(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
トンネル内壁面に吹付け材料を吹付けるトンネル内吹付け装置であって、
前記トンネル内壁面より内側にトンネル周方向に沿って形成された走行軌条を備えトンネル長手方向に移動自在の吹付け台車と、該吹付け台車に搭載され前記走行軌条に沿って歯車機構を介して所定移動範囲内でトンネル周方向回りに走行自在の吹付け機を有し、該吹付け機には吹付け面である前記トンネル内壁面に対して垂直に位置した吹付けノズルとが設けられ、
前記吹付けノズルは、トンネル長手方向に所定幅平行移動可能であるとともに、前記トンネル内壁面に対して垂直方向に進退動可能であり、吹付け距離を計測するための変位計測器で計測される変位量に基づいて前記吹付けノズルを進退動させることにより、前記トンネル内壁面からの距離を一定に保つようにし、
前記吹付け機には、そのトンネル周方向の位置を計測するエンコーダが設けられ、
前記吹付けノズルの吹付け口が、前記トンネル内壁面に対して平行に円運動可能であることを特徴とするトンネル内吹付け装置。
【請求項２】
前記吹付けノズルの吹付け口の円運動が、平行リンク運動を円運動に変換する仕組みによるものであることを特徴とする請求項１に記載のトンネル内吹付け装置。
【請求項３】
前記吹付け機には、前記吹付け材料の吹付け後の吹付け面のコテ仕上げを行う仕上げ装置を設置し、前記仕上げ装置には、コテ部材が可動自在に設けられ、該コテ部材は、前記吹けノズルからの吹付け材料の吹付け時には吹付け範囲から待避され、吹付け面仕上げ時には前記吹付け範囲内まで移動して該コテ部材により前記吹付け面をならしてコテ仕上げを行うようにしたことを特徴とする請求項１または２に記載のトンネル内吹付け装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル内においてトンネル内壁面に吹付け材料を吹付ける吹付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネル内表面に耐火材等の各種材料を積層形成する方法としては、工場等であらかじめ製作された複数のパネルを現場まで運搬・搬入し、それらのパネルを支持金物等でトンネル内壁面に取り付けるという方法が提案されている。
但し、この技術は公知ではない。
【０００３】
また、前記各種材料を一定の厚さまで吹付ける方法もあり、この場合は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機械を用いたり、或いはノズルホースを作業員が直接手に持って吹付け作業を行っていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、パネルのトンネル内壁面取り付けを行う場合、作業時にはトンネルが供用中であったり工事中であることが多く、作業スペースの確保、施工時間の制約、及び保安上の問題等があった。
【０００５】
また、大断面のトンネルの場合にはパネルの数量が多いため、運搬・搬送を行う運搬車両の台数が多くなり、運搬経路における交通渋滞を引き起こし、周辺環境に悪影響を及ぼす結果となっていた。
【０００６】
さらに、吹付け作業を行う場合には、吹付け厚を均一にすることは作業員が行う場合かなりの熟練を要し、吹付け用の機械を用いたとしても制御が難しくトンネル内壁面に均等に吹付けることは容易ではなかった。
【０００７】
上記の問題点に鑑み、本発明においては、供用中のトンネルにおいても安全にかつ広い作業場所を確保しなくても吹付けが可能であり、しかも容易に吹付け厚を均一にすることのできる吹付け装置を提供することを課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
かかる課題に着目し、請求項１に記載された発明は、トンネル内壁面に吹付け材料を吹付けるトンネル内吹付け装置であって、前記トンネル内壁面より内側にトンネル周方向に沿って形成された走行軌条を備えトンネル長手方向に移動自在の吹付け台車と、該吹付け台車に搭載され前記走行軌条に沿って歯車機構を介して所定移動範囲内でトンネル周方向回りに走行自在の吹付け機を有し、該吹付け機には吹付け面である前記トンネル内壁面に対して垂直に位置した吹付けノズルとが設けられ、前記吹付けノズルは、トンネル長手方向に所定幅平行移動可能であるとともに、前記トンネル内壁面に対して垂直方向に進退動可能であり、吹付け距離を計測するための変位計測器で計測される変位量に基づいて前記吹付けノズルを進退動させることにより、前記トンネル内壁面からの距離を一定に保つようにし、前記吹付け機には、そのトンネル周方向の位置を計測するエンコーダが設けられ、前記吹付けノズルの吹付け口が、前記トンネル内壁面に対して平行に円運動可能であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載された発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記吹付けノズルの吹付け口の円運動が、平行リンク運動を円運動に変換する仕組みによるものであることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に記載された発明は、請求項１または２に記載の構成に加え、前記吹付け機には、前記吹付け材料の吹付け後の吹付け面のコテ仕上げを行う仕上げ装置を設置し、前記仕上げ装置には、コテ部材が可動自在に設けられ、該コテ部材は、前記吹けノズルからの吹付け材料の吹付け時には吹付け範囲から待避され、吹付け面仕上げ時には前記吹付け範囲内まで移動して該コテ部材により前記吹付け面をならしてコテ仕上げを行うようにしたことを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
