自走式エレクタの位置制御方法及び位置制御装置
【課題】既設セグメントに過大な荷重が作用するのを防ぐことができると共に、既設セグメントに対してエレクタ部を精度良く位置合わせすることができる自走式エレクタの位置制御方法と位置制御装置を提供する。
【解決手段】エレクタ部の中心が計画線８上に位置され、かつ、エレクタ部が計画線８の接線方向を向くように可動支持部を制御する自走式エレクタの位置制御方法であって、エレクタ部近傍の本体に複数のマークを左右に離間して設け、後方からマーク３９の位置を測量すると共に本体の傾斜角度を測定し、これら測量情報、傾斜情報、上記本体の寸法情報及び上記マーク３９の取付位置情報からマーク３９が移動されるべき理想点を算出すると共に理想点に対するマーク位置のずれを算出し、これらずれが所定の許容範囲内に収まるように可動支持部で本体の前後の２ヶ所を移動させるものである。
【解決手段】エレクタ部の中心が計画線８上に位置され、かつ、エレクタ部が計画線８の接線方向を向くように可動支持部を制御する自走式エレクタの位置制御方法であって、エレクタ部近傍の本体に複数のマークを左右に離間して設け、後方からマーク３９の位置を測量すると共に本体の傾斜角度を測定し、これら測量情報、傾斜情報、上記本体の寸法情報及び上記マーク３９の取付位置情報からマーク３９が移動されるべき理想点を算出すると共に理想点に対するマーク位置のずれを算出し、これらずれが所定の許容範囲内に収まるように可動支持部で本体の前後の２ヶ所を移動させるものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの構築が計画される計画線上に掘削されたトンネル穴内を走行しつつトンネル穴の内壁に沿ってセグメントを組み立てる自走式エレクタの位置制御方法及び位置制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自走式エレクタとしては、特許文献１に記載のものが知られている。この自走式エレクタは、既設セグメント上を走行する台車部と台車部に走行方向前方に延びて設けられセグメントを組み立てるエレクタ部とを備える。
【０００３】
この自走式エレクタは、手掘り或いは機械掘りにより形成したトンネル穴内にセグメントを組み立てることのできる画期的なものであったが、装置全体の荷重が既設セグメントに作用し、既設セグメントの耐久性を低下させる虞があった。このため、かかる課題を解決するために新たな構造の自走式エレクタを現在開発中（未公開）である。
【０００４】
この開発中の自走式エレクタは、掘削した地山（トンネル穴内）に敷設されたレール上を走行する台車と、この台車上に設けられエレクタ部を有する本体とから主に構成され、既設セグメント前方のレール上を走行することにより既設セグメントに過大な荷重を作用させないようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２３２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この自走式エレクタは、地山に敷設されたレール上を走行するものであるため、レールを精度良く敷設することが困難であり、エレクタ部をトンネルの中心に位置合わせするのが困難であるという課題があった。
【０００７】
また、カーブ施工時には、台車が既設セグメントより前方にあるため、既設セグメントの向きとエレクタ部の向きとが一致せず、既設セグメントに対するエレクタ部のずれ量が所定の許容範囲（約５０ｍｍ）内に収まらない可能性があるという課題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、既設セグメントに過大な荷重が作用するのを防ぐことができると共に、既設セグメントに対してエレクタ部を精度良く位置合わせすることができる自走式エレクタの位置制御方法と位置制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、トンネルの構築が計画される計画線上に掘削されたトンネル穴内にレールを敷設し、該レール上に台車を前後走行可能に設置し、該台車上に、前後に延び、かつ、後部にセグメント組立用のエレクタ部を有する本体を載置すると共に、該本体の少なくとも前後に離間する２ヶ所を上下左右に位置調節可能に支持する可動支持部を設け、上記エレクタ部の中心が上記計画線上に位置され、かつ、上記エレクタ部が上記計画線の接線方向を向くように上記可動支持部を制御する自走式エレクタの位置制御方法であって、上記エレクタ部近傍の本体に複数のマークを左右に離間して設け、該マークより後方のトンネル内からマークの位置を測量すると共に上記本体の傾斜角度を測定し、これら測量情報、傾斜情報、上記本体の寸法情報及び上記マークの取付位置情報から上記計画線上に上記エレクタ部の中心を位置させると共に上記エレクタ部の向きを上記計画線の接線方向に向けるために上記マークが移動されるべき理想点を算出すると共に該理想点に対するマーク位置のずれを算出し、これらずれが所定の許容範囲内に収まるように上記可動支持部で上記本体の前後の２ヶ所を移動させるものである。
【００１０】
上記ずれが所定の許容範囲内に収まるように上記可動支持部で上記本体を移動させるとき、上記測量情報、傾斜情報、上記本体の寸法情報及び上記マークの取付位置情報から上記可動支持部で支持される本体の支持位置を算出すると共に、該支持位置と前後方向の位置が同じで、かつ、左右に離間された２点の仮想計測点を算出し、上記計画線上に上記エレクタ部の中心を位置させると共に上記エレクタ部の向きを上記計画線の接線方向に向けるために上記仮想計測点が移動されるべき仮想理想点を算出し、該仮想理想点と上記仮想計測点とのずれを減少させるように上記可動支持部で上記支持位置を移動させるとよい。
【００１１】
上記仮想理想点と上記仮想計測点とのずれを減少させるように上記支持位置を移動させるとき、ずれ量に１００パーセントより小さな正のゲイン値を掛け、複数回に分けて上記支持位置を移動させるとよい。
【００１２】
上記可動支持部が、上記台車に前後左右に離間して設けられ、上記本体を昇降させる垂直ジャッキを有すると共に該垂直ジャッキを左右にスライドさせる水平ジャッキを有する水平・垂直調整装置からなり、上記本体を移動させるとき、上記水平・垂直調整装置で上記本体の前後左右の支持位置をそれぞれ同時に上下左右に移動させるとよい。
【００１３】
また、トンネルの構築が計画される計画線上に掘削されたトンネル穴内にレールを敷設し、該レール上に台車を前後走行可能に設置し、該台車上に、前後に延び、かつ、後部にセグメント組立用のエレクタ部を有する本体を載置すると共に、該本体の少なくとも前後に離間する２ヶ所を上下左右に位置調節可能に支持する可動支持部を設け、上記エレクタ部の中心が上記計画線上に位置され、かつ、上記エレクタ部が上記計画線の接線方向を向くように上記可動支持部を制御する自走式エレクタの位置制御装置であって、上記エレクタ部近傍の本体に左右に離間して設けられた複数のマークと、該マークより後方のトンネル内に設けられマークの位置を測量する測量器と、上記本体に設けられ本体の傾斜角度を測定する傾斜角検出器と、該傾斜角検出器から得られる傾斜情報、上記測量器から得られる測量情報、上記本体の寸法情報及び上記マークの取付位置情報から上記計画線上に上記エレクタ部の中心を位置させると共に上記エレクタ部の向きを上記計画線の接線方向に向けるために上記マークが移動されるべき理想点を算出すると共に該理想点に対するマーク位置のずれを算出し、これらずれが所定の許容範囲内に収まるように上記可動支持部で上記本体の前後の２ヶ所を移動させる制御部とを備えたものである。
【００１４】
上記制御部は、上記ずれが所定の許容範囲内に収まるように上記可動支持部で上記本体を移動させるとき、上記測量情報、傾斜情報、上記本体の寸法情報及び上記マークの取付位置情報から上記可動支持部で支持される本体の支持位置を算出すると共に、該支持位置と前後方向の位置が同じで、かつ、左右に離間された２点の仮想計測点を算出し、上記計画線上に上記エレクタ部の中心を位置させると共に上記エレクタ部の向きを上記計画線の接線方向に向けるために上記仮想計測点が移動されるべき仮想理想点を算出し、該仮想理想点と上記仮想計測点とのずれを減少させるように上記可動支持部で上記支持位置を移動させるとよい。
【００１５】
