に設置されているので、常にメンテナンスされた正確な土圧を測定することができる。３個目の土圧センサ１０６については、バルクヘッドに機内から交換自在に設置して常にメンテナンスされた状態にすることもできるし、機内からの交換は難しいが、チャンバ内の土圧を測定するに適した場所に設置することもできる。
【００１８】
前記添加剤注入管１１８は、中心軸１０２を中心とした周上であって中心軸１０２を通る垂直線１０２ａを対象に同垂直線１０２ａ上に１個が配置され、残りの８個は左右対称に配置されている。９個の添加剤注入管１１８のうち４個は、首振り式に構成されており制御手段により首振り角度を変更できるように構成されている。残りの５個の添加剤注入管１１８は固定式に配置されている。
【００１９】
図１、２に示す前記コピーカッタ１１７は、油圧シリンダ１２０により前記カッタヘッド１０３外周周面から出没制御され、同カッタヘッド１０３の外周周りの余堀掘削を行うとともに同カッタヘッド１０３の外周周りの地山探査機能を備えている。同油圧シリンダ１２０には図示せぬ作動圧検出手段及びストローク検出手段が設けられており、同検出手段により油圧シリンダ１２０の作動圧力とストローク量を検出することで、カッタヘッド１０３周りの地山探査を行っている。
【００２０】
カッタヘッド１０３周りの地山探査により、同カッタヘッド１０３周りにおける地山のボイド（カッタヘッドと地山間の空隙）を確認することができる。即ち、すなわち、コピーカッタ１１７に所定の作動圧力を加えて余掘掘削を行っていたとき、周回方向のある位置で同コピーカッタ１１７のストローク量が変化したとすると、同周方向の位置でボイドが生じていることが検出できる。同周方向の位置をカッタヘッド１０３の回転位置センサで検出すれば、ボイドが発生している位置を特定することができる。
前記コピーカッタ１１７によりカッタヘッド１０３上方の土砂が流砂現象を起こしやすい状態であることが確認されると、前記土圧バランス装置を別途制御してチャンバ内の上部に重点的に充分な土圧を補うことにより、流砂現象の発生を事前に防止することもできる。
【００２１】
図６は、本願発明における土圧バランス装置の制御装置を示している。
同土圧バランス装置１０５は、次の段階で使用されるものである。すなわち、準備段階としてシールド掘進機１００のカッタヘッド１０３をカッタヘッド駆動用減速電動機１０３ａにて駆動回転させつつシールドジャッキ１０８で掘進させる。カッタにて掘削されチャンバー１０４内に充満した土砂に適量の添加剤を注入してチャンバ１０４の土圧を所定の圧力に保つと同時にスクリューコンベヤ１０７により排土する。この状態でチャンバー内の土圧が所定の圧力となったときに前記土圧バランス装置を作動させる。なお、同土圧バランス装置の作動中は、スクリューコンベヤの回転制御、スクリューゲート開閉装置の開閉動作等によるチャンバ内の土圧制御は行わずに、土圧バランス装置のみによる土圧制御を行う。
【００２２】
同土圧バランス装置を制御する制御装置は、検出部、設定部、コントローラ部及び負荷制御部とから構成されている。
検出部においては、バルクヘッド１０４ａ上に３か所設けられた前記土圧センサ１０６からの検出値はマイコンに入力される。また、前記土圧作動ジャッキにおけるピストンロッドのストローク長は、既知のセンサにて検出し、検出値がマイコンに入力される。さらにコピーカッタ１１７を駆動する油圧シリンダには作動圧検出手段及びストローク検出手段でボイドが検出された信号及びコピーカッタでボイドを検出した周回位置の検出値がマイコンに入力される。併せて土圧バランス装置の作動時間が計時され、計時時間がマイコンに入力される。
【００２３】
なお、マイコンに入力される検出値がアナログ信号であるときにはＡ／Ｄコンバータを介してデジタル信号に変換する必要がある。
設定部においては、負荷制御部を制御するためのしきい値を設定し、コントローラ部のマイコンに同しきい値および前記準備段階において設定された値を入力する。即ち、チャンバ内の土圧基準値及び許容変動幅の圧力変動分のしきい値としての値を入力する。
尚、土圧基準値と変動分の値をそれぞれ入力しているが、両方の値を合わせた値をしきい値として設定することもできる。図７には、チャンバー内の土圧変動波形を示している。
【００２４】
