JP3351406B2 - コンクリート材料の吹付け装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、コンクリート材料
に急結剤を添加してトンネルの内壁面に吹き付けるコン
クリート材料の吹付け装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、トンネルの内壁面にコンクリー
ト材料を吹き付ける場合には、コンクリート材料に急結
剤が添加される。従来、急結剤の添加量は、コンクリー
ト材料を吹き付ける位置（例えば、トンネルの上部、側
部、下部など）やトンネル掘削地盤面の状態に応じて、
作業者の判断により適宜調整されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の方法では、急結剤の添加量を作業者が調整していた
ため、作業者の技量によって、急結剤の過剰添加や添加
量不足といった問題が生じる虞があった。そのため、コ
ンクリートの品質を一定レベル以上に確保できなかった
り、粉塵の発生量が増大したりすることがあった。

【０００４】この発明は、上記のような問題点を解決す
るためになされたもので、コンクリート材料を吹き付け
る位置や地盤面の状態に応じて、急結剤の添加量を適正
量に調整でき、それにより粉塵の発生量を抑制可能なコ
ンクリート材料の吹付け装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、例えば、図１及び図２に示
すように、コンクリート材料に急結剤を添加する急結剤
添加装置（３）と、この急結剤添加装置により急結剤が
添加されたコンクリート材料をトンネルの内壁面に吹き
付けるノズル（４）と、このノズルの向きを可変するノ
ズル方向可変手段とを備えるコンクリート材料の吹付け
装置（１）において、前記ノズルの向きを検出するノズ
ル方向検出手段を備え、このノズル方向検出手段による
検出に基づき、前記急結剤添加装置よりコンクリート材
料に添加される急結剤の添加量を調整可能となってお
り、前記ノズル方向可変手段は、前記ノズルを把持する
アーム（８）と、このアームを回転自在な状態で支持す
る支持部（９）とを備え、前記ノズルは、支持部に対す
るアームの回転により向きが変化するようになってお
り、前記ノズル方向検出手段は、前記支持部に、原点位
置検出センサ（２１）と、一対の回転角度回転方向検出
センサ（２２ａ、２２ｂ）が、これらからの入力に基い
てノズルの向きを検出する制御装置（６）に接続された
状態で設けられ、前記一対の回転角度回転方向検出セン
サは、アームの回転方向に沿って並んで設置され、前記
アームに、その回転方向に沿って等角度間隔に基準部
（２３）と、複数のノズル位置検出部（２４）が設けら
れ、前記基準部は支持部に対するアームの回転角度が０
度の状態において原点位置検出センサと一対の回転角度
回転方向検出センサで検出でき、前記ノズル位置検出部
は、一対の回転角度回転方向検出センサで検出でき、か
つ、原点位置検出センサでは検出できない構成とされて
いることを特徴とする。

【０００６】この請求項１記載の発明によれば、ノズル
方向検出手段により検出されるノズルの向きに基づい
て、急結剤添加装置よりコンクリート材料に添加される
急結剤の添加量が調整される。ここで、吹付け時におけ
るノズルの向きは、吹付け面となるトンネルの内壁面に
対してほぼ垂直とされるので、トンネル断面の大きさに
関係なく、吹付け時におけるノズルの向きから、コンク
リート材料を吹き付ける位置（トンネル内壁面の周方向
における位置）が特定される。従って、コンクリート材
料を吹き付ける位置に応じて急結剤の添加量を適正量に
自動的に調整でき、それにより粉塵の発生量を抑制でき
る。

【０００７】ここで、急結剤の添加量を調整する方法と
しては、例えば、ノズル方向検出手段により検出される
ノズルの向きに基づいて、予め設定されている複数の設
定値の中から急結剤の添加量を選択し、この選択した設
定値に従い急結剤添加装置よりコンクリート材料に添加
する急結剤の添加量を調整する方法や、例えば、ノズル
方向検出手段により検出されるノズルの向きに基づい
て、急結剤の添加量を演算により導き出し、この演算値
に従い急結剤添加装置よりコンクリート材料に添加する
急結剤の添加量を調整する方法などが挙げられる。

【０００８】請求項２記載の発明は、請求項１記載のコ
ンクリート材料の吹付け装置において、例えば、図２に
示すように、コンクリート材料を吹き付ける地盤面の状
態に関する情報を入力可能な情報入力手段（１０）を備
え、前記ノズル方向検出手段による検出と前記情報入力
手段より入力される情報との関係により、前記急結剤添
加装置よりコンクリート材料に添加される急結剤の添加
量を調整可能となっている構成とした。

