JP3978331B2 - ベルト式コンクリート吹付け機 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルの内壁、建造物の壁面や床面、または地盤の法面等にコンクリートを吹付けるのに用いられるベルト式コンクリート吹付け機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
山岳トンネルの標準工法であるＮＡＴＭ（New Austrian Tunneling Method）では、吹付けコンクリートは、掘削した直後に地山を支保する覆工材料である。吹付けコンクリート工法としては、急結剤を供給したコンクリートを、圧縮空気を用いて壁面に投射圧着する方式が知られている。山岳施工の効率化には、吹付けコンクリートの施工時間の短縮が求められている一方、作業環境面では、施工時に発生する粉塵量の低減が課題となっている。
【０００３】
ところで、圧縮空気を使用する方法では、粉塵量低減には限界がある。現状では、粉塵発生の原因となる圧縮空気を使用しない低粉塵吹付け機として、コンクリートをインペラの回転で投射圧着する方式のロータリ吹付け機が開発されているが、ロータリ吹付け機では吹付けのスポット性確保と消耗部品コスト低減が課題であった。
【０００４】
これらに対し、ベルト式コンクリート吹付け機は、これらの課題を克服し大容量低粉塵吹付けの実現を目的に開発したものであり、以下の特徴がある。
▲１▼ 低粉塵。
▲２▼ 大容量の吹付けが容易。
▲３▼ 機械所要動力が圧縮空気式吹付け機に比べて小さい。
▲４▼ 吹付け対象面上でのコンクリートの拡散が小さいためにスポット性に優れる。
以上の特徴を有するため、トンネル坑内の吹付け作業に適し、作業環境の改善に有効な機械であると考えられている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のベルト式吹付け機にあっては、さらなる粉塵低下が望まれるほか、メインテナンス性向上のために攪拌機構を省略しているので、コンクリートと急結剤との混合が均質になされないこともあって、対象面に吹付けられたコンクリートの強度及び密度が十分でないという欠点があり、その改善が望まれていた。
【０００６】
本発明は、以上の課題を解決するものであって、その目的は、対象面に吹付けられて固化したコンクリートの強度を高くすることができるとともに、さらに低粉塵とすることができるベルト式コンクリート吹付け機を提供するものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、第１の発明は、コンクリートをベルトの回転の遠心力で対象面に投射する吹付け機本体と、該吹付け機本体にコンクリートを圧送するコンクリート供給管とを備えたベルト式コンクリート吹付け機であって、前記吹付け機本体は、回転可能に設けられる多孔ドラムからなる主プーリと、該主プーリの周囲に回転可能に設けられる複数の補助プーリと、前記主プーリと前記複数の補助プーリとの間に掛け回されるとともに、前記主プーリの多孔部分の一部を開放させるベルトと、前記補助プーリを回転駆動させる回転駆動モータとからなり、前記主プーリ内に前記コンクリート供給管の先端部が挿入されて先端の吐出口が前記主プーリの多孔部分の内面に対向配置され、前記コンクリート供給管に急結剤を圧縮空気と共に供給する前記コンクリート供給管よりも小径の急結剤供給管が、前記コンクリート供給管の外壁を貫通して前記コンクリート供給管内に、突出部分の上流側の先端が前記コンクリート供給管の直径の略１／３にあたる位置まで突出するように接続され、かつ該接続部の上流側における前記コンクリート供給管の中心軸に対して当該急結剤供給管の中心軸が３０°〜５０°をなすように、前記コンクリート供給管に接続され、突出部分の下流側の先端がコンクリート供給管の内壁面と面一になっており、上流側の先端がコンクリート供給管の内壁面よりも内方に突出していることを特徴とするベルト式コンクリート吹付け機とした。
【０００８】
第１の発明により、以下の効果が期待される。
急結剤供給管がコンクリート供給管の外壁を貫通してコンクリート供給管内に、突出部分の上流側の先端が前記コンクリート供給管の直径の略１／３にあたる位置まで突出するように接続され、突出部分の下流側の先端がコンクリート供給管の内壁面と面一になっており、上流側の先端がコンクリート供給管の内壁面よりも内方に突出していることにより、コンクリート供給管の中を流れるコンクリートは急結剤供給管の突出部分の外周壁によって二股状に分けられ、この二股状に分けられたくぼみの領域に急結剤供給管から急結剤が供給され、急結剤がコンクリートの内部に包み込まれ、コンクリートと急結剤とが混合する混合領域が形成され、この混合領域とコンクリートとのさらなる混合によってさらに大きな混合領域が形成され、コンクリート全体に急結剤が均質に混合されることになる。この場合、急結剤供給管の突出部分の外周壁によってコンクリートが二股状に分けられてもコンクリートの流れを大きく妨げるようなことはない。
