JP2017115446A - トンネル支保工の建て込み方法および建て込みシステム - Google Patents

Abstract

【課題】トンネル支保工を建て込む際に、切羽における人手作業を回避し、安全性および作業性を向上することができるトンネル支保工の建て込み方法および建て込みシステムを提供する。【解決手段】円弧状に分割された一対の分割支保工を上端部で相互に連結してなるアーチ状の支保工を切羽に建て込むトンネル支保工の建て込み方法において、一対の分割支保工のうち一方の上端部には、他方の上端部に形成された凸型連結部と係合可能な凹型連結部が設けられており、一対の分割支保工を着脱可能に把持する一対のハンドを有するエレクタ装置を切羽に配置し、一対の分割支保工を把持した状態の一対のハンドを相対移動させて凹型連結部に凸型連結部を係合させることで一対の分割支保工をアーチ状に連結する支保工連結工程を有する。【選択図】図７

Description

本発明は、トンネル支保工の建て込み方法および建て込みシステムに関する。

トンネルを構築する工法として、ＮＡＴＭ工法(New Austrian Tunneling Method)が知
られている。ＮＡＴＭ工法は、地山が有する支保能力、強度を有効に利用してトンネルの安定を保つという考え方のもとに、吹付けコンクリート、ロックボルト、鋼製支保工等の支保材を適宜に用いて、地山と一体化したトンネル構造物を建設する工法である。

ＮＡＴＭ工法においてトンネルを構築する際に、アーチ状のトンネル支保工を設置する場合、通常、以下に説明する手順により行われている。まず、切羽の近傍に吹付け機をセットして、切羽にコンクリートを一次吹き付けし、これが完了すると、吹付け機を退出させる。次いで、切羽の近傍に支保工を建て込むエレクタを備えた作業車をセットして、エレクタによりアーチ状のトンネル支保工を切羽に建て込み、これが完了すると作業車を退出させる。次に、切羽に吹付け機を再びセットし、建て込まれたトンネル支保工を埋め込むようにして、コンクリートの二次吹付けを行い、吹付け機を退出させる。

ＮＡＴＭ工法におけるトンネル支保工を正確に建て込むための技術として、作業車に一対のターゲットを設置し座標既知地点からレーザ測距機によりそれぞれ視準して、ターゲット座標値を求め、支保工の設置座標値に設置する設置方法が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

また、支保工の左、右および上中央の３箇所にターゲットを取り付け、トータルステーションによりターゲットを自動で追尾して、エレクタ装置により支保工を設計値に調整する建て込み方法が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。

特許第３３８１６０６号公報 特許第４５５９３４６号公報 特許第５７２００４１号公報

通常、トンネル支保工の建て込みは、円弧状に分割された一対の支保工を切羽に設置した後、ボルト等を介して一対の支保工の上端部同士を相互に連結することでアーチ状に形成されるが、このボルトの締結作業は人手による作業となっているのが実情である。

本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は、トンネル支保工を建て込む際に、切羽における人手作業を回避し、安全性および作業性を向上することができるトンネル支保工の建て込み方法および建て込みシステムを提供することにある。

本発明は、円弧状に分割された一対の分割支保工を上端部で相互に連結してなるアーチ状の支保工を切羽に建て込むトンネル支保工の建て込み方法において、前記一対の分割支保工のうち一方の上端部には、他方の上端部に形成された凸型連結部と係合可能な凹型連
結部が設けられており、前記一対の分割支保工を着脱可能に把持する一対のハンドを有するエレクタ装置を前記切羽に配置し、前記一対の分割支保工を把持した状態の前記一対のハンドを相対移動させて前記凹型連結部に前記凸型連結部を係合させることで前記一対の分割支保工をアーチ状に連結する支保工連結工程を有することを特徴とする。

上記構成を採用することで、切羽近傍においてボルトとナット等を用いて人手による締結作業を行うことなく、エレクタ装置のハンド操作によって凹型連結部に凸型連結部を係合させ、一対の分割支保工同士を相互に連結することができる。その結果、トンネル支保工を建て込む際の安全性および作業性を向上することができる。

また、本発明は、前記支保工連結工程において、前記一対の分割支保工にそれぞれ取り付けたターゲットの位置を座標既知地点から測量することで得られた測量データに基づいて前記一対のハンドを相対移動させる構成としても良い。このようにハンドの相対移動量を設定することによって一対の分割支保工同士をより一層効率良くハンド操作によって連結することができる。

また、本発明において、前記エレクタ装置は、前記切羽にコンクリートを吹付ける吹付け装置を備える作業車に搭載されており、前記一対の分割支保工をアーチ状に連結後、所定の建て込み位置に前記アーチ状の支保工を配置する工程と、前記建て込み位置に配置した前記アーチ状の支保工を前記ハンドに把持した状態で、前記吹付け装置によりコンクリートを吹付けて前記アーチ状の支保工を仮固定した後、前記ハンドによる前記支保工の把持を解除する工程を更に有する構成としても良い。これによれば、作業車の移動、セット、退出が一度で済み、重機の輻輳を回避することができる。また、掘削、一次吹付け、支保工建て込み、二次吹付けの一連の作業において、作業員が切羽に立ち入ることなく作業を進めることができるため、作業の安全性が顕著に向上する。

