JP7148752B1 - コンクリート締固め方法 - Google Patents

Abstract

【課題】遠隔操作によって打設空間内を移動しつつコンクリートを連続的に締固め可能なコンクリート締固め装置及びコンクリート締固め装置を提供する。【解決手段】本発明のコンクリート締固め装置１は、車体１１と、駆動部１２と、駆動部１２によって回転可能な複数のクローラ１３と、保持手段１４と、を有する、走行体１０と、駆動部１２を制御する、制御手段２０と、保持手段１４で保持可能な、バイブレータ３０と、を備え、クローラ１３が、複数の履板１３ａを無端状に連結してなり、複数の履板１３ａの少なくとも一部が磁性体を含むことを特徴とする。本発明のコンクリート締固め方法は、コンクリート締固め装置１を用い、クローラ１３によって、打設空間Ｓ内の被着物Ｘに磁着しつつ、被着物Ｘに沿って移動し、バイブレータ３０によってコンクリートＣを締固めることを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、コンクリート締固め装置及びコンクリート締固め方法に関し、特に遠隔操作によって打設空間内を移動しつつ、コンクリートを連続的に締固め可能な、コンクリート締固め装置及びコンクリート締固め方法に関する。

山岳トンネル工事では、トンネル内空に移動式のトンネル覆工用型枠を配置し、吹付コンクリート面と型枠体の外面の間に画設した打設空間内にコンクリートを打設することで、覆工コンクリートを成型する。
しかし、打設空間は特に覆工コンクリートの厚み方向に狭隘であるため、単に圧送管からコンクリートを吐出するだけでは、均一な品質を維持しつつ、打設空間内に満遍なく行きわたらせることは難しい。
このため、従来技術では、作業員が型枠体の側方の検査窓から打設空間内にバイブレータを繰り出し、バイブレータでコンクリートを加振することでコンクリート中の気泡を脱泡し、コンクリートの強度を高めている（締固め）。
また、特許文献１には、複数の作業員が、型枠体の頂部の検査窓から型枠体の側面に向けてバイブレータを吊り下ろし、コンクリートの打設に合わせて引き上げて締固める技術が開示されている。

特開２０２０－９４４５８号公報

従来技術には以下の問題点がある。
＜１＞側方の検査窓から締固める方法は、打設空間内のコンクリートを満遍なく締固めるために、狭隘な型枠体内を作業員が水平方向に移動し、検査窓ごとにバイブレータを繰り出し／引き入れて作業を行うため、作業性が悪い。また、コンクリート面の上昇に合わせて、上段の検査窓に移動しながら締固めを繰り返す必要があるため、作業員の肉体的負担が大きい。
＜２＞頂部の検査窓から締固める方法は、吊り下げたバイブレータの操作が難しく、特に打設空間の下方において実際の打設状況や締固め状況を目視できないため、作業精度と作業効率が悪い。
＜３＞覆工コンクリートを有筋コンクリートとする場合、打設空間内に鉄筋を配筋した後にコンクリートを打設する。この場合、型枠体の表面から鉄筋までの距離が１０ｃｍ程度に対し、鉄筋からトンネルの防水シート面までの距離が３０ｃｍ程度となるため、バイブレータを配筋の隙間から配筋の外側に下ろしてコンクリートを締め固める必要がある。このため、作業の難度が非常に高く、作業精度と作業効率が悪い。
＜４＞いずれの方法も、コンクリートの打設に合わせて適時に締固めを行うためには、作業に熟練した複数名の作業員が必要であり、近年の労働力不足を背景として人件費が嵩み、施工コストを圧迫する。
＜５＞いずれの方法も、隣り合う検査窓の中間部にバイブレータを下ろすのが難しいため、締固めにムラが生じやすい。

本発明の目的は、以上のような従来技術の課題を解決するための、コンクリート締固め装置及びコンクリート締固め方法を提供することにある。

本発明のコンクリート締固め装置は、車体と、駆動部と、駆動部によって回転可能な複数のクローラと、保持手段と、を有する、走行体と、駆動部を制御する、制御手段と、保持手段で保持可能な、バイブレータと、を備え、クローラが、複数の履板を無端状に連結してなり、複数の履板の少なくとも一部が磁性体を含むことを特徴とする。

