特許 7409857 コンクリート吹付厚さ管理方法及びコンクリート吹付厚さ管理システム

(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】2023-12-25

(45)【発行日】2024-01-09

(54)【発明の名称】コンクリート吹付厚さ管理方法及びコンクリート吹付厚さ管理システム

(51)【国際特許分類】

   E21D 11/10 20060101AFI20231226BHJP

【ＦＩ】

E21D11/10 D

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2019226568

(22)【出願日】2019-12-16

(65)【公開番号】P2021095716

(43)【公開日】2021-06-24

【審査請求日】2022-10-04

【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第２項適用 集会名：令和元年度 土木学会全国大会ｉｎ四国、開催日：令和１年９月５日 刊行物名：令和元年度 土木学会全国大会ｉｎ四国 第７４回 年次学術講演会 講演概要集 ＶＩ－７３３頁、発行者名：公益社団法人土木学会、発行日：令和１年８月１日 掲載アドレス：ｈｔｔｐｓ：／／ｃｏｎｆｉｔ．ａｔｌａｓ．ｊｐ／ｇｕｉｄｅ／ｅｖｅｎｔ／ｊｓｃｅ２０１９／ｔｏｐ （令和元年度 土木学会全国大会ｉｎ四国ホームページ）、掲載日：令和１年８月

【前置審査】

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002468

【氏名又は名称】弁理士法人後藤特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】福島 大介

(72)【発明者】

【氏名】宮嶋 保幸

(72)【発明者】

【氏名】戸邉 勇人

【審査官】高橋 雅明

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－２０３３２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１１５３８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０１３６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５９６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－１５０７２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ １１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

トンネルの掘削面に吹付けられるコンクリート材料の厚さを管理するコンクリート吹付厚さ管理方法であって、
前記掘削面に吹付けられるコンクリート材料の目標吹付厚さを設定する目標設定工程と、
コンクリート材料が吹付けられていない前記掘削面までの基準距離を測定する基準距離測定工程と、
コンクリート材料が吹付けられている前記掘削面の吹付表面までの表面距離を測定する表面距離測定工程と、
測定された前記基準距離と前記表面距離との差分を算出する差分算出工程と、
算出された前記差分と前記目標吹付厚さとを比較した結果に応じて前記吹付表面に所定の情報を表示する情報表示工程と、を備え、
前記基準距離測定工程、前記表面距離測定工程、前記差分算出工程及び前記情報表示工程は、前記掘削面に設定された複数の吹付領域に対して実行され、
前記所定の情報は、少なくとも作業員が吹付作業を行う前記吹付領域に、吹付作業を行う作業員が認識可能な点や丸といった図形または文字で表示される、
コンクリート吹付厚さ管理方法。

【請求項2】

作業員が吹付作業を行う前記吹付領域に表示される前記所定の情報には、当該吹付領域における吹付厚さが十分であることを示す図形または文字、及び、当該吹付領域における吹付厚さがまだ不十分であることを示す図形または文字、の何れかが含まれる、
請求項１に記載のコンクリート吹付厚さ管理方法。

【請求項3】

前記図形または前記文字は、色付きで前記吹付領域に表示される、
請求項１または２に記載のコンクリート吹付厚さ管理方法。

【請求項4】

トンネルの掘削面に吹付けられるコンクリート材料の厚さを管理するコンクリート吹付厚さ管理方法であって、
前記掘削面に吹付けられるコンクリート材料の目標吹付厚さを設定する目標設定工程と、
コンクリート材料が吹付けられていない前記掘削面までの基準距離を測定する基準距離測定工程と、
コンクリート材料が吹付けられている前記掘削面の吹付表面までの表面距離を測定する表面距離測定工程と、
測定された前記基準距離と前記表面距離との差分を算出する差分算出工程と、
算出された前記差分と前記目標吹付厚さとを比較した結果に応じて前記吹付表面に所定の情報を表示する情報表示工程と、を備え、
前記掘削面には、切羽面と、前記切羽面とともに露出する地山の内壁面と、が含まれ、
前記所定の情報は、前記切羽面及び前記内壁面に設定された複数の吹付領域に、吹付作業を行う作業員が認識可能な点や丸といった図形または文字で表示される、
コンクリート吹付厚さ管理方法。

【請求項5】

トンネルの掘削面に吹付けられるコンクリート材料の厚さを管理するコンクリート吹付厚さ管理システムであって、
前記掘削面までの距離を測定可能な距離検出器と、
コンクリート材料が吹付けられている前記掘削面の吹付表面に所定の情報を表示可能な表示装置と、
前記距離検出器の検出値に基づいて前記表示装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記掘削面に吹付けられるコンクリート材料の目標吹付厚さを設定し、コンクリート材料が吹付けられていない前記掘削面までの基準距離を前記距離検出器により測定し、コンクリート材料が吹付けられている前記掘削面の吹付表面までの表面距離を前記距離検出器により測定し、測定された前記基準距離と前記表面距離との差分を算出し、算出された前記差分と前記目標吹付厚さとを比較した結果に応じて前記表示装置により前記吹付表面に所定の情報を表示し、
前記基準距離の測定、前記表面距離の測定、前記差分の算出及び前記所定の情報の表示は、前記掘削面に設定された複数の吹付領域に対して実行され、
前記所定の情報は、少なくとも作業員が吹付作業を行う前記吹付領域に、吹付作業を行う作業員が認識可能な点や丸といった図形または文字で表示される、
コンクリート吹付厚さ管理システム。

