シールド工法およびセグメント取り付け状態のデータ収集システム
【課題】セグメントの組み付け状態に関わる物理量のデータの収集を簡単かつ低コストに行う上で有利なシールド工法およびセグメント取り付け状態のデータ収集システムを提供する。
【解決手段】作業者は、計測すべきセグメント２の箇所に子機６６およびセンサ部６０を取り付け、子機６６の電源を投入し、子機６６と親機３８との間の無線回線による通信が可能な状態とする。運転台車１６０２に搭乗している作業者は、計測用パーソナルコンピュータ３２に組み込まれている所定の計測ソフトウェアを立ち上げる。これにより、各子機６６で生成された物理量のデータが、無線回線、親機３８、有線回線を介して計測用パーソナルコンピュータ３２に連続的あるいは断続的に収集される。
【解決手段】作業者は、計測すべきセグメント２の箇所に子機６６およびセンサ部６０を取り付け、子機６６の電源を投入し、子機６６と親機３８との間の無線回線による通信が可能な状態とする。運転台車１６０２に搭乗している作業者は、計測用パーソナルコンピュータ３２に組み込まれている所定の計測ソフトウェアを立ち上げる。これにより、各子機６６で生成された物理量のデータが、無線回線、親機３８、有線回線を介して計測用パーソナルコンピュータ３２に連続的あるいは断続的に収集される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシールド工法およびセグメント取り付け状態のデータ収集システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりシールド機によって穴を掘削し穴の内周にセグメントを組み付けることによりトンネルを構築するシールド工法が種々提案されている（特許文献１参照）。
このようなシールド工法では、シールド機によって地山を削孔して穴を掘削しシールド機の後部内で、既に組み立てられたトンネル躯体の端部に、複数のセグメントを組み付けてセグメントリングを組み立てることでトンネル躯体を延長し、組み立てたセグメントリングをセグメントリングの周方向に沿って配置された複数のジャッキにより押圧することでシールド機を前進させるようにしている。
一方、このようなシールド工法でトンネル躯体へ組み付けられたセグメントの組み付け状態に関わる物理量、例えば、各セグメントの間の隙間である目開きの寸法、あるいは、各セグメントの厚さ方向における段差である目違いの寸法などを計測し、それら計測された物理量のデータに基づいてシールド機の運転、言い換えると、各ジャッキの動作を適切に制御することでトンネル躯体の品質を確保することが求められている。
従来、このような物理量の計測を行う際には、物理量を検出するセンサ部と、センサ部によって得られる検出信号から物理量のデータを生成する計測器とを、トンネル躯体の長手方向における予め定められた範囲内において測定すべきセグメントに設置するとともに、計測器からのデータを有線回線を介してデータ収集用のパーソナルコンピュータに通信している。
【特許文献１】特開２０００−２７４１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の方法では次のような問題があった。
センサ部や計測器の設置時には多数のケーブルを取り回さなくてはならないため長時間シールドマシンの掘進を止める必要がある。
センサ部や計測器の設置場所を変えるには、それらセンサ部や計測器とともに多くのケーブルを移動させなくてはならず、その都度専門工により撤去及び再度の設置をする必要がある。
計測器の設置場所をたびたび変えると、大きな費用がかかり、工期が延びる。
ケーブルを取り回さなくてはならないため、計測状況や施工状況による緊急の計測器設置には対応できない。
多数箇所の計測には、有線配線が煩雑になり、切断等のトラブルが生じるおそれがある。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、セグメントの組み付け状態に関わる物理量のデータの収集を簡単かつ低コストに行う上で有利なシールド工法シールド工法およびセグメント取り付け状態のデータ収集システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述の目的を達成するため、本発明は、シールド機の前端によって地山を削孔して穴を掘削するとともに前記シールド機の後部内で、既に組み立てられたトンネル躯体の端部に、複数のセグメントを組み付けてセグメントリングを組み立てることで前記トンネル躯体を延長し、前記組み立てたセグメントリングを前記セグメントリングの周方向に沿って配置された複数のジャッキにより押圧することで前記シールド機を前進させるシールド工法であって、前記トンネル躯体の端部へのセグメントの組み付け毎に、前記トンネル躯体へ組み付けられたセグメントに、該セグメントの組み付け状態に関わる物理量を検出するセンサ部を着脱可能に取着し、前記トンネル躯体の長手方向における予め定められた範囲内において前記各センサ部を用いて検出された前記物理量のデータを無線回線を介して、前記シールド機の外部で既に組み立てられたトンネル躯体内の箇所に設けられたデータ収集部で収集することを特徴とする。
また本発明は、シールド機の前端によって地山を削孔して穴を掘削するとともに前記シールド機の後部内で、既に組み立てられたトンネル躯体の端部に、複数のセグメントを組み付けてセグメントリングを組み立てることで前記トンネル躯体を延長し、前記組み立てたセグメントリングを前記セグメントリングの周方向に沿って配置された複数のジャッキにより押圧することで前記シールド機を前進させる際に、前記トンネル躯体を構成するセグメントの取り付け状態に関わる物理量を示すデータを収集するデータ収集システムであって、前記トンネル躯体の長手方向における予め定められた範囲内において前記トンネル躯体へ組み付けられたセグメントに着脱可能に取着され該セグメントの組み付け状態に関わる物理量を検出するセンサ部と、前記シールド機の外部で既に組み立てられたトンネル躯体内の箇所に設けられ、前記各センサ部を用いて検出された前記物理量のデータを無線回線を介して収集するデータ収集部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、センサ部を用いて検出されたセグメントの組み付け状態に関わる物理量のデータを無線回線を介して収集するようにしたので、センサ部やケーブルの大掛かりな設置工事を行う必要が無く、データの収集を簡単かつ低コストに行う上で有利となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施の形態のシールド工法を実施するシールド機１０の断面側面図である。
図１に示すように、シールド機１０は、掘削部１２およびテール部１４などを含んで構成されている。
掘削部１２は、カッタ装置１８、コンベア装置２０、ジャッキ装置２２、外装壁２４などを備えている。
カッタ装置１８は、掘削部１２の前端に配設された円盤状のカッタ１８０２を掘進方向と平行な軸線回りに回転することで地盤を掘削するように構成されている。
コンベア装置２０は、カッタ装置１８による地盤の掘削で排出された土砂を後方に運搬するように構成されている。
ジャッキ装置２２は、カッタ装置１８によって掘削された穴４に環状に組み付けられるセグメント２の箇所を掘進方向の後方に向けて押圧することでシールド機１０を掘進方向に推進させるように構成されている。
外装壁２４は、穴４の内壁４０２に臨む円筒状を呈し、外装壁２４の内側に形成される円柱状の空間内にコンベア装置２０の前部とジャッキ装置２２を収容している。
【０００７】
テール部１４は、円筒状を呈し、外装壁２６などを備えている。
外装壁２６は穴４の内壁に臨む円筒状を呈し、穴４の内壁４０２に臨む外側面２６０２と、外側面２６０２に対向しセグメント２の外壁面２０２に臨む内側面２６０４とを有している。
テール部１４の外装壁２６は、掘削部１２の外装壁２４の掘進方向の後端に接続され、外装壁２６の内側面２６０４の内側に形成される円柱状の空間内にコンベア装置２０の後部などを収容している。
【０００８】
テール部１４の後部には設備車両１６が連結され、設備車両１６はシールド機１０から離れたトンネル躯体６の箇所に配置されている。
設備車両１６は複数設けられ、カッタ装置１８、コンベア装置２０、ジャッキ装置２２などを動作させるための制御ユニット２８、駆動源（不図示）、油タンク（不図示）などが分散して配設されている。
