JP2000120393A - トンネル用吹付け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】吹付け面に対して常に垂直にかつ一定の吹付け
距離を保持したまま吹付けを連続して行うことができる
ようにするとともに、吹付け作業を中断することなく吹
付け作業に併行して吹付け厚測定が行えるようにする。 【解決手段】トンネル周方向壁面Ｈより内側にほぼ一定
の離間距離をおいてトンネル周方向に沿って形成された
走行レール面を有しかつトンネル長手方向に沿って移動
自在とされる周方向レール部材３と、この周方向レール
部材３に搭載され前記走行レール面に沿ってトンネル周
方向回りに走行自在とされる吹付けノズル保持装置４と
から構成し、前記吹付けノズル保持装置４に対し、正面
から視て吹付けノズル４０位置を挟んで進行方向前後位
置にトンネル壁面を視準する光波測距儀５Ａ、５Ｂをそ
れぞれ配設固定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＮＡＴＭ工法、Ｔ
ＢＭ工法などのトンネル掘削において、掘削壁面に対し
てコンクリート等を吹付けするためのトンネル用吹付け
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、山岳トンネルでは地山中に挿
入したロックボルトと掘削壁面に沿って施工した吹付け
コンクリートとを主たる支保部材とするＮＡＴＭ(New A
ustrian Tunnelling Methed)工法が主流となっている。

【０００３】トンネルの掘削方法には、全段面掘削およ
びトンネル断面を上下に分割しトンネル上部半断面、下
部半断面の順に併進して掘削を行うベンチカット工法等
の爆薬によって掘削を行う発破掘削工法、ＴＢＭ(Tunne
l Boring Machine) と呼ばれる全断面掘削機を用いるＴ
ＢＭ工法、さらにはブーム先端にカッター部を持ち、こ
のカッターブーム操作によって断面を掘削する自由断面
掘削を用いた機械掘削工法など各種の方法が存在する
が、いずれにしても掘削壁面の支保に際しては、鋼アー
チ部材を主たる支保材とする在来工法に代えて前述した
ロックボルトと吹付けコンクリートとを支保材とするＮ
ＡＴＭ工法が盛んに用いられている。

【０００４】従来より、前述の吹付けコンクリート工事
は、移動可能なクローラ式、タイヤ式またはレール式等
の移動台車等に吹付けノズルを保持するブームを取付
け、このブーム操作によって吹付けノズルを操作するよ
うにした吹付けロボットを用いたり、或いはノズルホー
スを作業員が直接手に持って吹付け作業を行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般的にコンクリート
の吹付け作業では、吹付け面に対して吹付けノズルを垂
直に保持するとともに、吹付け面との間の距離も経験的
にリバウンドの少なくなる適正な距離に保持した状態で
コンクリートの吹付けを行うと、吹付け終えたコンクリ
ートを吹き飛ばすことなく、かつ付着も良好であること
が知られている。

【０００６】しかしながら、従来のブーム操作による吹
付けロボットの場合には、複数の関節部を油圧シリンダ
等によって屈曲制御し吹付け位置を確保するようにして
いたため、吹付けノズルをアーチ状の掘削壁面に対して
常に垂直にかつ一定の到達距離に保持することが困難で
あった。

【０００７】また、吹付け厚管理に関して従来は、掘削
壁面に対してピンをトンネル坑内側に設計厚さ分だけ突
出させた状態で打ち付け、このピンが吹付けコンクリー
トによって隠れれば設計吹付け厚を満足しているとの判
断の下で管理を行っていたが、この方法ではピン打設箇
所では吹付け厚を満足し得るがピンを打設していない中
間部位では設計吹付け厚を満たしているかの判断が出来
ないなどの問題があった。この問題に対処するため、た
とえばレーザー測距儀などによってトンネル周方向に沿
って壁面形状計測を行い、トンネル掘削面の全周に亘っ
て吹付け厚を測定しようとした場合、壁面部位に吹付け
ロボットのブームが存在するとレーザ光が遮断され計測
が出来ないため、一時的に吹付け作業を中断して吹付け
ロボットまたはそのブームを邪魔にならない位置まで待
避させなければならないなどの問題があった。

