JP2005113576A - 被膜材の吹付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 トンネルの壁面にコンクリート等の被膜材を吹き付ける際に、壁面に付着した被膜材にむらを発生させることなく、所望の厚さで被膜材を壁面に付着させることができる被膜材の吹付方法を提供することを目的とする。
【解決手段】 トンネルの壁面に所定の吹付範囲でコンクリート（被膜材）を吹き付け可能であり、吹付範囲を上下方向に往復移動させるとともに、延長方向に移動可能な吹付ノズル１５を用いた被膜材の吹付方法であって、壁面にコンクリートを吹き付けた際に、コンクリートが跳ね返る分量を考慮して塗り重ね回数を算出し、この塗り重ね回数に基づいて、吹付範囲の延長方向への移動速度を算出することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、トンネルの壁面に被膜材を吹き付けるための吹付方法に関する。

トンネルの壁面にコンクリート等の被膜材を吹き付けるための装置としては、上下揺動および水平旋回可能な主ビームと、主ビームの先端部で上下揺動および水平旋回可能な中間部材と、中間部材に取り付けられており、トンネルの延長方向に移動可能な水平ビームとを有するロボットアーム機構を備え、水平ビームの先端部にはコンクリート等を噴射可能な噴射ノズルが設けられており、噴射ノズルの座標位置をとらえ、主ビーム、中間部材および水平ビームの各動作のストロークを油量パルスメータで検出し、かつ予め所定の計算式によって演算することにより、各油圧アクチュエータを適正速度で動作させ、トンネルの壁面に対してコンクリート等を垂直かつ一定距離を保って吹き付けるように構成されているコンクリート吹付機がある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−０１２１９７号公報（段落００１１〜００１２、図１）

前記したコンクリート吹付機を用いてトンネルの壁面にコンクリートを吹き付ける場合には、壁面にコンクリートを繰り返して吹き付けることにより、壁面に付着したコンクリートにむらが発生することを防止している。このとき、塗り重ねたコンクリートの厚さが設計値よりも大きい場合には、壁面の重量が増加してしまうとともに、余分なコンクリートを吹き付けることになり、施工費用が増加してしまうという問題がある。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、トンネルの壁面にコンクリート等の被膜材を吹き付ける際に、壁面に付着した被膜材にむらを発生させることなく、所望の厚さで被膜材を壁面に付着させることができる被膜材の吹付方法を提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明は、トンネルの壁面に所定の吹付範囲で被膜材を吹き付け可能であり、吹付範囲をトンネルの上下方向に往復移動させるとともに、吹付範囲をトンネルの延長方向に移動可能な吹付ノズルを用いた被膜材の吹付方法であって、
（１）吹付ノズルから単位時間当たりに吐出される被膜材の吐出量と、吹付範囲が往復移動において上端位置と下端位置との間を一方向に移動するための時間とを掛けることにより、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、壁面に吹き付けられる被膜材の吹付量を算出する吹付量算出段階と、
（２）吹付量算出段階で算出した吹付量から、被膜材を壁面に吹き付けた際に、被膜材が跳ね返る分量を除くことにより、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、壁面に付着する被膜材の付着量を算出する付着量算出段階と、
（３）吹付範囲の形状寸法と、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際の移動距離とに基づいて、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、壁面に付着する被膜材の付着面積を算出する付着面積算出段階と、
（４）付着量算出段階で算出した付着量を、付着面積算出段階で算出した付着面積によって除することにより、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、壁面に付着する被膜材の厚さを算出する付着厚さ算出段階と、
（５）壁面に付着させる被膜材の厚さの設計値を、付着厚さ算出段階で算出した被膜材の厚さによって除することにより、被膜材の塗り重ね回数を算出する塗り重ね回数算出段階と、
（６）吹付範囲の延長方向の幅を、塗り重ね回数算出段階で算出した塗り重ね回数によって除することにより、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させる間に、吹付範囲を延長方向の一方に向けて移動させる移動距離を算出する移動距離算出段階と、
（７）移動距離算出段階で算出した延長方向への移動距離を、吹付範囲が往復移動において上端位置と下端位置との間を一方向に移動するための時間によって除することにより、吹付範囲の延長方向への移動速度を算出する移動速度算出段階と、
（８）吹付ノズルを上下方向に往復移動させるとともに、移動速度算出手段で算出した移動速度で吹付範囲を延長方向の一方に向けて移動させながら、吹付ノズルから被膜材を壁面に吹き付ける吹付段階と、を含むことを特徴する。

