JP2007538178A - トンネル壁を被覆するための装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、トンネル区分の内面に吹付けコンクリートを被覆するための装置であって、吹付けランス（４）と吹付けノズル（７）とを有しており、これらの吹付けランス（４）と吹付けノズル（７）とが、それぞれジョイントによってあらゆる方向に可動になっており、この場合に第１の制御装置が吹付けランス（４）の操作のために設けられており、かつ第２の制御装置が吹付けノズル（７）のための設けられている形式のものに関する。

Description

本発明は、トンネル区分の内面を被覆するための装置、車両、トンネル区分の内面を被覆するための方法及び前記装置の使用法に関する。

ライニング層の形成並びに遮断目的のためにトンネル空隙の岩を固定するためには、通常は吹付けコンクリート層が粗構造の状態にあるトンネルの内壁に塗布される。トンネル空隙とは、この場合には爆破又は切削により岩が破壊されて生じた自由な空間のことである。この場合、空隙長さは、特に岩質に関係している。通常の空隙長さは、トンネル及び坑道構造では１〜６メートルまでの間である。

コンクリートを吹き付けるための装置が公知である。これらの装置は、トンネル及び坑道構造内でも、掘削溝及び斜面を固定するためにも使用される。この場合に公知の１装置は、担体車両に構成された吹付けロボットを有しており、この吹付けロボットは、処理したい表面に吹付けコンクリートを塗布する場合にコンクリートを吹き付けるために働く吹付けノズルの案内を機械化し、これにより、工事作業員のための作業安全性と作業条件を改善するために役立つ。

このような装置は、有利には水平方向及び鉛直方向に可動な支持アーム並びにこの支持アームに固定された、延長可能で、同様に自由に可動な吹付けランスを有している。この吹付けランスは一方の端部に、コンクリート搬送導管に接続された、コンクリートを吹き付けるために働く吹付けノズルを有している。この場合、この吹付けノズルは吹付けランスの軸線を中心として周囲で可動な回動ヘッドに固定されており、これにより、吹付けノズルから出てくるコンクリート噴射流の軸線を吹付け工程の間に表面に対して常に最適な角度で保持することができる。吹付けロボットの全ての可動なエレメントの制御は遠隔操作により行われる。この場合に、ルーチン運動、例えば吹付けランスの水平方向の運動を自動化することができる。

トンネル又は坑道の内面に塗布されるコンクリート層の種々異なった特性、例えば耐圧性及び付着特性は、吹付け角度及び吹付け間隔に大きく関係している。この場合に最適な被覆は、吹付けノズルと壁との間隔が、岩の種類に関連して、有利には１〜２メートルまでであり、吹付けノズルから出てくるコンクリート噴射流の軸線がトンネル壁に対してできるだけ垂直に位置している場合に得られることが公知である。この方法パラメータが保持されない場合には、跳返り材料の割合が極めて大きい。この場合に跳返り材料とは、壁に付着したまま留まらずに、ひいては使用されずに失われてしまう吹付け材料の量のことである。吹付けコンクリートの跳返りにより、使用不能な吹付けコンクリートのためのコスト並びに材料摩耗及び材料除去に基づく高い運転コストが生じる。さらに前に述べた方法パラメータが保持されない場合には、吹付け工程ののちに実際にトンネル内面に残っているコンクリート量は、跳返り材料の量が手間をかけてのみ測定可能であり、したがってたいていは不明であることに基づき、もはや測定することができない。

吹付けコンクリートにより被覆しようとするトンネル壁は、一般に極めて不規則な状態になっている。それ故、上に述べた装置の主な欠点は、吹付けノズルを岩表面に対してちょうど垂直に向けて、この岩表面に対して理想的な間隔を保持することが必ずしも容易ではないことである。さらに公知の装置により塗布されるコンクリート層の壁厚さも、たいていは不規則なトンネル壁及び場合によっては著しい材料摩耗に基づきもはや測定することができない。

最後に吹付けランスの制御及び回動ヘッドの最適な調整は、実質的に少なくとも１人の人員の協働作業下にのみ実施可能な面倒で時間のかかる比較的多くの作業工程を必要とする。