【０００８】他方、近年ケーブル伝送によって吹付けロ
ボットを遠隔操作する試みも行われているが、従来の多
関節型の吹付けロボットの場合には、操縦箇所が多いた
めかなりの熟練を要しないと遠隔操作が難しいなどの問
題もあった。

【０００９】そこで本発明の主たる課題は、吹付け面に
対して常に垂直にかつ一定の吹付け距離を保持したまま
吹付けを連続して行うことができるようにするととも
に、操縦に必要な制御数が少なく熟練を要することなく
誰にでも容易に遠隔操作が可能となり、しかも吹付け作
業を中断することなく吹付け作業に併行して吹付け厚測
定が行えるとともに、吹付け材の供給量、吹付け圧等の
管理をも行えるようにしたトンネル用吹付け装置を提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に本発明は、トンネル周方向壁面より内側にほぼ一定の
離間距離をおいてトンネル周方向に沿って形成された走
行レール面を有しかつトンネル長手方向に沿って移動自
在とされる周方向レール部材と、この周方向レール部材
に搭載され前記走行レール面に沿ってトンネル周方向回
りに走行自在とされる吹付けノズル保持装置からなるこ
とを特徴とするものである。

【００１１】本発明においては、前記周方向レール部材
をトンネル内部に配設固定し、この周方向レール部材に
沿って吹付けノズル保持装置を移動させるようにしてい
る。したがって、吹付けノズルは常時トンネル壁面に対
して垂直に保持されるようになるとともに、吹付け距離
も常に一定に保持されるようになる。また、吹付け操作
に当たっては、基本的にはトンネル周方向への移動制御
を行うのみで吹付けが行えるようになるため、何ら熟練
を要することなく誰にでも容易に遠隔操作が可能とな
る。

【００１２】また、前記周方向レール部材はトンネル長
手方向に沿って移動自在となっているため吹付けに当た
っては、たとえば吹付けノズル保持装置を周方向レール
部材に沿って移動させトンネル周回り方向のコンクリー
ト吹付けを終えたならば、次にトンネル長手方向へ移動
し再びトンネル周方向の吹付けを行う吹付け手順、ある
いはトンネル長手方向に周方向レール部材をゆっくりと
移動させながら吹付けノズル保持装置をトンネル周方向
に移動させる吹付け手順などによって連続的に吹付け作
業が行えるようになる。

【００１３】他方、前記吹付けノズル保持装置に対し、
正面から視て吹付けノズル位置を挟んで進行方向前後位
置にトンネル壁面を視準する光波測距儀をそれぞれ配設
固定し、吹付け作業に併行して吹付け厚測定を行うよう
にするのが望ましい。光波測距儀の使用方法としては、
単に吹付け後の厚さを測定するには、吹付けノズル保持
装置の移動方向に対して後側に位置することになる一方
の光波測距儀のみを使用するか、この後側に位置する光
波測距儀のデータのみを取り出すようにすればよいが、
吹付けノズル保持装置の回転移動方向に関係なく、吹付
けノズル保持装置の前側および後側に配設された２台の
光波測距儀によって夫々同時に計測を行い、吹付け前と
吹付け後の吹付け厚を測定することにより、現状での一
走行過程による吹付け厚さをリアルタイムで確認するこ
とができるようになるため、圧送される吹付け材の供給
量や吹付け圧等の管理が容易に行えるようになる。

【００１４】なお、本発明における「吹付け」には、一
般的なコンクリート吹付けの他、モルタル吹付け等、各
種材料の吹付けを含むものである。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳述する。図１は本発明に係るコ
ンクリート吹付け装置１をＴＢＭに適用した場合の全体
図であり、図２は本発明に係るコンクリート吹付け装置
１の側面図であり、図３はその正面図である。

