JP6382000B2

JP6382000B2 - シールドトンネルの施工管理装置

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Publication number: JP6382000B2
Application number: JP2014142333A
Authority: JP
Inventors: 河越　勝; 勝河越
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 2014-07-10
Filing date: 2014-07-10
Publication date: 2018-08-29
Anticipated expiration: 2034-07-10
Also published as: JP2016017370A

Description

本発明は、シールドマシンの胴筒後端部の内周面とセグメント壁の前端部の外周面との間の距離であるテールクリアランスを表示し、シールドマシンとセグメント壁との衝突によるセグメント壁の欠けや割れを防止可能なシールドトンネルの施工管理装置に関する。

特許文献１に示すように、シールドマシンを設計計画線に合わせて掘進させるに際しては、シールドマシンの胴筒の後端部の内周面とセグメント壁の前端部の外周面との衝突を回避するため、シールドマシンの胴筒の後端部の内周面とセグメント壁の前端部の外周面との間の距離であるいわゆるテールクリアランスを算出し、シールドマシンを掘進させたときにシールドマシンの胴筒後端部の内周面と、セグメント壁の前端部の外周面とが衝突しないように、シールドマシンの進行方向を決定し、セグメント壁の欠けや割れを回避する技術が開示されている。

特許第４８４１４０３号公報

しかしながら、特許文献１に係る従来技術では、設計計画線に沿う断面及び設計計画線に直交する断面において、シールドマシンの胴筒の後端部の内周面と、セグメント壁の前端部の外周面との衝突を回避するように計算しているため、設計計画線の曲率が大きい場合、シールドマシンを実際に掘進させたときにシールドマシンの胴筒後端の内周面がセグメント壁の前端部の外周面に接触する虞があった。具体的には、実際の掘削においてシールドマシンは、３次元的に進行するため、計算に用いた断面以外のシールドマシンの掘進軌跡の全体が予想できていないことからシールドマシンを掘進させたときの進行方向の斜め位置においてシールドマシンの後端部の内周面とセグメント壁の前端部の外周面との衝突が起こりうる状態にあった。

そこで、本発明では、シールドマシンを掘進させるときに、シールドマシンの胴筒の後端部の内周面とセグメント壁の前端部の外周面との衝突を回避し、セグメント壁の欠けや割れを防止するシールドトンネルの施工管理装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのシールドトンネルの施工管理装置の構成として、プログラムに従って処理を実行するコンピュータを含む処理装置と、処理装置に接続された入力装置及び表示装置と、を備えたシールドトンネルの施工管理装置であって、処理装置は、シールドマシンの３次元の位置及び向きを含む現状情報の入力に基づいてシールドマシンの現状図を表示装置に表示させるシールドマシン現状出力処理手段と、シールドマシンの掘進後に設けられたセグメントにより形成されるセグメント壁の３次元の位置及び向きを含む現状情報の入力に基づいて表示装置にセグメント壁の現状図を表示させるセグメント現状出力処理手段と、現状におけるシールドマシンの胴筒後端部の内周面と、セグメント壁の先端部の外周面との間の最短距離のうちの最小値と、当該最小値を含むシールドマシン及びセグメント壁の断面図を表示装置に表示させる現状テールクリアランス出力処理手段と、を備えたので、現状におけるシールドマシンの胴筒の後端部とセグメント壁の先端部との上下左右以外の斜め方向位置等のすべての周位置における隙間の状態を視認でき、シールドマシンの胴筒の後端部とセグメント壁の先端部の衝突によるセグメント壁の欠けや割れを防止して高品質のシールドトンネルを施工できる。
また、シールドトンネルの施工管理装置の他の構成として、シールドマシンの３次元の進行予想位置及び進行予想方向を含む進行予想情報の入力に基づいて、シールドマシンの現状図に対するシールドマシンの進行予想図を表示装置に表示させるシールドマシン進行予想出力処理手段と、進行予想図における胴筒後端部の内周面とセグメント壁の現状図におけるセグメント壁の先端部の外周面とが重なる間における最短距離のうちの隙間の最小値及び干渉する最大値とを表示装置に表示させる予想テールクリアランス出力処理手段と、を備えたので、現状からシールドマシンを進行させたときにシールドマシンの胴筒の後端部の内周面とセグメント壁の先端部の外周面とに干渉が生じないように予測しながら作業することができるため、作業効率を向上させることができる。
また、シールドトンネルの施工管理装置の他の構成として、セグメント壁の先端部のセグメントの３次元の形状及び組み立て方向を含む施工予想情報に基づいてセグメント壁の現状図に対するセグメント壁の施工予想図を表示装置に表示させるセグメント施工予想出力処理手段を備えたので、セグメントの施工管理において、使用するセグメントの段取りが向上し、作業効率を向上させることができる。
また、シールドトンネルの施工管理装置の他の構成として、進行予想情報は、シールドマシンのローリング量を含むので、施工管理において、より実際の作業に近いシールドマシンの進行予想ができ、施工計画に近いシールドトンネルを施工できる。
また、シールドトンネルの施工管理装置の他の構成として、進行予想情報は、シールドマシンの中折れ角度を含むので、施工管理において、より実際の作業に近いシールドマシンの進行予想ができ、施工計画に近いシールドトンネルを施工できる。