この例では、土圧基準値Ｐ０として１０．２ｋｇｆ／ｃｍ2 を設定し、変動分Ｐ１として０．１ｋｇｆ／ｃｍ2 の幅を設定している。チャンバ内の土圧Ｐが１０．２＋０．１ｋｇｆ／ｃｍ2 より大きくなったとき、あるいは１０．２−０．１ｋｇｆ／ｃｍ2 より小さくなったときに土圧バランス装置の制御を行っている。
土圧作動ジャッキ１０５ａにおけるピストンロッドを縮小及び伸長したときの両ストロークエンドにおけるピストンロッドのストローク長の値をしきい値としてマイコンに入力する。さらに、土圧バランス装置での制御動作を行うことのできる基準時間をマイコンに入力する。
【００２５】
コントローラ部では、マイコンにより検出部からの各検出信号と設定部からのしきい値及び設定された値とを用いて、チャンバ内の土圧変動に対応した制御動作を演算し、負荷制御部に同制御を行うための制御信号を送出する。
負荷制御部では、コントローラ部からの制御信号に基づいて該当する各負荷、例えば、土圧作動ジャッキの伸長あるいは縮小動作等の制御動作を行う。
【００２６】
図８に示すブロック線図を用いて、本願発明の第１実施例に係わる土圧バランス装置における制御装置の制御動作を説明する。
ブロック１では、前記準備段階において所定の土圧となり、カッタヘッドの掘進、添加剤の注入及びスクリューコンベヤからの排土が行われている段階で前記土圧バランス装置の制御を開始する。なお、同土圧バランス装置の作動中は、スクリューコンベヤの回転制御、スクリューゲート開閉装置の開閉動作等によるチャンバ内の土圧制御は行わずに、土圧バランス装置のみによる土圧制御を行う。
【００２７】
ブロック２では、前記設定部からのしきい値及び設置された値として次の値を設定する。チャンバ内の土圧を一定状態とする基準値Ｐ０、土圧バランス装置の土圧作動ジャッキを作動させる基準となるチャンバ内土圧の基準値Ｐ０からの変動分Ｐ１を設定する。
また、前記土圧作動ジャッキ１０５ａにおけるピストンロッドを縮小及び伸長したときの両ストロークエンドにおけるピストンロッドのストローク長の値（伸長時のストロークエンド：Ｌ１、縮小時のストロークエンド：Ｌ２）を設定する。
さらに、土圧バランス装置で制御動作を行える基準時間Ｔ０を設定すると共に、チャンバ内の土圧を増加させている制御時間Ｔ１、チャンバ内の土圧を減少させている制御時間Ｔ２、土圧バランス装置の制御動作時間ｔの各値をゼロに設定する。
【００２８】
ブロック３では、現在のチャンバ内の土圧Ｐを検出する。同土圧Ｐの検出値としては、前記土圧センサ１０６のいずれかの値を用いて行うこともでき、あるいは少なくとも２個の土圧センサ１０６における検出値の平均値を用いることもできる。土圧Ｐとしてどのような検出値を用いるかは、チャンバ内の土圧を検出するために設定した条件により任意に設定することができるものである。
【００２９】
ブロック４では、チャンバ内の土圧Ｐが基準土圧Ｐ０から−Ｐ１分変動しているかを判断する。変動が認められるときは、ブロック５に移る。
ブロック５では、土圧作動ジャッキのピストンロッドを伸長させ、土圧反力板１０５ｂを前進させることでチャンバ１０４内の土圧を高める。
ブロック６では、現在注入されている添加剤注入量の注入量を増加させる。添加剤の注入を増量させなくても土圧バランス装置だけの制御でチャンバ内の土圧を制御できる時には、添加剤の制御を必ずしも行わなくてもよい。
【００３０】
ブロック７では、土圧バランス装置の作動時間ｔを計時するとともに、作動時間の累計時間、即ち制御動作を行っている制御時間Ｔ１を計算する。
ブロック８では、土圧バランス制御が所定時間Ｔ０継続して実施されているか否かの判断を行う。ブロック７で計時した制御時間Ｔ１が基準制御時間Ｔ０以上となったときには、同土圧バランス装置では、チャンバ内の土圧変動に対応できないものと判断してブロック９に移る。
ブロック９では、土圧バランス装置の制御停止を行い警報を発すると共に、異常状態の表示を行う。
【００３１】
ブロック８において、ブロック７で計時した制御時間Ｔ１が基準制御時間Ｔ０以下であったときには、ブロック１０に移る。
ブロック１０では、土圧作動ジャッキのピストンロッドにおけるストロークが伸長エンドＬ１まで延びきった時には、これ以上土圧バランス制御装置の土圧制御を行うことができないので、現在の土圧作動ジャッキのピストンロッドにおけるストローク長Ｌを検出する。