【００１６】本コンクリート吹付け装置１は、トンネル
ボーリングマシン２（以下、ＴＢＭ）の後方に配設さ
れ、ＴＢＭ２の掘進に追従しながら円形に掘削された壁
面に対し順次コンクリートを吹付けするものである。

【００１７】前記ＴＢＭ２のカッタヘッド１０によって
掘削されたズリは、ＴＢＭ２よりトンネル後方側に沿っ
て設置されたズリ搬送装置１１によって坑外に搬送され
るようになっており、このズリ搬送装置１１を支持部材
として前記コンクリート吹付け装置１が固定されるよう
になっている。

【００１８】図３に示されるように、ズリ搬送装置１１
の支持架台１２の下面に対して、開口を内側に向けて配
設された左右一対の溝型レール１３Ａ、１３Ｂをトンネ
ル長手方向に沿って固設し、この溝型レール１３Ａ、１
３Ｂの溝内にローラを嵌合させトンネル長手方向に沿っ
て移動自在とされる走行基体１４を設け、この走行基体
１４の下面側に設けられた垂下ブラケット１５によって
周方向レール部材３が固定支持され、この周方向レール
部材３に対して吹付けノズル保持装置４が搭載されてい
る。

【００１９】前記周方向レール部材３は、トンネル周方
向壁面Ｈより内側にほぼ一定の離間距離をおいた円軌跡
線に沿って走行体たる前記吹付けノズル保持装置４をト
ンネル周方向に沿って走行させるためのもので、本例で
はリング状に加工されたレール部材が用いられている。
なお、本例では掘削断面形状が円形であるＴＢＭに対す
る適用例を示したため、周方向レール部材３も円形状と
したが、たとえば自由断面掘削機を用いた複合円断面の
トンネルの場合には、この複合トンネル断面形状に合わ
せてその相似縮小形状に加工された周方向レール部材が
用いられる。

【００２０】また前記周方向レール部材３は、吹付け作
業をトンネル長手方向の所定範囲に亘って連続的に行え
るようにトンネル長手方向に沿って移動可能となってい
る。図２に示されるように、溝型レール１３Ａ、１３Ｂ
の前側端部と後側端部とにそれぞれスプロケット１８
Ａ、１８Ｂを支持するスプロケットブラケット１６Ａ、
１６Ｂを配設固定するとともに、走行基体１４の前側お
よび後側にそれぞれギヤ固定具１７Ａ、１７Ｂを固定
し、前記ギヤ固定具１７Ａに一端を固定したチェーン１
９を前記スプロケット１８Ａ、１８Ｂを回して他方のギ
ア固定具１７Ｂに連結固定し、かつ一方のスプロケット
ブラケット１６Ｂの下面側にモータ支持台２１を固定支
持し、これに固定支持されたモータ２０の原動スプロケ
ット２０ａと前記スプロケット１８Ｂとの間に伝動チェ
ーン２２を巻回し、モータ２０の原動軸を正逆方向に夫
々回転させることによって走行基体１４と共に周方向レ
ール部材３をトンネル長手方向に移動可能としている。

【００２１】前記周方向レール部材３に搭載される吹付
けノズル保持装置４は、詳細には図４および図５に示さ
れるように、装置本体２３の走行部に、周方向レール部
材３の内面側に接触する駆動ピニオンギア２４と、周方
向レール部材３の外面側に接触する押えローラ２５Ａ、
２５Ｂとを備え、周方向レール部材３を前記駆動ピニオ
ンギア２４と押えローラ２５Ａ、２５Ｂとによって挟み
付けることによって周方向レール部材３に支持されるよ
うになっており、前記駆動ピニオンギア２４と周方向レ
ール部材３の内面に形成されたラックギア３ａとが歯合
し、モータ２６によって前記駆動ピニオンギア２４が回
転されることによって周方向レール部材３に沿って移動
自在となっている。

