JP4646466B2 - Tunnel spraying device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル内においてトンネル内壁面に吹付け材料を吹付ける吹付け装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、トンネル内表面に耐火材等の各種材料を積層形成する方法としては、工場等であらかじめ製作された複数のパネルを現場まで運搬・搬入し、それらのパネルを支持金物等でトンネル内壁面に取り付けるという方法が提案されている。
但し、この技術は公知ではない。
【0003】
また、前記各種材料を一定の厚さまで吹付ける方法もあり、この場合は移動台車等に吹付け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けノズルを操作するようにした吹付け機械を用いたり、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。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、パネルのトンネル内壁面取り付けを行う場合、作業時にはトンネルが供用中であったり工事中であることが多く、作業スペースの確保、施工時間の制約、及び保安上の問題等があった。
【0005】
また、大断面のトンネルの場合にはパネルの数量が多いため、運搬・搬送を行う運搬車両の台数が多くなり、運搬経路における交通渋滞を引き起こし、周辺環境に悪影響を及ぼす結果となっていた。
【0006】
さらに、吹付け作業を行う場合には、吹付け厚を均一にすることは作業員が行う場合かなりの熟練を要し、吹付け用の機械を用いたとしても制御が難しくトンネル内壁面に均等に吹付けることは容易ではなかった。
【0007】
上記の問題点に鑑み、本発明においては、供用中のトンネルにおいても安全にかつ広い作業場所を確保しなくても吹付けが可能であり、しかも容易に吹付け厚を均一にすることのできる吹付け装置を提供することを課題としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
かかる課題に着目し、請求項1に記載された発明は、トンネル内壁面に吹付け材料を吹付けるトンネル内吹付け装置であって、前記トンネル内壁面より内側にトンネル周方向に沿って形成された走行軌条を備えトンネル長手方向に移動自在の吹付け台車と、該吹付け台車に搭載され前記走行軌条に沿って歯車機構を介して所定移動範囲内でトンネル周方向回りに走行自在の吹付け機を有し、該吹付け機には吹付け面である前記トンネル内壁面に対して垂直に位置した吹付けノズルとが設けられ、前記吹付けノズルは、トンネル長手方向に所定幅平行移動可能であるとともに、前記トンネル内壁面に対して垂直方向に進退動可能であり、吹付け距離を計測するための変位計測器で計測される変位量に基づいて前記吹付けノズルを進退動させることにより、前記トンネル内壁面からの距離を一定に保つようにし、前記吹付け機には、そのトンネル周方向の位置を計測するエンコーダが設けられ、前記吹付けノズルの吹付け口が、前記トンネル内壁面に対して平行に円運動可能であることを特徴とする。
【0009】
請求項2に記載された発明は、請求項1に記載の構成に加え、前記吹付けノズルの吹付け口の円運動が、平行リンク運動を円運動に変換する仕組みによるものであることを特徴とする。
【0010】
請求項3に記載された発明は、請求項1または2に記載の構成に加え、前記吹付け機には、前記吹付け材料の吹付け後の吹付け面のコテ仕上げを行う仕上げ装置を設置し、前記仕上げ装置には、コテ部材が可動自在に設けられ、該コテ部材は、前記吹けノズルからの吹付け材料の吹付け時には吹付け範囲から待避され、吹付け面仕上げ時には前記吹付け範囲内まで移動して該コテ部材により前記吹付け面をならしてコテ仕上げを行うようにしたことを特徴とする。
【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説明する。
【0014】
本実施の形態では、主にシールドトンネルの二次覆工において、耐火材等の吹付け材料をトンネル内壁面のセグメントに吹付ける場合にこの発明を適用したものである。
【0015】
但し、特にトンネルはシールドトンネルに限定することなく、吹付け材料はコンクリート、モルタル等を使用することも可能である。
【0016】
[発明の実施の形態1]
実施の形態1について図1〜図5を用いて説明する。
【0017】
図1はシールドトンネルの長手方向断面図、図2はシールドトンネルの周方向断面図である。図1において、シールドトンネル1の切羽側に図示しないシールド機とシールド機を移動させるための複数の台車が配置されており、シールド機により地山を掘削しながら複数のセグメント2を組み立てることによってシールドトンネル1は構築される。掘削した土砂は図2のずり鋼車4により立坑まで搬送される。当実施の形態では掘削した土砂の搬送はずり鋼車4を用いたが、ポンプ等による圧送方式を用いてもよい。
【0018】
前記シールド機を移動させるための前記台車やずり鋼車4の軌道設備として、複数の鋼材5がセグメント2に固定されレール6が敷設されている。
【0019】
シールドの掘進に支障が生じない立坑側に吹付け台車3を設置する。吹付け台車3には、トンネル周方向に沿って形成された走行軌条7が設置され、この走行軌条7に吹付け機8が走行自在に取り付けられている。本実施の形態では、トンネル内壁面と吹付け機8との距離がほぼ一定となるように走行軌条7が略円形に形成されている。
【0020】
前記吹付け機8には、トンネル内壁面に対してほぼ垂直に位置した吹付けノズル9が配設されている。なお、本実施の形態で使用する吹付けノズル9は1個であるが、複数の吹付けノズルを設置して使用してもよい。
【0021】
