JP2007138607A - 二重構造の作業筒とトンネルの作業筒先進全断面後退掘削工法。 - Google Patents

Abstract

【課題】外側と内側の２重構造の堅固な鋼製の作業筒で、外側作業筒先端の掘削部で地山を刃厚分だけ円筒状に切削すると同時にこの土塊を内側作業筒に収納し、後方へ容器ごと移送することで掘削断面土塊を中抜きし、このスペースから対策工法等を施し、作業筒を後退させながら全断面を掘削、覆工を行うことを目的とする。
【解決手段】トンネル掘削装置は、先端に切削刃１７を持った掘削部と、最後尾に作業筒機械室筺体５４を設けた作業筒推進部とを連結した前述の作業筒を５基装填したもので二階建ての移動セントルである。セントルの支柱を反力部材とした油圧ジャッキ６０で推進し、吸泥ポンプ６５、集泥槽６６を内蔵した作業筒閉鎖扉筺体６４で閉じている。
【選択図】図１２

Description

本発明は油圧ジャッキで推進できる移動セントル架台に、鋼製の中空で外側と内側がぴったりあった筒状の２重構造の作業筒を複数基搭載し、外側作業筒内部に掘削動力伝達ロッドを有し、これにより外側作業筒最先端円周部を分割し、独立して回転可能な切削刃を装着した掘削部を駆動し、地山土塊を円周状に繰り抜くと同時に、作業筒全体を油圧ジャッキで推進させ、内側作業筒内に土塊を収容する。
又掘削部直後に設置した土塊切断装置により地山から直角に切り離し、内側作業筒を後方へ移送する事により地山の中抜き掘削を行なうものである。

この作業により確保された外側作業筒空間から十分なる対策工法を施し、中抜きされ脆弱になった地山断面を、バックホー等の掘削機の最大効率姿勢を発揮する後退姿勢で作業筒と共に後退しながら、全断面を整形掘削するトンネルの掘削工法に関する。

トンネル掘削は地山を外側からトンネル軸に沿い奥に向かって、切羽面を片押しで掘削を進めると共に、掘削に伴う大きな地山圧力に対しては、鋼製支保工、ロックボルト等の補助工法により対処している。

軟弱地質における切羽の崩壊等の対処については、様々な対策が必要となるが施工が切羽前面からしか出来ないため、作業の方向性や作業のスペースが限定され、非効率で冗長的な作業となりしばしば難航することがある。
是らに対処するため事前調査に基づく、様々な地質に対応した地盤改良法、凍結法等の対策工法を実施しトンネルを完成させている。
また、大型トンネルボーリングマシン（以下ＴＢＭ）等によって、全断面の掘削と同時にコンクリート覆工を実施し、トンネルを完成させている。

従来のトンネル掘削は、地形、地質、地下水位等の条件に応じ、選択された掘削方式により実施され、各種の補助工法や地盤の改良等の対策工法が併用されると共に、条件によっては大型ＴＢＭが経済的であるため採用されている。

しかしながら、自然条件が全て把握されている訳でなく、時として異常な偏圧や出水等による予期せぬ事態に遭遇することが多々あり、先線の地質条件把握のための事前調査や、これに基づく対策工法の確定は不可欠な課題である。

また、この対策工法の施工にあたっては刃口からの片押し作業のため、作業の方向性や作業空間の確保、安全性、確実性の確認等が大きな課題である。

ＴＢＭの採用の場合は、全断面を切削刃で切削し、泥土を後方へ排出している。
このため切削に強大な馬力を要し、反力による地山へ及ぼす影響が大きく、ＴＢＭの挙動の制御が複雑となり設備が大型化、複雑化している。
又全断面の切削のため排泥量が多く、その処理に多額の費用を要する等ＴＢＭ採用に当たっては、地質条件、設備規模の決定、経済性が大きな課題である。

上記目的を達成するために、トンネルの法線縦横断計画に合致した施工基面に、基礎台座の形状に合わせ掘削した溝に、埋めるように基礎台座を埋設し、大きな荷重、反力に抵抗できるように定着する。
この基礎台座に移動セントルを、ガイドベアリング等で移動し、据付ると共に固定ボルトで固着し掘削を開始する。

掘削の主体である作業筒は、鋼製で中空の筒状とし、筒の外鈑と内鈑を、軸方向及び円周方向に一定間隔に補強腹鈑で補強し、機械作業が十分可能な空間を確保し、互いにぴったり合った外殻と内殻に分けた２重の構造とする。
外殻作業筒は、外鈑と内鈑との空間に、推進機械室の駆動モーターからの駆動力を伝達する伝達ロッドを、軸方向に一定間隔に配置された２枚一組の補強腹鈑の間に配置し、これに直角に交わる円周方向補強腹鈑に取付けたベアリングを介して固定する。

伝達ロッドと伝達ロッドの間に、先端切削部で切削された岩砕、泥土を後方へ移送する排泥管を設置する。
また、内殻作業筒の移動を容易にするため、荷重のかかる断面下半分の軸方向補強腹鈑の上部に、内殻作業筒に接するよう棒状のベアリングを設置する。

内殻作業筒は、切取られた土塊を収容し、後方へ移送するための容器であり土塊の重量に耐えられる様、軸及び円周方向補強腹鈑により十分に補強する。

外殻作業筒の先端円周部の外鈑と内鈑を偶数正多角形に分割、整形した切削刃支持鈑に支えられ、切削刃回転軸を介して独立して回転可能な切削刃を装着した切削部を設ける。
そして油圧ジャッキの推進力により、鏡面の土塊に押付け外殻作業筒の円周を包含した多角形を刃厚分だけ繰り抜くように切削し、繰り抜かれた円筒形土塊部を切削と同時に推進力により、内殻作業筒内部に収納する。

土塊の切削を行う切削刃の回転力は、動力伝達ロッドの回転力を,駆動力伝達歯車で直角に変換し、駆動力伝達遊星歯車を介して、刃先に歯形を刻んだ切削刃に伝達され土塊の切削を行なう。

これらの動力伝達機構を保護するため,機構の空間を補強スペーサーで埋め、切削刃支持鈑に締付けボルトで固定し、強固に一体化する。

切削部の直後には地山から繰り抜いた土塊を直角に切離すため、ワイヤソーによる切取り装置を設ける。
切取り装置は掘削部の直後に、円周方向補強腹鈑で区切った設置空間を設け、留め金具を兼ねたシャーピンで定着されたワイヤソーを収納する。

使用に際しては、ワイヤソー駆動モーターの駆動力により、ワイヤソーが回転する事により、シャーピンを破断、そして更に土塊を直角に切断する。
切断の進行によりワイヤソーが弛んで余った部分を遊ばせる収容部が必要であり、巻き取るための弛取装置を設ける。

弛取装置は、固定滑車と移動滑車を複数個、向い合せに組合せ、この間に本体ワイヤソーを抱き込んだ伸縮可能な櫛状部を主構造とし、この挙動を制御するため装置を誘導レールに納める。
この装置の端部から巻取用ワイヤーを伸ばし、一定の張力を超えるとON，OFF出来るバネスイッチ持った巻取用プテッピングモーターに繋ぎ、櫛状部の間隔を広げこの部分に駆動しながら余分なワイヤソーを収納する。
一度切断を終えた場合は、土塊を排除し、ワイヤソーを設置し直す。

作業筒の坑口側最後尾には推進機械室を設け、トンネルの掘削、作業筒の推進、後退を行なう動力を発生させる。
推進機械室は移動セントル作業架台の鋼製支柱間に合わせ方形の筺体とし、剛性を高め、外殻作業筒と一体化するための補強スチッフナーで筺体と剛結する。
その４隅に駆動モーターを設置し、また左右の架台支柱と接する側の、補強スチッフナーと補強スチッフナー間に、着脱出来る取付ボルトを介して、推進（又は後退）用の油圧ジャッキを設置し、反力部材と連結する。

上記の油圧ジャッキの反力部材として、作業架台の支柱間を軸方向に反力伝達スチフナーで連結し剛性高め、これに着脱出来る取付ボルトを介して油圧ジャッキの頭部（又は端部）を取付け、架台全体で大きな反力に抵抗させる。

推進機械室の坑口側端部には、取付金具で中空の方形筺体の閉鎖扉を設ける。
閉鎖扉の内部には、吸泥ポンプを内蔵した集泥槽を設置し、この中に取付ヘッドで繋いだ排泥管を導入する。
また動力伝達ロッドの中心部を貫通する高圧水供給管に対して、取付ヘッドで繋ぎ高圧水を供給する。
推進（後退）動力の制御、切削刃の回転、高圧水の供給、集泥槽からの排泥はすべて、扉に設置された操作盤の操作により行なう。
これらの電動力、高圧水道、排泥は架台支柱に付随して設置した給電、給水、排泥施設により供給または排出する。

基礎台座の上に置かれる移動セントルは、ガイドベアリング等で移動出来、定着ボルトで台座に固定出来る作業架台とする。
移動セントルは上部と下部の作業フロアーの２階建とし、土塊等の大きな荷重に耐えるようＨ型鋼の支柱、縦梁桁、横梁桁、アーチリブで構成し、外周をスキンプレートで覆い、各階は梁桁に鋼床鈑を架設した剛性の大きな作業架台とする。

上部作業フロア‐の中央部坑口側一区画には、上部作業フロアーへのアプローチとしての重量用昇降エレベーターを設置する。
各階の作業筒装填区画レーンにボールベアリングで左右前後に移動可能で定着ボルトで固定出来、作業筒の安定と縦移動を容易にするための作業筒誘導受けレールを敷設する。

最大推進長の１行程推進を完了し、内殻作業筒を後方へ移送するために、下部作業架台の直後まで引き込み線を敷設し、下部作業フロアーの高さに合わせた作業筒移送貨車に作業筒受けレールを介して積込み、トンネル外の土塊処理区画へ移送する。

土捨場における排土のために、移送された内殻作業筒を、直径で２葉に分解して排土したり、組立のため円周方向補強腹鈑に複数の分解継手を設け、ボルトにより着脱出来る構造とする。

内殻作業筒排出後の外殻作業筒内で、地山及び鏡面へのロックボルトの打設、各種注入工事等の対策工法を実施出来る様ロックボルト打設機、各種注入機、ロードカッター、バックホー等を自走で搬入し、作業足場が固定出来る構造とする。

また、ロックボルトの打設や各種注入工法、凍結工法等の対策工法作業が作業筒全体に亘る場合に対応するため、外殻作業筒にはロックボルト打設を念頭に置き、ネジコミ式の多目的作業孔を設ける。

多目的作業孔は、一定間隔で多数必要であるため断面の脆弱化を招く、これを防ぐため多目的作業孔周辺には外殻作業筒の外鈑,内鈑に添接した補強鈑を設ける。

対策工法を完了した作業筒においては、作業筒を後退させながら、中抜きして脆くなった鏡面土塊をロードカッターによる突き崩し、整形掘削、バックホーによる掘削土の集積、積込み作業、クレーンによる鋼製支保工や基礎台座の組立等目的の作業を実施する。

本発明は以上説明したとおり構成されているので、以下のような効果を発揮する。
本発明における作業筒は、前述の小断面で２重構造の堅固な鋼製の筒状で、掘削部と推進機械部の２本を連結した構造を基本とし、掘削部先端には独立して回転し切削できる切削部を設けており、従来のシールド掘削機の様に大きな地山圧力に抗して自ら回転し筒全体面積を掘削するのでなく、作業筒円周を包含した正多角形の刃厚分だけ円周状に切削するのみであるため、地山に余分な影響を与えず、力を作用点に集中させ最小仕事で最大効果を達成でき飛躍的な省力化が図れる。

