JPH10131694A

JPH10131694A - シールド工法自動化システム

Info

Publication number: JPH10131694A
Application number: JP8292938A
Authority: JP
Inventors: Nobutaka Matsunaka; 信恭松中; Kenji Ogawa; 憲二小川; Kenji Oguro; 謙治小黒; Kengo Fujii; 健吾藤井; Tadashi Matsuo; 正松尾; Keizo Kazama; 慶三風間; Takashi Kitaoka; 隆司北岡; Akira Tomioka; 彰富岡
Original assignee: Obayashi Corp; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Current assignee: Obayashi Corp; Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
Priority date: 1996-11-05
Filing date: 1996-11-05
Publication date: 1998-05-19

Abstract

(57)【要約】【課題】セグメントの搬送から組み立てまでの一連の
作業の自動化を計り得るシールド工法自動化システムを
提供する。【解決手段】セグメント台車３上のセグメント５を切
羽部に搬送する搬送工程、セグメントの把持金物１２を
ＣＣＤカメラ３１と画像処理装置３２にて検出し、ハン
ドリング装置７によりセグメントを把持してストック装
置１１に搬送するハンドリング工程、ハンドリング装置
から受け取ったセグメントを前方に送出しながらストッ
クするストック工程、ストック装置より受けたセグメン
トをエレクター装置１５に供給するセグメント供給工
程、セグメント供給装置１６より供給されたセグメント
を把持し、組立パターンに準じてセグメントを粗位置決
めする工程からなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、縦坑より切羽部の
エレクター装置まで、所定のセグメントを全自動で搬送
・供給する一方、エレクター装置により予め計画された
組立パターンに準じて自動的にセグメントの粗位置決め
を行うシールド工法自動化システムに関する。

【０００２】

【従来の技術】セグメントを搭載したセグメント台車
は、バッテリー機関車に牽引され、縦坑より切羽・後方
台車付近まで手動操作にて運搬される。次に、セグメン
ト中央部のグラウトホールを利用して吊り金物を取り付
け、手動テルハにて切羽側に移送し、空スペースを利用
してセグメントの一時保管を行う。

【０００３】保管されたセグメントは、セグメント組み
立てが開始されると、同テルハを使用して、順次、エレ
クター装置へと供給される。エレクター装置に受け渡さ
れたセグメントは、予め、計画された組み立てパターン
に準じて所定の位置にボルトにて組み立てられ、最後に
吊金物を手動で取り外す。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の一連の作業は、
規則性のある繰り返し作業であると共に、狭く、かつ、
高所での危険な作業となる。本発明は、係る従来の問題
に鑑みてなされたものであり、セグメントの搬送から組
み立てまでの一連の作業の自動化を計り、以て、省力化
と安全性の向上を計ることができるシールド工法自動化
システムを提供することを目的とするものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明のシー
ルド工法自動化システムは、ａ）セグメント台車上に搭載されたセグメントを縦坑直
下から切羽部に自動的に搬送する搬送工程、ｂ）上段セグメントハンドリング後、下段セグメント上
の枕木をセグメント台車に装備した自動枕木取外し装置
によって自動的に取り外す枕木取外し工程、ｃ）セグメントに装着させた把持金物を、ＣＣＤカメラ
と画像処理装置にて検出し、走行装置を制御して自動ハ
ンドリング装置をセグメント把持位置まで誘導させた
後、セグメントを真空吸着パッドで吸着してストック装
置に自動的に搬送するハンドリング工程、ｄ）ハンドリング装置にて搬送されたセグメントを受け
取り、順次、前方に送り出すことによりセグメントをス
トックするストック工程、ｅ）ストック装置より受け渡されたセグメントをエレク
ター装置に自動的に供給するセグメント供給工程、ｆ）セグメント供給装置より供給されたセグメントを把
持し、計画された組立パターンに準じてセグメントを粗
位置決めする工程、から構成されている。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。当システムは、図１に
示す各装置を制御して、縦坑より切羽部のエレクター装
置まで、所定のセグメントを全自動で搬送・供給するシ
ステムで、次の装置より構成されている。

