JP3496930B2 - 吹付材の吹付け開始・停止制御方法 - 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、たとえばＮＡＴＭ
工法、ＴＢＭ工法などによるトンネル工事、地下タンク
等の建設や法枠工事などにおいて採用されているコンク
リートまたはモルタル類の吹付け施工における吹付材の
吹付け開始・停止制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】たとえば、山岳トンネルでは地山中に挿
入したロックボルトと掘削壁面に沿って施工した吹付コ
ンクリートとを主たる支保部材とするＮＡＴＭ(New Aus
trian Tunnelling Method)工法が主流となっている。

【０００３】トンネルの掘削方法には、全断面掘削およ
びトンネル断面を上下に分割しトンネル上部半断面、下
部半断面の順に併進して掘削を行うベンチカット工法等
の爆薬によって掘削を行う発破掘削工法、ＴＢＭ(Tunne
l Boring Machine) と呼ばれる全断面掘削機を用いるＴ
ＢＭ工法、さらにはブーム先端にカッター部を持ち、こ
のカッターブーム操作によって断面を掘削する自由断面
掘削機を用いた機械掘削工法など各種の方法が存在する
が、いずれにしても掘削壁面の支保に際しては、鋼アー
チ部材を主たる支保材とする在来工法に代えて前述した
ロックボルトと吹付コンクリートとを支保材とするＮＡ
ＴＭ工法が盛んに用いられている。

【０００４】従来より、前述の吹付コンクリート工事
は、移動可能なクローラ式、タイヤ式またはレール式等
の移動台車等に吹付ノズルを保持するブームを取付け、
このブーム操作によって吹付ノズルを操作するようにし
た吹付けロボットを用いたり（図１９参照）、或いはノ
ズルホースを作業員が直接手に持って吹付け作業を行っ
ていた。特に、近年はトンネル施工の自動化、引いては
吹付け作業の自動化に向けて吹付けロボットを遠隔操作
する試みが行われている。

【０００５】コンクリート、モルタル等の吹付材料を対
象面に対し吹き付けする方法は、大きく乾式方法と湿式
方法に大別することができる。前者の乾式方法は、図１
３に示されるように、セメントと骨材とをミキサーで空
練りしたものを圧縮空気により輸送し、ノズル部の手前
で急結剤および水を加えて吹き付ける方式であり、後者
の湿式方法は、図１４に示されるように、急結剤を除く
全材料をミキサで練り混ぜた後、生コンクリートをポン
プ圧送またはエア圧送により輸送し、ノズル部の手前で
急結剤を添加し吹き付ける方式である。なお、前記急結
剤にはアルミン酸系のものと、アルミ鉱物を主体とした
鉱物系のものがあり、前者のアルミン酸系急結剤には液
体タイプと粉体タイプとがあり、後者の鉱物系急結剤は
成分上粉体タイプのみとなっている。従来は、混合性の
良い液体タイプが多く使用されていたが、溶液として高
アルカリ水を用いるためアルカリ性が強く、急結剤中の
水分が実質的にコンクリートのＷ／Ｃ（水セメント比）
を高くしダレが多くなることから、現在ではあまり使用
されておらず、代わりに粉体タイプのものが多く使用さ
れている。

【０００６】吹付け作業に当たっては、人力による吹付
作業はもとより吹付ロボットの場合でも、吹付箇所の確
認や吹付厚管理のために吹付け面を目視することが必要
となり、飛散する急結剤や急結剤を含んだ跳ね返り材料
に暴露されながらの作業が強いられていた。

【０００７】このような問題に対処する一つの術とし
て、本発明者等は吹付け開始時および停止時に急結剤の
生吹きを避け、作業員にとって極悪な環境とならないよ
うに、各材料の圧送開始順序および停止順序を、たとえ
ば湿式方式の場合では、吹付け開始時に(1)エア→(2)吹
付材→(3)急結剤の順でバルブの開操作を行い、吹付け
終了時にはその逆の手順、すなわち(1)急結剤→(2)吹付
材→(3)エアの順でバルブの閉操作を行い、また乾式方
式の場合には、吹付け開始時には(1)エア→(2)水→(3)
吹付材→(4)急結剤の順でバルブの開操作を行い、吹付
け終了時にはその逆の手順、すなわち(1)急結剤→(2)吹
付材→(3)水→(4)エアの順でバルブの閉操作を行うこと
を試みた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た手順により吹付け開始操作および吹付け終了操作を行
った場合、急結剤の生吹きは避けることが出来るけれど
も、吹付材は急結剤と接触することにより水和反応を開
始し付着力を発現するものであるため、吹付材に急結剤
が混入されない吹付け開始直後および吹付け終了直前時
において、吹付材のほとんどが跳ね返り材となってしま
う結果となった。前記跳ね返り材は再利用が出来ず、産
業廃棄物として処理されることになるため、処理手間お
よび処理費用が嵩むことになるとともに、作業効率の低
下を招き、さらに吹付材の材料歩留まりの低下（余吹き
率の増加）を招くことになった。

【０００９】また、急結剤の供給に際しても、供給開始
時に配管中で供給圧力が一定になるまでは急結剤供給量
が不均一になるとともに、混入具合も一時的に不連続に
なることがあったため、吹付け面の仕上がりが不均一に
なるという問題が発生した。

