JPH0375717B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、シールドトンネル内におけるセグメ
ントの組立工法とその組立装置に関するものであ
る。

（従来技術とその問題点） 従来、シールドトンネルの掘進施工において、
掘進後のシールドトンネル内に所要のセグメント
を搬入し順次突き合せ接合しながら配設してゆく
工法が用いられている。このセグメント施工法
は、掘進後のシールドトンネル内面に重量物であ
るセグメントを搬入し、しかも順次所定位置に設
置しなければならない為、すでに搬入され配設さ
れた既設セグメントと新たにシールドトンネル内
に搬入された配設セグメントの位置調整が難し
く、熟練作業者の経験とカンに頼らざるを得ない
のが現状である。その為施工手順の標準化なども
難しく、施工能率やコスト面の問題が提起されて
いた。又セグメント自体がコンクリート製や鋼板
製である為単位重量が大きく、ハンドリングによ
る配設時には常に危険が伴なつていた。

（発明の目的） そこで本発明のセグメント組立工法とその装置
は、シールドトンネルにおけるセグメントの組立
を専用機械により自動化することにより、組立速
度と組立精度を向上させ、ハンドリングによる作
業員の危険を排除しようとする目的を有する。

（発明の概要） この目的を達成する為、シールドトンネル内に
搬入された配設セグメントの位置をガイドフレー
ムからの相対位置として検出し、該配設セグメン
トをガイドフレームに設けられた把持部により把
持し、次いで既設セグメントの位置をも検出して
これ等位置によりガイドフレームを変位させるこ
とにより配設セグメントの位置を調整し、両セグ
メントの相対位置を整合させて配設セグメントを
既設セグメントに突き合せ接合した後、隣接の配
設セグメント相互をも接合することを特徴とする
組立工法と、シールド掘進機の掘進方向に対し直
角方向に回転させる旋回リングを有する旋回部
と、該旋回リングの後部に配備された一対の昇降
シリンダーによりガイドロツド下端に設けられた
回転テーブルを昇降させる昇降部と、該昇降部と
該回転テーブルとの接合部に設けられた姿勢制御
シリンダーと、該回転テーブルの下面の姿勢制御
部を介して取付けられたガイドフレームと該ガイ
ドフレームに隣接セグメント引揚部とセグメント
把持部及び締結ピン押圧部とを有する専用の組立
装置を提供するものである。

（実施例） 以下図面に基づき本発明のシールドトンネル内
のセグメント組立工法及びセグメント組立装置を
詳細に説明する。

第１図は、シールド掘進機により形成されたシ
ールドトンネル１００の概略図である。

このシールドトンネル１００は、シールド掘進
機により所定の掘進方向Ｏに従つて順次掘進され
てゆくものである。

一方シールドトンネル１００の内面にはセグメ
ント２００が掘進工程に従つて配設される。

通常セグメント２００は掘進方向Ｏと同軸方向
のＺ軸及びＺ軸に直交し、各々も直交するＸ，Ｙ
軸の三軸方向を基準として配設される。このＸ，
Ｙ軸はセグメントの組立所定位置に至るまでＺ軸
を中心にして回転する。すなわち第２図で示すよ
うにＸ，Ｙ，Ｚの三軸を基準にしてシールドトン
ネル１００の内面に、それぞれA1セグメント次
いでA2セグメント、A3セグメント、B1セグメン
ト、B2セグメント、最終頂部のＫセグメントが
一定の施工手順により組立てられる。そしてA1
〜Ｋセグメントがリング状に配設されると、掘進
方向Ｏに従つて次のA1〜Ｋセグメントが同様に
配設されてゆき、シールドトンネル内全体にセグ
メント２００が組立てられることになる。

本発明におけるセグメント組立工法を、第３図
のフローチヤート図で説明すると、ガイドフレー
ムを昇降及び回転させ、このガイドフレームに設
けられた把持部を所定位置に旋回してシールドト
ンネル内に搬入させた配設セグメントの位置をガ
イドフレームからの相対位置として測定し、該配
設セグメントを把持する。

