(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削されたトンネル内の底部に敷設された並行なレール上を転動する車輪を前後に有する自走式の台車と、該台車上に支持され、トンネル覆工用のセグメントを把持して所定位置に嵌め込むセグメントの組立を行うセグメント組立機構を後部に有し、トンネルの軸心線方向に沿って角筒状に形成された本体と、上記台車上に設けられ、上記本体の下面を支持して本体の軸心線が上記トンネルの軸心線と一致するように本体の姿勢を調節する姿勢調節機構と、上記本体の上下左右の各面における前部と後部にそれぞれ並列に配置され、上下方向及び左右方向に伸張されて上記トンネルの内壁を押圧する反力で本体を上記姿勢調節された状態に保持する姿勢保持ジャッキとを備えたことを特徴とする自走式セグメント組立装置。
【請求項２】
上記姿勢調節機構は、上記台車の上面部に前部と後部に左右に２個ずつ配設された計４個の支持ジャッキを有し、これら支持ジャッキが上記台車上に左右方向に移動可能に設けられていることを特徴とする請求項１記載の自走式セグメント組立装置。
【請求項３】
上記本体の後部には、上記セグメント組立機構の回転リングを支持する固定フレームと、上記回転リング内を通って後方に延出された梁とが設けられ、該梁には既設セグメントとトンネルの内壁との間の隙間に裏込め材を注入する際に既設セグメントが変形しないようにその形状を保持する形状保持装置が設けられ、上記固定フレームには裏込め材の注入時に既設セグメントの前端面に妻型枠を押付ける押付ジャッキが設けられていることを特徴とする請求項１記載の自走式セグメント組立装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れかに記載の自走式セグメント組立装置を用い、台車上に姿勢調節機構を介してセグメント組立機構の本体を支持した状態で上記台車がトンネル内の底部に敷設された並行なレール上を自走してセグメント組立機構を所定位置に移動させる自走工程と、該自走工程後に上記姿勢調節機構により上記セグメント組立機構の本体の姿勢を該本体の軸心線とトンネルの軸心線とが一致するように調節する姿勢調節工程と、該姿勢調節工程後に姿勢保持ジャッキを伸張させて上記トンネルの内壁を押圧する反力で上記本体を上記姿勢調節された状態に保持する保持工程と、該保持工程後に上記セグメント組立機構によりセグメントを把持して所定位置に嵌め込むセグメントの組立を行うセグメント組立工程とを含むことを特徴とする自走式セグメント組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自走式セグメント組立装置及び自走式セグメント組立方法に係り、特に掘削されたトンネル内に敷設されたレール上を移動する台車に対してセグメント組立機構の本体の姿勢を調節する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの掘削においては、トンネル覆工用のセグメントを把持して所定位置に嵌め込むセグメント組立機構を有するシールド掘進機を用いてトンネルの掘削工事と覆工工事とを交互に行う方法（前者の方法という）以外に、シールド掘進機を用いずに手掘り或いは機械掘りによりトンネルの掘削工事を行い、そのトンネルの後方で自走式のセグメント組立装置を用いてトンネルの覆工工事を行う方法（後者の方法という）がある。
【０００３】
従来の自走式セグメント組立装置の一例としては、例えば特許文献１に記載のもの（ライニング打設機、以下、従来の装置という。）が知られている。この従来の装置は、前方トンネル内壁側台車部と、後方トンネル内壁側台車部と、これらの台車部間に支持されるシャフトとを備え、このシャフトにはリングサポート機構と、セグメント組立機構と、真円保持機構とが設けられている。また、上記前方トンネル内壁側台車部は、インバートセグメント上に敷設したレール上を走行し、後方トンネル内壁側台車部は、既設セグメント上を走行するようになっている。
【０００４】
【特許文献１】特開平７−２０８０８１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記従来の装置においては、装置全体の大きな荷重がインバートセグメントや既設セグメントに作用するため、これら既設セグメントの耐久性の低下を招くおそれがあった。そこで、本発明者等は、かかる課題を解決するために、掘削されたトンネル内に敷設されたレール上を移動する台車と、この台車上に搭載されるセグメント組立機構とから主に構成される自走式セグメント組立装置を発明するに至ったものである。
