特許 6359415 トンネル掘削機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6359415

(24)【登録日】2018年6月29日

(45)【発行日】2018年7月18日

(54)【発明の名称】トンネル掘削機

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20180709BHJP

【ＦＩ】

   E21D9/06 301Z

【請求項の数】9

【全頁数】18

(21)【出願番号】特願2014-212511(P2014-212511)

(22)【出願日】2014年10月17日

(65)【公開番号】特開2016-79691(P2016-79691A)

(43)【公開日】2016年5月16日

【審査請求日】2017年4月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】516308364

【氏名又は名称】ＪＩＭテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078499

【弁理士】

【氏名又は名称】光石 俊郎

(74)【代理人】

【識別番号】230112449

【弁護士】

【氏名又は名称】光石 春平

(74)【代理人】

【識別番号】100102945

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 康幸

(74)【代理人】

【識別番号】100120673

【弁理士】

【氏名又は名称】松元 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100182224

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 哲三

(72)【発明者】

【氏名】大堀 潔

(72)【発明者】

【氏名】村上 賢

(72)【発明者】

【氏名】杉山 雅彦

【審査官】 荒井 良子

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０８−２１００９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０３−１１９２９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１８２１７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭６３−２６９０１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１８９９１４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２９４０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５１３５３２６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５３３０２９２（ＵＳ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｄ ９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円筒形状のスキンプレートと、前記スキンプレートを前進させる推進手段と、トンネルの内周面にセグメントを組み付けるエレクタ装置とを備えたトンネル掘削機において、
前記推進手段に設けられ、トンネル後方へ向けて延出可能な駆動ロッドと、
前記駆動ロッドにおけるトンネル後方側の端部に設けられ、既設のセグメントにおけるトンネル前方側の端面に当接し得るスプレッダと、
前記スプレッダに回転可能に支持されると共に、一部が前記スプレッダにおける前記セグメントとの当て付け面から前記セグメント側へ突出して設けられ、前記駆動ロッドをトンネル後方へ向けて延出させて前記当て付け面を前記セグメントにおけるトンネル前方側の端面に当接させる際に、前記セグメントにおけるトンネル前方側の角部と接触して回転し得る回転部材と、
前記回転部材の回転角度を検出する回転角検出手段と
を備えたことを特徴とするトンネル掘削機。

【請求項2】

前記回転部材が、前記スプレッダに対してトンネル径方向に移動可能に支持されるものであり、
前記回転部材を前記スキンプレートから所定の距離に保持する保持手段を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。

【請求項3】

前記保持手段が、前記スプレッダに固定される固定部と、前記回転部材と前記スキンプレートとの間に介在する遠隔部と、前記固定部に設けられて前記回転部材および前記遠隔部を前記スキンプレート側に付勢する付勢部とを備えたものである
ことを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機。

【請求項4】

前記遠隔部が、ローラ部材を介して前記スキンプレートの内周面に当接するものであり、
前記ローラ部材が、前記スキンプレートの内周面に当接する鋭角部を有するものである
ことを特徴とする請求項３に記載のトンネル掘削機。

【請求項5】

前記回転部材と前記スキンプレートとの距離を検出する距離検出手段を備えた
ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。

【請求項6】

前記距離検出手段が、前記スプレッダに固定される固定部と、前記固定部と前記スキンプレートとの間に介在する測定部と、前記固定部に設けられて前記測定部を前記スキンプレート側に付勢する付勢部とを備えたものである
ことを特徴とする請求項５に記載のトンネル掘削機。

【請求項7】

前記測定部が、ローラ部材を介して前記スキンプレートの内周面に当接するものであり、
前記ローラ部材が、前記スキンプレートの内周面に当接する鋭角部を有するものである
ことを特徴とする請求項６に記載のトンネル掘削機。

【請求項8】

前記回転角検出手段が、回転角センサである
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。

【請求項9】

前記回転角検出手段が、前記回転部材に連結されて一方向に移動可能なロッド部材と、前記ロッド部材の一方向における移動量を検出するストロークセンサとから成るものである
ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載のトンネル掘削機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネルの内壁面にセグメントを組み付けてトンネルを形成するトンネル掘削機に関する。

【背景技術】

【0002】

トンネル掘削機は、円筒形状を成す掘削機本体（スキンプレート）の前方部に円盤形状を成すカッタヘッドがカッタ駆動装置により回転駆動可能に支持されると共に、掘削機本体の後方部に既設トンネルの内壁面（地山の周壁）にセグメントを組み付けるエレクタ装置と当該掘削機本体を前進させる複数の推進ジャッキとが装着されて成る。なお、推進ジャッキの先端部にスプレッダを設け、推進ジャッキを伸長させて当該スプレッダを既設のセグメントに押し当てることにより、セグメントからの反力を得て掘削機本体を前進させている。

【0003】

トンネルの内壁面にセグメントを組み付ける際には、スキンプレートとセグメントとの間に所定の隙間（テールクリアランス）を設けている。スキンプレートとセグメントとが接触（干渉）していると、トンネル掘削機が掘進する際に大きな抵抗を受けてしまうため、このようなテールクリアランスを設けている。また、このテールクリアランスは、トンネルのカーブ（曲線部）を形成する際、および、トンネル掘削機が掘進時に蛇行した際においても、スキンプレートとセグメントとが干渉しないように設定されている。

