JPH09217596A - セグメントの位置合せ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】エレクタ本体に固設されたガイド部の有効な機
能を利用するとともに、更に優れた位置合せ精度が確保
されるセグメントの位置合せ方法を提供する。 【解決手段】シールド本体が掘削したトンネルの内壁を
覆工する既設セグメントに続けてセグメントを組み立て
るにあたって、先ずエレクタ本体に設けた２以上のガイ
ド部(6i,6h) を既設セグメント(7')の内周面に所定の押
し付け力をもって押し付けて上下方向の位置合せを行な
い、次に前述の姿勢を保持した状態でこれから組み立て
る新設セグメント(7) の端面を既設セグメント(7')の端
面に所定の押し付け力をもって押し付け、残る多軸方向
の位置合せをするため、格別のセンサを設けることな
く、簡単な操作で機械的に正確な位置合せができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明はシールド掘進機が
掘削したトンネルの内壁を覆工するセグメントの位置合
せ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来シールド掘進機が掘削したトンネル
の内壁は、セグメントを内壁に沿って組み立てることに
より、覆工作業を自動化する場合、これから組み立てる
セグメントを既設セグメントにいかに正確に位置合せす
るかが重要となる。

【０００３】このため従来ではこれから組み立てるセグ
メントから既設セグメントまでの距離をセンサ（図示せ
ず）を使用してＸ軸（摺動）、Ｙ軸（旋回）、Ｚ軸（昇
降）の各方向及びＭｘ（ローリング）、Ｍｙ（ピッチン
グ）、Ｍｚ（ヨーイング）の各方向の全てについて検出
し、既設セグメントに対してこれから組み立てるセグメ
ントの位置合せを行っていた。（第６図参照） しかし、センサにより多軸にわたって距離を検出する場
合、多くのセンサを使用するため、測定誤差が累積され
るなど測定結果に不安があり完全自動化を達成すること
が難しく、更にはセンサが検出した位置をすべてマイク
ロコンピュータを使用して演算処理して、その結果によ
りセグメントエレクタの各アクチュエータを制御してい
るため、セグメントの位置合せに多くの時間を費やし作
業能率を低下させるなどの欠点があった。

【０００４】かかる欠点を解消すべく、例えば本発明者
により開発された特開平２−５４１００号公報に開示さ
れたセグメント組立マニプレータがある。このマニプレ
ータはエレクタ本体に装備され、新設セグメントの位置
合せ手段を備えており、同位置合せ手段として既設セグ
メントの内周面に倣って新設セグメントの内周面の位置
合せをするためのガイドローラと、内周面の位置合せ後
に同セグメントの１コーナ部を挟む２側面を既設セグメ
ントの相対する側面に押し付けるための複数個のジャッ
キとから構成されている。

【０００５】このマニプレータによれば、前記ガイドロ
ーラにより機械的に内周面の位置合せがなされた状態
で、前記複数のジャッキを新設及び既設の各セグメント
に形成されているボルト溝に挿入し、同ジャッキを作動
させることにより２端面同士を密着させることで、上記
Ｘ軸（摺動）、Ｙ軸（旋回）、Ｚ軸（昇降）の３軸方向
及びＭｘ（ローリング）、Ｍｙ（ピッチング）、Ｍｚ
（ヨーイング）方向の全ての位置合せが機械的に短時間
で正確になされる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、前述の公報
に開示されたセグメント組立マニプレータにあっても、
ガイドローラを既設セグメントの内周面に押し付けるだ
けでは、新設セグメントと既設セグメントとの密着させ
るべき側面同士が平行であるという保障がなく、例えば
エレクタ本体のセグメント把持部によるセグメントの把
持姿勢が常に正確であるとは限らず、新設セグメントの
側面が既設セグメントの対応する側面に密着するように
上記ジャッキを作動しても、新設セグメントの側面が全
面で密着せずに、その一部稜線部が密着するに過ぎない
場合もある。

