(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
組立前の新規セグメントを把持し、トンネルの円周方向へ回転し、新規セグメントの把持位置を原点とするローカル座標系において、新規セグメントを３軸方向に位置決めすると共に、前記３軸まわりに回転させて、既設セグメントの前面に位置決めするエレクタ装置を備えたシールド掘進機のエレクタ制御装置であって、
エレクタ制御装置は、前記原点の位置目標値と、前記３軸まわりの角度目標値を演算する演算装置と、前記位置目標値と角度目標値を記憶する記憶装置と、前記位置目標値と角度目標値をエレクタ装置に出力する出力装置とを備え、
前記位置目標値と角度目標値における新規セグメントとトンネルの軸方向に連結される複数の既設セグメントを選択し、
選択した複数の既設セグメントに相当する既設ヨーイング角を演算し、
前記既設ヨーイング角として、既設セグメントの組立時のヨーイング角の単純平均値、又は各既設セグメントの新規セグメントとの連結長さに基づく加重平均値を用い、
該既設ヨーイング角を新規セグメントの粗位置決め用のヨーイング角として設定し、
エレクタ装置により、新規セグメントを粗位置決め用のヨーイング角までヨーイングして粗位置決めする、ことを特徴とするシールド掘進機のエレクタ制御装置。
【請求項２】
組立前の新規セグメントを把持し、トンネルの円周方向へ回転し、新規セグメントの把持位置を原点とするローカル座標系において、新規セグメントを３軸方向に位置決めすると共に、前記３軸まわりに回転させて、既設セグメントの前面に位置決めするエレクタ装置を備えたシールド掘進機のエレクタ制御方法であって、
原点の位置目標値と前記３軸まわりの角度目標値における新規セグメントとトンネルの軸方向に連結される複数の既設セグメントを選択し、
選択した複数の既設セグメントに相当する既設ヨーイング角を演算し、
前記既設ヨーイング角として、既設セグメントの組立時のヨーイング角の単純平均値、又は各既設セグメントの新規セグメントとの連結長さに基づく加重平均値を用い、
該既設ヨーイング角を新規セグメントの粗位置決め用のヨーイング角として設定し、
エレクタ装置により、新規セグメントを粗位置決め用のヨーイング角までヨーイングして粗位置決めする、ことを特徴とするシールド掘進機のエレクタ制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シールド掘進機のエレクタ制御装置と方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールド掘進機は、シールド工法によりトンネルを構築する際に使用される装置であり、切羽部前面の構造により、全面開放形、部分開放形および密閉形に大別される。
シールド工法では、シールドを地中に推進させ、周辺の地盤の崩壊を防ぎながら、その内部で安全に掘削、覆工作業を行いながらトンネルを構築する。そのため、シールド掘進機は、周辺の土圧に耐える外殻を有し、切羽側からフード部、リングガーダ部、及びテール部の３部分より成り立っている。
【０００３】
テール部にはセグメント組立のためのエレクタ装置が装備される。エレクタ装置は、トンネル内壁を構築するセグメントを把持し、既設のセグメントの前面に位置決めする装置である。位置決めされたセグメントは既設のセグメントと連結されて、トンネル内壁の一部となる。
また、リングガーダ部には、推進用にシールドジャッキが装備され、既設のセグメントに反力をとり、シールド掘進機全体を前進させるようになっている。
【０００４】
上述したシールド掘進機は、例えば特許文献１，２に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２４２４９４号公報、「シールド掘進機のセグメント組立装置」
【特許文献２】特許第３３７７７６１号公報、「エレクタ制御装置及び制御方法と覆工部材の組付方法とトンネル掘削機」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１は、エレクタ装置によるセグメントの位置決め制御の説明図である。
