JP2018051688A - コンクリートはつり機及びコンクリートはつり方法 - Google Patents
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Description
装置本体10は、コンクリートはつり機1を所定方向に移動させる走行部として機能する。本実施の形態では、装置本体10は図2に示したように、走行体として無限軌道11を備えている。全体が略直方体からなる装置本体10の内部には、無限軌道11の履帯12を駆動させるディーゼルエンジン(図示せず)が収容され、装置本体10はディーゼルエンジン駆動による無限軌道11の履帯12の回転走行によって作業対象のコンクリート床版2上を自在に移動することができる。装置本体10の後端には、支持リンク機構21を介してはつり機構支持フレーム20が支持されている。支持リンク機構21はラテラルリンク機構からなり、入力側の油圧モータ等の駆動機構(図示せず)によって出力側に支持されたはつり機構支持フレーム20のオフセットを行うことができる。ラテラルリンク機構を装置本体10とはつり機構支持フレーム20との間に介装させることで、はつり機構支持フレーム20は装置本体10の停止姿勢にかかわらず、作業対象となるコンクリート床版2からなる舗装面に対して、その位置修正(X,Y,Z軸方向へのリンク変形)、傾き修正(X,Y,Z軸回りの旋回)を行うことで正確に位置決めさせることができる。なお、本実施形態においても、道路の幅方向をトラバース方向:X軸方向とし、道路の進行方向をピッチ方向:Y軸方向とし、両軸に直交するコンクリート床版2の舗装面からの高さ方向:Z軸方向とする。
はつり機構支持フレーム20は、はつり機構30(後述する。)が安定したコンクリートはつり動作を行えるようにはつり機構30を支持し、はつり動作を伴ってトラバース方向に所定範囲だけ移動させるフレーム構造体22から構成されている。以下、その構成について、図1、図2及び図3(a)を参照して説明する。フレーム構造体22は、はつり作業空間を覆うようにトラバース方向に延在するフード23と、はつり機構30のトラバース方向の移動を案内するガイドレール24と、これらフード23、ガイドレール24の両端部を保持する側面フレーム25とを主構成部材とする。フード23は、防音機能を備えた鋼板で上面、前後面が覆われたトラバース方向に細長い箱状体で、上面板にはトラバース方向に沿ってスリット23aが形成されている。トラバース方向に移動するはつり機構30の複数本のノズル(後述する。)はスリット23aを介してフード23内で移動可能に収容されている。さらにフード23後端に配列されたゴムカバー26の下端をコンクリート床版2の舗装面に密着させることにより、はつり作業中、移動するノズル33(後述する。)からコンクリート床版2に向けて噴射された高圧水が周囲に飛散するのを防止できる。ガイドレール24は、所定の距離をあけて水平配置された2本の平行なパイプからなる。これらのパイプ上をはつり機構30に設けられた各走行ローラ(図示せず)が走行する。はつり機構30の一部にはループ状をなす横行チェーン27の一部が定着されている。この横行チェーン27ははつり機構支持フレーム20の幅方向の両端に配置された従動スプロケット28、28間に掛け渡され、支持リンク機構21の固定部に搭載された横行モータ29の駆動スプロケット(図示せず)から加えられた駆動力により、従動スプロケット28に掛け渡された状態で回転することができる。よって、横行チェーン27の回転によりはつり機構30はガイドレール24に沿ってトラバース方向に移動することができる。この横行移動量は、横行モータ29の近傍に配備されたトラバースエンコーダS1によって高精度に検知することができる。横行移動量は後述する最大横行幅に対応して制御される。最大横行幅は、コンクリート床版2のはつり対象の範囲(トラバース方向の移動距離)に等しい。
本発明のはつり機構30は、上述したように、はつり機構支持フレーム20のガイドレール24に沿ってトラバース方向に移動な部材で、堅固なブラケット31の所定位置に複数本のノズル33から構成されたノズルユニット32(図2)が固定保持されている。ノズルユニット32には、内部に搭載された各ノズル33に対応するスイベル(図示せず)が取り付けられ、高圧水は各ノズルに対応する複数本の圧力ホース36によってスイベルを介して各ノズル33に導かれる。各ノズル33に供給される高圧水の水圧はノズルユニット32の各経路内に設置された水圧センサS2で検知され、水圧センサS2の検出値は制御部42(図5)にフィードバックされる。設定水圧から低下した場合などはアイドリング状態となり、はつり作業は一端中止される。
