(57)【要約】【課題】  吹付けノズルがトンネル壁面と一定の距離を保って吹付けでき、吹付け作業をしない場合には他の作業の邪魔にならないようにする。【解決手段】  トンネルを吹付ける吹付け装置１４は、トンネル内周面に沿う曲線状を形成しトンネル周方向に設けられたガイドリング１８とトンネル高さ方向に移動できるようにした昇降ジャッキ１７とを備えている。昇降ジャッキ１７は、ガイドリング１８をトンネル内周面から一定の距離の吹付け位置と、その吹付け位置から高さ方向に退避した位置とに移動できる。ガイドリング１８は、昇降ジャッキ１７に固定されている固定ガイドリング１８ａと、固定ガイドリング１８ａに沿って同軸に旋回する旋回ガイドリング１８ｂとから構成されている。そして、ガイドリング１８ｂに案内されて移動する伸縮ジャッキ２４の先端に吹付けノズル２５を備えている。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル掘削後のトンネル壁面にコンクリートを吹付けるためのコンクリート吹付け装置であって、
トンネル内周面に沿う曲線状のガイドリングと、
前記ガイドリングに案内されて走行する吹付けノズルと、
前記ガイドリングをトンネル内周面から一定の距離の吹付け位置と該吹付け位置から高さ方向に退避した位置とに移動できるようにした移動手段とが設けられていることを特徴とするコンクリート吹付け装置。
【請求項２】
前記ガイドリングは、前記移動手段に固定されている固定ガイドリングと、前記固定ガイドリングに沿って同軸に旋回する旋回ガイドリングとから構成されていることを特徴とする請求項１に記載のコンクリート吹付け装置。
【請求項３】
前記ガイドリングは、トンネル進行方向に設けた軌道に案内される走行台車に備えられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のコンクリート吹付け装置。
【請求項４】
前記ガイドリングは、トンネル進行方向に直交する方向から平行な方向に回転できるように設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のコンクリート吹付け装置。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載のコンクリート吹付け装置において、
吹付け作業の場合は、前記ガイドリングを前記移動手段によってトンネル内周面から一定の距離にある吹付け位置に設置し、
吹付け作業をしない場合は、前記ガイドリングを前記移動手段によって吹付け位置から高さ方向に外れた退避位置に移動させるようにしたことを特徴とする吹付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル壁面にコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け装置及びその吹付け方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
トンネルにおける吹付けコンクリート工法は、型枠を用いることなく短時間で高強度のコンクリート覆工が得られることからトンネルの支保として多くの現場で適用されている。ＮＡＴＭ工法によるトンネルの吹付け方法は、向きを自在に操作できる吹付けノズルを備えたコンクリート吹付け装置を使用して吹付ける方法が一般的である。
一方、ＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）工法によるトンネルでは、ＮＡＴＭ工法に比較して掘削断面が小さく、しかも円形であるため、限られた狭い作業空間となり、コンクリート吹付けの施工性が悪い。このため、吹付け装置によって吹付けを行うと、吹付け厚にバラツキができ品質に問題がある。また、ＴＢＭ工法によって掘削されたトンネル壁面は、曲率半径の小さな円弧形状を形成することから、この壁面と吹付けノズルの噴出口との間の吹付け距離を一定にして吹付けないと、吹付材の跳ね返りが大きくなることや、余吹き量が多くなるなどの問題があり施工管理が難しい。