ここで、被膜材は、コンクリートやモルタル、または各種塗料など、吹付ノズルから吐出可能な材料であれば、特に限定されるものではない。
また、吹付ノズルを壁面と一定の距離を保ちつつ、壁面に沿って移動させることにより、壁面上の吹付範囲が常に一定の面積になるように構成することが好ましい。さらに、吹付ノズルが壁面に対して垂直に被膜材を吹き付けるように構成することにより、被膜材が壁面で跳ね返る分量を少なくすることが好ましい。

このように、被膜材を壁面に吹き付けた際に跳ね返る分量を考慮して、実際に壁面に付着する被膜材の厚さを算出することにより、被膜材の塗り重ね回数を正確に算出することができる。そして、この塗り重ね回数に基づいて、トンネルの延長方向への吹付範囲の移動速度を算出することにより、壁面上を上下方向に往復移動している吹付範囲は、付着面積の一部範囲を算出した塗り重ね回数だけ重複させながら壁面上を横方向の一方に移動するため、被膜材を所望の厚さで壁面に付着させることができる。
なお、本願発明では、上下方向に往復移動している吹付範囲を所定の速度で延長方向に移動させることにより、付着面積の一部範囲を壁面上で重複させて被膜材を塗り重ねており、吹き付け作業の開始時および終了時には、付着面積を設定された塗り重ね回数だけ壁面上で重複させることなく、吹付範囲が延長方向に移動してしまうため、被膜材が設計値の厚さに塗り重ねられない状態となってしまう。そこで、吹き付け作業の開始時および終了時には、吹付範囲を延長方向に移動させることなく、吹付範囲を上下方向に往復移動させて設定された塗り重ね回数だけコンクリートを壁面に吹き付けた後に、吹付範囲を延長方向に移動させることにより、壁面全体を均一の厚さで被膜することができる。

このような被膜材の吹付方法によれば、吹付範囲を上下方向に往復移動させてトンネルの壁面に被膜材を吹き付ける場合に、被膜材が跳ね返る分量を考慮して被膜材の塗り重ね回数を正確に算出し、この塗り重ね回数に基づいて、トンネルの延長方向への吹付範囲の移動速度を算出することにより、被膜材にむらを発生させることなく、壁面に所望の厚さで被膜材を付着させることができるため、施工品質を高めることができるとともに、余分な被膜材を吹き付けてしまうことを防止することができ、施工費用を抑制することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、 本発明の実施形態に係るコンクリート吹付装置を示した図で、（ａ）はコンクリート吹付装置の側面図、（ｂ）はコンクリート吹付装置によって壁面にコンクリートを吹き付けている態様を示した正面図である。図２は、本発明の実施形態に係るコンクリート吹付装置の吹付ノズルを示した図で、（ａ）は吹付ノズルを静止させた状態で壁面にコンクリートを吹き付けている態様を示した正面図、（ｂ）は吹付ノズルを静止させた場合の吹付範囲を示した側面図、（ｃ）は吹付ノズルを上下方向に回動させながらコンクリートを吹き付けている態様を示した正面図、（ｄ）は吹付ノズルを往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた場合の付着面積を示した側面図である。図３は、本発明の実施形態に係るコンクリートの吹付方法を示した図で、（ａ）は吹付範囲の中心の軌跡を示した側面図、（ｂ）は付着面積が重複している状態を示した断面図である。図４は、本発明の実施形態に係るコンクリートの吹付方法を示した図で、トンネルの一区間を示した斜視図である。
本実施形態では、コンクリート吹付装置を用いてトンネルの壁面にコンクリート（請求項における「被膜材」）を吹き付ける場合を想定して説明する。なお、この実施形態では、図１（ａ）の左側を前方とし、右側を後方としている。

