JP3276343B2 - エレクタ制御装置及びトンネル掘削機及び覆工部材の組付方法 - 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、トンネル内に搬入
されたセグメントなどの覆工部材をトンネルの内壁面に
組付けられた覆工部材に対して組み付けるエレクタ制御
装置、並びにこのエレクタ制御装置を搭載したトンネル
ボーリングマシンやシールド掘削機などのトンネル掘削
機、そして、このセグメントなどの覆工部材をトンネル
の内壁面に対して組付ける覆工部材の組付方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】例えば、従来のシールド掘削機におい
て、円筒形状をなす掘削機本体の前部にはカッタヘッド
が駆動モータによって回転自在に装着され、この掘削機
本体の後部には複数本のシールドジャッキが周方向に沿
って並設されると共に、エレクタ装置が装着されてい
る。従って、駆動モータによってカッタヘッドを回転駆
動させながら、各シールドジャッキを伸長して既設のセ
グメントへの押し付け反力によって掘削機本体を前進さ
せると、カッタヘッドが前方の地盤を掘削する。そし
て、掘削土砂を外部に排出すると共に、エレクタ装置に
よってセグメントを既設トンネルの内壁面にリング状に
組付けることで所定長さのトンネルを構築することがで
きる。

【０００３】このようなトンネル掘削作業において、エ
レクタ装置は既設トンネル内に搬入されたセグメントを
保持して移動し、既設トンネルの内壁面の所定の位置に
保持したセグメントを組付けていく。この場合、保持し
たセグメントを既設のセグメントに対して適正位置に位
置決めして両者をボルト等によって結合することから、
エレクタ装置を高精度に制御する必要がある。

【０００４】この場合、トンネルの掘削径やセグメント
の形状及び寸法、組付順序及び位置などは予め制御装置
にデータとして入力されており、この制御装置は各種の
データに基づいてエレクタ装置を駆動制御する。エレク
タ装置は保持したセグメントを、６自由度（トンネル長
手方向Ｘ、トンネル周方向Ｙ、トンネル径方向Ｚ、ロー
リングθ_X 、ピッチングθ_Y 、ヨーイングθ_Z ）姿勢調
整可能となっており、粗位置決めしてから精位置決めを
行っている。従来、この粗位置決め及び精位置決めは、
予め入力されいる各種データと、センサによる既設セグ
メントの検出位置データとに基づいて、制御装置がエレ
クタ装置を駆動制御することで、保持したセグメントを
所定の組付位置に移動している。

【０００５】ところが、セグメントは、その製造誤差や
組付誤差などによって必ずしも所定の位置に組付けられ
ているとは限らない。そのため、精位置決め時に、保持
したセグメントが既設セグメントに接触して破損してし
まう虞があり、制御装置が既設セグメントと保持したセ
グメントとの位置を把握しながら、所定の位置に組み付
けるようにすることが望ましい。このようなセグメント
の組付装置としては、例えば、特開平３−１９９５９９
号公報や特開平４−２１３６９９号公報などに開示され
たものがある。

【０００６】この公報に開示された「セグメント自動組
付装置」は、組付セグメントと既設セグメントとのトン
ネル縦断方向の境界部と横断方向の境界部とにそれぞれ
スリット光を照射して各スリット光像を撮像し、このス
リット光像の端点座標から各境界部の段差及び隙間を求
め、求めた境界部の段差及び隙間を許容値内となるよう
に組付セグメントを位置決め補正するようにしたもので
ある。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところが、この「セグ
メント自動組付装置」にあっては、組付セグメントと既
設セグメントとの境界部に照射したスリット光の隙間か
ら両者の相対的姿勢偏差量を算出している。そのため、
組付セグメントあるいは既設セグメントにおいて、スリ
ット光の照射位置にきずや欠けがあるとこれを隙間と判
断し、きずや欠けの量を組付セグメントと既設セグメン
トとの相対的姿勢偏差量として求めてしまい、組付セグ
メントの位置決め精度が低下してしまう。

【０００８】また、リング状に組み立てられたセグメン
トをトンネルの長手方向に沿って連続されていくとき、
一般に、セグメントの周方向における接合位置がトンネ
ル長手方向に沿って一致しないようにしてその強度を確
保している。即ち、セグメントの周方向における接合位
置をセグメントの１リングごとに所定距離だけ周方向に
ずらしている。上述した「セグメント自動組付装置」で
は、センサによってセグメントの周方向における接合位
置を検出し、この接合位置が組付セグメントの中心にく
るように位置決めすることで、セグメントの１リングご
とに１／２距離だけ周方向にずらしている。ところが、
組付セグメントにおける周方向のずらし量は１／２距離
に限らず、１／３距離や１／４距離にすることが望まし
いが、このようなずらし量に対して、上述した「セグメ
ント自動組付装置」は対応することができない。

【０００９】更に、セグメントは下方から組み付けて最
上部を最後に組み付けるのが一般的であり、この場合、
最上部のセグメントはトンネル後方から前方に移動して
組み付けることから、平面視が台形状をなしている。上
述した「セグメント自動組付装置」では、組付セグメン
トと既設セグメントとの境界部にスリット光を照射し、
その隙間から両者の相対的姿勢偏差量を算出するが、こ
のスリット光が比較的短いため、組付セグメントの組付
時、ヨーイング誤差を計測することが困難となり、組付
セグメントが既設セグメントに接触して破損してしまう
虞がある。

【００１０】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、覆工部材の位置決め精度の向上並びに作業性の
向上を図ったエレクタ制御装置及びトンネル掘削機及び
覆工部材の組付方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明のエレクタ制御装置は、トンネルの
壁面にリング状に組付けられた既設の覆工部材に対し
て、トンネル内に搬入された覆工部材を保持して組み付
けるエレクタ装置において、所定高さ位置から前記保持
覆工部材までの距離及びトンネル長手方向に隣接する既
設覆工部材までの距離をそれぞれ測定してトンネル周方
向に所定間隔で配設された一対の高さ測定手段と、該保
持覆工部材と該既設覆工部材との対向するエッジを撮影
してトンネル周方向に所定間隔で配設された一対の撮影
手段と、前記高さ測定手段の出力結果に基づいて前記既
設覆工部材と前記保持覆工部材との段差を算出すると共
に前記高さ測定手段及び前記撮影手段の各出力結果に基
づいて前記既設覆工部材と前記保持覆工部材との距離を
算出する演算手段と、前記既設覆工部材同志の接合部あ
るいは該既設覆工部材に設けられたマーカを検出する周
方向位置検出手段と、前記保持覆工部材の姿勢を調整し
ながら前記既設覆工部材に対して該保持覆工部材を組み
付ける姿勢調整手段と、前記演算手段が求めた前記段差
及び距離と前記周方向位置検出手段の検出結果に基づい
て前記姿勢調整手段を駆動制御する駆動制御手段とを具
えたことを特徴とするものである。

【００１２】また、請求項２の発明のエレクタ制御装置
は、トンネルの壁面にリング状に組付けられた既設の覆
工部材に対して、トンネル内に搬入された覆工部材を保
持して組み付けるエレクタ装置において、所定高さ位置
から前記保持覆工部材までの距離及びトンネル長手方向
に隣接する第１既設覆工部材までの距離をそれぞれ測定
する第１高さ測定手段と、該保持覆工部材と該第１既設
覆工部材との対向するエッジを撮影する第１撮影手段
と、所定高さ位置から前記保持覆工部材までの距離及び
トンネル周方向に隣接する第２既設覆工部材までの距離
をそれぞれ測定する第２高さ測定手段と、該保持覆工部
材と該第２既設覆工部材との対向するエッジを撮影する
第２撮影手段と、所定高さ位置から前記保持覆工部材ま
での距離及び前記第１あるいは第２既設覆工部材までの
距離をそれぞれ測定する第３高さ測定手段と、該保持覆
工部材と該第１あるいは第２既設覆工部材との対向する
エッジを撮影する第３撮影手段と、前記第１〜第３高さ
測定手段の各出力結果に基づいて前記第１及び第２既設
覆工部材と前記保持覆工部材との段差算出すると共に前
記第１〜第３高さ測定手段及び前記第１〜第３撮影手段
の各出力結果に基づいて前記第１及び第２既設覆工部材
と前記保持覆工部材との距離を算出する演算手段と、前
記保持覆工部材の姿勢を調整しながら前記第１及び第２
既設覆工部材に対して該保持覆工部材を組み付ける姿勢
調整手段と、前記演算手段が求めた前記段差及び距離に
基づいて前記姿勢調整手段を駆動制御する駆動制御手段
とを具えたことを特徴とするものである。

