JP2004346689A - 管路形成用トンネル掘削機 - Google Patents
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Abstract
【課題】トンネルの掘削時には掘削機の推進反力を確実に受止し且つ掘削方向の修正が円滑に行えると共に、所定長の管路形成後における掘削機本体の回収、撤去を容易に行えるようにする。
【解決手段】トンネル掘削機は、前後外筒部からなる外筒と、その前側外筒部内に配設された掘削機本体とからなり、掘削機本体は内筒と隔壁に回転自在に支持された外径が拡縮可能なカッタヘッドとを備えていると共に、上記内筒を推進反力伝達部材を介して外筒の前側外筒部の内周面に切り離し可能に固着して推進反力をこの推進反力伝達部材によって外筒に後続する管体に受止させていると共に、該推進反力伝達部材を前側外筒部から切り離すことによって掘削機本体の円滑な回収、撤去を可能にし、さらに、前後側外筒部間を数本の方向修正ジャッキによって屈折可能に連結している。
【選択図】 図１
【解決手段】トンネル掘削機は、前後外筒部からなる外筒と、その前側外筒部内に配設された掘削機本体とからなり、掘削機本体は内筒と隔壁に回転自在に支持された外径が拡縮可能なカッタヘッドとを備えていると共に、上記内筒を推進反力伝達部材を介して外筒の前側外筒部の内周面に切り離し可能に固着して推進反力をこの推進反力伝達部材によって外筒に後続する管体に受止させていると共に、該推進反力伝達部材を前側外筒部から切り離すことによって掘削機本体の円滑な回収、撤去を可能にし、さらに、前後側外筒部間を数本の方向修正ジャッキによって屈折可能に連結している。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中にトンネルを掘削しながら管体を埋設することによって管路を形成したのち、該管路内を通じて後方に撤去、回収可能にした管路形成用トンネル掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地中に管路を形成するためのシールド工事においては、発進立坑側からトンネル掘削機を到達立坑に向かって掘進させ、一定長のトンネルを掘削する毎に該トンネル掘削機に後続させて一定長の埋設管を順次、継ぎ足すことにより管路を形成しており、到達立坑に達したトンネル掘削機は、通常、該到達立坑内から地上に回収しているが、到達立坑が既設のマンホール等の狭隘な立坑である場合、或いは、到達立坑が設けられない場合や、２基のトンネル掘削機を地中でドッキングさせる場合のように到達立坑を設けない場合には、到達側からトンネル掘削機を取り出すことができない。
【０００３】
従って、掘削終了後にトンネル掘削機を解体して管路内を通じて発進立坑側に撤去、回収しなけれならず、その撤去、回収作業に著しい手間と労力を要するという問題点があった。特に、径が３０００ｍｍ以下の小径の管路を形成するトンネル掘削機の場合には、狭い作業空間での撤去作業が極めて困難である。
【０００４】
このため、先頭の敷設管内にトンネル掘削機を挿入、固定しておき、先頭の施設管の開口端から前方に突設している該トンネル掘削機のカッタヘッドを回転させながら発進立坑側で施設管を押し進めることにより、トンネル掘削機を掘進させてトンネルを掘削すると共に、一定長のトンネルが掘削される毎に施設管を順次継ぎ足すことにより管路を形成し、次いで、掘削終了後には、カッタヘッドを施設管の内径よりも小径となるように縮小させると共に先頭の施設管に対するシールド掘削機の固定を解いたのち、シールド掘削機を解体することなく管路内を通じて発進立坑まで後退させ、発進立坑から地上側に回収することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−６８８７１号公報（第２〜５頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように管路の形成工法によれば、施設管内に対する掘削機本体の固定手段として、スキンプレートに押圧ボルトを内外面間に亘って貫通させてスキンプレート外に突出した該押圧ボルト先端に取り付けている押止板を施設管の内面に圧着させてなり、この固定手段によって掘削機本体に作用する推進反力を支持させるようにしているため、推進反力が上記押圧ボルトの長さ方向に対して直角方向に作用して充分な支持力を得ることができず、掘削機本体が後退したり施設管に破損が生じたりする虞れがある。
【０００７】
さらに、先頭の施設管と次の施設管との接合部分を屈折可能にして方向修正を可能にすることが開示されているが、中折れ機構ではないために大きく屈折させることができず、十分な方向修正が困難であるという問題点がある。
【０００８】
また、トンネル掘削機と施設管との間のシール機構は、スキンプレートに外嵌している金属製のホルダの溝内にシールリングを嵌入し、この金属製ホルダを先頭の施設管の先端面に当接させると共に上記シールリングを該施設管の外周面から突設している前補助プレートに密接させた構造としているため、トンネル掘削機を管路内を通じて後退させる際に、この金属製ホルダを取り外さなければならないが、スキンプレート内から該スキンプレート外の金属製ホルダを除去する作業は極めて困難であり、撤去作業に著しい手間を要するという問題点がある。
【０００９】
さらにまた、トンネル掘削時におけるカッタヘッドの回転反力を、上記押圧ボルトの先端に取り付けている押止板と施設管の内面との圧接力（摩擦力）によって支持しているため、この押圧ボルトによる圧接力ではカッタヘッドの回転反力を確実に支持することができず、スリップが発生して掘削機本体がローリングを起こすといった問題点がある。
【００１０】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、トンネル掘進時における推進反力を強固に受止し得ると共に方向修正も確実に行うことができ、また、ローリングの発生を防止しながらトンネルの掘削を可能にすると共に、トンネル掘削後においては管路を通じてのトンネル掘削機の回収、撤去作業が円滑且つ能率よく行うことができる管路形成用トンネル掘削機を提供するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の管路形成用トンネル掘削機は、請求項１に記載したように、地中にトンネルを掘削しながら該トンネル内に管体を順次、埋設することにより管路を形成していくトンネル掘削機であって、先頭の管体の前端側に設けられ且つ該管体と略同一外径を有する外筒と、この外筒内に配設された掘削機本体とからなり、上記外筒は前側外筒部と後側外筒部とに分割されていて該後側外筒部の前端側に方向修正ジャッキを介して上記前側外筒部を屈折自在に連結し且つ該前側外筒部の前端部内周面に内径が上記管体の内径よりも小径のリング体を突設している一方、上記掘削機本体は外周面の前端部を上記リング体の内周面にシール材を介して密接させている内筒と、この内筒の前部に設けられた隔壁と、この隔壁に回転自在に支持されて上記外筒の開口端から前方の地盤を掘削し且つ外径が上記シール材の内径よりも小径に縮小可能に形成しているカッタヘッドとを備えてなり、さらに、この掘削機本体の内筒を上記前側外筒部の内周面に切り離し可能な推進反力伝達部材を介して連結してなる構造としている。
【００１２】
このように構成した管路形成用トンネル掘削機において、請求項２及び請求項３に係る発明は上記推進反力伝達部材の構造であって、互いに直交する２つの接続面を有していて、一方の接続面を掘削機本体の内筒の後端部又は掘削機本体の隔壁背面に一体に固着し、他方の接続面を外筒における前側外筒部の内周面に切り離し可能に固着していることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、ローリング防止手段であって、掘削機本体の内筒における後端部外周面と後側外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設してなることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
発進立坑内において、先頭の管体の先端面に外筒における後側外筒部の後端を連結し、且つこの外筒内に掘削機本体を配設して該掘削機本体の内筒の開口端から突設しているカッタヘッドを外管と略同一径にまで拡径した状態にし、このカッタヘッドを回転させながら管体の後端面を押し進めることにより発進立坑内からトンネルを掘進する。掘削されたトンネル内に先頭の管体が推進、埋設されると次の管体を接続し、以下、このトンネル掘削機によって一定長、掘削される毎に管体を継ぎ足して順次トンネル掘削機に後続させながら管路を形成していく。
【００１５】
