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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-08
(45)【発行日】2023-08-17
(54)【発明の名称】支保工建込装置およびこれを用いた支保工の建て込み方法
(51)【国際特許分類】
E21D 11/40 20060101AFI20230809BHJP
【ＦＩ】
E21D11/40 A
E21D11/40 Z
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2021567696
(86)(22)【出願日】2020-12-25
(86)【国際出願番号】 JP2020048852
(87)【国際公開番号】W WO2021132608
(87)【国際公開日】2021-07-01
【審査請求日】2022-03-16
(31)【優先権主張番号】P 2019237956
(32)【優先日】2019-12-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】594149398
【氏名又は名称】古河ロックドリル株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】000201478
【氏名又は名称】前田建設工業株式会社
(73)【特許権者】
【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】100103850
【弁理士】
【氏名又は名称】田中 秀▲てつ▼
(74)【代理人】
【識別番号】100105854
【弁理士】
【氏名又は名称】廣瀬 一
(74)【代理人】
【識別番号】100066980
【弁理士】
【氏名又は名称】森 哲也
(72)【発明者】
【氏名】能代 泰範
(72)【発明者】
【氏名】片桐 正人
(72)【発明者】
【氏名】水谷 和彦
(72)【発明者】
【氏名】坂下 誠
(72)【発明者】
【氏名】宮原 宏史
(72)【発明者】
【氏名】戴 昊
【審査官】柿原 巧弥
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１２－１９７５５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１７３３９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１８－１９３７１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】欧州特許出願公開第３２２５７７８（ＥＰ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｅ２１Ｄ １１／４０
Ｅ２１Ｄ １１／１８
Ｅ２１Ｄ ９／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
トンネル工事における左右一対の支保工を支保工建込用作業車両等の作業機を用いて施工する際に、支保工の建て込み作業に用いられる支保工建込装置であって、建て込み作業を行うための操作部に設置されたモニタと、該モニタに支保工の建て込み作業に必要な情報を表示させるコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記作業機に設けられて左右それぞれの支保工を支持するための支保工エレクタにおける各可動部の作動量を検出する複数のセンサから取得された姿勢情報と、前記支保工エレクタに支持されているときの左右それぞれの支保工に付設された二点のターゲット情報とに基づいて、左右それぞれの支保工全体の三次元空間での姿勢情報を生成し、該左右それぞれの支保工全体の姿勢情報を、イメージ図および／または数値として前記モニタに表示させるように構成されていることを特徴とする支保工建込装置。
【請求項2】
前記支保工エレクタの作動順序、作動時間または制御値などの操作情報を前記コントローラとの間で授受する操作情報記憶部を更に備える請求項１に記載の支保工建込装置。
【請求項3】
請求項１または２に記載の支保工建込装置を用いて支保工を建て込む方法であって、オペレータは、前記モニタに表示された前記イメージ図および／または前記数値を確認しつつ、前記支保工の天端ボルト合わせ作業および／または根足位置合わせ作業を行うことを特徴とする支保工の建て込み方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、トンネル施工における支保工の建て込み作業に用いられる支保工建込装置およびこれを用いた支保工の建て込み方法に関する。
【背景技術】
【0002】
支保工の建て込み作業は切羽直下で行なわれるため、肌落ち（落盤）による被災が多く発生し、省人化、無人化が強く望まれている。
これに対し、トンネル施工における支保工の建て込み作業に用いられる技術として、例えば特許文献１記載の技術が提案され実施されている。同文献には、トータルステーションを用いて、左右一対の支保工に取り付けた３つのターゲットを測量しつつ、支保工を建て込む技術が開示されている。
これに対し、トンネル施工における支保工の建て込み作業に用いられる技術として、例えば特許文献１記載の技術が提案され実施されている。同文献には、トータルステーションを用いて、左右一対の支保工に取り付けた３つのターゲットを測量しつつ、支保工を建て込む技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第４５５９３４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかし、同文献記載の技術では、左右一対の支保工に取り付けた３つのターゲットを要する。そのため、図５に示すように、連結前の、各支保工Ｓに対して設けた二つのターゲット（同図の例では、Ｍｕ，Ｍｓ）での測量であると、二つのターゲットＭｕ，Ｍｓを結ぶ線ＣＬを軸として各支保工Ｓが回転した場合には、各支保工Ｓの姿勢を検出する上で更なる改善の余地がある。
【0005】
つまり、例えば、左右一対の支保工を連結する前の天端ボルト合わせ作業工程においては、連結前の各支保工の傾きを検出し難く、各支保工の姿勢がオペレータに分かり難いという問題がある。そのため、同文献記載の技術では、左右一対の支保工相互の天端ボルト合わせ作業や根足位置合わせ作業での位置調整の自動化を推進する上で未だ解決する課題が残されている。
【0006】
また、オペレータがどのような作業順序で、支保工建込用作業車両の支保工エレクタのブームを動かしたかなどの操作情報は、別途に設置されたカメラによる映像などでアナログデータとして残すことはできたものの、デジタルデータとして操作情報が保存されていないのが現状であった。
【0007】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、トンネル施工における支保工の建て込み作業を一層確実に且つ効率良く施工し得る支保工建込装置およびこれを用いた支保工の建て込み方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る支保工建込装置は、トンネル工事における左右一対の支保工を支保工建込用作業車両等の作業機を用いて施工する際に、支保工の建て込み作業に用いられる支保工建込装置であって、建て込み作業の操作部に設置されたモニタと、該モニタに支保工の建て込み作業に必要な情報を表示させるコントローラと、を備え、前記コントローラは、前記作業機に設けられて左右それぞれの支保工を支持するための支保工エレクタの姿勢情報と、左右それぞれの支保工に付設された二点のターゲット情報とに基づいて、左右それぞれの支保工の姿勢情報を生成し、左右それぞれの支保工の姿勢情報を、イメージ図および／または数値として前記モニタに表示させるように構成されていることを特徴とする。