アメリカ特許第５，８５１，５８０号明細書が、オートマチック式の制御によりトンネル表面に施される吹付けコンクリートの塗布が制御される方法を記載している。このように自動的な制御は複雑な技術に基づいており、それ故、対応した被覆装置は構成に手間がかかり、それ故、コストに関しても不利である。このことはとりわけ対応した装置が通例では高いジョイント数（少なくとも７つ）を有しており、全てのジョイントに測定システム及び制御装置が設けられていなければならないことをもたらす。

本発明の課題は、トンネル内面を被覆するための装置において、吹付けコンクリートを一様に、かつわずかな材料損失により塗布可能なものを提供することである。この場合に装置が入手及び運転時に経済的であることが望ましい。

この課題の解決は、トンネル区分の内面に吹付けコンクリートを被覆するための装置であって、次のもの、すなわち、
ａ）吹付けノズル、
端部に吹付けノズルａ）を配置された吹付けランスｂ）、
吹付けランスｂ）を固定されたキャリアｃ）、
及び有利には吹付けノズルａ）に位置している、吹付けコンクリートを搬送するための接続導管のための接続箇所ｄ）、
を有しており、この場合に吹付けランスｂ）及び吹付けノズルａ）がそれぞれジョイントにより可動になっている形式の装置から出発する。

この課題の本発明による解決手段は、次のもの、すなわち、
キャリアｃ）と吹付けランスｂ）とを互いに結合し、吹付けランスｂ）が垂直方向の軸線を中心として回動可能であるように吹付けランスｂ）を支承するジョイントｅ）、
吹付けランスｂ）の、吹付けノズルａ）に向いている方のセグメントを上方へ持ち上げ下方へ下げることのできるジョイントｆ）、
吹付けランスｂ）の、吹付けノズルａ）に向いている方のセグメントをテレスコープ状に延長可能又は短縮可能にするジョイントｇ）、
吹付けノズルａ）を、吹付けランスｂ）の、吹付けノズルａ）に向いている方のセグメントの長手方向軸線を中心として回動可能にするジョイントｈ）、
吹付けノズルａ）を次のように可動にする、すなわち、吹付けノズルａ）の流出開口が、吹付けランスｂ）の、吹付けノズルａ）に向いている方のセグメントの長手方向軸線に接近するか、又は遠ざかることができるように可動にするジョイントｉ）、
が提供されており、この場合に、吹付けランスｂ）の運動をジョイントｅ），ｆ）及びｇ）を介して統制可能な制御装置ｋ）と、吹付けノズルａ）の運動をジョイントｈ）及びｉ）を介して統制可能な制御装置ｌ）とが設けられていることを特徴としている。

定義によれば、トンネル区分とは、通常の言語慣用ではトンネルとは呼ばれない中空室の区分、例えば坑道又は掘削溝をも意味する。

制御装置ｋ）と制御装置ｌ）とが互いに無関係に作業するか、若しくは互いに無関係に操作可能であることが重要である。しかしながら、制御装置ｋ）と制御装置ｌ）とが、共通の操作装置に互いに隣接して配置されていることが可能である。

本発明による装置が５つのジョイントのみを有しており、これにより、比較的容易に制御可能であることは有利である。ジョイントのこのようなわずかな数が、比較的簡単な構造をももたらし、これにより、本発明による吹付け装置は特に経済的になる。互いに独立して作業する２つの制御装置に対するジョイントの、本発明による対応配置が、比較的簡単な操作性を保証する。このような容易な操作性及び高い経済性にもかかわらず、本発明による装置は、吹付けコンクリートの一様な塗布を、しかもわずかな材料損失により可能にする。

本発明の有利な１構成では、制御装置ｋ）及び制御装置ｌ）は、それぞれマニュアル式にコンピュータ支援なしに２つのジョイスティックにより運転可能であり、この場合に一方のジョイスティックは制御装置ｋ）にのみ所属しており、かつ他方のジョイスティックは制御装置ｌ）にのみ所属している。有利には両方のジョイスティックは共通の操作装置、例えば遠隔操作装置に配置されている。

本発明のこの構成は、コンピュータ支援の省略により、本発明による装置の低い入手価格を保証する。しかしながら、少ないジョイント数及び本発明による制御装置に基づき、コンピュータ支援がないのにもかかわらず比較的容易な操作性が付与されている。

