JP2023032027A

JP2023032027A - 鋼製セグメントの製造方法

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Publication number: JP2023032027A
Application number: JP2021137880A
Authority: JP
Inventors: 淳一森川; Junichi Morikawa
Original assignee: Kawaju Facilitech Co Ltd
Current assignee: Kawaju Facilitech Co Ltd
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2023-03-09
Anticipated expiration: 2041-08-26
Also published as: JP6997353B1

Abstract

【課題】鋼製セグメントの製造時に、クレーンや仮組立台を使用せず、簡単でコンパクトな筐体の回転設備を使用することで、セグメント製造の作業効率を高めることができ、かつ設備コストの低減も図れる鋼製セグメントの製造方法を提供する。【解決手段】筐体１１の各継手板１４に、直接、一対の回転ジグ１９をそれぞれ着脱可能に連結し、これらの回転ジグ１９を中心にして筐体１１を回転させながら、溶接や塗装等のセグメント製造作業を行うため、鋼製セグメント製造時、クレーンや仮組立台を使用せず、簡単でコンパクトな筐体１１の回転設備１２を用いることで、セグメント製造の作業効率を高め、設備コストの低減も図る。【選択図】図１

Description

本発明は、トンネルを掘削するシールド工法で用いられる鋼製セグメントの製造方法に関する。

トンネルを掘削するシールド工法では、掘削したトンネルの壁面を、分割された複数のセグメントを組み上げて構築している。セグメントの一種として、鋼材を製缶加工して製造された鋼製セグメントが知られている。
鋼製セグメントは、各々鋼板からなる一対の主桁と、一対の継手板（端板）と、１枚のスキンプレートとを溶接した、一面が開口する筐体を本体としている。筐体には、複数の面に、所定の別部品を溶接したり、塗装などが施される。

ところで、従前の鋼製セグメントの製造時には、セグメントの構成体が重量物であるため、工場内に吊下クレーンが必要であった。そこで、この吊下クレーンを不要とする従来技術として、例えば、特許文献１の「鋼製セグメント仮組・仮付け溶接装置」に開示されたものなどが知られている。

特許文献１は、鋼製セグメントを仮組・仮付け溶接するための装置で、鋼製セグメントの枠を構成する一対の主桁と一対の継手板とを、多数のクランプ用油圧シリンダにより各仮止めする仮組立台と、この仮組立台を水平な旋回軸を中心にして垂直旋回させる旋回モータとを備えている。
鋼製セグメントの仮組・仮付け溶接時には、まず、一対の主桁と一対の継手板とを、多数のクランプ用油圧シリンダを用いて仮組立台にそれぞれ仮止めする。その後、これらの部材を部分的に溶接して鋼製セグメントの枠の仮付け溶接を行い、次に、仮組立台を所定角度だけ垂直旋回させて、トンネル壁面と対峙するスキンプレートを、この枠に仮付け溶接する。これを経て、鋼製セグメントの筐体が作製される。

特開平８－６０９９４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された鋼製セグメントの製造方法では、このように筐体の作製時に、モータ旋回される大型で、かつ多数のクランプ用油圧シリンダが配設された仮組立台が必要であった。
そのため、筐体の作製時には、各主桁と各継手板とを多数のクランプ用油圧シリンダにクランプする必要があった。その結果、鋼製セグメントの製造が面倒で、装置が大型化し、設備コストは高騰していた。

そこで、発明者は鋭意研究の結果、筐体の各継手板に一対の回転ジグをそれぞれ着脱可能に連結し、クランプ製造時には、各回転ジグを中心にして筐体を回転させながら、例えば、各種の溶接や塗装などのセグメント製造作業を行うようにすれば、上述した課題はすべて解消されることを知見し、本発明を完成させた。

