JP2019082057A

JP2019082057A - エレクタ装置

Info

Publication number: JP2019082057A
Application number: JP2017210472A
Authority: JP
Inventors: 誠小田; Makoto Oda; 隆雄伊藤; Takao Ito; 亮介脇田; Ryosuke Wakita
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2017-10-31
Publication date: 2019-05-30

Abstract

【課題】既存トンネルの一部のセグメントを撤去する際および／または既存トンネルの拡張部分にセグメントを設置する際に使用することができるエレクタ装置を提供する。【解決手段】エレクタ装置は、既存トンネルに設置された床板上に設けられたベースと、ベース上に設けられた本体部と、本体部が床板に沿って既存トンネルの軸方向と直交する方向に移動するように、ベースに対して本体部をスライドさせる横方向スライド機構と、本体部に揺動可能に連結された多関節アームと、多関節アームの先端に設けられたセグメント把持部と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、既存トンネルの一部のセグメントを撤去する際および／または既存トンネルの拡張部分にセグメントを組み立てる際に使用されるエレクタ装置に関する。

従来から、トンネルを形成するシールド掘進機にはエレクタ装置が装備されており、このエレクタ装置を使用してセグメントの組み立てが行われる。例えば、特許文献１には、シールド掘進機の中心軸回りに旋回するエレクタ装置であって、多関節アームと、多関節アームの先端に設けられたセグメント把持部を含むエレクタ装置が開示されている。

特開平９−１１２１９６号公報

近年では、地中に幅の広い空間を構築するために、いったんシールド掘進機を用いて所定の断面形状のトンネルを形成し、その後に、形成された既存トンネルの一部を横方向に拡張する工法が提案されている。既存トンネルの一部を拡張するには、まず既存トンネルの一部のセグメントが撤去（解体および搬出）され、ついで拡張対象部分が掘削され、その後に拡張部分に新たなセグメントが組み立てられる。

上述した既存トンネルの一部のセグメントの撤去および既存トンネルの拡張部分へのセグメントの組み立ては、機械を用いて行うことが望ましい。しかしながら、特許文献１に開示されたエレクタ装置はシールド掘進機に装備されているため、トンネルの完成後の既存トンネルに対して使用することはできない。

そこで、本発明は、既存トンネルの一部のセグメントを撤去する際および／または既存トンネルの拡張部分にセグメントを設置する際に使用することができるエレクタ装置を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明のエレクタ装置は、既存トンネルに設置された床板上に設けられたベースと、前記ベース上に設けられた本体部と、前記本体部が前記床板に沿って前記既存トンネルの軸方向と直交する方向に移動するように、前記ベースに対して前記本体部をスライドさせる横方向スライド機構と、前記本体部に揺動可能に連結された多関節アームと、前記多関節アームの先端に設けられたセグメント把持部と、を備える、
ことを特徴とする。

上記の構成によれば、既存トンネルに設置された床板上にエレクタ装置が設けられるので、エレクタ装置を既存トンネルの一部のセグメントを撤去する際に使用することができる。しかも、エレクタ装置は多関節アームを含むので、既存トンネルの拡張部分にセグメントを設置する際にもエレクタ装置を使用することができる。さらに、多関節アームが設けられた本体部が床板に沿ってスライド可能であるので、セグメントを既存トンネル内の仮置き位置から拡張部分の設置位置まで容易に搬送することができる。なお、エレクタ装置は、既存トンネルの一部のセグメントを撤去する際と、既存トンネルの拡張部分にセグメントを設置する際のどちらか一方に使用されてもよい。

上記のエレクタ装置は、前記ベースを前記既存トンネルの軸方向にスライドさせる軸方向スライド機構をさらに備えてもよい。この構成によれば、セグメントの設置位置を既存トンネルの軸方向に容易に変更することができる。

上記のエレクタ装置は、前記本体部を鉛直軸回りに回転させる回転機構をさらに備えてもよい。この構成によれば、仮置き位置と設置位置との間で、多関節アームを鉛直軸回りに旋回させることができる。従って、仮置き位置を、既存トンネルの軸方向において設置位置から離れた位置に設定することができる。

例えば、前記多関節アームは、根本側に位置する第１アームと、前記第１アームに水平軸回りに揺動可能に連結された第２アームを含み、上記のエレクタ装置は、前記本体部に設けられた、前記第１アームを水平軸回りに揺動させる揺動機構をさらに備えてもよい。

