JPH07217380A - シールド掘進機のコピーカッタのストローク測定方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 コピーカッタのストロークを連続かつ正確に
測定する。 【構成】 コピーカッタのストロークを調整するコピー
ジャッキ４５は、コピーカッタの変位に連動してカッタ
ディスク２５の半径方向に変位する。コピージャッキ４
５の半径方向内方の端面には、半径方向に垂直な被計測
面４５ａが設けられる。被計測面４５ａに対向して、カ
ッタディスク２５には、距離センサ４６が取付けられ
る。距離センサ４６は、被計測面４５ａとの間の距離
を、たとえば超音波式で非接触式に計測する。計測結果
は引込線４７から、ロータリジョイント４８およびスリ
ップリング５６を介して、表示装置５０に伝達される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、トンネル掘削用のシー
ルド掘進機の外周部に出没可能に設けられるコピーカッ
タのストローク測定方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、シールド工法によるトンネル
を掘削するトンネル掘進機には、掘削方向前方のカッタ
ディスク外周部にコピーカッタが備えられるものが使用
されている。コピーカッタは、シールド掘進機の外周部
から出没し、トンネルの内周部をさらに掘削するオーバ
ーカットを行う、コピーカッタによるオーバーカット
は、トンネルの掘削方向を変更する際に必要となる。

【０００３】図４は、コピーカッタによるオーバーカッ
トが必要な理由を示す。シールド掘進機１は、地山２の
中を進行しながらトンネルを掘削する。シールド掘進機
１の本体は、掘削方向に関して２分割され、その前胴３
は、掘削方向の後方に内張りされてトンネルを構築する
セグメント４の前端面を押圧する際の反力によって前方
に押される。前胴３の前方には、カッタディスク５が備
えられ、回転駆動されながら前方の地山２を掘削する。
シールド掘進機１の後半部分である後胴６内には、前胴
３に設けられるシールドジャッキ７の先端と、セグメン
ト４の前端面とが収納される。シールドジャッキ７の先
端には、スプレッダ８が設けられ、シールドジャッキ７
を伸長させると、スプレッダ８がセグメント４の前端面
に当接して押圧する。この押圧力の反力によって掘進が
行われる。前胴３と後胴６との間には、球面シール９が
設けられ、中折れが可能な構造となっている。中折れ構
造は、掘進方向を変更する際に有効である。しかしなが
ら、曲率半径の内方の地山２を余分に掘削するオーバー
カットも必要である。オーバーカットを行うため、カッ
タディスク５の外周に出没可能なコピーカッタ１０が設
けられる。掘削すべきトンネル軸線１１のようなカーブ
を実現するためには、後胴軸線１２に対して前胴軸線１
３を中折角θだけ傾ける必要がある。

【０００４】コピーカッタ１０の突出量ｄは、オーバー
カット量に対応する。オーバーカット量が過大になる
と、セグメント４と地山２との隙間が大きくなり、この
隙間を充填する裏込剤の注入量も多くなる。さらにコピ
ーカッタ１０の摩耗が早まる。オーバーカット量が少な
すぎると、シールド掘進機１の前胴３や後胴６の外周が
地山２に接触してしまい、充分に方向を変更することが
できなくなる。このためオーバーカット量ｄの制御は極
めて重要である。

【０００５】従来は、コピーカッタ１０の突出量を直接
測定するのではなく、コピーカッタ１０を出没変位させ
るための油圧ジャッキに供給する作動油の流量を計測し
て、間接的にコピーカッタのストロークを測定してい
る。

【０００６】実開平２−４７２９０や実開平４−１２９
５などの先行技術では、コピーカッタの変位量をワイヤ
によって直接取出し計測する技術が開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】コピーカッタのストロ
ークを作動油の流量から間接的に計測する方法では、油
圧管路の弾性変形や気泡の侵入などによって誤差が大き
くなるおそれがある。ワイヤによって直接コピーカッタ
の変位を取出して計測する方法では、コピーカッタがカ
ッタディスクの外周に設けられるため、カッタディスク
の回転とともにコピーカッタの位置が変わり、その向き
によってワイヤにかかる荷重も変動する。このためワイ
ヤの張力が変化し、ワイヤの弾性変形などによる誤差が
大きくなる。

