JPH10115200A - トンネル内高所作業方法及び同方法に用いる作業台車 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で、トンネル内の高所作業を安全
に行えるようにする。 【解決手段】 トンネルの切羽後方に配置され門型フレ
ーム２３が立設された走行台車２０と、門型フレーム２
３の一部に回動可能に支持され、アクチュエータ３５の
伸長動作により平行リンク３１のアーム３１Ｂの一端が
所定半径の円弧軌道を描く昇降リンクアーム３０と、ア
ーム３１Ｂの一端に回動可能に取り付けられた作業ゴン
ドラ４０とを備え、作業ゴンドラ４０をトンネルの内空
表面に沿って昇降させて高所位置での作業を行うように
した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はトンネル内高所作業
方法及び同方法に用いる作業台車に係り、特に大口径シ
ールドトンネル内を自走できるトンネル内高所作業台車
と、同作業台車によりトンネル天端近傍位置での高所作
業を安全に行うようにしたトンネル内高所作業方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般のシールドトンネルでは、各セグメ
ントの円周方向、トンネル延長方向の連結には多数の締
結ボルトが使用されている。各締結ボルトはセグメント
組立時に所定の締め付けトルクで締め付けられるように
なっている。ところで、シールド掘削機は、掘削機後方
で組み立てられたリング状のセグメントに推進反力をと
りながら掘進するようになっている。このときシールド
掘削機の複数本のシールドジャッキの推進力を受けるセ
グメントには相当大きな押圧力が繰り返し作用する。こ
のため、セグメント間に微小なズレや変形が生じたり、
組立時に所定の締め付けトルクが導入されていた締結ボ
ルトにも緩みが生じることがある。

【０００３】そこで、トンネル内の後方作業として、こ
れら緩んだ締結ボルトの増し締め作業が必要になってい
る。従来は増し締め作業は後続台車上に構築した作業足
場を利用して、作業員がすべての締結ボルトの緩み具合
を確認し、増し締めが必要な締結ボルトにはトルクレン
チ等により所定の締め付けトルクによる再締め付け作業
を行っていた。

【０００４】ところが、近年の地下鉄工事や共同溝工事
ではトンネルの大断面化が進み、シールドトンネルでは
大型で支保性能の高い高剛性セグメントが使用されてき
ている。したがって、これらの高剛性セグメントの締結
には大型の締結ボルトが用いられるようになり、導入締
め付けトルクも大きくなってきた。このためトルクレン
チ等の工具も大きなものを使用しなければならず、作業
性が低下する上、作業員の肉体的な負担も増した。ま
た、トンネル天端付近の高さが１０ｍ近くになるトンネ
ルもある。このため、増し締め作業のための移動足場も
巨大になり、トンネルの作業空間を占有する割合も多く
なり、他の作業機械の運転にも支障が生じ、他の並行作
業と錯綜が生じるという問題もある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】これらの問題を解決す
るために、増し締め作業の効率化のための作業ロボット
が考案されている。たとえば多数のセンサーやＣＣＤカ
メラ等の撮像装置を搭載し、これらの装置から得られた
画像情報によって対象とする締結ボルトの緩み等の不良
状態を判断し、所定のボルト締め付け装置により増し締
め作業を自動的に行うようにした作業ロボットもある。
しかし、これらの作業ロボットは相当高価である上、ト
ンネル内という厳しい動作環境であるため作業不良も生
じ易い。

【０００６】また、作業ロボットを高所位置まで移動さ
せるために開発された移動装置は、２次元的な円弧軌跡
でセグメントの内空表面に沿って移動させるだけでも複
数のアクチュエータを必要とし、制御部分ともあいまっ
て装置が大がかりで高価なものとなるという問題があ
る。

【０００７】そこで、本発明の目的は上述した従来の技
術が有する問題点を解消し、大断面シールドトンネルに
おいてもトンネル天端近傍の作業も安全かつ効率よく行
えるようにしたセグメントトンネル内高所作業方法及び
同方法に用いる作業台車を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明はトンネルの切羽後方に門型フレームからな
る走行台車を配置し、該走行台車上に、平行リンクのア
ーム端が所定半径の円弧軌道を描く昇降リンクアームを
搭載し、該昇降リンクアームに連結されたアクチュエー
タの伸長動作により前記昇降リンクアームの先端に回動
可能に取り付けられた作業ゴンドラを前記トンネルの内
空表面に沿って昇降させ、高所位置での作業を行うよう
にしたことを特徴とする。

