JP7105715B2 - セグメント組立装置およびシールド掘進機 - Google Patents

Description

本発明は、セグメント組立装置およびシールド掘進機に関し、特に、非円形形状のトンネルの内周面にセグメントリングを組み立てるセグメント組立装置およびシールド掘進機に関する。

従来、非円形形状のトンネルの内周面にセグメントリングを組み立てるセグメント組立装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、非円形形状のトンネルの内周面にセグメントリングを組み立てる覆工体組立装置が開示されている。覆工体組立装置は、掘進方向から見て、装置本体の一方側および他方側の両側においてセグメントを組み立てるための一対の把持装置を備えている。

特許３９７９７５２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載のシールド掘進機では、掘進方向から見て、装置本体の両側に把持装置を備えていることから、セグメント組立装置が大型化しており、セグメントを円滑に移動させるための空間を十分に確保できないという不都合がある。このため、セグメントを把持して移動させる際に、セグメントと他の構成（セグメント組立装置自体、トンネルの内周面など）との干渉を回避する必要があり、効率的に作業を行うことができないという問題点がある。このような問題点は、特に縦横比が大きく、狭隘な内部空間を有する非円形形状のトンネルで顕在化する。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、非円形断面のトンネルにおいて効率的にセグメントを組み立てることが可能なセグメント組立装置およびシールド掘進機を提供することである。

上記目的を達成するために、この発明のセグメント組立装置は、掘進方向と直交する断面が非円形形状のトンネルの内周面に環状のセグメントリングを組み立てるセグメント組立装置であって、セグメントの把持部と、掘進方向に略直交する方向に延びる第１回動中心軸周りに回動可能なアーム支持部と、把持部とアーム支持部とを接続し、掘進方向から見て、第１回動中心軸に対して非対称に配置されるアーム部とを備え、アーム部は、第１回動中心軸周りにアーム支持部が回動することによって、掘進方向から見て、第１回動中心軸の中心軸線により２つに分けられる領域の一方側から他方側に反転移動するように構成されている。

この発明のセグメント組立装置では、上記のように、第１回動中心軸に対して非対称に配置（第１回動中心軸の中心軸線の一方側に配置）されるアーム部を設けることにより、従来のようにアーム支持部の両側に把持部を設ける場合と比較して、セグメント組立装置を小型化することができるので、非円形断面のトンネルにおいても、セグメントを円滑に移動させるための空間を十分に確保することができる。また、掘進方向に略直交する方向に延びる第１回動中心軸周りにアーム支持部を回動させて、アーム部を、第１回動中心軸の中心軸線により２つに分けられる領域の一方側から他方側に反転移動させることにより、トンネルの内周面に沿ってセグメントを移動させるのではなく（掘進方向に延びる中心軸線周りにセグメントを回動させるのではなく）、トンネルの前後方向の空間を利用して（通過させるようにして）セグメントを一方側から他方側に反転移動させることができる。その結果、非円形断面のトンネルにおいても、少なくともセグメントとトンネルの内周面との干渉を抑制することができる。以上により、非円形断面のトンネルにおいて効率的にセグメントを組み立てることができる。

上記セグメント組立装置において、好ましくは、アーム支持部は、掘進方向に延びる第２回動中心軸周りに回動可能なように構成されている。このように構成すれば、把持部（セグメント）を、掘進方向に直交する面内においても回動により移動させることができるので、より柔軟にセグメントを移動させることができる。その結果、非円形断面のトンネルにおいてより効率的にセグメントを組み立てることができる。

この場合、好ましくは、第２回動中心軸は、第１回動中心軸およびアーム支持部を支持しており、掘進方向と略直交する方向に、第２回動中心軸を移動させる第２回動中心軸移動機構をさらに備える。このように構成すれば、第２回動中心軸と、第２回動中心軸に支持される第１回動中心軸およびアーム支持部とを、掘進方向と略直交する方向に一体的に移動させることができる。その結果、非円形断面のトンネルにおいて一層効率的にセグメントを組み立てることができる。

上記セグメント組立装置において、好ましくは、把持部は、第１回動中心軸の中心軸線上に配置されている。このように構成すれば、アーム部が反転移動する際（第１回動中心軸周りにアーム支持部が回動する際）に、把持部の位置が大きく変動するのを抑制することができる。その結果、把持部に把持されたセグメントの位置が大きく変動するのを抑制することができるので、非円形断面のトンネルにおいても、セグメントが他の構成に干渉するのを抑制することができる。

上記セグメント組立装置において、好ましくは、アーム部は、第１回動中心軸周りにアーム支持部が回動することによって、アーム支持部の掘進方向側とは反対側である後方側を通過して、中心軸線により２つに分けられる領域の他方側に移動するように構成されている。このように構成すれば、アーム部を、前後方向のうち比較的空いた空間があるセグメント供給側である後方側を通過させることができる。その結果、アーム部が他の構成と干渉するのを抑制することができる。

この発明のシールド掘進機は、掘進方向と直交する断面が非円形形状のトンネルの内周面に環状のセグメントリングを組み立てるセグメント組立装置を備えるシールド掘進機であって、土砂を掘削するカッタヘッドと、掘削に伴う土砂を輸送する排土装置と含む掘進機本体部と、掘進機本体部に取り付けられるセグメント組立装置とを備え、セグメント組立装置は、セグメントの把持部と、掘進方向に略直交する方向に延びる回動中心軸周りに回動可能なアーム支持部と、把持部とアーム支持部とを接続し、掘進方向から見て、回動中心軸に対して非対称に配置されるアーム部とを含み、アーム部は、回動中心軸周りにアーム支持部が回動することによって、掘進方向から見て、回動中心軸の中心軸線により２つに分けられる領域の一方側から他方側に反転移動するように構成されている。

