(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】
(24)【登録日】2023-12-05
(45)【発行日】2023-12-13
(54)【発明の名称】セグメントの自動寸法計測装置
(51)【国際特許分類】
E21D 11/08 20060101AFI20231206BHJP
G01B 21/02 20060101ALI20231206BHJP
【ＦＩ】
E21D11/08
G01B21/02 Z
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2020065368
(22)【出願日】2020-03-31
(65)【公開番号】P2021161780
(43)【公開日】2021-10-11
【審査請求日】2022-12-12
(73)【特許権者】
【識別番号】000231110
【氏名又は名称】ＪＦＥ建材株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000958
【氏名又は名称】弁理士法人インテクト国際特許事務所
(74)【代理人】
【識別番号】100120237
【弁理士】
【氏名又は名称】石橋 良規
(72)【発明者】
【氏名】横川 哲也
(72)【発明者】
【氏名】▲徳▼能 雄大
(72)【発明者】
【氏名】千葉 慎也
(72)【発明者】
【氏名】関本 慎也
【審査官】荒井 良子
(56)【参考文献】
【文献】特開平０４－２７０９１０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開昭５４－１２６０６４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－０４０７６０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ２１Ｄ １１／０８
Ｇ０１Ｂ ２１／０２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
セグメントの幅、桁高及び弧長を計測する自動寸法計測装置であって、一対の計測壁が形成された計測台と、
前記計測台の前記一対の計測壁間に載置された計測対象となる前記セグメントに取り付ける一対の計測用ライナとを有し、
前記計測用ライナは、前記セグメントとの距離及び前記計測壁までの距離を計測する幅寸法センサと、前記セグメントの桁高を計測する桁高寸法センサと、前記セグメントの弧長を計測する弧長寸法センサと、を有し、
前記計測壁は、前記セグメントに対して近接・離間するように移動可能であることを特徴とする自動寸法計測装置。
【請求項2】
請求項１に記載の自動寸法計測装置において、前記幅寸法センサは、前記計測壁との距離を計測する計測壁側センサと、前記セグメントとの距離を計測するセグメント側センサとを有することを特徴とする自動寸法計測装置。
【請求項3】
請求項１又は２に記載の自動寸法計測装置において、
前記弧長寸法センサは、校正用ゲージによって基準値を設定することを特徴とする自動寸法計測装置。
【請求項4】
請求項１から３のいずれか１項に記載の自動寸法計測装置において、前記弧長寸法センサは、前記セグメントの形式に応じて取付位置を変更可能であることを特徴とする自動寸法計測装置。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか１項に記載の自動寸法計測装置において、前記計測用ライナは、荷役助力装置によって移動自在とされていることを特徴とする自動寸法計測装置。
【請求項6】
請求項１から５の何れか１項に記載の自動寸法計測装置において、前記セグメントの計測結果を保存する保存手段を備えることを特徴とする自動寸法計測装置。
【請求項7】
