JP2019157403A - テールクリアランス計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】接触手部がトンネル覆工体の外周面よりも中心軸側に飛び出さないようにして、次のトンネル覆工体を組み立てる際の邪魔にならないようにすることのできるテールクリアランス計測装置を提供する。【解決手段】テールクリアランス計測装置１０は、基台部１６と、基台部１６に支持された回転軸部１７と、回転角センサ１８と、回転軸部１７に一体として接合された接触手部１９と、接触手部１９に回転付勢力を付与する回転付勢手段２０とを含んで構成される。回転付勢手段２０は、回転付勢力を開放して、回転軸部１７を反対方向に回転させることが可能な反転機構２０ａを備えており、接触手部１９がスキンプレート１２の中心軸とは反対側に向けて回動するように回転軸部１７を回転させて、接触手部１９を基台部１６の高さの範囲に納めることができるようになっている。【選択図】図４

Description

本発明は、シールド掘進機のスキンプレートと、該スキンプレートの後部で組み立てられたセグメントの外周面との間に保持される、テールクリアランスを計測するテールクリアランス計測装置及びスキンプレートに関する。

シールド工法は、シールド掘進機の先端の切端面を、泥土、泥水、圧気等によって押さえ付けつつカッターによって地山を掘削すると共に、シールド掘進機の後方にセグメントによるトンネル覆工体を組み立てながら、発進立坑から到達立坑に向けて、地中にトンネルを形成してゆく工法であり、都市部や平野部における主要なトンネル工事のための工法として広く採用されている。

シールド工法に用いるシールド掘進機は、スキンプレートと呼ばれる金属製の外殻体の前部に切羽面を切削する回転カッターや、隔壁、カッター駆動装置、排土機構等を備えると共に、スキンプレートの後部に、シールドジャッキ、エレクター装置等を備えており、エレクター装置を用いてセグメントによるトンネル覆工体を組み立て、組み立てたトンネル覆工体から反力をとりつつ、シールドジャッキによってスキンプレートと共に回転カッターを押し出すことで、切羽面を切削しながらトンネルを掘進して行くようになっている。

また、組み立てられたトンネル覆工体の外周面と、これを覆う後部のスキンプレートの内周面との間には、テールクリアランスと呼ばれる隙間が保持されるようになっており、これによって、シールド掘削機を前進させる際に、トンネル覆工体を残置したまま、トンネル覆工体の外周面に沿って、スキンプレートをスムーズに前方に移動させることができ、曲線部分を施工する際には、保持された隙間を利用して、トンネル覆工体に対してスキンプレートを、徐々に折れ曲がった方向に前進させることができるようになっている。さらに、テールクリアランスを介して、周囲の地盤から土砂や地下水がシールド掘進機の内部に流入しないように、テールクリアランスには、例えば可撓性を有するリング状の部材からなるテールシールが、トンネル覆工体及びスキンプレートの軸方向に間隔をおいて、複数体取り付けられている。

一方、このようなシールド掘進機では、テールクリアランスのクリアランス量を計測してその変化を把握することが、例えばテール部でのトンネル覆工体とスキンプレートとの競りによるセグメントの変形や破損を防止して、トンネル覆工体の品質を向上させる上で重要である。また、曲線部分を施工する際には、計画通りの角度で進路を変更できるようにするために、テールクリアランスのクリアランス量を所定の範囲内に維持すると共に、テールクリアランスのクリアランス量を計測してその変化を把握することが重要である。このため、テールクリアランスを計測する装置や方法が種々提案されている（例えば、特許文献１〜６等参照）。

ここで、特許文献１に記載のテールクリアランス計測装置は、セグメントに当接するように配された付勢部材に取り付けられたワイヤの長さ方向の移動量を計測することで、テールクリアランスのクリアランス量を計測するものであり、特許文献２に記載のシールド掘進機では、非接触型の距離センサーによりテールクリアランスのクリアランス量を計測するようになっている。特許文献３に記載のテールクリアランス測定装置は、距離センサが計測したセグメントの内周面までの距離からテールクリアランスのクリアランス量を算出するものであり、特許文献４に記載のテールクリアランス測定装置は、超音波センサーによりスキンプレートに接触している検出子との間の距離を検出して、テールクリアランスのクリアランス量を算出するものである。特許文献５に記載のテールクリアランスの測定装置は、距離センサーによって検出される、同センサーからスキンプレートの内周面までの距離と、同センサーからセグメントの内周面までの距離と、セグメントの厚さとを用いて、テールクリアランスのクリアランス量を演算するものであり、特許文献６に記載のテールクリアランス測定方法は、ＣＣＤカメラで撮影した画像データに基づいて、テールクリアランスのクリアランス量を算出するものである。

特公平６−０５００３６号公報 特公平６−１０２９５９号公報 特開平４−０４１８９５号公報 特許第２７２２０３２号公報 特許第３２２９４０９号公報 特許第６０２６９７４号公報 特開２０１５−４５１６５号公報