【００１３】また、請求項３の発明のエレクタ制御装置
は、トンネルの壁面にリング状に組付けられた既設の覆
工部材に対して、トンネル内に搬入された覆工部材を保
持して組み付けるエレクタ装置において、所定高さ位置
から前記保持覆工部材までの距離及びトンネル長手方向
に隣接する第１既設覆工部材までの距離をそれぞれ測定
してトンネル周方向に所定間隔で配設された一対の第１
高さ測定手段と、該保持覆工部材と該第１既設覆工部材
との対向するエッジを撮影してトンネル周方向に所定間
隔で配設された一対の第１撮影手段と、所定高さ位置か
ら前記保持覆工部材までの距離及びトンネル周方向一方
に隣接する第２既設覆工部材までの距離をそれぞれ測定
する第２高さ測定手段と、該保持覆工部材と該第２既設
覆工部材との対向するエッジを撮影する第２撮影手段
と、所定高さ位置から前記保持覆工部材までの距離及び
トンネル周方向他方に隣接する第３既設覆工部材までの
距離をそれぞれ測定する第３高さ測定手段と、該保持覆
工部材と該第３既設覆工部材との対向するエッジを撮影
する第３撮影手段と、前記第１〜第３高さ測定手段の各
出力結果に基づいて前記第１〜第３既設覆工部材と前記
保持覆工部材との段差算出すると共に前記第１〜第３高
さ測定手段及び前記第１〜第３撮影手段の各出力結果に
基づいて前記第１〜第３既設覆工部材と前記保持覆工部
材との距離を算出する演算手段と、前記保持覆工部材の
姿勢を調整しながら前記第１〜第３既設覆工部材に対し
て該保持覆工部材を組み付ける姿勢調整手段と、前記演
算手段が求めた前記段差及び距離に基づいて前記姿勢調
整手段を駆動制御する駆動制御手段とを具えたことを特
徴とするものである。

【００１４】また、請求項４の発明のエレクタ制御装置
では、前記覆工部材を保持するサポート部材が前記姿勢
調整手段によって姿勢調整可能であり、該サポート部材
に前記周方向位置検出手段としての超音波センサ及びカ
メラが装着されたことを特徴としている。

【００１５】また、請求項５の発明のエレクタ制御装置
では、前記覆工部材を保持するサポート部材が前記姿勢
調整手段によって姿勢調整可能であり、該サポート部材
に前記周方向位置検出手段がトンネル周方向に沿ってそ
の取付位置を調整自在としたことを特徴としている。

【００１６】また、請求項６の発明のエレクタ制御装置
では、前記覆工部材を保持するサポート部材が前記姿勢
調整手段によって姿勢調整可能であり、該サポート部材
に前記各高さ測定手段としてのそれぞれ一対の超音波セ
ンサが装着されたことを特徴としている。

【００１７】また、請求項７の発明のエレクタ制御装置
では、前記覆工部材を保持するサポート部材が前記姿勢
調整手段によって姿勢調整可能であり、該サポート部材
に前記各撮影手段としてのＣＣＤカメラが装着されたこ
とを特徴としている。

【００１８】また、請求項８の発明のエレクタ制御装置
では、前記ＣＣＤカメラの側方に前記保持覆工部材の表
面と前記既設覆工部材の表面とをそれぞれ照射する照明
が配設されたことを特徴としている。

【００１９】また、請求項９の発明のエレクタ制御装置
では、前記演算手段は、前記撮影手段としてのＣＣＤカ
メラにおける前記保持覆工部材の端縁から前記各既設覆
工部材の端縁までの画素数と該ＣＣＤカメラの高さ位置
とに基づいて前記保持覆工部材と前記各既設覆工部材と
の距離を算出することを特徴としている。

【００２０】また、請求項１０の発明のエレクタ制御装
置では、前記覆工部材を保持するサポート部材が前記姿
勢調整手段によって姿勢調整可能であり、該サポート部
材に前記各高さ測定手段としての板ばね及び歪ゲージが
装着されたことを特徴としている。

【００２１】また、請求項１１の発明のエレクタ制御装
置では、前記覆工部材を保持するサポート部材が前記姿
勢調整手段によって姿勢調整可能であり、該サポート部
材に前記各高さ測定手段及び前記各撮影手段としてのス
テレオカメラが装着されたことを特徴としている。

【００２２】また、請求項１２の発明のエレクタ制御装
置では、前記各高さ測定手段としての超音波センサと前
記各撮影手段としてのカメラがハウジング内に収容さ
れ、該ハウジングに前記保持覆工部材及び前記既設覆工
部材の表面に対向して開閉ゲートが設けられたことを特
徴としている。

【００２３】また、請求項１３の発明のエレクタ制御装
置では、前記各高さ測定手段としての超音波センサと前
記各撮影手段としてのカメラの検出面に流体を噴射して
異物を除去する異物除去手段が設けられたことを特徴と
している。

【００２４】また、請求項１４の発明のエレクタ制御装
置では、前記演算手段は、前記保持覆工部材の対角位置
での前記既設覆工部材との段差の平均値をそれぞれ求
め、前記駆動制御手段は、該平均値の差が０となるよう
に前記姿勢調整手段を駆動制御することを特徴としてい
る。

【００２５】更に、請求項１５の発明のトンネル掘削機
は、筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させ
る推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に回転自在に
装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転
するカッタヘッド駆動手段と、トンネル内に搬入された
覆工部材を保持して姿勢調整しながら既設覆工部材に対
して組み付けるエレクタ装置と、所定高さ位置から前記
保持覆工部材までの距離及びトンネル長手方向に隣接す
る第１既設覆工部材までの距離をそれぞれ測定する第１
高さ測定手段と、該保持覆工部材と該第１既設覆工部材
との対向するエッジを撮影する第１撮影手段と、所定高
さ位置から前記保持覆工部材までの距離及びトンネル周
方向に隣接する第２既設覆工部材までの距離をそれぞれ
測定する第２高さ測定手段と、該保持覆工部材と該第２
既設覆工部材との対向するエッジを撮影する第２撮影手
段と、所定高さ位置から前記保持覆工部材までの距離及
び前記第１あるいは第２既設覆工部材までの距離をそれ
ぞれ測定する第３高さ測定手段と、該保持覆工部材と該
第１あるいは第２既設覆工部材との対向するエッジを撮
影する第３撮影手段と、前記第１〜第３高さ測定手段の
各出力結果に基づいて前記既設覆工部材と前記保持覆工
部材との段差を算出すると共に前記第１〜第３高さ測定
手段及び前記第１〜第３撮影手段の各出力結果に基づい
て前記既設覆工部材と前記保持覆工部材との距離を算出
する演算手段と、該演算手段が求めた前記段差及び距離
に基づいて前記エレクタ装置を駆動制御する駆動制御手
段と、前記カッタヘッドの掘削によって発生した掘削土
砂を外部に排出する排土手段とを具えたことを特徴とす
るものである。

【００２６】また、請求項１６の発明の覆工部材の組付
方法は、トンネル内に搬入された覆工部材を保持してト
ンネルの壁面に組付けられた既設覆工部材に対して組み
付ける覆工部材の組付方法であって、所定高さ位置から
前記保持覆工部材までの距離及びトンネル長手方向に隣
接する第１既設覆工部材までの距離及びトンネル周方向
に隣接する第２既設覆工部材までの距離をそれぞれ測定
すると共に、前記保持覆工部材と前記第１既設覆工部材
及び前記第２既設覆工部材との対向するエッジを撮影
し、前記各距離に基づいて前記保持覆工部材と前記各既
設覆工部材との段差を算出すると共に、前記各距離及び
前記撮影画像に基づいて前記保持覆工部材と前記各既設
覆工部材との距離を算出し、該各段差及び前記距離が所
定値となるように前記保持覆工部材を姿勢調整しなが
ら、前記第１及び第２既設覆工部材に対して該保持覆工
部材を組み付けることを特徴とするものである。

【００２７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００２８】図１に本発明の第１実施形態に係るエレク
タ制御装置の概略構成、図２に各種センサの取付位置を
表すセグメントサポートの平面視、図３にエレクタ制御
装置による保持セグメントと既設セグメントとの段差及
び距離の算出方法を表す概略、図４にＡ１セグメントの
位置決め方法を表す概略、図５にＡ１セグメントの別の
位置決め方法を表す概略、図６にＫセグメントの位置決
め方法を表す概略、図７にＣＣＤカメラと超音波センサ
と照明設備の取付状態を表す正面視、図８にＣＣＤカメ
ラと超音波センサと照明設備の取付状態を表す下面視、
図９にエレクタ装置の概略、図１０にエレクタ装置の正
面視、図１１にエレクタ装置の側面視、図１２にセグメ
ントの組付状態を表す概略を示す。

【００２９】本実施形態のシールド掘削機において、掘
削機本体は円筒形状をなし、前部に円盤形状のカッタヘ
ッドが回転自在に装着され、駆動モータによって回転駆
動可能となっており、前面部に多数のカッタビットが取
付けられている。そして、この掘削機本体の後部に複数
本のシールドジャッキが周方向に沿って並設されると共
に、覆工部材としてのセグメントを既設トンネルの内壁
面に組み付けるエレクタ装置が装着されている。

【００３０】ここで、このエレクタ装置について説明す
る。図９乃至図１１に示すように、エレクタ装置１１
は、掘削機本体１２の後部に設けられており、このエレ
クタ装置１１はシールドジャッキ１３によって前進した
掘削機本体１２と既設セグメントとの間の空所に新しい
セグメントを組み付けるものである。

