(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド掘進機により掘削されたトンネルの内周壁に沿って環状に組み立てられるセグメントの組立計画方法であって、
セグメントは、複数の分割片を環状に組み立てることで形成され、これら分割片には、組み立てにおいて最後に組み付けられるキー分割片が含まれており、
セグメントを構成する各分割片のキー分割片に対する相対的な組付位置が予め設定されているとともに、該各分割片の組付順序を定める複数の順序決定規則が予め設定されており、
（Ａ）入力部により、キー分割片の組付位置を位置計画部へ入力し、
（Ｂ）入力部により、前記複数の順序決定規則のうちのいずれかを選択し、
（Ｃ）選択された順序決定規則に従って、セグメントを構成する各分割片の組付順序を順序計画部により決定し、
（Ｄ）前記相対的な組付位置と、入力されたキー分割片の組付位置とに従って、セグメントを構成する各分割片の組付位置を位置計画部により決定する、ことを特徴とするセグメントの組立計画方法。
【請求項２】
前記（Ｄ）において各分割片の組付順序を決定した後、当該各分割片の組付順序を変更するために、
入力部により、前記複数の順序決定規則のうちのいずれかを新たに選択し、
新たに選択された順序決定規則に従って、セグメントを構成する各分割片の組付順序を順序計画部により新たに決定する、ことを特徴とする請求項１に記載のセグメントの組立計画方法。
【請求項３】
前記複数の順序決定規則には、第１および第２の順序決定規則が含まれており、
第１の順序決定規則では、１番目となる分割片は、組付位置が前記環状における底部となる分割片であり、２番目となる分割片は、１番目の分割片に、互いに逆を向く第１および第２の周方向のうち第１の周方向に隣接する分割片であり、３番目となる分割片は、１番目の分割片に、第２の周方向に隣接する分割片であり、セグメントを構成する分割片の数をｎとした場合に、ｍが４以上で（ｎ−１）以下の偶数であるとし、ｎが６以上の整数であるとして、ｍ番目となる分割片は、（ｍ−２）番目の分割片に、第１の周方向に隣接する分割片であり、（ｍ＋１）番目となる分割片は、（ｍ−１）番目の分割片に、第２の周方向に隣接する分割片であり、ｎ番目となる分割片は、キー分割片であり、
第２の順序決定規則では、１番目となる分割片は、組付位置が前記環状における底部となる分割片であり、２番目となる分割片は、１番目の分割片に、第２の周方向に隣接する分割片であり、３番目となる分割片は、１番目の分割片に、第１の周方向に隣接する分割片であり、セグメントを構成する分割片の数をｎとした場合に、ｍが４以上で（ｎ−１）以下の偶数であるとし、ｎが６以上の整数であるとして、ｍ番目となる分割片は、（ｍ−２）番目の分割片に、第２の周方向に隣接する分割片であり、（ｍ＋１）番目となる分割片は、（ｍ−１）番目の分割片に、第１の周方向に隣接する分割片であり、ｎ番目となる分割片は、キー分割片である、ことを特徴とする請求項１または２に記載のセグメントの組立計画方法。
【請求項４】
シールド掘進機により掘削されたトンネルの内周壁に沿って環状に組み立てられるセグメントの組立計画装置であって、
セグメントは、複数の分割片を環状に組み立てることで形成され、これら分割片には、組み立てにおいて最後に組み付けられるキー分割片が含まれており、
セグメントを構成する各分割片のキー分割片に対する相対的な組付位置が予め設定されているとともに、該各分割片の組付順序を定める複数の順序決定規則が予め設定されており、
キー分割片の組付位置を入力し、前記複数の順序決定規則のうちのいずれかを選択するための入力部と、
選択された順序決定規則に従って、セグメントを構成する各分割片の組付順序を決定する順序計画部と
前記相対的な組付位置と、入力されたキー分割片の組付位置とに従って、セグメントを構成する各分割片の組付位置を決定する位置計画部と、を備える、ことを特徴とするセグメントの組立計画装置。
【請求項５】
請求項４記載のセグメントの組立計画装置と、
複数の分割片を環状のセグメントに組み立てるエレクタ装置と、
前記組立計画装置により決定された組付位置および組付順序に基づいて、前記エレクタ装置の動作を制御する制御部と、を備える、ことを特徴とするセグメント組立装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘進機により掘削されたトンネルの内周壁に沿って環状に組み立てられるセグメントの組立計画方法と装置、および、セグメントの組立計画を備えるセグメント組立装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、カッタヘッド、エレクタ装置、シールドジャッキなどを備える。カッタヘッドは、シールド掘削機本体の前部に設けられ、駆動モータによって回転駆動され、これにより、トンネルを掘削する。エレクタ装置は、トンネルの内周壁に沿ってセグメントを環状に組み付ける動作を行う。シールドジャッキは、シールド掘削機本体の周方向に複数配置され、組み付けられたセグメントを後方に押し付けることで、セグメントから押し付け反力を受け、これにより、シールド掘削機本体を前進させる。このようなシールド掘削機は、例えば下記の特許文献１に記載されている。
【０００３】
上述のセグメントは、トンネル掘削の進行に従って順に１つずつ組み付けられていく。即ち、１つのセグメントが組み付けられ、掘削が所定距離だけ進んだら、当該セグメントに、次のセグメントを掘削方向（トンネル軸方向）に結合させ、さらに掘削を所定距離だけ進ませ、この手順を繰り返していく。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１８８８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
環状のセグメントは、周方向に複数の分割片に分割されている。これら分割片を、トンネル内において、トンネル内周壁に沿って順に組み付けていき、これにより、１つのセグメントが組み付けられる。
【０００６】
