JPH07166797A - 既設セグメント形状の把握方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 新たなセグメントを組み付ける際の位置決め
基準となる既設セグメントの組付け形状を容易且つ正確
に把握する。 【構成】 既設セグメント３，３の中心軸とほぼ一致す
る水平方向の旋回軸を中心として周方向に旋回移動する
センサーＳ１，Ｓ２を用い、センサーをセグメントの内
周面と対向するように複数位置で停止して該センサーか
ら該セグメントの内周面までの距離を計測し、センサー
の旋回角度と、旋回軸からセグメントの内周面までの距
離とを算出し、この算出結果に基づいてセグメントの内
周面上における複数位置の座標（Ｘ，Ｙ）を求め、複数
の座標からセグメント中心とセンサの旋回中心との偏心
量（Δｘ，Δｙ）を演算し、座標（Ｘ，Ｙ）をこの偏心
量に基づいて座標変換し、この座標点群（Ｘ1 ，Ｙ1 ）
に基づいて近似される楕円を作成し、この楕円を表示す
ることにより既設セグメント形状を把握する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、シールド掘進工法に用
いられ既に組み付けられたセグメントの形状を正確に把
握するための既設セグメント形状の把握方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、トンネルの構築方法とし
てシールド工法があり、この種の工法の一種としてシー
ルド掘進機で地山を掘削しながらこれを前進させ、前進
にともなってシールド掘進機の後部側に順次掘進反力を
取るためのセグメントを環状に組立てる工法がある。

【０００３】このようなシールド工法に用いられるセグ
メント組付け装置では、セグメントの位置決めを倣い制
御により行っていた。すなわち、セグメントを組み付け
る際には突き合わされるセグメントの相互間に設けられ
た凹凸ガイドを押しつけながら組み付け、突き合わされ
たセグメント間を連結する際にボルトがボルト穴に入り
にくいときはボルトを間欠的に進退移動させながらセグ
メントを少しづつ移動してボルト穴が一致したときに該
ボルト穴にボルトを挿入させていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のセグメント組付け装置にあっては、セグメン
トの形状は土水圧等の外乱が組み付けられたセグメント
の全周に対して法線方向に均等に働かないので、例えセ
グメントを真円に近似して組み付けたとしても、組付け
後にセグメントがある程度変形することがある。このよ
うなセグメントの変形を放置しておくと、既設セグメン
トの真円度は新たなセグメントを組付ける際の位置基準
となることから、変形による誤差が蓄積し、倣い制御に
よる組付け作業では時間がかかるといった問題があるだ
けでなく、蓄積した誤差が大きくなると最終的には組付
け不能となる惧れがある。

【０００５】この発明は、このような従来の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的とするところは、新
たなセグメントを組み付ける際の位置決め基準となる既
設セグメントの形状を容易且つ正確に把握することがで
きる既設セグメント形状の把握方法を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明は、シールド掘進機の掘進に伴なってその
後端部に環状に組み付けられた既設セグメント形状を把
握する方法であって、前記シールド掘進機の後方に該シ
ールド掘進機と分離した状態で前記既設セグメント内に
設置され、該セグメントの中心軸とほぼ一致する水平方
向の旋回軸を中心として周方向に旋回移動するセンサー
を用い、このセンサーを前記セグメントの内周面と対向
するように複数位置で停止して該センサーから該セグメ
ントの内周面までの距離を計測し、前記センサーの旋回
角度と、前記旋回軸からセグメントの内周面までの距離
とを算出し、この算出結果に基づいてセグメントの内周
面上における複数位置の座標（Ｘ，Ｙ）を求め、次い
で、収集された複数の座標から選択された任意の３点を
複数群取り出して複数の中心点群を求め、これら中心点
群の重心を算出してセグメント中心とセンサの旋回中心
との偏心量（Δｘ，Δｙ）を演算し、前記座標（Ｘ，
Ｙ）をこの偏心量に基づいて座標変換することにより座
標点群（Ｘ1 ，Ｙ1 ）を求め、この座標点群（Ｘ1 ，Ｙ
1 ）に基づいて近似される楕円を作成し、この楕円を表
示することにより既設セグメント形状を把握することを
特徴とする。

