シールド機
【課題】テールプレートのひずみ及びテールエンドクリアランスを測定可能なシールド機及びクリアランス測定方法を提供する。
【解決手段】油圧ジャッキ１７の押圧部１３にはクリアランス計１５が設置される。クリアランス計１５は、スキンプレート３内周面とセグメント９の外周面の隙間であるテールクリアランス２５を測定する。テールプレート１１にはひずみ計２１とストローク計２３が設置される。ひずみ計２１は、テールプレート１１のひずみを測定するためのものであり、テールプレート１１のスキンプレート３側と、テールプレート１１後端部に２箇所設置される。ストローク計２３は、テールプレート１１後端の内周面とセグメント９外周面の隙間であるテールエンドクリアランス２７を測定する為のもので、テールプレート１１の後端部内面に設置される。
【解決手段】油圧ジャッキ１７の押圧部１３にはクリアランス計１５が設置される。クリアランス計１５は、スキンプレート３内周面とセグメント９の外周面の隙間であるテールクリアランス２５を測定する。テールプレート１１にはひずみ計２１とストローク計２３が設置される。ひずみ計２１は、テールプレート１１のひずみを測定するためのものであり、テールプレート１１のスキンプレート３側と、テールプレート１１後端部に２箇所設置される。ストローク計２３は、テールプレート１１後端の内周面とセグメント９外周面の隙間であるテールエンドクリアランス２７を測定する為のもので、テールプレート１１の後端部内面に設置される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テールプレートの変形及びテールプレートとセグメントのクリアランスが測定可能なシールド機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地山を掘削しトンネルを施工するために、シールド機が使われている。図１０は、シールド機８０の概略を示す図である。図１０（ａ）は、シールド機８０がセグメント８９に対して直進する際の概略図である。
【０００３】
シールド機８０は、筒状のスキンプレート８３と、スキンプレート８３の前方に掘削部８１を具備し、掘削部８１にて地山を掘削する。シールド機８０の後方は、スキンプレート８３に接続された筒状のテールプレート８５が設けられる。シールド機８０は、テールプレート８５内で、図示しないセグメント組み立て装置によりセグメント８９を組み立てながら掘進する。図１０（ａ）に示す状態においては、セグメント８９とスキンプレート８３との隙間であるテールクリアランス９１が一定に保たれていれば、テールプレート８５後端部であるテールエンド８７とセグメント８９との隙間であるテールエンドクリアランス９３は一定に保たれ、テールエンド８７がセグメント８９に接触することはない。
【０００４】
図１０（ｂ）は、シールド機８０の姿勢が変化し、施工したセグメント８９軸方向に対してシールド機８０の進行方向が角度θを有する状態を示す図である。シールド機８０がセグメント８９に対して角度θの姿勢変化をきたすと、テールエンドクリアランス９３の一部が０となり、テールエンド８７とセグメント８９とが接触し、セグメント８９が損傷を受ける恐れがある。しかし、テールエンド８７とセグメント８９のクリアランスは、非常に狭小であるため、従来は、シールド機８０とセグメント８９のなす角度θ及びテールクリアランス９１を測定し、テールエンドクリアランス９３を予測し、テールエンド８７とセグメント８９の接触を防止している。
【０００５】
テールエンドクリアランス９３を予測するために、テールクリアランス９１を測定する方法としては、前後方向に可動で回転可能な測定子を具備した測定装置を用い、測定子をセグメントとスキンプレート内で回転させ、測定子がセグメント及びテールプレートと接触する際の角度を検出し、テールクリアランスを測定する方法がある（特許文献１）。
【０００６】
また、伸縮動作可能な測針を具備した測定装置を用い、セグメントとスキンプレートの隙間で測針を伸縮動作させ、測針のストロークをフォトセンサーにて測定し、テールクリアランスを測定する方法がある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３０８８８号公報
【特許文献２】特開２０００−３５２２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このようにしてテールクリアランス９１を正確に測定し、シールド機８０の姿勢を水平計等で厳重に管理していても、テールエンドクリアランス９３を正確に予測できない場合がある。
【０００９】
図１０（ｃ）は、テールプレート８５が変形し、ひずみが生じた状態を示す図である。テールプレート８５は、スキンプレーと８３と比べて厚さが薄く、掘削時の土砂等の影響でひずみを生じやすい。しかし、従来の方法では、テールプレート８５のひずみを知るための方法が存在しないという問題がある。また、テールプレート８５にひずみを生じた場合、前述したテールクリアランス９１と角度θのみの管理では、正確なテールクリアランス９３を予測することができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、テールプレートのひずみ及びテールエンドクリアランスを測定可能なシールド機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】
【００１１】
前述した目的を達成するため、本発明は、スキンプレート内に設けられたジャッキでセグメントを押圧して推進するシールド機であって、前記スキンプレートの後端部のテールプレートに設けられ、前記テールプレートと前記セグメントの間の第１のクリアランスを測定する第１の測定手段と、前記テールプレートに前記テールプレートのひずみを測定するひずみ計と、を具備することを特徴とするシールド機である。
【００１２】
前記スキンプレートと前記セグメントの間の第２のクリアランスを測定する第２の測定手段をさらに具備してもよい。
【００１３】
前記第１の測定手段は、前記テールプレートと前記セグメントの第１のクリアランス分だけ移動可能な可動部を有する油圧ジャッキと、前記油圧ジャッキの油流量を測定する手段と、を具備してもよい。
