JP7162838B2 - 後続台車牽引システム - Google Patents

Description

本発明は、後続台車牽引システムに関する。

シールドトンネルでは、シールドマシンの駆動に必要な設備や各種配線等を牽引するための後続台車がシールドマシンの後方に配設されている（例えば、特許文献１参照）。後続台車は、シールドマシンと連結棒または牽引ジャッキを介して連結されていて、トンネル坑内に敷設されたレール上を走行する。曲線部を有するトンネルの施工では、牽引ジャッキを操作することで、線形に応じて後続台車の向きを修正する。
後続台車の車輪には、レールからの脱輪防止を目的として、ツバ付車輪が使用されるのが一般的である。ツバ付車輪は、レール上を走行しながら、ツバ部がレールに接触することで、後続台車の方向を修正する。
大断面シールドトンネルの施工では、後続台車の自重が大きく、車輪のツバ部による台車の方向修正には大きな反力が必要であるため、レールの構造を強固にする必要がある。また、大規模な後続台車において、牽引ジャッキの操作を誤ると、ツバ付車輪であってもレールを乗り上げることや脱輪するおそれがある。そのため、後続台車の走行や、牽引ジャッキの操作は、作業員が監視しつつ慎重に行う必要があり、手間がかかる。

特開２００４－２９３１９８号公報

本発明は、前記の問題点を解決することを目的とするものであり、後続台車の脱輪等のトラブルを事前に予防することができるとともに、後続台車の位置調整を簡易に行うことを可能とした後続台車牽引システムを提案することを課題とする。

前記課題を解決するための本発明の後続車牽引システムは、シールドマシンに牽引されて、トンネル坑内に敷設されたレール上を走行する複数の後続台車と、前記後続台車同士を連結する左右のジャッキと、前記ジャッキのジャッキストロークを計測するジャッキセンサと、前記後続台車の車輪と前記レールとの位置関係を計測する車輪センサと、前記ジャッキセンサの計測結果および前記車輪センサの計測結果により前記後続台車と前記レールとの相対位置関係を算出する台車位置算出手段とを備えるものである。
かかる後続台車牽引システムによれば、後続台車とレールとの相対位置関係に応じてジャッキの伸縮動作を行うことで、脱輪等のトラブルを防止することができる。ジャッキの伸縮動作は、遠隔操作により行うことや、自動制御することが可能なため、後続台車の位置修正に要する労力を大幅に削減することができる。
後続車牽引システムが、前記台車位置算出手段により算出された前記相対位置関係に基づいて、自動的に前記ジャッキの伸縮動作を行うものであれば、より簡易に後続台車の位置修正を行うことができる。
また、前記車輪が前記後続台車の脚部に取り付けられている場合には、前記車輪センサは、前記脚部に固定すればよい。このとき、車輪センサは、前記レールの側面の位置を計測することにより、前記車輪と前記レールとの位置関係を計測するようにすればよい。

本発明の後続台車牽引システムによれば、台車位置算出手段により算出された後続台車とレールとの相対位置関係に応じてジャッキの伸縮動作を行うことで、後続台車の脱輪等のトラブルを事前に予防することができるとともに、後続台車の位置調整を簡易に行うことができる。

本発明の実施形態に係る後続台車牽引システムの概要を示す模式図である。 後続台車を示す正面図である。 車輪センサを示す平面図である。 ジャッキの操作例を示す模式図であって、（ａ）は修正状況の例、（ｂ）は修正後、（ｃ）は他の修正状況の例、（ｄ）はその他の修正状況の例の後続台車とジャッキを示す平面図である。

本実施形態では、シールドトンネルの施工において、シールドマシンの後方に牽引される後続台車２のレールＲからの脱輪を予防するための後続台車牽引システム１について説明する。
後続台車牽引システム１は、図１および図２に示すように、後続台車２と、ジャッキ３と、ジャッキセンサ（図示せず）と、車輪センサ４と、台車位置算出手段５と、制御盤６を備えている。
後続台車２は、シールドマシンに牽引されて、トンネル坑内に敷設されたレールＲ上を走行する。本実施形態では、７台の後続台車２がジャッキ３を介して連結されている。レールＲは、トンネルＴの底部の設けられた横梁Ｂ上に敷設されている。なお、後続台車２の数は限定されるものではない。
図２に示すように、後続台車２には、台車本体２１の下面に形成された脚部２２を介して車輪２３が設けられている。台車本体２１は、鋼材を組み合われることにより形成されており、シールドマシンの駆動に必要な設備、各種配線、残土搬出用のベルトコンベヤ等が配設されている。台車本体２１上には、資材運搬台車等の通路等が確保されている。なお、後続台車２の構成は限定されるものではない。脚部２２は、鋼材により形成されていて、台車本体２１を支持している。脚部２２は、トンネル横断方向に対して左右２箇所に形成されている。脚部２２は、下端において、車輪２３を転動可能に保持している。