【００１０】さらに、各材料の供給開始および停止をバ
ルブ操作によって行う場合には、誤操作によって、たと
えば吹付け開始時に(1)吹付材→(2)急結剤→(3)エアの
順で開操作を行ってしまったり、また吹付け終了時に
(1)エア→(2)急結剤→(3)吹付材の順で閉操作を行って
しまった場合には、ホース内で吹付材による閉塞が発生
するなどの問題が発生した。

【００１１】そこで本発明の主たる課題は、コンクリー
トまたはモルタル等の吹付け施工において、吹付け開始
時および吹付け停止時において、吹付材を安定して吹付
け面に対し付着させ、産業廃棄物となる跳ね返り材や吹
付材の余吹き量を極力減少させるようにするとともに、
吹付け面の仕上がりが均一になるようにした吹付け開始
・停止制御方法を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に請求項１に係る本発明として、少なくとも急結剤およ
びコンクリート又はモルタル類からなる吹付材を含む吹
付け材料を吹付け施工するに当たって、吹付け開始時に
おいて；吹付けノズルからの吐出開始順序が前記急結剤
を吐出させた後、または急結剤を吐出させるとほぼ同時
に、前記吹付材を吐出するように供給開始順序を制御す
ること、並びに、吹付け停止時において；吹付材供給停
止よりホース内の吹付材が吹付ノズルから吐出されるま
での圧送時間の変動幅と、急結剤供給停止よりホース内
の急結剤が吹付ノズルから吐出されるまでの圧送時間の
変動幅とを求めるとともに、前記吹付材供給停止よりホ
ース内の吹付材が吹付ノズルから吐出されるまでの圧送
時間の最大値と、前記急結剤供給停止よりホース内の急
結剤が吹付ノズルから吐出されるまでの圧送時間の最小
値との材料別圧送時間差を求めておき、この材料別圧送
時間差を吹付材圧送停止時と前記急結剤圧送停止時との
間の圧送停止時間差として設定することにより、吹付ノ
ズルからの吐出停止順序が前記吹付材を停止させた後、
または吹付材を停止させるとほぼ同時に、前記急結剤を
停止するように供給停止順序を制御することを特徴とす
る吹付材の吹付け開始・停止制御方法が提供される。

【００１３】請求項２に係る本発明として、前記吹付け
開始時において；吹付材圧送開始より吹付ノズルから吐
出されるまでの圧送時間の変動幅と、急結剤圧送開始よ
り吹付ノズルから吐出されるまでの圧送時間の変動幅と
を求めるとともに、前記吹付材圧送開始より吹付ノズル
から吐出されるまでの圧送時間の最小値と、前記急結剤
圧送開始より吹付ノズルから吐出されるまでの圧送時間
の最大値との材料別圧送時間差を求めておき、この材料
別圧送時間差を吹付材圧送開始時と前記急結剤圧送開始
時との間の圧送開始時間差として設定する請求項１記載
の吹付材の吹付け開始・停止制御方法が提供される。

【００１４】請求項３に係る本発明として、吹付け用ホ
ース長に応じて、吹付材圧送開始から吹付材が吐出開始
されるまでの時間および／または吹付材供給停止からホ
ース内の吹付材が吐出終了するまでの時間をタイマーセ
ットした吹付材圧送装置用シーケンサと、吹付け装置の
移動制御用シーケンサとをデータリンクさせることによ
り、吹付け開始時において、前記吹付材用圧送装置を始
動させた後、吹付ノズルから吹付材が吐出されるタイミ
ングに合わせて吹付け装置が移動を開始するように制御
し、および／または、吹付け停止時において、前記吹付
け装置が移動停止するタイミングに合わせて吹付ノズル
からの吹付材吐出が終了するように制御することを特徴
とする請求項１、２いずれかに記載の吹付材の吹付け開
始・停止制御方法が提供される。

【００１５】なお、本発明における「吹付け」には、一
般的なモルタルやコンクリート吹付けの他、これらを利
用した各種覆工材料の吹付けを含むものである。

【００１６】

〔装置構成〕

図１は吹付け装置１を備えるＴＢＭの全体図であり、図
２は吹付け装置１の側面図であり、図３はその正面図で
ある。

【００１７】吹付け装置１（以下、単に吹付け装置とい
う。）は、図１に示されるように、地山を掘削するＴＢ
Ｍ２と、このＴＢＭ２の後方に続く後続台車５とを接続
する接続設備、具体的には後述のズリ等搬送設備１１を
支持体として設けられ、ＴＢＭ２の掘進に追従しながら
例えば円形に掘削された壁面に対し順次、コンクリー
ト、モルタルまたは鋼繊維補強コンクリート、ファイバ
ーモルタル等の吹付材を掘削壁面に対し吹付けするもの
である。