上記可動支持部が、上記台車に前後左右に離間して設けられ、上記本体を昇降させる垂直ジャッキを有すると共に該垂直ジャッキを左右にスライドさせる水平ジャッキを有する水平・垂直調整装置からなり、上記制御部は、上記本体を移動させるとき上記水平・垂直調整装置で上記本体の前後左右の支持位置を同時に上下左右に移動させるとよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、既設セグメントに過大な荷重が作用するのを防ぐことができると共に、既設セグメントに対してエレクタ部を精度良く位置合わせすることができる
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は自走式エレクタの側面図である。
【図２】図２は図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】図３は台車の正面図である。
【図４】図４は図３の要部拡大図である。
【図５】図５は図４の平面図である。
【図６】図６は図１の要部拡大図である。
【図７】図７は自走式エレクタの本体の測量方法を説明する説明図であり、（ａ）は自走式エレクタの平面説明図であり、（ｂ）は自走式エレクタの側面説明図である。
【図８】図８は自走式エレクタの位置制御方法を説明する平面説明図であり、（ａ）は測量中の自走式エレクタを示し、（ｂ）は調整用の仮想計測点を計算中の自走式エレクタを示し、（ｃ）は仮想計測点が移動されるべき仮想理想点と仮想理想点とのずれを計算中の自走式エレクタを示す。
【図９】図９（ａ）はマークの位置を示す自走式エレクタの背面図であり、図９（ｂ）は水平・垂直調整装置の位置を示す自走式エレクタの背面断面図である。
【図１０】図１０は前部調整位置の位置情報を出力するディスプレイ画面の正面図である。
【図１１】図１１は後部調整位置の位置情報を出力するディスプレイ画面の正面図である。
【図１２】図１２は組立用原点位置の位置情報を出力するディスプレイ画面の正面図である。
【図１３】図１３は（ａ）〜（ｄ）の順に行う測量器の盛り変え手順を示すトンネルの側面説明図である。
【図１４】図１４はトンネル穴に本体を固定する手順を示す自走式エレクタの背面説明図である。
【図１５】傾斜角センサーの正面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて説明する。
【００１９】
図１に示すように、自走式エレクタ１は、トンネル穴２内に敷設されたレール３上に前後走行可能に設置された台車４と、台車４上に載置され前後に延びると共に後部にセグメント組立用のエレクタ部５を有する本体６と、台車４上に設けられ本体６の前後に離間する２ヶ所を上下左右に位置調節可能に支持する可動支持部７とを備える。
【００２０】
トンネル穴２は、トンネルの構築が計画される計画線８と同軸上に手掘り或いは機械掘りにより掘削される。
【００２１】
図１、図３及び図６に示すように、台車４は、前後左右に延びて形成される平面視矩形状のフレーム台９と、フレーム台９に鉛直軸回り回転自在かつ左右に延びる軸回り回動自在に設けられた車輪ユニット１０と、フレーム台９に設けられレール３から反力を取ってフレーム台９に推進力を発生させる移動用ジャッキ１１とを備える。車輪ユニット１０は複数の車輪１２を支持フレーム１３に回転自在に設けてなる。移動用ジャッキ１１は、一端をフレーム台９に回動可能に連結されると共に他端にレール３を把持、開放するクランプ機構１４を有し、レール３を開放して伸張状態から収縮し、レール３を把持して収縮状態から伸張することにより台車４を図１の左方向へ前進させるようになっている。フレーム台９には、本体６を載置するための載置台１５が前後左右に離間して複数設けられる。
【００２２】
本体６は、前後に延びる角筒状に形成されたフレーム部１６と、フレーム部１６の後部に設けられたエレクタ部５と、既設セグメント１７の先端を後方に押し付ける押付ジャッキ１８とを備える。フレーム部１６は、Ｈ型鋼等の型鋼を格子状に接合した鉄骨構造とされている。フレーム部１６の前部と後部には、本体６を地山に固定するためのグリッパ１９、２０、２１が設けられる。グリッパ１９、２０、２１は、フレーム部１６の上部に上方に延びて設けられた上部グリッパ１９と、フレーム部１６の左右両側部に側方に延びて設けられた側部グリッパ２０と、フレーム部１６の下部に下方に延びて設けられた下部グリッパ２１とからなる。上部グリッパ１９と側部グリッパ２０と下部グリッパ２１はそれぞれ延長方向に伸縮自在なジャッキからなり、伸長することでトンネル穴２の上下の内壁２２間と左右の内壁２２間とで突っ張るようになっている。また、フレーム部１６の後部には、エレクタ部５を回転自在に支持する支持リング部２３が形成されている。図１及び図２に示すように、エレクタ部５は、支持リング部２３の内周に複数のローラ２４を介して回転可能に設けられた回転リング２５と、回転リング２５に後方に突出して設けられた腕部２６と、腕部２６にトンネル穴２の径方向に移動可能に設けられた吊りビーム２７と、吊りビーム２７に前後方向に移動可能に設けられたセグメント把持部２８とを備える。回転リング２５は、フレーム部１６の前後に延びる中心軸２９と同軸上に配置されており、中心軸２９回りに回転するようになっている。押付ジャッキ１８は、支持リング部２３の内周に沿って複数設けられており、組み立てたセグメント３０をそれぞれ後方に押すことでセグメント３０間の弾性材からなるシール（図示せず）を押し潰し、セグメント３０間の止水性を高めるようになっている。
【００２３】
図３及び図６に示すように、可動支持部７は、フレーム台９上に前後左右に離間して設けられ本体６を昇降自在かつ左右にスライド自在に支持する水平・垂直調整装置３１からなる。図４及び図５に示すように、水平・垂直調整装置３１は、本体６を昇降させる垂直ジャッキ３２と、垂直ジャッキ３２を左右にスライドさせる水平ジャッキ３３とを有する。水平ジャッキ３３は、取付盤３４を介してフレーム台９上に設けられる。垂直ジャッキ３２は、取付盤３４上でスライドするスライド盤３５上に設けられる。スライド盤３５には水平ジャッキ３３が設けられ水平ジャッキ３３が伸縮することでスライド盤３５が取付盤３４上で左右方向にスライドするようになっている。また、垂直ジャッキ３２の上端にはフレーム部１６の底面に当接されるシュー３６が設けられている。水平・垂直調整装置３１は、垂直ジャッキ３２を縮退させたときシュー３６の高さを載置台１５より低くするように形成されると共に、垂直ジャッキ３２を伸長させたとき載置台１５よりシュー３６の高さを高くするように形成されている。各水平・垂直調整装置３１の垂直ジャッキ３２と水平ジャッキ３３はそれぞれ独立して伸縮できるようになっており、本体６の前後左右の支持位置４９を上下左右に自由に移動できるようになっている。それぞれの垂直ジャッキ３２と水平ジャッキ３３には、ジャッキの伸長長さを計測するストロークセンサ（図示せず）が設けられており、ジャッキの長さ情報を常に後述する制御部３７に送るようになっている。図９（ｂ）に示すように、中心軸２９に対する支持位置４９の位置は、予め計測されており、制御部３７に入力されている。
【００２４】
エレクタ部５の位置合わせをするための位置制御装置３８は、エレクタ部５の中心（すなわち回転リング２５の中心）が計画線８上に位置されると共にエレクタ部５が計画線８の接線方向を向くように（中心軸２９が計画線８の接線方向を向くように）可動支持部７を制御する。
【００２５】
具体的には、位置制御装置３８は、エレクタ部５近傍の本体６に左右に離間して設けられた複数のマーク３９と、マーク３９より後方のトンネル内に設けられマーク３９の位置を測量する測量器４０と、本体６に設けられ本体６の傾斜角度を測定する傾斜角検出器４１と、傾斜角検出器４１から得られる本体６の傾斜情報、測量器４０から得られるマーク３９の測量情報、本体６の寸法情報及びマーク３９の取付位置情報から計画線８上にエレクタ部５の中心を位置させるためにマーク３９が移動されるべき理想点を算出すると共に理想点に対するマーク位置のずれを算出し、これらずれが所定の許容範囲内に収まるように可動支持部７で本体６の前後の２ヶ所を移動させる制御部３７とを備えて構成される。２ヶ所とは、前側の支持位置４９と後側の支持位置４９である。
【００２６】
