JPS63269010A - シ−ルドマシンにおけるテ−ルクリアランスの測定方法とその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、シールド工法に使用されるシールドマシン
のテールクリアランスを測定する方法とその測定装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

トンネル掘削の推進工法として、シールド工法は公知で
ある。このシールド工法は比較的軟弱な地盤において、
直径が２．０メートル以上のトンネルを掘削する場合、
その切羽や周辺地盤の安定を保ちながら、安全に施工す
ることができるので、トンネル掘削工事に多用されてい
る。

ところで、このシールド工法に使用される、例えば加泥
土圧式シールドマシンは、第９図の概略構造図で示すよ
うに、円筒状シェルの中央内部に主体構造であるガータ
部Ｇを持ち、その前部に切羽の安定と掘削を行うための
フード部Ｆ、後方にセグメントの組み立てを行うための
テール部Ｔから構成されているものである。

さらに、フード部Ｆ、ガータ部Ｇ、テール部Ｔの構造概
略を具体的に前記第９図で説明すると、３１はフード部
Ｆの前面で回転駆動される円盤状を呈するカッターヘッ
ド、３２はこのカッターヘッド３１の中心に位置するフ
ィッシュテールビット、３３は加圧泥水の噴出口である
。３４は、前記カッターヘッド３１で掘削したズリを排
出するためのスクリューコンベアである。

３５は前記カッターヘッド３１による掘進に基づいてシ
ールドマシン全体を推進させるための油圧式のシールド
ジヤツキで、シールドマシンのガータ部Ｇに組み込まれ
ている。３６はシールドマシンのテール部Ｔで組み立て
の終ったセグメントである。

なお前記シールドマシン全体を推進させるシールドジヤ
ツキ３５は、シールドマシンの前記ガータ部Ｇを構成す
る円筒状シェルの内周面上にわたってそれぞれ組み込ま
れている。

そしてその推進操作は、従来の一般的なシールドマシン
と同様に前記シールドジヤツキ３５に作動油を供給する
ことにより、シールドジヤツキ３５のロフト３５ａを伸
ばし、それを既に組み立ての終ったセグメント３６の端
面で受け、その反力を利用して推進させるように構成さ
れている。

なお、その場合直接シールドジヤツキ３５のロッド３５
ａを、既に組み立ての終ったセグメント３６の端面に直
接当接させることなく、第３図および第４図で示すよう
に前記シールドジャ・ンキ３５のロッド３５ａの先端に
スプレッダ−３７を設け、このスプレッダ−３７を介し
てセグメント３６の端面に当接させてセグメント３６側
の反力を受けるように構成しである。すなわちスプレッ
ダ−３７をシールドジヤツキ３５の反力板として機能さ
せるように構成している。

したがって、シールドマシンによる掘削推進は、カッタ
ーヘッド３１を回転駆動して切羽を掘削し、掘削によっ
て出たズリをスクリューコンベア３４で排出するととも
に、前記シールドジヤツキ３５を作動させて、シールド
マシン全体を推進させるように構成されているものであ
る。

そしてセグメント３６の１リング分の掘削が完了した時
点で、新しいセグメント３６を既設のセグメント３６に
継ぎ足し、以下前記作業を順に繰り返してセグメント３
６の組み立てを行うようになっている。

なお、組み立ての完了したセグメント３６と地山との間
隙には、セグメント３６の組立終了と同時に速やかにセ
メント、モルタル等の裏込注入を行い、工事を推進させ
るものである。

なお、第９図で３８はカッターへソド３１を回転駆動す
るための油圧モータであり、３９はシールドマシンのテ
ール部Ｔ内でセグメント３６を組み立てるためのエレク
タ−である。

このエレクタ−３９は、テール部Ｔ内で半径方向に伸縮
するエレクタ−アーム３９ａを備え、このエレクタ−ア
ーム３９ａで、セグメント３６を把持し組み立てるよう
に構成されている。