【００１８】まず、ＴＢＭ２は、トンネル長手方向に前
胴２Ａと、中胴２Ｂと、後胴２Ｃとに分かれており、接
合部は屈曲可能となっている。前記中胴２Ｂは前胴２Ａ
から延在される胴体部分と、後胴２Ｃの前端部から延在
される胴体部分との重なり部分となりＴＢＭ２が長手方
向に伸縮自在となっている。前記前胴２Ａの後端部と後
胴２Ｃの前端部との間には複数本のスラストジャッキ３
６，３６…が設けられ、前胴前進時には後胴２Ｃのメイ
ングリッパ３４，３４…を拡張しトンネル坑壁に固定し
た状態で前記スラストジャッキ３６，３６…を伸長し、
後胴前進時にはメイングリッパ３４，３４…の支持を開
放するとともに、前胴２Ａのフロントグリッパ３５，３
５…を拡張してトンネル坑壁に固定した状態で前記スラ
ストジャッキ３６，３６…を収縮させることにより、前
胴２Ａと後胴２Ｃとが交互に前進を繰り返すようになっ
ている。所謂、スラスト推進である。

【００１９】一方、前記前胴２Ａの前面には複数のカッ
タを備えるカッターヘッド３２が回転自在に設備され、
このカッターヘッド３２の内部には掘削土砂取り込み用
のチャンバ３３が形成されている。この土砂取り込み用
チャンバ３３に接続してベルトコンベアを内蔵するガー
ダ１１Ａがトンネル後方側に延長され、掘削された土砂
を坑外に搬出するようになっている。前記ガーダ１１Ａ
の下面側にはＴＢＭ２の後方部位置を吸込み口として後
方側に連続する集塵装置１１Ｂが一体的に設けられてい
る。本例では前記ガーダ１１Ａおよび集塵装置１１Ｂが
一体としてズリ等搬送設備１１を構成している。

【００２０】一方、吹付け装置１は、図２および図３に
示されるように、前記ズリ等搬送設備１１の集塵装置１
１Ｂの下面に対して、開口を内側に向けて配設された左
右一対の溝型レール１３Ａ、１３Ｂをトンネル長手方向
に沿って固設し、この溝型レール１３Ａ、１３Ｂの溝内
にローラを嵌合させトンネル長手方向に沿って移動自在
とされる走行基体１４を設け、この走行基体１４の下面
側に設けられた垂下ブラケット１５によって周方向レー
ル部材３が固定支持され、この周方向レール部材３に対
して走行自在に搭載されている。

【００２１】前記周方向レール部材３は、トンネル周方
向壁面Ｈより内側にほぼ一定の離間距離をおいた円軌跡
線に沿って走行体たる前記吹付け装置１をトンネル周方
向に沿って走行させるためのもので、本例ではリング状
に加工されたレール部材が用いられている。なお、本例
では掘削断面形状が円形であるＴＢＭ２に対する適用例
を示したため、周方向レール部材３も円形状としたが、
たとえば複合円断面のトンネルの場合には、この複合ト
ンネル断面形状に合わせてその相似縮小形状に加工され
た周方向レール部材が用いられる。

【００２２】また前記周方向レール部材３は、吹付け作
業をトンネル長手方向の所定範囲に亘って連続的に行え
るようにトンネル長手方向に沿って移動可能となってい
る。図２に示されるように、溝型レール１３Ａ、１３Ｂ
の前側端部と後側端部とにそれぞれスプロケット１８
Ａ、１８Ｂを支持するスプロケットブラケット１６Ａ、
１６Ｂを配設固定するとともに、走行基体１４の前側お
よび後側にそれぞれギヤ固定具１７Ａ、１７Ｂを固定
し、前記ギヤ固定具１７Ａに一端を固定したチェーン１
９を前記スプロケット１８Ａ、１８Ｂを回して他方のギ
ア固定具１７Ｂに連結固定し、かつ一方のスプロケット
ブラケット１６Ｂの下面側にモータ支持台２１を固定支
持し、これに固定支持された縦行用モータ２０の原動ス
プロケット２０ａと前記スプロケット１８Ｂとの間に伝
動チェーン２２を巻回し、縦行用モータ２０の原動軸を
正逆方向に夫々回転させることによって走行基体１４と
共に周方向レール部材３をトンネル長手方向に移動可能
としている。本例では、前記走行基体１４は溝型レール
１３Ａ、１３Ｂに沿ってＴＢＭ２の１サイクル掘進距離
（１２００mm）の２倍程度の距離、具体的には２５００
mmの範囲に亘って走行自在となっている。

【００２３】前記周方向レール部材３に搭載される吹付
け装置１は、詳細には図４および図５に示されるよう
に、装置本体２３の走行部に、周方向レール部材３の内
面側に接触する駆動ピニオンギア２４と、周方向レール
部材３の外面側に接触する押えローラ２５Ａ、２５Ｂと
を備え、周方向レール部材３を前記駆動ピニオンギア２
４と押えローラ２５Ａ、２５Ｂとによって周方向レール
部材３を挟み付けることによって支持されるようになっ
ており、前記駆動ピニオンギア２４と周方向レール部材
３の内面に形成されたラックギア３ａとが歯合し、旋回
用モータ２６によって前記駆動ピニオンギア２４が回転
されることによって周方向レール部材３に沿って移動自
在となっている。

