(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドフレーム内に軸心廻りに回転自在に設けられ、セグメントを周方向に所定の間隔を隔てて同心円的に複数保持し、各セグメントを径方向外方に拡径移動させて既設セグメントに組み付ける組立手段と、その組立手段の前方に設けられ、当該組立手段を通して搬送されたセグメントを周方向に所定の間隔を隔てて保持するストック手段と、そのストック手段のセグメントを、セグメント組付後の組立手段に移載する移載手段とを備えたことを特徴とするシールド掘進機のセグメント組立装置。
【請求項２】
上記ストック手段が、組立手段と共に回転するように保持された請求項１記載のシールド掘進機のセグメント組立装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高速施工に対応すべく、複数のセグメントを同時に組み立てるようにしたシールド掘進機のセグメント組立装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機は、シールドフレームの前部に設けられたカッタによって切羽を掘削し、その掘削坑の内周面にセグメント組立装置によってセグメントを張設してトンネル壁を構築し、そのトンネル壁を反力受部材として推進するようにしたトンネル成形マシンである。
【０００３】
上記セグメント組立装置は、トンネルの周方向に分割されたセグメントを１個ずつ組み付けて１リングを形成するタイプが一般的であるが、これではトンネル壁の構築に時間を要する。このため、近年、複数のセグメントを一括して同時に組み付けるタイプが提案されている（特開平４−２５８４９９号公報、特開平４−１６１５９２号公報等）。
【０００４】
この種のセグメント組立装置は、図５に示すように、セグメント組立用のエレクタをトンネルの軸方向に沿って坑口側と切羽側とに２機Ａ，Ｂ設けて構成されており、トンネル掘進作業中に各エレクタＡ，Ｂに１２０  度間隔でそれぞれ３個のセグメントａ，ｂ，ｃとａ´，ｂ´，ｃ´を位相をずらして保持するようになっている。
【０００５】
そして、掘進完了後、先ず坑口側エレクタＡを拡径させてその３個のセグメントａ，ｂ，ｃを同時に１２０  度間隔で既設セグメントに組み付け、次に切羽側エレクタＢを坑口側にスライド移動させると共に拡径させ、その３個のセグメントａ´，ｂ´，ｃ´を１２０  度間隔の空きスペースに同時に組み付ける。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このように坑口側エレクタＡと切羽側エレクタＢとを位相をずらして交差して配置すると、このセグメント組立装置Ｃの前方（切羽側）と後方（坑口側）とを連絡する通行スペースがなくなってしまう。よって、切羽側に設けられるカッタやカッタモータ等のメンテナンスが不可能となる。
【０００７】
また、エレクタＡ，Ｂは、把持したセグメントａ，ｂ，ｃ，ａ´，ｂ´，ｃ´を所望の組付位置に正確に移動させる機能が必要があるため、坑口側エレクタＡと切羽側エレクタＢとの双方に、把持セグメントａ，ｂ，‥‥をそれぞれ径方向・周方向・軸方向に微調節移動させる微調節位置決め機構を設ける必要があり、極めて高コストとなる。
【０００８】
以上の問題点を解決すべく創案された本発明の目的は、複数のセグメントを同時に一括して組み立てるタイプのセグメント組立装置において、低コストでメンテナンス性に優れたものを提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、シールドフレーム内に軸心廻りに回転自在に設けられ、セグメントを周方向に所定の間隔を隔てて同心円的に複数保持し、各セグメントを径方向外方に拡径移動させて既設セグメントに組み付ける組立手段と、その組立手段の前方に設けられ、当該組立手段を通して搬送されたセグメントを周方向に所定の間隔を隔てて保持するストック手段と、そのストック手段のセグメントを、セグメント組付後の組立手段に移載する移載手段とを備えて構成されている。
【００１０】
【作用】