【０００９】この請求項２記載の発明によれば、ノズル
方向検出手段により検出されるノズルの向きと、情報入
力手段より入力される地盤面の状態に関する情報との関
係により、急結剤添加装置よりコンクリート材料に添加
される急結剤の添加量が調整されることとなる。従っ
て、コンクリート材料を吹き付ける位置と地盤面の状態
に応じて、急結剤の添加量を適正量に自動的に調整する
ことができる。

【００１０】ここで、地盤面の状態には、例えば、湧水
の量や地盤の組成などが含まれる。

【００１１】

【００１２】

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態につ
いて、図１〜図４の図面を参照しながら説明する。図１
は本発明に係るコンクリート材料の吹付け装置を示す斜
視図である。図２はコンクリート材料の吹付け装置の要
部構成を示すブロック図である。図３はノズル方向検出
手段を構成する基準部、ノズル位置検出部、原点位置検
出センサ及び回転角度回転方向検出センサを示す図であ
る。

【００１４】この実施の形態のコンクリート材料の吹付
け装置１は、図１に示すように、コンクリート材料を供
給するコンクリート材料供給装置２と、このコンクリー
ト材料供給装置２により供給されるコンクリート材料に
急結剤を添加する急結剤添加装置３と、急結剤が添加さ
れたコンクリート材料をトンネルの内壁面に吹き付ける
ノズル４と、このノズル４をトンネル内の吹付け位置
（例えば、上部、側部上方、側部下方）に移動すると共
に前記吹付け位置に応じてノズル４の向きを可変する吹
付けロボット（ノズル方向可変手段）５と、急結剤添加
装置３の制御等を行う制御装置６とを備えている。

【００１５】コンクリート材料供給装置２は、練り混ぜ
たコンクリート材料をノズル４へと圧送する装置であ
る。このコンクリート材料供給装置２には、図２に示す
ように、コンクリート材料の吐出量を検出する吐出セン
サ２ａが設けられている。急結剤添加装置３は、図２に
示すように、流量調整パイロットモータ３ａを備え、こ
の流量調整パイロットモータ３ａの回転速度を制御する
ことによって、急結剤の添加量を任意に変更できるよう
になっている。

【００１６】吹付けロボット５は、図１に示すように、
ノズル４を把持する把持部７と、伸縮自在なアーム８
と、このアーム８を回転自在な状態で支持する支持部９
とを備えている。固定軸側の支持部９には、図３に示す
ように、原点位置検出センサ２１と一対の回転角度回転
方向検出センサ２２ａ、２２ｂが設けられている。これ
らセンサ２１、２２ａ、２２ｂは、例えば、近接スイッ
チよりなり、センサ２２ａ、２２ｂは、支持部９の円周
方向に沿って並んで設置され、一方、センサ２１は、セ
ンサ２２ａ、２２ｂの外周側に近接して設けられてい
る。一方、回転軸側のアーム８には、その周方向に沿っ
て等角度間隔（例えば、４５度間隔）に基準部２３、ノ
ズル位置検出部２４，…が突設されている。基準部２３
は、支持部９に対するアーム８の回転角度が０度の状態
（ノズル４が鉛直上方向を向いている状態）においてセ
ンサ２１、２２ａ、２２ｂと対向する位置に配置されて
いる。また、ノズル位置検出部２４，…は、基準部２３
より突出が小さく、センサ２２ａ、２２ｂでは検出でき
るがセンサ２１では検出できない長さとされている。即
ち、支持部９に対するアーム８の回転角度が０度の状態
において、基準部２３がセンサ２１、２２ａ、２２ｂに
より検出される一方、アーム８の回転角度が左右両方向
に４５度、９０度、１３５度の状態において、ノズル位
置検出部２４，…がセンサ２２ａ、２２ｂにより検出さ
れるようになっている。つまり、原点位置検出センサ２
１によって、支持部９に対するアーム８の回転角度が０
度の状態（即ち、ノズル４が鉛直上方向を向いている状
態）を検出することができ、回転角度回転方向検出セン
サ２２ａ、２２ｂによって、支持部９に対するアーム８
の回転角度の変化（即ち、ノズル４の向きの変化）を４
５度きざみで検出することができるようになっている。
また、センサ２２ａ、２２ｂによる検出順序によって、
アーム８の回転方向を検出できるようになっている。