設備車両１６のうちの１つは、制御ユニット２８が設けられた運転台車１６０２として構成されている。
設備車両１６は、穴４の長手方向に延在するレール３０上を移動可能に設けられている。
【０００９】
次にシールド機１０の動作について説明する。
図２（Ａ）、（Ｂ）はシールド機１０の動作説明図である。
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、穴４の内壁４０２の周方向に沿って組み立てられた複数のセグメント２によって環状のセグメントリング２Ａが形成され、このセグメントリング２Ａが穴４の延在方向に連結されることでトンネル躯体６が延長されていく。
ジャッキ装置２２は、セグメントリング２Ａの周方向に沿って配置された複数のジャッキ２２０２を有している。
セグメントリング２Ａの構築は、図２（Ｂ）に示すように、複数のジャッキ２２０２のうち、１つのセグメント２に対応するジャッキ２２０２を縮小させることで既に構築されているトンネル躯体６の端部との間に空間を空け、その空間にセグメント２を挿入する。
次いで、図２（Ａ）に示すように、前記縮小していたジャッキ２２０２を伸張して前記挿入されたセグメント２をトンネル躯体６方向に押圧することで、セグメント２を組み付ける。
このような手順を繰り返すことで複数のセグメント２を穴４の内壁４０２の周方向に沿って組み付け、セグメントリング２Ａを構築する。
そして、図２（Ａ）に示すように、１つのセグメントリング２Ａが構築されたならば、全てのジャッキ２２０２を同時に伸張させセグメントリング２Ａを掘進方向と反対方向に押圧し、これにより発生する反力によってシールド機１０を前進させつつ、カッタ装置１８によって穴４を掘削する。
【００１０】
次に、本発明の要旨である、セグメント２の組み付け状態に関わる物理量のデータの収集を行う構成について説明する。
図３は本実施の形態のセグメント取り付け状態のデータ収集システムの構成を示すブロック図である。
図３に示すように、運転台車１６０２には、制御ユニット２８、計測用パーソナルコンピュータ３２、シールド機運転モニタリング用パーソナルコンピュータ３４などが設けられている。
計測用パーソナルコンピュータ３２はデータ収集部を構成するものであって、セグメント２の組み付け状態に関わる物理量のデータの収集を行うためのものである。
シールド機運転モニタリング用パーソナルコンピュータ３４は、制御ユニット２８に接続され、制御ユニット２８によって制御されているカッタ装置１８、コンベア装置２０、ジャッキ装置２２などの動作状態が表示されるものである。
計測用パーソナルコンピュータ３２は、ＬＡＮ用のハブ３６を介してＬＡＮによりシールド機運転モニタリング用パーソナルコンピュータ３４とデータ通信可能に接続されている。
計測用パーソナルコンピュータ３２、シールド機運転モニタリング用パーソナルコンピュータ３４、ハブ３６は、不図示の無停電電源装置を介して電源が供給されており、電源の瞬断に対して安定した動作が確保されている。
なお、運転台車１６０２はシールド機１０のテール部１４に連結されているため、運転台車１６０２およびそれに設けられた計測用パーソナルコンピュータ３２は、シールド機１０の外部で既に組み立てられたトンネル躯体６内の箇所に設けられていることになる。
【００１１】
シールド機１０には、後述する子機６６との間で無線回線を構成してデータ通信を行う複数の親機３８が設けられている。各親機３８は、無線通信を行うための通信回路やアンテナを備えており、内蔵バッテリーあるいは外付けのバッテリーから供給される電源で駆動され、各親機３８は防水ケースに収容されている。
各親機３８は有線回線を介して計測用パーソナルコンピュータ３２に接続されている。
本実施の形態では、２つの親機３８Ａ、３８Ｂが設けられており、一方の親機３８Ａは、ＵＳＢ延長器４０にＵＳＢケーブル４２を介して接続されており、ＵＳＢ延長器４０はケーブル（例えばＣＡＴ５などのＬＡＮケーブル）４４を介して運転台車１６０２に設けられたＵＳＢ延長器４６に接続され、このＵＳＢ延長器４６はＵＳＢケーブル４８を介して計測用パーソナルコンピュータ３４に接続されている。
したがって、一方の親機３８ＡはＵＳＢケーブル４２、ＵＳＢ延長器４０、ケーブル４４、ＵＳＢ延長器４６、ＵＳＢケーブル４８という経路を介して計測用パーソナルコンピュータ３２とデータ通信可能に接続されている。
他方の親機３８Ｂは、ＵＳＢケーブル５０を介してＵＳＢ延長器５２に接続されており、このＵＳＢ延長器５２はケーブル（例えばＣＡＴ５などのＬＡＮケーブル）５４を介してＵＳＢ延長器５６に接続されている。ＵＳＢ延長器５６はＵＳＢケーブル５８を介して前記のＵＳＢ延長器４０に接続されている。
したがって、他方の親機３８Ｂは、ＵＳＢケーブル５０、ＵＳＢ延長器５２、ケーブル５４、ＵＳＢ延長器５６、ＵＳＢケーブル５８、ＵＳＢ延長器４０、ケーブル４４、ＵＳＢ延長器４６、ＵＳＢケーブル４８という経路を介して計測用パーソナルコンピュータ３２とデータ通信可能に接続されている。
なお、ＵＳＢ延長器４６、５６はトランスミッター、ＵＳＢ延長器４０、５２はレシーバーであるため、ＵＳＢ延長器４０（レシーバー）とＵＳＢ延長器５６（トランスミッター）とはＬＡＮケーブルでの接続ではなく、ＵＳＢケーブル５８で接続されることになる。
また、トランスミッター側のＵＳＢ延長器は電源供給が不要であるが、レシーバー側のＵＳＢ延長器は電源供給が必要であるため、レシーバー側のＵＳＢ延長器には不図示の無停電電源装置を介して電源が供給されている。
【００１２】
ここで、ＵＳＢケーブル４２、５０、５８の長さは、ＵＳＢの規格上、最大５ｍまでしか許容されず、また、使用条件によっては５ｍ未満（例えば３ｍ程度）までしか許容されないのに対して、ＵＳＢ延長器同士（トランスミッターからレシーバーまで）を接続するケーブル４４、５４の長さは例えば最大１００ｍまで許容されている。
したがって、運転台車１６０２から親機３８Ａまでの距離、および、親機３８Ａから親機３８Ｂまでの距離をそれぞれ最大で１００ｍ程度確保することができ、運転台車１６０２に対する２台の親機３８Ａ、３８Ｂの配置位置の自由度が確保されており、親機３８Ａ、３８Ｂと後述する子機６６との間に、無線回線の障害物となる足場などの仮設材、設備車両１６などが介在しても、それら障害物を回避しつつ親機３８Ａ、３８Ｂを設置でき、親機３８Ａ、３８Ｂと子機６６との間で安定した無線回線を形成する上で有利となっている。
なお、このような障害物が無ければ、長い寸法のケーブル４４、５８を用いることなくＵＳＢケーブルのみを用いればよいことは無論である。
【００１３】
トンネル躯体６の長手方向における予め定められた範囲内において、穴４の内壁４０２に組み付けられたセグメント２の内側面２０４（図１参照）には、セグメント２の組み付け状態に関わる物理量を検出するセンサ部６０が取着される。
本実施の形態では、センサ部６０は、クリップ型変位計６２と、カンチレバー型変位計６４とで構成されている。
クリップ型変位計６２は、隣接するセグメント２の間に形成される隙間、すなわち、目開きの寸法を検出するものである。
図４はクリップ型変位計６２の取り付け説明図である。
図４に示すように、隣接するセグメント２の間には、内周面２０４に臨んで例えば幅１０ｍｍ、深さ２０ｍｍ程度のコーキング溝２０４Ａが形成されている。
クリップ型変位計６２は、弾性を有する金属性の帯板をその厚さ方向において円弧状に湾曲させて形成された本体６２Ａと、本体６２Ａの両端から本体６２Ａの半径方向の外方に屈曲された対向する２つの突片６２Ｂとを有している。
クリップ型変位計６２は、本体６２Ａに、ひずみによって抵抗値が変化するひずみ抵抗素子が設けられており、突片６２Ｂ間の寸法が変化して本体６２Ａの形状が変化したことを前記ひずみ抵抗素子の抵抗値の変化によって検出するものである。
本実施の形態では、各突片６２Ｂをコーキング溝２０４Ａに挿入し、２つ突片６２Ｂの外側面をコーキング溝２０４Ａの対向する壁面にそれぞれ弾接させた状態でクリップ型変位計６２をセグメント２に取着する。
具体的には、各突片６２Ｂとコーキング溝２０４Ａの壁面との間に合成樹脂製の板、あるいは、金属製の板を介在させ、粘着型瞬間接着剤を用いて接着固定するが、軽い衝撃を与えることでクリップ型変位計６２を容易に取り外すことができる。
