JP2003120171A - 地中接合式トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 地中接合式トンネル掘削機において、硬質な
トンネル構造物を容易に切削して接合することで掘削効
率の向上並びに信頼性の向上を図る。 【解決手段】 既設トンネルＴの各覆工部Ｓ₁ ，Ｓ₂ を
切削する切削リング４５を構成する内周リング４７の先
端部に、掘削位置が径方向に異なる４種類のカッタビッ
ト５４ａ〜５４ｄを周方向に沿って複数取付け、各カッ
タビット５４ａ，５４ｃ，５４ｂ，５４ｄは、互いにラ
ップする掘削範囲Ｗ_a ，Ｗ_b ，Ｗ_c ，Ｗ_dを掘削し、切
削リング４５の径方向の厚さＴよりもやや大きい掘削範
囲Ｗを掘削可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、既に地中に埋設さ
れた既設トンネルの側面部に、新たに構築したトンネル
を接合するための掘削作業に使用される地中接合式トン
ネル掘削機に関する。

【０００２】

【従来の技術】既に地中に埋設された既設トンネルに対
して側方に延びる新たにトンネルを構築する場合、既設
トンネルが使用中であることを考慮して、外部に新たな
るトンネルを掘削して既設トンネルの側部に接合する方
法が一般に適用されている。このような既設トンネルの
側部に新設トンネルを接合する掘削作業に用いられるト
ンネル掘削機は地盤を掘削するカッタヘッドの他に、既
設トンネルの側壁部を切削する切削リングが必要とな
る。

【０００３】このような地中接合式トンネル掘削機は、
円筒形状をなす掘削機本体の前部に円板形状のカッタヘ
ッドを駆動回転自在に装着し、多数のカッタビットとコ
ピーカッタを装着すると共に、掘削機本体の前部に切削
リングを回転自在に装着して先端部に多数の切削刃を装
着する一方、掘削機本体の後部に複数のシールドジャッ
キとエレクタ装置を装着して構成されている。

【０００４】従って、カッタヘッドを回転させながら、
各シールドジャッキを伸長することで掘削機本体を前進
させ、カッタヘッドにより前方の地盤を掘削してトンネ
ルを形成する一方、エレクタ装置によりセグメントを掘
削トンネルの内壁面に組み付けていく。そして、新設ト
ンネルの先端部が既設トンネルの側部に所定距離接近す
ると、掘削機本体の前進及びカッタヘッドの回転を停止
し、カッタヘッドを後退させてからコピーカッタを伸長
することで、このコピーカッタを介してカッタヘッドと
切削リングとを一体とする。この状態でカッタヘッドと
共に切削リングを回転して前進させると、切削リングの
先端部の切削刃が既設トンネルの側壁部に接触して切断
することで、新設トンネルと既設トンネルとが連通す
る。その後、セグメントや打設コンクリート等を用いて
両トンネルを接合することで、Ｔ字形に接合されたトン
ネルが完成する。

【０００５】なお、このような地中接合式トンネル掘削
機としては、例えば、特公平７−６３４６号公報に開示
されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来の地中接
合式トンネル掘削機により新設トンネルを形成して先端
部を既設トンネルに接合する場合、カッタヘッドが地盤
を掘削し、この新設トンネルの先端部が既設トンネルの
側部に到達すると、切削リングが突出して既設トンネル
の側壁部を切削して両トンネルの内部を連通するように
している。一般に、トンネル構造体（既設トンネル）
は、鋼材で形成された枠体にコンクリートを充填したセ
グメントをリング状に組み付けた一次覆工部と、この一
次覆工部の内側にコンクリートを打設して化粧を施した
二次覆工部とから構成されている。

【０００７】そのため、切削リングが一次覆工部を構成
する鋼板、鉄筋、コンクリート骨材などを切断、切削す
る必要があるが、この切削リングは先端部に多数の切削
刃を装着しているだけであるから、特に鋼板や鉄筋など
を切断する効率が十分ではない。従って、切削リングが
一次覆工部を切削中に、切削刃が早期に磨耗して掘削効
率が低下したり、切削刃の一部が破損して切削作業に支
障をきたしてしまうという問題がある。また、切削リン
グは一次覆工部を円形の溝状に切削するため、切削物の
排出も困難となる。

【０００８】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、硬質なトンネル構造物を容易に切削して接合す
ることで掘削効率の向上並びに信頼性の向上を図った地
中接合式トンネル掘削機を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの請求項１の発明の地中接合式トンネル掘削機は、円
筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推
進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に
装着されて該掘削機本体よりもやや小径のカッタヘッド
と、該カッタヘッドの外周部に径方向出没自在に装着さ
れた複数の伸縮カッタと、前記掘削機本体に掘進方向に
沿って移動自在で且つ周方向に回転自在に設けられた切
削リングと、該切削リングの前端部に周方向に沿って配
列されて掘削位置が径方向に異なる複数のカッタビット
と、前記切削リングを掘進方向に沿って移動させる切削
リング移動手段と、前記カッタヘッドの回転力を前記切
削リングに伝達する回転力伝達手段とを具えたことを特
徴とするものである。