【００２２】吹付けノズル４０を保持するノズルホルダ
２８は、吹付け角制御用シリンダ２７によって後端が支
持され、吹付けノズル４０の吹付け角度を任意角度に調
整できるようになっているとともに、ノズルホルダ２８
の後方上面には揺動杆２９が上方側に突出して設けられ
ており、モータ２９によって回転されるギア３１の回転
運動を前記揺動杆２９の直進往復動作に変換することに
よってノズルホルダ２８を連続的に揺動動作させるよう
になっており、吹付けノズル保持装置４の１ライン走行
によってコンクリートを所定幅Ｓで吹付けできるように
なっている。

【００２３】他方、上記吹付けノズル保持装置４に対し
ては、正面から視て吹付けノズル位置を挟んで進行方向
前後位置にそれぞれレーザー測距儀５Ａ，５Ｂが配設固
定され、吹付け作業に併行して吹付け厚測定が行えるよ
うになっている。吹付けに当たって前記吹付けノズル保
持装置４は、時計回り方向と半時計回り方向とに交互に
移動されるため、移動方向に対して後側に位置すること
になるレーザー測距儀５Ａ（５Ｂ）からの測定データに
よって吹付け後の吹付け厚が測定される。

【００２４】この場合、これら左右一対のレーザー測距
儀５Ａ，５Ｂを同時に使用し吹付けノズル保持装置４の
移動方向に対し前側に位置するレーザー測距儀５Ａ（５
Ｂ）によって吹付け前の吹付け厚を測定し、後側に位置
するレーザー測距儀５Ｂ（５Ａ）によって付け後の吹付
け厚を測定するようにしてもよい。吹付けを行いながら
吹付けノズル保持装置４をトンネル周回りに移動させる
過程で、吹付け前の吹付け厚と吹付け後の吹付け厚との
両方を計測することにより、吹付けノズル保持装置４に
よる一走行過程によって吹付けされる吹付け厚さをリア
ルタイムで知ることが出来るようになり、もって吹付け
コンクリートの圧送量および圧送圧等の管理が容易に行
えるようになる。

【００２５】また吹付け作業は、吹付け材による粉塵、
コンクリートの飛散など悪環境下で行われるため、前記
レーザー測距儀５Ａ、５Ｂはごく短時間で粉塵や飛散コ
ンクリートなどによって汚されるようになる。特にレー
ザ発射部にコンクリートが付着した場合には計測不能の
事態に陥るため、本発明では図６に示されるように、レ
ーザー発射口部３８ａを開口とする収納函体３８内にレ
ーザー測距儀本体３９を収め、収納函体３８の後部側に
エア流入口３８ｂを設け、少なくとも吹付け作業中は絶
えず収納函体３８内にエアを供給するようにしている。
供給されたエアは、前記レーザー発射口部３８ａより外
部に流出する空気流れを生起するため、リバウンドによ
って飛散したコンクリートや塵埃が収納函体３８の内部
に侵入することがなくなり、レーザー測距儀本体３９に
よる計測が常時良好な状態で行われるようになる。

【００２６】実際の吹付け厚測定に当たっては、先ず掘
削後の素堀面に対して吹付けを行うことなく、前記吹付
けノズル保持装置４をトンネル周回りに一回走行させて
トンネル周回りに沿った素堀面の形状計測を行う。この
計測データは、図示されないコンピューターによってデ
ータ処理が行われ、図７に示されるように、コンピュー
ターモニタＡ上に素堀形状線３５が描画されるととも
に、この素堀形状線３５に基づいてその内側に設計吹付
け形状線３６が描画される。また、吹付けノズル保持装
置４の位置も同時にコンピューターモニタＡ上に表示さ
れるようになっている。

