JP2023102484A - コンクリート締固め装置及びトンネル覆工用型枠 - Google Patents

Abstract

【課題】狭隘な打設空間内においてバイブレータを円滑に移動させながら連続的に締固め可能なコンクリート締固め装置及びトンネル覆工用型枠を提供すること。【解決手段】本発明のコンクリート締固め装置１は、長手方向をトンネル覆工用型枠Ａ２の軸方向に向けて型枠体Ａ２の外周面上に配置した長尺状のレール本体１１と、レール本体１１上に設置した移動体１２と、を有する、ガイドレール１０と、ガイドレール１０を、型枠体Ａ２の外周面に沿ってトンネル覆工用型枠Ａの周方向に平行移動可能な、周スライド手段２０と、移動体１２を、レール本体１１に沿ってトンネル覆工用型枠Ａの軸方向に移動可能な、軸スライド手段３０と、移動体１２から下方に吊り下げたバイブレータ４０と、を備えることを特徴とする。本発明のトンネル覆工用型枠Ａは、トンネル内を移動可能な基台Ａ１と、基台Ａ１上に架設したコンクリート締固め装置１を有する型枠体Ａ２と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、コンクリート締固め装置及びトンネル覆工用型枠に関し、特に狭隘な打設空間内において、バイブレータを円滑に移動させながらコンクリートを連続的に締固め可能なコンクリート締固め装置及びこれを備えたトンネル覆工用型枠に関する。

山岳トンネル工事では、トンネル内空に移動式のトンネル覆工用型枠を配置し、吹付コンクリート面と型枠体の外面の間に画設した打設空間内にコンクリートを打設することで、覆工コンクリートを成型する。
しかし、打設空間は特に覆工コンクリートの厚み方向に狭隘であるため、単に圧送管からコンクリートを吐出するだけでは、均一な品質を維持しつつ、打設空間内に満遍なく行きわたらせることは難しい。
このため、従来技術では、作業員が型枠体の側方の検査窓から打設空間内にバイブレータを繰り出し、バイブレータでコンクリートを加振することで締め固めを行っている。
また、特許文献１には、複数の作業員が、型枠体の頂部の検査窓から型枠体の側面に向けてバイブレータを吊り下ろし、コンクリートの打設に合わせて引き上げて締め固める技術が開示されている。

特開２０２０－９４４５８号公報

従来技術には以下の問題点がある。
＜１＞側方の検査窓から締め固める方法は、打設空間内のコンクリートを満遍なく締め固めるために、狭隘な型枠体内を作業員が水平方向に移動し、検査窓ごとにバイブレータを繰り出し／引き入れて作業を行うため、作業性が悪い。また、コンクリート面の上昇に合わせて、上段の検査窓に移動しながら締固めを繰り返す必要があるため、作業員の肉体的負担が大きい。
＜２＞頂部の検査窓から締め固める方法は、吊り下げたバイブレータの操作が難しく、特に打設空間の下方において実際の打設状況や締固め状況を目視できないため、作業精度と作業効率が悪い。
＜３＞いずれの方法も、コンクリートの打設に合わせて適時に締固めを行うためには、作業に熟練した複数名の作業員が必要であり、近年の労働力不足を背景として人件費が嵩み、施工コストを圧迫する。
＜４＞いずれの方法も、隣り合う検査窓の中間部にバイブレータを下ろすのが難しいため、締固めにムラが生じやすい。

本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決するための、コンクリート締固め装置及びトンネル覆工用型枠を提供することにある。

本発明のコンクリート締固め装置は、長手方向をトンネル覆工用型枠の軸方向に向けて型枠体の外周面上に配置した長尺状のレール本体と、レール本体上に設置した移動体と、を有する、ガイドレールと、ガイドレールを、型枠体の外周面に沿ってトンネル覆工用型枠の周方向に平行移動可能な、周スライド手段と、移動体を、レール本体に沿ってトンネル覆工用型枠の軸方向に移動可能な、軸スライド手段と、移動体から下方に吊り下げたバイブレータと、を備えることを特徴とする。