この発明のシールド掘進機では、上記のように構成することによって、上記セグメント組立装置と同様に、非円形断面のトンネルにおいて効率的にセグメントを組み立てることができる。

本発明によれば、上記のように、非円形断面のトンネルにおいて効率的にセグメントを組み立てることができる。

実施形態によるシールド掘進機の縦断面図である。 実施形態によるセグメント組立装置の模式的な分解斜視図である。 実施形態によるセグメント組立装置の模式的な斜視図である。 図３に示したセグメント組立装置のアーム部を反転移動させた状態を示した図である。 実施形態によるセグメント組立装置の背面図である。 図５の５００－５００線に沿った断面図である。 図６の５１０－５１０線に沿った断面図である。 実施形態によるセグメント組立装置の把持部を拡大して示した背面図である。 実施形態によるセグメント組立装置のアーム部の反転移動を伴わないセグメントの組立動作について説明するための図である。 実施形態によるセグメント組立装置のアーム部の反転移動を伴うセグメントの組立動作について説明するための図である。 変形例によるセグメント組立装置の背面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

[実施形態]
図１～図１０を参照して、本発明の一実施形態によるシールド掘進機１００について説明する。

（シールド掘進機の全体構成）
図１に示すように、シールド掘進機１００は、掘削面を構成するカッタヘッド１１を有する掘進機本体部１と、掘進に伴う土砂または泥水を輸送する排土装置Ｈと、トンネル内面にセグメントＳＧを組み立てるセグメント組立装置２とを備えている。

掘進機本体部１は、カッタヘッド１１と、カッタヘッド１１によって掘削された土砂が貯留されるチャンバ１２と、セグメントＳＧを押圧して掘進機本体部１を推進させるシールドジャッキ１３と、胴体１４と、隔壁１５とを含んでいる。

排土装置Ｈは、チャンバ１２内の土砂を排出する上流側スクリュコンベアＨ１と、上流側スクリュコンベアＨ１に下流側（後方側）から接続される下流側スクリュコンベアＨ２とを含んでいる。下流側スクリュコンベアＨ２は、セグメント組立装置２の下方側の有効空間に配置されている。

本実施形態では、シールド掘進機１００が、泥土圧式のシールド掘進機である例を示している。泥土圧式のシールド掘進機１００では、カッタヘッド１１により掘削された土砂と注入された作泥材とがチャンバ１２内で混合され、掘削土砂が不透水性と塑性流動性とを持つ泥土に変換される。掘削土砂（泥土）は、チャンバ１２内および上流側スクリュコンベアＨ１内に充満する。シールド掘進機１００は、シールドジャッキ１３によって推進することによって、掘削した土砂をチャンバ１２内に充満させて加圧し、地山側の圧力(土圧および地下水圧)に対抗させる。シールド掘進機１００は、掘進量と排土量とのバランスによって圧力の平衡を図りながら掘進方向（Ｘ１方向）に前進する。上流側スクリュコンベアＨ１から排出される土砂は、下流側スクリュコンベアＨ２を介して後方（Ｘ２方向）に輸送される。

なお、各図において、前後方向をＸ方向で示し、掘進方向（前方）をＸ１方向で示し、後方をＸ２方向で示す。また、上下方向をＺ方向で示し、上方をＺ１方向で示し、下方をＺ２方向で示す。また、前後方向および上下方向に直交する左右（横）方向をＹ方向で示す。また、Ｙ方向のうち、坑内を掘進方向に沿って見た場合（後方側から前方側を見た場合）の右方向をＹ１方向で示し、左方向をＹ２方向で示す。また、以下では、特に断らない限り、「断面」とは前後方向（Ｘ方向）と略直交する断面Ｃを意味する。

胴体１４は、前胴部１４ａおよび後胴部１４ｂから構成されている。前胴部１４ａは、推進力が付与されてカッタヘッド１１により地山の掘進を行う部分であり、後胴部１４ｂは、前胴部１４ａに伴って、トンネルのリング状の周壁部分を構成するセグメントＳＧを配列しながら進行する部分である。

ここで、図５に示すように、本実施形態のシールド掘進機１００は、異形断面を有するシールド掘進機である。すなわち、掘進機本体部１は、Ｘ方向と直交する断面Ｃが非円形形状を有する。図５では、概して、上下方向に縦長の楕円形断面を有するトンネルを掘進する掘進機本体部１の例を示している。図５の例では、セグメント組立装置２は、楕円形断面のトンネル内面に合わせて、セグメントＳＧを楕円形のリング状に組み立てる。なお、非円形形状は、楕円形状に限られず、オーバル形状（角丸長方形）または長方形状（矩形状）や、六角形状などの多角形状であってもよい。図５では、セグメントリングを１０個のセグメントＳＧにより構成している例を示しているが、１つのセグメントリングをいくつのセグメントＳＧで構成してもよい。

図１に戻り、カッタヘッド１１は、図示しない駆動源によって、掘進方向の回転軸回りに回転駆動される。カッタヘッド１１によって削られた掘削土は、図示しない貫通孔を通ってカッタヘッド１１の内部のチャンバ１２に進入する。チャンバ１２は、カッタヘッド１１、前胴部１４ａおよび隔壁１５によって囲まれた空間（作泥土室）である。

