JP2017072019A - トンネル掘削機及びトンネル掘削方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地山で拘束された際に外胴部材を縮径可能で、極力簡単な構成で信頼性に優れるトンネル掘削機を提供する。【解決手段】トンネル掘削機1において、前胴部材3は所定半径の前部内胴3aとこの前部内胴3aの外側の前部外胴3bとを有し、中胴部材は所定半径の中部内胴とこの中部内胴の外側の中部外胴とを備え、前部外胴3bの底部以外の部分は、周方向に複数分割された複数の前部分割胴板3sで構成されると共に、中部外胴の底部以外の部分は、周方向に複数分割された複数の中部分割胴板で構成され、複数の前部分割胴板3sを縮径位置と拡径位置とに亙って切換え可能な第１拡縮駆動手段20を設け、複数の中部分割胴板を縮径位置と拡径位置とに亙って切換え可能な第２拡縮駆動手段を設けた。【選択図】図３

Description

本発明は、トンネル掘削機及びトンネル掘削方法に関し、特に地山からの締め付けによる拘束が発生した場合に胴部材を縮径させて拘束解除可能にしたトンネル掘削機に関する。

長距離、大深度のトンネルを掘削するトンネル掘削機においては、断層帯に遭遇した際に地山の崩壊等により、胴体が地山に拘束され、掘削不能となる可能性がある。この場合、胴体を拘束している地山の上部崩壊等を解除するために、大きな水圧や土圧が作用する環境下で地山が崩壊するのを防ぐ措置として、地山に後方から地盤改良材を注入した後、人力により拘束解除の為の切り拡げ作業を行っていた。

特許文献１には、シールド坑道の掘削直径を必要に応じて拡縮する為に掘削断面の直径を全方向に漸増、漸減可能にした断面可変シールド掘削機が開示されている。
この特許文献１の図１７〜図２２に示すシールド掘削機においては、前胴部を内胴と外胴で構成し、その外胴を複数の外殻プレートに周方向に分割し、外殻プレートの分割境界部に裏当てプレートを設け、それら裏当てプレートを拡縮駆動可能な複数の油圧ジャッキを設けている。後胴部も同様の構成としている。

特開平８−９３３８１号公報

特に、大深度における断層帯に拘束された場合に、地盤改良材を注入したとしても、水圧や土圧を完全に封止できる可能性が低く、作業者が胴体外に出て行う切り広げ作業にはつねに危険が伴う。しかも、作業期間が長期間になるものと予想される。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、人力に頼らずに短時間で地山からの拘束を解除可能とするトンネル掘削機とトンネル掘削方法を提供することを目的とする。

請求項１のトンネル掘削機は、胴体と、胴体の前方に配置されたカッターヘッドとを備えたトンネル掘削機において、前記胴体は、掘削機本体に固定された内胴と、この内胴の外側に同心状に配置された外胴とを有し、前記外胴の底部は所定半径の外面を有し、前記外胴の底部以外の部分は周方向に複数分割された複数の分割胴板で構成され、前記複数の分割胴板を前記内胴に接続し且つこれら複数の分割胴板を前記内胴に接近させた縮径位置と前記内胴から外側へ所定距離離隔させた拡径位置とに亙って切換え可能な拡縮駆動手段を設けたことを特徴としている。

請求項２のトンネル掘削機は、請求項１の発明において、前記胴体は、前部内胴と前部外胴とを有する前胴部材と、中部固定胴体に摺動自在に外嵌される中部内胴と中部外胴とを有する中胴部材とを含むことを特徴としている。

請求項３のトンネル掘削機は、請求項１の発明において、前記胴体は、前部胴体と中部胴体と後部胴体とを有し、前記内胴は、前部胴体の前部内胴と、中部胴体の中部固定胴体に摺動自在に外嵌される中部内胴と、後部胴体の後部内胴とを有し、前記外胴は、前部胴体の前部外胴と、中部胴体の中部外胴と、後部胴体の後部外胴とを有することを特徴としている。

請求項４のトンネル掘削機は、請求項２又は３の発明において、前記拡縮駆動手段は複数の油圧ジャッキを備え、各油圧ジャッキは、前記分割胴板を拡縮させる拡縮用油圧ジャッキ部と、この拡縮用油圧ジャッキ部に同心状に組み込まれ且つ前記分割胴板の外側へ所定長さ突出可能なグリップ部材を有するグリップ用油圧ジャッキ部とを備え、拡縮用油圧ジャッキ部とグリップ用油圧ジャッキ部とを独立に伸縮作動可能に構成したことを特徴としている。

請求項５のトンネル掘削機は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記分割胴板の周方向の端部側部分と、周方向に隣接する前記分割胴板の周方向の端部側部分を周方向に重複するように構成したことを特徴としている。

請求項６のトンネル掘削機は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記各分割胴板の、前記拡縮駆動手段に対応する周方向位置の土圧を検知する土圧計を設けたことを特徴としている。

請求項７のトンネル掘削機は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記内胴の外周面の前端近傍部と後端近傍部に、前記内胴と外胴間の隙間をシールする１対のワイヤブラシ型シールを外径側へ向けて装備し、各ワイヤブラシ型シールは、１対のワイヤブラシとこれらワイヤブラシ間に形成されたグリース溜まりを有することを特徴としている。

請求項８のトンネル掘削機は、請求項２又は３の発明において、前記前部外胴の複数の分割胴板に、その後端から後方へ延びて中部外胴が摺動自在に内嵌可能な複数の延長カバーを夫々固定的に設けたことを特徴としている。

請求項９のトンネル掘削機は、請求項３の発明において、前記外胴に装備されたメイングリッパーは、前記外胴を貫通するグリップ部材を有し、このグリップ部材の前後両端に前記外胴の分割胴板の一部として機能する分割胴板前端部分と分割胴板後端部分を固定的に設けたことを特徴としている。

請求項１０のトンネル掘削機は、請求項３の発明において、前記掘削機本体の後端部に前端部が連結されて後方へ所定長さ延び且つセグメント組み付け用支持面を形成する支持面形成胴体と、この支持面形成胴体の内面にセグメントを組み付けるエレクタ装置を取り外し可能に設けたことを特徴としている。

請求項１１のトンネル掘削機は、請求項１０の発明において、前記支持面形成胴体の底部は所定半径の部分円筒面を有し、前記支持面形成胴体の底部以外の部分は、周方向に複数分割された複数の分割胴体で構成され、前記支持面形成胴体の底部は、１又は複数の底部分割体で構成されていることを特徴としている。

請求項１２のトンネル掘削方法は、胴体と、この胴体の前方に配置されたカッターヘッドとを備えたトンネル掘削機によりトンネルを掘削する方法において、前記胴体を、径不変の内胴と、この内胴の外側に配置され且つ底部以外の部分を径可変に形成した外胴とで予め構成し、通常のトンネル掘削時は外胴の底部以外の部分を拡径状態に保持し、トンネル掘削機が地山に拘束されたときには、前記外胴の底部以外の部分を縮径状態に切換えて拘束を解除することを特徴としている。

請求項１３のトンネル掘削方法は、請求項１２の発明において、崩落し易い地山を掘削する際には、セグメント組み付け用のエレクタ装置と、複数のシールドジャッキと、前記胴体の後端側にセグメント組み付け用支持面を形成する支持面形成胴体とを着脱可能に取り付けた状態で、トンネルを掘削すると共にセグメントを組み付け、崩落し難い地山を掘削する際には、前記エレクタ装置と支持面形成胴体を取り外した状態で、トンネルを掘削することを特徴としている。

請求項１４のトンネル掘削方法は、請求項１３の発明において、前記支持面形成胴体の底部以外の部分を、周方向に複数分割された複数の分割胴体で予め構成し、前記支持面形成胴体を組み付ける際に、前記底部を組み付けてから、複数の分割胴体を前記底部側から順次組み付けることを特徴としている。

本願の発明は、「課題解決手段」の欄に記載の構成を有するため次の効果を奏する。
請求項１の発明によれば、外胴の底部以外の部分を構成する複数の分割胴板を拡縮駆動手段により縮径位置と拡径位置とに切換えることができる。それ故、地山の崩壊等でトンネル掘削機が地山に拘束された際に、複数の分割胴板を縮径位置に切換えて、拘束を解除することができ、安全に能率的に経済的に拘束解除を行うことができる。

しかも、外胴の底部は所定半径の外面を有し且つ内胴に固定されているため、外胴の底部以外の部分を縮径する場合にも、トンネル掘削機の軸心の高さ位置を一定に維持することができ、トンネル掘削機が下方に沈む虞がなく、健全な掘削が可能である。

請求項２の発明によれば、前記胴体は、前部内胴と前部外胴とを有する前胴部材と、中部固定胴体に摺動自在に外嵌される中部内胴と中部外胴とを有する中胴部材とを含むため、前胴部材が地山に拘束された際にも、中胴部材が地山に拘束された際にも前記のようにして拘束を解除することができ、安全に能率的に経済的に拘束解除を行うことができる。

請求項３の発明によれば、前部胴体が地山に拘束された際にも、中部胴体が地山に拘束された際にも、後部胴体が地山に拘束された際にも、前記のようにして拘束を解除することができ、安全に能率的に経済的に拘束解除を行うことができる。

