JP2005120651A - トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

【課題】 一台のトンネル掘削機によって所定深さの立坑とこの立坑からの横坑を連続的に能率よく掘削することができるようにする。
【解決手段】 掘削機本体の先端に該掘削機本体よりも大径のカッタヘッドを配設していると共に上記カッタヘッドの直後における掘削機本体の外周四方に掘削壁面に対する圧着面積を大きくして該掘削壁面の崩落を防止しながら掘削機本体を掘削壁面に強固に支持させる互いに平行な二組のグリッパシューを径方向に伸縮自在に配設してあり、さらに、一方の一組のグリッパシューを掘削機本体の軸心に直交する軸回りに回動自在に構成して、他方の一組のグリッパシューを掘削壁面から内方に収縮させた状態で上記軸回りに掘削機本体を所定の方向に屈折させるように構成し、且つ屈折後、一方の一組のグリッパシューを掘削壁面に当接させることなく元の状態に復帰させるように構成している。
【選択図】 図１

Description

本発明は地上側から所定深さまで立坑を掘削したのち、この立坑の底部から横坑を連続的に掘削する場合など、屈曲部を有する坑の連続掘削に適したトンネル掘削機に関するものである。

従来から、岩盤トンネル掘削機（ＴＢＭ）を用いて水平坑や斜坑を掘削することが行われているが、このトンネル掘削機によって立坑を地上側から所定深さまで切り下げ掘削したのち、該立坑の底部から横坑を連続的に掘削する等、任意の角度の屈曲部を有するトンネルを連続的に掘削することは、トンネル掘削機の向きを急角度で任意の方向に変更することが困難であるため行われていない。

一方、岩盤トンネルではなく、土砂トンネルで使用されるシールド掘削機の場合、立坑と横坑とを一台の掘削機によって連続掘削する方法として、例えば、特許第２８５２９４８号明細書に記載されているように、推進ジャッキを備えた立坑用シールドフレームの前端開口部にシールド掘進機を旋回動自在に支持させると共にこのシールド掘進機のスキンプレートの前端外周面から上記立坑用シールドフレームの後端に至る外周面に鞘管を着脱自在に被せてなる掘削装置を使用して、まず、鞘管によりシールド掘削機と立坑用シールドフレームとを直状に保持した状態で掘削壁面を覆工したセグメントに反力をとって推進ジャッキを伸長させることにより立坑を掘進し、所定の深さにまで掘削したのち、シールド掘削機を水平方向に旋回させて横坑を掘削することが行われている。

この際、シールド掘削機を垂直状態から水平方向に旋回させるには、まず、シールド掘削機と立坑用シールドフレームとを直状に保持させている上記鞘管を地上に設置しておいた複数台のウインチを駆動することによりワイヤを介して地上に引き上げ、しかるのち、立坑用フレームとシールド掘削機の後部球状壁とを連結している旋回用ジャッキを作動させることにより、シールド掘削機を水平方向に向けている。次いで、旋回ジャッキやシールド掘削機の上記後部球状壁、旋回中心軸等を解体撤去したのち、スキンプレートが筒状となるように継ぎ足してその内部に横坑の掘削に必要な設備を配設している。

特許第２８５２９４８号明細書

しかしながら、このような立坑と横坑との掘削装置によれば、立坑を掘進する時には、シールド掘進機が自重によって常にそのカッタヘッドを切羽に圧着させているために、岩盤トンネルに適用すれば、岩質に応じた効率のよい掘削が行えないばかりでなく、カッタヘッドの掘削ビットに過大な圧力が作用して掘削ビットが短時間で破損する虞れがある。

仮に、岩盤トンネルに適用できたとしても、立坑の掘削後、掘削装置を水平状態に向ける際に、シールド掘削機と立坑用シールドフレームとを直状に保持している鞘管を撤去しなければならず、この鞘管は掘削壁面に摺接してために、地上に設置した複数台のウインチを駆動してワイヤを介して引き上げようとしても、掘削壁面に係止して引き上げが円滑に行うことができず、撤去作業に著しい手間を要するという問題点がある。

その上、立坑用フレームとシールド掘削機の後部球状壁とを連結している旋回用ジャッキを作動させても、一度ではシールド掘削機を90度、旋回させることができないために、数本の旋回用ジャッキの盛り替えを必要とする。また、シールド掘削機を水平方向に向けた後には、旋回ジャッキやシールド掘削機の上記後部球状壁、旋回中心軸等を解体撤去したのち、スキンプレートが筒状となるように継ぎ足してその内部に横坑の掘削に必要な設備を配設しているために、カッタヘッド以外は立坑の掘削時と殆ど異なった横坑掘削用のシールド掘削機に改造しなければならず、作業能率が低下して立坑から横坑の掘削作業に長期の施工期間を要するという問題点があった。また、再度急角度に旋回する場合には、上記した鞘管や旋回ジャッキ、球状壁の再装着が必要であり、このような作業は事実上困難である。

以上のことから、岩盤トンネルでは使用できるものにはならず、このため、岩盤トンネルで屈曲部を施工する際は、一旦、掘削機と後続台車等を坑外に取り出し、削岩機等を用いてトンネル先端部（切羽）を拡大掘削したのち、掘削機と後続台車を再度坑内に搬入し、掘削機の向きを所望方向に変えて再掘進する手段しかなく、この場合、多大な労力と期間が必要で非常に困難なものとなっていた。

本発明はこ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、スキンプレートを設けていないグリッパシュー式の岩盤トンネル掘削機（ＴＢＭ）を使用して屈曲部を有する坑を連続的に能率よく掘削することができるトンネル掘削機を提供するにある。

