JP4813337B2 - 吹付けノズル、およびそれを用いた吹付け方法 - Google Patents

Description

本発明は、吹付け材料を吹き付けるための吹付けノズル、およびそれを用いた吹付け方法に関する。

従来、コンクリートやモルタル等のセメント系吹付け材料をトンネル掘削の仕上げ面や、掘削仕上げのり面、構造物の補修面等に吹き付ける際には、吹付け機本体に接続されたホースの先端に吹付けノズルを継手し、この吹付けノズルの先端を吹付け面に向けて、吹付けノズル先端から噴出する気流に乗せてセメント系吹付け材料と高圧空気とを吹き付けている（例えば、特許文献１参照。）。

上記したようにセメント系吹付け材料を吹き付けるとき、セメント系吹付け材料が吹き付けられた直後に固まるように、セメント系吹付け材料の固結を促進させる急結剤が、ホース内を流通するセメント系吹付け材料に混合される。吹付け面に吹き付けられるセメント系吹付け材料を短時間で高強度にすることは、吹付け層の支保能力を増大させてトンネル等の安定性を向上させることになり、望ましい。したがって、近年では、セメント系吹付け材料を数分程度の短時間で固結させる急結剤が開発されている。
特開昭６１−１７６７６４号公報

しかしながら、上記した従来の吹付けノズルでは、セメント系吹付け材料を極めて短時間で固結させる急結剤を混合させると、吹付けノズル内にセメント系吹付け材料の一部が固着し易くなり、吹付けノズルの内周面にセメント系吹付け材料が固着して吹付けノズルの内空断面積が減少する「ノズルの閉塞」現象が生じるという問題がある。この「ノズルの閉塞」現象が生じた場合、吹付け作業を中断し、吹付けノズルを取り外して吹付けノズルの中に固着した固着物を除去する必要があり、固着物を除去する作業が手間であるとともに、吹付けノズルの取外し・取付作業及び固着物の除去作業によって工期が遅延するという問題がある。さらに、吹付け作業を中断すると、吹付け面に吹き付けられた吹付け層に作業中断による打ち継ぎ面が生じるため、吹付け層の強度低下（品質低下）が生じる懸念がある。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、上記した「ノズルの閉塞」現象を防止し、吹付け作業の効率を向上させるとともに、吹き付けられた吹付け層の品質を向上させることができる吹付けノズル、およびそれを用いた吹付け方法を提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、筒状のノズル本体の先端から吹付け材料を吹き出させる吹付けノズルにおいて、前記ノズル本体の全体或いは一部が、吹付けノズルを振ったときに撓む程度の可撓性を有し、前記ノズル本体の外周に、該ノズル本体が撓んだときに該ノズル本体の外周面に当接して前記ノズル本体の撓み支点となる支点部材が設けられていることを特徴としている。

このような特徴により、吹付けノズルを振ってノズル本体を振り子状に撓ませ、ノズル本体に曲げを生じさせることで、ノズル本体の内周面に固着した固着物（吹付け材料）が、曲げ破壊されて小割れされるとともにノズル本体の内周面から剥離される。そして、固着物の小割れ片は、吹付け材料とともにノズル本体の先端から吹き出される。

また、吹付けノズルを振ったとき、ノズル本体が支点部材に当接して支点部材で反力がとられることになり、支点部材が撓み支点となってノズル本体が中折れされ、ノズル本体が支点部材の箇所で急角度に曲げられた状態になる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の吹付けノズルにおいて、前記支点部材が前記ノズル本体の外周に複数設けられ、これら複数の支点部材が、前記ノズル本体の軸線方向および周方向にそれぞれ異なる位置にそれぞれ配置されていることを特徴としている。

このような特徴により、ノズル本体の撓み支点が複数箇所となり、複数の箇所でノズル本体が中折れされる。例えば、ノズル本体を間に挟んで対向する２つの支点部材が軸線方向に異なる位置に配置されている場合、吹付けノズルを振ってノズル本体が一方側に中折れされたときの撓み支点の位置とノズル本体が他方側に中折れされたときの撓み支点の位置とは、互いに異なることになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の吹付けノズルにおいて、前記支点部材が、前記ノズル本体の基端、又は前記ノズル本体の基端に継手された基端部材に取り付けられていることを特徴としている。