以上のように、シールドマシンによるセグメント３６の
組み立ては、シールドマシンのテール部Ｔ内で行われる
。

したがって、セグメント３６の１リング分の掘削が進み
、新しいセグメント３６を継ぎ足し組み立てる場合は、
第９図で示すようにシールドマシンのテール部Ｔを構成
する円筒状シェルのシェルプレート４０（通称スキンプ
レートと呼ばれるので、以下この用語を使用する）とセ
グメント３６の外周面との間に、一定の間隙ＴＣ（通称
テールクリアランスと呼ばれるので、以下この用語を使
用する）を確保しておくことが必要である。

すなわちスキンプレート４０とセグメント３６との間に
、テールクリアランスＴＣがないと新しいセグメント３
６の組み立て継ぎ足しができない。

そこで従来は、新しいセグメント３６の組み立て継ぎ足
しを行うまえに、必ず前記テールクリアランスＴＣが適
正に確保されているか、どうかを計測している。

なお、この計測を行うことは、単にセグメント３６の組
立上の都合からばかりでなく、シールド工法を適確に、
しかも効率的に推進していく上で、きわめて重要で、例
えばシールドマシン自体の推進方向を制御するための重
要な情報としての意味を持っている。したがって、その
計測はセグメント３６の１リング分が組み立て推進終了
ごとに行われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところが、この計測を従来は人手に頼って行っていた。

前記したように計測位置がテール部Ｔの円周内面の上下
左右４個所あり、そこにいちいちスケールを当てて直接
計測し、その値を測定者が記録紙に記入していく方法に
頼っているため、計測作業に非常な時間を要するばかり
でなく、測定上の誤差も生じやすいといった問題点があ
った。

とくにシールドマシンの口径が３メートル以上に及ぶ大
口径の場合は、測定作業そのものが危険でもあった。

そこで最近シールド工法の普及に呼応し、シールドマシ
ンの方向制御やセグメントの自動組み立など、いわゆる
自動化が要請され、前記テールクリアランスの計測作業
も、改善しなければならない重要な技術課題となってい
た。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、前記問題点を解決するとともに、シールド工
法の自動化への技術的課題をクリヤーする目的で、次の
ようなシールドマシンにおけるテールクリアランスの測
定方法と、その測定装置を開発したものである。

まず、第１の発明である測定方法の特徴とするところは
、すでにリング状に組み立ての終ったセグメントの内周
面位置を機械的に伸縮作動するセグメント位置検出セン
サーで検出し、この検出位置を基準点として、シールド
マシンの半径方向の内周面位置までの距離を、同じく機
械的に伸縮作動するスキンプレート位置検出センサーで
検出し、この基準点よりスキンプレートの内周面までの
変位量からセグメントの厚さを差引いて、セグメント外
周面とスキンプレート内周面との間のテール。クリアラ
ンスを機械−電気的に変換して自動的に測定するように
したことにある。

次に上記測定方法を実施する装置として、シールドマシ
ンの半径方向に機械的に伸縮作動し、リング状に組み立
ての終了したセグメントの内周面位置を検出するセグメ
ント位置検出センサーと、同じくシールドマシンの半径
方向に機械的に伸縮作動し、スキンプレートの内周面位
置を検出するスキンプレート位置検出センサーと、さら
に前記セグメント位置検出センサーの検出位置をゼロリ
セットし、かつスキンプレート位置検出センサーの変位
量を電気信号に変換する変換器とを、シールドマシンを
推進させるシールドジヤツキのスプレッダ−側面に組み
付け、前記変換器よりの電気信号に基づく、前記変位量
を計測値としてカウント表示する表示器に接続した構成
としたことにある。” さらに前記機械的に伸縮作動するセグメント位置検出セ
ンサーおよびスキンプレート位置検出センサーの伸縮作
動を、それぞれ流体圧を用いて駆動するように構成し、
かつその作動をシーケンス制御により行うように構成し
たことを特徴とするものである。

〔作用〕

本発明によるテールクリアランスの測定方法は、前記し
たように、機械的に伸縮作動するセグメント位置検出セ
ンサーをもって、すでにリング状に組み立ての終ったセ
グメントの内周面位置を検出し、この検出位置を基準点
として、さらにシールドマシンのスキンプレート内周面
位置をスキンプレート位置検出センサーで検出し、その
変位量を電気信号に変換してテールクリアランスの計測
を行うようにしたものであるため、計測が自動的で、し
かも誤差のない正確な計測値を得ることができ冬もので
ある。

