JP7086737B2 - テールクリアランス計測装置、シールド掘進機およびテールクリアランス計測方法 - Google Patents
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Description
図1~図6を参照して、第1実施形態によるテールクリアランス計測装置100およびこれを備えるシールド掘進機200について説明する。
シールド掘進機200は、円筒状のスキンプレート101と、スキンプレート101の一方端(掘進方向前面)に配置されたカッタヘッド110と、テールクリアランス計測装置100とを備える。スキンプレート101は、円筒状の内面102を有し、シールド掘進機200の胴体(外周壁)を構成する。カッタヘッド110は、正面視で(トンネル前後方向から見て)円形形状を有し、回転して土砂を掘削する。テールクリアランス計測装置100の構成については後述する。
第1実施形態のテールクリアランス計測装置100は、上記の通り、シールド掘進機200のスキンプレート101の内面102と、環状に組み立てられたセグメント1の外面3との間の距離であるテールクリアランスΔを計測する装置である。テールクリアランス計測装置100は、計測部10と、制御部20と、を備える。
計測部10は、スキンプレート101の内部の所定位置に配置される。第1実施形態では、図4(A)および(B)に示すように、距離センサ11(計測部10)は、セグメント1の内面2よりも半径方向内周側(中心軸線CA側)に配置されている。距離センサ11(計測部10)は、スキンプレート101の内面102およびセグメント1の内面2から、半径方向に離れた位置に配置されている。また、距離センサ11(計測部10)は、スキンプレート101の内面102よりも、シールド掘進機200の中心軸線CAに近い位置に配置されている。また、計測部10は、シールド掘進機200の中心軸線CA回り(周方向)の互いに異なる位置に3個以上配置されている。図4の例では、計測部10は、周方向に略等角度間隔で4個設けられている。この場合は、各計測部10が約90度間隔で配置されている。このため、テールクリアランス計測装置100は、約90度間隔の4箇所で、それぞれテールクリアランスΔおよびセグメント1の内面2の位置(半径方向距離)を取得する。
図5に示すように、制御部20は、計測部10を制御して距離センサ11の複数の回動位置における計測結果を取得するとともに、計測結果に基づいてテールクリアランスΔを算出するように構成されている。
次に、第1実施形態によるテールクリアランスの計測方法について説明する。テールクリアランスの計測方法は、図6に示すように、セグメント1の内面2よりも内周側に配置された非接触式の距離センサ11を、シールド機の掘進方向および半径方向に沿う面内で回動させ、距離センサ11の複数の回動位置における計測結果を取得するステップと、距離センサ11の複数の回動位置における計測結果のうち、セグメント1の内面2上の複数点の計測結果およびスキンプレート101の内面102上の複数点の計測結果と、セグメント1の厚みBとに基づいてテールクリアランスΔを算出するステップと、を備える。
Ra=r+{L1×sin(θ1)+L2×sin(θ2)}/2 ・・・(1)
Rb=r+{L3×sin(θ3)+L4×sin(θ4)}/2 ・・・(2)
Δ=Rb-Ra-B ・・・(3)
次に、図7を参照して、制御部20によるテールクリアランスの計測処理の動作を説明する。なお、4つの計測部10(距離センサ11)に対する処理は同一であるので、以下では、1つの計測部10(距離センサ11)についての計測処理のみを説明する。
第1線分51の位置偏差:|L1×sin(θ1)-L2×sin(θ2)|>Er
第2線分52の位置偏差:|L3×sin(θ3)-L4×sin(θ4)|>Er
第1実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
次に、図8および図9を参照して、第2実施形態について説明する。第2実施形態では、計測点P1~P4の4点を計測した上記第1実施形態に限定せず、セグメント1の内面2上の3点以上の各計測結果と、スキンプレート101の内面102上の3点以上の各計測結果とに基づいて、テールクリアランスΔを算出する例について説明する。なお、第2実施形態において、シールド掘進機200およびテールクリアランス計測装置100の装置構成は、上記第1実施形態と同様であるので同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
Di=|Li+1×sin(θi+1)-Li×sin(θi)|>Er ・・・(4)
なお、Riは下式(5)により取得される。
Ri=r+Li×sin(θi) ・・・(5)
次に、図9を参照して、制御部20によるテールクリアランスの計測処理の動作を説明する。なお、4つの計測部10(距離センサ11)に対する処理は同一であるので、以下では、1つの計測部10(距離センサ11)についての計測処理のみを説明する。
Ra=ΣRai/C1 ・・・(6)
なお、ΣRaiは、i=1~nのn個の半径方向距離Raiの和である。ただし、ステップS13において、第1範囲に収まらない計測点Qiについては、Rai=0が代入されるので、ΣRaiは、第1線分51を構成するC1個の計測点Qiの半径方向距離の和となる。
Rb=ΣRbi/C2 ・・・(7)
なお、ΣRbiは、i=1~nのn個の半径方向距離Rbiの和である。ステップS13において、第2範囲に収まらない計測点Qiについては、Rbi=0が代入されるので、ΣRbiは、第2線分52を構成するC2個の計測点Qiの半径方向距離の和となる。
第2実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
次に、図8~図12を参照して、第3実施形態について説明する。第3実施形態では、上記第2実施形態に加えて、セグメント1の種別に応じてテールクリアランスΔの計測方法を変更する例について説明する。なお、第3実施形態において、シールド掘進機200およびテールクリアランス計測装置100の装置構成は、上記第2実施形態と同様であるので同一の符号を用いるとともに説明を省略する。
第3実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
