JP3766721B2 - セグメント供給システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールドフレーム内に設けられたエレクタにセグメントを供給するためのセグメント供給システムに係り、特に、トンネル内に設けられるセグメント搬送ラインを削減したセグメント供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機によって掘削された掘削面には、シールドフレーム内に設けられたエレクタによってセグメントが張設される。このセグメントは、トンネル内に敷設されたセグメント搬送ラインによって、トンネル入口部からトンネル奥部のエレクタに供給される。
【０００３】
ところで、近年、複数の回転カッタを備えたシールド掘進機を用いて、断面矩形状のトンネルや断面繭型状のトンネルを構築することが行われている。この場合、シールドフレーム内に複数のエレクタを設けると共に、トンネル内にこれらエレクタと同数のセグメント搬送ラインを敷設し、各エレクタには各搬送ラインによって別々にセグメントを供給するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、各エレクタ毎に別々にセグメント搬送ラインを設けると、トンネル内空がこれら搬送ラインに占領されてしまい、通路スペースおよび作業スペースが小さくなってしまう。また、セグメント搬送ラインは、一般にセグメント搬送台車およびその台車レールにより構成されるが、これら搬送供給設備を各エレクタ毎に別々に設けることは不経済である。
【０００５】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、トンネル内に設けられるセグメント搬送ラインを削減し、低コスト化とトンネル内の有効利用スペースの増大を図ったセグメント供給システムを提供することにある。
【０００６】
【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に係るセグメント供給システムは、シールドフレーム内にトンネルの軸方向と直交する方向に間隔を隔てて設けられた複数のエレクタに、セグメントを供給するためのシステムであって、上記トンネル内に上記エレクタより少ない数だけ設けられるセグメント搬送ラインを、上記トンネル内にて片寄らせて上記軸方向に沿って配置し、該セグメント搬送ラインの前方に、このセグメント搬送ラインのセグメントを上記各エレクタへ受け渡すための受渡手段を配置したものである。
【０００７】
上記受渡手段が、上記セグメント搬送ラインのセグメントを上記エレクタのうちの特定のエレクタに供給する供給装置と、各エレクタに設けられ把持したセグメントを隣接するエレクタに移送する移送装置とからなっていてもよい。
【０００８】
上記受渡手段が、上記セグメント搬送ラインのセグメントを上記エレクタのうちの特定のエレクタに供給する供給装置と、各エレクタ間に設けられセグメントを中継して隣接するエレクタに受け渡す中継装置とからなっていてもよい。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図面を用いて説明する。
【００１０】
図１はシールド掘進機により構築されたトンネルの平断面図を示し、図２はその側断面図（図１の II-II線断面図）を示し、図３は別の側断面図（図１の III-III線断面図）を示し、図４は後面図（図１の IV-IV線断面図）を示す。
【００１１】
図示するように、断面矩形状のシールドフレーム１内には、略長方形状の４枚のセグメント２ａ，２ｂ，２ｄ，２ｅおよび略正方形状の２枚のセグメント２ｃ，２ｆによって偏平トンネルを構築する第１および第２エレクタ３ａ，３ｂが設けられている。これらエレクタ３は、シールドフレーム１内に上下方向に掛け渡された基盤フレーム４と、基盤フレーム４に沿ってネジ送り機構等によって昇降する上下移動部材５と、上下移動部材５に設けられシリンダ等によって左右方向に移動する左右移動部材６をそれぞれ有している。図４中、５ａは昇降ガイドレール、６ａは左右ガイドレールである。
【００１２】
左右移動部材６には、モータ７によってトンネル長手方向の軸廻りに回転する回転部材８が設けられている。図１および図２中、９はモータ７のピニオン、１０は外歯ギヤである。回転部材８には、シリンダによってトンネル前後方向に移動する前後移動部材１１が設けられている。前後移動部材１１には、モータ１２、ピニオン１３および扇状ギヤ１４によって、図１においては紙面裏表方向の軸廻り（回転部材１１の回転によって異なる）に回動する回動部材１５が設けられている。回動部材１５には、セグメント２ａ〜２ｆを把持する把持部１６が設けられている。
