JP6994895B2 - 覆工コンクリート打設システム - Google Patents

Description

本開示は、トンネルの覆工コンクリートを打設するための覆工コンクリート打設システムに関する。

トンネル工事においては、覆工コンクリートを構築するためにセントル（移動式型枠）が用いられる。セントルには、覆工空間にコンクリートを打設するために複数の打設窓が設けられており、側圧の偏りを避けるために、作業員はコンクリートの高さが左右均等に高くなるように左右の打設窓から交互に覆工空間の側壁部にコンクリートを打設する。また、コンクリートの横移動（横流し）による骨材の分離を抑制するため、作業員はトンネル軸方向に配置された複数の打設窓から順番にコンクリートを打設する。更に、コンクリートの打設高さ（配管からの落下高さ）が大きくなることを避けるために、作業員は低い位置の打設窓からコンクリートの打設を開始し、コンクリートが打ち上がってくると、低い位置の打設窓を閉じてそれよりも高い位置の打設窓へとコンクリートの打設位置を移動してゆく。天端部については、トンネル軸方向に間隔を空けて吹上方式にてコンクリートを打設するための複数の吹上打設窓（シャッター付き打設孔）がセントルの天端に設けられており、コンクリートの横移動を抑止し且つエア溜まりが生じることを避けるために、作業員は構築済みの覆工コンクリート側の吹上打設窓から順にコンクリートを打設する。

天端部におけるコンクリート品質を高めるために、コンクリートの流動距離を短くすることができる分岐切替システムが公知である（特許文献１）。この分岐切替システムは、コンクリート圧送機と、コンクリート圧送機の下流側に設けられる２つの出口を有する１台の前段切替機と、前段切替機の下流側に並列に設けられる４つの出口を有する２台の後段切替機と、各後段切替機の出口から、セントルの天端にトンネル軸方向に等間隔に配列された複数の吹上打設孔に至る複数の配送管（分配管）とを備えている。この分岐切替システムでは、コンピュータがこれらの切替機の駆動を制御することにより、コンクリートの圧送先が複数の吹上打設孔の間で選択的に切り替えられる。

特開２０１５－９４１６７号公報

しかしながら、特許文献１記載の分岐切替システムは、覆工空間の天端部に打設されるコンクリートのトンネル長手方向への流動距離を小さく抑えることのみを目的としており、打設空間のうち、天端空間を除く下部空間（覆工空間の側壁部）にコンクリートを打設する際には、従来の方法によってコンクリートを打設する必要がある。従って、コンクリート打設時の作業員の作業量はあまり少なくならない。

具体的に説明すると、作業員は、低い位置から順に、左右及びトンネル軸方向に分散して配置された複数の打設窓からコンクリートを打設し、コンクリートが所定の高さまで打設されると、低い位置の打設窓に挿入された配送管を撤去して打設窓を閉め、それら打設窓の上方の打設窓に挿入するように配送管を切り回した後にコンクリートの打設を再開する。同じ高さに複数の打設窓があることから、打設が終わった打設窓からその上の打設窓に配送管を切り回す間に、他の打設窓からコンクリートの打設を行うことは可能である。しかしながら、コンクリートの打設場所には打設作業（締め固めや監視等）を行う作業員が必要であるため、打設準備作業である配管切り回し作業を行う作業員が別途必要である。しかも、一定の打設速度を維持するために所定の時間内に、重い配送管を狭いセントル内で切り回す作業を完了するためには、多くの作業員が必要になる。また、そのような作業がコンクリートの打設と並行して行われると、打設作業が影響を受けて覆工コンクリートの品質低下に繋がりかねない。

本発明は、このような背景に鑑み、覆工コンクリートの打設に要する作業員の数を減らすことができ、覆工コンクリートの品質を向上し得る覆工コンクリート打設システムを提供することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明のある態様は、覆工コンクリート打設システム（１０）であって、高さが異なる複数の打設窓（１５）からなる複数の窓群（１６）がトンネル軸方向に異なる複数の位置にて左右の側壁（１１Ａ）のそれぞれに形成されたセントル（１１）と、コンクリートを配送管（１９）に圧送するコンクリートポンプ（１８）と、前記配送管の下流端に設けられ、コンクリートの圧送先として選択的に切り替えられる複数の出口を有する１次切替装置（２０）と、前記１次切替装置の前記複数の出口から前記複数の窓群に向けて延びる複数の１次分配管（２１）と、前記複数の１次分配管のそれぞれの下流端に設けられ、コンクリートの圧送先として選択的に切り替えられる複数の出口を有する複数の２次切替装置（２２）と、各２次切替装置の前記複数の出口から対応する窓群の前記複数の打設窓に向けて延びる複数の２次分配管（２３）と、前記コンクリートポンプ、前記１次切替装置及び前記複数の２次切替装置の動作を制御する制御装置（３０）とを備え、前記制御装置は、前記複数の１次分配管が所定の順に複数回に亘ってコンクリートの圧送先になるように前記１次切替装置を切り替え、前記複数の２次分配管が低い側から順にコンクリートの圧送先になるように前記複数の２次切替装置を切り替え、前記１次切替装置を切り替えている間、前記コンクリートポンプの圧送を停止する。

この構成によれば、各窓群にて複数の打設窓に向けて延びる複数の２次分配管が設けられているため、低い側の２次分配管からのコンクリートの打設作業が完了した後に、作業員が高い側の２次分配管をセットする必要がない。また、２次分配管の切り回し作業が不要なため、コンクリートの打設作業を確実に行うことができ、覆工コンクリートの品質を向上することができる。

また、上記構成において、前記セントル（１１）における前記複数の窓群（１６）に対応する位置に設けられ、打設されたコンクリートの高さを検出する複数のコンクリートセンサ（２６）を更に備え、前記制御装置（３０）は、前記複数のコンクリートセンサの検出信号に基づいて、前記複数の窓群が設けられた部分のコンクリートの高さが概ね均等に高くなるように前記１次切替装置（２０）を切り替えるとよい。

