JPH07224600A - シールド工事用のセグメント形状計測方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】セグメント・エレクタの機械的精度に依存しな
い高精度なシールド工事用のセグメント形状計測方法を
提供する。 【構成】シールド掘進機１の内側に、シールド掘進機１
の軸線Ｃと平行な枢支軸８を固定する。掘進方向からみ
て枢支軸８の後端に、枢支軸８と直交方向に向けた非接
触式距離計７を枢支軸８の回りに回転自在に取付ける。
シールド掘進機１に対する枢支軸８の中心線の相対位置
を測定し、さらに回転角度を計測しながら距離計７を枢
支軸８の回りに回転させ、距離計７により枢支軸８の中
心線からセグメント５の内面上の対向点までの距離を計
測する。計測された三点以上の対向点の各々に対する回
転角度と枢支軸８の中心線までの距離とからのシールド
掘進機１に対するセグメント５の内面断面形状を求め
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はシールドトンネル工事に
おいてシールド内に組立てるセグメントの二次元断面形
状及び三次元形状を計測する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シールド掘進機による掘削を用いるトン
ネル構築工事では、地盤を一定距離だけ掘進する毎に、
図６に示すようにシールド掘進機の外周壁である円筒形
のシールド・スキンプレート（以下、単にスキンプレー
トという）の後端部の内側に掘削後のトンネル内壁とな
るセグメントを組立てる。通常セグメントは複数のセグ
メントピースから形成されるリング形状であるため、品
質管理や次回の組立てのために今回組立てたセグメント
リングの真円度、中心軸、切羽側端面の傾斜等を計測す
る必要がある。

【０００３】従来セグメントリングの形状は、例えば図
６に示すようにセグメントピースのハンドリング装置で
あるエレクタ４のセグメント内面と対向する先端部に距
離センサ６を取付け、エレクタ４をセグメント内面に沿
って一回転させてセグメント内面までの距離を計測し、
距離センサ６の取付位置と計測された距離とからセグメ
ント内面の断面形状を算出して求めていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記エレクタ
の先端部に距離センサを取付けて計測する方法は、自動
組立装置で使われるような機械的精度が高いエレクタの
場合は有効な方法であるが、比較的精度の低い一般的な
エレクタの場合は回転に伴って回転中心が偏心するため
算出されたセグメント内面の形状が必ずしも正確ではな
い問題がある。

【０００５】そこで本発明の目的は、エレクタ等の機械
的精度に依存しない高精度なシールド工事用のセグメン
ト形状計測方法を提供するにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】図１を参照するに、本発
明のシールド工事用のセグメント形状計測方法は、シー
ルド掘進機１で掘進後セグメント５を組立てるシールド
工事におけるセグメント形状計測方法において、シール
ド掘進機１の内側にシールド掘進機１の軸線Ｃと平行に
枢支軸８を取付け、枢支軸８のセグメント５の内面と対
向すべき部位に枢支軸８と直交方向に向けた非接触式距
離計７を枢支軸８の回りに回転自在に枢支し、シールド
掘進機１に対する枢支軸８の中心線の位置を計測し、回
転角度を計測しながら距離計７を枢支軸８の回りに回転
させて中心線からセグメント５の内面上の複数の対向点
までの距離を計測し、中心線の位置と計測された三点以
上の対向点の各々に対する距離と距離計７の回転角度と
からシールド掘進機１に対するセグメント５の内面の断
面形状を求める。

【０００７】好ましくは、シールド掘進機１の内側に旋
回リング18付のセグメント５組立用エレクタ４を設け、
旋回リング18上から旋回リング18の回転中心へ向かう三
本以上の長さ調節可能な支持腕10により枢支軸８の軸受
け９を旋回リング18の回転中心に保持し、各支持腕10の
長さの調節により枢支軸８の中心線をシールド掘進機１
の軸線Ｃ上に位置決めする。

【０００８】

【作用】本発明では、枢支軸８を静止させたまま、枢支
軸８に枢支した非接触式距離計７を回転させてセグメン
ト２の内面までの距離を計測する。例えば図１では枢支
軸８をエレクタ４に固定するが、エレクタ４を停止させ
たまま距離計７を回転させるので、エレクタ４の機械的
精度に関係なく距離計測が可能である。非接触式距離計
７は従来技術に属する装置であり、例えば波動信号を発
信してから反射信号を受信するまでの時間と波動信号の
速度とから反射面までの距離を求める光波距離計や超音
波距離計とすることができる。距離計７は、例えば枢支
軸８に内蔵されたモータ等の回転機構12により減速機構
を介して回転させる。

【０００９】距離計７による計測を行なう前に、枢支軸
８の中心線のシールド掘進機１に対する位置を例えば測
量により計測する。シールド工事では通常シールド掘削
機１の位置を測量しているので、坑内ベンチマーク等を
介して枢支軸８の中心線の位置を測量すれば、シールド
掘進機１に対する中心線の位置が求められる。