まず、本発明の実施形態に係るコンクリート吹付装置について説明する。
コンクリート吹付装置１は、図１（ａ）に示すように、４輪のタイヤ２によって前後方向に走行可能なベースマシン３と、ベースマシン３上に設けられており、コンクリートが貯蔵されているコンクリートタンク（図示せず）と、コンクリートを壁面に吹き付けるためのロボットアーム１０と、コンクリートタンク内のコンクリートを供給ホース（図示せず）を介してロボットアーム１０に圧送するためのコンプレッサ４と、作業員がベースマシン３およびロボットアーム１０を操作するための操作盤が配置されている運転席５とを備えている。

次に、ロボットアーム１０について説明する。なお、各部の回動方向や伸縮方向は図１（ａ）におけるロボットアーム１０の姿勢を基準として説明する。
ロボットアーム１０は、図１（ａ）に示すように、トンネルの延長方向の軸周りに回動可能な状態でベースマシン３の前部に取り付けられている基部１１と、前後方向に軸方向が配置され、トンネルの幅員方向の回転軸を有しており、トンネルの上下方向に回動可能となるようにして後端部が基部１１に軸支されている回動アーム１２と、トンネルの幅員方向の回転軸を有し、回動アーム１２の前端部に上下方向に回動可能となるようにして軸支されており、前後方向に伸縮可能な水平ビーム１３と、コンクリートを吐出可能な吐出口１４を有し、水平ビーム１３の前端部に上下方向および幅員方向に回動可能な状態で取り付けられている吹付ノズル１５とを備えている。

吹付ノズル１５には、コンクリートタンクに連通している供給ホースが取り付けられており、コンプレッサ４によってコンクリートタンク内から圧送されたコンクリートが吐出口１４から吐出され、図２（ａ），（ｂ）に示すように、壁面に吹付範囲Ａで付着するように構成されている。
また、図２（ｃ），（ｄ）に示すように、吹付ノズル１５を上下方向に回動させることにより、吹付範囲Ａを上下方向に往復移動させることができるように構成されている。さらに、水平ビーム１３（図１（ａ）参照）を伸縮させて吹付ノズル１５をトンネルの延長方向に移動させることにより、吹付範囲Ａを延長方向に移動させることができる。
そして、吹き付け作業時には、図３（ａ）に示すように、吹付範囲を上下方向に往復移動させるとともに、延長方向に移動させることにより、吹付範囲Ａの中心が壁面上で波状の軌跡Ａ’を通るように構成されている。

また、本実施形態のコンクリート吹付装置１では、図４に示すように、トンネルを延長方向において複数の区間に分割し、一区間Ｃごとに吹き付け作業を行うように構成されている。なお、一区間Ｃの延長方向の距離は、水平ビーム１３（図１（ａ）参照）の伸縮によって吹付範囲が延長方向に移動可能な距離となっている。さらに、吹付ノズル１５を上下方向に回動させた場合にコンクリートを吹き付け可能な高さごとに、一区間Ｃの壁面を上下に等角度で分割して所定面積の長方形の領域を複数形成し、下方の領域Ｄから順次に上方の領域に吹き付け作業を行うように構成されている。また、本実施形態では、トンネルの一区間Ｃにおいて左右の壁面ごとに吹き付け作業を行うように構成されている。

ここで、吹き付け作業時のロボットアーム１０は、図１（ｂ）に示すように、回動アーム１２の軸方向が幅員方向に配置されるとともに、水平ビーム１３（図１（ａ）参照）の軸方向が延長方向に配置され、さらに、吹付ノズル１５が壁面にコンクリートを垂直に吹き付けるようにして配置された状態となる。この状態で、図２（ｃ）に示すように、吹付ノズル１５を上下方向に往復移動させるとともに、水平ビーム１３の伸縮によって吹付ノズル１５を延長方向に移動させながら、吹付ノズル１５から壁面にコンクリートを吹き付ける。
また、吹き付け作業時には、図２（ａ），（ｂ）に示すように、吹付ノズル１５の吐出口１４が、壁面と一定の距離を保ちつつ、壁面に沿って移動するように構成されており、壁面上の吹付範囲Ａが常に一定の面積となっている。

