JP2935652B2 - セグメント組立方法及び組立装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド掘進機内
に搬入されたトンネル履工用セグメントを組み立てるセ
グメント組立方法及び組立装置に係り、特に既設セグメ
ントリングの位置、姿勢に合わせてリング状に組み立て
るセグメント組立方法及び組立装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】地中にトンネルを構築するシールド工法
の中にセグメントの組み立てがある。このセグメントの
組立方法としては、例えば円筒リングを軸方向に平行分
割した形状の複数のＡ型セグメントを円弧状に位置決め
して組み立て、続いて一方の端部がテーパ部を有するＢ
型セグメントを円弧状の両端に位置するＡ型セグメント
にそれぞれ隣接して位置決めして組み立て、最後に両方
の端部がテーパ部を有するＫ型セグメントを２つのＢ型
セグメントの間にテーパ部を利用して挿入して組み立て
ることにより１つのセグメントリングに組み立てる方法
が用いられている。

【０００３】近年、シールド掘進機については大幅な改
良が行われているが、セグメントの組み立てについては
あいかわらず作業者の技能に頼っている部分が多く、シ
ールド工事の自動化を図る中で、セグメントの組み立て
の自動化は重要課題となっていて、搬送装置により搬送
されたセグメントをエレクタで把持して自動位置決め
し、ボルト・ナット自動締結機により締結するようにし
たセグメント自動組立装置が開発され、実施工に供され
ている。

【０００４】たとえば、シールド工事でセグメントの組
み立てを行う場合に、組立セグメントを既設セグメント
の組立形状に倣って自動位置決めするものとして、特開
平４−２１３６９９号公報に開示されたものがある。こ
の先行技術においては、組立セグメントの位置決めは２
段階で行われ、まず第１段階で、あらかじめ制御装置に
入力された組立セグメントの設計組立位置・姿勢と粗位
置補正量から、エレクタのセグメント把持部の目標位置
・姿勢を演算し、アクチュエータを動かすことにより組
立セグメントを粗位置決めする。次に第２段階で、エレ
クタに設置された３組の投光器とテレビカメラとからな
る視覚センサを用い、組立セグメントとこれに対してト
ンネル軸方向に隣接する既設セグメントとのトンネル周
方向に沿った境界部の２箇所、及び、組立セグメントと
これに対してトンネル周方向に隣接する既設セグメント
とのトンネル軸方向に沿った境界部の１箇所に投光器か
らそれぞれスリット光を照射し、このスリット光像をそ
れぞれテレビカメラで撮像する。そして、これらテレビ
カメラからの画像データを処理して得られた各スリット
光像の端点の座標値から上記３箇所における組立セグメ
ントと既設セグメントとの段差・隙間を検出し、この段
差・隙間情報に基づいて既設セグメントに対する組立セ
グメントの位置偏差及び姿勢偏差を求め、これらの偏差
から組立セグメントの目標組立位置に対する補正量を求
め、組立セグメントを目標組立位置に微位置決めする。
このような位置決め制御を複数回繰り返すことにより１
リング分のセグメントが組み立てられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来技術においては、以下の問題点が存在する。特開平４
−２１３６９９号公報に記載の従来技術によれば、組立
セグメントを既設セグメントリング（先行リング）の形
状に倣って順次組み立てようとすると、最後のＫ型セグ
メントを組み込むための空間がＫ型セグメントの寸法と
同じになり、このため、Ｋ型セグメントの位置決めを正
確に行わないとＢ型セグメントに接触するなど、Ｋ型セ
グメントの組み立ては非常に困難なものとなる。また、
Ｂ型セグメントが自重で垂れ下がった場合には、Ｋ型セ
グメントを組み込むための空間がＫ型セグメントの円周
方向の長さ寸法より狭くなる。この状態でＫ型セグメン
トの組み立てを行う場合、Ｋ型セグメントがＢ型セグメ
ントに接触した状態で無理にＫ型セグメントを挿入せざ
るを得ないため、セグメントが損傷したり、セグメント
の組み立て精度が低下するという不具合が生じる。

【０００６】上記の問題を解決するために、Ｋ型セグメ
ントの両側に隣接するＢ型セグメントを位置決めすると
きに、Ｂ型セグメントのＫ型セグメント側の端部を既設
セグメントリングに対して径方向外側に開いて位置決め
仮固定することにより、Ｋ型セグメントが挿入される隙
間を確保するセグメント組立方法が提案されているが、
Ｂ型セグメントのＫ型セグメント側の端部を既設セグメ
ントリングに対して径方向外側に開くだけでは、Ｋ型セ
グメントが入るための隙間を十分に確保することができ
ない。

【０００７】本発明の目的は、Ｋ型セグメントの挿入隙
間を大きくすることにより、セグメントの組み立てを容
易にするとともに、セグメントの損傷やセグメントの組
み立て精度の低下を防止することができるセグメント組
立方法及び組立装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め本発明は次の構成を採用する。すなわち、円筒リング
を軸方向に平行分割した形状の複数のＡ型セグメントを
円弧状に位置決めして組み立て、続いて一方の端部がテ
ーパ部を有するＢ型セグメントを前記円弧状の両端に位
置するＡ型セグメントにそれぞれ隣接して位置決めして
組み立て、最後に両方の端部がテーパ部を有するＫ型セ
グメントを前記２つのＢ型セグメントの間に挿入して位
置決めして組み立てることによりセグメントリングを組
み立てるセグメント組立方法において、前記円弧状の両
端に位置するＡ型セグメントの少なくとも一方を位置決
めするときに、当該Ａ型セグメントの前記Ｂ型セグメン
トと接する側の端面を軸方向に隣接する既設セグメント
リングに対し径方向外側にずらして位置決め仮固定し、
続いて前記少なくとも一方のＡ型セグメントに隣接して
位置決めされる前記Ｂ型セグメントを、前記Ｋ型セグメ
ントの挿入隙間が大きくなるように当該Ａ型セグメント
を基準にして位置決め仮固定し、その後前記Ｋ型セグメ
ントを前記２つのＢ型セグメントの間に挿入する。

【０００９】以上のようなセグメント組立方法により、
Ｋ型セグメントの挿入の際にＫ型セグメントの挿入隙間
が確保されるので、セグメントの組み立てが容易になる
とともに、Ｋ型セグメントが２つのＢ型セグメントに接
触しにくくなり、セグメントの損傷やセグメントの組み
立て精度の低下が防止される。

【００１０】上記セグメント組立方法において、好まし
くは、前記円弧状の両端に位置するＡ型セグメントの少
なくとも一方を位置決めするときに、当該Ａ型セグメン
トを、前記Ｂ型セグメントと接しない側の端面の最外径
部を中心として前記径方向外側に回転させて位置決め仮
固定する。

【００１１】この場合、好ましくは、前記円弧状の両端
に位置するＡ型セグメントの少なくとも一方を位置決め
するときに、当該Ａ型セグメントを、前記既設セグメン
トリングの中心に対して前記径方向外側に平行移動させ
て位置決め仮固定してもよい。

【００１２】また、好ましくは、前記少なくとも一方の
Ａ型セグメントに隣接して位置決めされる前記Ｂ型セグ
メントを、当該Ｂ型セグメントの前記Ｋ型セグメントと
接する側の端面が前記既設セグメントリングに対し径方
向外側にずれるように位置決め仮固定する。

【００１３】さらに、好ましくは、前記少なくとも一方
のＡ型セグメントに隣接して位置決めされる前記Ｂ型セ
グメントを、当該Ｂ型セグメントの前記Ｋ型セグメント
と接する側の端面が前記既設セグメントリングに対し径
方向内側にずれるように位置決め仮固定する。これによ
り、セグメントリング形状が縦長になりシールド掘進機
の上部のテールクリアランスに余裕が無くなった場合
に、セグメントリングの高さを調整して上部のテールク
リアランスを大きくすることができる。