この管路形成時には、管体に対する推進力は先頭の管体から該管体と連結している外筒に伝達され、さらに、この外筒における前側外筒部の内周面とトンネル掘削機の内筒とを一体に連結している推進反力伝達部材を介して掘削機本体に伝達される。また、掘削機本体のカッタヘッドに作用する推進反力は、掘削機本体から上記推進反力伝達部材、外筒を介して管体に支持される。
【００１６】
この場合、上記推進反力伝達部材として、互いに直交する２つの接続面を有していて、一方の接続面を掘削機本体の内筒の後端又は隔壁の背面に一体に固着し、他方の接続面を外筒における前側外筒部の内周面に切り離し可能に固着しておくことによって、上記推進反力をこの推進反力伝達部材を介して外筒から管体に確実且つ強固に支持させることができ、トンネル掘削機によるトンネルの掘進を円滑に行いながら管路を形成することができる。なお、管体の埋設は、このような推進工法だけではなく、セグメントを管体として組み立てていくシールド工法を採用して行ってもよい。
【００１７】
さらに、トンネルの掘進中において、方向修正や曲線トンネルを掘削する際には、管体の前端に一体に連結している後側外筒部に対して前側外筒部をこれらの前後外筒部間に連結している方向修正ジャッキを作動させることによって所望方向に屈折させることができ、この前側外筒部内に配設されている掘削機本体を一体に屈折させてトンネルの方向修正や曲線トンネルの掘削が正確に且つ能率よく行うことができる。
【００１８】
また、トンネル掘削時においては、カッタヘッドの回転反力によって外筒に対して掘削機本体の内筒がローリングしようとするが、掘削機本体の内筒における後端部外周面と管体の前端に一体に連結している後側外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設してこれらの突出片と介入片とによりトンネル掘削機のローリング防止手段を構成しているので、トンネル掘削機がローリングしようとする回動力をこれらの突出片と介入片とを介して管体に強固に受止させることができ、ローリングの発生を確実に阻止することができる。
【００１９】
また、所定長の管路を形成後に掘削機本体を回収する場合、掘削機本体内から上記推進反力伝達部材の切り離し作業が容易に行えると共に、掘削機本体の内筒の外周面の前端部に密接しているシール材は、外筒における前側外周面の前端部内周面に突設しているリング体における上記管体の内径よりも小径の内周面に設けているので、このシール材に摺接させながら掘削機本体の内筒を後方に円滑に離脱させることができ、カッタヘッドを管体の内径よりも縮径させた状態にして管路を通じての掘削機本体の回収、撤去作業が能率よく行えるものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、トンネル掘削機Ａは、外径が埋設すべき管体Ｐの外径に等しい鋼管製の外筒１と、この外筒１内に配設された掘削機本体１０とからなり、掘削機本体１０は外径が管体Ｐの内径よりも小径の内筒１１と、この内筒１１の前部に設けられてその外周端面を内筒１１の内周面に一体に固着している隔壁１２と、この隔壁１２に回転自在に支持されて上記外筒の開口端に面した地盤を掘削するカッタヘッド１３とを備えている。
【００２１】
上記外筒１は長さが掘削機本体１０の内筒１１と同等若しくは該内筒１１よりも長い前側外筒部１Ａと、長さの短い円環形状の後側外筒部１Ｂとに分割されてあり、この後側外筒部１Ｂの後端を上記管体Ｐの前端に一体に連結、固着していると共に、該後側外筒部１Ｂの前端側の四方に方向修正ジャッキ７を介して上記前側外筒部１Ａを屈折自在に連結している。
【００２２】
これらの前後外筒部１Ａ、１Ｂは、内外二重の筒状周壁部１ａ１ 、１ａ２ ；１ｂ１ 、１ｂ２の前端部間と後端部間をそれぞれ前後リング状連結端板１ａ３ 、１ａ４ ；１ｂ３ 、１ｂ４によって連結してなる厚みが管体Ｐの厚みに略等しい断面横長矩形状に形成されてあり、さらに、前側外筒部１Ａにおける前側リング状連結端板１ａ３ の内周端から内方に延長する方向にリング体１ｃを一体に突設して、このリング体１ｃの内周端面に上記掘削機本体１０の内筒１１の前端外周面をシール材４を介して摺接させていると共に、前側外筒部１Ａにおける上記外側筒状周壁部１ａ１ の前後端部を内側筒状周壁部１ｂの前後端からそれぞれ一定長さだけ突出させて、後側の突出片部１ａ５ を後側外筒部１Ｂにおける外側筒状周壁部１ｂ１ の外周面前端部にシール材４ａを介して屈折可能に被嵌させている。
【００２３】
なお、後側外筒部１Ｂは、その後側端面板１ｂ４ とこの後側端面板１ｂ４ から後方に突出している突片１ｂ５ とを管体Ｐの前端面と前端外周面とにそれぞれ密接させた状態で一体に固着している一方、前側端面板１ｂ３ に前側外筒部１Ａの後側端面板１ａ４ を固定することなく接合、受止させている。
【００２４】
このように構成している外筒１における前側外筒部１Ａ内に上記掘削機本体１０がその内筒１１を前側外筒部１Ａの内側筒状周壁部１ａ２ の内周面から小間隔を存した状態で且つ上述したように該内筒１１の前端外周面を上記リング体１ｃの内周端面にシール材４を介して摺接させた状態にして配設されてあり、内筒１１の前端部における少なくとも下周部の複数個所にガイドローラ２を回転自在に軸支して外筒１の内周面、即ち、上記内側筒状周壁部１ａ２ の内周面前端部上に支持させている。
【００２５】
さらに、掘削機本体１０の内筒１１の後端部を上記前側外筒部１Ａの後端部内周面、即ち、内側筒状周壁部１ａ２ の後端部内周面に対して切り離し可能な推進反力伝達部材３を介して連結、固着し、トンネル掘削機Ａの掘進時に発生する推進反力を掘削機本体１０の内筒１１からこの推進反力伝達部材３、前後外筒部１Ａ、１Ｂを介して管体Ｐに支持させるように構成している。
【００２６】
この推進反力伝達部材３は、垂直矩形状板片３ａと水平矩形状板片３ｂとを互いに直角に組み合わせて補強リブ３ｃにより一体に連結、固着してなり、垂直矩形状板片３ａの前面と水平矩形状板片３ｂの外面とによって互いに直交する２つの接続面を形成している。一方、上記掘削機本体１０の内筒１１の後端部における周方向の複数個所（図においては四方）に、上記推進反力伝達部材３の垂直矩形状板片３ａと面接合する垂直連結板片３ｄを補強部材３ｅと共に一体に固着してあり、これらの各垂直連結板片３ｄに推進反力伝達部材３の垂直矩形状板片３ａを接合して複数個のボルト３ｆにより連結、固定している。
【００２７】
さらに、内筒１１の各垂直矩形状板片３ａに一体に連結した推進反力伝達部材３における水平矩形状板片３ｂを上記外筒１の後端内周面、即ち、該外筒１の内側周壁部１ｂの後端内周面に切り離し可能に固着している水平連結板片３ｇに面接合させて複数個のボルト３ｆにより一体に連結、固定している。この内筒１１に対して推進反力伝達部材３の水平矩形状板片３ｂを切り離し可能にするには、上記水平連結板片３ｇを内筒１１の内周面に溶接によって固着しておき、この水平連結板片３ｇに水平矩形状板片３ｂをボルト３ｆによって切り離し可能に固着しておいてもよく、上記水平連結板片３ｇを内筒１１の内周面に溶接によって固着することなく水平矩形状板片３ｂと共にボルト３ｆによって内筒１１の内面に切り離し可能に固着しておいてもよい。
【００２８】
一方、上記後側外筒部１Ｂの内周面、即ち、後側筒状周壁部１ｂ２ の内周面における上部の２個所に、図３に示すように、周方向に小宜間隔を存して前後方向に長い横長長方形状の突出片６ａ、６ａを掘削機本体１０の内筒１１の後端部外周面に向かって内方に突設している一方、該内筒１１の後端部外周面の上部２個所に、上記突出片６ａ、６ａ間に介挿した横長長方形状の介入片６ｂを突設してこれらの突出片６ａ、６ａと介入片６ｂとによってトンネル掘削機のローリング防止手段６を形成している。
【００２９】
即ち、内筒１１と一体のこの介入片６ｂの両側面を管体Ｐと一体に連結している後側外筒部１Ｂと一体の突出片６ａ、６ａの対向内側面に受止させることによって、外筒１と掘削機本体１０とからなるトンネル掘削機全体が管体Ｐに対してローリングするのを防止するように構成している。なお、内筒１１側に突出片６ａ、６ａを、後側外筒部１Ｂ側に介入片６ｂを設けておいてもよい。
【００３０】
また、外筒１における前側外筒部１Ａと後側外筒部１Ｂとの上下左右の４個所間を上述したように方向修正ジャッキ７によって連結している。具体的には、前側外筒部１Ａの内側筒状周壁部１ａ２ における後半部の上下左右部分を切除してその切除部における外側筒状周壁部１ａ１ の内周面の上下左右に沿って方向修正ジャッキ７を配設し、この方向修正ジャッキ７の前端部を外側筒状周壁部１ａ１ の内周面から突設している軸受片８にピン５ａによって回動自在に連結する一方、後端部を上記後側外筒部１Ｂの前端部に固着している軸受片９にピン５ｂによって回動自在に連結している。
【００３１】