請求項１から６の何れか１項に記載の自動寸法計測装置において、前記計測用ライナは、前記セグメントの嵌合凸部及び嵌合凹部に対応する位置に前記セグメントのリング間における凹凸嵌合部の干渉の有無を検査する干渉検査手段を備えることを特徴とする自動寸法計測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トンネル覆工用の鋼製などのセグメントの寸法測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、道路トンネルや地下河川トンネルなどのシールドトンネルの覆工用にセグメントが用いられており、このセグメントは、鋼製セグメント、ＲＣセグメント及び合成セグメント等が用いられる。セグメントは、種々の形態が知られているが、例えば特許文献１に記載されているように、圧延鋼板を溶接することによって箱型に組み立てられ、スキンプレート、一対の主桁板、一対の継手板、縦リブなどを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開平１－２１４６９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、従来のセグメントは、圧延鋼板を溶接して箱型に組み立てられた後、完成品の幅寸法及び桁高寸法を所定の箇所をノギスなどを用い手動で測定し、弧長寸法を坑口側及び切羽側それぞれにゲージ板をあてて手動で測定を行った後、測定結果を寸法検査表に記入して記録を残すという完成品検査を行っている。この完成品検査は、全数検査で行われており、検査作業が煩雑で時間を短縮することが難しいという問題があった。
【0005】
また、セグメントはトンネルに覆工する際に、互いに嵌合して組み合わされるため、端部に形成される凹凸嵌合部が干渉すると覆工時に組付けられずに、現場で改修が必要となり、嵌合部の形状についても全数検査に保証することが求められていた。
【0006】
そこで本発明は、上記問題点に鑑みてされた発明であり、完成したセグメントの全数検査をより容易かつ正確に行うことができ、測定結果の記録を容易に残すことができ、リング間における凹凸嵌合部の干渉の有無も検査することができるセグメントの自動寸法計測装置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】
【0007】
本発明に係る自動寸法計測装置は、セグメントの幅、桁高及び弧長を計測する自動寸法計測装置であって、一対の計測壁が形成された計測台と、前記計測台の前記一対の計測壁間に載置された計測対象となる前記セグメントに取り付ける一対の計測用ライナとを有し、前記計測用ライナは、前記セグメントとの距離及び前記計測壁までの距離を計測する幅寸法センサと、前記セグメントの桁高を計測する桁高寸法センサと、前記セグメントの弧長を計測する弧長寸法センサと、を有し、前記計測壁は、前記セグメントに対して近接・離間するように移動可能であることを特徴とする。
【0008】
また、本発明に係る自動寸法計測装置において、前記幅寸法センサは、前記計測壁との距離を計測する計測壁側センサと、前記セグメントとの距離を計測するセグメント側センサとを有すると好適である。
【0010】
また、本発明に係る自動寸法計測装置において、前記弧長寸法センサは、校正用ゲージによって基準値を設定すると好適である。
【0011】
また、本発明に係る自動寸法計測装置において、前記弧長寸法センサは、前記セグメントの形式に応じて取付位置を変更可能であると好適である。
【0012】
また、本発明に係る自動寸法計測装置において、前記計測用ライナは、荷役助力装置によって移動自在とされていると好適である。
【0013】
また、本発明に係る自動寸法計測装置において、前記セグメントの計測結果を保存する保存手段を備えると好適である。
【0014】
また、本発明に係る自動寸法計測装置において、前記計測用ライナは、前記セグメントの嵌合凸部及び嵌合凹部に対応する位置に前記セグメントのリング間における凹凸嵌合部の干渉の有無を検査する干渉検査手段を備えると好適である。
【0015】
上記発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた発明となり得る。
【発明の効果】
【0016】