【０００９】上記作業に用いるために、トンネルの切羽
後方に配置され門型フレームが立設された走行台車と、
該門型フレームの一部に回動可能に支持され、アクチュ
エータの伸長動作により平行リンクのアームの一端が所
定半径の円弧軌道を描く昇降リンクアームと、前記アー
ムの一端に回動可能に取り付けられた作業ゴンドラとを
備えた作業台車としたことを特徴とする。

【００１０】前記作業ゴンドラには、重量工具を装着可
能なロードバランサを搭載させることが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明のトンネル内高所作
業方法に用いる作業台車の一実施の形態について、添付
図面を参照して説明する。図１は大口径シールドトンネ
ル１内の横断面であって、既設の作業床２より上側の範
囲を示したものである。この作業床２上には坑内運搬設
備、注入設備、一次覆工設備等の車両走行用の複線軌道
３（ゲージ２，０００ｍｍ）が敷設されている。この複
線軌道３上を走行する代表的な車両には、坑内運搬設備
としてバッテリロコと、バッテリロコによりズリ運搬用
鋼車等があり、注入設備としてモルタルポンプ、裏込め
材運搬車があり、一次覆工設備としてセグメント運搬車
等がある。

【００１２】高所作業台車は複線軌道３のうちの、トン
ネル中心線Ｃよりに位置するレールＲ上を走行するよう
に設置されている。図１はこの高所作業台車１０の走行
台車２０の正面形状および走行台車２０の天端位置に支
持された昇降リンクアーム３０先端の作業ゴンドラ４０
のトンネル１内における移動軌跡とを模式的に示した正
面図である。図２は、走行台車２０の構成と昇降リンク
アーム３０の配置及び昇降リンクアーム３０による作業
ゴンドラ４０の支持状態を模式的に示した模式概略斜視
図である。

【００１３】図１に示したように、高所作業台車１０は
作業床２上に敷設されているレールＲ上を自走可能に設
置されている。高所作業台車１０は走行台車２０と、走
行台車２０の天端位置に支持されアーム先端に作業ゴン
ドラ４０が取り付けられた昇降リンクアーム３０とから
構成されている。このうち、走行台車２０は車輪２１が
下面に取り付けられたベース２２と、ベース２２上に立
設された門型フレーム２３とからなる。門型フレーム２
３は２本の骨組柱２４と骨組柱２４間に架設された上床
板２５からなる。図２に示したように、ベース２２上の
前後位置に同形の門型フレーム２３が設けられている。
さらに門型フレーム２３に挟まれた位置に中床板２６を
有する門型フレーム２７が立設されている。この門型フ
レーム２７の中床板２６上には昇降リンクアーム３０の
油圧源Ｈが搭載されている。ベース２２上の所定位置に
はこの他、図示しない走行用駆動源等の設備が搭載され
ている。なお、本実施の形態では、走行台車はレール上
を自走あるいは牽引されて移動するようになっている
が、タイヤ走行とすることもできる。

【００１４】次に、昇降リンクアーム３０の配置及び作
業ゴンドラ４０の構成について図１、図２を参照して説
明する。なお、昇降リンクアーム３０のリンクの構成は
図３を参照して後述する。図１に示したように、各昇降
リンクアーム３０の根元アーム３１Ａの支持軸３７は門
型フレーム２３の上床板２５の上面の軸受３２に、クラ
ンク３３の支持軸３９は上床板２５の下面の軸受３４に
回動可能に支持されている。４本の昇降リンクアーム３
０は、図２に示したように、門型フレーム２３、２７間
に位置するように設置されている。そして、台車の片側
に並んだ２本の昇降リンクアーム３０、３０によって作
業ゴンドラ４０が前後方向から挟持されるように支持さ
れている。２本の昇降リンクアーム３０を同期をとって
運動させることにより、作業ゴンドラ４０を作業床２近
傍からトンネル天端近傍まで所定の円弧軌道Ｌ上を移動
させることができ、図１右半図で示した範囲を作業範囲
としてカバーできる。本実施の形態では、高所作業台車
１０の両側位置にトンネル中心線を対称として左右に１
台ずつ作業ゴンドラ４０を配置することで、トンネル側
壁部および上半の全範囲を網羅するようになっている。
昇降リンクアーム３０はアクチュエータ３５が作動しな
い初期状態、すなわちアクチュエータ３５のシリンダロ
ッド３５ａが縮退した状態では、図１左半図に示したよ
うに、作業ゴンドラ４０が作業床２近くに位置するよう
な形状のリンクを構成している。