この配設セグメントの位置測定は、ガイドフレ
ームに設けられた検出器によりＸ，Ｙ，Ｚ方向の
相対的距離を求め、パターン認識を含む数値解析
により割り出される。この数値解析にもとづき姿
勢制御部によりガイドフレームを変位修正して配
設セグメントを把持し、引き上げる。次いで既設
セグメントの位置、姿勢を測定し、同様の数値解
析にもとづき配設セグメントと既設セグメントの
相対位置姿勢を認識させてガイドフレームにより
配設セグメントの位置を調整し、両セグメントの
相対位置を整合して既設セグメントの突き合せ端
面に配設セグメントの突き合せ端面を合せる。

次いでシールド推進ジヤツキにより配設セグメ
ントを押圧し、接合ピンを既設セグメントのソケ
ツトに嵌合して接合し、隣接する配設セグメント
の側端面に設けられたソケツトに締結ピンをスラ
イドさせて嵌合させる。しかるのち把持部から配
設セグメントを解放するものである。

以上の様にガイドフレームを基準として配設セ
グメントとの相対位置を数値解析し、それに基づ
き配設セグメントの位置、姿勢を変位させて順次
配設セグメントを調整させていくので配設セグメ
ントは極めて正確且つ手順良く組立てられる。

第４図乃至第６図は、本発明のセグメント組立
装置を説明する側面図、平面図及び正面図であ
る。

本組立装置１はシールド掘進機３００内に旋回
部１０が組込まれている。この旋回部１０は、シ
ールド掘進機３００内にガイドローラー１１を周
設し、このガイドローラー１１に沿つて旋回リン
グ１２が旋回する構造となつている。その為第２
図で説明した様に、A1セグメント、A2セグメン
ト、A3セグメント等それぞれのセグメントをリ
ング状に配設する際は、この旋回部１０の旋回に
よつて適宜な位置にセグメント組立装置が旋回す
る構造となつている。

又この旋回部１０の旋回リング１２の後部に
は、昇降部２０が設けられている。昇降部２０は
腕部２１の一端が前記旋回リング１２に固定さ
れ、他端は一対のガイドシヤフト２２，２２が設
けられている。このガイドシヤフト２２，２２内
には昇降シリンダー２３，２３の駆動によりガイ
ドシヤフト２２内を摺動するガイドロツド２４，
２４が設けられている。しかもガイドロツド２
４，２４の下端には姿勢制御シリンダー２５，２
５…を介して回転テーブル２６が設けられ、この
姿勢制御シリンダー２５，２５…の駆動によりＸ
軸まわりに対する角度を可変できる。回転テーブ
ル２６には、スライドフレーム３２と回転修正テ
ーブル３５が設けられ、又回転テーブル２６の下
面には、姿勢制御部３０を介してガイドフレーム
４０が設けられている。

姿勢制御部３０は、スライドシリンダー３１に
よつてガイドフレーム４０をＺ軸方向にスライド
させるスライドフレーム３２と、回転修正シリン
ダー３６の駆動によりＹ軸まわりに回転角度を可
変できる回転修正テーブル３５及びＺ軸まわりの
傾きを可変する姿勢制御シリンダー３３，３３か
ら構成され、この姿勢制御部３０によつてガイド
フレーム４０の位置、姿勢を変位修正する。

尚本組立装置１にはセグメント同士の衝突を柔
げ、締結ピン嵌合時のズレを吸収する緩衝シリン
ダーを主体として緩衝装置３４を設けておく必要
があるが、回転テーブル２６の上部に姿勢制御シ
リンダー２５，２５を設けてＸ軸方向の角度を制
御する場合は該緩衝装置３４を姿勢制御部３０に
配設すれば良く、姿勢制御部３０に該姿勢制御シ
リンダー２５，２５を設ける方法も考えられるが
この方法によれば該緩衝装置３４を配設すること
ができなくなる。