【００１０】従って、切削リングの前端部に装着される
複数のカッタビットは、切削リングの径方向の複数箇所
にずらして位置することとなり、一つのカッタビットに
かかる負担を防止することができ、この場合、径方向に
ずらした隣接するカッタビット同志、あるいは周方向に
隣接するカッタビット同志を掘進方向前後にずらしても
よい。また、複数のカッタビットは切削リングの厚さよ
り若干大きい範囲を切削することが望ましく、切削リン
グの掘進が容易となると共に、掘削物の排出が良好とな
る。

【００１１】また、請求項２の発明の地中接合式トンネ
ル掘削機では、前記複数のカッタビットは、前記切削リ
ングの前端に周方向に沿って内周側と外周側の交互に取
付けられたことを特徴としている。

【００１２】また、請求項３の発明の地中接合式トンネ
ル掘削機では、前記内周側のカッタビットと前記外周側
のカッタビットにおける掘削方向への突出位置が前後に
異なることを特徴としている。

【００１３】また、請求項４の発明の地中接合式トンネ
ル掘削機では、前記内周側のカッタビット同志及び前記
外周側のカッタビット同志をそれぞれ周方向に沿って内
周側と外周側の交互に取付けられたことを特徴としてい
る。

【００１４】また、請求項５の発明の地中接合式トンネ
ル掘削機では、前記切削リングは、内周リングと外周リ
ングとを有し、少なくとも該内周リングの前端部に前記
複数のカッタビットが取付けられ、該内周リング及び該
外周リングの厚さ分を掘削可能であることを特徴として
いる。

【００１５】また、請求項６の発明の地中接合式トンネ
ル掘削機では、前記カッタビットの前方に水を噴射する
注水手段を設けたことを特徴としている。

【００１６】また、請求項７の発明の地中接合式トンネ
ル掘削機では、前記切削リングは、内周リングと外周リ
ングとを有し、該外周リングに先端部から水を噴射する
注水手段を設け、該内周リングの前端部に前記複数のカ
ッタビットを取付けると共に、該注水手段からの噴水を
該カッタビットの前方に導く通水部を設けたことを特徴
としている。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の実
施の形態を詳細に説明する。

【００１８】図１に本発明の一実施形態に係る地中接合
式トンネル掘削機の概略断面、図２に地中接合式トンネ
ル掘削機の正面視、図３に切削リングの構造を表す掘削
機本体の下部断面、図４に切削リングの正面視、図５に
切削リングの断面（図４のａ−ａ断面及びｂ−ｂ断
面）、図６に切削リングと掘削機本体との連結構造を表
す掘削機本体の下部断面、図７に切削リングとカッタヘ
ッドとの連結構造を表す掘削機本体の前端部断面、図８
及び図９に地中接合式トンネル掘削機によるトンネル接
合作業を表す概略を示す。

【００１９】本実施形態の地中接合式トンネル掘削機に
おいて、図１及び図２に示すように、掘削機本体１１は
円筒形状をなす前胴１２と後胴１３とが球面軸受１４及
び上下のヒンジ部１５により屈曲自在に連結されて構成
されている。そして、前胴１２の後部と後胴１３の前部
にはリング状の支持壁１６，１７がそれぞれ形成され、
各支持壁１６，１７の間には複数の中折ジャッキ１８が
架設されており、この各中折ジャッキ１８の伸縮ストロ
ークを変化させることで後胴１３に対して前胴１２を屈
曲し、掘削機本体１１の掘進方向を変更することができ
る。なお、この中折ジャッキ１８は必要に応じて着脱自
在となっている。

【００２０】掘削機本体１１を構成する前胴１２の前部
にはバルクヘッド１９が形成されており、このバルクヘ
ッド１９の後部には回転リング２０が回転自在に支持さ
れ、この回転リング２０の前端部にはカッタヘッド２１
が装着されている。このカッタヘッド２１は、中心部か
ら４つの中空状をなすカッタスポーク２２が放射状にな
して設けられると共に、各カッタスポーク２２の間に扇
形状をなす面板２３が固定されている。また、各カッタ
スポーク２２の先端部にはそれぞれ伸縮スポーク（伸縮
カッタ）２４が径方向に沿って移動自在に装着され、伸
縮ジャッキ２５により伸縮可能となっている。そして、
各カッタスポーク２２、各面板２３、各伸縮スポーク２
４には多数の先行ビット２６、カッタビット２７が取付
けられると共に、伸縮スポーク２４にコピーカッタ２８
が油圧ジャッキ２９により径方向外方に突出可能に装着
されている。

【００２１】回転リング２０の後部にはリングギア３０
が固定される一方、前胴１２には複数のカッタ旋回モー
タ（油圧モータまたは電気モータ）３１が取付けられ、
この各カッタ旋回モータ３１の駆動ギア３２がこのリン
グギア３０に噛み合っている。従って、各カッタ旋回モ
ータ３１を同期駆動して駆動ギア３２を回転駆動する
と、リングギア３０及び回転リング２０を介してカッタ
ヘッド２１を旋回することができる。

【００２２】また、前胴１２の前部にはカッタヘッド２
１とバルクヘッド１９との間にチャンバ３３が形成され
ており、このチャンバ３３には後端が掘削機本体１１の
後方に延設された送泥管３４及び排泥管３５の前端が開
口している。なお、前胴１２の前部にはロータリジョイ
ント３６が装着されているが、このロータリジョイント
３６を取り外してカッタヘッド２１に薬液注入管３７を
装着可能となっている。