【0009】
また、上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る支保工の建て込み方法は、本発明の一態様に係る支保工建込装置を用いて支保工を建て込む方法であって、オペレータは、前記モニタに表示された前記イメージ図および／または前記数値を確認しつつ、前記支保工の天端ボルト合わせ作業および／または根足位置合わせ作業を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、一層確実に且つ効率良く支保工の建て込み作業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本発明の一態様に係る支保工建込装置を備える作業車両の一実施形態の説明図（（ａ）、平面図、（ｂ）、側面図、（ｃ）正面図）であり、同図は、トンネル支保工の建込み時の状態を示している。
【図2】作業車両の操作部を説明する図であり、同図（ａ）は操作部全体を正面から見た図、（ｂ）は、（ａ）のモニタ部分の拡大図である。
【図4】本発明の一態様に係る支保工建込装置を備える作業車両を用いたトンネル支保工の建込み時の施工状態のイメージを示す斜視図である。
【図5】天端ボルト合わせ前の各支保工を説明する斜視図であり、同図では、支保工に二点のターゲットが付設された状態を示している。
【図6】コントローラで実行される建て込み制御処理の説明図であり、同図（ａ）は、建て込み制御処理で用いられる座標系の説明図、（ｂ）は、込み制御処理のフローチャートである。
【図7】本発明の一態様に係る支保工建込装置を備える作業車両による支保工の建て込み方法を説明する図である。
【図8】本発明の一態様に係る支保工建込装置を備える作業車両による支保工の建て込み方法を説明する図である。
【図9】本発明の一態様に係る支保工建込装置を備える作業車両による支保工の建て込み方法を説明する図である。
【図10】本発明の一態様に係る支保工建込装置を備える作業車両による支保工の建て込み方法を説明する図である。
【図11】本発明の一態様に係る支保工建込装置を備える作業車両による支保工の建て込み方法を説明する図である。
【図12】本発明の一態様に係る支保工建込装置を備える作業車両による支保工の建て込み方法を説明する図である。
【図13】本発明の一態様に係る支保工建込装置を備える作業車両による支保工の建て込み方法を説明する図である。
【図14】本発明の一態様に係る支保工建込装置を備える作業車両による支保工の建て込み方法を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。
また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。
【0013】
まず、本実施形態の支保工建込装置の全体構成について説明する。
図１に示すように、本実施形態の支保工建込装置１００は、左右一対の支保工エレクタ１０Ｌ、１０Ｒを備える作業車両１に装備されたものである。作業車両１は、台車２の前後に車輪３、４を有し、車輪３、４の前後にはアウトリガ９がそれぞれ配備されている。
図１に示すように、本実施形態の支保工建込装置１００は、左右一対の支保工エレクタ１０Ｌ、１０Ｒを備える作業車両１に装備されたものである。作業車両１は、台車２の前後に車輪３、４を有し、車輪３、４の前後にはアウトリガ９がそれぞれ配備されている。
【0014】
作業車両１は、車両前後の車輪３、４によってトンネル内を走行可能とされている。台車２の上部前方には、一対の支保工エレクタ１０Ｌ、１０Ｒの操作部６が設けられている。台車２の後部には、油圧装置の他、エンジン、電動モータおよびコンプレッサ等を含む駆動部７が搭載されている。
【0015】
左右一対の支保工エレクタ１０Ｌ、１０Ｒは、本実施形態においては同一構造とされ、台車２の前方であって車両幅方向での中心線を挟んで対象に装備されている。なお、本実施形態の作業車両１は、台車２には、一対の支保工エレクタ１０Ｌ、１０Ｒに加え、例えば図４に示す吹付け機構８に加えまたはこれに替えて、バケット機構、削孔機構等が装備されていてもよい。また、車輪３、４に換えて、例えばクローラ機構等によって走行可能とされていてもよい。
【0016】
操作部６には、図２にオペレータ側から見た図を示すように、操作テーブル６３と、中央の操作パネル６１とが設けられている。操作パネル６１の左右には、各支保工エレクタ１０Ｌ、１０Ｒそれぞれに対応して、オペレータＰの正面に位置するように、モニタ６２が設けられている。
また、操作テーブル６３上には、支保工建込み作業に必要な操作を行うための傾倒動作がなされる複数の操作レバー６４が配置されている。操作パネル６１の筐体内には、支保工の建て込みに必要な処理を実行するコントローラ（コンピュータ）６５が配置されている。
また、操作テーブル６３上には、支保工建込み作業に必要な操作を行うための傾倒動作がなされる複数の操作レバー６４が配置されている。操作パネル６１の筐体内には、支保工の建て込みに必要な処理を実行するコントローラ（コンピュータ）６５が配置されている。
【0017】
各操作レバー６４は、所定方向に傾倒操作をすることで、油圧パイロット方式の操作弁に操作量を指示可能に付設されている。これにより、オペレータＰは、複数の操作レバー６４を所定方向に傾倒操作し、各支保工エレクタ１０Ｌ、１０Ｒを所期の位置に誘導して、左右一対の支保工エレクタ１０Ｌ、１０Ｒを、予め入力されている建込位置や建込角度に合致させる建込操作が可能になっている。
【0018】
次に、上記一対の支保工エレクタ１０Ｌ、１０Ｒの構成についてより詳しく説明する。なお、本明細書では、左右の支保工エレクタは同一構造なので、以下、特に区別しない場合には、代表符号を１０とも表記する。同様に、クランプ機構については代表符号を３０とも表記する。
各支保工エレクタ１０は、図３に示すように、エレクタブーム１３と、エレクタブーム１３の先端に装備されたエレクタ本体２８と、を備える。エレクタブーム１３は、基端部１１ａが、エレクタベース８２に支持されたアウターブーム１１と、アウターブーム１１に対して伸縮可能な入れ子状のインナーブーム１２と、を有する。
各支保工エレクタ１０は、図３に示すように、エレクタブーム１３と、エレクタブーム１３の先端に装備されたエレクタ本体２８と、を備える。エレクタブーム１３は、基端部１１ａが、エレクタベース８２に支持されたアウターブーム１１と、アウターブーム１１に対して伸縮可能な入れ子状のインナーブーム１２と、を有する。
【0019】
アウターブーム１１の基端部１１ａは、エレクタベース８２の前面に、起伏及び旋回可能に支持されている。エレクタベース８２は、上記台車２の前部に固定される。アウターブーム１１の起伏動作は、ブーム起伏シリンダ１６の伸縮によって行われる。
また、アウターブーム１１の旋回動作は、各アウターブーム１１の基端部左右に設けられた一対のブーム旋回シリンダ１５の伸縮によって行われる。インナーブーム１２は、アウターブーム１１の先端開口からアウターブーム１１内に挿入され、ブーム伸縮シリンダ１７の伸縮によって軸方向に伸縮可能になっている。