又ガイドフレーム４０内には、配設セグメント
２０１を移動及び吊り上げる為の把持部５０が設
けられている。この把持部５０は把持シリンダー
５１とその先端に設けられた爪部５２から形成さ
れている。

一方、ガイドフレーム４０内には前記把持部５
０と直交した状態で締結ピン押圧部６０が設けら
れている。この締結ピン押圧部６０は、相隣接す
る配設セグメント２０１と２０１を接合させる際
に締結ピンをスライドして突出させるプツシユ金
具６１とプツシユ金具６１を駆動させるローラー
チエーン６２、スプロケツト６３、案内車６４、
モーター６５とからなつている。

更に又、ガイドフレーム４０の両端には隣接す
る配設セグメント２０１を引揚げるためのシリン
ダー７１とこのシリンダー７１を移動させる移動
シリンダー７２から構成されるセグメント引揚部
７０，７０が設けられている。

上記構成を有するセグメント組立装置１を用
い、第３図によるフローチヤートにもとづいて配
設セグメント２０１をシールドトンネル内に組立
てる。尚図示はしなかつたが配設セグメントのシ
ールドトンネル内搬入装置をこの組立装置の把持
部に連係しておけば極めて簡易かつ円滑にセグメ
ントの組立が可能となる。

次に配設セグメント２０１と既設セグメント２
０２各々の位置検出に就いて、第７図乃至第１５
図により説明する。

第７図は、把持部５０により吊り上げようとす
る配設セグメント２０１の位置を検出する状態を
示す正面図である。

すなわち、ガイドフレーム４０の所要部分に位
置検出器、例えばポテンシヨメーター、ロータリ
エンコーダ等を利用した距離検出装置を設け、こ
の距離検出装置P₁，P₂，P₃によつてガイドフレ
ーム４０と配設セグメント２０１の距離を測定し
て位置関係を検出する。

第８図は、第７図におけるＡ−Ａ線矢視平面図
である。

この距離測定は距離検出装置P₁，P₂，P₃から
の測定値を数値解析し、この解析で得られた数値
にもとづき各油圧シリンダーを作動させて姿勢制
御部３０を駆動させる。すなわち距離検出装置
P₁とP₃が示すの値を等しくとり、又距離検出装
置P₁とP₂が示す値の差、若しくは距離検出装置
P₃とP₂が示す値の差を等しくすると、ガイドフ
レーム４０と配設セグメント２０１は同じ位置、
姿勢の状態になる。

第９図及び第１０図は、第７図におけるＢ−Ｂ
線矢視側面図及びＣ−Ｃ線矢視側面図であり、そ
れぞれ距離検出装置P₁及びP₂の測定状態を示す
ものである。

尚、第８図乃至第１０図からも解るように、ガ
イドフレーム４０の一側端中央に１つの距離検出
装置P₂を頂点として、他の側端における距離検
出装置P₁とP₃で二等辺三角形状にしておけば極
めて正確にガイドフレーム４０と配設セグメント
２０１の相対関係が検出される。

第１１図乃至第１４図は、既設セグメント２０
２の位置検出を説明する図である。

第１１図の正面図で示す様に、既設セグメント
２０２の位置検出も前述した配設セグメント２０
１の位置検出とほぼ同様な方法で行なわれる。但
しこの位置検出は、既設セグメント２０２がセグ
メント組立装置１の掘進方向の後方に位置するの
でガイドフレーム４０の後方側部に距離検出装置
P₁，P₄，P₃をそれぞれ設けておく必要がある。

第１１図は、上記距離検出装置P₁，P₄，P₃を
ガイドフレーム４０の後方側部に設けて既設セグ
メント２０２の位置測定をしている状態の正面図
で、第１２図はそのＡ−Ａ線矢視平面図である。

