(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セグメント（７）の前端面へ向けてレーザー光を出射し、シールドフレーム（１）の半径方向（１６）へ走査させることによって、テールスキンプレート（１０）と既設のセグメント（７）との間のテールクリアランス（１１）を計測可能なシールドフレーム（１）内周面の上下左右に備えたレーザー式クリアランス計測装置（１４）と、シールドフレーム（１）とテールスキンプレート（１０）との境界部周辺に設けてテールスキンプレート（１０）の変形を検出するテール角度検出器（２５）とを備え、前記レーザー式クリアランス計測装置（１４）は、レーザー発振器（２１）と、レーザー受信機（２２）と、レーザー光をシールドフレーム（１）の半径方向（１６）へ走査する走査装置（１９）と、レーザー光のシールドフレーム（１）の半径方向（１６）への移動量を検出するテールクリアランス検出器（２０）と、レーザー発振器（２１）及びレーザー受信機（２２）のシールドフレーム（１）の半径方向（１６）に対する角度を調整可能な角度調整装置（２３）と、レーザー発振器（２１）及びレーザー受信機（２２）のシールドフレーム（１）の半径方向（１６）の角度を検出する発振器等角度検出器（２４）とを有し、前記テール角度検出器（２５）からのテール角度検出信号（３４）と、発振器等角度検出器（２４）からの発振器等角度検出信号（３５）とを比較し、レーザー光がテールスキンプレート（１０）の長手方向と平行になるように角度調整装置（２３）によりレーザー発振器（２１）及びレーザー受信機（２２）の角度を調整するようにしたことを特徴とするシールド掘進機のテールクリアランス計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シールド掘進機のテールクリアランス計測装置に関するものであり、より詳しくは、テールクリアランスの計測を自動化し得るようにしたシールド掘進機のテールクリアランス計測装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
土中にトンネルを掘るために、従来より、シールド掘進機が使われている。
【０００３】
該シールド掘進機は、図３に示すように、ほぼ円筒形をしたシールドフレーム１の先端面に円板状のカッタ２をモータなどの駆動装置３、ギヤ４，５などを介して回転自在に取付けて、カッタ２を回転させることにより、土を掘削するようにし、且つ、シールドフレーム１の内部に設けた図示しないセグメント組立装置により、カッタ２で掘削した掘削坑６内に円弧状をしたコンクリート製などのセグメント７を円形に組立てて、コンクリート製のトンネル８を構築させるようにし、更に、シールドフレーム１の内部に設けたシールドジャッキ９により、トンネル８の既設部分の先端に反力を支持させて、シールドフレーム１を推進させるようにしたものである。
【０００４】
尚、図中、１０はシールドフレーム１の後端部に接続されたテールスキンプレートであって、シールドフレーム１が高い剛性を持つように構成されているのに対し、テールスキンプレート１０はそれほど高い剛性を持たせられておらず、土圧などによって変形を受けることがある。
【０００５】
上記シールド掘進機では、トンネル８或いは既設のセグメント７の外径が、テールスキンプレート１０の内径よりも僅かに小さくなるように設定して、テールスキンプレート１０と既設のセグメント７との間にクリアランス（テールクリアランス１１）を形成させ、以て、土圧などによってテールスキンプレート１０が変形したような場合や、組み立てたセグメント７が真円でなかったような場合や、カーブなどでシールドフレーム１が片側へ寄って行くような場合などに、テールスキンプレート１０がトンネル８或いは既設のセグメント７と干渉して掘進できなくなるようなことがないようにしている。
【０００６】
そして、掘進中に、テールクリアランス１１が許容値よりも小さくなったりした場合には、シールドフレーム１の向きを変えたり、通常のセグメント７とは異なる形状をしたセグメントを入れたりすることによって、テールクリアランス１１を調整し、許容値へと戻すようにしている。
【０００７】
従来、テールスキンプレート１０と既設のセグメント７との間のテールクリアランス１１の計測は、作業員が、物差しを使って手作業で上下左右の四点などを測るなどしていた。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、物差しを使った手作業によるテールクリアランスの計測手段には、以下のような問題があった。
