JP7083120B1

JP7083120B1 - 幅狭空間用繊維補強コンクリート製造装置及び該装置を用いた交通供用下におけるトンネル覆工再生工法

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Publication number: JP7083120B1
Application number: JP2021211718A
Authority: JP
Inventors: 直治森井; 守森山; 承燦林; 健鈴木; 翔平伊藤
Original assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Current assignee: Nishimatsu Construction Co Ltd
Priority date: 2021-12-24
Filing date: 2021-12-24
Publication date: 2022-06-10
Anticipated expiration: 2041-12-24
Also published as: JP2023095692A

Abstract

【課題】幅狭空間内において、適切に短繊維をコンクリート内に分散投入しつつ、これらを確実に混練して繊維補強コンクリートを製造できる装置の提供。【解決手段】本発明に係る幅狭空間用繊維補強コンクリート製造装置は、幅狭空間内で繊維補強コンクリートの製造が可能な装置であって、細幅で奥行の長い全体形状を呈し、上段に、補強用の短繊維を分散しつつ投入するための繊維投入手段を奥行方向の奥側から手前側に向けて設ける一方、下段に、上記繊維投入手段から投入された短繊維と一緒にコンクリートを混練しつつ移送する混練手段を奥行方向の手前側から奥側に向けて設けたことにより、全体形状の幅を広くすることなく奥行と高さを利用して、上記繊維投入手段と上記混練手段を効率良く接続することができる。【選択図】図６

Description

本発明は、幅狭空間内で適切に繊維補強コンクリートを製造するための装置及び該装置を用いて施工する交通供用下のトンネル覆工再生工法に関する。なお、本願において、「コンクリート」とは、コンクリートと同様のセメント系材料であるモルタルを含むものとする。

従来、土木構造物の補修や再生工事に繊維補強コンクリート（コンクリート内にビニロン繊維等の補強用の短繊維を混入し、コンクリートの引張強度等の補強を行ったコンクリート）が広く用いられている。

しかし、繊維補強コンクリートは、製造現場から打設現場まで長距離圧送する場合、混入されている短繊維に起因して、輸送管内の閉塞や圧送負荷の急上昇等の圧送トラブルを生じやすい問題点を有している。

だからといって、打設現場やその近くで繊維補強コンクリートを製造しようとすると、打設現場やその付近が狭い場合には適切に繊維補強コンクリートを製造することができない。特に下記非特許文献１に示されている、交通供用下におけるトンネル覆工再生の現場においては、通行車両の安全を確保する防護設備とトンネル内面の覆工再生施工面との間の空間（図８の空間Ｓ）は一般的に幅が約２ｍの幅狭空間であり、補強用短繊維とコンクリートを有効に混練できる大型のミキサーやアジエーターを搬入することができない。

中日本高速道路株式会社金沢支社「併用下における矢板工法トンネル覆工再生工に関する手引き（案）」２０２０年１月（https://www.c-nexco.co.jp/pdf/contract_point_technical-standard_pdf/guidance01.pdf）

上記説明したように、上記非特許文献１に示す、交通供用下のトンネル覆工再生工における打設現場は、幅狭空間であるため繊維補強コンクリート製造用のミキサーやアジエーターを搬入することができず、別の広い場所で繊維補強コンクリートを製造し、圧送トラブルに気を付けながら打設現場まで圧送しなければならないのが現状である。ただし、繊維補強コンクリートの製造現場から打設現場までの距離が１ｋｍ前後となることも珍しくなく、このように圧送距離が長くなるほど圧送トラブルが生じる可能性は高くなる。

よって、繊維補強コンクリートの圧送距離を可及的に短くするために、幅狭空間内の打設現場又はその近くに搬入可能なコンクリート製造装置が強く要望されている。

加えて、補強用の短繊維として用いられる、ビニロン繊維等の合成樹脂製繊維は、図９に示すように、一か所に集まると容易に互いに絡まりあい、いわゆるファイバーボールと称される塊状物となり易く、適正な繊維補強コンクリートの製造のためには、ばらばらとなっている短繊維をファイバーボールとならないように分散状態を保持しつつ、或いはファイバーボールとなった短繊維を解してばらばらにしつつ、一定のスピードで一定量の短繊維を連続的にコンクリート内へ投入する繊細な作業を強いられる。そして、この繊細な作業を人力でしかも連続的に行うことは困難である。

