(57)【要約】【課題】特には小断面トンネルを対象として、吹付け効率を向上させ、大幅な工期短縮を図り得るようにする。【解決手段】トンネル内に敷設された軌道９上に自走機能を有する複数編成の台車２１〜２６を配備し、これらの台車２１〜２６上に、吹付ノズル１５を保持するブーム１６がトンネル方向に沿って所定長さ範囲で伸縮可能とされる吹付ロボット３および吹付機４等を含む吹付設備一式を搭載して吹付台車１を構成するとともに、坑口側から吹付材を吹付作業場所まで運搬するためのアジテーターカー６及び牽引車７を配備し、少なくとも吹付け作業時に、前記アジテーターカー６を前記吹付台車１に連結し、運搬した吹付材の全量を連続的に供給可能とした状態で、前記吹付台車１を坑口側に移動させながら、吹付け作業を連続的又はほぼ連続的に実施するようにする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内に敷設された軌道上に自走機能を有する複数編成の台車を配備し、これらの台車上に、吹付ノズルを保持するブームがトンネル方向に沿って所定長さ範囲で移動可能とされる吹付ロボットおよび吹付機等を含む吹付設備一式を搭載して移動式吹付台車を構成するとともに、坑口側から吹付材を吹付け作業場所まで運搬するためのアジテーターカー及び牽引車を配備し、
少なくとも吹付け作業時に、前記アジテーターカーを前記移動式吹付台車に連結し、運搬した吹付材の全量を連続的に供給可能とした状態で、前記移動式吹付台車を坑口側に移動させながら、吹付け作業を連続的又はほぼ連続的に実施するようにしたことを特徴とする移動式吹付台車によるトンネル覆工方法。
【請求項２】
前記吹付けは、移動式吹付台車を常時定速で移動させつつ、吹付ロボットは前記移動式吹付台車の移動を考慮しながら、吹付けノズルをトンネル方向に往復させて複数吹きを行い、坑口側に向かって順次所定厚の覆工体を仕上げるようにする請求項１記載の移動式吹付台車によるトンネル覆工方法。
【請求項３】
前記吹付けは、移動式吹付台車を停止させた状態で、吹付ロボットの吹付けノズルをトンネル方向に往復させて複数吹きにより所定区間の吹付けを終えたならば、前記移動式吹付台車の移動を行う繰り返しによって、坑口側に向かって順次所定厚の覆工体を仕上げるようにする請求項１記載の移動式吹付台車を用いたトンネル覆工方法。
【請求項４】
前記吹付ロボットにおいて、吹付ノズル部位に赤外線センサーを設け、トンネル壁面までの距離を測定し、吹付ノズルとトンネル壁面との距離が設定距離以下である場合に警告を発するようにしてある請求項１〜３いずれかに記載の移動式吹付台車によるトンネル覆工方法。
【請求項５】
覆工対象トンネルが、仕上がり断面積が３〜１０ｍ２未満と定義される小断面トンネルである請求項１〜４いずれかに記載の移動式吹付台車によるトンネル覆工方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、好ましくは小断面トンネルの覆工を対象として、高い施工能力で吹付け作業を実施可能とした移動式吹付台車を用いたトンネル覆工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
掘削後のトンネル壁面を覆工体によって仕上げる方法としては、例えば、トンネル内に鋼製型枠（移動セントル）を持ち込み、生コンクリートを運搬・打設して順次覆工体を構築する巻立てコンクリート方式や、省力化かつ低コスト化のために吹付けコンクリートによって永久覆工体を構築するモルタル又はコンクリート吹付け方式などがある。
【０００３】
後者の吹付け方式の場合には、移動可能なクローラ式、タイヤ式またはレール式の移動台車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、ノズルホースを作業員が直接手に持って操作する手吹きが一般的であるが、近年は、吹付けの自動化装置も提案されている。
【０００４】
例えば、下記特許文献１では、トンネル周方向壁面より内側に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周方向レール面に沿ってトンネル周方向に走行自在とされる吹付けノズル保持装置からなるトンネル吹付け用装置が提案されている。なお、このトンネル吹付け用装置はトンネルボーリングマシンに連続する後続台車に搭載され、掘削と併行して掘削直後のトンネル壁面に対し覆工体を構築するものである。
【０００５】
【特許文献１】
特開２０００−１２０３９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記巻立てコンクリート方式は中断面、大断面トンネルにおいて一般的に採用されている覆工方式であるが、鋼製型枠が重装備で施工能力も低く、工期が掛かり施工性が悪いなどの問題がある。特に、仕上がり断面積が３〜１０ｍ２未満と定義される小断面トンネルへの適用の場合には、移動セントルの盛替え作業が全体に占める割合が大きくなるため施工が更に非効率となる。