【００３１】即ち、掘削機本体１２の後部に設けられた
支持リング１４には回転リング１５が回転自在に支持さ
れ、この回転リング１５は複数の油圧モータ１６によっ
て回転可能となっている。この回転リング１５の外周部
には昇降台１７がガイドロッド１８により既設トンネル
の径方向となるＺ軸方向に沿って昇降自在に支持され、
昇降ジャッキ１９によって昇降可能となっている。そし
て、この昇降台１７の左右には制御装置２０や油圧ユニ
ット２１が設置されると共に、上部にはカウンタウエイ
ト２２が取付けられている。

【００３２】この昇降台１７には既設トンネルの長手方
向となるＸ軸方向に沿って第１移動体２３が移動自在に
支持され、移動ジャッキ２４によって移動可能となって
いる。この第１移動体２３には既設トンネルの周方向と
なるＹ軸方向に沿って第２移動体２５が移動自在に支持
され、移動ジャッキ２６によって移動可能となってい
る。この第２移動体２５には回転筒２７が回転自在に支
持され、この回転筒２７の下部にはサポート部材として
のセグメントサポート２８が揺動自在に支持されてい
る。そして、第２移動体２５と回転筒２７との間にはセ
グメントサポート２８をＺ軸回りに揺動させる左右一対
のヨーイングジャッキ２９が架設されている。また、回
転筒２７とセグメントサポート２８との間にはこのセグ
メントサポート２８をＸ軸回りに揺動させる左右一対の
ローリングジャッキ３０が架設され、回転筒２８とセグ
メントサポート２８との間にはこのセグメントサポート
２８をＹ軸回りに揺動させる左右一対のピッチングジャ
ッキ３１が架設されている。

【００３３】そして、セグメントサポート２８には既設
トンネル内に搬入されたセグメントを保持するセグメン
ト保持機構３２が装着されている。このセグメント保持
機構３２はセグメントの中心部に固定されたボルト３３
を係止部３４が掴持し、保持ジャッキ３５を収縮してセ
グメントをセグメントサポート２８に押し付けること
で、このセグメントを保持できるようになっている。ま
た、このセグメントサポート２８にはセグメント同志を
連結固定するためのボルト締結機３６が装着されてい
る。

【００３４】従って、保持機構３２がセグメントを保持
した状態で、昇降ジャッキ１９を伸縮すると保持セグメ
ントをＺ軸方向に移動でき、移動ジャッキ２４を伸縮す
ると保持セグメントをＸ軸方向に移動でき、移動ジャッ
キ２６を伸縮すると保持セグメントをＹ軸方向に移動で
きる。また、ローリングジャッキ３０を伸縮すると保持
セグメントをＸ軸回りに揺動でき、ピッチングジャッキ
３１を伸縮すると保持セグメントをＹ軸回りに揺動で
き、ヨーイングジャッキ２９を伸縮すると保持セグメン
トをＺ軸回りに揺動できる。即ち、各ジャッキにより、
保持したセグメントの姿勢を調整しながら既設のセグメ
ントに対して組み付ける姿勢調整手段を構成している。

【００３５】なお、本実施形態では、図１２に示すよう
に、６つのセグメントをトンネルの周方向に接合するこ
とで１つのリングセグメントを組み立てることができる
ようになっている。この場合、各セグメントは下方から
順に組み付けていくものであり、最下部にＡ１セグメン
ト、その両側にＡ２セグメント及びＡ３セグメント、そ
の上部にＢ１セグメント及びＢ２セグメント、そして、
最上部にＫセグメントを組み付ける。各セグメントはそ
の形状が異なっており、特に、Ｋセグメントは平面視が
台形状をなし、トンネルの前方から後方に移動しながら
組付けを行うようにようになっており、Ｂ１、Ｂ２セグ
メントはこのＫセグメントに合わせた形状となってい
る。隣接するリングセグメント同志で周方向の接合部を
所定距離ずらしてトンネルの強度が低下しないようにし
ている。

【００３６】以下、上述したエレクタ装置１１を駆動制
御する本実施形態のエレクタ制御装置について説明す
る。

【００３７】本実施形態のエレクタ制御装置は、図１及
び図２に示すように、セグメントサポート２８の外周部
から５つのブラケット４１〜４５が外方に延設され、各
ブラケット４１〜４５に第１〜第５センサヘッド４６〜
５０が装着されている。第１センサヘッド４６はセグメ
ントサポート２８の中央部から掘進方向後方に延設され
たブラケット４１に装着され、セグメントまでの高さを
測定する超音波センサ５１と、セグメント同志の接合部
あるいはセグメントの表面に貼り付けられたマーカを撮
影するＣＣＤカメラ６１とから構成されており、この超
音波センサ５１とＣＣＤカメラ６１とで周方向位置検出
手段を構成している。なお、この第１センサヘッド４６
はセグメントサポート２８のトンネル周方向長さにおけ
る中央部に位置している。

【００３８】また、第２〜第４センサヘッド４７〜５０
はほぼ同様の構造をなしており、第２及び第３センサヘ
ッド４７，４８は、セグメントサポート２８の両隅部か
ら掘進方向後方に延設されたブラケット４２，４３にそ
れぞれ装着され、保持セグメントまでの高さを測定する
超音波センサ５２ａ，５３ａと、保持セグメントとトン
ネル長手方向に隣接する既設セグメントまでの高さを測
定する超音波センサ５２ｂ，５３ｂと、保持セグメント
と既設セグメントとのエッジを撮影するＣＣＤカメラ６
２，６３とから構成されており、超音波センサ５２ａ，
５２ｂと超音波センサ５３ａ，５３ｂがそれぞれ高さ測
定手段を構成し、ＣＣＤカメラ６２，６３が撮影手段を
構成している。

【００３９】更に、第３及び第４センサヘッド４９，５
０は、セグメントサポート２８の両側部からトンネル周
方向に延設されたブラケット４４，４５にそれぞれ装着
され、保持セグメントまでの高さを測定する超音波セン
サ５４ａ，５５ａと、保持セグメントとトンネル周方向
に隣接する既設セグメントまでの高さを測定する超音波
センサ５４ｂ，５５ｂと、保持セグメントと既設セグメ
ントとのエッジを撮影するＣＣＤカメラ６４，６５とか
ら構成されており、超音波センサ５４ａ，５４ｂと超音
波センサ５５ａ，５５ｂがそれぞれ高さ測定手段を構成
し、ＣＣＤカメラ６４，６５が撮影手段を構成してい
る。なお、この第４、第５センサヘッド４９，５０はセ
グメントサポート２８のトンネル長手方向長さにおける
中央部に位置している。

【００４０】また、第２及び第３センサヘッド４７，４
８の各ブラケット４２，４３にはトンネル周方向に分岐
ブラケット４２ａ，４３ａがそれぞれ延設され、各分岐
ブラケット４２ａ，４３ａには超音波センサ５２ａ，５
２ｂと対をなすように、保持セグメントとトンネル周方
向に隣接する既設セグメントまでの高さを測定する超音
波センサ５２ｃ，５３ｃが装着されている。

【００４１】そして、各センサヘッド４６〜５０は演算
手段としての演算処理装置７０に接続され、超音波セン
サ５１，５２ａ，５２ｂ・・・５５ａ，５５ｂの検出結
果やＣＣＤカメラ６１，６２・・６５の撮影画像が演算
処理装置７０に入力する。この演算処理装置７０では、
各検出結果と撮影画像に基づいて既設セグメントと保持
セグメントとの段差及び距離を算出し、算出結果を駆動
制御手段としての前述した制御装置２０に出力し、この
制御装置２０が段差及び距離に基づいて各ジャッキ１
９，２４，２６，２９，３０，３１を駆動制御し、保持
したセグメントを既設セグメントに適正に密着した位置
に位置決めする。

【００４２】ここで、演算処理装置７０による既設セグ
メントと保持セグメントとの段差及び距離の算出方法に
ついて説明する。図１及び図３に示すように、例えば、
第５センサヘッド５０の場合について、ＣＣＤカメラ６
５のカメラ撮影中心Ｏから光軸が既設セグメント側に角
度φずれ、その画角が２θ₀ であって画像メモリ画素数
が２ｗ₀ であり、一方、超音波センサ５５ａ，５５ｂの
原点とＣＣＤカメラ６５のカメラ撮影中心Ｏと高さ差が
ｈ₀ であるとする。

【００４３】このような設定で、まず、各超音波センサ
５５ａ，５５ｂにより保持セグメントまでの距離ｈ₁ が
測定されると共に、既設セグメントまでの距離ｈ₂ が測
定される。また、ＣＣＤカメラ６５によって保持セグメ
ントと既設セグメントとの対向するエッジが撮影され、
画像上での隙間Δｉが画素数として検出される。そし
て、この隙間Δｉに基づいてＣＣＤカメラ６５の光軸
（画像メモリの中心）から保持セグメントのエッジまで
の画角θ₁ と画素数ｗ₁ が求められると共に、ＣＣＤカ
メラ６５の光軸（画像メモリの中心）から既設セグメン
トのエッジまでの画角θ₂ と画素数ｗ₂ が求められる。

