JPH06212898A

JPH06212898A - セグメントの組立方法及びその装置

Info

Publication number: JPH06212898A
Application number: JP5007392A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nosaka; 寛野坂; Hiroshi Hirokawa; 宏広川; Kikuji Egawa; 菊次江川; Tsutomu Yasuda; 勉安田
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Seiryo Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Seiryo Engineering Co Ltd
Priority date: 1993-01-20
Filing date: 1993-01-20
Publication date: 1994-08-02

Abstract

(57)【要約】【目的】セグメント組立作業を自動化して作業者の労
働環境を改善すると共に作業時間を短縮して作業性の向
上を図ったセグメントの組立方法及びその装置を提供す
る。【構成】一対の第１及び第２アーム５３，５４が互い
に接近離反自在に支持された門型フレーム５１を隣接す
る一対のセグメント４５ａ，４５ｂの間に架設し、その
一対のセグメント４５ａ，４５ｂの枠部４６ａ，４６ｂ
に対向して形成された連結孔４７ａ，４７ｂの一方に雄
金具６１を位置すると共に他方に雌金具６４を位置さ
せ、第１プレス５７により第１アーム５３に駆動力を付
与することで雄金具６１を雌金具６４に圧入させ、この
とき、第２プレス５８により第２アーム５４に駆動力を
付与することで雌金具６４の移動を阻止しながら一対の
セグメント４５ａ，４５ｂを締結する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシールド掘削機やトンネ
ルボーリングマシン等の掘削機によって掘削された円形
断面のトンネルの内面に鋼製やコンクリート製のセグメ
ントを順次組立ててトンネル覆工を行うセグメントの組
立方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図９に一般的なシールド掘削機の断面概
略、図１０に図９のＸ−Ｘ断面を表すセグメント位置決
め装置の概略を示す。

【０００３】図９及び図１０に示すように、シールド掘
削機において、シールド掘削機本体１１の前端部にはカ
ッタフェース１２が装着され、中心軸が軸受１３に回転
自在に支持されると共に外周部がスラスト軸受１４及び
外軸受１５、内軸受１６に回転自在に支持されている。
そして、カッタフェース１２の外周部には内歯のリング
ギア１７が一体に形成され、このリングギア１７にはシ
ールド掘削機本体１１に取付けられた駆動モータ１８の
ピニオン１９が噛み合っている。

【０００４】シールド掘削機本体１１の後端部にはカッ
タフェース１２によって掘削した円形断面のトンネルの
内周面の土砂の崩壊を防止する円筒状の後胴２０が一体
に形成され、この後胴２０には円周方向に複数のシール
ドジャッキ２１が装着されている。このシールドジャッ
キ２１はシールド掘削機の掘進方向後方に伸長すること
で、掘削したトンネル内周面に構築されるセグメント２
２ａを既設のセグメント２２に押しつけながらシールド
掘削機本体１１を前進させるものである。そして、シー
ルド掘削機本体１１の中央部には掘削土砂を搬送する駆
動モータ２３を有するスクリューコンベア２４が配設さ
れており、前端部はカッタフェース１２の近傍に位置
し、後端部の下方にはベルトコンベア２５が配設されて
いる。

【０００５】また、シールド掘削機本体１１には複数の
ガイドローラ２６によって旋回用リングギア２７が旋回
自在に支持され、この旋回用リングギア２７にはシール
ド掘削機本体１１に取付けられた駆動モータ２８のピニ
オン２９が噛み合っている。そして、リングギア２７に
は結合部材３０によって正面視が門型をなす旋回部材３
１が取付けられており、この旋回部材３１の中央下部に
はセグメント２２ａの保持部材３２及び把持装置３３が
装着されている。

