JP2019027117A - 吹付方法 - Google Patents

Abstract

【課題】吹付作業の作業効率をより向上できる吹付方法を提供する。【解決手段】掘削中のトンネル空洞部９０の内空面９２に覆工吹付材を吹き付ける吹付方法であって、掘削中のトンネル空洞部の下面９１を自走可能に構成されたベース２に伸縮及び揺動可能に設けられた３つ以上のアクチュエータ３，３…を備えた吹付装置を用い、３つ以上のアクチュエータの先端側にそれぞれ覆工吹付材吹付用のノズル４，４…を設けて、当該３つ以上の覆工吹付材吹付用のノズルを用いてトンネル空洞部の内空面に覆工吹付材を吹き付けることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、掘削中のトンネル空洞部の内空面にコンクリートやモルタル等の覆工吹付材を吹き付ける吹付方法に関する。

トンネル施工方法としてＮＡＴＭ工法（New Austrian Tunneling Method）が知られており、このＮＡＴＭ工法では、掘削、ずり出し、一次コンクリート吹付け、支保工建込み、二次コンクリート吹付け、ロックボルト打設等の作業を行ってトンネルを施工する。
前述した各作業を行う機械としては、トンネル掘進機、削岩機、支保工建込みエレクター、コンクリート吹付機等が存在するが、工期を短縮するために、前述した各作業を行うための機能を一台の装置に組み込んだトンネル施工装置が知られている（特許文献１参照）。
しかしながら、上述したコンクリート吹付機やトンネル施工装置は、吹付用のアクチュエータを一つしか備えていないため、吹付作業時間を短縮することが困難であった。
そこで、２つのトンネル施工装置を使用することによって２つの吹付装置でコンクリート吹付作業を行うことが知られている（特許文献２参照）。

特開平７−２１７３９２号公報 特開２０１５−１４５５７１号公報

特許文献２のように、２つのトンネル施工装置を使用することによって２つの吹付装置でコンクリート吹付作業を行う場合でも、掘削中のトンネル空洞部の内空面における左半部及び右半部をそれぞれ１つの吹付装置を用いて吹付作業を行うことになるので、吹付作業に要する時間が１／２程度に短縮できるに止まり、また、２つのトンネル施工装置をそれぞれ単独に稼働させなくてはならないため、吹付作業の作業効率をより向上できる方法が望まれていた。
本発明は、吹付作業の作業効率をより向上できる吹付方法を提供するものである。

本発明に係る掘削中のトンネル空洞部の内空面に覆工吹付材を吹き付ける吹付方法は、掘削中のトンネル空洞部の下面を自走可能に構成されたベースに伸縮及び揺動可能に設けられた３つ以上のアクチュエータを備えた吹付装置を用い、３つ以上のアクチュエータの先端側にそれぞれ覆工吹付材吹付用のノズルを設けて、当該３つ以上の覆工吹付材吹付用のノズルを用いてトンネル空洞部の内空面に覆工吹付材を吹き付けるようにしたので、３つ以上のアクチュエータ及び当該３つ以上のアクチュエータの先端側にそれぞれ設けられた覆工吹付材吹付用のノズルを駆動させることで、３つ以上のノズルを用いて、掘削中のトンネル空洞部の内空面にコンクリートやモルタル等の覆工吹付材の吹付作業を行うことができるようになり、吹付作業の作業効率をより向上できるようになる。
また、３つ以上のアクチュエータのうちの少なくとも１つが、支保工建込用アクチュエータであるので、支保工建込用アクチュエータを駆動させて支保工建込作業を行った後に、支保工建込用アクチュエータ及びノズルを駆動させて吹付作業を行うことができるようになるので、トンネル施工の作業効率をより向上できるようになる。
また、３つ以上のアクチュエータが、少なくとも、１つの吹付用アクチュエータ、及び、２つの支保工建込用アクチュエータであるので、支保工建込用アクチュエータを駆動させて支保工建込作業を行った後に、これらアクチュエータ及びノズルを駆動させて吹付作業を行うことができるようになり、トンネル施工の作業効率をより向上できるようになる。
また、ノズルは、支保工建込用アクチュエータの先端側に着脱可能に取付けられるので、支保工建込用アクチュエータを駆動させて支保工建込作業を行った後に、支保工建込用アクチュエータの先端側にノズルを設けて、支保工建込用アクチュエータ及びノズルを駆動させて吹付作業を行うことができるようになり、トンネル施工の作業効率をより向上できるようになる。
また、ノズルが取付部に取付けられ、当該ノズルが取り付けられた取付部が支保工建込用アクチュエータの先端側に設けられた把持部で把持されることにより、当該ノズルが支保工建込用アクチュエータの先端側に着脱自在に取付けられたので、支保工建込用アクチュエータの先端側へのノズルの着脱作業を容易に行えるようになり、トンネル施工の作業効率をより向上できるようになる。