したがって、本実施の形態では、クリップ型変位計６２によって、隣接するセグメント２の間に形成される隙間の変化をコーキング溝２０４Ａの幅の変化として検出している。
【００１４】
図５はカンチレバー型変位計６４の取り付け説明図である。
カンチレバー型変位計６４は、隣接するセグメント２の間に形成される段差、すなわち、目違いの寸法を検出するものである。
図５に示すように、カンチレバー型変位計６４は、直線状に延在する金属製の帯板からなる本体６４Ａと、本体６４Ａの一端をなす基部６４Ｂと、本体６４Ａの他端をなす先部６４Ｃとを有している。
カンチレバー型変位計６４は、本体６４Ａにひずみ抵抗素子が設けられており、本体６４Ａが厚さ方向に湾曲されその形状が変化したことを前記ひずみ抵抗素子の抵抗値の変化によって検出するものである。
本実施の形態では、隣接する２つのセグメント２の一方のセグメント２の内周面２０４箇所に基部６４Ｂを固定し、先部６４Ｃを他方のセグメント２の内周面２０４Ａ箇所に弾接させた状態でカンチレバー型変位計６４をセグメント２に取着する。
具体的には、基端６４Ｂを内周面２０４Ａ箇所に粘着型瞬間接着剤を用いて接着固定し、他端６４Ｃを合成樹脂製の板を介在させて内周面２０４Ａ箇所に弾接させるが、軽い衝撃を与えることでカンチレバー型変位計６４を容易に取り外すことができる。
したがって、本実施の形態では、カンチレバー型変位計６４によって、隣接するセグメント２の間に形成される段差の変化を２つのセグメント２の内周面２０４の段差の変化として検出している。
【００１５】
また、本実施の形態では、セグメント２の組み付け状態に関わる物理量は、目開きと目違いの寸法であり、それらの変位量となる。なお、前記物理量は目開きと目違いの寸法に限られるものではなく、例えば、セグメント２の表面応力あるいは内部応力であってもよく、その場合には、センサ部６０として、表面応力あるいは内部応力を検出するセンサ部を用いればよい。
【００１６】
センサ部６０近傍のセグメント２の箇所には子機６６が取着される。
子機６６はデータ生成通信部を構成するものであって、センサ部６０とケーブルを介して電気的に接続され、センサ部６０によって検出される検出信号、言い換えると、センサ部６０を用いて生成される検出信号に基づいて前記の物理量を示すデータを生成し前記データを無線回線を介して親機３８に通信するものである。
したがって、子機６６は、前記検出信号を処理する信号処理回路（例えば、増幅回路、演算回路、Ａ／Ｄ変換回路など）と、無線通信を行うための通信回路やアンテナを備えており、内蔵バッテリーあるいは外付けのバッテリーから供給される電源で駆動され、各子機６６は防水ケースに収容されている。
また、子機６６を使用するにあたっては、センサ部６０で基準の物理量（変位量）を検出した際に前記基準の物理量に対応した正確なデータが生成されるように前記信号処理回路の校正を行う。この校正は、子機６６に接続したセンサ部６０に対して１度行えば、センサ部６０のセグメント２への取り付け箇所の変更の有無に拘わらず、頻繁に行う必要はなく、したがって、センサ部６０および子機６６を設置すればすぐに正確な物理量のデータの収集が可能となる。
【００１７】
本実施の形態では、子機６６は、センサ部６０を接続するためのコネクタが４つ設けられているため、最大４つのセンサ部６０のデータを生成、送信できるようになっている。なお、コネクタの数は子機６６の仕様によるものであり、コネクタの数は１つ、２つ、３つ、あるいは５つ以上であってもよい。
また、本実施の形態では、親機３８と子機６６との間の無線回線は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４やZig Beeと称される短距離無線通信規格に準拠した２．４ＧＨｚ帯域の無線電波を用いており、見通しのよい環境における通信可能な距離（最大伝送距離）は例えば３０ｍ程度となっている。
また、親機３８、子機６６間の無線回線のチャンネルは１６チャンネル分用意されており、何れか１チャンネルで無線通信を行うため、最大で１６台の親機３８を同時に使用できるようになっている。
また、１台の親機３８は子機６６に割り当てられたＩＤ情報によって最大６５０００台の子機６６を識別して通信できるように構成されている。
したがって、僅かな親機３８によって多数の子機６６からのデータを収集することができ、言い換えると、セグメント２の取り付け状態に関わる物理量のデータを多数の箇所にわたって収集することが可能となる。
【００１８】
本実施の形態では、可撓性を有するフレキシブル管の一端が防水ケースに連結され、フレキシブル管内に前記ケーブルが収容されており、フレキシブル管の他端から導出されたケーブルの先端にセンサ部６０が接続されている。
フレキシブル管は、その中間の複数個所がプラスチックベースとプラスチックバンドを用いてセグメント２の内側面２０４に取り付けられ、これによりフレキシブル管を介して防水ケースおよび子機６６がセグメント２に取着される。
詳細に説明すると、前記プラスチックベースには、曲率のあるセグメント２の内側面（コンクリート面）２０４にぴったりと接着させるため、底面に弾性を有するスポンジ状の0.5〜1mm程度の緩衝材が貼付されており、この底面にコンクリート面での吸い込みを考慮して粘着型瞬間接着剤を塗り、セグメント２の内側面２０４に対して１０秒程度押さえて接着させる。そして、プラスチックベースとフレキシブル管の中間の複数個所をプラスチックバンドを介して連結する。これにより、防水ケースおよび子機６６がフレキシブル管を介してセグメント２に取着されている。
なお、プラスチックバンドはプラスチックベースに対して簡単に取り付け、取り外しができ、したがって、フレキシブル管、防水ケース、子機６６のセグメント２への取り付け、取り外しも簡単に行えるようになっている。
また、センサ部６０および子機６６は１人で持ち運びが可能な大きさと重量で構成されている。
また、本例では、防水ケースに連結されたフレキシブル管をセグメント２の内側面２０４に取着した場合について説明したが、フレキシブル管を用いることなく、防水ケースをプラスチックバンドとプラスチックベースを介してセグメント２に取着してもよいことは無論である。
【００１９】
次に上述のように構成された本実施の形態のセグメント取り付け状態のデータ収集システムの作用について説明する。
予め、計測用パーソナルコンピュータ３２、シールド機運転モニタリング用パーソナルコンピュータ３４などの運転台車１６０２への設置、および、親機３８のシールド機１０への取り付け、計測用パーソナルコンピュータ３２と親機３８との間の有線回線の配設が完了しているものとする。
作業者は、トンネル躯体６の長手方向における予め定められた範囲内において、計測すべきセグメント２の箇所、すなわち、トンネル躯体６の端部に組み付けられたセグメント２の内周面２０４に、言い換えると、シールド機１０に直近のセグメント２の内周面２０４に、子機６６およびセンサ部６０を前述の方法によって取り付け、子機６６の電源を投入し、子機６６と親機３８との間の無線回線による通信が可能な状態とする。
子機６６およびセンサ部６０のセグメント２への取り付け作業が完了したならば、運転台車１６０２に搭乗している作業者は、計測用パーソナルコンピュータ３２に組み込まれている所定の計測ソフトウェアを立ち上げる。
これにより、各子機６６で生成された物理量のデータが、無線回線、親機３８、有線回線を介して連続的あるいは断続的に収集される。データの収集を行うタイミングは、例えば、前記計測ソフトウェアの設定にもよるが、例えば１秒乃至１分間隔とされる。
計測用パーソナルコンピュータ３２が計測ソフトウェアを実行することにより、収集された物理量のデータは、計測用パーソナルコンピュータ３２によってハードディスク装置などの記録装置にリアルタイムで記録されるとともに、表、あるいは、グラフの形式でリアルタイムでディスプレイ装置に表示される。
前記作業者は、計測用パーソナルコンピュータ３２のディスプレイに表示されるデータと、シールド機運転モニタリング用パーソナルコンピュータ３４のディスプレイに表示されるジャッキ装置２２の動作状態とを目視し、ジャッキ装置２２の動作が適切に行われているかどうかを判断する。
そして、作業者は、前記の物理量のデータ、すなわち、目開きや目違いの寸法が許容範囲に収まるように、制御ユニット２８を操作して各ジャッキ２２０２の伸張量などを調整する。
