(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ライニング材料と急結剤とを混練りして得られた投射ライニング材をトンネルの中心位置から径方向に投射して、トンネル壁面に円弧状にライニング層を形成する本体を備えたトンネル用ライニング装置であって、
前記本体を、中心部に他の施工機械の収容スペースを設けた架台に傾動アームを介して支持させ、該傾動アームは、前記架台に前後動可能に設けられたスライダに連結され、使用時には該スライダを前進させて前記架台の前面から前方に突出した前記傾動アームによって前記本体をトンネルの中心位置に配置し、不使用時には前記スライダを後退させて前記本体を前記架台の近傍のトンネル壁面側に待避させるものとし、
前記本体は、ライニング材料と急結剤を供給する材料導入部と、ライニング材料に急結剤を加えて混練りする撹拌混合部と、混練りして得られた投射ライニング材をインペラでトンネルの掘削壁面に投射する回転投射部と、関連各部を回転駆動する回転駆動部と、前記傾動アームに連結して前記各部を支持する取付機構部とで構成され、
前記撹拌混合部は、略水平に配置した円錐台筒で撹拌混合室を形成させ、撹拌混合室内には円錐台筒の中心線に沿って配置した回転軸と、回転軸の外周から円錐台筒の内周近傍へ突出する複数の撹拌棒を設け、前記回転駆動部により前記円錐台筒を相対的に低速で前記回転軸及び撹拌棒を相対的に高速で同一方向へ回転させ、前記材料導入部を介して円錐台筒の小径端側から導入したライニング材料と急結剤を撹拌混合させると共に、混練りして得られた投射ライニング材を順次移送させて大径端側に配置した前記回転投射部へ排出させ、回転投射部を介してトンネルの掘削壁面に回転投射することを特徴とするトンネル用ライニング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コンクリート等のセメント系のライニング材でトンネルの掘削壁面をライニングするためのトンネル用ライニング装置に関し、特に小断面トンネルに適したトンネル用ライニング装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルの覆工法として、例えばＮＡＴＭ工法の場合には掘削壁面にライニング材料を吹き付けて一次覆工を行う吹き付け工法が採用されており、この吹き付け工法ではライニング材を圧縮空気と共にノズルから噴射して吹き付けているが、このエア圧送式の吹き付け工法は、施工能率が高い利点がある反面、壁面への付着が高速で衝撃的であることから、粉塵の発生やリバウンドが著しくて坑内環境を悪化する恐れがあると共に、吹き付け材料や混和材料の損失が大きいので付着効率が良い状態でライニングを行うことが困難であった。
【０００３】
そこで、上記問題を解決するべく、本件出願人は、先に特開平１０−２１９８号公報で開示されたトンネル用ライニング装置を始めとして、その後にも数種のライニング装置の提案を行ってきた。これらのライニング装置は、ライニング材をインペラ等の回転投射手段によって加速させて投射するようにしたものであり、圧縮空気を使用しないために上記の粉塵や騒音並びに跳ね返りを大幅に抑えることができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来のトンネル用ライニング装置では、本体を自走可能なベースマシンに保持させる構成としていたが、これは比較的大きな断面のトンネルに適合したものであり、小断面トンネルではドリルジャンボやずり搬出用の施工機械が邪魔になって切り羽側のライニング施工位置へ移動させることが面倒であり、施工効率が低下する不都合が生じる。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、余裕の少ない小断面トンネルにおいて他の施工機械が支障とならずにライニング工程とその前後の工程との間の移行を迅速に行うことが可能で、効率良く施工し得るように構成されたトンネル用ライニング装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明においては、ライニング材料と急結剤とを混練りして得られた投射ライニング材をトンネルの中心位置から径方向に投射して、トンネル壁面に円弧状にライニング層を形成する本体を備えたトンネル用ライニング装置において、前記本体を、中心部に他の施工機械の収容スペースを設けた架台に傾動アームを介して支持させ、該傾動アームは、前記架台に前後動可能に設けられたスライダに連結され、使用時には該スライダを前進させて前記架台の前面から前方に突出した前記傾動アームによって前記本体をトンネルの中心位置に配置し、不使用時には前記スライダを後退させて前記本体を前記架台の近傍のトンネル壁面側に待避させるものとし、前記本体は、ライニング材料と急結剤を供給