JP2004225380A

JP2004225380A - トンネル掘削機並びにトンネル施工工法

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Publication number: JP2004225380A
Application number: JP2003014497A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Iwai; 義雄岩井; Masami Ichikawa; 政美市川; Akihiko Saito; 昭彦斉藤; Satoshi Tabata; 覚士田畑; Taizo Nakamura; 太三中村; Minoru Hokari; 実保苅; Masahiko Sugiyama; 雅彦杉山; Masaru Murakami; 賢村上
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Toda Corp
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd; Toda Corp
Priority date: 2003-01-23
Filing date: 2003-01-23
Publication date: 2004-08-12

Abstract

【課題】トンネル掘削機において、地中に埋設された障害物を効率良く破砕することでトンネルを継続して掘削可能として作業性の向上を図ると共に構造の簡素化及び低コスト化を図る。
【解決手段】カッタヘッド１８のカッタスポーク１９に多数の地盤掘削用のカッタビット２１を固定すると共に、障害物切断用カッタ２６を傾斜状態で配設し、移動ねじ３６の回転により障害物切断ビット３２をカッタビット２１の後方の退避位置と前方の突出位置との間で移動可能とすると共に、移動ジャッキ３３の伸縮によりカッタヘッド１８の径方向に沿って移動可能とする。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前方の地中に地盤掘削用カッタでは掘削困難な障害物があった場合でも、これを切断してトンネルを継続して掘削可能なトンネル掘削機並びにトンネル施工工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的なトンネル掘削機は、掘削機本体の前部に多数のカッタビットを有するカッタヘッドが回転自在に装着され、駆動モータにより回転駆動可能となっている。また、掘削機本体の後部には円周方向に沿って複数のシールドジャッキが並設されると共に、エレクタ装置が装着されている。従って、駆動モータによりカッタヘッドを回転しながら、シールドジャッキを伸長して既設のセグメントへの押し付け反力により掘削機本体を前進させることで、多数のカッタビットが前方の地盤を掘削し、この地盤の掘削に伴ってエレクタ装置が既設トンネルの内周面にセグメントを組み付けることで、トンネルを構築する。
【０００３】
ところで、このようなトンネルを掘削中に、前方の地盤に予期せぬ障害物、例えば、シートパイルや鉄筋コンクリート杭などが発見された場合、地盤掘削用のカッタビットではこれらを破砕することができず、誤って地盤掘削用のカッタビットにより障害物を掘削したときには、このカッタビットが破損してしまい、トンネルを継続して掘削することができなくなってしまう。そのため、従来は、トンネル掘削作業を行う前に、地中レーダなどにより地中に存在する障害物を事前に探査し、障害物が埋設された上方の地面を開削してこの障害物を除去したり、上方の地面に建造物が立設されて地面を開削できないときには、この障害物をさけるようにトンネル掘削コースを変更していた。
【０００４】
また、立坑から撤去治具を用いて、地中に埋設された障害物を切断するもの（例えば、特許文献１参照。）やトンネル掘削機のカッタヘッドに障害物切断用のカッタを複数設けたもの（例えば、特許文献２参照。）がある。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１３９２８８号公報
【特許文献２】
特開平８−２１８７７３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述したような障害物の上方の地面を開削してこの障害物を除去する方法は、この除去作業に長期間を要すると共に、この間はトンネル掘削作業を行うことができず、作業性がよくない。そして、障害物の上方の地面に建造物があった場合には、トンネル掘削コースを変更しなければならず、施工コストが大幅に増加してしまう。一方、立坑から撤去治具を用いて障害物を切断するものにあっても、トンネル掘削作業を行う前にこの処理作業実施しなければならず、作業性がよくない。また、カッタヘッドに障害物切断用のカッタを複数設けたものにあっては、障害物がシートパイルの場合、複数のカッタにより広い領域をカバーする必要があり、カッタヘッドの全域にカッタを装着することとなり、装置が大型化すると共に製造コストも上昇してしまう。