請求項４の発明によれば、前記拡縮駆動手段としての複数の油圧ジャッキの各々が、拡縮用油圧ジャッキ部と、グリップ部材を有するグリップ用油圧ジャッキ部を備えているため、複数の油圧ジャッキを同数のグリッパーとして機能させることができる。それ故、グリッパーを装備するスペースの面で有利である。また、拡縮用油圧ジャッキ部とグリップ用油圧ジャッキ部とを独立に伸縮作動させることができる。

請求項５の発明によれば、前記分割胴板の周方向の端部側部分と、周方向に隣接する前記分割胴板の周方向の端部側部分を周方向に重複するように構成したため、分割胴板同士間に隙間が発生しない。それ故、分割胴板同士間を塞ぐ板部材を設ける必要がないから、部材数を節減できるうえ、複数の油圧ジャッキで、夫々、複数の分割胴板を拡縮駆動可能になる。

請求項６の発明によれば、各分割胴板の前記拡縮駆動手段に対応する周方向位置の土圧を土圧計により検知することができる。

請求項７の発明によれば、前記内胴の外周面の前端近傍部と後端近傍部に、前記内胴と外胴間の隙間をシールする１対のワイヤブラシ型シールを外径側へ向けて装備し、各ワイヤブラシ型シールは、１対のワイヤブラシとこれらワイヤブラシ間に形成されたグリース溜まりを有するため、内胴と外胴間に土砂や岩片が侵入するのを防止することができる。

請求項８の発明によれば、前部外胴の複数の分割胴板に、その後端から延びて中部外胴が摺動自在に内嵌可能な複数の延長カバーを固定的に設けたため、複数の延長カバーの内側の空間に岩片や土砂や礫が侵入しにくくなる。

請求項９の発明によれば、メイングリッパーのグリップ部材の前後両端に分割胴板前端部分と分割胴板後端部分を固定的に設けたため、グリップ部材と分割胴板前端部分と分割胴板後端部分とを外胴の１つの分割胴板として機能させることができる。

請求項１０の発明によれば、掘削機本体の後端部に連結された支持面形成胴体と、この
支持面形成胴体の内面にセグメントを組み付けるエレクタ装置を取り外し可能に設けたため、崩落しやすい地山を掘削する際にはエレクタ装置により支持面形成胴体の内面にセグメントを安定的に組み付けることができ、崩落し難い地山を掘削する際にはエレクタ装置と支持面形成胴体とを取り外しておくことができる。

請求項１１の発明によれば、支持面形成胴体の底部以外の部分が分割胴体で構成され、前記底部も１又は複数の底部分割体で構成されているため、支持面形成胴体の組み付けや解体を行う上で有利である。

請求項１２の発明によれば、通常のトンネル掘削時は外胴の底部以外の部分を拡径状態に保持し、トンネル掘削機が地山に拘束されたときには、外胴の底部以外の部分を縮径状態に切換えて拘束を解除するため、トンネル掘削機が地山に拘束されたときに、人手による拘束解除作業に頼ることなく、トンネル掘削機の機能によって短時間で能率的に拘束を解除することができる。

請求項１３の発明によれば、崩落し易い地山を掘削する際には、セグメント組み付け用のエレクタ装置と、複数のシールドジャッキと、支持面形成胴体とを着脱可能に取り付けた状態で、トンネルを掘削すると共にセグメントを組み付けるため、トンネル内面をセグメントで覆工しながらトンネルを掘削することができ、支持面形成胴体の内面にセグメントを組み付けることができるため、セグメントを能率的に整然と組み付けることができる。
また、崩落し難い地山を掘削する際には、前記エレクタ装置と支持面形成胴体を取り外した状態で、トンネルを掘削するため、崩落し易い地山に遭遇して薬液注入ドリルにより地山に薬液を注入する際に、ドリル挿通管を用いることなく、直接地山にドリルして注入可能になり、薬液注入の作業性が向上する。

請求項１４の発明によれば、前記支持面形成胴体を組み付ける際に、底部を組み付けてから、複数の分割胴体を前記底部側から順次組み付けるため、能率的に組み付けることができる。

本発明の実施例１に係るトンネル掘削機の縦断側面図である。 図１のII−II線断面図である。 図１のIII−III線断面図である。 第１油圧ジャッキの断面図である。 図１のＶ−Ｖ線断面図である。 図１のVI−VI線断面図である。 図１のVII−VII線断面図である。 図１のVIII−VIII線断面図である。 前胴部材と中胴部材部の要部の平面図である。 （ａ）は前部内胴の前端近傍部に設けたワイヤブラシ型シールとその周辺の断面図、（ｂ）は前部内胴の後端近傍部に設けたワイヤブラシ型シールとその周辺の断面図、（ｃ）は中部内側外胴の前端近傍部に設けたワイヤブラシ型シールとその周辺の断面図、（ｄ）は中部内側外胴の後端近傍部に設けたワイヤブラシ型シールとその周辺の断面図である。 実施例２に係るトンネル掘削機（スラストジャッキ収縮状態）の縦断側面図である。 トンネル掘削機の縦断側面図である。 トンネル掘削機（スラストジャッキ伸長状態）の縦断側面図である。 第１油圧ジャッキの断面図である。 図１１のXIV−XIV線矢視図である。 トンネル掘削機（スラストジャッキ収縮状態かつメイングリッパー進出状態）の概略斜視図である。 トンネル掘削機（スラストジャッキ伸長状態かつメイングリッパー退入状態）の概略斜視図である。

本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

最初に、実施例１に係るトンネル掘削機１の全体構造について説明する。
図１に示すように、トンネル掘削機１は、カッターヘッド２、前胴部材３、中胴構造４、後胴部材５、掘削機本体６、カッターヘッド駆動機構７、岩石片や土砂等の掘削物を排出する掘削物排出機構８、４本のスラストジャッキ９、8本のシールドジャッキ１０、１対のローリングジャッキ１１、１対のメイングリッパー１２、セグメントＳを組み付けるエレクタ装置１３、１対の薬液注入ドリル１４等を備えている。

次に、カッターヘッド２とカッターヘッド駆動機構７について説明する。
カッターヘッド２は、複数のカッタースポーク２ａと、これらカッタースポーク２ａに取り付けた回転自在の複数のローラカッター２ｂと、外周フレーム２ｃ等を有する。

カッターヘッド駆動機構７は、カッタースポーク２ａの後端の環状板２ｄに固定された環状のカッタードラム２ｅ、このカッタードラム２ｅに回転駆動力を伝達する旋回ベアリング７ａ、旋回ベアリング７ａの内歯ギヤに噛合した複数のピニオン７ｂを夫々回転駆動する複数のカッター駆動モータ７ｃ（油圧モータ又は減速機付き電動モータ）などを有する。

掘削機本体６は、カッターヘッド２の後側に形成されたチャンバー１５の後端を仕切る隔壁６ｗ、環状部材１６ａ〜１６ｇを含む種々の構造部材を有するが、それら構造部材についての説明は省略する。隔壁６ｗは、環状板６ａと筒状体６ｂと円形板６ｃ等を含むものである。掘削機本体６は、中胴構造４と後胴部材５の境界部よりも前側の掘削機本体前半部と、後胴部材５の内部の掘削機本体後半部とに分割され且つ４本のスラストジャッキを介して連結されており、掘削機本体前半部には前部内胴３ａと中部固定胴体４ａが固定され、掘削機本体後半部には中部内胴４ｃと後胴部材５が固定されている。

前胴部材３と中胴構造４と後胴部材５の長さの比は約１：１：２であり、前胴部材３の前端はカッターヘッド２の後端に接近している。前胴部材３は、掘削機本体６に固定された前部内胴３ａと、この前部内胴３ａの外側に所定間隔（例えば約１００ｍｍ）あけて同心状に配設された前部外胴３ｂとを有する。
中胴構造４は、掘削機本体６の前半部に固定された中部固定胴体４ａと、この中部固定胴体４ａに摺動自在に外嵌された中胴部材４ｂとを備えている。中胴部材４ｂは、二重構造の中部内胴４ｃと、この中部内胴４ｃの外側に所定間隔（例えば約１００ｍｍ）あけて同心状に配置された中部外胴４ｄとを備えている。

中胴構造４は、４本のスラストジャッキ９により前後にスライドして伸縮可能に構成され、図１の状態では中部固定胴体４ａと中胴部材４ｂとがラップした収縮状態である。
４本のスラストジャッキ９のうち、２本のスラストジャッキ９は上部に、２本のスラストジャッキ９は下部に、前後方向向きに配設されている。スラストジャッキ９の前端部が前胴部材３の内部で掘削機本体６に固定された１対のブラケット１７にピン結合されると共に後端部が後胴部材５の内部で掘削機本体６に固定された１対のブラケット１８にピン結合されている。

掘削物排出機構８は、掘削機本体６の内部の中心部付近に後方上がり傾斜状に配設されたベルトコンベヤで構成されている。シールドジャッキ１０は、後胴部材５の内面付近に配設され、ジャッキ本体の前端は環状部材１６ｅに固定され、ジャッキ本体の後端部が環状部材１６ｇを貫通し、ジャッキ本体の後端から後方へ進退するロッドの後端に、セグメントＳの前端に当接可能なスプレッダー１９が設けられている。