前記第１アームは、前記本体部に回転可能に支持された揺動シャフトに固定されており、前記揺動機構は、前記揺動シャフトに固定された従動ギアと、前記従動ギアを挟み込むように配置され、前記本体部に回転可能に支持された一対の駆動ギアと、伸縮によって前記一対の駆動ギアが互いに逆方向に回転するように前記一対の駆動ギア同士を連結するジャッキと、を含んでもよい。この構成によれば、平面視における占有面積が比較的に小さな構造で大きな揺動力を得ることができる。

本発明によれば、エレクタ装置を既存トンネルの一部のセグメントを撤去する際および／または既存トンネルの拡張部分にセグメントを設置する際に使用することができる。

（ａ）は既存トンネルの断面図、（ｂ）は既存トンネルの一部を横方向に拡張した後の断面図である。本発明の一実施形態に係るエレクタ装置の側面図である。図２のIII−III線に沿った正面断面図である。図３のIV−IV線に沿った平面断面図である。

図２〜図４に、本発明の一実施形態に係るエレクタ装置２を示す。このエレクタ装置２は、図１（ａ）に示すような既存トンネル１１の一部を図１（ｂ）に示すように横方向に拡張する工法向けのものである。

具体的に、拡張工法では、図１（ａ）に示すように既存トンネル１１の一部のセグメント１２が撤去（解体および搬出）され、ついで拡張対象部分１３が掘削される。その後、図１（ｂ）に示すように、拡張部分１４の底に新たなセグメント１５が設置された後、拡張部分１４の残りの部分に新たなセグメント１６が組み立てられる。本実施形態では、エレクタ装置２が既存トンネル１１の拡張部分１４にセグメント１６を組み立てる際に使用される。ただし、エレクタ装置２は、既存トンネル１１の一部のセグメント１２を撤去する際に使用されてもよい。

既存トンネル１１内には、道路を形成する床板１０が設置されている。エレクタ装置２は、図２〜図４に示すように、床板１０上に設けられたベース３と、ベース３上に設けられた本体部４と、本体部４に揺動可能に連結された多関節アーム８と、多関節アーム８の先端に設けられたセグメント把持部９を含む。

ベース３は、床板１０に平行でフラットな形状を有する。ベース３には、既存トンネル１１の軸方向において本体部４の両側に、床板１０上を転動する車輪３１が設けられている。以下では、説明の便宜上、既存トンネル１１の軸方向を前後方向、既存トンネル１１の軸方向と直交する幅方向を左右方向（拡張部分１４側を右方、拡張部分１４と反対側を左方）という。

ベース３の前後方向の両端部には、ワイヤ３２が接続されている。これらのワイヤ３２は、図略のウインチによって巻き取られたり、巻き出されたりする。車輪３１、ワイヤ３２および図略のウインチは、ベース３を前後方向（既存トンネル１１の軸方向）にスライドさせる軸方向スライド機構を構成する。

なお、軸方向スライド機構は、ウインチを用いたものに限られず、例えば、ジャッキを用いたものであってもよいし、電動モータ、ラックおよびピニオンを用いたものであってもよい。また、図示は省略するが、ベース３は、クランプ装置や固定ボルトなどによって、既存トンネル１１の所定位置で床板１０に固定される。

ベース３は、可動部３３を介して本体部４と接続されている。可動部３３は、ベース３に左右方向にスライド可能に支持された台座３４と、台座３４から上向きに突出する回転シャフト３５を含む。

また、ベース３には、可動部３３を左右方向に移動させる前後一対のジャッキ３６が設けられている。ジャッキ３６は、例えば油圧シリンダである（後述するジャッキ４６，５１，８４，８５も同様）。

ジャッキ３６および可動部３３は、ベース３に対して本体部４を左右方向にスライドさせる横方向スライド機構を構成する。本実施形態では、ジャッキ３６が伸長すれば、本体部４が床板１０に沿って右方に移動して拡張部分１４に近づき、ジャッキ３６が短縮すれば、本体部４が床板１０に沿って左方に移動して拡張部分１４から遠ざかる。

なお、横方向スライド機構は、ジャッキ３６を用いたものに限られず、例えば、電動モータ、ラックおよびピニオンを用いたものであってもよい。

本体部４は、床板１０に平行でフラットな、平面視で前後方向に長い略長方形状の底部４１と、底部４１の右端部から上向きに立ち上がる、前後一対の正面部４２を含む。底部４１の中央には、可動部３３の回転シャフト３５と嵌合し、回転シャフト３５に回転可能に支持されたスリーブ４４が設けられている。