なお、本発明は、トンネル支保工の建て込みシステムとして捉えることもできる。即ち、本発明は円弧状に分割された一対の分割支保工を上端部で相互に連結してなるアーチ状の支保工を切羽に建て込むトンネル支保工の建て込みシステムにおいて、前記一対の分割支保工を着脱可能に保持する一対のハンドを有するエレクタ装置を含み、前記一対の分割支保工のうち一方の上端部には、他方の上端部に形成された凸型連結部と係合可能な凹型連結部が設けられており、前記エレクタ装置は、前記切羽に配置された状態において、前記一対の分割支保工を把持した状態の前記一対のハンドを相対移動させて前記凹型連結部に前記凸型連結部を係合させることで前記一対の分割支保工をアーチ状に連結することを特徴とする。このような構成を採用することで、建て込み方法で述べたものと同様な効果を奏することができる。

本発明によれば、トンネル支保工を建て込む際に、切羽における人手作業を回避し、安全性および作業性を向上することができるトンネル支保工の建て込み方法および建て込みシステムを提供できる。

図１は、実施形態に係るトンネル支保工の建て込みシステムの概略構成図である。 図２は、実施形態に係る作業車の上面図である。 図３は、実施形態に係る作業車の側面図である。 図４は、実施形態に係る支保工へのターゲットの取付け位置について示す図である。 図５は、実施形態に係るターゲットを示す図である。 図６は、実施形態に係る左右の分割支保工の連結構造を説明する図である。 図７は、実施形態に係る左側分割支保工および右側分割支保工を連結する手順を示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。

＜実施形態＞
図１は、実施形態に係るトンネル支保工の建て込みシステムＳの概略構成図である。図中、符号１は支保工の建て込みを行うエレクタ装置、符号２はエレクタ装置１を搭載すると共に自走可能な作業車である。符号３はレーザ光による測距・測角儀（測量機）である自動追尾型トータルステーション、符号４はトータルステーション３を制御するトータルステーションコントローラ、符号５はトータルステーションコントローラ４と無線による送受信を可能とするトータルステーション側アンテナである。

エレクタ装置１は、操縦席に搭載されたディスプレイ装置であるモニタ１１、エレクタコントローラ１２、エレクタ側アンテナ１３、操作盤１４、キーボード１５、ポンティングデバイス１６等を有する。また、図中の符号６は、アーチ状の鋼製支保工（以下、「アーチ状支保工」という）である。詳しくは後述するが、アーチ状支保工６は、円弧状に分割された一対の分割支保工６Ｌ，６Ｒを中央部で相互に連結することで形成されている。ここでいう「中央部」とはアーチ状支保工６の中央部を指しており、一対の分割支保工６Ｌ，６Ｒの各上端部同士が相互に連結される。

トータルステーション３は、レーザ光を照射してプリズム等を含むターゲット７を自動追尾し、その測距・測角を行うことで、ターゲットの位置を測定（測量）する測量機であり、トンネル内において座標が既知の地点（座標既知地点）に設置される。本実施形態では、切羽に建て込む支保工にターゲット７を取り付け、分割支保工６Ｌ，６Ｒ（アーチ状支保工６）の移動に伴いターゲット７を自動追尾することから、そのようなターゲットの自動追尾、および視準に障害が無いところを選んで設置するとよい。例えば、トンネル床面に設置しても良いし、天井部に架台を架設して、トータルステーション３を架台上に設置しても良い。

トータルステーションコントローラ４は、例えば携帯可能なコンピュータを含んで構成されている。トータルステーションコントローラ４は、コンピュータに組み込まれたソフトウェアによってトータルステーション３の各種の機構を自動制御すると共に、トータルステーション３の測量データを処理する。更に、トータルステーションコントローラ４は、エレクタコントローラ１２側との無線通信によりデータの送受信が可能であり、且つ、エレクタコントローラ１２側からの指令によりトータルステーション３の各種の機構を無線遠隔操作することが可能である。

図２は、本実施形態に係る作業車２の上面図である。図３は、本実施形態に係る作業車２の側面図である。作業車２は、エレクタ装置１および吹付け装置１０を備えている。エレクタ装置１は、同一構成の一対のブーム１７Ｌ，１７Ｒを備えている。一対のブーム１７Ｌ，１７Ｒは、これらに付設される駆動機構の作動によって伸縮動作、傾動動作、揺動動作、回動動作が自在である。また、各ブーム１７Ｌ，１７Ｒの先端には、同一構成の一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒが連結されている。一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒは、これらに付設される駆動機構の作動によって回転動作および揺動動作が自在であり、一対の分割支保工６Ｌ，６Ｒを着脱自在に挟圧把持（保持）することができる。

