JP2021139273A - 鋼製支保工建込み用エレクター装置 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼製支保工の建込みのために作業車に搭載される鋼製支保工建込み用エレクター装置において、支保工把持装置に対してターゲット類を設けることによってターゲット類の設置、回収手間を無くすようにしながら、十分な測量精度を確保し鋼製支保工の設置誤差を極力小さくする。【解決手段】エレクター装置３は、作業車１０側のベースを基端として設けられた伸縮ブーム５と、この伸縮ブーム５の先端に設けられた支保工把持装置６とを備え、前記支保工把持装置６は、揺動自在に支持されたアーム部材６２を有するとともに、このアーム部材６２に、鋼製支保工Ｈの中間２箇所を挟持するために一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂを保持し、前記一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂの離間距離Ｓが３ｍ以上に設定されている。これら支保工挟持部７Ａ、７Ｂ又はその近傍のそれぞれに、位置計測のための視準ターゲット８Ａ、８Ｂを設ける。【選択図】図５

Description

本発明は、鋼製支保工の建込みのための作業車（支保工作業車又は吹付け機）に搭載されるエレクター装置に関する。

ＮＡＴＭ工法に代表される山岳トンネル工事では、特に地山が軟質岩であったり、中硬岩であっても亀裂が発達している場合は、発破による掘削毎に、ロックボルトと吹付けコンクリートによる支保工に併用して鋼製支保工を壁面に沿って建て込むようにしている。

前記鋼製支保工の建込み作業は、作業員が切羽に近づいて鋼製支保工の位置決めから設置作業までを行っていたが、切羽近傍は崩落や肌落ち等の事故が発生する危険性があり、トンネル工事において、鋼製支保工の設置作業が最も被災リスクの高い危険作業の一つとなっていた。

そのため近年は、先端に鋼製支保工の把持装置を備えたブーム（エレクター装置）を左右一対で装備した支保工作業車や吹付け機を用いることにより、作業員が切羽に立ち入ることなく、鋼製支保工の建込みが行えるようにした機械化技術が幾つか提案されている。

例えば、下記特許文献１では、円弧状に分割された一対の支保工を中央部で相互に連結するように切羽に設置して、アーチ状のトンネル支保工を建て込むトンネル支保工の設置方法において、前記支保工を着脱可能に保持し、この保持状態で前記支保工を回転させるとともに、前記支保工を前記切羽に向けて移動させるエレクター装置を備えた作業車（又は吹付け機）を用い、前記エレクター装置の挟持部（ハンド）に一対のターゲットを設置し、前記一対のターゲットを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、その設置座標値を求め、求められた設置座標値とこれから設置すべき支保工の既知設置座標値とに基づいて、前記エレクター装置の移動量を設定するようにしたトンネル支保工の設置方法が提案されている。

また下記特許文献２では、建て込む支保工の左、右及び上中央の少なくとも３箇所にターゲットを取り付け、支保工を建て込むエレクタ装置にモニタ及び該モニタの表示を制御できるエレクタコントローラを搭載し、前記ターゲットを自動追尾するトータルステーションを所定地点に設置し、前記エレクタコントローラに、支保工の設計値Ｒｔと支保工に対する前記ターゲットの設置高さＨｐとを予め入力し、前記トータルステーションを制御するトータルステーションコントローラと前記エレクタコントローラとの間を、エレクタコントローラ側からトータルステーションコントローラを介してトータルステーションを遠隔操作可能に無線接続し、前記３箇所のターゲットのそれぞれについて、トータルステーションで自動追尾してトンネル中心からの距離Ｒｐを測量し、その測量した距離Ｒｐと予め入力した支保工の設計値Ｒｔとを、エレクタコントローラにおいて、予め入力したターゲットの設置高さＨｐ分を差し引いて比較して、その誤差を前記モニタに表示し、誤差が設定以下になるように前記エレクタ装置にて支保工を調整する支保工建て込み方法が提案されている。

更に下記特許文献３では、鋼製支保工を着脱自在に把持するハンドを有する建て込み装置（吹付け機）を用いて建て込みを行うとともに、前記建て込み装置（吹付け機）は、円弧状に分割された一対の鋼製支保工を着脱自在に把持する一対の前記ハンドを有し、モーションキャプチャ用マーカーは、前記一対の鋼製支保工の各々における少なくとも天端部と下端部に設置され、前記一対のハンドの各々に前記一対の鋼製支保工の各々を把持した状態で前記一対の鋼製支保工の天端部に設けられた天端継手板同士を相互に連結することでアーチ状の鋼製支保工を形成する連結工程を有し、前記連結工程において、各モーションキャプチャ用カメラによって前記モーションキャプチャ用マーカーを撮影し、各モーションキャプチャ用カメラによって取得した撮影画像及び各モーションキャプチャ用カメラの３次元座標に基づいて各モーションキャプチャ用マーカーの３次元座標を取得し、取得した各モーションキャプチャ用マーカーの３次元座標に基づいて前記鋼製支保工を設計位置に建て込むようにする鋼製支保工の建て込み方法が提案されている。