また、急結剤供給管が、コンクリート供給管との接続部の上流側におけるコンクリート供給管の中心軸に対して所定の角度をもって接続されていることにより、コンクリートの流れと同じ向きに急結剤供給管を通して空気を送ることができる。
さらに、主プーリ内にコンクリート供給管の先端部が挿入されて先端の吐出口が主プーリの多孔部分の内面に対向配置されていることにより、急結剤供給管を通して送った空気によってコンクリート供給管内のコンクリートの流れを加速し、この状態でコンクリートを主プーリの多孔部分の内面に向けて強く押し出して衝突させることができ、コンクリート内部の空気を除去して投射直前のコンクリートの密度を高めることができる。さらに、投射直前のコンクリートの密度を高めることができるから、吹付け作業中のコンクリートの粉塵を低減させることができる。
さらに、急結剤供給管は、コンクリート供給管の中心軸に対して当該急結剤供給管の中心軸が３０°〜５０°をなすように、コンクリート供給管に接続されていることにより、上記３０°〜５０°の接続角度に対して、急結剤供給管から送られる空気の速さのそれぞれおよそ９０（＝ｃｏｓ（３０°）×１００）％から６０（＝ｃｏｓ（５０°）×１００）％が、コンクリート供給管の中心軸に平行な方向に向けられ、このコンクリート供給管内のコンクリートの流れが加速される。この加速により、コンクリートは主プーリの内面に向けて強く押し出されて衝突され、コンクリート内部の空気が除去されてコンクリートの密度が増大し、この結果、対象面に吹付けられたコンクリートの強度が増大する。また、３０°〜５０°の接続角度に対して、前記速さのそれぞれおよそ５０（＝ｓｉｎ（３０°）×１００）％から８０（＝ｓｉｎ（５０°）×１００）％は、コンクリート供給管の内壁にコンクリートを圧迫する方向に向けられ、コンクリート内部の急結剤の均質性が増大する。
【０００９】
また、第１の発明において、前記急結剤供給管は、その中心軸が前記コンクリート供給管の中心軸に対して４０°をなすように、前記コンクリート供給管に接続されていることを特徴とするベルト式コンクリート吹付け機を第２の発明とした。
【００１０】
第２の発明により、急結剤供給管から送られる空気の速さのおよそ８０（＝ｃｏｓ（４０°）×１００）％が、コンクリート供給管の中心軸に平行な方向に向けられ、このコンクリート供給管内のコンクリートの流れが加速される。この加速により、コンクリートは主プーリの内面に向けて強く押し出されて衝突され、コンクリート内部の空気が除去されてコンクリートの密度が増大し、この結果、対象面に吹付けられたコンクリートの強度が増大する。また、前記速さのおよそ６０（＝ｓｉｎ（４０°）×１００）％は、コンクリート供給管の内壁にコンクリートを圧迫する方向に向けられ、コンクリート内部の急結剤の均質性が増大する。
【００１５】
【発明の実施の形態】
＝＝＝ベルト式コンクリート吹付け機の使用例＝＝＝
本発明のベルト式コンクリート吹付け機は、例えば、建設用走行車両の油圧で伸縮回動するアームの先端に配設され、トンネルの支保工及び覆工作業におけるコンクリート吹付けに使用される。
【００１６】
＝＝＝ベルト式コンクリート吹付け機の概要＝＝＝
本発明の一実施形態としてのベルト式コンクリート吹付け機の概要について、図１及び図２を参照して説明する。図１及び図２は、本発明に係るベルト式コンクリート吹付け機主要部のそれぞれ側断面及びＡ−Ａ線位置の断面を示す図である。
【００１７】
図１及び図２において、ベルト式コンクリート吹付け機１０は、高速で走行するベルトにコンクリートを載せ、その回転の遠心力で壁面に該コンクリートを投射圧着する機械であり、投射ヘッド１２と該ヘッドの中心位置に回転可能に軸受配置された主プーリ１４と、主プーリ１４の周囲にあって、投射ヘッド１２に回転可能に軸受配置された４つの補助プーリ１６と、主プーリ１４と各補助プーリ１６との間に掛け回されたベルト１８と、主プーリ１４の上部中心線上にあって投射ヘッド１２に固定された左右対称なコーン状の投射ガイド２０と、補助プーリ１６の１つに軸結した回転駆動モータ２２とを備えている。
【００１８】
主プーリはその内周に複数のインペラ２４を径方向に固定した多孔ドラムであり、ベルト１８によってその外周を塞がれているが、ベルト１８で塞がれていない位置である、投射ガイド２０と左右の補助プーリ１６の間で多孔部分が開放される結果、主プーリ１４の内部に供給されたコンクリートを、その位置を吐出口Ｄとして目的位置に向けて投射する。