この図において、１は既設のセグメント（以下、「既設セグメント」）、２はエレクタ装置（図示せず）に把持された組立中のセグメント（以下、「新規セグメント」）、３は推進用のシールドジャッキである。
【０００７】
図１において、エレクタ装置による新規セグメント２の把持位置を原点Ｏとする直交３軸ＸＹＺを設定する。Ｘ軸はトンネルの長手方向、Ｙ軸はトンネルの周方向、Ｚ軸はトンネルの径方向である。
エレクタ装置は、新規セグメント２をＸ，Ｙ，Ｚ軸方向に位置決めすると共に、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸まわりに回転させる機能を有する。
Ｘ，Ｙ，Ｚ軸まわりの回転は、それぞれローリング、ピッチング、及びヨーイングであり、その角度をそれぞれ、ローリング角θＸ、ピッチング角θＹ、ヨーイング角θＺとする。
【０００８】
従来のエレクタ制御装置では、変位Ｘ，Ｙ，Ｚがそれぞれの変位目標値となるように、また、ローリング角θＸ、ピッチング角θＹ、ヨーイング角θＺがそれぞれの角度目標値となるように新規セグメント２を位置決めしている。
【０００９】
図２は、新規セグメント２をＺ軸方向から見た模式図である。
セグメント１，２の軸方向端面（図で左右の面）は平行に設定されており、エレクタ装置のＹ方向と軸方向端面は平行に位置する。この場合、ヨーイング角θＺの角度目標値は０度である。
しかし、実際には、エレクタ装置のＹ方向と既設セグメント１の軸方向端面が一致しないことがある。すなわち、セグメント１，２の製造誤差の累積や、既設セグメント１に対するエレクタ装置の相対的変位により、図２に示すように、新規セグメント２と既設セグメント１の軸方向端面が一致しない場合がある。
【００１０】
そのため、従来は、エレクタ装置に新規セグメント２と既設セグメント１の相対誤差を検出するセンサ（超音波センサ、カメラ等）を備え、その誤差を最小にするように、新規セグメント２の変位Ｘ，Ｙ，Ｚとローリング角θＸ、ピッチング角θＹ、ヨーイング角θＺを制御していた。
【００１１】
この場合、ヨーイング角θＺを変化させると、細長い保持セグメント２の４隅の位置が大きく変化するため、ヨーイング角θＺを先に粗位置決めし、その後、ヨーイング角θＺを含む新規セグメント２の位置と回転を精密に位置決めする。
すなわち、新規セグメント２と既設セグメント１の軸方向端面が一致するようにヨーイング角θＺを制御した後で、新規セグメント２の変位Ｘ，Ｙ，Ｚを制御すると位置決め時間を短縮することができる。
【００１２】
ヨーイング角θＺの粗位置決めは、新規セグメント２と既設セグメント１の軸方向隙間を２箇所以上計測し、これから粗位置決め時のヨーイング角θを算出するので、センサでこの隙間を検出できる範囲まで、目視による手動操作または自動でも低速でセンサの検出範囲に入るところまで新規セグメント２を既設セグメント１に近づける必要があった。
そのため、従来は、粗位置決め時のヨーイング角θの補正に時間がかかり、結果として保持セグメント２の位置決め時間が長く、作業性が低いという問題があった。
【００１３】
本発明は、上述した問題点に鑑みて創案されたものである。すなわち、本発明の目的は、目視による手動操作または自動でも低速で新規セグメントを制御することなく、粗位置決め時のヨーイング角θの補正に要する時間を大幅に短縮することができ、これにより新規セグメントの位置決め時間を短縮し、その作業性を高めることができるシールド掘進機のエレクタ制御装置と方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明によれば、組立前の新規セグメントを把持し、トンネルの円周方向へ回転し、新規セグメントの把持位置を原点とするローカル座標系において、新規セグメントを３軸方向に位置決めすると共に、前記３軸まわりに回転させて、既設セグメントの前面に位置決めするエレクタ装置を備えたシールド掘進機のエレクタ制御装置であって、
