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技術 トンネル用吹付け装置

出願人 佐藤工業株式会社
発明者 今岡彦三田中康弘高道利光名村均安藤章一
出願日 1998年10月19日 (22年2ヶ月経過) 出願番号 1998-297414
公開日 2000年4月25日 (20年8ヶ月経過) 公開番号 2000-120393
状態 特許登録済
技術分野 トンネルの覆工・支保
主要キーワード 収納函 直進往復動 溝型レール 壁面部位 駆動ピニオンギア ノズルホース モータ支持台 吹付け角
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2000年4月25日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (8)

課題

吹付け面に対して常に垂直にかつ一定の吹付け距離を保持したまま吹付けを連続して行うことができるようにするとともに、吹付け作業中断することなく吹付け作業に併行して吹付け厚測定が行えるようにする。

解決手段

トンネル周方向壁面Hより内側にほぼ一定の離間距離をおいてトンネル周方向に沿って形成された走行レール面を有しかつトンネル長手方向に沿って移動自在とされる周方向レール部材3と、この周方向レール部材3に搭載され前記走行レール面に沿ってトンネル周方向回りに走行自在とされる吹付けノズル保持装置4とから構成し、前記吹付けノズル保持装置4に対し、正面から視て吹付けノズル40位置を挟んで進行方向前後位置トンネル壁面視準する光波測距儀5A、5Bをそれぞれ配設固定する。

概要

背景

たとえば、山岳トンネルでは地山中に挿入したロックボルト掘削壁面に沿って施工した吹付けコンクリートとを主たる支保部材とするNATM(New Austrian Tunnelling Methed)工法が主流となっている。

トンネル掘削方法には、全段面掘削およびトンネル断面を上下に分割しトンネル上部半断面下部半断面の順に併進して掘削を行うベンチカット工法等の爆薬によって掘削を行う発破掘削工法、TBM(Tunnel Boring Machine) と呼ばれる全断面掘削機を用いるTBM工法、さらにはブーム先端カッター部を持ち、このカッターブーム操作によって断面を掘削する自由断面掘削を用いた機械掘削工法など各種の方法が存在するが、いずれにしても掘削壁面の支保に際しては、鋼アーチ部材を主たる支保材とする在来工法に代えて前述したロックボルトと吹付けコンクリートとを支保材とするNATM工法が盛んに用いられている。

従来より、前述の吹付けコンクリート工事は、移動可能なクローラ式、タイヤ式またはレール式等の移動台車等に吹付けノズルを保持するブームを取付け、このブーム操作によって吹付けノズルを操作するようにした吹付けロボットを用いたり、或いはノズルホース作業員が直接手に持って吹付け作業を行っていた。

概要

吹付け面に対して常に垂直にかつ一定の吹付け距離を保持したまま吹付けを連続して行うことができるようにするとともに、吹付け作業を中断することなく吹付け作業に併行して吹付け厚測定が行えるようにする。

トンネル周方向壁面Hより内側にほぼ一定の離間距離をおいてトンネル周方向に沿って形成された走行レール面を有しかつトンネル長手方向に沿って移動自在とされる周方向レール部材3と、この周方向レール部材3に搭載され前記走行レール面に沿ってトンネル周方向回りに走行自在とされる吹付けノズル保持装置4とから構成し、前記吹付けノズル保持装置4に対し、正面から視て吹付けノズル40位置を挟んで進行方向前後位置トンネル壁面視準する光波測距儀5A、5Bをそれぞれ配設固定する。

目的

そこで本発明の主たる課題は、吹付け面に対して常に垂直にかつ一定の吹付け距離を保持したまま吹付けを連続して行うことができるようにするとともに、操縦に必要な制御数が少なく熟練を要することなく誰にでも容易に遠隔操作が可能となり、しかも吹付け作業を中断することなく吹付け作業に併行して吹付け厚測定が行えるとともに、吹付け材供給量吹付け圧等の管理をも行えるようにしたトンネル用吹付け装置を提供することにある。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
1件

