JP7429817B1 - Tail clearance measuring device - Google Patents
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Abstract
【課題】機械や人と接触しにくく、確実に走査することのできる、テールクリアランス計測装置を提供する。【解決手段】テールクリアランス計測装置Sは、セグメント90の内面位置よりもシールド半径方向外側に配置された非接触式の距離センサ41と、回動機構42と、回動位置検出部43と、を有する計測部40と;セグメント90の端面上の複数点の計測結果と、スキンプレート2の内面上の複数点の計測結果と、に基づいてテールクリアランスcを演算する演算部としての制御部60と;を備えている。【選択図】図1An object of the present invention is to provide a tail clearance measuring device that is less likely to come into contact with machines or people and can perform reliable scanning. A tail clearance measuring device S includes a non-contact distance sensor 41 disposed outside the inner surface of a segment 90 in the shield radial direction, a rotation mechanism 42, and a rotation position detection section 43. a control unit 60 as a calculation unit that calculates the tail clearance c based on the measurement results at multiple points on the end face of the segment 90 and the measurement results at multiple points on the inner surface of the skin plate 2; ; [Selection diagram] Figure 1
Description
本発明は、非接触で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に関するものである。 The present invention relates to a tail clearance measuring device that measures tail clearance in a non-contact manner.
従来から、シールド掘進機によってトンネルを掘進する際に、非接触でテールクリアランスを計測する技術が知られている。ここで、テールクリアランスとは、シールド掘進機のスキンプレートとセグメントの隙間を意味している。テールクリアランスは、曲線施工時などにスキンプレートとセグメントが接触しないように、許容範囲内に管理する必要がある。 BACKGROUND ART Conventionally, there has been known a technique for measuring tail clearance in a non-contact manner when excavating a tunnel with a shield tunneling machine. Here, the tail clearance means the gap between the skin plate of the shield tunneling machine and the segment. The tail clearance must be controlled within an allowable range to prevent the skin plate from coming into contact with the segment during curved construction.
例えば、特許文献1に記載されたテールクリアランス計測装置は、非接触式の距離センサと、距離センサを回動させる回動機構と、回動検出部と、を含む計測部と、テールクリアランスを算出する制御部と、を備えており、この制御部は、セグメントの内面上の複数点の計測結果に基づいてセグメントの内面上の第1線分の位置を取得し、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スキンプレートの内面上の第2線分の位置を取得し、第1線分および第2線分の各位置と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ようにされている。
For example, the tail clearance measurement device described in
ところで、特許文献1を含む従来式のテールクリアランス計測装置は、セグメントの厚みよりもシールド掘進機の中心寄りに配置されており、セグメントの内面に相当する直線を計測するように構成されていた。しかしながら、従来の距離センサの配置では、セグメント組立用のエレクター等の機械と干渉するため、走査できなかったり、機械や人と接触して距離センサの位置・向きが変わったりする、という問題があった。
By the way, the conventional tail clearance measuring device including
そこで、本発明は、機械や人と接触しにくく、確実に走査することのできる、テールクリアランス計測装置を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a tail clearance measuring device that is less likely to come into contact with machines or people and can perform reliable scanning.
前記目的を達成するために、本発明のテールクリアランス計測装置は、セグメントの内面位置よりもシールド半径方向外側に配置された非接触式の距離センサと、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位置検出部と、を有する計測部と;前記セグメントの端面上の複数点の計測結果と、前記スキンプレートの内面上の複数点の計測結果と、に基づいてテールクリアランスを演算する演算部と;を備えている。 In order to achieve the above object, the tail clearance measuring device of the present invention includes a non-contact distance sensor disposed radially outward of the shield from the inner surface position of the segment, and a rotation mechanism that rotates the distance sensor. , a rotation position detection unit that detects a rotation position of the distance sensor by the rotation mechanism; a measurement unit having a rotation position detection unit that detects a rotation position of the distance sensor by the rotation mechanism; and a calculation unit that calculates a tail clearance based on the point measurement results.