各分割片は、セグメントの組み付けを行っていくうちに、周方向（トンネルの内周方向）に位置ずれする傾向があり、その結果、分割片の組み付けに支障が生じる可能性がある。
【０００７】
分割片の位置ずれの原因は、次のように、分割片の同じ組付順序にある。分割片の組み付け時に、当該分割片を、既に組み付けた分割片に周方向に当接させる。すなわち、エレクタ装置は、各セグメントを組み付ける場合に、最初に組み付ける分割片は、自身の動作基準位置に基づいて当該分割片を所定の組付位置に位置決めするが２番目以降に組み付ける分割片は、既に組み付けた分割片に周方向に当接させることで当該分割片を位置決めする。この場合に、組み付ける複数のセグメントの間で、同じ分割片を使用して同じ組付順序で各分割片を組み付けると、当接の際の衝撃により分割片が同じ方向にずれる傾向がある。例えば、図１のように、括弧書きの数字の順番で、分割片Ｓ１〜Ｓ８を組み付けるとする。図１において、矢印ａ〜ｆは、分割片の当接時に生じる分割片の位置ずれを強調して示したベクトルである。すなわち、分割片Ｓ２を、組付時に分割片Ｓ１に反時計周りに当接させると、その衝撃で分割片Ｓ１がベクトルａのように位置ずれし、分割片Ｓ３を、組付時に分割片Ｓ１に時計回りに当接させると、その衝撃で分割片Ｓ１、Ｓ２がベクトルｂのように位置ずれし、分割片Ｓ４を、組付時に分割片Ｓ２に反時計周りに当接させると、その衝撃で分割片Ｓ１〜Ｓ３がベクトルｃのように位置ずれする。他の分割片についても同様である。これらベクトルａ〜ｆの大きさは、既に組み付けられた分割片の数や、重力の方向に対する当接面の方向などにも依存する。特に、最初に組み付けた分割片Ｓ１に対して、２番目に組み付ける分割片Ｓ２を当接させる時の衝撃が、上記位置ずれに最も影響する傾向がある。これらベクトルａ〜ｆの合成ベクトルが、図１のセグメントを組み付けた時の位置ずれとなるが、このような位置ずれが、組み付けたセグメントの数の増加に伴って蓄積されて、許容範囲を超えた大きさになる可能性がある。
【０００８】
上述のように、分割片の位置ずれが生じると、セグメントの組み付けに支障が生じる可能性がある。トンネルの軸方向に隣接するセグメント同士は、ボルトで連結される。すなわち、隣接するセグメントの対応する分割片同士をボルトで連結する。しかし、上述の分割片の位置ずれにより、直前に組み付けたセグメントのボルト孔と、これから組み付ける分割片に固定されたボルトとが、許容範囲を超えて位置ずれしてしまう。この場合、例えば、エレクタ装置が、図２のように、その動作基準位置に基づいて、次のセグメントの分割片Ｓ１を図２のように周方向に位置決めしても、当該分割片Ｓ１のボルト３１が、直前に組み付けたセグメントのボルト孔３３に整合しなくなり、この位置決め後、軸方向（図２の右側）へ、当該分割片Ｓ１を移動させても、直前に組み付けたセグメントのボルト孔３３に挿入できなくなるという支障が生じる。
【０００９】
そこで、分割片の位置ずれを抑制するために、セグメントを構成する複数の分割片の組付順序を、時々（例えば、所定数のセグメントを組み付ける度に）変更することが考えられる。
【００１０】
すなわち、組付順序を変更することで、次のように、分割片の位置ずれが生じないようにする可能性を広げることができる。上述の原因によりどちらの周方向に位置ずれするか、予測できない場合がある。従って、前もって、分割片の位置ずれが、どの周方向にどれだけ生じるかを予測するのは困難である。しかし、セグメントを構成する複数の分割片の組付順序を、時々（例えば、所定数のセグメントを組み付ける度に）、変更することで、少なくとも、分割片の位置ずれが生じないようにする可能性を広げることができる。
これに対し、各分割片の組付位置を同じにし、かつ各分割片の組付順序を同じにして、セグメントを組み付けていくと、高い確率で、セグメントの組付数の増加に伴って、同じ周方向に分割片の位置ずれが大きくなっていく。
そこで、セグメントを構成する複数の分割片の組付順序を変更することで、少なくとも、このような分割片の位置ずれが生じないようにする可能性を広げることができる。
【００１１】
しかし、この場合、分割片の組付順序を変更する度に、エレクタ装置の制御装置に専用の組付順序プログラムを修正する必要がある。このようなプログラム修正は、非常に手間がかかる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、上述した位置ずれの原因解明に基づいて、セグメントを構成する分割片の組付順序を変更することで、分割片の位置ずれを抑制できるようにするとともに、セグメントを構成する分割片の組付順序を、簡単に変更できるようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、本発明によると、シールド掘進機により掘削されたトンネルの内周壁に沿って環状に組み立てられるセグメントの組立計画方法であって、
セグメントは、複数の分割片を環状に組み立てることで形成され、これら分割片には、組み立てにおいて最後に組み付けられるキー分割片が含まれており、
セグメントを構成する各分割片のキー分割片に対する相対的な組付位置が予め設定されているとともに、該各分割片の組付順序を定める複数の順序決定規則が予め設定されており、
（Ａ）入力部により、キー分割片の組付位置を位置計画部へ入力し、
（Ｂ）入力部により、前記複数の順序決定規則のうちのいずれかを選択し、
（Ｃ）選択された順序決定規則に従って、セグメントを構成する各分割片の組付順序を順序計画部により決定し、
（Ｄ）前記相対的な組付位置と、入力されたキー分割片の組付位置とに従って、セグメントを構成する各分割片の組付位置を位置計画部により決定する、ことを特徴とするセグメントの組立計画方法が提供される。
【００１４】
本発明の好ましい実施形態によると、前記（Ｄ）において各分割片の組付順序を決定した後、当該各分割片の組付順序を変更するために、
入力部により、前記複数の順序決定規則のうちのいずれかを新たに選択し、
新たに選択された順序決定規則に従って、セグメントを構成する各分割片の組付順序を順序計画部により新たに決定する。
【００１５】
本発明の好ましい実施形態によると、前記複数の順序決定規則には、第１および第２の順序決定規則が含まれており、