【０００７】
本発明はこのような問題を解決するものであって、地中に埋設された障害物を効率良く破砕することでトンネルを継続して掘削可能として作業性の向上を図ると共に構造の簡素化及び低コスト化を図ったトンネル掘削機並びにトンネル施工工法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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の発明のトンネル掘削機は、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たカッタヘッドと、該カッタヘッドにその径方向に沿って移動自在に装着された障害物切断手段とを具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
請求項２の発明のトンネル掘削機では、前記障害物切断手段は、前記カッタヘッドの中心部と外周部との間で径方向に沿って移動自在に支持され、第１移動手段により移動可能であることを特徴としている。
【００１０】
請求項３の発明のトンネル掘削機では、前記カッタヘッドの中心部に対して一方の外周部側に前記障害物切断手段が配設され、他方の外周部側に前記第１移動手段が配設されたことを特徴としている。
【００１１】
請求項４の発明のトンネル掘削機では、前記障害物切断手段は、前記カッタヘッドの前部に装着された地盤掘削用カッタに対してその後方の退避位置と前方の突出位置とに移動自在に支持され、第２移動手段により移動可能であることを特徴としている。
【００１２】
請求項５の発明のトンネル掘削機では、前記障害物切断手段は、先端部が前記カッタヘッドの径方向外方を向いた傾斜状態に支持されたことを特徴としている。
【００１３】
請求項６の発明のトンネル掘削機では、前記障害物切断手段は、所定の切削幅を有するカッタであることを特徴としている。
【００１４】
請求項７の発明のトンネル掘削機では、前記カッタヘッドの後部に前記カッタを取り外し可能な開口部が形成されると共に、該開口部を開閉可能な開閉蓋が設けられたことを特徴としている。
【００１５】
請求項８の発明のトンネル掘削機では、前記障害物切断手段は、高圧流体を噴出可能なジェットノズルであることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項９の発明のトンネル施工工法は、地中に埋設された障害物に対して、カッタヘッドを回転すると共に障害物切断手段を該カッタヘッドの径方向に移動することで前記障害物を切断することを特徴とするものである。
【００１７】
請求項１０の発明のトンネル施工工法では、前記障害物切断手段を前記カッタヘッドの中心部から外周部側に移動して前記障害物を切断することを特徴としている。
【００１８】
請求項１１の発明のトンネル施工工法では、前記障害物を前記障害物切断用カッタによりチャンバに取込可能な大きさとなるように複数に切断することを特徴としている。
【００１９】
請求項１２の発明のトンネル施工工法では、該カッタヘッドの回転動作と前記障害物切断手段の径方向移動動作を交互に行うことで前記障害物を切断することを特徴としている。
【００２０】
請求項１３の発明のトンネル施工工法では、前記障害物切断手段を前記カッタヘッドの中心部から螺旋状に移動して前記障害物を切断した後、前記障害物切断手段を複数の位置で前記カッタヘッドの径方向に移動して前記障害物を切断することを特徴としている。
【００２１】
請求項１４の発明のトンネル施工工法では、前記障害物の周辺地盤を固化してから前記障害物切断手段により前記障害物を切断することを特徴としている。
【００２２】
請求項１５の発明のトンネル施工工法では、前記障害物がプレート形状をなしているときには、該プレート形状をなす障害物の手前側の地盤と向こう側の地盤を固化することを特徴としている。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
図１に本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機の概略断面、図２にトンネル掘削機の正面視、図３に図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面、図４乃至図５に第１実施形態のトンネル掘削機によるトンネル掘削作業を表す概略、図６に薬液注入作業を表す概略、図７乃至図９に第１実施形態のトンネル掘削機によるシートパイルの切断作業を表す概略を示す。
【００２５】
第１実施形態のトンネル掘削機において、図１乃至図３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とが屈曲自在に連結され、複数の中折ジャッキ１４によって屈曲可能となっている。この前胴１２の前部には軸受１５によって回転リング１６が回転自在に支持され、この回転リング１６には円錐形状をなすセンタコーン１７を介してカッタヘッド１８が連結されている。このカッタヘッド１８は、中心部を通って径方向に設けられたカッタスポーク１９と面板２０を有し、このカッタスポーク１９の両側部に多数のカッタビット（地盤掘削用カッタ）２１が固定されると共に、面板２０に土砂取込開口２２が形成されている。