したがって、要望されているコンクリート製造装置は、単に幅狭空間に搬入できてコンクリートを混練することができるだけではなく、繊細な繊維投入作業をも適切に且つ連続的に行うことができることが要望されている。

本発明は、幅狭空間内において、適切に短繊維をコンクリート内に分散投入しつつ、これらを確実に混練して繊維補強コンクリートを製造できる装置及び該装置を用いたトンネル覆工再生工法を提供する。

要述すると、本発明に係る幅狭空間用繊維補強コンクリート製造装置は、幅狭空間内で繊維補強コンクリートの製造が可能な装置であって、細幅で奥行の長い全体形状を呈し、上段に、補強用の短繊維を分散しつつ投入するための繊維投入手段を奥行方向の奥側から手前側に向けて設ける一方、下段に、上記繊維投入手段から投入された短繊維と一緒にコンクリートを混練しつつ移送する混練手段を奥行方向の手前側から奥側に向けて設けたことにより、全体形状の幅を広くすることなく奥行と高さを利用して、上記繊維投入手段と上記混練手段を効率良く接続することができる。

好ましくは、上記繊維投入手段は奥行方向の奥側から手前側に向けて下り傾斜するように且つ回転可能に配された多角筒体を備え、該多角筒体は前端面を閉塞し後端面を開口して繊維供給口を設けると共に側面に多数の短冊状孔を穿設し、上記繊維供給口から供給された短繊維を上記多角筒体の傾斜と回転により分散しつつ上記短冊状孔から落下させて、上記混練手段に短繊維を投入することにより、簡易構造且つ細幅ながらも確実に且つ連続的に短繊維を分散投入することができる。

また、上記混練手段は、奥行方向の手前側から奥側に向けて延びる流路と、該流路内に同流路の長手方向に沿って配される回転軸に螺旋形の羽根を設けたスクリューとを備え、上記繊維投入手段から投入された短繊維と外部から供給されるコンクリートとを混練して繊維補強コンクリートを製造しつつ該繊維補強コンクリートを奥行方向の手前側から奥側に向けて移送することにより、簡易構造且つ細幅ながらも確実に短繊維を混入したコンクリートを混練し同時に移送することができる。

好ましくは、上記混練手段の流路は、奥行方向の奥側の端部を上下動可能とし、たとえば、当該端部を上動させて、圧送ポンプのホッパー等へ混練済みのコンクリートを投入し易くすることができる。

さらに、上記混練手段の脇に混和剤投入手段を設け、該混和剤投入手段は混和剤を入れるタンクと、該タンクから上記混練手段に混和剤を運ぶホース及びポンプを備えたことにより、所望コンクリート性能に応じて混和剤を投入することができる。

本発明に係る交通供用下におけるトンネル覆工再生工法（以下、単に「トンネル覆工再生工法」という。）は、上述した本発明に係る幅狭空間用繊維補強コンクリート製造装置を用いたトンネル覆工再生工法であって、既設トンネル内において、通行車両の安全を確保するために設けられた防護設備と覆工再生を施す施工面との間の幅狭空間に、上記繊維補強コンクリート製造装置を配備し、該繊維補強コンクリート製造装置で製造した繊維補強コンクリートで現場打ち再生覆工を造ることにより、繊維補強コンクリートの圧送距離を可及的に短くすることができる。

本発明に係る幅狭空間用繊維補強コンクリート製造装置によれば、幅狭空間に搬入することができ、当該幅狭空間内で適切に補強用短繊維をコンクリート内に分散投入することができると共に、これらを確実に混練して繊維補強コンクリートを製造することができる。

本発明に係るトンネル覆工再生工法によれば、繊維補強コンクリートの圧送距離を可及的に短くすることができ、圧送トラブルを抑止することができると共に、高品質の繊維補強コンクリートを用いた施工が可能となる。