シールドマシン及びセグメント壁の構造を示す断面図である。施工管理装置を示すブロック図である。表示装置の画面に表示された現状図である。胴筒とセグメント壁のクリアランスを計算する計算面を示す図である。表示装置の画面に表示された３次元の施工管理図である。表示装置の画面に表示された３次元の施工管理図である。

図１はシールドマシン及びセグメント壁の構造を示し、図２はシールドトンネルの施工管理装置のブロック図を示し、図３はシールドトンネルの施工管理装置により表示装置の画面に表示される施工管理図を示す。まず、図１を参照し、施工管理装置による管理対象であるシールドマシン１の構造について概説する。

シールドマシン１は、カッタヘッド２、円筒状の胴筒３、油圧式の推進ジャッキ４、カッタヘッド２の駆動機構５、中折れジャッキ６、その他図外のセグメントリング組立装置（エレクター）、制御部、操縦室などを備える。胴筒３は、前胴３Ａと後胴３Ｂとで構成され、中折れ装置を介して連結される。前胴３Ａ及び後胴３Ｂは、中折れ装置を構成する中折れジャッキ６の伸縮により互いの軸線が交差するように屈曲可能に構成される。例えば、中折れジャッキ６は、前胴３Ａの後端部側の内周面及び後胴３Ｂの前端部側の内周面とを連結するように各胴３Ａ，３Ｂの円周方向に沿って所定の間隔を隔てて複数配置される。後胴３Ｂの後端部側の内周面には、円周方向に沿って所定の間隔を隔てて配置された複数の推進ジャッキ４を備える。

シールドマシン１は、複数の推進ジャッキ４のピストン７の伸ばし量を調整することによって前胴３Ａ及び後胴３Ｂの進行方向が３次元的に制御される。また、シールドマシン１は、中折れジャッキ６の伸ばし量を調整することにより、後胴３Ｂに対する前胴３Ａの屈曲する角度、いわゆる中折れ角度が３次元的に調整されて進行方向を大きく変化させることができる。中折れ角度とは、例えば、後胴３Ｂの軸線に対して前胴３Ａの軸線が交差する角度をいい、図３の前後，左右，上下の方向を示す矢印で示され、後胴３Ｂの軸線を基準として設定される前後方向及び左右方向で規定される平面における前胴３Ａの軸線と後胴３Ｂとが交差する角度、左右方向及び上下方向で規定される平面における前胴３Ａの軸線と後胴３Ｂとが交差する角度、上下方向及び前後方向で規定される平面における前胴３Ａの軸線と後胴３Ｂとが交差する角度の３つの角度により設定される。

シールドマシン１は、例えば図外の始発竪坑から到達竪坑まで掘進するが、当初は始発竪坑内に設けた受板に推進ジャッキ４のピストン７の先端を押し当て、ピストン７を伸ばして受板から得られる反力とともにカッタヘッド２を回転させることによって前方に推進する。
そして、所定距離前進すると、シールドマシン１の内部において複数のセグメントピース８ａをエレクターにより周方向に接合して組み立てたセグメント８をシールドマシン１の後方に配置し、再びシールドマシン１を所定距離推進させる。以後、セグメント８の継ぎ足しと、所定の距離の推進を繰り返すことにより、シールドトンネルの掘進が進行するとともに、シールドマシン１の後方には、複数のセグメント８からなるセグメント壁８Ａが構築される。また、シールドマシン１により掘削された地盤９とセグメント壁８Ａの外周面との間には、モルタルやコンクリートのような裏込材１０が充填される。なお、図１に示すように、セグメント壁８Ａの先頭部は、胴筒３の後胴３Ｂの後端開口から後胴３Ｂの内側にセグメント８の所定数分、例えば２つ分が入り込んだ状態で施工される。