このような特徴により、吹付けノズルを振ってノズル本体に撓みが生じた場合であっても支点部材に撓みが生じない。

本発明に係る吹付けノズル、およびそれを用いた吹付け方法によれば、ノズル本体の内周面に固着した固着物が曲げ破壊されるとともにノズル本体の内周面から剥離されて吹付け材料とともにノズル本体の先端から排除されるため、吹付けノズルの「ノズルの閉塞」を防止することができる。これによって、吹付け作業を中断することなく行うことができ、吹付け作業の効率を向上させ、工期の遅延を防止することができるとともに、吹き付けられた吹付け層の品質を向上させることができる。

また、ノズル本体の外周に、ノズル本体が撓んだときにノズル本体の外周面に当接してノズル本体の撓み支点となる支点部材が設けられている構成にすることにより、支点部材が撓み支点となってノズル本体が中折れされ、ノズル本体が支点部材の箇所で急角度に曲げられた状態になるため、ノズル本体の内周面に固着した固着物を、より確実に曲げ破壊するとともにノズル本体内周面から剥離させることができる。

また、支点部材がノズル本体の外周に複数設けられ、これら複数の支点部材が、ノズル本体の軸線方向および周方向にそれぞれ異なる位置にそれぞれ配置されている構成にすることにより、複数の箇所でノズル本体が中折れされるため、ノズル本体の内周面に固着した固着物を、より広い範囲で、確実に曲げ破壊するとともにノズル本体内周面から剥離させることができる。

さらに、支点部材が、ノズル本体の基端、又はノズル本体の基端に継手された基端部材に取り付けられている構成にすることにより、吹付けノズルを振ってノズル本体に撓みが生じた場合であっても支点部材に撓みが生じないため、支点部材が、ノズル本体から反力を確実にとることができ、ノズル本体を確実に中折れさせることができる。

以下、本発明に係る吹付けノズル、およびそれを用いた吹付け方法の第一、第二の実施の形態について、図面に基いて説明する。

［第一の実施の形態］
まず、第一の実施の形態における吹付けノズル１の構成について説明する。
図１は本実施の形態における吹付けノズル１を表す斜視図である。図１に示すように、吹付けノズル１は、セメント系吹付け材料である吹付けコンクリートＣ（吹付け材料）を吹き付けるための部材であり、図示せぬコンクリートポンプから圧送された吹付けコンクリートＣ´を圧縮空気とともに搬送するホース１１に、急結剤添加部１２（基端部材）を介して接続されている。

急結剤添加部１２は、ホース１１の先端に継手されているとともに後述する吹付けノズル１のノズル本体２の基端に継手された、つまり、ホース１１先端と吹付けノズル１基端との間に介装された円筒形状の部材である。急結剤添加部１２には、急結剤Ａを急結剤添加部１２内に供給するための供給部１２ａが付設されており、この供給部１２ａから圧縮空気とともに急結剤Ａが、吹付けコンクリートＣ´が流通する急結剤添加部１２内に供給される。ここで、急結剤Ａは、吹付けコンクリートＣ´を短時間で高強度に固結させる添加剤であり、急結剤添加部１２内で吹付けコンクリートＣ´に添加される。急結剤Ａが添加された吹付けコンクリートＣは、短時間で高強度を発揮する短時間高剛性吹付けコンクリートとなり、例えば材齢１０分で３Ｎ／ｍｍ^２以上を発揮することができる吹付けコンクリートになる。

吹付けノズル１は、その基端が急結剤添加部１２の先端に例えば図示せぬビクトリックジョイント構造を介して継手され、先端から吹付けコンクリートＣが吹き出される円筒形状（管状）のノズル本体２と、ノズル本体２の中間付近部分に外装された環状（リング状）の支点部材３とから構成されている。