特に位置検出センサーを機械的に伸縮作動する検出セン
サーに構成し、かつその伸縮作動を圧力流体を駆動源と
し、しかもそれら検出センサーの作動を計測の手順に応
じたシーケンス制御方式により行う構成としたため、従
来の手作業による計測作業と比較し、格段の正確性と効
率性を発揮することができる。

〔実施例〕

さらに本発明の計測方法を実施する計測装置の実施例に
基づいて具体的に説明する。

まず、本発明による計測装置は、第１図で示すように、
シールドマシンの半径方向に伸縮作動して、リング状に
組み立ての終ったセグメント３６の内周面３６ａを検出
するセグメント位置検出センサーｌと同じくシールドマ
シンの半径方向に伸縮作動し、スキンプレート４０の内
周面４０ａを検出するスキンプレート位置検出センサー
２と、これら位置検出センサーＩおよび２により検出し
た変位量を電゛気的信号に変換する変換器３からなるセ
ンサーユニット４と、第２図の計測システムの構成図で
示すように、前記センサーユニット４の各セグメント位
置検出センサー１およびスキンプレート位置検出センサ
ー２を、それぞれシーケンスに伸縮作動制御する電磁弁
５ａを備えたシーケンスコントローラ５と、その伸縮作
動用の圧力流体源６と、さらに前記変換器３よりの電気
信号をカウントして、前記スキンプレート位置検出セン
サー２の変位量を計測値として表示する表示器７とをも
って構成されている。

なお第２図の計測システムで示す７ａは、前記シーケン
スコントローラに操作信号を送るための押しボタンスイ
ッチである。またセンサーユニット４は、前記したよう
にシールドマシンの上下左右の４ケ所に設けたシールド
ジヤツキ３５のスプレッダ−３７に、それぞれ取り付け
られ、これらセンサーユニット４は第２図で示すように
シーケンスコントローラ５を介して同時に作動されるよ
うになっている。

第３図はセンサーユニット４をスプレッダ−３７の側面
に取付けた状態を示す側面図であり、第４図は第３図を
右側からみた正面図である。

次に、前記センサーユニット４を構成するセグメント位
置検出センサー１とスキンプレート位置検出センサー２
と、変換器３の具体的な構成と、その相互の作動関係に
ついて説明する。

まず、第１図で示すように、セグメント位置検出センサ
ー１とスキンプレート位置検出センサー２とは、シール
ドマシンの半径方向に伸縮作動する複合ロッド８および
９を有する主エアシリンダー１０をもって構成されてい
る。

すなわち、主エアシリンダー１０の複合ロッド８の上端
に、水平方向に伸縮作動する副ロッド１１を有する副エ
アシリンダー１２を取り付け、この副エアシリンダー１
２の前記副ロッド１１の先端に、セグメント３６の内周
面３６ａの位置を検出する前記セグメント位置検出セン
サー１のセンサーアーム１４を取付けである。

したがって、このセグメント位置検出センサー１は、主
エアシリンダー１０における複合ロッド８の伸縮作動に
従動して上下作動するように構成されている。

なお、１４は副ロッド１１を右方向に作動させるための
作動空気の供給ノズル、１５は前記とは逆方向に副ロッ
ド１１を作動させるための作動空気の供給ノズルである
。

１６は副ロフト１１の復帰用バネである。

次に１７は、主エアシリンダー１０の前記複合ロッド８
を上下方向、すなわちシールドマシンの半径方向に伸縮
作動し、前記セグメント位置検出センサー１を同方向に
従動させるための作動空気の供給ノズルである。

１８は、スキンプレート４０の内周面４０ａの位置を検
出するスキンプレート位置検出センサー２のセンサーア
ームを形成するロッド９を、スキンプレート４０側に作
動させるための作動空気の供給ノズルである。