装置本体10には装置本体10の走行操作用およびはつり機構30の動作を制御するための制御系設備40が搭載されている。以下、それらの構成について図5に示した模式ブロック図を参照して説明する。装置本体10は、装置本体10の様々な走行条件や後述するはつり機構30の動作の操作を行うための操作スイッチやポテンショメーターが配列された操作盤からなる操作部41(図2,図5)と、はつり動作の進捗状況を表示するモニタ43と、タッチパネル画面を備えるとともに、各種操作情報、設定情報をもとにした演算結果による動作指令を各部の駆動部材に発する制御部42とを主構成とする。本実施形態では、操作部41は2枚の操作盤ECU(電子制御ユニット)を備え、操作盤ECUは操作盤面の各種操作スイッチのON/OFF状態や、ポテンショメーターの電圧信号をCANバス46に送信する。制御部42は3枚の制御用ECUを備え、制御用ECUは操作盤ECU、タッチパネル画面間の情報信号の送受信を行うとともに、はつり機に備えられた各種センサやエンコーダからの信号を取り込み、所定演算を行い、演算結果と受信した信号に基づいてはつり機の駆動装置の各部に装備されている電磁弁や比例制御弁の動作制御を行う。また演算結果はCANバス46を介して他のECUやタッチパネルに情報として送信される。また、モニタ43には、はつり作業の進捗、実績データを記録する記憶部44として機能する記憶部ECU、作業の進捗、実績等のデータを外部出力するための外部ポート45とが付属している。
ここで、本発明のはつり機構30に搭載されたノズル33の構成について、図2,図4を参照して説明する。本発明の一実施形態では、ノズル33として、シングルノズル33Sと衝突型ノズル33Cの2タイプを用いたツインノズル方式が採用されている。ツインノズル方式では各ノズル33S、33Cは、図4に拡大して示したように、装置の進行方向に沿ってシングルノズル33Sが前側、衝突型ノズル33Cが後ろ側と前後するように並んで搭載されている。シングルノズル33Sは、通常ノズルヘッド自体が回転、揺動して対象コンクリートを効率的にはつることができる。深さ方向のはつり能力が高いため、周縁部等の細部のはつりも可能である。なお、ツインノズル方式の場合には回転のみで使用する。衝突型ノズル33Cは、設定された所定傾角をなす2本のノズルヘッドから噴射された高圧水をはつり面で衝突させて対象位置を削孔する。このとき破砕エネルギーがはつり面で拡散されるため、深掘りのない比較的広い範囲でのはつりを可能とする。またノズル傾角を調整することで、配筋された鉄筋の下側まで高圧水を届かすことができ、鉄筋下のコンクリートも確実にはつることができる。またはつり部分4の表面も比較的平滑に仕上がる。このようにツインノズル方式の場合では、シングルノズル33Sと衝突型ノズル33Cの長所を組み合わせて機能させることにより、はつり速度とはつり精度とを向上させることができる。本実施形態では、供給される高圧水の水量はシングルノズルに約20L/分、衝突型ノズルに約40L/分程度を想定している。
装置本体10は、図2に示したように、履帯12の回転駆動により自在に走行できるが、はつり作業においては、ピッチ方向(Y方向)への所定量ずつ進行させるステップ走行を行う必要がある。このステップ走行のために、装置本体10の履帯駆動部の走行モータ(図示せず)にトラベルエンコーダS3が取り付けられている。このトラベルエンコーダは、駆動輪の回転量を検知することで装置本体10のピッチ方向の移動量を検知し、走行モータによって回転する駆動輪による履帯12の送り量(移動量)、装置本体10、さらにはつり作業中におけるはつり機構支持フレーム20の移動量も厳密に制御することができる。
本発明では、コンクリートはつり機1のノズルから噴射される高圧水は、コンクリートはつり機1と別体の高圧水発生装置50に搭載されたポンプによってタンク貯留水を所定水圧まで増圧され、高圧ホース51によってコンクリートはつり機1に供給される。高圧水発生装置は、230MPa程度までの高圧水を発生可能な公知のプランジャ式の高圧発生ポンプをベースマシンとした車載ポンプで、本実施の形態では、図6に示したように、トラックの荷台に積載され、高圧ホース51で接続された状態でコンクリートはつり作業の進行に応じて移動するコンクリートはつり機1とともに移動することができる。