この構成によれば、コンクリートの打設場所において、作業員が打設窓からコンクリートの高さを監視する必要がない。また、コンクリートセンサの検出信号に基づいて、コンクリートの高さが概ね均等に高くなるように１次切替装置が切り替えられるため、セントルに作用する側圧の偏りが防止される。

また、上記構成において、前記制御装置（３０）は、前記複数のコンクリートセンサ（２６）の検出信号に基づいて、コンクリートの落下高さが大きくなることを抑制し且つコンクリートが前記複数の打設窓（１５）から溢れないように前記２次切替装置（２２）を切り替えるとよい。

この構成によれば、落下高さが大きくなることによるコンクリートの材料分離が抑制される上、作業員が打設窓からコンクリートの高さを監視する必要がない。

また、複数のコンクリートセンサを備える構成において、前記複数の窓群（１６）に対応する位置に高さ変更可能に設けられた複数のバイブレータ（２７）を更に備え、前記制御装置（３０）が、前記複数のコンクリートセンサ（２６）の検出信号に基づいて、前記複数のバイブレータの動作及び高さを制御するとよい。

この構成によれば、コンクリートの打設場所において、作業員がコンクリートの締め固め作業を行う必要がない。また、バイブレータの動作及び高さが制御装置によって制御されるため、締め固めに多寡が生じず、覆工コンクリートの品質が安定する。

また、上記構成において、前記セントル（１１）には、天端（１１Ｂ）におけるトンネル軸方向の異なる位置に設けられた複数の吹上打設窓（１５Ｂ）からなる吹上窓群（１７）が更に形成され、前記複数の１次分配管（２１）が、前記１次切替装置（２０）から前記吹上窓群に向けて延びる１次吹上分配管（２１Ｂ）を含み、前記１次吹上分配管上に、互いに隣接する１対の吹上打設窓に対応して直列に設けられた複数の２次吹上切替装置（２４）と、前記複数の２次吹上切替装置から対応する吹上打設窓に向けて延びる複数の２次吹上分配管（２５）とを更に備え、前記制御装置（３０）は、前記１次吹上分配管が最後にコンクリートの圧送先になるように前記１次切替装置（２０）を切り替え、前記複数の２次吹上分配管が構築済みの覆工コンクリート（４）側から順にコンクリートの圧送先になるように前記複数の２次吹上切替装置を切り替えるとよい。

この構成によれば、覆工空間の側壁部だけでなく天端部へのコンクリートの打設についても、２次吹上分配管の切り回し作業が不要になる。また、複数の２次吹上切替装置が直列に設けられるため、１次吹上分配管及び２次吹上分配管の延長が短くなる。更に、１次吹上分配管の本数が少なくなることで作業スペースの確保が容易になる。

また、上記構成において、前記１次切替装置（２０）及び前記複数の２次切替装置（２２）の切替状態、前記コンクリートポンプ（１８）の作動状態、並びに、コンクリートが圧送されている配管ルートを表示する表示装置（３４）を更に備えるとよい。

この構成によれば、コンクリートが圧送されている配管ルートや複数の切替装置の切替状態が確認できるため、作業の進捗や状況を把握して準備や片付け、指示等を行い易い。

このように本発明によれば、覆工コンクリートの打設に要する作業員の数を減らすことができ、覆工コンクリートの品質を向上し得る覆工コンクリート打設システムを提供することができる。

実施形態に係る覆工コンクリート打設システムの正面図 実施形態に係る覆工コンクリート打設システムの側断面図 実施形態に係る覆工コンクリート打設システムの平面図 覆工コンクリート打設システムのブロック図 覆工コンクリート打設における（Ａ）制御装置による処理手順、（Ｂ）作業員による作業手順を示すフロー図 制御装置による１次分配管切替打設処理の手順を示すフロー図 制御装置による２次吹上分配管切替打設処理の手順を示すフロー図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。図１は、実施形態に係る覆工コンクリート打設システム１０の正面図である。なお、図１は、図２、図３中のＩ－Ｉ断面図に相当する。図１に示されるように、本実施形態のトンネル１は、地山Ｇを掘削してなる山岳トンネルであり、トンネル１の底部には、鉄筋コンクリートからなる湾曲形状のインバート２が構築されている。トンネル１のアーチ部の内面には吹付コンクリート３からなる１次覆工が形成されている。１次覆工の内側に鉄筋コンクリートからなる２次覆工である覆工コンクリート４（図２参照）を構築するために、覆工コンクリート打設システム１０が用いられる。他の実施形態では、覆工コンクリート打設システム１０がシールドトンネル等の他の工法で構築されるトンネル１の覆工コンクリート４の構築に用いられてもよい。

覆工コンクリート打設システム１０は、トンネル覆工用の移動型枠であるセントル１１を備えている。セントル１１は、トンネル１内に敷設されたレール５上を走行可能な門型形状のガントリー１２により支持されている。セントル１１は、概ね半円形のアーチ形状をしており、インバート２から湾曲形状をなして立ち上がる左右の側壁１１Ａと、湾曲形状をなして左右の側壁１１Ａの上端同士を連結する天端１１Ｂとからなっている。セントル１１は、トンネル１の周方向に分割された複数の型枠によって形成され、ガントリー１２に取り付けられた油圧シリンダ１３によって展開、縮小可能とされている。なお、セントル１１は周方向の適宜の位置で分割されてよく、型枠分割位置によって左右の側壁１１Ａと天端１１Ｂとの境界が定まるものではない。

図２は、実施形態に係る覆工コンクリート打設システム１０の側断面図である。なお、図２ではガントリー１２は図示省略されている。図２に示されるように、セントル１１は、トンネル１の軸方向に分割された複数の型枠パネルを結合して形成されており、覆工コンクリート４の１スパン（例えば、１０ｍ）よりも若干長い軸方向長さを有している。