マーク３９は、ＬＥＤを有する自己発光式のターゲットからなり、水平・垂直調整装置３１と略同じ高さ、同じ左右位置に２つ配置される。図９（ａ）に示すように、中心軸２９に対するマーク３９の取付位置は、予め計測されており、制御部３７に入力されている。
【００２７】
測量器４０は、レーザトランシッドからなり、ＬＥＤの光を探知してＬＥＤまでの距離と基準となる位置からの角度を検出する自動追尾型となっている。測量器４０は、所定時間ごとにマーク３９を探知してマーク３９の位置を制御部３７に送信するようになっている。
【００２８】
傾斜角検出器４１は、ローリング方向（左右方向）の傾斜角度を検出するローリング用傾斜角センサ（図示せず）とピッチング方向（前後方向）の傾斜角度を検出するピッチング用傾斜角センサ（図示せず）とを内蔵する。図１５に示すように、傾斜角センサ４２は、ケース４３内に板バネ４４を介して揺動自在に吊持されたマグネット４５と、ケース４３に設けられマグネット４５に臨む磁気抵抗素子４６と、マグネット４５の位置で磁気抵抗素子４６の抵抗比変化を得る等価回路（図示せず）と、ケース４３内に収容されたダンパーオイル４７とを有し、等価回路からの電気信号の変化で傾斜角度を検出するようになっている。
【００２９】
制御部３７は、コンピュータからなり、測量器４０とストロークセンサからの情報等を基に水平・垂直調整装置３１の垂直ジャッキ３２及び水平ジャッキ３３を伸縮制御するようになっている。
【００３０】
次に自走式エレクタ１の位置制御方法と作用について述べる。なお、制御部３７では常にプログラムが実行されており、後述する各種位置等の計算と水平・垂直調整装置３１の駆動制御は全て制御部３７が上記プログラムに基づいて行うものである。
【００３１】
１リング分のセグメント３０を組み立てた自走式エレクタ１を前方のセグメント組立位置に調整する場合、所定の走行準備をしたのち、移動用ジャッキ１１のクランプ機構１４でレール３を把持し、移動用ジャッキ１１を伸長させて自走式エレクタ１をセグメント１リング分前進させる。走行準備は、押付ジャッキ１８を全て縮退させたのち、側部グリッパ２０を縮退させると共に上部グリッパ１９を縮退させ、各水平・垂直調整装置３１の垂直ジャッキ３２を伸長させて水平・垂直調整装置３１上に本体６の荷重を載荷し、下部グリッパ２１を縮退させることで行う。これにより、トンネル穴２に固定されていた自走式エレクタ１をトンネル穴２から離脱でき走行可能な状態にできる。
【００３２】
この後、エレクタ部５の中心が計画線８上に位置されると共に、エレクタ部５の中心軸２９が計画線８の接線方向を向くように本体６の芯出し調整（位置調整）を行う。
【００３３】
芯出し調整は、マーク３９の位置を測量すると共に本体６の傾斜角度を計測し、かつ、計画線８上にエレクタ部５の中心を位置させると共にエレクタ部５の中心軸２９を計画線８の接線方向に向けるためにマーク３９が移動されるべき理想点を算出し、理想点に対するマーク位置のずれを算出し、これらずれが所定の許容範囲内に収まるように本体６の前後の２ヶ所を移動させることで行う。許容範囲は、約５０ｍｍである。
【００３４】
図７（ａ）、（ｂ）及び図８（ａ）に示すように、マーク３９の位置の測量は、まず、マーク３９より後方のトンネル内に測量器４０を設けると共に測量器４０より後方の基準となる位置にバックターゲット４８を設け、測量器４０にバックターゲット４８に対するマーク３９の相対位置を自動的に計測させ、これら相対位置情報から制御部３７がマーク３９の三次元座標を算出することで行う。このとき、測量器４０の左右方向のＸ座標、上下方向のＹ座標及び前後方向のＺ座標は予め明確となっており、バックターゲット４８の三次元座標も予め明確となっているため、測量器４０がバックターゲット４８を探し、バックターゲット４８に照準を合わせたのち、水平方向と上下方向に回動してマーク３９を探し、それぞれのマーク３９に照準を合わせることでバックターゲット４８からそれぞれのマーク３９までの水平方向の回動角度（水平角）を計測できると共に鉛直方向の回動角度（仰角）を計測でき、かつ、測量器４０からそれぞれのマーク３９までの距離を計測できる。
【００３５】
本体６の傾斜角度の測定は、傾斜角検出器４１にてピッチング方向の傾斜角度とローリング方向の傾斜角度を検出することで行う。
【００３６】
理想点の算出は、計画線８上にエレクタ部５の中心が位置されると共にエレクタ部５の中心軸２９が計画線８の接線方向を向くと仮定したときのマーク３９の位置を計画線８の位置情報と、本体６の寸法情報と、マーク３９の取付位置情報とから算出することで行う。具体的には、本体６の寸法情報は、エレクタ部５の中心を基点とする各部の座標であり、少なくとも本体６が水平・垂直調整装置３１により支持されるそれぞれの支持位置４９の座標を含む。
【００３７】
理想点に対するマーク位置のずれが許容範囲内に収まるように本体６の前後の２ヶ所を移動させる動作は、本体６の支持位置４９を可動支持部７で所定の位置に移動させることで行う。具体的には、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、本体６の支持位置４９が存在している前後方向の位置（Ｚ座標）を算出すると共に、支持位置４９と前後方向の位置（Ｚ座標）が同じで、かつ、左右に離間された２点、具体的には、マーク３９の座標のうちＺ座標のみを本体６の支持位置４９とした左右の２点（以下、仮想計測点という）をそれぞれ算出し、計画線８上にエレクタ部５の中心を位置させるために２つの仮想計測点が移動されるべき仮想理想点の座標をそれぞれ算出し、これら仮想理想点の座標と仮想計測点の座標とのずれを減少させるように支持位置４９を可動支持部７で移動させることで行う。図１０に示すように、本体６の前側の支持位置（前部調整位置）４９の仮想計測点５０と仮想理想点５１は、グラフ及び表として制御部３７のディスプレイ画面に表示される。図１１に示すように、本体６の後側の支持位置（後部調整位置）４９の仮想計測点５２と仮想理想点５３は、グラフ及び表として制御部３７の他のディスプレイ画面に表示される。図１２に示すように、マーク（組立用原点）３９の計測点と理想点は、グラフ及び表として制御部３７のさらに他のディスプレイ画面に表示される。
【００３８】
また、支持位置４９の移動は、仮想計測点５０、５２と仮想理想点５１、５３のずれ量に１００パーセントより小さな正のゲイン値、具体的には、５０％〜９０％のゲイン値を掛け、複数回に分けて行う。具体的には、マーク３９を測量したのち、傾斜角度を測定し、理想点を算出し、理想点と計測点のずれを算出し、ずれ量にゲイン値を掛けた距離だけ本体６を移動させるという一連の動作を数回繰り返して本体６の前後左右の４つの支持位置４９を徐々に仮想理想点５１、５３に近接させる。このとき、それぞれの支持位置４９での水平方向のずれ量と垂直方向のずれ量とが別々に算出されており、水平・垂直調整装置３１は支持位置４９の水平方向の移動を水平ジャッキ３３で行い、支持位置４９の垂直方向の移動を垂直ジャッキ３２で行うようになっているため、４つの支持位置４９を同時に、かつ、それぞれの支持位置４９を水平方向と垂直方向に同時に移動させることができ、容易かつ迅速にエレクタ部５のセンタリングができる。
【００３９】
このようにして本体６の位置合わせが完了したら、図１４（ａ）に示すように、下部グリッパ２１を伸長させ、図１４（ｂ）に示すように、上部グリッパ１９を伸長させ、図１４（ｃ）に示すように、左右の側部グリッパ２０を伸長させることで本体６をトンネル穴２に固定する。また、万一グリッパ１９、２０、２１を張り出した後で心ずれが発見された場合、グリッパ１９、２０、２１で位置修正しようとするとグリッパ１９、２０、２１に過剰な荷重が作用する虞があるため、一旦全てのグリッパ１９、２０、２１を縮退させて本体６を再度可動支持部７上に載置し、上述と同様の手順で位置調整操作を行う。
【００４０】
図１３（ａ）に示すように、自走式エレクタ１が走行し、測量器４０で測量できる距離を超えたり、カーブにより測量器４０からマーク３９を確認できない状態となったら、バックターゲット４８と測量器４０を前方位置に盛り換える。具体的には、図１３（ｂ）に示すように、自走式エレクタ１の近傍のトンネル内に新しい架台５４を設置し、図１３（ｃ）に示すように、新しい架台５４上に盛り換え作業用のターゲット５５を設け、このターゲット５５の位置をバックターゲット４８を基準として測量し、図１３（ｄ）に示すように、新しい架台５４上に測量器４０を移設すると共に測量器４０が設置されていた架台５４にバックターゲット４８を移設する。
