JP4704923B2 - ライニング装置 - Google Patents

Description

本発明は、トンネルの内面にライニング材を塗布するライニング装置に関する。

下水道シールドトンネル内面被覆工法の１つとして、アクリル樹脂防食被覆工法が知られている。

このアクリル樹脂防食被覆工法におけるアクリル樹脂の吹付けは、通常手動で行っているため、作業環境に劣り、また、吹付け最低厚さは確保できるものの、吹付け厚さにむらが生じ、材料の消費量が設計量に比べて多くなり、作業速度にも難がある。

そこで、走行台車に取り付けられた旋回リングにスプレーガンを取り付け、走行台車を管渠内で走行させながら旋回リングを一定周速度で回転してスプレーガンから塗料を噴出させることで、地中埋設管等の内面に短時間で均一な膜厚のライニング層を形成することのできる管内面ライニング装置の提案がなされている（特許文献１参照）。
特開２００４−１６９２５号公報

このような管内面ライニング装置にあっては、スプレーガンが管内面から離れた状態で、管内面の状態と関わりなく回転する状態となっているため、管内面にゆがみがある場合、例えば、管自体が真円状態となっていない場合、管内面とスプレーガンとの距離を一定に保つことができず、その結果、吹付け厚さにむらが生じてしまうこととなる。

本発明の目的は、トンネルの内面に沿って確実に吹付けノズルの先端位置を移動させて、トンネル内面と吹付けノズル先端との距離を正確に一定に保ち均一な膜厚のライニング層を形成することができ、しかも、自動吹付けによって作業環境の向上を図ることのできるライニング装置を提供することにある。

前記目的を達成するため、本発明のライニング装置は、トンネルの内面にライニング材を塗布するライニング装置において、
トンネル内を軸方向に移動する移動手段と、
前記移動手段に搭載されてトンネルの内面に先端を臨ませるとともに、トンネルの軸方向と交差する方向においてトンネルの内面に沿って移動可能にされた前記ライニング材の吹付けノズルと、
前記吹付けノズルと一体に前記移動手段に搭載され、押付け手段により先端を前記トンネルの内面に押し付けられて前記吹付けノズルと前記トンネルの内面との距離を一定に保持する距離保持手段とを有し、
前記吹付けノズルより前記移動手段の進行方向後方位置に、塗布されたライニング材の膜厚を測定する膜厚測定手段を有し、
前記膜厚測定手段は、塗布されたライニング材に差し込まれるゲージ針と、前記ゲージ針による測定時に前記ゲージ針を前記移動手段の進行速度と等速度で後退させる後退手段とを有することを特徴とする。

本発明によれば、距離保持手段が押付け手段により先端をトンネルの内面に押し付けられて吹付けノズルとトンネルの内面との距離を一定に保持するため、たとえトンネルの内面に歪みがあっても吹付けノズルの先端がトンネルの内面に倣って移動することとなり、確実に均一な膜厚のライニング層を形成することができる。

また、このライニング装置は、全自動で吹付け作業を行うことができるので、作業環境の向上を図ることができる。

また、前記吹付けノズルより前記移動手段の進行方向後方位置に、塗布されたライニング材の膜厚を測定する膜厚測定手段を有するものとすることにより、吹付け作業中に膜厚を測定して管理することができる。

具体的には、測定した結果を移動手段の速度及び吹付けノズルのトンネル軸方向と交差する方向での移動速度にフィードバック、例えば、膜厚が厚かった場合には移動手段の速度及び吹付けノズルのトンネル軸方向と交差する方向での移動速度を速く、逆に薄かった場合には移動手段の及び吹付けノズルのトンネル軸方向と交差する方向での移動速度を遅くするように制御することで、より均一な膜厚に形成することが可能となる。

さらに、前記膜厚測定手段は、塗布されたライニング材に差し込まれるゲージ針と、前記ゲージ針による測定時に前記ゲージ針を前記移動手段の進行速度と等速度で後退させる後退手段とを有するものとすることにより、ゲージ針を塗布されたライニング材に差し込んで膜厚の測定を行うとともに、後退手段によりゲージ針を前記移動手段の進行速度と等速度で後退させることにより、塗布されたライニング材を傷つけることなく測定を行うことが可能となる。

