JP2019112778A - 覆工コンクリート打設装置 - Google Patents
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Abstract
Description
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。
したがって、作業員がコンクリート打設型枠に設けられた窓部からコンクリートの高さの偏りの有無を目視で監視して高さの偏りの解消が必要であるか否かを判断し、さらに、作業員が手作業によって窓部を介して棒状バイブレータをコンクリート打設型枠の内部から外部に移動させ、さらに、棒状バイブレータのケーブルを操作して棒状バイブレータを打設されたコンクリートの箇所に挿入させ、次いで、棒状バイブレータが振動するように操作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。
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し前記床版に対向する上部とを有し、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し前記床版に対向する上部とを有し、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生成部とをさらに備えることを特徴とする。
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、長さ方向に沿ったコンクリートの高さの偏り解消するようにバイブレータを移動させてコンクリートに挿入するといった操作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。
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、棒状のバイブレータ30と、移動部32と、駆動部34と、検出部36と、コンピュータ38とを含んで構成されている。
型枠本体40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40は、床版13から起立し幅方向両側に位置する一対の側部4002と、それら一対の側部4002の上端を接続する上部4004とを有している。
支持部材42は、型枠本体40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42の上部は足場43となっている。
走行部44は、支持部材42を介して型枠本体40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44は支持部材42の下部に設けられている。
走行部44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4402を含んで構成されている。
支持部材42と型枠本体40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40がトンネル10の径方向に拡縮される。
本実施の形態では、打設孔46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46が設けられている。
各打設孔46には、閉鎖板50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38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51により閉鎖板50が打設孔46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51により閉鎖板50が打設孔46を閉塞する閉塞位置に移動される。
また、窓部48は、トンネル10の天端を挟んで周方向に間隔をおいて2個、トンネル10の長さ方向に間隔をおいて5個、合計10個設けられている。
各窓部48には、不図示の閉鎖板が設けられ、コンピュータ38からの制御信号によって動作が制御される不図示のアクチュエータにより閉鎖板が窓部を開放する開放位置と閉鎖板が窓部48を閉塞する閉塞位置とに移動される。
足場43は、支持部材42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38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46に連通するように型枠本体40の内周面側で固定されている。
バイブレータ30は、ケーシング3002と、給電ケーブル3004とを含んで構成されている。
ケーシング3002は、円筒状を呈しその先端部の内部に、不図示のモータと、モータによって回転される不図示の回転振動子とが収容されている。
給電ケーブル3004は、ケーシング3002の基端から導出され後述する駆動部34から供給される電力をモータに供給するものである。
給電ケーブル3004を介して電力がモータに供給されることにより回転駆動子が回転しバイブレータ30が振動する。
移動部32は、支持ブラケット52と、レール54と、走行体56とを含んで構成されている。
支持ブラケット52は、型枠本体40の内周面で天端を挟んで型枠本体40の幅方向に間隔をおいた2箇所に、型枠本体40の長さ方向のほぼ全長にわたってそれぞれ延在形成されている。
各支持ブラケット52は、型枠本体40の内周面から下方に延在する縦板5202と、縦板5202の下端から型枠本体40の幅方向内側に水平に延在する底板5204とを備えている。
レール54は、各支持ブラケット52の底板5204上に型枠本体40の長さ方向に沿ってそれぞれ設けられている。
車輪58は、ケース60を支持して各レール54上を転動するものである。
ケース60は、走行機構62、巻き取り機構64を収容している。
走行機構62は、車輪58を回転駆動するものであり、第1モータ6202と、第1モータ6202による回転駆動力を車輪58に伝達する動力伝達機構6204とを備えている。
巻き取り機構64は、バイブレータ30を型枠本体40の外周面に沿って移動させるものであり、第2モータ6402と、第2モータ6402により回転駆動され、バイブレータ30の給電ケーブル3004の巻き取り、繰り出しを行なうリール6404とを備えている。
バイブレータ保持機構66は、巻き取り機構64によって給電ケーブル3004が巻き取られ、型枠本体40の窓部48を介して型枠本体40の内部に移動されたバイブレータ30を保持し、また、いったん保持したバイブレータ30を型枠本体40の窓部48を介して型枠本体40の外部へ移動するものである。
バイブレータ保持機構66は、ケース60に設けられバイブレータ30の基部を収容する筒体6602と、筒体6602に収容されたバイブレータ30を筒体6602から窓部48に向けて押し出すアクチュエータ6604とを備えている。
なお、走行体56とパーソナルコンピュータ38とは、不図示のケーブルを介して接続されており、第1モータ6202、第2モータ6402、アクチュエータ6604、駆動部34は上記のケーブルを介して後述する制御部38Cによって制御される。
本実施の形態では、検出部36は、複数の線状のレベルセンサー68と、検出回路70と、後述する位置算出部38Aと、位置情報生成部38Bとを備えている。
レベルセンサー68は、図5に示すように、型枠本体40の外周面に取着され、第1〜第3レベルセンサー68A、68B、68Cを備えている。なお、図5において打設孔46は省略されている。
本実施の形態では、型枠本体40の天端から型枠本体40の幅方向の一方の半部において型枠本体40の周方向に沿って延在する第1レベルセンサー68Aが型枠本体40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40の天端から型枠本体40の幅方向の他方の半部において型枠本体40の周方向に沿って延在する第2レベルセンサー68Bが型枠本体40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40の長さ方向に延在する第3レベルセンサー68Cが、型枠本体40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。