トンネル空洞部に配置された吹付装置を示す図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図。 支保工建込用アクチュエータの把持部の構成を示す図。 支保工建込用アクチュエータ及びノズル装置の概要を示す図。

実施形態に係る掘削中のトンネル空洞部の内空面にコンクリートやモルタル等の覆工吹付材を吹き付ける吹付方法は、図１に示すように、掘削中のトンネル空洞部９０の下面９１を自走可能に構成されたベース２に伸縮及び揺動可能に設けられた３つ以上のアクチュエータ３，３…を備えた吹付装置１を用い、３つ以上のアクチュエータ３，３…の先端側にそれぞれ覆工吹付材吹付用のノズル４を設けて、当該３つ以上の覆工吹付材吹付用のノズル４，４…を用いてトンネル空洞部９０の内空面（トンネル壁面）９２に覆工吹付材を吹き付けることにより、吹付作業の作業効率をより向上できるようにした。

即ち、図１に示すように、実施形態に係る吹付方法を実現するための吹付装置１は、クローラ（無限軌道）等の下部走行体２ａを備えて掘削中のトンネル空洞部９０の下面を自走可能に構成されたベース２と、当該ベース２に伸縮及び揺動可能に設けられた３つ以上のアクチュエータ３，３…と、これら３つ以上のアクチュエータ３，３…の先端側にそれぞれ設けられた覆工吹付材吹付用のノズル４，４…と、当該ノズル４，４…に覆工吹付材としてのコンクリートを供給する図外のコンクリート供給手段と、コンクリートに急結剤を供給する図外の急結剤供給手段とを備える。

実施形態に係る吹付方法では、例えば、３本以上のアクチュエータ３，３…として、少なくとも、１つの吹付用アクチュエータ３Ａと、２つの支保工建込用アクチュエータ３Ｂ，３Ｂとを用いる。例えば、１つの吹付用アクチュエータ３Ａは、ベース２の前側における左右間の中央側から突出するように設けられ、２つの支保工建込用アクチュエータ３Ｂ，３Ｂは、ベース２の前側における左右側からそれぞれ突出するように設けられている。
従って、１つの吹付用アクチュエータ３Ａ、２つの支保工建込用アクチュエータ３Ｂ，３Ｂの駆動、及び、これらアクチュエータ３Ａ，３Ｂ，３Ｂの先端側にそれぞれ設けられた各ノズル４，４，４の駆動を制御することにより、掘削中のトンネル空洞部９０の内空面（トンネル壁面）９２に対して３つのノズル４，４，４を用いて吹付作業を行うことができるようになるので、吹付作業の作業効率をより向上できるようになる。
例えば、吹付用アクチュエータ３Ａにより、トンネル空洞部９０の内空面９２の上半部にコンクリートを吹付ける作業を行い、一方の支保工建込用アクチュエータ３Ｂにより、トンネル空洞部９０の内空面９２の左下部にコンクリートを吹付ける作業を行い、他方の支保工建込用アクチュエータ３Ｂにより、トンネル空洞部９０の内空面９２の右下部にコンクリートを吹付ける作業を行うようにできるので、吹付作業の作業効率が向上する。

吹付アーム等と呼称される吹付用アクチュエータ３Ａの構成の一例について説明する。
吹付用アクチュエータ３Ａは、例えば、伸縮可能に構成されたアーム１０と、ノズル装置２０と、これらアーム１０、ノズル装置２０を駆動する図外の油圧シリンダ等の駆動装置とを備える。

アーム１０は、複数本のアーム、基端側アーム１１と、先端側アーム１２とを備えて構成される。
基端側アーム１１は、垂直方向及び水平方向に揺動可能となるように基端がベース２に取付けられ、図外の油圧シリンダにより、垂直方向及び水平方向の揺動動作を行うように構成されている。
先端側アーム１２は、基端側アーム１１の先端側に設けられて基端側アーム１１の外周側又は内周側に同軸状に配置されて、基端側アーム１１に対して基端側アーム１１の延長方向に沿って（基端側アーム１１の中心軸に沿って）進退可能に構成され、図外の油圧シリンダにより、基端側アーム１１の延長方向に沿って進退するように構成されている。
即ち、アーム１０は、ベース２の進行方向に対して左右方向及び上下方向に揺動可能で、かつ、伸縮可能に構成されている。

