JP2006188861A

JP2006188861A - トンネル用ライニング装置

Info

Publication number: JP2006188861A
Application number: JP2005000824A
Authority: JP
Inventors: Yuji Nagano; 祐司長野; Shinichiro Maruyama; 信一郎丸山
Original assignee: Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Priority date: 2005-01-05
Filing date: 2005-01-05
Publication date: 2006-07-20

Abstract

【課題】
各種の急結剤による硬化時間の相違や、吹付けする投射距離の長短、ライニング材料ａの性状の相違、季節による温度差その他の使用環境に適合させ、ライニング材料ａとの攪拌混合部に対して、急結剤ｂの添加位置を所望に設定することができるトンネル用ライニング装置を提供する。
【解決手段】
材料導入部１Ａからライニング材料ａと急結剤ｂを撹拌混合部１Ｂに導入し、攪拌混合室４内でライニング材料ａに急結剤ｂを添加して混練りした吹付けライニング材cを回転投射部１Ｃに順次移送させ、回転投射部１Ｃに設けたインペラ１５からトンネルの掘削壁面２０に遠心力で投射して吹き付ける回転投射式のトンネル用ライニング装置１において、撹拌混合部１Ｂには攪拌混合室４内を移送中のライニング材料ａに対し、急結剤ｂを所望の設定位置に設けた吐出口１０から添加できる急結剤添加手段７を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート等のセメント系のライニング材料でトンネルの掘削壁面をライニングするトンネル用ライニング装置に係り、特に材料導入部からライニング材料と急結剤を撹拌混合部に導入し、ライニング材料に急結剤を加えて混練りした吹付けライニング材を回転投射部に順次移送させ、回転投射部に設けたインペラからトンネルの掘削壁面に遠心力で投射して吹き付ける回転投射式のトンネル用ライニング装置に関する。

この種の回転投射式によるトンネル用ライニング装置には、本件出願人が提案して既に特許された特許文献１の発明などがあるが、特許文献１の発明では撹拌混合部が略水平に配置した円錐台筒（コーン状）で撹拌混合室を形成させ、撹拌混合室内には円錐台筒の中心線に沿って配置した回転軸と、回転軸の外周から円錐台筒の内周近傍へ突出する複数の撹拌棒を設け、回転駆動部により円錐台筒を相対的に低速で前記回転軸及び撹拌棒を相対的に高速で同一方向へ回転させ、材料導入部を介して円錐台筒の小径端側から導入したライニング材料と急結剤を撹拌混合させている。
特許第３２１０８９９号公報

特許文献１のトンネル用ライニング装置によると、スクリューコンベアなどの局部的な混合撹拌とは異なり、ライニング材料と急結剤の全体に対して均一に作用するので、局部的に滞留を生じて固結することが無く、而も運転を休止する際にはその残留慣性力によって、又は直前にライニング材料と急結剤の供給を停止した状態にして空運転させることによって、撹拌混合室内に残留している吹付けライニング材は、遠心力によって発生した水平方向分力及びテーパ面に沿った重力による流動性で回転投射部側へ排出され、回転投射部から外部へ投射されるので、固結によって移送管路を閉塞させることがない。

また、撹拌混合部には回転軸の前端に導入した急結剤を円錐台筒の内周面へ飛散させるインペラを装着させ、当該回転軸とインペラを連動回転させた構成を採ることによって、急結剤はインペラによって円錐台筒内面に均一な分散状態で叩き付けられるので、当該円錐台筒内面を展延状態で流動するライニング材料と短時間で効果的に混練りされ、少量の急結剤で早強性の吹付けライニング材を得ることができ且つ粉塵の発生も少なくなり、インペラを連動回転させた構成は制御が容易になり且つ回転駆動部の構造も簡単で安価にできる。

また、撹拌混合部では円錐台筒と回転軸及び撹拌棒の相対回転速度を所望に設定させ、撹拌混合室内における混練り滞留時間を制御させる構成を採ることによって、使用するライニング材料と急結材の性状や、温度や湿度或いは吹き付ける掘削壁面の状態などに適合させ、最適な混練り状態の吹付けライニング材が得られるように調整ができることなど、従来技術ではなし得なかった顕著な作用効果を奏する。