【０００７】自動走行車（ＡＧＶ）システム自動ハンドリング装置ストック装置セグメント供給装置エレクター装置監視システム制御システム次に、各装置について説明する。（１）自動走行車（ＡＧ−）システム自動走行車（ＡＧＶ）システムは、図１に示すように、
１台の無人バッテリー機関車２と、２台のセグメント台
車３（図では、１台）により構成され、トンネル坑内に
敷設されたレール４上を走行し、１回の搬送で最大４ピ
ースのセグメント５を所定位置まで運搬することができ
るようになっている。

【０００８】このシステムの特徴は、図２に示すよう
に、セグメント台車３に自動枕木取外し装置６を装備し
た点である。これは、切羽部にて、自動ハンドリング装
置７にセグメント５を受け渡す際、上段のセグメント５
ａを移送後、下段セグメント５ｂ上に残った枕木８を回
転式アーム９にて取り外す装置である。すなわち、図２
において、左側の枕木８ａは、左側の回転式アーム９ａ
を反時計方向に回転させることにより左側の退避部１０
ａに退避し、右側の枕木８ｂは、右側の回転式アーム９
ｂを時計方向に回転させることにより右側の退避部１０
ｂに退避する。

【０００９】このセグメント台車３は、台車前部（切羽
側）に障害物検出センサー（安全装置）（図示せず）を
有し、前方の障害物を検出して自動的に減速後、停止す
るようになっている。（２）自動ハンドリング装置本装置７は、図１に示すように、無人バッテリー機関車
２により搬送されたセグメント５を自動的に把持・移送
し、前方（切羽側）に設置されたストック装置１１に受
け渡すものである。

【００１０】本装置７は、図３および図４に示すよう
に、画像処理システムを利用してセグメントを検出する
位置決め装置２１（この装置のみ図５参照）、巻上げ装
置２２、走行装置２３、旋回装置２４、吊り具としての
真空吸着装置２５、および制御・監視装置２６より構成
されている。また、セグメント型式が変更しても、吊り
具にメカニカル把持装置を装着して、これに対処するこ
とが可能である。

【００１１】（ａ）位置決め装置本装置２１は、図５に示すように、セグメント５の中央
部に取り付けられた把持金物１２を、超小型（ＣＣＤ）
カメラ３１と画像処理装置３２にて検出し、走行装置２
３を制御して自動ハンドリング装置７をセグメント把持
位置まで導くようになっている。

【００１２】また、本装置２１は、パソコンによるパタ
ーンマッチング方式を採用し、施工条件の傾斜角度の補
正も加味された画像処理演算を行い、位置決めデーター
を制御システムのシーケンサー３３に送るようになって
いる。この装置２１による位置決めは、図６に示すよう
に行われる。本装置の採用は、全体システムの自動化に
おける重要ポイントであり、以下の効果が得られる。

【００１３】（イ）把持位置の変化に対する自動追従つまり、シールド機１（図１参照）の掘進中において、
自動ハンドリング装置７の走行ビーム１３は、シールド
機１により牽引移動するが、無人バッテリー機関車２
は、停止しているため、セグメントの把持位置が変化す
る。本装置２１は、自動的に毎回、セグメント５の把持
位置を検出するため、確実な追従把持作業が可能にな
る。

【００１４】（ロ）作業時間の短縮本システムを採用した真空吸着装置は、吊り金物を利用
することなく、セグメントの把持・搬送が可能で、把持
する際に高精度な位置決めも必要としない。従って、縦
坑で取り付けられた吊り金物は、セグメント組み立て終
了まで、取り外す必要がなく、作業項目が削減され、全
体の作業時間が短縮される。

【００１５】（ハ）作業の安全性向上本システムにより、作業者は、セグメント搬送中のクレ
ーン付近に立ち入る必要がなくなるため、安全性の向上
が図れる。（ｂ）巻上げ装置本装置２２は、図３に示すように、自動ハンドリング装
置７の中央部にあり、旋回装置２４および吊り具２５の
昇降を行うようになっている。

【００１６】（ｃ）走行装置本装置２３は、図３に示すように、巻上げ装置２２の前
後に装備され、タイヤ接地圧を反力とするため、施工条
件である登坂部の走行も可能である。（ｄ）旋回装置本装置２４は、移送されたセグメント５をストック装置
１１上で、±９０°旋回させるための装置であり、歯車
付設旋回軸受（不図示）とピニオン方式（不図示）とを
採用している。

