JPH07103793B2 - トンネルのコンクリート打設方法及び装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】 本発明は、鉄道や道路等のトン
ネルを掘削するに際し、地山とその内側型枠との間にコ
ンクリートを打設するための方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】 周知の如く、近代社会の隆盛は交通や
情報網の発達に負うところが大であるが、鉄道、道路、
そして、上下水道の暗渠、開渠、更には、電信ケーブル
の協同溝は全国的なネットワークで接続されるので、こ
れらのトンネルや暗渠、協同溝等がますます全国的な規
模で構築される必要がある。しかしながら、国土の狭隘
なわが国においては複雑に入り組んだ湾岸線や山岳地帯
により平野部の開渠利用は地勢条件からして困難であ
り、必然的にトンネルが数多く構築されるようになって
きている。

【０００３】 そして、図４に示すように、一般のトン
ネルにおいては所定の掘進機により地山１にトンネル２
を掘削した場合に、地山１の崩壊や漏水等を防ぎ、トン
ネル２の機能を経年的に維持するために、地山１に対し
コンクリート３をその内側に巻き立てる必要があり、コ
ンクリートの打設が不可欠である。

【０００４】 このコンクリートの打設作業では、図５
に示すように掘削後の地山１の内側に所謂セントルやス
チールフオーム等の金属製の型枠４をセットし、その型
枠４に予め形成した開閉バルブを有する注入口５に注入
ホース６を圧接して接続させ、コンクリートミキサー７
からコンクリートポンプ８により地山１と型枠４の間に
コンクリート３を注入する打設方法が広く採用されてい
る。そして、このように注入したコンクリート３の凝固
後は型枠４を解体し、型枠を次段に再びセットして反復
使用し、コンクリートの打設を順次行なうようにしてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】 しかして、地山１と
型枠４との間に注入されたコンクリート３の充填密度に
ばらつきがあると、当然のことながら、コンクリート打
設精度不良をきたすことになり、構築後のトンネルにお
ける地山の強度、剛性等の不均一をきたし、不測の事態
を招来する虞があることから、コンクリートの打設プロ
セスにおいてゾーンごとに注入するコンクリート３の充
填密度が均一になるように施工管理が行なわれることが
望ましいことは勿論のことである。

【０００６】 しかしながら、在来一般態様の施工にお
いては上記注入ホース６の注入口５に対するセットは勿
論のこと、注入プロセスにおけるコンクリートの充填は
現場作業での経験的な勘に頼るような原始的な管理方式
が主であることから、きわめて熟練を要するという難点
があり、それによっても設計精度に沿う施工精度が上げ
られないという不具合がある。そして、かねてより計数
制御的な施工管理が強く要望されていたが、建設工事一
般にみられるように程度の高い制御管理が現出されてい
ない風潮があった。

【０００７】 しかも、かかるトンネルの構築は一旦施
工が完了すると、再施工は極めて困難であり、その上、
構築後における注入コンクリートの充填密度検査等がほ
とんど不可能であるということである。

【０００８】 そこで、本発明の目的は、上記従来技術
に基づくトンネルの構築に際しての掘削後の地山とその
内側にセットされた型枠との間に巻き立てるコンクリー
トの注入に伴う均一充填密度での打設の問題点を解決す
べき技術課題とし、型枠の注入口にコンクリートの注入
ホースをセットするだけで、その全打設プロセスにおけ
るコンクリート注入の充填密度を設計通りに均一にでき
るようにして、建設産業における施工技術分野に益する
優れたトンネルのコンクリート打設方法と該方法に直接
使用する装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段・作用】 上記目的を達成
するために、本発明の特徴とする構成は鉄道、道路、協
同溝等のトンネルの構築に際し、掘削した地山の内側に
トンネルの壁面に沿うセントルやスチールフオーム等の
金属製の型枠をセットし、該型枠に設けられているコン
クリートの注入口に開閉バルブを介して注入ホースの注
入ノズルをセットすると共に、その注入ノズルを油圧シ
リンダに連結して該油圧シリンダの作動により注入ノズ
ルを注入口に接続させ、また、油圧シリンダにはコンク
リートの注入圧調整装置が手動操作式等にして設けられ
ており、コンクリートポンプより生のコンクリートを圧
送して注入口より地山と型枠との間に注入されたコンク
リートの被圧状態が上記注入圧調整装置による所期セッ
トの被圧状態になると、コンクリート被圧検出スイッチ
により注入されたコンクリートの被圧状態が検出され、
制御装置を介してコントロールバルブが切換わると共
に、オイルポンプを停止する一方、コンクリートポンプ
をも停止するようにしたもので、このようなプロセスを
型枠のリセットごとに反復し、いずれのゾーンにおける
コンクリートの注入も、その充填密度を均一にして設計
通りの正確なコンクリート打設が行なえるようにしたも
のである。

