(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
セメントおよびベントナイトが設計量混合されてなる粉体材料と水に吸水性樹脂および急結剤が設計量溶解されてなる液体材料とを、トンネル坑外においてそれぞれ独立して生成するとともに、これらをトンネル坑内にそれぞれ移送し、
前記粉体材料と液体材料とをトンネル坑内において混合してグラウト材とし、生成したグラウト材をトンネル坑内からトンネル壁面に充填することを特徴とするグラウト材の充填方法。
【請求項２】
トンネル坑外に設置され、セメントおよびベントナイトを設計量混合させて粉体材料とする粉体材料製造部と吸水性樹脂および急結剤を水に設計量溶解させて液体材料とする液体材料製造部とが備えられた坑外製造部と、
トンネル坑内に設置され、前記粉体材料と液体材料とを混合してグラウト材を生成する坑内製造部と、
前記グラウト材をトンネル坑内からトンネル壁面に充填する充填部とを備えたことを特徴とするグラウト材の充填装置。
【請求項３】
請求項２に記載のグラウト材の充填装置であって、
前記坑内製造部を、前記坑外製造部とトンネル坑内との間で移動させる搬送機構を備えていることを特徴とするグラウト材の充填装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル壁面にグラウト材を充填するためのグラウト材の充填方法及び充填装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
補強のためにトンネル壁面に充填されるグラウト材は、セメントを含む複数の粉体を混合させた粉体材料と水に吸水性樹脂や急結剤等を溶解させた液体材料とを混合させたものである。すなわち粉体材料は吸水性樹脂や急結剤を含んだ液体材料と混合されることによって固化されるようになっている。このグラウト材をトンネル坑内の壁面に充填する方法としては、
・トンネル坑外にてグラウト材を生成し、このグラウト材を圧送ポンプによってトンネル坑内の充填されるべき部分に圧送し充填する方法（第１従来例）、
・トンネル坑外にて生成したグラウト材をトンネル坑内に運搬し充填する方法（第２従来例）、
・トンネル坑内に簡易製造プラントを設置しその場でグラウト材を製造・充填する方法（第３従来例）、
などが挙げられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、用いられるグラウト材がポリマー系グラウト材のように圧送抵抗の高いものである場合、上記各従来例においては、種々の問題点が挙げられる。すなわち、第１従来例においては、生成したグラウト材をトンネル坑外からトンネル坑内までの長い距離を圧送する必要があるが、圧送ポンプの圧送能力には限界があるので圧送距離を長く取ることができない。第２従来例においては、運搬時間・運搬設備面などの観点からコストが高くなってしまうとともに、作業効率も低下してしまう。さらに運搬中にグラウト材の凝固が開始され品質も低下してしまう。第３従来例においては、トンネル坑内にて材料の計量から製造までの全工程を行う必要があるため、狭いトンネル坑内で大量に施工する必要がある場合設備の大型化や工程の複雑化などが生じる。そのため、設備トラブルが発生しやすくなり作業効率が低下してしまう。さらに、鉄道など供用している状態のトンネル壁面に対するグラウト材の充填作業においては施工時間が短く制約されるため効率良く充填作業を行う必要がある。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、グラウト材の充填を効率良く安定して行うことができるグラウト材の充填方法及び充填装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明のグラウト材の充填方法は、セメントおよびベントナイトが設計量混合されてなる粉体材料と水に吸水性樹脂および急結剤が設計量溶解されてなる液体材料とを、トンネル坑外においてそれぞれ独立して生成するとともに、これらをトンネル坑内にそれぞれ移送し、前記粉体材料と液体材料とをトンネル坑内において混合してグラウト材とし、生成したグラウト材をトンネル坑内からトンネル壁面に充填することを特徴とする。