【００１４】
前記第１の測定手段は、前記テールプレートと前記セグメントの第１のクリアランス分だけ移動可能な可動部を有する油圧ジャッキと、前記油圧ジャッキの可動部の移動量を測定するセンサーと、を具備してもよい。
【００１５】
前記第１の測定手段は、前記テールプレートと前記セグメントの第１のクリアランス分だけ移動可能な可動部を有する油圧ジャッキと、前記油圧ジャッキの可動部に接続されたワイヤの移動量を測定する手段と、を具備してもよい。
【００１６】
本発明によれば、ひずみ計によりテールプレートのひずみを測定でき、また、第１の測定手段にてテールエンドクリアランスを直接測定する為、テールプレートのひずみ及びテールエンドクリアランスを測定可能なシールド機を提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、テールプレートのひずみ及びテールエンドクリアランスを測定可能なシールド機及びクリアランス測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態に係るシールド機１の構成を示す図。
【図２】シールド機１の断面図で、（ａ）はクリアランス計１５の配置を示す図、（ｂ）はひずみ計２１とストローク計２３の配置を示す図。
【図３】クリアランス計１５の説明図で、（ａ）は、クリアランス計１５の構成図、（ｂ）はクリアランス計１５の動作を示す図。
【図４】ひずみ計２１の構成を示す図。
【図５】ストローク計２３の構成を示す図。
【図６】ストローク計２３の動作を示す図で、（ａ）は可動部４５先端が矩形断面形状の場合、（ｂ）は可動部４５先端が半球形状の場合を示す図。
【図７】シールド機１の動作を示すフローチャート。
【図８】第２の実施の形態に係るストローク計６０の構成を示す図。
【図９】第３の実施の形態に係るストローク計７０の構成を示す図。
【図１０】従来のシールド機８０の姿勢とクリアランスの関係を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１（ａ）は本実施の形態に係るシールド機１を示す図である。シールド機１は、筒状のスキンプレート３と、スキンプレート３前方に設けられた掘削部５と、スキンプレート３後方に接続された筒状のテールプレート１１とから構成される。前記掘削部５はシールド機前方の地山を掘削する。テールプレート１１内では、図示しないセグメント組み立て装置によってセグメント９を組み立てる。
【００２０】
スキンプレート３内には、セグメント９を押圧する油圧ジャッキ７が設けられる。油圧ジャッキ７は、油圧ジャッキ本体８と、可動部１０と押圧部１３とから構成される。油圧ジャッキ本体８には、油圧ジャッキ本体８の軸方向に往復動作可能な可動部１０が設けられ、可動部１０の先端には押圧部１３が設けられる。シールド機１は、押圧部１３にてセグメント９を押圧し、セグメント９からの反力にて前方に推進する。
【００２１】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部拡大図である。押圧部１３にはクリアランス計１５が設置される。クリアランス計１５は、スキンプレート３内周面とセグメント９の外周面の隙間であるテールクリアランス２５を測定する。クリアランス計１５の詳細は後述する。
【００２２】
テールプレート１１にはシールド機１内部へ土砂等の侵入を防ぐパッキン１７とテールシール１９が複数設置される。また、テールプレート１１にはひずみ計２１とストローク計２３が設置される。ひずみ計２１は、テールプレート１１のひずみを測定するためのものであり、テールプレート１１のスキンプレート３側と、テールプレート１１後端部の２箇所設置される。ストローク計２３は、テールプレート１１後端の内周面とセグメント９外周面の隙間であるテールエンドクリアランス２７を測定する為のもので、テールプレート１１の後端部内面に設置される。ひずみ計２１及びストローク計２３の詳細は後述する。
【００２３】
図２（ａ）は、図１（ａ）におけるＢ断面をシールド機１前方から見た図であり、クリアランス計１５の配置を示した図である。筒状のスキンプレート３内に、セグメント９が設けられ、スキンプレート３とセグメント９との間にテールクリアランス２５が確保される。クリアランス計１５は、セグメント９の同一円周上に４箇所、図示を省略した押圧部１３に設置され、各設置位置のテールクリアランス２５を測定する。測定したデータは、図示しない制御部へ送信される。この制御部は、種々の信号が入力され、これらの信号に基づき、シールド機１の掘進制御等を行う。
【００２４】
図２（ｂ）は、図１（ａ）におけるＣ断面をシールド機１前方から見た図であり、ひずみ計２１、ストローク計２３の配置を示す図である。筒状のテールプレート１１内に、セグメント９が設けられ、テールプレート１１とセグメント９との間にテールエンドクリアランス２７が確保される。
【００２５】
ひずみ計２１は、テールプレート１１の同一円周上に１２箇所設置される。すなわち、ひずみ計２１は、テールプレート１１の前後方向に２箇所、円周方向に１２箇所、計２４箇所設置され、各設置位置におけるテールプレート１１のひずみを測定する。ストローク計２３は、テールプレート１１内面の同一円周上に８箇所設置され、各設置位置におけるテールエンドクリアランス２７を測定する。ひずみ計２１及びストローク計２３の測定値は図示しない制御部へ送信される。
【００２６】
図３（ａ）は、クリアランス計１５の構造を示した図である。クリアランス計１５は、クリアランス計本体２９と、回転軸３１と、プレート３３と、測定子３５から構成される。クリアランス計本体２９は、直方体の筐体で、内部には図示しない動作機構等を有する。プレート３３は、直方形の１の短辺に更に頂点を追加した５角形の板形状である。測定子３５は細い棒状である。
【００２７】
円柱形状の回転軸３１は、クリアランス計本体２９に設置され、クリアランス計本体２９内の図示しない動作機構により、図中ａ方向の前後動作と、図中ｂ方向の回転動作を行うことができる。クリアランス計本体２９には、前記動作機構を駆動するためのエアーチューブ３９が接続され、図示しない外部からのエアー源よりエアーが送られ、前記動作機構を駆動する。また、クリアランス計本体２９内には、回転軸の角度を検出する検出器が設置されており、検出した角度情報をケーブル３７により制御部へ送信する。
