JP4496473B2 - コンクリート吹付け装置 - Google Patents
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Description
一方、TBM(トンネルボーリングマシン)工法によるトンネルでは、NATM工法に比較して掘削断面が小さく、しかも円形であるため、限られた狭い作業空間となり、コンクリート吹付けの施工性が悪い。このため、吹付け装置によって吹付けを行うと、吹付け厚にバラツキができ品質に問題がある。また、TBM工法によって掘削されたトンネル壁面は、曲率半径の小さな円弧形状を形成することから、この壁面と吹付けノズルの噴出口との間の吹付け距離を一定にして吹付けないと、吹付材の跳ね返りが大きくなることや、余吹き量が多くなるなどの問題があり施工管理が難しい。
これらの問題を改善するために、特許文献1に記載のTBM工法のコンクリート吹付け方法では、吹付け装置がトンネル掘削機後方の作業架台上に搭載され、掘削断面より小さな円弧形状のガイドリングをトンネル周方向にトンネル壁面と略同心円状に設け、このガイドリングに案内されて移動する吹付けノズルによって吹付ける方法が提案されている。
本発明では、吹付け装置に移動手段を設けることによって、ガイドリングを高さ方向に位置を移動できるため、吹付け作業の場合には、ガイドリングをトンネル内周面から一定の距離を確保して設置でき、ガイドリングに沿って移動する吹付けノズルは、常に噴出口をトンネル壁面から一定した最適な距離を維持して吹付けすることができる。
また、吹付け作業をしない場合には、移動手段によってガイドリングを少なくとも高さ方向に他の作業の妨げとならない位置に移動しておくことができる。このため、吹付け装置が他作業の邪魔にならず、作業空間の有効利用ができる。
さらに、ガイドリングが周方向の吹付け範囲の一部をなす円弧状であっても、固定ガイドリングから一つの旋回ガイドリングを左右両方向へ旋回させて突出させることによって、トンネル壁面の全周範囲を吹付け範囲とすることができる。このように、ガイドリングの円弧長を短くすることで、坑内の作業空間を確保することができ、他作業との干渉が少なくなり作業効率を低下させることがない。
本発明では、吹付け装置が軌道範囲でトンネル進行方向に移動できるため、トンネルの掘削と同時にコンクリート吹付けができる。とくに、TBM工法によるトンネル掘削の場合、掘削中は作業架台もトンネル掘進機と同時に移動するため、吹付け装置のトンネル進行方向の移動は有効である。また、吹付け作業をしない場合には、吹付け装置を作業架台の後方に移動させて退避させることにより、作業空間を確保できることから、トンネル掘削全般の作業効率を向上できる。
本発明では、吹付け作業をしない場合に、ガイドリングの向きをトンネル進行方向に直交する方向から平行な方向に変えることによって、吹付け装置がトンネル進行方向に移動する際の干渉を少なくすることができる。
また、吹付け作業をしない場合には、ガイドリングを高さ方向に移動して、例えばトンネル壁面付近の位置とすることで、他の作業の妨げにならないように移動することができる。
図1は実施の形態によるコンクリート吹付け装置を装備したトンネル掘削機の吹付け作業状態を示す図、図2は図1に示すトンネル掘削機の平面図、図3は図1に示すコンクリート吹付け装置の拡大図、図4は図3に示すコンクリート吹付け装置をトンネル切羽側より見た図、図5はコンクリート吹付け装置の退避状態を示す図、図6は旋回ガイドリングを固定ガイドリングから周方向にくり出した図であって、(a)は左方向、(b)は右方向に伸ばした図である。
ここで、以下の説明にあたり、トンネル進行方向で切羽側の向きを「前方」とし、その反対の向きを「後方」とする。
図1に示すように、実施の形態におけるトンネルは、TBM(トンネルボーリングマシン)工法によるものであり、トンネル掘削機1によって掘進され、掘削断面は円形を形成する。
TBM工法による掘進設備は、掘削機本体1a及び推進設備を有するトンネル掘削機1と、掘削に関連する付帯設備とから構成されている。先ず、トンネル掘削機1の掘削機本体1aは、円形のローラーカッタ(図示省略)を複数備えていてカッタ駆動モータ2によってトンネル軸を中心に回転する円形面板形状をなすカッタヘッド3と、カッタヘッド3を支え掘削径とほぼ同径の円筒をなすサポート4と、このサポート4の内側の略中央に長尺梁の一端が固定されたメインビーム5とから構成されている。メインビーム5は、長手方向がトンネル軸方向に向いて設置され、その内部には、掘削した土砂を坑外に搬出するベルトコンベア6が設けられている。
そして、掘削機本体1aの後方には、ジャッキ7aを備えていてトンネル壁面に沿った円弧板状をなすグリッパ7と、グリッパ7の切羽側端面とメインビーム5とを接続する推進ジャッキ8とが設けられている(図2参照)。また、グリッパ7より後方には、グリッパ7の盛替え作業時に使用されるサポートジャッキ9が設けられている。以上がトンネル掘削機1の構成となる。
図1及び2に示すように、支保及び覆工作業設備には、掘削機本体1aのサポート4内で支保工を建込むための支保工建込装置13と、掘削した地山にコンクリートを吹付けるために作業架台10上に設置された吹付け装置14とが設けられている。
図1及び図2に示すように、作業架台10上のトンネル軸には、吹付け装置14が走行するための軌道15が延設されている。そして、吹付け装置14は、作業状況に応じて、吹付け作業領域Rや退避位置Sに移動する。