吹付け台車3の立坑側には圧送ポンプ10が接続され、圧送ポンプ10の上部にミキサー11が設置され、さらに前記ミキサー11の上部に材料台車18が設けられ、材料台車18内には吹付け材用の材料タンク12、13及び14が設けられている。材料台車18とミキサー11の間には、吹付け材料をミキサー11に供給するためのホッパー15が設置されている。また、吹付け材料に圧力をかけて放出するためのエアーコンプレッサ16と前記圧力を調整するための圧力調整装置17が備えられている。
【0022】
前記吹付け台車3、材料台車18、ミキサー11、圧送ポンプ10、エアーコンプレッサ16及び圧力調整装置17等を全て合わせて本発明での吹付け装置と呼ぶが、この吹付け装置は一体となってレール6上を移動可能に設置されている。吹付け装置の移動方法としては、バッテリーカーでも自走式でもよい。本実施の形態ではレール6を敷設する軌道方式としたが、タイヤによる移動手段を用いてもよい。
【0023】
材料タンク12の下部には、材料の供給量を調節する電磁バルブ19を備え、この電磁バルブ19の下部に材料の吐出量を計測する流量計20が備えられている。吐出した材料はホッパー15からミキサー11に供給される。材料タンク13,14についても前記材料タンク12と同様にミキサー11への材料供給が行われる。
【0024】
ミキサー11には水管25により水源から水が供給される。水管25には水量を調節する電磁バルブ26が設けられ、この電磁バルブ26の水源から遠い側に流量計27が設けられている。
【0025】
圧送ポンプ10は電動機28によって稼働し、吹付け材料を吹付け機8に圧送する。圧送ポンプ10の吐出口29は材料ホース30に接続され、その間には吐出圧力を計測する圧力計31、流量計32及びRI密度水分計33が配設されている。材料ホース30の他端には吹付け管34が接続されている。
【0026】
圧力調整機17と、吹付け機8に配設されているエアー管35はエアーホース36で接続されており、前記エアー管35とエアーホース36の接続部分は電磁バルブ37が配設されており圧縮空気の流量を調節できるようになっている。
【0027】
吹付け台車3の位置を計測する測定装置として、例えばエンコーダ38を吹付け台車3の車輪に設置する。測定装置としては光波測距機を用いてもよい。
【0028】
エンコーダ38を用いて測定したデータは図示しない電線、制御盤39、及び電線40を介して地上に設けられた制御室41内のコンピュータ42に伝送される。なお、本実施の形態ではコンピュータ42やディスプレイ43を地上の制御室41に設置したが、設置場所はトンネル内でもかまわない。
【0029】
前記電動機28、エアーコンプレッサ16、エンコーダ38等は電線で制御盤39に接続され、図示しない電源から電気が供給されている。
【0030】
また、図示しない温度計測器がミキサー11近傍に設置され、温度を計測している。
【0031】
次に、図3、図4を用いて吹付け機8の構造を説明する。
【0032】
図3は、吹付け機8の図2のA−A線に沿う断面図、図4は、吹付け機8の図3のB−B線に沿う断面図である。これらの図に示すように、吹付け台車3に設けられたリブ44の内周側に固定歯車45が設けられ、この固定歯車45と吹付け機8に配設された稼働歯車46を噛み合わせ、またリブ44の外周側にはタイヤ47が設けられている。すなわち、リブ44は稼働歯車46とタイヤ47によって挟み込まれている。
【0033】
前記タイヤ47は回転可能となるようにフレーム48に軸支されている。また、このフレーム48に固着された電動機49の駆動歯車50と支持歯車51は回転可能に噛合され、支持歯車51と稼働歯車46は係着されている。電動機49を駆動することにより、吹付け機8は吹付け台車3上のトンネル周方向に沿った走行軌条7の吹付け範囲A点からB点まで走行する。限界点であるA点及びB点には図示しないリミットスイッチが設置されている。
【0034】
電動機49の駆動歯車50にトンネル周方向の位置計測用のエンコーダ52が噛合されている。このエンコーダ52は複数個設けて測定精度を上げることも考えられる。
【0035】
フレーム48に第1ジャッキ53が固着され、この第1ジャッキ53のロッド側にジャッキボックス54が固定されており、このジャッキボックス54は固定ボックス55に固定されている。ジャッキボックス54は、下部は振れ止め材56で摺動可能とされ、上部は固定ボックス55をフレーム48に固定する複数の摺動バー57で摺動可能とされている。
【0036】
第1ジャッキ53を伸縮することにより、スライド部材58がトンネル長手方向にスライドし、このスライド部材58に案内されてジャッキボックス54、固定ボックス55及び吹付けノズル9が一体となってトンネル長手方向C点からD点間をスライドする。限界点であるC点及びD点にはリミットスイッチが設置されている。
【0037】
フレーム48には変位計測器59が設置され、変位計測のワイヤーはジャッキボックス54に固定されている。変位計測器59で計測される変位量により、ジャッキボックス54のトンネル長手方向の位置計測が行われる。この変位計測器59は複数個設けて測定精度を上げてもよい。
【0038】
また、ジャッキボックス54の内部には第2ジャッキ60が挿入・固定されている。この第2ジャッキ60ロッド側に吹付け管34とエアー管35が固定されており、エアー管35は吹付け管34の吹付け口の付近に接合されている。
【0039】
吹付け管34には吹付け厚61を計測する測定器として、収納ボックス62に収納された超音波式変位センサ63が固定されている。吹付け厚61を計測する計測器としては、超音波式変位センサ63の他に、光波測距機も使用できるが、計測器の大きさと感度の点を比較した場合超音波式変位センサを用いるのが好ましい。収納ボックス62には吹付けノズル9側に蓋64が設けられ、図示しない駆動装置により蓋64が開閉する構造になっている。超音波式変位センサ63にて計測しない場合は、蓋64を閉めて吹付けのリバウンド材から超音波式変位センサ63を保護することができる。また、吹付けのリバウンド材から吹付け機8を保護するリバウンド受65も吹付け管34に固定されている。また、吹付け管34の先端には吹付け状態を調節する吹付けノズル9が設けられている。この吹付けノズル9の調節は手動でも、駆動装置を設けて制御してもよい。
【0040】
