JPH0886195A

JPH0886195A - シールド掘進機におけるセグメント組立方法

Info

Publication number: JPH0886195A
Application number: JP6251277A
Authority: JP
Inventors: Yasumi Sato; 安美佐藤; Hirokichi Iwata; 博吉岩田; Osamu Habatake; 修羽畑; Masaaki Hirayama; 真明平山
Original assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kawasaki Heavy Industries Ltd
Priority date: 1994-09-19
Filing date: 1994-09-19
Publication date: 1996-04-02
Anticipated expiration: 2011-10-23
Also published as: JP2547183B2

Abstract

(57)【要約】【目的】セグメントの周方向における大きな位置ずれ
を修正でき、精度の高い位置決めが可能で、セグメント
の自動組立を遂行するのに好適なシールド掘進機におけ
るセグメント組立方法を提供する。【構成】エレクタにより把持したセグメントＳに隣
接する組立済みセグメントＳ’を押し付けるシールドジ
ャッキ８の押し付け力を１ピース分ずつ順次解放すると
ともに、シールドジャッキ８の組立済みセグメント
Ｓ’の１ピース分の解放のつど、エレクタにより把持し
たセグメントＳの位置検出を行って許容値の範囲内か否
かを調べ、許容値の範囲内になった時に、セグメント
Ｓを既設セグメントＳ”に対してボルト等で結合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、シールド掘進機によ
り掘削されたトンネル内で複数のセグメント（セグメン
トピースともいう）を下部側から順次リング状に連接し
て自動的に組み立てる方法に関し、詳しくは、セグメン
トを周方向で位置決めするための方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】上記シールド掘進機は、周知のように、
掘進機本体の前端部に配備されたカッターディスクを回
転させてトンネルを掘削した後、本体の後方にセグメン
トをリング状に組み立て、そのリング状の既設セグメン
トにシールドジャッキを押し当てて反力をとることによ
り一定距離ずつ前進し、トンネルを掘削する。

【０００３】また、上記セグメントの組立は、円周方向
に複数に分割された円弧状のセグメントを用いて次のよ
うに行われている。すなわち、図１のシールド掘進機
１のシールドテール内に配備された、図２のセグメント
組立装置（エレクタともいう）３のセグメント把持機構
６でセグメントを１つ把持し、掘削されたトンネルの円
周方向において、エレクタ３が装備された旋回ドラム５
を回転させてその最下中央位置にセグメントを位置決め
して既設のセグメントにボルト等で締結する。この
後、別のセグメントをエレクタ３のセグメント把持機構
６で把持して、最下中央のセグメントの一側（図の例え
ば右側）に隣接させて配置し、ボルト等で２つのセグメ
ント同士を締結するとともに、既設セグメントにもボル
ト等で締結する。続いて、最下中央のセグメントの他
側に、さらに別のセグメントをエレクタ３で配置し、ボ
ルト等で同様に締結する。以下、上記手順を繰り返
し、左右交互にセグメントを位置決め・締結して、最後
にトンネルの半径方向の内方に向けて円弧長が漸次拡大
したテーパー面をもつキーセグメントＫを、上部中央に
配置して締結し、セグメントをリング状に組み立ててい
る。

【０００４】ところで、上記したセグメントの組立は、
一般的に、エレクタ３のセグメント把持機構６で把持し
たセグメントＳを、図４のようにＸ軸方向・Ｙ軸方向・
Ｚ軸方向および各軸回り（ローリング・ピッチング・ヨ
ーイング）の６軸方向の動作をサーボ制御により行って
位置決めしたのち、ボルト等によって結合することによ
り行われるが、そのようなセグメントの位置決め制御を
行う装置について、本出願人はたとえば実開平５−８９
６００号公報および実開平３−５０７００号公報に記載
の装置を提案している。

