JP2020012319A - セグメントピース把持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 セグメントピース側の把持穴のサイズダウンを図る。【解決手段】 セグメントピース把持装置１０は、移動体８に伸縮用ジャッキ１５を介して支持され、該ジャッキ１５によりトンネル径方向に伸縮移動可能な心棒１４と、移動体８に支持されて心棒１４回りに配置され、心棒１４の移動により心棒１４（膨出部１４ａ）と係合して拡径可能な拡径部材１６（スリーブ片１６ｃ）と、を含んで構成される。拡径部材１６は、非拡径状態でセグメントピース１０１側の把持穴１０３に挿入でき、拡径状態で把持穴１０３に係合する。【選択図】 図３

Description

本発明は、道路トンネルや地下河川トンネルなどのシールドトンネルの構築中にシールドトンネル内でトンネル覆工用のセグメントピースを把持して移動させる装置（例えば、セグメントリング組立用のエレクタ、又はエレクタ近傍へのセグメントピース供給用の搬送装置）の移動体に装備され、セグメントピース側に設けられた把持穴を介してセグメントピースを把持するセグメントピース把持装置に関する。

従来のセグメントピース把持装置としては、特許文献１に記載されているような、ツイストロック式の把持装置がよく知られている。

ツイストロック式の把持装置では、セグメントピース側に壺形状の把持穴が設けられ、把持穴の入口側は長孔状に狭められている。
把持装置側には、逆Ｔ字状で、自軸回りに９０°回転可能な金物が設けられる。従って、把持装置側の金物をセグメントピース側の把持穴に角度を合わせて挿入した後、９０°回転させることで、セグメントピースを吊上げ可能に把持することができる。

特開平０９−１４４４９４号公報

しかしながら、ツイストロック式の把持装置は、把持装置側の金物をセグメントピース側の把持穴に挿入してから、９０°回転させてロックする方式であるため、セグメントピース側の把持穴の径が大きくなり、把持穴を形成するためにセグメントピースに埋込む金物のサイズも大となる。

従って、セグメントピース側の金物のサイズが大きいことで、金物コストが大となる。
また、セグメントリングの完成後、セグメントリングの内周側に把持穴が露出し、トンネルの仕様によっては把持穴の穴埋めが求められる。この場合に、穴サイズが大きいことで、穴埋めに手間がかかる。

本発明は、このような実状に鑑み、ワンパス方式として、セグメントピース側の把持穴のサイズダウンを図ることができるセグメントピース把持装置を提供することを課題とする。

本発明に係るセグメントピース把持装置は、
移動体に伸縮用ジャッキを介して支持され、該ジャッキによりトンネル径方向に伸縮移動可能な心棒と、
前記移動体に支持されて前記心棒回りに配置され、前記心棒の移動により前記心棒と係合して拡径可能な拡径部材と、
を含んで構成され、
前記拡径部材は、非拡径状態でセグメントピース側の把持穴に挿入でき、拡径状態で前記把持穴に係合することを特徴とする。

本発明によれば、前記拡径部材を非拡径状態（縮径状態）でセグメントピース側の把持穴に挿入し、前記拡径部材に対し前記心棒を相対移動させることで、前記拡径部材を拡径して前記把持穴に係合させることができ、ワンパス方式で把持することができる。
従って、セグメントピース側の把持穴（及び把持穴を形成する金物）のサイズダウンを図り、金物コスト及び穴埋手間の抑制を図ることができるという効果を奏する。

セグメントリング組立用のエレクタの説明図 本発明の一実施形態として示すセグメントピース把持装置の正面図 同上のセグメントピース把持装置の異なる作動状態での正面図 把持位置決め工程の説明図 挿入工程の説明図 拡径・把持工程の説明図 心棒ロック工程の説明図 吊上げ工程の説明図 心棒及び拡径部材の他の実施形態の説明図

以下、本発明の実施の形態について、詳細に説明する。
図１はシールドトンネルでのセグメントリング組立用のエレクタの説明図であり、シールドマシン１を後方（坑口側）から見ている。

シールドマシン１は、その前端面のカッターヘッドにより、地山を掘進しつつ、シールドマシン１内（円筒状のシールドフレーム２内）の後方部で、エレクタ（組立装置）３により、セグメントピース１０１を１つずつ所定位置に設置することで、複数のセグメントピース１０１をトンネル周方向に組み合わせて、円筒状のセグメントリング１００を組み立てる。