【００１４】また、上記の目的を達成するため本発明は
次の構成を採用する。すなわち、組立セグメントを把持
するセグメント把持装置と、前記セグメント把持装置を
駆動し前記組立セグメントを位置決めする複数のアクチ
ュエータと、前記組立セグメントとこれに隣接する既設
セグメントとの相対位置関係を検出する検出手段とを有
し、前記セグメント把持装置及び複数のアクチュエータ
により前記組立セグメントを前記既設セグメントに対し
て粗位置決めした後、前記検出手段により前記組立セグ
メントと既設セグメントとの相対位置関係を検出し、こ
の相対位置関係に基づいて前記組立セグメントと既設セ
グメントとのずれが小さくなるよう前記アクチュエータ
を駆動し前記組立セグメントを微位置決めして組み立て
るセグメント組立装置において、軸方向に隣接する既設
セグメントリングに合わせて位置決めして組み立てる第
１のセグメント及び少なくとも一方の端面を前記既設セ
グメントリングに対して径方向外側にずらして位置決め
して仮組立する第２のセグメントの組立順序と、前記第
２のセグメントの設計位置及び姿勢とに関する組立パタ
ーンデータが記憶されている記憶手段と、前記第１のセ
グメント及び第２のセグメントの組立順序から現在の組
立セグメントが前記第１のセグメントであるか前記第２
のセグメントであるかを判断する判断手段と、前記判断
手段で前記第１のセグメントであると判断されたとき
に、前記組立セグメントと既設セグメントとの相対位置
関係から、前記組立セグメントと既設セグメントとのず
れを小さくする前記セグメント把持装置の目標位置及び
姿勢を求め、この目標位置及び姿勢に応じて前記アクチ
ュエータを駆動する第１の制御手段と、前記判断手段で
前記第２のセグメントであると判断されたときに、前記
記憶手段に記憶されている組立パターンデータの設計位
置及び姿勢に前記第２のセグメントが組立可能であるか
どうかを判断し、前記組立可能であると判断されたとき
は、前記組立パターンデータの設計位置及び姿勢を前記
セグメント把持装置の目標位置及び姿勢として前記アク
チュエータを駆動し、前記組立可能でないと判断された
ときは、前記組立パターンデータの設計位置及び姿勢に
最も近い組立可能な位置及び姿勢を求め、この位置及び
姿勢を前記セグメント把持装置の目標位置及び姿勢とし
て前記アクチュエータを駆動する第２の制御手段と、を
有する。

【００１５】以上のようなセグメント組立装置におい
て、判断手段で現在の組立セグメントが第１のセグメン
トであると判断されたときは、第１の制御手段が組立セ
グメントと既設セグメントとの相対位置関係から、その
組立セグメントと既設セグメントとのずれを小さくする
セグメント把持装置の目標位置及び姿勢を求め、この目
標位置及び姿勢に応じてアクチュエータを駆動する。一
方、判断手段で現在の組立セグメントが第２のセグメン
トであると判断されたときは、第２の制御手段が記憶手
段に記憶されている組立パターンデータの設計位置及び
姿勢に第２のセグメントが組立可能であるかどうかを判
断し、このとき組立可能であると判断されたときは、組
立パターンデータの設計位置及び姿勢をセグメント把持
装置の目標位置及び姿勢とし、組立可能でないと判断さ
れたときは、組立パターンデータの設計位置及び姿勢に
最も近い組立可能な位置及び姿勢を求め、この位置及び
姿勢をセグメント把持装置の目標位置及び姿勢としてア
クチュエータを駆動する。これにより、上記セグメント
組立方法を実施することができる。

【００１６】上記セグメント組立装置において、好まし
くは、前記第１のセグメントは、円弧状に位置決めして
組み立てられる、円筒リングを軸方向に平行分割した形
状の複数のＡ型セグメントのうち前記円弧状の両端以外
に位置するＡ型セグメントを含み、前記第２のセグメン
トは、前記円弧状の両端に位置する２つのＡ型セグメン
トと、これら２つのＡ型セグメントにそれぞれ隣接して
組み立てられる、一方の端部がテーパ部を有するＢ型セ
グメントと、これら２つのＢ型セグメントの間に挿入し
て位置決めして組み立てられる、両方の端部がテーパ部
を有するＫ型セグメントとを含む。

【００１７】また、好ましくは、前記第２のセグメント
の設計位置及び姿勢を設定する入力手段を更に有し、前
記記憶手段は、前記第２のセグメントの設計位置及び姿
勢として、前記少なくとも一方の端面が前記既設セグメ
ントリングに対し径方向内側にずれるように位置決めさ
れる第３のセグメントを持つための設計位置及び姿勢を
含む複数の設計位置及び姿勢を記憶しておく手段であ
り、前記入力手段は、前記記憶手段に記憶されている複
数の設計位置及び姿勢の中から１つの設計位置及び姿勢
を選択入力する手段であり、前記第２の制御手段は、前
記入力手段で選択入力した設計位置及び姿勢に前記第２
のセグメントが組立可能であるかどうかを判断する。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施形態を図面
を参照して説明する。図１及び図２において、本実施形
態のセグメント組立装置はエレクタ本体１２を有し、こ
のエレクタ本体１２は円筒状のシールド本体１１の後部
に設置されている。エレクタ本体１２は大別して、エレ
クタリング１３及び旋回モータ１６を含む旋回機構と、
吊りビーム２１及び押付ジャッキ２２を含む押し付け機
構と、横スライドフレーム２４及び横スライドジャッキ
２５を含む左右摺動機構と、前後スライドフレーム２７
及び前後スライドジャッキ２８を含む前後摺動機構と、
球面フレーム２９及び姿勢制御用ジャッキ３１，３２，
３３を含むピッチング、ローリング、ヨーイング等の姿
勢制御機構と、セグメント把持部３４及びボルト締結装
置７０（図６参照）とからなっている。

【００１９】エレクタリング１３は、シールド本体１１
の内周数箇所に設置された外周ガイドローラ１４及び側
面ガイドローラ１５により案内され、旋回モータ１６に
よりピニオン１７及びリングギヤ１８を介して旋回駆動
される。

【００２０】エレクタリング１３には左右に２つのアー
ム１９が取り付けられ、これらのアーム１９はガイドロ
ッド２０を介して吊りビーム２１を支持し、吊りビーム
２１とアーム１９との間には押し付けジャッキ２２が取
り付けられ、吊りビーム２１は押し付けジャッキ２２の
伸縮により図１に示すＺ軸方向（エレクタリング１３の
径方向）に移動する。

【００２１】吊りビーム２１は図２及び図３に示すよう
に、リニアベアリング２３を介して横スライドフレーム
２４を支持し、この横スライドフレーム２４と吊りビー
ム２１との間には横スライドジャッキ２５が取り付けら
れ、横スライドフレーム２４は横スライドジャッキ２５
の伸縮により吊りビーム２１上を図１に示すＹ軸方向に
移動する。

【００２２】横スライドフレーム２４は図１及び図３に
示すように、リニアベアリング２６を介して前後スライ
ドフレーム２７を支持し、この前後スライドフレーム２
７と横スライドフレーム２４との間には前後スライドジ
ャッキ２８が取り付けられ、前後スライドフレーム２７
は前後スライドジャッキ２８の伸縮により横スライドフ
レーム２４上を図１に示すＸ軸方向（トンネル軸方向）
に前後スライドする。

【００２３】前後スライドフレーム２７の球面ガイド部
２７ａには球面フレーム２９が組み込まれ、球面フレー
ム２９と前後スライドフレーム２７との間には２本の姿
勢制御用ジャッキ３１，３２が取り付けられている。こ
れらの姿勢制御用ジャッキ３１，３２を同時に伸長また
は収縮させると、図１及び図４に示すように球面フレー
ム２９は球面中心Ｇを通りＸ軸に平行な軸の回りに傾け
られ、この動きはセグメント把持部３４のローリング制
御に用いられる。姿勢制御用ジャッキ３１，３２のいず
れか一方を伸縮させ他方を収縮させると、図１及び図４
に示すように球面フレーム２９は球面中心Ｇを通りＺ軸
に平行な軸の回りに左右旋回させられ、この動きはセグ
メント把持部３４のヨーイング制御に用いられる。ま
た、球面フレーム２９とセグメント把持部３４との間に
は、図２に示すように姿勢制御用ジャッキ３３が取り付
けられ、球面フレーム２９は姿勢制御用ジャッキ３３の
伸縮により中心軸３０の回りに傾けられ、この動きはセ
グメント把持部３４のピッチング制御に用いられる。

【００２４】セグメント把持部３４は球面フレーム２９
の中心軸３０に吊下げられ、エレクタ本体１２の下に配
置された組立セグメント４２のグラウト穴４３に合致す
る雄ねじが切られたねじ軸３５を備えている。また、セ
グメント把持部３４は図５に示すように、ねじ軸３５を
回転させる駆動モータ３６と、ねじ軸３５を駆動モータ
３６及び軸受ブラケット３７とともに昇降動作させる昇
降ジャッキ３８とを備えており、図示しない位置決めセ
ンサにより組立セグメント４２のグラウト穴４３にねじ
軸３５を心合せした後、そのねじ軸３５を回転させなが
ら組立セグメント４２に向かって突き出し、グラウト穴
４３へのねじ込み完了後、組立セグメント４２がセグメ
ント把持部３４の端面に当たるまでねじ軸３５を引き戻
すことにより、組立セグメント４２を把持する。

【００２５】また、前後スライドフレーム２７には非接
触の距離計６０が設けられており、この距離計６０は、
セグメント把持部３４が組立セグメント４２を把持する
前に、エレクタ本体１２を回転させることにより既設セ
グメント４１内周面までの距離Ｌ１を計測する。また、
エレクタ本体１２はエレクタ回転位置を検出する角度検
出器（図示せず）を有し、そのエレクタ回転位置を上記
距離計６０による既設セグメント４１内周面までの距離
Ｌ１と同時に計測し、それらの計測値を後述する本体制
御装置５２に出力する。

