JP4537860B2

JP4537860B2 - トンネル用ライニング装置

Info

Publication number: JP4537860B2
Application number: JP2005000819A
Authority: JP
Inventors: 祐司長野; 利行柳田
Original assignee: Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Mitsui Construction Co Ltd
Priority date: 2005-01-05
Filing date: 2005-01-05
Publication date: 2010-09-08
Anticipated expiration: 2025-01-05
Also published as: JP2006188860A

Description

本発明は、コンクリート等のセメント系のライニング材料でトンネルの掘削壁面をライニングするトンネル用ライニング装置に係り、特に材料導入部からライニング材料と急結剤を撹拌混合部に導入し、ライニング材料に急結剤を加えて混練りした吹付けライニング材を回転投射部に順次移送させ、回転投射部に設けたインペラからトンネルの掘削壁面に遠心力で投射して吹き付ける回転投射式のトンネル用ライニング装置に関する。

この種の回転投射式によるトンネル用ライニング装置には、本件出願人が提案して既に特許された特許文献１の発明などがあるが、特許文献１の発明では撹拌混合部が略水平に配置した円錐台筒（コーン状）で撹拌混合室を形成させ、撹拌混合室内には円錐台筒の中心線に沿って配置した回転軸と、回転軸の外周から円錐台筒の内周近傍へ突出する複数の撹拌棒を設け、回転駆動部により円錐台筒を相対的に低速で前記回転軸及び撹拌棒を相対的に高速で同一方向へ回転させ、材料導入部を介して円錐台筒の小径端側から導入したライニング材料と急結剤を撹拌混合させている。
特許第３２１０８９９号公報

特許文献１のトンネル用ライニング装置によると、スクリューコンベアなどの局部的な混合撹拌とは異なり、ライニング材料と急結剤の全体に対して均一に作用するので、局部的に滞留を生じて固結することが無く、而も運転を休止する際にはその残留慣性力によって、又は直前にライニング材料と急結剤の供給を停止した状態にして空運転させることによって、撹拌混合室内に残留している吹付けライニング材は、遠心力によって発生した水平方向分力及びテーパ面に沿った重力による流動性で回転投射部側へ排出され、回転投射部から外部へ投射されるので、固結によって移送管路を閉塞させることがない。

また、撹拌混合部には回転軸の前端に導入した急結剤を円錐台筒の内周面へ飛散させるインペラを装着させ、当該回転軸とインペラを連動回転させた構成を採ることによって、急結剤はインペラによって円錐台筒内面に均一な分散状態で叩き付けられるので、当該円錐台筒内面を展延状態で流動するライニング材料と短時間で効果的に混練りされ、少量の急結剤で早強性の吹付けライニング材を得ることができ且つ粉塵の発生も少なくなり、インペラを連動回転させた構成は制御が容易になり且つ回転駆動部の構造も簡単で安価にできる。

また、撹拌混合部では円錐台筒と回転軸及び撹拌棒の相対回転速度を所望に設定させ、撹拌混合室内における混練り滞留時間を制御させる構成を採ることによって、使用するライニング材料と急結材の性状や、温度や湿度或いは吹き付ける掘削壁面の状態などに適合させ、最適な混練り状態の吹付けライニング材が得られるように調整ができることなど、従来技術ではなし得なかった顕著な作用効果を奏する。

しかしながら、特許文献１の発明によるトンネル用ライニング装置の場合には、多機能を有するので構造が複雑になって大型化すると共に、重量も嵩んで且つ製造コストも高くなり、特に小口径トンネルに対してライニング処理を施す装置としては改善の余地があったので、本件発明者らが検討を行ったところ、機能の一部を省略して小型化及び軽量化を図っても限定された条件下で実用が可能であることを確認したので、製造コストを削減した小口径トンネル用の汎用機として新たに提案する。

