JP2690557B2 - シールド掘進機のテールクリアランス計測装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用部分〕 本発明は、シールド掘進機のテールプレートとセグメ
ントとの間のテールクリアランスを自動的に計測し得る
テールクリアランス計測装置に関する。

〔従来の技術〕

シールド工事においては、シールド本体のセグメント
に対する位置、方向を把握してシールド掘進機の姿勢制
御の判断データとしたり、曲線施工時のテーパセグメン
トの採否判断データとするため、テールクリアランスの
計測を必要とするが、テールプレート内周の上下、左右
各位置でのテールクリアランスの計測を人手により行う
ことは煩しいばかりでなく、連続した計測データがとれ
ないため、シールド本体の位置、方向を常時管理するこ
とが困難である。

そこで、従来からテールクリアランス計測を自動化す
るためのいくつかの提案がなされている。

その一例として第20図、第21図に示すように、取付具
50によりセグメント８の切羽側端面8_aに取り付けられる
フレーム51に接触形距離検出器52を固定し、先端部ロー
ラ53がテールプレート1_aの内面に接触する検出ロッド54
の伸縮ストロークからテールクリアランスT_Cを計測する
ものである。

また、他の例として第22図に示すように、セグメント
８とテールプレート1_aの間に角θの斜面を有するくさび
状の計測体60を差し込み、該計測体をシールド本体の中
心軸方向に前進、後退させるストローク検出器内蔵ジャ
ッキ61の伸び出しストロークS₂とストローク検出器62で
検出されるシールドジャッキ５の伸び出しストロークS₁
から次の計算式によりテールクリアランスT_cを求めるも
のがある。

T_c＝x tanθ ｘ＝（S₂＋Ｌ）−S₁ このほか、特開昭63−97796号に記載のように、テー
ルプレート内面に取り付けられ一端がセグメント外面に
接触する弾性体と、該弾性体の変形量を電気信号に変換
する検出体とを用いてテールクリアランスを計測するも
のもある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、それぞれ次に述べるような問題点を
有していた。

（１） 第20図、第21図に示すものは、１セグメントリ
ング分推進するごとに検出器を既設セグメントから取り
外し、新たに組み立てられたセグメントに取り付ける作
業を人手により行わなければならず面倒である。

（２） 第22図に示すものは、掘進中にセグメントとテ
ールプレートにはさまれて計測体やセグメントの角部を
破損する恐れがあり、またセグメント角部のＲ寸法によ
り計測値が変動し、計測誤差となる。

（３） 特開昭63−97796号に記載のものは、検出部が
セグメント外面との接触およびセグメントとテールシー
ルの間を通過してテール部に侵入する土砂、裏込注入材
などの異物との接触によって損傷を受けやすく、また検
出部とセグメントとの間に異物が介在して計測誤差の原
因になる。

本発明は上記の点にかんがみなされたもので、その目
的は、１セグメントリングごとに検出部の取付け、取外
しを行うことなく連続してテールクリアランスの自動計
測ができ、かつ検出部がセグメントや土砂、裏込注入材
などの異物と接触して損傷を受けたり、計測誤差を生じ
ることのない、耐久性、信頼性にすぐれたシールド掘進
機のテールクリアランス計測装置を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために本発明のテールクリアラン
ス計測装置は、セグメント内面との間の距離を検出する
第１の非接触形距離検出器、テールプレート内面との間
を距離を検出する第２の非接触形距離検出器、および前
記両検出器を決められた相対位置に保持する検出器支持
体を含む検出部と、シールド本体に取り付けられ、シー
ルド掘進時に検出器支持体がセグメントの切羽側端面に
当接または近接して位置決めされるように検出部全体を
シールド本体の中心軸方向に移動させる検出部操作機構
と、前記両検出器の出力に基づいてテールクリアランス
を算出する演算部とを備えてなるものである。

検出部には、検出器支持体のセグメント円弧面に対す
る傾きを調節可能とする手段、および検出器支持体のセ
グメント桁高方向の位置を調節可能とする手段を設ける
ことが望ましい。

