JP2002364284A - 掘削機および掘削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 軟弱地盤等のいわゆる不良地山にトンネルを
形成する工事を行うための、掘削機および掘削方法を提
供すること。 【解決手段】カッタヘッド３とスキンプレート２の備え
られたトンネルボーリングマシン１のカッタヘッド３を
スキンプレート２内部側に後退可能とするとともに、地
山改良用ボーリング削孔機６をカッタヘッド３の後方に
設け、さらにカッタヘッド３に開閉可能な中央開口部２
１を設けた。カッタヘッド３を後退させて作業補助空間
ｄを形成するとともに、排土コンベヤ９およびホッパ８
を後退させてボーリング削孔機６の作業空間１０を確保
する。この作業補助空間ｄにコンクリートを吹き付けて
安定させ、この安定した作業補助空間ｄを利用しなが
ら、前記作業補助空間１０におけるボーリング削孔機６
を前記中央開口部２１から挿通させて掘削先方に位置す
る広範囲な地山ａ１、ａ２、ａ３の改良を安定的かつ確
実に行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、主として高速道路
や鉄道等のトンネルを形成する工事を行うための掘削機
および掘削方法に関し、詳細には、軟弱地盤等のいわゆ
る不良地山に前記トンネルを形成する工事を行うため
の、掘削機および掘削方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年におけるトンネル形成工事には、ト
ンネル孔を切り広げる工程を別途設定する必要のない、
トンネル孔の全断面を掘削することができるトンネルボ
ーリングマシンが一般的に用いられている。このトンネ
ルボーリングマシンによって、トンネルの掘削速度を大
幅に向上させながら、しかも、掘削する地山を弛めるこ
とがない、したがって、トンネル周辺へ及ぼす影響が小
さい施工が可能となっている。

【０００３】しかしながら、前記トンネルボーリングマ
シンを用いたトンネル形成工事においても、軟弱地盤等
の崩壊性の地山においては、地山が軟弱であることに起
因する様々なトラブルの発生から掘削速度が上がらず、
不良地山でない地山の掘削に比べて著しく施工性が悪く
なることが問題となってきた。前記トラブルとしては、
主に、地山が脆弱であることに起因して切羽が崩壊し掘
削不能となることが挙げられる。さらに、地山が脆弱で
あると堀削孔に突発湧水が発生しやすく、この突発湧水
によりトンネルボーリングマシンが水没したり、切羽が
崩壊したりして掘削不能となったりすることも挙げられ
る。したがって、不良地山においては、掘削先方の地山
を容易かつ確実に改良することが必要不可欠となる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記に鑑みてなされた
ものが、特開平―１８９８０号公報に示す技術であり、
これは、カッタヘッドを後退可能とすることにより、カ
ッタヘッドと切羽との間に隙間を確保し、この隙間を作
業補助空間として掘削先方の地山にボーリング孔を削孔
して地山の改良を行うものである。この隙間を確保する
ことによって、崩壊性の地山と掘削機とを切り離すこと
ができるため、掘削機からボーリング削孔機によって地
山の改良を安定的に行うことができる。

【０００５】ところで、不良地山の地山改良において
は、この地山改良自体の効果の確実性が問われる。すな
わち、地山の改良のための薬液が地山自体へ浸透してし
まったり、切羽面に漏出してしまったりして、地山の改
良の効果が十分に得られない場合が多い。

【０００６】上記課題を解決するためには、地山の改良
を行うためのボーリング削孔機によって、掘削先方に位
置する広範囲な地山全体を満遍なく改良する必要が生じ
てくる。そしてこの満遍ない地山の改良を行うために
は、ボーリング削孔機の掘削機内部における位置が重要
となるとともに、掘削機内部において、ボーリング削孔
機が駆動するための十分な空間が確保されることも重要
となる。さらに地山の改良を行う施工順序、すなわち施
工方法にも何らかの工夫が必要となる。

【０００７】しかしながら、前記技術においては、地山
改良のボーリング削孔を行うためのボーリング削孔機
が、推進反力を取るためのグリッパ部に固定されてお
り、したがって、ボーリング削孔機の削孔シリンダの動
きが、そのための十分なリフト半径・スイング半径が得
られないことによって制限される。

【０００８】また、前記技術においては、カッタヘッド
に、切羽に通じる開口部が形成されているか否かが不明
であり、切羽へのアクセスを容易に行ってカッタヘッド
と切羽との空間を有効に利用しながら地山改良作業等を
行えるか否か、が不明である。さらに、前記技術におい
ては、カッタヘッドを掘削機内部側に引き込める過程に
おいて、該カッタヘッドによって切羽近傍の地山を削り
取って崩壊させてしまうことも懸念される。

【０００９】本発明の課題は、崩壊性の不良地山の場合
においても、掘削先方の地山を容易かつ確実に改良する
ことにより、安定的に地山の掘削を行うことができる掘
削機および掘削方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１記載の発明は、例えば図１、図２、図５、
図６に示すように、胴体（スキンプレート２）と、地山
ａ１、ａ２を掘削するためのカッタヘッド３と、が備え
られている掘削機であって、前記カッタヘッド３は前記
胴体（スキンプレート２）内部側に後退可能に設けられ
ており、前記カッタヘッド３には、切羽ｂに通じる開口
部（薬注開口部２０、中央開口部２１）が開閉可能に形
成されており、前記カッタヘッド３の後方には、地山改
良用のボーリング孔ｃを削孔するためのボーリング削孔
機６が前記開口部（薬注開口部２０、中央開口部２１）
を挿通可能に設けられていることを特徴としている。

【００１１】請求項１記載の発明によれば、カッタヘッ
ドを掘削機内部側に後退させることにより、切羽と掘削
機とが切り離されるとともに、地山を改良する際等にお
いて必要不可欠となる、切羽とカッタヘッドとの間の作
業補助空間が確保される。また、時としてカッタヘッド
が岩塊をかみ込んだ場合においても、カッタヘッドを掘
削機内部側に後退させることにより、カッタヘッドが容
易に該岩塊から切り離され、岩塊等によるカッタヘッド
の回転拘束が防止される。

【００１２】さらに、前記カッタヘッドには開閉可能な
開口部が形成されており、前記ボーリング削孔機はカッ
タヘッドの後方に設けられているため、より容易に地山
改良用のボーリング孔を削孔できるとともに、切羽前方
のより広範囲に位置する地山に前記ボーリング孔を削孔
することが可能である。

【００１３】ところで、前記作業補助空間は、地山の改
良を行うための安定した空間であることが望まれるが、
この作業補助空間へは、カッタヘッドに形成されている
開口部から作業員が容易にアクセスすることが可能であ
る。したがって、該作業補助空間を安定化させる作業、
例えば、切羽にコンクリートを吹き付ける作業を行うこ
とが容易である。

【００１４】以上により、安定した作業補助空間を利用
しながら、掘削先方の、より広範囲に位置する地山に容
易にボーリング孔を削孔して、この後、例えば、このボ
ーリング孔にセメントミルク等の薬液を注入することに
より、地山の改良を行うことができる。したがって、不
良地山の場合においても、安定的に地山の掘削を行うこ
とが可能である。

【００１５】なお、前記掘削機としては、例えば、トン
ネルボーリングマシンやシールド掘削機等がある。

【００１６】また、前記地山改良としては、前記したよ
うに、前記ボーリング削孔機によって削孔したボーリン
グ孔にセメントミルク等の薬液を注入する方法の他、該
ボーリング孔にウレタンを注入したりする方法もある。

【００１７】さらに、前記したコンクリートを切羽に吹
き付ける作業は、前記作業補助空間を安定化させる効果
があるとともに、掘削先方にセメントミルク等の薬液を
注入することにより行う地山の改良においては、該薬液
の切羽への漏出を防止する効果もある。