本発明のテールクリアランス計測装置は、セグメントの内面位置よりもシールド半径方向外側に配置された非接触式の距離センサと、回動機構と、回動位置検出部と、を有する計測部と;セグメントの端面上の複数点の計測結果と、スキンプレートの内面上の複数点の計測結果と、に基づいてテールクリアランスを演算する演算部と;を備えている。このように、距離センサが、セグメントの内面位置よりもシールド半径方向外側に配置されることで、機械や人と接触しにくく、確実に走査することのできる、テールクリアランス計測装置となる。 The tail clearance measuring device of the present invention includes a measuring section having a non-contact distance sensor disposed radially outward of the shield from the inner surface position of the segment, a rotation mechanism, and a rotation position detection section; and a calculation unit that calculates a tail clearance based on the measurement results at a plurality of points on the end face of the skin plate and the measurement results at a plurality of points on the inner surface of the skin plate. In this way, by disposing the distance sensor on the outer side in the shield radial direction than the inner surface position of the segment, the tail clearance measuring device becomes less likely to come into contact with machines or people and can perform scanning reliably.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、以下の実施例に記載されている構成要素は例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。なお、以下では、土圧式シールド1を例として説明するが、他の形式のシールド掘進機であっても本発明を適用できる。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. However, the constituent elements described in the following examples are merely examples, and the technical scope of the present invention is not intended to be limited thereto. Although the earth
(シールド掘進機の構成)
図1は本発明の実施例1を示す縦断側面図である。本実施例のシールド掘進機としての土圧式シールド1は、図1に示すように、スキンプレート(シールド本体筒)2と、隔壁3と、カッタヘッド5と、カッタ回転軸10と、カッタ駆動部12と、チャンバ16と、排土装置17と、シールド推進ジャッキ18と、作泥土材供給配管21と、土圧計22と、操作室内部に配置されたモニタ(71;図4参照)及び演算部を含む制御部(60;図4参照)を備えている。
(Shield tunneling machine configuration)
FIG. 1 is a longitudinal sectional side view showing a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the earth
カッタヘッド5は、カッタスポーク51と、カッタスポーク51の前面に設けられた複数のカッタビット52、・・・と、カッタスポーク51の前面中央部に設けられたフィッシュテールビット53と、カッタスポーク51の背面に設けられた複数の撹拌翼54とを有している。カッタヘッド5はカッタ回転軸10に一体に取り付けられている。
The
カッタ回転軸10は、隔壁3に設けられた軸受11と、後述のギアボックス13の後部に設けられた軸受とに回転自在に支持されている。カッタ回転軸10はカッタ駆動部12に連結されている。カッタ駆動部12は、隔壁3の背面側に設置されたギアボックス13と、ギアボックス13に接続された回転駆動源14と、回転駆動源14の出力軸とカッタ回転軸10の間に介在する減速歯車(ギアボックス13内に配置;図示省略)とを有している。
The
チャンバ16は、スキンプレート2のフード部と、隔壁3と、切羽Fに囲まれた空間にて形成されている。排土装置17としては、スクリューコンベアが用いられる。排土装置17における泥土取り込み口は、チャンバ16に臨むように開口・設置されている。さらに、スキンプレート2のテール部には、セグメント90を組み立てるためのエレクター15が設置されている。
The
シールド推進ジャッキ18は、スキンプレート2の内部において、円周方向に所要の間隔をおいて複数基設置されている。シールド推進ジャッキ18は、ピストン部18aとスプレッダ部18bと、から構成されている。この他、スキンプレート2の後端部には、テールシール19が設けられている。そして、本実施例のシールド推進ジャッキ18の近傍には、テールクリアランス計測装置Sの計測部40が設置されている。
