JP5015843B2 - セグメント組立方法及びセグメント組立装置 - Google Patents

Description

本発明は、シールド掘削機により掘削されたトンネルの内面にセグメントを組み立てるセグメント組立方法及びセグメント組立装置に関する。

シールド掘進機により掘削したトンネルの内面にはセグメントを構築し、周囲の地山が崩落したりするのを防止している。セグメントをリング状に組み立てるのに、例えば特許文献１に記載されているようなセグメント組立装置（エレクタ）が用いられている。

セグメント組立装置は、シールド掘進機の円筒状のシールドフレーム内にその周方向に旋回可能に設けられた旋回リングと、この旋回リングの後部にこれより径方向に移動可能に設けられた吊りビームと、この吊りビームに設けられたセグメント把持機構とから主に構成されている。

前記セグメント把持機構は、セグメントの内面に設けられた吊り金具（吊り部材ともいう）を吊り金具連結ピンを介してブラケット（係合部）に連結（係合）することによりセグメントを把持するようになっている。この場合、セグメント吊り金具に設けられたピン穴と、ブラケットに設けられたピン穴とが一致するように位置合わせを行い、これらのピン穴に吊り金具連結ピンを嵌合させることによりセグメントを把持することができる。

特開平８−２７０３９４号公報

ところで、セグメントの組み立ては、セグメント把持機構により吊り部材を把持し、吊りビームの上昇及び旋回リングの回転によりセグメントを吊り上げてトンネル内面の所望位置まで搬送し、該セグメントを既設セグメントと手動によるボルト接合で接合することにより行われる。セグメントの周方向（幅方向）の端面と軸方向（トンネル軸方向）にはボルト接合を行うためのボルトボックスが形成されている。この場合、前記セグメント把持機構とセグメントとの間の隙間に作業者が手を入れて接合作業を実施している。

しかしながら、前記セグメント組立装置ないしセグメント組立方法においては、キーセグメントや分割角度の小さいセグメントのように幅の狭いセグメント（以下、幅狭セグメントともいう。）の組み立てを行う場合、その幅狭セグメントの幅とセグメント把持機構の幅とがほぼ同じくなってしまい、周方向のボルトボックスがセグメント把持機構により覆われて隠れてしまうため、幅狭セグメントとセグメント把持機構との間の狭い隙間から作業者が手を入れることが困難になり、幅狭セグメントの接合作業（周方向のボルト締結作業）ができない場合があった。

本発明は、前記事情を考慮してなされたものであり、幅狭セグメントとセグメント把持機構との間に作業スペースを容易に確保でき、幅狭セグメントの接合作業を容易に行うことができるセグメント組立方法及びセグメント組立装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、第１の発明は、セグメントの内面に取付けられる吊り部材をセグメント組立装置のセグメント把持機構により把持してセグメントをトンネル内面の所望位置に搬送して既設セグメントと接合するセグメント組立方法において、キーセグメント又は分割角度の狭いセグメントのような幅の狭いセグメントを把持する際に、予め該セグメントと吊り部材との間にセグメントの内面からの吊り部材の突出高さを高くするためのスぺーサを介設することにより、セグメントとセグメント把持機構との間にセグメントの接合作業を行うための作業スぺースを確保することを特徴とする。

前記セグメント把持機構は、セグメントの内面を押圧してセグメントの揺れを抑えるサポートジャッキを有し、該サポートジャッキは前記幅の狭いセグメントに対しては前記スペーサを介してセグメントの内面を押圧することが好ましい。

第２の発明は、シールドフレーム内にその周方向に旋回可能に設けられた旋回リングと、該旋回リングの後部にこれより径方向に移動可能に設けられた吊りビームと、該吊りビームに設けられセグメントの内面に取付けられる吊り部材を介してセグメントを把持するセグメント把持機構とを備え、セグメントをトンネル内面の所望位置に搬送して既設セグメントと接合するセグメント組立装置において、前記セグメントがキーセグメント又は分割角度の狭いセグメントのような幅の狭いセグメントである場合、該セグメントと前記吊り部材との間にはセグメントとセグメント把持機構との間にセグメントの接合作業を行う作業スぺースを確保するためのスぺーサが介設されていることを特徴とする。