なお、ロボットアーム１０の各可動部には、図１（ａ）に示すように、油圧シリンダが設けられており、コンクリート吹付装置１の制御部（図示せず）が各油圧シリンダの油量を制御することによって、ロボットアーム１０の各部が所望の位置に動くように構成されている。
具体的に説明すると、各油圧シリンダには油量の変化を計測するセンサが取り付けられており、制御部は各油圧シリンダの油量の変化からロボットアーム１０の動作状態を把握することができる。さらに、制御部は、予め入力されているトンネルの断面形状と、トンネル内におけるロボットアーム１０の位置とに基づいて、各油圧シリンダの油量を調整し、吹き付け作業時に吹付ノズル１５が壁面と一定の距離を保ちつつ、壁面にコンクリートを垂直に吹き付けるようにしてロボットアーム１０の姿勢を調整するように構成されている。

また、ベースマシン３は、トンネル内の所定位置を延長方向に通過しているガイドレーザーを捕捉するように構成されている。これにより、トンネル内におけるコンクリート吹付装置１の位置が特定されるため、制御部はトンネル内におけるロボットアーム１０の位置を正確に把握することができる。

さらに、制御部では、吹付ノズル１５からコンクリートを壁面に吹き付けた際に跳ね返る分量を考慮して、実際にトンネルの壁面に付着するコンクリートの厚さを算出することにより、コンクリートの塗り重ね回数を正確に算出し、この塗り重ね回数に基づいて、吹付範囲の延長方向への移動速度を算出するように構成されている。なお、コンクリートが壁面から跳ね返る分量は、予め試験等に基づいて定められており、制御部に記憶された状態となっている。

次に、前記コンクリート吹付装置１を用いてトンネルの壁面にコンクリートを吹き付ける場合について説明する。
なお、本実施形態の吹付ノズル１５では、図２（ｂ）に示すように、壁面に吐出されたコンクリートの付着範囲が円形となっている。

［コンクリート吹付装置配置段階］
まず、吹付ノズルから単位時間当たりに吐出されるコンクリートの吐出量、コンクリートを壁面に吹き付けた際にコンクリートが跳ね返る分量、およびコンクリートの厚さの設計値、トンネルの断面形状をコンクリート吹付装置１の制御部に入力する。
さらに、吹付範囲の直径、吹付範囲の面積、吹付範囲が往復移動において上端位置と下端位置との間を一方向に移動するための時間、および吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際の移動距離をコンクリート吹付装置１の制御部に入力する。

また、図１（ｂ）に示すように、トンネルの延長方向に通過しているガイドレーザーを捕捉可能な状態で、コンクリート吹付装置１をトンネル内に配置する。これにより、トンネル内におけるコンクリート吹付装置１の位置が特定されるため、制御部はトンネル内におけるロボットアーム１０の位置を正確に把握することができ、予め入力されているトンネルの断面形状に基づいて、トンネルの壁面とロボットアーム１０との位置関係を把握することができる。

続いて、制御部は、ロボットアーム１０の回動アーム１２の軸方向を幅員方向に配置させるとともに、水平ビーム１３（図１（ａ）参照）の軸方向を延長方向に配置させ、さらに、吹付ノズル１５が壁面にコンクリートを垂直に吹き付けるようにして配置する。

［吹付量算出段階］
また、制御部では、吹付ノズル１５から単位時間当たりに吐出されるコンクリートの吐出量と、吹付範囲が往復移動において上端位置と下端位置との間を一方向に移動するための時間とを掛けることにより、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、壁面に吹き付けられるコンクリートの吹付量を算出する。