【０００６】
本発明によれば、粉体材料及び液体材料の生成はトンネル坑外にて効率良く行われるとともに、グラウト材はトンネル坑内にて生成される。したがって、グラウト材は生成された直後に品質を低下させること無く充填される。また、グラウト材が圧送される経路を短くすることができるので、充填部の負荷は低減され、充填作業は効率良く安定して行われる。
また、事前に処理できる工程をトンネル坑外にて行うことによってトンネル坑内での作業を低減させたことによりトンネル坑内における設備の大型化や複雑化は回避されるので作業効率は向上される。さらに、トンネル坑外と坑内とで材料製造工程を分割したことにより、トンネル坑内においてグラウト材の生成・充填作業を行いつつトンネル坑外において粉体材料及び液体材料を生成することができるので、グラウト材の連続的な製造・充填が可能となる。したがって作業効率は向上される。
【０００７】
本発明のグラウト材の充填装置は、トンネル坑外に設置され、セメントおよびベントナイトを設計量混合させて粉体材料とする粉体材料製造部と吸水性樹脂および急結剤を水に設計量溶解させて液体材料とする液体材料製造部とが備えられた坑外製造部と、トンネル坑内に設置され、前記粉体材料と液体材料とを混合してグラウト材を生成する坑内製造部と、前記グラウト材をトンネル坑内からトンネル壁面に充填する充填部とを備えたことを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、グラウト材を製造するための製造部を、坑外製造部と坑内製造部とに分離させた構成としたため、グラウト材は連続的に製造・充填される。また、固化しやすい状態のグラウト材の生成は、充填直前にトンネル坑内に設けられた坑内製造部によって行われるため、充填部の負荷は低減されるとともに、効率の良い安定した充填作業を行うことができる。
【０００９】
また、前記坑内製造部を、前記坑外製造部とトンネル坑内との間で移動させる搬送機構を備えさせたことにより、坑外製造部によって生成された粉体材料及び液体材料は安定して坑内製造部に供給されるとともに、効率の良い充填作業を行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態によるグラウト材の充填方法及び充填装置を図１、図２を参照して説明する。これらの図は本発明のグラウト材の充填装置の一実施形態を示す構成図であって、図１はトンネル坑外における構成図を、図２はトンネル坑内における構成図を示している。
【００１１】
図１において、坑外製造部Ａは、粉体材料製造部１０と液体材料製造部２０とを備えている。このうち粉体材料製造部１０は、粉体材料Ｆの原料であるセメント及びベントナイトをそれぞれ収容するセメント収容部１１及びベントナイト収容部１２と、これら各収容部１１、１２の出口部分に設けられたセメント計量部１３及びベントナイト計量部１４と、セメントとベントナイトとを混合するための粉体混合部１５と、粉体混合部１５によって混合された粉体材料Ｆを任意の場所に圧送する粉体圧送ポンプ１６とを備えている。
【００１２】
また、液体材料製造部２０は、液体材料Ｌの原料である吸水性樹脂や急結剤などを収容する急結剤収容部２１と、この急結剤などを自動的に水に溶解させる自動溶解部２２と、これら吸水性樹脂や急結剤や水などが設計配合で溶解されることにより得られた液体材料Ｌを一時的に貯蔵する液体材料貯蔵部２３とを備えている。
【００１３】
粉体材料製造部１０は、トンネル裏面に充填されるグラウト材（充填材料）のうち、粉体材料成分を生成するためのものであって、複数の粉体からなる原料を設計混合し所望の粉体材料Ｆを得るためのものである。この場合、粉体材料Ｆの原料はセメント及びベントナイトであって、これら粉体原料であるセメント及びベントナイトはそれぞれセメント収容部１１及びベントナイト収容部１２に収容されている。これら各収容部１１、１２は横型サイロによって構成されており、それぞれの粉体を投入するための入口部と、排出するための出口部とを備えている。
【００１４】