本発明に係る自動寸法計測装置は、一対の計測壁が形成された計測台と、前記計測台の前記一対の計測壁間に載置された計測対象となる前記セグメントに取り付ける一対の計測用ライナとを有し、前記計測用ライナは、前記セグメントとの距離及び前記計測壁までの距離を計測する幅寸法センサを有し、前記計測壁は、前記セグメントに対して近接・離間するように移動可能であるので、セグメントに計測用ライナを取り付けて、計測壁を移動させることで、幅寸法センサの計測距離と計測壁の移動距離からセグメントの幅寸法を計測することができる。また、計測用ライナは、桁高寸法センサ及び弧長寸法センサを備えているので、セグメントに計測用ライナを取り付けることで、桁高及び弧長の計測を行うことができる。さらに、計測結果は保存手段によって保存されるので、帳票への記入を不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の実施形態に係る鋼製セグメントの構成を説明するための三面図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図。
【図2】本発明の実施形態に係る自動寸法計測装置の構成を示す概略図。
【図3】本発明の実施形態に係る自動寸法計測装置の計測用ライナの構成を説明するための正面図。
【図5】本発明の実施形態に係る自動寸法計測装置の計測用ライナの壁型端を示す斜視図。
【図6】本発明の実施形態に係る自動寸法計測装置の幅寸法の計測方法を説明するための概略図。
【図7】本発明の実施形態に係る自動寸法計測装置の桁高寸法の計測方法を説明するための概略図。
【図8】本発明の実施形態に係る自動寸法計測装置の弧長寸法の計測方法を説明するための概略図。
【図9】本発明の実施形態に係る自動寸法計測装置の計測用ライナの弧長センサの取り付け位置を変更した場合の例を示す正面図。
【図10】本発明の実施形態に係る自動寸法計測装置の他の計測用ライナの形態を説明するための正面図。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態は、各請求項に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
【0019】
図１は、本発明の実施形態に係る鋼製セグメントの構成を説明するための三面図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図であり、図２は、本発明の実施形態に係る自動寸法計測装置の構成を示す概略図であり、図３は、本発明の実施形態に係る自動寸法計測装置の計測用ライナの構成を説明するための正面図であり、図４は、図３におけるＡ部拡大図であり、図５は、本発明の実施形態に係る自動寸法計測装置の計測用ライナの壁型端を示す斜視図であり、図６は、本発明の実施形態に係る自動寸法計測装置の幅寸法の計測方法を説明するための概略図であり、図７は、本発明の実施形態に係る自動寸法計測装置の桁高寸法の計測方法を説明するための概略図であり、図８は、本発明の実施形態に係る自動寸法計測装置の弧長寸法の計測方法を説明するための概略図であり、図９は、本発明の実施形態に係る自動寸法計測装置の計測用ライナの弧長センサの取り付け位置を変更した場合の例を示す正面図であり、図１０は、本発明の実施形態に係る自動寸法計測装置の他の計測用ライナの形態を説明するための正面図である。
【0020】
図１に示すように、本実施形態に係る自動寸法計測装置の計測対象である鋼製セグメント１０は、複数の鋼製セグメント１０をトンネルの掘削面に沿ってトンネル周方向及び軸方向に組み合わせてトンネル覆工体を構成するものであり、図１（ｃ）に示すように、トンネルの掘削面に対応して湾曲した部材である。
【0021】
鋼製セグメント１０は、圧延鋼板を溶接して箱型に組み合わされており、湾曲した一枚板のスキンプレート１１、スキンプレート１１の長手方向に沿って溶接された一対の主桁板１２、一対の主桁板１２の長手方向端部に幅方向に沿って溶接された一対の継手板１３および、一対の継手板１３と略平行に所定の間隔で溶接された縦リブ１４とを有している。
【0022】
なお、本実施形態に於いて、鋼製セグメント１０の幅寸法Ｗは、図１（ａ）に示すように、スキンプレート１１の短手方向、桁高寸法Ｈは、図１（ｂ）に示すように、主桁板１２の高さ寸法、弧長寸法ｌは、図１（ｃ）に示すように、鋼製セグメント１０の湾曲方向に沿った長さと定義する。
【0023】