また、底部４１には、回転シャフト３５に固定されたブラケット３７と底部４１における左端部に位置する前後方向に延びるフレームとを連結するように、ジャッキ４６が設けられている。回転シャフト３５、スリーブ４４およびジャッキ４６は、本体部４を鉛直軸回りに回転させる回転機構を構成する。

なお、回転機構は、ジャッキ４６を用いたものに限られず、例えば、電動モータおよびギアを用いたものであってもよい。

本体部４の各正面部４２は、前後一対の縦フレームと、縦フレームの上端部同士を接続する横フレームとからなり、略逆Ｕ字状をなしている。各正面部４２の各縦フレームの中間部と底部４１の左右方向の中間部とは、傾斜フレーム４３で接続されている。

多関節アーム８は、根本側に位置する第１アーム８１と、第１アーム８１に水平軸回りに揺動可能に連結された第２アーム８２を含む。セグメント把持部９は、第２アーム８２の先端に中間部材８３を介して水平軸回りに揺動可能に連結されている。

セグメント把持部９は、シールド掘進機に装備される一般的なエレクタ装置のセグメント把持部と同様の構成を有する。すなわち、セグメント把持部９は、図示は省略するが、セグメント１６と係合する係合部９１を回転させる回転機構と、セグメント１６との当接部９２を前進または後退させるジャッキを含む。

第１アーム８１は、本体部４に設けられた揺動機構５により水平軸回りに揺動される。第２アーム８２は、ジャッキ８４により第１アーム８１に対して揺動され、セグメント把持部９は、ジャッキ８５により第２アーム８２に対して揺動される。

第１アーム８１の根本部は、揺動シャフト５５に固定されている。揺動シャフト５５の両端部は、本体部４の内側に位置する傾斜フレーム４３に図略の軸受を介して回転可能に支持されている。

揺動シャフト５５の両端部は、本体部４の内側に位置する傾斜フレーム４３を超えて外側に延びている。揺動機構５は、揺動シャフト５５の両端部に固定された従動ギア５６と、各従動ギア５６を挟み込むように配置された二対の駆動ギア６，７と、駆動ギア６，７を駆動する前後一対のジャッキ５１を含む。駆動ギア６，７は、全て略扇状をなしている。

各駆動ギア６は、従動ギア５６の下方に位置しており、当該駆動ギア６の扇形の中心付近で、回転シャフト６３を介して本体部４の底部４１に回転可能に支持されている。駆動ギア６は、円弧状の歯部６２と、この歯部６２が取り付けられた支持部６１を含む。支持部６１には、歯部６２の下方で右向きに突出する突出部６４が設けられている。

各駆動ギア７は、従動ギア５６の上方に位置しており、当該駆動ギア７の扇形の中心付近で、回転シャフト７３を介して本体部４の正面部４２に回転可能に支持されている。駆動ギア７は、円弧状の歯部７２と、この歯部７２が取り付けられた支持部７１を含む。支持部７１には、歯部７２の上方で左向きに突出する突出部７４が設けられている。

各ジャッキ５１は、揺動シャフト５５の中心線の延長線上を通って、下方の駆動ギア６の突出部６４と上方の駆動ギア７の突出部７４とを連結している。このため、ジャッキ５１が伸縮すると、駆動ギア６，７が互いに逆方向に回転する。

より詳しくは、ジャッキ５１は、ハウジングからロッドが前進または後退するように構成されており、ハウジングの中間部分がピン５３付の支点部材５２を介して上方の駆動ギア７の突出部７４と連結されており、ロッドの先端がピン５４を介して下方の駆動ギア６の突出部６４と連結されている。

次に、エレクタ装置２の動作を説明する。まず、準備作業として、既存トンネル１１内の床板１０上の仮置き位置（本実施形態では、図３においてベース３の左側と仮定）に、セグメント１６が仮置きされる。エレクタ装置２は、仮置き位置に仮置きされたセグメント１６を拡張部分１４の設置位置まで搬送する。

まず、ジャッキ３６によって本体部４が図２において左側の位置に移動され、ジャッキ４６によって本体部４の正面部４２が図２において右側を向く状態から手前を向く状態となるように本体部４が回転される。

ついで、セグメント把持部９が下向きとなるように、揺動機構５およびジャッキ８４，８５が操作される。その後、作業員がセグメント１６をセグメント把持部９に把持させ、セグメント把持部９が横向きとなるように、揺動機構５およびジャッキ８４，８５が操作される。