【０００６】
しかしながら、この自走式セグメント組立装置の場合、上記台車が掘削されたトンネルの地山に敷設されたレール上を走行する構造上、既設セグメント上にレールを敷設する場合に比してレールの敷設精度が±５ｃｍ程度と悪いことから、セグメント組立機構の軸心（軸線）をトンネルの軸心（軸線）に合わせる心出し（センタリング）が難しいという問題がある。
【０００７】
本発明は、上記事情を考慮してなされたものであり、掘削されたトンネル内に敷設されたレール上を台車が走行するものでありながら、その台車上のセグメント組立機構の芯出しを容易に行うことができる自走式セグメント組立装置及び自走式セグメント組立方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明のうち、第１の発明は、掘削されたトンネル内の底部に敷設された並行なレール上を転動する車輪を前後に有する自走式の台車と、該台車上に支持され、トンネル覆工用のセグメントを把持して所定位置に嵌め込むセグメントの組立を行うセグメント組立機構を後部に有し、トンネルの軸心線方向に沿って角筒状に形成された本体と、上記台車上に設けられ、上記本体の下面を支持して本体の軸心線が上記トンネルの軸心線と一致するように本体の姿勢を調節する姿勢調節機構と、上記本体の上下左右の各面における前部と後部にそれぞれ並列に配置され、上下方向及び左右方向に伸張されて上記トンネルの内壁を押圧する反力で本体を上記姿勢調節された状態に保持する姿勢保持ジャッキとを備えたことを特徴とする自走式セグメント組立装置である。
【０００９】
上記姿勢調節機構は、上記台車の上面部に前部と後部に左右に２個ずつ配設された計４個の支持ジャッキを有し、これら支持ジャッキが上記台車上に左右方向に移動可能に設けられていることが好ましい。上記本体の後部には、上記セグメント組立機構の回転リングを支持する固定フレームと、上記回転リング内を通って後方に延出された梁とが設けられ、該梁には既設セグメントとトンネルの内壁との間の隙間に裏込め材を注入する際に既設セグメントが変形しないようにその形状を保持する形状保持装置が設けられ、上記固定フレームには裏込め材の注入時に既設セグメントの前端面に妻型枠を押付ける押付ジャッキが設けられていることが好ましい。
【００１０】
第２の発明は、請求項１ないし３の何れかに記載の自走式セグメント組立装置を用い、台車上に姿勢調節機構を介してセグメント組立機構の本体を支持した状態で上記台車がトンネル内の底部に敷設された並行なレール上を自走してセグメント組立機構を所定位置に移動させる自走工程と、該自走工程後に上記姿勢調節機構により上記セグメント組立機構の本体の姿勢を該本体の軸心線とトンネルの軸心線とが一致するように調節する姿勢調節工程と、該姿勢調節工程後に姿勢保持ジャッキを伸張させて上記トンネルの内壁を押圧する反力で上記本体を上記姿勢調節された状態に保持する保持工程と、該保持工程後に上記セグメント組立機構によりセグメントを把持して所定位置に嵌め込むセグメントの組立を行うセグメント組立工程とを含むことを特徴とする自走式セグメント組立方法である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、レールの敷設精度が悪くても台車上のセグメント組立機構の本体の軸心線をトンネルの軸心線に合わせる心出しを容易に行うことができ、心出し後に姿勢保持ジャッキによりトンネルの内壁から反力を取って本体の姿勢を保持するため、既設セグメントの内壁から反力を取る場合と異なり、既設セグメントの耐久性の向上が図れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基いて詳述する。図１は本発明の実施形態に係る自走式セグメント組立装置の姿勢調節工程を説明するための概略的側面図、図２は上記自動式セグメント組立装置の保持工程を説明するための概略的側面図、図３は図１のＡ−Ａ線概略的断面図、図４は図１のＢ−Ｂ線概略的断面図、図５はトンネル内における自走式セグメント組立装置の自走工程を説明するための概略的正面図である。