ブロック１１では、ブロック１０で検出したストロング長Ｌが伸長エンドＬ１まで延びきっているか否かを判断する。同ストロング長Ｌが伸長エンドＬ１まで延びきっていないときには、ブロック３に戻り引き続き土圧バランス装置によるチャンバ内の土圧制御を行う。同ストロング長Ｌが伸長エンドＬ１まで延びきっているときには、これ以上土圧作動ジャッキのピストンロッドを伸長させることができないので、ブロック１２に移る。
ブロック１２では、ブロック９と同じく土圧バランス装置の制御停止を行い警報を発すると共に、異常状態の表示を行う。
【００３２】
上述のブロック４において、チャンバ内の土圧Ｐでは土圧作動ジャッキ１０５ａを伸長させる必要がない時には、ブロック１３に移る。
ブロック１３では、ブロック３で検出した土圧Ｐが土圧作動ジャッキを逆に縮小させる必要がある圧力か否かの判断を行う。即ち、チャンバ内の土圧Ｐが基準土圧Ｐ０から＋Ｐ１分以上変動しているかを判断する。変動が認められるときは、ブロック１４に移る。
【００３３】
ブロック１４では、土圧作動ジャッキのピストンロッドを縮小させ、土圧反力板１０５ｂを後退させることでチャンバ１０４内の土圧を低下させる。
ブロック１５では、現在の添加剤注入量より添加剤の注入量を減少させる。添加剤を減少させなくても土圧バランス装置だけの制御でチャンバ内の土圧を制御できる時には、添加剤の制御を必ずしも行わなくてもよい。
ブロック１６では、土圧バランス装置の作動時間ｔを計時するとともに、作動時間の累計時間、即ちチャンバ内の土圧を減少させる制御動作を行っている制御時間Ｔ２を計算する。
【００３４】
ブロック１７では、土圧バランス制御Ｔ２が所定時間Ｔ０継続して実施されているか否かの判断を行う。ブロック１６で計時した制御時間Ｔ２が基準制御時間Ｔ０以上となったときには、同土圧バランス装置では、チャンバ内の土圧変動に対応できないものと判断してブロック１８に移る。
ブロック１８では、土圧バランス装置の制御停止を行い警報を発すると共に、異常状態の表示を行う。
【００３５】
ブロック１７において、ブロック１６で計時した制御時間Ｔ２が基準制御時間Ｔ０以下であったときには、ブロック１９に移る。
ブロック１９では、土圧作動ジャッキのピストンロッドにおけるストロークが縮小エンドＬ２まで縮小しきった時には、これ以上土圧バランス制御装置の土圧制御を行うことができないので、現在の土圧作動ジャッキのピストンロッドにおけるストローク長Ｌを検出する。
ブロック２０では、ブロック１９で検出したストロング長Ｌが縮小エンドＬ２まで縮小しきっているか否かを判断する。同ストロング長Ｌが縮小エンドＬ２まで縮小しきっていないときには、ブロック３に戻り引き続き土圧バランス装置によるチャンバ内の土圧制御を行う。同ストロング長Ｌが縮小エンドＬ２まで縮小しきっているときには、これ以上土圧作動ジャッキのピストンロッドを縮小させることができないので、ブロック２１に移る。
ブロック２１では、ブロック９と同じく土圧バランス装置の制御停止を行い警報を発すると共に、異常状態の表示を行う。
【００３６】
ブロック１３において、現在のチャンバ内の土圧Ｐが基準土圧Ｐ０の変動幅Ｐ１内に収まっているときは、ブロック２２に移る。
ブロック２２では、制御時間Ｔ１、Ｔ２及び制御動作の計時時間ｔの値をゼロにセットする。
【００３７】
図９に示すブロック線図を用いて、本願発明の第２実施例に係わる土圧バランス装置における制御動作を説明する。この第２実施例における土圧バランス装置の制御動作は、チャンバ内の土圧として、ベルクヘッド上部に設けた前記土圧センサ１０６ａの検出値Ｐｕと、前記２番目の土圧センサ１０６ｂの検出値Ｐｍあるいは同２番目と３番目の土圧センサとの平均値等から得られるチャンバ内の土圧Ｐｍとの２種類の土圧値を用いて土圧バランス装置を制御するものである。
【００３８】
ブロック１では、前記準備段階において所定の土圧Ｐ０となり、カッタヘッドの掘進、添加剤の注入及びスクリューコンベヤからの排土が行われている段階で前記土圧バランス装置の制御を開始する。なお、同土圧バランス装置の作動中は、スクリューコンベヤの回転制御、スクリューゲート開閉装置の開閉動作等によるチャンバ内の土圧制御は行わずに、土圧バランス装置のみによる土圧制御を行う。