エレクタ制御装置は、前記原点の位置目標値と、前記３軸まわりの角度目標値を演算する演算装置と、前記位置目標値と角度目標値を記憶する記憶装置と、前記位置目標値と角度目標値をエレクタ装置に出力する出力装置とを備え、
前記位置目標値と角度目標値における新規セグメントとトンネルの軸方向に連結される複数の既設セグメントを選択し、
選択した複数の既設セグメントに相当する既設ヨーイング角を演算し、
前記既設ヨーイング角として、既設セグメントの組立時のヨーイング角の単純平均値、又は各既設セグメントの新規セグメントとの連結長さに基づく加重平均値を用い、
該既設ヨーイング角を新規セグメントの粗位置決め用のヨーイング角として設定し、
エレクタ装置により、新規セグメントを粗位置決め用のヨーイング角までヨーイングして粗位置決めする、ことを特徴とするシールド掘進機のエレクタ制御装置が提供される。
【００１５】
また本発明によれば、組立前の新規セグメントを把持し、トンネルの円周方向へ回転し、新規セグメントの把持位置を原点とするローカル座標系において、新規セグメントを３軸方向に位置決めすると共に、前記３軸まわりに回転させて、既設セグメントの前面に位置決めするエレクタ装置を備えたシールド掘進機のエレクタ制御方法であって、
原点の位置目標値と前記３軸まわりの角度目標値における新規セグメントとトンネルの軸方向に連結される複数の既設セグメントを選択し、
選択した複数の既設セグメントに相当する既設ヨーイング角を演算し、
前記既設ヨーイング角として、既設セグメントの組立時のヨーイング角の単純平均値、又は各既設セグメントの新規セグメントとの連結長さに基づく加重平均値を用い、
該既設ヨーイング角を新規セグメントの粗位置決め用のヨーイング角として設定し、
エレクタ装置により、新規セグメントを粗位置決め用のヨーイング角までヨーイングして粗位置決めする、ことを特徴とするシールド掘進機のエレクタ制御方法が提供される。
【発明の効果】
【００１６】
上述したように、シールド掘進機は、推進用にシールドジャッキを装備し、既設のセグメントに反力をとり、全体を移動させるようになっている。
このため、セグメントの軸方向端面は平行に設定され、かつ組立中の新規セグメントは、既設セグメントに合わせてヨーイング角を決定する必要がある。
【００１７】
従来は、新規セグメントが、既設セグメントのヨーイング角と相違する場合、組立毎に粗位置決め時のヨーイング角θを補正していた。そのため、粗位置決め時にヨーイング角θの補正に余分な時間がかかっていた。
【００１８】
これに対し、本発明の装置と方法では、新規セグメントの把持位置（原点）の位置目標値と３軸まわりの角度目標値における新規セグメントとトンネルの軸方向に連結される複数の既設セグメントに相当する既設ヨーイング角を新規セグメントの粗位置決め時のヨーイング角θとして設定するので、粗位置決め時のヨーイング角θは、補正することなく既設セグメントのヨーイング角と実質的に一致する。
【００１９】
従って、エレクタ装置により、新規セグメントを粗位置決め時のヨーイング角θまでヨーイングして粗位置決めすることにより、目視で新規セグメントを制御する必要がなくなり、粗位置決め時のヨーイング角θの補正を実質的に省略することができ、これにより新規セグメントの位置決め時間を短縮し、その作業性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】エレクタ装置１０によるセグメントの位置決め制御の説明図である。
【図２】新規セグメント２をＺ軸方向から見た模式図である。
【図３】本発明を適用するエレクタ装置１０の正面図である。
【図４】図３の側面図である。
【図５】本発明のエレクタ制御装置３０の構成図である。
【図６】本発明のエレクタ制御方法の全体フロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の好ましい実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。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。
