JP2024075498A - 覆工コンクリート打設装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コンクリートの打設作業および締め固め作業の効率化を図る。
【解決手段】コンクリート打設型枠２２の外周面の箇所に設けた複数の圧力センサー３４から取得した圧力の検出結果に基づいて打設孔４６から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示す位置情報を検出し、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をコンクリート分流機２８を介して次の打設孔４６に順次接続していくと共に、位置情報に基づいて駆動部３２を制御し打設されたコンクリートに対応するバイブレータ３０を予め定められた順番で振動させていくようにした。
【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複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複数の静電容量式センサー（コンクリートセンサー）を設け、それら静電容量式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。
また、特許文献２には、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内周面にトンネルの周方向および長さ方向に間隔をおいて複数のバイブレータを設け、それらバイブレータを振動させることにより、コンクリート打設型枠に打設されたコンクリートの締め固めを行なうものが開示されている。

特開平７－９１１９２号公報 特開２０１０－１８５２４９号公報

しかしながら、前者の覆工コンクリート打設装置で使用する静電容量式センサーは、コンクリートに接触することによる静電容量の変化を検出するものであることから、静電センサーの検出面に水滴がかかったり、湿度が変化したりすると、検出が不安定になる不利があることから、打設されたコンクリートの位置情報を正確に検出して効率的にコンクリートを打設する上で改善の余地がある。
また、後者のように、コンクリート打設型枠に複数のバイブレータを設けた場合には、作業員が目視により、打設されたコンクリートの位置を特定し、作業員の操作により特定したコンクリートの箇所に対応するバイブレータを選択的に振動させてコンクリートの締め固めを行っていることから、打設されたコンクリートの締め固め作業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、コンクリートの打設作業および締め固め作業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、本発明の一実施の形態は、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複数の打設孔が形成さ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孔に個別可能に接続可能なコンクリート分流機と、前記コンクリート打設型枠の内周面の箇所に前記トンネルの周方向および長さ方向に間隔をおいて配置され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複数のバイブレータと、前記複数の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外周面の箇所に前記トンネルの周方向および長さ方向に間隔をおいて配置され前記打設孔から打設されたコンクリートから加わる圧力を検出する複数の圧力センサーと、前記複数の圧力センサーから取得した前記圧力の検出結果に基づいて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位置情報検出部と、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孔に順次接続していくと共に、前記位置情報に基づいて前記駆動部を制御し前記打設されたコンクリートに対応する前記バイブレータを予め定められた順番で振動させていく制御部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記位置情報検出部による前記位置情報の検出は、前記圧力の検出結果が所定の圧力しきい値以上となった前記圧力センサーの配置位置に基づいてなされることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記制御部は、前記圧力の検出結果が低いほど前記コンクリート供給部から前記コンクリート分流機に圧送されるコンクリートの圧送量を増加させ、前記圧力の検出結果が高いほど前記コンクリート供給部から前記コンクリート分流機に圧送されるコンクリートの圧送量を減少させることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記コンクリート打設型枠の箇所に設けられ前記バイブレータから前記コンクリート打設型枠に加わる加速度を検出する複数の加速度センサーを備え、前記制御部は、前記加速度の検出結果および振動時間から算出された締め固めエネルギーの累積値Ｅｔに基づいて前記駆動部を制御することを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記加速度の検出結果および振動時間から算出された締め固めエネルギーの累積値Ｅｔに基づいて前記コンクリートの締め固めの完了を判定する締め固め判定部を備え、前記制御部による前記駆動部の制御は、前記締め固め判定部の判定結果に基づいてなされることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記制御部による前記駆動部の制御は、前記締め固めエネルギーの累積値Ｅｔに基づいて前記駆動部の稼働時間を制御することでなされることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記複数の加速度センサーは、前記複数のバイブレータの近傍の前記コンクリート打設型枠の箇所に前記バイブレータ毎に設けられていることを特徴とする。
また、本発明の一実施の形態は、前記複数の加速度センサーは、前記複数のバイブレータの近傍の前記コンクリート打設型枠の箇所と、隣接する２つの前記バイブレータの中間点に対応する前記コンクリート打設型枠の箇所とに設けられていることを特徴とする。