【０００５】そのほか、セグメントの自動組立方法に関
する先行技術には、特開平３−２２４９９６号、特開平
３−９４０００号、特開平３−２５１９８号、特開平２
−３０８０９７号がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、作業者
が手作業でセグメントを締結して組み立てる場合には、
セグメントの位置が多少ずれていても作業者が修正する
ので、許容範囲が大きいためにあまり問題がなかった
が、セグメントを既設セグメントに対して位置決めした
のち、セグメント同士をボルト・ナットなどにより自動
的に締結する、いわゆる自動組立においては、上記した
従来のいずれのセグメントの組立方法においても、次の
ような不都合が生じるおそれがある。すなわち、セグメ
ントが最下位置から順次上方にかけて組み立てられるに
したがって、セグメントの半径方向の段差や周方向の目
開きが累積されていくため、周方向の位置ずれが徐々に
大きくなる。こうした位置ずれは、新たに位置決めされ
るセグメント寄りに生じ、最下位置から通常、数ピース
のセグメントを組み立てた段階で自動組立可能な許容値
を超えるために、セグメントの組立が不可能になる。そ
して許容値を超えると、エレクタによるセグメントの旋
回動作では、組立済みセグメントに対するエレクタで把
持した新らしいセグメントを押し付ける力が最大限で１
０トン程度であるので、位置ずれの修正が困難である。
なお、既設セグメントに対するセグメントの半径方向の
ずれについては、組立済みセグメントのピース数が増え
てもほとんど影響がないので、エレクタによるセグメン
トの半径方向の動作だけで位置ずれを十分に修正でき
る。

【０００７】この発明は上述の点に鑑みなされたもの
で、セグメントの周方向における大きな位置ずれを修正
でき、精度の高い位置決めが可能で、セグメントの自動
組立を遂行するのに好適なシールド掘進機におけるセグ
メント組立方法を提供することを目的としている。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明のセグメント組立方法は、a)シールド掘進機
内に搬入されたセグメントを、エレクタにより把持して
組立位置まで移動し、リング状の既設セグメントに対す
る位置合わせのためにセンサーで位置検出し、前記セグ
メントを前記エレクタにより制御して所定位置に位置決
めすることにより、下端中央部から左右交互に上方に向
けて順番にリング状に連接して組み立てるシールド掘進
機におけるセグメント組立方法において、b)１リングご
との組立に際し、既に組み立てた下部側の組立済みセグ
メントに隣接させるセグメントの、前記既設セグメント
に対する周方向のずれが、許容値を超える場合に、前
記エレクタにより把持したセグメントに隣接する組立済
みセグメントを押し付けるシールドジャッキの押し付け
力を、１ピース分ずつ順次解放するとともに、前記シ
ールドジャッキの組立済みセグメントの１ピース分の解
放のつど、前記エレクタにより把持したセグメントの位
置検出を行って許容値の範囲内か否かを調べ、許容値
の範囲内になった時に、前記セグメントを既設セグメン
トに対してボルト等で結合するものである。

【０００９】

【作用】上記の構成を有する本発明にかかるセグメント
組立方法によれば、組立済みセグメントに隣接させるセ
グメントの、既設セグメントに対する周方向のずれが許
容値を超えた状態において、組立済みのセグメントを押
し付けているシールドジャッキを、エレクタにより把持
した新たに組み立てようとするセグメントに隣接する組
立済みセグメントから１ピース分ずつ順に解放すること
によって、組立済みセグメントの拘束力が弱まってい
く。これにより、シールドジャッキの押し付け力が解放
されたセグメントの自重が、その下方に位置する組立済
みセグメントに作用するので、エレクタにより把持した
セグメントを介してエレクタによる周方向の下向きの押
し付け力と相俟って、組立済みセグメントが重力の方向
にわずかに移動し、周方向の位置ずれが縮小する。この
結果、エレクタにより把持したセグメントの、既設セグ
メントに対する位置ずれが許容値内になるから、既設セ
グメントに対してボルト等で結合することによりセグメ
ントが組み立てられる。

【００１０】セグメントの１ピース当たりの重量は、た
とえば口径１４ｍの断面円形のトンネル内に１１ピース
のセグメントでリング状に組み立てられる場合に、１０
トン前後であり、その重量はエレクタによる周方向の押
し付け力にほぼ等しいから、１ピース分のシールドジャ
ッキの押し付け力を解放すると、従来のエレクタだけに
より押し付け力を作用させる場合の２倍の力が組立済み
セグメントに作用することになる。したがってセグメン
トの１ピース分のシールドジャッキの押し付けを解放し
ても、既設セグメントに対する周方向のずれが許容値内
に収まらない場合には、さらに１ピース分のシールドジ
ャッキの押し付けを解放すれば従来の３倍の力が、２ピ
ース分のシールドジャッキの押し付けを解放すれば従来
の４倍の力が、組立済みセグメントにそれぞれ作用する
ことになる。このため、従来、エレクタによる周方向の
押し付け力だけではセグメントを自動組立できない位
の、周方向の位置ずれ（通常、５ｍｍ以上）がある場合
にも、組立済みセグメントを押し付けているシールドジ
ャッキを１ピース分ずつ引いて重力を作用させるセグメ
ントの数を増やすことによって位置ずれが確実に修正さ
れ、セグメントの自動組立が可能になる。