【００２８】
回転軸３１の端部は、プレート３３の中心から、５角形の追加した頂点位置とは反対側にやや偏芯した位置で、プレート３３と接合される。プレート３３の５角形の追加した頂点位置には、測定子３５が接合される。測定子３５は、プレート３３の回転軸３１とは反対面方向に、回転軸３１と同一軸方向で設置される。クリアランス計本体２９内部の動作機構により回転軸３１がａ方向へ前後移動すると、測定子３５はそれに応じて、軸方向に移動する。回転軸３１がｂ方向へ回転すると、測定子３５は、回転軸３１を中心として、回転移動する。
【００２９】
図３（ｂ）は、クリアランス計１５の動作を示した図である。なお、クリアランス計本体２９は図示を省略する。クリアランス計１５は、測定子３５を前後方向へ移動して、測定子３５をセグメント９とスキンプレート３の隙間に挿入する。測定子３５は、セグメント９とスキンプレート３の隙間内で回転移動し、スキンプレート３と接触した際の回転角度θ１を検出する。次に、測定子３５は逆回転をし、セグメント９に接触した際のθ２を検出する。制御部は、これら角度から、テールクリアランス２５を算出する。
【００３０】
ここで、クリアランス計１５は、エアーにより駆動したが、動作機構は特に規定しない。例えば、その他の流体により駆動させてもよく、電気モータ等を使用しても構わない。
【００３１】
図４は、ひずみ計２１の概略を示す図である。ひずみ計２１は、Ｘ軸ひずみ計４１とＹ軸ひずみ計４３とからなる。すなわち、テールプレート１１のひずみを直交する２軸のひずみ計で検出するため、より正確にテールプレート１１のひずみを測定することができる。測定データは、図示しない制御部へ送信される。
【００３２】
図５は、ストローク計２３の構成を示した図である。ストローク計２３は、ストローク計本体４７と、可動部４５からなる。ストローク計本体４７には、油配管４９が接続され、図示しないポンプや弁によりストローク計本体４７に油を供給する。可動部４５は、先端形状が半球形状であり、油圧を駆動源としてストローク計本体４７の軸方向に上下動作が可能である。油配管４９には、流量計、圧力計が設置され、油配管４９内を流れた油量および圧力を測定し、測定値は図示しない制御部へ送信される。
【００３３】
非測定時においては、可動部４５は図中の下方に移動した状態にあり、ストローク計本体４７内に収まっている。測定を開始すると、可動部４５は一定圧力で上方へ動作を開始し、可動部４５がセグメント９に接するまで上昇を続け、セグメント９に接触した段階で停止する。ストローク計２３は、測定開始から終了までに油配管４９内を流れた油量を測定する。制御部は、油配管４９内を流れた油量から、可動部４５のストローク量を算出することでテールエンドクリアランス２７を測定することができる。
【００３４】
図６は、ストローク計２３の動作を示す図である。図６（ａ）は、可動部４５端部の軸方向断面が矩形である場合を示した図である。通常、セグメント９とテールプレート１１の間の隙間には、グリス５１や土砂などの異物５３が存在する。従って、ストローク計２３の可動部４５の押圧は、グリス５１や異物５３に打ち勝つだけの力が必要である。しかし、可動部４５端部の軸方向断面が矩形である場合は、測定時に可動部４５端部とセグメント９との間で異物５３を挟みこむ恐れがある。この場合は、正確な測定ができない。
【００３５】
図６（ｂ）は、可動部４５端部が半球形状である場合を示した図である。この場合は、前述のように測定時に可動部４５とセグメント９との間に異物５３を挟んだ場合でも、可動部４５からの面圧が大きい為、異物５３を粉砕することが可能である。このため、正確な測定が可能である。したがって、可動部４５先端形状は半球形状が望ましい。
【００３６】
次に、本実施の形態の動作について説明する。図７は、セグメント設置後から掘進を開始するまでのフローチャートである。まず、制御部は、ひずみ計２１の測定値を確認する（ステップ１０１）。ひずみ計２１による測定は、シールド機１が掘進中であっても連続的に行うことができる。また、測定値は、シールド機内部又は外部に設置された表示部等に表示することもできる。
【００３７】
次に、制御部は、ひずみ計２１の測定値が規定値内であるかを確認する（ステップ１０２）。測定値が規定値内にない場合は、作業を中断し、原因を調査する（ステップ１１０）。
【００３８】
次に、制御部は、クリアランス計１５の測定値を確認する（ステップ１０３）。クリアランス計１５による測定は、シールド機１が掘進中であっても連続的に行うことができる。また、測定値は、シールド機内部又は外部に設置された表示部等に表示することもできる。
【００３９】
次に、制御部はクリアランス計１５の測定値が規定値内であるかを確認する（ステップ１０４）。測定値が規定値内である場合は、ステップ１０９に進み、掘進を開始する。測定値が規定値内でない場合は、ステップ１０５へ進む。
【００４０】
クリアランス計１５の測定値が規定値内でない場合は、制御部は、ストローク計２３により、テールエンドクリアランス２７の測定を開始する（ステップ１０５）。ストローク計２３は、掘進中は測定を行うことができないため、セグメント９設置後に測定を行う。
【００４１】
次に、制御部は、ストローク計２３の測定値を確認する（ステップ１０６）。測定値は、シールド機内部又は外部に設置された表示部等に表示することもできる。
【００４２】
次に、制御部は、ストローク計２３の測定値が規定値内であるかを確認する（ステップ１０７）。測定値が規定値内にない場合は、作業を中断し、原因を調査する（ステップ１１０）。
【００４３】
次に、制御部は、ストローク計２３の測定を終了する（ステップ１０８）。すなわち、ストローク計２３の可動部４５が縮まり、ストローク計本体４７内へ収まる。可動部４５が伸長した状態で掘進すると、可動部４５が破損する恐れがあるためである。
【００４４】
制御部は、ストローク計２３の測定値が規定値内であれば、掘進を開始する（ステップ１０９）。シールド機１は、セグメント９の幅だけ掘進した後、再度セグメント９を設置し、ステップ１０１からの動作を繰り返す。