上記従来のテールクリアランスを計測する装置や方法では、耐久性に問題を生じたり、クリアランス量を機械的に直接計測するものではないため、クリアランス量を正確に計測することが困難であったりしたことから、本願出願人は、特許文献７において、テールクリアランスのクリアランス量を機械的に連続して計測して、その変化を容易に把握できるようにすると共に、トンネル覆工体とスキンプレートとの間に長期間に亘って配置することが可能な相当の耐久性を備え、且つ交換作業も容易に行うことを可能にするテールクリアランス計測装置及びスキンプレートを開示している。

しかしながら、特許文献７に記載のテールクリアランス計測装置やスキンプレートによれば、スキンプレートの後方側からセグメントの外周面に接触した状態で配置される接触手部は、バネ部を付勢手段として、計測中は常時、スキンプレートの中心軸側に向けて回動するように付勢された状態となっていることから、図９（ａ）、（ｂ）に示すように、テールクリアランス計測装置５０が取り付けられた部分が、組み立てられているトンネル覆工体５１の先端を超えるまで、スキンプレート５２をトンネル覆工体５１に対して前進させると、接触手部５３がバネ部による付勢力によって、トンネル覆工体５１の外周面よりもトンネル覆工体５１の中心軸側に飛び出すことになり、次のトンネル覆工体５１を組み立てる際の邪魔になったり、先端のトンネル覆工体５１と次に組み立てられるトンネル覆工体５１との間に接触手部５３が挟み込まれて、破損したりするおそれがある。

このため、従来の方法では、図９（ｃ）に示すように、スキンプレート５２の前進を、テールクリアランス計測装置５０が取り付けられた部分が、組み立てられているトンネル覆工体５１の先端を超えない位置までに留めることで、次のトンネル覆工体５１を組み立てる際に、接触手部５３がバネ部による付勢力によってトンネル覆工体５１の中心軸側に飛び出さないようにする工夫がなされていたが、その分、スキンプレート５２を長くする必要を生じて、効率の良い施工が行えなくなると共に、組み立てられたトンネル覆工体５１とスキンプレート５２の後端部分とを重なり合わせる長さが長くなる。組み立てられたトンネル覆工体５１とスキンプレート５２の後端部分とを重なり合わせる長さが長くなると、特に急カーブの曲線部分を施工する際に支障を生じることから、トンネル覆工体とスキンプレートの後端部分とを重なり合わせる長さは、できるだけ短く留めておくことが望ましい。

本発明は、計測装置が取り付けられた部分が、組み立てられているトンネル覆工体の先端を超えるまで、スキンプレートがトンネル覆工体に対して前進しても、接触手部がトンネル覆工体の外周面よりもトンネル覆工体の中心軸側に飛び出さないようにして、次のトンネル覆工体を組み立てる際の邪魔にならないようにすると共に、組み立てられたトンネル覆工体とスキンプレートの後端部分とを重なり合わせる長さが長くなるのを効果的に抑制することのできるテールクリアランス計測装置及びスキンプレートを提供することを目的とする。

本発明は、シールド掘進機のスキンプレートと、該スキンプレートの後部で組み立てられたセグメントによるトンネル覆工体の外周面との間に保持される、テールクリアランスのクリアランス量を計測するテールクリアランス計測装置であって、基台部と、該基台部に回転可能に支持された状態で設けられた回転軸部と、該回転軸部の回転角を検出する回転角センサと、前記回転軸部に一体として接合されて前記スキンプレートの後方側に延設する接触手部と、該接触手部が前記スキンプレートの中心軸側に向けて回動するように前記回転軸部に回転付勢力を付与する回転付勢手段とを含んで構成されており、前記回転付勢手段は、回転付勢力を開放して、前記回転軸部を反対方向に回転させる反転機構を備えており、前記接触手部が前記スキンプレートの中心軸とは反対側に向けて回動するように前記回転軸部を回転させて、前記接触手部を前記基台部の高さの範囲に納めることを可能にするテールクリアランス計測装置を提供することにより、上記目的を達成したものである。

そして、本発明のテールクリアランス計測装置は、前記回転付勢手段が、ロータリアクチュエータであることが好ましい。

また、本発明のテールクリアランス計測装置は、前記回転付勢手段が、空気圧式ロータリアクチュエータであることが好ましい。

さらに、本発明のテールクリアランス計測装置は、前記接触手部が、腕本体部の先端に回転ローラ接触部を備えるアーム形状を有していることが好ましい。

さらにまた、本発明のテールクリアランス計測装置は、前記基台部における前記接触手部が納められる部分に空気を噴出させる、空気噴出機構が設けられていることが好ましい。

また、本発明は、上記のテールクリアランス計測装置が取り付けられたスキンプレートであって、組み立てられたセグメントによるトンネル覆工体が配置される後端部分には、内周面に装着凹部が形成されており、該装着凹部に、前記テールクリアランス計測装置が、前記接触手部を前記スキンプレートの軸方向後方側に延設させると共に、前記基台部を前記スキンプレートの内周面から突出させない状態で、固定されているスキンプレートを提供することにより、上記目的を達成したものである。

そして、本発明のスキンプレートは、前記装着凹部が、後部の周方向に間隔をおいて少なくとも３箇所に設けられており、各々の前記装着凹部に、前記テールクリアランス計測装置が固定されていることが好ましい。