円筒形に切削した土塊はそのまま内殻作業筒に収納し、一定長毎に土塊切断装置で切離され、坑外の土塊処理区画へ移送、解体されるため、岩石の場合１.５倍にものぼる掘削土の体積変化率を最小限に止め、掘削及び残土処理コストの削減、作業スペースの最小化を図り、効率的な作業を実施出来る。

内殻作業筒に収納された土塊は,先線の地質サンプルであり、トンネル断面の全体に亘って詳細な地質データ−が得られ、想定される事態に対するあらゆる危険性を察知し、迅速に対策工法の検討、決定でき、安全で施工基面が構造的に確保された作業筒内から、機械施工を主体にした対策工法を実施し、地山を早期に安定させる事が出来る。
このように、トンネル工事の省エネルギー化、省人化、工場化が促進されトンネル施工運営における安全性の向上、効率的、経済的で恒常的な進捗を図れる効果がある。

移動セントルに装着した作業筒の推進用油圧ポンプの作動により、作業筒が推進し掘削部を鏡面に押し付けると同時に、駆動モーターの回転力が、駆動力伝達ロッドを介し、回転切削刃を回転させる。
このとき、駆動力伝達ロッドの中心部に設けられた、高圧水管から高圧水を鏡面土塊に噴射し、切削のきっかけを作ると共に、切削刃の潤滑を促し、鏡面土塊を内殻作業筒の形状を包含した刃形どおりに切削するため、推進と同時に鏡面土塊が内殻作業筒に順次収納される。

切削汚泥は、切削刃の互に向い合う方向の回転力により呼び込まれ、隣り合う切削刃の間に設置された排泥管付近に導かれる。そして吸引ポンプの吸引力により集泥槽に集められ、総排泥管から排水溝へさらに坑外の沈殿池ヘ排出される。

各作業筒を推進し最大長まで推進出来た作業筒から、土塊切取り装置により鏡面土塊から切り離し土塊を収納し、重い内殻作業筒を受けレール、昇降エレベーター等を介して慎重に内殻作業筒運搬貨車に積込み、坑外へ送出する事で鏡面土塊が中抜きされ、掘削作業空間が確保される。

作業架台に装填された作業筒は、夫々独立して作動できる。
各作業筒の掘削速度は、遭遇する地質に左右され差異が生じるが、先に推進を終え、内殻作業筒の送出を完了した作業筒から作業計画に沿って、各作業車を作業筒内へ自走で搬入させ、所定の位置に固定しロックボルトの打設、各種注入工事等、必要な対策工法を施工出来、掘削区間の安全性が早期に確保出来る。

内殻作業筒の送出を完了し、対策工法を完了した区間については、作業計画に従って、上部フロア‐作業筒の後退を優先させ、作業筒全体を後退させながらスペースを確保し、先ず下部作業フロアーにバックホーによる掘削土の集積、積込み、ベルトコンベアーによる排送作業ルートを確保する。
そして上部作業フロアーから中抜きして脆くなった土塊を、効率的な後退姿勢での整形掘削が施工できるバックホー、ロードカッター等により突き崩し、後退により確保された下部階の空洞スペースへ、掘削土を自由落下させ掘削を進める。
断面の整形掘削を終了させた区間については、クレーン等による鋼製支保工の設置や基礎台座の組立等、一連の目的の作業工程を機械化され効率的で、想定できる恒常的な進捗速度で作業が遂行される。

作業筒の推進と後退は、機械室側面補強スチフナーと反力を得るためのＨ型鋼支柱間の補強スチフナーを結合するよう、互い違いに着脱可能な取付けボルトを介して、シリンダーヘッド又はピストンヘッドを取付け、油圧ポンプの伸長又は収縮の推力により駆動する。
そしてピストンの働長分毎に、取付けボルトを着脱し匍匐して前後進出来る。

実施例について図面を参照して説明すると、図１において、は標準的なトンネルの横断図を示している。

図２に示す実施例では、掘削装置の本体である移動セントルの横断図であり、２階建てで、５本の作業筒を装着している。
そして、大きな荷重のかかる２階の作業筒については、直下にH型鋼支柱７を配して荷重を支えている。
移動セントルの骨格は縦横の桁梁とH型鋼支柱７、アーチリブ６を剛結し、周囲を覆工コンクリート打設の為、数センチ上下に可動出来るスキンプレート５で覆い水密性と剛性を高めている。

図３に示す実施例は、作業筒の配置図であり、対策工法の施工事例として、ロックボルト１４の施工位置の概念を示している。

図４に示す実施例は、作業筒の断面図であり、中空の筒状で互いに接する外殻作業筒９と内殻作業筒１０の２重構造を示している。
外殻作業筒外版３３と外殻作業筒内鈑３１の先端部を八分割し、二組が対になってハの字状に向い合い、外殻作業筒９の円周を包含し正八角形に整形した切削刃支持鈑２０で、４段に積層された切削刃１７を切削刃回転軸１９を介して貫くように束ね、下部切削刃保護版２３と切削刃締付けボルト２４で固定している。
Ｃ−Ｃ断面部の作業筒は大きな荷重を支える必要性から、縦横断方向に一定の間隔で２枚一組の外殻作業筒腹鈑３２,内殻作業筒腹鈑２９で補強しており、この空間に駆動力伝達ロッド２５および排泥管３６を配置している。
又、外殻作業筒腹鈑３２に内殻作業筒１０に接するよう移動用ベアリング３４を設ける。
Ｂ−Ｂ断面部については駆動力が、駆動力伝達ロッド２５に刻まれた伝達ロッド先端歯車３７により駆動力伝達遊星歯車２６に伝達され、回転方向が９０度変換されている。
A−A断面部については駆動力伝達遊星歯車２６の回転力が切削刃１７の刃先に刻まれた歯形を介して、切削刃１７に伝達されている。

図５に示す実施例は先端切削部の断面図であり、外殻作業筒９の先端部を外殻作業筒外鈑３３と外殻作業筒内鈑３１で切削刃１７を包むように整形した切削刃支持鈑２０で挟み、切削刃回転軸１９で貫き、切削刃ベアリング２１で回転を円滑にすると共に切削刃支持スペーサー２２で間隔を保持し、上部、下部切削刃保護鈑２３で切削刃締め付けボルト２４を介して着脱出来るよう固定している。

図６に示す実施例は先端切削部側面図であり、中心に高圧水管３５を持ち、先端に伝達ロッド先端歯車３７を刻んだ駆動力伝達ロッド２５により、駆動力が駆動力伝達遊星歯車２６を介して切削刃１７に伝達されており、これら一連の切削機構を保護するため、切削刃支持版固定スペーサー４９を噛ませ切削刃支持版２０に切削刃支持版取付ボルト４６で固定している。
又、切削刃支持版固定スペーサー４９と外殻作業筒腹版３８との間に、土塊切取装置を設け、２基のワイヤーソー駆動モーター３９でワイヤーソーを駆動し、固定滑車４２と移動滑車４１を複数個向い合せに組合せ、この間に本体ワイヤソーを抱き込んだ、伸縮可能な櫛状部を主構造とした巻取り装置設けており、この挙動を制御するためワイヤーソー弛取誘導レール４４に納めている。
その櫛状部の端部から巻取り用ワイヤ伸ばし、一定の張力を超えるとON，OFF出来るバネスイッチ持ったワイヤーソー弛取モーター４３に繋ぎ、櫛状部の間隔を広げこの部分に余分なワイヤソーを収納する。
一度切断を終えた場合は、土塊を排除し、ワイヤソーを設置し直す・

図７に示す実施例は、作業筒駆動機械室横断図であり、作業筒機械室筺体５４は剛性を高めるため外殻作業筒９と一体化するための筺体補剛スチッフナー５５で筺体と連結する。
その４隅に切削の機動力を発生する駆動モーター５０を設置し、また左右の架台支柱と接する側の隣り合う筺体補剛スチッフナー５５との間に、着脱出来る油圧ジャッキ取付ボルト５９を介して、推進（又は後退）用の作業筒油圧ジャッキ６０を設置する。
油圧ジャッキ６０の反力部材として、H形鋼支柱７の間を３枚一組の反力伝達スチフナー５６で連結し剛性高め、この間に着脱出来る油圧ジャッキ取付ボルト５９を介して油圧ジャッキの頭部（又は端部）を取付け、架台全体で大きな反力に抵抗させる。
また、各階の梁桁に作業筒鋼床版桁５８を連結し、作業筒の荷重を支えると共に、作業筒の移動の為移動用ベアリング３４を持った作業筒誘導受レール５７を設け移動の円滑を図っている。

図８に示す実施事例は、作業筒閉鎖扉断面図であり、作業筒機械室筺体５４の最後尾に閉鎖扉取付金具６１を介して開閉でき、閉鎖扉ハンドル８５で閉鎖できるよう取付、作業フロアーの水密性を図るとともに、外殻作業筒９に収納された高圧水管３５への高圧水の供給、集泥菅から汚泥の収集のため、吸泥ポンプ６５を持った集泥槽６６を備え、総排泥管６３から排水溝４へ排出している。
図９の実施事例は作業筒閉鎖扉のＤ−Ｄ断面図であり、扉開閉に伴う接続の破断に適応できるよう、フレキシブルホースと連結した集泥菅取付ヘッド６８および高圧水取付ヘッド６９を介して外殻作業筒９と接続している。
外部からの電力、高圧水道供給、コンピューター等への信号線もこの扉から供給する。

図１０の実施例は作業筒閉鎖扉の立体図である。

図１１の実施例は作業筒の立体図である。
作業筒最後尾には、作業筒機械室筺体５４を備え、駆動モーター５０の動力を駆動力伝達歯車５１、伝達ロッド後部歯車５２を介し、駆動力伝達ロッド２５に伝達されている。
また、３枚一組の筺体補剛スチフナー５５と、反力伝達スチフナー５６の間を油圧ジャッキ６０で、油圧ジャッキ取付ボルト５９を介して連結している。
運転作業部と切削作業部の境界には作業筒支持環状受枠７０で作業筒を支持し作業筒隔離壁７１で地山と隔離しており、先端の切削刃１７を正八角形の回転切削刃支持版２０で支えている。

図１２の実施例は作業筒先進後退全断面掘削工法の全体概要図である。

図１３の実施例は、作業筒先進後退全断面掘削工法の作業工程図である。

図１４の実施例は、多用途作業孔の立体図である。
連続した削孔で構造が弱体化するため多用途作業孔支持版８７を添接し、これに削孔しネジ状の多用途作業孔蓋８６で内側から閉じている。

図１５の実施は作業筒構造立体図である。 内殻作業筒の端部には、内殻作業筒連結環９０を配し、中空の筒内には軸方向に内殻作業筒腹版２９とこれに直角に交わる円周方向に作業筒円周腹版３８を配し、分割線９２で２葉に分割、組立てるため、作業筒円周腹版３８の間に分解・組立継手ロッド９６嵌込み、固定ボルト９７で連結している。
また、外殻作業筒の端部には、外殻作業筒連結環９３を設け、駆動力伝達ロッド２５の連結、排泥管の接続のため、連結カップリング９４を配しこれを締付ける連結カップリング締付孔９５を備えている。

トンネル地山が有用な岩石の場合は、一定規模の切出寸法を持つため、素材としての高付加価値化が図れる。

本発明の主体である移動セントルは、二階建ての強固な鋼構造の架台であり、地山に挿入される作業筒も堅固で機能的な設計が可能であるため、坑内作業の安全性の向上はもとより、機械化による作業のオートメーション化の促進され、トンネル建設コストの削減が図れる。