【００２６】
回転リング１６の後部にはリングギア２３が固定される一方、掘削機本体１１にはカッタ旋回モータ２４が取付けられ、このカッタ旋回モータ２４の駆動ギア２５がこのリングギア２３に噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ２４を駆動して駆動ギア２５を回転駆動すると、リングギア２３、回転リング１６、センタコーン１７を介してカッタヘッド１８を回転することができる。
【００２７】
また、カッタヘッド１８には地中に埋設されたシートパイルや鉄筋コンクリート杭などの障害物を切断する障害物切断手段としての障害物切断用カッタ２６が設けられている。図１乃至図３に示すように、カッタスポーク１９内にはカッタヘッド１８の中心部から一方の外周部にかけて左右一対のガイドレール２７が固定されると共に、カッタスポーク１９の前面に直線状をなす開口部２８が形成されている。障害物切断用カッタ２６はカッタヘッド１８のほぼ中央部で、且つ、開口部２８の一端部側に位置し、先端部がこのカッタヘッド１８の径方向外方、つまり、開口部２８の他端部側を向いた傾斜状態で配設されている。
【００２８】
即ち、円筒形状をなす支持フレーム２９は所定の傾斜角度のまま左右のガイド突起３０によりガイドレール２７に沿って移動自在に支持されている。障害物切断用カッタ２６は円柱形状をなす本体３１の先端部に所定の切削幅を有する障害物切断ビット３２が固定されてなり、本体３１が支持フレーム２９内に軸方向移動自在で且つ周方向回動不能に嵌合している。開口部２８と反対側のカッタスポーク１９内には第１移動手段としての移動ジャッキ３３が装着され、駆動ロッド３４の先端部が支持フレーム２９に連結されている。
【００２９】
また、カッタヘッド１８内にて、障害物切断ビット３２の後方には支持フレーム２９に取付けられたブラケット３５を介して第２移動手段としての移動ねじ３６が回転自在に装着され、先端部が本体３１に螺合しており、通常掘削時は固定ねじ３７により回転不能に固定されている。そして、カッタヘッド１８の後部には障害物切断ビット３２の後方に対応して掘削機本体１１内に貫通する作業孔（開口部）３８が形成され、この作業孔３８には開閉可能な開閉蓋３９が取付けられている。
【００３０】
従って、開閉蓋３９により作業孔３８を開口した状態で、固定ねじ３７を弛緩し、移動ねじ３６に操作ハンドル４０を連結して回転することで、障害物切断ビット３２を支持フレーム２９に沿って移動し、カッタビット２１の後方の退避位置と前方の突出位置とに移動することができる。また、移動ジャッキ３３を伸縮することで、障害物切断ビット３２をカッタヘッド１８の径方向に沿って移動することができる。更に、作業孔３８を開口した状態で、支持フレーム２９とブラケット３５の連結を解除することで、障害物切断ビット３２を移動ねじ３６と共に後方に移動し、作業孔３８を通して掘削機本体１１内に取り込んで新しいものと交換することができる。
【００３１】
前胴１２の前部にはカッタヘッド１８の後方に位置してバルクヘッド４１が取付けられており、カッタヘッド１８とこのバルクヘッド４１との間にチャンバ４２が形成されている。そして、このチャンバ４２の上部には一端が機外に延設された送泥管４３の他端が開口し、チャンバ４２の下部には一端が機外に延設された排泥管４４の他端が開口している。また、カッタヘッド１８の後部には薬注管４５が所定角度だけ揺動自在に装着され、この薬注管４５には注入ボーリングマシン４６（図４（ｂ）参照）が着脱自在となっている。更に、カッタヘッド１８の後部には前方の地盤を探査する探査ボーリングマシン４７が装着されている。
【００３２】
後胴１３の前部内周辺に周方向に沿って複数のシールドジャッキ（推進ジャッキ）４８が並設されており、このシールドジャッキ４８を後方に伸長してスプレッダ４９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を前進することができる。また、後胴１３には既設トンネルの内壁面にこのセグメントＳを組立てるエレクタ装置５０が設けられている。
【００３３】
ここで、第１実施形態のトンネル掘削機によるトンネル掘削作業について説明する。
【００３４】
トンネルを掘削形成するには、図１及び図２に示すように、まず、カッタ旋回モータ２４によってカッタヘッド１８を回転しながら、複数のシールドジャッキ４８を伸長して既設セグメントＳへの押し付け反力によって掘削機本体１１を前進させる。すると、多数のカッタビット２１が前方の地盤を掘削し、トンネルを形成することができる。この場合、障害物切断ビット３２はカッタビット２１より後方の退避位置に移動しており、地盤掘削に対して機能はしておらず、障害物切断ビット３２の摩耗や破損が防止される。そして、カッタビット２１の地盤掘削により発生した土砂はカッタヘッド１８の取込開口部２２からチャンバ４２内に取り込まれ、送泥管４３から供給された泥水と共に排泥管３５によって外部に排出される。