【請求項6】

作業員が吹付作業を行う前記吹付領域に表示される前記所定の情報には、当該吹付領域における吹付厚さが十分であることを示す図形または文字、及び、当該吹付領域における吹付厚さがまだ不十分であることを示す図形または文字、の何れかが含まれる、
請求項５に記載のコンクリート吹付厚さ管理システム。

【請求項7】

前記図形または前記文字は、色付きで前記吹付領域に表示される、
請求項５または６に記載のコンクリート吹付厚さ管理システム。

【請求項8】

トンネルの掘削面に吹付けられるコンクリート材料の厚さを管理するコンクリート吹付厚さ管理システムであって、
前記掘削面までの距離を測定可能な距離検出器と、
コンクリート材料が吹付けられている前記掘削面の吹付表面に所定の情報を表示可能な表示装置と、
前記距離検出器の検出値に基づいて前記表示装置を制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記掘削面に吹付けられるコンクリート材料の目標吹付厚さを設定し、コンクリート材料が吹付けられていない前記掘削面までの基準距離を前記距離検出器により測定し、コンクリート材料が吹付けられている前記掘削面の吹付表面までの表面距離を前記距離検出器により測定し、測定された前記基準距離と前記表面距離との差分を算出し、算出された前記差分と前記目標吹付厚さとを比較した結果に応じて前記表示装置により前記吹付表面に所定の情報を表示し、
前記掘削面には、切羽面と、前記切羽面とともに露出する地山の内壁面と、が含まれ、
前記所定の情報は、前記切羽面及び前記内壁面に設定された複数の吹付領域に、吹付作業を行う作業員が認識可能な点や丸といった図形または文字で表示される、
コンクリート吹付厚さ管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、掘削面に吹付けられるコンクリート材料の厚さを管理するコンクリート吹付厚さ管理方法及びコンクリート吹付厚さ管理システムに関する。

【背景技術】

【0002】

山岳トンネルの施工に主に用いられるＮＡＴＭ工法では、発破工程、ズリ出し工程、一次コンクリート吹付工程、支保工建込工程及び二次コンクリート吹付工程を所定距離ごとに繰返すことにより、トンネルを軸方向に構築していく。

【0003】

支保工建込工程以後の工程では、トンネルの切羽面近傍で作業者が作業することがある。切羽面は剥落するおそれがあるので、切羽面近傍での作業の安全性を高めるために、１次コンクリート吹付工程では、切羽面にコンクリート材料を吹付けることによって切羽面を安定させている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０００－２８３７５６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示された方法では、コンクリート材料を吹付ける前の壁面の形状データとコンクリート材料を吹付けた後の壁面の形状データとに基づいて吹付け厚さを算出し、算出された吹付け厚さがモニタに表示される。このため、掘削面の各部における吹付け厚さを目標厚さとするには、吹付作業を行う作業者が、モニタに表示された吹付け厚さを確認しながら作業を進める必要がある。しかしながら、吹付表面を見ながら吹付作業を行っている作業員が、比較的小さなモニタを見て各部の吹付け厚さを逐次確認することは困難であり、吹付け厚さを確認する度に作業を中断してしまうと作業効率が低下する。

【0006】

本発明は、掘削面にコンクリート材料を吹付ける吹付作業の効率を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は、トンネルの掘削面に吹付けられるコンクリート材料の厚さを管理するコンクリート吹付厚さ管理方法であって、前記掘削面に吹付けられるコンクリート材料の目標吹付厚さを設定する目標設定工程と、コンクリート材料が吹付けられていない前記掘削面までの基準距離を測定する基準距離測定工程と、コンクリート材料が吹付けられている前記掘削面の吹付表面までの表面距離を測定する表面距離測定工程と、測定された前記基準距離と前記表面距離との差分を算出する差分算出工程と、算出された前記差分と前記目標吹付厚さとを比較した結果に応じて前記吹付表面に所定の情報を表示する情報表示工程と、を備え、前記基準距離測定工程、前記表面距離測定工程、前記差分算出工程及び前記情報表示工程は、前記掘削面に設定された複数の吹付領域に対して実行され、前記所定の情報は、少なくとも作業員が吹付作業を行う前記吹付領域に、吹付作業を行う作業員が認識可能な点や丸といった図形または文字で表示される。また、本発明は、トンネルの掘削面に吹付けられるコンクリート材料の厚さを管理するコンクリート吹付厚さ管理方法であって、前記掘削面に吹付けられるコンクリート材料の目標吹付厚さを設定する目標設定工程と、コンクリート材料が吹付けられていない前記掘削面までの基準距離を測定する基準距離測定工程と、コンクリート材料が吹付けられている前記掘削面の吹付表面までの表面距離を測定する表面距離測定工程と、測定された前記基準距離と前記表面距離との差分を算出する差分算出工程と、算出された前記差分と前記目標吹付厚さとを比較した結果に応じて前記吹付表面に所定の情報を表示する情報表示工程と、を備え、前記掘削面には、切羽面と、前記切羽面とともに露出する地山の内壁面と、が含まれ、前記所定の情報は、前記切羽面及び前記内壁面に設定された複数の吹付領域に、吹付作業を行う作業員が認識可能な点や丸といった図形または文字で表示される。