以下では、符号１７Ｌで示すブームを「左側ブーム」と呼び、符号１７Ｒで示すブーム
を「右側ブーム」と呼ぶ。また、符号１８Ｌで示すハンドを「左側ハンド」と呼び、符号１８Ｒで示すハンドを「右側ハンド」と呼ぶ。更に、符号６Ｌで示す分割支保工を「左側分割支保工」と呼び、符号６Ｒで示す分割支保工を「右側分割支保工」と呼ぶ。エレクタ装置１は、左側ハンド１８Ｌに左側分割支保工６Ｌを着脱自在に把持し、右側ハンド１８Ｒに右側分割支保工６Ｒを着脱自在に把持することができる。本実施形態において、左右の分割支保工６Ｌ，６Ｒは、アーチ状のＨ型鋼が２分割された一対の支保工であり、切羽の近傍に誘導された後、これらを切羽で組み立ててアーチ状のアーチ状支保工６を形成する。左右の分割支保工６Ｌ，６Ｒは、それぞれの上端部で相互に連結されることで一体となる。

図４は、実施形態に係る支保工へのターゲットの取付け位置について示す図である。図４に示すように、左右の分割支保工６Ｌ，６Ｒは左右対称な円弧状である。ここで、左側分割支保工６Ｌは、その上端部６Ｌａと下端部６Ｌｂにそれぞれ第１ターゲット７ａと第２ターゲット７ｂが取り付けられる。また、右側分割支保工６Ｒは、その上端部６Ｒａと下端部６Ｒｂにそれぞれ第３ターゲット７ｃと第４ターゲット７ｄが取り付けられる。ここで、第１ターゲット７ａ〜第４ターゲット７ｄを「ターゲット７」と総称する。図５は、実施形態に係るターゲット７を示す図である。ターゲット７は、ホルダ７１の基端部に設けられた磁石７２と、ホルダ７１の先端に設けられたプリズム７３を有する。左右の分割支保工６Ｌ，６Ｒは鋼製であるため、ホルダ７１の基端部に設けられた磁石７２の磁力によって分割支保工６Ｌ，６Ｒに対してターゲット７を着脱自在に取り付けることができる。

また、図４に示す例では、左右の分割支保工６Ｌ，６Ｒの内周面にターゲット７が取り付けられるようになっている。本実施形態では、左側分割支保工６Ｌにおける上端部６Ｌａと下端部６Ｌｂの内周面に、第１ターゲット７ａと第２ターゲット７ｂを取り付ける際の目印が予めペンキ等で標示されている。同様に、右側分割支保工６Ｒにおける上端部６Ｒａと下端部６Ｒｂの内周面に、第３ターゲット７ｃと第４ターゲット７ｄを取り付ける際の目印が予めペンキ等で標示されている。また、各ターゲット７は、左右の分割支保工６Ｌ，６Ｒの内周面に取り付けた状態において、当該内周面からプリズム７３中心までの高さＨｐは一定である。

次に、図２および図３を参照して吹付け装置１０について説明する。吹付け装置１０は、左側ブーム１７Ｌおよび右側ブーム１７Ｒの間に配設されており、アーム１０１と、アーム１０１に支持される吹付けロボット１０２と、吹付けロボット１０２の先端側に設けられる吹付けノズル１０３等を備えている。アーム１０１は、伸縮動作、傾動動作等が可能である。また、吹付けロボット１０２は、吹付けノズル１０３の傾動動作、回動動作等が可能である。その他、吹付け装置１０は、コンクリートポンプ、急結剤供給装置、コンプレッサ、高圧水ポンプ等を備えている。吹付けロボット１０２は、コンクリートポンプから供給された吹付け用コンクリート（以下、単に「コンクリート」という）を吹付けノズル１０３から吐出させることで、コンクリートを切羽に吹付けることができる。

次に、本実施形態における支保工の建て込み方法について説明する。ＮＡＴＭ工法は、（１）切羽を発破又は機械によって掘削→（２）ズリの搬出→（３）コンクリートの一次吹付け→（４）支保工の建て込み→（５）コンクリートの二次吹付け→（６）ロックボルトの打設を１サイクルとして繰り返すことで、トンネルを軸方向に延伸させてゆくものである。本実施形態では、（２）ズリの搬出工程が終了した後、作業車２を切羽近傍にセットする。その際、エレクタ装置１の各ハンド１８Ｌ，１８Ｒには、それぞれ左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒを、トンネル軸（トンネル延伸方向）に沿って把持した状態で作業車２を自走させ、切羽近傍にセットする。そして、これから左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒを建て込む切羽に、吹付け装置１０を用いてコンクリートを
吹付ける一次吹付けを行う。なお、切羽の状態が良好な場合には、この一次吹付けを省略する場合もある。

次に、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒの建て込みを行う。図６は、左右の分割支保工６Ｌ，６Ｒの連結（接続）構造を説明する図である。本実施形態において、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒのうち一方の上端部には、他方の上端部に形成された凸型連結部と連結可能な凹型連結部が設けられている。以下、図６を参照して分割支保工６Ｌ，６Ｒの連結構造の詳細について説明する。

図６（ａ）は、分割支保工６Ｌ，６Ｒの上端部側の側面を示す図である。各分割支保工６Ｌ，６Ｒの上端部には、Ｈ型横断面に対して直交する平板状の接合用プレート６１が設けられている。図６（ａ）は、分割支保工６Ｌ，６Ｒの接合用プレート６１同士を対向させて互いに離れた状態を示している。また、図中の符号６２は各分割支保工６Ｌ，６Ｒにおけるウェブであり、符号６３ａ，６３ｂは各分割支保工６Ｌ，６Ｒにおける一対のフランジである。符号６３ａで示すフランジを「上フランジ」と呼び、符号６３ｂで示すフランジを「下フランジ」と呼ぶ。接合用プレート６１は、ウェブ６２および一対のフランジ６３ａ，６３ｂに対して直交するように設けられている。また、符号６１１は接合用プレート６１の外面を示し、符号６１２は接合用プレート６１の内面を示す。接合用プレート６１は、内面６１２側に上フランジ６３ａ、下フランジ６３ｂおよびウェブ６２からなるＨ型鋼が接続されている。

