CN103025999B - 隧道挖掘装置和隧道挖掘方法 - Google Patents

Abstract

在具有被驱动而旋转的圆环状的切割器部的圆筒状的挖掘装置中，能够大量地输送所挖掘出的沙土，即使在发生了沙土的堵塞的情况下，也能容易地去除沙土。用于在地基中挖掘隧道的隧道挖掘装置（1）包括：圆筒状的挖掘机构（4），其设置在挖掘前进方向的前端，具备圆环状的切割器部（32），该切割器部（32）在表面具有用于挖掘地基的钻头，切割器部（32）能够被驱动而旋转；壳体（10），其与切割器部（32）的后部相连接，由圆筒形状的外筒体（10C）和圆筒形状的内筒体（10B）构成，该外筒体（10C）具有与切割器部（32）的外径大致相等的外径，该内筒体（10B）具有比切割器部（32）的内径大的内径；推进机构（9），其用于沿挖掘前进方向推进挖掘机构（4）；挖掘土排出机构（6），其由螺旋状的刀片（42）构成，该刀片（42）安装于内筒体（10B）的内周面，与挖掘机构（4）一起被驱动而旋转。

Description

隧道挖掘装置和隧道挖掘方法

技术领域

本发明涉及一种用于在地基中构筑隧道的隧道挖掘装置和隧道挖掘方法。 

背景技术

近年来，作为更加高效地构筑大截面的盾构隧道的方法，公知环形盾构构筑法。在环形盾构构筑法中，反复进行以下工序：使用圆筒状的挖掘装置先将相当于隧道的外壳部的位置的地基的截面挖掘成圆环状的工序；在所挖掘的部分以圆筒状构筑衬砌体的工序；自衬砌体获得反作用力而推进挖掘装置的工序，从而先将地基的截面挖掘成圆环状，然后再从进行挖掘的同时以圆柱状残留于衬砌体的内侧的沙土的后方侧对该沙土进行挖掘，从而构筑隧道（参照专利文献1）。 

先行技术文献 

专利文献1：日本特许2840732号公报 

在使用这样先将地基的截面挖掘成圆环状的挖掘装置的情况下，需要向圆筒状的装置的后方输送通过挖掘地基而产生的挖掘土。对此，在上述的专利文献1中，在装置的内部设置排出管，通过该排出管将挖掘土输送到后方。另外，也想到在装置的内部设置螺旋式输送器来代替这样的排出管，利用该螺旋式输送器将挖掘土输送到后方。 

但是，在将这样的排出管或螺旋式输送器等挖掘土排出机构设置在装置内的情况下，需要使该挖掘土排出机构不与挖掘机构、推进机构等干涉，所以必须减小排出管、螺旋式输送器的直径，存在不能大量输送挖掘土这一问题。 

此外，也有如下这种问题：当排出管、螺旋式输送器的直径较小时，频繁发生沙土的堵塞。在这样发生了沙土的堵塞的情况下，若不使挖掘装置后退来卸下挖掘装置的内壳，则不能去除堵塞的沙土。 

发明内容

本发明是鉴于上述问题而做成的，其目的在于提供一种圆筒状的挖掘装置，该挖掘装置具有被驱动而旋转的圆环状的切割器部，该挖掘装置能够大量输送所挖掘的沙土，即使在发生了堵塞的情况下，也能容易地将堵塞的沙土去除。 

本发明的隧道挖掘装置用于在地基中挖掘隧道，其特征在于，该挖掘装置包括：圆筒状的挖掘机构，其设置在挖掘前进方向的前端，具备圆环状的切割器部，该切割器部在表面具有用于挖掘地基的钻头，切割器部能够被驱动而旋转；壳体，其与挖掘机构的后部相连接，包括圆筒形状的外筒体和圆筒形状的内筒体，该内筒体具有比切割器部的内径大的内径；推进机构，其用于沿挖掘前进方向推进挖掘机构；挖掘土排出机构，其具有螺旋状的刀片，该刀片安装于挖掘机构的内筒体的内周面，该刀片的高度为切割器部的内径与内筒体的内径之差以下，该刀片与切割器部一起被驱动而旋转。 

采用本发明，通过沿挖掘机构的内筒体的内周面安装螺旋状的刀片，能够不受挖掘机构、推进机构用的空间的影响地确保较大的空间，所以能够大量地输送所挖掘出的沙土。另外，在发生了沙土的堵塞的情况下，若将残留在挖掘装置的内部的地基清除，则刀片露出，所以能够容易地进行堵塞的沙土的去除作业。 

在本发明中，优选的是，挖掘机构形成有用于向挖掘机构 的内周侧输送由钻头挖掘出的挖掘土的、从切割器部的表面连通至内筒体的内周面的空隙。 

由此，能够使由切割器部挖掘出的沙土在空隙中通过而向挖掘机构的内侧输送该沙土。 

在本发明中，优选的是，推进机构包括：突出机构，其设置在壳体内，能使突出部从壳体的外周面朝向径向外侧突出；伸长机构，其设置在壳体内，在使突出部朝向径向外侧突出而自被挖掘成圆环状的周围的地基获得了反作用力的状态下，该伸长机构伸长，从而将挖掘机构向挖掘前进方向推出。 

采用以这种方式构成的挖掘装置，能够利用突出机构使突出部向外周方向突出，而自周围的地基获得反作用力来进行推进作业，所以即使管片（segment）或衬砌体的施工未完成，也能接受较大的反作用力而挖掘牢固的地基。 

在本发明中，优选的是，壳体包括从挖掘前进方向的前端侧依次设置的挖掘部壳体、前方的壳体和后方的壳体，挖掘部壳体与挖掘机构的后部相连接，伸长机构包括：前方的轴线方向千斤顶，其设置为连结挖掘部壳体和前方的壳体，能沿挖掘前进方向伸缩；后方的轴线方向千斤顶，其设置为连结前方的壳体和后方的壳体之间，能沿挖掘前进方向伸缩，突出机构包括：前方的周向千斤顶，其配置在前方的壳体内，能相对于径向外侧伸缩；后方的周向千斤顶，其配置在后方的壳体内，能相对于径向外侧伸缩。 