１対のローリングジャッキ１１は、トンネル掘削機後半部に対して、トンネル掘削機前半部がカッターヘッド２の回転方向と反対方向へ小角度ローリングした場合に、そのローリング角を解消するように調整するものである。

図１、図７に示すように、左右１対のメイングリッパー１２が 後胴部材５と掘削機本体６とに装備されてトンネル掘削機後半部の中段位置に左右対称に水平に配設されている。このメイングリッパー１２は、後胴部材５を貫通する進退可能なグリップ部材１２ａと、このグリップ部材１２ａに固定された可動部材１２ｂと、固定部材１２ｃと、軸部材１２ｄ等を有し、可動部材１２ｂと固定部材１２ｃの内部に組み込んだ複動式油圧シリンダによりグリップ部材１２ａと可動部材１２ｂをトンネル掘削機１の径方向へ進退駆動可能に構成してある。グリップ部材１２ａと可動部材１２ｂとを進出させると、グリップ部材１２ａの先端部が地山に突入して地山をグリップする。

エレクタ装置１３は、複数の遊転ローラ１３ａに回転自在に支持された環状体１３ｂと、この環状体１３ｂに装備されたエレクタ本体１３ｃと、環状体１３ｂとエレクタ本体１３ｃとを回転駆動する回転駆動手段１３ｄとを有し、掘削したトンネル内面にセグメントＳを覆工するものである。

次に、本願特有の前胴部材３と中胴構造４の構造について説明する。
最初に、前胴部材３とその付随機器について図１〜図５、図９に基づいて説明する。
前記のように前胴部材３は、掘削機本体６に固定された径不変の前部内胴３ａと、この前胴内胴３ａの外側に配置された径可変の前部外胴３ｂとを有する。

前部外胴３ｂの上部と左右中段部（底部以外の部分）は、周方向に複数（本実施例では８）分割された複数（本実施例では８枚）の前部分割胴板３ｓで構成されている。但し、前部外胴３ｂの上部と左右中段部に代えて、前部外胴３ｂの少なくとも上半部を複数の前部分割胴板３ｓで構成してもよい。前部外胴３ｂの底部３ｍは複数のリブ３ｒを介して前部内胴３ａと一体的に構成され、底部３ｍの外周面は、拡径状態の前部外胴３ｂの外周面とほぼ同一の部分円筒面（所定半径の外面）になっている。底部３ｍの周方向両端部分にはテーパ部３ｔが形成されている。

前部分割胴板３ｓの周方向の端部側部分に、周方向に隣接する前部分割胴板３ｓの周方向の端部側部分を係合させ重複させるための板厚減少部３ｉ，３ｊが形成されている。
最も下側の前部分割胴板３ｓの周方向の上端側部分には、外面側の板厚の約半分を削除した第１の板厚減少部３ｉが形成され、その上側に隣接する前部分割胴板３ｓの周方向の端部側部分には内面側の板厚の約半分を削除した第２の板厚減少部３ｊが形成され、第１，第２の板厚減少部３ｉ，３ｊを重複させている。

最も下方の前部分割胴板３ｓ以外の各前部分割胴板３ｓには、１対の第１の板厚減少部３ｉ又は１対の第２の板厚減少部３ｊが形成されている。第１の板厚減少部３ｉを有する前部分割胴板３ｓの周方向に隣接する位置には第２の板厚減少部３ｊを有する前部分割胴板３ｓが配置されている。そのため、前部分割胴板３ｓの境界部において、第１，第２の板厚減少部３ｉ，３ｊが係合して重なり合うため、前部外胴３ｂの外周面を平滑な円筒面に保持することできる。

図２の左半部には前部外胴３ｂを前部内胴３ａから所定距離離隔するように最大限拡径させた拡径状態が示され、図２の右半部には前部外胴３ｂを前部内胴３ａに接近させた縮径状態が示されている。

前部外胴３ｂが拡径状態のとき、前部分割胴板３ｓ同士の境界部において、隣接する第１，第２の板厚減少部３ｉ，３ｊがその周方向長さの約半分において重複して密着し、前部外胴３ｂが縮径状態になると、隣接する第１，第２の板厚減少部３ｉ，３ｊがその周方向長さの略全部において重複して密着するため、前部分割胴板３ｓ同士の境界部において外部の土砂が前部分割胴板３ｓの内側へ流入することはない。

図３、図４、図９に示すように、複数の前部分割胴板３ｓを前部内胴３ａに接近させた縮径位置と前部内胴３ａから外側へ所定距離離隔させた拡径位置とに亙って切換える為の第１拡縮駆動手段２０が設けられている。第１拡縮駆動手段２０は複数の前部分割胴板３ｓと同数の複数の第１油圧ジャッキ２１を備え、各前部分割胴板３ｓは少なくとも１つの第１油圧ジャッキ２１により拡縮駆動される。

各第１油圧ジャッキ２１は、前部分割胴板３ｓを拡縮させる拡縮用油圧ジャッキ部２２と、この拡縮用油圧ジャッキ２２に同心状に組み込まれ且つ前部分割胴板３ｓの外側へ所定長さ突出可能なグリップ部材２８を有するグリップ用油圧ジャッキ部２３（第１のフロントグリッパー２３Ｇに相当する）とを備えている。尚、拡縮用油圧ジャッキ部２２とグリップ用油圧ジャッキ部２３とを独立に伸縮作動可能に構成してある。

前記の第１油圧ジャッキ２１について説明する。
図３、図４、図９に示すように、第１油圧ジャッキ２１は、前部分割胴板３ｓの周方向中央部且つ前後方向中央部のやや前寄り部位に対応する位置に、軸心を径方向に向けて配設されている。第１油圧ジャッキ２１は、ケース部材２４と、シール用筒部材２５と、シリンダ本体２６と、ピストン部材２７と、グリップ部材２８等を備えている。

ケース部材２４は、前部内胴３ａと部材１６ａ，１６ｂに固定されている。シール用筒部材２５の外端部は前部分割胴板３ｓの内面に固定され、このシール用筒部材２５は、ケース部材２４に摺動自在に内嵌され、ケース部材２４の外端近傍部の内周部の２本のシール溝には泥水の侵入を防止するシール部材２４ａが夫々装着されている。
シリンダ本体２６は、シール用筒部材２５に隙間をあけて内装され、シリンダ本体２６の内端面がケース部材２４の内端壁２４ｂに図示外のボルトで固定されている。

シリンダ本体２６の一側部には第１油圧ジャッキ２１の軸心と平行に延びる規制溝２９が形成され、シール用筒部材２５に固着された規制片２５ａが規制溝２９に摺動自在に装着され、これによりシリンダ本体２６がシール用筒部材２５とケース部材２４に対して相対回転しないように規制されている。シリンダ本体２６にはピストン部材２７が軸心と平行方向へ可動に装着されている。ピストン部材２７は内径側へ延びる油路形成軸部２７ａを有し、この油路形成軸部２７ａがシリンダ本体２６のヘッド側端壁とケース部材２４の内端壁２４ｂを貫通して内方へ突出している。

ピストン部材２７は、ピストン部２７ａとロッド部２７ｂとを有し、ピストン部２７ａがシリンダ本体２６のシリンダ孔２６ａに摺動自在に装着され、ロッド部２７ｂがシリンダ本体２６のロッド孔２６ｂに摺動自在に挿通して外径側へ延び、ロッド部２７ｂの先端部が前部分割胴板３ｓの内面部の浅い嵌合凹部３０に嵌合され、複数のボルト３１で前部分割胴板３ｓに固定されている。尚、前部分割胴板３ｓのうちのピストン部材２７が固定される部分は、板厚を増大した厚板部３ｚに形成され、厚板部３ｚの周囲には徐々に減厚するテーパ部３２が形成されている。

前記の拡縮用油圧ジャッキ部２２がシリンダ本体２６とピストン部材２７とで構成されている。この拡縮用油圧ジャッキ部２２には、往動油室２２ａと、この往動油室２２ａに油圧を供給する第１油路２２ｂと、復動油室２２ｃと、この復動油室２２ｃに油圧を供給する第２油路２２ｄとが形成されている。往動油室２２ａに油圧を供給すると、ピストン部材２７が外径側へ進出して前部分割胴板３ｓが外径側へ所定距離（例えば約１００ｍｍ）拡径駆動され、復動油室２２ｃに油圧を供給すると、ピストン部材２７が内径側へ退入して前部分割胴板３ｓがシリンダ本体２６及び前部内胴３ａに接近した状態になる。第１，第２油路２２ｂ，２２ｄは、図示外の油圧配管や油圧ホース等で油圧供給源に接続されている。尚、本明細書において「油圧」は圧縮油を意味する。