トンネルの標準横断図である。 移動セントル断面図である。 ロックボルト施工概念図である。 作業筒断面図である。 先端切削部縦断面図である。 先端切削部側面図である。 作業筒駆動機械室横断図である。 作業筒閉鎖扉断面図である。 作業筒閉鎖扉Ｄ−Ｄ断面図である。 作業筒閉鎖扉立体図である。 作業筒全体立体図である。 作業筒先進後退全断面掘削工法全体概要図である。 作業筒先進後退全断面掘削工法模式図である。 。 作業筒構造立体図である 多用途作業孔立体図である。

符号の説明

０ 建築限界線
１ 歩道部
２ 路肩部
３ 車道部
４ 排水溝
５ スキンプレート
６ セントルアーチリブ
７ Ｈ型鋼支柱
８ 上部床版梁桁
９ 外殻作業筒
１０ 内殻作業筒
１１ 駆動モーター収納部
１２ 下部床版梁桁
１３ 基礎台座
１４ ロックボルト
１５ ロックボルト施工線
１６ ロックボルト打込位置
１７ 切削刃
１８ 上部切削刃保護鈑
１９ 切削刃回転軸
２０ 切削刃支持鈑
２１ 切削刃ベアリング
２２ 切削刃支持スペーサー
２３ 下部切削刃保護鈑
２４ 切削刃締付ボルト
２５ 駆動力伝達ロッド
２６ 駆動力伝達遊星歯車
２７ 遊星歯車回転軸
２８ 内殻作業筒内鈑
２９ 内殻作業筒腹鈑
３０ 内殻作業筒外鈑
３１ 外殻作業筒内鈑
３２ 外殻作業筒腹鈑
３３ 外殻作業筒外鈑
３４ 移動用ベアリング
３５ 高圧水管
３６ 排泥管
３７ 伝達ロッド先端歯車
３８ 外殻作業筒円周腹鈑
３９ ワイヤソー駆動モーター
４０ ワイヤソー繰出・引込口
４１ 移動滑車
４２ 固定滑車
４３ ワイヤソー弛取モーター
４４ ワイヤソー弛取誘導レール
４５ ワイヤソー弛取装置
４６ 切削刃支持版取付ボルト
４７ ワイヤソー収納部
４８ ワイヤソーシャーピン
４９ 切削刃支持鈑固定スペーサー
５０ 駆動モーター
５１ 駆動力伝達歯車
５２ 伝達ロッド後部歯車
５３ 駆動モーター回転軸
５４ 作業筒機械室筐体
５５ 筐体補剛スチフナー
５６ 反力伝達スチフナー
５７ 作業筒誘導受レール
５８ 作業筒鋼床版桁
５９ 油圧ジャッキ取付ボルト
６０ 油圧ジャッキ（推進・後退）
６１ 閉鎖扉取付金具
６２ 閉鎖扉筐体
６３ 総排泥管
６４ 高圧水供給管
６５ 吸泥ポンプ
６６ 集泥槽
６７ 集泥管
６８ 集泥管取付ヘッド
６９ 高圧水管取付ヘッド
７０ 作業筒支持環状受枠
７１ 作業筒隔離壁
７２ Ｈ型鋼製支保工
７３ 羽口止アンカー
７４ 羽口止ロックボルト
７５ 鏡面
７６ ロックボルト打設機
７７ 断面整形掘削機
７８ バックホー
７９ 重量物昇降機
８０ 上部フロア−
８１ ベルトコンベア−
８２ 土砂運搬車
８３ 作業筒運搬車
８４ 引込線レール
８５ 閉鎖扉ハンドル
８６ 多用途作業孔蓋
８７ 多用途作業孔蓋支持鈑
８８ 止めネジ
８９ 覆工コンクリート
９０ 内殻作業筒連結環
９１ 内殻作業筒連結ボルト孔
９２ 分割線
９３ 外殻作業筒連結環
９４ 連結カップリング
９５ 連結カップリング締付孔
９６ 分解・組立継手ロッド
９７ 固定ボルト

本発明はトンネル掘削断面を合理的で適正な取扱量で分割し、移動セントル架台に鋼製の中空で筒状に補剛され外側と内側がぴったりあった二重構造の作業筒を分割面に一基づつ搭載する。
そして外側作業筒最先端円周部の切削断面を包含する二組が対なった偶数多角形に分割し外側作業筒内部に装着された掘削動力伝達ロッドにより、外側作業筒壁に平行で独立して回転可能な切削刃を装着した掘削部を駆動し、地山土塊を円周状に繰り抜くと同時に作業筒全体を油圧ジャッキで推進させ、内側作業筒内に繰抜き土塊を収容する。
又掘削部直後に設置した土塊切断装置により地山から直角に切り離し、内側作業筒を後方へ移送する事により地山の中抜き掘削を行なうものである。

この作業により確保された外側作業筒内部空間から十分なる対策工法を施し、中抜きされ脆弱になった地山断面を、掘削機の最大効率姿勢を発揮する後退姿勢で作業筒と共に後退しながら、全断面を整形掘削するトンネルの掘削工法に関する。

通常のトンネル掘削は地山を外側からトンネル軸に沿い奥に向かって、切羽面を片押しで掘削を進めると共に、掘削に伴う大きな地山圧力に対しては、鋼製支保工、ロックボルト等の補助工法により対処している。

軟弱地質における切羽の崩壊等の対処については、様々な対策が必要となるが施工が切羽前面からしか出来ないため、作業の方向性や作業のスペースが限定され、非効率で冗長的な作業となりしばしば難航することがある。
是らに対処するため事前調査に基づく、様々な地質に対応した地盤改良法、凍結法等の対策工法を実施しトンネルを完成させている。
また、大型トンネルボーリングマシン（以下ＴＢＭ）等によって、全断面の掘削と同時にコンクリート覆工を実施し、トンネルを完成させている。
（例えば非特許文献１、１９８９年１１月技報堂発行、土木工学ハンドブック第３０編トンネル、昭和６０年１月海山堂発行、道路実務講座１２道路トンネル４章施工編等参照）

また本発明に関する他の従来技術について順次説明する。
先端掘削部を駆動して円周状に掘削し、同時に掘削土塊を収容して後方へ移送する二重構造的掘削装置としては円筒形掘削部と、これに入れ子式に進入できる土塊受取部からなる掘削装置がある。（例えば特許文献1参照）

また、先端部に動力部を備え、これにより円周状掘削部全体を駆動して土塊を円筒状に掘削し、崩してベルトコンベア―で後方へ移送するものがある。（例えば特許文献２参照）

そして先端切削部を多数に分割し、夫々独立して駆動するものとして先端部に独立した動力部を持ち、掘削方向軸に直角に回転し掘削するものがある。（例えば特許文献３参照）

さらにワイヤーソーで土塊を切断するものとしては、ワイヤーソーを緊張させるために自走車体や油圧ジャッキを使用するものがある。（例えば特許文献４，５参照）

以下、特許文献1により従来の二重構造の掘削機について説明する。
第1図において先端に切削装置カッター１３を固定した円筒形の胴部１２と、膨張可能で地山に固定できるアンカーリング２５とをジャッキー２７で結合し、これの伸縮により推進できる掘削単位１と、この内部に収容できる底部に先駆ビット１４の主駆動部３６を環状に避けた突起を持ち、半月状で車台３６に堅く連結した心部受取部４０、およびこれに対応して上部にも半月状の長い桁で、ピントル４４で支えられ、流体作動式発動装置４５によりテコの原理で持ち上げ可能な心部受取部４３を持ち、両側部分を欠いたあたかも炭火箸のような形状の容器に、土塊を収容する心部受取部を持った運搬単位２から成り立っている。
捨土にあたっては運搬単位２全体を後退移動させ、テコで持ち上げ本坑横に掘られた本坑と同等の大きさの残土処理坑へ落下させる方式を採っている。

また、特許文献２より先端部に動力部を備え、これにより円周状の掘削部全体を駆動して土塊を円筒状に掘削し、崩してベルトコンベア―で後方へ移送する装置について説明する。
第２、第３図において枠体１は、先端動力部である駆動用原動機４、推進用ピストン８を先端に配置し、ローラ９を介し掘削用歯２を設けた回転台３を強く押付けながら回転させトンネル全円周を溝状に掘削する。
枠体６は油圧シリンダー１０でトンネル壁面に押付け、上記動作の反力部としており
この作動により取り出される円筒形土塊を自重、または加圧により取り崩し、ベルトコンベア―等により後方へ移送する方式を採っている。

そして特許文献３により先端切削部を多数に分割し、先端部に夫々独立して駆動する動力部を持ち、掘削方向軸に直角に回転し掘削するものについて説明する。
図１、図２から分かるように、外胴と内胴からなる全断面を掘削する二重構造のシールド機である。
外胴部は切削断面部を１２個の切削機に分担させ、正面から見てリング状に、各々独立して回転出来る独立した動力部を持ち、掘削方向軸に直角に回転し掘削する構造である。

さらにワイヤーソーで土塊を切断するものとしては、ワイヤーソーを牽引させるため自走車体や油圧ジャッジを使用するものについて特許文献４、及び特許文献５により説明する。
特許文献４では油圧ジャッキに装着したスライドガイドによりワイヤーソーを牽引させ切断している。
また特許文献５では自走車体の走行によるワイヤーソーでの切削状況を説明している。
特公昭３６−１４７７７号公報 特公昭４２−５７８９号公報） 特開平６−２６４６８１号公報 特開平１−２２３２９４号公報 特開平１０−２０５２７２号公報 １９８９年１１月技報堂発行土木工学ハンドブック第３０編トンネル 昭和６０年１月海山堂発行道路実務講座１２道路トンネル４章施工編

従来のトンネル掘削は、地形、地質、地下水位等の条件に応じ、選択された掘削方式により実施され、各種の補助工法や地盤の改良等の対策工法が併用されると共に、条件によっては大型ＴＢＭが経済的であるため採用されている。

しかしながら、自然条件が全て把握されている訳でなく、時として異常な偏圧や出水等による予期せぬ事態に遭遇することが多々あり、先線の地質条件把握のための事前調査やこれに基づく対策工法の確定は不可欠な課題である。

また、事前調査に基づく対策工法の施工にあたっては羽口からの片押し作業のため、作業の方法や作業空間の確保、安全性、確実性の確認等が大きな課題である。

ＴＢＭの採用の場合は、全断面を切削刃で切削し、泥土を後方へ排出している。
このため切削に強大な馬力を要し、反力による地山へ及ぼす影響も大きく、ＴＢＭの挙動の制御が複雑となり設備が大型化、複雑化している。
又全断面の切削のため排泥量が多く、その処理に多額の費用を要する等ＴＢＭ採用に当たっては、地質条件、設備規模の決定、経済性が大きな課題である。

前述の従来技術、特許文献１の掘削機については
１．心部受取部４０，４３の構造が受取胴部側面から捨土する必要から開放されており完全な筒状構造でなく大断面の荷重に対応した構造の補強が必要である。
２．切削刃の駆動方法が胴部の全体回転によるものであり、地山圧力に抗して回転し切削するため非常に大きな駆動力を要する。
３．運搬単位２全体を移動させるため、狭い坑内で建築限界への接触の可能性がある。
４．捨土にあたっては適切な当区間ごとに本坑横に掘られた本坑と同等の大きさの残土処理坑を設ける必要ある。等の課題がある。