上述のはつり機構30を用いたコンクリート床版2の舗装面のはつり作業におけるはつり部分4の深さの制御について、コンクリート床版2のはつり対象範囲3のはつり部分4を断面で示した図3(c)を参照して説明する。本発明のはつり作業では、図3(c)に示したように、はつり機構30のトラバース方向の1ストロークのはつり作業において、異なった深さのはつり部分4a、4を形成するように、はつりを行うことができる。すなわち、トラバース方向の移動速度を所定区間で変化(V1→V2、V2>V1)させることで、はつり対象部分への高圧水の噴射時間を変化(増加)させ、その結果、はつり深さhも対応する区間で変化(h1→h2、h2<h1)させることができることを利用している。この高圧水の噴射時間(すなわちノズルの移動速度)を制御してはつり深さhを制御する方法は、特に異なるコンクリート強度からなるコンクリート床版2をはつる場合や、コンクリート床版2の中で配筋量が多い、桁上面部やハンチ部等を床版と同時にはつる場合に有効になる。
以上に述べたコンクリートはつり機1による道路橋のコンクリート床版2のはつり作業について、図6を参照して説明する。図6は片側2車線の道路橋のコンクリート床版2の補修工事において、路面コンクリートに対して行った事前点検によって劣化部分と判断され、コンクリート床版2のはつり対象範囲3(ドットが付された矩形範囲:以下、はつり対象範囲3と呼ぶ。)と、本発明のコンクリートはつり機1、高圧水発生装置がコンクリート床版2上に配備された状態を示している。コンクリートはつり機1は、同図に示したように、はつり機構30のノズル位置がはつり対象範囲3の始点側に位置し、その前方の所定距離だけ離れた位置に高圧水発生装置50を搭載した車両が配備されている。コンクリートはつり機1と高圧水発生装置とは高圧ホースで接続されている。高圧ホースの延長は、供給される高圧水の圧力損失を考慮して30m程度とし、そのうち有効作業範囲をピッチ方向について20mを1スパンとして1スパンごとに、各スパン内にある複数のはつり対象範囲3に対して、後述するはつり作業の情報の設定、入力と、自動運転によるはつり作業とを繰り返して実施する。なお、図6には、参考のために次スパンのはつり作業範囲におけるコンクリートはつり機1と高圧水発生装置50の配置例が併記されている。
以下、図6に示した道路橋のコンクリート床版2のはつり作業の施工例について、図7〜図9を参照して説明する。図7は、上述した1スパンで行われるはつり作業の開始から完了前の作業手順の概略について示したフローチャートである。図6に複数箇所が示されたはつり対象範囲3は、事前のコンクリート床版2に対する公知の種々の非破壊試験による事前点検によって劣化が認められた範囲で、それぞれ略矩形に仕切られたはつり対象範囲3の外周線が舗装面に直にマーキングされている。この状態で、図6に示したように、コンクリートはつり機1を1スパンの始点位置に移動する(ステップ100:以下、S100と記す。)。
はつり作業に先立ち、操作者はコンクリートはつり機1の装置本体10に装備された制御部42のタッチパネル画面(図2)からはつり装置の運転条件等の設定、入力を行う(S200)。なお、本実施の形態では、タッチパネル画面には操作者が選択した設定、入力項目選択ボタンの内容に対応した入力画面が表示され、それぞれの入力画面の入力箇所に数値等を直接タッチ入力するようになっている。入力する運転条件としては、図8に示したように、基本設定として作業日時、装置本体10の走行速度、はつり機構30の最大横行幅、横行速度(制御部42において横行モータの駆動量に換算される。)ピッチ距離を設定する(S210)。次いで、各ノズル33(33S、33C)の仕様、組合せの設定、回転数、傾角を入力する(S220)。また、はつり対象範囲3の縁部分でのノズル33の折り返し時に余掘りが発生しないように、ノズル33が末端部に位置する場合の停止時間を設定したり、水圧低下によるはつり不足箇所が生じないように、水圧低下下限値を設定しておく(S230)。この下限値(たとえば195MPa)を下回った場合には警告を発し、高圧水発生装置50(図6)がアイドリング状態となり、はつり作業を一旦停止するように設定することが好ましい。走行条件としては作業条件に応じて連続走行、ピッチ走行の切替を行うことができ、はつり作業時はピッチ走行となる。走行速度、ノズル33の形状を適宜選択することで、はつり対象範囲3におけるはつり深さ、配筋位置、配筋密度等を適正に設定することができる。
