特許 6239356 トンネル掘削装置およびその制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6239356

(24)【登録日】2017年11月10日

(45)【発行日】2017年11月29日

(54)【発明の名称】トンネル掘削装置およびその制御方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/11 20060101AFI20171120BHJP

【ＦＩ】

   E21D9/11 E

【請求項の数】9

【全頁数】20

(21)【出願番号】特願2013-247695(P2013-247695)

(22)【出願日】2013年11月29日

(65)【公開番号】特開2015-105511(P2015-105511A)

(43)【公開日】2015年6月8日

【審査請求日】2016年10月11日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】倉本 豊司

【審査官】 亀谷 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−３１１３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−１８４３９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２６２５２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０８８４８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−１３１６６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第５２０５６１３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第４５４８４４３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２３０７７１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開平１１−３３６４８４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｄ ９／０４−９／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

掘削側表面に複数のカッタを有する前胴部と、
前記前胴部の後方に配置されており、掘削を行う際の反力を得るためのグリッパを有する後胴部と、
前記前胴部と前記後胴部との間で並列に配置されて前記前胴部と前記後胴部とを連結し前記後胴部に対する前記前胴部の位置と姿勢とを変更する（６＋ｎ）基のスラストジャッキを含むパラレルリンク機構と、
前記スラストジャッキに取り付けられ、各スラストジャッキのストローク量を検出するストロークセンサと、
前記スラストジャッキに取り付けられ、前記スラストジャッキが受ける荷重を検出する力センサと、
前記ストロークセンサおよび前記力センサにおける検出結果に基づいて、（６＋ｎ）基の前記スラストジャッキに分配される目標分配力を算出するとともに、６基の前記スラストジャッキにおいてストローク制御を、他のｎ基の前記スラストジャッキにおいて前記分配力による力制御を実施する制御部と、
を備えているトンネル掘削装置。
（ただし、ｎ＝１，２，３，４，５，・・・・）

【請求項2】

前記制御部は、前記６基のスラストジャッキの前記ストローク量より前記前胴部の前記後胴部に対する相対的な位置・姿勢と、前記力センサによって検出される前記（６＋ｎ）基のスラストジャッキが受けている前記荷重とに基づいて、前記前胴部が受ける外力を演算し、その外力に対抗するためのそれぞれの前記スラストジャッキの目標分配力を演算する、
請求項１に記載のトンネル掘削装置。

【請求項3】

前記力センサは、（６＋ｎ）基の前記スラストジャッキに設けられており、
前記ストロークセンサは、６基の前記スラストジャッキに設けられている、
請求項１または２に記載のトンネル掘削装置。

【請求項4】

（６＋ｎ）基の前記スラストジャッキは、前記前胴部と前記後胴部とが互いに対向する面における外周部分に沿って略円周状に配置されている、
請求項１から３のいずれか１項に記載のトンネル掘削装置。

【請求項5】

前記制御部は、３次元方向において前記前胴部の姿勢を制御するように、それぞれの前記スラストジャッキを制御する、
請求項１から４のいずれか１項に記載のトンネル掘削装置。

【請求項6】

オペレータから前記前胴部の進行方向に関する操作入力を受け付ける入力部を、さらに備え、
前記入力部に対してオペレータからの操作入力が受け付けられると、前記制御部は、前記操作入力の内容に基づいて設定された所望のトンネル掘削線に沿って前記後胴部に対して前記前胴部が前進するように、６基の前記スラストジャッキをストローク制御する、
請求項１から５のいずれか１項に記載のトンネル掘削装置。

【請求項7】

前記入力部は、タッチパネル式のモニタである、
請求項６に記載のトンネル掘削装置。

【請求項8】

前記モニタは、前記前胴部の進行方向を設定する上下左右キーと、前記後胴部に対する前記前胴部の相対位置を表示する表示部と、を有している、
請求項７に記載のトンネル掘削装置。

【請求項9】

掘削側表面に複数のカッタを有する前胴部と、前記前胴部の後方に配置されており、掘削を行う際の反力を得るためのグリッパを有する後胴部と、前記前胴部と前記後胴部とを連結するとともに、前記後胴部に対する前記前胴部の位置を変更する（６＋ｎ）基のスラストジャッキを含むパラレルリンク機構と、を備えたトンネル掘削装置の制御方法であって、
前記（６+ｎ）基のスラストジャッキが受ける荷重を検出するステップと、
前記スラストジャッキのストローク量を検出するステップと、
前記スラストジャッキが受ける荷重およびストローク量の検出結果に基づいて、前記前胴部が受ける外力を算出するステップと、
前記外力に基づいて、（６＋ｎ）基の前記スラストジャッキが分担する目標分配力を算出するステップと、
６基の前記スラストジャッキにおいてストローク制御を、他のｎ基の前記スラストジャッキにおいて前記目標分配力による力制御を実施するステップと、
を備えたトンネル掘削装置の制御方法。
（ただし、ｎは自然数）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネルを掘削する際に用いられるトンネル掘削装置およびその制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

機械前面にカッタを含むカッタヘッドと、機械後方における左右側面に設けられたグリッパとを備えた掘削機を用いて、トンネルの掘削が行われている。
この掘削機は、左右のグリッパをトンネル左右側壁に対して押し付けた状態で、カッタヘッドを回転させながら切羽に押し付けて、トンネルを掘削していく。
例えば、特許文献１には、自由度の数を超えるジャッキを備える冗長パラレルリンク機構において、制御機器の数を減らしても適切な制御を実施することが可能な冗長パラレルリンクの制御方法および制御装置について開示されている。

【0003】

この冗長パラレルリンクの制御装置では、掘進時の外力に対抗しつつ前胴部の位置・方向制御に冗長性を持たせるために、スラストジャッキを８基以上備え、６基のスラストジャッキ各々にストローク制御油圧回路を設けている。そして、残りのスラストジャッキについては、その押し側と引き側の油圧回路をストローク制御されたスラストジャッキの押し側と引き側の油圧回路にそれぞれ連通させることにより、制御油圧装置を小さくしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開平１０−１３１６６４号公報（平成１０年５月１９日公開）

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、上記従来のトンネル掘削装置では、以下に示すような問題点を有している。
すなわち、上記公報に開示されたトンネル掘削装置を、例えば、坑道掘削に用いる場合には、通常のトンネル掘削に比べて、曲率半径Ｒが小さくかつ三次元の曲線掘削を行う必要がある。