【０００９】
即ち、作業員が、物差しを使って手作業でテールクリアランス１１を計測するのは大変な作業であり、特に、近年のようにシールド掘進機が大径化すると、計測点へたどり着くだけでもかなりの時間を要してしまう。
【００１０】
又、物差しを使って手作業でテールクリアランス１１を計測する場合、テールクリアランス１１を常時監視し続けるようにすることは不可能であり、推進中のテールクリアランス１１の変化を連続的に監視するようなことはできなかった。
【００１１】
本発明は、上述の実情に鑑み、テールクリアランスの計測を自動化し得るようにしたシールド掘進機のテールクリアランス計測装置を提供することを目的とするものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、セグメント７の前端面へ向けてレーザー光を出射し、シールドフレーム１の半径方向１６へ走査させることによって、テールスキンプレート１０と既設のセグメント７との間のテールクリアランス１１を計測可能なシールドフレーム１内周面の上下左右に備えたレーザー式クリアランス計測装置１４と、シールドフレーム１とテールスキンプレート１０との境界部周辺に設けてテールスキンプレート１０の変形を検出するテール角度検出器２５とを備え、前記レーザー式クリアランス計測装置１４は、レーザー発振器２１と、レーザー受信機２２と、レーザー光をシールドフレーム１の半径方向１６へ走査する走査装置１９と、レーザー光のシールドフレーム１の半径方向１６への移動量を検出するテールクリアランス検出器２０と、レーザー発振器２１及びレーザー受信機２２のシールドフレーム１の半径方向１６に対する角度を調整可能な角度調整装置２３と、レーザー発振器２１及びレーザー受信機２２のシールドフレーム１の半径方向１６の角度を検出する発振器等角度検出器２４とを有し、前記テール角度検出器２５からのテール角度検出信号３４と、発振器等角度検出器２４からの発振器等角度検出信号３５とを比較し、レーザー光がテールスキンプレート１０の長手方向と平行になるように角度調整装置２３によりレーザー発振器２１及びレーザー受信機２２の角度を調整するようにしたことを特徴とするシールド掘進機のテールクリアランス計測装置にかかるものである。
【００１５】
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。
【００１６】
レーザー式クリアランス計測装置１４のレーザー発振器２１を用いて、セグメント７の前端面の方向へ向けてレーザー光を出射しつつ、該レーザー光を、走査装置１９を用いてシールドフレーム１の半径方向１６へ走査させ、反射光をレーザー受信機２２で受信し、反射光を受信した時のレーザー発振器２１の移動量をテールクリアランス検出器２０で検出することにより、テールクリアランス１１を計測するようにする。
【００１７】
このように、本発明によれば、レーザー式クリアランス計測装置１４を設けることにより、テールクリアランス１１の計測を自動化することができる。
【００１８】
又、レーザー式クリアランス計測装置１４は、シールドフレーム１の内周面の任意の位置にボルトなどで固定することができるので、取付けが簡単であり、しかも、シールドフレーム１に埋め込むなどの加工をせずに容易且つ任意の位置に取付けることが可能となり、取付けのためにシールドフレーム１への影響を最小限とすることができる。
【００１９】
又、指向性の強いレーザー光を使用しているため、高い計測精度を得ることができる。
【００２０】
更に、いつでもテールクリアランス１１を計測させることが可能となる。
【００２１】
又、シールドフレーム１に対するテールスキンプレート１０の変形をテール角度検出器２５により検出して、レーザー光がテールスキンプレート１０の長手方向と平行になるようにレーザー発振器２１及びレーザー受信機２２を、シールドフレーム１の半径方向１６に角度調整させることにより、テールスキンプレート１０が変形などした場合でも、変形したテールスキンプレート１０とセグメント７との間のテールクリアランス１１を高い計測精度で計測できるようになる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図示例と共に説明する。
【００２３】
図１・図２は、本発明の実施の形態の一例である。
【００２４】
シールド掘進機の基本的な構造については、図３と同様であるため、必要に応じて図３を参照するものとし、又、同一の部分については同一の符号を付すことにより説明を省略する。
【００２５】
図中、１２はテールスキンプレート１０の内周面、１３は既設のセグメント７の外周面である。