【００１８】なお、前記したようなカッタヘッドを掘削
機内部側に後退させる工程においては、さらに、カッタ
ヘッドの外周部に配されているカッティングツールを、
該カッタヘッドの内部側に引き込める等の方策を講じる
ことにより、カッタヘッドと胴体との干渉を防止すると
ともに、該カッティングツールによって地山が崩壊する
ことを防止しながら、さらに安定的にカッタヘッドを後
退させることができる。

【００１９】さらに、掘削先方の地山改良のためのボー
リング削孔機、および該ボーリング削孔機によって形成
されるボーリング孔は、掘削先方の地山探査にも利用可
能である。すなわち、前記ボーリング削孔機によって地
山改良のためのボーリング孔を削孔する際、削孔時の油
圧、削孔速度等の該ボーリング削孔機の機械挙動から地
山の性状を把握することが可能である。また、前記ボー
リング孔に、ボアホールカメラを送通させ、このボアホ
ールカメラからの映像をモニタカメラで確認することに
より、地山の性状を把握することも可能である。地山探
査方法には、前記の他にも、例えば、掘削機から弾性波
を起振させ、断層等の地質境界によって反射された該弾
性波の反射波を掘削機で受波することにより、掘削先方
の地山性状を把握する方法等がある。

【００２０】請求項２記載の発明は、図２、図３に示す
ように、請求項１記載の掘削機において、カッタヘッド
３にはカッティングツール（ディスクカッタ１５（１５
ａ）、センタ用ディスクカッタ１６、スクレーパビット
１７、先行ビット１８、フィッシュテールカッタ１９）
が設けられており、該カッティングツール（ディスクカ
ッタ１５（１５ａ）、センタ用ディスクカッタ１６、ス
クレーパビット１７、先行ビット１８、フィッシュテー
ルカッタ１９）のうち前記カッタヘッド３の外周部に配
されているカッティングツール（ディスクカッタ１５
ａ）は前記カッタヘッド３の内部側に引き込み可能に設
けられていることを特徴としている。

【００２１】請求項２記載の発明によれば、カッタヘッ
ドの外周部に設けられているカッティングツールを該カ
ッタヘッドの内部側に引き込んでおくことにより、カッ
タヘッドを前記胴体内部側に後退させる際の、前記カッ
ティングツールと該胴体との干渉が防止されるととも
に、該カッティングツールによって不良地山が削り取ら
れて崩壊することなく、切羽とカッタヘッドとの間の前
記作業補助空間が確保される。すなわち、前記作業補助
空間を安定的に形成させることができるとともに、前記
作業補助空間をより有効に利用することができる。した
がって、不良地山の場合においても、より安定的に地山
の掘削を行うことが可能である。

【００２２】なお、前記カッティングツールとしては、
例えば、岩盤等からなる地山を掘削するための、ディス
クカッタ、センタ用ディスクカッタや、土砂等が混入す
る地山を掘削するための、先行ビットやフィッシュテー
ルカッタ等がある。

【００２３】請求項３記載の発明は、図１、図４〜図６
に示すように、請求項１または２記載の掘削機におい
て、前記胴体（スキンプレート２）内部には、掘削した
土砂を該胴体（スキンプレート２）後方に排出するため
の排土コンベヤ９およびホッパ８が設けられており、こ
の排土コンベヤ９およびホッパ８は、前記胴体（スキン
プレート２）内部の後部側に移動可能に設けられている
ことを特徴としている。

【００２４】請求項３記載の発明によれば、前記胴体内
部に設けられている前記排土コンベヤおよびホッパは、
前記胴体内部の後部側に移動可能であるため、該排土コ
ンベヤおよびホッパを掘削機後部まで移動させておくこ
とによって、カッタヘッドを該排土コンベヤおよびホッ
パに干渉させることなく前記胴体内部側に後退させるこ
とができるとともに、地山改良等の補助工法時の掘削機
内部における作業空間が確保される。前記作業空間によ
って、地山改良のためのボーリング削孔機の作業半径、
すなわち、削孔シリンダのリフト半径・スイング半径が
確保されるとともに、作業員が切羽にコンクリートを吹
き付けたり、ボーリング削孔機を操作したりするための
作業空間が確保される。以上により、前記したそれぞれ
の工程を、該工程の効果を確実に維持しながら行うこと
ができるとともに、該工程における掘削機内部における
作業の作業性を向上させることが可能となる。したがっ
て、不良地山の場合においても、さらに、安定的に地山
の掘削を行うことができる。

【００２５】請求項４記載の発明は、図４〜図８に示す
ように、請求項１記載の掘削機１によって地山ａ１、ａ
２を掘削する掘削方法であって、先ず、切羽ｂから前方
所定長さＬ０までに位置する地山ａ１に対し、前記ボー
リング削孔機６を前記開口部（薬注開口部２０）に挿通
させながらボーリング削孔を行うとともに、このボーリ
ング孔ｃに薬液を注入することにより地山ａ１の改良を
行い、次に、前記カッタヘッド３を所定長さＬ１後退さ
せるカッタヘッド後退工程と、前記カッタヘッド後退工
程によって生じる切羽ｂと前記カッタヘッド３との間の
空間（作業補助空間ｄ）を利用して切羽ｂにコンクリー
トを吹き付けるコンクリート吹き付け工程と、前記コン
クリート吹き付け工程の後、切羽ｂの前方所定長さＬ２
までに位置する地山ａ２、ａ３に対し、前記ボーリング
削孔機６を前記開口部（中央開口部２０）に挿通させな
がらボーリング削孔を行うとともに、このボーリング孔
ｃに薬液を注入することにより地山ａ２の改良を行う地
山改良工程と、前記地山改良工程の後、切羽ｂから前方
に、前記Ｌ２より前記Ｌ０だけ短い所定長さＬ３までに
位置する地山ａ３を掘削する地山掘削工程と、を繰り返
し行うことを特徴としている。

【００２６】請求項４記載の発明によれば、以下に示す
ように、掘削初期段階における一連の工程から構成され
る第１サイクル、すなわち、切羽の前方Ｌ０までに位置
する地山を改良する工程、前記カッタヘッド後退工程、
前記コンクリート吹き付け工程、前記地山改良工程、前
記掘削工程、が行われる。

【００２７】先ず、前記開口部を挿通したボーリング削
孔機によって切羽から前方に所定長さＬ０までに位置す
る地山が改良される。次に、前記カッタヘッド後退工程
により、切羽とカッタヘッドとの間の空間、すなわち、
前記地山改良工程における作業補助空間が確保される。
さらに、前記開口部を通して、切羽にコンクリートを吹
き付けるコンクリート吹き付け工程により、前記作業補
助空間を安定化させることができるとともに、前記地山
改良工程において、地山改良のための薬液の切羽への漏
出が防止される。そして、前記地山改良工程によって、
掘削先方の地山が改良されるため、前記地山掘削工程
が、地山の崩壊を防止しながら安定的に行われる。すな
わち、不良地山の場合においても、前記したような第１
サイクルが安定的に行われる。

【００２８】また、請求項４記載の発明によれば、前記
第１サイクルの地山改良工程によって、切羽の前方Ｌ２
までに位置する地山の改良が行われ、この後、該第１サ
イクルの地山掘削工程によって、切羽から前方に、前記
Ｌ２より前記Ｌ０だけ短い前記Ｌ３までに位置する地山
が掘削される。すなわち、前記第１サイクルの終了時点
において、切羽の前方Ｌ０までに位置する地山は該第１
サイクルの地山改良工程によって改良された地山であ
る。そして、この第１サイクルで既に改良されている地
山、および、該第１サイクルの次の第２サイクルにおけ
るコンクリート吹き付け工程によって形成される吹き付
けコンクリート面によって、該第２サイクルの、切羽の
前方Ｌ２までの地山改良工程における、地山改良のため
の薬液の地山自体への浸透や、前記薬液の切羽面への漏
出が防止される。すなわち、前記第２サイクルの地山改
良工程において、地山の改良の効果が確実に維持される
とともに、地山の改良が安定的に行われる。そして、こ
の第２サイクルの地山改良工程によって、該第２サイク
ルの、切羽の前方Ｌ３までの地山掘削工程が安定的に行
われる。すなわち、不良地山においても、前記したよう
な第２サイクルが安定的に行われる。