【０００７】
一方、吹付け方式は巻立てコンクリート方式に比べると大幅に施工効率の向上が望めるようになる。しかし、吹付け作業は、吹付けロボットが所定位置に定位した状態でブーム移動可能範囲を対象として吹付けを行うことになり、順次移動と吹付け作業とを交互に繰り返しながら行うことになる。そのため、小断面トンネルを対象とする場合には、吹付けロボットの移動と据え付け作業、及び吹付け機へ吹付材の供給するための段取り作業等の占める割合が大きくなり、大断面トンネルや中断面トンネルと比べるとやはり施工が非効率となるなどの問題があった。
【０００８】
そこで本発明の主たる課題は、特には小断面トンネルを対象として、吹付け効率を向上させ、大幅な工期短縮を図り得る移動式吹付台車によるトンネル覆工方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために請求項１に係る本発明として、トンネル内に敷設された軌道上に自走機能を有する複数編成の台車を配備し、これらの台車上に、吹付ノズルを保持するブームがトンネル方向に沿って所定長さ範囲で移動可能とされる吹付ロボットおよび吹付機等を含む吹付設備一式を搭載して移動式吹付台車を構成するとともに、坑口側から吹付材を吹付け作業場所まで運搬するためのアジテーターカー及び牽引車を配備し、
少なくとも吹付け作業時に、前記アジテーターカーを前記移動式吹付台車に連結し、運搬した吹付材の全量を連続的に供給可能とした状態で、前記移動式吹付台車を坑口側に移動させながら、吹付け作業を連続的又はほぼ連続的に実施するようにしたことを特徴とする移動式吹付台車によるトンネル覆工方法が提供される。
【００１０】
上記請求項１記載の本発明では、吹付設備一式を搭載した移動式吹付台車にアジテーターカーを連結し、運搬した吹付材の全量を連続的に供給可能とした状態で、前記移動式吹付台車を坑口側に移動させながら、吹付け作業を連続的又はほぼ連続的に実施するようにした。従って、アジテーターカーを分離し、順次移動と吹付とを繰り返しながら行う方法と比べると、盛替え時間を省略できるようになり、後述の実施例に示すように、ほぼ１／２の工期で吹付けを終えることができるようになる。
【００１１】
請求項２に係る本発明として、前記吹付けは、移動式吹付台車を常時定速で移動させつつ、吹付ロボットは前記移動式吹付台車の移動を考慮しながら、吹付けノズルをトンネル方向に往復させて複数吹きを行い、坑口側に向かって順次所定厚の覆工体を仕上げるようにする請求項１記載の移動式吹付台車によるトンネル覆工方法が提供される。この手法の場合には、加えて吹付け始めのロスが無くなるため、さらに施工効率を上げることが可能になる。
【００１２】
請求項３に係る本発明として、前記吹付けは、移動式吹付台車を停止させた状態で、吹付ロボットの吹付けノズルをトンネル方向に往復させて複数吹きにより所定区間の吹付けを終えたならば、前記移動式吹付台車の移動を行う繰り返しによって、坑口側に向かって順次所定厚の覆工体を仕上げるようにする請求項１記載の移動式吹付台車を用いたトンネル覆工方法が提供される。
【００１３】
請求項４に係る本発明として、前記吹付ロボットにおいて、吹付ノズル部位に赤外線センサーを設け、トンネル壁面までの距離を測定し、吹付ノズルとトンネル壁面との距離が所定距離以下である場合に警告を発するようにしてある請求項１記載の連続移動式吹付装置によるトンネル覆工方法が提供される。
【００１４】
請求項５に係る本発明として、覆工対象トンネルが、仕上がり断面積が３〜１０ｍ２未満と定義される小断面トンネルである請求項１〜４いずれかに記載の移動式吹付台車によるトンネル覆工方法が提供される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
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は本発明に係る移動式吹付台車による吹付要領を示す縦断面図、図２はその平面図、図３は正面図（ＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図）、図４及び図５はその要部拡大図である。
【００１６】
（移動式吹付台車）
図示されるトンネル覆工例は、トンネルボーリングマシンによる掘削を後追いしながら吹付けを行うのではなく、トンネル掘削完了後にトンネル全線に亘って吹付けによる永久覆工体を構築するものである。
【００１７】