セントル１１は、あるスパンの覆工コンクリート４の打設後、縮小されて切羽側に移動し、坑口側が構築済みの覆工コンクリート４にオーバーラップする、次のスパンに対応する所定の位置に配置された後、径方向外側に展開される。セントル１１の切羽側の端部には、セントル１１の裏側（１次覆工側）に形成される覆工空間６の切羽側の端部を塞ぐために妻型枠１４が設けられる。以下、トンネル軸方向のうち、構築済みの覆工コンクリート４の側である坑口側をラップ側といい、覆工コンクリート４が構築されていない切羽側を妻側ということがある。左右の方向は、坑口側から切羽側を見た時（図１の左右とは逆）を基準とする。

セントル１１は、覆工空間６にコンクリートを打設するための複数の打設窓１５（１５Ａ、１５Ｂ）を備えている。図示例では、図１に示されるようにトンネル周方向に１１列、図２に示されるようにトンネル軸方向に８列、合計８８個の打設窓１５が形成されている。トンネル周方向の打設窓１５は、覆工空間６の側壁部６Ａに自然落下方式でコンクリートを打設できるように左右の側壁１１Ａに形成され、周方向に概ね等間隔に配置された左右それぞれ５列の側部打設窓１５Ａと、覆工空間６の天端部６Ｂに吹上式でコンクリートを打設できるように天端１１Ｂのトンネル中心に形成された１列の吹上打設窓１５Ｂとを含んでいる。

吹上打設窓１５Ｂの左右に隣接する列の側部打設窓１５Ａは、吹上打設窓１５Ｂの高さとさほど変わらない高さにあり、本実施形態の打設計画では、これら２列以外の打設窓１５を用いてコンクリートが打設される。即ち、左右の下側それぞれ４列の側部打設窓１５Ａと１列の吹上打設窓１５Ｂとの９列の打設窓１５がコンクリートの打設に使用される。

図３は、実施形態に係る覆工コンクリート打設システム１０の平面図である。なお、図３では、トンネル１は図示省略され、セントル１１は模式的に想像線で示されており、作業台となるガントリー１２が簡略的に示されている。図２及び図３に示されるように、本実施形態の打設計画では、左右の側部打設窓１５Ａのうち、ラップ側から２列目及び妻側から２列目の側部打設窓１５Ａが側壁部６Ａへのコンクリートの打設に使用される。また、吹上打設窓１５Ｂのうち、ラップ側から１列目、４列目及び６列目の吹上打設窓１５Ｂが天端部６Ｂへのコンクリートの打設に使用される。

コンクリートの打設に使用される側部打設窓１５Ａは、トンネル軸方向の位置及び左右方向の位置に応じ、４つの側壁窓群１６（１６Ａ～１６Ｄ）に分類される。即ち、平面視（図３）において、ラップ側の左右に位置する、それぞれ４つの側部打設窓１５Ａからなる２つのラップ側の側壁窓群１６Ａ、１６Ｂと、妻側の左右に位置する、それぞれ４つの側部打設窓１５Ａからなる２つの妻側の側壁窓群１６Ｃ、１６Ｄとである。また、天端１１Ｂに設けられる３つの吹上打設窓１５Ｂは、左右方向の中央に同じ高さに位置しており、１つの吹上窓群１７として分類される。

コンクリートは、コンクリートポンプ１８（図４参照）によって配送管１９に圧送され、上記のように計画された打設窓１５から覆工空間６に打設される。コンクリートポンプ１８は、トンネル１内のセントル１１の近傍、一般的にはセントル１１の坑口側に配置され、ミキサー車（図４）からコンクリートを供給される。覆工工事の初期には、トンネル１の坑口の外にコンクリートポンプ１８が配置されてもよい。コンクリートポンプ１８は、公知の構成を有するものでよく、ピストン式であってもスクイーズ式であってもよく、また、コンクリートポンプ車搭載式のものでも固定式のものでもよい。コンクリートポンプ１８は、運転・停止（コンクリートの圧送・非圧送）を切替可能であると共に、コンクリートの時間当たり吐出量（圧送量）を変更可能である。

覆工コンクリート打設システム１０は、上記のように計画された打設窓１５からのコンクリートの打設作業を少ない作業員で行えるように、覆工コンクリート４の打設前に配備される次の設備を備えている。

図１～図３に示されるように、ガントリー１２のラップ側には、配送管１９の下流端に接続され、コンクリートの圧送先である配管ルートを切り替える１次切替装置２０が設けられている。１次切替装置２０は、５つの貫通孔を有しており、配送管１９の下流端を１つの貫通孔に連通させることにより、選択された貫通孔の出口からコンクリートを吐出する。即ち、１次切替装置２０は、コンクリートの圧送先として選択的に切り替えられる５つの出口（左から順に第１～第５とする）を備えている。１次切替装置２０は、図示例では油圧でスライド駆動される形式であるが、電動式であってもよく、回転駆動式であってもよい。

配送管１９は、鋼管により構成されており、下流端の位置を変更できるように、下流端の近傍部分がジョイントによって接続される複数のベント管によってループ形状にされている。

１次切替装置２０の出口には、５本の１次分配管２１（２１Ａ、２１Ｂ）が接続されている。第１出口には、左のラップ側の側壁窓群１６Ａに向けて延びる１次側壁分配管２１Ａが接続されている。第２出口には、左の妻側の側壁窓群１６Ｃに向けて延びる１次側壁分配管２１Ａが接続されている。第３出口には、右の妻側の側壁窓群１６Ｄに向けて延びる１次側壁分配管２１Ａが接続されている。第４出口には、右のラップ側の側壁窓群１６Ｂに向けて延びる１次側壁分配管２１Ａが接続されている。第５出口には、吹上窓群１７に向けて延びる１次吹上分配管２１Ｂが接続されている。

ガントリー１２における左右のラップ側及び左右の妻側には、対応する１次側壁分配管２１Ａの下流端に接続され、コンクリートの圧送先である配管ルートを切り替える４つの２次切替装置２２が設けられている。各２次切替装置２２は、４つの貫通孔を有しており、対応する１次側壁分配管２１Ａの下流端を１つの貫通孔に連通させることにより、選択された貫通孔の出口からコンクリートを吐出する。即ち、２次切替装置２２は、コンクリートの圧送先として選択的に切り替えられる４つの出口（妻側から順に第１～第４とする）を備えている。２次切替装置２２は、図示例では油圧でスライド駆動される形式であるが、電動式であってもよく、回転駆動式であってもよい。