【００２６】また、セグメント把持部３４には、図６に
示すようなベース７３と、このベース７３に取り付けら
れ上下動可能なボルト送り装置７１及びナットランナ７
２とからなるボルト締結装置７０が設置されている。こ
のボルト締結装置７０はベース７３を介してセグメント
把持部３４の内壁に固定され、組立セグメント４２の位
置決めが終了して図示しないシールドジャッキにより組
立セグメント４２を既設セグメントに押し付けた後、あ
らかじめ組立セグメント４２に組み込まれているボルト
をボルト送り装置７１により既設セグメント４１側に送
り込み、図示しないナット供給装置によりボルトにナッ
トを取り付け、ナットランナ７２によりそのナットを締
め付ける。ここで、本実施形態におけるボルト締結は、
組立セグメント４２とこれにトンネル軸方向に隣接する
既設セグメント４１ａとの間で２カ所、組立セグメント
４２とこれにトンネル軸方向に隣接しかつ既設セグメン
ト４１ａと隣合う既設セグメント４１ｂとの間で２カ
所、組立セグメント４２とこれにトンネル周方向に隣接
する既設セグメント４１ｃとの間で２カ所において行い
（既設セグメント４１ａ，４１ｂ，４１ｃについては図
７を参照）、セグメント把持部３４には上記６カ所にお
いてボルト締結が行えるよう４組のボルト締結装置７０
（組立セグメント４２と既設セグメント４１ａとの間の
１カ所及び組立セグメント４２と既設セグメント４１ｃ
との間の２カ所のボルト締結は１組のボルト締結装置７
０で行う）が固定されている。

【００２７】また、本実施形態のセグメント組立装置は
図７及び図８に示すように、３組の投光器４４ａ，４４
ｂ，４４ｃ及びテレビカメラ４５ａ，４５ｂ，４５ｃか
らなる視覚センサと、カメラ切換器４８と、画像入力装
置４９と、画像メモリ５０と、画像処理装置５１と、入
力装置５５と、本体制御装置５２と、サーボ制御装置５
３と、油圧制御装置５４とを有している。

【００２８】投光器４４ａ〜４４ｃ及びテレビカメラ４
５ａ〜４５ｃは、図７で模式的に表わしているエレクタ
本体１２のセグメント把持部３４に剛体（図示せず）を
介して固定されている。したがって、投光器４４ａ〜４
４ｃ及びテレビカメラ４５ａ〜４５ｃとセグメント把持
部３４及び組立セグメント４２の相対的な位置・姿勢
は、エレクタ本体１２の動きにかかわらず組立セグメン
ト４２把持中は一定である。投光器４４ａは組立セグメ
ント４２と既設セグメント４１ａとの間のトンネル周方
向に沿った境界部の１箇所に、投光器４４ｂは組立セグ
メント４２と既設セグメント４１ｂとの間のトンネル周
方向に沿った境界部の１箇所に、投光器４４ｃは組立セ
グメント４２と既設セグメント４１ｃとの間のトンネル
軸方向に沿った境界部の１箇所にそれぞれスリット光を
照射し、これにより各セグメント上に生じたスリット光
像Ａ−Ａ＊，Ｂ−Ｂ＊，Ｃ−Ｃ＊はテレビカメラ４５ａ
〜４５ｃによりそれぞれ撮像される。

【００２９】画像入力装置４９は上記テレビカメラ４５
ａ〜４５ｃからの各画像データをカメラ切換器４８で切
り換え選択して入力し、内部の画像メモリ５０に取り込
み、画像処理装置５１は画像メモリ５０に格納された画
像データを処理してスリット光像Ａ−Ａ＊〜Ｃ−Ｃ＊の
端点座標を求める。入力装置５５はオペレータがセグメ
ントリングの組み立てに関する指示を行う装置であり、
例えば図示しないＣＲＴの表示を見ながら組立セグメン
ト４２の設計位置・姿勢を選択入力する。本体制御装置
５２はエレクタ本体１２の制御装置であり、入力装置５
５により入力されたデータ、画像処理装置５１で求めら
れたスリット光の端点座標値、距離計６０や角度検出器
６１の計測値等を用いて組立セグメント４２の位置決め
制御演算を行い、その結果を電気的な指令信号としてサ
ーボ制御装置５３へ出力する。サーボ制御装置５３は本
体制御装置５２からの指令信号に従ってエレクタ本体１
２の旋回モータ１６を制御するとともに、電気信号を油
圧信号に変換する油圧制御装置５４を介してエレクタ本
体１２の押付ジャッキ２２、横スライドジャッキ２５、
前後スライドジャッキ２８、姿勢制御用ジャッキ３１，
３２，３３の６軸のアクチュエータを制御する。

【００３０】次に、上記のセグメント組立装置を用いた
本実施形態のセグメント組立方法を図９〜図１５により
説明する。本実施形態で用いられる組立セグメント４２
は図９及び図１０に示すように、円筒リングを軸方向に
平行分割した形状の７つのＡ型セグメントＡ１，Ａ２，
Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７と、一方の端部がトンネ
ル軸方向に対して傾いたテーパ部Ｔを有する２つのＢ型
セグメントＢ１，Ｂ２と、両方の端部がトンネル軸方向
に対して傾いたテーパ部Ｔを有する１つのＫ型セグメン
トＫとからなり、Ａ型セグメントＡ１〜Ａ７は円弧状に
位置決めして組み立てられ、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２
は円弧状の両端に位置するＡ型セグメントＡ１，Ａ７に
それぞれ隣接して位置決めして組み立てられ、Ｋ型セグ
メントＫはＢ型セグメントＢ１，Ｂ２の間にテーパ部Ｔ
を利用して挿入して組み立てられる。本実施形態では、
これら１０個の組立セグメント４２を用いて真円状のセ
グメントリング４２Ｌを組み立てる。なお、Ｂ型セグメ
ント及びＫ型セグメントとしては、トンネル径方向に対
して傾いたテーパ部を有するものもあり、このタイプの
ものを用いてもよい。セグメントリング４２ＬはＡ型セ
グメントＡ４，Ａ３，Ａ５，Ａ２，Ａ６，Ａ１，Ａ７、
Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２、Ｋ型セグメントＫの順に位
置決めして組み立てる。

【００３１】上記のような組立セグメント４２を組み立
ててセグメントリング４２Ｌを形成する際、最後にＫ型
セグメントＫを組み立てようとするとき、Ｋ型セグメン
トＫを組み込むための空間がＫ型セグメントＫの円周方
向の長さ寸法と同じになるため、Ｋ型セグメントＫの位
置決めは極めて正確に行わなければ左右に位置するＢ型
セグメントＢ１，Ｂ２に接触し、Ｋ型セグメントＫの挿
入が非常に困難になる。また、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ
２が自重で垂れ下がった場合には、Ｋ型セグメントＫを
組み込むための空間がＫ型セグメントＫの円周方向の長
さ寸法より狭くなり、Ｋ型セグメントＫの挿入が一層困
難になる。ところで、実施工においては、組み立てたセ
グメントリング４２Ｌが自重等の影響により組み立て時
の形状からつぶれることが多い。

【００３２】そこで、本実施形態では、Ａ型セグメント
Ａ２〜Ａ６についてはトンネル軸方向に隣接する既設セ
グメントリング４１Ｌに合わせて位置決めし組み立て、
Ａ型セグメントＡ１，Ａ７、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ
２、Ｋ型セグメントＫについては、上記自重等の影響に
よるセグメントリング４２Ｌのつぶれを考慮し、既設セ
グメントリング４１Ｌに対し径方向外側にずらして位置
決めし仮組み立てを行う。このとき、各組立セグメント
４２を位置決めしたら当該組立セグメント４２に対応す
る図示しないシールドジャッキを伸長して当該組立セグ
メント４２を既設セグメントリング４１Ｌに押し付け、
ボルト締結装置７０を用いてボルト締結を行い、セグメ
ントリング４２Ｌが組み立てられた時点で図示しない全
てのシールドジャッキを引き、その後セグメントリング
４２Ｌが自重等の影響により所定の形状になったら全て
の組立セグメント４２間のボルトの増し締めを行う。以
下、Ａ型セグメントＡ１，Ａ７、Ｂ型セグメントＢ１，
Ｂ２、Ｋ型セグメントＫを位置決めし仮組立する３つの
パターンを説明する。

【００３３】（１）仮組立パターン このパターンは図１１に示すように、Ａ型セグメントＡ
１，Ａ７を組み立てるときに、Ａ型セグメントＡ１，Ａ
７をこれらに隣接したＡ型セグメントＡ２，Ａ６と接す
る側の端面Ｓ_i1の最外径部Ｓ₁ を中心として径方向外側
（矢印Ｕ₁ 方向）に回転させて、Ａ型セグメントＡ１，
Ａ７のＢ型セグメントＢ１，Ｂ２と接する側の端面Ｓ_i2
を既設セグメントリング４１Ｌに対し径方向外側にずら
して位置決めして仮固定する。続いてＢ型セグメントＢ
１，Ｂ２を組み立てるときに、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ
２のＡ型セグメントＡ１，Ａ７と接する側の端面Ｓ_i3を
Ａ型セグメントＡ１，Ａ７の端面Ｓ_i2に合わせて位置決
めして仮固定する。最後にＫ型セグメントＫをＢ型セグ
メントＢ１，Ｂ２の間に挿入して位置決めして組み立て
る。