トンネル内にはトンネル方向に沿って軌道９が敷設され、この軌道９上に自走機能を有する複数編成の台車２１〜２６が配備され、これらの台車２１〜２６上に、吹付ロボット３および吹付機４等を含む吹付設備一式が搭載され移動式吹付台車１（以下、単に吹付台車という。）が構成されている。具体的に、先頭台車２１は吹付ロボット３が搭載された吹付ロボット台車であり、台車２２は乾式トランスが搭載されたトランス台車であり、台車２３は休憩室が搭載された休憩室台車であり、台車２４及び台車２５が電線巻取り台車であり、台車２６は吹付機４の他、制御盤１０，急結剤タンク１１，急結剤ポンプ１２，水タンク（ポンプ付き）１３が搭載された吹付装置台車である。また、前記吹付台車１は前記台車２６に車輪駆動装置５が設けられ、自走機能を持つようになっている。
【００１８】
吹付けは、前記吹付機４に投入された吹付材が圧送空気によって圧送ホース１４により先頭台車２１に搭載された吹付けロボット３まで輸送されるとともに、前記急結剤タンク１１から送られた急結剤と、水タンク１３から送られた水とが吹付けノズル１５の直前部位で添加され、トンネル壁面に吹付材が吹付けられるようになっている。
【００１９】
前記吹付ロボット３は、詳細には図４に示されるように、ガイドセル１７を有し、吹付ノズル１５を保持するブーム１６全体がトンネル方向に沿って所定長さ範囲で伸縮可能（以下、ノズルスライド機能という。）となっている。１回の吹付けで所定厚の覆工体とすることは不可能であるため、前記ノズルスライド機能により吹付けノズル１５をトンネル方向に複数回往復させることにより複数吹きを行い、所定厚の覆工体を構築するようになっている。また、前記吹付ノズル１５はトンネル壁面をまんべんなく吹付けできるようにほぼ３００°の範囲でスイングできるようにしてあるとともに、前記吹付ノズル１５部位には、リバウンドを低減するために、赤外線センサー（図示せず）を設け、トンネル壁面までの距離を測定し、吹付ノズル１５とトンネル壁面との距離が設定距離以下、例えば１ｍ以下になったならばランプ、サイレン、音声等による警告を発するようにしてある。
【００２０】
前記吹付台車１とは別に、坑口側位置には牽引車７によって走行可能とされるアジテーターカー６が配備されている。このアジテーターカー６は、詳細には図５に示されるように、少なくとも吹付け作業時には、最後尾の台車２６に対して連結され、アジテーターカー６の吹付材搬出口が台車２６に搭載された吹付機４の釜部４ａにセットされ、運搬した吹付材の全量が連続的に供給可能とされる。
【００２１】
（吹付け手順）
前述した吹付台車１を用いてトンネル覆工を行うに当たっては、坑口側から吹付材を積載したアジテーターカー６が吹付け作業場所に到着したならば、アジテーターカー６を最後尾の台車２６に連結し、図５に示すように、アジテーターカー６の吹付材搬出口を吹付機４の釜部４ａにセットし、運搬した吹付材を連続供給できる状態とする。
その後は、吹付け面の状況を見ながら、前記吹付台車１を坑口側に移動させながら、吹付け作業を連続的又はほぼ連続的に実施するようにする。
【００２２】
具体的な吹付手法としては、下記の２手法が考えられる。
【００２３】
（第１手法）
本第１手法は、吹付台車１を常時定速で移動させながら、吹付ロボット３により吹付けを連続的に行う方法である。吹付ロボット３では吹付台車１の移動、すなわち自身の移動を考慮しながら、吹付けノズル１５をノズルスライド機能によってトンネル方向に往復させて複数吹きを行い、アジテーターカー６の吹付材が無くなるまで、坑口側に向かって所定厚の覆工体を仕上げるようにする。また、前記ノズルスライド機能は、吹付け不足の箇所が生じた際に、当該不足箇所に増吹きを行い仕上げ面を平滑にするためにも使用されるものである。
【００２４】
（第２手法）
本第２手法は吹付台車１の移動を随時行いながら、吹付ロボット３により吹付けをほぼ連続的に行う方法である。吹付台車１を停止させた状態で、吹付けロボット３のノズルスライド機能を使いながら所定区間、例えば２ｍ程度の区間を往復させることによって所定厚の覆工体を仕上げたならば、吹付台車１をアジテーターカー６及び牽引車７と共に、坑口側にノズルスライド長さ内の距離分だけ移動し、再度吹付けロボット３のガイドセル１７を伸長し、再度所定区間の吹付けを複数吹きによって仕上げるようにする。これをアジテーターカー６の吹付材が無くなるまで繰り返すようにする。この手法の場合には、吹付台車１の移動時間帯、及びガイドセル１７の伸長に要する時間帯は一時的に吹付けが中断されることになるが、全体の工程からみればこの時間量は僅かであり、ほぼ連続的に吹付け作業が行うことが可能である。なお、吹付台車１の移動時間中にガイドセル１７の伸長を行うことにより、中断時間は最小化することが可能である。
【００２５】
【実施例】