シールドマシン１には、当該シールドマシン１、及びセグメント壁８Ａの３次元の位置情報及び方向情報を含む現状情報を計測する図外の光学式測量装置やジャイロ式測量装置などの測量装置が取り付けられる。測量装置で計測された測量結果は、施工管理装置２０の処理装置２１に入力される。処理装置２１に入力された測量結果は、処理装置２１の備える記憶手段にシールドマシン１及びセグメント壁８Ａの現状情報として記憶される。測量装置による計測結果は、例えば通信装置を介してリアルタイムに出力され、処理装置２１側に入力される。なお、セグメント８を継ぎ足す毎、あるいは推進ジャッキ４を１ストローク分伸ばす毎に測量装置による測量結果である位置情報及び方向情報を処理装置２１に出力するようにしても良い。

次に、図２を参照し、シールドトンネルの施工管理装置２０を説明する。
施工管理装置２０は、処理装置２１と、入力装置２２と、出力装置としての表示装置２３とを備える。施工管理装置２０は、特に処理装置２１、入力装置２２及び表示装置２３が一体に構成されたオールインワンコンピュータ、例えばタブレット型コンピュータを採用することにより、事務所、作業現場等、場所を問わずにトンネル掘削の現状を視認することができる。

処理装置２１は、演算処理手段としてのＣＰＵ、記憶手段としてのＲＯＭ，ＲＡＭ、入力装置２２及び表示装置２３との通信手段としての入出力インターフェイス、及び無線による通信手段を備える。記憶手段としてのＲＯＭには、設計計画線情報と、セグメント情報と、シールドマシン情報と、施工管理プログラムとがあらかじめ入力，記憶される。
また、処理装置２１には、作業者による入力装置２２の操作によりシールドマシン１の進行予想情報が入力される。

施工計画線情報は、例えば、シールドマシンが搬入される始発竪坑に設定される基準点からシールドマシンが搬出される到達竪坑に設定される基準点との間を３次元の位置座標であらわした３次元位置座標データからなる。例えば、施工計画線情報は、始発竪坑の基準点を原点とし、この基準点から最初にシールドマシン１に設定されるシールドマシン１の進行方向である前後方向をＸ軸、左右方向をＹ軸、上下方向をＺ軸などとしてシールドマシンの通過予定位置をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸に属する変数として３次元座標であらわしたものである。なお、施工計画線情報を構成する３次元座標データの座標系は、地球の中心を基準とするＧＰＳによるグローバル座標系、始発竪坑の基準点を原点とする座標系等のいずれであっても良い。

セグメント情報は、セグメントピースデータと、セグメントデータとを含んで構成される。セグメントピースデータは、利用可能なセグメントピース８ａの形状及び寸法等を番号付けしてデータベース化したものである。セグメントピース８ａの形状には、セグメント同士の連結面が平行なものや、連結面が所定角度で傾斜したテーパー状のもの等がある。
セグメントデータは、セグメントピースデータに登録された複数のセグメントピース８ａを組み合わせてセグメント８を組み立てたときのセグメントピース８ａの組み合わせ番号や、組み合わせ番号に対応したセグメント８の中心線の長さ及び方向（組み立て向き）をデータベース化したものである。

セグメント８の長さとは、複数のセグメントピース８ａにより環状に構成されたセグメント８の一端側の連結面の中心と、他端側の連結面の中心とを結ぶ線分の長さを言う。また、セグメント８の方向とは、セグメント８の一端側の連結面の中心と他端側の連結面の中心とを結ぶ線分の一端側の連結面に対する角度、又は前記線分の他端側の連結面に対する角度を言う。つまり、角度が０度以外の場合には、セグメント壁８Ａを構築するときに組み付け向きが生じる。

