JP4912219B2 - セグメントの組み立て誤差計測装置 - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘進機のエレクタによってリング状に組み立てられたセグメントの組み立て誤差を計測する装置に関する。

シールド掘進機は、筒状のシールドフレームと、シールドフレームの前部に配設されたカッタと、カッタで切削された土砂をシールドフレーム内の隔壁後方に取り込む排土装置と、セグメントをシールドフレームの内周面に沿ってリング状に組み立てるべくシールドフレーム内に設けられたエレクタと、リング状に組み立てられたセグメントに反力を取ってシールドフレームを前進させるべくシールドフレームに複数取り付けられたシールドジャッキとを備えている。

かかるシールド掘進機は、シールドジャッキを伸長させてカッタを切羽に押し付けてそのカッタで切羽を切削し、掘削された土砂を排土装置（スクリューコンベヤ等）によってシールドフレーム内の隔壁後方に取り込み、シールドフレームをシールドジャッキの伸長ストロークに応じて前進（掘進）させ、爾後、シールドジャッキを収縮させて既設のセグメントとシールドジャッキとの間にスペースを形成し、そのスペースにエレクタによってセグメントをリング状に組み立て、トンネルを構築するものである。

エレクタによってリング状に組み立てられたセグメントの組み立て誤差は、セグメント真円度計測装置によって測定される。セグメント真円度計測装置として、エレクタの旋回フレーム（円筒状シールドフレームの軸心廻りに旋回する環状フレーム）に、リング状に組み立てられたセグメント（既設セグメント）の内周面までの距離を測定する距離センサー（光波又は音波式等）を設けたもの（特許文献１）、エレクタから円筒状シールドフレームの中心軸に沿って後方に支持フレームを延出し、その支持フレームに既設セグメントの内周面までの距離を測定する距離センサーを設けたもの（特許文献２、３）が知られている。

特開平２−２７４９９８号公報 特公平５−３６６００号公報 実開平６−３０３００号公報

エレクタの旋回フレームに距離センサーを設けたタイプでは、旋回フレームから既設セグメントの内周面までの距離が或る程度以上離れているため、測定精度を高めることが困難であった。また、エレクタの旋回フレームに距離センサーを装着するための改変を施さなければならず、コストアップが生じる。

エレクタとは別に支持フレームを設けその支持フレームに距離センサーを設けたタイプでは、支持フレームをシールド掘進機に装備するためコストアップが避けられない。また、支持フレームがエレクタの後方に突き出るため、シールド掘進機の軸長が長くなり、カーブ施工上不利となる。

また、いずれのタイプにおいても、距離センサーが旋回フレーム又は支持フレームに固設されているため、距離センサーが故障、破損した場合、その交換作業、補修作業が困難であった。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、距離センサーを既設セグメントに対して所望の位置まで近付けることで測定精度を高めることができ、シールド掘進機側の装置の改変が不要でコストアップを抑制でき、シールド掘進機の軸長が長くならずカーブ施工上有利であり、距離センサーの故障、破損時に交換が容易なセグメントの組み立て誤差計測装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明は、シールド掘進機の外殻を成す筒状のシールドフレームの内部にて、エレクタによりリング状に組み立てられたセグメントの組み立て誤差を計測する装置であって、上記エレクタに備えられ、セグメントを把持すると共に、把持したセグメントをリング状に組み立てるため、トンネルの周方向、径方向及び軸方向に移動自在なセグメント把持部と、該セグメント把持部に、セグメントの代わりに着脱可能に装着され、組み立て後のセグメントの内周面までの距離を測定する距離センサーとを備えたことを特徴とするものである。

上記距離センサーは、上記セグメント把持部に把持される被把持部と、該被把持部に装着され組み立て後のセグメントの内周面に向けて光波又は音波を発射するセンサー本体とを有し、上記被把持部は、該被把持部が上記セグメント把持部に把持された際、上記センサー本体の光波又は音波の発射軸を組み立て後のセグメントの内周面と直交する方向とする位置決め部を有することが好ましい。

上記エレクタは、トンネル周方向に回転する旋回フレームと、該旋回フレームにトンネル径方向に移動可能に設けられた吊りビームと、該吊りビームにトンネル軸方向に移動可能に設けられた摺動架台とを備え、該摺動架台に上記セグメント把持部が設けられることが好ましい。

本発明に係るセグメントの組み立て誤差計測装置によれば、距離センサーを既設セグメントに対して所望の位置まで近付けることで測定精度を高めることができ、シールド掘進機側の装置の改変が不要でコストアップを抑制でき、シールド掘進機の軸長が長くならずカーブ施工上有利であり、距離センサーの故障、破損時に交換が容易である。