第2ジャッキ60を伸縮させると吹付けノズル9、超音波式変位センサ63及びリバウンド受け65がトンネル内壁面に対して垂直方向に進退動を行う。
フレーム48に変位計測器66が設置され、変位計測のワイヤーはリバウンド受け65に固定されている。この変位計測器66で計測される変位量により、吹付け距離67の計測が行われる。この変位計測器66は複数個設けて測定精度を上げてもよい。
【0041】
前記エンコーダ52、変位計測器59、66及び超音波式変位センサ63の測定データは図示しない電線、制御盤39及び電線40を介して制御室41内のコンピュータ42に伝送される。伝送された各種データはコンピュータ42によって演算・解析され、演算・解析結果に基づいて、吹付け位置、吹付け距離67及び吹付け厚61等が制御され、ディスプレイ43や図示しないプリンターに解析結果、制御状況等が映像や数値で表示される。
【0042】
また、吹付け機8には吹付け後の吹付け面のコテ仕上げを行う仕上げ装置68が設置されている。この仕上げ装置68は、フレーム48に固定された電動機69と、この電動機69の駆動軸に可動自在に設けられたコテ70で構成されている。このコテ70は、前記吹けノズル9からの吹付け材料の吹付け時には吹付け範囲から待避され、吹付け面仕上げ時には前記吹付け範囲内まで移動して吹付け面をならしてコテ仕上げを行う仕組みとなっている。
【0043】
以下、図5のトンネル内吹付け制御フロー図を参照しながら実施の形態1における吹付け制御の仕組みを説明する。
【0044】
まず、吹付け台車3、吹付け機8及び吹付けノズル9の移動制御について説明する。
【0045】
始めに、吹付け台車3に設置したエンコーダ38で吹付け台車3の位置が計測され、計測データはコンピュータ42に伝送される(S2)。伝送された計測データをコンピュータ42で演算・解析することによって、吹付け台車3の位置を把握し、その後吹付け台車3を図示しないバッテリーカー等で吹付け位置に移動させる(S3)。
【0046】
次に、吹付け機8の位置がエンコーダ52で計測され、計測データがコンピュータ42に伝送される(S2)。伝送された計測データをコンピュータ42で演算・解析することによって、吹付け機8のトンネル周方向位置を把握し、吹付け機8の電動機49を駆動させ、吹付け機8を吹付け開始点であるA点まで移動させる(S5)。
【0047】
次に、吹付けノズル9のトンネル長手方向位置が変位計測器59で計測され(S2)、計測されたデータはコンピュータ42に伝送される。伝送された計測データをコンピュータ42で演算・解析し、吹付けノズル9のトンネル長手方向位置を把握し、第1ジャッキ53を伸縮させることによって吹付けノズル9のトンネル長手方向位置を吹付け開始点であるC点まで移動させる(S7)。
【0048】
次に、吹付けノズル9と吹付け壁面間の吹付け距離67が変位計測器59で計測され(S2)、計測データはコンピュータ42に伝送される。伝送された計測データをコンピュータ42で演算・解析し、解析結果を基に第2ジャッキ60をトンネル内壁面に対して垂直方向に伸縮させ、設定した吹付け距離67に移動させる(S9)。前記吹付け距離67の計測は変位計測器59に代えて超音波式変位センサ63を用いてもよい。
【0049】
次に、吹付け材料をフィードバック制御する仕組みについて説明する。
【0050】
まず、あらかじめ吹付けに関する各種設定値として、吹付け厚61、吹付け完了面71、吹付け材料の種類及び混合比率、水の注入量、吹付け材料の攪拌状況(ミキサー11の回転速度・攪拌時間)、吹付け材料の吐出圧力・流量、吹付け材料の吐出密度・水分、圧縮空気の吐出圧力・流量、吹付けノズルの種類・開度、吹付け機8の移動速度、吹付けノズル9の移動速度、吹付け距離67を設定する(S1)。
【0051】
前記設定された吹付け材料及び混合比率を基に、各種吹付け材料の吐出量が電磁バルブ19、21及び23の開度によって調整される(S20)。前記吹付け材料の吐出量は流量計20、22及び24により計測され、計測データはコンピュータ42に伝送される。伝送された計測データはコンピュータ42で演算・解析され、吐出量が設定値でない場合は、設定値となるようにフィードバック制御で電磁バルブ19、21及び23の開度を再調整する(S21)。前記材料タンク12、13及び14から吐出された各種吹付け材料は、下方に設置してあるホッパー15からミキサー11に供給される。
【0052】
同様に、あらかじめ設定された水の供給量を基に、電磁バルブ26の開度を調節しホッパー15に水を供給する(S22)。この供給量を流量計27により計測し、計測データはコンピュータ42に伝送される。伝送された計測データはコンピュータ42で演算・解析され、水の供給量が設定値でなかった場合は設定値となるようにフィードバック制御によって電磁バルブ26の開度が再調整される(S23)。
【0053】
次に、ミキサー11に投入された各種吹付け材料は設定された回転速度及び攪拌時間で攪拌される(S24)。あらかじめ設定された吹付け材料の吐出圧力・吐出流量となるように電動機28の回転制御を行い(S25)、吹付け材料はミキサー11下部の図示しない開閉装置により図示しない蓋が開放され、圧送ポンプ10に投入される(S26)。吐出圧力は圧力計31で、吐出流量は流量計32で計測され、計測データはコンピュータ42に伝送され演算・解析される。解析結果を基に、吹付け材料の吐出圧力と吐出流量が設定値でない場合、設定値となるようにフィードバック制御にて電動機28の回転数は再調整される(S27)。設定値であった場合は、さらにRI密度水分計33にて材料吐出密度及び水分を計測し(S30)、計測した材料吐出密度及び水分が設定値と異なる場合は水量・遅延材の確認と変更を行い(S31)、設定値と等しい場合は吹付け材料は材料ホース30から吹付け管34を経て吹付けノズル9に供給される。
【0054】
なお、吹付け材料の種類によっては、ミキサー11に投入する各種材料や水の供給順序を適宜設定する場合がある。
【0055】
次に、圧縮空気のフィードバック制御の仕組みについて説明する。
【0056】