本発明のテールクリアランス計測装置又はスキンプレートによれば、計測装置が取り付けられた部分が、組み立てられているトンネル覆工体の先端を超えるまで、スキンプレートがトンネル覆工体に対して前進しても、接触手部がトンネル覆工体の外周面よりもトンネル覆工体の中心軸側に飛び出さないようにして、次のトンネル覆工体を組み立てる際の邪魔にならないようにすると共に、組み立てられたトンネル覆工体とスキンプレートの後端部分とを重なり合わせる長さが長くなるのを効果的に抑制することができる。

本発明の好ましい一実施形態に係るテールクリアランス計測装置が取り付けられたシールド掘進機の構成を説明する略示断面図である。 本発明の好ましい一実施形態に係るテールクリアランス計測装置が取り付けられたスキンプレートの要部略示断面図である。 図２のＡ部略示拡大図である。 本発明の好ましい一実施形態に係るテールクリアランス計測装置の斜視図である。 （ａ）はテールクリアランス計測装置の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂに沿った断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、空気圧式ロータリアクチュエータによる反転機構を説明する略示断面図である。 （ａ）は、接触手部をスキンプレートの中心軸側に向けて回動するように付勢して回転角を検出している状態の説明図、（ｂ）は、接触手部をスキンプレートの中心軸とは反対側に向けて回動させて基台部の高さの範囲に納める状態の説明図、（ｃ）は、次のセグメントを組み立てる状態で説明図、（ｄ）は、接触手部をスキンプレートの中心軸側に向けて回動するように再び付勢して回転角を検出している状態の説明図である。 基台部における接触手部が納められる部分に空気を噴出させる空気噴出機構の説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は、従来のテールクリアランス計測装置による不具合を説明する要部略示断面図である。

本発明の好ましい一実施形態に係るテールクリアランス計測装置１０は、図１〜図３に示すように、シールトド掘進機１１の外郭体を構成するスキンプレート１２の後端部に、周方向に間隔をおいて少なくとも３箇所（本実施形態では上下左右の４箇所）に取り付けて用いられ、スキンプレート１２の後部内側でセグメント１３を組み立てて形成されたトンネル覆工体１４の外周面と、スキンプレート１２の内周面との間に保持される、テールクリアランス１５のクリアランス量の変化を、トンネル覆工体１４の外周面と接触するように付勢される接触手部１９を回動させる回転軸部１７（図２、図３参照）の回転角を検出することによって、連続的に計測できるようになっている。本実施形態のテールクリアランス計測装置１０は、軽量で簡易な構成を備えると共に、耐久性に優れており、スキンプレート１２の内部からの作業によって容易に交換可能でメンテナンス性にも優れている。これによって、数か月から数年程度の長期に亘るシールドトンネル工事において、トンネル覆工体１４とスキンプレート１２との間の隙間に長期間続けて配置された場合でも、安定した状態でテールクリアランス１５のクリアランス量を連続して計測できるようになっている。

また、本実施形態のテールクリアランス計測装置１０は、回転軸部１７を回転させる回転付勢手段２０（図４、図５（ａ）、（ｂ）参照）が、接触手部１９の回転付勢力を開放して、接触手部１９を付勢方向とは反対方向に回動させることが可能な反転機構２０ａ（図６（ａ）、（ｂ）参照）を備えていることにより、当該計測装置１０が取り付けられた部分が、組み立てられているトンネル覆工体１４の先端を超えるまで、シールドジャッキ３５によりスキンプレート１２をトンネル覆工体１４に対して前進させても、接触手部１９がトンネル覆工体１４の外周面よりも、トンネル覆工体１４の中心軸側に飛び出さないようにして（図７（ｂ）参照）、次のトンネル覆工体１４をセグメント１３により組み立てる際に、飛び出した接触手部１９が邪魔にならないようにする機能を備えている（図７（ｃ）参照）。

そして、本実施形態のテールクリアランス計測装置１０は、図１〜図３に示すように、シールド掘進機１１のスキンプレート１２と、スキンプレート１２の後部で組み立てられたセグメント１３によるトンネル覆工体１４の外周面との間に保持される、テールクリアランス１５のクリアランス量を計測する計測装置であって、図３〜図５（ａ）、（ｂ）に示すように、例えばスキンプレート１２の後部に形成された装着凹部２３に収容可能な、好ましくはスキンプレート１２の肉厚よりも小さな高さを有する基台部１６と、基台部１６に回転可能に支持された状態で設けられた回転軸部１７と、回転軸部１７の回転角を検出する回転角センサ１８（図５（ａ）、（ｂ）参照）と、回転軸部１７に一体として接合されてスキンプレート１２の後方側に延設する接触手部１９と、接触手部１９がスキンプレート１２の中心軸側（図３における上方側、トンネル覆工体１４の中心軸側でもある）に向けて回動するように回転軸部１７に回転付勢力を付与する回転付勢手段２０（図４、図５（ａ）、（ｂ）参照）とを含んで構成される。回転付勢手段２０は、回転付勢力を開放して、回転軸部１７を反対方向に回転させることが可能な反転機構２０ａ（図６（ａ）、（ｂ）参照）を備えており、接触手部１９がスキンプレート１２の中心軸とは反対側（図３における下方側）に向けて回動するように回転軸部１７を回転させて、接触手部１９を基台部１６の高さの範囲に納めることができるようになっている（図７（ｂ）参照）。