ノズル本体２は、吹付けノズルを上下左右に振ったときに振り子状に撓む程度の可撓性を有する構成からなっており、例えば吹付けノズルを振ったときに撓る程度の可撓性がある軟らかいゴム素材や高分子素材等のフレキシビリティのある材料で形成されている。また、ノズル本体２は、ノズル本体２の材質のほかに、ノズル本体２の厚さ、径、長さが、上記した可撓性が実現されるようにそれぞれ設定されている。

支点部材３は、ノズル本体２が撓んだときにノズル本体２の外周面に当接してノズル本体の撓み支点となる部材であり、ノズル本体２が撓んで当接した時に反力をとることができる程度の剛性を有する例えば金属等からなる反力体である。支点部材３の内径は、ノズル本体２の外径よりも若干大きくなっており、支点部材３の中にノズル本体２が緩く挿通された状態になっている。また、支点部材３は、ノズル本体２のフランジ２ａから先方に張り出された架材４，４に支持されており、この架材４，４を介してノズル本体２基端のフランジ２ａに取り付けられている。

次に、上記した構成からなる吹付けノズル１を用いて、吹付け面Ｇに吹付けコンクリートＣを吹き付ける際の吹付け方法について説明する。

図２は吹付け状況を表す側面図である。図１，図２に示すように、例えば図示せぬコンクリートポンプでホース１１に吹付けコンクリートＣ´を圧送する。圧送された吹付けコンクリートＣ´は、ホース１１内から急結剤添加部１２内に圧送される。このとき、供給部１２ａから急結剤添加部１２内に圧縮空気とともに急結剤Ａを供給して、急結剤添加部１２内で吹付けコンクリートＣ´に急結剤Ａを添加する。急結剤Ａが添加された吹付けコンクリートＣは、吹付けノズル１内に圧送されて、吹付けノズル１の先端から吹き出される。このとき、吹付けノズル１の先端を吹付け面Ｇに向けておき、吹付け面Ｇに吹付けコンクリートＣを吹き付ける。なお、吹付けノズル１を図示せぬ機械に取り付けて、その機械によって吹付けノズル１の先端を吹付け面Ｇに向けてもよく、或いは、作業員が吹付けノズル１を持って、作業員の手作業で吹付けノズル１の先端を吹付け面Ｇに向けてもよい。

図３は吹付けノズル１の断面図である。上記した吹付け作業を行っていると、ノズル本体２内を流通する吹付けコンクリートＣに混入された急結剤Ａの急結性能（吹付けコンクリートＣの強度を短時間で上昇させる機能）が高いため、図３（ａ）に示すように、ノズル本体２内で吹付けコンクリートＣが固結してノズル本体２の内周面に固着し、この固着物Ｘによってノズル本体２の内空断面積が減少する所謂「ノズルの閉塞」現象が生じる場合がある。

上記「ノズルの閉塞」現象が生じた場合、図２，図３（ｂ）に示すように、吹付けノズル１を上下左右（図２では上下方向）に振る。このとき、作業員が吹付けノズル１を持って上下左右に振ってもよく、或いは、吹付けノズル１を把持する機械によって吹付けノズル１を上下左右に振ってもよい。吹付けノズル１が上下左右に振られると、その振りの勢いによってノズル本体２が振り子状に上下左右に撓む。このとき、支点部材３にノズル本体２の外周面が衝突し、支点部材３が撓み支点となってノズル本体２は曲げ変形する。ノズル本体２が曲げ変形すると、ノズル本体２の内周面に固着した固着物Ｘが曲げ破壊されて複数の小割れ片Ｘ´…に分割される。固着物Ｘは、セメント系の吹付けコンクリートＣが固結したものであり、曲げ歪に弱いため、容易に曲げ破壊される。また、ノズル本体２が曲げ変形すると、固着物Ｘ（小割れ片Ｘ´…）がノズル本体２の内周面から剥離される。そして、図３（ｃ）に示すように、小割れされるとともに剥離された小割れ片Ｘ´…は、圧送される吹付けコンクリートＣとともに気流に乗って、ノズル本体２の先端からノズル本体２の外に排出される。