また、検出器支持体をシールド本体に対するセグメン
ト端面の傾きに追従させるため、検出部と検出部操作機
構との間の少なくとも１箇所に可撓継手を設けておくと
よい。

検出部と検出部操作機構との間に可撓継手を設けた場
合、検出部の位置と向きを把握するために可撓継手部で
の折れ角を検出する角度検出器を設けることが望まし
い。

また、シールド本体の位置、方向を求めるための手段
の一つとして、検出部操作機構にシールド本体中心軸方
向の検出部の移動ストロークを検出するストローク検出
器を設けることができる。

〔作用〕

検出器支持体は、第１および第２の非接触形距離検出
器を決められた相対位置に保持し、検出部操作機構はシ
ールド推進に同調して検出部全体をシールド本体の中心
軸方向に移動させ、検出器支持体がセグメントの切羽側
端面に当接または近接して位置決めされるようにする。
この状態で、第１の距離検出器はセグメント内面に対す
る自己位置の検出、すなわちセグメント内面との間の距
離の検出を行い、第２の距離検出器はテールプレート内
面に対する自己位置の検出、すなわちテールプレート内
面との間の距離の検出を行う。テールクリアランスは、
第１および第２の距離検出器のそれぞれの計測距離から
次の計算式により求めることができる。（第１図参
照）。

T_c＝（Ｓ＋S₀）−（S_i＋Ｔ） Ｓ＝Ｔとすれば、 T_c＝S₀−S_i ここに S_i:第１の距離検出器とセグメント内面との間の距離 S₀:第２の距離検出器とテールプレート内面との間の距 離 S :第1,第２の距離検出器相互間の距離 T :セグメント桁高（厚さ） T_c:テールクリアランス 上記のように、テールクリアランスT_cは計測距離S_i,S
₀の差として求められるので、検出器支持体のセグメン
ト桁高方向の位置が変化してもテールクリアランス計測
には影響はない。したがって、テールプレート内周の上
下、左右各位置に検出部および検出部操作機構を配置
し、それぞれの検出部からの計測データを中央の演算部
に入力して上記演算を行わせることにより、各位置での
テールクリアランスをリアルタイムで計測でき、さらに
各位置でのテールクリアランス値と検出部移動ストロー
クからセグメントに対するシールド本体の位置、方向を
計算により求めることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第15図により説明す
る。

第１図は本発明の一実施例の信号処理系を除く要部の
縦断面図で、（ａ）は検出部のセット時の状態図、
（ｂ）は掘進中の状態図である。第２図は本発明を適用
したシールド掘進器の縦断面図、第３図はその右側面図
である。

第２図、第３図に例示したシールド掘進機は、円筒状
のシールド本体１の前面にカッタホイル２を備え、内部
にカッタ駆動装置３、排土装置４、シールドジャッキ
５、スプレッダ６、セグメント組立用エレクタ７などを
備えており、カッタホイル２により地山を掘削し、シー
ルドジャッキ５によりセグメント８を反力受としてシー
ルド本体１を推進するようになっている。

テールクリアランス計測装置は、第１図に示す検出部
９、検出部操作機構10と図示していない演算処理装置と
で構成されている。

検出部９と検出器支持体11は、両端の水平部11_a,11_b
と中間の垂直部11_cからなる状に形成され、その一方
の水平部11_aにセグメント８内面に対向してセットされ
る第１の非接触形距離検出器12を支持し、他方の水平部
11_bにシールド本体１のテールプレート1_a内面に対向し
てセットされる第２の非接触形距離検出器13を支持して
いる。これらの非接触形距離検出器としては、渦電流セ
ンサ、超音波センサなどを用いることができる。

周知のように渦電流センサは、高周波コイルの作る磁
界中に置かれた対象物に渦電流が流れることによって生
じるコイルインピーダンスの変化から対象物との間の距
離を計測するもので、鋼製セグメント、鋳鉄製セグメン
トのほか、鉄筋コンクリート製セグメントにも適用可能
である。超音波センサは、発信された音波が対象物に当
って反射するエコーを受信し、発信から受信までの時間
から距離を計測するもので、対象物の材質に関係なく使
用できる。