掘削機本体１０の上記カッタヘッド１３は、その回転中心軸１４を隔壁１２の中央部に回転自在に支持されていると共に、この回転中心軸１４の前端から該回転中心軸１４に対して直交する方向（外径方向）に向かって図２に示すように、長さが外筒１や管体Ｐの内周面の半径よりも小径で内筒１１の半径に略等しい長さを有する複数本（図においては、６本）のスポーク部１３ａ を放射状に突設し、隣接するスポーク部１３ａ の外端対向面間を円弧状の連結部材１３ｂ によって一体に連結している。
【００３２】
さらに、これらのスポーク部１３ａ に長さ方向に適宜間隔毎にカッタビット１５ａを前方に向かって突設していると共に、これらの複数本のスポーク部１３ａ において、一本おきに配設されているスポーク部１３ａ’はその長さを上記のように外筒１や管体Ｐの内周面の半径よりも短い長さから外筒１の外周面に達する長い長さまで伸長可能で且つこの長い形状から短い形状となるまで縮小可能に形成してカッタヘッドの外径を、外筒１の外径に略等しい径から管体Ｐの内径よりも小径に縮径可能に構成されている。
【００３３】
この拡縮可能な上記スポーク部１３ａ’の具体的な構造としては、該スポーク部１３ａ’を図１に示すように、その先端面が開口した筒状の中空スポーク部１３ａ’に形成し、この中空スポーク部１３ａ’内に、前面両側部に前方に向かって複数個のカッタビット１５ｂ を突設しているスポーク片１３ａ’’ を収納し、中空スポーク部１３ａ’内の奥底部に装着しているジャッキ１６の作動により、このスポーク片１３ａ’’ を中空スポーク部１３ａ’の開口端から出没させるように構成している。なお、上記カッタヘッド１３の回転中心軸１４の前面にセンタビット１５ｃ を突設している。
【００３４】
また、カッタヘッド１３の背面外周部数カ所に、後方に向かってアーム部材１７を突設していると共に、これらのアーム部材１７、１７の後端を円環枠材１８によって一体に連結して該円環状枠材１８を内筒１１の内周面に回転自在に支持させてあり、さらに、この円環状枠材１８の後端面に内歯車１９を固着している一方、掘削機本体１０の上記隔壁１２の外周部後面に駆動モータ２０を装着してこの駆動モータ２０の回転軸に固着している小歯車２１を上記内歯車１９に噛合させ、駆動モータ２０によってカッタヘッド１３を回転させるように構成している。
【００３５】
さらに、カッタヘッド１３の後面と上記隔壁１２の前面間の空間部を、カッタヘッド１２によって掘削された土砂を取り込んで一旦滞留させておく土砂室２２に形成してあり、この土砂室２２から排土手段２３を通じて掘削土砂を後方に排出するように構成している。
【００３６】
この排土手段２３は図１に示すようにスクリューコンベアからなり、その前端開口部を隔壁１２の下部を貫通して上記土砂室２２の下端部内に臨ませていると共に隔壁１２から後方に向かって斜め上方に傾斜させた状態で配設されている。
【００３７】
次に、以上のように構成した管路形成用トンネル掘削機Ａによって地中に管路を形成する方法について説明する。まず、このトンネル掘削機Ａを発進立坑Ｂ内に設置し、そのカッタヘッド１３を拡径させた状態にすると共に、このトンネル掘削機Ａにおける後側外筒部１Ｂの後端にヒューム管からなる管体Ｐの前端を一体に連結する。この状態にしてカッタヘッド１２を回転させると共に管体Ｐの後端面を発進立坑Ｂの後部内に配設している推進ジャッキ等の推進手段Ｃによって押し進めてトンネルを掘進する。
【００３８】
そして、トンネル掘削機Ａが発進立坑Ｂから地中内に一定長推進すると、管体Ｐの後端に次の管体Ｐの前端を接続させ、この管体Ｐの後端を上記推進手段Ｃによって押し進めて、先頭の管体Ｐに該管体Ｐを後続させた状態でトンネル掘削機Ａをさらにトンネル計画線に沿って掘進させ、以下、トンネル掘削機Ａによって一定長のトンネルが掘削される毎に発進立坑Ｂ側において管体Ｐを順次、継ぎ足しながら押し進めて図４に示すように、管路を形成しておく。なお、カッタヘッド１３によって掘削された土砂は、土砂室２２から排土手段２３を通じて発進立坑Ｂ側に排出する。
【００３９】
推進手段Ｃによる推進力は、最後尾の管体Ｐから先頭の管体Ｐの前端に一体に固着している後側外筒部１Ｂを介してこの後側外筒部１Ｂの前端に当接、受止されている前側外筒部１Ａに伝達され、さらに、該前側外筒部１Ａから推進反力伝達部材３を介して掘削機本体１０に伝達されてカッタヘッド１３を切羽に押し付けながら掘進する。なお、方向修正ジャッキ７のシリンダ部における長さ方向の中央部の内側外周面に突片７ａを突設しておき、該突片７ａを図１に示すように、掘削機本体１０の内筒１１の外周面に突設している突片１１ａ にボルトによって連結しておけば、上記推進力を後側外筒部１Ｂから方向修正ジャッキ７、突片７ａ、１１ａ を介して掘削機本体１０の内筒１１に伝達することができる。
【００４０】
一方、上記推進力の反力は、カッタヘッド１３を支持している掘削機本体１０から内筒１１と外筒１における前側外筒部１Ａとを一体に連結している上記推進反力伝達部材３を介して前側外筒部１Ａに支持され、さらに、この前側外筒部１Ａの後端を受止している後側外筒部１Ｂを介して管体Ｐに支持される。
【００４１】
この際、推進反力伝達部材３は垂直矩形状板片３ａと水平矩形状板片３ｂとを互いに直角に組み合わせて補強リブ３ｃにより一体に連結、固着してなり、この推進反力伝達部材３における垂直矩形状板片３ａの前面に掘削機本体１０の内筒１１の後端部に固着した垂直連結板片３ｄを面接合させてボルト３ｆにより連結、固着していると共に、水平矩形状板片３ｂを上記前側外筒部１Ａの後端内周面に切り離し可能に固着している水平連結板片３ｇに面接合させて複数個のボルト３ｅにより一体に連結、固定しているので、カッタヘッド１３に作用する推進反力をこの推進反力伝達部材３を介して管体Ｐ側に強固に受止させることができる。
【００４２】
また、トンネルの掘進中において、カッタヘッド１３の回転反力により掘削機本体１０の内筒１１がローリングしようとするが、この内筒１１の後端部外周面に突設している横長長方形状の介入片６ｂを、先頭の管体Ｐの前端に一体に固着している後側外筒部１Ｂの内周面に並列状態に突設した突出片６ａ、６ａ間に介挿させているので、介入片６ｂが突出片６ａ、６ａの対向内面のいずれか一方に受止されて、管体Ｐに対しローリングするのを確実に防止することができ、さらに、内筒１１がローリングしようとする回動力が前側外筒部１Ａに伝達することもなく、トンネル掘削機Ａ全体のローリング防止を行うことができる。
【００４３】
さらに、トンネル掘削機Ａによるトンネル掘進中において、管路を形成するための計画トンネルが湾曲している場合、又は、掘削方向を修正する必要が生じた場合、トンネル掘削機Ａの外筒１における前側外筒部１Ａと、先頭の管体Ｐの前端に固着した上記外筒１における後側外筒部１Ｂ間を連結している四方の方向修正ジャッキ７のうち、所定の方向修正ジャッキ７を作動させてトンネル掘削機Ａ全体の向きを後側外筒部１Ｂに対して計画曲線トンネル方向に、又は、修正したい方向に向ける。
【００４４】
例えば、トンネル掘削機Ａの向きを右側に変えたい場合には、右側の方向修正ジャッキ７を不作動状態又は収縮させると共に左側の方向修正ジャッキ７を伸長させると、トンネル掘削機Ａの外筒１における後側外筒部１Ｂの前部外周面に対して前側外筒部１Ａの後端突出部１ａ５ がシール材４ａを介して右方向に屈折する。この屈折角度は左側の方向修正ジャッキ７の伸長量によって大小に調整することができ、掘削中における方向修正や曲線トンネル施工が容易に且つ正確に行うことができる。
【００４５】
次に、上記シールド掘削機Ａによって所定長のトンネルを掘削して管路を形成したのち、掘削機本体１０を撤去、回収するには、カッタヘッド１３における中空スポーク部１３ａ’の開口端から突出してカッタヘッド１３を拡径しているスポーク片１３ａ’’ をジャッキ１６の収縮によって図５に示すようにスポーク部１３ａ’内に収納し、カッタヘッド１３の全体の外径を外筒１及び管体Ｐの内径よりも小径にする。
【００４６】
さらに、内筒１１の後端部と外筒１における前側外筒部１Ａとを連結している推進反力伝達部材３における上記前側外筒部１Ａの後端内周面に固着した水平連結板片３ｇを該前側外筒部１Ａから切り離して除去すると共に推進反力伝達部材３の垂直矩形状板片３ａと水平矩形状板片３ｂとを一体に連結している補強リブ３ｃの一部を切除して図６に示すように、該補強リブ３ｃに後側ガイドローラ２’を回転自在に軸支させて外筒１の内周面に支持させた状態にする。この際、推進反力伝達部材３の水平連結板片３ｇの除去や後側ガイドローラ２’の取り付け作業等は、推進反力伝達部材３がトンネル掘削機Ａ内に配設されているので、容易に行うことができる。なお、予め、内筒１１の外周面の後端部にもガイドローラを設けておいてもよく、この場合には上記後側ガイドローラ２’の装着作業を必要としなく、推進反力伝達部材３を前側外筒部１Ａから切り離す作業のみ行えばよい。