上記目的を達成するために本発明のトンネル掘削機は、請求項１に記載したように、掘削機本体の前端にカッタヘッドを回転自在に配設し且つこのカッタヘッドの直後における掘削機本体の外周四方にジャッキによって掘削機本体の径方向に伸縮するグリッパシューを装着していると共に、互いに平行に対向する二組のグリッパシューのうち、一方の一組のグリッパシューを掘削機本体の軸心に直交する軸回りに回動自在に装着してあり、さらに、この一方の一組のグリッパシューの後端部に、この一方の一組のグリッパシューを掘削壁面に圧着させると共に他方の一組のグリッパシューを収縮させて掘削機本体を上記軸心回りに回動させてその向きを変えた後に上記一方の一組のグリッパシューを収縮させると共に新たな掘進方向に沿うように回動させた時における掘削壁面に対する当接からの逃がし部を設けてなる構造としている。

掘削壁面に対する当接からの逃がし部の望ましい構造としては、請求項２に係る発明においては、グリッパシュー本体の後端面に着脱自在に連結した一定の前後幅を有する分割グリッパシュー片によって形成してあり、請求項３に係る発明においては、グリッパシュー本体の後端部内に分割グリッパシュー片を後方に向かって出没自在に設けてなる構造としてあり、請求項４に係る発明においては、グリッパシュー本体の後端に分割グリッパシュー片を内方に向かって折り畳み自在に配設してなる構造としている。

請求項５に係る発明は、上記掘削機本体の外周にスキンプレートを設けることなくその外周四方に該掘削機本体の長さ方向に平行な固定台板を固着してあり、これらの固定台板上にジャッキの支持台を取付けてこの支持台上に複数本のジャッキを介してグリッパシューを装着していると共に、互いに平行に対向する一方の一組のグリッパシューを支持している上記支持台の中心部を固定台板に回動自在に枢着し、さらに、支持台を回動駆動機構によって回動させるように構成している。

また、請求項６に係る発明は、上記各ジャッキの支持台とグリッパシュー間を連結している複数本のジャッキとして、支持台から掘削機本体の後方側に向けて傾斜した推進用傾斜ジャッキと、支持台から掘削機本体の前方側に向けて傾斜した突っ張り用傾斜ジャッキとから構成していることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、掘削機本体の先端に回転自在に配設したカッタヘッドの直後における外周四方にジャッキによって掘削機本体の径方向に伸縮するグリッパシューを設けているので、掘削機本体にスキンプレートを設けていないにもかかわらず、これらのグリッパシューを坑の掘削壁面に押し付けることによってカッタヘッドで掘削した掘削壁面の崩落を防止することができると共に、掘削機本体にかかる下向きの荷重をグリッパシューによる大きな受圧面積（圧着面積）によって掘削壁面に強固に支持させることができ、カッタヘッドに掘削機本体の自重等による過大な力が作用することなく切羽地盤の状況に応じた掘削が可能となって立坑等のトンネルの掘削が能率よく行えるものである。

さらに、掘削機本体の外周四方に配設したグリッパシューにおいて、互いに平行に対向する一方の一組のグリッパシューを掘削機本体の軸心に直交する軸回りに回動自在に装着しているので、他方の互いに平行な一組のグリッパシューを収縮させたのち、掘削壁面に圧着している上記一方の一組のグリッパシューを支点として掘削機本体全体を他方の互いに平行なグリッパシューと一体に所定角度でもって所定方向に、例えば、立坑から横向きに掘削すべき方向にその向きを容易に且つ急角度でもって変えさせることができる。

その上、上記一方の一組のグリッパシューの後端部に、この一方の一組のグリッパシューを掘削壁面に圧着させると共に他方の一組のグリッパシューを収縮させて掘削機本体を上記軸心回りに回動させてその向きを変えた後に上記一方の一組のグリッパシューを収縮させると共に新たな掘進方向に沿うように回動させた時における掘削壁面に対する当接からの逃がし部を設けているので、この一方の一組のグリッパシューの掘削壁面に対する圧着面積を広くとって下向きにかかる大きな荷重を確実に支持することができると共にこのように構成しておいても、グリッパシューの後端部が掘削壁面に邪魔されることなく掘削機本体全体を簡単且つ確実に所定の角度だけ回動させて所定の掘進方向に円滑に向きを変えた状態にして、その方向にこの掘削機によって立坑と同径の坑を連続して掘進することができる。

上記逃がし部の構造としては、グリッパシューを、グリッパシュー本体と一定の前後幅を有する分割グリッパシュー片とによって形成しておき、請求項２に記載したように、グリッパシュー本体の後端面に上記分割グリッパシュー片を着脱自在に連結した構造とすることにより、この分割グリッパシュー片の除去によってグリッパシュー本体の後端部が掘削壁面に当接することなく、掘削機本体全体を所定の角度だけ回動させて所定の掘進方向に向きを変えたのちに、該グリッパシュー自体を回動させて元の状態に円滑且つ簡単に戻すことができる。

また、別な逃がし部の構造としては、請求項３に記載の発明のように、グリッパシュー本体の後端部内に分割グリッパシュー片を後方に向かって出没自在に設けておいてもよく、或いは、請求項４に記載した発明のように、グリッパシュー本体の後端に分割グリッパシュー片を内方に向かって屈折自在に配設しておいてもよく、いずれの場合も、分割グリッパシュー片をグリッパシュー本体の側部内に没入させたり、グリッパシュー本体の後端から内方に屈折させることによって上記同様にグリッパシュー本体の後端部が掘削壁面に当接することなく掘削機本体全体を所定の角度だけ回動させて所定の掘進方向に向きを変えたのちに、該グリッパシュー自体の回動も円滑に行わせて元の状態に簡単に復帰することができ、この状態にして掘削機本体を上記向きを変えた方向に直ちに掘進させることができる。