本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、シールド掘進機の外殻を成す円筒状のシールドフレーム１の内部には、セグメント２をシールドフレーム１の内周面に沿ってリング状に組み立てるエレクタ（セグメント組立装置）３が設けられている。

エレクタ３は、シールドフレーム１の軸心を中心としてトンネル周方向に回転する旋回フレーム４と、旋回フレーム４にトンネル径方向に移動可能に設けられた吊りビーム５と、吊りビーム５にトンネル軸方向に移動可能に設けられた摺動架台６と、摺動架台６に設けられセグメント２を把持、解放するセグメント把持部７とを備えている。

旋回フレーム４は、円環状に形成され、シールドフレーム１の内周面に設けられたリングガーダー８に軸支された支持ローラ９に、回転可能に支持されている。旋回フレーム４は、軸方向の前部に駆動ギヤ１０を有し、その駆動ギヤ１０に図示しないモータのピニオンが噛合されて回転駆動される。なお、リングガーダー８には、リング状に組み立てられた後のセグメント２に反力を取ってシールドフレーム１を前進させるシールドジャッキ５１が設けられている。

旋回フレーム４の軸方向の後部には、１８０度間隔で配設された一対の支持フレーム１１が、夫々軸方向後方に延出されて設けられている。支持フレーム１１には、吊りビーム５がトンネル径方向に移動可能に装着されている。吊りビーム５は、各支持フレーム１１に設けられた円筒状のガイド筒１２に挿通されるガイド柱１３と、これらガイド柱１３の端部同士を連結する連結部１４とからＵ字状に形成されており、連結部１４とガイド筒１２との間に介設されたジャッキ１５によってトンネル径方向に移動される。

吊りビーム５の連結部１４には、摺動架台６がトンネル軸方向に移動可能に装着されている。図２、図３に示すように、吊りビーム５の連結部１４には、トンネル軸方向に延出されたガイド柱１６が、トンネル幅方向に間隔を隔てて一対設けられており、摺動架台６には、各ガイド柱１６に挿通された円筒状のガイド筒１７が設けられている。摺動架台６のガイド筒１７と吊りビーム５の連結部１４との間には、摺動架台６をガイド柱１６に沿ってトンネル軸方向に移動させるジャッキ１８が介設されている。

摺動架台６には、セグメント把持部７が設けられている。図６、図７に示すように、セグメント把持部７は、トンネル幅方向に近接離間移動される一対の把持爪１９を有する。把持爪１９は、ジャッキ等のアクチュエータ（図示せず）によって近接離間移動され、図７に示すようにセグメント２の内周面の中央（例えば重心位置）にネジ込まれた把持金物（把持ピン）２０を把持するものである。

図３、図５（ａ）に示すように、把持爪１９の突き合わせ面には、トンネル軸方向に対して斜めに形成されたガイド部２１と、ガイド部２１に繋げてトンネル軸方向に沿って形成されたストレート部２２と、ストレート部２２の端部に繋げて円弧状に形成されセグメント２の把持ピン２０を挟持する円弧部２３と、円弧部２３に繋げて形成され互いに突き合わされる突き合わせ部２４とが形成されている。

図７に示すように、セグメント２に装着された把持ピン２０は、セグメント２の中央に形成されたネジ穴にネジ込まれるネジ部と、ネジ部に繋げて形成された円柱部２５と、円柱部２５に繋げて形成されたフランジ部２６とを有する。把持ピン２０の円柱部２５は、把持爪１９の円弧部２３に挟持され、把持ピン２０のフランジ部２６は、把持爪１９の内側に形成された段差部２７の載置面２８に載置される。把持ピン２０は、そのネジ部をセグメントのネジ穴に対して螺合、解放することで、セグメント２に対して着脱される。

図６、図７に示すように、摺動架台６には、セグメント把持部７の把持爪１９を中心としてトンネル幅方向に間隔を隔てて一対のサポートジャッキ２９が配設されている。サポートジャッキ２９は、把持爪１９がセグメント２の把持ピン２０を把持した状態で伸長され、把持ピン２０のフランジ部２６を把持爪１９の内側に形成された段差部２７の載置面２８に押し付け、セグメント２をがたつくことなくしっかりと支持するための押付機構である。