エアーコンプレッサ16で圧縮された圧縮空気があらかじめ設定された吐出圧力及び吐出流量となるように、圧力調整器17の圧力と電磁バルブ37の開度が調節される(S28)。前記吐出圧力及び吐出流量は圧力調整器17の図示しない圧力計及び流量計を用いて測定され、計測データはコンピュータ42に伝送される。伝送された計測データはコンピュータ42により演算・解析され、圧縮空気の吐出圧力と吐出流量の解析結果が設定値でない場合、設定値となるようフィードバック制御により圧力調整器17の圧力と電磁バルブ37の開度が再調整される(S29)。設定値の場合、圧力調整器17から吐出した圧縮空気はエアホース36からエアー管35を経て吹付け管34に供給される。同様に吹付け管34に供給された前記吹付け材料が、前記圧縮空気の吐出圧力により吹付けノズル9からトンネル内壁面のセグメント2に吹付けられる(S11)。
【0057】
その後、吹付け材料を吹付けながら第1ジャッキ53はあらかじめ設定された移動速度で伸縮し、吹付けノズル9をトンネルの長手方向C点からD点に移動させる。吹付けノズル9がD点に達したら、電動機49を駆動し吹付け機8をトンネル周方向にB点に向かって所定位置まで、設定された移動速度で移動させる。さらに、設定された移動速度で第1ジャッキ53を伸縮し、吹付けノズル9をトンネル長手方向D点からC点まで移動させながら吹付けを行う。
【0058】
前記吹付け手順が繰り返され、吹付け範囲(▲1▼A点からのトンネル内壁面への垂線とトンネル内壁面との交点を通りトンネル長手方向に平行な直線、▲2▼B点からのトンネル内壁面への垂線とトンネル内壁面との交点を通りトンネル長手方向に平行な直線、▲3▼C点を通りトンネル周方向に平行な面とトンネル内壁面との交線、▲4▼D点を通りトンネル周方向に平行な面とトンネル内壁面との交線、で囲まれたトンネル内壁面部分)が吹付けられる。
【0059】
なお、前記吹付け範囲を吹付ける作業を途中で中断することも、連続して吹付けることも可能である。
【0060】
前記吹付け範囲の吹付けが完了した後、収納ボックス62の蓋64が図示しない駆動装置で開放され、前記吹付け範囲を超音波式変位センサ63にて吹付け厚が計測される(S12)。計測データはコンピュータ42に伝送され演算・解析した結果吹付け厚が設定吹付け厚61に達していない場合は、該当箇所は再度吹付けが行われる。不足している厚さ、不足位置、及び不足範囲を検出し(S15)、さらに不良範囲が前記吹付け範囲の一部か全体かを判断し(S16)、全体の場合は監視員があらかじめ設定されていた前記各種設定値Qをコンピュータ42のディスプレイ上で確認し適宜設定を変更した上で(S32)、再度吹付け範囲全体の吹付けを行う。不良範囲が前記吹付け範囲の一部の場合、吹付け流量とノズル移動速度を変更し(S17)、吹付け機8の移動ステップ(S5)から再度不足範囲の吹付けを行う。なお、前記各種設定値Qの変更は、コンピュータ42で自動的に行ってもよい。
【0061】
吹付け厚が設定吹付け厚61に達した場合は、吹付け機8をA点またはB点に移動し、電動機69を駆動させてコテ70を吹付け面と垂直となる位置まで移動させる。その後、電動機49を駆動し、コテ70を搭載した吹付け機8をトンネル周方向のA点からB点間を設定した移動速度で移動させ、吹付け面のコテ仕上げを行う(S13)。
【0062】
コテ仕上げが完了したら、収納ボックス62の蓋64を図示しない駆動装置で開放し、前記吹付け範囲を超音波変位センサ63にて吹付け完了面71を計測し、計測データはコンピュータ42に伝送される。伝送されたデータはコンピュータ42で演算・解析され、設定された吹付け完了面に適正かどうかの判断が行われる。前記計測吹付け完了面71が設定吹付け完了面に不足していた場合、不足している厚さ、不足範囲及び不足位置の検出が行われ(S15)、さらに、不良範囲が前記吹付け範囲の全体か一部かの判断が行われ(S16)、全体の場合はあらかじめ設定されていた前記各種設定値Qを監視員がコンピュータ42のディスプレイ43上で確認し適宜設定を変更した後(S32)、再度吹付け範囲全体の吹付けが行われる。不良範囲が前記吹付け範囲の一部の場合、吹付け流量とノズル移動速度が変更され(S17)、吹付け機8の移動ステップ(S5)より再度不足範囲の吹付けが行われる。
【0063】
前記吹付け完了面71が適正だった場合は、今回の吹付けで設定値Qを変更したかどうかを判断し(S18)、変更していないかまたは吹付け不良範囲が全体だった場合は、移動台車を切羽側の次の吹付け位置に移動させ(S3)、前記吹付け手順を繰り返す。吹付け不良範囲が一部の場合は、各種設定値Qを初期値に戻し(S19)、各種設定値Qの設定(S1)から処理を行う。
【0064】
なお、吹付けを行いながら吹付け厚を計測することもできるが、吹付けのリバウンド材から超音波式変位センサ63を保護するために、吹付け範囲の吹付けが完了してから計測を行うのが好ましい。
【0065】
また、本実施の形態では、吹付け位置の計測を、エンコーダ52や変位計測器59、66で行ったが、超音波式変位センサ63を用いて計測してもよい。この場合は、吹付け範囲内の計測目標である吹付け管34を視認できる場所に超音波式変位センサ63を固定し、吹付け位置の計測を自動的に連続計測する。
【0066】
さらに、制御方法としては、ファジィ制御、PID制御及びAI制御など制御方法の制約はない。また、自動制御としても、手動制御としてもよい。
【0067】
[発明の実施の形態2]
本発明の実施の形態2について、図6〜図9を用いて説明する。図6は実施の形態2におけるトンネル長手方向断面図、図7はトンネル周方向断面図、図8は吹付け機100の図7のC−C線に沿う断面図、図9は吹付け機100の図8のD−D線に沿う断面図である。
【0068】
実施の形態1では、材料台車18がミキサー11の上方に配置されホッパー15が材料台車18とミキサー11の間に設けられていたが、実施の形態2では、レール6に設置した材料台車18はミキサー11の立坑側後方に配置され、材料台車18とミキサー11は吹付け材料の搬送管である搬送装置101でつながれている。また、吹付け台車3の形状が実施の形態1とは異なっており、吹付け台車3の走行軌条7がトンネル内壁面と常に等距離となるような形状となっている。