本発明の一実施の形態によれば、打設されたコンクリートの位置情報に基づいて的確にコンクリートを打設すると共に、打設されたコンクリートをバイブレータによって的確に締め固めることができるので、コンクリートの打設および締め固めに際して作業員を不要として省人化を図ることができコンクリートの打設作業および締め固め作業の効率化を図る上で有利となる。
また、位置情報検出部は、水滴や湿度の影響を受けない圧力センサーの検出結果に基づいてコンクリートの位置情報を検出するので、打設されたコンクリートの位置情報を正確に検出する上で有利となり、コンクリートの打設作業および締め固め作業の効率化を図る上でより有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、位置情報検出部による位置情報の検出は、圧力の検出結果が所定の圧力しきい値以上となった圧力センサーの配置位置に基づいてなされるようにしたので、打設されたコンクリートの位置情報を確実に得る上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、圧力の検出結果が低いほどコンクリート供給部からコンクリート分流機に圧送されるコンクリートの圧送量を増加させ、圧力の検出結果が高いほどコンクリート供給部からコンクリート分流機に圧送されるコンクリートの圧送量を減少させるようした。
したがって、コンクリートの圧送時間の短縮を図りつつコンクリートの圧送量（打設速度や打設量）の制御を精度良く行なう上で有利となり、コンクリートの打設作業の効率化を図る上でよりいっそう有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、複数の加速度センサーの加速度の検出結果および振動時間から算出された締め固めエネルギーの累積値Ｅｔに基づいて駆動部を制御するようにした。
したがって、締め固めエネルギーの累積値Ｅｔによってコンクリートの締め固め状態を把握できるため、制御部によってバイブレータの振動時間を過不足なく適切に制御でき、コンクリートの打設作業の効率化を図りつつコンクリートの締め固めの品質の向上を図る上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、締め固めエネルギーの累積値Ｅｔに基づいてコンクリートの締め固めの完了を判定するので、その判定結果に基づいて制御部によってバイブレータの振動時間を過不足なく適切に制御でき、コンクリートの打設作業の効率化を図りつつコンクリートの締め固めの品質の向上を図る上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、締め固めエネルギーの累積値Ｅｔに基づいて制御部により駆動部の稼働時間を制御するので、制御部によってバイブレータの振動時間を過不足なく適切に制御でき、コンクリートの打設作業の効率化を図りつつコンクリートの締め固めの品質の向上を図る上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、複数の加速度センサーを複数のバイブレータの近傍のコンクリート打設型枠の箇所にバイブレータ毎に設けたので、バイブレータによるコンクリートの締め固めをきめ細かく把握する上で有利となり、制御部によってバイブレータの振動時間を過不足なく適切に制御でき、コンクリートの打設作業の効率化を図りつつコンクリートの締め固めの品質の向上を図る上で有利となる。
また、本発明の一実施の形態によれば、複数の加速度センサーを複数のバイブレータの近傍のコンクリート打設型枠の箇所と、隣接する２つのバイブレータの中間点に対応するコンクリート打設型枠の箇所とに設けたので、バイブレータによるコンクリートの締め固めをきめ細かく把握する上で有利となり、制御部によってバイブレータの振動時間を過不足なく適切に制御でき、コンクリートの打設作業の効率化を図りつつコンクリートの締め固めの品質の向上を図る上で有利となる。

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。 コンクリート打設型枠の内周面の展開図である。 パーソナルコンピューターおよびパーソナルコンピューターに接続された機器のブロック図である。 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。

（第１の実施の形態）
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１４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、複数のバイブレータ（型枠バイブレータ）３０と、駆動部３２と、複数の圧力センサー３４と、複数の加速度センサー３６と、コンピューター３８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４０と、支持部材４２と、走行部４４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１４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４１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１４に敷設されたレール１６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。

図１、図２に示すように、型枠本体４０には、コンクリートを打設するための複数の打設孔４６が設けられている。
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４８が設けられている。
コンクリートの打設時には、コンピューター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５０により閉鎖板４８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５０により閉鎖板４８が打設孔４６を閉塞する閉塞位置に移動される。
足場４１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、コンピューター３８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、コンピューター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。