【０００８】本発明の目的は、コピーカッタのストロー
クを正確かつ連続的に測定することができる方法および
装置を提供することである。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、シールド本体
の外周から出没するコピーカッタに、出没移動する方向
に対して垂直な被計測面を形成し、被計測面に対向する
シールド本体側から、非接触式で被計測面との間の距離
を計測し、計測された距離に基づいてコピーカッタのス
トロークを測定することを特徴とするシールド掘進機の
コピーカッタのストローク測定方法である。

【００１０】また本発明は、シールド本体の外周から出
没するコピーカッタに連動して変位し、変位方向に垂直
な表面を有する被計測手段と、被計測手段の前記表面に
対向してシールド本体内に配置され、前記表面との間の
距離を非接触式に計測する距離計測手段と、距離計測手
段の計測結果を演算処理して、コピーカッタのストロー
クを測定する測定手段とを含むことを特徴とするシール
ド掘進機のコピーカッタのストローク測定装置である。

【００１１】

【作用】本発明に従えば、シールド本体の外周から出没
するコピーカッタに、出没移動する方向に対して垂直な
被計測面を形成する。被計測面に対向するシールド本体
側から、非接触式で被計測面との間の距離を計測する。
計測された距離からコピーカッタのストロークを測定す
る。被計測面との距離の計測は、出没移動する方向に対
して垂直に行われるので、計測された距離はコピーカッ
タのストローク量に直接対応する。距離の計測は非接触
式で行われるので、コピーカッタがカッタディスクの外
周に設けられてカッタディスクの回転とともに位置が変
わっても、ストローク量を正確にかつ連続的に測定する
ことができる。

【００１２】また本発明に従えば、シールド本体の外周
から出没するコピーカッタに連動して変位する被計測手
段は、変位方向に垂直な表面を有する。この表面に対向
して、シールド本体内に距離計測手段が配置される。距
離計測手段は、被計測手段の表面との距離を非接触式に
計測する。計測された距離は、コピーカッタのストロー
クに正確に対応するので、測定手段の演算処理によっ
て、連続的にコピーカッタのストロークを測定すること
ができる。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明の一実施例によるコピーカッ
タのストローク測定のための構成を備えるシールド掘進
機２０を示す。シールドジャッキ２１の後端には、スプ
レッダ２２が取付けられ、前端は前胴２３に接続され
る。シールドジャッキ２１を伸長すると、スプレッダ２
２がセグメント２４の前端面に当接し押圧する。この押
圧力の反力によって、シールドジャッキ２１には推進力
が発生し、前胴２３を掘進方向の前方に推進させる。前
胴２３の前方には、掘削のためのカッタディスク２５が
設けられる。シールド掘進機２０の後半部分は、後胴２
６となり、前胴２３と分割される。前胴２３と後胴２６
との間には、角度設定保持ジャッキ２７が設けられる。
シールドジャッキ２１は、前胴２３のリングガーダ部の
内部に備えられるリングガーダウェブ２８に接続され
る。前胴２３の後端は、肉厚が変化して内周面が球面と
なり、球面座部２９を形成する。球面座部２９の前方に
は、内周面が球面となるストッパ３０が取付けられる。
球面座部２９およびストッパ３０の内周面によって形成
される球面には、接続部材３１の先端に形成される球面
が嵌合する。接続部材３１は、後胴２６の前端から突出
する。角度設定保持ジャッキ２７の前端および後端は、
ブラケット３２によって回転自在に前胴２３および後胴
２６にそれぞれ接続される。このような構造によって、
前胴軸線３３と後胴軸線３４とが、連結部中心軸３５を
中心として角変位可能である。このような中折れ構造
は、シールド掘進機２０の掘進方向を変更するときに有
効である。