すなわち、特許文献１の発明における撹拌混合部では円錐台筒と回転軸及び撹拌棒の相対回転速度を所望に設定させ、撹拌混合室内における混練り滞留時間を制御させる構成を採るようにし、撹拌混合室を形成する円錐台筒の小径側から導入した急結剤の硬化時間に適合させて、円錐台筒の回転速度を硬化時間が遅い場合には遅くし、硬化時間が早い場合には早くすることによって、掘削壁面に吹付けるまでの到達時間を調整できるようにしていたが、円錐台筒を静止状態にしてその回転駆動機構を省略するようにした。

これを可能にする要因として、その第１は小口径トンネルのライニング処理を対象とするので、投射距離が短くて急結剤の硬化時間の違いによる影響が少ないこと、その第２は最近の急結剤は性能面で飛躍的に向上し、ライニング材料と急速に反応して短時間で硬化を開始するようになったので、円錐台筒を静止状態にして流速を遅延させても十分に硬化すること、その第３は攪拌混合室内を移送中のライニング材料に対し、急結剤を所望の設定位置に設けた吐出口から添加できるようにすることである。

本発明のトンネル用ライニング装置は、材料導入部からライニング材料と急結剤を撹拌混合部に導入し、円錐台筒によって形成された攪拌混合室内でライニング材料に急結剤を添加して混練りした吹付けライニング材を回転投射部に順次移送させ、回転投射部に設けたインペラからトンネルの掘削壁面に遠心力で投射して吹き付ける回転投射式のトンネル用ライニング装置において、前記円錐台筒を固定して静止状態にすると共に、前記撹拌混合部には、所望の設定位置に設けた吐出口から攪拌混合室内を移送中のライニング材料に対し急結剤を添加できる急結剤添加手段を設け、この急結剤添加手段を、中空にした攪拌回転軸の始端側から急結剤を供給すると共に、攪拌回転軸の途中に開閉可能な吐出口を複数設け、必要な吐出口を選択使用するように構成し、放射状に攪拌棒を突設して攪拌混合室内の軸心に装着した攪拌回転軸を、前記インペラと同速回転させるようにした。（請求項１）

前記吐出口は、中空にした攪拌用回転軸の外周面に穿設するか、攪拌棒を中空にしてその先端に形成するか、攪拌棒とは別に短尺で中空の攪拌棒を設けてその先端に形成するか、中空にした攪拌用回転軸の内部に吐出口用の配管を個別に埋設して形成するかのいずれかにより構成し、不要な吐出口には着脱可能な封止部材を装着するようにした形態を採ることができる。（請求項２）

請求項１のトンネル用ライニング装置によると、特許文献１の発明の場合のように円錐台筒を回転させずに静止状態にしたことによって、円錐台筒を回転駆動させるモータとプーリとＶベルトその他公知の動力伝達手段及び、円錐台筒に連結する回転筒などによる回転駆動部を省略することができるので、装置全体の小型化及び軽量化を図ることができると共に、製造コストを低減して小径トンネルのライニング処理に適した汎用機として使用することができる。

また、急結剤の硬化時間が長い場合や、吹付けする投射距離が短い場合や、ライニング材料が粘性の低いスラリー状の場合や、冬季のように温度が低い場合には、吐出口を成る可く材料導入部側に設定して混練りする時間を長くし、急結剤の硬化時間が短い場合や、吹付けする投射距離が長い場合や、ライニング材料が粘性の高いスラリー状の場合や、夏季のように温度が高い場合には、吐出口を成る可く回転投射部側に設定して混練りする時間を短くすることができる。

従って、作業能率を向上させるために高価ではあるが硬化時間が短い特殊な急結剤を使用する場合や、硬化時間は長いが安価な汎用の急結剤を使用する場合のいずれにも対応が可能であり、小口径トンネルのように投射距離の短い場合や大口径トンネルのように投射距離の長い場合にも対応が可能であり、ライニング材料や急結剤のメーカ間の格差にも対応が可能であるから、均質で良好なライニング処理を行うことができると共に、急結剤添加手段は攪拌用回転軸を中空にして途中に開閉可能な吐出口を設けた簡単な構造であり、吐出口は請求項２のように各種の形態を採ることができる。