【００３９】
ブロック２では、前記設定部からのしきい値及び設置された値として次の値を設定する。チャンバ内の土圧を一定状態とする基準値Ｐ０、土圧バランス装置の土圧作動ジャッキを作動させるチャンバ内上部における土圧Ｐｕに関しての基準値Ｐ０からの変動分Ｐ１、および土圧バランス装置による土圧制御を停止する基準となるチャンバ内の上部を除く位置における土圧Ｐｍに関しての基準値Ｐ０からの下限変動分Ｐ２及び上限変動分Ｐ３を設定する。下限の変動分Ｐ２と上限の変動分Ｐ３とは、同じ値にすることもできる。
また、前記土圧作動ジャッキ１０５ａにおけるピストンロッドを縮小及び伸長したときの両ストロークエンドにおけるピストンロッドのストローク長の値（伸長時のストロークエンド：Ｌ１、縮小時のストロークエンド：Ｌ２）を設定する。
【００４０】
ブロック３では、現在のチャンバ内の上部における土圧センサ１０６ａにおける検出値Ｐｕを検出する。
ブロック４では、チャンバ内上部の土圧Ｐｕが基準土圧Ｐ０から−Ｐ１分以上変動しているか否かを判断する。変動が認められるときは、ブロック５に移る。ブロック５では、土圧作動ジャッキのピストンロッドを伸長させ、土圧反力板１０５ｂを前進させることでチャンバ１０４内の土圧を高める。
ブロック６では、現在注入されている添加剤注入量の注入量を増加させる。添加剤の注入を増量させなくても土圧バランス装置だけの制御でチャンバ内の土圧を制御できる時には、添加剤の制御を必ずしも行わなくてもよい。
【００４１】
ブロック７では、ブロック５、６での制御動作行っている状態でのチャンバ内上部以外の土圧Ｐｍとして土圧センサ１０６ａを除いた土圧検出センサにて検出する。この検出値は、前記土圧センサ１０６ｂの検出値を用いることも、土圧センサ１０６ａを除いた土圧センサの平均値等として求めることができる土圧値である。
ブロック８では、土圧バランス制御を継続するか停止するかを判断する。ブロック７で検出した土圧Ｐｍが基準土圧Ｐ０に対して圧力−Ｐ２以上の変動があったときには、同土圧バランス装置では、チャンバ内の土圧変動に対応できないものと判断してブロック９に移る。
ブロック９では、土圧バランス装置の制御停止を行い警報を発すると共に、異常状態の表示を行う。
【００４２】
ブロック８において、ブロック７で検出した土圧Ｐｍが基準土圧Ｐ０に対して圧力Ｐ２以下の変動であったときには、ブロック１０に移る。
ブロック１０では、土圧作動ジャッキのピストンロッドにおけるストロークが伸長エンドＬ１まで延びきった時には、これ以上土圧バランス制御装置の土圧制御を行うことができないので、現在の土圧作動ジャッキのピストンロッドにおけるストローク長Ｌを検出する。
ブロック１１では、ブロック１０で検出したストロング長Ｌが伸長エンドＬ１まで延びきっているか否かを判断する。同ストロング長Ｌが伸長エンドＬ１まで延びきっていないときには、ブロック３に戻り引き続き土圧バランス装置によるチャンバ内の土圧制御を行う。同ストロング長Ｌが伸長エンドＬ１まで延びきっているときには、これ以上土圧作動ジャッキのピストンロッドを伸長させることができないので、ブロック１２に移る。
ブロック１２では、ブロック９と同じく土圧バランス装置の制御停止を行い警報を発すると共に、異常状態の表示を行う。
【００４３】
上述のブロック４において、チャンバ内の土圧Ｐでは土圧作動ジャッキ１０５ａを伸長させる必要がない時には、ブロック１３に移る。
ブロック１３では、ブロック３で検出した土圧Ｐｕが土圧作動ジャッキを逆に縮小させる必要がある圧力か否かの判断を行う。即ち、チャンバ内の土圧Ｐｕが基準土圧Ｐ０から＋Ｐ１分以上変動しているかを判断する。変動が認められるときは、ブロック１４に移る。
ブロック１４では、土圧作動ジャッキのピストンロッドを縮小させ、土圧反力板１０５ｂを後退させることでチャンバ１０４内の土圧を低下させる。
ブロック１５では、現在の添加剤注入量より添加剤の注入量を減少させる。添加剤を減少させなくても土圧バランス装置だけの制御でチャンバ内の土圧を制御できる時には、添加剤の制御を必ずしも行わなくてもよい。
【００４４】