【００２２】
図３は、本発明を適用するエレクタ装置１０の正面図であり、図４は、図３の側面図である。
図３、図４において、エレクタ装置１０は、回転フレーム１２、吊りビーム１４、旋回装置１６、旋回ブロック１８、摺動ガイドブロック２０、クランプ装置２２、及び押圧パッド２４を備える。
【００２３】
回転フレーム１２は、シールド掘進機の後部円筒１１内に設けられた円形フレーム１２ａ内に複数の支持ローラ１２ｂにより、トンネル中心を中心として回転可能に支持されている。また回転フレーム１２は、シールド掘進機の後部に備えた駆動装置１２ｃにより、円形フレーム１２ａの周方向へ回転駆動される。
【００２４】
吊りビーム１４は、回転フレーム１２に径方向に移動可能に取り付けられ、液圧シリンダ１４ａにより、ガイドロッド１４ｂに案内されて径方向に移動可能に構成されている。
【００２５】
旋回ブロック１８は、旋回装置１６を介して吊りビーム１４に、新規セグメント２の把持位置を原点ＯとするＺ軸（図１参照）のまわりに旋回可能に取り付けられ、図示しない旋回駆動装置により、旋回ブロック１８をＺ軸まわりに旋回させるようになっている。
【００２６】
摺動ガイドブロック２０は、旋回ブロック１８に、新規セグメント２の把持位置を原点ＯとするＸ方向（図１参照）に摺動可能に取り付けられている。
【００２７】
クランプ装置２２は、摺動ガイドブロック２０に取り付けられ、組立前の新規セグメント２を把持するようになっている。
【００２８】
押圧パッド２４は、摺動ガイドブロック２０に取り付けられ、新規セグメント２の内面を押圧するようになっている。
【００２９】
上述した構成により、組立前の新規セグメント２をクランプ装置２２で把持し、駆動装置１２ｃにより、トンネルの円周方向へ回転し、新規セグメント２の把持位置を原点Ｏとするローカル座標系Ｘ−Ｙ−Ｚにおいて、新規セグメント２を３軸方向Ｘ−Ｙ−Ｚに位置決めすると共に、３軸Ｘ−Ｙ−Ｚまわりに回転させて、既設セグメント１の前面に位置決めすることができる。
【００３０】
また、エレクタ装置１０は、新規セグメント２と既設セグメント１の相対誤差を検出するセンサ（図示せず）を備える。
このセンサは、例えば超音波センサとデジタルカメラであり、吊りビーム１４に設けられ、新規セグメント２と既設セグメント１の相対距離を超音波センサで検出し、新規セグメント２と既設セグメント１の隣接する隙間をデジタルカメラで検出するようになっている。
センサの取付け位置と個数は、特許文献２と同様に、新規セグメント２の４隅と中央を検出するように、５箇所、又はそれ以上設けることが好ましい。
【００３１】
図５は、本発明のエレクタ制御装置の構成図である。
本発明のエレクタ制御装置３０は、例えばコンピュータ（ＰＣ）であり、演算装置３２、記憶装置３４、及び出力装置３６を備える。
演算装置３２は、新規セグメント２の原点Ｏの位置目標値Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）と、３軸Ｘ−Ｙ−Ｚまわりの角度目標値（ローリング角θＸ、ピッチング角θＹ、ヨーイング角θＺ）を演算する。
記憶装置３４は、既設セグメント１と新規セグメント２の位置目標値Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）と角度目標値（θＸ、θＹ、θＺ）を記憶する。
出力装置３６は、新規セグメント２の位置目標値Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）と角度目標値（θＸ、θＹ、θＺ）をエレクタ装置１０に出力する。
【００３２】
図６は、本発明のエレクタ制御方法の全体フロー図である。
この図において、本発明のエレクタ制御方法は、Ｓ１〜Ｓ７の各ステップ（工程）からなる。
【００３３】
Ｓ１では、組立前の新規セグメント２を把持する。
