JP4034616B2 - セグメント搬送装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル内にてセグメントをその向きを変えながら搬送するセグメント搬送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルの壁を構成するセグメントは、一般に長方形板をトンネルの曲率に合わせて弧状に反らせた形状となっており、セグメント台車に縦向きに載せられ、トンネル入口から奥側へ搬送される。すなわち、セグメントは、狭隘なトンネル内における搬送性を考慮して、その長辺がトンネル長手方向に沿った状態で、且つその内周面が上方に向くようにして、セグメント台車上に縦向きに載置される。かかるセグメントは、セグメント組立装置（エレクタ）の近傍まで搬送されると、鉛直軸廻りに９０度向きが変えられて横向きとされた後、エレクタに供給される。セグメントが縦向きのままでは、トンネル内面への組み付けが困難だからである。
【０００３】
このように、セグメントは縦向状態から横向状態へと向きを変えて搬送する必要があるわけであるが、これを実現する装置として本出願人は先に図７に示すセグメント搬送装置ａを開発した。図示するように、このセグメント搬送装置ａは、トンネル内に長手方向に沿って配置されたホイストレールｂと、ホイストレールｂに係合しこれに沿って走行する台車ｃと、台車ｃから吊下され巻上げ下げ自在な基台ｄと、基台ｄに回転自在に装着された回転部ｅと、回転部ｅに設けられたセグメント把持部ｆとを備えている。このセグメント搬送装置ａは、セグメント台車上のセグメントｇを仮想線で示すように縦向状態のまま吊り上げ、回転部ｅを９０度回動させて横向状態とした後、台車ｃを前進させてエレクタ側に供給するものである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
かかるセグメント搬送装置ａによれば、確かに縦向状態のセグメントｇを横向状態に向きを変えて搬送することができるものの、セグメントｇを回転させるために基台ｄに回転部ｅを設けているので、その回転部ｅを設けた分だけ吊下高さが圧迫されるという問題がある。すなわち、図７において、仮に回転部ｅがないとすると、基台ｄに直接セグメント把持部ｆを設けることができるので、吊下高さを稼ぐことができ、より小口径のトンネルに対応可能となるわけであるが、実際にはセグメントｇを回転させるために基台ｄに回転部ｅを設けているので、その分吊下高さが圧迫されてしまい、ある程度口径の大きなトンネルにしか対応できなかったのである。
【０００５】
また、上記セグメント搬送装置ａにあっては、基台ｄに対して回転部ｅを回転させる専用のアクチュエータ（モータｈ）が必要となるため、コストアップとなる。また、このモータｈを含めた基台ｄおよび回転部ｅをホイスト台車ｃから吊り下げて巻上げ下げしなければならないため、モータｈおよび回転部ｅのない無回転タイプと比べると、巻上げ下げの重量が重くなってより大きな巻上パワーが必要となり、ホイスト台車ｃ自体も大型化するという問題もある。
【０００６】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、セグメントをその向きを変えながら搬送する装置であって、低コストで小口径のトンネルにも対応できるセグメント搬送装置を提供することにある。
【０００７】
【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は、トンネル内にてセグメントをその向きを変えながら搬送するセグメント搬送装置であって、トンネル内に長手方向に沿って敷設されたレールと、該レール上を走行する台車と、該台車に装着され鉛直軸廻りに回転自在なセグメント載置台と、該載置台に固設された外歯ギヤと、該外歯ギヤを回転駆動すべく上記レールに沿って配置され、上記載置台を所定角度回動する長さに設定されたラックと、上記載置台に下方に突設された角柱状のガイドピンと、該ガイドピンと係合すべく上記レールに沿って敷設されたガイド溝とを備え、該ガイド溝は、上記ガイドピンの対向二面が係合する幅に形成された回転規制溝と、上記ガイドピンの回転を許容する幅に形成された回転許容溝とからなり、該回転許容溝は、上記ラックにより載置台が回転される領域に配置され、上記回転規制溝は、それ以外の領域に配置されたものである。
