特許 7395424 シールド掘進機の制御システム

(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】

(24)【登録日】2023-12-01

(45)【発行日】2023-12-11

(54)【発明の名称】シールド掘進機の制御システム

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/093 20060101AFI20231204BHJP

   E21D 9/12 20060101ALI20231204BHJP

   E21D 9/087 20060101ALI20231204BHJP

【ＦＩ】

E21D9/093 Z

E21D9/093 F

E21D9/12 J

E21D9/087 A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020092173

(22)【出願日】2020-05-27

(65)【公開番号】P2021188294

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2022-10-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大林 信彦

(72)【発明者】

【氏名】中川 雅由

(72)【発明者】

【氏名】本田 和之

(72)【発明者】

【氏名】紀伊 吉隆

(72)【発明者】

【氏名】吉迫 和生

(72)【発明者】

【氏名】永谷 英基

(72)【発明者】

【氏名】坂根 英之

【審査官】柿原 巧弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－１３７７５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－１２９１８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４３３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０６－０７３９７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－１４７１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開平０４－１０８６９１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２０１９－１４３３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１６２４０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５２－１２８６３３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２５７６４２（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０４１６７２８９（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ９／０９３

Ｅ２１Ｄ ９／１２

Ｅ２１Ｄ ９／０８７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤を掘削して前進するシールド掘進機の制御システムであって、
掘進に関連する関連情報を取得し、前記シールド掘進機に設けられた機器の作動を制御する制御部を備え、
前記シールド掘進機は、回転駆動されることにより地盤を掘削するカッタヘッドと、前記カッタヘッドの後方に画成されるチャンバと、前記チャンバ内に滞留した掘削土砂を搬出する土砂搬出装置と、前記シールド掘進機を前進させる推進装置と、を有し、
前記制御部は、前記シールド掘進機が前記カッタヘッドを回転し、前記土砂搬出装置により土砂を搬出し、前記推進装置を推進作動させて地山を掘進中に、前記関連情報として地盤の変化を検出する地盤検出器の検出値を取得し、前記地盤検出器の検出値に地盤沈下を示す異常がある場合には、前記土砂搬出装置による土砂の搬出を停止した後、前記チャンバ内の圧力が予め設定された基準範囲内となるか、または、前記推進装置であるシールドジャッキの伸長量が所定の伸長量に達したら、前記推進装置の推進作動及び前記カッタヘッドの回転を停止する、
シールド掘進機の制御システム。

【請求項2】

地盤を掘削して前進するシールド掘進機の制御システムであって、
掘進に関連する関連情報を取得し、前記シールド掘進機に設けられた機器の作動を制御する制御部を備え、
前記シールド掘進機は、回転駆動されることにより地盤を掘削するカッタヘッドと、前記カッタヘッドの後方に画成されるチャンバと、前記チャンバ内に滞留した掘削土砂を搬出する土砂搬出装置と、前記シールド掘進機を前進させる推進装置と、を有し、
前記制御部は、前記シールド掘進機が前記カッタヘッドを回転し、前記土砂搬出装置により土砂を搬出し、前記推進装置を推進作動させて地山を掘進中に、前記関連情報として地盤の変化を検出する地盤検出器の検出値を取得し、前記地盤検出器の検出値に地盤隆起を示す異常がある場合には、前記推進装置の推進作動を停止した後、隆起の進行の停止が確認されてから、前記土砂搬出装置による土砂の搬出及び前記カッタヘッドの回転を停止する、
シールド掘進機の制御システム。

【請求項3】

地盤を掘削して前進するシールド掘進機の制御システムであって、
掘進に関連する関連情報を取得し、前記シールド掘進機に設けられた機器の作動を制御する制御部を備え、
前記シールド掘進機は、回転駆動されることにより地盤を掘削するカッタヘッドと、前記カッタヘッドの後方に画成されるチャンバと、前記チャンバ内に滞留した掘削土砂を搬出する土砂搬出装置と、前記シールド掘進機を前進させる推進装置と、を有し、
前記制御部は、前記シールド掘進機が前記カッタヘッドを回転し、前記土砂搬出装置により土砂を搬出し、前記推進装置を推進作動させて地山を掘進中に、前記関連情報として排土不良を検出する排土検出器の検出値を取得し、前記排土検出器の検出値が排土不良を示す異常がある場合には、前記推進装置の推進作動を停止した後、前記土砂搬出装置による土砂の搬出を継続し、所定時間が経過しても排土不良を示す状態が解消しないときは、前記カッタヘッドの回転及び前記土砂搬出装置による土砂の搬出を停止する、
シールド掘進機の制御システム。

【請求項4】

地盤を掘削して前進するシールド掘進機の制御システムであって、
掘進に関連する関連情報を取得し、前記シールド掘進機に設けられた機器の作動を制御する制御部を備え、
前記シールド掘進機は、回転駆動されることにより地盤を掘削するカッタヘッドと、前記カッタヘッドの後方に画成されるチャンバと、前記チャンバ内に滞留した掘削土砂を搬出する土砂搬出装置と、前記シールド掘進機を前進させる推進装置と、を有し、
前記制御部は、前記シールド掘進機が前記カッタヘッドを回転し、前記土砂搬出装置により土砂を搬出し、前記推進装置を推進作動させて地山を掘進中に、前記関連情報として線形逸脱を検出する線形逸脱検出器の検出値を取得し、前記線形逸脱検出器の検出値に修正困難を示す異常がある場合には、前記推進装置の推進作動、前記土砂搬出装置による土砂の搬出及び前記カッタヘッドの回転を停止することにより前記シールド掘進機を停止させる、
シールド掘進機の制御システム。

【請求項5】

地盤を掘削して前進するシールド掘進機の制御システムであって、
掘進に関連する関連情報を取得し、前記シールド掘進機に設けられた機器の作動を制御する制御部を備え、
前記シールド掘進機は、回転駆動されることにより地盤を掘削するカッタヘッドと、前記カッタヘッドの後方に画成されるチャンバと、前記チャンバ内に滞留した掘削土砂を搬出する土砂搬出装置と、前記シールド掘進機を前進させる推進装置と、を有し、
前記制御部は、前記シールド掘進機が前記カッタヘッドを回転し、前記土砂搬出装置により土砂を搬出し、前記推進装置を推進作動させて地山を掘進中に、前記関連情報としてテールクリアランスを検出するクリアランス検出器の検出値を取得し、前記クリアランス検出器の検出値にクリアランス低下を示す異常がある場合には、前記推進装置の推進作動を停止した後、前記土砂搬出装置及び前記カッタヘッドを停止する、
シールド掘進機の制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シールド掘進機の制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、予め設定された掘進ルートに沿ってシールド掘進機を自動運転により掘進させるシールド掘進機の制御システムが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平０６－１２９１８３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載のシールド掘進機では、何らかの異常が検出されると各機器を停止し、シールド掘進機による掘進が速やかに停止される。検出された異常が、例えば、地盤の沈下である場合、シールド掘進機を速やかに停止させると、カッタヘッドの後方に設けられるチャンバ内の圧力が比較的低い状態でシールド掘進機が停止することになるため、さらなる地盤の沈下を招くおそれがある。

