(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
新たに組付けるべき組付セグメントを既に組付けられた既設セグメントの隣に移動させ、それらセグメント同士を連結してトンネルを構築するトンネル構築装置において、組付セグメントの端部に、ネジ穴を設けてそのネジ穴にセグメント同士を連結するためのボルトを仮締めし、既設セグメントに、上記ボルトが挿通されてそのボルト頭部が係止される挿通穴を設け、上記組付セグメントを把持して既設セグメントの隣に移動するエレクタに、把持した組付セグメントのネジ穴に仮締めされたボルトの頭部を保持して着脱する着脱手段を設けたことを特徴とするトンネル構築装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セグメント同士をボルトで締結してトンネルを構築するトンネル構築装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
シールド掘進機によって掘削された掘坑の内面には、複数のセグメントがボルトナットによって軸方向および周方向に組立られ、トンネルが構築される。詳しくは、新たに組付けるべき組付セグメントは、エレクタと呼ばれる組付装置で把持され、既に組付けられた既設セグメントの隣に移動される。そして、それらセグメント同士をボルトナットで連結してトンネルを構築していく。
【０００３】
近年、上記エレクタに、セグメント同士を連結するためのボルトナットを自動的に締結する締結手段を設け、ボルトナットの締結を人手によらずに自動的に行うものが開発されている。しかし、このように自動締結する場合には、締結手段にボルトナットを供給するボルトナット供給機構が必要となり、装置の複雑化を招いていた。
【０００４】
そこで、セグメントの内周面の端部に凹設されたボルト箱穴の壁面に、セグメント同士を連結するボルトを仮保持するための凹み部を設け、その凹み部に弾性体リングを介してボルトの頭部を仮保持させておき、そのボルトの軸部をエレクタに設けた補助ハンドで把持して引き抜き、そのボルトを締結手段に受け渡すことにより、上記ボルト供給機構を省略したものが提案されている（特開平8-158799号公報等）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この場合、すべてのセグメントのボルト箱穴内に、ボルトを仮保持するための凹み部および弾性体リングを特別に設ける必要があり、コスト高となる。また、仮保持したボルトの軸部を把持して引き抜き、そのボルトを締結手段に受け渡すための補助ハンドが新たに必要となる。また、補助ハンドから締結手段へのボルトの受け渡しをボルト箱穴内にて行っているため、ボルト箱穴に大きな空間が必要となり、セグメントの強度上好ましくない。
【０００６】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、ボルト供給機構が不要となり、構造簡潔にして低コストなトンネル構築装置を提供することにある。
【０００７】
【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、組付セグメントの端部に、ネジ穴を設けてそのネジ穴にセグメント同士を連結するためのボルトを仮締めし、既設セグメントに、上記ボルトが挿通されてそのボルト頭部が係止される挿通穴を設け、上記組付セグメントを把持して既設セグメントの隣に移動するエレクタに、把持した組付セグメントのネジ穴に仮締めされたボルトの頭部を保持して着脱する着脱手段を設けたものである。
【０００８】
本発明によれば、エレクタが組付セグメントを把持した後、エレクタに設けられた着脱手段が、組付セグメントのネジ穴に仮締めされたボルトの頭部を保持してボルトを一旦取り外す。ここで、エレクタが組付セグメントを把持すると、組付セグメントとエレクタとが一体となって同一の座標系となるため、エレクタに設けられた着脱手段は、組付セグメントのネジ穴に仮締めされたボルトの頭部を的確に保持でき、ボルトを確実に取り外すことができる。
【０００９】
