JP7182899B2 - トンネル覆工施工管理システム、トンネル覆工施工管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル覆工施工管理システム、トンネル覆工施工管理方法に関する。

中流動覆工コンクリートは、一般に、流動性に優れ、材料分離がないフレッシュコンクリートを移動型枠内に打込み、型枠バイブレータで締固めることで施工される。フレッシュコンクリートは、例えば、トラックミキサー車１台当たり例えば４ｍ^３を、移動型枠内左右に２ｍ^３ずつを目安にして、交互に打込みされる。
移動型枠には、複数台の型枠バイブレータが装着されており、作業員は、自身の経験に基づいて、操作盤に設けられたＯＮ／ＯＦＦボタンを操作することで、型枠バイブレータを不規則に稼働させて、フレッシュコンクリートの締固めを行っている。この締固めは、実際に締固めされた状態を直接確認できているわけではなく、作業員の経験に基づいて行われている。
なお、覆工コンクリートの施工方法として、例えば特許文献１のような施工方法も提案されている。

特開２０１５－０９００３１号公報

しかしながら、打込み締固め作業は、作業員の技量に基づいて行われており、覆工コンクリート締固め状態は直接確認できている訳ではなく、また、技量の相違があると仕上がり品質にむらが生じる。例えば、コンクリートが打込まれた際の表面の高さについては、作業員の技量や経験に基づいて判断され、この判断結果に基づいて、どの位置の型枠バイブレータをどの程度稼働させるかについても作業員によって判断される。そのため、締固め状態が作業員の技量によって異なり、また、締固め状態を直接確認できないため、締固め作業が目標としたレベルまで実施できたか否かを管理することが難しい。
また、箱抜きや余掘りがある場合には、移動型枠の左右において所定単位（例えば２ｍ^３単位）の打込み締固めの切り替えの判断に多大な時間を要することとなり、連続打込みに制約を受けることがあり、そうすると、施工時間が多くなり、仕上がり品質が低下する。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、コンクリートの打込みや締固めの管理を行うことが可能なトンネル覆工施工管理システム、トンネル覆工施工管理方法を提供することにある。

上述した課題を解決するために、本発明は、防水シートと覆工型枠の間にコンクリートを打込み、打込みが完了すると前記覆工型枠をトンネル軸に沿って移動させることでトンネルの覆工を構築する施工管理を支援するトンネル覆工施工管理システムであって、前記防水シート表面と前記覆工型枠に複数設けられ、前記打込まれるコンクリートの打込み状況を前記設けられた位置において測定するセンサと、前記覆工型枠に複数設けられ前記コンクリートに振動を与える加振器と、前記センサが設けられた位置における当該センサの測定結果に基づく打込み状況と、前記加振器が設けられた位置における加振器の稼働状況を表示する表示部と、前記移動の前に施工された際に得られた、前記複数のセンサの測定結果と、前記複数の加振器の前記覆工型枠における稼働位置及び稼働時間を施工データとして記憶する記憶部と、施工対象位置における前記複数のセンサの測定結果に基づく打込み状況に応じて、当該複数のセンサからの検出結果の組み合わせに対応する施工データを、前記記憶部から読み出し、読み出された施工データに基づく加振器の稼働位置及び稼働時間に応じた作動パターンを用いて、前記複数の加振器のうち稼働させる加振器を選択し、選択された加振器を前記稼働時間に従って稼働させる稼働制御部と、を有し、前記センサは、前記コンクリートが打込みされ前記加振器によって加振された際に前記コンクリートを介して伝搬する前記加振器の振動に応じた加速度を測定し、前記表示部は、前記測定された加速度に基づいて算出される締固めエネルギーを表示する。

また、本発明は、防水シートと覆工型枠の間にコンクリートを打込み、打込みが完了すると前記覆工型枠をトンネル軸に沿って移動させることでトンネルの覆工を構築する施工管理を支援するトンネル覆工施工管理システムにおけるトンネル覆工施工管理方法であって、センサが、前記防水シート表面と前記覆工型枠に複数設けられ、前記打込まれるコンクリートの打込み状況を前記設けられた位置において測定し、加振器が、前記覆工型枠に複数設けられ前記コンクリートに振動を与え、表示部が、前記センサが設けられた位置における当該センサの測定結果に基づく打込み状況と、前記加振器が設けられた位置における加振器の稼働状況を表示し、稼働制御部が、施工対象位置における前記複数のセンサの測定結果に基づく打込み状況に応じて、当該複数のセンサからの検出結果の組み合わせに対応する施工データを、前記移動の前に施工された際に得られた、前記複数のセンサの測定結果と、前記複数の加振器の前記覆工型枠における稼働位置及び稼働時間を施工データとして記憶する記憶部から読み出し、読み出された施工データに基づく加振器の稼働位置及び稼働時間に応じた作動パターンを用いて、前記複数の加振器のうち稼働させる加振器を選択し、選択された加振器を前記稼働時間に従って稼働させ、前記センサが測定することは、前記コンクリートが打込みされ前記加振器によって加振された際に前記コンクリートを介して伝搬する前記加振器の振動に応じた加速度を測定することを含み、前記表示部が表示することは、前記測定された加速度に基づいて算出される締固めエネルギーを表示することを含む。