図６（ｂ）は、左側分割支保工６Ｌの接合用プレート６１の正面図である。図６（ｃ）は、右側分割支保工６Ｒの接合用プレート６１の正面図である。以下では、左側分割支保工６Ｌの接合用プレート６１を「第１接合用プレート６１Ｌ」ともいい、右側分割支保工６Ｒの接合用プレート６１を「第２接合用プレート６１Ｒ」ともいう。図６（ｂ）は、第１接合用プレート６１Ｌを外面６１１側から眺めた状態を図示している。図６（ｃ）は、第２接合用プレート６１Ｒを外面６１１側から眺めた状態を図示示している。

図６（ｂ）を参照すると、第１接合用プレート６１Ｌには、当該第１接合用プレート６１Ｌを厚さ方向に貫通する一対の貫通孔である凹型連結部８ａ，８ｂが設けられている。凹型連結部８ａ，８ｂは、同一構造の貫通孔であり、それぞれ挿抜孔部８０と、この挿抜孔部８０に連通する係止孔部８１とを含む。凹型連結部８ａ，８ｂの挿抜孔部８０は円形孔である。係止孔部８１は、挿抜孔部８０の直径よりも小さい幅を有する長孔であり、係止孔部８１の長軸方向はウェブ６２に平行に伸びている。第１接合用プレート６１Ｌに穿設された一対の凹型連結部８ａ，８ｂは、ウェブ６２を挟んで対称位置に配置されている。また、凹型連結部８ａ，８ｂの挿抜孔部８０は、第１接合用プレート６１Ｌの下フランジ６３ｂよりも上フランジ６３ａに近い位置に設けられている。

一方、図６（ｃ）に示すように、右側分割支保工６Ｒの第２接合用プレート６１Ｒには、一対の突起である凸型連結部９ａ，９ｂが突設されている。この凸型連結部９ａ，９ｂは、右側分割支保工６Ｒの第１接合用プレート６１Ｌに設けられた一対の凹型連結部８ａ，８ｂと係合可能である。図６（ｃ）に示す拡大図と、図６（ａ）を併せて参照すると、凸型連結部９ａ，９ｂは、接合用プレート６１に立設する軸部９０と、軸部９０の先端に設けられる円錐形状の係止部９１とを含む。軸部９０は、円形横断面を有する棒状部材である。この軸部９０の円形横断面における直径は、第１接合用プレート６１Ｌに設けられている凹型連結部８ａ，８ｂの係止孔部８１の幅よりも小さい寸法に設定されている。係止部９１は、軸部９０の軸方向に直交する円形の底面９１ａを有している。

ここで、係止部９１の底面９１ａの直径は、第１接合用プレート６１Ｌに設けられている凹型連結部８ａ，８ｂにおける係止孔部８１の幅よりも大きく、且つ、挿抜孔部８０の
直径よりも小さい寸法に設定されている。また、第２接合用プレート６１Ｒにおける一対の凸型連結部９ａ，９ｂは、ウェブ６２を挟んで対称位置に配置されている。また、第２接合用プレート６１Ｒの各凸型連結部９ａ，９ｂにおける軸部９０の軸心とウェブ６２の中心軸との離れ寸法は、第１接合用プレート６１Ｌの各凹型連結部８ａ，８ｂにおける係止孔部８１の長軸とウェブ６２の中心軸との離れ寸法と等しい。また、凸型連結部９ａ，９ｂは、第２接合用プレート６１Ｒの上フランジ６３ａよりも下フランジ６３ｂに近い位置に設けられている。

アーチ状支保工６の建て込みに際して、エレクタ装置１は、左側ブーム１７Ｌおよび右側ブーム１７Ｒを伸長および傾動させると共に、左側ハンド１８Ｌおよび右側ハンド１８Ｒを回転させることで、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒをトンネル軸と直交するように移動させる。なお、エレクタ装置１における各ブーム１７Ｌ，１７Ｒおよび各ハンド１８Ｌ，１８Ｒの駆動は、操作盤１４の操作によって行うことができる。

次に、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒを把持した状態の一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒを相対移動させて、左側分割支保工６Ｌの第１接合用プレート６１Ｌに設けられた凹型連結部８ａ，８ｂに、右側分割支保工６Ｒの第２接合用プレート６１Ｒに設けられた凸型連結部９ａ，９ｂをそれぞれ係合させ、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒをアーチ状に連結することでアーチ状支保工６を形成する。その際、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒにそれぞれ取り付けたターゲット７の位置を座標既知地点から測量することで得られた測量データに基づいてハンド１８Ｌ，１８Ｒの相対移動量を設定し、駆動させる。本実施形態において、第１接合用プレート６１Ｌに設けられた凹型連結部８ａ，８ｂと、第２接合用プレート６１Ｒに設けられた凸型連結部９ａ，９ｂは、エレクタ装置１のハンド操作によってワンタッチで連結されるワンタッチ継手として機能する。