【００１３】
これらの図において、１は掘削されたトンネルであり、このトンネル１内の前方ではシールド掘進機を用いずに手掘り或いは機械掘りによるトンネル１の掘削が行われており、トンネル１内の後方では自走式セグメント組立装置２によるトンネル１のセグメント覆工が行われている。なお、本実施形態では、トンネル１の地山の内周面に生コンクリートを吹き付けて補強するコンクリート覆工がなされているが、地山が硬い岩盤である場合にはコンクリート覆工はなされていなくても良い。このコンクリート覆工においては、トンネル１の天井部の崩壊を防止するために支保工３が用いられていることが好ましい。
【００１４】
上記自走式セグメント組立装置２は、掘削されたトンネル１内に敷設されたレール４上を移動（走行）する台車５と、この台車５上に支持され、トンネル覆工用のセグメント６を把持して所定位置に嵌め込むセグメント組立機構７を有する本体８と、上記台車５と上記セグメント組立機構７の本体８との間に設けられ、該本体８の軸心ｃａと上記トンネル１の軸心ｃｂとが一致するように本体８の姿勢を調節する姿勢調節機構９と、上記本体８に設けられ、これより上下方向及び左右方向に伸張されて上記トンネル１の内面１ａを押圧する反力で本体を姿勢調節された状態に保持する姿勢保持ジャッキ１０とを備えている。
【００１５】
上記レール４はコンクリート覆工されたトンネル１の底部に敷設される。上記台車５は、上記レール４上を転動する車輪１１と、走行用の移動ジャッキ１２とを有している。移動ジャッキ１２は、先端にレール４を把持、開放するクランプ機構１３を有し、レール４を開放して伸張状態から収縮し、レール４を把持して収縮状態から伸張することにより台車５を図１の左方向へ前進させるようになっている。
【００１６】
上記本体８は、トンネル１の軸心線ｃｃ方向に沿った角筒状に形成されている。本体８の上面８ａ、下面８ｂ及び左右の両側面８ｃ、８ｄは、剛性を高めるために型鋼（例えばＨ型鋼）を格子状に接合した鉄骨構造とされていることが好ましい。本体８の後部には、セグメント組立機構７が設けられている。このセグメント組立機構７は、本体８の後部に取付けられた固定フレーム１４ａと、この固定フレーム１４ａの内周に複数のローラを介して回転可能に設けられた回転リング１４ｂと、この回転リング１４ｂから後方に突設された一対の腕部１５にガイド筒体１６とガイドロッド１７及びジャッキ１８を介してトンネル１の径方向に移動可能に設けられた円弧状の吊りビーム１９と、この吊りビーム１９の中央部に軸方向に移動可能に設けられたセグメント把持部２０とを備えている。上記回転リング１４ｂは、これに設けられたリング状歯車とこのリング状歯車に噛合する駆動ピニオンを有する油圧モータとにより回転操作されるようになっている（図示省略）。
【００１７】
上記本体８の後部には、回転リング１４ｂを通って後方に梁２３が突設され、この梁２３にはセグメント覆工された既設セグメント２４と、コンクリート覆工されたトンネル１の内壁１ａとの間の隙間ｓに裏込め材を注入する際に既設セグメント２４が変形しないように既設セグメント２４の形状を保持する形状保持装置（真円保持装置ともいう）２５が軸方向にガイドレール２６とジャッキ２７により移動可能に設けられている。この形状保持装置２５は、円弧状の上部フレーム２８と、円弧状の下部フレーム２９と、これら上下フレーム２８及び下部フレーム２９を相対的に接近離反可能に支持するガイド部３０及び相対的接近離反操作用のジャッキ３１と、相対的接近操作時に上記梁２３上のガイドレール２６に係合して形状保持装置２５を支持する支持部３２とを備えている。この形状保持装置２５は、相対的離反操作時に先ず下部フレーム２９が下降して既設セグメント２４の内面に当接し、次いでその反力で上部フレーム２８が上昇して既設セグメント２４の内面に当接して既設セグメント２４の形状を保持し、その際に梁２３に不要な荷重が作用しないように支持部３２がガイドレール２６から浮上して梁２３から離れるようになっている（図４の左側参照）。
【００１８】
上記固定フレーム１４ａには、上記裏込め材の注入時に既設セグメント２４の前端面に図示しない妻型枠を押付ける押付ジャッキ３３が設けられている。なお、裏込め材は、例えば既設セグメント２４に設けた注入口から図示しない裏込め材注入装置により注入されるようになっている。
【００１９】