【００４１】
このように、エレクタ部５近傍の本体６に複数のマーク３９を左右に離間して設け、マーク３９より後方のトンネル内からマーク３９の位置を測量すると共に本体６の傾斜角度を測定し、これら測量情報、傾斜情報、本体６の寸法情報及びマーク３９の取付位置情報から計画線８上にエレクタ部５の中心を位置させるためにマーク３９が移動されるべき理想点を算出すると共に理想点に対するマーク位置のずれを算出し、これらずれが所定の許容範囲内に収まるように可動支持部７で本体６の前後の２ヶ所を移動させるため、既設セグメント１７に過大な荷重が作用するのを防ぐことができると共に、既設セグメント１７に対してエレクタ部５を精度良く容易に位置合わせすることができる。
【００４２】
また、ずれが所定の許容範囲内に収まるように水平・垂直調整装置３１で本体６を移動させるとき、測量情報、傾斜情報、本体６の寸法情報及びマーク３９の取付位置情報から可動支持部７で支持される本体６の支持位置４９を算出すると共に、前後方向の位置が支持位置４９と同じで、かつ、左右に離間された２点の仮想計測点５０、５２を算出し、計画線８上にエレクタ部５の中心を位置させるために仮想計測点５０、５２が移動されるべき仮想理想点５１、５３を算出し、仮想理想点５１、５３と仮想計測点５０、５２とのずれを減少させるように可動支持部７で支持位置４９を移動させるものとしたため、簡単な制御で確実に回転リング２５の中心を計画線８上に近接できると共にエレクタ部５の中心軸２９を計画線８の接線方向に向けることができる。
【００４３】
仮想理想点５１、５３と仮想計測点５０、５２とのずれを減少させるように支持位置４９を移動させるとき、ずれ量に１００パーセントより小さな正のゲイン値を掛け、複数回に分けて支持位置４９を移動させるため、仮想理想点５１、５３と仮想計測点５０、５２のずれを段階的に小さくでき、確実に支持位置４９を仮想理想点５１、５３に近接できる。
【００４４】
可動支持部７が、台車４に前後左右に離間して設けられ、本体６を昇降させる垂直ジャッキ３２を有すると共に垂直ジャッキ３２を左右にスライドさせる水平ジャッキ３３を有する水平・垂直調整装置３１からなり、本体６を移動させるとき、水平・垂直調整装置３１で本体６の前後左右の支持位置４９をそれぞれ同時に上下左右に移動させるため、本体６の位置合わせを迅速に行うことができる。
【００４５】
なお、仮想計測点５０、５２は、マーク３９の座標のうちＺ座標のみを本体６の支持位置４９とした点としたがこれに限るものではない、Ｚ座標が本体６の支持位置４９と同じで、かつ、左右に離間されている任意の２点であればよく、支持位置４９であってもよい。
【００４６】
また、支持位置４９と同じＺ座標の仮想計測点は左右に離間した２点としたが、３点以上の複数の点であってもよく、１点であってもよい。１点とする場合、仮想計測点はＺ座標が本体６の支持位置４９と同じである中心軸２９上の点にするとよい。この場合も上述と同様に仮想理想点を算出し、仮想計測点と仮想理想点のずれを減少させるように水平・垂直調整装置３１を制御するとよい。またこの制御のみではローリング角度の調整はなされないため、ローリング角度については別途補正するとよい。
【符号の説明】
【００４７】
１ 自走式エレクタ
２ トンネル穴
３ レール
４ 台車
５ エレクタ部
６ 本体
７ 可動支持部
８ 計画線
３１ 水平・垂直調整装置
３２ 垂直ジャッキ
３３ 水平ジャッキ
３７ 制御部
３９ マーク
４０ 測量器
４１ 傾斜角検出器
４９ 支持位置
５０ 仮想計測点
５１ 仮想理想点
５２ 仮想計測点
５３ 仮想理想点
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネルの構築が計画される計画線上に掘削されたトンネル穴内を走行しつつトンネル穴の内壁に沿ってセグメントを組み立てる自走式エレクタの位置制御方法及び位置制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自走式エレクタとしては、特許文献１に記載のものが知られている。この自走式エレクタは、既設セグメント上を走行する台車部と台車部に走行方向前方に延びて設けられセグメントを組み立てるエレクタ部とを備える。
【０００３】
この自走式エレクタは、手掘り或いは機械掘りにより形成したトンネル穴内にセグメントを組み立てることのできる画期的なものであったが、装置全体の荷重が既設セグメントに作用し、既設セグメントの耐久性を低下させる虞があった。このため、かかる課題を解決するために新たな構造の自走式エレクタを現在開発中（未公開）である。
【０００４】
この開発中の自走式エレクタは、掘削した地山（トンネル穴内）に敷設されたレール上を走行する台車と、この台車上に設けられエレクタ部を有する本体とから主に構成され、既設セグメント前方のレール上を走行することにより既設セグメントに過大な荷重を作用させないようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２２３２６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この自走式エレクタは、地山に敷設されたレール上を走行するものであるため、レールを精度良く敷設することが困難であり、エレクタ部をトンネルの中心に位置合わせするのが困難であるという課題があった。
【０００７】
また、カーブ施工時には、台車が既設セグメントより前方にあるため、既設セグメントの向きとエレクタ部の向きとが一致せず、既設セグメントに対するエレクタ部のずれ量が所定の許容範囲（約５０ｍｍ）内に収まらない可能性があるという課題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、既設セグメントに過大な荷重が作用するのを防ぐことができると共に、既設セグメントに対してエレクタ部を精度良く位置合わせすることができる自走式エレクタの位置制御方法と位置制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、トンネルの構築が計画される計画線上に掘削されたトンネル穴内にレールを敷設し、該レール上に台車を前後走行可能に設置し、該台車上に、前後に延び、かつ、後部にセグメント組立用のエレクタ部を有する本体を載置すると共に、該本体の少なくとも前後に離間する２ヶ所を上下左右に位置調節可能に支持する可動支持部を設け、上記エレクタ部の中心が上記計画線上に位置され、かつ、上記エレクタ部が上記計画線の接線方向を向くように上記可動支持部を制御する自走式エレクタの位置制御方法であって、上記エレクタ部近傍の本体に複数のマークを左右に離間して設け、該マークより後方のトンネル内からマークの位置を測量すると共に上記本体の傾斜角度を測定し、これら測量情報、傾斜情報、上記本体の寸法情報及び上記マークの取付位置情報から上記計画線上に上記エレクタ部の中心を位置させると共に上記エレクタ部の向きを上記計画線の接線方向に向けるために上記マークが移動されるべき理想点を算出すると共に該理想点に対するマーク位置のずれを算出し、これらずれが所定の許容範囲内に収まるように上記可動支持部で上記本体の前後の２ヶ所を移動させるものである。
【００１０】
上記ずれが所定の許容範囲内に収まるように上記可動支持部で上記本体を移動させるとき、上記測量情報、傾斜情報、上記本体の寸法情報及び上記マークの取付位置情報から上記可動支持部で支持される本体の支持位置を算出すると共に、該支持位置と前後方向の位置が同じで、かつ、左右に離間された２点の仮想計測点を算出し、上記計画線上に上記エレクタ部の中心を位置させると共に上記エレクタ部の向きを上記計画線の接線方向に向けるために上記仮想計測点が移動されるべき仮想理想点を算出し、該仮想理想点と上記仮想計測点とのずれを減少させるように上記可動支持部で上記支持位置を移動させるとよい。
【００１１】
上記仮想理想点と上記仮想計測点とのずれを減少させるように上記支持位置を移動させるとき、ずれ量に１００パーセントより小さな正のゲイン値を掛け、複数回に分けて上記支持位置を移動させるとよい。
【００１２】
上記可動支持部が、上記台車に前後左右に離間して設けられ、上記本体を昇降させる垂直ジャッキを有すると共に該垂直ジャッキを左右にスライドさせる水平ジャッキを有する水平・垂直調整装置からなり、上記本体を移動させるとき、上記水平・垂直調整装置で上記本体の前後左右の支持位置をそれぞれ同時に上下左右に移動させるとよい。