以上説明したように、この発明によれば、防水シート表面と覆工型枠に設けられる複数のセンサから得られるコンクリートの打込み状況の測定結果を用いるとともに、覆工型枠に複数設けられコンクリートに振動を与える加振器の稼働状況について表示するようにしたので、コンクリートが打込まれた状況を確認しつつ、締固めが実施されている位置や状況を把握することが可能となる。これにより、コンクリートの打込みや締固めの管理を行うことが可能となる。

この発明の一実施形態によるトンネル覆工施工管理システム１の構成を示す概略ブロック図である。 移動型枠１０と、移動型枠１０および防水シート表面に取り付けられるセンサ２０及び加振器３０について説明する構成図である。 移動型枠１０と、移動型枠１０および防水シート表面に取り付けられるセンサ２０及び加振器３０について説明する構成図である。 表示パネル４１に表示される画面の一例を示す図である。 表示パネル４１に表示される画面の一例を示す図である。

以下、本発明の一実施形態によるトンネル覆工施工管理システムについて図面を参照して説明する。
図１は、この発明の一実施形態によるトンネル覆工施工管理システム１の構成を示す概略ブロック図である。トンネル覆工施工管理システム１は、防水シートと覆工型枠（セントル）の間にコンクリートを打込んでトンネルの覆工を構築する施工管理を支援するシステムである。コンクリートとしては、例えば、中流動覆工コンクリートを用いることができる。このトンネル覆工施工管理システム１において、移動型枠１０は、切羽側１０ａ（妻側ともいう）と坑口側１０ｂ（既設覆工側、ラップ側ともいう）とがある。移動型枠１０は、覆工型枠の一例である。移動型枠１０は、トンネルの長手方向に沿った軸であるトンネル軸の方向から見た形状は、アーチ状である。センサ２０は、防水シート表面と移動型枠１０に複数に設けられ、打込まれるコンクリートの打込み状況を、自センサ２０が設けられた位置において測定する。打込み状況としては、コンクリートの表面高さ、移動型枠１０の側面における側圧、移動型枠１０の各部における温度と圧力、加速度等がある。この複数のセンサ２０は、移動型枠１０における高さ方向においてそれぞれ異なる位置に設けられる。センサ２０は、コンクリートに接触したか否かを検出する充填センサのコンクリートセンサ、加速度センサ、圧力温度センサのそれぞれが複数設けられる。
型枠バイブレータ（以下、加振器と称する）３０は、移動型枠１０に複数設けられ、稼働することにより移動型枠１０を介してコンクリートに振動を与える。加振器３０は、移動型枠１０の内周面側（移動型枠１０の防水シートに向く面とは反対側の面）に設けられる。加振器３０は、移動型枠１０における高さ方向においてそれぞれ異なる位置に設けられる。また、加振器３０は、移動型枠１０の坑口側と切羽側との間においてトンネル軸に沿って複数設けられるとともに、移動型枠１０においてトンネル軸を基準とした周方向に沿って複数設けられる。

操作盤４０は、各センサ２０の検出結果を取得する機能、作業者からの操作入力を受け付ける複数の操作ボタン、制御装置５０から出力される情報を受信する機能、各種情報を表示する表示パネル４１、コンピュータ６０と通信をする機能を含む。表示パネル４１は、各センサ２０が設けられた位置における当該センサの測定結果に基づく打込み状況と、各加振器３０が設けられた位置における加振器の稼働状況を表示する。表示パネル４１は、例えば、液晶表示装置を用いることができる。

制御装置５０は、操作盤４０と各加振器３０に接続されており、各センサ２０の測定結果を取得するとともに、各加振器３０に駆動信号を供給することで加振器３０を駆動させる機能を有する。制御装置５０は、各センサ２０の測定結果に基づく打込み状況に応じて、各加振器３０のうち稼働させる加振器３０を選択し、選択された加振器３０に対して駆動信号を供給することで稼働させる稼働制御部５１を有する。稼働制御部５１は、各センサ２０の測定結果に基づいて、打込まれたコンクリートの高さ方向の位置がいずれであるかを判定し、打込まれたコンクリートの高さ方向の位置に対応した加振器３０を稼働させることができる。また、制御装置５０は、打込み状況に基づいて、移動型枠１０に複数設けられコンクリートを打込むための打込み口１１のうち、いずれの打込み口からコンクリートを打込むかを選択し、選択結果を外部に出力する選択部５２を有する。出力先となる外部としては、例えば、操作盤４０であり、選択結果を表示パネル４１にさせることができる。また、出力先となる外部としては、端末装置８０であり、操作盤４０、コンピュータ６０、ネットワーク７０を介して端末装置８０に送信することで、端末装置８０の表示画面に選択結果を表示させることもできる。例えば、コンクリートを打込む作業員が携帯する端末装置８０の画面上に選択結果を表示させることで、その表示画面を見た作業員が、選択結果に応じた打込み口１１からコンクリートを打込むことができる。制御装置５０は、各センサ２０の測定結果及び各加振器３０の稼働結果を記憶する記憶部５３を有する。

コンピュータ６０は、操作盤４０に接続されるとともに、ネットワーク７０に接続され、操作盤４０の表示パネル４１に表示される画面データを外部に送信することが可能である。また、コンピュータ６０は、外部（端末装置８０）からの操作入力データをネットワーク７０を介して受信し、操作盤４０に出力する。この操作入力データに基づいて、操作盤４０が操作入力データに応じた各種操作内容に応じた処理を実行することが可能である。