また、アウターブーム１１の旋回動作は、各アウターブーム１１の基端部左右に設けられた一対のブーム旋回シリンダ１５の伸縮によって行われる。インナーブーム１２は、アウターブーム１１の先端開口からアウターブーム１１内に挿入され、ブーム伸縮シリンダ１７の伸縮によって軸方向に伸縮可能になっている。
【0020】
エレクタ本体２８は、クランプ機構３０、スライド機構４０及び姿勢調整機構５０を有する。スライド機構４０は、クランプ機構３０の部分を、図４に示す切羽Ｋの前面側との対向方向にスライド移動可能に支持するものであり、クランプ機構３０とエレクタブーム１３との間に機能的に介装されている。
本実施形態では、姿勢調整機構５０とクランプ機構３０との間に装備され、不図示のスライドシリンダの伸縮により、軸方向に沿ってスライダ２６がスライド移動可能に構成されている。
本実施形態では、姿勢調整機構５０とクランプ機構３０との間に装備され、不図示のスライドシリンダの伸縮により、軸方向に沿ってスライダ２６がスライド移動可能に構成されている。
【0021】
スライダ２６の上面には、クランプ機構３０が姿勢傾動シリンダ２１の伸縮により傾動可能に支持されている。クランプ機構３０は、支持ブラケット２６の先端に傾動可能に支持された把持部本体３１を有する。把持部本体３１は、中央に設けられた把持シリンダの伸縮駆動により、対向する二つの把持爪を開閉させることで、弓状の支保工Ｓを把持可能になっている。
【0022】
エレクタ本体２８の各可動部分には、その作動量を検出する検出器としてセンサがそれぞれ設置されており、本実施形態では、基部回動角θ１、基部起伏角θ２、アーム起伏角θ３、アーム回動角θ４、アームロータリ角θ５、ブームスライド長Ｌ１、アームスライド長Ｌ２が作業機側の支保工エレクタ１０の姿勢情報としてそれぞれ検出可能になっている。
【0023】
作業車両１において、左右一対の支保工エレクタ１０は、図３に示すように、エレクタベース８２の回転中心線上にある基準点Ｊに対するエレクタ本体２８先端の把持部本体３１の位置を、支保工エレクタ１０の姿勢情報である、各検出値（θ１，θ２，θ３，θ４，θ５，Ｌ１，Ｌ２）の関数として、また、作業車両１の基準方向に対するエレクタ本体２８の方向が、検出値（θ１，θ２，θ３，θ４，θ５）の関数として、上記コントローラ６５で演算してそれぞれ求めることができるように構成されている。
【0024】
さらに、図４に斜視図を示すように、台車２の後部には、互いに所定距離を隔てて、３個の位置検出用のプリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３が配置されている。各プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３には、開閉されるシャッタが付設されている。
【0025】
そして、トンネルＴには、作業車両１の台車２の後方に、自動追尾式測量機９０が設置される。自動追尾式測量機９０は、鉛直方向と水平方向に回転可能な、赤外線を利用した追尾機構と、送信機と、を備えており、３個の位置検出用のプリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３のシャッタを順次に開閉する。
【0026】
これにより、自動追尾式測量機９０は、開となったプリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３を自動的に追尾して正確に視準し、距離測定および三次元座標測定ができるように構成されている。自動追尾式測量機９０によって測定されたデータは、送信機から台車２上の受信機に送信され、受信機から操作部６のコントローラ６５に入力される。
【0027】
コントローラ６５は、台車２上に互いに所定距離を隔てて配置された３個の位置検出用のプリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３の各三次元座標（ｘ１，ｙ１，ｚ１）、（ｘ２，ｙ２，ｚ２）、（ｘ３，ｙ３，ｚ３）が測定されると、その測定データからトンネルＴに対する台車２の位置と姿勢を特定する。
【0028】
これにより、コントローラ６５は、トンネルＴ内の作業車両１の基準点Ｊの位置及び基準点Ｊに対するエレクタ本体２８先端の把持部本体３１の位置、並びに、トンネル計画線に対する作業車両１の基準方向のずれを演算可能である。この演算を行う演算手段として、コントローラ６５に用いられるコンピュータには、基準位置および姿勢演算用プログラムが常駐している。
【0029】
ここで、図１に示す支保工Ｓを構成する左右の支保工ＳＬ，ＳＲは、図５に斜視図を示すように、左右対称な円弧状の鋼製部材であり、各支保工ＳＬ，ＳＲは、アーチ状の本体部の上端に天端継手板Ｓｕを有し、本体部の下端に底板Ｓｓを有する。天端ボルト合わせ作業では、左右の支保工ＳＬ，ＳＲ相互の天端継手板Ｓｕ、Ｓｕを、切羽Ｋの上部中央の位置で連結した状態で組み立ててアーチ形の支保工Ｓとする。
【0030】
その際、各支保工ＳＬ，ＳＲは、アーチの両端に近い左右の２箇所をターゲットポイントとするために、支保工ＳＬ，ＳＲの内周面に、その２箇所に相当する位置にターゲットポイントとなる印が予めペンキ等で標示され、これら２箇所のターゲットポイントを目印として、作業者が二つのターゲットＭｕ、Ｍｓを支保工Ｓの内周面に着脱自在に取り付けるようになっている。
【0031】
詳しくは、二つのターゲットＭｕ、Ｍｓとしては、ホルダの基端部に磁石を備え、ホルダ先端にプリズムを取り付けた共通のものを使用する。従って、各ターゲットＭｕ、Ｍｓは、鋼製の支保工Ｓの内周面に対して磁石の磁力により着脱自在であり、各支保工ＳＬ，ＳＲに対する設置高さは一定となる。
【0032】
建て込み作業を行う場合には、作業車両１の台車２を施工対象となるトンネル切羽付近に設置した後に、自動追尾式測量機９０で３個のプリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３を順次に自動追尾し、各プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３の位置を測定するとともに、各支保工ＳＬ，ＳＲの２箇所のターゲットＭｕ、Ｍｓを順次に自動追尾して各ターゲットＭｕ、Ｍｓの位置を測定する。
【0033】
コントローラ６５は、３個のプリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３の位置が測定されると、その測定データに基づいて、基準演算用プログラムを実行し、トンネル覆工面に対する作業車両１の基準点Ｊの位置と、トンネル計画線に対する作業車両１の基準方向のずれとを求め、得られた基準点Ｊの位置及び基準方向のずれのデータは、コントローラ６５の建て込み制御プログラムに初期値として設定される。
【0034】
同時に、自動追尾式測量機９０で各支保工ＳＬ，ＳＲの２箇所のターゲットＭｕ、Ｍｓの位置が測定されると、コントローラ６５は、その測定データと、上述した、基準点Ｊに対するエレクタ本体２８先端の把持部本体３１の位置と、に基づいて、各支保工ＳＬ，ＳＲの鉛直、水平、前後方向の角度を左右それぞれの支保工ＳＬ，ＳＲの姿勢情報として演算し、また、各支保工ＳＬ，ＳＲの現在の姿勢情報に対する計画された建込位置とのずれ量を演算する。
【0035】