【０００８】
本発明によれば、台車の前進力をラック・ピニオン機構によって載置台の回転力に変換しているので、載置台を回転させる専用のアクチュエータが不要となり、低コストとなる。また、かかるラック・ピニオン機構は、トンネル内に敷設されたレールの近傍に配置されるので、高さ方向に嵩むことはなく、小口径のトンネルにも対応できる。また、ラックの長さを変更することで、載置台上のセグメントの回動角度を調節できる。
また、本発明は、載置台に下方に突設された角柱状のガイドピンと、ガイドピンと係合すべくレールに沿って敷設されたガイド溝とを備えており、ガイド溝は、ガイドピンの対向二面が係合する幅に形成された回転規制溝と、ガイドピンの回転を許容する幅に形成された回転許容溝とからなり、回転許容溝は、ラックにより載置台が回転される領域に配置され、回転規制溝は、それ以外の領域に配置されているので、載置台は、ラックによって回転駆動される領域では回転が許容され、それ以外の領域では回転が規制される。
よって、載置台に載せられて搬送されるセグメントは、ラックによる回転駆動を許容した上で、ラックで回転駆動されない領域では、その姿勢がふらつくことなく保持されることになり、安定して搬送される。
【０００９】
また、上記レールは、トンネルの長手方向に沿って、高所部とスロープ部と低所部とから構成され、上記ラックは、上記レールの上記高所部に沿って配置されていてもよい。
【００１０】
こうすれば、セグメントの回動は、レールの高所部にて成されるので、セグメントがトンネルの高さ方向の中心側で回動されることになり、セグメントの四隅がトンネル内周面と干渉することを回避できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１２】
図１は本実施形態にかかるセグメント搬送装置の側面図を示し、図１(a)はセグメントが縦向状態の図であり、図１(b)はセグメントが回動されて横向状態となった図である。また、図２は図１のII-II線断面図、図３は図１のIII-III線断面図、図４は図１のIV-IV線断面図である。
【００１３】
既述のように、セグメントは、狭隘なトンネル内における搬送性を考慮してセグメント台車（図示せず）上に縦向状態で載置されて搬送され、その後、エレクタ（図示せず）には組付性を考慮して横向状態で受け渡す必要がある。よって、図示するように本実施形態に係るセグメント搬送装置１は、セグメント台車側とエレクタ側との間に介設され、セグメント２を縦向状態（図１(a)の状態）から横向状態（図１(b)の状態）に向きを変えながら搬送するものである。
【００１４】
このセグメント搬送装置１は、図１および図２に示すように、トンネル３の底部にその長手方向に沿って平行に敷設された一対のレール４を有する。レール４は、本実施形態では、上部フランジ５と下部フランジ６と本体７とからなるＨ型鋼が用いられている。上部フランジ５および下部フランジ６はそれぞれ水平に配置された細長い板材からなり、本体７は垂直に配置された細長い板材からなる。但し、レール４の形状は、このＨ型鋼に限定されるものではなく、後述する台車８をガイドする機能を有していればよい。
【００１５】
レール４は、トンネル３の長手方向に沿って、高所部４ａとスロープ部４ｂと低所部４ｃとから構成されている。高所部４ａは、図２乃至図３に示すようにセグメント２を回転させる際、セグメント２をトンネル３の高さ方向中心側で回転させ、セグメント２の四隅部がトンネル内周面と干渉しない高さに設定されている。低所部４ｃは、横向きとなったセグメント２を低い位置でエレクタに供給するため、所定の高さに設定されている。スロープ部４ｂは、高所部４ａと低所部４ｃとを繋ぎ、セグメント２が載置台２０から滑らない角度に設定されている。
【００１６】