【０００７】

【作用】上記構成により、新たなセグメントを組み付け
る際の位置決め基準となる既設セグメントの形状を楕円
近似することにより容易且つ正確に把握することができ
る。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の好適な実施例について添付
図面を参照にして詳細に説明する。図１は、この発明が
適用されるシールド工法のセグメント組付け装置を示
し、同図に示す組付け装置１は、シールド掘進機２の後
方に中空筒状に組み付けられるセグメント３，３内にシ
ールド掘進機２と分離した状態で設置されている。

【０００９】セグメント組付け装置１は、既設セグメン
ト３の内周面に支持反力をとってこれを支持するととも
に新たなセグメントの組付け作業に伴って装置全体を前
進移動するための四組の支持装置４と、この支持装置４
に支持されて水平方向に延びる支持ビーム５と、この支
持ビーム５の先端に支持され既設セグメント３，３によ
り構築されるトンネルの軸と直交する水平軸を中心とし
て揺動可能なほぼ六角枠形状の揺動フレーム６と、この
揺動フレーム６の前部に支持され該揺動フレーム６の揺
動面と直交する旋回軸を中心として旋回可能な円環状の
旋回フレーム７と、この旋回フレーム７の前部に突設さ
れた一対の跳ね出しアーム８，８に対し該旋回フレーム
７の径方向に進退移動可能なエレクタ装置９とから概略
構成されている。

【００１０】また、セグメント組付け装置１の下方に
は、支持装置４の下方を通って新たなセグメント３をエ
レクタ装置９の下部に供給するためのセグメント供給装
置１０が配置されている。

【００１１】支持装置４は、トンネルの後方から順に第
１の固定保持装置１１、第１の反力支持装置１２、第２
の反力支持装置１３、第２の固定保持装置１４からなっ
ている。第１及び第２の固定保持装置１１，１３は、ト
ンネルの左右両側に配置されて垂直方向に延びる一対の
固定支持脚１５と、固定支持脚１５の上部から上部ジャ
ッキ１６を介して架け渡され該ジャッキ１６の上下方向
の進退移動によって既設セグメント３の内周面上部に離
接可能な三日月状の上部固定シュー１７と、固定支持脚
１５の下部から下部ジャッキ１８を介して上下方向に進
退移動し既設セグメント３の内周面下部に離設可能な下
部固定シュー１９と、固定支持脚１５の側部から左右方
向に進退移動することによって既設セグメント３の内周
面側部に離設可能な側部固定シュー２０とを備えてい
る。

【００１２】一方、第１及び第２の反力支持装置１２，
１４は、トンネルの左右両側に配置されて垂直方向に延
びる一対の支持脚２１と、支持脚２１の上部から上部ジ
ャッキ２２を介して架け渡され該ジャッキ２２の上下方
向の進退移動によって既設セグメント３の内周面上部に
離接可能な三日月状の上部シュー２３と、支持脚２１の
下部から下部ジャッキ２４を介して上下方向に進退移動
し既設セグメント３の内周面下部に離設可能な下部シュ
ー２５とを備えている。そして、固定保持装置１１，１
３と反力支持装置１２，１４との間には、反力支持装置
１２，１４に反力をとって固定保持装置１１，１３を前
進させるジャッキ（図示しない）が設けられている。

【００１３】また、支持ビーム５は、第１及び第２の固
定保持装置１１，１３に固定されるとともに、第１及び
第２の反力支持装置１２，１４に対し前後方向にのみ相
対移動可能に支持されている。

【００１４】エレクタ装置９は、図２，３に示すよう
に、跳ね出しアーム８，８の先端に設けられた一対の昇
降ジャッキ２６，２６により同図中で上下方向に進退移
動可能にしてセグメント３の内面形状に合致した三日月
形状のエレクタ装置本体２７を備え、エレクタ装置本体
２７にはセグメント供給装置１０によって供給されたセ
グメント３を支持する支持機構２８と、この支持機構２
８の周囲に配置された複数のプリセンシングセンサＳ
１，Ｓ２，Ｓ４（この実施例では３つ）等を備えてい
る。