建て込み作業を開始すると、コントローラ６５により、作業前に計測されたトンネル断面データ中の施工対象区域のデータが、予め設定された基準点Ｊの位置及び基準方向のずれのデータに基づいて、トンネル断面データから各建て込み位置での各支保工ＳＬ，ＳＲの最適建て込み量が求められて、各支保工ＳＬ，ＳＲの建て込み作業が制御される。このとき、コントローラ６５は、左右それぞれの支保工Ｓの姿勢情報を、イメージ図および／または数値としてモニタ６２に表示させるようになっている。
【0036】
また、支保工建込装置１００は、作業車両１の支保工エレクタ１０の作動順序、作動時間、制御値などの操作情報を記憶する記録装置（操作情報記憶部）を備え、記録装置は、これら操作情報をコントローラ６５との間で授受可能に構成されている。これにより、各支保工エレクタ１０Ｌ，１０Ｒの随時の動きは、各ブームセンサから取得したセンサ情報としてコントローラ６５ないし他の情報処理機器によって随時に呼び出し可能な状態で記録装置内に保存可能になっている。
【0037】
特に、本実施形態の支保工建込装置１００での建て込み制御処理のプログラムは、３種の座標系と、図３に示したエレクタ１０の姿勢とを定義し、各測定値に基づく数値を合成して所望の建て込み情報に変換する。
本実施形態の支保工建込装置１００では、３種の座標系として、図６（ａ）に示すように、エレクタ座標系ΣＪ、絶対座標系Σ、および、トンネル座標系ΣＴを定義している。
本実施形態の支保工建込装置１００では、３種の座標系として、図６（ａ）に示すように、エレクタ座標系ΣＪ、絶対座標系Σ、および、トンネル座標系ΣＴを定義している。
【0038】
トンネル座標系ΣＴは、トンネル内での支保工Ｓの建込作業および建込状態の評価を行う座標系である。トンネル座標系ΣＴでは、原点ＯＴを路線の基点に置き、トンネル進行方向をＸ軸、Ｘ軸との直交方向をＹ軸、鉛直方向をＺ軸として設定する。トンネル座標系ΣＴでは、路線にカーブが存在する場合であっても、任意の切羽Ｋにおける路線の接線の方向をＸ軸方向と考える。
【0039】
本実施形態の支保工建込装置１００では、誘導が開始されると、図６（ｂ）に示すように、トンネル座標系ΣＴ上のＹＺ平面に仮想切羽面と呼ぶ基準平面を設定するように切羽距離Ｄが入力され、建込位置の基準を実切羽面ではなく仮想切羽面として管理する（図６（ｂ）のＳ１）。
【0040】
エレクタ座標系ΣＪは、エレクタ内における系であり、エレクタ本体上の原点ＯＪより基準方向を前方のＸ軸とし、Ｘ軸に直交するＹ軸、Ｘ軸およびＹ軸と直交するＺ軸により設定する。
【0041】
支保工エレクタ１０を備える作業車両１の後方には、上述した、プリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３が３箇所に取り付けられ、エレクタ座標系ΣＪ内におけるＰ１、Ｐ２、Ｐ３および、図３に示したθ１回転中心ＪをＺ軸とするΣθ１の原点Ｏθ１の座標値を定数として支保工建込装置１００のシステムに記憶させておく（図６（ｂ）のＳ３）。エレクタ座標系ΣＪ内における検出要素毎の各座標は、事前測量による部材長、オフセット長を考慮して相対把持位置と姿勢情報を算出する。
【0042】
エレクタ座標系ΣＪ内におけるエレクタブームの姿勢は、図３に示すように、回転部と伸縮部の要素をそれぞれθおよびＬ、Ｈとすると、回転部はθ１：ブームスイング（ＢＳ）、θ２：ブームチルト（ＢＴ）、θ３：ガイドチルト（ＧＴ）、θ４：ガイドスイング（ＧＳ）、θ５：ガイドロータリ（ＧＲ）、の５箇所で、伸縮部はＬ１：ブームスライド（ＢＳＬ）、Ｌ２：ガイドスライド（ＧＳＬ）、Ｈ：フィードの３箇所である。よって建込時のブームの持つ自由度を、５θ＋３Ｌ、Ｈにて表すことができる。
【0043】
本実施形態の支保工建込装置１００では、エレクタ１０のブーム可動部に、回転角を検出する回転角計（θ１、θ４、θ５、θ６）、傾斜角を検出する傾斜計（θ２、θ３）、シリンダ油量に応じて３Ｌ、Ｈの各スライド量を検出するギアメータ（ｄ１、ｄ２、ｄ３）を装備し、各部材の寸法からブーム全体をモデル化し、θ１軸からの相対把持位置および姿勢情報を算出する（図６（ｂ）のＳ５）。
【0044】
絶対座標系Σは、建込工事の際の測量を行う座標系である。
絶対座標系Σは、原点Ｏを各公共基準点に置き、南北をＸ軸、東西をＹ軸、鉛直方向をＺ軸として設定する。絶対座標系Σ内では、各支保工ＳＬ，ＳＲのターゲットＭｕ、Ｍｓの測量が行われる（図６（ｂ）のＳ６）。エレクタ１０を切羽Ｋにセットしたのち、各プリズムターゲットＭｕ、Ｍｓの絶対座標系Σ内での座標値を後方の自動追尾式測量機９０から測量する。エレクタ座標系ΣＪを絶対座標系Σに移す変換行列を介することにより、エレクタ座標系ΣＪから絶対座標系Σへの変換を一義的に定めることができる。
絶対座標系Σは、原点Ｏを各公共基準点に置き、南北をＸ軸、東西をＹ軸、鉛直方向をＺ軸として設定する。絶対座標系Σ内では、各支保工ＳＬ，ＳＲのターゲットＭｕ、Ｍｓの測量が行われる（図６（ｂ）のＳ６）。エレクタ１０を切羽Ｋにセットしたのち、各プリズムターゲットＭｕ、Ｍｓの絶対座標系Σ内での座標値を後方の自動追尾式測量機９０から測量する。エレクタ座標系ΣＪを絶対座標系Σに移す変換行列を介することにより、エレクタ座標系ΣＪから絶対座標系Σへの変換を一義的に定めることができる。
【0045】
左右の支保工ＳＬ，ＳＲを正確な建込位置、建込姿勢に支持して高効率の建て込み作業を行うためには、左右それぞれの支保工ＳＬ，ＳＲに付設された二点のターゲット情報（図６（ｂ）のＳ６）と、各支保工エレクタ１０Ｌ、１０Ｒの各種センサから取得された作業機側の支保工エレクタの姿勢情報（図６（ｂ）のＳ５）とを合成し（図６（ｂ）のＳ４）、左右それぞれの支保工ＳＬ，ＳＲのトンネル断面内での姿勢情報を生成し、左右それぞれの支保工ＳＬ，ＳＲのトンネル断面内での姿勢情報を、イメージ図および／または数値として、図２に示すモニタ６２に表示させる（図６（ｂ）のＳ７）。
【0046】
これにより、オペレータは、図２（ｂ）に示すようなモニタ６２を見て、支保工姿勢のガイダンス表示を確認しつつ、所期の建て込み作業を行うことができる。建て込み作業の実績は、コントローラ６５のＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶部に記憶される（図６（ｂ）のＳ８）。
【0047】
次に、上述した支保工建込装置１００を備える作業車両１の動作および作用効果について説明する。
支保工建込み作業を行うにあたっては、まず、台車２を走行させて、図４に示すように、作業車両１を切羽近傍の所期位置に配置する。次いで、台車２前後のアウトリガ９を伸張して作業車両１の姿勢を安定させる。次いで、吹付け機構８により、コンクリート等の一次吹付けを行う。
支保工建込み作業を行うにあたっては、まず、台車２を走行させて、図４に示すように、作業車両１を切羽近傍の所期位置に配置する。次いで、台車２前後のアウトリガ９を伸張して作業車両１の姿勢を安定させる。次いで、吹付け機構８により、コンクリート等の一次吹付けを行う。
【0048】
次いで、左右の支保工エレクタ１０Ｌ，１０Ｒのエレクタブーム１３と姿勢調整機構５０とを用いて一対の支保工ＳＬ，ＳＲを切羽Ｋに沿って所期のアーチ姿勢に配置する。各支保工エレクタ１０Ｌ，１０Ｒの基準点Ｊの位置および基準方向のずれを求めるための操作は、自動追尾式測量機９０で３個のプリズムＰ１、Ｐ２、Ｐ３の位置を測定させるだけなので極めて容易であり、建て込み準備作業の時間を短縮して、作業能率を向上させることができる。