さらに、トンネル掘進時には、分割グリッパシュー片をグリッパシュー本体の後端に延長方向に面一状に連続した状態にしておくことによって、掘削壁面に対して大きな圧着面積でもって当接させて掘削機本体のかかる下向きの大きな荷重を確実に支持させることができると共に、掘削壁面の崩落を防止しながら掘進することができる。

請求項５に係る発明によれば、掘削機本体はスキンプレートを設けることなくその外周四方に掘削機本体の長さ方向に平行な固定台板を固着し、これらの固定台板上にジャッキの支持台を取付けてこの支持台上に複数本のジャッキを介してグリッパシューを装着していると共に、互いに平行する一方の一組のグリッパシューを支持している上記支持台の中心部を固定台板に回動自在に枢着し、さらに、支持台を回動駆動機構によって回動させるように構成しているので、一組のグリッパシューをこれらのグリッパシューを支持しているジャッキと共に簡単に固定台板上で回動させることができると共にこれらのグリッパシューを掘削壁面に圧着させた状態で回動駆動機構を作動させることにより、掘削機本体を他方の一組のグリッパシューと共に所定方向に向きを変えることができる。

また、請求項６に係る発明によれば、上記支持台とグリッパシュー間を連結している複数本のジャッキは、支持台から掘削機本体の後方側に向けて傾斜した推進用傾斜ジャッキと、支持台から掘削機本体の前方側に向けて傾斜した突っ張り用傾斜ジャッキとから構成しているので、別に推進用ジャッキを使用することなく突っ張り用傾斜ジャッキによりグリッパシューを掘削壁面に所定の押圧力でもって押し付けた状態で推進用傾斜ジャッキにより掘削機本体を推進させながら立坑や横坑等を掘進することができるものである。

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、図１は立坑Ｂを掘削しているトンネル掘削機Ａの簡略縦断正面図、図２はそのグリッパシュー部分の横断面図であって、掘削機本体１は、立坑Ｂの中心部に位置する前後方向（上下方向）に長い筒状胴体1aの長さ方向の中間部外周面に内周面を円形面に形成している矩形枠体1bを一体に固着してなり、この矩形枠体1bの四方端面、即ち、掘削機本体１の長さ方向に平行な四方の平坦な面に複数本のジャッキ3A、3Bによってそれぞれ径方向に伸縮するグリッパシュー２を配設していると共に筒状胴体1aの前端（下端）側にカッタヘッド４を回転自在に配設している。なお、掘削機本体１における上記筒状胴体1aは角筒状でもっても円筒状であってもよく、また、矩形枠体1bをこの筒状胴体1aの外周面にその内周面を一体に固着することなく筒状胴体1aの回りに回動可能に固定しておいてもよい。

掘削機本体１における上記矩形枠体1bの外周四方に配設しているグリッパシュー２は、前後方向の長さが筒状胴体1aの長さよりも短い矩形状板からなり、その外面を周方向（幅方向）に向かって掘削壁面の周方向と同じ湾曲度でもって湾曲している凸円弧状湾曲外面21に形成している。

さらに、掘削機本体１の直径方向に対向する互いに平行な二組のグリッパシュー２、２において、一方の一組のグリッパシューグリッパシュー2A、2Aは、掘削機本体１の軸心に直交する軸回りに回動自在に装着されてあり、他方の一組のグリッパシュー2B、2Bは、上記一方の一組のグリッパシュー2A、2Aと同様に、掘削機本体１の軸心に直交する軸回りに回動自在に装着しておいてもよいが、図においては、矩形枠体1bの互いに平行な面にそれぞれ回動不能に装着されている。

掘削機本体１の矩形枠体1bに対するこれらのグリッパシュー2A、2Bの取付構造をさらに詳しく説明すると、矩形枠体1bの外周四方の上記平坦な四方端面に、図２に示すように固定台板５を固着し、互いに平行な二組の固定台板５、５における一方の一組の固定台板５、５上に支持台6A、6Aを重ね合わせてその中心部を固定台板５、５の中心に突設している回動中心軸７に回動自在に枢着する一方、他方の一組の固定台板５、５上に支持台6B、6Bを固定し、これらの回動支持台6A、6Aと固定支持台6B、6Bの外面にそれぞれ上記複数本のジャッキ3A、3Bの基端部を前後方向（掘削機本体１の長さ方向）に回動自在に連結すると共にそのロッド先端部をグリッパシュー2A、2Bの内面に回動自在に連結してなるものである。

なお、上記回動支持台6A、6Aの回動駆動機構８としては、矩形枠体1b側と回動支持台6A間をジャッキによって連結して該ジャッキの作動により回動支持台6Aを回動させるように構成してもよいし、或いは、掘削壁面ｔと回動支持台6A間をジャッキによって斜め方向に連結して掘削壁面に反力をとりながらジャッキの作動により回転支持台6Aを回動させるように構成してもよいが、図１、図２においては、矩形枠体1b上に回動用モータ8aを設置し、このモータ8aの回転軸に固着しているピニオン8bを回動支持材6Aに上記回動中心軸７を中心として一体に設けている円形ラック8cに噛合させて回動用モータ8aの駆動により回動支持材6Aを上記回動中心軸７回りに回動させるように構成している。また、回動支持台6Aは通常は、ボルト（図示せず）によって固定台板５に回動不能に固定されていて、グリッパシュー2A、2Aの凸円弧状湾曲外面21を掘削壁面ｔの周方向に向けた状態に保持している。