【００２９】さらに、前記第１サイクルが行われた後、
前記第２サイクルが繰り返されるため、不良地山の場合
においても、連続して、すなわち、長区間にわたって、
安定的に地山の掘削を行うことが可能となる。

【００３０】なお、カッタヘッドに形成されている前期
開口部としては、例えば、前記した切羽から前方前記Ｌ
０までに位置する地山の改良を行う際の使用が想定され
る比較的小さな開口部や、切羽の前方前記Ｌ２までに位
置する地山の改良を行う際の使用が想定される比較的大
きな開口部がある。

【００３１】また、前記したＬ０、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３と
しては、例えば、５ｍ、０．７ｍ、３５ｍ、３０ｍ程度
の長さが想定される。

【００３２】請求項５記載の発明は、図７〜図９に示す
ように、請求項４記載の掘削方法において、前記地山改
良工程において、切羽ｂの前方前記Ｌ３までは、掘削孔
（トンネル孔ｇ）の軸断面視において、前記掘削機１の
最外径Ｄ１と、該Ｄ１より所定径大きい径Ｄ２との間に
位置する地山ａ２に前記地山改良を行い、切羽ｂの前方
前記Ｌ３から該切羽ｂの前方前記Ｌ２までは、掘削孔
（トンネル孔ｇ）の軸断面視において、前記Ｄ２内全体
に位置する地山ａ３に前記地山改良を行うことを特徴と
している。

【００３３】請求項５記載の発明によれば、切羽の前方
前記Ｌ３までは、掘削孔の軸断面視において、前記掘削
機の最外径Ｄ１と該Ｄ１より所定径大きい径Ｄ２との間
に位置する地山が改良され、したがって、前記Ｄ１より
外側に位置する地山が自立する。したがって、切羽の前
方Ｌ３までの地山を掘削する地山掘削工程において、該
地山の崩壊を防止しながら前記Ｄ１内に位置する地山の
掘削を安定的に行うことができる。

【００３４】また、請求項５記載の発明によれば、切羽
の前方前記Ｌ３から該切羽の前方前記Ｌ２までは、掘削
孔の軸断面視において、前記Ｄ２内全体に位置する地山
が改良される。これにより、前記地山掘削工程を行った
後においては、切羽の前方には、前記Ｄ２の大きさの、
前記Ｌ３と前記Ｌ２との長さの差である前記Ｌ０の厚さ
の、強固に地山改良された部分が形成されていることに
なる。前記強固に地山改良された部分によって、次のサ
イクルの地山改良工程における地山の改良の効果を確実
に維持することができる。

【００３５】以上により、請求項５記載の発明によれ
ば、不良地山の場合においても、連続して、すなわち長
区間にわたって、より安定的に地山の掘削を行うことが
できる。

【００３６】なお、前記したように地山改良を行う方法
としては、前記ボーリング削孔機によって、切羽の前方
前記Ｌ２までは、掘削孔の軸断面視における前記Ｄ２上
近傍に位置する地山、切羽の前方前記Ｌ２においては、
掘削孔の軸断面視における前記Ｄ２内全体に位置する地
山、が終点となるように繰り返して放射状にボーリング
削孔を行い、これらのボーリング孔に薬液を注入すれば
よい。

【００３７】なお、前記したＤ１、Ｄ２としては、例え
ば、５ｍ、１０ｍ程度の径が想定される。

【００３８】請求項６記載の発明は、図７〜図１０に示
すように、請求項５記載の掘削方法において、前記地山
改良工程は、前記ボーリング削孔機６をカッタヘッド３
に形成されている開口部（中央開口部２０）に挿通させ
ながらボーリング削孔を行うとともに、このボーリング
孔ｃに薬液を注入することにより地山の改良を行う削孔
薬注工程と、前記削孔薬注工程の後、カッタヘッド３を
所定角度回転させるカッタヘッド回転工程と、を繰り返
すことを特徴としている。

【００３９】請求項６記載の発明によれば、前記地山改
良工程は、前記削孔薬注工程と前記カッタヘッド回転工
程とが繰り返されるため、切羽の前方前記Ｌ３までは、
掘削孔の軸断面視において、前記掘削機の最外径Ｄ１と
該Ｄ１より所定径大きい径Ｄ２との間に位置する地山が
満遍なくボーリング削孔されて該ボーリング孔に薬液が
注入される。また、切羽の前方前記Ｌ３から該切羽の前
方前記Ｌ２までは、掘削孔の軸断面視において、前記Ｄ
２内全体に位置する地山が満遍なくボーリング削孔され
て該ボーリング孔に薬液が注入される。したがって、あ
るサイクルにおいて、掘削先方の地山が確実に改良され
るため、切羽の前方前記Ｌ３までの地山掘削工程を安定
的に行うことができるとともに、次のサイクルの地山改
良工程の効果を確実に維持することができる。したがっ
て、不良地山の場合においても、連続して、すなわち長
区間にわたって、さらに安定的に地山の掘削を行うこと
ができる。

【００４０】なお、前記薬液としては、例えば、セメン
トミルクがある。

【００４１】なお、前記カッタヘッド回転工程において
は、カッタヘッドの外周部に配されているカッティング
ツールを該カッタヘッドの内部側に引き込めておくこと
により、このカッティングツールによって地山が削り取
られて崩壊することを防止しながら、より安定的にカッ
タヘッドの回転を行うことができる。

【００４２】請求項７記載の発明は、図４〜図６に示す
ように、請求項４〜６のいずれかに記載の掘削方法にお
いて、前記カッタヘッド後退工程、前記コンクリート吹
き付け工程、前記地山改良工程においては、前記排土コ
ンベヤ９およびホッパ８を前記胴体（スキンプレート
２）内部の後部まで移動させておくことを特徴としてい
る。

【００４３】請求項７記載の発明によれば、前記カッタ
ヘッド後退工程、前記コンクリート吹き付け工程、前記
地山改良工程においては、前記排土コンベヤおよびホッ
パが、前記胴体内部の後部まで移動させられた状態とな
る。したがって、前記カッタヘッド後退工程において
は、カッタヘッドを前記排土コンベヤおよびホッパに干
渉させることなく安定的に後退させることができる。ま
た、前記コンクリート吹き付け工程、前記地山改良工程
においては、掘削機内部における作業空間が確保され
る。前記作業空間によって、前記地山改良工程において
は、地山改良のためのボーリング削孔機の作業半径、す
なわち、削孔シリンダのリフト半径・スイング半径が確
保されるとともに、作業員がボーリング削孔機を操作し
たりするための作業空間が確保される。また、前記コン
クリート吹き付け工程においては、作業員が切羽にコン
クリートを吹き付けたりするための作業空間が確保され
る。以上により、前記したそれぞれの工程を、それらの
効果を確実に維持しながら行うことができるとともに、
該工程における掘削機内部における作業の作業性を向上
させることが可能となる。したがって、不良地山の場合
においても、連続して、すなわち長区間にわたって、さ
らに安定的に地山の掘削を行うことができる。

【００４４】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るトンネルボー
リングマシン、および、このトンネルボーリングマシン
によるトンネルボーリング方法の実施の形態について詳
細に説明する。先ず、本発明に係るトンネルボーリング
マシンについて、主に図１〜図３を参照して説明する。

【００４５】図１において、符号１は本発明に係るトン
ネルボーリングマシンを示す。本発明に係るトンネルボ
ーリングマシン（以下、ＴＢＭと略す。）１は、図１に
示すように、スキンプレート２によって外殻が形成さ
れ、該スキンプレート２の前部には土砂を削孔するため
のカッタヘッド３が設けられている。このカッタヘッド
３は、カッタヘッド３の後方に設けられているカッタヘ
ッド駆動モータ４によって駆動し、前記カッタヘッド駆
動モータ４は、インバータモータ等を使用することによ
り、カッタヘッド３の回転トルクを十分に確保するとと
もに、高速回転から低速回転まで、地質に応じて適切に
調整できるようになっている。