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請求項1

トンネル周方向壁面より内側にほぼ一定の離間距離をおいてトンネル周方向に沿って形成された走行レール面を有しかつトンネル長手方向に沿って移動自在とされる周方向レール部材と、この周方向レール部材に搭載され前記走行レール面に沿ってトンネル周方向回りに走行自在とされる吹付けノズル保持装置からなることを特徴とするトンネル吹付け装置

請求項2

前記吹付けノズル保持装置に対し、正面から視て吹付けノズル位置を挟んで進行方向前後位置トンネル壁面視準する光波測距儀をそれぞれ配設固定してある請求項1記載のトンネル用吹付け装置。

請求項3

前記光波測距儀は、光波発射口部を開口とする収納函体に収められ、収納函体の後部側より常時エアを供給することにより、前記光波発射口部より外部に流出する空気流れを生起させている請求項2記載のトンネル用吹付け装置。

技術分野

0001

本発明は、NATM工法、TBM工法などのトンネル掘削において、掘削壁面に対してコンクリート等を吹付けするためのトンネル吹付け装置に関する。

背景技術

0002

たとえば、山岳トンネルでは地山中に挿入したロックボルトと掘削壁面に沿って施工した吹付けコンクリートとを主たる支保部材とするNATM(New Austrian Tunnelling Methed)工法が主流となっている。

0003

トンネルの掘削方法には、全段面掘削およびトンネル断面を上下に分割しトンネル上部半断面下部半断面の順に併進して掘削を行うベンチカット工法等の爆薬によって掘削を行う発破掘削工法、TBM(Tunnel Boring Machine) と呼ばれる全断面掘削機を用いるTBM工法、さらにはブーム先端カッター部を持ち、このカッターブーム操作によって断面を掘削する自由断面掘削を用いた機械掘削工法など各種の方法が存在するが、いずれにしても掘削壁面の支保に際しては、鋼アーチ部材を主たる支保材とする在来工法に代えて前述したロックボルトと吹付けコンクリートとを支保材とするNATM工法が盛んに用いられている。

0004

従来より、前述の吹付けコンクリート工事は、移動可能なクローラ式、タイヤ式またはレール式等の移動台車等に吹付けノズルを保持するブームを取付け、このブーム操作によって吹付けノズルを操作するようにした吹付けロボットを用いたり、或いはノズルホース作業員が直接手に持って吹付け作業を行っていた。

発明が解決しようとする課題

0005

一般的にコンクリートの吹付け作業では、吹付け面に対して吹付けノズルを垂直に保持するとともに、吹付け面との間の距離も経験的にリバウンドの少なくなる適正な距離に保持した状態でコンクリートの吹付けを行うと、吹付け終えたコンクリートを吹き飛ばすことなく、かつ付着も良好であることが知られている。

0006

しかしながら、従来のブーム操作による吹付けロボットの場合には、複数の関節部を油圧シリンダ等によって屈曲制御し吹付け位置を確保するようにしていたため、吹付けノズルをアーチ状の掘削壁面に対して常に垂直にかつ一定の到達距離に保持することが困難であった。

0007

また、吹付け厚管理に関して従来は、掘削壁面に対してピントンネル坑内側に設計厚さ分だけ突出させた状態で打ち付け、このピンが吹付けコンクリートによって隠れれば設計吹付け厚を満足しているとの判断の下で管理を行っていたが、この方法ではピン打設箇所では吹付け厚を満足し得るがピンを打設していない中間部位では設計吹付け厚を満たしているかの判断が出来ないなどの問題があった。この問題に対処するため、たとえばレーザー測距儀などによってトンネル周方向に沿って壁面形状計測を行い、トンネル掘削面の全周に亘って吹付け厚を測定しようとした場合、壁面部位に吹付けロボットのブームが存在するとレーザ光遮断され計測が出来ないため、一時的に吹付け作業を中断して吹付けロボットまたはそのブームを邪魔にならない位置まで待避させなければならないなどの問題があった。

0008

他方、近年ケーブル伝送によって吹付けロボットを遠隔操作する試みも行われているが、従来の多関節型の吹付けロボットの場合には、操縦箇所が多いためかなりの熟練を要しないと遠隔操作が難しいなどの問題もあった。

