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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024017187
(43)【公開日】2024-02-08
(54)【発明の名称】コンクリート吹付け機とコンクリート吹付け方法
(51)【国際特許分類】
E21D 11/10 20060101AFI20240201BHJP
G01C 15/00 20060101ALI20240201BHJP
【ＦＩ】
E21D11/10 D
G01C15/00 104A
G01C15/00 104D
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022119671
(22)【出願日】2022-07-27
(71)【出願人】
【識別番号】000206211
【氏名又は名称】大成建設株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】508182589
【氏名又は名称】エフティーエス株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】394017446
【氏名又は名称】マック株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100107766
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠重
(74)【代理人】
【識別番号】100070150
【弁理士】
【氏名又は名称】伊東 忠彦
(72)【発明者】
【氏名】竹中 計行
(72)【発明者】
【氏名】木下 勇人
(72)【発明者】
【氏名】谷 卓也
(72)【発明者】
【氏名】宮本 真吾
(72)【発明者】
【氏名】木村 浩之
(72)【発明者】
【氏名】宮原 宏史
(72)【発明者】
【氏名】宮地 順吾
(72)【発明者】
【氏名】富川 章
(72)【発明者】
【氏名】韓 国栄
【テーマコード（参考）】
2D155
【Ｆターム（参考）】
2D155BA05
2D155DB02
2D155DB05
2D155KA07
2D155LA13
(57)【要約】
【課題】吹付け面となる切羽と周面の双方における吹付け厚を、効率的かつ高精度に特定しながらコンクリート吹付けを行うことのできる、コンクリート吹付け機とコンクリート吹付け方法を提供する。
【解決手段】トンネルＴの切羽Ｋと周面Ｓに対してコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け機１００であり、自走式の吹付け台車１０と、吹付け台車１０に取り付けられているノズルブーム２０と、ノズル４０と、を備えているノズル機構５０と、吹付け台車１０に取り付けられて支保工を把持するエレクタ６０と、少なくとも、切羽Ｋと周面Ｓにおける測定点の吹付け台車１０に対する相対座標を特定する、制御装置８０とを有し、吹付け台車１０の前方には３ＤスキャナＡ（９０Ａ）が装備され、エレクタ６０には３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）が装備されている。
【選択図】図１
【解決手段】トンネルＴの切羽Ｋと周面Ｓに対してコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け機１００であり、自走式の吹付け台車１０と、吹付け台車１０に取り付けられているノズルブーム２０と、ノズル４０と、を備えているノズル機構５０と、吹付け台車１０に取り付けられて支保工を把持するエレクタ６０と、少なくとも、切羽Ｋと周面Ｓにおける測定点の吹付け台車１０に対する相対座標を特定する、制御装置８０とを有し、吹付け台車１０の前方には３ＤスキャナＡ（９０Ａ）が装備され、エレクタ６０には３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）が装備されている。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
トンネルの切羽と周面に対してコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け機であって、
自走式の吹付け台車と、
前記吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在である、ノズルブームと、該ノズルブームの先端に取り付けられていてコンクリートを吐出する、ノズルと、を備えている、ノズル機構と、
前記吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在であって支保工を把持するエレクタと、
少なくとも、前記切羽と前記周面における測定点の前記吹付け台車に対する相対座標を特定する、制御装置とを有し、
前記吹付け台車の前方には、３ＤスキャナＡが装備され、
前記エレクタには、３ＤスキャナＢが装備されていることを特徴とする、コンクリート吹付け機。
自走式の吹付け台車と、
前記吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在である、ノズルブームと、該ノズルブームの先端に取り付けられていてコンクリートを吐出する、ノズルと、を備えている、ノズル機構と、
前記吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在であって支保工を把持するエレクタと、
少なくとも、前記切羽と前記周面における測定点の前記吹付け台車に対する相対座標を特定する、制御装置とを有し、
前記吹付け台車の前方には、３ＤスキャナＡが装備され、
前記エレクタには、３ＤスキャナＢが装備されていることを特徴とする、コンクリート吹付け機。
【請求項2】
前記ノズルブームには第１ターゲットが装備され、前記エレクタには第２ターゲットが装備されており、
前記ノズルブームの先端もしくは前記ノズルには、該ノズルから吹付け面までの距離を測定するレーザ距離計が装備されており、
前記３ＤスキャナＡにより測定された前記第１ターゲットの測定位置データと前記第２ターゲットの測定位置データが、前記制御装置に取得され、該制御装置において、前記ノズルと前記エレクタにおける前記３ＤスキャナＢの設置位置の双方の前記吹付け台車に対する相対座標を更新もしくは補正することを特徴とする、請求項１に記載のコンクリート吹付け機。
前記ノズルブームの先端もしくは前記ノズルには、該ノズルから吹付け面までの距離を測定するレーザ距離計が装備されており、
前記３ＤスキャナＡにより測定された前記第１ターゲットの測定位置データと前記第２ターゲットの測定位置データが、前記制御装置に取得され、該制御装置において、前記ノズルと前記エレクタにおける前記３ＤスキャナＢの設置位置の双方の前記吹付け台車に対する相対座標を更新もしくは補正することを特徴とする、請求項１に記載のコンクリート吹付け機。
【請求項3】
前記ノズルブームの先端には前記ノズルを揺動させるロータリー機構が設けられ、該ロータリー機構に対して前記ノズルが取り付けられていることを特徴とする、請求項１又は２に記載のコンクリート吹付け機。
【請求項4】
前記ロータリー機構は、前記ノズルに取り付けられる筐体と、該筐体に収容されるモータと、筐体に対して段階的に位置を偏位させる偏心板と、を備え、
前記偏心板を所定の位置に偏位させた状態で前記モータを駆動することにより、前記筐体を揺動させ、該筐体を介して前記ノズルを揺動させることを特徴とする、請求項３に記載のコンクリート吹付け機。
前記偏心板を所定の位置に偏位させた状態で前記モータを駆動することにより、前記筐体を揺動させ、該筐体を介して前記ノズルを揺動させることを特徴とする、請求項３に記載のコンクリート吹付け機。
【請求項5】
前記ノズルブームにおける前記ノズルの近傍には、該ノズルの速度を計測する、加速度計もしくは速度計がさらに設けられていることを特徴とする、請求項４に記載のコンクリート吹付け機。
【請求項6】
トンネルの切羽と周面に対してコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け方法であって、
自走式の吹付け台車と、該吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在である、ノズルブームと、該ノズルブームの先端に取り付けられていてコンクリートを吐出する、ノズルと、を備えているノズル機構と、前記吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在であって支保工を把持するエレクタとを有するコンクリート吹付け機を使用して、前記切羽と前記周面にコンクリートを吹付け、この吹付けの前後に、前記吹付け台車の前方に装備されている３ＤスキャナＡにより、前記切羽と前記周面におけるそれぞれの複数の測定点の相対座標を測定して、吹付け厚を特定する、Ａ工程を有することを特徴とする、コンクリート吹付け方法。