シールド機１０とセンサ部６０が取着されているセグメント２との間の距離が近い間は、シールド機１０の運転（具体的にはジャッキ２２０２の伸張動作）に伴って各物理量が変化するが、前記距離が例えば１０ｍ乃至３０ｍ程度離れると、各物理量の変化がほとんどなくなる。
その時点で、作業者は、物理量の変化がなくなったセグメント２のセンサ部６０およびそれに接続されている子機６６をセグメント２から取り外す。
そして、取り外したセンサ部６０および子機６６を、トンネル躯体６の端部、すなわち、シールド機１０に直近のセグメント２に取り付け、上述の手順を繰り返す。
【００２０】
本実施の形態によれば、トンネル躯体６の長手方向における予め定められた範囲内において、各センサ部６０を用いて検出された物理量のデータを無線回線を介して、シールド機１０の外部で既に設置されたセグメントリング２Ａからなるトンネル躯体６内の箇所に設けられた計測用パーソナルコンピュータ３２で収集するようにした。
したがって、シールド機１０の掘進方向への進行によりシールド機１０に取り付けられた親機３８とセグメント２に取り付けられた子機６６およびセンサ部６０との距離が離間するものの、無線回線を介してデータの通信が行われているため、データの収集を連続的にあるいは断続的に、言い換えると、リアルタイムに行うことができ有利となる。
すなわち、従来は、センサ部が接続された計測器と計測用パーソナルコンピュータとをケーブルで接続するため、ケーブルの設置に伴い、シールド機１０の掘進を停止して複数の作業者が大掛かりな工事を行う必要があり、また、いったん設置したセンサ部、計測部、ケーブルの撤去にも手間がかかっており、センサ部の設置台数が増加するにつれて設置すべきケーブルも増大し多大な手間を要している。例えば、セグメント２の穴４の長手方向に沿った寸法が１ｍであり、センサ部が設置されるトンネル躯体６の長手方向が１０ｍ乃至３０ｍであり、その範囲に配置されるセグメントリング２Ａの数が１０個乃至３０個であり、セグメントリング２Ａが８個のセグメント２からなり、１つのセグメントリング２Ａに３つのセンサ部と計測器が設置されるとすると、設置すべきセンサ部の数は２４０個乃至７２０個となり、無数に近い数となるため、ケーブルの取り回しに多くの人手と工期を要していた。
これに対して、本実施の形態では、センサ部が接続された計測器と計測用パーソナルコンピュータとを接続するためのケーブルを要せずセンサ部６０および子機６６のみを１人で持ち運んで取り付けることができるものであり、シールド機１０の掘進を停止して大掛かりで手間のかかるケーブルの取り回し工事を行う必要が無いため、作業者の負担を減らすとともに、工期を短縮でき、コストダウンを図る上で有利となる。
また、本実施の形態では、ケーブルの配線工事が不要であることから、多数のセンサ部を設置する場合にも容易に対応でき、また、センサ部を緊急に設置する必要が生じた場合でも短い作業時間で簡単にセンサ部を設置することができ有利である。
また、センサ部と計測用パーソナルコンピュータとをケーブルで接続すると、切断などのトラブルを招きやすいが、本実施の形態では無線回線を用いているため、そのようなトラブルの発生がなく有利である。
また、セグメント２の組み付けに関わる物理量のデータを反映してジャッキ装置２２の動作を制御すれば、セグメント２の組み付け状態を良好なものとしてシールド工事を行うことができトンネル躯体６の品質を確保する上で有利となる。
【００２１】
なお、本実施の形態では、計測用パーソナルコンピュータ３２で収集されたデータと、シールド機運転モニタリング用パーソナルコンピュータ３４に表示されるジャッキ装置２２の動作状態とに基づいて、作業者が目開きや目違いの寸法が許容範囲に収まるように、制御ユニット２８を操作して各ジャッキ２２０２の伸張量などを調整する場合について説明したが、前記収集されたデータに基づいてジャッキ２２０２の自動制御を行うように制御ユニット２８の自動化を図ってもよいことは無論である。
また、本実施の形態では、計測用パーソナルコンピュータ３２によってデータを収集する場合について説明したが、計測用パーソナルコンピュータ３２をイントラネットまたはインターネットなどのネットワークに接続し、それらネットワークを介して施工現場から離れた場所に設置されたコンピュータや端末から前記セグメントの組み付け状態に関わる物理量のデータをモニタするようにしてもよいことは無論である。
また、本実施の形態では、ＩＥＥＥ８０２．１５．４やZig Beeといった通信規格に準拠した無線電波を用いて無線回線を構成したので、将来的にＩＥＥＥ８０２．１５．４やZig Beeに示されているメッシュネットワーク型のセンサ部ネットワークに前記無線回線を容易に対応させることができ有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施の形態のシールド工法を実施するシールド機１０の断面側面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はシールド機１０の動作説明図である。
【図３】本実施の形態のセグメント取り付け状態のデータ収集システムの構成を示すブロック図である。
【図４】クリップ型変位計６２の取り付け説明図である。
【図５】カンチレバー型変位計６４の取り付け説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
２……セグメント、２Ａ……セグメントリング、６……トンネル躯体、１０……シールド機、２２０２……ジャッキ、３２……計測用パーソナルコンピュータ、６０……センサ部。
【技術分野】
【０００１】
本発明はシールド工法およびセグメント取り付け状態のデータ収集システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来よりシールド機によって穴を掘削し穴の内周にセグメントを組み付けることによりトンネルを構築するシールド工法が種々提案されている（特許文献１参照）。
このようなシールド工法では、シールド機によって地山を削孔して穴を掘削しシールド機の後部内で、既に組み立てられたトンネル躯体の端部に、複数のセグメントを組み付けてセグメントリングを組み立てることでトンネル躯体を延長し、組み立てたセグメントリングをセグメントリングの周方向に沿って配置された複数のジャッキにより押圧することでシールド機を前進させるようにしている。
一方、このようなシールド工法でトンネル躯体へ組み付けられたセグメントの組み付け状態に関わる物理量、例えば、各セグメントの間の隙間である目開きの寸法、あるいは、各セグメントの厚さ方向における段差である目違いの寸法などを計測し、それら計測された物理量のデータに基づいてシールド機の運転、言い換えると、各ジャッキの動作を適切に制御することでトンネル躯体の品質を確保することが求められている。
従来、このような物理量の計測を行う際には、物理量を検出するセンサ部と、センサ部によって得られる検出信号から物理量のデータを生成する計測器とを、トンネル躯体の長手方向における予め定められた範囲内において測定すべきセグメントに設置するとともに、計測器からのデータを有線回線を介してデータ収集用のパーソナルコンピュータに通信している。
【特許文献１】特開２０００−２７４１９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記の方法では次のような問題があった。
センサ部や計測器の設置時には多数のケーブルを取り回さなくてはならないため長時間シールドマシンの掘進を止める必要がある。
センサ部や計測器の設置場所を変えるには、それらセンサ部や計測器とともに多くのケーブルを移動させなくてはならず、その都度専門工により撤去及び再度の設置をする必要がある。
計測器の設置場所をたびたび変えると、大きな費用がかかり、工期が延びる。
ケーブルを取り回さなくてはならないため、計測状況や施工状況による緊急の計測器設置には対応できない。