する材料導入部と、ライニング材料に急結剤を加えて混練りする撹拌混合部と、混練りして得られた投射ライニング材をインペラでトンネルの掘削壁面に投射する回転投射部と、関連各部を回転駆動する回転駆動部と、前記傾動アームに連結して前記各部を支持する取付機構部とで構成され、前記撹拌混合部は、略水平に配置した円錐台筒で撹拌混合室を形成させ、撹拌混合室内には円錐台筒の中心線に沿って配置した回転軸と、回転軸の外周から円錐台筒の内周近傍へ突出する複数の撹拌棒を設け、前記回転駆動部により前記円錐台筒を相対的に低速で前記回転軸及び撹拌棒を相対的に高速で同一方向へ回転させ、前記材料導入部を介して円錐台筒の小径端側から導入したライニング材料と急結剤を撹拌混合させると共に、混練りして得られた投射ライニング材を順次移送させて大径端側に配置した前記回転投射部へ排出させ、回転投射部を介してトンネルの掘削壁面に回転投射するものとした。
【０００７】
これによると、中心部に設けられた他の施工機械の収容スペースを避けて本体を架台の近傍の壁面側に待避させることにより、他の施工機械が支障とならずに前工程からライニング作業に迅速に移行すると共に、作業が終了すると次工程に迅速に移行することが可能となり、施工効率を高めることができる。この場合、傾動アームの先端側で本体を傾動可能に保持するものとすると、傾動アームの角度に関わらずに本体の姿勢を適切に定めることができる。
【０００８】
前記ライニング装置における前記傾動アームは、先端に保持した前記本体を前後方向に移動させる伸縮アームを備えた構成を採ることができ、これによると、トンネルの軸線方向に所定の幅をもったライニング層を形成するにあたり、本体を円滑かつ手際良く前後方向に移動させることができ、その伸縮量を一回のライニング工程での施工量に対応して設定しておけば、施工効率をより一層高めることができる。
【０００９】
前記ライニング装置における前記架台は、発破工法においてシャフローダ等のずり積み込み装置の後方に据え付けられ、ずり積み込み時にはずり搬出用台車を下部に収容し、ライニング時には前方の前記ずり積み込み装置を下部に収容するトンネルワークステーションとする構成を採ることができ、これによると、施工効率をより一層高めることができる。この他、前記架台は、ドリフタ等のさく岩機を複数架装したドリルジャンボの架台でも可能である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明の構成を詳細に説明する。
【００１２】
図１は、本発明によるトンネル用ライニング装置を示している。ここでは、発破工法におけるライニング工程を示しており、ライニング材を投射する本体１が、トンネル内に据え付けられたトンネルワークステーション２のデッキ部に前後動可能に設けられたスライダ３と、このスライダ３に上下方向に傾動可能に連結された傾動アーム４と、この傾動アーム４に上下方向に傾動可能に連結された伸縮アーム５とを介して支持されている。
【００１３】
本体１は、図２に示すように、インペラ７の外周に巻き掛けられた無端ベルト８が複数のローラ９に案内されてライニング材の投射口１０が解放され、この投射口１０からインペラ７の回転力で加速されたライニング材を放出してトンネル壁面に向けてライニング材を投射するようになっており、ローラ９を枢着した取付板１１を回動させることにより投射口１０の位置、すなわちライニング材の投射方向を調整することができる。なお、この本体１の内部構造については後に詳述する。
【００１４】
スライダ３は、トンネルワークステーション２のデッキ部２ａに前後方向に延設されたガイドレール１３に案内されて前後動可能となっている。スライダ３の後部にはカウンターウエイトを兼用するホースターミナル１４が設けられている。スライダ３は、デッキ部２ａの後部に搭載されたスライダ駆動用の油圧モータ１５によりチェーンを介して牽引駆動される（図１参照）。
【００１５】
傾動アーム４は、基端をスライダ３の前部に枢着され、シリンダ１７により上下方向に傾動駆動される。伸縮アーム５は、内部に設けられたシリンダ１８により外筒１９に対して内筒２０を軸線方向にスライドさせるテレスコピック式のものである。伸縮アーム５は、外筒１９を傾動アーム４に枢支され、傾動アーム４の先端に設けられたシリンダ２１により上下方向に傾動駆動され、水平状態で先端に保持した本体１を前後方向に移動させることができる。伸縮アーム５の内筒２０の先端には本体１を上下に傾動可能に保持する保持部２２が設けられており、ここには本体１の姿勢を調整するシリンダ２３が設けられている。これらのシリンダ１７、１８、２１、２３並びに油圧モータ１５は、ワークステーション２に搭載された油圧ユニット２５で駆動される（図１参照）。
【００１６】