【００４６】前記カッタヘッド３は、カッタヘッド３の
後方に設けられているカッタヘッド引き込みジャッキ５
によって、ＴＢＭ１内部側に引き込み可能である。前記
カッタヘッド引き込みジャッキ５は、カッタヘッド３を
ＴＢＭ１内部側に引き込んだ状態においては収縮した状
態であり、引き込んでいない状態においては伸張した状
態である。

【００４７】カッタヘッド３の後方には、地山改良用の
ボーリング削孔機６が、折り込まれた状態で格納されて
いる。このボーリング削孔機６には、所定箇所に回動装
置６ａ、さらに、伸縮シリンダ６ｂが設けられており、
該回動装置６ａおよび該伸縮シリンダ６ｂを作動させる
ことによって、図４〜図６に示すように、該ボーリング
削孔機６の削孔シリンダ６ｃが、カッタヘッド３の直後
部まで移動できるようになっている。この際、バルクヘ
ッド７を転倒させた状態においても、ボーリング削孔機
６と該バルクヘッド７との干渉が防止されるようになっ
ている。

【００４８】ＴＢＭ１内部には、掘削した土砂を排出す
るためのホッパ８や排土コンベヤ９が、カッタヘッド３
の直後部からＴＢＭ１後方まで移動可能に設けられてい
る。このホッパ８や排土コンベヤ９は、地山ａ１、ａ２
の掘削時には、カッタヘッド３直後部に位置し、掘削し
た土砂をＴＢＭ１後方に排出することができるようにな
っている。また、地山ａ１、ａ２の掘削時以外、例え
ば、掘削先方を地山改良する場合等においては、図１、
図４〜図６に示すように、ＴＢＭ１後部に位置すること
でＴＢＭ１内部に作業空間１０が確保されるようになっ
ている。

【００４９】ＴＢＭ１内部の後部には、セグメント１１
を把持して配設するためのセグメントエレクタ１２、さ
らに、配設したセグメント１１に反力を取ってＴＢＭ１
を推進させるためのシールドジャッキ１３が備えられて
いる。前記セグメントエレクタ１２は、ＴＢＭ１内部を
後退可能に設けられており、ＴＢＭ１内部に十分な作業
空間１０を確保するための一助となっている。なお、こ
のＴＢＭ１は前記シールドジャッキ１３によって、配設
したセグメント１１に反力を取って推進するため、不良
地山の場合においても確実な推進力を得ることが可能で
ある。

【００５０】スキンプレート２には、覆工面とスキンプ
レート２との間に、図示しない滑材を注入するための滑
材注入管１４が設けられており、この滑材によってスキ
ンプレート２と地山ａ１、ａ２との摩擦を低減させてＴ
ＢＭ１が地山ａ１、ａ２に拘束されることを回避できる
ようになっている。

【００５１】カッタヘッド３には、図１（ｂ）、図２
（ａ）に示すように、土砂を削孔するための、ディスク
カッタ１５、センタ用ディスクカッタ１６、スクレーパ
ビット１７等が設けられており、このうち、岩盤等の地
山ａ１、ａ２の掘削時に使用するディスクカッタ１５、
センタ用ディスクカッタ１６は、図２（ｂ）に示すよう
に、土砂等からなる地山ａ１、ａ２の掘削時に使用する
先行ビット１８、フィッシュテールカッタ１９に交換可
能である。これによって、多用な地質に容易に対応しな
がら、特に、長区間にわたるトンネル工事においても効
率良くトンネルボーリングを行うことが可能である。

【００５２】カッタヘッド３には、図２（ａ）〜図２
（ｃ）に示すように、切羽ｂに通じる大小の開閉可能な
開口部が形成されている。比較的小さな薬注開口部２０
がカッタヘッド３の所定位置に配されている他、カッタ
ヘッド３の中央付近には、比較的大きな中央開口部２１
が、カッタヘッド３の中心から僅かに偏心して形成され
ている。この中央開口部２１は、図６に示すように、カ
ッタヘッド３の中央部に回動可能に設けられている開閉
部材２２を、ＴＢＭ１内部側に転倒させることにより開
口するようになっている。前記薬注開口部２０、中央開
口部２１は、掘削先方の地山ａ１、ａ２、ａ３の改良を
行う際に、後述するボーリング削孔機６の削孔シリンダ
６ｃから伸びる、図示しない削孔部を挿通させたりする
ために利用される他、前記中央開口部２１においては、
作業員が通過することも可能である。

【００５３】カッタヘッド３に設けられているディスク
カッタ１５のうち、カッタヘッド３の外周部に配されて
いる８個のディスクカッタ１５ａは、地山ａ１、ａ２の
掘削時には、図３（ａ）に示すように、スキンプレート
２の外側に位置しており、該ディスクカッタ１５ａは、
必要時には、図３（ｂ）に示すように、カッタヘッド３
の内部側に引き込み可能な構造となっている。前記ディ
スクカッタ１５ａをカッタヘッド３の内部側に引き込ん
でおくことによって、カッタヘッド３をＴＢＭ１内部に
後退させる際、前記ディスクカッタ１５ａとＴＢＭ１の
スキンプレート２との干渉が防止されるとともに、前記
ディスクカッタ１５ａによって切羽ｂ近傍の地山ａ１が
削り取られて崩壊することが防止される。

【００５４】以下、図４〜図１３を参照して、本実施に
係るＴＢＭ１によってトンネルボーリングを行う方法を
工程ごとに説明する。

【００５５】［初期地山改良工程］先ず、図４に示すよ
うに、カッタヘッド３を地山ａ１に押し付けた状態で、
切羽ｂから前方所定長さＬ０、例えば５ｍまでに位置す
る地山ａ１に対し、前記ボーリング削孔機６の、図示し
ない削孔部を、前記カッタヘッド３の薬注開口部２０か
ら挿通してボーリング削孔を行うとともに、このボーリ
ング孔ｃに前記削孔部からセメントミルクを注入するこ
とにより地山ａ１の改良を行う。

【００５６】［カッタヘッド後退工程］次に、図５に示
すように、ホッパ８や排土コンベヤ９をＴＢＭ１の後部
まで移動させた後、前記カッタヘッド引き込みジャッキ
５を収縮させることにより、カッタヘッド３をＬ１、例
えば０．７ｍ後退させて、切羽ｂとカッタヘッド３との
間に、地山ａ２、ａ３の改良を行う際に利用される作業
補助空間ｄが確保されるようにする。この際、前記した
ように、カッタヘッド３の外周部に設けられているディ
スクカッタ１５を、該カッタヘッド３の内部側に引き込
めてから行うようにし、前記ディスクカッタ１５とスキ
ンプレート２とが干渉しないようにするとともに、前記
ディスクカッタ１５によって切羽ｂ近傍の地山ａ１が削
り取られて崩壊しないようにする。

【００５７】［コンクリート吹き付け工程］次に、図６
に示すように、カッタヘッド３に設けられている開閉部
材２２およびバルクヘッド７を同時に転倒させてカッタ
ヘッド３の中央部に中央開口部２１を形成する。この
際、地山改良のためのボーリング削孔機６を前記バルク
ヘッド７に干渉させないように上方に移動させておく。
そして、図示しない、ノズルが先端に設けられたコンク
リートホースを、前記中央開口部２１に挿通させ、この
コンクリートホースにコンクリートを送通させて、前記
ノズルから高速噴射させることにより、切羽ｂにコンク
リートを吹き付ける。なお、このコンクリートを吹き付
ける作業は、前記［カッタヘッド引き込み工程］によっ
て形成された作業補助空間ｄに、必要に応じて作業員が
移動して行えばよい。