【0049】
次いで、左右の支保工エレクタ１０Ｌ，１０Ｒにより一対の支保工ＳＬ，ＳＲを所定のアーチ姿勢に配置したら、例えばバケット機構を前方に展開してそのリフトデッキ上にて作業員が一対の支保工ＳＬ，ＳＲ相互を連結する天端ボルト合わせ作業や、切羽Ｋに対する根足位置合わせを行う仮固定等の建込み作業を行う。
このようにして、支保工Ｓの建込み作業が終了したら、必要により支保工エレクタ１０及びバケット機構を後方へ移動後に、吹付け機構を使用してコンクリート等の二次吹付けを行う。
このようにして、支保工Ｓの建込み作業が終了したら、必要により支保工エレクタ１０及びバケット機構を後方へ移動後に、吹付け機構を使用してコンクリート等の二次吹付けを行う。
【0050】
特に、本実施形態の支保工建込装置１００は、図５に示した、左右それぞれの支保工ＳＬ，ＳＲの回転、傾き等の姿勢情報を、左右それぞれの支保工ＳＬ，ＳＲに付設された二点のターゲットＭｕ、Ｍｓから取得したターゲット情報と、図３に示した左右の支保工エレクタ１０Ｌ，１０Ｒのブームセンサの各検出値（θ１，θ２，θ３，θ４，θ５，Ｌ１，Ｌ２、Ｈ）による支保工エレクタ１０Ｌ，１０Ｒの姿勢情報と、に基づいてコントローラ６５が算出することができる。また、これにより算出された随時の左右それぞれの支保工ＳＬ，ＳＲの姿勢情報は、コントローラ６５のＲＯＭ，ＲＡＭ等の記憶部に記憶される。
【0051】
さらに、コントローラ６５は、図３に示すモニタ６２に、左右それぞれの支保工ＳＬ，ＳＲの位置のイメージ図と左右の支保工ＳＬ，ＳＲの設置角度値を表示させる（同図（ｂ）参照）。本実施形態の例では、左右それぞれの支保工ＳＬ，ＳＲの姿勢情報は、同図（ｂ）の例では、左右それぞれの支保工ＳＬ，ＳＲの鉛直、水平、前後方向の角度およびずれ量として示される。
【0052】
オペレータＰは、モニタ６２に表示されたイメージ図および／または数値を確認しつつ、左右の支保工ＳＬ，ＳＲの天端ボルト合わせ作業および／または根足位置合わせ作業を行う。オペレータＰがブーム操作レバー６４を操作すると、その操作量に応じて、各支保工エレクタ１０Ｌ，１０Ｒが作動する。各支保工エレクタ１０Ｌ，１０Ｒの動きに連動して、対応するモニタ６２に表示された、左右それぞれの支保工ＳＬ，ＳＲのイメージ画像の角度が変化する。
【0053】
これにより、オペレータＰは、モニタ６２に表示されたイメージ図および／または数値を確認しつつ、各支保工エレクタ１０Ｌ，１０Ｒの操作により、左右それぞれの支保工ＳＬ，ＳＲの姿勢を修正して、天端ボルト合わせおよび／または根足位置合わせを精度良く且つ迅速に行うことができる。したがって、基準設置位置に合わせた左右一対の支保工ＳＬ，ＳＲの建て込み作業を効率良く行うことができる。
【0054】
また、支保工建込装置１００は、作業車両１の各支保工エレクタ１０Ｌ，１０Ｒの作動順序、作動時間、制御値などの操作情報を記憶してコントローラ６５との間で授受可能に構成された記録装置（操作情報記憶部）を備えるので、各支保工エレクタ１０Ｌ，１０Ｒの随時の動きは、各ブームセンサから取得したセンサ情報としてコントローラ６５ないし他の情報処理装置に利用化可能な状態で記録装置内に保存される。そのため、支保工Ｓの施工後の作業分析、作業改善、安全、管理に有効なデータとして活用できる。
【0055】
また、実作業の支保工建て込みデータ記録は、自動化技術につながる発展性もある。このように、本実施形態に係る支保工建込装置１００を装備した作業車両１を使用して安全に確実に施工でき、その後、施工管理にも生かすことができる。
【0056】
以下、本発明の一態様に係る支保工建込装置１００を備える作業車両１を用いた、先行一次吹付け工程、先行建込工程、天端連結作業工程及び吹付け併行作業工程並びに後行建込工程の具体例について詳しく説明する。
なお、上記の例では、バケット機構を前方に展開してそのリフトデッキ上にて作業員が一対の支保工ＳＬ，ＳＲ相互を連結する天端ボルト合わせ作業や、切羽Ｋに対する根足位置合わせを行う仮固定等の建込み作業を行う例を示したが、ここでの具体例は、一対の支保工ＳＬ，ＳＲ相互の天端連結部に、ワンタッチ接手を採用することによって、作業員によるリフト作業を不要とした例について説明する。
なお、上記の例では、バケット機構を前方に展開してそのリフトデッキ上にて作業員が一対の支保工ＳＬ，ＳＲ相互を連結する天端ボルト合わせ作業や、切羽Ｋに対する根足位置合わせを行う仮固定等の建込み作業を行う例を示したが、ここでの具体例は、一対の支保工ＳＬ，ＳＲ相互の天端連結部に、ワンタッチ接手を採用することによって、作業員によるリフト作業を不要とした例について説明する。
【0057】
まず、先行一次吹付け工程について説明する。
図７は、作業車両１の支保工エレクタ１０を配置する工程が完了した直後におけるトンネルＴの新設区間において、トンネル軸方向から切羽Ｋを眺めた状態を示している。同図中の符号ＷＲは、トンネルＴの上半部における地山Ｂの右側半分（右上半部）のトンネル坑壁面（以下、「右壁面」という）である。また、符号ＷＬは、トンネル上半部における左側半分（左上半部）のトンネル坑壁面（以下、「左壁面」という）である。
図７は、作業車両１の支保工エレクタ１０を配置する工程が完了した直後におけるトンネルＴの新設区間において、トンネル軸方向から切羽Ｋを眺めた状態を示している。同図中の符号ＷＲは、トンネルＴの上半部における地山Ｂの右側半分（右上半部）のトンネル坑壁面（以下、「右壁面」という）である。また、符号ＷＬは、トンネル上半部における左側半分（左上半部）のトンネル坑壁面（以下、「左壁面」という）である。
【0058】
本実施形態では、右壁面ＷＲに沿って支保工右ＳＲが建て込まれ、左壁面ＷＬに沿って支保工左ＳＬが建て込まれる。ここでは、右壁面ＷＲを第一トンネル坑壁面とし、左壁面ＷＬを第二トンネル坑壁面として、まず右壁面ＷＲに対し、左壁面ＷＬに先行して一次吹付けコンクリートを吹付ける例を説明する。
【0059】
図８は、右壁面ＷＲへの一次吹付けコンクリートの吹付けが完了した状況を示している。すなわち、同図に示す状態において、右壁面ＷＲにだけ一次吹付けコンクリート層Ｃ１が形成され、先行一次吹付け工程が完了している。なお、上記の通り、右壁面ＷＲへの一次吹付けコンクリートの吹付けは、吹付け機構８における、吹付けロボットの吹付けノズル８ｎからコンクリートを吐出させることで行われる。
【0060】
図９は、先行建込工程を説明する図である。
先行建込工程では、一次吹付けコンクリートを吹付けた右壁面ＷＲに沿って、第一上半鋼製支保工としての支保工右ＳＲを、第一ハンドとしての右側のクランプ機構３０Ｒに把持した状態で所定の第一建て込み位置に位置合わせすると共に、支保工右ＳＲを第一建て込み位置に位置決め保持する先行支保工建込作業を行う。
先行建込工程では、一次吹付けコンクリートを吹付けた右壁面ＷＲに沿って、第一上半鋼製支保工としての支保工右ＳＲを、第一ハンドとしての右側のクランプ機構３０Ｒに把持した状態で所定の第一建て込み位置に位置合わせすると共に、支保工右ＳＲを第一建て込み位置に位置決め保持する先行支保工建込作業を行う。
【0061】
更に、この先行建込工程においては、図７で説明した先行一次吹付け工程において、一次吹付けコンクリートを吹付けていない方の左壁面ＷＬ（すなわち、上半部における右壁面ＷＲと反対側に位置する左壁面ＷＬ）に対して一次吹付けコンクリートを吹付ける後行一次吹付け作業を、先行支保工建て込み作業と併行して行う。
【0062】
