JP3701425B2 - シールド掘進機のセグメントエレクタ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの内壁に沿ってセグメントを組み立てるためのシールド掘進機のセグメントエレクタ装置に関し、詳しくはシールド掘進機におけるセグメントエレクタ装置の設置空間を最小限にするとともに、エレクタヘッドの合理的な移動範囲を実現して安全性を確保し、しかもセグメントの位置合わせを容易にしたシールド掘進機のセグメントエレクタ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機のセグメントエレクタ装置の主要な動作としてセグメントを搬入位置から組立位置まで移送することがある。一般に、この搬入位置はセグメント組立位置と前後方向でほぼ一致している。この移送にあたっては、エレクタヘッドをシールドテール部の内部に搬入されたセグメントの搬入位置まで移動させたのち、把持すべきセグメントの把持位置まで下降させて同セグメントを把持し、次いで同セグメントを把持したまま一旦上昇させてから組立位置の上方まで移送し、同組立位置へと持ち到らせてセットする。また、新たなセグメントがシールドテール部の搬入位置に搬入されるときは、エレクタヘッドを同位置から干渉しない位置へと退避させておく必要がある。
【０００３】
前述の移送動作は、周辺の機材と接触しないように、また作業員に対する安全性を確保すべく狭い空間内を合理的に操作されることが必要である。かかる点を考慮して、従来も例えば本出願人により先に開発された特開平８−１０５２９７号公報や、或いは実開平４−１３８４９７号公報、特開平５−１８１９５号公報等に開示されたものがある。
【０００４】
これらの先行技術のうち、実開平４−１３８４９７号公報に開示されたセグメントエレクタ装置は、頂部にセグメント把持機構を備えた門型フレームが半径方向に移動自在で且つ前後方向に揺動自在に旋回ドラムに支承されている。旋回ドラムと、門型フレームのブラケットとの間はジャッキにより連結され、ジャッキの伸縮によりセグメント把持機構を門型フレームとともに前後方向に上下に揺動させるようにしている。
【０００５】
また、特開平５−１８１９５号公報に開示されたセグメントエレクタ装置は、旋回ドラムから後方に既設セグメント内まで延設された複数のセグメント用昇降・スライド装置を有しており、同セグメント用昇降・スライド装置は、既設セグメントの上方まで延設されて、そこで新設セグメントの把持、吊り上げを選択的に行うようにしている。
【０００６】
更に、上記特開平８−１０５２９７号公報に開示されたセグメントエレクタ装置は、垂直面内で作動する２組の４節平行リンク機構によりセグメントをセグメント待機位置からセグメント組立位置に移動するものである。シールド掘進機のシールド本体は前胴と後胴とに分割されており、後胴の内部には、旋回ドラムがシールド本体の軸心回りに回転自在に支承され、旋回ドラムに装着されたセグメントエレクタ装置は、直列的に連結された２組の平行リンクを有しており、後方に延びる平行リンクの先端にはエレクタヘッドが取着されている。
【０００７】
すなわち、従来のセグメントエレクタ装置におけるエレクタヘッドのシールド本体の前後方向への動きは、大別して上下に揺動して前後方向に移動する場合と、前後に直線的に移動する場合との２方式であった。揺動方式によるセグメントエレクタ装置の場合は、セグメントの移動途中および移動後の位置、姿勢が変化するため、既設セグメント等との干渉や把持の作業性が悪い。これに対し、直線移動方式によるセグメントエレクタ装置では、セグメントの姿勢は一定になるが、構造が大型で複雑となり、セグメントの組立作業性が悪く、高価格となる。
【０００８】