さらに、互いに平行な二組のグリッパシュー2A、2A：2B、2Bを上記のように掘削機本体１の矩形枠体1bの四方に配設した状態においては、これらのグリッパシュー2A、2Bはその前端面（下端面）を掘削機本体１の前端（下端）側に回転自在に配設しているカッタヘッド４の外周端縁に近接させた状態にしてカッタヘッド４の直後に対向させてあり、且つ、後端面（上端面）を掘削機本体１の上記筒状胴体1aの後端部外周方に位置させることによってその前後方向の長さを長くし、さらに、隣接するグリッパシュー2A、2Bの対向側端面を互いに近接させてこれらの側端面間の間隔Ｗを小さくすることにより幅も広くした形状を有し、この状態にして上述したように矩形状枠体1bの四方に装着されている。従って、掘削壁面ｔに対するグリッパシュー2A、2Bの圧着面積が大きくなって掘削壁面の崩落を防止すると共に掘削機本体１にかかる下向きの荷重をこれらのグリッパシュー2A、2Bによって掘削壁面ｔに確実に支持させるように構成している。なお、筒状胴体1aの後端部は、これらのグリッパシュー2A、2Bの後端よりも後方に突出させている。

掘削機本体１をそのカッタヘッド４を下方に向けての立坑掘削状態から横方向に向けての横坑掘削状態に向きを変えるには、上記一方の一組のグリッパシュー2A、2Aを掘削壁面ｔに圧着させた状態で他方の一組のグリッパシュー2B、2Bを内方に収縮させたのち、上記回動中心軸７回りに掘削機本体１を回動させるものであるが、この際、収縮した上記他方の一組のグリッパシュー2B、2Bも一体的に上記回動中心軸７を中心として旋回動することになる。

そして、これらのグリッパシュー2B、2Bを上述したように掘削壁面ｔに対する圧着面積を広くするために、長さを出来るだけ長くしているが、上記回動中心軸７から後方に向かって平行する後半部の長さを上記のように収縮させた状態で掘削機本体１を回動させた場合、回動中心軸７を中心として旋回動するこれらのグリッパシュー2B、2Bの後端が掘削壁面ｔに当接する長さ、即ち、回動中心軸７からこれらのグリッパシュー2B、2Bの後端面までの長さを立坑ｔの半径よりも長く形成している。

従って、掘削機本体１はそれ以上、回動することができなくなるが、本発明の実施の形態においては、掘削壁面ｔに当接するグリッパシュー2B、2Bの後端部を掘削壁面ｔに対する当接からの逃がし部に形成している。この逃がし部の構成の一例としては、グリッパシュー2B、2Bを、グリッパシュー本体2B' と掘削壁面ｔに当接する前後幅を有する分割グリッパシュー片とによって形成し、この分割グリッパシュー片2'をグリッパシュー本体2B' との分割後端面にその前端面を着脱自在に連結した構造としてあり、この分割グリッパシュー片2'を取り外した場合には、これらのグリッパシュー本体2B' 、2B' の後端面が掘削壁面ｔに当接することなく掘削機本体１を回動中心軸７を中心として所望の角度にまで自由に屈折可能に構成している。

なお、これらのグリッパシュー2B、2Bのうち、掘削機本体１の向きを変える時に掘削壁面ｔ側を通過する側のグリッパシュー2Bの後端部のみ、上記分割グリッパシュー片2'を設けた構造とし、他方のグリッパシュー2Bは分割されていない構造としておいてもよい。但し、この場合には、これらのグリッパシュー2B、2Bがその長さ方向を立坑Ｂの直径方向に向けた時に、他方のグリッパシュー2Bはその後端面が掘削壁面ｔに当接しない長さに形成しておく必要がある。

また、上記一方の一組のグリッパシュー2A、2Aにおいても、掘削機本体１を下向き状態から横向き状態にその向きを変えたのち、収縮させておいた他方の一組のグリッパシュー2B、2Bを横坑の掘削始端部における掘削壁面ｔにその凸円弧状湾曲外面21を全面的に圧着させる一方、上記一方の一組のグリッパシュー2A、2Aを収縮させると共にこれらのグリッパシュー2A、2Aを上記回動中心軸７を支点として元の状態、即ち、その凸円弧状湾曲外面21が上記他方の一組のグリッパシュー2B、2Bと同一方向に向くまで回動させて横坑の掘削始端部における掘削壁面ｔにその凸円弧状湾曲外面21を全面的に圧着させようとした場合、これらのグリッパシュー2A、2Aにおける上記回動中心軸７から後方に向かって平行する後半部の長さをその後端部が掘削壁面ｔに当接する長さにして掘削壁面ｔに対する圧着面積を広くなるように形成している。

従って、これらの一方の一組のグリッパシュー2A、2Aは、掘削壁面ｔに当接したのちはそれ以上、回動することができなくなるが、本発明の実施の形態においては、掘削壁面ｔに当接するこれらのグリッパシュー2A、2Aの後端部も掘削壁面ｔに対する当接からの逃がし部に形成して回動時には掘削壁面ｔに当接しないように構成している。この逃がし部の構成は、上記他方のグリッパシュー2Bと同一である。即ち、これらのグリッパシュー2A、2Aの後端部を掘削壁面ｔに当接する幅だけ分割してグリッパシュー2Aをグリッパシュー本体2A' と分割グリッパシュー片2'とで形成し、この分割グリッパシュー片2'をグリッパシュー本体2A' の分割後端面に着脱自在に連結している。