【００３４】ここで、組立セグメント４２には図１２に
示すように、組立締結具であるボルト４２ｖに対して若
干のガタを持たせるようなボルト締結用穴４２ｈが設け
られており、これによりＡ型セグメントＡ１，Ａ７の端
面Ｓ_i1を既設セグメントリング４１Ｌに対し径方向外側
にずらす即ちＡ型セグメントＡ１，Ａ７を既設セグメン
トリング４１Ｌ中心方向に対して開くことが可能とな
る。しかし、当然のことながらボルト４２ｖとボルト穴
４２ｈのクリアランス以上は設定出来ず、セグメントの
開き量には寸法的に制約があり、また、Ｋ型セグメント
の挿入隙間もある程度以上は大きくとることはできな
い。そこで、Ａ型セグメントＡ１，Ａ７の開き量を、ボ
ルト４２ｖとボルト穴４２ｈとのクリアランス内で適当
に例えば図１２に示すように設定することで、Ｋ型セグ
メントＫの挿入隙間を大きくとることができる。なお、
本仮組立パターンは、組み立てられたセグメントリング
４２Ｌが自重等によりずれて真円形状になるようなパタ
ーンである。

【００３５】（２）仮組立パターン このパターンは図１３に示すように、Ａ型セグメントＡ
１，Ａ７を組み立てるときに、Ａ型セグメントＡ１，Ａ
７をこれらに隣接したＡ型セグメントＡ２，Ａ６と接す
る側の端面Ｓ_i1の最外径部Ｓ₂₁を中心として径方向外側
（矢印Ｕ₂₁方向）に回転させて、Ａ型セグメントＡ１，
Ａ７のＢ型セグメントＢ１，Ｂ２と接する側の端面Ｓ_i2
をトンネル軸方向に隣接する既設セグメントリング４１
Ｌに対し径方向外側にずらして位置決めして仮固定す
る。続いてＢ型セグメントＢ１，Ｂ２を組み立てるとき
に、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２をＡ型セグメントＡ１，
Ａ７と接する側の端面Ｓ_i3の最外径部Ｓ₂₂を中心として
径方向外側（矢印Ｕ₂₂方向）に回転させて、Ｂ型セグメ
ントＢ１，Ｂ２のＫ型セグメントＫと接する側の端面Ｓ
_i4が既設セグメントリング４１Ｌに対し径方向外側にず
れるように位置決めして仮固定する。最後にＫ型セグメ
ントＫをＢ型セグメントＢ１，Ｂ２の間に挿入して位置
決めして組み立てる。このパターンは、図示しない全て
のシールドジャッキを引いたときの自重等によるずれが
大きく、仮組立パターンに従って組み立てるとセグメ
ントリング４２Ｌがわずかに横長につぶれた形状になっ
てしまう場合に有効な仮組立パターンである。また、こ
の場合も仮組立パターンと同様にＫ型セグメントｋの
挿入隙間を大きくとることができる。

【００３６】（３）仮組立パターン このパターンは図１４に示すように、Ａ型セグメントＡ
１，Ａ７を組み立てるときに、Ａ型セグメントＡ１，Ａ
７をこれらに隣接したＡ型セグメントＡ２，Ａ６と接す
る側の端面Ｓ_i1の最外径部Ｓ₃₁を中心として径方向外側
（矢印Ｕ₃₁方向）に回転させて、Ａ型セグメントＡ１，
Ａ７のＢ型セグメントＢ１，Ｂ２と接する側の端面Ｓ_i2
をトンネル軸方向に隣接する既設セグメントリング４１
Ｌに対し径方向外側にずらして位置決めして仮固定す
る。続いてＢ型セグメントＢ１，Ｂ２を組み立てるとき
に、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２をＡ型セグメントＡ１，
Ａ７と接する側の端面Ｓ_i3の最内径部Ｓ₃₂を中心として
径方向内側（矢印Ｕ₃₂方向）に回転させて、Ｂ型セグメ
ントＢ１，Ｂ２のＫ型セグメントＫと接する側の端面Ｓ
_i4が既設セグメントリング４１Ｌに対し径方向内側にず
れるように位置決めして仮固定する。最後にＫ型セグメ
ントＫをＢ型セグメントＢ１，Ｂ２の間に挿入して位置
決めしてから、前述の仮固定したＡ型セグメントＡ１，
Ａ７、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２を正規位置に戻して組
み立てる。このパターンは既設セグメントリング４１Ｌ
のリング形状が縦長になり、シールド掘進機の上部のテ
ールクリアランスに余裕が無い場合に有効な仮組立パタ
ーンである。また、この場合も仮組立パターンと同様
にＫ型セグメント挿入隙間を大きくとることができる。

【００３７】上記仮組立パターン〜を図１５に示す
比較パターンと比較する。この比較パターンはＢ型セグ
メントＢ１，Ｂ２をＡ型セグメントＡ１，Ａ７と接する
側の端面Ｓ_i3の最外径部Ｓ₄₂を中心として径方向外側
（矢印Ｕ₄₂方向）に回転させて位置決めして仮固定し、
Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２のＫ型セグメントＫと接する
側の端面Ｓ_i4を既設セグメントリング４１Ｌに対して径
方向外側にずらして位置決めして組み立てるパターンで
ある。上記仮組立パターン〜と比較パターンとを比
較した結果を図１６に示す。ここで、図１６の横軸の対
象とするセグメントは、仮組立パターン〜ではＡ型
セグメントＡ１，Ａ７であり、比較パターンではＢ型セ
グメントＢ１，Ｂ２である。

【００３８】図１６から分かるように、対象とするセグ
メントの開き量が同じ場合、仮組立パターン〜では
比較パターンに比べてＫ型セグメントの挿入隙間が大き
くとれる。この理由は、Ａ型セグメントＡ１，Ａ７、Ｂ
型セグメントＢ１，Ｂ２は前術したようにボルト４２ｖ
とボルト穴４２ｈとのクリアランス内でしかずらすこと
はできないが、このとき、比較パターンのようにＢ型セ
グメントＢ１，Ｂ２だけを既設セグメントリング４１Ｌ
に対して径方向外側にずらす場合、トンネル径方向には
ずれるがトンネル周方向にはほとんどずれない。一方、
仮組立パターン〜のようにＡ型セグメントＡ１，Ａ
７を既設セグメントリング４１Ｌに対して径方向外側に
ずらした後、そのＡ型セグメントＡ１，Ａ７を基準にし
てＢ型セグメントＢ１，Ｂ２を位置決めするとき、Ｂ型
セグメントＢ１，Ｂ２は必然的にトンネル径方向だけで
なくトンネル周方向にもずれた状態で位置決めすること
になるので、その分だけＫ型セグメントの挿入隙間が大
きくなる。

【００３９】また、対象とするセグメントの開き量を徐
々に大きくしてゆくとＫ型セグメントの挿入隙間が大き
く取れる。しかし、Ａ型セグメントＡ１，Ａ７、Ｂ型セ
グメントＢ１，Ｂ２は、前述したようにボルト４２ｖと
ボルト穴４２ｈとのクリアランス内でしか開いたり閉じ
ることができないため、Ａ型セグメントＡ１，Ａ７の開
き量、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２の開き量または閉じ量
やＫ型セグメントの挿入隙間には限界がある。しかしな
がら、上記仮組立パターン〜ではＡ型セグメントＡ
１，Ａ７の開き量、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２の開き量
または閉じ量をボルト４２ｖに対するボルト穴４２ｈの
ガタの範囲内で適当に設定する事により、比較パターン
よりもＫ型セグメントの挿入隙間を大きくとれるように
なり、これによりセグメントリングの組立を容易に実現
できる。また、Ｋ型セグメントの組立の際にＫ型セグメ
ントがＢ型セグメントＢ１，Ｂ２に接触しにくくなり、
セグメントの損傷やセグメントの組立精度の低下を防止
できる。

【００４０】また、Ｋ型セグメントの挿入隙間を大きく
とるには、Ａ型セグメントＡ１，Ａ７及びＢ型セグメン
トＢ１，Ｂ２を仮組立パターン，のように位置決め
すればよい。また、既設セグメントリング４１Ｌの形状
が縦長になり過ぎると、シールド掘進機の上部のテール
クリアランスに余裕が無くなるが、この場合にはＡ型セ
グメントＡ１，Ａ７及びＢ型セグメントＢ１，Ｂ２を仮
組立パターンのように位置決めすることにより、上部
のテールクリアランスを確保することができる。

【００４１】以上のように本実施形態のセグメント組立
方法によれば、Ｋ型セグメントの挿入の際にＫ型セグメ
ントＫの挿入隙間が確保されるので、Ｋ型セグメントの
組み立てが容易になるとともに、Ｋ型セグメントがＢ型
セグメントＢ１，Ｂ２と接触しにくくなり、セグメント
の損傷やセグメントの組み立て精度の低下を防止するこ
とができる。