検出回路70は、入力端子7002と、直流電源7004と、固定抵抗7006と、出力端子7008とから構成されている。
入力端子7002は、一対の電極線6802の一端に接続されている。
直流電源7004は、入力端子7002に接続され、両電極線6802間に一定の直流電圧Vinを印加する。
固定抵抗7006は、一対の電極線6802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6802の長さに比例して一対の電極線6802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7008は、固定抵抗7006の両端に接続して設けられている。
このコンデンサC1はレベルセンサー68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68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6802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6802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68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6802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。
この場合、検出回路70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7006の抵抗値、rは電極線6802の固有抵抗である。
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68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68の長さL、すなわち、レベルセンサー68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7に示すように、コンピュータ38は、CPU3802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ROM3804、RAM3806、ハードディスク装置3808、キーボード3810、マウス3812、ディスプレイ3814、インターフェース3816などを有している。
ROM3804は制御プログラムなどを格納し、RAM3806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3808は、後述する位置算出部38A、位置情報生成部38B、制御部38C、判定部38D、特定部38E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3810およびマウス3812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3814はデータを表示出力するものである。
インターフェース3816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3816は、各検出回路70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51、第1モータ6202,第2モータ6402、アクチュエータ6604、駆動部34に制御信号を与える。
位置算出部38Aは、インターフェース3816を介して入力された各検出回路70からの出力電圧Voutに基づいて、レベルセンサー68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38Aは、レベルセンサー68の静電容量の変化に基づいてレベルセンサー68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38Aは、9つのレベルセンサー68のそれぞれに対応する検出回路70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68の長さ方向に沿ったコンクリートの位置を算出する。
2次元座標は、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軸としてもよく、あるいは、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軸とするものであってもよい。
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38C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38Cは、予め定められた順番にしたがって特定された打設孔46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38C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38B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46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。
本実施の形態では、図2に示すように、型枠本体40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46A、46Cと、型枠本体40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46B、46Dとの合計4つの打設孔46A〜46D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46A〜46D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46A〜46D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46A〜46D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46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46A。
(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46B。
(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46C。
(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46D。
次いで、コンクリートを打設する打設孔46A〜46Dの位置を1つずつ上方に移動させ、上記(1)〜(4)と同様の順番で打設孔46A〜46D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46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46は型枠本体40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46のうち、長さ方向の位置が打設孔46A(40B)に一致する1つの打設孔46Eと、長さ方向の位置が打設孔46C(46D)に一致する1つの打設孔46Fとが5層目のコンクリート16Eの打設に使用される。
制御部38Cによる移動部32および駆動部34の制御は、各打設孔46A〜46Dからコンクリートが打設される毎に以下のように行なわれる。
制御部38Cは、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46Aからのコンクリート16の打設が完了したならば、第1モータ6202を制御して走行体56を窓部48に対応する位置に移動させる。