【００４４】このように求められた各データから下記式
（１）を用いて保持セグメントと既設セグメントとの段
差ｈと保持セグメントと既設セグメントとの距離ｄを算
出することができる。

【数１】

【００４５】ここで、tan θ_i ＝（ｗ_i／ｗ₀）tan θ₀
であることから、これを上記式（１）に代入すると、下
記式（２）となる。なお、tan θ₀ 、tan φ、ｈ₀ は未
知数であり、キャリブレーションにより決定する。

【数２】

【００４６】以下、このように構成された本実施形態の
エレクタ制御装置によるＡ１セグメント、Ａ２，Ａ３セ
グメント、Ｂ１，Ｂ２セグメント、Ｋセグメントの具体
的な位置決め組付方法について説明する。

【００４７】図１、図４及び図９に示すように、まず、
トンネル内にＡ１セグメントが搬入されてエレクタ装置
１１のセグメント保持機構３２がこれを保持すると、油
圧モータ１６や各ジャッキ１９，２４，２６を駆動する
ことで、Ａ１セグメントの粗位置決めを行う（図４に示
す位置）。次に、このＡ１セグメントの精位置決めを行
うが、ここで使用するセンサヘッドは第１〜第３センサ
ヘッド４６〜４８のみであり、この各センサヘッド４６
〜４８を作動して超音波センサ５１，５２ａ，５２ｂ，
５３ａ，５３ｂの検出結果とＣＣＤカメラ６１，６２，
６３の撮影画像を演算処理装置７０に入力する。

【００４８】即ち、第１センサヘッド４６の超音波セン
サ５１が既設セグメント（Ａ１セグメント）の高さを検
出すると共に、ＣＣＤカメラ６１が既設セグメント（Ａ
１セグメントとＡ３セグメント）との接合部Ｊを撮影
し、演算処理装置７０が接合部Ｊの中心位置を算出す
る。一方、第２、第３センサヘッド４７，４８の各超音
波センサ５２ａ，５３ａが保持セグメント（Ａ１セグメ
ント）の高さを検出すると共に、各超音波センサ５２
ｂ，５３ｂが既設セグメント（Ａ１セグメント、Ａ３セ
グメント）の高さを検出し、また、ＣＣＤカメラ６２，
６３が保持セグメント（Ａ１セグメント）と既設セグメ
ント（Ａ１セグメントとＡ３セグメント）とのエッジを
撮影し、演算処理装置７０に入力する。すると、この演
算処理装置７０では、前述した演算方法により、各検出
結果と撮影画像に基づいて既設セグメント（Ａ１セグメ
ントとＡ３セグメント）と保持セグメント（Ａ１セグメ
ント）との各位置での段差ｈ及び距離ｄを算出し、制御
装置２０がこの段差ｈ及び距離ｄに基づいて、つまり、
この段差ｈ及び距離ｄが所定値になるように各ジャッキ
１９，２４，２６，２９，３０，３１を駆動制御し、保
持したＡ１セグメントを既設セグメント（Ａ１セグメン
トとＡ３セグメント）に適正に密着した位置（既設のＡ
１セグメントに対して保持したＡ１セグメントがＬ／２
だけ周方向にずれた位置）に位置決めする。その後、保
持したＡ１セグメントがボルト締結機３６によって既設
のＡ１セグメント及びＡ３セグメントにボルト締結され
る。

【００４９】なお、上述の実施形態では、既設セグメン
トと保持セグメントとの各位置での段差ｈ及び距離ｄが
所定値になるように保持セグメントを移動したが、セグ
メントのエッジにはセグメント同志の接合部にシール剤
を挿入することから、コーキング溝が形成されており、
エッジ同志は完全には密着しないため、段差ｈ及び距離
ｄが所定値となるまで保持セグメントを移動するように
している。

【００５０】また、上述の実施形態では、保持したＡ１
セグメントを既設のＡ１セグメントに対してＬ／２だけ
周方向にずれた位置に位置決めしたが、リングセグメン
トの強度を考慮すると、Ｌ／３あるいはＬ／４ずらすこ
とが望ましい。この場合、図４に示すように、既設のＡ
１セグメントに予めマーカＭを貼り付けておき、このマ
ーカＭをＣＣＤカメラ６１が検出するようにすると良
い。また、図５に示すように、接合部Ｊを検出するため
の第１センサヘッド４６をボルトＢによって着脱自在に
取付けると共に、Ａ１セグメントの長さＬに対してＬ／
２の位置とＬ／３の位置あるいはＬ／４の位置に取付ね
じ孔Ｈを形成することで、セグメントのずらし量の応じ
て第１センサヘッド４６の取付位置を変更することがで
きる。この場合、第１センサヘッド４６をセグメントに
移動自在とし、モータ等によって所定に位置に停止させ
るようにしてもよい。

【００５１】このようにしてＡ１セグメントが組付けら
れると、図１及び図９に示すように、続いて、エレクタ
装置１１はＡ２セグメントを保持して粗位置決めを行う
（図１に示す位置）。そして、Ａ２セグメントの精位置
決めでは、第２、第３、第５センサヘッド４７，４８，
５０を使用し、超音波センサ５２ａ，５２ｂ，５３ａ，
５３ｂ，５５ａ，５５ｂの検出結果とＣＣＤカメラ６
２，６３，６５の撮影画像を演算処理装置７０に入力す
る。

【００５２】即ち、第２、第３センサヘッド４７，４８
の各超音波センサ５２ａ，５３ａが保持セグメント（Ａ
２セグメント）の高さを検出すると共に、各超音波セン
サ５２ｂ，５３ｂが既設セグメント（Ａ１セグメント、
Ａ２セグメント）の高さを検出し、ＣＣＤカメラ６２，
６３が保持セグメント（Ａ１セグメント）と既設セグメ
ント（Ａ１セグメントとＡ２セグメント）とのエッジを
撮影し、演算処理装置７０に入力する。一方、第３、第
５センサヘッド４８，５０の超音波センサ５３ａ，５５
ａが保持セグメント（Ａ２セグメント）の高さを検出す
ると共に、超音波センサ５３ｃ，５５ｂが周方向に隣接
する既設セグメント（Ａ１セグメント）の高さを検出
し、また、ＣＣＤカメラ６５が保持セグメント（Ａ２セ
グメント）と既設セグメント（Ａ１セグメント）とのエ
ッジを撮影し、演算処理装置７０に入力する。演算処理
装置７０では、前述した演算方法により、各位置での既
設セグメントと保持セグメントとの段差ｈ及び距離ｄを
算出し、制御装置２０がこの段差ｈ及び距離ｄに基づい
てエレクタ装置１１を駆動制御し、保持したＡ２セグメ
ントを所定の位置に位置決めし、ボルト締結機３６によ
ってボルト締結する。

【００５３】同様に、Ａ３セグメント、Ｂ１セグメン
ト、Ｂ２セグメントの精位置決めをそれぞれ行うが、使
用するセンサヘッド４６〜５０が異なるだけで、作動は
前述のものと同じである。

【００５４】そして、図６及び図９に示すように、最後
にエレクタ装置１１はＫセグメントを保持して粗位置決
めを行い（図６に示す位置）、Ｋセグメントの精位置決
めでを行う。この場合、全てのセンサヘッド４６〜５０
を使用し、超音波センサ５１，５２ａ，５２ｂ・・・５
５ｂの検出結果とＣＣＤカメラ６１〜６５の撮影画像を
演算処理装置７０に入力する。

【００５５】ここでは、前述と同様に、各センサヘッド
４６〜５０の対応位置での既設セグメントと保持したＫ
セグメントとの段差ｈ及び距離ｄを算出し、制御装置２
０がこの段差ｈ及び距離ｄに基づいてエレクタ装置１１
を駆動制御し、保持したＫセグメントを所定の位置に位
置決めし、ボルト締結機３６によってボルト締結する。
具体的には、第２〜第５センサヘッド４７〜５０がそれ
ぞれ求めた各段差ｈの平均値が０となるようにＫセグメ
ントを昇降移動（昇降ジャッキ１９）させる。また、第
２、第４センサヘッド４７，４９がそれぞれ求めた各段
差ｈの平均値と第３、第５センサヘッド４８，５０がそ
れぞれ求めた各段差ｈの平均値との差が０となるように
Ｋセグメントをローリング移動（ローリングジャッキ３
０）させる。また、第２、第３センサヘッド４７，４８
がそれぞれ求めた各段差ｈの平均値と第４、第５センサ
ヘッド４９，５０がそれぞれ求めた各段差ｈの平均値と
の差が０となるようにＫセグメントをピッチング移動
（ピッチングジャッキ３１）させる。更に、第２、第５
センサヘッド４７，５０がそれぞれ求めた各段差ｈの平
均値と第３、第４センサヘッド４８，４９がそれぞれ求
めた各段差ｈの平均値との差が０となるようにＫセグメ
ントをヨーイング移動（ヨーイングジャッキ２９）させ
る。なお、この場合、第２、第３センサヘッド４７，４
８では、超音波センサ５２ａ，５２ｃと５３ａ，５３ｃ
を用いて高さを測定する。