【００１７】ノズル４は、把持部７により把持され、支
持部９に対するアーム８の回転により向きが変化するよ
うになっている。ノズル４は、支持部９に対するアーム
８の回転角度が０度の状態において、鉛直上方向を向く
ように調整されている。吹付時には、支持部９に対する
アーム８の回転により、トンネルの内壁面に対して略垂
直に保持される。

【００１８】制御装置６は、ＣＰＵ（Central Processi
ng Unit ）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Ra
ndom Access Memory）等を備えている。そして、ＲＯＭ
には、ノズル４の向きに対応する急結剤の添加パターン
が複数記憶されている。図４は、急結剤の添加パターン
（パターン１、パターン２、パターン３）を示す図であ
る。この図４では、鉛直上方向を０度として、０度以上
４５度未満の角度範囲をａ１、４５度以上１３５度未満
の角度範囲をａ２、１３５度以上１８０度未満の角度範
囲をａ３としている。例えば、パターン１では、図４
（ａ）に示すように、ノズル４の向きがａ１の角度範囲
にある場合（ノズル４の吹付け位置がトンネルの上部で
ある場合）に、設定値として「７％」が記憶され、ノズ
ル４の向きがａ２の角度範囲にある場合（ノズル４の吹
付け位置がトンネルの側部である場合）に、設定値とし
て「５％」が記憶され、ノズル４の向きがａ３の角度範
囲にある場合（ノズル４の吹付け位置がトンネルの下部
である場合）に、設定値として「４％」が記憶されてい
る。また、パターン２及びパターン３についても、図４
（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、パターン１と同様
に、ノズル４の向きに対応して設定値がそれぞれ記憶さ
れている。

【００１９】また、制御装置６には、図２に示すよう
に、急結剤添加装置３の流量調整パイロットモータ３
ａ、コンクリート材料供給装置２の吐出センサ２ａ、原
点位置検出センサ２１、回転角度回転方向検出センサ２
２ａ、２２ｂ、情報入力手段１０などが接続されてい
る。情報入力手段１０は、例えば、複数のスイッチから
なり、これらスイッチの中の何れか一つを押圧すること
によって、図４に示す急結剤の添加パターンの中で何れ
か一つを選択することが可能となっている。即ち、コン
クリート材料を吹き付ける地盤面の状態（例えば、湧水
の量など）に応じて所望のパターンを選択できるように
なっている。

【００２０】この制御装置６は、原点位置検出センサ２
１及び回転角度回転方向検出センサ２２ａ、２２ｂから
の入力に基づいて、ノズル４の向きを検出する（検出工
程）。例えば、原点位置検出センサ２１により基準部２
３が検出されてから、回転角度回転方向検出センサ２２
ａ、２２ｂによりノズル位置検出部２４が検出されない
場合には、支持部９に対するアーム８の回転角度が０度
以上４５度未満の範囲にあり、ノズル４の向きがａ１の
角度範囲にあると判定できる。また、例えば、原点位置
検出センサ２１により基準部２３が検出されてから、各
回転角度回転方向検出センサ２２ａ、２２ｂによりノズ
ル位置検出部２４が１回ずつ検出される場合には、支持
部９に対するアーム８の回転角度が４５度以上９０度未
満の範囲にあり、ノズル４の向きがａ２の角度範囲にあ
ると判定できる。同様に、各回転角度回転方向検出セン
サ２２ａ、２２ｂによるノズル位置検出部２４の検出回
数が２回ずつで、かつ交互に検出される（つまり、アー
ム８の回転方向が一定である）場合には、ノズル４の向
きがａ２の角度範囲にあると判定でき、回転角度回転方
向検出センサ２２ａ、２２ｂによるノズル位置検出部２
４の検出回数が３回ずつで、かつ交互に検出される場合
には、ノズル４の向きがａ３の角度範囲にあると判定で
きる。また、各回転角度回転方向検出センサ２２ａ、２
２ｂの一方による検出が連続する場合には、アーム８の
回転方向が逆転したと判定できる。例えば、センサ２２
ａ、２２ｂによるノズル位置検出部２４の検出回数が２
回ずつで、かつ、一方のセンサ２２ａ又はセンサ２２ｂ
による検出が連続する場合には、ノズル４の向きがａ１
の角度範囲にあると判定できる。即ち、この制御装置
６、原点位置検出センサ２１、回転角度回転方向検出セ
ンサ２２ａ、２２ｂ、基準部２３、ノズル位置検出部２
４等により、ノズル方向検出手段が構成されている。