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場合について説明したが、打設孔４６に代えて開閉可能な窓部を型枠本体４０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４０から出没するように構成してもよい。
この場合、後述する制御部３８Ｂ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。

図１、図４に示すように、複数のバイブレータ３０は、コンクリート打設型枠２２の内周面の箇所にトンネルの周方向（幅方向）および長さ方向に間隔をおいて配置され打設孔４６から打設されたコンクリートにコンクリート打設型枠２２を介して振動を与えることによりコンクリートに振動を与え、打設されたコンクリートをトンネル１０の長さ方向に沿って流動させ、また、コンクリートの締め固めを行なうものである。
本実施の形態では、複数のバイブレータ３０は、トンネルの周方向に間隔をおいて９個、トンネルの長さ方向に間隔をおいて５個、合計４５個設けられており、各バイブレータ３０は、それぞれ打設孔４６の近傍に設けられている。
なお、バイブレータ３０の数、配置は、実施の形態に限定されるものではなく、適宜定められる。

駆動部３２は、各バイブレータ３０に電力を供給することで各バイブレータ３０を選択的に振動させるものである。
なお、駆動部３２とパーソナルコンピューター３８とは、不図示のケーブルを介して接続されており、駆動部３２は上記のケーブルを介して後述する制御部３８Ｂによって制御される。

図１、図４に示すように、複数の圧力センサー３４は、コンクリート打設型枠２２の外周面の箇所にトンネルの周方向および長さ方向に間隔をおいて配置され打設孔４６から打設されたコンクリートから加わる圧力を検出するものである。
なお、図４はコンクリート打設型枠２２の内周面の展開図であるが、便宜上、コンクリート打設型枠２２の外周面に設けられている圧力センサー３４を実線の×印で示している。
各圧力センサー３４とパーソナルコンピューター３８は、不図示のケーブルを介して接続されており、各圧力センサー３４からの圧力の検出結果がパーソナルコンピューター３８に供給される。
本実施の形態では、圧力センサー３４が、トンネルの周方向に５個、トンネルの長さ方向に４個の合計２０個設けられている場合について説明するが、圧力センサー３４の数は限定されるものではない。
また、圧力センサー３４は、コンクリート打設型枠２２の外周面に偏ること無く配置されていることが打設されたコンクリートの圧力を偏ること無く検出する上で有利となる。

図１、図４に示すように、複数の加速度センサー３６は、コンクリート打設型枠２２の複数のバイブレータ３０の近傍の箇所にバイブレータ３０毎に対応して配置され、言い換えると、トンネルの周方向および長さ方向に間隔をおいて配置され、バイブレータ３０からコンクリート打設型枠２２に加わる加速度を検出するものである。
各加速度センサー３６とパーソナルコンピューター３８は、不図示のケーブルを介して接続されており、各加速度センサー３６からの圧力の検出結果がパーソナルコンピューター３８に供給される。
本実施の形態では、加速度センサー３６が、複数のバイブレータ３０に対応してトンネルの周方向に９個、トンネルの長さ方向に５個の合計４５個設けられている場合について説明するが、加速度センサー３６の数は限定されるものではない。
なお、加速度センサー３６は、コンクリート打設型枠２２の内周面あるいは外周面の何れに設けても良いが、コンクリート打設型枠２２の内周面に設けた方が、加速度センサー３６に対して打設されたコンクリートの力が加わらないため、加速度センサー３６の破損や劣化が防止され、加速度センサー３６の耐久性の向上を図る上で有利である。

図１に示すように、パーソナルコンピューター３８は、トンネル１０構内の適宜箇所、例えば、足場４１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、各圧力センサー３４、各加速度センサー３６、駆動部３２と不図示のケーブルを介して接続されている。
図５に示すように、コンピューター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、後述する位置情報検出部３８Ａ、制御部３８Ｂ、締め固め判定部３８Ｃ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、各圧力センサー３４から圧力検出信号を受け付けると共に、各加速度センサー３６から加速度検出信号を受け付け、また、コンクリート供給部２６、コンクリート分流機２８、駆動部３２、各アクチュエータ５０に制御信号を与える。