シールドジャッキ１３は、複数（図１では１つのみ図示）設けられており、胴体１４の周方向に沿って配列されている。各シールドジャッキ１３は、掘進方向に向けて、組み立てられたセグメントＳＧと対向するように設置されている。掘進機本体部１は、シールドジャッキ１３を伸長させて既設のセグメントＳＧを掘進方向後方（Ｘ２方向）に押圧することにより、掘進方向への推進力（反作用力）を発生させる。

上流側スクリュコンベアＨ１は、チャンバ１２に接続され、チャンバ１２内の土砂を排出するように構成されている。上流側スクリュコンベアＨ１は、一端で開口する取込口Ｈ１ａが隔壁１５を貫通してチャンバ１２内に露出し、他端側の排出口Ｈ１ｂが隔壁１５よりも後方側に設けられている。上流側スクリュコンベアＨ１は、チャンバ１２内の土砂を排出してチャンバ１２内の圧力を調整する機能を有する。上流側スクリュコンベアＨ１の排出口Ｈ１ｂには、下流側（後方側）から下流側スクリュコンベアＨ２が接続されている。すなわち、上流側スクリュコンベアＨ１から排出される土砂は、そのまま下流側スクリュコンベアＨ２に供給される。

ここで、掘進機本体部１に外部から電力や制御信号などの配線類や作泥材・油圧装置用の作動油などの配管類Ｃａ（以下、配線類・配管類Ｃａと記す）、および、排土装置Ｈは、セグメント組立装置２との接触を回避するために、セグメント組立装置２の下方側の有効空間に配置されている。本実施形態において、接触とは、配線類・配管類Ｃａまたは排土装置Ｈが、セグメント組立装置２に物理的に触れることを意味する。なお、下流側スクリュコンベアＨ２によりセグメント組立装置２の後方（Ｘ２方向）に運ばれた土砂は、ベルトコンベアＢにより抗外に搬送される。

（セグメント組立装置の構成）
図１に示すように、セグメント組立装置２は、上流側スクリュコンベアＨ１の後方（前胴部１４ａの後端近傍）（Ｘ２方向）に配置されている。セグメント組立装置２は、掘進方向（Ｘ１方向）と直交する断面Ｃが非円形形状（異形形状）のトンネルの内周面に環状のセグメントリングを組み立てるように構成されている。セグメント組立装置２は、掘進機本体部１内の断面Ｃ（図５参照）でセグメントＳＧの把持部８０を移動させて、セグメントＳＧを組み立てるように構成されている。

図２に示すように、セグメント組立装置２は、セグメント組立装置２の全体を支える一対のガイド支柱１０と、ガイド支柱１０に沿って上下方向（Ｚ方向）に移動する昇降ベース２０と、昇降ベース２０に対して左右方向（Ｙ方向）に移動する横行ベース３０と、横行ベース３０に支持される第２回動中心軸４０と、第１回動中心軸５０と、アーム支持部６０と、単一のアーム部７０と、セグメントＳＧ（図１参照）の把持部８０とを備えている。なお、第１回動中心軸５０は、特許請求の範囲の「回動中心軸」の一例である。

なお、セグメント組立装置２の上記各構成を掘進機本体部１（図１参照）に支持される側から順に記載すると、一対のガイド支柱１０、昇降ベース２０、横行ベース３０、第２回動中心軸４０、第１回動中心軸５０、アーム支持部６０、アーム部７０、把持部８０となる。

また、図１に示すように、セグメント組立装置２は、第２回動中心軸移動機構Ｍ０と、旋回用駆動源Ｍ１と、反転用駆動源Ｍ２と、直進用駆動源Ｍ３とをさらに備えている。

第２回動中心軸移動機構Ｍ０は、第２回動中心軸４０を掘進方向（Ｘ１方向）と略直交する方向に移動させるように構成されている。旋回用駆動源Ｍ１は、第２回動中心軸４０を第２回動中心軸４０の中心軸線α周りに回動（旋回）させるように構成されている。反転用駆動源Ｍ２は、アーム支持部６０を第１回動中心軸５０（中心軸線β）周りに回動させて、アーム部７０を反転移動させるように構成されている。直進用駆動源Ｍ３は、アーム部７０を直進（進退）移動（図１では上下方向に移動）させるように構成されている。

以下では、セグメント組立装置２の動作について説明した上で、セグメント組立装置２の各構成の詳細について説明する。

〈セグメント組立装置の動作〉
図３および図４を参照して、セグメント組立装置２の動作について簡単に説明する。なお、図３および図４（図２も同様）では、セグメント組立装置２を模式的に示しており、セグメント組立装置２の各構成を簡略化するとともに、駆動源などの一部構成を省略している。

図３および図４に示すように、セグメント組立装置２は、矢印Ｓ１～Ｓ５の方向に動作可能に構成されている。以下、説明する。

一対のガイド支柱１０は、上下方向に延びており、セグメント組立装置２の全体を支える基礎となる部分である。一対のガイド支柱１０は、掘進機本体部１に対して内周側から固定されている。

昇降ベース２０は、一対のガイド支柱１０に沿って上下方向（Ｚ方向）（矢印Ｓ１で示す方向）に移動可能なように構成されている。横行ベース３０は、昇降ベース２０に支持されており、昇降ベース２０に対して左右方向（Ｙ方向）（矢印Ｓ２で示す方向）に移動可能なように構成されている。

第２回動中心軸４０は、掘進方向（Ｘ１方向）に延びており、横行ベース３０に支持されている。第２回動中心軸４０は、横行ベース３０に対して第２回動中心軸４０の中心軸線α周り（矢印Ｓ３で示す方向）に回動可能なように支持されている。第２回動中心軸４０は、第１回動中心軸５０、アーム支持部６０、アーム部７０および把持部８０を支持している。