さて、本実施形態に係るセグメント組み立て誤差計測装置は、図１（ａ）、図１（ｂ）、図２に示すように、上述したセグメント把持部７の把持爪１９に、リング状に組み立てられた後のセグメント２（既設セグメント）の内周面までの距離を測定する距離センサー３０を、セグメント２の代わりに着脱可能に装着したものである。すなわち、このセグメント組み立て誤差計測装置は、上記セグメント把持部７と、そのセグメント把持部７に、セグメント２の代わりに着脱可能に装着され、既設セグメント２の内周面までの距離を測定する距離センサー３０とを備えている。

セグメント把持部７は、その把持爪１９によってセグメント２の把持ピン２０を把持すると共に、把持したセグメント２をリング状に組み立てるため、旋回フレーム４を回転させることでトンネル周方向に回転され、旋回フレーム４に対して吊りビーム５を動かすことでトンネル径方向に移動され、吊りビーム５に対して摺動架台６を動かすことでトンネル軸方向に移動するものであり、既に述べた通りである。よって、以下、距離センサー３０について述べる。

距離センサー３０は、図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、セグメント把持部７の把持爪１９に、セグメント２の把持ピン２０の代わりに把持されるものである。図３、図４に示すように、距離センサー３０は、セグメント把持部７の把持爪１９に把持される被把持部３１と、被把持部３１に装着され既設セグメント２の内周面に向けて光波又は音波を発射すると共にその反射波を捉えることで距離測定を行うセンサー本体３２とを有する。

距離センサー３０の被把持部３１は、セグメント２の把持ピン２０と同外径に形成された円筒部３３と、円筒部３３の上部に設けられ把持爪１９の段差部２７の載置面２８に載置されるフランジ部３４と、円筒部３３の側面下部に形成されたネジ部３５と、ネジ部３５に螺合されネジ込むことで把持爪１９の下面の押圧面３６に押し付けられるナット（座付きナット）３７とを有する。把持爪１９の押圧面２８と載置面３６とは、共に、シールドフレーム１の接線方向に平行で、シールドフレーム１の輪切り面に対して直交するように形成されている。よって、ナット３７をネジ部３５にネジ込むことで、ナット３７を把持爪１９の押圧面３６に押し付けフランジ部３４を段差部２７の載置面２８に押し付けると、被把持部３１は、円筒部３３の軸方向がシールドフレーム１の径方向に沿った姿勢で、がたつくことなくしっかりと把持爪１９に保持される。

被把持部３１のフランジ部３４の中心には、ネジ穴が軸方向に形成されており、そのネジ穴には、センサー本体３２に装着されたネジロッド３８が垂直にネジ込まれ、固定ナット３９によって固定されている。センサー本体３２は、ネジロッド３８の先端からその軸方向に沿って光波又は音波を発射するものであり、その発射軸が円筒部３３の中心軸と一致されている。よって、上述したように、被把持部３１を円筒部３３の軸方向がシールドフレーム１の径方向に沿った姿勢で把持爪１９にしっかりと保持することで、センサー本体３２から発射される光波又は音波の発射軸が、シールドフレーム１の径方向に沿った方向、即ち既設セグメント２の内周面と直交する方向となる。被把持部３１に備えられた上記ネジ部３５、ナット３７、フランジ部３４は、被把持部３１を把持爪１９に把持した際に、センサー本体３２から発射される光波又は音波の発射軸を既設セグメント２の内周面と直交する方向に定める位置決め部を構成する。

被把持部３１の円筒部３３の直径は、図５（ａ）に示す把持爪１９の突き合わせ面に形成された円弧部２３の直径に合わせられており、円筒部３３が把持爪１９に把持されたとき、把持爪１９に対する円筒部３３の位置が定められるようになっている。また、被把持部３１のフランジ部３４は、図５（ｂ）に示すように、把持爪１９の段差部２７の垂直面４０と係合すべく平行に形成された一対の切欠部４１を有し、図４に示すナット３７をネジ部３５にねじ込む際にネジ部３５が共回りしないようになっている。また、被把持部３１のフランジ部３４の上部には、センサー本体３２を防護するための防護筒４２が装着されている。

図２、図３に示すように、エレクタ３の摺動架台６には、距離センサー３０を着脱するためのセンサー格納部４３が設けられている。センサー格納部４３は、把持爪１９にセグメント２を把持した際にそのセグメント２と干渉しない位置に設けられており、本実施形態では、摺動架台６の上面（把持爪１９が装着される面とは反対側の面）に設けられているが、この場所に限られることはない。センサー格納部４３には、図４に示す把持爪１９の載置面２８と押圧面３６との間隔に応じて配設された一対の支持板４４が設けられ、支持板４４には、距離センサー３０の円筒部３３の直径に合わせて形成された装着溝が形成されている。

