(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦横比の大きい矩形シールドフレーム内の中心部に、排土装置を囲繞して掘進方向に沿って延びる水平ガイド部材を設け、
その水平ガイド部材に掘進方向に沿って移動自在に且つ矩形シールドフレームの長辺方向に沿って延びる直交ガイド部材を設け、
その直交ガイド部材は、上記水平ガイド部材を囲繞するように矩形枠状に形成された垂直フレームと、その垂直フレームの各長辺に長手方向に沿って設けられた垂直ガイドレールとを備え、
各垂直ガイドレールにそれぞれ長手方向に沿って移動自在に、セグメントを把持するエレクタ本体を設けたことを特徴とするリニアガイド式エレクタ。
【請求項２】
上記水平ガイド部材が、掘削した土砂を後方に搬送する排土装置に固定される請求項１記載のリニアガイド式エレクタ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、縦横比の大きい矩形シールドフレームの内部で、セグメントの組立作業を行うために設けられるリニアガイド式エレクタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のトンネル掘削機では、原則として高さや幅方向に無駄の多い円形断面のトンネルしか掘削することができないため、都市の道路下等の制約の多い地下空間に新たにトンネルを建設する場合には掘削自体又はその地下空間を有効利用することが困難な場合が多かった。また、巨大断面のトンネルを掘削するには、トンネル掘削機を巨大なものとしなければならず、トンネル掘削機の製造や搬入が非常に困難であり、大きさにも制限があった。
【０００３】
そのため、最近ではいわゆる大断面シールド工法として、ＭＭＳＴ（マルチマイクロシールドトンネル）工法と称される新しい掘削工法が提案されている。この工法は、最初に掘削されるトンネルの外周部を断面矩形のシールド掘削機で掘削してセグメントを組み立てて坑道を形成し、その外周トンネル内にコンクリートを充填した後、外周トンネルで囲まれた内側部分をショベル等の一般の重機で掘削するようになっている。
【０００４】
外周部を掘削する断面矩形のシールド掘削機の内、両側部を掘削する縦型シールドを図５に示す。図示するように、縦長の縦型シールドフレーム５１内には、セグメント５２を組み立てるためのエレクタ５３が設けられている。
【０００５】
縦型シールドフレーム５１内の略中央部には、掘削された土砂を後方に搬送する排土装置５７が設けられており、この排土装置５７の上下には、掘削方向に延びる水平ガイドレール５４が二列平行に設けられている。これら水平ガイドレール５４は、その前端が、縦型シールドフレーム５１の両側壁から延びた支持梁５５に支持されると共に、その後端が、縦型シールドフレーム５１の後方でセグメント搬送台車５６等を支持するための走行レール５８に支持されている。
【０００６】
この水平ガイドレール５４には、上記エレクタ５３が、水平ガイドレール５４に沿って移動自在に連結されている。エレクタ５３は、上側の水平ガイドレール５４の上方と、下側の水平ガイドレール５４の下方とにそれぞれ設けられている。各エレクタ５３は、上下の水平ガイドレール５４の上方或いは下方の空間で、上下方向に移動自在であると共に、掘進方向を軸として回転自在に且つその直交方向を軸として回転自在なセグメント把持部５９を有している。
【０００７】
上記エレクタ５３でセグメント５２を組み立てるに際しては、エレクタ５３を水平ガイドレール５４の後端に移動させ、セグメント把持部５９で搬送台車５６上のセグメント５２を把持した後、エレクタ５３を前方に移動させて、把持部５９を適宜回転させて、セグメント５２を所定の位置にセットして組み立てるようになっている。
【０００８】
上記縦型シールドのエレクタ５３で組み立てられるセグメント５２は、図６に示すように、上下で水平に配置されるセグメント５２と、左右両側で上下に分割されて配置されるセグメント５２との計６つのセグメント５２で１リングが形成されている。上部３つのセグメント５２は、上側のエレクタ５３で組み立てられ、下部３つのセグメント５２は、下側のエレクタ５３で組み立てられるようになっている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記縦型シールドの縦横比の縦方向が大きくなった場合には、左右両側で上下２つに分割されていた縦のセグメント５２を、さらに細かく分割することがある。
