特開 2024-162438 テールクリアランス計測装置及びテールクリアランスの計測方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024162438

(43)【公開日】2024-11-21

(54)【発明の名称】テールクリアランス計測装置及びテールクリアランスの計測方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/06 20060101AFI20241114BHJP

   G01C 15/00 20060101ALI20241114BHJP

【ＦＩ】

E21D9/06 301Z

G01C15/00 103

G01C15/00 104D

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023077939

(22)【出願日】2023-05-10

(71)【出願人】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(74)【代理人】

【識別番号】110000176

【氏名又は名称】弁理士法人一色国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】西森 昭博

【テーマコード（参考）】

2D054

【Ｆターム（参考）】

2D054AC02

2D054GA65

2D054GA82

2D054GA96

(57)【要約】      （修正有）

【課題】シールド掘進機のテールクリアランスの計測精度を向上する。
【解決手段】切羽側からセグメントまでの距離を測量する測量手段と、測量結果から生成された３次元点群データに基づいて、テールクリアランスを取得するクリアランス取得手段と、を備え、前記クリアランス取得手段は、前記３次元点群データから前記セグメント前端面における内縁の点群を抽出し、抽出した点群の３次元座標値に基づいて、セグメント内縁距離を取得する内縁抽出部と、前記セグメント内縁距離、セグメント厚さ、及びスキンプレート距離に基づいて、テールクリアランスを算出するクリアランス算出部と、を備え、前記セグメント内縁距離は、前記シールド掘進機の中心軸と直交する方向の、該測量手段と前記内縁との離間距離であり、前記スキンプレート距離は、前記シールド掘進機の中心軸と直交する方向の、該測量手段と前記スキンプレートの内面との離間距離である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

シールド掘進機のテールクリアランスを計測するテールクリアランス計測装置であって、
切羽側からセグメントまでの距離を測量する測量手段と、
測量結果から生成された３次元点群データに基づいて、テールクリアランスを取得するクリアランス取得手段と、を備え、
前記クリアランス取得手段は、
前記３次元点群データから前記セグメントの前端面における内縁の点群を抽出し、抽出した点群の３次元座標値に基づいて、セグメント内縁距離を取得する内縁抽出部と、
前記セグメント内縁距離、セグメント厚さ、及びスキンプレート距離に基づいて、テールクリアランスを算出するクリアランス算出部と、を備え、
前記セグメント内縁距離は、前記シールド掘進機の中心軸と直交する方向の、該測量手段と前記内縁との離間距離であり、
前記スキンプレート距離は、前記シールド掘進機の中心軸と直交する方向の、該測量手段と前記スキンプレートの内面との離間距離であることを特徴とするテールクリアランス計測装置。

【請求項2】

請求項１に記載のテールクリアランス計測装置において、
前記測量手段が、光軸を前記シールド掘進機の中心軸と平行となるように配置されていることを特徴とするテールクリアランス計測装置。

【請求項3】

請求項１に記載のテールクリアランス計測装置において、
前記内縁抽出部で前記内縁の点群を、前記セグメントの前端面、及び該前端面に連続する内面を表す３次元点群データから抽出することを特徴とするテールクリアランス計測装置。

【請求項4】

シールド掘進機のテールクリアランスを計測するテールクリアランスの計測方法であって、
測量手段を用いて切羽側からセグメントまでの距離を測量し、測量結果から３次元点群データを取得する工程と、
取得した３次元点群データに基づいて、前記セグメントの前端面における内縁の点群を抽出し、抽出した点群の３次元座標値に基づいて、セグメント内縁距離を取得する工程と、
前記セグメント内縁距離、セグメント厚さ、及びスキンプレート距離に基づいて、テールクリアランスを算出する工程と、を備え、
前記セグメント内縁距離は、前記シールド掘進機の中心軸と直交する方向の、該測量手段と前記内縁との離間距離であり、
前記スキンプレート距離は、前記シールド掘進機の中心軸と直交する方向の、該測量手段と前記スキンプレートの内面との離間距離であることを特徴とするテールクリアランスの計測方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、シールド掘進機のスキンプレートとセグメントとの隙間を計測するテールクリアランス計測装置、及びテールクリアランスの計測方法に関する。

【背景技術】

【0002】

シールド工事は、シールド掘進機の後方におけるスキンプレート内でセグメントをリング状に組立て、このセグメントリングに反力を取りつつ、シールド掘進機の前方に設けたカッターヘッドで地中を切削し掘進する。これらの作業を繰り返しつつ、セグメントリングを掘進方向に順次接続していくことにより、地中内にトンネル覆工体を構築していく。

