(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
架台上に設けられた軌道上を、吹付台車ユニットに設けられた走行車体により所定の吹付位置に走行させて移動配置し、前記走行車体に支持され、トンネル内周面に沿うガイドリング上で吹付ノズルを移動させながら該吹付ノズルからコンクリートを吹き出してトンネル壁面を覆工し、
覆工作業をしていない時には、前記ガイドリングを前記架台よりも上方に収納した状態にしておくことを特徴とするトンネル壁面の覆工方法。
【請求項２】
トンネルを掘削した後のトンネルの掘削壁面を吹付けコンクリートにより覆工するトンネルのコンクリート吹付け装置であって、
前記コンクリート吹付け装置は、架台の上面でトンネルの延長方向に設けられた軌道上を移動する走行車体と、該走行車体に支持されてトンネルの内周面に沿う曲線状をなしていてトンネルの周方向に伸縮自在な伸縮アームを備えたガイドリングと、該ガイドリング上を移動する吹付けノズルと、を備える吹付け台車ユニットを装備していることを特徴とするトンネルのコンクリート吹付け装置。
【請求項３】
請求項２記載のトンネルのコンクリート吹付け装置において、前記ガイドリングは、鉛直方向の軸線を中心として回転可能となっており、前記架台に収納されている際には、ガイドリングをトンネル延長方向に向けるとともに、吹付け作業時には、ガイドリングをトンネル断面方向に向けていることを特徴とするトンネルのコンクリート吹付け装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載のトンネルのコンクリート吹付け装置において、前記吹付け台車ユニットは、対をなすアウトリガーを備えていることを特徴とするトンネルのコンクリート吹付け装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
トンネル掘削におけるトンネルの掘削壁面に対してコンクリートを吹き付けるトンネル壁面の覆工方法及びトンネルのコンクリート吹付け装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネルにおける吹付けコンクリート工法は、掘削壁面の凹凸の円滑化や、亀裂及び節理等の境界面の保護、岩盤の吸水膨張や風化作用、及び化学的変化に対する防護膜等、トンネルの掘削壁面に対して効果的に作用するとともに、型枠を用いることなく短時間で高強度が得られることから、トンネルの覆工として多くの現場で適用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、今後吹付けコンクリートの品質管理の面においては、従来と同程度、あるいはより精度の高いものが要求されつつある。例えば、作業スペースの限られたＴＢＭ（全断面機械式トンネル堀進機）掘削についても同様であり、品質管理とともに、定量的な吹付け工程の実施が必要とされてきている。
【０００４】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、人力補助を低減するとともに、吹き付けコンクリートの定量的で均一な品質を確保することが可能で、かつトンネル掘削におけるトンネルの掘削工程から覆工、二次覆工等、次工程への移動時間を短縮することが可能な、トンネル壁面の覆工方法及びトンネルのコンクリート吹付け装置を提供することを目的としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、架台上に設けられた軌道上を、吹付台車ユニットに設けられた走行車体により所定の吹付位置に走行させて移動配置し、前記走行車体に支持され、トンネル内周面に沿うガイドリング上で吹付ノズルを移動させながら該吹付ノズルからコンクリートを吹き出してトンネル壁面を覆工し、覆工作業をしていない時には、前記ガイドリングを前記架台よりも上方に収納した状態にしておくことを特徴としている。
【０００６】
請求項２の発明は、トンネルを掘削した後のトンネルの掘削壁面を吹付けコンクリートにより覆工するトンネルのコンクリート吹付け装置であって、前記コンクリート吹付け装置は、架台の上面でトンネルの延長方向に設けられた軌道上を移動する走行車体と、該走行車体に支持されてトンネルの内周面に沿う曲線状をなしていて、トンネルの周方向に伸縮自在な伸縮アームを備えたガイドリングと、該ガイドリング上を移動する吹付けノズルと、を備える吹付け台車ユニットを装備していることを特徴としている。
【０００７】
請求項３の発明は、前記ガイドリングが、鉛直方向の軸線を中心として回転可能となっており、前記架台に収納されている際には、ガイドリングをトンネル延長方向に向けるとともに、吹付け作業時には、ガイドリングをトンネル断面方向に向けていることを特徴としている。