これらレール４、４の間には、レール４に沿って走行する台車８が係合されている。台車８は、レール４の下部フランジ６上を走行する下部ローラ９と、レール４の上部フランジ５の端面に当接される上部ローラ１０とを有する。下部ローラ９は、台車８の前後部にそれぞれ左右一対取り付けられており、台車８に加わる荷重を支持してレール４に伝えるものである。上部ローラ１０は、台車８の前後部にそれぞれ左右一対取り付けられており、台車８がレール４に沿って移動する際に車幅方向へのガタつきを防止するものである。
【００１７】
台車８の後部には、図１および図４に示すように、走行ユニット１１がピン１２を介して連結されている。走行ユニット１１は、ピン１２が連結された本体１３と、本体１３に設けられたモータ１４と、モータ１４の回転軸に設けられたピニオン１５および走行ローラ１６と、本体１３に軸支されレール４の上部フランジ５の下面に当接するガイドローラ１７とを有する。レール４の上部フランジ５の上面には、ピニオン１５が噛合する走行用ラック１８と、走行ローラ１６が走行する走行面部１９とが、台車８の全移動領域に亘って敷設されている。
【００１８】
台車８には、図１および図２に示すように、セグメント２が載置されるセグメント載置台２０が、鉛直軸廻りに回転自在に装着されている。載置台２０は、実質的にセグメント２が載せられる載置部２１と、その下方に固設された装着軸２２とを有する。装着軸２２は台車８に鉛直に形成された装着穴２３に挿通され、載置台２０が装着軸２２（鉛直軸）廻りに回転自在となっている。これら装着穴２３と装着軸２２との間には、ラジアル軸受やスラスト軸受を設けてもよい。
【００１９】
本実施形態では、図２に示すように、装着軸２２の中心線２４がトンネル３の中心線２５に対してオフセットされている。これは、図例のセグメント２は、幅方向の一端側のみにテーパ部２ａが形成された非対称セグメントであるため、セグメント２を図３に示すように回転させる際にテーパ部２ａがトンネル３の内壁と干渉しないようにするためである。但し、幅方向に対称なセグメント２であれば、上記オフセットは不要である。
【００２０】
載置台２０の載置部２１と装着軸２２との間には、図１および図２に示すように、外歯ギヤ２６が、装着軸２２と直交するようにして固設されている。外歯ギヤ２６は、載置部２１の下面と台車８の上面との間に配置される。この外歯ギヤ２６が回転されると、載置台２０が台車８に対して回転駆動されることになる。外歯ギヤ２６は、図５に示すように、レール４に敷設された回転用ラック２７によって回転駆動される。
【００２１】
回転用ラック２７は、図２にも示すように、レール４の上部フランジ５の上面に取り付けられており、載置台８を所定角度（９０度）回動する長さに設定されている。なお、図例ではラック２７と外歯ギヤ２６とが直接噛合するようになっているが、外歯ギヤ２６のギヤ径を小さくしてその小径外歯ギヤ（図示せず）とラック２７との間にアイドルギヤ（図示せず）を介設してもよい。このアイドルギヤは、台車８に軸支されることになる。
【００２２】
図１および図２に示すように、載置台２０の装着軸２２の下部には、角柱状のガイドピン２８が鉛直下方に延出されて固設されている。ガイドピン２８は、本実施形態では、図６に示すように、四角柱の四隅を面取りし、側面２９の対向二面の幅よりも面取り部３０の対向二面の幅の方が大きいものが用いられている。但し、この形状に限られることはなく、多角柱であって、任意の対向二面の幅と他の対向二面の幅とが異なっていればよい。
【００２３】
ガイドピン２８は、図１、図２および図６に示すように、レール４の間にその長手方向に沿って敷設されたガイド溝３１に係合される。ガイド溝３１は、ガイドピン２８の側面２９の対向二面が係合する幅に形成された回転規制溝３１ａと、ガイドピン２８の面取り部３０の対向二面が係合する幅に形成された回転許容溝３１ｂとからなる。回転許容溝３１ｂは、ラック２７により外歯ギヤ２６（載置台２０）が回転される領域（ラック２７が対向する領域：外歯ギヤ２６がラック２７と噛合し始めてから離脱するまでの領域）に配置され、回転規制溝３１ａは、それ以外の領域（ラック２７の前後の領域）に配置されている。