本発明のトンネル用ライニング装置について、本発明を適用した好適な実施形態を示す添付図面に基づいて詳細に説明するが、図１は第１の実施例によるライニング装置の一部を断面にした全体側面図を示し、図２は図１における撹拌混合部の拡大断面図を示し、図３は図１の回転投射部の動作説明図を示し、図４は第１の実施例によるライニング装置の撹拌混合部を変更した第２の実施例による撹拌混合部の拡大断面図を示す。

トンネル用ライニング装置１は、スラリー状のライニング材料ａと粉体状または液体状の急結剤ｂを供給する材料導入部１Ａと、ライニング材料ａに急結剤ｂを添加して混練りする撹拌混合部１Ｂと、混練りした吹付けライニング材ｃをトンネルの掘削壁面に回転投射して吹き付ける回転投射部１Ｃと、関連各部を回転駆動する回転駆動部１Ｄとを備えている。

材料導入部１Ａには、予めスラリー状に調製したライニング材料ａが導入管２を介して圧送されると共に、液体状または粉体状の急結剤ｂが導入管３を介して圧送され、ライニング材料ａと急結剤ｂは撹拌混合部１Ｂの混合撹拌室４を形成する略水平状態で配置した円錐台筒５内にそれぞれ供給される。

撹拌混合部１Ｂでは、混合撹拌室４内に圧送されたライニング材料ａを、円錐台筒５の内周面に沿って回転投射部１Ｃ側に移送すると共に、急結剤ｂを円錐台筒５の内周面に向けて放射状に飛散させ、中実又は中空の攪拌用回転軸６から放射状に突出に装着した攪拌棒８によって、ライニング材料ａと急結剤ｂを攪拌混合して、混練りした吹付けライニング材ｃを回転投射部１Ｃに順次移送させる。

攪拌用回転軸６には、放射状に突出する複数枚の（例えば４枚）の羽根板７ａを有する急結剤飛散用のインペラ７を入口側の端部に設け、導入管３の出口と対向状に配置すると共に、出口側の端部は閉塞板９を介して回転投射部１Ｃ側と連結し、導入管３から吐出された急結剤ｂは攪拌用回転軸６で回転されたインペラ７によって円錐台筒５の内周面に向けて放射状に飛散され、ライニング材料ａに添加される。

回転投射部１Ｃは、円錐台筒５の開口に対向する円板状の側面板１０とその内側に配置した環状面板１１との間を、円周方向に沿った所定間隔毎に放射状に配置した複数枚の羽根板１２で連結して形成されるインペラ１３と、投射方向Ｆが解放される状態でインペラ１３の外周面に巻き付けられる無端平ベルト１４と、インペラ１３の外周囲に配置して無端平ベルト１４を案内する複数個のガイドプーリ１５と、ガイドプーリ１５が枢着される取付板１６とで構成される。

回転投射部１Ｃでは、撹拌混合部１Ｂから送り込まれてくる吹付けライニング材ｃを、無端平ベルト１４で囲繞されて高速回転するインペラ１３内に収容すると共に、この吹付けライニング材ｃをインペラ１３の羽根板１２で円周方向へ押し出しながら、無端平ベルト１４の解放部に設けた投射口１７から掘削壁面１８に遠心力を利用して回転投射し、掘削壁面１８にライニング１９を吹付けする。

回転駆動部１Ｄは、攪拌用回転軸６と撹拌棒８及び各インペラ７，１３を回転駆動させる第１の回転駆動部と、取付板１６を回転駆動させて投射方向を制御する第２の回転駆動部とを備え、第２の回転駆動部はモータ２０の回転力をプーリとＶベルトその他公知の動力伝達手段２１で取付板１６に伝達し、外側回転筒２２に対して回転可能な取付板１６を揺動回転能にしている。