【００２３】一方、後胴１３の前部内周辺には円周方向
に沿って複数のシールドジャッキ（推進ジャッキ）３８
が並設されており、この各シールドジャッキ３８が掘進
方向後方に伸長してスプレッダ３９を既設セグメントＳ
に押し付けることで、その反力により掘削機本体１１
（前胴１２及び後胴１３）を前進することができる。更
に、後胴１３の支持壁１７には旋回リング４０が支持さ
れ、旋回モータ４１により旋回可能となっており、この
旋回リング４０にはエレクタ装置４２が装着されてい
る。このエレクタ装置４２は既設トンネル内に搬入され
たセグメントＳを把持して径方向、周方向、長手方向に
移動し、掘削機本体１１が前進した後、シールドジャッ
キ３８の収縮によって形成されたスプレッダ３９と既設
セグメントＳとの間の空所に、このセグメントＳを組み
付けるものである。

【００２４】ところで、本実施形態の地中接合式トンネ
ル掘削機は地盤を掘削してトンネルを構築するだけでな
く、既に地中に埋設された既設トンネルの側面部に対し
て、新たに構築したトンネルを接合することができる。
即ち、図３に示すように、前胴１２の内側には内筒４３
が位置し、前部がバルクヘッド１９に接続して後部が支
持壁１６に接続することで環状の収容部４４が形成され
ており、この収容部４４に切削リング４５が収容されて
いる。この切削リング４５は外周リング４６と内周リン
グ４７とから構成され、各リング４６，４７は互いに掘
進方向に一体あるいは相対移動自在で、且つ、周方向に
相対回転自在に嵌合している。

【００２５】この切削リング４５の構造を詳説すると、
収容部４４にて、前胴１２の内周面には外周リング４６
がシール４８を介して嵌合し、前胴１２の内周面に掘進
方向に沿って形成された所定長さの摺動溝４９に外周リ
ング４６の固定キー５０が摺動自在に嵌合しており、外
周リング４６は掘削機本体１１に対して前後方向に移動
可能となっている。外周リング４６の内周面と内筒４３
の内周面の間には内周リング４７がシール５１，５２を
介して嵌合している。この内周リング４７は前端部が外
周リング４６の前方に位置するように拡大した拡径部５
３を有し、この拡径部５３の前端面には掘削位置が径方
向に異なる多数のカッタビット５４ａ〜５４ｄが周方向
に沿って取付けられ、収容部４４の入口部、つまり、前
胴１２の前端部に位置している。

【００２６】即ち、図４及び図５に示すように、切削リ
ング４５（外周リング４６と内周リング４７）の径方向
の厚さＴに対して、切削リング４５の摺動性及び掘削物
の排出性を考慮すると、そのよりもやや大きい掘削範囲
Ｗが必要であり、これを内側掘削範囲Ｗ_I と外側掘削範
囲Ｗ_O との分けるが、内側掘削範囲Ｗ_I と外側掘削範囲
Ｗ_O とはラップさせる必要があり、掘削範囲Ｗ＜内側掘
削範囲Ｗ_I ＋外側掘削範囲Ｗ_O 、となっている。この場
合、カッタビット５４ａ，５４ｂが内側掘削範囲Ｗ_I を
掘削し、カッタビット５４ｃ，５４ｄが外側掘削範囲Ｗ
_O を掘削する。従って、カッタビット５４ａ，５４ｃ，
５４ｂ，５４ｄの順に内周リング４７の前端に周方向に
沿って内周側と外周側の交互に位置することとなる。

【００２７】また、内周側のカッタビット５４ａ，５４
ｂ同志及び外周側のカッタビット５４ｃ，５４ｄ同志は
それぞれ周方向に沿って内周側と外周側の交互に位置
し、それぞれ掘削範囲がＷ_a ，Ｗ_b ，Ｗ_c ，Ｗ_d となっ
ている。そして、内周側のカッタビット５４ａ，５４ｂ
と外周側のカッタビット５４ｃ，５４ｄは掘削方向への
突出位置が前後に異なっており、外周側のカッタビット
５４ｃ，５４ｄは所定距離Ｌだけ内周側のカッタビット
５４ａ，５４ｂよりも前方に位置している。

【００２８】一方、図３及び図６に示すように、内周リ
ング４７の後端部には内方に突出したリング状の係止部
５５が形成される一方、この内周リング４７の後端部に
は内筒４３と外周リング４６との間に介装する支持リン
グ５６が設けられており、この支持リング５６は内筒４
３と内周リング４７との間に延設され、シール５７，５
８を介して相対移動、相対回転可能であり、係止部５５
に係止する鉤部５９が形成されている。支持リング５６
と外周リング４６とは互いに貫入する長軸の第１連結ピ
ン６０により一体に連結されて前後移動可能であり、支
持リング５６と係止部５５との間には軸受メタル６１を
介して周方向移動自在に支持となっている。

【００２９】また、この切削リング４５の後方に位置す
る前胴１２（球面軸受１４）にはリングスライドジャッ
キ（切削リング移動手段）６２が周方向に複数並設され
ており、それぞれ着脱自在となっている。各リングスラ
イドジャッキ６２は油圧の給排により伸縮自在な駆動ロ
ッド６３を有しており、この駆動ロッド６３の先端部に
は連結ねじ部６４が取付けられている。一方、支持リン
グ５６の後端部には各リングスライドジャッキ６２に対
応して連結軸６５により連結部６６が取付けられてい
る。そして、連結ねじ部６４と連結部６６とは、一つ以
上の連結ねじ６７により連結可能となっている。