本実施の形態では、主にシールドトンネルの二次覆工において、耐火材等の吹付け材料をトンネル内壁面のセグメントに吹付ける場合にこの発明を適用したものである。
【００１５】
但し、特にトンネルはシールドトンネルに限定することなく、吹付け材料はコンクリート、モルタル等を使用することも可能である。
【００１６】
［発明の実施の形態１］
実施の形態１について図１〜図５を用いて説明する。
【００１７】
図１はシールドトンネルの長手方向断面図、図２はシールドトンネルの周方向断面図である。図１において、シールドトンネル１の切羽側に図示しないシールド機とシールド機を移動させるための複数の台車が配置されており、シールド機により地山を掘削しながら複数のセグメント２を組み立てることによってシールドトンネル１は構築される。掘削した土砂は図２のずり鋼車４により立坑まで搬送される。当実施の形態では掘削した土砂の搬送はずり鋼車４を用いたが、ポンプ等による圧送方式を用いてもよい。
【００１８】
前記シールド機を移動させるための前記台車やずり鋼車４の軌道設備として、複数の鋼材５がセグメント２に固定されレール６が敷設されている。
【００１９】
シールドの掘進に支障が生じない立坑側に吹付け台車３を設置する。吹付け台車３には、トンネル周方向に沿って形成された走行軌条７が設置され、この走行軌条７に吹付け機８が走行自在に取り付けられている。本実施の形態では、トンネル内壁面と吹付け機８との距離がほぼ一定となるように走行軌条７が略円形に形成されている。
【００２０】
前記吹付け機８には、トンネル内壁面に対してほぼ垂直に位置した吹付けノズル９が配設されている。なお、本実施の形態で使用する吹付けノズル９は１個であるが、複数の吹付けノズルを設置して使用してもよい。
【００２１】
吹付け台車３の立坑側には圧送ポンプ１０が接続され、圧送ポンプ１０の上部にミキサー１１が設置され、さらに前記ミキサー１１の上部に材料台車１８が設けられ、材料台車１８内には吹付け材用の材料タンク１２、１３及び１４が設けられている。材料台車１８とミキサー１１の間には、吹付け材料をミキサー１１に供給するためのホッパー１５が設置されている。また、吹付け材料に圧力をかけて放出するためのエアーコンプレッサ１６と前記圧力を調整するための圧力調整装置１７が備えられている。
【００２２】
前記吹付け台車３、材料台車１８、ミキサー１１、圧送ポンプ１０、エアーコンプレッサ１６及び圧力調整装置１７等を全て合わせて本発明での吹付け装置と呼ぶが、この吹付け装置は一体となってレール６上を移動可能に設置されている。吹付け装置の移動方法としては、バッテリーカーでも自走式でもよい。本実施の形態ではレール６を敷設する軌道方式としたが、タイヤによる移動手段を用いてもよい。
【００２３】
材料タンク１２の下部には、材料の供給量を調節する電磁バルブ１９を備え、この電磁バルブ１９の下部に材料の吐出量を計測する流量計２０が備えられている。吐出した材料はホッパー１５からミキサー１１に供給される。材料タンク１３，１４についても前記材料タンク１２と同様にミキサー１１への材料供給が行われる。
【００２４】
ミキサー１１には水管２５により水源から水が供給される。水管２５には水量を調節する電磁バルブ２６が設けられ、この電磁バルブ２６の水源から遠い側に流量計２７が設けられている。
【００２５】
圧送ポンプ１０は電動機２８によって稼働し、吹付け材料を吹付け機８に圧送する。圧送ポンプ１０の吐出口２９は材料ホース３０に接続され、その間には吐出圧力を計測する圧力計３１、流量計３２及びＲＩ密度水分計３３が配設されている。材料ホース３０の他端には吹付け管３４が接続されている。
【００２６】
圧力調整機１７と、吹付け機８に配設されているエアー管３５はエアーホース３６で接続されており、前記エアー管３５とエアーホース３６の接続部分は電磁バルブ３７が配設されており圧縮空気の流量を調節できるようになっている。
【００２７】
吹付け台車３の位置を計測する測定装置として、例えばエンコーダ３８を吹付け台車３の車輪に設置する。測定装置としては光波測距機を用いてもよい。
【００２８】
エンコーダ３８を用いて測定したデータは図示しない電線、制御盤３９、及び電線４０を介して地上に設けられた制御室４１内のコンピュータ４２に伝送される。なお、本実施の形態ではコンピュータ４２やディスプレイ４３を地上の制御室４１に設置したが、設置場所はトンネル内でもかまわない。
【００２９】
前記電動機２８、エアーコンプレッサ１６、エンコーダ３８等は電線で制御盤３９に接続され、図示しない電源から電気が供給されている。