【0005】

本発明は、シールド掘進機が掘進している際に何らかの異常が生じた場合には、シールド掘進機の運転を適切に停止させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、地盤を掘削して前進するシールド掘進機の制御システムであって、掘進に関連する関連情報を取得し、シールド掘進機に設けられた機器の作動を制御する制御部を備え、シールド掘進機は、回転駆動されることにより地盤を掘削するカッタヘッドと、カッタヘッドの後方に画成されるチャンバと、チャンバ内に滞留した掘削土砂を搬出する土砂搬出装置と、シールド掘進機を前進させる推進装置と、を有し、制御部は、シールド掘進機がカッタヘッドを回転し、土砂搬出装置により土砂を搬出し、推進装置を推進作動させて地山を掘進中に、関連情報として地盤の変化を検出する地盤検出器の検出値を取得し、地盤検出器の検出値に地盤沈下を示す異常がある場合には、土砂搬出装置による土砂の搬出を停止した後、チャンバ内の圧力が予め設定された基準範囲内となるか、または、推進装置であるシールドジャッキの伸長量が所定の伸長量に達したら、推進装置の推進作動及びカッタヘッドの回転を停止する。
また、本発明は、地盤を掘削して前進するシールド掘進機の制御システムであって、掘進に関連する関連情報を取得し、シールド掘進機に設けられた機器の作動を制御する制御部を備え、シールド掘進機は、回転駆動されることにより地盤を掘削するカッタヘッドと、カッタヘッドの後方に画成されるチャンバと、チャンバ内に滞留した掘削土砂を搬出する土砂搬出装置と、シールド掘進機を前進させる推進装置と、を有し、制御部は、シールド掘進機がカッタヘッドを回転し、土砂搬出装置により土砂を搬出し、推進装置を推進作動させて地山を掘進中に、関連情報として地盤の変化を検出する地盤検出器の検出値を取得し、地盤検出器の検出値に地盤隆起を示す異常がある場合には、推進装置の推進作動を停止した後、隆起の進行の停止が確認されてから、土砂搬出装置による土砂の搬出及びカッタヘッドの回転を停止する。
また、本発明は、地盤を掘削して前進するシールド掘進機の制御システムであって、掘進に関連する関連情報を取得し、シールド掘進機に設けられた機器の作動を制御する制御部を備え、シールド掘進機は、回転駆動されることにより地盤を掘削するカッタヘッドと、カッタヘッドの後方に画成されるチャンバと、チャンバ内に滞留した掘削土砂を搬出する土砂搬出装置と、シールド掘進機を前進させる推進装置と、を有し、制御部は、シールド掘進機がカッタヘッドを回転し、土砂搬出装置により土砂を搬出し、推進装置を推進作動させて地山を掘進中に、関連情報として排土不良を検出する排土検出器の検出値を取得し、排土検出器の検出値が排土不良を示す異常がある場合には、推進装置の推進作動を停止した後、所定時間が経過しても排土不良を示す状態が解消しないときは、カッタヘッドの回転及び土砂搬出装置による土砂の搬出を停止する。
また、本発明は、地盤を掘削して前進するシールド掘進機の制御システムであって、掘進に関連する関連情報を取得し、シールド掘進機に設けられた機器の作動を制御する制御部を備え、シールド掘進機は、回転駆動されることにより地盤を掘削するカッタヘッドと、カッタヘッドの後方に画成されるチャンバと、チャンバ内に滞留した掘削土砂を搬出する土砂搬出装置と、シールド掘進機を前進させる推進装置と、を有し、制御部は、シールド掘進機がカッタヘッドを回転し、土砂搬出装置により土砂を搬出し、推進装置を推進作動させて地山を掘進中に、関連情報として線形逸脱を検出する線形逸脱検出器の検出値を取得し、線形逸脱検出器の検出値に修正困難を示す異常がある場合には、推進装置の推進作動、土砂搬出装置による土砂の搬出及びカッタヘッドの回転を停止することによりシールド掘進機を停止させる。
また、本発明は、地盤を掘削して前進するシールド掘進機の制御システムであって、掘進に関連する関連情報を取得し、シールド掘進機に設けられた機器の作動を制御する制御部を備え、シールド掘進機は、回転駆動されることにより地盤を掘削するカッタヘッドと、カッタヘッドの後方に画成されるチャンバと、チャンバ内に滞留した掘削土砂を搬出する土砂搬出装置と、シールド掘進機を前進させる推進装置と、を有し、制御部は、シールド掘進機がカッタヘッドを回転し、土砂搬出装置により土砂を搬出し、推進装置を推進作動させて地山を掘進中に、関連情報としてテールクリアランスを検出するクリアランス検出器の検出値を取得し、クリアランス検出器の検出値にクリアランス低下を示す異常がある場合には、推進装置の推進作動を停止した後、土砂搬出装置及びカッタヘッドを停止する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、シールド掘進機が掘進している際に何らかの異常が生じた場合、シールド掘進機の運転を適切に停止させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態に係る制御システムにより制御されるシールド掘進機の構成を示す断面図である。

【図2】本発明の実施形態に係る制御システムの全体を模式的に示した模式図である。

【図3】本発明の実施形態に係る制御システムの構成を示すブロック図である。

【図4】本発明の実施形態に係る制御システムにより制御されるシールド掘進機の変形例の構成を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

【0010】

まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る制御システム１により制御されるシールド掘進機１００について説明する。シールド掘進機１００は、地山（地盤）に掘削坑を掘削し、掘削坑の内壁を覆うように後述のセグメントリング１１２を組み立てることによってシールドトンネルＴを構築するものである。図１は、シールド掘進機１００の構成を示す断面図である。なお、以下では、シールド掘進機１００が進む方向である切羽側を「前方」とし、その反対の方向である坑口側を「後方」として説明する。

【0011】

図１に示すように、シールド掘進機１００は、泥土圧シールド工法に用いられる泥土圧式シールド掘進機であり、中折れ機構を有する。シールド掘進機１００は、円筒状の前胴部１０と、円筒状の後胴部３０と、前胴部１０と後胴部３０とを屈曲可能に連結する中折れ部４０と、を有する。

【0012】

前胴部１０は、円筒状の外殻（スキンプレート）１１と、外殻１１の前方端部に配置され外殻１１により回転自在に支持されるカッタヘッド２０と、外殻１１内に設けられカッタヘッド２０の後方に離間して配置される隔壁１２と、を有する。

【0013】

隔壁１２には、回転ドラム１３が回転軸Ｃ１を中心に回転自在に支持されている。回転ドラム１３には、連結ロッド１３ａを介してカッタヘッド２０が連結されている。このため、カッタヘッド２０は、回転ドラム１３とともに回転軸Ｃ１を中心に回転可能である。なお、回転軸Ｃ１は、外殻１１の中心軸とほぼ一致している。

【0014】

回転ドラム１３は、減速機構（不図示）を介してモータ１４（カッタ駆動装置）に連結されており、モータ１４によって回転駆動される。カッタヘッド２０が地山に押し付けられた状態においてモータ１４により回転ドラム１３が回転駆動されると、カッタヘッド２０が回転し地山が掘削される。

【0015】

カッタヘッド２０は、外殻１１の外径と略等しい大きさの外径を有する円盤状部材であり、掘削方向前方に設けられ切羽面と対向する掘削面２１と、掘削面２１の外縁に形成された外周面２２と、を有する。