【0003】

上記のシールド工事では、テールクリアランスと称されるスキンプレートとセグメントリングとの隙間を、均一に保持することが求められる。ところが、例えば、構築予定のトンネルに急曲線部などがあると、テールクリアランスを均一に保持することが困難となりやすい。このような場合、セグメントとスキンプレートに競りが生じて、セグメントに変形や損傷が生じるおそれがある。

【0004】

また、スキンプレートの後端内面に設けるテールブラシなどの止水構造に損傷が生じ、地下水が侵入する可能性がある。さらには、セグメントの組み立てに必要な余裕代を確保できないなど、様々な不具合が生じる。このため、一般には施工管理において、セグメントリングを組立てるごとにテールクリアランスを作業員が測定する。

【0005】

しかし、測定作業はセグメントリングの複数個所で行う必要があるため、多大な手間を要していた。このような中、発明者らは、特許文献１に開示されているテールクリアランス計測装置を開発した。具体的には、スキンプレートの内面上の各点の三次元座標と前記セグメントリングの内面上の各点の三次元座標を計測する三次元計測器をシールド掘進機内に設置し、この三次元計測器によって計測された各点の三次元座標から、テールクリアランスをコンピュータにより算出する装置である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特許第６９８８３８４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記特許文献１の方法によれば、三次元計測器によって、スキンプレートの内面とセグメントリングの内面が同一座標系の点群モデルとしてモデリングされる。従って、三次元計測器の設置の位置及び向きを正確にせずとも、テールクリアランスの幅を、正確に計測することができる。

【0008】

ところが、セグメントリングの内面と三次元計測器から発射されたレーザーとの角度（入射角）が小さい場合には誤差が大きく、セグメントリング内面の点群計測精度が低下しやすい。また、スキンプレートの内面には施工時に、グラウトまたはグリースなどが付着しやすく、このような場合には、スキンプレート内面の点群計測精度が低下する。さらに、水が潅水した場合には、スキンプレート内面の点群データを取得できない、などの課題が生じていた。

【0009】

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、テールクリアランスを高精度で計測することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

かかる目的を達成するため本発明のテールクリアランス計測装置は、シールド掘進機のテールクリアランスを計測するテールクリアランス計測装置であって、切羽側からセグメントまでの距離を測量する測量手段と、測量結果から生成された３次元点群データに基づいて、テールクリアランスを取得するクリアランス取得手段と、を備え、前記クリアランス取得手段は、前記３次元点群データから前記セグメントの前端面における内縁の点群を抽出し、抽出した点群の３次元座標値に基づいて、セグメント内縁距離を取得する内縁抽出部と、前記セグメント内縁距離、セグメント厚さ、及びスキンプレート距離に基づいて、テールクリアランスを算出するクリアランス算出部と、を備え、前記セグメント内縁距離は、前記シールド掘進機の中心軸と直交する方向の、該測量手段と前記内縁との離間距離であり、前記スキンプレート距離は、前記シールド掘進機の中心軸と直交する方向の、該測量手段と前記スキンプレートの内面との離間距離であることを特徴とする。

【0011】

本発明のテールクリアランス計測装置は、前記測量手段が、光軸を前記シールド掘進機の中心軸と平行となるように配置されていることを特徴とする。

【0012】

本発明のテールクリアランス計測装置は、前記内縁抽出部で前記内縁の点群を、前記セグメントの前端面、及び該前端面に連続する内面を表す３次元点群データから抽出することを特徴とする。

【0013】

本発明のテールクリアランスの計測方法は、シールド掘進機のテールクリアランスを計測するテールクリアランスの計測方法であって、測量手段を用いて切羽側からセグメントまでの距離を測量し、測量結果から３次元点群データを取得する工程と、取得した３次元点群データに基づいて、前記セグメントの前端面における内縁の点群を抽出し、抽出した点群の３次元座標値に基づいて、セグメント内縁距離を取得する工程と、前記セグメント内縁距離、セグメント厚さ、及びスキンプレート距離に基づいて、テールクリアランスを算出する工程と、を備え、前記セグメント内縁距離は、前記シールド掘進機の中心軸と直交する方向の、該測量手段と前記内縁との離間距離であり、前記スキンプレート距離は、前記シールド掘進機の中心軸と直交する方向の、該測量手段と前記スキンプレートの内面との離間距離であることを特徴とする。