【００１５】支持機構２８は、エレクタ装置本体２７か
ら旋回フレーム７の径方向に延びるジャッキ２９と、こ
のジャッキ２９のプランジャ３０に固定されエレクタ装
置本体２７の固定筒３１内を上下方向に進退移動する移
動筒３２と、この移動筒３２から前記径方向外部に突出
するチャック３３と、前記移動筒３２内に設けられてチ
ャック３３をその軸を中心として回動させる駆動機構３
４とを有している。

【００１６】チャック３３の先端には１／４リング状の
凸部３５が固設され、凸部３５のジャッキ２９側には図
４に示すように該ジャッキ２９側に向けて内側に傾斜す
る傾斜面３６が形成されている。一方、セグメント３の
中心部には孔３７が形成され、孔３７内にはチャック３
３が係合される円筒金具３８が嵌合されているととも
に、円筒金具３８にはチャック３３の傾斜面３６と係合
する傾斜面３９が形成されている。チャック３３と円筒
金具３８との係合は、チャック３３を所定の回動角度と
したときに該チャック３３を円筒金具３８に挿入するこ
とができ、挿入状態で該チャック３３を例えば９０度回
動したときに前記傾斜面３６，３９同士が面接触するこ
とによりセグメント３がチャック３３に支持されるよう
構成したものである。

【００１７】また、プリセンシングセンサＳ１，Ｓ２，
Ｓ４は、図２に示すように、エレクタ装置本体２７の外
周面に周方向に沿って例えば４０〜１４０mm程度のスパ
ンを有して配置されている。プリセンシングセンサＳ１
はエレクタ装置本体２７の外側に位置し、プリセンシン
グセンサＳ２はエレクタ装置本体２７の中心線近傍に位
置している。そして、エレクタ装置９の支持機構２８が
セグメント３を支持していない状態で、後述するよう
に、旋回フレーム７を旋回するとともに昇降ジャッキ２
６を駆動してエレクタ装置本体２７を既設セグメント
３，３のリング内周面と対向するように位置決めし、レ
ーザ光を発光するとともにその反射光を受光してそれぞ
れの距離を測定する非接触式のセンサである。

【００１８】以上の構成を有するセグメント組付け装置
１は、次のような工程を経て新たなセグメント３を組み
付ける。すなわち、１リング分（この実施例では、７つ
のセグメントにより１リングが構成されている）の組付
けが終了し、掘削が終了した後で次の１リング分のセグ
メントを新たに組付ける前に、プリセンシングセンサＳ
１，Ｓ２を用いて既設セグメント３，３の位置を測定し
てその組付け形状を把握し、各セグメントごと或いは各
グループごとに真円との歪量（補正値）を演算した後、
この補正値に基づいて新たなセグメント３を組み付け
る。プリセンシングされたデータは学習され、セグメン
ト３，３の断面形状がリングごとに変化しても新たなセ
グメント３の形状は真円に近似する。このような演算、
解析は、セグメント組付け装置１に備えられた制御手段
（図示しない）によって行われる。