かかる状況に鑑み、本出願人は上述の提案に続いて特願平７−２４６７７９号として、セグメントを供給位置から組立位置まで一定の姿勢を保って、容易に且つ能率よく移動可能な更に改良を加えたセグメントエレクタ装置を提案した。
【０００９】
同提案によるセグメントエレクタ装置は、図５に示すように旋回ドラム４１から機械後方に延出する固定ブラケット４２上に回転自在な垂直軸４３を設け、同垂直軸４３の下端に固設された水平回動ブラケット４４に平行リンク４５を介して、エレクタヘッド４６をヨーイング角方向に回動可能に取り付けるとともに、前記固定ブラケット４２と回動ブラケット４４との間に前記エレクタヘッド４６をシールド本体の前後方向に移動させるための水平回動用ジャッキ４７を介装している。また、前記平行リンク４５と前記エレクタヘッド４６との間には、把持セグメントのヨーイング姿勢を維持するためのヨーイング角補正手段４８が設けられている。
【００１０】
上記構成によれば、シールド掘進機のエレクタヘッド４６は、水平回動用ジャッキ４７を駆動させることにより垂直軸周りの前後方向に回動する。このエレクタヘッド４６の回動により、エレクタヘッド４６に装着されたセグメント把持手段４６ａはトンネルの前後方向に移動する。
【００１１】
従って、セグメント供給位置に搬入されたセグメントをそれより前方のセグメント組立位置へ移動する際に、エレクタヘッド４６は垂直回転軸周りの水平面内を前後方向に旋回するため、同エレクタヘッド４６に把持されたセグメントはトンネル上下方向には変位のない動きとなるので、既設セグメントや周辺機器 等との干渉を回避できる。また、前記エレクタヘッド４６に設置されたヨーイング角補正手段４８がエレクタヘッド４６の旋回と逆方向に回動させてヨーイング角を自動的に補正するため、エレクタヘッド４６が前後方向に旋回しても把持セグメントはその適正な組立姿勢が維持される。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかして、前述のセグメントエレクタ装置によれば、エレクタヘッドの旋回ドラム径方向の動作が固定ブラケットの２点を枢軸とする平行リンクによる上下方向の回動によりなされるため、エレクタヘッドの運動は直動とはならず、旋回ドラムの径に直交する左右の方向にずれ、正確な垂直方向の直線運動が得られない。そのため、この左右方向のずれを補正するための制御回路を有する格別のヨーイング補正手段と複雑な機構を採用しなければならず、コストアップと保守管理の煩雑化を招き、セグメント組立作業の能率化を実現させることを難しくしている。
【００１３】
本発明は前述の課題を解決すべくなされたものであり、詳しくは機構が簡単でしかも格別の補正手段を要することなく、正確に且つ安全に覆工作業を効率的に実現できるシールド掘進機のセグメントエレクタ装置を提供することを目的としている。
【００１４】
【課題を解決するための手段および作用効果】
かかる目的は、本発明の主要な構成をなすシールド掘進機の後胴部の軸周りを旋回自在に装着された旋回ドラムに固設され、シールド掘進機により掘削されたトンネルの内壁に沿ってセグメントを組み立てるためのセグメントエレクタ装置において、前記旋回ドラムから後方に延設された支持部材と、同支持部材に設置され前記旋回ドラムの弦方向に進退する直動部材と、同直動部材に連結され、同直動部材の直進方向の直線周りを回動可能であって、且つ同直進方向に平行な前記旋回ドラムの直径上近傍まで延設された延設腕材と、同延設腕材の先端部に設置されたエレクタヘッド部とを備えてなることを特徴とするシールド掘進機のセグメントエレクタ装置により達成される。
【００１５】
