JP3256917B2 - 立坑吹付け装置及び立坑吹付け工法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、立坑の壁面にコンクリ
ート又はモルタルを遠隔操作によって吹き付けて、当該
側壁を自立させる立坑吹付け装置及び立坑吹付け工法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、施工断面の大きな立坑では、一般
にロックボルト及びコンクリート吹付けによって土留め
するＮＡＴＭ工法が採用されている。しかしながら、施
工断面の小さい立坑では、施工断面の大きな立坑におい
て通常使用されている、掘削やコンクリートを吹き付け
る構造を持った汎用機を搬入することができない。

【０００３】そこで、施工断面の小さい立坑では、図５
に示すように作業員Ｍがその立坑Ｗ内に入って人力で掘
削し、積み込みズリバケット１、簡易なウインチ櫓又は
小型トラッククレーン２により、掘削土砂を立坑Ｗ外に
排出し、その後、作業員Ｍあるいは他の作業員によって
側壁Ｗａにコンクリート吹付けを行なって土留めをして
いる。ところが、このような狭い空間でのコンクリート
吹付け作業は悪環境下での苦渋作業となるため、これに
代わる方法として、鋼製のライナープレート３や、波型
鋼板と鋼製支保工等で立坑Ｗの側壁Ｗａを土留めするこ
とも行われるようになっている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来の鋼
製のライナープレート３を使用する立坑施工方法でも、
土留めのために作業員が立坑Ｗ内に入って作業をしなけ
ればならず、さらに鋼製のライナープレート３や波型鋼
板と鋼製支保工等の重い土留め材を扱うため、作業員に
とって苦渋かつ安全性の低い危険作業であることにかわ
りはなく、劣悪な労働環境となっている。

【０００５】また、土留め材に鋼製のライナープレート
３等を使用したときには、ライナープレート３と掘削地
山との空間にモルタル等を注入して地山の緩みを防止す
る裏込め作業が必要となり、この場合にも作業員が立坑
Ｗ内に入って作業をしなければならず、作業が煩雑であ
り、かつ、長時間を要する。

【０００６】このような煩雑な作業を軽減しようとし
て、裏込め作業を省略できるような穴開きライナープレ
ート等も考案されてはいるが、コンクリートが充分充填
されない等の課題が残されており、完全に裏込め作業を
省略できるまでには至っていない。

【０００７】そこで本発明は、上記のような施工断面が
小さい立坑であっても、コンクリート又はモルタルの吹
き付けによる土留めを、遠隔操作によって機械的に行え
る立坑吹付け装置及び立坑吹付け工法を提供し、上記従
来の欠点を解消しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明立坑吹付け装置
は、次の構成からなる。 立坑の側壁にコンクリート
又はモルタルを遠隔操作により吹き付け、該側壁を自立
させる立坑吹付け装置であること。 クレーンにより
立坑Ｗ内に昇降自在に吊り下げられる枠体１３が、その
立坑Ｗの側壁Ｗａに対向配置される当接部材３４を油圧
シリンダ３３の駆動ロッド３３ａに固定してなる複数の
グリッパ１６を備えていること。 上記枠体１３が、
ノズル駆動部４４に連繋している中空の旋回軸２５を、
上側フレーム１３ａと下側フレーム１３ｃに設置した上
部軸受２３と下部軸受２４とに回転自在に支持し、その
旋回軸２５の下端に取付部材２５′を取り付けているこ
と。 上記立坑の外方に設置した吹付け機３９からコ
ンクリート又はモルタルを供給する供給ホース１４に接
続した吹付けホース２６を、その上側を上記旋回軸２５
に挿入するとともに下側を上記取付部材２５′の外側に
導出し、かつ、該取付部材２５′に上記吹付けホース２
６の下端に取り付けたノズル２７を、油圧シリンダ３１
による鉛直面内回動を自在にして架設していること。
上記ノズル２７によるコンクリート又はモルタルの吹
付け状態および上記立坑の側壁Ｗａを監視するテレビカ
メラ３２を、上記取付部材２５′に取り付けているこ
と。