又第１３図は、第１１図におけるＢ−Ｂ線矢視
側面図で、中央に位置する距離検出装置P₄によ
る測定状態を示す。この距離検出装置P₄は既設
セグメント２０２の上面と端面とに当接して上面
からはＹ軸方向に距離を測定し、端面からはＸ軸
方向とＹ軸に対する角度測定するものである。

第１４図は、第１１図におけるＣ−Ｃ線矢視側
面図で、距離検出装置P₁による測定状態を示す
ものである。

これ等距離検出装置P₁，P₄，P₃によつてＹ軸
方向の距離を測定し、Ｚ軸のまわりの角度が測定
され、かつ距離検出装置P₄によつて、ガイドフ
レーム４０に対する既設セグメント２０２の端面
角度が求められることになる。

これによりガイドフレーム４０と既設セグメント
２０２の相対的な位置、姿勢状態が検出される。

第１５図は、距離検出装置P₄のセンサー部を
更に詳しく説明する一部省略正面図である。

距離検出装置P₄は既設セグメント２０２のＸ
軸方向及びＹ軸方向に対する角度を測定するの
で、Ｘ軸まわりの測定部P₄aとＹ軸まわりの測定
部P₄b，P₄bを有する。

上記の距離測定と測定値の解析によりガイドフ
レーム４０を仲介にした配設セグメント２０１と
既設セグメント２０２の相対位置、姿勢状態が検
出され、その結果姿勢制御部３０でガイドフレー
ム４０を変位させて配設セグメント２０１を既設
セグメント２０２に整合し突き合せることが出来
る。

そして、この時配設セグメント２０１と既設セ
グメント２０２との接合をシールド推進ジヤツキ
４００によつて行なう。

尚、配設セグメント２０１と既設セグメント２
０２を突き合せる際には距離検出装置P₁，P₄，
P₃をガイドフレーム４０の上部に引き上げてお
くと都合が良い。

既設セグメント２０２と配設セグメント２０１
の具体的突き合せ手段は、配設セグメント２０１
の突き合せ面に植設された接合ピン５００を既設
セグメント２０２の突き合せ面に設けられたソケ
ツト６００内に嵌合させるものである。

この具体的接合手段を容易に施工する為には接
合ピン５００とソケツト６００を正しく対向させ
整合させる必要がある。その為第１６図で示す様
に、マークセンサー７００と読み取り用フアイバ
ー管（図示せず）を用いて既設セグメント２０２
のソケツト６００位置を検出する。

第１７図は、マークセンサー７００に読み取ら
れるマーク８００の平面図である。

このマーク８００は、両側に一対のゾーン８０
１，８０２を有し、略中央には線形表示部８０３
によりソケツト６００の位置が表示されている。
又線形表示部８０３の両側には補正表示部８０
４，８０５が一定間隔で設けられている。

すなわちマークセンサー７００が左右何れかの
ゾーン８０１，８０２を読み取ると、フアイバー
管回路により信号が送達され、旋回部１０の旋回
によつてガイドフレーム４０をゾーン８０１又は
８０２の内外いずれかの方向に移動させ、ローラ
８５１を介して回転するパルスゼネレーター８５
０によつてゾーン８０１又は８０２の切れ目から
線形表示部８０３までをパルスカウントし、この
間隔を計測する。この時、補正表示部８０４，８
０５によつてゼネレーターのパルス発生が確認さ
れるとともに、線形表示部８０３に至り、最終的
にソケツト６００の位置が確認される。

第１８図は、以上説明した配設セグメント２０
１と既設セグメント２０２の突き合せ接合におい
て、配設セグメント２０１の突き合せ端面に植設
された接合ピン５００が既設セグメント２０２の
突き合せ端部に設けられたソケツト６００に嵌合
される状態を示す側断面図である。