多数箇所の計測には、有線配線が煩雑になり、切断等のトラブルが生じるおそれがある。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、セグメントの組み付け状態に関わる物理量のデータの収集を簡単かつ低コストに行う上で有利なシールド工法シールド工法およびセグメント取り付け状態のデータ収集システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述の目的を達成するため、本発明は、シールド機の前端によって地山を削孔して穴を掘削するとともに前記シールド機の後部内で、既に組み立てられたトンネル躯体の端部に、複数のセグメントを組み付けてセグメントリングを組み立てることで前記トンネル躯体を延長し、前記組み立てたセグメントリングを前記セグメントリングの周方向に沿って配置された複数のジャッキにより押圧することで前記シールド機を前進させるシールド工法であって、前記トンネル躯体の端部へのセグメントの組み付け毎に、前記トンネル躯体へ組み付けられたセグメントに、該セグメントの組み付け状態に関わる物理量を検出するセンサ部を着脱可能に取着し、前記トンネル躯体の長手方向における予め定められた範囲内において前記各センサ部を用いて検出された前記物理量のデータを無線回線を介して、前記シールド機の外部で既に組み立てられたトンネル躯体内の箇所に設けられたデータ収集部で収集することを特徴とする。
また本発明は、シールド機の前端によって地山を削孔して穴を掘削するとともに前記シールド機の後部内で、既に組み立てられたトンネル躯体の端部に、複数のセグメントを組み付けてセグメントリングを組み立てることで前記トンネル躯体を延長し、前記組み立てたセグメントリングを前記セグメントリングの周方向に沿って配置された複数のジャッキにより押圧することで前記シールド機を前進させる際に、前記トンネル躯体を構成するセグメントの取り付け状態に関わる物理量を示すデータを収集するデータ収集システムであって、前記トンネル躯体の長手方向における予め定められた範囲内において前記トンネル躯体へ組み付けられたセグメントに着脱可能に取着され該セグメントの組み付け状態に関わる物理量を検出するセンサ部と、前記シールド機の外部で既に組み立てられたトンネル躯体内の箇所に設けられ、前記各センサ部を用いて検出された前記物理量のデータを無線回線を介して収集するデータ収集部とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明によれば、センサ部を用いて検出されたセグメントの組み付け状態に関わる物理量のデータを無線回線を介して収集するようにしたので、センサ部やケーブルの大掛かりな設置工事を行う必要が無く、データの収集を簡単かつ低コストに行う上で有利となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１は本実施の形態のシールド工法を実施するシールド機１０の断面側面図である。
図１に示すように、シールド機１０は、掘削部１２およびテール部１４などを含んで構成されている。
掘削部１２は、カッタ装置１８、コンベア装置２０、ジャッキ装置２２、外装壁２４などを備えている。
カッタ装置１８は、掘削部１２の前端に配設された円盤状のカッタ１８０２を掘進方向と平行な軸線回りに回転することで地盤を掘削するように構成されている。
コンベア装置２０は、カッタ装置１８による地盤の掘削で排出された土砂を後方に運搬するように構成されている。
ジャッキ装置２２は、カッタ装置１８によって掘削された穴４に環状に組み付けられるセグメント２の箇所を掘進方向の後方に向けて押圧することでシールド機１０を掘進方向に推進させるように構成されている。
外装壁２４は、穴４の内壁４０２に臨む円筒状を呈し、外装壁２４の内側に形成される円柱状の空間内にコンベア装置２０の前部とジャッキ装置２２を収容している。
【０００７】
テール部１４は、円筒状を呈し、外装壁２６などを備えている。
外装壁２６は穴４の内壁に臨む円筒状を呈し、穴４の内壁４０２に臨む外側面２６０２と、外側面２６０２に対向しセグメント２の外壁面２０２に臨む内側面２６０４とを有している。
テール部１４の外装壁２６は、掘削部１２の外装壁２４の掘進方向の後端に接続され、外装壁２６の内側面２６０４の内側に形成される円柱状の空間内にコンベア装置２０の後部などを収容している。
【０００８】
テール部１４の後部には設備車両１６が連結され、設備車両１６はシールド機１０から離れたトンネル躯体６の箇所に配置されている。
設備車両１６は複数設けられ、カッタ装置１８、コンベア装置２０、ジャッキ装置２２などを動作させるための制御ユニット２８、駆動源（不図示）、油タンク（不図示）などが分散して配設されている。
設備車両１６のうちの１つは、制御ユニット２８が設けられた運転台車１６０２として構成されている。
設備車両１６は、穴４の長手方向に延在するレール３０上を移動可能に設けられている。
【０００９】
次にシールド機１０の動作について説明する。
図２（Ａ）、（Ｂ）はシールド機１０の動作説明図である。
図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、穴４の内壁４０２の周方向に沿って組み立てられた複数のセグメント２によって環状のセグメントリング２Ａが形成され、このセグメントリング２Ａが穴４の延在方向に連結されることでトンネル躯体６が延長されていく。
ジャッキ装置２２は、セグメントリング２Ａの周方向に沿って配置された複数のジャッキ２２０２を有している。
セグメントリング２Ａの構築は、図２（Ｂ）に示すように、複数のジャッキ２２０２のうち、１つのセグメント２に対応するジャッキ２２０２を縮小させることで既に構築されているトンネル躯体６の端部との間に空間を空け、その空間にセグメント２を挿入する。
次いで、図２（Ａ）に示すように、前記縮小していたジャッキ２２０２を伸張して前記挿入されたセグメント２をトンネル躯体６方向に押圧することで、セグメント２を組み付ける。
このような手順を繰り返すことで複数のセグメント２を穴４の内壁４０２の周方向に沿って組み付け、セグメントリング２Ａを構築する。
そして、図２（Ａ）に示すように、１つのセグメントリング２Ａが構築されたならば、全てのジャッキ２２０２を同時に伸張させセグメントリング２Ａを掘進方向と反対方向に押圧し、これにより発生する反力によってシールド機１０を前進させつつ、カッタ装置１８によって穴４を掘削する。
【００１０】
次に、本発明の要旨である、セグメント２の組み付け状態に関わる物理量のデータの収集を行う構成について説明する。
図３は本実施の形態のセグメント取り付け状態のデータ収集システムの構成を示すブロック図である。
図３に示すように、運転台車１６０２には、制御ユニット２８、計測用パーソナルコンピュータ３２、シールド機運転モニタリング用パーソナルコンピュータ３４などが設けられている。
計測用パーソナルコンピュータ３２はデータ収集部を構成するものであって、セグメント２の組み付け状態に関わる物理量のデータの収集を行うためのものである。
シールド機運転モニタリング用パーソナルコンピュータ３４は、制御ユニット２８に接続され、制御ユニット２８によって制御されているカッタ装置１８、コンベア装置２０、ジャッキ装置２２などの動作状態が表示されるものである。
計測用パーソナルコンピュータ３２は、ＬＡＮ用のハブ３６を介してＬＡＮによりシールド機運転モニタリング用パーソナルコンピュータ３４とデータ通信可能に接続されている。
計測用パーソナルコンピュータ３２、シールド機運転モニタリング用パーソナルコンピュータ３４、ハブ３６は、不図示の無停電電源装置を介して電源が供給されており、電源の瞬断に対して安定した動作が確保されている。
なお、運転台車１６０２はシールド機１０のテール部１４に連結されているため、運転台車１６０２およびそれに設けられた計測用パーソナルコンピュータ３２は、シールド機１０の外部で既に組み立てられたトンネル躯体６内の箇所に設けられていることになる。
【００１１】
シールド機１０には、後述する子機６６との間で無線回線を構成してデータ通信を行う複数の親機３８が設けられている。各親機３８は、無線通信を行うための通信回路やアンテナを備えており、内蔵バッテリーあるいは外付けのバッテリーから供給される電源で駆動され、各親機３８は防水ケースに収容されている。
各親機３８は有線回線を介して計測用パーソナルコンピュータ３２に接続されている。
本実施の形態では、２つの親機３８Ａ、３８Ｂが設けられており、一方の親機３８Ａは、ＵＳＢ延長器４０にＵＳＢケーブル４２を介して接続されており、ＵＳＢ延長器４０はケーブル（例えばＣＡＴ５などのＬＡＮケーブル）４４を介して運転台車１６０２に設けられたＵＳＢ延長器４６に接続され、このＵＳＢ延長器４６はＵＳＢケーブル４８を介して計測用パーソナルコンピュータ３４に接続されている。