各収容部１１、１２の出口部には、セメント計量部１３及びベントナイト計量部１４が設置されており、各収容部１１、１２の出口部から排出された各粉体原料を受けるとともに、これらの粉体原料を所望の量だけ自動計量するようになっている。また、各計量部１３、１４は使用した粉体原料を自動的に記録するための自動記録計を備えているとともに計量された各粉体原料を下流側に排出するための出口部を備えている。
【００１５】
計量部１３、１４の下流側には粉体混合部１５が設けられている。この粉体混合部１５は複数の粉体原料を混合するためのものであって、この場合、所望の値に計量されたセメントとベントナイトとを混合するようになっている。そして、それぞれ最適に計量された粉体原料を混合することによって粉体材料Ｆが生成されるようになっている。また、粉体混合部１５の出口部には粉体圧送ポンプ１６が設けられており、粉体混合部１５によって生成された粉体材料Ｆはこの粉体圧送ポンプ１６によって任意の場所に供給されるようになっている。また、出口部を備えた急結剤収容部２１は、この出口部から吸水性樹脂や急結剤を所定量排出するようになっている。
【００１６】
急結剤収容部２１の出口部に設けられた自動溶解部２２は、急結剤収容部２１に収容されている急結剤や吸水性樹脂と、図示しない水供給機構から供給される水とを自動的に溶解するためのものである。そして自動溶解部２２によって生成された溶解液は、液体材料Ｌとして下流側に送られ、液体材料貯蔵部２３に一時的に収容されるようになっている。また、この液体材料貯蔵部２３は内部に収容させた液体材料Ｌを所定の量だけ下流側に供給可能となっている。
【００１７】
図１、図２に示すように、坑内製造部３０は、粉体材料Ｆを収容するための粉体材料収容部３１と、粉体材料収容部３１に収容される粉体材料Ｆを下流側に設けられた混合部３５に圧送するための粉体材料圧送ポンプ３２と、液体材料Ｌを収容するための液体材料収容部３３と、これら各収容部３１、３３に収容されている粉体材料Ｆと液体材料Ｌとを混合するための混合部３５とを備えている。
【００１８】
また、充填部４０は、混合部３５によって生成されたグラウト材（充填材料）Ｇを充填機構４１に圧送するための充填材料圧送ポンプ４２を備えている。
【００１９】
そして、これら坑内製造部３０及び充填部４０は、モーターカー５１と、このモーターカー５１に連結された台車５２、５３と、台車５３とともに移動可能に設けられた高所作業車５４とを備えた搬送機構５０によってトンネル坑内と坑外とを移動自在に設けられている。すなわち、坑内製造部３０は搬送機構５０によって坑外製造部Ａとトンネル坑内の充填作業現場との間を移動可能に設けられている。
【００２０】
粉体材料収容部３１は、トンネル坑外に設けられた粉体材料製造部１０によって生成された粉体材料Ｆを収容するためのものであって、搬送機構５０によって粉体材料製造部１０に設けられた粉体圧送ポンプ１６近傍まで移動可能となっている。
【００２１】
液体材料収容部３３は、トンネル坑外に設けられた液体材料製造部２０によって生成された液体材料Ｌを収容するためのものであって、搬送機構５０によって液体材料製造部２０に設けられた液体材料貯蔵部２３近傍まで移動可能となっている。この液体材料収容部３３は攪拌機を備えており、収容した液体材料Ｌを常に攪拌する構成となっている。
【００２２】
台車５２上に設置されている粉体材料圧送ポンプ３２は、粉体材料収容部３１に収容されている粉体材料Ｆを台車５３上に配置されている混合部３５に供給するためのものである。この粉体材料圧送ポンプ３２はパウダーポンプによって構成されている。
【００２３】
スパイラルピンミキサによって構成されている混合部３５は、粉体材料収容部３１と液体材料収容部３３とからそれぞれ供給される粉体材料Ｆと液体材料Ｌとを混合し、充填材料Ｇを生成するためのものである。この混合部３５は台車５３上に設置されており、供給された粉体材料Ｆと液体材料Ｌとを連続的に混合可能となっている。
【００２４】
