JP2019112769A - 覆工コンクリート打設装置 - Google Patents

Abstract

【課題】省人化、トンネル施工の効率化を図る。【解決手段】打設されたコンクリート１６のトンネル１０の周方向および長さ方向に沿った位置を示す位置情報に基づいてトンネル１０の長さ方向に沿ったコンクリート１６の高さの偏りが第１の許容範囲を超過したと判定された場合に、位置情報に基づいて次にコンクリート１６を打設すべき打設管２４を特定し、特定された打設管２４を用いてコンクリート１６を打設するようにした。従来のように打設されたコンクリート１６の位置を監視し、トンネル１０の長さ方向に沿ったコンクリート１６の高さの偏りが発生した場合に、コンクリート１６の高さの偏りを解消するように打設管２４の切り替え操作などを手作業で行なう必要がなく自動化を図れ、また、コンクリート１６の高さの偏りを抑制しつつ均一にコンクリート１６を打設できる。【選択図】図１

Description

本発明は覆工コンクリート打設装置に関する。

地山が掘削されることで形成されたトンネルの内壁面に覆工コンクリートを打設する覆工コンクリート打設装置として、コンクリート打設型枠に多数設けられた窓からコンクリートをコンクリート打設型枠の外周面とトンネル内壁面との間に打設するものが知られている。
特許文献１には、このような覆工コンクリート打設装置として、コンクリート打設型枠の外周面に多数のコンクリートセンサーを設け、コンクリートセンサーの検出結果に基づいて、窓の開閉、コンクリートを打設する打設管の窓からの出し入れ、コンクリート分流機と複数の打設管との接続の切り替えを制御することで、コンクリートの打設の自動化を図ったものが開示されている。

特開平７−９１１９２号公報

しかしながら、上述した従来の技術では、打設されたコンクリートのトンネルの長さ方向に沿った高さの偏りが生じてしまった場合は、高さの偏りが解消されるようにコンクリートの打設を追加して行なう必要がある。
その場合、作業員がコンクリートの高さの偏りの有無を目視で監視し、高さの偏りの解消が必要であると判断した場合は、作業員が手作業によって窓の開閉、コンクリートを打設する打設管の窓からの出し入れ、コンクリート分流機と複数の打設管との接続の切り替えを行なう必要があり、省人化、トンネル施工の効率化を図る上で改善の余地がある。
本発明はこのような事情に鑑みなされたものであり、その目的は、省人化、トンネル施工の効率化を図る上で有利な覆工コンクリート打設装置を提供することにある。

上述の目的を達成するため、請求項１記載の発明は、トンネル内に配設され前記トンネルの周方向および長さ方向に沿って間隔をおいて前記トンネルの内壁面にコンクリートを打設する複数の打設管が設けられたコンクリート打設型枠と、外部から供給されたコンクリートを圧送可能なコンクリート供給部と、前記コンクリート供給部を前記複数の打設管に個別に接続可能なコンクリート分流機と、を備えるトンネル内の覆工コンクリート打設装置であって、前記打設管から打設されたコンクリートの前記トンネルの周方向および長さ方向に沿った位置を示す位置情報を検出する検出部と、前記位置情報に基づいて前記コンクリート供給部および前記コンクリート分流機を制御し予め定められた順番で前記コンクリート供給部を前記コンクリート分流機を介して次の前記打設管に順次接続していく制御部と、前記位置情報に基づいて前記トンネルの長さ方向に沿った前記コンクリートの高さの偏りが第１の許容範囲を超過したか否かを判定する判定部と、前記コンクリートの高さの偏りが前記第１の許容範囲を超過したと判定された場合に、前記位置情報に基づいて次に前記コンクリートを打設すべき前記打設管を特定する特定部とを備え、前記制御部は、前記第１の許容範囲を超過したと判定された場合に、前記順番を無視し前記特定部で特定された打設管に前記コンクリート供給部を接続することを特徴とする。
請求項２記載の発明は、前記コンクリート打設型枠は、床版から起立し幅方向両側に位置する一対の側部と、それら一対の側部の上端を接続する上部とを有し、前記コンクリート打設型枠の前記側部において前記位置情報は、前記トンネルの長さ方向をＸ軸とし、前記トンネルの高さ方向をＹ軸とした２次元座標上に示されることを特徴とする。
請求項３記載の発明は、前記コンクリート打設型枠は、床版から起立し幅方向両側に位置する一対の側部と、それら一対の側部の上端を接続する上部とを有し、前記コンクリート打設型枠の前記上部において前記位置情報は、前記トンネルの長さ方向をＸ軸とし、前記トンネルの幅方向をＹ軸とした２次元座標上に示されることを特徴とする。
請求項４記載の発明は、前記コンクリート打設型枠は、床版から起立し幅方向両側に位置する一対の側部と、それら一対の側部の上端を接続する上部とを有し、前記コンクリート打設型枠の前記側部において前記位置情報は、前記トンネルの長さ方向をＸ軸とし、前記トンネルの幅方向をＹ軸とし、前記トンネルの高さ方向をＺ軸とした３次元座標上に示されることを特徴とする。
請求項５記載の発明は、前記コンクリート打設型枠は、床版から起立し幅方向両側に位置する一対の側部と、それら一対の側部の上端を接続する上部とを有し、前記コンクリート打設型枠の前記上部において前記位置情報は、前記位置情報は、前記トンネルの長さ方向をＸ軸とし、前記トンネルの幅方向をＹ軸とし、前記トンネルの高さ方向をＺ軸とした３次元座標上に示されることを特徴とする。
請求項６記載の発明は、前記検出部は、一対の電極線を絶縁材で被覆してなる線状のレベルセンサーを含んで構成され、前記レベルセンサーは、前記トンネルの内壁面に対向する前記コンクリート打設型枠の外周面に前記トンネルの長さ方向および周方向に沿って延在して設けられ、前記レベルセンサーは、前記コンクリートに接触することにより前記コンクリートの比誘電率に応じて前記一対の電極線間に生じる静電容量が変化することを特徴とする。
請求項７記載の発明は、前記検出部は、一対の電極線を絶縁材で被覆してなる線状のレベルセンサーを含んで構成され、前記レベルセンサーは、前記トンネル内壁面の半径方向外側で掘削された地山の壁面に当て付けられた防水シートに前記トンネルの長さ方向および周方向に沿って延在して設けられ、前記レベルセンサーは、前記コンクリートに接触することにより前記コンクリートの比誘電率に応じて前記一対の電極線間に生じる静電容量が変化することを特徴とする。
請求項８記載の発明は、前記検出部は、一対の電極線を絶縁材で被覆してなる線状のレベルセンサーを含んで構成され、前記レベルセンサーは、前記トンネルの内壁面と前記コンクリート打設型枠との間に配設された鉄筋に前記トンネルの長さ方向および周方向に沿って延在して設けられ、前記レベルセンサーは、前記コンクリートに接触することにより前記コンクリートの比誘電率に応じて前記一対の電極線間に生じる静電容量が変化することを特徴とする。
請求項９記載の発明は、前記検出部は、前記レベルセンサーの静電容量の変化に基づいて前記レベルセンサーの延在方向に沿ったコンクリートの位置を算出する位置算出部と、前記位置算出部で算出された前記コンクリートの位置に基づいて前記位置情報を生成する位置情報算出部とをさらに備えることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、打設されたコンクリートのトンネルの周方向および長さ方向に沿った位置を示す位置情報に基づいてトンネルの長さ方向に沿ったコンクリートの高さの偏りが第１の許容範囲を超過したと判定された場合に、位置情報に基づいて次にコンクリートを打設すべき打設管を特定し、特定された打設管を用いてコンクリートを打設するようにした。
したがって、従来のように打設されたコンクリートの位置を監視し、コンクリートの高さの偏りを解消するようにコンクリートを追加して打設するにあたって、コンクリートの打設管の切り替え操作などを手作業で行なう必要がなく、省人化を図る上で有利となり、また、コンクリートの高さの偏りを抑制しつつ均一にコンクリートを打設できるので、トンネル施工の効率化を図る上で有利となる。
請求項２〜５記載の発明によれば、制御部、判定部、特定部が位置情報に基づいて実行する制御処理を簡単かつ迅速に行なう上で有利となる。
請求項６〜８記載の発明によれば、センサーの設置作業を軽減でき、また、部品コストを抑制する上で有利となる。
請求項９記載の発明によれば、制御部、判定部、特定部が位置情報に基づいて制御処理を的確に行なう上で有利となる。