【００１４】カッタディスク２５は、ビーム３６によっ
て、前胴２３に対して前胴軸線３３まわりに回転可能に
支持される。カッタディスク２５と前胴２３回転摺動部
との隙間などから土砂が侵入しやすい。このため、ビー
ム３６の周囲には、回転可能に土砂シール３７が設けら
れる。カッタディスク２５によって掘削した土砂は、ス
クリュウコンベア３８によって掘進方向の後方に搬送さ
れる。カッタディスク２５の回転駆動は、ビーム３６を
介して、カッタ駆動用油圧モータ３９によって行われ
る。セグメント２４をトンネル内壁に内貼りするため
に、後胴２６内にはエレクタ４０が設けられる。後胴２
６の後部のテールとセグメント２４の外周との封止に
は、テールグラウトシール４１が設けられる。セグメン
ト２４の外周側と、地山との間には一般に空隙が生じ、
この部分にグラウト剤を注入して裏込めを行うので、グ
ラウト剤がシールド掘進機２０内に侵入するのを防止す
る必要があるからである。

【００１５】カッタディスク２５には、コピージャッキ
４５が設けられ、コピージャッキのシリンダ側端にコピ
ーカッタ４２が接続されている。コピージャッキ４５の
操作により、外周面からコピーカッタ４２が２００〜２
５０ｍｍ程度まで出没変位可能である。コピーカッタ４
２の出没変位は、ガイド４４で案内され、カッタディス
ク２５の半径方向に行われる。コピーカッタ４２の出没
変位は、コピージャッキ４５の伸縮によって行われる。
コピージャッキ４５は油圧ジャッキであり、シリンダ側
がコピーカッタ４２に接続され、ロッド側がカッタディ
スク２５に固定される。このようなコピージャッキ４５
のシリンダの内側端面は、図２に示すように、被計測面
４５ａとなり、これに対向してカッタディスク２５には
距離センサ４６が設けられる。距離センサ４６は、超音
波を用いて非接触式に被計測面４５ａとの距離を測定す
る。コピーカッタ４２の突出量は、オーバーカット量に
対応し、それを非接触式で測定することができる。非接
触式の計測法には、さらにレーザ光などを用いた光学式
もある。

【００１６】距離センサ４６には、引込線４７が電気的
に接続される。引込線４７は、ロータリジョイント４８
を介して伝送線４９に接続され、表示装置５０に測定結
果を表す信号を伝達する。表示装置５０内では、コピー
カッタ４２のストローク量を演算処理によって算出し、
ストロークの表示を行うとともに、シールド掘進機２０
の運転制御用の制御装置５１にデータを与える。制御装
置５１では、測定されたコピーカッタ４２のストローク
量を、掘削すべきトンネルの方向に応じて調整するた
め、コピージャッキ４５に供給する作動油の送油量を制
御する。

【００１７】図２は、図１の実施例の主要部を拡大して
示す。表示装置５０内には、距離センサ４６からの測定
結果を演算処理する演算回路５２と、伝送線４９を介し
て信号の送受信を行う送受信器５３と、測定結果を表示
する表示器５４とが含まれる。カッタディスク２５内に
は土砂や水分が侵入しやすいので、引込線４７を保護管
５５によって保護する。引込線４７は、たとえば２分間
で１回転程度の回転速度で回転しているカッタディスク
２５からスリップリング５６を介して引き出され、コネ
クタ５７を介して伝送線４９に電気的に接続される。引
込線４７が挿通される中心軸は、隔壁５８を貫通してス
リップリング５６まで引出される。距離センサ４６をカ
ッタディスク２５のフレームに固定しておくので、引込
線４７がカッタディスク２５の回転とともにたわんで
も、計測される距離に対する誤差とはならない。距離セ
ンサ４６は、コピージャッキ４５の一端の被計測面４５
ａとの距離を非接触式で計測するので、被計測面４５ａ
との距離の変化を迅速にかつ正確に、連続的に検出する
ことができる。