本発明の別の有利な１構成では、制御装置ｋ）はコンピュータ運転されており、制御装置ｌ）はマニュアル式にコンピュータ支援なしにジョイスティックにより統制可能である。この変化態様は、上に述べた構成に対してさらに容易な操作性を保証する。

有利には、吹付けランスｂ）の、吹付けノズルａ）に向いている方のセグメントか、又は吹付けランスｂ）の、吹付けノズルａ）に向いている方のセグメントの少なくとも１区分がテレスコープアームの形で形成されている。

有利には、吹付けランスｂ）の、噴射ノズルａ）に向いていない方のセグメントは、吹付けノズルａ）の方向に引出し可能になっており、これにより、対応した引出し及び押込みにより、キャリアｃ）と吹付けノズルａ）との間の間隔が可変になっており、この場合に運転の間には吹付けランスｂ）の、吹付けノズルａ）に向いていない方のセグメントが引き出された位置で固定されており、搬送並びに停止の間には、吹付けランスｂ）の、この吹付けノズルａ）に向いていない方のセグメントは、対応して押し込まれた位置に固定されている。この押し込まれた位置ではキャリアｃ）と吹付けノズルａ）との間の間隔は比較的小さくなっている。これにより、本発明による装置は容易に搬送可能であり、比較的小さい停止スペースしか必要としない。さらにこの技術は、運転の間に吹付けノズルａ）とキャリアとの間に比較的大きい間隔が提供されていることを可能にする。

通例では、本発明による装置は走行可能なシャシに配置されている。このシャシは、例えばトラックに位置していてよい。これにより、本発明は、有利にはトラックの形で提供された、上に述べた装置を有している車両にも関する。

さらに本発明は、上に述べた装置を用いてトンネル区分の内面に吹付けコンクリートを被覆するための方法にも関する。この場合に吹付けノズルは吹付け工程の間にトンネル壁に対して直角に１〜３メートルまでの間隔を置いて保持される。これにより、跳返り材料の割合が比較的わずかであり、塗布が一様に行われることが保証される。

最後に本発明は、トンネル及び坑道構造内に被覆層を形成するための装置の使用法にも関する。

次に本発明の実施の形態を図面につきさらに詳しく説明する。

図１に示した本発明による装置は、下側の領域内にキャリアｃ）１を有している。このキャリアｃ）１は、足３を介して走行可能なシャシ２（図１には示していない）に結合されている。上側の領域内では、キャリアｃ）１はジョイントを介して吹付けランスｂ）４に結合されており、この場合にこの吹付けランスｂ）４はジョイントｅ）５により次のように、すなわち、吹付けランスｂ）４が垂直方向の軸線６を中心として回動可能であるように支承されている。キャリアｃ）１の上方に配置された吹付けランスｂ）４は一方の端部に吹付けノズルａ）７を有しており、この吹付けノズルａ）に向いていない方のセグメント８並びに吹付けノズルａ）に向いている方のセグメント９に分割される。吹付けランスｂ）４全体は、キャリアｃ）１の上側の回動可能な領域（回動ヘッド）にジョイントｆ）１２を介して次のように結合されている、すなわち、吹付けランスｂ）４の、吹付けノズルａ）に向いている方のセグメント９を上方へ持ち上げ、下方へ下げることができるように結合されている。吹付けランスｂ）４の、吹付けノズルａ）７に向いている方のセグメント９は部分的にテレスコープアーム１３の形で形成されており、これにより、吹付けランスｂ）４の、吹付けノズルａ）に向いている方のセグメント９はテレスコープ状にジョイントｇ）１４を介して延長可能又は短縮可能になっている。吹付けランスｂ）４の、吹付けノズルａ）７に向いていない方のセグメント８は、吹付けノズルａ）７の方向に引出し可能になっており、これにより、対応した引出し及び押込みにより、キャリアｃ）１と吹付けノズルａ）７との間の間隔が可変になっている。ジョイントｅ）５，ｆ）１２及びｇ）１４にはそれぞれ１つの距離測定システムが装着されており、これらの距離測定システムは半オートマチック式の制御のために働く。運転の間には、吹付けランスｂ）４の、この吹付けノズルａ）に向いていない方のセグメント８は引き出された位置に固定されており、搬送及び停止の間には吹付けランスｂ）４の、吹付けノズルａ）４に向いていない方のセグメント８は、対応して押し込まれた位置に固定されており、この位置ではキャリアｃ）１と吹付けノズルａ）７との間の間隔は比較的小さい。図１に示した装置は停止位置に位置している。吹付けノズルａ）７は、噴霧ヘッド（ＴＣＰ）１５の固定点で、ジョイントｈ）１６を介してテレスコープアーム１３の端部に結合されている。このジョイントｈ）１６を介して、吹付けノズルａ）７は、吹付けランスｂ）４の、吹付けノズルａ）に向いている方のセグメント９の長手方向軸線１７を中心として回動可能になっている。ジョイントｈ）１６と吹付けノズルａ）７との間には、別のジョイントｉ）１９が位置しており、このジョイントｉ）１９を介して吹付けノズルａ）７は次のように可動になっている、すなわち、吹付けノズルａ）７の流出開口１８が、吹付けランスｂ）４の、吹付けノズルａ）７に向いている方のセグメント９に接近するか、又は遠ざかることができるように可動になっている。吹付けノズルａ）７には、吹付けコンクリートを搬送するための接続導管のための接続箇所（図示していない）が位置している。