この場合、前記セグメント把持機構は、セグメントの内面を押圧してセグメントの揺れを抑えるサポートジャッキを有し、前記スペーサは、前記サポートジャッキが前記幅の狭いセグメントの内面を押圧する位置まで幅方向に延出して形成されていることが好ましい。前記スぺーサの延出部分の下面にはセグメントの内面への応力集中を緩和するための弾性部材が設けられていることが好ましい。

本発明によれば、幅狭セグメントとセグメント把持機構との間に作業スペースを容易に確保でき、幅狭セグメントの接合作業を容易に行うことができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基づいて詳述する。図１の（ａ）は本発明の実施形態に係るシールド掘進機を概略的に示す背面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線概略断面図、図２の（ａ）はセグメント把持機構のフォーク部の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線概略断面図、図３の（ａ）はフォーク部に抜け止めピンを挿した状態を示す平面図、（ｂ）は同正面図、図４はセグメント把持機構の概略的平面図、図５は吊り部材が設けられたセグメントを示す図である。

図１ないし図２に示すように、シールド掘進機１は、円筒状のシールドフレーム２を有し、このシールドフレーム２には該シールドフレーム２内を前後に仕切るバルクヘッド（図示省略）が設けられ、このバルクヘッドの前方には切羽地山を掘削する回転式のカッター（図示省略）が設けられ、バルクヘッドの後方には掘削したトンネルの内面にセグメントを構築するための、セグメント組立装置（エレクタ）３が設けられている。

このエレクタ３は、シールドフレーム２内にその周方向に複数の支持ローラ４を介して旋回可能に設けられた旋回リング５と、この旋回リング５の後部に一対のアーム部６を介してこれより径方向に移動可能に設けられた吊りビーム７と、この吊りビーム７に設けられたセグメント把持機構８とから主に構成されている。

前記アーム部６には、吊りビーム７を径方向に移動可能に支持するガイドロッド９が摺動可能に支持されていると共に、吊りビーム７を径方向に移動する駆動部である油圧シリンダ１０が設けられている。

前記バルクヘッドにはカッターにより掘削されてバルクヘッド側に取り込まれた土砂を後方に搬出するスクリューコンベヤ１１が設けられ、このスクリューコンベヤ１１は旋回リング５の内側を通って後方へ延出されている。

前記セグメント把持機構８は、トンネル内の下部（セグメント把持機構８の真下）にコンベヤにより供給されるセグメント１２ａ又は１２ｂに設けられた吊り部材である頭部付ピン１３に係合部であるフォーク部１４を係合させてセグメント１２ａ又は１２ｂを把持するようになっている。セグメント把持機構８は、トンネル内の下部にコンベヤにより供給されるセグメント１２ａ又は１２ｂの頭部付ピン１３に対して前記フォーク部１４をトンネルの軸方向に移動させて係合させるように構成されている。

前記頭部付ピン１３は、例えば図５に示すようにセグメント１２ａのネジ穴１７に螺合されて起立している。セグメント１２ａは所定の分割角度で形成されており、その内面の中央部にネジ穴１７が設けられている。セグメント１２ａとしては、図示例のように裏込め材注入用の注入穴１８を設け、この注入穴１８にネジ穴１７を有する雌ネジ管１９を設けたものであってもよい。なお、図５のセグメント１２ａは、分割角度の大きい幅の広いセグメント（幅広セグメントともいう。）であり、図１、図４、図６〜図８、図１０図に示すセグメント１２ｂは、キーセグメント又は分割角度の小さい幅の狭いセグメント（幅狭セグメント）である。

前記フォーク部１４は、図２ないし図３に示すように前記頭部付ピン１３の頭部１３ａの首部分１３ｂに係合する平面Ｕ字状に形成されている。このフォーク部１４は、左右一対の側板２０ａ，２０ｂと、両側板２０ａ，２０ｂの前端側に掛け渡されて設けられた端板２０ｃとからなる枠部材２０の内側に固定されている。フォーク部１４には頭部付ピン１３の首部分１３ｂがシールド掘進機１の後方からトンネルの軸方向（すなわちシールドフレーム２の軸方向）に沿って進入可能な所定長さの通路（スリット）２１が形成されており、この通路２１の奥部には頭部付ピン１３の頭部１３ａを着座させるための着座部（受部）２２が形成されている。頭部１３ａと首部分１３ｂの間にはテーパー部１３ｃが形成され、前記着座部２２はそのテーパー部１３ｃに対応する形状とされている。また、前記通路２１の上縁部には、頭部付ピン１３の円滑な移動を確保するために、前記着座部２２の深さよりも浅いテーパー部２３が形成されていることが好ましい。