本実施形態では、シールド掘進機１１は、例えば泥土圧式のシールド掘進機となっており、図１に示すように、肉厚が例えば２８〜５０ｍｍ程度（本実施形態では５０ｍｍ）の円筒形状の金属製の外殻体であるスキンプレート１２の先端部に、回転カッター３０を備えると共に、スキンプレート１２の内側には、隔壁３１によって仕切られた泥土圧室３２、カッター駆動装置３３、スクリューコンベアによる排土機構３４、シールドジャッキ３５、セグメント組立用のエレクター装置３６等を備えている。そして、シールド掘進機１１は、エレクター装置３６を用いてセグメント１３によるトンネル覆工体１４を組み立て、組み立てられたトンネル覆工体１４から反力をとりつつ、シールドジャッキ３５によってスキンプレート１２と共に回転カッター３０を前方に押し出すことで、切羽面を切削すると共に、切削した土砂を泥土として排土機構３４を介して排出しながら、トンネルを掘進して行くようになっている。

また、本実施形態では、シールド掘削機１１を前進させる際に、組み立てたトンネル覆工体１４を残置したまま、トンネル覆工体１４の外周面に沿って、スキンプレート１２がスムーズに前方に移動できるようにすると共に、曲線部分を施工する際にも対応できるように、組み立てられたトンネル覆工体１４の外周面と、これを覆うスキンプレート１２の後部の内周面との間には、テールクリアランス１５が保持されている。本実施形態では、テールクリアランス計測装置１０によって、シールド掘削機１１を前進させる際のテールクリアランス１５のクリアランス量を連続的に計測してその変化を把握することで、例えばスキンプレート１２のテール部（後端部分）において、トンネル覆工体１４とスキンプレート１２との競りによりセグメント１３に変形や破損が生じるのを防止して、トンネル覆工体１４の品質を向上させることができるようになっている。

そして、本実施形態のテールクリアランス計測装置１０は、図３〜図５（ａ）、（ｂ）に示すように、基台部１６と、回転軸部１７と、回転角センサ１８と、接触手部１９と、回転付勢手段２０とを含んで構成されている。本実施形態では、回転付勢手段２０は、好ましくは空気圧式ロータリアクチュエータとなっている（図６参照）。

基台部１６は、例えばスキンプレート１２の中心軸と平行な方向に配置される辺部の長さＬ1が７０ｍｍ程度、これと垂直な方向に配置される辺部の長さＬ2が４０ｍｍ程度の大きさの（図５（ａ）参照）、矩形状の平面形状を有する底盤部１６ａと、中間部分に１０〜１５ｍｍ程度の間隔をおいて、底盤部１６ａの両側の部分から一体として立設して設けられた、スキンプレート１２の中心軸と平行に延設するように配置される一対の軸受壁部１６ｂ，１６ｂ（図４参照）とを含み、スキンプレート１２の中心軸と平行な方向から見て、コの字断面形状を備えるように形成されている。基台部１６は、底盤部１６ａの下面から一対の軸受壁部１６ｂ，１６ｂの上端面までの高さｈ1（図４参照）が例えば３０ｍｍとなっており、これによって基台部１６は、好ましくは、例えば５０ｍｍスキンプレートの肉厚よりも小さな高さを有している。なお、テールクリアランス計測装置１０の基台部１６の高さが、スキンプレート１２の肉厚よりも大きくなっている場合には、例えば後述する装着凹部２３の底面を形成する鋼製プレート２３ａを、スキンプレート１２の外側に膨らませて設けることによって、基台部１６がスキンプレート１２の内周面よりも内側に突出しないようにすることが可能になる。

基台部１６には、両側の軸受壁部１６ｂ，１６ｂにベアリング機構１６ｄ（図５（ｂ）参照）等を介在させて回転可能に支持されて、回転軸部１７が、両側の軸受壁部１６ｂ，１６ｂに跨るようにして、スキンプレート１２の中心軸と垂直な方向に貫通した状態で設けられている。コの字断面形状の基台部１６の一対の軸受壁部１６ｂ，１６ｂの間の間隔部分１６ｃには、後述する接触手部１９をスキンプレート１２の中心軸側とは反対側に向けて回動させた際に、接触手部１９の腕本体部１９ａの基端部分が納められるようになっている（図４参照）

回転軸部１７は、好ましくは金属製の略円柱形状を有する棒状部材であって、図５（ｂ）に示すように、直径が大きくなっている中央部分の中央部拡径部１７ａと、中央部拡径部１７ａよりも直径が小さくなっている両端部分の一対の端部縮径部１７ｂとを備えている。基台部１６に回転軸部１７が取り付けられた際に、中央部拡径部１７ａは、一対の軸受壁部１６ｂ，１６ｂの間の間隔部分１６ｃに配置される。両端部分の端部縮径部１７ｂは、各々、一対の軸受壁部１６ｂ，１６ｂに形成された挿通穴１６ｅに、ベアリング機構１６ｄを介在させて回転可能に支持された状態で配置される。