【００４５】
このように、本実施の形態によれば、ひずみ計２１によりテールプレート１１のひずみを測定できるので、テールプレート１１の変形を確認することができる。また、ストローク計２３により、テールエンドクリアランス２７を直接測定できるため、セグメント９とテールプレート１１との接触を未然に防ぐことができる。
【００４６】
図８は、第２の実施の形態に係るストローク計６０を示す図である。以下の実施の形態において、図５に示すストローク計２３と同一の機能を果たす構成要素には、図５と同一の番号を付し、重複した説明を避ける。
【００４７】
ストローク計６０は、ストローク計本体４７と、可動部４５と、センサー６３から構成される。ストローク計本体４７には、油配管４９とケーブル６１が接続される。可動部４５は、先端形状が半球形状であり、油圧を駆動源としてストローク計本体４７の軸方向に上下動作が可能である。センサー６３は、ストローク計本体４７に接続されており、可動部４５のストローク量を測定可能である。すなわち、ストローク計６０は、測定開始から終了までの可動部４５のストローク量をセンサー６３にて測定することで、テールエンドクリアランス２７を測定し、測定値をケーブル６１により、図示しない制御部へ送信する。
【００４８】
センサー６３としては特に規定しないが、例えばリニアパルスエンコーダなどが使用できる。
【００４９】
第２の実施の形態によれば、油配管４９等からの油漏れなどの影響を受けず、正確なテールエンドクリアランスを測定可能である。
【００５０】
図９は、第３の実施の形態に係るストローク計７０を示す図である。ストローク計７０は、ストローク計本体４７と、可動部４５と、連結部７１と、ピン７３と、ガイド７５から構成される。ストローク計本体４７には、油配管４９が接続される。可動部４５は、先端形状が半球形状であり、油圧を駆動源としてストローク計本体４７の軸方向に上下動作が可能である。
【００５１】
連結部７１は、板状であり、可動部４５とピン７３を連結する。連結部７１の端部は棒状のピン７３の端部に固定される。連結部７１のもう一方の端部は可動部４５と連結され、ピン７３と可動部４５は同一軸方向に連結される。また、ガイド７５はストローク計本体４７に設置され、ピン７３の径よりもやや大きな穴を有する。ピン７３は、ガイド７５の穴に挿貫される。すなわち、ピン７３は、可動部４５の上下動作に追随して、ガイド７５の穴内を上下動する。
【００５２】
ピン７３のもう一方の端部にはワイヤ７９が接合される。ワイヤ７９は、滑車７７を介して、シールド機内へ導入され、トルクリール７８にて巻き取られる。トルクリール７８は、ワイヤ７９の巻取り量を測定できる。
【００５３】
したがって、ストローク計７０は、測定開始から終了までの可動部４５のストローク量に応じたピン７３の上下移動量を、ワイヤ７９を介して、トルクリール７８にて測定することで、テールエンドクリアランス２７を測定できる。測定データは、図示しない制御部へ送信される。
【００５４】
第３の実施の形態によれば、測定部に電気部品であるセンサー等を有しないため、グリスや水分の影響でも故障することが無く、正確なテールエンドクリアランスを測定可能である。
【００５５】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５６】
１………シールド機
３………スキンプレート
５………掘削部
７………油圧ジャッキ
８………油圧ジャッキ本体
９………セグメント
１０………可動部
１１………テールプレート
１３………押圧部
１５………クリアランス計
１７………パッキン
１９………テールシール
２１………ひずみ計
２３………ストローク計
２５………テールクリアランス
２７………テールエンドクリアランス
２９………クリアランス計本体
３１………回転軸
３３………プレート
３５………測定子
３７………ケーブル
３９………エアーチューブ
４１………Ｘ軸ひずみ計
４３………Ｙ軸ひずみ計
４５………可動部
４７………ストローク計本体
４９………油配管
５１………グリス
５３………異物
６０………ストローク計
６１………ケーブル
６３………センサー
７０………ストローク計
７１………連結部
７３………ピン
７５………ガイド
７７………滑車
７８………トルクリール
７９………ワイヤ
８０………シールド機
８１………掘削部
８３………スキンプレート
８５………テールプレート
８７………テールエンド
８９………セグメント
９１………テールクリアランス
９３………テールエンドクリアランス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、テールプレートの変形及びテールプレートとセグメントのクリアランスが測定可能なシールド機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、地山を掘削しトンネルを施工するために、シールド機が使われている。図１０は、シールド機８０の概略を示す図である。図１０（ａ）は、シールド機８０がセグメント８９に対して直進する際の概略図である。
【０００３】
シールド機８０は、筒状のスキンプレート８３と、スキンプレート８３の前方に掘削部８１を具備し、掘削部８１にて地山を掘削する。シールド機８０の後方は、スキンプレート８３に接続された筒状のテールプレート８５が設けられる。シールド機８０は、テールプレート８５内で、図示しないセグメント組み立て装置によりセグメント８９を組み立てながら掘進する。図１０（ａ）に示す状態においては、セグメント８９とスキンプレート８３との隙間であるテールクリアランス９１が一定に保たれていれば、テールプレート８５後端部であるテールエンド８７とセグメント８９との隙間であるテールエンドクリアランス９３は一定に保たれ、テールエンド８７がセグメント８９に接触することはない。
【０００４】