【０００９】本発明立坑吹付け工法は、次の構成からな
る。 立坑の側壁にコンクリート又はモルタルを遠隔
操作により吹き付け、該側壁を自立させる立坑吹付け工
法であること。 上記構成の立坑吹付け装置を使用
し、クレーンにより立坑Ｗ内に吊り下げた枠体１３の位
置決めを、各グリッパ１６の油圧シリンダ３３の駆動ロ
ッド３３ａを伸張して、その立坑Ｗの側壁Ｗａ又は土留
め層Ｗｂに当接部材３４を当接押圧することにより行う
こと。 ノズル駆動部４４に連繋している中空の旋回
軸２５と取付部材２５′を回転するとともに、吹付け機
３９からのコンクリート又はモルタルを、供給ホース１
４及び吹付けホース２６を介しノズル２７から吹き出さ
せ、かつ、そのノズル２７を油圧シリンダ３１により鉛
直面内で適宜回動すること。 上記ノズル２７による
コンクリート又はモルタルの吹付け状態および上記立坑
の側壁Ｗａをテレビカメラ３２を通じて監視し、枠体１
３の上下位置、ノズル２７と上記側壁Ｗａ又は土留め層
Ｗｂとの相対位置、ノズル２７からのコンクリート又は
モルタルの吹き出し量等を自動運転モード又はマニュァ
ル運転モードで遠隔操作すること。

【００１０】

【作用】立坑内に枠体を吊り下げ、ノズルが立坑の側壁
から所要の距離を保って旋回するように、該枠体をグリ
ッパによって位置決めし、そこで、ノズルを旋回駆動し
ながら、立坑の壁面に向けてコンクリート又はモルタル
を吹き付けることができる。

【００１１】

【実施例】本発明について図面を参照して説明する。図
１は一実施例としての立坑吹付け装置の全体構成を示す
説明図、図２は立坑内に配置される吹付けマニピュレー
タの詳細な構造を示す拡大側面図、図３は図２に示す吹
付けマニピュレータの上面図である。なお、図中Ｗｂは
側壁の途中まで形成されている土留め層である。

【００１２】図１に示す立坑吹付け装置は、コンクリー
トやモルタル（以下「コンクリート等」という。）及び
このコンクリート等に添加する水を供給する供給装置１
０と、たとえば前述した小型トラッククレーン２によ
り、立坑Ｗ内に昇降自在に吊り下げられる吹付けマニピ
ュレータ１１と、この吹付けマニピュレータ１１の各部
の駆動制御を離れた位置から行える遠隔制御部１２とを
有している。

【００１３】図１に示すように、供給装置１０は立坑Ｗ
の入口近傍に設置されており、水ポンプ３７と、後述す
る遠隔制御部１２のコントロール装置４０に設けられた
図示しない水流量計や水量調整バルブを備え、コンクリ
ート等の配合，細骨材の表面水率に合わせて水ポンプ３
７からの水の供給量を適量に調整する水量調整装置３８
と、空練りコンクリート等と急結剤とを添加して混合す
る吹付け機３９と、この混合されたコンクリート等を圧
縮空気にて水混合リング２０に送り出すコンプレッサ３
６とを備えている。そして、吹付け機３９にはコンクリ
ート等を送出する供給ホース１４が接続され、水量調整
装置３８には供給パイプ２２が接続されている。

【００１４】図２と図３とに詳細を示すように、吹付け
マニピュレータ１１は、最大径が立坑Ｗの直径よりも小
さい平面正８角形柱状に組み立てられた枠体１３を備え
ている。この枠体１３の上側フレーム１３ａには、図１
に示す吊り下げ用のメインワイヤ１８に吊り下げられる
ワイヤ１７の取付部１３ｂ，１３ｂが設けられている。
この枠体１３には、この枠体１３の下側に突出させて吹
付け部１５が設けられている。

【００１５】吹付け部１５は、枠体１３の上側フレーム
１３ａに取り付けられた上部軸受２３と、下側フレーム
１３ｃに取り付けられた下部軸受２４を介して回転自在
に支持された中空の旋回軸２５と、この旋回軸２５の下
端部に一体的に取り付けられた下向き正面コ字状の枠体
からなる取付部材２５’と、上側が旋回軸２５内に挿入
され、下側が取付部材２５’側に導出された柔軟な吹付
けホース２６と、この吹付けホース２６の下端部に取り
付けられたノズル２７とを備えている。なお、図１，２
では取付部材２５’の側面を示している。