【００１９】次に、この制御手段によって行われる既設
セグメント位置の測定方法、既設セグメント形状の把握
方法、セグメントの組付け方法について説明する。

【００２０】［プリセンシング］まず、旋回フレーム７
の旋回軸を中心（０，０）としたときの既設セグメント
（新たに組み付けようとするセグメントの直前に組み付
けられた１リング分のセグメント）３，３の内周面座標
（Ｘ，Ｙ）を複数箇所で求める。これは、エレクタ装置
９の支持機構２８がセグメント３を支持していない状態
で、旋回フレーム７をその旋回軸を中心として旋回して
（揺動フレーム６は固定されている）、エレクタ装置本
体２７を複数位置（この実施例では、１８０度、９０
度、０度、−９０度の４箇所）で停止し、それぞれのプ
リセンシングセンサＳ１，Ｓ２から既設セグメント３，
３の内周面までの距離データを収集することによって行
われる。 それぞれのセンサーＳ１，Ｓ２の旋回角度は
以下のように演算される。すなわち、図５に示すよう
に、プリセンシングセンサＳ１の旋回角度は、エレクタ
旋回角度＋θ１＋３６０＊（Ｙ−Ｙｃ）／（２π＊Ｙ
ｒ）、すなわちエレクタ旋回角度＋θ１＋（Ｙ−Ｙｃ）
＊１８０／（π＊Ｙｒ）、プリセンシングセンサＳ２の
旋回角度は、同様に、エレクタ旋回角度＋θ２＋（Ｙ−
Ｙｃ）＊１８０／（π＊Ｙｒ）、プリセンシングセンサ
Ｓ４の旋回角度は、エレクタ旋回角度＋θ４＋（Ｙ−Ｙ
ｃ）＊１８０／（π＊Ｙｒ）となる。ここで、Ｙはセン
シングしたときの円弧上の揺動ストローク（mm）、Ｙｃ
は機械的にエレクタのセンターが中心になったときの支
持機構２８の揺動ストローク（mm）（固定値）、Ｙｒは
揺動回転半径（mm）である。

【００２１】ここで、プリセンシングセンサーＳ１，Ｓ
２，Ｓ４はエレクタ装置本体２７の円弧上に配列されて
いるため、センサーの高さ位置出力値を補正する必要が
ある。センサーＳ２は昇降ジャッキ２６による昇降方向
が旋回フレーム７の径方向とほぼ一致しているため、補
正する必要がなくセンサーＳ１を補正するためのパラメ
ータとして使用される。つまり、センサーＳ１の高さ位
置に対する補正量ΔＨは、 ΔＨ＝ｒ−（Δｒ＊ｃｏｓθ１＋（ｒ−Δｒ）＊ｃｏｓ
θａ） 式で求められ、センサーＳ４の高さ位置に対する補正量
ΔＨは、 ΔＨ＝ｒ−（Δｒ＊ｃｏｓθ４＋（ｒ−Δｒ）＊ｃｏｓ
θａ） 式で求められる。なお、θ１はエレクタ装置本体２７の
中心位置に対するセンサーＳ１の取付け角度、ｒは旋回
中心からセンサーＳ１までの距離（mm）、Δｒは（セン
サーＳ１の出力値）−Ｈ０（mm）、θ１はａｓｉｎ
（（Δｒ＊ｓｉｎθ１）／（ｒ−Δｒ））である。ここ
で、Ｈ０は、出力値がＨ０と出たときに旋回センターを
通るように機械的に設計された値である。

【００２２】そして、旋回フレーム７の旋回軸から既設
セグメント３，３の内周面までの距離は以下のように演
算される。すなわち、プリセンシングセンサＳ１の離隔
距離（実際のエレクタの旋回中心より既設セグメント表
面までの長さ）は、 離隔距離（Ｓ１）＝（（昇降ストローク（左）＋昇降ス
トローク（右））／２＋Ｌｃ＋センサーＳ１出力値＋Δ
Ｈ 式で求められ、プリセンシングセンサＳ２の離隔距離
は、 離隔距離（Ｓ２）：（（昇降ストローク（左）＋昇降ス
トローク（右））／２＋Ｌｃ＋センサーＳ２出力値 式で求められる。なお、Ｌｃは、昇降ストロークのみで
距離を実測するため、任意にキー設定できる補正値（m
m）である。ここで、左右の昇降ストロークを平均して
いるのは、それぞれのジャッキがサーボ制御されている
ため、その許容誤差を考慮したためである。

【００２３】以上のようにして複数箇所で停止されたプ
リセンシングセンサＳ１，Ｓ２、Ｓ４の旋回角度と、旋
回軸からセグメント３，３の内周面までの距離とが算出
されれば、セグメント３，３の内周面上における複数箇
所の座標（Ｘ，Ｙ）を求めることができるのである。