【００２１】そして、制御装置６は、上記のようにして
検出したノズル４の向きと、情報入力手段１０による入
力との関係により、ＲＯＭに記憶されている設定値の中
から急結剤の添加量を選択する（選択工程）。例えば、
情報入力手段１０によりパターン１が選択されている状
態で、ノズル４の向きがａ１の角度範囲にあると検出さ
れる場合には、設定値として「７％」が選択され、ノズ
ル４の向きがａ２の角度範囲にあると検出される場合に
は、設定値として「５％」が選択され、ノズル４の向き
がａ３の角度範囲にあると検出される場合には、設定値
として「４％」が選択される。

【００２２】そして、制御装置６は、上記のようにして
選択した設定値と、コンクリート材料供給装置２の吐出
センサ２ａより入力されるコンクリート材料の吐出量と
に基づき、急結剤添加装置３の流量調整パイロットモー
タ３ａの回転速度を制御して、急結剤添加装置３より添
加される急結剤の添加量を調整する。

【００２３】その結果、選択した設定値に従い急結剤添
加装置３により所要量の急結剤がコンクリート材料に添
加され（添加工程）、この急結剤が添加されたコンクリ
ート材料がノズル４によりトンネルの内壁面に吹き付け
られる（吹付け工程）。

【００２４】以上のように、この実施の形態のコンクリ
ート材料の吹付け装置１によれば、ノズル方向検出手段
により検出されるノズル４の向きに基づいて、急結剤添
加装置３よりコンクリート材料に添加される急結剤の添
加量が調整される。従って、コンクリート材料を吹き付
ける位置（トンネル内壁面の周方向における位置）に応
じて急結剤の添加量を適正量に自動的に調整でき、それ
により粉塵の発生量を抑制できる。

【００２５】また、ノズル４の向きに対応する急結剤の
添加パターンを複数有し、これらパターンの中で所望の
添加パターンを情報入力手段１０により選択できる構成
としたため、ノズル４の向きだけでなく地盤面の状態な
どに応じて、急結剤の添加量を調整することもできる。
また、ノズル４の向きに基づいてトンネル内壁面の円周
方向における位置（トンネルの上部、側部、下部）を検
出するようにしたので、例えば、トンネル断面の大きさ
が変わっても、トンネル内壁面の円周方向における位置
を検出することができ、ノズル４の向きに対応する急結
剤の添加パターンをそのまま使用できる。

【００２６】また、本発明に係るコンクリート材料の吹
付け装置は、既存の吹付け装置にノズル方向検出手段を
設けると共に、このノズル方向検出手段による検出に基
づきコンクリート材料に添加する急結剤の添加量を調整
できるようにすることで実現可能であるため、本発明を
適用するにあたり既存の吹付け装置が無駄になったりす
ることがない。また、簡単に入手できる安価な部材でノ
ズル方向検出手段を構成することができるので、導入時
に大きな費用が発生したりすることもない。

【００２７】なお、本発明は、この実施の形態で示した
コンクリート材料の吹付け装置に限られるものではな
く、その他の吹付け装置に適用することも可能である。
例えば、この実施の形態では、支持部９に対するアーム
８の回転角度から間接的にノズル４の向きを検出するよ
うにしたが、ノズル４の向きを直接検出するようにして
もよい。また、支持部９に対するアーム８の回転角度を
検出する方法も、この実施の形態で示した方法に限られ
るものではなく、例えば、原点位置検出センサや回転角
度回転方向検出センサを光電スイッチやリミットスイッ
チなどで構成することも可能である。また、回転軸の角
度変化をリニアに検出可能な回転形磁気式ポテンション
メータ等を用いることも可能である。また、この実施の
形態では、練り混ぜたコンクリート材料をポンプで圧送
し、ノズル４の手前で急結剤を加えて吹き付ける湿式の
吹付け装置を例示したが、例えば、空練りした材料に急
結剤を加えて圧縮空気により圧送し、ノズル４で圧力水
を加えて吹き付ける乾式の吹付け装置に本発明を適用す
ることも可能である。また、この実施の形態では、コン
クリート材料を吹き付ける地盤面の状態に応じて、情報
入力手段１０により、急結剤の添加パターンを選択する
としたが、例えば、急結剤の種類、セメントの種類、コ
ンクリート材料の配合、水温、気温、吹付け装置の性能
などに応じて、情報入力手段１０により、急結剤の添加
パターンを選択するようにしてもよい。また、急結剤の
添加パターンは３パターンに限られるものではなく、任
意に変更可能である。また、急結剤の添加パターンは、
ノズルの向きと急結剤の添加量（設定値）との対応関係
を示すものであればどのようなものでもよく、この実施
の形態で示したパターン１〜３に限定されるものではな
い。例えば、ノズルの向きをさらに細分化して急結剤の
添加量を設定することも可能である。また、この実施の
形態では、ノズル４の向きに対応して急結剤の添加量を
調整することとしたが、例えば、ノズル４の向きに対応
して急結剤以外のコンクリート材料の成分（例えば、
水、各種混和剤など）を調整することも可能である。そ
の他、具体的な細部構造等についても本発明の趣旨を逸
脱しない範囲で適宜に変更可能であることは勿論であ
る。