［付着量算出段階］
さらに、制御部では、吹付量算出段階で算出した吹付量から、コンクリートを壁面に吹き付けた際に、コンクリートが壁面から跳ね返る分量を除くことにより、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、壁面に付着するコンクリートの付着量を算出する。

［付着面積算出段階］
また、制御部では、図２（ｂ），（ｄ）に示すように、吹付範囲Ａの形状寸法と、吹付範囲Ａを往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際の移動距離とに基づいて、吹付範囲Ａを往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、壁面に付着するコンクリートの付着面積Ｂを算出する。

［付着厚さ算出段階］
続いて、制御部では、付着量算出段階で算出した付着量を、付着面積算出段階で算出した付着面積Ｂによって除することにより、吹付範囲Ａを往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、壁面に付着するコンクリートの厚さを算出する。

［塗り重ね回数算出段階］
また、制御部では、壁面に付着させるコンクリートの厚さの設計値を、付着厚さ算出段階で算出したコンクリートの厚さによって除することにより、コンクリートの塗り重ね回数を算出する。このとき、コンクリートを壁面に吹き付けた際に跳ね返る分量を考慮して、実際に壁面に付着するコンクリートの厚さを算出しているため、コンクリートの塗り重ね回数を正確に算出することができる。

［移動距離算出段階］
さらに、制御部は、吹付範囲Ａの直径を、塗り重ね回数算出段階で算出した塗り重ね回数によって除することにより、吹付範囲Ａを往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させる間に、吹付範囲Ａを延長方向の一方に向けて移動させる移動距離を算出する。

［移動速度算出段階］
そして、制御部は、移動距離算出段階で算出したトンネルの延長方向への移動距離を、吹付範囲Ａが往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動するための時間によって除することにより、吹付範囲Ａの延長方向への移動速度を算出する。すなわち、コンクリートの塗り重ね回数に基づいて、吹付範囲Ａの延長方向への移動速度が算出される。

［吹付段階］
その後、制御部は、図３（ａ）に示すように、設定されている速度で吹付ノズル１５を上下方向に往復移動させるとともに、移動速度算出手段で算出した移動速度で吹付ノズル１５を延長方向の一方に向けて移動させながら、吹付ノズル１５からコンクリートを壁面に吹き付ける。
これにより、壁面上を縦方向に往復移動している吹付範囲は、図３（ｂ）に示すように、付着面積Ｂの一部範囲を算出した塗り重ね回数だけ重複させながら壁面上を延長方向の一方に移動するため、コンクリートを設計値の厚さで壁面に付着させることができる。

なお、本願発明では、上下方向に往復移動している吹付範囲を所定の速度で延長方向に移動させることにより、付着面積Ｂの一部範囲を壁面上で重複させてコンクリートを塗り重ねており、吹き付け作業の開始時および終了時には、付着面積Ｂを設定された塗り重ね回数だけ壁面上で重複させることなく、吹付範囲が延長方向に移動してしまうため、コンクリートが設計値の厚さに塗り重ねられない状態となってしまう。そこで、吹き付け作業の開始時および終了時には、吹付範囲を延長方向に移動させることなく、吹付範囲を上下方向に往復移動させて設定された塗り重ね回数だけコンクリートを壁面に吹き付けた後に、吹付範囲を延長方向に移動させることにより、壁面全体を均一の厚さで被膜することができる。

また、図４に示すように、トンネルの一区間Ｃにおける最下部の領域Ｄに前記吹付方法によりコンクリートを吹き付けた後に、制御部は、吹付ノズル１５が最下部の領域Ｄよりも一つ上方の領域にコンクリートを吹き付けることができるようにロボットアーム１０の姿勢を調整し、同様にして吹き付け作業を行う。このとき、吹付ノズル１５の延長方向の移動を、上下方向に隣接する領域ごとに反対方向に進行させることにより、上方の領域に吹付ノズル１５を移動させる際に、吹付ノズル１５の移動距離が短くなるため、吹き付け作業を効率良く行うことができる。このようにして、トンネルの一区間Ｃにおける左右の壁面の一方の壁面にコンクリートを吹き付けた後に、同様にして他方の壁面の吹き付け作業を行う。
さらに、一区間Ｃの吹き付け作業が完了した後に、コンクリート吹付装置１を延長方向に移動させ、順次に隣接する他の区間の吹き付け作業を行うことにより、トンネル全体の壁面にコンクリートを付着させる。