【0069】
以下、図8を用いて吹付け機100を説明する。実施の形態1では、吹付けノズル14のトンネル長手方向の進退動を第1ジャッキ53を用いて行ったが、実施の形態2では第1ジャッキ53の代わりにウオーム102を用いる。なお、本実施の形態では吹付け距離67が常に一定のため、吹付けノズル9をトンネル内壁面に対して垂直に進退動させる機能は有しておらず、吹付け距離67の計測器を設置していない。また、仕上げ装置68を有していない。
【0070】
吹付け台車3のリブ103の外周側に固定歯車104が設けられ、この固定歯車104と吹付け機100に設けられている稼働歯車105が噛み合わされ、さらにリブ103の内周側にはタイヤ106が設けられている。固定歯車104とタイヤ106にてリブ103は挟み込まれている。また、タイヤ106はフレーム107に回転可能に軸支されている。フレーム107に固着した電動機108の駆動歯車109と支持歯車110は回転可能に噛合され、この支持歯車110と稼働歯車105は係着されている。前記電動機108を動かすことにより、前記吹付け機100は吹付け台車3上の走行軌条7をトンネル周方向に沿ってA点からB点まで走行する。限界点であるA点及びB点には図示しないリミットスイッチが設置されている。
【0071】
また、電動機108の駆動歯車109にはトンネルの周方向位置計測用のエンコーダ111が噛合されている。フレーム107に固定された電動機112の駆動歯車113とウオーム102は回転可能に噛合されている。ウオーム102の両端はフレーム107に回転可能に軸支されており、ウオーム102とウオームボックス114は回転可能に噛合されている。また、吹付け管115及びエアー管116はウオームボックス114に貫通させ固定されており、吹付け管115の先端には吹付けノズル117が取り付けられている。電動機112を回転させると実施の形態1と同様に前記吹付けノズル117がトンネル長手方向にC点からD点間を移動する。限界点であるC点及びD点にはリミットスイッチが設置されている。電動機112の駆動歯車113にはトンネル長手方向の位置計測用のエンコーダ118が噛合されている。このエンコーダ118を複数個設けて測定精度を上げてもよい。
【0072】
他の構成及び作用は、実施の形態1と同様であるので重複した説明を省略する。
【0073】
[発明の実施の形態3]
実施の形態3について図10、図11に基づいて説明する。
【0074】
吹付けノズルは、実施の形態1ではトンネル長手方向と、トンネル内壁面に対して垂直方向に進退動可能であり、実施の形態2ではトンネル長手方向に進退動可能であったが、実施の形態3はトンネル長手方向の動きに加えトンネル内壁面に対して平行に回転運動を行う。円運動をさせながら吹付けを行うことによって、より均一な吹付けが可能となるばかりでなく、吹付け面を滑らかに仕上げることができる。
【0075】
図10は、本実施の形態における吹付け機200の上面図、図11は図10のE−E線に沿う吹付け機200の上端部分断面図である。
【0076】
ウオームボックス201の上部に台座202が設置されている。台座202に支持軸203が固定され、この支持軸203と回転可能に2対のウオームホイル204が軸支されている。2対のウオームホイル204から等距離かつウオームホイル204の中心からトンネル内壁面に向かって距離rの位置に支持軸205が回転可能に軸支され、この支持軸205にクランク206が固定されており、このクランク206のほぼ中心位置に吹付け管207とエアー管208が固定部材209で固定されている。さらに、クランク206のほぼ中心位置に超音波式変位センサ210を収納した収納ボックス211が固定されている。台座202には電動機212が固定され、ウオーム213の一端はこの電動機212と固着され他の一端は台座フレーム214に回転可能に軸支されている。また、ウオーム213とウオームホイル204は回転可能に噛み合わされており、台座フレーム214と台座202は固着されている。
【0077】
電動機212を回転させることにより、ウオーム213が回転する。これに伴って2対のウオームホイル204が回転して支持軸205が回転半径rで回転し、クランク206が平行リンク運動を行う。この運動に伴って、クランク206に固定された吹付け管207、エアー管208及び超音波式変位センサ210が回転半径rの回転軌跡215を描いて円運動を行う。直接円運動を行わせず平行リンク運動を円運動に変換する仕組みとすることによって、エアー管208、吹付け管207等の配管が捻れたり絡まったりするのを防ぐことができる。
【0078】
他の構成及び作用は、実施の形態1と同様であるので重複した説明を省略する。
【0079】
なお、以上の実施の形態においては、トンネルを構築しながら吹付ける形態で説明を行ったが、既に道路や鉄道等に使用されているトンネルに本発明を使用することも可能である。
【0080】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載の発明によれば、トンネル内壁面に吹付け材料を吹付けるトンネル内吹付け装置であって、前記トンネル内壁面より内側にトンネル周方向に沿って形成された走行軌条を備えトンネル長手方向に移動自在の吹付け台車と、該吹付け台車に搭載され前記走行軌条に沿って歯車機構を介して所定移動範囲内でトンネル周方向回りに走行自在の吹付け機を有し、該吹付け機には吹付け面である前記トンネル内壁面に対して垂直に位置した吹付けノズルとが設けられ、該吹付けノズルがトンネル長手方向に所定幅平行移動可能であり、前記吹付け機には、そのトンネル周方向の位置を計測するエンコーダが設けられていることを特徴とするので、パネルをトンネルに張り付ける作業に比較して作業スペースや時間をとることなく供用中のトンネルにおいても安全、効率的に作業を行うことが可能となる。また、作業に必要な材料を車両で運搬・搬入する量がパネルに比べて少ないため、交通渋滞を緩和し周辺環境の悪化を防ぐことができる。さらに、吹付けノズルをトンネル内壁面に対して垂直に保ったままトンネル長手方向に一定幅進退動しながら吹付けを行うことができるので、均一な吹付けが可能となる。
