JPH06235637A - セグメントの自動測定装置および自動測定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 シールド機における、セグメントの位置・方
向・テールクリアランスを自動的に測定することのでき
る自動測定装置および測定方法を提供する。 【構成】 シールド機内に一端を該シールド機１内の適
宜固定部位に支承され他端を該シールド機のスキンプレ
ート２内に組み立てたセグメント内にまで延設するレー
ル１０を設け、レールに案内されて走行するとともにレ
ールと平行な走行基準線分を回転中心軸として回動し
て、該走行基準線分と直交方向のスキンプレートまたは
セグメントの内面部位までの距離を測量する内周面自動
測定装置１１を設けてなる。また、シールド機自動追尾
装置との測定値と上記内周面自動測定装置の測定値とを
組み合わせ基準点に対する三次元的測量を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、セグメントの自動測定
方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】シールド工事の掘進管理においては、シ
ールド機と、このシールド機テール内に組み立てるセグ
メントの方向が一致していない場合、シールド機テール
内でセグメントとシールド機のスキンプレートがせり合
い、掘進不能またはセグメントの破損を生ずることがあ
る。

【０００３】従来、上記のような状況を避けるための掘
進管理は、組立後のセグメントの位置・方向及びテール
クリアランスを人手によって計測していた。すなわち、
計測員が所定の計測位置まで行き、そこでスケールを当
て目視で測定し、その値を測定者が記録紙に記入し、シ
ールド機のオペレータはこの測定値を基に次の掘進の判
断を行っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の人
手による測定は、測定作業に時間を要するばかりか、測
定上の誤差も生じやすいというのが課題であった。

【０００５】特に、シールド径が大口径の場合は、測定
作業そのものが危険でもあり、足場を設ける必要がある
ことも課題であった。

【０００６】そこで本発明は、上記に鑑みなされたもの
で、シールド機における、セグメントの位置・方向及び
テールクリアランスを自動的に測定することのできるセ
グメントの自動測定装置および自動測定方法を提供する
ことを目的としたものであり、さらには、シールド工法
の自動化への技術的課題を解決せんとしたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記の目的に沿い、先述
特許請求の範囲を要旨とする本発明の構成は前述課題を
解決するために、シールド機内に、一端を該シールド機
内の適宜固定部位に支承され、他端を該シールド機のス
キンプレート内に組み立てたセグメント内にまで延設す
るレールを設け、このレールには該レールに案内されて
走行するとともに該レールと平行な走行基準線分を回転
中心軸として回動して、該走行基準線分と直交方向のス
キンプレートまたはセグメントの内面部位までの距離を
測量する内周面自動測定装置を設けてなる技術的手段を
講じたものである。

【０００８】また、本発明は上記内周面自動測定装置を
使用して、内周面自動測定装置をレールに案内されて所
定の走行ピッチで走行させると共に、走行停止時毎に所
定の回転ピッチで全周にわたって回動して、軸方向には
走行ピッチで区分され円周方向には回動ピッチで区分さ
れたスキンプレートまたはセグメントの内周面各位置の
走行基準線分と直交方向の距離を測定し、さらに、シー
ルド機の後方基準点から、上記走行基準線分の位置およ
び方向を従来法で測定し、上記測定値を総合して、内周
面自動測定装置のある走行位置でのセグメント内周円及
びその中心点の位置を演算し、内周面自動測定装置の複
数箇所の走行位置での測量から求めたセグメント内周円
の中心点を結ぶ線によってセグメントの方向を求め、さ
らに、走行基準線分からスキンプレート内周面までの距
離から内周面自動測定装置によって測定されたセグメン
ト内周面までの距離を差し引いた値によってセグメント
のテールクリアランスを求めるようになした技術的手段
を講じたものである。

