JP2024118943A - 搬送システムおよび搬送方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 作業効率および安全性を向上させることができる搬送システムおよび搬送方法を提供すること。【解決手段】 搬送システムは、覆工型枠を搬送するシステムであり、複数の旋回可能な車輪３１を有し、車台の高さが調整可能な台車３２と、車台上に設置される架台３３と、架台３３上に載置されるセントル１５を架台３３と挟締する１以上の挟締手段３４と、セントル１５と架台３３との間に配置され、伸長させることにより架台３３にセントル１５を固定する複数の伸縮手段３５とを含む。【選択図】 図２

Description

本発明は、覆工型枠を搬送するシステムおよび方法に関する。

トンネル覆工再生工法は、既存のトンネル内で防護プロテクタを用いて車道を通過する通行車両の安全を確保しながら、既設の覆工コンクリートを切削し、コンクリートを打設して覆工を再生する工法である。

トンネル覆工再生工法におけるコンクリートを打設して覆工を再生する場合、アーチ状の覆工型枠（以下、セントルと呼ぶ。）を利用してコンクリートを打設することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２１－１７３０９３号公報

上記の特許文献１には、セントルの組立や搬入方法に関する記載はない。したがって、セントルは、防護プロテクタとトンネル坑壁との間の狭い空間で組み立てて、利用することができる。しかしながら、その空間は、狭隘な空間であることから、作業効率が悪く、安全性に問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、覆工型枠を搬送するシステムであって、
複数の旋回可能な車輪を有し、車台の高さが調整可能な台車と、
車台上に設置される架台と、
架台上に載置される覆工型枠を架台と挟締する１以上の挟締手段と、
覆工型枠と架台との間に配置され、伸長させることにより該架台に該覆工型枠を固定する複数の伸縮手段と
を含む、搬送システムが提供される。

本発明によれば、作業効率および安全性を向上させることができる。

トンネル覆工再生工法について説明する図。 搬送システムの第１の構成例を示した正面図。 搬送システムの第１の構成例を示した側面図。 挟締手段によりセントルと架台を挟締している様子を示した図。 伸縮手段によりセントルと架台を固定している様子を示した図。 搬送システムによりセントルを搬送する作業の流れを示したフローチャート。 搬送システムの第２の構成例を示した図。 搬送システムが備える監視装置の画面の一例を示した図。

山岳トンネルは、発破等によりトンネルを掘削し、掘削により発生した岩石や土砂であるずりをトンネル坑外へ搬出し、掘削した岩盤面にコンクリートを吹き付けて地山の緩みを抑え、安定させた後、セントルを使用して覆工コンクリートを打設することにより構築される。このとき、岩盤面にコンクリートを吹き付けた後であって、覆工コンクリートを打設する前に、ロックボルトを打込み、防水シートを施工してもよい。

覆工コンクリートは、老朽化や地山の荷重の増大等により、ひび割れ、剥離、浮き等の損傷が生じる。覆工コンクリートの損傷は、そのままにしておくと、剥落を起こし、人命に関わる重大な事故につながる。そのため、定期的な調査が必要で、その調査の結果、剥離等の損傷が生じている場合、補修が必要となる。

補修は、例えば、トンネル内壁面を切削し、新しく覆工コンクリートを打設することにより行われる。従来の補修方法では、補修中、トンネル内を全面通行止めにしたり、片側規制で施工を行っていたが、防護プロテクタを用いることにより、このような制約なく補修を実施できるようになってきている。

防護プロテクタを用いた補修方法であるトンネル覆工再生工法について、図１を参照して簡単に説明する。トンネル覆工再生工法の詳細については、その一例が上記の特許文献１に記載されているため、上記の特許文献１を参照されたい。

既設のトンネル１０内に、車両の通行を確保する断面が逆Ｕ字形で、トンネル軸方向（トンネルの入口から出口までトンネルが延びる方向）に延びて所定区間の車道の上部を覆う防護プロテクタ１１を、トンネル軸方向に移動可能に設置する。防護プロテクタ１１を一定距離移動させながら、トンネル内壁面と防護プロテクタ１１との間に形成された作業空間内で、覆工コンクリートからなる内壁面を所定の厚さで除去し、新たな覆工コンクリートを打設して、トンネル覆工を再生する。

防護プロテクタ１１は、トンネル軸方向に沿って敷設したレール上を走行可能とし、油圧ジャッキ等の移動装置によりトンネル軸方向へ一定距離ずつ移動が可能とされている。防護プロテクタ１１は、移動装置による一定距離の移動を繰り返すことにより、トンネル軸方向へ間欠的に移動する。