Ｓ２では、新規セグメント２をトンネルの円周方向へ回転し、予め設定された周方向位置に位置決めする。
【００３４】
Ｓ３では、記憶装置３４により、既設セグメント１の組立時のヨーイング角θＺを記憶する。
【００３５】
Ｓ４では、演算装置３２により、新規セグメント２の原点Ｏの位置目標値Ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）と３軸Ｘ−Ｙ−Ｚまわりの角度目標値における新規セグメント２とトンネルの軸方向（Ｘ軸方向）に連結される複数の既設セグメント１を選択し、選択した複数の既設セグメント２に相当する既設ヨーイング角θＡを演算し、既設ヨーイング角θＡを新規セグメントの粗位置決め用のヨーイング角θとして設定する。
【００３６】
この設定において、既設ヨーイング角θＡとして、既設セグメント１の組立時のヨーイング角θＺの単純平均値、又は各既設セグメント１の新規セグメント２との連結長さに基づく加重平均値を用いるのがよい。
【００３７】
すなわち、２つの既設セグメント１の組立時のヨーイング角がθ１、θ２であり、それぞれの新規セグメント２との連結長さはＬ１，Ｌ２である場合、単純平均値は式（１）で表され、加重平均値は式（２）で表すことができる。
３以上の既設セグメント１と連結される場合も同様である。
【００３８】
θＡ＝（θ１＋θ２）／２・・・（１）
θＡ＝（Ｌ１×θ１＋Ｌ２×θ２）／（Ｌ１＋Ｌ２）・・・（２）
【００３９】
Ｓ５では、出力装置３６により、設定した新規セグメント２の粗位置決め用のヨーイング角θをエレクタ装置１０に出力する。
【００４０】
Ｓ６では、新規セグメント２を粗位置決めする。この粗位置決めでは、新規セグメント２を粗位置決め用のヨーイング角θまでヨーイングする。
なお、粗位置決めとして、３軸方向の位置決めと、ヨーイングを含む３軸まわりの回転を併用してもよい。
【００４１】
Ｓ７では、新規セグメント２を精密位置決めする。この精密位置決めでは、新規セグメント２を３軸方向に位置決めすると共に、３軸まわりに回転させて、既設セグメント１の前面に位置決めする。
【００４２】
上述した本発明の装置と方法によれば、新規セグメント２の把持位置（原点Ｏ）の位置目標値と３軸まわりの角度目標値における新規セグメント２とトンネルの軸方向に連結される複数の既設セグメント１に相当する既設ヨーイング角θＡを新規セグメント２の粗位置決め用のヨーイング角θとして設定するので、粗位置決め用のヨーイング角θは、補正することなく既設セグメント１のヨーイング角θＡと実質的に一致する。
【００４３】
従って、エレクタ装置１０により、新規セグメント２を粗位置決め用のヨーイング角θまでヨーイングして粗位置決めすることにより、目視で新規セグメント２を制御する必要がなくなり、粗位置決め時のヨーイング角θの補正を実質的に省略することができ、これにより新規セグメント２の位置決め時間を短縮し、その作業性を高めることができる。
【００４４】
なお、本発明は上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味および範囲内でのすべての変更を含むものである。
【符号の説明】
【００４５】
１  既設セグメント、２  新規セグメント、
１０  エレクタ装置、１１  後部円筒、１２  回転フレーム、
１２ａ  円形フレーム、１２ｂ  支持ローラ、１２ｃ  駆動装置、
１４  吊りビーム、１４ａ  液圧シリンダ、１４ｂ  ガイドロッド、
１６  旋回装置、１８  旋回ブロック、２０  摺動ガイドブロック、
２２  クランプ装置、２４  押圧パッド、
３０  エレクタ制御装置、３２  演算装置、
３４  記憶装置、３６  出力装置
【図１】
0005798063.tif 000002
【図２】
0005798063.tif 000003
【図３】
0005798063.tif 000004
【図４】
0005798063.tif 000005
【図５】
0005798063.tif 000006
【図６】
0005798063.tif 000007