本発明のコンクリート締固め装置は、保持手段が、車体に設置した基部と、バイブレータを保持可能な保持部と、基部を保持部に対して揺動自在に接続する弾性体と、を備えていてもよい。

本発明のコンクリート締固め装置は、バイブレータが、棒状部と、棒状部の先端に設けた加振部と、を備え、保持手段が、バイブレータの棒状部を保持していてもよい。

本発明のコンクリート締固め装置は、制御手段が、駆動部と電気的に接続した制御装置と、打設空間外で操作可能なコントローラと、コントローラの操作による指令を制御装置に通信可能な通信部と、を備えていてもよい。

本発明のコンクリート締固め装置は、バイブレータの延出方向にレーザ光線を射出可能なポインタを備えていてもよい。

本発明のコンクリート締固め方法は、コンクリート締固め装置を用い、クローラによって、打設空間内の被着物に磁着しつつ、被着物に沿って移動し、バイブレータによってコンクリートを締固めることを特徴とする。

本発明のコンクリート締固め装置は、被着物が打設空間内に配筋した鉄筋であってもよい。

本発明のコンクリート締固め装置は、以下の効果の内少なくとも１つを備える。
＜１＞遠隔操作によって、打設空間内を移動しつつコンクリートを連続的に締固めできるため、締固めの作業効率が非常に高い。
＜２＞コントローラ等を操作して作業員が１人で作業できるため、施工の省力化を達成することができる。
＜３＞覆工コンクリートが有筋の場合、鉄筋に磁着することで鉄筋の外側を走行して作業することができる。
＜４＞作業員が型枠体内を移動／昇降することなく操作できるため、作業員の肉体的負担がほとんどない。
＜５＞コンクリートを連続して締固められるため、覆工コンクリートの高い品質を確保することができる。

本発明に係るコンクリート締固め装置の説明図。 走行体の説明図。 制御手段、ライト、及びポインタの説明図。 本発明に係るコンクリート締固め方法の説明図。 実施例２の説明図。

以下、図面を参照しながら本発明のコンクリート締固め装置及びコンクリート締固め方法について詳細に説明する。
なお、本発明における「周方向」とは型枠体の周面に沿った方向を、「軸方向」とはトンネル覆工用型枠の長手方向に沿った方向を意味する。

[コンクリート締固め装置]
＜１＞全体の構成（図１）
本発明のコンクリート締固め装置１は、トンネル覆工用型枠Ａを用いた覆工コンクリートの施工において、打設空間Ｓ内に打設したコンクリートＣを締固めるための装置である。
コンクリート締固め装置１は、走行体１０と、制御手段２０と、バイブレータ３０と、を少なくとも備える。本例では更に走行体１０上に、カメラ４０と、ライト５０と、ポインタ６０と、を搭載する。
本例では、バイブレータ３０を、走行体１０の進行方向に延出させる。
コンクリート締固め装置１は、走行体１０のクローラ１３によって、被着物Ｘに磁着しつつ、被着物Ｘに沿って移動可能な点に一つの特徴を有する。

＜１．１＞トンネル覆工用型枠
トンネル覆工用型枠Ａは、トンネル内をトンネル軸方向に移動可能な基台Ａ１と、基台Ａ１上に昇降自在に架設した型枠体Ａ２と、を少なくとも備える。
基台Ａ１は、概ね門形に組んだ複数の鋼材をトンネル延長方向に連結してなる枠状体である。
基台Ａ１の下部には移動用の車輪を備える。
基台Ａ１と型枠体Ａ２の間には、覆工コンクリートの打設時に型枠体Ａ２を展開する展開装置を備える。

＜１．２＞打設空間
打設空間Ｓは、コンクリートＣを打設するための空間である。
打設空間Ｓは、型枠体Ａ２の外周面とトンネルの吹付けコンクリート面との間に画設される。
打設空間Ｓの幅、すなわち型枠体Ａ２の外周面と吹付けコンクリート面の間の間隔は、概ね３０～４０ｃｍ程度である。
打設空間Ｓの前後は、型枠体Ａ２の妻部に並列した妻板（不図示）と、前工区で構築した覆工コンクリートの妻部によってそれぞれ封鎖される。