図９には、右壁面ＷＲに沿った第一建て込み位置に支保工右ＳＲを位置合わせしつつ、吹付け機構８の吹付けノズル８ｎによる左壁面ＷＬへの一次吹付けコンクリートの吹付け作業（後行一次吹付け作業）を同時併行で行っている状況を概略的に示している。なお、支保工右ＳＲの第一建て込み位置への位置合わせは、支保工右ＳＲを把持する右側のクランプ機構３０Ｒを駆動することで行われる。
【0063】
図１０は、左壁面ＷＬに対する一次吹付けコンクリートの吹付け作業（後行一次吹付け作業）と、支保工右ＳＲの第一建て込み位置への位置合わせ及び保持を行う先行支保工建て込み作業が完了した状態、すなわち、先行建込工程が完了した状態を示す。
同図に示す状態において、左壁面ＷＬにも一次吹付けコンクリート層Ｃ１が形成され、且つ、支保工右ＳＲは、右側のクランプ機構３０Ｒに保持されることで、第一建て込み位置に位置決めされている。
同図に示す状態において、左壁面ＷＬにも一次吹付けコンクリート層Ｃ１が形成され、且つ、支保工右ＳＲは、右側のクランプ機構３０Ｒに保持されることで、第一建て込み位置に位置決めされている。
【0064】
なお、図９及び図１０で説明した先行支保工建て込み作業において、エレクタコントローラ６５は、自動追尾式測量機９０のコントローラを介して自動追尾式測量機９０を無線遠隔操作し、支保工右ＳＲに取り付けた各ターゲットＭｕ、Ｍｓを自動追尾して、各ターゲットＭｕ、Ｍｓの座標を順次に自動測量する。
【0065】
ここで、自動追尾式測量機９０は、座標既知地点（ｘ０，ｙ０，ｚ０）に設置されている。このように座標既知地点に設置された自動追尾式測量機９０からレーザ光を照射して各ターゲットＭｕ、Ｍｓを視準して測距・測角を行うことで、各ターゲットＭｕ、Ｍｓの位置座標を求めることができる。
【0066】
そして、各ターゲットＭｕ、Ｍｓの位置座標を含む測量データは、自動追尾式測量機９０のコントローラ側からエレクタコントローラ６５へと順次無線送信される。エレクタコントローラ６５は、自動追尾式測量機９０から取得した各ターゲットＭｕ、Ｍｓの測量データに基づいて、支保工右ＳＲを所定の第一建て込み位置へと誘導するための右側のクランプ機構３０Ｒの駆動量を算出する。
【0067】
なお、エレクタコントローラ６５が算出した右側のクランプ機構３０Ｒの移動量は、モニタ６２に表示される。本実施形態における自動追尾式測量機９０は、各ターゲットＭｕ、Ｍｓを自動追尾して視準できる。
従って、右側のクランプ機構３０Ｒの駆動によって支保工右ＳＲを第一建て込み位置に位置合わせするために必要な右側のクランプ機構３０Ｒの移動量は、モニタ６２にリアルタイムで表示できる。これにより、オペレータＰは、モニタ６２を見ながら操作テーブル６３の機器を順次に操作することで、支保工右ＳＲの根足位置合わせを含む第一建て込み位置に、支保工右ＳＲを簡単に誘導できる。
従って、右側のクランプ機構３０Ｒの駆動によって支保工右ＳＲを第一建て込み位置に位置合わせするために必要な右側のクランプ機構３０Ｒの移動量は、モニタ６２にリアルタイムで表示できる。これにより、オペレータＰは、モニタ６２を見ながら操作テーブル６３の機器を順次に操作することで、支保工右ＳＲの根足位置合わせを含む第一建て込み位置に、支保工右ＳＲを簡単に誘導できる。
【0068】
次に、図１１を参照して、天端連結（天端ボルト合わせ）作業工程及び吹付け併行作業工程について説明する。
天端連結作業工程及び吹付け併行作業工程の支保工連結作業においては、第二上半鋼製支保工としての支保工左ＳＬを、第二ハンドとしての左側のクランプ機構３０Ｌによって把持した状態で左側のクランプ機構３０Ｌを駆動させ、これにより、支保工左ＳＬの第一天端継手板Ｓｕを、第一建て込み位置に保持されている支保工右ＳＲの第二天端継手板Ｓｕに突き合わせ、一対の天端板Ｓｕ、Ｓｕを相互に連結する。
天端連結作業工程及び吹付け併行作業工程の支保工連結作業においては、第二上半鋼製支保工としての支保工左ＳＬを、第二ハンドとしての左側のクランプ機構３０Ｌによって把持した状態で左側のクランプ機構３０Ｌを駆動させ、これにより、支保工左ＳＬの第一天端継手板Ｓｕを、第一建て込み位置に保持されている支保工右ＳＲの第二天端継手板Ｓｕに突き合わせ、一対の天端板Ｓｕ、Ｓｕを相互に連結する。
【0069】
図１２は、左側のクランプ機構３０Ｌを駆動して、支保工右ＳＲの第二天端継手板Ｓｕに支保工左ＳＬの第一天端継手板Ｓｕを接近させている状況を示している。
また、本実施形態の天端連結作業工程及び吹付け併行作業工程においては、第一建て込み位置に保持されている支保工右ＳＲ、及び、右壁面ＷＲに対する二次吹付けコンクリートの吹付け作業と、支保工左ＳＬにおける第一天端継手板Ｓｕ、及び、支保工右ＳＲにおける第二天端継手板Ｓｕの連結作業（支保工連結作業）と、を同時併行して行う。
また、本実施形態の天端連結作業工程及び吹付け併行作業工程においては、第一建て込み位置に保持されている支保工右ＳＲ、及び、右壁面ＷＲに対する二次吹付けコンクリートの吹付け作業と、支保工左ＳＬにおける第一天端継手板Ｓｕ、及び、支保工右ＳＲにおける第二天端継手板Ｓｕの連結作業（支保工連結作業）と、を同時併行して行う。
【0070】
支保工右ＳＲ及び右壁面ＷＲに対する二次吹付けコンクリートの吹付けは、例えば、支保工右ＳＲの脚部Ｓｄから行い、順次に上方へ向けて二次吹付けコンクリートを吹付けてもよい。その際、支保工右ＳＲの脚部Ｓｄに設置されたターゲットＭｓを取り外した状態で、脚部Ｓｄへの二次吹付けコンクリートの吹付けを行う。
【0071】
なお、支保工連結工程においても、自動追尾式測量機９０を無線遠隔操作し、各ターゲットＭｕ、Ｍｓを自動追尾して、これらの座標を順次自動測量する。具体的には、自動追尾式測量機９０からレーザ光を照射して各ターゲットＭｕ、Ｍｓを視準して測距・測角を行うことで、各ターゲットＭｕ、Ｍｓの位置座標を求める。
【0072】
エレクタコントローラ６５は、自動追尾式測量機９０から取得した各ターゲットＭｕ、Ｍｓの測量データに基づいて、左側のクランプ機構３０Ｌを相対移動させるためのそれぞれの駆動量を設定し、支保工左ＳＬの第一天端継手板Ｓｕ及び支保工右ＳＲの第二天端継手板Ｓｕが当接するように左側のクランプ機構３０Ｌを駆動する。
【0073】
ここで、上述したように、本実施形態における左右の支保工ＳＬ、ＳＲの天端継手板Ｓｕ、Ｓｕ相互の連結構造は、支保工建込装置１００のハンド操作によってワンタッチで連結されるワンタッチ継手として機能するように構成されている。
これによれば、従来のように、切羽近傍に組まれた作業足場や支保工建込装置のマンケージ等に人員を配置してトンネル天端付近まで人員を移動させ、一対の鋼製支保工の天端に位置する継手板同士をボルトとナットによって締結するといった切羽付近での人手作業を行う必要がない。そのため、従来よりも安全性や施工性を向上させることができる。
これによれば、従来のように、切羽近傍に組まれた作業足場や支保工建込装置のマンケージ等に人員を配置してトンネル天端付近まで人員を移動させ、一対の鋼製支保工の天端に位置する継手板同士をボルトとナットによって締結するといった切羽付近での人手作業を行う必要がない。そのため、従来よりも安全性や施工性を向上させることができる。
【0074】
更に、本実施形態の天端連結作業工程及び吹付け併行作業工程においては、第一建て込み位置に保持されている支保工右ＳＲ及び右壁面ＷＲに対する二次吹付けコンクリートの吹付け作業を、支保工左ＳＬにおける第一天端継手板Ｓｕ及び支保工右ＳＲにおける第二天端継手板Ｓｕの支保工連結作業と同時併行して行う。