【００２４】吹付ノズル４０を保持するノズルホルダ２
８は、吹付け角制御用シリンダ２７によって後端が支持
され、吹付ノズル４０の吹付け角度を任意角度に調整で
きるようになっているとともに、ノズルホルダ２８の後
方上面には揺動杆２９が上方側に突出して設けられてお
り、モータ３０によって回転されるギア３１の回転運動
を前記揺動杆２９の直進往復動作に変換することによっ
てノズルホルダ２８を連続的に揺動動作させ、吹付け装
置１の１ライン走行によって吹付材を所定幅Ｓで吹付け
できるようになっている。前記走行基体１４の後側上部
位置には前記吹付ノズル４０に接続される吹付け材供給
ホース３９を支持するホース支持フレーム３７が配設さ
れ、さらに前記走行基体１４の上方側でかつ周方向レー
ル部材３の内側には、吹付け材のリバウンドがズリ等搬
出設備１１に付着するのを防止するために略円筒状の防
護カバー３８が設けられている。

【００２５】上記吹付け装置１に対しては、レーザー距
離測定器６が設けられ、吹付け作業に併行して吹付け厚
測定が行えるようになっている。 前記レーザー距離測
定器６は、詳細には図６及び図７に示されるように、レ
ーザー発射口４２ａを開口とする収納函体４２内にレー
ザー測距儀４３を収納するとともに、エアシリンダ４４
によって任意時に前記レーザー発射口４２ａを蓋体４５
によって開閉自在としたものである。また、前記収納函
体４２の後部側にエア流入口４２ｂを設けるとともに、
エア供給ホース４６ａを接続して、少なくとも距離測定
中は収納函体４２内にエアを供給するようにしている。
供給されたエアは、前記レーザー発射口部４２ａより外
部に流出する空気流れとなってリバウンドによって飛散
したコンクリート・モルタル粉塵や塵埃が収納函体４２
の内部に侵入するのを防止するようになっている。これ
により、レーザー測距儀４３による計測が常に良好な状
態で行われるようになる。

【００２６】前記エアシリンダ４４およびエア流入口４
２ｂに対するエア供給は、エア供給元ホース４６を途中
で２つに分岐させ、一方のエア供給ホース４６ａを前記
エア流入口４２ｂに接続し、他方のエア供給ホース４６
ｂをエアシリンダ４４に接続するようにし、それぞれの
エア供給路中間に設けた電磁弁４７ａ、４７ｂによりエ
ア供給・エア停止が制御されるようになっている。な
お、前記エアシリンダ４４は内設されたスプリング４４
ａによってピストン４４ｂが外方に付勢された構造のシ
リンダであり、エアを供給しスプリング４４ａを収縮さ
せることにより蓋体４５の閉鎖が行われるようになって
いる。蓋体４５の開閉制御としては、たとえば吹付け作
業時や水洗い作業時にはエアを供給することにより蓋体
４５を閉めるようにすれば、リバウンドしたモルタルや
コンクリートが収納函体４２内部に流入するのを完全に
防止できるようになる。

【００２７】実際の吹付け厚測定に当たっては、図８に
示されるように、先ず測定断面毎に測定角度ピッチを制
御器に入力しておき、吹付け前に掘削完了後の素掘面に
対して前記吹付け装置１をトンネル周回りに旋回させて
前記測定角度ピッチ位置で停止させてトンネル周回りに
沿った素掘面の形状計測を行うか、または旋回移動させ
ながら素掘面の形状計測を行うようにする。旋回移動さ
せながら形状計測を行う場合には、測点間隔を小さく設
定する事により実際の断面形状に近似した断面形状デー
タが得られるようになるとともに、多くの計測点を短時
間に計測できるようになる。

【００２８】この素掘計測データは、コンピューター５
０に送られた後、データ処理が行われ、図９に示される
ように、コンピューターモニタ５０Ａ上に素掘形状線５
１として描画されるとともに、この素掘形状線５１に基
づいてその内側に設計吹付け厚形状線５２が描画される
ようになっている。また、吹付け装置１の位置も同時に
コンピューターモニタ５０Ａ上に表示されるようになっ
ている。

【００２９】以下、具体的に図１０に示される吹付け開
始手順フローおよび図１１に示される吹付け停止手順フ
ローに基づいてそれぞれ本発明吹付け制御方法について
詳述する。

【００３０】（吹付け開始および停止手順） 図１０において、素掘面計測開始ボタンを押すと、吹付
け装置１がトンネル周方向に移動し、所定の測定角度ピ
ッチ位置にてそれぞれ停止しながら、または旋回移動し
ながら連続的に素掘面の形状計測を行う。また、設計吹
付厚データは作業員が予めコンピューター５０に入力し
ておく。前記素掘面形状計測のデータは、前述のよう
に、コンピューター５０によって処理され、モニタ５０
Ａ上に素掘形状線として描画されるとともに、設計吹付
け厚形状線５２がその内側に描画される。

【００３１】前記素掘面の形状計測が完了したならば、
次に吹付け装置１の運転準備開始ボタンを押し、吹付け
準備に入る。吹付け装置１は前回の吹付け完了位置を座
標として記憶しており、吹付け開始地点、すなわち既に
吹付けを完了しているトンネル長手方向位置まで移動し
た後、トンネル周方向の吹付け開始位置まで旋回移動す
る。なお、掘削完了後の素掘面には、掘削による掘削カ
スやヘドロが付着しているため、吹付けポンプにより吹
付材の吹付けを行う前に素掘面の水洗いを行っておく。