図１０（ｂ）は、シールド機８０の姿勢が変化し、施工したセグメント８９軸方向に対してシールド機８０の進行方向が角度θを有する状態を示す図である。シールド機８０がセグメント８９に対して角度θの姿勢変化をきたすと、テールエンドクリアランス９３の一部が０となり、テールエンド８７とセグメント８９とが接触し、セグメント８９が損傷を受ける恐れがある。しかし、テールエンド８７とセグメント８９のクリアランスは、非常に狭小であるため、従来は、シールド機８０とセグメント８９のなす角度θ及びテールクリアランス９１を測定し、テールエンドクリアランス９３を予測し、テールエンド８７とセグメント８９の接触を防止している。
【０００５】
テールエンドクリアランス９３を予測するために、テールクリアランス９１を測定する方法としては、前後方向に可動で回転可能な測定子を具備した測定装置を用い、測定子をセグメントとスキンプレート内で回転させ、測定子がセグメント及びテールプレートと接触する際の角度を検出し、テールクリアランスを測定する方法がある（特許文献１）。
【０００６】
また、伸縮動作可能な測針を具備した測定装置を用い、セグメントとスキンプレートの隙間で測針を伸縮動作させ、測針のストロークをフォトセンサーにて測定し、テールクリアランスを測定する方法がある（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３０８８８号公報
【特許文献２】特開２０００−３５２２９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、このようにしてテールクリアランス９１を正確に測定し、シールド機８０の姿勢を水平計等で厳重に管理していても、テールエンドクリアランス９３を正確に予測できない場合がある。
【０００９】
図１０（ｃ）は、テールプレート８５が変形し、ひずみが生じた状態を示す図である。テールプレート８５は、スキンプレーと８３と比べて厚さが薄く、掘削時の土砂等の影響でひずみを生じやすい。しかし、従来の方法では、テールプレート８５のひずみを知るための方法が存在しないという問題がある。また、テールプレート８５にひずみを生じた場合、前述したテールクリアランス９１と角度θのみの管理では、正確なテールクリアランス９３を予測することができないという問題がある。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、テールプレートのひずみ及びテールエンドクリアランスを測定可能なシールド機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】
【００１１】
前述した目的を達成するため、本発明は、スキンプレート内に設けられたジャッキでセグメントを押圧して推進するシールド機であって、前記スキンプレートの後端部のテールプレートに設けられ、前記テールプレートと前記セグメントの間の第１のクリアランスを測定する第１の測定手段と、前記テールプレートに前記テールプレートのひずみを測定するひずみ計と、を具備することを特徴とするシールド機である。
【００１２】
前記スキンプレートと前記セグメントの間の第２のクリアランスを測定する第２の測定手段をさらに具備してもよい。
【００１３】
前記第１の測定手段は、前記テールプレートと前記セグメントの第１のクリアランス分だけ移動可能な可動部を有する油圧ジャッキと、前記油圧ジャッキの油流量を測定する手段と、を具備してもよい。
【００１４】
前記第１の測定手段は、前記テールプレートと前記セグメントの第１のクリアランス分だけ移動可能な可動部を有する油圧ジャッキと、前記油圧ジャッキの可動部の移動量を測定するセンサーと、を具備してもよい。
【００１５】
前記第１の測定手段は、前記テールプレートと前記セグメントの第１のクリアランス分だけ移動可能な可動部を有する油圧ジャッキと、前記油圧ジャッキの可動部に接続されたワイヤの移動量を測定する手段と、を具備してもよい。
【００１６】
本発明によれば、ひずみ計によりテールプレートのひずみを測定でき、また、第１の測定手段にてテールエンドクリアランスを直接測定する為、テールプレートのひずみ及びテールエンドクリアランスを測定可能なシールド機を提供することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、テールプレートのひずみ及びテールエンドクリアランスを測定可能なシールド機及びクリアランス測定方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１の実施の形態に係るシールド機１の構成を示す図。
【図２】シールド機１の断面図で、（ａ）はクリアランス計１５の配置を示す図、（ｂ）はひずみ計２１とストローク計２３の配置を示す図。
【図３】クリアランス計１５の説明図で、（ａ）は、クリアランス計１５の構成図、（ｂ）はクリアランス計１５の動作を示す図。
【図４】ひずみ計２１の構成を示す図。
【図５】ストローク計２３の構成を示す図。
【図６】ストローク計２３の動作を示す図で、（ａ）は可動部４５先端が矩形断面形状の場合、（ｂ）は可動部４５先端が半球形状の場合を示す図。
【図７】シールド機１の動作を示すフローチャート。
【図８】第２の実施の形態に係るストローク計６０の構成を示す図。
【図９】第３の実施の形態に係るストローク計７０の構成を示す図。
【図１０】従来のシールド機８０の姿勢とクリアランスの関係を示した図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１（ａ）は本実施の形態に係るシールド機１を示す図である。シールド機１は、筒状のスキンプレート３と、スキンプレート３前方に設けられた掘削部５と、スキンプレート３後方に接続された筒状のテールプレート１１とから構成される。前記掘削部５はシールド機前方の地山を掘削する。テールプレート１１内では、図示しないセグメント組み立て装置によってセグメント９を組み立てる。
【００２０】
スキンプレート３内には、セグメント９を押圧する油圧ジャッキ７が設けられる。油圧ジャッキ７は、油圧ジャッキ本体８と、可動部１０と押圧部１３とから構成される。油圧ジャッキ本体８には、油圧ジャッキ本体８の軸方向に往復動作可能な可動部１０が設けられ、可動部１０の先端には押圧部１３が設けられる。シールド機１は、押圧部１３にてセグメント９を押圧し、セグメント９からの反力にて前方に推進する。
【００２１】