実施の形態の覆工コンクリート打設装置の正面図である。 型枠本体の斜視図である。 （Ａ）〜（Ｆ）は覆工コンクリート打設装置によってコンクリートが段階的に打設される状態を説明する説明図である。 （Ａ）は型枠本体に設置されたレベルセンサーを示す斜視図、（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。 レベルセンサーおよび検出回路の説明図である。 パーソナルコンピュータおよびパーソナルコンピュータに接続された機器のブロック図である。 型枠本体の側方から見た型枠本体と打設されたコンクリートの位置関係を示す第１の説明図であり、（Ａ）は打設されたコンクリートの高さに偏りが生じた状態を示す図、（Ｂ）は偏りが解消された状態を示す図である。 型枠本体の側方から見た型枠本体と打設されたコンクリートの位置関係を示す第２の説明図であり、（Ａ）は打設されたコンクリートの高さに偏りが生じた状態を示す図、（Ｂ）は偏りが解消された状態を示す図である。 型枠本体の上方から見た型枠本体と打設されたコンクリートの位置関係を示す第１の説明図であり、（Ａ）は打設されたコンクリートの高さに偏りが生じた状態を示す図、（Ｂ）は偏りが解消された状態を示す図である。 型枠本体の上方から見た型枠本体と打設されたコンクリートの位置関係を示す第２の説明図であり、（Ａ）は打設されたコンクリートの高さに偏りが生じた状態を示す図、（Ｂ）は偏りが解消された状態を示す図である。 実施の形態の覆工コンクリート打設装置の動作を示すフローチャートである。

次に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
図１に示すように、覆工コンクリート打設装置２０は、一次覆工がなされたトンネル１０の内壁面１２にコンクリートを打設するものである。
ここで一次覆工がなされたトンネル１０の内壁面１２とは、掘削された地山の壁面１２０２に防水シート１２０４を当て付け、その上にコンクリート１２０６を吹き付けることで形成された面である。
なお、図中符号１３はトンネル１０の床版を示す。
覆工コンクリート打設装置２０は、コンクリート打設型枠２２と、複数の打設管２４と、コンクリート供給部２６と、コンクリート分流機２８と、検出部３０と、コンピュータ３２とを含んで構成されている。

コンクリート打設型枠２２は、型枠本体３４と、支持部材３６と、走行部３８とを含んで構成されている。
型枠本体３４は、複数の型枠部材が組み立てられることによりトンネル１０の断面形状に対応した断面形状を構成し、本実施の形態では、鋼製である。
型枠本体３４は、床版１３から起立し幅方向両側に位置する一対の側部３４０２と、それら一対の側部３４０２の上端を接続する上部３４０４とを有している。
支持部材３６は、型枠本体３４を支持するものであり、複数の形鋼によって門型に形成され、支持部材３６の上部は足場３９となっている。
走行部３８は、支持部材３６を介して型枠本体３４をトンネル１０の長さ方向に沿って移動させるものであり、走行部３８は支持部材３６の下部に設けられている。
走行部３８は、トンネル１０の長さ方向に沿って床版１３に敷設されたレール１４上を走行する車輪３８０２を含んで構成されている。
支持部材３６と型枠本体３４との間には、例えば油圧シリンダーからなる不図示の複数の伸縮部材が設けられ、それら複数の伸縮部材の伸縮により型枠本体３４がトンネル１０の径方向に拡縮される。

図１、図２に示すように、型枠本体３４には、コンクリートを打設するための複数の打設孔４０が設けられている。
本実施の形態では、打設孔４０は、トンネル１０の周方向に間隔をおいて９個、トンネル１０の長さ方向に間隔をおいて５個、合計４５個の打設孔４０が設けられている。
各打設孔４０には、閉鎖板４２が設けられている。
コンクリートの打設時には、コンピュータ３２からの制御信号によって動作が制御されるアクチュエータ４３により閉鎖板４２が打設孔４０を開放する開放位置に移動され、コンクリートの打設後には、アクチュエータ４３により閉鎖板４２が打設孔４０を閉塞する閉塞位置に移動される。
足場３９は、支持部材３６の上部にトンネル１０の幅方向および長さ方向にわたって設けられ、作業者の足場として、また、コンクリート分流機２８の設置場所として使用される。