【００３２】そして、吹付け装置１の運転準備が完了し
たならば、吹付機運転開始ボタンを押し、掘削面に対す
る吹付けを開始する。

【００３３】本例における吹付け方法は、図１２に示さ
れるように、ミキシングポンプ５８（吹付用グラウトポ
ンプ）にて吹付材（ドライミックス）と水とを供給し、
ミキシング部にて混練りしながら圧送し、ノズル部６４
の手前位置にて圧送ホース６１内に吐出用エアを供給
し、この吐出用エアとともに吹付け面に吹付けする方式
であり、急結剤は吐出用エア供給ホース６２の途中より
分岐させた急結剤供給ホース６３を通じて吐出用エアと
共に吹付材中に混入されるようになっている。前記ミキ
シングポンプ５８におけるモルタル圧送および停止制御
は、スクリューモータ６０を稼働した状態としておき、
吹付材（ドライミックス）をミキシング部に供給するフ
ィーダモータ５９の運転・停止によって行うようにして
いる。

【００３４】以下、吹付け開始手順について具体的に説
明する。前記ミキシングポンプ５８に供給される水は、
所定の量を供給することにより小能力のミキシングポン
プ５８によって効率良く吹付材を圧送可能とし、かつ吹
付け停止時に吹付材の供給が停止された後、吹付けホー
ス６１内の吹付材を吐出させるための圧送水として使用
するため制御対象に加えている。

【００３５】各吹付材料等の開始手順は、図１０中の左
側に示されるように、先ずエアバルブを開として吹付け
ホース６１内に吐出用エアを供給した後、ミキシングポ
ンプ５８のスクリューモータ６０を運転開始し、水バル
ブを開いて水を供給する。その後、急結剤ポンプを始動
し急結剤を供給開始した後、これに遅れてフィーダモー
タ５９の運転を開始し吹付材を練り混ぜ圧送開始する。
すなわち、(1)エア→(2)水→(3)急結剤→(4)吹付材の順
で開始するようにする。なお、この開始順序は吹付ノズ
ルからの吐出順序であり、後述のように、急結剤および
吹付材の圧送開始から吹付ノズルから吐出されるまでの
タイムラグによっては、圧送装置の始動開始手順が吹付
材、次いで急結剤の順となることもある。

【００３６】先ず、最初にエアを吹付けホースまたは配
管内に供給することで、後に供給される急結剤の開始時
点にホースまたは配管内の圧力が一定になるようにし、
急結剤が供給開始時点より即時に安定して供給されるよ
うにしている。また、水を所定の圧力や一定量で供給す
ることで、連続的にかつ確実に定量の混練りされた吹付
材が吐出されるようにしている。さらに、吹付ノズルか
らの吐出順序が吹付材よりも先に急結剤が吐出されるよ
うに制御することで、吹付材のみが吐出される事態を無
くし、産業廃棄物となる跳ね返り材や残材、または吹付
材の余吹き量が減少するようにしている。

【００３７】前記急結剤および吹付材の圧送開始制御に
当たり、前記急結剤ポンプ運転開始から吹付ノズルより
吐出されるまでの圧送時間、およびミキシングポンプ５
８のフィーダモータ５９が運転開始してから吹付ノズル
より吐出されるまでの圧送時間がそれぞれのホース長や
機械特性等に応じて異なるため、この点を考慮して急結
剤ポンプ始動開始からフィーダモータ運転開始の時間差
を設定する必要があるとともに、極力急結剤のみが生吹
きされる時間帯を極小とする必要がある。

【００３８】そのため、図１３に示されるように、吹付
材圧送開始より吹付ノズルから吐出されるまでの圧送時
間の変動幅と、急結剤圧送開始より吹付ノズルから吐出
されるまでの圧送時間の変動幅とを求めるとともに、吹
付材圧送開始より吹付ノズルから吐出されるまでの圧送
時間の最小値（Ｔs_ｍｉｎ）と、急結剤圧送開始より吹
付ノズルから吐出されるまでの圧送時間の最大値（Ｔk
_ｍａｘ）との材料別圧送時間差Ｔmを求めておき、急結
剤ポンプ始動開始から前記材料別圧送時間差Ｔ_ｍの時間
遅れを待ってからフィーダモータ５９の運転を始動させ
るようにシーケンサ制御すれば、吹付材が吹付ノズルよ
り吐出される前に急結剤が吐出されるようになるととも
に、急結剤の生吹き時間を極小とすることが可能とな
る。

【００３９】なお、図１４に示されるように、吹付材の
圧送距離が長い等の理由によっては、本発明に従って吹
付け開始時に、吹付ノズル部での吐出順序を急結剤が吐
出されてから吹付材が吐出されるように制御する場合で
も、フィーダモータ運転開始→急結剤ポンプ運転開始と
いうように逆の操作手順となることもある。

【００４０】ところで、前述の吹付け開始手順では、急
結剤の生吹き時間を極小にできるとはいえ、一時的に生
吹きの状態が発生することになるが、水が事前に供給さ
れていることで原液（または粉体）のままで生吹きされ
ることは回避されている。また、最近では急結剤もアル
カリフリーの材料が市場に提供されるなど安全度が向上
しており、このような急結剤を用いることにより、以前
ほどは急結剤による作業員の汚染に配慮する必要は少な
くなり、急結剤→吹付材の手順で吹付けすることよって
生じるメリット、すなわち産業廃棄物となる跳ね返り材
の発生を抑えるとともに、吹付面の仕上がり品質を優先
した方が望ましいものとなる。