検出部操作機構10は、シールド本体１のガイド部14に
沿ってシールド本体の中心軸方向に前後動可能な案内ロ
ッド15の一端を検出器支持体11に連結し、他端をシール
ド本体１に取り付けた操作用ジャッキ16のロッド端17に
連結して構成されており、操作用ジャッキ16は第２図シ
ールドジャッキ５に連動して押引動作する。18は案内ロ
ッド15に設けた可撓継手（詳細後述）、19,20は距離検
出器12,13の信号線で、案内ロッド15の中空部を通して
引き出され、第４図に示す変換器25,26に接続されてい
る。21はシールド本体１の位置、方向を求めるために設
けられたストローク検出器で、ローラ22で折り返された
ワイヤ23を介して案内ロッド15に連動し、シールド本体
中心軸方向の検出部９を移動ストロークを電気信号に変
換して出力する。

以上述べた検出部９と検出部操作機構10は、第３図に
示すようにテールプレート内周の上下、左右４箇所のシ
ールドジャッキ５の間にそれぞれ設置される。

上記構成において、セグメント８の組立が終了し、シ
ールドジャッキ５がセグメント８の切羽側端面（以下、
セグメント端面という）8_aを押えつけると同時に、操作
用ジャッキ16が引動作し、案内ロッド15を介して検出部
９をセグメント８側に前進させ、検出器支持体11の垂直
部11_cをセグメント端面8_aに押しつける。これにより、
検出器支持体11は、第１および第２の距離検出器12,13
がそれぞれセグメント内面とテールプレート内面に対向
する位置にくるように、セグメント端面8_aを基準にして
位置決めされる（第１図）。その後、シールドジャッキ
によるシールド推進に同調して操作用ジャッキ16が再度
引動作し、シールド本体１に対し検出部９をさらに前進
させて、掘進中も検出器支持体11がセグメント端面8_aに
当接し位置決めされた状態に保持する（第２図）。

この状態で、第１の距離検出器12はセグメント８内面
との間の距離S_iの検出信号を、第２の距離検出器13はテ
ールプレート1_a内面との間の距離S₀の検出信号を、それ
ぞれ信号線19,20により伝送する。また、ストローク検
出器21は、掘進中における検出部９の移動ストロークS_R
の検出信号を信号線24により伝送する。そして、１セグ
メントリング分の推進終了後、シールドジャッキの引き
戻しと同時に、操作用ジャッキ16が押動作して検出部９
を後退させ、次のセグメント組立が可能な状態とする。

第４図は信号処理系のブロック図である。第１および
第２の距離検出器12,13からの検出信号はそれぞれ変換
器25,26で演算部に入力するに適した信号に変換され、
ストローク検出器21からの検出信号も同様に変換器27で
変換される。演算部28は変換器25,26,27から信号を入力
し、第１の距離検出器12からセグメント内面までの距離
S_i、第２の距離検出器13からテールプレート内面までの
距離S₀の計測データに基づいてテールクリアランスT_cを
算出する。第４図には第１および第２の距離検出器12,1
3を１組だけ示したが、テールプレート内周の上下、左
右各位置に設置した検出部９から計測データをサンプリ
ングすることにより、各位置でのテールクリアランスを
演算部28で同時に算出できる。また、第５図に示すよう
に、前後の時点で求めたテールクリアランス値T_C1,T_C2
とこの間の移動ストロークS_Rからシールド本体１のセグ
メント８に対する傾きψを次式により算出することがで
きる。

この演算をテールプレート内周の上下、左右各位置に
ついて行えば、シールド本体の位置、方向がリアルタイ
ムで求められる。演算部28はこれらの演算結果を収録す
るとともに、表示部29に表示する。