【０００８】
請求項４の発明は、前記吹付け台車ユニットが、対をなすアウトリガーを備えていることを特徴としている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るトンネルのコンクリート吹付け装置の実施形態について、図１〜図４を用いて説明する。
本発明では、トンネル掘削機としてＴＢＭを用いており、その主要な部分としては、ローラカッタ３を有するカッタヘッド４と、その後方にありメイングリッパが備えられたメインビーム５と、前記カッタヘッド４の直後で略円筒状に配置されたサイドポート、ルーフサポート、バーチカルシューからなるサポート２とで構成されている。このトンネル掘削機１のメインビーム５の後方には、覆工作業に用いられる架台６と、その後方に掘削機駆動用の諸設備や各種制御装置を搭載する後続台車１６が順次連結されている。該架台６の上面には軌道７が設けられており、この軌道７上には吹付け台車ユニット８が載置されている。
以下、前記トンネル掘削機１の掘進方向を「前」、その逆方向を「後」と称することとする。
【００１３】
前記吹付け台車ユニット８は、走行車体９と、ガイドリング１０と、吹付けノズル１１と、対をなすアウトリガー１２と、を備えている（図１参照）。走行車体９には、その下端部に車輪１３が備えられており、トンネル掘削機１のメインビーム５に連結された架台６の上面に設けられた軌道７に沿って、前記吹付け台車ユニット８をトンネルの延長方向に前後に移動することを可能にするものである（図３参照）。
【００１４】
該走行車体９の上部には、鉛直軸方向を中心軸Ｉとして平面的に回転自在な円柱状の回転機構１４が備えられており、該回転機構１４の上端には前記ガイドリング１０が、その外周面をトンネルの掘削壁面に向けて載置されている。該ガイドリング１０は、前記トンネル掘削機１のサポート２よりも径が小さく、天端より左右にそれぞれ６０°の範囲を有する上方に凸状の円弧形状となっている。このようなガイドリング１０の両端部１０ａ、１０ｂには、該ガイドリング１０と同様の半径を有する外側に凸状の円弧形状の伸縮アーム１５が格納されている。この伸縮アーム１５は、トンネルの周方向に沿って伸長させることが可能であり、最大で前記回転機構１４による支持点Ａから左右にそれぞれ１５０°の範囲まで拡張することが可能となっている（図２参照）。
【００１５】
なお、該ガイドリング１０が支持されている前記回転機構１４の中心軸Ｉは、ガイドリング１０の中心点を通る鉛直軸と同一軸であり、回転機構１４が平面的に回転することによって、ガイドリング１０も回転機構１４の中心軸Ｉを中心点を通る鉛直軸と見立てて、平面方向に回転自在となるものである。
また、該ガイドリング１０の外形状である円弧の中心点は、トンネルの内周面の円弧中心と一致する。
【００１６】
また、該ガイドリング１０の外周面には、アーム１１ａと、吹き付けノズル本体１１ｂと、を備える吹付けノズル１１が設置されている。該吹付けノズル１１は、ガイドリング１０、及び前記伸縮アーム１５の外周面を自在に移動するもので、ガイドリング１０に対して垂直に設けられたアーム１１ａの先端に吹付けノズル本体１１ｂを備えている。このような構成により、該吹付けノズル本体１１ｂは、トンネルの掘削壁面に対して常に一定の距離を保つとともに、一定の角度を保って吹付けコンクリートを噴出することとなる。
【００１７】
このように、吹付けノズル１１は前記ガイドリング１０、及び前記伸縮アーム１５の外周面を自在に移動することにより、前記吹付け台車ユニット８が前記架台６の上部に位置しながら、トンネルの掘削壁面の上半だけでなく下半に至るまで吹付けコンクリートの打設を行うものである。これらは、前記ガイドリング１０の伸縮アーム１５が格納されている状態では、トンネルの天井面より左右に約６０°の範囲に対して吹付けコンクリートの打設が可能であり、伸縮アーム１５を伸長させた場合には、天井面より左右に約１５０°の広い範囲に対して吹付けコンクリートの打設を行うことが可能となる（図４（ｂ）参照）。
【００１８】
なお、前記６０°や１５０°という角度は、特に限定されたものではなく、基本的に伸縮前のガイドリング１０は、トンネルの延長方向で架台６に引っ掛からずに回転できるようになっている角度でなければならず、そのときの最大吹き付け角度が６０°以上になっていれば好ましいが、これ以下でもアーム１１ａの伸縮量を伸ばすことにより、最終的には左右１５０°程度の吹付け範囲が確保できれば差し支えない。
【００１９】