特開平１１−２２９７９６号公報 特開２００７−１３８４２７号公報 特開２０１９−１７３３９３号公報

前記特許文献１〜３記載の技術は、支保工建込み用のエレクター装置を備えた作業車や吹付け機によって建込み作業を行うものであるが、その際に鋼製支保工の挟持部（ハンド）に対して、視準用のターゲット（プリズム又はマーカー）を設けたり、鋼製支保工の天端及び下端部にターゲットを設け、トータルステーションなどの測量機器によって測量を行い、鋼製支保工の現在座標を把握し設置座標まで移動させるようにしている。

この場合、鋼製支保工の天端及び下端部にターゲットを設けた場合は、測量精度は確保できるものの鋼製支保工を設置した後に、ターゲットを回収するために作業員が切羽近傍に立ち入る必要性が生じ、これが危険作業になるとの問題があった。

一方、特許文献１のように挟持部（ハンド）に対してターゲットを設けた場合は、ターゲットの設置・回収が不要になる点で好ましいが、一対の挟持部の間隔は概ね１ｍ程度であり、これら近接した２点のターゲットを測量した場合、鋼製支保工を把持した際の遊びや鋼製支保工自身のたわみ変形の影響があるため測量精度が出ず、計算によって算出した鋼製支保工の端部座標に大きな誤差が生じるため、これが鋼製支保工の設置精度を悪くする原因となっていた。

そこで本発明の主たる課題は、鋼製支保工の建込みのために作業車に搭載される鋼製支保工建込み用エレクター装置において、支保工把持装置に対してターゲット類を設けることによってターゲット類の設置、回収手間を無くすようにしながら、十分な測量精度を確保して鋼製支保工の設置誤差を極力小さくすることにある。

上記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、鋼製支保工の建込みのための作業車に搭載されるエレクター装置において、
前記エレクター装置は、作業車側を基端として設けられた伸縮ブームと、この伸縮ブームの先端に設けられた支保工把持装置とを備え、
前記支保工把持装置は、揺動自在に支持されたアーム部材を有するとともに、このアーム部材に、鋼製支保工の中間２箇所を挟持するために一対の支保工挟持部を保持し、
前記一対の支保工挟持部の離間距離Ｓが３ｍ以上に設定されているとともに、これら支保工挟持部又はその近傍のそれぞれに、位置計測のための視準ターゲットを設けたことを特徴とする鋼製支保工建込み用エレクター装置が提供される。

上記請求項１記載の発明は、前記エレクター装置の鋼製支保工把持装置において、前記一対の支保工挟持部の離間距離Ｓが３ｍ以上に設定されているとともに、これら支保工挟持部又はその近傍のそれぞれに位置計測のための視準ターゲットを設けたものである。鋼製支保工は、トンネル天端で連結される構造となっており、インバートを除くトンネル周方向長さの半分程度の長さとなり、大半のトンネルでは概ね長くても７〜９ｍ程度であるため、一対の支保工挟持部の離間距離Ｓが３ｍ以上に設定することにより、ほとんどのケースで鋼製支保工を把持した状態で前記支保工挟持部よりも外方に突出する鋼製支保工の張出長さは鋼製支保工の全長の１／３以下とできるようになる。

本発明では、ターゲットの離間距離Ｓを大きく設定したことにより測量精度が確保されるようになるとともに、支保工挟持部から外側への突出長が短くなり鋼製支保工自身のたわみ変形の影響をほぼ無くすことが可能となる。さらに、鋼製支保工にターゲットを設けるのではなく、支保工挟持部又はその近傍のそれぞれに、ターゲットを設けるようにしたため、鋼製支保工の建込みを行う毎にいちいちターゲットを設置・回収する必要が無くなる。その結果、高い施工精度で鋼製支保工の設置が行えるようになると同時に、安全かつ効率的に鋼製支保工を設置することが可能になる。

請求項２に係る本発明として、鋼製支保工の建込みのための作業車に搭載されるエレクター装置において、
前記エレクター装置は、作業車側を基端として設けられた伸縮ブームと、この伸縮ブームの先端に設けられた支保工把持装置とを備え、
前記支保工把持装置は、揺動自在に支持されたアーム部材を有するとともに、このアーム部材に、鋼製支保工の中間２箇所を挟持するために一対の支保工挟持部を保持し、
前記一対の支保工挟持部の離間距離Ｓが３ｍ以上に設定されているとともに、前記支保工把持装置に位置計測のために１つの視準ターゲットを設けるとともに、前記一対の支保工挟持部を保持するアーム部材のトンネル横断面方向の傾斜角を計測するための第１傾斜計と、前記一対の支保工挟持部を保持するアーム部材の切羽方向への倒れを計測するための第２傾斜計とを設けたことを特徴とする鋼製支保工建込み用エレクター装置が提供される。