【００１１】

【実施例】以下、この発明にかかるシールド掘進機にお
けるセグメントの組立方法の実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１２】図１は本発明を実施可能なエレクタを備え
たシールド掘進機の概要を、一部を切り欠いて示す斜視
図、図２は図１のエレクタを拡大して示す斜視図、図３
は組立中のセグメントとシールドジャッキを示す斜視
図、図４はエレクタで把持したセグメントの姿勢制御動
作を示す斜視図である。

【００１３】図１に示すように、シールド掘進機１は、
円筒形のシールド１ａを備え、その全面にカッターディ
スク２を回動自在に配備し、シールド１ａ内の後部にエ
レクタ３を装備している。このエレクタ３は、図２のよ
うに、固定ドラム４に対し円周方向に旋回可能な逆Ｕ字
形の旋回ドラム５を備え、旋回ドラム５の相対向する直
線部に沿ってセグメント把持機構６を伸縮自在に配設し
ている。セグメント把持機構６は、伸縮方向（トンネル
半径方向）だけでなくこれに直交する方向（トンネル軸
方向）にも摺動可能に構成されている。また、把持機構
６は把持したセグメントＳをヨーイング・ローリング・
ピッチングさせる各動作も可能である。さらに把持機構
６の下面には、ボルト締結装置７が装備されている。シ
ールド掘進機１は、エレクタ３によりシールド１ａの後
方に組み立てたリング状のセグメントに、シールド１ａ
内の後端部に円周方向に一定の間隔をあけて配置した多
数のシールドジャッキ８（図３）を当接して押し付ける
ことにより、一定距離ずつ前進する。

【００１４】また、トンネルの後方に組み立てられるリ
ング状のセグメントは、エレクタ３の把持機構６にて
セグメントＳを供給装置（図示せず）から受け取り、
旋回ドラム５の旋回動作などによって組立位置、つま
り、最初は最下中央位置に移動する。セグメントの組
立（挿入）位置のシールドジャッキ８（図３）が収縮さ
れ、エレクタ３によりセグメントＳが粗調整にて位置
決めされたのち、さらに微調整にて位置決めされる。
このとき、セグメントＳは、図４のようにエレクタ３に
よって６軸方向の姿勢制御が可能である。位置決め
後、シールドジャッキ８（図３）が伸長され、セグメン
トＳを押し付ける。ボルト締結装置７（図２）によ
り、セグメントＳが結合され、エレクタ３の把持機構
６がセグメントＳを解放し、把持機構６は待機位置へ移
動する。上記した〜の動作の繰り返しによって、最
下中央位置に組み立てられたセグメントの左右に交互に
別のセグメントが位置決めされて、結合され、最終的に
リング状に組み立てられる。組立済みの１ピース分のセ
グメントＳ’に対し、本例では図３のようにシールドジ
ャッキ８を３本ずつ押し付け、最終的にリング状の全て
（本例では、１１ピース）のセグメントＳ’に３３本の
シールドジャッキ８を押し付けることにより、その反力
でシールド掘進機１が前進する。

【００１５】さて、上記のようにしてトンネルの内周壁
に添ってリング状にセグメントを自動組立する際に、図
３・図４に示すように、最下中央位置から円周方向上方
にかけて順次セグメントが位置決めされ、既設セグメン
トＳ”および隣接の組立済みセグメントＳ’に対しボル
トで結合されていくが、セグメント間の接合面の目開き
などで上方にいくにしたがって、円周方向の位置ずれ
（誤差）が累積する。