【0008】

また、本発明は、トンネルの掘削面に吹付けられるコンクリート材料の厚さを管理するコンクリート吹付厚さ管理システムであって、前記掘削面までの距離を測定可能な距離検出器と、コンクリート材料が吹付けられている前記掘削面の吹付表面に所定の情報を表示可能な表示装置と、前記距離検出器の検出値に基づいて前記表示装置を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記掘削面に吹付けられるコンクリート材料の目標吹付厚さを設定し、コンクリート材料が吹付けられていない前記掘削面までの基準距離を前記距離検出器により測定し、コンクリート材料が吹付けられている前記掘削面の吹付表面までの表面距離を前記距離検出器により測定し、測定された前記基準距離と前記表面距離との差分を算出し、算出された前記差分と前記目標吹付厚さとを比較した結果に応じて前記表示装置により前記吹付表面に所定の情報を表示し、前記基準距離の測定、前記表面距離の測定、前記差分の算出及び前記所定の情報の表示は、前記掘削面に設定された複数の吹付領域に対して実行され、前記所定の情報は、少なくとも作業員が吹付作業を行う前記吹付領域に、吹付作業を行う作業員が認識可能な点や丸といった図形または文字で表示される。また、本発明は、トンネルの掘削面に吹付けられるコンクリート材料の厚さを管理するコンクリート吹付厚さ管理システムであって、前記掘削面までの距離を測定可能な距離検出器と、コンクリート材料が吹付けられている前記掘削面の吹付表面に所定の情報を表示可能な表示装置と、前記距離検出器の検出値に基づいて前記表示装置を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記掘削面に吹付けられるコンクリート材料の目標吹付厚さを設定し、コンクリート材料が吹付けられていない前記掘削面までの基準距離を前記距離検出器により測定し、コンクリート材料が吹付けられている前記掘削面の吹付表面までの表面距離を前記距離検出器により測定し、測定された前記基準距離と前記表面距離との差分を算出し、算出された前記差分と前記目標吹付厚さとを比較した結果に応じて前記表示装置により前記吹付表面に所定の情報を表示し、前記掘削面には、切羽面と、前記切羽面とともに露出する地山の内壁面と、が含まれ、前記所定の情報は、前記切羽面及び前記内壁面に設定された複数の吹付領域に、吹付作業を行う作業員が認識可能な点や丸といった図形または文字で表示される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、掘削面にコンクリート材料を吹付ける吹付作業の効率を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明の実施形態に係るコンクリート吹付厚さ管理システムが適用されるコンクリート材料の吹付作業をトンネルの側方から見た概略図である。

【図2】吹付作業中のトンネルの切羽面を示す図である。

【図3】本発明の実施形態に係るコンクリート吹付厚さ管理システムの制御装置のブロック図である。

【図4】制御装置による処理を示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るコンクリート吹付厚さ管理方法及びコンクリート吹付厚さ管理システム１００について説明する。ここでは、ＮＡＴＭ工法において掘削面に吹付けられるコンクリート材料の厚さを管理するコンクリート吹付厚さ管理方法及びコンクリート吹付厚さ管理システム１００を、図１から図４を参照して説明する。

【0012】

ＮＡＴＭ工法では、発破工程、ズリ出し工程、一次コンクリート吹付工程、支保工建込工程及び二次コンクリート吹付工程を例えば１～２ｍごとに繰り返すことにより、トンネルＴを軸方向に沿って構築する。

【0013】

支保工建込工程以後の工程では、トンネルＴの掘削面である切羽面Ｆの近傍で作業者が作業することがある。切羽面Ｆは剥落するおそれがあるので、切羽面Ｆ近傍での作業の安全性を高めるために、支保工建込工程の前工程である１次コンクリート吹付工程では、切羽面Ｆにコンクリート材料を吹付けることによって切羽面Ｆを安定させている。