【００１６】吹付けホース２６の上端部には、供給装置
１０のコンクリート等を送出する供給ホース１４が接続
されている。この供給ホース１４と吹付けホース２６と
の接続端部間には、供給ホース１４に固定されたジョイ
ント１９と、このジョイント１９に取り付けられて、供
給パイプ２２から供給される水と供給ホース１４から供
給されるコンクリート等とを混合する水混合リング２０
と、この水混合リング２０に回転自在に取り付けられた
スイベルジョイント２１とが配設され、このスイベルジ
ョイント２１に吹付けホース２６の上端部が接続されて
いる。この構造では、旋回軸２５とともに吹付けホース
２６がいずれの方向に回転するときにも、スイベルジョ
イント２１が回転して、水混合リング２０及び供給ホー
ス１４が捩じれないようになっている。

【００１７】取付部材２５’の両脚部の下端部間には、
ノズル２７を鉛直面内で揺動自在に支持する取付部２５
ａが架設されている。また、取付部材２５’の中間部側
面には油圧シリンダ３１が取り付けられており、この油
圧シリンダ３１の駆動ロッド３１ａをノズル２７に連結
している。従って、ノズル２７は油圧シリンダ３１によ
って鉛直面内で揺動される。さらに、この取付部材２
５’の上端側面には、ノズル２７からのコンクリート等
の吹付け状態やコンクリート等が吹き付けられる側壁Ｗ
ａ部分を監視するテレビカメラ３２が取り付けられてい
る。

【００１８】ところで、旋回軸２５は枠体１３に設けら
れたノズル駆動部４４によって水平面内でいずれの方向
に対しても３６０°旋回駆動されるようになっている。
ノズル駆動部４４は、旋回軸２５の上端部の外周壁に固
定された大径のスプロケット４５と、枠体１３の上側フ
レーム１３ａに固定されたモータ２８と、このモータ２
８の駆動軸に固定された小径のスプロケット２９と、こ
の両スプロケット４５，２９間に張設されたチェーン３
０とを備えている。

【００１９】側壁Ｗａと対向する枠体１３の側面には、
この枠体１３を立坑Ｗ内で位置決めする４個のグリッパ
１６が水平方向で伸縮自在に設けられている。このグリ
ッパ１６は、旋回軸２５を中心とする同一水平面内で、
９０°間隔で壁面に向けて枠体１３に取り付けられた油
圧シリンダ３３と、この油圧シリンダ３３の駆動ロッド
３３ａに固定された当接部材３４とを備えている。ま
た、枠体１３の下側フレーム１３ｃ上には、油圧シリン
ダ３３に対して作動油を加減圧調整する油圧ユニット３
５が取り付けられている。なお、本実施例では、４個の
グリッパ１６を設けたものを示すが、これに限るもので
はない。

【００２０】このグリッパ１６は、吹付けマニピュレー
タ１１を立坑Ｗ内で昇降移動させるときには、全当接部
材３４が立坑Ｗの壁面Ｗａから離れているように駆動ロ
ッド３３ａが縮められている。また、壁面Ｗａに向けて
ノズル２７からコンクリート等を吹き付けるときには、
旋回軸２５がこの立坑Ｗのほぼ中心となるように、すな
わち、旋回軸２５とともに旋回するノズル２７と壁面Ｗ
ａとの距離が全方位でほぼ等しくなるように、駆動ロッ
ド３３ａを伸ばすようにしている。なお、グリッパ１６
の当接部材３４の伸び出し量は、立坑Ｗの内径等を勘案
して設定すればよい。

【００２１】遠隔制御部１２は、立坑Ｗの入口近傍の操
作室Ｈ内に配置されたコントロール装置４０及び上述し
たテレビカメラ３２で撮影された映像を表示するテレビ
モニタ４１と、吹付けマニピュレータ１１の枠体１３内
に搭載された制御ユニット４２とを備えており、コント
ロール装置４０と制御ユニット４２とはケーブル４３に
よって接続されている。また、供給装置１０の水量調整
装置３８とコントロール装置４０との間にもケーブル４
３’が接続されている。

