特許 6876203 トンネルを連続的に掘進するための装置及び方法

(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】6876203

(24)【登録日】2021年4月27日

(45)【発行日】2021年5月26日

(54)【発明の名称】トンネルを連続的に掘進するための装置及び方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/10 20060101AFI20210517BHJP

   E21D 9/06 20060101ALI20210517BHJP

   E21D 9/093 20060101ALI20210517BHJP

【ＦＩ】

   E21D9/10 Z

   E21D9/06 302G

   E21D9/093 G

【請求項の数】7

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2020-540637(P2020-540637)

(86)(22)【出願日】2019年2月1日

(65)【公表番号】特表2021-507154(P2021-507154A)

(43)【公表日】2021年2月22日

(86)【国際出願番号】EP2019052461

(87)【国際公開番号】WO2019149867

(87)【国際公開日】20190808

【審査請求日】2020年9月14日

(31)【優先権主張番号】102018102330.8

(32)【優先日】2018年2月2日

(33)【優先権主張国】DE

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】516300597

【氏名又は名称】ヘーレンクネヒト アクツィエンゲゼルシャフト

【氏名又は名称原語表記】ＨＥＲＲＥＮＫＮＥＣＨＴ ＡＫＴＩＥＮＧＥＳＥＬＬＳＣＨＡＦＴ

(74)【代理人】

【識別番号】100080816

【弁理士】

【氏名又は名称】加藤 朝道

(74)【代理人】

【識別番号】100098648

【弁理士】

【氏名又は名称】内田 潔人

(72)【発明者】

【氏名】ブルガー、ヴェルナー

(72)【発明者】

【氏名】エーデルマン、トマス、ヨーゼフ

【審査官】 亀谷 英樹

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４２０６０５４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開平０４−０９２０９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−００８８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 中国特許出願公開第１０９０２６０４２（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｄ １／００−９／１４

Ｅ２１Ｄ １１／００−１９／０６

Ｅ２１Ｄ ２３／００−２３／２６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

掘進方向における予め設定された目標軌道に沿ってトンネルを掘進及びライニングするための装置であって、
前記トンネルは、前記掘進方向に隣接する複数のセグメントリング（１３９）から構成され、１つのセグメントリング（１３９）は、周方向に隣接する複数のセグメント（１３３）から組み立てられ、
切羽（１０９）を掘削するための切削ホイール（１０３）を備え、
前記切削ホイール（１０３）の前記切羽（１０９）とは反対側に配設され且つ前記掘進方向に沿って動作する所定数のプレス手段（１２４）を備え、前記プレス手段（１２４）は、プレス手段支承部（１２１）により保持され、前記掘進方向に沿ったこれらのプレス手段（１２４）の運動により、前記プレス手段支承部（１２１）の前記切削ホイール（１０３）とは反対側で押付力を用いてセグメント（１３３）を押し付けるように構成されており、
少なくとも幾つかのプレス手段（１２４）が、セグメント（１３３）に加えられる押付力に対応する圧力値を測定するために変換器モジュール（３０９）に接続されており、
中央制御モジュール（７０９）を有する中央ユニットが設けられており、前記中央制御モジュール（７０９）には、前記圧力値を受け渡すために前記変換器モジュール（３０９）が接続されており、
前記中央ユニットは、ナビゲーション測定モジュール（７１２）と、ナビゲーション予測モジュール（７２４）と、プレス力修正モジュール（７１５）とを含み、
前記ナビゲーション測定モジュール（７１２）により予め設定された目標軌道から、計算された押付力により決定される将来的な軌道、又は現在の実際の押付力により決定される実際軌道が逸脱する場合には、前記プレス力修正モジュール（７１５）を介し、前記プレス手段（１２４）により加えられる押付力が、加えられる押付力から生じる実際力重心（４０６）の位置を変更するように調節可能であること、そして、
前記ナビゲーション予測モジュール（７２４）を用い、少なくとも１つのセグメント（１３３）の取り付けに際して前記プレス手段（１２４）により加えられる押付力の分布から、将来的な軌道が予測可能であること、
前記ナビゲーション予測モジュール（７２４）を用いた将来的な軌道の予測のために、目標軌道を維持するための目標力重心の位置からの実際力重心（４０６）の位置の逸脱量が決定可能であること、
目標力重心の位置からの実際力重心の位置の逸脱量は、前記プレス力修正モジュール（７１５）と前記ナビゲーション予測モジュール（７２４）と前記中央制御モジュール（７０９）を含み且つ目標力重心の位置に実際力重心の位置を近づけることにより当該逸脱量を減少させるための制御系の制御量を構成すること、
前記トンネルを連続的に掘進及びライニングするあいだにおいて、前記プレス力修正モジュール（７１５）を用いて新しい押付力が計算され、当該計算は、１つのセグメント（１３３）の取り付けの開始からこのセグメント（１３３）の取り付けの完了に至るまでの期間のため、従って次のセグメント（１３３）の取り付けの開始に至るまでの期間のために行われ、それにより前記ナビゲーション予測モジュール（７２４）により予測される将来的な軌道は、新しいセグメント（１３３）の取り付けの期間のために、少なくとも目標軌道に近づけられていること、そして、
将来的な軌道に従う実際軌道が目標軌道から逸脱する場合にも、実際軌道は、実際力重心（４０６）の位置の変更を介して少なくとも目標軌道に近づけられていること
を特徴とする装置。