上記請求項２記載の発明は、鋼製支保工建込み用エレクター装置の第２形態例を示したものである。ターゲットの離間距離Ｓを大きく設定したことにより測量精度が確保されるようになるとともに、支保工挟持部から外側への突出長が短くなり鋼製支保工自身のたわみ変形の影響をほぼ無くすことが可能となる。さらに、鋼製支保工にターゲットを設けるのではなく、支保工把持装置にターゲットや傾斜計を設けるようにしたため、鋼製支保工の建込みを行う毎にいちいちターゲットを設置・回収する必要が無くした点は同様であるが、本第２形態例では、鋼製支保工の設置のための座標・姿勢計測のための計測方法として、第１形態例のように２点のターゲット座標を計測するのを止めて、１つのターゲット座標と、前記アーム部材のトンネル横断面方向の傾斜角と、前記アーム部材の切羽方向への倒れ角とを計測することにより、鋼製支保工の座標および姿勢状態をより迅速に計測するようにしたものである。

請求項３に係る本発明として、前記一対の支保工挟持部は、離間距離Ｓを拡大する方向に伸縮可能とされる請求項１、２いずれかに記載の鋼製支保工建込み用エレクター装置が提供される。

上記請求項３記載の発明は、前記一対の支保工挟持部は離間距離を拡大する方向に伸縮可能としたものである。従って、未使用時には支保工把持装置の形状寸法を小さくでき、取り回しが容易になる。

請求項４に係る本発明として、鋼製支保工を把持した状態で前記支保工挟持部よりも外側に突出する鋼製支保工の長さｌが鋼製支保工の全長Ｌの１／３以下となるように前記一対の支保工挟持部の離間距離Ｓが設定されている請求項１、２いずれかに記載の鋼製支保工建込み用エレクター装置が提供される。

上記請求項４記載の発明は、鋼製支保工建込み用エレクター装置において、鋼製支保工を把持した状態で前記支保工挟持部よりも外側に突出する鋼製支保工の長さｌの好適値を規定したものである。

請求項５に係る本発明として、前記作業車は支保工作業台車又は吹付け機である請求項１〜４いずれかに記載の鋼製支保工建込み用エレクター装置が提供される。

上記請求項５記載の発明は、前記作業車を具体的に規定したものである。なお、支保工作業車の場合は、吹付け機と交互の作業になり重機の入れ替えが必要になるため、作業効率の点では吹付け機に対して鋼製支保工建込み用エレクター装置を設けることが望ましい。

以上詳説のとおり本発明によれば、鋼製支保工建込みのために作業車に搭載される鋼製支保工建込み用エレクター装置において、鋼製支保把持装置に対してターゲット類を設けることによってターゲット類の設置、回収手間を無くようにしながら、十分な測量精度を確保して鋼製支保工の設置誤差を極力小さくできるようになる。

本発明に係るエレクター装置付き吹付け機の側面図である。 その平面図である。 吹付け装置を示す側面図である。 エレクター装置を示す側面図である。 その平面図である。 支保工把持装置を示す側面図である。 その平面図である。 その正面図である。 (A)、(B)はそれぞれ支保工のサイズ違いによる支保工挟持状態を示す図である。 第２形態例に係る支保工挟持部の平面図である。 その正面図である。 第３形態例に係るエレクター装置付き吹付け機の平面図である。 エレクター装置部分の平面図である。 支保工挟持部の正面図である。 視準ターゲット８Ａ、８Ｂの取付位置の他例を示すエレクター装置部分の平面図である。 建込み要領を説明するための吹付け機１の平面図である。 その正面図（図１６のXVII-XVII矢視図）である。 他の計測方法を説明するための支保工把持装置６の平面図である。 その正面図である。 その側面図である。 建込み要領を説明するための吹付け機の正面図である。 建込み要領を説明するための吹付け機の側面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。

山岳トンネルの掘削は、切羽近傍にドリルジャンボ、吹付け機、ホイールローダ等のトンネル施工用重機が配置され、例えば上半及び下半の一括併行作業により掘削を行うミニベンチ工法により上半及び下半のそれぞれにおいてロックボルト削孔および装薬孔・装薬を併行して行った後、上半及び下半を一気に切り崩し、その後ズリ出し→当り取り→一次吹付け→鋼製支保工の建込み→二次吹付け→ロックボルト打設などの手順にて掘削が１サイクル毎に行われる。また、切羽後方ではセントルが配置され、覆工体の構築、インバート施工が行われる。

前記鋼製支保工の建込みに当たっては、鋼製支保工を挟持するためのエレクター装置を備えた専用作業車を用いることもあるが、近年は吹付け機に対して、鋼製支保工を挟持するためのエレクター装置と、作業員が乗り込むためのバスケット装置とを備えることにより、吹付けから鋼製支保工の建込みまでの一連の作業を１台の吹付け機１によって行えるようにしたものが開発され実用化されている。

図１に示される吹付け機１は、動力源により駆動されるクローラ１１によって自走可能とされた台車本体１０に対して、吹付け装置２と、エレクター装置３と、バスケット装置４とを搭載したトンネル作業用重機（以下、エレクター装置付き吹付け機ともいう。）である。