前記セグメントピース１０１及びこれにより組み立てられるセグメントリング１００は、トンネル軸方向に所定の単位長さを有し、複数のセグメントリング１００がトンネル軸方向に連結されることで、トンネル覆工体が構築される。
従って、セグメントピース１０１は、「トンネル軸方向に所定の単位長さを有する円筒状のトンネル構造体を周方向に複数に分割してなる湾曲形状の分割体」をなす。

次に本実施形態のエレクタ３について説明する。尚、以下のエレクタ３の説明で「上下」、「左右」というときは、図１の状態を基準としている。

エレクタ３は、旋回輪４を有し、この旋回輪４は、シールドマシン１内に旋回可能に支持されていて、図示しない旋回モータにより駆動されることでシールドマシン１の中心軸回りに回転することができる。そして、旋回輪４には円筒状の旋回ドラム５が中心軸を合わせて固定されている。従って、旋回ドラム５は旋回輪４と一体に回転する（図示θ方向）。

旋回ドラム５の外周側の側部には、旋回ドラム５を挟むように、左右一対のアーム６が取付けられている。これらのアーム６は、図示しない前後方向ジャッキにより、旋回ドラム５の側部に沿ってトンネル軸方向（旋回ドラム５の軸線方向；図示Ｚ軸方向）に、少なくともセグメントリング１００の単位長さ分（１リング分）、移動可能となっている。

アーム６は、テーブル７を支持している。このテーブル７は、図示しない上下方向ジャッキにより、アーム６に対し、トンネル径方向（図示Ｙ軸方向）に移動可能となっている。

テーブル７は、スライダ８を支持している。このスライダ８は、図示しない左右方向ジャッキにより、テーブル７に対し、トンネル幅方向（図示Ｘ軸方向）に移動可能となっている。

従って、スライダ８は、旋回ドラム５と共にトンネル周方向（θ方向）に、アーム６と共にトンネル軸方向（Ｚ軸方向）に、テーブル７と共にトンネル径方向（Ｙ軸方向）に、及び、テーブル７との相対移動によりトンネル幅方向（Ｘ軸方向）に、移動可能である。

従って、本実施形態のエレクタ３では、スライダ８がエレクタ３の移動体に相当し、このスライダ８に、セグメントピース１０１側に設けられた把持穴１０３を介してセグメントピース１０１を把持するセグメントピース把持装置１０が装備される。

一方、エレクタ３が把持するセグメントピース１０１は、構築済みのセグメントリング１００内の底部若しくは底部上方に設定された置き場５０に、把持穴１０３が開口するトンネル内周側の面を上向きにして、置かれている。

従って、本実施形態のエレクタ３は、スライダ８を前記θ方向、及び、Ｚ、Ｙ、Ｘ軸方向に適宜移動させ、図１のようにセグメントピース把持装置１０を下向きにして、置き場５０上のセグメントピース１０１に対峙させる。そして、セグメントピース把持装置１０により置き場５０上のセグメントピース１０１を把持して吊上げた後、セグメントピース１０１を前記θ方向、及び、Ｚ、Ｙ、Ｘ軸方向に適宜移動させ、構築するセグメントリング１００の所定位置にセットする。

次に本実施形態でのセグメントピース１０１側の把持穴１０３について図２により説明する。
セグメントピース１０１は鉄筋コンクリート製で、トンネル内周側の面（凹面）の中央に、壺状の金物（鋳造品）１０２が埋設されており、この壺状の金物１０２によって把持穴１０３が形成される。把持穴１０３は、セグメントピース１０１のトンネル内周側の面に開口し、奥側でテーパ状に拡径するテーパ穴である。

次に本実施形態でのセグメントピース把持装置１０について図２及び図３により説明する。尚、図２は、セグメントピース把持装置１０を、これが所定の置き場上に置かれたセグメントピース１０１を上側から把持に行く際の姿勢で、描いており、図２の説明で「上」、「下」又は「水平」というときは、この姿勢を基準としている。

セグメントピース把持装置１０は、エレクタ３の移動体であるスライダ８の下面にサポート部材１１を介して水平に取付けられるベースプレート１２を備える。ベースプレート１２にはその中央に貫通孔１３が設けられている。

セグメントピース把持装置１０は、また、ベースプレート１２の貫通孔１３を貫通して上下方向に配置される心棒１４を備える。心棒１４の基端部（上端部）は、エレクタ３の移動体であるスライダ８に取付けられた心棒伸縮用ジャッキ１５の可動部先端に連結されている。

心棒１４は、先端部（下端部）の外周に下方に向かって拡径するポペット形（円形の傘型又はキノコ型）の膨出部１４ａを有している。心棒１４はまた、基端部（上端部）の外周に上方に向かって拡径するロック用のテーパ部１４ｂを有している。