【００１５】作業ゴンドラ４０は図１、図２に示したよ
うに内部に作業員Ｍが乗り、セグメントの締結ボルトの
増し締め作業等の高所作業を行うために使用される。昇
降リンクアーム３０にはゴンドラ姿勢調整機構５０（構
成は後述する。）が併せて取り付けられている。これに
より、昇降リンクアーム３０を駆動させた際に、作業ゴ
ンドラ４０を常に水平状態を保持することができる。ま
た、作業ゴンドラ４０の短辺部分の手摺位置にはロード
バランサ４５が設置されている。このロードバランサ４
５には、作業ゴンドラ４０に乗った作業員Ｍが操作する
各種の専用工具が装着されている。本実施の形態では、
増し締め用油圧レンチがロードバランサ４５の先端に搭
載されている。このロードバランサ４５は、後で図４を
参照して説明するように、作業員Ｍが手に持って作業を
行うのが困難であるような重量工具Ｔを装着した場合
に、その荷重を検知して所定のカウンタ荷重を支持部に
設定でき、あたかも対象となる工具等の重量物を無重量
状態のようにすることができる。この状態にある重量物
は僅かな外力によって抵抗なく支持部の可動軸回りに移
動する。このため取り扱う工具が重いものであっても、
ロードバランサ４５の先端に取り付けることにより、作
業ゴンドラ４０に乗った作業員Ｍは、作業ゴンドラ４０
内からその工具を用いて容易に効率よく所定の作業を行
うことができる。

【００１６】昇降リンクアーム３０の構成について、図
１及び図３を参照して説明する。昇降リンクアーム３０
の機構は、大きくクランク３３と平行リンク３１とに分
けられる。クランク３３は支持軸３９回りに揺動可能に
軸受３４に支持されている。そのアーム中間位置にはア
クチュエータ３５のシリンダロッド３５ａの先端が回動
可能に連結されている。このアクチュエータ３５は門型
フレーム２３の柱２４に支持軸３７回りに回動可能に支
持されている。したがって、シリンダロッド３５ａを伸
縮させることによりクランク３３先端はクランク３３の
アーム長を半径として回動できる。一方、平行リンク３
１は、隣接２辺となるメインアーム３１Ａ、３１Ｂと、
他の隣接２辺となるサブアーム３１Ｃ、３１Ｄとからな
る。サブアーム３１Ｃ、３１Ｄの両端はメインアーム３
１Ａ、３１Ｂのアーム中間位置に接合されている。メイ
ンアーム３１Ａの一端は軸受３２に回動可能に支持さ
れ、他端は連結軸３６でもう１本のメインアーム３１Ｂ
に連結されている。メインアーム３１Ｂの他端は作業ゴ
ンドラ４０の下端に回動可能に連結されている。

【００１７】図３は、図の簡単化のために昇降リンクア
ーム３０の各アームを線図で示したものである。昇降リ
ンクアーム３０は、トンネル延長方向に２本が所定の間
隔をあけて並設されている。昇降リンクアーム３０は、
本実施の形態では、根元アーム３１Ａが２本、根元アー
ム３１Ａとピン３６で連結された先端アーム３１Ｂが１
本、ピン３７でサブアーム３１Ｃ、３１Ｄと連結された
クランク３３が１本、サブアーム３１Ｃ、３１Ｄがそれ
ぞれ２本で構成されている。このように各アームがアク
チュエータ３５のシリンダロッド３５ａの取り付け位置
に関して面対称に配置されているため、シリンダロッド
３５ａ伸長し、クランク３３が回動し、平行リンク３１
が変形、回動した場合でも昇降リンクアーム３０にはね
じれが生じない。このように構成された昇降リンクアー
ム３０によれば、シリンダロッド３５ａを伸長させてク
ランク３３を所定の角度だけ回動させると、平行リンク
３１のピン３７が矢印Ａ方向に回動し、平行リンク３１
は変形しながら、支持軸３２Ａ回りに回動する。このと
き、平行リンク３１の先端アーム３１Ｂの端部はクラン
ク３３の回動角度の約２倍の角度の範囲にわたり大きな
半径の円弧軌道上で回動することができる。このように
して本実施の形態では、図１に示したように作業ゴンド
ラ４０は作業床２近傍からトンネル天端を越える範囲ま
でほぼトンネル内空面に沿って所定の半径の円弧軌道Ｌ
を描きながら移動する。