【００３０】
また、図示しない温度計測器がミキサー１１近傍に設置され、温度を計測している。
【００３１】
次に、図３、図４を用いて吹付け機８の構造を説明する。
【００３２】
図３は、吹付け機８の図２のＡ−Ａ線に沿う断面図、図４は、吹付け機８の図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。これらの図に示すように、吹付け台車３に設けられたリブ４４の内周側に固定歯車４５が設けられ、この固定歯車４５と吹付け機８に配設された稼働歯車４６を噛み合わせ、またリブ４４の外周側にはタイヤ４７が設けられている。すなわち、リブ４４は稼働歯車４６とタイヤ４７によって挟み込まれている。
【００３３】
前記タイヤ４７は回転可能となるようにフレーム４８に軸支されている。また、このフレーム４８に固着された電動機４９の駆動歯車５０と支持歯車５１は回転可能に噛合され、支持歯車５１と稼働歯車４６は係着されている。電動機４９を駆動することにより、吹付け機８は吹付け台車３上のトンネル周方向に沿った走行軌条７の吹付け範囲Ａ点からＢ点まで走行する。限界点であるＡ点及びＢ点には図示しないリミットスイッチが設置されている。
【００３４】
電動機４９の駆動歯車５０にトンネル周方向の位置計測用のエンコーダ５２が噛合されている。このエンコーダ５２は複数個設けて測定精度を上げることも考えられる。
【００３５】
フレーム４８に第１ジャッキ５３が固着され、この第１ジャッキ５３のロッド側にジャッキボックス５４が固定されており、このジャッキボックス５４は固定ボックス５５に固定されている。ジャッキボックス５４は、下部は振れ止め材５６で摺動可能とされ、上部は固定ボックス５５をフレーム４８に固定する複数の摺動バー５７で摺動可能とされている。
【００３６】
第１ジャッキ５３を伸縮することにより、スライド部材５８がトンネル長手方向にスライドし、このスライド部材５８に案内されてジャッキボックス５４、固定ボックス５５及び吹付けノズル９が一体となってトンネル長手方向Ｃ点からＤ点間をスライドする。限界点であるＣ点及びＤ点にはリミットスイッチが設置されている。
【００３７】
フレーム４８には変位計測器５９が設置され、変位計測のワイヤーはジャッキボックス５４に固定されている。変位計測器５９で計測される変位量により、ジャッキボックス５４のトンネル長手方向の位置計測が行われる。この変位計測器５９は複数個設けて測定精度を上げてもよい。
【００３８】
また、ジャッキボックス５４の内部には第２ジャッキ６０が挿入・固定されている。この第２ジャッキ６０ロッド側に吹付け管３４とエアー管３５が固定されており、エアー管３５は吹付け管３４の吹付け口の付近に接合されている。
【００３９】
吹付け管３４には吹付け厚６１を計測する測定器として、収納ボックス６２に収納された超音波式変位センサ６３が固定されている。吹付け厚６１を計測する計測器としては、超音波式変位センサ６３の他に、光波測距機も使用できるが、計測器の大きさと感度の点を比較した場合超音波式変位センサを用いるのが好ましい。収納ボックス６２には吹付けノズル９側に蓋６４が設けられ、図示しない駆動装置により蓋６４が開閉する構造になっている。超音波式変位センサ６３にて計測しない場合は、蓋６４を閉めて吹付けのリバウンド材から超音波式変位センサ６３を保護することができる。また、吹付けのリバウンド材から吹付け機８を保護するリバウンド受６５も吹付け管３４に固定されている。また、吹付け管３４の先端には吹付け状態を調節する吹付けノズル９が設けられている。この吹付けノズル９の調節は手動でも、駆動装置を設けて制御してもよい。
【００４０】
第２ジャッキ６０を伸縮させると吹付けノズル９、超音波式変位センサ６３及びリバウンド受け６５がトンネル内壁面に対して垂直方向に進退動を行う。
フレーム４８に変位計測器６６が設置され、変位計測のワイヤーはリバウンド受け６５に固定されている。この変位計測器６６で計測される変位量により、吹付け距離６７の計測が行われる。この変位計測器６６は複数個設けて測定精度を上げてもよい。
【００４１】
前記エンコーダ５２、変位計測器５９、６６及び超音波式変位センサ６３の測定データは図示しない電線、制御盤３９及び電線４０を介して制御室４１内のコンピュータ４２に伝送される。伝送された各種データはコンピュータ４２によって演算・解析され、演算・解析結果に基づいて、吹付け位置、吹付け距離６７及び吹付け厚６１等が制御され、ディスプレイ４３や図示しないプリンターに解析結果、制御状況等が映像や数値で表示される。
【００４２】
また、吹付け機８には吹付け後の吹付け面のコテ仕上げを行う仕上げ装置６８が設置されている。この仕上げ装置６８は、フレーム４８に固定された電動機６９と、この電動機６９の駆動軸に可動自在に設けられたコテ７０で構成されている。このコテ７０は、前記吹けノズル９からの吹付け材料の吹付け時には吹付け範囲から待避され、吹付け面仕上げ時には前記吹付け範囲内まで移動して吹付け面をならしてコテ仕上げを行う仕組みとなっている。
【００４３】
以下、図５のトンネル内吹付け制御フロー図を参照しながら実施の形態１における吹付け制御の仕組みを説明する。
【００４４】