第１回動中心軸５０は、掘進方向（Ｘ１方向）に略直交する方向に延びており、第２回動中心軸４０に直接支持されている。なお、本実施形態では、第１回動中心軸５０を第２回動中心軸４０と別体の構成として説明するが、第１回動中心軸５０は、第２回動中心軸４０と一体的に構成されてもよい。

アーム支持部６０は、掘進方向（Ｘ１方向）に略直交する方向に延びる第１回動中心軸５０（第１回動中心軸５０の中心軸線β）周り（矢印Ｓ４で示す方向）に回動可能なように構成されている。

アーム部７０は、把持部８０とアーム支持部６０とを接続している。アーム部７０は、概して、掘進方向（Ｘ１方向）に略直交する方向に延びている。アーム部７０は、掘進方向（Ｘ１方向）に略直交する面内（断面Ｃ内）で第１回動中心軸５０の中心軸線βにより２つに分けられる領域（一方領域Ａ１（図５参照）、他方領域Ａ２（図５参照））の一方（一方領域Ａ１または他方領域Ａ２）側に配置されている。すなわち、アーム部７０は、第１回動中心軸５０（中心軸線β）に対して、非対称（片寄った位置）に配置されている。

図４に示すように、アーム部７０は、第１回動中心軸５０（中心軸線β）周り（図３の矢印Ｓ４で示す方向）にアーム支持部６０が回動することによって、中心軸線βにより２つに分けられる領域の一方側から他方側に（一方領域Ａ１から他方領域Ａ２に、または、他方領域Ａ２から一方領域Ａ１に）、反転移動するように構成されている。

この際、アーム部７０は、第１回動中心軸５０（中心軸線β）周りにアーム支持部６０が回動することによって、アーム支持部６０の掘進方向側（Ｘ１方向側）とは反対側である後方側（Ｘ２方向側）を通過して、中心軸線βにより２つに分けられる領域の他方側に反転移動するように構成されている。すなわち、アーム部７０は、図３の矢印Ｓ４で示す範囲を移動するように構成されている。

また、アーム部７０（把持部８０）は、第１回動中心軸５０（中心軸線β）の延びる方向（図３の矢印Ｓ５で示す方向）に沿って直進（進退）移動するように構成されている。すなわち、アーム部７０は、把持部８０（セグメントＳＧ）をトンネルの内周面に対して、近接および離間させる方向に移動させるように構成されている。

〈第２回動中心軸移動機構の構成〉
図５に示すように、第２回動中心軸移動機構Ｍ０は、上下移動機構ｍ１と、左右移動機構ｍ２とを備えている。

上下移動機構ｍ１は、横行ベース３０とともに昇降ベース２０を上下方向（Ｚ方向）に移動させることにより、横行ベース３０に支持されている第２回動中心軸４０を上下方向に移動させるように構成されている。

図６に示すように、上下移動機構ｍ１は、上下方向に延びるように一対のガイド支柱１０のそれぞれに設けられたラックｍ１０と、ラックｍ１０に噛み合うピニオンギアｍ１１を有する昇降用モータｍ１２と、ガイド支柱１０に対して前後方向および左右方向外側から当接する複数の車輪ｍ１３とを含んでいる。

昇降用モータｍ１２および複数の車輪ｍ１３は、昇降ベース２０に設置されている。昇降用モータｍ１２および複数の車輪ｍ１３は、左右方向に一対設けられている。左右方向に一対で設けられる昇降用モータｍ１２および複数の車輪ｍ１３を一組とすると、一組の昇降用モータｍ１２および車輪ｍ１３は、上下方向に並ぶように２組設けられている。これにより、上下移動機構ｍ１は、安定して第２回動中心軸４０を上下方向に移動させることが可能なように構成されている。

左右移動機構ｍ２は、昇降ベース２０に対して横行ベース３０を左右方向（Ｙ方向）に移動させることにより、第２回動中心軸４０を左右方向に移動させるように構成されている。

左右移動機構ｍ２は、昇降ベース２０に設けられた一対の横行ガイド軸ｍ２１と、昇降ベース２０と横行ベース３０との間に設置される一対の横行ジャッキｍ２２と、横行ベース３０に設けられた一対の横行被ガイド部ｍ２３とを含んでいる。

横行ガイド軸ｍ２１は、左右方向（Ｙ方向）に延びている。また、一対の横行ガイド軸ｍ２１は、上下方向に離間して配置されている。横行被ガイド部ｍ２３は、横行ガイド軸ｍ２１に嵌合して、横行ガイド軸ｍ２１に左右方向への移動がガイドされる部分である。横行ベース３０は、横行被ガイド部ｍ２３を介して一対の横行ガイド軸ｍ２１に嵌合しており、一対の横行ジャッキｍ２２の伸縮に伴い、第２回動中心軸４０とともに左右方向に移動されるように構成されている。

〈旋回用駆動源の構成〉
図７に示すように、旋回用駆動源Ｍ１は、横行ベース３０に内側（Ｘ１方向側）から設置されている。旋回用駆動源Ｍ１は、複数（４つ）の旋回用モータＭ１０と、各旋回用モータＭ１０に設けられるギアＭ１１とを備えている。

複数の旋回用モータＭ１０は、第２回動中心軸４０の周方向に沿って並ぶように配置されている。ギアＭ１１は、第２回動中心軸４０の後述するギア４１に噛み合っており、複数の旋回用モータＭ１０の駆動力を第２回動中心軸４０に伝達するように構成されている。その結果、第２回動中心軸４０が回動する。