セグメントの組付けは、次のようにして行われる。先ず、組立手段に周方向に所定の間隔を隔てて保持された各セグメントが、径方向外方に拡径移動されて既設セグメントに組み付けられる。次に、その空になった組立手段に、ストック手段に保持された各セグメントが、移載手段によって移載される。そして、組立手段が所定の角度回動されて位相がずらされた後、新たに移載された各セグメントが径方向外方に拡径移動され、最初に組み付けたセグメント同志の空きスペースに嵌め込まれる。これにより、セグメントの１リングの組み付けが終了する。
【００１１】
【実施例】
以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１はセグメント組立装置の斜視図、図２は側断面図、図３は図２の  ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【００１３】
図２に示すように、シールドフレーム１の内部には、ブラケット２を介して片持ち支持されたセンターパイプ３が設けられている。センターパイプ３の内部には、図１に示すように送泥管４および排泥管５が挿通されている。送泥管４は、カッタ６の背面部に設けられたカッタ室内に水を送るものであり、排泥管５は、カッタ室内の掘削土砂を泥水として排出するものである。センターパイプ３の外周には、筒部１０が周方向に回転自在に被嵌されている。
【００１４】
筒部１０には、図２に示すように、セグメント８を周方向に  １２０度間隔を隔てて同心円的に３個保持し、各セグメント８を径方向外方に拡径移動させて既設セグメント７に組み付ける組立手段９が設けられている。組立手段９は、ブラケット２に設けられた回転用モータ１１と、モータ１１の回転軸に設けられたピニオン１２と、筒部１０に設けられた旋回ベアリング６５の内歯ギヤ１３とによって、センターパイプ３廻りに回転するようになっている。また、組立手段９は、筒部１０に設けられたシリンダ１４によって軸方向にスライドするようになっている。
【００１５】
組立手段９は、図３に示すように、セグメント８を把持する把持部１５を有する腕１６が、周方向に  １２０度間隔で３本設けられている。これら腕１６の把持部１５は、シリンダ１７の伸縮によって、径方向に移動するようになっている。また、把持部１５は、図２に示すシリンダ１４の伸縮によって、図３に示すガイド２０に案内されて軸方向に移動するようになっている。また、各腕１６には、把持部１５に把持したセグメント８を既設セグメント７にボルト締結するためのボルト締結装置２１が設けられている。また、組立手段９の把持部１５は、シリンダ１８によってピッチング方向およびローリング方向の姿勢が変えられ、シリンダ１９によってヨーイング方向の姿勢が変えられるようになっている。
【００１６】
この構成によれば、把持部１５に把持されたセグメント８は、シリンダ１４，１７，１８，１９を適宜伸縮させ、回転用モータ１１を適宜作動させることによって所望の組付け位置に移動され、ボルト締結装置２１によって既設セグメント７に自動締結される。
【００１７】
組立手段９の把持部１５には、図１に示すようにトンネル内の上部に長手方向に沿って設けられたセグメント供給装置２２から、セグメント８が供給されるようになっている。セグメント供給装置２２は、セグメント８を上に凸の状態で搬送するコンベヤ２３と、図２に示すようにコンベヤ２３の端部のセグメント８を最終的に組立手段９側に押し出すプッシャ２４とからなっている。プッシャ２４の押出しストロークは、コンベヤ２３上のセグメント８を、組立手段９を越えてその前方のストック手段２５にまで押し切る長さを有している。
【００１８】
ストック手段２５は、上記プッシャ２４によって組立手段９を通り越して押出されたセグメント８を保持する保持部２６を有する腕２７が、周方向に  １２０度間隔を隔てて設けられている。各腕２７は、図１に示すように、センターパイプ３の外周に回転自在に被嵌された筒部１０に、組立手段９の腕１６と同位相に取り付けられており、正面から見ると図３に示すように組立手段９の腕１６と重なっている（図４参照）。
【００１９】