本発明のコンクリート締固め装置は、周スライド手段が、型枠体内に設置した巻上機と、巻上機とレール本体とを連結した巻上げワイヤと、を備え、巻上げワイヤが、型枠体の検査窓を通って型枠体の内外を連通していてもよい。

本発明のコンクリート締固め装置は、異なる検査窓を通る複数の巻上げワイヤで、ガイドレールを型枠体の外周面に沿って平行移動させてもよい。

本発明のコンクリート締固め装置は、ガイドレールが、レール本体の両端部付近に設けた２つのプーリーを備え、軸スライド手段が、レール本体上に設置した巻取機と、巻取機と移動体とを連結した巻取りワイヤと、を備え、巻取りワイヤを、２つのプーリーの間にループ状に架け渡してもよい。

本発明のコンクリート締固め装置は、ガイドレールが、レール本体の下部に設けた複数のキャスタを備えていてもよい。

本発明のコンクリート締固め装置は、バイブレータが、バイブレータ本体と、バイブレータ本体に付設したブイと、を備え、ブイが、バイブレータ本体をコンクリート内に浮揚可能な浮力を有していてもよい。

本発明のトンネル覆工用型枠は、トンネル内を移動可能な基台と、基台上に架設したコンクリート締固め装置を有する型枠体と、を備えることを特徴とする。

本発明のコンクリート締固め装置及びトンネル覆工用型枠は、以下の効果の内少なくとも１つを備える。
＜１＞バイブレータの軸方向及び周方向の移動を遠隔操作により連続的に実施できるため、締固めの作業効率が非常に高い。
＜２＞操作に熟練を要さず、作業員１人で操作できるため、施工の省力化を達成することができる。
＜３＞作業員が型枠体内を移動／昇降することなく操作できるため、作業員の肉体的負担が少ない。
＜４＞コンクリートを連続して円滑に締め固められるため、覆工コンクリートの高い品質を確保することができる。

本発明に係るコンクリート締固め装置の説明図。 ガイドレールと軸スライド手段の説明図。 周スライド手段の説明図。 ガイドレールとバイブレータの説明図。 コンクリート締固め装置の使用方法の説明図。 実施例２の説明図。

以下、図面を参照しながら本発明のコンクリート締固め装置及びトンネル覆工用型枠について詳細に説明する。
なお、本発明における「周方向」とは型枠体の周面に沿った方向を、「軸方向」とはトンネル覆工用型枠の長手方向に沿った方向を意味する。

[コンクリート締固め装置]
＜１＞全体の構成（図１）
本発明のコンクリート締固め装置１は、トンネル覆工用型枠Ａを用いた覆工コンクリートの施工において、打設空間Ｓ内に打設したコンクリートＣを締め固めるための装置である。
コンクリート締固め装置１は、型枠体Ａ２の外周面上に配置した長尺状のガイドレール１０と、ガイドレール１０を型枠体Ａ２の外周面に沿って周方向に平行移動させる周スライド手段２０と、ガイドレール１０の移動体１２をガイドレール１０に沿って軸方向に移動させる軸スライド手段３０と、移動体１２から吊り下げたバイブレータ４０と、を少なくとも備える。

＜１．１＞打設空間
打設空間Ｓは、コンクリートＣを打設するための空間である。
打設空間Ｓは、型枠体Ａ２の外周面とトンネルの吹付けコンクリート面（不図示）との間に画設される。
打設空間Ｓの前後は、型枠体Ａ２の妻部に並列した妻板（不図示）と、前工区で構築した覆工コンクリートの妻部によってそれぞれ封鎖される。

＜２＞ガイドレール（図２）
ガイドレール１０は、バイブレータ４０をガイドして打設空間Ｓ内を移動させる部材である。
ガイドレール１０は、長尺状のレール本体１１と、レール本体１１上に移動自在に設置した移動体１２と、を少なくとも備える。
本例では、レール本体１１の下部（この場合型枠体Ａ２側）に、複数のキャスタ１３を付設する。
キャスタ１３の車軸は、型枠体Ａ２の軸方向に平行する。
キャスタ１３によって、型枠体Ａ２上においてレール本体１１を円滑に移動させることができる。
本例では、レール本体１１の両端部付近に２つのプーリー１４を付設する。
プーリー１４には、後述する巻取りワイヤ３２を架け渡す。