これらの問題を改善するために、特許文献１に記載のＴＢＭ工法のコンクリート吹付け方法では、吹付け装置がトンネル掘削機後方の作業架台上に搭載され、掘削断面より小さな円弧形状のガイドリングをトンネル周方向にトンネル壁面と略同心円状に設け、このガイドリングに案内されて移動する吹付けノズルによって吹付ける方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００３−２７８９６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、通常、ＴＢＭ工法では、作業架台上の空間には、資材搬入スペース、他の作業、設備との取合等、制約される条件が多くある。そして、一般的なＴＢＭ工法における作業架台の高さは、作業員がトンネル上部の地山処理をしやすい高さに計画されている。このような制約の多い作業架台上の条件において、吹付け作業の場合には、トンネル壁面と吹付けノズルとの間の吹付けに最適な距離を確保してガイドリングを設けると、作業架台上の空間を占有する割合が大きくなり、他の作業の妨げとなる欠点がある。そこで、上記特許文献１に提案されている吹付け装置では、ガイドリングを作業架台と平行な方向に回転させ、トンネル進行方向に向けて作業架台上の軌道を走行して、他の作業と干渉しない位置まで退避させることができる。しかし、この吹付け装置は、吹付け作業をしない場合に、上述のようにトンネル進行方向に移動して退避する必要があり、吹付け作業位置に吹付け装置が据えてあると他の作業の邪魔になるという問題がある。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、吹付けノズルがトンネル壁面と一定の距離を保って吹付けでき、吹付け作業をしない場合には他の作業の邪魔にならないようにすることができるコンクリート吹付け装置及びその吹付け方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、本発明に係るコンクリート吹付け装置では、トンネル掘削後のトンネル壁面にコンクリートを吹付けるためのコンクリート吹付け装置であって、トンネル内周面に沿う曲線状のガイドリングと、ガイドリングに案内されて走行する吹付けノズルと、ガイドリングをトンネル内周面から一定の距離の吹付け位置と吹付け位置から高さ方向に退避した位置とに移動できるようにした移動手段とが設けられていることを特徴としている。
本発明では、吹付け装置に移動手段を設けることによって、ガイドリングを高さ方向に位置を移動できるため、吹付け作業の場合には、ガイドリングをトンネル内周面から一定の距離を確保して設置でき、ガイドリングに沿って移動する吹付けノズルは、常に噴出口をトンネル壁面から一定した最適な距離を維持して吹付けすることができる。
また、吹付け作業をしない場合には、移動手段によってガイドリングを少なくとも高さ方向に他の作業の妨げとならない位置に移動しておくことができる。このため、吹付け装置が他作業の邪魔にならず、作業空間の有効利用ができる。
【０００６】
また、本発明に係るコンクリート吹付け装置では、ガイドリングは、移動手段に固定されている固定ガイドリングと、固定ガイドリングに沿って同軸に旋回する旋回ガイドリングとから構成されていることが好ましい。
本発明では、ガイドリングが周方向の吹付け範囲の一部をなす円弧状であっても、固定ガイドリングから旋回ガイドリングを左右両方向へ旋回させて突出させることによって、トンネル壁面の全周範囲を吹付け範囲とすることができる。このように、ガイドリングの円弧長を短くすることで、坑内の作業空間を確保することができ、他作業との干渉が少なくなり作業効率を低下させることがない。
【０００７】
また、本発明に係るコンクリート吹付け装置は、ガイドリングは、トンネル進行方向に設けた軌道に案内される走行台車に備えられていることが好ましい。
本発明では、吹付け装置が軌道範囲でトンネル進行方向に移動できるため、トンネルの掘削と同時にコンクリート吹付けができる。とくに、ＴＢＭ工法によるトンネル掘削の場合、掘削中は作業架台もトンネル掘進機と同時に移動するため、吹付け装置のトンネル進行方向の移動は有効である。また、吹付け作業をしない場合には、吹付け装置を作業架台の後方に移動させて退避させることにより、作業空間を確保できることから、トンネル掘削全般の作業効率を向上できる。
【０００８】
また、本発明に係るコンクリート吹付け装置は、ガイドリングは、トンネル進行方向に直交する方向から平行な方向に回転できるように設けられていることが好ましい。
本発明では、吹付け作業をしない場合に、ガイドリングの向きをトンネル進行方向に直交する方向から平行な方向に変えることによって、吹付け装置がトンネル進行方向に移動する際の干渉を少なくすることができる。
【０００９】