【0004】

テールクリアランスは、曲線部の形成や掘進時の蛇行によって変化するものであり、当該変化およびトンネルの真円度等によって周方向において異なるものである。よって、周方向の複数箇所においてテールクリアランスを確認（測定）することによって、スキンプレートとセグメントとの干渉を確実に回避することができるようにしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開平８−２１００９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

トンネル掘削機において、テールクリアランスを測定する技術としては、例えば、特許文献１に記載のものがある。特許文献１においては、シールドジャッキのロッドの側面に設けられた固定センサによってテールフレーム内面までの距離を検出し、シールドジャッキのロッドの内周側に設けられ既設セグメントの内方へ出没可能な移動センサによってセグメント内面までの距離を検出し、二つの検出結果からテールクリアランスを算出している。

【0007】

しかし、移動センサおよび当該移動センサを支持する移動装置およびロッドが、シールドジャッキのロッドおよびジャッキシューの内周側に設置されているため、作業者が足を引っ掛けるなどシールド掘進機の内部での作業の邪魔になる虞がある。

【0008】

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、推進ジャッキの内周側における他作業の邪魔にならず、簡易な構造でテールクリアランスを計測することができるようにすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決する第一の発明に係るトンネル掘削機は、円筒形状のスキンプレートと、前記スキンプレートを前進させる推進手段と、トンネルの内周面にセグメントを組み付けるエレクタ装置とを備えたトンネル掘削機において、前記推進手段に設けられ、トンネル後方へ向けて延出可能な駆動ロッドと、前記駆動ロッドにおけるトンネル後方側の端部に設けられ、既設のセグメントにおけるトンネル前方側の端面に当接し得るスプレッダと、前記スプレッダに回転可能に支持されると共に、一部が前記スプレッダにおける前記セグメントとの当て付け面から前記セグメント側へ突出して設けられ、前記駆動ロッドをトンネル後方へ向けて延出させて前記当て付け面を前記セグメントにおけるトンネル前方側の端面に当接させる際に、前記セグメントにおけるトンネル前方側の角部と接触して回転し得る回転部材と、前記回転部材の回転角度を検出する回転角検出手段とを備えたことを特徴とする。

【0010】

上記課題を解決する第二の発明に係るトンネル掘削機は、第一の発明に係るトンネル掘削機において、前記回転部材が、前記スプレッダに対してトンネル径方向に移動可能に支持されるものであり、前記回転部材を前記スキンプレートから所定の距離に保持する保持手段を備えたことを特徴とする。

【0011】

上記課題を解決する第三の発明に係るトンネル掘削機は、第二の発明に係るトンネル掘削機において、前記保持手段が、前記スプレッダに固定される固定部と、前記回転部材と前記スキンプレートとの間に介在する遠隔部と、前記固定部に設けられて前記回転部材および前記遠隔部を前記スキンプレート側に付勢する付勢部とを備えたものであることを特徴とする。

【0012】

上記課題を解決する第四の発明に係るトンネル掘削機は、第三の発明に係るトンネル掘削機において、前記遠隔部が、ローラ部材を介して前記スキンプレートの内周面に当接するものであり、前記ローラ部材が、前記スキンプレートの内周面に当接する鋭角部を有するものであることを特徴とする。

【0013】

上記課題を解決する第五の発明に係るトンネル掘削機は、第一の発明に係るトンネル掘削機において、前記回転部材と前記スキンプレートとの距離を検出する距離検出手段を備えたことを特徴とする。

【0014】

上記課題を解決する第六の発明に係るトンネル掘削機は、第五の発明に係るトンネル掘削機において、前記距離検出手段が、前記スプレッダに固定される固定部と、前記固定部と前記スキンプレートとの間に介在する測定部と、前記固定部に設けられて前記測定部を前記スキンプレート側に付勢する付勢部とを備えたものであることを特徴とする。

【0015】

上記課題を解決する第七の発明に係るトンネル掘削機は、第六の発明に係るトンネル掘削機において、前記測定部が、ローラ部材を介して前記スキンプレートの内周面に当接するものであり、前記ローラ部材が、前記スキンプレートの内周面に当接する鋭角部を有するものであることを特徴とする。

【0016】

上記課題を解決する第八の発明に係るトンネル掘削機は、第一から第七のいずれか一つの発明に係るトンネル掘削機において、前記回転角検出手段が、回転角センサであることを特徴とする。

【0017】

上記課題を解決する第九の発明に係るトンネル掘削機は、第一から第七のいずれか一つの発明に係るトンネル掘削機において、前記回転角検出手段が、前記回転部材に連結されて一方向に移動可能なロッド部材と、前記ロッド部材の一方向における移動量を検出するストロークセンサとから成るものであることを特徴とする。