次いで、アクチュエータ6604を制御してバイブレータ30を窓部48を介して型枠本体40の外部に移動し、第2モータ6402を制御してリール6404を回転させ給電ケーブル3004を繰り出してバイブレータ30を型枠本体40の外周面に沿って下方に移動させてバイブレータ30を打設されたコンクリート16に挿入させる。
この際、第1モータ6202の回転量、回転方向、すなわち走行体56の位置は、打設されたコンクリート16の位置情報、あるいは、コンクリート16を打設した打設孔46の位置に基づいて決定される。
また、第2モータ6402の回転量、回転方向、すなわち、給電ケーブル3004の繰り出し量は、打設されたコンクリート16の位置情報に基づいて決定される。
制御部38Cは、駆動部34を制御して予め定められた時間、バイブレータ30の振動を行なって、コンクリート16を流動させると共に締め固める。
予め定められた時間が経過したならば、制御部38Cは、第2モータ6402を制御してリール6404を回転させ給電ケーブル3004を巻き取ってバイブレータ30を打設されたコンクリート16から上方に移動させ、バイブレータ30を窓部48を介して型枠本体40の内部に移動させ、筒体6602に保持させる。
このような動作を、残りの打設孔46B、46C、46Dからコンクリート16が打設される毎、同様に繰り返してコンクリート16を流動させ、また、コンクリート16の締固めを行なう。
図8(A)は、型枠本体40の側方から見た型枠本体40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38D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、上述したようにバイブレータ30が振動することにより、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30が振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38Cは、判定部38D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バイブレータ30を移動させバイブレータ30を順次振動させていくが、判定部38D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、順番を無視し移動部32および駆動部34を制御し特定部38Eで特定されたコンクリート16の箇所にバイブレータ30を挿入して振動させる。
特定部38E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、バイブレータ30を挿入すべきコンクリート16の箇所を特定するものである。
例えば、図8(A)に示すように、型枠本体40の幅方向の一方の側方から見て、打設孔46A、46C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40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38D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38Eは、次にバイブレータ30を挿入すべきコンクリート16の箇所として、型枠本体40の一方の半部で、トンネル10の長さ方向の中間部と両端との間の2つの箇所16−1、16−2を特定し、それら2箇所に対応する窓部48をそれぞれ特定する。
2つの窓部48を介してバイブレータ30がコンクリート16の箇所16−1、16−2に順次挿入され、バイブレータ30が振動されると、図8(B)に示すように、コンクリート16が2箇所16−1、16−2から高さの低い箇所へ流動す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。
この場合、特定部38Eは、次にバイブレータ30を挿入すべきコンクリート16の箇所として、型枠本体40の一方の半部で、トンネル10の長さ方向の中間部と両端との間の2つの箇所16−1、16−2を特定し、それら2箇所に対応する窓部48をそれぞれ特定する。
2つの窓部48を介してバイブレータ30がコンクリート16の箇所に順次挿入され、バイブレータ30が振動されると、図9(B)に示すように、コンクリート16が2箇所16−1、16−2から高さの低い箇所へ流動す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8、図9に示すように、型枠本体40(コンクリート打設型枠22)の側部4002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。
この場合には、特定部38Eは、次にバイブレータ30を挿入すべきコンクリート16の箇所として、型枠本体40の一方の半部で、トンネル10の長さ方向の中間部と両端との間の2つの箇所16−1、16−2を特定し、それら2箇所に対応する窓部48をそれぞれ特定する。
2つの窓部48を介してバイブレータ30がコンクリート16の箇所に順次挿入され、バイブレータ30が振動されると、図10(B)に示すように、コンクリート16が3箇所16−1、16−2から高さの低い箇所へ流動す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。
この場合、特定部38Eは、次にバイブレータ30を挿入すべきコンクリート16の箇所として、型枠本体40の一方の半部で、トンネル10の長さ方向の中間部と両端との間の2つの箇所16−1、16−2を特定し、それら2箇所に対応する窓部48をそれぞれ特定する。
この場合、2つの窓部48を介してバイブレータ30がコンクリート16の箇所に順次挿入され、バイブレータ30が振動されると、図11(B)に示すように、コンクリート16が2箇所16−1、16−2から高さの低い箇所へ流動す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10、図11に示すように、型枠本体40(コンクリート打設型枠22)の上部4004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。
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10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38C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46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38Cは、検出部36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46のアクチュエータ51を制御して閉鎖板50を閉じる(ステップS18)。
詳細に説明すると、制御部38Cは、移動部32を制御して、トンネル10の長さ方向においてコンクリート16を打設した打設孔46と同一位置あるいは近傍の位置の窓部48からバイブレータ30を型枠本体40の外部に移動させ、次いで、下方に移動させてバイブレータ30を打設されたコンクリート16に挿入する。
そして、制御部38Cは、駆動部34を制御して所定時間、バイブレータ30を振動させてコンクリート16を流動させ、また、コンクリート16の締固めを行なった後、移動部32を制御してバイブレータ30を上方に移動させ、窓部48から型枠本体40の内部に移動させる。
このようなバイブレータ30の振動により、前述したように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が、バイブレータ30が振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る。
完了していなければ、ステップS12に戻り次の打設孔46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38C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S24)。すなわち、図3(F)に示すように、5層目のコンクリート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38Dは、検出部36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S26)。