したがって、本発明によれば、トンネルの壁面にコンクリートを吹き付ける際に、コンクリートが跳ね返る分量を考慮してコンクリートの塗り重ね回数を正確に算出し、この塗り重ね回数に基づいて、吹付ノズル１５の移動速度を算出することにより、コンクリートにむらを発生させることなく、壁面に所望の厚さでコンクリートを付着させることができるため、施工品質を高めることができるとともに、余分なコンクリートを吹き付けてしまうことを防止することができ、施工費用を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態には限定されない。例えば、本実施形態では、壁面に吹き付ける被膜材としてコンクリートを吹き付けたが、被膜材はコンクリートに限定されるものではなく、各種塗料など吹付ノズル１５の吐出口１４から吐出可能な被膜材であればよい。

次に、本発明の実施例について説明する。
本実施例では、前記実施形態のコンクリート吹付装置１を用いて、所定形状のトンネルの壁面にコンクリートを吹き付ける場合について説明する。

まず、本実施例において、吹き付け作業の対象となるトンネルは、図４に示すように、幅員が１０．２ｍ、頂部の高さが７．６ｍであり、吹き付け作業の一区間Ｃを５．０ｍとしている。
また、吹付ノズル１５（図１（ｂ）参照）から単位時間当たりに吐出されるコンクリートの吐出量は０．００５６ｍ³／ｓに設定されている。さらに、吹付ノズル１５による吹付範囲の直径は、図２（ｂ）に示すように０．３ｍに設定され、その面積は０．０７ｍ²となっている。
また、吹付ノズル１５を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際の吹付範囲の移動距離は、図２（ｄ）に示すように、０．７ｍに設定されており、吹付ノズル１５が往復移動において上端位置と下端位置との間を一方向に移動するための時間は０．４８秒に設定されている。
なお、コンクリートの厚さの設計値は０．０５ｍに設定されている。さらに、コンクリートを壁面に吹き付けた際にコンクリートが跳ね返る分量は、吹付ノズル１５からの吐出量の１０％となっている。

［コンクリート吹付装置配置段階］
まず、吹付ノズルから単位時間当たりに吐出されるコンクリートの吐出量、コンクリートを壁面に吹き付けた際にコンクリートが跳ね返る分量、およびコンクリートの厚さの設計値、トンネルの断面形状をコンクリート吹付装置１の制御部に入力する。
さらに、吹付範囲の直径、吹付範囲の面積、吹付範囲が往復移動において上端位置と下端位置との間を一方向に移動するための時間、および吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際の移動距離をコンクリート吹付装置１の制御部に入力する。
次に、図１（ｂ）に示すように、トンネルの延長方向に通過しているガイドレーザーを捕捉可能な状態で、コンクリート吹付装置１をトンネル内に配置する。

［吹付量算出段階］
また、制御部では、以下の式１によって、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、壁面に吹き付けられるコンクリートの吹付量を算出する。
Ｅ₀＝Ｅ・Ｔ （式１）
（式中、Ｅ₀は吹付量、Ｅは単位時間当たりに吐出されるコンクリートの吐出量、Ｔは吹付範囲が往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動するための時間を表す）
そして、式１に各数値を代入すると、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、壁面に吹き付けられるコンクリートの吹付量は、０．００２７ｍ³となる。

［付着量算出段階］
さらに、制御部では、以下の式２によって、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、壁面に付着するコンクリートの付着量を算出する。
Ｆ＝Ｅ₀・（１−Ｇ） （式２）
（式中、Ｆは付着量、Ｅ₀は吹付量算出段階で算出した吹付量、Ｇはコンクリートが壁面から跳ね返る分量を表す）
そして、式２に各数値を代入すると、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、壁面に付着するコンクリートの付着量は、０．００２４ｍ³となる。