例えば、エレクタコントローラ１２は、トータルステーションコントローラ４を介してトータルステーション３を無線遠隔操作し、各ターゲット７（第１ターゲット７ａ〜第４ターゲット７ｄ）を自動追尾して、各ターゲット７の座標を順次自動測量する。ここで、トータルステーション３は、座標既知地点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）に設置されている。このように座標既知地点に設置されたトータルステーション３からレーザ光を照射して各ターゲット７を視準して測距・測角を行うことで、第１ターゲット７ａ〜第４ターゲット７ｄの位置座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、（ｘ３，ｙ３，ｚ３）、（ｘ４，ｙ４，ｚ４）を求めることができる。そして、各ターゲット７の位置座標を含む測量データは、トータルステーションコントローラ４側からエレクタコントローラ１２へと順次無線送信される。エレクタコントローラ１２は、トータルステーション３から取得した各ターゲット７の測量データに基づいて、ハンド１８Ｌ，１８Ｒを相対移動させるためのそれぞれの駆動量を設定し、図７（ａ）〜（ｃ）に示す手順で左側分割支保工６Ｌの第１接合用プレート６１Ｌと右側分割支保工６Ｒの第２接合用プレート６１Ｒを相互に連結させる。

なお、エレクタコントローラ１２が設定したハンド１８Ｌ，１８Ｒの移動量は、モニタ１１に表示される。本実施形態におけるトータルステーション３は各ターゲット７を自動追尾し、視準することができる。従って、ハンド１８Ｌ，１８Ｒの操作によって左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒの上端部同士を相互連結するために必要な各ハンド１８Ｌ，１８Ｒの移動量は、モニタ１１にリアルタイムで表示することができ、作業員はモニタ１１を見ながら操作盤１４を順次操作することで左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒを容易に連結することができる。なお、ここでいうハンド１８Ｌ，１８Ｒの操作には、ハンド１８Ｌ，１８Ｒの駆動機構を作動させてハンド１８Ｌ，１８Ｒを直接的に操作することの他、ハンド１８Ｌ，１８Ｒが取り付けられているブーム１７Ｌ，１７Ｒ
を駆動することによってハンド１８Ｌ，１８Ｒを間接的に操作することも含まれる。

図７は、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒを連結する手順を示す図である。図中、左側に分割支保工６Ｌ，６Ｒの上端部側の側面を示し、右側欄に第１接合用プレート６１Ｌ側の凹型連結部８ａ，８ｂと第２接合用プレート６１Ｒ側の凸型連結部９ａ，９ｂとの相対関係を示す。図７の右側に示す凹型連結部８ａ，８ｂと凸型連結部９ａ，９ｂとの相対関係は、第２接合用プレート６１Ｒの内面６１２側から第２接合用プレート６１Ｒを透視して第１接合用プレート６１Ｌを眺めた場合を基準として凹型連結部８ａ，８ｂと凸型連結部９ａ，９ｂとの相対関係を示している。

図７（ａ）に示す状態では、図示のように右側分割支保工６Ｒの第１接合用プレート６１Ｌと左側分割支保工６Ｌの第２接合用プレート６１Ｒが離反した状態で、且つ、右側分割支保工６Ｒが左側分割支保工６Ｌよりも若干高い位置に配置されている。具体的には、第２接合用プレート６１Ｒに設けられた凸型連結部９ａ，９ｂ（軸部９０、係止部９１）の高さが、第１接合用プレート６１Ｌに設けられた凹型連結部８ａ，８ｂの挿抜孔部８０の高さに一致するように双方の高さが位置合わせされている。更に、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒのトンネル軸方向における位置は、一致している。その結果、第１接合用プレート６１Ｌに設けられた凹型連結部８ａ，８ｂの各挿抜孔部８０と、第２接合用プレート６１Ｒに設けられた凸型連結部９ａ，９ｂが、トンネル軸方向において互いに対応する位置に合わせられている。以下、図７（ａ）に示す状態を「連結部離間状態」という。

次に、図７（ａ）に示す連結部離間状態から、一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒのうち少なくとも一方を操作（駆動）することで一対の分割支保工６Ｌ，６Ｒを相対移動させ、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒの高さ方向とトンネル軸方向における相対位置関係を保持（固定）しつつ、左側分割支保工６Ｌ（第１接合用プレート６１Ｌ）および右側分割支保工６Ｒ（第２接合用プレート６１Ｒ）が相対的に接近させる。

その際、左側分割支保工６Ｌの第１接合用プレート６１Ｌに設けられた凹型連結部８ａ，８ｂの挿抜孔部８０と、右側分割支保工６Ｒの第２接合用プレート６１Ｒに設けられた凸型連結部９ａ，９ｂとが互いに位置合わせされているため、上記のように第１接合用プレート６１Ｌおよび第２接合用プレート６１Ｒを近づけていくことで、左側分割支保工６Ｌ側の凹型連結部８ａ，８ｂにおける各挿抜孔部８０に対して、右側分割支保工６Ｒ側の凸型連結部９ａ，９ｂが挿入され、図７（ｂ）に示す状態に移行する。