【請求項2】

前記中央制御モジュール（７０９）には、前記プレス手段（１２４）の圧力値と変位値を処理する変換器モジュール（３０９）が、圧力処理モジュール（７０３）を介して接続されていること
を特徴とする、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記プレス手段（１２４）は、当該装置のコンポーネントとしての中央シールド（１１８）の領域に配設されたプレス手段支承リング（１２１）において保持されていること
を特徴とする、請求項１又は２に記載の装置。

【請求項4】

前記プレス手段（１２４）は、周方向で互いに均等に離間されていること
を特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置。

【請求項5】

前記プレス手段（１２４）は、共通の変換器モジュール（３０９）と接続されたプレス手段対（１２７）で対ごとに協働すること
を特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置。

【請求項6】

請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置を使用し且つセグメント（１３３）を用いてトンネルをライニングすることで、予め設定された目標軌道に沿ってトンネルを連続的に掘進及びライニングするための方法であって、
プレス力変更ステップにおいて、プレス力修正モジュール（７１５）が、引き続きセグメント（１３３）に押し付けられているプレス手段（１２４）のために新しい押付力を、予測された将来的な軌道の目標軌道からの逸脱量が所定のプレス手段（１２４）の後退後にこれらのプレス手段（１２４）により押付力を加えることなく減少されるように、決定すること、
セグメント設置ステップにおいて、先ず、取り付けられたセグメント（１３３）に押し付けられているプレス手段（１２４）又は各プレス手段（１２４）が、この取り付けられたセグメント（１３３）から、取り付けるべきセグメント（１３３）のための取付空間を解放するために後退されること、そして、後退されたプレス手段（１２４）が再び、新しく取り付けられたセグメント（１３３）に対して押し付けられるまで、引き続き、新しい押付力で掘進が継続されると共に、取り付けるべきセグメント（１３３）が取り付けられること、但し、新しいセグメント（１３３）の取り付け中に目標軌道を維持するために、プレス手段（１２４）に対して前記プレス力修正モジュール（７１５）を用いて新しい押付力が決定されて加えられること、そして、
前記セグメント設置ステップは、周方向で隣接するセグメント（１３３）において連続的に実行されること
を特徴とする方法。

【請求項7】

セグメント（１３３）を取り付ける際の新しい押付力の決定は、少なくとも１つのセグメント（１３３）の取り付けの期間のために、加えられている押付力から生じる実際力重心（４０６）の目標力重心に対する位置の制御を介して行われること
を特徴とする、請求項６に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、切羽（掘削面）を掘削するための切削ホイールを用い、予め設定された目標軌道（目標トラジェクトリ）に沿ってトンネルを連続的に掘進するための装置に関し、当該装置は、切削ホイールの切羽とは反対側に配設されて軸方向に動作する所定数のプレス手段を備え、前記プレス手段は、切削ホイールが軸方向に対向して支持されているプレス手段支承部により保持され、プレス手段支承部の切削ホイールとは反対側で押付力を用いてセグメント（タビング）を押し付けるように構成されている。

【0002】

更に本発明は、トンネルを連続的に掘進するための方法に関する。

【背景技術】

【0003】

トンネルを連続的に掘進するためのそのような装置及び方法は、下記特許文献１から公知である。予め設定された目標軌道に沿ってトンネルを連続的に掘進するためのこの装置では、切羽を掘削するために、切削ホイールが設けられており、またセグメントを用いてトンネル壁をライニングするために、軸方向に動作するプレス手段が設けられており、これらのプレス手段は、軸方向で切削ホイールのための支持機構としても構成されているプレス手段支承部により保持され、プレス手段支承部の切削ホイールとは反対側で押付力を用いてセグメントを押し付けるために構成されている。セグメントのライニング中の締付固定のために、中央シールドには、半径方向で前後運動可能なプレス手段シールドが配設されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】ＥＰ ０ ９７４ ７３２ Ａ１

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の基礎となる課題は、軸方向に動作するプレス手段を後退（引き込み）させてセグメントを設置する際に、半径方向の支持機構を伴わなくても、引き続き、予め設定された目標軌道に沿ったトンネルの連続的な掘進が保証されている、冒頭に記載した形式の装置、及びトンネルを連続的に掘進するための方法を提示することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