【０００９】

【作用】それ故、本発明のセグメントの自動測定装置
は、内周面自動測定装置に、従来公知な光波式等の測距
儀が使用され、走行レールに案内されて走行するととも
に、走行基準線分を回転中心軸として回転することで、
この走行基準線分と直交方向のスキンプレートまたはセ
グメントの内周面までの距離が求められる作用を有す
る。

【００１０】もっとも、上記のごとく内周面自動測定装
置を走行と回転とを同時に行えば、内周面自動測定装置
はスキンプレートまたはセグメントの内周面をスパイラ
ル状に測定していくが、このスパイラル状に連続測定し
た値は測定目的としての、セグメントの位置・方向およ
びテールクリアランスの決定にはあまり有用ではない。
そこで、該内周面自動測定装置の走行と回転とを以下の
三通りに制御することで、セグメントの位置・方向およ
びテールクリアランスの測定に有用な測定値を得ること
ができる。

【００１１】まず、第一の制御法としては、内周面自動
測定装置の回動はある基準回動位置に固定して走行（連
続走行でもよいが、測定値をマイクロコンピュータで処
理するためには、所定ピッチで間欠的に走行させるのが
有利である。）のみを行う。すると、スキンプレートの
軸方向断面での、スキンプレートまたはセグメントの内
周面までの距離の変化を求めることができる、そして、
新たに組み立てたセグメントよりさらに掘進先端側から
後方に向かって測定すると、初めはスキンプレートの内
周面までの距離を測定するが、ある走行位置でセグメン
トの内周面までの距離を測定し、この測定値の大幅なる
減少によって、セグメントの所定点の位置を求めること
ができる。

【００１２】すなわち、「図４」において、内周面自動
測定装置１１が水平方向（「図４」において上方）の距
離を測定する開動位置にした状態を保って図ａ点からｅ
点に向けて移動すると、セグメント３の点Ｏ２部位が最
も距離が小さくなり、この点Ｏ２を測定できる。

【００１３】第二の制御法としては、内周面自動測定装
置は、ある走行位置で走行を停止して、回転のみを行
う。すると、直接的には走行基準線分と直行方向のスキ
ンプレートまたはセグメントの内周面までの距離が全周
に渡って求められるが、この測定値を演算すればスキン
プレートまたはセグメントの円周（セグメントは傾斜し
ている場合楕円となる場合もある。）とその中心を求め
ることができる。そして、セグメントの中心点とその内
周の曲線が把握できればスキンプレートの中心点と内周
の曲線との対比からテールクリアランスを求めることが
できる。

【００１４】なお、上記テールクリアランスは、スキン
プレートの内周面までの距離から、セグメント内周面ま
での距離を差し引きさらに、セグメントの厚み分を差し
引くことによって求められるが、セグメントが傾斜して
いる場合はその傾斜角度によってセグメントの厚み分を
補正した方がより正確である。

【００１５】第三の制御方法は、上記第二の制御法を所
定の走行ピッチごとに行う。すると、スキンプレートま
たはセグメントの中心点を二点以上で測定できるのでこ
の点を結ぶことでスキンプレートまたはセグメントの傾
き（本願では、方向という）を測定することができる。

【００１６】すなわち、「図４」で測点ｃ，測点ｄ，測
点ｅにおいてセグメント３の全周の距離を測定し、その
内周円または楕円とその中心点（楕円の場合は中央と言
うのが正確であろうが本願ではこれを含めて中心点とい
う）を求め、この中止点を順次連結することでセグメン
ト３の方向Θを求めることができる。

【００１７】なお、本発明装置は通常は、上記レールが
スキンプレートの中心軸と平行に固定された状態にし
て、走行基準線分とスキンプレートの内周面までの距離
は所定値に設定してあるので、上記のようにあらためて
この距離を測定する必要性はないが、急曲部位の掘進時
はセグメントの傾斜を大きくしなくてはならず、この場
合レールがスキンプレートの中心軸と平行に固定された
状態では、セグメントに対応する測点がごく限られた範
囲となり測量精度が低下する。たとえば、「図４」では
測点がｃ，ｄ，ｅの三点となる。そこで、このような場
合はレールをセグメントの中心軸と一致する方向に傾斜
させることで測点を多く取れるようになせばよい。