シールドマシン情報は、シールドマシン１の全長等の主要部の寸法、カッタヘッド２の外径及び長さ等の寸法、前胴３Ａ及び後胴３Ｂの外径，内径及び長さ等の寸法、推進ジャッキ４の最大ストローク長さ、中折れ許容角度（最大中折れ角度）、ローリングずれデータ等を含んで構成される。ローリングずれデータは、後述の進行予想情報として入力されるローリング量に応じたシールドマシン１の進行方向に生じるずれ量をデータベース化したものである。
進行予想情報は、進行予想位置、進行予想方向、ローリング量、中折れ角度等を含み、これらは、例えば、施工管理者が入力装置２２を操作することにより入力される。

施工管理プログラムは、演算処理手段としてのＣＰＵを施工管理装置２０の施工計画線出力処理手段３１、シールドマシン現状出力処理手段３２、セグメント現状出力処理手段３３、シールドマシン進行予想出力処理手段３４、セグメント施工予想出力処理手段３５、現状テールクリアランス出力処理手段３６、予想テールクリアランス出力処理手段３７、シールドマシンずれ出力処理手段３８、セグメントずれ出力処理手段３９を機能させる。

施工計画線出力処理手段３１は、記憶手段に記憶された上記施工計画線情報を読み込み、表示装置２３に施工計画線データを出力して、画面２４に表示させる。

シールドマシン現状出力処理手段３２は、上述したシールドマシン１の現状情報として処理装置２１に入力されたシールドマシン１の現状における３次元の位置情報及び方向情報と、記憶手段に記憶されたシールドマシン情報とに基づいて、シールドマシン１の現状位置における３次元の現状図データを表示装置２３に出力し、現状図を画面２４に表示させる。シールドマシン１の現状図データは、現状の位置情報及び方向情報と、シールドマシン１の中心線の位置及び方向とを一致させることにより生成され、シールドマシン１の前胴３Ａの外形形状、及び、後胴３Ｂの外形形状及び内形形状が３次元データとして表される。

セグメント現状出力処理手段３３は、セグメント壁８Ａの現状情報として入力されたセグメント壁８Ａの現状における３次元の位置情報及び方向情報と、記憶手段に記憶されたセグメント情報とに基づいて、セグメント壁８Ａの現状位置における３次元の現状図データを表示装置２３に出力し、現状図を画面２４に表示させる。セグメント壁８Ａの現状図データは、現状の位置情報及び方向情報にセグメント壁８Ａを構成するセグメント８の中心線の位置及び方向を一致させることにより生成され、セグメント壁８Ａの外形形状、及び、内形形状が３次元データとして表される。

シールドマシン進行予想出力処理手段３４は、シールドマシン１の現状状態からの進行予想情報として入力手段から入力されたシールドマシン１の進行予想位置と進行予想方向と、記憶手段に記憶されたシールドマシン情報とに基づいて、シールドマシン１の進行予想位置データを表示装置２３に出力し、進行予想図を画面２４に表示させる。シールドマシン１の進行予想図データは、進行予想位置及び進行予想方向にシールドマシン１の中心線の位置及び方向を一致させることにより生成され、シールドマシン１の前胴３Ａの外形形状、及び、後胴３Ｂの外形形状及び内形形状が例えばワイヤーフレーム等により画面２４上に表示するための３次元データとして表される。なお、進行予想位置及び進行予想方向は、施工管理者による入力装置２２からの直接的な入力に加え、選択的に入力される掘進時のローリング量や中折れ角度の数値の入力により、ローリング量や中折れ角度の影響を加味して処理される。

セグメント施工予想出力処理手段３５は、セグメント壁８Ａの現状状態からの施工予想情報として入力手段を介して入力されたセグメント壁８Ａの施工予想位置と施工予想方向と、記憶手段に記憶されたセグメント情報とに基づいて、セグメント壁８Ａの施工予想図データを表示装置２３に出力し、施工予想図を画面２４に表示させる。セグメント壁８Ａの施工予想図データは、施工予想位置及び施工予想方向にセグメント壁８Ａを構成するセグメント８の中心線の位置及び方向を一致させることにより生成され、セグメント壁８Ａの外形形状及び内形形状が３次元データとして表される。

現状テールクリアランス出力処理手段３６は、シールドマシン１の現状図データにおける後胴３Ｂの後端部４３の内周面４４とセグメント壁８Ａの現状図データにおける先端部４５の外周面４６との間の最短距離のうちの隙間の最小値であるテールクリアランスを算出し、最小値と含む断面図を表示装置２３に出力して画面２４に表示させる。