【発明の効果】

【0018】

第一の発明に係るトンネル掘削機によれば、回転部材をセグメントの角部に当てて回転させることにより、その回転角度からセグメントの角部の位置、すなわち、スキンプレートとセグメントとの間の隙間（テールクリアランス）を計測することができる。また、回転部材が推進手段におけるスプレッダの当て付け面からセグメント側へ突出するものであるので、作業者が足を引っ掛けるなど推進手段の内周側における他作業の邪魔になることはない。

【0019】

第二の発明に係るトンネル掘削機によれば、回転部材がスキンプレートから所定の距離に保持されているので、回転部材の位置を検出する検出手段が不要になり、部品点数を削減することができる。また、回転部材とスキンプレートとの相対位置を考慮する必要がないので、テールクリアランスを求める演算を簡易なものとすることができる。

【0020】

第三の発明に係るトンネル掘削機によれば、回転部材をスキンプレートから所定の距離に保持する保持手段を簡易な構成とすることができる。

【0021】

第四の発明に係るトンネル掘削機によれば、ローラ部材によって推進手段におけるスプレッダの移動に伴う回転部材の移動を滑らかにすることができる。また、ローラ部材の鋭角部が、スキンプレートの内周面における付着物等を押し退けて確実に当該内周面に当接するので、回転部材のスキンプレートからの距離を維持することができると共に、回転部材の移動を滑らかにすることができる。

【0022】

第五の発明に係るトンネル掘削機によれば、距離検出手段によって固定部材とスキンプレートとの距離を検出することにより、テールクリアランスを求めることができる。

【0023】

第六の発明に係るトンネル掘削機によれば、距離検出手段を簡易な構成とすることができる。

【0024】

第七の発明に係るトンネル掘削機によれば、ローラ部材によって推進手段におけるスプレッダの移動に伴う距離検出手段の移動を滑らかにすることができる。また、ローラ部材の鋭角部が、スキンプレートの内周面における付着物等を押し退けて確実に当該内周面に当接するので、回転部材とスキンプレートとの距離を確実に検出することができると共に、距離検出手段の移動を滑らかにすることができる。

【0025】

第八の発明に係るトンネル掘削機によれば、回転角センサを用いることにより、簡易な構成とすることができると共に、テールクリアランスの演算を簡易なものとすることができる。

【0026】

第九の発明に係るトンネル掘削機によれば、回転動作を直線動作に変換することにより、安価なセンサを利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明に係るトンネル掘削機の構造を示す説明図である。

【図2】本発明の実施例１に係るトンネル掘削機におけるスプレッダを示す概略斜視図である。

【図3】本発明の実施例１に係るトンネル掘削機におけるスプレッダの構造を示す説明図である。

【図4】本発明に係るトンネル掘削機におけるスプレッダの動作を示す説明図である。

【図5】本発明に係るトンネル掘削機におけるスプレッダの動作を示す説明図である。

【図6】本発明の実施例２に係るトンネル掘削機におけるスプレッダを示す概略斜視図である。

【図7】本発明に係るトンネル掘削機におけるスプレッダの動作を示す説明図である。

【図8】本発明の実施例３に係るトンネル掘削機におけるスプレッダの構造を示す説明図である。

【図9】本発明の実施例４に係るトンネル掘削機におけるスプレッダの構造を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下に、本発明に係るトンネル掘削機の実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。

【実施例1】

【0029】

本発明の実施例１に係るトンネル掘削機の構造について、図１から図４を参照して説明する。

【0030】

図１に示すように、トンネル掘削機１は、掘削機本体としての円筒形状を成すスキンプレート１０と、スキンプレート１０の前方部（図１における左方側）に回転自在に装着される円盤形状のカッタヘッド１１と、スキンプレート１０の後方部（図１における右方側）に設けられるエレクタ装置１２および推進ジャッキ（推進手段）１３とから概略構成されている。

【0031】

カッタヘッド１１は、その後方に配置されるカッタ旋回モータ１４と図示しないリングギヤ等のギヤ機構を介して連結されている。カッタ旋回モータ１４を駆動することにより、図示しないギヤ機構を介してカッタヘッド１１を回転駆動し、前方の地山を掘削することができるようになっている。

【0032】

また、スキンプレート１０には、カッタヘッド１１の後方に位置してバルクヘッド１５が取り付けられており、カッタヘッド１１とバルクヘッド１５との間にチャンバ１５ａが形成されている。なお、カッタヘッド１１、カッタ旋回モータ１４および図示しないギヤ機構は、バルクヘッド１５を介してスキンプレート１０に支持されている。

【0033】

スキンプレート１０の内側には、スクリューコンベア１６が配設され、カッタヘッド１１で掘削された土砂をトンネル１００の後方へ排出可能になっている。すなわち、スクリューコンベア１６の前端部（取り出し口）１６ａがバルクヘッド１５を貫通してチャンバ１５ａに開口すると共に、後方部に設けた図示しない排出口がトンネル１００内の長手方向に配設された図示しないベルトコンベア上に位置する。このスクリューコンベア１６は、後上がりに傾斜して配置された円筒管の内部に、図示しない駆動モータによって回転可能にスクリュー翼１７が装着されて成る。