ＣＰＵ３８０２が、ハードディスク装置３８０８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ー３８によって、図１に示すように、位置情報検出部３８Ａ、制御部３８Ｂ、締め固め判定部３８Ｃが実現される。

位置情報検出部３８Ａは、複数の圧力センサー３４から取得した圧力の検出結果（圧力検出信号）に基づいて打設孔４６から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示す位置情報を検出するものである。
位置情報検出部３８Ａは、複数の圧力センサー３４から取得した圧力の検出結果と、コンクリート打設型枠２２の外周面上におけるトンネル１０の周方向および長さ方向に沿った圧力センサー３４の配置位置とを対応付けて認識可能に構成されている。すなわち、位置情報検出部３８Ａは、圧力の検出結果が所定の圧力しきい値以上となった圧力センサー３４の配置位置に基づいて、打設されたコンクリートの位置情報を検出する。

なお、位置情報検出部３８Ａは、コンクリート位置情報を２次元座標上に表す位置情報として検出してもよい。
この場合、位置情報検出部３８Ａは、例えば、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次元座標上にコンクリート位置情報を示し、あるいは、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軸とした２次元座標上におけるコンクリート位置情報を検出してもよい。
また、位置情報検出部３８Ａは、コンクリートの位置情報を３次元座標上に表す位置情報として検出してもよく、位置情報検出部３８Ａは、例えば、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次元座標上における位置情報を検出しても良い。

制御部３８Ｂは、位置情報検出部３８Ａで検出された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をコンクリート分流機２８を介して次の打設孔４６に順次接続していくと共に、位置情報に基づいて駆動部３２を制御し打設されたコンクリートに対応するバイブレータ３０を予め定められた順番で振動させていくものである。

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３８Ｂ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３８Ｂ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３８Ｂは、コンクリート供給部２６の動作を開始させ、位置情報検出部３８Ａで検出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。

さらに、制御部３８Ｂは、圧力センサー３４で検出された圧力の検出結果が低いほどコンクリート供給部２６からコンクリート分流機２８に圧送されるコンクリートの圧送量を増加させ、圧力の検出結果が高いほどコンクリート供給部２６からコンクリート分流機２８に圧送されるコンクリートの圧送量を減少させるように制御を行う。

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４６の順番は、トンネル１０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。

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４６Ａ～４６Ｄ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１８Ａが打設される。
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１８Ｂ、図３（Ｄ）に示す３層目のコンクリート１８Ｃ、図３（Ｅ）に示す４層目のコンクリート１８Ｄ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１８Ｅ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（４６Ｂ）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１８Ｅの打設に使用される。

さらに、制御部３８Ｂは、位置情報検出部３８Ａで検出された位置情報に基づいて駆動部３２を制御し打設されたコンクリートに対応するバイブレータ３０を予め定められた順番で振動させていくものである。
制御部３８Ｂによる駆動部３２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３８Ｂ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の打設が完了したならば、制御部３８Ｂは、打設されたコンクリートの位置情報、あるいは、コンクリートを打設した打設孔４６の位置に基づいて振動させるべきバイブレータ３０を特定し、駆動部３２を制御することによりバイブレータ３０を振動させて、コンクリートをトンネル１０の長さ方向に流動させると共に締め固める。なお、制御部３８Ｂによる駆動部３２の制御、すなわち、バイブレータ３０の振動を停止する制御については、後述する締め固め判定部３８Ｃの判定結果に基づいてなされる。
制御部３８Ｂによるバイブレータ３０の特定は、打設されたコンクリートを流動させ、また、締め固めるために必要なバイブレータ３０を選択することで行なわれる。
したがって、コンクリートの流動、締め固めに寄与しないバイブレータ３０は選択されず、振動しない。
これは、コンクリートの流動、締め固めに寄与しないバイブレータ３０が位置する型枠本体４０の内周面と反対側の外周面にはコンクリートが接しておらず、空間となっており、仮にこのようなバイブレータ３０を振動させると、型枠本体４０に無理な力が作用し型枠本体４０の耐久性に影響を与えるためである。
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１８が打設される毎、同様に繰り返してコンクリート１８を流動させ、また、コンクリート１８の締め固めを行なう。
制御部３８Ｂは、以下に説明する締め固め判定部３８Ｃによりコンクリートの締め固めの完了が判定されたときに駆動部３２を制御してバイブレータ３０の振動を停止させる。