コンクリート供給部２６は、コンクリートミキサー車から供給されるコンクリートをコンクリート分流機２８を介して各打設管２４に圧送するものであり、例えば電動式のコンクリートポンプを含んで構成され、コンピュータ３２からの制御信号によって動作が制御される。
コンクリート分流機２８は、コンクリート供給部２６を複数の打設管２４に個別に接続するものであり、コンピュータ３２からの制御信号によって動作が制御される。
本実施の形態では、コンクリート分流機２８は、コンクリート供給部２６は複数の打設管２４から選択された１つの打設管２４とを接続する。
このようなコンクリート分流機２８として、従来公知の様々なコンクリート分流機が使用可能である。
複数の打設管２４は、コンクリートが吐出される打設管先部２４０２を有し、打設管先部２４０２は、各打設孔４０に連通するように型枠本体３４の内周面側で固定されている。
なお、不図示ではあるが、バイブレータが型枠本体３４の内周面の複数箇所に設けられ、バイブレータが振動することにより打設管２４から打設されたコンクリートが適宜締め固められる。

検出部３０は、打設孔４０から型枠本体３４の外周面（型枠面）とトンネル１０の内壁面１２との間に打設されたコンクリートのトンネル１０の周方向および長さ方向に沿った位置を検出するものである。
本実施の形態では、検出部３０は、複数の線状のレベルセンサー４４と、検出回路４６と、後述する位置算出部３２Ａと、位置情報生成部３２Ｂとを備えている。
レベルセンサー４４は、図４に示すように、型枠本体３４の外周面に取着され、第１〜第３レベルセンサー４４Ａ、４４Ｂ、４４Ｃを備えている。なお、図４において打設孔４０は省略されている。
本実施の形態では、型枠本体３４の天端から型枠本体３４の幅方向の一方の半部において型枠本体３４の周方向に沿って延在する第１レベルセンサー４４Ａが型枠本体３４の長さ方向に等間隔をおいて５つ設けられている。
また、型枠本体３４の天端から型枠本体３４の幅方向の他方の半部において型枠本体３４の周方向に沿って延在する第２レベルセンサー４４Ｂが型枠本体３４の長さ方向に等間隔をおいて５つ設けられている。
また、型枠本体３４の長さ方向に延在する第３レベルセンサー４４Ｃが、型枠本体３４の天端を通るように、また、天端の両側箇所を通るように３つ設けられている。

図５に示すように、レベルセンサー４４は、互いに平行して線状に延在する一対の電極線４４０２と、この一対の電極線４４０２を被覆する絶縁材４４０４とから構成され、コンクリートに接触することによりコンクリートの比誘電率に応じて一対の電極線４４０２間に生じる静電容量が変化するものである。
検出回路４６は、入力端子４６０２と、直流電源４６０４と、固定抵抗４６０６と、出力端子４６０８とから構成されている。
入力端子４６０２は、一対の電極線４４０２の一端に接続されている。
直流電源４６０４は、入力端子４６０２に接続され、両電極線４４０２間に一定の直流電圧Ｖｉｎを印加する。
固定抵抗４６０６は、一対の電極線４４０２の一端に並列に接続され、打設されるコンクリートの比誘電率と打設コンクリートによって覆われる一対の電極線４４０２の長さに比例して一対の電極線４４０２間に生じる静電容量の変化に応じた充電電圧Ｅｔを取り出すものである。
出力端子４６０８は、固定抵抗４６０６の両端に接続して設けられている。

コンクリート打設型枠２２に打設されたコンクリート、すなわちフレッシュコンクリート（モルタル）中には多数のイオンが存在しているため、絶縁被覆された一対の電極線４４０２の間及びその周囲にコンクリートが介在されると、コンクリートを電解質とし、かつその比誘電率に応じたコンデンサＣ１が形成される。
このコンデンサＣ１はレベルセンサー４４の長さ方向に沿って並列に接続されたものとなる。そして、コンクリートで覆われるレベルセンサー４４の長さＬが長くなるにしたがい、並列接続されるコンデンサＣ１の数が増加し、静電容量が大きくなる。
ここで、空気中に晒されている電極線４４０２間にも空気の誘電率に応じた静電容量のコンデンサＣ２が並列に形成される。したがって、一対の電極線４４０２の間に生じる静電容量は、並列接続されるコンデンサＣ１と並列接続されるコンデンサＣ２とを加算した値となる。この静電容量は、コンクリートで覆われるレベルセンサー４４の長さＬ、すなわち、打設されたコンクリートの位置にしたがって変化する。
なお、コンクリートを電解質とする電極線４４０２間の静電容量は、空気の場合の静電容量の約１０倍程度である。

そこで、入力端子４６０２から両電極線４４０２間に一定の直流電圧Ｖｉｎを印加し、両電極線４４０２に電荷を与え、両電極線４４０２間の電圧を検出回路４６で測定する。
この場合、検出回路４６では、出力電圧Ｖｏｕｔ＝Ｅｔ／（Ｒ＋２ｒ）の関係が成立することになる。ただし、Ｒは固定抵抗４６０６の抵抗値、ｒは電極線４４０２の固有抵抗である。

検出回路４６による出力電圧Ｖｏｕｔの測定結果は、コンクリートの比誘電率に応じて両電極線４４０２間に生じる静電容量に比例した出力電圧Ｖｏｕｔとコンクリートで覆われるレベルセンサー４４の長さＬとが、ほぼ比例関係に近い関係となる。
予め、実験により出力電圧Ｖｏｕｔとコンクリートで覆われるレベルセンサー４４の長さＬとの相関関係を示す相関式を決定しておく。
これにより、相関式に基づいて、出力電圧Ｖｏｕｔからコンクリートで覆われるレベルセンサー４４の長さＬ、すなわち、レベルセンサー４４の長さ方向に沿ったコンクリートの位置を算出することができる。