したがって、一方の親機３８ＡはＵＳＢケーブル４２、ＵＳＢ延長器４０、ケーブル４４、ＵＳＢ延長器４６、ＵＳＢケーブル４８という経路を介して計測用パーソナルコンピュータ３２とデータ通信可能に接続されている。
他方の親機３８Ｂは、ＵＳＢケーブル５０を介してＵＳＢ延長器５２に接続されており、このＵＳＢ延長器５２はケーブル（例えばＣＡＴ５などのＬＡＮケーブル）５４を介してＵＳＢ延長器５６に接続されている。ＵＳＢ延長器５６はＵＳＢケーブル５８を介して前記のＵＳＢ延長器４０に接続されている。
したがって、他方の親機３８Ｂは、ＵＳＢケーブル５０、ＵＳＢ延長器５２、ケーブル５４、ＵＳＢ延長器５６、ＵＳＢケーブル５８、ＵＳＢ延長器４０、ケーブル４４、ＵＳＢ延長器４６、ＵＳＢケーブル４８という経路を介して計測用パーソナルコンピュータ３２とデータ通信可能に接続されている。
なお、ＵＳＢ延長器４６、５６はトランスミッター、ＵＳＢ延長器４０、５２はレシーバーであるため、ＵＳＢ延長器４０（レシーバー）とＵＳＢ延長器５６（トランスミッター）とはＬＡＮケーブルでの接続ではなく、ＵＳＢケーブル５８で接続されることになる。
また、トランスミッター側のＵＳＢ延長器は電源供給が不要であるが、レシーバー側のＵＳＢ延長器は電源供給が必要であるため、レシーバー側のＵＳＢ延長器には不図示の無停電電源装置を介して電源が供給されている。
【００１２】
ここで、ＵＳＢケーブル４２、５０、５８の長さは、ＵＳＢの規格上、最大５ｍまでしか許容されず、また、使用条件によっては５ｍ未満（例えば３ｍ程度）までしか許容されないのに対して、ＵＳＢ延長器同士（トランスミッターからレシーバーまで）を接続するケーブル４４、５４の長さは例えば最大１００ｍまで許容されている。
したがって、運転台車１６０２から親機３８Ａまでの距離、および、親機３８Ａから親機３８Ｂまでの距離をそれぞれ最大で１００ｍ程度確保することができ、運転台車１６０２に対する２台の親機３８Ａ、３８Ｂの配置位置の自由度が確保されており、親機３８Ａ、３８Ｂと後述する子機６６との間に、無線回線の障害物となる足場などの仮設材、設備車両１６などが介在しても、それら障害物を回避しつつ親機３８Ａ、３８Ｂを設置でき、親機３８Ａ、３８Ｂと子機６６との間で安定した無線回線を形成する上で有利となっている。
なお、このような障害物が無ければ、長い寸法のケーブル４４、５８を用いることなくＵＳＢケーブルのみを用いればよいことは無論である。
【００１３】
トンネル躯体６の長手方向における予め定められた範囲内において、穴４の内壁４０２に組み付けられたセグメント２の内側面２０４（図１参照）には、セグメント２の組み付け状態に関わる物理量を検出するセンサ部６０が取着される。
本実施の形態では、センサ部６０は、クリップ型変位計６２と、カンチレバー型変位計６４とで構成されている。
クリップ型変位計６２は、隣接するセグメント２の間に形成される隙間、すなわち、目開きの寸法を検出するものである。
図４はクリップ型変位計６２の取り付け説明図である。
図４に示すように、隣接するセグメント２の間には、内周面２０４に臨んで例えば幅１０ｍｍ、深さ２０ｍｍ程度のコーキング溝２０４Ａが形成されている。
クリップ型変位計６２は、弾性を有する金属性の帯板をその厚さ方向において円弧状に湾曲させて形成された本体６２Ａと、本体６２Ａの両端から本体６２Ａの半径方向の外方に屈曲された対向する２つの突片６２Ｂとを有している。
クリップ型変位計６２は、本体６２Ａに、ひずみによって抵抗値が変化するひずみ抵抗素子が設けられており、突片６２Ｂ間の寸法が変化して本体６２Ａの形状が変化したことを前記ひずみ抵抗素子の抵抗値の変化によって検出するものである。
本実施の形態では、各突片６２Ｂをコーキング溝２０４Ａに挿入し、２つ突片６２Ｂの外側面をコーキング溝２０４Ａの対向する壁面にそれぞれ弾接させた状態でクリップ型変位計６２をセグメント２に取着する。
具体的には、各突片６２Ｂとコーキング溝２０４Ａの壁面との間に合成樹脂製の板、あるいは、金属製の板を介在させ、粘着型瞬間接着剤を用いて接着固定するが、軽い衝撃を与えることでクリップ型変位計６２を容易に取り外すことができる。
したがって、本実施の形態では、クリップ型変位計６２によって、隣接するセグメント２の間に形成される隙間の変化をコーキング溝２０４Ａの幅の変化として検出している。
【００１４】
図５はカンチレバー型変位計６４の取り付け説明図である。
カンチレバー型変位計６４は、隣接するセグメント２の間に形成される段差、すなわち、目違いの寸法を検出するものである。
図５に示すように、カンチレバー型変位計６４は、直線状に延在する金属製の帯板からなる本体６４Ａと、本体６４Ａの一端をなす基部６４Ｂと、本体６４Ａの他端をなす先部６４Ｃとを有している。
カンチレバー型変位計６４は、本体６４Ａにひずみ抵抗素子が設けられており、本体６４Ａが厚さ方向に湾曲されその形状が変化したことを前記ひずみ抵抗素子の抵抗値の変化によって検出するものである。
本実施の形態では、隣接する２つのセグメント２の一方のセグメント２の内周面２０４箇所に基部６４Ｂを固定し、先部６４Ｃを他方のセグメント２の内周面２０４Ａ箇所に弾接させた状態でカンチレバー型変位計６４をセグメント２に取着する。
具体的には、基端６４Ｂを内周面２０４Ａ箇所に粘着型瞬間接着剤を用いて接着固定し、他端６４Ｃを合成樹脂製の板を介在させて内周面２０４Ａ箇所に弾接させるが、軽い衝撃を与えることでカンチレバー型変位計６４を容易に取り外すことができる。
したがって、本実施の形態では、カンチレバー型変位計６４によって、隣接するセグメント２の間に形成される段差の変化を２つのセグメント２の内周面２０４の段差の変化として検出している。
【００１５】
また、本実施の形態では、セグメント２の組み付け状態に関わる物理量は、目開きと目違いの寸法であり、それらの変位量となる。なお、前記物理量は目開きと目違いの寸法に限られるものではなく、例えば、セグメント２の表面応力あるいは内部応力であってもよく、その場合には、センサ部６０として、表面応力あるいは内部応力を検出するセンサ部を用いればよい。
【００１６】
センサ部６０近傍のセグメント２の箇所には子機６６が取着される。
子機６６はデータ生成通信部を構成するものであって、センサ部６０とケーブルを介して電気的に接続され、センサ部６０によって検出される検出信号、言い換えると、センサ部６０を用いて生成される検出信号に基づいて前記の物理量を示すデータを生成し前記データを無線回線を介して親機３８に通信するものである。
したがって、子機６６は、前記検出信号を処理する信号処理回路（例えば、増幅回路、演算回路、Ａ／Ｄ変換回路など）と、無線通信を行うための通信回路やアンテナを備えており、内蔵バッテリーあるいは外付けのバッテリーから供給される電源で駆動され、各子機６６は防水ケースに収容されている。
また、子機６６を使用するにあたっては、センサ部６０で基準の物理量（変位量）を検出した際に前記基準の物理量に対応した正確なデータが生成されるように前記信号処理回路の校正を行う。この校正は、子機６６に接続したセンサ部６０に対して１度行えば、センサ部６０のセグメント２への取り付け箇所の変更の有無に拘わらず、頻繁に行う必要はなく、したがって、センサ部６０および子機６６を設置すればすぐに正確な物理量のデータの収集が可能となる。
【００１７】
本実施の形態では、子機６６は、センサ部６０を接続するためのコネクタが４つ設けられているため、最大４つのセンサ部６０のデータを生成、送信できるようになっている。なお、コネクタの数は子機６６の仕様によるものであり、コネクタの数は１つ、２つ、３つ、あるいは５つ以上であってもよい。
また、本実施の形態では、親機３８と子機６６との間の無線回線は、ＩＥＥＥ８０２．１５．４やZig Beeと称される短距離無線通信規格に準拠した２．４ＧＨｚ帯域の無線電波を用いており、見通しのよい環境における通信可能な距離（最大伝送距離）は例えば３０ｍ程度となっている。
また、親機３８、子機６６間の無線回線のチャンネルは１６チャンネル分用意されており、何れか１チャンネルで無線通信を行うため、最大で１６台の親機３８を同時に使用できるようになっている。
また、１台の親機３８は子機６６に割り当てられたＩＤ情報によって最大６５０００台の子機６６を識別して通信できるように構成されている。