＜２．１＞レール本体
レール本体１１は、移動体１２の移動をガイドするレールである。
レール本体１１は、型枠体Ａ２の長さに対応する長さ、すなわち型枠体Ａ２の長さに略等しく、型枠体Ａ２の長さを超えない程度の長さを備える。
本例ではレール本体１１として断面略Ｈ型の形鋼を採用する。
レール本体１１には、後述する巻上げワイヤ２２で吊るための複数の連結金具を付設する。

＜２．２＞移動体
移動体１２は、バイブレータ４０を吊って移動させる部材である。
移動体１２は、レール本体１１に沿って移動可能な機構を備える。
詳細には例えば、複数のガイドローラ１２ａを備え、ガイドローラ１２ａによってレール本体１１のフランジを上下両面から挟み込むことで、離脱することなくレール本体１１上を移動することができる。
移動体１２の上部（この場合吹付コンクリート面側）には、後述するバイブレータ４０のケーブル４２を保持する保持部１２ｂを付設する。
なお移動体１２の構造は上記に限らず、要はレール本体１１上を移動でき、かつケーブル４２を保持可能な構造であればよい。

＜３＞周スライド手段（図３）
周スライド手段２０は、ガイドレール１０を型枠体Ａ２の外周面に沿って周方向に移動させる手段である。
本例では周スライド手段２０として、型枠体Ａ２内に設置した３機の巻上機２１と、各巻上機２１とレール本体１１を連結した３本の巻上げワイヤ２２と、の組み合わせを採用する。
巻上機２１は、例えば電動ウインチである。
巻上機２１は、型枠体Ａ２内における頂部の検査窓Ａ３の近傍に設置する。
巻上げワイヤ２２は、巻上機２１から頂部の検査窓Ａ３を通って型枠体Ａ２の外へ延出し、型枠体Ａ２の外周面に沿って下方へ伸びて、レール本体１１の連結金具と連結する。
各巻上機２１を同時に稼働させることで、巻上げワイヤ２２を巻上げ又は巻き出し、ガイドレール１０を型枠体Ａ２の外周面に沿って周方向に平行移動させることができる。
なお、周スライド手段２０は上記の構成に限らず、例えばレール本体側に巻上機を付設する構成等であってもよい。

＜４＞軸スライド手段（図４）
軸スライド手段３０は、移動体１２をガイドレール１０に沿って軸方向に移動させる手段である。
本例では軸スライド手段３０として、レール本体１１上に設置した巻取機３１と、巻取機３１と移動体１２を連結した巻取りワイヤ３２と、の組み合わせを採用する。
巻取機３１は、例えば電動のケーブル巻取機である。
巻取機３１は、レール本体１１におけるいずれかの端部付近に設置する。
巻取りワイヤ３２は、中間部で移動体１２と連結し、レール本体１１の両端付近に設けた２つのプーリー１４間にループ状に架け渡す。
巻取機３１を稼働させることで、巻取りワイヤ３２を巻取り、移動体１２をレール本体１１に沿って移動させることができる。
また、巻取りワイヤ３２は２つのプーリー１４間にループ状に架け渡されているため、巻取機３１の回転方向を逆転させることで、移動体１２を逆方向に移動させることができる。
巻取機３１の操作は、検査窓Ａ３から手を伸ばして直接行ってもよいし、有線又は無線手段によって、型枠体Ａ２から遠隔して行ってもよい。
なお、軸スライド手段３０は上記の構成に限らず、例えばスプロケットとチェーンの組み合わせであってもよい。

＜５＞バイブレータ（図４）
バイブレータ４０は、コンクリートＣを締め固めるための装置である。
バイブレータ４０は、加振機能を持つバイブレータ本体４１と、バイブレータ本体４１を吊るすと共に電力を供給するケーブル４２と、を少なくとも備える。
ケーブル４２は、バイブレータ本体４１との接続部付近で移動体１２の保持部１２ｂに連結して、バイブレータ本体４１を移動体１２から吊るす。
ここで、本例では、ケーブル４２を保持部１２ｂに固定するが、例えば保持部１２ｂをループ構造として、ケーブル４２をループ内に挿通するだけでもよい。この場合、ケーブル４２を操作することで、バイブレータ本体４１の高さを微調整することができる。