上記姿勢調節機構９は、上記台車５上に配設され上記本体８を水平に支持する少なくとも３個、本実施形態では４個の支持ジャッキ３４を有している。すなわち、トンネル１内の地山に敷設されるレール４の敷設精度が悪く、図５に示すように台車５が左右に傾いたり、前後に傾いたりする場合があるため、この台車５上から上記本体８を水平に支持するために本体８の下面（底面）８ｂが少なくとも３個の支持ジャッキ３４により少なくとも３点支持され、好ましくは本実施形態のように４個の支持ジャッキにより４点支持されている。台車５の上面部には前部と後部に左右に２個ずつ計４個のジャッキ３４が配置されている。
【００２０】
また、上記レール４の敷設精度により台車５が左右方向にずれて敷設される場合があり、この場合、本体８を左右方向に移動調整する必要があるため、上記支持ジャッキ３４は、台車５上に水平ジャッキ３５を介して左右方向に移動可能に設けられていることが好ましい。図１０は支持ジャッキの一例を概略的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図である。この支持ジャッキ３４は、ジャッキ本体（シリンダ部）３４ａを下に、このジャッキ本体３４ａからその長手方向に伸縮するロッド部３４ｂを上に向けた起立状態でスライド板３６上に固定されており、このスライド板３６が左右方向に長いベース板３７上に左右方向にスライド可能に載置されている。上記ベース板３７の左右方向の一端部には上記スライド板３６を左右方向にスライド操作するための水平ジャッキ３５がブラケット３８を介して設けられている。このブラケット３８には、上記スライド板３６の両側部を規制して左右方向に案内するガイド枠３８ａが形成されている。上記ベース板３７が上記台車５の上部に固定されている。上記支持ジャッキ３４は、ロッド部３４ｂを上昇させて上記本体８の下面に当接させ、本体８を支持するようになっている。
【００２１】
上記姿勢保持ジャッキ１０は、本体８における取付面（上面、下面、両側面）８ａ〜８ｄに取付けられた脚部３９と、この脚部３９に筒状ガイド４０を介して上記取付面８ａ〜８ｄに垂直の方向に摺動可能に支持されたジャッキ本体であるシリンダ部４１と、このシリンダ部４１の後端部に取付けられたシュー４２とを有し、シリンダ部４１の先端部から突出したロッド部４３の先端部が上記取付面８ａ〜８ｄに固定されたスぺーサ４４に連結されている。
【００２２】
上記姿勢保持ジャッキ１０は、例えば油圧源からシリンダ部４１内に油圧が供給され、これによりシリンダ部４１が筒状ガイド４０に沿って摺動し、シュー４２がトンネル１の内面１ａに対して押圧又は離反されるようになっている。上記姿勢保持ジャッキ１０は、本体８の上下左右の各面（取付面）８ａ〜８ｄにおける前部と後部に並列に２個ずつ配置されていることが好ましい。
【００２３】
次に、以上の構成からなる自走式セグメント組立装置の作用ないし自走式セグメント組立装置を用いた自走式セグメント組立方法について述べる。先ず、図５に示すように台車５上に姿勢調節機構９を介してセグメント組立機構７の本体８を支持した状態で上記台車５がレール４上を自走してセグメント組立機構７を所定位置（例えば既設セグメントからセグメント１リング分だけ離間する位置）に移動させる（自走工程）。この場合、上記姿勢調節機構９を構成する支持ジャッキ３４は収縮されているが、姿勢保持ジャッキ１０も収縮されているため、本体８は台車５上に支持ジャッキ３４を介して支持された状態にある。
【００２４】
上記自走工程後に、上記姿勢調節機構９により上記セグメント組立機構７の本体８の姿勢を該本体８の軸心ｃａとトンネル１の軸心ｃｂとが一致するように調節する（姿勢調節工程）。この場合、先ず図６に示すように台車５上の左右の支持ジャッキ３４の何れか一方又は双方を適宜伸縮させることにより本体８を水平にし（水平調整）、次に図７に示すように支持ジャッキ３４を水平ジャッキ３５により左右方向に移動させてトンネル１の垂直中心線ｙｂに本体８の垂直中心線ｙａを合わせ（左右調整）、次に図８に示すように左右の両支持ジャッキ３４を同時に上下させてトンネル１の水平中心線ｘｂに本体８の水平中心線ｘａを合わせる（上下調整）。
【００２５】