予想テールクリアランス出力処理手段３７は、シールドマシン１の進行予想図データにおける後胴３Ｂの後端部４３の内周面４４とセグメント壁８Ａの現状図データにおける先端部４５の外周面４６との間の最短距離のうちの隙間の最小値であるテールクリアランス及び干渉する最大値を算出する。なお、隙間の最小値や干渉の最大値が算出された位置を含むように、後胴３Ｂとセグメント壁８Ａとを断面図で表示させるように構成しても良い。

シールドマシンずれ出力処理手段３８は、シールドマシン進行予想の中心線の先端と施工計画線との間の最短距離を算出し、算出結果を表示装置２３に出力して画面２４に表示させる。
セグメントずれ出力処理手段３９は、セグメント施工予想の中心線の先端と施工計画線との間の最短距離を算出し、算出結果を表示装置２３に出力して画面２４に表示させる。

以下、図１乃至図６を参照し、施工管理装置２０を用いたシールドトンネルの施工管理方法について説明する。シールドトンネルの施工管理者が、入力装置２２を操作してシールドトンネルの施工計画線を表示させるためのコマンドを処理装置２１に入力すると、処理装置２１は、記憶手段から施工計画線情報を読み出し、所定の視野角で施工計画線を表示装置２３の画面２４に３次元表示する。

施工管理者が、入力装置２２を操作してシールドマシン１及びセグメント壁８Ａの現状図を表示するコマンドを処理装置２１に入力すると、シールドマシン現状出力処理手段３２が処理装置２１に入力された現状情報及びシールドマシン情報に基づいてシールドマシン１の現状位置における現状図の元となる現状図データを作成し、当該現状図データを表示装置２３に出力して画面２４に表示させる。また、セグメント現状出力処理手段３３が処理装置２１に入力された現状情報及びセグメント情報に基づいてセグメント壁８Ａの現状図の元となる現状図データを作成し、当該現状図データを表示装置２３に出力して画面２４に表示させる。これにより、画面２４には、図３に示すように、シールドマシン１の現状図４１及びセグメント壁８Ａの現状図４２が所定の視野角で３次元表示される。なお、図３に示す前後，左右，上下の方向を示す矢印は、セグメント壁８Ａの先端のセグメント８の中心線Ｖを基準としてあらわしたものであり、中心線Ｖが前後方向、この中心線Ｖに水平に直交する方向が左右方向、中心線Ｖに鉛直に沿うように直交する方向が上下方向である。

また、施工管理者が、入力装置２２を操作して現状におけるテールクリアランスを表示するコマンドを処理装置２１に入力すると、図４に示すように、現状テールクリアランス出力処理手段３６は、現状位置におけるシールドマシン１の後胴３Ｂの後端部４３の内周面４４とセグメント壁８Ａの先端部４５の外周面４６の先端縁４７との間の周位置における最短距離Ａのうちの最小値Ａ１、及び現状位置における後胴３Ｂの内周面４８の後端縁４９とセグメント壁８Ａの先端部４５の外周面４６との間の周位置における最短距離Ａのうちの最小値Ａ２をテールクリアランスとして表示する。
このとき施工管理者が、入力装置２２を操作して、画面２４に表示されたセグメント壁８Ａの端面における位置を後胴３Ｂの中心線Ｆ１に直交する断面で表示するコマンドを入力すると、図５に示すように、後胴３Ｂとセグメント壁８Ａとの重複部分を断面図Ｐ１として表示する。

図４に示す断面の周位置における最小値Ａ１やＡ２が所定値Ｘ、例えば１０ｍｍ以下である場合には、シールドマシン１を実際に進行させた場合に、シールドマシン１の後胴３Ｂの後端部４３の内周面４４とセグメント壁８Ａの外周面４６の先端縁４７との衝突や、後胴３Ｂの内周面４８の後端縁４９とセグメント壁８Ａの先端部４５の外周面４６との衝突によって、セグメント壁８Ａが欠けたり、割れたりする可能性が高い。