【0034】

エレクタ装置１２は、スキンプレート１０の内側に設置され、グリッパ１８によって保持したセグメントＳを、旋回モータ１９およびリングギヤ２０によって周方向に移動すると共に図示しない昇降ジャッキ等によって径方向に移動し、カッタヘッド１１によって掘削されたトンネル１００の内周面に構築する（組み立てる）ことができるようになっている。

【0035】

推進ジャッキ（推進手段）１３は、スキンプレート１０の内側に設置され、覆工部材としてトンネル１００の内周面に構築された（組み立てられた）既設のセグメントＳに対して伸長することにより、スキンプレート１０すなわちトンネル掘削機１を掘進させるための反力を得ることができるようになっている。このように、セグメントＳからの反力を得てトンネル掘削機１を掘進させることにより、前方の地山を掘削してトンネル１００を形成していく。

【0036】

推進ジャッキ１３には、後方へ延出する駆動ロッド２１が設けられており、この駆動ロッド２１の先端部（図１における右方側端部）には、スプレッダ２２が設けられている。よって、推進ジャッキ１３を伸長させた際には、スプレッダ２２がセグメントＳに押し当てられることになるので、推進ジャッキ１３の押圧力が略均一にセグメントＳに作用し、セグメントＳの損傷等を防ぐことができる。

【0037】

図２および図３に示すように、スプレッダ２２には、スキンプレート１０とセグメントＳとの間の隙間（テールクリアランスｘ）を計測するための矩形形状の回転部材３１が設けられており、この回転部材３１は、一端がスプレッダ２２の内部で回転中心Ｃ回りに回転可能に支持され、他端がスプレッダ２２の前面２２ａに設けられた開口部２３を挿通してスプレッダ２２の前方（図３における右方側）へ突出している。

【0038】

よって、スキンプレート１０の内周側（図３における上方側）に構築されたセグメントＳに対して推進ジャッキ１３を伸長させた際には、スプレッダ２２の前方へ突出した回転部材３１の前面（計測面）３１ａがセグメントＳにおける内周側（図３における上方側）の角部Ｓａに接触するようになっている。そして、図３および図４に示すように、推進ジャッキ１３を更に伸長させると、回転部材３１がセグメントＳに押されて回転中心Ｃ回りに回転（図３においては、左回転）するようになっている。

【0039】

また、回転部材３１の他端近傍には、ロッド部材４１が軸方向（図３における左右方向）に沿って延在するよう連結されており、このロッド部材４１には、固定部材４２を介して推進ジャッキ１３に固定された第一のストロークセンサ（例えば、磁歪式ストロークセンサ）４３が軸方向に沿って延在するよう取り付けられている。

【0040】

よって、ロッド部材４１は、回転部材３１の回転、すなわち、回転部材３１の他端部における回転動作に伴って軸方向に移動し、その移動量（ストローク量）は、第一のストロークセンサ４３によって計測されるようになっている。つまり、回転部材３１の回転動作がロッド部材４１の軸方向移動動作に変換され、ロッド部材４１の軸方向移動動作の移動量が第一のストロークセンサ４３によって検出されるようになっている。

【0041】

第一のストロークセンサ４３のセンサマグネット４４と固定部材４２との間には、スプリング４５が設けられており、センサマグネット４４とロッド部材４１と回転部材３１とには、スプリング４５による前方への付勢力が作用するようになっている。よって、回転部材３１は、スプリング４５によって他端がスプレッダ２２の前方へ突出するように付勢され、推進ジャッキ１３を伸長させた際には最初にセグメントＳと接触し、推進ジャッキ１３の更なる伸長によってスプリング４５の付勢力に抗して一端側の回転中心Ｃ回りに回転（図３においては、左回転）するようになっている。

【0042】

また、スプレッダ２２には、固定部材５１を介して第二のストロークセンサ（例えば、磁歪式ストロークセンサ）５２が径方向（図３における上下方向）に沿って延在するよう設けられており、この第二のストロークセンサ５２には、ローラ装置５３が取り付けられている。ローラ装置５３は、第二のストロークセンサ５２のセンサマグネット５４に連結されて径方向に沿って延在するアーム部５５と、アーム部５５の先端側（図３における下方側）に回転自在に設けられるローラ部５６とから成る。よって、推進ジャッキ１３を伸縮動作させた際には、ローラ部５６がスキンプレート１０の内周面１０ａに接触した状態で転がり、第二のストロークセンサ５２およびローラ装置５３がスプレッダ２２と共に軸方向に沿って滑らかに移動することができるようになっている。

【0043】

第二のストロークセンサ５２のセンサマグネット５４と固定部材５１との間には、スプリング５７が設けられており、センサマグネット５４とローラ装置５３とには、スプリング５７による外周側（図３における下方側）への付勢力が作用するようになっている。よって、ローラ装置５３のローラ部５６は、スキンプレート１０の内周面１０ａに押し付けられた状態で接触しており、スプレッダ２２がスキンプレート１０に対して径方向に移動した場合においても、スプリング５７の付勢力によってローラ装置５３がスキンプレート１０の内周面１０ａに追従するので、スプレッダ２２とスキンプレート１０との間の隙間ａを計測することができる。