以下、吹付台車１とアジテーターカー６とを連結して連続的に吹付けを行う場合（本発明法の第１手法）と、従来のように吹付台車１とアジテーターカー６とを分離して断続的に吹付けを行う場合（比較法）との施工能力についての試算を行った。なお、施工条件は、トンネル内径は２．６ｍφ（単位長さ当たりの吹付け面積は２．６×π×２７０／３６０＝６．１２３ｍ２／ｍ）、吹付厚さをｔ＝６ｃｍ、アジテーターカー１台当たりの積載量を４．５ｍ３と想定した。
【００２６】
〔本発明法〕
（１）吹付台車とコンクリート運搬車を連結した際、吹付が完全に仕上げることが出来る距離：Ｌ＝１０．０ｍ（吹付けロボットのブーム伸縮可能長さは２．５ｍとする。）
（２）アジテーターカー１台当たり積載している吹付材：Ｖ＝４．５ｍ３
吹付施工距離（Ｌ）＝４．５ｍ３（アジテーターカー吹付量）÷〔６．１２３ｍ２／ｍ×（ｔ＝６ｃｍ）×（１２５％）〕≠約１０．０ｍ
１０ｍ÷１０ｍ（吹付台車セットして吹付可能距離）＝１回
（３）１回当たり（Ｌ＝１０ｍ）に吹付する量：４．５ｍ３÷１回＝４．５ｍ３
吹付に要する時間：実績より時間当たり５ｍ３／ｈ（連続して吹付するため、吹き始めのロスが無くなる為、施工能力アップ）
従って、４．５ｍ３の吹付材を吹付けするのに要する時間は５０分程度である。
（４）１回のアジテーターカーの入坑で１回のセッティングが必要である。
【００２７】
（吹付け手順）
▲１▼８ｔ牽引車＋アジテーターカーを吹付台車側へ接近させる。
▲２▼吹付台車とアジテーターカーを連結器で連結する。
▲３▼その後は、吹付面の状況を見ながら順次坑口側へ連結した吹付台車を移動しながら、吹付作業を連続的に行う。
１回の吹付材搬入当たり、吹付けに要する時間は下表１の通りである。
【００２８】
【表１】
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【００２９】
本発明法で吹付けを行うと、アジテーターカーが吹付台車に近接してから約１時間１０分で４．５ｍ３の吹付けが終了することになる。
【００３０】
〔比較法〕
（１）吹付台車を１度固定して吹付が完全に仕上げることが出来る距離：Ｌ＝２．０ｍ（吹付ロボットのブーム伸縮可能長さは２．５ｍとする。）
（２）アジテーターカー１台当たり積載している吹付材：Ｖ＝４．５ｍ３
吹付施工距離（Ｌ）＝４．５ｍ３（アジテーターカー吹付量）÷〔６．１２３ｍ２／ｍ×（ｔ＝６ｃｍ）×（１２５％）〕≠約１０．０ｍ
１０ｍ÷２ｍ（吹付台車セットして吹付可能距離）＝５回
（３）１回当たり（Ｌ＝２ｍ）に吹付する量は、４．５ｍ３÷５回＝０．９ｍ３
従って、吹付に要する時間は、実績より時間当たり４ｍ３／ｈであるから、０．９ｍ３吹付するのに掛かる時間は、１４〜１５分程度である。
（４）１回のアジテーターカー入坑で５回のセッティングが必要である。
１回当たりのセッティング時間は、約１０分（以下の手順で行う）である。
【００３１】
（吹付け手順）
▲１▼２ｍ区間の吹付終了後、８ｔ牽引車＋アジテーターカーを坑口側へ移動する。▲２▼６両編成の吹付台車を約２ｍ坑口側へ移動する。
▲３▼８ｔ牽引車＋アジテーターカーを吹付台車側へ移動する。
▲４▼アジテーターカーの吹付材搬出口を吹付台車最後尾の吹付機の釜部にセッ    トし、吹付けを再開する。以上の手順を５回繰り返す。
１回の吹付材搬入当たり、吹付けに要する時間は下表２の通りである。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
本比較例で吹付けを行うと、アジテーターカーが吹付台車に近接してから約２時間１５分で４．５ｍ３吹付が終了することになり、上記本発明法と比べると約２倍の時間が掛かることになる。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳説のとおり本発明によれば、特には小断面トンネルを対象として、吹付け効率が向上し、大幅な工期短縮を図り得るようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る移動式吹付台車による吹付要領を示す縦断面図である。
【図２】その平面図である。
【図３】その正面図（図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視図）である。
【図４】吹付けロボット３部の拡大側面図である。
【図５】アジテーターカー６連結部の拡大側面図である。
【符号の説明】
１…移動式吹付台車、２１〜２６…台車、３…吹付ロボット、４…吹付機、５…乾式トランス、６…アジテーターカー、７…牽引車
【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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