また、前記吹付けノズルが前記トンネル内壁面に対して垂直方向に進退動可能であり、吹付け距離を計測するための変位計測器で計測される変位量に基づいて前記吹付けノズルを進退動させることにより、前記トンネル内壁面からの距離を一定に保つようにしたことを特徴とするので、吹付けノズルとトンネル内壁面間の距離が一定でない場合も、吹付けノズルをトンネル内壁面に対して垂直に動かして位置調節することで、吹付け距離を一定に保つことができる。
さらに、前記吹付けノズルの吹付け口が、前記トンネル内壁面に対して平行に円運動可能であることを特徴とするので、より均等な吹付けが可能となり、吹付け厚を一定にすることが容易となる。
【0081】
請求項2に記載の発明によれば、前記吹付けノズルの吹付け口の円運動が、平行リンク運動を円運動に変換する仕組みによるものであることを特徴とするので、請求項1の効果に加えて、エアー管、吹付け管等の配管の捻れや絡まりを防ぐことができる。
【0082】
請求項3に記載の発明によれば、前記吹付け機には、前記吹付け材料の吹付け後の吹付け面のコテ仕上げを行う仕上げ装置を設置し、前記仕上げ装置には、コテ部材が可動自在に設けられ、該コテ部材は、前記吹けノズルからの吹付け材料の吹付け時には吹付け範囲から待避され、吹付け面仕上げ時には前記吹付け範囲内まで移動して該コテ部材により前記吹付け面をならしてコテ仕上げを行うようにしたことを特徴とするので、請求項1または2の効果に加えて、吹付け厚を一定にすることを容易にし、さらに吹付け面を滑らかに仕上げることが可能となるとともに、コテ部材が障害とならずに良好な吹付けを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施の形態1に係るシールドトンネルの長手方向断面図である。
【図2】同実施の形態に係るシールドトンネルの周方向断面図である。
【図3】同実施の形態に係る吹付け機8の図2のA−A線に沿う断面図である。
【図4】同実施の形態に係る吹付け機8の図3のB−B線に沿う断面図である。
【図5】同実施の形態に係るトンネル内吹付け制御フロー図である。
【図6】 実施の形態2に係るシールドトンネルの長手方向断面図である。
【図7】同実施の形態に係るシールドトンネルの周方向断面図である。
【図8】同実施の形態に係る吹付け機100の図7のC−C線に沿う断面図である。
【図9】同実施の形態に係る吹付け機100の図8のD−D線に沿う断面図である。
【図10】実施の形態3に係る吹付け機200の上端部分の上面図である。
【図11】同実施の形態に係る吹付け機200の上端部分の図10のE−E線に沿う断面図である。
【符号の説明】
1 シールドトンネル 2 セグメント
3 吹付け台車 4 ずり鋼車
5 鋼材 6 レール
7 走行軌条 8 吹付け機
9 吹付けノズル 10 圧送ポンプ
11 ミキサー 12 材料タンク
13 材料タンク 14 材料タンク
15 ホッパー 16 エアーコンプレッサ
17 圧力調整装置 18 材料台車
19 電磁バルブ 20 流量計
21 電磁バルブ 22 流量計
23 電磁バルブ 24 流量計
25 水管 26 電磁バルブ
27 流量計 28 電動機
29 吐出口 30 材料ホース
31 圧力計 32 流量計
33 RI密度水分計 34 吹付け管
35 エアー管 36 エアーホース
37 電磁バルブ 38 エンコーダ
39 制御盤 40 電線
41 制御室 42 コンピュータ
43 ディスプレイ 44 リブ
45 固定歯車 46 稼働歯車
47 タイヤ 48 フレーム
49 電動機 50 駆動歯車
51 支持歯車 52 エンコーダ
53 第1ジャッキ 54 ジャッキボックス
55 固定ボックス 56 振れ止め材
57 摺動バー 58 スライド部材
59 変位計測器 60 第2ジャッキ
61 吹付け厚 62 収納ボックス
63 超音波式変位センサ 64 蓋
65 リバウンド受け 66 変位計測器
67 吹付け距離 68 仕上げ装置
69 電動機 70 コテ
71 吹付け完了面 100 吹付け機
101 搬送装置 102 ウオーム
103 リブ 104 固定歯車
105 稼働歯車 106 タイヤ
107 フレーム 108 電動機
109 駆動歯車 110 支持歯車
111 エンコーダ 112 電動機
113 駆動歯車 114 ウオームボックス
115 吹付け管 116 エアー管
117 吹付けノズル 118 エンコーダ
200 吹付け機 201 ウオームボックス
202 台座 203 支持軸
204 ウオームホイル 205 支持軸
206 クランク 207 吹付け管
208 エアー管 209 固定部材
210 超音波式変位センサ 211 収納ボックス
212 電動機 213 ウオーム
214 台座フレーム 215 回転軌跡[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a spraying device that sprays a spraying material onto a tunnel inner wall surface in a tunnel.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as a method of laminating various materials such as refractory materials on the inner surface of the tunnel, a plurality of panels manufactured in advance at a factory etc. are transported and carried to the site, and these panels are mounted on the inner wall surface of the tunnel with supporting hardware. A method of mounting has been proposed.