【0044】

本実施例においては、回転部材３１、ロッド部材４１、第一のストロークセンサ４３等によって回転角検出手段が構成され、固定部材（固定部）５１、第二のストロークセンサ（測定部）５２、ローラ装置５３、スプリング（付勢部）５７等によって距離検出手段が構成されている。そして、トンネル掘削機１においては、推進ジャッキ１３は、スキンプレート１０の円周方向に所定間隔離間して多数配置されており、そのうち天地左右の四方向に配設された推進ジャッキ１３に上記構成の回転角検出手段および距離検出手段が設けられている。なお、ローラ部５６は、断面略ひし形の円盤形状を成しており、当該ひし形の鋭角部（円盤形状の周縁部）５６ａにおいてスキンプレート１０の内周面１０ａと当接しながら回転するようになっている。

【0045】

本発明の実施例１に係るトンネル掘削機１の動作について、図１から図４を参照して説明する。

【0046】

トンネル掘削機１は、カッタ旋回モータ１４を駆動することにより、図示しないギヤ機構を介してカッタヘッド１１を回転駆動して前方の地山を掘削する（図１参照）。スクリューコンベア１６によって、掘削された土砂をトンネル１００の後方へ排出しつつ、エレクタ装置１２によって掘削されたトンネル１００の内周面にセグメントＳを構築していく。そして、推進ジャッキ１３を伸長させ、既設のセグメントＳに対してスプレッダ２２を押し付けることにより、掘進するための反力を得る。

【0047】

そして、スキンプレート１０の内周側において周方向に多数設けられた推進ジャッキ１３のうち、前述したテールクリアランス計測手段を備えた推進ジャッキ１３（本実施例においては、トンネル掘削機１の天地左右に配置されたもの）を伸長し、当該推進ジャッキ１３のスプレッダ２２を既設のセグメントＳに当接させた際に、スキンプレート１０とセグメントＳとの間の隙間（テールクリアランス）の計測が行われる。

【0048】

図４において実線で示すように、推進ジャッキ１３を伸長する前においては、回転部材３１は、セグメントＳと接触しておらず、その上端側がスプレッダ２２の開口部２３から前方へ突出しており、回転部材３１の前面３１ａとスプレッダ２２の前面２２ａとの交点Ｅは点Ｅ_０に位置し、回転部材３１とロッド部材４１とが連結される支持点Ｂは点Ｂ０に位置している。

【0049】

そして、推進ジャッキ１３を伸長すると、回転部材３１の前面３１ａがセグメントＳの角部Ｓａに接触し、推進ジャッキ１３を更に伸長すると、回転部材３１が回転角度θだけ回転（図４においては、左回転）し、スプレッダ２２がセグメントＳと当接する。このとき、図４において二点鎖線で示すように、回転部材３１は、その上端側の一部がスプレッダ２２の開口部２３から内部に入り込み、回転部材３１の前面３１ａとスプレッダ２２の前面２２ａとの交点Ｅは点Ｅ_１に位置し、回転部材３１とロッド部材４１とが連結される支持点Ｂは点Ｂ１に位置している。

【0050】

ここで、セグメントＳの径方向（図４における上下方向）の長さ（セグメント厚）をｔ、スプレッダ２２の径方向の長さ（スプレッダ高さ）をｂ、スキンプレート１０とスプレッダ２２との間の隙間（スプレッダ隙間距離）をａ、回転部材３１の回転中心Ｃとスプレッダ２２の上面２２ｂとの距離（回転支持距離）をｇ、回転部材３１の回転中心Ｃと交点Ｅ_１との径方向における距離（交点距離）をｅ_１とすると、テールクリアランスｘは、
ｘ＝ｅ_１＋ａ＋ｂ−（ｇ＋ｔ） ・・・（１）
と表される。

【0051】

この式（１）において、スプレッダ高さｂ、セグメント厚ｔ、回転支持距離ｇは、予め設定されている既知の数値（設定値）であり、スプレッダ隙間距離ａおよび交点距離ｅ_１は、トンネル掘削機１の掘進中において変動し得るものである。そして、スプレッダ隙間距離ａは、第二のストロークセンサ５２によって計測される数値（計測値）であり、交点距離ｅ_１は、第一のストロークセンサ４３によって計測される数値（計測値）から算出されるものである。交点距離ｅ_１の算出については、以下に説明する。

【0052】

交点距離ｅ_１は、回転部材３１とセグメントＳとの相対位置によって決められるものである。本実施例においては、回転部材３１は、回転部材３１とセグメントＳとの相対位置、すなわち、回転部材３１に対するセグメントＳにおける内周側の角部Ｓａの位置に応じて、回転動作するようになっており、交点距離ｅ_１は、スプレッダ２２がセグメントＳと当接した際に回転部材３１が回転する回転角度θから求められる。

【0053】

図４に示すように、回転部材３１の回転中心Ｃとスプレッダ２２の前面２２ａとの距離をｆとし、回転部材３１の回転中心Ｃと交点Ｅ_０との径方向における距離（交点距離）をｅ_０とすると、交点距離ｅ_１と回転角度θとの関係は、