【0014】

本発明のテールクリアランス計測装置及びテールクリアランスの計測方法によれば、スキンプレートの内面を測量することなく、セグメント内縁距離（シールド掘進機の中心軸と直交する方向の測量手段と内縁との離間距離）、セグメント厚さ、及びスキンプレート距離（シールド掘進機の中心軸と直交する方向の測量手段とスキンプレートの内面との離間距離）に基づいて、テールクリアランスを計測できる。

【0015】

このため、工事中のスキンプレートの内面に、付着物や潅水など正確な測量をできない事態が生じた場合にも、その影響を受けることなく高い精度で、スキンプレートの内面とセグメントの外面との隙間であるテールクリアランスを、高精度で計測することが可能となる。また、セグメントの前端面を表す点群を取得する場合、この前端面と測量手段から発射されるレーザーとの角度（入射角）が大きくなり、計測精度をより向上できる。

【0016】

さらに、セグメントの内縁を表す点群を取得できれば、セグメントを測量する測量手段の配置位置は、シールド掘進機内であればいずれでもよい。したがって、測量手段スキンプレートから離間した位置に配置することができ、そうすると、測量手段に汚れが付着することにより生じる誤認識の低減、また、水没などによる故障の発生の抑制を図ることができる。これにより、計測精度だけでなく耐久性も向上し、メンテナンスや交換などの作業手間の削減やコスト削減を実現でき、シールド工事の施工管理に係る作業性を大幅に向上することが可能となる。

【発明の効果】

【0017】

本発明によれば、スキンプレートの内面を測量することなくテールクリアランスを計測できるため、スキンプレートの内面に付着物や潅水などが生じている場合にも、その影響を受けることなく、テールクリアランスを高精度で計測することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本実施の形態におけるシールド掘進機の概略を示す図である。

【図2】本実施の形態における測量手段の設置状況を示す図である。

【図3】本実施の形態における切羽側から見た測量手段とセグメントリングを示す図でである。

【図4】本実施の形態におけるテールクリアランス計測装置を示す図である。

【図5】本実施の形態における３次元点群データ及び対象範囲（ROI：Region of Interest）を示す図である。

【図6】本実施の形態におけるテールクリアランスの計測方法の手順を示す図である。

【図7】本実施の形態における対象範囲（ROI）にある点群のＺ座標値の変化を示す図である。

【図8】本実施の形態における掘進しながらテールクリアランスを計測する様子を示す図である。

【図9】本実施の形態におけるテールクリアランス計測装置の他の事例（測量手段が微少な傾斜を生じている場合）を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明は、スキンプレートの内面を測量することなく、セグメントとスキンプレートとの隙間であるテールクリアランスを算出するものである。以下に、図１～図９を参照しつつ、テールクリアランス計測装置及びテールクリアランスの計測方法の詳細を説明する。なお、「平行」「直交」は、厳密な意味で平行、直交を表すものではなく、略平行、略直交を含む。

【0020】

≪≪シールド掘進機の概略≫≫
図１（ａ）及び（ｂ）に、シールド工事で用いられるシールド掘進機１０の一例を示す。

【0021】

シールド掘進機１０は、図１（ａ）で示すように、カッター駆動部１４と、カッター駆動部１４が背面に設けられ、前面が切羽Ａに対向するカッターヘッド１３と、カッターヘッド１３の背面側に位置する筒状のスキンプレート１１を備える。

【0022】

スキンプレート１１は、シールド掘進機１０の外殻体を構成し、リングガーター１２によって補強されている。スキンプレート１１の切羽Ａ側には、カッターヘッド１３から取り込まれた掘削土砂を貯留するチャンバー１９と、チャンバー１９内の掘削土砂を排出する排土装置１７が設けられている。

【0023】

一方、スキンプレート１１のテール側には、エレクター１８と複数のシールドジャッキ１５が設けられている。エレクター１８は、セグメント２０をリング状に組立てる装置である。シールドジャッキ１５は、図１（ｂ）で示すように、エレクター１８により組立てられたセグメントリング２１にシュー１６を押し当てた状態で、本体部１５ａからロッド１５ｂを伸張し、カッターヘッド１３を切羽Ａに押圧する。

【0024】

シールド掘進機１０はカッターヘッド１３を、図１（ａ）で示すように、シールドジャッキ１５によって切羽Ａ側に押圧しつつ旋回することで、切羽Ａを切削する。また、カッターヘッド１３によって切削された分だけ、シールドジャッキ１５のロッド１５ｂを伸長することで、セグメントリング２１から反力をとって推進力を得る。