【０００６】而して、円形断面のトンネルを掘削形成す
るには、まず、後胴２０に取付けられた複数のシールド
ジャッキ２１を伸長方向に作動して既設のセグメント２
２の前部側に押しつけながらシールド掘削機本体１１を
前進させる一方、駆動モータ１８によりカッタフェース
１２を回転させる。そして、シールド掘削機本体１１の
前方の土砂を掘削し、この掘削土砂をスクリューコンベ
ア２４並びにベルトコンベア２５によって外部に排出す
る。次に、複数のシールドジャッキ２１の何れか一つを
縮み方向に作動して既設のセグメント２２との間に空所
を形成する一方、保持部材３２及び把持装置３３によっ
て把持されたセグメント２２ａを旋回させて位置決め
し、この空所にセグメント２２ａを装着する。そして、
既設セグメント２２と把持セグメント２２ａとの図示し
ないボルト孔に、図１に示すように、ピース間ボルト３
５及びリング間ボルト３６を挿入し、ナットによって締
め付けてセグメント２２，２２ａを結合する。この作業
の繰り返しによって所定長さのトンネルを掘削形成して
いく。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述したシールド掘削
機によるトンネル掘削作業において、セグメントの組立
作業は、前述したように、シールドジャッキ２１の後退
した既設のセグメント２２との空所にセグメント２２ａ
を装着し、セグメント２２と２２ａとをピース間ボルト
３５及びリング間ボルト３６によって締結している。こ
のようにしてセグメントを順次組立てていく作業は作業
者の手作業によって行われているものであるが、その作
業箇所は多くの場合、狭い上に高温で多湿な環境下にあ
り、その中での作業は危険で、且つ、疲労度の高い作業
となっている。

【０００８】そのため、作業者の労働環境を向上させよ
うと、このセグメントの組立作業を機械によって自動化
するための研究開発が従来から行われている。セグメン
トの組立作業を大きく分類すると、セグメントの搬入
作業、セグメントの把持位置決め作業、セグメント
の締結作業、となり、の作業は同時作業となって自
動化の最も困難な作業である。しかも、小口径のシール
ド掘削機では、供与される作業空間が小さくなってセグ
メントの組立作業の自動化の大きな障害となっている。
また、シールド掘削工法では、許容されるセグメントの
組立作業時間は掘削作業時間との関連から短いことが望
まれているものの、従来のピース間ボルト３５及びリン
グ間ボルト３６によるセグメント２２，２２ａの締結方
法では、各ボルト３５，３６のボルト孔の位置合せに多
くの時間を要しセグメント組立時間が長くならざるをえ
なかった。

【０００９】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、セグメント組立作業を自動化することで作業者
の労働環境を改善すると共に作業時間を短縮してセグメ
ント組立作業の作業性の向上を図ったセグメントの組立
方法及びその装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明のセグメントの組立方法は、掘削機によって
掘削された円形断面のトンネルの内面にセグメントを構
築してトンネル覆工を行うセグメントの組立方法におい
て、隣接する一対のセグメントの枠部に対向して形成さ
れた連結孔の一方に雄締結部材を嵌入可能に装着する一
方、連結孔の他方に雌締結部材を装着し、前記雄締結部
材に駆動力を付与して該雄締結部材を前記対向する連結
孔並びに雌締結部材に圧入させることで前記一対のセグ
メントを締結することを特徴とするものである。

【００１１】また、本発明のセグメントの組立装置は、
掘削機によって掘削された円形断面のトンネルの内面に
セグメントを構築してトンネル覆工を行うセグメントの
組立装置において、隣接する一対のセグメントの間に架
設されたフレームと、該フレームに互いに接近離反自在
に支持された一対のアームと、前記隣接する一対のセグ
メントの枠部に対向して形成された連結孔の一方に嵌入
可能な雄締結部材と、前記隣接する一対のセグメントの
枠部に対向して形成された連結孔の他方にほぼ同心上に
位置する雌締結部材と、前記一対のアームの一方に駆動
力を付与することで前記雄締結部材を前記対向する連結
孔並びに雌締結部材に圧入させる第１の駆動手段と、前
記一対のアームの他方に駆動力を付与することで前記雄
締結部材による雌締結部材の圧入時に該雌締結部材の移
動を阻止する第２の駆動手段とを具えたことを特徴とす
るものである。

【００１２】

【作用】掘削機によって掘削された円形断面のトンネル
の内面にセグメントを構築してトンネル覆工を行う場
合、一対のアームが互いに接近離反自在に支持されたフ
レームを隣接する一対のセグメントの間に架設し、その
一対のセグメントの枠部に対向して形成された連結孔の
一方に雄締結部材を位置すると共に連結孔の他方に雌締
結部材を位置させる。そして、第１の駆動手段により一
方のアームに駆動力を付与することで雄締結部材を対向
する連結孔並びに雌締結部材に圧入させ、このとき、第
２の駆動手段により他方のアームに駆動力を付与するこ
とで雌締結部材の移動を阻止しながら一対のセグメント
を締結する。