特許文献２の先端部に動力部を備え、これにより円周状の掘削部全体を駆動して土塊を円筒状に掘削し、崩してベルトコンベア―で後方へ移送する装置については
１． 動力部を先端部に配置しており、円周切削断面の幅が広くなっており経済的でない。
２．切削が回転工具台３の全体回転のため、部分的な地質の変化に対しても、回転台全体を対応させざるを得なく、駆動力の調整が効率的でない
３．土塊を自重、または加圧して取崩す事で掘削し、ベルトコンベア―で搬出する方法であり、取り崩しの衝撃による機器の損傷の可能性がある。
４．掘削量が一定でなく、また体積変化率により後方への輸送量が変動し、突発的崩壊により能力を超えるケースが想定される。等の課題がある。

特許文献３の先端切削部を１２箇所に分割し、夫々独立して駆動するシールド掘削機については、
１．分割された部分ごとに先端に動力部を持ち縁端部を大きくリング状に切削するシールド機であり、切削面が１２点のリング状の断続面であることから地質によって、掘削推進が不能になる課題がある。

特許文献４の油圧ジャッキでの緊張し、ワイヤーソーでの岩盤の切断及び特許文献５の自走車体の走行によるワイヤーソーでの切断については
硬岩質トンネルの全断面をワイヤーソーだけで掘削するもので、他の地質では切取っても一体的な土塊として扱えないため，掘削効果が無く適用できない課題がある。

上記目的を達成するために、トンネルの計画法線、縦横断計画に合致した施工基面に、基礎台座の形状に合わせ掘削した溝に、埋めるように基礎台座を埋設し、大きな荷重、反力に抵抗できるように定着する。
この基礎台座に作業筒を装填した移動セントルを、ガイドベアリングを介し油圧ジャッキ等で移動し、据付けると共に固定ボルトで固着し掘削を開始する。

掘削の主体である作業筒は、鋼製で中空の筒状とし、筒の外鈑と内鈑を、軸方向及び円周方向に一定間隔に補強腹鈑で補強し、機械作業が十分可能な空間を確保し、互いにぴったり合った外殻と内殻に分けた２重の筒構造とする。

外殻作業筒は、外鈑と内鈑との空間に、推進機械室の駆動モーターからの駆動力を伝達する伝達ロッドを、軸方向に一定間隔に配置された２枚一組の補強腹鈑の間に配置し、これに直角に交わる円周方向補強腹鈑に取付けたベアリングを介して固定する。

伝達ロッドと伝達ロッドの中間の軸方向補強腹鈑には、先端切削部で切削された岩砕、泥土を後方へ移送する排泥管を設置する。
また、内殻作業筒の移動を容易にするため、荷重のかかる断面下半分の軸方向補強腹鈑の上部に、内殻作業筒に接するよう棒状のベアリングを設置する。

内殻作業筒は切取られた土塊を収容し、後方へ移送するための容器であり土塊の重量に耐えられる様、軸及び円周方向補強腹鈑により十分に補強し、これを油圧ジャッキ等で設置された受けレールへ慎重に引き出し、更に貨車等で坑外へ送出する。

外殻作業筒の先端円周部の外鈑と内鈑を偶数正多角形に分割、整形した切削刃支持鈑に支えられ、これを貫く切削刃回転軸を介して、独立して切削刃支持鈑に平行に回転可能な切削刃を装着した切削部を設ける。
そして油圧ジャッキの推進力により、鏡面の土塊にこれを押付け。外殻作業筒の円周を包含した多角形を刃厚分だけ繰り抜くように切削し、繰り抜かれたこの多角形の筒形土塊部を切削と同時に推進力により、内殻作業筒内部に収納する。

土塊の切削を行う切削刃の回転力は、動力伝達ロッドの回転力を,駆動力伝達歯車で直角に変換し、はすば歯車である駆動力伝達遊星歯車が、刃先にはすば歯形を刻んだ切削刃に端から進入するように食込み伝達され、土塊の切削を行なう。

これらの動力伝達機構を保護するため,機構の空間を補強スペーサーで埋め、切削刃支持鈑に締付けボルトで固定し、強固に一体化する。

切削部の直後には地山から繰り抜いた土塊を直角に切離すため、ワイヤソーによる切取り装置を設ける。
切取り装置は掘削部の直後に、円周方向補強腹鈑で区切った設置空間を設け、留め金具を兼ねたシャーピンで定着されたワイヤソーを収納する。

使用に際しては、ワイヤソー駆動モーターが駆動し、ワイヤソーが回転する事により、シャーピンを破断、そして更に土塊を直角に切断する。
切断の進行によりワイヤソーが弛んで余った部分を遊ばせる収容部が必要であり、巻き取るための弛取装置を設ける。

弛取装置は、固定滑車と移動滑車を複数個、向い合せに組合せ、この間に本体ワイヤソーを抱き込んだ伸縮可能な櫛状部を主構造とし、この挙動を制御するため装置を誘導レールに納める。

この装置の端部から巻取用ワイヤーを伸ばし、一定の張力を超えるとON，OFF出来るバネスイッチ持った巻取用ステッピングモーターに繋ぎ、櫛状部の間隔を広げこの部分に駆動しながら余分なワイヤソーを収納する。
一度切断を終えた場合は、土塊を排除し、ワイヤソーを設置し直す。

作業筒の坑口側最後尾には推進機械室を設け、トンネルの掘削、作業筒の推進、後退を行なう動力を発生させる。
推進機械室は移動セントル作業架台の鋼製支柱間に合わせ方形の筺体とし、剛性を高め外殻作業筒と一体化するための補強スチッフナーで筺体と剛結する。
その４隅に駆動モーターを設置し、また左右の架台支柱と接する側の、補強スチッフナーと補強スチッフナー間に、着脱出来る取付ボルトを介して、推進（又は後退）用の油圧ジャッキを設置し、反力部材と連結する。

上記の油圧ジャッキの反力部材として、作業架台の支柱間を軸方向に反力伝達スチフナーで連結し剛性高め、これに着脱出来る取付ボルトを介して油圧ジャッキの頭部（又は端部）を取付け、架台全体で大きな反力に抵抗させる。

推進機械室の坑口側端部には、取付金具で中空の方形筺体の閉鎖扉を設ける。
閉鎖扉の内部には、吸泥ポンプを内蔵した集泥槽を設置し、この中に取付ヘッドで繋いだ排泥管を導入する。
また動力伝達ロッドの中心部を貫通する高圧水供給管に対して、取付ヘッドで繋ぎ高圧水を供給する。
推進（後退）動力の制御、切削刃の回転、高圧水の供給、集泥槽からの排泥はすべて、扉に設置された操作盤の操作により行なう。
これらの電動力、高圧水道、排泥は架台支柱に付随して設置した給電、給水、排泥施設により供給または排出する。

基礎台座の上に置かれる移動セントルは、ガイドベアリングを介し油圧ジャッキで移動出来、定着ボルトで台座に固定出来る作業架台とする。
移動セントルは上部と下部の作業フロアーの２階建とし、土塊等の大きな荷重に耐えるようＨ型鋼の支柱、縦梁桁、横梁桁、アーチリブで構成し、外周をスキンプレートで覆い、各階は梁桁に鋼床鈑を架設した剛性の大きな作業架台とする。

上部作業フロア‐の中央部坑口側一区画には、上部作業フロアーへのアプローチとしての重量用昇降エレベーターを設置する。
各階の作業筒装填区画レーンにボールベアリングで左右前後に移動可能で定着ボルトで固定出来、作業筒の安定と縦移動を容易にするための作業筒誘導受けレールを敷設する。

最大推進長の１行程推進を完了し、内殻作業筒を後方へ移送するために、下部作業架台の直後まで引き込み線を敷設し、下部作業フロアーの高さに合わせた作業筒移送貨車に作業筒受けレールを介して積込み、トンネル外の土塊処理区画へ移送する。

土捨場における排土のために、移送された内殻作業筒を、直径で２葉に分解して排土したり、組立のため円周方向補強腹鈑に複数の分解継手を設け、ボルトにより着脱出来る構造とする。

内殻作業筒排出後の外殻作業筒内で、地山及び鏡面へのロックボルトの打設、各種注入工事等の対策工法を実施出来る様ロックボルト打設機、各種注入機、ロードカッター、バックホー等を自走で搬入し、機器の作業足場が固定出来る構造とする。

また、ロックボルトの打設や各種注入工法、凍結工法等の対策工法作業が作業筒全体に亘る場合に対応するため、外殻作業筒にはロックボルト打設を念頭に置き、ネジコミ式の多目的の他用途作業孔を設ける。

多用途作業孔は、一定間隔で多数必要であるため断面の脆弱化を招く、これを防ぐため多用途作業孔周辺には外殻作業筒の外鈑,内鈑に添接した補強鈑を設ける。

対策工法を完了した作業筒においては、作業筒を後退させながら、中抜きして脆くなった鏡面土塊をロードカッターによる突き崩し、整形掘削、バックホー等による掘削土の集積、積込み作業、クレーンによる鋼製支保工や基礎台座の組立等目的の作業を実施する。

本発明は以上説明したとおり構成されているので、以下のような効果を発揮する。
本発明における作業筒は、前述の小断面で２重構造の堅固な鋼製の筒状で、掘削部と推進機械部の２本を連結した構造を基本とし、掘削部先端には独立して回転し切削できる切削部を設けており、従来のシールド掘削機の様に大きな地山圧力に抗して自ら回転し筒全体面積を掘削するのでなく、作業筒円周を包含した正多角形の刃厚分だけ円周状に切削するのみであるため、地山に余分な影響を与えず、力を作用点に集中させ最小仕事で最大効果を達成でき飛躍的な省力化が図れる。

円筒形に切削した土塊はそのまま内殻作業筒に収納し、一定長毎に土塊切断装置で切離され、坑外の土塊処理区画へ移送、解体されるため、岩石の場合１.５倍にものぼる掘削土の体積変化率を最小限に止め、掘削及び残土処理コストの削減、作業スペースの最小化を図り、効率的な作業を実施出来る。

内殻作業筒に収納された土塊は,先線の地質サンプルであり、トンネル断面の全体に亘って詳細な地質データ−が得られ、想定される事態に対するあらゆる危険性を察知し、迅速に対策工法の検討、決定でき、安全で施工基面が構造的に確保された作業筒内から、機械施工を主体にした対策工法を実施し、地山を早期に安定させる事が出来る。
このように、トンネル工事の省エネルギー化、省人化、工場化が促進されトンネル施工運営における安全性の向上、効率的、経済的で恒常的な進捗を図れる効果がある。

本発明の構造は前述の従来技術の各問題点についても十分に解消できる効果がある。
特許文献１に記載の掘削機の各問題点については
１．本発明の作業筒は合理的に分割され十分に補強された完全に筒状の二重構造で、内殻作業筒が単独で移送でき、その後の土工が安全に確実に実施出来る。
２．切削刃の駆動については作業筒を全体に回転させるのでなく、駆動力伝達ロッドによる直接駆動で効率的であり、又部分的地質の変化に対しても、その部分の切削刃の駆動力の調整で対応でき機能的である。
３．作業筒の後方移送についても、合理的に分割された適切な取扱量であり、作業筒単独で自由に掘削機構を通過し移動でき、又大きな残土処理用の処理坑も必要もない。