したがって、僅かな親機３８によって多数の子機６６からのデータを収集することができ、言い換えると、セグメント２の取り付け状態に関わる物理量のデータを多数の箇所にわたって収集することが可能となる。
【００１８】
本実施の形態では、可撓性を有するフレキシブル管の一端が防水ケースに連結され、フレキシブル管内に前記ケーブルが収容されており、フレキシブル管の他端から導出されたケーブルの先端にセンサ部６０が接続されている。
フレキシブル管は、その中間の複数個所がプラスチックベースとプラスチックバンドを用いてセグメント２の内側面２０４に取り付けられ、これによりフレキシブル管を介して防水ケースおよび子機６６がセグメント２に取着される。
詳細に説明すると、前記プラスチックベースには、曲率のあるセグメント２の内側面（コンクリート面）２０４にぴったりと接着させるため、底面に弾性を有するスポンジ状の0.5〜1mm程度の緩衝材が貼付されており、この底面にコンクリート面での吸い込みを考慮して粘着型瞬間接着剤を塗り、セグメント２の内側面２０４に対して１０秒程度押さえて接着させる。そして、プラスチックベースとフレキシブル管の中間の複数個所をプラスチックバンドを介して連結する。これにより、防水ケースおよび子機６６がフレキシブル管を介してセグメント２に取着されている。
なお、プラスチックバンドはプラスチックベースに対して簡単に取り付け、取り外しができ、したがって、フレキシブル管、防水ケース、子機６６のセグメント２への取り付け、取り外しも簡単に行えるようになっている。
また、センサ部６０および子機６６は１人で持ち運びが可能な大きさと重量で構成されている。
また、本例では、防水ケースに連結されたフレキシブル管をセグメント２の内側面２０４に取着した場合について説明したが、フレキシブル管を用いることなく、防水ケースをプラスチックバンドとプラスチックベースを介してセグメント２に取着してもよいことは無論である。
【００１９】
次に上述のように構成された本実施の形態のセグメント取り付け状態のデータ収集システムの作用について説明する。
予め、計測用パーソナルコンピュータ３２、シールド機運転モニタリング用パーソナルコンピュータ３４などの運転台車１６０２への設置、および、親機３８のシールド機１０への取り付け、計測用パーソナルコンピュータ３２と親機３８との間の有線回線の配設が完了しているものとする。
作業者は、トンネル躯体６の長手方向における予め定められた範囲内において、計測すべきセグメント２の箇所、すなわち、トンネル躯体６の端部に組み付けられたセグメント２の内周面２０４に、言い換えると、シールド機１０に直近のセグメント２の内周面２０４に、子機６６およびセンサ部６０を前述の方法によって取り付け、子機６６の電源を投入し、子機６６と親機３８との間の無線回線による通信が可能な状態とする。
子機６６およびセンサ部６０のセグメント２への取り付け作業が完了したならば、運転台車１６０２に搭乗している作業者は、計測用パーソナルコンピュータ３２に組み込まれている所定の計測ソフトウェアを立ち上げる。
これにより、各子機６６で生成された物理量のデータが、無線回線、親機３８、有線回線を介して連続的あるいは断続的に収集される。データの収集を行うタイミングは、例えば、前記計測ソフトウェアの設定にもよるが、例えば１秒乃至１分間隔とされる。
計測用パーソナルコンピュータ３２が計測ソフトウェアを実行することにより、収集された物理量のデータは、計測用パーソナルコンピュータ３２によってハードディスク装置などの記録装置にリアルタイムで記録されるとともに、表、あるいは、グラフの形式でリアルタイムでディスプレイ装置に表示される。
前記作業者は、計測用パーソナルコンピュータ３２のディスプレイに表示されるデータと、シールド機運転モニタリング用パーソナルコンピュータ３４のディスプレイに表示されるジャッキ装置２２の動作状態とを目視し、ジャッキ装置２２の動作が適切に行われているかどうかを判断する。
そして、作業者は、前記の物理量のデータ、すなわち、目開きや目違いの寸法が許容範囲に収まるように、制御ユニット２８を操作して各ジャッキ２２０２の伸張量などを調整する。
シールド機１０とセンサ部６０が取着されているセグメント２との間の距離が近い間は、シールド機１０の運転（具体的にはジャッキ２２０２の伸張動作）に伴って各物理量が変化するが、前記距離が例えば１０ｍ乃至３０ｍ程度離れると、各物理量の変化がほとんどなくなる。
その時点で、作業者は、物理量の変化がなくなったセグメント２のセンサ部６０およびそれに接続されている子機６６をセグメント２から取り外す。
そして、取り外したセンサ部６０および子機６６を、トンネル躯体６の端部、すなわち、シールド機１０に直近のセグメント２に取り付け、上述の手順を繰り返す。
【００２０】
本実施の形態によれば、トンネル躯体６の長手方向における予め定められた範囲内において、各センサ部６０を用いて検出された物理量のデータを無線回線を介して、シールド機１０の外部で既に設置されたセグメントリング２Ａからなるトンネル躯体６内の箇所に設けられた計測用パーソナルコンピュータ３２で収集するようにした。
したがって、シールド機１０の掘進方向への進行によりシールド機１０に取り付けられた親機３８とセグメント２に取り付けられた子機６６およびセンサ部６０との距離が離間するものの、無線回線を介してデータの通信が行われているため、データの収集を連続的にあるいは断続的に、言い換えると、リアルタイムに行うことができ有利となる。
すなわち、従来は、センサ部が接続された計測器と計測用パーソナルコンピュータとをケーブルで接続するため、ケーブルの設置に伴い、シールド機１０の掘進を停止して複数の作業者が大掛かりな工事を行う必要があり、また、いったん設置したセンサ部、計測部、ケーブルの撤去にも手間がかかっており、センサ部の設置台数が増加するにつれて設置すべきケーブルも増大し多大な手間を要している。例えば、セグメント２の穴４の長手方向に沿った寸法が１ｍであり、センサ部が設置されるトンネル躯体６の長手方向が１０ｍ乃至３０ｍであり、その範囲に配置されるセグメントリング２Ａの数が１０個乃至３０個であり、セグメントリング２Ａが８個のセグメント２からなり、１つのセグメントリング２Ａに３つのセンサ部と計測器が設置されるとすると、設置すべきセンサ部の数は２４０個乃至７２０個となり、無数に近い数となるため、ケーブルの取り回しに多くの人手と工期を要していた。
これに対して、本実施の形態では、センサ部が接続された計測器と計測用パーソナルコンピュータとを接続するためのケーブルを要せずセンサ部６０および子機６６のみを１人で持ち運んで取り付けることができるものであり、シールド機１０の掘進を停止して大掛かりで手間のかかるケーブルの取り回し工事を行う必要が無いため、作業者の負担を減らすとともに、工期を短縮でき、コストダウンを図る上で有利となる。
また、本実施の形態では、ケーブルの配線工事が不要であることから、多数のセンサ部を設置する場合にも容易に対応でき、また、センサ部を緊急に設置する必要が生じた場合でも短い作業時間で簡単にセンサ部を設置することができ有利である。
また、センサ部と計測用パーソナルコンピュータとをケーブルで接続すると、切断などのトラブルを招きやすいが、本実施の形態では無線回線を用いているため、そのようなトラブルの発生がなく有利である。
また、セグメント２の組み付けに関わる物理量のデータを反映してジャッキ装置２２の動作を制御すれば、セグメント２の組み付け状態を良好なものとしてシールド工事を行うことができトンネル躯体６の品質を確保する上で有利となる。
【００２１】
なお、本実施の形態では、計測用パーソナルコンピュータ３２で収集されたデータと、シールド機運転モニタリング用パーソナルコンピュータ３４に表示されるジャッキ装置２２の動作状態とに基づいて、作業者が目開きや目違いの寸法が許容範囲に収まるように、制御ユニット２８を操作して各ジャッキ２２０２の伸張量などを調整する場合について説明したが、前記収集されたデータに基づいてジャッキ２２０２の自動制御を行うように制御ユニット２８の自動化を図ってもよいことは無論である。
また、本実施の形態では、計測用パーソナルコンピュータ３２によってデータを収集する場合について説明したが、計測用パーソナルコンピュータ３２をイントラネットまたはインターネットなどのネットワークに接続し、それらネットワークを介して施工現場から離れた場所に設置されたコンピュータや端末から前記セグメントの組み付け状態に関わる物理量のデータをモニタするようにしてもよいことは無論である。
