JP6912152B2

JP6912152B2 - 吹付システム

Info

Publication number: JP6912152B2
Application number: JP2017003453A
Authority: JP
Inventors: 大輔窪塚; 池田　淳; 淳池田; 幸整石垣
Original assignee: Nittoc Constructions Co Ltd
Current assignee: Nittoc Constructions Co Ltd
Priority date: 2017-01-12
Filing date: 2017-01-12
Publication date: 2021-07-28
Anticipated expiration: 2037-01-12
Also published as: JP2018111268A

Description

本発明は、モルタルを含むセメントコンクリートを分散させることのできる吹付システムに関するものである。

従来から、例えば、トンネル覆工などで吹付工を実施する場合には、吹付用機械を作業現場に進入させて、吹付用機械によってモルタルなどのセメントコンクリートを吹付けている。しかし、法面吹付工や各種補修作業においては、吹付用機械が作業現場まで進入出来ない場合も多い。その様な場合、吹付ホースを延長し、作業員（いわゆる「ノズルマン」）が吹付用ノズルを手で保持して（いわゆる「手持ち」の作業）、吹付工を行う必要がある。しかし、大量の固化材を吹付ける場合には、作業員に過大な負担を強いてしまうという問題が存在していた。

また、吹付工により、例えばオーバーハング部やトンネル上半部にセメントコンクリートを吹付けると、吹付けられた材料の半分以上は落下してしまう。落下した材料は作業環境を著しく悪化するのみならず、それを撤去するコストも嵩むので、吹付工全体のコストを高騰させる要因となっている。

そこで、例えば、特許文献１には、作業員が固化材吹付け用の機器を支持して吹付工を実施する場合に当該作業員に過重な負担を掛けることがなく、吹付けられた固化材が落下してしまう量を低減することが出来て、吹付工の作業現場の環境を悪化しない固化材噴射システムが開示されている。

特許第５６９７２６４号公報

しかしながら、前述した特許文献１の固化材噴射システムでは、特にスランプが小さく硬いセメントコンクリートを搬送・吹付する場合には、エアリング管内で搬送用の高圧エア（圧縮空気）を受けても搬送されにくい、という問題があった。

そこで、本発明は、セメントコンクリートをエアで粉砕して搬送されやすくする吹付システムを提供することを目的としている。

前記目的を達成するために、本発明の吹付システムは、セメントコンクリートを搬送するコンクリートポンプと；エアコンプレッサと；前記エアコンプレッサに接続されたレシーバタンクと；前記コンクリートポンプに接続されたエアリング管であって、前記レシーバタンクに接続されており前記セメントコンクリートを搬送するための搬送用エア流入管と、前記レシーバタンクに接続されており前記セメントコンクリートを分散するための分散用エア流入管を有する分散リングと、を有する、エアリング管と；前記エアリング管の下流側に配置されるテーパ管と；前記テーパ管の下流側に配置される噴射ノズルと；備えている。

ここにおいて、本発明における「セメントコンクリート」とは、ペースト、モルタル、及びコンクリートを総称するものである。

このように、本発明の吹付システムは、レシーバタンクに接続されておりセメントコンクリートを搬送するための搬送用エア流入管と、レシーバタンクに接続されておりセメントコンクリートを分散するための分散用エア流入管を有する分散リングと、を有するエアリング管を備えている。このような構成であるため、スランプが小さく硬いセメントコンクリートであっても、エアで粉砕して搬送されやすくすることができる。

吹付システムの全体構成を説明する説明図である。エアリング管の斜視図である。分散リングの斜視図である。分散リングを簡略化して描いた模式図である。分散リングの作用を説明するための作用図である。別形態の分散リングの斜視図である。

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。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素は例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

以下に説明する本発明の吹付システム１００は、例えば、簡易法枠（崩壊斜面対策）、モルタル吹付（鉄道切土法面の補修）、吹付法枠（盛土補強）、覆工増厚（トンネル）などに用いられる。そして、設計基準強度を高くすることができるため高品質であり、高品質の材料（モルタル）を安定して圧送・吹付するため耐久性が優れ、生モルタルを使用するためプラント設備を簡易にすることができ、従来工法の吹付特有のエア抜き音がないため騒音が少なく、さらに長距離圧送が可能といった特徴を有している。