【0016】

掘削面２１には、切羽面に向かって突出する複数のカッタビット２１ａが回転軸Ｃ１を中心として放射状に並べて配置されるとともに、カッタビット２１ａにより掘削された土砂をチャンバ１５内へと導くための開口部（不図示）が複数開口している。

【0017】

また、カッタヘッド２０には、外周面２２から出没可能なコピーカッタ２４が周方向に間隔をあけて複数配置される。コピーカッタ２４は、アクチュエータ（不図示）によって、カッタヘッド２０の回転軸Ｃ１を中心として放射方向に外周面２２から出没自在に設けられる。

【0018】

カッタヘッド２０の後方であるカッタヘッド２０と隔壁１２との間には、これらと外殻１１及び回転ドラム１３によりチャンバ１５が画成される。チャンバ１５内には、カッタヘッド２０による掘削で生じた掘削土砂が滞留する。シールド掘進機１００は、チャンバ１５内に滞留した掘削土砂をシールド掘進機１００の後方へと搬出するためにスクリューコンベヤ５０（土砂搬出装置）をさらに備える。

【0019】

スクリューコンベヤ５０は、円筒状のケース５１と、ケース５１の内部に組み込まれるオーガ５２と、を有し、オーガ５２を回転させることによって、チャンバ１５内の掘削土砂を隔壁１２の後方へと搬出する。

【0020】

後胴部３０は、円筒状の外殻（スキンプレート）３１と、外殻３１の内部に設けられ各種装置を支持する支持フレーム３２と、セグメントリング１１２を組み立てるエレクタ３３と、シールド掘進機１００を前進させる複数のシールドジャッキ３４（推進装置）と、カッタヘッド２０により掘削された掘削坑１１０の内周面とセグメントリング１１２の外周面との間にグラウト材を注入する裏込め注入装置３５と、を有する。

【0021】

エレクタ３３は、円弧形状のセグメントピース１１３を把持可能であるとともに外殻３１の内周面に沿って移動可能に構成される。複数のセグメントピース１１３がエレクタ３３によって外殻３１の内周面に沿って組み立てられることにより、円筒状のセグメントリング１１２が構築される。軸方向において隣り合うように組み立てられたセグメントリング１１２は互いに連結された状態となる。

【0022】

外殻３１の内周面には、外殻３１とセグメントリング１１２との間の隙間をシールする環状のテールシール３１ａが軸方向に所定の間隔をあけて複数設けられる。テールシール３１ａは、外殻３１とセグメントリング１１２との間の隙間を通じて土砂や水がシールド掘進機１００内に侵入することを防止するために設けられる。

【0023】

裏込め注入装置３５は、シールド掘進機１００が通過した後に、掘削坑１１０の内周面とセグメントリング１１２の外周面との間に生じる間隙にグラウト材を注入する装置である。グラウト材は、セメント系材料からなり、例えば、外殻３１の内部に形成された図示しない注入通路を通じて、外殻３１の端面において開口する注入口から間隙へと注入される。なお、注入通路及び注入口は、セグメントリング１１２に設けられていてもよい。注入量は裏込め注入量計（不図示）により常時計測され、注入圧は裏込め注入圧計（不図示）によって常時計測されており、シールド掘進機１００が所定距離の掘進した際に注入されたグラウト材の量が所定の適正範囲内であるか否かや注入圧が地下水圧等に対して適切な大きさとなっているか否かが、シールド掘進機１００が掘進している間、常時監視される。

【0024】

外殻３１の前方端部の内側には、複数のシールドジャッキ３４が、周方向に所定の間隔をあけて配置される。シールドジャッキ３４は、シリンダ３４ａとロッド３４ｂとにより構成される油圧ジャッキである。シリンダ３４ａは外殻３１に固定されており、シリンダ３４ａから突出したロッド３４ｂの先端部に設けられた押圧部３４ｃは、外殻３１の内側で組み立てられたセグメントリング１１２の側面に当接する。

【0025】

この状態でシールドジャッキ３４を伸長作動させると、セグメントリング１１２から得られる反力により、カッタヘッド２０は地山に押し付けられることになる。このように、シールド掘進機１００は、シールドジャッキ３４が既設のセグメントリング１１２を押圧することで得られる反力を、前方へ掘進するための推進力としている。

【0026】

中折れ部４０は、前胴部１０の後端部に設けられた前胴接続部４１と、後胴部３０の前端部に設けられた後胴接続部４２と、前胴部１０と後胴部３０との間に設けられる複数の中折れジャッキ４３と、を有する。

【0027】

前胴接続部４１は円環状であり、その内周面は、前胴部１０の中心軸上に中心点を有する球面の一部を構成するように凹状に形成されている。後胴接続部４２は円環状であり、その外周面が、後胴部３０の中心軸上に中心点を有する球面の一部を構成するように凸状の形成されている。前胴接続部４１の内周面には、前胴接続部４１と後胴接続部４２との間の隙間からシールド掘進機１００の内部に水等が侵入することを防止するために、後胴接続部４２の外周面に接するシール部が設けられる。

【0028】

中折れジャッキ４３は、シールドジャッキ３４と干渉しないように、周方向に所定の間隔をあけて複数配置される。中折れジャッキ４３は、シリンダ４３ａとロッド４３ｂとにより構成される油圧ジャッキである。中折れジャッキ４３のロッド４３ｂは、自在継手を介して後胴部３０の前部に固定され、中折れジャッキ４３のシリンダ４３ａは、自在継手を介して前胴部１０の後部に固定される。

【0029】

このように前胴部１０と後胴部３０とに連結された中折れジャッキ４３を適宜伸縮させることによって、後胴部３０に対する前胴部１０の方向を任意の方向に屈曲させることができる。

【0030】

上記構成のシールド掘進機１００は、カッタヘッド２０を回転し、スクリューコンベヤ５０（土砂搬出装置）により土砂を搬出し、シールドジャッキ３４（推進装置）を伸長（推進作動）させて地山を掘進する。地山には掘削坑１１０が掘削されるとともに、掘削坑１１０の内周面に沿ってセグメントリング１１２が順次組み立てられることによってシールドトンネルＴが構築される。更に、裏込め注入装置３５によりシールド掘進機１００が通過した後に、掘削坑１１０の内周面とセグメントリング１１２の外周面との間に生じる間隙にグラウト材が注入される。

【0031】

また、このようにシールドトンネルＴを構築している間のシールド掘進機１００の状態を把握するために、シールド掘進機１００には、種々の検出器が設けられている。

【0032】

具体的には、前胴部１０内には、チャンバ１５内の圧力を検出する土圧計６１と、カッタヘッド２０の回転時のトルクを測定するカッタトルク計６０、シールド掘進機１００の現在位置を検出する位置検出器６２と、が設けられる。土圧計６１は、隔壁１２に設けられた図示しない測定孔を通じてチャンバ１５内の圧力を検出する圧力センサであり、周方向に所定の間隔をあけて複数配置される。位置検出器６２は、シールド掘進機１００の方位角を検出可能なジャイロコンパスやシールド掘進機１００のピッチング角を検出可能なピッチング角度センサを有し、その検出値からシールド掘進機１００の現在位置が演算される。なお、演算されたシールド掘進機１００の現在位置と計画線形とを比較することによって、計画線形からシールド掘進機１００が逸脱しているか否かを把握することが可能である。