采用以上述方式构成的挖掘装置，能够在推进切割器部时，利用前方的周向千斤顶及后方的周向千斤顶自地基接受更大的反作用力。 

在本发明中，优选的是，推进机构由伸长机构构成，该伸长机构设置在壳体内，在自安装于挖掘完毕的隧道的内周面的 管片获得了反作用力的状态下，该伸长机构伸长，从而将挖掘机构向挖掘前进方向推出。 

采用以上述方式构成的挖掘装置，能够缩短挖掘装置的全长。 

另外，本发明的挖掘方法使用隧道挖掘装置在地基中挖掘隧道，其特征在于，隧道挖掘装置包括：圆筒状的挖掘机构，其设置在挖掘前进方向的前端，具备圆环状的切割器部，该切割器部在表面具有用于挖掘地基的钻头，切割器部能够被驱动而旋转；壳体，其与挖掘机构的后部相连接，由圆筒形状的外筒体和圆筒形状的内筒体构成，该内筒体具有比切割器部的内径大的内径；推进机构，其用于沿挖掘前进方向推进挖掘机构；挖掘土排出机构，其由螺旋状的刀片构成，该刀片安装于挖掘机构的内筒体的内周面，该刀片的高度为切割器部的内径与内筒体的内径之差以下，该刀片与切割器部一起被驱动而旋转，该隧道挖掘方法包括：先挖掘步骤，一边驱动挖掘机构旋转，一边利用推进机构推出挖掘机构，从而将地基挖掘成圆环状，并且利用与挖掘机构一起旋转的刀片将挖掘土沿内壳的内周面送出到后方；后挖掘步骤，在隧道挖掘装置的后方对被挖掘成圆环状的部分的内侧的地基进行挖掘。 

采用本发明，能够输送大量挖掘出的沙土，即使在发生了沙土的堵塞的情况下，也能容易地去除该沙土。 

附图说明

图1是表示本发明的第1实施方式的挖掘装置的立体图。 

图2是图1所示的挖掘装置的挖掘前进方向的铅垂剖视图。 

图3是图2的A－A向视侧视图。 

图4是图2的B－B向视剖视图。 

图5是图2中的C部的放大图。 

图6的（a）～（m）是分别表示图1所示的挖掘装置中的多个牙轮钻头（bit）的配置的图，（A）是将（a）～（m）所示的牙轮钻头叠加起来表示的图。 

图7是用于对使用了图1所示的挖掘装置的隧道挖掘方法进行说明的、挖掘前进方向的铅垂剖视图。 

图8是用于说明图1所示的挖掘装置的推进方法的、挖掘装置的铅垂剖视图（第1铅垂剖视图）。 

图9是用于说明图1所示的挖掘装置的推进方法的、挖掘装置的铅垂剖视图（第2铅垂剖视图）。 

图10是用于说明图1所示的挖掘装置的推进方法的、挖掘装置的铅垂剖视图（第3铅垂剖视图）。 

图11是本发明的第2实施方式的挖掘装置的沿挖掘前进方向的铅垂剖视图。 

图12是本发明的第3实施方式的挖掘装置的沿挖掘前进方向的铅垂剖视图。 

图13是图12中A－A向视侧视图。 

图14是图12中B－B剖视图。 

图15是本发明的一实施方式的挖掘装置的挖掘机构的前端部的沿挖掘前进方向的放大剖视图。 

图16是图15的C－C剖视图。 

图17是用于对使用了本发明的第3实施方式的挖掘装置的隧道挖掘方法进行说明的、挖掘前进方向的铅垂剖视图。 

图18是用于对本发明的第3实施方式的挖掘装置的推进方法进行说明的挖掘装置的铅垂剖视图（第1铅垂剖视图）。 

图19是用于对本发明的第3实施方式的挖掘装置的推进方法进行说明的挖掘装置的铅垂剖视图（第2铅垂剖视图）。 

图20是用于对本发明的第3实施方式的挖掘装置的推进方法进行说明的挖掘装置的铅垂剖视图（第3铅垂剖视图）。 

图21是用于对本发明的第3实施方式的挖掘装置的另一挖掘土的排出方法进行说明的、挖掘机构的前端部的放大铅垂剖视图。 

具体实施方式

第1实施方式

下面，参照附图详细说明作为本发明的第1实施方式的挖掘装置和挖掘方法。 

图1是表示本实施方式的挖掘装置1的立体图，图2是本实施方式的挖掘装置1的挖掘前进方向的铅垂剖视图，图3是图2的A－A向视侧视图，图4是图2的B－B向视剖视图。另外，图5是图2中的C部的放大图。 

如图1和图2所示，挖掘装置1包括圆筒状的壳体2、设置在壳体2的挖掘前进方向（以下称作前方）的前端的挖掘机构4、挖掘土排出机构6和用于推进挖掘机构4的推进机构8。 

如图2所示，壳体2由从前方依次连接起来的第1挖掘部壳体10、第2挖掘部壳体11、前方的壳体12和后方的壳体14构成。壳体10由圆筒状的外筒体10C、配置在外筒体10C内的圆筒状的内筒体10B和多个支承构件（第1挖掘部壳体10的支承构件未图示）构成，该多个支承构件设置为连结内筒体10B和外筒体10C，壳体11由圆筒状的外筒体11C、配置在外筒体11C内的圆筒状的内筒体11B和多个支承构件20构成，该多个支承构件20设置为连结内筒体11B和外筒体11C，壳体12由圆筒状的外筒体12C、配置在外筒体12C内的圆筒状的内筒体12B和多个支承构件22构成，该多个支承构件22设置为连结内筒体12B和外筒体 12C，壳体14由圆筒状的外筒体14C、配置在外筒体14C内的圆筒状的内筒体14B和多个支承构件24构成，该多个支承构件24设置为连结内筒体14B和外筒体14C。内筒体10B、11B、12B、14B和外筒体10C、11C、12C、14C均由钢材构成。另外，在第1挖掘部壳体中，内筒体10B在比外筒体10C靠后侧的位置终止。