【００４７】
また、ローリング防止手段６を構成している上記突出片６ａ、６ａと介入片６ｂも切除等により除去すると共に、図７に示すように、掘削機本体１０の隔壁１２に装着しているスクリューコンベアからなる排土手段２３を取り外して管路内を通じて発進立坑Ｂ側に回収、撤去する。なお、ローリング防止手段６における外筒１の内周面に固着している突出片６ａ、６ａがカッタヘッド１３の後退の支障にならない場合には、必ずしも除去する必要はない。
【００４８】
このように、カッタヘッド１３を縮径させると共にトンネル掘削機Ａにおける外筒１の前側外筒部１Ａに対する掘削機本体１０の内筒１１の連結、固定を解除し、且つ排土手段２３を撤去したのち、掘削機本体１０を後方側から適宜な引っ張り手段（図示せず）によって引っ張ると、内筒１１の前端外周面が外筒１の前端内周面に内方に向かって突出しているリング体１ｃのシール材４に摺接しながら後退して該シール材４から離脱し、図８に示すように、前後のガイドローラ２、２’を管体Ｐの内周面上を転動させながら掘削機本体１０を発進立坑Ｂ側に回収し、この発進立坑Ｂ内から地上に撤去する。しかるのち、図９に示すように方向修正ジャッキ７を取り外して撤去、回収する。なお、トンネル掘削機Ａの回収時には、カッタヘッド前方の地盤を薬液注入などにより固化処理しておけばよい。
【００４９】
以上の実施の形態においては、掘削機本体１０における内筒１１の後端部を推進反力伝達部材３によって外筒１における前側外筒部１Ａの内側筒状周壁部１ａ２ の後端内周面に切り離し可能に連結しているが、図１０、図１１に示すように、隔壁１２の背面側における内筒１１の前端部に、推進反力伝達部材３が装着し得る大きさの切欠部２４を周方向に所定間隔毎に設けて該切欠部２４における隔壁背面に垂直連結板片３ｄ’ を固着し、この垂直連結板片３ｄ’に推進反力伝達部材３の垂直矩形状板片３ａをボルト３ｆによって一体に固着する共に、該推進反力伝達部材３の水平矩形状板片３ｂを外筒１における前側外筒部１Ａの内側筒状周壁部１ａ２ の内周面に切り離し可能に固着している水平連結板片３ｇに面接合させて複数個のボルト３ｆにより一体に連結、固定しておいてもよい。その他の構造については上記実施の形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５０】
また、以上のいずれの実施の形態においても、管路を形成する管体Ｐとしてヒューム管を採用しているが鋼管であってもよく、さらに、トンネル掘削機Ａにおける上記外筒１としては、鋼製であることが望ましいがコンクリート製であっても適用できないことはない。
【００５１】
さらに、カッタヘッド１３のスポーク部１３ａ’は、このスポーク部１３ａ’を中空に形成してこの中空スポーク部１３ａ’内に、前面両側部に前方に向かって複数個のカッタビット１５ｂ を突設しているスポーク片１３ａ’’ を収納し、中空スポーク部１３ａ’内の奥底部に装着しているジャッキ１６の作動により、スポーク片１３ａ’’ を中空スポーク部１３ａ’の開口端から出没させてカッタヘッド１３の外径を拡縮させるように構成しているが、スポーク部１３ａ’の外端に一定長のスポーク片を切り離し自在に連結して、該スポーク片を連結した状態においてはカッタヘッド１３を外筒１の外径に略等しい外径とし、スポーク片を取り外した状態においては、カッタヘッド１３の外径を管路内を通じて撤去可能な径となるように構成しておいてもよい。
【００５２】
さらにまた、管路は管体Ｐを推進工法によって順次、推進、埋設することにより形成しているが、トンネル掘削機Ａによって一定長のトンネルを掘削する毎にその後側外筒部１Ｂの後方にセグメントを組立て、後側外筒部１Ｂの後端部内に装着している複数本の推進ジャッキをこのセグメントの前端面に押し付けて伸長させることによりトンネルを掘進するシールド工法にも適用してもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明の管路形成用トンネル掘削機によれば、請求項１に記載したように、地中にトンネルを掘削しながら該トンネル内に管体を順次、埋設することにより管路を形成していくトンネル掘削機であって、先頭の管体の前端側に設けられ且つ該管体と略同一外径を有する外筒と、この外筒内に配設された掘削機本体とからなり、上記外筒は前側外筒部と後側外筒部とに分割されていて該後側外筒部の前端側に方向修正ジャッキを介して上記前側外筒部を屈折自在に連結しているので、この方向修正ジャッキを作動させることにより、外筒の後側外筒部に対して前側外筒部を該方向修正ジャッキの作動量に応じて所定方向に容易に且つ大きく屈折させることができ、掘削中におけるトンネル掘削機の方向修正やこのトンネル掘削機による曲線トンネル施工が正確に且つ能率よく行うことができる。
【００５４】
さらに、掘削機本体は外周面の前端部を外筒の前側外筒部における前端部内周面に突設しているリング体の内周面にシール材を介して密接させている内筒と、この内筒の前部に設けられた隔壁と、この隔壁に回転自在に支持されて上記外筒の開口端から前方の地盤を掘削し且つ外径が上記シール材の内径よりも小径に縮小可能に形成しているカッタヘッドとを備えてなり、上記内筒の外径を管体の内径よりも小径に形成していると共にこの内筒を上記前側外筒部の内周面に切り離し可能な推進反力伝達部材を介して連結しているので、管路形成時には、後方からの推進力を外筒及び推進反力伝達部材を介して掘削機本体の内筒に確実に伝達することができ、内筒の前部に設けている隔壁に回転自在に支持されたカッタヘッドによってトンネルを円滑に掘削することができる。
【００５５】
その上、掘削機本体に作用する推進反力を上記推進反力伝達部材を介して外管から管体側に強固に支持させることができると共に、推進反力伝達部材はトンネル掘削機内に露呈した状態に設けられているから、所定長の管路の形成後、外筒の内周面からの該推進反力伝達部材の切り離し作業が機内から容易に行うことができ、カッタヘッドの外径を管体の内径よりも小径に形成したのち、外管を地中に残した状態で該外管と管体の内周面をガイド面として掘削機本体全体の回収、撤去作業が能率よく行うことができる。
【００５６】
また、請求項２及び請求項３に係る発明によれば、上記推進反力伝達部材は互いに直交する２つの接続面を有していて、一方の接続面を掘削機本体の内筒の後端又は掘削機本体の隔壁背面に一体に固着し、他方の接続面を外筒における前側外筒部の内周面に切り離し可能に固着しているので、上記掘削機本体を作用する推進反力をこの推進反力伝達部材の直角な２つの接続面を介して外筒の内周面から管体に確実且つ強固に支持させることができ、トンネル掘削機によるトンネルの掘進を円滑に行いながら管路を形成することができる。
【００５７】
さらに、請求項４に係る発明によれば、掘削機本体の内筒における後端部外周面と管体の前端に一体に連結している後側外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設してこれらの突出片と介入片とによりトンネル掘削機のローリング防止手段を構成しているので、カッタヘッドの回転反力によって掘削機本体の内筒がカッタヘッドの回転方向に回動しようとし、その回動力が推進反力伝達部材を介して外筒に伝達してトンネル掘削機全体がローリングしようとするが、上記突出片と介入片とからなるローリング防止手段によって上記回動力を管体の前端に一体に連結している後側外筒部に強固に受止させることができ、トンネル掘削機のローリングを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】管体の先端に接続したトンネル掘削機全体の簡略縦断側面図、
【図２】カッタヘッドの正面図、
【図３】推進反力伝達部材とローリング防止手段部分の簡略縦断背面図、
【図４】管路を形成している状態の簡略縦断側面図、
【図５】管路形成後にカッタヘッドを縮径させた状態の簡略横断平面図、
【図６】掘削機本体を回収可能な状態にした簡略縦断側面図、
【図７】排土手段を撤去する状態の簡略縦断側面図、
【図８】掘削機本体を回収している状態の簡略縦断側面図、
【図９】方向修正ジャッキを回収している状態の簡略縦断側面図、
【図１０】本発明の別な実施の形態を示す簡略縦断側面図、
【図１１】推進反力伝達部材を取り外した状態の簡略縦断側面図。
【符号の説明】
Ａ シールド掘削機
Ｂ 発進立坑
１ 外筒
１Ａ 前側外筒部
１Ｂ 後側外筒部
３ 推進反力伝達部材
３ａ 垂直矩形状板片
３ｂ 水平矩形状板片
６ ローリング防止手段
７ 方向修正ジャッキ
１０ 掘削機本体
１１ 内筒
１２ 隔壁
１３ カッタヘッド
【発明の属する技術分野】