なお、１９は前記スキンプレート位置検出センサー２の
センサーアームであるロフト９のガイドロッドで、２０
はその復帰用バネである。

次に前記セグメント位置検出センサー１およびスキンプ
レート位置検出センサー２の作動による変位量を電気信
号に変換する変換器３は、本発明においては、摩擦輪か
らなるタッチロール２１を有するゼロリセットの容易な
インクリメンタル方式のロータリエンコーダをもって構
成しである。

そして、前記主エアシリンダー１０の複合ロッド８およ
び９の上下方向の伸縮作動に追従して作動するガイドロ
ッド２２を、副エアシリンダー１２より垂下し、これに
前記摩擦輪からなるタッチロール２１を圧接させ、この
タッチロール２１の回転を歯車２３および２４を介して
前記ロークリエンコーダよりなる変換器３の回転軸３ａ
に接続しである。

２５は変換器３のコネクターで、このコネクター２５を
介して前記ロークリエンコーダよりなる変換器３で変換
した電気信号、具体的にはパルス信号を表示器７ヘフイ
ードバツクさせるように接続しである。

２６は、ロークリエンコーダよりなる変換器３における
タフチロール２１を含む回転伝導機構部を覆うケーシン
グである。

なお２７は、前記セグメント位置検出センサー１および
スキンプレート位置検出センサー２、さらに上記ロータ
リエンコーダよりなる変換器３とを取り付けた基板であ
る。

センサーユニット４は、この基板２７を利用して、シー
ルドマシン推進用のシールドジヤツキ３５のスプレッダ
−３７側面に、前記第３図および第４図で示すように装
着しである。

次にこの実施例装置による、その計測方法について説明
する。

まず第２図の計測システムにおける表示器７の押ボタン
スイッチ７ａを押す。すると第５図の状態にあったセン
サーユニット４は、第６図の状態に示すようにセグメン
ト位置検出センサー１を作動する。すなわち押ボタンス
イッチ７ａによりシーケンスコントローラ５が附勢され
ると、作動空気が供給ノズル１７より主エアシリンダー
１０に送り込まれ、複合ロッド８を上方に押し出す。

そして、その複合ロッド８はストロークエンドで停止す
る。複合ロッド８が停止すると、次に作動空気が供給ノ
ズル１４より副エアシリンダー１２へ送り込まれ、副ロ
ッド１１を右方向に突出させ、その先端に取り付けたセ
ンサアーム１３がリング状に組み立ての終ったセグメン
ト３６の方向に水平に張り出される。

そして副ロッド１１がストロークエンドで停止すると、
次に主エアシリンダー１０の作動空気の供給ノズル１８
より、主エアシリンダー１０内に作動空気が送り込まれ
る。すると前記ストロークエンドで停止していた複合ロ
ッド８が、逆に縮み方向に作動する。その結果セグメン
ト位置検出センサー１は、複合ロッド８に追従して移動
し、セグメント３６の内周面３６ａに当接し、その位置
を検出する。

その際、ガイドロッド２２も複合ロッド８に追従して下
向きに作動する。したがって、このガイドロッド２２に
圧接されたタッチロール２１が回転し、変換器３である
ロークリエンコーダを回転させる。

そこで、このロータリエンコーダをゼロリセットし、セ
グメント３６の内周面３６ａを基準点にセントする。第
６図はこの状態を示すものである。

セグメント位置検出センサー１がすでに組み立ての終っ
たセグメント３．６の内周面３６ａの位置を検出し、そ
の位置を変換器３すなわちロークリエンコーダに、基準
点としてゼロリセットすると、副エアシリンダー１２の
供給ノズル１４よりの作動空気の供給が停止される。

次に副エアシリンダー１２の供給ノズル１５より作動空
気が送り込まれ、副エアシリンダー１２の副ロッド１１
は復帰バネの作用を受けながら左方向に移動する。すな
わち副ロッド１１が縮む。

同時に主エアシリンダー１０の供給ノズル１８から作動
空気が送り込まれる。その際、前記副エアシリンダー１
２の供給ノズル１５より送り込まれた作動空気は、第７
図で示すように主エアシリンダーｌＯの複合ロッド８の
内部に送り込まれるので、主エアシリンダー１０の複合
ロッド８とロッド９は伸び切った状態で、下方に押し下
げられる。