前記吹付け装置２は、詳細には図３に示されるように、台車本体１０の前部中央に位置する。台車本体１０側のベース２０に対して第１アーム２１が水平軸周りに揺動可能に軸支され、油圧シリンダ２１Ａ、２１Ｂの伸縮によって伏仰方向に揺動するようになっている。また、第１アーム２１の基端部２２は前記油圧シリンダ２１Ａ、２１Ｂを含んで全体が鉛直軸周りに揺動可能に支持されており、側部に配置された旋回用油圧シリンダ２１Ｃによって水平方向に揺動可能となっている。

前記第１アーム２１の先端には斜め上方に向かって第２アーム２３が取り付けられ、この第２アーム２３の先端にピン２４を介して連結基部２５が油圧シリンダ２３Ａによって伏仰方向に揺動自在に支持されている。前記連結基部２５にはスライドアーム２６が搭載されている。このスライドアーム２６はテレスコープ構造により伸縮自在とされた部材であり、先端に支持された吹付けノズル部２７を前後進自在に支持する。前記スライドアーム２６は油圧シリンダ２６Ａによって水平方向に揺動可能となっている。

前記吹付けノズル部２７は、内蔵するモータによって所定の角度範囲でスイング動作可能となっており、ノズル２８から吹付け材をトンネル壁面に対して吹付けできるようになっている。前記吹付け装置２においては、各可動部分に各種センサが取り付けられており、これら各種センサによる計測データに基づいて吹付けノズルの位置情報を得るとともに、サーボ機構により吹付けノズルを所定の吹付け位置に移動させる制御機構を備えていることが望ましい。

前記バスケット装置４は、作業員が搭乗するための設備であり、図２に示されるように、台車本体１０の前部に中心を挟んで左右一対で２台（４Ａ，４Ｂ）設けられている。台車本体１０側のベース４０を基端としてテレスコープ機構によって伸縮可能とされた伸縮ブーム４１が設けられ、この伸縮ブーム４１の先端に、リフトデッキ４２が保持された構造となっている。前記伸縮ブーム４１は、油圧シリンダ４１Ａ、４１Ｂによって基端側を支点として上下方向に伏仰可能とされるとともに、油圧シリンダ（図示せず）によって左右方向に揺動可能となっている。前記リフトデッキ４２は、連結部４３を介して連結されており、油圧シリンダ４４によって上下方向に揺動可能に支持されている。

前記エレクター装置３は、鋼製支保工Ｈを所定位置に建て込むための設備であり、図２に示されるように、台車本体１０の前部に中心を挟んで左右一対で２台設けられている。前記鋼製支保工Ｈは、天端で接続され１条のアーチ材とされるものが大半であり、切羽に向かって右側の分割鋼製支保工を右側に配置されたエレクター装置３Ａが持ち上げて所定位置にセットし、左側の分割鋼製支保工を左側に配置されたエレクター装置３Ｂが持ち上げて所定位置にセットするようになっている。天端での接続作業は、前記バケット装置４に作業員が乗り込み、接続部に近接して接続作業を行うことが可能となっている。

前記エレクター装置３は、詳細には図４に示されるように、作業車側（台車本体１０）を基端として設けられた伸縮ブーム５と、この伸縮ブーム５の先端に設けられた支保工把持装置６とを備え、前記支保工把持装置６は、揺動自在に支持されたアーム部材（後述の第２アーム６２）を有するとともに、このアーム部材６２に、鋼製支保工Ｈの中間２箇所を挟持するために一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂを有する。前記一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂの離間距離Ｓが３ｍ以上に設定されているとともに、これら支保工挟持部７Ａ、７Ｂのそれぞれに位置計測のための視準ターゲット８Ａ、８Ｂ（以下、単にターゲットという。）を設けたものである。

以下、更に図面に基づいて詳述する。

前記エレクター装置３は、図５に示されるように、作業車側（台車本体１０）を基端として設けられた伸縮ブーム５と、この伸縮ブームの先端に設けられた支保工把持装置６とを備え、吹付け機１の前方に設けられたベース５０に連結されている。前記伸縮ブーム５は第１ブーム５１、第２ブーム５２及び第３ブーム５３の３つのブームがテレスコープ状に伸縮可能に組み立てられた構造となっている。前記ベース５０に第１ブーム５１が取り付けられており、その下方にはブーム起伏シリンダ５１Ａが設けられている。このブーム起伏シリンダ５１Ａが伸縮することによりエレクター装置３全体が上下方向に揺動する。また、前記第１ブーム５１の基端側の側方には、ブーム旋回シリンダ５１Ｂが設けられており、このブーム旋回シリンダ５１Ｂが伸縮することにより、第１ブーム５１が水平方向に揺動する。