【００１０】図１を参照するに、距離計７は枢支軸８と
直交方向に向けて取付けられ、軸線Ｃと垂直な平面Ｈ上
におけるセグメント５の内面までの距離を計測する。図
２は断面図Ｈを模式的に示し、枢支軸８の中心線と断面
Ｈとの交点をＰ、軸線Ｃと断面Ｈとの交点をＯ、距離計
７と対向するセグメント５の内面上の点をＳ₁〜Ｓ₄で表
す。距離計７の回転角度を例えば距離計７が対向点Ｓ₁
へ向かう水平方向を基準にして計測する。距離計７の回
転角度は例えばエンコーダ等を介して自動計測すること
ができる。距離計７を基準方向から角度θ₂だけ回転さ
せた時に距離計７が距離Ｐ−Ｓ₂を計測したとすれば、
角度θ₂と距離Ｐ−Ｓ₂とからセグメント５の内面上の対
向点Ｓ₂が定まり、予め計測された中心線の位置から対
向点Ｓ₂のシールド掘進機１に対する位置が算出でき
る。対向点Ｓ₁、Ｓ₃、Ｓ₄の位置も同様に算出できる。
セグメント５の内面の断面形状を円と仮定すれば、少な
くとも三つの異なる対向点の位置からセグメント５の内
周円の中心及び半径が算出でき、セグメント５の内周円
が求められる。隣接する対応点の円周角即ち距離計７の
回転角度を小さくすれば、精度の高い断面形状の計測が
可能となる。

【００１１】このようにして本発明の目的である「エレ
クタ等の機械的精度に依存しない高精度なシールド工事
用のセグメント形状計測方法」の提供が達成できた。

【００１２】枢支軸８の中心線が軸線Ｃ上にあれば、距
離計７による計測距離とシールド掘進機１の内径との直
接対比が可能となり、例えば内径から計測距離とセグメ
ントの厚さとを減ずる簡単な演算処理でテールクリアラ
ンスが求められる。図１の実施例では、中心線を軸線Ｃ
上に位置決めするため、枢支軸８の軸受け９を長さ調節
機構11付きの三本以上の支持腕10により支持し、各支持
腕10の長さの調節により枢支軸８の中心線の位置を調整
可能としている。図中17はセグメント５を把持するグリ
ップ、16は昇降装置、15は昇降装置を内径方向に移動す
る油圧ジャッキを示す。但し枢支軸８の取付け位置及び
取付け方法は図示例に限定されない。

【００１３】

【実施例】図３は、シールド掘進機１の掘進と停止を繰
返しながらセグメント５の内面の三次元形状を求める本
発明の実施例を示す。図３(Ａ)に示す掘進停止地点で計
測機７を回転させてセグメント５の内面の断面形状を求
め、距離Ｌだけシールド掘進機１を掘進させた図３(Ｂ)
の地点で再度掘進を停止して断面形状を求める。距離計
７はシールド掘進機１と共に移動するので、掘進と停止
の繰返しにより距離Ｌだけ隔てた複数の断面形状が得ら
れ、各断面形状からセグメント５内面の三次元形状を求
める。距離Ｌを短縮すれば三次元形状の精度は向上す
る。

【００１４】図４は、軸線Ｃの方向に伸縮可能な伸縮部
材13を介して枢支軸８をシールド掘進機１の内側に取付
け、シールド掘進機１を停止させたままセグメント５の
内面の三次元形状を求める本発明の実施例を示す。図示
例では、伸縮部材13として軸線Ｃ方向に伸縮する油圧ジ
ャッキを用い、その一端をエレクタ４の切羽側面に固定
し、他端を枢支軸８の切羽側端と接続している。図４
(Ａ)の地点で断面形状を計測し、距離Ｌだけ伸縮部材13
を伸長させた図４(Ｂ)の地点で再び断面形状を計測し、
距離Ｌだけ隔てた複数の断面形状を得る。シールド掘進
機１を掘進させる場合に比べ掘進終了後又は掘進直前に
複数の断面形状を一括して計測でき、また距離Ｌの短縮
化により精度の高い計測が期待できる。但し本発明の伸
縮部材13及びその取付け位置は図示例に限定されない。

【００１５】以上セグメント５の内面の断面形状の計測
方法について説明したが、セグメント５の厚さは予め決
められているか又は組立て前に計測可能であるから、セ
グメント５の内面の断面形状とセグメント５の厚さとか
らセグメント５の外面の断面形状を算出することもでき
る。図５に示すようにセグメント５の組立て前に本発明
の計測方法によってスキンプレート２の内面の断面形状
を求めれば、スキンプレート２の内面とセグメント５の
外面との間の距離であるテールクリアランスを求めるこ
ともできる。