0009

そこで本発明の主たる課題は、吹付け面に対して常に垂直にかつ一定の吹付け距離を保持したまま吹付けを連続して行うことができるようにするとともに、操縦に必要な制御数が少なく熟練を要することなく誰にでも容易に遠隔操作が可能となり、しかも吹付け作業を中断することなく吹付け作業に併行して吹付け厚測定が行えるとともに、吹付け材供給量吹付け圧等の管理をも行えるようにしたトンネル用吹付け装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0010

前記課題を解決するために本発明は、トンネル周方向壁面より内側にほぼ一定の離間距離をおいてトンネル周方向に沿って形成された走行レール面を有しかつトンネル長手方向に沿って移動自在とされる周方向レール部材と、この周方向レール部材に搭載され前記走行レール面に沿ってトンネル周方向回りに走行自在とされる吹付けノズル保持装置からなることを特徴とするものである。

0011

本発明においては、前記周方向レール部材をトンネル内部に配設固定し、この周方向レール部材に沿って吹付けノズル保持装置を移動させるようにしている。したがって、吹付けノズルは常時トンネル壁面に対して垂直に保持されるようになるとともに、吹付け距離も常に一定に保持されるようになる。また、吹付け操作に当たっては、基本的にはトンネル周方向への移動制御を行うのみで吹付けが行えるようになるため、何ら熟練を要することなく誰にでも容易に遠隔操作が可能となる。

0012

また、前記周方向レール部材はトンネル長手方向に沿って移動自在となっているため吹付けに当たっては、たとえば吹付けノズル保持装置を周方向レール部材に沿って移動させトンネル周回り方向コンクリート吹付けを終えたならば、次にトンネル長手方向へ移動し再びトンネル周方向の吹付けを行う吹付け手順、あるいはトンネル長手方向に周方向レール部材をゆっくりと移動させながら吹付けノズル保持装置をトンネル周方向に移動させる吹付け手順などによって連続的に吹付け作業が行えるようになる。

0013

他方、前記吹付けノズル保持装置に対し、正面から視て吹付けノズル位置を挟んで進行方向前後位置にトンネル壁面を視準する光波測距儀をそれぞれ配設固定し、吹付け作業に併行して吹付け厚測定を行うようにするのが望ましい。光波測距儀の使用方法としては、単に吹付け後の厚さを測定するには、吹付けノズル保持装置の移動方向に対して後側に位置することになる一方の光波測距儀のみを使用するか、この後側に位置する光波測距儀のデータのみを取り出すようにすればよいが、吹付けノズル保持装置の回転移動方向に関係なく、吹付けノズル保持装置の前側および後側に配設された2台の光波測距儀によって夫々同時に計測を行い、吹付け前と吹付け後の吹付け厚を測定することにより、現状での一走行過程による吹付け厚さをリアルタイムで確認することができるようになるため、圧送される吹付け材の供給量や吹付け圧等の管理が容易に行えるようになる。

0014

なお、本発明における「吹付け」には、一般的なコンクリート吹付けの他、モルタル吹付け等、各種材料の吹付けを含むものである。

発明を実施するための最良の形態

0015

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。図1は本発明に係るコンクリート吹付け装置1をTBMに適用した場合の全体図であり、図2は本発明に係るコンクリート吹付け装置1の側面図であり、図3はその正面図である。

0016

本コンクリート吹付け装置1は、トンネルボーリングマシン2(以下、TBM)の後方に配設され、TBM2の掘進追従しながら円形に掘削された壁面に対し順次コンクリートを吹付けするものである。

0017

前記TBM2のカッタヘッド10によって掘削されたズリは、TBM2よりトンネル後方側に沿って設置されたズリ搬送装置11によって坑外に搬送されるようになっており、このズリ搬送装置11を支持部材として前記コンクリート吹付け装置1が固定されるようになっている。

0018

図3に示されるように、ズリ搬送装置11の支持架台12の下面に対して、開口を内側に向けて配設された左右一対溝型レール13A、13Bをトンネル長手方向に沿って固設し、この溝型レール13A、13Bの溝内にローラを嵌合させトンネル長手方向に沿って移動自在とされる走行基体14を設け、この走行基体14の下面側に設けられた垂下ブラケット15によって周方向レール部材3が固定支持され、この周方向レール部材3に対して吹付けノズル保持装置4が搭載されている。