締め固め判定部３８Ｃは、バイブレータ３０の近傍の箇所における加速度の検出結果（加速度検出信号）および振動時間から算出された締め固めエネルギーの累積値Ｅｔに基づいて該バイブレータ３０の近傍のコンクリートの締め固めの完了を判定するものである。
すなわち、バイブレータ３０によって振動されるコンクリートが受ける締め固めエネルギーの累積値Ｅｔが予め定められたしきい値に到達するという条件を満たすことでコンクリートの締め固めが完了したことを判定することができる。
ここで、振動加速度をα（ｍ/ｓ^２）、振動時間をｔ（ｓ）、振動数をｆ（Ｈｚ，ｓ^－１）、コンクリートの単位容積質量をρ_０（ｋｇ/Ｌ）としたとき、振動時間ｔ中にコンクリートが受ける締め固めエネルギーの累積値Ｅｔ（Ｊ/Ｌ）は以下の（１）式で定義される。
Ｅｔ＝ρ_０×α^２×ｔ／(４π^２ｆ)…（１）
なお、コンクリートの締め固め完了の程度は、フレッシュコンクリートの硬さ、流動性及び施工性の指標であるスランプによって異なるため、打設するコンクリートと同じ配合のコンクリート試料を、バイブレータ３０を用いて締め固めを行い、締め固め完了までの時間を計測して、式（１）により締め固め完了エネルギーを算出し、これを判定のためのしきい値として締め固め判定部３８Ｃに設定しておく。また、コンクリートの単位容積質量ρ_０は、コンクリートの配合成分により算出することができる。
なお、第１の実施の形態においては、複数の加速度センサー３６は、複数のバイブレータ３０と対応付けられており、締め固め判定部３８Ｃは加速度センサー３６の配置位置とその加速度センサー３６からの加速度の検出結果とを対応付けて認識する機能を有している。
また、上述した「締め固めエネルギーの累積値Ｅｔ」は単に「締め固めエネルギーＥｔ」と表現される場合がある。この場合も「締め固めエネルギーＥｔ」は上述した式（１）によって定義される。
また、各高速道路会社では、締め固めエネルギーＥｔのしきい値を３．７（Ｊ／Ｌ）として定めている。

次に覆工コンクリート打設装置２０の動作について図６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３８Ｂは、予め定められた順番にしたがって打設孔４６を選択し、その打設孔４６からコンクリート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３８Ｂは、打設管２４が接続された打設孔４６のアクチュエータ５０を制御して閉鎖板４８を開く。
制御部３８Ｂ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からコンクリートを打設させる（ステップＳ１４）。
次いで、制御部３８Ｂは、位置情報検出部３８Ａで検出されたコンクリートの位置情報に基づいて規定量のコンクリート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５０を制御して閉鎖板４８を閉じコンクリートの打設を停止する（ステップＳ１８）。

次いで、制御部３８Ｂは、打設されたコンクリートの位置情報に基づいて、打設されたコンクリートに対応するバイブレータ３０を特定し、駆動部３２を制御することによりバイブレータ３０の振動を行なって、コンクリートを流動させると共に締め固める（ステップＳ２０）。
この際、締め固め判定部３８Ｃによってコンクリートの締め固めが完了したか否かの判定がなされる（ステップＳ２２）。
制御部３８Ｂは、ステップＳ２２が否定であればステップＳ２２に戻り、ステップＳ２２が肯定であれば、コンクリートの締め固めが完了したので、駆動部３２を制御してバイブレータ３０の振動を停止させる（ステップＳ２４）。

そして、制御部３８Ｂは、Ｎ（Ｎは１以上の自然数）層目のコンクリートの打設が完了したか否かを判定する（ステップＳ２６）。
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の打設を行なう。
完了していれば、制御部３８Ｂ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の打設が完了したか否かを判定する（ステップＳ２８）。すなわち、図３（Ｆ）に示すように、５層目のコンクリート１８Ｅ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、ステップＳ１２に戻る。
また、ステップＳ２８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を養生硬化させ（ステップＳ３０）、次いで、伸縮部材を縮小させることにより型枠本体４０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Ｓ３２）、一連の作業が終了する。