【００４２】本実施形態のセグメント組立の他の方法を
図１７〜図１９に示す。図１７に示すものは、Ａ型セグ
メントＡ１，Ａ７を組み立てるときに、Ａ型セグメント
Ａ１，Ａ７を既設セグメントリング４１Ｌの中心Ｏに対
して径方向外側（矢印Ｕ₄ 方向）に平行移動させて位置
決めして仮固定し、続いてＢ型セグメントＢ１，Ｂ２を
組み立てるときに、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２の端面Ｓ
_i3をＡ型セグメントＡ１，Ａ７の端面Ｓ_i2に合わせて位
置決めして仮固定し、最後にＫ型セグメントをＢ型セグ
メントＢ１，Ｂ２の間に挿入して位置決めして組み立て
る。

【００４３】図１８に示すものは、Ａ型セグメントＡ
１，Ａ７を組み立てるときに、Ａ型セグメントＡ１，Ａ
７を既設セグメントリング４１Ｌの中心Ｏに対して径方
向外側（矢印Ｕ₅₁方向）に平行移動させて位置決めして
仮固定し、続いてＢ型セグメントＢ１，Ｂ２を組み立て
るときに、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２を端面Ｓ_i3の最外
径部Ｓ₂₂を中心として径方向外側（矢印Ｕ₅₂方向）に回
転させて位置決めして仮固定し、最後にＫ型セグメント
をＢ型セグメントＢ１，Ｂ２の間に挿入して位置決めし
て組み立てる。

【００４４】図１９に示すものは、Ａ型セグメントＡ
１，Ａ７を組み立てるときに、Ａ型セグメントＡ１，Ａ
７を既設セグメントリング４１Ｌの中心Ｏに対して径方
向外側（矢印Ｕ₆₁方向）に平行移動させて位置決めして
仮固定し、続いてＢ型セグメントＢ１，Ｂ２を組み立て
るときに、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２を端面Ｓ_i3の最内
径部Ｓ₃₂を中心として径方向内側（矢印Ｕ₆₂方向）に回
転させて位置決めして仮固定し、最後にＫ型セグメント
をＢ型セグメントＢ１，Ｂ２の間に挿入して位置決めし
て組み立てる。

【００４５】なお、以上説明した本実施形態のセグメン
ト組立方法においては、セグメントリング４２Ｌが組み
立てられて図示しない全てのシールドジャッキを引いた
ときに、そのセグメントリング４２Ｌが自重等によりず
れて所定の形状になるように、Ａ型セグメントＡ１，Ａ
７、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２、Ｋ型セグメントＫを位
置決めして仮固定するものとしたが、組み立てられたセ
グメントリング４２Ｌが自重等によりほとんどずれない
場合は、Ａ型セグメントＡ１，Ａ７、Ｂ型セグメントＢ
１，Ｂ２を上述した仮組立パターンに従って位置決めし
て仮固定した後、Ｋ型セグメントＫをＢ型セグメントＢ
１，Ｂ２の間に挿入して既設セグメントリング４１Ｌに
合致する位置に位置決めしてから、セグメント組立装置
を用いて上記仮固定したＡ型セグメントＡ１，Ａ７、Ｂ
型セグメントＢ１，Ｂ２を既設セグメントリング４１Ｌ
に合致する位置に戻して組み立てる。

【００４６】また、本実施形態のセグメント組立方法で
は、Ａ型セグメントＡ１，Ａ７を組み立てるときに、Ａ
型セグメントＡ１，Ａ７の端面Ｓ_i2を既設セグメントリ
ング４１Ｌに対して径方向外側にずらして位置決めし、
Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２を組み立てるときにＡ型セグ
メントＡ１，Ａ７を基準にして位置決めしているが、こ
れに限らず、Ａ型セグメントＡ１，Ａ７のいずれか一方
の端面Ｓ_i2を既設セグメントリング４１Ｌに対して径方
向外側にずらして位置決めし、その端面Ｓ_i2を既設セグ
メントリング４１Ｌに対して径方向外側にずらしたＡ型
セグメントに隣接するＢ型セグメントを、当該Ａ型セグ
メントを基準にして位置決めしてもよい。また、Ｂ型セ
グメントＢ１，Ｂ２の端面Ｓ_i4が既設セグメントリング
４１Ｌに対して径方向外側または径方向内側にずれるよ
うに位置決めする場合、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２を端
面Ｓ_i3の最外径部Ｓ₂₂または最内径部Ｓ₃₂を中心として
径方向外側または径方向内側に回転させているが、これ
に限らず、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２を既設セグメント
リング４１Ｌの中心Ｏに対して径方向外側または径方向
内側に平行移動させてもよい。

【００４７】前述した図１〜図８の本実施形態のセグメ
ント組立装置は、上記のセグメント組立方法を実現する
ものである。

【００４８】本実施形態のセグメント組立装置の本体制
御装置５２は、図２０に示すように、記憶部５２ａ、入
力部５２ｂ、演算部５２ｃ、出力部５２ｄからなり、記
憶部５２ａには、Ａ型セグメントＡ１〜Ａ７、Ｂ型セグ
メントＢ１，Ｂ２、Ｋ型セグメントＫの組立順序と、Ａ
型セグメントＡ１〜Ａ７、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２、
Ｋ型セグメントＫの目標形状となる設計位置及び姿勢
（以下、設計位置・姿勢と記す）として前述した３つの
セグメント仮組立パターン〜とが予め記憶されてい
るとともに、既設セグメントリング４１Ｌを組み上げた
ときの情報が順次記憶される。入力部５２ｂは画像処理
装置５１で求められたスリット光の端点座標値、距離計
６０及び角度検出器６１の計測値、入力装置５５からの
入力データとして前述したようにオペレータが３つのセ
グメント仮組立パターン〜に関して選択入力したデ
ータを入力する。演算部５２ｃは記憶部５２ａに記憶さ
れているデータ及び入力部５２ｂに入力されたデータを
用いて組立セグメント４２の位置決め演算を行い、出力
部５２ｄはその演算結果を指令値としてサーボ制御装置
５３に出力する。

【００４９】以下、本体制御装置５２の演算部５２ｃに
おける組立セグメント４２の位置決め演算手順を図２１
〜図２４を用いて説明する。本体制御装置５２の演算部
５２ｃで実行される位置決め制御は、大きく分けて粗位
置決め演算と微位置決め演算の２段階からなっている。

【００５０】最初に、粗位置決め演算の手順を図２１に
より説明する。まず手順１００において、距離計６０及
び角度検出器（図示せず）の計測値すなわち距離計６０
から既設セグメント４１内周面までの距離Ｌ１及びエレ
クタ回転位置から、既設セグメント４１とエレクタ本体
１２との距離のズレを求め、これを位置決め制御のため
の補正値として記憶部５２ａに記憶する。

【００５１】続いて手順１０１において、組立セグメン
トリング４２Ｌの設計位置・姿勢もしくは既設セグメン
トリング４１Ｌの位置・姿勢から、組立セグメント４２
及び既設セグメント４１ａ〜４１ｃ上に生じるスリット
光像Ａ−Ａ＊，Ｂ−Ｂ＊，Ｃ−Ｃ＊がテレビカメラ４５
ａ，４５ｂ，４５ｃのカメラ視野に入り、かつ組立セグ
メント４２と既設セグメント４１ａ〜４１ｃが接触しな
い位置（以下、粗位置と記す）を演算し、これに基づき
把持中の組立セグメント４２をその粗位置に位置させる
エレクタ本体１２のセグメント把持部３４の目標位置・
姿勢（以下、エレクタ目標位置・姿勢と記す）を演算す
る。ここで、粗位置はエレクタ本体１２の旋回角度及び
図１に示すようなエレクタ中心位置を原点とするエレク
タ座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）で表される。

【００５２】続いて手順１０２において、先に求めたエ
レクタ目標位置・姿勢から旋回モータ１６、押付ジャッ
キ２２、横スライドジャッキ２５、前後スライドジャッ
キ２８、姿勢制御用ジャッキ３１，３２，３３を含む７
軸のアクチュエータの指令値を演算し、続いて手順１０
３において、そのアクチュエータ指令値をサーボ制御装
置５３へ出力し、サーボ制御装置５３が上記アクチュエ
ータを制御し終えるのを待つ。

【００５３】次に、微位置決め演算の手順を図２２によ
り説明する。先に説明した粗位置決め制御において、組
立セグメント４２は図２３に示す位置に位置決めされた
とする。このとき、前述した３箇所にそれぞれ投光器４
４ａ〜４４ｃのスリット光を照射することにより組立セ
グメント４２及び既設セグメント４１ａ〜４１ｃ上に生
じるスリット光像Ａ−Ａ＊，Ｂ−Ｂ＊，Ｃ−Ｃ＊は、確
実にテレビカメラ４５ａ，４５ｂ，４５ｃのカメラ視野
４６ａ，４６ｂ，４６ｃに入る。したがって、画像処理
装置５１は、テレビカメラ４５ａ，４５ｂ，４５ｃに映
ったカメラ画像４７ａ，４７ｂ，４７ｃから、上記３箇
所のスリット光像Ａ−Ａ＊，Ｂ−Ｂ＊，Ｃ−Ｃ＊の画像
座標系（ｘｖ，ｙｖ）上での端点座標ａ（ａｘ，ａ
ｙ），ａ＊（ａｘ＊，ａｙ＊），ｂ（ｂｘ，ｂｙ），ｂ
＊（ｂｘ＊，ｂｙ＊），ｃ（ｃｘ，ｃｙ），ｃ＊（ｃｘ
＊，ｃｙ＊）を抽出する。