ところで、この種のトンネル用ライニング装置で使用するライニング材料や急結剤には様々な種類があると共に、メーカなどによる違いや季節などによる温度変化によって性状が異なるので、適合するものをその都度選択して使用しなければ良好なライニングを行うことができないが、特に急結剤の場合は早く硬化しすぎるとライニング装置内で固結して吹付けができなくなり、遅く硬化しすぎると掘削壁面に対する付着力が低下して所望厚のライニングができなくなる恐れがある。

この点に関して、特許文献１の発明では上記したように撹拌混合部では円錐台筒と回転軸及び撹拌棒の相対回転速度を所望に設定させ、撹拌混合室内における混練り滞留時間を制御させる構成を採るようにし、これによって撹拌混合部の始端側（すなわち、特許文献１の場合には円錐台筒の小径側）から導入した急結剤の硬化時間に適合させて、掘削壁面に吹付けるまでの時間をある程度調整できるようにしていた。

しかしながら、特許文献１を含むこの種の回転投射式のトンネル用ライニング装置の場合には、材料導入部から導入した急結剤を撹拌混合部の始端側から直接に添加する構成を採っており、急結剤の導入から掘削壁面に吹付けるまでの距離は一定であるから、硬化時間の異なる各種の急結剤に適合させて導入してから吹付けるまでの時間を適切に設定することは困難であり、そのために急結剤の種類を限定して使用できるものを選定せざるを得なかった。

そこで本発明では、上記した従来技術の課題を解決し得るトンネル用ライニング装置を提供するものであって、特に材料導入部から撹拌混合室内に導入した急結剤を撹拌混合部の複数個所から添加できるようにし、急結剤の種類や性状などに適合する添加個所から急結剤を選択的に添加できるようにし、これによって硬化時間の異なる各種の急結剤に適合させて導入してから吹付けるまでの時間を適切に設定できるようしたことを主たる目的としている。

本発明のトンネル用ライニング装置は、材料導入部からライニング材料と急結剤を撹拌混合部に導入し、攪拌混合室内でライニング材料に急結剤を添加して混練りした吹付けライニング材を回転投射部に順次移送させ、回転投射部に設けたインペラからトンネルの掘削壁面に遠心力で投射して吹き付ける回転投射式のトンネル用ライニング装置において、前記撹拌混合部には攪拌混合室内を移送中のライニング材料に対し、急結剤を所望の設定位置に設けた吐出口から添加できる急結剤添加手段を設けた。（請求項１）

前記撹拌混合部は、始端側からライニング材料を供給する攪拌混合室の軸心に攪拌回転軸を設けて放射状に攪拌棒を突設させ、急結剤添加手段は中空にした攪拌回転軸の始端側から急結剤を供給すると共に、攪拌回転軸の途中には複数個所に開閉可能な吐出口を設け、必要な吐出口を選択使用する形態を採ることができる。（請求項２）

前記吐出口は、中空にした攪拌用回転軸の外周面に穿設するか、攪拌棒を中空にするか、攪拌棒とは別に短尺で中空の攪拌棒を設けるか、中空にした攪拌用回転軸の内部に吐出口用の配管を個別に埋設するかのいずれかにし、不要な吐出口には着脱可能な封止部材を装着する形態を採ることができる。（請求項３）

請求項１のトンネル用ライニング装置によると、急結剤の硬化時間が長い場合や、吹付けする投射距離が短い場合や、ライニング材料が粘性の低いスラリー状の場合や、冬季のように温度が低い場合には、吐出口を成る可く材料導入部側に設定して混練りする時間を長くし、急結剤の硬化時間が短い場合や、吹付けする投射距離が長い場合や、ライニング材料が粘性の高いスラリー状の場合や、夏季のように温度が高い場合には、吐出口を成る可く回転投射部側に設定して混練りする時間を短くすることができる。

従って、作業能率を向上させるために高価ではあるが硬化時間が短い特殊な急結剤を使用する場合や、硬化時間は長いが安価な汎用の急結剤を使用する場合のいずれにも対応が可能であり、小口径トンネルのように投射距離の短い場合や大口径トンネルのように投射距離の短い場合にも対応が可能であり、ライニング材料や急結剤のメーカ間の格差にも対応が可能であるから、均質で良好なライニング処理を行うことができる。