はつり作業は、運転操作盤41(図2)の走行方向スイッチが前進方向で、制御部42でピッチ走行が設定されている場合に、この数値表示されている設定値に従って各はつり作業範囲において自動運転で実施される(S300)。図9(b)ははつり作業実績がはつり予定範囲の平面図に着色され上書きされた画面(同図では第2はつり作業範囲の途中まで作業完了している様子が示されている。)を示している。このようにはつり作業は進捗情報が記憶部44(図5)に逐次記録され、出力画面としてのモニタ43上にはつり作業が完了した範囲が視覚的に確認でき、作業の進捗管理を容易に行うことができる。
2 コンクリート床版
3 はつり対象範囲
4 はつり部分
10 装置本体
20 はつり機構支持フレーム
21 支持リンク機構
24 ガイドレール
27 横行チェーン
29 横行モータ
30 はつり機構
33 ノズル
33S シングルノズル
33C 衝突型ノズル
35 圧力ホース
40 制御系設備
41 運転操作盤
42 制御部
43 モニタ
44 記憶部
50 高圧水発生装置
S1 トラバースエンコーダ
S2 水圧センサ
S3 トラベルエンコーダ
Claims (8)
- コンクリート床版上を自走可能な装置本体と、
該装置本体の後端に支持リンク機構を介して支持され、はつり機構支持フレームと、
該はつり機構支持フレームのガイドレールに沿って前記コンクリート床版の道路幅方向に沿って往復走行するとともに、複数本のノズルを有するノズルユニットを装備するはつり機構と、
前記装置本体の道路延長方向の所定ピッチ量からなるステップ走行に関する情報と、前記はつり機構の前記道路幅方向の往復走行に関する情報と、前記コンクリート床版のはつり動作を行う前記ノズル操作に関する情報とが設定、入力され、該設定、入力情報に基づいて所定の演算を行い、前記コンクリート床版のはつり対象範囲のはつり作業指令を各駆動部に行う制御部と、
を備えたことを特徴とするコンクリートはつり機。 - 前記装置本体は、前記道路延長方向の走行位置を検知する第1の検知部を有し、前記はつり機構支持フレームは、前記道路幅方向の走行位置を検知する第2の検知部を有し、 前記第1および第2の検知部からの位置情報を受けて行われた前記制御部の演算結果をもとに、前記はつり機構の位置を確認して前記はつり作業が行われることを特徴とする請求項1に記載のコンクリートはつり機。
- 前記制御部は、前記入力部となる設定、入力画面と、前記はつり作業範囲とその作業実績とを表示可能な画面とを選択的に表示可能なタッチパネルを備えたことを特徴とする請求項1に記載のコンクリートはつり機。
- 前記制御部は、前記はつり機構の各ノズルへの水圧を検知するとともに、該検知した水圧をもとにした水圧管理情報を高圧水発生手段にフィードバックすることを特徴とする請求項1に記載のコンクリートはつり機。
- 前記はつり機構は、複数本のノズルが、道路延長方向に沿って縦列配置されたことを特徴とする請求項1に記載のコンクリートはつり機。
- 前記ノズルは、シングルノズルと、衝突型ノズルとが道路延長方向に沿って並べて配置されたことを特徴とする請求項5に記載のコンクリートはつり機。
- 装置本体の道路延長方向の所定ピッチ量からなるステップ走行に関する情報と、はつり機構の道路幅方向の往復走行に関する情報と、コンクリート床版のはつり動作を行うノズル操作に関する情報とを設定、入力情報とした演算結果に基づいて前記コンクリート床版のはつり対象範囲のはつり作業を開始し、作業の進行において得られる前記道路延長方向の走行位置情報と、前記道路幅方向の走行位置情報とをもとに前記はつり機構の位置を確認しながらはつり作業を進行させることを特徴とするコンクリートはつり方法。
- 前記道路幅方向の往復走行において、所定区間での前記はつり機構の移動速度を他の区間の移動速度から増減させて該区間におけるコンクリートはつり深さを他の区間でのコンクリートはつり深さと異ならせることを特徴とする請求項7に記載のコンクリートはつりはつり方法。
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