また、本発明に係るコンクリート吹付け装置における吹付け方法は、上述したコンクリート吹付け装置において、吹付け作業の場合は、ガイドリングを移動手段によってトンネル内周面から一定の距離にある吹付け位置に設置し、吹付け作業をしない場合は、ガイドリングを移動手段によって吹付け位置から高さ方向に外れた退避位置に移動させるようにしたことを特徴としている。
本発明では、吹付け作業の場合には移動手段によってガイドリングをトンネル内周面から一定距離を保った位置に移動して吹付けできるため、精度の高い吹付けができる。また、吹付け作業をしない場合には、移動手段によってガイドリングをトンネル内周面の径方向や進行方向に移動させて他の作業の妨げとならない場所に退避させることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のコンクリート吹付け装置及びその吹付け方法によれば、吹付け作業の場合にはトンネル壁面との最適な距離を確保した位置にガイドリングを移動して、吹付け厚のバラツキを少なくでき品質の高い吹付けができる。
また、吹付け作業をしない場合には、ガイドリングを高さ方向に移動して、例えばトンネル壁面付近の位置とすることで、他の作業の妨げにならないように移動することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態によるコンクリート吹付け装置について、図１乃至図６に基づいて説明する。
図１は実施の形態によるコンクリート吹付け装置を装備したトンネル掘削機の吹付け作業状態を示す図、図２は図１に示すトンネル掘削機の平面図、図３は図１に示すコンクリート吹付け装置の拡大図、図４は図３に示すコンクリート吹付け装置をトンネル切羽側より見た図、図５はコンクリート吹付け装置の退避状態を示す図、図６は旋回ガイドリングを固定ガイドリングから周方向にくり出した図であって、（ａ）は左方向、（ｂ）は右方向に伸ばした図である。
ここで、以下の説明にあたり、トンネル進行方向で切羽側の向きを「前方」とし、その反対の向きを「後方」とする。
図１に示すように、実施の形態におけるトンネルは、ＴＢＭ（トンネルボーリングマシン）工法によるものであり、トンネル掘削機１によって掘進され、掘削断面は円形を形成する。  
ＴＢＭ工法による掘進設備は、掘削機本体１ａ及び推進設備を有するトンネル掘削機１と、掘削に関連する付帯設備とから構成されている。先ず、トンネル掘削機１の掘削機本体１ａは、円形のローラーカッタ（図示省略）を複数備えていてカッタ駆動モータ２によってトンネル軸を中心に回転する円形面板形状をなすカッタヘッド３と、カッタヘッド３を支え掘削径とほぼ同径の円筒をなすサポート４と、このサポート４の内側の略中央に長尺梁の一端が固定されたメインビーム５とから構成されている。メインビーム５は、長手方向がトンネル軸方向に向いて設置され、その内部には、掘削した土砂を坑外に搬出するベルトコンベア６が設けられている。
そして、掘削機本体１ａの後方には、ジャッキ７ａを備えていてトンネル壁面に沿った円弧板状をなすグリッパ７と、グリッパ７の切羽側端面とメインビーム５とを接続する推進ジャッキ８とが設けられている（図２参照）。また、グリッパ７より後方には、グリッパ７の盛替え作業時に使用されるサポートジャッキ９が設けられている。以上がトンネル掘削機１の構成となる。
【００１２】
次に、掘削に関連する付帯設備は、メインビーム５上に設けられ地山を処理するための作業足場となる作業架台１０と、作業架台１０の後方端部に連結され掘進に必要な各種駆動用の諸設備、制御装置、換気設備等を搭載している後続台車１１と、支保及び覆工作業設備とから構成されている。後続台車１１には走行車輪１１ａが取り付けられ、トンネル坑内には後続台車１１がトンネル掘削機１と共に移動するための軌条１２が敷設されている。  
図１及び２に示すように、支保及び覆工作業設備には、掘削機本体１ａのサポート４内で支保工を建込むための支保工建込装置１３と、掘削した地山にコンクリートを吹付けるために作業架台１０上に設置された吹付け装置１４とが設けられている。
【００１３】
続いて、本実施の形態によるコンクリート吹付け装置の構成について、図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、作業架台１０上のトンネル軸には、吹付け装置１４が走行するための軌道１５が延設されている。そして、吹付け装置１４は、作業状況に応じて、吹付け作業領域Ｒや退避位置Ｓに移動する。
図５に示すように、吹付け装置１４には、軌道１５に沿って走行する車輪１６ａを備えた走行台車１６と、走行台車１６上にベース側が固定されてトンネル上下方向に伸縮する昇降ジャッキ１７（移動手段）と、昇降ジャッキ１７の先端に取り付けられたガイドリング１８とが設けられている。