【0014】

具体的には、図１に示すように、吹付機２０によって、まだ固まっていない状態のコンクリート材料を切羽面Ｆに吹付け、吹付けられたコンクリート材料が硬化することにより形成されたコンクリート構造体を切羽面Ｆの表面に生成することによって、切羽面Ｆを安定させている。コンクリート材料としては、モルタルが用いられてもよい。また、コンクリート材料の吹付けに際して、切羽面Ｆに吹付けられたコンクリートの硬化を促進するために、急結剤が添加される。

【0015】

吹付機２０は、ノズル２１からコンクリート材料を噴射する吹付装置であり、台車２２と、コンクリート材料をノズル２１に圧送する圧送手段としてのコンクリートポンプ２３と、コンクリート材料に急結剤を添加する添加手段としての急結剤ポンプ２４と、ノズル２１をトンネルＴの切羽面Ｆに向けた状態で移動させるノズル駆動部３０と、を備える。吹付機２０は、ノズル駆動部３０によってノズル２１を移動させながらコンクリート材料を噴射することによって、切羽面Ｆの全体にコンクリート材料を吹付けることができる。

【0016】

台車２２は、自走可能であり、トンネルＴ内を移動可能である。コンクリート材料を切羽面Ｆに吹付ける際には、ノズル駆動部３０が設けられる台車２２の前部を切羽面Ｆに向けた状態で切羽面Ｆから所定の距離だけ離れた場所へと移動した後、図示しないジャッキを張り出して台車２２を確実に停止させる。

【0017】

コンクリートポンプ２３は、コンクリート材料を貯留するホッパ２５と共に台車２２に設けられている。ホッパ２５は、台車２２の後部に搭載されており、ホッパ２５にはミキサ車Ｍからコンクリート材料が投入される。コンクリートポンプ２３は、ホッパ２５からコンクリート材料を吸い込み、配管（図示省略）を通じてノズル２１に圧送する。圧送されたコンクリート材料は、高圧空気と混合されノズル２１から噴射される。

【0018】

急結剤ポンプ２４は、コンクリートポンプ２３と同様に、台車２２に設けられている。急結剤ポンプ２４は、配管（図示省略）を通じてノズル２１に接続されており、図示しない急結剤タンク内の急結剤をノズル２１に供給する。ノズル２１に供給された急結剤は、ノズル２１の内部でコンクリート材料に添加され、コンクリート材料と共にノズル２１から噴射される。

【0019】

ノズル駆動部３０は、台車２２の前部にスイング及び伸縮可能に設けられるブーム３１と、ブーム３１の先端にスイング及び伸縮可能に設けられるアーム３２と、を有する。ノズル２１は、アーム３２の先端に取り付けられているため、ブーム３１及びアーム３２をスイング及び伸縮させることにより、ノズル２１の先端に設けられた噴射口を切羽面Ｆに向けた状態でノズル２１の位置を任意の位置へと移動させることが可能である。したがって、切羽面Ｆ全体にノズル２１を通じてコンクリート材料を吹付けることができる。ノズル駆動部３０の操作、すなわち、切羽面Ｆに対するノズル２１の位置の調整は、ノズル駆動部３０の駆動を制御する図示しない制御部と通信可能なコントローラ２７を介して作業者によって行われる。

【0020】

上記構成の吹付機２０により切羽面Ｆにコンクリート材料を吹付ける際、作業者は、コンクリート材料が吹付けられた切羽面Ｆの表面を見ながら切羽面Ｆに吹付けられたコンクリート材料の厚さが全域において、予め設定された目標吹付厚さとなるように、コントローラ２７を操作し、ノズル２１の位置や噴射されるコンクリート材料の圧力等を適宜調整する。

【0021】

ここで切羽面Ｆは、コンクリート材料の吹付厚さが厚いほど安定するため、コンクリート材料の吹付厚さをできるだけ厚くすることが望ましい。一方で、コンクリート材料の吹付厚さを必要以上に厚くすると、コンクリート材料が無駄になるとともに作業時間が長くなり、結果として、トンネルＴの構築コストが増大することになる。このため、切羽面Ｆにコンクリート材料を吹付ける吹付作業は、吹付厚さが目標吹付厚さを超えた時点で終了させることが好ましい。しかしながら、切羽面Ｆの全域における吹付け厚さを作業員が逐次確認することは困難であり、任意の複数箇所の吹付け厚さを確認するとしても、その度に作業を中断してしまうと作業効率が低下することになる。

【0022】

また、切羽面Ｆに部分的に亀裂があるような場合には、剥落の危険性が高いことから、この部分の吹付厚さを厚くする必要がある。しかし、特定の部分の吹付厚さが十分な厚さとなっているかを逐次確認することは困難であり、この部分の吹付け厚さを確認する度に作業を中断してしまうと作業効率が低下することになる。

【0023】

このような課題を解決するため、本実施形態では、掘削面である切羽面Ｆに吹付けられるコンクリート材料の厚さを管理するコンクリート吹付厚さ管理システム１００（以下、「管理システム１００」）を上記構成の吹付機２０に設けている。