【００５８】［地山改良工程］次に、図６に示すよう
に、ボーリング削孔機６をカッタヘッド３に形成された
中央開口部２１の直後部となるように移動させる。そし
て、図７および図８に示すように、ボーリング削孔機６
の削孔シリンダ６ｃをある方向に設定するとともに、該
削孔シリンダ６ｃから、図示しない削孔部を突出させ
て、掘削先方の、ある位置の地山ｆ、ｈを終点としてボ
ーリング削孔を行う。前記削孔部が前記終点に達した時
点で、セメントミルクの送通管も兼ねる前記削孔部にセ
メントミルクを圧送させることにより送通し、該削孔部
に所定箇所設けられている噴射孔からセメントミルクが
噴出されるようにする。なお、このセメントミルクを前
記削孔部から噴出させることによって改良される地山ａ
２、ａ３は、該削孔部から約０．７５ｍ程度までに位置
する地山ａ２、ａ３である。すなわち、一回のセメント
ミルク注入作業により、図９（ａ）、図９（ｂ）に示す
ような、直径約１．５ｍ程度の円筒状の地山改良部ｅが
形成されることになる。前記注入作業が終了した後、前
記削孔部をボーリング削孔機６まで戻す。そして、一回
のボーリング削孔、および、この後のセメントミルク注
入作業が終了した後、ボーリング削孔機６の削孔シリン
ダ６ｃをリフトあるいはスイングさせることによって、
別のある方向に設定して、再び前記したような地山ａ
２、ａ３の改良を行う。

【００５９】上記のように、ボーリング削孔機６の削孔
シリンダ６ｃをリフトあるいはスイングさせながら、前
記したような地山改良作業を繰り返し、掘削先方に位置
する所定の地山ａ２、ａ３が改良されるようにする。こ
の際、不良地山の場合においても地山ａ２、ａ３の改良
の効果を確実に維持するため、以下のような工程を経る
ようにする。

【００６０】すなわち、切羽ｂの前方前記Ｌ２、例えば
３５ｍまでは、図７、図８に示すように、トンネル孔ｇ
の軸断面視における前記Ｄ２上近傍に位置する地山ｆ、
切羽ｂの前方前記Ｌ２、例えば３５ｍにおいては、トン
ネル孔ｇの軸断面視における前記Ｄ２内全体に位置する
地山ｈ、が終点となるように前記ボーリング削孔機６に
よってボーリング削孔を行い、この後、このボーリング
孔ｃに、前記した方法によってセメントミルクを注入す
る。

【００６１】なお、この際さらに、以下に示すような、
削孔薬注工程とカッタヘッド回転工程とを繰り返して行
うことにより、地山ａ２、ａ３が確実に改良されるよう
にする。すなわち、削孔薬注工程においては、カッタヘ
ッド３の偏心した中央開口部２１に、ボーリング削孔機
６の削孔部６ｃを挿通させて、前記したようにボーリン
グ削孔を行うとともにセメントミルクを注入する作業を
所定回数繰り返して行う。さらに、カッタヘッド回転工
程においては、偏心した中央開口部２１が別の位置に位
置するように、カッタヘッド３の回転を行う。

【００６２】上記の方法によって、切羽ｂの前方前記Ｌ
０、例えば５ｍから、切羽ｂの前方所定長さＬ３、例え
ば３０ｍまでに位置する地山ａ２においては、トンネル
孔ｇの軸断面視において、図９（ａ）に示すような、Ｔ
ＢＭ１の最外径Ｄ１と、該最外径Ｄ１より所定径大きい
径Ｄ２との間に位置する地山が改良される。そして、切
羽ｂの前方前記Ｌ３、例えば３０ｍから、切羽ｂの前方
所定長さＬ２、例えば３５ｍの間に位置する地山ａ３に
おいては、トンネル孔ｇの軸断面視において、図９
（ｂ）に示すような、前記Ｄ２内全体に位置する地山ａ
３が改良される。

【００６３】なお、図９（ａ）は、図７、図８における
Ａ−Ａ断面を、図９（ｂ）は、図７、図８におけるＢ−
Ｂ断面を示している。また、図１０（ａ）〜図１０
（ｆ）は、前記したようにカッタヘッド３を回転させる
ことによって、図９（ｂ）に示すような、前記Ｄ２内全
体に位置する地山ａ３が、逐次改良されていく過程を示
している。

【００６４】なお、前記［地山改良工程］において使用
するボーリング削孔機６、および該ボーリング削孔機６
によって形成されるボーリング孔ｃは、掘削先方の地山
ａ１、ａ２、ａ３の探査にも利用可能である。この場
合、図１１に示すように、前記ボーリング削孔機６によ
って地山改良のためのボーリング孔ｃを削孔する際、削
孔時の油圧、削孔速度等を該ボーリング削孔機６に備え
られている検知装置によって検知して地山ａ１、ａ２、
ａ３の性状を把握すればよい。あるいは、図１２に示す
ように、前記ボーリング孔ｃに、ボアホールカメラ２３
を送通させ、該ボアホールカメラ２３からの映像を、図
示しないモニタカメラで確認することにより、地山ａ
１、ａ２、ａ３の性状を把握することも可能である。そ
の他、例えば、図１３に示すように、ＴＢＭ１から弾性
波２４を起振させ、断層等の地質境界２５によって反射
された該弾性波２４の反射波２６をＴＢＭ１で受波する
ことにより、掘削先方の地山ａ１、ａ２、ａ３の性状を
把握してもよい。上記に示すような方法によって、掘削
先方の地山ａ１、ａ２、ａ３の性状を把握することによ
り、地質に応じた適切な掘削をより容易に行うことが可
能となる他、軟弱な地山ａ１、ａ２、ａ３における切羽
ｂの崩壊等、トラブルを事前に予想したりすることも可
能である。

【００６５】［地山掘削工程］次に、前記［初期地山改
良工程］および前記［地山改良工程］によって改良され
た、掘削先方の地山ａ１、ａ２、ａ３のうち、切羽ｂの
前方Ｌ３、例えば３０ｍまでに位置する地山ａ１、ａ２
の掘削を行う。前記Ｌ３までに位置する地山ａ２（ａ
１）は、前期［地山改良工程］において、トンネル孔ｇ
の軸断面視において、前記ＴＢＭ１の最外径Ｄ１、例え
ば５ｍと、該Ｄ１より所定径大きいＤ２、例えば１０
ｍ、との間に位置する地山ａ２（ａ１）が改良されてい
るため、地山ａ２（ａ１）の掘削時において、ＴＢＭよ
り外側に位置する地山ａ２（ａ１）が自立しているた
め、安定的に地山ａ２（ａ１）の掘削が行えるようにな
っている。

【００６６】この際、地質の状況に合わせて、カッタヘ
ッド３に設けられているカッティングツールを交換する
ことによって、より効率的にトンネルボーリングが行え
るようにする。すなわち、例えば、岩盤等からなる地山
ａ１、ａ２を掘削する際には、カッタヘッド３にはディ
スクカッタ１５、センタ用ディスクカッタ１６を配して
おき、土砂等が混入する地山ａ１、ａ２を掘削する際に
は、該ディスクカッタ１５や該センタ用ディスクカッタ
１６を、先行ビット１８やフィッシュテールカッタ１９
等に交換するようにする。

【００６７】また、この地山掘削工程において掘削する
地山ａ１、ａ２は、前記したように、切羽ｂの前方Ｌ
３、例えば３０ｍまでに位置する地山ａ１、ａ２であ
り、これによって、前記［地山改良工程］において改良
されている切羽ｂの前方Ｌ２、例えば、３５ｍまでに位
置する地山ａ１、ａ２、ａ３のうち、直径Ｄ２、例え
ば、１０ｍの円形で、厚さＬ２−Ｌ３、例えば、５ｍの
強固に地山改良された地山ａ３が残存される。