次に、ジャッキ４６によって本体部４の正面部４２が図２において手前を向く状態から右側を向く状態となるように本体部４が回転されるとともに、ジャッキ３６によって本体部４が図２において右側の位置に移動される。最後に、セグメント１６が拡張部分１４の設置位置に届くまで多関節アーム８が延びるように、揺動機構５およびジャッキ８４，８５が操作される。

以上説明したように、本実施形態のエレクタ装置２では、既存トンネル１１に設置された床板１０上にエレクタ装置２が設けられるので、エレクタ装置２を既存トンネル１１の一部のセグメント１２を撤去する際に使用することができる。しかも、エレクタ装置２は多関節アーム８を含むので、既存トンネル１１の拡張部分１４にセグメント１６を設置する際にもエレクタ装置２を使用することができる。さらに、多関節アーム８が設けられた本体部４が床板１０に沿ってスライド可能であるので、セグメント１６を既存トンネル１１内の仮置き位置から拡張部分１４の設置位置まで容易に搬送することができる。

また、本実施形態では、ベース３が既存トンネル１１の軸方向にスライド可能であるので、セグメント１６の設置位置を既存トンネル１１の軸方向に容易に変更することができる。

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

例えば、揺動機構５は、必ずしも多関節アーム８の両側に駆動部を有する必要はなく、片側のみに駆動部を有してもよい。つまり、従動ギア５６の数が１つであり、一対の駆動ギア６，７のみが設けられてもよい。

また、駆動ギア６，７と従動ギア５６の位置関係は前記実施形態に限定されるものではない。ただし、前記実施形態のように従動ギア５６を挟持する駆動ギア６，７がジャッキ５１の伸長によって駆動されるように揺動機構５が構成されていれば、大きな揺動力を得ることができる。

同様に、駆動ギア６，７および従動ギア５６と本体部４の位置関係も前記実施形態に限定されるものではない。

さらに、多関節アーム８の第１アーム８１を揺動させる揺動機構５としては、本体部４と第１アーム８１の間に設けられるジャッキを用いることも可能である。ただし、この場合には、揺動シャフト５５から右方に離れた位置でジャッキと第１アーム８１とをピンを介して連結する必要がある。これに対し、前記実施形態のような構成の揺動機構５であれば、平面視における占有面積が比較的に小さな構造で大きな揺動力を得ることができる。

また、本体部４を鉛直軸回りに回転させる回転機構は省略されてもよい。ただし、この場合はセグメント１６の仮置き位置を多関節アーム８の真下に設定する必要があるために、左右方向（既存トンネル１１の幅方向）における本体部４のストロークを大きくする必要がある。これに対し、前記実施形態のように回転機構が設けられていれば、仮置き位置と設置位置との間で、多関節アーム８を鉛直軸回りに旋回させることができる。従って、仮置き位置を、既存トンネル１１の軸方向において設置位置から離れた位置に設定することができる。これにより、左右方向における本体部４のストロークを小さくすることができる。

１０床板
１１既存トンネル
１２，１６セグメント
１４拡張部分
２エレクタ装置
３ベース
４本体部
５揺動機構
５１ジャッキ
５５揺動シャフト
５６従動ギア
６，７駆動ギア
８多関節アーム
８１第１アーム
８２第２アーム
９セグメント把持部

Claims

既存トンネルに設置された床板上に設けられたベースと、
前記ベース上に設けられた本体部と、
前記本体部が前記床板に沿って前記既存トンネルの軸方向と直交する方向に移動するように、前記ベースに対して前記本体部をスライドさせる横方向スライド機構と、
前記本体部に揺動可能に連結された多関節アームと、
前記多関節アームの先端に設けられたセグメント把持部と、
を備える、エレクタ装置。
前記ベースを前記既存トンネルの軸方向にスライドさせる軸方向スライド機構をさらに備える、請求項１に記載のエレクタ装置。
前記本体部を鉛直軸回りに回転させる回転機構をさらに備える、請求項１または２に記載のエレクタ装置。
前記多関節アームは、根本側に位置する第１アームと、前記第１アームに水平軸回りに揺動可能に連結された第２アームを含み、
前記本体部に設けられた、前記第１アームを水平軸回りに揺動させる揺動機構をさらに備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のエレクタ装置。
前記第１アームは、前記本体部に回転可能に支持された揺動シャフトに固定されており、
前記揺動機構は、前記揺動シャフトに固定された従動ギアと、前記従動ギアを挟み込むように配置され、前記本体部に回転可能に支持された一対の駆動ギアと、伸縮によって前記一対の駆動ギアが互いに逆方向に回転するように前記一対の駆動ギア同士を連結するジャッキと、を含む、請求項４に記載のエレクタ装置。