コンクリートのトレーサビリティ管理方法及び管理装置
【課題】生成されたコンクリートの生成時間や性状を含む情報をトンネル外において一元的に管理するとともに、生成されたコンクリートとシールド掘進機によって打設されたコンクリートの位置情報とを対応付け、コンクリートの使用履歴を過去に遡って容易に確認可能なトレーサビリティ管理方法及び管理装置を提供する。
【解決手段】コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートの生成時間及び性状情報をコンクリート生成のたびに順次記憶し、コンクリートの生成時間及び性状情報をトンネル掘進装置側から出力されるトンネル掘進機の位置情報と対応させて記憶する。
【解決手段】コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートの生成時間及び性状情報をコンクリート生成のたびに順次記憶し、コンクリートの生成時間及び性状情報をトンネル掘進装置側から出力されるトンネル掘進機の位置情報と対応させて記憶する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートの品質管理に関し、特にトンネル掘進機によって打設される覆工コンクリートのトレーサビリティ管理方法及び管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、トンネル工事においては、シールド掘進機の胴体前側（切羽側）に回転可能に設けられた掘削機構により地山の掘削を行いつつ、胴体後側（坑口側）に設けられた打設機構により地山周面に対して逐次コンクリートを打設する工法が採用されつつある。
当該工法に採用されるシールド掘進機は、概略、円筒形の胴体と、胴体の前部に回転可能に設けられたカッターと、胴体の内部後側（テール）において、胴体内部に設けられたエレクター機構によって組み付けられた内型枠の外周面と地山の表面とからなる空間内にコンクリートを圧送する妻枠装置とを備える。
妻枠装置は、シールド掘進機の掘進動作（シールドジャッキの伸び動作）と連動してコンクリートを内型枠の外周面と地山の表面とからなる空間に圧送する機構であり、当該妻枠装置により圧送，打設されるコンクリートには、土圧，地下水圧に対する十分な強度を担保することが要求される。
このようなことから覆工コンクリート用のコンクリートは、トンネルの坑内、又は、地表面のようなシールド掘進機から可能な限り近い位置に建設されたバッチャープラントによって生成されたフレッシュな状態のコンクリートが用いられる。
しかしながら、上記従来の工法にあっては、コンクリートが生成される場所とシールド掘進機が進行する場所とが離れた場所にあること等の障害から、バッチャープラントによって逐次生成されるコンクリートと、シールド掘進機の坑内における位置とを対応付けて管理する手法が確立されておらず、例えばシールド掘進機が何らかの事情によって停止した場合等には、生成したコンクリートの使用可能時間（可使時間）を過ぎたコンクリートが覆工コンクリートとして使用される可能性があり、トンネル完成後の強度不足等の品質上の問題が生じる虞がある。
また、近年、構造物の品質管理に対する意識の高まりから、生成したコンクリートがトンネル全長の如何なる場所に打設されたのかを把握すべきとの要望も強く、生成したコンクリートの使用履歴（トレーサビリティ）を確保することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５７７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、生成されたコンクリートの生成時間や性状を含む情報をトンネル外において一元的に管理するとともに、生成されたコンクリートとシールド掘進機によって打設されたコンクリートの位置情報とを対応付け、コンクリートの使用履歴を過去に遡って容易に確認可能なトレーサビリティ管理方法及び管理装置を提供し、さらに、完成後のトンネルの品質低下を確実に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明の第一の形態として、コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートをトンネル掘進装置に供給し、トンネル掘進後の地山の表面にコンクリートを覆工するトンネル掘進工法におけるコンクリートのトレーサビリティ管理方法であって、コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートの生成時間及び性状情報をコンクリート生成のたびに順次記憶し、コンクリートの生成時間及び性状情報をトンネル掘進装置側から出力される位置情報と対応させて記憶する形態とした。
当該形態により、コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートの生成時間及び性状情報と、トンネル内におけるトンネル掘進装置の位置情報を的確に把握することができる。
さらに、コンクリートの生成時間及び性状情報がトンネル内のトンネル掘進機の位置情報と対応して記録されることから、コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートがトンネルの如何なる場所に使用されたかを容易に把握することができる。
また、本発明の第二の形態として、コンクリートの生成時間に基づいて算出されるコンクリートの可使時間と、トンネル掘進装置側から出力される位置情報に基づいて算出されるコンクリートが打設されるまでの作業完了時間とに基づいて可使時間に達するまでの余裕時間を算出し、当該余裕時間に基づいてコンクリートをトンネル掘進装置から排出する形態とした。
本形態によれば、可使時間と作業完了時間から可使時間に達するまでの余裕時間が算出されることにより、トンネル外においてコンクリートが可使時間に達するまでの時間を逐一確認することが可能となる。
また、余裕時間に基づいてコンクリートをトンネル掘進装置から排出することから、可使時間が経過したコンクリートが地山の表面に打設されることがなくなり、トンネル完成後の品質低下を確実に防止することが可能となる。
また、上記第一の形態と対応する第一の構成として、コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートをトンネル掘進装置に供給し、トンネル掘進後の地山の表面にコンクリートを覆工するトンネル掘進工法におけるコンクリートのトレーサビリティ管理装置であって、生成されたコンクリートの生成時間及び性状情報をコンクリート生成のたびに順次記憶するコンクリート側制御装置と、トンネル掘進装置の位置情報を中央制御装置に出力する掘進機側制御装置とを備え、中央制御装置が、コンクリート側制御装置及び掘進機側制御装置と通信手段を介して相互に接続され、コンクリート側制御装置から順次出力されるコンクリートの生成時間及び性状情報と掘進機側制御装置から出力される位置情報とを対応させて記憶する構成とした。
本構成によれば、前記第一の形態における発明から生じる効果と同様の効果を得ることができる。
また、上記第二の形態と対応する第二の構成として、中央制御装置は、コンクリートの生成時間に基づいてコンクリートの可使時間を算出する可使時間算出手段と、掘進機側制御装置から送信される位置情報に基づいて前記コンクリートが打設されるまでの作業完了時間を算出する作業完了時間算出手段と、可使時間と作業完了時間とに基づいて可使時間に達するまでの余裕時間を算出する余裕時間算出手段とを備え、余裕時間に基づいてコンクリートを排出する構成とした。
本構成によれば、前記第二の形態における発明から生じる効果と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】シールド掘進機１の概略断面図である。
【図２】妻枠装置２２の部分拡大図である。
【図３】中央制御装置１００の接続状態を示すブロック図である。
【図４】中央制御装置１００によって出力される一覧の例である。
【図５】中央制御装置１００による処理のフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、シールド掘進機１の全体構成を示す概略断面図である。
同図を用いて、シールド掘進機１の構造、掘進方法及びコンクリートの打設方法の概略について説明する。同図において、トンネルＴを掘進する装置としてのシールド掘進機１は、地山２から加わる土圧，地下水圧に対して内部を保護する胴体４内に設けられる推進機構と、胴体４の前側（切羽側）で地山の掘削を行う掘削機構５と、胴体４の後側（テール側）で覆工コンクリートの打設を行う打設機構６とを有する。
シールド掘進機１は、胴体４で地山を保持しつつ、前側の掘削機構５で地山２の掘削を行いながら、後側の打設機構６でコンクリートを打設する装置であって、掘削、推進、打設の動作が連動して行われることによりトンネルを構築する。
【０００８】
シールド掘進機１の胴体４は、地山２の表面と対向する後方開放のスキンプレート３を有し、スキンプレート３の前方が隔壁７によって閉塞される。なお、シールド掘進機１の前側とは、シールド掘進機１が地山２を掘削して進む方向であり、掘削機構５が設けられる方向である。
隔壁７よりも前側には、掘削機構５が設けられる。掘削機構５は、筒形状のカッターヘッド１１と、カッターヘッド１１の前側に設けられる複数のカッタービット１２と、カッターヘッド１１の後側から延長する回転軸８により構成される。