一方、前記走行車体９の側面には、対をなすアウトリガー１２が取り付けられている。該対をなすアウトリガー１２は、通常はトンネルの延長方向に向けて並行に備えられているが、走行車体９に対して左右にそれぞれほぼ９０°回転することによりトンネルの断面方向に張り出して、吹付け作業を行う際の前記吹付け台車ユニット８が前記軌道７上で安定するよう支持するもので、転倒を防止する役割を果たすものである（図２、図４（ｂ）参照）。
【００２０】
なお、アウトリガー１２先端の架台６と当接するところを車輪にしているので、アウトリガー１２を張り出した状態で移動可能である。また、本実施の形態では、アウトリガー１２を水平にほぼ９０°回転させて張り出したが、特にこれに限定されるものではなく、上下方向の回転や、横方向に伸縮して張り出すようにしてもよい。
【００２１】
上述するような前記吹付け台車ユニット８は、吹付け作業を行わず収納されている状態では、前記対をなすアウトリガー１２をトンネルの延長方向に向けるとともに、前記ガイドリング１０もトンネル延長方向に向けた状態で前記架台６の上面で軌道７上に載置されている（図３参照）。
【００２２】
また、吹付け作業を行う際には、前記アウトリガー１２をトンネルの断面方向に向くよう回転させて前記吹付け台車ユニット８を軌道７上に支持するとともに、前記走行車体９の上部に位置する回転機構１４を平面的に９０°回転させることにより、前記ガイドリング１０をトンネルの断面方向に向くように回転させた状態となっている（図４（ｂ）参照）。
【００２３】
次に、本発明の覆工方法を示す。前記トンネル掘削機１によりトンネルの掘削を行い、覆工の作業領域に入った時点で、トンネル掘削機１の後部に連結されている前記架台６の上面に設けられた軌道７上において、吹付け台車ユニット８が収納位置から所望位置に達するよう、前記走行車体９によりトンネル延長方向で前後に移動させる（図３参照）。決定された位置で、トンネルの延長方向に向いていた前記対をなすアウトリガー１２を左右にほぼ９０°回転させて、トンネルの断面方向に張り出して前記吹付け台車ユニット８を前記軌道７上に安定させる。
【００２４】
この後、前記走行車体９の上面に取り付けられた回転機構１４を平面的に９０°回転させて、トンネルの延長方向に向いている前記ガイドリング１０をトンネルの断面方向に向ける。トンネルの周方向で吹付けコンクリートを打設したい範囲に応じて、該ガイドリング１０の左右の両端部１０ａ、１０ｂに格納された前記伸縮アーム１５をトンネルの周方向に伸長する（図４（ａ）、（ｂ）参照）。
【００２５】
これらの設定が終了した後に該ガイドリング１０の外周面に設けられた前記吹付けノズル１１により、トンネルの掘削壁面に吹付けコンクリートを打設する。該吹付けノズル１１は、ガイドリング１０及び伸縮アーム１５の外周面を自在に移動しながら、トンネルの掘削壁面に対して常に一定の角度を持って定量的にむらなく吹付けコンクリートを打設する。
【００２６】
打設作業が終了した際には、前記伸縮アーム１５を短縮してガイドリング１０に格納し、前記回転機構１４を平面的に９０°回転させて、該ガイドリング１０をトンネルの延長方向に向けるとともに、前記対をなすアウトリガー１２をトンネルの延長方向に向くようにほぼ９０°回転させて、以降のトンネルに係る覆工作業の支障をきたさない位置まで、前記走行車体９により軌道７上を移動し、前記吹付け台車ユニット８を収納する。
【００２７】
上述する方法によれば、前記吹付け台車ユニット８はトンネルの延長方向の前後に自在に移動することが可能であるとともに、吹付け作業を行わない収納時には、前記ガイドリング１０を平面的に回転させてトンネルの延長方向に向けておくことが可能なため、覆工作業に係る作業スペースの確保、及び見通しの確保を図ることが可能となる。
【００２８】
また、前記吹付け台車ユニット８は前記対をなすアウトリガー１２を備えているため、吹付け作業時の安定性を確保することが可能となるとともに、対をなすアウトリガー１２も平面的に回転させてトンネルの延長方向に向けておくことが可能なため、覆工作業に係る作業スペースの確保、及び見通しの確保を図ることが可能となる。
【００２９】
前記吹付けノズル１１は、前記ガイドリング１０の外周面に沿って移動することにより、トンネルの掘削壁面に対して常に一定角度、一定の距離で吹付けコンクリートを打設できるため、吹付けコンクリート厚の品質確保、定量的かつ最短でむらのない吹付けコンクリートの施工が可能となる。
【００３０】
さらに、前記ガイドリング１０の両端部には伸縮アーム１５が格納されて、最大で天端より左右にそれぞれ１５０°の範囲内を自在に伸縮するので、吹付けコンクリートの打設作業が、トンネルの掘削壁面を周方向に３００°程度まで可能となる。
このような前記吹付け台車ユニット８を備えるコンクリート吹付け装置は、吹付けに係る作業の多くを自動化できるため、掘削工程から一次覆工、二次覆工等、次工程への移動時間の短縮を図ることが可能となるとともに、吹付けコンクリートの定量的で均一な品質の確保を図ることが可能となる。