すなわち、本発明は、鋼製セグメントの製造時に、大型化し易いクレーンや仮組立台を使用せず、簡単な構造でコンパクトな筐体の回転設備を使用することで、セグメント製造作業の作業効率を高めることができ、かつ設備コストの低減も図れる鋼製セグメントの製造方法を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、鋼製の一対の主桁と、鋼製の一対の継手板と、鋼製のスキンプレートとを溶接して、鋼製セグメントの本体となる一面が開口した筐体を作製する工程と、該筐体の各継手板の外面に、この筐体を回転させるための一対の円筒状の回転ジグを、互いの軸線を一致させて着脱可能に連結する工程と、一方の前記回転ジグを、平行に離間した一対の回転ローラ間に載置するとともに、他方の前記回転ジグを、平行に離間した別の一対の回転ローラ間に載置することで、前記筐体を横置き状態とする工程と、横置き状態の該筐体に、溶接を含む所定のセグメント製造作業を施す工程と、該セグメント製造作業後、回転駆動部により少なくとも１つの前記回転ローラを回転駆動して前記各回転ジグを回転させることで、前記筐体の開口の向きを変更する工程と、該筐体の開口の向きを変更後、この筐体に別の前記セグメント製造作業を施す工程と、該別のセグメント製造作業後、前記各回転ローラ間から対応する回転ジグをそれぞれ外すとともに、前記筐体の各継手板の外面から、対応する回転ジグをそれぞれ離脱させる工程とを備えたことを特徴とする鋼製セグメントの製造方法である。

鋼製セグメント（筐体）のサイズや形状は、壁面が構築されるトンネルのサイズや形状に応じて適宜変更される。
回転ジグの構造は、回転ジグの基端部に、筐体の継手板に対する連結部が設けられ、回転ジグの先部に、ローラ部が設けられたものであれば任意である。
回転ジグと継手板との連結方法は限定されない。例えば、ボルトナット構造体を利用したものなどを採用することができる。
回転ローラは、対応する回転ジグを回転可能に支持するため、それぞれ対配置される。すなわち、回転ローラは少なくとも４つ使用される。

回転駆動部としては、例えば、電動モータ、油圧モータなどを採用することができる。
回転駆動部により回転駆動される回転ローラ（駆動ローラ）の数は、少なくとも１つあればよい。なお、その他の回転ローラは従動ローラとなる。
筐体に施されるセグメント製造作業（別のセグメント製造作業を含む）の種類は限定されない。例えば、吊手金具、補強板、継手ボックスなどの付属部品の溶接作業、筐体の塗装作業などが挙げられる。

特に、請求項２に記載の発明は、前記各回転ジグは、前記互いの軸線が前記筐体の重心を通るように、対応する継手板の外面に、それぞれ着脱可能に連結されることを特徴とする請求項１に記載の鋼製セグメントの製造方法である。

筐体の重心は、筐体が円弧状に湾曲しているため、単に一対の継手板の外面の中心点を結ぶ直線上には存在しない。よって、筐体の重心は個別に算出されることとなる。

請求項１に記載の発明による鋼製セグメントの製造にあたっては、まず、筐体の各継手板の外面に、一対の円筒状の回転ジグを、互いの軸線を一致させて着脱可能に連結する。
その後、各回転ジグを対応する回転ローラ間に載置して筐体を横置きし、この状態のままで、溶接を含む所定のセグメント製造作業を筐体に行う。

次に、回転駆動部により４つの回転ローラの少なくとも１つを回転駆動し、各回転ジグをそれぞれ所定方向に所定角度だけ回転（回動）させて筐体の開口の向きを変更する。
その後、この状態を維持して、筐体に別のセグメント製造作業を施す。
なお、これらの筐体の開口の向きの変更と、筐体への別のセグメント製造作業とは、通常、この筐体に施される全てのセグメント製造作業が完了するまで繰り返される。

その後は、各回転ローラ間から対応する回転ジグをそれぞれ外して、筐体の各継手板の外面から、対応する回転ジグをそれぞれ離脱させることで、鋼製セグメントが製造される。
このように、鋼製セグメントの製造時において、従来のクレーンや仮組立台を使用せず、構造が簡単でコンパクトな筐体の回転設備を用いるため、セグメント製造の作業効率を高めることができ、かつ設備コストの低減も図ることができる。

特に、請求項２に記載の本発明によれば、各回転ジグを対応する継手板の外面に連結する際に、各回転ジグの軸線が筐体の重心を通るように配したため、筐体の開口の向きの変更時、回転駆動部により回転ローラを回転駆動することでなされる、各回転ジグを中心とした筐体の回転が安定する。

本発明の実施例１に係る鋼製セグメントの製造方法を示すフローシートである。本発明の実施例１に係る鋼製セグメントの製造方法で用いられる鋼製セグメントの製造設備の使用状態の正面図である。この鋼製セグメントの製造設備の使用状態の平面図である。この鋼製セグメントの製造設備の使用状態の側面図である。