本実施の形態によれば、コンクリート打設型枠２２の外周面の箇所に設けた複数の圧力センサー３４から取得した圧力の検出結果に基づいて打設孔４６から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示す位置情報を検出し、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をコンクリート分流機２８を介して次の打設孔４６に順次接続していくと共に、位置情報に基づいて駆動部３２を制御し打設されたコンクリートに対応するバイブレータ３０を予め定められた順番で振動させていくようにした。
したがって、打設されたコンクリートの位置情報に基づいて的確にコンクリートを打設すると共に、打設されたコンクリートをバイブレータ３０によって的確に締め固めることができるので、コンクリートの打設および締め固めに際して作業員を不要として省人化を図ることができコンクリートの打設作業および締め固め作業の効率化を図る上で有利となる。
また、従来からコンクリートの打設位置を検出するために用いられていた静電センサーは、コンクリートに接触することによる静電容量の変化を検出するものであることから、静電センサーの検出面に水滴がかかったり、湿度が変化したりすると、検出が不安定になる不利がある。
これに対して本実施の形態では、コンクリートの打設位置を検出するために用いる圧力センサー３４は打設されたコンクリートの圧力を検出するものであることから、圧力センサー３４に水滴がかかったり、湿度が変化しても検出結果を安定して得ることができる。
したがって、位置情報検出部３８Ａは、水滴や湿度の影響を受けない圧力センサー３４から取得した圧力の検出結果に基づいて打設されたコンクリートの位置情報を正確に検出する上で有利となり、コンクリートの打設作業および締め固め作業の効率化を図る上でより有利となる。

また、本実施の形態によれば、位置情報検出部３８Ａによる位置情報の検出は、圧力の検出結果が所定の圧力しきい値以上となった圧力センサー３４の配置位置に基づいてなされるようにしたので、打設されたコンクリートの位置情報を確実に得る上で有利となる。

また、本実施の形態によれば、制御部３８Ｂは、圧力の検出結果が低いほどコンクリート供給部２６からコンクリート分流機２８に圧送されるコンクリートの圧送量を増加させ、圧力の検出結果が高いほどコンクリート供給部２６からコンクリート分流機２８に圧送されるコンクリートの圧送量を減少させるようした。
すなわち、圧力センサー３４による圧力の検出結果が低い状態では、コンクリートが圧力センサー３４の配置位置に部分的に到達しているものの完全には到達しておらず、コンクリートの圧送量を増加させることがコンクリートの打設速度を高めてコンクリートの打設に要する時間を短縮する上で有利となる。
一方、圧力センサー３４による圧力の検出結果が高い状態では、コンクリートが圧力センサー３４の配置位置にほぼ到達しており、コンクリートの圧送量を減少させることがコンクリートの打設速度が過剰とならずコンクリートの打設量を適切に制御する上で有利となる。
その結果、コンクリートの圧送時間の短縮を図りつつコンクリートの圧送量（打設速度や打設量）の制御を精度良く行なう上で有利となり、コンクリートの打設作業の効率化を図る上でよりいっそう有利となる。