【００３０】従って、リングスライドジャッキ６２を伸
長することにより、支持リング５６を介して切削リング
４５（外周リング４６と内周リング４７）を前方に押圧
して移動可能であり、その伸縮駆動に伴って連結ねじ部
６４と連結部６６との間に順次連結ねじ６７を付け足し
連結することで、切削リング４５を所定距離前方に移動
することができる。また、リングスライドジャッキ６２
を収縮することにより、支持リング５６の鉤部５９が係
止部５５を介して内周リング４７を後退させることがで
きる。更に、図３に二点鎖線で示すように、リングスラ
イドジャッキ６２により支持リング５６を介して切削リ
ング４５を所定位置、つまり、第１連結ピン６０と内筒
４３に形成された交換穴６８とが合致する位置まで移動
する。この位置で蓋６９を開けて交換穴６８を開放し、
図示しない所定の工具により交換穴６８を用いて第１連
結ピン６０を抜き取った後、短軸の第２連結ピン７０を
支持リング５６を通して外周リング４６及び前胴１２に
貫入する。すると、支持リング５６と外周リング４６と
の連結が解除される一方、外周リング４６と前胴１２と
が一体に連結されることで、外周リング４６をその位置
に固定した状態で、リングスライドジャッキ６２により
内周リング４７のみを前方に移動することができる。

【００３１】また、図７に示すように、カッタヘッド２
１の対向する各面板２３にはドッキングピン７１を出没
自在なドッキングジャッキ７２が装着されている。ま
た、前胴１２の内筒には左右の水平位置にリング位置決
めピン７３が着脱自在に装着されている。一方、切削リ
ング４５を構成する内周リング４７の内周面には周方向
に対向して掘進方向に沿った２本の係合溝７４が形成さ
れており、各リング位置決めピン７３の先端部がこの各
係合溝７４に係合しており、掘削機本体１１に対する切
削リング４５の回動を規制している。そして、切削リン
グ４５がリングスライドジャッキ６２により収容部４４
から押し出されて前方に移動し、カッタヘッド２１の側
方まで移動したときに、ドッキングジャッキ７２により
ドッキングピン７１が突出して予め水平位置に位置決め
された係合溝７４に係合可能となっている。その後、リ
ング位置決めピン７３を所定の工具により取り外して係
合溝７４との係合を解除すると、カッタヘッド２１と内
周リング４７と一体回転させることができ、本実施形態
では、ドッキングピン７１、ドッキングジャッキ７２、
係合溝７４により回転力伝達手段を構成している。

【００３２】なお、前胴１２と内筒４３とで形成した収
容部４４には内周リング４７の内周側に空間部７５が形
成されており、この空間部７５にはバルブ７６を有する
注水管７７が接続されている。これは、切削リング４５
が前方に移動したときに、外部の泥水等が係合溝７４を
通して内部に浸入するのを防止するため、空間部７５を
高圧水で維持するものである。

【００３３】また、図３に示すように、外周リング４６
には掘進方向に沿って注水路７８が形成されており、そ
の基端部は図示しない水源に接続される一方、外周リン
グ４６の前端面には水吐出口（注水手段）７９がそれぞ
れ周方向に複数形成されており、水注水路７８の先端部
がこの水吐出口７９に接続されている。そして、図４に
示すように、内周リング４７の拡径部５３には周方向所
定間隔で切欠部（通水部）８０が複数の形成されてお
り、水吐出口７９から吐出された噴水を各切欠部８０を
通して前方に通水可能となっている。

【００３４】更に、外周リング４６には図示しない薬液
注入路と充填材注入路とが形成されており、それぞれ基
端部は薬液供給源と充填材供給源に接続される一方、先
端部は外周リング４６の前面部に形成された各吐出口８
１，８２に接続されている。なお、この充填材は、外周
リング４６と地盤の掘削壁面との間に注入して停留させ
ることで、泥水等の浸入（流動）を阻止するものであ
り、高粘度を有する低浸透性のものが好適である。ま
た、薬液は、外周リング４６と地盤の掘削壁面との間に
注入して地盤に浸透させることで、地盤を改良（硬化）
して崩壊を阻止するものであり、低粘度を有する高浸透
性のものが好適である。

【００３５】なお、図示しないが、前胴１２、内筒４
３、外周リング４６、内周リング４７などにはグリース
注入路が設けられており、各種のシール部分にグリース
を充填可能となっている。

【００３６】ここで、上述した本実施形態の地中接合式
トンネル掘削機によるトンネル掘削作業、並びにトンネ
ル接合作業について説明する。

【００３７】図１及び図２に示すように、各伸縮ジャッ
キ２５を伸長して各伸縮スポーク２４を前胴１２の外径
とほぼ同位置まで突出し、この状態で、まず、カッタ旋
回モータ３１によってカッタヘッド２１を回転しなが
ら、複数のシールドジャッキ３８を伸長し、既設セグメ
ントＳへの押し付け反力によって前胴１２及び後胴１３
を前進させると、カッタヘッド２１の各ビット２６，２
７が前方の地盤を掘削する。このとき、カッタヘッド２
１によって掘削された土砂はチャンバ３３内に取り込ま
れ、送泥管３４からの送水と攪拌された排泥管３５から
外部に排出される。次に、シールドジャッキ３８の何れ
か一つを収縮して既設セグメントＳとの間に空所を形成
し、エレクタ装置４２によりこの空所に新しいセグメン
トＳを装着する。この作業の繰り返しによって所定長さ
のトンネルを掘削形成することができる。