前記第１ブーム５１の内部に第２ブーム５２が挿入されており、第２ブーム５２の内部には第３ブーム５３が挿入されている。第１ブーム５１の下方には第１伸縮シリンダ５４が設けられ、第１ブーム５１の内部には第２伸縮シリンダ５５が内蔵されている。前記第１伸縮シリンダ５４の伸縮により第１ブーム５１に対して第２ブーム５２が伸張するようにスライドし、第２伸縮シリンダ５５の伸縮により第２ブーム５２に対して第３ブーム５３が伸張するようにスライドする。

前記第３ブーム５３の先端には、鋼製支保工を把持するために支保工把持装置６が搭載されている。この支保工把持装置６は、図６及び図７に示されるように、第３ブーム５３の先端部から連結部６０を介して、図６に示されるように水平軸周りに鉛直方向に揺動自在、かつ図７に示されるように鉛直軸周りに水平方向に揺動自在に支持された第１アーム６１と、この第１アーム６１に対して平面視で直交し、かつ図８に示されるように水平軸周りに鉛直方向に揺動自在に支持された第２アーム６２とからなるＬ型アームを備えている。そして、前記第２アーム６２の基端部と先端部とにそれぞれ、鋼製支保工の２箇所を挟持するために一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂを備えている。また、前記第１アーム６１を上下方向に揺動させるために第３ブーム５３の内部に油圧シリンダ６０Ａが設けられ、図７に示されるように、前記第１アーム６１を水平方向に揺動させるために第１アーム６１の側部に油圧シリンダ６１Ａが設けられ、さらに図８に示されるように、第２アーム６２を第１アーム６１に対して上下方向に揺動させるために油圧シリンダ６２Ａが設けられている。

前記支保工挟持部７Ａ、７Ｂは、図６に示されるように、前記第２アーム６２側に対して平面視で直交する方向に固定された固定側シャフト７０と、この固定側シャフト７０の先端側が挿入されたスライド側シャフト７１とが嵌合し、内部に設けられた油圧シリンダ７２によって伸縮可能となっている。そして、前記固定側シャフトの上面に第１挟持爪７３が設けられ、前記スライド側シャフト７１の嵌合側端部の上面に第２挟持爪７４が前記第１挟持爪７３に対面するように設けられており、これら第１挟持爪７３と第２挟持爪７４との間に鋼製支保工Ｈを挟み込んで挟持するようになっている。つまり、これら第１挟持爪７３と第２挟持爪７４とにより一対の挟持爪が構成されており、送り込まれ作動油によって油圧シリンダ７２が伸縮することにより、これら第１挟持爪７３と第２挟持爪７４との間の間隔が変化し鋼製支保工Ｈが挟み込まれ挟持されるようになっている。

この際、前記第１挟持爪７３の支保工と対向する部分とされる対向面７３Ａが基端側から先端側に向かって支保工側に傾くとともに、この対向面７３Ａの先端部には逃げ部とされる面取り部７３Ｂが形成されている。また、前記第２挟持爪７４の支保工と対向する部分とされる対向面７４Ａが基端側から先端側に向かって支保工側に傾くとともに、この対向面の先端部には逃げ部とされる面取り部７４Ｂが形成されている。すなわち、挟持爪７３、７４の支保工と対向する面の傾き角度が一対の挟持爪７３、７４の相互間で同一とされるに伴い、これら一対の挟持爪７３、７４の支保工と対向する部分における相互間の隙間が基端側から先端側に向かって狭くなるように形成されている。

これによって、これら一対の挟持爪７３、７４によって支保工を挟持する際に、挟まれている鋼製支保工Ｈに挟持爪７３、７４の先端側から基端側に向かって働く力が常時加わるようになり、鋼製支保工Ｈを把持した際の遊びを無くし安定的に挟持できるようになる。

前記支保工挟持部７Ａ、７Ｂでは、上記構成によってサイズの異なる２種類の鋼製支保工Ｈを保持できるようになっている。具体的には、高さ寸法が２５０ｍｍのＨ形鋼支保工の場合は、図９(A)に示されるように、鋼製支保工Ｈの一方側フランジのみの挟持でしっかりと保持する。また、高さ寸法が１２５ｍｍのＨ形鋼支保工の場合は、図９(B)に示されるように、鋼製支保工Ｈの一方側フランジのみの挟持でしっかりと保持するとともに、挟持爪７３、７４の先端に逃げ部７３Ｂ、７４Ｂが形成されていることによって他方のフランジが挟持爪７３、７４に接触することがない。

本エレクター装置３において、前記一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂの離間距離Ｓが３ｍ以上、好ましくは３ｍ以上５ｍ以下、より好ましくは４ｍ以上５ｍ以下に設定されているとともに、これら支保工挟持部７Ａ、７Ｂのそれぞれに位置計測のためのターゲット８Ａ（８Ｂ）を設けている。