すなわち、ストック手段２５の３本の腕２７と、組立手段９の３本の腕１６とが軸方向からみて重なっており、それらの間に通路２８が形成されている。この通路２８は、ストック手段２５と組立手段９とにより仕切られたシールドフレーム１内の前後、すなわち切羽側と坑口側とを連通する。また、ストック手段２５は、図２に示すように筒部１０に固定されているため、回転モータ１１の作動によって組立手段９と一体的に回転する。
【００２０】
この構成によれば、図１に示すセグメント供給装置２２上のセグメント８は、次のようにしてストック手段２５および組立手段９に供給される。先ず、図２に示すモータ１１により筒部１０を回転させ、組立手段９およびストック手段２５を各腕１６，２７が同位相のまま一体的に回転させ、組立手段９の任意の腕１６の把持部１５をセグメント供給装置２２の位置に合わせる。次に、セグメント供給装置２２上のセグメント８をプッシャ２４により深く押し出し、組立手段９を越えてストック手段２５の把持部２６に供給する。次に、セグメント供給装置２２上の次のセグメント８をプッシャ２４により浅く押し出し、組立手段９の把持部１５に供給する。
【００２１】
その後、回転用モータ１１により、組立手段９およびストック手段２５の各腕１６，２７を一体的に  １２０度回転させ、組立手段９の次の腕１６の把持部１５をセグメント供給装置２２の位置に合わせて同様な作業を行い、セグメント８をストック手段２５の把持部２６と組立手段９の把持部１５とに供給する。その後、更に筒部１０を回転用モータ１１により  １２０度回転させ、組立手段９の残りの腕１６の把持部１５をセグメント供給装置２２の位置に合わせ、同様の作業を行ってセグメント８を各把持部２６，１５に供給する。
【００２２】
このようにして、セグメント供給装置２２上のセグメント８は、３個がストック手段２５に保持され、３個が組立手段９に保持されて、１リングの組立準備が完了する（本実施例では図３に示すように１リング６ピースである）。なお、セグメント供給装置２２上のセグメント８の搬送順序は、以下の述べるセグメント８の組付順を考慮して所定の順番で搬送されてくることは勿論である。これらセグメント８は、次のようにして組み付けられる。
【００２３】
先ず、組立手段９の３個のセグメント８を同時に拡径移動させ、ボルト締結装置２１によって既設セグメント７に締結する。そして、空になった組立手段９に、ストック手段２５のセグメントを移載する。この移載は、後述する移載手段によって行う。移載後、回転用モータ１１により筒部１０を  １２０度回転させて組立手段９の腕１６の位相をずらし（このときストック手段２５も一体的に回転する）、移載された３個のセグメント８を最初に組み付けたセグメント同志の空きスペースに同時に嵌め込み、ボルト締結装置２１によって既設セグメント７に締結する。これにより、１リングのセグメント８の組み立てが終了する。
【００２４】
移載手段について以下に説明する。
【００２５】
図６は、組立手段９の把持部１５とストック手段２５の把持部２６とを、斜め上方からみた図である。図示するように、双方の把持部１５，２６には、セグメント８の把持金具２９が係合するガイド溝３０が、トンネルの軸方向に沿って設けられている。すなわち、セグメント８は、図８〜図１３に示すように上に凸の状態で、その把持金具２９がガイド溝３０に係合しつつ移動する。この移動の際、セグメント８の自重は、各把持部１５，２６に設けられた支持部材３１に支持される。支持部材３１には、セグメント８の移動を容易にすべく、樹脂板３２が張られボルト３３で取り付けられている。
【００２６】
組立手段９のガイド溝３０には、セグメント８の把持金具２９が係合する係合金具３４が設けられている。係合金具３４は、図７に示すように円筒体からなり、その上部にセグメント８の把持金具２９が一方向からのみ係合する係合溝３５を有し、下部にラック３６と噛合するギヤ３７が形成されている。この構成によれば、ラック３６で係合金具３４を回転させることにより、係合溝３５の係合方向が  １８０度変更される。
【００２７】