特許文献２に記載の掘削機の各問題についても
１．動力部を後方に配置し、動力伝達ロッドからの回転力により切削刃に伝達され、各切削刃が単独で作業筒壁面に並行の回転し、刃厚分だけの最小幅で土塊の切削を行なう機能的、経済的構造となっている。
２．各切削刃が単独で作業筒壁面に並行の回転するため、断面の部分的地質の変化に対しても当該切削刃の出力調整で対応でき効率的である。
３．加圧して土塊を切り崩す事の衝撃による機器の破損の危険性を解消できる。
４．掘削量が確定しており，また地山そのものであるため体積変化がなく、後方への輸送工程が安定し，効率的である。

特許文献３記載のシールド機の問題については、
１．段落（００２６）で述べたとおり、筒壁面に平行に回転し円周全体を偶数多角形に連続的に，刃厚分だけの最小幅で土塊を切削し内殻作業等に収容し移送できる為，一般的な地質において効率的、経済的に施工できる。

特許文献４及び特許文献５のワイヤーソーによる切断については
１．コンパクトに作業筒に収納できる櫛型弛取り装置を備え、スッテッピングモーターによる巻取りにより、余分な行動だ必要なく機能的な構造となっている。
２．土塊を地山より分離する切断で一般的な地質において有効に機能する。
以上、上述したように本発明の新規性、有用性、進歩性において従来の技術とは明確に区分される。

移動セントルに装着した作業筒の推進用油圧ポンプの作動により、作業筒が推進し掘削部を鏡面に押し付けると同時に、駆動モーターの回転力が、駆動力伝達ロッドを介し、回転切削刃を回転させる。
このとき、駆動力伝達ロッドの中心部に設けられた、高圧水管から高圧水を鏡面土塊及び切削刃に噴射し、切削のきっかけを作ると共に切削刃の潤滑と清掃を促し、鏡面土塊を内殻作業筒の形状を包含した刃形どおりに切削するため、推進と同時に鏡面土塊が内殻作業筒に順次収納される。

切削汚泥は、切削刃の互に向い合う方向の回転力により呼び込まれ、隣り合う切削刃の間に設置された排泥管付近に導かれる。そして吸引ポンプの吸引力により集泥槽に集められ総排泥管から排水溝へさらに坑外の沈殿池ヘ排出される。

各作業筒を推進し最大長まで推進出来た作業筒から、土塊切取り装置により鏡面土塊から切り離し土塊を収納し、重い内殻作業筒を受けレール、昇降エレベーター等を介して慎重に内殻作業筒運搬貨車に積込み、坑外へ送出する事で鏡面土塊が中抜きされ、掘削作業空間が確保される。

作業架台に装填された作業筒は、夫々独立して作動できる。
各作業筒の掘削速度は、遭遇する地質に左右され差異が生じるが、先に推進を終え、内殻作業筒の送出を完了した作業筒から作業計画に沿って、各作業車を作業筒内へ自走で搬入させ、所定の位置に固定しロックボルトの打設、各種注入工事等、必要な対策工法を施工出来、掘削区間の安全性が早期に確保出来る。

内殻作業筒の送出を完了し、対策工法を完了した区間については、作業計画に従って上部フロア‐作業筒の後退を優先させ、作業筒全体を後退させながらスペースを確保し、先ず下部作業フロアーにバックホーによる掘削土の集積、積込み、ベルトコンベアーによる排送作業ルートを確保する。
そして上部作業フロアーから中抜きして脆くなった土塊を、効率的な後退姿勢での整形掘削が施工できるバックホー、ロードカッター等により突き崩し、後退により確保された下部階の空洞スペースへ、掘削土を自由落下させ掘削を進め、更にロードカッターなどにより断面の整形掘削を施す。
断面の整形掘削を終了させた区間については、クレーン等による鋼製支保工の設置や基礎台座の組立等、一連の目的の作業工程を機械化され効率的で、想定できる恒常的な進捗速度で作業が遂行される。

作業筒の推進と後退は、機械室側面補強スチフナーと反力を得るためのＨ型鋼支柱間の補強スチフナーを結合するよう、互い違いに着脱可能な取付けボルトを介して、シリンダーヘッド又はピストンヘッドを取付け、油圧ポンプの伸長又は収縮の推力により駆動する。
そしてピストンの働長分毎に、取付けボルトを着脱し匍匐して前後進出来る。

実施例について図面を参照して説明すると、図１において、は標準的なトンネルの横断図を示している。

図２に示す実施例では、掘削装置の本体である移動セントルの横断図であり、２階建てで、５本の作業筒を装着している。
そして、大きな荷重のかかる２階の作業筒については、直下にH型鋼支柱７を配して荷重を支えている。
移動セントルの骨格は縦横の桁梁とH型鋼支柱７、アーチリブ６を剛結し、周囲を覆工コンクリート打設の為、数センチ上下に可動出来るスキンプレート５で覆い水密性と剛性を高めている。

図３に示す実施例は、作業筒の配置図であり、対策工法の施工事例として、ロックボルト１４の施工位置の概念を示している。

図４に示す実施例は、作業筒の断面図であり、中空の筒状で互いに接する外殻作業筒９と内殻作業筒１０の２重構造を示している。
外殻作業筒外版３３と外殻作業筒内鈑３１の先端部を八分割し、二組が対になってハの字状に向い合い、外殻作業筒９の円周を包含し正八角形に整形した切削刃支持鈑２０で、５段に積層された切削刃１７を切削刃回転軸１９を介して貫くように束ね、下部切削刃保護版２３と切削刃締付けボルト２４で固定している。
Ｃ−Ｃ断面部の作業筒は大きな荷重を支える必要性から、縦横断方向に一定の間隔で２枚一組の外殻作業筒腹鈑３２,内殻作業筒腹鈑２９で補強しており、この空間に駆動力伝達ロッド２５および排泥管３６を配置している。
又、外殻作業筒腹鈑３２に内殻作業筒１０に接するよう移動用ベアリング３４を設ける。
Ｂ−Ｂ断面部については駆動力が、駆動力伝達ロッド２５に刻まれた伝達ロッド先端歯車３７によりはすば歯車である駆動力伝達遊星歯車２６に伝達され、回転方向が９０度変換されている。
A−A断面部については、はすば歯車である駆動力伝達遊星歯車２６が刃先にはすば歯形を刻んだ切削刃１７の端から食込むように伝達され土塊の切削を行なう。

図５に示す実施例は先端切削部の断面図であり、外殻作業筒９の先端部を外殻作業筒外鈑３３と外殻作業筒内鈑３１で切削刃１７を包むように整形した切削刃支持鈑２０で挟み、切削刃回転軸１９で貫き、切削刃ベアリング２１で回転を円滑にすると共に切削刃支持スペーサー２２で間隔を保持し、上部、下部切削刃保護鈑２３で切削刃締め付けボルト２４を介して着脱出来るよう固定している。

図６に示す実施例は先端切削部側面透図であり、中心に高圧水管３５を持ち、先端に伝達ロッド先端歯車３７を刻んだ駆動力伝達ロッド２５により、駆動力が駆動力伝達遊星歯車２６を介して切削刃１７に伝達されており、これら一連の切削機構を保護するため、切削刃支持版固定スペーサー４９を噛ませ切削刃支持版２０に切削刃支持版取付ボルト４６で固定している。

又、切削刃支持版固定スペーサー４９と外殻作業筒腹版３８との間に、土塊切取装置を設け、２基のワイヤーソー駆動モーター３９でワイヤーソー４７を駆動し、固定滑車４２と移動滑車４１を複数個向い合せに組合せ、この間に本体ワイヤソーを抱き込んだ、伸縮可能な櫛状部を主構造とした巻取り装置設けており、この挙動を制御するためワイヤーソー弛取誘導レール４４に納めている。
その櫛状部の端部から巻取り用ワイヤーを伸ばし、一定の張力を超えるとON，OFF出来るバネスイッチ持ったワイヤーソー弛取モーター４３に繋ぎ、櫛状部の間隔を広げ、この部分に余分なワイヤソー４７を収納する。
一度切断を終えた場合は、土塊を排除し、ワイヤソー４７を設置し直す。

図７に示す実施例は、作業筒駆動機械室横断図であり、作業筒機械室筺体５４は剛性を高めるため外殻作業筒９と一体化するための筺体補剛スチッフナー５５で筺体と連結する。
その４隅に切削の機動力を発生する駆動モーター５０を設置し、また左右の架台支柱と接する側の隣り合う筺体補剛スチッフナー５５との間に、着脱出来る油圧ジャッキ取付ボルト５９を介して、推進（又は後退）用の作業筒油圧ジャッキ６０を設置する。
油圧ジャッキ６０の反力部材として、H形鋼支柱７の間を３枚一組の反力伝達スチフナー５６で連結し剛性高め、この間に着脱出来る油圧ジャッキ取付ボルト５９を介して油圧ジャッキの頭部（又は端部）を取付け、架台全体で大きな反力に抵抗させる。
また、各階の梁桁に作業筒鋼床版桁５８を連結し、作業筒の荷重を支えると共に、作業筒の移動の為移動用ベアリング３４を持った作業筒誘導受レール５７を設け移動の円滑を図っている。

図８に示す実施事例は、作業筒閉鎖扉断面図であり、作業筒機械室筺体５４の最後尾に閉鎖扉取付金具６１を介して開閉でき、閉鎖扉ハンドル８５で閉鎖できるよう取付ている。作業フロアーの水密性を図るとともに、外殻作業筒９に収納された高圧水管３５への高圧水の供給、集泥菅から汚泥の収集のため、吸泥ポンプ６５を持った集泥槽６６を備え、総排泥管６３から排水溝４へ排出する。
図９の実施事例は作業筒閉鎖扉のＤ−Ｄ断面図であり、扉開閉に伴う接続の破断が起きないように適応できるよう、フレキシブルホースと連結した集泥菅取付ヘッド６８および高圧水取付ヘッド６９を介して外殻作業筒９と接続している。
外部からの電力、高圧水用水道水の供給、コンピューター等への制御信号等もこの扉から供給する。

図１０の実施例は作業筒閉鎖扉の立体図である。

図１１の実施例は作業筒の立体図である。
作業筒最後尾には、作業筒機械室筺体５４を備え、駆動モーター５０の動力を駆動力伝達歯車５１、伝達ロッド後部歯車５２を介し、駆動力伝達ロッド２５に伝達されている。
また、３枚一組の筺体補剛スチフナー５５と、反力伝達スチフナー５６の間を油圧ジャッキ６０で、油圧ジャッキ取付ボルト５９を介して連結している。
運転作業部と切削作業部の境界には作業筒支持環状受枠７０で作業筒を支持し作業筒隔離壁７１で地山と隔離しており、先端の切削刃１７を正八角形の回転切削刃支持版２０で支えている。

図１２の実施例は作業筒先進後退全断面掘削工法の全体概要図である。

図１３の実施例は、作業筒先進後退全断面掘削工法の作業工程図である。

図１４の実施例は、多用途作業孔の立体図である。
連続した削孔で構造が弱体化するため多用途作業孔支持版８７を添接し、これに削孔しネジ状の多用途作業孔蓋８６で内側から閉じている。

図１５の実施は作業筒構造立体図である。内殻作業筒の端部には、内殻作業筒連結環９０を配し、中空の筒内には軸方向に内殻作業筒腹版２９とこれに直角に交わる円周方向に作業筒円周腹版３８を配し、分割線９２で２葉に分割しまた組立てるため、作業筒円周腹版３８の間に分解・組立継手ロッド９６嵌込み、固定ボルト９７で連結している。
また、外殻作業筒の端部には、外殻作業筒連結環９３を設け、駆動力伝達ロッド２５の連結、排泥管の接続のため、連結カップリング９４を配しこれを締付ける連結カップリング締付孔９５を備えている。