また、基台部１６における一対の軸受壁部１６ｂ，１６ｂの間の間隔部分１６ｃに配置される中央部拡径部１７ａには、径方向に貫通する周面接合孔１７ｃが形成されている。この周面接合孔１７ｃには、接触手部１９の腕本体部１９ａの一端部から一体として突出する接合ピン１９ｂが、嵌め込まれるようにして固定される。これによって接触手部１９は、回転軸部１７と共に回転可能に一体として回転軸部１７に接合される。一対の軸受壁部１６ｂ，１６ｂに形成された各々の挿通穴１６ｅに配置された両側の端部縮径部１７ｂには、これらの端面に、端面接合孔１７ｆが、回転軸部１７の軸方向に延設して設けられている。一方の端部縮径部１７ｂの端面接合孔１７ｆには、回転角センサ１８のセンサ軸１８ａが嵌め込まれるようにして固定されることで、回転角センサ１８は、回転軸部１７の回転角度を計測できるようになっている。他方の端部縮径部１７ｂの端面接合孔１７ｆには、回転付勢手段２０の接合ピン２０ｂが嵌め込まれるようにして固定されることで、回転軸部１７は、回転付勢手段２０の駆動によって正方向又は逆方向に回転できるようになっている。

さらに、基台部１６の一対の軸受壁部１６ｂ，１６ｂの各々には、図４に示すように、スキンプレート１２の中心軸と平行な方向の両側の端部に、軸受壁部１６ｂ，１６ｂを上下方向に貫通する、ボルト締着固定孔１６ｆが形成されている。これらのボルト締着孔１６ｆにボルト部材（図示せず）を挿通して、後述する装着凹部２３の底面部に設けられた雌ネジ締着孔に締着することにより、テールクリアランス計測装置１０を、装着凹部２３に着脱交換可能に固定できるようになっている。

回転角センサ１８は、回転する物体と回転しない物体との間の回転の差分を検出するセンサとして公知の、例えばロータリエンコーダ等を使用することができる。本実施形態では、回転角センサ１８は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように、基台部１６における一方の軸受壁部１６ｂの外側部分に一体として取り付けられたカバー体２１によって覆われて、カバー体２１により支持されると共に防護された状態で設けられている。回転角センサ１８は、上述のように回転軸部１７の一方の端部縮径部１７ｂの端面接合孔１７ｆにセンサ軸１８ａが嵌め込まれることによって、回転軸部１７の回転角度を計測できるようになっている。

また、カバー体２１には、防水コネクター２１ａが、外側に張り出した状態で設けられている。スキンプレート１２の内側面に沿わせて延設させたセンサーケーブル２２（図２参照）を、防水コネクター２１ａを介してカバー体２１の内部に導入することで、回転角センサ１８に接続することができる。これによって、回転角センサ１８で検出された角度情報等の信号が、センサーケーブル２２を介して、シールド掘削機１１の内部に設けられた例えば機内シーケンサ盤に取り込まれるようになっている。

接触手部１９は、本実施形態では、図４及び図５（ａ）、（ｂ）に示すように、腕本体部１９ａの先端に一対の回転ローラ接触部１９ｃを備えるアーム形状を有している。接触手部１９の腕本体部１９ａは、例えばφ１２ｍｍ程度の太さを有すると共に１２０ｍｍ程度の長さを有する鋼製のロッド状部材を用いて形成されており、一端部に、腕本体部１９ａよりも僅かに縮径した接合ピン１９ｂを有している。上述のように、接合ピン１９ｂを、基台部１６における一対の軸受壁部１６ｂ，１６ｂの間の間隔部分１６ｃにおいて、回転軸部１７の中央部拡径部１７ａに形成された周面接合孔１７ｃに嵌め込むと共に、例えば固定ピンを介して一体として中央部拡径部１７ａに固定することによって、接触手部１９は、回転軸部１７の回転に伴って正方向又は逆方向に回動できるようになっている。

また、腕本体部１９ａにおける接合ピン１９ｂとは反対側の他端部には、両側の側面を平行に面取りした切欠き面１９ｄが形成されており、両側の切欠き面１９ｄを貫通するようにして、回転支持軸１９ｅが、両側に張り出した状態で設けられている。切欠き面１９ｄから両側に張り出した部分の回転支持軸１９ｅに、ベアリング機構等を介して回転可能に支持されて、一対の回転ローラ接触部１９ｃが、腕本体部１９ａの他端部を挟んだ両側に設けられている。

回転ローラ接触部１９ｃは、腕本体部１９ａの外径よりも大きな外径を備える、例えばφ２０ｍｍ程度の太さの鋼製のスリーブ部材を用いて形成されている。回転ローラ接触部１９ｃは、多数の球体によるベアリング機構を介在させて、切欠き面１９ｄの両側に張り出した部分の回転支持軸１９ｅに装着されることで、回転支持軸１９ｅを回転中心として回転可能に取り付けられている。回転ローラ接触部１９ｃは、接触手部１９を付勢する回転付勢手段２０の付勢力により回動してセグメント１３によるトンネル覆工体１４の外周面に接触した際に、回転可能となっていることで、よりスムーズに且つ安定した状態で、接触手部１９をトンネル覆工体１４の外周面に沿ってスキンプレート１２の軸方向に移動させることが可能になる。