ノズル装置２０は、先端側アーム１２の先端側に取付けられた連結部２１と、連結部２１に取付けられたスライドアーム２２と、スライドアーム２２の先端側に設けられたノズル４とを備える。

連結部２１は、先端側アーム１２の中心軸と直交する水平軸２１ａを回転中心として揺動可能となるように、さらに、当該水平軸２１ａと直交する軸２１ｂを回転中心として揺動可能となるように、一端側が先端側アーム１２の先端側に連結され、図外の油圧シリンダにより、当該揺動動作を行うように構成されている。

スライドアーム２２は、連結部２１の他端側に連結された固定アーム２３と、この固定アーム２３の先端側に設けられて固定アーム２３の内周側又は外周側又に同軸状に配置された進退アーム２４とを備え、当該進退アーム２４が固定アーム２３に対して固定アーム２３の延長方向に沿って（固定アーム２３の中心軸に沿って）進退可能に構成され、図外の油圧シリンダにより、進退アーム２４が進退動作を行うように構成されている。即ち、スライドアーム２２は、上述した水平軸２１ａと直交する方向に沿って伸縮可能に構成されている。

ノズル４は、ノズル口（吹出口）４ａをトンネル空洞部９０の周方向及びトンネル空洞部９０の軸方向に沿って揺動させることが可能となるように、進退アーム２４の先端側に連結され、図外の油圧シリンダにより、当該揺動動作を行うように構成されている。

以上のように構成された吹付用アクチュエータ３Ａ（３）によれば、先端側に設けられたノズル４のノズル口４ａをトンネル空洞部９０の周方向及びトンネル空洞部９０の軸方向に沿って揺動させることが可能なように構成され、トンネル空洞部９０の内空面９２に覆工吹付材としてのコンクリートを吹き付けることができるように構成されている。

エレクターブーム等と呼称される支保工建込用アクチュエータ３Ｂの構成の一例について説明する。
支保工建込用アクチュエータ３Ｂは、例えば、伸縮可能に構成されたブーム３０と、キャッチャー４０とを備える。

ブーム３０は、基端側ブーム３１と先端側ブーム３２と備え、先端側ブーム３２の先端にキャッチャー４０が設けられている。
基端側ブーム３１は、垂直方向、及び、水平方向に揺動可能となるように基端がベース２に取付けられ、図外の油圧シリンダにより、垂直方向、及び、水平方向の揺動動作を行うように構成されている。
先端側ブーム３２は、基端側ブーム３１の延長方向に沿った方向（基端側ブーム３１の中心軸に沿った方向）に進退可能に構成され、図外の油圧シリンダにより、基端側ブーム３１の延長方向に沿って進退するように構成されている。

キャッチャー４０は、先端側ブーム３２の先端より先端側ブーム３２と交差する方向に延長するように先端側ブーム３２の先端側に連結された交差アーム４１と、交差アーム４１の両端側に設けられた把持部４２，４２とを備える。

交差アーム４１は、先端側ブーム３２の先端側に連結される一端側を基準としてトンネル空洞部９０の周方向及び軸方向に沿って揺動可能となるように、その一端側が連結部４９を介して先端側ブーム３２の先端側に連結され、図外の油圧シリンダにより、当該揺動動作を行うように構成されている。