【０００７】すなわち、例えばエレクタ本体に固設され
た前記ガイドローラを既設セグメントの内周面に押し付
けただけで、上記ジャッキを作動させるときには、上記
ローリング（Ｍｘ）方向、ピッチング（Ｍｙ）方向、ヨ
ーイング（Ｍｚ）方向の調整が不要になるという保障は
なく、セグメントの組立の完全な自動化を図るために
は、エレクタ本体に把持された新設セグメントの密着す
べき２端面が既設セグメントの対応する各端面と平行で
あるか否かを確認する必要がある。

【０００８】本発明は、かかる課題を解決すべくなされ
たものであり、具体的には上記ガイドローラの有効な機
能を利用するとともに、更に優れた位置合せ精度が確保
される機械的なセグメントの位置合せ方法を提供するこ
とを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段及び作用効果】この発明は
上記目的を達成するために、シールド本体が掘削したト
ンネルの内壁を覆工する既設セグメントに続けてセグメ
ントを組み立てるに当たって、 （１）請求項１記載の発明は最初に複数のガイド部を既
設セグメントの内周面に押し付けて、少なくとも上下
（Ｚ軸）方向の概略位置合せを行なうので、セグメント
がトンネルの半径方向に対する極端な位置ずれが補正さ
れる。この補正がなされた後のセグメント姿勢を保持し
て、既設セグメントの端面に同新設セグメントの対応す
る端面を面接触させる。この面接触により残る前後（Ｘ
軸）方向、旋回（Ｙ軸）方向、ローリング（Ｍｘ）、ピ
ッチング（Ｍｙ）及びヨーイング（Ｍｚ）の各方向の位
置合せがなされる。従って、本発明によれば格別のセン
サを用いることなく機械的に、効率よく、かつ精度がよ
いセグメントの位置合せができる。

【００１０】なお既設セグメントにこれから組み立てる
セグメントを間接的に倣わせることにより各軸方向の位
置合せを行うようにしたことから、従来のように各軸に
ついて距離を検出し、かつそのデータをもとに制御値を
演算して演算結果により各軸のジャッキを制御していた
場合に比べて検出するためのセンサ数が少なくてよく、
信頼性が格段に向上する。

【００１１】また複雑な演算を必要としないため、短時
間でセグメントの位置合せが可能となり、作業能率の大
幅な向上も図れるようになる。

【００１２】（２）請求項２〜５に記載の発明は、前記
既設セグメントの端面に対する前記新設セグメントの押
し付ける力、及びエレクタ本体に設けられた前記ガイド
部による既設セグメントの内周面に押し付け力を、それ
ぞれの検出手段により検出し、その検出された値に基づ
いて押し付け力が所定値となるように制御手段により制
御する。そして、前記押し付け力の検出手段が力センサ
を使うことが望ましい。新設セグメントの位置合せに
は、上述の請求項１の発明をもって充分に初期の目的が
達成されるが、セグメントの端面および内周面に押し付
ける力が過大である場合にはセグメントを破損させかね
ない。そこで、これらの押し付け力を監視し、自動的に
適正な押し付け力に補正するものである。その押し付け
力の検出手段としては、前記押し付け力の作動が油圧に
よりなされるため、通常は同油圧管路の油圧センサを適
用してもよいが、油圧センサに代えて歪み計等の力セン
サを採用することもでき、この力センサを採用する場合
には、押し付け力の検出感度に優れているため、さらに
高精度の検出が可能となる。

【００１３】従って本発明によれば、既設セグメントの
端面及び内周面に押し付けることにより、これから組み
立てるセグメントを倣わせるガイド部の押し付け力を検
出する手段を設け、一定の押し付け力で押し付けること
により押し付け力が過大にならず、セグメントを破損さ
せることがない。