カッターヘッド１１は、回転軸８と接続される図外の駆動源が駆動することにより回転動作する円盤体であって、カッターヘッド１１の前側に設けられる複数のカッタービット１２により切羽面が掘削される。回転軸８は、カッターヘッド１１の中心においてカッターヘッド１１の後側から延長して隔壁７を貫通する軸体であって、図外の駆動源と伝達機構を介して接続される。
【０００９】
また、カッターヘッド１１の後側には、スキンプレート３の前端部と隔壁７及びカッターヘッド１１の後面とにより囲まれる空間であるチャンバ１３が形成される。
チャンバ１３は、カッターヘッド１１の回転動作によって取り込まれる掘削土を貯留するための空間であり、チャンバ１３に貯留された掘削土はスクリューコンベア１４によって坑口Ｅ側に排出される。
【００１０】
スクリューコンベア１４は、外筒、スクリューシャフト、スクリュー、モータ等により構成され、チャンバ１３の下端部からシールド掘進機１の後側に向かって、漸次上方へ立ち上がるように設けられる。スクリューコンベア１４は、チャンバ１３内に露出する一方の端部から掘削土を取り込み、取り込んだ掘削土を連結体１６を介して接続される排泥管１５に搬送する。
排泥管１５は、スクリューコンベア１４の後端部から後側に向かって水平に延長する配管であり、図外の水供給装置により泥土状となった掘削土を坑口Ｅ側に排出する。
なお、本例においては、いわゆる土圧式のシールド掘進機を例として説明するが、これに限られるものではなく、泥水式のシールド掘進機であってもよい。泥水式のシールド掘進機にあっては、スクリューコンベア１４に替えて排泥管が採用される。
【００１１】
胴体４を構成するスキンプレート３の後端部（テール）には、トンネルＴの延長方向に沿って複数の内型枠１０が配置される。
内型枠１０は、地山２の内周面に対して所定間隔離間して設けられる型部材であって、例えば掘削対象のトンネルＴの縦断面が真円状である場合には、トンネルＴの円周方向に沿って例えば８分割された弧状の内型枠１０が採用される。
内型枠１０は、地山２の表面及び内型枠１０の外周面によって形成される空間内に覆工コンクリート１７が打設されたときに加わるプレス圧を支持する機能、充填された充填材の養生期間中に地山２から加わる土圧，地下水圧を支持する機能、及び、後述のシールドジャッキ９が伸長することによるシールド掘進機１の推進力を伝達する機能を担う。
【００１２】
シールド掘進機１の胴体４を構成するスキンプレート３の内周面には、推進機構としてのシールドジャッキ９が円周方向に沿って複数設けられる。シールドジャッキ９は、油圧シリンダーとピストンとからなり、油圧シリンダーの駆動によりピストンが移動し、シールドジャッキ９が伸長する。シールドジャッキ９の先端面９Ａは前述の内型枠１０の前端面と当接しており、シールドジャッキ９の伸長に伴って内型枠１０の前端面を押圧し、その反力によってシールド掘進機１が切羽方向へ前進する。
即ち、シールド掘進機１は、胴体の前側に設けられた掘削機構５を駆動させつつシールドジャッキ９を伸長させることにより、カッタービット１２を切羽面に押し当て、掘削土の量に応じた距離だけ前進する。また、シールドジャッキ９のストローク量は、ストローク計９Ｂによって計測され、ストローク計９Ｂからの出力信号が後述のシールド制御装置４１に対して逐次出力される。
【００１３】
複数の内型枠１０は、エレクター装置４２によって組み付けられる。エレクター装置４２は、当該エレクター装置４２の後方から図外の搬送手段によって搬送される内型枠１０を保持し、シールド掘進機１が進行するたびにスキンプレート３のテールにおいて複数の内型枠１０を円環状に組み付ける装置である。
組み付けられた内型枠１０は、既打設のコンクリート１７の養生期間経過後にエレクター装置４２よりも後方に設けられた図外の脱型装置により取り外され、搬送手段を介して再びエレクター装置４２側に搬送される。そして、エレクター装置４２によって円環状に組み付けられた内型枠１０の外周面と地山２の表面とにより形成される空間内には、打設機構６によってコンクリート１７が打設される。
【００１４】
打設機構６は、シールド掘進機１の後方において、バッチャープラント６０によって生成されたコンクリートを前側に圧送する複数のコンクリートポンプ１８と、コンクリートポンプ１８の駆動によりコンクリートを前側に供給する圧送管１９と、圧送管１９を経て供給されるコンクリートを内型枠１０の外周面と地山２の表面とにより形成される空間内に打設する妻枠装置２２とから構成される。
【００１５】
複数のコンクリートポンプ１８は、坑内に設けられたシールド制御装置４１からの出力信号により所定の圧力でコンクリートを圧送する装置である。コンクリートポンプ１８に対しては、地表面Ｇ上に建設されるバッチャープラント６０によって生成されたコンクリートが、アジテータートラック４４によって供給される。アジテータートラック４４は、コンクリートポンプ１８までトンネル内を移動可能であり、トンネル内を往復することによりバッチャープラント６０によって生成されたコンクリートを順次コンクリートポンプ１８まで搬送する。
【００１６】
妻枠装置２２は、前述の圧送管１９を経て搬送されたコンクリートをスキンプレート３の円周方向に分岐して供給する打設配管２１と、当該打設配管２１と接続され、前後方向に延長する打設配管２３と、打設配管２３の流路中に設けられる三方バルブ２５と、打設配管２３と並行して設けられ、前後方向に伸縮自在な妻枠ジャッキ２２Ａと、妻枠ジャッキ２２Ａの先端部に設けられた妻枠２２Ｂとから構成される。
妻枠ジャッキ２２Ａは、内型枠１０の外周面と地山２の表面とにより形成される空間内に打設されるコンクリートの圧力に応じてバネの如く伸縮動作するジャッキであり、空間内のコンクリートの圧力が一定の圧力以上に高まることにより徐々に収縮する。
【００１７】
図２は、妻枠装置２２の部分拡大図である。
打設配管２３は、打設配管２１と妻枠２２Ｂに内蔵された流路２３Ａとに連通し、打設配管２１から供給されるコンクリートが流路２３Ａを介して妻枠２２Ｂの打設口２３Ｂから吐出される。打設口２３Ｂは、前述のシールドジャッキ９の先端面９Ａよりも、内型枠１０二つ分（２リング分）後方に位置し、打設配管２１や打設配管２３或いは妻枠２２Ｂ内に設けられた打設圧力計の計測値が一定の圧力となるようにトンネルＴの延長方向にコンクリートを吐出する。
また、打設配管２３には、三方バルブ２５が設けられ、三方バルブ２５と接続される排出配管２６がコンクリート排出用配管２８と接続される。
三方バルブ２５は、後述のシールド制御装置４１からの出力信号により駆動するバルブであって、内部を通過するコンクリートの流出方向を打設口２３Ｂ側又は排出配管２６側へ切り替えることにより可使時間が経過したコンクリートを排出する。
コンクリート排出用配管２８は、排出配管２６を介して排出されるコンクリートを坑口Ｅ側に排出する配管であって、スキンプレート３の円周方向に沿って複数配置される妻枠装置２２から延長する各排出配管２６と接続される。コンクリート排出用配管２８は、シールド掘進機１の後方のコンクリートポンプ１８の位置まで延長し、アジテータートラック４４に積み替えられた後に坑外に搬送される。
【００１８】
妻枠２２Ｂは、内型枠１０の外周面とスキンプレート３のテールの内周面との間に位置する型枠であって、妻枠ジャッキ２２Ａの伸長動作に伴って、前後方向に移動可能である。また、前述のとおり、内部には打設配管２３と接続される流路２３Ａを有し、打設配管２１、打設配管２３及び当該流路２３Ａを経たコンクリートが先端部に開設された打設口２３Ｂから地山２側に吐出される。
妻枠２２Ｂには、例えば積層されたステンレスの板バネからなるシール部２７が取り付けられ、打設口２３Ｂから吐出されたコンクリートが内型枠１０の外周面及びテール３Ａによって形成される空間から胴体４内部に侵入することを阻止する。
【００１９】
上記構成からなる妻枠装置２２は、地山２の表面及び内型枠１０の外周面によって形成される空間内にコンクリートを密実化した状態で打設する。
具体的には、コンクリートポンプ１８により打設圧力及び打設量を調整しながら、地山２の表面及び内型枠１０の外周面によって形成される空間に対してコンクリートを常に一定の圧力となるように吐出することにより密実化した状態で打設する。
つまり、本発明に係るシールド掘進機１は、掘進と覆工とを並行して行うことができる装置であって、シールド掘進機１が通過した地山２の表面には、その進行方向に沿って地山２の表面を覆う覆工コンクリート層が連続して形成される。
【００２０】
図１に戻って、シールド掘進機１に対して供給されるコンクリートを生成する設備について説明する。シールド掘進機１の発進地点となる坑口Ｅの地表面Ｇには、コンクリートの管理、及び、シールド掘進機１のオペレーション管理を司る管理室５０と、管理室５０の近傍に位置するバッチャープラント６０とが併設される。
管理室５０内には、バッチャープラント６０内の制御装置１０１、及び、トンネルＴ内に設けられたシールド制御装置４１と通信手段を介して相互に接続される中央制御装置１００が設置される。ここで通信手段としては、有線，無線の種別を問わず、地表面Ｇ側に設置される中央制御装置１００及び制御装置１０１と、トンネルＴ内に設置されるシールド制御装置４１との相互通信が可能な形態であれば良く、坑内に図外の中継機器を設けてもよい。なお、管理室５０をトンネル坑内に設けてもよい。