【0025】

こうしてシールド掘進機１０を掘進させたのち、シールドジャッキ１５のロッド１５ｂを収縮させることで、セグメントリング２１との間にスペースを形成する。そして、このスペースに新たなセグメントリング２１を、エレクター１８を利用して組み立てる。シールド工事は、上記の工程を繰り返しつつ、セグメントリング２１を順次接続していくことにより、地中内にトンネル覆工体を構築していく。

【0026】

≪≪テールクリアランスＴｃ≫≫
上記のシールド工事では、施工管理項目の一つに、図２で示すような、テールクリアランスＴｃの計測が挙げられている。テールクリアランスＴｃは、セグメント２０の外面２０ｂとスキンプレート１１の内面１１ａとの間の隙間をいい、このテールクリアランスＴｃが均一（一般には１０～９０ｍｍ程度）に保持されるよう、適時に計測し管理する。

【0027】

テールクリアランスＴｃは、図３で示すように、切羽Ａ側からセグメントリング２１を見て、周方向の複数個所に計測地点Ｐを設け、この計測地点Ｐごとに取得する。図３では、上下左右の４カ所に、計測地点Ｐを設定する場合を例示している。これらテールクリアランスＴｃの計測は、図４で示すような、テールクリアランス計測装置３０を利用して算出できる。

【0028】

≪≪テールクリアランス計測装置≫≫
テールクリアランス計測装置３０は、図３及び図４で示すように、複数の測量手段４０とクリアランス取得手段５０とを備える。

【0029】

測量手段４０は、図２及び図３で示すように、テールクリアランスＴｃの計測地点Ｐの近傍にそれぞれ配置されている。測量結果を用いて３次元点群データを生成可能であれば、測量手段４０は、３Ｄレーザースキャナやミリ波レーダなど、いずれも採用することができる。本実施の形態では、対象物を測量して３次元点群データを生成する機能と、動画や静止画などの撮像画像を取得する機能とを有する、ToF（Time of Flight）センサやLiDAR（Light Detection and Ranging）スキャナーを組み込んだ、もしくはこれらと連動するカメラを採用する場合を事例に挙げている。

【0030】

クリアランス取得手段５０は、図４で示すように、入力部５１、演算処理部５２、出力部５３、及び記憶部５４を備える装置であればいずれでもよく、パソコンやノートＰＣ、タブレット端末などを採用することができる。

【0031】

入力部５１は、測量手段４０と接続され、測量手段４０で取得した３次元点群データに係る情報を受信する。図示を省略するが、入力部５１はさらに、キーボードやマウス、スキャナ、タッチパネルなどの入力装置と接続し、これらに入力された情報を受信する構成としてもよい。

【0032】

記憶部５４は、例えば測量手段４０から取得した３次元点群データや、後述する演算処理部５２で処理した処理データなどの情報を格納する。また、入力部５１を介して取得した情報等を格納する。

【0033】

出力部５３は、入力部５１を介して取得した情報や、後述する演算処理部５２で処理した処理データなどの情報を出力する。出力部５３から出力される情報は、無線または有線で接続されたディスプレイやプリンタなどの表示装置５５に出力できる。表示装置５５はタッチパネルを備える構成でもよく、この場合には、表示装置５５が出力部５３及び入力部５１を兼用するよう構成しておく。

【0034】

演算処理部５２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央処理装置）、ＲＯＭ（Read Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などの主記憶部を備え、クリアランス取得手段５０の動作を制御する。この演算処理部５２は、少なくとも範囲設定部５２１、データ取得部５２２、内縁抽出部５２３、クリアランス算出部５２４、傾斜検出部５２５を備える。詳細は後述するが、大まかには演算処理部５２を次のように機能させる。

【0035】

データ取得部５２２は、測量手段４０で測量した結果から生成した３次元点群データを取得する。範囲設定部５２１は、図５（ａ）で示すように、データ取得部５２２で取得した３次元点群データのうち、テールクリアランスＴｃの算出で使用する点群を表示させる対象範囲（ROI）Ｂを設定する。

【0036】

内縁抽出部５２３は、図５（ｂ）で示すように、対象範囲（ROI）Ｂに含まれる点群６０の３次元座標値を取得し、これに基づいて、セグメントリング２１の内縁２０ｄを表現する点群６１を抽出する。また、内縁２０ｄを表現する点群６１の３次元座標値に基づいて、図２及び図３で示すような、セグメント内縁距離Ｙｓを算定する。セグメント内縁距離Ｙｓは、シールド掘進機１０の中心軸Ｃと直交する方向の、測量手段４０の設置位置とセグメントリング２１の内縁２０ｄまでの離間距離である。