次に、検出部９の詳細構造を第６図〜第８図により説
明する。第６図は縦断面図、第７図は平面図、第８図は
底面図である。

本例では、検出器支持本体11の一方の水平部11_aに第
１の距離検出器12をセグメント８の円周方向に２個並べ
て取り付け、他方の水平部11_bには第２の距離検出器13
を１個だけ取り付けてある。30は検出器支持体11の垂直
部11_cに取り付けられた回転中心軸、31は軸30を支える
軸受台、32は検出器支持体11に装着された傾き調節ねじ
で、検出部９のセット時に検出器支持体11のセグメント
円弧面に対する傾きφ（第９図）がほぼ０となる位置ま
で該支持体11を回転させ、調節ねじ32を軸受台31に締め
つけておく。このような傾き調節手段を設けることによ
り、第１の距離検出器12をセグメント内面に正対させ、
計測誤差を小さくすることができる。また、33は軸受台
31に取り付けられたボルト、34はこれにかみ合う桁高方
向位置調節ねじ、35は押ばね、36は軸受台31のセグメン
ト桁高方向への移動を案内する案内ロッド、37は案内ロ
ッド36を支持するブラケットである。ブラケット37はシ
ールド本体の中心軸方向に前後動する案内ロッド15は先
端に取り付けられており、ブラケット37に係合した調節
ねじ34を回すことにより、軸受台31が案内ロッド36に沿
って移動し、検出器支持体11の桁高方向位置が変化す
る。このような桁高方向位置調節手段を設けることによ
り、第１および第２の距離検出器12,13それぞれセグメ
ント内面およびテールプレート内面に対して計測可能な
範囲にセットすることができる。

なお、18は案内ロッド15の途中で設けられたスパイラ
ルコイルからなる可撓継手で、セグメントに対するシー
ルド本体の傾きに追従して検出器支持体11がセグメント
端面8_aに平行に当たるように、検出部全体を上下、左右
に自在に傾けるためのものであり、38は検出器支持体11
のセグメント端面8_aに当接する面に貼りつけた比較的柔
軟な材質のライニングで、検出器支持体11をセグメント
端面8_aに安定して位置決めするとともに、セグメントの
損傷を防止するためのものである。

第９図は検出部９のセグメント円弧面に対する傾き修
正の説明図で、前述したように検出部の傾き調節手段を
用いてセグメント円弧面に対する傾きφがほぼ０になる
ように検出器支持体11をセットし、さらに左右２個設け
た第１の距離検出器12の計測データの平均値をとること
により、傾きφの影響を除くことができる。

次に検出部のシールド本体中心軸に対する傾きおよび
位置ずれの修正について第10図、第11図により説明す
る。第10図は側面図で、案内ロッド15に設けた可撓継手
18により、検出器支持体11がセグメント８のシールド本
体中心軸に対する垂直面内での傾きγに追従してセグメ
ント端面8_aに平行に当接した状態を示す。このとき、第
２の距離検出器13はテールプレート1_aに対して角γだけ
傾き、計測誤差を生じるが、これに対しては可撓継手18
に内蔵した角度検出器39により該部分での折れ角γを検
出し、これを第４図の演算部28に入力することにより、
距離S₀の計測誤差を修正することができる。

第11図は平面図で、案内ロッド15の２箇所に設けた可
撓継手18,18′により、検出器支持体11がセグメント８
のシールド本体中心軸に対する水平面内での傾きβに追
従してセグメント端面8_aに平行に当接した状態を２点鎖
線11′で示す。この時、検出部の位置は本来あるべき位
置（実線図示）よりセグメント円周方向にずれるが、こ
れに対しては、可撓継手18,18′に内蔵した角度検出器4
0,41によりそれぞれの部分での折れ角α，βを検出し、
これを第４図の演算部28に入力することにより、検出部
の位置ずれを計算により求め、シールド本体の位置、方
向の計測データを修正することができる。

ここで、角度検出器39,40,41としては歪ゲージなどを
用いることができる。

第６図〜第８図では、第１の距離検出器12をセグメン
ト円周方向に２個並べて配置しているが、第12図に示す
ように、第１の距離検出器12をシールド本体の中心軸方
向に２個並べて設け、それらの計測データの平均値をと
ることにより、検出器支持体11がセグメント端面8_aに対
し垂直面内で傾いて当接した状態でも、計測誤差を除く
ことができる。