中央制御装置１００は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等によって構成される記憶部１００Ａ，演算処理部１００Ｂとを有するいわゆるコンピュータであって、バッチャープラント６０に設けられる制御装置１０１、及び、トンネルＴ内のシールド制御装置４１から出力される情報に基づいて処理結果を表示画面１０２に出力，表示する。
【００２１】
バッチャープラント６０は、コンクリートの材料となる骨材を貯蓄するサイロや、サイロ内の骨材を搬送するためのベルトコンベア、材料を混練するスクリューやコンクリートポンプ等を備えるコンクリート生成施設であって、中央制御装置１００からの出力に基づいてコンクリートを生成するとともに、練り上がったコンクリートの生成時間、各種の性状をコンクリートの所定単位ごとに記録し、中央制御装置１００に出力する制御装置１０１を備える。
バッチャープラント６０によって生成されたコンクリートは図外の搬送手段によって坑内へ搬送され、坑内に配備されたアジテータートラック４４によってシールド掘進機１のコンクリートポンプ１８に供給される。以下、コンクリートのトレーサビリティ管理方法について説明する。
【００２２】
図３は、トンネルＴの外に設置される中央制御装置１００及び制御装置１０１と、トンネル内に設置されるシールド制御装置４１との接続状態を示すブロック図である。
同図において制御装置１０１は、図外の記録領域にバッチャープラント６０によって順次生成されるコンクリートの生成時間及び性状情報を所定単位ごとに順次記録する。
ここで、性状情報とは、例えば、コンクリートの生成量、コンクリート配合割合、電流値等であり、所定単位のコンクリートごとにこれらの性状が対応付けて記録される。
また、本例において所定単位とは例えば１ｍ３であって、バッチャープラント６０によって１ｍ３のコンクリートが生成されるたびにコンクリートの生成時間及び性状情報を記録する。
制御装置１０１は、コンクリートの生成時間及び性状情報を記憶するとともに、順次、中央制御装置１００に対してコンクリートの生成時間及び性状情報が含まれるコンクリート生成データを送信する。
【００２３】
中央制御装置１００は、記憶部１００Ａと演算処理部１００Ｂとを備え、制御装置１０１から順次送信される上述のコンクリート生成データ、及び、シールド制御装置４１から順次送信されるシールド掘進機１の位置データに基づいて、生成されたコンクリートの生成時間や性状、可使時間、或いは、生成されたコンクリートが将来的に打設されるであろう想定打設位置や想定作業時間等を表示画面１０２上に一覧表として表示する。
【００２４】
シールド制御装置４１は、中央制御装置１００からの出力に基づいて、シールド掘進機１の動作全般を制御する装置であって、当該シールド制御装置４１には、シールド掘進機１の位置情報を得るためのストローク計９Ｂを始めとして、カッターヘッド１１の回転トルクを計測する図外のトルク計、打設配管２１内の打設圧力を計測する図外の打設圧力計等からの信号が出力され、出力された信号に基づいて、カッターヘッド１１の駆動機構、コンクリートの打設圧力や打設量を制御する。
また、各計測機から出力された情報は中央制御装置１００に対してデータとして送信され、シールド制御装置４１は、特にストローク計９Ｂの出力信号から生成されたシールド掘進機１の位置データを所定のストローク（例えば３００ストローク）ごとに中央制御装置１００に対して送信する。中央制御装置１００は、当該位置データが送信されるたびに、記憶手段１００Ａに格納されたコンクリート生成データを読み込み、コンクリートの生成時間及び性状情報と、シールド掘進機１の位置情報と対応させ、コンクリートの想定打設位置や想定作業時間を算出する。
【００２５】
図４は、中央制御装置１００が制御装置１０１及びシールド制御装置４１から送信されたコンクリート生成データ及び位置データに基づいて表示画面１０２に出力した一覧表の一例を示す。なお、説明の簡略化のため一覧表に記載された数値は、トンネルＴの掘削工事において実際に表示された一覧とは異なる数値とする。
まず、「打設番号」とは制御装置１０１から出力されるコンクリート生成データの送信順序に対応して演算処理部１００Ｂによって順次決定される番号であって、作業者に対する視認性向上のために付される番号である。よって、必ずしも番号を付す必要はない。
「生成時間」とは、各コンクリートが練り上がった時刻であり、本例におけるバッチャープラント６０の制御装置１０１は、例えば１５分おきにコンクリートを生成し、生成が完了するたびに中央制御装置１００に対してコンクリートの生成時間及び性状情報が含まれるコンクリート生成データを送信する。
また、「生成量」とは、１ユニット当たりのコンクリートの量であり、前述のとおり本例においては１ｍ３として設定してある。
また、「配合」とはコンクリートの配合パターンを示す数値であって、トンネルＴの掘削工事にあっては、地山の土質，地下水の量，気象条件等によって複数種類の配合パターンが設定される。
本例においては、打設番号１〜Ｎの全てが配合パターン「１」のコンクリートであることが看取できるが、配合パターンは任意である。
また、「電流値」とは、コンクリート生成時に測定されたコンクリートを練るためのミキサーの駆動に要した電流値であり、その電流の大小で間接的にコンクリートの粘性，堅さを把握することができる。
また、「可使時間」とは、コンクリートが使用可能な制限時刻を示し、演算処理部１００Ｂが各コンクリートの生成時間に対応する制限時刻を演算して「可使時間」として表示する。即ち、演算処理部１００Ｂが可使時間算出手段として機能する。
なお、本例において、「可使時間」は、「生成時間」から４時間経過後の時刻として予め設定されており、制御装置１０１から生成時間情報を含むコンクリート生成データが送信された時点で算出される。
なお、「生成時間」と「可使時間」とを必ずしも対応させる必要はなく、例えば打設番号１〜４までのコンクリートにおいて、１０：００から１０：３０までに生成されたコンクリート（打設番号１，２）の可使時間を同一の可使時間（例えば１４：００）として換算し、１０：３０以降、かつ、１１：００前までに生成されたコンクリート（打設番号３，４）の可使時間を同一の可使時間（例えば１４：３０）として換算してもよい。
【００２６】
「打設時掘削リング」とは、シールドジャッキ９のストローク量を基準として、シールド掘進機１の現在の位置情報を示す値であり、シールドジャッキ９よりも後方に位置する妻枠２２Ｂからコンクリートが吐出される時点のシールドジャッキ９の先端面９Ａの位置を示す。
本例においては、例えば打設番号１のコンクリートが生成されたときにシールドジャッキ９の先端面９Ａは、１０１リング目の前端面に位置し、かつ、ストローク量が「０」であることが看取できる。また、本例においては、１リングの延長方向長さは、１２００ｍｍとして設定され、シールド掘進機１が１リング分進行するのに掛かる時間は１時間である。
【００２７】
「想定打設位置」とは、シールド掘進機１の掘進と並行して前述の掘削機構５によって打設されるコンクリートの想定位置を示す。
「想定打設位置」は、演算処理部１００Ｂによって、前述の「打設時掘削リング」即ち、シールドジャッキ９の先端面９Ａの位置情報（掘進情報）から算出される。即ち、演算処理部１００Ｂが、想定打設位置設定手段として機能する。
以下、「打設時掘削リング」と「想定打設位置」との関係を図２を用いて説明する。
【００２８】
同図において、シールドジャッキ９の先端面９Ａは坑口Ｅから数えて１０１番目の内型枠１０（Ｒ１０１）の前端面と当接する。そして、当該状態におけるシールドジャッキ９のストローク量は０であり、この状態からシールドジャッキ９を徐々にストロークさせることにより１０２番目の内型枠１０（Ｒ１０２）を掘削する直前の状態である。
この状態において、妻枠２２Ｂの打設口２３Ｂは、シールドジャッキ９の先端面９Ａよりも２リング分後方に位置する。従って、演算処理部１００Ｂは、ストローク計９Ｂからの出力に基づいてシールド制御装置４１によって生成される「打設時掘削リング」の位置データに基づいて「想定打設位置」を算出する。
つまり、シールドジャッキ９の先端面９ＡがＲ１０１の前端面に当接する場合の「想定打設位置」は、先端面９Ａよりも２リング分後側のＲ１００の後端部、かつ、ストローク量０の位置として算出される。また、「想定打設位置」は、シールド掘進機１が掘進するごとに延長される圧送管１９の長さや、既に生成が完了し、圧送管１９や打設配管２１内に存在するコンクリートの量に応じて補正，調整される。
なお、「想定打設位置」のストローク量とは、シールド掘進機１の掘進に連動して収縮する妻枠ジャッキ２２Ａの収縮量であって、妻枠ジャッキ２２Ａの収縮はシールドジャッキ９の伸長と略連動するため、誤差を考慮しないことを条件としてシールドジャッキ９及び妻枠ジャッキ２２Ａのストローク量は同一の値となる。また、シールドジャッキ９と妻枠ジャッキ２２Ａのズレ量は、シールド掘進機１に固有の値であり、使用する掘進機に変更がない限りズレ量が変化することはない。
【００２９】
図４に戻り、「想定作業時間」とはバッチャープラント６０によって生成されたコンクリートが打設想定位置に打設されるまでの作業完了予定時間であり、演算処理部１００Ｂにより、予め規定されるシールド掘進機１の単位時間当たりの掘進距離（掘進性能）、及び、バッチャープラント６０からアジテータートラック４４への搬送時間、コンクリート１７がコンクリートポンプ１８から打設配管２１、打設配管２３を経て打設口２３Ｂから吐出されるまでの時間から算出される。即ち、演算処理部１００Ｂは、作業完了時間算出手段として機能する。