斯かる状態においては、配設セグメント２０１
をシールド推進ジヤツキ４００によつて押込めば
接合ピン５００はソケツト６００内に嵌合され
る。しかもソケツト６００の内径周辺には多数の
切れ目を設けたバネ鋼板６０１が設けられている
ので、接合ピン５００が一旦ソケツト６００内に
嵌合されると、このバネ鋼板６０１が接合ピン５
００の外周辺に噛合し、以後は容易に抜脱出来な
い状態になる。

第１９図は、配設セグメント２０１を既設セグ
メント２０２に突き合せ接合するとともに、隣接
の配設セグメント２０１′に締結する状態を示す
平面図である。

すなわち配設セグメント２０１を既設セグメン
ト２０２に突き合せ接合する状態において、内蔵
した締結ピン９００をスライドさせて側端面から
突出して隣接の配設セグメント２０１′のソケツ
ト９０１に嵌入して配設セグメント２０１と隣接
の配設セグメント２０１′とを締結する。

締結ピン９００をスライドさせるには、セグメ
ント組立装置１のピン押圧部６０に設けられたプ
ツシユ金具６１をチエーンドライブさせて行な
う。

尚、上記接合ピン５００及びソケツト６００、
締結ピン９００、ソケツト９０１によつて各セグ
メント相互を接合するが、これらの接合手段をそ
のまま本締結としてシールドトンネル内の各セグ
メント接合を完了させることも可能であるが、必
要に応じてはこれら各ピンによる接合を仮締結
（いわゆる一次締結）とし、この仮締結後シール
ド掘進中順次ハイテンシヨンボルト等によつて緊
結する場合（いわゆる二次締結）もある。

（発明の効果） 以上説明した様に、本発明のシールドトンネル
内のセグメント組立工法及びセグメント組立装置
は次のような極めて顕著な効果を有する。

(1) シールドトンネル内に搬入された配設セグメ
ントと既設セグメントの相対位置関係がガイド
フレームによる相対位置として検出されるの
で、配設セグメントの把持及び既設セグメント
への突き合せ接合が高い精度によつて施工され
得る。

(2) セグメント組立装置が三次元空間の一定範囲
内で自由に稼動し、又位置移動、旋回が可能と
なつているので、セグメントの組立施工が極め
て容易となる。

(3) 更に、セグメントの搬入装置を併設若しくは
連係した場合には配設セグメントを把持部まで
自動的に搬入することが可能となり、セグメン
トの搬入から組立完了までを単一オペレーター
で施工出来ることとなる。

(4) 配設セグメントの把持及び既設セグメントと
の突き合せ接合が各種のセンサーと数値解析可
能な制御用コンピユーターとの連動によつて行
なうことが出来るので、高精度のセツテイング
が可能となる。