いま、新設セグメントがセグメント搬入位置に搬入される間は、前記直動部材に固設された延設腕材の先端のエレクタヘッドは前記搬入位置の垂直線上を上昇してセグメントの直上で同セグメントの搬入と干渉しない位置まで移動している。セグメントの搬入が完了すると、前記延設腕材は前記待機位置から垂直に下降して、エレクタヘッドを次回に組み立てられるセグメントの把持位置まで移動させ、同セグメントを把持する。このときのセグメントの待機姿勢を、以降の延設腕材の旋回による姿勢変化を考慮して、旋回後のセグメント姿勢が組立時の姿勢となるように予めセットしておけば、上記先願に係る発明のように格別のヨーイング角補正手段などを必要としない。勿論、セグメントの待機姿勢を前述のようにセットすることが難しい場合には、前記先顔に係る発明と同様にヨーイング角補正手段を設けることもできる。
【００１６】
また、前記支持部材の突出寸法はエレクタヘッド部が垂直線に沿って確実に昇降するため、エレクタヘッド部に必要最小限の昇降ストロークが確保される長さがあれば十分であり、また前記延設腕材の延在長さも前記昇降ストローク並びに単一のセグメント寸法により決まる最小寸法で足りるため、装置の専有空間を必要最小限に押さえることができ、経済性と安全性とを容易に確保しやすくしている。
【００１７】
いま、前記セグメントを把持したのち、前記延設腕材は垂直軸線を中心にして水平方向に回動するとともに、旋回ドラムを組立位置まで旋回させ、同セグメントを組立位置と相対する離間位置まで移送する。このとき、同セグメントの把持姿勢は前述のように組立時の姿勢となっている。ここで、前記直動部材が作動され、前記セグメントはセグメント組立位置へと直進してセットされる。
【００１８】
前記支持部材に前記直動部材の直進方向を案内する直動部材ガイド部を設けておけば、前記直動部材の直動が確保できるため好ましい。また、前記直動部材の駆動手段として、前記支持部材に液圧シリンダを固設し、同液圧シリンダにより前記直進部材を駆動することが構造が簡単で且つ制御のしやすさから望ましいが、ラックとピニオン等からなる他の回転駆動手段を採用してもよい。同様に、前記延設腕材の回動手段として液圧シリンダを採用することが望ましく、その場合に同液圧シリンダは前記直動部材と延設腕材との間に介装される。
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、同一出願人による先の特願平７−２４６７７９号の発明と同様に、エレクタヘッド部が垂直な旋回軸周りを旋回するため、エレクタヘッドに把持された把持セグメントは水平面内でトンネルの前後方向に旋回し、トンネル上下方向の変位をしないため、搬入位置に搬入された把持セグメントを組立位置へ移送させる際に、既設セグメントや周辺機器等との干渉が避けられ安全性が向上する。
【００２０】
また、本発明によれば前記旋回軸を昇降させる駆動手段を支持する支持部材が、前記延設腕材の最大昇降ストロークで足りるため、同支持部材の延設寸法を最小限に設定できるとともに、前記延設腕材の延設寸法も前記支持部材の延設寸法との和が旋回ドラムの半径に略等しく設定できるため、これらの運動部材の設置空間を最小限にすることが可能であり、空間の有効活用にもつながる。
【００２１】
このことは、設備コストの低減を図ることと、装置の設置空間を効率的に利用することとを可能にするばかりでなく、部品点数が減少して装置の低廉化や組付け作業の容易性が確保され、しかも保守管理の煩雑さも低減されて、セグメントの組立作業の一段の短縮化が実現されることにつながり、更には完全自動化を図るためにも極めて有用な発明となる。
【００２２】
また、本発明によるセグメント把持部は、エレクタヘッド部がエレクタヘッドの旋回ドラム径方向の動作時に旋回ドラムの径方向に直交する左右の方向のズレが生じる平行リンク機構ではなく、直動部材に吊持された剛体からなる延設腕材に設置されていることから、エレクタヘッド部の旋回ドラム径方向への動作が、旋回ドラムの径方向に直交する左右の方向にずれることなく性格な直線運動が得られるので、セグメントを性格にセグメント組立位置に設置することができる。加えて、左右方向のずれを補正するための制御回路を有する格別の補正手段を必要としない。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態を図示実施例に基づいて具体的に説明する。図１は本発明のセグメントエレクタ装置が適用されたシールド掘進機の内部構造を示す側面図、図２は本発明の前記実施例に係るセグメントエレクタ装置を示す全体正面図、図３はその要部を拡大して示す一部正面図、図４は同側面図、図５は同平面図である。