【0033】

また、スクリューコンベヤ５０には、スクリューコンベヤ５０によって搬出される土砂の圧力を検出する搬出土圧計６３が設けられる。搬出土圧計６３は、ケース５１に設けられた図示しない測定孔を通じてケース５１内の圧力を検出する圧力センサである。なお、搬出土圧計６３に代えて、または、搬出土圧計６３に加えて、スクリューコンベヤ５０によって搬出される土砂の重量を検出する重量計や搬出される土砂の排泥量を検出する流量計が設けられてもよい。

【0034】

また、各シールドジャッキ３４には、シールドジャッキ３４の伸長量を検出するストロークセンサ６４が設けられる。ストロークセンサ６４は、シリンダ３４ａに取り付けられ、シリンダ３４ａに対するロッド３４ｂの進退量を検出する。また、シールドジャッキ３４がセグメントを押圧する押圧力を検出するジャッキ圧力計６６が設けられている。この押圧力は、具体的には、シールドジャッキ３４の油圧シリンダの油圧回路に設けられた圧力計により測定可能である。

【0035】

また、各シールドジャッキ３４の押圧部３４ｃには、後胴部３０の外殻３１と、セグメントリング１１２と、の間のクリアランスであるテールクリアランスを計測するクリアランスセンサ６５（クリアランス検出器）が設けられる。

【0036】

クリアランスセンサ６５は、押圧部３４ｃに固定される計測部と、計測部からセグメントリング１１２に向かって延び、セグメントリング１１２の内周面に接触する棒状の接触子を有し、計測部に対する接触子の変位を例えば計測部に内蔵された回転角センサにより検出することによって、外殻３１とセグメントリング１１２との間の距離を計測する。なお、クリアランスセンサ６５としては、レーザを用いた非接触変位計が用いられてもよい。また、クリアランスセンサ６５に代えて、または、クリアランスセンサ６５に加えて、外殻３１とセグメントリング１１２との間の距離に応じて変化するテールシール３１ａに作用する荷重を検出する荷重センサが設けられてもよい。

【0037】

シールド掘進機１００に設けられたこれらの検出器により検出されたデータは、図２及び図３に示されるように、地上に配置される制御システム１の制御部７０へと無線または有線により送信される。図２は、上記構成のシールド掘進機１００を制御する制御システム１全体を模式的に示した模式図であり、図３は、制御システム１の構成を示すブロック図である。なお、制御部７０は、シールド掘進機１００の後続台車に配置されてもよい。

【0038】

制御部７０は、オペレータの指令及び各検出器で検出された検出値に応じてシールド掘進機１００の駆動を制御するものであり、例えば、オペレータにより入力された計画線形に沿ってシールド掘進機１００を自動で掘進させる自動運転や、オペレータの操作に従ってシールド掘進機１００を掘進させる手動運転を行う。制御部７０には、オペレータが操作するキーボードや操作レバーといった入力装置７２と、シールド掘進機１００の駆動状態や各検出器の検出値が表示される表示装置７３と、が接続されている。

【0039】

制御部７０は、具体的には、ＣＰＵ（中央演算処理装置）、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）、及びＩ／Ｏインターフェース（入出力インターフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＲＡＭはＣＰＵの処理におけるデータを記憶し、ＲＯＭはＣＰＵの制御プログラム等を予め記憶し、Ｉ／Ｏインターフェースは制御部７０に接続された装置や検出器との情報の入出力に使用される。制御部７０は、複数のマイクロコンピュータで構成されていてもよい。なお、動作回路としては、ＣＰＵに代えてまたはＣＰＵとともに、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＡＳＩＣ（application specific integrated circuit）、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などを用いることができる。

【0040】

制御部７０は、シールド掘進機１００に設けられた上述のカッタトルク計６０や土圧計６１、位置検出器６２、搬出土圧計６３、ストロークセンサ６４、クリアランスセンサ６５、ジャッキ圧力計６６といった検出器により検出されたデータを掘進に関連する関連情報として取得する情報取得部７０ａと、入力装置７２を介してオペレータにより入力された指令及び情報取得部７０ａで取得された情報に基づいてシールド掘進機１００に設けられたカッタヘッド２０やエレクタ３３、シールドジャッキ３４、裏込め注入装置３５、中折れジャッキ４３、スクリューコンベヤ５０といったシールド掘進機１００を掘進させる際に駆動される各機器の作動を制御する機器制御部７０ｂと、を有する。なお、これら情報取得部７０ａ等は、制御部７０の各機能を、仮想的なユニットとして示したものであり、物理的に存在することを意味するものではない。

【0041】

また、制御部７０の情報取得部７０ａは、シールド掘進機１００に設けられた上述の検出器により検出されたデータ以外に、地中の状態変化を検出する地中検出器６７（地盤検出器）と、地表面の状態変化を検出する地表面検出器６８（地盤検出器）と、から送信されたデータを掘進に関連する関連情報として取得する。

【0042】

地中検出器６７は、地盤に形成されたボーリング孔内に埋設された光ファイバケーブル等の線状検出部６７ａを有し、地滑り等によって地中に生じた歪みや傾斜を検出する。埋設される線状検出部６７ａは、光ファイバケーブルに限定されず、歪等を計測可能な電線であってもよいし、複数の歪みセンサや傾斜センサ、加速度センサが線状に連結されたものであってもよい。地中検出器６７は、シールド掘進機１００が掘進する計画線上やその周辺に複数設けられ、各地中検出器６７により検出された検出値は、無線または有線により制御部７０へと随時送信される。

【0043】

地表面検出器６８は、地上に設置されたＧＰＳ受信センサであり、グローバル・ポジショニング・システム（Global Positioning System）から現在の位置情報を受信する。地表面検出器６８により検出された検出値の時間変化から、地表面検出器６８が設置された地表面において隆起や沈下といった状態の変化が生じているか否かを把握することが可能である。地表面検出器６８は、地中検出器６７と同様に、シールド掘進機１００が掘進する計画線上やその周辺に複数設けられ、各地表面検出器６８により検出された検出値は、無線または有線により制御部７０へと随時送信される。

【0044】

機器制御部７０ｂは、このように情報取得部７０ａにより取得された掘進に関連する関連情報を常時監視し、これらの関連情報に基づいて、シールド掘進機１００に設けられた各機器の作動を制御し、例えば、情報取得部７０ａで取得された関連情報に異常状態を示す情報が含まれている場合には、シールド掘進機１００が自動運転中か手動運転中かに関わらず、シールド掘進機１００の運転を停止させる。

【0045】

ここで、何らかの異常が検出された場合、シールド掘進機１００に設けられた各機器を即座に停止し、シールド掘進機１００による掘進を速やかに停止させることが考えられる。しかしながら、検出された異常が、例えば、地盤の沈下である場合、シールド掘進機１００を速やかに停止させると、カッタヘッド２０の後方に設けられるチャンバ１５内の圧力が比較的低い状態でシールド掘進機１００が停止することになる。このため、さらなる地盤の沈下を招くおそれがあるとともに、掘進を再開するには、チャンバ１５内の圧力を所定の圧力まで上昇させる必要があることから、掘進を再開するまでに時間や労力がかかってしまうおそれがある。例えば、シールド掘進機１００の運転が、予め定められた手順（シーケンス制御・フィードバック制御）により、または、自動運転ソフトウエアにより実行されている場合、異常が検出された場合には最低限の処置を講じて速やかにシールド掘進機１００の運転を停止して、その後、有人により異常状態の除去を講じることが必要となる。