把持部４２は、例えば、図２に示すように、スライド機構４３と、スライド機構４３を駆動させる油圧シリンダ４４とを備えた構成である。

スライド機構４３は、交差アーム４１の端部に連結されて交差アーム４１と交差する方向に延長する例えば筒状の固定体４５と、固定体４５の一端側において固定体４５の外周側又は内周側又に同軸状に配置されて固定体４５に対して固定体４５の延長方向に沿って（固定体４５の中心軸に沿って）進退可能に構成された例えば筒状のスライダ４６と、固定体４５とスライダ４６とにそれぞれ設けられた把持爪４７，４８とを備えた構成である。
固定体４５の把持爪４７は、固定体４５の他端４５ａ側より固定体４５の中心軸と直交する方向に突出するように設けられる。
スライダ４６の把持爪４８は、固定体４５の他端４５ａに近いスライダ４６の他端４６ａよりスライダ４６の中心軸と直交する方向に突出するように設けられる。
即ち、固定体４５の把持爪４７とスライダ４６の把持爪４８とが互いに向かい合うように設けられている。
油圧シリンダ４４は、例えば筒状の固定体４５及びスライダ４６の内側に配置されて、一端が固定体４５に連結され、他端がスライダ４６に連結されている。
従って、油圧シリンダ４４を駆動させて、スライダ４６の他端４６ａを固定体４５の他端４５ａに近付く方向Ｆに移動させた場合に、固定体４５の把持爪４７とスライダ４６の把持爪４８とが接近して固定体４５の把持爪４７とスライダ４６の把持爪４８との間に、支保工を形成するＨ形鋼、又は、後述のノズル装置５０の取付部５１を構成するＨ形鋼を把持可能となる。

支保工建込用アクチュエータ３Ｂの先端側に設けられた把持部４２の把持爪４７，４８に着脱可能に取付けられるノズル装置５０は、支保工建込用アクチュエータ３Ｂの先端側に設けられた把持部４２で把持されて支保工建込用アクチュエータ３Ｂに取付けられる取付部５１を形成するＨ形鋼と、ノズル４と、ノズル４と取付部５１とを連結する連結部５２とを備える。
ノズル４は、ノズル口（吹出口）４ａをトンネル空洞部９０の周方向及びトンネル空洞部９０の軸方向に沿って揺動させることが可能となるように、連結部５２を介して取付部５１に連結され、図外の油圧シリンダにより、当該揺動動作を行うように構成されている。

このように、上述した吹付方法に用いられる支保工建込用アクチュエータ３Ｂ（３）の先端側に着脱可能に取付けられるノズル装置５０は、支保工建込用アクチュエータ３Ｂの先端側に設けられた把持部４２，４２で把持されて支保工建込用アクチュエータ３Ｂに取付けられる取付部５１と、当該取付部５１に連結部５２を介して取付けられたノズル４とを備えたので、支保工建込用アクチュエータ３Ｂの先端側へのノズル４の着脱作業を容易に行えるようになり、トンネル施工の作業効率をより向上できるようになる。

尚、支保工建込用アクチュエータ３Ｂ及び支保工建込用アクチュエータ３Ｂの先端側の把持部４２，４２に着脱可能に取付けられるノズル装置５０の概要を図２に示す。
即ち、図２に示すように、支保工建込用アクチュエータ３Ｂは、伸縮可能に構成されたブーム３０が、垂直方向、及び、水平方向に揺動可能となるようにベース２に取付けられ、ブーム３０の先端側に連結部４９を介してキャッチャー４０の交差アーム４１がトンネル空洞部９０の周方向及び軸方向に沿って揺動可能となるように連結され、かつ、ノズル装置５０の取付部５１が交差アーム４１の両端の把持部４２，４２により把持されたことにより、支保工建込用アクチュエータ３Ｂの先端側にノズル４が設けられた構成となっている。

以下、実施形態に係る吹付方法を採用したトンネル施工手順について説明する。
地山を掘削する作業、及び、こそく作業終了後に、支保工建込用アクチュエータ３Ｂを用いて支保工の建込作業を行う。
例えば、支保工の建込作業終了後、作業籠を駆動して、トンネル空洞部の壁面に金網張り作業を行う間に、支保工建込用アクチュエータ３Ｂのキャッチャー４０の把持部４２，４２にノズル装置５０の取付部５１であるＨ形鋼を把持させることにより、支保工建込用アクチュエータ３Ｂの先端側にノズル４を設ける。支保工建込用アクチュエータ３Ｂの先端側にノズル４を設ける作業は、例えば、図外の作業台（馬）上にノズル装置５０の取付部５１であるＨ形鋼を掛け渡しておいて、支保工建込用アクチュエータ３Ｂを遠隔操作することにより行うことが可能である。
その後、１つの吹付用アクチュエータ３Ａ、２つの支保工建込用アクチュエータ３Ｂ，３Ｂの先端側にそれぞれ設けられた各ノズル４，４，４とコンクリート供給手段及び急結剤供給手段とを連結することにより、コンクリート供給手段から各ノズル４，４，４にコンクリートを供給できて、かつ、急結剤供給手段から各ノズル４，４，４に急結剤を供給できるように構成する。
そして、１つの吹付用アクチュエータ３Ａ、２つの支保工建込用アクチュエータ３Ｂ，３Ｂの駆動、及び、これらアクチュエータ３Ａ，３Ｂ，３Ｂの先端側にそれぞれ設けられた各ノズル４，４，４の駆動を制御することにより、掘削中のトンネル空洞部９０の内空面９２に対して、各ノズル４，４，４を用いて吹付作業を行う。
以上により、３つのアクチュエータ３Ａ，３Ｂ，３Ｂ及び３つのノズル４，４，４を用いて吹付作業を行えるため、吹付作業に要する時間を短縮でき、吹付作業の作業効率をより向上できる。
また、支保工建込用アクチュエータ３Ｂ，３Ｂを駆動させて支保工建込作業を行った後に、支保工建込用アクチュエータ３Ｂ，３Ｂ及びノズル４，４を駆動させて吹付作業を行うことができるようになるので、トンネル施工の作業効率をより向上できるようになる。