【００２４】
本実施例におけるシールド掘進機１００は、前胴１１０と後胴１２０とを有するテレスコピックシールド掘進構造を備えており、前胴１１０の前面には通常のカッタヘッド１１１、土砂排出管１１２、シールドジャッキ１１３、駆動モータ１１４等が装備され、また前動１１０と後胴１２０とを連結するジャッキ１１５を備えている。勿論、本発明はテレスコピック式シールト掘進機に限らず他の全てのシールド掘進機に適用が可能である。
【００２５】
シールド本体１０１の後胴１２０内に旋回自在に設けられた旋回ドラム１には、図３に明示するように本発明の支持部材をなす支持フレーム２が後胴の軸線に平行に後方へ水平に突出させて固設され、この支持フレーム２の先端部には前記旋回ドラム１の径方向で且つ同フレーム２に直交させて昇降シリンダ３が固設されている。また、前記支持フレーム２の昇降シリンダ３を挟んだ部位には一対の直動部材ガイド部４が前記昇降シリンダ３に平行に固設されている。
【００２６】
前記昇降シリンダ３の下方ロッド端は、図６に示すごとく基板５の中央部に直交して連結され、同基板５の前記ロッド端を挟んだ両端には上記直動部材ガイド部４に摺動可能に嵌挿する一対の円柱６が立設されている。本実施例における前記円柱６と一体となった前記基板５が本発明における直動部材を構成する。
【００２７】
本実施例による前記基板５には、図６に示すごとくスラスト軸受７ａおよび外筒７ｂを介して延設腕材８の基部から垂直に起立した回転軸部７が嵌め込まれ、その上端面に固着円板７ｃを固着してフランジ部を構成する。更に、こうして旋回自在に延設腕材８が組付けられた基板５を上述のごとく上記昇降シリンダ３のロッド端と連結部材３ａを介して揺動自在に連結している。この基板５と延設腕材８との固設構造は図示実施例に限定されるものでないことは当然である。
【００２８】
前記回転軸部７は旋回ドラム１の径方向と交差して延設される延設腕材８の基端部の上面に垂直に起立している。本実施例にあっては、前記延設腕材８は中空の角材からなる全体が略く字状に屈曲しており、その先端屈曲部８ａは前記基板５の直動方向と平行な前記旋回ドラム１の直径上の近傍と直交するように交差状に延在するとともに、前記昇降シリンダ３の延長線にも直交している。また、前記基板５と回転軸部７とは回転駆動用シリンダ９、ヨーイング角補正シリンダ１０により連結されている。回転駆動用シリンダ９は、図４に示すごとく配され、伸縮方向に作動し、上記回転軸部７を回動させて前記延設腕材８を、同図に実線と仮想線で示す間を所定の揺動角をもって前記昇降シリンダ３の軸線周りに揺動させる。
【００２９】
延設腕材８の上記先端屈曲部８ａの下面には、公知のセグメント把持部１１ａを備えたエレクタヘッド部１１が設置されている。このセグメント把持部１１ａは、エレクタヘッド部１１の長手方向に取りつけられている直動案内部材１３に摺動自在に支持され、微旋回シリンダ１４が前記直動案内部材１３と平行に、前記エレクタヘッド１１とセグメント把持部１１ａとの間に介装されている。
【００３０】
しかして、本発明によるセグメント把持部１１ａは、エレクタヘッド部１１がエレクタヘッドの旋回ドラム径方向の動作時に旋回ドラムの径方向に直交する左右の方向にずれが生じる平行リンク機構ではなく、直動部材５に回転可能に吊持された剛体からなる延設腕材８に設置されていることから、エレクタヘッド部１１の旋回ドラム径方向への動作が、旋回ドラムの径に直交する左右の方向にずれることなく正確な直線運動が得られるので、セグメントを正確にセグメント組立位置に設置することができる。