【００３５】
次に、シールドジャッキ４８の何れか一つを縮み方向に作動して既設のセグメントＳとの間に空所を形成し、エレクタ装置５０によってこの空所に新しいセグメントＳをリング状に組み付ける。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していく。
【００３６】
このようなトンネル掘削作業中に、前方の地盤にシートパイルや鉄筋コンクリート杭などの障害物が検出されると、障害物切断用カッタ２６を用いてこの障害物を切断してトンネル掘削作業を継続する。
【００３７】
図４（ａ）に示すように、地盤を掘削中に、掘削機本体１１内から探査ボーリングマシン４７を用いて探査ロッドを前方の地盤に突出し、前方の地盤を探査することで障害物としてのシートパイルＰを検出する。探査ボーリングマシン４７によりシートパイルＰが検出されると、図４（ｂ）に示すように、薬注管４５に注入ボーリングマシン４６を装着し、掘削機本体１１内からこの薬注管４５を用いてシートパイルＰの手前側の地盤と向こう側の地盤に薬液を注入し、周辺地盤を固化する。この場合、図６に示すように、シートパイルＰが凹凸形状をなしているため、カッタヘッド１８を所定角度ずつ回動し、その度に薬注管４５を所定の地盤に対して突出し、シートパイルＰの手前側の凹部周辺と、シートパイルＰを貫通して向こう側の凹部周辺とに薬液を注入して固化し、カッタヘッド１８が貫通する範囲内で、且つ、所定厚さの地盤をシートパイルＰと共に一体化する。
【００３８】
このようにシートパイルＰと周辺地盤とを一体化すると、図４（ｃ）に示すように、地盤掘削作業により掘削機本体１１を前進し、カッタヘッド１８がシートパイルＰにほぼ密着する位置に停止する。ここで、開閉蓋３９により作業孔３８を開口し、移動ねじ３６に操作ハンドル４０を連結して回転することで、退避位置にある障害物切断ビット３２を前方に移動し、カッタビット２１より前方の突出位置に移動する。そして、この状態で、移動ジャッキ３３を伸長すると共にカッタヘッド１８を回転することで、障害物切断ビット３２をカッタヘッド１８の径方向に移動すると共に旋回し、この障害物切断ビット３２によりシートパイルＰを切断していく。この場合、シールドジャッキ４８による掘削機本体１１の前進動作は行わない。
【００３９】
即ち、図７に示すように、まず、カッタヘッドの１８の中心部で前方に突出した障害物切断ビット３２を径方向外側に所定距離移動し、この移動位置で３６０度旋回し、障害物切断ビット３２によりシートパイルＰをほぼ円形状に切断する。次に、障害物切断ビット３２を径方向外側に再び所定距離移動し、この移動位置で３６０度旋回し、シートパイルＰにおける始めに切断した円形部の上部及び下部を扇形状に切断する。この障害物切断ビット３２の移動動作と旋回動作によりシートパイルＰの凸部側のみを切断し、この障害物切断ビット３２がカッタヘッド１８の最外周部まで移動して旋回させると、図８に示すように、カッタヘッド１８に対向するシートパイルＰの凸部のみを切断することができる。この場合、障害物切断ビット３２は径方向への所定距離ずつ移動して旋回時に凸部のみを所定幅だけ切削するため、シートパイルＰの切断片は小形となり、取込開口部２２からチャンバ４２に容易に取り込んで外部に排出することができる。また、障害物切断ビット３２は傾斜状態にあるため、カッタヘッド１８の外周部より外側のシートパイルＰまで切断する。
【００４０】
そして、障害物切断ビット３２がカッタヘッド１８の外周部まで到達したら、移動ジャッキ３３を収縮して障害物切断ビット３２をカッタヘッド１８の中心部まで戻す。そして、シールドジャッキ４８を伸長して掘削機本体１１を前進し、カッタヘッド１８と共に障害物切断ビット３２を若干前方に移動する。この状態で、前述と同様に、移動ジャッキ３３の伸長による障害物切断ビット３２の径方向移動動作と、カッタヘッド１８に回転による障害物切断ビット３２の旋回動作を交互に行うことで、この障害物切断ビット３２によりシートパイルＰの残留部分を継続して切断する。
【００４１】
この障害物切断ビット３２の移動動作と旋回を交互に繰り返し行うと共に、掘削機本体１１を前進して障害物切断ビット３２を所定量ずり送り込むことで、図９に示すように、最終的にシートパイルＰの凹部まで障害物切断ビット３２を送り、この障害物切断ビット３２によりシートパイルＰを切断し、カッタヘッド１８より若干大きい円形孔を形成する。
【００４２】