第１の回転駆動部は、モータ２３の回転力をプーリとＶベルトその他公知の動力伝達手段２４で内側回転筒２５に伝達し、内側回転筒２５に連結したインペラ１３を回転可能にすると共に、インペラ１３の側面板１０を攪拌用回転軸６に設けた閉塞板９と重合させた状態で着脱可能に連結し、攪拌用回転軸６と撹拌棒８及び各インペラ７，１３と連動回転させることが可能である

以上の構成によるトンネル用ライニング装置１は、取付け機構部（図示を省略）を介して特許文献１の発明と同様に、伸縮ブームやアームを装着した自走式のベースマシンに搭載し、伸縮ブームとアームを動作させて回転投射部１Ｃを掘削壁面１８から所定距離離した状態でライニング開始位置に位置決めすると共に、トンネルの側部から頂点に向けて伸縮ブームを周方向に旋回させながら、吹付けライニング材ｃを回転投射してライニング１９を吹付けする。

このトンネル用ライニング装置１では、特許文献１の発明の場合と同様に材料導入部１Ａから撹拌混合部１Ｂに供給されたライニング材料ａに急結剤ｂを添加して攪拌混合し、混練りした吹付けライニング材ｃを回転投射部１Ｃに順次移送させ、回転投射部１Ｃのインペラ１３からトンネルの掘削壁面に回転投射して吹き付けが行われる。

特に、特許文献１の発明の場合のように円錐台筒を回転させずに静止状態にしたことによって、円錐台筒を回転駆動させるモータとプーリとＶベルトその他公知の動力伝達手段及び、円錐台筒に連結する回転筒などによるの回転駆動部を省略することができるので、装置全体の小型化及び軽量化を図ることができると共に、製造コストを低減して小径トンネルのライニング処理に適した汎用機として使用することができる。

次に、図４は第１の実施例によるトンネル用ライニング装置１の撹拌混合部１Ｂに対して、急結剤ｂの添加手段を変更した第２の実施例であって、撹拌混合部１Ｂ以外は第１の実施例の場合と同様の構成であるから、共通する部分には同じ符号を付して詳細な説明を省略し、相違する部分について重点的に説明する。

ライニング材料ａは、材料導入部１Ａの導入管２を介して混合撹拌室４を形成する円錐台筒５内に直接に供給されるが、急結剤ｂは材料導入部１Ａの導入管３を介して混合撹拌室４内の攪拌用回転軸６に設けた急結剤添加部２６に供給され、円錐台筒５の内周面に向けて放射状に飛散させ、攪拌用回転軸６から突設した攪拌棒８でライニング材料ａと急結剤ｂを攪拌混合して、混練りした吹付けライニング材ｃを回転投射部１Ｃに順次移送させる。

急結剤添加部２６は、攪拌用回転軸６を中空にして先端側を取り外し可能な閉塞板９で密閉すると共に、基端側には導入管３を連結して急結剤ｂが圧送されるようにし、攪拌用回転軸６の軸線方向に沿った所定間隔位置毎に円周方向に沿って急結剤ｂの吐出口２７を複数個所に設け、使用しない吐出口２７には着脱可能なネジ栓などよる封止部材２８を装着して閉塞させ、使用する吐出口２７を選択できるようにしている。

このトンネル用ライニング装置１では、攪拌混合室４内に急結剤ｂの添加位置を所望に設定できる急結剤添加手段として急結剤添加部２６を設け、これによって多様な使用環境で各種の急結剤を幅広く使用することが可能になると共に、吹付けライニング材ｃの調製を容易し且つ良質することができ、作業能率の向上と高品質のライニング処理を図ることができるようにしたものである。

すなわち、急結剤添加部２６に設けた複数個所の吐出口２７を任意に選択し、急結剤ｂの添加位置を所望に設定して急結剤ｂの添加を行うことにより、各種の急結剤による硬化時間の相違や、吹付けする投射距離の長短、ライニング材料ａの性状の相違、季節による温度差その他の使用環境に適合させることができる。