【００１０】

【実施例】 以下に、本発明の実施例を図１乃至図３を
参照しながら説明する。図示実施例は鉄道や道路等のト
ンネル２の構築システムの態様であり、在来態様同様に
掘進機（図示せず）により所定サイズ形状に切羽を掘削
された地山１の内側には在来態様同様に金属製のセント
ルやスチールフオーム等の型枠４，４．．．．が設定ス
トロークづつセット、リセット自在に組付け、解体され
るようにされており、その型枠４には所定ピッチでコン
クリート３の注入口５が所定の開閉バルブ１０を有して
設けられている。

【００１１】 開閉バルブ１０の下側にはオーバーフロ
ー孔１１及びリターンカバー１２が設けられている。そ
して、注入口５の下端に臨ませて、オーバーフロー孔１
１に対し軸方向に沿って進退自在であるスリーブ状の注
入ノズル１３が設けられており、該注入ノズル１３には
ねじ込みプラグ等を介して注入ホース６の先端が緊締接
続され、その基端部はコンクリートポンプ８を介して所
定のコンクリートミキサー７に接続されている。また、
注入ノズル１３より張り出した一体プレート１３′には
油圧シリンダ１４のロッド先端が連結されていて、油圧
シリンダ１４の作動で注入ノズル１３を注入口５に圧接
状態で接続自在としている。

【００１２】 油圧シリンダ１４の上部側にはコンクリ
ート被圧検出スイッチ（例えば、リミットスイッチ）１
５が、下端には図２に詳示するようにコンクリートの注
入圧調整装置１６がそれぞれ設けられており、注入圧調
整装置１６は、装置フレーム１７に螺合式に装着されて
いるねじスリーブ１８と、このねじスリーブ１８内で油
圧シリンダ１４の下端を支持する所定バネ定数の弾圧ス
プリング１９と、ねじスリーブ１８を上下方向に移動さ
せるウオームギヤ装置２０等で構成されている。

【００１３】 そして、ハンドル２１により手動操作式
にねじスリーブ１８に対する油圧シリンダ１４自体の後
退ストロークが調整できる仕組になっている。なお、ハ
ンドル２１により弾圧スプリング１９が、例えば、ゼロ
から７０ｋｇ／ｃｍ ^２ の範囲内に注入されたコンクリー
トの被圧を調整できるようにされている。

【００１４】 また、２２は油圧シリンダ１４のコント
ロールバルブであり、油圧回路２３，２４を介して油圧
シリンダ１４の上下のポートに接続されると共に、オイ
ルタンク２５に接続される。一方の油圧回路２４には、
モータ２６に連結されたオイルポンプ２７が介挿されて
いると共に、油圧シリンダー１４側に位置させてリリー
フバルブ２８と油圧メータ２９が介挿され、また、前記
開閉バルブ１０、コンクリート被圧検出スイッチ１５、
コントロールバルブ２２のソレノイド、リリーフバルブ
２８、油圧メータ２９等が所定の制御装置３０に電気的
に接続されている。

【００１５】 そして、オイルポンプ２７、油圧シリン
ダ１４、コンクリート被圧検出スイッチ（リミットスイ
ッチ）１５、コンクリートポンプ８の動作プログラムは
図３のフローチャートに示されている。

【００１６】 したがって、制御装置３０によりオイル
ポンプ２７が起動されると、油圧回路２３，２４を介し
コントロールバルブ２２により油圧シリンダー１４が作
動し（伸長する）、一体プレート１３′を介して注入ノ
ズル１３を注入口５に接続させることができる。一方、
コンクリート３が地山１と型枠４との間に充填されて被
圧状態になり、弾圧スプリング１９の設定圧力に応じた
コンクリートの被圧反力で、注入口５に対し油圧シリン
ダ１４自体が後退する。