【００５４】まず手順２０１において、上記画像処理装
置５１により抽出された端点座標値ａ（ａｘ，ａｙ）〜
ｃ＊（ｃｘ＊，ｃｙ＊）を用いて、組立セグメント４２
と既設セグメント４１ａ〜４１ｃとの偏差量を演算す
る。その演算は以下のようにして行う。

【００５５】すなわち、まず上記端点座標値ａ（ａｘ，
ａｙ）〜ｃ＊（ｃｘ＊，ｃｙ＊）から、組立セグメント
４２と既設セグメント４１ａ〜４１ｃとの相対位置関係
として組立セグメント４２と既設セグメント４１ａ〜４
１ｃとの間の段差Δｚａ，Δｚｂ，Δｚｃ及び隙間Δｘ
ａ，Δｘｂ，Δｙｃが次式により算出される。

【００５６】 Δｘａ＝（ａｘ＊−ａｘ）・ｋｘ＝Δｘ１・ｋｘ Δｘｂ＝（ｂｘ＊−ｂｘ）・ｋｘ＝Δｘ２・ｋｘ Δｙｃ＝（ｃｙ＊−ｃｙ）・ｋｙ＝Δｙ３・ｋｙ Δｚａ＝（ａｙ＊−ａｙ）・ｋｚ＝Δｙ１・ｋｚ Δｚｂ＝（ｂｙ＊−ｂｙ）・ｋｚ＝Δｙ２・ｋｚ Δｚｃ＝（ｃｘ＊−ｃｘ）・ｋｚ＝Δｘ３・ｋｚ ここで、ｋｘ，ｋｙ，ｋｚは画像データをｍｍ単位の数
値に変換するための係数である。

【００５７】上記の段差Δｚａ〜Δｚｃ及び隙間Δｘａ
〜Δｙｃを基にして既設セグメント４１ａ〜４１ｃに対
する組立セグメント４２の位置・姿勢偏差を演算する。
この位置・姿勢偏差演算の簡単な例を次式に示す。

【００５８】ｅｄｘ＝（Δｘａ＋Δｘｂ）／２ ｅｄｙ＝Δｙｃ ｅｄｚ＝（Δｚａ＋Δｚｃ）／２ ｅδｘ＝（Δｚｂ−Δｚａ）／（Ｌｙａ＋Ｌｙｂ） ｅδｙ＝｛（Δｚａ＋Δｚｂ）／２−Δｚｃ｝／（Ｌｘ
ａ＋Ｌｘｃ） ｅδｚ＝（Δｘｂ−Δｘａ）／（Ｌｙａ＋Ｌｙｂ） ここで、ｅｄｘ，ｅｄｙ，ｅｄｚはそれぞれ図２４に示
すｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸方向の位置偏差を表し、ｅ
δｘ，ｅδｙ，ｅδｚはそれぞれｘ軸回り、ｙ軸回り、
ｚ軸回りの姿勢偏差を表している。また、Ｌｘａ，Ｌｘ
ｃ，Ｌｙｚ，Ｌｙｂは、組立セグメント４２の把持中心
ｏから組立セグメント４２上のスリット光像Ａ，Ｂ，Ｃ
の各端点ａ，ｂ，ｃまでのｘ軸方向及びｙ軸方向の距離
を表している。

【００５９】続いて手順２０２において、上記位置・姿
勢偏差ｅｄｘ，ｅｄｙ，ｅｄｚ，ｅδｘ，ｅδｙ，ｅδ
ｚから組立セグメント４２の位置・姿勢の補正量ｄｘ，
ｄｙ，ｄｚ，δｘ，δｙ，δｚが次式により求められ
る。

【００６０】ｄｘ＝−ｅｄｘ ｄｙ＝−ｅｄｙ ｄｚ＝−ｅｄｚ δｘ＝−ｅδｘ δｙ＝−ｅδｙ δｚ＝−ｅδｚ 続いて手順２０３において、既設セグメント４１ａ〜４
１ｃに対する組立セグメント４２の位置・姿勢偏差をな
くすための組立セグメント４２の基準位置・姿勢を求め
る。この演算は以下のようにして行う。

【００６１】ここで、粗位置決め後の組立セグメント４
２の位置・姿勢を、 ｘ軸方向の位置： Ｐ１１ ｙ軸方向の位置： Ｐ１２ ｚ軸方向の位置： Ｐ１３ ｘ軸回りの姿勢： Ｐ１４ ｙ軸回りの姿勢： Ｐ１５ ｚ軸回りの姿勢： Ｐ１６ とし、組立セグメント４２の基準位置・姿勢を、 ｘ軸方向の位置： Ｐ２１＝Ｐ１１＋ｄｘ ｙ軸方向の位置： Ｐ２２＝Ｐ１２＋ｄｙ ｚ軸方向の位置： Ｐ２３＝Ｐ１３＋ｄｚ ｘ軸回りの姿勢： Ｐ２４＝Ｐ１４＋δｘ ｙ軸回りの姿勢： Ｐ２５＝Ｐ１５＋δｙ ｚ軸回りの姿勢： Ｐ２６＝Ｐ１６＋δｚ とする。

【００６２】続いて手順２０４において、本体制御装置
５２の記憶部５２ａに記憶されているＡ型セグメントＡ
１〜Ａ７、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２、Ｋ型セグメント
Ｋの組立順序から、現在の組立セグメント４２がＡ型セ
グメントＡ２〜Ａ６であるかＡ型セグメントＡ１，Ａ
７、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２、Ｋ型セグメントＫであ
るかを判断し、Ａ型セグメントＡ２〜Ａ６であると判断
されたときは手順２１２に進み、Ａ型セグメントＡ１，
Ａ７、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２、Ｋ型セグメントＫで
あると判断されたときは手順２０５に進む。

【００６３】手順２１２においては、組立セグメント４
２を基準位置・姿勢Ｐ２１〜Ｐ２６に位置させるエレク
タ目標位置・姿勢を演算する。

【００６４】手順２０５においては、オペレータが入力
装置５５より３つのセグメント仮組立パターン〜の
中から１つを選択入力したデータを入力部５２ｂを介し
て読み込み、その選択入力データに対応する組立セグメ
ント４２の設計位置・姿勢を記憶部５２ａから読み込
み、基準位置・姿勢Ｐ２１〜Ｐ２６と設計位置・姿勢と
の偏差を求める。ここで、設計位置・姿勢を、 ｘ軸方向の位置： Ｐ１ ｙ軸方向の位置： Ｐ２ ｚ軸方向の位置： Ｐ３ ｘ軸回りの姿勢： Ｐ４ ｙ軸回りの姿勢： Ｐ５ ｚ軸回りの姿勢： Ｐ６ とする。

【００６５】このとき、基準位置・姿勢Ｐ２１〜Ｐ２６
と設計位置・姿勢Ｐ１〜Ｐ６との偏差は、 ｘ軸方向の位置偏差： Δｘ＝Ｐ２１−Ｐ１ ｙ軸方向の位置偏差： Δｙ＝Ｐ２２−Ｐ２ ｚ軸方向の位置偏差： Δｚ＝Ｐ２３−Ｐ３ ｘ軸回りの姿勢偏差： Δδｘ＝Ｐ２４−Ｐ４ ｙ軸回りの姿勢偏差： Δδｙ＝Ｐ２５−Ｐ５ ｚ軸回りの姿勢偏差： Δδｚ＝Ｐ２６−Ｐ６ となる。

【００６６】続いて手順２０６において、基準位置・姿
勢Ｐ２１〜Ｐ２６と設計位置・姿勢Ｐ１〜Ｐ６との偏差
がしきい値以内であるかどうか判定することにより、設
計位置・姿勢Ｐ１〜Ｐ６にＡ型セグメントＡ１，Ａ７、
Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２、Ｋ型セグメントＫが組立可
能かどうかを判断し、その偏差がしきい値以内であれば
手順２０７に進み、組立セグメント４２を設計位置・姿
勢Ｐ１〜Ｐ６に位置させるエレクタ目標位置・姿勢を演
算し、偏差がしきい値以内でなければ手順２０８に進
む。