上記した構成からなる吹付けノズル１および吹付け方法によれば、吹付けノズル１が、ノズル本体２の全体が吹付けノズル１を振ったときに撓む程度の可撓性を有する構成からなり、ノズル本体２の内周面に固着物Ｘが固着したときに、吹付けノズル１を振ってノズル本体２を撓ませるため、ノズル本体２が振り子状に撓んでノズル本体２に曲げが生じると、ノズル本体２の内周面に固着した固着物Ｘが、曲げ破壊されて小割れされるとともにノズル本体２の内周面から剥離される。そして、固着物Ｘの小割れ片Ｘ´…は、吹付けコンクリートＣとともにノズル本体２の先端から吹き出される。これによって、吹付けノズル１の所謂「ノズルの閉塞」現象を防止することができ、途中で中断することなく吹付け作業を行うことができる。これによって、吹付け作業の効率を向上させ、工期の遅延を防止することができるとともに、不要な打ち継ぎ面をつくらずに、吹き付けられた吹付け層の品質を向上させることができる。

また、吹付けノズル１が、ノズル本体２の外周に、ノズル本体２が撓んだときにノズル本体２の外周面に当接してノズル本体２の撓み支点となる支点部材３が設けられている構成からなるため、吹付けノズル１を上下左右に振ると、支点部材３が撓み支点となってノズル本体２が中折れし、ノズル本体２が支点部材３の箇所で急角度に曲げられた状態になる。これによって、ノズル本体２内周面に固着した固着物Ｘを、より確実に曲げ破壊するとともにノズル本体２の内周面から剥離させることができる。

さらに、吹付けノズル１は、支点部材３が、ノズル本体２の基端のフランジ２ａに架材４，４を介して取り付けられている構成からなるため、吹付けノズル１を上下左右に振ってノズル本体２に撓みが生じた場合であっても支点部材３に撓みが生じない。これによって、支点部材３が、ノズル本体２から反力を確実にとることができ、ノズル本体２を確実に中折れさせることができる。

［第二の実施の形態］
次に、第二の実施の形態における吹付けノズル１０１の構成について説明する。
なお、以下の第二の実施の形態の説明では、上記した第一の実施の形態と同様の構成については、同様の符号を付すことで、その説明を省略する。

図４は吹付けノズル１０１を表す斜視図である。図４に示すように、吹付けノズル１０１のノズル本体２の外周には、ノズル本体２の外径よりも内径が若干大きい半リング形状（円弧形状）の第一，第二の支点部材１０３ａ、１０３ｂが配設されている。第一，第二の支点部材１０３ａ、１０３ｂは、それぞれノズル本体２の外周面に沿って延在されており、その内側面をノズル本体２の外周面に対向させた状態で設けられている。

第一，第二の支点部材１０３ａ、１０３ｂは、ノズル本体２の軸線方向および周方向にそれぞれ異なる位置にそれぞれ配置されている。具体的には、第一，第二の支点部材１０３ａ、１０３ｂは、互い違いに配置されており、第一の支点部材１０３ａは、ノズル本体２の基端側に配置され、且つノズル本体２の一方の側面に外装された状態で設けられており、第二の支点部材１０３ｂは、ノズル本体２の中間部分に配置され、且つノズル本体２の他方の側面に外装された状態で設けられている。

また、第一，第二の支点部材１０３ａ、１０３ｂの両端は、ノズル本体２のフランジ２ａから先方にそれぞれ張り出された２本の架材１０４，１０４にそれぞれ接合されており、第一，第二の支点部材１０３ａ、１０３ｂは２本の架材１０４，１０４によってそれぞれ支持され、これらの架材１０４，１０４を介してノズル本体２の基端（フランジ２ａ）にそれぞれ取り付けられている。