【0037】

クリアランス算出部５２４は、図２及び図３で示すように、内縁抽出部５２３で取得したセグメント内縁距離Ｙｓと、後述するスキンプレート距離Ｈｋ及びセグメントの厚さＨｓに基づいて、計測地点ＰにおけるテールクリアランスＴｃを算出する。

【0038】

傾斜検出部５２５は、測量手段４０の光軸Ｏがシールド掘進機１０の中心軸Ｃと間で傾きを生じているか否かを検証する。

【0039】

≪≪テールクリアランスの計測方法≫≫
上記のテールクリアランス計測装置３０を用いたテールクリアランスＴｃの計測方法を、図４のブロック図を参照しつつ、図６のテールクリアランスの計測の流れに沿って説明する。

【0040】

≪≪測量手段の設置：ＳＴＥＰ１≫≫
まず、測量手段４０を図１（ａ）及び図２で示すように、セグメントリング２１に対向させた状態で、シールド掘進機１０の中心軸Ｃに対して直交して設置されているリングガーター１２に設置する。

【0041】

測量手段４０は、現実のセグメント２０を測量し、その測量結果からセグメント２０の表面形状を表す３次元点群データを生成する。そして、３次元点群データは、測量手段４０の設置位置を原点とする３次元座標値（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を持った点データの集合体である。

【0042】

本実施の形態では、測量手段４０を、光軸Ｏがシールド掘進機１０の中心軸Ｃと平行となる向きに設置する。これにより、点群データが生成される３次元空間のＺ軸を、シールド掘進機１０の中心軸Ｃと平行にしている。

【0043】

また、本実施の形態では、測量手段４０を、図３で示すように、切羽Ａ側から見てシールド掘進機１０の中心軸Ｃと直交し計測地点Ｐを通過する方向と平行となる姿勢に設置する。これにより、３次元空間のＹ軸を、シールド掘進機１０の中心軸Ｃと直交し計測地点Ｐを通過する方向と平行にしている。

【0044】

つまり、図５（ｂ）で示すように、３次元空間においてＹ軸は、セグメント２０の厚さ方向を向き、Ｘ軸はセグメント２０の前端面２０ｃと平行な方向を向く態様となる。

【0045】

なお、測量手段４０は、セグメント２０の切羽Ａに対向する前端面２０ｃを測量できれば、セグメント２０に対する設置位置もいずれでもよく、例えば図３で示すように、切羽Ａ側から見て、セグメントリング２１の内縁２０ｄより内側でも外側でもよい。

【0046】

さらに、図３では測量手段４０を、切羽Ａ側から見て計測地点Ｐを通過するシールド掘進機１０の直径と重なる位置に、配置する場合を例示している。しかし、これに限定するものではなく、この位置から外れて測量手段４０を設置してもよい。

【0047】

≪≪事前データ（Ｈｋ，Ｈｓ，Ｚｋ）の取得：ＳＴＥＰ１≫≫
測量手段４０を設置したのち、図２及び図３で示すような、スキンプレート距離Ｈｋ、セグメントの厚さＨｓ、及びセグメント端面距離Ｚｋを事前データとして取得しておく。これらは、後述するＳＴＥＰ５で使用するデータである。

【0048】

スキンプレート距離Ｈｋは、シールド掘進機１０の中心軸Ｃと直交する方向の、測量手段４０の設置位置とスキンプレート１１の内面１１ａとの離間距離である。また、セグメント端面距離Ｚｋは、シールド掘進機１０の中心軸Ｃと平行な方向の、測量手段４０の設置位置とセグメント２０の前端面２０ｃとの離間距離である。

【0049】

これらの計測手段は、なんら制限されるものではない。また、セグメントの厚さＨｓは、計測してもよいし設計情報を入手しておいてもよい。取得した事前データ（Ｈｋ，Ｈｓ，Ｚｋ）は、クリアランス取得手段５０の記憶部５４に、入力部５１を介してあらかじめ格納しておく。

【0050】

≪≪対象範囲（ROI）Ｂの設定：ＳＴＥＰ２≫≫
測量手段４０で測量した結果から生成した３次元点群データのうち、図５（ｂ）で示すような、後述するＳＴＥＰ４で使用対象となる点群６０を表示させる対象範囲（ROI）Ｂを設定する。