自走式の吹付け台車と、該吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在である、ノズルブームと、該ノズルブームの先端に取り付けられていてコンクリートを吐出する、ノズルと、を備えているノズル機構と、前記吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在であって支保工を把持するエレクタとを有するコンクリート吹付け機を使用して、前記切羽と前記周面にコンクリートを吹付け、この吹付けの前後に、前記吹付け台車の前方に装備されている３ＤスキャナＡにより、前記切羽と前記周面におけるそれぞれの複数の測定点の相対座標を測定して、吹付け厚を特定する、Ａ工程を有することを特徴とする、コンクリート吹付け方法。
【請求項7】
トンネルの切羽と周面に対してコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け方法であって、
自走式の吹付け台車と、該吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在である、ノズルブームと、該ノズルブームの先端に取り付けられていてコンクリートを吐出する、ノズルと、を備えているノズル機構と、前記吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在であって支保工を把持するエレクタとを有するコンクリート吹付け機を使用して、前記切羽にコンクリートを吹付け、この吹付けの前後に、前記吹付け台車の前方に装備されている３ＤスキャナＡにより、前記切羽における複数の測定点の相対座標を測定して吹付け厚を特定する、Ａ１工程と、
前記周面にコンクリートを吹付け、この吹付けの前後に、前記エレクタに装備されている３ＤスキャナＢにより、前記周面における複数の測定点の相対座標を測定して吹付け厚を特定する、Ａ２工程と、を有することを特徴とする、コンクリート吹付け方法。
自走式の吹付け台車と、該吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在である、ノズルブームと、該ノズルブームの先端に取り付けられていてコンクリートを吐出する、ノズルと、を備えているノズル機構と、前記吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在であって支保工を把持するエレクタとを有するコンクリート吹付け機を使用して、前記切羽にコンクリートを吹付け、この吹付けの前後に、前記吹付け台車の前方に装備されている３ＤスキャナＡにより、前記切羽における複数の測定点の相対座標を測定して吹付け厚を特定する、Ａ１工程と、
前記周面にコンクリートを吹付け、この吹付けの前後に、前記エレクタに装備されている３ＤスキャナＢにより、前記周面における複数の測定点の相対座標を測定して吹付け厚を特定する、Ａ２工程と、を有することを特徴とする、コンクリート吹付け方法。
【請求項8】
前記ノズルブームには第１ターゲットとレーザ距離計が装備され、前記エレクタには第２ターゲットが装備されており、
前記Ａ１工程では、前記３ＤスキャナＡにより、前記第１ターゲットを測定して前記ノズルの前記相対座標を特定し、前記レーザ距離計により前記切羽までの距離を特定し、
前記Ａ２工程では、前記３ＤスキャナＡにより、前記第２ターゲットを測定して前記エレクタにおける前記３ＤスキャナＢの取り付け位置の前記相対座標を特定することを特徴とする、請求項７に記載のコンクリート吹付け方法。
前記Ａ１工程では、前記３ＤスキャナＡにより、前記第１ターゲットを測定して前記ノズルの前記相対座標を特定し、前記レーザ距離計により前記切羽までの距離を特定し、
前記Ａ２工程では、前記３ＤスキャナＡにより、前記第２ターゲットを測定して前記エレクタにおける前記３ＤスキャナＢの取り付け位置の前記相対座標を特定することを特徴とする、請求項７に記載のコンクリート吹付け方法。
【請求項9】
前記Ａ工程、前記Ａ１工程、及び前記Ａ２工程において、前記ノズルを揺動させながらコンクリートを吹付けることを特徴とする、請求項６乃至８のいずれか一項に記載のコンクリート吹付け方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、コンクリート吹付け機とコンクリート吹付け方法に関する。
【背景技術】
【0002】
山岳トンネルの施工においては、所定延長の掘削とずり出しを行った後、造成されたトンネルの周面と切羽に対してコンクリートの一次吹付けを（一次吹き）行い、支保工の建て込みを行い、二次吹付け（二次吹き）を行った後、必要に応じてロックボルトを打設する一連の施工サイクルが実施される。
一次吹付けと二次吹付けにおいては、コンクリートを吐出するノズルを先端に備えたノズルブームや、支保工を把持してトンネルの周面に設置するエレクタ等が自走式の吹付け台車に装備されている、コンクリート吹付け機が一般に適用される。
上記するノズルブームには、ロータリーエンコーダや角度センサ、ストロークセンサ等の各種センサが装備されており、吹付け台車にはターゲットが装備されている。コンクリート吹付け機よりもトンネルの坑口側における測量基準点を測量可能な位置には、トータルステーション等の測量手段が設置されており、測量手段により吹付け台車の三次元座標が特定されるようになっている。そして、ノズルブームの備えるロータリーエンコーダにてノズルブームの水平角度が特定され、角度センサにてノズルブームの傾斜角度が特定され、ストロークセンサにてノズルブームの例えば先端位置（ノズル位置）までの長さが特定されるようになっており、従って、これら吹付け台車の三次元座標と、ノズルブームの水平角度や傾斜角度、及びその先端までの長さによる特定情報により、ノズルブームの先端の三次元座標が特定され、当該先端に取り付けられているノズルの三次元座標が特定される。ノズルブームの先端やノズルには、コンクリートの吹付け面であるトンネルの切羽や周面までの距離を測定する、例えばミリ波レーダー等の距離センサが設けられている。
一次吹付けと二次吹付けにおいては、コンクリートを吐出するノズルを先端に備えたノズルブームや、支保工を把持してトンネルの周面に設置するエレクタ等が自走式の吹付け台車に装備されている、コンクリート吹付け機が一般に適用される。
上記するノズルブームには、ロータリーエンコーダや角度センサ、ストロークセンサ等の各種センサが装備されており、吹付け台車にはターゲットが装備されている。コンクリート吹付け機よりもトンネルの坑口側における測量基準点を測量可能な位置には、トータルステーション等の測量手段が設置されており、測量手段により吹付け台車の三次元座標が特定されるようになっている。そして、ノズルブームの備えるロータリーエンコーダにてノズルブームの水平角度が特定され、角度センサにてノズルブームの傾斜角度が特定され、ストロークセンサにてノズルブームの例えば先端位置（ノズル位置）までの長さが特定されるようになっており、従って、これら吹付け台車の三次元座標と、ノズルブームの水平角度や傾斜角度、及びその先端までの長さによる特定情報により、ノズルブームの先端の三次元座標が特定され、当該先端に取り付けられているノズルの三次元座標が特定される。ノズルブームの先端やノズルには、コンクリートの吹付け面であるトンネルの切羽や周面までの距離を測定する、例えばミリ波レーダー等の距離センサが設けられている。
【0003】
トンネルの切羽や周面に対するコンクリートの吹付けの前後で、ノズルの三次元座標を特定するとともにノズルと吹付け面の間の距離を測定することにより、吹付け面の三次元座標が特定される。従って、吹付け面におけるコンクリートの吹付け前後の三次元座標を特定することにより、その差分から吹付け厚が特定される。切羽や周面のそれぞれにおいて複数箇所の吹付け厚を特定しながらコンクリート吹付けを実行することにより、吹付け厚が高い精度で管理されたコンクリート吹付けを実現することができる。
しかしながら、実際には、ノズルブームの先端やノズルに装備されているミリ波レーダー等の距離センサにより、コンクリート吹付け機の前方に位置する切羽における吹付け厚の特定は可能である一方、コンクリート吹付け機の側方に位置する周面における吹付け厚の特定を、ノズルブームの先端やノズルに装備されている距離センサによって特定することは極めて難しい。