【００１３】
上記エレクタ３ａ，３ｂ同志の間には、シールドフレーム１前面に設けられたカッタにより掘削した土砂を搬送するスクリューコンベヤ１７が設けられている。スクリューコンベヤ１７の筒部１８には、セグメント保持装置１９が設けられている。セグメント保持装置１９は、筒部１８に設けられたシリンダ２０と、シリンダ２０に接続された移動部材２１と、移動部材２１に設けられた上下突張シリンダ２２とから構成されている。セグメント保持装置１９は、セグメント２ａ〜２ｆを組み立てるときには邪魔にならないようにシリンダ２０の収縮によって上下突張シリンダ２２を後方に逃がし、その後トンネル内に中柱２３を立てるときにはシリンダ２０の伸長によって上下突張シリンダ２２を前方に移動させ、土圧で押される上方のセグメント２ｄ，２ｅを上下突張シリンダ２２によって持ち上げる。
【００１４】
第１および第２エレクタ３ａ，３ｂには、トンネル内に設けられた１本のセグメント搬送ライン２４を通じて、セグメント２ａ〜２ｆが直接または間接的に供給される。セグメント搬送ライン２４は、偏平トンネルの一側面に沿って走行するセグメント搬送台車２５から構成されている。セグメント搬送台車２５は、先頭台車２５ａ、中間台車２５ｂおよび後尾台車２５ｃの３両編成となっており、底部セグメント２ａ，２ｂ上に敷設されたレール２６上を走行し、トンネル入口部からトンネル奥部までセグメント２ａ〜２ｆを搬送するものである。各台車２５には、１リング分の６個の矩形状（長方形状および正方形状）のセグメント２ａ〜２ｆが、２ピースずつ搬送方向に沿って立てた状態で載置される。
【００１５】
中間台車２５ｂおよび後尾台車２５ｃには、立てて載置されたセグメント２を前方へ送る送り機構２７と、セグメント２の転倒を防止すべくセグメント２を挟んで配置されたガイド板２８が設けられている。送り機構２７は、セグメント２の端部に当接すべく出没自在に設けられた爪部材２９と、爪部材２９を前進させるネジ送り機構３０とから構成されている。なお、上記送り機構２７にはベルトコンベヤやキャタピラコンベヤ等を用いてもよい。先頭台車２５ａには、中間台車２５ｂから送られてきた各セグメント２をそれぞれ保持する内側保持部３１と外側保持部３２とが設けられている。
【００１６】
内側保持部３１は、外側保持部３２の位置に移動するようになっている。内側保持部３１および外側保持部３２に設けられるガイド板３３，３４は、内側保持部３１の移動の際の邪魔にならないよう互いに噛み合うように千鳥状に配置されている。外側保持部３２には、前述したものと同様の送り機構が設けられており、外側保持部３２に保持されたセグメント２を前方の受渡手段３５に送り出すようになっている。
【００１７】
受渡手段３５は、先頭台車２５ａの外側保持部３２から供給されたセグメント２を各エレクタ３ａ，３ｂへ受け渡すものであり、先頭台車２５ａから受け取ったセグメント２を第１エレクタ３ａに供給する供給装置３６と、第１エレクタ３ａに供給されたセグメント２を隣接する第２エレクタ３ｂに移送する移送装置３７とから構成されている。
【００１８】
供給装置３６は、上記セグメント搬送台車２５と同じレール２６を走行するセグメント供給台車３８からなっている。供給台車３８には、上記先頭台車２５ａから送られたセグメント２を保持する保持部３９が設けられている。保持部３９には、立てられたセグメント２の転倒を防止するガイド板４０と、セグメント２の端部に当接すべく回動自在に設けられた爪部４１と、当該保持部３９をセグメント２ごと前方に移動する送り機構（シリンダ機構等）が設けられている。また、供給台車３８には、セグメント２を保持部３９ごと前方へ移動させた際に重心位置の崩れによる台車３８の転倒を防止すべく、上下のセグメント２，２間を突っ張って供給台車３８の位置を固定するジャッキ４２が設けられている。
【００１９】
この供給装置３６によって先頭台車２５ａのセグメント２が、図５に示すように立てた状態で第１エレクタ３ａの把持部１６に受け渡される。その後、セグメント２は、エレクタ３ａに設けられた移送装置３７によって、隣接する第２エレクタ３ｂに受け渡される。本実施形態においては、移送装置３７は、専用の装置を設けることなく把持部１６に把持したセグメント２を掘削面に張設すべく移動するエレクタ３ａ，３ｂの移動機構を兼用しており、上述の基盤フレーム４、上下移動部材５、左右移動部材６、回転部材８、前後移動部材１１および回動部材１５から構成されている。この移送装置３７によるセグメント２の第１エレクタ３ａから第２エレクタ３ｂへの移動を図５〜図８に示す。