【００１６】新たに組み立てられるセグメントＳの円周
方向の位置ずれ（誤差）は、図３において既設セグメン
トＳ”の隣接する接合位置ＮとセグメントＳの中央によ
って刻まれたマークＭとの位置のずれに相当するが、こ
の位置ずれをセグメント把持機構６（図２）などに装備
したマークセンサ（レーザースリット光とＣＣＤカメラ
を用いたセンサ）で検出する。つまり、まず、エレクタ
３により把持したセグメントＳを、図４において組立済
みセグメントＳ’の隣接側面に下向きに押し付けたの
ち、マークセンサで位置ずれを検出する。このとき、位
置ずれが許容値を超えていれば、エレクタ３が把持した
セグメントＳのボルト穴を既設セグメントＳ”のボルト
穴に合わせることができないので、セグメントＳの円周
方向の位置ずれを次のようにして修正する。

【００１７】すなわち、図３において、エレクタ３で把
持したセグメントＳを隣接させる、組立済みセグメント
Ｓ’の３本のシールドジャッキ８を収縮し、セグメント
Ｓ’の自重をその下方に位置する組立済みセグメント
Ｓ’に作用させ、同時にエレクタ３により把持したセグ
メントＳを介してエレクタ３による円周方向の下向きの
押し付け力を加えた状態で、マークセンサでセグメント
Ｓの位置ずれが許容値内かどうかを検出する。それでも
許容値を超えているときには、さらに下側の組立済みの
セグメントＳ’を押し付けている３本のシールドジャッ
キ８を収縮し、２ピース分のセグメントＳ’の重量を組
立済みセグメントＳ’に作用させる。本例では最大で３
ピース分のセグメントＳ’の重量を組立済みセグメント
Ｓ’に作用させることができるので、セグメントＳの位
置ずれを確実に許容値内に収めることができる。そして
位置ずれが許容値内に収まった状態で、ボルト締結装置
７（図２）により、セグメントＳが既設セグメントＳ”
および隣接の組立済みセグメントＳ’にボルトで結合さ
れる。

【００１８】図５は上記した円周方向の位置ずれ（周ず
れ）の修正工程を含んだ締結工程を順に示すフローチャ
ート、図６は周ずれの修正工程を順に示すフローチャー
トである。

【００１９】図６に示すように、周ずれ修正起動が指令
される(Ｓ₁）ことにより、シールドジャッキ引きパター
ンが格納され(Ｓ₂）、シールドジャッキの引き（収縮）
が指令される(Ｓ₃）。続いてシールドジャッキの引き状
態が表示され(Ｓ₄）、シールドジャッキの引き完了がア
ンサバックされる(Ｓ₅）と、周ずれが許容値の５ｍｍ以
上か否かが確認される(Ｓ₆）。この状態においても、許
容値を超えていると、シールドジャッキを引き可能な組
立済みセグメントＳ’が残っているか否かが確認される
(Ｓ₇）。シールドジャッキを引き可能な組立済みセグメ
ントＳ’が残っている場合は、上記Ｓ_２のステップに戻
るが、残っていないときには、その旨のメッセージが表
示される(Ｓ₈）。このようにして、Ｓ_６のステップで周
ずれが許容値以下になるか、又はメッセージが表示され
る(Ｓ₈）と、周ずれ修正工程が終了する(Ｓ₉）。

【００２０】図５のフローチャートについて簡単に説明
すると、右側の周ずれ修正モード、目開き修正モード、
手動介入の有無は、あらかじめ選択しておく。締結工程
起動により、左右のステップが同時に並行して進行す
る。図５の左側のＰ間の各ステップは円周方向に隣接す
るセグメント同士のボルトの締結動作を表すもので、セ
グメントの立杭（トンネルの後方）側と切羽（トンネル
の前方）側とで３本ずつボルトを締結することを前提に
している。一方、右側のＲ間の各ステップはトンネルの
軸方向に隣接するセグメント（一方は既設セグメント）
同士のボルトの締結動作を表すもので、セグメントの外
側と内側とで２本ずつボルトを締結することを前提にし
ている。目開き修正モードでは、締結時にエレクタ３で
把持しているセグメントを押し付けるシールドジャッキ
を引き、隣接する組立済みセグメントとの目開きを締結
増締力で縮小する。図５のフローチャート中の○は「又
は」を表し、□は「及び」を表している。なお、締結工
程はセグメントの１ピースに関するものであるから、本
例では、フローチャートに示す一連のステップが、１１
ピースのセグメントについて、それぞれ（１１回）繰り
返し行われることになる。また、上記の締結工程で締結
されるボルト数は全部で１０本で、これらに対応する各
ボルト孔Ｂを図４のセグメントＳに示している。なお、
図４中の符号Ｃは凹所で、この凹所Ｃ内にボルト締結装
置７（図２）の操作部が挿入され、あらかじめセグメン
トＳ内に組み込まれているボルト（図示せず）を送った
り、ナット（図示せず）を螺合、締め付けたりすること
により締結を行う。