0019

前記周方向レール部材3は、トンネル周方向壁面Hより内側にほぼ一定の離間距離をおいた円軌跡線に沿って走行体たる前記吹付けノズル保持装置4をトンネル周方向に沿って走行させるためのもので、本例ではリング状に加工されたレール部材が用いられている。なお、本例では掘削断面形状が円形であるTBMに対する適用例を示したため、周方向レール部材3も円形状としたが、たとえば自由断面掘削機を用いた複合円断面のトンネルの場合には、この複合トンネル断面形状に合わせてその相似縮小形状に加工された周方向レール部材が用いられる。

0020

また前記周方向レール部材3は、吹付け作業をトンネル長手方向の所定範囲に亘って連続的に行えるようにトンネル長手方向に沿って移動可能となっている。図2に示されるように、溝型レール13A、13Bの前側端部と後側端部とにそれぞれスプロケット18A、18Bを支持するスプロケットブラケット16A、16Bを配設固定するとともに、走行基体14の前側および後側にそれぞれギヤ固定具17A、17Bを固定し、前記ギヤ固定具17Aに一端を固定したチェーン19を前記スプロケット18A、18Bを回して他方のギア固定具17Bに連結固定し、かつ一方のスプロケットブラケット16Bの下面側にモータ支持台21を固定支持し、これに固定支持されたモータ20の原動スプロケット20aと前記スプロケット18Bとの間に伝動チェーン22を巻回し、モータ20の原動軸を正逆方向に夫々回転させることによって走行基体14と共に周方向レール部材3をトンネル長手方向に移動可能としている。

0021

前記周方向レール部材3に搭載される吹付けノズル保持装置4は、詳細には図4および図5に示されるように、装置本体23の走行部に、周方向レール部材3の内面側に接触する駆動ピニオンギア24と、周方向レール部材3の外面側に接触する押えローラ25A、25Bとを備え、周方向レール部材3を前記駆動ピニオンギア24と押えローラ25A、25Bとによって挟み付けることによって周方向レール部材3に支持されるようになっており、前記駆動ピニオンギア24と周方向レール部材3の内面に形成されたラックギア3aとが歯合し、モータ26によって前記駆動ピニオンギア24が回転されることによって周方向レール部材3に沿って移動自在となっている。

0022

吹付けノズル40を保持するノズルホルダ28は、吹付け角制御用シリンダ27によって後端が支持され、吹付けノズル40の吹付け角度を任意角度に調整できるようになっているとともに、ノズルホルダ28の後方上面には揺動杆29が上方側に突出して設けられており、モータ29によって回転されるギア31の回転運動を前記揺動杆29の直進往復動作に変換することによってノズルホルダ28を連続的に揺動動作させるようになっており、吹付けノズル保持装置4の1ライン走行によってコンクリートを所定幅Sで吹付けできるようになっている。

0023

他方、上記吹付けノズル保持装置4に対しては、正面から視て吹付けノズル位置を挟んで進行方向前後位置にそれぞれレーザー測距儀5A,5Bが配設固定され、吹付け作業に併行して吹付け厚測定が行えるようになっている。吹付けに当たって前記吹付けノズル保持装置4は、時計回り方向と半時計回り方向とに交互に移動されるため、移動方向に対して後側に位置することになるレーザー測距儀5A(5B)からの測定データによって吹付け後の吹付け厚が測定される。

0024

この場合、これら左右一対のレーザー測距儀5A,5Bを同時に使用し吹付けノズル保持装置4の移動方向に対し前側に位置するレーザー測距儀5A(5B)によって吹付け前の吹付け厚を測定し、後側に位置するレーザー測距儀5B(5A)によって付け後の吹付け厚を測定するようにしてもよい。吹付けを行いながら吹付けノズル保持装置4をトンネル周回りに移動させる過程で、吹付け前の吹付け厚と吹付け後の吹付け厚との両方を計測することにより、吹付けノズル保持装置4による一走行過程によって吹付けされる吹付け厚さをリアルタイムで知ることが出来るようになり、もって吹付けコンクリートの圧送量および圧送圧等の管理が容易に行えるようになる。