心棒１４の回りには、心棒１４の引き上げ方向の移動により心棒１４の先端側の膨出部１４ａと係合して拡径する拡径部材１６が配置される。

拡径部材１６は、心棒１４回りの円周方向に複数に分割（例えば４５°ピッチで８分割）されたスリーブ片１６ｃを含んで構成される。
各スリーブ片１６ｃは、基端側（上端側）を支点として、先端側（下端側）が心棒１４から離れる方向に揺動可能に支持されている。

より具体的には、各スリーブ片１６ｃは蝶番（蝶番片）により構成されている。
すなわち、一対の蝶番片１６ａ、１６ｃと、これらを折れ曲がり可能に連結する支軸ピン１６ｂとがあり、一方の蝶番片１６ａを上側にして、これを心棒１４の案内部を兼ねるサポート部材１７を介してベースプレート１２に固定してある。これにより、他方の蝶番片（スリーブ片）１６ｃがその上端側の支軸ピン１６ｂ回りに揺動可能に支持される。

ここにおいて、心棒１４が心棒伸縮用ジャッキ１５により伸長位置（最下方位置）にあるときには（図２の状態）、心棒１４の先端側の膨出部１４ａがスリーブ片１６ｃより下方にあって、心棒１４のステム部（中間の軸部）がスリーブ片１６ｃに相対している。このとき、拡径部材１６（スリーブ片１６ｃ）は自重あるいは後述する付勢手段により縮径している。

これに対し、心棒１４が心棒伸縮用ジャッキ１５により短縮位置（最上方位置）にあるときには（図３の状態）、心棒１４の先端側の膨出部１４ａがスリーブ片１６ｃに係合して、スリーブ片１６ｃをその上側の支軸ピン１６ｂ回りに心棒１４から離れる方向に揺動させて、拡径部材１６（スリーブ片１６ｃ）を拡径することができる。

心棒１４の膨出部１４ａによる拡径部材１６（スリーブ片１６ｃ）の拡径後、膨出部１４ａが移動してスリーブ片１６ｃから離れた場合、スリーブ片１６ｃは自重により縮径することができる。このとき、スリーブ片１６ｃが自重により縮径するのを補助するように、あるいは自重が縮径方向に作用しない姿勢の場合でも縮径するように、複数のスリーブ片１６ｃの先端側が心棒１４に近づく方向に複数のスリーブ片１６ｃを付勢する付勢手段を設けるとよい。
この付勢手段として、本実施形態では、複数のスリーブ片１６ｃの外周に嵌合させたゴム等の弾性リング１８を設けている。この他、蝶番の支軸ピン１６ｂの部分に捻りコイルバネを設けるなどしてもよい。

ベースプレート１２の上面には、心棒１４を左右から挟むように、一対のロック用ジャッキ１９が配置される。ロック用ジャッキ１９は、心棒１４が上方へ移動して拡径部材１６（スリーブ片１６ｃ）を拡径させたときに、心棒１４に対しその軸線と交差するようにロック部材２０を係合させる。すなわち、心棒１４のテーパ部１４ｂにロック部材２０を係合させることで、心棒１４をロックすることができる。ロック用ジャッキ１９とロック部材２０とでロック機構が構成される。

ベースプレート１２の下面には、心棒１４（及び拡径部材１６）の左右に位置させて、一対の押付けパッド２２が配置される。これらの押付けパッド２２は、セグメントピース１０１のトンネル内周側の面に相対する。

次に図４〜図８を参照して本実施形態のセグメントピース把持装置１０の把持動作について説明する。尚、図４〜図８には、セグメントピース把持装置１０の平面図（Ａ−Ａ矢視図）及び底面図（Ｂ−Ｂ矢視図）を併記している。

先ず図４に示すように、セグメントピース把持装置１０を下向きにして、置き場５０上のセグメントピース１０１の把持穴１０３の上方に位置させる（把持位置決め工程）。
このとき、心棒伸縮用ジャッキ１５により心棒１４は最下方位置にあり、拡径部材１６（スリーブ片１６ｃ）は縮径状態にある。
また、ロック用ジャッキ１９はロック部材２０を心棒１４から離間させている。

次に図５に示すように、セグメントピース把持装置１０全体を下方に移動させて、心棒１４及び拡径部材１６（スリーブ片１６ｃ）を縮径状態のままセグメントピース１０１側の把持穴１０３に挿入する（挿入工程）。
このとき、押付けパッド２２はセグメントピース１０１のトンネル内周側の面に押付けられる。