【００５６】このようにしてＫセグメントが組付けられ
ると、６つのセグメントによってリングセグメントが組
み立てられる。この繰り返しによってリングセグメント
を連続して組み立てることで、所定長さのトンネルを構
築することができる。

【００５７】なお、掘削形成したトンネル内は、工事を
行うための照明設備が設けられており、ＣＣＤカメラ６
１〜６５が保持セグメントと既設セグメントとの対向す
るエッジを撮影することは可能であるが、撮影精度を向
上させるために別途各センサヘッド４６〜５０に照明設
備を設けてもよい。図７及び図８に示すように、例え
ば、第５センサヘッド５０にて、ハウジング７１内の中
央部にＣＣＤカメラ６５を装着すると共に、その両側に
超音波センサ５５ａ，５５ｂを装着し、ＣＣＤカメラ６
５と各超音波センサ５５ａ，５５ｂとの間に照明設備と
してライト７２，７３を並設する。従って、このライト
７２，７３によって保持セグメントと既設セグメントと
の各エッジを照射して明確に撮影することができる。

【００５８】このように本実施形態のエレクタ制御装置
にあっては、エレクタ装置１１が保持セグメントを粗位
置決めを行った後、精位置決めを行うとき、保持セグメ
ントとトンネル長手方向に隣接する既設セグメントとの
段差及び距離を第１〜第３センサヘッド４６〜４８によ
って検出すると共に、トンネル周方向に隣接する既設セ
グメントとの段差及び距離を第２、第３センサヘッド４
９，５０によって検出しながら、この段差及び距離が所
定値となるように保持セグメントを６自由度の範囲で姿
勢制御し、所定の位置に移動して位置決めを行ってい
る。そして、各センサヘッド４６〜４８を超音波センサ
とＣＣＤカメラにより構成し、非接触でオンライン視覚
によりフィードバック制御している。

【００５９】従って、エレクタ装置１１は保持セグメン
トを所定の組付位置に移動しながら既設セグメントとの
段差及び距離を把握しており、保持セグメントが不用意
に既設セグメントに接触して破損することはない。ま
た、超音波センサとＣＣＤカメラの検出結果により、保
持セグメントと既設セグメントとの段差及び距離を求め
ているため、保持セグメントや既設セグメントの外周部
に欠けがあったとしても各セグメントのエッジを確実に
検出して精度良く段差及び距離を求めることができる。

【００６０】図１３に本発明の第２実施形態に係るエレ
クタ制御装置の概略構成、図１４に第５センサヘッドの
取付状態を示す。なお、以下に説明する各実施形態にお
いて、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を
有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略
する。

【００６１】本実施形態のエレクタ制御装置では、超音
波センサに代えて歪ゲージを用いて保持セグメントと既
設セグメントとの段差を検出している。即ち、図１３及
び図１４に示すように、セグメントサポート２８の外周
部から５つのブラケット（図示略）が外方に延設され、
各ブラケットに第１〜第５センサヘッド８１〜８５が装
着されている。第１センサヘッド８１はＣＣＤカメラ６
１から構成され、第２〜第５センサヘッド８２〜８５
は、セグメントサポート２８から外方に延設された板ば
ね９２〜９５及びこの板ばね９２〜９５に取付けられた
歪ゲージ102〜105と、ＣＣＤカメラ６２〜６５から構成
されており、板ばね９４，９５及び歪ゲージ104，105に
隣接して板ばね９６，９７及び歪ゲージ106，107が装着
されている。

【００６２】従って、各センサヘッド８１〜８５の各板
ばね９２〜９５に取付けられた歪ゲージ102〜107が保持
セグメントと既設セグメントとの段差ｈを検出し、ＣＣ
Ｄカメラ６１〜６５が保持セグメントと既設セグメント
とのエッジを撮影し、演算処理装置７０に入力する。演
算処理装置７０では、前述した実施形態とほぼ同様の演
算方法により、各位置での既設セグメントと保持セグメ
ントとの距離ｄを算出し、制御装置２０が段差ｈ及び距
離ｄに基づいてエレクタ装置１１を駆動制御し、保持し
たＡ２セグメントを所定の位置に位置決めする。

【００６３】本実施形態のエレクタ制御装置にあって
は、超音波センサに代えて歪ゲージを用いたことで、セ
ンサの個数を減少して低コスト化が図れると共に、保持
セグメントと既設セグメントとの段差を直接検出するこ
とで、演算作業の簡素化が図れる。

【００６４】図１５に本発明の第３実施形態に係るエレ
クタ制御装置の概略構成を示す。

【００６５】本実施形態のエレクタ制御装置では、図１
５に示すように、超音波センサ及びＣＣＤカメラに代え
てステレオカメラを用いて保持セグメントと既設セグメ
ントとの段差及び距離を検出している。即ち、図１５に
示すように、図示略したセグメントサポート２８の外周
部から延設されたブラケットには第１〜第５センサヘッ
ド111〜115が装着されている。第１センサヘッド111は
超音波センサ５１とＣＣＤカメラ６１とで構成され、第
２〜第５センサヘッド102〜105は、２つのＣＣＤカメラ
からなるステレオカメラによって構成されている。

【００６６】従って、各センサヘッド112〜115の各ステ
レオカメラは保持セグメントと既設セグメントとのエッ
ジを撮影して演算処理装置７０に入力する。演算処理装
置７０では、３次元座標を用いて段差及び距離を求め、
制御装置２０が段差ｈ及び距離ｄに基づいてエレクタ装
置１１を駆動制御し、保持したＡ２セグメントを所定の
位置に位置決めする。

【００６７】本実施形態のエレクタ制御装置にあって
は、超音波センサを不要として構造の簡素化が図れる。

【００６８】更に、図１６に本発明の第４実施形態に係
るエレクタ制御装置におけるセンサヘッドの概略、図１
７に本発明の第５実施形態に係るエレクタ制御装置にお
けるセンサヘッドの概略を示す。

【００６９】本実施形態のエレクタ制御装置では、図１
６に示すように、例えば、第５センサヘッド５０にて、
ハウジング７１内の中央部にＣＣＤカメラ６５が、その
両側に超音波センサ５５ａ，５５ｂが装着され、ＣＣＤ
カメラ６５と各超音波センサ５５ａ，５５ｂとの間にラ
イト７２，７３が装着されている。そして、このハウジ
ング７１の下面にはセグメントの表面に対向して左右一
対の開閉ゲート121，122が駆動モータ123，124によって
開閉自在に設けられている。

【００７０】従って、セグメントの組付作業を行ってい
ないときには、開閉ゲート121，122を閉じることで、Ｃ
ＣＤカメラ６５、超音波センサ５５ａ，５５ｂ、ライト
７２，７３等への泥土や水の付着を防止できる。また、
セグメントの組付作業を行うときには、開閉ゲート12
1，122を開けることで、ＣＣＤカメラ６５、超音波セン
サ５５ａ，５５ｂ、ライト７２，７３の使用が可能とな
ると共に、この開閉ゲート121，122によって外乱光の侵
入を防止することで、誤検出が低減される。なお、この
開閉ゲート121，122は比較的軟質な材料で形成すること
で、セグメントへの接触による破損を防止することが望
ましい。

【００７１】また、ＣＣＤカメラ６５、超音波センサ５
５ａ，５５ｂ、ライト７２，７３等への泥土や水の付着
を防止するために、開閉ゲート121，122に代えて、図１
６に示すように、異物除去手段としてエアパージノズル
131を装着してもよい。

【００７２】なお、上述の各実施形態において、高さ測
定手段として超音波センサを設けたが、レーザ計測セン
サや接触式変位計等であってもよい。また、覆工部材を
セグメントとしたが、セメントを打設するための型枠で
あってもよい。

【００７３】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明のエレクタ制御装置によれば、保
持覆工部材までの距離及びトンネル長手方向に隣接する
既設覆工部材までの距離を測定する高さ測定手段と、保
持覆工部材と既設覆工部材との対向するエッジを撮影す
る撮影手段と、高さ測定手段の出力結果に基づいて既設
覆工部材と保持覆工部材との段差を算出すると共に高さ
測定手段及び撮影手段の各出力結果に基づいて既設覆工
部材と保持覆工部材との距離を算出する演算手段と、既
設覆工部材同志の接合部あるいはマーカを検出する周方
向位置検出手段と、演算手段が求めた段差及び距離と周
方向位置検出手段の検出結果に基づいて姿勢調整手段を
駆動制御する駆動制御手段とを設けたので、段差及び距
離が所定値となるように保持覆工部材を６自由度の範囲
で姿勢制御するように、非接触でオンライン視覚により
フィードバック制御することで、エレクタ装置は保持覆
工部材を所定の組付位置に移動しながらその姿勢を調整
しており、保持覆工部材が不用意に既設覆工部材に接触
して破損することはなく、保持覆工部材や既設覆工部材
の外周部に欠けがあったとしても各覆工部材のエッジを
確実に検出して精度良く段差及び距離を求めることがで
き、覆工部材の位置決め精度を向上することができると
共に、位置決め作業の作業性の向上を図ることができ
る。