請求項２のトンネル用ライニング装置によると、急結剤添加手段は攪拌用回転軸を中空にして途中に開閉可能な吐出口を設けた簡単な構造であり、例えば特許文献１の発明のように攪拌混合室を形成する円錐台筒を回転させる形態のものに対しても、基本構造を変えることなく適用できると共に、攪拌混合室を円錐台筒又はストレートの円筒状の円筒体で形成し、この円筒体を静止状態で使用する形態のものにも適用することができ、吐出口は請求項３のように各種の形態を採ることができる。

本発明のトンネル用ライニング装置について、本発明を適用した好適な実施形態を示す添付図面に基づいて詳細に説明するが、図１はライニング装置の一部を断面にした全体側面図を示し、図２は図１の要部拡大断面図を示し、図３は発明の要部である急結剤添加部を斜視図で示し、図４は回転投射部の動作説明図を示すものであり、図示の実施例によるトンネル用ライニング装置１の基本形態は、特許文献１の発明とほぼ同様に構成である。

すなわち、トンネル用ライニング装置１はスラリー状のライニング材料ａと粉体状または液体状の急結剤ｂを供給する材料導入部１Ａと、ライニング材料ａに急結剤ｂを加えて混練りする撹拌混合部１Ｂと、混練りした吹付けライニング材ｃをトンネルの掘削壁面に回転投射して吹き付ける回転投射部１Ｃと、関連各部を回転駆動する回転駆動部１Ｄを備えている。

材料導入部１Ａには、導入管２を介して予めスラリー状に調製したライニング材料ａが圧送され、混合撹拌室４を形成する略水平状態で配置した円錐台筒５内に供給されると共に、導入管３を介して液体状または粉体状の急結剤ｂが圧送され、混合撹拌室４内の攪拌用回転軸６に設けた急結剤添加部７に供給される。

撹拌混合部１Ｂでは、円錐台筒５で形成した混合撹拌室４内に圧送されたライニング材料ａを、円錐台筒５の内周面に沿って回転投射部１Ｃ側に移送すると共に、急結剤添加部７に圧送された急結剤ｂを、円錐台筒５の内周面に向けて放射状に飛散させ、攪拌用回転軸６から突設した攪拌棒８によって、ライニング材料ａと急結剤ｂを攪拌混合して、混練りした吹付けライニング材ｃを回転投射部１Ｃに順次移送させる。

急結剤添加部７は、攪拌用回転軸６を中空にして先端側を取り外し可能な閉塞板９で密閉すると共に、基端側には導入管３を連結て急結剤ｂが圧送されるようにし、攪拌用回転軸６の軸線方向に沿った所定間隔位置毎に円周方向に沿って急結剤ｂの吐出口１０を複数個所に設け、使用しない吐出口１０には着脱可能なネジ栓などよる封止部材１１を装着して閉塞させ、使用する吐出口１０を選択できるようにしている。

回転投射部１Ｃは、円錐台筒５の開口に対向する円板状の側面板１２とその内側に配置した環状面板１３との間を、円周方向に沿った所定間隔毎に放射状に配置した複数枚の羽根板１４で連結して形成されるインペラ１５と、投射方向Ｆが解放される状態でインペラ１５の外周面に巻き付けられる無端平ベルト１６と、インペラ１５の外周囲に配置して無端平ベルト１６を案内する複数個のガイドプーリ１７と、ガイドプーリ１７が枢着される取付板１８とで構成される。

回転投射部１Ｃでは、撹拌混合部１Ｂから送り込まれてくる吹付けライニング材ｃを、無端平ベルト１６で囲繞されて高速回転するインペラ１５内に収容すると共に、この吹付けライニング材ｃをインペラ１５の羽根板１４で円周方向へ押し出しながら、無端平ベルト１６の解放部に設けた投射口１９から掘削壁面２０に遠心力を利用して回転投射し、掘削壁面２０にライニング２１を吹付けする。