【0006】

特に、曲率半径Ｒの小さい急曲線に沿ったトンネル掘削を行う際には、各スラストジャッキに付加されるスラスト力、ラジアル力、トルクが異なり、また大きく変動する。このため、特定の２基のジャッキの油圧回路を連通させる装置では、それら２基のジャッキに付加される力の方向・大きさが異なり、適切にジャッキの軸力を制御することができないおそれがある。

【0007】

本発明の課題は、トンネル掘削中に生じるあらゆる方向・大きさの外力に対して適切に対応可能なトンネル掘削装置およびその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】

第１の発明に係るトンネル掘削装置は、前胴部と、後胴部と、パラレルリンク機構と、ストロークセンサと、力センサと、制御部とを備えている。前胴部は、掘削側表面に複数のカッタを有する。後胴部は、前胴部の後方に配置されており、掘削を行う際の反力を得るためのグリッパを有する。パラレルリンク機構は、前胴部と後胴部との間で並列に配置されて前胴部と後胴部とを連結し後胴部に対する前胴部の位置を変更する（６＋ｎ）基のスラストジャッキを含む。ストロークセンサは、スラストジャッキに取り付けられ、各スラストジャッキのストローク量を検出する。力センサは、スラストジャッキに取り付けられ、スラストジャッキが受ける荷重を検出する。制御部は、ストロークセンサおよび力センサにおける検出結果に基づいて、（６＋ｎ）基のスラストジャッキに分配される目標分配力を算出するとともに、６基のスラストジャッキにおいてストローク制御を、他のｎ基のスラストジャッキにおいて目標分配力による力制御を実施するように、スラストジャッキを制御する（ただし、ｎは自然数。）。

【0009】

ここでは、前胴部と後胴部との間に設けられた（６＋ｎ）基のスラストジャッキを含むパラレルリンク機構によって、後胴部に対して前胴部を前進させていくことで、トンネルの掘削を行うトンネル掘削装置において、各スラストジャッキに取り付けられた力センサおよびストロークセンサにおける検出結果に基づいて、６基のスラストジャッキのストローク制御を、残りｎ基のスラストジャッキの力制御を実施する。

【0010】

なお、３次元方向におけるトンネル掘削を実施するためには、前胴部の位置・方向は直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの３軸と各軸の回転の６自由度の動きが必要であるため、６軸の駆動リンク（スラストジャッキ）が必要となる。本発明では、トンネル掘削時の大きな外力に対抗するために、ｎ基のスラストジャッキを追加して（６+ｎ）基のスラストジャッキを含むパラレルリンク機構を用いる。

【0011】

一般的に、６自由度を持つ機構においては、６軸より多軸の駆動リンクでもストローク制御による位置姿勢の制御は可能だが、ストローク演算に不可避の誤差を伴う。さらに、駆動リンク内部で相殺される内力が発生するため、各駆動リンクの性能を損ねる。６基のスラストジャッキでストローク制御を行い、他のｎ基のスラストジャッキで補助的に外力に対抗する場合でも、急曲線掘進、あるいはトルクや推力の変化が大きい掘進では、上述の単純な油圧回路の連通では、逆にジャッキに内力が発生して、スラストジャッキが対抗できる最大外力が小さくなる場合が生じる。

【0012】

本発明では、６基のスラストジャッキをストローク制御することで、前胴部の位置・方向制御を実施する。さらに、（６+ｎ）基のスラストジャッキが受けている荷重を基に算出される外力を（６+ｎ）基のスラストジャッキに分配し、分配された力により残りｎ基のスラストジャッキを力制御する。これにより、（６+ｎ）基のジャッキに理想的に外力を分配できるため、各ジャッキの力を有効にリンク外部に働かせることができる。

【0013】

第２の発明に係るトンネル掘削装置は、第１の発明に係るトンネル掘削装置であって、制御部は、６基のスラストジャッキのストローク量と、力センサによって検出される（６＋ｎ）基のスラストジャッキが受けている荷重とに基づいて前胴部が受ける外力を演算し、その外力に対抗するためのそれぞれのスラストジャッキの目標分配力を演算する。
ここでは、制御部が、前胴部の受ける外力を、検出されたスラストジャッキのストローク量と受けている荷重とから演算する。そして、演算された外力から、各スラストジャッキが受けるべき荷重を演算し、目標分配力とする。

【0014】

これにより、力制御するｎ基のスラストジャッキについて、制御する力の値を適切に演算できる。
第３の発明に係るトンネル掘削装置は、第１または第２の発明に係るトンネル掘削装置であって、力センサは、（６＋ｎ）基のスラストジャッキに設けられており、ストロークセンサは、６基のスラストジャッキに設けられている。

【0015】

ここでは、ストローク制御が実施される６基のスラストジャッキには、ストロークセンサおよび力センサが取り付けられているとともに、力制御のみが実施されるｎ基のスラストジャッキには、力センサのみが取り付けられる。
これにより、必要最小限のセンサを用いて、上述したストローク制御と力制御とを実施することができる。

【0016】

第４の発明に係るトンネル掘削装置は、第１から第３の発明のいずれか１つに係るトンネル掘削装置であって、（６＋ｎ）基のスラストジャッキは、前胴部と後胴部とが互いに対向する面における外周部分に沿って略円周状に配置されている。
ここでは、（６＋ｎ）基のスラストジャッキのピストンロッド側、シリンダチューブ側の端部を、互いに対向する前胴部・後胴部の対向面における外周部分に沿って略円周状に配置している。

【0017】

これにより、多数のスラストジャッキを、バランスよく配置することができる。
第５の発明に係るトンネル掘削装置は、第１から第４の発明のいずれか１つに係るトンネル掘削装置であって、制御部は、３次元方向において前胴部の姿勢を制御するように、それぞれのスラストジャッキを制御する。
ここでは、後胴部に対する前胴部の向き・姿勢が３次元方向（上・下・左・右方向）において調整可能となるように、パラレルリンク機構に含まれる複数のスラストジャッキを制御する。

【0018】

これにより、例えば、曲線部分を含み、かつ３次元方向におけるトンネルを含む坑道の掘削等を、容易に実施することができる。
第６の発明に係るトンネル掘削装置は、第１から第５の発明のいずれか１つに係るトンネル掘削装置であって、オペレータから前胴部の進行方向に関する操作入力を受け付ける入力部を、さらに備えている。入力部に対してオペレータからの操作入力が受け付けられると、制御部は、操作入力の内容に基づいて設定された所望のＲに沿って掘削が実施されるように、６基のスラストジャッキを制御する。