【００１３】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００１４】図１に本発明の一実施例に係るセグメント
の組立方法を実施するためのセグメントの組立装置の断
面、図２にその作動状態を表す断面、図３にセグメント
締結状態を表すその締結部の断面、図４及び図５に別の
雄金具を表す断面、図６に雌金具の圧入・引抜き変位に
対する荷重を表すグラフ、図７に本実施例のセグメント
の組立装置によるセグメントの把持装着状態を表す平面
視、図８にセグメントの組立状態を表す一部切欠正面視
を示す。なお、従来と同様の機能を有する部材には同一
の符号を付して重複する説明は省略する。

【００１５】図７に示すように、本実施例のセグメント
の組立装置４１は図示しないシールド掘削機本体の後部
に把持装置４２によって装着され、シールド掘削機本体
の掘進方向に沿った回転軸をもって旋回自在となってい
る。そして、このセグメントの組立装置４１には連結保
持部材４３によってそれぞれ複数のセグメント締結装置
４４が装着されている。また、本実施例のセグメント４
５は、図７及び図８に示すように、平面視が長方形で掘
削するトンネルの外周に合わせて所定の曲率をもった弧
状をなし、外周部に枠部４６が形成されると共に、この
枠部４６に連結孔４７が形成されている。なお、セグメ
ントの組立装置４１に装着されるセグメント締結装置４
４の数はセグメント４５の枠部４６に形成された連結孔
４７の数と同数となっており、それぞれ同時に締結作業
を行うことができるようになっている。

【００１６】この各セグメント締結装置４４はいずれも
ほぼ同様の構造をなしており、図１及び図２に示すよう
に、前述した連結保持部材４３（図７参照）に固定され
た門型フレーム５１は隣接する一対のセグメント４５
ａ，４５ｂの間に架設されており、この門型フレーム５
１には案内軸５２が取付けられている。そして、この案
内軸５２には下方の垂下した一対の第１及び第２アーム
５３，５４の上部がそれぞれ軸受５５，５６によって移
動自在に支持されている。また、門型フレーム５１の両
側には第１及び第２の駆動手段としての第１及び第２プ
レス５７，５８が装着され、このプレス５７，５８の駆
動ロッド５９，６０の先端部がそれぞれ第１及び第２ア
ーム５３，５４に接続されている。

【００１７】従って、第１プレス５７を駆動すると駆動
ロッド５９が作動して第１アーム５３を案内軸５２に沿
って移動することができ、一方、第２プレス５８を駆動
すると駆動ロッド６０が作動して第２アーム５４を案内
軸５２に沿って移動することができるようになってい
る。

【００１８】隣接する一対のセグメント４５ａ，４５ｂ
の枠部４６ａ，４６ｂにはそれぞれ連結孔４７ａ，４７
ｂが対向して形成されており、一方に連結孔４７ａには
雄締結部材としての雄金具６１が嵌入可能となってい
る。この雄金具６１は筒状をなして先端に圧入部６２が
仮止めのために連結孔４７ａに挿入可能であり、この圧
入部６２の内周面にはねじ部６３が形成されている。ま
た、セグメント４５ｂの連結孔４７ｂには雌締結部材と
しての雌金具６４が図示しない接着剤等により装着可能
となっている。この雌金具６４は筒状をなして先端側に
連結孔４７ａ，４７ｂとほぼ同径の圧入孔６５が形成さ
れると共に後端側にはこの圧入孔６５よりも小径の貫通
孔６６が形成されている。なお、雄金具６１の圧入部６
２は雌金具６４の圧入孔６５よりも若干大径に設定され
ている。更に、図３に示すように、雄金具６１と雌金具
６４とは締結ボルト６７を雌金具６４の貫通孔６６を貫
通して雄金具６１のねじ部６３に螺合することで両者を
連結することができるようになっている。なお、図１乃
至図３において、６８はセグメント４５ａと４５ｂとの
接合面全周に貼着されたシール材である。