また、係合金具３４は、図８に示すシリンダ３８によって昇降するようになっている。具体的には、シリンダ３８のロッド３９内に形成された図示しない油通路を通じて仕切り部材４０の下方の部屋４１に油を供給すると図８に示すように係合金具が下降し、仕切り部材４０の上方の部屋４２に油を供給すると図９に示すように係合金具３４が上昇する。このとき、ラック３６はギヤ３７上を滑る。上記ロッド３９は、球面軸受４２を介してブラケット４３に固定されている。
【００２８】
図６に示すように、組立手段９の支持部材３１には、固定ピン４４が出没自在に設けられている。これら固定ピン４４は、図８および図９に示す没入状態でセグメント８を通過させ、図１０に示す突出状態でセグメント８の係合孔４５に挿入される。これと同様に、図６に示すようにストック手段２５の支持部材３１にも、固定ピン４６が出没自在に設けられている。この固定ピン４６は、図１２の没入状態から図１３の突出状態に変化し、セグメント８の係合孔４５に挿入される。
【００２９】
ストック手段２５のガイド溝３０には、セグメント８の把持金具２９が係合する係合金具４８が設けられている。係合金具４８は、図１２および図１３に示すように円筒体からなり、その上部にセグメント８の把持金具２９が一方向からのみ係合する係合溝４９を有しており、シリンダ５０によって昇降するようになっている。具体的には、シリンダ５０のロッド５１内に形成された図示しない油通路を通じて仕切り部材５２の上方の部屋５３に油を供給すると図１２に示すように係合金具４８が上昇し、仕切り部材５２の下方の部屋５４に油を供給すると図１３に示すように係合金具４８が下降する。上記ロッド５１は、球面軸受５５を介してブラケット５６に固定されている。
【００３０】
ストック手段２５には、図６、図１２および図１３に示すように、当該ストック手段２５上のセグメント８を、組立手段９に移し替える移載手段５７が設けられている。移載手段５７は、セグメント８の端部を押圧する押圧ブラケット５８と、押圧ブラケット５８の基部５９が螺合されたネジ棒６０と、基部５９の回転を規制して軸方向に案内するガイド６１と、ネジ棒６０の端部に取り付けられた従動ギヤ６２と、従動ギヤ６２に噛合する駆動ギヤ６３と、駆動ギヤ６３を回転させるモータ６４とから構成されている。この構成によれば、モータ６４を回転させることにより、押圧ブラケット５８がガイド６１に沿って軸方向に移動し、図１５に示すストック手段２５上のセグメント８がガイド溝３０に沿って押圧移動され、図１６に示すように組立手段９に移し替えられる。
【００３１】
以上の構成からなる本実施例の作用について述べる。
【００３２】
図１に示すセグメント供給装置２２上のセグメント８は、次のようにしてストック手段２５および組立手段９に供給される。先ず、図２に示す回転用モータ１１により筒部１０を回転させて組立手段９およびストック手段２５を一体的に回転させ、組立手段９の任意の腕１６の把持部１５を、図１に示すようにセグメント供給装置２２の位置に合わせる。
【００３３】
次に、図１に示すセグメント供給装置２２上のセグメント８を、図２に示すプッシャ２４によって前方に深く押し出し、図１４に示すように組立手段９を越えてストック手段２５に供給する。図１１はセグメント８の通過の途中を表す。このとき、組立手段９の係合金具３４は、図８および図１４に示すように下降されており、通過するセグメント８の把持金具２９と干渉しないようになっている。
【００３４】
ストック手段２５に供給されたセグメント８は、図１２に示すように、セグメント８の把持金具２９がストック手段２５の係合金具４８に係合した状態で、支持部材３１上に支持されている。この状態で、図１３に示すように、固定ピン４６を突出させると共に係合金具４８を引き込む。すると、セグメント８は、中央部が下方に引かれ、両端部が上方に押された状態となって、強固に把持固定される。
【００３５】
その後、図１に示すセグメント供給装置２２上の次のセグメント８を、図２に示すプッシャ２４によって前方に浅く押し出し、図１５に示すように組立手段９に供給する。このとき、組立手段９の係合金具３４を予め図９に示すように上昇させておく。よって、供給されたセグメント８の把持金具２９が、組立手段９の係合金具３４に係合する。
【００３６】