ピストン部材２７にはシリンダ孔２７ｃとロッド孔２７ｄとが形成され、グリップ部材２８のピストン部２８ａがシリンダ孔２７ｃに摺動自在に装着され、グリップ部材２８のロッド部２８ｂがロッド孔２７ｄと前部分割胴板３ｓに形成したロッド孔３３に挿通して、外部へ突出可能に形成されている。前記のグリップ用油圧ジャッキ部２３（第１のフロントグリッパー２３Ｇ）がピストン部材２７とグリップ部材２８とで構成されている。このグリップ用油圧ジャッキ部２３には、往動油室２３ａと、この往動油室２３ａに油圧を供給する第３油路２３ｂと、復動油室２３ｃと、この復動油室２３ｃに油圧を供給する第４油路２３ｄが形成されている。第３，第４油路２３ｂ，２３ｄは図示外の油圧配管や油圧ホース等で油圧供給源に接続されている。

往動油室２３ａに油圧を供給すると、グリップ部材２８が進出駆動されて、前部分割胴板３ｓの外面より外径側へ所定長さ（例えば約９０ｍｍ）突出し、地山をグリップする状態になる。復動油室２３ｃに油圧を供給すると、グリップ部材２８が退入してグリップ部材２８の先端が前部分割胴板３ｓの外面と同一面となる。

次に、第２のフロントグリッパー３５について説明する。
図３に示すように、複数の第１油圧ジャッキ２１と同じ前後方向位置において、掘削機本体６の下部には、左右１対の第２のフロントグリッパー３５が設けられている。この第２のフロントグリッパー３５は、ケース部材３６内にグリップ部材３７と可動部材３８を進退自在に組み込み、そのグリップ部材３７と可動部材３８を内部の複動油圧シリンダにより進退駆動可能に構成したものである。グリップ部材３７と可動部材３８を進出位置に切換えると、グリップ部材３７は、前部外胴３ｂの外面外へ所定長さ（例えば約５０ｍｍ）突出し、グリップ部材３７を退入位置に切換えると、グリップ部材３７の先端面が前部外胴３ｂの外面と同一面となる。

図１、図2、図９に示すように、各前部分割胴板３ｓの、第１拡縮駆動手段２０に対応する周方向位置の土圧を検知する第１土圧計４０が設けられている。第１土圧計４０は土水圧から地山の土圧を検知するもので、小径のパイプ状部材を有し、この第１土圧計４０は第１油圧ジャッキ２１の前側近傍部位において前部外胴３ｂを貫通し且つ前部内胴３ａに固定された案内筒４１を貫通し、第１土圧計４０の先端部が前部外胴３ｂに固定され且つそれ以外の大部分は案内筒４１を摺動自在に挿通して掘削機本体６内へ延びている。第１土圧計４０の検出信号は、後方台車（図示略）内の制御ユニット（図示略）へ供給される。

図１、図９、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、前部内胴３ａの外周面の前端近傍部と後端近傍部に、前部内胴３ａと前部外胴３ｂ間の隙間をシールする１対のワイヤブラシ型シール４２Ａ，４２Ｂが外径側へ向けて装備されている。これらワイヤブラシ型シール４２Ａ，４２Ｂは、図２におけるＡ−Ａ線間の範囲に装備される。

図１０（ａ）に示すように、前部内胴３ａの外周面の前端近傍部のワイヤブラシ型シール４２Ａは、前後１対の円弧状且つテーパ状のワイヤブラシ４２ａを前後に所定間隔空けて配置したもので、ワイヤブラシ４２ａの基端部が前部内胴３ａの外周面に固定されると共に、ワイヤブラシ４２ａの大部分は前方程外径側へ移行するように傾斜状に形成され、前後１対のワイヤブラシ４２ａ間にはグリースを充填したグリース溜まり４２ｇが形成されている。尚、隔壁６ｗの一部をなす環状板６ａの外周端部の後面には、環状板６ａと前部分割胴板３ｓの間をシールする環状バネ板製のシール部材６ｓが設けられている。

図１０（ｂ）に示すように、前部内胴３ａの外周面の後端近傍部のワイヤブラシ型シール４２Ｂは、前後１対の円弧状且つテーパ状のワイヤブラシ４２ｂを前後に所定間隔空けて配置したもので、ワイヤブラシ４２ｂの基端部が前部内胴３ａの外周面に固定されると共に、後方程外径側へ移行するように傾斜状に形成され、前後１対のワイヤブラシ４２ｂ間にはグリース溜まり４２ｇが形成されている。尚、前部内胴３ａの後端部には掘削機本体６に属する筒部材１６ｈが内嵌され、前部内胴３ａの後端部と筒部材１６ｈ間をシールするシール部材４２ｃが設けられ、前部内胴３ａの後端と筒部材１６ｈ間をシールする環状のバネ板製シール部材４２ｄが設けられている。

次に、中胴構造４とその付随機器について図１、図６、図９に基づいて説明する。
図１、図６に示すように、中胴構造４は、掘削機本体６の前半部に固定された中部固定胴体４ａと、この中部固定胴体４ａに摺動自在に外嵌された中胴部材４ｂとで構成されている。中胴部材４ｂは、二重構造の中部内胴４ｃと、この中部内胴４ｃの外側に同心状に配置された中部外胴４ｄを備えている。

二重構造の中部内胴４ｃは、中部固定胴体４ａに小さな隙間を空けて外嵌された円筒状の第１胴部材４ｃ１と、この第１胴部材４ｃ１の外側に所定間隔空けて外嵌された円筒状の第２胴部材４ｃ２とで構成されている。第１，第２胴部材４ｃ１，４ｃ２の前端部は環状テーパ板４ｆで連結され、第１，第２胴部材４ｃ１，４ｃ２の後端部は環状板４ｒで連結され、後胴部材５内の掘削機本体後半部に固定されている。第１胴部材４ｃ１の前端部分の内側には、第１胴部材４ｃ１と中部固定胴体４ａの間をシールするシール部材４３が装着されている。

中部外胴４ｄの上部と左右の中段部（底部以外の部分）は、周方向に複数（本実施例では８）分割された複数（本実施例では８枚）の中部分割胴板４ｓで構成されている。但し、中部外胴４ｄの上部と左右の中段部に代えて、中部外胴４ｄの少なくとも上半部を複数の中部分割胴板４ｓで構成してもよい。中部外胴４ｄの底部４ｍは中部内胴４ｃと一体的に構成され、底部４ｍの外周面は、拡径状態の中部外胴４ｄの外周面と略同一の部分円筒面（所定半径の外面）になっていて、底部４ｍの周方向両端部分にはテーパ部４ｔが形成されている。尚、前胴部材３と中胴部材４ｂが「胴体」に相当し、前部内胴３ａと中部内胴４ｃが「内胴」に相当し、前部外胴３ｂと中部外胴４ｄが「外胴」に相当する。

中部分割胴板４ｓの周方向の端部側部分に、周方向に隣接する中部分割胴板４ｓの周方向の端部側部分を係合させ重複させるための板厚減少部４ｉ，４ｊが形成されている。
最も下側の中部分割胴板４ｓの周方向の上端側部分には、外面側の板厚の約半分を削除した第１の板厚減少部４ｉが形成され、その上側に隣接する中部分割胴板４ｓの周方向の端部側部分には内面側の板厚の約半分を削除した第２の板厚減少部４ｊが形成され、第１，第２の板厚減少部４ｉ，４ｊを重複させている。最も下側の中部分割胴板４ｓ以外の各中部分割胴板４ｓには、１対の第１の板厚減少部４ｉ又は１対の第２の板厚減少部４ｊが形成されている。第１の板厚減少部４ｉを有する中部分割胴板４ｓの周方向に隣接する位置には第２の板厚減少部４ｊを有する中部分割胴板４ｓが配置されている。

図６の左半部には中部外胴４ｄを中部内胴４ｃから所定距離離隔するように最大限拡径させた拡径状態が示され、図６の右半部には中部外胴４ｄを中部内胴４ｃに接近させた縮径状態が示されている。

中部外胴４ｄが拡径状態のとき、中部分割胴板４ｓ同士の境界部において、隣接する第１，第２の板厚減少部４ｉ，４ｊがその周方向長さの約半分において重複して密着し、中部外胴４ｄが縮径状態になると、隣接する第１，第２の板厚減少部４ｉ，４ｊがその周方向長さの略全部において重複して密着するため、中部分割胴板４ｓ同士の境界部において外部の土砂が中部分割胴板４ｓの内側へ流入することはない。

複数の中部分割胴板４ｓを中部内胴４ｃに接近させた縮径位置と中部内胴４ｃから外側へ所定距離離隔させた拡径位置とに亙って切換え可能な第２拡縮駆動手段５０が設けられている。第２拡縮駆動手段５０は、複数の中部分割胴板４ｓの数の２倍の数の複数の第２油圧ジャッキ５１を備え、中部分割胴板４ｓの各々に対応するように少なくとも２つの第２油圧ジャッキ５１が設けられている。

図９に示すように、中部分割胴板４ｓの周方向中央部に対応する部位の前部と後部に、２つの第２油圧ジャッキ５１がその軸心をトンネル掘削機１の径方向へ向けて配設されている。第２油圧ジャッキ５１は、第２胴部材４ｃ２を貫通状に装備されて環状部材５２を介して第２胴部材４ｃ２に固定され、第２油圧ジャッキ５１のロッド５１ａの先端が中部分割胴板４ｓに固着されている。第２油圧ジャッキ５１の内側において第１胴部材４ｃ１には、第２油圧ジャッキ５１に接続された油圧配管や油圧ホース（図示略）を通す為の開口穴５３が形成されている。前記の油圧配管や油圧ホースは油圧供給源（図示略）に接続されている。