前記課題は、冒頭に記載した形式の装置において、少なくとも幾つかのプレス手段が、セグメントに加えられた押付力に対応する圧力値を測定するために変換器モジュールに接続されていること、中央制御モジュールを有する中央ユニットが設けられており、中央制御モジュールには、圧力値を受け渡すために変換器モジュールが接続されていること、中央ユニットは、更にナビゲーション測定モジュールと、プレス力修正モジュールと、ナビゲーション予測モジュールを有し、これらは、ナビゲーション予測モジュールを用い、プレス手段により加えられた押付力の少なくとも１つの目下の分布において、将来的な軌道に関する最初の軌道予測が決定可能であるように協働し、この際、ナビゲーション測定モジュールにより予め設定された目標軌道から将来的な軌道又は実際軌道が逸脱する場合には、プレス力修正モジュールを介し、プレス手段により加えられる押付力が、加えられた押付力から生じる実際力重心を安定化するために、目標軌道からの将来的な軌道の逸脱が最初の軌道予測に比べて減少するように設定可能であることにより、解決される。
即ち本発明の第１の視点により、
切羽を掘削するための切削ホイールを用い、予め設定された目標軌道に沿ってトンネルを掘進及びライニングするための装置であって、
前記切削ホイールの切羽とは反対側に配設されて軸方向に動作する所定数のプレス手段を備え、前記プレス手段は、前記切削ホイールが軸方向に対向して支持されているプレス手段支承部により保持され、前記プレス手段支承部の前記切削ホイールとは反対側で押付力を用いてセグメントを押し付けるように構成されており、
少なくとも幾つかのプレス手段が、セグメントに加えられた押付力に対応する圧力値を測定するために変換器モジュールに接続されていること、
中央制御モジュールを有する中央ユニットが設けられており、前記中央制御モジュールには、前記圧力値を受け渡すために前記変換器モジュールが接続されていること、
前記中央ユニットは、更にナビゲーション測定モジュールと、プレス力修正モジュールとを有すること、
前記ナビゲーション測定モジュールにより予め設定された目標軌道から将来的な軌道又は実際軌道が逸脱する場合には、前記プレス力修正モジュールを介し、前記プレス手段により加えられる押付力が、加えられた押付力から生じる実際力重心を安定化するために、目標軌道からの将来的な軌道の逸脱が最初の軌道予測に比べ減少するように設定可能であること、そして、
ナビゲーション予測モジュールが設けられており、前記ナビゲーション予測モジュールを用い、１つのセグメントリングが閉じるまでの期間連続する掘進及びライニングのため、周方向に隣接するセグメントを取り付ける際、前記プレス手段により加えられた押付力の少なくとも１つの目下の分布において、将来的な軌道に関する最初の軌道予測が決定可能であること、
前記ナビゲーション予測モジュールを用いた軌道予測の決定に際し、目標力重心からの全ての押付力の実際力重心の逸脱が決定可能であること、
及び目標力重心からの実際力重心の逸脱は、前記プレス力修正モジュールと前記ナビゲーション予測モジュールと前記中央制御モジュールを含んだ制御系の制御量を構成すること、
新しい押付力の計算は、前もって、１つのセグメントの取り付けの開始からこのセグメントの取り付けの完了に至るまでの期間のため、従って次のセグメントの取り付けの開始に至るまでの期間のために行われ、それにより前記ナビゲーション予測モジュールにより決定される軌道予測は、実際力重心の安定化により、少なくとも、新しいセグメントの取り付けの期間の間、目標軌道に実際軌道を近づけるように行われること
を特徴とする装置が提供される。
より詳しくは、前記本発明の第１の視点において、
掘進方向における予め設定された目標軌道に沿ってトンネルを掘進及びライニングするための装置であって、
前記トンネルは、前記掘進方向に隣接する複数のセグメントリングから構成され、１つのセグメントリングは、周方向に隣接する複数のセグメントから組み立てられ、
切羽を掘削するための切削ホイールを備え、
前記切削ホイールの前記切羽とは反対側に配設され且つ前記掘進方向に沿って動作する所定数のプレス手段を備え、前記プレス手段は、プレス手段支承部により保持され、前記掘進方向に沿ったこれらのプレス手段の運動により、前記プレス手段支承部の前記切削ホイールとは反対側で押付力を用いてセグメントを押し付けるように構成されており、
少なくとも幾つかのプレス手段が、セグメントに加えられる押付力に対応する圧力値を測定するために変換器モジュールに接続されており、
中央制御モジュールを有する中央ユニットが設けられており、前記中央制御モジュールには、前記圧力値を受け渡すために前記変換器モジュールが接続されており、
前記中央ユニットは、ナビゲーション測定モジュールと、ナビゲーション予測モジュールと、プレス力修正モジュールとを含み、
前記ナビゲーション測定モジュールにより予め設定された目標軌道から、計算された押付力により決定される将来的な軌道、又は現在の実際の押付力により決定される実際軌道が逸脱する場合には、前記プレス力修正モジュールを介し、前記プレス手段により加えられる押付力が、加えられる押付力から生じる実際力重心の位置を変更するように調節可能であること、そして、
前記ナビゲーション予測モジュールを用い、少なくとも１つのセグメントの取り付けに際して前記プレス手段により加えられる押付力の分布から、将来的な軌道が予測可能であること、
前記ナビゲーション予測モジュールを用いた将来的な軌道の予測のために、目標軌道を維持するための目標力重心の位置からの実際力重心の位置の逸脱量が決定可能であること、
目標力重心の位置からの実際力重心の位置の逸脱量は、前記プレス力修正モジュールと前記ナビゲーション予測モジュールと前記中央制御モジュールを含み且つ目標力重心の位置に実際力重心の位置を近づけることにより当該逸脱量を減少させるための制御系の制御量を構成すること、
前記トンネルを連続的に掘進及びライニングするあいだにおいて、前記プレス力修正モジュールを用いて新しい押付力が計算され、当該計算は、１つのセグメントの取り付けの開始からこのセグメントの取り付けの完了に至るまでの期間のため、従って次のセグメントの取り付けの開始に至るまでの期間のために行われ、それにより前記ナビゲーション予測モジュールにより予測される将来的な軌道は、新しいセグメントの取り付けの期間のために、少なくとも目標軌道に近づけられていること、そして、
将来的な軌道に従う実際軌道が目標軌道から逸脱する場合にも、実際軌道は、実際力重心の位置の変更を介して少なくとも目標軌道に近づけられていること
を特徴とする。