【0024】

次に、図１～４を参照し、管理システム１００について説明する。図２は、吹付機２０から見た切羽面Ｆを示す図であり、図３は、後述の制御装置５０のブロック図であり、図４は、制御装置５０による処理を示すフローチャートである。

【0025】

管理システム１００は、図１に示すように、台車２２に取り付けられ切羽面Ｆまでの距離を測定可能な距離センサ（距離検出器）４１と、台車２２に取り付けられコンクリート材料が吹付けられる切羽面Ｆの吹付表面に所定の情報を表示可能な表示装置４２と、距離センサ４１の検出値に基づいて表示装置４２を制御する制御装置５０と、を備える。

【0026】

距離センサ４１は、レーザ光を用いたレーザ変位計であり、コンクリート材料が吹付けられる前の切羽面Ｆまでの距離を計測することが可能であるとともに、コンクリート材料が吹付けられることによって吹付厚さが徐々に厚くなる切羽面Ｆの吹付表面までの距離をリアルタイムで計測することが可能である。距離センサ４１によって測定された距離は、制御装置５０に入力される。

【0027】

具体的には、距離センサ４１は、図２において符号４５で示される切羽面Ｆ上の測定点４５と台車２２との間の距離を計測する。距離センサ４１により距離が測定される切羽面Ｆ上の測定点４５は、距離センサ４１から照射されるレーザ光によって、例えば赤色で常時ポイント表示される。このため、作業者は、距離センサ４１によりどの部分が測定されているのかを把握することができる。

【0028】

表示装置４２は、レーザ光を用いたレーザ表示器であり、コンクリート材料が吹付けられる切羽面Ｆの吹付表面に、所定の情報４６を表示することが可能である。所定の情報４６は、図２に示すように、例えば、点や丸といった図形４６ａや、数字やアルファベット等の文字４６ｂであり、これらは赤、青、緑等の色付きで表示される。表示装置４２によって吹付表面に表示される所定の情報４６は、制御装置５０からの指令により随時変更される。なお、所定の情報４６は、作業者により十分に認識可能な大きさ及び色を有している。

【0029】

距離センサ４１と表示装置４２とは、照射ユニット４０として一体化され、台車２２の側面や上面、前面に配置される。照射ユニット４０は、図２に示すように切羽面Ｆを分割した吹付領域Ｆ１～Ｆ４毎に対応して配置される。つまり、例えば、図２に示すように切羽面Ｆが４つの吹付領域Ｆ１～Ｆ４に分割される場合、４つの照射ユニット４０が台車２２に設置される。なお、切羽面Ｆは、５つ以上の吹付領域に分割されていてもよいし、３つ以下の吹付領域に分割されていてもよいし、複数の吹付領域に分割されていなくともよい。また、切羽面Ｆを分割する線は、例えば、図２において一点鎖線で示すように、水平方向及び鉛直方向に延びるものであってもよいし、水平方向及び鉛直方向の何れか一方のみに延びるものであってもよいし、任意の方向に延びるものであってもよい。

【0030】

各照射ユニット４０には、１つの距離センサ４１と１つの表示装置４２とが配置される。このため、図２に示すように、各吹付領域Ｆ１～Ｆ４には、１つの測定点４５と、１つの所定の情報４６と、がそれぞれ表示される。

【0031】

制御装置５０は、演算処理を行うＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＣＰＵにより実行される制御プログラム等を記憶するＲＯＭ（Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）と、ＣＰＵの演算結果等を記憶するＲＡＭ（ｒａｎｄｏｍ ａｃｃｅｓｓ ｍｅｍｏｒｙ）と、を含むマイクロコンピュータで構成される。制御装置５０は、単一のマイクロコンピュータで構成されていてもよいし、複数のマイクロコンピュータで構成されていてもよい。

【0032】

図３に示すように、制御装置５０は、切羽面Ｆに吹付けられるコンクリート材料の目標吹付厚さを設定する目標設定部５１と、コンクリート材料が吹付けられていない切羽面Ｆまでの距離を基準距離として記憶する記憶部５２と、記憶部５２に記憶された基準距離と現在の切羽面Ｆまでの距離との差分を算出する差分算出部５３と、目標設定部５１で設定された目標吹付厚さと差分算出部５３で算出された差分とを比較する比較部５４と、比較部５４での比較結果に基づいて所定の情報を表示するように表示装置４２に指示する表示指示部５５と、を有する。なお、目標設定部５１、記憶部５２、差分算出部５３、比較部５４及び表示指示部５５は、距離センサ４１の検出値に基づいて表示装置４２を制御する制御装置５０の機能を仮想的なユニットとして表現したものである。

【0033】

目標設定部５１は、各吹付領域Ｆ１～Ｆ４において剥落が生じる可能性に基づいて、各吹付領域Ｆ１～Ｆ４の目標吹付厚さをそれぞれ設定する。具体的には、各吹付領域Ｆ１～Ｆ４における剥落の生じ易さを、亀裂の有無等に基づいて判定し、例えば、亀裂が複数あり剥落が生じやすいと判定された領域の目標吹付厚さは、他の領域よりも大きい値に設定する。なお、各吹付領域Ｆ１～Ｆ４の目標吹付厚さは、図示しない入力端末を介して作業者により入力されるものであってもよい。