【0046】

このような再開に時間や労力を要する状態を回避するために、本実施形態では、何らかの異常が検出された場合、検出される異常を複数の種別に区分して、発生した異常状態、すなわち、区分された異常種別に応じて、シールド掘進機１００に設けられた各機器の作動を適切に制御してから、シールド掘進機１００の運転を停止している。

【0047】

以下に、制御システム１の制御部７０において、各種の異常が検出された場合に行われる制御について説明する。以下、説明する異常状態とは、異常状態を解消しない限りシールド掘進機１００による掘進を継続することが困難な状態、または、掘進を継続すると異常状態の回復が更に困難となる状態をいう。

【0048】

まず、異常状態として、地盤の変化が検出された場合について、シールド掘進機１００に設けられた機器の作動を制御する機器制御部７０ｂの各機器の停止動作を説明する。

【0049】

地盤の変化が生じたか否かは、上述の検出器のうち、主に、地盤検出器としての地中検出器６７及び地表面検出器６８で検出された検出値に基づいて判定される。具体的には、機器制御部７０ｂは、地中検出器６７及び地表面検出器６８の検出値に所定値以上の変化があった場合、地中検出器６７及び地表面検出器６８が設けられている地点において、地盤の変化（地盤変状）が生じたと判定する。さらに、機器制御部７０ｂは、検出値の時間的変化から地盤の変化が沈下であるのか隆起であるのかを判定する。

【0050】

地盤の沈下が生じている場合、チャンバ１５内の圧力が低下しているおそれがあることから、機器制御部７０ｂは、シールド掘進機１００を停止させるにあたって、チャンバ１５内の圧力を上昇させるために、まず、スクリューコンベヤ５０を停止し、チャンバ１５内からの掘削土砂の搬出を停止する。そしてその後、土圧計６１により検出されるチャンバ１５内の圧力が予め設定された基準範囲内となるように、シールドジャッキ３４を伸長（推進作動）させる。チャンバ１５内の圧力が基準範囲内となるか、シールドジャッキ３４の伸長量が所定の伸長量に達すると、機器制御部７０ｂは、シールドジャッキ３４の伸長（推進作動）を停止するとともにカッタヘッド２０の回転を停止し、シールド掘進機１００を停止させる。また、シールドジャッキ３４の伸長の停止、カッタヘッド２０の回転の停止とともに、裏込め注入装置３５によるグラウト材の注入を停止する。これによりグラウト材の注入が、地盤の沈下に対して悪影響を与えることを防止できる。

【0051】

このように、地盤の沈下が生じている場合、地盤の沈下が抑制されるようにチャンバ１５内の圧力を上昇させてから、シールド掘進機１００は停止される。このため、シールド掘進機１００を停止した後、さらに地盤の沈下が生じてしまうことを抑制することができる。また、掘進を再開する際に、チャンバ１５内の圧力を上昇させる必要がないことから、速やかに掘進を再開することが可能である。

【0052】

一方、地盤の隆起が生じている場合、進行速度に対して、カッタヘッド２０による掘削やスクリューコンベヤ５０による掘削土砂の搬出が追い付いていないおそれがある。このため、機器制御部７０ｂは、シールド掘進機１００を停止させるにあたって、地盤の隆起を抑制するために、まず、シールドジャッキ３４の伸長を停止し、シールド掘進機１００の進行を停止させる。そしてその後、地表面の隆起の進行が止まるように、カッタヘッド２０の回転駆動による掘削とスクリューコンベヤ５０による搬出とを継続させる。地表面検出器６８により検出される検出値に基づき地表面の隆起の進行が停止したと判定されると、機器制御部７０ｂは、カッタヘッド２０の回転を停止するとともにスクリューコンベヤ５０の駆動を停止し、シールド掘進機１００を停止させる。また、シールドジャッキ３４の伸長の停止とともに、裏込め注入装置３５によるグラウト材の注入を停止する。これによりグラウト材の注入が、地盤の隆起に対して悪影響を与えることを防止できる。

【0053】

このように、地盤の隆起が生じている場合、隆起の進行が停止するように、ある程度、掘削と掘削土砂の搬出とを行ってから、シールド掘進機１００は停止される。このため、地盤が隆起したままの状態となってしまうことが回避される。また、シールド掘進機１００を停止した後、隆起した分の地盤の荷重によりチャンバ１５内の圧力が上昇してしまうことも回避されることから、掘進を再開する際に、チャンバ１５内の圧力を低下させる必要がない。この結果、速やかに掘進を再開することができる。

【0054】

続いて、異常状態として、掘進不能が検出された場合について説明する。

【0055】

シールド掘進機１００の掘進不能状態の一つである排土不良状態は、上述の検出器のうち、主に、排土状態を検出可能な排土検出器としての土圧計６１、搬出土圧計６３及びストロークセンサ６４で検出された検出値に基づいて判定される。具体的には、機器制御部７０ｂは、シールドジャッキ３４の伸長量を検出するストロークセンサ６４で検出された検出値が目標ストローク量に達せず、土圧計６１または搬出土圧計６３で検出された検出値が所定の値より大きい場合、排土不良により掘進不能状態になったと判定する。また、搬出土圧計６３に代えて、または、搬出土圧計６３に加えて、搬出土砂の重量計や搬出される土砂の排泥量を検出する流量計が設けられている場合は、重量計や流量計の検出値が所定の値より小さくなったときに、排土不良による掘進不能となったと判定してもよい。

【0056】

排土不良により掘進不能になっている場合、進行速度に対して、スクリューコンベヤ５０による掘削土砂の搬出が追い付いていないおそれがある。このため、機器制御部７０ｂは、シールド掘進機１００を停止させるにあたって、まず、シールドジャッキ３４の伸長を停止し、シールド掘進機１００の進行を停止させる。そして、スクリューコンベヤ５０によるチャンバ１５内の掘削土砂の搬出を継続させる。そしてその後、土圧計６１及び搬出土圧計６３により検出される検出値が低下し、ある程度、チャンバ１５内の掘削土砂が搬出されたと判定されるか、スクリューコンベヤ５０の駆動が所定時間経過しても土圧計６１及び搬出土圧計６３により検出される検出値が変化しない、つまり異常状態が解消しない場合、機器制御部７０ｂは、カッタヘッド２０の回転を停止するとともにスクリューコンベヤ５０の駆動を停止し、シールド掘進機１００を停止させる。また、シールドジャッキ３４の伸長の停止とともに、裏込め注入装置３５によるグラウト材の注入を停止する。これによりグラウト材の注入が、排土不良に対して悪影響を与えることを防止できる。

【0057】

このように、排土不良により掘進不能になっている場合、ある程度、掘削土砂の搬出を行ってから、シールド掘進機１００は停止される。このため、チャンバ１５及びスクリューコンベヤ５０内の圧力が上昇してしまうことが回避されることから、掘進を再開する際に、チャンバ１５内の圧力を低下させる必要がない。この結果、速やかに掘進を再開することができる。なお、スクリューコンベヤ５０の駆動を所定時間継続しても土圧計６１及び搬出土圧計６３により検出される検出値が変化しない場合は、スクリューコンベヤ５０等の土砂搬出経路に異常があると考えられることから、土砂搬出経路に異常が生じたと表示装置７３を介してオペレータに報知される。