図７（ｂ）は、左側分割支保工６Ｌ側の凹型連結部８ａ，８ｂにおける各挿抜孔部８０に対して、右側分割支保工６Ｒ側の凸型連結部９ａ，９ｂが挿入され、且つ、第１接合用プレート６１Ｌおよび第２接合用プレート６１Ｒの外面６１１同士が当接することで、挿抜孔部８０に対する凸型連結部９ａ，９ｂの挿入が完了した状態を示す。以下、図７（ｂ）に示す状態を「連結部挿入完了状態」と呼ぶ。

一対の分割支保工６Ｌ，６Ｒを連結部離間状態から連結部挿入完了状態に遷移させた後は、一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒのうち少なくとも一方を操作（駆動）し、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒの高さを一致させる。ここでは、左側分割支保工６Ｌを静止させた状態で、第１接合用プレート６１Ｌに第２接合用プレート６１Ｒを摺接させながら右側分割支保工６Ｒを鉛直下方にスライドさせる。

ここで、図７（ｂ）に示す連結部挿入完了状態においては、右側分割支保工６Ｒ（第２接合用プレート６１）における凸型連結部９ａ，９ｂの軸部９０が左側分割支保工６Ｌ（第１接合用プレート６１Ｌ）における凹型連結部８ａ，８ｂの挿抜孔部８０に対して挿通
している。この状態から右側分割支保工６Ｒを鉛直下方にスライドさせると、凹型連結部８ａ，８ｂの挿抜孔部８０に挿通している凸型連結部９ａ，９ｂの軸部９０が、挿抜孔部８０から、これに連通する係止孔部８１に移動する。なお、凸型連結部９ａ，９ｂにおける軸部９０の直径は係止孔部８１の幅よりも小さいため、凸型連結部９ａ，９ｂにおける軸部９０を、ウェブ６２と平行に延伸する長軸を有する係止孔部８１に沿って円滑にスライドさせることができる。

ここで、図７（ｃ）に示す状態を「連結完了状態」と呼ぶ。この連結完了状態において、凸型連結部９ａ，９ｂの軸部９０は、凹型連結部８ａ，８ｂにおける係止孔部８１の係止端８１aに位置決めされている。この係止端８１aは、係止孔部８１のうち挿抜孔部８０と反対側に位置する方の端部である。本実施形態では、図７（ｃ）に示す連結完了状態のときに、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒの上フランジ６３ａ同士の高さ、下フランジ６３ｂ同士の高さがそれぞれ一致するように、係止孔部８１の長軸方向の長さが規定されている。

また、凸型連結部９ａ，９ｂにおける係止部９１（底面９１ａ）の直径は、凹型連結部８ａ，８ｂにおける係止孔部８１の幅よりも大きな寸法に設定されている。そのため、凸型連結部９ａ，９ｂにおける軸部９０の位置が、凹型連結部８ａ，８ｂの挿抜孔部８０から係止孔部８１に切り替えられた状態においては、凸型連結部９ａ，９ｂにおける係止部９１が第１接合用プレート６１Ｌの背面側に係止された状態となり、凹型連結部８ａ，８ｂからの凸型連結部９ａ，９ｂの引き抜きが抑制される。つまり、左側分割支保工６Ｌの第１接合用プレート６１Ｌと右側分割支保工６Ｒの第２接合用プレート６１Ｒが離反する方向への移動が制限される。つまり、図７（ｃ）に示す連結完了状態では、第２接合用プレート６１における凸型連結部９ａ，９ｂ（係止部９１）が第１接合用プレート６１Ｌにおける凹型連結部８ａ，８ｂの係止孔部８１と係合することで、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒの上端部同士が連結される。その結果、アーチ状支保工６をアーチ状に組み上げることができる。

本実施形態では、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒをそれぞれ把持した状態の一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒのうち、少なくとも一方を操作（駆動）することで、図７に示す各状態を遷移させ、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒを連結する。従って、図７に示す各状態に順次遷移させる際、一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒの双方を駆動しても良いし、一対のハンド１８Ｌ，１８Ｒの一方を静止させつつ他方を駆動しても良い。

アーチ状支保工６をアーチ状に組み上げた後、エレクタ装置１は、アーチ状支保工６を切羽における所定の建て込み位置に建て込む。例えば、エレクタコントローラ１２は、トータルステーション３から取得した各ターゲット７（第１ターゲット７ａ〜第４ターゲット７ｄ）の座標位置を含む測量データに基づいて、第１ターゲット７ａ〜第４ターゲット７ｄのそれぞれの位置をモニタ１１に表示させても良い。また、モニタ１１には、第１ターゲット７ａ〜第４ターゲット７ｄのそれぞれの位置に加えて、第１ターゲット７ａ〜第４ターゲット７ｄの目標位置を併せて表示させても良い。エレクタ装置１を操作する作業員は、モニタ１１を見ながら、ブーム１７Ｌ，１７Ｒやハンド１８Ｌ，１８Ｒを駆動させることで、アーチ状支保工６を正規の建て込み位置に配置することができる。なお、アーチ状に組み上げあれたアーチ状支保工６を切羽における所定の建て込み位置に配置するまでの間、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒの相対位置が変化しないように左側ハンド１８Ｌと右側ハンド１８Ｒの相対位置を保持する。これにより、アーチ状支保工６を切羽における所定の建て込み位置に配置するまでの過程で、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒを連結している凸型連結部９ａ，９ｂと凹型連結部８ａ，８ｂとの係合状態が解除されてしまうことを抑制できる。

