JP4546907B2 - 孔内型変位計 - Google Patents

Description

本発明は、二つの個所を結ぶ計画線に基づいて掘削カッターにより掘削貫通させるに際し、掘削孔内の縦方向及び横方向の折れを計測し、該計測値を予め確定している掘削計画線の曲率と比較して掘削カッターの推進方向を決定できるようにした孔内型変位計に関するものである。

たとえば、地下鉄の「上り」及び「下り」の独立した２つのトンネル間を連結して一つの大きなトンネルに改造するような場合、この二つのトンネルの間の拡幅部の天井部及び底部に掘削カッターにより一定の曲率の掘削孔を並列して堀り、掘削時掘削孔に順次管体を連結装入して補強しつつ工事を進めて行くことがあるが、この工事を確実に行うためには掘削カッターにより堀り進む掘削孔の曲率を一定に保つことが重要である。この掘削孔の曲率を一定に保つために、変位計を利用しようとする構想はあったが、実際には適用された例はなかった。従来、変位計を利用した掘削工事として、たとえば、特開平１１−３０３５８３に記載がある。これは掘削カッターを備えた掘削機本体を推進させる推進用シリンダの油圧力及びロッド部の突出量をそれぞれ圧力検出器と変位計とにより地山の岩盤強度を検出し、この検出値から岩盤への貫入量を推定するためのものである。
特開平１１−３０３５８３

したがって、上記変位計は掘削機本体から推進用シリンダの油圧力及びロッド部の突出量をそれぞれ圧力検出器とともに岩盤強度推定装置に岩盤強度情報を送信するためのものであり、掘削カッターの推進方向を予め確定している掘削計画線に基づいて操舵するための孔内型変位計ではなかった。

本発明は、二つの個所を結ぶ計画線に基づいて掘削カッターにより一定の曲率の掘削孔を並列して掘削貫通させるに際し、各掘削孔を確実に掘り進むための孔内型変位計を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するため、本発明に係る孔内型変位計は、掘削カッターによる掘削孔内に連結挿入される管体の一内壁に形成されたガイド部材に沿って連結器を介して連結装入される装入台と、該装入台の連結器近傍にて頭端部同士がユニバーサルジョイントのように連結され、かつ前記装入台の中間付近で尾端部同士が伸縮可能に結合されている第一及び第二変位計と、該第一及び第二変位計からの計測値を受領し、前記掘削カッターの推進部に操舵信号を出力する制御手段とを備えたことを特徴とし、第一及び第二変位計で求めた曲率（変位量）と、予め確定されている計画掘削線の曲率と比較して掘削カッターの推進部をコントロールでき、しかも、掘削カッターにより掘削される掘削孔の曲率を計測する第一変位計及び第二変位計が、上向き円弧の掘削孔では伸び方向に、下向き円弧の掘削孔では収縮方向に沿って長さ調整をスムーズに行えるように構成した。

本発明によれば、掘削カッターにより予め確定された曲率で掘削される掘削孔内に、順次管体が挿入され、該管体内のガイド部材に沿って連結器にて連結されつつ装入される装入台の屈曲率を、該装入台の連結器付近にて頭端部同士がユニバーサルジョイントのように連結され、かつ前記装入台の中間付近で尾端部同士が伸縮可能に結合された第一及び第二変位計により読取り、その第一及び第二変位計からの計測値を受領した制御手段によって前記掘削カッターの推進方向が予め確定された方向になっているか否かをチェックしつつ操舵できるため、たとえば、地下鉄の「上り」及び「下り」の独立した２つのトンネル間を連結して一つの大きなトンネルに改造するような場合、この二つのトンネルの間の拡幅部の天井部及び底部に掘削カッターにより一定の曲率の掘削孔を並列して掘削することが可能となる。しかも、前記第一及び第二変位計が前記装入台の中間付近で尾端部同士が伸縮可能に結合されているから、掘削カッターにより掘削される掘削孔の曲率を計測する第一変位計及び第二変位計が、上向き円弧の掘削孔でも、下向き円弧の掘削孔でもその長さ方向の調整がスムーズであるため、第一変位計及び第二変位計に無理が生じないため正確な計測値が得られるという優れた効果を奏するものである。