その後、エレクタが組付セグメントを既設セグメントの隣に移動させた後、上記着脱手段が、組付セグメントから取り外したボルトを既設セグメントの挿通穴を通して再び組付セグメントのネジ穴に締め付け、既設セグメントと組付セグメントとを連結する。ここで、組付セグメントとエレクタとが一体となって同一の座標系となっているので、エレクタに設けられた着脱手段は、組付セグメントのネジ穴に対してボルトを緩めたときと常に同じ位置関係を再現でき、把持したボルトを組付セグメントのネジ穴に的確に締め込むことができる。
【００１０】
このように、組付セグメントのネジ穴に仮締めされたボルトを用いてセグメント同士を連結するようにしたので、ボルト供給機構が不要となる。また、セグメントの端部から突出したボルトの頭部を着脱手段で保持して着脱するので、従来のようにボルト軸部を保持する補助ハンドが不要となり、低コストとなる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１２】
本実施形態に係るトンネル構築装置に用いるセグメントを図３(a),(b),(c) に示す。図示するようにセグメント１ａ，１ｂ，１ｃのトンネル軸方向後方の端部の組付面２には、セグメント１同士を連結するためのボルト３が締め込まれるネジ穴４が、セグメント１の周方向に沿って複数設けられている。これらネジ穴４には、上記ボルト３がそれぞれ仮締めされている。
【００１３】
また、上記セグメント１のトンネル軸方向前方の内周面５には、上記ボルト３を径方向内方から挿入するためのボルト箱穴６が、セグメント１の周方向に沿って複数設けられている。これらボルト箱穴６のセグメント１の端部側の壁面７には、上記ボルト３が挿通される挿通穴８が、それぞれ設けられている。挿通穴８は、その穴径がボルト３の軸部３ａより大きく且つボルト３の頭部３ｂより小さく形成されており、ボルト３の軸部３ａが挿通されたときに多少のクリアランス（余裕）が生じるようになっている。
【００１４】
かかるセグメント１の側断面を図１(a) に示す。図１(a) において、セグメント１の右側がトンネル後方（立坑側）であり、左側がトンネル前方（切羽側）である。このセグメント１は、図１(b) に示すようにエレクタ９の把持部１０に把持される。エレクタ９は、新たに組付けるべき組付セグメント１を把持し、それを既に組付けられた既設セグメント１の隣の位置に移動するものである。
【００１５】
エレクタ９には、当該エレクタ９によって把持した組付セグメント１のネジ穴４に仮締めされたボルト３の頭部３ｂを保持し、そのボルト３をネジ穴４から着脱する着脱手段１１ａが設けられている。着脱手段１１ａは、エレクタ９にトンネル径方向に沿って設けられた径方向ガイド１２と、径方向ガイド１２に係合して移動する径方向移動台１３と、径方向移動台１３にトンネル軸方向に沿って設けられた軸方向移動ガイド１４と、軸方向移動ガイド１４に係合して移動する軸方向移動台１５と、軸方向移動台１５に設けられボルト６の頭部３ｂを保持して正逆回転させるボルト保持部１６とを有している。
【００１６】
図１(b) に示すように、エレクタ９によって組付セグメント１を把持したならば、図１(c) に示すように、径方向移動台１３と軸方向移動台１５とを適宜移動させ、ボルト保持部１６を組付セグメント１のネジ穴４に仮締めされたボルト３の頭部３ｂに被嵌させる。このとき、エレクタ９が組付セグメント１を把持しているため、組付セグメント１とエレクタ９とが一体となって同一の座標系となり、エレクタ９に設けられたボルト保持部１６は、軸方向と径方向と２方向の自由度のみで、組付セグメント１のネジ穴４に仮締めされたボルト３の頭部３ｂを的確に保持できる。
【００１７】
次に、ボルト保持部１６によりボルト３を緩める方向に回転させながら軸方向移動台１５をトンネル後方に移動させ、保持したボルト３をネジ穴４から引き抜く。引き抜いたボルト３は、その頭部３ｂがボルト保持部１６に保持され、組付セグメント１から離間される。次に、径方向移動台１３をトンネル内方に移動させ、ボルト保持部１６およびそれに保持したボルト３を、図２(d) に示すように組付セグメント１を既設セグメント１の隣に移動する際に邪魔にならない位置に移動させる。