【００１９】
コンクリート供給管３６は、吹付け機本体の外部に固定されて取付けられており、ベアリング等を介して主プーリ１４内で回転することなく接続され、主プーリ１４内における該供給管の吐出口は前記多孔ドラムの中で下部側を向けている。空気を含んだ急結剤と圧縮空気とは、専用の急結剤供給管３８を通ってコンクリート供給管３６に供給される。コンクリート供給管３６及び急結剤供給管３８は、不図示のホース等を介してそれぞれコンクリートポンプ、急結剤ポンプ及びコンプレッサ等に接続することが可能である。
【００２０】
本発明の実施の形態において、急結剤には、液体、粉体、及びスラリー状体のいずれの状態でも使用できる。
【００２１】
＝＝＝急結剤供給管の配置＝＝＝
次に、急結剤供給管３８の配置及び機能について図３を参照して説明する。図３は、図１に示される急結剤供給管３８が接続されたコンクリート供給管３６の一部の側断面を示した図である。
【００２２】
本発明の一実施形態として、図３に示されるように、急結剤供給管３８はコンクリート供給管３６が直角に曲がる部位から上流側に配置される。また、本発明の一実施形態としての急結剤供給管３８は、前記コンクリート供給管３６よりも小径であり、急結剤供給管３８の中心軸と前記コンクリート供給管３６の中心軸が４０°の角度をなし、コンクリート供給管３６の外壁を貫通して、該管内で、急結剤供給管３８の端面で最もコンクリート供給管３６内部にある点の深さを、コンクリート供給管の直径（ｄ）の３分の１にあたる深さ（ｄ／３）だけ突出するように接続されている。
【００２３】
＝＝＝急結剤供給管の機能＝＝＝
本発明の一実施形態における急結剤供給管３８の機能について説明する。例えば、急結剤供給管３８に所定のホースを介して急結剤ポンプと分岐させてコンプレッサ等を連結すれば、コンクリート供給管３６内を流れるコンクリートに急結剤及び圧縮空気を供給することができる。
【００２４】
コンクリート供給管３６内における、急結剤供給管３８との接続部でのコンクリートの流れ方及びコンクリートと急結剤の混合のし方を、図４を参照して説明する。図４は、コンクリートの流れるコンクリート供給管３６及び急結剤の流れる急結剤供給管３８の、２通りの側断面を示す図である。
【００２５】
図４（Ａ）に示すように、本実施形態においては、急結剤供給管３８がコンクリート供給管３６（径ｄ）内にｄ／３だけ突出するように接続されている。従って、コンクリート供給管３６の中を図４の紙面下から上に流れるコンクリート４０は、図４（Ｂ）に顕著に示されるように、急結剤供給管３８の前記突出部分の外周壁によって二股状に分けられ、再度混合する。前記二股のくぼみ４２の領域に急結剤４１が供給されると、コンクリート４０は急結剤４１をその内部に包み込み、コンクリート４０と急結剤４１とが混合する混合領域４３が形成され、コンクリート４０と混合領域４３とのさらなる混合によって、混合領域４３よりも大きな混合領域４４となる。以上の過程により、コンクリート及び急結剤が均質に混合される。
【００２６】
尚、本実施の形態において、コンクリート供給管３６内の急結剤供給管３８の突出部分は、コンクリートの流れる向きに、コンクリート供給管３６の中心軸の下流方向と鋭角な角度（４０°）をなして突出しているため、この鋭角度ゆえにコンクリートを二股に分けてくぼみ４２を形成することはあっても、該コンクリートの流れを大きく妨げることはない。
【００２７】
急結剤供給管３８が、コンクリート供給管３６との接続部の上流側におけるコンクリート供給管３６の中心軸に対して４０°の角度をもって接続されていることにより、コンクリートの流れと同じ向きに急結剤供給管３８を通して空気を送ることができる。従って、コンクリートの流れをコンクリート供給管３６内の空気圧により加速し、コンクリートをコンクリート供給管３６の下部側を向いた吐出し口から強く押し出して、主プーリ１４のドラムの内壁に衝突させることにより、コンクリート内部の空気を除去してコンクリートの密度を高める。
【００２８】
上記の、コンクリート及び急結剤の均質混合及びコンクリートの高密度化により、むらなく硬化するコンクリートを生成することが可能となる。従って、対象面に吹付けられて固化したコンクリートの高強度となり、また、投射直前のコンクリートが密であるので、吹付け作業中のコンクリートの粉塵を低減させることが可能となる。本実施の形態においては、粉塵の量は、従来技術の量に比べて１／５〜１／１０に減少した。
【００２９】
＝＝＝吹付けコンクリートの強度＝＝＝
コンクリートに対する急結剤の混合場所が、従来技術である吹付け機本体の主プーリ１４ドラム内である場合と本発明の一実施形態であるコンクリート供給管３６内である場合との２つについて、それぞれ形成されるコンクリートの硬化速度によって表されるコンクリート強度を表１に示す。