【００４１】他方、吹付けに当たっては、前記ミキシン
グポンプ５８のフィーダモータ５９が運転を開始してか
ら実際に吹付ノズル４０からコンクリート、モルタル等
の吹付材が吐出されるまでのタイムラグが発生する。そ
のため、吹付け装置１の移動開始に遅れて吹付けが開始
されたため、吹付け開始初期に吹付けが行われない不良
箇所が発生することがあった。そこで、吹付け装置１の
移動開始と吹付け開始とを一致させるために、吹付けホ
ース長に応じたノズルからの吐出までの時間をタイマー
セットしたミキシングポンプ５８のシーケンサと、吹付
け装置１の移動制御用シーケンサとをデータリンクさせ
ることにより、１つの始動ボタンを押すと、ミキシング
ポンプ５８のフィーダモータ５９の運転が開始されると
ともに、吹付ノズル４０から吹付材が吐出された時点で
吹付け装置１が移動を開始するようにしている。このよ
うな吹付け時の制御を行うことにより、吹付け開始初期
であっても未吹付け箇所などの吹付け不良を無くすこと
ができるようになる。

【００４２】その後、吹付けを継続し、吹付け装置１が
所定区間の吹付けを完了したならば、図１１に示される
ように、先ずミキシングポンプ５８のフィーダモータ５
９を運転停止し吹付材の供給を停止した後、急結剤ポン
プの運転を停止し、その後ミキシングポンプ５８のスク
リューモータ６０を停止するとともに、水バルブを閉じ
て水供給を停止し、最後にエアバルブを閉じエア供給を
停止する手順とする。すなわち、(1)吹付材→(2)急結剤
→(3)水→(4)エアの順にて停止する。この停止順序はも
ちろん、吹付ノズルでの吐出停止順序であり、急結剤お
よび吹付材の圧送時間によっては、機械の停止順序とし
ては急結剤ポンプ停止→ミキシングポンプ５８のフィー
ダモータ５９停止の順序となることもある。

【００４３】この場合も、前記急結剤および吹付材の圧
送停止制御に当たり、前記急結剤ポンプ運転開始から吹
付ノズルより吐出されるまでのタイムラグ、およびミキ
シングポンプ５８のフィーダモータ５９が運転を開始し
てから吹付ノズルより吐出されるまでのタイムラグがそ
れぞれのホース長や機械特性等に応じて異なるため、こ
の点を考慮してフィーダモータ５９運転停止から急結剤
ポンプ運転停止の時間差を設定する必要があるととも
に、極力急結剤のみが生吹きされる時間帯を極小とする
必要がある。

【００４４】そのため、吹付材供給停止よりホース内の
吹付材が吹付ノズルから吐出されるまでの圧送時間の変
動幅と、急結剤供給停止よりホース内の急結剤が吹付ノ
ズルから吐出されるまでの圧送時間の変動幅とを求める
とともに、前記吹付材供給停止よりホース内の吹付材が
吹付ノズルから吐出されるまでの圧送時間の最大値（Ｔ
s_ｍａｘ）と、前記急結剤供給停止よりホース内の急結
剤が吹付ノズルから吐出されるまでの圧送時間の最小値
（Ｔk_ｍｉｎ）との材料別圧送時間差を求めておき、こ
の材料別圧送時間差を吹付材圧送停止時と前記急結剤圧
送停止時との間の圧送停止時間差として設定するように
するのが望ましい。なお、急結剤の圧送距離が長い等の
理由によっては、本発明に従って吹付け停止時に、吹付
ノズル部での吐出順序を吹付材が吐出停止されてから急
結剤が吐出停止されるように制御する場合でも、急結剤
ポンプ運転停止→ミキシングポンプ５８のフィーダモー
タ５９運転停止というように逆の操作手順となることも
ある。

【００４５】また、吹付け装置１の移動停止とミキシン
グポンプ５８の停止とが一致している場合には、吹付け
ホース内部に吹付材が残留し、閉塞の原因となるなどの
問題があるため、ミキシングポンプ５８のシーケンサに
フィーダモータ５９の停止から吹付材吐出終了までの時
間をタイマーセットし、吹付け装置１の移動制御用シー
ケンサとデータリンクさせることにより、吹付けホース
内に吹付材が残留しないように吹付け装置１の移動停止
に合わせて吹付材吐出が終了できるようにする。なお、
フィーダモータ５９の停止以後、ホース内に残留してい
る吹付材の圧送は、ミキシングポンプ５８に供給される
水によって行うことになる。

【００４６】以上、本例に示される吹付け方式における
吹付け開始手順と吹付け停止手順とを説明したが、吹付
け方式は大きく乾式と湿式に大別され、乾式ではノズル
部にてドライ状態の吹付材に水が添加される。また、急
結剤は粉体か液体かで添加態様が異なり、粉体系急結剤
の場合には吹付機械か混合部に供給され、液体系急結剤
の場合には混合部に水と共に供給される（図１７参
照）。一方、湿式では、吹付材の圧送方式が空気圧送か
ポンプ圧送かでエアの使用態様が異なる（図１８参
照）。