第２油圧ジャッキ５１は複動型のものであり、ロッド５１ａを進出させると、図６の左半部に示すように、中部分割胴板４ｓが第２胴部材４ｃ２から所定距離（例えば１００ｍｍ）だけ外側へ離隔した拡径状態になり、ロッド５１ａを退入させると、中部分割胴板４ｓが第２胴部材４ｃ２に接近して第２油圧ジャッキ５１のシリンダ本体５１ｂに当接状態となり縮径状態となる。つまり、ロッド５１ａが進出したとき中部外胴４ｄが拡径状態となって中部内胴４ｃから離隔した状態になり、ロッド５１ａが退入したとき中部外胴４ｄが縮径状態となって中部内胴４ｃに接近した状態になる。

前記の１対の第２油圧ジャッキ５１の間に対応部位には、各中部分割胴板４ｓに対応する位置の土圧を検知する第２土圧計５４が設けられている。この第２土圧計５４は第１土圧計４０と同様のものであるので、その説明を省略する。

図９に示すように、前記の第２土圧計５４の周方向両側近傍に対応する部位には、各中部分割胴板４ｓに作用する前後方向向きのスラストを中部内胴４ｃに支持させる１対のスラスト支持機構５５が設けられている。図１に示すように、スラスト支持機構５５は、第２胴部材４ｃ２に固定された環状支持部材５５ａと、この環状支持部材５５ａを摺動自在に挿通した鍔付き軸部材５５ｂとを有する。鍔付き軸部材５５ｂの先端部は中部外胴４ｄに嵌合固定されている。尚、環状支持部材５５ａの内周部にはシール部材が装着されている。

図１、図９、図１０（ｃ），（ｄ）に示すように、中部内胴４ｃの外周面の前端近傍部と後端近傍部に、中部内胴４ｃと中部外胴４ｄ間の隙間をシールする１対のワイヤブラシ型シール５６Ａ，５６Ｂが外径側へ向けて装備されている。これらワイヤブラシ型シール５６Ａ，５６Ｂは、図６におけるＢ−Ｂ線間の範囲に配設される。
中部内胴４ｃの外周面の前端近傍部のワイヤブラシ型シール５６Ａは、前後１対の円弧状且つテーパ状のワイヤブラシ５６ａを前後に所定間隔空けて配置したもので、ワイヤブラシ５６ａの基端部が中部内胴４ｃの外周面に固定されると共に、前方程外径側へ移行するように傾斜状に形成され、前後１対のワイヤブラシ５６ａ間にはグリース溜まり５６ｇが形成されている。

中部内胴４ｃの外周面の後端近傍部のワイヤブラシ型シール５６Ｂは、前後１対の円弧状且つテーパ状のワイヤブラシ５６ｂを前後に所定間隔空けて配置したもので、ワイヤブラシ５６ｂの基端部が中部内胴４ｃの外周面に固定される共に、後方程外径側へ移行するように傾斜状に形成され、前後１対のワイヤブラシ５６ｂ間にはグリース溜まり５６ｇが形成されている。

次に、後胴部材５について説明する。
図１、図８に示すように、後胴部材５の底部５ｍ以外の部分は、前部内胴３ａや中部内胴４ｃとほぼ同径に構成されている。後胴部材５の底部５ｍは、所定厚さのある二重構造部とされ、底部５ｍ以外の部分と一体的に形成され、底部５ｍの外周面は前部底部３ｍ，４ｍの外周面と略同一の円筒面に形成されている。底部５ｍの周方向両端部分にはテーパ部５ｔが形成されている。尚、トンネル掘削機前半部に対してトンネル掘削機後半部を僅少角度だけ中折れさせる中折れ機構６ｐも設けられている。

尚、図１、図８に示すように、後胴部材５の上部側部分と下部側部分には、薬液注入ドリル１４を挿通させる為の複数のドリル挿通管１４ａが装備されている。

次に、以上説明したトンネル掘削機１の作用、効果について説明する。
トンネルを掘削する際には、前部外胴３ｂと中部外胴４ｄを拡径状態にしてトンネル掘削を行う。但し、掘削中には第１，第２のフロントグリッパー２３Ｇ，３５が退入状態（非グリップ状態）に保持される。このトンネル掘削時、１対のメイングリッパー１２をグリップ状態に保持し、カッターヘッド２を回転させながら、４本のスラストジャッキ９を伸長させていくと、トンネル掘削機前半部分がトンネル掘削機後半部分に対して前進移動し、中胴構造４が伸長しながらトンネルを掘削する。

その後、複数の第１，第２フロントグリッパー２３Ｇ，３５をグリップ状態に切換え、１対のメイングリッパー１２を非グリップ状態に切換えた状態で、４本のスラストジャッキ１２を収縮させると、トンネル掘削機前半部分に対してトンネル掘削機後半部分が前進移動して中胴構造４が収縮状態になる。以上の動作を繰り返すことで、トンネルを掘削する。これと並行して、掘削したトンネル内面に、エレクタ装置１３により適宜セグメントＳの組み付けを行っていく。尚、硬岩を掘削する場合は、掘削したトンネル内面にセグメントを覆工することなく、トンネル軸心方向に所定間隔おきに支保工を構築する。

尚、崩落し易い地山など地山が軟弱のためメイングリッパー１２や第１，第２のフロントグリッパー２３Ｇ，３５が正常に機能しない場合は、複数のシールドジャッキ１０のロッドの先端部に連結したスプレッダー１９を覆工済のセグメントＳの前端に当接させて反力を取りながら、複数のシールドジャッキ１０の推進力でトンネル掘削機１の全体を前進させながらトンネルを掘削する。この場合、スラストジャッキ９は収縮状態に保持する。

トンネル掘削中に、複数の第１，第２土圧計４０，５４で土圧の検知を行い、第１，第２土圧計４０，５４の何れか１つ又は複数により検知される土圧が設定値以上に高まり、トンネル掘削機１が地山に拘束される可能性が生じたり、地山に拘束されたりした場合には、薬液注入ドリル１４を複数のドリル挿通管１４ａに順次挿通させて地山へ約１５ｍ程度穿孔させ、薬液注入ドリル１４から地山へ薬液（例えば、モルタル等）を注入し、トンネル掘削機１の周囲の地山とトンネル掘削機１の前方外周側の地山を硬化させることで地山を安定させてから、前部外胴３ｂと中部外胴４ｄを縮径状態に切換えて拘束を予防又は解除し、トンネル掘削を再開する。

前部外胴３ｂを縮径状態に切換える際には、第１拡縮駆動手段２０により全部の前部分割胴板３ｓを拡径位置から縮径位置に切換える。この場合、全部の第１油圧ジャッキ２１において、ピストン部材２７を退入させると共にグリップ部材２８を退入させる。また、中部外胴４ｄを縮径状態に切換える際には、第２拡縮駆動手段５０により全部の中部分割胴板４ｓを拡径位置から縮径位置に切換える。この場合、全部の第２油圧ジャッキ５１のロッド５１ａを退入させる。

以上のようにして、トンネル掘削機１に対する地山からの拘束を解除することができるため、トンネル掘削機１の外周側の地山を人力作業にて掘削する必要がなく、第１，第２油圧ジャッキ２１，５１の操作を介して拘束解除できるため、トンネル掘削機１の機能を用いて安全に能率的に経済的に拘束解除を行うことが可能になる。
しかも、前部外胴３ｂの底部３ｍ及び中部外胴４ｄの底部４ｍは所定半径の外面を有し且つ夫々前部内胴３ａと中部内胴４ｃに固定されているため、前部外胴３ｂと中部外胴４ｄの底部以外の部分を縮径する場合にも、トンネル掘削機１の軸心の高さ位置を一定に維持することができ、トンネル掘削機１が下方に沈む虞がなく、健全な掘削が可能である。

しかも、第１油圧ジャッキ２１が拡縮用油圧ジャッキ２２とグリップ用油圧ジャッキ２３を備えているため、複数の第１油圧ジャッキ２１を同数のグリッパーとして機能させることができるため、グリッパーを装備するスペースの面で有利である。

前部分割胴板３ｓの周方向の端部側部分に第１，第２の板厚減少部３ｉ，３ｊを形成するため、隣接する第１，第２の板厚減少部３ｉ，３ｊ同士を係合させ重複させることができるため、前部分割胴板３ｓ同士間の隙間を塞ぐ板部材を設ける必要がないから部材数を節減できるうえ、第１油圧ジャッキ２１で前部分割胴板３ｓを拡縮駆動できる。しかも、前部外胴３ｂの外周面を平滑な円筒面に保持できるため有利である。

中部分割胴板４ｓの周方向の端部側部分に、第１，第２の板厚減少部４ｉ，４ｊを形成するため、隣接する第１，第２の板厚減少部４ｉ，４ｊ同士を係合させ重複させることができるため、前記前部外胴３ｂと同様の作用、効果が得られる。

前部外胴３ｂの上部と左右の中段部を拡縮可能に構成したため、前部外胴３ｂの上部に対する拘束にも、前部外胴３Ｂの左右の側部に対する拘束にも対処することができる。このことは、中部外胴４ｄについても同様である。