(5) 各セグメントの接合がピン接合を主体として
いるので、シールドトンネルの施工自体が極め
て早期に完了し得る。

(6) シールドトンネル内の現場状況に応じて接合
ピン及び緊結ピンのみの組立と本締めボルトま
で用いる組立が選択できるので適宜効率の良い
施工が可能となる。

(7) シールドトンネル施工に用いられる各種のセ
グメントに対して応用出来る組立工法と装置な
ので、実用性、汎用性に富む。

【図面の簡単な説明】

第１図は、シールドトンネル内の一定座標方向
にセグメントを配置した状態を説明する概略図、
第２図は、シールドトンネル内に各種のセグメン
トを配設した状態を示す一部省略断面図、第３図
は、セグメントの組立工法を説明するフローチヤ
ート図、第４図は、シールド掘進機内に組立てら
れたセグメント組立装置の側面図、第５図は、セ
グメント組立装置の平面図、第６図はセグメント
組立装置の可動状態を説明する正面図、第７図
は、配設セグメントの位置を測定する状態の正面
図、第８図は、第７図におけるＡ−Ａ線矢視平面
図、第９図は、第７図におけるＢ−Ｂ線矢視側断
面、第１０図は、第７図におけるＣ−Ｃ線矢視側
断面、第１１図は、既設セグメントの位置を測定
する状態の正面説明図、第１２図は、第１１図に
おけるＡ−Ａ線矢視平面図、第１３図は、第１１
図におけるＢ−Ｂ線矢視側面図、第１４図は、第
１１図におけるＣ−Ｃ線矢視側面図、第１５図
は、既設セグメントのＸ軸、Ｙ軸方向の位置を測
定する距離検出装置の一部省略正面図、第１６図
は、既設セグメントのソケツト位置を検出するマ
ークセンサーの説明概略図、第１７図は、ソケツ
ト位置を検出する為のマークの平面図、第１８図
は、配設セグメントに設けられた接合ピンを既設
セグメントに嵌合させる状態を説明する側断面
図、第１９図は、既設セグメントと配設セグメン
トを突き合せ接合し、隣接する配設セグメント相
互を締結する状態を説明する平面図である。 １０…旋回部、１１…ガイドローラー、１２…
旋回リング、２０…昇降部、２３，２３…昇降シ
リンダー、２５，２５…姿勢制御シリンダー、２
６…回転テーブル、３０…姿勢制御部、３１…ス
ライドシリンダー、３２…スライドフレーム、３
３，３３…姿勢制御シリンダー、３４…緩衝装
置、３５…回転修正テーブル、３６…回転修正シ
リンダー、４０…ガイドフレーム、５０…把持
部、６０，６０…締結ピン押圧部、７０…セグメ
ント引揚部、７１…引揚シリンダー、７２…移動
シリンダー、２００…セグメント、２０１…配設
セグメント、２０２…既設セグメント、３００…
シールド掘進機、P₁，P₂，P₃，P₄…距離検出装
置、４００…シールド掘進ジヤツキ、５００…接
合ピン、６００…ソケツト、９００…締結ピン、
９０１…ソケツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ シールドトンネル内に搬入された配設セグメ
   ントの位置を、ガイドフレームからの相対位置と
   して検出器により検出し、 同シールドトンネル内に配置された既設セグメ
   ントの位置を、検出器により検出した前記ガイド
   フレームとの距離と同ガイドフレームに対する突
   き合せ端面の成す角度とによつて検出し、 前記配設セグメントを前記ガイドフレームの中
   央部に設けた把持部にて把持するとともに、 前記既設セグメントの検出位置と同配設セグメ
   ントの検出位置によるガイドフレームの変位をも
   とに、 前記配設セグメントの位置を調整することで両
   セグメントの相対位置を整合させたのち、 前記配設セグメントの突き合せ端面に設けた接
   合ピンを、既設セグメントの突き合せ端面に設け
   たソケツト内に嵌合し、 前記配設セグメントと既設セグメントの突き合
   せ端面相互を締結ピンにて接合することを特徴と
   するシールドトンネル内のセグメント組立方法。 ２ シールドトンネル内に搬入された配設セグメ
   ントを既設セグメントに取付けるセグメントの組
   立装置において、 シールド掘進機の掘進方向に対して直交する方
   向に回転させる旋回部と、 前記旋回部の後方に配備された一対の昇降シリ
   ンダーによりガイドロツド下端に設けられた回転
   テーブルを昇降させる昇降部と、 前記昇降部と回転テーブルとの接合部に設けら
   れて該回転テーブルの角度を可変する姿勢制御シ
   リンダーと、 回転テーブルを回転させる回転修正シリンダー
   と回転テーブルを掘進方向にスライドさせるスラ
   イドシリンダーと、 前記回転テーブルの下面に設けられた姿勢制御
   シリンダーとからなる姿勢制御部と、 前記姿勢制御部の下部に取付けられ、該姿勢制
   御部により位置が可変されるガイドフレームと、 前記ガイドフレームの上部に設けられて、既設
   セグメントと配設セグメントの相対位置を検出す
   る検出器と、 前記ガイドフレームの下部に設けられたセグメ
   ント引揚部とセグメント把持部とからなることを
   特徴とするセグメントの組立装置。