上記グリッパシュー本体2A' 、2B' の分割後端面に対して分割グリッパシュー片2'、2'を着脱自在に連結する構造としては、グリッパシュー本体2A' 、2B' と分割グリッパシュー片2'、2'との分割対向部の内面複数個所にブラケット22、23をそれぞれ固着し、これらのブラケット22、23同士を取り外し可能なボルト24によって固定した構造としている。

さらに、掘削機本体１の四方に配設しているこれらのグリッパシュー2A、2Bの周方向の幅を上述したように大きくし、且つこれらのグリッパシュー2A、2Bの前端をカッタヘッド４の直後にできるだけ近接させた状態に配設して掘削地盤ｔの崩落を防止すると共に掘削地盤ｔに対する圧着面積を広くしている。そのため、上記一方の一組のグリッパシュー2A、2Aを掘削壁面ｔに圧着させた状態で他方の一組のグリッパシュー2B、2Bを収縮させたのち、上記回動駆動機構８によって掘削機本体１を上記一方の一組のグリッパシュー2A、2Aを支点としてそれまでの掘削方向に対して屈折する方向に回動させると、掘削機本体１の先端に設けている上記カッタヘッド４が掘削機本体１と共に旋回動して掘削壁面ｔに圧着している上記一方の一組のグリッパシュー2A、2Aの側部に当接して所定方向に向きを変えることができなくなる。そのため、本発明の実施の形態においては、上記カッタヘッド４の旋回軌跡上に対向する側の上記一方の一組のグリッパシュー2A、2Aの側部にカッタヘッド４の当接を避けるための当接からの逃がし部を設けている。

この逃がし部の構成の一例としては、上記図２において、一方の一組のグリッパシュー2A、2Aにおける上記カッタヘッド４が旋回動する側の側部を分割して分割グリッパシュー片2'' とし、この分割グリッパシュー片2'' をグリッパシュー本体2A' の分割側面に上記同様、ボルトにより着脱自在に連結して上記他方のグリッパシュー2Bと同一幅のグリッパシューを形成し、この分割グリッパシュー片2'' をグリッパシュー本体2A' の側面から取り外すことにより、その取り外したことによって生じる空間部に旋回動するカッタヘッド４の外周部を通過させるように構成している。

一方、掘削機本体１の中心部に配設している上記筒状胴体1aは、後述する後続台車12の前端部（下端部）を着脱自在に連結させる作業や分離作業を容易に行えるように、その後端部（上端部）を四方のグリッパシュー2A、2Bの分割グリッパシュー片2'の後端から後方（上方）に突出させている。上記回動中心軸７から四方のグリッパシュー2A、2Bにおける分割グリッパシュー片2'の後端面までのこれらのグリッパシュー2A、2Bの長さは掘削壁面ｔに対する圧着面積を大きくとるために立坑Ｂの半径よりも長く形成しておくことが望ましく、従って、上記回動中心軸７からこの筒状胴体1aの後端面に至までの長さが掘削壁面ｔの半径よりも当然のことながら長く形成されている。そのため、この筒状胴体1aにおいても、後端部をその後端面から掘削壁面ｔに当接する幅だけ分割して分割胴体部1a' とし、該分割胴体部1a' を筒状胴体1aの本体側の分割後端面に着脱自在に連結している。

また、上記グリッパシュー2A、2Bと支持台6A、6B間を連結している上記ジャッキ3A、3Bは、支持台6A、6Bからグリッパシュー2A、2Bに向かって掘削機本体１の後方（図においては上方）側に傾斜している推進用傾斜ジャッキ3Aと、支持台6A、6Bからグリッパシュー2A、2Bに向かって掘削機本体１の前方（図においては下方）側に傾斜している支持用傾斜ジャッキ3Bとからなり、支持台6A、6Bから前方側に向かって傾斜している支持用傾斜ジャッキ3Bの伸長によりグリッパシュー2A、2Bを掘削壁面ｔに圧着させて掘削機本体１が必要以上に下動するのを阻止すると共に支持台6A、6Bから前方側に向かって傾斜している推進用傾斜ジャッキ3Aの伸長により掘削機本体１を掘進させるように構成している。

一方、上記カッタヘッド４は上記掘削機本体１よりも外径を大径に且つその回転中心部41から外周端に向かって後方（上方）に傾斜した逆截頭円錐形状に形成されていると共に掘削面に多数のローラビット42を突設してあり、さらに、周方向に所定間隔毎にズリ取込み開口部43を設けていて、このズリ取込み開口部43の回転方向に面している側端縁に、掘削ズリを機内に取り込むためのスクレーパ44を取付けている。

さらに、このカッタヘッド４の外周端に内径方向に向かってアーム部材45を突設してこれらのアーム部材45の内端にリング部材46を一体に固着し、該リング部材46を掘削機本体１の上記矩形枠体1bの円形内周面における下端部（先端部）に回転自在に支持させていると共に、このリング部材46の内周面に設けている内歯ギヤ47に、矩形枠体1b上に設置している駆動用モータ９の回転軸に固着した外歯ギヤ9aを噛合させてモータ９の駆動によりカッタヘッド４を回転させるように構成している。

このように構成したトンネル掘削機Ａの後端（上端）には平面矩形状の複数台（図においては３台）の後続台10、11、12が切り離し可能に上下に積み重ねた状態で連結してあり、各後続台10〜12には、その中心部に上記掘削機本体１の筒状胴体1aと同大、同形の筒状支柱体13、14、15を一体に設けていて上下に隣接する後続台における支柱体の対向端面間を互いに着脱自在に連結、連通させていると共に下部後続台12の支柱体15の下端開口部を上記筒状胴体1aの分割胴体部1a' の上端開口部に着脱自在に連結してあり、さらに、掘削機本体１の上記筒状胴体1a内からこれらの支柱体13〜15内を通じて掘削ズリをバケットコンベア等の適宜な搬送手段によって上方に搬出するように構成している。