第１の順序決定規則では、１番目となる分割片は、組付位置が前記環状における底部となる分割片であり、２番目となる分割片は、１番目の分割片に、互いに逆を向く第１および第２の周方向のうち第１の周方向に隣接する分割片であり、３番目となる分割片は、１番目の分割片に、第２の周方向に隣接する分割片であり、セグメントを構成する分割片の数をｎとした場合に、ｍが４以上で（ｎ−１）以下の偶数であるとし、ｎが６以上の整数であるとして、ｍ番目となる分割片は、（ｍ−２）番目の分割片に、第１の周方向に隣接する分割片であり、（ｍ＋１）番目となる分割片は、（ｍ−１）番目の分割片に、第２の周方向に隣接する分割片であり、ｎ番目となる分割片は、キー分割片であり、
第２の順序決定規則では、１番目となる分割片は、組付位置が前記環状における底部となる分割片であり、２番目となる分割片は、１番目の分割片に、第２の周方向に隣接する分割片であり、３番目となる分割片は、１番目の分割片に、第１の周方向に隣接する分割片であり、セグメントを構成する分割片の数をｎとした場合に、ｍが４以上で（ｎ−１）以下の偶数であるとし、ｎが６以上の整数であるとして、ｍ番目となる分割片は、（ｍ−２）番目の分割片に、第２の周方向に隣接する分割片であり、（ｍ＋１）番目となる分割片は、（ｍ−１）番目の分割片に、第１の周方向に隣接する分割片であり、ｎ番目となる分割片は、キー分割片である。
【００１６】
また、上記目的を達成するため、本発明によると、シールド掘進機により掘削されたトンネルの内周壁に沿って環状に組み立てられるセグメントの組立計画装置であって、
セグメントは、複数の分割片を環状に組み立てることで形成され、これら分割片には、組み立てにおいて最後に組み付けられるキー分割片が含まれており、
セグメントを構成する各分割片のキー分割片に対する相対的な組付位置が予め設定されているとともに、該各分割片の組付順序を定める複数の順序決定規則が予め設定されており、
キー分割片の組付位置を入力し、前記複数の順序決定規則のうちのいずれかを選択するための入力部と、
選択された順序決定規則に従って、セグメントを構成する各分割片の組付順序を決定する順序計画部と、
前記相対的な組付位置と、入力されたキー分割片の組付位置とに従って、セグメントを構成する各分割片の組付位置を決定する位置計画部と、を備える、ことを特徴とするセグメントの組立計画装置が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
上述した本発明によると、複数の順序決定規則の間で、セグメントを構成する各分割片の組付順序が異なるので、入力部により選択する順序決定規則を、オペレータの意思で、（例えば、所定数のセグメント毎に）変えることができる。これにより、上述した分割片の位置ずれを抑制できる。
また、オペレータは、入力部の操作により、自身の意思で、複数の順序決定規則から順序決定規則を選択できる。従って、選択する順序決定規則を（例えば、所定数のセグメント毎に）変化させることができ、その結果、組付順序プログラムを修正することなく、簡単に、分割片の組付順序を変化させることができる。
本発明の実施形態による効果は、以下で明らかにする。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】セグメントの位置ずれを説明するための図である。
【図２】位置ずれによる問題を説明するための図である。
【図３】本発明の実施形態によるセグメントの組立計画装置を示すブロック図である。
【図４】（Ａ）は、第１の順序決定規則を示し、（Ｂ）は、第２の順序決定規則を示す。
【図５】組立計画装置を用いた組立計画方法のフローチャートである。
【図６】キー分割片の組付位置として選択可能な箇所を組付位置番号１）〜１０）で示した図である。
【図７】組立スケジュール計算を示すアルゴリズムである。
【図８】キー分割片の組付位置を決定する処理を示すフローチャートである。
【図９】セグメントを構成する複数の分割片の組付位置を示す位置番号ｉを示す。
【図１０】（Ａ）は、第１パターンの相対位置を示し、（Ｂ）は、第２パターンの相対位置を示す。
【図１１】各分割片の組付位置および組付順序を変更する処理を示すフローチャートである。
【図１２】本発明の実施形態によるセグメント組立装置を示すブロック図である。
【図１３】シールド掘削機を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、各図において共通する部分には同一の符号を付し、重複した説明を省略する。
【００２０】
［セグメントの組立計画装置］
図３は、本発明の実施形態によるセグメントの組立計画装置１０を示すブロック図である。セグメントの組立計画装置１０は、シールド掘進機により掘削されたトンネルの内周壁に沿って環状に組み立てられる各種類のセグメントの組立計画を行う。
【００２１】
１つのセグメントは、複数の分割片を環状に組み立てることで形成され、これら分割片には、組み立てにおいて最後に組み付けられるキー分割片が含まれる。
本実施形態によると、セグメントの種類毎に、該セグメントを構成する各分割片のキー分割片に対する相対的な組付位置が予め設定されているとともに、該各分割片の組付順序を定める複数の順序決定規則が予め設定されている。セグメントの種類は、セグメントの材質、環状方向における分割片の寸法、分割片の数、セグメントを固定するのに使用するボルトの数や位置、または、これらの組み合わせによって定められる。
【００２２】
セグメントの組立計画装置１０は、入力部３および計画部５を備える。
【００２３】
入力部３は、人に操作されることで、キー分割片の組付位置を入力し、前記複数の順序決定規則のうちのいずれかを選択できるように構成されている。また、入力部３は、人に操作されることで、セグメントの種類を入力できるように構成されている。例えば、入力部３は、キーボード、ボタンなどのオペレータが操作可能な装置であり、オペレータが入力部３を操作することで、セグメントの種類と、当該種類のセグメントを構成するキー分割片の組付位置とを後述の位置計画部５ａに入力し、順序決定規則を選択することができる。