しかしながら、実際には、ノズルブームの先端やノズルに装備されているミリ波レーダー等の距離センサにより、コンクリート吹付け機の前方に位置する切羽における吹付け厚の特定は可能である一方、コンクリート吹付け機の側方に位置する周面における吹付け厚の特定を、ノズルブームの先端やノズルに装備されている距離センサによって特定することは極めて難しい。
【0004】
上記するように、コンクリート吹付け機を構成する吹付け台車には、その前方の例えば中央にノズルブームが旋回自在に取り付けられ、ノズルブームの左右にエレクタが旋回自在に取り付けられており、さらに、マンケージを先端に備えたマンケージブーム等が装備されることもあり、ノズルブームの側方にあるエレクタ等がノズルブームの先端やノズルに装備される距離センサによる周面の吹付け厚の特定の障害となり易く、エレクタ等を避けながらの吹付け厚の特定が自ずと困難になることが理由の一つである。
従って、吹付け面となる切羽と周面の双方における吹付け厚を、効率的かつ高精度に特定しながらコンクリート吹付けを行うことのできるコンクリート吹付け機と、吹付け厚を効率的かつ高精度に特定しながらコンクリートの吹付けを行うことのできるコンクリート吹付け方法が望まれる。
従って、吹付け面となる切羽と周面の双方における吹付け厚を、効率的かつ高精度に特定しながらコンクリート吹付けを行うことのできるコンクリート吹付け機と、吹付け厚を効率的かつ高精度に特定しながらコンクリートの吹付けを行うことのできるコンクリート吹付け方法が望まれる。
【0005】
ここで、特許文献１には、トンネルの内壁面にコンクリート材料を吹付ける、コンクリート材料吹付装置が提案されている。このコンクリート材料吹付装置は、内壁面の断面形状を計測する計測部と、ノズルからコンクリート材料を噴射して内壁面に吹付ける吹付機と、計測部と吹付機を制御する制御部とを備え、制御部は、計測部により計測された断面形状と、予め定められたトンネルの設計内壁面の断面形状とに基づいて、予め定められた複数の区画ごとに必要吹付厚さを算出し、算出された必要吹付厚さに基づいて吹付機を制御するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０２０－３３７２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献１に記載のコンクリート材料吹付装置によれば、吹付厚さを確保しつつ、仕上がり面を一定の精度で平滑にできるとしている。しかしながら、このコンクリート材料吹付装置は、上記するように、切羽のみならず、ノズルブームの左右にあるエレクタ等を避けながらトンネルの周面の全域における吹付け厚の高精度な特定、すなわち、切羽と周面の双方における吹付け厚を、効率的かつ高精度に特定するための手段を開示するものではない。
【0008】
本発明は、吹付け面となる切羽と周面の双方における吹付け厚を、効率的かつ高精度に特定しながらコンクリート吹付けを行うことのできるコンクリート吹付け機と、吹付け厚を効率的かつ高精度に特定しながらコンクリートの吹付けを行うことのできるコンクリート吹付け方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0009】
前記目的を達成すべく、本発明によるコンクリート吹付け機の一態様は、
トンネルの切羽と周面に対してコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け機であって、
自走式の吹付け台車と、
前記吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在である、ノズルブームと、該ノズルブームの先端に取り付けられていてコンクリートを吐出する、ノズルと、を備えている、ノズル機構と、
前記吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在であって支保工を把持するエレクタと、
少なくとも、前記切羽と前記周面における測定点の前記吹付け台車に対する相対座標を特定する、制御装置とを有し、
前記吹付け台車の前方には、３ＤスキャナＡが装備され、
前記エレクタには、３ＤスキャナＢが装備されていることを特徴とする。
トンネルの切羽と周面に対してコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け機であって、
自走式の吹付け台車と、
前記吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在である、ノズルブームと、該ノズルブームの先端に取り付けられていてコンクリートを吐出する、ノズルと、を備えている、ノズル機構と、
前記吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在であって支保工を把持するエレクタと、
少なくとも、前記切羽と前記周面における測定点の前記吹付け台車に対する相対座標を特定する、制御装置とを有し、
前記吹付け台車の前方には、３ＤスキャナＡが装備され、
前記エレクタには、３ＤスキャナＢが装備されていることを特徴とする。
【0010】
本態様によれば、吹付け台車の前方にノズルブームとエレクタが旋回自在に取り付けられているコンクリート吹付け機において、吹付け台車の前方に３ＤスキャナＡが装備され、エレクタに別途の３ＤスキャナＢが装備されていることにより、例えば吹付け台車の前方に正対する切羽における複数の測定点（吹付け厚を測定する点）の相対座標を３ＤスキャナＡにより測定し、周面における複数の測定点の相対座標をエレクタに装備される３ＤスキャナＢにより測定することができ、これをコンクリート吹付けの前後で実行することにより、切羽と周面のそれぞれの複数の測定点における吹付け厚を、効率的かつ高精度に特定することが可能になる。
すなわち、エレクタに装備されている３ＤスキャナＢにより周面の吹付け厚の特定が行われることから、当該特定に際してエレクタが障害となることは解消される。
ここで、３ＤスキャナＡが、切羽と周面の双方の複数の測定点の相対座標を測定することもできる。この場合、エレクタに装備されている３ＤスキャナＢは、切羽へのコンクリート吹付けの際のリバウンド等の粉塵により、３ＤスキャナＡが使用不可の際に、周面や切羽までエレクタが近接して、相対座標の測定を行う予備スキャナとして機能する。
吹付け台車にターゲットが設けられ、吹付け台車よりもトンネルの坑口側における測量基準点を測量可能な位置にある、トータルステーション等の測量手段により、吹付け台車の三次元座標が特定され、測量手段による測量データは、制御装置に送信もしくは入力されるようになっていてもよい。ここで、制御装置は、吹付け台車に装備されていてもよいし、例えばトンネルの坑外に設けられている管理施設等に収容されていてもよい。
エレクタは、例えば吹付け台車の前方の中央に装備されるノズルブームの左右に装備され、各エレクタには固有の３ＤスキャナＢが取り付けられている。この構成により、例えば弧状の周面のうち、左右の半分ずつの領域を、それぞれの３ＤスキャナＢが分担して吹付け厚を特定することができる。
すなわち、エレクタに装備されている３ＤスキャナＢにより周面の吹付け厚の特定が行われることから、当該特定に際してエレクタが障害となることは解消される。
ここで、３ＤスキャナＡが、切羽と周面の双方の複数の測定点の相対座標を測定することもできる。この場合、エレクタに装備されている３ＤスキャナＢは、切羽へのコンクリート吹付けの際のリバウンド等の粉塵により、３ＤスキャナＡが使用不可の際に、周面や切羽までエレクタが近接して、相対座標の測定を行う予備スキャナとして機能する。
吹付け台車にターゲットが設けられ、吹付け台車よりもトンネルの坑口側における測量基準点を測量可能な位置にある、トータルステーション等の測量手段により、吹付け台車の三次元座標が特定され、測量手段による測量データは、制御装置に送信もしくは入力されるようになっていてもよい。ここで、制御装置は、吹付け台車に装備されていてもよいし、例えばトンネルの坑外に設けられている管理施設等に収容されていてもよい。
エレクタは、例えば吹付け台車の前方の中央に装備されるノズルブームの左右に装備され、各エレクタには固有の３ＤスキャナＢが取り付けられている。この構成により、例えば弧状の周面のうち、左右の半分ずつの領域を、それぞれの３ＤスキャナＢが分担して吹付け厚を特定することができる。
【0011】
ノズルブームやエレクタには、ロータリーエンコーダや角度センサ、ストロークセンサ等の各種センサが装備されていてよく、ロータリーエンコーダ等によって特定された水平角度や傾斜角度、エレクタにおける３ＤスキャナＢの設置位置までの長さ等に関するデータに基づいて、吹付け台車に対する３ＤスキャナＢの相対座標（三次元座標）を特定することができる。