繊維分散投入装置（繊維投入手段）の拡大平面図である。繊維分散投入装置（繊維投入手段）の左側面図である。繊維分散投入装置（繊維投入手段）の正面図である。多角筒体の前半部の拡大平面図である。多角筒体における隣接する一対の側面の拡大図である。繊維補強コンクリート製造装置の左側面図である。繊維補強コンクリート製造装置の平面図である。トンネル覆工再生工事現場の概略図である。コンクリート補強用短繊維を箸で摘まんだ状態を示す写真である。

本発明に係る幅狭空間用繊維補強コンクリート製造装置及び該装置を用いたトンネル覆工再生工法の最適な実施例について、図１乃至図９に基づき説明する。

＜幅狭空間用繊維補強コンクリート製造装置２１＞
本発明に係る幅狭空間用繊維補強コンクリート製造装置２１（以下、単に「繊維補強コンクリート製造装置」という。）は、図８に基づき後述するトンネル覆工再生工における施工空間Ｓのような幅狭空間内で繊維補強コンクリートの製造が可能な装置である。

繊維補強コンクリート製造装置２１は、図６，図７に示すように、幅狭空間内に搬入できるように、全体形状として細幅で奥行の長い形状を呈している。そして奥行と高さを活かすために上下二段構成となっており、上段に、補強用の短繊維を分散しつつ投入するための繊維投入手段たる繊維分散投入装置１を奥行方向の奥側から手前側に向けて設ける一方、下段に、繊維分散投入装置１から投入された短繊維と一緒にコンクリートを混練しつつ移送する混練手段たる混練装置１１を奥行方向の手前側から奥側に向けて設ける構成を有している。これにより、限られた幅において、繊維投入手段たる繊維分散投入装置１と混練手段たるミキサー装置１１を効率良く接続することができる。なお、図６，図７中のＷは移動用車輪である。

≪繊維投入手段（繊維分散投入装置１）≫
繊維補強コンクリート製造装置２１の上段に配備される繊維投入手段たる繊維分散投入装置１は、コンクリート内に補強用の短繊維を分散しながら投入するための装置である。

図１乃至図３に示すように、繊維分散投入装置１は奥行方向の奥側（繊維補強コンクリート製造装置２１の奥端部（前端部）２１ａ側）から手前側（繊維補強コンクリート製造装置２１の手前端部（後端部）２１ｂ側）に向けて下り傾斜するように且つ回転可能に配された多角筒体２を備え、該多角筒体２内に供給した短繊維が該多角筒体２の回転及び傾斜により塊状とならず分散され、後述する短冊状孔４から適量ずつ落下される。

よって、後述するホッパー１３を介してミキサー装置１１と接続すれば、煩雑な作業を要せずに連続的に短繊維を分散投入することができ、繊維補強コンクリートの製造作業の省力化を図ることができるのは勿論のこと、高品質の繊維強化コンクリートを製造することができる。

ここで、対象とする短繊維について説明する。混練コンクリート内に投入するための短繊維は、一般的にコンクリート補強に用いられるものであり、たとえば、ビニロン、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリビニルアルコール（ＰＶＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）等の合成樹脂製の繊維であり、全長が３０～５０ｍｍ程度の線状繊維又は平麺状繊維を用いる。

多角筒体２は、文字通り、横断面が多角形状の筒体であり、当該多角形状に応じて複数の側面２ｃを備え、前端部２ａを閉塞すると共に、後端部２ｂは開口して繊維供給部３を備えている。多角筒体２は、図１乃至図３に示すように、六角筒体とする他、断面形状が多角形であれば特に限定はないが、後述するように、複数対の側面２ｃによって効果的な短繊維の分散を図るため、断面形状が偶数角形であることが望ましい。

また、図４に示すように、多角筒体２の側面２ｃには、縦横に並列した多数の短冊状孔４が穿設されており、該短冊状孔４から多角筒体２の内部で分散された短繊維が塊状となることなくぱらぱらと排出される。短冊状孔４同士の間隔は特に限定はないが、対象とする短繊維の直径又は厚みと幅により適宜調整することができる。