【００２８】

【発明の効果】本発明に係るコンクリート材料の吹付け
装置によれば、ノズル方向検出手段により検出されるノ
ズルの向きに基づいて、急結剤添加装置よりコンクリー
ト材料に添加される急結剤の添加量が調整される。従っ
て、コンクリート材料を吹き付ける位置（トンネル内壁
面の周方向における位置）に応じて急結剤の添加量を適
正量に自動的に調整でき、それにより粉塵の発生量を抑
制できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るコンクリート材料の吹付け装置を
示す斜視図である。

【図２】図１のコンクリート材料の吹付け装置の要部構
成を示すブロック図である。

【図３】図１のコンクリート材料の吹付け装置に備わる
原点位置検出センサ、回転角度回転方向検出センサ、基
準部、ノズル位置検出部を示す図である。

【図４】ノズルの向きに対応する急結剤の添加パターン
を示す図で、（ａ）はパターン１、（ｂ）はパターン
２、（ｃ）はパターン３である。

【符号の説明】

１ コンクリート材料の吹付け装置 ２ コンクリート材料供給装置 ３ 急結剤添加装置 ４ ノズル ５ 吹付けロボット（ノズル方向可変手段） ６ 制御装置（ノズル方向検出手段） ８ アーム ９ 支持部 １０ 情報入力手段 ２１ 原点位置検出センサ（ノズル方向検出手段） ２２ａ、２２ｂ 回転角度回転方向検出センサ（ノズル
方向検出手段） ２３ 基準部（ノズル方向検出手段） ２４ ノズル位置検出部（ノズル方向検出手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 屋代 春幸 東京都港区虎ノ門一丁目20番10号 西松 建設株式会社内 (72)発明者 阿部 俊 東京都港区虎ノ門一丁目20番10号 西松 建設株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−280495（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−72864（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−29576（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21D 11/10

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】コンクリート材料に急結剤を添加する急結
   剤添加装置と、 この急結剤添加装置により急結剤が添加されたコンクリ
   ート材料をトンネルの内壁面に吹き付けるノズルと、 このノズルの向きを可変するノズル方向可変手段とを備
   えるコンクリート材料の吹付け装置において、 前記ノズルの向きを検出するノズル方向検出手段を備
   え、このノズル方向検出手段による検出に基づき、前記
   急結剤添加装置よりコンクリート材料に添加される急結
   剤の添加量を調整可能となっており、 前記ノズル方向可変手段は、前記ノズルを把持するアー
   ムと、このアームを回転自在な状態で支持する支持部と
   を備え、前記ノズルは、支持部に対するアームの回転に
   より向きが変化するようになっており、 前記ノズル方向検出手段は、 前記支持部に、原点位置検出センサと、一対の回転角度
   回転方向検出センサが、これらからの入力に基いてノズ
   ルの向きを検出する制御装置に接続された状態で設けら
   れ、 前記一対の回転角度回転方向検出センサは、アームの回
   転方向に沿って並んで設置され、 前記アームに、その回転方向に沿って等角度間隔に基準
   部と、複数のノズル位置検出部が設けられ、 前記基準部は支持部に対するアームの回転角度が０度の
   状態において原点位置検出センサと一対の回転角度回転
   方向検出センサで検出でき、前記ノズル位置検出部は、
   一対の回転角度回転方向検出センサで検出でき、かつ、
   原点位置検出センサでは検出できない構成とされている
   ことを特徴とするコンクリート材料の吹付け装置。
2. 【請求項２】 コンクリート材料を吹き付ける地盤面の
   状態に関する情報を入力可能な情報入力手段を備え、前
   記ノズル方向検出手段による検出と前記情報入力手段よ
   り入力される情報との関係により、前記急結剤添加装置
   よりコンクリート材料に添加される急結剤の添加量を調
   整可能となっていることを特徴とする請求項１記載のコ
   ンクリート材料の吹付け装置。