そして、障害物切断ビット３２によりシートパイルＰに貫通孔が形成されると、図５（ａ）に示すように、障害物切断ビット３２をカッタヘッド１８の中心部まで戻し、カッタヘッド１８の回転を停止する。ここで、移動ねじ３６に操作ハンドル４０を連結して回転することで、突出位置にある障害物切断ビット３２を後方に移動し、カッタビット２１より後方の退避位置に移動し、開閉蓋３９により作業孔３８を閉止する。この状態で、図５（ｂ）に示すように、掘削機本体１１内から探査ボーリングマシン４７を用いて探査ロッドを前方の地盤に突出し、シートパイルＰの切断を確認する。そして、カッタ旋回モータ２４によってカッタヘッド１８を回転しながら、シールドジャッキ４８を伸長することで掘削機本体１１を前進させると、多数のカッタビット２１が前方の地盤を掘削しながらシートパイルＰの円形孔を通過し、トンネル継続して形成することができる。
【００４３】
このように第１実施形態のトンネル掘削機にあっては、カッタヘッド１８のカッタスポーク１９に多数の地盤掘削用のカッタビット２１を固定すると共に、障害物切断用カッタ２６を傾斜状態で配設し、移動ねじ３６の回転により障害物切断ビット３２をカッタビット２１の後方の退避位置と前方の突出位置との間で移動可能とすると共に、移動ジャッキ３３の伸縮によりカッタヘッド１８の径方向に沿って移動可能としている。
【００４４】
従って、障害物切断カッタ２６はカッタヘッド１８の中心部から径方向外側への移動動作と３６０度の旋回動作を交互に繰り返すことで、シートパイルＰは外側が支持された状態で内側から弧状に切断されることとなり、このシートパイルＰを確実に所定の大きさに切断することができる。このとき、掘削機本体１１内から薬注管４５を用いてシートパイルＰの手前側の地盤と向こう側の地盤に薬液を注入して周辺地盤を固化することで、シートパイルＰを周辺地盤と一体化した状態で切断することとなり、シートパイルＰのばたつきを防止して確実に切断することができる。
【００４５】
また、カッタヘッドの１８を回転しながら障害物切断カッタ２６を移動してシートパイルＰを切断するため、この障害物切断カッタ２６は一つでよく、カッタヘッドの１８に多数の障害物切断カッタを装着する必要はなく、構造を簡素化することができると共に、製造コストを低減することができる。更に、シートパイルＰを細かく切断するため、切断片を掘削土砂と一緒にスムースに排出することができる。
【００４６】
図１０に本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機の概略断面、図１１に第２実施形態のトンネル掘削機によるシートパイルの切断作業を表す概略を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００４７】
第２実施形態のトンネル掘削機において、図１０に示すように、掘削機本体１１前部にはカッタヘッド１８が回転自在に支持され、カッタ旋回モータ２４によって回転駆動可能となっている。このカッタヘッド１８には地中に埋設されたシートパイルや鉄筋コンクリート杭などの障害物を切断する障害物切断手段としてのジェットノズル６１が設けられている。即ち、カッタスポーク１９内にはカッタヘッド１８の中心部から一方の外周部にかけてガイドレール６２が固定されると共に、カッタスポーク１９の前面にこのガイドレール６２に対応して直線状をなす開口部６３が形成されている。ジェットノズル６１はカッタヘッド１８のほぼ中央部で、且つ、開口部６３の一端部側に位置し、ノズル先端部がこのカッタヘッド１８の径方向外方、つまり、開口部６３の他端部側を向いた傾斜状態で配設されている。
【００４８】
また、カッタスポーク１９の開口部６３と反対側には第１移動手段としての移動ジャッキ６４が装着され、駆動ロッド６５の先端部がジェットノズル６１に連結されている。そして、カッタヘッド１８の後部には配管継手６６が装着されており、ジェットノズル６１が高圧水供給ホース６７を介して配管継手６６に連結され、この配管継手６６には連結ホース６８を介して図示しない高圧水供給装置に連結されている。更に、カッタヘッド１８の後部にはジェットノズル６１の後方に対応して掘削機本体１１内に貫通する作業孔（開口部）６９が形成され、この作業孔７０には開閉可能な開閉蓋７０が取付けられている。
【００４９】
従って、移動ジャッキ６４を伸縮することで、ジェットノズル６１をカッタヘッド１８の径方向に沿って移動することができる。そして、開閉蓋７０を取り外して作業孔６９を開口することで、ジェットノズル６１や移動ジャッキ６４、高圧水供給ホース６７などのメンテナンスを行うことができる。
【００５０】
ここで、第２実施形態のトンネル掘削機による障害物の切断作業について説明する。
【００５１】
トンネル掘削作業中に、探査ボーリングマシン４７により前方の地盤に障害物としてのシートパイルＰが検出されると、薬注管４５を用いてこのシートパイルＰの周辺地盤に薬液を注入して固化する。そして、シートパイルＰと周辺地盤とを一体化すると、トンネル掘削作業を継続してカッタヘッド１８がシートパイルＰにほぼ密着する位置に停止する。ここで、ジェットノズル６１から高圧水を噴出し、まず、図１１に示すように、この高圧水噴出状態でカッタヘッド１８を所定速度で３６０度回転することで、ジェットノズル６１の高圧水によりシートパイルＰを円形状に切断（切断線Ｌ１）する。次に、移動ジャッキ６４を所定速度で伸長しながらカッタヘッド１８を所定速度で回転することで、ジェットノズル６１をカッタヘッド１８の中心から外方へ螺旋状に移動し、ジェットノズル６１の高圧水によりシートパイルＰを螺旋状に切断（切断線Ｌ２）していく。この場合、シールドジャッキ４８による掘削機本体１１の前進動作は行わない。