【0019】

ここでは、オペレータによる操作入力により、所望の曲率半径Ｒに沿って曲線部分の掘削が実施されるように、６基のスラストジャッキを制御する。
これにより、オペレータの１回の操作入力によって、所望の曲率半径Ｒを維持しながら滑らかな曲線に沿った掘削を実施することができる。
第７の発明に係るトンネル掘削装置は、第６の発明に係るトンネル掘削装置であって、入力部は、タッチパネル式のモニタである。

【0020】

ここでは、オペレータからの操作入力を受け付ける入力部として、タッチパネル式のモニタを用いている。
これにより、オペレータは、手動操作によって前胴部の進行方向を調整する際には、タッチパネル式のモニタを操作するだけで容易に所望の方向へ掘削を実施することができる。

【0021】

第８の発明に係るトンネル掘削装置は、第７の発明に係るトンネル掘削装置であって、モニタは、前胴部の進行方向を設定する上下左右キーと、後胴部に対する前胴部の相対位置を表示する表示部と、を有している。
ここでは、タッチパネル式のモニタにおいて、前胴部の進行方向を設定する上下左右キーと後胴部に対する前胴部の相対位置とが表示される。

【0022】

これにより、オペレータは、直感的に微調整が必要な方向キーを押すだけで、容易に所望の方向への掘削を実施することができる。
第９の発明に係るトンネル掘削装置の制御方法は、掘削側表面に複数のカッタを有する前胴部と、前胴部の後方に配置されており掘削を行う際の反力を得るためのグリッパを有する後胴部と、前胴部と後胴部とを連結するとともに後胴部に対する前胴部の位置を変更する（６＋ｎ）基のスラストジャッキを含むパラレルリンク機構と、を備えたトンネル掘削装置の制御方法であって、以下のようなステップを備えている。スラストジャッキが受ける荷重を検出するステップ。スラストジャッキのストローク量を検出するステップ。スラストジャッキが受ける荷重およびストローク量の検出結果に基づいて、前胴部が受ける外力を算出するステップ。その外力に基づいて、（６＋ｎ）基のスラストジャッキが分担する目標分配力を算出するステップ。６基のスラストジャッキにおいてストローク制御を、ｎ基のスラストジャッキにおいて目標分配力による力制御を実施するように、スラストジャッキを制御するステップ。

【0023】

ここでは、前胴部と後胴部との間に設けられた（６＋ｎ）基のスラストジャッキを含むパラレルリンク機構によって、後胴部に対して前胴部を前進させていくことで、トンネルの掘削を行うトンネル掘削装置において、各スラストジャッキに取り付けられた力センサおよびストロークセンサにおける検出結果に基づいて、６基のスラストジャッキのストローク制御を、残りｎ基のスラストジャッキの力制御を実施する。

【0024】

なお、３次元方向におけるトンネル掘削を実施するためには、前胴部の位置・方向は直交座標系のＸ，Ｙ，Ｚの３軸と各軸の回転の６自由度の動きが必要であるため、６軸の駆動リンク（スラストジャッキ）が必要となる。本発明では、トンネル掘削時の大きな外力に対抗するために、ｎ基のスラストジャッキを追加して（６+ｎ）基のスラストジャッキを含むパラレルリンク機構を用いる。

【0025】

本発明では、６基のスラストジャッキをストローク制御することで、前胴部の位置・方向制御を実施する。さらに、（６+ｎ）基のスラストジャッキが受けている荷重を基に算出される外力を（６+ｎ）基のスラストジャッキに分配し、分配された力により残りｎ基のスラストジャッキを力制御する。これにより、（６+ｎ）基のジャッキに理想的に外力を分配できるため、各ジャッキの力を有効にリンク外部に働かせることができる。

【0026】

よって、６基のスラストジャッキについて誤差の少ないストローク制御を実施するとともに、６基のスラストジャッキを備えたパラレルリンク機構と比較して、より大きな外力に対抗することができる。この結果、例えば、小さい曲率半径を含む曲線部の掘削を実施する際にトンネル掘削装置に対して付与される外力の方向や大きさが変動した場合でも、（６＋ｎ）基のスラストジャッキを用いて適切に対応することができる。

【発明の効果】

【0027】

本発明に係るトンネル掘削装置によれば、（６＋ｎ）基のスラストジャッキを含むパラレルリンク機構を備えたトンネル掘削装置において、急曲線掘削の場合でも、適切な荷重でスラストジャッキを力制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【0028】

【図1】本発明の一実施形態に係るトンネル掘削装置の構成を示す全体図。

【図2】図１の掘削機を用いてトンネル掘削を行う状態を示す断面図。

【図3】図１の掘削機に搭載されたパラレルリンク機構に含まれる各スラストジャッキの配置構成を示す概略図。

【図4】図１の掘削機の制御ブロック図。

【図5】（ａ）は、図４に示すストローク量制御を行うスラストジャッキの回路図。（b）は、図４に示す分配力制御を行うスラストジャッキの回路図。

【図6】図１の掘削機に対する操作入力を行うモニタの表示画面を示す図。

【図7】図１の掘削機によるトンネル掘削時における分配力制御の流れを示すフローチャート。

【図8】図１のトンネル掘削装置を用いた坑道掘削の手順を示す図。

【図9】本発明の他の実施形態に係るトンネル掘削装置のパラレルリンク機構に含まれる各スラストジャッキの配置構成を示す概略図。

【発明を実施するための形態】

【0029】

本発明の一実施形態に係るトンネル掘削装置およびその制御方法について、図１〜図８を用いて説明すれば以下の通りである。
なお、本実施形態において登場する掘削機（トンネル掘削装置）１０（図１等）は、坑道掘削（図８参照）等に用いられる掘削装置であって、ＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）のうち、いわゆるグリッパＴＢＭ、ハードロックＴＢＭと呼ばれるものである。また、本実施形態では、掘削機１０によって掘削されるトンネル（第１トンネルＴ１）は、断面が略円形のトンネル（第１トンネルＴ１（図２参照））である。なお、本実施形態に係る掘削機１０によって掘削されるトンネルの断面形状は、円形に限らず、楕円形、複円形、馬蹄形などであってもよい。

【0030】

（掘削機１０の構成）
本実施形態では、図１に示す掘削機１０を用いて、第１トンネルＴ１（図２等参照）の掘削を行う。なお、本実施形態で説明する掘削機１０は、グリッパ１３ａによって後方支持された状態でカッタヘッド１２を回転させて掘削を行う一般的な構成を備えた掘削機である。