そこで、最小値Ａ１やＡ２が所定値Ｘ以下である場合には、施工管理者が、最小値Ａ１やＡ２を所定値Ｘより大きくする方向にシールドマシン１を進行させるための進行予想情報を入力装置２２を操作して処理装置２１に入力すると、シールドマシン進行予想出力処理手段３４が、進行予想情報及びシールドマシン情報に基づいてシールドマシン１の進行予想位置を算出し、その結果を表示装置２３に出力する。これにより、画面２４には、図４，図５の一点鎖線で示すシールドマシン１の進行予想図５１がセグメント壁８Ａの現状図とともに表示される。

そして、施工管理者が入力装置２２を操作して進行予想位置におけるテールクリアランスを表示するコマンドを処理装置２１に入力すると、予想テールクリアランス出力処理手段３７が、シールドマシン１の進行予想図の進行予想位置データとセグメント壁８Ａの現状図データとから進行予想位置におけるシールドマシン１の後胴３Ｂと現状位置におけるセグメント壁８Ａとの間のテールクリアランスを計算する。具体的には、現状テールクリアランス出力処理手段３６と同様に、シールドマシン１の後胴３Ｂの内周面４８とセグメント壁８Ａの先端部４５の外周面４６の先端縁４７との間の周位置における最短距離Ａのうちの最小値、及び現状位置における後胴３Ｂの内周面４８の後端縁４９とセグメント壁８Ａの先端部４５の外周面４６との間の周位置における最短距離Ａのうちの隙間の最小値を算出し、画面２４に表示する。また、セグメント８と後胴３Ｂとが衝突し、干渉が生じる場合には、干渉が生じた位置及び干渉量の最大値を表示する。

シールドマシン進行予想出力処理手段３４が画面２４にシールドマシン１の進行予想図５１を表示した後に、施工管理者がシールドマシン１と施工計画線４０とのずれ量を算出するコマンドを処理装置２１に入力する。これにより、シールドマシンずれ出力処理手段３７は、図４に示すように、施工計画線４０とシールドマシン１の進行予想図５１の中心線５２の先端５３との間の最短距離Ｂを算出して画面２４に表示する。

最短距離Ｂが所定値Ｙ、例えば２５ｍ以上である場合において、シールドマシンずれ出力処理手段３７が所定値Ｙ以上の最短距離Ｂを表示しなくなるまで、施工管理者は、最短距離Ｂを所定値Ｙより小さくする方向にシールドマシン１の現状からの進行予想情報となる進行予想位置及び進行予想方向を入力し直す。

最小値Ａ１やＡ２が所定値Ｘを超え、最短距離Ｂが所定値Ｙを超えないようなシールドマシン１の進行予想情報が得られた場合に、施工管理者は当該シールドマシン１の進行予想情報をシールドマシン１の運転者に指示する。運転者は、施工管理者から指示された進行予想情報に基づいてシールドマシン１を運転する。
このように、シールドマシンずれ出力処理手段３８により最短距離Ｂを計算することにより、最短距離Ｂが所定値Ｙを超えないように施工管理できるので、施工計画線４０から極端にずれないようにシールドマシン１の進行を管理でき、施工計画に近いシールドトンネルを施工できるようになる。

施工管理者が、シールドマシン１の進行予想情報を参考にしてセグメント８の施工予想情報を処理装置２１に入力すると、セグメント施工予想出力処理手段３５が、施工予想情報に対応するセグメント情報を記憶手段から読み出し、図６に示すように、新たにセグメント壁８Ａに連結するセグメント８の寸法及び組み付けの施工予想位置を表示装置２３に出力して画面２４にセグメント８の施工予想図６１が表示される。