【００１３】
また、トンネルの構築が計画される計画線上に掘削されたトンネル穴内にレールを敷設し、該レール上に台車を前後走行可能に設置し、該台車上に、前後に延び、かつ、後部にセグメント組立用のエレクタ部を有する本体を載置すると共に、該本体の少なくとも前後に離間する２ヶ所を上下左右に位置調節可能に支持する可動支持部を設け、上記エレクタ部の中心が上記計画線上に位置され、かつ、上記エレクタ部が上記計画線の接線方向を向くように上記可動支持部を制御する自走式エレクタの位置制御装置であって、上記エレクタ部近傍の本体に左右に離間して設けられた複数のマークと、該マークより後方のトンネル内に設けられマークの位置を測量する測量器と、上記本体に設けられ本体の傾斜角度を測定する傾斜角検出器と、該傾斜角検出器から得られる傾斜情報、上記測量器から得られる測量情報、上記本体の寸法情報及び上記マークの取付位置情報から上記計画線上に上記エレクタ部の中心を位置させると共に上記エレクタ部の向きを上記計画線の接線方向に向けるために上記マークが移動されるべき理想点を算出すると共に該理想点に対するマーク位置のずれを算出し、これらずれが所定の許容範囲内に収まるように上記可動支持部で上記本体の前後の２ヶ所を移動させる制御部とを備えたものである。
【００１４】
上記制御部は、上記ずれが所定の許容範囲内に収まるように上記可動支持部で上記本体を移動させるとき、上記測量情報、傾斜情報、上記本体の寸法情報及び上記マークの取付位置情報から上記可動支持部で支持される本体の支持位置を算出すると共に、該支持位置と前後方向の位置が同じで、かつ、左右に離間された２点の仮想計測点を算出し、上記計画線上に上記エレクタ部の中心を位置させると共に上記エレクタ部の向きを上記計画線の接線方向に向けるために上記仮想計測点が移動されるべき仮想理想点を算出し、該仮想理想点と上記仮想計測点とのずれを減少させるように上記可動支持部で上記支持位置を移動させるとよい。
【００１５】
上記可動支持部が、上記台車に前後左右に離間して設けられ、上記本体を昇降させる垂直ジャッキを有すると共に該垂直ジャッキを左右にスライドさせる水平ジャッキを有する水平・垂直調整装置からなり、上記制御部は、上記本体を移動させるとき上記水平・垂直調整装置で上記本体の前後左右の支持位置を同時に上下左右に移動させるとよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、既設セグメントに過大な荷重が作用するのを防ぐことができると共に、既設セグメントに対してエレクタ部を精度良く位置合わせすることができる
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は自走式エレクタの側面図である。
【図２】図２は図１のＡ−Ａ線矢視図である。
【図３】図３は台車の正面図である。
【図４】図４は図３の要部拡大図である。
【図５】図５は図４の平面図である。
【図６】図６は図１の要部拡大図である。
【図７】図７は自走式エレクタの本体の測量方法を説明する説明図であり、（ａ）は自走式エレクタの平面説明図であり、（ｂ）は自走式エレクタの側面説明図である。
【図８】図８は自走式エレクタの位置制御方法を説明する平面説明図であり、（ａ）は測量中の自走式エレクタを示し、（ｂ）は調整用の仮想計測点を計算中の自走式エレクタを示し、（ｃ）は仮想計測点が移動されるべき仮想理想点と仮想理想点とのずれを計算中の自走式エレクタを示す。
【図９】図９（ａ）はマークの位置を示す自走式エレクタの背面図であり、図９（ｂ）は水平・垂直調整装置の位置を示す自走式エレクタの背面断面図である。
【図１０】図１０は前部調整位置の位置情報を出力するディスプレイ画面の正面図である。
【図１１】図１１は後部調整位置の位置情報を出力するディスプレイ画面の正面図である。
【図１２】図１２は組立用原点位置の位置情報を出力するディスプレイ画面の正面図である。
【図１３】図１３は（ａ）〜（ｄ）の順に行う測量器の盛り変え手順を示すトンネルの側面説明図である。
【図１４】図１４はトンネル穴に本体を固定する手順を示す自走式エレクタの背面説明図である。
【図１５】傾斜角センサーの正面説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に、本発明を実施するための形態を添付図面に基いて説明する。
【００１９】
図１に示すように、自走式エレクタ１は、トンネル穴２内に敷設されたレール３上に前後走行可能に設置された台車４と、台車４上に載置され前後に延びると共に後部にセグメント組立用のエレクタ部５を有する本体６と、台車４上に設けられ本体６の前後に離間する２ヶ所を上下左右に位置調節可能に支持する可動支持部７とを備える。
【００２０】
トンネル穴２は、トンネルの構築が計画される計画線８と同軸上に手掘り或いは機械掘りにより掘削される。
【００２１】
図１、図３及び図６に示すように、台車４は、前後左右に延びて形成される平面視矩形状のフレーム台９と、フレーム台９に鉛直軸回り回転自在かつ左右に延びる軸回り回動自在に設けられた車輪ユニット１０と、フレーム台９に設けられレール３から反力を取ってフレーム台９に推進力を発生させる移動用ジャッキ１１とを備える。車輪ユニット１０は複数の車輪１２を支持フレーム１３に回転自在に設けてなる。移動用ジャッキ１１は、一端をフレーム台９に回動可能に連結されると共に他端にレール３を把持、開放するクランプ機構１４を有し、レール３を開放して伸張状態から収縮し、レール３を把持して収縮状態から伸張することにより台車４を図１の左方向へ前進させるようになっている。フレーム台９には、本体６を載置するための載置台１５が前後左右に離間して複数設けられる。
【００２２】
本体６は、前後に延びる角筒状に形成されたフレーム部１６と、フレーム部１６の後部に設けられたエレクタ部５と、既設セグメント１７の先端を後方に押し付ける押付ジャッキ１８とを備える。フレーム部１６は、Ｈ型鋼等の型鋼を格子状に接合した鉄骨構造とされている。フレーム部１６の前部と後部には、本体６を地山に固定するためのグリッパ１９、２０、２１が設けられる。グリッパ１９、２０、２１は、フレーム部１６の上部に上方に延びて設けられた上部グリッパ１９と、フレーム部１６の左右両側部に側方に延びて設けられた側部グリッパ２０と、フレーム部１６の下部に下方に延びて設けられた下部グリッパ２１とからなる。上部グリッパ１９と側部グリッパ２０と下部グリッパ２１はそれぞれ延長方向に伸縮自在なジャッキからなり、伸長することでトンネル穴２の上下の内壁２２間と左右の内壁２２間とで突っ張るようになっている。また、フレーム部１６の後部には、エレクタ部５を回転自在に支持する支持リング部２３が形成されている。図１及び図２に示すように、エレクタ部５は、支持リング部２３の内周に複数のローラ２４を介して回転可能に設けられた回転リング２５と、回転リング２５に後方に突出して設けられた腕部２６と、腕部２６にトンネル穴２の径方向に移動可能に設けられた吊りビーム２７と、吊りビーム２７に前後方向に移動可能に設けられたセグメント把持部２８とを備える。回転リング２５は、フレーム部１６の前後に延びる中心軸２９と同軸上に配置されており、中心軸２９回りに回転するようになっている。押付ジャッキ１８は、支持リング部２３の内周に沿って複数設けられており、組み立てたセグメント３０をそれぞれ後方に押すことでセグメント３０間の弾性材からなるシール（図示せず）を押し潰し、セグメント３０間の止水性を高めるようになっている。
【００２３】