However, this technique is not publicly known.
[0003]
In addition, there is a method of spraying the various materials to a certain thickness. In this case, a spraying machine in which a boom for holding the spray nozzle is attached to a movable carriage and the spray nozzle is operated by operating the boom is provided. It was used or the nozzle hose was directly held in the hand and sprayed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the panel is attached to the inner wall surface of the tunnel, the tunnel is often in service or under construction, and there are problems such as securing work space, restriction of construction time, and security.
[0005]
In the case of a tunnel with a large cross section, the number of panels is large, so the number of transport vehicles that transport and transport increases, causing traffic congestion on the transport route and adversely affecting the surrounding environment.
[0006]
Furthermore, when performing spraying work, uniforming the spray thickness requires considerable skill when performed by workers, and even if a spraying machine is used, it is difficult to control and is even on the inner wall surface of the tunnel. It was not easy to spray on.
[0007]
In view of the above problems, in the present invention, it is possible to spray safely even in a tunnel in service without securing a wide working place, and it is possible to easily make the spray thickness uniform. It is an object to provide a spraying device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In view of such a problem, the invention described in
[0009]
The invention described in
[0010]
The invention described in
[0013]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below.
[0014]
In the present embodiment, the present invention is applied to a case where a spray material such as a refractory material is sprayed onto a segment of the inner wall surface of a tunnel mainly in secondary lining of a shield tunnel.
[0015]
However, the tunnel is not particularly limited to a shield tunnel, and concrete, mortar, or the like can be used as the spray material.
[0016]
1 to FIG. 1 about the first embodiment5Will be described.
[0017]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a shield tunnel, and FIG. 2 is a circumferential sectional view of the shield tunnel. In FIG. 1, a shield machine (not shown) and a plurality of carriages for moving the shield machine are arranged on the face side of the
[0018]
As track equipment for the bogie and
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
The
[0022]
The
[0023]
A lower part of the
[0024]
Water is supplied to the
[0025]
The pumping
[0026]
The
[0027]
As a measuring device for measuring the position of the
[0028]
Data measured using the
[0029]
The
[0030]
Further, a temperature measuring device (not shown) is installed in the vicinity of the
[0031]
Next, the structure of the spraying
[0032]
3 is a cross-sectional view of the
[0033]
The
[0034]
An
[0035]
A
[0036]
By extending and contracting the
[0037]
A
[0038]
A
[0039]
An
[0040]
When the
A
[0041]
Measurement data of the
[0042]
The
[0043]
The figure below5The mechanism of the spray control in the first embodiment will be described with reference to the flow control diagram in the tunnel.
[0044]
First, the movement control of the
[0045]
First, the position of the
[0046]
Next, the position of the
[0047]
Next, the tunnel longitudinal position of the
[0048]
Next, the
[0049]
Next, a mechanism for feedback control of the spray material will be described.
[0050]
First, as various setting values relating to spraying, the
[0051]
Based on the set spray material and mixing ratio, the discharge amount of various spray materials is adjusted by the opening degree of the
[0052]
Similarly, water is supplied to the
[0053]
Next, the various spray materials put into the
[0054]
In addition, depending on the type of spray material, the supply order of various materials and water supplied to the
[0055]
Next, the mechanism of feedback control of compressed air will be described.
[0056]
The pressure of the
[0057]
Thereafter, while spraying the spray material, the
[0058]
The spraying procedure is repeated and the spraying range (1) A straight line passing through the intersection of the perpendicular to the tunnel inner wall from the point A and the inner wall of the tunnel and parallel to the longitudinal direction of the tunnel, 2) the tunnel from the point B A straight line that passes through the intersection of the perpendicular to the inner wall and the inner wall of the tunnel and is parallel to the longitudinal direction of the tunnel, (3) An intersection of a plane that passes through point C and is parallel to the circumferential direction of the tunnel, and (4) point D The tunnel inner wall portion surrounded by the intersection line between the plane parallel to the tunnel circumferential direction and the tunnel inner wall surface is sprayed.
[0059]
In addition, the operation | work which sprays the said spraying range can be interrupted on the way, or can be sprayed continuously.
[0060]
After the spraying of the spray range is completed, the
[0061]
When the spraying thickness reaches the
[0062]
When the soldering finish is completed, the
[0063]
When the spraying
[0064]
While sprayingSprayAlthough the thickness can be measured, in order to protect the
[0065]
In this embodiment, the spray position is measured by the
[0066]
Furthermore, as a control method, there are no control method restrictions such as fuzzy control, PID control, and AI control. Moreover, it is good also as automatic control or manual control.
[0067]
[
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 6 is a cross-sectional view in the longitudinal direction of the tunnel in the second embodiment, FIG. 7 is a cross-sectional view in the circumferential direction of the tunnel, FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line CC of FIG. It is sectional drawing which follows the DD line | wire of FIG.
[0068]
In the first embodiment, the
[0069]
Hereinafter, the
[0070]
A fixed
[0071]
Further, an
[0072]
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, and thus redundant description is omitted.
[0073]
A third embodiment will be described with reference to FIGS.
[0074]
In the first embodiment, the spray nozzle can move forward and backward in the tunnel longitudinal direction and in the direction perpendicular to the inner wall surface of the tunnel. In the second embodiment, the spray nozzle can move forward and backward in the tunnel longitudinal direction. In addition to the movement in the longitudinal direction of the tunnel, 3 performs a rotational movement parallel to the inner wall surface of the tunnel. By performing the spraying while making a circular motion, not only a more uniform spraying is possible, but also the spraying surface can be finished smoothly.