尚、トータルステーション等の測量手段によって測定された吹付け台車の三次元座標（絶対座標）と、３ＤスキャナＡにより測定された切羽や周面における複数の測定点の相対座標とに基づいて、各測定点の絶対座標を測定し、コンクリート吹付けの前後の各測定点の絶対座標の差分値から吹付け厚を特定してもよい。
尚、トータルステーション等の測量手段によって測定された吹付け台車の三次元座標（絶対座標）と、３ＤスキャナＡにより測定された切羽や周面における複数の測定点の相対座標とに基づいて、各測定点の絶対座標を測定し、コンクリート吹付けの前後の各測定点の絶対座標の差分値から吹付け厚を特定してもよい。
【0012】
また、本発明によるコンクリート吹付け機の他の態様において、
前記ノズルブームには第１ターゲットが装備され、前記エレクタには第２ターゲットが装備されており、
前記ノズルブームの先端もしくは前記ノズルには、該ノズルから吹付け面までの距離を測定するレーザ距離計が装備されており、
前記３ＤスキャナＡにより測定された前記第１ターゲットの測定位置データと前記第２ターゲットの測定位置データが、前記制御装置に取得され、該制御装置において、前記ノズルと前記エレクタにおける前記３ＤスキャナＢの設置位置の双方の前記吹付け台車に対する相対座標を更新もしくは補正することを特徴とする。
前記ノズルブームには第１ターゲットが装備され、前記エレクタには第２ターゲットが装備されており、
前記ノズルブームの先端もしくは前記ノズルには、該ノズルから吹付け面までの距離を測定するレーザ距離計が装備されており、
前記３ＤスキャナＡにより測定された前記第１ターゲットの測定位置データと前記第２ターゲットの測定位置データが、前記制御装置に取得され、該制御装置において、前記ノズルと前記エレクタにおける前記３ＤスキャナＢの設置位置の双方の前記吹付け台車に対する相対座標を更新もしくは補正することを特徴とする。
【0013】
本態様によれば、ノズルブームの先端等に第１ターゲットが装備され、エレクタに第２ターゲットが装備されていて、３ＤスキャナＡにより第１ターゲットと第２ターゲットの各位置が測定され、第１ターゲットと第２ターゲットの吹付け台車に対する相対座標（三次元座標）が測定されることにより、ノズルとエレクタにおける３ＤスキャナＢの双方の吹付け台車に対する相対座標を高精度に特定することが可能になる。
ノズルブームやエレクタに装備されるロータリーエンコーダや角度センサ等によるデータに基づいて、ノズルとエレクタにおける３ＤスキャナＢの吹付け台車に対する相対座標を特定する場合は、本態様に比べて、センサによるデータに基づいた間接的な相対座標の特定になることから精度が低下し得るが、本態様では、ノズルブームの先端等の位置を直接測定することから、測定されるノズルブームの先端等の三次元座標の精度は格段に向上する。
ノズルブームやエレクタに装備されるロータリーエンコーダや角度センサ等によるデータに基づいて、ノズルとエレクタにおける３ＤスキャナＢの吹付け台車に対する相対座標を特定する場合は、本態様に比べて、センサによるデータに基づいた間接的な相対座標の特定になることから精度が低下し得るが、本態様では、ノズルブームの先端等の位置を直接測定することから、測定されるノズルブームの先端等の三次元座標の精度は格段に向上する。
【0014】
ここで、「相対座標を更新もしくは補正する」とは、ノズルの位置やエレクタにおける３ＤスキャナＢの設置位置が時々刻々変化することに鑑み、それぞれの吹付け台車に対する相対座標を随時更新することや、現在特定されている相対座標を新規の相対座標に補正することを意味している。このような相対座標の更新もしくは補正により、相対座標等に関する誤差が累積し、結果として吹付け厚の特定値に誤差が生じることを抑制できる。
【0015】
また、本態様によれば、３ＤスキャナＡにより、ノズルブームの先端位置やエレクタにおける３ＤスキャナＢの設置位置、さらには切羽（もしくは、切羽と周面の双方）における複数の測定点の相対座標が測定され、３ＤスキャナＢにより、周面における複数の測定点の相対座標が測定され、コンクリートの吹付けと、コンクリート吹付けの前後におけるノズルや３ＤスキャナＢの相対座標の更新や補正と、切羽や周面における複数の測定点の相対座標の測定等を自動で行うことができることから、オペレータ等を不要にして、吹付け厚の特定を含むコンクリート吹付けの完全な自動吹付け施工を実現できる。
【0016】
また、本発明によるコンクリート吹付け機の他の態様において、
前記ノズルブームの先端には前記ノズルを揺動させるロータリー機構が設けられ、該ロータリー機構に対して前記ノズルが取り付けられていることを特徴とする。
前記ノズルブームの先端には前記ノズルを揺動させるロータリー機構が設けられ、該ロータリー機構に対して前記ノズルが取り付けられていることを特徴とする。
【0017】
本態様によれば、ノズルブームの先端にノズルを揺動させるロータリー機構が設けられていることにより、ノズルを水平面内で揺動（もしくはロータリー回転）させながらコンクリートの吹付けを行う、所謂ロータリー吹付けを実現できる。例えば、従来のコンクリート吹付け機では、吹付け面に対してノズルを遠近させる（もしくは上下させる）揺動のみであり、吹付け面に対して距離を一定に保ちながら揺動（回転）させるものは存在しない。このように吹付け面に対して距離を一定に保ちながらノズルを揺動させるロータリー吹付けにより、吹付け面に対するコンクリートの吹付け圧と吹付け量を均等に保ちながら、吹付け面に対して万遍なくコンクリートを吹付けることが可能になる。
【0018】
また、本発明によるコンクリート吹付け機の他の態様において、
前記ロータリー機構は、前記ノズルに取り付けられる筐体と、該筐体に収容されるモータと、筐体に対して段階的に位置を偏位させる偏心板と、を備え、
前記偏心板を所定の位置に偏位させた状態で前記モータを駆動することにより、前記筐体を揺動させ、該筐体を介して前記ノズルを揺動させることを特徴とする。
前記ロータリー機構は、前記ノズルに取り付けられる筐体と、該筐体に収容されるモータと、筐体に対して段階的に位置を偏位させる偏心板と、を備え、
前記偏心板を所定の位置に偏位させた状態で前記モータを駆動することにより、前記筐体を揺動させ、該筐体を介して前記ノズルを揺動させることを特徴とする。
【0019】
本態様によれば、ロータリー機構が、ノズルに取り付けられる筐体と、筐体に収容されるモータと、筐体に対して段階的に位置を偏位させる偏心板とを備え、偏心板を所定の位置に偏位させた状態でモータを駆動することにより、所望の揺動態様でノズルを揺動することができる。ここで、偏心板の段階的な偏位調整は、手動にて行うことができる他、自動調整にて行うこともできる。
【0020】
また、本発明によるコンクリート吹付け機の他の態様において、
前記ノズルブームにおける前記ノズルの近傍には、該ノズルの速度を計測する、加速度計もしくは速度計がさらに設けられていることを特徴とする。
前記ノズルブームにおける前記ノズルの近傍には、該ノズルの速度を計測する、加速度計もしくは速度計がさらに設けられていることを特徴とする。
【0021】
本態様によれば、ノズルの移動速度を計測することができ、ロータリー吹付けにおいて重要なファクターである、吹付け面までの距離やノズルの移動速度、ノズルの回転数（回転速度）、揺動角等のうち、ノズルの移動速度が所望の移動速度であるか否かを確認することができ、所望の移動速度から乖離している場合に移動速度の修正を図ることが可能になる。
【0022】
また、本発明によるコンクリート吹付け方法の一態様は、
トンネルの切羽と周面に対してコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け方法であって、
自走式の吹付け台車と、該吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在である、ノズルブームと、該ノズルブームの先端に取り付けられていてコンクリートを吐出する、ノズルと、を備えているノズル機構と、前記吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在であって支保工を把持するエレクタとを有するコンクリート吹付け機を使用して、前記切羽と前記周面にコンクリートを吹付け、この吹付けの前後に、前記吹付け台車の前方に装備されている３ＤスキャナＡにより、前記切羽と前記周面におけるそれぞれの複数の測定点の相対座標を測定して、吹付け厚を特定する、Ａ工程を有することを特徴とする。
トンネルの切羽と周面に対してコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け方法であって、