尚、先端側にノズルが取り外し不能に取付けられて、支保工建込作業時にノズルを使用不可状態に設定可能で、かつ、吹付作業時にノズルを使用可能状態に設定可能に構成された支保工建込用アクチュエータを用いるようにしてもよい。

また、図１に示すように、先端側に作動床（ゲージ）６２が設けられた作業床移動用アクチュエータ３Ｃ（３）の例えば作業床６２に図外のノズルを取付けて、当該作業床移動用アクチュエータ３Ｃ及びノズルの駆動を制御することにより、掘削中のトンネル空洞部９０の内空面９２に対して吹付作業を行うようにしてもよい。尚、作業床移動用アクチュエータ３Ｃは、例えば、図１に示すように、ベース２に設けられた取付部６０に伸縮可能及び揺動可能に設けられたアーム６１と、当該アームの先端側に取付けられた作業床６２と、アーム６１等を駆動する図外の油圧シリンダ等の駆動装置とを備えた構成である。

また、１つの吹付用アクチュエータ３Ａ、２つの支保工建込用アクチュエータ３Ｂ，３Ｂ、２つの作動床移動用アクチュエータ３Ｃ，３Ｃの先端側に、それぞれ覆工吹付材吹付用のノズルを設けて、当該５つアクチュエータ及び５つの覆工吹付材吹付用のノズルを用いてトンネル空洞部９０の内空面９２に覆工吹付材を吹き付けるようにしてもよい。このようにすれば、大断面のトンネルの内空面に対する吹付作業をより効率的に行うことが可能となる。

尚、吹付用アクチュエータ、支保工建込用アクチュエータ、作動床移動用アクチュエータは、先端側に設けられたノズルのノズル口（吹出口）をトンネル空洞部９０の周方向及びトンネル空洞部９０の軸方向に沿って揺動させることが可能となるように構成されていれば、上述とは異なる構成のものを用いてもよい。

１ 吹付装置、２ ベース、３ アクチュエータ、３Ａ 吹付用アクチュエータ、
３Ｂ 支保工建込用アクチュエータ、４ ノズル、４２ 把持部、５１ 取付部、
９０ トンネル空洞部、９２ 内空面。

Claims (5)

1. 掘削中のトンネル空洞部の内空面に覆工吹付材を吹き付ける吹付方法であって、
   掘削中のトンネル空洞部の下面を自走可能に構成されたベースに伸縮及び揺動可能に設けられた３つ以上のアクチュエータを備えた吹付装置を用い、
   ３つ以上のアクチュエータの先端側にそれぞれ覆工吹付材吹付用のノズルを設けて、当該３つ以上の覆工吹付材吹付用のノズルを用いてトンネル空洞部の内空面に覆工吹付材を吹き付けることを特徴とする吹付方法。
2. ３つ以上のアクチュエータのうちの少なくとも１つが、支保工建込用アクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の吹付方法。
3. ３つ以上のアクチュエータが、少なくとも、１つの吹付用アクチュエータ、及び、２つの支保工建込用アクチュエータであることを特徴とする請求項１に記載の吹付方法。
4. ノズルは、支保工建込用アクチュエータの先端側に着脱可能に取付けられたことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の吹付方法。
5. ノズルが取付部に取付けられ、当該ノズルが取り付けられた取付部が支保工建込用アクチュエータの先端側に設けられた把持部で把持されることにより、当該ノズルが支保工建込用アクチュエータの先端側に着脱自在に取付けられたことを特徴とする請求項４に記載の吹付方法。

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