前記フォーク部１４には、該フォーク部１４からの前記ピン１３の頭部１３ａの離脱を阻止するロックピン（離脱阻止部材）２４が着脱自在に設けられる。前記両側板２０ａ，２０ｂの後端側にはロックピン２４を水平に挿通する孔部２５が設けられている。前記ロックピン２４は、一方の側板２０ａの外面に当接するストッパー２４ａを基端に有し、先端には重力により下方に屈曲可能な抜け止め部２４ｂが支軸２４ｃを介して回動可能に設けられている。

前記フォーク部１４は、トンネルの軸方向後方に進退移動可能に設けられている。すなわち、前記吊りビーム７には、図１（ｂ）、図４に示すようにフォーク部１４を前後に移動する駆動部である油圧シリンダ２６がシールドフレーム２の軸方向に沿って設けられている。この場合、固定側が作業側に出っ張って作業の邪魔になるのを防止するために、ピストンロッド２６ａを前方に向けて固定とし、シリンダ部２６ｂを後方に向けて移動可能とした逆シリンダ構造とされていることが好ましい。なお、油圧シリンダ２６は逆シリンダ構造でなくてもよい。

前記吊りビーム７にはシールドフレーム２の軸方向に沿って後方に延出された支持フレーム２７が設けられ、この支持フレーム２７の前枠２７ａと後枠２７ｂ間に左右一対のガイドロッド２８がシールドフレーム２の軸方向に掛け渡されている。両ガイドロッドの間に前記油圧シリンダ２６が配置されている。前枠２７ａには油圧シリンダ２６のピストンロッド２６ａの先端部が固定部材２９を介して固定され、後枠２７ｂは油圧シリンダ２６のシリンダ部２６ｂが前後に移動し得るように左右に分割されている。前記シリンダ部２６ｂの長手方向略中間位置部に左右方向に長い移動枠３０が固定され、該移動枠３０の両端部が前記軸方向のガイドロッド２８に摺動可能に支持され、移動枠３０の中央下部に前記フォーク部１４が枠部材２０を介して固定されている。

また、前記移動枠３０における中央のフォーク部１４ないしシリンダ部２６の左右両側位置にはフォーク部１４に頭部付ピン１３を介してセグメント１２ａ又は１２ｂを吊り下げた時にセグメント１２ａ又は１２ｂが揺動したりするのを防止するために、前記フォーク部１４の両側にはセグメント１２ａ又は１２ｂの内面に押圧片３１ａを押圧するサポートジャッキ３１が設けられている。

図６はスペーサを介して吊り部材が設けられた幅狭セグメントを示す図、図７はセグメント把持機構が幅狭セグメントを把持した状態を示す図、図８は幅狭セグメントの概略的斜視図である。図８に示すように、幅狭セグメント１２ｂには、セグメントの接合を行うために、幅広セグメント１２ａと同様、内面の幅方向（周方向）端部及び軸方向端部にボルトボックス３２が設けられており、幅方後端面と軸方向端面には各ボルトボックス３２内と連通するボルト孔３３が設けられている。

特に、前記幅狭セグメント１２ｂにおいては、その組立を行う場合、該幅狭セグメント１２ｂと前記吊り部材である頭部付ピン１３との間にはセグメントの内面からの吊り部材である頭部付ピン１３の突出高さｈａを高くして幅狭セグメント１２ｂとセグメント把持機構８との間にセグメントの接合作業を行う作業スぺースＳａを確保するためのスぺーサ３４が介設される。前記幅狭セグメント用頭部付ピン１３の突出高さｈａは、前記幅広セグメント用頭部付ピン１３の突出高さｈｂよりも高く設定されている。例えば、ｈａ＝１４０ｍｍ、ｈｂ＝９０ｍｍである。

このスペーサ３４は、前記サポートジャッキ３１が前記幅狭セグメント１２ｂの内面を押圧する位置まで幅方向（周方向）に延出（延長）して形成されていることが好ましい。スぺーサ３４がサポートジャッキ３１の押圧片３１ａを受ける位置まで延長して形成されていないと、ストロークの長い大きなサポートジャッキが必要となり、セグメント把持機構の大型化を招いてしまうからである。