【００３８】このような地中接合式トンネル掘削機によ
り掘削作業により、図１に示すように、新設のトンネ
ル、つまり、カッタヘッド２１が既設トンネルＴの側面
部に対して所定距離に接近すると、カッタヘッド２１の
回転を停止すると共にシールドジャッキ３８の駆動を停
止し、前胴１２及び後胴１３の前進を停止し、ここから
新設トンネルと既設トンネルＴとの接合作業を行う。

【００３９】まず、図示しないが、掘削機本体１１に対
してボルトにより固定していた切削リング４５（外周リ
ング４６と内周リング４７）を解除し、図８(ａ)に示す
ように、各伸縮ジャッキ２５を収縮して各伸縮スポーク
２４をカッタスポーク２２内に収納すると共に、注水管
７７を用いて空間部７５に水を充満して外部より高圧に
維持する。この状態で、図８(ｂ)に示すように、リング
スライドジャッキ６２の駆動ロッド６３を伸長し、支持
リング５６を介して切削リング４５を押圧し、外周リン
グ４６と内周リング４７とを一体して前方に移動する。

【００４０】このとき、図示しないロータリエンコーダ
によりカッタヘッド２１の回転位置を検出し、各ドッキ
ングピン７１が水平位置にくるよう位置にカッタヘッド
２１を位置決めしておく。一方、内周リング４７は予め
各係合溝７４が水平位置にくるように組付けられ、リン
グ位置決めピン７３に位置規制されており、切削リング
４５が所定距離前方に移動し、各ドッキングジャッキ７
２を伸長してドッキングピン７１を突出すると、先端部
が内周リング４７の係合溝７４に自動的に係合し、カッ
タヘッド２１と内周リング４７とを一体に連結すること
となる。

【００４１】この状態で、カッタ旋回モータ３１を駆動
すると、カッタヘッド２１と共に内周リング４７が回転
するが、外周リング４６は第１連結ピン６０により支持
リング５６に連結され、固定キー５０により前胴１２に
係止しているため、内周リング４７と連れ回りせず、内
周リング４７の後端部と支持リング５６との間に介在す
る軸受メタル６１により内周リング４７の回転抵抗が軽
減される。

【００４２】このように内周リング４７を回転した状態
で、各リングスライドジャッキ６２により支持リング５
６を介して前方に移動すると、図９(ａ)に示すように、
内周リング４７の各カッタビット５４ａ〜５４ｄが地盤
を掘削すると共に、既設トンネルＴの一次覆工部Ｓ₁ の
表面に接触し、この一次覆工部Ｓ₁ の切削を開始する。
この回転する内周リング４７による一次覆工部Ｓ₁ の切
削時、各カッタビット５４ａ〜５４ｄが所定の掘削範囲
Ｗを４つの掘削範囲Ｗ_a ，Ｗ_b ，Ｗ_c ，Ｗ_d として掘削
するために掘削効率が良く、カッタビット５４ａ〜５４
ｄの摩耗も低減される。また、この一次覆工部Ｓ₁ の切
削時、水注水路７８を通して供給された水を水吐出口７
９から吐出し、この噴水を各切欠部８０を通してカッタ
ビット５４ａ〜５４ｄの前方に通水することで、掘削効
率が更に良くなると共に、掘削物が内周リング４７の内
側を通ってチャンバ３３内に取り込まれるため、掘削物
の排出性も良くなる。

【００４３】この一次覆工部Ｓ₁ は、鋼材で形成された
枠体にコンクリートを充填したセグメントをリング状に
組み付けたものである。そのため、この内周リング４７
による一次覆工部Ｓ₁ の切削時に、カッタビット５４ａ
〜５４ｄが鋼板や鉄筋などに引っ掛かって回転が停止し
てしまうことがある。この場合、内周リング４７の回転
停止を駆動負荷により検出し、内周リング４７を若干後
退させて鋼板や鉄筋などとの引っ掛かりを解除する。即
ち、リングスライドジャッキ６２を収縮し、複数の連結
ねじ６４等を介して支持リング５６を後退させ、この支
持リング５６の鉤部５９が係止部５５を介して内周リン
グ４７を後退させる。この場合、カッタヘッド２１の回
転方向を変えて内周リング４７を逆回転させるとよい。
すると、内周リング４７は鋼板や鉄筋などから外れて回
転が可能となり、再び、リングスライドジャッキ６２を
伸長して内周リング４７を前進させ、一次覆工部Ｓ₁ の
切削を継続する。