以下、本発明の実施例を具体的に説明する。なお、説明の都合上、図２における筐体の前方向をＸ１方向、筐体の後方向をＸ２方向、筐体の左方向をＹ１方向、筐体の右方向をＹ２方向、上方向をＺ１方向、下方向をＺ２方向とする。

この発明の実施例１に係る鋼製セグメントの製造方法を説明するにあたって、まず、図２～図４を参照して、実施例１で製造される鋼製セグメント１０の本体となる筐体１１と、鋼製セグメント１０の製造工程で筐体１１を回転させる鋼製セグメントの製造設備（以下、セグメント製造設備）１２とについて、順に説明する。

鋼製セグメント１０は、シールド工法により掘削したトンネルの壁面を構成する鋼製構造の壁面ブロック部品（内壁パーツ）で、筐体１１はトンネル壁面に合わせて円弧状に湾曲した製缶加工物である。
図２および図３に示すように、この筐体１１は、鋼製のＸ１－Ｘ２側の各側板を構成する、Ｙ１－Ｙ２方向に長尺で円弧状に湾曲した前後一対の主桁１３と、鋼製のＹ１－Ｙ２側の端板を構成し、かつ互いの間隔が下方へ向かうほど徐々に狭まる左右一対の継手板１４と、鋼製のＺ１側の上板を構成し、かつ上向き円弧状に湾曲した１枚のスキンプレート１５と、筐体１１の内部空間にＹ１－Ｙ２方向へ所定ピッチで配されて、各主桁１３を連結する７枚の鋼製の縦リブ１６とをそれぞれ溶接して作製されたもので、そのＺ２側の面は開口している。

なお、各主桁１３には、左右方向へ所定ピッチで、隣接する筐体（図示せず）と連結するための８つのボルト孔１７が配されている（図２）。また、スキンプレート１５の中央部（頂上部）には、筐体１１の内部空間に注入される中詰めコンクリートの注入孔１８が形成されている（図１）。

次に、図２～図４を参照して、セグメント製造設備１２について説明する。
このセグメント製造設備１２は、筐体１１の各継手板１４の外面に、それぞれ着脱可能に連結される左右一対の円筒状の回転ジグ１９と、筐体１１との連結状態で各回転ジグ１９を、水平な各軸線を中心として回転させる左側のジグ回転装置２０および右側のジグ回転装置２１とを有している。

以下、これらの構成体を具体的に説明する。
各回転ジグ１９は、それぞれ角パイプからなるＹ１－Ｙ２方向に延びた左右一対の軸部２２を有している。各軸部２２は、基端側（筐体１１側）の部分を構成する軸基部２３と、先端側の部分を構成する軸先部２４とからそれぞれ構成されている。
このうち、対応する軸基部２３と軸先部２４とは、各軸部２２の４つの側面において、軸基部２３と軸先部２４との間に配された各４枚の連結プレート２５を多数のボルトナットａにより締結することで、着脱可能に連結されている。

各軸基部２３には、対応する回転ジグ１９と筐体１１の継手板１４とを、回転力伝達可能に連結する左右一対の鋼製のピン継手２６がそれぞれ連結されている。各ピン継手２６は、対応する軸基部２３の基端面に溶接された一対のジグ側ブラケット２７と、各ジグ側ブラケット２７の先部に、各１本のピン２８を介して軸支された一対の筐体側ブラケット２９とをそれぞれ有している。
各ジグ側ブラケット２７および各筐体側ブラケット２９は、それぞれベース板に２枚の連結板片が、互いに平行に離間した状態で突設されたものである。このうち、各筐体側ブラケット２９のベース板３０は、複数のボルトナットａ１を介して、筐体１１の対応する継手板１４の中央部にそれぞれ着脱可能に連結される。

また、各軸先部２４には、各連結プレート２５との連結部分を除いた部分に、円筒状の大径なジグローラＲが、互いの軸線ｂを一致させてそれぞれ外嵌されている。
これらの回転ジグ１９は、後述する筐体１１を横置き状態とした際に、互いの軸線ｂが筐体１１の重心ｃを通るように構成されている。これを実現するため、実施例１では、図２において、各ピン継手２６のピン２８を、各回転ジグ１９の軸線ｂから所定長さだけ下方に配している。