【００２０】
まず、図５に示すように把持部１６に立てた状態で把持したセグメント２ａ，２ｄを、回転部材８を90度回転させつつ上下移動部材５を上昇させることにより、図６に示すように横に寝かした状態とする。次に、図７(a) に示すように回動部材１５を90度回動させて、横に寝かした状態のセグメント２ａ，２ｄの向きを組付方向に一致させ、一旦シールドフレーム１の底部に置く。次に、図７(b) に示すように左右移動部材６を移動させてそのセグメント２ａ，２ｄの端部を把持してセグメント２ａ，２ｄを横送りし、セグメント２ａ，２ｄの反対側の端部を隣の第２エレクタ３ｂに把持させる。そして、図７(c) に示すように隣の第２エレクタ３ｂの左右移動部材６を移動させてセグメント２ａ，２ｄの中央に把持しなおす。つまり、セグメント２ａ，２ｄには、両端部および中央部に計３つの把持部が形成されている。
【００２１】
また、図８に示すように、略正方形状のセグメント２ｃの場合には、図６に示す状態から図８(a) に示すように回動部材１５を90度回動させて、正方形状のセグメント２ｃの向きを組み付け方向に一致させ、一旦底部既設セグメント２ａ，２ｂ（この段階では後述するように既に底部セグメントが組み付けられている）に置く。そして、長方形セグメント２ａ，２ｄと同様に左右移動部材６を移動させ、図８(b) および図８(c) に示すようにセグメント２ｃを横送りし、隣の第２エレクタ３ｂに受け渡すのである。このセグメント２ｃにも両端部および中央部に計３つの把持部が形成されている。このようにして、供給台車３８から供給され第１エレクタ３ａに把持されたセグメント２ａ，２ｄ，２ｃが、隣接する第２エレクタ３ｂに受け渡されるようになっている。
【００２２】
以上の構成からなるセグメント供給システムの作用を述べる。
【００２３】
図１および図２に示すように、セグメント搬送台車２５には、１リング分のセグメント２ａ〜２ｆが先頭台車２５ａから後尾台車２５ｃにかけて組立順に載置されている。たとえば、先頭台車２５ａから後尾台車２５ｃにかけて、外側には図４に示すセグメント２ａ，２ｂ，２ｃが載置され、内側にはセグメント２ｄ，２ｅ，２ｆが載置される。このセグメント搬送台車２５は、セグメント２をトンネル入口部からトンネル奥部のセグメント供給台車３８まで搬送する。
【００２４】
先頭台車２５ａが供給台車３８に当接すると、搬送台車２５（先頭台車２５ａ、中間台車２５ｂ、後尾台車２５ｃ）のセグメント２ａ〜２ｆを組立順（２ａ→２ｆ）に供給台車３８の保持部３９に供給する。供給台車３８に供給されたNo1 セグメント２ａは、図５に示すように保持部３９ごと前方に移送されて第１エレクタ３ａの把持部１６に立てた状態で受け渡される。その後、セグメント２ａは、図６に示すように回転部材８を90度回転させることによって横に寝かされる。そして、前述した図７(a)(b)(c) に示すように隣の第２エレクタ３ｂに横送りされ、図９(a) に示すように掘削面に組み付けられる。
【００２５】
次に、同様にNo2 セグメント２ｂを図５および図６に示すように搬送台車２５から供給台車３８を介して第１エレクタ３ａに受け渡し、図９(b) に示すように組み付ける。次に、No3 セグメント２ｃを図５、図６および図８に示すように第１エレクタ３ａから第２エレクタ３ｂに横送りし、図９(c) に示すように組み付ける。次に、No4 セグメント２ｄを図５、図６および図７に示すように第１エレクタ３ａから第２エレクタ３ｂに横送りし、その後図９(d) に示すように回動部材１５を90度回動させることによってセグメント２ｄをトンネル長手方向に沿った向きにし、その後回転部材８を180 度回転させることによって仮想線で示すように持ち上げる。そして、図１０(e) に示すように、回動部材１５を90度回動させることによってセグメント２ｄの向きを組付方向に一致させ、組み付ける。
【００２６】