【００２４】
以上の構成からなる本実施形態の作用を述べる。
【００２５】
図１(a)の右方に位置するセグメント台車から縦向状態のままホイストによって載置台２０上に載せ替えられたセグメント２は、台車８が走行ユニット１１によってレール４に沿って移動されるに伴って、図５(a)(b)(c)に示すように、鉛直軸廻りに９０度向きが変えられ、図１(b)に示すように横向状態となる。
【００２６】
詳しくは、セグメント２は、図５(a)に示すように、台車８の外歯ギヤ２６がレール４のラック２７に噛合するまでは縦向状態のまま搬送され、図５(b)に示すように、外歯ギヤ２６がラック２７に噛合すると以降台車８の移動に伴って鉛直軸廻りに９０度回動されて横向状態となり、図５(c)に示すように、外歯ギヤ２６がラック２７から離れて噛合が解除されると横向状態のまま搬送される。
【００２７】
ここで、ラック２７の長さが外歯ギヤ２６の直径や歯数に基づいて所定長さに設定されているので、このラック２７によって回転駆動される外歯ギヤ２６は所定角度（９０度）だけ回動し、これと一体の載置台２０も所定角度（９０度）だけ回動することになる。よって、載置台２０上のセグメント２は、正確に縦向状態から９０度回動されて横向き状態となる。
【００２８】
このように、走行ユニット１１による台車８の前進力をラック・ピニオン機構（ラック２７と外歯ギヤ２６とからなる機構）によって載置台２０の回転力に変換しているので、載置台２０を回転させる専用のアクチュエータは不要であり、低コストとなる。また、かかるラック・ピニオン機構は、トンネル３内に敷設されたレール４の近傍に配置されているので、高さ方向に嵩むことはなく、小口径のトンネル３にも対応できる。すなわち、外歯ギヤ２６は載置部２１の下面と台車８の上面との間に介設された板厚の薄いギヤからなり、この外歯ギヤ２６と噛合するラック２７はその歯部が側面に形成された高さの低いタイプが用いられるため、ラック・ピニオン機構としての高さが嵩むことはなく、小口径のトンネル３にも対応できるのである。
【００２９】
また、図６(a)に示すように、外歯ギヤ２６がラック２７に噛合するまでは、ガイドピン２８の側面２９の対向二面が回転規制溝３１ａに係合しているので、外歯ギヤ２６（載置台２０）の回動が規制され、載置台２０上のセグメント２が搬送中にふらつくことはない。次いで、図６(b)に示すように、外歯ギヤ２６がラック２７に噛合するときには、ガイドピン２８の面取り部３０が回転許容溝３１ｂ内を移動するため、外歯ギヤ２６（載置台２０）の回転が許容される。その後、図６(c)に示すように、外歯ギヤ２６がラック２７から離れて噛合が解除されると、再びガイドピン２８の側面２９の対向二面が回転規制溝３１ａに係合するため、外歯ギヤ２６（載置台２０）の回動が規制され、載置台２０上のセグメント２が搬送中にふらつくことはない。
【００３０】
すなわち、載置台２０は、ラック２７によって回転駆動される領域（図６(b)の領域）では回転が許容され、それ以外の領域（図６(a)(c)の領域）では回転が規制される。よって、載置台２０に載せられて搬送されるセグメント２は、ラック２７による回転駆動を許容した上で、ラック２７で回転駆動される領域以外の領域では、その姿勢がふらつくことなく保持されることになり、安定して搬送される。その後、横向状態となったセグメント２は、エレクタ側に供給される。
【００３１】
また、セグメント２の９０度の回動は、図１に示すように、レール４の高所部４ａにて成されるので、セグメント２がトンネル３の高さ方向の中心側で回動されることになり、セグメント２の四隅がトンネル内周面と干渉しない。また、図２および図３に示すように、載置台２０の装着軸２２の中心線２４がトンネル３の中心線２５に対してオフセットされているので、図例のように、幅方向の一端側のみにテーパ部２ａが形成された非対称セグメント２であっても、それを９０度回動させるときにセグメント２の四隅がトンネル内周面と干渉しない。よって、セグメント２の欠損が防止され、品質保持ができる。
【００３２】