図１に示すように、ジャッキ３は、前後に隣り合う後続台車２同士の間において、左右にそれぞれ配設されている。ジャッキ３の前端および後端は、後続台車２に縦軸（上下方向の軸）を中心に回動可能に取り付けられている。ジャッキ３は、制御盤６に接続されていて、制御盤６から送信された信号により作動する。本実施形態のジャッキ３は、油圧式であり、油圧ホースを介して供給された作動油の圧力によって伸縮する。なお、ジャッキ３の形式は限定されるものではなく、例えば、空気作動式であってもよい。また、ジャッキ３の数および配置は限定されるものではなく、例えば、後続台車２の左右において、上下２段ずつ配設してもよい。

ジャッキセンサは、ジャッキ３に取り付けられていて、ジャッキ３のジャッキストロークを計測する。すなわち、ジャッキセンサは、ジャッキ３の設置位置において前後の後続台車２同士の間隔を測定する。ジャッキセンサは、有線または無線の通信手段を介して台車位置算出手段５に接続されていて、計測結果を台車位置算出手段５に送信する。なお、ジャッキセンサの取付箇所および構成は限定されるものではない。例えば、ジャッキセンサとして、距離センサーを前後に配設された後続台車２のいずれか一方に取り付けて、後続台車２同士の離隔距離を測定してもよい。

車輪センサ４は、後続台車２の車輪２３とレールＲとの位置関係を計測する。本実施形態では、車輪センサ４として、レーザ距離センサを使用する。車輪センサ４は、治具４１を介して脚部２２に固定されている。治具４１は、鋼材（例えばＬ型鋼）を組み合わせることにより形成されている。治具４１は、脚部２２の側部に固定されて下方に延びる縦材４２と、縦材４２の下端部に固定された横材４３とを備えている。図３に示すように、横材４３は、縦材４２の下部に固定された固定部４３ａと、車輪センサ４を保持する保持部４３ｂと、固定部４３ａと保持部４３ｂとを連結する連結部４３ｃとにより平面視コ字状を呈している。車輪センサ４は、保持部４３ｂの先端部に取り付けられている。保持部４３ｂは、固定部４３ａよりも長く、車輪センサ４が固定された保持部４３ｂの先端部は、固定部４３ａの端部よりも張り出している。固定部４３ａには、リンク４４を介してターゲット４５が連結されている。リンク４４は、平面視く字状の鋼材からなる。リンク４４の一端は、固定部４３ａに縦軸を中心に回動可能に取り付けられている。リンク４４の他端にはターゲット４５が縦軸を中心に回動可能に取り付けられている。ターゲット４５は、車輪センサ４から照射されたレーザー光Ｌを反射するレーザー用ミラー４６を備えている。また、ターゲット４５のレーザー用ミラー４６の裏面には、レールＲの側面Ｒ_Ｓを走行するターゲット用車輪４７が設けられている。すなわち、ターゲット４５は、脚部２２に対して左右に移動可能に設けられており、レールＲの側面Ｒ_Ｓを走行する。なお、車輪センサ４の取付構造は限定されるものではない。また、ターゲット４５は必要に応じて設置すればよく、車輪センサ４の形式によっては省略してもよい。

車輪センサ４は、台車位置算出手段５に有線または無線の通信手段を介して接続されいる。車輪センサ４により取得されたターゲット４５（レールＲ）までの距離は、台車位置算出手段５に送信する。なお、車輪センサ４と車輪２３との位置関係は既知であるため、車輪センサ４によりレールＲまでの距離を測定することで、車輪２３とレールＲとの位置関係が導きだされる。
ここで、本実施形態のレールＲは、上下のフランジとフランジ同士を連結するウェブとからなるＨ形鋼により構成されている。ターゲット用車輪４７は、上側のフランジの側面Ｒ_Ｓを走行する。なお、レールＲの構成は限定されるものではなく、必ずしもＨ形鋼である必要はない。また、ターゲット４５は、必ずしも上側のフランジに沿って移動する必要はなく、例えば、ウェブに沿って移動させてもよい。