【００２４】［既設セグメントの断面形状の解析］収集
された複数の座標データのうち相互に隣接しないデータ
を３点選択し、それぞれのデータについて座標点群
（Ｘ，Ｙ）が制御手段に入力される。点群（Ｘ，Ｙ）が
円周上の点からなると仮定するならば、点群中の任意の
３点がなす３直線の垂直２等分線の交点は、円の中心を
通る。よって、点群（Ｘ，Ｙ）より任意の３点を取り出
しその交点を求めることで中心点群が求められる。同様
な作業を繰り返し、このような楕円を複数個作成してそ
れぞれについて楕円の中心点群を求める。

【００２５】次に、求めた中心点群について重心法演算
を行い、その相加平均を（Δｘ，Δｙ）とする。この場
合、任意の３点として近傍点を用いた場合には誤差が大
きくなる可能性がある点を考慮し、隣接する点を持つ組
み合わせが除外されるように３点を取り出すことが好ま
しい。より重心法演算を行い、求められた点を実際に組
み付けられたセグメント３，３の中心とする。

【００２６】その後、収集されたデータはこのセグメン
ト中心を中心とする新座標系でのデータに換算され、セ
グメント中心とセンサの旋回中心との偏心量（Δｘ，Δ
ｙ）が演算される。次に、この（Δｘ，Δｙ）を用い、
次式により前記（Ｘ，Ｙ）を座標変換し、点群（Ｘ1 ，
Ｙ1 ）を作成する。 （ｘ1i，ｙ1i）＝（ｘｉ−Δｘ，ｙｉ−Δｙ） この場合、楕円の傾斜角θ、楕円に近似した場合のＸ軸
半径（θ方向）α、楕円に近似した場合のＹ軸半径（θ
＋π／２方向）βのうち、θを０度と仮定し、次式によ
り点群（Ｘ1 ，Ｙ1 ）を−θ回転し、さらに点群（Ｘ2
，Ｙ2 ）を作成する。 ｃｏｓ−θ−ｓｉｎ−θ （ｘ2i，ｙ2i）＝（ｓｉｎ−θ，ｃｏｓ−θ）（ｘ1i，
ｙ1i） 次いで、点群（Ｘ2 ，Ｙ2 ）を対象とし、例えば最小２
乗法により以下の式に近似する。 Ｙ2 ² ＝β² −Ｘ² ＊α² ／β² また、点群（Ｘ2 ，Ｙ2 ）に対する、原点よりの距離と
楕円半径の、差の絶対値和ΣΔｒを算出し、テーブルに
保管する。これに先立ち、原点からの距離をｒｄ、楕円
上の方位角θ０での半径をｒｏ、楕円上の方位角θｏで
のｘ座標をｘ０、楕円上の方位角θｏでのｙ座標をｙ
０、原点と点がなす直線の角度をθ０としたとき、 ｒｄ＝sqrt（ｘ２ｉ² ＋ｙ２ｉ² ） ｒｏ＝sqrt（ｘ０² ＋ｙ０² ） ｘｏ＝１／（（１／α）² ＋（ｔａｎ（θ０）／
β）² ） ｙｏ＝sqrt（β² −（β＊ｘ０／α）² ） θｏ＝atan（ｙ２ｉ／ｘ２ｉ） をそれぞれ算出する。

【００２７】このとき、θが９０度以下ならば０〜９０
度間において０．５度ピッチで座標軸を回転させ、それ
ぞれの座標軸で例えば最小２乗法を用いて楕円式を近似
するとともに（１８０データ）、それぞれの誤差の絶対
値和を算出して、テーブルに保管する。そして、テーブ
ル中のΣΔｒを比較し、絶対値和ΣΔｒが最小である場
合におけるθを有する楕円が新たなセグメントが組み付
けられる直前の既設セグメントリングの形状を近似する
ものとする。このようにして既設セグメント形状が、プ
リセンシングによって得られた座標点群を楕円近似する
ことにより把握されることになる。以上のようにして得
られた楕円は、必要に応じてディスプレイ上に表示され
る。

【００２８】なお、点群（Ｘ2 ，Ｙ2 ）に対する、原点
からの距離と楕円半径の差の絶対値Δriを算出し、テー
ブルに保管する。

【００２９】次に、次式の条件を満たしているかどうか
判定し、満たしていない場合、最大のΔriを持つ（ｘ2
i，ｙ2i）を削除して上記座標点群（Ｘ，Ｙ）の入力に
戻る。 Δri＜ΣΔri／ｎ＋ε sqrt（Σ（Δｒｉ² ）／（ｎ−２））＜Ｒｓ ここで、ｎは有効点数である。