【００６７】ここで、上記偏差Δｘ，Δｙ，Δｚ，Δδ
ｘ，Δδｙ，Δδｚと比較するしきい値をそれぞれｋ
１，ｋ２，ｋ３，ｋ４，ｋ５，ｋ６とする。このしきい
値は、組立セグメント４２と既設セグメント４１ａ〜４
１ｃを締結するために使用するボルトと、セグメントに
設けたボルト穴との隙間の範囲内で設定される。例え
ば、ボルトとボルト穴との隙間が２ｍｍあれば、ｘ軸方
向、ｙ軸方向及びｚ軸方向のしきい値は最大で２ｍｍと
なるが、その隙間より低めに設定する。このとき、 −ｋ１≦Δｘ≦ｋ１ … （１） −ｋ２≦Δｙ≦ｋ２ … （２） −ｋ３≦Δｚ≦ｋ３ … （３） −ｋ４≦Δδｘ≦ｋ４ … （４） −ｋ５≦Δδｙ≦ｋ５ … （５） −ｋ６≦Δδｚ≦ｋ６ … （６） を吟味し、満たされていれば手順２０７へ進み、満たさ
れていなければ手順２０８へ進む。

【００６８】手順２０８においては、組立セグメント４
２と既設セグメント４１ａ〜４１ｃとの間でボルト挿入
ができるように、基準位置・姿勢Ｐ２１〜Ｐ２６をしき
い値ｋ１〜ｋ６分だけ設計位置・姿勢Ｐ１〜Ｐ６側にず
らし、これを新たな基準位置・姿勢Ｐ２１〜Ｐ２６と
し、組立セグメント４２をこの新たな基準位置・姿勢Ｐ
２１〜Ｐ２６に位置させるエレクタ目標位置・姿勢を演
算する。

【００６９】手順２０９においては、手順２０６におけ
る基準位置・姿勢Ｐ２１〜Ｐ２６と設計位置・姿勢Ｐ１
〜Ｐ６との偏差と、しきい値との比較を、ｘ軸方向、ｙ
軸方向、ｚ軸方向の位置偏差及びｘ軸回り、ｙ軸回り、
ｚ軸回りの姿勢偏差について全て終えたかどうかを判定
し、全て終えたと判定されたときは手順２１０に進み、
全て終えていないと判定されたときは手順２０６に戻
る。

【００７０】続いて手順２１０において、現在の組立セ
グメント４２がＡ型セグメントＡ２〜Ａ６のときは手順
２１２で求めたエレクタ目標位置・姿勢に応じた、旋回
モータ１６、押付ジャッキ２２、横スライドジャッキ２
５、前後スライドジャッキ２８、姿勢制御用ジャッキ３
１，３２，３３を含む７軸のアクチュエータの指令値を
演算し、現在の組立セグメント４２がＡ型セグメントＡ
１，Ａ７、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２、Ｋ型セグメント
Ｋのときは手順２０７または２０８で求めたエレクタ目
標位置・姿勢に応じた、旋回モータ１６、押付ジャッキ
２２、横スライドジャッキ２５、前後スライドジャッキ
２８、姿勢制御用ジャッキ３１，３２，３３を含む７軸
のアクチュエータの指令値を演算する。

【００７１】続いて手順２１１において、上記７軸のア
クチュエータ指令値をサーボ制御装置５３へ出力する。
以上により微位置決め制御が終了する。

【００７２】次に、以上のように構成した本実施形態の
セグメント組立装置の動作を説明する。一例として組立
セグメント４２を仮組立パターン（図１１参照）に従
ってセグメントリングを組み立てる場合について説明す
る。

【００７３】組立セグメント４２が粗位置決めされた
後、まずオペレータが入力装置５５により３つのセグメ
ント仮組立パターン〜の中から仮組立パターンを
選択入力する。

【００７４】本体制御装置５２は、画像処理装置５１に
より抽出された端点座標値ａ（ａｘ，ａｙ）〜ｃ＊（ｃ
ｘ＊，ｃｙ＊）を用いて既設セグメント４１ａ〜４１ｃ
に対する組立セグメント４２の偏差ｅｄｘ〜ｅδｚを求
め、その偏差ｅｄｘ〜ｅδｚに基づいて組立セグメント
４２の位置・姿勢の補正量ｄｘ〜δｚを求め、その補正
量ｄｘ〜δｚに基づいて既設セグメント４１ａ〜４１ｃ
に対する組立セグメント４２の位置・姿勢偏差をなくす
ための基準位置・姿勢Ｐ２１〜Ｐ２６を求める。このと
き、現在の組立セグメント４２がＡ型セグメントＡ２〜
Ａ６のときは、その組立セグメント４２を基準位置・姿
勢Ｐ２１〜Ｐ２６に位置させるエレクタ目標位置・姿勢
に応じた７軸のアクチュエータの指令値を求め、それを
サーボ制御装置５３に出力する。

【００７５】一方、現在の組立セグメント４２がＡ型セ
グメントＡ１，Ａ７、Ｂ型セグメントＢ１，Ｂ２、Ｋ型
セグメントＫのときは、記憶部５２ａに記憶されている
仮組立パターンの設計位置・姿勢Ｐ１〜Ｐ６を読み込
み、基準位置・姿勢Ｐ２１〜Ｐ２６を設計位置・姿勢Ｐ
１〜Ｐ６との偏差Δｘ〜Δδｚを求め、この偏差Δｘ〜
Δδｚがしきい値ｋ１〜ｋ６以内のときは、組立セグメ
ント４２を設計位置・姿勢Ｐ１〜Ｐ６に位置させるエレ
クタ目標位置・姿勢に応じた７軸のアクチュエータの指
令値を求め、偏差Δｘ〜Δδｚがしきい値ｋ１〜ｋ６以
内でないときは、設計位置・姿勢Ｐ１〜Ｐ６をしきい値
ｋ１〜ｋ６分だけずらすことにより得られた、設計位置
・姿勢Ｐ１〜Ｐ６に最も近い組立可能な位置・姿勢に組
立セグメント４２を位置させるエレクタ目標位置・姿勢
に応じた７軸のアクチュエータの指令値を求め、それを
サーボ制御装置５３に出力する。

【００７６】サーボ制御装置５３は上記７軸のアクチュ
エータを制御して組立セグメント４２を位置決めする。
その後図示しないシールドジャッキを伸長し、位置決め
した組立セグメント４２を既設セグメントリング４１Ｌ
に押し付け、ボルト締結装置７０により組立セグメント
４２と既設セグメントリング４１Ｌとを固定する。

【００７７】以上のように構成した本実施形態のセグメ
ント組立装置によれば、前述したセグメント組立方法が
実施され、Ｋ型セグメントの挿入の際にＫ型セグメント
の挿入隙間が確保されるので、Ｋ型セグメントの組み立
てが容易になるとともにセグメントの損傷やセグメント
の組み立て精度の低下を防止することができる。

【００７８】また、本体制御装置５２の記憶部５２ａに
は３つのセグメント仮組立パターン〜の設計位置・
姿勢Ｐ１〜Ｐ６が記憶されており、オペレータが入力装
置５５により３つのセグメント仮組立パターン〜の
中から最適なパターンを選択することができるので、例
えばＫ型セグメントの挿入隙間を大きくしたいときは仮
組立パターン，を選択し、既設セグメントリング４
２Ｌの形状が縦長になり過ぎてシールド掘進機の上部の
テールクリアランスに余裕が無くなったときは仮組立パ
ターンを選択するというように、シールド工事の状況
に応じて適切なセグメントリング組立が行える。

【００７９】なお、本実施形態のセグメントの位置決め
装置においては、３つの仮組立パターン〜の選択
は、オペレータが工事状況等から判断して入力装置５５
より選択入力するものとしたが、これに限らず、本体制
御装置５２が既設セグメントリング４１Ｌの組立情報に
基づいて自動的に選択するようにしてもよい。また、組
立セグメント４２の微位置決め時に、投光器４４ａ〜４
４ｃ及びテレビカメラ４５ａ〜４５ｃからなる視覚セン
サを用いて組立セグメント４２と既設セグメント４１ａ
〜４１ｃとの相対位置を検出するものとしたが、これに
限らず、超音波距離センサ、レーザ距離センサ等の他の
センサを用いてもよい。

【００８０】

【発明の効果】本発明によれば、Ｋ型セグメントの組み
立て時に、Ｋ型セグメントの挿入隙間を大きくとること
ができ、Ｋ型セグメントの位置決め、組み立てを容易に
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態によるセグメント組立装置の
エレクタ本体の正面断面図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。