入力部３により、環状方向（即ち、上述の環状の中心周りの方向。以下、同様）における位置を示す値を、キー分割片の組付位置として入力してよい。例えば、環状の中心の真上を０度として、時計周りを正とした回転角（０度〜３６０度）をキー分割片の組付位置として入力してもよい。この場合、入力した回転角が、キー分割片の環状方向における中心位置であるとしてよい。
【００２４】
計画部５は、入力部３の入力と選択、および、設定されている前記相対的な組付位置に従って各分割片の組付位置および組付順序を決定するように構成されている。即ち、計画部５は、入力された種類と、入力されたキー分割片の組付位置と、選択された順序決定規則と、前記相対的な組付位置とに基づいて、当該種類のセグメントを構成する各分割片の組付位置および組付順序を決定して出力する。計画部５は、位置計画部５ａおよび順序計画部５ｂを有する。
【００２５】
位置計画部５ａは、設定されている前記相対的な組付位置に従って、セグメントを構成する各分割片の組付位置を決定する。前記相対的な組付位置は、セグメントの種類と対応づけて位置計画部５ａに記憶・保持されていてよい。また、位置計画部５ａは、セグメントの種類毎に、環状方向における各分割片の寸法を記憶しており、該寸法に基づいて、各分割片の組付位置を算出する。
【００２６】
順序計画部５ｂは、選択された順序決定規則に従って、セグメントを構成する各分割片の組付順序を決定する。前記複数の順序決定規則は、順序計画部５ｂに設定されていており、選択された順序決定規則が順序計画部５ｂに使用される。
【００２７】
好ましくは、１つのセグメントを構成する各分割片は、後述のセグメント組立装置２０により、前記環状の中心に対する半径方向に位置決めされた後、時計回りまたは反時計回りに旋回させられることで、既に組み付けられた分割片に環状方向に当接させられて組み付けられるようになっている。この場合、計画部５は、各セグメントについて、組付順序が最初と最後の分割片以外の各分割片について、前記旋回の方向を決定する。
【００２８】
計画部５は、シールド掘削機によるトンネル掘削の進行に従って、トンネル内において、順に１つずつ組み立てられていくセグメントの順序（以下、セグメント組付順序という）を記憶する。前記種類とキー分割片の組付位置とが入力され順序決定規則が選択されたセグメントについて、これら入力および選択がなされた順に、セグメント組付順序が自動的に定められてもよいし、入力部３をオペレータが操作することで、所望のセグメント組付順序を定めてもよい。
【００２９】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）は、同じ種類のセグメントについて、これを構成する各分割片の組付位置および組付順序を示す。図４（Ａ）、図４（Ｂ）において、セグメントＳは、分割片Ｓ１〜Ｓ８から構成される。分割片Ｓ８は、キー分割片である。分割片Ｓ１〜Ｓ８は、互いに形状、寸法などが異なっていてよい。なお、図４において、下方が鉛直下方である。また、図４において、符号Ｃは、環状のセグメント中心を示す。
【００３０】
キー分割片Ｓ８に対する各分割片Ｓ１〜Ｓ７の相対的な組付位置は、図４（Ａ）と図４（Ｂ）との間で同じである。図４の例では、キー分割片Ｓ８の組付位置は、図４（Ａ）と図４（Ｂ）との間で同じである。
【００３１】
図４（Ａ）は、前記複数の順序決定規則のうちの第１の順序決定規則に従って、順序計画部５ｂにより決定された組付順序を示す。一方、図４（Ｂ）は、前記複数の順序決定規則のうちの第２の順序決定規則に従って、順序計画部５ｂにより決定された組付順序を示す。すなわち、図４（Ａ）、図４（Ｂ）において、括弧書きの数字は、組付順序を示す組付番号である。
【００３２】
第１の順序決定規則では、１番目となる分割片（図４（Ａ）では分割片Ｓ１）は、組付位置が前記環状における底部となる分割片であり、２番目となる分割片（図４（Ａ）では分割片Ｓ２）は、１番目の分割片に、（１番目の分割片から見て）互いに逆を向く第１および第２の周方向のうち第１の周方向（図４（Ａ）では時計回りの周方向）に隣接する分割片であり、３番目となる分割片（図４（Ａ）では分割片Ｓ３）は、１番目の分割片に、（１番目の分割片から見て）第２の周方向に隣接する分割片であり、セグメントを構成する分割片の数をｎとした場合に、ｍが４以上で（ｎ−１）以下の偶数であるとし、ｎが６以上の整数であるとして、ｍ番目となる分割片は、（ｍ−２）番目の分割片に、（（ｍ−２）番目の分割片から見て）第１の周方向に隣接する分割片であり、（ｍ＋１）番目となる分割片は、（ｍ−１）番目の分割片に、（（ｍ−１）番目の分割片から見て）第２の周方向に隣接する分割片であり、ｎ番目となる分割片（図４（Ａ）では分割片Ｓ８）は、キー分割片である。
【００３３】
第２の順序決定規則では、１番目となる分割片（図４（Ｂ）では分割片Ｓ１）は、組付位置が前記環状における底部となる分割片であり、２番目となる分割片（図４（Ｂ）では分割片Ｓ３）は、１番目の分割片に、（１番目の分割片から見て）第２の周方向（図４（Ｂ）では反時計回りの周方向）に隣接する分割片であり、３番目となる分割片（図４（Ｂ）では分割片Ｓ２）は、１番目の分割片に、（１番目の分割片から見て）第１の周方向に隣接する分割片であり、セグメントを構成する分割片の数をｎとした場合に、ｍが４以上で（ｎ−１）以下の偶数であるとし、ｎが６以上の整数であるとして、ｍ番目となる分割片は、（ｍ−２）番目の分割片に、（（ｍ−２）番目の分割片から見て）第２の周方向に隣接する分割片であり、（ｍ＋１）番目となる分割片は、（ｍ−１）番目の分割片に、（（ｍ−１）番目の分割片から見て）第１の周方向に隣接する分割片であり、ｎ番目となる分割片（図４（Ｂ）では分割片Ｓ８）は、キー分割片である。
【００３４】
複数の順序決定規則は、図４に示すものに限定されない。例えば、図４（Ａ）において、分割片Ｓ２と分割片Ｓ３の順序のみを互いに逆にしたものを順序決定規則の１つにしてもよい。また、設定される順序決定規則の数は、２つであってもよいし（例えば、上述の第１および第２の順序決定規則）、３つ以上であってもよい。
【００３５】