トンネル地山が有用な岩石の場合は、一定規模の切出寸法を持つため、素材としての高付加価値化が図れる。

本発明の主体である移動セントルは、二階建ての強固な鋼構造の架台であり、地山に挿入される作業筒も堅固で機能的な設計が可能であるため、坑内作業の安全性の向上はもとより、機械化による作業のオートメーション化が促進され、トンネル建設コストの削減が図れる。

トンネルの標準横断図である。 移動セントル断面図である。 ロックボルト施工概念図である。 作業筒断面図である。 先端切削部縦断面図である。 先端切削部側面透視図である。 作業筒駆動機械室横断図である。 作業筒閉鎖扉断面図である。 作業筒閉鎖扉Ｄ−Ｄ断面図である。 作業筒閉鎖扉立体図である。 作業筒全体立体図である。 作業筒先進後退全断面掘削工法全体概要図である。 作業筒先進後退全断面掘削工法模式図である。 。 多用途作業孔立体図である。 作業筒構造立体図である

符号の説明

０ 建築限界線
１ 歩道部
２ 路肩部
３ 車道部
４ 排水溝
５ スキンプレート
６ セントルアーチリブ
７ Ｈ型鋼支柱
８ 上部床版梁桁
９ 外殻作業筒
１０ 内殻作業筒
１１ 駆動モーター収納部
１２ 下部床版梁桁
１３ 基礎台座
１４ ロックボルト
１５ ロックボルト施工線
１６ ロックボルト打込位置
１７ 切削刃
１８ 上部切削刃保護鈑
１９ 切削刃回転軸
２０ 切削刃支持鈑
２１ 切削刃ベアリング
２２ 切削刃支持スペーサー
２３ 下部切削刃保護鈑
２４ 切削刃締付ボルト
２５ 駆動力伝達ロッド
２６ 駆動力伝達遊星歯車
２７ 遊星歯車回転軸
２８ 内殻作業筒内鈑
２９ 内殻作業筒腹鈑
３０ 内殻作業筒外鈑
３１ 外殻作業筒内鈑
３２ 外殻作業筒腹鈑
３３ 外殻作業筒外鈑
３４ 移動用ベアリング
３５ 高圧水管
３６ 排泥管
３７ 伝達ロッド先端歯車
３８ 外殻作業筒円周腹鈑
３９ ワイヤソー駆動モーター
４０ ワイヤソー繰出・引込口
４１ 移動滑車
４２ 固定滑車
４３ ワイヤソー弛取モーター
４４ ワイヤソー弛取誘導レール
４５ ワイヤソー弛取装置
４６ 切削刃支持版取付ボルト
４７ ワイヤソー
４８ ワイヤソーシャーピン
４９ 切削刃支持鈑固定スペーサー
５０ 駆動モーター
５１ 駆動力伝達歯車
５２ 伝達ロッド後部歯車
５３ 駆動モーター回転軸
５４ 作業筒機械室筐体
５５ 筐体補剛スチフナー
５６ 反力伝達スチフナー
５７ 作業筒誘導受レール
５８ 作業筒鋼床版桁
５９ 油圧ジャッキ取付ボルト
６０ 油圧ジャッキ（推進・後退）
６１ 閉鎖扉取付金具
６２ 閉鎖扉筐体
６３ 総排泥管
６４ 高圧水供給管
６５ 吸泥ポンプ
６６ 集泥槽
６７ 集泥管
６８ 集泥管取付ヘッド
６９ 高圧水管取付ヘッド
７０ 作業筒支持環状受枠
７１ 作業筒隔離壁
７２ Ｈ型鋼製支保工
７３ 羽口止アンカー
７４ 羽口止ロックボルト
７５ 鏡面
７６ ロックボルト打設機
７７ 断面整形掘削機
７８ バックホー
７９ 重量物昇降機
８０ 上部フロア−
８１ ベルトコンベア−
８２ 土砂運搬車
８３ 作業筒運搬車
８４ 引込線レール
８５ 閉鎖扉ハンドル
８６ 多用途作業孔蓋
８７ 多用途作業孔蓋支持鈑
８８ 止めネジ
８９ 覆工コンクリート
９０ 内殻作業筒連結環
９１ 内殻作業筒連結ボルト孔
９２ 分割線
９３ 外殻作業筒連結環
９４ 連結カップリング
９５ 連結カップリング締付孔
９６ 分解・組立継手ロッド
９７ 固定ボルト

本発明はトンネル掘削断面を取扱量で分割し、移動セントル架台に両端を開放した鋼製の外殻作業筒とこれに内接した内殻作業筒の二重構造の作業筒で、各筒の筒壁が外鈑と内鈑から成りこれを,軸及び周方向に一定間隔に補強した二重構造の作業筒を本体として分割面に一基づつ搭載する。
外殻作業筒先端面の外鈑と内鈑を外殻作業筒の外円周、内殻作業筒の内円周に夫々外接する偶数正多角形に整形し、この接線が作る等間隔で平行な台形空間の一辺の中心に、辺に垂直な回転軸を設け,これに回転切削刃を取付、奥行きを持った、偶数正多角形の辺に沿って回転可能な切削部を設け、これを外殻作業筒内部に装着された駆動力伝達ロッドにより駆動し、地山土塊を偶数正多角形の筒状に繰り抜くと同時に、作業筒本体の後端部に設けた作業筒機械室の油圧ジャッキにより作業筒全体を推進させ、内殻作業筒内に繰抜き土塊を収容する。
掘削部直後に設置した土塊切取装置により、唯一地山と繋がっている掘削部で繰抜いた内殻作業筒端断面部分を、ワイヤーソーで竹輪を輪切りする様にトンネル軸に直角に、狭い筒内空間に設置した弛取器で巻取り、丸ハムを料理糸で絞切るように、地山から切離し、内殻作業筒を後方へ移送する事により地山の中抜掘削を行う装置である。

この作業により確保された外側作業筒の内部空間から、地山の緩み、崩壊の危険に対して事前にロックボルトを打設し、中抜きされ脆弱になった地山断面を、掘削機の最大効率姿勢を発揮する後退姿勢で上部フロアー作業筒を優先し切羽から後退しながら、既存の掘削機械で全断面を整形掘削し、残土を下部作業筒から排出するトンネルの掘削工法に関するものである。

通常のトンネル掘削は地山を外側からトンネル軸に沿い奥に向かって、切羽面を片押しで掘削を進めると共に、掘削に伴う大きな地山圧力に対しては、鋼製支保工、ロックボルト等の補助工法により対処している。

軟弱地質における切羽の崩壊等の対処については、様々な対策が必要となるが施工が切羽前面からしか出来ない事が多く、作業の方向性や作業のスペースが限定され、非効率で冗長的な作業となりしばしば難航することがある。
是らに対処するため事前調査に基づく、様々な地質に対応した対策工法を実施しトンネルを完成させている。
また、大型トンネルボーリングマシン（以下ＴＢＭ）によって、全断面の掘削と同時にコンクリート覆工を実施し、トンネルを完成させている。

従来のトンネル掘削は、地形、地質、地下水位等の条件に応じ、選択された掘削方式により実施され、各種の補助工法や地盤の改良等の対策工法が併用されると共に、条件によっては大型ＴＢＭが経済的であるため採用されている。

しかしながら、自然条件が全て把握されている訳でなく、時として異常な出水や偏圧等による予期せぬ事態に遭遇することが多々あり、先線の地質条件把握のための事前調査やこれに基づく対策工法の確定は不可欠な課題である。

また、事前調査に基づく対策工法の施工にあたっては羽口からの片押し作業のため作業の方法や作業空間の確保、安全性、確実性の確認等が大きな課題である。

ＴＢＭの採用の場合は、全断面を切削刃で切削し、泥土を後方へ排出している。
このため切削に強大な馬力を要し、反力による地山へ及ぼす影響も大きく、ＴＢＭの挙動の制御が複雑となり設備が大型化、複雑化している。
又全断面の切削のため排泥量が多く、その処理に多額の費用を要する等ＴＢＭ採用に当たっては、地質条件、設備規模の決定、経済性が大きな課題である。

上記課題を達成するために、トンネルの計画法線、縦横断計画に合致した施工基面に、基礎台座の形状に合わせ掘削した溝に、埋めるように基礎台座を埋設し、大きな荷重、反力に抵抗できるように定着する。
この基礎台座に中抜掘削装置である作業筒を装填した移動セントルを、ガイドベアリングを介し油圧ジャッキ等で移動し、据付けると共に固定ボルトで固着し掘削を開始する。

切羽土塊の中抜掘削の主体である作業筒は、両端を開放した鋼製で中空の筒状で、筒の側壁が外鈑と内鈑からなる厚みを持った側壁でこれを軸及び円周方向に一定間隔に補強腹鈑で補強し、機械掘削作業が可能な空間を確保した、外殻作業筒とこれに内接した内殻作業筒からなる２重構造の作業筒とし、先端面に掘削部を後端面にこの作業筒を駆動し制御する推進機械室を備えた中抜掘削装置とする。
外殻作業筒の外鈑と内鈑との空間に、推進機械室の駆動モーターからの駆動力を伝達する伝達ロッドを配置し、駆動力伝達ロッドを軸方向に一定間隔に配置された２枚一組の補強腹鈑の間に配置し、これに直角に交わる円周方向補強腹鈑に取付けたベアリングを介して固定する。

伝達ロッドと伝達ロッドの中間の軸方向補強腹鈑には、先端掘削部で切削された岩砕、泥土を後方へ移送する排泥管を設置する。
また、内殻作業筒の移動を容易にするため、荷重のかかる断面下半分の軸方向補強腹鈑の上部に、内殻作業筒に接するよう棒状のベアリングを設置する。

内殻作業筒は切取られた土塊を収容し、後方へ移送するための容器であり土塊の重量に耐えられる様、軸及び円周方向補強腹鈑により十分に補強し、これを油圧ジャッキ等で設置された受けレールへ慎重に引き出し、更に貨車等で坑外へ送出する。

掘削部は外殻作業筒先端面の外鈑を外殻作業筒の外円周に外接し、内鈑を内殻作業筒の内円周に外接する、軸方向から見て平行な隣り合う二組が対になった偶数正多角形に整形し、この接線がなす偶数正多角形の一辺毎に外鈑と,内鈑で形成する合同な平行四辺形の平行な辺を、回転切削刃を収容する奥行きを持った切削刃支持鈑とし、この鈑面に垂直でその中心に鈑面を貫く切削刃回転軸を設け,これに側断面が台形空間の形状に合った、刃先が伝達歯車の歯形に噛合った円盤状でスペーサーと交互に積層した回転切削刃を装着し、独立して偶数正多角形の接線が成す一辺に沿って回転可能な掘削部を設ける。
そして油圧ジャッキの推進力により、切羽土塊にトンネル軸に平行に押付け、掘削部の偶数正多角形を刃厚分だけ繰り抜くように切削する。
この切削あたり、より掘削効率を高める為に刃厚を小さくし切削断面積を小さくする必要から外鈑と内鈑との空間に挿入される伝達歯車の厚さ、伝達ロッドの径、伝達機構の単一化など、構造的に必要な要素を検討し、唯一の動力として、駆動力伝達ロッドだけのスペースを確保したより薄い切削幅の筒厚とする。
繰り抜かれた地山土塊を切削と同時に推進力により内殻作業筒内部に収納し、後方へ移送する事で地山の中抜掘削を行う装置である。