各２次切替装置２２の出口には、４本の２次分配管２３（２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ）が接続されている。第１出口には、最も低い側部打設窓１５Ａに向けて延びる第１の２次分配管２３Ａが接続されている。第２出口には、２番目に低い側部打設窓１５Ａに向けて延びる第２の２次分配管２３Ｂが接続されている。第３出口には、３番目に低い側部打設窓１５Ａに向けて延びる第３の２次分配管２３Ｃが接続されている。第４出口には、４番目に低い側部打設窓１５Ａに向けて延びる第４の２次分配管２３Ｄが接続されている。

１次吹上分配管２１Ｂは、１次切替装置２０から妻側に向けて延びている。１次吹上分配管２１Ｂ上の、ラップ側から１列目及び４列目の吹上打設窓１５Ｂに対応する位置には、コンクリートの圧送先である配管ルートを切り替える２つの２次吹上切替装置２４が直列に設けられている。２次吹上切替装置２４は、２つの貫通孔を有しており、１次吹上分配管２１Ｂの下流端を１つの貫通孔に連通させることにより、選択された貫通孔の出口からコンクリートを吐出する。即ち、２次吹上切替装置２４は、コンクリートの圧送先として選択的に切り替えられる２つの出口（右から順に第１、第２とする）を備えている。２次吹上切替装置２４は、図示例では油圧でスライド駆動される形式であるが、電動式であってもよく、回転駆動式であってもよい。２次吹上切替装置２４の貫通孔は２つだけであるため、１次吹上分配管２１Ｂは可撓性を有するホースにより構成され、ループ形状部を有していない。

ラップ側の２次吹上切替装置２４の第１出口には、第１の２次吹上分配管２５Ａが接続され、第２出口には、１次吹上分配管２１Ｂの下流側部分が接続されている。第１の２次吹上分配管２５Ａは、ラップ側から１列目の吹上打設窓１５Ｂに向けて延びている。妻側の２次吹上切替装置２４の第１出口には、第２の２次吹上分配管２５Ｂが接続され、第２出口には、第３の２次吹上分配管２５Ｃが接続されている。第２の２次吹上分配管２５Ｂは、ラップ側から４列目の吹上打設窓１５Ｂに向けて延びている。第３の２次吹上分配管２５Ｃは、ラップ側から６列目の吹上打設窓１５Ｂに向けて延びている。

図１に示されるように、セントル１１における４つの側壁窓群１６に対応する位置には、打設されたコンクリートの高さを検出する複数のコンクリートセンサ２６がセントル１１の外面に周方向に沿って設けられている。コンクリートセンサ２６は、高さ５０ｃｍごとに設けられた複数の検出部を備えており、コンクリートが打ち上がって検出部に達すると検出部がこれを検出することによってコンクリート打ち上がり高さを５０ｃｍ単位で検出する。各コンクリートセンサ２６の検出結果は制御装置３０（図４参照）に入力される。

図４は、覆工コンクリート打設システム１０のブロック図である。図４に示されるように、ガントリー１２における４つの側壁窓群１６に対応する左右のラップ側及び左右の妻側には、巻き取り式の４つのバイブレータ２７（図１～図３では図示省略）が設けられる。バイブレータ２７は、コンクリートの打設に使用されない一番上の側部打設窓１５Ａを通って覆工空間６に配置され、キャプタイヤがリール２８により巻き取られることによって上昇する。バイブレータ２７のオン・オフ及びリール２８の駆動は制御装置３０によってコンクリートセンサ２６の検出信号に基づいて制御される。具体的には、制御装置３０は、コンクリートセンサ２６の検出信号に基づいてコンクリートの打設（打設場所、打設速度）を制御し、コンクリートの打設に適合するようにバイブレータ２７及びリール２８の駆動を制御する。

ガントリー１２には、１次切替装置２０、４つの２次切替装置２２及び２つの２次吹上切替装置２４を駆動するための油圧ユニット３２が搭載されている。油圧ユニット３２は、これらの切替装置に設けられた油圧シリンダ３３に対して油圧の供給・排出することにより、これらの切替装置におけるコンクリートの圧送先を切り替える。油圧ユニット３２の動作、即ちこれらの切替装置の動作は、制御装置３０によって制御される。また、コンクリートポンプ１８の動作も制御装置３０によって制御される。

図２及び図４に示されるように、セントル１１の天端１１Ｂには、打設されたコンクリートが天端部６Ｂに充填されたことを検出する複数のコンクリート充填検出センサ２９がセントル１１の外面にトンネル軸方向に沿って設けられている。コンクリート充填検出センサ２９は、コンクリートの打設に使用する３つの吹上打設窓１５Ｂに対応して３つ設けられている。各コンクリート充填検出センサ２９は、対応する吹上打設窓１５Ｂから打設されるコンクリートが到達するべき位置に配置されている。最も妻側の吹上打設窓１５Ｂに対応するコンクリート充填検出センサ２９は、妻型枠１４の近傍に配置されている。コンクリート充填検出センサ２９の検出結果は制御装置３０に入力される（図４では、トンネル軸方向の真ん中に配置された検出部のみに、制御装置３０に接続する線が示されている）。

制御装置３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含む電子回路ユニットにより構成されたコンピュータであり、操作表示装置３４によって入力された各種データ及びコンクリートセンサ２６の検出結果に基づいて、覆工コンクリート打設処理を実行するように構成されている。なお、制御装置３０が覆工コンクリート打設処理を実行するように構成されているとは、制御装置３０を構成する演算処理装置（ＣＰＵ）が、操作表示装置３４からの実行指令に従って、ＲＯＭに格納されたアプリケーションソフトウェアを読み込んで当該ソフトウェアに従って所定の処理を実行するようにプログラムされていることを意味する。