ライニングの際には、図１に示したように、スライダ３をデッキ部２ａの前端部に移動させ、傾動アーム４をワークステーション２の前面から前方に突出させて本体１をトンネルの中心のライニング施工位置に配置する。本体１には、ワークステーション２の坑口側に設置された図示しないライニング材料（コンクリート）並びに急結剤を圧送する供給源に端を発した各供給管２７，２８がそれぞれ接続される。
【００１７】
図３に示すように、本体１の投射口１０をライニングすべきトンネルの掘削壁面に向けて作動させると、所定の角度範囲内にコンクリートが投射されてコンクリートライニング層が所定の幅をもって形成される。そして取付板１１を回動させて投射角度を周方向に変化させることで、周方向に均一な厚さのコンクリートライニング層が得られる。図１に矢印で示したように、伸縮アーム５を動作させて本体１を前後方向に移動させると、トンネルの軸線方向に所定の幅をもった均一な厚さのライニング層が形成される。
【００１８】
なお、過大な余掘りで生じた掘削壁面の窪みに集中的に投射して表面を平滑に形成したり、地山が弱く崩落するおそれのある箇所にライニング層を部分的に厚く形成したりすることも可能である。また、支保工背面部や切羽の隅部に対しては、シリンダ２３を動作して本体１の姿勢を調整することで所望の方向にコンクリートを投射することができる。
【００１９】
さく岩並びにずり搬出の際には、図４に示すように、トンネルワークステーション２の前面に設けられたさく岩機３１や、切り羽側に移動されたずり積み込み用のシャフローダ３２の作業の支障とならないように、スライダ３を後退させて本体１をワークステーション２の近傍の上部壁面側に待避させる。このとき、傾動アーム４は、デッキ部２ａの上面のスライダ３の動作スペースに収容される。
【００２０】
トンネルワークステーション２は、四方に脚部２ｂを有し、ずり積み込み時には、デッキ部２ａの下側の左右の脚部２ｂ間にずり搬出用のシャットルカー３３が収容される。ずり搬出からライニング工程に移行する際には、シャットルカー３３を坑口側に移動させ、トンネルワークステーション２の下部にシャフローダ３２が収容される。
【００２１】
次に本ライニング装置の本体１の構成について詳細に説明する。本体１は、図５に示すように、コンクリート等のライニング材料ａと急結剤ｂを供給する材料導入部１Ａと、ライニング材料ａに急結剤ｂを加えて混練りする撹拌混合部１Ｂと、混練りして得られた投射ライニング材ｃをトンネルの掘削壁面に回転投射する回転投射部１Ｃと、関連各部を回転駆動する回転駆動部１Ｄと、傾動アーム４に連結して前記各部を支持する取付機構部１Ｅとで構成される。
【００２２】
材料導入部１Ａでは、図６に示すように、ライニング材料ａの導入管４２の軸心に急結剤ｂの導入管４３が同心状に配置され、急結剤の導入管４３内にはライニング材料の多寡に適合させた所定量の急結剤を分散状態で通過させる流量制御部材として管路内に回転するコイル材４６が設けられている。導入管４２，４３にはそれぞれライニング材料を圧送する材料供給管２７と、急結剤を圧送する急結剤供給管２８が接続される。
【００２３】
撹拌混合部１Ｂでは、略水平に配置した円錐台筒４５で撹拌混合室４４が形成され、この撹拌混合室４４内には円錐台筒４５の中心線に沿って配置した回転軸４８と、回転軸４８の外周から円錐台筒４５の内周近傍へ突出する複数の撹拌棒４９が設けられ、回転駆動部１Ｄにより円錐台筒４５を相対的に低速で、回転軸４８及び撹拌棒４９を相対的に高速で同一方向へ回転させ、材料導入部１Ａを介して円錐台筒４５の小径端側から導入したライニング材料と急結剤を撹拌混合させる。これにより混練りされた投射ライニング材を順次移送させて大径端側に配置した回転投射部１Ｃへ排出させて、回転投射部１Ｃを介してトンネルの掘削壁面に回転投射する。
【００２４】
回転投射部１Ｃは、複数の羽根板５０を備えたインペラ７と、投射口を解放する態様でインペラ７の外周に巻き掛けられる無端ベルト８と、無端ベルト８を案内する複数のローラ９とを備え、前記の通りローラ９を枢着した取付板１１を回転させることにより投射口１０の位置、すなわち投射方向Ｆが可変可能になっている。取付板１１は、支持筒５１に回転可能に支持された外側回転筒５２に一体に装着され、Ｖ溝５５、並びにＶベルト５６とプーリ５４とを介してモータ５３により回転駆動される（図５参照）。
【００２５】
回転駆動部１Ｄでは、撹拌混合部１Ｂの円錐台筒４５に連結させた内側回転筒５７と、撹拌混合部１Ｂの回転軸４８に連結させた中央回転筒５８とが、材料導入部１Ａを構成する導入管４２，４３の外周へ回転軸受け部材を介して同心状に配置され、これら各回転筒５７，５８はそれぞれ、動力伝動手段としてのＶ溝６４，６５、Ｖベルト６２，６３並びにプーリ６０，６１を介して各モータ６６，６７により回転駆動される（図５参照）。
【００２６】