【００２６】
本実施の形態は、セグメント７の前端面へ向けて出射したレーザー光を、シールドフレーム１の半径方向１６へ走査させることによって、テールスキンプレート１０と既設のセグメント７との間のテールクリアランス１１を計測可能なレーザー式クリアランス計測装置１４を設けたところにその特徴がある。
【００２７】
レーザー式クリアランス計測装置１４は、例えば、以下のような構成を備えている。
【００２８】
シールドフレーム１の内周面の任意の位置にボルトなどで取付け可能なケーシング１５を設け、ケーシング１５の内部にシールドフレーム１の半径方向１６へ向けてガイドロッド１７を取付け、ガイドロッド１７に、シールドフレーム１の半径方向１６へ移動自在に移動台１８を嵌装する。
【００２９】
そして、移動台１８とケーシング１５との間に、移動台１８をシールドフレーム１の半径方向１６へ移動させるためのシリンダなどの走査装置１９を介装し、移動台１８とケーシング１５との間に、移動台１８のシールドフレーム１の半径方向１６への移動量、即ち、テールクリアランス１１を検出するためのポテンショメータなどのテールクリアランス検出器２０を介装する。
【００３０】
更に、移動台１８のセグメント７側の部分に、シールドフレーム１の半径方向１６へ角度変更自在にレーザー発振器２１及びレーザー受信機２２を取付け、レーザー発振器２１及びレーザー受信機２２のシールドフレーム１の半径方向１６に対する角度を調整可能なステッピングモータなどの角度調整装置２３を設け、レーザー発振器２１及びレーザー受信機２２のシールドフレーム１の半径方向１６の角度を検出するロータリーエンコーダなどの発振器等角度検出器２４を設ける。
【００３１】
尚、走査装置１９として、ポテンショメータなどのテールクリアランス検出器２０の機能を内蔵させるようにしたものを使用しても良い。又、レーザー受信機２２を大型のものにすることにより、レーザー受信機２２を移動及び角度調整させないで済むようにすることも可能である。
【００３２】
又、シールドフレーム１とテールスキンプレート１０の境界部周辺にストレインゲージなどのテール角度検出器２５を取付ける。
【００３３】
そして、図２に示すように、計測開始スイッチ２６からの計測開始信号２７を入力して、レーザー発振器２１へレーザー発振開始信号２８を送ると共にレーザー受信機２２からのレーザー受信信号２９を入力し、且つ、走査装置１９へ走査制御信号３０を送ると共に、この時の、テールクリアランス検出器２０からの移動量検出信号３１を入力してテールクリアランス計測信号３２を求め表示装置３３へ送る制御装置３７を設ける。
【００３４】
更に、制御装置３７を、テール角度検出器２５からのテール角度検出信号３４と、発振器等角度検出器２４からの発振器等角度検出信号３５を入力して角度調整装置２３へ角度制御信号３６を送らせるようにする。
【００３５】
次に、作動について説明する。
【００３６】
シールド掘進機が掘削しつつトンネルを構築して行く過程については図３の場合と同様なので説明を省略する。
【００３７】
本実施の形態では、レーザー式クリアランス計測装置１４を用いて、セグメント７の前端面の方向へ向けてレーザー光を出射しつつ、該レーザー光をシールドフレーム１の半径方向１６へ走査させることにより、テールスキンプレート１０と既設のセグメント７との間のテールクリアランス１１を計測するようにする。
【００３８】
即ち、操作員が計測開始スイッチ２６を押すと、計測開始信号２７が制御装置３７へ送られる。すると、制御装置３７は、先ず、レーザー発振器２１へレーザー発振開始信号２８を送ってセグメント７の前端面の方向へ向けてレーザー光を発振させ、同時に、シリンダなどの走査装置１９へ走査制御信号３０を送って、シリンダなどの走査装置１９を最大伸長状態から収縮動させ、レーザー発振器２１やレーザー受信機２２を取付けた移動台１８を、ガイドロッド１７に沿い、シールドフレーム１に最も近接した位置から離れる方向へと移動させることにより、レーザー光をシールドフレーム１の半径方向１６へ走査させるようにする。
【００３９】
すると、レーザー発振器２１が移動を始めたテールクリアランス１１の部分では、レーザー光が反射されるような物がないので、レーザー受信機２２は、反射光を受信することがなく、よって、反射光なし或いは受信せずを示すレーザー受信信号２９を制御装置３７へ送ることになる。そして、レーザー発振器２１の移動量が大きくなってレーザー光がセグメント７の前端面に当たるようになると、セグメント７の前端面からの反射光がレーザー受信信号２９によって受信されるようになるので、レーザー受信機２２は、反射光ありを示すレーザー受信信号２９を制御装置３７へ送るようになる。