自走式の吹付け台車と、該吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在である、ノズルブームと、該ノズルブームの先端に取り付けられていてコンクリートを吐出する、ノズルと、を備えているノズル機構と、前記吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在であって支保工を把持するエレクタとを有するコンクリート吹付け機を使用して、前記切羽と前記周面にコンクリートを吹付け、この吹付けの前後に、前記吹付け台車の前方に装備されている３ＤスキャナＡにより、前記切羽と前記周面におけるそれぞれの複数の測定点の相対座標を測定して、吹付け厚を特定する、Ａ工程を有することを特徴とする。
【0023】
本態様によれば、吹付け台車の前方に装備されている３ＤスキャナＡにより、切羽と周面における複数の測定点の相対座標を測定して吹付け厚を特定するＡ工程を有することにより、吹付け面となる切羽と周面の双方における吹付け厚を効率的かつ高精度に特定しながら、コンクリートの吹付けを行うことが可能になる。
【0024】
また、本発明によるコンクリート吹付け方法の他の態様は、
トンネルの切羽と周面に対してコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け方法であって、
自走式の吹付け台車と、該吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在である、ノズルブームと、該ノズルブームの先端に取り付けられていてコンクリートを吐出する、ノズルと、を備えているノズル機構と、前記吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在であって支保工を把持するエレクタとを有するコンクリート吹付け機を使用して、前記切羽にコンクリートを吹付け、この吹付けの前後に、前記吹付け台車の前方に装備されている３ＤスキャナＡにより、前記切羽における複数の測定点の相対座標を測定して吹付け厚を特定する、Ａ１工程と、
前記周面にコンクリートを吹付け、この吹付けの前後に、前記エレクタに装備されている３ＤスキャナＢにより、前記周面における複数の測定点の相対座標を測定して吹付け厚を特定する、Ａ２工程と、を有することを特徴とする。
トンネルの切羽と周面に対してコンクリートを吹付けるコンクリート吹付け方法であって、
自走式の吹付け台車と、該吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在である、ノズルブームと、該ノズルブームの先端に取り付けられていてコンクリートを吐出する、ノズルと、を備えているノズル機構と、前記吹付け台車に対して旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向に伸縮自在であって支保工を把持するエレクタとを有するコンクリート吹付け機を使用して、前記切羽にコンクリートを吹付け、この吹付けの前後に、前記吹付け台車の前方に装備されている３ＤスキャナＡにより、前記切羽における複数の測定点の相対座標を測定して吹付け厚を特定する、Ａ１工程と、
前記周面にコンクリートを吹付け、この吹付けの前後に、前記エレクタに装備されている３ＤスキャナＢにより、前記周面における複数の測定点の相対座標を測定して吹付け厚を特定する、Ａ２工程と、を有することを特徴とする。
【0025】
本態様によれば、吹付け台車の前方に装備されている３ＤスキャナＡにより、切羽における複数の測定点の相対座標を測定して吹付け厚を特定するＡ１工程と、エレクタに装備されている３ＤスキャナＢにより、周面における複数の測定点の相対座標を測定して吹付け厚を特定するＡ２工程を有することにより、吹付け面となる切羽と周面の双方における吹付け厚を効率的かつ高精度に特定しながら、コンクリートの吹付けを行うことが可能になる。
【0026】
また、本発明によるコンクリート吹付け方法の他の態様において、
前記ノズルブームには第１ターゲットとレーザ距離計が装備され、前記エレクタには第２ターゲットが装備されており、
前記Ａ１工程では、前記３ＤスキャナＡにより、前記第１ターゲットを測定して前記ノズルの前記相対座標を特定し、前記レーザ距離計により前記切羽までの距離を特定し、
前記Ａ２工程では、前記３ＤスキャナＡにより、前記第２ターゲットを測定して前記エレクタにおける前記３ＤスキャナＢの取り付け位置の前記相対座標を特定することを特徴とする。
前記ノズルブームには第１ターゲットとレーザ距離計が装備され、前記エレクタには第２ターゲットが装備されており、
前記Ａ１工程では、前記３ＤスキャナＡにより、前記第１ターゲットを測定して前記ノズルの前記相対座標を特定し、前記レーザ距離計により前記切羽までの距離を特定し、
前記Ａ２工程では、前記３ＤスキャナＡにより、前記第２ターゲットを測定して前記エレクタにおける前記３ＤスキャナＢの取り付け位置の前記相対座標を特定することを特徴とする。
【0027】
本態様によれば、ノズルブームの先端等に第２ターゲットが装備され、エレクタに第３ターゲットが装備されていて、３ＤスキャナＡにより第１ターゲットと第２ターゲットの相対座標が測定されることにより、ノズルとエレクタにおける３ＤスキャナＢの吹付け台車に対する相対座標を高精度に特定することが可能になり、各三次元座標の更新や補正を随時行うことができる。
【0028】
また、本発明によるコンクリート吹付け方法の他の態様は、
前記Ａ工程、前記Ａ１工程、及び前記Ａ２工程において、前記ノズルを揺動させながらコンクリートを吹付けることを特徴とする。
前記Ａ工程、前記Ａ１工程、及び前記Ａ２工程において、前記ノズルを揺動させながらコンクリートを吹付けることを特徴とする。
【0029】
本態様によれば、所謂ロータリー吹付けにて、吹付け面に対して距離を一定に保ちながらノズルを揺動させるロータリー吹付けにより、吹付け面に対するコンクリートの吹付け圧と吹付け量を均等に保ちながら、吹付け面に対して万遍なくコンクリートを吹付けることが可能になる。
【発明の効果】
【0030】
本発明のコンクリート吹付け機とコンクリート吹付け方法によれば、吹付け面となる切羽と周面の双方における吹付け厚を、効率的かつ高精度に特定しながら、コンクリートの吹付けを行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】実施形態に係るコンクリート吹付け機の一例の側面図である。
【図2】実施形態に係るコンクリート吹付け機の一例の平面図である。
【図5】ロータリー機構の一例を斜め下方から見た斜視図である。
【図6】ロータリー機構の一例を斜め上方から見た斜視図である。
【図7】コンクリート吹付け機を構成する制御装置のハードウェア構成の一例を示す図である。
【図8】コンクリート吹付け機を構成する制御装置の機能構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0032】
以下、実施形態に係るコンクリート吹付け機とコンクリート吹付け方法について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。
【0033】
［実施形態に係るコンクリート吹付け機とコンクリート吹付け方法］
図１乃至図８を参照して、実施形態に係るコンクリート吹付け機とコンクリート吹付け方法の一例について説明する。ここで、図１と図２はそれぞれ、実施形態に係るコンクリート吹付け機の一例の側面図と平面図である。また、図３は、図１のIII部の拡大図であって、ノズル機構の一例を拡大した側面図であり、図４は、図３に示すノズル機構の一例を斜め後方から見た斜視図である。さらに、図５と図６はそれぞれ、ロータリー機構の一例を斜め下方と斜め上方から見た斜視図である。
図１乃至図８を参照して、実施形態に係るコンクリート吹付け機とコンクリート吹付け方法の一例について説明する。ここで、図１と図２はそれぞれ、実施形態に係るコンクリート吹付け機の一例の側面図と平面図である。また、図３は、図１のIII部の拡大図であって、ノズル機構の一例を拡大した側面図であり、図４は、図３に示すノズル機構の一例を斜め後方から見た斜視図である。さらに、図５と図６はそれぞれ、ロータリー機構の一例を斜め下方と斜め上方から見た斜視図である。
【0034】
以下、図１と図２において、トンネルＴの軸方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する水平方向をＹ方向、Ｘ方向に直交する鉛直方向をＺ方向とする。以下で説明する、例えば切羽Ｋにおける複数の測定点の吹付け台車１０に対する相対座標は、この３方向による（Ｘｉ，Ｙｉ，Ｚｉ）で特定することができる。
【0035】
コンクリート吹付け機１００は、地盤Ｇに造成されているトンネルＴ（山岳トンネル）におけるコンクリートの吹付け面である、切羽Ｋと周面Ｓに対して所定の吹付け厚にてコンクリートを吹付ける重機である。