なお、平面矩形状に形成されている後続台10〜12はその平面での対角線の長さ及び各後続台10〜12の高さを立坑Ｂや後述する横坑Ｃの掘削径より短い長さ、高さに形成されている。また、上部後続台10には、例えば掘削壁面ｔに覆工コンクリートを施工するための設備が設けられ、中間部後続台11には各種の油圧設備等が設置され、下部後続台12にはロックボルト打設装置16や覆工コンクリート吹付装置（図示せず）などが配設されていて掘削壁面ｔに対する一次覆工等の作業を行うように構成している。

次に、このように構成したトンネル掘削機Ａによって、まず、立坑Ｂを所定深さまで垂直状に切り下げ掘削していくには、図１、図２に示すように、掘削機本体１の四方に配設しているグリッパシュー2A、2Bを傾斜ジャッキ3A、3Bによって掘削壁面ｔに圧着させることにより該掘削壁面ｔに推進反力をとると共にトンネル掘削機Ａ及び後続台10〜12の支持を行わせ、矩形枠体1bから斜め上方に傾斜している推進用傾斜ジャッキ3Aを伸長させることによってトンネル掘削機Ａを下方に推進させながらカッタヘッド４の回転によって切羽の岩盤を掘削していく。なお、矩形枠体1bから斜め下方に傾斜している突っ張り用傾斜ジャッキ3Bは、掘削壁面ｔに対するグリッパシュー2A、2Bの下端部の圧着力を調整してトンネル掘削機Ａが必要以上に降下するのを阻止するものである。

推進用傾斜ジャッキ3A、3Aの伸長によってトンネル掘削機Ａが一定長、掘進すると、これらの傾斜ジャッキ3A、3Aを収縮させると共に突っ張り用の傾斜ジャッキ3Bによる掘削壁面ｔへの圧着力を減少させることにより、四方のグリッパシュー2A、2Bを次の位置まで前進（下動）させたのち、再び、これらの傾斜ジャッキ3A、3Bを伸長させることによって立坑Ｂを掘削する。

こうして、トンネル掘削機Ａをその後続台10〜12と共に下方に掘進させて所定の深さまで立坑Ｂを掘削すると、まず、所定の深さに達する手前の位置で図３に示すように、後続台10〜12を一体に連結した状態で上部後続台10を掘削壁面ｔ或いは地上のクレーンにワイヤロープ17によって吊支させた状態にしたのち、トンネル掘削機Ａを所定深さまで掘進させることによって後続台10〜12をトンネル掘削機Ａから切り離し、しかるのち、トンネル掘削機Ａをその突っ張り用傾斜ジャッキ3Bを伸長させることによって僅かに後退させて切羽面から離間させる。なお、後続台10〜12の支持は、上記した構成に限らず、例えば、後続台の側部数カ所にジャッキを取付け、このジャッキを伸長させて掘削壁面ｔに圧着させることにより支持させてもよい。また、トンネル掘削機Ａを後退させることなく、カッタヘッド４のみを後退させておいてもよく、さらには何ら後退させなくてもよい。

この状態にして一方の一組のグリッパシュー2A、2Aを装着している回動支持台6Aを固定ボルトの撤去によって固定台板５に対して回動可能にし、さらに、他方の一組のグリッパシュー2B、2Bをそれらを支持しているジャッキ3A、3Bを収縮させることによって掘削機本体１に向かって内方に最大限まで縮径させると共にこれらのグリッパシュー本体2B' 、2B' の後端に連結している分割グリッパシュー片2'、2'を図３に示すように取り外しておき、また、掘削機本体１の筒状胴体1aの後端分割胴体部1a' も取り外して撤去しておくと共に掘削壁面ｔに圧着している上記一方の一組のグリッパシュー本体2A' 、2A' の側面に連結している分割グリッパシュー片2'' 、2'' も図４に示すように、該グリッパシュー2A、2Aから取り外しておく。なお、カッタヘッド４の最外周端にも必要に応じてローラビット42' を装着する。

しかるのち、カッタヘッド４を回転させると共に回動駆動機構８のモータ8aを駆動すると、このモータ8aの回転軸に固着しているピニオン8bが掘削壁面ｔに圧着している上記一方の一組のグリッパシュー2A、2Aの回動支持台6Aの外周端面に設けている円形ラック8cに噛合しながら周方向に移動してモータ8aを設置している固定支持台6B、6Bが図５、図６に示すように、上記グリッパシュー2A、2Aを支点として回動中心軸７回りに旋回し、掘削機本体１が垂直状態から一側方に向かって徐々に向きを変えながらカッタヘッド４によって立坑Ｂの掘削壁面ｔの一側壁面を切り崩していく。

この際、上記掘削機本体１がその向きを変える時に、該掘削機本体１の筒状胴体1aの先端側に設けている上記カッタヘッド４及び収縮したグリッパシュー本体2B' 、2B' も掘削機本体１と共に一体に旋回動するが、筒状胴体1aの後端分割胴体部1a' とグリッパシュー2B、2Bの分割グリッパシュー片2'、2'が取り外されているため、これらの筒状胴体1aやグリッパシュー本体2B' 、2B' の後端が掘削壁面ｔに当接することなく、さらに、掘削壁面ｔに圧着している一方の一組のグリッパシュー本体2A' 、2A' の側面から上記カッタヘッド４の旋回軌跡上に位置する分割グリッパシュー片2'' が取り外されているので、カッタヘッド４がその旋回動に何等邪魔されることなく、掘削機本体１と共に所定の方向に向くまで円滑に回動させることができる。