（吹付システムの全体構成）
図１に示すように、本実施例の吹付システム１００は、コンクリートポンプ１０と、エアコンプレッサ２０と、レシーバタンク２１と、急硬剤供給ポンプ３０と、急結剤供給ポンプ４０と、噴射ノズル５０と、を備えている。なお、本実施例の吹付システム１００は、急結剤供給ポンプ４０を含む急結剤の供給系統を備える場合について説明したが、これに限定されるものではなく、急結剤の供給系統はなくてもよい。さらに、本実施例の吹付システム１００は、急硬剤供給ポンプ３０を含む急硬剤の供給系統を備える場合について説明したが、これに限定されるものではなく、スランプが小さく硬いセメントコンクリートを使用する場合には急硬剤の供給系統はなくてもよい。

コンクリートポンプ１０と噴射ノズル５０の間には、コンクリートポンプ１０側から噴射ノズル５０に向かって、耐高圧ホース（不図示）、コンクリートシャッタ（不図示）、コンクリート管１３、耐磨耗高圧ホース（不図示）、エアリング管１５（分散リング６０含む）、急硬剤混合リング３２、テーパ管１６、吹付けホース１７が接続されている。

エアリング管１５は、図２に示すように、コンクリート流入口１５ａと、搬送用エア流入管としての２本のエア流入管１５ｂ、１５ｃと、吐出口１５ｄと、分散用エア流入管６１、６２、６３を有する分散リング６０と、を有している。そして、このエアリング管１５において、コンクリートポンプ１０から供給されたセメントコンクリートと、エアコンプレッサ２０から供給された高圧エアが混合されることにより、セメントコンクリートが高圧エアに連行されて噴射ノズル５０まで到達して噴射されるようにされる。

コンクリート流入口１５ａは、３本ある管路の中央に配置されており、その内部にはセメントコンクリートが流れている。

エア流入管１５ｂ、１５ｃはコンクリート流入口１５ａを挟むように配置されており、その内部にはエア（圧縮空気）が流れている。コンクリート流入口１５ａを介して供給されるセメントコンクリートは、エア流入管１５ｂ、１５ｃから供給されるエアにより連行される。

そして、分散リング６０は、図３に示すように、全体として円筒形状に形成されるものであり、セメントコンクリートの流れる方向に見て、同じ位置に３つの分散用エア流入管６１、６２、６３を有している。これらの分散用エア流入管６１、６２、６３は、それぞれレシーバタンク２１に接続されて高圧エアが供給されるようになっている。

各分散用エア流入管６１（６２、６３）は、分散リング６０の円筒形状の本体部６００に対して略直角に突設されている。なお、分散用エア流入管６１（６２、６３）の角度は、略直角に限定されるものではなく、本体部６００に対して傾斜するように設置することもできる。本体部６００には、図４に示すように、分散用エア流入管６１（６２、６３）の接続面に、高圧エアを噴出するための２つの孔（φ２ｍｍ程度）が穿孔されている。２つの孔が穿孔されているのは、高圧エアの供給を確保するためである。すなわち、２つの孔が穿孔されていれば、一方の孔が閉塞しても、他方の孔を経由して高圧エアがセメントコンクリートに供給される。

そして、分散用エア流入管６１、６２、６３は、円周角方向には略均等に配置されている。すなわち、分散用エア流入管６１、６２、６３は、互いに円周角１２０度ずつ離れた位置に配置されている。

さらに、別の形態の分散リング６０として、図６に示すように、セメントコンクリートの流れる方向に沿って、螺旋状に３つの分散用エア流入管６１、６２、６３を有している。すなわち、円筒状の分散リング６０の円筒面に沿って螺旋状に３つの分散用エア流入管６１、６２、６３が配置されている。これらの分散用エア流入管６１、６２、６３は、それぞれレシーバタンク２１に接続されて高圧エアが供給されるようになっている。

この場合、分散用エア流入管６１、６２、６３は、円周方向についてみると互いに円周角１２０度ずつ離れた位置に配置されている。そして、一番目の分散用エア流入管６１は、（使用状態における）本体部６００の下部（底部）に突設され、二番目の分散用エア流入管６２は、（使用状態における）本体部の右上部に突設され、三番目の分散用エア流入管６３は、（使用状態における）本体部の左上部に突設される。