図１に示すように、パーソナルコンピュータ３２は、トンネル１０構内の適宜箇所、例えば、足場３９に設置され、コンクリート供給部２６、コンクリート分流機２８、各検出回路４６と不図示のケーブルを介して接続されている。
図６に示すように、コンピュータ３２は、ＣＰＵ３２０２と、不図示のインターフェース回路およびバスラインを介して接続されたＲＯＭ３２０４、ＲＡＭ３２０６、ハードディスク装置３２０８、キーボード３２１０、マウス３２１２、ディスプレイ３２１４、インターフェース３２１６などを有している。
ＲＯＭ３２０４は制御プログラムなどを格納し、ＲＡＭ３２０６はワーキングエリアを提供するものである。
ハードディスク装置３２０８は、後述する位置算出部３２Ａ、位置情報生成部３２Ｂ、制御部３２Ｃ、判定部３２Ｄ、特定部３２Ｅを実現するための制御プログラムなどを格納している。
キーボード３２１０およびマウス３２１２は、操作者による操作入力を受け付けるものである。
ディスプレイ３２１４はデータを表示出力するものである。
インターフェース３２１６は、外部機器とデータ、信号の授受を行うためのものであり、本実施の形態では、インターフェース３２１６は、各検出回路４６から出力電圧Ｖｏｕｔを受け付け、また、コンクリート供給部２６、コンクリート分流機２８、各アクチュエータ４３に制御信号を与える。

ＣＰＵ３２０２が、ハードディスク装置３２０８に格納されている制御プログラムを実行することによりコンピュータ３２によって、図１に示すように、位置算出部３２Ａ、位置情報生成部３２Ｂ、制御部３２Ｃ、判定部３２Ｄ、特定部３２Ｅが実現される。
位置算出部３２Ａは、インターフェース３２１６を介して入力された各検出回路４６からの出力電圧Ｖｏｕｔに基づいて、レベルセンサー４４の長さ方向に沿ったコンクリートの位置を算出するものである。
言い換えると、位置算出部３２Ａは、レベルセンサー４４の静電容量の変化に基づいてレベルセンサー４４の長さ方向に沿ったコンクリートの位置を算出するものである。
具体的に説明すると、位置算出部３２Ａは、９つのレベルセンサー４４のそれぞれに対応する検出回路４６の出力電圧Ｖｏｕｔから相関式に基づいて各コンクリートのレベルセンサー４４の長さ方向に沿ったコンクリートの位置を算出する。

位置情報生成部３２Ｂは、位置算出部３２Ａで算出された各レベルセンサー４４に対応するコンクリートの位置に基づいて、型枠本体３４に対するコンクリートの位置を２次元座標上に表す位置情報を生成するものである。
２次元座標は、トンネルの長さ方向をＸ軸とし、トンネルの高さ方向をＹ軸としてもよく、あるいは、トンネルの長さ方向をＸ軸とし、前記トンネルの幅方向をＹ軸とするものであってもよい。

制御部３２Ｃは、検出部３０の検出結果に基づいて、すなわち、コンクリートの位置情報に基づいてコンクリート供給部２６およびコンクリート分流機２８を制御し、予め定められた順番でコンクリート供給部２６を次の打設管２４に順次接続していくものである。
前述したように、本実施の形態では、選択された１つの打設管２４がコンクリート供給部２６に接続される。
制御部３２Ｃによるコンクリート分流機２８の制御は以下のように行なわれる。
制御部３２Ｃは、予め定められた順番にしたがって特定された打設孔４０からコンクリートが打設されるように打設管２４の接続を行なう。
次いで、制御部３２Ｃは、コンクリート供給部２６の動作を開始させ、位置情報生成部３２Ｂで生成されたコンクリートの位置情報に基づいてコンクリートの打設量が規定量に到達したと判断すると、コンクリート供給部２６の動作を停止させる。
コンクリートの打設量が規定量に到達したことは、コンクリートの位置情報に基づいて、コンクリートを打設している打設孔４０の近傍までコンクリートが到達したことをもって判定される。

また、打設管２４の接続の順番、すなわち、コンクリートを打設する打設孔４０の順番は、トンネルの形状や地山の状態など施工現場の状態によって異なるものであり、予め定められている。
本実施の形態では、図２に示すように、型枠本体３４の幅方向の一方の半部において長さ方向に間隔をおいた２つの打設孔４０Ａ、４０Ｃと、型枠本体３４の幅方向の他方の半部において長さ方向に間隔をおいた２つの打設孔４０Ｂ、４０Ｄとの合計４つの打設孔４０Ａ〜４０Ｄを順番に使ってコンクリートを打設する場合について説明する。この際、４つの打設孔４０Ａ〜４０Ｄの高さ方向の位置はほぼ同じである。
そして、４つの打設孔４０Ａ〜４０Ｄからのコンクリートの打設が完了すると、順次、打設する４つの打設孔４０Ａ〜４０Ｄの位置を下方から上方に移動させ同様の順番でコンクリートを打設していく。
例えば、以下のような手順でコンクリートを打設する打設孔４０を切り替えていく。
（１）トンネル１０の長さ方向の一方寄りでかつトンネル１０の幅方向の一方の半部に位置する打設孔４０Ａ。
（２）トンネル１０の長さ方向の一方寄りでかつトンネル１０の幅方向の他方の半部に位置する打設孔４０Ｂ。
（３）トンネル１０の長さ方向の他方寄りでかつトンネル１０の幅方向の一方の半部に位置する打設孔４０Ｃ。
（４）トンネル１０の長さ方向の他方寄りでかつトンネル１０の幅方向の他方の半部に位置する打設孔４０Ｄ。

図３（Ａ）は打設前の状態を示しており、上述した（１）〜（４）の４つの打設孔４０からの打設が完了すると、図３（Ｂ）に示すように、１層目のコンクリート１６Ａが打設される。
次いで、コンクリートを打設する４０Ａ〜４０Ｄの位置を１つずつ上方に移動させ、上記（１）〜（４）と同様の順番で４０Ａ〜４０Ｄを選択してコンクリートを打設していく。
すなわち、図３（Ｃ）に示す２層目のコンクリート１６Ｂ、図３（Ｄ）に示す３層目のコンクリート１６Ｃ、図３（Ｅ）に示す４層目のコンクリート１６Ｄといった順番でコンクリートが打設される。
最後は、図３（Ｆ）に示すように、天端に位置する打設孔４０から５層目のコンクリート１６Ｅが打設される。
なお、図２に示すように、天端に位置する打設孔４０は型枠本体３４の長さ方向に沿って間隔をおいて５つ設けられており、この５つの打設孔４０のうち、長さ方向の位置が打設孔４０Ａ（４０Ｂ）に一致する１つの打設孔４０Ｅと、長さ方向の位置が打設孔４０Ｃ（４０Ｄ）に一致する１つの打設孔４０Ｆとが５層目のコンクリート１６Ｅの打設に使用される。