また、本実施の形態によれば、コンクリート打設型枠２２の複数のバイブレータ３０の近傍の箇所にバイブレータ３０毎に、バイブレータ３０からコンクリート打設型枠２２に加わる加速度を検出する複数の加速度センサー３６を設け、締め固め判定部３８Ｃにより、バイブレータ３０の近傍の箇所における加速度の検出結果および振動時間に基づいて算出された締め固めエネルギーの累積値Ｅｔに基づいて該バイブレータ３０の近傍のコンクリートの締め固めの完了を判定し、その判定結果に基づいてバイブレータ３０の振動を停止させるようにした。
したがって、締め固め判定部３８Ｃによりバイブレータ３０毎にバイブレータ３０の近傍のコンクリートの締め固めの完了を判定するため、コンクリートの締め固めをきめ細かくかつ精度良く判定することができる。
そのため、コンクリートの締め固めが十分になされているにも拘わらずバイブレータ３０を無駄に長時間振動させることがなく、かつ、コンクリートの締め固めが不十分であるにも拘わらずバイブレータ３０の振動を早期に停止させてしまうこともなく、制御部３８Ｂによってバイブレータ３０の振動時間を過不足なく適切に制御でき、コンクリートの打設作業の効率化を図りつつコンクリートの締め固めの品質の向上を図る上でよりいっそう有利となる。
また、複数の加速度センサー３６を、複数のバイブレータ３０の近傍のコンクリート打設型枠２２の箇所にバイブレータ３０毎に設けたので、バイブレータ３０によるコンクリートの締め固めをきめ細かく把握する上で有利となり、制御部３８Ｂによってバイブレータ３０の振動時間を過不足なく適切に制御でき、コンクリートの打設作業の効率化を図りつつコンクリートの締め固めの品質の向上を図る上でより有利となる。

なお、第１の実施の形態では、制御部３８Ｂによる駆動部３２の制御を締め固め判定部３８Ｃの判定結果に基づいて行なう場合について説明した。
しかしながら、締め固め判定部３８Ｃを設ける代わりに、制御部３８Ｂによる駆動部３２の制御を締め固めエネルギーの累積値Ｅｔに基づいて行なうことができる。
第１の実施の形態と同様に、複数の加速度センサー３６は、複数のバイブレータ３０と対応付けられており、制御部３８Ｂは加速度センサー３６の配置位置とその加速度センサー３６からの加速度の検出結果とを対応付けて認識する機能を有している。
例えば、制御部３８Ｂによる駆動部３２の制御を締め固めエネルギーの累積値Ｅｔに基づいて駆動部３２の稼働時間を制御することで行っても良い。
具体的には、制御部３８Ｂは、締め固めエネルギーの累積値Ｅｔが予め定められたしきい値以上となるように駆動部３２の稼働時間を長くしたり、短くしたりすることで駆動部３２の制御を行ってもよい。
このようにすることで、締め固めエネルギーの累積値Ｅｔによってコンクリートの締め固め状態を把握できるため、第１の実施の形態と同様に、制御部３８Ｂによってバイブレータ３０の振動時間を過不足なく適切に制御でき、コンクリートの打設作業の効率化を図りつつコンクリートの締め固めの品質の向上を図る上で有利となる。

（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態について図１を流用して説明する。
第１の実施の形態では、複数の加速度センサー３６を、複数のバイブレータ３０の近傍のコンクリート打設型枠２２の箇所にバイブレータ３０毎に設けた場合について説明した。
これに対して、第２の実施の形態では、複数の加速度センサー３６を、複数のバイブレータ３０の近傍のコンクリート打設型枠２２の箇所と、隣接する２つのバイブレータ３０の中間点に対応するコンクリート打設型枠２２の箇所とに設ける。
このようにすると、バイブレータ３０によるコンクリートの締め固めをきめ細かく把握する上でより一層有利となり、制御部３８Ｂによる駆動部３２の制御をより精度良く行なうことができ、コンクリートの打設作業の効率化を図りつつコンクリートの締め固めの品質の向上を図る上でより有利となる。
なお、第２の実施の形態においては、複数の加速度センサー３６は、複数のバイブレータ３０と対応付けられることに加え、隣接する２つのバイブレータ３０の中間点と対応付けられており、締め固め判定部３８Ｃは加速度センサー３６の配置位置とその加速度センサー３６からの加速度の検出結果とを対応付けて認識する機能を有している。

また、この第２の実施の形態においても、締め固め判定部３８Ｃを設ける代わりに、制御部３８Ｂによる駆動部３２の制御を締め固めエネルギーの累積値Ｅｔに基づいて行なうことができ、前述したのと同様に、制御部３８Ｂは、締め固めエネルギーの累積値Ｅｔが予め定められたしきい値以上となるように駆動部３２の稼働時間を長くしたり、短くしたりすることで駆動部３２の制御を行ってもよい。
この場合も、上記と同様に、複数の加速度センサー３６は、複数のバイブレータ３０と対応付けられており、制御部３８Ｂは加速度センサー３６の配置位置とその加速度センサー３６からの加速度の検出結果とを対応付けて認識する機能を有していることは無論である。
このようにすることで、制御部３８Ｂによってバイブレータ３０の振動時間を過不足なく適切に制御でき、コンクリートの打設作業の効率化を図りつつコンクリートの締め固めの品質の向上を図る上で有利となる。