土塊の切削を行う切削刃の回転力は、駆動力伝達ロッドの回転力をウォームである伝達ロッド先端歯車を介して, ウォームホイールである駆動力伝達歯車で回転方向を９０度変換し、まがりばかさ歯車の形状の歯形の駆動力伝達遊星歯車が、これと噛み合う様に刃先にまがりばかさ歯車の形状の歯形を刻んだ切削刃に端から食込み伝達され土塊の切削を行なう。

これらの動力伝達機構を保護するため,機構の空間を補強スペーサーで埋め、切削刃支持鈑に締付けボルトで固定し、強固に一体化する。

掘削部の直後に設置した土塊切取り装置により、唯一地山と繋がっている掘削部で繰抜き、内殻作業筒に収納された内殻作業筒の端断面部分をワイヤーソーで竹輪を輪切りする様にトンネル軸に直角に、狭い筒内空間に設置した弛取装置で巻取り丸ハムを料理糸で絞切るように、地山から切離す。
切取り装置は掘削部の直後に、円周方向補強腹鈑で区切った設置空間を設け、留め金具を兼ねたシャーピンで定着されたワイヤーソーを収納する。

使用に際しては、ワイヤソー駆動モーターが駆動し、ワイヤソーが回転する事により、シャーピンを破断、そして更に土塊をトンネル軸に直角に切断する。
切断の進行によりワイヤソーが弛んで余った部分を遊ばせる収容部が必要であり、巻き取るための弛取装置を設ける。

弛取装置は、固定滑車と移動滑車を複数個、向い合せに組合せ、この間に本体ワイヤソーを抱き込んだ伸縮可能な櫛状部を主構造とし、この挙動を制御するため装置を誘導レールに納める。
この装置の端部から巻取用ワイヤーを伸ばし、一定の張力を超えるとON，OFF出来るバネスイッチ持った巻取用ステッピングモーターに繋ぎ、櫛状部の間隔を広げこの部分に駆動しながら余分なワイヤソーを収納する。
一度切断を終えた場合は、土塊を排除し、ワイヤソーを設置し直す。

作業筒の坑口側最後尾には推進機械室を設け、トンネルの掘削部の駆動力、作業筒の推進、後退を行なう動力を発生させる。
推進機械室は移動セントル作業架台の鋼製支柱間に合わせ方形の筺体とし、剛性を高め外殻作業筒と一体化するための補強スチッフナーで筺体と剛結する。
その４隅に駆動力伝達ロッドを回転する駆動モーターを設置し、また左右の架台支柱と接する側の、補強スチッフナーと補強スチッフナー間に、着脱出来る取付ボルトを介して、推進（又は後退）用の油圧ジャッキを設置し、反力部材と連結する。

上記の油圧ジャッキの反力部材として、作業架台の支柱間を軸方向に反力伝達スチフナーで連結し剛性高め、これに着脱出来る取付ボルトを介して油圧ジャッキの頭部（又は端部）を取付け、架台全体で大きな反力に抵抗させる。

推進機械室の坑口側端部には、取付金具で中空の方形筺体の閉鎖扉を設ける。
閉鎖扉の内部には、吸泥ポンプを内蔵した集泥槽を設置し、この中に取付ヘッドで繋いだ排泥管を導入する。
また動力伝達ロッドの中心部を貫通する高圧水供給管に対して、取付ヘッドで繋ぎ高圧水を供給する。
推進（後退）動力の制御、切削刃の回転、高圧水の供給、集泥槽からの排泥はすべて、扉に設置された操作盤で統括し操作する。
これらの電動力、高圧水道、排泥は架台支柱に付随して設置した給電、給水、排泥施設により供給または排出する。

基礎台座の上に置かれる移動セントルは、ガイドベアリングを介し油圧ジャッキで移動出来、定着ボルトで台座に固定出来る作業架台とする。
移動セントルは上部と下部の作業フロアーの２階建とし、土塊等の大きな荷重に耐えるようＨ型鋼の支柱、縦梁桁、横梁桁、アーチリブで構成し、外周をスキンプレートで覆い、各階は梁桁に鋼床鈑を架設した剛性の大きな作業架台とする。

上部作業フロア‐の中央部坑口側一区画には、上部作業フロアーへのアプローチとしての重量に耐える昇降エレベーターを設置する。
各階の作業筒装填区画レーンにボールベアリングで前後左右に移動可能で定着ボルトで固定出来、作業筒の安定と縦移動を容易にするための作業筒誘導受けレールを敷設する。

最大推進長の１行程推進を完了し、内殻作業筒を後方へ移送するために、下部作業架台の直後まで引き込み線を敷設し、下部作業フロアーの高さに合わせた作業筒移送貨車に作業筒受けレールを介して積込み、トンネル外の土塊処理区画へ移送する。

土捨場における排土のために、移送された内殻作業筒を、直径で２葉に分解して排土したり、組立のため円周方向補強腹鈑に複数の分解継手を設け、ボルトにより着脱出来る構造とする。

内殻作業筒排出後の外殻作業筒内で、地山及び鏡面へのロックボルトの打設、各種注入工事、各種の補助工法を実施出来る様、ロックボルト打設機、各種注入機、ロードカッター、バックホー等を自走で搬入し、機器の作業足場を固定する構造とする。

また、ロックボルトの打設や各種注入工法、凍結工法等の対策工法作業が作業筒全体に亘る場合に対応するため、外殻作業筒にはロックボルト打設を念頭に置き、ネジコミ式の多目的の多用途作業孔を設ける。

多用途作業孔は、一定間隔で多数必要であるため断面の脆弱化を招くこれを防ぐため多用途作業孔周辺には外殻作業筒の外鈑,内鈑に添接した補強鈑を設ける。

対策工法を完了した作業筒においては、作業筒を後退させながら、中抜きして脆くなった鏡面土塊をロードカッターによる突き崩し、整形掘削、バックホー等による掘削土の集積、積込み作業、クレーンによる鋼製支保工や基礎台座の組立等目的の作業を実施する。

本発明は以上説明したとおり構成されているので、以下のような効果を発揮する。
本発明における作業筒は、前述の小断面で２重構造の堅固な鋼製の筒状で、掘削部と推進機械部の２本を連結した構造を基本とし、掘削部先端には独立して回転し切削できる切削部を設けており、従来のシールド掘削機の様に大きな地山圧力に抗して自ら回転し筒全体面積を掘削するのでなく、偶数正多角形の刃厚分だけ切削するのみであるため、地山に余分な影響を与えず、力を作用点に集中させ最小仕事で最大効果を達成でき飛躍的な省力化が図れる。

偶数多角形に切削した土塊はそのまま内殻作業筒に収納し、一定長毎に土塊切取り装置で切離され、坑外の土塊処理区画へ移送、解体されるため、岩石の場合１.５倍にものぼる掘削土の体積変化率を最小限に止め、掘削及び残土処理コストの削減、作業スペースの最小化を図り、効率的な作業を実施出来る。

内殻作業筒に収納された土塊は,地山先線の地質サンプルであり、トンネル断面の全体に亘って詳細な地質データ−が得られ、想定される事態に対するあらゆる危険性を察知し、迅速に対策工法の検討、決定でき、安全で施工基面が構造的に確保された作業筒内から、機械施工を主体にした対策工法を実施し、地山を早期に安定させる事が出来る。
このように、トンネル工事の省エネルギー化、省人化、工場化が促進されトンネル施工運営における安全性の向上、効率的、経済的で恒常的な進捗を図れる効果がある。

移動セントルに搭載された、複数の中抜き掘削装置である二重構造の作業筒は、推進機械室の推進用油圧ジャッキの作動により、作業筒が推進し掘削部を切羽面に押し付けると同時に、駆動モーターの回転力が駆動力伝達ロッドを介し、回転切削刃を回転させる。
このとき、駆動力伝達ロッドの中心部に設けた、高圧水管から高圧水を鏡面土塊及び切削刃に噴射し、切削のきっかけを作ると共に回転切削刃の潤滑と清掃を促し 掘削部が切羽土塊を偶数正多角形の形状に刃形どおりに繰抜き、推進と同時に切羽土塊が内殻作業筒に順次収納され後方へ移送され、切羽土塊を中抜きする。

切削汚泥は、切削刃の互に向い合う方向の回転力により呼び込まれ、隣り合う切削刃の間に設置された排泥管付近に導かれ、吸引ポンプの吸引力により集泥槽に集められ総排泥管から排水溝へ、さらに坑外の沈殿池ヘ排出する。

各作業筒を推進し最大長まで推進出来た作業筒から、土塊切取装置により切羽土塊からトンネル軸に直角に切り離し、土塊を収納した重い内殻作業筒を受けレール、昇降エレベーターを介して慎重に内殻作業筒運搬貨車に積込み、坑外へ送出する事で切羽土塊が中抜きされ、外殻作業筒の内空断面である掘削作業空間が確保する。

移動セントルに装填された中抜掘削装置である作業筒は、夫々独立して作動できる。
各作業筒の掘削速度は、遭遇する地質に左右され差異が生じるが、先に推進を終え、内殻作業筒の送出を完了した作業筒から作業計画に沿って、各作業車を作業筒内へ自走で搬入させ、所定の位置に固定し、ロックボルトの打設を実施し、掘削予定区間の安全性を事前に確保する。

内殻作業筒の送出を完了し、対策工法を完了した区間については、作業計画に従って上部フロア‐作業筒の後退を優先させ、作業筒全体を後退させながらスペースを確保し、先ず下部作業フロアーにバックホーによる掘削土の集積、積込み、ベルトコンベアーによる掘削土の排送作業ルートを確保する。
そして上部作業フロアーから中抜きして脆くなった土塊を、効率的な後退姿勢での整形掘削が施工できるバックホー、ロードカッターにより突き崩し、後退により確保された下部フロアーの空洞スペースへ、掘削土を自由落下させ掘削を進め、更にロードカッターなどにより断面の整形掘削を施す。
断面の整形掘削を終了させた区間については、クレーン等による鋼製支保工の設置や基礎台座を組立、一連の作業工程を機械化されて効率的で、計画通りの進捗速度で作業が遂行される。

作業筒の推進と後退は、機械室側面補強スチフナーと反力を得るためのＨ型鋼支柱間の補強スチフナーを結合するよう、互い違いに着脱可能な取付けボルトを介して、シリンダーヘッド又はピストンヘッドを取付け、油圧ポンプの伸長又は収縮の推力により駆動する。
そしてピストンの働長分毎に、取付けボルトを着脱し匍匐して前後進出来る。

実施例について図面を参照して説明すると、図１において、は標準的なトンネルの横断図を示す。

図２に示す実施例では、掘削装置の本体である移動セントルの横断図であり、２階建てで、５本の作業筒を装着する。
そして、大きな荷重のかかる２階の作業筒については、直下にH型鋼支柱７を配して荷重を支えている。
移動セントルの骨格は縦横の桁梁とH型鋼支柱７、アーチリブ６を剛結し、周囲を覆工コンクリート打設の為、数センチ上下に可動出来るスキンプレート５で覆い水密性と剛性を高める。