【００７４】また、請求項２の発明のエレクタ制御装置
によれば、保持覆工部材までの距離及びトンネル長手方
向に隣接する第１既設覆工部材までの距離を測定する第
１高さ測定手段と、保持覆工部材と第１既設覆工部材と
の対向するエッジを撮影する第１撮影手段と、保持覆工
部材までの距離及びトンネル周方向に隣接する第２既設
覆工部材までの距離をそれぞれ測定する第２高さ測定手
段と、保持覆工部材と第２既設覆工部材との対向するエ
ッジを撮影する第２撮影手段と、保持覆工部材までの距
離及び第１あるいは第２既設覆工部材までの距離をそれ
ぞれ測定する第３高さ測定手段と、保持覆工部材と第１
あるいは第２既設覆工部材との対向するエッジを撮影す
る第３撮影手段と、第１〜第３高さ測定手段の各出力結
果に基づいて第１及び第２既設覆工部材と保持覆工部材
との段差を算出すると共に第１〜第３高さ測定手段及び
第１〜第３撮影手段の各出力結果に基づいて第１及び第
２既設覆工部材と保持覆工部材との距離を算出する演算
手段と、演算手段が求めた段差及び距離に基づいて姿勢
調整手段を駆動制御する駆動制御手段とを設けたので、
段差及び距離が所定値となるように保持覆工部材を６自
由度の範囲で姿勢制御するように、非接触でオンライン
視覚によりフィードバック制御することで、エレクタ装
置は保持覆工部材を所定の組付位置に移動しながらその
姿勢を調整しており、保持覆工部材が不用意に既設覆工
部材に接触して破損することはなく、保持覆工部材や既
設覆工部材の外周部に欠けがあったとしても各覆工部材
のエッジを確実に検出して精度良く段差及び距離を求め
ることができ、覆工部材の位置決め精度を向上すること
ができると共に、位置決め作業の作業性の向上を図るこ
とができる。

【００７５】また、請求項３の発明のエレクタ制御装置
によれば、保持覆工部材までの距離及びトンネル長手方
向に隣接する第１既設覆工部材までの距離を測定する一
対の第１高さ測定手段と、保持覆工部材と第１既設覆工
部材との対向するエッジを撮影する一対の第１撮影手段
と、保持覆工部材までの距離及びトンネル周方向一方に
隣接する第２既設覆工部材までの距離を測定する第２高
さ測定手段と、保持覆工部材と第２既設覆工部材との対
向するエッジを撮影する第２撮影手段と、保持覆工部材
までの距離及びトンネル周方向他方に隣接する第３既設
覆工部材までの距離を測定する第３高さ測定手段と、保
持覆工部材と第３既設覆工部材との対向するエッジを撮
影する第３撮影手段と、各高さ測定手段の各出力結果に
基づいて各既設覆工部材と保持覆工部材との段差を算出
すると共に各高さ測定手段及び各撮影手段の各出力結果
に基づいて各既設覆工部材と保持覆工部材との距離を算
出する演算手段と、演算手段が求めた段差及び距離に基
づいて姿勢調整手段を駆動制御する駆動制御手段とを設
けたので、段差及び距離が所定値となるように保持覆工
部材を６自由度の範囲で姿勢制御するように、非接触で
オンライン視覚によりフィードバック制御することで、
エレクタ装置は保持覆工部材を所定の組付位置に移動し
ながらその姿勢を調整しており、保持覆工部材が不用意
に既設覆工部材に接触して破損することはなく、保持覆
工部材や既設覆工部材の外周部に欠けがあったとしても
各覆工部材のエッジを確実に検出して精度良く段差及び
距離を求めることができ、覆工部材の位置決め精度を向
上することができると共に、位置決め作業の作業性の向
上を図ることができる。

【００７６】また、請求項４の発明のエレクタ制御装置
によれば、覆工部材を保持するサポート部材を姿勢調整
手段によって姿勢調整可能とし、サポート部材に周方向
位置検出手段としての超音波センサ及びカメラを装着し
たので、超音波センサ及びカメラによって既設覆工部材
同志の接合部あるいはマーカを容易に検出することで、
保持覆工部材の周方向位置を容易に算出することができ
る。

【００７７】また、請求項５の発明のエレクタ制御装置
によれば、覆工部材を保持するサポート部材を姿勢調整
手段によって姿勢調整可能とし、サポート部材に周方向
位置検出手段をトンネル周方向に沿ってその取付位置を
調整自在としたので、保持覆工部材を既設覆工部材に対
して所定距離だけずらした位置に容易に位置決めする事
ができ、覆工部材の強度を向上することができる。

【００７８】また、請求項６のエレクタ制御装置によれ
ば、覆工部材を保持するサポート部材を姿勢調整手段に
よって姿勢調整可能とし、サポート部材に各高さ測定手
段としてのそれぞれ一対の超音波センサを装着したの
で、超音波センサによって各覆工部材の高さを測定する
ことで、両者の段差を容易に算出することができる。

【００７９】また、請求項７の発明のエレクタ制御装置
によれば、覆工部材を保持するサポート部材を姿勢調整
手段によって姿勢調整可能とし、サポート部材に各撮影
手段としてのＣＣＤカメラを装着したので、カメラによ
って各覆工部材のエッジを撮影することで、覆工部材の
高さ及び撮影画像の画素数を用いて容易に既設覆工部材
と保持覆工部材との距離を算出することができる。

【００８０】また、請求項８の発明のエレクタ制御装置
によれば、ＣＣＤカメラの側方に保持覆工部材の表面と
既設覆工部材の表面とをそれぞれ照射する照明を配設し
たので、この照明が保持覆工部材と既設覆工部材との各
エッジを照射することで、ＣＣＤカメラは各覆工部材の
エッジを明確に撮影することができる。

【００８１】また、請求項９の発明のエレクタ制御装置
によれば、演算手段が、撮影手段としてのＣＣＤカメラ
における保持覆工部材の端縁から各既設覆工部材の端縁
までの画素数とＣＣＤカメラの高さ位置とに基づいて保
持覆工部材と各既設覆工部材との距離を算出するように
したので、既設覆工部材と保持覆工部材との段差及び距
離を正確に且つ容易に算出することができる。

【００８２】また、請求項１０の発明のエレクタ制御装
置によれば、覆工部材を保持するサポート部材を姿勢調
整手段によって姿勢調整可能とし、サポート部材に各高
さ測定手段としての板ばね及び歪ゲージを装着したの
で、センサの個数を減少して低コスト化を図ることがで
きると共に、保持覆工部材と既設覆工部材との段差を直
接検出することで、演算作業の簡素化を図ることができ
る。

【００８３】また、請求項１１の発明のエレクタ制御装
置によれば、覆工部材を保持するサポート部材を姿勢調
整手段によって姿勢調整可能とし、サポート部材に各高
さ測定手段及び各撮影手段としてのステレオカメラを装
着したので、センサを不要として構造の簡素化を図るこ
とができる。

【００８４】また、請求項１２の発明のエレクタ制御装
置によれば、各高さ測定手段としての超音波センサと各
撮影手段としてのカメラをハウジング内に収容し、ハウ
ジングに保持覆工部材及び既設覆工部材の表面に対向し
て開閉ゲートを設けたので、覆工部材の組付作業を行っ
ていないときには、開閉ゲートを閉じることで、超音波
センサやカメラへの泥土や水の付着を防止することがで
きる一方、覆工部材の組付作業を行うときには、開閉ゲ
ートを開けることで、この開閉ゲートによって外乱光の
侵入を防止し、誤検出を低減することができる。

【００８５】また、請求項１３の発明のエレクタ制御装
置によれば、各高さ測定手段としての超音波センサと各
撮影手段としてのカメラの検出面に流体を噴射して異物
を除去する異物除去手段を設けたので、覆工部材の組付
作業を行うとき、カメラの検出面に流体を噴射すること
で、付着した泥土や汚水などの異物を除去し、誤検出を
低減することができる。

【００８６】また、請求項１４の発明のエレクタ制御装
置によれば、演算手段が、保持覆工部材の対角位置での
既設覆工部材との段差の平均値をそれぞれ求め、駆動制
御手段が、平均値の差が０となるように姿勢調整手段を
駆動制御するようにしたので、リング状に組み付ける最
後の覆工部材を位置決めするとき、保持覆工部材のヨー
イングを容易に補正することで、既設覆工部材への接触
を防止することができる。