次に、上記した構成からなる吹付けノズル１０１を用いて、吹付け面Ｇに吹付けコンクリートＣを吹き付ける際の吹付け方法について説明する。なお、吹付けコンクリートＣをノズル本体２の先端から吹き出させるまでは、上記した第一の実施の形態と同様であるため、その説明を省略する。

図５は上記した吹付けノズル１０１を用いた吹付け状況を表す平面図である。吹付けノズル１０１に「ノズルの閉塞」現象が生じた場合、図４，図５に示すように、吹付けノズル１０１を、第一，第二の支点部材１０３ａ、１０３ｂが配置された方向（本実施の形態では左右方向）に振ってノズル本体２を振り子状に左右に撓ませる。このとき、ノズル本体２が一方側（図５における下側）に振られると、その振りの勢いによって、ノズル本体２の一方側の側面が第一の支点部材１０３ａに衝突し、この第一の支点部材１０３ａを撓み支点にしてノズル本体２が一方側に曲げ変形する。一方、ノズル本体２が他方側（図５における上側）に振られると、その振りの勢いによって、ノズル本体２の他方側の側面が第二の支点部材１０３ｂに衝突し、この第二の支点部材１０３ｂを撓み支点にしてノズル本体２が他方側に曲げ変形する。ノズル本体２が曲げ変形すると、上記した第一の実施の形態の場合と同様に、ノズル本体２の内周面に固着した固着物Ｘが曲げ破壊されるとともにノズル本体２の内周面から剥離され、吹付けコンクリートＣとともにノズル本体２の先端からノズル本体２の外に排出される。

上記した構成からなる吹付けノズル１および吹付け方法によれば、上記した第一の実施の形態における効果と同一の効果を奏することができる。さらに、ノズル本体２の外周に２つの支点部材１０３ａ、１０３ｂが設けられ、これら第一，第二の支点部材１０３ａ、１０３ｂが、ノズル本体２の軸線方向および周方向のそれぞれにおいて互いに異なる位置にそれぞれ配置されている構成からなることにより、吹付けノズル１０１を振ったときに、ノズル本体２の撓み支点が２箇所となり、２箇所でノズル本体２が中折れされる。これによって、ノズル本体２の内周面に固着した固着物を、より広い範囲で、確実に曲げ破壊するとともにノズル本体２の内周面から剥離させることができる。

以上、本発明に係る吹付けノズル、およびそれを用いた吹付け方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記した第一，第二の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した第一，第二の実施の形態では、吹付けノズル１，１０１に所謂「ノズルの閉塞」現象が生じたときに、吹付けノズル１，１０１を上下左右に振ってノズル本体２を撓ませているが、本発明は、吹付けコンクリートＣの吹付け作業中に、一定時間ごとに吹付けノズル１，１０１を振ってノズル本体２を撓ませてもよく、或いは、吹付けコンクリートＣの吹付け作業中に、継続的に吹付けノズル１，１０１を振ってノズル本体２を撓ませてもよい。

また、上記した第一，第二の実施の形態では、ノズル本体２全体が所定の可撓性を有しているが、本発明は、ノズル本体の一部だけが所定の可撓性を有しており、その他の部位については可撓性がなくてもよい。例えば、可撓性のあるゴム製のリング部材と、可撓性がない金属製のリング部材とを、交互に連設させた構成からなるノズル本体であってもよい。

また、上記した第一，第二の実施の形態では、吹付けコンクリートＣを吹き付ける場合について説明しているが、本発明は、吹付けコンクリートＣ以外の吹付け材料を吹き付けるものでもよく、例えば、モルタルや補修材、セメントリシン等の他のセメント系吹付け材料でもよく、或いは、アクリルリシンなどの樹脂系吹付け材料でもよく、その他の吹付け材料であってもよい。

また、上記した第一，第二の実施の形態では、支点部材３，１０３ａ，１０３ｂがロッド状の架材４，１０４を介してノズル本体２のフランジ２ａに取り付けられているが、本発明は、支点部材が、急結剤添加部等の基端部材に支点部材を取り付けてもよい。また、本発明は、ロッド状の架材４，１０４でなく、板状或いは筒状の部材を介して支点部材を取り付けてもよく、或いは、支点部材をノズル本体の基端や基端部材に直接取り付けてもよい。