＜２＞走行体（図２）
走行体１０は、打設空間Ｓ内を移動する車体である。
走行体１０は、車体１１と、駆動部１２と、駆動部１２によって回転可能な複数のクローラ１３と、保持手段１４と、を少なくとも備える。
本例では車体１１の内部に駆動部１２を収納し、車体１１の幅方向両側にクローラ１３を設ける。左右のクローラ１３の間隔は、打設空間Ｓ内に配筋する鉄筋のピッチに対応させる。
本例では車体１１の上部に、水平方向に回動可能なターンテーブル１１ａを設け、保持手段１４（及びバイブレータ３０）、カメラ４０、ライト５０、及びポインタ６０をターンテーブル１１ａ上に設置する。これによって、バイブレータ３０等を走行体１０の走行方向に対して任意の方向に固定することができる。
駆動部１２は、クローラ１３の駆動輪を正逆２方向へ回転させる複数のモータを少なくとも備える。

＜２．１＞クローラ
クローラ１３は、被着物Ｘに磁着しつつ移動するための無限軌道である。
クローラ１３は、無端帯状に連結した複数の履板１３ａを複数の駆動輪に巻きかけてなる。
クローラ１３は、駆動部１２のモータによって、走行体１０を前後へ移動させることができる。また、左右のクローラ１３の回転と回転方向を調整することで、走行体１０を方向転換させることもできる。
複数の履板１３ａの内、少なくとも一部は磁性体を含む。
本例では磁性体として高い磁力を備えるネオジム磁石を採用する。ただし磁性体はネオジム磁石に限らず、サマリウムコバルト磁石、フェライト磁石、電磁石等であってもよい。

＜２．１．１＞クローラの機能
例えば打設空間Ｓ内の撮影のみを行う目的であれば、必ずしも走行体１０の移動手段にクローラ１３を採用する必要はなく、磁性を有する車輪であっても被着物Ｘに磁着することができる。
しかし、走行体１０でバイブレータ３０を保持しつつコンクリートＣの締固めを行う場合、バイブレータ３０から走行体１０へ大きな振動が加わる。このため、車輪と被着物Ｘとの線状の接触では、走行体１０を被着物Ｘ上に確実に磁着することができず、振動により被着物Ｘ上を下方に滑動したり、被着物Ｘ上から離脱して落下するおそれがある。
また、被着物Ｘが鉄筋等の表面に凹凸を有する物である場合、車輪では凹凸部分と点状の接触となるため、安定的に磁着することができない。
さらに、主筋と配力筋のように被着物Ｘに交差部がある場合、車輪では交差部を乗り越えることが難しい。
これに対し、本発明のコンクリート締固め装置１は、走行体１０の移動手段に車輪ではなく、複数の履板１３ａからなるクローラ１３を採用した。
クローラ１３は、履板１３ａを被着物Ｘに面状に接触することができ、また、複数の履板１３ａを被着物Ｘに同時に磁着させることができるため、走行体１０を被着物Ｘ上に確実に固定することができる。このため、走行体１０がバイブレータ３０の振動を受けても、被着物Ｘ上から滑動しにくい。
また、被着物Ｘが鉄筋等の表面に凹凸のある物であっても、複数の履板１３ａで多点的に磁着することができるため、安定性が高い。
さらに、鉄筋の交差部のような突起部があっても、複数の履板１３ａが相互に角度を変え被着物Ｘの形状に追従することで、被着物Ｘから離脱することなく通過することが可能となる。

＜２．２＞保持手段
保持手段１４は、バイブレータ３０を保持するための部材である。
本例では保持手段１４として、車体１１上に設けた基部１４ａと、バイブレータ３０を保持可能な保持部１４ｂと、基部１４ａを保持部１４ｂに接続する弾性体１４ｃと、の組み合わせを採用する。本例では弾性体１４ｃはコイルばねである。
このような保持手段１４は、保持部１４ｂが、弾性体１４ｃによって基部１４ａ対して揺動自在であるため、コンクリートＣの締固め時に、バイブレータ３０の振動を走行体１０に伝えにくい。このため、被着物Ｘ上に走行体１０を安定的に磁着させることができる。
保持手段１４は、制御手段２０によってバイブレータ３０の水平角と鉛直角を任意に調整可能な構造としてもよい。