台車５３上に配置されている充填材料圧送ポンプ４２は、混合部３５によって生成された充填材料Ｇを充填機構４１に圧送するためのものであって、スクイズポンプによって構成されている。このとき、混合部３５と充填材料圧送ポンプ４２とは台車５３上において一体的に設けられ、充填材料Ｇの製造・圧送部を形成している。
【００２５】
充填機構４１は高所作業車５４の上部に設けられたものであって、トンネル内壁面における充填材料Ｇが充填されるべき部分に充填材料Ｇを充填するためのものである。
【００２６】
このように構成された充填装置によってトンネル内壁面に充填材料（グラウト材）Ｇを充填する方法について説明する。
まず、粉体材料Ｆの原料であるセメント及びベントナイトをそれぞれセメント収容部１１及びベントナイト収容部１２に収容するとともに、これらをセメント計量部１３及びベントナイト計量部１４によって所定の混合比となるように最適な値に計量する。計量されたセメント及びベントナイトは、粉体混合部１５に供給され、均一に混合されて粉体材料Ｆとなる。
【００２７】
これと同時に、急結剤収容部２１に収容してある吸水性樹脂や急結剤を自動溶解部２２に供給して急結剤と水とを溶解させ、液体材料Ｌを生成する。生成された液体材料Ｌは液体材料貯蔵部２３に収容される。
【００２８】
このとき坑外製造部Ａの下部には、搬送機構５０によって坑内製造部３０及び充填部４０が配置されている。すなわち、坑内製造部３０の粉体材料収容部３１と液体材料収容部３３とは、搬送機構５０によって坑外製造部Ａの粉体材料製造部１０と液体材料製造部２０とから粉体材料Ｆと液体材料Ｌとをそれぞれ受け取り可能な位置に配置されている。そして、粉体圧送ポンプ１６は粉体材料Ｆを粉体材料収容部３１に供給するとともに、液体材料貯蔵部２３は液体材料Ｌを液体材料収容部３３に供給する。
【００２９】
粉体材料収容部３１及び液体材料収容部３３にそれぞれ粉体材料Ｆ及び液体材料Ｌが満たされたら、搬送機構５０は坑内製造部３０及び充填部４０をトンネル坑内に搬送させる。すなわち坑内製造部３０及び充填部４０は搬送機構５０によってトンネル坑内の充填材料Ｇが充填されるべき部分の近傍に移動される。
【００３０】
トンネル坑内の充填作業現場に移動した坑内製造部３０は、充填材料Ｇの生成を開始する。すなわち、粉体材料Ｆと液体材料Ｌとを混合するために、粉体材料圧送ポンプ３２を駆動して混合部３５に粉体材料Ｆを供給するとともに液体材料収容部３３からは液体材料Ｌを混合部３５に供給する。混合部３５はこれら粉体材料Ｆと液体材料Ｌとを混合することによって充填材料Ｇを生成する。生成された充填材料Ｇは充填材料圧送ポンプ４２によって供給管４１ａを通って直ちに充填機構４１に供給される。
【００３１】
高所作業車５４に設置された充填機構４１は、供給された充填材料Ｇをトンネル坑内の内側からトンネル壁面の充填されるべき部分に充填する。そして充填材料Ｇを充填することによって粉体材料収容部３１及び液体材料収容部３３内の粉体材料Ｆ及び液体材料Ｌが減少したら充填作業を一旦停止させ、搬送機構５０によって坑内製造部３０及び充填部４０を坑外製造部Ａ近傍に搬送させる。このとき、粉体材料製造部１０及び液体材料製造部２０はそれぞれ粉体材料Ｆ及び液体材料Ｌを独立して生成している。そして、トンネル坑外に搬送された坑内製造部３０の粉体材料収容部３１及び液体材料収容部３３には、粉体材料製造部１０及び液体材料製造部２０から粉体材料Ｆ及び液体材料Ｌがそれぞれ供給される。粉体材料Ｆ及び液体材料Ｌを満たした坑内製造部３０は搬送機構５０によってトンネル坑内に搬送され、再び充填作業を行う。
【００３２】
このように、充填材料Ｇを製造するための製造部を、トンネル坑外に設けられた坑外製造部Ａとトンネル坑内に設けられた坑内製造部３０とに分割したことにより、充填材料Ｇの連続的な充填作業が行える。すなわち、トンネル坑内において充填材料Ｇの生成・充填作業を行いつつトンネル坑外において粉体材料Ｆ及び液体材料Ｌを生成することができるので、効率の良い作業が行える。
【００３３】
また、充填材料Ｇを生成する工程のうち、事前に処理できる粉体材料Ｆの製造工程と液体材料Ｌの製造工程とをトンネル坑外において行うようにしたため、トンネル坑内での作業工程は低減される。したがって、トンネル坑内における設備の大型化や複雑化は回避されるので作業効率は向上される。