まず、吹付け台車３、吹付け機８及び吹付けノズル９の移動制御について説明する。
【００４５】
始めに、吹付け台車３に設置したエンコーダ３８で吹付け台車３の位置が計測され、計測データはコンピュータ４２に伝送される（Ｓ２）。伝送された計測データをコンピュータ４２で演算・解析することによって、吹付け台車３の位置を把握し、その後吹付け台車３を図示しないバッテリーカー等で吹付け位置に移動させる（Ｓ３）。
【００４６】
次に、吹付け機８の位置がエンコーダ５２で計測され、計測データがコンピュータ４２に伝送される（Ｓ２）。伝送された計測データをコンピュータ４２で演算・解析することによって、吹付け機８のトンネル周方向位置を把握し、吹付け機８の電動機４９を駆動させ、吹付け機８を吹付け開始点であるＡ点まで移動させる（Ｓ５）。
【００４７】
次に、吹付けノズル９のトンネル長手方向位置が変位計測器５９で計測され（Ｓ２）、計測されたデータはコンピュータ４２に伝送される。伝送された計測データをコンピュータ４２で演算・解析し、吹付けノズル９のトンネル長手方向位置を把握し、第１ジャッキ５３を伸縮させることによって吹付けノズル９のトンネル長手方向位置を吹付け開始点であるＣ点まで移動させる（Ｓ７）。
【００４８】
次に、吹付けノズル９と吹付け壁面間の吹付け距離６７が変位計測器５９で計測され（Ｓ２）、計測データはコンピュータ４２に伝送される。伝送された計測データをコンピュータ４２で演算・解析し、解析結果を基に第２ジャッキ６０をトンネル内壁面に対して垂直方向に伸縮させ、設定した吹付け距離６７に移動させる（Ｓ９）。前記吹付け距離６７の計測は変位計測器５９に代えて超音波式変位センサ６３を用いてもよい。
【００４９】
次に、吹付け材料をフィードバック制御する仕組みについて説明する。
【００５０】
まず、あらかじめ吹付けに関する各種設定値として、吹付け厚６１、吹付け完了面７１、吹付け材料の種類及び混合比率、水の注入量、吹付け材料の攪拌状況（ミキサー１１の回転速度・攪拌時間）、吹付け材料の吐出圧力・流量、吹付け材料の吐出密度・水分、圧縮空気の吐出圧力・流量、吹付けノズルの種類・開度、吹付け機８の移動速度、吹付けノズル９の移動速度、吹付け距離６７を設定する（Ｓ１）。
【００５１】
前記設定された吹付け材料及び混合比率を基に、各種吹付け材料の吐出量が電磁バルブ１９、２１及び２３の開度によって調整される（Ｓ２０）。前記吹付け材料の吐出量は流量計２０、２２及び２４により計測され、計測データはコンピュータ４２に伝送される。伝送された計測データはコンピュータ４２で演算・解析され、吐出量が設定値でない場合は、設定値となるようにフィードバック制御で電磁バルブ１９、２１及び２３の開度を再調整する（Ｓ２１）。前記材料タンク１２、１３及び１４から吐出された各種吹付け材料は、下方に設置してあるホッパー１５からミキサー１１に供給される。
【００５２】
同様に、あらかじめ設定された水の供給量を基に、電磁バルブ２６の開度を調節しホッパー１５に水を供給する（Ｓ２２）。この供給量を流量計２７により計測し、計測データはコンピュータ４２に伝送される。伝送された計測データはコンピュータ４２で演算・解析され、水の供給量が設定値でなかった場合は設定値となるようにフィードバック制御によって電磁バルブ２６の開度が再調整される（Ｓ２３）。
【００５３】
次に、ミキサー１１に投入された各種吹付け材料は設定された回転速度及び攪拌時間で攪拌される（Ｓ２４）。あらかじめ設定された吹付け材料の吐出圧力・吐出流量となるように電動機２８の回転制御を行い（Ｓ２５）、吹付け材料はミキサー１１下部の図示しない開閉装置により図示しない蓋が開放され、圧送ポンプ１０に投入される（Ｓ２６）。吐出圧力は圧力計３１で、吐出流量は流量計３２で計測され、計測データはコンピュータ４２に伝送され演算・解析される。解析結果を基に、吹付け材料の吐出圧力と吐出流量が設定値でない場合、設定値となるようにフィードバック制御にて電動機２８の回転数は再調整される（Ｓ２７）。設定値であった場合は、さらにＲＩ密度水分計３３にて材料吐出密度及び水分を計測し（Ｓ３０）、計測した材料吐出密度及び水分が設定値と異なる場合は水量・遅延材の確認と変更を行い（Ｓ３１）、設定値と等しい場合は吹付け材料は材料ホース３０から吹付け管３４を経て吹付けノズル９に供給される。
【００５４】
なお、吹付け材料の種類によっては、ミキサー１１に投入する各種材料や水の供給順序を適宜設定する場合がある。
【００５５】
次に、圧縮空気のフィードバック制御の仕組みについて説明する。
【００５６】
エアーコンプレッサ１６で圧縮された圧縮空気があらかじめ設定された吐出圧力及び吐出流量となるように、圧力調整器１７の圧力と電磁バルブ３７の開度が調節される（Ｓ２８）。前記吐出圧力及び吐出流量は圧力調整器１７の図示しない圧力計及び流量計を用いて測定され、計測データはコンピュータ４２に伝送される。伝送された計測データはコンピュータ４２により演算・解析され、圧縮空気の吐出圧力と吐出流量の解析結果が設定値でない場合、設定値となるようフィードバック制御により圧力調整器１７の圧力と電磁バルブ３７の開度が再調整される（Ｓ２９）。設定値の場合、圧力調整器１７から吐出した圧縮空気はエアホース３６からエアー管３５を経て吹付け管３４に供給される。同様に吹付け管３４に供給された前記吹付け材料が、前記圧縮空気の吐出圧力により吹付けノズル９からトンネル内壁面のセグメント２に吹付けられる（Ｓ１１）。