次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は掘削カッターと連結された管体との構成の略示的平面図、図２は掘削孔内に管体を連結挿入した状態の略示的側面断面図、図３は本願孔内変位計の拡大側面図、図４は図３におけるＡ−Ａ線拡大断面図、図５は図３におけるＢ−Ｂ線拡大断面図、図６は基台に備えたジョイント部の分解斜視図、図７は差動トランスの原理を示す拡大断面図である。

図において、１は掘削カッター、２は掘削カッター１による掘削孔、３は掘削カッター１による掘削孔２内に連結して順次装入される管体である。管体３は予め掘削孔２の曲率に合わせて必要な曲面に成形されているもので、該掘削孔２内には、図１の如く、掘削カッター１の後方に連結手段４を介して順次係留して引き込まれる。

前記掘削カッター１は掘削部１ａと推進部１ｂと操舵部１ｃとを備え、操舵部１ｃは四基のジャッキ１ｄのそれぞれの独立操作により推進部１ｂを操舵できる。この操舵部１ｃへの操舵信号は後記する制御手段５から出力されるようになっている。

前記管体２の一内壁（上向き円弧の掘削孔内に装入される管体では天井壁、下向き円弧の掘削孔内に装入される管体では底面壁）にはガイド部材６が設けられている。このガイド部材６は天井壁ではモノレール状（図示せず）に形成されるが、底面壁では図示の如く函状（たとえば凹状）に形成されている。

前記函状のガイド部材６には、下面に滑動ローラ７を備えた装入台８が連結器９を介して順次連結して装入される（図３参照）。この装入台８の上面には、その連結器９の近傍に設けた連繋部１０を介して頭端部同士がユニバーサルジョイントされた第一変位計１１と第二変位計１２が設けられている。前記第一変位計１１と第二変位計１２は装入台８の側面に基端を固定した枠部材１３に支持された水平回転ローラ１４を介して前記函状のガイド部材６の両側壁間に維持されている。また、これら第一変位計１１と第二変位計１２の尾端部同士は装入台８の中間付近にて伸縮可能な（軸方向にスライドできる）結合部材３１を介して結合されている。

前記第一変位計１１と第二変位計１２は頭端部がユニバーサルジョイントされた連繋部１０を中心に縦方向及び横方向に折れ角度（変位量）をそれぞれ計測する計測手段１５、１５′が内蔵されるとともに、必要に応じてローリング計（図示せず）を内蔵する。このローリング計の計測値は、前記掘削カッター１にて掘削された掘削孔２に連結して順次装入される管体３がカッターの回転力によって円周方向に捻じられた（ローリング）場合において、第一変位計１１と第二変位計１２の計測値を補正するために使用される。

前記第一変位計１１と第二変位計１２とをユニバーサルジョイントした連繋部１０は、図６の如く構成されている。すなわち、前記装入台８の上面（連結点付近）にピン１６を介して底面が回動可能に取付られた凹型枠（手前側の枠のみが見えている）１７の側面に設けた透孔１８の外側より挿通した軸杆１９にて前記第二変位計１２の対向端片１２ａ、１２ｂに設けた透孔２０と、中心コマ２１の中心を水平方向に貫通する水平孔２２にルーズに挿通している。したがって、第二変位計１２は軸杆１９を中心に上下方向に回動できるようになっている。

また、前記中心コマ２１の上下面を貫通した透孔２３には、前記第一変位計１１の対向端片１１ａ、１１ｂに設けた透孔２４の外側からピン２５がルーズに挿通している。したがって、該第一変位計１１は前記ピン２５を中心に水平方向に回動できるようになっている。

前記第一変位計１１と第二変位計１２の連繋部１０に内蔵した計測手段１５、１５′としては差動トランスを利用するとよい。すなわち、差動トランスは、図７の如く、コイル２６と鉄心２７とからなり、該コイル２６は第一変位計１１では垂直壁（図６における左側壁）の内面に対し、第二変位計１２では水平壁（図６における下側壁）の内面にコイルの中心孔２８が直交状に取付られている。前記鉄心２７は前記中心コマ２１から延出した支持枠２９、３０の自由端側に固定されている。

したがって、平常時には、鉄心２７はコイル２６の中心孔２８の軸方向中央Ｃ点に静止し、コイルに励起される電圧が「０」に保たれているが、前記第一変位計１１又は第二変位計１２が前記連繋部１０を中心に縦方向又は横方向に折れて前記鉄心２７がコイルの中心孔２８に深く挿入されるか、手前側に引かれることによりコイルに励起される電圧が変化し、この電圧変化により折れ角度が計測できるようになっている。