また、第13図に示すように、検出器支持体11上にシー
ルド本体の中心軸方向およびセグメント円周方向にそれ
ぞれa,bの間隔をおいて第１の距離検出器12を２個配置
し、それらの計測データの平均値をとることにより、検
出器支持体11のセグメント円弧面に対する傾きφ（第９
図）およびセグメント端面に対する傾きγ（第12図）に
よる計測誤差を両方共補正することができる。

第14図、第15図はストローク検出器21の他の配置例を
示す図で、第14図に示すようにストローク検出器21と案
内ロッド15を真直なワイヤ23′で連結してもよいし、第
15図に示すようにストローク検出器21を操作用ジャッキ
16に内蔵させてもよい。また、操作用ジャッキ16のスト
ローク検出を省略し、検出部９に隣接した位置のシール
ドジャッキのストローク検出値をもって代えることもで
きる。ただし、この場合はシールド本体の位置、方向を
求める際、検出部９とシールドジャッキとの位置ずれに
対する修正が必要である。

以上はテールクリアランス計測用の検出部９と検出部
操作機構10を独立して設けた例について説明してきた
が、第16図に示すように、シールドジャッキ５のロッド
先端に設けられたスプレッダ６に第１の距離検出器12を
固定したフレーム42、第２の距離検出器13を固定したフ
レーム43を取り付けて、スプレッダ６を検出器支持体と
して利用し、シールドジャッキ５を検出部操作機構とし
てテールクリアランスの計測を行うことも可能であり、
この場合は、シールドジャッキ５のストローク検出値を
そのまま検出部の移動ストロークとして用いシールド本
体の位置、方向を求めることができる。

検出部操作機構としては、このほかシールド掘進機に
装備された真円保持装置を利用することもできる。

第17図および第18図に示すように、真円保持装置44
は、シールド本体１の後部フレーム45に載せられた支持
トラック46に取り付けられ、垂直方向に延びる左右２本
の昇降ガイド47と、昇降ガイド47に内蔵された昇降ジャ
ッキ48,49に連結され、昇降動作する上下１対の保持ビ
ーム50と、シリンダ側が後部フレーム45に、ロッド側が
昇降ガイド47にそれぞれ取り付けられた摺動ジャッキ51
などで構成されている。セグメント組立時には、保持ビ
ーム50を昇降ジャッキ48,49により既設セグメント８の
内周に押し当て第17図のＩの状態とし、シールド掘進時
にも、それに追従して摺動ジャッキ51を縮小させること
により、保持ビーム50をＩの状態に保持する。IIは掘進
完了後のシールド本体に対する保持ビーム50の状態を示
しており、コの状態から昇降ジャッキ48,49を縮小させ
て保持ビーム50をIIIの状態に引き戻し、次に摺動ジャ
ッキ51を伸長させて保持ビーム50を前進させIVの状態と
する。

真円保持装置44は、上記の動作を繰り返すことによ
り、組み立てられたセグメントリングを真円に保持す
る。したがって、前記保持ビーム50に軸受52ニ介して支
持された案内ロッド53をシールド軸方向に伸縮するジャ
ッキ54のロッドに連結し、案内ロッド53の先端部に装着
したジャッキ55のシールド径方向に伸縮するロッドに検
出器支持体11を取り付け、セグメント組立時にはジャッ
キ54,55を縮小させて検出器支持体11をセグメント組立
作業の妨げにならない位置に退避させ、セグメント組立
完了後、第19図に示すようにジャッキ54,55を伸長させ
て、検出器支持体11を新たに組立てられたセグメント８
の切羽側端面に近接して位置決めすることにより、検出
器支持体11に取り付けられた第１および第２の距離検出
器12,13によって、シールド掘進中連続してテールクリ
アランスの計測を行うことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、 （ｉ）１セグメントリングごとに人手によリ検出部の着
脱を行う必要がなく、連続してテールクリアランスの自
動計測ができる。