図２は、本発明による装置を示している。この装置は、特殊なトラックに組み付けられている。吹付けランスｂ）４は、引き出された状態（作業位置）に位置している。引き出された吹付けランスｂ）により引き起こされる高いトルクに基づいて、車両は特殊な支持体を有しており、この支持体は、運転の前又は運転の間に確実な支持のために引き出すことができる。

図２ａは、車両の垂線及び長手方向軸線１７により形成された平面でトンネル内壁に沿って吹付けノズルａ）を案内するために行われるべき吹付けランスｂ）４の運動を概略的に示している。吹付けランスｂ）４のこれらの運動はもっぱらジョイントｆ）１２及びｇ）１４のみを介して制御することができる。この場合にジョイントｆ）１２を介しては垂線に対する吹付けランスｂ）４の角度が変更され、ジョイントｈ）１６を介しては、吹付けランスｂ）４の、吹付けノズルａ）に向いている方のセグメント９の長さの変更により、トンネル内面に対する望ましい距離が保持される。吹付けノズルａ）７が、上に述べた平面から外側へ運動することが望ましい場合には、ジョイントｅ）５を介して「回動塔」が運動せしめられる必要がある。したがって、吹付けノズルａ）７が図２ａに示した矢印に沿って行う運動はもっぱらジョイントｆ）１２及びｇ）１４を介して制御される。

図２ｂには、どのようにして吹付けノズルａ）７が車両の長手方向軸線１７及び水平面により形成された平面で、一定の間隔をおいてトンネル内面に沿って案内されるのかが示されている。吹付けランスｂ）４が車両の長手方向軸線１７に対して平行に、先に述べた平面で、図２ｂに示した矢印にしたがって行う運動は、もっぱらジョイントｅ）５及びｇ）１４のみを介して制御される。これにより、これらの運動のためにはもっぱらジョイントｅ）及びｇ）のみが操作され、この場合にジョイントｅ）５を介して車両の長手方向軸線１７に対する角度が変更され、ジョイントｇ）１４を介して、吹付けランスｂ）４の、吹付けノズルａ）７に向いている方のセグメント９の長さが次のように、すなわち、トンネル内面に対してほぼ一定の間隔が保持されるように変更される。前記平面から外側へ行われる運動は、ジョイントｆ）１２を介して制御される。

ジョイントｈ）１６及びｉ）１９を介して、吹付けノズルａ）７の流出開口１８は運転の間にトンネル内側表面に対して垂直方向に保持される。

図３に示した、本発明による装置の遠隔操作装置が、ジョイントｅ）５，ｆ）１２及びｇ）１４を介して吹付けランスｂ）４の運動を制御するための大きいジョイスティック２０と、ジョイントｈ）１６及びｉ）１９を介して吹付けノズルａ）７を制御するための小さいジョイスティック２１と、吹付けコンクリートを供給するための制御ボタン２２と、半オートマチック式／マニュアル式に運転モードを調整するための制御ボタン２３と、吹付けランスｂ）４の、吹付けノズルａ）７に向いていない方の部分セグメントを、本発明による装置の停止位置と作業位置とを調整するために走出及び走入するための制御ボタン２４と、コンピュータ支援された運転中にＴＰＣ１５（噴霧ヘッドの固定点）の運動経過を記憶するか、若しくはあらかじめプログラミングすることができる制御ボタン２５（以下参照）と、コンピュータ支援された運転中に、制御された、若しくはあらかじめプログラミングされた運動の実施を制御することのできるロッカ２６とを示している。