本発明は、地中にトンネルを掘削しながら管体を埋設することによって管路を形成したのち、該管路内を通じて後方に撤去、回収可能にした管路形成用トンネル掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
地中に管路を形成するためのシールド工事においては、発進立坑側からトンネル掘削機を到達立坑に向かって掘進させ、一定長のトンネルを掘削する毎に該トンネル掘削機に後続させて一定長の埋設管を順次、継ぎ足すことにより管路を形成しており、到達立坑に達したトンネル掘削機は、通常、該到達立坑内から地上に回収しているが、到達立坑が既設のマンホール等の狭隘な立坑である場合、或いは、到達立坑が設けられない場合や、２基のトンネル掘削機を地中でドッキングさせる場合のように到達立坑を設けない場合には、到達側からトンネル掘削機を取り出すことができない。
【０００３】
従って、掘削終了後にトンネル掘削機を解体して管路内を通じて発進立坑側に撤去、回収しなけれならず、その撤去、回収作業に著しい手間と労力を要するという問題点があった。特に、径が３０００ｍｍ以下の小径の管路を形成するトンネル掘削機の場合には、狭い作業空間での撤去作業が極めて困難である。
【０００４】
このため、先頭の敷設管内にトンネル掘削機を挿入、固定しておき、先頭の施設管の開口端から前方に突設している該トンネル掘削機のカッタヘッドを回転させながら発進立坑側で施設管を押し進めることにより、トンネル掘削機を掘進させてトンネルを掘削すると共に、一定長のトンネルが掘削される毎に施設管を順次継ぎ足すことにより管路を形成し、次いで、掘削終了後には、カッタヘッドを施設管の内径よりも小径となるように縮小させると共に先頭の施設管に対するシールド掘削機の固定を解いたのち、シールド掘削機を解体することなく管路内を通じて発進立坑まで後退させ、発進立坑から地上側に回収することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特公平７−６８８７１号公報（第２〜５頁、第１図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のように管路の形成工法によれば、施設管内に対する掘削機本体の固定手段として、スキンプレートに押圧ボルトを内外面間に亘って貫通させてスキンプレート外に突出した該押圧ボルト先端に取り付けている押止板を施設管の内面に圧着させてなり、この固定手段によって掘削機本体に作用する推進反力を支持させるようにしているため、推進反力が上記押圧ボルトの長さ方向に対して直角方向に作用して充分な支持力を得ることができず、掘削機本体が後退したり施設管に破損が生じたりする虞れがある。
【０００７】
さらに、先頭の施設管と次の施設管との接合部分を屈折可能にして方向修正を可能にすることが開示されているが、中折れ機構ではないために大きく屈折させることができず、十分な方向修正が困難であるという問題点がある。
【０００８】
また、トンネル掘削機と施設管との間のシール機構は、スキンプレートに外嵌している金属製のホルダの溝内にシールリングを嵌入し、この金属製ホルダを先頭の施設管の先端面に当接させると共に上記シールリングを該施設管の外周面から突設している前補助プレートに密接させた構造としているため、トンネル掘削機を管路内を通じて後退させる際に、この金属製ホルダを取り外さなければならないが、スキンプレート内から該スキンプレート外の金属製ホルダを除去する作業は極めて困難であり、撤去作業に著しい手間を要するという問題点がある。
【０００９】
さらにまた、トンネル掘削時におけるカッタヘッドの回転反力を、上記押圧ボルトの先端に取り付けている押止板と施設管の内面との圧接力（摩擦力）によって支持しているため、この押圧ボルトによる圧接力ではカッタヘッドの回転反力を確実に支持することができず、スリップが発生して掘削機本体がローリングを起こすといった問題点がある。
【００１０】
本発明は上記のような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、トンネル掘進時における推進反力を強固に受止し得ると共に方向修正も確実に行うことができ、また、ローリングの発生を防止しながらトンネルの掘削を可能にすると共に、トンネル掘削後においては管路を通じてのトンネル掘削機の回収、撤去作業が円滑且つ能率よく行うことができる管路形成用トンネル掘削機を提供するにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の管路形成用トンネル掘削機は、請求項１に記載したように、地中にトンネルを掘削しながら該トンネル内に管体を順次、埋設することにより管路を形成していくトンネル掘削機であって、先頭の管体の前端側に設けられ且つ該管体と略同一外径を有する外筒と、この外筒内に配設された掘削機本体とからなり、上記外筒は前側外筒部と後側外筒部とに分割されていて該後側外筒部の前端側に方向修正ジャッキを介して上記前側外筒部を屈折自在に連結し且つ該前側外筒部の前端部内周面に内径が上記管体の内径よりも小径のリング体を突設している一方、上記掘削機本体は外周面の前端部を上記リング体の内周面にシール材を介して密接させている内筒と、この内筒の前部に設けられた隔壁と、この隔壁に回転自在に支持されて上記外筒の開口端から前方の地盤を掘削し且つ外径が上記シール材の内径よりも小径に縮小可能に形成しているカッタヘッドとを備えてなり、さらに、この掘削機本体の内筒を上記前側外筒部の内周面に切り離し可能な推進反力伝達部材を介して連結してなる構造としている。
【００１２】
このように構成した管路形成用トンネル掘削機において、請求項２及び請求項３に係る発明は上記推進反力伝達部材の構造であって、互いに直交する２つの接続面を有していて、一方の接続面を掘削機本体の内筒の後端部又は掘削機本体の隔壁背面に一体に固着し、他方の接続面を外筒における前側外筒部の内周面に切り離し可能に固着していることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に係る発明は、ローリング防止手段であって、掘削機本体の内筒における後端部外周面と後側外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設してなることを特徴とする。
【００１４】
【作用】
発進立坑内において、先頭の管体の先端面に外筒における後側外筒部の後端を連結し、且つこの外筒内に掘削機本体を配設して該掘削機本体の内筒の開口端から突設しているカッタヘッドを外管と略同一径にまで拡径した状態にし、このカッタヘッドを回転させながら管体の後端面を押し進めることにより発進立坑内からトンネルを掘進する。掘削されたトンネル内に先頭の管体が推進、埋設されると次の管体を接続し、以下、このトンネル掘削機によって一定長、掘削される毎に管体を継ぎ足して順次トンネル掘削機に後続させながら管路を形成していく。
【００１５】
この管路形成時には、管体に対する推進力は先頭の管体から該管体と連結している外筒に伝達され、さらに、この外筒における前側外筒部の内周面とトンネル掘削機の内筒とを一体に連結している推進反力伝達部材を介して掘削機本体に伝達される。また、掘削機本体のカッタヘッドに作用する推進反力は、掘削機本体から上記推進反力伝達部材、外筒を介して管体に支持される。
【００１６】
この場合、上記推進反力伝達部材として、互いに直交する２つの接続面を有していて、一方の接続面を掘削機本体の内筒の後端又は隔壁の背面に一体に固着し、他方の接続面を外筒における前側外筒部の内周面に切り離し可能に固着しておくことによって、上記推進反力をこの推進反力伝達部材を介して外筒から管体に確実且つ強固に支持させることができ、トンネル掘削機によるトンネルの掘進を円滑に行いながら管路を形成することができる。なお、管体の埋設は、このような推進工法だけではなく、セグメントを管体として組み立てていくシールド工法を採用して行ってもよい。
【００１７】
さらに、トンネルの掘進中において、方向修正や曲線トンネルを掘削する際には、管体の前端に一体に連結している後側外筒部に対して前側外筒部をこれらの前後外筒部間に連結している方向修正ジャッキを作動させることによって所望方向に屈折させることができ、この前側外筒部内に配設されている掘削機本体を一体に屈折させてトンネルの方向修正や曲線トンネルの掘削が正確に且つ能率よく行うことができる。
【００１８】
また、トンネル掘削時においては、カッタヘッドの回転反力によって外筒に対して掘削機本体の内筒がローリングしようとするが、掘削機本体の内筒における後端部外周面と管体の前端に一体に連結している後側外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設してこれらの突出片と介入片とによりトンネル掘削機のローリング防止手段を構成しているので、トンネル掘削機がローリングしようとする回動力をこれらの突出片と介入片とを介して管体に強固に受止させることができ、ローリングの発生を確実に阻止することができる。