A plurality of
すなわち、計測部40を構成する距離センサ41は、図2に示すように、セグメント90の内面位置よりもシールド半径方向外側に配置されている。具体的に言うと、距離センサ41を含む計測部40は、隔壁3に突設されたブラケット40aによって、シールド半径方向についてはシールド推進ジャッキ18の中心位置の近傍に配置されている。なお、距離センサ41を含む計測部40は、スキンプレート2側に固定されていてもよいし、ブラケット40aを介さずに直接に隔壁3に取り付けられてもよい。
That is, as shown in FIG. 2, the
(テールクリアランス計測装置の構成)
次に、図2~図4を用いて、テールクリアランス計測装置Sの構成について説明する。図4に示すように、テールクリアランス計測装置Sは、計測部40と、演算部としての制御部60と、から構成される。
(Configuration of tail clearance measuring device)
Next, the configuration of the tail clearance measuring device S will be explained using FIGS. 2 to 4. As shown in FIG. 4, the tail clearance measurement device S includes a
計測部40は、図2~図4に示すように、非接触式の距離センサ41と、この距離センサ41を回動させるモータ・ギヤ等の回動機構42と、回動機構42による距離センサ41の回転位置を検出する回動位置検出部43と、を有している。このうち回動機構42は、シールド半径方向に垂直な回転軸を有している。したがって、計測部40の距離センサ41によってトンネル縦断方向に平行な平面(シールド中心軸線を通る平面)に沿って、セグメント90の切羽向きの端面90a及びスキンプレート2のテール部の内面を走査することができる。
As shown in FIGS. 2 to 4, the
距離センサ41を含む計測部40は、図2を用いて前述したように、セグメント90の内面位置よりもシールド半径方向外側に配置されている。さらに言うと、本実施例の計測部40(の距離センサ41)は、図3に示すように、シールド掘進機としての土圧式シールド1の円周方向については、2つのシールド推進ジャッキ18、18のちょうど中央近傍に配置されている。
As described above with reference to FIG. 2, the
なお、距離センサ41のトンネル縦断方向(シールド掘進方向)の位置は、シールド推進ジャッキ18が最も短縮された状態のスプレッダ部18bよりも切羽側(前方側)であればよい。さらに、図示しないが、距離センサ41を含む計測部40は、シールド円周方向については、少なくとも3か所以上に設置されていることが好ましい。
Note that the position of the
演算部としての制御部60は、例えば、メモリ、CPU、SSDなどを有する、汎用のパーソナルコンピュータである。制御部60は、セグメント90の端面90a上の複数点の計測結果に基づいて線分Laを算出するLa算出部61と、スキンプレート2の内面上の複数点の計測結果に基づいて線分Lbを算出するLb算出部62と、を有している。なお、演算部としての制御部60は、シールド後続台車に設置してもよいし、地上に設置してもよいし、その両方でもよい。距離センサ41からの計測データは、ケーブルを通して制御部60へ送られる。さらに地上に送られたデータは、インターネット等を通じて遠隔地の端末にも転送可能である。
The
この他、制御部60には、計測部40からの入力値の他、キーボード65やマウス66といった入力手段が接続されている。さらに、制御部60には、出力手段としてモニタ71や別の掘進管理用のPC72などが接続されている。セグメント端面90a上で取得される点群データは、点A及び点Bにおいて特異点となるため、セグメント端面90aの上下の端点(点A、B)は、距離センサ41の座標軸上で明確に認識できる。
In addition to the input values from the
さらに、本実施例の演算部としての制御部60は、算出された線分Laと線分Lbに基づいて、これらの交点を求める交点C算出部63を有している。この交点C算出部63は、線分Laと線分Lbの交点Cの座標値と、特異点A、Bの座標値と、に基づいて、テールクリアランスcを計算する。すなわち、図5に示すように、線分La及び線分Lbが座標軸上で数式化されているため、線分Laと線分Lbの交点Cを算出できる。このようにして、点Bと点Cによりテールクリアランスを算出できる。同時に、線分Laと線分Lbのなす角度θLを計算することができる。
Further, the
加えて、演算部としての制御部60は、交点C算出部63に基づいて、点Dの座標値を算出する点D算出部64を有している。つまり、セグメント90の外面と線分Laは基本的に直角の関係であるため、セグメント90の外面の線とテール部の線分Lbの相対角度θxを算出できる。
In addition, the
そして、相対角度θxを算出することで、セグメント90の前方側の端面90a位置のテールクリアランスc1だけでなく、目視することのできない、セグメント90の後端側の端点(点D)位置のテールクリアランスc2も算出可能となる。つまり、角度θxとセグメント90の幅(トンネル縦断方向の長さ)が分かれば、点Dの座標を特定することができ、したがって、この点Dでのテールクリアランスc2を算出できる。
By calculating the relative angle θx, not only the tail clearance c1 at the