操作表示装置３４は、制御装置３０に対する各種データの入力、覆工コンクリート打設処理の実行指令、停止指令、変更指令等を行えるように構成されている。また、操作表示装置３４は、図４と同等の画面を表示し、コンクリートポンプ１８の作動状態や、１次切替装置２０、２次切替装置２２及び２次吹上切替装置２４の動作状況及び圧送先（切替状態）、コンクリートが圧送されている配管ルート、バイブレータ２７の動作状況及びリール２８の巻き取り量に基づくバイブレータ２７の配置高さ、コンクリートセンサ２６の検出結果に基づく覆工コンクリート４の打設進捗状況等を表示するように構成されている。

図５は、覆工コンクリート打設における（Ａ）制御装置３０による処理手順、（Ｂ）作業員による作業手順を示すフロー図である。まず、図５（Ａ）を参照して、制御装置３０による処理手順を説明する。

制御装置３０は、操作表示装置３４の実行指令に従って、図５（Ａ）に示される覆工コンクリート打設処理を実行する。なお、制御装置３０は、覆工コンクリート打設処理の開始前の準備として、コンクリートポンプ１８を停止状態にし、１次切替装置２０のコンクリートの圧送先を、左のラップ側の側壁窓群１６Ａに繋がる第１出口に切り替え、４つの２次切替装置２２のコンクリートの圧送先を、最も低い側部打設窓１５Ａに繋がる第１出口に切り替え、２つの２次吹上切替装置２４のコンクリートの圧送先を、ラップ側の吹上打設窓１５Ｂに繋がる第１出口に切り替える。また、制御装置３０は、バイブレータ２７を停止状態にし、リール２８を、バイブレータ２７が覆工空間６の最も低い高さに位置するように調整する。

覆工コンクリート打設処理の準備が整った後、制御装置３０は、１次切替装置２０のコンクリートの圧送先を第１～第４出口間で切り替えながらコンクリート打設する１次分配管切替打設処理を行う（ステップＳＴ１）。本実施形態では、コンクリートの打設高さ（層厚）を５０ｃｍとし、１層分の１次分配管切替打設処理を行う。以下、１次分配管切替打設処理の具体的手順について図６を参照して説明する。

図６は、制御装置３０による１次分配管切替打設処理の手順を示すフロー図である。制御装置３０は、図６に示される手順に従って次の処理を実行する。なお、ステップＳＴ１では、２次切替装置２２のコンクリートの圧送先が第１出口になっているため、各側壁窓群１６では、第１の２次分配管２３Ａから最も低い側部打設窓１５Ａにコンクリートが圧送される。

制御装置３０は、コンクリートポンプ１８の圧送（運転）を開始する（ステップＳＴ２１）。これにより、左のラップ側の側壁窓群１６Ａにコンクリートが圧送される。左のラップ側のコンクリートセンサ２６が１層分のコンクリートの打ち上がりを検出すると、制御装置３０は、コンクリートポンプ１８の圧送を停止し（ステップＳＴ２２）、１次切替装置２０のコンクリートの圧送先を第１出口から第４出口に切り替える（ステップＳＴ２３）。

その後、制御装置３０は、コンクリートポンプ１８の圧送を開始する（ステップＳＴ２４）。これにより、右のラップ側の側壁窓群１６Ｂにコンクリートが圧送される。右のラップ側のコンクリートセンサ２６が１層分のコンクリートの打ち上がりを検出すると、制御装置３０は、コンクリートポンプ１８の圧送を停止し（ステップＳＴ２５）、１次切替装置２０のコンクリートの圧送先を第４出口から第２出口に切り替える（ステップＳＴ２６）。

その後、制御装置３０は、コンクリートポンプ１８の圧送を開始する（ステップＳＴ２７）。これにより、左の妻側の側壁窓群１６Ｃにコンクリートが圧送される。左の妻側のコンクリートセンサ２６が１層分のコンクリートの打ち上がりを検出すると、制御装置３０は、コンクリートポンプ１８の圧送を停止し（ステップＳＴ２８）、１次切替装置２０のコンクリートの圧送先を第２出口から第３出口に切り替える（ステップＳＴ２９）。

その後、制御装置３０は、コンクリートポンプ１８の圧送を開始する（ステップＳＴ３０）。これにより、右の妻側の側壁窓群１６Ｄにコンクリートが圧送される。右の妻側のコンクリートセンサ２６が１層分のコンクリートの打ち上がりを検出すると、制御装置３０は、コンクリートポンプ１８の圧送を停止し（ステップＳＴ３１）、１次切替装置２０のコンクリートの圧送先を第３出口から第１出口に切り替え（ステップＳＴ３２）、本処理が終了する。このようにして、１層分のコンクリートの打設が完了する。

図５に戻って説明を続ける。ステップＳＴ１の１次分配管切替打設処理の後、制御装置３０は、各２次切替装置２２のコンクリートの圧送先を第１出口から第２出口に切り替える（ステップＳＴ２）。コンクリートの圧送先を第１出口から他の出口に切り替えるのは、コンクリートが各側壁窓群１６の最も低い側部打設窓１５Ａから溢れるのを防止するためである。コンクリートの圧送先を第２～第５出口のうち第２出口に切り替えるのは、コンクリートの落下高さが大きくなることを抑制するためである。なお、各２次切替装置２２の圧送先の切替は、図６に示される１次分配管切替打設処理の全ての処理が行われた後に行う必要はなく、対応する側壁窓群１６に対するコンクリートポンプ１８の圧送が停止された後、速やかに行われるのが好ましい。

続いて、制御装置３０は、１次分配管切替打設処理を行う（ステップＳＴ３）。本実施形態では、コンクリートの打設高さ（層厚）を５０ｃｍとし、複数回に亘って１次分配管切替打設処理を行い、３層分のコンクリートを打設する。２次切替装置２２のコンクリートの圧送先が第２出口になっているため、各側壁窓群１６では、第２の２次分配管２３Ｂから２番目に低い側部打設窓１５Ａにコンクリートが圧送され、３層のコンクリートが打設される。これにより、合計で４層分のコンクリートの打設が完了する。