ネットワーク７０は、例えばインターネットや公衆回線網であり、有線や無線であってもよい。
端末装置８０は、ネットワーク７０を介してコンピュータ６０と通信することで、操作盤４０の表示パネル４１の表示内容を、端末装置８０の画面上に表示する。また、端末装置８０のタッチパネルやキーボードなどの入力デバイスを介して作業員からの操作に応じて操作入力データの入力を受け付けることで、作業者が操作盤４０から離れた場所に操作可能である。端末装置８０は、コンピュータやタブレット端末、スマートフォン等であってもよい。

図２は、移動型枠１０と、移動型枠１０および防水シート２０１表面に取り付けられるセンサ２０及び加振器３０について説明する構成図である。
図２Ａは、移動型枠１０を上方側から見た図であり、図２Ｂは、移動型枠１０を正面側（例えば坑口側）から見た図である。
段Ｒ１、段Ｒ２、段Ｒ３、段Ｒ４、段Ｒ５、段Ｒ６、段Ｌ１、段Ｌ２、段Ｌ３、段Ｌ４、段Ｌ５、段Ｌ６は、移動型枠１０の高さ方向の位置を表している。段Ｒ１、段Ｒ２、段Ｒ３、段Ｒ４、段Ｒ５、段Ｒ６は、切羽側１０ａから見て右側の移動型枠１０の下端部から天端部（クラウン部）の間でお互いに異なる高さの位置であり、段Ｒ１から段Ｌ６に向かうほど高い位置となる関係である。また、段Ｌ１、段Ｌ２、段Ｌ３、段Ｌ４、段Ｌ５、段Ｌ６は、切羽側１０ａから見て左側の移動型枠１０の下端部から天端部（クラウン部）の間でお互いに異なる高さの位置である。段Ｒ１と段Ｌ１、段Ｒ２と段Ｌ２、段Ｒ３と段Ｌ３、段Ｒ４と段Ｌ４、段Ｒ５と段Ｌ５、段Ｒ６と段Ｌ６がそれぞれ同じ高さである。

列Ｓ１、列Ｓ２、列Ｓ３、列Ｓ４、列Ｓ５は、坑口側１０ｂの端部から切羽側１０ａの端部の間において、お互いに異なる位置であり、列Ｓ１が坑口側１０ｂに最も近く、列Ｓ２、列Ｓ３、列Ｓ４、列Ｓ５の順に、坑口側１０ｂから離れる位置である。言い換えれば、列Ｓ５は、切羽側１０ａに最も近い位置である。

打込み口１１は、ここでは、打込み口１１ａ、打込み口１１ｂ、打込み口１１ｃ、打込み口１１ｄ、打込み口１１ｅ、打込み口１１ｆ、打込み口１１ｇとして合計７カ所設けられている。打込み口１１ａは、移動型枠１０において、段Ｒ４と段Ｒ５の間であって列Ｓ１と列Ｓ２の間の位置に設けられる。打込み口１１ｂは、移動型枠１０において、天端部Ｃ１近傍であって列Ｓ１と坑口側１０ｂの端部との間の位置に設けられる。打込み口１１ｃは、移動型枠１０において、段Ｌ４と段Ｌ５の間であって列Ｓ１と列Ｓ２の間の位置に設けられる。これら打込み口１１ａ、打込み口１１ｂ、打込み口１１ｃは、吹き上げ口として利用される。

打込み口１１ｄは、移動型枠１０において、段Ｒ１と段Ｒ２の間であって列Ｓ２と列Ｓ３の間の位置に設けられる。打込み口１１ｅは、移動型枠１０において、段Ｒ３と段Ｒ４の間であって列Ｓ２と列Ｓ３の間の位置に設けられる。打込み口１１ｆは、移動型枠１０において、段Ｌ３と段Ｌ４の間であって列Ｓ２と列Ｓ３の間の位置に設けられる。打込み口１１ｇは、移動型枠１０において、段Ｌ１と段Ｌ２の間であって列Ｓ２と列Ｓ３の間の位置に設けられる。これら打込み口１１ｄ、打込み口１１ｅ、打込み口１１ｆ、打込み口１１ｇは、移動型枠１０の左右の側部に対してコンクリートを打込む際に利用される。

加振器３０は、移動型枠１０において、段Ｒ１、段Ｒ２、段Ｒ３、段Ｒ４、段Ｒ５、段Ｒ６、段Ｌ１、段Ｌ２、段Ｌ３、段Ｌ４、段Ｌ５、段Ｌ６に示す高さ方向における各位置と、列Ｓ１、列Ｓ２、列Ｓ３、列Ｓ４、列Ｓ５に示す坑口側１０ｂから見た奥行き方向の各位置との交点に対応する各位置にそれぞれ設けられる。ここでは、一例として、加振器３０は、この交点のそれぞれの位置に設けられることで、合計６０個の加振器３０が設けられる。