運転モード「コンピュータ支援なしのマニュアル運転」では、コンピュータと距離測定システムとは作動していない。両方のジョイスティックは液圧式弁の弁ブースタを直接に制御する。

この場合の大きいジョイスティック２０による運動前規定は次のとおりである：
レバーを左右へ＝ジョイントｅ）５；左右へ回動
レバーを前後へ＝ジョイントｆ）１２；吹付けランスｂ）４の、吹付けノズルａ）に向いている方のセグメント９を昇降させる
ロッカ２６を上下へ＝非作動、運動前規定は行われない
小さいジョイスティック２１による運動前規定は次のとおりである：
レバーを左右へ＝ジョイントｈ）１６；吹付けノズルａ）７を左右へ回動する
レバーを前後へ＝ジョイントｉ）１９；吹付けノズルａ）７を前傾させ、戻す
コンピュータ支援を伴うマニュアル運転（半オートマチック運転）時にはコンピュータ及び距離測定装置がジョイントｅ）５，ｆ）１２及びｇ）１４で使用される。ロッカ２６により、コンピュータ支援された運転中にＴＰＣ１５の運動が次のように前規定される：
ロッカを上下へ＝ＴＰＣは図２ａ，図２ｂに示された矢印に対応して前方／後方へ運動する
コンピュータ支援装置が、ＴＣＰ１５がスペース内で規定された直線「ｔｅａｃｈ−ｉｎ」に対して平行に案内されることを保証する。ＴＣＰ１５はあらかじめ規定された直線に沿って線状運動を行う。この直線は図２ａ若しくは２ｂ内の矢印によるものであってよい。直線は操作員により「ｔｅａｃｈ−ｉｎモード」で、直線の第１及び最後の点に移動せしめられることにより規定される。このことは、操作員が、空間軸線ｘ１，ｙ１，ｚ１により規定された第１の点にマニュアル式に移動し、この第１の点をノブ押圧により登録することにより行われる。スペース内の別の箇所では同じようにして第２の点ｘ２，ｙ２，ｚ２に移動せしめられ、登録される。特に第１及び第２の点のプログラミングによる直線の、上に述べた記憶は制御ボタン２５により行われる。大きいジョイスティック２０のロッカ２６が運動せしめられた場合には、ＴＣＰ１５が対応して前後に、特にあらかじめ規定された直線に沿って運動する。別の平行に位置する全ての直線は、いまや大きいジョイスティック２０により制御される。簡単ではない形式でｙ-軸線とｚ-軸線とが前後走行時に一定不変に保持されるのではなく、別の運動があらかじめ規定された直線に対して平行に行われることに注意すべきである。換言すれば、まず一度直線が規定された場合には、操作員は吹付け作業を次のように実施することができる、すなわち、吹付けランスｂ）４が空間的に見て上下又は左右に運動せしめられ、この場合に吹付けノズルａ）７があらかじめ規定された図２ａ、図２ｂの矢印にしたがった直線に対して平行な運動を行うことができる。

本発明による装置の基本構造及び機械的な機能原理を示す横断面図並びに斜視図である。 本発明による装置の機能形式を概略的に示す、本発明による車両の横断面図である。 本発明による装置の機能形式を示す平面図である。 本発明による装置を運転するための、制御装置ｋ）も制御装置ｌ）もマニュアル式にコンピュータ支援なしに統制可能な操作装置の概略的な回路図である。

Claims (9)