回転付勢手段２０は、本実施形態では、上述のように、好ましくはロータリアクチュエータとして、例えば空気圧式ロータリアクチュエータが用いられている。ロータリアクチュエータは、揺動角度を調節することが可能な装置として公知のものであり、例えば油圧式ロータリアクチュエータや電動式ロータリアクチュエータを用いることもできる。空気圧式ロータリアクチュエータは、空気圧を駆動源とするアクチュエータであり、例えばシングルベーンタイプのものとして、図６（ａ）、（ｂ）に示すような構造を備えている。図６（ａ）、（ｂ）に示す空気圧式ロータリアクチュエータによる付勢手段２０は、ボディ４０と、ボディ４０の内面を摺動するベーン４１と、ベーン４１と一体となっているシャフト４２と、ストッパ４３と、空気の供給口となるＡポート及びＢポートとからなる反転機構２０ａを含んで構成されており、図６（ａ）に示すように、Ａポートから空気が供給されると、ベーン４１が押されてシャフト４２にトルクが発生するようになっていると共に、排気側の室の空気はＢポートを通じて排気されて、例えばベーン４１がストッパ４３にあたって停止するまで時計方向に回転できるようになっている。また、Ｂポートから空気が供給されると、図６（ｂ）に示すように、同様に反時計方向に回転できるようになっている。

したがって、本実施形態では、セグメント１３を組み立てて形成されたトンネル覆工体１４の外周面と、スキンプレート１２の内周面との間に保持される、テールクリアランス１５のクリアランス量の変化を連続的に計測する際には、例えばＡポートから空気を供給してシャフト４２にトルクを生じさせることで、接触手部１９がスキンプレート１２の中心軸側に向けて回動するように、シャフト４２と連結する接合ピン２０ｂを介して回転軸部１７に回転付勢力を付与できるようになっている（図３、図７（ａ）参照）。また計測装置１０が取り付けられた部分が、組み立てられているトンネル覆工体１４の先端を超えるまで、スキンプレート１２をトンネル覆工体１４に対して前進させる際には、例えばＢポートから空気を供給することにより反転機構２０ａを作動させて、シャフト４２及び接合ピン２０ｂを介した回転軸部１７の回転付勢力を開放し、さらに接触手部１９がスキンプレート１２の中心軸とは反対側に向けて回動するように回転軸部１７を回転させることで、接触手部１９を基台部１６の高さ範囲に納めることができるようになっている（図７（ｂ）、（ｃ）参照）。

また、本実施液形態では、回転付勢手段２０である空気圧式ロータリアクチュエータには、外周面から外側に張り出すように突出して、一対の配管ポート２０ｃが設けられている（図４参照）。各々の配管ポート２０ｃは、空気圧式ロータリアクチュエータ２０のボディ４０の内部に空気を供給するためのＡポート及びＢポートと連続している。各々の配管ポート２０ｃに、スキンプレート１２の内側面に沿わせて延設させた空気供給配管２４（図５（ａ）参照）を接続することで、空気の供給口となるＡポート及びＢポートを切り替えながら、ボディ４０の内部に空気を圧送供給できるようになっている。

さらに、本実施形態では、図８に示すように、基台部１６における接触手部１９が納められる部分である、コの字断面形状の基台部１６の一対の軸受壁部１６ｂ，１６ｂの間の間隔部分１６ｃには、底盤部１６ａの上面に開口させて、当該底盤部１６ａの上面に空気を噴出させる空気噴出孔２５が、空気噴出機構として、空気供給スリーブ２６（図４参照）と連通した状態で設けられている。この空気噴出孔２５から、空気供給スリーブ２６から送り込まれる空気を好ましくは常時噴出させ続けることにより、接触手部１９が納められる部分に土砂や裏込め材が堆積したり、異物が侵入したりするのを回避できるようになっている。これによって、接触手部１９をスキンプレート１２の中心軸側とは反対側に向けて回動させた際に、接触手部１９の腕本体部１９ａの基端部分が間隔部分１６ｃに収容され難くなって、接触手部１９を基台部１６の高さの範囲に納めることができなくなるのを、効果的に回避することが可能になる。

上述の構成を備えるテールクリアランス計測装置１０は、本実施形態では、スキンプレート１２における、組み立てられたセグメント１３によるトンネル覆工体１４が配置される後部において、例えば周方向に９０度の等角度間隔で上下左右の４箇所に設けられた装着凹部２３に、各々固定した状態で取り付けて用いられる（図１〜図３参照）。

すなわち、本実施形態では、図２及び図３に示すように、スキンプレート１２の後部には、テールクリアランス計測装置１０の全体を収容可能な大きさの装着凹部２３が、例えばスキンプレート１２に形成された貫通開口の外周面側の部分を、鋼製プレート２３ａを溶着することで閉塞することによって、上下左右の４箇所に形成されている。これらの装着凹部２３に、テールクリアランス計測装置１０が、接触手部１９をスキンプレート１２の軸方向後方側に延設させた状態で、且つカバー体２１や回転付勢手段２０が一体として取り付けられた基台部１６をスキンプレート１２の内周面から突出させない状態で、固定されることになる。テールクリアランス計測装置１０は、例えば装着凹部２３の底面となる鋼製プレート２３ａの所定の位置に形成された雌ネジ締着孔に向けて、基台部１６の一対の軸受壁部１６ｂ，１６ｂの各々に貫通形成されたボルト締着固定孔１６ｆにボルト部材（図示せず）を挿通して締着することにより、装着凹部２３に着脱交換可能に容易に固定できるようになっている。