【００２１】上記にセグメント組立方法の一実施例を示
したが、本発明のセグメント組立方法は以下のように実
施することができる。

【００２２】ａ）円形断面のトンネルに限らず、楕円形
断面や複数の円形断面からなるマルチフェースのトンネ
ルなどのセグメントの組立に適用できる。

【００２３】ｂ）本発明はセグメントの自動組立を主た
る対象とするが、たとえばボルトの送りや締結作業の一
部を作業者が手作業で行ってセグメントを組み立てると
きに適用できる。

【００２４】ｃ）一つのリング体を構成するセグメント
のピース数やセグメントの重量などは、上記実施例に限
定されない。

【００２５】ｄ）本発明を実施するためのシールド掘進
機やエレクタなどについては、上記実施例に示したり、
従来技術の欄で例示したりした装置以外にも適用できる
ことは言うまでもない。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したことから明らかなように、
この発明のシールド掘進機におけるセグメント組立方法
には、次のような効果がある。すなわち、従来、エレク
タによる周方向の押し付け力だけではセグメントを自動
組立できない程度に、周方向の位置ずれが大きい場合で
も、セグメントの位置ずれを修正できるため、セグメン
トの自動組立を遂行するのに好適であるとともに、周方
向におけるセグメントの位置決め精度が向上するから、
セグメントの組立が正確にかつ確実に行える。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のセグメント組立方法を実施可能なエレ
クタを備えたシールド掘進機の概要を、一部を切り欠い
て示す斜視図である。

【図２】図１のエレクタを拡大して示す斜視図である。

【図３】組立中のセグメントとシールドジャッキを示す
斜視図である。

【図４】エレクタで把持したセグメントの姿勢制御動作
を示す斜視図である。

【図５】本発明にかかる円周方向の位置ずれの修正工程
を含んだ締結工程を順に示すフローチャートである。

【図６】本発明にかかる円周方向の位置ずれの修正工程
を順に示すフローチャートである。

【符号の説明】

１シールド掘進機３エレクタ４固定ドラム５旋回ドラム６セグメント把持機構７ボルト締結装置８シールドジャッキＳセグメントＳ' 組立済みセグメントＳ" 既設セグメント

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者羽畑修兵庫県神戸市中央区東川崎町３丁目１番１号川崎重工業株式会社神戸工場内 (72)発明者平山真明兵庫県明石市川崎町１番１号川崎重工業株式会社明石工場内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シールド掘進機内に搬入されたセグメン
トを、エレクタにより把持して組立位置まで移動し、リ
ング状の既設セグメントに対する位置合わせのためにセ
ンサーで位置検出し、前記セグメントを前記エレクタに
より制御して所定位置に位置決めすることにより、下端
中央部から左右交互に上方に向けて順番にリング状に連
接して組み立てるシールド掘進機におけるセグメント組
立方法において、１リングごとの組立に際し、既に組み立てた下部側の組
立済みセグメントに隣接させるセグメントの、前記既設
セグメントに対する周方向のずれが、許容値を超えてい
る場合に、前記エレクタにより把持したセグメントに隣接する
組立済みセグメントを押し付けるシールドジャッキの押
し付け力を、１ピース分ずつ順次解放するとともに、前記シールドジャッキの組立済みセグメントの１ピ
ース分の解放のつど、前記エレクタにより把持したセグ
メントの位置検出を行って許容値の範囲内か否かを調
べ、許容値の範囲内になった時に、前記セグメントを既
設セグメントに対してボルト等で結合することを特徴と
するシールド掘進機におけるセグメント組立方法。