【００３０】なお、測点数が最小測点数以下になった場
合には、適正な近似ができなかったこととする。

【００３１】［歪量の算出］この実施例では、図６に示
すように、１リングを構成する７つのセグメントＡ１，
Ａ２，Ａ３，Ａ４，Ｂ１，Ｂ２，Ｋが、グループ１
（Ｇ１）：セグメントＡ１、Ａ２、グループ２（Ｇ
２）：セグメントＡ３，Ａ４、グループ３（Ｇ３）：
セグメントＢ１，Ｂ２，Ｋの３グループに分けられ、グ
ループごとに真円とセグメントリングの半径差異を積分
した値を歪み量とする。この歪み量は真円との半径差異
を意味するため、真円に形状を近づけるためにはこれを
減少させればよい。よって、望ましいリング形状に対す
る昇降ストロークの補正量は、求められた歪み量にマイ
ナス（−）を乗算した値と一致することになる。ここ
で、あるグループｉにおける歪量ΣΔriは、

【数１】 式で求められる。なお、ｓｉはグループｉの開始角（右
組み・左組みにより変化する）、ｅｉはグループｉの終
了角（右組み・左組みにより変化する）、ｒθは近似楕
円上の方位角θでの半径、αは近似楕円のｘ軸半径、β
は近似楕円のｙ軸半径である。

【００３２】［既設セグメントの補正値演算］各グルー
プごとの補正は二つのパターン（ＣＡＳＥ１：［Ｇ１＋
Ｇ３］VSＧ２、ＣＡＳＥ２：Ｇ３vsＧ２）を選択するこ
とができるように設定されている。補正値は各々のセグ
メントごとに算出してもよいし、各グループごとに算出
することもできる。この実施例では、各グループごとに
補正値を算出する方法が採用されている。なお、グルー
プ１はセグメントによって構成されるリングの基礎をな
すために補正が不要である。ただし、１リング中におけ
る補正値の総和をほぼ±０とする必要がある。例えばグ
ループ１の補正値を＋３mmとすると旋回方向の誤差が蓄
積して上部のセグメントが組立不能となるからである。

【００３３】［セグメントの支持及び位置決め］セグメ
ント３を所定位置までセグメント供給装置１０により搬
送して位置決めする。組付け装置１は、セグメント３を
正確に支持するため、図示しないレーザセンサによりセ
グメント３の位置を把握する。セグメント３の位置が正
確に把握されたならば、エレクタ装置９の支持機構２８
によりセグメント３を支持する。エレクタ装置９に支持
されたセグメント３は、揺動フレーム６を揺動させるこ
とで旋回フレーム７の旋回面の傾斜を調整するととも
に、旋回フレーム７を旋回させることでセグメント３の
組付け位置と対向する位置に位置決めされる。組付け位
置と対向する位置に位置決めされたセグメント３は、昇
降ジャッキ２６を駆動することにより組付け位置にセッ
トされる。このときの昇降ジャッキ２６による昇降スト
ロークは、前述の補正量に相当する量だけ補正され、補
正されたストロークをもってセグメント３が位置決めさ
れる。