また、本実施形態では、スキンプレート１２の内側面には、４箇所の装着凹部２３からスキンプレート１２の軸方向前方側に各々延設して、センサーケーブル２２や空気供給配管２４等を配設するための凹溝２７が切欠き形成されている。この凹溝２７に、センサーケーブル２２が敷設されることで、装着凹部２３に設置されたテールクリアランス計測装置１０の回転角センサ１８と、シールド掘削機１１の内部に設けられた例えば機内シーケンサ盤とが、接続されるようになっている。またこの凹溝２７に、空気供給配管２４等が敷設されることで、例えばコンプレッサから送られる圧縮空気を、空気圧式ロータリアクチュエータによる回転付勢手段２０に供給したり、空気供給スリーブ２６を介して空気噴出孔２５から噴出させたりできるようになっている。

上述のようにして装着凹部２３に固定されたテールクリアランス計測装置１０は、スキンプレート１２の後部内側でセグメント１３によるトンネル覆工体１４が組み立てられた後は、図２及び図３に示すように、接触手部１９の回転ローラ接触部１９ｃが、空気圧式ロータリアクチュエータによる回転付勢手段２０の付勢力によって、スキンプレート１２の後方側から、トンネル覆工体１４の外周面に常時接触した状態を保持することになるので、テールクリアランスのクリアランス量の変化による、接触手部１９が接合された回転軸部１７の回転角の変化を、回転角センサ１８によって容易に検出することが可能になる。また、装着凹部２３に固定されたテールクリアランス計測装置１０は、テールクリアランス１５のクリアランス量を連続して計測して、その変化を容易に把握できるようにすると共に、トンネル覆工体１４とスキンプレート１２との間に長期間に亘って配置することが可能な相当の耐久性を備えており、且つ交換作業も容易に行うことが可能になる。

そして、上述の構成を備える本実施形態のテールクリアランス計測装置１０及びスキンプレート１２によれば、計測装置１０が取り付けられた部分が、組み立てられているトンネル覆工体１４の先端を超えるまで、スキンプレート１２がトンネル覆工体１４に対して前進しても、接触手部１９がトンネル覆工体１４の外周面よりもスキンプレート１２の中心軸側に飛び出さないようにして、次のトンネル覆工体１４を組み立てる際の邪魔にならないようにすることが可能になると共に、組み立てられたトンネル覆工体１４とスキンプレート１２の後端部分とを重なり合わせる長さが長くなるのを効果的に抑制することが可能になる。

すなわち、本実施形態によれば、テールクリアランス計測装置１０は、スキンプレート１２の肉厚よりも小さな高さを有する基台部１６と、基台部１６に回転可能に支持された状態で設けられた回転軸部１７と、回転軸部１７の回転角を検出する回転角センサ１８と、回転軸部１７に一体として接合されてスキンプレート１２の後方側に延設する接触手部１９と、接触手部１９がスキンプレート１２の中心軸側に向けて回動するように回転軸部１７に回転付勢力を付与する回転付勢手段２０とを含んで構成され、回転付勢手段２０は、回転付勢力を開放して、回転軸部１７を反対方向に回転させることが可能な反転機構２０ａを備えており、接触手部１９がスキンプレート１２の中心軸とは反対側に向けて回動するように回転軸部１７を回転させて、接触手部１９を基台部１６の高さの範囲に納めることができるようになっている。

したがって、本実施形態では、スキンプレート１２の後部内側でセグメント１３によるトンネル覆工体１４が組み立てられた後に、図７（ａ）に示すように、接触手部１９の回転ローラ接触部１９ｃが、回転付勢手段２０の付勢力によって、スキンプレート１２の後方側から、トンネル覆工体１４の外周面に常時接触した状態を保持することになるので、テールクリアランス１５のクリアランス量の変化による、接触手部１９が接合された回転軸部１７の回転角の変化を、容易に検出することが可能になり、これによってテールクリアランスのクリアランス量の変化を連続して容易に計測することが可能になる。

また、シールドジャッキ３５を伸長して、スキンプレート１２をトンネル覆工体１４に対して前進させて行く際に、図７（ｂ）に示すように、例えばシールドジャッキ３５が伸び切る直前で、反転機構２０ａが、空気の供給口をＡポートからＢポートに、好ましくは自動的に切り換えるように、回転付勢手段２０を、シールドジャッキ３５の伸長の状況と連動させて制御する（図６（ａ）、（ｂ）参照）。これによって、計測装置１０が取り付けられた部分が、組み立てられているトンネル覆工体１４の先端を超える前に、回転付勢手段２０は、回転付勢力を開放すると共に、接触手部１９がスキンプレート１２の中心軸とは反対側に向けて回動するように回転軸部１７を回転させて、接触手部１９を基台部１６の高さの範囲に納めることが可能になる。