計画部５は、次に組み付ける分割片が、この分割片から見て、既に組み付けられた分割片に対し第１の周方向（即ち、時計周りの方向）に隣接する分割片であると決定する場合には、当該次に組み付ける分割片の前記旋回の方向を時計周りに決定し、次に組み付ける分割片が、この分割片から見て、既に組み付けられた分割片に対し第２の周方向（即ち、反時計周りの方向）に隣接する分割片であると決定する場合には、当該次に組み付ける分割片の前記旋回の方向を反時計周りに決定する。
【００３６】
図４と異なる種類のセグメントについても、同様に上述の設定がなされる。セグメントの複数種類の間で、キー分割片に対する各分割片の相対的な組付位置は異なっていてよい。
【００３７】
図５は、組立計画装置１０を用いた組立計画方法のフローチャートである。
【００３８】
ステップＳＴ１において、オペレータが入力部３を操作することで、セグメントの種類と、当該種類のセグメントを構成するキー分割片の組付位置とを計画部５に入力する。
例えば、オペレータが入力部３を操作することで、セグメントの材質、環状方向における分割片の寸法、分割片の数などを入力することで、セグメントの種類が自動的に特定されて入力されてもよいし、単に、セグメントの種類を示す数字や文字を入力することでセグメントの種類を特定して入力してもよい。
また、ステップＳＴ１において、当該ステップで入力する種類のセグメントが、上述のセグメント組立順序において何番目であるかをリング番号として入力することもできる。
【００３９】
さらに、ステップＳＴ１において、オペレータが入力部３を操作することで、ステップＳＴ２で順序計画部５ｂが使用する前記順序決定規則を、前記複数の順序決定規則の中から選択してよい。なお、この選択を行わない場合には、複数の順序決定規則のうちの既定の順序決定規則（この例では、第１の順序決定規則）をステップＳＴ２で使用するように順序計画部５ｂが構成されてよい。
【００４０】
ステップＳＴ２において、ステップＳＴ１で順序決定規則が選択された場合には、順序計画部５ｂが、選択された順序決定規則に従って、各分割片の組付順序を決定して出力し、ステップＳＴ１で順序決定規則が選択されなかった場合には、順序計画部５ｂが、前記既定の順序決定規則に従って、各分割片の組付順序を決定して出力する。
また、ステップＳＴ２において、位置計画部５ａが、ステップＳＴ１で入力された種類、キー分割片の組付位置、および、設定された各分割片の前記相対位置に従って、各分割片の組付位置を算出し出力する。
【００４１】
ステップＳＴ３において、ステップＳＴ２で出力した各分割片の組付位置および組付順序とリング番号とのデータが含まれたパラメータファイルを制御データとして生成する。このパラメータファイルは、例えば、後述の記憶媒体（例えばＵＳＢメモリ）に記憶させることができ、当該記憶媒体により組立計画装置１０から後述の制御部９に受け渡すようにするのがよい。
また、ステップＳＴ１とステップＳＴ２とを交互に繰り返し行うことで、複数のセグメントについて、各分割片の組付位置および組付順序とリング番号とを入力でき、１つのセグメントの各分割片の組付位置および組付順序とそのリング番号を１組のデータとして、得られた複数組のデータを制御データとして生成し、この制御データを前記記憶媒体に記憶させてもよい。
【００４２】
上述のステップＳＴ２の具体例を説明する。
【００４３】
まず、図６を用いて前提条件を説明する。
キー分割片の組付位置は予め定められた所定数Ｍ（図６では、Ｍ＝１０）の箇所のいずれかであるとする。図６において、これら箇所をそれぞれ組付位置番号１）〜１０）で示す。この場合、ステップＳＴ１で、前記組付位置番号により、キー分割片の組付位置を特定して入力することができる。図６において、上方が鉛直上方に対応する。
なお、図６において、オペレータがステップＳＴ１で入力部３を操作することで、セグメント中心Ｃ周りの周方向における当該組付位置番号（例えば、番号１））の位置を調節して入力することができる。これにより、例えば、組付位置番号１）が示すキー分割片の組付位置を、他の組付位置番号２）〜１０）よりも高い位置となる範囲で、調節することができる。このように位置が調整された組付位置番号を、キー分割片の組付位置としてステップＳＴ１で入力できる。
【００４４】
図７は、ステップＳＴ２の組立スケジュール計算を示すアルゴリズムである。以下で説明する図７のアルゴリズム（すなわち、図７の各ステップＳＴ２−１〜ＳＴ２−１１）は、計画部５に実行される。
【００４５】
ステップＳＴ２−１において、ステップＳＴ１で順序決定規則が選択された場合には、選択された順序決定規則に従って、各分割片の組付順序を決定し、ステップＳＴ１で順序決定規則が選択されなかった場合には、前記既定の順序決定規則に従って、各分割片の組付順序を決定する。
【００４６】
ステップＳＴ２−２において、キー分割片の組付位置を決定する。ステップＳＴ２−２は、図８に示すようにステップＳＴ２−２−１〜ＳＴ２−２−６からなる。
まず、ステップＳＴ１で入力されたキー分割片の組付位置番号を抽出する。ステップＳＴ２−２−１で、検索番号ｉに１を代入する。ステップＳＴ２−２−２で、検索番号ｉが、入力されたキー分割片の組付位置番号であるかを判断する。同じであると判断した場合には、ステップＳＴ２−２−３へ進み、そうでない場合には、ステップＳＴ２−２−４へ進む。ステップＳＴ２−２−４では、検索番号ｉを１つだけ増やして、ステップＳＴ２−２−５へ進む（なお、ステップＳＴ２−２−４以降の処理では、増やした検索番号ｉで処理を行う）。ステップＳＴ２−２−５では、検索番号ｉが、上述の所定数Ｍを超えているかを判断し、超えている場合は、エラーとなり、超えていない場合には、ステップＳＴ２−２−２に戻り、上述の処理を繰り返す。一方、ステップＳＴ２−２−３では、検索番号ｉを、キー分割片の組付位置番号Ｋｐとして抽出し、ステップＳＴ２−２−６へ進む。
【００４７】
ステップＳＴ２−２―６において、キー分割片の組付位置番号から、キー分割片の組付位置θｋ（前記周方向における中心位置）を、次式により算出する。
θｋ＝（３６０／Ｎｂ）×｛Ｋｐ−１＋（Ｋｂ／２）｝＋θｂ