センサ２０は、ここでは、コンクリートセンサ（充填センサ）、圧力温度センサ、加速度センサが用いられる。
コンクリートセンサ２１は、例えば、列Ｓ３の位置における加振器３０の所定の高さだけ上方の位置にそれぞれ１つずつ設けられる。ここでは列Ｓ３の位置であって、段Ｌ１、段Ｌ２、段Ｌ３、段Ｌ４、段Ｌ５の加振器３０よりも上方（例えば３０ｃｍ程度）の位置にそれぞれ設けられ、段Ｒ１、段Ｒ２、段Ｒ３、段Ｒ４、段Ｒ５の加振器３０よりも上方（例えば３０ｃｍ程度）の位置にそれぞれ設けられる。このコンクリートセンサ２１は、例えば、打込みされたコンクリートに接触したか否かを検出する。これにより、いずれのコンクリートセンサ２１によってコンクリートに接触したかの検出結果を操作盤４０を介して制御装置５０が取得し、これら検出結果に基づいて、コンクリートが打込みされた高さを判定することで、打込みされたコンクリートの表面位置を検出することができる。また、制御装置５０は、このコンクリートセンサ２１の検出結果を参照することで、加振器３０を稼働させる稼働パターンを決定することができる。稼働パターンは、複数の加振器３０のうち、稼働させる対象の加振器３０を特定する情報、加振器３０の稼働を開始するタイミング、加振器３０の稼働を停止させるタイミング、加振器３０の稼働時間を表す情報、加振器３０を稼働させる順序を規定する情報、等を用いることができる。

コンクリートセンサ２２は、例えば、列Ｓ３の位置であって、移動型枠１０の右側の下端部から所定の高さ毎に異なる位置となるように設けられる。ここでは例えば、移動型枠１０の右側の下端部から高さ約５０ｃｍ毎にコンクリートセンサ２２が１つずつ設けられる。また、コンクリートセンサ２２は、列Ｓ３の位置であって、移動型枠１０の左側の下端部から所定の高さ（約５０ｃｍ）毎に１つずつ設けられる。これらコンクリートセンサ２２は、例えば、打込みされたコンクリートに接触したか否かを検出する。これにより、いずれのコンクリートセンサ２２によってコンクリートに接触したかの検出結果を操作盤４０を介して制御装置５０が取得し、これら検出結果に基づいて、コンクリートが打込みされた高さを判定することで、打込みされたコンクリートの表面位置を検出することができる。また、このコンクリートセンサ２２の検出結果を基に、制御装置５０は、このコンクリートセンサ２１の検出結果を参照することで、コンクリートの打込み単位での打込み開始タイミングを把握することができる。例えば、コンクリートの打込み単位としては、高さ方向において約５０ｃｍ程度高くなる量のコンクリートを１回の打込みで打込む。
これらコンクリートセンサ２１、２２は、移動型枠１０に取り付けられる。

圧力温度センサ２３は、列Ｓ５と切羽側１０ａの端部との間であって、段Ｒ１、段Ｒ２、段Ｒ３、段Ｌ１、段Ｌ２、段Ｌ３の近傍にそれぞれ１つずつ設けられる。これら圧力温度センサ２３は、例えば、打込みコンクリートの側部における圧力を検出する。これにより、それぞれの圧力温度センサ２３の検出結果が操作盤４０を介して制御装置５０によって取得される。制御装置５０は、これら圧力温度センサ２３の検出結果に基づいて、移動型枠１０の外力と、コンクリートの打ち上げ速度を検出することができる。
圧力温度センサ２３は、地山２００に対して設けられるトンネル支保構造の内空表面に張り付けられた防水シート２０１の内空側表面に張り付けられる。

加速度センサＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４、ＭＲ５、ＭＲ６、ＭＬ１、ＭＬ２、ＭＬ３、ＭＬ４、ＭＬ５、ＭＬ６は、列Ｓ４と列Ｓ５の間であって、各段（段Ｒ１、段Ｒ２、段Ｒ３、段Ｒ４、段Ｒ５、段Ｒ６、段Ｌ１、段Ｌ２、段Ｌ３、段Ｌ４、段Ｌ５、段Ｌ６）のそれぞれにおいて、１つずつ設けられる。これら加速度センサＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４、ＭＲ５、ＭＲ６、ＭＬ１、ＭＬ２、ＭＬ３、ＭＬ４、ＭＬ５、ＭＬ６は、例えば、コンクリートが打込みされ加振器３０によって加振された際にコンクリートを介して伝搬する加振器３０の振動を検出する。例えば、コンクリートが段毎に打込まれる際に、その段において加振器３０によって加振された際にコンクリートが受けた加速度が測定される。

加速度センサＭｅ１、Ｍｅ２、Ｍｅ３は、列Ｓ１と移動型枠１０の坑口側１０ｂとの間であって、段Ｌ５、天端部Ｃ１、段Ｒ５のそれぞれの位置に１つずつ設けられる。これら加速度センサＭｅ１、Ｍｅ２、Ｍｅ３は、打込まれたコンクリートを介して伝搬する加振器３０の振動を検出する。特に、加速度センサＭｅ１、Ｍｅ２、Ｍｅ３によって加速度が検出されている時間を計測することで、加振器３０を駆動させて締固めを行った時間を把握することができる。
加速度センサＭｆ１、Ｍｆ２、Ｍｆ３は、列Ｓ５と移動型枠１０の切羽側１０ａとの間であって、段Ｌ５、天端部Ｃ１、段Ｒ５のそれぞれの位置に１つずつ設けられる。これら加速度センサＭｆ１、Ｍｆ２、Ｍｆ３は、打込まれたコンクリートを介して伝搬する加振器３０の振動を検出する。特に、加速度センサＭｆ１、Ｍｆ２、Ｍｆ３によって加速度が検出されている時間を計測することで、加振器３０を駆動させて締固めを行った時間を把握することができる。