【0007】

前記課題は、予め設定された目標軌道に沿ってトンネルを連続的に掘進するための方法において、本発明により、本発明による装置を使用し且つセグメントを用いたトンネルの連続的なライニングを伴い、当該方法では、プレス力変更ステップにおいて、プレス力修正モジュールが、（所定数の）プレス手段の後退の際、引き続きセグメントに押し付けられているプレス手段のために新しい押付力を、軌道予測により決定された将来的な軌道の目標軌道からの逸脱が、最初の軌道予測に対し、プレス手段の後退後にこれらのプレス手段により押付力を加えることなく減少されるように、決定すること、またセグメント設置ステップにおいて、先ず、取り付けられたセグメントに押し付けられているプレス手段又は各プレス手段が、取り付けられたセグメントから、取り付けるべきセグメントのための取付空間を解放するために後退されること、そして、後退されたプレス手段が再び新しく取り付けられたセグメントに対して押し付けられ、次のセグメントの取り付け中に目標軌道を維持するために、プレス手段のためにプレス力修正モジュールを用いて新しい押付力が決定されて加えられるまで、引き続き、新しい押付力で掘進が継続され、並びに取り付けるべきセグメントが取り付けられること、により解決される。
即ち本発明の第２の視点により、
前記本発明の第１の視点に記載の装置を使用し且つセグメントを用いたトンネルのライニングを伴う、予め設定された目標軌道に沿ってトンネルを連続的に掘進及びライニングするための方法であって、
プレス力変更ステップにおいて、プレス力修正モジュールが、引き続きセグメントに押し付けられているプレス手段（複数）のために新しい押付力（複数）を、軌道予測により決定された将来的な軌道の目標軌道からの逸脱が、最初の軌道予測に対し、所定のプレス手段の後退後にこれらのプレス手段により押付力を加えることなく減少されるように、決定すること、
セグメント設置ステップにおいて、先ず、取り付けられたセグメントに押し付けられているプレス手段又は各プレス手段が、取り付けられたセグメントから、取り付けるべきセグメントのための取付空間を解放するために後退されること、そして、後退されたプレス手段が再び新しく取り付けられたセグメントに対して押し付けられ、次のセグメントの取り付け中に目標軌道を維持するために、プレス手段のために前記プレス力修正モジュールを用いて新しい押付力が決定されて加えられるまで、引き続き、新しい押付力で掘進が継続され、並びに取り付けるべきセグメントが取り付けられること、
前記セグメント設置ステップは、周方向で隣接するセグメントにおいて連続的に実行されること
を特徴とする方法が提供される。
より詳しくは、前記本発明の第２の視点において、
前記本発明の第１の視点に記載の装置を使用し且つセグメントを用いてトンネルをライニングすることで、予め設定された目標軌道に沿ってトンネルを連続的に掘進及びライニングするための方法であって、
プレス力変更ステップにおいて、プレス力修正モジュールが、引き続きセグメントに押し付けられているプレス手段のために新しい押付力を、予測された将来的な軌道の目標軌道からの逸脱量が所定のプレス手段の後退後にこれらのプレス手段により押付力を加えることなく減少されるように、決定すること、
セグメント設置ステップにおいて、先ず、取り付けられたセグメントに押し付けられているプレス手段又は各プレス手段が、この取り付けられたセグメントから、取り付けるべきセグメントのための取付空間を解放するために後退されること、そして、後退されたプレス手段が再び、新しく取り付けられたセグメントに対して押し付けられるまで、引き続き、新しい押付力で掘進が継続されると共に、取り付けるべきセグメントが取り付けられること、但し、新しいセグメントの取り付け中に目標軌道を維持するために、プレス手段に対して前記プレス力修正モジュールを用いて新しい押付力が決定されて加えられること、そして、
前記セグメント設置ステップは、周方向で隣接するセグメントにおいて連続的に実行されること
を特徴とする。