「余裕時間」とは、演算処理部１００Ｂにより、コンクリートの「可使時間」と「想定作業時間」とから算出される可使時間に達するまでの残り時間であって、「可使時間」から「想定作業時間」を減じることにより算出される。即ち、演算処理部１００Ｂは、余裕時間算出手段として機能する。
【００３０】
図５は、中央制御装置１００による処理のフローチャートを示す。
中央制御装置１００は、Ｓ１００においてシールド掘進機１の掘進が開始されたかを判定する。当該判定は、中央制御装置１００に接続された図外の入力手段から作業者により掘進開始の操作が行われたか否かにより行われる。判定がＹＥＳの場合、Ｓ１０１に移行し、ＮＯの場合Ｓ１００をループする。
中央制御装置１００は、Ｓ１０１においてシールド制御装置４１から位置データを受信したかを判定する。当該位置データは、前述のとおりシールドジャッキ９のストローク量が所定のストローク量に達するたびに逐次送信されるデータである。判定がＹＥＳの場合、Ｓ１０２に移行し、ＮＯの場合、受信待ちの状態となりＳ１０１をループする。
中央制御装置１００は、Ｓ１０２において記憶部１００Ａにコンクリート生成データが格納されているかを判定する。判定がＹＥＳの場合、Ｓ１０３に移行し、ＮＯの場合、受信待ちの状態となりＳ１０２をループする。
なお、Ｓ１０１において位置データを受信し、かつ、Ｓ１０２においてコンクリート生成データが存在しないという状態は、シールド掘進機１の進行に対応する十分な量のコンクリートが生成されていないという状態であるので、中央制御装置１００はバッチャープラント６０の制御装置１０１に対してコンクリートの生成指示信号を出力する。
中央制御装置１００は、Ｓ１０３において、Ｓ１０１において受信したシールド掘進機１の位置データと、記憶部１００Ａに格納されたコンクリート生成データのうち最も早く記憶されたコンクリート生成データを抽出し、生成されたコンクリートと想定打設位置及び余裕時間等を対応付け、Ｓ１０４に移行する。
中央制御装置１００は、Ｓ１０４において、Ｓ１０３にて算出された余裕時間と、予め設定された規定時間とを比較し、余裕時間が規定時間よりも長いときはＳ１０５に移行し、短いときはＳ１０６に移行する。
ここで、規定時間とは余裕時間の閾値であって、打設想定位置の誤差、打設想定位置から算出される想定作業時間の誤差を考慮して設定される。例えば規定時間を３０分として設定した場合、余裕時間が３０分よりも長ければ打設作業完了までに十分な時間が確保されているものとみなしてＳ１０５に移行し、余裕時間が３０分よりも短ければ打設作業完了までに十分な時間が確保されていないものとみなしてＳ１０６に移行する。
なお、閾値としての規定時間を設定せずに、余裕時間が「０」又は負の値となったときにＳ１０６に移行するものとしてもよい。
【００３１】
中央制御装置１００は、Ｓ１０５において図４に示すように、一つのコンクリートに対する打設番号から余裕時間までの各項目を表示し、Ｓ１０１にループする。
以上、Ｓ１０１からＳ１０５までの処理が、シールド制御装置４１から位置データが送信されるたびに、即ち、シールド掘進機１が進行するたびに繰り返されることにより、コンクリートの生成時間、性状情報及び打設位置とを常に対応させることが可能となり、図４に示すように、例えば打設番号１番からＮ番にわたってトンネルＴ内に打設されるコンクリートの性状及び位置情報を容易に記録、確認することができる。つまり、コンクリートのトレーサビリティを確保できる。
【００３２】
中央制御装置１００は、Ｓ１０６においてコンクリート排出処理を実行し、一回の処理を終了する。以下、コンクリート排出処理について説明する。コンクリートの排出処理は、前述のＳ１０４で説明したように、余裕時間が規定時間を下回った場合や、余裕時間が「０」又は負の値となった場合に実行される処理動作である。
当該処理動作が実行される場合としては、シールド掘進機１の進行が何らかの事情により中断し、中断が継続している間に既に生成されたコンクリートの可使時間が経過してしまうような場合が想定される。
上記のような場合において中央制御装置１００は、Ｓ１０６においてシールド制御装置４１に対して排出処理信号を出力する。シールド制御装置４１は、排出処理信号が入力されたことに基づいてシールド掘進機１の進行を停止するとともに、三方バルブ２５を排出配管２６側へ切り替え、可使時間が経過したコンクリートを排出するのに必要な時間コンクリートポンプ１８を駆動する。
コンクリートポンプ１８の駆動により、打設配管２１、打設配管２３を経て供給されるコンクリートは、排出配管２６及びコンクリート排出用配管２８を経由してシールド掘進機１の外へ排出される。
シールド制御装置４１は、可使時間が経過したコンクリートの排出動作終了後に、中央制御装置１００に対して排出終了信号を出力する。中央制御装置１００は、排出終了信号の入力に基づいてバッチャープラント６０の制御装置１０１に対してコンクリートの生成指示信号を出力しバッチャープラント６０によって新たなコンクリートが生成される。
そして、中央制御装置１００は、新たなコンクリートを生成するのに必要な時間が経過したときに、シールド制御装置４１に対して掘進再開信号を出力し、シールド掘進機１の掘進を再開させる。
以上説明したように、上記排出処理においては、シールド制御装置４１側から位置データが送信された時点で可使時間が経過したコンクリートが存在する場合に、当該コンクリートを排出する動作を実行するため、シールド掘進機１の進行が何らかの原因によって停止又は遅延したような場合であっても、停止又は遅延中に可使時間が経過して品質が劣化したコンクリートを打設するようなことがなく、トンネルＴ完成後の強度不足等の品質低下を確実に防止することができる。
【００３３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に限定されるものではない。特に、上記実施形態においては、掘削と覆工とを並行して行うシールド掘進機１を例として説明したが、これに限られるものではなくコンクリートを打設して地山に覆工コンクリートを形成する掘進機であれば本発明を適用可能である。
また、上記実施の形態に多様な変更、改良を加え得ることは当業者にとって明らかであり、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００３４】
１ シールド掘進機、２ 地山、３ スキンプレート、４ 胴体、５ 掘削機構、
６ 打設機構、７ 隔壁、８ 回転軸、９ シールドジャッキ、１０ 内型枠、
１１ カッターヘッド、１３ チャンバ、１４ スクリューコンベア、１５ 排泥管、
１７ コンクリート、１８ コンクリートポンプ、１９ 圧送管、２１ 打設配管、
２２ 妻枠装置、２２Ａ 妻枠ジャッキ、２２Ｂ 妻枠、２３ 打設配管、
２５ 三方バルブ、２６ 排出配管、２８ コンクリート排出用配管、
４１ シールド制御装置、６０ バッチャープラント、
１００ 中央制御装置、１０１ 制御装置。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コンクリートの品質管理に関し、特にトンネル掘進機によって打設される覆工コンクリートのトレーサビリティ管理方法及び管理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、トンネル工事においては、シールド掘進機の胴体前側（切羽側）に回転可能に設けられた掘削機構により地山の掘削を行いつつ、胴体後側（坑口側）に設けられた打設機構により地山周面に対して逐次コンクリートを打設する工法が採用されつつある。
当該工法に採用されるシールド掘進機は、概略、円筒形の胴体と、胴体の前部に回転可能に設けられたカッターと、胴体の内部後側（テール）において、胴体内部に設けられたエレクター機構によって組み付けられた内型枠の外周面と地山の表面とからなる空間内にコンクリートを圧送する妻枠装置とを備える。
妻枠装置は、シールド掘進機の掘進動作（シールドジャッキの伸び動作）と連動してコンクリートを内型枠の外周面と地山の表面とからなる空間に圧送する機構であり、当該妻枠装置により圧送，打設されるコンクリートには、土圧，地下水圧に対する十分な強度を担保することが要求される。
このようなことから覆工コンクリート用のコンクリートは、トンネルの坑内、又は、地表面のようなシールド掘進機から可能な限り近い位置に建設されたバッチャープラントによって生成されたフレッシュな状態のコンクリートが用いられる。
しかしながら、上記従来の工法にあっては、コンクリートが生成される場所とシールド掘進機が進行する場所とが離れた場所にあること等の障害から、バッチャープラントによって逐次生成されるコンクリートと、シールド掘進機の坑内における位置とを対応付けて管理する手法が確立されておらず、例えばシールド掘進機が何らかの事情によって停止した場合等には、生成したコンクリートの使用可能時間（可使時間）を過ぎたコンクリートが覆工コンクリートとして使用される可能性があり、トンネル完成後の強度不足等の品質上の問題が生じる虞がある。