【００１８】次に、本発明セグメントの自動測定方法
は、上記の内周面自動測定装置による測定が、走行基準
線分を基準としてのシールド機に対する相対的なもので
あるから、シールド機の後方基準点に対する位置及び方
向は、該内周面自動測定装置の走行基準線分の位置及び
方向を測定し、その測定値と、前記相対的位置及び方向
の測定値とを演算することで求められることになる。

【００１９】

【実施例】次に、本発明の実施例を添附図面に従って説
明すれば以下の通りである。

【００２０】図中、１は、従来公知なシールド機で、こ
のシールド機１はスキンプレート２のテール部内にセグ
メント３を組み立て、このセグメント３を反力受けとす
るシールドジャッキ４，４，４・・・を伸長して推進力
を得ながら、該スキンプレート２の前端側に設けたカッ
ターフェース５で切羽を切削して掘進するもので、一定
距離の掘進が完了すると、上記シールドジャッキ４，
４，４・・・を縮退し、そこに生じた空間に新たなセグ
メント３を組み立てるという工程を順次繰り返すように
なしてあるのも従来と同じである。なお「図１」におい
て、６はカッターフェース５に取付けた駆動歯車、７は
該駆動歯車６に噛合するピニオンギヤを有した駆動モー
タ、８はテールシールを示すもので、これらも従来公知
なものである。

【００２１】そして、本発明セグメントの自動測定装置
は、シールド機１内に、一端を該シールド機１内の適宜
固定部位に支承され、他端を該シールド機１のスキンプ
レート２内に組み立てたセグメント３内にまで延設する
レール１０を設け、このレール１０には該レール１０に
案内されて走行するとともに該レール１０と平行な走行
基準線分Ｘ１を回転中心軸として回動して、該走行基準
線分Ｘ１と直交方向のスキンプレート２またはセグメン
ト３の内面部位までの距離を測量する内周面自動測定装
置１１を設けてなる。

【００２２】上記内周面自動測定装置１１は、一端を連
結片１７でスキンプレート２で固定されたレール１０に
案内されて走行する走行台車１１ａに回転駆動軸１１ｂ
を介してレール１０と平行な走行基準線分Ｘ１を中心軸
として回転する回転体１１ｃに装着され、この走行基準
線分Ｘ１に直角で該走行基準線分Ｘ１とスキンプレート
２およびセグメント３の内周面との距離を測定するよう
になしてある。また、該内周面自動測定装置１１は、光
波式・音波式等の従来公知なものが使用できる。

【００２３】また、上記内周面自動測定装置１１の走行
は、自走式または他走式のいずれであってもよいが、図
示例では、レール１０に固定した枢支アーム１８，１８
により枢支された送り螺子１３をステッピングモータ１
２によって回転して走行させるるようになして、自走式
に比べては自重を低減して走行停止時の慣性モーメント
による停止位置誤差を回避している。また、この慣性モ
ーメントによる停止位置誤差を回避するために図示実施
例では、上記ステッピングモータ１２の回転を減速器１
４を介して送り螺子１３に伝えて走行速度を遅くしてい
るとともに、該送り螺子１３には内周面自動測定装置１
１に固定したボールナット１５を螺合して螺進退時のバ
ックラッシュによる誤差をも可能な限り回避している。

【００２４】また、上記内周面自動測定装置１１の回転
は、図示はしていないが、同じくステッピングモータに
よって回転するようになしてあり、本実施例ではこのス
テッピングモータと上記走行用のステッピングモータ１
２への通電パルス信号をカウントして走行位置と回転角
度とが信号値として把握できるようになしているが、こ
の走行位置と回転角度とはステッピングモータを使用し
ない場合は従来公知なポテンションメータ等で把握して
もよいことは無論である。