【００８７】また、請求項１５の発明のトンネル掘削機
によれば、掘削機本体の前部にカッタヘッドを装着して
カッタヘッド駆動手段により駆動回転可能とすると共
に、推進ジャッキによって前進可能とし、エレクタ装置
によって覆工部材を保持して姿勢調整しながら既設覆工
部材に対して組み付け可能とし、保持覆工部材までの距
離及びトンネル長手方向に隣接する第１既設覆工部材ま
での距離を測定する第１高さ測定手段と、保持覆工部材
と第１既設覆工部材との対向するエッジを撮影する第１
撮影手段と、保持覆工部材までの距離及びトンネル周方
向に隣接する第２既設覆工部材までの距離を測定する第
２高さ測定手段と、保持覆工部材と第２既設覆工部材と
の対向するエッジを撮影する第２撮影手段と、保持覆工
部材までの距離及び第１あるいは第２既設覆工部材まで
の距離を測定する第３高さ測定手段と、保持覆工部材と
第１あるいは第２既設覆工部材との対向するエッジを撮
影する第３撮影手段と、各高さ測定手段の各出力結果に
基づいて既設覆工部材と保持覆工部材との段差を算出す
ると共に各高さ測定手段及び各撮影手段の各出力結果に
基づいて既設覆工部材と保持覆工部材との距離を算出す
る演算手段と、演算手段が求めた段差及び距離に基づい
てエレクタ装置を駆動制御する駆動制御手段と、カッタ
ヘッドの掘削によって発生した掘削土砂を外部に排出す
る排土手段とを設けたので、段差及び距離が所定値とな
るように保持覆工部材を６自由度の範囲で姿勢制御する
ように、非接触でオンライン視覚によりフィードバック
制御することで、エレクタ装置は保持覆工部材を所定の
組付位置に移動しながらその姿勢を調整しており、保持
覆工部材が不用意に既設覆工部材に接触して破損するこ
とはなく、保持覆工部材や既設覆工部材の外周部に欠け
があったとしても各覆工部材の対向するエッジを確実に
検出して精度良く段差及び距離を求めることができ、覆
工部材の位置決め精度を向上することができると共に、
位置決め作業の作業性の向上を図ることができる。その
結果、トンネル掘削作業効率を向上することができる。

【００８８】また、請求項１５の発明の覆工部材の組付
方法によれば、所定高さ位置から保持覆工部材までの距
離及びトンネル長手方向に隣接する第１既設覆工部材ま
での距離及びトンネル周方向に隣接する第２既設覆工部
材までの距離をそれぞれ測定すると共に、保持覆工部材
と第１既設覆工部材及び第２既設覆工部材との対向する
エッジを撮影し、各距離に基づいて保持覆工部材と各既
設覆工部材との段差を算出すると共に、各距離及び撮影
画像に基づいて保持覆工部材と各既設覆工部材との距離
を算出し、各段差及び距離が所定値となるように保持覆
工部材を姿勢調整しながら、第１及び第２既設覆工部材
に対して保持覆工部材を組み付けるようにしたので、非
接触でオンライン視覚によりフィードバック制御するこ
とで、保持覆工部材を所定の組付位置に移動しながらそ
の姿勢を調整しており、保持覆工部材が不用意に既設覆
工部材に接触して破損することはなく、保持覆工部材や
既設覆工部材の外周部に欠けがあったとしても各覆工部
材のエッジを確実に検出して精度良く段差及び距離を求
めることができ、覆工部材の位置決め精度を向上するこ
とができると共に、位置決め作業の作業性の向上を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態に係るエレクタ制御装置
の概略構成図である。

【図２】各種センサの取付位置を表すセグメントサポー
トの平面図である。

【図３】エレクタ制御装置による保持セグメントと既設
セグメントとの段差及び距離の算出方法を表す概略図で
ある。

【図４】Ａ１セグメントの位置決め方法を表す概略図で
ある。

【図５】Ａ１セグメントの別の位置決め方法を表す概略
図である。

【図６】Ｋセグメントの位置決め方法を表す概略図であ
る。

【図７】ＣＣＤカメラと超音波センサと照明設備の取付
状態を表す正面図である。

【図８】ＣＣＤカメラと超音波センサと照明設備の取付
状態を表す下面図である。

【図９】エレクタ装置の概略図である。

【図１０】エレクタ装置の正面図である。

【図１１】エレクタ装置の側面図である。

【図１２】セグメントの組付状態を表す概略図である。

【図１３】本発明の第２実施形態に係るエレクタ制御装
置の概略構成図である。

【図１４】第５センサヘッドの取付状態図である。

【図１５】本発明の第３実施形態に係るエレクタ制御装
置の概略構成図である。

【図１６】図１６に本発明の第４実施形態に係るエレク
タ制御装置におけるセンサヘッドの概略図である。

【図１７】本発明の第５実施形態に係るエレクタ制御装
置におけるセンサヘッドの概略図である。

【符号の説明】

１１ エレクタ装置 １２ 掘削機本体 １３ シールドジャッキ １７ 昇降台 １９ 昇降ジャッキ（姿勢調整手段） ２０ 制御装置（駆動制御手段） ２３ 第１移動体 ２４ 移動ジャッキ２４（姿勢調整手段） ２５ 第２移動体 ２６ 移動ジャッキ（姿勢調整手段） ２８ セグメントサポート（サポート部材） ２９ ヨーイングジャッキ（姿勢調整手段） ３０ ローリングジャッキ（姿勢調整手段） ３１ ピッチングジャッキ（姿勢調整手段） ３２ セグメント保持機構 ３６ ボルト締結機 ４６，４７，４８，４９，５０ センサヘッド ５１，５２ａ，５２ｂ，５２ｃ，５３ａ，５３ｂ，５３
ｃ，５４ａ，５４ｂ，５５ａ，５５ｂ 超音波センサ
（高さ測定手段） ６１，６２，６３，６４，６５ ＣＣＤカメラ（撮影手
段） ７０ 演算処理装置（演算手段） ７１ ハウジング ７２，７３ ライト（照明） ９２，９３，９４，９５，９６，９７ 板ばね 102 ，103 ，104 ，105 ，106 ，107 歪ゲージ 112 ，113 ，114 ，115 ，116 ，117 ステレオカメラ 121 ，122 開閉ゲート 131 エアパージノズル（異物除去手段）

フロントページの続き (72)発明者 中西 信太郎 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番 １号 三菱重工業株式会社 神戸造船所 内 (56)参考文献 特開 平８−292011（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−60995（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−121098（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−2498（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−213699（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−200587（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 11/40 G01C 15/00