【００３１】
さらに、前記トンネル掘削機１による掘進速度に同調して前記吹き付け台車ユニ８とが後方に移動するような制御装置を付加することもできる。この装置をつければ、トンネル掘削を行うのと同時に吹き付けコンクリートが施工でき、この場合工期短縮に大きく寄与する。その他、本実施の形態では、架台６にはコンクリート吹き付けユニット８のみを搭載しているが、その他の機械、例えばロックボルト削孔機等の機械の配置を考慮することにより、併せて搭載してもよい。
【００３２】
また、本実施の形態では、トンネル掘削機１の後方に架台６が連結配置されているが、例えば、トンネル掘削機１として自由断面掘削機を用いる場合は、連結せずに後方に配置することもあり、トンネルワークステーションを用いる場合は、トンネルワークステーションが架台６になるが、これらの場合、架台６はそれ自体で移動できるように台車型になる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１記載のトンネル壁面の覆工方法によれば、架台上に設けられた軌道上を、吹付台車ユニットに設けられた走行車体により所定の吹付位置に走行させて移動配置し、前記走行車体に支持され、トンネル内周面に沿うガイドリング上で吹付ノズルを移動させながら該吹付ノズルからコンクリートを吹き出してトンネル壁面を覆工することから、人力補助を低減し、定量的で均一な品質の吹付けコンクリートによる覆工を実施することが可能となる。
また、覆工作業をしていない時には、前記ガイドリングを前記架台よりも上方に収納した状態にしておくことから、吹付け作業を行わない収納時には、場所をとらずその他覆工作業のための作業スペースの確保、見通しの確保が可能となる。
【００３４】
請求項２記載のトンネルのコンクリート吹付け装置によれば、トンネルを掘削した後のトンネルの掘削壁面を吹付けコンクリートにより覆工するトンネルのコンクリート吹付け装置であって、前記コンクリート吹付け装置は、架台の上面でトンネルの延長方向に設けられた軌道上を移動する走行車体と、該走行車体に支持されてトンネルの内周面に沿う曲線状をなしていて、トンネルの周方向に伸縮自在な伸縮アームを備えたガイドリングと、該ガイドリング上を移動する吹付けノズルと、を備える吹付け台車ユニットを装備していることから、人力補助を低減し、定量的で均一な品質の吹付けコンクリートによる覆工を実施することが可能となるとともに、吹付けに係る作業の多くを自動化できるため、掘削工程から一次覆工、二次覆工等、次工程への移動時間の短縮を図ることが可能となる。
また、ガイドリングがトンネルの周方向に伸縮自在な伸縮アームを備えることから、吹付け台車ユニットはトンネル掘削機の上面に有りながら、トンネルの下方壁面まで吹付け作業を行うことが可能となる。
【００３５】
請求項３記載のトンネルのコンクリート吹付け装置によれば、前記ガイドリングが、鉛直方向の軸線を中心として回転可能となっており、前記架台に収納されている際には、ガイドリングをトンネル延長方向に向けるとともに、吹付け作業時には、ガイドリングをトンネル断面方向に向けていることから、吹付け作業を行わない収納時には、場所をとらずその他覆工作業のための作業スペースの確保、見通しの確保が可能となる。
【００３６】
請求項４記載のトンネルのコンクリート吹付け装置によれば、前記吹付け台車ユニットが、対をなすアウトリガーを備えていることから、作業自体に安定性を持たせることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る吹付け台車ユニットの詳細を示す図である。
【図２】  本発明に係る吹付け台車ユニットの吹付け作業時の状態を示す図である。
【図３】  本発明に係る吹付け台車ユニットを装備したトンネル掘削機を示す図である。
【図４】  本発明に係る吹付け台車ユニットを装備したトンネル掘削機の吹付け作業時の状態を示す図である。
【符号の説明】
１  トンネル掘削機
２  サポート
３  ローラカッタ
４  カッタヘッド
５  メインビーム
６  架台
７  軌道
８  吹付け台車ユニット
９  走行車体
１０  ガイドリング
１０ａ  端部
１０ｂ  端部
１１  吹付けノズル
１１ａ  アーム
１１ｂ  吹付けノズル本体
１２  アウトリガー
１３  車輪
１４  回転機構
１５  伸縮アーム
１６  後続台車
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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