また、図１乃至図３に示すように、短冊状孔４は多角筒体２の側面２ｃの全ての面に設ける他、側面２ｃの一部の面、たとえば６面中の３面にのみ短冊状孔４を設けることができる。短繊維の多角筒体２への供給量や多角筒体２からコンクリートへの投入量によって適宜調整できる。

好ましくは、短冊状孔４を多角筒体２の側面２ｃの全ての面に設けた上で、隣接する一対の側面２ｃに互いに異なる大きさの短冊状孔４を穿設する構成とすることにより、短繊維の塊状化を有効に防止すると共に、様々な姿勢で短繊維を落下させることができる。

たとえば、図５に示すように、多角筒体２の隣接する一対の側面２ｃの一方に穿設する短冊状孔４を、短繊維の全長よりも長い第一短冊状孔４Ａとすると共に、他方に穿設する短冊状孔４を、短繊維の全長よりも短い第二短冊状孔４Ｂとする。ただし、第一短冊状孔４Ａの短手方向の長さは短繊維の全長よりも短い構成とする。すなわち、第一短冊状孔４Ａの長手方向の長さＬ１は短繊維の全長より長く設定し、第二短冊状孔４Ｂの長手方向の長さは短繊維の全長よりも短く設定する。好ましくは、第一短冊状孔４Ａの短手方向の長さＬ２は長手方向の長さＬ１の半分以下の長さに設定する。また、第二短冊状孔４Ｂの短手方向の長さＬ４も長手方向の長さＬ３の半分以下の長さに設定する。

このようにすることにより、第一短冊状孔４Ａからは短繊維が落下しやすいだけでなく、できるだけ短繊維の長手方向に沿った面（平面・底面若しくは側面又は周面）側から落下させることができ、第二短冊状孔４Ｂからは短繊維が落下し難いだけでなく、落下するときにはできるだけ短繊維の短手方向に沿った面（小口面）側から落下させることができ、落下量だけでなく、落下姿勢をも考慮した調整が可能となる。よって、よりバリエーションをもって短繊維を落下させることができる。なお、本実施例においては、短冊状孔４の大きさの種類を二種類として説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、たとえば大中小の三種類の大きさの短冊状孔４を断面六角形の多角筒体２の六つの側面２ｃの二面ずつに設けても良い。

また、短冊状孔４を穿設した側面２ｃには、図５に示すように、開放する短冊状孔４の数を調整するための目隠しパネル７を設けることにより、短繊維の落下量を効果的に調整することができる。

また、上記説明した短冊状孔４は多角形筒体２の前半部の側面２に設けることにより、多角筒体２の傾斜による勾配によって前半部に移動してきた短繊維を効率良く分散しつつ落下させることができる。なお、本発明においては、多角筒体２の後半部の側面２ｃにも短冊状孔４を設けることができるが、図示するように、後半部には窓５を設けて、多角筒体２内の短繊維の様子を視認できるようにするのが望ましい。

多角筒体２は既述のように傾斜した状態で回転可能に設けられている。回転の駆動源として、既知のモータＭ等の駆動源を用いると共に、図１乃至図３に示すように、該モータＭにより回転用車輪ｗを回転させ、該回転させた回転用車輪ｗと多角筒体２側のレールｒを係合させて安定して多角筒体２を回転できるようにする。また、周波数等によりモータＭを制御し、回転用車輪ｗの回転速度、ひいては多角筒体２の回転速度（時間当たりの回転数）を制御することができる。なお、図１乃至図３中の１ａはモータＭを保護する筐体である。また、本発明においては、繊維分散投入装置１をコンクリート打設現場で使用する際などに多角筒体２自体を筐体で覆って保護することを排除しない。

また、多角筒体２の繊維供給部３に接続するベルトコンベア６を備えることにより、当該多角筒体２自体への供給を定量化することができ、より高効率の連続分散投入を実現する。なお、ベルトコンベア６のベルト６ａには仕切り６ｂを設け、短繊維供給のタイミングや量を計ることが望ましい。また、図中の６ｃはホッパーであり、多角筒体２へ供給する短繊維が周囲に落下しないように、ベルト６ａへと導くためのものである。