【００４７】前記乾式方式および湿式方式は、所謂ノズ
ル方式と呼ばれる吹付け方法であるが、近年はロータリ
ー吹付方式と呼ばれる圧縮空気を使用せずに吹付材の吹
付を行う方法も提案かつ実用化されている。このロータ
リー吹付方式は、図１５に示されるように、コンクリー
トを輸送するスクリュー部６５Ａと、高速回転し前記ス
クリュー部によって輸送されたコンクリートを遠心力に
よって投射するインペラ投射部６５Ｂとからなるロータ
リー吹付け機６５によってコンクリートを吹付けする方
式で、コンクリートポンプ６６から圧送供給されたコン
クリートをロータリー吹付け機６５のスクリュー部６５
Ａに送るとともに、このスクリュー部６５Ａに急結剤供
給装置６７より少量の圧縮空気またはポンプを使って送
り添加混合した後、前記インペラ投射部６５Ｂより遠心
力によって投射・吹付けするものである。この方式の場
合には、一切エアを使用しない態様もある。

【００４８】以上、吹付け方式、吹付材の圧送方式、急
結剤種別の違いを考慮し、各種別毎に吹付け開始手順お
よび吹付け停止手順を整理した結果を表１として示す。

【００４９】

【表１】

【００５０】表１に示されるように、乾式か湿式かの方
式種別、および急結剤が粉体か液体か等によって制御対
象材料に若干の差が生じるが、いずれに共通している点
は、吹付け開始手順において、急結剤→吹付材の順序に
より吹付けを開始している点と、吹付け停止手順におい
て、吹付材→急結剤の順序により吹付けを停止している
点である。また、制御対象にエアを含む場合には、吹付
け開始手順において、エア→急結剤→吹付材の順序によ
り吹付けを開始している点と、吹付け停止手順におい
て、吹付材→急結剤→エアの順序により吹付けを停止し
ている点である。なお、本実施の形態例で示した吹付け
方式は、湿式のポンプ圧送と液体系急結剤の欄に対応す
る方式である。

【００５１】ここまで一連の吹付け作業が完了したなら
ば、吹付け装置１を吹付け開始地点に移動した後、素掘
面の計測位置と同角度位置で吹付け面に対する現吹付け
厚測定を行う。この形状計測データは前記素掘形状計測
と同様にコンピューター５０によってデータ処理され、
コンピューターモニタ５０Ａ上に現吹付け厚形状線５３
として描画される。

【００５２】操縦者は、コンピューターモニタ５０Ａ上
に表示された３本の形状線、すなわち素掘形状線５１，
設計吹付け厚形状線５２および現吹付け厚形状線５３に
より現吹付け状況を把握することができるようになる。

【００５３】その結果、設計吹付け厚に足らない箇所や
不連続な仕上がり面が発見されたならば、その部位に対
して重ねて再吹付けを行い、最終的にトンネル全周に亘
って設計吹付け厚または円滑な仕上がり面になったこと
が確認されたならば、１区間の吹付けを完了し、吹付け
装置１の清掃を実施する。

【００５４】なお、素掘面〜吹付け厚計測に当たって
は、掘削の蛇行や曲線施工箇所等では余掘が生じて吹付
け装置１の回転中心位置がトンネル掘削断面中心から偏
心していることがあるため、トンネル横断面内での吹付
け装置１の回転中心位置座標Ｏ_Ｆ（図１６参照）をＴＢ
Ｍ２の位置座標から幾何計算によって特定するととも
に、素掘形状計測によって得られたデータに基づいてト
ンネル掘削断面の中心Ｏ_Ｔを仮想演算により求め両者を
比較する。両者の間に偏心が生じているならば、たとえ
ばトンネル高さ方向中心ラインより下半部は余掘がない
と仮定して、吹付け装置１の回転中心位置座標Ｏ_Ｆを通
る水平ライン上における左右両側での計測値ａＲ、ａＬ
と、回転範囲内における端部位置（斜め下方向視準位
置）における左右両側での計測値ｂＲ、ｂＬより鉛直方
向ズレと水平方向ズレを計算し、それぞれの偏心量をプ
ログラム上で補正するようにする。なお、硬岩で余掘が
ない場合は直接、天端までの鉛直距離で補正するように
してもよい。

【００５５】以上、本発明吹付け制御方法を、吹付け装
置１がトンネル長手方向および周方向に移動自在とされ
るトンネル掘削例により詳述したが、吹付け装置として
は前述した吹付け装置１例以外に、トンネル長手方向お
よびトンネル周方向の位置制御が可能なアーム６８の先
端に吹付ノズル６９を保持したアーム式吹付けロボット
であってもよいし、また手吹きによる吹付けであっても
よい。

【００５６】

【発明の効果】以上詳説のとおり本発明によれば、コン
クリートまたはモルタル等の吹付け施工において、吹付
け開始時および吹付け終了時において、吹付材を安定し
て吹付け面に対し付着させ、産業廃棄物となる跳ね返り
材や吹付材の余吹き量を極力減少させるようにすること
が可能になるとともに、吹付け面の仕上がりを均一化で
きるようになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】吹付け装置１を備えるＴＢＭの全体図である。