トンネル内壁面と防護プロテクタ１１との間に形成された作業空間内には、防護プロテクタ１１に対してトンネル内壁面の周方向に沿ってアーチ状に形成された支持部材１２が配設され、支持部材１２に沿って周方向に移動可能に切削手段１３が配設されている。切削手段１３は、例えば複数のビットを備えたドラムカッタ等である。支持部材１２は、防護プロテクタ１１の外側の側方に敷設されたレール上を走行可能とされている。このため、周方向への切削手段１３の移動およびトンネル軸方向への支持部材１２の移動を伴いながら、切削手段１３により既存の覆工コンクリートを切削する。

切削手段１３により切削して発生した切削屑は、トンネル内壁面と防護プロテクタ１１との間の作業空間の下方へ落下し、その下方に配置された搬出装置１４によりトンネル坑外へ搬出する。搬出装置１４は、例えばホイールローダ、油圧ショベル、シャフローダ、ダンプトラック、シャトルカー等を挙げることができる。

セントル１５は、支持部材１２と切削手段１３とを備える切削装置が設置される位置より後方（トンネル坑門側）に、防護プロテクタ１１の外側の側方に敷設されたレール上を走行可能に配置されている。セントル１５は、モータ等の移動装置によってトンネル軸方向へ一定距離ずつ移動可能とされている。セントル１５は、昇降手段を介してレール上に載置され、昇降手段等によりトンネル内壁面とセントル１５との間の空間を調整し、それによって覆工コンクリートを打設したときのコンクリート厚さを所定の値に調整することができる。覆工コンクリートは、トンネル内壁面とセントル１５との間の空隙に生コン車等のコンクリート供給装置を用いて、その空隙にコンクリートを充填することができる。

トンネル内壁面と防護プロテクタ１１との間の作業空間には、切削手段１３による切削によって発生する粉塵を排出し、作業空間を換気するための換気装置が設けられる。換気装置は、切削装置のトンネル軸方向の前方と後方に設けられ、作業空間を閉鎖するための閉鎖部材１６、１７と、トンネル坑外の空気を送風する送風手段１８と、作業空間内の空気を排出する排気手段１９とを含む。送風手段１８および排気手段１９は、ファンまたはブロワである。

切削装置により切削した後のトンネル内壁面に、新たに覆工コンクリートを打設する際、アーチ状の覆工型枠としてセントル１５が用いられる。セントル１５は、トンネル内壁面と防護プロテクタ１１との間の狭い空間で組み立てて設置することができるが、その空間が狭隘な空間であるため、作業効率が悪く、安全性にも問題がある。

そこで、本発明では、セントル１５をトンネル坑外で組み立て、トンネル内に搬入し、また、トンネル内からトンネル坑外へ搬出するための搬送システムおよび搬送方法を提供する。このような搬送システムおよび搬送方法を提供することで、トンネル坑外の広い作業空間でセントル１５を組み立てるため、作業性および安全性が向上する。

図２～図５を参照して、セントル１５を搬送する搬送システムについて説明する。図２は、搬送システムをトンネル軸方向の一方から見た正面図であり、図３は、搬送システムをトンネル内壁面側から見た側面図である。図４は、挟締手段により架台にセントル１５を固定したところを示した図で、図５は、伸縮手段により架台とセントル１５とを固定しているところを示した図である。

セントル１５は、トンネル内壁面に対向する面を有する鉄板（スキンプレート）２０と、スキンプレート２０の当該面の裏面に一定間隔で配列するように設けられ、スキンプレート２０を支持する複数の支持部材２１と、スキンプレート２０および支持部材２１を乗せて移動可能な台車２２と、スキンプレート２０をトンネル内壁面から一定距離に設定するために、トンネル内壁面とスキンプレート２０との距離を調節する複数の距離調節手段２３とを備える。

支持部材２１は、一方に長く延びる棒状部材であり、例えば断面がＩ字形であるＩ形鋼である。距離調節手段２３は、伸縮して距離を調節することが可能な伸縮手段であり、例えばジャッキである。

台車２２は、レール上を走行する車輪を有する門型の構造物で、断面がＨ形やＩ形の形鋼により組み立てられる。台車２２は、鉛直方向に延びる形鋼から構成される支持部２４と、支持部２４に接続される昇降手段と、水平方向に延びる形鋼から構成される梁部２５とを組み立て、支持部２４の下側に車輪２６が設けられる。台車２２は、梁部２５の水平方向への変位を抑制するため、梁部２５と支持部２４とに接続される略直角三角形状の連結部材２７、例えば火打受ピースが設けられる。