前部外胴３ｂの底部３ｍは前部内胴３ａと一体的に構成したため、前部外胴３ｂの底部３ｍの構造を簡単化できる。中部外胴４ｄの底部４ｍは中部内胴４ｃと一体的に構成したので、中部外胴４ｄの底部４ｍの構造を簡単化できる。

各前部分割胴板３ｓに対応する少なくとも１つの第１油圧ジャッキ２１を設けるため、前部分割胴板３ｓを１つ以上の第１油圧ジャッキ２１で拡縮駆動可能になる。各中部分割胴板４ｓに対応する少なくとも２つの第２油圧ジャッキ５１を設けるため、中部分割胴板４ｓを２つ以上の第２油圧ジャッキ５１で拡縮駆動可能になる。

各中部分割胴板４ｓに作用する前後方向向きのスラストを、１対のスラスト支持機構５５により、中部内胴４ｃに支持させることができる。

各前部分割胴板３ｓに対応する位置の土圧を第１土圧計４０により検知することができる。各中部分割胴板４ｓに対応する位置の土圧を第２土圧計５４により検知することができる。前部内胴３ａと前部外胴３ｂ間の隙間をシールする１対のワイヤブラシ型シール４２Ａ，４２Ｂを外径側へ向けて装備したため、前部内胴３ａと前部外胴３ｂ間に土砂や岩片が侵入するのを防止できる。

中部内胴４ｃと中部外胴４ｄ間の隙間をシールする１対のワイヤブラシ型シール５６Ａ，５６Ｂを外径側へ向けて装備したため、中部内胴４ｃと中部外胴４ｄ間に土砂や岩片が侵入するのを防止できる。

この実施例２に係るトンネル掘削機１Ａについて、図１１〜図１７に基づいて説明する。但し、実施例１のトンネル掘削機１の構成要素（構成部材）と同様の構成要素に同一の符号を付して説明を省略し、主として異なる構成要素について説明する。

崩落し易い不安定な地山を掘削する際には、図１１に示すように、このトンネル掘削機１Ａに、エレクタ装置１３と、セグメント組み付け用支持面６３ｆを形成する支持面形成胴体６３とを取り付け、トンネル内面をセグメントＳで覆工しながら、複数のシールドジャッキ１０の推力によりトンネル掘削機１Ａを前進させながらトンネル掘削を行なう。

一方、崩落し難い安定した地山を掘削する際には、図１２、図１３に示すように、エレクタ装置１３と支持面形成胴体６３と複数のシールドジャッキ１０とを取り外した状態でトンネル掘削を行う。但し、必要に応じて、一部又は全部のシールドジャッキ１０を取り外さなくてもよい。

図１１、図１４に基づいて、第１のフロントグリッパー２３Ｇのグリップ部材２８Ａについて説明する。グリップ部材２８Ａのグリップ力を高めるため、グリップ部材２８Ａが変更されている。グリップ部材２８Ａは、ロッド部２８ｃと、このロッド部２８ｃの先端部にボルト２８ｆにて固定されたヘッド部２８ｄとで構成されている。
ヘッド部２８ｄの先端部分には、ロッド部２８ｃよりも大径の円板部２８ｅが形成されている。グリップ部材２８Ａを退入状態に切換えた状態では、円板部２８ｅが前部分割胴板３ｓの厚板部３ｚに形成した凹部３ｖに嵌まり円板部２８ｅの外面と前部分割胴板３ｓの外面とが同一面となる。

通常のトンネル掘削の前進時には、グリップ部材２８Ａを退入状態に保持したまま、前部分割胴板３ｓを外径側へ拡径した拡径状態にして掘削する。第１のフロントグリッパー２３Ｇにより地山をグリップする際には、グリップ部材２８Ａが進出位置へ切換えられる。このように、グリップ部材２８Ａに円板部２８ｅを形成したため、グリッパー面圧を下げ、グリップ性能を向上させることができる。

図１１〜図１３に示すように、前部外胴３ｂの複数の前部分割胴板３ｓには、その後端から後方へ延びて中部外胴４ｄが摺動自在に内嵌可能な複数の延長カバー３ｃが夫々固着されている。延長カバー３ｃの周方向幅は、前部分割胴板３ｓの周方向幅と等しく、延長カバー３ｃの前端が前部分割胴板３ｓの後端に一体的に接合され、スラストジャッキ９が伸長状態になったとき、延長カバー３ｃの後端部が中部外胴４ｄの前端部の外側にラップしている。

このように複数の前部分割胴板３ｓの後端から延びる複数の延長カバー３ｃを設けて、中部固定胴体４ａの外周側を覆ったため、図１３に示すように、スラストジャッキ９が伸長した際にも、中部固定胴体４ａの外周側の空間４ｋに岩片や土砂や礫が落ち込むことがなく、スラストジャッキ９の収縮に支障を来すことがない。

実施例１と同様に、前部胴体３（前胴部材）は、掘削機本体６の前部に固定された前部内胴３ａであって全周に亙って一体構造の前部内胴３ａと、この前部内胴３ａの外側に同心状に配置された前部外胴３ｂを備えている。実施例１と同様に、中胴構造４は、掘削機本体６の前半部に固定され且つ全周に亙って一体構造の中部固定胴体４ａと、この中部固定胴体４ａに前後方向に相対摺動自在に同心状に外嵌可能な中部胴体４ｂ（中胴部材）を備えている。中部胴体４ｂは、全周に亙って一体構造かつ二重構造の中部内胴４ｃと、この中部内胴４ｃの外側に同心状に配置された中部外胴４ｄを備えている。

後部胴体５Ａ（後胴部材）が、掘削機本体６の後半部に固定され且つ全周に亙って一体構造の後部内胴５ａと、この後部内胴５ａの外側に同心状に配置された後部外胴５ｂを備えている。前部内胴３ａと中部固定胴体４ａと中部内胴４ｃと後部内胴５ａは径不変のものであり、前部内胴３ａと中部内胴４ｃと後部内胴５ａはほぼ同じ外径を有する。前部外胴３ｂと中部外胴４ｄと後部外胴５ｂは後述するように縮径状態と拡径状態とに亙って径可変のものであり、前部外胴３ｂと中部外胴４ｄと後部外胴５ｂは、拡径状態のときにも縮径状態のときにもほぼ同じ外径を有する。

後部外胴５ｂは、中部外胴４ｄと同様の構造であるので、簡単に説明する。
後部外胴５ｂの上部と中段部（底部以外の部分）は、周方向に複数（本実施例では８枚）の後部分割胴板５ｓで構成されている。後部分割胴板５ｓには実施例１の中部分割胴板４ｓの板厚減少部４ｉ，４ｊと同様の板厚減少部（図示略）が形成されている。

後部外胴５ｂの底部５ｍは、中部外胴４ｄの底部４ｍと同様の構造であり、この底部５ｍは、後部内胴５ａと一体的に構成され、底部５ｍの外周面は拡径状態の後部外胴５ｂの外周面と略同一の部分円筒面（所定半径の外面）に形成され、底部５ｍの周方向の両端部分にはテーパ部（図示略）が形成されている。尚、前進時の抵抗低減のため、底部４ｍの前端部には前方程内径側へ移行する傾斜部４ｕが形成され、底部５ｍの前端部にも前方程内径側へ移行する傾斜部５ｕが形成されている。

後部外胴５ｂを拡径状態と縮状態とに亙って駆動する第３拡縮駆動手段６０が設けられているが、第３拡縮駆動手段６０は実施例１の第２拡縮駆動手段５０と同様のものであるので簡単に説明する。第３拡縮駆動手段６０は、後部分割胴板５ｓの数の２倍の数の複数の第３油圧ジャッキ６１を備えている。各後部分割胴板５ｓの周方向中央部には前後１対の第３油圧ジャッキ６１が設けられ、第３油圧ジャッキ６１のシリンダ本体は環状部材を介して後部内胴５ａに貫通状に固定され、ロッドの先端が後部分割胴板５ｓに固着されている。

また、各後部分割胴板５ｓに作用する前後方向向きに作用するスラストを後部内胴５ａに支持させる１対のスラスト支持機構６５も設けられている。このスラスト支持機構６５は実施例１のスラスト支持機構５５と同様のものである。各後部分割胴板５ｓに作用する土圧や水圧を検出する為の第３土圧計（図示略）も、実施例１の第２土圧計５４とほぼ同様に設けられている。

実施例１のトンネル掘削機１のメイングリッパー１２とほぼ同様のメイングリッパー１２Ａが装備されているが、後部外胴５ｂが複数の後部分割胴板５ｓで構成される関係上、メイングリッパー１２Ａとその周辺構造が次のように構成されている。