（ii）検出部がセグメントと摺動接触したり、テール部
に侵入する土砂、裏込注入材などの異物と接触して損傷
することがない。

（iii）セグメント角部のＲ寸法や土砂などの異物の介
在によって計測誤差を生じることがなく、テールクリア
ランスを精度良く計測できる。

以上（ｉ）〜（iii）の長所を併せ備えたテールクリア
ランス計測装置を実現することができる。

上記以外の関連発明の特有の効果については、実施例
の項において記述した通りである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の記号処理系を除く要部の縦
断面図で、（ａ）は検出部のセット時の状態図、（ｂ）
は掘進中の状態図、第２図は本発明を適用したシールド
掘進機の縦断面図、第３図はその右側面図、第４図は信
号処理系のブロック図、第５図はシールド方向計測の説
明図、第６図〜第８図は第１図中の検出部の詳細図で、
第６図は縦断面図、第７図は平面図、第８図は底面図、
第９図は検出部のセグメント円弧面に対する傾き修正の
説明図、第10図は検出部のシールド本体中心軸に対する
傾き修正の説明図、第11図は検出部の位置ずれ修正の説
明図、第12図、第13図は第１の距離検出器の配置を変え
た本発明の他の実施例の要部側面図、および要部底面
図、第14図、第15図はストローク検出器の配置を変えた
本発明の他の実施例の第１図と同様の要部縦断面図、第
16図は検出部および検出部操作機構の異なる本発明の他
の実施例の要部縦断面図、第17図は検出部操作機構とし
て真円保持装置を利用した他の実施例の要部縦断面図、
第18図は第17図の右側面図、第19図は本実施例における
検出部のセット時の状態を示す要部縦断面図、第20図、
第21図は従来技術の一例を示す水平断面図および要部拡
大断面図、第22図は従来技術の他の例を示す縦断面図で
ある。 １……シールド本体、1_a……テールプレート、８……セ
グメント、8_a……セグメント端面、９……検出部、10…
…検出部操作機構、11……検出器支持体、12……第１の
非接触形距離検出器、13……第２の非接触形距離検出
器、16……操作用ジャッキ、18,18′……可撓継手、21
……ストローク検出器、28……演算部、30〜32……検出
器支持体の傾き調節手段、33〜37……検出器支持体の桁
高方向位置調節手段、39,40,41……角度検出器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高橋 均 茨城県土浦市神立町650番地 日立建機 株式会社土浦工場内 (56)参考文献 特開 昭63−269010（ＪＰ，Ａ)

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド掘進機のテールプレートとセグメ
   ントとの間のテールクリアランスを自動計測する装置で
   あって、セグメント内面との間の距離を検出する第１の
   非接触形距離検出器、テールプレート内面との間の距離
   を検出する第２の非接触形距離検出器、および前記両検
   出器を決められた相対位置に保持する検出器支持体を含
   む検出部と、シールド本体に取り付けられ、シールド掘
   進時に検出器支持体がセグメントの切羽側端面に当接ま
   たは近接して位置決めされるように検出部全体をシール
   ド本体の中心軸方向に移動させる検出部操作機構と、前
   記両検出器の出力に基づいてテールクリアランスを算出
   する演算部とを備えてなるシールド掘進器のテールクリ
   アランス計測装置。
2. 【請求項２】検出器支持体のセグメント円弧面に対する
   傾きを調節可能とする手段を検出部に設けたことを特徴
   とする請求項１記載のシールド掘進機のテールクリアラ
   ンス計測装置。
3. 【請求項３】検出器支持体のセグメント桁高方向の位置
   を調節可能とする手段を検出部に設けたことを特徴とす
   る請求項１記載のシールド掘進機のテールクリアランス
   計測装置。
4. 【請求項４】検出部と検出部操作機構との間の少なくと
   も１箇所に可撓継手を設けたことを特徴とする請求項１
   記載のシールド掘進機のテールクリアランス計測装置。
5. 【請求項５】検出部と検出部操作機構との間の可撓継手
   部に該部分での折れ角を検出する角度検出器を設けたこ
   とを特徴とする請求項４記載のシールド掘進機のテール
   クリアランス計測装置。
6. 【請求項６】検出部操作機構に検出部の移動ストローク
   を検出するストローク検出器を設けたことを特徴とする
   請求項１記載のシールド掘進機のテールクリアランス計
   測装置。