【0051】

対象範囲（ROI）Ｂは、図３で示すように、切羽Ａ側からセグメントリング２１を見て、計測地点Ｐを通過するシールド掘進機１０の直径を含む所定の幅と、セグメント２０の内縁２０ｄを含む直径方向の長さを確保する。設定方法はいずれでもよいが、例えば図５（ａ）で示すように、クリアランス取得手段５０の出力部５３を介して、表示装置５５に測量手段４０で撮像した現実のセグメントリング２１の撮像画像を表示する。

【0052】

そして、管理者がこの撮像画像上で、現実のセグメント２０の内縁２０ｄを含む任意の範囲を、対象範囲（ROI）Ｂとして指定する。指定した対象範囲（ROI）Ｂを、入力部５１を介してクリアランス取得手段５０に入力すると、演算処理部５２が範囲設定部５２１の指令を受けて、対象範囲（ROI）Ｂに関する情報を、記憶部５４に格納する。なお、対象範囲（ROI）Ｂは、撮像画像上の中央付近に設定することが好ましく、また、形状はセグメント２０の厚さ方向に長く設定することが好ましい。

【0053】

≪≪３次元点群データの取得：ＳＴＥＰ３≫≫
上記のＳＴＥＰ１及びＳＴＥＰ２の作業が終了したのち、シールド掘進機１０の運転を開始するとともに、これと前後して、測量手段４０を起動し、現実のセグメント２０の測量を開始する。

【0054】

測量手段４０の測量結果から生成された３次元点群データは、入力部５１を介してクリアランス取得手段５０に入力される。すると、演算処理部５２がデータ取得部５２２の指令を受けて、３次元点群データを取得し、取得した３次元点群データのうち、図５（ｂ）で示すように、あらかじめ設定した対象範囲（ROI）Ｂに含まれる点群６０各々の３次元座標値を記憶部５４に格納する。

【0055】

また、対象範囲（ROI）Ｂに含まれる点群６０を、出力部５３を介して表示装置５５に、測量手段４０で撮像した現実のセグメントリング２１の撮像画像と重ね合わせて表示してもよい。

【0056】

図５（ａ）を参照して説明したように、対象範囲（ROI）Ｂは、切羽Ａ側からセグメントリング２１を見て、セグメント２０の内縁２０ｄを含むよう設定している。したがって、点群６０は、図５（ｂ）で示すように、セグメント２０の前端面２０ｃと、この前端面２０ｃに連続する内面２０ａの一部を表現したものとなっている。

【0057】

≪≪セグメントリング内縁の点群の抽出：ＳＴＥＰ４≫≫
演算処理部５２が内縁抽出部５２３の指令を受けて、対象範囲（ROI）Ｂに含まれる点群６０のうち、セグメント２０の内縁２０ｄを表す点群６１を抽出する。

【0058】

抽出する方法はいずれでもよいが、点群６０各々のＺ座標値を活用すると良い。具体的には、点群６０のうち例えば、対象範囲（ROI）Ｂの最左に位置するＸ座標値がＸ_１の点群について、図７で示すように、横方向をＹ座標値とし、縦方向をＺ座標値に設定したグラフにプロットする。

【0059】

図７を見ると、Ｙ座標値が増大するにつれてＺ座標値が減少する範囲と、Ｙ座標値が増大してもＺ座標値が横ばいとなる２つの範囲が形成される様子がわかる。図５（ｂ）で示すように、３次元空間において、Ｙ座標値は、シールド掘進機１０の中心軸Ｃと直交し計測地点Ｐを通過する方向と平行な方向（紙面では高さ方向）の、測量手段４０からの距離である。また、３次元空間のＺ座標値は、シールド掘進機１０の中心軸Ｃと平行な方向（紙面では奥行方向）の、測量手段４０からの距離である。そして、３次元空間のＸ座標値は、シールド掘進機１０の中心軸Ｃと直交し計測地点Ｐを通過する方向と直交する方向（紙面では横方向）の、測量手段４０からの距離である。

【0060】

したがって、Ｚ座標値が減少する範囲はセグメント２０の内面２０ａを表し、Ｚ座標値が横ばいとなる範囲はセグメント２０の前端面２０ｃを表していると想定できる。そして、両者の間に位置する変化点付近は、セグメント２０の内縁２０ｄを表現しているものと想定できる。したがって、同一のＸ座標値を有する点群ごとに、上記の変化点を検出する。こうして、Ｘ座標値Ｘ_１～Ｘ_ｎごとの変化点の集合を、図５（ｂ）で示すように、セグメント２０の内縁２０ｄを表現する点群６１として検出し、記憶部５４に格納する。