[0075]
FIG. 10 is a top view of the spraying
[0076]
A
[0077]
By rotating the
[0078]
Other configurations and operations are the same as those of the first embodiment, and thus redundant description is omitted.
[0079]
In the above embodiment, the description has been made in the form of spraying while building a tunnel. However, the present invention can also be used for a tunnel already used for roads, railways, and the like.
[0080]
【The invention's effect】
As described above, according to the first aspect of the present invention, the in-tunnel spraying device sprays the spray material onto the inner wall surface of the tunnel, and is formed along the circumferential direction of the tunnel inside the inner wall surface of the tunnel. A spray carriage having a traveling rail and movable in the longitudinal direction of the tunnel, and a blower mounted on the spraying carriage and capable of traveling around the tunnel circumferential direction within a predetermined movement range via a gear mechanism along the traveling rail. The spray nozzle is provided with a spray nozzle positioned perpendicular to the inner wall surface of the tunnel, which is a spray surface, and the spray nozzle can be translated in a predetermined width in the longitudinal direction of the tunnel. Since the sprayer is provided with an encoder for measuring the position in the circumferential direction of the tunnel, the working space and time are compared with the work of attaching the panel to the tunnel. Safe in tunnels in service in without taking, it is possible to work efficiently. In addition, since the amount of materials necessary for work is transported and carried by the vehicle is smaller than that of the panel, traffic congestion can be reduced and the surrounding environment can be prevented from deteriorating. Furthermore, since the spraying can be performed while moving forward and backward by a predetermined width in the tunnel longitudinal direction while keeping the spray nozzle perpendicular to the inner wall surface of the tunnel, uniform spraying is possible.
The spray nozzle can be moved back and forth in a direction perpendicular to the inner wall surface of the tunnel, and the spray nozzle is advanced and retracted based on a displacement amount measured by a displacement measuring device for measuring a spray distance. Since the distance from the inner wall surface of the tunnel is kept constant, the spray nozzle is placed on the inner wall surface of the tunnel even when the distance between the spray nozzle and the inner wall surface of the tunnel is not constant. By moving the position vertically and adjusting the position, the spray distance can be kept constant.
Furthermore, since the spray port of the spray nozzle is capable of circular movement parallel to the inner wall surface of the tunnel, more uniform spraying is possible and the spray thickness is made constant. Becomes easy.
[0081]
According to invention of
[0082]
Claim 3Invention described inAccording toThe spraying machine is provided with a finishing device for finishing the surface of the sprayed surface after spraying the spray material, and the finishing device is provided with a trowel member movably, When spraying the spray material from the spray nozzle, it is retracted from the spray range, and when finishing the spray surface, it moves into the spray range and finishes the solder surface by smoothing the spray surface with the iron member. MadeBecause it is characterized byIn addition to the effect of
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a shield tunnel according to a first embodiment.
FIG. 2 is a circumferential sectional view of a shield tunnel according to the same embodiment.
3 is a cross-sectional view of the
4 is a cross-sectional view of the
FIG. 5 is a tunnel control flow diagram in the tunnel according to the same embodiment;
FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a shield tunnel according to a second embodiment.
FIG. 7 is a circumferential sectional view of the shield tunnel according to the embodiment.
8 is a cross-sectional view of the
9 is a cross-sectional view taken along the line DD of FIG. 8 of the
FIG. 10 is a top view of an upper end portion of a
11 is a cross-sectional view of the upper end portion of the
[Explanation of symbols]
1
3 Spraying
5
7 Running
9
11
13
15
17
19
21
23
25
27
29
31
33 RI
35
37
39
41
43
45
47
49
51
53
55
57
59
61
63
65
67
69
71
101
105
107
109
113
115
117
200
202
204
206
208
210
212
214
Claims (3)
前記トンネル内壁面より内側にトンネル周方向に沿って形成された走行軌条を備えトンネル長手方向に移動自在の吹付け台車と、該吹付け台車に搭載され前記走行軌条に沿って歯車機構を介して所定移動範囲内でトンネル周方向回りに走行自在の吹付け機を有し、該吹付け機には吹付け面である前記トンネル内壁面に対して垂直に位置した吹付けノズルとが設けられ、
前記吹付けノズルは、トンネル長手方向に所定幅平行移動可能であるとともに、前記トンネル内壁面に対して垂直方向に進退動可能であり、吹付け距離を計測するための変位計測器で計測される変位量に基づいて前記吹付けノズルを進退動させることにより、前記トンネル内壁面からの距離を一定に保つようにし、
前記吹付け機には、そのトンネル周方向の位置を計測するエンコーダが設けられ、
前記吹付けノズルの吹付け口が、前記トンネル内壁面に対して平行に円運動可能であることを特徴とするトンネル内吹付け装置。A tunnel spraying device that sprays a spray material on the inner wall surface of a tunnel,
A traveling carriage formed along the circumferential direction of the tunnel inside the inner wall surface of the tunnel and movable in the tunnel longitudinal direction, and mounted on the blowing carriage via the gear mechanism along the traveling railway A spraying machine that can run around the tunnel circumferential direction within a predetermined movement range, the spraying machine is provided with a spraying nozzle positioned perpendicular to the tunnel inner wall surface, which is a spraying surface,
The spray nozzle, a tunnel longitudinal direction at a predetermined width translatable der Rutotomoni is capable move forward and backward in a direction perpendicular to the tunnel wall, it is measured by the displacement measuring device for measuring the spray distance By moving the spray nozzle forward and backward based on the amount of displacement, the distance from the inner wall surface of the tunnel is kept constant,
The sprayer is provided with an encoder for measuring the position in the circumferential direction of the tunnel ,
A spraying device in a tunnel , wherein the spraying port of the spraying nozzle is capable of circular motion parallel to the inner wall surface of the tunnel.
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