また、近年、構造物の品質管理に対する意識の高まりから、生成したコンクリートがトンネル全長の如何なる場所に打設されたのかを把握すべきとの要望も強く、生成したコンクリートの使用履歴（トレーサビリティ）を確保することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１５７７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の課題は、生成されたコンクリートの生成時間や性状を含む情報をトンネル外において一元的に管理するとともに、生成されたコンクリートとシールド掘進機によって打設されたコンクリートの位置情報とを対応付け、コンクリートの使用履歴を過去に遡って容易に確認可能なトレーサビリティ管理方法及び管理装置を提供し、さらに、完成後のトンネルの品質低下を確実に防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明の第一の形態として、コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートをトンネル掘進装置に供給し、トンネル掘進後の地山の表面にコンクリートを覆工するトンネル掘進工法におけるコンクリートのトレーサビリティ管理方法であって、コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートの生成時間及び性状情報をコンクリート生成のたびに順次記憶し、コンクリートの生成時間及び性状情報をトンネル掘進装置側から出力される位置情報と対応させて記憶する形態とした。
当該形態により、コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートの生成時間及び性状情報と、トンネル内におけるトンネル掘進装置の位置情報を的確に把握することができる。
さらに、コンクリートの生成時間及び性状情報がトンネル内のトンネル掘進機の位置情報と対応して記録されることから、コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートがトンネルの如何なる場所に使用されたかを容易に把握することができる。
また、本発明の第二の形態として、コンクリートの生成時間に基づいて算出されるコンクリートの可使時間と、トンネル掘進装置側から出力される位置情報に基づいて算出されるコンクリートが打設されるまでの作業完了時間とに基づいて可使時間に達するまでの余裕時間を算出し、当該余裕時間に基づいてコンクリートをトンネル掘進装置から排出する形態とした。
本形態によれば、可使時間と作業完了時間から可使時間に達するまでの余裕時間が算出されることにより、トンネル外においてコンクリートが可使時間に達するまでの時間を逐一確認することが可能となる。
また、余裕時間に基づいてコンクリートをトンネル掘進装置から排出することから、可使時間が経過したコンクリートが地山の表面に打設されることがなくなり、トンネル完成後の品質低下を確実に防止することが可能となる。
また、上記第一の形態と対応する第一の構成として、コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートをトンネル掘進装置に供給し、トンネル掘進後の地山の表面にコンクリートを覆工するトンネル掘進工法におけるコンクリートのトレーサビリティ管理装置であって、生成されたコンクリートの生成時間及び性状情報をコンクリート生成のたびに順次記憶するコンクリート側制御装置と、トンネル掘進装置の位置情報を中央制御装置に出力する掘進機側制御装置とを備え、中央制御装置が、コンクリート側制御装置及び掘進機側制御装置と通信手段を介して相互に接続され、コンクリート側制御装置から順次出力されるコンクリートの生成時間及び性状情報と掘進機側制御装置から出力される位置情報とを対応させて記憶する構成とした。
本構成によれば、前記第一の形態における発明から生じる効果と同様の効果を得ることができる。
また、上記第二の形態と対応する第二の構成として、中央制御装置は、コンクリートの生成時間に基づいてコンクリートの可使時間を算出する可使時間算出手段と、掘進機側制御装置から送信される位置情報に基づいて前記コンクリートが打設されるまでの作業完了時間を算出する作業完了時間算出手段と、可使時間と作業完了時間とに基づいて可使時間に達するまでの余裕時間を算出する余裕時間算出手段とを備え、余裕時間に基づいてコンクリートを排出する構成とした。
本構成によれば、前記第二の形態における発明から生じる効果と同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】シールド掘進機１の概略断面図である。
【図２】妻枠装置２２の部分拡大図である。
【図３】中央制御装置１００の接続状態を示すブロック図である。
【図４】中央制御装置１００によって出力される一覧の例である。
【図５】中央制御装置１００による処理のフローを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
図１は、シールド掘進機１の全体構成を示す概略断面図である。
同図を用いて、シールド掘進機１の構造、掘進方法及びコンクリートの打設方法の概略について説明する。同図において、トンネルＴを掘進する装置としてのシールド掘進機１は、地山２から加わる土圧，地下水圧に対して内部を保護する胴体４内に設けられる推進機構と、胴体４の前側（切羽側）で地山の掘削を行う掘削機構５と、胴体４の後側（テール側）で覆工コンクリートの打設を行う打設機構６とを有する。
シールド掘進機１は、胴体４で地山を保持しつつ、前側の掘削機構５で地山２の掘削を行いながら、後側の打設機構６でコンクリートを打設する装置であって、掘削、推進、打設の動作が連動して行われることによりトンネルを構築する。
【０００８】
シールド掘進機１の胴体４は、地山２の表面と対向する後方開放のスキンプレート３を有し、スキンプレート３の前方が隔壁７によって閉塞される。なお、シールド掘進機１の前側とは、シールド掘進機１が地山２を掘削して進む方向であり、掘削機構５が設けられる方向である。
隔壁７よりも前側には、掘削機構５が設けられる。掘削機構５は、筒形状のカッターヘッド１１と、カッターヘッド１１の前側に設けられる複数のカッタービット１２と、カッターヘッド１１の後側から延長する回転軸８により構成される。
カッターヘッド１１は、回転軸８と接続される図外の駆動源が駆動することにより回転動作する円盤体であって、カッターヘッド１１の前側に設けられる複数のカッタービット１２により切羽面が掘削される。回転軸８は、カッターヘッド１１の中心においてカッターヘッド１１の後側から延長して隔壁７を貫通する軸体であって、図外の駆動源と伝達機構を介して接続される。
【０００９】
また、カッターヘッド１１の後側には、スキンプレート３の前端部と隔壁７及びカッターヘッド１１の後面とにより囲まれる空間であるチャンバ１３が形成される。
チャンバ１３は、カッターヘッド１１の回転動作によって取り込まれる掘削土を貯留するための空間であり、チャンバ１３に貯留された掘削土はスクリューコンベア１４によって坑口Ｅ側に排出される。
【００１０】
スクリューコンベア１４は、外筒、スクリューシャフト、スクリュー、モータ等により構成され、チャンバ１３の下端部からシールド掘進機１の後側に向かって、漸次上方へ立ち上がるように設けられる。スクリューコンベア１４は、チャンバ１３内に露出する一方の端部から掘削土を取り込み、取り込んだ掘削土を連結体１６を介して接続される排泥管１５に搬送する。
排泥管１５は、スクリューコンベア１４の後端部から後側に向かって水平に延長する配管であり、図外の水供給装置により泥土状となった掘削土を坑口Ｅ側に排出する。
なお、本例においては、いわゆる土圧式のシールド掘進機を例として説明するが、これに限られるものではなく、泥水式のシールド掘進機であってもよい。泥水式のシールド掘進機にあっては、スクリューコンベア１４に替えて排泥管が採用される。
【００１１】
胴体４を構成するスキンプレート３の後端部（テール）には、トンネルＴの延長方向に沿って複数の内型枠１０が配置される。
内型枠１０は、地山２の内周面に対して所定間隔離間して設けられる型部材であって、例えば掘削対象のトンネルＴの縦断面が真円状である場合には、トンネルＴの円周方向に沿って例えば８分割された弧状の内型枠１０が採用される。
内型枠１０は、地山２の表面及び内型枠１０の外周面によって形成される空間内に覆工コンクリート１７が打設されたときに加わるプレス圧を支持する機能、充填された充填材の養生期間中に地山２から加わる土圧，地下水圧を支持する機能、及び、後述のシールドジャッキ９が伸長することによるシールド掘進機１の推進力を伝達する機能を担う。
【００１２】
シールド掘進機１の胴体４を構成するスキンプレート３の内周面には、推進機構としてのシールドジャッキ９が円周方向に沿って複数設けられる。シールドジャッキ９は、油圧シリンダーとピストンとからなり、油圧シリンダーの駆動によりピストンが移動し、シールドジャッキ９が伸長する。シールドジャッキ９の先端面９Ａは前述の内型枠１０の前端面と当接しており、シールドジャッキ９の伸長に伴って内型枠１０の前端面を押圧し、その反力によってシールド掘進機１が切羽方向へ前進する。
即ち、シールド掘進機１は、胴体の前側に設けられた掘削機構５を駆動させつつシールドジャッキ９を伸長させることにより、カッタービット１２を切羽面に押し当て、掘削土の量に応じた距離だけ前進する。また、シールドジャッキ９のストローク量は、ストローク計９Ｂによって計測され、ストローク計９Ｂからの出力信号が後述のシールド制御装置４１に対して逐次出力される。
【００１３】