加速度センサＭ１は、列Ｓ３と列Ｓ４との間であって、段Ｌ２の高さの位置に設けられる。加速度センサＭｐは、列Ｓ４と列Ｓ５との間であって、段Ｌ２の高さの位置に設けられる。ここでは、加速度センサＭｐは、列Ｓ４と加速度センサＭＬ２の間であって、段Ｌ２の高さの位置に設けられてもよい。これら加速度センサＭ１、加速度センサＭｐは、加速度を検出することで、制御装置５０は、これら加速度センサＭ１、加速度センサＭｐが加速度を検出した期間の回数をカウントすることで、加振器３０の稼働回数を測定することができる。

圧力温度センサ２７は、列Ｓ３と列Ｓ４の間であって、天端部Ｃ１に対応する位置に設けられる。圧力温度センサ２８は、列Ｓ５と切羽側１０ａの端部との間であって、天端部Ｃ１に対応する位置に設けられる。圧力温度センサ２８は、列Ｓ５と切羽側１０ａの端部との間であって、天端部Ｃ１に対応する位置に設けられる。

次に上述したトンネル覆工施工管理システム１の動作等について説明する。トンネル覆工施工管理システム１を利用して行われる中流動覆工コンクリートの締固めは、型枠バイブレータの加振で、打込んだコンクリート表面が水平となり、流動が止まる状態にすることを基本として動作する。また、トンネル覆工施工管理システム１は、移動型枠１０の左右の側部に対して打込み口１１ｄ、打込み口１１ｅ、打込み口１１ｆ、打込み口１１ｇから順にコンクリートの打込みを行いつつ、締固めを都度行い、打込み口１１ａ、打込み口１１ｂ、打込み口１１ｃからコンクリートの吹き上げを行い、締固めを行うまでの施工を各センサからの検出結果を参照しつつ、加振器３０を駆動させるように所定の施工手順に沿って制御装置５０が主体となって実行することで、自動打込み締固めが可能である。

制御装置５０は、打込んだコンクリート表面高さをセンサ２０の検出結果に基づいて検出し、その検出されたコンクリート表面高さに応じて、複数の打込み口のうち、実際にコンクリートの打込みを行う打込み口を選定し、コンクリートを打込む打込み口を切り替え、また、センサ２０からの検出結果に基づいてコンクリートの打込み速度を検出し、加振器３０の稼働パターンを選定し、選定された稼働パターンに従って加振器３０を稼働させて、締固める。
これにより、中流動覆工コンクリートの打込み締固めのパターン化施工を可能とし、覆工コンクリート仕上がり品質の均質化、打込み締固め作業の機械制御システムによる自動化を可能にする。

トンネル覆工施工管理システム１において、打込み締固め作業はトンネル覆工施工管理システム１が主に行い、作業員はトンネル覆工施工管理システム１の操作や、トンネル覆工施工管理システム１における機械各部の作動状況の確認、品質向上のための補助作業を行うことを基本として動作することができる。
制御装置５０は、リアルタイムに、各種センサからの検出結果を取得することで、打込み締固め状態を検出し、その打込み締固め状態を、操作盤４０の表示パネル４１に表示させ、また、コンピュータ６０、ネットワーク７０を介して端末装置８０に配信する。これにより、作業員は、表示パネル４１あるいは、端末装置８０の表示画面に表示される画面を視認することで、打込み締固め状態を確認することができる。また、制御装置５０は、覆工コンクリート施工時の加振器の稼働時間と締固めエネルギー、最大側圧、打止め圧力、脱型枠強度などの施工管理データを取得し、記憶部５３に記憶する。これにより、メンテナンスに役立てることができる。

《打込み締固め方法》
制御装置５０は、例えば次のような条件に従ってトンネル覆工施工管理システム１における各部の制御を行う。
（１）移動型枠１０の側部におけるコンクリートの打込みは、列Ｓ２と列Ｓ３の間にある左右の側部にある２箇所の打込み口から行う。落下高は、例えば最大１．５ｍとする。肩部と天端部は、吹上げ口（打込み口１１ａ、打込み口１１ｂ、打込み口１１ｃ）から行う。
（２）側部におけるコンクリートの打込み速度は、例えば、１４～１６ｍ^３／ｈ、吹上げは連続打込みとする。
（３）コンクリートの打込み締固めの施工単位は、高さ５０ｃｍを基本とし、その都度、加振器３０を駆動させて締固める。天端部の吹上げは４ｍ^３ずつの打込みとし、その都度、加振器３０を駆動させて締固める。なお、吹上げコンクリートが、妻側（切羽側１０ａ）において天端まで達していない場合は、妻側の列Ｓ５の天端部近傍にある２つのバイブレータ（段Ｌ６における加振器３０、段Ｒ６における加振器３０）を５～１０秒間、同時加振することで、吹上げ口周辺のコンクリートを妻側に移動させる。
（４）加振器３０は、自身の約30cm程度上方までのコンクリートの締固めを行うようにし、コンクリート表面位置に応じて、駆動させる対象の加振器３０を、上方側にある加振器３０に切り替える。ここで、打込みコンクリートの表面高さが、加振器稼働段（稼働段）に達した場合、制御装置５０は、この段の列S2,列S3,列S4のバイブレータを例えば5秒間稼働させ、コンクリート表面高さが均一になるように均す。均すことによって、コンクリート表面高さが稼働段を下回った場合は、下方側の稼働段の加振器３０を稼働させる。