図１６、図１７に示すように、メイングリッパー１２Ａのグリップ部材１２ａは外形がほぼ正方形状に形成され、グリップ部材１２ａの周方向幅は後部分割胴板５ｓの周方向幅と等しく設定されている。グリップ部材１２ａの前側に分割胴板前端部分５ｆが配設され、グリップ部材１２ａの後側に分割胴板後端部分５ｒが配設されている。分割胴板前端部分５ｆの後端がグリップ部材１２ａの前端に固着され、分割胴板後端部分５ｒの前端部がグリップ部材１２ａの後端には固着されている。グリップ部材１２ａと分割胴板前端部分５ｆと分割胴板後端部分５ｒとで１枚の後部分割胴板５ｓに相当するサイズと形状の拡大グリップ部材５ｋが構成されている。メイングリッパー１２Ａのその他の構成は、図７のメイングリッパー１２と同様に構成されている。尚、図１６、図１７は、前記延長カバー３ｃを省略した場合の図である。

図１６、図１７には、拡径状態にした前部外胴３ｂと中部外胴４ｄと後部外胴５ｂが図示されている。メイングリッパー１２Ａで地山をグリップする際には、図１６に示すように、拡大グリップ部材５ｋが油圧シリンダ（図示略）により進出位置に切換えられる。また、地山をグリップしない場合には、図１７に示すように拡大グリップ部材５ｋが後退位置に切換えられる。

次に、図１１、図１５に基づいてセグメント組み付け用支持面６３ｆを形成する支持面形成胴体６３について説明する。
この支持面形成胴体６３は、掘削機本体６の後端部に取り外し可能に取り付けられている。支持面形成胴体６３は、後部内胴５ａよりも小径の胴体部材であり、後部胴体５Ａの後側に同心状に配設される。この支持面形成胴体６３の上部と左右中段部（底部以外の部分）は、周方向に複数分割（本実施例では９分割）された複数の分割胴体６３ｓで構成されている。

分割胴体６３ｓは、外面板６３ｐと、その周方向の中央部の内面に固着した溝型材６３ｃと、外面板６３ｐの内面の外周部に固着した複数のリブ材６３ｒとを有し、分割胴体６３ｓの前端部は複数のボルト６３ｂにより掘進機本体６の環状部材１６ｇに連結解除可能に固定され、分割胴体６３ｓの周方向の両端部は、隣接する分割胴体６３ｓの周方向の端部に複数のボルト６３ｄにより連結解除可能に固定されている。

支持面形成胴体６３の底部６３ｍは、後部外胴５ｂの底部５ｍとほぼ同外径の部分円筒状の外面を有し、この底部６３ｍは３分割された３つの底部分割体６３ｘ，６３ｙ，６３ｚからなる。底部分割体６３ｘ，６３ｙ，６３ｚは、その上面に当接させた分割胴体６３ｓと一体的に接合されており、その分割胴体６３ｓを介して環状部材１６ｇに連結解除可能に固定されている。
前記支持面形成胴体６３を組み付ける場合、最初に底部分割体６３ｘ，６３ｙ，６３ｚを組み付けてから、複数の分割胴体６３ｓを底部側から順次組み付けることが望ましい。

尚、ここで前記底部６３ｍの変更例について説明する。
前記底部６３ｍを構成する底部分割体６３ｘ，６３ｙ，６３ｚは、分割胴体６３ｓと一体的に接合するとは限らず、分割胴体６３ｓとは別体に構成してからボルト等により一体的に連結してもよい。また、前記底部６３ｍを１つ又は２つ又は４つの底部分割体で構成してもよい。

エレクタ装置１３を用いてセグメントＳを組み付ける際には、支持面形成胴体６３の内面にセグメントＳが当接状に組み付けられる。上記の支持面形成胴体６３を取り外す場合は、複数のボルト６３ｂ，６３ｄによる締結を解除することにより、９つの分割形成胴体６３ｓと、３つの分割胴体付きの底部分割体６３ｘ，６３ｙ，６３ｚとに分割して掘削機本体６から取り外すことができる。

次に、エレクタ装置１３とシールドジャッキ１０について補足説明する。
エレクタ装置１３は、実施例１のエレクタ装置１３と同様のものであるが、掘削機本体６の後半部に取り外し可能に取り付けられる。そのため、環状体１３ｂを支持する複数の遊転ローラ１３ａを支持する複数の支持体１３ｆが支持面形成胴体６３の内面に連結解除可能に固定され、回転駆動手段１３ｄ（油圧モータ又は電動モータ）を支持する支持部材１３ｇが掘削機本体６に連結解除可能に固定され、回転駆動手段１３ｄの出力軸を支持する支持部材１３ｈも掘削機本体６に連結解除可能に固定されている。それ故、エレクタ装置１３は、必要に応じて掘削機本体６から解体したり、取り付けたりすることができる。

複数のシールドジャッキ１０が後部内胴５ａの内径側に配設され、各シールドジャッキ１０のジャッキ本体１０ａが掘削機本体６に取り外し可能に固定され、出力ロッド１０ｂが後方へ伸長可能になっている。複数のシールドジャッキ１０の出力ロッド１０ｂの先端のスプレッダー１９によりセグメントＳの後端を後方へ押圧することで、掘進の推進力を発生させることができる。尚、スプレッダー１９の周方向両端部が、隣接する分割胴体６３ｓの１対の溝型材６３ｃの内面で案内される。

次に、以上説明したトンネル掘削機１Ａの作用、効果について補足的に説明する。
崩落し難い安定した地山を掘削する際には、シールドジャッキ１０及びスプレッダ１９とエレクタ装置１３と支持面形成胴体６３を取り外した状態にして、トンネルを掘削していく。この場合、前部外胴３ｂと中部外胴４ｄと後部外胴５ｂを拡径状態に保持し、４本のスラストジャッキ９の推進力によりトンネル掘削機前半部分をトンネル掘削機後半部分に対して前進移動させながら、実施例１と同様にして掘削を行う。

上記のように掘削していって崩落しやすい不安定な地山に遭遇した場合には、その不安定な地山の手前において、前部外胴３ｂと中部外胴４ｄと後部外胴５ｂを拡径状態に保持した状態で、薬液注入ノズル１４を用いて、トンネル掘削機１Ａの周囲と前方の地山を薬液注入により固化させ、崩落の危険が解消又はほぼ解消した状態で、前部外胴３ｂと中部外胴４ｄと後部外胴５ｂを縮径状態に切換え、シールドジャッキ１０及びスプレッダ１９とエレクタ装置１３と支持面形成胴体６３をトンネル掘削機１Ａに組み付けて、トンネル掘削を再開し、トンネル内面にセグメントを覆工しながらシールドジャッキ１０の推進力にてトンネルを掘削していく。

この場合、エレクタ装置１３でセグメントＳを組み付けるため、掘削したトンネル内面をセグメントＳで覆工して地山の崩落を防ぐことができるうえ、セグメント組み付けの際に、支持面形成胴体６３の内面にセグメントＳを組み付けることにより、セグメントＳを能率的に整然と組み付けることができる。

その後、トンネル掘削機１Ａの全体が崩落し難い安定した地山（硬岩の地山など）に突入するまで掘削した段階で、シールドジャッキ１０及びスプレッダ１９とエレクタ装置１３と支持面形成胴体６３を取り外し、前部外胴３ｂと中部外胴４ｄと後部外胴５ｂを拡径状態に切換えて、スラストジャッキ９の推進力によりトンネルを掘削していく。

崩落し難い不安定な地山を掘削する際に、支持面形成胴体６３を取り外しておくため、
崩落し易い地山に遭遇して薬液注入ドリル１４により地山に薬液を注入する際に、ドリル挿通管を用いることなく、直接地山にドリルして注入可能になり、薬液注入の作業性が向上する。

複数の延長カバー３ｃを設けたため、中部固定胴体４ａの外側の空間４ｋに岩片や土砂や礫が侵入しなくなるため、４本のスラストジャッキ９を円滑に収縮可能になる。
また、第１のフロントグリッパー２３Ｇのグリップ部材２８Ａの先端部に外径を拡大した円板部２８ｅを形成したため、グリッパー面圧を下げてグリッパー機能を高めることができる。

メイングリッパー１２Ａのグリップ部材１２ａの前後両端に分割胴板前端部分５ｆと分割胴板後端部分５ｒを固定的に設けたため、グリップ部材１２ａと分割胴板前端部分５ｆと分割胴板後端部分５ｒとを後部外胴５ｂの１つの分割胴板５ｓとして機能させることができる。

前記支持面形成胴体６３を後部内胴５ａよりも幾分小径に形成したので、シールドジャッキ１０を後部内胴５ａよりも内径側に配置可能になり、後部内胴５ａに第３拡縮駆動手段６０を装備可能となった。

次に、前記実施例１，２を部分的に変更する例について説明する。
１）第１油圧ジャッキ２１に組み込んだ第１のフロントグリッパー２３Ｇを省略し、第１のフロントグリッパーを第１油圧ジャッキ２１とは独立に設けてもよい。
２）カッター駆動モータ７ｃの数、スラストジャッキ９の数、シールドジャッキ１０の数などは図示のものに限定されるものではない。

３）前記ワイヤブラシ型シール４２Ａ，４２Ｂ，５６Ａ，５６Ｂに代えて、テーパ状に環状に配置した複数の鋼板をゴム材料で被覆した開閉式のテーパ状板部材の内側に加圧水で膨らむチューブ体を装着した構造のチューブシールを採用してもよい。