【００１４】また、ガイド部に直接力センサを設けたの
で押し付け力検出の感度がさらに良くなる。

【００１５】（３）請求項６及び７記載の発明は、新設
セグメントの組立位置を検出手段により検出し、その検
出位置からこれから組み立てる前記セグメントの押し付
け力を演算し、その演算値に基づいて前記押し付け力を
制御手段により制御するものであり、新設セグメントの
組立位置を検出する前記検出手段としては旋回リングの
回転角度を検出する角度センサであることが、位置検出
のために特別の機構を必要とせず、位置測定を容易に行
なうことができるため好ましい。

【００１６】トンネル内壁面に対するセグメントの覆工
は、円弧状の同内壁面に沿って下方から上方へと順次リ
ング状に組立てていく。従って、上述の押し付け力もセ
グメントの組立位置の変化に基づく荷重変化に対応させ
て、荷重の変化による影響を受けないように補正する必
要がある。上述のごとくセグメントの各据え付け位置ご
との位置検出を行い、その位置情報に基づく演算処理に
より前記押し付け力を自動的に補正する。

【００１７】従って本発明によれば、セグメントの組立
位置に関係なく常に一定の倣い力（押し付け力）になる
のでセグメントに無理な力がかからない。

【００１８】また旋回リングの回転角からセグメントの
組立位置を検出するようにすると、特別な機構を必要と
しないで、位置測定を容易に行うことができる。

【００１９】

【発明の実施形態】この発明方法の好適な実施の形態
を、図１乃至図１０に示す代表的な実施例に基づいて詳
述する。これらの図において１は地中を掘進するシール
ド本体で、シールドジャッキ２により推進されると共
に、シールド本体１の前面にはカッタモータ３により回
転されるカッタヘッドによりシールド本体１の前方の切
羽が掘削されるようになっている。

【００２０】上記カッタヘッド４により掘削された土砂
はシールド本体１前部のチャンバ１ａ内へ取り込まれた
後、スクリュウコンベヤ５によりチャンバ１ａ内より搬
出され、さらに図示しない土砂搬送装置によりトンネル
内を後方へ搬出されるようになっている。

【００２１】また図中６はシールド本体１が掘削したト
ンネル内壁に沿ってセグメント７を組み立てるセグメン
トエレクタで、シールド本体１の内壁に設けられたロー
ラ２１’に案内されて円周方向へ旋回リング６ａを有し
ていて、この旋回リング６ａより後方へ突設された支持
ブラケット６ｂの先端に経方向に一対のガイド杆６ｃが
支承されていて、これらガイド杆６ｃは昇降ジャッキ８
により上下動するようになっている。

【００２２】上記各ガイド杆６ｃの下端部はほぼＶ字形
をなすブラケット６ｄを介して基台６ｅが取付けられて
いて、この基台６ｅの下面には摺動ジャッキ９により前
後方向（Ｘ軸方向）へ摺動自在なスライド１０が設けら
れている。

【００２３】そしてこのスライド１０の下部に旋回ジャ
ッキ１１によりシールド本体１の内面に沿ったＹ軸方向
へ旋回自在な支持部材１２がピン１３及び長孔１２ａを
介して支持されていると共に、支持部材１２の下部にヨ
ーイングジャッキ１４によりＹ軸を中心に旋回自在な旋
回部材１５が支承され、この旋回部材１５の下部にピン
１６によりアーム６ｆの中間部が揺動自在に装着されて
いる。

【００２４】上記アーム６ｆはローリングジャッキ１７
によりローリング（Ｍｘ）が、そしてピッチングジャッ
キ１８によりピッチング（Ｍｙ）ができるようになって
いると共に、アーム６ｆの中央下部にはセグメント７を
吊上げるブラケット６ｇが、そして両端側と後部両側に
は、既設セグメント７’の内周面を転動するガイドロー
ラ６ｈ、６ｉが回転自在に支承されている。