【0031】

掘削機１０は、岩盤等を掘削しながら前進して第１トンネルＴ１の掘削工事を行う装置であって、図１に示すように、前胴部１１、カッタヘッド１２、後胴部１３、パラレルリンク機構１４、およびベルトコンベア１５を備えている。
前胴部１１は、図１に示すように、カッタヘッド１２とパラレルリンク機構１４との間に配置されており、掘削側先端に設けられたカッタヘッド１２とともに掘削機１０の前部を構成する。また、前胴部１１は、後述するパラレルリンク機構１４に含まれる複数のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈのいずれかを用いて、後胴部１３に対する位置・姿勢を変化させる。また、前胴部１１は、図２に示すように、その外周面からトンネルＴ１の側壁Ｔ１ａに対して突出して押し付けられるグリッパ１１ａを有している。これにより、例えば、掘削機１０を後退させる際等に、前胴部１１をトンネルＴ１内において支持しながらパラレルリンク機構１４を伸びる方向に駆動させることで、後胴部１３を後退させることができる。

【0032】

カッタヘッド１２は、図１に示すように、掘削機１０の先端側に配置されており、略円形のトンネルの中心軸を回転中心として回転することで、先端側表面に設けられた複数のディスクカッタ１２ａによって岩盤等を掘削する。また、カッタヘッド１２は、ディスクカッタ１２ａによって細かく砕かれた岩盤や岩石等を、表面に形成された開口部（図示せず）から内部に取り込む。

【0033】

後胴部１３は、図１に示すように、掘削機１０の後側に配置されており、掘削機１０の後部を構成する。後胴部１３の幅方向の両側部には、グリッパ１３ａが配設されている。また、後胴部１３と前胴部１１とは、パラレルリンク機構１４によって連結されている。
グリッパ１３ａは、図２に示すように、後胴部１３の外周面から径方向外側に向かって突出することで、掘削中の第１トンネルＴ１の側壁Ｔ１ａに対して押し付けられる。これにより、掘削機１０を第１トンネルＴ１内において支持することができる。

【0034】

パラレルリンク機構１４は、図１に示すように、掘削機１０の中程に配置されており、掘削機１０の中胴部を構成する。また、パラレルリンク機構１４は、８基（（６＋ｎ）基、ｎ＝２）のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈを有している。スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈは、シリンダ式の油圧ジャッキである。スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈは、前胴部１１と後胴部１３との間で並列に配置され、前胴部１１と後胴部１３とを連結している。このため、前胴部１１と後胴部１３との間においてそれぞれのスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈを伸縮させることで、後胴部１３に対する前胴部１１の姿勢（向き）が所望の方向になるように制御しながら外力に対抗した状態で、カッタヘッド１２によって第１トンネルＴ１を掘削していく。

【0035】

スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈは、双方向吐出の油圧ポンプ５２によって駆動される。油圧ポンプ５２は、サーボモータ５１によって駆動される。サーボモータ５１は、コントローラ２０から出力される信号によって制御される。サーボモータ５１の制御により、スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈの伸縮・停止が制御される。
スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈの制御には、ストローク制御と力制御とがある。ストローク制御では、スラストジャッキのストローク量を指示すると、コントローラ２０は、スラストジャッキをそのストローク量まで伸縮させ、そのストローク量でて停止するように制御する。力制御では、ジャッキが受ける荷重値を指示すると、コントローラは、スラストジャッキが受ける荷重がその荷重値より小さい間はストローク量を大きくし、荷重が荷重値と等しくなると、その状態を維持するようにストローク量を制御する。

【0036】

また、８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈのシリンダチューブ側およびピストンロッド側は、図３に示すように、前胴部１１と後胴部１３とのそれぞれの対向面における外周部分に沿って略円周状に配置されている。また、８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈのうち、ストローク制御の対象となる６基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆを伸縮させることで、後胴部１３に対して前胴部１１を前進させて、あるいは前胴部１１に対して後胴部１３を後進させて、掘削機１０を少しずつ前進・後進させていくことができる。

【0037】

また、８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈには、各スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈのシリンダ圧力を検出する力センサである圧力センサ１７ａ〜１７ｈ（図４参照）が取り付けられている。また、ストローク制御の対象となる６基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆには、図５（ａ）に示すように、各スラストジャッキ１４ａ〜１４ｆのストローク量を検出するストロークセンサ１６ａ〜１６ｆが取り付けられている。

【0038】

つまり、本実施形態では、パラレルリンク機構１４に含まれる８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈのうち、ストローク制御の対象になっていない２基のスラストジャッキ１４ｇ，１４ｈには、図５（ｂ）に示すように、圧力センサ１７ｇ，１７ｈのみ取り付けられており、ストロークセンサは取り付けられていない。
そして、８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈは、ストロークセンサ１６ａ〜１６ｆおよび圧力センサ１７ａ〜１７ｈにおける検出結果に基づいて、後述するジャッキ制御部２６によって制御される。

【0039】

なお、ジャッキ制御部２６による各スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈのストローク制御、力制御については、後段にて詳述する。
ストロークセンサ１６ａ〜１６ｆは、図５（ａ）に示すように、８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈのうち、ストローク制御の対象となる６基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆに取り付けられている。なお、上述したように、ストロークセンサは、ストローク制御の対象とならない２基のスラストジャッキ１４ｇ，１４ｈには取り付けられていない。

【0040】

これにより、後胴部１３に対する前胴部１１の位置・姿勢を決めるストローク制御の対象となる６基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆのストローク量を検出することができる。
圧力センサ１７ａ〜１７ｈ（ヘッド側センサ１７ａａ〜１７ｆａ、ボトム側センサ１７ａｂ〜１７ｆｂおよびヘッド側センサ１７ｇａ，１７ｈａ、ボトム側センサ１７ｇｂ，１７ｈｂ）は、図５（ａ）および図５（ｂ）に示すように、８基全てのスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈに取り付けられている。

【0041】

つまり、圧力センサ１７ａ〜１７ｈは、ストローク制御の対象となる６基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆに取り付けられたヘッド側センサ１７ａａ〜１７ｆａ、ボトム側センサ１７ａｂ〜１７ｆｂと、ストローク制御の対象になっていない２基のスラストジャッキ１４ｇ，１４ｈに取り付けられたヘッド側センサ１７ｇａ，１７ｈａ、ボトム側センサ１７ｇｂ，１７ｈｂによって構成されている。