４）前部分割胴板３ｓが拡径状態のとき、第１の板厚減少部３ｉを形成した前部分割胴板３ｓを駆動する第１油圧ジャッキ２１のストロークよりも、第２の板厚減少部３ｊを形成した前部分割胴板３ｓを駆動する第１油圧ジャッキ２１のストロークを僅かに小さく設定することで、第１，第２板厚減少部３ｉ，３ｊの接触圧を大きくすることが望ましい。尚、このことは、中部分割胴板４ｓと後部分割胴板５ｓについても同様である。

５）前記実施例のトンネル掘削機１，１Ａは、例えば３〜５ｍ程度の直径のトンネルを掘削する掘削機であるが、種々の直径の大径トンネルを掘削するトンネル掘削機にも本発明を同様に適用することができる。その場合、前部分割胴板３ｓの数や中部分割胴板４ｓの数や後部分割胴板５ｓの数を増したり、前部分割胴板３ｓの周方向の幅や前後長を大きくする場合もある。これと併せて、各前部分割胴板３ｓに対応するように少なくとも２つの第１油圧ジャッキ２１を設けてもよく、各中部分割胴板４ｓや後部分割胴板５ｓに対応するように２つ以上の第２，第３油圧ジャッキ５１，６１を設けてもよい。

６）第１〜第３拡縮駆動手段２０，５０，６０を油圧ジャッキを主体として構成する代わりに、電動モータを主体として構成することも可能である。

７）第１〜第３拡縮駆動手段２０，５０，６０として、分割胴板３ｓ，４ｓ，５ｓの内面側に配置する前後方向にストレートに延びる複数のチューブ体であって、加圧水の注入により膨張して分割胴板３ｓ，４ｓ，５ｓを拡径状態にする複数のチューブ体を採用してもよい。この場合、設定した拡径寸法とするための拡径寸法規制手段を設けることが望ましい。

分割胴板３ｓ，４ｓ，５ｓを縮径させる際には、複数のチューブ体の加圧水を抜くと、分割胴板３ｓ，４ｓ，５ｓに作用する土圧により縮径状態に切換わることになる。但し、圧縮コイルスプリング等で縮径させる縮径機構を設けることも考えられる。尚、分割胴板３ｓ，４ｓ，５ｓの境界部の内側にチューブ体を配置して、チューブ体にシール機能を発揮させるように構成してもよい。

８）請求項１３に記載のトンネル掘削方法は、トンネル掘削機の胴体の直径が一定で拡縮不可能な通常のトンネル掘削機にも適用可能である。

９）その他、当業者ならば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はその種の変更形態も包含するものである。

１ トンネル掘削機
２ カッターヘッド
３ 前胴部材（前部胴体）
３ａ 前部内胴
３ｂ 前部外胴
３ｃ 延長カバー
３ｓ 前部分割胴板
３ｉ 第１の板厚減少部
３ｊ 第２の板厚減少部
４ 中胴構造
４ａ 中部固定胴体
４ｂ 中胴部材（中部胴体）
４ｃ 中部内胴
４ｄ 中部外胴
４ｓ 中部分割胴板
４ｉ 第１の板厚減少部
４ｊ 第２の板厚減少部
５ 後胴部材（後部胴体）
５Ａ 後部胴体（後胴部材）
５ａ 後部内胴
５ｂ 後部外胴
５ｆ 分割胴板前端部分
５ｒ 分割胴板後端部分
５ｓ 後部分割胴板
１０ シールドジャッキ
１２Ａ メイングリッパー
１２ａ グリップ部材
１３ エレクタ装置
２０ 第１拡縮駆動手段
２１ 第１油圧ジャッキ
２２ 拡縮用油圧ジャッキ部
２３ グリップ用油圧ジャッキ部
２３Ｇ 第１のフロントグリッパー
２８ グリップ部材
４０ 第１土圧計
４２Ａ，４２Ｂ ワイヤブラシ型シール
５０ 第２拡縮駆動手段
５１ 第２油圧ジャッキ
５４ 第２土圧計
５５ スラスト支持機構
５６Ａ，５６Ｂ ワイヤブラシ型シール
６０ 第３拡縮駆動手段
６１ 第３油圧ジャッキ
６３ 支持面形成胴体
６３ｓ 分割胴体
６３ｍ 底部

Claims (14)

1. 胴体と、胴体の前方に配置されたカッターヘッドとを備えたトンネル掘削機において、
   前記胴体は、掘削機本体に固定された内胴と、この内胴の外側に同心状に配置された外胴とを有し、
   前記外胴の底部は所定半径の外面を有し、前記外胴の底部以外の部分は周方向に複数分割された複数の分割胴板で構成され、
   前記複数の分割胴板を前記内胴に接続し且つこれら複数の分割胴板を前記内胴に接近させた縮径位置と前記内胴から外側へ所定距離離隔させた拡径位置とに亙って切換え可能な拡縮駆動手段を設けたことを特徴とするトンネル掘削機。
2. 前記胴体は、前部内胴と前部外胴とを有する前胴部材と、中部固定胴体に摺動自在に外嵌される中部内胴と中部外胴とを有する中胴部材とを含むことを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
3. 前記胴体は、前部胴体と中部胴体と後部胴体とを有し、
   前記内胴は、前部胴体の前部内胴と、中部胴体の中部固定胴体に摺動自在に外嵌される中部内胴と、後部胴体の後部内胴とを有し、
   前記外胴は、前部胴体の前部外胴と、中部胴体の中部外胴と、後部胴体の後部外胴とを有す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. 前記拡縮駆動手段は複数の油圧ジャッキを備え、
   各油圧ジャッキは、前記分割胴板を拡縮させる拡縮用油圧ジャッキ部と、この拡縮用油圧ジャッキ部に同心状に組み込まれ且つ前記分割胴板の外側へ所定長さ突出可能なグリップ部材を有するグリップ用油圧ジャッキ部とを備え、前記拡縮用油圧ジャッキ部とグリップ用油圧ジャッキ部とを独立に伸縮作動可能に構成したことを特徴とする請求項２又は３に記載のトンネル掘削機。
5. 前記分割胴板の周方向の端部側部分と、周方向に隣接する前記分割胴板の周方向の端部側部分を周方向に重複するように構成したことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のトンネル掘削機。
6. 前記各分割胴板の、前記拡縮駆動手段に対応する周方向位置の土圧を検知する土圧計を設けたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のトンネル掘削機。
7. 前記内胴の外周面の前端近傍部と後端近傍部に、前記内胴と外胴間の隙間をシールする１対のワイヤブラシ型シールを外径側へ向けて装備し、
   各ワイヤブラシ型シールは、１対のワイヤブラシとこれらワイヤブラシ間に形成されたグリース溜まりを有することを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のトンネル掘削機。
8. 前記前部外胴の複数の分割胴板に、その後端から後方へ延びて中部外胴が摺動自在に内嵌可能な複数の延長カバーを夫々固定的に設けたことを特徴とする請求項２又は３に記載のトンネル掘削機。
9. 前記外胴に装備されたメイングリッパーは、前記外胴を貫通するグリップ部材を有し、このグリップ部材の前後両端に前記外胴の分割胴板の一部として機能する分割胴板前端部分と分割胴板後端部分を固定的に設けたことを特徴とする請求項３に記載のトンネル掘削機。
10. 前記掘削機本体の後端部に前端部が連結されて後方へ所定長さ延び且つセグメント組み付け用支持面を形成する支持面形成胴体と、この支持面形成胴体の内面にセグメントを組み付けるエレクタ装置を取り外し可能に設けたことを特徴とする請求項３に記載のトンネル掘削機。
11. 前記支持面形成胴体の底部は所定半径の部分円筒面を有し、前記支持面形成胴体の底部
    以外の部分は、周方向に複数分割された複数の分割胴体で構成され、
    前記支持面形成胴体の底部は、１又は複数の底部分割体で構成されていることを特徴とする請求項１０に記載のトンネル掘削機。
12. 胴体と、この胴体の前方に配置されたカッターヘッドとを備えたトンネル掘削機によりトンネルを掘削する方法において、
    前記胴体を、径不変の内胴と、この内胴の外側に配置され且つ底部以外の部分を径可変に形成した外胴とで予め構成し、
    通常のトンネル掘削時は外胴の底部以外の部分を拡径状態に保持し、
    トンネル掘削機が地山に拘束されたときには、前記外胴の底部以外の部分を縮径状態に切換えて拘束を解除することを特徴とするトンネル掘削方法。
13. 崩落し易い地山を掘削する際には、セグメント組み付け用のエレクタ装置と、複数のシールドジャッキと、前記胴体の後端側にセグメント組み付け用支持面を形成する支持面形成胴体とを着脱可能に取り付けた状態で、トンネルを掘削すると共にセグメントを組み付け、
    崩落し難い地山を掘削する際には、前記エレクタ装置と複数のシールドジャッキと支持面形成胴体を取り外した状態で、トンネルを掘削することを特徴とする請求項１２に記載のトンネル掘削方法。
14. 前記支持面形成胴体の底部以外の部分を、周方向に複数分割された複数の分割胴体で予め構成し、
    前記支持面形成胴体を組み付ける際に、前記底部を組み付けてから、複数の分割胴体を前記底部側から順次組み付けることを特徴とする請求項１３に記載のトンネル掘削方法。