【発明を実施するための形態】

【0008】

本発明において、以下の形態が可能である。
（形態１）
切羽を掘削するための切削ホイールを用い、予め設定された目標軌道に沿ってトンネルを連続的に掘進するための装置であって、
前記切削ホイールの切羽とは反対側に配設されて軸方向に動作する所定数のプレス手段を備え、前記プレス手段は、前記切削ホイールが軸方向に対向して支持されているプレス手段支承部により保持され、前記プレス手段支承部の前記切削ホイールとは反対側で押付力を用いてセグメントを押し付けるように構成されており、
少なくとも幾つかのプレス手段が、セグメントに加えられた押付力に対応する圧力値を測定するために変換器モジュールに接続されていること、
中央制御モジュールを有する中央ユニットが設けられており、前記中央制御モジュールには、前記圧力値を受け渡すために前記変換器モジュールが接続されていること、
前記中央ユニットは、更にナビゲーション測定モジュールと、プレス力修正モジュールと、ナビゲーション予測モジュールを有し、これらは、前記ナビゲーション予測モジュールを用い、前記プレス手段により加えられた押付力の少なくとも１つの目下の分布において、将来的な軌道に関する最初の軌道予測が決定可能であるように協働し、
前記ナビゲーション測定モジュールにより予め設定された目標軌道から前記将来的な軌道又は実際軌道が逸脱する場合には、前記プレス力修正モジュールを介し、前記プレス手段により加えられる押付力が、加えられた押付力から生じる実際力重心を安定化するために、前記目標軌道からの前記将来的な軌道の逸脱が前記最初の軌道予測に比べ減少するように設定可能であること。
（形態２）
前記プレス手段は、中央シールドの領域に配設されたプレス手段支承リングにおいて保持されていること、が好ましい。
（形態３）
前記プレス手段は、周方向で互いに均等に離間されていること、が好ましい。
（形態４）
前記プレス手段は、プレス手段対で対ごとに協働すること、が好ましい。
（形態５）
前記ナビゲーション予測モジュールを用いた軌道予測の決定に際し、目標力重心からの全ての押付力の実際力重心の逸脱が決定可能であること、及び目標力重心からの実際力重心の逸脱は、前記プレス力修正モジュールと前記ナビゲーション予測モジュールと前記中央制御モジュールを含んだ制御系の制御量を構成すること、が好ましい。
（形態６）
前記中央制御モジュールには、前記プレス手段の圧力値と変位値を処理する変換器モジュールが、圧力処理モジュールを介して接続されていること、が好ましい。
（形態７）
形態１〜６のいずれか１つに記載の装置を使用し且つセグメントを用いたトンネルの連続的なライニングを伴う、予め設定された目標軌道に沿ってトンネルを連続的に掘進するための方法であって、
プレス力変更ステップにおいて、プレス力修正モジュールが、引き続きセグメントに押し付けられているプレス手段（複数）のために新しい押付力（複数）を、軌道予測により決定された将来的な軌道の目標軌道からの逸脱が、最初の軌道予測に対し、所定プレス手段の後退後にこれらのプレス手段により押付力を加えることなく減少されるように、決定すること、
セグメント設置ステップにおいて、先ず、取り付けられたセグメントに押し付けられているプレス手段又は各プレス手段が、取り付けられたセグメントから、取り付けるべきセグメントのための取付空間を解放するために後退されること、そして、後退されたプレス手段が再び新しく取り付けられたセグメントに対して押し付けられ、次のセグメントの取り付け中に目標軌道を維持するために、プレス手段のために前記プレス力修正モジュールを用いて新しい押付力が決定されて加えられるまで、引き続き、新しい押付力で掘進が継続され、並びに取り付けるべきセグメントが取り付けられること。
（形態８）
前記セグメント設置ステップは、周方向で隣接するセグメントにおいて連続的に実行されること、が好ましい。
（形態９）
セグメントを取り付ける際の新しい押付力（複数）の決定は、セグメントの取り付けの期間のために、加えられた押付力（複数）に基づく実際力重心の目標力重心に対する位置の制御を介して行われること、が好ましい。
尚、本願の特許請求の範囲に付記された図面参照符号は、専ら本発明の理解の容易化のためのものであり、図示の形態への限定を意図するものではないことを付言する。

【0009】

本発明に従いプレス力修正モジュールとナビゲーション予測モジュールの協働により、セグメントを用いたライニングに基づき局所的に極めて変化する押付力が、次のことを介して補償可能であることにより、即ち１つのセグメントの取り付けに際し、引き続きアクティブなプレス手段により加えられる押圧力を新たに決定することで、実際力重心の安定化を伴う補償が行われていることを介して補償可能であることにより、予め設定された目標軌道は、ほとんど逸脱なく、引き続く連続的なトンネル掘進の間、維持される。

【0010】

本発明の更なる目的に適う構成は、従属請求項の対象である。

【0011】

本発明による装置の目的に適う一構成において、プレス手段は、当接力（支持力）を確実に吸収するために、中央シールドの領域に配設されたプレス手段支承リングにおいて保持されている。