前記スぺーサ３４について更に具体的に説明すると、スぺーサ３４は例えば金属製であり、平面長方形で、厚さｔは例えば５０ｍｍ程度であり、幅狭セグメント１２ｂの内面に沿うように断面円弧状に形成されている。スぺーサ３４の下面中央部には幅狭セグメント１２ｂの内面中央部に形成された凹部３５に係合する凸部３６が形成されている。スぺーサ３４の中央部には頭部付ピン１３の下端側を挿通する孔部３７が形成されている。なお、スペーサ３４は重量軽減のため弾性部材製（例えばウレタンゴムなど）でもよい。

前記スぺーサ３４を幅狭セグメント１２ｂの内面に押え付けるために、頭部付ピン１３には頭部１３ａから若干（９０ｍｍ程度）離れた首部１２ｂの位置には平面円形のフランジ部３８が一体に設けられている。スぺーサ３４の上面中央部には、前記フランジ部３８が着座する円形の凹部（着座部）３９が形成されていることが好ましい。また、前記スぺーサ３４の延出部分の下面には、図９（ｂ）に示すようにセグメントの内面への応力集中を緩和するための弾性部材（例えばゴム板）４０が設けられている（貼り付けられている）ことが好ましい。

次に、以上の構成からなるセグメント組立装置の作用ないしセグメント組立方法について述べる。

コンベヤによって幅狭セグメント１２ｂをセグメント把持機構８の真下まで搬送したら、セグメント把持機構８のフォーク部１４を径方向の油圧シリンダ２６によって頭部付ピン１３の首部分１３ｂの高さ位置に位置決めした後、フォーク部１４を軸方向の油圧シリンダ２６によって後方に押し動かし、フォーク部１４を頭部付ピン１３の首部分１３ｂに係合させる。この係合状態で、フォーク部１４の開放側の両側板２０ａ，２０ｂの孔部２５にロックピン２４を挿入し、抜け止め部２４ｂを下方に屈曲させてロック状態とする。

次に、径方向の油圧シリンダ１０によってセグメント把持機構８を上昇させ、フック部１４に頭部付ピン１３の頭部１３ａを引っ掛けて（頭部１３ａが着座部２２に着座した状態）、幅狭セグメント１２ｂを吊り上げ、サポートジャッキ３１の押圧片３１ａを伸張させてスぺーサ３４の上面に押し付けて幅狭セグメント１２ｂを押さえ、旋回リング５を旋回させることによって幅狭セグメント１２ｂをトンネル内面の所望の位置に搬送する。径方向の油圧シリンダ１０と軸方向の油圧シリンダ２６により既設セグメント１５に対する幅狭セグメント１２ｂの位置決めを行い、この幅狭セグメント１２ｂを既設セグメント１５に対して図示しない連結ボルトにより連結すればよい。

このようにセグメント組立装置３ないしセグメント組立方法によれば、幅狭セグメント１２ｂと頭部付ピン（吊り部材）１３との間に、頭部付ピン１３の幅狭セグメント１２ｂの内面からの突出高さｈａを高くするスぺーサ３４を介設するため、幅狭セグメント１２ｂとセグメント把持機構８との間に幅狭セグメント１２ｂの接合作業を行う作業スぺースＳａを容易に確保でき、幅狭セグメント１２ｂの接合作業を容易に行うことができる。なお、前記スぺーサは、幅狭セグメントのネジ穴に頭部付ピン（吊り部材）１３を手作業で螺合する際に幅狭セグメント１２ｂの内面と頭部付ピン１３のフランジ部３８との間で挟み込むことにより手作業で容易に取付けることができる。また、頭部付ピン１３を手作業で緩めることにより幅狭セグメント１２ｂから頭部付ピン１３及びスぺーサ３４を容易に取外すことができる。

スぺーサ３４を有しない幅狭セグメント１２ｂの場合と比較した場合、図１０に示すように、幅狭セグメント１２ｂとセグメント把持機構８との間の隙間（作業スペース）Ｓｂは５０ｍｍ程度と狭くて周方向から手を入れてボルト接合を行うことは困難であるが、本実施形態によれば、セグメントとセグメント把持機構との間の隙間（作業スペース）Ｓａは１００ｍｍ程度と広くなるため、周方向から手を入れてボルト接合を容易に行うことができ、作業性の向上が図れる。