【0034】

記憶部５２は、距離センサ４１により検出された距離を記憶する部分であり、主に、コンクリート材料が吹付けられる前に、吹付領域Ｆ１～Ｆ４毎に設けられた距離センサ４１によって測定された距離が、各吹付領域Ｆ１～Ｆ４の基準距離として記憶される。

【0035】

差分算出部５３は、記憶部５２に記憶された基準距離と、この基準距離を計測した距離センサ４１により現在測定されている距離と、の差分を算出するものであり、特に切羽面Ｆへのコンクリート材料の吹付けを開始してから吹付作業が完了するまでの間、差分を算出し続ける。このように差分算出部５３において算出される差分は、各吹付領域Ｆ１～Ｆ４の測定点４５における現在の吹付厚さに相当するものであり、算出された差分は比較部５４に送られる。

【0036】

比較部５４は、差分算出部５３で算出された差分、すなわち、各吹付領域Ｆ１～Ｆ４の現在の吹付厚さと、目標設定部５１において設定された各吹付領域Ｆ１～Ｆ４の目標吹付厚さと、を比較する部分であり、現在の吹付厚さが目標吹付厚さを超えたか否かを判定する。比較部５４における判定結果は、表示指示部５５に送られる。

【0037】

表示指示部５５は、比較部５４での判定結果に基づいて所定の情報を各吹付領域Ｆ１～Ｆ４の吹付表面に表示するように、吹付領域Ｆ１～Ｆ４毎に設けられた表示装置４２に対して指示を行う部分であり、例えば、図２に示すように、現在の吹付厚さが目標吹付厚さを超えていない吹付領域Ｆ２，Ｆ４の吹付表面には、まだ吹付厚さが不十分であるという情報を示す標識として赤色の円が表示されるように各吹付領域Ｆ２，Ｆ４の表示装置４２へ指示する。一方で、現在の吹付厚さが目標吹付厚さを超えている吹付領域Ｆ１，Ｆ３の吹付表面には、吹付厚さが十分であるという情報を示す標識として青色の「ＯＫ」という文字列が表示されるように各吹付領域Ｆ１，Ｆ３の表示装置４２へ指示する。

【0038】

なお、上述のように、吹付領域Ｆ１～Ｆ４には、距離センサ４１から照射されるレーザ光によって、測定点４５が常に赤色でポイント表示されていることから、吹付厚さが不十分であるという情報を赤色で表示した場合、測定点４５と誤認されるおそれがある。このような誤認を防止するために、情報の表示は、測定点４５よりも十分に大きい円で行ったり、測定点４５とは異なる色合いで行ったり、文字列や円以外の形状で行ったりすることが好ましい。

【0039】

情報を示す標識は、上述の形状や文字列に限定されるものではなく、例えば、吹付厚さが十分であるという情報を示す標識としては、「ＯＫ」という文字列に代えて、青色の円や緑色の円等が用いられてもよい。また、情報を示す標識としては、上述の二種類だけではなく、例えば、もう少しで吹付厚さが目標吹付厚さに達するという情報を示す標識として、黄色の円を追加してもよいし、吹付厚さが目標吹付厚さに近づくにつれて暖色系から寒色系へと色が徐々に変化する図形等が用いられてもよい。

【0040】

次に、図４に示されるフローを参照し、管理システム１００の動作について説明する。

【0041】

まず、ステップＳ１０（目標設定工程）では、切羽面Ｆにまだコンクリート材料が吹付けられていない状態において、目標設定部５１により各吹付領域Ｆ１～Ｆ４の目標吹付厚さがそれぞれ設定される。なお、各吹付領域Ｆ１～Ｆ４の目標吹付厚さは、それぞれ別の厚さに設定されることなく、例えば、既定された同じ厚さに設定されてもよい。

【0042】

吹付機２０の台車２２が停車状態であり、吹付作業を行う準備が整ったことが検知されると、ステップＳ１１（基準距離測定工程）に進み、基準距離の測定が行われる。具体的には、吹付領域Ｆ１～Ｆ４毎に設けられた距離センサ４１によって、コンクリート材料が吹付けられていない吹付領域Ｆ１～Ｆ４上の測定点４５と台車２２との間の距離が計測される。

【0043】

このように計測された距離は、基準距離として記憶部５２に記憶される。なお、ステップＳ１１における基準距離の測定は、図示しない測定開始ボタンが作業者によって操作されることにより実行されてもよい。