［付着面積算出段階］
また、制御部では、以下の式３によって、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、壁面に付着するコンクリートの付着面積Ｂを算出する（図２（ｄ）参照）。
Ｂ＝Ａ／２＋Ｈ・Ｉ＋Ａ／２ （式３）
（式中、Ｂは付着面積、Ａは吹付範囲の面積、Ｈは吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際の移動距離、Ｉは吹付範囲の直径を表す）
そして、式３に各数値を代入すると、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、壁面に付着するコンクリートの付着面積は、０．２８ｍ²となる。

［付着厚さ算出段階］
続いて、制御部では、以下の式４によって、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、壁面に付着するコンクリートの厚さを算出する。
Ｊ＝Ｆ／Ｂ （式４）
（式中、Ｊはコンクリートの厚さ、Ｆは付着量算出段階で算出した付着量、Ｂは付着面積算出段階で算出した付着面積を表す）
そして、式４に各数値を代入すると、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、壁面に付着するコンクリートの厚さは、０．００８６ｍとなる。

［塗り重ね回数算出段階］
また、制御部では、以下の式５によって、コンクリートの塗り重ね回数を算出する。
Ｋ＝Ｌ／Ｊ （式５）
（式中、Ｋは塗り重ね回数、Ｌはコンクリートの厚さの設計値、Ｊは付着厚さ算出段階で算出したコンクリートの厚さを表す）
そして、式５に各数値を代入すると、コンクリートの塗り重ね回数は６回、すなわち、吹付ノズル１５（図２（ｃ）参照）を上下方向に３往復させることにより、コンクリートを設計値の厚さ以上で付着させることができる。このとき、吹き付けたコンクリートの厚さが設計値以上となるが、設計値に近似した値であるため、壁面の重量増加や余分なコンクリートの吹き付けによる施工費用の増加など、施工に影響を与えるものではない。

［移動距離算出段階］
さらに、制御部は、以下の式６によって、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させる間に、吹付範囲を延長方向の一方に向けて移動させる移動距離を算出する。
Ｍ＝Ｉ／Ｋ （式６）
（式中、Ｍは移動距離、Ｉは吹付範囲の直径、Ｋは塗り重ね回数算出段階で算出した塗り重ね回数を表す）
そして、式６に各数値を代入すると、吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させる間に、吹付範囲を延長方向の一方に向けて移動させる移動距離は０．０５ｍとなる。

［移動速度算出段階］
また、制御部は、以下の式７によって、吹付範囲の延長方向への移動速度を算出する。
Ｎ＝Ｍ／Ｔ （式７）
（式中、Ｎは移動速度、Ｍは移動距離算出段階で算出した移動距離、Ｔは吹付範囲が往復移動において上端位置と下端位置との間を一方向に移動するための時間を表す）
そして、式７に各数値を代入すると、吹付範囲の延長方向への移動速度は、０．１ｍ／ｓとなる。

［吹付段階］
その後、制御部は、図３（ａ）に示すように、吹付ノズル１５を上下方向に往復移動させるとともに、移動速度算出手段で算出した移動速度で吹付ノズル１５を延長方向の一方に向けて移動させながら、吹付ノズル１５（図１（ｂ）参照）から壁面にコンクリートを吹き付ける。なお、一区間Ｃを移動する時間は、（５．０ｍ−０．３ｍ）÷０．１ｍ／ｓ＝４７秒となる。

また、本実施例では、図４に示すように、一区間Ｃの左右の壁面における一方の壁面を上下方向に１０．５分割しているため、一方の壁面の吹き付け作業に係る時間は、４７秒×１０．５＝４９３．５秒＝８．２３分となる。さらに、一方の壁面の吹き付け作業が完了した後に、他方の壁面に対してロボットアーム１０を配置するために係る時間が１０分であることから、一区間Ｃの吹き付け作業に係る時間は、８．２３分＋１０分＋８．２３分＝２６．４６分となっている。
続いて、一区間Ｃの吹き付け作業が完了した後に、コンクリート吹付装置１をトンネルの延長方向に移動させ、順次に隣接する他の区間の吹き付け作業を行うことにより、トンネル全体の壁面に設計値の厚さでコンクリートを付着させる。