判定部３２Ｄは、検出部３０の検出結果に基づいて、すなわち、コンクリート１６の位置情報に基づいてトンネル１０の長さ方向に沿ったコンクリート１６の高さの偏りが第１の許容範囲を超過したか否かを判定するものである。
図７（Ａ）は、型枠本体の側方から見た型枠本体と打設されたコンクリート１６の位置関係を示す説明図であり、トンネル１０の長さ方向に沿ったコンクリート１６の高さの偏りは、位置情報で示されるコンクリート１６の打設位置の最高値と最低値との差分Δｈによって決定される。
判定部３２Ｄは、この差分Δｈが予め定められた第１の許容範囲を超過したか否かを判定する。
なお、型枠本体３４に設けた複数のバイブレータが作動することにより、打設されたコンクリート１６は、トンネル１０の長さ方向に沿って流動して広がるため、時間経過と共にコンクリート１６の高さの偏りは打設直後に比較して減少していく。
しかしながら、バイブレータが作動してもコンクリート１６の性状や施工現場の状況によってはトンネル１０の長さ方向に沿ったコンクリート１６の高さの偏りが十分には解消されない場合があり、差分Δｈが予め定められた第１の許容範囲を超過すると、コンクリート１６を均一に打設する上で不利となるため、このようなコンクリート１６の高さの偏りを解消する必要がある。

また、制御部３２Ｃは、判定部３２Ｅにより差分Δｈが予め定められた第１の許容範囲を超過しないと判定された場合は、予め定められた順番でコンクリート供給部２６を次の打設管２４に順次接続していくが、判定部３２Ｅにより差分Δｈが予め定められた第１の許容範囲を超過したと判定された場合は、順番を無視し特定部３２Ｅで特定された打設管２４にコンクリート供給部２６を接続する。

特定部３２Ｅは、コンクリート１６の高さの偏りが第１の許容範囲を超過したと判定された場合に、コンクリート１６の位置情報に基づいてトンネル１０の長さ方向に沿ったコンクリート１６の高さの偏りを修正するために、次にコンクリート１６を打設すべき打設管２４を特定するものである。
例えば、図７（Ａ）に示すように、型枠本体３４の幅方向の一方の側方から見て、打設孔４０Ａ、４０Ｃから打設されたコンクリート１６のトンネル１０の長さ方向（型枠本体３４の長さ方向）の中間部と長さ方向の両端部が他の部分よりも低くなる形状となり、判定部３２Ｄによりトンネル１０の長さ方向に沿ったコンクリート１６の高さの偏りである差分Δｈが第１の許容範囲を超過したと判定されたものとする。
この場合、特定部３２Ｅは、次にコンクリート１６を打設すべき打設管２４として、型枠本体３４の一方の半部で、トンネル１０の長さ方向の中間部に位置する打設孔４０−１、長さ方向の両端の２つの打設孔４０−２、４０−３にそれぞれ連通する３つの打設管２４を特定する。
３つの打設孔４０−１、４０−２、４０−３からコンクリート１６が順次打設されると、図７（Ｂ）に示すように、高さが低い部分にコンクリート１６が追加して打設されることにより、コンクリート１６の高さの偏りが解消される。

また、図８（Ａ）に示すように、打設孔４０Ａ、４０Ｃから打設されたコンクリート１６のトンネル１０の長さ方向の両端が中間部よりも低くなる形状となり、判定部３２Ｄによりトンネル１０の長さ方向に沿ったコンクリート１６の高さの偏りである差分Δｈが第１の許容範囲を超過したと判定されたものとする。
この場合、特定部３２Ｅは、次にコンクリート１６を打設すべき打設管２４として、型枠本体３４の一方の半部で、トンネル１０の長さ方向の両端に位置する２つの打設孔４０−２、４０−３にそれぞれ連通する２つの打設管２４を特定する。
２つの打設孔４０−２、４０−３からコンクリート１６が順次打設されると、図８（Ｂ）に示すように、高さが低い部分にコンクリート１６が追加して打設されることにより、コンクリート１６の高さの偏りが解消される。
なお、図７、図８に示すように、型枠本体３４（コンクリート打設型枠２２）の側部３４０２においてコンクリート１６の位置情報は、トンネル１０の長さ方向をＸ軸とし、トンネル１０の高さ方向をＹ軸とした２次元座標上に示される。

また、図９（Ａ）に示すように、型枠本体３４の上方から見て、打設孔４０Ａ、４０Ｃから打設されたコンクリート１６のトンネル１０の長さ方向の中間部と長さ方向の両端部が他の部分よりも低くなる形状となり、判定部３２Ｄによりトンネル１０の長さ方向に沿ったコンクリート１６の高さの偏りである差分Δｈが第１の許容範囲を超過したと判定されたものとする。
この場合には、特定部３２Ｅは、次にコンクリート１６を打設すべき打設管２４として、型枠本体３４の一方の半部で、トンネル１０の長さ方向の中間部に位置する打設孔４０−１、長さ方向の両端の２つの打設孔４０−２、４０−３にそれぞれ連通する３つの打設管２４を特定する。
３つの打設孔４０−１、４０−２、４０−３からコンクリート１６が順次打設されると、図９（Ｂ）に示すように、高さが低い部分にコンクリート１６が追加して打設されることにより、コンクリート１６の高さの偏りが解消される。

また、図１０（Ａ）に示すように、打設孔４０Ａ、４０Ｃから打設されたコンクリート１６のトンネル１０の長さ方向の両端が中間部よりも低くなる形状となり、判定部３２Ｄによりトンネル１０の長さ方向に沿ったコンクリート１６の高さの偏りである差分Δｈが第１の許容範囲を超過したと判定されたものとする。
この場合、特定部３２Ｅは、次にコンクリート１６を打設すべき打設管２４として、型枠本体３４の一方の半部で、トンネル１０の長さ方向の両端に位置する２つの打設孔４０−２、４０−３にそれぞれ連通する２つの打設管２４を特定する。
この場合、２つの打設孔４０−２、４０−３からコンクリート１６が順次打設されると、図１０（Ｂ）に示すように、高さが低い部分にコンクリート１６が追加して打設されることにより、コンクリート１６の高さの偏りが解消される。
なお、図９、図１０に示すように、型枠本体３４（コンクリート打設型枠２２）の上部３４０４においてコンクリート１６の位置情報は、トンネル１０の長さ方向をＸ軸とし、トンネル１０の幅方向をＹ軸とした２次元座標上に示される。