【００６８】前記した、［初期地山改良工程］、［カッ
タヘッド後退工程］、［コンクリート吹き付け工程］
［地山改良工程］、［地山掘削工程］により、掘削の第
１サイクルが終了する。そして、前記第１サイクルの次
の第２サイクルは、前記第１サイクルが終了した後、
［カッタヘッド後退工程］、［コンクリート吹き付け工
程］、［地山改良工程］、［地山掘削工程］により行わ
れる。なお、前記したように、第１サイクルにおいて、
直径Ｄ２、例えば、１０ｍの円形で、厚さＬ２−Ｌ３、
例えば、５ｍの強固に改良された地山ａ３が残存される
ようにすることで、次の第２サイクルにおける［地山改
良工程］の地山ａ２、ａ３の改良の効果を確実なものと
することができるようになる。

【００６９】さらに、前記第２サイクルを所定回数繰り
返すことにより、連続して、すなわち、長区間にわたっ
て、安定的にトンネルボーリングを行うことが可能とな
る。

【００７０】以上、本実施の形態によれば、以下に示す
ような効果が得られる。 カッタヘッド３をスキンプレート２内部側に後退させ
ることにより、切羽ｂとＴＢＭ１とが切り離されるとと
もに、地山ａ２、ａ３を改良する際等において必要不可
欠となる、切羽ｂとカッタヘッド３との間の作業補助空
間ｄが確保される。また、時としてカッタヘッド３が岩
塊をかみ込んだ場合においても、カッタヘッド３をＴＢ
Ｍ１内部側に後退させることにより、カッタヘッド３が
容易に該岩塊から切り離され、岩塊等によるカッタヘッ
ド３の回転拘束が防止される。さらに、前記カッタヘッ
ド３には開閉可能な薬注開口部２０、中央開口部２１が
形成されており、前記ボーリング削孔機６はカッタヘッ
ド３の後方に設けられているため、より容易に地山改良
用のボーリング孔ｃを削孔できるとともに、切羽ｂ前方
のより広範囲に位置する地山ａ１、ａ２、ａ３に前記ボ
ーリング孔ｃを削孔することが可能である。以上によ
り、安定した作業補助空間ｄを利用しながら、掘削先方
の、より広範囲に位置する地山ａ１、ａ２、ａ３に容易
にボーリング孔ｃを削孔して、この後、例えば、このボ
ーリング孔ｃにセメントミルク等の薬液を注入すること
により、地山ａ１、ａ２、ａ３の改良を行うことができ
る。したがって、不良地山の場合においても、安定的に
地山ａ１、ａ２の掘削を行うことが可能である。

【００７１】カッタヘッド３の外周部に設けられてい
るディスクカッタ１５ａを該カッタヘッド３の内部側に
引き込んでおくことにより、カッタヘッド３をスキンプ
レート２内部側に後退させる際の、前記ディスクカッタ
１５ａと該スキンプレート２との干渉が防止されるとと
もに、該ディスクカッタ１５ａによって不良地山が削り
取られて崩壊することなく、切羽ｂとカッタヘッド３と
の間の前記作業補助空間ｄが確保される。したがって、
不良地山の場合においても、より安定的に地山ａ１、ａ
２の掘削を行うことが可能である。

【００７２】排土コンベヤ９およびホッパ８をスキン
プレート２内部の後部側に移動させておくことによっ
て、カッタヘッド３を該排土コンベヤ９およびホッパ８
に干渉させることなく前記スキンプレート２内部側に後
退させることができるとともに、地山改良等の補助工法
時のＴＢＭ１内部における作業空間１０が確保される。
前記作業空間１０によって、地山改良のためのボーリン
グ削孔機６の作業半径、すなわち、削孔シリンダ６ｃの
リフト半径・スイング半径が確保されるとともに、作業
員が切羽ｂにコンクリートを吹き付けたり、ボーリング
削孔機６を操作したりするための作業空間が確保され
る。したがって、不良地山の場合においても、さらに安
定的に地山ａ１、ａ２の掘削を行うことが可能である。

【００７３】掘削初期段階における一連の工程から構
成される第１サイクル、すなわち、［初期地山改良工
程］、［カッタヘッド後退工程］、［コンクリート吹き
付け工程］、［地山改良工程］、［地山掘削工程］、が
以下に示すように安定的に行われる。すなわち、［初期
地山改良工程］によって、切羽の前方前記Ｌ０までに位
置する地山ａ１が改良され、次に、［カッタヘッド後退
工程］により、［地山改良工程］における作業補助空間
ｄが確保される。さらに、［コンクリート吹き付け工
程］により、前記作業補助空間ｄを安定化させることが
できるとともに、［地山改良工程］において、地山改良
のためのセメントミルクの切羽ｂへの漏出が防止され
る。そして、［地山改良工程］によって、掘削先方の地
山ａ２、ａ３が改良されるため、［地山掘削工程］が、
地山ａ２の崩壊を防止しながら安定的に行われる。すな
わち、不良地山の場合においても、前記したような第１
サイクルが安定的に行われる。

【００７４】また、前記第１サイクルの終了時点におい
て、切羽ｂの前方Ｌ０までに位置する地山ａ１は該第１
サイクルの［地山改良工程］によって改良された地山ａ
１である。そして、この第１サイクルで既に改良されて
いる地山ａ１、および、該第１サイクルの次の第２サイ
クルにおける［コンクリート吹き付け工程］によって形
成される吹き付けコンクリート面によって、該第２サイ
クルの、切羽ｂの前方Ｌ２までの［地山改良工程］にお
ける、地山改良のためのセメントミルク等の薬液の地山
ａ２、ａ３自体への浸透や、前記薬液の切羽ｂ前面への
漏出が防止される。そしてこの第２サイクルの［地山改
良工程］によって、該第２サイクルの、切羽ｂの前方Ｌ
３までの［地山掘削工程］が安定的に行われる。すなわ
ち、不良地山においても、前記したような第２サイクル
が安定的に行われる。

【００７５】さらに、前記第１サイクルの後、前記第２
サイクルが繰り返されるため、不良地山の場合において
も、連続して、すなわち、長区間にわたって安定的に地
山ａ１、ａ２の掘削を行うことができる。

【００７６】［地山改良工程］において、切羽ｂの前
方前記Ｌ３までは、トンネル孔ｇの軸断面視において、
前記ＴＢＭ１の最外径Ｄ１、例えば、５ｍと該Ｄ１より
所定径大きい径Ｄ２、例えば、１０ｍとの間に位置する
地山ａ２（ａ１）が改良されるため、切羽ｂの前方Ｌ３
までの地山ａ２（ａ１）を掘削する［地山掘削工程］に
おいて、該地山ａ２（ａ１）の崩壊を防止しながら前記
Ｄ１内に位置する地山ａ２（ａ１）の掘削を安定的に行
うことができる。また、切羽ｂの前方前記Ｌ３から該切
羽ｂの前方前記Ｌ２までは、トンネル孔ｇの軸断面視に
おいて、前記Ｄ２内全体に位置する地山ａ３が改良さ
れ、強固に地山改良された部分が形成されるため、次の
サイクルの［地山改良工程］における地山ａ２、ａ３の
改良の効果を確実に維持することができる。したがっ
て、不良地山の場合においても、連続して、すなわち、
長区間にわたってより安定的に地山ａ２、ａ３の掘削を
行うことができる。

【００７７】［地山改良工程］において、切羽ｂの前
方前記Ｌ３までは、トンネル孔ｇの軸断面視において、
前記ＴＢＭ１の最外径Ｄ１、例えば、５ｍと該Ｄ１より
所定径大きい径Ｄ２、例えば、１０ｍとの間に位置する
地山ａ２が満遍なくボーリング削孔されて該ボーリング
孔ｃにセメントミルク等の薬液が注入される。また、切
羽ｂの前方前記Ｌ３から該切羽ｂの前方前記Ｌ２まで
は、トンネル孔ｇの軸断面視において、前記Ｄ２内全体
に位置する地山ａ３が満遍なくボーリング削孔されて該
ボーリング孔ｃに前記薬液が注入される。したがって、
あるサイクルにおいて、掘削先方の地山ａ２、ａ３が確
実に改良されるため、切羽ｂの前方前記Ｌ３までの［地
山掘削工程］を安定的に行うことができるとともに、次
のサイクルの［地山改良工程］の効果を確実に維持する
ことができる。したがって、不良地山の場合において
も、連続して、すなわち、長区間にわたってさらに安定
的に地山ａの掘削を行うことができる。