【００１８】ここで、ゴンドラ姿勢調整機構５０の構成
について説明する 上述のようにシリンダロッド３５ａ
の伸長動作により作業ゴンドラ４０は図１に示したよう
に所定の円弧運動をする。このとき作業ゴンドラ４０は
作業員Ｍを載せているため、水平姿勢を保持しながら回
動することが好ましい。そこで、本発明ではスプロケッ
トと、スプロケット間に掛け渡されたチェーンとにより
作業ゴンドラ４０の姿勢を調整可能な機構を昇降リンク
アーム３０の一部に取り入れた。

【００１９】図３に示したように、昇降リンクアーム３
０の支持軸３７にはスプロケット５１が、根元アーム３
１Ａと先端アーム３１Ｂとの連結軸３６には２個のスプ
ロケット５２、５３が、先端の作業ゴンドラ４０の支持
軸３８にはスプロケット５４が取り付けられている。こ
のうちスプロケット５４は作業ゴンドラ４０本体と一体
的に回動可能に取り付けられている。また、スプロケッ
ト５１とスプロケット５２とが同径に、スプロケット５
３とスプロケット５４とが同径に設定されている。これ
らのうち、スプロケット５２、５３は連結軸３６に関し
て一体的に回動する。そして支持軸３７に取り付けられ
たスプロケット５１にはこのスプロケット５１を所定角
度だけ回動可能なレバー５５が固着されている。さらに
レバー５５先端には姿勢修正用アクチュエータ５８が連
結されている。そしてスプロケット５１、５２間、５
３、５４間に、それぞれチェーン５６、５７が掛け渡さ
れている。このとき、スプロケット間に掛け渡されたチ
ェーン５６、５７とスプロケット５１〜５４は、チェー
ン長さを長辺としスプロケット径を短辺とした平行リン
クを構成している。したがって、例えばシリンダロッド
３５ａの伸長により支持軸３７がθだけ回動したとき、
スプロケット５２、５３は連結軸３６に関して一体的に
回動するので、作業床を基準とした座標系に対して回動
せずに円弧軌道を描く。この結果、先端アーム３１Ｂに
支持された作業ゴンドラ４０に固着されているスプロケ
ット５４は反対方向にθだけ回動する。したがって、昇
降リンクアーム３０の先端が最下点にある状態で作業ゴ
ンドラ４０を水平におけば、昇降リンクアーム３０が回
動した角度と等角度だけ作業ゴンドラ４０も反対方向に
傾動するため、常に作業ゴンドラ４０の水平状態は保持
される。なお、作業ゴンドラ４０の初期状態での水平状
態を調整したり、回動時におけるチェーンの緩み等によ
って作業ゴンドラ４０が傾くような場合には姿勢修正用
アクチュエータ５８を動作させて作業ゴンドラ４０が水
平となるように調整することができる。

【００２０】図３において、各昇降リンクアーム３０の
アクチュエータ３５を作動させるための圧源と操作部に
ついて説明する。図３に示したように、作業ゴンドラ４
０を支持する２本の昇降リンクアーム３０の移動量が常
に等しく制御できる制御盤６０を設けている。作業ゴン
ドラ４０の昇降動作は作業ゴンドラ４０に搭載された操
作盤６１によりゴンドラ内の作業員Ｍが行う。操作盤６
１、制御盤６０を介してポンプ６２を作動させ、各アク
チュエータ３５の動作量、動作速度を調節しながら運転
させることができる。また、台車上に設けた別の操作盤
（図示せず）により操作できるようにしてもよい。この
場合には制御盤６０に指令の優先判断を行う回路を設
け、誤操作による事故防止を図ることが必要である。ま
た、姿勢修正用アクチュエータ３５も同一あるいは別個
のポンプにより作動させることが可能である。