【００３１】
加えて、図２〜図４に示す実施例にあっては、前記エレクタヘッド部１１に、上記先願に係る発明に類するヨーイング角補正手段が設けられている。図示例によれば、前記エレクタヘッド部１１が延設腕材８の上記先端屈曲部８ａの下面に軸受けを介して回動自在に支持されており、前記ヨーイング角補正手段は前記先端屈曲部８ａとエレクタヘッド部１１との間に配されたヨーイングジャッキ１２ａ及びヨーイング角補正シリンダ１２ｂを有している。このヨーイング角補正手段の構成は、本出願人による上記先願である特願平７−２４６７７９号と実質的に同一であることから、ここではその説明は省略する。
【００３２】
さて、以上の構成を備えた本実施例に係るセグメントエレクタ装置により搬入されたセグメントを組立位置まで移送する動作について説明すると、セグメントが搬入位置に搬入される間は、昇降シリンダ３が伸縮方向に駆動され、エレクタヘッド部１１のセグメント把持部１１ａをセグメント搬入位置の上方の待機位置に待機している。このときの待機位置は、セグメント搬入位置の直上からトンネル前方にずれた位置に設定すれば、セグメントの搬入時の干渉が避けられることから望ましい。
【００３３】
セグメントの搬入が終了すると、上記回転駆動用シリンダ９を駆動して、回転軸部７を介して前記延設腕材８を、図４に示すセグメント組立位置Ａからセグメント搬入位置Ｂまで回動させるとともに、前記昇降シリンダ３を伸長方向に駆動して前記延設腕材８を介してエレクタヘッド部１１をセグメント把持位置へと降下させ、エレクタヘッド部１１のセグメント把持部１１ａにより通常の操作で新設セグメントを把持する。
【００３４】
次いで、昇降シリンダ３を収縮方向に駆動してセグメントを垂直上方に移送する。この移送と同時、或いは同移送後に前記回転駆動用シリンダ９を前述とは反対方向に駆動して、回転軸部７を介して前記延設腕材８を、図４に示すセグメント搬入位置Ｂからセグメント組立位置Ａまで回動させて、エレクタヘッド１１を新設セグメントのリング組立位置まで旋回させる。このとき同時か、或いはこの旋回終了後に旋回ドラム１を旋回させることにより、支持部材２、回転軸部７、延設腕材８などに随伴させて、エレクタヘッド部１１を次回のセグメント組立位置に対向する位置まで移送する。
【００３５】
前記エレクタヘッド部１１の旋回時に、ヨーイングジャッキ１２ａと図示せぬ管路で連通する図示せぬヨーイング角補正シリンダ１２ｂの伸縮量に応じてヨーイングジャッキ１２ａが伸縮することにより、エレクタヘッド部１１は、上記延設腕材８と反対方向に回動する。すなわち、延設腕材８の揺動によって生じるセグメント把持部１１ａのヨーイング方向の回動により、ヨーイング角が自動的に修正される。この場合に、図示せぬ補正ジャッキの伸縮に対応してヨーイングジャッキ１２ａが収縮・伸長する。
【００３６】
ところで、既述したように、本発明にあっては、延設腕材８の揺動時のセグメント把持姿勢を、セグメント搬入位置から組立位置へとエレクタヘッド部１１を旋回（前後動）させることによって生じるセグメント姿勢のヨーイング角変動分を考慮して、旋回後のセグメント姿勢が組立位置において適正な姿勢となるように搬入時の待機姿勢を予め設定しておけば、後述する組立位置に移送されるセグメントに対する格別の補正手段は不要となる。
【００３７】
前述の移送が終了すると、前記昇降シリンダ３は伸長方向に駆動され、前記延設腕材８を介してエレクタヘッド部１１をセグメント組立位置へと接近させ、通常の操作で既設セグメントに対して位置合せしながら新設セグメントの把持を解いたのちに組立てを完了させる。なお、前述の昇降シリンダ３の駆動時には、上記支持フレーム２に固設した一対の直動部材ガイド部４に、前記昇降シリンダ３の下方ロッド端に固設された上記基板５の一対の円柱６が嵌挿されて摺動するため、前記基板５に上記回転軸部７及び延設腕材８を介して取り付けられたエレクタヘッド部１１は前記支持フレーム２に対して直交する軌道上を正確に往復動する。