施工予想図６１が表示された後に、施工管理者が、入力装置２２を操作してセグメントずれ量を演算するコマンドを処理装置２１に入力すると、セグメントずれ出力処理手段３９は、施工計画線４０とセグメント８の施工予想図６１の中心線６２の先端６３との間の最短距離Ｃを算出し、表示装置２３に出力することにより最短距離Ｃが画面２４に表示される。
最短距離Ｃが所定値Ｚ、例えば２５ｍ以上である場合において、セグメントずれ出力処理手段３９が所定値Ｙ以上の最短距離Ｃを出力しなくなるまで、施工管理者は、最短距離Ｃを所定値Ｚより小さくする方向にセグメント壁８Ａの現状からの施工予想情報を入力し直す。
最短距離Ｃが所定値Ｚを超えないようなセグメント壁８Ａの施工予想情報が得られた場合、図６に示すように、画面２４に施工予想情報に対応するような形状、ここではテーパー状の形状を有するセグメント８の寸法とともにその向きを表示する。同図に示すように、例えば、寸法が３００ｍｍ、オフセット量が５０ｍｍなどとして表示され、これにより施工管理者は、テーパー状のセグメント８が必要であるとわかる。そして、施工管理者は、当該セグメント壁８Ａの施工予想情報に適合した施工を行うために必要な上記セグメント８のデータにリンクされたセグメントピース８ａの組み合わせ、及びセグメント８の組み立て向きを施工仕様としてセグメント施工者に指示する。
このように、セグメントずれ出力処理手段３８により最短距離Ｃを計算させることにより、施工管理において、最短距離Ｃが所定値Ｚを超えないようにできるので、施工計画線４０から極端にずれないようにセグメント壁８Ａの施工を管理でき、施工計画に近いシールドトンネルを施工できるようになる。

また、最短距離Ｃが所定値Ｚ内である場合には、施工管理者が、最小値Ａ１やＡ２を所定値Ｘより大きくする方向にシールドマシン１を進行させるための進行予想情報に、例えばローリング量を指定するための数値を入力装置２２から処理装置２１に入力することで、シールドマシン進行予想出力処理手段３４の処理により、入力された進行予想情報に基づいてローリング量の影響を含むシールドマシン１の進行予想図５１を画面２４に表示させることができる。
また、施工管理者が、シールドマシン１を進行させるための進行予想情報に、例えば中折れ角度を指定するための数値を入力装置２２から処理装置２１に入力することで、シールドマシン進行予想出力処理手段３４の処理により、入力された進行予想情報に基づいて中折れ角度の影響を含むシールドマシン１の進行予想図５１を画面２４に表示させることができる。
また、施工管理者が、シールドマシン１を進行させるための進行予想情報に、例えばローリング量及び中折れ角度を指定するための数値を入力装置２２から処理装置２１に入力することで、シールドマシン進行予想出力処理手段３４の処理により、入力された進行予想情報に基づいてローリング量及び中折れ角度の影響を含むシールドマシン１の進行予想図５１を画面２４に表示させることができる。
このように、セグメント壁８Ａの外周面４６の先端縁４７を固定した状態で、シールドマシン１の進行予想情報を変更することにより、図４に示す最小値Ａ１やＡ２を所定値Ｘよりも大きくして、シールドマシン１の後胴３Ｂとセグメント壁８Ａとの干渉を防止することができる。

上記実施形態によれば、図３や図５，図６に示すように、シールドマシン１の施工の現状や予想が画面２４に３次元で表示されるため、視覚的に情報がわかりやすくなり、施工管理者以外の者であっても、施工管理をすることができる。すなわち、シールドマシン１の３次元の位置及び向きを含む現状情報を入力してシールドマシンの現状図を表示装置２３に表示させるシールドマシン現状出力処理手段３２と、シールドマシン１の掘進後に設けられたセグメント８により形成されるセグメント壁８Ａの３次元の位置及び向きを含む現状情報を入力して表示装置２３にセグメント壁８Ａの現状図を表示させるセグメント現状出力処理手段３３と、現状におけるシールドマシン１の胴筒３の後端部である後胴３Ｂの内周面とセグメント壁８Ａの先端部の外周面との間の最短距離のうちの最小値と、当該最小値を含むシールドマシン１及びセグメント壁８Ａの断面図Ｐ１を表示装置２３に表示させる現状テールクリアランス出力処理手段３６とを備えたので、現状におけるシールドマシンの後胴３Ｂの後端部とセグメント壁８Ａの先端部との上下左右以外の斜め方向位置等のすべての周位置における隙間の状態を視認でき、後胴３Ｂの後端部とセグメント壁８Ａの先端部の衝突によるセグメント壁８Ａの欠けや割れを防止して高品質のシールドトンネルを施工できるようになる。