本発明の他のライニング装置は、トンネルの内面にライニング材を塗布するライニング装置において、
トンネル内を軸方向に移動する移動手段と、
前記移動手段に搭載されてトンネルの内面に先端を臨ませるとともに、トンネルの軸方向と交差する方向においてトンネルの内面に沿って移動可能にされた前記ライニング材の吹付けノズルと、
前記吹付けノズルと一体に前記移動手段に搭載され、押付け手段により先端を前記トンネルの内面に押し付けられて前記吹付けノズルと前記トンネルの内面との距離を一定に保持する距離保持手段とを有し、
前記吹付けノズルは、ノズル揺動手段によってトンネルの軸方向に揺動可能にされ、
前記吹付けノズルより前記移動手段の進行方向後方位置に、塗布されたライニング材の膜厚を測定する膜厚測定手段を有し、
前記膜厚測定手段は、塗布されたライニング材に差し込まれるゲージ針と、前記ゲージ針による測定時に前記ゲージ針を前記移動手段の進行速度と等速度で後退させる後退手段とを有することを特徴とする。
本発明にあっては、前記発明における作用、効果に加え、ノズル揺動手段によって吹付けノズルをトンネルの軸方向に揺動させて、吹付けによる塗りむらを防止することができる。

また、本発明においては、前記膜厚測定手段により膜厚の測定を行った後、前記ゲージ針による針穴の修復と測定結果に基づく膜厚の補修を自動で行う補修手段を有するものとすることができる。

このような構成とすることにより、針穴の自動修復と膜厚の自動補修を同時に行うことで、より一層全自動化を進めることが可能となる。

さらに、前記補修手段は、前記ノズル傾斜手段により前記吹付けノズルを測定位置方向に傾斜させて行うようにすることができる。

このような構成とすることにより、針穴の修復及び膜厚の補修にノズル傾斜手段により吹付けノズルを測定位置奉公に傾斜させることで、簡略な構成で、容易に針穴の修復及び膜厚の補修を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１〜図５は、本発明の一実施の形態にかかるライニング装置を示す図である。

このライニング装置１０は、図１及び図２に示すように、トンネル１２の内面１４にライニング材を塗布してライニング層を形成するもので、移動手段としての移動台車１６と、ライニング材の吹付けノズル１８と、距離保持手段２０と、膜厚測定手段２２とを有している。

トンネル１２は、例えば下水道等に用いられるもので、シールド掘進機による掘進に合わせてセグメントを組み立てて円形の一次覆工が行われ、この一次覆工の内面に二次覆工として防食用のライニング層を形成するようになっている。

移動台車１６は、トンネル１２内を軌道なしで自走するもので、台本体２４にそれぞれ２つの駆動輪２６ａ及び従動輪２６ｂが取り付けられ、各駆動輪２６ａにそれぞれ走行用サーボモータ２８が取り付けられている。

各走行用サーボモータ２８は、制御盤３０によって前進（Ａ方向）、後退（Ｂ方向）、速度、回転数差による移動方向角度変更等の制御がなされるようになっている。

また、台本体２４上には、昇降テーブル３２が昇降可能に支持されている。

この昇降テーブル３２は、台本体２４より上方に突出させた４本のガイドロッド３４を貫通させるとともに、台本体２４と昇降テーブル３２との間に配設した昇降用スクリュージャッキ３６のスクリューロッド３８を回転させることで、昇降テーブル３２を昇降させて、トンネル１２の芯位置に対してライニング装置１０の中心位置を調整可能にしている。

吹付けノズル１８は、昇降テーブル３２上に固定された外スリーブ４０に対し回転可能にされた内スリーブ４２に対し距離保持手段２０を介して取り付けられて、距離保持手段２０と一体にされている。

具体的には、外スリーブ４０及び内スリーブ４２は、走行台車１６の前後方向に沿って取り付けられており、距離保持手段２０は内スリーブ４２の後端部付近に取り付けられ、吹付けノズル１８は距離保持手段２０の後端位置にトンネル１２の内面１４と所定の距離を置いてトンネル１２の内面１４に先端を臨ませて取り付けられた状態とされている。