このようにして、テール部の内面(線分Lb)とセグメント90の外面の相対角度θxを数値化できる。この相対角度θxの算出の際には、計測対象となるセグメント90がテーパーセグメント90Tであった場合には、図6に示すように、あらかじめその形状(角度θy)と設置方向を入力することで、角度計算の補正を行うことが可能である。つまり、端面90aを走査して点群データから線分Laを求めた後に、テーパーセグメント90T自体のテーパ角度θyを考慮することで、相対角度θxを算出できる。その後、テーパーセグメント90Tの幅に基づいて点Dを求めて、点Dでのテールクリアランスc2を算出する。
In this way, the relative angle θx between the inner surface of the tail portion (line segment Lb) and the outer surface of the
前述したように、テールクリアランス計測装置Sによるテールクリアランスcのデータは、別のPC72へ伝送されて、シールドの総合掘進管理を行うソフトに取り入れることも可能であり、そうすることで線形掘進管理をより高度に行うことができる。
As mentioned above, the data of the tail clearance c obtained by the tail clearance measuring device S can be transmitted to another
(効果)
次に、本実施例のテールクリアランス計測装置Sの奏する効果を列挙して説明する。
(effect)
Next, the effects of the tail clearance measuring device S of this embodiment will be listed and explained.
(1)上述してきたように、テールクリアランス計測装置Sは、セグメント90の内面位置よりもシールド半径方向外側に配置された非接触式の距離センサ41と、回動機構42と、回動位置検出部43と、を有する計測部40と;セグメント90の端面上の複数点の計測結果と、スキンプレート2の内面上の複数点の計測結果と、に基づいてテールクリアランスcを演算する演算部としての制御部60と;を備えている。このように、距離センサ41が、セグメント90の内面位置よりもシールド半径方向外側に配置されることで、機械や人と接触しにくく、確実に走査することのできる、テールクリアランス計測装置Sとなる。
(1) As described above, the tail clearance measurement device S includes a
また、距離センサ41の設置位置は、セグメント90が設置される位置であるため、距離センサ41を遮るものがなく、常時計測に適している。さらに、セグメント90の端面90aを正面から走査・測距できるため、正確に距離を計測できる。このため、端面90aの角度を正確に計測できる。
Furthermore, since the
(2)また、距離センサ41は、シールド掘進機としての土圧式シールド1の円周方向について、土圧式シールド1の2つのシールド推進ジャッキ18、18の略中間位置に配置されている、つまり、シールド推進ジャッキ18が走査の支障となり得るところ、2つのシールド推進ジャッキ18、18の間に計測部40を配置することで、この問題を解消できる。この位置は、シールド掘進機の設備やセグメント組立などの作業範囲に影響されにくい場所であり、設置が容易でメンテナンスもし易い。またシールド設備であるエレクター15の稼働時の振動などの影響を受けにくいといった利点がある。
(2) Further, the
(3)さらに、距離センサ41は、シールド掘進機としての土圧式シールド1の円周方向について、少なくとも3箇所配置されていることによって、シールド全周のテールクリアランスcを把握できる。
(3) Further, the
(4)また、演算部としての制御部60は、セグメント90の端面90a上の複数点の計測結果に基づいて線分Laを演算し、スキンプレート2の内面上の複数点の計測結果に基づいて線分Lbを演算し、線分Laと前記線分Lbの交点Cに基づいてセグメント90の切羽側のテールクリアランスc1を演算するようになっている。この計算手法によれば、端面90aの点群データと、スキンプレート2内面の点群データと、に基づいて、セグメント90の切羽側(前端位置)のテールクリアランスc1を計測値に基づいて算出できる。
(4) Furthermore, the
(5)また、演算部としての制御部60は、セグメント90の端面90a上の複数点の計測結果に基づいて線分Laを演算し、スキンプレート2の内面上の複数点の計測結果に基づいて線分Lbを演算し、線分Laと線分Lbの交点Cと、線分Laと前記線分Lbのなす角度θxと、に基づいてセグメント90の坑口側のテールクリアランスc2を演算するようになっている。この計算手法によれば、端面90aの点群データと、スキンプレート2内面の点群データと、に基づいて、セグメント90の坑口側(後端位置)のテールクリアランスc2を計測値に基づいて算出できる。
(5) Furthermore, the
以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。 Although the embodiments of the present invention have been described above in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment, and design changes that do not depart from the gist of the present invention may be made to the present invention. included.