1. トンネル区分の内面に吹付けコンクリートを被覆するための装置であって、次のもの、すなわち、
   ａ）吹付けノズル（７）、
   端部に該吹付けノズルａ）（７）を配置された吹付けランスｂ）（４）、
   該吹付けランスｂ）（４）を固定されたキャリアｃ）（１）、
   有利には吹付けノズルａ）（７）に位置している、吹付けコンクリートを搬送するための接続導管のための接続箇所ｄ）、
   を有しており、この場合に吹付けランスｂ）（４）及び吹付けノズルａ）（７）がそれぞれジョイントにより可動になっている形式のものにおいて、
   キャリアｃ）（１）と吹付けランスｂ）（４）とを互いに結合し、吹付けランスｂ）（４）が垂直方向の軸線を中心として回動可能であるように吹付けランスｂ）（４）を支承するジョイントｅ）（５）、
   吹付けランスｂ）（４）の、吹付けノズルａ）に向いている方のセグメント（９）を上方へ持ち上げ下方へ下げることのできるジョイントｆ）（１２）、
   吹付けランスｂ）（４）の、吹付けノズルに向いている方のセグメント（９）をテレスコープ状に延長可能又は短縮可能にするジョイントｇ）（１４）、
   吹付けノズルａ）（７）を、吹付けランスｂ）（４）の、吹付けノズルａ）（７）に向いている方のセグメント（９）の長手方向軸線（１７）を中心として回動可能にするジョイントｈ）（１６）、
   及び吹付けノズルａ）（７）を次のように可動にする、すなわち、吹付けノズルａ）（７）の流出開口（１８）が、吹付けランスｂ）（４）の、吹付けノズルに向いている方のセグメント（９）の長手方向軸線（１７）に接近するか、又は遠ざかることができるように可動にするジョイントｉ）（１９）が
   提供されており、吹付けランスｂ）（４）の運動をジョイントｅ）（５），ｆ）（１２）及びｇ）（１４）を介して統制可能な制御装置ｋ）と、吹付けノズルａ）（７）の運動をジョイントｈ）（１６）及びｉ）（１９）を介して統制可能な制御装置ｌ）とが設けられていることを特徴とする、トンネル区分の内面に吹付けコンクリートを被覆するための装置。
2. 制御装置ｋ）及び制御装置ｌ）が、それぞれマニュアル式に、コンピュータ支援なしに２つのジョイスティックを用いて運転可能であり、一方のジョイスティックが、制御装置ｋ）にのみ所属しており、かつ他方のジョイスティックが、制御装置ｌ）にのみ所属している、請求項１記載の装置。
3. 制御装置ｋ）が、コンピュータ運転されており、制御装置ｌ）が、マニュアル式に、コンピュータ支援なしに、ジョイスティックを用いて運転可能である、請求項１記載の装置。
4. キャリアｃ）（１）が、走行可能なシャシ（２）に配置されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の装置。
5. 吹付けランスｂ）（４）の、吹付けノズルａ）に向いている方のセグメント（９）が、テレスコープアーム（１３）の形で形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の装置。
6. 吹付けランスｂ）（４）の、噴射ノズルａ）（７）に向いていない方のセグメント（８）が、吹付けノズルａ）（７）の方向に引出し可能になっており、これにより、対応した引出し及び押込みにより、キャリアｃ）（１）と吹付けノズルａ）（７）との間の間隔が可変になっており、運転の間には吹付けランスｂ）（４）の、吹付けノズルａ）（７）に向いていない方のセグメント（８）が引き出された位置で固定されており、搬送並びに停止の間には、吹付けランスｂ）（４）の、吹付けノズルａ）（７）に向いていない方のセグメント（８）が、対応して押し込まれた位置に固定されており、該押し込まれた位置では、キャリアｃ）（１）と吹付けノズルａ）（７）との間の間隔が比較的小さくなっている、請求項１から５までのいずれか１項記載の装置。
7. 車両であって、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置を有していることを特徴とする、車両。
8. 請求項１から６までのいずれか１項記載の装置を用いてトンネル区分の内面に吹付けコンクリートを被覆するための方法において、吹付け工程の間に吹付けノズルａ）（７）をトンネル内壁に対して直角に１〜３メートルまでの間隔をおいて保持することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置を用いてトンネル区分の内面に吹付けコンクリートを被覆するための方法。
9. 請求項１から６までのいずれか１項記載の装置の使用法において、トンネル及び坑道構造内に被覆層を形成するために使用することを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の装置の使用法。

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