なお、今回開示された実施形態および変形例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更(変形例)が含まれる。
2 内面
3 外面
10 計測部
11 距離センサ
12 回動機構
13 回動検出部
14 カバー
14a 壁部
14b 開口部
15 センサ位置識別部
20 制御部
51 第1線分
52 第2線分
100 テールクリアランス計測装置
101 スキンプレート
102 内面
110 カッタヘッド
200 シールド掘進機
B セグメントの厚み
L1、L2、L3、L4、Li距離(計測結果)
P1、P2、P3、P4、Qi計測点
TP 待機位置
Δ テールクリアランス
Claims (10)
- シールド掘進機のスキンプレートの内面と、環状に組み立てられたセグメントの外面との間の距離であるテールクリアランスを計測するテールクリアランス計測装置であって、
前記セグメントの内面よりも内周側に配置された非接触式の距離センサと、前記シールド掘進機の掘進方向および半径方向に沿う面内で前記距離センサを回動させる回動機構と、前記回動機構による前記距離センサの回動位置を検出する回動検出部と、を含む計測部と、
前記距離センサの複数の回動位置における計測結果のうち、前記セグメントの内面上の複数点の計測結果および前記スキンプレートの内面上の複数点の計測結果と、前記セグメントの厚みとに基づいてテールクリアランスを算出する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記セグメントの内面上の複数点の計測結果に基づいて前記セグメントの内面上の第1線分の位置を取得し、
前記スキンプレートの内面上の複数点の計測結果に基づいて前記スキンプレートの内面上の第2線分の位置を取得し、
前記第1線分および前記第2線分の各位置と前記セグメントの厚みとに基づいてテールクリアランスを算出する、テールクリアランス計測装置。 - 前記計測部は、前記シールド掘進機の中心軸線回りの互いに異なる位置に3個以上配置され、
前記制御部は、それぞれの前記距離センサから得られた前記セグメントの内面上の複数点の計測結果に基づいて、前記セグメントの内面の半径分布を取得するように構成されている、請求項1に記載のテールクリアランス計測装置。 - 前記回動機構は、前記距離センサを所定の単位角度ずつ回動させるように構成され、
前記制御部は、前記距離センサを前記単位角度ずつ回動させて計測される計測点群のうち、前記セグメントの内面上の3点以上の各計測結果と、前記スキンプレートの内面上の3点以上の各計測結果とに基づいて、テールクリアランスを算出する、請求項1または2に記載のテールクリアランス計測装置。 - 前記制御部は、前記セグメントの種別に応じて、前記距離センサを回動させる際の前記単位角度の大きさを変更するように構成されている、請求項3に記載のテールクリアランス計測装置。
- 前記距離センサは、計測光を出射する光学式センサであり、
前記計測部は、前記距離センサを回動可能に収容するカバーをさらに含み、
前記カバーは、内部で前記距離センサが回動して計測光を出射可能な貫通した開口部が形成された壁部を有する、請求項1~4のいずれか1項に記載のテールクリアランス計測装置。 - 前記回動機構は、非計測時において、前記距離センサの前記計測光の出射方向が前記開口部以外の前記壁部を向く待機位置へ、前記距離センサを回動させるように構成されている、請求項5に記載のテールクリアランス計測装置。
- 前記計測部は、前記カバーまたは前記距離センサのいずれかに外部から検出可能に設けられたセンサ位置識別部をさらに含む、請求項5または6に記載のテールクリアランス計測装置。
- 円筒状のスキンプレートと、
前記スキンプレートの一端部に設けられたカッタヘッドと、
前記スキンプレートの内部に配置され、前記スキンプレートの内面と、環状に組み立てられたセグメントの外面との間の距離であるテールクリアランスを計測するテールクリアランス計測装置とを備え、
前記テールクリアランス計測装置は、
前記セグメントの内面よりも内周側に配置された非接触式の距離センサと、掘進方向および半径方向に沿う面内で前記距離センサを回動させる回動機構と、前記回動機構による前記距離センサの回動位置を検出する回動検出部と、を含む計測部と、
前記距離センサの複数の回動位置における計測結果のうち、前記セグメントの内面上の複数点の計測結果および前記スキンプレートの内面上の複数点の計測結果と、前記セグメントの厚みとに基づいてテールクリアランスを算出する制御部と、を含み、
前記制御部は、
前記セグメントの内面上の複数点の計測結果に基づいて前記セグメントの内面上の第1線分の位置を取得し、
前記スキンプレートの内面上の複数点の計測結果に基づいて前記スキンプレートの内面上の第2線分の位置を取得し、
前記第1線分および前記第2線分の各位置と前記セグメントの厚みとに基づいてテールクリアランスを算出する、シールド掘進機。 - 前記距離センサは、前記スキンプレートの内面よりも、前記シールド掘進機の中心軸線に近い位置に配置されている、請求項8に記載のシールド掘進機。
- シールド機のスキンプレートの内面と、環状に組み立てられたセグメントの外面との間の距離であるテールクリアランスを計測するテールクリアランス計測方法であって、
前記セグメントの内面よりも内周側に配置された非接触式の距離センサを、前記シールド機の掘進方向および半径方向に沿う面内で回動させ、前記距離センサの複数の回動位置における計測結果を取得するステップと、
前記距離センサの複数の回動位置における計測結果のうち、前記セグメントの内面上の複数点の計測結果および前記スキンプレートの内面上の複数点の計測結果と、前記セグメントの厚みとに基づいてテールクリアランスを算出するステップとを備え、
前記テールクリアランスを算出するステップは、
前記セグメントの内面上の複数点の計測結果に基づいて前記セグメントの内面上の第1線分の位置を取得し、
前記スキンプレートの内面上の複数点の計測結果に基づいて前記スキンプレートの内面上の第2線分の位置を取得し、
前記第1線分および前記第2線分の各位置と前記セグメントの厚みとに基づいてテールクリアランスを算出する、テールクリアランス計測方法。
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