 上述内筒体10B、11B、12B、14B和外筒体10C、11C、12C、14C配置为与后面详细说明的挖掘机构4的旋转轴线同心同轴，由此，在内筒体10B与外筒体10C之间、在内筒体11B与外筒体11C之间、在内筒体12B与外筒体12C之间、在内筒体14B与外筒体14C之间形成环状空间。支承构件20、22、24由棒状的钢材构成，设置为能对作用于外筒体10C、11C、12C、14C的土的压力进行支承的根数，并以内筒体10B、11B、12B、14B的中心轴线作为中心而呈放射状沿周向及轴线方向隔开适当的间隔地连结上述内筒体10B、11B、12B、14B和外筒体10C、11C、12C、14C。并且，在内筒体10B、11B、12B、14B与外筒体10C、11C、12C、14C之间的环状空间内收容有推进机构8。

第1挖掘部壳体10的中间部以从挖掘前进方向的前端部开始成为恒定的外径和内径的方式形成，内筒体10B的后端部的外周面和外筒体10C的后端部的内周面被切除。另外，第2挖掘部壳体11的内筒体11B的内周面的前端部和外筒体11C的外周面的前端部被切除，通过将第2挖掘部壳体11的前端部收容在第1挖掘部壳体10的后端部的内侧，将第1挖掘部壳体10能相对于第2挖掘部壳体11旋转地连接于该第2挖掘部壳体11。另外，也可以使轴承等用于提高滑动性的构件或材料介于第1挖掘部壳体10与第2挖掘部壳体11之间。 

另外，第2挖掘部壳体11的内筒体11B的内周面的后端部和外筒体11C的外周面的后端部被切除。另外，前方的壳体12的内筒体12B的外周面的前端部和外筒体12C的内周面的前端部被切除。于是，通过将第2挖掘部壳体11的后端部收容在前方的壳体12的前端部的内侧，将第2挖掘部壳体11能相对于前方的壳体12沿轴线方向滑动地连接于该前方的壳体12。 

与此同样，前方的壳体12的内筒体12B的内周面的后端部和外筒体12C的外周面的后端部被切除。另外，后方的壳体14的内筒体14B的外周面的前端部和外筒体14C的内周面的前端部被切除。于是，通过将前方的挖掘部壳体12的后端部收容在后方的壳体14的前端部的内侧，将前方的壳体12能相对于后方的壳体14沿轴线方向滑动地连接于该后方的壳体14。另外，也可以在第2挖掘部壳体11与前方的壳体12相连接的连接部以及前方的壳体12与后方的壳体14相连接的连接部设置用于引导轴线方向的滑动的引导构件。 

如图2和图3所示，挖掘机构4固定在第1挖掘部壳体10的前端部。挖掘机构4包括：切割器部26，其以覆盖内筒体10B与外筒体10C之间的方式安装在第1挖掘部壳体10的挖掘前进方向的前端；减速器28，其配置在挖掘部壳体10内；马达30，其配置在前方的壳体12内。 

切割器部26包括：圆环状的切割器部主体32；13对牙轮钻头（roller bit）36，其沿周向隔开间隔地设置于切割器部主体32；钻孔钻头38，其设置于开口32A的缘，该开口32A形成于切割器部主体32。另外，如图5所示，在切割器部主体32的后方沿缘安装有销齿条34。 

如图5所示，切割器部主体32在轴线方向截面上具有コ字形的截面形状，切割器部主体32的外径D1与第1挖掘部壳体10的 外筒体10C的外径大致相等。另外，切割器部主体32的内径D3比第1挖掘部壳体10的内筒体10B的内径D2小dx。而且，如上所述，在第1挖掘部壳体10中，内筒体10B在比外筒体10C靠后侧的位置终止。采用该结构，在切割器部主体32的内侧后方与第1挖掘部壳体10的内筒体10B之间形成间隙40，借助该间隙40连通切割器部主体32内的空间和第1挖掘部壳体10的内筒体10B内的空间。 

如图5所示，在第2挖掘部壳体11内配置有马达30，在该马达30的旋转轴上连接有减速器28，在该减速器28上安装有小齿轮28A。并且，安装于减速器28的小齿轮28A与安装于切割器部26的销齿条34啮合。由此，当马达30旋转时，该马达30的转动力借助减速器28被放大转矩并传递到切割器部26，切割器部26与第1挖掘部壳体10一起以第1挖掘部壳体10的中心轴线为中心相对于第2挖掘部壳体11旋转。 

图6表示安装于切割器部主体32的多个牙轮钻头36的各自的径向的配置，（a）～（m）是表示各牙轮钻头36的径向的配置的图，（A）是将所有的牙轮钻头的配置叠加起来表示的图。如该图6所示，各牙轮钻头沿径向配置在不同的位置。由此，在切割器部26沿周向旋转了时，各牙轮钻头36所通过的轨迹是沿径向大致等间隔的同心圆，不管直径如何都能够进行均质的挖掘。 

另外，挖掘钻头38由前端锐利的钻头构成，通过使切割器部26旋转，该挖掘钻头38以将利用牙轮钻头36切削的切削面修整得平坦的方式进行挖掘。 

如图5所示，挖掘土排出机构6包括：刀片42，其沿第1挖掘部壳体10的内筒体10B的内周面安装，构成螺旋式输送器；喷嘴（未图示），其设置为喷出口露出于切割器部主体32的表面， 以便朝向地基喷射水。刀片42由与挖掘装置1同心同轴的螺旋状的钢材构成，该刀片42以在轴线方向上从切割器部主体32的后端到第1挖掘部壳体10的后端为止固定于第1挖掘部壳体10的内筒体10B的内周面。刀片42的截面是等腰三角形，该刀片42的高度大致等于第1挖掘部壳体10的内筒体10B的内径D2与切割器部主体32的内径D3之差的一半、即dx。即，从刀片42的顶点到挖掘装置1的中心轴线的距离（内径）与切割器部主体32的内径D3相等。另外，在本实施方式中，刀片42的高度虽然大致等于dx，但也可以小于dx。 