これにより、仮にレール４の敷設精度が悪くても、セグメント組立機構７の軸心（軸心線）４ａをトンネルの軸心（軸心線ｃｃ）ｃｂに合わせる心出し（センタリング）を容易に行うことができる。なお、上記姿勢調節工程においては、セグメント組立機構７の本体８の姿勢を検出する手段として、レーザ光を利用して距離や傾きを測定するレーザ測定装置（図示省略）を用いることができる。このレーザ測定装置は、既設セグメントに設置され、例えば投光部から出射したレーザ光を本体の後部に取付けた反射鏡で反射させ、その反射光を受光部で受光することにより距離や傾きを測定して本体の姿勢を検出するようになっている。この場合、上記レーザ測定装置による測定値ないし検出値をフィードバックさせながら姿勢制御装置により姿勢調節機構９を制御（自動制御）するようにしても良い。
【００２６】
上記姿勢調節工程後に、図９に示すように姿勢保持ジャッキ１０を伸張させて上記トンネル１の内面１ａを押圧し、その反力で上記本体８を姿勢調節された状態に保持する（保持工程）。これにより、本体８がトンネル１の軸心ｃｂにセンタリングされた状態に保持される。この場合、本体８が姿勢保持ジャッキ１０により保持されるので、台車５上の支持ジャッキ３４は元の収縮状態に戻し、台車５と本体８の関係を切り離しても良い。
【００２７】
上記保持工程後に、上記セグメント組立機構７によりセグメント６を把持して所定位置に嵌め込むセグメントの組立を行う（セグメント組立工程）。このセグメントの組立は、従来のシールド掘進機のセグメント組立機構によるセグメントの組立と同様である。セグメント１リング分の組立が終了したなら、当該既設セグメント２４の端面に妻型枠を押付ジャッキ３３により押し付け、既設セグメント２４とトンネル内面１ａとの間の隙間ｓに裏込め材を注入充填すれば良い。
【００２８】
このようしてセグメント１リング分の組立が終了したなら、図５に示すように姿勢保持ジャッキ１０を収縮させることにより各シュー４２をトンネル内面１ａから離間させると共に本体８を台車５上に支持ジャッキ３４を介して支持し、この状態から上述したように自走工程、姿勢調節工程、保持工程、セグメント組立工程を繰り返せば良い。
【００２９】
以上の構成からなる自走式セグメント組立装置２ないし自走式セグメント組立方法によれば、トンネル１の内壁１ａから反力を取って本体８の姿勢を保持するため、既設セグメントの内壁から反力をとって本体の姿勢を保持する場合と異なり、既設セグメントが傷むことがなく、既設セグメントの耐久性の向上が図れると共にセグメント組立機構７の本体８のセンタリングが容易に行え、セグメントの組立性の向上が図れる。そして、掘削されたトンネル１内に敷設されたレール４上を台車５が走行するものでありながら、その台車５上のセグメント組立機構７の芯出しを容易に行うことができる。
【００３０】
以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態に係る自走式セグメント組立装置の姿勢調節工程を説明するための概略的側面図である。
【図２】上記自動式セグメント組立装置の保持工程を説明するための概略的側面図である。
【図３】図１のＡ−Ａ線概略的断面図である。
【図４】図１のＢ−Ｂ線概略的断面図である。
【図５】トンネル内における自走式セグメント組立装置の自走工程を説明するための概略的正面図である。
【図６】同自走式セグメント組立装置の姿勢調節工程中の水平調整を説明するための概略的正面図である。
【図７】同自走式セグメント組立装置の姿勢調節工程中の左右調整を説明するための概略的正面図である。
【図８】同自走式セグメント組立装置の姿勢調節工程中の上下調整を説明するための概略的正面図である。
【図９】同自走式セグメント組立装置の保持工程を説明するための概略的正面図である。
【図１０】支持ジャッキの一例を概略的に示す図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）の左側面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  トンネル
２  自走式セグメント組立装置
４  レール
５  台車
７  セグメント組立機構
８  本体
９  姿勢調節機構
１０  姿勢保持ジャッキ
３４  支持ジャッキ
３５  水平ジャッキ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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