一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂの離間距離Ｓを３ｍ以上とすることにより、ターゲット８Ａ、８Ｂの離間距離Ｓを確保することができ、測量精度が確保されるようになる。通常、鋼製支保工Ｈはトンネル天端で連結される構造となっており、インバートを除くトンネル周方向長さの半分程度の長さとなり、大半のトンネルでは概ね長くても７〜９ｍ程度であるため、一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂの離間距離Ｓが３ｍ以上に設定されていれば、多くのケースで鋼製支保工Ｈを把持した状態で前記支保工挟持部７Ａ、７Ｂよりも外方に突出する鋼製支保工Ｈの張出長さｌは鋼製支保工Ｈの全長Ｌの１／３以下とできるようになるため、鋼製支保工自身のたわみ変形の影響をほぼ無くすことが可能となる。また、一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂのそれぞれに位置計測のためのターゲット８Ａ、８Ｂを設けるようにしたため、鋼製支保工Ｈの建込みを行う毎にいちいちターゲット８Ａ、８Ｂを設置・回収する必要が無くなる。以上により、高い施工精度で鋼製支保工Ｈの設置が行えるようになると同時に、安全かつ効率的に鋼製支保工Ｈを設置することが可能になる。

ターゲット８Ａ（８Ｂ）の取付け位置については、図７に示されるように、切羽後方から見え易いように第２挟持爪７４の背面に取り付けるようにしても良いし、前記スライド側シャフト７１の背面板に取り付けるようにしても良い。いずれにしてもトータルステーションなどの測量機器から見えやすい場所に取り付けるようにするのがよい。なお、ターゲットとしては、プリズムの他、視準用カラーシート、反射マーカなどを用いることができる。

前記エレクター装置３においても、各可動部分に各種センサが取り付けられており、これら各種センサによる計測データに基づいて支保工把持装置７Ａ、７Ｂの位置情報を得るとともに、サーボ機構により支保工把持装置７Ａ、７Ｂを所定の取付け位置に移動させる制御機構を備えている。

〔支保工挟持部の第２形態例〕
一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂの離間距離Ｓを３ｍ以上に設定した場合は、支保工把持装置６の寸法が大きくなり、作業時以外の際に取り回しが不便になることが予想される。

そこで、図１０及び図１１に示されるように、前記一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂは離間距離を拡大する方向に伸縮可能とするとともに、これら支保工挟持部７Ａ、７Ｂのそれぞれに位置計測のためのターゲット８Ａ、８Ｂを設けるようにすることができる。

具体的には、同図１０及び図１１に示されるように、第２アーム６２の構成を固定側固定側シャフト６２Ａと、この固定側シャフト６２Ａの先端側が挿入されたスライド側シャフト６２Ｂとが嵌合し合う構造とし、内部に設けられた油圧シリンダ６３によって伸縮可能としている。従って、鋼製支保工Ｈの建込み作業時以外の時は、第２アーム６２を収縮させることにより取り回しに不便にならないように短くすることが可能となる。鋼製支保工Ｈの建込み作業時には前記一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂの離間距離Ｓは、前述したように、３ｍ以上、好ましくは３ｍ以上５ｍ以下、より好ましくは４ｍ以上５ｍ以下とするのがよい。

上記形態例では、単一の油圧シリンダ６３によって第２アーム６２を伸縮可能に構成したが、第２アーム６２を３分割し、中央アーム内の両端部に夫々油圧シリンダを内設し、支保工挟持部７Ａ、７Ｂを有する両側の分割アームをそれぞれ側方に伸長可能に構成することも可能である。

〔支保工挟持部６の第３形態例〕
上記第１及び第２形態例では、前記支保工把持装置６の第２アーム６２の基端部と先端部とにそれぞれ、鋼製支保工の２箇所を挟持するために一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂを備えるようにしたが、この場合は自重が片側に片寄って前記第１アーム６１に捻りモーメントが発生するようになる。

この問題を解消するために、図１２〜図１３に示されるように、第１アーム６１と第２アーム６２との交点に関して、第１アーム６１を第２アーム６２の中間点に連結することで自重のバランスを良好化できるようになる。支保工挟持部７Ａから第１アーム６１の連結点までの距離Ａと、支保工挟持部７Ｂから第１アーム６１の連結点までの距離Ｂとの比率は、Ａ：Ｂ＝２〜４：８〜６程度とするのが望ましい。中心側には吹付け装置２が存在しているとともに、バスケット装置４Ａ、４Ｂとの干渉を避けるため中央寄り側の長さを相対的に短くするのが望ましい。

ところで、前記支保工把持装置６において、一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂの離間距離Ｓが３ｍ以上とされるため、第１挟持爪７３と第２挟持爪７４との間に鋼製支保工Ｈを挟み込んで挟持する際、第１挟持爪７３と第２挟持爪７４とを結ぶ挟持方向線と、鋼製支保工Ｈの軸線との交差角が斜めになるため第１挟持爪７３と第２挟持爪７４とによる挟持が安定しない現象が起こり得る可能性がある。 そこで、本第３形態例では、図１４に示されるように、第１挟持爪７３及び第２挟持爪７４の起立方向を第２アーム６２の軸線に対して直交させるのではなく、第１挟持爪７３及び第２挟持爪７４の起立方向を外側方向に傾斜させることにより極力、鋼製支保工Ｈの軸線と、第１挟持爪７３と第２挟持爪７４とを結ぶ挟持方向線とを直交させるようにしている。具体的に鋼製支保工Ｈの軸線と第１挟持爪７３と第２挟持爪７４とを結ぶ挟持方向線との交差角θは９０°±１０°の範囲となるようにすることが望ましい。なお、前記第１挟持爪７３及び第２挟持爪７４の起立方向を外側方向に傾斜させる態様は、前記第１、第２形態例に対しても同様に適用することが可能である。