【0036】
山岳トンネルＴの施工においては、所定延長の掘削とずり出し、造成されたトンネルＴの周面Ｓと切羽Ｋに対するコンクリートの一次吹付け、支保工の建て込み、二次吹付けを一連の施工サイクルとし、この施工サイクルを繰り返しながら掘進していく。ここで、二次吹付けの後に、必要に応じてロックボルトを打設する施工方法もある。図１と図２においては、吹付け厚ｔの吹付けコンクリートＣの施工が完了している区間の先の１ｍ乃至３ｍ程度の範囲の掘削とずり出しが完了し、当該区間の切羽Ｋと周面Ｓが露出している状態を示している。この露出している切羽Ｋと周面Ｓに対して、吹付け厚を管理しながら吹付けコンクリートの施工が行われる。
【0037】
コンクリート吹付け機１００は、自走式の吹付け台車１０と、吹付け台車１０に搭載されている制御装置８０と、吹付け台車１０の前方（切羽Ｋ側）の中央位置において、鉛直方向（Ｙ１方向）と水平方向（Ｙ２方向）に旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向にＹ３方向に伸縮自在である、ノズルブーム２０を有する。コンクリート吹付け機１００はさらに、吹付け台車１０の前方のノズルブーム２０の左右位置において、同様にＹ１方向とＹ２方向に旋回自在に取り付けられ、自身の軸方向にＹ４方向に伸縮自在である、一対のエレクタ６０と、吹付け台車１０の前方の左右のエレクタ６０の近傍位置において、同様にＹ１方向とＹ２方向に旋回自在に取り付けられ、マンケージ７２を先端に備えている一対のマンケージブーム７０を有する。
【0038】
ノズルブーム２０は、吹付け台車１０から延びるブーム２１と、ブーム２１の先端において回動自在でかつ伸縮自在に取り付けられているアーム２２とを有する。アーム２２の先端にはロータリー機構３０が取り付けられ、ロータリー機構３０にはノズル４０が取り付けられており、ノズルブーム２０と、ロータリー機構３０と、ノズル４０とにより、ノズル機構５０が構成される。
【0039】
ここで、ノズル４０における吐出口と反対側の端部（図１ではノズル４０の下端）には、図３と図４に示すようにコンクリート圧送ホース４２（もしくはコンクリート圧送配管）の端部が取り付けられ、このコンクリート圧送ホース４２は、不図示のミキサー車からコンクリートが供給されるホッパーと、コンクリートを圧送するコンクリートポンプとに通じている。制御装置８０による駆動制御にてコンクリートポンプを駆動することにより、コンクリート圧送ホース４２を介してコンクリートがノズル４０に供給され、ノズル４０から吹付け面に対してコンクリートが吐出される。ここで、ノズル４０に対して直接的に、もしくは、コンクリート圧送ホース４２におけるノズル４０の近傍位置に、急結材が供給され、急結材が添加されたコンクリートが吹付け面に吐出されてもよい。
【0040】
吹付け台車１０のうち、坑口側の後方には第３ターゲット１２Ａが装備され、中央の左右位置には別途の第３ターゲット１２Ｂ，１２Ｃが装備されており、各第３ターゲット１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃは、高さレベルが相互に相違するように設置されている。
【0041】
コンクリート吹付け機１００よりもトンネルＴの坑口側における、測量基準点を測量可能な位置には、不図示のトータルステーションからなる測量手段が設けられており、トータルステーションにて各第３ターゲット１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃが視準され、測距と測角が実行されることにより、吹付け台車１０の三次元座標（絶対座標）が測定される。トータルステーションにより測定された吹付け台車１０の三次元座標データは、制御装置８０に送信もしくはデータ入力される。
【0042】
尚、コンクリート吹付け機１００は、吹付け面における吹付け厚の測定に際して、吹付け台車１０の絶対座標を必ずしも適用するものでないが、吹付け台車１０の絶対座標と、以下で説明する３ＤスキャナＡ（９０Ａ）等により測定された吹付け面における測定点の相対座標とに基づいて、当該測定点の絶対座標が特定され、コンクリート吹付け前後の測定点の絶対座標に基づいて吹付け厚が特定されてもよい。
【0043】
吹付け台車１０の前方の左右端にはそれぞれ、３ＤスキャナＡ（９０Ａ）が装備されている。ここで、３ＤスキャナＡ（９０Ａ）や以下で説明する３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）としては、３ＤＲｉＤＥＲの適用が好ましい。３ＤＲｉＤＥＲは、振動等に強く、重機への設置に好適であるとともに、一般の３Ｄスキャナに比べて相対的に安価な計測器であることがその理由である。
【0044】
ノズルブーム２０のうち、ブーム２１とアーム２２にはそれぞれ第１ターゲット２８Ｃ，２８Ｂが装備され、ロータリー機構３０には別途の第１ターゲット２８Ａが装備されている。
【0045】
ノズルブーム２０にはその他、複数の角度センサ２５Ａ、２５Ｂ，２５Ｃや、ロータリーエンコーダ２６，ストロークセンサ２７が装備されている。各角度センサ２５Ａ、２５Ｂ，２５Ｃにより各位置の傾斜角度が特定され、ロータリーエンコーダ２６により水平角度が特定され、ストロークセンサ２７によりノズルブーム２０の所定位置（例えばアーム２２の先端位置）における吹付け台車１０からの長さが特定される。
【0046】
ノズルブーム２０の先端のロータリー機構３０には、レーザ距離計９０Ｂが装備されている。このレーザ距離計９０Ｂにより、ノズル４０と吹付け面までの距離を随時計測し、一定の距離を確保しながらコンクリートの吹付けを行う。ノズル４０と吹付け面の間の距離を、例えば１．５ｍ程度に設定してコンクリートの吹付けを行う際に、地山面の肌落ちや吹付け面の剥がれ等が発生し、さらに吹付け面の表面凹凸は一般に大きいことから、レーザ距離計による計測値に基づいてノズルブーム２０を伸縮させ、ノズル４０と吹付け面との間の距離を一定に保つようにするのが望ましい。
【0047】
また、エレクタ６０には、複数の角度センサ６５Ａ，６５Ｂの他、第２ターゲット６８と３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）やストロークセンサ６７が装備されている。尚、エレクタ６０にも、ロータリーエンコーダがさらに装備されていてもよい。
【0048】
吹付け台車１０の前方の左右端にある３ＤスキャナＡ（９０Ａ）は、吹付け面である切羽Ｋと周面Ｓにおける複数の測定点（吹付け厚を測定する点）の吹付け台車１０に対する相対座標を測定する。
【0049】
３ＤスキャナＡ（９０Ａ）はさらに、ノズル機構５０に装備されている第１ターゲット２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃと、エレクタ６０に装備されている第２ターゲット６８をそれぞれ視準し、ノズル４０の吹付け台車１０に対する相対位置と、３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）の相対位置を特定し、各相対位置データを制御装置８０に送信する。
【0050】
図５と図６に示すように、ロータリー機構３０は、一対の筐体３１，３２と、筐体３１，３２に収容されるモータ３３と、モータ３３の上方に載置される格納体３４と、一方の筐体３２から側方に張り出してノズル４０が設置されるノズル取り付け筒３６とを有する。
【0051】
他方の筐体３２の内部には、レーザ距離計９０Ｂが設置されており、コンクリートの吹付け方向にある吹付け面に対してＸ２方向にレーザを照射し、反射レーザを取得して吹付け面までの距離を随時測定する。
【0052】
図５と図６に示すように、ノズル取り付け筒３６には、一点鎖線で示すノズル４０とコンクリート圧送ホース４２が取り付けられ、不図示のコンクリートポンプの駆動によって供給されたコンクリートがコンクリート圧送ホース４２を介してノズル４０に供給され、ノズル４０からＸ１方向に吐出されるようになっている。
【0053】
図６に示すように、格納体３４からＸ３方向へ、段階的に偏心板３５が張り出すように構成されている。
【0054】
ロータリー機構３０は、偏心板３５が一方側へ偏位した状態でモータ３３が回転することにより、ノズル４０をＸ４方向に揺動させる機構であり、揺動しているノズル４０からコンクリートを吐出するロータリー吹付けにより、吹付け面に対するノズル４０の距離を一定に保ち、吹付け面に対するコンクリートの吹付け圧と吹付け量を均等に保ちながら、吹付け面に対して万遍なくコンクリートを吹付けることを可能にする。
【0055】
偏心板３５の偏位量を調整することにより、ノズル４０の揺動態様を様々に変化させることができる。ここで、偏心板３５の段階的な偏位量の調整は、手動にて行うことができる他、自動調整にて行うこともできる。