〈反転用駆動源の構成〉
図６に示すように、反転用駆動源Ｍ２は、アーム支持部６０の把持部８０側とは反対側の面に設置されている。反転用駆動源Ｍ２は、複数（２つ）の反転用モータＭ２０と、各反転用モータＭ２０に設けられるギアＭ２１とを備えている。

複数の反転用モータＭ２０は、第１回動中心軸５０の周方向に沿って並ぶように配置されている。ギアＭ２１は、第１回動中心軸５０の後述するギア５１に噛み合っており、複数の反転用モータＭ２０の駆動力を第１回動中心軸５０に伝達するように構成されている。なお、第１回動中心軸５０は、第１回動中心軸５０の中心軸線β周りに回動することがないように第２回動中心軸４０に支持されている（固定されている）。

したがって、反転用モータＭ２０は、ギアＭ２１を回転させることによって、アーム支持部６０（アーム部７０、把持部８０）とともに第１回動中心軸５０の中心軸線β周りに回動（公転）するように構成されている。その結果、アーム部７０は、第１回動中心軸５０（中心軸線β）周り（矢印Ｓ４で示す方向）にアーム支持部６０が回動することによって、中心軸線βにより２つに分けられる領域の一方側から他方側に（一方領域Ａ１（図５参照）から他方領域Ａ２（図５参照）に、または、他方領域Ａ２から一方領域Ａ１に）、反転移動するように構成されている。

〈直進用駆動源の構成〉
図５に示すように、直進用駆動源Ｍ３は、アーム支持部６０とアーム部７０との間に設置される一対のジャッキにより構成されている。アーム支持部６０とアーム部７０との間には、アーム支持部６０に対してアーム部７０を中心軸線βが延びる方向に移動させる一対の直進ガイド軸７０ａが設けられている。直進用駆動源Ｍ３（ジャッキ）は、この直進ガイド軸７０ａに沿って配置されている。

直進用駆動源Ｍ３（ジャッキ）は、ロッドを前進させること（伸ばすこと）によって、アーム支持部６０からアーム部７０（把持部８０）を離間させるように構成されている。すなわち、直進用駆動源Ｍ３（ジャッキ）は、ロッドを前進させることによって、把持部８０をトンネルの内周面に近づけるように構成されている。

また、直進用駆動源Ｍ３（ジャッキ）は、ロッドを後退させること（縮めること）によって、アーム支持部６０にアーム部７０（把持部８０）を近づけるように構成されている。すなわち、直進用駆動源Ｍ３（ジャッキ）は、ロッドを後退させることによって、把持部８０をトンネルの内周面から離間させるように構成されている。

〈ガイド支柱の構成〉
一対のガイド支柱１０は、Ｙ方向に並ぶように配置されている。一対のガイド支柱１０は、上下方向に直線状に延びる梁部材である。一対のガイド支柱１０の上端および下端は、掘進機本体部１に対して内周側から固定されている。一対のガイド支柱１０は、左右方向において、バランスよく配置されている。一対のガイド支柱１０を除くセグメント組立装置２の他の構成は、概して、一対のガイド支柱１０の後方側（Ｘ２方向側）に配置されている。一対のガイド支柱１０の間には、配線類・配管類Ｃａおよび排土装置Ｈが配置される有効空間が設けられている。一対のガイド支柱１０の後方側（Ｘ２方向側）の面には、ラックｍ１０が設けられている。

〈昇降ベースの構成〉
図６に示すように、昇降ベース２０は、一対のガイド支柱１０に跨るように設けられており、平面視で前方（Ｘ１方向）が開放されたＣ字形状（コの字形状）を有している。また、昇降ベース２０は、前後方向（Ｘ方向）から見て、横長の矩形状を有している（図５参照）。

昇降ベース２０の前方側（Ｘ１方向側）（Ｃ字形状の内側）には、昇降ベース２０を上下方向に移動させるための昇降用モータｍ１２および車輪ｍ１３（上下移動機構ｍ１）が設置されている。昇降ベース２０の後方側（Ｘ２方向側）には、一対の横行ガイド軸ｍ２１が設けられている。

〈横行ベースの構成〉
図１に示す横行ベース３０は、前方（Ｘ１方向）の一部が開放された中空の箱形状を有している。横行ベース３０の内側には、第２回動中心軸４０を回動させるための旋回用モータＭ１０およびギアＭ１１（旋回用駆動源Ｍ１）が設置されている。

横行ベース３０の前方側（Ｘ１方向側）には、横行ガイド軸ｍ２１に嵌合して、横行ガイド軸ｍ２１により左右方向への移動がガイドされる横行被ガイド部ｍ２３が設けられている。

横行ベース３０の下方側には、第２回動中心軸４０を通すための貫通穴３１が形成されている。横行ベース３０は、横行ベース３０に対して第２回動中心軸４０を滑らかに回動させるための軸受（図示せず）を有している。なお、図示しないが、貫通穴３１には、セグメント組立装置２用の配管や配線が通されている。また、図示しないが、セグメント組立装置２は、ギアＭ４１が備わり、第２回動中心軸４０の端面に固定される外輪と、横行ベース３０に固定される内輪とを有する旋回台軸受を備えるように構成されていてもよい。

〈第２回動中心軸の構成〉
図３に示すように、第２回動中心軸４０は、横行ベース３０に支持される前方側の部分が、前後方向に延びる円柱形状（または円筒形状）を有している。第２回動中心軸４０の円筒形状の前方端部には、旋回用モータＭ１０のギアＭ１１に噛み合うギア４１が設けられている（図７参照）。