取付機構部１Ｅでは、伸縮アーム５の先端に設けられたコ字形状の保持部２２に対する取付軸６０が支持筒５１の両側面から突出した態様で形成され、シリンダ２３のピストンロッドに対する取付孔６１を設けたブラケット６２が支持筒２３の上面に設けられている（図５参照）。
【００２７】
材料供給管２７を介して導入管４２に導入されたコンクリートなどのライニング材料ａは、混合撹拌室４４を形成する円錐台筒４５の小径側端部に順次押し出され、例えば１００〜２００ｒｐｍで回転する円錐台筒４５の内壁面に付着した後に、遠心力を受けた際にテーパ面に生ずる水平方向分力の作用で引き延ばされながら前進し、円錐台筒４５の大径側端部へ順次移送される。
【００２８】
また、急結剤供給管２８を介して導入管４３に急結剤ｂが導入されると、急結剤ｂは例えば６００〜７００ｒｐｍで回転される撹拌回転軸４８と連動回転するインペラ６４によって放射方向へ飛散され、円錐台筒４５の内壁面に付着しているライニング材料ａに分散状態で添加され、前進する途中で撹拌棒４９による撹拌混合を受けながら混練りされ、これで得られた急結性の投射ライニング材ｃは円錐台筒４５の大径側端部からインペラ７側へ順次送り出される。
【００２９】
混合撹拌室４４内における撹拌棒４９は、混合撹拌室４４を形成する円錐台筒４５の回転速度より高速で同方向へ回転させ、その速度差によって円錐台筒４５の内壁面に付着して展延状態で流動するライニング材料ａを掻き取るようにしながら急結剤ｂと混合撹拌させており、円錐台筒４５と撹拌棒４９の回転速度で混合撹拌室４４内でのライニング材料ａ又は投射ライニング材ｃの移動速度は決定され、この移動速度によって投射ライニング材ｃの性状を左右する混練り滞留時間が決定されるので、円錐台筒４５の回転速度を所望に制御すると共に、これに適合させて所望の混練り滞留時間が得られるように、撹拌回転軸４８による撹拌棒４９の回転速度を設定する。
【００３０】
混合撹拌室４４から送り出される投射ライニング材ｃは、回転する円錐台筒４５の遠心力を受けながら接線方向へ飛散され、無端ベルト８で囲まれたインペラ７の内面に付着されるが、円錐台筒４５より高速に撹拌回転軸４８と同速回転するインペラ７によって加速され、無端ベルト８により解放された投射口１０から、羽根板５０に押し出されるようにして投射方向Ｆへ回転投射させる（図７参照）。
【００３１】
なお、上記実施形態では、本体１をトンネルの上部壁面側に待避させる構成としたが、左右の側部壁面側に待避させる構成も可能である。また、発破工法における例を示したが、トンネルボーリングマシン工法にも同様に適用可能である。この場合、トンネルボーリングマシンの後方に据え付けられるトンネルワークステーションを架台として本体を支持させる構成とすれば良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したライニング装置の全体側面図である。
【図２】図１のライニング装置の斜視図である。
【図３】ライニング施工時における本体を正面から見た動作説明図である。
【図４】不使用時の状況を示す全体側面図である。
【図５】ライニング装置本体の側面図である。
【図６】ライニング装置本体の一部を断面にした側面図である。
【図７】図６のVII−VII断面を用いたライニング材料の混練り及び投射状態の動作説明図である。
【符号の説明】
１    本体
１Ａ  材料導入部、１Ｂ  撹拌混合部、１Ｃ  回転投射部、１Ｄ  回転駆動部、
１Ｅ  取付機構部
２  トンネルワークステーション、２ａ  デッキ部、２ｂ  脚部
３  スライダ
４  傾動アーム
５  伸縮アーム
７  （投射ライニング材投射用の）インペラ
８  無端ベルト
９  ローラ
１０  投射口
１１  取付板
１３  ガイドレール
１４  ホースターミナル
１５  油圧モータ
１７、１８、２１、２３  シリンダ
１９  外筒
２０  内筒
２２  保持部
２５  油圧ユニット
２７  ライニング材料供給管
２８  急結剤供給管
３１  さく岩機
３２  シャフローダ
３３  シャットルカー
４２  （ライニング材料ａの）導入管
４３  （急結剤ｂの）導入管
４４  撹拌混合室
４５  円錐台筒
４６  コイル材
４８  回転軸
４９  撹拌棒
５０  羽根板
５１  支持筒
５２  外側回転筒
５３，６６，６７  モータ
５５，６４，６５  Ｖ溝
５４，６０，６１  プーリ
５６，６２，６３  Ｖベルト
５７  内側回転筒
５８  中央回転筒
６０  取付軸
６１  取付孔
６２  ブラケット
６４  （急結剤飛散用の）インペラ
【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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【図７】
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