図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ部拡大図である。押圧部１３にはクリアランス計１５が設置される。クリアランス計１５は、スキンプレート３内周面とセグメント９の外周面の隙間であるテールクリアランス２５を測定する。クリアランス計１５の詳細は後述する。
【００２２】
テールプレート１１にはシールド機１内部へ土砂等の侵入を防ぐパッキン１７とテールシール１９が複数設置される。また、テールプレート１１にはひずみ計２１とストローク計２３が設置される。ひずみ計２１は、テールプレート１１のひずみを測定するためのものであり、テールプレート１１のスキンプレート３側と、テールプレート１１後端部の２箇所設置される。ストローク計２３は、テールプレート１１後端の内周面とセグメント９外周面の隙間であるテールエンドクリアランス２７を測定する為のもので、テールプレート１１の後端部内面に設置される。ひずみ計２１及びストローク計２３の詳細は後述する。
【００２３】
図２（ａ）は、図１（ａ）におけるＢ断面をシールド機１前方から見た図であり、クリアランス計１５の配置を示した図である。筒状のスキンプレート３内に、セグメント９が設けられ、スキンプレート３とセグメント９との間にテールクリアランス２５が確保される。クリアランス計１５は、セグメント９の同一円周上に４箇所、図示を省略した押圧部１３に設置され、各設置位置のテールクリアランス２５を測定する。測定したデータは、図示しない制御部へ送信される。この制御部は、種々の信号が入力され、これらの信号に基づき、シールド機１の掘進制御等を行う。
【００２４】
図２（ｂ）は、図１（ａ）におけるＣ断面をシールド機１前方から見た図であり、ひずみ計２１、ストローク計２３の配置を示す図である。筒状のテールプレート１１内に、セグメント９が設けられ、テールプレート１１とセグメント９との間にテールエンドクリアランス２７が確保される。
【００２５】
ひずみ計２１は、テールプレート１１の同一円周上に１２箇所設置される。すなわち、ひずみ計２１は、テールプレート１１の前後方向に２箇所、円周方向に１２箇所、計２４箇所設置され、各設置位置におけるテールプレート１１のひずみを測定する。ストローク計２３は、テールプレート１１内面の同一円周上に８箇所設置され、各設置位置におけるテールエンドクリアランス２７を測定する。ひずみ計２１及びストローク計２３の測定値は図示しない制御部へ送信される。
【００２６】
図３（ａ）は、クリアランス計１５の構造を示した図である。クリアランス計１５は、クリアランス計本体２９と、回転軸３１と、プレート３３と、測定子３５から構成される。クリアランス計本体２９は、直方体の筐体で、内部には図示しない動作機構等を有する。プレート３３は、直方形の１の短辺に更に頂点を追加した５角形の板形状である。測定子３５は細い棒状である。
【００２７】
円柱形状の回転軸３１は、クリアランス計本体２９に設置され、クリアランス計本体２９内の図示しない動作機構により、図中ａ方向の前後動作と、図中ｂ方向の回転動作を行うことができる。クリアランス計本体２９には、前記動作機構を駆動するためのエアーチューブ３９が接続され、図示しない外部からのエアー源よりエアーが送られ、前記動作機構を駆動する。また、クリアランス計本体２９内には、回転軸の角度を検出する検出器が設置されており、検出した角度情報をケーブル３７により制御部へ送信する。
【００２８】
回転軸３１の端部は、プレート３３の中心から、５角形の追加した頂点位置とは反対側にやや偏芯した位置で、プレート３３と接合される。プレート３３の５角形の追加した頂点位置には、測定子３５が接合される。測定子３５は、プレート３３の回転軸３１とは反対面方向に、回転軸３１と同一軸方向で設置される。クリアランス計本体２９内部の動作機構により回転軸３１がａ方向へ前後移動すると、測定子３５はそれに応じて、軸方向に移動する。回転軸３１がｂ方向へ回転すると、測定子３５は、回転軸３１を中心として、回転移動する。
【００２９】
図３（ｂ）は、クリアランス計１５の動作を示した図である。なお、クリアランス計本体２９は図示を省略する。クリアランス計１５は、測定子３５を前後方向へ移動して、測定子３５をセグメント９とスキンプレート３の隙間に挿入する。測定子３５は、セグメント９とスキンプレート３の隙間内で回転移動し、スキンプレート３と接触した際の回転角度θ１を検出する。次に、測定子３５は逆回転をし、セグメント９に接触した際のθ２を検出する。制御部は、これら角度から、テールクリアランス２５を算出する。
【００３０】
ここで、クリアランス計１５は、エアーにより駆動したが、動作機構は特に規定しない。例えば、その他の流体により駆動させてもよく、電気モータ等を使用しても構わない。
【００３１】
図４は、ひずみ計２１の概略を示す図である。ひずみ計２１は、Ｘ軸ひずみ計４１とＹ軸ひずみ計４３とからなる。すなわち、テールプレート１１のひずみを直交する２軸のひずみ計で検出するため、より正確にテールプレート１１のひずみを測定することができる。測定データは、図示しない制御部へ送信される。
【００３２】
図５は、ストローク計２３の構成を示した図である。ストローク計２３は、ストローク計本体４７と、可動部４５からなる。ストローク計本体４７には、油配管４９が接続され、図示しないポンプや弁によりストローク計本体４７に油を供給する。可動部４５は、先端形状が半球形状であり、油圧を駆動源としてストローク計本体４７の軸方向に上下動作が可能である。油配管４９には、流量計、圧力計が設置され、油配管４９内を流れた油量および圧力を測定し、測定値は図示しない制御部へ送信される。
【００３３】
非測定時においては、可動部４５は図中の下方に移動した状態にあり、ストローク計本体４７内に収まっている。測定を開始すると、可動部４５は一定圧力で上方へ動作を開始し、可動部４５がセグメント９に接するまで上昇を続け、セグメント９に接触した段階で停止する。ストローク計２３は、測定開始から終了までに油配管４９内を流れた油量を測定する。制御部は、油配管４９内を流れた油量から、可動部４５のストローク量を算出することでテールエンドクリアランス２７を測定することができる。
【００３４】