【００１７】（ｅ）真空吸着装置本装置２５は、真空吸着力を利用してコンクリート製セ
グメントの把持を行うもので、吸着パッド部４１、位置
決めガイド部、真空ポンプユニット４３、および安全装
置より構成されている。本装置２５の採用により、セグ
メント把持において、高精度の位置決めを必要とせず、
作業の時間短縮が図れる。

【００１８】吸着パッド４１には、ネオプレンスポンジ
とネオプレンゴムが使用される。また、位置決めガイド
としては、油圧駆動式のＫセグメントガイド４５、固定
式のリング端面ガイド４６とがある。また、真空ポンプ
ユニット４３は、巻上げ装置２２の前方（切羽側）に装
備され、走行装置２３により牽引され、自動ハンドリン
グ装置７と共に移動する。なお、真空ポンプ４３から吸
引パッド４１までの系統図を図７に示す。

【００１９】安全装置としては、吸着パッド４１が何ら
かの原因で真空破壊を発生した場合、セグメントを受け
止める落下防止用安全フック４７（図４参照）、停電時
に制御電源が停止しても、急激な真空破壊が発生しない
ように圧力保持する保持型真空電磁弁４８（図７参
照）、所要の真空圧範囲かどうかを常に監視し、自動的
にポンプ４３を稼働させたり、吸着完了の確認を行う真
空スイッチ４９（図７参照）などを設けている。

【００２０】（ｆ）制御監視盤ユニット自動ハンドリング装置７の制御盤は、走行装置２３後部
と運転台車内１４にそれぞれ装備され、有線ケーブルに
て信号の受け渡しを行っている。走行装置２３後部側の
制御ユニット２６には、主に、各インバーター機器３４
（図５参照）と位置決め装置用パソコン（不図示）があ
り、運転台車１４側の制御盤では、自動ハンドリング装
置７の制御を行うシーケンサーと各システムの監視を行
うタッチパネル５２（図８参照）が装備されている。こ
のタッチパネル５２は、移送されるセグメント５のデー
タ入力・管理の他、進捗状況をモニタリングすることが
可能で、異常時のエラー表示機能も含まれる。（３）ストック装置本装置１１は、自動ハンドリング装置７により移送され
たセグメント５を受け取り、自動的に、順次、前方（切
羽側）へ送り出しながら、ストックする装置である。ま
た、この装置１１は、セグメント組み立ての際、エクク
ター装置１５の要求に応じて、ストックされたセグメン
ト５を送り出す機能を有している。従って、セグメント
供給装置１６を省略することが可能である。

【００２１】本装置１１は、図９に示すように、フレー
ム部６１、押出し装置６２、センタリング装置６３（図
１０参照）、トラベリング装置６４及びパワーユニット
（不図示）より構成され、これらの制御は、操作盤を経
由して、自動ハンドリング装置７のシーケンサーにて制
御される。フレーム部６１は、最大３ピースのセグメン
ト５がストック可能な鋼製フレーム構造で、シールド機
本体１により牽引され、ローリング追従機構を有する。

【００２２】押出し装置６２は、フレーム部６１の後端
にテレスコープシリンダー６２ａを装備し、自動ハンド
リング装置７より移送されたセグメント５を前方（切羽
側）へ送り出す。センタリング装置６３は、フレーム６
１の中央部にあり、送出されたセグメント５の両側に装
備されたシリンダー６３ａ（図１０参照）にてセンタリ
ングを行う。

【００２３】トラベリング装置６４は、フレーム６１の
前部にあり、センタリング終了時のセグメント５をフレ
ーム６１の先端及びセグメント供給装置１６に送り出
す。（４）セグメント供給装置本装置１６は、ストック装置１１にて保管されたセグメ
ント５を受け取り、自動的にエレクター装置１５に供給
を行う装置である。本装置１１は、シールド機１の後方
作業台真下に設置され、型鋼により構成された上フレー
ム部（不図示）と、円弧形状をなし、セグメント５を１
ピースだけ搭載可能な下フレーム部７１（図１参照）に
分けられ、油圧シリンダー（不図示）により個々に移動
可能である。（５）エレクター装置本装置１５は、セグメント供給装置１６より供給された
セグメント５の把持を行った後、事前に選択された組立
てパターンに準じてセグメント５の粗位置合わせを自動
的に行う。この時、組立てエリアの確保のため、所定の
シールドジャッキ１７の引き動作も自動的に行うように
なっている。セグメント５の微調整位置決めは、無線手
動操作で行い、ボルト供給・締結作業は、今まで通りの
手作業で行う。