極めて狭隘な作業スペースでセグメント２ｄを移動させるため、このような複雑な動きをさせているのである。次に、No5 セグメント２ｅを図５に示すように第１エレクタ３ａに把持させ、図１０(f) に示すように回転部材８を90度回転させることによって上方に持ち上げる。その後、図１０(g) に示すように回動部材１５を90度回動させることによりセグメント２ｅの向きを組み付け方向に一致させ、組み付ける。最後に、No6 セグメント２ｆを図５および図６に示すように第１エレクタ３ａに把持させ、図６の状態から回動部材１５を90度回動させて図１０(h) の実線の状態とし、その後回転部材８を90度回転させて仮想線で示すように組み付ける。
【００２７】
以上説明したように本実施形態に係るセグメント供給システムによれば、トンネル内に設けられた１本のセグメント搬送ライン２４（セグメント搬送台車２５）により第１および第２エレクタ３ａ，３ｂにセグメント２ａ〜２ｆを直接および間接的に供給しているので、複数のエレクタ３ａ，３ｂのそれぞれに対応させてセグメント搬送ラインを設ける必要がなくなり、トンネル内に設けられるセグメント搬送ライン２４（セグメント搬送台車２５）が従来の半分で済む。よって、低コストとなる。
【００２８】
また、セグメント搬送ライン２４が半減するため、その分、トンネル内空の通路スペースおよび作業スペースが広くなる。本実施形態においては、図１に示すように中柱２３で３つに分けられたトンネル内空の左側部分Ｘがセグメント搬送ライン２４のスペースとなり、中央部分Ｙが土砂搬送のためのスペースとなり、右側部分Ｚが通路および作業スペースとなる。
【００２９】
なお、本発明は、図４に示すように断面矩形状のトンネルに限られず、複数の円を重ね合わせた断面繭型または断面サヤエンドウ型のトンネルにも適用できる。また、シールドフレーム１内に設けられるエレクタは２個以上であれば何個でもよく、トンネル内に設けられるセグメント搬送ラインはエレクタの数より少なければ２本以上あってもよい。
【００３０】
本発明の別の実施形態を図１１〜図１４に示す。
【００３１】
この実施形態においては、セグメント搬送ライン２４（セグメント搬送台車２５）およびエレクタ３（第１第２エレクタ３ａ，３ｂ）は前実施形態のものと同一であるため、説明を割愛する。
【００３２】
本実施形態の特徴は、セグメント搬送ライン２４のセグメント２ａ〜２ｆを各エレクタ３ａ，３ｂへ直接または間接的に受け渡す受渡手段３５を、セグメント搬送ライン２４のセグメント２ａ〜２ｆを第１エレクタ３ａに供給する供給装置３６と、第１および第２エレクタ３ａ，３ｂ間に設けられセグメント２ａ，２ｃ，２ｄを中継して第２エレクタ３ｂに受け渡す中継装置５０とから構成した点にある。このうち、供給装置３６（セグメント供給台車）については、前実施形態のものと同一であるため説明を割愛し、中継装置５０について説明する。
【００３３】
中継装置５０は、スクリューコンベヤ１７の筒部１８に設けられており、掘進機本体の掘進に伴って前進する。中継装置５０は、図６に示すように第１エレクタ３ａに横に寝かした状態で把持されたセグメント２ａ，２ｃ，２ｄを図１１に示すように受け取り、それを図１２に示すようにトンネルの上下方向の軸廻りに90度回動させて、第２エレクタ３ｂに受け渡すものである。
【００３４】
中継装置５０は、図１４に示すように、スクリューコンベヤ１７の筒部１８のブラケット５１に取り付けられたシリンダ５２と、シリンダ５２の伸縮ロッド５３に接続されたセグメント保持ジャッキ５４と、セグメント保持ジャッキ５４に設けられた固定部５５と、固定部５５に回転自在に被嵌された旋回部５６と、旋回部５６に取り付けられた外歯ギヤ５７と、外歯ギヤ５７に噛合するピニオン５８を有し固定部５５に取り付けられたモータ５９とを備えている。
【００３５】
上記旋回部５６には、図１１に示すように、セグメント２ａ，２ｃ，２ｄの側面の端部に当接する当接面を有する位置決め部６０と、位置決め部６０にシリンダ６１を介して近接離間自在に設けられセグメント２ａ，２ｃ，２ｄの側面の略中央部を把持する把持部６２とが設けられている。把持部６２は、セグメント２ａ，２ｃ，２ｄの側面にセグメント２同志を締結すべく設けられたボルト穴に挿通されるピンを有し、このピンによってセグメント２ａ，２ｃ，２ｄを把持する。
【００３６】
この中継装置５０によりセグメント２ａ，２ｃ，２ｄを第１エレクタ３ａから第２エレクタ３ｂに受け渡す際には、まず、セグメント保持ジャッキ５４を伸長させて中継装置５０自体をトンネル内に固定する。そして、モータ５９を駆動することにより、図１１のように第１エレクタ３ａから受け取ったセグメント２ａ，２ｃ，２ｄを図１２に示すように90度旋回させ、シリンダ６１を伸ばすことにより第２エレクタ３ｂに受け渡す。このときセグメント２ａ，２ｃ，２ｄの自重は、上記セグメント保持ジャッキ５４に支持される。