また、昇降ジャッキ１７先端のガイドリング１８の取付部１８ｃには、トンネル上下方向を中心軸としてガイドリング１８を水平回転させる回転装置１９が設けられている（図５参照）。
【００１４】
次に、図４に示すように、ガイドリング１８はトンネル内周面に沿った円弧形状を形成し、その円弧長は、円周角で１２０°から１８０°の範囲を有する略半円形状を形成している。そして、ガイドリング１８は、昇降ジャッキ１７に固定され平行な一対の円弧状板部からなる構成を有する固定ガイドリング１８ａと、固定ガイドリング１８ａの一対の板部間に配設されていて、固定ガイドリング１８ａと同一径の円弧状部材からなる旋回ガイドリング１８ｂとから構成されている。そして、旋回ガイドリング１８ｂは、固定ガイドリング１８ａの周方向に沿って同軸に旋回可能である。
一般的に、吹付けの噴出口とトンネル壁面との最適な距離Ｌが定まっているため、ガイドリング１８の円弧を形成する曲率半径は、トンネル内径から距離Ｎを確保して形成される半径の円弧となる（図４参照）。
図４に示すように、固定ガイドリング１８ａの内周側には、駆動装置（図示省略）によって回転するスプロケット２０（２０ａ、２０ｂ）が、両端近傍の例えば２箇所に設けられている。そして、旋回ガイドリング１８ｂの内周面に沿って固定されたチェーン２１に少なくともいずれか一方のスプロケット２０が噛合するように旋回ガイドリング１８ｂが作動制御される。チェーン２１を駆動させるスプロケット２０の噛合は、旋回ガイドリング１８ｂの旋回位置によって異なり、図６（ａ）に示す左側旋回時には、スプロケット２０ａがチェーン２１と噛合し、図６（ｂ）に示す右側旋回時にはスプロケット２０ｂがチェーン２１と噛合する。
【００１５】
さらに、図３に示すように旋回ガイドリング１８ｂには、その外周面に沿って円弧形状のレール２２が設けられ、このレール２２に沿って移動できるように駆動装置（図示省略）によって回転する車輪２３を備えた伸縮ブーム２４が設けられている。伸縮ブーム２４は、トンネル進行方向（図１に示す矢印Ｈ方向）に伸縮し、その先端にはコンクリートの噴出し部をなす吹付けノズル２５が設けられている。さらにまた、伸縮ブーム２４には、その先端を軸にトンネル進行方向に角度（図３に示す矢印Ｊ方向）を振ることができるノズル用ジャッキ２６が設けられている。
【００１６】
本実施の形態によるコンクリート吹付け装置は上述の構成を備えており、次にコンクリート吹付け装置による吹付け方法について、図面に基づいて説明する。
先ず、ＴＢＭ工法によるトンネル掘進方法について図１及び図２に基づいて概略説明する。
図２に示すように、グリッパ７は、掘削したトンネル壁面に推進反力をとるため、ジャッキ７ａによってトンネル左右で矢印Ｇ方向に押し付けられる。トンネル掘削機１は、カッタヘッド３の回転により切羽の地山を削り、同時に推進ジャッキ８を伸ばして掘進する。このときに掘削土砂は掘削機本体１ａ内に取り込まれ、ベルトコンベア６によって坑外に搬出される。
【００１７】
推進ジャッキ８の延伸長さの掘進後に、グリッパ７の押し付けを解除して推進ジャッキ８を縮減すると、グリッパ７は切羽方向に移動し、再びトンネル壁面にグリッパ７を押し付けて推進反力を取り、次の掘削工程に移行する。
なお、本実施の形態によるＴＢＭ工法におけるトンネル掘進では、掘削機本体１ａから後ろに掘削地山が露出する。このため、この露出した地山状況に応じて、支保工建込装置１３を使用して支保工を設置したり、吹付け装置１４を操作員Ｍが操作してコンクリートを吹付けする。
【００１８】
図１及び図２に示すように、吹付け作業の場合に、吹付け装置１４は、軌道１５を走行して吹付領域Ｒまで移動し、回転装置１９によってガイドリング１８を回転させて、ガイドリング１８をトンネル周方向に向ける。
なお、図４に示すように吹付領域Ｒでは、旋回ガイドリング１８ｂの旋回と干渉しないように、軌道１５左右の作業架台１０ｂが予め内側に折りたたまれている。
【００１９】
次に、昇降ジャッキ１７によってガイドリング１８をトンネル上下方向の下側に予め設定した位置まで移動させて、ガイドリング１８の円弧中心をトンネル掘削断面の中心に一致させる。これによって、ガイドリング１８は、トンネル内周面から一定の距離となる。
そして、図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、旋回ガイドリング１８ｂは、スプロケット２０ａ、２０ｂとチェーン２１の噛合によって駆動され、左右両方向に旋回する。