【００５７】
その後、吹付け材料を吹付けながら第１ジャッキ５３はあらかじめ設定された移動速度で伸縮し、吹付けノズル９をトンネルの長手方向Ｃ点からＤ点に移動させる。吹付けノズル９がＤ点に達したら、電動機４９を駆動し吹付け機８をトンネル周方向にＢ点に向かって所定位置まで、設定された移動速度で移動させる。さらに、設定された移動速度で第１ジャッキ５３を伸縮し、吹付けノズル９をトンネル長手方向Ｄ点からＣ点まで移動させながら吹付けを行う。
【００５８】
前記吹付け手順が繰り返され、吹付け範囲（▲１▼Ａ点からのトンネル内壁面への垂線とトンネル内壁面との交点を通りトンネル長手方向に平行な直線、▲２▼Ｂ点からのトンネル内壁面への垂線とトンネル内壁面との交点を通りトンネル長手方向に平行な直線、▲３▼Ｃ点を通りトンネル周方向に平行な面とトンネル内壁面との交線、▲４▼Ｄ点を通りトンネル周方向に平行な面とトンネル内壁面との交線、で囲まれたトンネル内壁面部分）が吹付けられる。
【００５９】
なお、前記吹付け範囲を吹付ける作業を途中で中断することも、連続して吹付けることも可能である。
【００６０】
前記吹付け範囲の吹付けが完了した後、収納ボックス６２の蓋６４が図示しない駆動装置で開放され、前記吹付け範囲を超音波式変位センサ６３にて吹付け厚が計測される（Ｓ１２）。計測データはコンピュータ４２に伝送され演算・解析した結果吹付け厚が設定吹付け厚６１に達していない場合は、該当箇所は再度吹付けが行われる。不足している厚さ、不足位置、及び不足範囲を検出し（Ｓ１５）、さらに不良範囲が前記吹付け範囲の一部か全体かを判断し（Ｓ１６）、全体の場合は監視員があらかじめ設定されていた前記各種設定値Ｑをコンピュータ４２のディスプレイ上で確認し適宜設定を変更した上で（Ｓ３２）、再度吹付け範囲全体の吹付けを行う。不良範囲が前記吹付け範囲の一部の場合、吹付け流量とノズル移動速度を変更し（Ｓ１７）、吹付け機８の移動ステップ（Ｓ５）から再度不足範囲の吹付けを行う。なお、前記各種設定値Ｑの変更は、コンピュータ４２で自動的に行ってもよい。
【００６１】
吹付け厚が設定吹付け厚６１に達した場合は、吹付け機８をＡ点またはＢ点に移動し、電動機６９を駆動させてコテ７０を吹付け面と垂直となる位置まで移動させる。その後、電動機４９を駆動し、コテ７０を搭載した吹付け機８をトンネル周方向のＡ点からＢ点間を設定した移動速度で移動させ、吹付け面のコテ仕上げを行う（Ｓ１３）。
【００６２】
コテ仕上げが完了したら、収納ボックス６２の蓋６４を図示しない駆動装置で開放し、前記吹付け範囲を超音波変位センサ６３にて吹付け完了面７１を計測し、計測データはコンピュータ４２に伝送される。伝送されたデータはコンピュータ４２で演算・解析され、設定された吹付け完了面に適正かどうかの判断が行われる。前記計測吹付け完了面７１が設定吹付け完了面に不足していた場合、不足している厚さ、不足範囲及び不足位置の検出が行われ（Ｓ１５）、さらに、不良範囲が前記吹付け範囲の全体か一部かの判断が行われ（Ｓ１６）、全体の場合はあらかじめ設定されていた前記各種設定値Ｑを監視員がコンピュータ４２のディスプレイ４３上で確認し適宜設定を変更した後（Ｓ３２）、再度吹付け範囲全体の吹付けが行われる。不良範囲が前記吹付け範囲の一部の場合、吹付け流量とノズル移動速度が変更され（Ｓ１７）、吹付け機８の移動ステップ（Ｓ５）より再度不足範囲の吹付けが行われる。
【００６３】
前記吹付け完了面７１が適正だった場合は、今回の吹付けで設定値Ｑを変更したかどうかを判断し（Ｓ１８）、変更していないかまたは吹付け不良範囲が全体だった場合は、移動台車を切羽側の次の吹付け位置に移動させ（Ｓ３）、前記吹付け手順を繰り返す。吹付け不良範囲が一部の場合は、各種設定値Ｑを初期値に戻し（Ｓ１９）、各種設定値Ｑの設定（Ｓ１）から処理を行う。
【００６４】
なお、吹付けを行いながら吹付け厚を計測することもできるが、吹付けのリバウンド材から超音波式変位センサ６３を保護するために、吹付け範囲の吹付けが完了してから計測を行うのが好ましい。
【００６５】
また、本実施の形態では、吹付け位置の計測を、エンコーダ５２や変位計測器５９、６６で行ったが、超音波式変位センサ６３を用いて計測してもよい。この場合は、吹付け範囲内の計測目標である吹付け管３４を視認できる場所に超音波式変位センサ６３を固定し、吹付け位置の計測を自動的に連続計測する。
【００６６】
さらに、制御方法としては、ファジィ制御、ＰＩＤ制御及びＡＩ制御など制御方法の制約はない。また、自動制御としても、手動制御としてもよい。
【００６７】
［発明の実施の形態２］
本発明の実施の形態２について、図６〜図９を用いて説明する。図６は実施の形態２におけるトンネル長手方向断面図、図７はトンネル周方向断面図、図８は吹付け機１００の図７のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図９は吹付け機１００の図８のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【００６８】