こうして、掘削機本体１が90度、回動中心軸７回りに回動して水平方向に向きを変えると、図７、図８に示すように、収縮している他方の一組のグリッパシュー2B、2Bの本体2B' が掘削機本体１と一体的にその向きを変えて凸円弧状に湾曲した外面21を次に掘削する横坑Ｃの掘削壁面t'の周方向に向けた状態となるが、立坑Ｂの底部における掘削壁面ｔに圧着している上記一方の一組のグリッパシュー2A、2Aの本体2A' は、掘削機本体１が水平方向に向きを変えても立坑Ｂの掘削に適した状態を保持している。

この一組のグリッパシュー2A、2Aの本体2A' を横坑Ｃを掘削するのに適した状態にするには、まず、図９に示すように、掘削した立坑Ｂの底部における余掘り部を埋め戻して次に掘削すべき横坑Ｃの底面に連なる底面部Ｄを形成したのち、収縮している他方の一組のグリッパシュー2B、2Bの本体2B' を伸長させて底面部Ｄに対向している下側のグリッパシュー本体2B' を該底面部Ｄに当接させることより掘削機本体１を支持し、この状態にしたのち、掘削壁面ｔに圧着している一方の一組のグリッパシュー本体2A' 、2A' を収縮させると共に、これらのグリッパシュー本体2A' 、2A' の後端に接続している分割グリッパシュー片2'、2'を取り外し、グリッパシュー本体2A' 、2A' の後端が掘削壁面ｔに当接しないようにしておく。

しかるのち、上記回動駆動機構８のモータ8aを駆動させて回動支持台6A、6Aを固定板５、５上でその回動角度が90度に達するまで回動させると、これらのグリッパシュー2A、2Aの本体2A' の向きが横坑Ｃを掘削するのに適した状態、即ち、その凸円弧状に湾曲した外面21、21が横坑Ｃの掘削壁面t'の周方向に向いた状態となる。

次いで、これらのグリッパシュー本体2A' の側面に掘削機本体１の回動時に取り外しておいた上記分割グリッパシュー片2'' を取付けて元の形状に復旧したのち、固定ボルトによってこれらのグリッパシュー本体2A' 、2A' を回転支持台6A、6Aを固定台板５、５に固定する。しかるのち、図10に示すように、グリッパシュー2A、2Aの本体2A' と立坑Ｂの底部における掘削壁面ｔとの間に当て物Ｅを介在させてグリッパシュー2A、2Aの本体2A' をこの当て物Ｅを介して掘削壁面ｔに均一を押し付け、この状態にして、カッタヘッド４を回転させながら推進用傾斜ジャッキ3A及び突っ張り用傾斜ジャッキ3Bを作動させることにより、トンネル掘削機Ａを水平方向に掘進させて横坑Ｃを掘削する。

グリッパシュー2A、2Bが底面部Ｄ、Ｅから外れる位置までトンネル掘削機Ａが掘進すると、その位置で一旦停止させ、これらの四方のグリッパシュー2A、2Bの本体後端に上記分割グリッパシュー片2'、2'をそれぞれ連結すると共に掘削機本体１の筒状胴体1aの後端に上記分割胴体部1a' を連結し、しかるのち、グリッパシュー2A、2Bを拡張させてその凸円弧状湾曲外面21を横坑Ｃの内周面に圧着させた状態にして再びトンネル掘削機Ａを掘進させる。

そして、このトンネル掘削機Ａによって上記横坑Ｃが20〜30ｍ程度、掘削されると、該横坑Ｃの内底面に図11、図12に示すようにレール18を敷設し、上記立坑Ｂの掘削後に掘削機本体１から切り離して底部の上方部における掘削壁面ｔに吊支しておいた後続台10〜12を一台ずつ切り離してこのレール18上に走行自在に順次、配設すると共に掘削機本体１の筒状胴体1aの後端分割胴体部１に直列状に接続する。この際、各後続台10〜12の車輪19は、立坑Ｂの掘削時に予め、地上から、後続台10〜12に搬入しておき、レール18の敷設後、このレール18上に吊り下ろす際に後続台10〜12の底面に取付けて台車とする。

こうして、トンネル掘削機Ａに後続台車10〜12を順次、連結してこれらの後続台車10〜12に配設している油圧機器や覆工用設備等の各種設備を使用しながらトンネル掘削機Ａを掘進させて所定長さの横坑Ｃを掘削するものである。なお、トンネル掘削機Ａによる横坑Ｃの掘進は、四方のグリッパシュー2A、2Bを掘削壁面t'に圧着させた状態で上述したように推進用傾斜ジャッキ3A、3Aを伸長させることによって行い、一定長の横坑部分が掘削されると、互いに平行な一方の一組のグリッパシュー2A、2Aを傾斜ジャッキ3A、3Bの収縮によって横坑Ｃの掘削壁面t'から離したのち、伸長させることによって掘削壁面t'に対する次の圧着部分から所定長さ、前進した掘削壁面部分に圧着させ、次いで、他方の一組のグリッパシュー2B、2Bを傾斜ジャッキ3A、3Bの収縮によって横坑Ｃの掘削壁面t'から離したのち、伸長させることによって同じく、次の掘削開始位置となる掘削壁面t'に圧着させ、しかるのち、推進用傾斜ジャッキ3A、3Aを伸長させることによって掘削していくものである。