またこれによって、図７（ｃ）に示すように、シールドジャッキ３５が伸び切って、計測装置１０が取り付けられた部分が、組み立てられているトンネル覆工体１４の先端を超えるまで、スキンプレート１２がトンネル覆工体１４に対して前進しても、接触手部１９がトンネル覆工体１４の外周面よりもスキンプレート１２の中心軸側に飛び出さないようにして、次のトンネル覆工体１４をセグメント１３によって組み立てる際の邪魔にならないようにすることが可能になると共に、組み立てられたトンネル覆工体１４とスキンプレート１２の後端部分とを重なり合わせる長さが長くなるのを、効果的に抑制することが可能になる。

さらに、次のトンネル覆工体１４をセグメント１３によって組み立てる際の作業中は、回転軸部１７の回転角の検出を中断し、次のトンネル覆工体１４を組み立て終わったら、例えば制御装置の計測準備完了ボタンを押すことで、空気の供給口をＡポートに切り換えて、図７（ｄ）に示すように、接触手部１９の回転ローラ接触部１９ｃを、スキンプレート１２の後方側からトンネル覆工体１４の外周面に接触させて、回転軸部１７の回転角の検出を再開すると共に、シールドジャッキ３５を伸長して、シールトド掘進機１１による掘進作業を再開することが可能になる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、回転付勢手段は、空気圧式ロータリアクチュエータ等のロータリアクチュエータである必要は必ずしも無く、回転付勢力を開放して回転軸部を反対方向に回転させる反転機構を備える、その他の公知の種々の回転付勢手段を用いることもできる。また、接触手部は、腕本体部の先端に回転ローラ接触部を備えるアーム形状を有している必要は必ずしも無く、その他の種々の接触手部を用いることもできる。さらに、基台部における接触手部が納められる部分に、空気を噴出させる空気噴出機構を設ける必要は必ずしも無い。例えば、基台部における接触手部が納められる部分と、接触手部との間に膜部材を設置して、土砂や裏込め材が堆積したり、異物が侵入したりしないようにすることもできる。

１０ テールクリアランス計測装置
１１ シールトド掘進機
１２ スキンプレート
１３ セグメント
１４ トンネル覆工体
１５ テールクリアランス
１６ 基台部
１６ａ 底盤部
１６ｂ 軸受壁部
１６ｃ 間隔部分
１６ｄ ベアリング機構
１６ｅ 挿通穴
１６ｆ ボルト締着孔
１７ 回転軸部
１７ａ 中央部拡径部
１７ｂ 端部縮径部
１７ｃ 周面接合孔
１７ｆ 端面接合孔
１８ 回転角センサ
１８ａ センサ軸
１９ 接触手部
１９ａ 腕本体部
１９ｂ 接合ピン
１９ｃ 回転ローラ接触部
２０ 回転付勢手段（空気圧式ロータリアクチュエータ）
２０ａ 反転機構
２０ｂ 接合ピン
２０ｃ 配管ポート
２１ カバー体
２１ａ 防水コネクター
２２ センサーケーブル
２３ 装着凹部
２４ 空気供給配管
２５ 空気噴出孔（空気噴出機構）
２６ 空気供給スリーブ（空気噴出機構）
２７ 凹溝
３５ シールドジャッキ
４０ ボディ
４１ ベーン
４２ シャフト
４３ ストッパ

Claims (7)

1. シールド掘進機のスキンプレートと、該スキンプレートの後部で組み立てられたセグメントによるトンネル覆工体の外周面との間に保持される、テールクリアランスのクリアランス量を計測するテールクリアランス計測装置であって、
   基台部と、該基台部に回転可能に支持された状態で設けられた回転軸部と、該回転軸部の回転角を検出する回転角センサと、前記回転軸部に一体として接合されて前記スキンプレートの後方側に延設する接触手部と、該接触手部が前記スキンプレートの中心軸側に向けて回動するように前記回転軸部に回転付勢力を付与する回転付勢手段とを含んで構成されており、
   前記回転付勢手段は、回転付勢力を開放して、前記回転軸部を反対方向に回転させる反転機構を備えており、前記接触手部が前記スキンプレートの中心軸とは反対側に向けて回動するように前記回転軸部を回転させて、前記接触手部を前記基台部の高さの範囲に納めることを可能にするテールクリアランス計測装置。
2. 前記回転付勢手段は、ロータリアクチュエータである請求項１記載のテールクリアランス計測装置。
3. 前記回転付勢手段は、空気圧式ロータリアクチュエータである請求項２記載のテールクリアランス計測装置。
4. 前記接触手部が、腕本体部の先端に回転ローラ接触部を備えるアーム形状を有している請求項１〜３のいずれか１項記載のテールクリアランス計測装置。
5. 前記基台部における前記接触手部が納められる部分に空気を噴出させる、空気噴出機構が設けられている請求項１〜４のいずれか１項記載のテールクリアランス計測装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項記載のテールクリアランス計測装置が取り付けられたスキンプレートであって、
   組み立てられたセグメントによるトンネル覆工体が配置される後端部分には、内周面に装着凹部が形成されており、該装着凹部に、前記テールクリアランス計測装置が、前記接触手部を前記スキンプレートの軸方向後方側に延設させると共に、前記基台部を前記スキンプレートの内周面から突出させない状態で、固定されているスキンプレート。
7. 前記装着凹部が、後部の周方向に間隔をおいて少なくとも３箇所に設けられており、各々の前記装着凹部に、前記テールクリアランス計測装置が固定されている請求項６に記載のスキンプレート。

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