実施の形態１では、材料台車１８がミキサー１１の上方に配置されホッパー１５が材料台車１８とミキサー１１の間に設けられていたが、実施の形態２では、レール６に設置した材料台車１８はミキサー１１の立坑側後方に配置され、材料台車１８とミキサー１１は吹付け材料の搬送管である搬送装置１０１でつながれている。また、吹付け台車３の形状が実施の形態１とは異なっており、吹付け台車３の走行軌条７がトンネル内壁面と常に等距離となるような形状となっている。
【００６９】
以下、図８を用いて吹付け機１００を説明する。実施の形態１では、吹付けノズル１４のトンネル長手方向の進退動を第１ジャッキ５３を用いて行ったが、実施の形態２では第１ジャッキ５３の代わりにウオーム１０２を用いる。なお、本実施の形態では吹付け距離６７が常に一定のため、吹付けノズル９をトンネル内壁面に対して垂直に進退動させる機能は有しておらず、吹付け距離６７の計測器を設置していない。また、仕上げ装置６８を有していない。
【００７０】
吹付け台車３のリブ１０３の外周側に固定歯車１０４が設けられ、この固定歯車１０４と吹付け機１００に設けられている稼働歯車１０５が噛み合わされ、さらにリブ１０３の内周側にはタイヤ１０６が設けられている。固定歯車１０４とタイヤ１０６にてリブ１０３は挟み込まれている。また、タイヤ１０６はフレーム１０７に回転可能に軸支されている。フレーム１０７に固着した電動機１０８の駆動歯車１０９と支持歯車１１０は回転可能に噛合され、この支持歯車１１０と稼働歯車１０５は係着されている。前記電動機１０８を動かすことにより、前記吹付け機１００は吹付け台車３上の走行軌条７をトンネル周方向に沿ってＡ点からＢ点まで走行する。限界点であるＡ点及びＢ点には図示しないリミットスイッチが設置されている。
【００７１】
また、電動機１０８の駆動歯車１０９にはトンネルの周方向位置計測用のエンコーダ１１１が噛合されている。フレーム１０７に固定された電動機１１２の駆動歯車１１３とウオーム１０２は回転可能に噛合されている。ウオーム１０２の両端はフレーム１０７に回転可能に軸支されており、ウオーム１０２とウオームボックス１１４は回転可能に噛合されている。また、吹付け管１１５及びエアー管１１６はウオームボックス１１４に貫通させ固定されており、吹付け管１１５の先端には吹付けノズル１１７が取り付けられている。電動機１１２を回転させると実施の形態１と同様に前記吹付けノズル１１７がトンネル長手方向にＣ点からＤ点間を移動する。限界点であるＣ点及びＤ点にはリミットスイッチが設置されている。電動機１１２の駆動歯車１１３にはトンネル長手方向の位置計測用のエンコーダ１１８が噛合されている。このエンコーダ１１８を複数個設けて測定精度を上げてもよい。
【００７２】
他の構成及び作用は、実施の形態１と同様であるので重複した説明を省略する。
【００７３】
［発明の実施の形態３］
実施の形態３について図１０、図１１に基づいて説明する。
【００７４】
吹付けノズルは、実施の形態１ではトンネル長手方向と、トンネル内壁面に対して垂直方向に進退動可能であり、実施の形態２ではトンネル長手方向に進退動可能であったが、実施の形態３はトンネル長手方向の動きに加えトンネル内壁面に対して平行に回転運動を行う。円運動をさせながら吹付けを行うことによって、より均一な吹付けが可能となるばかりでなく、吹付け面を滑らかに仕上げることができる。
【００７５】
図１０は、本実施の形態における吹付け機２００の上面図、図１１は図１０のＥ−Ｅ線に沿う吹付け機２００の上端部分断面図である。
【００７６】
ウオームボックス２０１の上部に台座２０２が設置されている。台座２０２に支持軸２０３が固定され、この支持軸２０３と回転可能に２対のウオームホイル２０４が軸支されている。２対のウオームホイル２０４から等距離かつウオームホイル２０４の中心からトンネル内壁面に向かって距離ｒの位置に支持軸２０５が回転可能に軸支され、この支持軸２０５にクランク２０６が固定されており、このクランク２０６のほぼ中心位置に吹付け管２０７とエアー管２０８が固定部材２０９で固定されている。さらに、クランク２０６のほぼ中心位置に超音波式変位センサ２１０を収納した収納ボックス２１１が固定されている。台座２０２には電動機２１２が固定され、ウオーム２１３の一端はこの電動機２１２と固着され他の一端は台座フレーム２１４に回転可能に軸支されている。また、ウオーム２１３とウオームホイル２０４は回転可能に噛み合わされており、台座フレーム２１４と台座２０２は固着されている。
【００７７】
電動機２１２を回転させることにより、ウオーム２１３が回転する。これに伴って２対のウオームホイル２０４が回転して支持軸２０５が回転半径ｒで回転し、クランク２０６が平行リンク運動を行う。この運動に伴って、クランク２０６に固定された吹付け管２０７、エアー管２０８及び超音波式変位センサ２１０が回転半径ｒの回転軌跡２１５を描いて円運動を行う。直接円運動を行わせず平行リンク運動を円運動に変換する仕組みとすることによって、エアー管２０８、吹付け管２０７等の配管が捻れたり絡まったりするのを防ぐことができる。
【００７８】
他の構成及び作用は、実施の形態１と同様であるので重複した説明を省略する。