ここで、組付位置θｋは、図６に示すように、セグメント中心Ｃ周りの周方向における基準位置Ｐに対して、セグメント中心Ｃ周りの角度によりキー分割片の組付位置を定めるものである。Ｎｂは、仮に、セグメントを、前記周方向において、それぞれが所定の単位寸法（Ｌ０で表わす。以下同様）を持つように等分割した場合におけるその分割数Ｎ（例えば８０）である。すなわち、セグメントの周方向の全体寸法は、Ｌ０×Ｎである。Ｋｐは、ステップＳＴ１で入力されたキー分割片の組付位置番号（１〜Ｍの正の整数のいずれか）である。Ｋｂは、キー分割片の前記周方向における寸法をＬ１とした場合に、Ｌ１＝ｎ×Ｌ０を満たすｎの値である。θｂは、所定の調整角度である。
【００４８】
ステップＳＴ２−３では、各分割片の組付位置θｄを次式により算出する。
θｄ＝θｓ＋θｋ
ここで、θｓは、キー分割片に対する分割片の相対角度であり、各分割片のキー分割片に対する相対的な組付位置として予め定められている。
【００４９】
ステップＳＴ２−４では、組付位置ｉ＝１である分割片を、以降の各ステップで対象とする分割片とする。組付位置ｉは、セグメントを構成する複数の分割片の組付位置を示し、ステップＳＴ２−３で算出した各分割片のθｄにより定められ、図９のように、所定の周方向位置の分割片から順に、前記周方向に連続して増えていくように１〜ＮＳ（図９の例では、ＮＳ＝１０）まで定められる。すなわち、分割片の位置番号ｉは、図９のように周方向（時計回りに）に分割片が１つ移行すると１つだけ増加する。なお、図９において、符号Ｂは、分割片同士の境界を示す。
【００５０】
ステップＳＴ２−５では、ｉ＝１である分割片の組付順序が最初または最後であるかを判断する。ＹＥＳの場合には、ステップＳＴ２−６へ進み、ＮＯの場合には、ステップＳＴ２−７へ進む。
【００５１】
ステップＳＴ２−６では、上述の旋回は無しとして、ステップＳＴ２−１０へ進む。
【００５２】
ステップＳＴ２−７では、上述の組付順序において、対象としている分割片の位置番号がｉである分割片が、位置番号がｉ＋１である分割片より後であるか（即ち、後に組み付けられるか）を判断する。ＹＥＳの場合には、ステップＳＴ２−８へ進み、ＮＯの場合には、ステップＳＴ２−９へ進む。
なお、ステップＳＴ２−７で、対象としている分割片の位置番号ｉがｉ＝ＮＳである場合には、上述の組付順序において、対象としている分割片の位置番号ｉがＮＳである分割片が、位置番号ｉが１である分割片より後であるか（即ち、後に組み付けられるか）を判断する。
【００５３】
ステップＳＴ２−８では、上述の旋回の方向を時計回りとして、ステップＳＴ２−１０へ進む。
【００５４】
ステップＳＴ２−９では、上述の旋回の方向を反時計回りとして、ステップＳＴ２−１０へ進む。
【００５５】
ステップＳＴ２−１０では、ｉ＝ｉ＋１として、位置番号ｉを１つ増やしてｉを更新し、ステップＳＴ２−１１へ進む。
【００５６】
ステップＳＴ２−１１では、更新したｉがｉ＞ＮＳであるかを判断する。ＹＥＳの場合には、処理を終了し、ＮＯの場合には、更新した位置番号ｉである分割片を対象とするようにステップＳＴ２−５へ戻り、上述の処理を繰り返す。
【００５７】
なお、計画部５は、コンピュータのＣＰＵ（中央処理装置）、および、前記記憶装置に記憶・保持されたプログラムにより実現されてよい。このプログラムは、図７の各ステップの処理を表したものである。計画部５において、前記ＣＰＵは、前記プログラムを実行することで、上述のように、図７の各ステップの処理を行う。前記記憶装置には、セグメントの種類毎に、該種類のセグメントを構成する各分割片のキー分割片に対する相対的な組付位置（上述のθｓ）などが記憶されており、前記ＣＰＵは、当該相対的な組付位置（θｓ）を利用して前記プログラムを実行してよい。なお、複数の順序決定規則の各々は、互いに区別して実行可能に前記プログラムに反映されていてよい。
【００５８】
１つの種類のセグメントについて、上述の各分割片の相対位置が２パターン設定されていてもよい。
例えば、図１０は、同じ種類のセグメントに対する各分割片の前記相対位置を示すが、（Ａ）は、第１パターンの相対位置を示し、（Ｂ）は、第２パターンの相対位置を示す。  このように、同じ種類のセグメントについて、２パターンの相対位置が定められている場合には、上述の組立計画方法を以下のように行ってよいが、以下で述べない点については、上述の組立計画方法の場合と同じである。
ステップＳＴ１において、２パターンの前記相対位置が設定されているセグメントの種類を入力する場合に、オペレータが入力部３を操作することで、２パターンのいずれかを選択してよい。なお、この選択を行わない場合には、２パターンのうちの既定のパターン（例えば、第１パターン）の相対位置をステップＳＴ２で使用するように位置計画部５ａが構成されてよい。
ステップＳＴ２において、位置計画部５ａは、ステップＳＴ１で相対位置のパターンが選択された場合には、選択されたパターンに従って、各分割片の組付位置を決定して出力し、ステップＳＴ１で相対位置のパターンが選択されなかった場合には、前記既定のパターンの相対位置に従って、各分割片の組付順序を決定して出力する。
【００５９】
好ましくは、上述のステップＳＴ２において各分割片の組付位置と組付順序を決定した後（この例では、図７の処理が完了した後）、当該各分割片の組付位置および組付順序の一方または両方を変更することができる。図１１は、そのための処理を示すフローチャートである。
ステップＳＴ４において、入力部３により、変更対象とするセグメントを選択・指定するとともに、当該セグメントのキー分割片の組付位置を位置計画部５ａへ新たに入力する。なお、当該セグメントの種類は、ステップＳＴ１において既に位置計画部５ａへ入力されているので、ステップＳＴ４において、当該種類の入力は行わなくてよい。
ステップＳＴ５において、入力部３により、前記複数の順序決定規則のうちのいずれかを新たに選択する。ステップＳＴ４の後、再度、上述のステップＳＴ２を行う。
再度のステップＳＴ２では、新たに入力されたキー分割片および順序決定規則に従って、セグメントを構成する各分割片の組付位置および組付順序を計画部５により新たに決定する。再度のステップＳＴ２の処理は、上述したステップＳＴ２の処理と同じである。再度のステップＳＴ２の後、再度、ステップＳＴ３を行う。