【００３０】
コンクリート強度は、投射から３時間後の一軸圧縮強度（３ｈ強度）である。上記２通りの方法ともに、急結剤供給時に補助空気を導入している。また、コンクリートには、普通ポルトランドセメントを使用している。
【００３１】
【表１】

【００３２】
表１に示されるように、急結剤供給管３８を介してコンクリート供給管３６に急結剤供給管を介して急結剤を供給した方が、吹付け機内のドラムで急結剤を供給する場合よりも、投射して３時間後のコンクリート強度が３〜５倍高い。
【００３３】
以上、主プーリ１４ドラムの中でコンクリートと急結剤を混合する従来技術と比べて、本実施形態のベルト式コンクリート吹付け機においては、対象面に高強度のコンクリートを投射することができ、従ってコンクリートによる覆工の作業効率が高まる。
【００３４】
＝＝＝その他の実施形態＝＝＝
本発明のその他の実施形態について、図５を参照して説明する。図５は、本発明に係るベルト式コンクリート吹付け機主要部と急結剤供給管３８との側断面を示す図である。
【００３５】
急結剤供給管は、コンクリート供給管のいかなる場所にも接続可能である。図５に示されるように、本発明の一実施形態としての急結剤供給管３８は、コンクリート供給管３６が直角に曲がる部位に配置される。急結剤供給管３８は、その管の中心軸と前記コンクリート供給管３６の中心軸が３０°〜５０°の角度をなすものとする。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば、コンクリートと急結剤とを均質に混合することができるとともに、投射直前のコンクリート内部の空気を除去してコンクリートの密度を高めることができることになるので、むらなく硬化するコンクリートを生成することが可能となる。従って、対象面に吹付けられて固化したコンクリートの強度を高くすることができるとともに、投射の際に発生する粉塵の量を大幅に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るベルト式コンクリート吹付け機の主要部を示す側断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線位置における正断面図である。
【図３】コンクリート供給管及び急結剤供給管付近の断面図である。
【図４】コンクリート及び急結剤の流れの断面を示す図である。
【図５】本発明に係るベルト式コンクリート吹付け機における急結剤供給管配置を示す側断面図である。
【符号の説明】
１０ ベルト式コンクリート吹付け機
１２ 投射ヘッド
１４ 主プーリ
１６ 補助プーリ
１８ ベルト
２０ 投射ガイド
２２ モータ
２４ インペラ
３６ コンクリート供給管
３８ 急結剤供給管
４０ コンクリート
４１ 急結剤
４２ くぼみ
４３、４４ 混合領域

Claims (2)

1. コンクリートをベルトの回転の遠心力で対象面に投射する吹付け機本体と、該吹付け機本体にコンクリートを圧送するコンクリート供給管とを備えたベルト式コンクリート吹付け機であって、
   前記吹付け機本体は、回転可能に設けられる多孔ドラムからなる主プーリと、該主プーリの周囲に回転可能に設けられる複数の補助プーリと、前記主プーリと前記複数の補助プーリとの間に掛け回されるとともに、前記主プーリの多孔部分の一部を開放させるベルトと、前記補助プーリを回転駆動させる回転駆動モータとからなり、
   前記主プーリ内に前記コンクリート供給管の先端部が挿入されて先端の吐出口が前記主プーリの多孔部分の内面に対向配置され、
   前記コンクリート供給管に急結剤を圧縮空気と共に供給する前記コンクリート供給管よりも小径の急結剤供給管が、前記コンクリート供給管の外壁を貫通して前記コンクリート供給管内に、突出部分の上流側の先端が前記コンクリート供給管の直径の略１／３にあたる位置まで突出するように接続され、かつ該接続部の上流側における前記コンクリート供給管の中心軸に対して当該急結剤供給管の中心軸が３０°〜５０°をなすように、前記コンクリート供給管に接続され、突出部分の下流側の先端がコンクリート供給管の内壁面と面一になっており、上流側の先端がコンクリート供給管の内壁面よりも内方に突出していることを特徴とするベルト式コンクリート吹付け機。
2. 前記急結剤供給管は、その中心軸が前記コンクリート供給管の中心軸に対して４０°をなすように、前記コンクリート供給管に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のベルト式コンクリート吹付け機。

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