図６は、ストローク計２３の動作を示す図である。図６（ａ）は、可動部４５端部の軸方向断面が矩形である場合を示した図である。通常、セグメント９とテールプレート１１の間の隙間には、グリス５１や土砂などの異物５３が存在する。従って、ストローク計２３の可動部４５の押圧は、グリス５１や異物５３に打ち勝つだけの力が必要である。しかし、可動部４５端部の軸方向断面が矩形である場合は、測定時に可動部４５端部とセグメント９との間で異物５３を挟みこむ恐れがある。この場合は、正確な測定ができない。
【００３５】
図６（ｂ）は、可動部４５端部が半球形状である場合を示した図である。この場合は、前述のように測定時に可動部４５とセグメント９との間に異物５３を挟んだ場合でも、可動部４５からの面圧が大きい為、異物５３を粉砕することが可能である。このため、正確な測定が可能である。したがって、可動部４５先端形状は半球形状が望ましい。
【００３６】
次に、本実施の形態の動作について説明する。図７は、セグメント設置後から掘進を開始するまでのフローチャートである。まず、制御部は、ひずみ計２１の測定値を確認する（ステップ１０１）。ひずみ計２１による測定は、シールド機１が掘進中であっても連続的に行うことができる。また、測定値は、シールド機内部又は外部に設置された表示部等に表示することもできる。
【００３７】
次に、制御部は、ひずみ計２１の測定値が規定値内であるかを確認する（ステップ１０２）。測定値が規定値内にない場合は、作業を中断し、原因を調査する（ステップ１１０）。
【００３８】
次に、制御部は、クリアランス計１５の測定値を確認する（ステップ１０３）。クリアランス計１５による測定は、シールド機１が掘進中であっても連続的に行うことができる。また、測定値は、シールド機内部又は外部に設置された表示部等に表示することもできる。
【００３９】
次に、制御部はクリアランス計１５の測定値が規定値内であるかを確認する（ステップ１０４）。測定値が規定値内である場合は、ステップ１０９に進み、掘進を開始する。測定値が規定値内でない場合は、ステップ１０５へ進む。
【００４０】
クリアランス計１５の測定値が規定値内でない場合は、制御部は、ストローク計２３により、テールエンドクリアランス２７の測定を開始する（ステップ１０５）。ストローク計２３は、掘進中は測定を行うことができないため、セグメント９設置後に測定を行う。
【００４１】
次に、制御部は、ストローク計２３の測定値を確認する（ステップ１０６）。測定値は、シールド機内部又は外部に設置された表示部等に表示することもできる。
【００４２】
次に、制御部は、ストローク計２３の測定値が規定値内であるかを確認する（ステップ１０７）。測定値が規定値内にない場合は、作業を中断し、原因を調査する（ステップ１１０）。
【００４３】
次に、制御部は、ストローク計２３の測定を終了する（ステップ１０８）。すなわち、ストローク計２３の可動部４５が縮まり、ストローク計本体４７内へ収まる。可動部４５が伸長した状態で掘進すると、可動部４５が破損する恐れがあるためである。
【００４４】
制御部は、ストローク計２３の測定値が規定値内であれば、掘進を開始する（ステップ１０９）。シールド機１は、セグメント９の幅だけ掘進した後、再度セグメント９を設置し、ステップ１０１からの動作を繰り返す。
【００４５】
このように、本実施の形態によれば、ひずみ計２１によりテールプレート１１のひずみを測定できるので、テールプレート１１の変形を確認することができる。また、ストローク計２３により、テールエンドクリアランス２７を直接測定できるため、セグメント９とテールプレート１１との接触を未然に防ぐことができる。
【００４６】
図８は、第２の実施の形態に係るストローク計６０を示す図である。以下の実施の形態において、図５に示すストローク計２３と同一の機能を果たす構成要素には、図５と同一の番号を付し、重複した説明を避ける。
【００４７】
ストローク計６０は、ストローク計本体４７と、可動部４５と、センサー６３から構成される。ストローク計本体４７には、油配管４９とケーブル６１が接続される。可動部４５は、先端形状が半球形状であり、油圧を駆動源としてストローク計本体４７の軸方向に上下動作が可能である。センサー６３は、ストローク計本体４７に接続されており、可動部４５のストローク量を測定可能である。すなわち、ストローク計６０は、測定開始から終了までの可動部４５のストローク量をセンサー６３にて測定することで、テールエンドクリアランス２７を測定し、測定値をケーブル６１により、図示しない制御部へ送信する。
【００４８】
センサー６３としては特に規定しないが、例えばリニアパルスエンコーダなどが使用できる。
【００４９】
第２の実施の形態によれば、油配管４９等からの油漏れなどの影響を受けず、正確なテールエンドクリアランスを測定可能である。
【００５０】
図９は、第３の実施の形態に係るストローク計７０を示す図である。ストローク計７０は、ストローク計本体４７と、可動部４５と、連結部７１と、ピン７３と、ガイド７５から構成される。ストローク計本体４７には、油配管４９が接続される。可動部４５は、先端形状が半球形状であり、油圧を駆動源としてストローク計本体４７の軸方向に上下動作が可能である。
【００５１】
連結部７１は、板状であり、可動部４５とピン７３を連結する。連結部７１の端部は棒状のピン７３の端部に固定される。連結部７１のもう一方の端部は可動部４５と連結され、ピン７３と可動部４５は同一軸方向に連結される。また、ガイド７５はストローク計本体４７に設置され、ピン７３の径よりもやや大きな穴を有する。ピン７３は、ガイド７５の穴に挿貫される。すなわち、ピン７３は、可動部４５の上下動作に追随して、ガイド７５の穴内を上下動する。
【００５２】
ピン７３のもう一方の端部にはワイヤ７９が接合される。ワイヤ７９は、滑車７７を介して、シールド機内へ導入され、トルクリール７８にて巻き取られる。トルクリール７８は、ワイヤ７９の巻取り量を測定できる。
【００５３】
したがって、ストローク計７０は、測定開始から終了までの可動部４５のストローク量に応じたピン７３の上下移動量を、ワイヤ７９を介して、トルクリール７８にて測定することで、テールエンドクリアランス２７を測定できる。測定データは、図示しない制御部へ送信される。