【００１７】 この後退動作をコンクリート被圧検出ス
イッチ１５が検出し、その検出信号で制御装置３０が作
動し、コントロールバルブ２２が切換わると共に、オイ
ルポンプ２７のモータ２６が停止し、かつ、コンクリー
トポンプ８も停止してコンクリートの注入を停止し、油
圧シリンダ１４を逆作動（縮少）して注入ノズル１３を
注入口５から離脱させるように仕組まれている。

【００１８】 以上説明のシステムにおいて、コンクリ
ートの打設作業に際し、先ず、注入ホース６が接続され
ている注入ノズル１３を型枠４に設けられている注入口
５に臨ませる。このようなセット状態で、注入圧調整装
置１６のハンドル２１によりウオームギヤ装置２０を介
してねじスリーブ１８を昇降させ、手動式に弾圧スプリ
ング１９の圧縮状態を調整する（この場合、前述したよ
うにゼロ乃至７０ｋｇ／ｃｍ ^２ の調整圧を図示しないダ
イヤルゲージによりセットする）と共に、コンクリート
被圧検出スイッチ１５に対する油圧シリンダ１４の後 退
ストロークを設定する。

【００１９】 次に、制御装置３０によりコントロール
バルブ２２を油圧シリンダ１４の伸長側にセットしてモ
ータ２６を起動し、オイルポンプ２７によりオイルタン
ク２５からのオイルを油圧回路２３，２４を介して油圧
シリンダ１４に送給すると、油圧シリンダ１４は伸長し
て注入ノズル１３を前進させ、オーバーフロー孔１１を
遮断して注入ノズル１３を注入口５に接続する。

【００２０】 一方、制御装置３０により所定のモータ
を起動してコンクリートポンプ８を作動し、ミキサー７
からの生のコンクリート３を圧送して地山１と型枠４と
の間に注入してコンクリート３を打設する。この場合、
開閉バルブ１０は制御装置３０により開動作しているこ
とは勿論である。

【００２１】 そして、地山１と型枠４との間、及び前
段の打設コンクリートと妻板（図示省略）との間に押し
込められた状態で注入されたコンクリートが次第に充満
状態になると、被圧状態でのコンクリート３の被圧反力
は注入ノズル１３を介して油圧シリンダ１４に下向きの
圧力として作用する。

【００２２】 これに対し、弾圧スプリング１９が油圧
シリンダ１４を支持しているものの、弾圧スプリング１
９の設定圧力を越すコンクリートの被圧状態が現出する
と、その被圧反力は弾圧スプリング１９に抗して油圧シ
リンダ１４自体を図１上で下向きに押圧し注入口５側よ
り後退させる。油圧シリンダ１４が設定されている後退
ストロークだけ後退すると、この後退をコンクリート被
圧検出スイッチ１５が検出し、制御装置３０を介してコ
ントロールバルブ２２が切換わると共に、モータ２２が
停止し、オイルポンプ２７が停止すると同時にコンクリ
ートポンプ８も停止する。

【００２３】 したがって、地山１と型枠４との間に注
入されたコンクリート３の充填状態は設定通りに果たさ
れることになる。その後の操作としては、注入口５の開
閉バルブ１０を制御装置３０により遮断し、コントロー
ルバルブ２２により油圧シリンダ１４を逆作動（縮少）
して、注入ノズル１３を注入口５から離脱させ、注入ノ
ズル１３の先端にキャップをかぶせて移動し、次段の型
枠４の注入口５に注入ノズル１３を前述のように接続し
てコンクリート打設作業を反復する。

【００２４】 このようなプロセスを反復する各段階に
おいて、コンクリートの注入圧調整装置１６における弾
圧スプリング１９の圧縮状態を図示実施例のようにハン
ドル２１による手動的に調整することにより、所期設計
に従うコンクリート３の充填密度を総て同一に、かつ、
全ゾーンにおけるコンクリート３の打設を均一にして、
設計通りの施工管理を完全にすることができ、構築後の
トンネル２の信頼性を充分に保持することができる。