【0012】

均等な力導入のために、本発明による装置では、プレス手段が周方向で互いに均等に離間されていることが、目的に適う。

【0013】

制御技術上の理由から、本発明による装置では、プレス手段がプレス手段対（プレス手段ペア）で対ごとに協働することが、目的に適う。

【0014】

効果的な制御（例えば閉ループ制御）のために、本発明による装置では、ナビゲーション予測モジュールを用いた軌道予測の決定に際し、目標力重心からの全ての押付力の実際力重心の逸脱が決定可能であること、及び目標力重心からの実際力重心の逸脱は、プレス力修正モジュールとナビゲーション予測モジュールと中央制御モジュールを含んだ制御系の制御量を構成することが、目的に適う。

【0015】

効果的な制御（例えば閉ループ制御）のために、本発明による装置では、中央制御モジュールには、プレス手段の圧力値と変位（ストローク）値を処理する変換器モジュールが、圧力処理モジュールを介して接続されていることが、目的に適う。

【0016】

本発明による方法の一構成では、できるだけ少ない負荷変動に関し、セグメント設置ステップが、周方向で隣接するセグメントにおいて連続的に（相次いで）実行されることが、目的に適う。

【0017】

本発明による方法の更なる一構成では、効率的な掘進のために、セグメントを取り付ける際の新しい押付力の決定は、セグメントの取り付けの期間のために、加えられた押付力に基づく実際力重心の目標力重心に対する位置の制御（例えば閉ループ制御）を介して行われることが、提案されている。

【0018】

本発明の目的に適う更なる構成と利点は、図面の図に関する実施例の以下の説明から明らかである。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】プレス手段支承部で保持され且つ軸方向に動作する所定数のプレス手段を備えた、本発明によるトンネルを連続的に掘進するための装置の一実施例を、簡略化した部分切断側面図として示す図である。

【図2】対ごとに相互接続されているプレス手段を備えた、図１の実施例のプレス手段支承リングとして構成されたプレス手段支承部を、斜視図として示す図である。

【図3】共通の押付プレートを備えた、相互接続された一対のプレス手段を、側面図として示す図である。

【図3a】押付プレートを備えた単独のプレス手段を、側面図として示す図である。

【図4】垂直方向における長手方向面内の力状況の説明図を、図１に対応する側面図として示す図である。

【図5】図１の実施例を端面図として示す図であり、ここでは、全てのプレス手段が押付力をセグメントに加え且つ連続的な掘進において予め設定された目標軌道が維持されるという掘削状況について、通常の実際力重心が図示されている。

【図6】図５に対応する端面図であり、ここでは、互いに隣接する所定数のプレス手段をセグメントから取り外した際に、残りのプレス手段の押付力の修正を行わなければ、どのように実際力重心が望まれずに移動するかが図示されている。

【図7】実質的に予め設定された目標軌道に沿って連続的に掘進するための押付力を設定する制御系について、本発明の一実施例の本質的な要素を、ブロック図として示す図である。

【実施例】

【0020】

図１は、本発明による、予め設定された目標軌道（目標トラジェクトリ）に沿ってトンネルを連続的に掘進するための装置の一実施例を、部分切断側面図として示している。その本質的な、機械的、液圧的、及び気圧的なコンポーネントにおいて従来の構造形式のトンネル掘進機として構成された図１による例示の装置は、切削ホイール１０３を有し、切削ホイール１０３は、電動式の駆動ユニット１０６により、掘進方向で切削ホイール１０３の前方に位置する切羽（掘削面）１０９を掘削するために回転可能である。切削ホイール１０３により切羽１０９で掘削された、図１では非図示の廃物は、掘進方向で切削ホイール１０３の背面側に配設された廃物空間１１２から、図１による実施例ではスクリュコンベヤとして構成された排出ユニット１１５を用い、掘進方向の反対方向に排出可能である。

【0021】

図１による実施例は、掘削方向で切削ホイール１０３と駆動ユニット１０６の背面側で、本発明のためには必ずしも半径方向に締付固定可能とする必要のない中央シールド１１８の領域において、プレス手段支承リング１２１として構成されたプレス手段支承部を備えており、切削ホイール１０３は、軸方向でこのプレス手段支承部に対向して支持されており、プレス手段支承部には、軸方向で液圧的に動作する所定数のプレス手段１２４が保持されている。この実施例では、それぞれ２つのプレス手段１２４がプレス手段対（プレス手段ペア）１２７に結合されており、対ごとに、それぞれ掘削方向でプレス手段支承リング１２１の背面側に配設された押付プレート１３０と接続状態にある。

【0022】

掘削方向で中央シールド１１８の背面側には、トンネルライニングのために複数のセグメント（タビング）１３３が設けられており、これらのセグメント１３３は、トンネル掘進機を用いたトンネルの連続的な掘進の際に、シールドテール１３６の領域で、通常は順次、トンネルを密にライニング（内張り）するセグメントリング１３９へと組み立てられる。