次に図６に示すように、心棒伸縮用ジャッキ１５により心棒１４を引き上げ、心棒１４の先端側の膨出部１４ａを拡径部材１６（スリーブ片１６ｃ）に係合させて、拡径部材１６（スリーブ片１６ｃ）を把持穴１０３内で拡径させる。これにより、拡径部材１６（スリーブ片１６ｃ）が把持穴１０３に係合し、把持状態となる（拡径・把持工程）。

次に図７に示すように、一対のロック用ジャッキ１９を伸長作動させて、一対のロック部材２０を心棒１４のテーパ部１４ｂに係合させ、心棒１４をロックする（心棒ロック工程）。

次に図８に示すように、セグメントピース把持装置１０全体を上方に移動させる。これにより、心棒１４及び拡径部材１６により、セグメントピース１０１が置き場５０から吊上げられる（吊上げ工程）。

以降は、エレクタ３の移動機構により、セグメントピース把持装置１０によりセグメントピース１０１を把持して吊上げた状態で、構築するセグメントリング１００の所定の設置位置へ移動させる。このときの設置位置に応じ、セグメントピース把持装置１０は、上向き、横向き、下向きなどに姿勢が変化する。

そして、セグメントピース１０１を所定の設置位置へ移動させ、位置合わせしてセットした後、セグメントピース把持装置１０による把持を解除する。すなわち、ロック用ジャッキ１９を戻して心棒１４のロックを解除し、次いで心棒伸縮用ジャッキ１５を戻し、心棒１４を移動させて、拡径部材１６（スリーブ片１６ｃ）を縮径可能とする（言い換えれば拡径方向の力を解除する）。これにより、セグメントピース１０１の把持穴１０３から心棒１４及び拡径部材１６を引き抜いて、セグメントピース把持装置１０をセグメントピース１０１から切り離すことが可能となる。

次のセグメントピース１０１を把持する際は、そのセグメントピース１０１は把持穴１０３を上にして置かれているので、セグメントピース把持装置１０は下向きとなる。従って、拡径部材１６（スリーブ片１６ｃ）は自重により縮径状態となる。このとき、弾性リング１８等の付勢手段があれば、スリーブ片１６ｃが自重により縮径するのを補助することができ、また自重が縮径方向に作用しない姿勢の場合でも強制的に縮径させることができる。

本実施形態によれば、エレクタ３の移動体（スライダ８）に伸縮用ジャッキ１５を介して支持され、該ジャッキ１５によりトンネル径方向に伸縮移動可能な心棒１４と、前記移動体に支持されて心棒１４回りに配置され、心棒１４の移動により心棒１４と係合して拡径可能な拡径部材１６と、を備え、拡径部材１６は、非拡径状態でセグメントピース１０１の把持穴１０３に挿入でき、拡径状態で把持穴１０３に係合する。従って、非拡径状態（縮径状態）で挿入した後の心棒１４の移動操作により、ワンパス方式で把持することができる。

また、ワンパス方式で、かつ拡径により全周で係合する方式であるので、セグメントピース１０１側の把持穴１０３（及び把持穴を形成する金物１０２）の大幅なサイズダウンを図ることができる。よって、金物コスト及び穴埋手間の抑制を図ることができる。また、セグメントピース１０１において把持穴１０３（及び把持穴を形成する金物１０２）の占める部分を小さくできるので、セグメントピース１０１の設計上も効率的な設計が可能となる。尚、穴埋処理のため、把持穴形成用の壺状の金物１０２の入口部に予めメネジを形成しておき、オネジ付きのプラグ（キャップ）で蓋をする方式とすることもできる。

また、本実施形態によれば、セグメントピース１０１側の把持穴１０３は、セグメントピース１０１のトンネル内周側の面に開口し奥側で拡径するテーパ穴である。これにより、把持装置１０側の挿入・拡径動作により、確実な把持が可能となる。

また、本実施形態によれば、拡径部材１６は、心棒１４回りに複数に分割されたスリーブ片１６ｃを含んで構成され、各スリーブ片１６ｃは、基端側を支点として、先端側が心棒１４から離れる方向に揺動可能に支持されている。このような機構、特に蝶番方式とすることで、塑性変形することなく、繰り返し使用できる。

また、本実施形態によれば、複数のスリーブ片１６ｃの先端側が心棒１４に近づく方向に複数のスリーブ片１６ｃを付勢する付勢手段（複数のスリーブ片１６ｃの外周に嵌合させた弾性リング１８など）を備える。これにより、拡径方向の力を解除したときに、縮径状態に素早く戻り、操作性を向上させることができる。

また、本実施形態によれば、心棒１４は、その先端側に膨出部１４ａを有し、心棒１４の引き上げ動作により拡径部材１６を拡径する。これにより、拡径部材１６側は単純な形状とすることができる。