かかるセンサー格納部４３には、距離センサー３０が次のように着脱可能に装着される。すなわち、距離センサー３０の円筒部３３を支持板４４の装着溝に嵌め込んだ状態でナット３７をネジ込むことで、ナット３７が図２の下側の支持板４４に押し付けられ、フランジ部３４が図２の上側の支持板４４に押し付けられて、距離センサー３０が支持板４４に支持される。なお、距離センサー３０のフランジ部３４には、図５（ｂ）に示すように穴４５が形成されているので、その穴４５にボルトを挿通して図２の支持板４４に設けたネジ穴にねじ込むことで、距離センサー３０を支持板４４に保持させてもよい。

本実施形態の作用を述べる。

図６、図７に示すように、エレクタ３のセグメント把持部７にセグメント２を把持させ、そのセグメント２をシールドフレーム１の内周面に沿ってリング状に組み立てた後、図２、図３に示すセンサー格納部４３から距離センサー３０を取り外し、その距離センサー３０を図１（ａ）、図１（ｂ）、図２に示すようにエレクタ３のセグメント把持部７の把持爪１９に把持させる。

その後、吊りビーム５をトンネル径方向外方に移動させ、把持した距離センサー３０と既設セグメント２の内周面との間の距離を、距離センサー３０が精度良く距離を測定できる距離まで近付ける。また、摺動架台６をトンネル軸方向に移動させ、既設セグメント２の内周面に対する距離センサー３０のトンネル軸方向位置を、距離センサー３０から発射される光波又は音波が既設セグメント２の把持ピン２０と干渉することなく、既設セグメント２の内周面の反射に適したフラット（平滑）な部分に指向する位置とする。

以上の準備が終了した後、旋回リング４をトンネル周方向に回転させつつ、把持した距離センサー３０によって既設セグメント２の内周面までの距離を、トンネルの周方向に間隔を隔てて複数箇所で計測する。距離センサー３０が距離を計測するときには旋回リング４の回転を停止してもよい。この計測結果に基づき既設セグメント２の真円度が求められ、セグメント２の組み立て誤差を求めることができる。なお、旋回フレーム４の回転角度（距離センサー３０で距離計測するときの回転角度）は、図示しない回転角度センサーによって検出されていることは勿論である。

本実施形態によれば、距離センサー３０をセグメント２の代わりにエレクタ３のセグメント把持部７に把持させたので、その距離センサー３０を既設セグメント２に対して所望の位置まで近付けることが可能となり、測定精度を高めることができる。

また、距離センサー３０から発射される光波又は音波の発射軸が既設セグメント２の内周面と直交する方向となっているので、それら光波又は音波の反射波が的確に距離センサー３０に戻ってくることになり、計測精度が向上する。

また、距離センサー３０をエレクタ３の旋回フレーム４等に固設するのではなく、エレクタ３のセグメント把持部７に着脱自在としたので、エレクタ３側の改変が一切不要となってシールド掘進機のコストアップを抑制できる。

また、距離センサー３０をセグメント把持部７に着脱自在としたので、距離センサー３０が仮に故障、破損したときには容易に交換することができる。この際、図４に示すセンサー本体３２を被把持部３１が取り外すことで、センサー本体３２のみを交換できる。

また、距離センサー３０をセグメント把持部７に着脱自在としたので、距離センサー３０を装備することによってシールド掘進機の機長（軸長）が長くなることはなく、カーブ施工上不利となることもない。

上記実施形態のセグメント２には、内周面に基本的には凹凸の無いコンクリートセグメント２を用いたが、図８に示すように内周面に補強リブ４６等によって凹凸が形成された鋼製セグメント２Ｘを用いてもよい。鋼製セグメント２Ｘは、円弧状に形成された底板部４７と、トンネル周方向に隣接するもの同士を繋ぐピース間フランジ４８と、トンネル軸方向に隣接するもの同士を繋ぐリング間フランジ４９と、補強リブ４６とを有する。

かかる鋼製セグメント２Ｘの場合、旋回フレーム４の回転角度を制御し、セグメント把持部７に把持された距離センサー３０のトンネル周方向位置をピース間フランジ４８に対向する位置として、ピース間フランジ４８の頂面までの距離を計測する。或いは、距離センサー３０のトンネル軸方向の位置を、摺動架台６をトンネル軸方向に移動制御することで、リング間フランジ４９の頂面に対向する位置として、リング間フランジ４９の頂面までの距離を、周方向に間隔を隔てて複数箇所計測してもよい。