図３及び図６に示すように、可動支持部７は、フレーム台９上に前後左右に離間して設けられ本体６を昇降自在かつ左右にスライド自在に支持する水平・垂直調整装置３１からなる。図４及び図５に示すように、水平・垂直調整装置３１は、本体６を昇降させる垂直ジャッキ３２と、垂直ジャッキ３２を左右にスライドさせる水平ジャッキ３３とを有する。水平ジャッキ３３は、取付盤３４を介してフレーム台９上に設けられる。垂直ジャッキ３２は、取付盤３４上でスライドするスライド盤３５上に設けられる。スライド盤３５には水平ジャッキ３３が設けられ水平ジャッキ３３が伸縮することでスライド盤３５が取付盤３４上で左右方向にスライドするようになっている。また、垂直ジャッキ３２の上端にはフレーム部１６の底面に当接されるシュー３６が設けられている。水平・垂直調整装置３１は、垂直ジャッキ３２を縮退させたときシュー３６の高さを載置台１５より低くするように形成されると共に、垂直ジャッキ３２を伸長させたとき載置台１５よりシュー３６の高さを高くするように形成されている。各水平・垂直調整装置３１の垂直ジャッキ３２と水平ジャッキ３３はそれぞれ独立して伸縮できるようになっており、本体６の前後左右の支持位置４９を上下左右に自由に移動できるようになっている。それぞれの垂直ジャッキ３２と水平ジャッキ３３には、ジャッキの伸長長さを計測するストロークセンサ（図示せず）が設けられており、ジャッキの長さ情報を常に後述する制御部３７に送るようになっている。図９（ｂ）に示すように、中心軸２９に対する支持位置４９の位置は、予め計測されており、制御部３７に入力されている。
【００２４】
エレクタ部５の位置合わせをするための位置制御装置３８は、エレクタ部５の中心（すなわち回転リング２５の中心）が計画線８上に位置されると共にエレクタ部５が計画線８の接線方向を向くように（中心軸２９が計画線８の接線方向を向くように）可動支持部７を制御する。
【００２５】
具体的には、位置制御装置３８は、エレクタ部５近傍の本体６に左右に離間して設けられた複数のマーク３９と、マーク３９より後方のトンネル内に設けられマーク３９の位置を測量する測量器４０と、本体６に設けられ本体６の傾斜角度を測定する傾斜角検出器４１と、傾斜角検出器４１から得られる本体６の傾斜情報、測量器４０から得られるマーク３９の測量情報、本体６の寸法情報及びマーク３９の取付位置情報から計画線８上にエレクタ部５の中心を位置させるためにマーク３９が移動されるべき理想点を算出すると共に理想点に対するマーク位置のずれを算出し、これらずれが所定の許容範囲内に収まるように可動支持部７で本体６の前後の２ヶ所を移動させる制御部３７とを備えて構成される。２ヶ所とは、前側の支持位置４９と後側の支持位置４９である。
【００２６】
マーク３９は、ＬＥＤを有する自己発光式のターゲットからなり、水平・垂直調整装置３１と略同じ高さ、同じ左右位置に２つ配置される。図９（ａ）に示すように、中心軸２９に対するマーク３９の取付位置は、予め計測されており、制御部３７に入力されている。
【００２７】
測量器４０は、レーザトランシッドからなり、ＬＥＤの光を探知してＬＥＤまでの距離と基準となる位置からの角度を検出する自動追尾型となっている。測量器４０は、所定時間ごとにマーク３９を探知してマーク３９の位置を制御部３７に送信するようになっている。
【００２８】
傾斜角検出器４１は、ローリング方向（左右方向）の傾斜角度を検出するローリング用傾斜角センサ（図示せず）とピッチング方向（前後方向）の傾斜角度を検出するピッチング用傾斜角センサ（図示せず）とを内蔵する。図１５に示すように、傾斜角センサ４２は、ケース４３内に板バネ４４を介して揺動自在に吊持されたマグネット４５と、ケース４３に設けられマグネット４５に臨む磁気抵抗素子４６と、マグネット４５の位置で磁気抵抗素子４６の抵抗比変化を得る等価回路（図示せず）と、ケース４３内に収容されたダンパーオイル４７とを有し、等価回路からの電気信号の変化で傾斜角度を検出するようになっている。
【００２９】
制御部３７は、コンピュータからなり、測量器４０とストロークセンサからの情報等を基に水平・垂直調整装置３１の垂直ジャッキ３２及び水平ジャッキ３３を伸縮制御するようになっている。
【００３０】
次に自走式エレクタ１の位置制御方法と作用について述べる。なお、制御部３７では常にプログラムが実行されており、後述する各種位置等の計算と水平・垂直調整装置３１の駆動制御は全て制御部３７が上記プログラムに基づいて行うものである。
【００３１】
１リング分のセグメント３０を組み立てた自走式エレクタ１を前方のセグメント組立位置に調整する場合、所定の走行準備をしたのち、移動用ジャッキ１１のクランプ機構１４でレール３を把持し、移動用ジャッキ１１を伸長させて自走式エレクタ１をセグメント１リング分前進させる。走行準備は、押付ジャッキ１８を全て縮退させたのち、側部グリッパ２０を縮退させると共に上部グリッパ１９を縮退させ、各水平・垂直調整装置３１の垂直ジャッキ３２を伸長させて水平・垂直調整装置３１上に本体６の荷重を載荷し、下部グリッパ２１を縮退させることで行う。これにより、トンネル穴２に固定されていた自走式エレクタ１をトンネル穴２から離脱でき走行可能な状態にできる。
【００３２】
この後、エレクタ部５の中心が計画線８上に位置されると共に、エレクタ部５の中心軸２９が計画線８の接線方向を向くように本体６の芯出し調整（位置調整）を行う。
【００３３】
芯出し調整は、マーク３９の位置を測量すると共に本体６の傾斜角度を計測し、かつ、計画線８上にエレクタ部５の中心を位置させると共にエレクタ部５の中心軸２９を計画線８の接線方向に向けるためにマーク３９が移動されるべき理想点を算出し、理想点に対するマーク位置のずれを算出し、これらずれが所定の許容範囲内に収まるように本体６の前後の２ヶ所を移動させることで行う。許容範囲は、約５０ｍｍである。
【００３４】
図７（ａ）、（ｂ）及び図８（ａ）に示すように、マーク３９の位置の測量は、まず、マーク３９より後方のトンネル内に測量器４０を設けると共に測量器４０より後方の基準となる位置にバックターゲット４８を設け、測量器４０にバックターゲット４８に対するマーク３９の相対位置を自動的に計測させ、これら相対位置情報から制御部３７がマーク３９の三次元座標を算出することで行う。このとき、測量器４０の左右方向のＸ座標、上下方向のＹ座標及び前後方向のＺ座標は予め明確となっており、バックターゲット４８の三次元座標も予め明確となっているため、測量器４０がバックターゲット４８を探し、バックターゲット４８に照準を合わせたのち、水平方向と上下方向に回動してマーク３９を探し、それぞれのマーク３９に照準を合わせることでバックターゲット４８からそれぞれのマーク３９までの水平方向の回動角度（水平角）を計測できると共に鉛直方向の回動角度（仰角）を計測でき、かつ、測量器４０からそれぞれのマーク３９までの距離を計測できる。
【００３５】
本体６の傾斜角度の測定は、傾斜角検出器４１にてピッチング方向の傾斜角度とローリング方向の傾斜角度を検出することで行う。
【００３６】
理想点の算出は、計画線８上にエレクタ部５の中心が位置されると共にエレクタ部５の中心軸２９が計画線８の接線方向を向くと仮定したときのマーク３９の位置を計画線８の位置情報と、本体６の寸法情報と、マーク３９の取付位置情報とから算出することで行う。具体的には、本体６の寸法情報は、エレクタ部５の中心を基点とする各部の座標であり、少なくとも本体６が水平・垂直調整装置３１により支持されるそれぞれの支持位置４９の座標を含む。
【００３７】
理想点に対するマーク位置のずれが許容範囲内に収まるように本体６の前後の２ヶ所を移動させる動作は、本体６の支持位置４９を可動支持部７で所定の位置に移動させることで行う。具体的には、図８（ｂ）、（ｃ）に示すように、本体６の支持位置４９が存在している前後方向の位置（Ｚ座標）を算出すると共に、支持位置４９と前後方向の位置（Ｚ座標）が同じで、かつ、左右に離間された２点、具体的には、マーク３９の座標のうちＺ座標のみを本体６の支持位置４９とした左右の２点（以下、仮想計測点という）をそれぞれ算出し、計画線８上にエレクタ部５の中心を位置させるために２つの仮想計測点が移動されるべき仮想理想点の座標をそれぞれ算出し、これら仮想理想点の座標と仮想計測点の座標とのずれを減少させるように支持位置４９を可動支持部７で移動させることで行う。図１０に示すように、本体６の前側の支持位置（前部調整位置）４９の仮想計測点５０と仮想理想点５１は、グラフ及び表として制御部３７のディスプレイ画面に表示される。図１１に示すように、本体６の後側の支持位置（後部調整位置）４９の仮想計測点５２と仮想理想点５３は、グラフ及び表として制御部３７の他のディスプレイ画面に表示される。図１２に示すように、マーク（組立用原点）３９の計測点と理想点は、グラフ及び表として制御部３７のさらに他のディスプレイ画面に表示される。
【００３８】