【００２４】以上の作業終了後、本装置１５は、再び、
自動的に把持金物１２の回収、および次ピースセグメン
トの把持・粗位置合わせを連続して行い組立てサイクル
を形成する。本装置１５は、門型リングギア方式を採用
し、図１２および図１３に示すように、エレクターリン
グ８１を旋回モーター８２により回動させるようになっ
ている。また、エレクターリング８１に取り付けた昇降
ジャッキ８３によりエレクターフレーム８４に設けた外
部エレクターボックス８５ａを昇降するようになってい
る。エレクターフレーム８４に対する外部エレクターボ
ックス８５ａの横行は、横行用ジャッキ８６により行
い、外部エレクターボックス８５ａに対する内部エレク
ターボックス８５ｂの摺動（前後動）は、摺動用ジャッ
キ８７により行うようになっている。

【００２５】更に、エレクターフレーム８４にサポート
ジャッキ８８が設けられ、内部エレクターボックス８５
ｂに振止めジャッキ８９、把持金物回収装置９０が設け
られている。（６）監視システム運転台室１４には、ＣＰＵ内蔵のタッチパネル５２（図
８参照）を採用しており、セグメントの監視のほか、シ
ステム運転計画、管理を行うようになっている。シール
ド機後方作業台には、表示盤があり、エレクター装置の
運転状況の表示を行うようになっている。（７）制御システムシステム全体のコントーロールは、自動ハンドリング装
置７に搭載したシーケンサーにより行われるようになっ
ている。このシーケンサーは、ＡＧＶシステムの制御装
置、ストック装置１１の制御盤、エレクター装置１５の
シーケンサーなどと信号の受け渡しを行い、各装置と全
体システムを制御している。

【００２６】図１１に制御システム構成概要を示し、図
１４〜図１６にセグメント自動搬送システム動作フロー
を示し、図１７〜図１９にエレクター装置動作フローを
示す。システム安全対策として、危険区域と、安全区域
を設定し、危険区域への進入口には、二重の安全装置を
設け、侵入に際しては、インターロックか作動するよう
処置している。また、装置の接近に対し、パトライト、
効果音などで作業者の注意を促すよう対処している。

【００２７】上記自動ハンドリング装置７から進入許可
信号を受けた無人バッテリー機関車２が、シールド機１
後方台車内の停止位置まで行く。無人バッテリー機関車
２の到着信号を受けた自動ハンドリング装置７は、原点
位置よりセグメント台車３上の上段のセグメント５ａを
把持しに行く。粗位置まで走行した後、ＣＣＤカメラ３
１により画像処理を行いセグメント５ａの正確な位置を
検出する。その後、真空パッド４１にてセグメント５ａ
を吸着し、ストック装置１１まで搬送する。

【００２８】ストック装置１１は、セグメント５ａをセ
ンタリングして、順次、前方に送り出す。受け渡し完了
後、自動ハンドリング装置７は、下段のセグメント５ｂ
を把持しにセグメント台車３上に移動する。セグメント
台車３は、枕木８を自動で取り外す。その後は、検出、
把持を繰り返す。空になったセグメント台車３は、無人
バッテリー機関車２により縦坑直下まで牽引される。

【００２９】一方、ストック装置１１のセグメント５
は、セグメント供給装置１６よりエレクター装置１５に
自動的に供給される。エレクター装置１５は、供給され
たセグメント５の把持を行った後、事前に選択された組
立てパターンに準じてセグメント５の粗位置合わせを自
動的に行う。この時、組立てエリアの確保のため、所定
のシールドジャッキ１７の引き動作も自動的に行われ
る。セグメント５の微調整位置決めは、無線手動操作で
行い、ボルト供給・締結作業は、今まで通りの手作業で
行う。

【００３０】以上の作業終了後、エレクター装置１５
は、再び、自動的に把持金物１２の回収、および次ピー
スセグメントの把持・粗位置合わせを連続して行う。

【００３１】

【発明の効果】上記のように、本発明によれば、次のよ
うな、優れた効果を奏する。すなわち、自動化による省力化本システムにより、縦坑下から切羽部エレクター装置ま
での無人化が達成され、バッテリー機関車の運転車、テ
ルハクレーンのオペレーターおよび助成員の削減が可能
になる。