図5に示すように、吹付け装置14には、軌道15に沿って走行する車輪16aを備えた走行台車16と、走行台車16上にベース側が固定されてトンネル上下方向に伸縮する昇降ジャッキ17(移動手段)と、昇降ジャッキ17の先端に取り付けられたガイドリング18とが設けられている。
また、昇降ジャッキ17先端のガイドリング18の取付部18cには、トンネル上下方向を中心軸としてガイドリング18を水平回転させる回転装置19が設けられている(図5参照)。
一般的に、吹付けの噴出口とトンネル壁面との最適な距離Lが定まっているため、ガイドリング18の円弧を形成する曲率半径は、トンネル内径から距離Nを確保して形成される半径の円弧となる(図4参照)。
図4に示すように、固定ガイドリング18aの内周側には、駆動装置(図示省略)によって回転するスプロケット20(20a、20b)が、両端近傍の例えば2箇所に設けられている。そして、旋回ガイドリング18bの内周面に沿って固定されたチェーン21に少なくともいずれか一方のスプロケット20が噛合するように旋回ガイドリング18bが作動制御される。チェーン21を駆動させるスプロケット20の噛合は、旋回ガイドリング18bの旋回位置によって異なり、図6(a)に示す左側旋回時には、スプロケット20aがチェーン21と噛合し、図6(b)に示す右側旋回時にはスプロケット20bがチェーン21と噛合する。
先ず、TBM工法によるトンネル掘進方法について図1及び図2に基づいて概略説明する。
図2に示すように、グリッパ7は、掘削したトンネル壁面に推進反力をとるため、ジャッキ7aによってトンネル左右で矢印G方向に押し付けられる。トンネル掘削機1は、カッタヘッド3の回転により切羽の地山を削り、同時に推進ジャッキ8を伸ばして掘進する。このときに掘削土砂は掘削機本体1a内に取り込まれ、ベルトコンベア6によって坑外に搬出される。
なお、本実施の形態によるTBM工法におけるトンネル掘進では、掘削機本体1aから後ろに掘削地山が露出する。このため、この露出した地山状況に応じて、支保工建込装置13を使用して支保工を設置したり、吹付け装置14を操作員Mが操作してコンクリートを吹付けする。
なお、図4に示すように吹付領域Rでは、旋回ガイドリング18bの旋回と干渉しないように、軌道15左右の作業架台10bが予め内側に折りたたまれている。
そして、図6(a)及び(b)に示すように、旋回ガイドリング18bは、スプロケット20a、20bとチェーン21の噛合によって駆動され、左右両方向に旋回する。
吹付けノズル25は、伸縮ブーム24を介して、旋回ガイドリング18bの外周面に設けられたレール22に案内されて図4に示す矢印Tの範囲を往復移動する。
また、吹付け作業の場合には、ガイドリング18の円弧中心とトンネル掘削断面の中心とを一致させることにより、吹付け装置14は吹付けノズル25の噴出口25aとトンネル壁面との最適な距離Lを保ちながら吹付けできる。この結果、吹付け厚の管理がしやすくなり、吹付け品質を向上できる。そして、吹付材の付着が均一となり、余吹量を減少でき、さらには吹付材の跳ね返り量を抑えることができるため、吹付材のコストを低減できる。
例えば、本実施の形態によると昇降ジャッキ17、回転装置19、軌道15の走行によって吹付け装置14及びガイドリング18を他作業の妨げにならない高さ方向やトンネル方向へ退避できるようになっているが、これに限定されることはない。要は、吹付け作業をしない場合にガイドリング18が他の作業の邪魔にならないように、少なくとも昇降ジャッキ17によってトンネル高さ方向に退避できればよいのである。
ガイドリング18の円弧長については、旋回ガイドリング18bを旋回させて、吹付けノズル25をトンネルの全周範囲で移動できればよく、本実施の形態に示す円周角で120°から180°の円弧長範囲に限定されることはない。
また、本実施の形態では、TBM工法によるトンネルに吹付け装置14を設けているが、NATM工法によるトンネルに適用してもよい。
3 カッタヘッド
5 メインビーム
7 グリッパ
8 推進ジャッキ
10 作業架台
14 吹付け装置
15 軌道
16 走行台車
17 昇降ジャッキ(移動手段)
18 ガイドリング
18a 固定ガイドリング
18b 旋回ガイドリング
19 回転装置
24 伸縮ブーム
25 吹付けノズル
25a 噴出口
Claims (3)
- トンネル掘削後のトンネル壁面にコンクリートを吹付けるためのコンクリート吹付け装置であって、
トンネル内周面に沿う曲線状のガイドリングと、
前記ガイドリングをトンネル内周面から一定の距離の吹付け位置と該吹付け位置から高さ方向に退避した位置とに移動できるようにした移動手段と、
が設けられ、
前記ガイドリングは、前記移動手段に固定されている固定ガイドリングと、該固定ガイドリングの左右に突出するように案内されてこの固定ガイドリングと同軸に旋回する一つの旋回ガイドリングとから構成され、
前記旋回ガイドリングには、該旋回ガイドリングの外周面に案内されて移動する吹付けノズルが設けられていることを特徴とするコンクリート吹付け装置。 - 前記ガイドリングは、トンネル進行方向に設けた軌道に案内される走行台車に備えられていることを特徴とする請求項1に記載のコンクリート吹付け装置。
- 前記ガイドリングは、トンネル進行方向に直交する方向から平行な方向に回転できるように設けられていることを特徴とする請求項1又は2に記載のコンクリート吹付け装置。
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