【００３８】
エレクタヘッド部１１によるセグメントの把持が解除されると、昇降シリンダ３が収縮方向に駆動されて、空のエレクタヘッド部１１を組立位置から離間方向に直動させる。このあと、旋回ドラム１を前記エレクタヘッド部１１の設定位置が同旋回ドラム１の軸線を通る垂直線上に位置するまで旋回させ、次回のセグメント移送に備える。
【００３９】
なお、上述の説明は本発明の一実施例に過ぎず、新設セグメントの旋回移送にあたって同セグメントを垂直線上を直進させることと、同セグメントを水平面内で旋回させることとの各構成を少なくとも備え、本発明の精神を逸脱しないかぎりは多様な設計変更が可能であり、或いは前記構成に加えて従来から知られた様々な機構や制御手段を組み合わせて適用することをも当然に包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の代表的な実施例に係るセグメントエレクタ装置を適用したシールド掘進機の内部構成の一例を示す側面図である。
【図２】同セグメントエレクタ装置の要部全容を示す正面図である。
【図３】同側面図である。
【図４】同セグメントエレクタ装置の動作を説明する平面図である。
【図５】図４に対応する先に提案されたセグメントエレクタ装置の機構を模式的に示す動作説明図である。
【図６】本発明における延設腕材の支持機構例を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
１ 旋回ドラム
２ 支持フレーム（支持部材）
３ 昇降シリンダ
３ａ 連結部材
４ 直動ガイド部
５ 基板（直動部材）
６ 円柱
７ 回転軸部
７ａ スラスト軸受
７ｂ 外筒
７ｃ 固着円板
８ 延設腕材
８ａ 先端屈曲部
９ 回転駆動用シリンダ
１１ エレクタヘッド部
１１ａ セグメント把持部
１２ａ ヨーイングジャッキ
１２ｂ ヨーイング角補正シリンダ
１３ 直動案内部材
１４ 微旋回シリンダ
１００ シールド掘進機
１０１ シールド本体
１１０ 前胴
１１１ カッタヘッド
１１２ 土砂排出管
１１３ シールドジャッキ
１１４ 駆動用モータ
１１５ ジャッキ
１２０ 後胴

Claims (4)

1. シールド掘進機の後胴部の軸周りを旋回自在に装着された旋回ドラムに固設され、シールド掘進機により掘削されたトンネルの内壁に沿ってセグメントを組み立てるためのセグメントエレクタ装置において、
   前記旋回ドラム（１）から後方に延設された支持部材（２）と、
   同支持部材（２）に設置され前記旋回ドラム（１）の弦方向に進退する直動部材（５）と、
   同直動部材（５）に連結され、同直動部材（５）の直進方向の直線周りを回動可能であって、且つ同直進方向に平行な前記旋回ドラム（１）の直径上近傍まで延設された延設腕材（８）と、
   同延設腕材（８）の先端部に設置されたエレクタヘッド部（１１）と、
   を備えてなることを特徴とするシールド掘進機のセグメントエレクタ装置。
2. 前記支持部材（２）が、前記直動部材（５）の直進方向を案内する直動部材ガイド部（４）を有してなる請求項１記載のセグメントエレクタ装置。
3. 前記直動部材（５）の駆動手段が前記支持部材に固設された液圧シリンダ（３）である請求項１記載のセグメントエレクタ装置。
4. 前記延設腕材（８）の回動手段が前記直動部材（５）と前記延設腕材（８）との間に介装される液圧シリンダ（９）である請求項１記載のセグメントエレクタ装置。

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