如图1和图3所示，推进机构8由如下构件构成：多个成对的前方的轴线方向液压千斤顶48及后方的轴线方向液压千斤顶50，一对轴线方向液压千斤顶48、50沿挖掘前进方向延伸，且直列连接起来；多个前方的径向液压千斤顶52及多个后方的径向液压千斤顶54，它们配置在沿周向相邻的轴线方向液压千斤顶48、50之间；多个前方的支承板56及多个后方的支承板58，它们分别与前方的径向液压千斤顶52的顶端及后方的径向液压千斤顶54的顶端相连接。 

各成对的前方的轴线方向液压千斤顶48及后方的轴线方向液压千斤顶50以沿挖掘前进方向延伸的方式直列连接起来。在本实施方式中，为了不管角度如何均能获得均匀的推进力，沿壳体2的周向以等角度间隔设置有10对前方的轴线方向液压千斤顶48及后方的轴线方向液压千斤顶50。 

前方的轴线方向液压千斤顶48从第2挖掘部壳体11到前方的壳体12为止收容在内筒体11B与外筒体11C之间以及内筒体12B与外筒体12C之间，该前方的轴线方向液压千斤顶48的前端固定于第2挖掘部壳体11的支承构件20，该前方的轴线方向液压千斤顶48的后端固定于前方的壳体12的支承构件22。 

后方的轴线方向液压千斤顶50从前方的壳体12到后方的壳体14为止收容在内筒体12B与外筒体12C以及内筒体14B与外筒体14C之间，该后方的轴线方向液压千斤顶50的前端固定于前方的壳体12的支承构件22，后端固定于后方的壳体14的支承构件24。这样，前方的液压千斤顶48及后方的液压千斤顶50借助支承构件22直列连接起来。 

在矩形的各支承板56、58上，前方的径向液压千斤顶52及后方的径向液压千斤顶54以4台液压千斤顶为一组而设置在相当于支承板56、58的四角的位置。成对的前方的径向液压千斤顶52及后方的径向液压千斤顶54沿挖掘前进方向隔开间隔地分别收容在前方的壳体12和后方的壳体14内。另外，在本实施方式中，为了使不管角度如何均能获得均匀的地基反作用力，沿周向以等角度间隔设置有10对该前方的径向液压千斤顶52及后方的径向液压千斤顶54。 

前方的壳体12的外筒体12B在与前方的径向液压千斤顶52相对应的位置形成有开口12A，后方的壳体14的外筒体14B在与后方的径向液压千斤顶54相对应的位置形成有开口14A。前方的径向液压千斤顶52的一端固定于前方的壳体12的内筒体12B，另一端连接于形状与形成在外筒体18上的开口12A的形状大致相同的支承板56，后方的径向液压千斤顶54的一端固定于后方的壳体14的内筒体14B，另一端连接于形状与形成在外筒体18上的开口14A的形状大致相同的支承板58。采用该结构，随着前方的径向液压千斤顶52伸长，支承板56朝向外周突出，随着后方的径向液压千斤顶54伸长，支承板58朝向外周突出。 

另外，上述轴线方向液压千斤顶48、50和径向液压千斤顶52、54与控制装置（未图示）相连接，利用控制装置向它们供给液压。 

下面，对使用了上述挖掘装置1的隧道的挖掘方法进行说明。 

图7是表示使用了本实施方式的挖掘装置1的隧道的挖掘方法的铅垂剖视图。如该7图所示，在本实施方式中，先利用挖掘装置1将地基62挖掘成圆筒状，之后利用重型设备对残留的中心部的地基64进行挖掘，从而构筑圆形截面的隧道。 

首先，参照图8～图10说明利用推进机构8推进挖掘机构4的方法。另外，一边使挖掘机构4的切割器部26以挖掘装置1的轴线为中心旋转，并且利用挖掘土排出机构6排出挖掘土，一边进行该推进作业。 

首先，如图8所示，在前方的轴线方向液压千斤顶48及后方的轴线方向液压千斤顶50收缩了的状态下，使前方的径向液压千斤顶52及后方的径向液压千斤顶54伸长而利用支承板56、58推压周围的地基。随后，在利用支承板56、58自地基获得了反作用力的状态下，使前方的轴线方向液压千斤顶48伸长而向前方推出挖掘机构4，利用挖掘机构4将地基挖掘成圆筒状。 

在以这种方式进行了规定距离的挖掘后，如图9所示，使前方的径向液压千斤顶52收缩而只利用后方的支承板58推压地基。然后，使前方的轴线方向液压千斤顶48收缩，并且使后方的轴线方向液压千斤顶50以与该前方的轴线方向液压千斤顶48的收缩动作相同的速度伸长。由此，能够在维持了挖掘机构4的位置的状态下使前方的壳体12前进。 

接着，如图10所示，使前方的径向液压千斤顶52伸长而利用前方的支承板56推压地基，并且使后方的径向液压千斤顶54收缩。然后，使后方的轴线方向液压千斤顶50收缩。由此，能够在维持了挖掘机构4和前方的壳体12的位置的状态下使后方的壳体14前进。 