【0042】

そして、各スラストジャッキ１４ａ〜１４ｆのシリンダ圧は、ヘッド側センサ１７ａａ〜１７ｆａとボトム側センサ１７ａｂ〜１７ｆｂとの圧力差によって求めることができる。同様に、スラストジャッキ１４ｇ，１４ｈのシリンダ圧は、ヘッド側センサ１７ｇａ，１７ｈａとボトム側センサ１７ｇｂ，１７ｈｂとの圧力差によって求めることができる。
これにより、分配力制御の対象となる８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈにかかっている外力を検出することができる。

【0043】

掘削機１０は、以上の構成により、グリッパ１３ａが第１トンネルＴ１の側壁Ｔ１ａに対して圧接されることで、第１トンネルＴ１内において移動しないように保持された状態で、先端側のカッタヘッド１２を回転させながらパラレルリンク機構１４のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈを伸ばしてカッタヘッド１２を押し付けることで岩盤等を掘削し前進させる。このときに、掘削機１０では、細かく砕かれた岩石等をベルトコンベア１５等を用いて後方へと運搬する。このようにして、掘削機１０は、第１トンネルＴ１（図２参照）を掘り進んでいくことができる。

【0044】

（掘削機１０の制御ブロック）
本実施形態の掘削機１０は、図４に示すように、内部に、入力部２１と、ジャッキ圧力取得部２２と、ストローク量取得部２３と、前胴位置・姿勢演算部２４と、目標分配力演算部２５と、ジャッキ制御部２６と、を含む制御ブロックが構成される。
入力部２１は、後述するタッチパネル式のモニタ表示画面５０（図６参照）を介して、オペレータからの操作入力を受け付ける。具体的には、前胴部１１の掘進（前進）する方向を手動操作する際に、方向入力部５２の各種キー５２ａ〜５２ｄ（図６参照）等の操作を受け付ける。オペレータは、操作入力により所望の前胴部１１の位置・姿勢を設定する。設定後に伸ボタン５３ａを押すと、前胴部１１が設定された位置・姿勢になるようにスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆのストロークが制御される。

【0045】

ジャッキ圧力取得部２２は、力制御の対象となる８基全てのスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈのそれぞれのシリンダ圧をリアルタイムに取得する。具体的には、ジャッキ圧力取得部２２は、８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈにそれぞれ取り付けられた圧力センサ１７ａ〜１７ｈにおける検出結果を取得する。各圧力センサ１７ａ〜１７ｈにおける検出結果は、上述したように、ヘッド側センサ１７ａａ〜１７ｈａにおける検出結果とボトム側センサ１７ａｂ〜１７ｈｂにおける検出結果との差として求められる。このヘッド側の圧力とボトム側の圧力の差分は、スラストジャッキスラスト１４ａ〜１４ｈの軸力であり、ジャッキが受ける荷重を示す。

【0046】

ストローク量取得部２３は、ストローク制御の対象となる６基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆのストローク量をリアルタイムに取得する。具体的には、ストローク量取得部２３は、ストローク制御の対象となる６基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆに取り付けられたストロークセンサ１６ａ〜１６ｆにおける検出結果を取得する。
前胴位置・姿勢演算部２４は、後胴部１３に対する前胴部１１の相対的な位置・姿勢を演算によって求める。具体的には、前胴位置・姿勢演算部２４には、例えば、１日１回、３点のプリズム（図示せず）を用いて行われる外部からの測量による後胴部１３の位置が入力される。ストローク量取得部２３で得られた各スラストジャッキ１４ａ〜１４ｆのストローク量に基づいて、後胴部１３に対する前胴部１１の相対的な位置・姿勢が演算によって求められる。また、入力された後胴部１３の測量位置と、演算された後胴部１３に対する前胴部１１の相対的な位置・姿勢とによって、前胴部１１の位置が演算によって求められる。

【0047】

目標分配力演算部２５は、ジャッキ圧力取得部２２において取得された圧力センサ１７ａ〜１７ｈの検出結果と前胴位置・姿勢演算部２４において演算された前胴部の位置・姿勢から、８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈに掛かっていると想定される外力の大きさと、その外力の６成分に対抗するためのそれぞれのスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆの目標分配力を演算する。

【0048】

パラレルリンク機構１４を構成するスラストジャッキが６基だけであれば、各ジャッキの目標分配力の組み合わせは１通りのみ存在する。換言すると、目標分配力は、常に、各ジャッキにおいて検出された軸力と一致する。一方、本実施形態のように、スラストジャッキが６基より多い機構では、各ジャッキの目標分配力の組み合わせは無数に存在する。そこで、一般逆行列により、各ジャッキの目標分配力を演算する。

【0049】

具体的には、目標分配力演算部２５は、以下のような演算によって各スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈの目標分配力制御を行う。
すなわち、目標分配力演算部２５は、前胴位置・姿勢演算部２４で得られた前胴部１１の位置・姿勢から、前胴部１１の中心軸ローカル座標のｙ軸、前胴部１１の断面にローカルのｘ軸，ｚ軸を考え、その単位ベクトル（e_x，e_y，e_z）を求める。

【0050】

次に、８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈの延長方向の単位ベクトルe₁〜e₈を求める。
そして、ジャッキ圧力取得部２２で得られた各ジャッキ１４ａ〜１４ｈの軸力をｆ₁〜ｆ₈とする。
中心軸ローカル座標での前胴部１１に加わる外力Ｆは、次式により演算できる。

【0051】

【数1】

【0052】

ここで、Ｆは、
F＝（F_x,F_y,F_z,Mα,Mβ,Mγ）T
で示される行列である。Ｆ_x、Ｆ_y、Ｆ_zはローカル座標における各ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向の力である。Ｍα、Ｍβ、Ｍγは、ローカル座標における各ｚ軸、ｙ軸、ｘ軸回りのモーメントである。Ｆは前胴部１１に加わる外力を意味する。
ｆは、
ｆ＝（ｆ₁,ｆ₂,ｆ₃,ｆ₄,ｆ₅,ｆ₆,ｆ₇,ｆ₈）T
で示される行列である。記号ｆ₁〜ｆ₈は検知されたジャッキ１４ａ〜１４ｈの軸力である。
Ｗは変換行列であり、次の要素を持つ。