Claims (16)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 トンネルの壁面にリング状に組付けられ
   た既設の覆工部材に対して、トンネル内に搬入された覆
   工部材を保持して組み付けるエレクタ装置において、所
   定高さ位置から前記保持覆工部材までの距離及びトンネ
   ル長手方向に隣接する既設覆工部材までの距離をそれぞ
   れ測定してトンネル周方向に所定間隔で配設された一対
   の高さ測定手段と、該保持覆工部材と該既設覆工部材と
   の対向するエッジを撮影してトンネル周方向に所定間隔
   で配設された一対の撮影手段と、前記高さ測定手段の出
   力結果に基づいて前記既設覆工部材と前記保持覆工部材
   との段差を算出すると共に前記高さ測定手段及び前記撮
   影手段の各出力結果に基づいて前記既設覆工部材と前記
   保持覆工部材との距離を算出する演算手段と、前記既設
   覆工部材同志の接合部あるいは該既設覆工部材に設けら
   れたマーカを検出する周方向位置検出手段と、前記保持
   覆工部材の姿勢を調整しながら前記既設覆工部材に対し
   て該保持覆工部材を組み付ける姿勢調整手段と、前記演
   算手段が求めた前記段差及び距離と前記周方向位置検出
   手段の検出結果に基づいて前記姿勢調整手段を駆動制御
   する駆動制御手段とを具えたことを特徴とするエレクタ
   制御装置。
2. 【請求項２】 トンネルの壁面にリング状に組付けられ
   た既設の覆工部材に対して、トンネル内に搬入された覆
   工部材を保持して組み付けるエレクタ装置において、所
   定高さ位置から前記保持覆工部材までの距離及びトンネ
   ル長手方向に隣接する第１既設覆工部材までの距離をそ
   れぞれ測定する第１高さ測定手段と、該保持覆工部材と
   該第１既設覆工部材との対向するエッジを撮影する第１
   撮影手段と、所定高さ位置から前記保持覆工部材までの
   距離及びトンネル周方向に隣接する第２既設覆工部材ま
   での距離をそれぞれ測定する第２高さ測定手段と、該保
   持覆工部材と該第２既設覆工部材との対向するエッジを
   撮影する第２撮影手段と、所定高さ位置から前記保持覆
   工部材までの距離及び前記第１あるいは第２既設覆工部
   材までの距離をそれぞれ測定する第３高さ測定手段と、
   該保持覆工部材と該第１あるいは第２既設覆工部材との
   対向するエッジを撮影する第３撮影手段と、前記第１〜
   第３高さ測定手段の各出力結果に基づいて前記第１及び
   第２既設覆工部材と前記保持覆工部材との段差を算出す
   ると共に前記第１〜第３高さ測定手段及び前記第１〜第
   ３撮影手段の各出力結果に基づいて前記第１及び第２既
   設覆工部材と前記保持覆工部材との距離を算出する演算
   手段と、前記保持覆工部材の姿勢を調整しながら前記第
   １及び第２既設覆工部材に対して該保持覆工部材を組み
   付ける姿勢調整手段と、前記演算手段が求めた前記段差
   及び距離に基づいて前記姿勢調整手段を駆動制御する駆
   動制御手段とを具えたことを特徴とするエレクタ制御装
   置。
3. 【請求項３】 トンネルの壁面にリング状に組付けられ
   た既設の覆工部材に対して、トンネル内に搬入された覆
   工部材を保持して組み付けるエレクタ装置において、所
   定高さ位置から前記保持覆工部材までの距離及びトンネ
   ル長手方向に隣接する第１既設覆工部材までの距離をそ
   れぞれ測定してトンネル周方向に所定間隔で配設された
   一対の第１高さ測定手段と、該保持覆工部材と該第１既
   設覆工部材との対向するエッジを撮影してトンネル周方
   向に所定間隔で配設された一対の第１撮影手段と、所定
   高さ位置から前記保持覆工部材までの距離及びトンネル
   周方向一方に隣接する第２既設覆工部材までの距離をそ
   れぞれ測定する第２高さ測定手段と、該保持覆工部材と
   該第２既設覆工部材との対向するエッジを撮影する第２
   撮影手段と、所定高さ位置から前記保持覆工部材までの
   距離及びトンネル周方向他方に隣接する第３既設覆工部
   材までの距離をそれぞれ測定する第３高さ測定手段と、
   該保持覆工部材と該第３既設覆工部材との対向するエッ
   ジを撮影する第３撮影手段と、前記第１〜第３高さ測定
   手段の各出力結果に基づいて前記第１〜第３既設覆工部
   材と前記保持覆工部材との段差を算出すると共に前記第
   １〜第３高さ測定手段及び前記第１〜第３撮影手段の各
   出力結果に基づいて前記第１〜第３既設覆工部材と前記
   保持覆工部材との距離を算出する演算手段と、前記保持
   覆工部材の姿勢を調整しながら前記第１〜第３既設覆工
   部材に対して該保持覆工部材を組み付ける姿勢調整手段
   と、前記演算手段が求めた前記段差及び距離に基づいて
   前記姿勢調整手段を駆動制御する駆動制御手段とを具え
   たことを特徴とするエレクタ制御装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載のエレクタ制御装置におい
   て、前記覆工部材を保持するサポート部材が前記姿勢調
   整手段によって姿勢調整可能であり、該サポート部材に
   前記周方向位置検出手段としての超音波センサ及びカメ
   ラが装着されたことを特徴とするエレクタ制御装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載のエレクタ制御装置におい
   て、前記覆工部材を保持するサポート部材が前記姿勢調
   整手段によって姿勢調整可能であり、該サポート部材に
   前記周方向位置検出手段がトンネル周方向に沿ってその
   取付位置を調整自在としたことを特徴とするエレクタ制
   御装置。
6. 【請求項６】 請求項１または２、３記載のエレクタ制
   御装置において、前記覆工部材を保持するサポート部材
   が前記姿勢調整手段によって姿勢調整可能であり、該サ
   ポート部材に前記各高さ測定手段としてのそれぞれ一対
   の超音波センサが装着されたことを特徴とするエレクタ
   ト制御装置。
7. 【請求項７】 請求項１または２、３記載のエレクタ制
   御装置において、前記覆工部材を保持するサポート部材
   が前記姿勢調整手段によって姿勢調整可能であり、該サ
   ポート部材に前記各撮影手段としてのＣＣＤカメラが装
   着されたことを特徴とするエレクタ制御装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載のエレクタ制御装置におい
   て、前記ＣＣＤカメラの側方に前記保持覆工部材の表面
   と前記既設覆工部材の表面とをそれぞれ照射する照明が
   配設されたことを特徴とするエレクタ制御装置。
9. 【請求項９】 請求項１または２、３記載のエレクタ制
   御装置において、前記演算手段は、前記撮影手段として
   のＣＣＤカメラにおける前記保持覆工部材の端縁から前
   記各既設覆工部材の端縁までの画素数と該ＣＣＤカメラ
   の高さ位置とに基づいて前記保持覆工部材と前記各既設
   覆工部材との距離を算出することを特徴とするエレクタ
   制御装置。
10. 【請求項１０】 請求項１または２、３記載のエレクタ
    制御装置において、前記覆工部材を保持するサポート部
    材が前記姿勢調整手段によって姿勢調整可能であり、該
    サポート部材に前記各高さ測定手段としての板ばね及び
    歪ゲージが装着されたことを特徴とするエレクタ制御装
    置。
11. 【請求項１１】 請求項１または２、３記載のエレクタ
    制御装置において、前記覆工部材を保持するサポート部
    材が前記姿勢調整手段によって姿勢調整可能であり、該
    サポート部材に前記各高さ測定手段及び前記各撮影手段
    としてのステレオカメラが装着されたことを特徴とする
    エレクタ制御装置。
12. 【請求項１２】 請求項１または２、３記載のエレクタ
    制御装置において、前記各高さ測定手段としての超音波
    センサと前記各撮影手段としてのカメラがハウジング内
    に収容され、該ハウジングに前記保持覆工部材及び前記
    既設覆工部材の表面に対向して開閉ゲートが設けられた
    ことを特徴とするエレクタ制御装置。
13. 【請求項１３】 請求項１または２、３記載のエレクタ
    制御装置において、前記各高さ測定手段としての超音波
    センサと前記各撮影手段としてのカメラの検出面に流体
    を噴射して異物を除去する異物除去手段が設けられたこ
    とを特徴とするエレクタ制御装置。
14. 【請求項１４】 請求項３記載のエレクタ制御装置にお
    いて、前記演算手段は、前記保持覆工部材の対角位置で
    の前記既設覆工部材との段差の平均値をそれぞれ求め、
    前記駆動制御手段は、該平均値の差が０となるように前
    記姿勢調整手段を駆動制御することを特徴とするエレク
    タ制御装置。
15. 【請求項１５】 筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本
    体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部
    に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッ
    ドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、トンネル内
    に搬入された覆工部材を保持して姿勢調整しながら既設
    覆工部材に対して組み付けるエレクタ装置と、所定高さ
    位置から前記保持覆工部材までの距離及びトンネル長手
    方向に隣接する第１既設覆工部材までの距離をそれぞれ
    測定する第１高さ測定手段と、該保持覆工部材と該第１
    既設覆工部材との対向するエッジを撮影する第１撮影手
    段と、所定高さ位置から前記保持覆工部材までの距離及
    びトンネル周方向に隣接する第２既設覆工部材までの距
    離をそれぞれ測定する第２高さ測定手段と、該保持覆工
    部材と該第２既設覆工部材との対向するエッジを撮影す
    る第２撮影手段と、所定高さ位置から前記保持覆工部材
    までの距離及び前記第１あるいは第２既設覆工部材まで
    の距離をそれぞれ測定する第３高さ測定手段と、該保持
    覆工部材と該第１あるいは第２既設覆工部材との対向す
    るエッジを撮影する第３撮影手段と、前記第１〜第３高
    さ測定手段の各出力結果に基づいて前記既設覆工部材と
    前記保持覆工部材との段差を算出すると共に前記第１〜
    第３高さ測定手段及び前記第１〜第３撮影手段の各出力
    結果に基づいて前記既設覆工部材と前記保持覆工部材と
    の距離を算出する演算手段と、該演算手段が求めた前記
    段差及び距離に基づいて前記エレクタ装置を駆動制御す
    る駆動制御手段と、前記カッタヘッドの掘削によって発
    生した掘削土砂を外部に排出する排土手段とを具えたこ
    とを特徴とするトンネル掘削機。
16. 【請求項１６】 トンネル内に搬入された覆工部材を保
    持してトンネルの壁面に組付けられた既設覆工部材に対
    して組み付ける覆工部材の組付方法であって、所定高さ
    位置から前記保持覆工部材までの距離及びトンネル長手
    方向に隣接する第１既設覆工部材までの距離及びトンネ
    ル周方向に隣接する第２既設覆工部材までの距離をそれ
    ぞれ測定すると共に、前記保持覆工部材と前記第１既設
    覆工部材及び前記第２既設覆工部材との対向するエッジ
    を撮影し、前記各距離に基づいて前記保持覆工部材と前
    記各既設覆工部材との段差を算出すると共に、前記各距
    離及び前記撮影画像に基づいて前記保持覆工部材と前記
    各既設覆工部材との距離を算出し、該各段差及び前記距
    離が所定値となるように前記保持覆工部材を姿勢調整し
    ながら、前記第１及び第２既設覆工部材に対して該保持
    覆工部材を組み付けることを特徴とする覆工部材の組付
    方法。