反复进行以上的工序，从而能使挖掘机构4向前方进入，并且推进挖掘装置1。 

随着上述推进作业的进行，使切割器部26旋转而挖掘地基，向装置后方输送通过挖掘而产生的挖掘土。 

即，在利用推进机构8将切割器部26压靠于地基的状态下，使挖掘机构4的马达30旋转。马达30的旋转力传递到减速器28而转矩被放大，并经由小齿轮60和销齿条34而使切割器部26旋转。当切割器部26旋转时，首先利用牙轮钻头36将地基的截面挖掘成锯齿形，再利用钻孔钻头38切削表面的凹凸。由此，能够将地基挖掘成圆环状。 

当切割器部26旋转时，刀片42也随着切割器部26的旋转而一起旋转。将利用切割器部26挖掘地基而产生的挖掘土与自喷嘴喷射的水搅拌，从而提高该挖掘土的流动性。然后，将挖掘土自形成于切割器部主体32的开口32A引导到第1挖掘部壳体10内的圆环空间中，自第1挖掘部壳体10的后方的开口40排出。将自第1挖掘部壳体10的后方排出的挖掘土送出到第1挖掘部壳体10的内筒体10B与在地基被挖掘成圆环状时以圆柱状残留在该圆环状的内侧的地基之间的圆环空间中。利用与切割器部26一起旋转的螺旋状的刀片42将被输送到内筒体10B与呈圆柱状残留的地基之间的挖掘土沿第1挖掘部壳体10的内筒体10B的内周面朝向装置的后方输送。此时，由于从刀片42的顶点到挖掘装置1的中心轴线的距离（内径）与切割器部主体32的内径相等，所以不会在刀片42的前端与呈圆柱状残留的地基之间产生间隙，能够可靠地输送沙土。 

此时，即使刀片42发生了沙土的堵塞，也能通过对残留在挖掘装置1的内侧的圆柱状的残土进行挖掘而使刀片42露出，从而能够容易地去除沙土的堵塞。 

并且，在挖掘装置1的后方，在被挖掘成圆筒状的隧道内周面上安装临时保护板72。 

在进行上述先行挖掘作业的同时，对利用挖掘装置1挖掘成圆环状的部分的内侧的地基64进行挖掘，直到第1挖掘部壳体1的后方位置为止。该挖掘作业可以使用破碎机66、反铲挖掘机等重型设备。 

并且，利用雪浮装载机（SCHAEFF LOADER）68将由刀片输送的挖掘土和挖掘地基而产生的挖掘土装载到自卸卡车70上，输出到隧道外部。 

接着，在挖掘完毕的隧道整个截面的部分，自隧道内周面卸下临时保护板72，实施管片74等的衬砌。 

利用以上的工序能够构筑圆形截面的隧道。 

采用本实施方式，作为挖掘土排出机构6，沿第1挖掘部壳体10的内筒体10B的内周面安装有螺旋状的刀片42，所以能确保用于排出大截面的挖掘土的空间，能够大量地输送挖掘土。 

另外，由于将刀片42安装于第1挖掘部壳体10的内筒体10B的内周面，所以即使发生了沙土的堵塞，也能通过将残留在第1挖掘部壳体10的内侧的沙土清除而容易地将堵塞的沙土除掉。 

另外，采用本实施方式，能够利用切割器部26的旋转而输出挖掘土，不必在使切割器部26旋转的动力以外另行设置动力。 

另外，在本实施方式中，在第1挖掘部壳体10的内筒体10B的内周面上只设置了1个螺旋状的刀片42，但本发明不限于此，也可以设置多个螺旋状的刀片。 

另外，在上述实施方式中，设置了前方的轴线方向液压千斤顶48及后方的轴线方向液压千斤顶50，但本发明不限于此，也可以只设置一台轴线方向液压千斤顶。 

第2实施方式

下面，说明本发明的第2实施方式。在本实施方式中，与第1实施方式的不同之处主要在于推进机构的结构。另外，在本实施方式的说明中，在图中对于与第1实施方式通用的部件标注与第1实施方式相同的附图标记而省略说明。 

图11是表示具有与第1实施方式不同的推进机构的挖掘装置的结构的铅垂剖视图。如该图11所示，挖掘装置101包括圆筒状的壳体102、设置在壳体102的前方前端的挖掘机构4、挖掘土排出机构6以及与挖掘机构4的后部相连接的推进机构108。 

在本实施方式中，壳体102由从前方依次连接起来的第1壳体110和第2壳体111构成。第1壳体110由圆筒状的外筒体110C、配置在外筒体110C内的圆筒状的内筒体110B和设置为连结内筒体110B和外筒体110C的多个支承构件120构成，第2壳体111由圆筒状的外筒体111C、配置在外筒体111C内的圆筒状的内筒体111B和设置为连结内筒体111B和外筒体111C的多个支承构件120构成。 

上述内筒体110B、111B和外筒体110C、111C配置为与挖掘机构4的旋转轴线同心同轴，由此在内筒体110B与外筒体110C之间、内筒体111B与外筒体111C之间形成环状空间。支承构件120由棒状的钢材构成，该支承构件120设置为能对作用于外筒体110C、111C的土的压力进行支承的根数，并以内筒体110B、111B的中心轴线作为中心而呈放射状沿周向及轴线方向隔开适当的间隔地连结上述内筒体110B、111B和外筒体110C、111C。并且，在内筒体110B与外筒体110C、内筒体111B与外筒体111C之间的环状空间内收容有挖掘机构4的减速器28、马达30和推进机构108。 

推进机构108由沿挖掘前进方向延伸的多个轴线方向液压 千斤顶148构成。为了不管角度如何均能获得均匀的推进力，在本实施方式中，沿壳体102的周向以等角度间隔设置有10架轴线方向液压千斤顶148。轴线方向液压千斤顶148的前端固定于第2挖掘部壳体111的支承构件120。另外，虽未图示，但利用适当的支承部件将该轴线方向液压千斤顶148支承于壳体111，以便在轴线方向液压千斤顶148伸缩时将该轴线方向液压千斤顶148保持成与挖掘装置101的轴线方向平行。 