【数1】

と表され、この式（２）をｅ_１について解くと、

【数2】

となる。

【0054】

また、本実施例においては、回転部材３１の回転動作がロッド部材４１の軸方向移動動作に変換されようになっており、回転角度θは、第一のストロークセンサ４３によって計測される数値（計測値）から算出される。

【0055】

ロッド部材４１および第一のストロークセンサ４３の軸方向長さを十分に長く設定することにより、
ｒ＋ｓ_０−ｃ×sinθ≒ｒ＋ｓ_１ ・・・（４）
と表される近似の関係が成り立つ。ここで、ｒはロッド部材４１の長さであり、ｓ_０は未接触時における第一のストロークセンサ４３の長さであり、ｓ_１は当接時における第一のストロークセンサ４３の長さである。
この式（４）をθについて解くと、

【数3】

となる。

【0056】

この式（５）で求まる回転角度θを式（３）に代入すると、

【数4】

と表され、交点距離ｅ_１は、第一のストロークセンサ４３によって計測される数値（計測値）ｓ_１から算出することができる。

【0057】

よって、この式（６）で求まる交点距離ｅ_１を式（１）に代入することにより、テールクリアランスｘは、

【数5】

と表される。

【0058】

つまり、式（７）において、ｆ、ｓ_０、ｃ、ｅ_０、ｂ、ｇ、ｔには、既知の数値を代入し、ａには、第二のストロークセンサ５２によって計測される数値を代入し、ｓ_１には、第一のストロークセンサ４３によって計測される数値を代入することにより、テールクリアランスｘを求めることができる。

【0059】

以上のようにして、本実施例に係るトンネル掘削機１によれば、テールクリアランスｘを計測するためのテールクリアランス計測手段、すなわち、回転部材３１と第一のストロークセンサ４３と第二のストロークセンサ５２等が推進ジャッキ１３の内周側に突出していないので、作業者が足を引っ掛けることはなく、推進ジャッキ１３の内周側における他作業の邪魔になることはない。

【0060】

本実施例においては、交点Ｅ_１は、側面視（図３における紙面方向に見た場合）における回転部材３１の前面３１ａとスプレッダ２２の前面２２ａとの交点であり、セグメントＳにおけるピン角に形成された内周側の角部Ｓａの位置（回転部材３１におけるセグメントＳの角部Ｓａとの当接位置）と一致するようになっている。よって、セグメントＳにおける内周側の角部Ｓａに面取り加工等を施した場合には、回転部材３１の前面３１ａとスプレッダ２２の前面２２ａとの交点Ｅ_１からセグメントＳにおける内周側の端面Ｓｃまでの距離を考慮して算出する。

【0061】

また、図５に示すように、回転中心Ｃが計測面上にない、すなわち、回転部材１３１において回転中心Ｃと前面（計測面）１３１ａとが離れて設定している場合には、当該回転中心Ｃと前面１３１ａとの距離ｄ（既知の設定値）等を考慮することにより、本実施例と同様に、テールクリアランスｘを算出することができる。

【0062】

もちろん、本発明に係るトンネル掘削機における回転部材は、本実施例のようにセグメントＳにおける内周側の角部Ｓａと接触して回転し得るものに限定されず、セグメントにおける外周側の角部と接触して回転し得るものであっても良い。このように、セグメントにおける外周側の角部と接触して回転し得る回転部材を備えたトンネル掘削機においては、本実施例のようにセグメント厚ｔを考慮することなく、テールクリアランスｘを求めることができる。

【実施例2】

【0063】

本発明の実施例２に係るトンネル掘削機について、図６および図７を参照して説明する。

【0064】

本実施例に係るトンネル掘削機は、掘削機本体としての円筒形状を成すスキンプレート１０と、スキンプレート１０の前方部（図１における左方側）に回転自在に装着される円盤形状のカッタヘッド１１と、スキンプレート１０の後方部（図１における右方側）に設けられるエレクタ装置１２および推進ジャッキ（推進手段）１３とから概略構成されており、実施例１におけるロッド部材４１および第一のストロークセンサ４３の代わりに、回転部材３１の回転角度を検出する回転角検出手段としての回転角センサ１４０を設けたことを除いて、本発明の実施例１に係るトンネル掘削機と同様な構造を有するものである。よって、本実施例に係るトンネル掘削機における実施例１と同様な構造に対する重複説明は適宜省略する。

【0065】

図６に示すように、スプレッダ２２には、スキンプレート１０とセグメントＳとの間の隙間（テールクリアランス）を計測するための矩形形状の回転部材３１が設けられており、この回転部材３１は、一端がスプレッダ２２の内部で回転可能に支持され、他端がスプレッダ２２の前面２２ａに設けられた開口部２３を挿通してスプレッダ２２の前方（図６における右方側）へ突出している。

【0066】

よって、スキンプレート１０の内周側（図６における上方側）に構築されたセグメントＳに対して推進ジャッキ１３を伸長させた際には、スプレッダ２２の前方へ突出した回転部材３１の前面（計測面）３１ａがセグメントＳにおける内周側の角部Ｓａに接触するようになっている。そして、推進ジャッキ１３を更に伸長させると、回転部材３１がセグメントＳに押されて回転中心Ｃ回りに回転（図６においては、左回転）するようになっている。