【００４０】
そこで、制御装置３７は、ポテンショメータなどのテールクリアランス検出器２０からの移動量検出信号３１を入力して、反射光ありを示すレーザー受信信号２９を入力した時までの、移動量検出信号３１の値をテールクリアランス１１とし、テールクリアランス１１を示すテールクリアランス計測信号３２を表示装置３３へ送り、表示装置３３へ表示させる。これにより、テールクリアランス１１が自動的に求められる。
【００４１】
尚、テールクリアランス１１の計測に際し、制御装置３７は、シールドフレーム１とテールスキンプレート１０の境界部周辺に取付けたストレインゲージなどのテール角度検出器２５からのテール角度検出信号３４と、ロータリーエンコーダなどの発振器等角度検出器２４からの発振器等角度検出信号３５を入力して両者を比較し、ステッピングモータなどの角度調整装置２３へ角度制御信号３６を送って、レーザー発振器２１及びレーザー受信機２２の、シールドフレーム１の半径方向１６に対する角度を調整し、レーザー光がテールスキンプレート１０の対応する部分の長手方向と平行になるように調整させる。これにより、テールクリアランス１１の計測精度を向上させることができる。
【００４２】
このように、本実施の形態によれば、レーザー式クリアランス計測装置１４を設けることにより、テールクリアランス１１の計測を自動化することができる。
【００４３】
又、レーザー式クリアランス計測装置１４は、シールドフレーム１の内周面の任意の位置にボルトなどで固定することができるので、取付けが簡単であり、しかも、シールドフレーム１に埋め込むなどの加工をせずに容易且つ任意の位置に取付けることが可能となり、取付けのためにシールドフレーム１へ及ぼす影響を最小限とすることができる。
【００４４】
又、指向性の強いレーザー光を使用しているため、高い計測精度を得ることができる。
【００４５】
更に、計測開始スイッチ２６を押すだけで、いつでもテールクリアランス１１を計測させることが可能となる。
【００４６】
又、シールドフレーム１に対するテールスキンプレート１０の変形をテール角度検出器２５により検出して、レーザー光がテールスキンプレート１０の長手方向と平行になるようにレーザー発振器２１及びレーザー受信機２２を、シールドフレーム１の半径方向１６に角度調整させることにより、テールスキンプレート１０が変形などした場合でも、常にテールスキンプレート１０とセグメント７との間のテールクリアランス１１を高い計測精度で計測することができる。
【００４７】
尚、本発明は、上述の実施の形態にのみ限定されるものではなく、移動装置は、シリンダに代えて、モータなどの駆動装置によって回転されるスクリュー軸や、タイミングベルトや、その他同等の装置を用いても良いこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のシールド掘進機のテールクリアランス計測装置によれば、セグメント７の前端面へ向けて出射したレーザー光を、シールドフレーム１の半径方向１６へ走査させることにより、テールスキンプレート１０と既設のセグメント７との間のテールクリアランス１１を計測可能なレーザー式クリアランス計測装置１４を設け、且つシールドフレーム１に対するテールスキンプレート１０の変形をテール角度検出器２５により検出して、レーザー光がテールスキンプレート１０の長手方向と平行になるようにレーザー発振器２１及びレーザー受信機２２を、シールドフレーム１の半径方向１６へ角度調整するようにしたので、テールクリアランス１１の計測を自動化することができ、且つテールスキンプレート１０が変形などした場合でも、変形したテールスキンプレート１０とセグメント７との間のテールクリアランス１１を高い計測精度で計測できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例の部分拡大斜視図である。
【図２】図１の制御系統図である。
【図３】従来例の概略側方断面図である。
【符号の説明】
１    シールドフレーム
７    セグメント
１０  テールスキンプレート
１１  テールクリアランス
１４  レーザー式クリアランス計測装置
１６  半径方向
１９  走査装置
２０  テールクリアランス検出器
２１  レーザー発振器
２２  レーザー受信機
【図１】
0003915192.tif 000002
【図２】
0003915192.tif 000003
【図３】
0003915192.tif 000004