【0053】

記号ｅ_ijは、各ジャッキ１４ａ〜１４ｈの軸延長方向の単位ベクトルとローカル座標軸方向の単位ベクトルの内積を示す。e_i (i=1〜8)と（e_x，e_y，e_z）の内積を計算して、ローカルｘｙｚ軸の成分に分解する。具体的には、
e₁・e_x＝e_1x スラストジャッキ１４ａが力１の時、e_x方向への力成分Fx方向
e₁・e_y＝e_1y スラストジャッキ１４ａが力１の時、e_y方向への力成分Fy方向
e₁・e_z＝e_1z スラストジャッキ１４ａが力１の時、e_z方向への力成分Fz方向
e_1xy₁ -e_1yx₁ スラストジャッキ１４ａが力１の時、ｚ軸回りのモーメントとして作用する成分Mα（＝F₄）方向
e_1xz₁ -e_1zx₁ スラストジャッキ１４ａが力１の時、ｙ軸回りのモーメントとして作用する成分Mβ（＝F₅）方向
e_1zy₁ -e_1yz₁ スラストジャッキ１４ａが力１の時、ｘ軸回りのモーメントとして作用する成分Mγ（＝F₆）方向
を示す。

【0054】

パラレルリンク機構１４を構成するスラストジャッキが６基のみである場合、上記式で演算される外力Ｆに基づく各ジャッキの軸方向の力成分と検知された軸力ｆ₁〜ｆ₆とは一致する。しかし、リンク機構１４を構成するジャッキが６基より多い場合、演算された外力と検知された軸力とは一致しない。
例えば、８基のジャッキ構成では、６基のジャッキのストローク長により前胴部１１の位置・姿勢が決定され、残り２基のジャッキがその位置・姿勢に対応するストローク長より短いストローク長であり得る。この場合、前胴部１１に加わる外力が存在するにもかかわらず、残り２基のジャッキで検知される軸力はゼロである。

【0055】

そこで、演算された外力Ｆの６成分と、変換行列Wの行要素の比から、成分方向の分担を仮定して、外力に対応する各ジャッキの軸方向の力成分である目標分配力を求める。
変換行列Ｗは正則ではないので、目標分配力は一般逆行列を用いて算出する。一般逆行列としては疑似逆行列（ムーア・ペンローズ逆行列）を用いる。つまり、F＝Wｆより、W⁺F=ｆ'となる疑似逆行列W+（８×６行列）を求め、最少二乗解となる目標分配力ｆ'（８×１行列）を得る。これにより、最小のノルムで目標分配力を演算することができる。

【0056】

この８成分のうち、ストローク制御の対象にならない２基のスラストジャッキ１４ｇ，１４ｈの成分の値をｆpjとする。
ジャッキ制御部２６は、目標分配力演算部２５において演算によって求められた８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈの目標分配力の中のジャッキ１４ｇ，１４ｈの目標分配力に基づいて、パラレルリンク機構１４に含まれる各スラストジャッキ１４ｇ，１４ｈに掛かる力を制御するとともに、他の６基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆのストローク量制御を行う。２基のスラストジャッキ１４ｇ，１４ｈを上記演算で得られる目標分配力で力制御することにより、他のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆが外力から受ける荷重は、上記演算で得られる目標分配力と同じ、あるいはほぼ同じとなる。

【0057】

これにより、トンネルの掘削作業中において、岩盤質の変化等により掘削機１０に付与される外力の方向や大きさが変化した場合でも、２基のスラストジャッキ１４ｇ，１４ｈの分配力制御を実施するとともに、６基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆのストローク制御を実施することで、外力の変化に適切に対応することができる。よって、外力の大きさや向きが変化しやすい曲率半径Ｒの小さい曲線部分を含む坑道等の掘削時においても、十分に対応可能となる。

【0058】

＜モニタ表示画面５０＞
本実施形態の掘削機１０は、オペレータからの操作入力を受け付ける入力部２１として、図６に示すように、タッチパネル式のモニタ表示画面５０を用いている。本実施形態では、掘進目標装置を入力するインターフェースとして、モニタ表示画面５０を介して、上下方向、左右方向、前進位置の３点を入力することができる。

【0059】

モニタ表示画面５０には、図６に示すように、掘進・後退設定部５１と、方向入力部５２と、ジャッキ操作部５３と、前胴位置・姿勢表示部５４と、が表示される。
掘進・後退設定部５１は、掘削機１０の移動方向（前進・後退）を切り替えるスイッチであって、掘進ボタン５１ａと、後退ボタン５１ｂとを有している。
掘進ボタン５１ａは、掘削機１０を前進させる際に押下される。そして、掘進ボタン５１ａが押下されると、掘削機１０が前進するように、カッタヘッド１２、後胴部１３のグリッパ１３ａおよびパラレルリンク機構１４の制御が行われる。

【0060】

後退ボタン５１ｂは、所望の位置までトンネル掘削が完了した場合等に掘削機１０をトンネルに沿って後退させる際に押下される。そして、後退ボタン５１ｂが押下されると、掘削機１０が前進するように、後胴部１３のグリッパ１３ａおよびパラレルリンク機構１４の制御が行われる。
方向入力部５２は、目標位置に向かって掘進中にずれが生じた場合にオペレータによって操作され、複数の方向ボタン（上ボタン５２ａ、下ボタン５２ｂ、右ボタン５２ｃ、左ボタン５２ｄ）を有している。

【0061】

上ボタン５２ａ、下ボタン５２ｂ、右ボタン５２ｃ、左ボタン５２ｄは、オペレータが前胴部の位置・姿勢を確認しながら、適切な方向のボタンが操作される。これにより、オペレータは、前胴位置・姿勢表示部５４を見ながら、直感的に適切な方向にボタン操作するだけで、掘削機１０が目標位置に向かって掘進していくように操作することができる。
ジャッキ操作部５３は、パラレルリンク機構１４に含まれる８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈの動作を設定する操作入力部であって、伸ボタン５３ａ、止ボタン５３ｂ、
縮ボタン５３ｃを有している。

【0062】

伸ボタン５３ａは、スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈを伸びる方向に駆動させる際に操作される。
止ボタン５３ｂは、スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈの動きを停止させる際に操作される。
縮ボタン５３ｃは、スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈを縮める方向に駆動させる際に操作される。