【００１０】
しかしながら、上述のエレクタ５３では、排土装置５７の上側のエレクタ５３で上部のセグメント５２を組み立て、排土装置５７の下側のエレクタ５３で下部のセグメント５２を組み立てるようになっているため、排土装置５７やその上下の水平ガイドレール５４が障害となり、シールドフレーム５１の高さ方向の中央部分にはエレクタ５３が届かず、分割された縦のセグメント５２のうち、中間部に位置するセグメント５２を組み立てられないという問題があった。
【００１１】
また、縦横比の縦方向が大きくなった横型シールドの場合にも、同様に分割された横のセグメントのうち、中間部に位置するセグメントを組み立てられないという問題があった。
【００１２】
そこで、本発明は上記問題を解決するために案出されたものであり、その目的は、縦横比の大きい矩形シールドで、セグメントが上下方向或いは左右方向に多数分割された場合であっても、全てのセグメントを組み立てることができるリニアガイド式エレクタを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、縦横比の大きい矩形シールドフレーム内の中心部に、排土装置を囲繞して掘進方向に沿って延びる水平ガイド部材を設け、その水平ガイド部材に掘進方向に沿って移動自在に且つ矩形シールドフレームの長辺方向に沿って延びる直交ガイド部材を設け、その直交ガイド部材は、上記水平ガイド部材を囲繞するように矩形枠状に形成された垂直フレームと、その垂直フレームの各長辺に長手方向に沿って設けられた垂直ガイドレールとを備え、各垂直ガイドレールにそれぞれ長手方向に沿って移動自在に、セグメントを把持するエレクタ本体を設けたものである。
【００１４】
上記構成によれば、排土装置を囲繞して掘進方向に沿って延びる水平ガイド部材を設けたので、排土装置の周囲の空間を確保でき、その空間を利用して直交ガイド部材を設け、そこにエレクタ本体を移動自在に設けたので、セグメントが上下方向或いは左右方向に多数分割された場合であっても、全てのセグメントを組み立てることができる。
【００１５】
そして、上記水平ガイド部材が、掘削した土砂を後方に搬送する排土装置に固定されるものが好ましい。
【００１６】
【発明の実施の形態】
本発明を実施する好適一形態を添付図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図１は本発明に係るリニアガイド式エレクタの実施の形態を示した垂直方向断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面図、図３は本発明に係るリニアガイド式エレクタの実施の形態を示した水平方向断面図、図４は本発明に係るリニアガイド式エレクタの実施の形態を示した要部拡大断面図である。
【００１８】
ここでは、縦長の縦型シールドを例に挙げて説明する。
【００１９】
まず、上記リニアガイド式エレクタの構成について説明する。
【００２０】
図示するように、縦長の縦型シールドフレーム１内には、シールドフレーム１先端に設けられたカッタ（図示せず）によって掘削された土砂を後方に搬出するための排土装置２が設けられている。排土装置２は、前方のバルクヘッド（図示せず）の下部から斜め上方に傾斜して設けられたスクリュコンベア３と、このスクリュコンベア３の後端に水平に連結された送排泥管４とから成っている。
【００２１】
送排泥管４の後部には、排土装置受け台車５が設けられている。排土装置受け台車５は、シールドフレーム１後方の坑道６内にその軸方向に沿って設けられた走行レール７上を走行するようになっている。排土装置２は、スクリュコンベア３の先端部がバルクヘッドに支持されると共に、送排泥管４の後端部が排土装置受け台車５に支持されて固定されている。
【００２２】
ところで、本発明は、縦型シールドフレーム１内の中心部に、排土装置２を囲繞して掘進方向に沿って延びる水平ガイド部材１０を設け、その水平ガイド部材１０に掘進方向に沿って移動自在に且つシールドフレーム１の長辺方向（上下方向）に沿って延びる垂直ガイド部材（直交ガイド部材）２０を設け、その垂直ガイド部材２０にセグメントを把持すると共に垂直ガイド部材２０に沿って移動してセグメント１６を組み立てるエレクタ本体２０を設けたことを特徴とする。