【００１９】而して、シールド掘削機によって掘削され
た円形断面のトンネルの内面にセグメント４５を構築し
てトンネル覆工を行う場合、まず、図１に示すように、
その一対のセグメント４５ａ，４５ｂの枠部４６ａ，４
６ｂに対向して形成された連結孔４７ａ，４７ｂのうち
一方の連結孔４７ａに雄金具６１の圧入部６２を挿着
し、他方の枠部４６ｂの内側には連結孔４７ｂと同心に
雌金具６４を接着剤等により装着する。そして、門型フ
レーム５１をこの一対のセグメント４５ａ，４５ｂの間
に跨がって架設し、第１アーム５３を雄金具６１の後方
に、第２アーム５４を雌金具６４の後方にそれぞれ位置
させる。

【００２０】次に、この状態から第１プレス５７を作動
してその駆動力を第１アーム５３に付与し、図２に示す
ように、雄金具６１を押圧してその圧入部６２を対向す
る連結孔４７ａ，４７ｂを通過させた後に雌金具６４の
圧入孔６５に圧入させる。このとき、第２プレス５８を
作動してその駆動力を第２アーム５４に付与し、雌金具
６４の移動を阻止することで雄金具６１の押圧時に作用
する反力を受け止める。そして、雄金具６１の圧入部６
２外径が雌金具６４の圧入孔６５の内径よりも若干大き
く設定されているので、雄金具６１と雌金具６４の圧入
状態では、圧入部６２と圧入孔６５との相対的な締め代
が決定され、適当な圧入反力を発生しながら圧入され
る。従って、隣接するセグメント４５ａ，４５ｂが密着
し、シール材６８が圧縮された状態でセグメント４５
ａ，４５ｂが締結される。

【００２１】また、雄金具６１が雌金具６４に圧入した
セグメント４５ａ，４５ｂの締結状において、このセグ
メント４５ａ，４５ｂの密着面のシール材６８の圧着が
不十分であった場合には外部地盤から漏水が発生する虞
がある。その場合、図３に示すように、締結ボルト６７
を雌金具６４の貫通孔６６を貫通させて雄金具６１のね
じ部６３に螺合することで雄金具６１と雌金具６４との
締結を強固にすることができる。

【００２２】上述した実施例において、雄金具６１は筒
状で先端に圧入部６２を形成すると共にその内周面にね
じ部６３を形成した構成としたが、この構造に限定され
るものではなく、例えば、図４あるいは図５に示すよう
な構成としてもよいものである。

【００２３】図４に示すように、この雄金具７１は筒状
をなして先端に圧入部７２が形成されると共にこの圧入
部７２の内周面にはねじ部７３が形成されており、圧入
部７２の外周面は軸心方向に対して角度θをもったテー
パ状となっている。従って、雄金具７１によるセグメン
トの枠部に形成された連結孔、及び雌金具の圧入孔への
圧入時には挿入性が良い。また、図５に示すように、こ
の雄金具８１は先端に圧入部８２が形成されると共にこ
の圧入部８２の内部は中空状をなして内周面にねじ部８
３が形成されており、圧入部８２の外周面にはヘリカル
ギアが形成されている。従って、雄金具７１による雌金
具の圧入孔への圧入時にはヘリカルに伴う若干の回転力
を発生しながら比較的軽荷重で圧入することができ、且
つ、圧入後に隣接するセグメント同士が密着して締結さ
れた状態では、接触摩擦力により雄金具７１の逆回転が
不能となって引抜き荷重を大きくとることで、セグメン
ト締結力を拡大することができる。

【００２４】ここで、雌金具の圧入・引抜き変位に対す
る荷重の実験結果を説明する。図６に示すように、範囲
Ａは雄金具の押し込み（圧入）変位を、範囲Ｂは引抜き
変位をそれぞれ表すものであり、特性曲線Ｃ，Ｄは締結
金具（雄金具と雌金具）の締め代を変えたときの押し込
み荷重、特性曲線Ｅ，Ｆは引抜き荷重をそれぞれ表して
いる。そして、範囲Ｈは押し込み変位と荷重増加の傾斜
を表し、この距離が長いほどセグメントの枠部が離れた
ところから締結が開始されることを表している。また、
Ｉは最大押し込み荷重を表し、この値は低い方が作業し
やすいことを表す。Ｇは除荷重したときのバック量を表
し、この傾斜は小さい方が良いものである。Ｊは最大引
抜き荷重を表し、この値は最大押し込み荷重Ｉに比較し
て大きいほど外力に対して緩まないことを表している。