また、本実施の形態では、ＩＥＥＥ８０２．１５．４やZig Beeといった通信規格に準拠した無線電波を用いて無線回線を構成したので、将来的にＩＥＥＥ８０２．１５．４やZig Beeに示されているメッシュネットワーク型のセンサ部ネットワークに前記無線回線を容易に対応させることができ有利である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本実施の形態のシールド工法を実施するシールド機１０の断面側面図である。
【図２】（Ａ）、（Ｂ）はシールド機１０の動作説明図である。
【図３】本実施の形態のセグメント取り付け状態のデータ収集システムの構成を示すブロック図である。
【図４】クリップ型変位計６２の取り付け説明図である。
【図５】カンチレバー型変位計６４の取り付け説明図である。
【符号の説明】
【００２３】
２……セグメント、２Ａ……セグメントリング、６……トンネル躯体、１０……シールド機、２２０２……ジャッキ、３２……計測用パーソナルコンピュータ、６０……センサ部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールド機の前端によって地山を削孔して穴を掘削するとともに前記シールド機の後部内で、既に組み立てられたトンネル躯体の端部に、複数のセグメントを組み付けてセグメントリングを組み立てることで前記トンネル躯体を延長し、前記組み立てたセグメントリングを前記セグメントリングの周方向に沿って配置された複数のジャッキにより押圧することで前記シールド機を前進させるシールド工法であって、
前記トンネル躯体の端部へのセグメントの組み付け毎に、前記トンネル躯体へ組み付けられたセグメントに、該セグメントの組み付け状態に関わる物理量を検出するセンサ部を着脱可能に取着し、
前記トンネル躯体の長手方向における予め定められた範囲内において前記各センサ部を用いて検出された前記物理量のデータを無線回線を介して、前記シールド機の外部で既に組み立てられたトンネル躯体内の箇所に設けられたデータ収集部で収集する、
ことを特徴とするシールド工法。
【請求項２】
前記データ収集部によって収集された前記データに基づいて前記各ジャッキの動作を制御することを特徴とする請求項１記載のシールド工法。
【請求項３】
前記物理量は、前記セグメントの目開きの寸法あるいは目違いの寸法あるいは前記セグメントの表面応力あるいは前記セグメントの内部応力の値の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項1記載のシールド工法。
【請求項４】
シールド機の前端によって地山を削孔して穴を掘削するとともに前記シールド機の後部内で、既に組み立てられたトンネル躯体の端部に、複数のセグメントを組み付けてセグメントリングを組み立てることで前記トンネル躯体を延長し、前記組み立てたセグメントリングを前記セグメントリングの周方向に沿って配置された複数のジャッキにより押圧することで前記シールド機を前進させる際に、前記トンネル躯体を構成するセグメントの取り付け状態に関わる物理量を示すデータを収集するデータ収集システムであって、
前記トンネル躯体の長手方向における予め定められた範囲内において前記トンネル躯体へ組み付けられたセグメントに着脱可能に取着され該セグメントの組み付け状態に関わる物理量を検出するセンサ部と、
前記シールド機の外部で既に組み立てられたトンネル躯体内の箇所に設けられ、前記各センサ部を用いて検出された前記物理量のデータを無線回線を介して収集するデータ収集部とを備える、
ことを特徴とするセグメント取り付け状態のデータ収集システム。
【請求項５】
前記センサ部の近傍のセグメント箇所に着脱可能に取着されたデータ生成通信部を有し、
前記データ生成通信部は、前記センサ部によって検出される検出信号に基づいて前記物理量のデータの生成と前記データの前記無線回線を介しての送信を行う、
ことを特徴とする請求項４記載のセグメント取り付け状態のデータ収集システム。
【請求項６】
前記物理量は、前記セグメントの目開きの寸法あるいは目違いの寸法あるいは前記セグメントの表面応力の値の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４記載のセグメント取り付け状態のデータ収集システム。
【請求項１】
シールド機の前端によって地山を削孔して穴を掘削するとともに前記シールド機の後部内で、既に組み立てられたトンネル躯体の端部に、複数のセグメントを組み付けてセグメントリングを組み立てることで前記トンネル躯体を延長し、前記組み立てたセグメントリングを前記セグメントリングの周方向に沿って配置された複数のジャッキにより押圧することで前記シールド機を前進させるシールド工法であって、
前記トンネル躯体の端部へのセグメントの組み付け毎に、前記トンネル躯体へ組み付けられたセグメントに、該セグメントの組み付け状態に関わる物理量を検出するセンサ部を着脱可能に取着し、
前記トンネル躯体の長手方向における予め定められた範囲内において前記各センサ部を用いて検出された前記物理量のデータを無線回線を介して、前記シールド機の外部で既に組み立てられたトンネル躯体内の箇所に設けられたデータ収集部で収集する、
ことを特徴とするシールド工法。
【請求項２】
前記データ収集部によって収集された前記データに基づいて前記各ジャッキの動作を制御することを特徴とする請求項１記載のシールド工法。
【請求項３】
前記物理量は、前記セグメントの目開きの寸法あるいは目違いの寸法あるいは前記セグメントの表面応力あるいは前記セグメントの内部応力の値の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項1記載のシールド工法。
【請求項４】
シールド機の前端によって地山を削孔して穴を掘削するとともに前記シールド機の後部内で、既に組み立てられたトンネル躯体の端部に、複数のセグメントを組み付けてセグメントリングを組み立てることで前記トンネル躯体を延長し、前記組み立てたセグメントリングを前記セグメントリングの周方向に沿って配置された複数のジャッキにより押圧することで前記シールド機を前進させる際に、前記トンネル躯体を構成するセグメントの取り付け状態に関わる物理量を示すデータを収集するデータ収集システムであって、
前記トンネル躯体の長手方向における予め定められた範囲内において前記トンネル躯体へ組み付けられたセグメントに着脱可能に取着され該セグメントの組み付け状態に関わる物理量を検出するセンサ部と、
前記シールド機の外部で既に組み立てられたトンネル躯体内の箇所に設けられ、前記各センサ部を用いて検出された前記物理量のデータを無線回線を介して収集するデータ収集部とを備える、
ことを特徴とするセグメント取り付け状態のデータ収集システム。
【請求項５】
前記センサ部の近傍のセグメント箇所に着脱可能に取着されたデータ生成通信部を有し、
前記データ生成通信部は、前記センサ部によって検出される検出信号に基づいて前記物理量のデータの生成と前記データの前記無線回線を介しての送信を行う、
ことを特徴とする請求項４記載のセグメント取り付け状態のデータ収集システム。
【請求項６】
前記物理量は、前記セグメントの目開きの寸法あるいは目違いの寸法あるいは前記セグメントの表面応力の値の少なくとも１つを含むことを特徴とする請求項４記載のセグメント取り付け状態のデータ収集システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−３２７１７２（Ｐ２００７−３２７１７２Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５６８１４（Ｐ２００６−１５６８１４）
【出願日】平成１８年６月６日（２００６．６．６）
【出願人】（３０２０６０９２６）株式会社フジタ (285)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月６日（２００６．６．６）
【出願人】（３０２０６０９２６）株式会社フジタ (285)
【Ｆターム（参考）】
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