その後、制御装置３０は、各２次切替装置２２のコンクリートの圧送先を第２出口から第３出口に切り替える（ステップＳＴ４）。この切替も、ステップＳＴ２と同様の目的で行われ、ステップＳＴ２と同様に、対応する側壁窓群１６に対する４層目のコンクリートポンプ１８の圧送が停止された後、速やかに行われるのが好ましい。続いて、制御装置３０は、１次分配管切替打設処理を行う（ステップＳＴ５）。本実施形態では、コンクリートの打設高さ（層厚）を５０ｃｍとし、複数回に亘って１次分配管切替打設処理を行い、３層分のコンクリートを打設する。２次切替装置２２のコンクリートの圧送先が第３出口になっているため、各側壁窓群１６では、第３の２次分配管２３Ｃから３番目に低い側部打設窓１５Ａにコンクリートが圧送され、３層のコンクリートが打設される。これにより、合計で７層分のコンクリートの打設が完了する。

その後、制御装置３０は、各２次切替装置２２のコンクリートの圧送先を第３出口から第４出口に切り替える（ステップＳＴ６）。この切替も、ステップＳＴ２と同様の目的で行われ、ステップＳＴ２と同様に、対応する側壁窓群１６に対する７層目のコンクリートポンプ１８の圧送が停止された後、速やかに行われるのが好ましい。続いて、制御装置３０は、１次分配管切替打設処理を行う（ステップＳＴ７）。本実施形態では、コンクリートの打設高さ（層厚）を５０ｃｍとし、複数回に亘って１次分配管切替打設処理を行い、４層分のコンクリートを打設する。２次切替装置２２のコンクリートの圧送先が第３出口になっているため、各側壁窓群１６では、第４の２次分配管２３Ｄから４番目に低い側部打設窓１５Ａにコンクリートが圧送され、４層のコンクリートが打設される。これにより、合計で１１層分のコンクリートの打設（覆工空間６の側壁部６Ａのコンクリートの打設）が完了する。

その後、制御装置３０は、１次切替装置２０のコンクリートの圧送先を第５出口に切り替える（ステップＳＴ８）。この切替も、ステップＳＴ２と同様の目的で行われる。この処理は、１１層目の１次分配管切替打設処理（図６）において、１次切替装置２０のコンクリートの圧送先を第３出口から第１出口ではなく第５出口に切り替えることで置き換えてもよい。

最後に、制御装置３０は、２次吹上切替装置２４のコンクリートの圧送先を切り替えながらラップ側から２次吹上分配管２５を用いてコンクリート打設する２次吹上分配管切替打設処理を行い（ステップＳＴ９）、本処理を終了する。以下、図７を参照して２次吹上分配管切替打設処理の具体的手順について説明する。

図７は、制御装置３０による２次吹上分配管切替打設処理の手順を示すフロー図である。制御装置３０は、図７に示される手順に従って次の処理を実行する。なお、ステップＳＴ９では、２つの２次吹上切替装置２４のコンクリートの圧送先が第１出口になっているため、吹上窓群１７では、第１の２次吹上分配管２５Ａから最もラップ側の吹上打設窓１５Ｂにコンクリートが圧送される。

制御装置３０は、コンクリートポンプ１８の圧送を開始する（ステップＳＴ４１）。これにより、最もラップ側の吹上打設窓１５Ｂにコンクリートが圧送される。最もラップ側のコンクリート充填検出センサ２９がコンクリートの充填を検出すると、制御装置３０は、コンクリートポンプ１８の圧送を停止し（ステップＳＴ４２）、ラップ側の２次吹上切替装置２４のコンクリートの圧送先を第１出口から第２出口に切り替える（ステップＳＴ４３）。

その後、制御装置３０は、コンクリートポンプ１８の圧送を開始する（ステップＳＴ４４）。これにより、トンネル軸方向真ん中の吹上打設窓１５Ｂにコンクリートが圧送される。トンネル軸方向真ん中のコンクリート充填検出センサ２９がコンクリートの充填を検出すると、制御装置３０は、コンクリートポンプ１８の圧送を停止し（ステップＳＴ４５）、妻側の２次吹上切替装置２４のコンクリートの圧送先を第１出口から第２出口に切り替える（ステップＳＴ４６）。

その後、制御装置３０は、コンクリートポンプ１８の圧送を開始する（ステップＳＴ４７）。これにより、妻側の吹上打設窓１５Ｂにコンクリートが圧送される。妻側のコンクリート充填検出センサ２９がコンクリートの充填を検出すると、制御装置３０は、コンクリートポンプ１８の圧送を停止し（ステップＳＴ４８）、本処理を終了する。

その後は、作業員が妻型枠１４からコンクリートの充填状況を確認しながら、操作表示装置３４を用いてコンクリートポンプ１８を操作し、天端部６Ｂが充填されるまでコンクリートを圧送する。或いは、妻側のコンクリート充填検出センサ２９がコンクリートの充填を検出した時点から、所定量のコンクリートを圧送した後に、制御装置３０がコンクリートポンプ１８の圧送を停止してもよい。

次に、図５（Ｂ）を参照して、作業員による作業手順を説明する。作業員は、図５（Ａ）のステップＳＴ２において各２次切替装置２２のコンクリートの圧送先が第１出口から第２出口に切り替えられた後、各２次切替装置２２の第１出口に接続する４本の第１の２次分配管２３Ａを撤去して側部打設窓１５Ａを閉める（ステップＳＴ１１）。各第１の２次分配管２３Ａは、付着したコンクリートを取り除くために洗浄し、次のスパンのコンクリートの打設前に再び第１出口に接続する必要があるため近傍に仮置きする。

その後、作業員は、図５（Ａ）のステップＳＴ４において各２次切替装置２２のコンクリートの圧送先が第２出口から第３出口に切り替えられた後、各２次切替装置２２の第２出口に接続する４本の第２の２次分配管２３Ｂを撤去して側部打設窓１５Ａを閉める（ステップＳＴ１２）。各第２の２次分配管２３Ｂも、洗浄した後に近傍に仮置きする。