【００５４】
第３の実施の形態によれば、測定部に電気部品であるセンサー等を有しないため、グリスや水分の影響でも故障することが無く、正確なテールエンドクリアランスを測定可能である。
【００５５】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５６】
１………シールド機
３………スキンプレート
５………掘削部
７………油圧ジャッキ
８………油圧ジャッキ本体
９………セグメント
１０………可動部
１１………テールプレート
１３………押圧部
１５………クリアランス計
１７………パッキン
１９………テールシール
２１………ひずみ計
２３………ストローク計
２５………テールクリアランス
２７………テールエンドクリアランス
２９………クリアランス計本体
３１………回転軸
３３………プレート
３５………測定子
３７………ケーブル
３９………エアーチューブ
４１………Ｘ軸ひずみ計
４３………Ｙ軸ひずみ計
４５………可動部
４７………ストローク計本体
４９………油配管
５１………グリス
５３………異物
６０………ストローク計
６１………ケーブル
６３………センサー
７０………ストローク計
７１………連結部
７３………ピン
７５………ガイド
７７………滑車
７８………トルクリール
７９………ワイヤ
８０………シールド機
８１………掘削部
８３………スキンプレート
８５………テールプレート
８７………テールエンド
８９………セグメント
９１………テールクリアランス
９３………テールエンドクリアランス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スキンプレート内に設けられたジャッキでセグメントを押圧して推進するシールド機であって、
前記スキンプレートの後端部のテールプレートに設けられ、前記テールプレートと前記セグメントの間の第１のクリアランスを測定する第１の測定手段と、
前記テールプレートに設けられ、前記テールプレートのひずみを測定するひずみ計と、
を具備することを特徴とするシールド機。
【請求項２】
前記スキンプレートと前記セグメントの間の第２のクリアランスを測定する第２の測定手段をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のシールド機。
【請求項３】
前記第１の測定手段は、
前記テールプレートと前記セグメントの第１のクリアランス分だけ移動可能な可動部を有する油圧ジャッキと、
前記油圧ジャッキの油流量を測定する手段と、
を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシールド機。
【請求項４】
前記第１の測定手段は、
前記テールプレートと前記セグメントの第１のクリアランス分だけ移動可能な可動部を有する油圧ジャッキと、
前記油圧ジャッキの可動部の移動量を測定するセンサーと、
を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシールド機。
【請求項５】
前記第１の測定手段は、
前記テールプレートと前記セグメントの第１のクリアランス分だけ移動可能な可動部を有する油圧ジャッキと、
前記油圧ジャッキの可動部に接続されたワイヤの移動量を測定する手段と、
を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシールド機。
【請求項１】
スキンプレート内に設けられたジャッキでセグメントを押圧して推進するシールド機であって、
前記スキンプレートの後端部のテールプレートに設けられ、前記テールプレートと前記セグメントの間の第１のクリアランスを測定する第１の測定手段と、
前記テールプレートに設けられ、前記テールプレートのひずみを測定するひずみ計と、
を具備することを特徴とするシールド機。
【請求項２】
前記スキンプレートと前記セグメントの間の第２のクリアランスを測定する第２の測定手段をさらに具備することを特徴とする請求項１記載のシールド機。
【請求項３】
前記第１の測定手段は、
前記テールプレートと前記セグメントの第１のクリアランス分だけ移動可能な可動部を有する油圧ジャッキと、
前記油圧ジャッキの油流量を測定する手段と、
を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシールド機。
【請求項４】
前記第１の測定手段は、
前記テールプレートと前記セグメントの第１のクリアランス分だけ移動可能な可動部を有する油圧ジャッキと、
前記油圧ジャッキの可動部の移動量を測定するセンサーと、
を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシールド機。
【請求項５】
前記第１の測定手段は、
前記テールプレートと前記セグメントの第１のクリアランス分だけ移動可能な可動部を有する油圧ジャッキと、
前記油圧ジャッキの可動部に接続されたワイヤの移動量を測定する手段と、
を具備することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のシールド機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−９７５５６（Ｐ２０１２−９７５５６Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２８０８３７（Ｐ２０１１−２８０８３７）
【出願日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【分割の表示】特願２００７−４０２５０（Ｐ２００７−４０２５０）の分割
【原出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【分割の表示】特願２００７−４０２５０（Ｐ２００７−４０２５０）の分割
【原出願日】平成１９年２月２１日（２００７．２．２１）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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