複数の内型枠１０は、エレクター装置４２によって組み付けられる。エレクター装置４２は、当該エレクター装置４２の後方から図外の搬送手段によって搬送される内型枠１０を保持し、シールド掘進機１が進行するたびにスキンプレート３のテールにおいて複数の内型枠１０を円環状に組み付ける装置である。
組み付けられた内型枠１０は、既打設のコンクリート１７の養生期間経過後にエレクター装置４２よりも後方に設けられた図外の脱型装置により取り外され、搬送手段を介して再びエレクター装置４２側に搬送される。そして、エレクター装置４２によって円環状に組み付けられた内型枠１０の外周面と地山２の表面とにより形成される空間内には、打設機構６によってコンクリート１７が打設される。
【００１４】
打設機構６は、シールド掘進機１の後方において、バッチャープラント６０によって生成されたコンクリートを前側に圧送する複数のコンクリートポンプ１８と、コンクリートポンプ１８の駆動によりコンクリートを前側に供給する圧送管１９と、圧送管１９を経て供給されるコンクリートを内型枠１０の外周面と地山２の表面とにより形成される空間内に打設する妻枠装置２２とから構成される。
【００１５】
複数のコンクリートポンプ１８は、坑内に設けられたシールド制御装置４１からの出力信号により所定の圧力でコンクリートを圧送する装置である。コンクリートポンプ１８に対しては、地表面Ｇ上に建設されるバッチャープラント６０によって生成されたコンクリートが、アジテータートラック４４によって供給される。アジテータートラック４４は、コンクリートポンプ１８までトンネル内を移動可能であり、トンネル内を往復することによりバッチャープラント６０によって生成されたコンクリートを順次コンクリートポンプ１８まで搬送する。
【００１６】
妻枠装置２２は、前述の圧送管１９を経て搬送されたコンクリートをスキンプレート３の円周方向に分岐して供給する打設配管２１と、当該打設配管２１と接続され、前後方向に延長する打設配管２３と、打設配管２３の流路中に設けられる三方バルブ２５と、打設配管２３と並行して設けられ、前後方向に伸縮自在な妻枠ジャッキ２２Ａと、妻枠ジャッキ２２Ａの先端部に設けられた妻枠２２Ｂとから構成される。
妻枠ジャッキ２２Ａは、内型枠１０の外周面と地山２の表面とにより形成される空間内に打設されるコンクリートの圧力に応じてバネの如く伸縮動作するジャッキであり、空間内のコンクリートの圧力が一定の圧力以上に高まることにより徐々に収縮する。
【００１７】
図２は、妻枠装置２２の部分拡大図である。
打設配管２３は、打設配管２１と妻枠２２Ｂに内蔵された流路２３Ａとに連通し、打設配管２１から供給されるコンクリートが流路２３Ａを介して妻枠２２Ｂの打設口２３Ｂから吐出される。打設口２３Ｂは、前述のシールドジャッキ９の先端面９Ａよりも、内型枠１０二つ分（２リング分）後方に位置し、打設配管２１や打設配管２３或いは妻枠２２Ｂ内に設けられた打設圧力計の計測値が一定の圧力となるようにトンネルＴの延長方向にコンクリートを吐出する。
また、打設配管２３には、三方バルブ２５が設けられ、三方バルブ２５と接続される排出配管２６がコンクリート排出用配管２８と接続される。
三方バルブ２５は、後述のシールド制御装置４１からの出力信号により駆動するバルブであって、内部を通過するコンクリートの流出方向を打設口２３Ｂ側又は排出配管２６側へ切り替えることにより可使時間が経過したコンクリートを排出する。
コンクリート排出用配管２８は、排出配管２６を介して排出されるコンクリートを坑口Ｅ側に排出する配管であって、スキンプレート３の円周方向に沿って複数配置される妻枠装置２２から延長する各排出配管２６と接続される。コンクリート排出用配管２８は、シールド掘進機１の後方のコンクリートポンプ１８の位置まで延長し、アジテータートラック４４に積み替えられた後に坑外に搬送される。
【００１８】
妻枠２２Ｂは、内型枠１０の外周面とスキンプレート３のテールの内周面との間に位置する型枠であって、妻枠ジャッキ２２Ａの伸長動作に伴って、前後方向に移動可能である。また、前述のとおり、内部には打設配管２３と接続される流路２３Ａを有し、打設配管２１、打設配管２３及び当該流路２３Ａを経たコンクリートが先端部に開設された打設口２３Ｂから地山２側に吐出される。
妻枠２２Ｂには、例えば積層されたステンレスの板バネからなるシール部２７が取り付けられ、打設口２３Ｂから吐出されたコンクリートが内型枠１０の外周面及びテール３Ａによって形成される空間から胴体４内部に侵入することを阻止する。
【００１９】
上記構成からなる妻枠装置２２は、地山２の表面及び内型枠１０の外周面によって形成される空間内にコンクリートを密実化した状態で打設する。
具体的には、コンクリートポンプ１８により打設圧力及び打設量を調整しながら、地山２の表面及び内型枠１０の外周面によって形成される空間に対してコンクリートを常に一定の圧力となるように吐出することにより密実化した状態で打設する。
つまり、本発明に係るシールド掘進機１は、掘進と覆工とを並行して行うことができる装置であって、シールド掘進機１が通過した地山２の表面には、その進行方向に沿って地山２の表面を覆う覆工コンクリート層が連続して形成される。
【００２０】
図１に戻って、シールド掘進機１に対して供給されるコンクリートを生成する設備について説明する。シールド掘進機１の発進地点となる坑口Ｅの地表面Ｇには、コンクリートの管理、及び、シールド掘進機１のオペレーション管理を司る管理室５０と、管理室５０の近傍に位置するバッチャープラント６０とが併設される。
管理室５０内には、バッチャープラント６０内の制御装置１０１、及び、トンネルＴ内に設けられたシールド制御装置４１と通信手段を介して相互に接続される中央制御装置１００が設置される。ここで通信手段としては、有線，無線の種別を問わず、地表面Ｇ側に設置される中央制御装置１００及び制御装置１０１と、トンネルＴ内に設置されるシールド制御装置４１との相互通信が可能な形態であれば良く、坑内に図外の中継機器を設けてもよい。なお、管理室５０をトンネル坑内に設けてもよい。
中央制御装置１００は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ等によって構成される記憶部１００Ａ，演算処理部１００Ｂとを有するいわゆるコンピュータであって、バッチャープラント６０に設けられる制御装置１０１、及び、トンネルＴ内のシールド制御装置４１から出力される情報に基づいて処理結果を表示画面１０２に出力，表示する。
【００２１】
バッチャープラント６０は、コンクリートの材料となる骨材を貯蓄するサイロや、サイロ内の骨材を搬送するためのベルトコンベア、材料を混練するスクリューやコンクリートポンプ等を備えるコンクリート生成施設であって、中央制御装置１００からの出力に基づいてコンクリートを生成するとともに、練り上がったコンクリートの生成時間、各種の性状をコンクリートの所定単位ごとに記録し、中央制御装置１００に出力する制御装置１０１を備える。
バッチャープラント６０によって生成されたコンクリートは図外の搬送手段によって坑内へ搬送され、坑内に配備されたアジテータートラック４４によってシールド掘進機１のコンクリートポンプ１８に供給される。以下、コンクリートのトレーサビリティ管理方法について説明する。
【００２２】
図３は、トンネルＴの外に設置される中央制御装置１００及び制御装置１０１と、トンネル内に設置されるシールド制御装置４１との接続状態を示すブロック図である。
同図において制御装置１０１は、図外の記録領域にバッチャープラント６０によって順次生成されるコンクリートの生成時間及び性状情報を所定単位ごとに順次記録する。
ここで、性状情報とは、例えば、コンクリートの生成量、コンクリート配合割合、電流値等であり、所定単位のコンクリートごとにこれらの性状が対応付けて記録される。
また、本例において所定単位とは例えば１ｍ３であって、バッチャープラント６０によって１ｍ３のコンクリートが生成されるたびにコンクリートの生成時間及び性状情報を記録する。
制御装置１０１は、コンクリートの生成時間及び性状情報を記憶するとともに、順次、中央制御装置１００に対してコンクリートの生成時間及び性状情報が含まれるコンクリート生成データを送信する。
【００２３】
中央制御装置１００は、記憶部１００Ａと演算処理部１００Ｂとを備え、制御装置１０１から順次送信される上述のコンクリート生成データ、及び、シールド制御装置４１から順次送信されるシールド掘進機１の位置データに基づいて、生成されたコンクリートの生成時間や性状、可使時間、或いは、生成されたコンクリートが将来的に打設されるであろう想定打設位置や想定作業時間等を表示画面１０２上に一覧表として表示する。
【００２４】
シールド制御装置４１は、中央制御装置１００からの出力に基づいて、シールド掘進機１の動作全般を制御する装置であって、当該シールド制御装置４１には、シールド掘進機１の位置情報を得るためのストローク計９Ｂを始めとして、カッターヘッド１１の回転トルクを計測する図外のトルク計、打設配管２１内の打設圧力を計測する図外の打設圧力計等からの信号が出力され、出力された信号に基づいて、カッターヘッド１１の駆動機構、コンクリートの打設圧力や打設量を制御する。
また、各計測機から出力された情報は中央制御装置１００に対してデータとして送信され、シールド制御装置４１は、特にストローク計９Ｂの出力信号から生成されたシールド掘進機１の位置データを所定のストローク（例えば３００ストローク）ごとに中央制御装置１００に対して送信する。中央制御装置１００は、当該位置データが送信されるたびに、記憶手段１００Ａに格納されたコンクリート生成データを読み込み、コンクリートの生成時間及び性状情報と、シールド掘進機１の位置情報と対応させ、コンクリートの想定打設位置や想定作業時間を算出する。