【００２７】上記素堀形状計測が完了したならば、次い
で吹付けノズル保持装置４を稼働しコンクリート吹付け
作業を開始する。コンクリート吹付けに併行してレーザ
ー測距儀５によって吹付け厚測定が行われ、この形状計
測データは前記素堀形状計測と同様にコンピューターに
よってデータ処理され、コンピューターモニタＡ上に現
吹付け厚形状線３７として描画される。

【００２８】操縦者は、コンピューターモニタＡ上に表
示された３本の形状線、すなわち素堀形状線３５，設計
吹付け厚形状線３６および現吹付け厚形状線３７を一目
見ただけで現吹付け状況を把握することができるように
なる。コンクリートを壁面に吹付けながら吹付けノズル
保持装置４をトンネル周方向に複数回移動を繰り返し、
設計吹付け厚に近い厚さになったならば、上記コンピュ
ーターモニタＡ上に描画された設計吹付け厚形状線３６
と現吹付け厚形状線３７とを比較しながら設計吹付け厚
に足らないエリア部分を増厚するように吹付けノズル保
持装置４を移動制御して吹付けを行い、トンネル周方向
の全周に亘って設計吹付け厚通りにコンクリートの吹付
けを行う。

【００２９】

【発明の効果】以上詳説のとおり、本発明によれば、吹
付け面に対して常に垂直にかつ一定の離間距離を保持し
たまま吹付けを行うことができるようになる。また、吹
付け装置の操縦に当たっても、周方向レール部材に沿っ
た吹付けノズル保持装置の移動制御のみで良いため熟練
を要することなく誰にでも容易に遠隔操作が可能にな
る。しかも、吹付け作業を中断させることなく吹付け作
業に併行して吹付け厚測定が行えるとともに、吹付け材
の供給量および吹付け圧等の管理をも行えるようにな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明コンクリート吹付け装置１をＴＢＭに適
用した場合の全体図である。

【図２】本発明に係るコンクリート吹付け装置１の全体
側面図である。

【図３】その正面図である。

【図４】吹付けノズル保持装置４の拡大側面図である。

【図５】吹付けノズル保持装置４の拡大背面図である。

【図６】レーザー測距儀５の構造図である。

【図７】コンピューターモニタ上への吹付け厚測定結果
の描画要領図である。

【符号の説明】

１…コンクリート吹付け装置、２…ＴＢＭ、３…周方向
レール部材、４…吹付けノズル保持装置、５Ａ・５Ｂ…
レーザー測距儀、１１…ズリ搬送装置、３８…収納函
体、３８ａ…レーザー発射口部、３８ｂ…エア流入口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 高道 利光 東京都中央区日本橋本町４丁目12番20号 佐藤工業株式会社内 (72)発明者 名村 均 東京都中央区日本橋本町４丁目12番20号 佐藤工業株式会社内 (72)発明者 安藤 章一 東京都中央区日本橋本町４丁目12番20号 佐藤工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2D055 BA06 DB02 DB06

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】トンネル周方向壁面より内側にほぼ一定の
   離間距離をおいてトンネル周方向に沿って形成された走
   行レール面を有しかつトンネル長手方向に沿って移動自
   在とされる周方向レール部材と、この周方向レール部材
   に搭載され前記走行レール面に沿ってトンネル周方向回
   りに走行自在とされる吹付けノズル保持装置からなるこ
   とを特徴とするトンネル用吹付け装置。
2. 【請求項２】前記吹付けノズル保持装置に対し、正面か
   ら視て吹付けノズル位置を挟んで進行方向前後位置にト
   ンネル壁面を視準する光波測距儀をそれぞれ配設固定し
   てある請求項１記載のトンネル用吹付け装置。
3. 【請求項３】前記光波測距儀は、光波発射口部を開口と
   する収納函体に収められ、収納函体の後部側より常時エ
   アを供給することにより、前記光波発射口部より外部に
   流出する空気流れを生起させている請求項２記載のトン
   ネル用吹付け装置。