多角筒体２の傾斜角度θは、支持部１ｂの高さを調整することにより適宜変更することができる。好ましくは５度～４０度とし、より好ましくは１２度～１８度とする。短冊状孔４の大きさや短冊状孔４同士の間隔等によるが約１５度が最も好ましい。これにより、多角筒体２の回転と相まって、適切に短繊維を分散させることができると共に、短繊維を該多角筒体２の前半部に連続的に導くことができる。

また、図１乃至図３に示すように、多角筒体２の下位に該多角筒体２の下方を覆うようにガイドパネル８を設け、該ガイドパネル８によって落下してきた短繊維を適切にキャッチすると共に収集してホッパー１３へ投入することができる。

上記のとおり、繊維分散投入装置１において、多角筒体２は繊維供給口３から供給された短繊維を当該多角筒体２の傾斜と回転により分散しつつ短冊状孔４から落下させて、未混練手段に短繊維を確実に且つ連続的に分散投入することができる。

≪混練手段（ミキサー装置１１）≫
混練手段としてのミキサー装置１１は、図６，図７に示すように、スクリューコンベア１２を有し、奥行方向の手前側（繊維補強コンクリート製造装置２１の手前端部（後端部）２１ｂ側）から奥側（繊維補強コンクリート製造装置２１の奥端部（前端部）２１ａ側）に向けて延びる流路１２ｂと、該流路内に同流路の長手方向に沿って配される回転軸に螺旋形の羽根を設けたスクリュー１２ａとを備え、上述した繊維分散投入装置１（繊維投入手段）から投入された短繊維と外部から供給されるコンクリートとを混練して繊維補強コンクリートを製造しつつ該繊維補強コンクリートを奥行方向の手前側から奥側に向けて移送することにより、簡易構造且つ細幅ながらも確実に短繊維を混入したコンクリートを混練し同時に移送することができる。

流路１２ｂは、管状でも断面半円形の溝状でも良く、コンクリートと短繊維を適切に混練することができれば、特に限定はない。また、スクリュー１２ａの形状も、コンクリートと短繊維を適切に混練することができ且つこれらを移送することができれば、特に限定はない。

また、流路１２ｂは、好ましくは、回動可能に設けられた回動支持部１１ａにより奥行方向の奥側の端部を上下動可能とし、たとえば、当該端部を上動させて、圧送ポンプのホッパー等へ混練済みのコンクリートを投入し易くすることができる。なお、図６中の１１ｂは１１ａと同様にスクリューコンベア１２の流路１２ｂを支持する支持部である。

≪混和剤投入手段≫
本発明に係る繊維補強コンクリート製造装置２１にあっては、上述した繊維投入手段と混練手段の他に、さらに、混和剤投入手段を設けることができる。混和剤投入手段は、図６，図７に示すように、下段において、混練手段たるミキサー装置１１の脇に設ける。混和剤投入手段は混和剤を入れるタンクＣと、該タンクＣからミキサー装置１１に混和剤を運ぶホース（図示せず）及びポンプ（図示せず）を備えたことにより、所望のコンクリート性能に応じて混和剤を投入することができる。なお、ポンプとしては既知の液体用ポンプを用いることができ、混和剤の投入量を調整することができる。また、タンクＣは複数設けることができ、必要な混和剤の種類や性質によって準備するタンクＣの数を変更することができる。

上記のとおり、本発明に係る繊維補強コンクリート製造装置１によれば、幅狭空間に搬入することができ、当該幅狭空間内で適切に補強用短繊維をコンクリート内に分散投入することができると共に、これらを確実に混練して繊維補強コンクリートを製造することができる。

＜トンネル覆工再生工法＞
本発明に係るトンネル覆工再生工法は、上述した本発明に係る繊維補強コンクリート製造装置を用いたトンネル覆工再生工法であって、図８に示すように、既設トンネルＴ内において、車道Ｒを通過する通行車両の安全を確保するために設けられた防護工と称される防護設備Ｐと覆工再生を施す施工面Ｔａとの間の幅狭空間Ｓに、繊維補強コンクリート製造装置２１を配備し、該繊維補強コンクリート製造装置２１が有する繊維分散投入装置１（繊維投入手段）及びミキサー装置１１（混練手段）で製造した繊維補強コンクリートで現場打ち再生覆工を造ることができる。