【００２３】
詳しくは、送排泥管４には、その軸方向（掘進方向）に沿ってその周囲を囲繞して水平フレーム８が設けられている。水平フレーム８は、その内側に延びたブラケット（図示せず）によって送排泥管４に固定されている。水平フレーム８の上端には、その長手方向に沿って水平ガイドレール９が設けられている。この水平ガイドレール９の下部には、垂直ガイド部材２０及びエレクタ本体１１を移動させるために回転される水平ネジ棒１２が垂直フレーム１４に設けられたナット部材（図示せず）に螺合され且つ掘進方向に沿って設けられている。上記水平フレーム８と水平ガイドレール９とから水平ガイド部材１０が構成されている。
【００２４】
水平ガイドレール９には、上記水平ネジ棒１２が回転することによって、水平ガイドレール９に沿って、掘進方向前後に移動する垂直フレーム１４が設けられている。この垂直フレーム１４の左右両面には垂直ガイドレール１５が設けられている。垂直フレーム１４は、水平フレーム８の左右両側に形成されており、垂直フレーム１４及び垂直ガイドレール１５は、シールドフレーム１内の上部から下部まで延出して形成されている。これら垂直フレーム１４と垂直ガイドレール１５とから垂直ガイド部材２０が構成されている。なお、垂直フレーム１４及び垂直ガイドレール１５の上部及び下部とシールドフレーム１の内面とには、セグメント１６を組み立てる空間分のクリアランスが設けられている。
【００２５】
垂直フレーム１４には、水平フレーム８と交差する位置でナット部材（図示せず）が、上記水平ネジ棒１２に螺合して設けられており、水平ネジ棒１２が回転することによって、垂直フレーム１４を掘進方向に前後移動させるようになっている。
【００２６】
垂直フレーム１４の左右両面には、エレクタ本体１１がそれぞれ設けられている。エレクタ本体１１には、垂直ガイドレール１５に沿って昇降する昇降部１７が設けられている。図４に示すように、昇降部１７は、垂直フレーム１４の左右一方の面と後面とを覆うように、断面Ｌ字状に形成されており、その後面には、左右方向に水平移動する左右水平作動部１９が設けられている。
【００２７】
昇降部１７の垂直ガイドレール１５に面する部分には、垂直ガイドレール１５に沿って摺動する垂直ガイド材２１が設けられている。一方、左右水平作動部１９の前面には、水平方向に延びる左右水平ガイドレール２２が設けられており、昇降部１７の後面には左右水平ガイドレール２２を案内する左右水平ガイド材２３が固定されている。
【００２８】
また、垂直フレーム１４内には、昇降用スクリュジャッキ１８が垂直フレーム１４と昇降部１７との間に介設されており、この昇降用スクリュジャッキ１８により、昇降部１７が、垂直フレーム１４に設けた垂直ガイドレール１５に沿って昇降するようになっている。
【００２９】
左右水平作動部１９には、昇降部１７内に延びるブラケット２４が設けられている。昇降部１７には、水平作動用シリンダ２５が左右方向に設けられており、その一端が上記ブラケット２４に接続されて、その伸縮によって左右水平作動部１９を水平作動させるようになっている。
【００３０】
左右水平作動部１９の後面には、セグメント１６を把持して組み立てる把持部２６が設けられている。把持部２６は、掘進方向を軸として回転自在に且つその直交方向を軸として回転自在になっている。
【００３１】
具体的には、左右水平作動部１９の後面には、掘進方向に沿って外筒２７が設けられており、外筒２７の内部には、軸受２８を介して内筒２９が回転自在に設けられている。内筒２９には外歯ギヤ３１が設けられており、外筒２７には外歯ギヤ３１に歯合するピニオン３２を介してモータ３３が設けられている。このモータ３３を駆動することによって、内筒２９が回転し、把持部２６が掘進方向に沿って配置された内筒２９を軸としてその軸廻りに回転することとなる。
【００３２】
また、外筒２７には、内筒２９の回転角を検出するエンコーダ３０が設けられている。
【００３３】
内筒２９の先端部には、掘進方向の前後に移動する円筒状の前後移動部材３４が、スライド自在に被嵌されている。内筒２９と前後移動部材３４とはジャッキ３５で接続されており、ジャッキ３５を伸縮させることによって、前後移動部材３４が前後移動する。
【００３４】