【0063】

前胴位置・姿勢表示部５４は、後胴部１３に対する前胴部１１の位置・姿勢、および計画掘削線を表示する。また、前胴位置・姿勢表示部５４は、第１表示部５４ａと、第２表示部５４ｂとを有している。
第１表示部５４ａは、後胴部１３の中心位置Ｒ１、中心線Ｒと、前胴部１１の中心位置（前胴原点）Ｆ１、中心線Ｆ、姿勢Ａと、掘削装置の中折れ点Ｐ１と、計画掘削線ＤＬと、を表示する。ここで、中折れ点Ｐ１とは、後胴部１３の中心線Ｒと前胴部１１の中心線Ｆの交点である。図６に示す例では、前胴部１１の中心位置Ｆ１が後胴部１３に対し右方向にずれていることを示している。

【0064】

第２表示部５４ｂは、後胴部１３の中心位置Ｐ１を中心位置として、正面視において前胴部１１の中心位置が上下・左右方向においてどの方向にずれているかを表示する。図６に示す例では、前胴部１１の中心位置が後胴部１３の中心位置に対して右やや上にずれていることを示している。
本実施形態では、オペレータが図６に示すモニタ表示画面５０に操作入力を行うことで、以下のような操作を実施することができる。

【0065】

具体的には、掘進ボタン５１ａをＯＮ状態とし、伸ボタン５３ａが押下されると、後胴部１３のグリッパ１３ａがトンネルの側壁に向かって張り出して、前胴部１１のグリッパ１１ａは張り出さず、ストローク制御の対象となる６基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆが伸びる方向に駆動される。これにより、後胴部１３の位置はそのままで、前胴部１１だけを前進させることができる。

【0066】

また、掘進ボタン５１ａをＯＮ状態とし、縮ボタン５３ｃが押下されると、後胴部１３のグリッパ１３ａは張り出さず、前胴部１１のグリッパ１１ａが側壁に対して張り出した状態で、６基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆが縮む方向に駆動される。これにより、前胴部１１の位置はそのままで、後胴部１３の位置を掘削方向に前進させることができる。

【0067】

さらに、後退ボタン５１ｂをＯＮ状態とし、伸ボタン５３ａが押下されると、後胴部１３のグリッパ１３ａは張り出さず、前胴部１１のグリッパ１１ａが張り出した状態で、６基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆが伸びる方向に駆動される。これにより、前胴部１１の位置はそのままで、後胴部１３だけを後退させることができる。
また、後退ボタン５１ｂをＯＮ状態とし、縮ボタン５３ｃが押下されると、後胴部１３のグリッパ１３ａが張り出し、前胴部１１のグリッパ１１ａが張り出さない状態で、６基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆが縮む方向に駆動される。これにより、後胴部１３の位置はそのままで、前胴部１１だけを後退させることができる。

【0068】

＜掘削機１０の制御方法＞
本実施形態の掘削機１０の制御方法について、図７のフローチャートを用いて説明すれば以下の通りである。
すなわち、本実施形態の掘削機１０では、例えば、設計図に基づいて設定された曲線（計画掘削線）に沿って自動掘削運転中に岩盤質等の変化により掘削機１０に対して付与される外力が大きく変化した場合でも、以下に示す分配力制御を実行することで、上下・左右のあらゆる方向からの外力にも適切に対応することができる。

【0069】

具体的には、まず、ステップＳ１１において、制御が開始されると、ステップＳ１２において、８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈの全てにそれぞれ取り付けられた各圧力センサ１７ａ〜１７ｈ（図５（ａ）および図５（ｂ）参照）において検出されたボトム・ヘッド圧を取得する。
次に、ステップＳ１３では、ステップＳ１２において求められた各スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈにおけるボトム・ヘッド圧からその圧力差が求められる。これにより、各スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈに掛かっている荷重を得ることができる。

【0070】

次に、ステップＳ１４では、８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈのうちのストローク制御の対象となる６基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆに取り付けられたストロークセンサ１６ａ〜１６ｆから各スラストジャッキ１４ａ〜１４ｆのそれぞれのストローク量を取得する。
次に、ステップＳ１５では、前胴部１１の後胴部１３に対する相対的な位置座標および姿勢を演算する。前胴部１１の後胴部１３に対する相対的な位置座標とは、掘削装置の中折れ点Ｐ１を基準とした前胴部１１の位置座標を意味する。前胴部１３の姿勢は、各スラストジャッキ１４ａ〜１４ｆのストローク量から内挿により演算される。

【0071】

なお、前胴部１１の絶対的な位置座標は、上述したように、例えば、３点のプリズム（図示せず）を用いて行われる外部からの測量によって後胴部１３の位置を求めた後、各スラストジャッキ１４ａ〜１４ｆのストローク量等に基づいて演算によって求めることができる。
次に、ステップＳ１６では、ステップＳ１５において演算によって求められた前胴部１１の相対位置座標における各スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈに分配されている力成分から前胴部１１が受けている外力の演算を行う。

【0072】

次に、ステップＳ１７では、前胴部１１が受けるＳ１６で演算された外力に対抗して８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈそれぞれが分担する力である目標分配力の演算を行う。なお、目標分配力の演算については、上段にて説明した通りである。
次に、ステップＳ１８では、ステップＳ１７において求められた目標分配力に基づいて、８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈに対して適切に外力を分担して負担させるように、スラストジャッキ１４ｇ，１４ｈの力制御を行う。

【0073】

本実施形態の掘削機１０では、以上の様な制御方法により、８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈのうち、６基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆについては、ストローク量制御を行う。一方、２基のスラストジャッキ１４ｇ，１４ｈについては、ストローク量制御は行わず、力制御だけを行う。
これにより、以下に示す坑道の掘削時等において曲率半径Ｒの小さい曲線部分を含むトンネルを掘削する際に、掘削機１０に対して付与される外力の方向や大きさが変化した場合でも、８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈに対して効果的に外力の負担を分担させるように制御を行うことで、円滑に掘削を実施することができる。

【0074】

＜トンネル掘削方法＞
本実施形態に係る掘削機１０による掘削方法について、図８を用いて説明すれば以下の通りである。
すなわち、本実施形態では、上述した掘削機１０を制御して、以下のように坑道掘削を行う。

【0075】

図８は、既設の２本のトンネルＴ０から、互いに略平行な３本の第１掘削線Ｌ１に沿って、３本の第１トンネルＴ１を掘削していく手順を示している。
なお、図８では、掘削機１０は掘削機１０のための駆動源等を備えたバックアップトレーラ３１を従えて、既設のトンネルＴ０と第１トンネルＴ１へと分岐していく位置まで掘削機１０を牽引車によって移動させていく状態を示している。