【００３７】
また、セグメント保持ジャッキ５４は、セグメント２ａ〜２ｆを１リング組み立てる際には、組み立ての邪魔にならないようにシリンダ５２の収縮によって後方に逃がされる。その後、セグメント２ａ〜２ｆを１リング組み立てた後には、シリンダ５２を伸長してセグメント保持ジャッキ５４を中柱２３を組み立てるセグメントの位置に移動させ、セグメント保持ジャッキ５４を伸長して上方のセグメント２ｄ，２ｅを土圧に対抗して持ち上げ、中柱２３を組み立てる。
【００３８】
中柱２３を立てた後は、中継装置５０を図１２に仮想線７０で示すように図１１の状態から90度以上（180 度近く）旋回させ、中柱２３，２３同志の間に引き込む。掘進機本体の掘進に伴って前進する中継装置５０が、中柱２３に引っ掛かることを防止するためである。なお、図１１及び図１２中、クロスハッチ部分は、略正方形状のセグメント２ｃ，２ｅを示す。また、第２エレクタ３ｂに受け渡されたセグメント２ａ，２ｃ，２ｄは、前述した図９および図１０に示すように掘削面に組み込まれる。
【００３９】
この実施形態によれば、前実施形態のもののようにセグメント２ａ，２ｃ，２ｄをエレクタ３ａ，３ｂの横送り操作で尺取り虫のように段階的に横送りする必要がないので、作業時間が短縮化され工期が短縮できる。
【００４０】
なお、セグメント搬送ラインのセグメントを各エレクタへ受け渡す受渡手段を、セグメント搬送ラインの終端と各エレクタとの間に設けられ、セグメント搬送ラインのセグメントを各エレクタに分配する分配機構から構成してもよい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るセグメント供給システムによれば、トンネル内に設けられるセグメント搬送ラインを減らすことができるので、低コストとなると共にトンネル内空の有効利用スペースを広げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すセグメント供給システムの平断面図である。
【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】セグメントを第１エレクタに受け渡した状態を示す図であり、(a) は側断面図、(b) は後面図である。
【図６】図５の次のステップを示す図であり、(a) は側断面図、(b) は後面図である。
【図７】略長方形状のセグメントを第１エレクタから第２エレクタに受け渡す様子を示す図である。
【図８】略正方形状のセグメントを第１エレクタから第２エレクタに受け渡す様子を示す図である。
【図９】セグメントの組み立てを示す図である。
【図１０】図９の続きを示す図である。
【図１１】中継装置を示す平断面図である。
【図１２】中継装置の作動を示す図である。
【図１３】図１１の XIII-XIII線断面図である。
【図１４】図１２の XIV-XIV線断面図である。
【符号の説明】
１ シールドフレーム
２ａ〜２ｆ セグメント
３ａ 第１エレクタ
３ｂ 第２エレクタ
２４ セグメント搬送ライン
３５ 受渡手段
３６ 供給装置
３７ 移送装置
５０ 中継装置

Claims (3)

1. シールドフレーム内にトンネルの軸方向と直交する方向に間隔を隔てて設けられた複数のエレクタに、セグメントを供給するためのシステムであって、
   上記トンネル内に上記エレクタより少ない数だけ設けられるセグメント搬送ラインを、上記トンネル内にて片寄らせて上記軸方向に沿って配置し、
   該セグメント搬送ラインの前方に、このセグメント搬送ラインのセグメントを上記各エレクタへ受け渡すための受渡手段を配置したことを特徴とするセグメント供給システム。
2. 上記受渡手段が、上記セグメント搬送ラインのセグメントを上記エレクタのうちの特定のエレクタに供給する供給装置と、各エレクタに設けられ把持したセグメントを隣接するエレクタに移送する移送装置とからなる請求項１記載のセグメント供給システム。
3. 上記受渡手段が、上記セグメント搬送ラインのセグメントを上記エレクタのうちの特定のエレクタに供給する供給装置と、各エレクタ間に設けられセグメントを中継して隣接するエレクタに受け渡す中継装置とからなる請求項１記載のセグメント供給システム。

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