【００７９】
なお、以上の実施の形態においては、トンネルを構築しながら吹付ける形態で説明を行ったが、既に道路や鉄道等に使用されているトンネルに本発明を使用することも可能である。
【００８０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、トンネル内壁面に吹付け材料を吹付けるトンネル内吹付け装置であって、前記トンネル内壁面より内側にトンネル周方向に沿って形成された走行軌条を備えトンネル長手方向に移動自在の吹付け台車と、該吹付け台車に搭載され前記走行軌条に沿って歯車機構を介して所定移動範囲内でトンネル周方向回りに走行自在の吹付け機を有し、該吹付け機には吹付け面である前記トンネル内壁面に対して垂直に位置した吹付けノズルとが設けられ、該吹付けノズルがトンネル長手方向に所定幅平行移動可能であり、前記吹付け機には、そのトンネル周方向の位置を計測するエンコーダが設けられていることを特徴とするので、パネルをトンネルに張り付ける作業に比較して作業スペースや時間をとることなく供用中のトンネルにおいても安全、効率的に作業を行うことが可能となる。また、作業に必要な材料を車両で運搬・搬入する量がパネルに比べて少ないため、交通渋滞を緩和し周辺環境の悪化を防ぐことができる。さらに、吹付けノズルをトンネル内壁面に対して垂直に保ったままトンネル長手方向に一定幅進退動しながら吹付けを行うことができるので、均一な吹付けが可能となる。
また、前記吹付けノズルが前記トンネル内壁面に対して垂直方向に進退動可能であり、吹付け距離を計測するための変位計測器で計測される変位量に基づいて前記吹付けノズルを進退動させることにより、前記トンネル内壁面からの距離を一定に保つようにしたことを特徴とするので、吹付けノズルとトンネル内壁面間の距離が一定でない場合も、吹付けノズルをトンネル内壁面に対して垂直に動かして位置調節することで、吹付け距離を一定に保つことができる。
さらに、前記吹付けノズルの吹付け口が、前記トンネル内壁面に対して平行に円運動可能であることを特徴とするので、より均等な吹付けが可能となり、吹付け厚を一定にすることが容易となる。
【００８１】
請求項２に記載の発明によれば、前記吹付けノズルの吹付け口の円運動が、平行リンク運動を円運動に変換する仕組みによるものであることを特徴とするので、請求項１の効果に加えて、エアー管、吹付け管等の配管の捻れや絡まりを防ぐことができる。
【００８２】
請求項３に記載の発明によれば、前記吹付け機には、前記吹付け材料の吹付け後の吹付け面のコテ仕上げを行う仕上げ装置を設置し、前記仕上げ装置には、コテ部材が可動自在に設けられ、該コテ部材は、前記吹けノズルからの吹付け材料の吹付け時には吹付け範囲から待避され、吹付け面仕上げ時には前記吹付け範囲内まで移動して該コテ部材により前記吹付け面をならしてコテ仕上げを行うようにしたことを特徴とするので、請求項１または２の効果に加えて、吹付け厚を一定にすることを容易にし、さらに吹付け面を滑らかに仕上げることが可能となるとともに、コテ部材が障害とならずに良好な吹付けを行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１に係るシールドトンネルの長手方向断面図である。
【図２】同実施の形態に係るシールドトンネルの周方向断面図である。
【図３】同実施の形態に係る吹付け機８の図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。
【図４】同実施の形態に係る吹付け機８の図３のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。
【図５】同実施の形態に係るトンネル内吹付け制御フロー図である。
【図６】    実施の形態２に係るシールドトンネルの長手方向断面図である。
【図７】同実施の形態に係るシールドトンネルの周方向断面図である。
【図８】同実施の形態に係る吹付け機１００の図７のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。
【図９】同実施の形態に係る吹付け機１００の図８のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。
【図１０】実施の形態３に係る吹付け機２００の上端部分の上面図である。
【図１１】同実施の形態に係る吹付け機２００の上端部分の図１０のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。
【符号の説明】
１      シールドトンネル              ２      セグメント
３      吹付け台車                    ４      ずり鋼車
５      鋼材                          ６      レール
７      走行軌条                      ８      吹付け機
９      吹付けノズル                  １０    圧送ポンプ
１１    ミキサー                      １２    材料タンク