【００２５】なお、上記レール１０は通常は、一端を該
シールド機１内の適宜固定部位に固定し、スキンプレー
ト２の中心軸と平行に配設してある。このレール１０
（さらに正確には走行基準線分Ｘ１）は、スキンプレー
トの中心軸上にあると、スキンプレート２とセグメント
３の内周までの距離は原則として（セグメント３がスキ
ンプレート２内に同心状に設置されたとして）どの回転
位置でも等しくなるので、測定値を後に演算するのに最
も簡単で都合が良いが、実際にはスキンプレート２の中
心軸部位には「図１」では省略してあるがエレクタ等の
他の機器が存在して該レール１０を配設することは事実
上困難である。そこで、このレール１０を配置する空部
を有した偏心部位に平行移動しておけば、演算に際して
中心軸部位からの平行移動距離を加味して演算すればよ
いことになる。

【００２６】さらに、上記レール１０は、前述した如
く、急曲掘進の場合等はセグメント３を、予め大きく傾
斜させて設置する必要性もあり、この場合、レール１０
乃至走行基準線分Ｘ１がスキンプレート２の中心軸と平
行であると、セグメント３の内周面の幅が見かけ上減少
し、測定する範囲が減少し、演算に必要な充分な多数部
位の測量ができなくなり、その結果、測定結果の信頼性
を低減させる。そこで、このような使用例の場合は、レ
ール１０がその基端側がシールド機１内の適宜固定部位
に固定された支点によって支承され、スキンプレート２
の中心軸との傾斜角度を所定角度に調整可能となすこと
も可能である。

【００２７】そして、上記のごとくレール１０乃至走行
基準線分Ｘ１を所定角度に調整可能となす場合、角度調
整をスキンプレート２の中心軸と平行な状態と、この中
心軸に対しての所定の角度を左右１か所（右急曲掘進と
左急曲掘進に対応する）に設定し、３通り等の複数段に
調整可能とする場合と、連続的に適宜傾斜角度に設定す
る場合とが可能であり、前者の場合は、予め傾斜角度が
所定であるので、この傾斜角度を測定値の演算に加味す
ることができ、後者の場合は傾斜角度を測定して求めな
くてはならない。そして、この傾斜角度を測定するには
二通りの方法が用意されているが、具体的には後述する
ことにする。なお、レール１０乃至走行基準線分Ｘ１を
所定角度に調整可能となすには、流体シリンダーや歯車
等でレール１０を支点を中心として回動せしめるように
なせばよい。

【００２８】なお、図中、１６は該内周面自動測定装置
１１の位置を測定するためのスタッフとなる反射プリズ
ムを示すものである。

【００２９】そして、本発明セグメントの自動測定方法
は、まず、上記内周面自動測定装置１１によって、上記
内周面自動測定装置１１をレール１０に案内されて所定
の走行ピッチで走行させると共に、走行停止時毎に所定
の回転ピッチで全周にわたって回動して、軸方向には走
行ピッチで区分され円周方向には回動ピッチで区分され
たスキンプレート２またはセグメント３の内周面各位置
の走行基準線分Ｘ１と直交方向の距離を測定する。

【００３０】上記において、スキンプレート２の内周面
各位置の走行基準線分Ｘ１と直交方向の距離を測定する
のは、該レール１０が固定式または傾斜角度が既知の場
合以外のみ必要で、固定式または傾斜角度が既知の場合
は、この距離はレール１０の設定時に既に設定値である
ため測定は省略しても差し支えないことは無論である。

【００３１】上記セグメント３の内周面各位置の走行基
準線分Ｘ１と直交方向の距離の測定は主にセグメント３
の断面形状を測定するため、その全周にわたってできる
だけ多くの部位で行うのが望ましいが、図示実施例で
は、レール１０及び送り螺子１３が死角となり、さらに
図示しないその他の機材で死角となる部位もあるので、
測定不能な部位はその測定値を無視して、他の部位の測
定値から測定不能な部位の値を演算して求めるようにな
すとよい。