また、支持位置４９の移動は、仮想計測点５０、５２と仮想理想点５１、５３のずれ量に１００パーセントより小さな正のゲイン値、具体的には、５０％〜９０％のゲイン値を掛け、複数回に分けて行う。具体的には、マーク３９を測量したのち、傾斜角度を測定し、理想点を算出し、理想点と計測点のずれを算出し、ずれ量にゲイン値を掛けた距離だけ本体６を移動させるという一連の動作を数回繰り返して本体６の前後左右の４つの支持位置４９を徐々に仮想理想点５１、５３に近接させる。このとき、それぞれの支持位置４９での水平方向のずれ量と垂直方向のずれ量とが別々に算出されており、水平・垂直調整装置３１は支持位置４９の水平方向の移動を水平ジャッキ３３で行い、支持位置４９の垂直方向の移動を垂直ジャッキ３２で行うようになっているため、４つの支持位置４９を同時に、かつ、それぞれの支持位置４９を水平方向と垂直方向に同時に移動させることができ、容易かつ迅速にエレクタ部５のセンタリングができる。
【００３９】
このようにして本体６の位置合わせが完了したら、図１４（ａ）に示すように、下部グリッパ２１を伸長させ、図１４（ｂ）に示すように、上部グリッパ１９を伸長させ、図１４（ｃ）に示すように、左右の側部グリッパ２０を伸長させることで本体６をトンネル穴２に固定する。また、万一グリッパ１９、２０、２１を張り出した後で心ずれが発見された場合、グリッパ１９、２０、２１で位置修正しようとするとグリッパ１９、２０、２１に過剰な荷重が作用する虞があるため、一旦全てのグリッパ１９、２０、２１を縮退させて本体６を再度可動支持部７上に載置し、上述と同様の手順で位置調整操作を行う。
【００４０】
図１３（ａ）に示すように、自走式エレクタ１が走行し、測量器４０で測量できる距離を超えたり、カーブにより測量器４０からマーク３９を確認できない状態となったら、バックターゲット４８と測量器４０を前方位置に盛り換える。具体的には、図１３（ｂ）に示すように、自走式エレクタ１の近傍のトンネル内に新しい架台５４を設置し、図１３（ｃ）に示すように、新しい架台５４上に盛り換え作業用のターゲット５５を設け、このターゲット５５の位置をバックターゲット４８を基準として測量し、図１３（ｄ）に示すように、新しい架台５４上に測量器４０を移設すると共に測量器４０が設置されていた架台５４にバックターゲット４８を移設する。
【００４１】
このように、エレクタ部５近傍の本体６に複数のマーク３９を左右に離間して設け、マーク３９より後方のトンネル内からマーク３９の位置を測量すると共に本体６の傾斜角度を測定し、これら測量情報、傾斜情報、本体６の寸法情報及びマーク３９の取付位置情報から計画線８上にエレクタ部５の中心を位置させるためにマーク３９が移動されるべき理想点を算出すると共に理想点に対するマーク位置のずれを算出し、これらずれが所定の許容範囲内に収まるように可動支持部７で本体６の前後の２ヶ所を移動させるため、既設セグメント１７に過大な荷重が作用するのを防ぐことができると共に、既設セグメント１７に対してエレクタ部５を精度良く容易に位置合わせすることができる。
【００４２】
また、ずれが所定の許容範囲内に収まるように水平・垂直調整装置３１で本体６を移動させるとき、測量情報、傾斜情報、本体６の寸法情報及びマーク３９の取付位置情報から可動支持部７で支持される本体６の支持位置４９を算出すると共に、前後方向の位置が支持位置４９と同じで、かつ、左右に離間された２点の仮想計測点５０、５２を算出し、計画線８上にエレクタ部５の中心を位置させるために仮想計測点５０、５２が移動されるべき仮想理想点５１、５３を算出し、仮想理想点５１、５３と仮想計測点５０、５２とのずれを減少させるように可動支持部７で支持位置４９を移動させるものとしたため、簡単な制御で確実に回転リング２５の中心を計画線８上に近接できると共にエレクタ部５の中心軸２９を計画線８の接線方向に向けることができる。
【００４３】
仮想理想点５１、５３と仮想計測点５０、５２とのずれを減少させるように支持位置４９を移動させるとき、ずれ量に１００パーセントより小さな正のゲイン値を掛け、複数回に分けて支持位置４９を移動させるため、仮想理想点５１、５３と仮想計測点５０、５２のずれを段階的に小さくでき、確実に支持位置４９を仮想理想点５１、５３に近接できる。
【００４４】
可動支持部７が、台車４に前後左右に離間して設けられ、本体６を昇降させる垂直ジャッキ３２を有すると共に垂直ジャッキ３２を左右にスライドさせる水平ジャッキ３３を有する水平・垂直調整装置３１からなり、本体６を移動させるとき、水平・垂直調整装置３１で本体６の前後左右の支持位置４９をそれぞれ同時に上下左右に移動させるため、本体６の位置合わせを迅速に行うことができる。
【００４５】
なお、仮想計測点５０、５２は、マーク３９の座標のうちＺ座標のみを本体６の支持位置４９とした点としたがこれに限るものではない、Ｚ座標が本体６の支持位置４９と同じで、かつ、左右に離間されている任意の２点であればよく、支持位置４９であってもよい。
【００４６】
また、支持位置４９と同じＺ座標の仮想計測点は左右に離間した２点としたが、３点以上の複数の点であってもよく、１点であってもよい。１点とする場合、仮想計測点はＺ座標が本体６の支持位置４９と同じである中心軸２９上の点にするとよい。この場合も上述と同様に仮想理想点を算出し、仮想計測点と仮想理想点のずれを減少させるように水平・垂直調整装置３１を制御するとよい。またこの制御のみではローリング角度の調整はなされないため、ローリング角度については別途補正するとよい。
【符号の説明】
【００４７】
１ 自走式エレクタ
２ トンネル穴
３ レール
４ 台車
５ エレクタ部
６ 本体
７ 可動支持部
８ 計画線
３１ 水平・垂直調整装置
３２ 垂直ジャッキ
３３ 水平ジャッキ
３７ 制御部
３９ マーク
４０ 測量器
４１ 傾斜角検出器
４９ 支持位置
５０ 仮想計測点
５１ 仮想理想点
５２ 仮想計測点
５３ 仮想理想点
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネルの構築が計画される計画線上に掘削されたトンネル穴内にレールを敷設し、該レール上に台車を前後走行可能に設置し、該台車上に、前後に延び、かつ、後部にセグメント組立用のエレクタ部を有する本体を載置すると共に、該本体の少なくとも前後に離間する２ヶ所を上下左右に位置調節可能に支持する可動支持部を設け、上記エレクタ部の中心が上記計画線上に位置され、かつ、上記エレクタ部が上記計画線の接線方向を向くように上記可動支持部を制御する自走式エレクタの位置制御方法であって、上記エレクタ部近傍の本体に複数のマークを左右に離間して設け、該マークより後方のトンネル内からマークの位置を測量すると共に上記本体の傾斜角度を測定し、これら測量情報、傾斜情報、上記本体の寸法情報及び上記マークの取付位置情報から上記計画線上に上記エレクタ部の中心を位置させると共に上記エレクタ部の向きを上記計画線の接線方向に向けるために上記マークが移動されるべき理想点を算出すると共に該理想点に対するマーク位置のずれを算出し、これらずれが所定の許容範囲内に収まるように上記可動支持部で上記本体の前後の２ヶ所を移動させることを特徴とする自走式エレクタの位置制御方法。
【請求項２】
上記ずれが所定の許容範囲内に収まるように上記可動支持部で上記本体を移動させるとき、上記測量情報、傾斜情報、上記本体の寸法情報及び上記マークの取付位置情報から上記可動支持部で支持される本体の支持位置を算出すると共に、該支持位置と前後方向の位置が同じで、かつ、左右に離間された２点の仮想計測点を算出し、上記計画線上に上記エレクタ部の中心を位置させると共に上記エレクタ部の向きを上記計画線の接線方向に向けるために上記仮想計測点が移動されるべき仮想理想点を算出し、該仮想理想点と上記仮想計測点とのずれを減少させるように上記可動支持部で上記支持位置を移動させる請求項１記載の自走式エレクタの位置制御方法。
【請求項３】
上記仮想理想点と上記仮想計測点とのずれを減少させるように上記支持位置を移動させるとき、ずれ量に１００パーセントより小さな正のゲイン値を掛け、複数回に分けて上記支持位置を移動させる請求項１又は２記載の自走式エレクタの位置制御方法。
【請求項４】
上記可動支持部が、上記台車に前後左右に離間して設けられ、上記本体を昇降させる垂直ジャッキを有すると共に該垂直ジャッキを左右にスライドさせる水平ジャッキを有する水平・垂直調整装置からなり、上記本体を移動させるとき、上記水平・垂直調整装置で上記本体の前後左右の支持位置をそれぞれ同時に上下左右に移動させる請求項１〜３のいずれかに記載の自走式エレクタの位置制御方法。
【請求項５】