0025

また吹付け作業は、吹付け材による粉塵、コンクリートの飛散など悪環境下で行われるため、前記レーザー測距儀5A、5Bはごく短時間で粉塵や飛散コンクリートなどによって汚されるようになる。特にレーザ発射部にコンクリートが付着した場合には計測不能の事態に陥るため、本発明では図6に示されるように、レーザー発射口部38aを開口とする収納函体38内にレーザー測距儀本体39を収め、収納函体38の後部側にエア流入口38bを設け、少なくとも吹付け作業中は絶えず収納函体38内にエアを供給するようにしている。供給されたエアは、前記レーザー発射口部38aより外部に流出する空気流れを生起するため、リバウンドによって飛散したコンクリートや塵埃が収納函体38の内部に侵入することがなくなり、レーザー測距儀本体39による計測が常時良好な状態で行われるようになる。

0026

実際の吹付け厚測定に当たっては、先ず掘削後の素堀面に対して吹付けを行うことなく、前記吹付けノズル保持装置4をトンネル周回りに一回走行させてトンネル周回りに沿った素堀面の形状計測を行う。この計測データは、図示されないコンピューターによってデータ処理が行われ、図7に示されるように、コンピューターモニタA上に素堀形状線35が描画されるとともに、この素堀形状線35に基づいてその内側に設計吹付け形状線36が描画される。また、吹付けノズル保持装置4の位置も同時にコンピューターモニタA上に表示されるようになっている。

0027

上記素堀形状計測が完了したならば、次いで吹付けノズル保持装置4を稼働コンクリート吹付け作業を開始する。コンクリート吹付けに併行してレーザー測距儀5によって吹付け厚測定が行われ、この形状計測データは前記素堀形状計測と同様にコンピューターによってデータ処理され、コンピューターモニタA上に現吹付け厚形状線37として描画される。

0028

操縦者は、コンピューターモニタA上に表示された3本の形状線、すなわち素堀形状線35,設計吹付け厚形状線36および現吹付け厚形状線37を一目見ただけで現吹付け状況を把握することができるようになる。コンクリートを壁面に吹付けながら吹付けノズル保持装置4をトンネル周方向に複数回移動を繰り返し、設計吹付け厚に近い厚さになったならば、上記コンピューターモニタA上に描画された設計吹付け厚形状線36と現吹付け厚形状線37とを比較しながら設計吹付け厚に足らないエリア部分を増厚するように吹付けノズル保持装置4を移動制御して吹付けを行い、トンネル周方向の全周に亘って設計吹付け厚通りにコンクリートの吹付けを行う。

発明の効果

0029

以上詳説のとおり、本発明によれば、吹付け面に対して常に垂直にかつ一定の離間距離を保持したまま吹付けを行うことができるようになる。また、吹付け装置の操縦に当たっても、周方向レール部材に沿った吹付けノズル保持装置の移動制御のみで良いため熟練を要することなく誰にでも容易に遠隔操作が可能になる。しかも、吹付け作業を中断させることなく吹付け作業に併行して吹付け厚測定が行えるとともに、吹付け材の供給量および吹付け圧等の管理をも行えるようになる。

図面の簡単な説明

0030

図1本発明コンクリート吹付け装置1をTBMに適用した場合の全体図である。
図2本発明に係るコンクリート吹付け装置1の全体側面図である。
図3その正面図である。
図4吹付けノズル保持装置4の拡大側面図である。
図5吹付けノズル保持装置4の拡大背面図である。
図6レーザー測距儀5の構造図である。
図7コンピューターモニタ上への吹付け厚測定結果の描画要領図である。

--

0031

1…コンクリート吹付け装置、2…TBM、3…周方向レール部材、4…吹付けノズル保持装置、5A・5B…レーザー測距儀、11…ズリ搬送装置、38…収納函体、38a…レーザー発射口部、38b…エア流入口

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