【0058】

シールド掘進機１００の掘進不能状態の一つである地中障害物との衝突・接触は、上述の検出器のうち、例えば、障害検出器としてのシールドジャッキ３４のストロークセンサ６４、ジャッキ圧力計６６、カッタトルク計６０で検出された検出値に基づいて判定される。具体的には、ジャッキ圧力計６６の検出値が所定の値以上であるにも関わらず、ストロークセンサ６４の検出値であるシールドジャッキ３４の伸長量が大きくならず、変化しない場合や、カッタトルク計６０の検出値であるカッタヘッド２０の回転時のトルクが所定の値以上となった場合、地中障害物との衝突・接触による掘進不能となったと判定する。なお、ストロークセンサ６４、ジャッキ圧力計６６及びカッタトルク計６０の各検出値の組み合わせにより、地中障害物との衝突・接触による掘進不能となったか否かが判定されてもよい。

【0059】

地中障害物との衝突・接触を原因としてシールド掘進機１００が掘進不能となっている場合の、シールド掘進機１００に設けられた機器の作動を制御する機器制御部７０ｂの各機器の停止動作は、排土不良により掘進不能になっている場合と同様である。

【0060】

次に、異常状態として、線形逸脱が検出された場合について説明する。

【0061】

シールド掘進機１００が線形逸脱状態となったか否かは、上述の検出器のうち、主に、線形逸脱検出器としての位置検出器６２で検出された検出値に基づいて判定される。具体的には、機器制御部７０ｂは、位置検出器６２で検出された検出値から演算されるシールド掘進機１００の現在位置と、オペレータにより入力された計画線形と、を比較し、計画線形に対する現在位置のずれ度合が、修正困難な度合となるおそれがある場合、線形逸脱となったと判定する。

【0062】

線形逸脱となっている場合、直ちに進行方向を修正するために、シールド掘進機１００を停止させる必要がある。このため、機器制御部７０ｂは、他の検出器の検出状況に関わらず、カッタヘッド２０の回転、シールドジャッキ３４の伸長及びスクリューコンベヤ５０の駆動（土砂の排出）をほぼ同時に停止し、シールド掘進機１００を停止させる。また、裏込め注入装置３５によるグラウト材の注入も同時に停止する。

【0063】

このように、線形逸脱となっている場合には、比較的速やかにシールド掘進機１００を停止させることによって、シールド掘進機１００を計画線上に復帰できる可能性を高めることができる。

【0064】

次に、異常状態として、セグメントリング１１２が損傷するおそれがあることが検出された場合について説明する。

【0065】

セグメントリング１１２が損傷するおそれがあるか否かは、上述の検出器のうち、主に、クリアランス検出器としてのクリアランスセンサ６５で検出された検出値に基づいて判定される。具体的には、機器制御部７０ｂは、クリアランスセンサ６５で検出される外殻３１とセグメントリング１１２との間のテールクリアランスの大きさが所定の基準値以下となった場合、クリアランス低下によって外殻３１がセグメントリング１１２に接触しセグメントリング１１２が損傷するおそれがあると判定する。また、クリアランスセンサ６５に代えて、または、クリアランスセンサ６５に加えて、テールシール３１ａに作用する荷重を検出する荷重センサが設けられている場合、荷重センサにより検出される荷重が所定値よりも大きくなったときに、セグメントリング１１２が損傷するおそれがあると判定してもよい。

【0066】

セグメントリング１１２が損傷するおそれがある場合、中折れジャッキ４３を含む中折れ部４０に異常が生じていることや計画線形に誤りがあるおそれがある。このため、機器制御部７０ｂは、シールド掘進機１００を停止させるにあたって、セグメントリング１１２が損傷してしまうことを防止するために、まず、シールドジャッキ３４の伸長を停止し、シールド掘進機１００の進行を停止させる。

【0067】

そしてその後、土圧計６１により検出されるチャンバ１５内の圧力及び搬出土圧計６３により検出されるスクリューコンベヤ５０内の圧力が正常の範囲内または正常の範囲よりも低い場合には、カッタヘッド２０の回転及びスクリューコンベヤ５０の駆動をほぼ同時に停止し、シールド掘進機１００を停止させる。一方、チャンバ１５内の圧力及びスクリューコンベヤ５０内の圧力が正常の範囲よりも高い場合には、これらの圧力が正常の範囲内となるように、カッタヘッド２０の回転及びスクリューコンベヤ５０を駆動し、掘削土砂を搬出した後、カッタヘッド２０の回転及びスクリューコンベヤ５０の駆動をほぼ同時に停止し、シールド掘進機１００を停止させる。

【0068】

このように、セグメントリング１１２が損傷するおそれがある場合、チャンバ１５内の圧力及びスクリューコンベヤ５０内の圧力が正常の範囲内にあることを確認した後、シールド掘進機１００は比較的速やかに停止される。このため、セグメントリング１１２が損傷してしまうことを防止することができるとともに、掘進を再開する際に、チャンバ１５内の圧力やスクリューコンベヤ５０内の圧力を正常の範囲内に調整する必要がないことから、速やかに掘進を再開することが可能である。

【0069】

上述した実施形態によれば、次の作用効果を奏する。

【0070】

本実施形態では、シールド掘進機１００の掘進を制御する制御システム１の制御部７０において、取得された関連情報、例えば、カッタトルク計６０や土圧計６１、位置検出器６２、搬出土圧計６３、ストロークセンサ６４、クリアランスセンサ６５、ジャッキ圧力計６６、地中検出器６７、地表面検出器６８により検出された検出値に異常状態を示す情報が含まれている場合には、異常状態に応じて、カッタヘッド２０やシールドジャッキ３４、スクリューコンベヤ５０といったシールド掘進機１００に設けられた機器の作動を制御し、シールド掘進機１００の運転を停止させる。

【0071】

このように、シールド掘進機１００が掘進している際に、何らかの異常が生じた場合、シールド掘進機１００の掘進は、自動運転中か手動運転中かに関わらず、発生した異常に応じて制御部７０が各機器の作動を適切に制御することによって自動的に停止される。このように、シールド掘進機１００の各機器を適切に作動させてからシールド掘進機１００の掘進を停止させることによって、異常状態がさらに進行してしまうことを抑制し、比較的安全な状態でシールド掘進機１００を停止させることができるとともに、停止させた後、シールド掘進機１００による掘進を円滑に再開することができる。

【0072】

次に、本実施形態の変形例について説明する。

【0073】

上記実施形態におけるシールド掘進機１００は、いわゆる泥土圧式シールド掘進機である。これに代えて、制御システム１により制御されるシールド掘進機２００は、図４に示されるような、いわゆる泥水圧式シールド掘進機であってもよい。この場合、シールド掘進機２００は、スクリューコンベヤ５０に代えて、チャンバ１５内に対して泥水を給排することによりチャンバ１５内に滞留した掘削土砂をシールド掘進機２００の後方へと搬出する給排装置１５０（土砂搬出装置）を備える。