回転駆動部１Ｄは、円錐台筒５による攪拌混合室４を回転駆動させる第１の回転駆動部と、攪拌用回転軸６と撹拌棒８及びインペラ１５を回転駆動させる第２の回転駆動部と、取付板１８を回転駆動させて投射方向を制御する第３の回転駆動部とを備え、第１の回転駆動部ではモータ２２の回転力をプーリとＶベルトその他公知の動力伝達手段２３で内側回転筒２４に伝達し、内側回転筒２４に連結した円錐台筒５を回転可能にしている。

第２の回転駆動部ではモータ２５の回転力をプーリとＶベルトその他公知の動力伝達手段２６で中間回転筒２７に伝達し、中間回転筒２７に連結したインペラ１５を回転可能にすると共に、インペラ１５の側面板１２を攪拌用回転軸６に設けた閉塞板９と重合させた状態で着脱可能に連結し、攪拌用回転軸６と撹拌棒８をインペラ１５と連動回転させることが可能であり、第３の回転駆動部はモータ２８の回転力をプーリとＶベルトその他公知の動力伝達手段２９で取付板１８に伝達し、外側回転筒３０に対して回転可能な取付板１８を揺動回転能にしている。

以上の構成によるトンネル用ライニング装置１は、取付け機構部（図示を省略）を介して特許文献１の発明と同様に、伸縮ブームやアームを装着した自走式のベースマシンに搭載し、伸縮ブーム屋とアームを動作させて回転投射部１Ｃを掘削壁面２０から所定距離離した状態でライニング開始位置に位置決めすると共に、トンネルの側部から頂点に向けて伸縮ブームを周方向に旋回させながら、吹付けライニング材ｃを回転投射してライニング２１を吹付けする。

このトンネル用ライニング装置１では、特許文献１の発明の場合と同様に材料導入部１Ａから撹拌混合部１Ｂに供給されたライニング材料ａに急結剤ｂを添加して攪拌混合し、混練りした吹付けライニング材ｃを回転投射部１Ｃに順次移送させ、回転投射部１Ｃのインペラ１５からトンネルの掘削壁面に回転投射して吹き付けが行われる。

そして、撹拌混合部１Ｂに供給された攪拌混合室４内のライニング材料ａに対して、急結剤ｂの添加して攪拌用回転軸６に装着した攪拌棒で混練りし、吹付けライニング材ｃとして回転投射部１Ｃに移送する際に、急結剤ｂの添加位置を所望に設定できる急結剤添加手段を設けたものでおり、これによって多様な使用環境で各種の急結剤を幅広く使用することが可能になると共に、吹付けライニング材ｃの調製を容易し且つ良質することができ、作業能率の向上と高品質のライニング処理を図ることができる。

図示の実施例によるトンネル用ライニング装置１では、撹拌混合部１Ｂに対する急結剤添加手段として攪拌混合室４内に急結剤添加部７を設け、この急結剤添加部７は中空にした攪拌用回転軸６の内部に急結剤ｂを供給すると共に、軸線方向に沿った所定間隔位置毎に円周方向に沿って設けた複数個所の吐出口１０を任意に選択し、急結剤ｂの添加位置を所望に設定して急結剤ｂの添加を行うことにより、各種の急結剤による硬化時間の相違や、吹付けする投射距離の長短、ライニング材料ａの性状の相違、季節による温度差その他の使用環境に適合させることができる。

例えば、急結剤の硬化時間が長い場合や、吹付けする投射距離が短い場合や、ライニング材料ａが粘性の低いスラリー状の場合や、冬季のように温度が低い場合には、吐出口１０を成る可く材料導入部１Ａ側に設定して混練りする時間を長くし、急結剤の硬化時間が短い場合や、吹付けする投射距離が長い場合や、ライニング材料ａが粘性の高いスラリー状の場合や、夏季のように温度が高い場合には、吐出口１０を成る可く回転投射部１Ｃ側に設定して混練りする時間を短くすることができる。

従って、作業能率を向上させるために高価ではあるが硬化時間が短い特殊な急結剤を使用する場合や、硬化時間は長いが安価な汎用の急結剤を使用する場合のいずれにも対応が可能であり、小口径トンネルのように投射距離の短い場合や大口径トンネルのように投射距離の短い場合にも対応が可能であり、ライニング材料ａや急結剤ｂのメーカ間の格差にも対応が可能であるから、均質で良好なライニング処理を行うことができる。