第２回動中心軸４０の後方端部（Ｘ２方向端部）には、回動するアーム支持部６０との干渉を回避するために、円弧形状の側面４２が設けられている。また、第２回動中心軸４０の後方端部には、側面４２を挟み込む一対の平坦面４３が設けられている。また、第２回動中心軸４０には、一対の平坦面４３に直交する方向（中心軸線βの延びる方向）に延びる向きで第１回動中心軸５０が固定されている。

〈第１回動中心軸の構成〉
第１回動中心軸５０は、概して、円柱形状を有している。第１回動中心軸５０の一方端部（図３では上方側の端部）は、アーム支持部６０を貫通している。また、第１回動中心軸５０の一方端部には、反転用モータＭ２０のギアＭ２１に噛み合うギア５１が設けられている。なお、図示しないが、セグメント組立装置２は、第１回動中心軸５０に代えて、ギアＭ５１が備わり平坦面４３に固定される外輪と、アーム支持部６０に固定される内輪とを有する旋回台軸受を備えるように構成されていてもよい。

〈アーム支持部の構成〉
図５に示すように、アーム支持部６０は、前後方向（Ｘ方向）から見て、第２回動中心軸４０の一対の平坦面４３を挟み込むようなＣ字形状（コの字形状）を有している。

アーム支持部６０は、前後方向（Ｘ方向）から見て、第１回動中心軸５０の中心軸線βに対して片寄って配置されている。すなわち、アーム支持部６０は、中心軸線βにより２つに分けられる領域の一方側（一方領域Ａ１または他方領域Ａ２）に大部分が配置されている。なお、アーム支持部６０は、第１回動中心軸５０に対して滑らかに回動するための軸受（図示せず）を有している。

〈アーム部の構成〉
アーム部７０は、直進ガイド軸７０ａを介してアーム支持部６０に直進移動可能なように設置されている。アーム部７０は、アーム支持部６０が中心軸線βに対して片寄って配置される側と同じ側に、全体が配置されている。

したがって、セグメント組立装置２は、中心軸線βにより２つに分けられる領域のうちアーム部７０が配置される領域とは反対側の領域に、空きスペースを確保可能なように構成されている。セグメント組立装置２は、セグメントＳＧの設置位置や、有効空間との干渉などを考慮して、反転移動によりアーム部７０（空きスペース）の配置を変更する。

アーム部７０の先端には、把持部８０を内側に配置するカバー部７１が設けられている。

〈把持部の構成〉
図８に示す把持部８０は、セグメントＳＧを把持するための固定金具が取り付けられる単一の固定金具取付部８２を有している。

把持部８０は、固定金具取付部８２を囲むように設けられる複数（４つ）の第１ジャッキ８１を有している。把持部８０は、複数（４つ）の第１ジャッキ８１の先端をセグメントＳＧに当接させた状態で、複数（４つ）の第１ジャッキ８１の各々の長さを個別に調整することにより、セグメントＳＧの傾きを微調整することが可能に構成されている。なお、図８では、Ｘ２方向側（図中の手前側）の２つの第１ジャッキ８１のみを図示している。

把持部８０は、複数（４つ）の第１ジャッキ８１の傾きを調整可能な一対の第２ジャッキ８３を有している。把持部８０は、一対の第２ジャッキ８３によって、一層大きくセグメントＳＧを傾斜させることが可能に構成されている。すなわち、把持部８０は、一対の第２ジャッキ８３によりセグメントＳＧの角度調整幅を拡大している。

把持部８０は、前後方向（Ｘ方向）に延びる前後行ガイド軸８４ａと、前後行ガイド軸８４ａに沿って固定金具取付部８２を前後方向に移動させる第３ジャッキ８４ｂとを有している。把持部８０は、前後行ガイド軸８４ａおよび第３ジャッキ８４ｂにより、セグメントＳＧの前後方向の位置を微調整することが可能に構成されている。

把持部８０（固定金具取付部８２）は、第１回動中心軸５０の中心軸線β上に配置されている。したがって、アーム支持部６０が第１回動中心軸５０（中心軸線β）周りに回動してアーム部７０が反転移動する際に、把持部８０およびセグメントＳＧは、位置を略変えることなく、平面視で向きが逆転される。

（セグメントの組立動作）
次に、図９および図１０を参照して、セグメントＳＧの組立動作について説明する。なお、セグメントＳＧは、原則、下方側から上方側に順に積み上げる形で組み立てられる。そして、最後に、キーセグメントＫＳＧを組み付けることで１つのセグメントリングが完成する。

図９を参照して、アーム部７０の反転移動を伴わないセグメントＳＧの組立動作について説明する。

まず、図９（Ａ）に示すように、アーム支持部６０をトンネル内の略中央に配置するとともに、把持部８０を下端（初期位置）に配置して、把持部８０によりセグメントＳＧを把持する。

そして、図９（Ｂ）に示すように、有効空間（配線類・配管類Ｃａ、排土装置Ｈ）との干渉を回避するために、第２回動中心軸４０（中心軸線α）周りに、アーム支持部６０、アーム部７０、および、把持部８０を僅かに回動（旋回）により傾斜させる。これによって、中心軸線βの一方側にアーム部７０が配置されるとともに、他方側に有効空間（配線類・配管類Ｃａ、排土装置Ｈ）が配置される。