【0067】

また、回転部材３１においては、回転可能に支持された一端側に回転角センサ（例えば、ロータリエンコーダ）１４０が設けられており、この回転角センサ１４０は、セグメントＳと接触する前の初期位置（角度）からの回転角度θを検出するようになっている。

【0068】

図７において実線で示すように、推進ジャッキ１３を伸長する前においては、回転部材３１は、セグメントＳと接触しておらず、その上端側がスプレッダ２２の開口部２３から前方（図７における右方側）へ突出しており、回転部材３１の前面３１ａとスプレッダ２２の前面２２ａとの交点Ｅは点Ｅ_０に位置している。

【0069】

そして、図７において二点鎖線で示すように、推進ジャッキ１３を伸長すると、回転部材３１は、セグメントＳとの接触によって回転し、回転部材３１は、その上端側の一部がスプレッダ２２の開口部２３から内部に入り込み、回転部材３１の前面３１ａとスプレッダ２２の前面２２ａとの交点Ｅは点Ｅ_１に位置する。このときの回転角、すなわち、回転部材３１が回転中心Ｃ回りに回転する回転角度θは、回転角センサ１４０によって検出される。

【0070】

よって、前述の式（３）で求まる交点距離ｅ_１を式（１）に代入することにより、テールクリアランスｘは、

【数6】

と表される。

【0071】

本実施例に係るトンネル掘削機１によれば、実施例１における作用効果に加え、ロッド部材４１等を備えずにテールクリアランス計測手段の構成およびテールクリアランスの演算を簡易なものとすることができる。

【実施例3】

【0072】

本発明の実施例３に係るトンネル掘削機について、図８を参照して説明する。

【0073】

本実施例に係るトンネル掘削機は、掘削機本体としての円筒形状を成すスキンプレート１０と、スキンプレート１０の前方部（図１における左方側）に回転自在に装着される円盤形状のカッタヘッド１１と、スキンプレート１０の後方部（図１における右方側）に設けられるエレクタ装置１２および推進ジャッキ（推進手段）１３とから概略構成されており、実施例１における第二のストロークセンサ５２を備えておらず、テールクリアランスを計測するための回転部材３１および第一のストロークセンサ２４３等がスキンプレート１０の内周面１０ａから一定の距離を保持して推進ジャッキ１３に支持されるようにしたことを除いて、本発明の実施例１に係るトンネル掘削機と同様な構造を有するものである。よって、本実施例に係るトンネル掘削機における実施例１と同様な構造に対する重複説明は適宜省略する。

【0074】

図８に示すように、スプレッダ２２には、固定部材２５１が固定されており、この固定部材２５１には、径方向（図８における上下方向）に延在するロッド部材２５２がスプリング２５３を介して径方向に移動可能に設けられており、このロッド部材２５２の先端（図８における下方側）には、ローラ２５４が設けられている。

【0075】

つまり、ロッド部材２５２およびローラ２５４には、スプリング２５３による外周側（図８における下方側）への付勢力が作用するようになっており、ローラ２５４は、スキンプレート１０の内周面１０ａに押し付けられた状態で接触している。よって、スプレッダ２２がスキンプレート１０に対して径方向に移動するなどしてスプレッダ２２とスキンプレート１０との間に隙間が生じたとしても、ローラ２５４は、スプリング２５３の付勢力によってスキンプレート１０の内周面１０ａに追従することができる。なお、ローラ２５４は、断面略ひし形の円盤形状を成しており、当該ひし形の鋭角部（円盤形状の周縁部）２５４ａにおいてスキンプレート１０の内周面１０ａと当接しながら回転するようになっている。

【0076】

また、スプレッダ２２には、スキンプレート１０とセグメントＳとの間の隙間（テールクリアランス）を計測するための矩形形状の回転部材３１が設けられている。回転部材３１の一端は、ロッド部材２５２に回転可能に支持されており、回転部材３１の他端は、開口部２３を挿通してスプレッダ２２の前方へ突出するようになっている。

【0077】

また、回転部材３１の他端近傍には、ロッド部材２４１が軸方向（図８における左右方向）に沿って延在するよう連結されており、このロッド部材２４１には、固定部材２４２および図示しないフレーム部材を介してロッド部材２５２に固定された第一のストロークセンサ（例えば、磁歪式ストロークセンサ）２４３が軸方向に沿って延在するよう取り付けられている。

【0078】

つまり、回転部材３１および第一のストロークセンサ２４３等は、ロッド部材２５２と共にスプレッダ２２に対して径方向に移動するようになっており、スキンプレート１０の内周面１０ａに対して一定の距離に位置するようになっている。本実施例においては、固定部材（固定部）２５１、ロッド部材（遠隔部）２５２、スプリング（付勢部）２５３、ローラ（ローラ部材）２５４等によって、回転部材３１をスキンプレート１０から所定の距離に保持する保持手段が構成されている。