【0074】

給排装置１５０は、一端がチャンバ１５において開口し、チャンバ１５内へ泥水を供給する供給管１５１ａと、供給管１５１ａに設けられチャンバ１５に向けて泥水を圧送する供給ポンプ１５１ｂと、一端がチャンバ１５において開口し、チャンバ１５内の掘削土砂と泥水を外部へ排出する排出管１５２ａと、排出管１５２ａに設けられチャンバ１５内の掘削土砂と泥水をチャンバ１５外へ圧送する排出ポンプ１５２ｂと、を有する。給排装置１５０の供給ポンプ１５１ｂと排出ポンプ１５２ｂを停止することで、土砂排出装置によるチャンバ内の土砂のチャンバ外への排出を停止することになる。

【0075】

供給管１５１ａには、供給管１５１ａ内の圧力を検出する供給圧センサ１６３ａ（排土検出器）が設けられ、排出管１５２ａには、排出管１５２ａ内の圧力を検出する排出圧センサ１６３ｂ（排土検出器）が設けられる。また、前胴部１０内には、上記実施形態におけるシールド掘進機１００に設けられる土圧計６１に代えて、チャンバ１５内の泥水圧力を検出するチャンバ内圧力計１６１（排土検出器）が設けられる。なお、供給圧センサ１６３ａ及び排出圧センサ１６３ｂに代えて、または、これらに加えて、供給管１５１ａ及び排出管１５２ａ内を流れる泥水の流量を検出する流量計が設けられてもよい。チャンバ内圧力計１６１や供給圧センサ１６３ａ、排出圧センサ１６３ｂにより検出された検出値は、掘進に関連する関連情報として、制御システム１の制御部７０へと無線または有線により送信される。

【0076】

このようにシールド掘進機２００が泥水圧式シールド掘進機である場合も、制御部７０は、上記実施形態と同様に、何らかの異常が検出された場合、検出される異常を複数の種別に区分して、発生した異常状態、すなわち、区分された異常種別に応じて、シールド掘進機２００に設けられたカッタヘッド２０やエレクタ３３、シールドジャッキ３４、裏込め注入装置３５、中折れジャッキ４３、給排装置１５０といったシールド掘進機２００を掘進させる際に駆動される各機器の作動を適切に制御してから、シールド掘進機２００を停止させる。以下に、泥水圧式シールド工法に用いられる泥水圧シールド機が泥土圧シールド工法に用いられる泥土圧シールド掘進機と異なる点について説明する。

【0077】

異常状態として地盤の変化が検出される場合について、上述の泥土圧式シールド工法に用いられるシールド掘進機１００と異なる点を中心に説明する。

【0078】

地盤の沈下が生じている場合、チャンバ１５内の圧力が低下しているおそれがあることから、機器制御部７０ｂは、シールド掘進機２００を停止させるにあたって、チャンバ１５内の圧力を上昇させるために、まず、排出ポンプ１５２ｂ及び供給ポンプ１５１ｂを停止し、チャンバ１５内からの掘削土砂の搬出を停止する。続いて、シールドジャッキ３４を伸長（推進作動）させ、チャンバ内圧力計１６１により検出されるチャンバ１５内の圧力が予め設定された基準範囲内となるか、あるいは、シールドジャッキ３４の伸長量が所定の伸長量に達すると、シールドジャッキ３４の伸長を停止する。

【0079】

機器制御部７０ｂは、シールドジャッキ３４の伸長を停止、排出ポンプ１５２ｂ及び供給ポンプ１５１ｂを停止するとともにカッタヘッド２０の回転を停止し、シールド掘進機２００を停止させる。なお、排出ポンプ１５２ｂを停止した際に供給ポンプ１５１ｂの稼働を継続し、チャンバ１５内に泥水を圧送し、チャンバ内圧力計１６１により検出されるチャンバ１５内の圧力が予め設定された基準範囲内となるか、あるいは、所定時間にわたって供給ポンプ１５１ｂの稼働を継続させた後、供給ポンプ１５１ｂの稼働を停止しても良い。また、シールドジャッキ３４の伸長の停止とともに、裏込め注入装置３５によるグラウト材の注入を停止する。これによりグラウト材の注入が、地盤の沈下に対して悪影響を与えることを防止できる。

【0080】

このように、地盤の沈下が生じている場合、地盤の沈下が抑制されるようにチャンバ１５内の圧力を上昇させてから、シールド掘進機２００は停止される。このため、シールド掘進機２００を停止した後、さらに地盤の沈下が生じてしまうことを抑制することができる。また、掘進を再開する際に、チャンバ１５内の圧力を上昇させる必要がないことから、速やかに掘進を再開することが可能である。

【0081】

一方、地盤の隆起が生じている場合、進行速度に対して、カッタヘッド２０による掘削や排出ポンプ１５２ｂによる掘削土砂の搬出が追い付いていない、または、チャンバ１５内の圧力が過大となっているおそれがある。このため、機器制御部７０ｂは、シールド掘進機２００を停止させるにあたって、地盤の隆起を抑制するために、まず、シールドジャッキ３４の伸長を停止する。そして、地表面の隆起の進行が止まるように、カッタヘッド２０による掘削と供給ポンプ１５１ｂ及び排出ポンプ１５２ｂによる土砂の搬出を継続させる。地表面検出器６８により検出される検出値に基づき地表面の隆起の進行が停止したと判定されるか、または、所定時間にわたって、カッタヘッド２０による掘削、供給ポンプ１５１ｂ及び排出ポンプ１５２ｂの稼働を継続させた後、機器制御部７０ｂは、供給ポンプ１５１ｂ及び排出ポンプ１５２ｂの稼働を停止するとともにカッタヘッド２０の回転を停止して、シールド掘進機２００を停止させる。なお、シールドジャッキ３４の伸長の停止とともに、裏込め注入装置３５によるグラウト材の注入を停止する。これによりグラウト材の注入が、地盤の隆起に対して悪影響を与えることを防止できる。

【0082】

このように、地盤の隆起が生じている場合、隆起の進行が停止するように、ある程度、掘削と掘削土砂の搬出とを行ってから、シールド掘進機２００は停止される。このため、地盤が隆起したままの状態となってしまうことが回避される。また、シールド掘進機２００を停止した後、隆起した分の地盤の荷重によりチャンバ１５内の圧力が上昇してしまうことも回避されることから、掘進を再開する際に、チャンバ１５内の圧力を低下させる必要がない。この結果、速やかに掘進を再開することができる。

【0083】

続いて、異常状態として掘進不能が検出された場合について、上述の泥土圧式シールド工法に用いられるシールド掘進機１００と異なる点を中心に説明する。

【0084】

具体的には、情報取得部７０ａは、シールド掘進機２００の掘進不能状態の一つである排土不良状態となっているか否かを判定する際、上記実施形態における搬出土圧計６３に代えて、供給圧センサ１６３ａ及び排出圧センサ１６３ｂにより検出された検出値を関連情報として取得し、機器制御部７０ｂは、供給圧センサ１６３ａ及び排出圧センサ１６３ｂにより検出された検出値、または、チャンバ内圧力計１６１で検出された検出値に基づいて異常状態の有無を判定する。例えば、機器制御部７０ｂは、供給圧センサ１６３ａ及び排出圧センサ１６３ｂで検出された検出値が所定の値より大きい場合、または、チャンバ内圧力計１６１で検出された検出値が所定の値より大きい場合、排土不良により掘進不能状態になったと判定する。そして、機器制御部７０ｂは、上記実施形態におけるスクリューコンベヤ５０に代えて、給排装置１５０の供給ポンプ１５１ｂ及び排出ポンプ１５２ｂの稼働を、発生した異常状態に応じて適宜制御し、シールド掘進機２００を停止させる。