＜６＞トンネル覆工用型枠（図１）
トンネル覆工用型枠Ａは、トンネル内を少なくともトンネル延長方向に移動可能な基台Ａ１と、基台Ａ１上に昇降自在に架設した型枠体Ａ２と、型枠体Ａ２を内外に連通する検査窓Ａ３と、を少なくとも備える。
基台Ａ１は、概ね門形に組んだ複数の鋼材をトンネル延長方向に連結してなる枠状体である。
基台Ａ１の下部には移動用の車輪を備える。
基台Ａ１と型枠体Ａ２の間には、コンクリートＣの打設時に型枠体Ａ２を展開する展開装置を備える。
型枠体Ａ２には、本発明のコンクリート締固め装置１を備える。
本例では、型枠体Ａ２として、ＳＳ４００の鋼製型枠を採用する。ただし型枠体Ａ２の素材はこれに限らず、ステンレス製、ＦＲＰ製等であってもよい。
検査窓Ａ３は、矩形を呈し、型枠体Ａ２を内外に貫通する。
検査窓Ａ３は、ヒンジ式の遮蔽板を備え、工程に合わせて遮蔽板を開閉して使用する。
検査窓Ａ３の位置と数は、トンネル覆工用型枠Ａの設計に応じて適宜設定する。

＜７＞使用方法（図５）
本発明のコンクリート締固め装置１は、例えば以下の手順で使用する。
なお、以下の作業は型枠体Ａ２の両側において同時に行う。

＜７．１＞コンクリート締固め装置のセット
頂部の検査窓Ａ３から型枠体Ａ２の外側に巻取りワイヤ３２を伸ばし、型枠体Ａ２上にガイドレール１０を配置して、巻取りワイヤ３２の先端をレール本体１１に接続する。
頂部の検査窓Ａ３から型枠体Ａ２の外側にバイブレータ４０のケーブル４２を伸ばし、先端付近を移動体１２の保持部１２ｂに連結して、バイブレータ本体４１を移動体１２から吊るす。

＜７．２＞打設空間の画設
型枠体Ａ２の妻部に複数の妻板を敷き並べて妻部を塞ぐ。
これによって、型枠体Ａ２と吹付コンクリート面の間に打設空間Ｓが画設される。
ただし、打設空間Ｓの頂部は妻板で塞がず、ガイドレール１０の回収用に一部開放しておく。

＜７．３＞コンクリートの打設
側面下方の検査窓Ａ３を開き、検査窓Ａ３から打設空間Ｓ内にコンクリート圧送管を突き出して、打設空間Ｓ内にコンクリートＣを打設する。
なお、コンクリート面が打設作業中の検査窓Ａ３に近づいたら、下段の検査窓Ａ３を封鎖し、上方の検査窓Ａ３に移動して、そこからコンクリートＣの打設を続ける。

＜７．４＞コンクリートの締固め
コンクリートＣの打設と平行して、コンクリートＣを締め固める。
詳細には、バイブレータ本体４１の加振部をコンクリートＣ内に差し入れて、バイブレータ本体４１でコンクリートＣを締め固める。
一部を締め固めたら、巻取機３１を稼働させ、巻取りワイヤ３２を繰り入れ／繰り出すことで、バイブレータ本体４１をレール本体１１に沿って軸方向に移動させ、コンクリートＣを軸方向にわたって満遍なく締め固める。
バイブレータ本体４１の位置は、コンクリートＣの打設状況と締固め状況を見ながら適宜調整する。

＜７．５＞周方向への移動
コンクリート面が一定の高さまで上がったら、複数の巻上機２１を同時に稼働して巻上げワイヤ２２を巻き上げ、ガイドレール１０を型枠体Ａ２の外周面に沿って上方へ移動させる。