なお、以上の実施の形態においては、上記グリッパシュー2A、2Bの後端部に設けた、掘削機本体１の向きを変える時における掘削壁面ｔに対する当接からの逃がし部としては、分割グリッパシュー片2'をこれらのグリッパシュー2A、2Bの本体後端面に着脱自在に連結した構造としているが、図13に示すように、グリッパシュー2A、2Bの本体2A' 、2B' の後端部に上記分割グリッパシュー片2'を前後方向に向かって出没自在に内装する室25を設けておき、トンネル掘削時には分割グリッパシュー片2'をこの室25から外側に突出させてグリッパシュー2A、2Bの一部とし、方向転換時には室25内に収納して掘削壁面ｔに当接しないように構成しておいてもよい。この場合、分割グリッパシュー片2'を室25内から出没させる手段としてはジャッキ（図示せず）を採用すればよい。

さらにまた、上記逃がし部の別な構造としては、図14に示すように、グリッパシュー2A、2Bの本体2A' 、2B' の後端面に分割グリッパシュー片2'をヒンジ26を介して内方に向かって屈折自在に又は折り畳み自在に配設しておいてもよい。この場合、グリッパシュー本体2A' 、2B' と分割グリッパシュー片2'との内面間をジャッキ（図示せず）によって連結しておき、このジャッキの伸縮によって上記ヒンジ26を支点として分割グリッパシュー片2'を内方に回動させるようにしておけばよい。また、上記一方の一組のグリッパシュー2A、2Aの側部に設けている逃がし部の構成もその分割グリッパシュー片2'' をグリッパシュー2Aの本体2A' 内から出没させたり、ヒンジを介して内方に向かって屈折可能に構成した構造を採用してもよい。

なお、以上の実施の形態においては、立坑Ｂから横坑Ｃに至る屈曲部の連続掘削方法について説明したが、立坑Ｂや横坑Ｃに限らず、トンネル掘削機Ａによって掘削中の坑（トンネル）から該坑に対して急角度でもって任意の方向に坑を連続掘削する場合においても当然のことながら実施し得るものである。また、上記一方の一組のグリッパシュー2A、2Aのみに掘削壁面ｔからの上記逃がし部を設けておき、他方の一組のグリッパシュー2B、2Bに分割グリッパシュー片を設けていない構造にしておいてもよい。

立坑を所定深さまで掘削したトンネル掘削機の簡略縦断正面図。 その四方に配設したグリッパシュー部分の簡略横断面図。 掘削機本体から後続台を切り離した状態の簡略縦断正面図。 他方の一組のグリッパシューを収縮させた状態の簡略横断面図。 掘削機本体を水平方向に向きを変えている状態の簡略縦断正面図。 そのグリッパシュー部分の簡略横断面図。 掘削機本体を水平方向に向きを変えた状態の簡略縦断正面図。 その簡略横断面図。 他方の一組のグリッパシューを伸長させた状態の簡略縦断正面図。 その簡略横断面図。 横坑を掘削している状態の簡略縦断正面図。 その簡略横断面図。 グリッパシューの後端部に設けているカッタヘッドの当接からの逃がし部の別な実施の形態を示す簡略横断面図。 グリッパシューの後端部に設けているカッタヘッドの当接からの逃がし部のさらに別な実施の形態を示す簡略横断面図。

符号の説明

Ａ トンネル掘削機
Ｂ 立坑
Ｃ 横坑
ｔ 掘削壁面
１ 掘削機本体
2A、2B グリッパシュー
2' 分割グリッパシュー片
3A、3B 傾斜ジャッキ
４ カッタヘッド
５ 固定台板
６ 支持台
８ 回動駆動機構

Claims (6)

1. 掘削機本体の前端にカッタヘッドを回転自在に配設し且つこのカッタヘッドの直後における掘削機本体の外周四方にジャッキによって掘削機本体の径方向に伸縮するグリッパシューを装着していると共に、互いに平行に対向する二組のグリッパシューのうち、一方の一組のグリッパシューを掘削機本体の軸心に直交する軸回りに回動自在に装着してあり、さらに、この一方の一組のグリッパシューの後端部に、この一方の一組のグリッパシューを掘削壁面に圧着させると共に他方の一組のグリッパシューを収縮させて掘削機本体を上記軸心回りに回動させてその向きを変えた後に上記一方の一組のグリッパシューを収縮させると共に新たな掘進方向に沿うように回動させた時における掘削壁面に対する当接からの逃がし部を設けていることを特徴とするトンネル掘削機。
2. 掘削壁面に対する当接からの逃がし部は、グリッパシュー本体の後端面に着脱自在に連結した一定の前後幅を有する分割グリッパシュー片によって形成していることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
3. 掘削壁面に対する当接からの逃がし部は、グリッパシュー本体の後端部内に分割グリッパシュー片を後方に向かって出没自在に設けてなることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
4. 掘削壁面に対する当接からの逃がし部は、グリッパシュー本体の後端に分割グリッパシュー片を内方に向かって折り畳み自在に配設してなることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のトンネル掘削機。
   に記載のトンネル掘削機。
5. 掘削機本体はスキンプレートを設けることなくその外周四方に該掘削機本体の長さ方向に平行な固定台板を固着してあり、これらの固定台板上にジャッキの支持台を取付けてこの支持台上に複数本のジャッキを介してグリッパシューを装着していると共に、互いに平行に対向する一方の一組のグリッパシューを支持している上記支持台の中心部を固定台板に回動自在に枢着し、さらに、支持台を回動駆動機構によって回動させるように構成していることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
6. 支持台とグリッパシュー間を連結している複数本のジャッキは、支持台から掘削機本体の後方側に向けて傾斜した推進用傾斜ジャッキと、支持台から掘削機本体の前方側に向けて傾斜した突っ張り用傾斜ジャッキとからなることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
   

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