【００２５】一方第４図及び第５図は上記セグメントエ
レクタ６の力制御を行なう制御回路を示すもので、上記
昇降ジャッキ８、摺動ジャッキ９及び旋回ジャッキ１１
は第４図に示す制御回路により制御されるようになって
いる。

【００２６】すなわち各ジャッキ８、９、１１はマイク
ロコンピュータよりなる制御装置２０により制御される
制御弁２１を有していて、この制御弁２１と各ジャッキ
８、９、１１を接続する管路２２の途中に、管路２２内
を流れる油圧を検出する圧力センサ２３が設けられてい
る。

【００２７】これら圧力センサ２３により検出された油
圧は制御装置２０に入力されて、予め設定された一定の
押し付け力と比較され、各ジャッキ８、９、１１の押し
付け力が設定値となるように制御弁２１が制御されるよ
うになっている。

【００２８】またヨーイングジャッキ１４、ローリング
ジャッキ１７およびピッチングジャッキ１８は第５図に
示すように制御されるようになっている。

【００２９】すなわち各ジャッキ１４、１７、１８も制
御装置２０により制御される制御弁２５に接続されてお
り、制御弁２５より各ジャッキ１４、１７、１８へ供給
される油圧は圧力センサ２６により検出されて制御装置
２０へ入力される。

【００３０】また旋回リングの旋回角度が角度センサ２
７により検出されて制御装置２０へ入力され、上記圧力
センサ２６及び角度センサ２７からの信号をもとに制御
弁２５が制御されるようになっている。

【００３１】なお図中２８は既設セグメント７’に沿っ
て組立られたセグメント７をボルトで締結するボルト締
結装置である。

【００３２】つぎにシールド本体１が掘削したトンネル
の内壁を覆工する既設セグメント７’に、これから組み
立てるセグメント７を位置合せする方法について説明す
る。

【００３３】既設セグメント７’を足場にしてシールド
ジャッキ２によりシールド本体１が１ピッチ推進された
ら、これから組み立てる新設セグメント７をセグメント
エレクタ６のアーム６ｆ下部に突設したブラケット６ｇ
に取付け、既設セグメント７’のこれから接続する位置
へ移動する。

【００３４】先ず昇降ジャッキ８により新設セグメント
７を下降させると、アーム６ｆの後部に突設されたガイ
ドローラ６ｉが既設セグメント７’の内周面に第７図に
示すように当接されるため、既設セグメント７’に対す
るＺ軸方向の位置決めが行えると共に、各ガイドローラ
６ｉが既設セグメント７’の内面に当接することにより
Ｘ軸を中心に新設セグメント７が回転されるため、同時
にローリング方向（Ｍｘ）の位置決めも行える。

【００３５】ついで摺動ジャッキ９によりこれから組み
立てる新設セグメント７を、第８図に示すように既設セ
グメント７’の前端面に接触させる。

【００３６】これによって既設セグメント７’に対する
Ｘ軸方向にセグメント７の後端面を既設セグメント７’
の前端面へ当接することによりＹ軸を中心に新設セグメ
ント７が回転されて、同時にヨージング方向（Ｍｚ）の
位置決めも行える。

【００３７】なお、接触は新設セグメントの後端面と既
設セグメントの前端面の平行度が位置合せできればよ
く、接触状態が面接触、線接触、点接触のどれかに限定
されることはない。

【００３８】上記のようにして各方向の位置決めが完了
したら、旋回ジャッキ１４により第９図に示すように、
これから組み立てる新設セグメント７をすでに組み立て
たセグメント７″に一定の押し付け力で押し付けて旋回
方向（Ｙ軸）の位置決めを行うと共に、このときアーム
６ｆの両端側に突設されたガイドローラ６ｈが第１０図
に示すようにすでに組み立てられているセグメント７”
の内面に面接触させてＹ軸を中心に回転させるため、同
時にピッチング方向（Ｍｙ）の位置決めを行える。