【００３４】［セグメントの固定］セグメント３の位置
決めが完全に終了したならば、当該新たなセグメント３
のボルト穴（図示しない）と既設セグメントのボルト穴
にボルトが挿入され、ナットが締結される。一つのセグ
メントにおける全てのボルト穴にボルトが挿入される
と、ボルトの締結トルクが調整され、１つのセグメント
の組付けが完了する。 ［組付け装置の前進移動］以上の組付け固定作業を繰り
返して１リング分のセグメントが組付け固定された後、
この固定作業中にも掘削作業が続行されているシールド
掘進機２の掘削により、その後端に１リング分の空間が
形成されると、第１及び第２の固定保持装置１１，１３
を、その側部固定シュー２０並びに上下固定シュー１
７，１９を縮退させ、第１及び第２の反力支持装置１
２，１４に反力をとりながら前進移動させた後、上下固
定シュー１７，１９を伸長して既設セグメント３，３の
内周面に密接固定する。次いで、第１及び第２の反力支
持装置１２，１４の上下シュー２３，２５を縮退してこ
れを前進移動させた後、上下シュー２３，２５を伸長し
て既設セグメント３，３の内周面に密接固定する。な
お、第１及び第２の固定保持装置１１，１３の側部固定
シュー２０は、その後に伸長しても良いし、固定保持装
置１１，１３の前進後直ちに伸長しても良い。勿論、シ
ールド工事が終了した後、或いは他のシールド工事に転
用する場合には、支持装置４により装置全体を後退させ
れば組付け装置１をシールド竪孔に移動して地上に引き
上げることができる。

【００３５】［学習］上記のように、プリセンシング結
果より補正値を演算して１リング分のセグメントが組み
付けられ、掘進が終了した後、直前に組み付けられたセ
グメントのプリセンシングが行われるが、組付け装置１
の制御手段は、補正値を加味して組み立てたセグメント
の形状が前回プリセンシングされたセグメントと比較し
てどのように変形しているかを評価し学習のデータとし
て蓄積する。

【００３６】このため、制御手段は、各グループごと
に、次の入出力に基づいて、ある歪量の変化を生じさせ
るにはどのような補正量を与えればよいか、を学習する
学習系を有している。学習系は、前回解析したリングに
おける歪量と今回解析したリング（新たに組み付けよう
とするリングの直前のリング）における歪量との変化量
を入力としたとき、前回のリングに対して与えた補正量
を出力としたものである。

【００３７】それぞれのグループは、図７に示すよう
に、歪変化量ｄｒ（横軸）と合致度（縦軸）との相関を
示す所定のメンバーシップ関数（ＭＦ）のマトリックス
を保有している。ＭＦは、台形または三角形状をなして
おり、新しいデータが入力されるごとに統計解析された
上その形状が更新される。ここで、歪変化量は各グルー
プごとに計算されており、ある特定のグループに与えた
補正が他のグループの歪量に変化を与える可能性がある
として、それぞれのグループごとに全体の変化を検討す
るようになっている。

【００３８】更新されたＭＦのマトリックスに対し歪み
修正量を当てはめ、それぞれのＭＦに対して合致度を求
める。マトリックス１行当り３つのＭＦが配置されてお
り、それぞれの合致度を乗算することにより各行の合致
度を演算する。求められた合致度のうち所定のしきい値
を越えるのものを選択し、割り付けられた補正値をそれ
ぞれの合致度に応じて重み付けして加算する。このよう
に求められた補正値を例えば0.5mm ピッチで丸めること
により補正値が決定される。

【００３９】実際にはＭＦのマトリックスはネットワー
ク上に配置されている。学習する際に同じ補正値であっ
ても歪み量の変化が大きく違う場合、母集団が違うと判
断して新しいシナプス（マトリックスの行）を自動拡張
する。また、上述した補正値を決定するための様々な重
み付け演算、しきい値の演算もこのネットワーク上で処
理される。

【００４０】ところで、制御量を算出する最も単純な手
順としてスルーアウトがある。スルーアウトによるグル
ープｉに対する制御量ＴＯｉは、 ＴＯｉ＝Σ△ri 式で求められる。但し、この制御量は定数で与えられる
最大・最小値を超えないようにする必要がある。ところ
が、スルーアウトで得た制御量は重力等の外乱を考慮し
ていないし、現在の歪を解消できるとは限らない。よっ
て実際の制御量による変化を学習データとする学習系に
よる制御を行う。

【００４１】学習時の入出力は、「出力を与えたことに
より生じた入力」という関係を持つので、この関係を学
習することにより、「入力を生ずるために必要な出力」
を推論できるようになると予測される。反面、これを実
現するためにはある程度の学習回数が必要である。