また、この吹付けノズル１８は、ライニング材として例えば２剤混合のアクリル樹脂を吹き付けるもので、外スリーブ４０にエア入口４４、混合剤入口４６、促進剤入口４８が設けられ、そこから内スリーブ４２の通路５０を介して吹付けノズル１８へと接続されるようになっている。

内スリーブ４２は、吹付けノズル回転サーボモータ５２により回転可能とされ、この内スリーブ４２の回転により吹付けノズル１８及び距離保持手段２０がトンネル１２の軸方向と交差する方向においてトンネル１２の内面に沿って回転移動可能にされるとともに、吹付けノズル回転サーボモータ５２によって回転速度が制御可能にされている。 また、吹付けノズル１８は、距離保持手段２０に対して揺動可能に取り付けられ、ノズル揺動手段としてのノズル揺動モータ５４（図３参照）によってトンネル１２の軸方向に鉛直軸Ｃを中心に前後方向に所定角度θ１毎揺動可能にされている。

距離保持手段２０は、吹付け距離保持キャスター５６と、保持部材５８と、スライドガイド６０と、押付け手段としての押付けシリンダ６２とを有し、トンネル１２の内面１４に対し、吹付けノズル１８の先端までの距離を一定に保持するようになっている。

吹付け距離保持キャスター５６は、トンネル１２の内面１４に当接可能にされている。

保持部材５８は、吹付け距離保持キャスター５６を先端に保持して内スリーブ４２側からトンネル１２の内面１４側へと延びるようになっている。

この保持部材５８は、吹付け距離保持キャスター５６を取り付ける上部保持部材５８ａと、吹付けノズル１８を取り付ける下部保持部材５８ｂとに分割可能にされている。

また、下部保持部材５８ｂには、吹付けノズル１８葉の電磁弁６４が取り付けられている。

スライドガイド６０は、保持部材５８の下面と内スリーブ４２との間にあって保持部材５８をスライド可能に支持するようになっている。

押付け手段６２は、スライドガイド６０と保持部材５８の下面との間に取り付けられて保持部材５８を介して吹付け距離保持キャスター５６をトンネル１２の内面に押し付けるようになっている。

膜厚測定手段２２は、膜厚検出センサ６６と、支持アーム６８と、押圧シリンダ７０と、支持ロッド７２とを有している。

膜圧検出センサ６６は、吹付けノズル１８よりも後方位置に配置されて塗布されたライニング材の膜厚を測定するもので、図４に示すように、塗布されたライニング材（ライニング層）７４の表面７６までの距離を測定するレーザー式の距離測定器７８と、この距離測定器７８の先端よりもトンネル１２の内面１４側に所定長さＬ１分突出して設けられたゲージ針８０とを有する。

そして、ゲージ針８０を先端がトンネル１２の内面１４に当接するまでライニング材７４内に差込み、この状態で距離測定器７８によりライニング材７４の表面７６までの距離Ｌ２を測定し、長さＬ１から距離Ｌ２を差し引くことでライニング材７４の膜厚ｔを算出するようになっている。

支持アーム６８は、トンネル１２の中心側からトンネル１２の内面１４側に延びて膜厚検出センサ６６を支持するようになっている。

押圧シリンダ７０は、膜厚検出センサ６６と支持アーム６８とに接続されて、膜厚検出センサ６６をトンネル１２の内面１４に移動させ、ゲージ針７８の先端をライニング材７４内に差し込んでトンネル１２の内面に当接させるようになっている。

支持ロッド７２は、内スリーブ４２を貫通して先端が吹付けノズル１８よりも後方位置まで延び、その先端部に支持アーム６８の基端部が取り付けられた状態となっている。

この支持ロッド７２の基端部には、支持ロッド７２を回転させて膜厚検出センサ６６
をトンネル１２の内面１４に沿って回転させるセンサ回転サーボモータ８２が設けられている。