再度のステップ３では、再度のステップＳＴ２で出力した各分割片の組付位置および組付順序とリング番号とのデータが含まれたパラメータファイルを制御データとして生成する。再度のステップＳＴ３の処理は、上述したステップＳＴ３の処理と同じである。
【００６０】
図１１において、ステップＳＴ４を省略してもよい。この場合、ステップＳＴ５では、変更対象とするセグメントを選択・指定し、再度のステップＳＴ２では、ステップＳＴ１において既に入力されているセグメントの種類およびキー分割片の組付位置に基づいて、再度のステップＳＴ２を行う。
図１１において、ステップＳＴ５を省略してもよい。この場合、再度のステップＳＴ２では、ステップＳＴ１において既に選択されている順序決定規則に基づいて、再度のステップＳＴ２を行う。
【００６１】
なお、セグメントの種類は、１種類であってもよい。この場合、ステップＳＴ１において、セグメントの種類の入力が省略され、ステップＳＴ２は、当該１種類のセグメントについて予め設定されている前記相対位置などの情報に基づいて行われ、他の点は、上述と同じである。
【００６２】
上述した本実施形態の組立計画方法と装置によると、複数の順序決定規則の間で、セグメントを構成する各分割片の組付順序が異なるので、入力部３により選択する順序決定規則を、オペレータの意思で、（例えば、所定数のセグメント毎に）変えることができる。これにより、上述した分割片の位置ずれを抑制できる。
また、オペレータは、入力部３の操作により、自身の意思で、入力する順序決定規則を選択できる。従って、選択する順序決定規則を（例えば、所定数のセグメント毎に）変化させることができ、その結果、組付順序プログラムを修正することなく、簡単に、分割片の組付順序を変化させることができる。
【００６３】
また、各分割片の組付位置と組付順序を決定した後であっても、図１１の処理により、当該各分割片の組付順序を変更することができる。これにより、分割片の位置ずれが、許容範囲を超えそうになったら、分割片の位置ずれを減らすように、組付順序を変更することができる。例えば、オペレータが、実際に組み付けられたキー分割片の位置がずれているかを確認し、このずれが大きいと判断したら、組付順序を変更できる。このようにして、簡単な入力操作により、分割片の位置ずれが許容範囲内に抑えられる可能性を広げることができる。
特に、第１の順序決定規則から第２の順序決定規則へ、または、第２の順序決定規則から第１の順序決定規則へ変更することで、分割片の位置ずれを減らすことができる。すなわち、第１および第２の順序決定規則による組付順序は、セグメントの中心軸Ｃとキー分割片Ｓ８を含む平面（例えば、鉛直平面）に関し互いに対称となっている場合には、キー分割片Ｓ８の組付位置を同じにした状態で、第１および第２の順序決定規則を互いに逆にすることで、セグメントが周方向に位置ずれする方向をより確実に逆にすることができる。従って、キー分割片Ｓ８の組付位置を同じにした状態で、第１の順序決定規則により複数のセグメントを組み付けていったときに、分割片が第１の周方向にずれてきたら、第２の順序決定規則に変更することで、このずれを、より確実に減らすことができる。
【００６４】
また、後述のシールド掘削機本体１１ａが、組み付けられたセグメントに対し周方向に位置ずれしてきた場合には、キー分割片の位置を調整することで、この位置ずれを矯正することができる。
【００６５】
［セグメント組立装置］
図１２は、本発明の実施形態によるセグメント組立装置２０を示すブロック図である。セグメント組立装置２０は、上述のセグメントの組立計画装置１０と、エレクタ装置７と、制御部９とを備える。
【００６６】
図１３は、シールド掘削機１１の全体構成を示す断面図である。シールド掘削機１１は、シールド掘削機本体１１ａ、カッタヘッド１１ｂ、シールドジャッキ１１ｃを有する。シールド掘削機本体１１ａは、筒状に形成されている。カッタヘッド１１ｂは、本体１１ａの前方（図１３の左側）において、本体１１ａに固定されたフレーム１１ｄに回転可能に取り付けられトンネル切削する。切削した土砂はスクリューコンベア（図示せず）等で後方側に排出される。シールドジャッキ１１ｃは、フレーム１１ｄに取り付けられている。シールドジャッキ１１ｃは、その伸長ストロークにより、組み付けられた複数の分割片Ｓａからなるセグメントを後方側に押し、その反力で本体１１ａを前方側に移動させる。なお、エレクタ装置７による分割片の組付時には、シールドジャッキ１１ｃは、エレクタ装置７と分割片に干渉しないように収縮する。
【００６７】
シールド掘削機１１は、搬送装置６を有する。搬送装置６は、台車６ａ、ホイスト式クレーン６ｂ、および分割片仮置き場６ｃを備える。台車６ａは、シールド掘削機１１に掘削されたトンネル内を、その後方側（図１３の右側）からその前方側（図１３の左側）へ分割片Ｓｂを載せてトンネル軸方向（図１３の左右方向）に走行し、これにより分割片Ｓｂをトンネルの前方側へ搬送する。ホイスト式クレーン６ｂは、トンネル前方側へ走行してきた台車６ａ上の分割片Ｓｂを持ち上げて、トンネル前方側へ水平移動し、分割片仮置き場６ｃへ当該分割片Ｓｂを吊り降ろす。分割片仮置き場６ｃは、ローラコンベヤで構成され、ホイスト式クレーン６ｂによりローラコンベヤ６ｃに吊り降ろされた分割片Ｓｂをトンネル前方側へ移動させる。
上述の組付順序の順に分割片Ｓｂが、ホイスト式クレーン６ｂによりローラコンベヤ６ｃに吊り降ろされて、当該組付順序が先の分割片Ｓｂほどローラコンベヤ６ｃにおけるトンネル前方側に位置させられる。エレクタ装置７は、ローラコンベヤ６ｃにおける最もトンネル前方側にある分割片Ｓｂから順に、当該分割片Ｓｂを把持しその組付位置へ組み付ける。このようにして、上述の組付順序の順に分割片Ｓｂが組み付けられる。
【００６８】