【００１９】
また、所定長の管路を形成後に掘削機本体を回収する場合、掘削機本体内から上記推進反力伝達部材の切り離し作業が容易に行えると共に、掘削機本体の内筒の外周面の前端部に密接しているシール材は、外筒における前側外周面の前端部内周面に突設しているリング体における上記管体の内径よりも小径の内周面に設けているので、このシール材に摺接させながら掘削機本体の内筒を後方に円滑に離脱させることができ、カッタヘッドを管体の内径よりも縮径させた状態にして管路を通じての掘削機本体の回収、撤去作業が能率よく行えるものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、トンネル掘削機Ａは、外径が埋設すべき管体Ｐの外径に等しい鋼管製の外筒１と、この外筒１内に配設された掘削機本体１０とからなり、掘削機本体１０は外径が管体Ｐの内径よりも小径の内筒１１と、この内筒１１の前部に設けられてその外周端面を内筒１１の内周面に一体に固着している隔壁１２と、この隔壁１２に回転自在に支持されて上記外筒の開口端に面した地盤を掘削するカッタヘッド１３とを備えている。
【００２１】
上記外筒１は長さが掘削機本体１０の内筒１１と同等若しくは該内筒１１よりも長い前側外筒部１Ａと、長さの短い円環形状の後側外筒部１Ｂとに分割されてあり、この後側外筒部１Ｂの後端を上記管体Ｐの前端に一体に連結、固着していると共に、該後側外筒部１Ｂの前端側の四方に方向修正ジャッキ７を介して上記前側外筒部１Ａを屈折自在に連結している。
【００２２】
これらの前後外筒部１Ａ、１Ｂは、内外二重の筒状周壁部１ａ１ 、１ａ２ ；１ｂ１ 、１ｂ２の前端部間と後端部間をそれぞれ前後リング状連結端板１ａ３ 、１ａ４ ；１ｂ３ 、１ｂ４によって連結してなる厚みが管体Ｐの厚みに略等しい断面横長矩形状に形成されてあり、さらに、前側外筒部１Ａにおける前側リング状連結端板１ａ３ の内周端から内方に延長する方向にリング体１ｃを一体に突設して、このリング体１ｃの内周端面に上記掘削機本体１０の内筒１１の前端外周面をシール材４を介して摺接させていると共に、前側外筒部１Ａにおける上記外側筒状周壁部１ａ１ の前後端部を内側筒状周壁部１ｂの前後端からそれぞれ一定長さだけ突出させて、後側の突出片部１ａ５ を後側外筒部１Ｂにおける外側筒状周壁部１ｂ１ の外周面前端部にシール材４ａを介して屈折可能に被嵌させている。
【００２３】
なお、後側外筒部１Ｂは、その後側端面板１ｂ４ とこの後側端面板１ｂ４ から後方に突出している突片１ｂ５ とを管体Ｐの前端面と前端外周面とにそれぞれ密接させた状態で一体に固着している一方、前側端面板１ｂ３ に前側外筒部１Ａの後側端面板１ａ４ を固定することなく接合、受止させている。
【００２４】
このように構成している外筒１における前側外筒部１Ａ内に上記掘削機本体１０がその内筒１１を前側外筒部１Ａの内側筒状周壁部１ａ２ の内周面から小間隔を存した状態で且つ上述したように該内筒１１の前端外周面を上記リング体１ｃの内周端面にシール材４を介して摺接させた状態にして配設されてあり、内筒１１の前端部における少なくとも下周部の複数個所にガイドローラ２を回転自在に軸支して外筒１の内周面、即ち、上記内側筒状周壁部１ａ２ の内周面前端部上に支持させている。
【００２５】
さらに、掘削機本体１０の内筒１１の後端部を上記前側外筒部１Ａの後端部内周面、即ち、内側筒状周壁部１ａ２ の後端部内周面に対して切り離し可能な推進反力伝達部材３を介して連結、固着し、トンネル掘削機Ａの掘進時に発生する推進反力を掘削機本体１０の内筒１１からこの推進反力伝達部材３、前後外筒部１Ａ、１Ｂを介して管体Ｐに支持させるように構成している。
【００２６】
この推進反力伝達部材３は、垂直矩形状板片３ａと水平矩形状板片３ｂとを互いに直角に組み合わせて補強リブ３ｃにより一体に連結、固着してなり、垂直矩形状板片３ａの前面と水平矩形状板片３ｂの外面とによって互いに直交する２つの接続面を形成している。一方、上記掘削機本体１０の内筒１１の後端部における周方向の複数個所（図においては四方）に、上記推進反力伝達部材３の垂直矩形状板片３ａと面接合する垂直連結板片３ｄを補強部材３ｅと共に一体に固着してあり、これらの各垂直連結板片３ｄに推進反力伝達部材３の垂直矩形状板片３ａを接合して複数個のボルト３ｆにより連結、固定している。
【００２７】
さらに、内筒１１の各垂直矩形状板片３ａに一体に連結した推進反力伝達部材３における水平矩形状板片３ｂを上記外筒１の後端内周面、即ち、該外筒１の内側周壁部１ｂの後端内周面に切り離し可能に固着している水平連結板片３ｇに面接合させて複数個のボルト３ｆにより一体に連結、固定している。この内筒１１に対して推進反力伝達部材３の水平矩形状板片３ｂを切り離し可能にするには、上記水平連結板片３ｇを内筒１１の内周面に溶接によって固着しておき、この水平連結板片３ｇに水平矩形状板片３ｂをボルト３ｆによって切り離し可能に固着しておいてもよく、上記水平連結板片３ｇを内筒１１の内周面に溶接によって固着することなく水平矩形状板片３ｂと共にボルト３ｆによって内筒１１の内面に切り離し可能に固着しておいてもよい。
【００２８】
一方、上記後側外筒部１Ｂの内周面、即ち、後側筒状周壁部１ｂ２ の内周面における上部の２個所に、図３に示すように、周方向に小宜間隔を存して前後方向に長い横長長方形状の突出片６ａ、６ａを掘削機本体１０の内筒１１の後端部外周面に向かって内方に突設している一方、該内筒１１の後端部外周面の上部２個所に、上記突出片６ａ、６ａ間に介挿した横長長方形状の介入片６ｂを突設してこれらの突出片６ａ、６ａと介入片６ｂとによってトンネル掘削機のローリング防止手段６を形成している。
【００２９】
即ち、内筒１１と一体のこの介入片６ｂの両側面を管体Ｐと一体に連結している後側外筒部１Ｂと一体の突出片６ａ、６ａの対向内側面に受止させることによって、外筒１と掘削機本体１０とからなるトンネル掘削機全体が管体Ｐに対してローリングするのを防止するように構成している。なお、内筒１１側に突出片６ａ、６ａを、後側外筒部１Ｂ側に介入片６ｂを設けておいてもよい。
【００３０】
また、外筒１における前側外筒部１Ａと後側外筒部１Ｂとの上下左右の４個所間を上述したように方向修正ジャッキ７によって連結している。具体的には、前側外筒部１Ａの内側筒状周壁部１ａ２ における後半部の上下左右部分を切除してその切除部における外側筒状周壁部１ａ１ の内周面の上下左右に沿って方向修正ジャッキ７を配設し、この方向修正ジャッキ７の前端部を外側筒状周壁部１ａ１ の内周面から突設している軸受片８にピン５ａによって回動自在に連結する一方、後端部を上記後側外筒部１Ｂの前端部に固着している軸受片９にピン５ｂによって回動自在に連結している。
【００３１】
掘削機本体１０の上記カッタヘッド１３は、その回転中心軸１４を隔壁１２の中央部に回転自在に支持されていると共に、この回転中心軸１４の前端から該回転中心軸１４に対して直交する方向（外径方向）に向かって図２に示すように、長さが外筒１や管体Ｐの内周面の半径よりも小径で内筒１１の半径に略等しい長さを有する複数本（図においては、６本）のスポーク部１３ａ を放射状に突設し、隣接するスポーク部１３ａ の外端対向面間を円弧状の連結部材１３ｂ によって一体に連結している。
【００３２】
さらに、これらのスポーク部１３ａ に長さ方向に適宜間隔毎にカッタビット１５ａを前方に向かって突設していると共に、これらの複数本のスポーク部１３ａ において、一本おきに配設されているスポーク部１３ａ’はその長さを上記のように外筒１や管体Ｐの内周面の半径よりも短い長さから外筒１の外周面に達する長い長さまで伸長可能で且つこの長い形状から短い形状となるまで縮小可能に形成してカッタヘッドの外径を、外筒１の外径に略等しい径から管体Ｐの内径よりも小径に縮径可能に構成されている。
【００３３】
この拡縮可能な上記スポーク部１３ａ’の具体的な構造としては、該スポーク部１３ａ’を図１に示すように、その先端面が開口した筒状の中空スポーク部１３ａ’に形成し、この中空スポーク部１３ａ’内に、前面両側部に前方に向かって複数個のカッタビット１５ｂ を突設しているスポーク片１３ａ’’ を収納し、中空スポーク部１３ａ’内の奥底部に装着しているジャッキ１６の作動により、このスポーク片１３ａ’’ を中空スポーク部１３ａ’の開口端から出没させるように構成している。なお、上記カッタヘッド１３の回転中心軸１４の前面にセンタビット１５ｃ を突設している。
【００３４】