【００４４】そして、回転する内周リング４７が既設ト
ンネルＴの一次覆工部Ｓ₁ を切削し、外周リング４６が
この一次覆工部Ｓ₁ の外面に到達すると、ここで一端切
削リング４５の前進及び回転を停止する。まず、外周リ
ング４６の先端部に形成された吐出口８２から外周リン
グ４６の外周面と掘削トンネルの内壁面との間に充填材
を供給し、続いて、吐出口８１から外周リング４６の外
周面と掘削トンネルの内壁面との間に薬液を供給する。
すると、外周リング４６の外周面と掘削トンネルの内壁
面との間に供給された充填材により防波堤ができ、切削
リング４５の前端側への泥水等の浸入が防止され、この
充填材により形成された防波堤の前方にて、外周リング
４６の外周面と掘削トンネルの内壁面との間に供給され
た薬液が掘削トンネルの内壁面から地盤に浸透し、周辺
地盤を改良、つまり、硬化することで、一次覆工部Ｓ₁
の切削部から既設トンネルＴ内への浸水を防止できる。

【００４５】そして、切削リング４５の前端周辺部の地
盤が改良されると、蓋６９を開けて交換穴６８より第１
連結ピン６０を抜き取り、短い第２連結ピン７０を外周
リング４６及び前胴１２に貫入することで、支持リング
５６と外周リング４６との連結を解除し、外周リング４
６を前胴１２に固定する。この状態で、図９(ｂ)に示す
ように、再びリングスライドジャッキ６２を伸長して支
持リング５６を介して内周リング４７を押圧し、外周リ
ング４６をその位置に停止したままで内周リング４７の
みを回転しながら前進し、内周リング４７により既設ト
ンネルＴの一次覆工部Ｓ₁ 及び二次覆工部Ｓ₂ を切削す
る。

【００４６】この場合、外周リング４６を停止したまま
内周リング４７のみを前進するため、外周リング４６の
外周面と充填材との接触面のシール性は確保され、泥水
が薬液側に流れ込むことはない。その後、内周リング４
７のカッタビット５４ａ〜５４ｄによる切削が進行して
所定の位置にくると、ここで内周リング４７による切削
を終了する。このとき、内周リング４７の切削により既
設トンネルＴ（二次覆工部Ｓ₂ ）は、上部及び下部が貫
通しておらずに側部が貫通しているが、薬液により周辺
地盤が硬化しているため、既設トンネルＴ内へ泥水等が
浸入することはない。

【００４７】このように内周リング４７が既設トンネル
Ｔの側面部を所定量切削すると、カッタヘッド２１等を
解体すると共に、残存している既設トンネルＴの側壁部
を図示しない建設機械により除去し、新設トンネルのセ
グメントＳと掘削機本体１１、外周リング４６、内周リ
ング４７、既設トンネルＴを溶接により接合すると共に
内部にコンクリートを打設することで、既設トンネルＴ
と新設トンネルとの内部を連通して２つのトンネルの地
中接合作業が完了する。なお、掘削機本体１１や切削リ
ング４３等は新設トンネルの構造体として埋設する。

【００４８】このように本実施形態の地中接合式トンネ
ル掘削機にあっては、既設トンネルＴの各覆工部Ｓ₁ ，
Ｓ₂ を切削する切削リング４５を構成する内周リング４
７の先端部に、掘削位置が径方向に異なる４種類のカッ
タビット５４ａ〜５４ｄを周方向に沿って複数取付け、
各カッタビット５４ａ，５４ｃ，５４ｂ，５４ｄは、互
いにラップする掘削範囲Ｗ_a ，Ｗ_b ，Ｗ_c ，Ｗ_d を掘削
し、切削リング４５の径方向の厚さＴよりもやや大きい
掘削範囲Ｗを掘削可能としている。また、内周リング４
７に装着した内周側のカッタビット５４ａ，５４ｂと外
周側のカッタビット５４ｃ，５４ｄは掘削方向への突出
位置が前後に異なっており、外周側のカッタビット５４
ｃ，５４ｄが所定距離Ｌだけ内周側のカッタビット５４
ａ，５４ｂよりも前方に位置している。

【００４９】従って、内周リング４７は鋼材を含んだ一
次覆工部Ｓ₁ の切削時に、各カッタビット５４ａ〜５４
ｄが所定の掘削範囲Ｗを４つの掘削範囲Ｗ_a ，Ｗ_b ，Ｗ
_c ，Ｗ_d に分けて掘削することとなり、１つのカッタビ
ット５４ａ〜５４ｄにかかる掘削抵抗が低減し、全体と
して掘削効率が向上すると共に、カッタビット５４ａ〜
５４ｄに作用する負荷も低減し、摩耗や破損等を抑制し
て寿命を延長することができる。

【００５０】また、外周リング４６に注水路７８を形成
して前端面に形成された水吐出口７９と接続すると共
に、この水吐出口７９に対応して内周リング４７の拡径
部５３に切欠部８０を形成している。従って、内周リン
グ４７による一次覆工部Ｓ₁ の切削時、水注水路７８を
通して供給された水を水吐出口７９から吐出し、この噴
水を各切欠部８０を通してカッタビット５４ａ〜５４ｄ
の前方に通水することで、掘削効率が更に向上すると共
に、掘削物が内周リング４７の内側を通ってチャンバ３
３内に取り込まれるため、掘削物の排出性も向上するこ
とができる。