【0056】
一方の筐体３２には、接近センサ３７が設置されており、モータ３３を構成する不図示のロータ内に収容されている永久磁石の接近を検知してロータの回転数を計測するようになっている。また、他方の筐体３１には、加速度センサ２９が設置されており、ロータリー機構３０とノズル４０の移動速度を計測するようになっている。
【0057】
ロータリー吹付けにおいては、ノズル４０の吹付け面までの距離やノズル４０の移動速度、ノズル４０の回転数（回転速度）、揺動角等が重要なファクターになる。また、加速度センサ２９によってノズル４０の移動速度が所望の移動速度であるか否かを確認することにより、所望の移動速度から乖離している場合に移動速度の修正を図ることが可能になる。
【0058】
次に、図７と図８を参照して、コンクリート吹付け機１００を構成する制御装置８０について説明する。ここで、図７は、制御装置のハードウェア構成の一例を示す図であり、図８は、制御装置の機能構成の一例を示す図である。
【0059】
図７に示すように、制御装置８０は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ：Personal Computer）等の情報処理装置（コンピュータ）により構成される。制御装置８０を構成するコンピュータは、接続バス８６により相互に接続されているＣＰＵ（Central Processing Unit）８１、主記憶装置８２、補助記憶装置８３、通信ＩＦ８４、及び入出力ＩＦ（interface）８５を備えている。主記憶装置８２と補助記憶装置８３は、コンピュータが読み取り可能な記録媒体である。尚、上記の構成要素はそれぞれ個別に設けられてもよいし、一部の構成要素を設けないようにしてもよい。
【0060】
ＣＰＵ８１は、ＭＰＵ（Microprocessor）やプロセッサとも呼ばれ、ＣＰＵ８１は、単一のプロセッサであってもよいし、マルチプロセッサであってもよい。ＣＰＵ８１は、コンピュータからなる制御装置８０の全体の制御を行う中央演算処理装置である。ＣＰＵ８１は、例えば、補助記憶装置８３に記憶されたプログラムを主記憶装置８２の作業領域にて実行可能に展開し、プログラムの実行を通じて周辺機器の制御を行うことにより、所定の目的に合致した機能を提供する。
【0061】
主記憶装置８２は、ＣＰＵ８１が実行するコンピュータプログラムや、ＣＰＵ８１が処理するデータ等を記憶する。主記憶装置８２は、例えば、フラッシュメモリ、ＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）を含む。補助記憶装置８３は、各種のプログラム及び各種のデータを読み書き自在に記録媒体に格納し、外部記憶装置とも呼ばれる。補助記憶装置８３には、例えば、ＯＳ（Operating System）、各種プログラム、各種テーブル等が格納される。ＯＳは、例えば、通信ＩＦ８４を介して接続される外部装置等とのデータの受け渡しを行う通信インターフェースプログラムを含む。外部装置等には、例えば、３ＤスキャナＡ（９０Ａ）や３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）、レーザ距離計９０Ｂ，角度センサ２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ、ロータリーエンコーダ２６，ストロークセンサ２７，トータルステーション等の他、例えばネットワークに接続する管理施設（工事詰所）等にある施工管理用のパーソナルコンピュータ（図示せず）等が含まれる。
【0062】
補助記憶装置８３は、例えば、主記憶装置８２を補助する記憶領域として使用され、ＣＰＵ８１が実行するコンピュータプログラムや、ＣＰＵ８１が処理するデータ等を記憶する。補助記憶装置８３は、不揮発性半導体メモリ（フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM））を含むシリコンディスク、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ：Hard Disk Drive）装置、ソリッドステートドライブ装置等である。また、補助記憶装置８３として、ＣＤドライブ装置、ＤＶＤドライブ装置、ＢＤドライブ装置といった着脱可能な記録媒体の駆動装置が例示され、着脱可能な記録媒体として、ＣＤ、ＤＶＤ、ＢＤ、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、ＳＤ（Secure Digital）メモリカード等が例示される。
【0063】
入出力ＩＦ８５は、制御装置８０に接続する機器との間でデータの入出力を行うインターフェイスである。入出力ＩＦ８５には、例えば、キーボード、タッチパネルやマウス等のポインティングデバイス、マイクロフォン等の入力デバイス等が接続する。制御装置８０は、入出力ＩＦ８５を介して、入力デバイスを操作する操作者からの操作指示等を受け付ける。
【0064】
また、入出力ＩＦ８５には、例えば、液晶パネル（ＬＣＤ：Liquid Crystal Display）や有機ＥＬパネル（ＥＬ：Electroluminescence）等の表示デバイス、プリンタ、スピーカ等の出力デバイスが接続される。例えば、３ＤスキャナＡ（９０Ａ）や３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）から送信される、切羽Ｋや周面Ｓにおけるコンクリート吹付け前後の各測定点の相対座標データが表示され、この相対座標データに基づいて特定された各測定点における吹付け厚が表示されるようになっている。
【0065】
吹付け厚に一定の閾値が設定されている場合は、閾値も同時に表示され、特定された吹付け厚が閾値を超えた際にアラーム表示するようになっていてもよい。
【0066】
また、レーザ距離計９０Ｂにより測定されたノズル４０と吹付け面との間の距離が随時表示され、管理基準値（例えば１．５ｍ）の間に距離閾値が設定されている場合は、特定された距離が閾値を超えた際にアラーム表示するようになっていてもよい。
【0067】
通信ＩＦ８４は、制御装置８０が接続するケーブルやネットワークとのインターフェイスである。通信ＩＦ８４は、インターネット等の公衆ネットワーク、携帯電話網等の無線ネットワーク、ＶＰＮ（Virtual Private Network）等の専用ネットワーク、ＬＡＮ（Local Area Network）等、様々なネットワークを介して、３ＤスキャナＡ（９０Ａ）等から計測データを受信し、管理施設にある施工管理用のパーソナルコンピュータに吹付け面における複数の測定点の吹付け厚に関する特定データ等を送信する。
【0068】
図８に示すように、制御装置８０は、ＣＰＵ８１によるプログラムの実行により、少なくとも、取得部１０２、相対座標特定部１０４、吹付け厚算定部１０６、コンクリートポンプ駆動部１０８、ブーム駆動部１１０、表示部１１２、及び格納部１１４の各種機能を提供する。ここで、上記処理機能の少なくとも一部が、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等によって提供されてもよく、同様に、上記処理機能の少なくとも一部が、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、数値演算プロセッサ、画像処理プロセッサ等の専用ＬＳＩ（large scale integration）やその他のデジタル回路等であってもよい。
【0069】
取得部１０２には、３ＤスキャナＡ（９０Ａ）や３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）にて測定された、吹付け面である切羽Ｋと周面Ｓにおける複数の測定点の三次元座標データが取得され、取得された三次元座標データは格納部１１４に格納（記憶）される。
【0070】
また、取得部１０２には、３ＤスキャナＡ（９０Ａ）にて測定された、第１ターゲット２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃや第２ターゲット６８を視準した際の三次元座標データが取得され、格納部１１４に格納（記憶）される。
【0071】
相対座標特定部１０４では、格納部１１４に記憶されている吹付け面における各測定点の三次元座標データに基づいて、吹付け台車１０に対する各測定点の相対座標を特定し、第１ターゲット２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃや第２ターゲット６８の三次元座標データに基づいて、ノズル４０と３ＤスキャナＢ（９０Ｂ）の相対座標を特定する。また、相対座標特定部１０４では、３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）の相対座標と、３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）によって測定された吹付け面（例えば周面Ｓ）における測定点の相対座標とに基づいて、吹付け台車１０に対する測定点の相対座標を特定することもできる。