＜３＞制御手段（図３）
制御手段２０は、駆動部１２等を制御する手段である。
本例では制御手段２０として、駆動部１２と電気的に接続した制御装置２１と、打設空間Ｓ外から操作可能なコントローラ２３と、コントローラ２３の操作による指令を制御装置に通信可能な通信部２２と、の組み合わせを採用する。
制御装置２１は、バッテリを備え、駆動部１２のモータへ供給する電力量をコントロールすることで、走行体１０の走行速度や進行方向をコントロールする。この他、制御装置２１によって、バイブレータ３０の作動、カメラ４０の撮影、ライト５０の点灯や照射方向の調整、ポインタ６０の照射等をコントロール可能な構成としてもよい。
本例では通信部２２として、無線通信装置を採用する。ただし通信部２２は無線に限らず、ケーブルを介した有線接続としてもよい。
本例ではコントローラ２３が一体型のディスプレイを備え、操作者が、カメラ４０が撮影した打設空間Ｓ内の画像を見ながらコンクリート締固め装置１を操作することができる。

＜４＞バイブレータ
バイブレータ３０は、コンクリートＣに振動を与えるための装置である。
本例ではバイブレータ３０として、棒状部３１と、棒状部３１の先端に設けた加振部３２と、を備える充電式の電棒型バイブレータを採用し、保持手段１４によって棒状部３１を保持する。
棒電型のバイブレータ３０は、棒状部３１に及ぶ振動が比較的小さいため、保持手段１４で保持するのに好適である。
ただしバイブレータ３０は電棒型に限らず、例えばフレキシブル型であってもよい。また、充電式に限らず、ケーブルを介した電源式であってもよい。

＜５＞カメラ
カメラ４０は、打設空間Ｓ内を撮影する装置である。
本例ではカメラ４０としてＣＣＤカメラを採用する。
カメラ４０は、撮影した画像データを打設空間Ｓの外部へ送信し、コントローラ２３のディスプレイやタブレット端末にリアルタイムに表示する。これによって、操作者による走行体１０の遠隔操作が容易となる。
カメラ４０は、制御手段２０を介して、撮影方向やズーム倍率等を調整可能な構成としてもよい。

＜６＞ライト（図３）
ライト５０は、打設空間Ｓ内を照射する装置である。
本例ではライト５０として、複数のＬＥＤライトを採用する。
ライト５０は、制御手段２０を介して、照射方向や照射強度を調整可能な構成としてもよい。

＜７＞ポインタ（図３）
ポインタ６０は、レーザ光線を射出する装置である。
本例ではポインタ６０として、半導体レーザによるレーザポインタを採用する。
ポインタ６０は、レーザ光線の射出によって対象物上に光点（ポイント）を表示する。
ポインタ６０のレーザ光線射出方向を、バイブレータ３０の延出方向に揃えることで、コンクリートＣの液面に光点を表示させ、バイブレータ３０の挿入予定位置を示すことができる。これによって、締固め作業の精度を向上させることができる。

＜８＞締固め方法（図４）
本発明のコンクリート締固め装置１を使用して、例えば以下のようにコンクリートＣを締固めることができる。
本例では被着物Ｘとして、打設空間Ｓ内に配筋した鉄筋を利用する。鉄筋はトンネルの内周面に固定され、トンネル周方向に延在する複数の主筋と、トンネル軸方向に延在する複数の配力筋を含む。
走行体１０のターンテーブル１１ａを調整して、バイブレータ３０等を走行体１０の走行方向に向けて固定する。
型枠体Ａ２の検査窓から、打設空間Ｓ内にコンクリート締固め装置１を差し入れ、クローラ１３を鉄筋に磁着させる。この際、コンクリート締固め装置１は、バイブレータ３０を下方に向けた状態で鉄筋の外側に配置し、２つのクローラ１３の底面を２本の主筋に磁着させる。
型枠体Ａ２内でコントローラ２３を操作して、コンクリート締固め装置１を主筋に沿って前進させ、バイブレータ３０の加振部３２をコンクリートＣ内に挿入し、加振部３２を振動させることで締め固める。
コンクリートＣの打設状況に合わせて、コンクリート締固め装置１を移動させる。この際、走行体１０を方向転換させることで、コンクリート締固め装置１を、配力筋に沿ってトンネル軸方向に移動させることもできる。