【0079】

よって、スプレッダ２２がスキンプレート１０に対して径方向に移動するなどしてスプレッダ２２とスキンプレート１０との間に隙間が生じたとしても、回転部材３１の回転中心Ｃとスキンプレート１０の内周面１０ａとの距離ｊは一定であるので、第一のストロークセンサ２４３の検出結果のみでテールクリアランスを計測することができる。

【0080】

つまり、セグメントＳの径方向の長さ（セグメント厚）をｔ、回転部材３１の回転中心Ｃとスキンプレート１０の内周面１０ａとの距離（回転中心距離）をｊ、回転部材３１の回転中心Ｃと交点Ｅ_１との交点距離をｅ_１とすると（図４参照）、テールクリアランスｘは、
ｘ＝ｅ_１＋ｊ−ｔ ・・・（９）
と表される。

【0081】

この式（７）において、セグメント厚ｔ、回転中心距離ｊは、予め設定されている既知の数値（設定値）であり、交点距離ｅ_１は、実施例１と同様に前述の式（６）により求まるものである。

【0082】

よって、前述の式（６）で求まる交点距離ｅ_１を式（９）に代入することにより、テールクリアランスｘは、

【数7】

と表される。

【0083】

以上のようにして、本実施例に係るトンネル掘削機１によれば、実施例１に係るトンネル掘削機における作用効果に加え、センサの数量すなわち部品点数を減らすことができるので、製造コストの増加を抑えることができる。

【実施例4】

【0084】

本発明の実施例４に係るトンネル掘削機について、図９を参照して説明する。

【0085】

本実施例に係るトンネル掘削機は、掘削機本体としての円筒形状を成すスキンプレート１０と、スキンプレート１０の前方部（図１における左方側）に回転自在に装着される円盤形状のカッタヘッド１１と、スキンプレート１０の後方部（図１における右方側）に設けられるエレクタ装置１２および推進ジャッキ（推進手段）１３とから概略構成されており、実施例３におけるロッド部材２４１および第一のストロークセンサ２４３の代わりに、回転部材３１の回転角度を検出する回転角検出手段としての回転角センサ３４０を設けたことを除いて、本発明の実施例３に係るトンネル掘削機と同様な構造を有するものである。よって、本実施例に係るトンネル掘削機における実施例３と同様な構造に対する重複説明は適宜省略する。

【0086】

図９に示すように、スプレッダ２２には、スキンプレート１０とセグメントＳとの間の隙間（テールクリアランス）を計測するための矩形形状の回転部材３１が設けられており、この回転部材３１は、一端がスプレッダ２２の内部で回転可能に支持され、他端がスプレッダ２２の前面２２ａに設けられた開口部２３を挿通してスプレッダ２２の前方へ突出している。

【0087】

よって、スキンプレート１０の内周側（図９における上方側）に構築されたセグメントＳに対して推進ジャッキ１３を伸長させた際には、スプレッダ２２の前方へ突出した回転部材３１の前面（計測面）３１ａがセグメントＳにおける内周側の角部Ｓａに接触するようになっている。そして、推進ジャッキ１３を更に伸長させると、回転部材３１がセグメントＳに押されて回転中心Ｃ回りに回転（図においては、左回転）するようになっている。

【0088】

また、回転部材３１においては、回転可能に支持された一端側に回転角センサ（例えば、ロータリエンコーダ）３４０が設けられており、この回転角センサ３４０は、セグメントＳと接触する前の初期位置（角度）からの回転角度θを検出するようになっている。

【0089】

よって、前述の式（３）で求まる交点距離ｅ_１を式（９）に代入することにより、テールクリアランスｘは、

【数8】

と表される。

【0090】

よって、本実施例に係るトンネル掘削機１によれば、実施例３における作用効果に加え、ロッド部材等を備えずにテールクリアランス計測手段の構成およびテールクリアランスの演算を簡易なものとすることができる。

【符号の説明】

【0091】

１ トンネル掘削機
１０ スキンプレート
１１ カッタヘッド
１２ エレクタ装置
１３ 推進ジャッキ（推進手段）
１４ カッタ旋回モータ
１５ バルクヘッド
１５ａ チャンバ
１６ スクリューコンベア
１６ａ スクリューコンベアの前端部
１７ スクリュー翼
１８ グリッパ
１９ 旋回モータ
２０ リングギヤ
２１ 駆動ロッド
２２ スプレッダ
２２ａ スプレッダの前面（当て付け面）
２２ｂ スプレッダの上面
２３ スプレッダの開口部
３１ 回転部材
３１ａ 回転部材の前面（計測面）
４１ ロッド部材
４２ 固定部材
４３ 第一のストロークセンサ（回転角検出手段）
４４ センサマグネット
４５ スプリング
５１ 固定部材（固定部）
５２ 第二のストロークセンサ（測定部）
５３ ローラ装置（ローラ部材）
５４ センサマグネット
５５ アーム部
５６ ローラ部
５６ａ ローラ部の鋭角部（周縁部）
５７ スプリング（付勢部）
１００ トンネル
Ｓ セグメント
Ｓａ セグメントの角部
Ｓｂ セグメントの前面
Ｓｃ セグメントの内周面

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】