【００２２】制御ユニット４２には、油圧ユニット３５
を介して全油圧シリンダ３３，３１、旋回軸２５を駆動
するたとえば油圧モータ２８、テレビカメラ３２等が接
続されており、操作室Ｈ内に配置されたコントロール装
置４０からコントロールできるようになっている。

【００２３】次に、以上の構造の立坑吹付け装置を用い
た吹付け方法について、主に図４を参照して説明する。
コンクリート等の吹付け動作を行うときには、遠隔制御
部１２によって油圧ユニット３５を作動して全グリッパ
１６を伸長駆動させる。これにより当接部材３４は
（イ）で示す縮退位置から（ロ）で示す伸長位置に移動
され、図２にも示すように全当接部材３４が既設の土留
め層Ｗｂに当接して押圧する。この反作用として枠体１
３、すなわち旋回軸２５が立坑Ｗのほぼ中心に位置決め
して保持される。

【００２４】なお、吹付けマニピュレータ１１自体は小
型トラッククレーンによって支持されているので、この
当接部材３４による土留め層Ｗｂの押圧力としては、土
留め層Ｗｂに当接部材３４の押し付け跡等が残らず、か
つ、枠体１３を位置決めできる程度に設定すればよい。

【００２５】このようにして位置決め動作が完了したな
ら、遠隔制御部１２によって供給装置１０を始動し、ノ
ズル２７からコンクリート等を吹き出させ、かつ、ノズ
ル駆動部４４を駆動して旋回軸２５をいずれか一方に回
転させる。この旋回動作のとき、旋回軸２５が立坑Ｗの
中心に一致しているので、ノズル２７と側壁Ｗａとが全
方位で等距離となる。さらに、油圧シリンダ３１を駆動
してノズル２７を鉛直面内で適宜揺動させてもよく、必
要がなければたとえば水平状態に停止させたままであっ
てもよい。

【００２６】この吹付け動作によって、ノズル２７から
吹き出されたコンクリート等は対向する側壁Ｗａに付着
し、全方位で均一な土留め層Ｗｂが既設の土留め層の下
側に連続して形成される。また、土留め層Ｗｂの形成状
態をテレビカメラ３２を介してテレビモニタ４１によっ
て監視し、形成しつつある土留め層Ｗｂが所定の厚みに
なったと判断したときに、供給装置１０、ノズル駆動部
４４、ノズル２７の揺動をそれぞれ停止させる。そし
て、グリッパ１６を縮退駆動して当接部材３４を土留め
層Ｗｂから離間させ、さらに所定距離だけ吹付けマニピ
ュレータ１１を下降させる。このような動作を順次繰り
返して側壁Ｗａの全面に土留め層Ｗｂを形成する。

【００２７】なお、本発明は上述した実施例に限るもの
ではなく、その要旨の範囲内で様々に変形実施が可能で
ある。上記実施例では、吹付けマニピュレータ１１をテ
レビカメラ３２を利用してマニュアル運転する遠隔操作
について説明したが、以下のようにして遠隔操作を自動
的に行うようにしてもよい。

【００２８】まず、各アクチュエータの作動ピッチを設
定するとともに、地山状況に対応した吹付けパターンを
実行させるシーケンス制御用プログラムを複数用意し、
この複数のシーケンス制御用プログラムを上述したコン
トロール装置４０内の図示しない記憶部に予め記憶して
おく。そして、吹付け作業を行うときには、記憶部に記
憶されている複数のシーケンス制御用プログラムの中か
ら、地山状況に応じた最適なシーケンス制御用プログラ
ムを選択して実行する。

【００２９】このシーケンス制御用プログラムが実行さ
れると、各アクチュエータが駆動されるとともに、コン
トロール装置４０から制御ユニット４２に制御信号が出
力される。制御ユニット４２は、入力された制御信号に
よって、供給装置１０からのコンクリート等の吐出量に
応じて必要な土留め層Ｗｂの厚さを確保するように、旋
回軸２５の旋回速度とともに油圧シリンダ３１の揺動速
度を増減制御する。これにより、当該吹付マニピュレー
タの自動運転が可能である。