すなわち、スキンプレート４０の内周面４０ａ方向に移
動する。そして主エアシリンダー１０のロッド９下端部
のスキンプレート位置検出センサー２をスキンプレート
４０の内周面４０ａに当接させる。

ところで複合ロッド８とロッド９の下方への移動量は、
この複合ロッド８とロッド９の移動に従動して動くガイ
ドロッド２２を介して、変換器３すなわちロータリエン
コーダのタッチロール２１の回転により変換器３に読み
取られる。すなわちパルス信号に変換される。

そして、変換器３よりのパルス信号は、表示器７により
カウントされ、この表示器７によりセグメント３６の厚
さを差引いたのちテールクリアランスＴＣの測定値とし
て表示される。

なお、シールドマシンが推進中は、スキンプレート４０
と前記センサーユニット４を取り付けたスプレッダ−３
７は、相対的に移動する。しかし、主エアシリンダー１
０の複合ロッド８とロッド９は作動空気により一定圧で
保持されているため、スキンプレート位置検出センサー
は、常にスキンプレート４０側に圧接された状態で、回
転しながら水平方向に移動する。

したがってスキンプレート位置検出センサー２は絶えず
基準点よりの変位量を測定することができる。

第８図はセンサーユニット４の前記スキンプレート位置
検出センサー２が、スキンプレート４０の内周面位置４
０ａを計測状態にあることを示すものである。

以上の手順によりテールクリアランスＴＣの計測が終了
すると、主エアシリンダー１０の供給ノズル１８および
副エアシリンダー１２の供給ノズル１５より、それぞれ
供給されていた作動空気の供給が停止される。

ついで主エアシリンダー１０の供給ノズル１７より作動
空気が送り込まれ、複合ロッド８および９が、スキンプ
レート４０から離れ、シールドマシンの半径中心方向に
移動し、スキンプレート位置検出センサー２を有するロ
ッド９が元の位置にもどると、前記供給ノズル１７より
の作動空気の供給は停止される。

同時に主エアシリンダーＩＯの供給ノズル１８より作動
空気が主エアシリンダー１０へ供給され、複合ロッド８
を元の位置に復帰される。すなわち、センサーユニット
４のセグメント位置検出センサー１とスキンプレート位
置検出センサー２は、第５図の状態で示すように格納さ
れた形に戻る。

以上のように本発明によるシールドマシンにおけるテー
ルクリアランスの測定装置は、圧縮空気で伸縮作動する
主エアシリンダーおよび副エアシリンダーそれぞれのピ
ストンロッドの先端に、セグメントおよびスキンプレー
トの内周面位置を検出するいわゆる機械的作動によるセ
ンサーを備え、さらにこれらセンサーにより検出した位
置を電気信号に変換する変換器からなるセンサーユニッ
トをもって構成し、このセンサーユニットを、シールド
マシンのテール部に組み込んで、これをシーケンスに、
しかも遠隔操作により作動してテールクリアランスを機
械−電気的にＪ↑測できるようにしであるため、次のよ
うな本発明独自の作用効果を発揮することができるもの
である。

〔発明の効果〕

まず測定方法として、従来の人手による計測から機械−
電気的測定となったため、測定誤差がなく、正確で、し
かも測定に要する手間が省け、シールド工法自体の作業
精度と作業効率を飛躍的に向上させることができる。

次に測定装置が、遠隔操作とシーケンス制御による測定
ができる構成となっているため、測定作業を安全に、か
つ能率的に行うことができる。

とくに今後のシールドマシンの推進における姿勢制御の
自動化、さらにはテール部内におけるセグメント組み立
ての自動化等と組み合わせることにより、シールド工法
技術の進歩発展に大きく貢献することができるものであ
る。