【００５１】なお、上述の実施形態では、内周リング４
７の先端部に、掘削位置が径方向に異なる４種類のカッ
タビット５４ａ〜５４ｄを周方向に沿って複数取付けた
が、カッタビットの種類は４種類に限らず、２種類であ
っても５種類以上であってもよい。また、内周側のカッ
タビット５４ａ，５４ｂと外周側のカッタビット５４
ｃ，５４ｄの取付位置を前後にずらしたが、内周側のカ
ッタビット５４ａ，５４ｂ同志、外周側のカッタビット
５４ｃ，５４ｄ同志を前後にずらしてもよい。

【００５２】更に、カッタヘッド２１にドッキングピン
７１を出没自在とするドッキングピン７２を装着する一
方、掘削機本体１１にリング位置決めピン７３を着脱自
在に装着し、ドッキングピン７１及びリング位置決めピ
ン７３を内周リング４７の内周面に形成された掘進方向
に沿った係合溝７４に係合可能としている。従って、切
削リング４５を前進させるとき、リング位置決めピン７
３により内周リング４７の回動を規制することで、ドッ
キングピン７１が容易に内周リング４７の係合溝７４に
係合可能とし、係合後にリング位置決めピン７３による
内周リング４７の回転規制を解除すると、カッタヘッド
１７と内周リング４７とを一体回転することができる。

【００５３】また、上述の実施形態では、回転力伝達手
段（ドッキングピン７１、ドッキングジャッキ７２、係
合溝７４）を２組設けて周方向均等間隔で配設したが、
２組に限らず、３組以上周方向均等間隔で配設してもよ
い。また、ドッキングピン７１に代えてコピーカッタ２
８であってもよい。

【００５４】更に、上述の実施形態では、掘削機本体１
１を屈曲自在に連結した前胴１２及び後胴１３で構成し
たが、一つの胴としてもよく、３つ以上の胴から構成し
てもよい。また、上述の実施形態では、本発明の地中接
合式トンネル掘削機を泥水式シールド掘削機として説明
したが、土圧式シールド掘削機や岩盤を掘削するトンネ
ルボーリングマシンに適用することもできる。

【００５５】

【発明の効果】以上、実施形態において詳細に説明した
ように請求項１の発明の地中接合式トンネル掘削機によ
れば、掘削機本体の前部に駆動回転可能なやや小径のカ
ッタヘッドを装着し、その外周部に径方向出没自在な複
数の伸縮カッタを装着すると共に、掘削機本体に掘進方
向に沿って移動自在で且つ周方向に回転自在な切削リン
グを設け、この切削リングの前端部に掘削位置が径方向
に異なる複数のカッタビットを周方向に沿って配列した
ので、切削リングは鋼材等を含んだ硬質のトンネル構造
物の切削時に各カッタビットが所定の掘削範囲を個別に
切削することとなり、１つのカッタビットにかかる抵抗
を低減して全体として掘削効率を向上すると共に、各カ
ッタビットに作用する負荷も低減して摩耗や破損等を抑
制し、寿命を延長することができる。その結果、硬質な
トンネル構造物を容易に切削して接合することで掘削効
率の向上並びに信頼性の向上を図ることができる。

【００５６】また、請求項２の発明の地中接合式トンネ
ル掘削機によれば、複数のカッタビットを切削リングの
前端に周方向に沿って内周側と外周側の交互に取付けた
ので、簡単な構成でカッタビットにかかる掘削抵抗を低
減して掘削効率を向上することができると共に、カッタ
ビットに作用する負荷も低減して摩耗や破損等を防止す
ることができる。

【００５７】また、請求項３の発明の地中接合式トンネ
ル掘削機によれば、内周側のカッタビットと外周側のカ
ッタビットにおける掘削方向への突出位置を前後に異な
らせたので、切削リングの内周側と外周側で掘削位置が
異なり、掘削性及び掘削物の排出性を向上することがで
きる。

【００５８】また、請求項４の発明の地中接合式トンネ
ル掘削機によれば、内周側のカッタビット同志及び外周
側のカッタビット同志をそれぞれ周方向に沿って内周側
と外周側の交互に取付けたので、更にカッタビットにか
かる掘削抵抗を低減して掘削効率を向上することができ
ると共に、カッタビットに作用する負荷も低減して摩耗
や破損等を防止することができる。

【００５９】また、請求項５の発明の地中接合式トンネ
ル掘削機によれば、切削リングを内周リングと外周リン
グとで構成し、内周リングの前端部に複数のカッタビッ
トを取付け、少なくとも内周リング及び外周リングの厚
さ分を掘削可能としたので、必要な掘削範囲を複数に分
けてカッタビットにより掘削することで、内周リング及
び外周リングの厚さ分を確実に掘削することができる。

【００６０】また、請求項６の発明の地中接合式トンネ
ル掘削機によれば、カッタビットの前方に水を噴射する
注水手段を設けたので、掘削物を噴水により効果的に排
出して掘削性及び掘削物の排出性を向上することができ
る。

【００６１】また、請求項７の発明の地中接合式トンネ
ル掘削機によれば、切削リングを内周リングと外周リン
グとで構成し、外周リングに先端部から水を噴射する注
水手段を設け、内周リングの前端部に複数のカッタビッ
トを取付けると共に注水手段からの噴水をカッタビット
の前方に導く通水部を設けたので、噴水を確実にカッタ
ビットの前方に導入することで、掘削物を適正に排出す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態に係る地中接合式トンネル
掘削機の概略断面図である。