＜７．６＞コンクリート締固め装置の回収
上記＜７．３＞～＜７．５＞の作業を下方から上方へ繰り返す。
コンクリート面が型枠体Ａ２の頂部に達したら、移動体１２からバイブレータ４０を取り外して、バイブレータ４０を検査窓Ａ３内へ回収する。
ガイドレール１０は、型枠体Ａ２の頂部から、打設空間Ｓの妻部に確保した開口を通して軸方向に引き出して回収する。

[バイブレータ本体にブイを付設する実施例]
本例では、バイブレータ本体４１に浮体であるブイ４３を付設する（図６）。
ブイ４３は、コンクリートＣ中においてバイブレータ本体４１を浮揚可能な重量及び体積を備える。
ブイ４３がコンクリートＣの打設面に浮かぶことで、バイブレータ本体４１をコンクリートＣの打設高さに自動的に追従させることができる。
本例の場合、暗くて視認が困難な打設空間Ｓ内であっても、バイブレータ本体４１の位置を打設面に確実に追従させて、締固めの施工精度を高めることができる。

１ コンクリート締固め装置
１０ ガイドレール
１１ レール本体
１２ 移動体
１２ａ ガイドローラ
１２ｂ 保持部
１３ キャスタ
１４ プーリー
２０ 周スライド手段
２１ 巻上機
２２ 巻上げワイヤ
３０ 軸スライド手段
３１ 巻取機
３２ 巻取りワイヤ
４０ バイブレータ
４１ バイブレータ本体
４２ ケーブル
４３ ブイ
Ａ トンネル覆工用型枠
Ａ１ 基台
Ａ２ 型枠体
Ａ３ 検査窓
Ｃ コンクリート
Ｓ 打設空間

Claims (7)

1. 略半筒状の型枠体を備えるトンネル覆工用型枠において、前記型枠体の外周面と吹付けコンクリート面との間に打設したコンクリートを締め固めるための、コンクリート締固め装置であって、
   長手方向を前記トンネル覆工用型枠の軸方向に向けて前記型枠体の外周面上に配置した長尺状のレール本体と、前記レール本体上に設置した移動体と、を有する、ガイドレールと、
   前記ガイドレールを、前記型枠体の外周面に沿って前記トンネル覆工用型枠の周方向に平行移動可能な、周スライド手段と、
   前記移動体を、前記レール本体に沿って前記トンネル覆工用型枠の軸方向に移動可能な、軸スライド手段と、
   前記移動体から下方に吊り下げたバイブレータと、を備えることを特徴とする、
   コンクリート締固め装置。
2. 前記周スライド手段が、前記型枠体内に設置した巻上機と、前記巻上機と前記レール本体とを連結した巻上げワイヤと、を備え、前記巻上げワイヤが、前記型枠体の検査窓を通って前記型枠体の内外を連通することを特徴とする、請求項１に記載のコンクリート締固め装置。
3. 異なる検査窓を通る複数の巻上げワイヤで、前記前記ガイドレールを前記型枠体の外周面に沿って平行移動させることを特徴とする、請求項２に記載のコンクリート締固め装置。
4. 前記ガイドレールが、前記レール本体の両端部付近に設けた２つのプーリーを備え、前記軸スライド手段が、前記レール本体上に設置した巻取機と、前記巻取機と前記移動体とを連結した巻取りワイヤと、を備え、前記巻取りワイヤを、前記２つのプーリーの間にループ状に架け渡したことを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコンクリート締固め装置。
5. 前記ガイドレールが、前記レール本体の下部に設けた複数のキャスタを備えることを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のコンクリート締固め装置。
6. 前記バイブレータが、バイブレータ本体と、前記バイブレータ本体に付設したブイと、を備え、前記ブイが、前記バイブレータ本体をコンクリート内に浮揚可能な浮力を有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のコンクリート締固め装置。
7. トンネル工事において覆工コンクリートを成型するためのトンネル覆工用型枠であって、
   トンネル内を移動可能な基台と、
   前記基台上に架設した型枠体であって請求項１乃至６のいずれか一項に記載のコンクリート締固め装置を有する型枠体と、を備えることを特徴とする、
   トンネル覆工用型枠。