【0044】

すべての吹付領域Ｆ１～Ｆ４における基準距離の測定が完了すると、ステップＳ１２（表面距離測定工程）に進み、基準距離を測定した距離センサ４１によって、台車２２から吹付表面までの表面距離の計測が開始される。ステップＳ１２における計測は、ステップＳ１１での基準距離の測定が完了すると同時に開始されてもよいし、コンクリート材料の吹付作業が開始されたことが検知されてから開始されてもよい。なお、吹付作業の開始は、例えば、コントローラ２７が作業者により操作されたことやノズル２１において噴射圧が検出されたことなどにより検知可能である。

【0045】

続くステップＳ１３（差分算出工程）では、ステップＳ１２において計測された台車２２からコンクリート材料が吹付けられる吹付表面までの表面距離と、ステップＳ１１において計測された基準距離と、の差分が差分算出部５３によって算出される。

【0046】

ステップＳ１３において差分、すなわち、現在の吹付厚さが算出されると、続くステップＳ１４（比較工程）において、ステップＳ１３において算出された差分と、ステップＳ１０において設定された目標吹付厚さと、の比較が比較部５４で行われる。

【0047】

ステップＳ１４において差分が目標吹付厚さを超えていると判定されると、ステップＳ１５に進み、ステップＳ１４において差分が目標吹付厚さを超えていないと判定されると、ステップＳ１６に進む。なお、ステップＳ１４における差分と目標吹付厚さとの比較は、吹付領域Ｆ１～Ｆ４毎に行われる。

【0048】

ステップＳ１５（情報表示工程）では、表示指示部５５からの指示を受けた表示装置４２によって、吹付領域Ｆ１～Ｆ４の吹付表面への所定の情報の表示が行われる。ステップＳ１５では、現在の吹付厚さがすでに目標吹付厚さを超えていることから、吹付厚さが十分であるという情報を示す標識として青色の「ＯＫ」という文字列（４６ｂ）が吹付表面に表示される。

【0049】

一方、ステップＳ１６（情報表示工程）でも、ステップＳ１５と同様に、表示指示部５５からの指示を受けた表示装置４２によって、吹付領域Ｆ１～Ｆ４の吹付表面への所定の情報の表示が行われる。ステップＳ１６では、現在の吹付厚さがまだ目標吹付厚さに達していないことから、吹付厚さが不十分であるという情報を示す標識として赤色の円（４６ａ）が吹付表面に表示される。

【0050】

なお、ステップＳ１３及びステップＳ１４は、吹付領域Ｆ１～Ｆ４毎に行われるため、ステップＳ１５及びステップＳ１６における情報の表示も吹付領域Ｆ１～Ｆ４毎に行われる。したがって、例えば、図２に示すように、吹付厚さが十分となった第１吹付領域Ｆ１及び第３吹付領域Ｆ３の吹付表面には、吹付厚さが十分であるという情報が表示され、吹付厚さがまだ不十分である第２吹付領域Ｆ２及び第４吹付領域Ｆ４の吹付表面には、吹付厚さが不十分であるという情報が表示されることになる。

【0051】

このように、吹付厚さが十分であるか不十分であるかといった情報を示す標識が各吹付領域Ｆ１～Ｆ４の吹付表面に表示されることによって、吹付表面を見ながら吹付作業を行っている作業者は、どの領域の吹付厚さが十分であり、どの領域の吹付厚さが不十分であるかといった切羽面Ｆの吹付厚さの状態を容易に認識することができる。

【0052】

吹付厚さが不十分である場合には、通常、吹付作業が続けられることから、ステップＳ１６に進んだ場合には、ステップＳ１３へと戻り、再度、差分の算出が行われる。つまり、吹付厚さが十分となるまでは、ステップＳ１６で成された情報の表示が継続されることになる。

【0053】

一方、吹付厚さが十分である場合には、吹付作業が終了する可能性があることから、ステップＳ１５に進んだ場合には、ステップＳ１７に進み、吹付作業が終了したか否かが判定される。

【0054】

ステップＳ１５において吹付厚さが十分であるという情報を吹付表面に表示した場合であっても、吹付作業中は視界が比較的悪いことから、作業者が気付かない場合がある。また、何れかの吹付領域Ｆ１～Ｆ４における吹付厚さが目標吹付厚さを超えたとしても、その他の吹付領域Ｆ１～Ｆ４では、吹付厚さがまだ不十分であり、吹付作業を継続する必要がある場合もある。このような場合には、吹付厚さが十分であるという情報を示し続ける必要があることから、ステップＳ１７において吹付作業が終了していないと判定されると、ステップＳ１５へと戻り、ステップＳ１５で成された情報の表示が継続される。

【0055】

一方、ステップＳ１７において吹付作業が終了したと判定されると、吹付表面に情報を表示する必要がなくなった、つまり、すべての吹付領域Ｆ１～Ｆ４において、吹付厚さが目標吹付厚さを超えた状態になったとして、ステップＳ１８に進み、表示装置４２による情報の表示を終了するとともに、距離センサ４１による計測を終了し、すべての照射ユニット４０は非作動状態となる。