また、主桁板１２には、図１（ｂ）に示すように、嵌合凸部１６及び嵌合凹部１７が形成されており、隣り合う鋼製セグメント１０の嵌合凸部１６及び嵌合凹部１７同士が嵌合することで互いに組み合わされる。また、主桁板１２には、図１（ｃ）に示すように、所定の間隔で継手孔１５が形成されており、隣り合う鋼製セグメント１０の当該継手孔１５同士に図示しない棒状の継手部材を挿入することで鋼製セグメント１０同士を組み合わせている。
【0024】
図２に示すように、本実施形態に係る自動寸法計測装置１は、一対の計測壁３，３が形成された計測台２と、計測台２の一対の計測壁３，３間に載置された計測対象となる鋼製セグメント１０に取り付ける一対の計測用ライナ２０，２０とを備えている。計測用ライナ２０は、バランサなどの荷役助力装置４によって計測台２上を移動自在に取り付けられている。
【0025】
計測壁３は、計測台２に載置された鋼製セグメント１０に対して計測台２上を近接又は離間するように平行移動可能に設置されている。また、計測壁３の高さは、計測台２に載置した鋼製セグメント１０の桁高方向の高さよりも高く形成されており、計測壁３の上方から荷役助力装置４が計測用ライナ２０を吊り下げている。
【0026】
図３に示すように、計測用ライナ２０は、鋼製セグメント１０の主桁板１２と同様に湾曲した部材である。計測用ライナ２０は、鋼製セグメント１０の坑口側及び切羽側の端面に組付けられ、鋼製セグメント１０の嵌合凸部１６及び嵌合凹部１７に嵌合する嵌合部２６が形成されている。なお、図３では、鋼製セグメント１０の坑口側に取り付けられる嵌合部２６が弧長方向に沿って突出して形成された場合について説明を行ったが、切羽側に取り付けられる計測用ライナ２０は、鋼製セグメント１０の嵌合凸部１６と嵌合するように溝状の嵌合部として形成されている点のみが異なるので、以下の計測用ライナ２０は、坑口側に取り付けられる計測用ライナ２０を用いて説明を行い、切羽側に取り付けられる計測用ライナの説明は省略する。
【0027】
図２及び図３に示すように、計測用ライナ２０には、幅寸法センサ２１、桁高寸法センサ２４及び弧長寸法センサ２５が取り付けられている。これらのセンサは、変位センサを用いると好適であり、変位センサの測定方式は、光や磁界/音波などを用いた非接触式又は、対象に直接触れて測定する接触式のいずれを適用しても構わない。
【0028】
図２から図５に示すように、幅寸法センサ２１は、計測用ライナ２０の計測壁３側に向いて取り付けられた計測壁側センサ２２と、鋼製セグメント１０側に向いて取り付けられた鋼製セグメント側センサ２３とを有している。図４に示すように、鋼製セグメント側センサ２３は、計測用ライナ２０に形成された計測孔２９内に取り付けられており、計測壁側センサ２２は、図５に示すように、計測用ライナ２０の裏側に取り付けたセンサ台座２２ａに取り付けられている。
【0029】
図３に示すように、桁高寸法センサ２４は、鋼製セグメント１０の桁高方向の両端部に対応するように取り付けられており、鋼製セグメント１０の桁高寸法を計測している。なお、桁高寸法センサ２４は、弧長方向に沿って所定の間隔で複数組が取付られていると、複数個所の桁高寸法を同時に計測することができるため、好適である。
【0030】
また、弧長寸法センサ２５は、鋼製セグメント１０の弧長方向に沿った両端面に対応するように取り付けられており、鋼製セグメント１０の弧長寸法を測定している。なお、計測用ライナ２０は、鋼製セグメント１０の継手孔１５に対応する位置にピッチ確認部２８が形成されており、計測用ライナ２０が鋼製セグメント１０に取り付けられる際に、当該ピッチ確認部２８が鋼製セグメント１０の継手孔１５に挿入されることで、継手孔１５のピッチが健全であるか確認を行うことができる。なお、計測用ライナ２０には、荷役助力装置４に取り付ける吊下部２７が形成されている。
【0031】
次に、本実施形態に係る自動寸法計測装置１の幅寸法Ｗ、桁高寸法Ｈ及び弧長寸法ｌの計測方法について説明を行う。幅寸法Ｗの計測方法は、図６に示すように、鋼製セグメント１０の坑口側及び切羽側の端部に計測用ライナ２０をそれぞれ取り付けた後、計測壁３を計測用ライナ２０に取り付けた幅寸法センサ２１のうち、計測壁側センサ２２が計測可能な位置（例えば、２０ｍｍ～５０ｍｍ程度）まで移動させて計測壁側センサ２２と計測壁３との距離を計測する。また、鋼製セグメント側センサ２３は、鋼製セグメント１０までの距離を計測している。