吹付けノズル２５は、伸縮ブーム２４を介して、旋回ガイドリング１８ｂの外周面に設けられたレール２２に案内されて図４に示す矢印Ｔの範囲を往復移動する。
【００２０】
したがって、吹付け装置１４の吹付けノズル２５は、旋回ガイドリング１８ｂの旋回と吹付けノズル２５の往復移動によって、トンネル周方向で全周の３６０°の範囲を吹付けでき、また伸縮ブーム２４の伸縮とノズル用ジャッキ２６の角度の振りによってトンネル進行方向の所定範囲に亘って動かすことができる（図３、４参照）。さらに、旋回ガイドリング１８ｂを旋回構造とすることで、ガイドリング１８の円弧長を短くすることができる。
【００２１】
次に、吹付け作業が終了した時には、吹付け装置１４は、昇降ジャッキ１７を伸ばしてガイドリング１８の高さを上げトンネル壁面付近まで移動することにより資材搬入路や作業空間を確保することができる。また、旋回ガイドリング１８ｂをトンネル断面の真上に移動させ固定ガイドリング１８ａ内側に収容される状態にあるとき、回転装置１９を回転させ、ガイドリング１８をトンネル進行方向に向け、さらに吹付け装置が軌道１５上を走行して退避位置Ｓに退避させることができる（図５参照）。そのため、作業架台１０上での他の作業をする際に、吹付け装置１４が邪魔にならない。
【００２２】
本実施の形態によるコンクリート吹付け装置及びその吹付け方法では、ＴＢＭ工法によるトンネルであり作業架台１０上の空間が狭く制約が多いが、吹付け装置１４に昇降ジャッキ１７を設けたことにより、吹付け作業をしない場合には、ガイドリング１８をトンネル高さ方向に移動して、他の作業の邪魔にならないようにすることができる。
また、吹付け作業の場合には、ガイドリング１８の円弧中心とトンネル掘削断面の中心とを一致させることにより、吹付け装置１４は吹付けノズル２５の噴出口２５ａとトンネル壁面との最適な距離Ｌを保ちながら吹付けできる。この結果、吹付け厚の管理がしやすくなり、吹付け品質を向上できる。そして、吹付材の付着が均一となり、余吹量を減少でき、さらには吹付材の跳ね返り量を抑えることができるため、吹付材のコストを低減できる。
【００２３】
以上、本発明によるコンクリート吹付け装置及びその吹付け方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態によると昇降ジャッキ１７、回転装置１９、軌道１５の走行によって吹付け装置１４及びガイドリング１８を他作業の妨げにならない高さ方向やトンネル方向へ退避できるようになっているが、これに限定されることはない。要は、吹付け作業をしない場合にガイドリング１８が他の作業の邪魔にならないように、少なくとも昇降ジャッキ１７によってトンネル高さ方向に退避できればよいのである。
ガイドリング１８の円弧長については、旋回ガイドリング１８ｂを旋回させて、吹付けノズル２５をトンネルの全周範囲で移動できればよく、本実施の形態に示す円周角で１２０°から１８０°の円弧長範囲に限定されることはない。
また、本実施の形態では、ＴＢＭ工法によるトンネルに吹付け装置１４を設けているが、ＮＡＴＭ工法によるトンネルに適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態によるコンクリート吹付け装置を装備したトンネル掘削機の吹付け作業状態を示す側面図である。
【図２】図１に示すトンネル掘削機の平面図である。
【図３】図１に示すコンクリート吹付け装置の拡大図である。
【図４】図３に示すコンクリート吹付け装置を切羽側から見た図である。
【図５】コンクリート吹付け装置の退避状態を示す図である。
【図６】旋回ガイドリングを固定ガイドリングから周方向にくり出した図であって、（ａ）は左方向、（ｂ）は右方向に伸ばした図である。
【符号の説明】
【００２５】
１  トンネル掘削機
３  カッタヘッド
５  メインビーム
７  グリッパ
８  推進ジャッキ
１０  作業架台
１４  吹付け装置
１５  軌道
１６  走行台車
１７  昇降ジャッキ（移動手段）
１８  ガイドリング
１８ａ  固定ガイドリング
１８ｂ  旋回ガイドリング
１９  回転装置
２４  伸縮ブーム
２５  吹付けノズル
２５ａ  噴出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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