【００５２】
この切断作業によりジェットノズル６１がカッタヘッド１８の外周部まで到達し、シートパイルＰにおけるカッタヘッド１８の対応部分が螺旋状に切断されたら、ジェットノズル６１からの高圧水の噴出を一次停止し、移動ジャッキ６４を収縮してジェットノズル６１をカッタヘッド１８の中心部まで戻す。そして、ジェットノズル６１から再び高圧水を噴出し、カッタヘッド１８を停止したまま移動ジャッキ６４を所定速度で伸長し、ジェットノズル６１をカッタヘッド１８の中心から径方向に沿って移動することで、ジェットノズル６１の高圧水により螺旋状に切断されたシートパイルＰを小さく切断（切断線Ｌ３，Ｌ４）する。このジェットノズル６１の径方向移動動作をカッタヘッド１８の所定角度ごとに行うことで、シートパイルＰを所定の大きさ、つまり、排土と共に排泥管４４を通して排出できる大きさに細かく切断する。
【００５３】
上述したシートパイルＰの切断作業によりカッタヘッド１８より若干大きい円形孔をシートパイルＰに形成する。そして、ジェットノズル６１からの高圧水の噴出を停止し、移動ジャッキ６４を収縮することでジェットノズル６１をカッタヘッド１８の中心部まで戻す。そして、探査ボーリングマシン４７を用いてシートパイルＰの切断を確認した後、カッタ旋回モータ２４によってカッタヘッド１８を回転しながらシールドジャッキ４８を伸長して掘削機本体１１を前進させると、多数のカッタビット２１が前方の地盤を掘削しながらシートパイルＰの円形孔を通過し、トンネル継続して形成することができる。
【００５４】
なお、シートパイルＰは凹凸形状をなしており、カッタヘッド１８をシートパイルＰに密着するまで接近させても、凹部にはまで固化した土砂が残留しているため、ジェットノズル６１から低圧水をシートパイルＰに噴射して残留土砂を排除してから、ジェットノズル６１からの高圧水によりシートパイルＰを切断してもよい。
【００５５】
このように第２実施形態のトンネル掘削機にあっては、カッタヘッド１８のカッタスポーク１９に多数の地盤掘削用のカッタビット２１を固定すると共に、高圧流体を噴出可能なジェットノズル６１を傾斜状態で配設し、移動ジャッキ６４の伸縮によりカッタヘッド１８の径方向に沿って移動可能としている。
【００５６】
従って、ジェットノズル６１をカッタヘッド１８の中心部から径方向外側へ移動しながら旋回することで、高圧水によりシートパイルＰをらせん状に切断し、続いて、ジェットノズル６１をカッタヘッド１８の各所定角度位置で径方向外側へ移動することで、高圧水によりシートパイルＰを径方向に切断することとなり、このシートパイルＰを確実に所定の大きさに切断することができる。また、ジェットノズル６１の高圧水によりシートパイルＰを切断するため、作業前にジェットノズル６１を前方に移動する必要はなく、移動するための装置を不要として構造の簡素化及び低コスト化を図ることができ、また、掘削機本体の停止位置で、ジェットノズル６１の高圧水によりシートパイルＰを円形状に切断することができ、切断作業を短時間で容易に行うことができる。
【００５７】
なお、上述した実施形態では、ジェットノズル６１の高圧水によりシートパイルＰを螺旋状に切断（切断線Ｌ２）してから、径方向に切断（切断線Ｌ３，Ｌ４）したが、ジェットノズル６１の高圧水によりシートパイルＰカッタヘッド１８の径方向に切断（切断線Ｌ３，Ｌ４）してから、螺旋状に切断（切断線Ｌ２）してもよい。
【００５８】
また、上述した各実施形態では、障害物切断手段を障害物切断カッタ２６またはジェットノズル６１としたが、これらに限るものではなく、シートパイルや鉄筋コンクリート杭などの障害物を切断可能なレーザー切断機などでも良く、そして、カッタヘッド１８の開口部２８，６３に開閉蓋を設けることで、障害物切断手段を使用しないときには、開口部２８，６３を閉塞して土砂の侵入を防止して障害物切断手段の損傷を防止するようにしてもよい。
【００５９】
更に、上述した実施形態では、障害物としてシートパイルＰを用いてその切断方法について説明したが、障害物が平滑なプレートや鉄筋コンクリート杭であっても同様の方法で切断することができ、障害物の種類に応じて障害物切断手段の種類や障害物切断手段による障害物の切断方法を選択すればよい。
【００６０】
【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カッタヘッドを装着し、このカッタヘッドにその径方向に沿って移動自在な障害物切断手段を装着したので、障害物切断手段をカッタヘッドの中心部から径方向外側に移動する動作と旋回する動作を組み合わせることで、障害物の外側が支持された状態で内側から切断することで、障害物を効率良く適正に破砕することができ、トンネルを継続して掘削可能として作業性の向上を図ることができると共に、一つの障害物切断用カッタで所定の大きさの障害物を切断することができ、構造の簡素化及び低コスト化を図ることができる。