（５）型枠バイブレータの稼働は、トンネル軸方向において、例えば最大5台を同時稼働させ、その稼働時間は1回当たり例えば15秒とする。
（６）移動型枠１０の側部の締固めは、同時５台（列Ｓ１、列Ｓ２、列Ｓ３、列Ｓ４、列Ｓ５）の１５秒稼働とする。

（７）アーチ、天端の締固めは、同時５台（列Ｓ１、列Ｓ２、列Ｓ３、列Ｓ４、列Ｓ５）を左右交互（例えば段Ｌ５、段Ｒ５、段Ｌ６、段Ｒ６の順）に行うものとし、それぞれ１５秒ずつ４回稼働させる。
（８）加振器３０の１台当たり最大５回の稼働（１５ｓｅｃ×５＝７５ｓｅｃ）とし、作動時間は、最大１時間とする。
（９）加振器３０の稼働と停止の制御は、作業員による制御盤での操作に応じて行われてもよく、制御装置５０が各センサ２０からの検出結果に応じて行うようにしてもよい。

《吹上げコンクリート打止め》
制御装置５０は、圧力温度センサ２７、圧力温度センサ２８によって検出された圧力の測定結果を参照し、妻側（圧力温度センサ２８の検出結果）において基準圧力（例えば０．０２Ｎ／ｍｍ^２）を越えたか否かを判定し、この基準圧力を上回った時点で、天端部の加振器３０（例えば列Ｓ５における段Ｌ５、段Ｒ５、段Ｌ６、段Ｒ６）を左右交互に１０ｓｅｃ単位で稼働させ、コンクリート圧力が圧力温度センサ２７、圧力温度センサ２８の検出結果において均等に分布することが検出された場合（圧力温度センサ２７、圧力温度センサ２８の検出結果の差が一定値以内となった場合）、密充填されたと判定（確認）し、打止め・脱型枠管理システムに打止めを指示して、打込み、締固めを完了する。なお、打止め圧力の管理値は、施工の初期に見直す。

《締固めエネルギーと締固め時間》
（ａ）制御装置５０は、締固めエネルギーを、締固めの都度、加速度センサＭｐ、加速度センサＭ１の２点、３測線１８点（ＭＬ１、ＭＬ２、ＭＬ３、ＭＬ４、ＭＬ５、ＭＬ６、ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４、ＭＲ５、ＭＲ６、Ｍｅ１、Ｍｅ２、Ｍｅ３、Ｍｆ１、Ｍｆ２、Ｍｆ３）の最大加速度を測定した測定結果に基づいて、所定の演算式に従って計算することで、コンクリート表面下の加振段について計算し、締固めエネルギーとして表示パネル４１（または端末装置８０の画面）に出力する。
（ｂ）制御装置５０は、締固め時間を、締固めの都度、累積し、締固めエネルギーとともに表示パネル４１（または端末装置８０の画面）に出力する。

図３、図４は、表示パネル４１に表示される画面の一例を示す図である。
図３は、コンクリートを打込みしている打込み口の位置、各加振器３０の稼働状況、締固め時間、締固めエネルギー等を含む打込み締固め状態を表示する表示画面の一例を示す図である。この図において、加振器３０の稼働状況は、列方向（符号Ａ，列Ｓ１、列Ｓ２、列Ｓ３、列Ｓ４、列Ｓ５）と段方向（符号Ｂ，段Ｌ１、段Ｌ２、段Ｌ３、段Ｌ４、段Ｌ５、及び、符号Ｃ，段Ｒ１、段Ｒ２、段Ｒ３、段Ｒ４、段Ｒ５）に並べられたアイコンであって、加振器３０が配列された位置に対応するアイコンに対し、稼働しているか否かについて異なる色で表示される。また、コンクリートの打込みをしている打込み口については、その打込み口の名称を表示したり、画面上の対応する位置にマッピングされて表示される。
締固め時間、締固めエネルギーについては、制御装置５０において演算された結果が、画面上の所定の位置（例えば、画面の上端部側）に表示されるようになっている。
また、各センサ２０の測定結果が、画面上の対応する位置にマッピングして表示されてもよい。

図４は、コンクリート表面位置とコンクリート側圧を表示する場合における表示画面の一例を示す図である。この図においては、坑口側１０ｂ側からトンネル軸方向に見た移動型枠１０の側面の形状が表示された画面が図示されている。移動型枠１０のうち、各コンクリートセンサ２１によって測定されたコンクリートが接触したか否かの検出結果が、移動型枠１０の側部におけるコンクリートセンサ２１が設けられた位置に対応させて表示されることで、コンクリート表面高さが表示される。これにより、作業者は、どの高さまでコンクリートセンサが打込まれているか、コンクリートの表面高さを把握することができる。また、この図において、移動型枠１０の側部のうち左側と右側のそれぞれの圧力温度センサの検出結果が、画面上における移動型枠１０の対応する位置に表示されることで、側圧として表示される。これにより、作業員は、側圧を確認しつつ、コンクリートの打込みを行うことが可能である。このような表示画面は、表示パネル４１の他に、端末装置８０の表示画面にも表示可能である。