台車位置算出手段５は、シールドマシンの操作室または現場事務所などに設置されている（図１参照）。台車位置算出手段５は、いわゆるパーソナルコンピュータからなり、ジャッキセンサの計測結果および車輪センサ４の計測結果により後続台車２とレールＲとの相対位置関係を算出する。
台車位置算出手段５は、相対位置関係を算出することによって、後続台車２のレールＲに対するズレが確認された場合には、相対位置関係に基づいて、ジャッキ３の伸縮量を算出する。台車位置算出手段５は、図１に示すように、制御盤６に接続されていて、伸縮させるジャッキ３およびジャッキ３の伸縮量を制御盤６に送信する。なお、後続台車２のズレが大きく、脱輪等のトラブルを即座に回避する必要がある場合には台車位置算出手段５から非常停止（シールドマシンおよび後続台車２の移動停止）の信号を制御盤６に送信する。
ジャッキ３の操作は、手動により行ってもよい。すなわち、台車位置算出手段５により後続台車２のズレが確認された場合には、ズレが生じた後続台車２と、そのズレの大きさがモニターに表示される。操作者は、モニターを確認しながら、伸縮操作を行うジャッキ３を指定するとともにジャッキ３の伸縮量を入力する。

制御盤６は、シールドマシンまたは後続台車２に設置されている。制御盤６は、台車位置算出手段５により送信された信号に応じて、指定されたジャッキ３に対して指定された伸縮量によりジャッキ３の伸縮動作の指令を送信する。所定のジャッキ３が伸縮することで、後続台車２のズレが修正される。

なお、ジャッキ３の操作は、レールＲの線形や後続台車２のズレの大きさなどに応じて適宜行うものとする。例えば、図４（ａ）に示すように、３台の後続台車２ａ，２ｂ，２ｃのうちの中央の後続台車２ｂにズレが生じて、後続台車２ｂの右側が左側よりも前側に傾斜した場合には、先頭の後続台車２ａと中央の後続台車２ｂとの間のジャッキ３，３を伸縮させればよい。このとき、右側のジャッキ３を伸張させるとともに左側のジャッキ３を収縮させることで、図４（ｂ）に示すように、後続台車２ｂの向きを修正することができる。中央の後続台車２ｂの方向修正は、図４（ｃ）に示すように、後続台車２ｂの前後に配設された四つのジャッキ３を操作することにより行ってもよい。この場合には、右前および左後のジャッキ３を伸張させるとともに、左前および右後ろのジャッキ３を収縮させる。
また、レールＲのカーブ（曲線）に合わせて後続台車２ａ，２ｂ，２ｃの向きを修正する場合には、図４（ｄ）に示すように、後続台車２ｂの前後に配設されたジャッキ３を伸縮させる。レールＲの線形が左方向に曲がる場合には、後続台車２の前後右側のジャッキ３を伸張させて、前後左側のジャッキ３を収縮させればよい。

本実施形態の後続台車牽引システム１によれば、後続台車２とレールＲとの相対位置関係に応じてジャッキ３の伸縮動作を行うことで、脱輪等のトラブルを防止することができる。また、ジャッキ３の伸縮動作を自動制御または遠隔操作すれば、後続台車２の位置修正に要する労力を大幅に削減することができる。すなわち、後続台車２の近傍に作業員を配置して、後続台車２のズレの監視や修正を行う必要がないため、作業の手間および人員の低減が可能である。
後続台車牽引システム１は、後続台車２とレールＲとの相対位置関係に応じてジャッキ３の伸縮動作を行うため、レールＲの線形に応じてジャッキ３を伸縮することで、レールＲ上を安全に走行することができる。
後続台車２とレールＲとの相対位置関係を常時計測し、脱輪等のトラブルを事前に防止するため、ツバ付の車輪を使用することなく、また、ツバ付の車輪を使用した場合であっても、ツバ部による台車の方向修正を行う必要がない。そのため、車輪のツバ部による台車の方向修正に必要な反力を確保する必要でなく、レールＲの構造が比較的簡易であってもよい。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。

１ 後続台車牽引システム
２ 後続台車
３ ジャッキ
４ 車輪センサ
４１ 治具
４５ ターゲット
５ 台車位置算出手段
６ 制御盤

Claims (3)

1. シールドマシンに牽引されて、トンネル坑内に敷設されたレール上を走行する複数の後続台車と、
   前記後続台車同士を連結する左右のジャッキと、
   前記ジャッキのジャッキストロークを計測するジャッキセンサと、
   前記後続台車の車輪と前記レールとの位置関係を計測する車輪センサと、
   前記ジャッキセンサの計測結果および前記車輪センサの計測結果により前記後続台車と前記レールとの相対位置関係を算出する台車位置算出手段と、を備えることを特徴とする、後続台車牽引システム。
2. 前記台車位置算出手段により算出された前記相対位置関係に基づいて、前記ジャッキの伸縮動作を行うことを特徴とする、請求項１に記載の後続台車牽引システム。
3. 前記車輪は、前記後続台車の脚部に取り付けられており、
   前記車輪センサは、前記脚部に固定されていて、前記レールの側面の位置を計測することにより、前記車輪と前記レールとの位置関係を計測することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の後続台車牽引システム。

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