在本实施方式中，推进机构使轴线方向液压千斤顶在自固定在挖掘完毕的隧道内周的管片获得了反作用力的状态下伸长，从而推进挖掘机构4。另外，与上述第1实施方式同样，在进行该推进作业的同时，使挖掘机构4的切割器部26以挖掘装置1的轴线为中心旋转，并且利用挖掘土排出机构6排出挖掘土。 

采用以上说明的第2实施方式的挖掘装置，也能获得与第1实施方式同样的效果。 

而且，采用本实施方式，还能缩短挖掘装置的全长。 

第3实施方式

下面，参照附图对作为本发明的第3实施方式的挖掘装置和挖掘方法进行详细的说明。在本实施方式中，与第1实施方式及第2实施方式的不同之处主要在于挖掘土排出机构的结构。 

图12是本实施方式的挖掘装置1的挖掘前进方向的铅垂剖视图，图13是图12的A－A向视侧视图，图14是图13的B－B向视剖视图。另外，图15是本实施方式的挖掘装置201的挖掘机构204的前端部的放大剖视图，图16是图15的C－C剖视图。 

如图12和图15所示，挖掘装置201包括圆筒状的壳体202、设置在壳体202的挖掘前进方向（以下称作前方）的前端的挖掘机构204、挖掘土排出机构206和用于推进挖掘机构204的推进机构8。 

壳体2由从挖掘前进方向前端依次连接起来的挖掘部壳体210、前方的壳体212和后方的壳体214构成。壳体210由如下构件构成：内筒体210B，其形成为圆筒状，由钢材构成；外筒体218，其直径比内筒体210B的直径大，配置为与内筒体210B同心同轴，由钢材构成；多个支承构件220，它们设置为连结上述内筒体210B和外筒体210C，保持在上述内筒体210B和外筒体210C之间的空间，壳体212由如下构件构成：内筒体212B，其形成为圆筒状，由钢材构成；外筒体218，其直径比内筒体212B的直径大，配置为与内筒体212B同心同轴，由钢材构成；多个支承构件222，其设置为连结上述内筒体212B和外筒体212C，保持在上述内筒体212B和外筒体212C之间的空间，壳体214由如下构件构成：内筒体214B，其形成为圆筒状，由钢材构成；外筒体218，其直径比内筒体214B的直径大，配置为与内筒体214B同心同轴，由钢材构成；多个支承构件224，它们设置为连结上述内筒体214B和外筒体214C，保持在上述内筒体214B和外筒体214C之间的空间。采用该结构，在内筒体210B、212B、214B与外筒体218之间形成有环状空间，在该环状空间内收容有挖掘机构204、挖掘土排出机构206和推进机构208。 

挖掘部壳体210的中间部以从前端开始成为规定的直径的方式形成，且后端的直径形成得比中间部的直径小，该小径部被收容在前方的壳体212的前端内。同样，前方的壳体212的中间部以从前端开始成为规定的直径的方式形成，且后端的直径形成得比中间部的直径小，该小径部被收容在后方的壳体214的前端内。 

另外，支承构件220、222、224由棒状的钢材构成，设置为能对作用于外筒体218的土的压力进行支承的根数，并设置为以内筒体216的中心轴线为中心呈放射状沿周向及轴线方向隔 开适当的间隔。 

如图12所示，挖掘机构204被收容在挖掘部壳体210的前端内，包括设置在挖掘部壳体210的前端的切割器部226、减速器228和马达230。如图13和图15所示，切割器部226为圆环状，包括具有コ字形截面的切割器部主体232、沿切割器部主体232的后方侧的缘设置为圆环状的销齿条234、沿切割器部主体232的周向隔开间隔地设置的牙轮钻头236、沿周向设置在牙轮钻头236的后方的引入孔238和刮刀240。 

在马达230的旋转轴上连接有减速器228，在该减速器228上安装有小齿轮260。并且，如图16所示，减速器228的小齿轮260与切割器部226的销齿条234啮合。由此，当马达230旋转时，马达230的旋转力经由减速器228而转矩被放大并传递到切割器部226，以较大的力使切割器部226旋转。 

如图13所示，引入孔238形成为沿切割器部主体232的宽度方向延伸。引入孔238与构成挖掘土排出机构206的挖掘土排出管242相连通，向挖掘土排出管242输送自引入孔238引入的挖掘土。以能在切割器部226沿周向旋转时挖掘地基的方式将牙轮钻头236和刮刀240安装于切割器部主体232。 

如图15所示，挖掘土排出机构206由如下构件构成：多个挖掘土排出管242，它们沿周向隔开间隔地设置在壳体202内；螺旋式送料器246，其设置在挖掘土排出管242内；喷嘴（未图示），其朝向地基喷射水。将挖掘地基而产生的挖掘土与自喷嘴喷射的水进行搅拌，通过切割器部226旋转，自引入孔238向内部收容该挖掘土，通过螺旋式送料器246旋转，使挖掘土在排出管242中通过而向挖掘机后方输送该挖掘土。 

如图12和图14所示，推进机构208由如下构件构成：多个成对的前方的轴线方向液压千斤顶248及后方的轴线方向液压 千斤顶250，它们沿挖掘前进方向延伸并直列连接起来；多个前方的径向液压千斤顶252及后方的径向液压千斤顶254，它们配置在沿周向相邻的轴线方向液压千斤顶248、250之间；多个前方的支承板256及多个后方的支承板258，它们分别与前方的径向液压千斤顶252的顶端及后方的径向液压千斤顶254的顶端相连接。 

各成对的前方的轴线方向液压千斤顶248及后方的轴线方向液压千斤顶250以沿挖掘前进方向延伸的方式直列连接起来。在本实施方式中，为了不管角度如何均能获得均匀的推进力，沿壳体202的周向以等角度间隔设置有10对前方的轴线方向液压千斤顶248及后方的轴线方向液压千斤顶250。 