[型枠体上を移動する実施例]
コンクリート締固め装置１は、型枠体Ａ２のスキンプレートに磁着させることもできる（図５）。
本例では、走行体１０のターンテーブル１１ａを調整して、バイブレータ３０等を走行体１０の走行方向と直交する方向に向けて固定する。
走行体１０の走行方向を型枠体Ａ２の軸方向に向け、クローラ１３の底面を型枠体Ａ２のスキンプレートに磁着させる。この際、バイブレータ３０を下方に向ける。
コンクリート締固め装置１を操作して、バイブレータ３０の加振部３２をコンクリートＣ内に挿入し、加振部３２を振動させることでコンクリートＣを締め固める。
本例の場合、コンクリート締固め装置１を型枠体Ａ２の軸方向に沿って前後に移動させることで、打設空間Ｓ内のコンクリートＣを満遍なく締固めることができる。
また、型枠体Ａ２上を軸方向に移動しながら、少しずつ上方に切り返してゆくことで、コンクリートＣの打設による液面の上昇に追従して、上方に移動しながらコンクリートＣを連続的に締め固めることができる。

１ コンクリート締固め装置
１０ 走行体
１１ 車体
１１ａ ターンテーブル
１２ 駆動部
１３ クローラ
１３ａ 履板
１４ 保持手段
１４ａ 基部
１４ｂ 保持部
１４ｃ 弾性体
２０ 制御手段
２１ 制御装置
２２ 通信部
２３ コントローラ
３０ バイブレータ
３１ 棒状部
３２ 加振部
４０ カメラ
５０ ライト
６０ ポインタ
Ａ トンネル覆工用型枠
Ａ１ 基台
Ａ２ 型枠体
Ｃ コンクリート
Ｓ 打設空間
Ｘ 被着物

Claims (5)

1. 略半筒状の型枠体を備えるトンネル覆工用型枠において、前記型枠体の外周面と吹付けコンクリート面との間の打設空間に打設したコンクリートを締固めるための、コンクリート締固め方法であって、
   車体と、駆動部と、前記駆動部によって回転可能な複数のクローラと、保持手段と、を有する、走行体と、前記駆動部を制御する、制御手段と、前記保持手段で保持可能な、バイブレータと、を備え、前記クローラが、複数の履板を無端状に連結してなり、前記複数の履板の少なくとも一部が磁性体を含むことを特徴とする、コンクリート締固め装置を用い、
   前記クローラによって、打設空間内における少なくともトンネル周方向に配筋した覆工コンクリート用の鉄筋に磁着しつつ、前記鉄筋に沿って移動し、前記バイブレータによってコンクリートを締固めることを特徴とする、
   コンクリート締固め方法。
2. 前記保持手段が、前記車体に設置した基部と、前記バイブレータを保持可能な保持部と、前記基部を前記保持部に対して揺動自在に接続する弾性体と、を備えることを特徴とする、請求項１に記載のコンクリート締固め方法。
3. 前記バイブレータが、棒状部と、前記棒状部の先端に設けた加振部と、を備え、前記保持手段が、前記バイブレータの棒状部を保持することを特徴とする、請求項１に記載のコンクリート締固め方法。
4. 前記制御手段が、前記駆動部と電気的に接続した制御装置と、打設空間外で操作可能なコントローラと、前記コントローラの操作による指令を前記制御装置に通信可能な通信部と、を備えることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコンクリート締固め方法。
5. 前記バイブレータの延出方向にレーザ光線を射出可能なポインタを備えることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のコンクリート締固め方法。

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