組立手段９に供給されたセグメント８は、図９に示すように、セグメント８の把持金具２９が組立手段９の係合金具３４に係合した状態で、支持部材３１に支持されている。この状態で、図１０に示すように、固定ピン４４を突出させると共に係合金具３４を引き込む。すると、セグメント８は、中央部が下方に引かれ、両端部が上方に押された状態となって、強固に把持固定される。
【００３７】
次に、図１５に示すモータ１１を駆動して組立手段９とストック手段２５とを一体的に  １２０度回転させ、組立手段９の隣の腕１６の把持部１５を、図１に示すようにセグメント供給装置２２の位置に合わせる。そして、前述と同様の手順によってストック手段２５と組立手段９とにセグメント８を供給して把持させる。その後、図１５に示すモータ１１を再度駆動して組立手段９とストック手段２５とを更に  １２０度回転させ、組立手段９の残りの腕１６の把持部１５を、図１に示すようにセグメント供給装置２２の位置に合わせ、同様にストック手段２５と組立手段９とにセグメント８を供給して把持させる。
【００３８】
以上の作業によって１リング６ピースのセグメント８が３個ずつ組立手段９とストック手段２５とに把持され、組立準備が完了する。また、かかる作業は、シールド掘進機の掘進中に行う。次に、セグメント８の組立手順を述べる。
【００３９】
先ず、図１０および図１５に示すように固定ピン４４と係合金具３４とにより強固に把持固定された組立手段９の３個のセグメント８を、シリンダ１７によって径方向に移動させ、シリンダ１４によって軸方向に移動させ、シリンダ１８，１９によって姿勢を変え、図１５に示すモータ１１を駆動させて軸芯廻りに回動させて、所望の組付位置に３個同時に移動させる。そして、３個のセグメント８を、図１５および図３に示すボルト締結装置２１によって、同時に既設セグメント７に組み付ける。
【００４０】
その後、図１６に示すように、ストック手段２５の把持部２６上の３個のセグメント８を同時に移載手段５７によって組立手段９側に押し出し、空になった組立手段９の把持部１５に一括して移し替える。このとき、ストック手段２５の固定ピン４６は図１３に示す上昇状態から図１２に示すように下降され、ストック手段２５の係合金具４８は図１３に示す下降状態から図１２に示すように上昇されており、ストック手段２５上のセグメント８がフリーとなっている。よって、ストック手段２５上の３個のセグメント８は、各係合金具２９がガイド溝３０にそれぞれ係合した状態で移動し、たとえ逆様の状態であっても組立手段９に３個同時に移載される。
【００４１】
これに先立って、組立手段９の係合金具３４を、図７に示すラック３６によって、図１６に示すように予め  １８０度回転させておく。よって、ストック手段２５から組立手段９に移載された３個のセグメント８は、各把持金具が２９それぞれ組立手段９の係合金具３４に係合する。その後、図１０に示すように、組立手段９の固定ピン４４を突出させると共に係合金具３４を引き込み、移載された３個のセグメント８をそれぞれ強固に把持固定する。
【００４２】
そして、組立手段９の把持部１５上の３個のセグメント８を、図１６に示すモータ１１を駆動させて軸芯廻りに  １２０度回動させ、位相をずらす（なお、このときストック手段２５も一体的に回転する）。その後、組立手段９の把持部１５上の３個のセグメント８を、図１０に示すシリンダ１７により径方向に移動させ、シリンダ１４により軸方向に移動させ、シリンダ１８，１９により姿勢を変え、モータ１１により周方向に微調節移動させて、最初に組み付けたセグメント同志の空きスペースに同時に嵌め込み、ボルト締結装置２１によって既設セグメントに締結する（図３および図４参照）。これにより、１リングのセグメントの組み立てが終了する。
【００４３】
本実施例によれば、図１に示すように、組立手段９の３本の腕１６とストック手段２５の３本の腕２７とを軸方向からみて同位相に重ねて設けたので、図３および図４に示すように、各腕１６，２７の間にシールドフレーム１内を前後に連通する通路２８が形成される。この通路２８は、ストック手段２５と組立手段９とにより仕切られたシールドフレーム１内の前方（切羽側）と後方（坑口側）とを連絡する通行スペースとなる。よって、切羽側に設けられるカッタやカッタモータ等のメンテナンスが、この通路を通じて可能となり、メンテナンス性が向上する。