【００４２】ところが、初期状態において学習系は推論
を行えないため常に中立値（０）を推論結果とし、学習
時の出力も常に中立値なため何等学習を行えないので、
推論を行えなかった（確信度が低い）場合はスルーアウ
トを推論結果とするように設定する。確信度としては推
論等の合致度を利用するが、合致度が差の最大値／２以
下の場合、推論ができなかったと判断し、スルーアウト
を返す。簡単な実験を行った結果、１０リング組み上が
った時点より確信度が安定するため、本件の条件を満た
すであろうと考えられる。

【００４３】推論時の入力は『望ましい歪み量変化』で
あり、歪み量が０となることが望ましいため、−今回の
歪み量を入力とし、今回与えるべき補正量を出力とす
る。また、推論と同時に、合致度が算出されるが、これ
は確信度と同様の意味を持つ。

【００４４】なお、上記実施例では、本発明を後方独立
型のセグメント組付装置に適用した場合を示したが、後
方独立型に限定されずマシン搭載型に適用しても同様な
作用効果を奏することはいうまでもない。

【００４５】

【発明の効果】以上実施例によって詳細に説明したよう
に、センサーの旋回角度と、前記旋回軸からセグメント
の内周面までの距離とを算出し、この算出結果に基づい
てセグメントの内周面上における複数位置の座標（Ｘ，
Ｙ）を求め、複数の座標からセグメント中心とセンサの
旋回中心との偏心量（Δｘ，Δｙ）を演算し、前記座標
（Ｘ，Ｙ）をこの偏心量に基づいて座標変換し、この座
標点群（Ｘ1 ，Ｙ1 ）に基づいて近似される楕円を作成
し、この楕円を表示することにより既設セグメント形状
を把握する構成としたため、新たなセグメントを組み付
ける際の位置決め基準となる既設セグメントの形状を容
易且つ正確に測定することができ、もって、変形による
組付け誤差がなく工期の短縮が図れるとともに、組付け
不能となることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかるセグメント組付け装置の全体構
成図である。

【図２】同エレクタ装置の詳細を示す正面図である。

【図３】図２の要部断面図である。

【図４】図３のＡ−Ａ線断面図である。

【図５】プリセンシングの説明図である。

【図６】組み付けられる１リングのグループ分けを示す
図である。

【図７】学習系に用いられるメンバーシップ関数のマト
リックスを示す図である。

【符号の説明】

１ セグメント組付け装置 ２ シールド掘進機 ３ セグメント ４ 支持装置 ５ 支持ビーム ６ 揺動フレーム ７ 旋回フレーム ９ エレクタ装置 １０ セグメント供給装置 ２６ 昇降ジャッキ ２７ エレクタ装置本体 ２８ 支持機構 Ｓ１，Ｓ２ プリセンシングセンサー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森野 弘之 東京都千代田区神田司町２丁目３番地 株 式会社大林組東京本社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールド掘進機の掘進に伴なってその後
   端部に環状に組み付けられた既設セグメント形状を把握
   する方法であって、 前記既設セグメント内に設置され、該セグメントの中心
   軸とほぼ一致する水平方向の旋回軸を中心として周方向
   に旋回移動するセンサーを用い、このセンサーを前記セ
   グメントの内周面と対向するように複数位置で停止して
   該センサーから該セグメントの内周面までの距離を計測
   し、前記センサーの旋回角度と、前記旋回軸からセグメ
   ントの内周面までの距離とを算出し、この算出結果に基
   づいてセグメントの内周面上における複数位置の座標
   （Ｘ，Ｙ）を求め、 次いで、収集された複数の座標から選択された任意の３
   点を複数群取り出して複数の中心点群を求め、これら中
   心点群の重心を算出してセグメント中心とセンサの旋回
   中心との偏心量（Δｘ，Δｙ）を演算し、前記座標
   （Ｘ，Ｙ）をこの偏心量に基づいて座標変換することに
   より座標点群（Ｘ1 ，Ｙ1 ）を求め、この座標点群（Ｘ
   1 ，Ｙ1 ）に基づいて近似される楕円を作成し、この楕
   円を表示することにより既設セグメント形状を把握する
   ことを特徴とする既設セグメント形状の把握方法。