【００１８】
そして、図２(d) に示すように組付セグメント１をエレクタ９によって既設セグメント１の隣に移動させ、図２(e) に示すように、径方向移動台１３をトンネル外方に移動させると共に軸方向移動台１５をトンネル前方へ移動させ、ボルト保持部１６およびそれに保持されたボルト３を既設セグメント１のボルト箱穴６に挿入する。そして、ボルト保持部１６によりボルト３を締める方向に回転させながら、軸方向移動台１５をトンネル前方へ移動させ、ボルト３を既設セグメント１の挿通穴８を通して組付セグメント１のネジ穴４に締め込む。
【００１９】
このとき、組付セグメント１とエレクタ９とが一体となって同一の座標系となっているので、エレクタ９に設けられたボルト保持部１６は、組付セグメント１のネジ穴４に対してボルト３を緩めたときと常に同じ位置関係を再現でき、把持したボルト３を組付セグメント１のネジ穴４に的確に締め込むことができる。なお、ボルト３（オネジ）とネジ穴４（メネジ）とは、僅かなズレでもこれらを螺合することはできず、無理をすればネジを舐めてしまうため、本実施形態のように正確な位置関係を再現できる事は重要である。
【００２０】
他方、ボルト保持部１６は、既設セグメント１の挿通穴８とは切り離されており同一の座標系とはなっていないため、ボルト保持部１６のボルト３を挿通穴８の中心に正確に挿通させることはできないが、挿通穴８の穴径はボルト３の軸部３ａの直径よりも多少大きく形成されているため、そのクリアランスの範囲であればボルト保持部１６のボルト３と挿通穴８との位置関係がズレても、ボルト３を挿通穴８に通すことができる。すなわち、挿通穴８とボルト保持部１６とが切り離されて同一の座標系となっていなくても、セグメント１，１同士の連結は問題なく行うことができる。
【００２１】
その後、図２(f) に示すように、エレクタ９の把持部１０を組付セグメント１から切り離してエレクタ９を離間移動させ組付が完了する。
【００２２】
このように、組付セグメント１のネジ穴４に仮締めされたボルト３を用いてセグメント１，１同士を連結するようにしたので、セグメント１をボルト３で自動組立する装置についてボルト供給機構が不要となり、低コストとなる。また、セグメント１の端部から突出したボルト３の頭部３ｂをエレクタ９に設けた着脱手段１１のボルト保持部１６で保持して着脱するので、従来のようにボルト３の軸部３ａを保持する補助ハンドが不要となり、低コストとなる。よって、構造簡潔にして低コストなトンネル構築装置が実現できる。
【００２３】
以上、トンネル軸方向に隣接するセグメント１，１同士（リング間のセグメント同士）を連結する場合について述べたが、トンネル周方向に隣接するセグメント同士（ピース間のセグメント同士）を連結する場合も同様である。ピース間のセグメント同士の連結を、図３および図４を用いて以下に述べる。
【００２４】
まず、図３(a) に示すセグメント１ａをエレクタ９で把持して、着脱手段１１ａによって前述した図１(a),(b),(c) および図２(d),(e),(f) の手順で既設セグメント１に組付ける、このセグメント１ａの内周面の周方向の両端部には、上述した軸方向のものと同様のボルト箱穴６が形成されている。ボルト箱穴６の端部側の壁面７には、上述した軸方向のものと同様の挿通穴８がそれぞれ設けられている。
【００２５】
次に、図３(b) に示すセグメント１ｂをエレクタ９で把持して、図４に示すように上記セグメント１ａの周方向の隣に組付ける。このセグメント１ｂには、図３(b) に示すように、周方向の一端にボルト箱穴６が形成されてその壁面７に挿通穴８が形成され、他端にネジ穴４が形成されてボルト３が仮締めされている。この図３(b) に示すセグメント１ｂは、エレクタ９で把持されてエレクタ９に設けられた図５に示す着脱手段１１ｂ（後述する）によってボルト３が取外され、そのネジ穴４側が図４に示す既設セグメント１ａ（図３(a) のセグメント）の周方向の隣に移動される。
【００２６】