【0072】
吹付け厚算定部１０６は、例えば、各測定点におけるコンクリート吹付け前後の相対座標の差分を実行し、差分値をもって吹付け厚とする。
【0073】
コンクリートポンプ駆動部１０８は、ブーム駆動部１１０によるノズルブーム２０の動作制御と連動してコンクリートポンプの駆動制御を実行し、ノズル４０が吹付け面に対して一定の距離となるように位置合わせされた段階でブーム駆動部１１０によりノズルブーム２０の動作が停止された後、コンクリートポンプを駆動してコンクリートを吹付け面に対して一定時間吐出する。この際、ブーム駆動部１１０により、ロータリー機構３０のモータ３３の回転制御が実行され、ノズル４０が揺動しながらコンクリートの吐出を行う。
【0074】
表示部１１２は、切羽Ｋや周面Ｓにおけるコンクリート吹付け前後の各測定点の相対座標データを表示し、この相対座標データに基づいて吹付け厚算定部１０６にて算定された各測定点における吹付け厚を表示する。
【0075】
コンクリート吹付け機１００によれば、３ＤスキャナＡ（９０Ａ）により、切羽Ｋと周面Ｓにおける複数の測定点の相対座標、ノズルブーム２０の先端位置やエレクタ６０における３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）の設置位置の相対座標が測定され、あるいは、３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）により、周面Ｓにおける複数の測定点の相対座標が測定されることにより、コンクリートの自動吹付けと、コンクリート吹付けの前後における切羽Ｋや周面Ｓにおける複数の測定点の相対座標の測定と、ノズル４０や３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）の相対座標の更新や補正等が自動で行われることから、オペレータ等を不要にして、吹付け厚の特定を含むコンクリート吹付けの完全な自動吹付け施工を実現できる。
【0076】
また、揺動しているノズル４０からコンクリートを吐出するロータリー吹付けを実行することにより、吹付け面に対するノズル４０の距離を一定に保ち、吹付け面に対するコンクリートの吹付け圧と吹付け量を均等に保ちながら、吹付け面に対して万遍なくコンクリートを吹付けることができ、高品質な吹付けコンクリートを施工できる。
【0077】
さらに、ノズル４０の吹付け台車１０に対する相対座標や、トータルステーションを用いたノズル４０の絶対座標等を随時更新もしくは補正することにより、吹付け面における各測定点の座標の累積誤差等を解消することができる。
【0078】
次に、実施形態に係るコンクリート吹付け方法について概説する。
【0079】
このコンクリート吹付け方法は、コンクリート吹付け機１００を使用して、切羽Ｋと周面Ｓにコンクリートを吹付け、この吹付けの前後に、吹付け台車１０の前方に装備されている３ＤスキャナＡ（９０Ａ）により、切羽Ｋと周面Ｓにおけるそれぞれの複数の測定点の相対座標を測定して、吹付け厚を特定する、Ａ工程を有する。
【0080】
コンクリート吹付けにおいては、ノズル４０を揺動させながらコンクリートを吹付ける、ロータリー吹付けを実行する。例えば、１層の吹付け厚を５０ｍｍ程度に設定し、１層吹付けた段階で３ＤスキャナＡ（９０Ａ）や３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）で吹付け面の相対座標を取得する。切羽Ｋに対するコンクリート吹付けは、１層（例えば５０ｍｍ）の吹付けにてコンクリート吹付けが終了となり、周面Ｓに対するコンクリート吹付けは、複数層の吹付けを段階的に実行する。このロータリー吹付けにおいては、レーザ距離計９０Ｂでノズル４０と吹付け面との距離を随時測定し、一定の距離を保持しながらコンクリート吹付けを行う。
【0081】
このコンクリート吹付け方法によれば、切羽Ｋと周面Ｓにおける吹付けコンクリートの吹付け厚を効率的かつ高精度に特定しながら、吹付けコンクリートを施工することができる。
【0082】
また、コンクリート吹付け方法の他の態様は、コンクリート吹付け機１００を使用して、切羽Ｋにコンクリートを吹付け、この吹付けの前後に、３ＤスキャナＡ（９０Ａ）により、切羽Ｋにおける複数の測定点の相対座標を測定して吹付け厚を特定するＡ１工程を実行する。次に、周面Ｓにコンクリートを吹付け、この吹付けの前後に、３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）により、周面Ｓにおける複数の測定点の相対座標を測定して吹付け厚を特定する、Ａ２工程を実行する。
【0083】
ここで、ノズルブーム２０には第１ターゲット２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃが装備され、エレクタ６０には第２ターゲット６８が装備されていて、Ａ１工程では、３ＤスキャナＡ（９０Ａ）により、第１ターゲット２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃを測定してノズル４０の相対座標を特定する。一方、Ａ２工程では、３ＤスキャナＡ（９０Ａ）により、第２ターゲット６８を測定して、３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）の取り付け位置の相対座標を特定する。このように、ノズル４０と３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）の相対座標を随時更新もしくは補正しながら、コンクリート吹付けを実行する。この吹付け方法においても、ロータリー吹付けを行う。
【0084】
このコンクリート吹付け方法によれば、周面Ｓの測定点の相対座標の測定に際して、エレクタ６０に装備されている３ＤスキャナＢ（９０Ｃ）が適用されることから、エレクタ６０が当該測定の障害になることが解消される。
【0085】
尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
【符号の説明】
【0086】
１０：吹付け台車
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ：第３ターゲット
２０：ノズルブーム
２１：ブーム
２２：アーム
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ：角度センサ
２６：ロータリーエンコーダ
２７：ストロークセンサ
２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ：第１ターゲット
２９：加速度計
３０：ロータリー機構
３１，３２：筐体
３３：モータ
３４：格納体
３５：偏心板
３６：ノズル取り付け筒
３７：接近センサ
４０：ノズル
４２：コンクリート圧送ホース
５０：ノズル機構
６０：エレクタ
６５Ａ，６５Ｂ：角度センサ
６７：ストロークセンサ
６８：第２ターゲット
７０：マンケージブーム
７２：マンケージ
８０：制御装置
９０Ａ：３ＤスキャナＡ
９０Ｂ：レーザ距離計
９０Ｃ：３ＤスキャナＢ
１００：コンクリート吹付け機
Ｇ：地盤
Ｔ：トンネル（山岳トンネル）
Ｋ：切羽（吹付け面）
Ｓ：周面（吹付け面）
Ｃ：吹付けコンクリート
ｔ：吹付け厚
１２Ａ，１２Ｂ，１２Ｃ：第３ターゲット
２０：ノズルブーム
２１：ブーム
２２：アーム
２５Ａ，２５Ｂ，２５Ｃ：角度センサ
２６：ロータリーエンコーダ
２７：ストロークセンサ
２８Ａ，２８Ｂ，２８Ｃ：第１ターゲット
２９：加速度計
３０：ロータリー機構
３１，３２：筐体
３３：モータ
３４：格納体
３５：偏心板
３６：ノズル取り付け筒
３７：接近センサ
４０：ノズル
４２：コンクリート圧送ホース
５０：ノズル機構
６０：エレクタ
６５Ａ，６５Ｂ：角度センサ
６７：ストロークセンサ
６８：第２ターゲット
７０：マンケージブーム
７２：マンケージ
８０：制御装置
９０Ａ：３ＤスキャナＡ
９０Ｂ：レーザ距離計
９０Ｃ：３ＤスキャナＢ
１００：コンクリート吹付け機
Ｇ：地盤
Ｔ：トンネル（山岳トンネル）
Ｋ：切羽（吹付け面）
Ｓ：周面（吹付け面）
Ｃ：吹付けコンクリート
ｔ：吹付け厚
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】