【0085】

排土不良により掘進不能になっている場合、まず、シールドジャッキ３４の伸長を停止し、シールド掘進機１００の進行を停止させる。一方で、供給ポンプ１５１ｂによるチャンバ１５内への泥水の圧送、及び、排出ポンプ１５２ｂによるチャンバ内の泥水の排出、カッタヘッド２０による掘削を継続する。そして、供給圧センサ１６３ａ及び排出圧センサ１６３ｂにより検出される検出値、または、チャンバ内圧力計１６１により検出される検出値がある程度低下し、チャンバ１５内の掘削土砂が搬出されたと判定されるか、これらセンサにより検出される検出値が所定時間経過しても変化しないか、あるいは、これらセンサにより検出される検出値に関わらずカッタヘッド２０による掘削、供給ポンプ１５１ｂ及び排出ポンプ１５２ｂの稼働を所定時間継続させた後、機器制御部７０ｂは、供給ポンプ１５１ｂ及び排出ポンプ１５２ｂの稼働を停止するとともに、カッタヘッド２０の回転を停止し、シールド掘進機２００を停止させる。また、シールドジャッキ３４の伸長を停止するともに、裏込め注入装置３５によるグラウト材の注入を停止する。これによりグラウト材の注入が、排土不良に対して悪影響を与えることを防止できる。

【0086】

地中障害物との衝突・接触を原因としてシールド掘進機２００が掘進不能となっている場合の、シールド掘進機２００に設けられた機器の作動を制御する機器制御部７０ｂの各機器の停止動作は、排土不良により掘進不能になっている場合と同様である。

【0087】

次に、異常状態として線形逸脱が検出された場合について、上述の泥土圧式シールド工法に用いられるシールド掘進機１００と異なる点を中心に説明する。

【0088】

線形逸脱となっている場合、直ちに進行方向を修正するために、シールド掘進機２００を停止させる必要がある。このため、機器制御部７０ｂは、他の検出器の検出状況に関わらず、カッタヘッド２０の回転、シールドジャッキ３４の伸長及び供給ポンプ１５１ｂ及び排出ポンプ１５２ｂの稼働をほぼ同時に停止し、シールド掘進機２００を停止させる。また、裏込め注入装置３５によるグラウト材の注入も同時に停止する。

【0089】

次に、異常状態としてセグメントリング１１２が損傷するおそれがあることが検出された場合について、上述の泥土圧式シールド工法に用いられるシールド掘進機１００と異なる点を中心に説明する。

【0090】

セグメントリング１１２が損傷するおそれがある場合、中折れジャッキ４３を含む中折れ部４０に異常が生じていることや計画線形に誤りがあるおそれがある。このため、機器制御部７０ｂは、シールド掘進機２００を停止させるにあたって、セグメントリング１１２が損傷してしまうことを防止するために、まず、シールドジャッキ３４の伸長を停止し、シールド掘進機２００の進行を停止させる。

【0091】

そして、供給圧センサ１６３ａ及び排出圧センサ１６３ｂにより検出される圧力、またはチャンバ内圧力計１６１により検出される圧力が正常の範囲内または正常の範囲よりも低い場合には、カッタヘッド２０の回転、及び、供給ポンプ１５１ｂ及び排出ポンプ１５２ｂの稼働をほぼ同時に停止し、シールド掘進機２００を停止させる。一方、供給圧センサ１６３ａ及び排出圧センサ１６３ｂにより検出される圧力、またはチャンバ内圧力計１６１により検出される圧力が高い場合には、これらの圧力が正常の範囲内となるように、カッタヘッド２０の回転、及び、供給ポンプ１５１ｂ及び排出ポンプ１５２ｂを稼働して掘削土砂を搬出した後、カッタヘッド２０の回転、及び、供給ポンプ１５１ｂ及び排出ポンプ１５２ｂの稼働をほぼ同時に停止し、シールド掘進機２００を停止させる。

【0092】

なお、泥水式シールド工法に用いられる泥水式シールド機であるシールド掘進機２００では、異常状態に際して、機器制御部７０ｂは、供給ポンプ１５１ｂを排出ポンプ１５２ｂと同時に、または時間差を定めて連動して停止しても良い。また、チャンバ１５を介さないで供給管１５１ａと排出管１５２ａを連結可能なバイパス管１５３を設けておき、供給ポンプ１５１ｂ、排出ポンプ１５２ｂの停止に代えて、図示しない切換え弁を操作し、泥水の流れをバイパス管１５３に切替えて、供給管１５１ａと排出管１５２ａを連通させてもよい。これにより、チャンバ１５への泥水の流入及びチャンバ１５からの泥水の流出を速やかに停止することが可能である。すなわち、土砂排出装置による土砂の排出を停止することになる。

【0093】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0094】

例えば上記実施形態や変形例では、カッタトルク計６０や土圧計６１、位置検出器６２、搬出土圧計６３、ストロークセンサ６４、クリアランスセンサ６５、ジャッキ圧力計６６、地中検出器６７、地表面検出器６８、チャンバ内圧力計１６１、供給圧センサ１６３ａ、排出圧センサ１６３ｂにより検出された検出値を、掘進に関連する関連情報として示したが、関連情報は、これらに限定されず、これらの検出器の検出対象となっている物性値と相関性のある物性値を検出した検出値であってもよい。

【0095】

また、上記実施形態や変形例では、地盤の変化や掘進不能、線形逸脱、セグメントリング１１２の損傷を異常状態として示したが、異常状態は、これらに限定されず、シールド掘進機１００，２００の掘進中に生じ得る異常であれば、どのような異常であってもよい。

【0096】

また、上記実施形態や変形例では、カッタヘッド２０やシールドジャッキ３４、裏込め注入装置３５、スクリューコンベヤ５０、給排装置１５０をシールド掘進機１００，２００に設けられた機器として示したが、シールド掘進機１００，２００に設けられた機器は、これらに限定されず、シールド掘進機１００，２００に設けられる他の機器であってもよい。

【符号の説明】

【0097】

１・・・制御システム
１００，２００・・・シールド掘進機
７０・・・制御部
１５・・・チャンバ
２０・・・カッタヘッド
３４・・・シールドジャッキ（推進装置）
３５・・・裏込め注入装置
５０・・・スクリューコンベヤ（土砂搬出装置）
６０・・・カッタトルク計（障害検出器）
６１・・・土圧計（排土検出器）
６２・・・位置検出器（線形逸脱検出器）
６３・・・搬出土圧計（排土検出器）
６４・・・ストロークセンサ（排土検出器、障害検出器）
６５・・・クリアランスセンサ（クリアランス検出器）
６６・・・ジャッキ圧力計（障害検出器）
６７・・・地中検出器（地盤検出器）
６８・・・地表面検出器（地盤検出器）
７０ａ・・・情報取得部
７０ｂ・・・機器制御部
１１２・・・セグメントリング
１５０・・・給排装置（土砂搬出装置）
１６１・・・チャンバ内圧力計（排土検出器）
１６３ａ・・・供給圧センサ（排土検出器）
１６３ｂ・・・排出圧センサ（排土検出器）
Ｔ・・・シールドトンネル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】