【００６１】
請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、障害物切断手段をカッタヘッドの中心部と外周部との間で径方向に沿って移動自在に支持し、第１移動手段により移動可能としたので、障害物切断手段の移動範囲を小さくして装置の小型化を可能とすることができる。
【００６２】
請求項３の発明のトンネル掘削機によれば、カッタヘッドの中心部に対して一方の外周部側に障害物切断手段を配設し、他方の外周部側に第１移動手段を配設したので、障害物切断手段と第１カッタ移動手段を効率よく収容することで、装置の大型化を防止することができる。
【００６３】
請求項４の発明のトンネル掘削機によれば、障害物切断手段をカッタヘッドの前部に装着された地盤掘削用カッタに対してその後方の退避位置と前方の突出位置とに移動自在に支持し、第２カッタ移動手段により移動可能としたので、地盤の掘削時には障害物切断手段を後方に退避し、障害物を検出したときに障害物切断手段を前方に突出して使用することとなり、障害物切断手段の早期磨耗や破損を抑制することができる。
【００６４】
請求項５の発明のトンネル掘削機によれば、障害物切断手段を先端部がカッタヘッドの径方向外方を向いた傾斜状態に支持したので、カッタヘッド及び掘削機本体よりも若干大きい領域で障害物を切断除去することができ、掘削機本体の掘進を阻害せずに適正にトンネルを構築することができる。
【００６５】
請求項６の発明のトンネル掘削機によれば、障害物切断手段を所定の切削幅を有するカッタとしたので、このカッタを前方に突出して障害物を確実に切断することができ、切断作業の作業性を向上することができる。
【００６６】
請求項７の発明のトンネル掘削機によれば、カッタヘッドの後部にカッタを取り外し可能な開口部を形成すると共に、開口部を開閉可能な開閉蓋を設けたので、カッタが磨耗したときには、開閉蓋を開けて開口部からこの磨耗したカッタを取出し、新しいものと交換することができ、地中に埋設された障害物の量の拘らず、長距離トンネルを継続して掘削することができる。
【００６７】
請求項８の発明のトンネル掘削機によれば、障害物切断手段を高圧流体を噴出可能なジェットノズルとしたので、ジェットノズルをカッタヘッドの前方に移動する必要はなく、移動するための装置を不要として構造の簡素化及び低コスト化を図ることができ、また、掘削機本体の停止位置で、ジェットノズルの高圧水により障害物を切断することができ、切断作業を短時間で容易に行うことができる。
【００６８】
また、請求項９の発明のトンネル施工工法によれば、地中に埋設された障害物に対して、カッタヘッドを回転すると共に障害物切断手段を該カッタヘッドの径方向に移動することで障害物を切断するようにしたので、障害物を効率良く適正に破砕することができ、トンネルを継続して掘削可能として作業性の向上を図ることができる。
【００６９】
請求項１０の発明のトンネル施工工法によれば、障害物切断用カッタをカッタヘッドの中心部から外周部側に移動して障害物を切断するようにしたので、障害物の外側が支持された状態で内側から切断することとなり、障害物を効率良く適正に破砕することができる。
【００７０】
請求項１１の発明のトンネル施工工法によれば、障害物切断用カッタにより障害物をチャンバに取込可能な大きさとなるように複数に切断するようにしたので、障害物の切断片を掘削土砂と一緒にスムースに排出することができる。
【００７１】
請求項１２の発明のトンネル施工工法によれば、カッタヘッドの回転動作と障害物切断手段の径方向移動動作を交互に行うことで障害物を切断するようにしたので、障害物を所定の大きさに確実に切断することができる。
【００７２】
請求項１３の発明のトンネル施工工法によれば、障害物切断手段をカッタヘッドの中心部から螺旋状に移動して障害物を切断した後、障害物切断手段を複数の位置でカッタヘッドの径方向に移動して障害物を切断するようにしたので、障害物を所定の大きさに容易に切断することができる。
【００７３】
請求項１４の発明のトンネル施工工法によれば、障害物の周辺地盤を固化してから障害物切断用カッタにより障害物を切断するようにしたので、障害物を周辺地盤と一体化した状態で切断することとなり、障害物のばたつきを防止して確実に切断することができる。
【００７４】
請求項１５の発明のトンネル施工工法によれば、障害物がプレート形状をなしているときには、プレート形状をなす障害物の手前側の地盤と向こう側の地盤を固化するようにしたので、障害物をばたつきなく周辺地盤と確実に一体化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機の概略断面図である。