【００３４】
充填材料Ｇの生成は充填直前にトンネル坑内において行われるので、充填部４０の負荷を低減しつつ効率の良い充填作業を行うことができる。すなわち、凝固しやすい状態の充填材料Ｇは、凝固が開始する前に充填材料圧送ポンプ４２によって圧送されるので、従来のように出力の大きな圧送ポンプを用いる必要が無くなる。さらに、充填材料Ｇの圧送距離を短縮化することができるので、充填部４０の負荷が低減されるとともに圧送中の充填材料Ｇの凝固は防止されるので、充填作業は安定したものとなる。このとき充填材料Ｇは凝固を開始する前に充填されるので、品質を維持したまま充填される。
【００３５】
坑内製造部３０及び充填部４０は搬送機構５０によって坑外製造部Ａとトンネル坑内との間を移動自在に設けられているため、トンネル坑外にて生成された粉体材料Ｆ及び液体材料Ｌは直接的に安定して坑内製造部３０に供給される。そして、これら粉体材料Ｆ及び液体材料Ｌは迅速にトンネル坑内に搬送されるとともに、この搬送機構５０上において充填材料Ｇの生成及び充填工程が行われるので、効率の良い作業を行うことができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明のグラウト材の充填方法及び充填装置は、以下のような効果を有するものである。
（１）請求項１に記載の発明によれば、粉体材料及び液体材料の生成はトンネル坑外にて効率良く行われるとともに、グラウト材はトンネル坑内にて生成される。したがって、グラウト材は生成された直後に品質を低下させること無く充填される。また、グラウト材が圧送される経路を短くすることができるので、充填部の負荷は低減され、充填作業は効率良く安定して行われる。また、事前に処理できる工程をトンネル坑外にて行うことによってトンネル坑内での作業を低減させたことによりトンネル坑内における設備の大型化や複雑化は回避されるので作業効率は向上される。さらに、トンネル坑外と坑内とで材料製造工程を分割したことにより、トンネル坑内においてグラウト材の生成・充填作業を行いつつトンネル坑外において粉体材料及び液体材料を生成することができるので、グラウト材の連続的な製造・充填が可能となる。したがって作業効率は向上される。
（２）請求項２に記載の発明によれば、グラウト材を製造するための製造部を、坑外製造部と坑内製造部とに分離させた構成としたため、グラウト材は連続的に製造・充填される。また、固化しやすい状態のグラウト材の生成は、充填直前にトンネル坑内に設けられた坑内製造部によって行われるため、充填部の負荷は低減されるとともに、効率の良い安定した充填作業を行うことができる。
（３）請求項３に記載の発明によれば、前記坑内製造部を、前記坑外製造部とトンネル坑内との間で移動させる搬送機構を備えさせたことにより、坑外製造部によって生成された粉体材料及び液体材料は安定して坑内製造部に供給されるとともに、効率の良い充填作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のグラウト材の充填装置のうちトンネル坑外における一実施形態を示す構成図である。
【図２】本発明のグラウト材の充填装置のうちトンネル坑内における一実施形態を示す構成図である。
【符号の説明】
１０    粉体材料製造部
１１    セメント収容部
１２    ベントナイト収容部
１３    セメント計量部
１４    ベントナイト計量部
１５    粉体混合部
１６    粉体圧送ポンプ
２０    液体材料製造部
２１    急結剤収容部
２２    自動溶解部
２３    液体材料貯蔵部
３０    坑内製造部
３１    粉体材料収容部
３２    粉体材料圧送ポンプ
３３    液体材料収容部
３５    混合部
４０    充填部
４１    充填機構
４２    充填材料圧送ポンプ
５０    搬送機構
５４    高所作業車
Ａ      坑外製造部
Ｆ      粉体材料
Ｌ      液体材料
Ｇ      充填材料（グラウト材）
【図１】
0003733513.tif 000002
【図２】
0003733513.tif 000003