もちろん、軸線ｂ上に各ピン継手２６のピン２８を配することも考えられる。しかしながら、そうすれば、各筐体側ブラケット２９のベース板３０が、各継手板１４の中央部から位置ずれしてしまい、互いの接触面積（連結面積）が小さくなり、十分な連結強度が得られなくなるおそれがある。特に、各継手板１４は、互いの間隔が下方へ向かうほど徐々に狭まる傾斜した板である。そのため、回転中の筐体１１の荷重が各筐体１１側のベース板３０の一部分に集中しやすく、その集中部分において、ボルトナットａが緩んだり、ベース板３０や継手板１４が変形するおそれがある。

以下、図２～図４を参照して、左，右側のジグ回転装置２０，２１について説明する。
まず、左側のジグ回転装置２０について説明する。
左側のジグ回転装置２０は、Ｘ１－Ｘ２方向に長く、かつ上面が開口したケーシング３１を本体とする。ケーシング３１の幅方向の中間部には、Ｘ１－Ｘ２方向に長い左右同軸ねじ３２が、一対の軸受３３を介して軸支されている。
この左右同軸ねじ３２のうち、Ｘ１側の左ねじ部３４には、図示しないナットを介して前スライダ３５が装着されている。一方、Ｘ２側の右ねじ部３６には、図示しないナットを介して後スライダ３７が装着されている。
また、ケーシング３１のＹ１－Ｙ２側の各端板の上端部には、Ｘ１－Ｘ２方向に長い一対のガイドレール３８が配設されている。

両スライダ３５，３７の上面には、平行に離間したＹ１－Ｙ２方向に延びる前後一対の左側回転ローラ３９が、それぞれ一対の軸受３３Ａを介して軸支されている。両左側回転ローラ３９の間に、左側の回転ジグ１９のジグローラＲが回転可能に載置される。
また、左右同軸ねじ３２のＸ１側の端部は、ケーシング３１より外方に突出している。この突出部分には、ハンドル４０が設けられている。ハンドル４０により左右同軸ねじ３２を回転させることで、前，後スライダ３５，３７に搭載された両左側回転ローラ３９が、両ガイドレール３８に沿って、互いに近接または離反する。
これらの構成体のうち、左右同軸ねじ３２、前スライダ３５、後スライダ３７およびハンドル４０によって、一対の左側回転ローラ３９を互いに近接または離反させる左側ローラ間隔調整手段４１が構成される。

次に、右側のジグ回転装置２１について説明する。これは、左側のジグ回転装置２０と基本的な構造は同じである。
異なるのは、各左側回転ローラ３９に代えて、これらと同一構造の右側回転ローラ（別の一対の回転ローラ）４２を使用した点と、左側ローラ間隔調整手段４１に代えて、同じ構造の右側ローラ間隔調整手段４３を採用した点と、前スライダ３５のＸ１側の端部および後スライダ３７のＸ２側の端部に、それぞれギヤボックス４４を介して、前後一対の右側回転ローラ４２を所定方向に所定角度だけ回転駆動する一対の電動モータ（回転駆動部）４５を配設した点と、ケーシング３１のＸ２側の外方に、各電動モータ４５のコントローラ４６を設けた点とである。

各回転ジグ１９のジグローラＲを各回転ローラ３９間または各回転ローラ４２間に載置して筐体１１を横置きにした状態で、コントローラ４６からの指令により、各電動モータ４５の出力軸の回転力が、各ギヤボックス４４を介して各右側回転ローラ４２に伝達され、各回転ジグ１９を所定方向に所定角度だけ同期回転（回動）させて、筐体１１の開口の向きを変更する。

次に、図１のフローシートを参照して、セグメント製造設備１２を利用した、この発明の実施例１に係る鋼製セグメントの製造方法を説明する。
まず、前述したように、一対の主桁１３と、一対の継手板１４と、スキンプレート１５と、各縦リブ１６とをそれぞれ溶接して、一面（ここでは図２中の下面）が開口する筐体１１を作製する（Ｓ１００）。
その後、筐体１１の各継手板１４の外面に、一対の円筒状の回転ジグ１９を、互いの軸線ｂを一致させて、複数のボルトナットａ１により着脱可能に連結する（Ｓ１０１）。
次いで、各回転ジグ１９を、対応する回転ローラ３９間または回転ローラ４２間に載置して筐体１１を横置きし（Ｓ１０２）、この状態のままで、図示しない吊手金具、補強板、継手ボックスなどの付属部品の溶接作業、筐体１１の塗装作業といった所定のセグメント製造作業を筐体１１に施す（Ｓ１０３）。