【００２１】作業ゴンドラ４０に取り付けられたロード
バランサ４５の構成について図４を参照して説明する。
なお、各部材は図の簡単化のために線図で示している。
作業ゴンドラ４０の手摺位置の下側には比較的剛性の高
い支持フレーム４１が組み立てられている。ロードバラ
ンサ４５はこの支持フレーム４１で支持されている。こ
のため、ロードバランサ４５で重量工具Ｔを保持した場
合でも作業ゴンドラ４０に変形等が生じることを防止で
きる。手摺上にはパイプ柱４６が立設されている。この
パイプ柱４６上端にロードバランサ４５が装着されてい
る。ロードバランサ４５には、所定吊り角度で重量物を
吊持しテコ支点で支持された第１アーム４７と、第１ア
ーム４７に作用した荷重を検知する検知部（図示せず）
と、その荷重に応じた反力を支点を挟んだ他端に作用さ
せるアクチュエータ４８とが組み込まれている。このよ
うな構成からなるので、第２アーム４９の先端に重量工
具Ｔが吊持された場合に、第１アーム４７は他端にほぼ
同荷重のカウンタ荷重が作用した状態で所定の吊り角度
を保持することができる。したがって、作業員Ｍはカウ
ンタ荷重と釣り合いほぼ無重量状態となった重量工具Ｔ
を容易に所定位置に移動させることができる。また、柱
下端および第２アーム４９と第１アーム４７との間には
ベアリング軸受４２、４３が設けられている。

【００２２】本実施の形態では、重量工具Ｔとして締結
ボルトの増し締め用油圧レンチを例示したが、トンネル
内高所作業において、必要なものであれば取付アタッチ
メントを用いることでほとんどの種類の工具等を搭載す
ることができることは言うまでもない。また、以上の説
明ではシールドトンネルのセグメントの締結ボルトの増
し締め作業を例に挙げて説明を行ったが、山岳トンネル
の吹き付けコンクリート施工、防水シート張り作業、裏
込め注入作業等の種々の作業に対応できることも明かで
ある。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、トンネル内の高所作業において、構造が簡単
で安全な作業台車のゴンドラを使用して作業を行えると
いう効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるトンネル内高所作業に用いる作業
台車の一実施の態様を示したトンネル内作業状態説明
図。

【図２】図１のトンネル内高所作業台車の全体構成を示
した概形斜視図。

【図３】トンネル内高所作業台車に用いられる昇降リン
クアームの全体構成を示した概略斜視図。

【図４】トンネル内高所作業台車に用いられるロードバ
ランサの全体構成を示した概略斜視図。

【符号の説明】

１０ 高所作業台車 ２０ 走行台車 ３０ 昇降リンクアーム ３５ アクチュエータ ４０ 作業ゴンドラ ４５ ロードバランサ ５０ ゴンドラ姿勢調整機構

フロントページの続き (72)発明者 小原 由幸 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 藤枝 憲文 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 丸山 哲男 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 赤上 仁平 東京都港区芝浦一丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 加藤 公一 兵庫県神戸市長田区大橋町２丁目１番34号 マロール株式会社内 (72)発明者 中村 明男 東京都千代田区外神田３丁目５番12号 菅 機械工業株式会社東京支店内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トンネルの切羽後方に門型フレームからな
   る走行台車を配置し、該走行台車上に、平行リンクのア
   ーム端が所定半径の円弧軌道を描く昇降リンクアームを
   搭載し、該昇降リンクアームに連結されたアクチュエー
   タの伸長動作により前記昇降リンクアームの先端に回動
   可能に取り付けられた作業ゴンドラを前記トンネルの内
   空表面に沿って昇降させ、高所位置での作業を行うよう
   にしたことを特徴とするトンネル内高所作業方法。
2. 【請求項２】トンネルの切羽後方に配置され門型フレー
   ムが立設された走行台車と、該門型フレームの一部に回
   動可能に支持され、アクチュエータの伸長動作により平
   行リンクのアームの一端が所定半径の円弧軌道を描く昇
   降リンクアームと、前記アームの一端に回動可能に取り
   付けられた作業ゴンドラとを備え、該作業ゴンドラを前
   記トンネルの内空表面に沿って昇降させ、高所位置での
   作業を行うようにしたことを特徴とするトンネル内高所
   作業台車。
3. 【請求項３】前記作業ゴンドラは、重量工具を装着可能
   なロードバランサを搭載したことを特徴とする請求項２
   記載のトンネル内高所作業台車。