【図２】地中接合式トンネル掘削機の正面図である。

【図３】切削リングの構造を表す掘削機本体の下部断面
図である。

【図４】切削リングの正面図である。

【図５】切削リングの断面（図４のａ−ａ断面及び図４
のｂ−ｂ断面）図である。

【図６】切削リングと掘削機本体との連結構造を表す掘
削機本体の下部断面図である。

【図７】切削リングとカッタヘッドとの連結構造を表す
掘削機本体の前端部断面図である。

【図８】地中接合式トンネル掘削機によるトンネル接合
作業を表す概略図である。

【図９】地中接合式トンネル掘削機によるトンネル接合
作業を表す概略図である。

【符号の説明】

１１ 掘削機本体 １２ 前胴 １３ 後胴 １８ 中折ジャッキ ２１ カッタヘッド ２２ 伸縮スポーク（伸縮カッタ） ３８ シールドジャッキ（推進ジャッキ） ４２ エレクタ装置 ４５ 切削リング ４６ 外周リング ４７ 内周リング ５４ａ，５４ｃ，５４ｂ，５４ｄ カッタビット ５６ 支持リング ６０ 第１連結ピン ６２ リングスライドジャッキ（切削リング移動手段） ７０ 第２連結ピン ７１ ドッキングピン ７３ リング位置決めピン ７４ 係合溝 ７８ 注水路 ７９ 吐出口 Ｓ₁ 一次覆工部 Ｓ₂ 二次覆工部 Ｔ 既設トンネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 塩屋 儀徳 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 山崎 幸司 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 原田 喜可 東京都渋谷区渋谷１丁目16番14号 東急建 設株式会社内 (72)発明者 浅川 宗則 東京都渋谷区渋谷１丁目16番14号 東急建 設株式会社内 (72)発明者 平井 幸雄 東京都渋谷区渋谷１丁目16番14号 東急建 設株式会社内 (72)発明者 平間 利昭 東京都渋谷区渋谷１丁目16番14号 東急建 設株式会社内 (72)発明者 高松 伸行 東京都渋谷区渋谷１丁目16番14号 東急建 設株式会社内 (72)発明者 外裏 雅一 東京都渋谷区渋谷１丁目16番14号 東急建 設株式会社内 (72)発明者 林 猛 岐阜県安八郡神戸町大字横井字中新田1528 番地 株式会社リョウテック内 (72)発明者 久田 仁也 岐阜県安八郡神戸町大字横井字中新田1528 番地 株式会社リョウテック内 Ｆターム(参考） 2D054 AA03 AA04 AC02 AD02 AD07 AD13 BA03 BA28 BB05 BB08 EA09

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 円筒状をなす掘削機本体と、該掘削機本
   体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部
   に駆動回転可能に装着されて該掘削機本体よりもやや小
   径のカッタヘッドと、該カッタヘッドの外周部に径方向
   出没自在に装着された複数の伸縮カッタと、前記掘削機
   本体に掘進方向に沿って移動自在で且つ周方向に回転自
   在に設けられた切削リングと、該切削リングの前端部に
   周方向に沿って配列されて掘削位置が径方向に異なる複
   数のカッタビットと、前記切削リングを掘進方向に沿っ
   て移動させる切削リング移動手段と、前記カッタヘッド
   の回転力を前記切削リングに伝達する回転力伝達手段と
   を具えたことを特徴とする地中接合式トンネル掘削機。
2. 【請求項２】 請求項１記載の地中接合式トンネル掘削
   機において、前記複数のカッタビットは、前記切削リン
   グの前端に周方向に沿って内周側と外周側の交互に取付
   けられたことを特徴とする地中接合式トンネル掘削機。
3. 【請求項３】 請求項２記載の地中接合式トンネル掘削
   機において、前記内周側のカッタビットと前記外周側の
   カッタビットにおける掘削方向への突出位置が前後に異
   なることを特徴とする地中接合式トンネル掘削機。
4. 【請求項４】 請求項２記載の地中接合式トンネル掘削
   機において、前記内周側のカッタビット同志及び前記外
   周側のカッタビット同志をそれぞれ周方向に沿って内周
   側と外周側の交互に取付けられたことを特徴とする地中
   接合式トンネル掘削機。
5. 【請求項５】 請求項１記載の地中接合式トンネル掘削
   機において、前記切削リングは、内周リングと外周リン
   グとを有し、該内周リングの前端部に前記複数のカッタ
   ビットが取付けられ、少なくとも該内周リング及び該外
   周リングの厚さ分を掘削可能であることを特徴とする地
   中接合式トンネル掘削機。
6. 【請求項６】 請求項１記載の地中接合式トンネル掘削
   機において、前記カッタビットの前方に水を噴射する注
   水手段を設けたことを特徴とする地中接合式トンネル掘
   削機。
7. 【請求項７】 請求項６記載の地中接合式トンネル掘削
   機において、前記切削リングは、内周リングと外周リン
   グとを有し、該外周リングに先端部から水を噴射する注
   水手段を設け、該内周リングの前端部に前記複数のカッ
   タビットを取付けると共に、該注水手段からの噴水を該
   カッタビットの前方に導く通水部を設けたことを特徴と
   する地中接合式トンネル掘削機。