1:土圧式シールド;
2:スキンプレート; 3:隔壁; 5:カッタヘッド;
10:カッタ回転軸; 11:軸受; 12:カッタ駆動部;
13:ギアボックス; 14:回転駆動源; 15:エレクター;
16:チャンバ; 17:排土装置;
18:シールド推進ジャッキ; 18a:ピストン部; 18b:スプレッダ部;
19:テールシール; 21:作泥土材供給配管; 22:土圧計;
40:計測部; 40a:ブラケット;
41:距離センサ; 42:回動機構; 43:回動位置検出部;
51:カッタスポーク; 52:カッタビット;
53:フィッシュテールビット; 54:撹拌翼;
60:制御部;
61:La算出部; 62:Lb算出部; 63:交点C算出部; 64:点D算出部;
65:キーボード; 66:マウス; 71:モニタ;
90:セグメント; 90T:テーパーセグメント; 90a:セグメント端面;
A:特異点; B:特異点; C:交点; D:後端点;
La:線分; Lb:線分;
S:テールクリアランス計測装置;
c:テールクリアランス; c1:テールクリアランス; c2:テールクリアランス;
θL:線分Laと線分Lbのなす角度;
θx:相対角度; θy:テーパ角度
1: Earth pressure shield;
2: skin plate; 3: bulkhead; 5: cutter head;
10: cutter rotating shaft; 11: bearing; 12: cutter drive unit;
13: Gearbox; 14: Rotation drive source; 15: Erector;
16: Chamber; 17: Earth removal device;
18: Shield propulsion jack; 18a: Piston part; 18b: Spreader part;
19: Tail seal; 21: Soil supply pipe; 22: Earth pressure gauge;
40: Measuring part; 40a: Bracket;
41: Distance sensor; 42: Rotation mechanism; 43: Rotation position detection section;
51: cutter spoke; 52: cutter bit;
53: Fishtail bit; 54: Stirring blade;
60: Control unit;
61: La calculation unit; 62: Lb calculation unit; 63: Intersection C calculation unit; 64: Point D calculation unit;
65: Keyboard; 66: Mouse; 71: Monitor;
90: Segment; 90T: Tapered segment; 90a: Segment end surface;
A: Singular point; B: Singular point; C: Intersection; D: Back end point;
La: line segment; Lb: line segment;
S: Tail clearance measuring device;
c: Tail clearance; c1: Tail clearance; c2: Tail clearance;
θ L : Angle between line segment La and line segment Lb;
θx: relative angle; θy: taper angle
Claims (5)
前記セグメントの端面上の複数点の計測結果と、スキンプレートの内面上の複数点の計測結果と、に基づいてテールクリアランスを演算する演算部と;
を備える、テールクリアランス計測装置。 a non-contact distance sensor disposed outside the inner surface of the segment in the shield radial direction; a rotation mechanism for rotating the distance sensor; and a rotation mechanism for detecting the rotation position of the distance sensor by the rotation mechanism. a measuring section having a dynamic position detecting section;
a calculation unit that calculates a tail clearance based on measurement results at a plurality of points on the end face of the segment and measurement results at a plurality of points on the inner surface of the skin plate;
Tail clearance measuring device.
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