また、従来作業員の能力に任せる部分が大きかった連続的なセグメント２の運搬作業を機械的に行うことができるので、システムの自動化が可能になり、作業員の人数が減少し、省人化・省力化が図れる。また、狭隘な坑内での運搬作業に起因してセグメント２の隅部がトンネル３の内周面に当たることで生じるセグメント２の欠損を防止できることから、セグメント２の品質保持ができる。また、狭隘なスペースでの作業員の作業が減ることから、作業性・安全性が向上する。そして、このように自動化、省人化、省力化、セグメント品質保持、作業性・安全性向上等を推進できるので、トンネル工事全体のコストダウンが図れる。
【００３３】
また、図１(b)の左方に横向状態となったセグメント２を複数貯蔵するストレージキャリヤを配置しておけば、図１(a)の右方に配置されたセグメント台車からセグメント２を縦向状態のままホイストで次々と載置台２０に移し替えて次々とストレージキャリヤに移送することにより、セグメント台車を速やかに空荷状態にできる。よって、空荷状態となったセグメント台車を速やかにトンネル入口側に戻すことができ、セグメント台車のサイクルタイムが短くなって、搬送効率が高まる。
【００３４】
【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搬送装置によれば、セグメントをその向きを変えながら搬送する装置を低コストで実現でき、また高さ方向にコンパクトに構成できるため小口径のトンネルにも対応できる。
【００３５】
また、システムの自動化が可能となり、従来要していたセグメント搬送作業員の省人化・省力化を図れる。また、狭隘な坑内においても回動させるセグメントの欠損を防止でき、セグメントの品質を保持できる。また、狭隘なスペースでの人による作業が減るため、作業効率・安全性が向上する。よって、トンネル工事全体のコストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るセグメント搬送装置の側面図であり、図１(a)はセグメントが縦向状態の図であり、図１(b)はセグメントが回動されて横向状態となった図である。
【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】上記セグメント搬送装置によって回動されるセグメントの様子を示す説明図であり、図５(a)は回動前、図５(b)は回動中、図５(c)は回動後の図である。
【図６】上記セグメント搬送装置によって回動されるセグメントの様子を示す説明図であり、図６(a)は回動前、図６(b)は回動中、図６(c)は回動後の図である。
【図７】本出願人が先に開発したセグメント搬送装置の説明図である。
【符号の説明】
１ セグメント搬送装置
２ セグメント
３ トンネル
４ レール
８ 台車
２０ セグメント載置台
２６ 外歯ギヤ
２７ ラック
２８ ガイドピン
２９ 対向二面（側面の対向二面）
３１ ガイド溝
３１ａ 回転規制溝
３１ｂ 回転許容溝

Claims (2)

1. トンネル内にてセグメントをその向きを変えながら搬送するセグメント搬送装置であって、
   トンネル内に長手方向に沿って敷設されたレールと、該レール上を走行する台車と、該台車に装着され鉛直軸廻りに回転自在なセグメント載置台と、該載置台に固設された外歯ギヤと、該外歯ギヤを回転駆動すべく上記レールに沿って配置され、上記載置台を所定角度回動する長さに設定されたラックと、上記載置台に下方に突設された角柱状のガイドピンと、該ガイドピンと係合すべく上記レールに沿って敷設されたガイド溝とを備え、
   該ガイド溝は、上記ガイドピンの対向二面が係合する幅に形成された回転規制溝と、上記ガイドピンの回転を許容する幅に形成された回転許容溝とからなり、該回転許容溝は、上記ラックにより載置台が回転される領域に配置され、上記回転規制溝は、それ以外の領域に配置されたことを特徴とするセグメント搬送装置。
2. 上記レールは、トンネルの長手方向に沿って、高所部とスロープ部と低所部とから構成され、
   上記ラックは、上記レールの上記高所部に沿って配置された請求項１に記載のセグメント搬送装置。

Images