搬送システム３０は、セントル１５を持ち上げて搬送するべく、複数の旋回可能な車輪３１を有し、車台の高さが調整可能な台車３２と、車台上に設置される架台３３とを備える。架台３３は、Ｈ形鋼やＩ形鋼等の形鋼を用いて組み立てられる。

台車３２は、全ての車輪軸が３６０度旋回可能で、前後左右に移動可能とされ、車台を水平に保つことが可能とされる多軸台車である。台車３２は、車台の高さを調整するために、ジャッキ等の高さ調整手段が用いられる。

架台３３は、車台上に設置され、ボルトやナット等の締結手段を用いて台車３２に固定される。

架台３３は、セントル１５を載置し、架台３３と隣接するセントル１５の台車２２の梁部２５と複数の挟締手段３４により挟締される。架台３３および梁部２５は、例えばＨ形鋼であり、「Ｈ」の２本の平行な部分がフランジと呼ばれ、２本の平行な部分を繋ぐ部分がウェブと呼ばれる。挟締手段３４は、例えばネジが付いたコの字形の金具であるＣ型クランプとされる。Ｃ型クランプは、図４に示すように、架台３３のＨ形鋼のフランジ３３ａと、梁部２５のＨ形鋼のフランジ２５ａとを挟み込み、ネジ３４ａ、３４ｂの一方を回してネジ３４ａ、３４ｂのそれぞれの先端を、フランジ３３ａ、２５ｂのそれぞれに当接させて締め付けることにより、架台３３と梁部２５とを挟締する。なお、挟締手段３４は、Ｃ型クランプに限定されるものではなく、Ｌ型クランプやＦ型クランプ等であってもよい。

架台３３と梁部２５とは、１以上の挟締手段３４により挟締する。図２では、トンネル軸方向に対して垂直なトンネル断面を横断する方向に４つの挟締手段３４を用いて挟締しているのが示されている。図３では、トンネル軸方向に８つの挟締手段３４を用いて挟締しているのが示されている。すなわち、１本の架台３３の形鋼と１本の梁部２５の形鋼とを挟締するのに、４つの挟締手段３４を使用する。このような箇所を１箇所とすると、図２および図３に示す搬送システムでは８箇所あるため、計３２個の挟締手段を用いて架台３３とセントル１５とを挟締している。

セントル１５の梁部２５の長手方向の中央位置付近が挟締手段により架台３３と挟締された状態になるが、ネジ３４ａ、３４ｂが緩むと、挟締位置が梁部２５の長手方向にずれる可能性があり、挟締位置がずれると、セントル１５にねじれが生じる。すると、トンネル内にセントル１５がトンネル内壁面に接触しないように搬入することが困難になる。

そこで、図５に示すように、架台３３の側方と、その側方から離間したセントル１５の連結部材２７との間に、軸力伝達部材２８と伸縮手段３５を配置し、伸縮手段３５を伸長させ、つっぱりにより固定する。軸力伝達部材２８は、伸縮手段３５の軸力を、架台３３の側方に対して斜めになっている連結部材２７に伝達させるために、架台３３の側方と略平行な面と、架台３３の側方に対して連結部材２７の斜めになっている部分と略平行な面とを有する。伸縮手段３５が片側だけに設けられる場合、セントル１５のねじれを防止することができない。このため、伸縮手段３５を、トンネル軸方向に架台３３を見た場合の架台３３の両側に配置し、両側に配置した伸縮手段３５を伸長させ、つっぱりにより固定する。これにより、セントル１５が左右にずれることがなくなり、セントル１５のねじれを防止することができる。

伸縮手段３５は、例えばジャッキであり、手回しのハンドル３５ａが付いていて、手動で伸縮させることができるキリンジャッキを用いることができる。なお、ジャッキは、キリンジャッキに限定されるものではなく、油圧ジャッキ等であってもよい。

なお、セントル１５を架台３３に載せたときの梁部２５の架台３３への固定は、ボルトやナットを用いて行うこともできるが、セントル１５を目的の場所まで搬送した後、目的の場所に設置する際、架台３３から取り外すのに時間を要することになる。一方、上記の挟締手段３４を用いることで、セントル１５を架台３３から簡単に取り外すことができる。