【００１６】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のシ
ールド工事用のセグメント形状計測方法は、シールド掘
進機の内側にシールド掘進機の軸線と平行に枢支軸を取
付け、枢支軸のセグメント内面と対向すべき部位に枢支
軸と直交方向へ向けた非接触式距離計を枢支し、シール
ド掘進機に対する枢支軸の中心線の位置を計測し、回転
角度を計測しながら距離計を枢支軸の回りに回転させて
中心線からセグメント内面上の複数の対向点までの距離
を計測し、中心線の位置と距離計の回転角度と計測距離
とからセグメント内面形状を求めるので、以下の顕著な
効果を奏する。

【００１７】(イ)エレクタを停止させたまま計測を行な
うので、エレクタの機械的精度に関係なく計測ができ
る。 (ロ)単一の距離計により精度の高い断面形状を求めるこ
とができる。 (ハ)枢支軸と掘進機との間に伸縮部材を介在させ、枢支
軸を軸線方向に移動可能とすれば、シールド掘進機を停
止させたままセグメントの三次元形状を求めることがで
きる。 (ニ)距離計の回転角度の自動計測がエンコーダ等を介し
て容易に行える。 (ホ)セグメントの自動組立て装置等との融合によりシー
ルドトンネル工事の自動化への利用が期待できる。 (ヘ)従来の円形シールド工法以外にも２連又は３連とい
ったマルチフェイスシールド工法へ適用が期待できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】は、本発明の一実施例を示す説明図である。

【図２】は、本発明の作用を示す説明図である。

【図３】は、セグメントの三次元形状計測の実施例を示
す説明図である。

【図４】は、伸縮部材を用いた三次元形状計測の実施例
の説明図である。

【図５】は、本発明によるテールクリアランス計測の説
明図である。

【図６】は、従来技術の説明図である。

【符号の説明】

１ シールド掘進機 ２ スキンプレート ３
シールドジャッキ ４ エレクタ ５ セグメント ６
距離センサー ７ 非接触式距離計 ８ 枢支軸 ９
軸受け 10 支持腕 11 長さ調節機構 12
回転機構 13 伸縮部材 15 油圧ジャッキ 16
昇降装置 17 グリップ 18 旋回リング。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シールド掘進機で掘進後セグメントを組立
   てるシールド工事におけるセグメント形状計測方法にお
   いて、シールド掘進機の内側にシールド掘進機の軸線と
   平行に枢支軸を取付け、前記枢支軸のセグメント内面と
   対向すべき部位に前記枢支軸と直交方向に向けた非接触
   式距離計を前記枢支軸の回りに回転自在に枢支し、シー
   ルド掘進機に対する前記枢支軸の中心線の位置を計測
   し、回転角度を計測しながら前記距離計を前記枢支軸の
   回りに回転させて前記中心線から前記セグメント内面上
   の複数の対向点までの距離を計測し、前記中心線の位置
   と計測された三点以上の対向点の各々に対する前記距離
   と前記距離計の回転角度とからシールド掘進機に対する
   前記セグメント内面の断面形状を求めてなるシールド工
   事用のセグメント形状計測方法。
2. 【請求項２】請求項１の計測方法において、シールド掘
   進機内に旋回リング付のセグメント組立用エレクタを設
   け、前記旋回リング上から前記旋回リングの回転中心へ
   向かう三本以上の長さ調節可能な支持腕により前記枢支
   軸の軸受けを前記旋回リングの回転中心に保持し、前記
   各支持腕の長さの調節により前記枢支軸の中心線をシー
   ルド掘進機の軸線上に位置決めしてなるシールド工事用
   のセグメント形状計測方法。
3. 【請求項３】請求項１の計測方法において、前記枢支軸
   をシールド掘進機の軸線方向に伸縮可能な伸縮部材を介
   してシールド掘進機の内側に取付け、前記伸縮部材の伸
   縮により前記距離計を前記中心線上において移動させ、
   異なる位置で求めた前記セグメント内面の複数の断面形
   状から前記セグメント内面の三次元形状を求めてなるシ
   ールド工事用のセグメント形状計測方法。
4. 【請求項４】請求項２の計測方法において、シールド掘
   進機の軸線方向に伸縮可能な伸縮部材の一端を前記セグ
   メント組立用エレクタに固定し、前記枢支軸を前記伸縮
   部材の他端に固定し、前記伸縮部材の伸縮により前記距
   離計をシールド掘進機の軸線上において移動させ、異な
   る位置で求めた前記セグメント内面の複数の断面形状か
   ら前記セグメント内面の三次元形状を求めてなるシール
   ド工事用のセグメント形状計測方法。
5. 【請求項５】請求項３又は４の計測方法において、前記
   伸縮部材を油圧シリンダーとしてなるシールド工事用の
   セグメント形状計測方法。