１３    材料タンク                    １４    材料タンク
１５    ホッパー                      １６    エアーコンプレッサ
１７    圧力調整装置                  １８    材料台車
１９    電磁バルブ                    ２０    流量計
２１    電磁バルブ                    ２２    流量計
２３    電磁バルブ                    ２４    流量計
２５    水管                          ２６    電磁バルブ
２７    流量計                        ２８    電動機
２９    吐出口                        ３０    材料ホース
３１    圧力計                        ３２    流量計
３３    ＲＩ密度水分計                ３４    吹付け管
３５    エアー管                      ３６    エアーホース
３７    電磁バルブ                    ３８    エンコーダ
３９    制御盤                        ４０    電線
４１    制御室                        ４２    コンピュータ
４３    ディスプレイ                  ４４    リブ
４５    固定歯車                      ４６    稼働歯車
４７    タイヤ                        ４８    フレーム
４９    電動機                        ５０    駆動歯車
５１    支持歯車                      ５２    エンコーダ
５３    第１ジャッキ                  ５４    ジャッキボックス
５５    固定ボックス                  ５６    振れ止め材
５７    摺動バー                      ５８    スライド部材
５９    変位計測器                    ６０    第２ジャッキ
６１    吹付け厚                      ６２    収納ボックス
６３    超音波式変位センサ            ６４    蓋
６５    リバウンド受け                ６６    変位計測器
６７    吹付け距離                    ６８    仕上げ装置
６９    電動機                        ７０    コテ
７１    吹付け完了面                   １００  吹付け機
１０１  搬送装置                       １０２  ウオーム
１０３  リブ                           １０４  固定歯車
１０５  稼働歯車                       １０６  タイヤ
１０７  フレーム                       １０８  電動機
１０９  駆動歯車                       １１０  支持歯車
１１１  エンコーダ                     １１２  電動機
１１３  駆動歯車                       １１４  ウオームボックス
１１５  吹付け管                       １１６  エアー管
１１７  吹付けノズル                   １１８  エンコーダ
２００  吹付け機                       ２０１  ウオームボックス
２０２  台座                           ２０３  支持軸
２０４  ウオームホイル                 ２０５  支持軸
２０６  クランク                       ２０７  吹付け管
２０８  エアー管                       ２０９  固定部材
２１０  超音波式変位センサ             ２１１  収納ボックス
２１２  電動機                         ２１３  ウオーム
２１４  台座フレーム                   ２１５  回転軌跡
【図１】
0004646466.tif 000002
【図２】
0004646466.tif 000003
【図３】
0004646466.tif 000004
【図４】
0004646466.tif 000005
【図５】
0004646466.tif 000006
【図６】
0004646466.tif 000007
【図７】
0004646466.tif 000008
【図８】
0004646466.tif 000009
【図９】
0004646466.tif 000010
【図１０】
0004646466.tif 000011
【図１１】
0004646466.tif 000012