急硬剤混合リング３２は、エアリング管１５とテーパ管１６の間に配置されている。急硬剤混合リング３２は、急硬剤（スランプキリング剤）をセメントコンクリートと合流させ、かつ、急硬剤をセメントコンクリートに均一に混合するために設けられている。

レシーバタンク２１は、エアコンプレッサ２０で生成された圧縮空気（エア）を貯蔵する貯蔵手段である。レシーバタンク２１には、エア流入口と４つのエア排出口とが設けられている。エアコンプレッサ２０とレシーバタンク２１のエア流入口とは、エアホースで接続されている。レシーバタンク２１のエア排出口とエアリング管１５のエア流入管１５ｂ、１５ｃ、分散リング６０の分散用エア流入管６１、６２、６３は、それぞれエアホースによって接続されている。

さらに、レシーバタンク２１のエア排出口と急硬剤混合リング３２におけるエア流入管３２ａは、エアホースによって接続されている。加えて、急硬剤供給ポンプ３０と急硬剤混合リング３２における急硬剤流入口は、急硬剤供給ホースによって接続されている。そのため、急硬剤は、高圧エアに連行されて高圧エアと混合されつつ急硬剤混合リング３２へ供給される。

図示しないが、急硬剤混合リング３２には、セメントコンクリートに対して急硬剤及びエアの混合物を噴出するための２つの孔（φ２ｍｍ）が穿孔されている。２つの孔が穿孔されているのは、急硬剤の供給を確保するためである。すなわち、２つの孔が穿孔されていれば、一方の孔が閉塞しても、他方の孔を経由して急硬剤が急硬剤混合リング３２内を流れるセメントコンクリートに供給される。

エアリング管１５の下流側には、急硬剤混合リング３２が接続され、急硬剤混合リング３２の下流側には、テーパ管１６（の大径側）が接続されている。このような順序にするのは、仮にエアリング管１５にテーパ管１６を接続し、テーパ管１６の（小径側）に急硬剤混合リング３２を接続すると、テーパ管１６内部の高圧エアがセメントコンクリートの周辺を包囲する様に流れてしまうからである。この状態では、急硬剤とセメントコンクリートの混合が良好に行われない。そこで、急硬剤とセメントコンクリートが、テーパ管１６の上流側で混合されるように、急硬剤混合リング３２の配置が決められている。

テーパ管１６の吐出口（小径側：図１では右側）には、吹付けホース１７が接続されている。吹付けホース１７の先端には、噴射ノズル５０のセメントコンクリート注入口が接続されている。なお、噴射ノズル５０は、セメントコンクリート注入口と急結剤注入口とが一体になって構成されているように示されているが、急結剤注入口は噴射ノズル５０とは別に構成される。

噴射ノズル５０近傍には、噴射ノズル５０に沿って、可撓性を有する急結剤噴射ホース４３が配置されている。急結剤噴射ホース４３は、結束具（例えば、針金やビニルテープ）によって、噴射ノズル５０近傍に結束されている。急結剤噴射ホース４３における噴射側とは反対側の端部には、合流管の吐出側が接続されており、合流管には急結剤の供給系統と高圧エアの供給系統が合流している。

そして、吹付の際には、噴射ノズル５０からセメントコンクリートを噴射するのと同時に、急結剤供給ホース及び急結剤流入部を介して供給された急結剤が、エアホース及び高圧エア流入部を介して供給される高圧エアに連行されて急結剤噴射ホース４３から噴射される。

そして、噴射ノズル５０からのセメントコンクリートの噴流に急結剤の噴流が合流・混合して、施工領域（例えば法面）に噴射される。上述したように、セメントコンクリートに急硬剤が混合されているので、急結剤の噴流と合流することにより、セメントコンクリートには急硬剤と急結剤が混合されるため、瞬時に非流動化する。

（作用）
次に、図４及び図５を用いて、本実施例の分散リング６０を備える吹付システム１００の作用について説明する。図４及び図５に示すように、２つの孔（φ２ｍｍ、流れる方向に沿って２つ形成される）を通じて、高圧エアがセメントコンクリートに向けて噴射される。そうすると、図５に示すように、分散リング６０の内部を流れるセメントコンクリートは、高圧エアによって細かく分散されるようになる。図５に示す例では、３本の高圧エア噴流によって、セメントコンクリートは細かく分散される。