前記２方向の折れを計測する計測手段１５、１５′を内蔵した第一変位計１１と第二変位計１２は、前記装入台８の連結器９を挟んで対抗しているため、同一装入台８上では第一変位計１１の端部と第二変位計１２の端部とは接続部材３１を介して伸縮自在に接続されている。これは掘削カッターにより掘削される掘削孔の曲率を計測する第一変位計１１及び第二変位計１２の端部同士が、上向き円弧の掘削孔では伸び方向に、下向き円弧の掘削孔では収縮方向に長さの調整をスムーズに行うためである。

しかして、前記装入台８が前述の如く掘削カッターによる掘削孔内に連結装入された管体３のガイド部材６内における変状（折れ）を第一変位計１１と第二変位計１２の各計測手段１５、１５′が計測し、該計測値は前記制御手段５にて受領され、該制御手段５は受領した計測値を前記掘削カッター１により掘削貫通させる計画線に基づく掘削孔の曲率とリアルタイムに比較し、それが逸れているときは、前記掘削カッター１の推進部１ｂの操舵部１ｃを操舵して推進方向を修正するようにしている。

次に、本願の作用を説明する。まず、二つの個所を一定の曲率で結ぶ掘削孔の計画線を確定する。この確定した計画線に基づいて掘削カッター１により掘削を開始する。しかして、掘削カッター１による掘削孔２内には管体３が前記掘削カッター１の後方に連結手段４を介して順次係留して装入される。

前記管体２の装入とともに一内壁に長さ方向に沿って固定されたガイド部材６の内底面に滑動ローラ７を走行させつつ装入台８が連結器９を連結しつつ順次装入され、その装入に伴って連結器９の付近で互いにユニバーサルジョイントされた連繋部１０を中心に縦方向又は横方向の折れが第一変位計１１と第二変位計１２内の計測手段１５、１５′により順次計測され、制御手段５に出力される。

この計測値を受領した制御手段５は、前記掘削カッター１により掘削貫通する計画線に基づく掘削孔の曲率と比較し、該計画線の逸れをリアルタイムに求め、前記掘削カッター１の推進部１ｂの操舵部１ｃを操舵して本来の推進方向に修正するようになっている。

本願装置は、たとえば、地下鉄の「上り」及び「下り」の独立した２つのトンネル間を連結して一つの大きなトンネルに改造するような場合、この二つのトンネルの間の拡幅部の天井部及び底部に掘削カッターにより一定の曲率の掘削孔を堀り、これに管体を連結して挿入し補強しつつ工事を進めて行くための孔内型変位計である。

掘削カッターと連結された管体との構成の略示的平面図である。 掘削孔内に管体を連結挿入した状態の略示的側面断面図である。 本願孔内変位計の拡大側面図である。 図５におけるＡ−Ａ線拡大断面図である。 図５におけるＢ−Ｂ線拡大断面図である。 基台のジョイント部の分解斜視図である。 差動トランスの原理を示す断面図である。

符号の説明

１ 掘削カッター
１ａ 掘削部
１ｂ 推進部
１ｃ 操舵部
１ｄ ジャッキ
２ 掘削孔
３ 管体
４ 連結手段
５ 制御手段
６ ガイド部材
７ 滑動ローラ
８ 装入台
９ 連結器
１０ 連繋部
１１ 第一変位計
１１ａ、１２ｂ 対向端片
１２ 第二変位計
１２ａ、１２ｂ 対向端片
１３ バネ片
１４ 水平回転ローラ
１５、１５′ 計測手段
１６ ピン
１７ コ型枠
１８ 透孔
１９ 軸杆
２０ 透孔
２１ 中心コマ
２２ 水平孔
２３ 透孔
２４ 透孔
２５ ピン
２６ コイル
２７ 鉄心
２８ コイル中心孔
２９、３０ 支持枠
３１ 接続部材

Claims (1)

1. 掘削カッターによる掘削孔内に連結挿入される管体の一内壁に形成されたガイド部材に沿って連結器を介して連結装入される装入台と、該装入台の連結器近傍にて頭端部同士がユニバーサルジョイントのように連結され、かつ前記装入台の中間付近で尾端部同士が伸縮可能に結合されている第一及び第二変位計と、該第一及び第二変位計からの計測値を受領し、前記掘削カッターの推進部に操舵信号を出力する制御手段とを備えたことを特徴とする孔内型変位計。

Images