【００３２】自動化による安全性向上従来工法においては、後方台車付近でのセグメント搬送
は、作業者の有効スペースが少なく、危険度の高いもの
であったが、本システムにより、作業者は、セグメント
搬送中のクレーン付近に立ち入る必要がなくなるため、
安全性の向上が図れる。

【００３３】作業時間の短縮化従来工法においては、セグメントの搬送・組立に利用さ
れる吊り金物は、クレーンを使用する度に取り付けら
れ、作業終了後に取り外されていたが、本システムを採
用した真空吸着装置は、吊り金物を利用することなく、
セグメントの把持・搬送が可能で、把持する際に高精度
な位置決めも必要としない。従って、縦坑で取り付けら
れた吊り金物は、セグメント組み立て終了まで、取り外
す必要がなく、作業項目が削減され、全体の作業時間が
短縮される。

【００３４】作業の確実性自動化に伴い、各装置の動作は決められた手順にて進行
されるため、従来の手動操作で発生していたミスオペレ
ートによるやり直し作業が解消され、確実で効率的なも
のとなる。本エレクター装置は、半自動システムであり、高価
な製品や機器を使用することなく、実現しているため、
全自動エレクター装置に比べて大変経済的である。

【図面の簡単な説明】

【図１】シールド機の一部断面を含む斜視図である。

【図２】セグメント台車の側面図である。

【図３】自動ハンドリング装置の側面図である。

【図４】自動ハンドリング装置の背面図である。

【図５】位置決め装置系統図である。

【図６】位置決め装置の制御フロー図である。

【図７】真空吸着装置系統図である。

【図８】モニター画面の正面図である。

【図９】ストック装置の概要図である。

【図１０】図９のＸ−Ｘ断面図である。

【図１１】制御システム構成概要図である。

【図１２】エレクター装置の側面図である。

【図１３】エレクター装置の正面図である。

【図１４】セグメント自動搬送システム動作フローチャ
ート図（頭部）である。

【図１５】セグメント自動搬送システム動作フローチャ
ート図（胴部）である。

【図１６】セグメント自動搬送システム動作フローチャ
ート図（脚部）である。

【図１７】エレクター装置動作フローチャート図（頭
部）である。

【図１８】エレクター装置動作フローチャート図（胴
部）である。

【図１９】エレクター装置動作フローチャート図（脚
部）である。

【符号の説明】

３セグメント台車５セグメン
ト６枕木取外し装置７自動ハン
ドリング装置８枕木１１ストック
装置１２把持金物１５エレク
ター装置１６セグメント供給装置３１ＣＣＤ
カメラ３２画像処理装置４１真空吸
着パッド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者小黒謙治東京都中央区築地５丁目６番４号三井造船株式会社内 (72)発明者藤井健吾東京都中央区築地５丁目６番４号三井造船株式会社内 (72)発明者松尾正東京都中央区築地５丁目６番４号三井造船株式会社内 (72)発明者風間慶三東京都千代田区神田司町２−３株式会社大林組東京本社内 (72)発明者北岡隆司東京都千代田区神田司町２−３株式会社大林組東京本社内 (72)発明者富岡彰東京都千代田区神田司町２−３株式会社大林組東京本社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ａ）セグメント台車上に搭載されたセグ
メントを縦坑直下から切羽部に自動的に搬送する搬送工
程、ｂ）上段セグメントハンドリング後、下段セグメント上
の枕木をセグメント台車に装備した自動枕木取外し装置
によって自動的に取り外す枕木取外し工程、ｃ）セグメントに装着させた把持金物を、ＣＣＤカメラ
と画像処理装置にて検出し、走行装置を制御して自動ハ
ンドリング装置をセグメント把持位置まで誘導させた
後、セグメントを真空吸着パッドで吸着してストック装
置に自動的に搬送するハンドリング工程、ｄ）ハンドリング装置にて搬送されたセグメントを受け
取り、順次、前方に送り出すことによりセグメントをス
トックするストック工程、ｅ）ストック装置より受け渡されたセグメントをエレク
ター装置に自動的に供給するセグメント供給工程、ｆ）セグメント供給装置より供給されたセグメントを把
持し、計画された組立パターンに準じてセグメントを粗
位置決めする工程、からなるシールド工法自動化システ
ム。