【００２５】なお、上述の実施例において、第１及び第
２アームの駆動手段としてプレス５７，５８を適用した
が、これに限定されるものではなく、別の駆動方法であ
ってもよい。また、雄金具及び雌金具をそれぞれセグメ
ントに仮保持したが、第１及び第２アームに仮保持して
もよい。

【００２６】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明のセグメントの組立方法及びその装置によれ
ば、一対のアームが互いに接近離反自在に支持されたフ
レームを隣接する一対のセグメントの間に架設し、その
一対のセグメントの枠部に対向して形成された連結孔の
一方に雄締結部材を位置すると共に連結孔の他方に雌締
結部材を位置させ、第１の駆動手段により一方のアーム
に駆動力を付与することで雄締結部材を対向する連結孔
並びに雌締結部材に圧入させ、このとき、第２の駆動手
段により他方のアームに駆動力を付与することで雌締結
部材の移動を阻止しながら一対のセグメントを締結する
ようにしたので、セグメント組立作業を自動化して作業
者の労働環境を改善すると共に作業時間を短縮すること
ができ、セグメント組立作業の作業性の向上を図ること
ができる。また、セグメントの組立装置における締結装
置や締結部材の構造も簡素化できる一方、信頼性の向上
も図れ、雄締結部材と雌締結部材との圧入時の締め代も
相当の公差が許容されて低価格とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るセグメントの組立方法
を実施するためのセグメントの組立装置の断面図であ
る。

【図２】セグメントの組立装置の作動状態を表す断面図
である。

【図３】セグメント締結状態を表す締結部の断面図であ
る。

【図４】別の雄金具を表す断面図である。

【図５】別の雄金具を表す断面図である。

【図６】圧入・引抜き変位に対する荷重を表すグラフで
ある。

【図７】本実施例のセグメントの組立装置によるセグメ
ントの把持装着状態を表す平面図である。

【図８】セグメントの組立状態を表す一部切欠正面図で
ある。

【図９】一般的なシールド掘削機の断面概略図である。

【図１０】図９のＸ−Ｘ断面を表すセグメント位置決め
装置の概略図である。

【符号の説明】

４１セグメント組立装置４２把持装置４４セグメント締結装置４５セグメント４６枠部４７連結孔５１門型フレーム５３第１アーム５４第２アーム５７第１プレス（第１の駆動手段）５８第２プレス（第２の駆動手段）６１雄金具（雄締結部材）６２圧入部６４雌金具（雌締結部材）６５圧入孔６７締結ボルト

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者広川宏兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者江川菊次兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者安田勉兵庫県神戸市兵庫区和田宮町７丁目１番14 号西菱エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】掘削機によって掘削された円形断面のト
ンネルの内面にセグメントを構築してトンネル覆工を行
うセグメントの組立方法において、隣接する一対のセグ
メントの枠部に対向して形成された連結孔の一方に雄締
結部材を嵌入可能に装着する一方、連結孔の他方に雌締
結部材を装着し、前記雄締結部材に駆動力を付与して該
雄締結部材を前記対向する連結孔並びに雌締結部材に圧
入させることで前記一対のセグメントを締結することを
特徴とするセグメントの組立方法。
【請求項２】掘削機によって掘削された円形断面のト
ンネルの内面にセグメントを構築してトンネル覆工を行
うセグメントの組立装置において、隣接する一対のセグ
メントの間に架設されたフレームと、該フレームに互い
に接近離反自在に支持された一対のアームと、前記隣接
する一対のセグメントの枠部に対向して形成された連結
孔の一方に嵌入可能な雄締結部材と、前記隣接する一対
のセグメントの枠部に対向して形成された連結孔の他方
にほぼ同心上に位置する雌締結部材と、前記一対のアー
ムの一方に駆動力を付与することで前記雄締結部材を前
記対向する連結孔並びに雌締結部材に圧入させる第１の
駆動手段と、前記一対のアームの他方に駆動力を付与す
ることで前記雄締結部材による雌締結部材の圧入時に該
雌締結部材の移動を阻止する第２の駆動手段とを具えた
ことを特徴とするセグメントの組立装置。