なお、図示の実施例による急結剤添加部７では中空にした攪拌用回転軸６の外周面に吐出口１０を穿設する形態にしたが、攪拌棒８を中空にして急結剤ｂの吐出口にしたり、攪拌棒８とは別に短尺で中空の攪拌棒を設けて急結剤ｂの吐出口にしたり、中空にした攪拌用回転軸６の内部に吐出口用の配管を個別に埋設する形態など、要旨の範囲内において同様に機能する各種の変形を採り得るものである。

また、図示の実施例では特許文献１の場合と同様に円錐台筒５で形成した撹拌混合室４を相対的に低速で攪拌用回転軸６及び撹拌棒８を相対的に高速で同一方向へ回転させ、これによって撹拌混合室４内における混練り滞留時間を制御させる構成を採るっているが、急結剤添加部７を設けたことによって混練り滞留時間を調製できるので、撹拌混合室４を形成する円錐台筒５を静止状態にする形態や、撹拌混合室４をストレートの円筒状で形成する形態を採ることも可能である。

特に、撹拌混合室４を形成する円錐台筒５やストレートの円筒を静止状態で使用する場合には、回転駆動させるために設けたモータその他の駆動手段が不要となるので、小型軽量化及びコストの低減を図ることができることは勿論であるが、撹拌混合部１Ｂに対する急結剤添加手段を撹拌混合室４の外周側に設け、添加位置を所望に設定して撹拌混合室４に急結剤ｂを吐出させる形態を採ることができる。

本発明を適用したライニング装置の一部を断面にした全体側面図である。図１のライニング装置における攪拌混合部の拡大断面図である。発明の要部である攪拌混合部における急結剤添加部の斜視図である。図１のライニング装置における回転投射部の動作説明図である。

符号の説明

１トンネル用ライニング装置
１Ａ材料導入部
１Ｂ撹拌混合部
１Ｃ回転投射部
１Ｄ回転駆動部
２（ライニング材料ａの）導入管
３（急結剤ｂの）導入管
４撹拌混合室
５円錐台筒
６撹拌回転軸
７急結剤添加部
８撹拌棒
９閉塞板
１０吐出口
１１ネジ栓（封止部材）
１２側面板
１３環状面板
１４羽根板
１５（吹き付けライニング材投射用の）インペラ
１６無端平ベルト
１７ガイドプーリ
１８取付板
１９投射口
２０掘削壁面
２１ライニング
２２，２５，２８モータ
２３，２６，２９動力伝達手段
２４内側回転筒
２７中央回転筒
３０外側回転筒

Claims

材料導入部からライニング材料と急結剤を撹拌混合部に導入し、攪拌混合室内でライニング材料に急結剤を添加して混練りした吹付けライニング材を回転投射部に順次移送させ、回転投射部に設けたインペラからトンネルの掘削壁面に遠心力で投射して吹き付ける回転投射式のトンネル用ライニング装置において、前記撹拌混合部には攪拌混合室内を移送中のライニング材料に対し、急結剤を所望の設定位置に設けた吐出口から添加できる急結剤添加手段を設けたことを特徴とするトンネル用ライニング装置。
前記撹拌混合部は、始端側からライニング材料を供給する攪拌混合室の軸心に攪拌回転軸を設けて放射状に攪拌棒を突設させ、急結剤添加手段は中空にした攪拌回転軸の始端側から急結剤を供給すると共に、攪拌回転軸の途中には複数個所に開閉可能な吐出口を設け、必要な吐出口を選択使用する請求項１に記載したトンネル用ライニング装置。
前記吐出口は、中空にした攪拌用回転軸の外周面に穿設するか、攪拌棒を中空にするか、攪拌棒とは別に短尺で中空の攪拌棒を設けるか、中空にした攪拌用回転軸の内部に吐出口用の配管を個別に埋設するかのいずれかにし、不要な吐出口には着脱可能な封止部材を装着する請求項２に記載したトンネル用ライニング装置。