例えば、急結剤の硬化時間が長い場合や、吹付けする投射距離が短い場合や、ライニング材料ａが粘性の低いスラリー状の場合や、冬季のように温度が低い場合には、吐出口１０を成る可く材料導入部１Ａ側に設定して混練りする時間を長くし、急結剤の硬化時間が短い場合や、吹付けする投射距離が長い場合や、ライニング材料ａが粘性の高いスラリー状の場合や、夏季のように温度が高い場合には、吐出口１０を成る可く回転投射部１Ｃ側に設定して混練りする時間を短くすることができる。

従って、作業能率を向上させるために高価ではあるが硬化時間が短い特殊な急結剤を使用する場合や、硬化時間は長いが安価な汎用の急結剤を使用する場合のいずれにも対応が可能であり、小口径トンネルのように投射距離の短い場合にも対応が可能であり、ライニング材料ａや急結剤ｂのメーカ間の格差にも対応が可能であるから、均質で良好なライニング処理を行うことができる。

なお、図示の実施例による急結剤添加部２６では中空にした攪拌用回転軸６の外周面に吐出口２７を穿設する形態にしたが、攪拌棒８を中空にして急結剤ｂの吐出口にしたり、攪拌棒８とは別に短尺で中空の攪拌棒を設けて急結剤ｂの吐出口にしたり、中空にした攪拌用回転軸６の内部に吐出口用の配管を個別に埋設する形態など、要旨の範囲内において同様に機能する各種の変形を採り得るものである。

本発明を適用したライニング装置の一部を断面にした全体側面図である。図１のライニング装置における攪拌混合部の拡大断面図である。図１のライニング装置における回転投射部の動作説明図である。図１のライニング装置における他の実施例による攪拌混合部の拡大断面図である。

符号の説明

１トンネル用ライニング装置
１Ａ材料導入部
１Ｂ撹拌混合部
１Ｃ回転投射部
１Ｄ回転駆動部
２（ライニング材料ａの）導入管
３（急結剤ｂの）導入管
４撹拌混合室
５円錐台筒
６撹拌回転軸
７（急結剤飛散用の）インペラ
８撹拌棒
９閉塞板
１０側面板
１１環状面板
１２羽根板
１３（吹き付けライニング材投射用の）インペラ
１４無端平ベルト
１５ガイドプーリ
１６取付板
１７投射口
１８掘削壁面
１９ライニング
２０，２３モータ
２１，２４動力伝達手段
２２外側回転筒
２５内側回転筒
２６急結剤添加部
２７吐出口
２８ネジ栓（封止部材）

Claims

材料導入部からライニング材料と急結剤を撹拌混合部に導入し、円錐台筒によって形成された攪拌混合室内でライニング材料に急結剤を添加して混練りした吹付けライニング材を回転投射部に順次移送させ、回転投射部に設けたインペラからトンネルの掘削壁面に遠心力で投射して吹き付ける回転投射式のトンネル用ライニング装置において、前記円錐台筒を固定して静止状態にすると共に、前記撹拌混合部には、所望の設定位置に設けた吐出口から攪拌混合室内を移送中のライニング材料に対し急結剤を添加できる急結剤添加手段を設け、この急結剤添加手段を、中空にした攪拌回転軸の始端側から急結剤を供給すると共に、攪拌回転軸の途中に開閉可能な吐出口を複数設け、必要な吐出口を選択使用するように構成し、放射状に攪拌棒を突設して攪拌混合室内の軸心に装着した攪拌回転軸を、前記インペラと同速回転させることを特徴とするトンネル用ライニング装置。
前記吐出口を、中空にした攪拌用回転軸の外周面に穿設するか、攪拌棒を中空にしてその先端に形成するか、攪拌棒とは別に短尺で中空の攪拌棒を設けてその先端に形成するか、中空にした攪拌用回転軸の内部に吐出口用の配管を個別に埋設して形成するかのいずれかにより構成し、不要な吐出口には着脱可能な封止部材を装着するようにした請求項１に記載したトンネル用ライニング装置。