架台３３上をセントル１５が梁部２５の長手方向にずれることにより、セントル１５にねじれが生じるが、そのねじれを防止するため、棒状物を使用して固定することも可能である。しかしながら、棒状物を使用して固定する場合、その長さが適切な長さでなければならず、長さの調整を行うことはできない。したがって、別のセントルに使用することはできず、コストがかかることになる。一方、上記の伸縮手段３５を用いることで、別のセントルにも使用可能となり、セントル１５の搬送コストを低減することができる。

図６は、搬送システムによりセントルを搬送する作業の流れを示したフローチャートである。ステップ１００から開始し、ステップ１０１で、トンネル坑外で、セントル１５を組み立てる。ステップ１０２で、セントル１５の開口部を通して、架台３３を設置した台車３２を、車台を降下させた状態で進入させる。そして、車台を上昇させ、架台３３上にセントル１５を乗せる。このとき、セントル１５を浮かせた状態にする必要はなく、架台３３とセントル１５とが接触した状態になっていればよい。

ステップ１０３で、挟締手段３４を用いて、セントル１５を架台３３に挟締する。ステップ１０４で、セントル１５の下端部と架台３３の側部との間に伸縮手段３５を配置し、伸縮手段３５を伸長させてセントル１５の下端部を固定する。このようにして、架台３３上にセントル１５を固定し、車台を上昇させてセントル１５を浮かせた状態にした後、ステップ１０５で、台車３２を走行させ、目的の場所まで搬送する。

台車３２の複数の車輪３１は、３６０度旋回可能とされており、台車３２は、セントル１５がトンネル内壁面等に接触しないように各車輪３１の向きを制御しながら走行する。

目的の場所に到着した後、ステップ１０６で、台車３２の車台を降下させ、目的の場所にセントル１５を配置する。目的の場所は、セントル１５の車輪２６が乗るレールが敷設された場所であって、セントル１５を荷下ろしする場所である。台車３２の車台の降下により、セントル１５の車輪２６がレール上に乗り、セントル１５がレール上を走行可能な状態になる。ちなみに、セントル１５のコンクリート打設箇所への移動は、レール上を移動するレール移動となる。

ステップ１０７で、挟締手段３４および伸縮手段３５を取り外す。ステップ１０８で、台車３２の車台をさらに降下させ、台車３２の複数の車輪３１を駆動させ、セントル１５をトンネル内に残し、搬送システムのみをトンネル坑外へ移動させ、ステップ１０９で、搬送作業を終了する。

搬送システムは、夜間通行止めの時間内に移動が可能であり、多軸台車で移動するため、比較的高速かつ安全に運搬することが可能である。

図７は、搬送システムの第２の構成例を示した図である。搬送システムは、図２に示した第１の構成例と同様、台車３２、架台３３、挟締手段３４、伸縮手段３５を備え、さらに、距離を測定する測定手段３６と、監視手段３７と、通知手段３８とを備える。

測定手段３６は、スキンプレート２０からトンネル内壁面までの距離を測定する。測定手段３６は、セントル１５のトンネル軸方向の前方および後方に、両側のトンネル側壁および天端までの距離を少なくとも測定するために複数設けられる。測定手段３６は、レーザ等を使用して距離を測定するレーザ距離計等である。

測定手段３６は、トンネル内壁面へ向けて配設されるが、その向きをトンネル坑門側へ変更することで、トンネル坑門までの距離を測定することが可能である。

監視手段３７は、測定手段３６により測定された距離を処理し、画面に表示させる。監視手段３７は、ディスプレイ等の表示装置と、情報処理を行う情報処理部とを含む。情報処理部は、プロセッサ、メモリ、ストレージ、通信装置等を備え、所定の処理を実行する。情報処理部は、ストレージに記憶されたプログラムを、プロセッサがメモリに読み出し、実行することにより所定の処理を実現する。

監視手段３７は、表示装置の画面に、測定結果を表示し、現在、トンネル内を搬送しているセントル１５のどの位置がどの程度トンネル内壁面に接近しているかをリアルタイムに表示する。これにより、作業員は、その画面を見ることで、セントル１５のどの位置がトンネル内壁面に接近していて、どの車輪３１の向きを変えてその位置がトンネル内壁面から離れるように操作することができる。

監視手段３７としては、例えばノートＰＣ、タブレット端末、スマートフォン等を用いることができる。

通知手段３８は、測定手段３６により測定された距離が、閾値未満である場合、トンネル内壁面に接近し過ぎていることを通知する。通知手段３８は、点灯や音声で通知することができ、点灯手段や音声出力手段を用いることができる。点灯手段としては、回転しながら点灯する回転灯を用いることができる。通知手段３８を備えることで、トンネル内壁面との接触回避が可能となる。