そのため、支保工左ＳＬ及び支保工右ＳＲの連結が完了した時点で、支保工右ＳＲ及び右壁面ＷＲに対する二次吹付けコンクリートの吹付け作業の全部、或いは一部を残して完了した状態となっている。
そのため、支保工左ＳＬ及び支保工右ＳＲの連結が完了した時点で、支保工右ＳＲ及び右壁面ＷＲに対する二次吹付けコンクリートの吹付け作業の全部、或いは一部を残して完了した状態となっている。
【0075】
なお、支保工右ＳＲ及び右壁面ＷＲに対する二次吹付けコンクリートの吹付け時において、支保工右ＳＲを把持する右側のクランプ機構３０Ｒや、上部のターゲットＭｕにコンクリートが掛らないようにする。これらの箇所については、右側のクランプ機構３０Ｒによる支保工右ＳＲの把持を解除した後、ターゲットＭｕを支保工右ＳＲから取り外した後に二次吹付けコンクリートを吹付ければよい。
【0076】
また、本実施形態においては、上記のように、支保工右ＳＲの脚部Ｓｄ側から二次吹付けコンクリートの吹付けを行う。そのため、脚部Ｓｄ側に吹付けた二次吹付けコンクリートが凝結硬化後は、支保工連結作業の途中で支保工右ＳＲを把持する右側のクランプ機構３０Ｒの把持を解除してもよい。
【0077】
図１２は、天端連結作業工程及び吹付け併行作業工程が完了した状態を示している。同図において、トンネルの新設区間における右上半部には、二次吹付けコンクリート層Ｃ２が形成されている。天端連結作業工程及び吹付け併行作業工程が完了すると、次に、後行建込工程が行われる。
【0078】
後行建込工程においては、左側のクランプ機構３０Ｌを駆動させて、左壁面ＷＬ（第二トンネル坑壁面）に沿って支保工左ＳＬ（第二上半鋼製支保工）を、支保工左ＳＬの根足位置合わせを含む所定の第二建て込み位置に位置合わせすると共に、支保工左ＳＬを第二建て込み位置に位置決め保持する。なお、後行建込工程を行う際に、左側のクランプ機構３０Ｌが支保工左ＳＬを把持する位置を変更してもよい。
【0079】
具体的には、自動追尾式測量機９０を無線遠隔操作し、支保工左ＳＲに取り付けた各ターゲットＭｕ、Ｍｓを自動追尾して、各ターゲットＭｕ、Ｍｓの座標を順次自動測量する。そして、エレクタコントローラ６５は、自動追尾式測量機９０から取得した各ターゲットＭｕ、Ｍｓの測量データに基づいて、支保工左ＳＬを所定の第二建て込み位置へと誘導するための左側のクランプ機構３０Ｌの駆動量を算出する。
【0080】
なお、エレクタコントローラ６５が算出した左側のクランプ機構３０Ｌの移動量は、モニタ６２に表示される。オペレータＰは、モニタ６２を見ながら操作テーブル６３を順次に操作することで、支保工左ＳＬを簡単に第二建て込み位置へと誘導できる。
また、支保工左ＳＬ及び支保工右ＳＲの連結が完了した時点で、支保工左ＳＬは、既に第二建て込み位置の近傍に位置している。そのため、後行建込工程における支保工左ＳＬの移動量を少なくすることができる。
また、支保工左ＳＬ及び支保工右ＳＲの連結が完了した時点で、支保工左ＳＬは、既に第二建て込み位置の近傍に位置している。そのため、後行建込工程における支保工左ＳＬの移動量を少なくすることができる。
【0081】
そして、後行建込工程が完了すると、図１３に示すように、左側のクランプ機構３０Ｌによって支保工左ＳＬを第二建て込み位置に位置決め保持した状態で、支保工左ＳＬ及び左壁面ＷＬに二次吹付けコンクリートを吹付ける。
支保工左ＳＬ及び左壁面ＷＬへの二次吹付けコンクリートの吹付けは、吹付け機構８における吹付けノズル８ｎからコンクリートを吐出させることによって行われ、例えば、支保工左ＳＬの脚部Ｓｄから行い、順次に上方へ向けて二次吹付けコンクリートを吹付けてもよい。
支保工左ＳＬ及び左壁面ＷＬへの二次吹付けコンクリートの吹付けは、吹付け機構８における吹付けノズル８ｎからコンクリートを吐出させることによって行われ、例えば、支保工左ＳＬの脚部Ｓｄから行い、順次に上方へ向けて二次吹付けコンクリートを吹付けてもよい。
【0082】
また、支保工左ＳＬ及び左壁面ＷＬへの二次吹付けコンクリートの吹付けは、支保工左ＳＬに設置されたターゲットＭｕ、Ｍｓを取り外した状態で行われる。また、支保工左ＳＬ及び左壁面ＷＬへの二次吹付けコンクリートの吹付け時において、支保工左ＳＬの脚部Ｓｄに先行して吹付けたコンクリートが凝結硬化した後は、支保工左ＳＬを把持している左側のクランプ機構３０Ｌの把持を解除してもよい。
【0083】
図１４は、支保工左ＳＬ及び左壁面ＷＬへの二次吹付けコンクリートの吹付けが完了し、新設区間における左上半部に二次吹付けコンクリート層Ｃ２が形成された状態となっている。以上の工程により、同図に示すように、新設区間に対するアーチ状のトンネル支保工Ｓの建て込み、及び上半部におけるトンネル坑壁面への二次吹付けコンクリート層Ｃ２の構築が完了する。
その後は、必要に応じてロックボルトを二次吹付けコンクリート層Ｃ２及び一次吹付けコンクリート層Ｃ１を貫通させて地山Ｂに打設することで、トンネルＴにおける支保構造の構築の１サイクル分が完了する。
その後は、必要に応じてロックボルトを二次吹付けコンクリート層Ｃ２及び一次吹付けコンクリート層Ｃ１を貫通させて地山Ｂに打設することで、トンネルＴにおける支保構造の構築の１サイクル分が完了する。
【0084】
以上、具体例を示したように、本実施形態における支保工の建て込み方法によれば、先行一次吹付け工程において、左右片側の上半部に対応する右壁面ＷＲ（第一トンネル坑壁面）に対して一次吹付けコンクリートを吹付けておき、その後の先行建込工程において、右壁面ＷＲに沿って支保工右ＳＲ（第一上半鋼製支保工）を右側のクランプ機構３０Ｒ（第一ハンド）に把持した状態で、所定の第一建て込み位置に位置合わせする。
さらに、支保工右ＳＲを第一建て込み位置に位置決め保持する先行支保工建て込み作業と、先行一次吹付け工程において一次吹付けコンクリートを吹付けていない方の左壁面ＷＬ（第二トンネル坑壁面）に対して一次吹付けコンクリートを吹付ける後行一次吹付け作業と、を併行して同時に行うようにしたので、施工時間の短縮化を実現できる。
さらに、支保工右ＳＲを第一建て込み位置に位置決め保持する先行支保工建て込み作業と、先行一次吹付け工程において一次吹付けコンクリートを吹付けていない方の左壁面ＷＬ（第二トンネル坑壁面）に対して一次吹付けコンクリートを吹付ける後行一次吹付け作業と、を併行して同時に行うようにしたので、施工時間の短縮化を実現できる。
【0085】
例えば、左壁面ＷＬ（第二トンネル坑壁面）に対して一次吹付けコンクリートを吹付けている間に、第一建て込み位置への支保工右ＳＲの建て込みを完了させることで、後行する左壁面ＷＬ（第二トンネル坑壁面）に対する一次吹付けコンクリートの吹付け作業と別枠で支保工右ＳＲを建て込むためだけに時間を費やす必要がなくなる。それゆえ、支保工右ＳＲの建て込み作業に要する時間を実質的にゼロにできる。
【0086】
あるいは、支保工右ＳＲを第一建て込み位置に建て込んでいる間に左壁面ＷＬ（第二トンネル坑壁面）に対する一次吹付けコンクリートの吹付けを完了させることで、支保工右ＳＲの建て込み作業と別枠で左壁面ＷＬ（第二トンネル坑壁面）に対して一次吹付けコンクリートを吹付けるためだけに時間を費やす必要がなくなる。それゆえ、左壁面ＷＬ（第二トンネル坑壁面）に対する一次吹付けコンクリートの吹付け作業に要する時間を実質的にゼロにできる。
【0087】