【００２５】
図４は、中央制御装置１００が制御装置１０１及びシールド制御装置４１から送信されたコンクリート生成データ及び位置データに基づいて表示画面１０２に出力した一覧表の一例を示す。なお、説明の簡略化のため一覧表に記載された数値は、トンネルＴの掘削工事において実際に表示された一覧とは異なる数値とする。
まず、「打設番号」とは制御装置１０１から出力されるコンクリート生成データの送信順序に対応して演算処理部１００Ｂによって順次決定される番号であって、作業者に対する視認性向上のために付される番号である。よって、必ずしも番号を付す必要はない。
「生成時間」とは、各コンクリートが練り上がった時刻であり、本例におけるバッチャープラント６０の制御装置１０１は、例えば１５分おきにコンクリートを生成し、生成が完了するたびに中央制御装置１００に対してコンクリートの生成時間及び性状情報が含まれるコンクリート生成データを送信する。
また、「生成量」とは、１ユニット当たりのコンクリートの量であり、前述のとおり本例においては１ｍ３として設定してある。
また、「配合」とはコンクリートの配合パターンを示す数値であって、トンネルＴの掘削工事にあっては、地山の土質，地下水の量，気象条件等によって複数種類の配合パターンが設定される。
本例においては、打設番号１〜Ｎの全てが配合パターン「１」のコンクリートであることが看取できるが、配合パターンは任意である。
また、「電流値」とは、コンクリート生成時に測定されたコンクリートを練るためのミキサーの駆動に要した電流値であり、その電流の大小で間接的にコンクリートの粘性，堅さを把握することができる。
また、「可使時間」とは、コンクリートが使用可能な制限時刻を示し、演算処理部１００Ｂが各コンクリートの生成時間に対応する制限時刻を演算して「可使時間」として表示する。即ち、演算処理部１００Ｂが可使時間算出手段として機能する。
なお、本例において、「可使時間」は、「生成時間」から４時間経過後の時刻として予め設定されており、制御装置１０１から生成時間情報を含むコンクリート生成データが送信された時点で算出される。
なお、「生成時間」と「可使時間」とを必ずしも対応させる必要はなく、例えば打設番号１〜４までのコンクリートにおいて、１０：００から１０：３０までに生成されたコンクリート（打設番号１，２）の可使時間を同一の可使時間（例えば１４：００）として換算し、１０：３０以降、かつ、１１：００前までに生成されたコンクリート（打設番号３，４）の可使時間を同一の可使時間（例えば１４：３０）として換算してもよい。
【００２６】
「打設時掘削リング」とは、シールドジャッキ９のストローク量を基準として、シールド掘進機１の現在の位置情報を示す値であり、シールドジャッキ９よりも後方に位置する妻枠２２Ｂからコンクリートが吐出される時点のシールドジャッキ９の先端面９Ａの位置を示す。
本例においては、例えば打設番号１のコンクリートが生成されたときにシールドジャッキ９の先端面９Ａは、１０１リング目の前端面に位置し、かつ、ストローク量が「０」であることが看取できる。また、本例においては、１リングの延長方向長さは、１２００ｍｍとして設定され、シールド掘進機１が１リング分進行するのに掛かる時間は１時間である。
【００２７】
「想定打設位置」とは、シールド掘進機１の掘進と並行して前述の掘削機構５によって打設されるコンクリートの想定位置を示す。
「想定打設位置」は、演算処理部１００Ｂによって、前述の「打設時掘削リング」即ち、シールドジャッキ９の先端面９Ａの位置情報（掘進情報）から算出される。即ち、演算処理部１００Ｂが、想定打設位置設定手段として機能する。
以下、「打設時掘削リング」と「想定打設位置」との関係を図２を用いて説明する。
【００２８】
同図において、シールドジャッキ９の先端面９Ａは坑口Ｅから数えて１０１番目の内型枠１０（Ｒ１０１）の前端面と当接する。そして、当該状態におけるシールドジャッキ９のストローク量は０であり、この状態からシールドジャッキ９を徐々にストロークさせることにより１０２番目の内型枠１０（Ｒ１０２）を掘削する直前の状態である。
この状態において、妻枠２２Ｂの打設口２３Ｂは、シールドジャッキ９の先端面９Ａよりも２リング分後方に位置する。従って、演算処理部１００Ｂは、ストローク計９Ｂからの出力に基づいてシールド制御装置４１によって生成される「打設時掘削リング」の位置データに基づいて「想定打設位置」を算出する。
つまり、シールドジャッキ９の先端面９ＡがＲ１０１の前端面に当接する場合の「想定打設位置」は、先端面９Ａよりも２リング分後側のＲ１００の後端部、かつ、ストローク量０の位置として算出される。また、「想定打設位置」は、シールド掘進機１が掘進するごとに延長される圧送管１９の長さや、既に生成が完了し、圧送管１９や打設配管２１内に存在するコンクリートの量に応じて補正，調整される。
なお、「想定打設位置」のストローク量とは、シールド掘進機１の掘進に連動して収縮する妻枠ジャッキ２２Ａの収縮量であって、妻枠ジャッキ２２Ａの収縮はシールドジャッキ９の伸長と略連動するため、誤差を考慮しないことを条件としてシールドジャッキ９及び妻枠ジャッキ２２Ａのストローク量は同一の値となる。また、シールドジャッキ９と妻枠ジャッキ２２Ａのズレ量は、シールド掘進機１に固有の値であり、使用する掘進機に変更がない限りズレ量が変化することはない。
【００２９】
図４に戻り、「想定作業時間」とはバッチャープラント６０によって生成されたコンクリートが打設想定位置に打設されるまでの作業完了予定時間であり、演算処理部１００Ｂにより、予め規定されるシールド掘進機１の単位時間当たりの掘進距離（掘進性能）、及び、バッチャープラント６０からアジテータートラック４４への搬送時間、コンクリート１７がコンクリートポンプ１８から打設配管２１、打設配管２３を経て打設口２３Ｂから吐出されるまでの時間から算出される。即ち、演算処理部１００Ｂは、作業完了時間算出手段として機能する。
「余裕時間」とは、演算処理部１００Ｂにより、コンクリートの「可使時間」と「想定作業時間」とから算出される可使時間に達するまでの残り時間であって、「可使時間」から「想定作業時間」を減じることにより算出される。即ち、演算処理部１００Ｂは、余裕時間算出手段として機能する。
【００３０】
図５は、中央制御装置１００による処理のフローチャートを示す。
中央制御装置１００は、Ｓ１００においてシールド掘進機１の掘進が開始されたかを判定する。当該判定は、中央制御装置１００に接続された図外の入力手段から作業者により掘進開始の操作が行われたか否かにより行われる。判定がＹＥＳの場合、Ｓ１０１に移行し、ＮＯの場合Ｓ１００をループする。
中央制御装置１００は、Ｓ１０１においてシールド制御装置４１から位置データを受信したかを判定する。当該位置データは、前述のとおりシールドジャッキ９のストローク量が所定のストローク量に達するたびに逐次送信されるデータである。判定がＹＥＳの場合、Ｓ１０２に移行し、ＮＯの場合、受信待ちの状態となりＳ１０１をループする。
中央制御装置１００は、Ｓ１０２において記憶部１００Ａにコンクリート生成データが格納されているかを判定する。判定がＹＥＳの場合、Ｓ１０３に移行し、ＮＯの場合、受信待ちの状態となりＳ１０２をループする。
なお、Ｓ１０１において位置データを受信し、かつ、Ｓ１０２においてコンクリート生成データが存在しないという状態は、シールド掘進機１の進行に対応する十分な量のコンクリートが生成されていないという状態であるので、中央制御装置１００はバッチャープラント６０の制御装置１０１に対してコンクリートの生成指示信号を出力する。
中央制御装置１００は、Ｓ１０３において、Ｓ１０１において受信したシールド掘進機１の位置データと、記憶部１００Ａに格納されたコンクリート生成データのうち最も早く記憶されたコンクリート生成データを抽出し、生成されたコンクリートと想定打設位置及び余裕時間等を対応付け、Ｓ１０４に移行する。
中央制御装置１００は、Ｓ１０４において、Ｓ１０３にて算出された余裕時間と、予め設定された規定時間とを比較し、余裕時間が規定時間よりも長いときはＳ１０５に移行し、短いときはＳ１０６に移行する。
ここで、規定時間とは余裕時間の閾値であって、打設想定位置の誤差、打設想定位置から算出される想定作業時間の誤差を考慮して設定される。例えば規定時間を３０分として設定した場合、余裕時間が３０分よりも長ければ打設作業完了までに十分な時間が確保されているものとみなしてＳ１０５に移行し、余裕時間が３０分よりも短ければ打設作業完了までに十分な時間が確保されていないものとみなしてＳ１０６に移行する。
なお、閾値としての規定時間を設定せずに、余裕時間が「０」又は負の値となったときにＳ１０６に移行するものとしてもよい。
【００３１】
中央制御装置１００は、Ｓ１０５において図４に示すように、一つのコンクリートに対する打設番号から余裕時間までの各項目を表示し、Ｓ１０１にループする。
以上、Ｓ１０１からＳ１０５までの処理が、シールド制御装置４１から位置データが送信されるたびに、即ち、シールド掘進機１が進行するたびに繰り返されることにより、コンクリートの生成時間、性状情報及び打設位置とを常に対応させることが可能となり、図４に示すように、例えば打設番号１番からＮ番にわたってトンネルＴ内に打設されるコンクリートの性状及び位置情報を容易に記録、確認することができる。つまり、コンクリートのトレーサビリティを確保できる。