また、上記した第二の実施の形態では、第一の支点部材１０３ａがノズル本体２の一方の側面に外装された状態で設けられており、第二の支点部材１０３ｂがノズル本体２の他方の側面に外装された状態で設けられているが、本発明は、一方の支点部材がノズル本体の上面に外装された状態で設けられ、他方の支点部材がノズル本体の下面に外装された状態で設けられていてもよい。なお、この場合、吹付けノズルを上下方向に振ることでノズル本体を撓ませる。

また、上記した第二の実施の形態では、ノズル本体２の外周に、２つの支点部材１０３ａ，１０３ｂが備えられているが、本発明は、ノズル本体の軸線方向および周方向の位置が互いに異なる３つ以上の支点部材がノズル本体の外周にそれぞれ設けられていてもよい。例えば、ノズル本体の両側面にそれぞれ外装させる左右の支点部材と、ノズル本体の上下面にそれぞれ外装させる上下の支点部材とをそれぞれ設けてもよい。また、本発明は、支点部材が片側一箇所のみに設けられていてもよく、例えば、図５に表された吹付けノズル１０１において、第二の支点部材１０３ｂが無く、第一の支点部材１０３ａのみが備えられた構成であってもよい。この場合、吹付けノズルを左右或いは上下に振ったときに、どちらか一方側のみが支点部材に当接される。
また、本発明は、ノズル先端部側に重量を付加してノズル重心をノズル先端側にしてもよい。これによって、フレキシブルなノズル本体がより撓み易くなる。
なお、急結剤添加部１２における供給部１２ａの付設位置であるが、吹付けノズル１の基端部から０．３ｍ以内にすることが、急結剤添加部１２内面にコンクリートが付着するのを防止する意味で望ましい。さらに、吹付けコンクリートＣを吐出する吹付ノズル１先端からの供給部１２ａの位置は、急結剤Ａと吹付けコンクリートＣ´との混練を良くするため、及び、吹付けコンクリートＣの閉塞防止のため、吹付ノズル１先端から０．８ｍ〜２．０ｍの位置にすることが望ましい。

本発明に係る吹付けノズルの第一の実施の形態を説明するための斜視図である。 本発明に係る吹付けノズル及び吹付け方法の第一の実施の形態を説明するための側面図である。 本発明に係る吹付けノズル及び吹付け方法の第一の実施の形態を説明するための断面図である。 本発明に係る吹付けノズルの第二の実施の形態を説明するための斜視図である。 本発明に係る吹付けノズル及び吹付け方法の第二の実施の形態を説明するための平面図である。

符号の説明

１，１０１ 吹付けノズル
３，１０３ａ，１０３ｂ 支点部材
２ ノズル本体
２ａ フランジ（ノズル本体の基端）
１２ 急結剤添加部（基端部材）
Ｃ 吹付けコンクリート（セメント系吹付け材料）

Claims (3)

1. 筒状のノズル本体の先端から吹付け材料を吹き出させる吹付けノズルにおいて、
   前記ノズル本体の全体或いは一部が、吹付けノズルを振ったときに撓む程度の可撓性を有し、
   前記ノズル本体の外周に、該ノズル本体が撓んだときに該ノズル本体の外周面に当接して前記ノズル本体の撓み支点となる支点部材が設けられていることを特徴とする吹付けノズル。
2. 請求項１に記載の吹付けノズルにおいて、
   前記支点部材が前記ノズル本体の外周に複数設けられ、
   これら複数の支点部材が、前記ノズル本体の軸線方向および周方向にそれぞれ異なる位置にそれぞれ配置されていることを特徴とする吹付けノズル。
3. 請求項１又は２に記載の吹付けノズルにおいて、
   前記支点部材が、前記ノズル本体の基端、又は前記ノズル本体の基端に継手された基端部材に取り付けられていることを特徴とする吹付けノズル。

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