トンネルの構築が計画される計画線上に掘削されたトンネル穴内にレールを敷設し、該レール上に台車を前後走行可能に設置し、該台車上に、前後に延び、かつ、後部にセグメント組立用のエレクタ部を有する本体を載置すると共に、該本体の少なくとも前後に離間する２ヶ所を上下左右に位置調節可能に支持する可動支持部を設け、上記エレクタ部の中心が上記計画線上に位置され、かつ、上記エレクタ部が上記計画線の接線方向を向くように上記可動支持部を制御する自走式エレクタの位置制御装置であって、上記エレクタ部近傍の本体に左右に離間して設けられた複数のマークと、該マークより後方のトンネル内に設けられマークの位置を測量する測量器と、上記本体に設けられ本体の傾斜角度を測定する傾斜角検出器と、該傾斜角検出器から得られる傾斜情報、上記測量器から得られる測量情報、上記本体の寸法情報及び上記マークの取付位置情報から上記計画線上に上記エレクタ部の中心を位置させると共に上記エレクタ部の向きを上記計画線の接線方向に向けるために上記マークが移動されるべき理想点を算出すると共に該理想点に対するマーク位置のずれを算出し、これらずれが所定の許容範囲内に収まるように上記可動支持部で上記本体の前後の２ヶ所を移動させる制御部とを備えたことを特徴とする自走式エレクタの位置制御装置。
【請求項６】
上記制御部は、上記ずれが所定の許容範囲内に収まるように上記可動支持部で上記本体を移動させるとき、上記測量情報、傾斜情報、上記本体の寸法情報及び上記マークの取付位置情報から上記可動支持部で支持される本体の支持位置を算出すると共に、該支持位置と前後方向の位置が同じで、かつ、左右に離間された２点の仮想計測点を算出し、上記計画線上に上記エレクタ部の中心を位置させると共に上記エレクタ部の向きを上記計画線の接線方向に向けるために上記仮想計測点が移動されるべき仮想理想点を算出し、該仮想理想点と上記仮想計測点とのずれを減少させるように上記可動支持部で上記支持位置を移動させる請求項５記載の自走式エレクタの位置制御装置。
【請求項７】
上記可動支持部が、上記台車に前後左右に離間して設けられ、上記本体を昇降させる垂直ジャッキを有すると共に該垂直ジャッキを左右にスライドさせる水平ジャッキを有する水平・垂直調整装置からなり、上記制御部は、上記本体を移動させるとき上記水平・垂直調整装置で上記本体の前後左右の支持位置を同時に上下左右に移動させる請求項５又は６記載の自走式エレクタの位置制御装置。
【請求項１】
トンネルの構築が計画される計画線上に掘削されたトンネル穴内にレールを敷設し、該レール上に台車を前後走行可能に設置し、該台車上に、前後に延び、かつ、後部にセグメント組立用のエレクタ部を有する本体を載置すると共に、該本体の少なくとも前後に離間する２ヶ所を上下左右に位置調節可能に支持する可動支持部を設け、上記エレクタ部の中心が上記計画線上に位置され、かつ、上記エレクタ部が上記計画線の接線方向を向くように上記可動支持部を制御する自走式エレクタの位置制御方法であって、上記エレクタ部近傍の本体に複数のマークを左右に離間して設け、該マークより後方のトンネル内からマークの位置を測量すると共に上記本体の傾斜角度を測定し、これら測量情報、傾斜情報、上記本体の寸法情報及び上記マークの取付位置情報から上記計画線上に上記エレクタ部の中心を位置させると共に上記エレクタ部の向きを上記計画線の接線方向に向けるために上記マークが移動されるべき理想点を算出すると共に該理想点に対するマーク位置のずれを算出し、これらずれが所定の許容範囲内に収まるように上記可動支持部で上記本体の前後の２ヶ所を移動させることを特徴とする自走式エレクタの位置制御方法。
【請求項２】
上記ずれが所定の許容範囲内に収まるように上記可動支持部で上記本体を移動させるとき、上記測量情報、傾斜情報、上記本体の寸法情報及び上記マークの取付位置情報から上記可動支持部で支持される本体の支持位置を算出すると共に、該支持位置と前後方向の位置が同じで、かつ、左右に離間された２点の仮想計測点を算出し、上記計画線上に上記エレクタ部の中心を位置させると共に上記エレクタ部の向きを上記計画線の接線方向に向けるために上記仮想計測点が移動されるべき仮想理想点を算出し、該仮想理想点と上記仮想計測点とのずれを減少させるように上記可動支持部で上記支持位置を移動させる請求項１記載の自走式エレクタの位置制御方法。
【請求項３】
上記仮想理想点と上記仮想計測点とのずれを減少させるように上記支持位置を移動させるとき、ずれ量に１００パーセントより小さな正のゲイン値を掛け、複数回に分けて上記支持位置を移動させる請求項１又は２記載の自走式エレクタの位置制御方法。
【請求項４】
上記可動支持部が、上記台車に前後左右に離間して設けられ、上記本体を昇降させる垂直ジャッキを有すると共に該垂直ジャッキを左右にスライドさせる水平ジャッキを有する水平・垂直調整装置からなり、上記本体を移動させるとき、上記水平・垂直調整装置で上記本体の前後左右の支持位置をそれぞれ同時に上下左右に移動させる請求項１〜３のいずれかに記載の自走式エレクタの位置制御方法。
【請求項５】
トンネルの構築が計画される計画線上に掘削されたトンネル穴内にレールを敷設し、該レール上に台車を前後走行可能に設置し、該台車上に、前後に延び、かつ、後部にセグメント組立用のエレクタ部を有する本体を載置すると共に、該本体の少なくとも前後に離間する２ヶ所を上下左右に位置調節可能に支持する可動支持部を設け、上記エレクタ部の中心が上記計画線上に位置され、かつ、上記エレクタ部が上記計画線の接線方向を向くように上記可動支持部を制御する自走式エレクタの位置制御装置であって、上記エレクタ部近傍の本体に左右に離間して設けられた複数のマークと、該マークより後方のトンネル内に設けられマークの位置を測量する測量器と、上記本体に設けられ本体の傾斜角度を測定する傾斜角検出器と、該傾斜角検出器から得られる傾斜情報、上記測量器から得られる測量情報、上記本体の寸法情報及び上記マークの取付位置情報から上記計画線上に上記エレクタ部の中心を位置させると共に上記エレクタ部の向きを上記計画線の接線方向に向けるために上記マークが移動されるべき理想点を算出すると共に該理想点に対するマーク位置のずれを算出し、これらずれが所定の許容範囲内に収まるように上記可動支持部で上記本体の前後の２ヶ所を移動させる制御部とを備えたことを特徴とする自走式エレクタの位置制御装置。
【請求項６】
上記制御部は、上記ずれが所定の許容範囲内に収まるように上記可動支持部で上記本体を移動させるとき、上記測量情報、傾斜情報、上記本体の寸法情報及び上記マークの取付位置情報から上記可動支持部で支持される本体の支持位置を算出すると共に、該支持位置と前後方向の位置が同じで、かつ、左右に離間された２点の仮想計測点を算出し、上記計画線上に上記エレクタ部の中心を位置させると共に上記エレクタ部の向きを上記計画線の接線方向に向けるために上記仮想計測点が移動されるべき仮想理想点を算出し、該仮想理想点と上記仮想計測点とのずれを減少させるように上記可動支持部で上記支持位置を移動させる請求項５記載の自走式エレクタの位置制御装置。
【請求項７】
上記可動支持部が、上記台車に前後左右に離間して設けられ、上記本体を昇降させる垂直ジャッキを有すると共に該垂直ジャッキを左右にスライドさせる水平ジャッキを有する水平・垂直調整装置からなり、上記制御部は、上記本体を移動させるとき上記水平・垂直調整装置で上記本体の前後左右の支持位置を同時に上下左右に移動させる請求項５又は６記載の自走式エレクタの位置制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２０１０−２８５７５０（Ｐ２０１０−２８５７５０Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１３８０６９（Ｐ２００９−１３８０６９）
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２４日（２０１０．１２．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年６月９日（２００９．６．９）
【出願人】（０００００００９９）株式会社ＩＨＩ (5,014)
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
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