作業員は、図５（Ａ）のステップＳＴ６において各２次切替装置２２のコンクリートの圧送先が第３出口から第４出口に切り替えられた後、各２次切替装置２２の第３出口に接続する４本の第３の２次分配管２３Ｃを撤去して側部打設窓１５Ａを閉める（ステップＳＴ１３）。各第３の２次分配管２３Ｃも、洗浄した後に近傍に仮置きする。

作業員は、図５（Ａ）のステップＳＴ７において各２次切替装置２２に対するコンクリートの圧送が完了した後、各２次切替装置２２の第４出口に接続する４本の第４の２次分配管２３Ｄを撤去して側部打設窓１５Ａを閉める（ステップＳＴ１４）。各第４の２次分配管２３Ｄも、洗浄した後に近傍に仮置きする。

作業員は、図５（Ａ）のステップＳＴ９の作業と並行して、吹上打設窓１５Ｂを閉め、２次吹上分配管２５の一部を順次撤去する（ステップＳＴ１５）。具体的には、図７に示される２次吹上分配管切替打設処理のうち、ステップＳＴ４３にてラップ側の２次吹上切替装置２４のコンクリートの圧送先が切り替えられた後、作業員は、ラップ側の吹上打設窓１５Ｂを閉め、第１の２次吹上分配管２５Ａを撤去する。また、ステップＳＴ４６にて妻側の２次吹上切替装置２４のコンクリートの圧送先が切り替えられた後、作業員は、軸方向真ん中の吹上打設窓１５Ｂを閉め、第２の２次吹上分配管２５Ｂを撤去する。更に、全てのコンクリートの打設が完了した後、作業員は、妻側の吹上打設窓１５Ｂを閉め、第３の２次吹上分配管２５Ｃを撤去する。各２次吹上分配管２５Ｂも、洗浄した後に近傍に仮置きする。

これにより、覆工コンクリート４の打設時における作業員の作業が完了する。なお、全てのコンクリートの打設が完了した後には当然に、作業員は、コンクリートポンプ１８や配送管１９、１次切替装置２０、１次分配管２１、２次切替装置２２、２次吹上切替装置２４等を洗浄する。

コンクリートの養生期間の経過後、作業員は、セントル１１の脱型、移動、展開、上記撤去した各種分配管の接続等の作業を行う。各側壁窓群１６において、作業員は、第１～第４の４本の２次分配管２３（２３Ａ～２３Ｄ）を予め接続する。

以下、このように構成された覆工コンクリート打設システム１０の作用効果について説明する。

図１～図３に示されるように、１次切替装置２０から延びる複数の１次分配管２１の下流端に複数の２次切替装置２２が設けられ、各２次切替装置２２から対応する複数の側部打設窓１５Ａに向けて複数の２次分配管２３が延びている。そのため、制御装置３０が、図５のステップＳＴ１、ステップＳＴ３、ステップＳＴ５、ステップＳＴ７において、コンクリートポンプ１８の圧送を停止させている間に１次切替装置２０を切り替えながらコンクリートを打設した後、ステップＳＴ２、ステップＳＴ４、ステップＳＴ６、ステップＳＴ８において、複数の２次分配管２３の低い側から高い側へ順にコンクリートが圧送されるように複数の２次切替装置２２を切り替えた後に、作業員が高い側の２次分配管２３をセットする必要がない。また、作業員による２次分配管２３の切り回し作業が不要なため、コンクリートの打設作業が確実に行われ、覆工コンクリート４の品質が向上する。

図６に示されるように、制御装置３０は、ステップＳＴ２２、ステップＳＴ２５、ステップＳＴ２８、ステップＳＴ３１において、複数のコンクリートセンサ２６の検出信号に基づいて、コンクリートの打設を停止し、ステップＳＴ２３、ステップＳＴ２６、ステップＳＴ２９、ステップＳＴ３２において、複数の側壁窓群１６が設けられた部分のコンクリートの高さが概ね均等に高くなるように１次切替装置２０を切り替える。そのため、コンクリートの打設場所において、作業員が打設窓１５からコンクリートの高さを監視する必要がない。また、コンクリートセンサ２６の検出信号に基づいて、コンクリートの高さが概ね均等に高くなるように１次切替装置２０が切り替えられるため、セントル１１に作用する側圧の偏りが防止される。

また、制御装置３０は、ステップＳＴ３１においてコンクリートセンサ２６の検出信号に基づいてコンクリートの打設を停止した後、図５のステップＳＴ２、ステップＳＴ４、ステップＳＴ６、ステップＳＴ８において、２次切替装置２２を切り替える。このように、制御装置３０が、コンクリートセンサ２６の検出信号に基づいて、コンクリートの落下高さが大きくなることを抑制し且つコンクリートが打設窓１５から溢れないように２次切替装置２２を切り替えることにより、コンクリートの材料分離が抑制される上、作業員が打設窓１５からコンクリートの高さを監視する必要がない。

図４に示されるように、覆工コンクリート打設システム１０は、複数の側壁窓群１６に対応する位置に高さ変更可能に設けられた複数のバイブレータ２７を更に備え、制御装置３０は、複数のコンクリートセンサ２６の検出信号に基づいて、複数のバイブレータ２７の動作及び高さを制御する。そのため、コンクリートの打設場所において、作業員がコンクリートの締め固め作業を行う必要がない。また、バイブレータ２７の動作及び高さが制御装置３０によって制御されるため、締め固めに多寡が生じず、覆工コンクリート４の品質が安定する。