そして、その後、３つに分散されたセメントコンクリートは、搬送用エア流入管１５ｂ、１５ｃから搬送用の高圧エアの噴射を受けて噴射ノズル５０方向に下流側に連行される。この際に、あらかじめセメントコンクリートが分散されているため、セメントコンクリートが分散されていない場合と比較して、高圧エアに乗りやすくなっている。さらに、後に配置されている急硬剤混合リング３２において急硬剤が噴射される際にも、急硬剤がまんべんなくセメントコンクリートに分散されて行きわたるようになる。

（効果）
次に、本実施例の吹付システム１００の奏する効果を列挙して説明する。

（１）前述してきたように、本実施例の吹付システム１００は、セメントコンクリートを搬送するコンクリートポンプ１０と；エアコンプレッサ２０と；エアコンプレッサ２０に接続されたレシーバタンク２１と；コンクリートポンプ１０に接続されたエアリング管１５であって、レシーバタンク２１に接続されておりセメントコンクリートを搬送するための搬送用エア流入管１５ｂ、１５ｃと、レシーバタンク２１に接続されておりセメントコンクリートを分散するための分散用エア流入管６１、６２、６３を有する分散リング６０と、を有する、エアリング管１５と；エアリング管１５の下流側に配置されるテーパ管１６と；テーパ管１６の下流側に配置される噴射ノズル５０と；を備えている。

このような構成であるから、本実施例の吹付システム１００では、分散用エア流入管６１、６２、６３を有する分散リング６０を備えることによって、スランプが小さく硬いセメントコンクリートであっても、エアで粉砕して搬送されやすくすることができる。

（２）また、分散用エア流入管６１〜６３は、セメントコンクリートの流れる方向にみて搬送用エア流入管１５ｂ、１５ｃよりも上流側に配置されていることで、分散させた後にエアで搬送するようになるため搬送効率がいっそう高くなる。

（３）さらに、搬送用エア流入管１５ｂ、１５ｃは、セメントコンクリートの流れる方向に沿ってセメントコンクリートを付勢するように方向付けられ、かつ、分散用エア流入管６１〜６３は、セメントコンクリートの流れる方向に略直交するように方向付けられる。このような構成であれば、セメントコンクリートの流れる方向に略直交して、高圧エアを噴射できるため、効率よくセメントコンクリートを分散（粉砕）させることができる。

（４）また、分散リング６０は、複数の分散用エア流入管６１〜６３を有し、複数の分散用エア流入管６１〜６３は、セメントコンクリートの流れる方向にみて同じ位置となるように（円環状に）配置されている。このような構成であれば、流れているセメントコンクリートの前方に壁状のエアカーテンを形成することによって、セメントコンクリートに対して漏れなく略均等に高圧エアを噴射できる。さらに、急硬剤混合リング３２を備える場合には、セメントコンクリートを分散した後に、下流側の急硬剤混合リング３２における急硬剤の噴射によって全体的に急硬剤を混合することができる。

（５）さらに、分散リング６０は、複数の分散用エア流入管６１〜６３を有し、複数の分散用エア流入管６１〜６３は、セメントコンクリートの流れる方向に沿って螺旋状に配置されることも好ましい。このような構成であれば、セメントコンクリートの流れを遮ることなく、全体に万遍なく略均等に高圧エアを噴射できる。さらに、急硬剤混合リング３２を備える場合には、セメントコンクリートを分散した後に、下流側の急硬剤混合リング３２における急硬剤の噴射によって全体的に急硬剤を噴射することができる。

（６）そして、吹付システム１００が、急硬剤を搬送する急硬剤供給ポンプ３０と；急硬剤供給ポンプ３０に接続された急硬剤混合リング３２であって、急硬剤供給ポンプ３０に接続されており急硬剤をセメントコンクリートに噴射するための急硬剤流入管３２ａを有し、エアリング管１５の下流側に配置される、急硬剤混合リング３２と；をさらに備えることも好ましい。このような構成であれば、セメントコンクリートに急硬剤を添加することによりセメントコンクリートに含まれる水分が凝集して、噴射ノズル５０に作用する噴出力が低減する。そのため、作業者の負担が軽減される。さらに、水分が凝集することにより、粉塵の発生量が低減して作業者の視界が確保され、作業環境も改善される。特に、分散リング６０を急硬剤混合リング３２の上流側に配置することによって、セメントコンクリートに略均等に急硬剤を分散することができるようになる。