【0023】

図２は、プレス手段対１２７に結合されているプレス手段１２４を備えた、図１による実施例のプレス手段支承リング１２１を、斜視図として示している。１つのプレス手段対１２７を構成するプレス手段１２４の間隔は、全てのプレス手段対１２７において同じであり、またこれらのプレス手段対１２７は、プレス手段支承リング１２１の周方向でそれぞれ均等に離間して配設されている。従って押付プレート１３０は、プレス手段支承リング１２１の周方向で同様に互いに均等な間隔を有する。これらのプレス手段１２４は、図２に図示されているように、プレス手段支承リング１２１と固定結合されたプレス手段ホルダ２０３において支持されており、従って固定的にプレス手段支承リング１２１において保持されている。

【0024】

図３は、押付プレート１３０を介して互いに結合された２つのプレス手段１２４により構成されている１つのプレス手段対１２７を、側面図として示している。プレス手段１２４は、液圧接続部３０３と変位センサ（ストロークセンサ）３０６を備えている。液圧接続部３０３を介し、変換器モジュール３０９により制御されるかたちで、プレス手段１２４から押付プレート１３０を介してセグメント１３３に加えられる押付力は、後続段落で詳細に説明するように、設定可能な圧力値を介して目標を定めて設定される。１つのプレス手段対１２７の変換器モジュール３０９は、同様に該当の変位センサ３０６と接続されており、それにより変換器モジュール３０９を用い、プレス手段１２４の位置も、変位（ストローク）値を介して検知可能であり、後続段落で詳細に説明するように、更に処理可能である。

【0025】

図３ａは、図３に対応する側面図として、１つの押付プレート１３０を備えた単独のプレス手段１２４を示しており、このプレス手段１２４は、対応の液圧的なディメンショニングにより、少なくとも１つのプレス手段対１２７の代わりとして使用可能であり、後続段落ではこれ以上説明しないが、１つのプレス手段対１２７の１つのプレス手段１２４のように駆動制御可能である。

【0026】

図４は、図１に対応する側面図として、既述の実施例を示している。図４では、象徴的に、垂直方向における長手方向面において、切羽１０９の領域内の土圧を補償するために重力の方向で上側から下側に向かって増加する補償力に基づく力プロフィール（力分布図）が図示されている。この際、軸方向で得られる、図４では１つの太矢印で図示された実際力重心４０６は、重力の方向で、ほぼトンネル掘進機の中心長手（縦）軸線の下側に位置している。この際、それらの補償力は、本発明により、専ら又は実質的に専ら複数のプレス手段１２４の押付力により印加され、この押付力の印加は、プレス手段１２４と切削ホイール１０３の間において軸方向でプレス手段支承リング１２１を包み込む一連の力の流れを介して、切削ホイール１０３を、トンネルの掘進に際して予め設定された目標軌道を維持するために、目標軌道に対して直角方向に位置決めするためのものである。

【0027】

図５は、切削ホイール１０３の背面側に配設された圧力壁５０３を見るかたちで、上述の実施例によるトンネル掘進機を、端面図として示しており、圧力壁５０３は、廃物空間１１２を掘削方向で背面側において画定している。図５からは、予め設定された目標軌道を維持するために、内側に十字を有する円により図５で象徴的に図示された実際力重心４０６が（圧力壁の）中心を通る中央垂直線上に位置することが見てとれる。

【0028】

図６は、図５の図面に対応する、トンネル掘進機の一端面図を示しており、ここでは、取り付けるべき１つの新しいセグメント１３３のための取付空間を解放するために、１つのセグメント１３３から取り外された押付プレート１３０として、３つの「Ｘ」により特徴付けられた押付プレート１３０が象徴的に示されている。残りの押付プレート１３０に基づくそれ以外の押付力が変更されない場合には、実際力重心４０６は、連続的な掘進に際し、更なる措置を用いなければ、予め設定された目標軌道から離れていくように、図５に記入された位置から移動することになる（即ち、図５に示す位置から図６に示す偏位した位置へ移動する）。

【0029】

図７は、予め設定された目標軌道に沿ってトンネルを連続的に掘進するための上述の実施例のための制御構成を、ブロック図として示している。図３との関連で既に説明した変換器モジュール（複数）３０９は、それらの各出力部を介して、圧力値のために圧力処理モジュール７０３に接続されており、またそれらの各出力部は、変位値のために変位処理モジュール７０６にデータ供給可能である。圧力処理モジュール７０３と変位処理モジュール７０６は、それらの出力データを中央ユニットの要素としての中央制御モジュール７０９に引き渡し、中央制御モジュール７０９には、その入力側に、更に中央ユニットの更なる要素としてナビゲーション測定モジュール７１２が接続されている。

【0030】

ナビゲーション測定モジュール７１２は、とりわけ中央制御モジュール７０９に対し、トンネルの連続的な掘進のために維持すべき予め設定された目標軌道を供給し、並びに所定の時点において、例えばセグメントリング１３９の閉じた完成後にだけ、或いはまた代替的にセグメント１３３の取付中に少なくとも一回、トンネル掘進機の実際位置決め状態に対応する現在のナビゲーションデータを供給する。