【００７８】［カッタヘッド後退工程］においては、
カッタヘッドを前記排土コンベヤ９およびホッパ８に干
渉させることなく安定的に後退させることができる。ま
た、［コンクリート吹き付け工程］、［地山改良工程］
においては、ＴＢＭ１内部における作業空間１０が確保
される。前記作業空間１０によって、［地山改良工程］
においては、地山改良のためのボーリング削孔機６の削
孔シリンダ６ｃのリフト半径・スイング半径が確保され
るとともに、作業員がボーリング削孔機６を操作したり
するための作業空間が確保される。また、［コンクリー
ト吹き付け工程］においては、作業員が切羽ｂにコンク
リートを吹き付けたりするための作業空間が確保され
る。したがって、不良地山の場合においても、連続し
て、すなわち、長区間にわたってさらに安定的に地山の
掘削を行うことができる。

【００７９】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、カッタヘ
ッドを胴体内部側に後退させることにより、切羽と掘削
機とが切り離されるとともに、地山を改良する際等にお
いて必要不可欠となる、切羽とカッタヘッドとの間の作
業補助空間が確保される。また、時としてカッタヘッド
が岩塊をかみ込んだ場合においても、カッタヘッドを胴
体内部側に後退させることにより、カッタヘッドが容易
に該岩塊から切り離され、岩塊等によるカッタヘッドの
回転拘束が防止される。さらに、前記カッタヘッドには
開閉可能な開口部が形成されており、前記ボーリング削
孔機はカッタヘッドの後方に設けられているため、より
容易に地山改良用のボーリング孔を削孔できるととも
に、切羽前方のより広範囲に位置する地山に前記ボーリ
ング孔を削孔することが可能である。以上により、安定
した作業補助空間を利用しながら、掘削先方の、より広
範囲に位置する地山に容易にボーリング孔を削孔して、
この後、例えば、このボーリング孔にセメントミルク等
の薬液を注入することにより、地山の改良を行うことが
できる。したがって、不良地山の場合においても、安定
的に地山の掘削を行うことが可能である。

【００８０】請求項２記載の発明によれば、請求項１記
載の発明と同様の効果が得られることは勿論のこと、カ
ッタヘッドの外周部に設けられているカッティングツー
ルを該カッタヘッドの内部側に引き込んでおくことによ
り、カッタヘッドを前記胴体内部側に後退させる際の、
前記カッティングツールと該胴体との干渉が防止される
とともに、該カッティングツールによって不良地山が削
り取られて崩壊することなく、切羽とカッタヘッドとの
間の前記作業補助空間が確保される。したがって、不良
地山の場合においても、より安定的に地山の掘削を行う
ことが可能である。

【００８１】請求項３記載の発明によれば、請求項１ま
たは２記載の発明と同様の効果が得られることは勿論の
こと、前記排土コンベヤおよびホッパを前記胴体内部の
後部側まで移動させておくことによって、カッタヘッド
を該排土コンベヤおよびホッパに干渉することなく前記
胴体内部側に後退させることができるとともに、地山改
良等の補助工法時の掘削機内部における作業空間が確保
される。前記作業空間によって、地山改良のためのボー
リング削孔機の作業半径、すなわち、削孔シリンダのリ
フト半径・スイング半径が確保されるとともに、作業員
が切羽にコンクリートを吹き付けたり、ボーリング削孔
機を操作したりするための作業空間が確保される。した
がって、不良地山の場合においても、さらに安定的に地
山の掘削を行うことが可能である。

【００８２】請求項４記載の発明によれば、掘削初期段
階における一連の工程から構成される第１サイクル、す
なわち、掘削の初期段階において切羽の前方前記Ｌ０ま
での地山が改良される工程、カッタヘッド後退工程、コ
ンクリート吹き付け工程、地山改良工程、地山掘削工
程、が以下に示すように安定的に行われる。すなわち、
切羽の前方前記Ｌ０までに位置する地山が改良され、次
に、カッタヘッド後退工程により、地山改良工程におけ
る作業補助空間が確保される。さらに、コンクリート吹
き付け工程により、前記作業補助空間を安定化させるこ
とができるとともに、地山改良工程において、地山改良
のためのセメントミルクの切羽への漏出が防止される。
そして、地山改良工程によって、掘削先方の地山が改良
されるため、地山掘削工程が、地山の崩壊を防止しなが
ら安定的に行われる。すなわち、不良地山の場合におい
ても、前記したような第１サイクルが安定的に行われ
る。

【００８３】また、前記第１サイクルの終了時点におい
て、切羽の前方Ｌ０までに位置する地山は該第１サイク
ルの地山改良工程によって改良された地山である。そし
て、この第１サイクルで既に改良されている地山、およ
び、該第１サイクルの次の第２サイクルにおけるコンク
リート吹き付け工程によって形成される吹き付けコンク
リート面によって、該第２サイクルの、切羽の前方Ｌ２
までの地山改良工程における、地山改良のための薬液の
地山自体への浸透や、前記薬液の切羽面への漏出が防止
される。そしてこの第２サイクルの地山改良工程によっ
て、該第２サイクルの、切羽の前方Ｌ３までの地山掘削
工程が安定的に行われる。すなわち、不良地山において
も、前記したような第２サイクルが安定的に行われる。

【００８４】さらに、前記第２サイクルが繰り返される
ため、不良地山の場合においても、連続して、すなわ
ち、長区間にわたって安定的に地山の掘削を行うことが
できる。

【００８５】請求項５記載の発明によれば、請求項４記
載の発明と同様の効果が得られることは勿論のこと、切
羽の前方前記Ｌ３までは、掘削孔の軸断面視において、
前記掘削機の最外径Ｄ１と該Ｄ１より所定径大きい径Ｄ
２との間に位置する地山が改良されるため、切羽の前方
Ｌ３までの地山を掘削する地山掘削工程において、該地
山の崩壊を防止しながら前記Ｄ１内に位置する地山の掘
削を安定的に行うことができる。また、切羽の前方前記
Ｌ３から該切羽の前方前記Ｌ２までは、掘削孔の軸断面
視において、前記Ｄ２内全体に位置する地山が改良さ
れ、強固に地山改良された部分が形成されるため、次の
サイクルの地山改良工程における地山の改良の効果を確
実に維持することができる。したがって、不良地山の場
合においても、連続して、すなわち、長区間にわたって
より安定的に地山の掘削を行うことができる。

【００８６】請求項６記載の発明によれば、請求項５記
載の発明と同様の効果が得られることは勿論のこと、切
羽の前方前記Ｌ３までは、掘削孔の軸断面視において、
前記掘削機の最外径Ｄ１と該Ｄ１より所定径大きい径Ｄ
２との間に位置する地山が満遍なくボーリング削孔され
て該ボーリング孔に薬液が注入される。また、切羽の前
方前記Ｌ３から該切羽の前方前記Ｌ２までは、掘削孔の
軸断面視において、前記Ｄ２内全体に位置する地山が満
遍なくボーリング削孔されて該ボーリング孔に薬液が注
入される。したがって、あるサイクルにおいて、掘削先
方の地山が確実に改良されるため、切羽の前方前記Ｌ３
までの地山掘削工程を安定的に行うことができるととも
に、次のサイクルの地山改良工程の効果を確実に維持す
ることができる。したがって、不良地山の場合において
も、連続して、すなわち、長区間にわたってさらに安定
的に地山の掘削を行うことができる。