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38C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38Eにより次にバイブレータ30を挿入すべきコンクリート16の箇所を特定し、特定したコンクリート16の箇所に対応する窓部48を特定する(ステップS28)。
バイブレータ30の振動により、コンクリート16が高さの低い箇所へ流動す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。
特定されたコンクリート16の箇所が残っていれば、ステップS30に移行して同様の処理を行なう。
残っている特定されたコンクリート16の箇所が無ければ、制御部38C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。
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バイブレータ30を移動させてコンクリート16に挿入するといった操作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の上部4004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38C、判定部38D、特定部38E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。
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6802間に生じる静電容量が変化する線状のレベルセンサー68を用い、このレベルセンサー68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68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。
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38C、判定部38D、特定部38E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。
この場合、制御部38C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。
しかしながら、位置情報生成部38Bが、位置算出部38Aで算出された各レベルセンサー68に対応するコンクリート16の位置に基づいて、型枠本体40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4002、あるいは、上部4004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40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38C、判定部38D、特定部38E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40に対するコンクリート16の位置をディスプレイ3814などに3次元画像として表示する場合に、型枠本体40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。
しかしながら、レベルセンサー68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6802間に生じる静電容量が変化すればよく、レベルセンサー68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68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68がコンクリート16に接触するとは、レベルセンサー68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68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68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68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68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68の位置ずれを抑制する上でより有利となる。
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68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68の位置ずれを抑制する上でより有利となる。
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
30 棒状バイブレータ
32 移動部
34 駆動部
36 検出部
46 打設孔
48 窓部
38A 位置算出部
38B 位置情報生成部
38C 制御部
38D 特定部
68 レベルセンサ
6802 電極線
6804 絶縁材
70 検出回路
Claims (9)
- 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複数の打設孔が形成されたコンクリート打設型枠と、
前記打設孔から打設されたコンクリートに振動を与えるバイブレータと、
前記バイブレータを振動させる駆動部と、
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、
前記コンクリート打設型枠の窓部を介して前記バイブレータの前記コンクリート打設型枠の内部と外部との間の移動、および、前記コンクリート打設型枠の内側で前記バイブレータの前記トンネルの長さ方向に沿った移動、並びに、前記コンクリート打設型枠の外部での前記バイブレータの前記コンクリート打設型枠の周方向に沿った移動を行なう移動部と、
前記打設孔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移動部および前記駆動部を制御し予め定められた順番で前記打設されたコンクリートに前記バイブレータを挿入して振動させていく制御部と、
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バイブレータを挿入すべき前記コンクリートの箇所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移動部および前記駆動部を制御し前記特定部で特定された前記コンクリートの箇所に前記バイブレータを挿入させて振動させる、
ことを特徴とする覆工コンクリート打設装置。 - 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し前記床版に対向する上部とを有し、
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。 - 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し前記床版に対向する上部とを有し、
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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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生成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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