【0031】

出力側で中央制御モジュール７０９には、中央ユニットの更なる要素として、プレス力修正モジュール７１５と表示モジュール７１８が接続されている。表示モジュール７１８を用い、図７に象徴的に図示されているように、図４から図６との関連で説明した実際力重心４０６の現在位置が、有利には目に見える基準系７２１に関連して表示可能である。

【0032】

またプレス力修正モジュール７１５は、その出力側で、中央ユニットの更なる要素としてのナビゲーション予測モジュール７２４と接続状態にあり、ナビゲーション予測モジュール７２４を用い、プレス手段１２４ないしプレス手段対１２７により加えられた押付力の目下（現在）の分布において、所定の期間のための将来的な軌道に関する軌道予測、例えば、トンネル掘進機の現在の実際位置決め状態の最後の決定後で次のセグメントリング１３９が閉じる（即ち、閉じて完成する Schliessen）までの、所定の期間のための将来的な軌道に関する軌道予測が決定可能である。軌道予測に対応する予測データは、ナビゲーション予測モジュール７２４から中央制御モジュール７０９にフィードバック可能である。

【0033】

更に、プレス力修正モジュール７１５は、変換器モジュール３０９の各入力部と接続されており、これらの入力部を介し、圧力値を用い、（複数）プレス力修正モジュール７１５を介して予め決められた押付力（複数）を提供するためにプレス手段１２４が駆動制御される。

【0034】

上述の構成のそれらのモジュール（複数）は、制御系（例えば閉ループ制御）の形式で、以下で説明するように協働する。

【0035】

１つの新しいセグメント１３３を組み込むには、上述したように、取り付けるべき（１つの）セグメント１３３のための取付空間を解放するために所定の（数の）プレス手段１２４を引き込める（後退させる）必要があり、それによりそれらの押付力は、ゼロと同じになる。図６との関連で説明したように、それにより引き起こされるそれ自体望まれない実際力重心４０６の移動（偏位）を補償するために、プレス力修正モジュール７１５を用いて新しい押付力が計算され、そして将来的な軌道のための軌道予測を決定するためにナビゲーション予測モジュール７２４に供給される。新しい押付力の計算は、効率的な掘進のために、例えば、前もって、１つのセグメント１３３の取り付けの開始からこのセグメント１３３の取り付けの完了に至るまでの期間のため、従って次のセグメント１３３の取り付けの開始に至るまでの期間のために行われるが、特に高精密の掘進のために行うこともでき、又は狭域で強く変化する地質の場合には、比較的短い互いに続く期間（複数）のために行うこともできる。押付力（複数）がなくなったときに予想すべき、実際力重心４０６の移動による予め設定された目標軌道からの将来的な軌道の逸脱に基づき、プレス力修正モジュール７１５は、次のように、新しい押付力を決定する。即ちナビゲーション予測モジュール７２４により決定される軌道予測が、実際力重心４０６の安定化により、少なくとも実際軌道の近付き移動が行われるように、新しい押付力（複数）を決定する。即ち、目的に適うかたちで、新しいセグメント１３３の取り付けの期間の間、目標軌道と将来的な軌道との一致に向かって許容可能な比較的小さい逸脱の範囲内で行われるように、新しい押付力（複数）を決定する。

【0036】

最大の逸脱のための予め決められた限界値を下回る場合には、引き続きセグメント１３３と接触状態にあるプレス手段１２４ないしプレス手段対１２７が、適切に対応する押付力を提供するために、新しく計算された圧力値で付勢され、それにより連続的な掘進の際には、実際力重心４０６の位置の制御を介し、例えば、目標力重心の位置から図６に記入されたそれ自体望まれない位置へと向かう制御のない場合に発生する移動の際にも、図５に記入された位置を維持するために、予め決められた目標軌道が、例えばセグメントリング１３９のライニング中に、トンネル掘進機の実際位置決め状態を定期的に照会する必要性を伴うことなく、セグメント１３３の連続的な取り付け中にも維持される。

【0037】

連続的な掘進中の押付力のためのこれらの適合ステップは、高精密の掘進のために、目的に適うかたちで、掘進速度（掘進レート）に比べて比較的短く時間制御されて実行され、それによりどの時点でも、予め決められた目標軌道が極めて正確に維持されるか又は実質的に維持される。

【符号の説明】

【0038】

１０３ 切削ホイール
１０６ 駆動ユニット
１０９ 切羽（掘削面）
１１２ 廃物空間
１１５ 排出ユニット
１１８ 中央シールド
１２１ プレス手段支承リング
１２４ プレス手段
１２７ プレス手段対
１３０ 押付プレート
１３３ セグメント
１３６ シールドテール
１３９ セグメントリング
２０３ プレス手段ホルダ
３０３ 液圧接続部
３０６ 変位（ストローク）センサ
３０９ 変換器モジュール
４０６ 実際力重心
５０３ 圧力壁

７０３ 圧力処理モジュール
７０６ 変位処理モジュール
７０９ 中央制御モジュール
７１２ ナビゲーション測定モジュール
７１５ プレス力修正モジュール
７１８ 表示モジュール
７２１ 基準系
７２４ ナビゲーション予測モジュール

【図1】

【図2】

【図3】

【図3a】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】