エレクタ装置７は、複数の分割片Ｓｂを環状のセグメントＳに組み立てる。エレクタ装置７は、旋回リング７ａ、軸方向移動部７ｂ、および把持装置７ｃを有する。旋回リング７ａは、図示しない駆動装置によりトンネルの中心軸周りに旋回駆動されるようにフレーム１１ｄに支持される。軸方向移動部７ｂは、旋回リング７ａに固定され水平方向に延びるガイド部材８に沿って、図示しない駆動装置により往復移動させられるようにガイド部材８に支持される。把持装置７ｃは、軸方向移動部７ｂに取り付けられ、図示しない駆動装置により、トンネルの中心に対する半径方向に往復移動可能である。この構成で、エレクタ装置７は次のように動作する。把持装置７ｃが、最もトンネル前方側にある分割片仮置き場６ｃ上の分割片Ｓｂを把持し、軸方向移動部７ｂの移動によりシールド掘削機１１のカッタヘッド１１ｂがあるトンネルの前方側（図１３の左側）へ移動し、次いで、旋回リング７ａが中心軸Ｃ周りに旋回して把持装置７ｃを旋回方向に位置決めし、その後、把持装置７ｃが、前記半径方向に関して組付位置まで外側に移動して、さらに、直前に組み立てたセグメントＳへ向けて軸方向（例えば、図１の軸方向）に移動させて把持している分割片Ｓｂのボルト３１（図１参照）をセグメントＳのボルト孔３３（図１参照）へ挿入することができる。これにより、当該分割片を、上述の組付位置に完全に組み付けることができる。図１３において、符号Ｓａは、既に組み立てられた分割片を示す。なお、上述の組付順序において順番が１番目および最後以外の分割片Ｓｂについては、上述のように、旋回リング７ａが旋回して把持装置７ｃを旋回方向に位置決めすることで、把持装置７ｃが把持している分割片を、周方向に関して、該分割片の組付位置から所定距離だけずらした位置に該分割片を位置決めし、さらに、把持装置７ｃが、前記半径方向の外側に移動した後、上述のように決定された前記旋回の方向に、旋回リング７ａが旋回することで、把持装置７ｃが把持している分割片Ｓｂを、既設の分割片Ｓａに当接させ、これにより、該分割片Ｓｂを周方向に位置決めし、その後、直前に組み立てたセグメントＳへ向けて軸方向（例えば、図１の軸方向）に移動させて把持している分割片Ｓｂのボルト３１（図１参照）をセグメントＳのボルト孔３３（図１参照）へ挿入する。これにより、当該分割片を、周方向に関する上述の組付位置に完全に組み付けることができる。
【００６９】
制御部９は、トンネル内に組み立てる各セグメントについて、組立計画装置１０により決定された該セグメントの組付位置および組付順序に基づいて、上述のように動作するエレクタ装置７を制御する。各組付位置と組付順序とは計画部５により互いに対応付けられており、制御部９は、現時点の組付順序（順番）に対応する組付位置に分割片を組み付けるようにエレクタ装置７を制御し、この組み付けが完了したら、組付順序を１つ繰り下げ、繰り下げた組付順序（順番）に対応する組付位置に次の分割片を組み付けるようにエレクタ装置７を制御する。これにより、当該組付位置および組付順序に従って、エレクタ装置７は、上述のように動作して、各分割片Ｓｂをその組付位置に組み付ける。すなわち、エレクタ装置７は、制御部９の制御により、分割片仮置き場６ｃに置かれた次の分割片Ｓｂを把持し、該分割片Ｓｂを，（直前に組み立てられたセグメントにトンネルの軸方向に隣接するように）各分割片Ｓｂをその組付位置に組み付ける。このように、１つのセグメントを組み立てたら、制御部９は、上述のように定められたセグメント組立順序に従って、次のセグメントについて、組立計画装置１０により決定された該セグメントの組付位置および組付順序に基づいて、エレクタ装置７の動作を上述と同様に制御する。なお、エレクタ装置７または作業員が、トンネルの前後方向に隣接するセグメント同士を、ボルトなどの結合手段で結合してよい。
【００７０】
好ましくは、制御部９が組立計画装置１０に接続されていない状態で、組立計画装置１０は、入力部３による入力と選択、および、該入力と選択に基づいた計画部５による前記組付位置および組付順序の決定を行えるようになっている。
また、組立計画装置１０は、制御部９と接続されていない状態で、セグメントについて、計画部５が（例えば既に決定した）組付位置および組付順序の一方または両方を、入力部３により、当該セグメントの種類、キー分割片の組付位置、順序決定規則の少なくともいずらかを新たに入力することで変更可能である。すなわち、制御部９と接続されていない状態で、図１１を参照して上述した処理を行うことができる。
組立計画装置１０は、制御部９から分離しており、オペレータが持ち運び可能な装置（例えばノート型パソコン）であるのがよい。この場合、トンネル内に組み立てる各セグメントについて、組立計画装置１０（計画部５）が決定または変更した該セグメントの組付位置および組付順序と、これらセグメントのセグメント組立順序とは、制御データとして、記憶媒体（例えばＵＳＢメモリ）により組立計画装置１０から制御部９に受け渡すようにするのがよい。例えば、前記記憶媒体を組立計画装置１０に接続して、上述の制御データを記憶媒体に記憶させ、次いで、オペレータが、この記憶媒体を組立計画装置１０から分離し、この記憶媒体を運んで制御部９に接続し、これにより、前記制御データを制御部９へ受け渡して制御部９に記憶させてよい。
【００７１】
本発明は上述した実施の形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更を加え得ることは勿論である。
【符号の説明】
【００７２】
３  入力部、５  計画部、５ａ  位置計画部、５ｂ  順序計画部、
６  搬送装置、７  エレクタ装置、９  制御部、
１０  セグメントの組立計画装置、１１  シールド掘削機、
２０  セグメント組立装置
【図１】
0005435348.tif 000002
【図２】
0005435348.tif 000003
【図３】
0005435348.tif 000004
【図４】
0005435348.tif 000005
【図５】
0005435348.tif 000006
【図６】
0005435348.tif 000007
【図７】
0005435348.tif 000008
【図８】
0005435348.tif 000009
【図９】
0005435348.tif 000010
【図１０】
0005435348.tif 000011
【図１１】
0005435348.tif 000012
【図１２】
0005435348.tif 000013
【図１３】
0005435348.tif 000014