【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線断面図である。

【図５】図１に示すセグメント把持部の詳細断面図であ
る。

【図６】図１に示すエレクタ本体に装備されたボルト締
結装置である。

【図７】本発明の実施形態のセグメントの位置決めに用
いる投光器及びテレビカメラの組立セグメントと既設セ
グメントとの位置関係及びシステム構成を示す図であ
る。

【図８】図１に示すセグメント組立装置の制御系のブロ
ック図である。

【図９】本発明の実施形態に用いるセグメント配置例を
示す図である。

【図１０】本発明の実施形態に用いるセグメントの形状
を示す図である。

【図１１】本発明の実施形態におけるセグメント仮組立
パターンの例を示す図である。

【図１２】図１１に示すセグメント仮組立パターンに従
ったセグメント位置決めの様子を示す図である。

【図１３】本発明の実施形態におけるセグメント仮組立
パターンの他の例を示す図である。

【図１４】本発明の実施形態におけるセグメント仮組立
パターンの他の例を示す図である。

【図１５】本発明の実施形態におけるセグメント仮組立
パターンの比較例を示す図である。

【図１６】本発明の実施形態における対象とするセグメ
ントのトンネル径方向開き量とＫ型セグメントの挿入隙
間との関係を示したものである。

【図１７】本発明の実施形態におけるセグメント仮組立
パターンの他の例を示す図である。

【図１８】本発明の実施形態におけるセグメント仮組立
パターンの他の例を示す図である。

【図１９】本発明の実施形態におけるセグメント仮組立
パターンの他の例を示す図である。

【図２０】図７に示す本体制御装置の構成を示す図であ
る。

【図２１】図７に示す本体制御装置の粗位置決め制御手
順を示すフローチャートである。

【図２２】図７に示す本体制御装置の微位置決め制御手
順を示すフローチャートである。

【図２３】図７に示す３箇所のカメラ画像を示す図であ
る。

【図２４】図２２に示す微位置決め制御手順の位置・姿
勢偏差演算に用いる図である。

【符号の説明】

１２ エレクタ本体 ４１，４１ａ，４１ｂ，４１ｃ 既設セグメント ４１Ｌ 既設セグメントリング ４２ 組立セグメント ４４ａ，４４ｂ，４４ｃ 投光器 ４５ａ，４５ｂ，４５ｃ テレビカメラ ４８ カメラ切換器 ４９ 画像入力装置 ５０ 画像メモリ ５１ 画像処理装置 ５２ 本体制御装置 ５２ａ 記憶部 ５２ｂ 入力部 ５２ｃ 演算部 ５２ｄ 出力部 ５３ サーボ制御装置 ５４ 油圧制御装置 ５５ 入力装置 Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ａ５，Ａ６，Ａ７ Ａ型セグ
メント Ｂ１，Ｂ２ Ｂ型セグメント Ｋ Ｋ型セグメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 橋本 久儀 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 (72)発明者 多形 宏毅 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 (72)発明者 亀井 健 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 平８−4494（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) E21D 11/40

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒リングを軸方向に平行分割した形状
   の複数のＡ型セグメントを円弧状に位置決めして組み立
   て、続いて一方の端部がテーパ部を有するＢ型セグメン
   トを前記円弧状の両端に位置するＡ型セグメントにそれ
   ぞれ隣接して位置決めして組み立て、最後に両方の端部
   がテーパ部を有するＫ型セグメントを前記２つのＢ型セ
   グメントの間に挿入して位置決めして組み立てることに
   よりセグメントリングを組み立てるセグメント組立方法
   において、 前記円弧状の両端に位置するＡ型セグメントの少なくと
   も一方を位置決めするときに、当該Ａ型セグメントの前
   記Ｂ型セグメントと接する側の端面を軸方向に隣接する
   既設セグメントリングに対し径方向外側にずらして位置
   決め仮固定し、続いて前記少なくとも一方のＡ型セグメ
   ントに隣接して位置決めされる前記Ｂ型セグメントを、
   前記Ｋ型セグメントの挿入隙間が大きくなるように当該
   Ａ型セグメントを基準にして位置決め仮固定し、その後
   前記Ｋ型セグメントを前記２つのＢ型セグメントの間に
   挿入することを特徴とするセグメント組立方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載のセグメント組立方法にお
   いて、前記円弧状の両端に位置するＡ型セグメントの少
   なくとも一方を位置決めするときに、当該Ａ型セグメン
   トを、前記Ｂ型セグメントと接しない側の端面の最外径
   部を中心として前記径方向外側に回転させて位置決め仮
   固定することを特徴とするセグメント組立方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載のセグメント組立方法にお
   いて、前記円弧状の両端に位置するＡ型セグメントの少
   なくとも一方を位置決めするときに、当該Ａ型セグメン
   トを、前記既設セグメントリングの中心に対して前記径
   方向外側に平行移動させて位置決め仮固定することを特
   徴とするセグメント組立方法。
4. 【請求項４】 請求項１記載のセグメント組立方法にお
   いて、前記少なくとも一方のＡ型セグメントに隣接して
   位置決めされる前記Ｂ型セグメントを、当該Ｂ型セグメ
   ントの前記Ｋ型セグメントと接する側の端面が前記既設
   セグメントリングに対し径方向外側にずれるように位置
   決め仮固定することを特徴とするセグメント組立方法。
5. 【請求項５】 請求項１記載のセグメント組立方法にお
   いて、前記少なくとも一方のＡ型セグメントに隣接して
   位置決めされる前記Ｂ型セグメントを、当該Ｂ型セグメ
   ントの前記Ｋ型セグメントと接する側の端面が前記既設
   セグメントリングに対し径方向内側にずれるように位置
   決め仮固定することを特徴とするセグメント組立方法。
6. 【請求項６】 組立セグメントを把持するセグメント把
   持装置と、前記セグメント把持装置を駆動し前記組立セ
   グメントを位置決めする複数のアクチュエータと、前記
   組立セグメントとこれに隣接する既設セグメントとの相
   対位置関係を検出する検出手段とを有し、前記セグメン
   ト把持装置及び複数のアクチュエータにより前記組立セ
   グメントを前記既設セグメントに対して粗位置決めした
   後、前記検出手段により前記組立セグメントと既設セグ
   メントとの相対位置関係を検出し、この相対位置関係に
   基づいて前記組立セグメントと既設セグメントとのずれ
   が小さくなるよう前記アクチュエータを駆動し前記組立
   セグメントを微位置決めして組み立てるセグメント組立
   装置において、 軸方向に隣接する既設セグメントリングに合わせて位置
   決めして組み立てる第１のセグメント及び少なくとも一
   方の端面を前記既設セグメントリングに対して径方向外
   側にずらして位置決めして仮組立する第２のセグメント
   の組立順序と、前記第２のセグメントの設計位置及び姿
   勢とに関する組立パターンデータが記憶されている記憶
   手段と、 前記第１のセグメント及び第２のセグメントの組立順序
   から現在の組立セグメントが前記第１のセグメントであ
   るか前記第２のセグメントであるかを判断する判断手段
   と、 前記判断手段で前記第１のセグメントであると判断され
   たときに、前記組立セグメントと既設セグメントとの相
   対位置関係から、前記組立セグメントと既設セグメント
   とのずれを小さくする前記セグメント把持装置の目標位
   置及び姿勢を求め、この目標位置及び姿勢に応じて前記
   アクチュエータを駆動する第１の制御手段と、 前記判断手段で前記第２のセグメントであると判断され
   たときに、前記記憶手段に記憶されている組立パターン
   データの設計位置及び姿勢に前記第２のセグメントが組
   立可能であるかどうかを判断し、前記組立可能であると
   判断されたときは、前記組立パターンデータの設計位置
   及び姿勢を前記セグメント把持装置の目標位置及び姿勢
   として前記アクチュエータを駆動し、前記組立可能でな
   いと判断されたときは、前記組立パターンデータの設計
   位置及び姿勢に最も近い組立可能な位置及び姿勢を求
   め、この位置及び姿勢を前記セグメント把持装置の目標
   位置及び姿勢として前記アクチュエータを駆動する第２
   の制御手段と、 を有することを特徴とするセグメント組立装置。
7. 【請求項７】 請求項６記載のセグメント組立装置にお
   いて、前記第１のセグメントは、円弧状に位置決めして
   組み立てられる、円筒リングを軸方向に平行分割した形
   状の複数のＡ型セグメントのうち前記円弧状の両端以外
   に位置するＡ型セグメントを含み、前記第２のセグメン
   トは、前記円弧状の両端に位置する２つのＡ型セグメン
   トと、これら２つのＡ型セグメントにそれぞれ隣接して
   組み立てられる、一方の端部がテーパ部を有するＢ型セ
   グメントと、これら２つのＢ型セグメントの間に挿入し
   て位置決めして組み立てられる、両方の端部がテーパ部
   を有するＫ型セグメントとを含むことを特徴とするセグ
   メント組立装置。
8. 【請求項８】 請求項６記載のセグメント組立装置にお
   いて、前記第２のセグメントの設計位置及び姿勢を設定
   する入力手段を更に有し、前記記憶手段は、前記第２の
   セグメントの設計位置及び姿勢として、前記少なくとも
   一方の端面が前記既設セグメントリングに対し径方向内
   側にずれるように位置決めされる第３のセグメントを持
   つための設計位置及び姿勢を含む複数の設計位置及び姿
   勢を記憶しておく手段であり、前記入力手段は、前記記
   憶手段に記憶されている複数の設計位置及び姿勢の中か
   ら１つの設計位置及び姿勢を選択入力する手段であり、
   前記第２の制御手段は、前記入力手段で選択入力した設
   計位置及び姿勢に前記第２のセグメントが組立可能であ
   るかどうかを判断することを特徴とするセグメント組立
   装置。