【0061】

≪≪セグメント内縁距離Ｙｓの算出：ＳＴＥＰ４≫≫
こうして、セグメント２０の内縁２０ｄを表現する点群６１を検出したところで、演算処理部５２が内縁抽出部５２３の指令を受けて、検出した点群におけるＹ座標値の平均を算出し、算出結果を記憶部５４に格納する。

【0062】

算定したＹ座標値の平均は、図３で示すように、前述のセグメント内縁距離Ｙｓに相当する。なお、Ｙ座標値の平均を算出する際、例えば、Ｙ座標値に閾値を設けて異常値（ノイズ）を排除するなどしてもよい。

【0063】

≪≪計測地点ＰにおけるテールクリアランスＴｃの算出：ＳＴＥＰ５≫≫
セグメント内縁距離Ｙｓが取得されると、演算処理部５２がクリアランス算出部５２４の指令を受けて、計測地点ＰにおけるテールクリアランスＴｃを算出する。テールクリアランスＴｃは、セグメント内縁距離Ｙｓと、ＳＴＥＰ１で取得した事前データを、次の（１）式に代入して算出する。

【0064】

Ｔｃ：計測地点Ｐのテールクリアランス
Ｈｋ：スキンプレート距離
Ｙｓ：セグメント内縁距離
Ｈｓ：セグメントの厚さ

【0065】

≪≪ＳＴＥＰ３～ＳＴＥＰ５の繰り返し≫≫
上記のＳＴＥＰ３～ＳＴＥＰ５の工程は、シールド掘進機１０の運転中、シールドジャッキ１５の１ストロークの間に連続的に繰り返してもよいし、任意の間隔で実施してもよい。もしくは、図８（ａ）及び図８（ｂ）で示すように、シールドジャッキ１５の伸長前と１ストローク分の伸長後の２回など、適時のタイミングで繰り返し実施するなどしてもよい。

【0066】

シールド掘進機１０は、セグメントリング２１の１リング分となる所定のストロークだけ前進すると掘進運転を停止する。そして、図８（ｃ）で示すように、シールドジャッキ１５を収縮させ、これにより形成されたスペースを利用して新たなセグメント２０’を搬入し、リング状に組み立てる。こうしてセグメントリング２１’が組立てられると、シールド掘進機１０の次のリングの掘進運転が開始され、同時にテールクリアランスＴｃの計測が実施される。

【0067】

次のリングの掘進運転開始後、図８（ｄ）で示すように、１リング分となる所定のストロークの掘進を終了するまで、上記のＳＴＥＰ３～ＳＴＥＰ５の手順で計測地点ＰにおけるテールクリアランスＴｃを算出する。このような計測を毎リング実施する。

【0068】

≪≪計測手段の光軸Ｏの傾きの検証：ＳＴＥＰ６≫≫
測量手段４０は、図１（ａ）を参照しつつ上記のＳＴＥＰ１で説明したように、シールド掘進機１０の中心軸Ｃに対して直交して設置されているリングガーター１２に取り付ける。しかし、シールド掘進機１０の製作精度の観点から、リングガーター１２をシールド掘進機１０の中心軸Ｃに対し完全に直交させることは難しいため、測量手段４０の光軸Ｏは、シールド掘進機１０の中心軸Ｃと必ずしも平行ではない。そのため、ＳＴＥＰ１、２の段階で、光軸Ｏの傾きを算出し、計算結果の算出に反映させる。

【0069】

光軸Ｏの傾き（図９における微小角度α）を計測する手段はいずれでもよいが、測量手段４０とスキンプレート１１の傾きを実測してその差分から求める方法、任意のジャッキストロークＺｋの位置においてＹｓ値の計測とテールクリアランスＴｃを実測を同時に行い逆算して求める方法などがある。

【0070】

≪≪計測手段の光軸Ｏに傾きがある場合の算定事例≫≫
例えば、図９で示すように、測量手段４０の光軸ＯがＸ軸まわりに微少角度αだけ回転し、シールド掘進機１０の中心軸Ｃに対して傾きを有している場合を例に挙げると、次のとおりである。

【0071】

微少角度αを取得すると、演算処理部５２がクリアランス算出部５２４の指令を受けて、セグメント内縁距離の補正値Ｙｓ’とスキンプレート距離の補正値Ｈｋ’を算出する。セグメント内縁距離の補正値Ｙｓ’は、次の（２）式に微少角度αとＳＴＥＰ４で算定したセグメント内縁距離Ｙｓを代入することで、算定する。一方、スキンプレート距離の補正値Ｈｋ’は、微少角度αとＳＴＥＰ１で取得した事前データを、次の（３）式に代入して算出する。