アーチ状支保工６を切羽における所定の建て込み位置に配置した後、エレクタ装置１のハンド１８Ｌ，１８Ｒにアーチ状支保工６を把持（保持）した状態で、吹付け装置１０を作動させ、吹付けノズル１０３からアーチ状支保工６および切羽にコンクリートを吹付け、アーチ状支保工６をコンクリート中に埋没させる二次吹付けを行う。そして、アーチ状支保工６をハンド１８Ｌ，１８Ｒに把持した状態でコンクリートをある程度硬化させ、アーチ状支保工６を正規の建て込み位置に仮固定する。そして、アーチ状支保工６の仮固定がなされた後、ハンド１８Ｌ，１８Ｒによるアーチ状支保工６の把持を解除する。そして、ハンド１８Ｌ，１８Ｒによる把持を解除すると、アーチ状支保工６のうちハンド１８Ｌ，１８Ｒによって把持されていた箇所を含め、二次吹付けコンクリートを設計位置まで吹付けし、アーチ状支保工６の１サイクル分の建て込みが完了する。

以上のように構成されたトンネル支保工の建て込み方法および建て込みシステムによれば、左側分割支保工６Ｌの上端部に設けられた第１接合用プレート６１Ｌに凹型連結部８ａ，８ｂを形成し、この左側分割支保工６Ｌに連結される右側分割支保工６Ｒの上端部に設けられた第２接合用プレート６１Ｒに凹型連結部８ａ，８ｂと係合可能な凸型連結部９ａ，９ｂを形成するようにした。そして、アーチ状支保工６の建て込みに際しては、エレクタ装置１を切羽に配置し、一対の分割支保工６Ｌ，６Ｒを把持した状態の一対のハンドハンド１８Ｌ，１８Ｒの少なくとも一方を操作してこれらの相対移動させることで、凹型連結部８ａ，８ｂに凸型連結部９ａ，９ｂを係合させ、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒをアーチ状に連結するようにした。

上記方法を採用することで、切羽近傍においてボルトとナット等を用いて人手による締結作業を行うことなく、ハンド１８Ｌ，１８Ｒの操作によって係合するワンタッチの継手を介して左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒを連結することができる。その結果、トンネル支保工を建て込む際の安全性および作業性を向上することができる。なお、本実施形態では、分割支保工６Ｌ，６Ｒの各上端部にワンタッチ継手を設け、人手による作業ではなくエレクタ装置１のハンド操作によって分割支保工６Ｌ，６Ｒをアーチ状に連結することができれば、凹型連結部８ａ，８ｂと凸型連結部９ａ，９ｂのディテールは図６に示した構造に限られず、種々の改変を加えることができる。

また、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒをアーチ状に連結する際、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒにそれぞれ取り付けた各ターゲット７の位置を座標既知地点に設置されたトータルステーション３を用いて測量することで得られた測量データに基づいてハンド１８Ｌ，１８Ｒの移動量を設定するようにし、設定した移動量に基づいてハンド１８Ｌ，１８Ｒを相対移動させるようにした。これにより、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒの連結を、精度良く行うことができる。更に、上記測量データに基づいて設定されたハンド１８Ｌ，１８Ｒの移動量をエレクタ装置１のモニタ１１にリアルタイムで表示するようにした。これによれば、作業員は、モニタ１１を眺めながら、ハンド１８Ｌ，１８Ｒの適正な操作を容易に行うことができ、左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒの連結作業をより一層効率良く行うことができる。

また、本実施形態においては、正規の建て込み位置に配置したアーチ状支保工６をハンド１８Ｌ，１８Ｒに把持した状態で、吹付け装置１０によりコンクリートを吹付けてアーチ状支保工６を仮固定した後、ハンド１８Ｌ，１８Ｒによるアーチ状支保工６の把持を解除するようにした。これによれば、作業車２の移動、セット、退出が一度で済み、重機の輻輳を回避することができる。また、切羽直前での左側分割支保工６Ｌおよび右側分割支保工６Ｒの設置位置の調整も不要となり、作業効率および安全性が向上する。

そして、本実施形態においては、掘削、一次吹付け、支保工建て込み、二次吹付けの一
連の作業において、作業員が切羽に立ち入ることなく作業を進めることができるため、作業の安全性が顕著に向上する。

なお、上述の実施形態には種々の変更、改良が可能である。例えば、本実施形態では、ターゲット７を、磁石７２を内蔵するホルダ７１と、その先端に設けられたプリズム７３を有する構造としているが、これには限られない。例えば、分割支保工６Ｌ，６Ｒに貼り付けることができるシート状のシートプリズムによってターゲット７を構成しても良い。その場合、シートプリズムをマグネットシートによって作製することで、分割支保工６Ｌ，６Ｒに対してシートプリズムを容易に着脱することができ、作業性が良い。