前後移動部材３４の側面には、支持部材３７が設けられている。支持部材３７は前端側が前後移動部材３４とピン結合され、後端側がピッチング作動用シリンダ３６を介して接続されている。ピッチング作動用シリンダ３６の伸縮によって、支持部材３７が前後に傾斜するようになっている。
【００３５】
支持部材３７には、掘進方向と直交方向の軸廻りに回転する回転部材３８が設けられている。回転部材３８には外歯ギヤ３９が設けられ、支持部材３７にはその外歯ギヤ３９と歯合するピニオン（図示せず）を介してモータ４１が設けられている。このモータ４１を駆動することによって、回転部材３８が掘進方向と直交方向を軸として回転することとなる。
【００３６】
また、支持部材３７には、回転部材３８の回転角を検出するエンコーダ４３が設けられている。
【００３７】
回転部材３８には、セグメント１６を把持するための一対の爪４４が設けられており、セグメント１６に凹設された窪み部（図示せず）を把持するようになっている。また、爪４４にはオンオフ自在な電磁石（図示せず）が設けられており、鋼製のセグメントや走行レール７を支持する鋼製のレール支持梁４５を保持できるようになっている。
【００３８】
シールドフレーム１の後方には、エレクタ本体１１で組み立てられたセグメント１６によって、坑道６が形成されている。この坑道６内には、セグメント１６をエレクタ本体１１に供給すべく、その後方から搬送する搬送台車４６が設けられている。この搬送台車４６は垂直ガイドレール１５の後端まで延びた走行レール７上を走行するようになっている。
【００３９】
搬送台車４６が走行する走行レール７は、坑道６内で上下三段に設けられており、搬送台車４６上には、各エレクタ本体１１に供給されるセグメント１６が載置されている。坑道６内には、走行レール７を支持するために、前後方向に所定間隔をあけて、レール支持梁４５が両側面のセグメント１６を掛け渡すように設けられている。なお、このレール支持梁４５は、推進ジャッキ４７によってシールドフレーム１が前方に移動したときに、エレクタ本体１１によって順次、セットされるようになっている。
【００４０】
次に、上記構成のリニアガイド式エレクタの作用をセグメント１６を組み立てる工程に沿って説明する。
【００４１】
セグメント１６を組み立てるに際しては、まず、セグメント１６を搬送台車４６上に左右両側で立てた状態で載置する。このとき、左側に組み立てられるセグメント１６は左側に、右側に組み立てられるセグメント１６は右側にそれぞれ載置しておく。そして、搬送台車４６を走行させ坑道６の後方から、垂直ガイドレール１５の後端まで搬送する。その後、昇降部１７を所望の高さに昇降させ、エレクタ本体１１を水平ガイドレール９の後端まで移動させると共に、前後移動部材３４を前後に移動させ微調整を行い、把持部２６を搬送台車４６上のセグメント１６間に位置させる。このとき、右側に設けられたエレクタ本体１１の把持部２６は右側に爪４４が向くように配置され、左側に設けられたエレクタ本体１１の把持部２６は左側に爪４４が向くように配置されている。
【００４２】
そして、水平作動用シリンダ２５を伸縮させ、把持部２６をセグメント１６側へ移動させ、爪４４を窪み部に挿入させて、セグメント１６を把持する。左側に組み立てられるセグメント１６は左側のエレクタ本体１１で、右側に組み立てられるセグメント１６は右側のエレクタ本体１１で把持される。なお、上下の横向きのセグメント１６は左右どちらのエレクタ本体１１で把持してもよい。
【００４３】
その後、水平ネジ棒１２を回転させてエレクタ本体１１を前方に移動させる。上下の横向きのセグメント１６を組み立てる場合には、図２の二点鎖線に示すように把持部２６の外筒２７に設けられたモータ３３を駆動させ、内筒２９を回転させて、セグメント１６を下向き或いは上向きに展開する。そして、図３の二点鎖線に示すように支持部材３７に設けられたモータ４１を駆動させ、回転部材３８を回転させて、セグメント１６を左右方向に展開する。その後、昇降部１７を下端或いは上端に昇降させると共に、前後移動部材３４を前後に移動させ微調整を行い、セグメント１６を所定位置にセットして組み立てる。
【００４４】
一方、両サイドの縦向きのセグメント１６を組み立てる場合には、図１に示すように把持部２６の支持部材３７に設けられたモータ４１を駆動させ、回転部材３８を回転させて、セグメント１６を縦方向に展開する。そして、昇降部１７を所望の位置に昇降させた後、左右水平作動部１９を外側に移動させると共に、前後移動部材３４を前後に移動させ微調整を行い、セグメント１６を所定位置にセットして組み立てる。