また、本実施形態によれば、心棒１４が移動して拡径部材１６を拡径させたときに、心棒１４に対しその軸線と交差する方向にロック部材２０を係合させるロック用ジャッキ１９を備える。このようなロック機構を備えることで、確実かつ安全な把持機構とすることができる。

上記実施形態では、図９（Ａ）に示すように、心棒１４は、その先端側に膨出部１４ａを有し、心棒１４の引き上げ動作により拡径部材１６（スリーブ片１６ｃ）を拡径する構成としている。
これに対し、図９（Ｂ）に示すように、拡径部材１６（スリーブ片１６ｃ）の内面側に膨出部１６ｄを設け、心棒１４の押し下げ動作により拡径部材１６（スリーブ片１６ｃ）を拡径する構成とすることもできる。

また、上記実施形態では、セグメントピース把持装置１０を図１に示したエレクタ３の移動体（スライダ８）に装備させたが、セグメントピース把持装置１０を装備させるエレクタは、図１に示した形式のものに限定されるものでなく、シールドトンネル内でトンネル覆工用のセグメントピースを把持してセグメントリングの所定の組立位置に移動させるものであれば、移動体及び移動機構の形式を問うものではない。

また、上記実施形態では、本発明に係るセグメントピース把持装置をセグメントリング組立用のエレクタ３の移動体に装備させたが、これに加え、あるいは、これに代えて、エレクタ近傍へのセグメントピース供給用の搬送装置の移動体に装備させることも可能である。

尚、図示の実施形態はあくまで本発明を例示するものであり、本発明は、説明した実施形態により直接的に示されるものに加え、特許請求の範囲内で当業者によりなされる各種の改良・変更を包含するものであることは言うまでもない。

１ シールドマシン
２ シールドフレーム
３ エレクタ
４ 旋回輪
５ 旋回ドラム
６ アーム
７ テーブル
８ スライダ（エレクタの移動体）
１０ セグメントピース把持装置
１１ サポート部材
１２ ベースプレート
１３ 貫通孔
１４ 心棒
１４ａ 膨出部
１４ｂ テーパ部
１５ 心棒伸縮用ジャッキ
１６ 拡径部材
１６ａ 固定側の蝶番片
１６ｂ 支軸ピン
１６ｃ スリーブ片（可動側の蝶番片）
１６ｄ 膨出部
１７ サポート部材
１８ 弾性リング
１９ ロック用ジャッキ
２０ ロック部材
２２ 押付けパッド
５０ セグメントピースの置き場
１００ セグメントリング
１０１ セグメントピース
１０２ 把持穴形成用の金物
１０３ 把持穴

Claims (7)

1. シールドトンネル内でトンネル覆工用のセグメントピースを把持して移動させる装置の移動体に装備され、セグメントピース側に設けられた把持穴を介してセグメントピースを把持するセグメントピース把持装置であって、
   前記移動体に伸縮用ジャッキを介して支持され、該ジャッキによりトンネル径方向に伸縮移動可能な心棒と、
   前記移動体に支持されて前記心棒回りに配置され、前記心棒の移動により前記心棒と係合して拡径可能な拡径部材と、
   を含んで構成され、
   前記拡径部材は、非拡径状態で前記把持穴に挿入でき、拡径状態で前記把持穴に係合することを特徴とする、セグメントピース把持装置。
2. 前記セグメントピース側の把持穴は、セグメントピースのトンネル内周側の面に開口し奥側で拡径するテーパ穴であることを特徴とする、請求項１記載のセグメントピース把持装置。
3. 前記拡径部材は、前記心棒回りに複数に分割されたスリーブ片を含んで構成され、
   各スリーブ片は、基端側を支点として、先端側が前記心棒から離れる方向に揺動可能に支持されていることを特徴とする、請求項１又は請求項２記載のセグメントピース把持装置。
4. 前記複数のスリーブ片の先端側が前記心棒に近づく方向に前記複数のスリーブ片を付勢する付勢手段を更に含んで構成されることを特徴とする、請求項３記載のセグメントピース把持装置。
5. 前記心棒は、その先端側に膨出部を有し、前記心棒の引き上げ動作により前記拡径部材を拡径することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のセグメントピース把持装置。
6. 前記拡径部材は、その内面側に膨出部を有し、前記心棒の押し下げ動作により前記拡径部材を拡径することを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のセグメントピース把持装置。
7. 前記心棒が移動して前記拡径部材を拡径させたときに、前記心棒に対しその軸線と交差する方向にロック部材を係合させるロック機構を更に含んで構成されることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のセグメントピース把持装置。