また、カッタヘッド１３の背面外周部数カ所に、後方に向かってアーム部材１７を突設していると共に、これらのアーム部材１７、１７の後端を円環枠材１８によって一体に連結して該円環状枠材１８を内筒１１の内周面に回転自在に支持させてあり、さらに、この円環状枠材１８の後端面に内歯車１９を固着している一方、掘削機本体１０の上記隔壁１２の外周部後面に駆動モータ２０を装着してこの駆動モータ２０の回転軸に固着している小歯車２１を上記内歯車１９に噛合させ、駆動モータ２０によってカッタヘッド１３を回転させるように構成している。
【００３５】
さらに、カッタヘッド１３の後面と上記隔壁１２の前面間の空間部を、カッタヘッド１２によって掘削された土砂を取り込んで一旦滞留させておく土砂室２２に形成してあり、この土砂室２２から排土手段２３を通じて掘削土砂を後方に排出するように構成している。
【００３６】
この排土手段２３は図１に示すようにスクリューコンベアからなり、その前端開口部を隔壁１２の下部を貫通して上記土砂室２２の下端部内に臨ませていると共に隔壁１２から後方に向かって斜め上方に傾斜させた状態で配設されている。
【００３７】
次に、以上のように構成した管路形成用トンネル掘削機Ａによって地中に管路を形成する方法について説明する。まず、このトンネル掘削機Ａを発進立坑Ｂ内に設置し、そのカッタヘッド１３を拡径させた状態にすると共に、このトンネル掘削機Ａにおける後側外筒部１Ｂの後端にヒューム管からなる管体Ｐの前端を一体に連結する。この状態にしてカッタヘッド１２を回転させると共に管体Ｐの後端面を発進立坑Ｂの後部内に配設している推進ジャッキ等の推進手段Ｃによって押し進めてトンネルを掘進する。
【００３８】
そして、トンネル掘削機Ａが発進立坑Ｂから地中内に一定長推進すると、管体Ｐの後端に次の管体Ｐの前端を接続させ、この管体Ｐの後端を上記推進手段Ｃによって押し進めて、先頭の管体Ｐに該管体Ｐを後続させた状態でトンネル掘削機Ａをさらにトンネル計画線に沿って掘進させ、以下、トンネル掘削機Ａによって一定長のトンネルが掘削される毎に発進立坑Ｂ側において管体Ｐを順次、継ぎ足しながら押し進めて図４に示すように、管路を形成しておく。なお、カッタヘッド１３によって掘削された土砂は、土砂室２２から排土手段２３を通じて発進立坑Ｂ側に排出する。
【００３９】
推進手段Ｃによる推進力は、最後尾の管体Ｐから先頭の管体Ｐの前端に一体に固着している後側外筒部１Ｂを介してこの後側外筒部１Ｂの前端に当接、受止されている前側外筒部１Ａに伝達され、さらに、該前側外筒部１Ａから推進反力伝達部材３を介して掘削機本体１０に伝達されてカッタヘッド１３を切羽に押し付けながら掘進する。なお、方向修正ジャッキ７のシリンダ部における長さ方向の中央部の内側外周面に突片７ａを突設しておき、該突片７ａを図１に示すように、掘削機本体１０の内筒１１の外周面に突設している突片１１ａ にボルトによって連結しておけば、上記推進力を後側外筒部１Ｂから方向修正ジャッキ７、突片７ａ、１１ａ を介して掘削機本体１０の内筒１１に伝達することができる。
【００４０】
一方、上記推進力の反力は、カッタヘッド１３を支持している掘削機本体１０から内筒１１と外筒１における前側外筒部１Ａとを一体に連結している上記推進反力伝達部材３を介して前側外筒部１Ａに支持され、さらに、この前側外筒部１Ａの後端を受止している後側外筒部１Ｂを介して管体Ｐに支持される。
【００４１】
この際、推進反力伝達部材３は垂直矩形状板片３ａと水平矩形状板片３ｂとを互いに直角に組み合わせて補強リブ３ｃにより一体に連結、固着してなり、この推進反力伝達部材３における垂直矩形状板片３ａの前面に掘削機本体１０の内筒１１の後端部に固着した垂直連結板片３ｄを面接合させてボルト３ｆにより連結、固着していると共に、水平矩形状板片３ｂを上記前側外筒部１Ａの後端内周面に切り離し可能に固着している水平連結板片３ｇに面接合させて複数個のボルト３ｅにより一体に連結、固定しているので、カッタヘッド１３に作用する推進反力をこの推進反力伝達部材３を介して管体Ｐ側に強固に受止させることができる。
【００４２】
また、トンネルの掘進中において、カッタヘッド１３の回転反力により掘削機本体１０の内筒１１がローリングしようとするが、この内筒１１の後端部外周面に突設している横長長方形状の介入片６ｂを、先頭の管体Ｐの前端に一体に固着している後側外筒部１Ｂの内周面に並列状態に突設した突出片６ａ、６ａ間に介挿させているので、介入片６ｂが突出片６ａ、６ａの対向内面のいずれか一方に受止されて、管体Ｐに対しローリングするのを確実に防止することができ、さらに、内筒１１がローリングしようとする回動力が前側外筒部１Ａに伝達することもなく、トンネル掘削機Ａ全体のローリング防止を行うことができる。
【００４３】
さらに、トンネル掘削機Ａによるトンネル掘進中において、管路を形成するための計画トンネルが湾曲している場合、又は、掘削方向を修正する必要が生じた場合、トンネル掘削機Ａの外筒１における前側外筒部１Ａと、先頭の管体Ｐの前端に固着した上記外筒１における後側外筒部１Ｂ間を連結している四方の方向修正ジャッキ７のうち、所定の方向修正ジャッキ７を作動させてトンネル掘削機Ａ全体の向きを後側外筒部１Ｂに対して計画曲線トンネル方向に、又は、修正したい方向に向ける。
【００４４】
例えば、トンネル掘削機Ａの向きを右側に変えたい場合には、右側の方向修正ジャッキ７を不作動状態又は収縮させると共に左側の方向修正ジャッキ７を伸長させると、トンネル掘削機Ａの外筒１における後側外筒部１Ｂの前部外周面に対して前側外筒部１Ａの後端突出部１ａ５ がシール材４ａを介して右方向に屈折する。この屈折角度は左側の方向修正ジャッキ７の伸長量によって大小に調整することができ、掘削中における方向修正や曲線トンネル施工が容易に且つ正確に行うことができる。
【００４５】
次に、上記シールド掘削機Ａによって所定長のトンネルを掘削して管路を形成したのち、掘削機本体１０を撤去、回収するには、カッタヘッド１３における中空スポーク部１３ａ’の開口端から突出してカッタヘッド１３を拡径しているスポーク片１３ａ’’ をジャッキ１６の収縮によって図５に示すようにスポーク部１３ａ’内に収納し、カッタヘッド１３の全体の外径を外筒１及び管体Ｐの内径よりも小径にする。
【００４６】
さらに、内筒１１の後端部と外筒１における前側外筒部１Ａとを連結している推進反力伝達部材３における上記前側外筒部１Ａの後端内周面に固着した水平連結板片３ｇを該前側外筒部１Ａから切り離して除去すると共に推進反力伝達部材３の垂直矩形状板片３ａと水平矩形状板片３ｂとを一体に連結している補強リブ３ｃの一部を切除して図６に示すように、該補強リブ３ｃに後側ガイドローラ２’を回転自在に軸支させて外筒１の内周面に支持させた状態にする。この際、推進反力伝達部材３の水平連結板片３ｇの除去や後側ガイドローラ２’の取り付け作業等は、推進反力伝達部材３がトンネル掘削機Ａ内に配設されているので、容易に行うことができる。なお、予め、内筒１１の外周面の後端部にもガイドローラを設けておいてもよく、この場合には上記後側ガイドローラ２’の装着作業を必要としなく、推進反力伝達部材３を前側外筒部１Ａから切り離す作業のみ行えばよい。
【００４７】
また、ローリング防止手段６を構成している上記突出片６ａ、６ａと介入片６ｂも切除等により除去すると共に、図７に示すように、掘削機本体１０の隔壁１２に装着しているスクリューコンベアからなる排土手段２３を取り外して管路内を通じて発進立坑Ｂ側に回収、撤去する。なお、ローリング防止手段６における外筒１の内周面に固着している突出片６ａ、６ａがカッタヘッド１３の後退の支障にならない場合には、必ずしも除去する必要はない。
【００４８】
このように、カッタヘッド１３を縮径させると共にトンネル掘削機Ａにおける外筒１の前側外筒部１Ａに対する掘削機本体１０の内筒１１の連結、固定を解除し、且つ排土手段２３を撤去したのち、掘削機本体１０を後方側から適宜な引っ張り手段（図示せず）によって引っ張ると、内筒１１の前端外周面が外筒１の前端内周面に内方に向かって突出しているリング体１ｃのシール材４に摺接しながら後退して該シール材４から離脱し、図８に示すように、前後のガイドローラ２、２’を管体Ｐの内周面上を転動させながら掘削機本体１０を発進立坑Ｂ側に回収し、この発進立坑Ｂ内から地上に撤去する。しかるのち、図９に示すように方向修正ジャッキ７を取り外して撤去、回収する。なお、トンネル掘削機Ａの回収時には、カッタヘッド前方の地盤を薬液注入などにより固化処理しておけばよい。
【００４９】