搬送システムは、走行する前方、後方、側方、上方等を撮影する撮像手段を備えていてもよい。

作業員は、例えばトンネル内を走行する台車３２の後方におり、セントル１５の後方側に通知手段３８を設けることができる。これは、台車３２の前方では、切削装置による既存の覆工コンクリートの切削作業が行われており、切削屑の飛散等があり、安全に作業を行えないからである。

図８は、監視手段３７の画面の一例を示した図である。画面には、トンネルの上方から見た図、トンネル軸方向の前方および後方から見た図、セントル１５の前方左側、前方右側、後方左側、後方右側に配設された測定手段３６で測定したトンネル内壁面までの距離測定結果を示したグラフ等が表示される。また、上記のように測定手段３６の向きを変え、トンネル坑門までの距離も測定し、その結果も表示される。

作業員は、この画面を見ることで、現在、トンネル坑門からどの程度走行し、セントル１５の前方、後方におけるトンネル内壁面までの距離がどの程度かを確認することができる。

ここで、トンネルの最頂部（天端）までの距離は、測定しなくてもよい。これは、セントル１５の昇降手段により降下させているので、セントル１５の両側部がトンネルの側方の内壁面に接触しない限り、セントル１５の頂部がトンネルの天端に接触することはないからである。

これまで本発明の搬送システムおよび搬送方法について図面に示した実施形態を参照しながら詳細に説明してきたが、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態や、追加、変更、削除など、当業者が想到することができる範囲内で変更することができ、いずれの態様においても本発明の作用・効果を奏する限り、本発明の範囲に含まれるものである。

１０…トンネル
１１…防護プロテクタ
１２…支持部材
１３…切削手段
１４…搬出装置
１５…セントル
１６、１７…閉鎖部材
１８…送風手段
１９…排気手段
２０…スキンプレート
２１…支持部材
２２…台車
２３…距離調節手段
２４…支持部
２５…梁部
２５ａ…フランジ
２６…車輪
２７…連結部材
２８…軸力伝達部材
３０…搬送システム
３１…車輪
３２…台車
３３…架台
３３ａ…フランジ
３４…挟締手段
３４ａ、３４ｂ…ネジ
３５…伸縮手段
３５ａ…ハンドル
３６…測定手段
３７…監視手段
３８…通知手段

Claims (7)

1. 覆工型枠を搬送するシステムであって、
   複数の旋回可能な車輪を有し、車台の高さが調整可能な台車と、
   前記車台上に設置される架台と、
   前記架台上に載置される前記覆工型枠を該架台と挟締する１以上の挟締手段と、
   前記覆工型枠と前記架台との間に配置され、伸長させることにより前記架台に前記覆工型枠を固定する複数の伸縮手段と
   を含む、搬送システム。
2. 前記複数の伸縮手段は、前記台車の走行方向に対して垂直方向へ向けて、前記架台の両側に配置される、請求項１に記載の搬送システム。
3. トンネル内壁面と前記覆工型枠との距離を測定する複数の測定手段と、
   前記複数の測定手段の測定結果を表示する監視手段と
   を含む、請求項１または２に記載の搬送システム。
4. 前記複数の測定手段の測定結果のうちの少なくとも１つが閾値未満である場合、前記覆工型枠が前記トンネル内壁面に接近し過ぎていることを通知する通知手段を含む、請求項３に記載の搬送システム。
5. 前記複数の測定手段は、前記台車の走行方向に対して垂直方向へ向けて、前記覆工型枠の前方および後方の両側に配設される、請求項３に記載の搬送システム。
6. 前記複数の測定手段のうちの前記覆工型枠の後方に配設される１の測定手段は、前記台車の走行方向に対して垂直方向のトンネル内壁面からトンネル坑門に向けて向きを変え、該トンネル坑門までの距離を測定する、請求項５に記載の搬送システム。
7. 覆工型枠を搬送する方法であって、
   複数の旋回可能な車輪を有し、車台の高さが調整可能な台車上に設置された架台上に、前記覆工型枠を載置する工程と、
   １以上の挟締手段により前記覆工型枠を前記架台と挟締する工程と、
   前記覆工型枠と前記架台との間に複数の伸縮手段を配置し、該複数の伸縮手段を伸長させることにより前記架台に前記覆工型枠を固定する工程と、
   前記架台に前記覆工型枠を固定した状態で、複数の前記車輪を回転させて前記台車を走行させる工程と
   を含む、方法。