【００３２】次に、シールド機１の後方基準点Ｏ１か
ら、上記走行基準線分Ｘ１の位置および方向を従来法で
測定する。

【００３３】走行基準線分Ｘ１の位置および方向の測定
は通常は、シールド機１の後方基準点Ｏからのシールド
機１自体の位置および方向が図示しない従来公知な追尾
装置で測定されるのが通常で、この追尾装置（基準点Ｏ
１よりの距離、角度等を自動追尾しながら測定する装
置）を有している場合で、レール１０が固定式、または
傾斜角度が既知の場合は、該追尾装置の測定値からこの
走行基準線分Ｘ１の位置および方向を演算して求めれば
よい。

【００３４】しかし、上記追尾装置が用意されていない
場合は、この走行基準線分Ｘ１の位置および方向を測定
する必要性が生じ、この測定は内周面自動測定装置１１
に追尾用のプリズム１６を設け、この反射プリズム１６
の走行を、後方基準点Ｏ１に設置した自動追尾式の自動
測定装置で測定し、反射プリズム１６の走行開始位置と
走行終端位置等の２点以上の測定値からレール１０乃至
走行基準線分Ｘ１の方向及び位置を求める。

【００３５】そして、上記レール１０乃至走行基準線分
Ｘ１の方向及び位置が求められれば、レール１０が固定
式、または傾斜角度が既知の場合は逆に、シールド機１
の位置と方向も求められるが、シールド機１の自動追尾
装置がなく、しかもレール１０が連続式角度調整方式の
場合は、走行基準線分Ｘ１の方向及び位置が求めらても
スキンプレート２の位置および方向は特定できない、そ
こで、この場合は内周面自動測定装置１１によって、ス
キンプレート２の内周面を測定して該スキンプレート２
の位置および方向をも測定する。

【００３６】そして、上記測定値を総合して、内周面自
動測定装置のある走行位置でのセグメント内周円及びそ
の中心点の位置を演算し、内周面自動測定装置の複数箇
所の走行位置での測量から求めたセグメント内周円の中
心点を結ぶ線によってセグメントの方向を求め、さら
に、走行基準線分からスキンプレート内周面までの距離
から内周面自動測定装置によって測定されたセグメント
内周面までの距離を差し引いた値によってセグメントの
テールクリアランスを求めるようになしてある。

【００３７】すなわち、内周面自動測定装置１１によっ
て測定したセグメント３の位置及び方向は、走行基準線
分Ｘ１を基準にした相対的なものであるため、走行基準
線分Ｘ１の位置および方向が定まっていないと設計した
トンネル所定位置にセグメント３を組み立てたことにな
らない。そこで、この測定値を加味すれば基準点Ｏ１に
対するセグメント３の位置及び方向が求められることに
なる。

【００３８】なお、上記測定値の演算は、無論マイクロ
コンピュータによって行えばよく、その演算結果により
得られた測定結果は、数値表示の他、プロッタにより図
形表示してもよいものである。

【００３９】

【発明の効果】本発明は上記のごときであるので、測定
が自動化でき、測定誤差を少なくし、しかも測定に要す
る手間を省くことができるセグメントの自動測定装置お
よび自動測定方法を提供することができるものである。

【００４０】また、本発明は従来の人手による測定から
自動測定法となるため、高所での危険作業をなくすこと
ができ、測量作業が安全となるセグメントの自動測定方
法を提供することができるものである。

【００４１】また、本発明の特筆すべき効果は、測定精
度の大幅な向上と、作業能率の飛躍的向上からして、急
曲施工の掘進管理が容易となり、また、自動方向制御と
組み合わせてシールド機の自動運転管理をも可能となす
ことができるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明セグメントの自動測定装置を用いたシー
ルド機の断面図である。