更に、前記第１及び第２形態例では、ターゲット８Ａ（８Ｂ）を、一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂのそれぞれに設けるようにしたが、ターゲット８Ａ（８Ｂ）は一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂの近傍に設けるようにしてもよい。例えば、図１５に示されるように、支保工挟持部７Ａ、７Ｂから離れた第２アーム６２に対して設けることも可能である。この場合、近傍の範囲はターゲット８Ａ、８Ｂと支保工挟持部７Ａ，７Ｂとの距離Ｃとして設定され、この距離Ｃは７００ｍｍ以内、好ましくは５００ｍｍ以内とすることが望ましい。

〔鋼製支保工の建込み要領〕
次に、前記エレクター装置付き吹付け機１（以下、単に吹付け機ともいう。）による鋼製支保工Ｈの建込み要領について、図１６及び図１７に基づいて詳述する。

図１６に示されるように、吹付け機１をトンネル切羽近傍の鋼製支保工建込み部位に位置決めする。トンネル形状の座標データや鋼製支保工Ｈの据え付け位置などの座標データは予めすべて制御器（コンピューター）に入力されている。

吹付け機１に対してトータルステーション１２が設置されるとともに、トンネル坑内には予め座標が既知とされる少なくとも２点の基準点１３Ａ、１３Ｂが設置されており、前記トータルステーション１２により前記２つの基準点１３Ａ、１３Ｂを視準して得た測距・測角データに基づいて、後方交会法によりトータルステーション１２の設置座標を求める。なお、このトータルステーション１２の位置座標は位置ズレが生じていないかの照査のために適宜の時間間隔毎に行われる。

前記鋼製支保工Ｈは、天端で接続され１条のアーチ材とされるものが大半である。従って、図１７に示されるように、切羽に向かって右側の分割鋼製支保工Ｈ_Ｒを右側に配置されたエレクター装置３Ａで把持し持ち上げるとともに、左側の分割鋼製支保工Ｈ_Ｌを左側に配置されたエレクター装置３Ｂで把持し持ち上げる。なお、前記分割鋼製支保工Ｈ_Ｒ、Ｈ_Ｌの把持位置は予め決めておき、把持位置にマーキングをしておくようにするのが望ましい。これは、前記トータルステーション１２によって測量する対象は支保工挟持部７Ａ、７Ｂに設けたターゲット８Ａ、８Ｂであり、これらのターゲット８Ａ、８Ｂと鋼製支保工Ｈの脚端部との相対的位置関係に基づいて鋼製支保工Ｈの端部座標を計算によって算出するためである。

前記エレクター装置３Ａで分割鋼製支保工Ｈ_Ｒを把持し切羽近傍に移動させるとともに、前記エレクター装置３Ｂで分割鋼製支保工Ｈ_Ｌを把持し切羽近傍に移動させる。前記トータルステーション１２によって支保工挟持部７Ａ、７Ｂに設けたターゲット８Ａ、８Ｂを測量することにより鋼製支保工Ｈの両端部の座標を求め、鋼製支保工Ｈの設置座標点まで移動させるようにして据え付ける。そして、バスケット装置４に乗り込んだ作業員がこれら分割鋼製支保工Ｈ_Ｒと分割鋼製支保工Ｈ_Ｌとを天端位置で連結する。

〔他の計測方法及び建込み要領〕
上記〔鋼製支保工の建込み要領〕では、２つのターゲット８Ａ，８Ｂをトータルステーション１２によって計測してその座標を特定し、鋼製支保工Ｈを所定の位置に移動させるようにしているが、トータルステーション１２が１台の場合は、２つのターゲット８Ａ，８Ｂを交互に視準することになるため、両方の座標をリアルタイムに把握することができないという問題が発生する。この問題点を解消するために、ターゲットを１つとし、姿勢状態（方向）は傾斜計によって求めるようにすることも可能である。

具体的には、図１８〜図２０に示されるように、前記支保工把持装置６に位置計測のために１つのターゲット８を設けるとともに、前記一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂを保持する第２アーム６２のトンネル横断面方向の傾斜角を計測するための第１傾斜計９Ａと、前記一対の支保工挟持部７Ａ、７Ｂを保持する第２アーム６２の切羽方向への倒れを計測するための第２傾斜計９Ｂとを設けるようにする。