ブロック１６では、ブロック５、６での制御動作行っている状態でのチャンバ内上部以外の土圧Ｐｍとして土圧センサ１０６ａを除いた土圧検出センサにて検出する。この検出値は、前記土圧センサ１０６ｂの検出値を用いることも、土圧センサ１０６ａを除いた土圧センサの平均値等として求めることができる土圧値Ｐｍである。
ブロック１７では、土圧バランス制御を継続するか停止するかを判断する。ブロック７で検出した土圧Ｐｍが基準土圧Ｐ０に対して圧力＋Ｐ３以上の変動があったときには、同土圧バランス装置では、チャンバ内の土圧変動に対応できないものと判断してブロック１８に移る。
ブロック１８では、土圧バランス装置の制御停止を行い警報を発すると共に、異常状態の表示を行う。
【００４５】
ブロック１７において、ブロック１６で検出した土圧Ｐｍが基準土圧Ｐ０に対して圧力Ｐ３以下の変動であったときには、ブロック１９に移る。
ブロック１９では、土圧作動ジャッキのピストンロッドにおけるストロークが縮小エンドＬ２まで縮小しきった時には、これ以上土圧バランス制御装置の土圧制御を行うことができないので、現在の土圧作動ジャッキのピストンロッドにおけるストローク長Ｌを検出する。
ブロック２０では、ブロック１９で検出したストロング長Ｌが縮小エンドＬ２まで縮小しきっているか否かを判断する。同ストロング長Ｌが縮小エンドＬ２まで縮小しきっていないときには、ブロック３に戻り引き続き土圧バランス装置によるチャンバ内の土圧制御を行う。同ストロング長Ｌが縮小エンドＬ２まで縮小しきっているときには、これ以上土圧作動ジャッキのピストンロッドを縮小させることができないので、ブロック２１に移る。
ブロック２１では、ブロック９と同じく土圧バランス装置の制御停止を行い警報を発すると共に、異常状態の表示を行う。
【００４６】
ブロック１３において、現在のチャンバ内の土圧Ｐｕが基準土圧Ｐ０の変動幅Ｐ１内に収まっているときは、ブロック３に戻り、引き続き土圧バランス装置によるチャンバ内の土圧制御を継続する。
【００４７】
以上は、第１の実施例と第２の実施例における土圧バランス装置の制御動作を説明したものであるが、前述のコピーカッタでカッタヘッド周りのボイドが確認されたときに、前記土圧バランス装置の制御動作中であったとしても同土圧バランス装置の制御を中止あるいは警報等を発して異常を警告することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  シールド掘進機の断面図である。
【図２】同シールド掘進機の前面に配されるカッタヘッドの正面図である。
【図３】図１におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】土圧バランス装置の部分図である。
【図５】カッティングエッジ部の部分図である。
【図６】制御装置のシステム構成図である。
【図７】チャンバ内の土圧波形図である。
【図８】第１実施例の制御ブロック線図である。
【図９】第２実施例の制御ブロック線図である。
【符号の説明】
１００      シールド掘進機
１０１      スキンプレート
１０１ａ    前部シールド
１０１ｂ    後部シールド
１０２      中心軸
１０２ａ    中心軸を通る垂直線
１０３      カッタヘッド
１０３ａ    カッタヘッド駆動用減速電動機
１０４      チャンバ
１０４ａ    バルクヘッド
１０５      土圧バランス装置
１０５ａ    土圧作動ジャッキ
１０５ｂ    土圧反力板
１０６      土圧センサ
１０６ａ    チャンバ上部の土圧センサ
１０６ｂ    チャンバ中央部付近の土圧センサ
１０７      スクリューコンベヤ
１０８      シールドジャッキ
１０９      アーティキュレートジャッキ
１１０      セグメントエレクタ
１１１      カッティングエッジ
１１２      カッタスポーク
１１３      先行ビット
１１４      カッタビット
１１５      ゲージカッタ
１１６      アローヘッド
１１７      コピーカッタ
１１８      添加剤注入管
１１９      添加剤注入管
１２０      油圧シリンダ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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