トンネル軸における施工対象の位置においてコンクリートの打込みが完了すると、移動型枠１０を切羽側１０ａに移動させることで、次の施工対象位置に設置し、その位置におけるコンクリートの打込みが行われる。ここで、例えば、トンネル覆工の初期の段階において、制御装置５０は、各センサ２０からの検出結果と加振器３０等を含む、上述した図３や図４のような各種情報を画面上に表示し、これに応じて作業員から入力される稼働対象の加振器３０に対するＯＮ・ＯＦＦの指示を受け付け、これに応じて対象の加振器３０を稼働させる。この際の各センサ２０の検出結果や移動型枠１０における稼働対象の加振器３０の位置、稼働させる加振器３０の稼働時間を施工データとして記憶する。このような処理を複数回実施する。そして、その後、次の施工対象位置に移動型枠１０が移動した際には、制御装置５０は、この記憶した施工データを元に、各センサ２０からの検出結果の組み合わせに対応する過去の施工データを読み出し、その読み出された施工データに含まれる加振器３０を稼働させた履歴に沿って、稼働対象となる位置の加振器３０に対して駆動信号を出力することで、加振器３０を所定時間だけ稼働させる。これにより、制御装置５０は、センサ２０の測定結果に基づいて、コンクリート表面高さに対応する位置の加振器３０を稼働させることができる。また、制御装置５０は、センサ２０からの測定結果や、コンクリート表面高さ、加振器３０を稼働させた状況に対応する過去の施工データを読み出し、その読み出された施工データに含まれる打込み口を特定することで、その施工状況に応じたコンクリートを打込む打込み口を選択することができる。
また、制御装置５０は、各センサ２０の検出結果に応じた施工データを読み出して、コンクリートの打込みや締固めを行うこともできるが、過去の施工データと同じコンクリートの打込み状況となったことをセンサ２０からの検出結果に基づいて判断し、過去の施工データと同じコンクリートの打込み状況となった段階毎に、その段階において加振器３０を稼働させた稼働履歴に従って、加振器３０を稼働させるようにしてもよい。
このように、過去の施工データを利用することで、過去に実施した施工データに沿って、同様の品質でコンクリートの打込み及び締固めを行うことができるため、作業員の技量や経験の差による品質のむらを低減することができる。

以上説明した実施形態によれば、移動型枠１０に対して、コンクリート打込み部を７箇所設け、加振器３０を約６０個装着し、センサ２０を約５０個設け、制御装置５０がコンクリートの打込み締固めの制御を、センサ２０の検出結果に応じて加振器３０を駆動させることで行う。複数のセンサ２０の測定結果を参照することで、打込み締固めの自動化施工を実現することができ、また、リアルタイムにコンクリート表面位置、側圧、打込み口の位置、加振器３０の稼働状況を表示し、締固め時間と締固めエネルギーなどの打込み締固め状態を表示する。これにより、各加振器の作動時間や締固めエネルギーおよびその分布の締固め状況について、目視によるリアルタイムな確認を行うことが可能となり、締固め管理を行うことができる。また、これらを可視化・数値化し、施工状態を目視確認することができ、打込み締固めの自動化施工を実現することができる。
また、制御装置５０は、記憶部５３に、覆工コンクリート締固め状態のデータを記憶するようにしたので、仕上がり品質と打込み締固めの施工法との関係を把握することが可能となり、これらのデータに基づく品質向上の検討を行うことが可能となる。また、メンテナンスのための施工状態の記録を行うことができる。

また、上述したトンネル覆工施工管理システム１によれば、覆工コンクリート打込み締固作業については制御装置５０の制御に任せることができ、作業員はトンネル覆工施工管理システム１に対する操作入力や、各部（例えば加振器３０等）の作動状況の確認、品質向上のための補助作業をすればよく、これにより、覆工コンクリートの打込み締固め作業の自動化を実現することができる。

中流動覆工コンクリートの打込み締固めのパターン化をし、このパターンに従って打込み締固めを制御装置５０の制御による施工が可能となり、覆工コンクリート仕上がり品質の均質化と作業の機械化、省力化を実現することが可能となる。
また、制御装置５０は、施工時に記憶した施工データと、仕上がり品質を測定した品質データとの対応関係について比較することで、締固めパターンの適合性を評価・確認し、また、施工データと品質データとの関係を学習モデルに従って学習することで、品質を向上させるためのパターンを学習し、見直しすることもできる。

また、上述した実施形態によれば、打込み締固めの施工状態は、リアルタイムに数値化され、画面上に表示することで可視化され、管理値による打込み締固め、打止め、脱型枠管理が行われるようになる。また、表示画面は、ネットワークを介して配信することで、遠隔にある端末装置の画面上でも確認できるため、トンネル覆工の現場から離れた作業員との間においても施工状況を共有することができる。また、施工データが記憶部５３に記憶されることで、メンテナンスに活用することができる。
なお、上述した実施形態における制御盤４０、制御装置５０の機能をコンピュータで実現するようにしてもよい。
以上、この発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

１ トンネル覆工施工管理システム １０ 移動型枠
１１ 打込み口 ２０ センサ
３０ 加振器 ４０ 操作盤
４１ 表示パネル ５０ 制御装置
５１ 稼働制御部 ５２ 選択部
５３ 記憶部 ６０ コンピュータ
７０ ネットワーク ８０ 端末装置
１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ 打込み口
２１、２２ コンクリートセンサ
２３、２７、２８ 圧力温度センサ
ＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３、ＭＲ４、ＭＲ５、ＭＲ６、ＭＬ１、ＭＬ２、ＭＬ３、ＭＬ４、ＭＬ５、ＭＬ６、Ｍｅ１、Ｍｅ２、Ｍｅ３、Ｍｆ１、Ｍｆ２、Ｍｆ３、Ｍ１、Ｍｐ 加速度センサ