次に覆工コンクリート打設装置２０の動作について図１１のフローチャートを参照して説明する。
まず、二次覆工を行なうトンネル１０の内壁面１２に対向する位置にコンクリート打設型枠２２を設置する（ステップＳ１０）。
なお、二次覆工はトンネル入口から切羽側に向かって行なわれることから、二次覆工に際しては、トンネル１０の内壁面１２とコンクリート打設型枠２２の切羽側の端部との間に不図示の閉鎖板が配置され、トンネル１０の内壁面１２とコンクリート打設型枠２２の外周面との間に半円弧状の空間が仕切られる。

制御部３２Ｃは、予め定められた順番にしたがって打設孔４０を選択し、その打設孔４０からコンクリート１６が打設されるようにコンクリート分流機２８を制御してコンクリート供給部２６を打設管２４に接続する（ステップＳ１２）。この際、制御部３２Ｃは、打設管２４が接続された打設孔４０のアクチュエータ４３を制御して閉鎖板４２を開く。
制御部３２Ｃは、コンクリート供給部２６を動作させ、打設管２４が接続された打設孔４０からコンクリート１６を打設させる（ステップＳ１４）。
次いで、制御部３２Ｃは、検出部３０で検出されたコンクリート１６の位置情報に基づいて規定量のコンクリート１６が打設されたか否かを判定する（ステップＳ１６）。
規定量のコンクリート１６が打設されていなければ、ステップＳ１４に戻る。
規定量のコンクリート１６が打設されたと判断したならば、コンクリート供給部２６を停止させ、打設管２４が接続された打設孔４０のアクチュエータ４３を制御して閉鎖板４２を閉じる（ステップＳ１８）。

制御部３２Ｃは、Ｎ（Ｎは１以上の自然数）層目のコンクリート１６の打設が完了したか否かを判定する（ステップＳ２０）。
完了していなければ、ステップＳ１２に戻り次の打設孔４０からのコンクリート１６の打設を行なう。
完了していれば、制御部３２Ｃは、コンクリート打設型枠２２の全域に対するコンクリート１６の打設が完了したか否かを判定する（ステップＳ２２）。すなわち、図３（Ｆ）に示すように、５層のコンクリート１６Ｅの打設が完了したか否かを判定する。
完了していなければ、判定部３２Ｄは、検出部３０の検出結果に基づいてトンネル１０の長さ方向に沿ったコンクリート１６の高さの偏りが第１の許容範囲を超過したか否かを判定する（ステップＳ２４）。
第１の許容範囲を超過していないと判定された場合は、制御部３２ＣはステップＳ１２に戻り、次の層に対するコンクリート１６の打設を行なう。
第１の許容範囲を超過したと判定された場合は、特定部３２Ｅにより次にコンクリート１６を打設すべき打設管２４が特定される（ステップＳ２６）。

そして、制御部３２Ｃは、予め定められていた順番を無視し、コンクリート分流機２８を制御して特定部３２Ｅで特定された打設管２４にコンクリート供給部２６を接続する（ステップＳ２８）。この際、制御部３２Ｃは、打設管２４が接続された打設孔４０のアクチュエータ４３を制御して閉鎖板４２を開く。
制御部３２Ｃは、コンクリート供給部２６を動作させ、打設管２４が接続された打設孔４０からコンクリート１６を打設させる（ステップＳ３０）。
次いで、制御部３２Ｃは、検出部３０で検出されたコンクリート１６の位置情報に基づいて規定量のコンクリート１６が打設されたか否かを判定する（ステップＳ３２）。
規定量のコンクリート１６が打設されていなければ、ステップＳ３０に戻る。
規定量のコンクリート１６が打設されたと判断したならば、コンクリート供給部２６を停止させ、打設管２４が接続された打設孔４０のアクチュエータ４３を制御して閉鎖板４２を閉じる（ステップＳ３４）。

次いで、制御部３２Ｃは、特定部３２Ｅによって特定された打設管２４が残っているか否かを判定する（ステップＳ３６）。
打設管２４が残っていれば、ステップＳ２８に移行して同様の処理を行なう。
残っている打設管２４が無ければ、制御部３２ＣはステップＳ１２に戻り、次の層に対するコンクリート１６の打設を行なう。

また、ステップＳ２２でコンクリート打設型枠２２の全域に対するコンクリート１６の打設が完了したと判定されたならば、打設されたコンクリート１６を養生硬化させ（ステップＳ３８）、次いで、伸縮部材を縮小させることにより型枠本体３４をトンネル１０の径方向内側に縮小させ、コンクリート打設型枠２２を脱枠させ（ステップＳ４０）、一連の作業が終了する。

本実施の形態によれば、打設されたコンクリート１６のトンネル１０の周方向および長さ方向に沿った位置を示す位置情報に基づいてトンネル１０の長さ方向に沿ったコンクリート１６の高さの偏りが第１の許容範囲を超過したと判定された場合に、位置情報に基づいて次にコンクリート１６を打設すべき打設管２４を特定し、特定された打設管２４を用いてコンクリート１６を打設するようにした。
したがって、従来のように打設されたコンクリート１６の位置を監視し、トンネル１０の長さ方向に沿ったコンクリート１６の高さの偏りが発生した場合に、コンクリート１６の高さの偏りを解消するように打設管２４の切り替え操作などを手作業で行なう必要がなく自動化を図れるので、省人化を図る上で有利となり、また、コンクリート１６の高さの偏りを抑制しつつ均一にコンクリート１６を打設できるので、トンネル施工の効率化を図る上で有利となる。