図２及び図３に示されるように、１次切替装置２０から吹上窓群１７に向けて延びる１次吹上分配管２１Ｂが１次切替装置２０に接続され、互いに隣接する１対の吹上打設窓１５Ｂに対応して複数の２次吹上切替装置２４が１次吹上分配管２１Ｂ上に直列に設けられ、複数の２次吹上切替装置２４から対応する吹上打設窓１５Ｂに向けて複数の２次吹上分配管２５が延びている。そして、制御装置３０は、図５のステップＳＴ８において、１次吹上分配管２１Ｂが最後にコンクリートの圧送先になるように１次切替装置２０を切り替え、図７のステップＳＴ４３、ステップＳＴ４６において、複数の２次吹上分配管２５が構築済みの覆工コンクリート４側であるラップ側から順にコンクリートの圧送先になるように複数の２次吹上切替装置２４を切り替える。そのため、覆工空間６の側壁部６Ａだけでなく天端部６Ｂへのコンクリートの打設についても、２次吹上分配管２５の切り回し作業が不要になる。また、図３に示されるように、複数の２次吹上切替装置２４が直列に設けられるため、１次吹上分配管２１Ｂ及び２次吹上分配管２５の延長が短くなる。更に、１次吹上分配管２１Ｂの本数が少なくなることで作業スペースの確保が容易になる。

図４に示されるように、覆工コンクリート打設システム１０は、１次切替装置２０及び複数の２次切替装置２２の切替状態、コンクリートポンプ１８の作動状態、並びに、コンクリートが圧送されている配管ルートを表示する操作表示装置３４を備えている。そのため、操作者或いは作業員は、コンクリートが圧送されている配管ルートや複数の切替装置の切替状態が確認でき、作業の進捗や状況を把握して準備や片付け、指示等を行い易い。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、覆工空間６の側壁部６Ａにコンクリートを打設するために４つの側壁窓群１６が用いられているが、６つや８つ、５つ、７つ等の側壁窓群１６が用いられてもよい。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、手順など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。

４ 覆工コンクリート
１０ 覆工コンクリート打設システム
１１ セントル
１１Ａ 側壁
１１Ｂ 天端
１５ 打設窓
１５Ａ 側部打設窓
１５Ｂ 吹上打設窓
１６（１６Ａ、１６Ｂ、１６Ｃ、１６Ｄ） 側壁窓群
１７ 吹上窓群
１８ コンクリートポンプ
１９ 配送管
２０ １次切替装置
２１ １次分配管
２１Ａ １次側壁分配管
２１Ｂ １次吹上分配管
２２ ２次切替装置
２３（２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ） ２次分配管
２４ ２次吹上切替装置
２５（２５Ａ、２５Ｂ、２５Ｃ） ２次吹上分配管
２６ コンクリートセンサ
２７ バイブレータ
２８ リール
３０ 制御装置
３４ 操作表示装置

Claims (6)

1. 高さが異なる複数の打設窓からなる複数の窓群がトンネル軸方向に異なる複数の位置にて左右の側壁のそれぞれに形成されたセントルと、
   コンクリートを配送管に圧送するコンクリートポンプと、
   前記配送管の下流端に設けられ、コンクリートの圧送先として選択的に切り替えられる複数の出口を有する１次切替装置と、
   前記１次切替装置の前記複数の出口から前記複数の窓群に向けて延びる複数の１次分配管と、
   前記複数の１次分配管のそれぞれの下流端に設けられ、コンクリートの圧送先として選択的に切り替えられる複数の出口を有する複数の２次切替装置と、
   各２次切替装置の前記複数の出口から対応する窓群の前記複数の打設窓に向けて延びる複数の２次分配管と、
   前記コンクリートポンプ、前記１次切替装置及び前記複数の２次切替装置の動作を制御する制御装置と、
   前記セントルにおける前記複数の窓群に対応する位置に設けられ、打設されたコンクリートの高さを検出する複数のコンクリートセンサとを備え、
   前記制御装置は、前記複数の１次分配管が所定の順に複数回に亘ってコンクリートの圧送先になるように前記１次切替装置を切り替え、前記複数の２次分配管が低い側から順にコンクリートの圧送先になるように前記複数の２次切替装置を切り替え、
   前記制御装置は、前記複数のコンクリートセンサの検出信号に基づいて、前記コンクリートポンプの圧送を停止し、その後前記１次切替装置を切り替え、前記１次切替装置の切り替え完了後に前記コンクリートポンプの圧送を再開する１次分配管切替制御を繰り返すことを特徴とする覆工コンクリート打設システム。
2. 前記制御装置は、前記複数のコンクリートセンサの検出信号に基づいて、前記複数の窓群が設けられた部分のコンクリートの高さが概ね均等に高くなるように前記１次分配管切替制御を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載の覆工コンクリート打設システム。
3. 前記制御装置は、前記複数のコンクリートセンサの検出信号に基づいて、コンクリートの落下高さが大きくなることを抑制し且つコンクリートが前記複数の打設窓から溢れないように前記２次切替装置を切り替えることを特徴とする請求項２に記載の覆工コンクリート打設システム。
4. 前記複数の窓群に対応する位置に高さ変更可能に設けられた複数のバイブレータを更に備え、
   前記制御装置が、前記複数のコンクリートセンサの検出信号に基づいて、前記複数のバイブレータの動作及び高さを制御することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の覆工コンクリート打設システム。
5. 前記セントルには、天端におけるトンネル軸方向の異なる位置に設けられた複数の吹上打設窓からなる吹上窓群が更に形成され、
   前記複数の１次分配管が、前記１次切替装置から前記吹上窓群に向けて延びる１次吹上分配管を含み、
   前記１次吹上分配管上に、互いに隣接する１対の吹上打設窓に対応して直列に設けられた複数の２次吹上切替装置と、
   前記複数の２次吹上切替装置から対応する吹上打設窓に向けて延びる複数の２次吹上分配管とを更に備え、
   前記制御装置は、前記１次吹上分配管が最後にコンクリートの圧送先になるように前記１次切替装置を切り替え、前記複数の２次吹上分配管が構築済みの覆工コンクリート側から順にコンクリートの圧送先になるように前記複数の２次吹上切替装置を切り替えることを特徴とする請求項１～請求項４のいずれかに記載の覆工コンクリート打設システム。
6. 前記１次切替装置及び前記複数の２次切替装置の切替状態、前記コンクリートポンプの作動状態、並びに、コンクリートが圧送されている配管ルートを表示する表示装置を更に備えることを特徴とする請求項１～請求項５のいずれかに記載の覆工コンクリート打設システム。

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