１０ トンネル
１２ 内壁面
１２０２ 地山の壁面
１２０４ 防水シート
１２０６ コンクリート
１４ 床版
１６ レール
１８Ａ－１８Ｅ 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 バイブレータ（型枠バイブレータ）
３２ 駆動部
３４ 圧力センサー
３６ 加速度センサー
３８ コンピュータ
３８０２ ＣＰＵ
３８０４ ＲＯＭ
３８０６ ＲＡＭ
３８０８ ハードディスク装置
３８１０ キーボード
３８１２ マウス
３８１４ ディスプレイ
３８１６ インターフェース
３８Ａ 位置検出部
３８Ｂ 制御部
３８Ｃ 締め固め判定部
４０ 型枠本体
４００２ 側部
４００４ 上部
４１ 足場
４２ 支持部材
４４ 走行部
４４０２ 車輪
４６ 打設孔
４８ 閉鎖板
５０ アクチュエータ

Claims (8)

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複数の打設孔が形成さ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孔に個別可能に接続可能なコンクリート分流機と、
   前記コンクリート打設型枠の内周面の箇所に前記トンネルの周方向および長さ方向に間隔をおいて配置され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複数のバイブレータと、
   前記複数の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外周面の箇所に前記トンネルの周方向および長さ方向に間隔をおいて配置され前記打設孔から打設されたコンクリートから加わる圧力を検出する複数の圧力センサーと、
   前記複数の圧力センサーから取得した前記圧力の検出結果に基づいて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位置情報検出部と、
   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孔に順次接続していくと共に、前記位置情報に基づいて前記駆動部を制御し前記打設されたコンクリートに対応する前記バイブレータを予め定められた順番で振動させていく制御部と、
   を備えることを特徴とする覆工コンクリート打設装置。
2. 前記位置情報検出部による前記位置情報の検出は、前記圧力の検出結果が所定の圧力しきい値以上となった前記圧力センサーの配置位置に基づいてなされる、
   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. 前記制御部は、前記圧力の検出結果が低いほど前記コンクリート供給部から前記コンクリート分流機に圧送されるコンクリートの圧送量を増加させ、前記圧力の検出結果が高いほど前記コンクリート供給部から前記コンクリート分流機に圧送されるコンクリートの圧送量を減少させる、
   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の箇所に設けられ前記バイブレータから前記コンクリート打設型枠に加わる加速度を検出する複数の加速度センサーを備え、
   前記制御部は、前記加速度の検出結果および振動時間から算出された締め固めエネルギーの累積値Ｅｔに基づいて前記駆動部を制御する、
   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. 前記加速度の検出結果および振動時間から算出された締め固めエネルギーの累積値Ｅｔに基づいて前記コンクリートの締め固めの完了を判定する締め固め判定部を備え、
   前記制御部による前記駆動部の制御は、前記締め固め判定部の判定結果に基づいてなされる、
   ことを特徴とする請求項４記載の覆工コンクリート打設装置。
6. 前記制御部による前記駆動部の制御は、前記締め固めエネルギーの累積値Ｅｔに基づいて前記駆動部の稼働時間を制御することでなされる、
   ことを特徴とする請求項４記載の覆工コンクリート打設装置。
7. 前記複数の加速度センサーは、前記複数のバイブレータの近傍の前記コンクリート打設型枠の箇所に前記バイブレータ毎に設けられている、
   ことを特徴とする請求項４記載の覆工コンクリート打設装置。
8. 前記複数の加速度センサーは、前記複数のバイブレータの近傍の前記コンクリート打設型枠の箇所と、隣接する２つの前記バイブレータの中間点に対応する前記コンクリート打設型枠の箇所とに設けられている、
   ことを特徴とする請求項４記載の覆工コンクリート打設装置。

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