前方的轴线方向液压千斤顶248从挖掘部壳体210到前方的壳体212为止收容在内筒体210B与外筒体210C之间、内筒体212B与外筒体212C之间，该前方的轴线方向液压千斤顶248的前端固定于挖掘部壳体210的支承构件220，后端固定于前方的壳体212的支承构件222。 

后方的轴线方向液压千斤顶250从前方的壳体212到后方的壳体214为止收容在内筒体212B与外筒体212C之间、内筒体214B与外筒体214C之间，该后方的轴线方向液压千斤顶250的前端固定于前方的壳体212的支承构件222，后端固定于后方的壳体214的支承构件224。这样，前方及后方的液压千斤顶248、250借助支承构件222直列连接起来。 

在矩形的各支承板256、258上，前方的径向液压千斤顶252及后方的径向液压千斤顶254以4台液压千斤顶为一组而设置在相当于支承板256、258的四角的位置。成对的前方的径向液压千斤顶252及后方的径向液压千斤顶254沿挖掘前进方向隔开间隔地分别收容在前方的壳体212和后方的壳体214内。另 外，在本实施方式中，为了不管角度如何均能获得均匀的地基反作用力，沿周向以等角度间隔设置有10对前方的径向液压千斤顶252及后方的径向液压千斤顶254。 

在前方的壳体212的外筒体212B的与前方的径向液压千斤顶252相对应的位置形成有开口212A，在后方的壳体214的外筒体214B的与后方的径向液压千斤顶254相对应的位置形成有开口214A。前方的径向液压千斤顶252的一端固定于前方的壳体212的内筒体212B，另一端连接于形状与形成于外筒体218的开口212A的形状大致相同的支承板256，后方的径向液压千斤顶254的一端固定于后方的壳体214的内筒体214B，另一端连接于形状与形成于外筒体218的开口214A的形状大致相同的支承板258。采用该结构，随着前方的径向液压千斤顶252伸长，支承板256向外周突出，随着后方的径朝向液压千斤顶254伸长，支承板258朝向外周突出。 

另外，上述轴线方向液压千斤顶248、250和径向液压千斤顶252、254与控制装置（未图示）相连接，利用控制装置向它们供给液压。 

下面，对使用了上述挖掘装置201的隧道的挖掘方法进行说明。 

图17是表示使用了本实施方式的挖掘装置201的隧道的挖掘方法的铅垂剖视图。如该图17所示，在本实施方式中，先利用挖掘装置201将地基262挖掘成圆筒状，之后对残留的中心部的地基264进行挖掘，从而构筑圆形截面的隧道。 

在利用挖掘装置201进行挖掘时，一边利用推进机构208沿挖掘前进方向推压挖掘机构204，一边利用挖掘机构204挖掘地基264，与此同时利用挖掘土排出机构206将挖掘土排出到外部。 

首先，参照图18～图20对利用推进机构208推进挖掘机构204的方法进行说明。另外，一边使挖掘机构204的切割器部226以挖掘装置201的轴线为中心旋转，并且利用挖掘土排出机构206排出挖掘土，一边进行该推进作业。 

首先，如图18所示，在前方的轴线方向液压千斤顶248及后方的轴线方向液压千斤顶250收缩了的状态下，使前方的径向液压千斤顶252及后方的径向液压千斤顶254伸长而利用支承板256、258推压周围的地基。然后，在利用支承板256、258自地基获得了反作用力的状态下，使前方的轴线方向液压千斤顶248伸长而向前方推出挖掘机构204，利用挖掘机构204将地基挖掘成圆筒状。 

在以这种方式进行了规定距离的挖掘后，如图19所示，使前方的径向液压千斤顶252收缩而只利用后方的支承板258推压地基。然后，使前方的轴线方向液压千斤顶248收缩，并且使后方的轴线方向液压千斤顶250以与该前方的轴线方向液压千斤顶248的收缩动作相同的速度伸长。由此，能够在维持了挖掘机构204的位置的状态下使前方的壳体212前进。 

接着，如图20所示，使前方的径向液压千斤顶252伸长而利用前方的支承板256推压地基，并且使后方的径向液压千斤顶254收缩。然后，使后方的轴线方向液压千斤顶250收缩。由此，能在维持了挖掘机构204和前方的壳体212的位置的状态下使后方的壳体214前进。 

反复进行以上的工序，从而能使挖掘机构204向前方进入，并且推进挖掘装置201。 

随着上述推进作业的进行，使切割器部226旋转而挖掘地基。即，在利用推进机构208将切割器部226压靠于地基的状态下使挖掘机构204的马达230旋转。马达230的旋转力传递到减 速器228而转矩被放大，经由小齿轮260和销齿条234而使切割器部226旋转。当切割器部226旋转时，首先，利用牙轮钻头236将地基的截面挖掘成锯齿状，再利用刮刀240切削表面的凹凸。由此，能将地基挖掘成圆环状。并且，在挖掘装置201的后方，在被挖掘成圆筒状的隧道内周面上安装临时保护板272。另外，将通过挖掘地基而产生的挖掘土引入到切割器部226的引入孔238内，利用挖掘土排出机构206使该挖掘土在挖掘土排出管242中通过而向挖掘装置201的后方排出。 

在进行上述先行挖掘作业的同时，对利用挖掘机201挖掘成圆环状的部分的内侧的地基264进行挖掘。该挖掘作业可以使用破碎机266、反铲挖掘机等装置。并且，利用雪浮装载机268将挖掘地基而产生的挖掘土装载到自卸卡车270上，输出到隧道外部。 

接着，在挖掘完毕的隧道整个截面的部分，自隧道内周面卸下临时保护板272，实施管片274等的衬砌。 

采用以上的工序能够构筑圆形截面的隧道。 

采用本实施方式，在利用挖掘装置201将地基挖掘成圆环状时，不是像盾构构筑法那样自管片等衬砌体获得反作用力，而是将支承板256、258推压于地基而接受反作用力，所以能够接受更大的反作用力。因此，即使是由花岗岩等构成的岩盘的强度为120MPa～200MPa左右的难以应用盾构构筑法的地基，采用本实施方式的挖掘装置201，也能进行挖掘作业。 