次に、各電動モータ４５により各右側回転ローラ４２を回転駆動し、各回転ジグ１９をそれぞれ所定方向に所定角度だけ回転（回動）させて筐体１１の開口の向きを変更する（Ｓ１０４）。
その後、この状態を維持して、筐体１１に別のセグメント製造作業を施す（Ｓ１０５）。
次いで、筐体１１の各面に対する全てのセグメント製造作業が完了するまで、これらの筐体１１の開口の向きの変更（Ｓ１０４）と、筐体１１への別のセグメント製造作業（Ｓ１０５）とを繰り返す。

最後に、この筐体１１に対する全てのセグメント製造作業の完了後は、作業者が、各回転ローラ３９，４２間から対応する回転ジグ１９をそれぞれ外し、筐体１１を工場の床面に載置する。その後、この状態のまま、ボルトナットａ１を緩めて、筐体１１の各継手板１４の外面から、対応する回転ジグ１９をそれぞれ離脱させる（Ｓ１０６）。これにより、鋼製セグメント１０が製造される（Ｓ１０７）。

このように、実施例１では、鋼製セグメント１０の製造時に、従来のクレーンや仮組立台を使用せず、構造が簡単でコンパクトなセグメント製造設備１２を採用している。これにより、セグメント製造の作業効率を高めることができ、かつ設備コストの低減も図ることができる。
また、各回転ジグ１９を対応する継手板１４の外面に連結する際には、各回転ジグ１９の軸線ｂが筐体１１の重心ｃを通るように構成したため、筐体１１の開口の向きの変更時、各電動モータ４５により各右側回転ローラ４２を回転駆動してなされる、各回転ジグ１９を中心とした筐体１１の所定角度の回転（回動）が安定する。

さらに、各回転ジグ１９の軸部２２には、鋼製の丸パイプではなく、鋼製の角パイプを採用している。これは、丸パイプに比べて角パイプの方が曲げ応力が大きく、曲がりにくくなるためである。
また、このように、各回転ジグ１９の軸部２２は、その４つの周側面において、軸基部２３と軸先部２４との間に掛け渡された各連結プレート２５を、多数のボルトナットａで締結することで作製されている。
これにより、角パイプ状の軸部２２の強度がさらに高まるとともに、仮に筐体１１の回転中に、回転ジグ１９に想定外の負荷が作用した場合でも、変形や亀裂などは連結部や軸先部２４に止めることができる。その結果、その場合のジグ修理は、連結部と軸先部２４の交換のみでよく、回転ジグ１９全体の交換は不要となり、回転ジグ１９の修理コストを抑えることができる。

本発明は、トンネルを掘削するシールド工法で用いられる鋼製セグメントの製造方法として有用な技術である。

１０鋼製セグメント、
１１筐体、
１３主桁、
１４継手板、
１５スキンプレート、
１９回転ジグ、
３９左側回転ローラ（回転ローラ）、
４２右側回転ローラ（別の回転ローラ）、
４５電動モータ（回転駆動部）、
ｂ軸線、
ｃ重心。

Claims

鋼製の一対の主桁と、鋼製の一対の継手板と、鋼製のスキンプレートとを溶接して、鋼製セグメントの本体となる一面が開口した筐体を作製する工程と、
該筐体の各継手板の外面に、この筐体を回転させるための一対の円筒状の回転ジグを、互いの軸線を一致させて着脱可能に連結する工程と、
一方の前記回転ジグを、平行に離間した一対の回転ローラ間に載置するとともに、他方の前記回転ジグを、平行に離間した別の一対の回転ローラ間に載置することで、前記筐体を横置き状態とする工程と、
横置き状態の該筐体に、溶接を含む所定のセグメント製造作業を施す工程と、
該セグメント製造作業後、回転駆動部により少なくとも１つの前記回転ローラを回転駆動して前記各回転ジグを回転させることで、前記筐体の開口の向きを変更する工程と、
該筐体の開口の向きを変更後、この筐体に別の前記セグメント製造作業を施す工程と、
該別のセグメント製造作業後、前記各回転ローラ間から対応する回転ジグをそれぞれ外すとともに、前記筐体の各継手板の外面から、対応する回転ジグをそれぞれ離脱させる工程とを備えたことを特徴とする鋼製セグメントの製造方法。
前記各回転ジグは、前記互いの軸線が前記筐体の重心を通るように、対応する継手板の外面に、それぞれ着脱可能に連結されることを特徴とする請求項１に記載の鋼製セグメントの製造方法。