また、支持ロッド７２の基端部には、支持ロッド７２をセンサ回転サーボモータ８２ごと前後方向に移動させる後退手段としてのセンサ移動サーボモータ８４が設けられている。

そして、膜厚検出センサ６６がゲージ針７８をライニング材７４内に差し込んで膜厚測定を行っている間センサ移動サーボモータ８４によってゲージ針７８を移動台車１６の進行速度と等速度で後退させることにより、ライニング材７４がゲージ針７８によって傷付くのを防止するようにしている。

さらに、膜厚検出センサ６６により膜厚の測定を行った後、ゲージ針８０による針穴の修復と測定結果に基づく膜厚の補修を自動で行う補修手段８６が設けられている。

この補修手段８６は、下保持部材５８ａに回転可能に取り付けたＬ字状の支持部材８８に吹付けノズル１８を支持させ、この支持部材８８の下端部と下部保持部材５８ａとの間にノズル傾斜シリンダ９０を取り付け、このノズル傾斜シリンダ９０により吹付けノズル１８の軸を鉛直軸Ｃより角度θ２分後方に傾斜させることにより、針穴位置周辺までライニング材７４を吹き付けて針穴の修復と測定結果に基づく膜厚の補修を自動で行うようにしている。

次に、このようなライニング装置１０を用いてトンネル１２の内面１４にライニング層を形成する状態について説明する。

まず、図１及び図２に示すように、トンネル１２内にライニング装置１０を搬入し、スクリュージャッキ３６を操作してライニング装置１０中心をトンネル１２の芯位置にあわせ、距離保持手段２０の吹付け距離保持キャスター５６を押付けシリンダ６２によりトンネル１２の内面１４に当接させ、トンネル１２の内面１４と吹付けノズル１８の先端との距離を一定に保つ。

次いで、ライニング層の膜厚にあわせて走行用サーボモータ２８による移動台車１６の速度、吹付けノズル回転サーボモータ５２による吹付けノズル１８の回転速度、ノズル揺動モータ５４による吹付けノズル１８の揺動速度等を制御しつつ、移動台車１６の前進Ａ方向への移動、吹付けノズル１８の吹付け動作を開始する。

この場合、トンネル１２の内面１４と吹付けノズル１８の先端との距離の一定化によって、トンネル１２内面の歪み等にかかわらず膜厚を均一に保つことができ、しかも、吹付けノズル１８の揺動によって重ね塗りを可能にして塗りむらを防止することができる。

次に、この吹付けノズル１８によるライニング材の吹付け作業中に、膜厚測定手段２２により吹き付けたライニング層（ライニング材７４）の膜厚を測定する。

この場合、図４に示すように、押圧シリンダ７０によって、ゲージ針８０を先端がトンネル１２の内面１４に当接するまでライニング材７４内に差込み、この状態で距離測定器７８によりライニング材７４の表面７６までの距離Ｌ２を測定し、長さＬ１から距離Ｌ２を差し引くことでライニング材７４の膜厚ｔを算出する。

この間センサ移動サーボモータ８４によってゲージ針７８を移動台車１６の進行速度と等速度で後退させることにより、ライニング材７４がゲージ針７８によって傷付くのを防止すると共に、距離測定器７８の保護のため常時エアパージを行う。

膜厚測定の結果は、吹付けノズル１８からのライニング材７４の噴射量の自動コントロール、移動台車１６のスピードコントロール、吹付けノズル１８の回転スピードコントロール及び吹付けノズル１８の揺動速度コントロール等にフィードバックして自動コントロールを行うようにしている。

また、ゲージ針８０による針穴の修復と測定結果に基づく膜厚の部分的補修は、ノズル傾斜シリンダ９０により吹付けノズル１８の軸を鉛直軸Ｃより角度θ２分後方に傾斜させることにより、針穴位置周辺までライニング材７４を吹き付けて自動で行う。

図５には、このライニング装置１０を管径の大きなトンネル１２aに適用する状態を示している。

この場合、まず、移動台車１６の台本体２４を補助材２４ａにて拡幅して安定した状態とすると共に、保持部材５８のうち下保持部材５８ｂをトンネル１２ａの管径に適応した長さのものと交換する。

そして、この状態で、台本体２４と昇降テーブル３２との間に配設した昇降用スクリュージャッキ３６のスクリューロッド３８を回転させることで、昇降テーブル３２を上昇させて、トンネル１２ａの芯位置に対してライニング装置１０の中心位置を調整すればよい。