（７）また、吹付システム１００が、急結剤を搬送する急結剤ポンプ４０と；急結剤ポンプ４０に接続された急結剤噴射ホース４３であって、噴射ノズル５０の近傍に取り付けられた、急結剤噴射ホース４３と；をさらに備えることも好ましい。このように、同時に急結剤を用いれば、吹付けられたセメントコンクリートが瞬時に非流動化あるいは固化するため、吹付けられた面から材料が落下し難くなる。さらに急硬剤と急結剤が吹付用セメントコンクリートに添加される場合には、急結剤のみを添加する場合と比較して、薬剤全体の使用量が減少する。

以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、実施例では特に説明しなかったが、セメントコンクリートにはポリプロピレンの繊維などを混入することもできる。

また、実施例では、分散リング６０が３つの分散用エア流入管６１、６２、６３を有する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、分散リング６０は１つ又は２つの分散用エア流入管を有してもよいし、４つ以上の分散用エア流入管を有してもよい。

この他、実施例では、分散リング６０内の分散用エア流入管６１、６２、６３の配置の例として、流れる方向に見て同じ位置（円環状配置）の例と、螺旋状配置の例と、について説明したが、これらに限定されるものではなく、他の配置であってもよい。例えば、流下方向に直線状に複数の分散用エア流入管を配置することもできるし、千鳥状に配置することなどもできる。

１００吹付システム
１０コンクリートポンプ
１５エアリング管
１５ｂ、１５ｃ搬送用エア流入管
１６テーパ管
１７吹付ホース
２０エアコンプレッサ
２１レシーバタンク
３０急硬剤供給ポンプ
３２急硬剤混合リング
３２ａ急硬剤流入管
４０急結剤供給ポンプ
４３急結剤噴射ホース
５０噴射ノズル
６０分散リング
６１、６２、６３分散用エア流入管

Claims

セメントコンクリートを搬送するコンクリートポンプと；
エアコンプレッサと；
前記エアコンプレッサに接続されたレシーバタンクと；
前記コンクリートポンプに接続されたエアリング管であって、前記レシーバタンクに接続されており前記セメントコンクリートを搬送するための搬送用エア流入管と、前記レシーバタンクに接続されており前記セメントコンクリートを分散するための分散用エア流入管を有する分散リングと、を有する、エアリング管と；
前記エアリング管の下流側に配置されるテーパ管と；
前記テーパ管の下流側に配置される噴射ノズルと；
急硬剤を搬送する急硬剤供給ポンプと；を備え、
前記急硬剤供給ポンプに接続された急硬剤混合リングであって、前記急硬剤供給ポンプに接続されており前記急硬剤を前記セメントコンクリートに噴射するための急硬剤流入管を有し、前記エアリング管の下流側に配置される、急硬剤混合リングと；をさらに備え、
前記搬送用エア流入管は、前記セメントコンクリートの流れる方向に沿って前記セメントコンクリートを付勢するように方向付けられ、かつ、前記分散用エア流入管は、前記セメントコンクリートの流れる方向に直交するように方向付けられる、吹付システム。
前記分散用エア流入管は、前記セメントコンクリートの流れる方向にみて前記搬送用エア流入管よりも上流側に配置されている、請求項１に記載された吹付システム。
前記分散リングは、複数の前記分散用エア流入管を有し、複数の前記分散用エア流入管は、前記セメントコンクリートの流れる方向にみて同じ位置となるように配置されている、請求項１又は請求項２に記載された吹付システム。
前記分散リングは、複数の前記分散用エア流入管を有し、複数の前記分散用エア流入管は、前記セメントコンクリートの流れる方向に沿って螺旋状に配置されている、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載された吹付システム。
急結剤を搬送する急結剤ポンプと；
前記急結剤ポンプに接続された急結剤噴射ホースであって、前記噴射ノズルの近傍に取り付けられた、急結剤噴射ホースと；
をさらに備える、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載された吹付システム。