另外，由于自地基获得反作用力，所以即使管片等的衬砌作业未结束，也能推进挖掘装置201，从而能够高效地进行施工。 

而且，在利用推进机构208使挖掘机构204朝向地基进入时，利用前方的支承板256及后方的支承板258将切割器部推压于地基而接受反作用力，所以能够接受更大的反作用力。 

另外，由于能够先挖掘隧道外周部而实施衬砌，并且，残留在内侧的地基对挖掘的隧道前端面进行支承，所以即使是松软的地基，也能进行稳定的施工。 

另外，在上述实施方式中，使自切割器部226的引入孔238引入的挖掘土在排出管242中通过而向挖掘装置201的后方输出，但本发明不限于此，如图21所示，也可以使切割器部226的挖掘土引入口276和设于挖掘部壳体210的表面、背面的排出口278相连通，并使自挖掘土引入口276引入的挖掘土在挖掘部壳体210与地基之间的间隙中通过而向后方排出，总之，不限定用于排出挖掘土的结构。 

另外，在上述实施方式中，设置有前方的轴线方向液压千斤顶248及后方的轴线方向液压千斤顶250，但本发明不限于此，也可以设置一体的轴线方向液压千斤顶。 

而且，也可以使用在第2实施方式中说明的推进机构108来代替本实施方式中的推进机构208。 

附图标记说明

1、101、201、挖掘装置；2、102、202、壳体；4、202、挖掘机构；6、206、挖掘土排出机构；8、108、208、推进机构；26、226、切割器部；28、228、减速器；30、230、马达；32、切割器部主体；32A、开口；36、牙轮钻头；38、挖掘钻头；42、刀片；148、轴线方向液压千斤顶；210、挖掘部壳体；212、前方的壳体；214、后方的壳体；248、前方的轴线方向液压千斤顶；250、后方的轴线方向液压千斤顶；252、前方的径向液压千斤顶；254、后方的径向液压千斤顶；256、前方的支承板；258、后方的支承板；262、地基；266、破碎机。 

Claims (2)

1.一种隧道挖掘装置，其用于在地基中挖掘隧道，其特征在于，

该挖掘装置包括：

壳体，其具有分别呈同心同轴配置的圆筒状的外筒和圆筒状的内筒，其包括自挖掘前进方向的前端侧起依次设置的挖掘部壳体、前方的壳体、后方的壳体；

挖掘机构，其设置在上述挖掘部壳体的挖掘前进方向的前端，具备被驱动而旋转的圆环状的切割器部；

推进机构，其设于上述壳体内，用于沿挖掘前进方向推进上述挖掘机构，

上述推进机构包括突出机构和伸长机构，

该突出机构包括：

前方的径向千斤顶，其以在周向上隔开间隔的方式配置在上述前方的壳体内的整周上，能沿壳体的径向伸出缩回，在其外周侧顶端安装有前方的支承板；

后方的径向千斤顶，其以在周向上隔开间隔的方式配置在上述后方的壳体内的整周上，能沿壳体的径向伸出缩回，在其外周侧顶端安装有后方的支承板；

该伸长机构包括：

前方的轴线方向千斤顶，其以连结上述挖掘部壳体和上述前方的壳体的方式设置，能沿壳体的轴向伸缩；

后方的轴线方向千斤顶，其以连结上述前方的壳体和上述后方的壳体的方式设置，能沿壳体的轴向伸缩。

2.一种隧道挖掘方法，其使用隧道挖掘装置在地基中挖掘隧道，其特征在于，

上述隧道挖掘装置包括：

壳体，其具有分别呈同心同轴配置的圆筒状的外筒和圆筒状的内筒，其包括自挖掘前进方向的前端侧起依次设置的挖掘部壳体、前方的壳体、后方的壳体；

挖掘机构，其设置在上述挖掘部壳体的挖掘前进方向的前端，具备被驱动而旋转的圆环状的切割器部；

推进机构，其包括突出机构和伸长机构，

该突出机构包括：

前方的径向千斤顶，其以在周向上隔开间隔的方式配置在上述前方的壳体内的整周上，能沿壳体的径向伸出缩回，在其外周侧顶端安装有前方的支承板；

后方的径向千斤顶，其以在周向上隔开间隔的方式配置在上述后方的壳体内的整周上，能沿壳体的径向伸出缩回，在其外周侧顶端安装有后方的支承板；

该伸长机构包括：

前方的轴线方向千斤顶，其以连结上述挖掘部壳体和上述前方的壳体的方式设置，能沿壳体的轴向伸缩；

后方的轴线方向千斤顶，其以连结上述前方的壳体和上述后方的壳体的方式设置，能沿上述壳体的轴向伸缩，

该隧道挖掘方法包括先挖掘步骤和后挖掘步骤：

在该先挖掘步骤中将地基挖掘成圆环状，该先挖掘步骤包括以下步骤：

第一步骤：在使上述前方的径向千斤顶和后方的径向千斤顶伸长、利用上述前方的支承板和后方的支承板按压地基而自地基获得反作用力的状态下，使上述前方的轴线方向千斤顶伸长，推出上述挖掘机构，从而将地基挖掘成圆环状；

第二步骤：在仅使上述后方的径向千斤顶伸长、利用上述后方的支承板按压地基而自地基获得反作用力的状态下，使上述前方的轴线方向千斤顶收缩并且使上述后方的轴线方向千斤顶伸长；

第三步骤，在仅使上述前方的径向千斤顶伸长、利用前方的支承板按压地基而自地基获得反作用力的状态下，使上述后方的轴线方向千斤顶收缩；

在后挖掘步骤中，在上述隧道挖掘装置的后方对被挖掘成圆环状的部分的内侧的地基进行挖掘。