また、この例に限らず、例えば図示せぬが、膜厚測定手段２２の支持ロッド７２を屈曲させて吹付けノズル１８の位置をトンネル１２の中心に近い位置に設置することによって、管径の異なるトンネルに容易に対応することが可能である。

本発明は、前記実施の形態に限らず、本発明の要旨の範囲内において、種々の形態に変形可能である。

例えば、前記実施の形態では、本発明のライニング装置を下水道用のトンネルに用いた場合について説明したが、この例に限らず、種々のトンネルのライニング層の形成に用いることができる。

また、前記実施の形態では、断面円形のトンネルに適用されるライニング装置について説明したが、例えば、断面矩形のトンネル等に対しても、その内面に沿って吹付けノズル、距離保持手段及び膜厚測定手段等をスライドさせることで適用することが可能である。

本発明の一実施の形態にかかるライニング装置を示すトンネル軸方向の断面図である。 図１の矢視II方向から見た断面図である。 図１のIII-III線に沿う断面図である。 膜厚測定手段による膜厚の測定状態を示す部分拡大図である。 管径の大きなトンネルにライニング装置を適用した状態を示す図２同様の断面図である。

符号の説明

１０ ライニング装置
１２ トンネル
１４ 内面
１６ 移動台車
１８ 吹付けノズル
２０ 距離保持手段
２２ 膜厚測定手段
６２ 押付けシリンダ
７４ ライニング材（層）
８０ ゲージ針
８４ センサ移動サーボモータ
８６ 補修手段
９０ ノズル傾斜シリンダ

Claims (4)

1. トンネルの内面にライニング材を塗布するライニング装置において、
   トンネル内を軸方向に移動する移動手段と、
   前記移動手段に搭載されてトンネルの内面に先端を臨ませるとともに、トンネルの軸方向と交差する方向においてトンネルの内面に沿って移動可能にされた前記ライニング材の吹付けノズルと、
   前記吹付けノズルと一体に前記移動手段に搭載され、押付け手段により先端を前記トンネルの内面に押し付けられて前記吹付けノズルと前記トンネルの内面との距離を一定に保持する距離保持手段とを有し、
   前記吹付けノズルより前記移動手段の進行方向後方位置に、塗布されたライニング材の膜厚を測定する膜厚測定手段を有し、
   前記膜厚測定手段は、塗布されたライニング材に差し込まれるゲージ針と、前記ゲージ針による測定時に前記ゲージ針を前記移動手段の進行速度と等速度で後退させる後退手段とを有することを特徴とするライニング装置。
2. トンネルの内面にライニング材を塗布するライニング装置において、
   トンネル内を軸方向に移動する移動手段と、
   前記移動手段に搭載されてトンネルの内面に先端を臨ませるとともに、トンネルの軸方向と交差する方向においてトンネルの内面に沿って移動可能にされた前記ライニング材の吹付けノズルと、
   前記吹付けノズルと一体に前記移動手段に搭載され、押付け手段により先端を前記トンネルの内面に押し付けられて前記吹付けノズルと前記トンネルの内面との距離を一定に保持する距離保持手段とを有し、
   前記吹付けノズルは、ノズル揺動手段によってトンネルの軸方向に揺動可能にされ、
   前記吹付けノズルより前記移動手段の進行方向後方位置に、塗布されたライニング材の膜厚を測定する膜厚測定手段を有し、
   前記膜厚測定手段は、塗布されたライニング材に差し込まれるゲージ針と、前記ゲージ針による測定時に前記ゲージ針を前記移動手段の進行速度と等速度で後退させる後退手段とを有することを特徴とするライニング装置。
3. 請求項１または２において、
   前記膜厚測定手段により膜厚の測定を行った後、前記ゲージ針による針穴の修復と測定結果に基づく膜厚の補修を自動で行う補修手段を有することを特徴とするライニング装置。
4. 請求項３において、
   前記補修手段は、ノズル傾斜手段により前記吹付けノズルを測定位置方向に傾斜させて行うことを特徴とするライニング装置。

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