【0056】

なお、吹付作業の終了は、例えば、コントローラ２７が作業者により操作されない時間が所定の時間以上継続したことやノズル２１において噴射圧が検出されなくなったことなどにより検知可能である。また、図示しない作業終了ボタンや測定終了ボタンが作業者によって操作された場合に、吹付作業が終了したと判定するようにしてもよい。

【0057】

以上のような一連の工程を経て管理システム１００が適用された吹付機２０による切羽面Ｆへのコンクリート材料の吹付作業は完了する。

【0058】

以上の実施形態によれば、以下に示す作用効果を奏する。

【0059】

コンクリート吹付厚さ管理方法及びコンクリート吹付厚さ管理システム１００では、吹付厚さが十分であるか不十分であるかといった情報を示す標識が各吹付領域Ｆ１～Ｆ４の吹付表面に表示される。このため、作業者は、切羽面Ｆの吹付表面を見ながら吹付作業を行っていても、どの領域の吹付厚さが十分であり、どの領域の吹付厚さが不十分であるかといった切羽面Ｆの吹付厚さの状態を容易に認識することが可能である。このように、吹付作業を中断することなく作業者が吹付厚さを把握することが可能となることで吹付作業の作業効率を向上させることができる。

【0060】

また、コンクリート吹付厚さ管理方法及びコンクリート吹付厚さ管理システム１００では、各吹付領域Ｆ１～Ｆ４のうち、どの領域の吹付厚さが十分であるのかについて作業者は容易に認識できる。このため、吹付厚さが十分となった領域には、それ以上無駄にコンクリート材料が吹付けられることが回避される。この結果、吹付作業時間を短くすることができるとともに、トンネルＴの構築コストを低減させることができる。

【0061】

また、コンクリート吹付厚さ管理方法及びコンクリート吹付厚さ管理システム１００では、吹付厚さが十分であるか不十分であるかといった情報を示す標識が各吹付領域Ｆ１～Ｆ４の吹付表面に表示される。このため、吹付領域Ｆ１～Ｆ４毎に目標吹付厚さが異なる場合であっても、作業を中断することなく、作業者は特定の領域の吹付厚さが目標吹付厚さに至ったか否かを容易に判断することが可能であり、結果として吹付作業の作業効率を向上させることができる。

【0062】

また、コンクリート吹付厚さ管理システム１００では、距離センサ４１及び表示装置４２が吹付機２０の台車２２に設けられる。このようにコンクリート材料を切羽面Ｆに吹付ける吹付機２０の台車２２に予め距離センサ４１及び表示装置４２を取り付けておくことで、距離センサ４１及び表示装置４２を別途設置し、固定する作業が不要となる。この結果、吹付作業の作業効率をさらに向上させることができる。

【0063】

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

【0064】

上記実施形態において、コンクリート材料が吹付けられるとともに、吹付表面に情報が表示される掘削面は、切羽面Ｆである。吹付表面に情報が表示される掘削面としては、切羽面Ｆに限定されず、例えば、発破工程において切羽面Ｆとともに露出する地山の内壁面ＲＳ（図１参照）であってもよいし、剥落のおそれがあるなどの理由によりコンクリート材料が吹付けられる壁面であれば、どのような壁面であってもよい。

【0065】

また、上記実施形態では、吹付厚さが不十分であるという情報と吹付厚さが十分であるという情報との二つの情報が吹付表面に表示される。これに代えて、何れか一方の情報のみを吹付表面に表示するようにしてもよい。

【0066】

また、上記実施形態では、照射ユニット４０には、１つの距離センサ４１と１つの表示装置４２とが配置される。これに代えて、吹付領域内の地質が複雑である場合や吹付領域の面積が大きい場合などには、距離の計測精度を向上させるために、１つの照射ユニット４０に複数の距離センサ４１を配置してもよい。

【0067】

この場合、各吹付領域Ｆ１～Ｆ４には、距離センサ４１の数に応じて複数の測定点４５が表示され、記憶部５２には、複数の距離センサ４１により測定された距離がそれぞれ記憶される。また、この場合、ステップＳ１４において、距離センサ４１毎に現在の距離と基準距離との差分が目標吹付厚さと比較され、すべての差分が目標吹付厚さを超えていればステップＳ１５に進み、一つでも目標吹付厚さを超えていない差分があればステップＳ１６に進むことになる。

【符号の説明】

【0068】

１００・・・コンクリート吹付厚さ管理システム
２０・・・吹付機（吹付装置）
２１・・・ノズル
２２・・・台車
４１・・・距離センサ（距離検出器）
４２・・・表示装置
４６・・・所定の情報
４６ａ・・・図形（所定の情報）
４６ｂ・・・文字（所定の情報）
５０・・・制御装置
Ｆ・・・切羽面（掘削面）
Ｆ１・・・第１吹付領域（吹付領域）
Ｆ２・・・第２吹付領域（吹付領域）
Ｆ３・・・第３吹付領域（吹付領域）
Ｆ４・・・第４吹付領域（吹付領域）
Ｔ・・・トンネル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】