【００３２】
中央制御装置１００は、Ｓ１０６においてコンクリート排出処理を実行し、一回の処理を終了する。以下、コンクリート排出処理について説明する。コンクリートの排出処理は、前述のＳ１０４で説明したように、余裕時間が規定時間を下回った場合や、余裕時間が「０」又は負の値となった場合に実行される処理動作である。
当該処理動作が実行される場合としては、シールド掘進機１の進行が何らかの事情により中断し、中断が継続している間に既に生成されたコンクリートの可使時間が経過してしまうような場合が想定される。
上記のような場合において中央制御装置１００は、Ｓ１０６においてシールド制御装置４１に対して排出処理信号を出力する。シールド制御装置４１は、排出処理信号が入力されたことに基づいてシールド掘進機１の進行を停止するとともに、三方バルブ２５を排出配管２６側へ切り替え、可使時間が経過したコンクリートを排出するのに必要な時間コンクリートポンプ１８を駆動する。
コンクリートポンプ１８の駆動により、打設配管２１、打設配管２３を経て供給されるコンクリートは、排出配管２６及びコンクリート排出用配管２８を経由してシールド掘進機１の外へ排出される。
シールド制御装置４１は、可使時間が経過したコンクリートの排出動作終了後に、中央制御装置１００に対して排出終了信号を出力する。中央制御装置１００は、排出終了信号の入力に基づいてバッチャープラント６０の制御装置１０１に対してコンクリートの生成指示信号を出力しバッチャープラント６０によって新たなコンクリートが生成される。
そして、中央制御装置１００は、新たなコンクリートを生成するのに必要な時間が経過したときに、シールド制御装置４１に対して掘進再開信号を出力し、シールド掘進機１の掘進を再開させる。
以上説明したように、上記排出処理においては、シールド制御装置４１側から位置データが送信された時点で可使時間が経過したコンクリートが存在する場合に、当該コンクリートを排出する動作を実行するため、シールド掘進機１の進行が何らかの原因によって停止又は遅延したような場合であっても、停止又は遅延中に可使時間が経過して品質が劣化したコンクリートを打設するようなことがなく、トンネルＴ完成後の強度不足等の品質低下を確実に防止することができる。
【００３３】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に限定されるものではない。特に、上記実施形態においては、掘削と覆工とを並行して行うシールド掘進機１を例として説明したが、これに限られるものではなくコンクリートを打設して地山に覆工コンクリートを形成する掘進機であれば本発明を適用可能である。
また、上記実施の形態に多様な変更、改良を加え得ることは当業者にとって明らかであり、そのような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００３４】
１ シールド掘進機、２ 地山、３ スキンプレート、４ 胴体、５ 掘削機構、
６ 打設機構、７ 隔壁、８ 回転軸、９ シールドジャッキ、１０ 内型枠、
１１ カッターヘッド、１３ チャンバ、１４ スクリューコンベア、１５ 排泥管、
１７ コンクリート、１８ コンクリートポンプ、１９ 圧送管、２１ 打設配管、
２２ 妻枠装置、２２Ａ 妻枠ジャッキ、２２Ｂ 妻枠、２３ 打設配管、
２５ 三方バルブ、２６ 排出配管、２８ コンクリート排出用配管、
４１ シールド制御装置、６０ バッチャープラント、
１００ 中央制御装置、１０１ 制御装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートをトンネル掘進装置に供給し、
トンネル掘進後の地山の表面に前記コンクリートを覆工するトンネル掘進工法におけるコンクリートのトレーサビリティ管理方法であって、
前記コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートの生成時間及び性状情報をコンクリート生成のたびに順次記憶し、
前記コンクリートの生成時間及び性状情報を前記トンネル掘進装置側から出力される位置情報と対応させて記憶することを特徴とするトレーサビリティ管理方法。
【請求項２】
前記コンクリートの生成時間に基づいて算出されるコンクリートの可使時間と、
前記トンネル掘進装置側から出力される位置情報に基づいて算出される前記コンクリートが打設されるまでの作業完了時間とに基づいて可使時間に達するまでの余裕時間を算出し、
当該余裕時間に基づいて前記コンクリートを前記トンネル掘進装置から排出することを特徴とする請求項１に記載のトレーサビリティ管理方法。
【請求項３】
コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートをトンネル掘進装置に供給し、
トンネル掘進後の地山の表面に前記コンクリートを覆工するトンネル掘進工法におけるコンクリートのトレーサビリティ管理装置であって、
生成されたコンクリートの生成時間及び性状情報をコンクリート生成のたびに順次記憶するコンクリート側制御装置と、
前記トンネル掘進装置の位置情報を中央制御装置に出力する掘進機側制御装置とを備え、
前記中央制御装置が、前記コンクリート側制御装置及び前記掘進機側制御装置と通信手段を介して相互に接続され、前記コンクリート側制御装置から順次出力されるコンクリートの生成時間及び性状情報と前記掘進機側制御装置から出力される位置情報とを対応させて記憶することを特徴とするトレーサビリティ管理装置。
【請求項４】
前記中央制御装置は、前記コンクリートの生成時間に基づいてコンクリートの可使時間を算出する可使時間算出手段と、
前記掘進機側制御装置から送信される位置情報に基づいて前記コンクリートが打設されるまでの作業完了時間を算出する作業完了時間算出手段と、
前記可使時間と作業完了時間とに基づいて可使時間に達するまでの余裕時間を算出する余裕時間算出手段とを備え、
前記余裕時間に基づいて前記コンクリートを排出することを特徴とする請求項３に記載のトレーサビリティ管理装置。
【請求項１】
コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートをトンネル掘進装置に供給し、
トンネル掘進後の地山の表面に前記コンクリートを覆工するトンネル掘進工法におけるコンクリートのトレーサビリティ管理方法であって、
前記コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートの生成時間及び性状情報をコンクリート生成のたびに順次記憶し、
前記コンクリートの生成時間及び性状情報を前記トンネル掘進装置側から出力される位置情報と対応させて記憶することを特徴とするトレーサビリティ管理方法。
【請求項２】
前記コンクリートの生成時間に基づいて算出されるコンクリートの可使時間と、
前記トンネル掘進装置側から出力される位置情報に基づいて算出される前記コンクリートが打設されるまでの作業完了時間とに基づいて可使時間に達するまでの余裕時間を算出し、
当該余裕時間に基づいて前記コンクリートを前記トンネル掘進装置から排出することを特徴とする請求項１に記載のトレーサビリティ管理方法。
【請求項３】
コンクリート製造設備によって生成されたコンクリートをトンネル掘進装置に供給し、
トンネル掘進後の地山の表面に前記コンクリートを覆工するトンネル掘進工法におけるコンクリートのトレーサビリティ管理装置であって、
生成されたコンクリートの生成時間及び性状情報をコンクリート生成のたびに順次記憶するコンクリート側制御装置と、
前記トンネル掘進装置の位置情報を中央制御装置に出力する掘進機側制御装置とを備え、
前記中央制御装置が、前記コンクリート側制御装置及び前記掘進機側制御装置と通信手段を介して相互に接続され、前記コンクリート側制御装置から順次出力されるコンクリートの生成時間及び性状情報と前記掘進機側制御装置から出力される位置情報とを対応させて記憶することを特徴とするトレーサビリティ管理装置。
【請求項４】
前記中央制御装置は、前記コンクリートの生成時間に基づいてコンクリートの可使時間を算出する可使時間算出手段と、
前記掘進機側制御装置から送信される位置情報に基づいて前記コンクリートが打設されるまでの作業完了時間を算出する作業完了時間算出手段と、
前記可使時間と作業完了時間とに基づいて可使時間に達するまでの余裕時間を算出する余裕時間算出手段とを備え、
前記余裕時間に基づいて前記コンクリートを排出することを特徴とする請求項３に記載のトレーサビリティ管理装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２３６６３１（Ｐ２０１１−２３６６３１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１０８５８４（Ｐ２０１０−１０８５８４）
【出願日】平成２２年５月１０日（２０１０．５．１０）
【出願人】（０００００１３１７）株式会社熊谷組 (551)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月２４日（２０１１．１１．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１０日（２０１０．５．１０）
【出願人】（０００００１３１７）株式会社熊谷組 (551)
【Ｆターム（参考）】
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