【００２５】 なお、本発明の実施態様は上述の実施例
にに限るものでないことは勿論であり、例えば、油圧シ
リンダのコンクリート注入圧調整装置については図示実
施例の機械式の態様に代えて電気式にしたり、また、設
計変更的にはコンクリート被圧検出スイッチを近接スイ
ッチにしたりする等、種々の態様が採用可能である。そ
して、適用対象は鉄道、道路等のトンネル以外の協同溝
や上下水道のライフライン等の暗渠のトンネルに適用で
きることは勿論である。

【００２６】

【発明の効果】 本発明は上記の如くであって、その基
本的なプロセスは、従来方法と異なってコンクリートの
注入ホースの先端（注入ノズル）側を油圧シリンダによ
り支持して型枠の注入口に接続し、コンクリートの注入
により地山と型枠との間に充填される注入コンクリート
の被圧状態が進行して、油圧シリンダに注入コンクリー
トの被圧反力が伝達された場合、該油圧シリンダにコン
クリートの注入圧調整装置が付設されていて所定被圧に
調整されていることにより設定被圧状態、即ち、注入コ
ンクリートの充填状態が予め設計された通りにされるこ
とになる。

【００２７】 したがって、注入されるコンクリートの
所定被圧状態を施工時に設定すれば、型枠の段取替えに
よっても全てのゾーンにおいて注入コンクリートの充填
密度が均一になり、施工管理を確実に行ない得ると共
に、構築後のトンネルに対する信頼性が充分に得られる
という優れた効果を奏する。しかも、施工現場における
作業者の勘や熟練に頼ることがないため、全て自動的な
注入作業において打設コンクリートの充填密度が均一に
図られる。

【００２８】 また、施工中でのコンクリート充填密度
の管理が確実に行なわれるため、施工完了後の施工精度
検査等も必要でなく、例えば、リアルタイムでコンクリ
ートポンプの自動記録等をしておくことにより、事後の
管理が充分であるという利点もある。そして、機械的な
制御によりコンクリート管理が行なえるために施工の全
自動化を図ることができ、安全性も高まると同時にコス
トダウン化を達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施例を概略的に示す説明図であ
る。

【図２】 図１におけるコンクリートの注入圧調整装置
の部分断面図である。

【図３】 本発明におけるシステム制御のフローチャー
トである。

【図４】 通常のトンネルの態様を示す斜視図である。

【図５】 在来態様に基づくトンネルのコンクリート注
入状態の要部を切断して示す部分斜視図である。

【符号の説明】

１は地山、２はトンネル、３はコンクリート、４は型
枠、５は注入口、６は注入ホース、８はコンクリートポ
ンプ、１０は開閉バルブ、１３は注入ノズル、１４は油
圧シリンダ、１５はコンクリート被圧検出スイッチ、１
６はコンクリートの注入圧調整装置、１９は弾圧スプリ
ング、２１はハンドル、２２はコントロールバルブ、３
０は制御装置である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 掘削したトンネルの内側に型枠をセット
   し、その型枠の注入口の開閉バルブを介して該型枠とト
   ンネルとの間にコンクリートを注入打設する方法におい
   て、コンクリートの注入ノズルを油圧シリンダの作動に
   よって注入口に接続し、注入されたコンクリートの被圧
   状態での注入ノズルの設定被圧反力を注入口に対する油
   圧シリンダの後退動作により検出して、コンクリートの
   注入を停止すると共に、注入ノズルの注入口への接続を
   解放するようにしたことを特徴とするトンネルのコンク
   リート打設方法。
2. 【請求項２】 掘削したトンネルの内側に型枠をセット
   し、その型枠の注入口の開閉バルブを介して該型枠とト
   ンネルとの間にコンクリートを注入打設する方法に使用
   する装置において、型枠に設けられている注入口に接続
   自在なコンクリートの注入ノズルがコンクリートポンプ
   に接続されていると共に、該注入口に対向して設けられ
   ている油圧シリンダに連結されている一方、その油圧シ
   リンダにはコンクリートの注入圧調整装置が設けられて
   いると共に、該油圧シリンダのコントロールバルブと上
   記コンクリートポンプと上記開閉バルブの制御装置に接
   続されたコンクリート被圧検出スイッチが付設されてい
   ることを特徴とするトンネルのコンクリート打設装置。
3. 【請求項３】 コンクリートの注入圧調整装置が手動操
   作式にされていることを特徴とする請求項２記載のトン
   ネルのコンクリート打設装置。