その後、着脱手段１１ｂに保持されたボルト３が既設セグメント１ａの挿通穴８を通して再び組付セグメント１ｂのネジ穴４に締め込まれ、セグメント１ｂがセグメント１ａに連結される。このようにして組付けられたセグメント１ｂの周方向の隣に、同様に図３(b) に示すようなセグメント１ｂを連結する。最後に、図３(c) に示すように周方向の両端部にネジ穴４とボルト３を有するセグメント１ｃをエレクタ９で把持し、着脱手段１１ｂによって図４に示すように、既設セグメント１ｂの間に連結する。
【００２７】
以上説明したように、ピース間のセグメント１を連結する場合でも、組付セグメント１をエレクタ９で把持しそれらが一体となった状態で、把持した組付セグメント１のネジ穴４に仮締めされたボルト３をエレクタ９に設けられた着脱手段１１ｂによって着脱するので、ボルト３を着脱手段によって確実に着脱できる。また、既設セグメント１の挿通穴８と着脱手段１１ｂで把持したボルト３とは、切り離されて同一の座標系とはなっていないが、挿通穴８とボルト軸部３ａとの間に所定のクリアランスがあるため、その範囲のズレであれば問題なく挿通させることができる。
【００２８】
以下に、上述した着脱手段１１ａ，１１ｂおよび把持部１０を有するエレクタ９について図５〜図１１を用いて説明する。
【００２９】
図５は、エレクタ９をトンネル軸方向後方から見た図であり、図６は上記エレクタ９を左側面から見た図である。図中、吊ビーム２０は、図示しない旋回機構によってトンネル周方向に旋回自在となっていると共に、シリンダ２１によってトンネル径方向に移動自在となっている。
【００３０】
吊ビーム２０には、トンネル軸方向に自在に移動するフレーム２２が、ガイドロッド２３を介して取り付けられている、フレーム２２には、リング間のセグメント１をボルト３で連結するためのリング間の着脱手段１１ａと、ピース間のセグメント１をボルト３で連結するためのピース間の着脱手段１１ｂと、組付セグメント１を把持する把持部１０とが設けられている。リング間の着脱手段１１ａは、トンネル周方向に所定間隔を隔てて４個配置されている。ピース間の着脱手段１１ｂは、把持したセグメント１の周方向の両端部に配置されている。
【００３１】
把持部１０の概要を図７に示す。図示するように、把持部１０は、シリンダ２４で昇降移動される先端テーパ状の位置決めピン２５と、シリンダ２６で昇降移動されるブロック２７と、ブロック２７に回転自在に取り付けられた保持ピン２８と、保持ピン２８の先端部に設けられたフック２９とを有している。上記ブロック２７には、当該ブロック２７が昇降する際にガイドとなるロッド３０が設けられ、ロッド３０は、フレーム２２に取り付けられたビーム３１に挿通されている。
【００３２】
ブロック２７には、保持ピン２８に設けられたピニオン３２に噛合するラック３３が設けられている。ラック３３をシリンダ３４で移動させると、ピニオン３２が回転し、保持ピン２８が回転する。保持ピン２８の先端のフック２９は、図８に示すようにセグメント１の中央部に形成された係合穴３５に挿入され、90度回転されることにより係合するようになっている。また、セグメント１には、位置決めピン２５が挿入されるテーパ状の位置決め穴３６が形成されている。なお、図８に示すセグメントは、図示はしてないが実際には図３に示すもののようにボルト箱穴６やボルト３を有している。
【００３３】
組付セグメント１の把持は次のようにして行う。まず、エレクタ９のフレーム２２を組付セグメント１の上方に移動させ、位置決めピン２５を下降させて位置決めピン２５の先端部を組付セグメント１の位置決め穴３６に挿入する。これにより、組付セグメント１とエレクタ９との位置関係が略決まる。そして、保持ピン２８をシリンダ２６によって下降させ、保持ピン２８の先端のフック２９を組付セグメント１の係合穴３５に挿入する。そして、保持ピン２８をラック３３で90度回転させてフック２９を係合穴３５に係合させた後、保持ピン２８を引き上げると共に位置決めピン２５を押し下げる。これにより、組付セグメント１が決まった位置関係で強固にエレクタ９に固定される。
【００３４】
次に、リング間およびピース間の着脱手段１１ａ，１１ｂの概要を図９〜図１１に示す。これらの着脱手段１１ａ，１１ｂは、リング間用とピース間用とで本質的な違いがなく、リング間用着脱手段１１ａについては図１および図２に概要を示したので、以下ではピース間用着脱手段１１ｂのみを説明する。
