[发明专利]隧道掘进装置及其控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及在挖掘隧道时所使用的隧道掘进装置及其控制方法。

背景技术

掘进机具备在机械前表面包括刀具的刀盘和在机械后方的左右侧面设置的撑靴，使用这样的掘进机来进行隧道的挖掘。

该掘进机在左右撑靴推压隧道左右侧壁的状态下，使刀盘一边旋转一边推压工作面，对隧道进行挖掘。

例如，在专利文献1中，公开了一种地下掘进机的方向控制方法，该地下掘进机具备：前胴部，其具有进行岩层挖掘的刀具；后胴部，其具有用于获得挖掘用的反作用力的撑靴，并且经由致动机构等与前胴部连结。

在该地下掘进机中，在前胴部与后胴部之间搭载产生弯曲的致动机构(例如，推进千斤顶等)，使曲线状的隧道的挖掘成为可能。

并且，根据专利文献1所公开的地下掘进机，在基于所存储的计划掘进线进行自动挖掘，而地下掘进机的挖掘方向由于岩层硬度的变化等而发生变化的情况下，操作人员需要适当地改变推进千斤顶的行程，对前胴的姿态进行调整，以使所挖掘的隧道不从计划掘进线偏离。

前胴部的位置、方向需要正交坐标系的X、Y、Z三轴和绕各轴的旋转的6个自由度的动作，因此需要6轴的驱动连杆。

作为6轴驱动连杆的一个形态，已知6个推进千斤顶的活塞杆侧连结在前胴部，缸筒侧连结在后胴部的形态。在这样的6轴驱动连杆中，采用所谓的平行连杆构造，即，多个推进千斤顶的活塞杆侧环状地配置在前胴部的与后胴部相对的面的外周缘的附近，多个推进千斤顶的活塞杆侧环状地配置在后胴部的与前胴部相对的面的外周缘的附近。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：(日本)特开昭61-266797号公报

发明内容

然而，在上述现有的地下掘进机中，存在以下所述的问题点。

在这里，在将隧道掘进机用于坑道挖掘等的情况下，与通常的隧道挖掘相比，需要进行曲率半径R小的曲线挖掘。

现有的隧道掘进机所进行的曲线挖掘，通常是通过改变前胴部的姿态而反复进行长度短的直线挖掘，以此形成折线隧道来进行的。此时，是基于操作人员的经验对各推进千斤顶行程量进行操作来改变隧道掘进装置的前胴的姿态，但是在采用上述平行连杆的情况下，存在行程操作和姿态的关系与操作人员的直觉不同的情况，因此存在难以操作的问题。

并且，在通过反复进行实际长的直线挖掘来进行急曲线隧道的施工时，存在所期望的急曲线隧道与通过直线挖掘施工的折线隧道的偏离变大的可能。

换句话说，在搭载现有的平行连杆机构的隧道掘进机中，尤其是对于通过手动操作来对曲率半径R小的曲线部进行挖掘的作业，存在困难性非常高的问题。

本发明的课题在于提供一种隧道掘进装置及其控制方法，即使在通过手动操作来进行隧道挖掘的情况下，也能够通过简单的操作来实施包括曲线部分的挖掘。

第一发明的隧道掘进装置具备前胴部、后胴部、中折点、平行连杆机构、输入部、计算部以及千斤顶控制部。前胴部在挖掘侧表面具有多个刀具。后胴部配置在前胴部的后方，具有用于得到进行挖掘时的反作用力的撑靴。中折点设置在前胴部与后胴部之间。平行连杆机构包括多个推进千斤顶，该多个推进千斤顶在前胴部与后胴部之间并列配置而将前胴部与后胴部连结起来，改变前胴部相对于后胴部的位置。输入部从操作人员接收与前胴部的行进方向有关的操作输入。计算部基于输入部接收到的操作输入的内容、后胴部的中心线及中心点、前胴部的中心点的位置，对中折点的位置进行计算。千斤顶控制部对平行连杆机构所包含的各个推进千斤顶的行程进行控制，从而与根据后胴部的中心点、中折点、前胴部的中心点各自的位置生成的曲线对应地前进。

在这里，利用包括在前胴部与后胴部之间设置的多个推进千斤顶的平行连杆机构使前胴部相对于后胴部前进，由此，在进行隧道的挖掘的隧道掘进装置中，能够使前胴部沿着根据后胴部的中心点、通过计算求出的假想的中折点、前胴部的中心点各自的位置生成的曲线前进。

在这里，本隧道掘进装置在前胴部与后胴部之间设有中折点。前胴部在挖掘侧的前端部分搭载有多个刀具。后胴部利用撑靴支撑在隧道的内壁面上。平行连杆机构具有多个(至少6个)推进千斤顶，与预先设定目标位置或者操作人员所输入的目标位置(方向)对应地使各个推进千斤顶伸缩，从而能够对前胴部相对于后胴部的位置、姿态等进行控制。