図９は、異形断面トンネル（例えば楕円トンネル）に本発明を適用したものである。

異形断面トンネルの場合、旋回フレーム４をトンネル周方向に回転させつつその回転に応じて吊りビーム５をトンネル径方向に移動させることで、セグメント把持部７の周回軌跡が、異形断面トンネルの設計断面ライン（セグメント２Ｙの組み立て目標となるライン：例えば楕円ライン）を縮小したベース軌跡５０を描くようにし、そのベース軌跡５０の途中でセグメント把持部７に把持した距離センサー３０によって既設セグメント２Ｙの内周面までの距離を測定し、その測定値に吊りビーム５の旋回フレーム４に対するトンネル径方向移動量を加算することで、既設セグメント２Ｙが正規の組み付け位置からどの程度ずれているか、即ちセグメント２Ｙの組み立て誤差を計測できる。

この場合においても、距離センサー３０を既設セグメント２Ｙの内周面に近付けた状態で計測しているので、計測精度は高い。なお、吊りビーム５の旋回フレーム４に対するトンネル径方向移動量を検出する移動量センサーが備えられていることは勿論である。

また、上述の各実施形態においては、セグメント把持部７が一対の把持爪１９を備えていてそれら把持爪１９によってセグメント２にネジ込まれた把持ピン２０を把持し、サポートジャッキ２９によってセグメント２をガタなく保持するタイプを述べたが、本発明はこのようなセグメント把持部７に限られない。

例えば、セグメント把持部７は、セグメント２の内周面に装着された金具に形成された装着穴に挿通される部材（ボルト等）を有していて、その部材を上記金具の装着穴に挿通して固定具（ナット等）によって固定し、サポートジャッキ２９によってセグメント２をガタなく保持するタイプでも構わない。

本発明の一実施形態に係るセグメントの組み立て誤差計測装置の説明図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は背面図である。 図１（ｂ）の部分拡大図である。 図２のセグメント把持部の平面図である。 図２のセグメント把持部の部分拡大図である。 図３のセグメント把持部の把持爪の部分拡大図であり、（ａ）は把持前、（ｂ）は把持後の図である。 エレクタにセグメントを把持させた様子を示す説明図であり、（ａ）は側面図、（ｂ）は背面図である。 図１（ｂ）の部分拡大図である。 本発明の変形実施形態を示す説明図であり、鋼製セグメントに本発明を適用したものである。 本発明の別の変形実施形態を示す説明図であり、異形断面トンネルに本発明を適用したものである。

符号の説明

１ シールドフレーム
２ セグメント
３ エレクタ
４ 旋回フレーム
５ 吊りビーム
６ 摺動架台
７ セグメント把持部
３０ 距離センサー
３１ 被把持部
３２ センサー本体
３４ 位置決め部を構成するフランジ部
３５ 位置決め部を構成するネジ部
３７ 位置決め部を構成するナット

Claims (3)

1. シールド掘進機の外殻を成す筒状のシールドフレームの内部にて、エレクタによりリング状に組み立てられたセグメントの組み立て誤差を計測する装置であって、
   上記エレクタに備えられ、セグメントを把持すると共に、把持したセグメントをリング状に組み立てるため、トンネルの周方向、径方向及び軸方向に移動自在なセグメント把持部と、
   該セグメント把持部に、セグメントの代わりに着脱可能に装着され、組み立て後のセグメントの内周面までの距離を測定する距離センサーとを備えたことを特徴とするセグメントの組み立て誤差計測装置。
2. 上記距離センサーは、上記セグメント把持部に把持される被把持部と、該被把持部に装着され組み立て後のセグメントの内周面に向けて光波又は音波を発射するセンサー本体とを有し、
   上記被把持部は、該被把持部が上記セグメント把持部に把持された際、上記センサー本体の光波又は音波の発射軸を組み立て後のセグメントの内周面と直交する方向とする位置決め部を有する請求項１に記載のセグメントの組み立て誤差計測装置。
3. 上記エレクタは、トンネル周方向に回転する旋回フレームと、該旋回フレームにトンネル径方向に移動可能に設けられた吊りビームと、該吊りビームにトンネル軸方向に移動可能に設けられた摺動架台とを備え、
   該摺動架台に上記セグメント把持部が設けられた請求項１又は２に記載のセグメントの組み立て誤差計測装置。

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