図３に示す実施例は、作業筒の配置図であり、対策工法の施工事例として、ロックボルト１４の施工位置の概念を示めす。

図４に示す実施例は、作業筒の断面図であり、中空の筒状で互いに接する外殻作業筒９と内殻作業筒１０の２重構造を示めす。
外殻作業筒外版３３と外殻作業筒内鈑３１の先端部を八分割し、二組が対になってハの字状に向い合い、外殻作業筒９の円周を包含し正八角形に整形した切削刃支持鈑２０で、５段に積層された切削刃１７を切削刃回転軸１９を介して貫くように束ね、下部切削刃保護版２３と切削刃締付けボルト２４で固定している。
Ｃ−Ｃ断面部の作業筒は大きな荷重を支える必要性から、縦横断方向に一定の間隔で２枚一組の外殻作業筒腹鈑３２,内殻作業筒腹鈑２９で補強しており、この空間に駆動力伝達ロッド２５および排泥管３６を配置する。
又、外殻作業筒腹鈑３２に内殻作業筒１０に接するよう移動用ベアリング３４を設ける。
Ｂ−Ｂ断面部については駆動力が、駆動力伝達ロッド２５に刻まれた伝達ロッド先端歯車３７により、まがりばかさ歯車である駆動力伝達遊星歯車２６に伝達され、回転方向が９０度変換する。
A−A断面部については、まがりばかさ歯車である駆動力伝達遊星歯車２６回転力が切削刃１７の刃先にまがりばかさ歯形を刻まれた歯形を介して切削刃１７の端から食込むように伝達され土塊の切削を行なう。

図５に示す実施例は先端切削部の断面図であり、外殻作業筒９の先端部を外殻作業筒外鈑３３と外殻作業筒内鈑３１で切削刃１７を包むように整形した切削刃支持鈑２０で挟み、切削刃回転軸１９で貫き、切削刃ベアリング２１で回転を円滑にすると共に切削刃支持スペーサー２２で間隔を保持し、上部、下部切削刃保護鈑２３で切削刃締め付けボルト２４を介して着脱出来るよう固定している。

図６に示す実施例は先端切削部側面透図であり、中心に高圧水管３５を持ち、先端に伝達ロッド先端歯車３７を刻んだ駆動力伝達ロッド２５により、駆動力が駆動力伝達遊星歯車２６を介して切削刃１７に伝達されており、これら一連の切削機構を保護するため、切削刃支持版固定スペーサー４９を噛ませ切削刃支持版２０に切削刃支持版取付ボルト４６で固定している。
又、切削刃支持版固定スペーサー４９と外殻作業筒腹版３８との間に、土塊切取装置を設け、２基のワイヤーソー駆動モーター３９でワイヤーソー４７を駆動し、固定滑車４２と移動滑車４１を複数個向い合せに組合せ、この間に本体ワイヤソーを抱き込んだ、伸縮可能な櫛状部を主構造とした巻取り装置設けており、この挙動を制御するためワイヤーソー弛取誘導レール４４に納めている。
その櫛状部の端部から巻取り用ワイヤーを伸ばし、一定の張力を超えるとON，OFF出来るバネスイッチ持ったワイヤーソー弛取モーター４３に繋ぎ、櫛状部の間隔を広げ、この部分に余分なワイヤソー４７を収納する。
一度切断を終えた場合は、土塊を排除し、ワイヤソー４７を設置し直す。

図７に示す実施例は、作業筒駆動機械室横断図であり、作業筒機械室筺体５４は剛性を高めるため外殻作業筒９と一体化するための筺体補剛スチッフナー５５で筺体と連結する。
その４隅に掘削部の駆動力を発生する駆動モーター５０を設置し、また左右の架台支柱と接する側の隣り合う筺体補剛スチッフナー５５との間に、着脱出来る油圧ジャッキ取付ボルト５９を介して、推進（又は後退）用の作業筒油圧ジャッキ６０を設置する。
油圧ジャッキ６０の反力部材として、H形鋼支柱７の間を３枚一組の反力伝達スチフナー５６で連結し剛性高め、この間に着脱出来る油圧ジャッキ取付ボルト５９を介して油圧ジャッキの頭部（又は端部）を取付け、架台全体で大きな反力に抵抗させる。
また、各階の梁桁に作業筒鋼床版桁５８を連結し、作業筒の荷重を支えると共に、作業筒の移動の為移動用ベアリング３４を持った作業筒誘導受レール５７を設け移動の円滑を図る。

図８に示す実施事例は、作業筒閉鎖扉断面図であり、作業筒機械室筺体５４の最後尾に閉鎖扉取付金具６１を介して開閉でき、閉鎖扉ハンドル８５で閉鎖できるよう取付ている。作業フロアーの水密性を図るとともに、外殻作業筒９に収納された高圧水管３５への高圧水の供給、集泥菅から汚泥の収集のため、吸泥ポンプ６５を持った集泥槽６６を備え、総排泥管６３から排水溝４へ排出する。
図９の実施事例は作業筒閉鎖扉のＤ−Ｄ断面図であり、扉開閉に伴う接続の破断が起きないように適応できるよう、フレキシブルホースと連結した集泥菅取付ヘッド６８および高圧水取付ヘッド６９を介して外殻作業筒９と接続している。
外部からの電力、高圧水用水道水の供給、コンピューター等への制御信号等もこの扉から供給する。

図１０の実施例は作業筒閉鎖扉の立体図である。

図１１の実施例は作業筒の立体図である。
作業筒最後尾には、作業筒機械室筺体５４を備え、駆動モーター５０の動力を駆動力伝達歯車５１、伝達ロッド後部歯車５２を介し、駆動力伝達ロッド２５に伝達されている。
また、３枚一組の筺体補剛スチフナー５５と、反力伝達スチフナー５６の間を油圧ジャッキ６０で、油圧ジャッキ取付ボルト５９を介して連結している。
運転作業部と切削作業部の境界には作業筒支持環状受枠７０で作業筒を支持し作業筒隔離壁７１で地山と隔離しており、先端の切削刃１７を正八角形の回転切削刃支持版２０で支えている。

図１２の実施例は作業筒先進後退全断面掘削工法の全体概要図である。

図１３の実施例は、作業筒先進後退全断面掘削工法の作業工程図である。

図１４の実施例は、多用途作業孔の立体図である。
連続した削孔で構造が弱体化するため多用途作業孔支持版８７を添接し、これに削孔しネジ状の多用途作業孔蓋８６で内側から閉じている。

図１５の実施は作業筒構造立体図である。内殻作業筒の端部には、内殻作業筒連結環９０を配し、中空の筒内には軸方向に内殻作業筒腹版２９とこれに直角に交わる円周方向に作業筒円周腹版３８を配し、分割線９２で２葉に分割しまた組立てるため、作業筒円周腹版３８の間に分解・組立継手ロッド９６嵌込み、固定ボルト９７で連結している。
又、外殻作業筒の端部には、外殻作業筒連結環９３を設け、駆動力伝達ロッド２５の連結、排泥管の接続のため、連結カップリング９４を配しこれを締付ける連結カップリング締付孔９５を備えている。

トンネル地山が有用な岩石の場合は、一定規模の切出寸法を持つため、素材としての高付加価値化が図れる。

本発明の主体である移動セントルは、二階建ての強固な鋼構造の架台であり、地山に挿入される作業筒も堅固で機能的な設計が可能であるため、坑内作業の安全性の向上はもとより、機械化による作業のオートメーション化が促進され、トンネル建設コストの削減が図れる。

トンネルの標準横断図である。 移動セントル断面図である。 ロックボルト施工概念図である。 作業筒断面図である。 先端切削部縦断面図である。 先端切削部側面透視図である。 作業筒駆動機械室横断図である。 作業筒閉鎖扉断面図である。 作業筒閉鎖扉Ｄ−Ｄ断面図である。 作業筒閉鎖扉立体図である。 作業筒全体立体図である。 作業筒先進後退全断面掘削工法全体概要図である。 作業筒先進後退全断面掘削工法模式図である。 多用途作業孔立体図である。 作業筒構造立体図である

符号の説明

０ 建築限界線
１ 歩道部
２ 路肩部
３ 車道部
４ 排水溝
５ スキンプレート
６ セントルアーチリブ
７ Ｈ型鋼支柱
８ 上部床版梁桁
９ 外殻作業筒
１０ 内殻作業筒
１１ 駆動モーター収納部
１２ 下部床版梁桁
１３ 基礎台座
１４ ロックボルト
１５ ロックボルト施工線
１６ ロックボルト打込位置
１７ 切削刃
１８ 上部切削刃保護鈑
１９ 切削刃回転軸
２０ 切削刃支持鈑
２１ 切削刃ベアリング
２２ 切削刃支持スペーサー
２３ 下部切削刃保護鈑
２４ 切削刃締付ボルト
２５ 駆動力伝達ロッド
２６ 駆動力伝達遊星歯車
２７ 遊星歯車回転軸
２８ 内殻作業筒内鈑
２９ 内殻作業筒腹鈑
３０ 内殻作業筒外鈑
３１ 外殻作業筒内鈑
３２ 外殻作業筒腹鈑
３３ 外殻作業筒外鈑
３４ 移動用ベアリング
３５ 高圧水管
３６ 排泥管
３７ 伝達ロッド先端歯車
３８ 外殻作業筒円周腹鈑
３９ ワイヤソー駆動モーター
４０ ワイヤソー繰出・引込口
４１ 移動滑車
４２ 固定滑車
４３ ワイヤソー弛取モーター
４４ ワイヤソー弛取誘導レール
４５ ワイヤソー弛取装置
４６ 切削刃支持版取付ボルト
４７ ワイヤソー
４８ ワイヤソーシャーピン
４９ 切削刃支持鈑固定スペーサー
５０ 駆動モーター
５１ 駆動力伝達歯車
５２ 伝達ロッド後部歯車
５３ 駆動モーター回転軸
５４ 作業筒機械室筐体
５５ 筐体補剛スチフナー
５６ 反力伝達スチフナー
５７ 作業筒誘導受レール
５８ 作業筒鋼床版桁
５９ 油圧ジャッキ取付ボルト
６０ 油圧ジャッキ（推進・後退）
６１ 閉鎖扉取付金具
６２ 閉鎖扉筐体
６３ 総排泥管
６４ 高圧水供給管
６５ 吸泥ポンプ
６６ 集泥槽
６７ 集泥管
６８ 集泥管取付ヘッド
６９ 高圧水管取付ヘッド
７０ 作業筒支持環状受枠
７１ 作業筒隔離壁
７２ Ｈ型鋼製支保工
７３ 羽口止アンカー
７４ 羽口止ロックボルト
７５ 鏡面
７６ ロックボルト打設機
７７ 断面整形掘削機
７８ バックホー
７９ 重量物昇降機
８０ 上部フロア−
８１ ベルトコンベア−
８２ 土砂運搬車
８３ 作業筒運搬車
８４ 引込線レール
８５ 閉鎖扉ハンドル
８６ 多用途作業孔蓋
８７ 多用途作業孔蓋支持鈑
８８ 止めネジ
８９ 覆工コンクリート
９０ 内殻作業筒連結環
９１ 内殻作業筒連結ボルト孔
９２ 分割線
９３ 外殻作業筒連結環
９４ 連結カップリング
９５ 連結カップリング締付孔
９６ 分解・組立継手ロッド
９７ 固定ボルト

Claims (5)

1. 外殻作業筒内部に駆動力伝達ロッドを持ち、これを介し先端掘削部を駆動し、内殻作業筒に掘削土塊を収容出来る２重構造の作業筒
2. 外殻作業筒の先端全円周を、偶数正多角形に分割し、その辺に沿って独立して回転出来る切削刃を持った切削部を有する外殻作業筒。
3. 切削部の直後に土塊をワイヤーソーで切断する為の、向合った櫛状のワイヤーソー弛取器を備えた土塊切断装置を有する外殻作業筒。
4. 外殻作業筒にネジ状の多用途作業孔を有する外殻作業筒。
5. 請求項1、２、３および４を有する作業筒を備えた掘削装置によるトンネルの作業筒先進全断面後退掘削工法。
   
   

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