【００３９】以下上記操作を繰り返すことにより既設セ
グメント７’に沿って新設セグメント７を組み立てるこ
とができる。

【００４０】既設セグメント７’にこれから組み立てる
新設セグメント７を押し付けて、力で既設セグメント
７’に倣わせるために押し付け力を常に一定にする必要
があるが、これを第４図に示す制御回路により行う。

【００４１】また既設セグメント７’に倣わせるために
ヨーイングジャッキ１４、ローリングジャッキ１７及び
ピッチングジャッキ１８は外力に対して軽く動くように
制御する必要があるが、旋回リング６ａが旋回されてセ
グメント７の組立位置が変わると、各ジャッキ１４、１
７、１８に作用する負荷も変化する。

【００４２】そこで角度センサ２７により旋回リング６
ａの旋回角度を検出して負荷の変化を演算し、その結果
をもとに制御弁２５を制御することにより、セグメント
７の組立位置がどの位置でも一定の押し付け力でセグメ
ント７を既設セグメント７’に倣わせることができる。

【００４３】なお上記実施例では各ジャッキへ供給され
る油圧を検出して力制御を行っているが、各ガイドロー
ラ６ｈ、６ｉに力センサを設けて押し付け力を検出し、
この押し付け力をもとに各制御弁を制御するようにして
もよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の代表的な実施例を示すシール掘進機の
断面図である。

【図２】図１のII方向から見た矢視図である。

【図３】図２をIII 方向から見た矢視図である。

【図４】同掘進機の制御系を示す一部回路図である。

【図５】同制御系の他部回路図である。

【図６】位置合せすべき各軸の説明図である。

【図７】本発明による位置合せの第１ステップを示す説
明図である。

【図８】同第２ステップを示す説明図である。

【図９】同第３ステップを示す説明図である。

【図１０】同第４ステップを示す説明図である。

【符号の説明】

１・・・シールド本体 ６ｈ・・・ガイドローラ ６ｉ・・・ガイドローラ ７・・・これから組立てるセグメント ７’・・・既設セグメント

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド本体が掘削したトンネルの内壁
   を覆工する既設セグメントに続けてセグメントを組み立
   てるにあたって、先ずエレクタ本体に設けた２以上のガ
   イド部を既設セグメントの内周面に所定の押し付け力を
   もって押し付けて上下方向の位置合せを行ない、次に前
   述の姿勢を保持した状態でこれから組み立てる新設セグ
   メントの端面を既設セグメントの端面に所定の押し付け
   力をもって押し付け、残る多軸方向の位置合せをするセ
   グメントの位置合せ方法。
2. 【請求項２】 前記既設セグメントの端面に対する前記
   新設セグメントの押し付け力を検出手段により検出し、
   その検出された値に基づいて制御手段により押し付け力
   が所定値となるように制御する請求項１記載のセグメン
   トの位置合せ方法。
3. 【請求項３】エレクタ本体に設けられた前記ガイド部に
   よる既設セグメントの内周面に押し付け力を検出手段に
   より検出し、その検出された検出値に基づいて制御手段
   により同押し付け力を所定値に制御する請求項１又は２
   記載のセグメントの位置合せ方法。
4. 【請求項４】 前記押し付け力の検出手段が液圧センサ
   である請求項２又は３記載のセグメントの位置合せ方
   法。
5. 【請求項５】 前記押し付け力の検出手段が力センサで
   ある請求項２又は３記載のセグメントの位置合せ方法。
6. 【請求項６】 新設セグメントの組立位置を検出手段に
   より検出し、その検出位置からこれから組み立てる前記
   セグメントの押し付け力を演算し、その演算値に基づい
   て制御手段により前記押し付け力を制御する請求項２〜
   ３のいずれかに記載のセグメントの位置合せ方法。
7. 【請求項７】 セグメントの組立位置を検出する前記検
   出手段が旋回リングの回転角度を検出する角度センサで
   ある請求項６記載のセグメントの位置合せ方法。