【００８７】請求項７記載の発明によれば、請求項４〜
６のいずれかに記載の発明と同様の効果が得られること
は勿論のこと、前記カッタヘッド後退工程においては、
カッタヘッドを前記排土コンベヤおよびホッパに干渉さ
せることなく安定的に後退させることができる。また、
前記コンクリート吹き付け工程、前記地山改良工程にお
いては、掘削機内部における作業空間が確保される。前
記作業空間によって、前記地山改良工程においては、地
山改良のためのボーリング削孔機の削孔シリンダのリフ
ト半径・スイング半径が確保されるとともに、作業員が
ボーリング削孔機を操作したりするための作業空間が確
保される。また、前記コンクリート吹き付け工程におい
ては、作業員が切羽にコンクリートを吹き付けたりする
ための作業空間が確保される。したがって、不良地山の
場合においても、連続して、すなわち、長区間にわたっ
てさらに安定的に地山の掘削を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るトンネルボーリングマシンの、
（ａ）は側断面図であり、（ｂ）は該トンネルボーリン
グマシンのカッタヘッドを示す正面図である。

【図２】本発明に係るトンネルボーリングマシンのカッ
タヘッドを示す、（ａ）はディスクカッタ等が配された
状態を示す正面図、（ｂ）はカッタビット等が配された
状態を示す正面図、（ｃ）は中央開口部が開口した状態
を示す正面図である。

【図３】本発明に係るトンネルボーリングマシンのカッ
タヘッドの外周部に配されているディスクカッタを示す
図であり、（ａ）は該ディスクカッタの掘削時の位置を
示す図であり、（ｂ）は該ディスクカッタがカッタヘッ
ドの内部側に引き込まれた状態を示す図である。

【図４】本発明に係るトンネルボーリングマシンの、そ
のカッタヘッドが切羽に接した状態を示す側断面図であ
る。

【図５】本発明に係るトンネルボーリングマシンの、そ
のカッタヘッドを後退させた状態を示す側断面図であ
る。

【図６】本発明に係るトンネルボーリングマシンの、そ
のカッタヘッドの中央開口部を開口した状態を示す側断
面図である。

【図７】本発明に係るトンネルボーリングマシンに設け
られているボーリング削孔機によって、掘削先方の地山
を改良している様子を示す平断面図である。

【図８】本発明に係るトンネルボーリングマシンに設け
られているボーリング削孔機によって、掘削先方の地山
を改良している様子を示す側断面図である。

【図９】前記ボーリング削孔機によって改良された地山
を示す、（ａ）は図７、図８におけるＡ−Ａ断面（Ｌ３
区間）を示す図、（ｂ）は図７、図８におけるＢ−Ｂ断
面（Ｌ０区間）を示す図である。

【図１０】カッタヘッドを回転させながら、前記ボーリ
ング削孔機によって、地山を改良していく一連の工程を
示す図である。

【図１１】トンネルボーリングマシンに設けられている
ボーリング削孔機によってボーリング孔を削孔しなが
ら、掘削先方の地山の探査を行っている様子を示す図で
ある。

【図１２】トンネルボーリングマシンに設けられている
ボーリング削孔機によって削孔したボーリング孔に、ボ
アホールカメラを送通している様子を示す図である。

【図１３】トンネルボーリングマシン弾性波を起振する
とともに、断層等によって反射された反射波をトンネル
ボーリングマシンで受波している様子を示す図である。

【符号の説明】

１ トンネルボーリングマシン、ＴＢＭ（掘削機） ２ スキンプレート（胴体） ３ カッタヘッド ６ ボーリング削孔機 ８ ホッパ ９ 排土コンベヤ １５ ディスクカッタ（カッティングツール） １５ａ （カッタヘッドの外周部に配された）ディスク
カッタ（同） １６ センタ用ディスクカッタ（同） １７ スクレーパビット（同） １８ 先行ビット（同） １９ フィッシュテールカッタ（同） ２０ 薬注開口部（開口部） ２１ 中央開口部（開口部） ａ１ （切羽の前方Ｌ０までに位置する）地山 ａ２ （切羽の前方Ｌ３と該切羽の前方Ｌ０との間に
位置する）地山 ａ３ （切羽の前方Ｌ２と該切羽の前方Ｌ３との間に
位置する）地山 ｂ 切羽 ｃ ボーリング孔 ｇ トンネル孔（掘削孔）

フロントページの続き (72)発明者 北川 隆 東京都港区虎ノ門一丁目20番10号 西松建 設株式会社内 (72)発明者 村上 賢 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 (72)発明者 岡本 和之 兵庫県神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１ 号 三菱重工業株式会社神戸造船所内 Ｆターム(参考） 2D054 AC08 BA07 DA02 FA02 FA06

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】胴体と、地山を掘削するためのカッタヘッ
   ドと、が備えられている掘削機であって、 前記カッタヘッドは前記胴体内部側に後退可能に設けら
   れており、 前記カッタヘッドには、切羽に通じる開口部が開閉可能
   に形成されており、 前記カッタヘッドの後方には、地山改良用のボーリング
   孔を削孔するためのボーリング削孔機が前記開口部を挿
   通可能に設けられていることを特徴とする掘削機。
2. 【請求項２】請求項１記載の掘削機において、 カッタヘッドにはカッティングツールが設けられてお
   り、該カッティングツールのうち前記カッタヘッドの外
   周部に配されているカッティングツールは前記カッタヘ
   ッドの内部側に引き込み可能に設けられていることを特
   徴とする掘削機。
3. 【請求項３】請求項１または２記載の掘削機において、 前記胴体内部には、掘削した土砂を該胴体後方に排出す
   るための排土コンベヤおよびホッパが設けられており、 この排土コンベヤおよびホッパは、前記胴体内部の後部
   側に移動可能に設けられていることを特徴とする掘削
   機。
4. 【請求項４】請求項１記載の掘削機によって地山を掘削
   する掘削方法であって、 先ず、切羽から前方所定長さＬ０までに位置する地山に
   対し、前記ボーリング削孔機を前記開口部に挿通させな
   がらボーリング削孔を行うとともに、このボーリング孔
   に薬液を注入することにより地山の改良を行い、 次に、前記カッタヘッドを所定長さＬ１後退させるカッ
   タヘッド後退工程と、 前記カッタヘッド後退工程によって生じる切羽と前記カ
   ッタヘッドとの間の空間を利用して切羽にコンクリート
   を吹き付けるコンクリート吹き付け工程と、 前記コンクリート吹き付け工程の後、切羽の前方所定長
   さＬ２までに位置する地山に対し、前記ボーリング削孔
   機を前記開口部に挿通させながらボーリング削孔を行う
   とともに、このボーリング孔に薬液を注入することによ
   り地山の改良を行う地山改良工程と、 前記地山改良工程の後、切羽から前方に、前記Ｌ２より
   前記Ｌ０だけ短い所定長さＬ３までに位置する地山を掘
   削する地山掘削工程と、を繰り返し行うことを特徴とす
   る掘削方法。
5. 【請求項５】請求項４記載の掘削方法において、 前記地山改良工程において、切羽の前方前記Ｌ３まで
   は、掘削孔（トンネル孔ｇ）の軸断面視において、前記
   掘削機の胴体の最外径Ｄ１と、該Ｄ１より所定径大きい
   径Ｄ２との間に位置する地山に前記地山改良を行い、 切羽の前方前記Ｌ３から該切羽の前方前記Ｌ２までは、
   掘削孔（トンネル孔ｇ）の軸断面視において、前記Ｄ２
   内全体に位置する地山に前記地山改良を行うことを特徴
   とする掘削方法。
6. 【請求項６】請求項５記載の掘削方法において、 前記地山改良工程は、 前記ボーリング削孔機をカッタヘッドに形成されている
   開口部に挿通させながらボーリング削孔を行うととも
   に、このボーリング孔に薬液を注入することにより地山
   の改良を行う削孔薬注工程と、 前記削孔薬注工程の後、カッタヘッドを所定角度回転さ
   せるカッタヘッド回転工程と、を繰り返すことを特徴と
   する掘削方法。
7. 【請求項７】請求項４〜６のいずれかに記載の掘削方法
   において、 前記カッタヘッド後退工程、前記コンクリート吹き付け
   工程、前記地山改良工程においては、前記排土コンベヤ
   およびホッパを前記胴体内部の後部まで移動させておく
   ことを特徴とする掘削方法。