以上の実施の形態においては、掘削機本体１０における内筒１１の後端部を推進反力伝達部材３によって外筒１における前側外筒部１Ａの内側筒状周壁部１ａ２ の後端内周面に切り離し可能に連結しているが、図１０、図１１に示すように、隔壁１２の背面側における内筒１１の前端部に、推進反力伝達部材３が装着し得る大きさの切欠部２４を周方向に所定間隔毎に設けて該切欠部２４における隔壁背面に垂直連結板片３ｄ’ を固着し、この垂直連結板片３ｄ’に推進反力伝達部材３の垂直矩形状板片３ａをボルト３ｆによって一体に固着する共に、該推進反力伝達部材３の水平矩形状板片３ｂを外筒１における前側外筒部１Ａの内側筒状周壁部１ａ２ の内周面に切り離し可能に固着している水平連結板片３ｇに面接合させて複数個のボルト３ｆにより一体に連結、固定しておいてもよい。その他の構造については上記実施の形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００５０】
また、以上のいずれの実施の形態においても、管路を形成する管体Ｐとしてヒューム管を採用しているが鋼管であってもよく、さらに、トンネル掘削機Ａにおける上記外筒１としては、鋼製であることが望ましいがコンクリート製であっても適用できないことはない。
【００５１】
さらに、カッタヘッド１３のスポーク部１３ａ’は、このスポーク部１３ａ’を中空に形成してこの中空スポーク部１３ａ’内に、前面両側部に前方に向かって複数個のカッタビット１５ｂ を突設しているスポーク片１３ａ’’ を収納し、中空スポーク部１３ａ’内の奥底部に装着しているジャッキ１６の作動により、スポーク片１３ａ’’ を中空スポーク部１３ａ’の開口端から出没させてカッタヘッド１３の外径を拡縮させるように構成しているが、スポーク部１３ａ’の外端に一定長のスポーク片を切り離し自在に連結して、該スポーク片を連結した状態においてはカッタヘッド１３を外筒１の外径に略等しい外径とし、スポーク片を取り外した状態においては、カッタヘッド１３の外径を管路内を通じて撤去可能な径となるように構成しておいてもよい。
【００５２】
さらにまた、管路は管体Ｐを推進工法によって順次、推進、埋設することにより形成しているが、トンネル掘削機Ａによって一定長のトンネルを掘削する毎にその後側外筒部１Ｂの後方にセグメントを組立て、後側外筒部１Ｂの後端部内に装着している複数本の推進ジャッキをこのセグメントの前端面に押し付けて伸長させることによりトンネルを掘進するシールド工法にも適用してもよい。
【００５３】
【発明の効果】
以上のように本発明の管路形成用トンネル掘削機によれば、請求項１に記載したように、地中にトンネルを掘削しながら該トンネル内に管体を順次、埋設することにより管路を形成していくトンネル掘削機であって、先頭の管体の前端側に設けられ且つ該管体と略同一外径を有する外筒と、この外筒内に配設された掘削機本体とからなり、上記外筒は前側外筒部と後側外筒部とに分割されていて該後側外筒部の前端側に方向修正ジャッキを介して上記前側外筒部を屈折自在に連結しているので、この方向修正ジャッキを作動させることにより、外筒の後側外筒部に対して前側外筒部を該方向修正ジャッキの作動量に応じて所定方向に容易に且つ大きく屈折させることができ、掘削中におけるトンネル掘削機の方向修正やこのトンネル掘削機による曲線トンネル施工が正確に且つ能率よく行うことができる。
【００５４】
さらに、掘削機本体は外周面の前端部を外筒の前側外筒部における前端部内周面に突設しているリング体の内周面にシール材を介して密接させている内筒と、この内筒の前部に設けられた隔壁と、この隔壁に回転自在に支持されて上記外筒の開口端から前方の地盤を掘削し且つ外径が上記シール材の内径よりも小径に縮小可能に形成しているカッタヘッドとを備えてなり、上記内筒の外径を管体の内径よりも小径に形成していると共にこの内筒を上記前側外筒部の内周面に切り離し可能な推進反力伝達部材を介して連結しているので、管路形成時には、後方からの推進力を外筒及び推進反力伝達部材を介して掘削機本体の内筒に確実に伝達することができ、内筒の前部に設けている隔壁に回転自在に支持されたカッタヘッドによってトンネルを円滑に掘削することができる。
【００５５】
その上、掘削機本体に作用する推進反力を上記推進反力伝達部材を介して外管から管体側に強固に支持させることができると共に、推進反力伝達部材はトンネル掘削機内に露呈した状態に設けられているから、所定長の管路の形成後、外筒の内周面からの該推進反力伝達部材の切り離し作業が機内から容易に行うことができ、カッタヘッドの外径を管体の内径よりも小径に形成したのち、外管を地中に残した状態で該外管と管体の内周面をガイド面として掘削機本体全体の回収、撤去作業が能率よく行うことができる。
【００５６】
また、請求項２及び請求項３に係る発明によれば、上記推進反力伝達部材は互いに直交する２つの接続面を有していて、一方の接続面を掘削機本体の内筒の後端又は掘削機本体の隔壁背面に一体に固着し、他方の接続面を外筒における前側外筒部の内周面に切り離し可能に固着しているので、上記掘削機本体を作用する推進反力をこの推進反力伝達部材の直角な２つの接続面を介して外筒の内周面から管体に確実且つ強固に支持させることができ、トンネル掘削機によるトンネルの掘進を円滑に行いながら管路を形成することができる。
【００５７】
さらに、請求項４に係る発明によれば、掘削機本体の内筒における後端部外周面と管体の前端に一体に連結している後側外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設してこれらの突出片と介入片とによりトンネル掘削機のローリング防止手段を構成しているので、カッタヘッドの回転反力によって掘削機本体の内筒がカッタヘッドの回転方向に回動しようとし、その回動力が推進反力伝達部材を介して外筒に伝達してトンネル掘削機全体がローリングしようとするが、上記突出片と介入片とからなるローリング防止手段によって上記回動力を管体の前端に一体に連結している後側外筒部に強固に受止させることができ、トンネル掘削機のローリングを確実に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】管体の先端に接続したトンネル掘削機全体の簡略縦断側面図、
【図２】カッタヘッドの正面図、
【図３】推進反力伝達部材とローリング防止手段部分の簡略縦断背面図、
【図４】管路を形成している状態の簡略縦断側面図、
【図５】管路形成後にカッタヘッドを縮径させた状態の簡略横断平面図、
【図６】掘削機本体を回収可能な状態にした簡略縦断側面図、
【図７】排土手段を撤去する状態の簡略縦断側面図、
【図８】掘削機本体を回収している状態の簡略縦断側面図、
【図９】方向修正ジャッキを回収している状態の簡略縦断側面図、
【図１０】本発明の別な実施の形態を示す簡略縦断側面図、
【図１１】推進反力伝達部材を取り外した状態の簡略縦断側面図。
【符号の説明】
Ａ シールド掘削機
Ｂ 発進立坑
１ 外筒
１Ａ 前側外筒部
１Ｂ 後側外筒部
３ 推進反力伝達部材
３ａ 垂直矩形状板片
３ｂ 水平矩形状板片
６ ローリング防止手段
７ 方向修正ジャッキ
１０ 掘削機本体
１１ 内筒
１２ 隔壁
１３ カッタヘッド
Claims (4)
- 地中にトンネルを掘削しながら該トンネル内に管体を順次、埋設することにより管路を形成していくトンネル掘削機であって、先頭の管体の前端側に設けられ且つ該管体と略同一外径を有する外筒と、この外筒内に配設された掘削機本体とからなり、上記外筒は前側外筒部と後側外筒部とに分割されていて該後側外筒部の前端側に方向修正ジャッキを介して上記前側外筒部を屈折自在に連結し且つ該前側外筒部の前端部内周面に内径が上記管体の内径よりも小径のリング体を突設している一方、上記掘削機本体は外周面の前端部を上記リング体の内周面にシール材を介して密接させている内筒と、この内筒の前部に設けられた隔壁と、この隔壁に回転自在に支持されて上記外筒の開口端から前方の地盤を掘削し且つ外径が上記シール材の内径よりも小径に縮小可能に形成しているカッタヘッドとを備えてなり、さらに、この掘削機本体の内筒を上記前側外筒部の内周面に切り離し可能な推進反力伝達部材を介して連結していることを特徴とする管路形成用トンネル掘削機。
- 推進反力伝達部材は互いに直交する２つの接続面を有していて、一方の接続面を掘削機本体の隔壁より後方の内筒に、他方の接続面を外筒における前側外筒部の内周面にそれぞれ切り離し可能に固着していることを特徴とする請求項１に記載の管路形成用トンネル掘削機。
- 推進反力伝達部材は互いに直交する２つの接続面を有していて、一方の接続面を掘削機本体の隔壁背面に、他方の接続面を外筒における前側外筒部の内周面にそれぞれ切り離し可能に固着していることを特徴とする請求項１に記載の管路形成用トンネル掘削機。
- 掘削機本体の内筒における後端部外周面と後側外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設してこれらの突出片と介入片とによりトンネル掘削機のローリング防止手段を構成していることを特徴とする請求項１に記載の管路形成用トンネル掘削機。
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