Claims (7)

1. 防水シートと覆工型枠の間にコンクリートを打込み、打込みが完了すると前記覆工型枠をトンネル軸に沿って移動させることでトンネルの覆工を構築する施工管理を支援するトンネル覆工施工管理システムであって、
   前記防水シート表面と前記覆工型枠において高さ方向において異なる位置に複数設けられ、前記打込まれるコンクリートの打込み状況を前記設けられた位置において測定するセンサと、
   前記覆工型枠に複数設けられ前記コンクリートに振動を与える加振器と、
   前記センサが設けられた位置における当該センサの測定結果に基づく打込み状況と、前記加振器が設けられた位置における加振器の稼働状況を表示する表示部と、
   前記移動の前に施工された際に得られた、前記複数のセンサの測定結果と、前記複数の加振器の前記覆工型枠における稼働位置及び稼働時間を施工データとして記憶する記憶部と、
   施工対象位置における前記複数のセンサの測定結果に基づく打込み状況に応じて、当該複数のセンサからの検出結果の組み合わせに対応する施工データを、前記記憶部から読み出し、読み出された施工データに基づく加振器の稼働位置及び稼働時間に応じた作動パターンを用いて、前記複数の加振器のうち稼働させる加振器を選択し、選択された加振器を前記稼働時間に従って稼働させる稼働制御部と、
   を有し、
   前記センサは、前記コンクリートが打込みされ前記加振器によって加振された際に前記コンクリートを介して伝搬する前記加振器の振動に応じた加速度を測定し、
   前記表示部は、前記測定された加速度に基づいて算出される締固めエネルギーを表示する
   トンネル覆工施工管理システム。
2. 前記記憶部は、前記表示部に表示された前記センサの測定結果に基づく打込み状況及び前記加振器の稼働状況に応じて作業員から入力される稼働対象の加振器に対するＯＮ・ＯＦＦの指示に基づいて稼働した際の、前記複数のセンサの測定結果及び前記複数の加振器の前記覆工型枠における稼働位置及び稼働時間を前記施工データとして記憶する
   請求項１に記載のトンネル覆工施工管理システム。
3. 前記複数のセンサは、前記覆工型枠における高さ方向においてそれぞれ異なる位置に設けられ、
   前記複数の加振器は、前記覆工型枠における高さ方向においてそれぞれ異なる位置に設けられ、
   前記稼働制御部は、前記複数のセンサの測定結果に基づいて、打込まれたコンクリートの高さ方向の位置がいずれであるかを判定し、打込まれたコンクリートの高さ方向の位置に対応した加振器を稼働させる
   請求項２に記載のトンネル覆工施工管理システム。
4. 前記打込み状況に基づいて、前記覆工型枠に複数設けられコンクリートを打込むための打込み口のうちコンクリートを打込む打込口を選択し、選択結果を外部に出力する選択部
   を有する請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のトンネル覆工施工管理システム。
5. 前記複数のセンサは、コンクリートに接触したか否かを検出する充填センサ、加速度センサ、圧力温度センサのそれぞれが複数設けられる
   請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載のトンネル覆工施工管理システム。
6. 前記加振器は、前記覆工型枠の坑口側と切羽側との間においてトンネル軸に沿って複数設けられるとともに、前記覆工型枠において前記トンネル軸を基準とした周方向に沿って複数設けられる
   請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載のトンネル覆工施工管理システム。
7. 防水シートと覆工型枠の間にコンクリートを打込み、打込みが完了すると前記覆工型枠をトンネル軸に沿って移動させることでトンネルの覆工を構築する施工管理を支援するトンネル覆工施工管理システムにおけるトンネル覆工施工管理方法であって、
   センサが、前記防水シート表面と前記覆工型枠に複数設けられ、前記打込まれるコンクリートの打込み状況を前記設けられた位置において測定し、
   加振器が、前記覆工型枠に複数設けられ前記コンクリートに振動を与え、
   表示部が、前記センサが設けられた位置における当該センサの測定結果に基づく打込み状況と、前記加振器が設けられた位置における加振器の稼働状況を表示し、
   稼働制御部が、施工対象位置における前記複数のセンサの測定結果に基づく打込み状況に応じて、当該複数のセンサからの検出結果の組み合わせに対応する施工データを、前記移動の前に施工された際に得られた、前記複数のセンサの測定結果と、前記複数の加振器の前記覆工型枠における稼働位置及び稼働時間を施工データとして記憶する記憶部から読み出し、読み出された施工データに基づく加振器の稼働位置及び稼働時間に応じた作動パターンを用いて、前記複数の加振器のうち稼働させる加振器を選択し、選択された加振器を前記稼働時間に従って稼働させ、
   前記センサが測定することは、前記コンクリートが打込みされ前記加振器によって加振された際に前記コンクリートを介して伝搬する前記加振器の振動に応じた加速度を測定することを含み、
   前記表示部が表示することは、前記測定された加速度に基づいて算出される締固めエネルギーを表示することを含む
   トンネル覆工施工管理方法。

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