【図面の簡単な説明】 図面は本発明によるテールクリアランス測定方法を実施
する測定装置の実施例を示すもので、第１図はセンサー
ユニットの側面図、第２図はセンサーユニットからなる
測定システムの構成図、第３図はセンサーユニットをシ
ールドジヤツキのスプレッダ−側面に取付けた状態で示
す側面図、第４図は第３図を右側から見た正面図、第５
図はセンサーユニットが停止状態（計測していない状Ｂ
）にある側面図、第６図はセンサーユニットにおける主
エアシリンダーの複合ロッドおよび副エアシリンダーの
副ロッドが作動し、セグメント位置検出センサーが、リ
ング状に組み立ての終ったセグメントの内周面位置を検
出したところを示す側面図、第７図はセグメント位置検
出センサーによるセグメント内周面位置を変換器により
ゼロリセットし、副エアシリンダーの副ロッドを水平方
向左側へ復帰させた状態を示す側面図、第８図はスキン
プレート位置検出センサーがスキンプレートの内周面位
置を検出したところを示す側面図、第９図は一般的なシ
ールドマシンの機構構造を示す側面図である。 １・・・セグメント位置検出センサー ２・・・スキンプレート位置検出センサー３・・・変換
器（ロークリエンコーダ）４・・・センサーユニット ５・・・シーケンスコントローラ ５ａ・・・電磁弁　　　　　６・・・圧力流体源７・・
・表示器 ７ａ・・・押ボタンスイッチ ８・・・？ｌロッド　　　　９・・・ロッド１０・・・
主エアシリンダー １１・・・副ロッド １２・・・副エアシリンダー １３・・・センサーアーム １４・・・副エアシリンダーの作動空気の供給ノズル １５・・・副エアシリンダーの作動空気の供給ノズル １６・・・副ロッドの復帰用バネ １７・・・主エアシリンダーの作動空気の供給ノズル １８・・・主エアシリンダーの作動空気の供給ノズル １９・・・スキンプレート位置検出センサーのガイドロ
ッド ２０・・・復帰用バネ　　　２１・・・タッチロール２
２・・・ガイドロッド　　２３・・・歯車２４・・・歯
車　　　　　　２５・・・コネクター２６・・・ケーシ
ング　　　２７・・・基板３５・・・シールドジヤツキ ３６・・・セグメント ３６ａ・・・セグメントの内周面 ３７・・・スプレッダ−４０・・・スキンプレート４０
ａ・・・スキンプレートの内周面 ＴＣ・・・テールクリアランス 特許出願人　　大成建設株式会社 第１図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）シールドマシンによりトンネルを掘削するシール
   ド工法において、すでにリング状に組み立ての終ったセ
   グメントの内周面位置を機械的に伸縮作動するセグメン
   ト位置検出センサーで検出し、次にその検出位置を基準
   点としてシールドマシンの半径方向スキンプレートの内
   周面位置までの距離を、同じく機械的に伸縮作動するス
   キンプレート位置検出センサーで検出し、この基準点よ
   りスキンプレートの内周面までの変位量からセグメント
   の厚さを差引いて、セグメント外周面とスキンプレート
   内周面との間のテールクリアランスを機械−電気的に変
   換して自動的に測定することを特徴とするシールドマシ
   ンにおけるテールクリアランスの測定方法。
2. （２）シールドマシンの半径方向に機械的に伸縮作動し
   、リング状に組み立ての終了したセグメントの内周面位
   置を検出するセグメント位置検出センサーと、同じくシ
   ールドマシンの半径方向に機械的に伸縮作動し、スキン
   プレートの内周面位置を検出するスキンプレート位置検
   出センサーと、さらに前記セグメント位置検出センサー
   の検出位置をゼロリセットし、かつスキンプレート位置
   検出センサーの変位量を電気信号に変換する変換器とを
   シールドマシンを推進させるシールドジャッキのスプレ
   ッダー側面に取り付け、前記変換器よりの電気信号に基
   づいて、前記変位量を計測値としてカウント表示する表
   示器に接続したことを特徴とするシールドマシンにおけ
   るテールクリアランスの測定装置。
3. （３）セグメント位置検出センサーおよびスキンプレー
   ト位置検出センサーの作動を、それぞれ流体圧を用いて
   駆動するように構成するとともに、その作動をシーケン
   ス制御により行うよう構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第２項記載のシールドマシンにおけるテールク
   リアランスの測定装置。