【0032】
このとき、計測壁３が移動する前の初期位置にあるときの計測壁３間の距離Ｌ及び計測用ライナ２０に取り付けた計測壁側センサ２２と鋼製セグメント側センサ２３の距離ａ，ｂは設計値から把握できるので、計測壁３の初期位置の距離Ｌから各センサの計測値Ａ，Ｂ，Ｃ及びＤ、並びに計測壁３の初期位置からの移動量Ｌ１，Ｌ２を引くことで、鋼製セグメント１０の幅寸法Ｗを計測することができる。
【0033】
桁高寸法Ｈの計測方法は、図７に示すように、桁高寸法センサ２４間のセンサ間距離ｃは、設計値から把握することができるので、センサ間距離ｃから各センサの計測値Ｅ，Ｆを引くことで鋼製セグメント１０の桁高寸法Ｈを計測することができる。
【0034】
弧長寸法ｌの計測方法は、図８に示すように、所定の弧長寸法を有する校正用ゲージ３０を用いて、校正用ゲージ３０の端面から弧長寸法センサ２５までの距離を所定の距離（例えば３５ｍｍ）となるように調整して基準値を設定する。その後、計測用ライナ２０を鋼製セグメント１０に取り付けて、鋼製セグメント１０の端面から弧長寸法センサ２５までの距離Ｇ，Ｉを計測する。そして、計測値と基準値との差を求めることで、弧長寸法ｌを計測することができる。
【0035】
また、これらの計測された幅寸法Ｗ、桁高寸法Ｈ及び弧長寸法ｌは、記憶媒体などの保存手段に保存されることで、計測結果の入力作業を簡略化することができる。
【0036】
なお、鋼製セグメント１０は、Ａ型、Ｂ型、Ｋ型と複数の型式が存在するが、幅寸法Ｗと桁高寸法Ｈについては、いずれの型式でも同様に計測を行うことができるが、弧長寸法ｌについては、図９に示すように、弧長寸法センサ２５を鋼製セグメント１０ａの型式に応じて取付位置を変更可能とすることで、種々の型式の鋼製セグメントについて計測を行うことができる。
【0037】
また、弧長寸法センサ２５の取付位置を変更すると、取付位置の変更ごとに校正用ゲージなどを用いて、取付位置の精度を整える必要があるため、この取付作業を簡略化するために、計測用ライナ２０を荷役助力装置４から着脱自在にし、図１０に示すような鋼製セグメント１０ａの型式に応じた計測用ライナ２０´を鋼製セグメントの型式に応じて付け替えるように形成しても構わない。
【0038】
上述した本実施形態に係る自動寸法計測装置によれば、鋼製セグメント１０に計測用ライナ２０を取り付けて、計測壁３を移動させるだけで、鋼製セグメント１０の幅寸法Ｗ，桁高寸法Ｈ，弧長寸法ｌ及び継手孔のピッチ確認並びに、リング間における凹凸嵌合部の干渉の有無を確認することができる干渉検査手段を備えているので、従来の手作業による計測作業に比べて、検査時間を約半分とすることができる。
【0039】
また、計測結果を自動で保存手段に保存することができるので、計測結果の記入作業を削減することで、検査効率を向上させることができることに加え、記入ミスなどの人的ミスを大幅に削減することが可能となることで、検査精度を向上させることができる。
【0040】
なお、以上の実施の形態では、測定対象となるセグメントが鋼製セグメントである場合について説明を行ったが、測定対象となるセグメントはこれに限らず、例えば、ＲＣセグメントや合成セグメント等種々の型式を測定対象とすることができる。また、計測用ライナ２０の桁高寸法センサ２４は、弧長方向に沿って複数組取り付けた場合について説明を行ったが、桁高寸法センサ２４は、一組設けても構わない。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【0041】
１ 自動寸法計測装置， ２ 計測台， ３ 計測壁， ４ 荷役助力装置， １０，１０ａ 鋼製セグメント， １１ スキンプレート， １２ 主桁板， １３ 継手板， １４ 縦リブ， １５ 継手孔， １６ 嵌合凸部， １７ 嵌合凹部， ２０，２０´ 計測用ライナ， 幅寸法センサ２１， ２２ 計測壁側センサ， ２３ 鋼製セグメント側センサ， ２４ 桁高寸法センサ， ２５ 弧長寸法センサ， ２６ 嵌合部， ２７ 吊下部， ２８ ピッチ確認部， ３０ 校正用ゲージ， Ｗ 幅寸法， Ｈ 桁高寸法， ｌ 弧長寸法。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】