なお、本実施形態では、トータルステーション３等、レーザ光による測距・測角儀（測量機）を用いて分割支保工６Ｌ，６Ｒの位置を把握するようにしたが、これには限られない。例えば、ＧＰＳ（Global Positioning System）で用いられる測位衛星からのＧＰＳ
信号を受信するＧＰＳ受信機を、ターゲット７に置き換えて分割支保工６Ｌ，６Ｒにそれぞれ取り付けても良い。この場合、エレクタコントローラ１２は、各ＧＰＳ受信機が受信したＧＰＳ信号を取得することで、当該ＧＰＳ信号に基づいて分割支保工６Ｌ，６ＲにおいてＧＰＳ受信機を取り付けた部位の位置情報を取得することができる。また、本実施形態では、図４に示したように、左側分割支保工６Ｌの上端部６Ｌａと下端部６Ｌｂにターゲット７を取り付け、右側分割支保工６Ｒの上端部６Ｒａと下端部６Ｒｂにターゲット７を取り付けているが、これには限られず、ターゲット７を取り付ける位置や個数は適宜変更することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明に係るトンネル支保工の建て込み方法および建て込みシステムはこれらに限られず、可能な限りこれらを組み合わせることができる。

Ｓ・・・建て込みシステム
１・・・エレクタ装置
２・・・作業車
３・・・トータルステーション
４・・・トータルステーションコントローラ
５・・・トータルステーション側アンテナ
６・・・アーチ状の鋼製支保工
６Ｌ，６Ｒ・・・分割支保工
７・・・ターゲット
８ａ，８ｂ・・・凹型連結部
９ａ，９ｂ・・・凸型連結部
１０・・・吹付け装置
１０３・・・吹付けノズル
１１・・・モニタ
１７Ｌ，１７Ｒ・・・ブーム
１８Ｌ，１８Ｒ・・・ハンド
６１Ｌ，６１Ｒ・・・接合用プレート
６２・・・ウェブ
６３・・・フランジ

Claims (6)

1. 円弧状に分割された一対の分割支保工を上端部で相互に連結してなるアーチ状の支保工を切羽に建て込むトンネル支保工の建て込み方法において、
   前記一対の分割支保工のうち一方の上端部には、他方の上端部に形成された凸型連結部と係合可能な凹型連結部が設けられており、
   前記一対の分割支保工を着脱可能に把持する一対のハンドを有するエレクタ装置を前記切羽に配置し、前記一対の分割支保工を把持した状態の前記一対のハンドを相対移動させて前記凹型連結部に前記凸型連結部を係合させることで前記一対の分割支保工をアーチ状に連結する支保工連結工程を有する、
   トンネル支保工の建て込み方法。
2. 前記支保工連結工程において、前記一対の分割支保工にそれぞれ取り付けたターゲットの位置を座標既知地点から測量することで得られた測量データに基づいて前記一対のハンドを相対移動させる、
   請求項１に記載のトンネル支保工の建て込み方法。
3. 前記エレクタ装置は、前記切羽にコンクリートを吹付ける吹付け装置を備える作業車に搭載されており、
   前記建て込み方法は、
   前記一対の分割支保工をアーチ状に連結後、所定の建て込み位置に前記アーチ状の支保工を配置する工程と、
   前記建て込み位置に配置した前記アーチ状の支保工を前記ハンドに把持した状態で、前記吹付け装置によりコンクリートを吹付けて前記アーチ状の支保工を仮固定した後、前記ハンドによる前記アーチ状の支保工の把持を解除する工程と、
   を更に有する、
   請求項１又は２に記載のトンネル支保工の建て込み方法。
4. 円弧状に分割された一対の分割支保工を上端部で相互に連結してなるアーチ状の支保工を切羽に建て込むトンネル支保工の建て込みシステムにおいて、
   前記一対の分割支保工を着脱可能に保持する一対のハンドを有するエレクタ装置を含み、
   前記一対の分割支保工のうち一方の上端部には、他方の上端部に形成された凸型連結部と係合可能な凹型連結部が設けられており、
   前記エレクタ装置は、前記切羽に配置された状態において、前記一対の分割支保工を把持した状態の前記一対のハンドを相対移動させて前記凹型連結部に前記凸型連結部を係合させることで前記一対の分割支保工をアーチ状に連結する、
   トンネル支保工の建て込みシステム。
5. 前記一対の分割支保工にそれぞれ取り付けられたターゲットと、
   前記ターゲットの位置を座標既知地点から測量する測量機と、
   を更に含み、
   前記エレクタ装置は、前記切羽に配置された状態において、前記ターゲットのそれぞれの位置を座標既知地点から測量することで得られた測量データに基づいて前記一対のハンドを相対移動させる、
   請求項４に記載のトンネル支保工の建て込みシステム。
6. 前記エレクタ装置は、前記切羽にコンクリートを吹付ける吹付け装置を備える作業車に搭載されており、
   前記一対の分割支保工をアーチ状に連結後、所定の建て込み位置に前記アーチ状の支保
   工を配置し、前記建て込み位置に配置した前記アーチ状の支保工を前記ハンドに把持した状態で、前記吹付け装置によりコンクリートを吹付けて前記アーチ状の支保工を仮固定した後、前記ハンドによる前記アーチ状の支保工の把持を解除する、
   請求項４又は５に記載のトンネル支保工の建て込みシステム。