更に、本実施形態の天端連結作業工程及び吹付け併行作業工程においては、第一建て込み位置に保持されている支保工右ＳＲ（第一上半鋼製支保工）及び右壁面ＷＲ（第一トンネル坑壁面）に対する二次吹付けコンクリートの吹付け作業を、支保工右ＳＲ及び支保工左ＳＬ相互の対向する天端継手板Ｓｕ，Ｓｕ同士の連結作業と併行して同時に行うようにしたので、施工時間の短縮化を実現できる。
【0088】
例えば、支保工右ＳＲ及び右壁面ＷＲ（第一トンネル坑壁面）に対して二次吹付けコンクリートを吹付けている間に、支保工右ＳＲ及び支保工左ＳＬの連結作業を完了させることで、上記二次吹付けコンクリートの吹付け作業と別枠で支保工右ＳＲ及び支保工左ＳＬを連結するためだけに時間を費やす必要がなくなる。それゆえ、支保工右ＳＲ及び支保工左ＳＬの連結作業に要する時間を実質的にゼロにできる。
【0089】
あるいは、支保工右ＳＲ及び支保工左ＳＬの連結作業を行っている間に、支保工右ＳＲ及び右壁面ＷＲに対する二次吹付けコンクリートの吹付け作業を完了させることで、上記連結作業と別枠で支保工右ＳＲ及び右壁面ＷＲに二次吹付けコンクリートを吹付けるためだけに時間を費やす必要がなくなる。それゆえ、上記二次吹付けコンクリートの吹付け作業に要する時間を実質的にゼロにできる。
【0090】
また、上記具体例に示した、本実施形態における支保工の建て込み方法によれば、支保工建込装置１００を操作するオペレータＰと、吹付け機構８を操作するオペレータＰ、すなわち、実質的に二人のオペレータＰだけでトンネル支保構造を構築するための作業を行うことができる。従って、従来に比べて少ない作業員でトンネルを構築できる。
【0091】
また、上記具体例に示した、本実施形態における支保工の建て込み方法によれば、作業車両１に搭載した支保工建込装置１００の一対のクランプ機構３０Ｌ，３０Ｒに支保工左ＳＬ及び支保工右ＳＲを把持した状態で、二次吹付けコンクリートの吹付け作業を行う。
そのため、新設した支保工右ＳＲ及び支保工左ＳＬを既設の支保工右ＳＲ及び支保工左ＳＬに対してつなぎ材を介して連結する作業を省略できる。これによれば、切羽Ｋの近傍に組まれた作業足場や支保工建込装置のマンケージ等に人員を配置して、つなぎ材の設置作業を行う必要がない。そのため、従来よりもトンネルを構築する際の安全性や施工性を向上させることができる。
そのため、新設した支保工右ＳＲ及び支保工左ＳＬを既設の支保工右ＳＲ及び支保工左ＳＬに対してつなぎ材を介して連結する作業を省略できる。これによれば、切羽Ｋの近傍に組まれた作業足場や支保工建込装置のマンケージ等に人員を配置して、つなぎ材の設置作業を行う必要がない。そのため、従来よりもトンネルを構築する際の安全性や施工性を向上させることができる。
【0092】
以上説明したように、本実施形態の支保工建込装置１００およびこれを用いた支保工の建て込み方法によれば、従来では把握できなかった左右の支保工の傾き、ねじれを正確に検出し、また作業者が把握することができる。そのため、従来よりもトンネルを構築する際の安全性や施工性を向上させることができる。特に、支保工建込み作業の、天端ボルト合わせ作業および／または根足位置合わせ作業を行う段階での左右の支保工の位置決め操作をより確実に且つ迅速に行うことができる。
【0093】
そのため、トンネル施工における支保工の建て込み作業を一層確実に且つ効率良く施工でき、作業効率の向上およびコストダウンを図ることができる。なお、本発明に係るトンネル用支保工建込装置およびこれを用いた支保工の建て込み方法は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。
【0094】
例えば、本実施形態においては、先行一次吹付け工程において右壁面ＷＲ（第一トンネル坑壁面）に対して一次吹付けコンクリートを吹付けておき、その後の先行建込工程において、支保工右ＳＲ（第一上半鋼製支保工）の先行支保工建て込み作業と、左壁面ＷＬ（第二トンネル坑壁面）に対する後行一次吹付け作業とを併行して行うようにしたが、これに限定されない。
【0095】
例えば、先行一次吹付け工程において右壁面ＷＲ（第一トンネル坑壁面）及び左壁面ＷＬ（第二トンネル坑壁面）に対する一次吹付けコンクリートの吹付けを一斉に行ってもよい。
このような場合においても、天端連結作業工程及び吹付け併行作業工程において、第一建て込み位置に保持されている支保工右ＳＲ（第一上半鋼製支保工）及び右壁面ＷＲ（第一トンネル坑壁面）に対する二次吹付けコンクリートの吹付け作業と、支保工右ＳＲ及び支保工左ＳＬを連結する支保工連結作業を併行して行うことで、従来に比べて支保構造を構築するための施工時間の短縮化を実現できる。
このような場合においても、天端連結作業工程及び吹付け併行作業工程において、第一建て込み位置に保持されている支保工右ＳＲ（第一上半鋼製支保工）及び右壁面ＷＲ（第一トンネル坑壁面）に対する二次吹付けコンクリートの吹付け作業と、支保工右ＳＲ及び支保工左ＳＬを連結する支保工連結作業を併行して行うことで、従来に比べて支保構造を構築するための施工時間の短縮化を実現できる。
【符号の説明】
【0096】
１ 作業車両（作業機）
２ 台車
３、４ 車輪
６ 操作部
７ 駆動部
９ アウトリガ
１０Ｌ、１０Ｒ 支保工エレクタ
１１ アウターブーム
１１ａ 基端部
１２ インナーブーム
１２ｂ 先端部
１３ エレクタブーム
１５ ブーム旋回シリンダ
１６ ブーム起伏シリンダ
１７ ブーム伸縮シリンダ
１９ 姿勢上下動シリンダ
２０ 姿勢水平動シリンダ
２１ 姿勢傾動シリンダ
２２ スライドシリンダ
２３ ガイドマウント
２５ エレクタブーム
２５ｇ スライドガイド部
２６ スライダ
２６ｂ 支持ブラケット
２８ エレクタ本体
３０Ｌ、３０Ｒ クランプ機構
３１ 把持部本体
３２ 把持シリンダ
４０ スライド機構
５０ 姿勢調整機構
６１ 操作パネル
６２ モニタ
６３ 操作テーブル
６４ 操作レバー
６５ コントローラ
９０ 自動追尾式測量機（トータルステーション）
１００ 支保工建込装置
Ｂ 地山
Ｃ１ 一次吹付けコンクリート層
Ｃ２ 二次吹付けコンクリート層
Ｔ トンネル
Ｋ 切羽
Ｓ 支保工
Ｍｕ、Ｍｓ 支保工のターゲット
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ プリズム
２ 台車
３、４ 車輪
６ 操作部
７ 駆動部
９ アウトリガ
１０Ｌ、１０Ｒ 支保工エレクタ
１１ アウターブーム
１１ａ 基端部
１２ インナーブーム
１２ｂ 先端部
１３ エレクタブーム
１５ ブーム旋回シリンダ
１６ ブーム起伏シリンダ
１７ ブーム伸縮シリンダ
１９ 姿勢上下動シリンダ
２０ 姿勢水平動シリンダ
２１ 姿勢傾動シリンダ
２２ スライドシリンダ
２３ ガイドマウント
２５ エレクタブーム
２５ｇ スライドガイド部
２６ スライダ
２６ｂ 支持ブラケット
２８ エレクタ本体
３０Ｌ、３０Ｒ クランプ機構
３１ 把持部本体
３２ 把持シリンダ
４０ スライド機構
５０ 姿勢調整機構
６１ 操作パネル
６２ モニタ
６３ 操作テーブル
６４ 操作レバー
６５ コントローラ
９０ 自動追尾式測量機（トータルステーション）
１００ 支保工建込装置
Ｂ 地山
Ｃ１ 一次吹付けコンクリート層
Ｃ２ 二次吹付けコンクリート層
Ｔ トンネル
Ｋ 切羽
Ｓ 支保工
Ｍｕ、Ｍｓ 支保工のターゲット
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ プリズム
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】