よって、打設現場、つまりセントル（型枠）の近くで繊維補強コンクリートを製造することができ、繊維補強コンクリートの圧送距離を可及的に短くすることができるので、圧送トラブルを抑止できると共に、高品質の繊維補強コンクリートを用いた施工が可能となる。

なお、本願において、下限値と上限値間を「～」で示した数値範囲は、該下限値と上限値間の全ての数値（整数値と小数値）を表したものである。

１…繊維分散投入装置（繊維投入手段）、１ａ…筐体、１ｂ…支持部、２…多角筒体、２ａ…前端部、２ｂ…後端部、２ｃ…側面、３…繊維供給部、４…短冊状孔、４Ａ…第一短冊状孔、４Ｂ…第二短冊状孔、５…窓、６…ベルトコンベア、６ａ…ベルト、６ｂ…仕切り、６ｃ…ホッパー、７…目隠しパネル、８…ガイドパネル、θ…多角筒体の傾斜角度、Ｌ１…第一短冊状孔の長手方向の長さ、Ｌ２…第一短冊状孔の短手方向の長さ、Ｌ３…第二短冊状孔の長手方向の長さ、Ｌ４…第二短冊状孔の短手方向の長さ、Ｍ…モータ、ｗ…回転用車輪、ｒ…レール、１１…ミキサー装置（混練手段）、１１ａ…回動支持部、１１ｂ…支持部、１２…スクリューコンベア、１２ａ…スクリュー、１２ｂ…流路、１３…ホッパー、２１…繊維補強コンクリート製造装置、２１ａ…奥端部（前端部）、２１ｂ…手前端部（後端部）、Ｗ…移動用車輪、Ｃ…タンク、Ｔ…既設トンネル、Ｔａ…施工面、Ｒ…車道、Ｓ…施工空間、Ｐ…防護設備。

Claims

幅狭空間内で繊維補強コンクリートの製造が可能な装置であって、細幅で奥行の長い全体形状を呈し、上段に、補強用の短繊維を分散しつつ投入するための繊維投入手段を奥行方向の奥側から手前側に向けて設ける一方、下段に、上記繊維投入手段から投入された短繊維と一緒にコンクリートを混練しつつ移送する混練手段を奥行方向の手前側から奥側に向けて設け、上記繊維投入手段は奥行方向の奥側から手前側に向けて下り傾斜するように且つ回転可能に配された多角筒体を備え、該多角筒体は前端面を閉塞し後端面を開口して繊維供給口を設けると共に側面に多数の短冊状孔を穿設し、上記繊維供給口から供給した短繊維を上記多角筒体の傾斜と回転により分散しつつ上記短冊状孔から落下させて、上記混練手段に短繊維を投入する構成を有し、上記混練手段は、奥行方向の手前側から奥側に向けて延びる流路と、該流路内に同流路の長手方向に沿って配される回転軸に螺旋形の羽根を設けたスクリューとを備え、上記繊維投入手段から投入された短繊維と外部から供給されるコンクリートとを混練して繊維補強コンクリートを製造しつつ該繊維補強コンクリートを奥行方向の手前側から奥側に向けて移送する構成を有することを特徴とする幅狭空間用繊維補強コンクリート製造装置。
上記混練手段の流路は、奥行方向の奥側の端部を上下動可能であることを特徴とする請求項１記載の幅狭空間用繊維補強コンクリート製造装置。
上記混練手段の脇に混和剤投入手段を設け、該混和剤投入手段は混和剤を入れるタンクと、該タンクから上記混練手段に混和剤を運ぶホース及びポンプを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の幅狭空間用繊維補強コンクリート製造装置。
上記請求項１乃至請求項３の何れかに記載の幅狭空間用繊維補強コンクリート製造装置を用いたトンネル覆工再生工法であって、既設トンネル内において、通行車両の安全を確保するために設けられた防護設備と覆工再生を施す施工面との間の幅狭空間に、上記繊維補強コンクリート製造装置を配備し、該繊維補強コンクリート製造装置で製造した繊維補強コンクリートで現場打ち再生覆工を造ることを特徴とする交通供用下におけるトンネル覆工再生工法。