【００３５】
この着脱手段１１ｂは、エレクタ９のフレーム２２にトンネル径方向に沿って設けられた径方向ガイド４０と、径方向ガイド４０に係合して移動する径方向移動台４１と、径方向移動台４１にトンネル周方向に沿って設けられた周方向移動ガイド４２と、周方向移動ガイド４２に係合して移動する周方向移動台４３と、周方向移動台４３に設けられボルト３の頭部３ｂを保持して正逆回転させるボルト保持部４４とを有している。
【００３６】
径方向移動台４１は、一端が径方向ガイド４０に他端が径方向移動台４１に接続されたシリンダ４５によって移動する。周方向移動台４３は、一端が周方向移動ガイド４２に他端が周方向移動台４３に接続されたシリンダ４６によって移動する。ボルト保持部４４は、周方向移動台４３に設けられたケーシング４７を有している。ケーシング４７には、モータ４８が取り付けられている。ケーシング４７内には、モータ４８のピニオン４９と、ピニオン４９と噛合してギヤトレーンを構成するギヤ５０ａ，５０ｂ，５０ｃと、ギヤ５０ｃに噛合する外歯ギヤを有し実質的にボルト３の頭部３ｂを保持するソケット５１とが設けられている。ソケット５１内には、ボルト頭部３ｂを磁気的に吸着するリング状の磁石５２が設けられている。
【００３７】
この構成によれば、図３(b),(c) に示すようにセグメント１の周方向の端部のネジ穴４に仮締めされたボルト３は、その頭部３ｂがソケット５１内の磁石５２に吸着されて保持され、モータ４８を正逆回転させることにより、ネジ穴４に対して緩め方向または締込み方向に回転することになる。よって、この着脱手段１１ｂを用いれば、前述したように図４のようにピース間のセグメント１，１を、ボルト供給機構なしで連結することができ、セグメント１をボルト３で自動的に締結する装置の低コスト化を図ることができる。
【００３８】
なお、本実施形態にあっては、上記エレクタ９に、リング間用（軸方向締結用）の着脱手段１１ａとピース間用（周方向締結用）の着脱手段１１ｂとの双方を設けたものを示したが、これに限らずいずれか一方のみを設けて他方は作業員の手作業等によってセグメント同士を連結するようにしてもよい。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るトンネル構築装置によれば、セグメント同士をボルトで自動的に締結する際に必要となるボルト供給機構が不要となると共に、構造簡潔にして低コストとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すトンネル構築装置によるセグメント組立手順を示す図である。
【図２】図１の続きのセグメント組立手順を示す図である。
【図３】上記セグメントの斜視図である。
【図４】上記セグメントにより構築されたトンネルの断面図である。
【図５】上記セグメントを組付けるエレクタの背面図である。
【図６】上記エレクタの側面図である。
【図７】上記エレクタに備えられた把持部を示す概略図であり、図７(a) は正面図、図７(b) は図７(a) の b-b線断面図である。
【図８】上記把持部に把持されるセグメントの斜視図である。
【図９】上記エレクタに備えられた着脱手段を示す側面図である。
【図１０】図９の X-X線矢視図である。
【図１１】図９の XI-XI線矢視図である。
【符号の説明】
１  セグメント
３  ボルト
３ｂ  ボルトの頭部
４  ネジ穴
８  挿通穴
９  エレクタ
１１  着脱手段
【図１】
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【図２】
0003799698.tif 000003
【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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【図１１】
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