【００４５】
上記内筒２９や回転部材３８の回転角度は、それぞれ設けられたエンコーダ３０，４３によって検出され、自動制御されているため、セグメント１６の組立の自動化が達成される。
【００４６】
このとき、シールドフレーム１の角度によっては、把持部２６の垂直角度とセグメント１６をセットする位置の垂直角度とが、若干ずれることがあるが、ピッチング作動用シリンダ３６を適宜伸縮させることによって、回転部材３８を前後方向に傾斜させることができるので、把持されたセグメント１６を、セットする位置の垂直角度に合わせることができる。
【００４７】
図２に示すように、縦横比の縦方向が大きく縦方向のセグメント１６が３つに分割された場合、従来はエレクタが上下にそれぞれ位置されていたため、真中のセグメント１６の位置まで把持部が届かなかった。しかし、本発明によれば、排土装置２を囲繞して掘進方向に沿って延びる水平ガイド部材１０を設けたので、排土装置２の周囲の空間を確保できる。そして、その空間を有効に利用して垂直ガイド部材２０を設けたので、垂直ガイドレール１５をシールドフレーム１内の上部から下部まで延出させることができる。従って、左右の各エレクタ本体１１を上部から下部まであらゆる高さに移動自在にして、設置された側のセグメント１６をそれぞれ組み立てるができ、真中のセグメント１６も容易に組み立てることができる。
【００４８】
また、本発明によれば、一つの垂直フレーム１４の左右両側に二列の垂直ガイドレール１５を設けたことによって、垂直ガイドレール１５を前後移動させるための機構は共通となり、従来のように複数設ける必要がなく、装置の構造を簡易化することができ、安価に作製できる。
【００４９】
さらに、エレクタ本体１１を左右に分けて設けたことによって左右対称に作業することができ、その制御が容易となる。
【００５０】
また、水平フレーム８を送排泥管２に固定したことによって、図５に示す従来のような支持梁５５が必要ないので、垂直フレーム１４及び垂直ガイドレール１５が他の部材に干渉せず、エレクタ本体１１の移動範囲を大きくすることができ、省スペース化が達成できる。
【００５１】
なお、本実施の形態においては、エレクタ本体１１は左右に１基ずつ設けられているが、エレクタ本体１１を増設するようにしてもよい。これによれば、セグメント１６の組立効率を向上させることができる。
【００５２】
本実施の形態においては、縦型シールドを例に挙げて説明したが、本発明は、横長の横型シールドにも適応できることは勿論である。
【００５３】
【発明の効果】
以上要するに本発明によれば、排土装置を囲繞して水平ガイド部材を設けたので、排土装置の周囲の空間を確保でき、その空間を利用して直交ガイド部材を設け、そこにエレクタ本体を移動自在に設けたので、エレクタ本体があらゆる位置に移動でき、縦横比の大きい矩形シールドで、セグメントが上下方向或いは左右方向に多数分割された場合であっても、全てのセグメントを適宜組み立てることができるという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るリニアガイド式エレクタの実施の形態を示した垂直方向断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】本発明に係るリニアガイド式エレクタの実施の形態を示した水平方向断面図である。
【図４】本発明に係るリニアガイド式エレクタの実施の形態を示した（ａ）は水平方向要部拡大断面図、（ｂ）垂直方向要部拡大断面図である。
【図５】従来のエレクタを示した垂直方向断面図である。
【図６】図５のＢ−Ｂ線断面図である。
【符号の説明】
１  シールドフレーム
２  排土装置
１０  水平ガイド部材
１１  エレクタ本体
１６  セグメント
２０  垂直ガイド部材（直交ガイド部材）
【図１】
0004368440.tif 000002
【図２】
0004368440.tif 000003
【図３】
0004368440.tif 000004
【図４】
0004368440.tif 000005
【図５】
0004368440.tif 000006
【図６】
0004368440.tif 000007