なお、上記実施形態では、現状テールクリアランス出力処理手段３６は、現状のシールドマシン１の後胴３Ｂの後端部４３の内周面４４と現状のセグメント壁８Ａの先端部４５の外周面４６との間の最短距離のうちの最小値であるテールクリアランスを算出するものとして説明したが、例えば、シールドマシン１の後胴３Ｂの中心線に直交する断面を、当該中心線に沿って前胴３Ａ側に推進ジャッキ４のストローク量よりも十分短い間隔で移動させ、断面が移動する毎に後胴３Ｂの後端部４３の内周面４４とセグメント壁８Ａの先端部４５の外周面との間の距離の最短距離を計算することで、シールドマシン１が掘進する間のテールクリアランス量の状態をより詳細に取得することができる。また、予想テールクリアランス出力処理手段３７においても同様にテールクリアランスを計算させることができる。

また、上記実施形態の説明において説明した所定値Ｘ、最短距離Ｂ、最短距離Ｃ等の数値は、現場に応じて適宜設定すればよい。

なお、上記実施形態では、施工管理者が進行予想情報を入力するものとして説明したが、テールクリアランスの最小値、施工計画線からのシールドマシンのずれ量や施工計画線からのセグメントのずれ量のみをあらかじめ処理装置２１に設定しておき、これら最小値や各ずれ量を満たすように、シールドマシン１の進行予想方向及び進行量を自動的に予測させ、自動的に予測した進行予想方向及び進行量に対応したセグメントの組み合わせ及びセグメントの組み立て向きをデータベースから読み出して、シールドマシン１の進行予想方向及び進行量、セグメントの組み合わせ及び組み立て向きを施工管理者に提案するように処理装置２１を構成することも可能である。

１シールドマシン、３胴筒、３Ａ前胴、３Ｂ後胴、８セグメント、
８Ａセグメント壁、２０施工管理装置、２１処理装置、２２入力装置、
２３表示装置、３１施工計画線出力処理手段、
３２シールドマシン現状出力処理手段、３３セグメント現状出力処理手段、
３４シールドマシン進行予想出力処理手段、３５セグメント施工予想出力処理手段、
３６現状テールクリアランス出力処理手段、
３７予想テールクリアランス出力処理手段、３８シールドマシンずれ出力処理手段、
３９セグメントずれ出力処理手段、
４１シールドマシンの現状図、４２セグメント壁の現状図。

Claims

プログラムに従って処理を実行するコンピュータを含む処理装置と、
前記処理装置に接続された入力装置及び表示装置と、
を備えたシールドトンネルの施工管理装置であって、
前記処理装置は、
シールドマシンの３次元の位置及び向きを含む現状情報の入力に基づいてシールドマシンの現状図を前記表示装置に表示させるシールドマシン現状出力処理手段と、
前記シールドマシンの掘進後に設けられたセグメントにより形成されるセグメント壁の３次元の位置及び向きを含む現状情報の入力に基づいて前記表示装置にセグメント壁の現状図を表示させるセグメント現状出力処理手段と、
現状におけるシールドマシンの胴筒後端部の内周面と、セグメント壁の先端部の外周面との間の最短距離のうちの最小値と、当該最小値を含む前記シールドマシン及びセグメント壁の断面図を表示装置に表示させる現状テールクリアランス出力処理手段と、
を備えたことを特徴とするシールドトンネルの施工管理装置。
前記シールドマシンの３次元の進行予想位置及び進行予想方向を含む進行予想情報の入力に基づいて、前記シールドマシンの現状図に対するシールドマシンの進行予想図を表示装置に表示させるシールドマシン進行予想出力処理手段と、
前記進行予想図における胴筒後端部の内周面と前記セグメント壁の現状図におけるセグメント壁の先端部の外周面とが重なる間における最短距離のうちの隙間の最小値及び干渉する最大値とを表示装置に表示させる予想テールクリアランス出力処理手段と、
を備えたことを特徴とする請求項１に記載のシールドトンネルの施工管理装置。
前記進行予想情報は、シールドマシンのローリング量を含むことを特徴とする請求項２に記載のシールドトンネルの施工管理装置。
前記進行予想情報は、シールドマシンの中折れ角度を含むことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のシールドトンネルの施工管理装置。
セグメント壁の先端部のセグメントの３次元の形状及び組み立て方向を含む施工予想情報の入力に基づいて、セグメント壁の現状図に対するセグメント壁の施工予想図を表示装置に表示させるセグメント施工予想出力処理手段、
を備えたことを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれかに記載のシールドトンネルの施工管理装置。