前記ターゲット８は、１個であるため支保工把持装置６の任意の位置に設けることができる。図示例では、支保工挟持装置７Ｂ近傍の第２アーム６２に対して設けるようにしている。前記第２アーム６２のトンネル横断面方向の傾斜角αを計測するための第１傾斜計９Ａは、図１９に示されるように、前記第２アーム６２の傾斜動作とともに、傾斜する位置に対して設けるようにする。また、前記第２アーム６２の切羽方向への倒れを計測するための第２傾斜計９Ｂは、鋼製支保工Ｈの据え付け時に水平に保持される部材に設けることが望ましい。図示例では、図２０に示されるように、第１アーム６１に対して第２傾斜計９Ｂを設けるようにしている。

鋼製支保工Ｈの建込みに当たっては、図２１に示されるように、エレクター装置３Ａ、３Ｂによって鋼製支保工Ｈ_Ｒ、Ｈ_Ｌを保持して、所定の位置に据え付ける際に、トータルステーション１２によって１つのターゲット８の座標を計測する。また、第１傾斜計９Ａによって第２アーム６２のトンネル横断面方向の傾斜角αが所定の傾斜角になっているかどうかを計測するとともに、図２１に示されるように、第２傾斜計９Ｂによって第１アーム６２が切羽方向に倒れることなく鉛直に支持されているかどうか（＝第１アーム６１が水平かどうか）を計測する。

以上のように、ターゲット８を１点として座標計測を行い、姿勢状態を傾斜計９Ａ，９Ｂによって計測することによって、リアルタイムに鋼製支保工Ｈの位置及び姿勢状態を把握することができ、かつ計測作業を簡略化することができるようになる。

〔他の形態例〕
(1)上記形態例では、座標計測のためにトータルステーション１２を用いたが、モーションキャプチャ技術を利用して３次元座標を取得するようにしてもよい。すなわち、ターゲットとしてモーションキャプチャ用の反射マーカを使用し、前記トータルステーション１２に代えて、少なくとも２台のモーションキャプチャ用カメラを搭載し、これらのモーションキャプチャ用カメラの位置座標を測量によって既知とした状態で反射マーカの位置座標を取得するようにしてもよい。

１…エレクター装置付き吹付け機、２…吹付け装置、３…エレクター装置、４…バスケット装置、５…伸縮ブーム、６…支保工把持装置、７Ａ・７Ｂ…支保工挟持部、８Ａ・８Ｂ・８…視準ターゲット、９Ａ…第１傾斜計、９Ｂ…第２傾斜計、１０…台車本体、１１…クローラ、１２…トータルステーション、１３Ａ・１３Ｂ…基準点、６１…第１アーム、６２…第２アーム、Ｈ…鋼製支保工

Claims (5)

1. 鋼製支保工の建込みのための作業車に搭載されるエレクター装置において、
   前記エレクター装置は、作業車側を基端として設けられた伸縮ブームと、この伸縮ブームの先端に設けられた支保工把持装置とを備え、
   前記支保工把持装置は、揺動自在に支持されたアーム部材を有するとともに、このアーム部材に、鋼製支保工の中間２箇所を挟持するために一対の支保工挟持部を保持し、
   前記一対の支保工挟持部の離間距離Ｓが３ｍ以上に設定されているとともに、これら支保工挟持部又はその近傍のそれぞれに、位置計測のための視準ターゲットを設けたことを特徴とする鋼製支保工建込み用エレクター装置。
2. 鋼製支保工の建込みのための作業車に搭載されるエレクター装置において、
   前記エレクター装置は、作業車側を基端として設けられた伸縮ブームと、この伸縮ブームの先端に設けられた支保工把持装置とを備え、
   前記支保工把持装置は、揺動自在に支持されたアーム部材を有するとともに、このアーム部材に、鋼製支保工の中間２箇所を挟持するために一対の支保工挟持部を保持し、
   前記一対の支保工挟持部の離間距離Ｓが３ｍ以上に設定されているとともに、前記支保工把持装置に位置計測のために１つの視準ターゲットを設けるとともに、前記一対の支保工挟持部を保持するアーム部材のトンネル横断面方向の傾斜角を計測するための第１傾斜計と、前記一対の支保工挟持部を保持するアーム部材の切羽方向への倒れを計測するための第２傾斜計とを設けたことを特徴とする鋼製支保工建込み用エレクター装置。
3. 前記一対の支保工挟持部は、離間距離Ｓを拡大する方向に伸縮可能とされる請求項１、２いずれかに記載の鋼製支保工建込み用エレクター装置。
4. 鋼製支保工を把持した状態で前記支保工挟持部よりも外側に突出する鋼製支保工の長さｌが鋼製支保工の全長Ｌの１／３以下となるように前記一対の支保工挟持部の離間距離Ｓが設定されている請求項１、２いずれかに記載の鋼製支保工建込み用エレクター装置。
5. 前記作業車は支保工作業台車又は吹付け機である請求項１〜４いずれかに記載の鋼製支保工建込み用エレクター装置。

Images