【図２】本実施形態のトンネル掘削機の正面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】第１実施形態のトンネル掘削機によるトンネル掘削作業を表す概略図である。
【図５】第１実施形態のトンネル掘削機によるトンネル掘削作業を表すの概略図である。
【図６】薬液注入作業を表す概略図である。
【図７】第１実施形態のトンネル掘削機によるシートパイルの切断作業を表す概略図である。
【図８】第１実施形態のトンネル掘削機によるシートパイルの切断作業を表す概略図である。
【図９】第１実施形態のトンネル掘削機によるシートパイルの切断作業を表す概略図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機の概略断面図である。
【図１１】第２実施形態のトンネル掘削機によるシートパイルの切断作業を表す概略図である。
【符号の説明】
１１掘削機本体
１４中折ジャッキ
１８カッタヘッド
１９カッタスポーク
２１カッタビット（地盤掘削用カッタ）
２４カッタ旋回モータ
２６障害物切断用カッタ（障害物切断手段）
２７，６２ガイドレール
２８，６３開口部
２９支持フレーム
３１本体
３２障害物切断ビット
３３，６４移動ジャッキ（第１移動手段）
３６移動ねじ（第２移動手段）
３８，６９作業孔（開口部）
３９，７０開閉蓋
４０操作ハンドル
４５薬注管
４６注入ボーリングマシン
４７探査ボーリングマシン
４８シールドジャッキ（推進ジャッキ）
５０エレクタ装置
６１ジェットノズル（障害物切断手段）
６７高圧水供給ホース

Claims

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たカッタヘッドと、該カッタヘッドにその径方向に沿って移動自在に装着された障害物切断手段とを具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記障害物切断手段は、前記カッタヘッドの中心部と外周部との間で径方向に沿って移動自在に支持され、第１移動手段により移動可能であることを特徴とするトンネル掘削機。
請求項２記載のトンネル掘削機において、前記カッタヘッドの中心部に対して一方の外周部側に前記障害物切断手段が配設され、他方の外周部側に前記第１移動手段が配設されたことを特徴とするトンネル掘削機。
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記障害物切断手段は、前記カッタヘッドの前部に装着された地盤掘削用カッタに対してその後方の退避位置と前方の突出位置とに移動自在に支持され、第２移動手段により移動可能であることを特徴とするトンネル掘削機。
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記障害物切断手段は、先端部が前記カッタヘッドの径方向外方を向いた傾斜状態に支持されたことを特徴とするトンネル掘削機。
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記障害物切断手段は、所定の切削幅を有するカッタであることを特徴とするトンネル掘削機。
請求項６記載のトンネル掘削機において、前記カッタヘッドの後部に前記カッタを取り外し可能な開口部が形成されると共に、該開口部を開閉可能な開閉蓋が設けられたことを特徴とするトンネル掘削機。
請求項１記載のトンネル掘削機において、前記障害物切断手段は、高圧流体を噴出可能なジェットノズルであることを特徴とするトンネル掘削機。
地中に埋設された障害物に対して、カッタヘッドを回転すると共に障害物切断手段を該カッタヘッドの径方向に移動することで前記障害物を切断することを特徴とするトンネル施工工法。
請求項９記載のトンネル施工工法において、前記障害物切断手段を前記カッタヘッドの中心部から外周部側に移動して前記障害物を切断することを特徴とするトンネル施工工法。
請求項９記載のトンネル施工工法において、前記障害物を前記障害物切断用カッタによりチャンバに取込可能な大きさとなるように複数に切断することを特徴とするトンネル施工工法。
請求項９記載のトンネル施工工法において、該カッタヘッドの回転動作と前記障害物切断手段の径方向移動動作を交互に行うことで前記障害物を切断することを特徴とするトンネル施工工法。
請求項９記載のトンネル施工工法において、前記障害物切断手段を前記カッタヘッドの中心部から螺旋状に移動して前記障害物を切断した後、前記障害物切断手段を複数の位置で前記カッタヘッドの径方向に移動して前記障害物を切断することを特徴とするトンネル施工工法。
請求項９記載のトンネル施工工法において、前記障害物の周辺地盤を固化してから前記障害物切断手段により前記障害物を切断することを特徴とするトンネル施工工法。
請求項１４記載のトンネル施工工法において、前記障害物がプレート形状をなしているときには、該プレート形状をなす障害物の手前側の地盤と向こう側の地盤を固化することを特徴とするトンネル施工工法。