前記セグメント把持機構８は、セグメント１２ａ又は１２ｂの内面を押圧してセグメントの揺れを抑えるサポートジャッキ３１を有し、前記スペーサ３４は、前記サポートジャッキ３１が前記幅狭セグメント１２ｂの内面を押圧する位置まで幅方向に延出して形成されているため、幅広セグメント１２ａを抑える場合と同様、ストロークの短い小さなサポートジャッキで足り、セグメント把持機構８の小型化が図れると共に、幅狭セグメント１２ｂの揺れを抑制することができる。

前記スぺーサ３４の延出部分の下面には幅狭セグメント１２ｂの内面への応力集中を緩和するための弾性部材４０が設けられているため、スぺーサ３４に起因する幅狭セグメント１２ｂの内面の割れや亀裂の発生を防止でき、幅狭セグメント１２ｂの耐久性の向上が図れる。

以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。例えば、吊り部材としては、頭部付ピンに限定されず、頭部にリング部を有するアイボルトであってもよい。この場合、セグメント把持機構は、アイボルトのリング部にトンネル軸方向から突軸部を挿入係合させてセグメントを把持するように構成される。セグメント把持機構及び吊り部材としては、既存のものであってもよい。

（ａ）は本発明の実施形態に係るシールド掘進機を概略的に示す背面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線概略断面図ある。 （ａ）はセグメント把持機構のフォーク部の平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線概略断面図である。 （ａ）はフォーク部に抜け止めピンを挿した状態を示す平面図、（ｂ）は同正面図である。 セグメント把持機構の概略的平面図である。 吊り部材が設けられた幅広セグメントを示す図である。 スペーサを介して吊り部材が設けられた幅狭セグメントを示す図である。 セグメント把持機構が幅狭セグメントを把持した状態を示す図である。 幅狭セグメントの概略的斜視図である。 （ａ）は幅狭セグメントの内面に取付けられるスペーサの平面図、（ｂ）は同断面図である。 スぺーサを有しない幅狭セグメントの場合の比較例を説明するシールド掘進機の背面図である。

符号の説明

２ シールドフレーム
３ セグメント組立装置
５ 旋回リング
７ 吊りビーム
８ セグメント把持機構
１３ 頭部付ピン（吊り部材）
３１ サポートジャッキ
Ｓａ 作業スペース
３４ スぺーサ
４０ 弾性部材

Claims (5)

1. セグメントの内面に取付けられる吊り部材をセグメント組立装置のセグメント把持機構により把持してセグメントをトンネル内面の所望位置に搬送して既設セグメントと接合するセグメント組立方法において、キーセグメント又は分割角度の狭いセグメントのような幅の狭いセグメントを把持する際に、予め該セグメントと吊り部材との間にセグメントの内面からの吊り部材の突出高さを高くするためのスぺーサを介設することにより、セグメントとセグメント把持機構との間にセグメントの接合作業を行うための作業スぺースを確保することを特徴とするセグメント組立方法。
2. 前記セグメント把持機構は、セグメントの内面を押圧してセグメントの揺れを抑えるサポートジャッキを有し、該サポートジャッキは前記幅の狭いセグメントに対しては前記スペーサを介してセグメントの内面を押圧することを特徴とする請求項１に記載のセグメント組立方法。
3. シールドフレーム内にその周方向に旋回可能に設けられた旋回リングと、該旋回リングの後部にこれより径方向に移動可能に設けられた吊りビームと、該吊りビームに設けられセグメントの内面に取付けられる吊り部材を介してセグメントを把持するセグメント把持機構とを備え、セグメントをトンネル内面の所望位置に搬送して既設セグメントと接合するセグメント組立装置において、前記セグメントがキーセグメント又は分割角度の狭いセグメントのような幅の狭いセグメントである場合、該セグメントと前記吊り部材との間にはセグメントとセグメント把持機構との間にセグメントの接合作業を行う作業スぺースを確保するためのスぺーサが介設されていることを特徴とするセグメント組立装置。
4. 前記セグメント把持機構は、セグメントの内面を押圧してセグメントの揺れを抑えるサポートジャッキを有し、前記スペーサは、前記サポートジャッキが前記幅の狭いセグメントの内面を押圧する位置まで幅方向に延出して形成されていることを特徴とする請求項３記載のセグメント組立装置。
5. 前記スぺーサの延出部分の下面にはセグメントの内面への応力集中を緩和するための弾性部材が設けられていることを特徴とする請求項４記載のセグメント組立装置。

Images