そして、図９（Ｃ）に示すように、直進用駆動源Ｍ３（ジャッキ）により、アーム部７０を前進させる。すなわち、把持部８０をアーム支持部６０から離間させる。これによって、セグメントＳＧは、トンネルの内周面の近傍に配置される。この状態で、アーム支持部６０、アーム部７０、および、把持部８０を再び回動（旋回）させて、トンネルの内周面に沿ってセグメントＳＧを図９（Ｄ）に示す設置位置に向けて移動させることにより、セグメントＳＧを設置する。この際、有効空間（配線類・配管類Ｃａ、排土装置Ｈ）は、アーム支持部６０と把持部８０との間に挟まれる。

次に、図１０を参照して、アーム部７０の反転移動を伴うセグメントＳＧの組立動作について説明する。

まず、図１０（Ａ）に示すように、アーム支持部６０をトンネル内の略中央に配置するとともに、把持部８０を下端（初期位置）に配置して、把持部８０によりセグメントＳＧを把持する。この際、アーム部７０の反転移動を考慮して、セグメントＳＧを設置する際とは逆転させた向き（一端と他端とを逆にした向き）でセグメントＳＧを把持する。なお、把持部８０によりセグメントＳＧを把持していない状態でアーム部７０を反転移動させた後に、把持部８０によりセグメントＳＧを把持してもよい。

そして、図１０（Ｂ）に示すように、第１回動中心軸５０周りにアーム支持部６０を回動させることによって、アーム部７０を、中心軸線βにより２つに分けられる領域の一方側から他方側に反転移動させる。これにより、アーム支持部６０の一方側に比較的広い空きスペースが確保される。以降は、上記図９（Ｃ）を参照して説明したようにトンネルの内周面に沿ってセグメントＳＧを移動させて、図１０（Ｃ）に示す設置位置にセグメントＳＧを設置する。

（実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

本実施形態では、上記のように、第１回動中心軸５０に対して非対称に配置（第１回動中心軸５０の中心軸線βの一方側に配置）されるアーム部７０を設けることにより、従来のようにアーム支持部６０の両側に把持部８０を設ける場合と比較して、セグメント組立装置２を小型化することができるので、非円形断面のトンネルにおいても、セグメントＳＧを円滑に移動させるための空間を十分に確保することができる。また、掘進方向に略直交する方向に延びる第１回動中心軸５０周りにアーム支持部６０を回動させて、アーム部７０を、第１回動中心軸５０の中心軸線βにより２つに分けられる領域の一方側から他方側に反転移動させることにより、トンネルの内周面に沿ってセグメントＳＧを移動させるのではなく（掘進方向に延びる中心軸線β周りにセグメントＳＧを回動させるのではなく）、トンネルの前後方向の空間を利用して（通過させるようにして）セグメントＳＧを一方側から他方側に反転移動させることができる。その結果、非円形断面のトンネルにおいても、少なくともセグメントＳＧとトンネルの内周面との干渉を抑制することができる。以上により、非円形断面のトンネルにおいて効率的にセグメントＳＧを組み立てることができる。

本実施形態では、上記のように、アーム支持部６０は、掘進方向に延びる第２回動中心軸４０周りに回動可能なように構成されている。これにより、把持部８０（セグメントＳＧ）を、掘進方向に直交する面内においても回動により移動させることができるので、より柔軟にセグメントＳＧを移動させることができる。その結果、非円形断面のトンネルにおいてより効率的にセグメントＳＧを組み立てることができる。

本実施形態では、上記のように、第２回動中心軸４０は、第１回動中心軸５０およびアーム支持部６０を支持しており、掘進方向と略直交する方向に、第２回動中心軸４０を移動させる第２回動中心軸移動機構Ｍ０をさらに備える。これにより、第２回動中心軸４０と、第２回動中心軸４０に支持される第１回動中心軸５０およびアーム支持部６０とを、掘進方向と略直交する方向に一体的に移動させることができる。その結果、非円形断面のトンネルにおいて一層効率的にセグメントＳＧを組み立てることができる。

本実施形態では、上記のように、把持部８０は、第１回動中心軸５０の中心軸線β上に配置されている。これにより、アーム部７０が反転移動する際（第１回動中心軸５０周りにアーム支持部６０が回動する際）に、把持部８０の位置が大きく変動するのを抑制することができる。その結果、把持部８０に把持されたセグメントＳＧの位置が大きく変動するのを抑制することができるので、非円形断面のトンネルにおいても、セグメントＳＧが他の構成に干渉するのを抑制することができる。

本実施形態では、上記のように、アーム部７０は、第１回動中心軸５０周りにアーム支持部６０が回動することによって、アーム支持部６０の掘進方向側とは反対側である後方側を通過して、中心軸線βにより２つに分けられる領域の他方側に移動するように構成されている。これにより、アーム部７０を、前後方向のうち比較的空いた空間があるセグメントＳＧ供給側である後方側を通過させることができる。その結果、アーム部７０が他の構成と干渉するのを抑制することができる。

［変形例］
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。

たとえば、上記実施形態では、泥土圧式シールド掘進機に本発明を適用した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明を、泥水式シールド掘進機に適用してもよい。

また、上記実施形態では、掘進方向と直交する断面が概して楕円形状のトンネルを掘進するシールド掘進機の例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、掘進方向と直交する断面が概して矩形形状のトンネルを掘進するシールド掘進機であってもよい。また、掘進方向と直交する断面が円形状のトンネルを掘進するシールド掘進機であってもよい。

また、上記実施形態では、本発明を密閉型（チャンバを形成する隔壁を備えるタイプ）のシールド掘進機に適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明を開放型（チャンバを形成する隔壁を備えないタイプ）のシールド掘進機に適用してもよい。