【0072】

これにより、微少角度αを有する測量手段４０の光軸Ｏ_１を、シールド掘進機１０の中心軸Ｃに平行な光軸Ｏ_２と見做して、計測地点ＰにおけるテールクリアランスＴｃを算出することができる。こののち、補正値Ｈｋ’及びＹｓ’を、前述した（１）式のＨｋ及びＹｓに代入し、計測地点ＰのテールクリアランスＴｃを算出する。

【0073】

Ｙｓ’：セグメント内縁距離の補正値
Ｙｓ ：セグメント内縁距離

【0074】

Ｈｋ’：スキンプレート距離
Ｈｋ ：スキンプレート距離
Ｚｋ ：セグメント端面距離

【0075】

なお、あらかじめ上記の（１）式における、Ｙｓに上記の（２）式にあてはめるとともに、Ｈｋに上記の（３）式を当てはめておいてもよい。この場合には、測量手段４０の光軸Ｏが、シールド掘進機１０の中心軸Ｃに対して平行であるとき、微少角度α＝０として、計測地点ＰのテールクリアランスＴｃを算出すればよい。

【0076】

上記のとおり、テールクリアランス計測装置３０及びテールクリアランスの計測方法によれば、スキンプレート１１の内面１１ａを測量することなく、セグメント内縁距離Ｙｓ、セグメント厚さＨｓ、及びスキンプレート距離Ｈｋに基づいて、テールクリアランスを計測できる。

【0077】

このため、工事中のスキンプレート１１の内面１１ａに、付着物や潅水など正確な測量をできない事態が生じた場合にも、その影響を受けることなく高い精度で、テールクリアランスＴｃを、高精度で計測することが可能となる。また、セグメント２０の前端面２０ｃを表す点群を取得する場合、この前端面２０ｃと測量手段４０から発射されるレーザーとの角度（入射角）が大きくなり、計測精度をより向上できる。

【0078】

さらに、セグメント２０の内縁２０ｄを表す点群６１を取得できれば、測量手段４０の配置位置は、いずれでもよい。したがって、測量手段４０をセグメントリング２１の内側といった、スキンプレート１１から離間した位置に配置することができ、測量手段４０に汚れが付着することにより生じる誤認識の低減、また、水没などによる故障の発生の抑制を図ることができる。これにより、計測精度だけでなく耐久性も向上し、メンテナンスや交換などの作業手間の削減やコスト削減を実現でき、シールド工事の施工管理に係る作業性を大幅に向上することが可能となる。

【0079】

本発明のテールクリアランス計測装置３０及びテールクリアランスの計測方法は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能であることはいうまでもない。

【0080】

例えば、本実施の形態では、測量手段４０をシールド掘進機１０のリングガーター１２に設置したが、これに限定するものではない。セグメント２０を測量して生成した３次元点群データから、前端面２０ｃ側にある内縁２０ｄの点群６１を抽出できれば、シールド掘進機１０内において測量手段４０の設置位置はいずれでもよい。

【0081】

また、本実施の形態では図３で示すように、テールクリアランスＴｃの計測地点Ｐごとに測量手段４０を配置したが、複数の計測地点Ｐに対して１台の測量手段４０を配置し、この１台で複数の計測地点Ｐを計測してもよい。この場合には、上記のＳＴＥＰ２において、対象範囲（ROI）Ｂを計測地点Ｐごとに設定すればよい。

【符号の説明】

【0082】

１０ シールド掘進機
１１ スキンプレート
１１ａ 内面
１２ リングガーター
１３ カッターヘッド
１４ カッター駆動部
１５ シールドジャッキ
１５ａ 本体部
１５ｂ ロッド
１６ シュー
１７ 排土装置
１８ エレクター
１９ チャンバー
２０ セグメント
２０’ 後行のセグメント
２０ａ 内面
２０ｂ 外面
２０ｃ 前端面
２０ｄ 内縁
２１ セグメントリング
２１’ 後行のセグメントリング
３０ テールクリアランス計測装置
４０ 測量手段
５０ クリアランス取得手段
５１ 入力部
５２ 演算処理部
５３ 出力部
５４ 記憶部
５５ 表示装置
Ａ 切羽
Ｂ 対象範囲（ROI）
Ｃ 中心軸
Ｏ 光軸
Ｏ_１ 光軸
Ｏ_２ 光軸

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】