また、本実施の形態によれば、コンクリート打設型枠２２の側部３４０２においてコンクリート１６の位置情報は、トンネル１０の長さ方向をＸ軸とし、トンネル１０の高さ方向をＹ軸とした２次元座標上に示されるので、制御部３２Ｃ、判定部３２Ｄ、特定部３２Ｅが位置情報に基づいて実行する制御処理を簡単かつ迅速に行なう上で有利となる。
また、本実施の形態によれば、コンクリート打設型枠２２の上部３４０４においてコンクリート１６の位置情報は、トンネル１０の長さ方向をＸ軸とし、トンネル１０の幅方向をＹ軸とした２次元座標上に示されるので、制御部３２Ｃ、判定部３２Ｄ、特定部３２Ｅが位置情報に基づいて実行する制御処理を簡単かつ迅速に行なう上で有利となる。

また、本実施の形態では、線状のレベルセンサー４４を用いてコンクリート１６の位置を検出する場合について説明したが、コンクリート１６の位置を検出するセンサーは、コンクリート１６の位置を検出できればよく、打設されたコンクリート１６の温度を検出する温度センサー、打設されたコンクリート１６が接触する際の振動を検出する振動センサーなど従来公知の様々なセンサーなどが使用可能である。
しかしながら、これらのセンサーは、コンクリート１６の位置をごく狭い範囲で検出するものであるため、トンネル１０の周方向および長さ方向に沿った位置を満遍なく検出するためには多数のセンサーを設けなくてはならず、センサーの設置作業が面倒で部品コストが多大なものとなりやすい。
これに対して本実施の形態では、コンクリート１６に接触することによりコンクリート１６の比誘電率に応じて一対の電極線４４０２間に生じる静電容量が変化する線状のレベルセンサー４４を用い、このレベルセンサー４４を、トンネル１０の内壁面１２に対向するコンクリート打設型枠２２の外周面にトンネル１０の長さ方向および周方向に沿って延在して設けた。
したがって、少ない数の線状のレベルセンサー４４をトンネル１０の周方向、長さ方向に沿って設置すれば、トンネル１０の周方向および長さ方向に沿ったコンクリート１６の位置を満遍なく検出できるため、センサーの設置作業を軽減でき、また、部品コストを抑制する上で有利となる。

また、本実施の形態によれば、検出部３０は、トンネル１０の長さ方向および周方向に沿って延在して設けられたレベルセンサー４４の静電容量の変化に基づいてレベルセンサー４４の長さ方向に沿ったコンクリート１６の位置を算出し、算出されたコンクリート１６の位置に基づいて位置情報を生成する。
したがって、トンネル１０の長さ方向および周方向に沿ったコンクリート１６の位置情報を正確に得ることができ、制御部３２Ｃ、判定部３２Ｄ、特定部３２Ｅが位置情報に基づいて制御処理を的確に行なう上で有利となる。

なお、本実施の形態では、複数の打設管２４の打設管先部２４０２が各打設孔４０に連通するように型枠本体３４の内周面側で固定されている場合について説明したが、打設孔４０に代えて開閉可能な窓部を型枠本体３４に設けると共に、各打設管２４の打設管先部２４０２が窓部を介して型枠本体３４から出没するように構成してもよい。
この場合、制御部３２Ｃは、窓部を開閉するアクチュエータ、打設管先部２４０２を出没させるアクチュエータを制御すればよい。

また、本実施の形態では、位置情報生成部３２Ｂが、位置算出部３２Ａで算出された各レベルセンサー４４に対応するコンクリート１６の位置に基づいて、型枠本体３４に対するコンクリート１６の位置を２次元座標上に表す位置情報を生成する場合について説明した。
しかしながら、位置情報生成部３２Ｂが、位置算出部３２Ａで算出された各レベルセンサー４４に対応するコンクリート１６の位置に基づいて、型枠本体３４に対するコンクリート１６の位置を３次元座標上に表す位置情報を生成するものであってもよい。
この場合、コンクリート打設型枠２２の側部３４０２、あるいは、上部３４０４において、位置情報は、トンネル１０の長さ方向をＸ軸とし、トンネル１０の幅方向をＹ軸とし、トンネル１０の高さ方向をＺ軸とした３次元座標上に示される。
このように型枠本体３４に対するコンクリート１６の位置を示す位置情報を３次元座標上に示すと、制御部３２Ｃ、判定部３２Ｄ、特定部３２Ｅが位置情報に基づいて実行する制御処理を簡単かつ迅速に行なう上で有利となることは無論のこと、例えば、型枠本体３４に対するコンクリート１６の位置をディスプレイ３２１４などに３次元画像として表示する場合に、型枠本体３４に対するコンクリート１６の位置を直感的に把握することができ、コンクリート１６の打設位置の管理を行なう上でより有利となる。

また、本実施の形態では、レベルセンサー４４を、トンネル１０の内壁面１２に対向するコンクリート打設型枠２２の外周面にトンネル１０の長さ方向および周方向に沿って延在して設けた場合について説明した。
しかしながら、レベルセンサー４４は、コンクリート１６に接触することによりコンクリート１６の比誘電率に応じて一対の電極線４４０２間に生じる静電容量が変化すればよく、レベルセンサー４４を設ける箇所はコンクリート打設型枠２２の外周面に限定されない。
したがって、レベルセンサー４４を、トンネル１０の内壁面１２の半径方向外側で掘削された地山の壁面に当て付けられた防水シート１２０４にトンネル１０の長さ方向および周方向に沿って延在して設けてもよい。
すなわち、レベルセンサー４４がコンクリート１６に接触するとは、レベルセンサー４４がコンクリート１６に直接接触する場合に加え、レベルセンサー４４が他の部材を介して接触する場合を含み、例えば、防水シート１２０４、あるいは、一次覆工コンクリート１６を介してコンクリート１６に接近する場合を含む。
したがって、レベルセンサー４４を配置する箇所は、一次覆工がなされる防水シート１２０４の表面（地山の壁面と反対側の面）でもよく、また、レベルセンサー４４を防水シート１２０４の内部に取り付けても良い。
これらの場合は、レベルセンサー４４が一次覆工あるいは防水シート１２０４で保護されるため、打設されたコンクリート１６によるレベルセンサー４４の位置ずれを抑制する上でより有利となる。