【００４４】
また、ストック手段２５は、単にセグメント８を把持する機能さえ有していればよく、把持したセグメント８を所望の組付位置に正確に移動させる機能は不要である。よって、本実施例に係るセグメント組立装置は、従来のタイプすなわちエレクタをトンネルの軸方向に切羽側と坑口側とに２機隣接して設けたタイプと比べ、大幅に構成が簡略化され、低コスト化を推進できる。つまり、従来のタイプでは、２機のエレクタの双方に把持セグメントの位置を微調節する機構を設ける必要があるのに対し、本実施例では、組立手段９側にのみ設ければよく、ストック手段２５側には全く不要である。
【００４５】
また、図１６に示す移載手段５７によるストック手段２５から組立手段９へのセグメント８の移載は１５秒程度で可能であるため、セグメント８の組立時間については従来のダブルエレクタタイプと遜色ない。
【００４６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るシールド掘進機のセグメント組立装置によれば、切羽側と坑口側とを連通する通路を確保できるのでメンテナンス性が向上する。また、ストック手段にセグメントの微調節位置決め機構を設ける必要がないので低コスト化を推進することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を表わすシールド掘進機のセグメント組立装置の斜視図である。
【図２】上記セグメント組立装置の側断面図である。
【図３】図２の  ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】上記セグメント組立装置の概略図であり、（ａ）  は側面図、（ｂ）  は正面図を表わす。
【図５】従来のセグメント組立装置の概略図であり、（ａ）  は側面図、（ｂ）  は正面図を表わす。
【図６】本実施例に係るセグメント組立装置の部分拡大斜視図である。
【図７】上記セグメント組立装置を構成する部品の斜視図である。
【図８】図６の  ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図９】図６の  ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図１０】図６の  ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線断面図である。
【図１１】図６の  ＸＩ−ＸＩ線断面図である。
【図１２】図６の  ＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。
【図１３】図６の  ＸＩＩ−ＸＩＩ線断面図である。
【図１４】上記セグメント組立装置の側断面図である。
【図１５】上記セグメント組立装置の側断面図である。
【図１６】上記セグメント組立装置の側断面図である。
【符号の説明】
１  シールドフレーム
７  既設セグメント
８  セグメント
９  組立手段
２５  ストック手段
５７  移載手段
【図１】
0003577126.tif 000002
【図２】
0003577126.tif 000003
【図３】
0003577126.tif 000004
【図４】
0003577126.tif 000005
【図５】
0003577126.tif 000006
【図６】
0003577126.tif 000007
【図７】
0003577126.tif 000008
【図８】
0003577126.tif 000009
【図９】
0003577126.tif 000010
【図１０】
0003577126.tif 000011
【図１１】
0003577126.tif 000012
【図１２】
0003577126.tif 000013
【図１３】
0003577126.tif 000014
【図１４】
0003577126.tif 000015
【図１５】
0003577126.tif 000016
【図１６】
0003577126.tif 000017