【００１８】図３は、本発明の他の実施例の構成の主要
部分を示す。本実施例は図２の実施例に類似し、対応す
る部分には同一の参照符を付す。注目すべきはコピージ
ャッキ４５に、被計測部材５９を取付け、その表面の被
計測面５９ａと距離センサ４６との間の距離を計測する
ことである。また計測部分全体の保護のため、カバー６
０が設けられる。引込線４７は、ロータリジョイント６
１の側面から挿入される。本実施例によれば、被計測部
材５９を別に設けるので、距離センサ４６による計測に
好適な被計測面５９ａを用いることができる。

【００１９】以上の各実施例では、カッタディスク２５
にコピーカッタ４２を１基だけ設けているけれども、複
数基設けるようにしてもよい。各実施例では、距離セン
サ４６の出力を一旦電気信号に代えて取り出すので、複
数のコピーカッタのストローク計測データの取り出しも
容易である。また引込線４７や伝送線４９は、距離セン
サ４６への動作用電源の供給と距離センサ４６からの計
測結果データの送出とを別個の導線を用いて行ってもよ
く、同一の導線に重畳して行うようにしてもよい。また
シールド掘進機２０は中折れ構造を有しているけれど
も、さらにカッタディスク２５を独立して傾斜させるた
めの構成を有してもよい。あるいは中折れ構造を有しな
いものであっても、同様にコピーカッタが設けられる限
り、そのストロークを連続かつ正確に検出できるので、
自動運転などが容易となる。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、シールド
本体内で非接触式にコピーカッタのストロークに対応す
る被計測面との距離を計測するので、連続的にかつ正確
にコピーカッタのストロークを測定することができる。
これによって、測定結果を用いコピーカッタによるオー
バーカット量を調整し、トンネル掘進時の曲線施工など
を安全かつ確実に実行することができ、信頼性も向上す
る。

【００２１】また本発明によれば、コピーカッタのスト
ロークは、非接触式に計測する距離計測手段の計測結果
を測定手段が演算処理して測定する。距離計測手段の計
測結果は、コピーカッタの出没変位と連動して変位し、
変位方向に垂直な表面を有する被計測手段の表面との距
離に基づくので、正確かつ信頼性の高い測定を行うこと
ができる。またこの測定結果を用いて、トンネル掘進の
方向変更を行えば、過大なオーバーカットや過小なオー
バーカットを防ぐことができ、迅速かつ効率的なトンネ
ルの掘削が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を有するシールド掘進
機の縦断面図である。

【図２】図１の実施例の主要部を拡大して示す縦断面図
である。

【図３】本発明の他の実施例の主要部を拡大して示す縦
断面図である。

【図４】シールド掘進機においてコピーカッタによるオ
ーバーカットが必要な理由を示す簡略化した断面図であ
る。

【符号の説明】

２０ シールド掘進機 ２１ シールドジャッキ ２３ 前胴 ２４ セグメント ２５ カッタディスク ２６ 後胴 ４２ コピーカッタ ４５ コピージャッキ ４５ａ，５９ａ 被計測面 ４６ 距離センサ ４７ 引込線 ４８，６１ ロータリジョイント ５０ 表示装置 ５１ 制御装置 ５２ 演算回路 ５６ スリップリング ５９ 被計測部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド本体の外周から出没するコピー
   カッタに、出没移動する方向に対して垂直な被計測面を
   形成し、 被計測面に対向するシールド本体側から、非接触式で被
   計測面との間の距離を計測し、 計測された距離に基づいてコピーカッタのストロークを
   測定することを特徴とするシールド掘進機のコピーカッ
   タのストローク測定方法。
2. 【請求項２】 シールド本体の外周から出没するコピー
   カッタに連動して変位し、変位方向に垂直な表面を有す
   る被計測手段と、 被計測手段の前記表面に対向してシールド本体内に配置
   され、前記表面との間の距離を非接触式に計測する距離
   計測手段と、 距離計測手段の計測結果を演算処理して、コピーカッタ
   のストロークを測定する測定手段とを含むことを特徴と
   するシールド掘進機のコピーカッタのストローク測定装
   置。