【００３０】また、自動運転時の吹付状況を遠隔操作部
１２に設置されたテレビモニタ４１によって監視し、必
要であればコントロール装置４０を自動運転モードから
マニュアル運転モードに切り替え、前述と同様にして坑
外からの遠隔操作を行うことも可能である。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、施工断面が小さい立坑
であっても、遠隔操作によって機械的にコンクリート又
はモルタルの吹付けを行なうことができる。これによ
り、作業員の安全を確保でき、かつ、立坑内での苦渋作
業から解放することができる。また、連続した吹付け作
業を行えるので、作業時間を短縮することができ、コス
トの低減を図ることができる。さらに、コンクリート等
の側壁への吹付け状態を監視するテレビカメラを設けれ
ば、吹付け状態を容易に把握することができ、土留め層
を高品質に仕上げることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例としての立坑吹付け装置の全
体構成を示す説明図である。

【図２】立坑内に配置される、吹付けマニピュレータの
詳細な構造を示す拡大側面図である。

【図３】図２に示す吹付けマニピュレータの上面図であ
る。

【図４】本発明の立坑吹付け工法を示す説明図である。

【図５】従来の立坑の掘削作業を示す説明図である。

【符号の説明】

１１ 吹付けマニピュレータ １３ 枠体 １６ グリッパ ２７ ノズル ４４ ノズル駆動部 Ｗ 立坑 Ｗａ 側壁 Ｗｂ 土留め層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野瀬 達哉 東京都千代田区三番町２番地 飛島建設 株式会社内 (72)発明者 川村 哲也 東京都千代田区三番町２番地 飛島建設 株式会社内 (56)参考文献 特開 平５−263525（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−280200（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−221082（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−16195（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 11/10 E04G 21/02 103 E21D 5/00

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】立坑の側壁にコンクリート又はモルタルを
   遠隔操作により吹き付け、該側壁を自立させる立坑吹付
   け装置において、 クレーンにより立坑内に昇降自在に吊り下げられる枠体
   が、その立坑の側壁に対向配置される当接部材を油圧シ
   リンダの駆動ロッドに固定してなる複数のグリッパを備
   えていること、 上記枠体が、ノズル駆動部に連繋している中空の旋回軸
   を、上側フレームと下側フレームに設置した上部軸受と
   下部軸受とに回転自在に支持し、その旋回軸の下端に取
   付部材を取り付けていること、 上記立坑の外方に設置した吹付け機からコンクリート又
   はモルタルを供給する供給ホースに接続した吹付けホー
   スを、その上側を上記旋回軸に挿入するとともに下側を
   上記取付部材の外側に導出し、かつ、該取付部材に上記
   吹付けホースの下端に取り付けたノズルを、油圧シリン
   ダによる鉛直面内回動を自在にして架設していること、 上記ノズルによるコンクリート又はモルタルの吹付け状
   態および上記立坑の側壁を監視するテレビカメラを、上
   記取付部材に取り付けていることを特徴とする立坑吹付
   け装置。
2. 【請求項２】立坑の側壁にコンクリート又はモルタルを
   遠隔操作により吹き付け、該側壁を自立させる立坑吹付
   け工法において、 請求項１記載の立坑吹付け装置を使用し、クレーンによ
   り立坑内に吊り下げた枠体の位置決めを、各グリッパの
   油圧シリンダの駆動ロッドを伸張して、その立坑の側壁
   又は土留め層に当接部材を当接押圧することにより行う
   こと、 ノズル駆動部に連繋している中空の旋回軸と取付部材を
   回転するとともに、吹付け機からのコンクリート又はモ
   ルタルを、供給ホース及び吹付けホースを介しノズルか
   ら吹き出させ、かつ、そのノズルを油圧シリンダにより
   鉛直面内で適宜回動すること、 上記ノズルによるコンクリート又はモルタルの吹付け状
   態および上記立坑の側壁をテレビカメラを通じて監視
   し、枠体の上下位置、ノズルと上記側壁又は土留め層と
   の相対位置、ノズルからのコンクリート又はモルタルの
   吹き出し量等を自動運転モード又はマニュァル運転モー
   ドで遠隔操作することを特徴とする立坑吹付け工法。