また、トンネル１０の内壁面１２とコンクリート打設型枠２２との間に補強用の鉄筋が設けられる場合は、それら鉄筋にレベルセンサー４４をトンネル１０の長さ方向および周方向に沿って延在して設けてもよい。
補強用の鉄筋は、例えば、地山が薄い箇所や地山の強度が足りない箇所に配設される。
例えば、トンネル１０の入口や出口の近傍の箇所に部分的に鉄筋が配設される。あるいは、河川の下方の地山の箇所に部分的に鉄筋が配設される。あるいは、都市部のように地山の強度が弱い場合はトンネル１０の全長にわたって鉄筋が配設される。
これらの場合は、レベルセンサー４４が鉄筋に設けられるため、打設されたコンクリート１６によるレベルセンサー４４の位置ずれを抑制する上でより有利となる。

１０ トンネル
１２ 内壁面
１２０４ 防水シート
１３ 床版
１６ コンクリート
２０ 覆工コンクリート打設装置
２２ コンクリート打設型枠
２４ 打設管
２６ コンクリート供給部
２８ コンクリート分流機
３０ 検出部
３２Ａ 位置算出部
３２Ｂ 位置情報生成部
３２Ｃ 制御部
３２Ｄ 特定部
３４ 型枠本体
３４０２ 側部
３４０４ 上部
４４ レベルセンサー
４４０２ 電極線
４６ 検出回路

Claims (9)

1. トンネル内に配設され前記トンネルの周方向および長さ方向に沿って間隔をおいて前記トンネルの内壁面にコンクリートを打設する複数の打設管が設けられたコンクリート打設型枠と、
   外部から供給されたコンクリートを圧送可能なコンクリート供給部と、
   前記コンクリート供給部を前記複数の打設管に個別に接続可能なコンクリート分流機と、
   を備えるトンネル内の覆工コンクリート打設装置であって、
   前記打設管から打設されたコンクリートの前記トンネルの周方向および長さ方向に沿った位置を示す位置情報を検出する検出部と、
   前記位置情報に基づいて前記コンクリート供給部および前記コンクリート分流機を制御し予め定められた順番で前記コンクリート供給部を前記コンクリート分流機を介して次の前記打設管に順次接続していく制御部と、
   前記位置情報に基づいて前記トンネルの長さ方向に沿った前記コンクリートの高さの偏りが第１の許容範囲を超過したか否かを判定する判定部と、
   前記コンクリートの高さの偏りが前記第１の許容範囲を超過したと判定された場合に、前記位置情報に基づいて次に前記コンクリートを打設すべき前記打設管を特定する特定部とを備え、
   前記制御部は、前記第１の許容範囲を超過したと判定された場合に、前記順番を無視し前記特定部で特定された打設管に前記コンクリート供給部を接続する、
   ことを特徴とする覆工コンクリート打設装置。
2. 前記コンクリート打設型枠は、床版から起立し幅方向両側に位置する一対の側部と、それら一対の側部の上端を接続する上部とを有し、
   前記コンクリート打設型枠の前記側部において前記位置情報は、前記トンネルの長さ方向をＸ軸とし、前記トンネルの高さ方向をＹ軸とした２次元座標上に示される、
   ことを特徴とする請求項１記載の覆工コンクリート打設装置。
3. 前記コンクリート打設型枠は、床版から起立し幅方向両側に位置する一対の側部と、それら一対の側部の上端を接続する上部とを有し、
   前記コンクリート打設型枠の前記上部において前記位置情報は、前記トンネルの長さ方向をＸ軸とし、前記トンネルの幅方向をＹ軸とした２次元座標上に示される、
   ことを特徴とする請求項１記載の覆工コンクリート打設装置。
4. 前記コンクリート打設型枠は、床版から起立し幅方向両側に位置する一対の側部と、それら一対の側部の上端を接続する上部とを有し、
   前記コンクリート打設型枠の前記側部において前記位置情報は、前記トンネルの長さ方向をＸ軸とし、前記トンネルの幅方向をＹ軸とし、前記トンネルの高さ方向をＺ軸とした３次元座標上に示される、
   ことを特徴とする請求項１記載の覆工コンクリート打設装置。
5. 前記コンクリート打設型枠は、床版から起立し幅方向両側に位置する一対の側部と、それら一対の側部の上端を接続する上部とを有し、
   前記コンクリート打設型枠の前記上部において前記位置情報は、前記位置情報は、前記トンネルの長さ方向をＸ軸とし、前記トンネルの幅方向をＹ軸とし、前記トンネルの高さ方向をＺ軸とした３次元座標上に示される、
   ことを特徴とする請求項１記載の覆工コンクリート打設装置。
6. 前記検出部は、一対の電極線を絶縁材で被覆してなる線状のレベルセンサーを含んで構成され、
   前記レベルセンサーは、前記トンネルの内壁面に対向する前記コンクリート打設型枠の外周面に前記トンネルの長さ方向および周方向に沿って延在して設けられ、
   前記レベルセンサーは、前記コンクリートに接触することにより前記コンクリートの比誘電率に応じて前記一対の電極線間に生じる静電容量が変化する、
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の覆工コンクリート打設装置。
7. 前記検出部は、一対の電極線を絶縁材で被覆してなる線状のレベルセンサーを含んで構成され、
   前記レベルセンサーは、前記トンネル内壁面の半径方向外側で掘削された地山の壁面に当て付けられた防水シートに前記トンネルの長さ方向および周方向に沿って延在して設けられ、
   前記レベルセンサーは、前記コンクリートに接触することにより前記コンクリートの比誘電率に応じて前記一対の電極線間に生じる静電容量が変化する、
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の覆工コンクリート打設装置。
8. 前記検出部は、一対の電極線を絶縁材で被覆してなる線状のレベルセンサーを含んで構成され、
   前記レベルセンサーは、前記トンネルの内壁面と前記コンクリート打設型枠との間に配設された鉄筋に前記トンネルの長さ方向および周方向に沿って延在して設けられ、
   前記レベルセンサーは、前記コンクリートに接触することにより前記コンクリートの比誘電率に応じて前記一対の電極線間に生じる静電容量が変化する、
   ことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項記載の覆工コンクリート打設装置。
9. 前記検出部は、
   前記レベルセンサーの静電容量の変化に基づいて前記レベルセンサーの延在方向に沿ったコンクリートの位置を算出する位置算出部と、
   前記位置算出部で算出された前記コンクリートの位置に基づいて前記位置情報を生成する位置情報算出部とをさらに備える、
   ことを特徴とする請求項６〜８の何れか１項記載の覆工コンクリート打設装置。

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