【図２】本発明セグメントの自動測定装置の要部側面図
である。

【図３】本発明セグメントの自動測定方法による測定中
のトンネル平面図である。

【図４】セグメントの方向を求め方を説明するトンネル
横断面図である。

【符号の説明】

１ シールド機 ２ スキンプレート ３ セグメント １０ レール １１ 内周面自動測定装置 ２０ シールド機自動測定装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000148346 株式会社銭高組 大阪府大阪市西区西本町２丁目２番11号 (71)出願人 000149594 株式会社大本組 岡山県岡山市内山下１丁目１番13号 (71)出願人 000166627 五洋建設株式会社 東京都文京区後楽２丁目２番８号 (71)出願人 000183325 住友建設株式会社 東京都新宿区荒木町13番地の４ (71)出願人 000207780 大豊建設株式会社 東京都中央区新川１丁目24番４号 (71)出願人 000219406 東亜建設工業株式会社 東京都千代田区四番町５ (72)発明者 渡辺 徹 神奈川県大和市下鶴間2570ー４ 西松建設 株式会社技術研究所内 (72)発明者 廣川 文明 神奈川県大和市下鶴間2570−４ 西松建設 株式会社技術研究所内 (72)発明者 高橋 秀樹 神奈川県大和市下鶴間2570−４ 西松建設 株式会社技術研究所内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド機内に、一端を該シールド機内
   の適宜固定部位に支承され、他端を該シールド機のスキ
   ンプレート内に組み立てたセグメント内にまで延設する
   レールを設け、このレールには該レールに案内されて走
   行するとともに該レールと平行な走行基準線分を回転中
   心軸として回動して、該走行基準線分と直交方向のスキ
   ンプレートまたはセグメントの内面部位までの距離を測
   量する内周面自動測定装置を設けてなるセグメントの自
   動測定装置。
2. 【請求項２】 上記レールがスキンプレートの中心軸と
   平行に固定されたことを特徴とする「請求項１」記載の
   セグメントの自動測定装置。
3. 【請求項３】 上記レールが、その基端側がシールド機
   内の適宜固定部位に固定された支点によって支承され、
   スキンプレートの中心軸との傾斜角度を所定角度に調整
   可能となしたことを特徴とする「請求項１」記載のセグ
   メントの自動測定装置。
4. 【請求項４】シールド機内に、一端を該シールド機内の
   適宜固定部位に支承され、他端を該シールド機のスキン
   プレート内に組み立てたセグメント内にまで延設するレ
   ールを設け、このレールには該レールに案内されて走行
   するとともに該レールと平行な走行基準線分を回転中心
   軸として回動して、該走行基準線分と直交方向のスキン
   プレートまたはセグメントの内面部位までの距離を測量
   する内周面自動測定装置を設け、 上記内周面自動測定装置をレールに案内されて所定の走
   行ピッチで走行させると共に、走行停止時毎に所定の回
   転ピッチで全周にわたって回動して、軸方向には走行ピ
   ッチで区分され円周方向には回動ピッチで区分されたス
   キンプレートまたはセグメントの内周面各位置の走行基
   準線分と直交方向の距離を測定し、 さらに、シールド機の後方基準点から、上記走行基準線
   分の位置および方向を従来法で測定し、 上記測定値を総合して、内周面自動測定装置のある走行
   位置でのセグメント内周円及びその中心点の位置を演算
   し、内周面自動測定装置の複数箇所の走行位置での測量
   から求めたセグメント内周円の中心点を結ぶ線によって
   セグメントの方向を求め、さらに、走行基準線分からス
   キンプレート内周面までの距離から内周面自動測定装置
   によって測定されたセグメント内周面までの距離を差し
   引いた値によってセグメントのテールクリアランスを求
   めるようになしたセグメントの自動測定方法。