また、上記実施形態では、ラックおよびピニオンの機構により、昇降ベース（第２回動中心軸）を上下方向に移動させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、たとえば、ジャッキにより、昇降ベース（第２回動中心軸）を上下方向に移動させてもよい。

また、上記実施形態では、モータに設けられたギアにより、第１回動中心軸周りにアーム支持部を回動させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ベルトなどを用いて、第１回動中心軸周りにアーム支持部を回動させてもよい。

また、上記実施形態では、モータに設けられたギアにより、横行ベースに対して第２回動中心軸を回動させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、ベルトなどを用いて、横行ベースに対して第２回動中心軸を回動させてもよい。

また、上記実施形態では、第２回動中心軸を左右方向（トンネルの短手方向）に移動可能に構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、第２回動中心軸を左右方向（トンネルの短手方向）に移動しないように構成してもよい。

また、上記実施形態では、２つのモータにより、第１回動中心軸周りにアーム支持部を回動させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、１つ、または、３つ以上のモータにより、第１回動中心軸周りにアーム支持部を回動させてもよい。

また、上記実施形態では、４つのモータにより、横行ベースに対して第２回動中心軸を回動させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、１つから３つ、または５つ以上のモータにより、横行ベースに対して第２回動中心軸を回動させてもよい。

また、上記実施形態では、配線類・配管類および排土装置を配置する有効空間を１つ設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、有効空間を複数設けてもよい。

また、上記実施形態では、配線類・配管類および排土装置を配置する有効空間をトンネル内の下方側に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、有効空間をトンネル内の中間または上方側に設けてもよい。

また、上記実施形態では、把持部が、第１回動中心軸の中心軸線上に配置される例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１１に示す変形例のセグメント組立装置２０２のように、把持部８０が、第１回動中心軸２５０の中心軸線β１上に配置されていなくてもよい。具体的には、セグメント組立装置２０２は、第１回動中心軸２５０と、把持部８０と、アーム支持部２６０と、把持部８０およびアーム支持部２６０を接続するアーム部２７０とを備えている。アーム支持部２６０は、第１回動中心軸２５０の中心軸線β１上に配置されている。一方、把持部８０は、第１回動中心軸２５０の中心軸線β１上に配置されていない。また、アーム部２７０および把持部８０は、第１回動中心軸２５０（中心軸線β１）周りにアーム支持部２６０が回動することによって、掘進方向から見て、中心軸線β１により２つに分けられる領域の一方側から他方側に反転移動するように構成されている。

また、上記実施形態では、セグメント組立装置が単一のアーム部を備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、セグメント組立装置が掘進方向から見て第１回動中心軸に対して非対称となるなら、複数のアーム部を備えていてもよい。

１ 掘進機本体部
２、２０２ セグメント組立装置
１１ カッタヘッド
４０ 第２回動中心軸
５０、２５０ 第１回動中心軸（回動中心軸）
６０、２６０ アーム支持部
７０、２７０ アーム部
８０ 把持部
１００ シールド掘進機
Ｈ 排土装置
Ｍ０ 第２回動中心軸移動機構
ＳＧ セグメント
β、β１ 中心軸線

Claims (6)

1. 掘進方向と直交する断面が非円形形状のトンネルの内周面に環状のセグメントリングを組み立てるセグメント組立装置であって、
   セグメントの把持部と、
   掘進方向に略直交する方向に延びる第１回動中心軸周りに回動可能なアーム支持部と、
   前記把持部と前記アーム支持部とを接続し、掘進方向から見て、前記第１回動中心軸に対して非対称に配置されるアーム部とを備え、
   前記アーム部は、前記第１回動中心軸周りに前記アーム支持部が回動することによって、掘進方向から見て、前記第１回動中心軸の中心軸線により２つに分けられる領域の一方側から他方側に反転移動するように構成されている、セグメント組立装置。
2. 前記アーム支持部は、掘進方向に延びる第２回動中心軸周りに回動可能なように構成されている、請求項１に記載のセグメント組立装置。
3. 前記第２回動中心軸は、前記第１回動中心軸および前記アーム支持部を支持しており、
   掘進方向と略直交する方向に、前記第２回動中心軸を移動させる第２回動中心軸移動機構をさらに備える、請求項２に記載のセグメント組立装置。
4. 前記把持部は、前記第１回動中心軸の中心軸線上に配置されている、請求項１～３のいずれか１項に記載のセグメント組立装置。
5. 前記アーム部は、前記第１回動中心軸周りに前記アーム支持部が回動することによって、前記アーム支持部の掘進方向側とは反対側である後方側を通過して、前記中心軸線により２つに分けられる領域の他方側に移動するように構成されている、請求項１～４のいずれか１項に記載のセグメント組立装置。
6. 掘進方向と直交する断面が非円形形状のトンネルの内周面に環状のセグメントリングを組み立てるセグメント組立装置を備えるシールド掘進機であって、
   土砂を掘削するカッタヘッドと、掘削に伴う土砂を輸送する排土装置と含む掘進機本体部と、
   前記掘進機本体部に取り付けられる前記セグメント組立装置とを備え、
   前記セグメント組立装置は、
   セグメントの把持部と、
   掘進方向に略直交する方向に延びる回動中心軸周りに回動可能なアーム支持部と、
   前記把持部と前記アーム支持部とを接続し、掘進方向から見て、前記回動中心軸に対して非対称に配置されるアーム部とを含み、
   前記アーム部は、前記回動中心軸周りに前記アーム支持部が回動することによって、掘進方向から見て、前記回動中心軸の中心軸線により２つに分けられる領域の一方側から他方側に反転移動するように構成されている、シールド掘進機。

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