【図２】本吹付け装置１の全体側面図である。

【図３】その正面図である。

【図４】吹付け装置１の拡大側面図である。

【図５】吹付け装置１の拡大背面図である。

【図６】レーザー距離測定器６の拡大側面図である。

【図７】レーザー距離測定器６のエア供給系統図であ
る。

【図８】吹付け厚管理フロー図である。

【図９】コンピューターモニタ上への吹付け厚測定結果
の描画要領図である。

【図１０】本発明に係る吹付け開始手順フロー図であ
る。

【図１１】本発明に係る吹付け停止手順フロー図であ
る。

【図１２】本例の吹付け方式説明図である。

【図１３】急結剤圧送開始および吹付材圧送開始の時間
差設定要領図（その１）である。

【図１４】急結剤圧送開始および吹付材圧送開始の時間
差設定要領図（その２）である。

【図１５】ロータリー吹付け方式の説明図である。

【図１６】吹付け装置１の偏心補正要領図である。

【図１７】乾式吹付け方法の系統図である。

【図１８】湿式吹付け方法の系統図である。

【図１９】アーム式吹付けロボットによる吹付け要領図
である。

【符号の説明】

１…コンクリート吹付け装置、２…ＴＢＭ、２Ａ…前
胴、２Ｂ…中胴、２Ｃ…後胴、３…周方向レール部材、
５…後続台車、６…レーザー距離測定器、１１…ズリ等
搬送装置（接続設備）、３２…カッターヘッド、３３…
土砂取り込み用チャンバ、３４…メイングリッパ、３５
…フロントグリッパ、３６…スラストジャッキ、４２…
収納函体、４２ａ…レーザー発射口部、４２ｂ…エア流
入口、４５…蓋体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐々木 俊明 東京都中央区日本橋本町４丁目12番20号 佐藤工業株式会社内 (56)参考文献 特開 平11−93593（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−185400（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−197556（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−141144（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−122863（ＪＰ，Ａ) 特開2000−328893（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−74549（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−29576（ＪＰ，Ａ) 特開2000−265793（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−47651（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B05D 1/00 - 7/26 B05B 1/00 - 17/08 E21D 10/00 - 19/04

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】少なくとも急結剤およびコンクリート又は
   モルタル類からなる吹付材を含む吹付け材料を吹付け施
   工するに当たって、 吹付け開始時において；吹付けノズルからの吐出開始順
   序が前記急結剤を吐出させた後、または急結剤を吐出さ
   せるとほぼ同時に、前記吹付材を吐出するように供給開
   始順序を制御すること、 並びに、吹付け停止時において；吹付材供給停止よりホ
   ース内の吹付材が吹付ノズルから吐出されるまでの圧送
   時間の変動幅と、急結剤供給停止よりホース内の急結剤
   が吹付ノズルから吐出されるまでの圧送時間の変動幅と
   を求めるとともに、前記吹付材供給停止よりホース内の
   吹付材が吹付ノズルから吐出されるまでの圧送時間の最
   大値と、前記急結剤供給停止よりホース内の急結剤が吹
   付ノズルから吐出されるまでの圧送時間の最小値との材
   料別圧送時間差を求めておき、この材料別圧送時間差を
   吹付材圧送停止時と前記急結剤圧送停止時との間の圧送
   停止時間差として設定することにより、吹付ノズルから
   の吐出停止順序が前記吹付材を停止させた後、または吹
   付材を停止させるとほぼ同時に、前記急結剤を停止する
   ように供給停止順序を制御することを特徴とする吹付材
   の吹付け開始・停止制御方法。
2. 【請求項２】前記吹付け開始時において；吹付材圧送開
   始より吹付ノズルから吐出されるまでの圧送時間の変動
   幅と、急結剤圧送開始より吹付ノズルから吐出されるま
   での圧送時間の変動幅とを求めるとともに、前記吹付材
   圧送開始より吹付ノズルから吐出されるまでの圧送時間
   の最小値と、前記急結剤圧送開始より吹付ノズルから吐
   出されるまでの圧送時間の最大値との材料別圧送時間差
   を求めておき、この材料別圧送時間差を吹付材圧送開始
   時と前記急結剤圧送開始時との間の圧送開始時間差とし
   て設定する請求項１記載の吹付材の吹付け開始・停止制
   御方法。
3. 【請求項３】吹付け用ホース長に応じて、吹付材圧送開
   始から吹付材が吐出開始されるまでの時間および／また
   は吹付材供給停止からホース内の吹付材が吐出終了する
   までの時間をタイマーセットした吹付材圧送装置用シー
   ケンサと、吹付け装置の移動制御用シーケンサとをデー
   タリンクさせることにより、 吹付け開始時において、前記吹付材用圧送装置を始動さ
   せた後、吹付ノズルから吹付材が吐出されるタイミング
   に合わせて吹付け装置が移動を開始するように制御し、
   および／または、吹付け停止時において、前記吹付け装
   置が移動停止するタイミングに合わせて吹付ノズルから
   の吹付材吐出が終了するように制御することを特徴とす
   る請求項１、２いずれかに記載の吹付材の吹付け開始・
   停止制御方法。