【0076】

このとき、既設のトンネルＴ０から第１トンネルＴ１へ分岐するＲが小さい部分には、コーナー用反力受け部３０が設置されている。これにより、第１トンネルＴ１へ分岐するＲが小さい曲線部においても、掘削機１０は、グリッパ１３ａをコーナー用反力受け部３０に当接させながら第１トンネルＴ１の掘削を進めていくことができる。
次に、図８に示すように、第１掘削線Ｌ１に沿って、掘削機１０によって岩盤等を掘削しながら、掘削機１０およびバックアップトレーラ３１を移動させていく。これにより、第１トンネルＴ１を所望の位置に形成することができる。

【0077】

次に、離間した位置に形成された既設のトンネルＴ０まで掘削が完了して第１トンネルＴ１がトンネルＴ０，Ｔ０間を貫通すると、掘削機１０とバックアップトレーラ３１は、牽引車によって後退して初期位置まで戻される。
なお、第１トンネルＴ１がトンネルＴ０まで到達した部分には、コーナー用反力受け部３０が設置されている。

【0078】

次に、掘削された第１トンネルＴ１に略平行な新たな第１トンネルＴ１を掘削するために、再度、第１掘削線Ｌ１に沿って掘削機１０を移動させる。
次に、これらの手順を繰り返して互いに略平行な第１トンネルＴ１を３本掘削する。
これにより、本実施形態の掘削機１０によれば、Ｒが小さい曲線部を含む坑道掘削を行う際に、掘削中に掘削機１０に対して付与される外力の方向や大きさが変化した場合でも、上述した掘削機１０の制御方法によって、各スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈに分配される分配力を適切に制御することで、円滑なトンネル掘削を実施することができる。

【0079】

［他の実施形態］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
（Ａ）
上記実施形態では、８基のスラストジャッキ１４ａ〜１４ｈを含むパラレルリンク機構１４を備えた掘削機１０を例として挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

【0080】

パラレルリンク機構を構成するスラストジャッキの基数は、８基に限らず、例えば、７基、９基、１０基等、（６＋ｎ）基（ｎ＝１，２，３，・・・）、つまり６基より多ければ何基でもよい。
なお、スラストジャッキの適切な基数は、掘削するトンネル径に依存する。例えば、トンネル径が１０ｍ未満の場合には、スラストジャッキの適切な基数は、７〜１０基である。

【0081】

（Ｂ）
上記実施形態では、ストローク制御・力制御の対象となるスラストジャッキ１４ａ〜１４ｆに対して、図３に示すように、力制御だけの対象となるスラストジャッキ１４ｇ，１４ｈが互いに隣り合う位置に配置された例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

【0082】

例えば、図９に示すように、スラストジャッキ１４ｇ，１４ｈが離れた位置に配置された構成であってもよい。
（Ｃ）
上記実施形態では、上述したように、最少二乗法の解として求められたｆを用いて力制御を実施する例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

【0083】

例えば、以下の様に、成分の２乗比×外力成分の総和全体から分担を受け持つとして、力制御を実施してもよい。
すなわち、ｊ番目のスラストジャッキの目標力ｆpjを以下の様に求める。

【0084】

【数2】

【0085】

この場合でも、上記実施形態と同様に、（６＋ｎ）基のスラストジャッキに対して適切に分配力制御を実施することができる。
（Ｄ）
上記実施形態では、オペレータの操作入力を受け付けるインターフェースとして、タッチパネル式のモニタ表示画面５０を用いた例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

【0086】

例えば、タッチパネル式のモニタ以外にも、一般的なＰＣ画面を見ながらキーボードやマウス等で操作入力を行ってもよい。
（Ｅ）
上記実施形態では、モニタ表示画面５０に、各種操作部（掘進・後退設定部５１と、方向入力部５２と、ジャッキ操作部５３と、ずれ量表示部５４）を配置した例を挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

【0087】

例えば、モニタ表示画面に表示させる表示態様としては、他の態様を採用してもよい。
（Ｆ）
上記実施形態では、スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈに加わる外力を検出するために、ジャッキのヘッド側とボトム側のそれぞれに圧力センサを設け、検出された圧力の差圧をコントローラ２０で演算した。しかし、本発明はこれに限定されるものではない。

【0088】

例えば、スラストジャッキ１４ａ〜１４ｈのピストンロッドにロードセルを設けて直截、外力を検出してもよい。

【産業上の利用可能性】

【0089】

本発明のトンネル掘削装置は、（６＋ｎ）基のスラストジャッキを含むパラレルリンク機構を備えたトンネル掘削装置において、掘削中に生じるあらゆる方向・大きさの外力に対して適切に対応することができるという効果を奏することから、トンネル掘削を行う掘削機に対して広く適用可能である。

【符号の説明】

【0090】

１０ 掘削機（トンネル掘削装置）
１１ 前胴部
１１ａ グリッパ
１２ カッタヘッド
１２ａ ディスクカッタ
１３ 後胴部
１３ａ グリッパ
１４ パラレルリンク機構
１４ａ〜１４ｈ スラストジャッキ
１５ ベルトコンベア
１６ａ〜１６ｆ ストロークセンサ
１７ａ〜１７ｈ 圧力センサ（力センサ）
１７ａａ〜１７ｈａ ヘッド側センサ
１７ａｂ〜１７ｈｂ ボトム側センサ
２０ コントローラ
２１ 入力部
２２ ジャッキ圧力取得部
２３ ストローク量取得部
２４ 前胴位置・姿勢演算部
２５ 目標分配力演算部
２６ ジャッキ制御部（制御部）
３０ 反力受け部
３１ バックアップトレーラ
５０ モニタ表示画面
５１ 掘進・後退設定部
５１ａ 掘進ボタン
５１ｂ 後退ボタン
５２ 方向入力部
５２ａ 上ボタン
５２ｂ 下ボタン
５２ｃ 右ボタン
５２ｄ 左ボタン
５３ ジャッキ操作部
５３ａ 伸ボタン
５３ｂ 止ボタン
５３ｃ 縮ボタン
５４ 前胴位置・姿勢表示部
５４ａ 第１表示部
５４ｂ 第２表示部
Ｃ１ 後胴部の中心線
Ｃ２ 前胴部の中心線
Ｌ１ 第１掘削線
Ｐ１ 後胴部の中心位置
Ｔ０ トンネル
Ｔ１ 第１トンネル
Ｔ１ａ 側壁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】