本発明の実施形態に係るコンクリート吹付装置を示した図で、（ａ）はコンクリート吹付装置の側面図、（ｂ）はコンクリート吹付装置によって壁面にコンクリートを吹き付けている態様を示した正面図である。 本発明の実施形態に係るコンクリート吹付装置の吹付ノズルを示した図で、（ａ）は吹付ノズルを静止させた状態で壁面にコンクリートを吹き付けている態様を示した正面図、（ｂ）は吹付ノズルを静止させた場合の吹付範囲を示した側面図、（ｃ）は吹付ノズルを上下方向に回動させながらコンクリートを吹き付けている態様を示した正面図、（ｄ）は吹付ノズルを往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた場合の付着面積を示した側面図である。 本発明の実施形態に係るコンクリートの吹付方法を示した図で、（ａ）は吹付範囲の中心の軌跡を示した側面図、（ｂ）は付着面積が重複している状態を示した断面図である。 本発明の実施形態に係るコンクリートの吹付方法を示した図で、トンネルの一区間を示した斜視図である。

符号の説明

１ コンクリート吹付装置
３ ベースマシン
１０ ロボットアーム
１４ 吐出口
１５ 吹付ノズル
Ａ 吹付範囲
Ｂ 付着面積

Claims (1)

1. トンネルの壁面に所定の吹付範囲で被膜材を吹き付け可能であり、前記吹付範囲を前記トンネルの上下方向に往復移動させるとともに、前記吹付範囲を前記トンネルの延長方向に移動可能な吹付ノズルを用いた被膜材の吹付方法であって、以下の段階を含むことを特徴とする。
   （１）前記吹付ノズルから単位時間当たりに吐出される前記被膜材の吐出量と、前記吹付範囲が往復移動において上端位置と下端位置との間を一方向に移動するための時間とを掛けることにより、前記吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、前記壁面に吹き付けられる前記被膜材の吹付量を算出する吹付量算出段階。
   （２）前記吹付量算出段階で算出した前記吹付量から、前記被膜材を前記壁面に吹き付けた際に、前記被膜材が跳ね返る分量を除くことにより、前記吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、前記壁面に付着する前記被膜材の付着量を算出する付着量算出段階。
   （３）前記吹付範囲の形状寸法と、前記吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際の移動距離とに基づいて、前記吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、前記壁面に付着する前記被膜材の付着面積を算出する付着面積算出段階。
   （４）前記付着量算出段階で算出した前記付着量を、前記付着面積算出段階で算出した前記付着面積によって除することにより、前記吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させた際に、前記壁面に付着する前記被膜材の厚さを算出する付着厚さ算出段階。
   （５）前記壁面に付着させる前記被膜材の厚さの設計値を、前記付着厚さ算出段階で算出した前記被膜材の厚さによって除することにより、前記被膜材の塗り重ね回数を算出する塗り重ね回数算出段階。
   （６）前記吹付範囲の前記延長方向の幅を、前記塗り重ね回数算出段階で算出した前記塗り重ね回数によって除することにより、前記吹付範囲を往復移動において上端位置と下端位置との間で一方向に移動させる間に、前記吹付範囲を前記延長方向の一方に向けて移動させる移動距離を算出する移動距離算出段階。
   （７）前記移動距離算出段階で算出した前記延長方向への移動距離を、前記吹付範囲が往復移動において上端位置と下端位置との間を一方向に移動するための時間によって除することにより、前記吹付範囲の前記延長方向への移動速度を算出する移動速度算出段階。
   （８）前記吹付ノズルを前記上下方向に往復移動させるとともに、前記移動速度算出手段で算出した前記移動速度で前記吹付範囲を前記延長方向の一方に向けて移動させながら、前記吹付ノズルから前記被膜材を前記壁面に吹き付ける吹付段階。

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