JP2023113498A - トンネル掘削機 - Google Patents

Abstract

【課題】チャンバ内において隔壁から離隔した位置の掘削土砂を当該掘削土砂の性状に変化を与えることなくサンプリングする。【解決手段】トンネル掘削機１の隔壁１３には、土砂サンプリング装置１００が設けられており、土砂サンプリング装置１００は、隔壁１３よりも後方側の機体内に設けられ、隔壁１３に形成された開口１３ｂに対向する位置に配置される筒状部材１２０と、筒状部材１２０の内部に設けられるピストン１３０と、筒状部材１２０を機体内から開口１３ｂを通じてチャンバ１７内に挿入し、筒状部材１２０をチャンバ１７内から開口１３ｂを通じて機体内に抜去する挿抜機構と、筒状部材１２０の内部においてピストン１３０を筒状部材１２０の軸方向に摺動させる摺動機構と、隔壁１３の開口１３ｂ、または当該開口１３ｂに連通する筒状部材１２０の移動通路を開閉可能な開閉弁１１０と、を有する。【選択図】図２Ｃ

Description

本発明は、カッタヘッドからチャンバ内に取り込まれた掘削土砂をサンプリングする土砂サンプリング装置を備えたトンネル掘削機に関する。

一般的なトンネル掘削機は、カッタヘッドを回転させ、そのカッタヘッドの前面に装着された複数のカッタビットが前方の地山を掘削し切羽を形成することにより、トンネルを掘削する。地山の掘削（切羽の切削）により生じた掘削土砂は、カッタヘッドに形成された開口部である土砂通過部を通過し、カッタヘッド背面側のチャンバ内に取り込まれる。その後、チャンバ内の掘削土砂は、トンネル掘削機内に設けられたスクリューコンベヤなどの土砂排出装置によって、トンネル延伸方向後方に向けて運搬および排出される。

ここで、トンネル掘削機が泥土圧式シールド掘削機である場合、カッタヘッド前面は、中心部から放射状に延びる複数のカッタスポークで主に構成され、カッタヘッド前面のほとんどが開断面となる。この場合、周方向に相隣接するカッタスポーク間の隙間が土砂通過部となり、当該隙間（土砂通過部）からチャンバ内に掘削土砂が取り込まれる。

一方、トンネル掘削機が泥水式シールド掘削機である場合、地山（切羽）の保持は泥水圧力で行うものの、地山（切羽）の崩落防止のためにカッタ面板を用いることが一般的であるので、カッタヘッド前面は、複数のカッタスポークと、周方向に相隣接するカッタスポーク間の隙間を塞ぐカッタ面板とから構成される。この場合、カッタスポークとカッタ面板の隙間、隣接するカッタ面板同士の隙間、またはカッタ面板の貫通穴として形成された複数のスリットなどが土砂通過部となり、当該スリットなどの土砂通過部からチャンバ内に掘削土砂が取り込まれる。

近年、トンネル掘削機を用いたシールド工事において、地上への影響を最小限に抑えることが、これまで以上に重要視されている。これに対する技術として、カッタヘッドからチャンバに取り込まれた掘削土砂の性状が適切かどうかを確認する技術が求められている。このため、掘削機本体の機内側（隔壁よりも後方側）から、チャンバ内の掘削土砂を採取（サンプリング）するための土砂サンプリング装置が用いられる。例えば、特許文献１には、土砂取出用スクリュー羽根を備えた土砂サンプリング装置を隔壁に取り付け、当該スクリュー羽根の回転によりチャンバ内の掘削土砂をサンプリングすることが記載されている。

特開２００４－６８２５０号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来の土砂サンプリング装置では、回転するスクリュー羽根を用いて、チャンバ内の掘削土砂を機内側に取り込む構造であるため、撹拌により掘削土砂の性状が変化してしまい、掘削土砂の性状を正確に把握できないという問題があった。また、当該従来の土砂サンプリング装置では、隔壁に設けられた開口を掘削土砂の取込み口としているため、チャンバ内における隔壁近辺の掘削土砂しか採取することができず、隔壁から前方に離隔した位置の掘削土砂を採取できないという問題もあった。

そこで、本発明は、このような課題に鑑み、チャンバ内において隔壁から離隔した位置の掘削土砂を当該掘削土砂の性状に変化を与えることなくサンプリングすることが可能なトンネル掘削機を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明のトンネル掘削機は、
筒状の掘削機本体と、
前記掘削機本体の前端に回転可能に設けられるカッタヘッドと、
前記カッタヘッドよりも前記掘削機本体の軸方向後方に、前記カッタヘッドと前記軸方向に間隔を空けて配置される隔壁と、
前記カッタヘッドと前記隔壁との間に区画される空間であるチャンバと、
を備え、
前記隔壁には、土砂サンプリング装置が設けられており、
前記土砂サンプリング装置は、
前記隔壁よりも後方側の前記掘削機本体の内部である機体内に設けられ、前記隔壁に形成された開口に対向する位置に配置される筒状部材と、
前記筒状部材の内部に設けられるピストンと、
前記筒状部材を前記筒状部材の軸方向に移動させることにより、前記筒状部材を前記機体内から前記開口を通じて前記チャンバ内に挿入し、前記筒状部材を前記チャンバ内から前記開口を通じて前記機体内に抜去する挿抜機構と、
前記筒状部材の内部において前記ピストンを前記筒状部材の軸方向に摺動させる摺動機構と、
前記隔壁の前記開口、または当該開口に連通する前記筒状部材の移動通路を開閉可能な開閉弁と、
を有する。

前記土砂サンプリング装置は、前記開閉弁により前記隔壁の前記開口または前記移動通路を開け、かつ、前記挿抜機構により前記筒状部材を前記チャンバ内に挿入した状態で、前記摺動機構により前記ピストンを前記筒状部材の軸方向後方に摺動させることにより、前記チャンバ内の土砂を前記筒状部材の内部に取り込むようにしてもよい。

前記挿抜機構および前記摺動機構は、共通の移動機構で構成され、
前記移動機構は、
前記筒状部材の内部において前記ピストンを前記筒状部材の軸方向に移動させるための動力を前記ピストンに付与する動力付与装置と、
前記ピストンとともに前記筒状部材を前記筒状部材の軸方向に移動させるための係止部材と、
を有するようにしてもよい。

前記係止部材は、
前記筒状部材の前端側に設けられ、前記筒状部材の前端側に摺動した前記ピストンを係止可能な前方ストッパーと、
前記筒状部材の後端側に設けられ、前記筒状部材の後端側に摺動した前記ピストンを係止可能な後方ストッパーと、
を含むようにしてもよい。

前記動力付与装置は、前記筒状部材の軸方向に伸縮可能なジャッキを含み、
前記ジャッキは、前記筒状部材の後端開口を通じて前記ピストンに接続されており、前記筒状部材には接続されていないようにしてもよい。

前記土砂サンプリング装置は、
前記隔壁に取り付けられ、前記筒状部材を収容するケーシングを有し、
前記ケーシングの内部空間は、前記隔壁の前記開口と連通し、前記筒状部材の前記移動通路を形成しており、
前記動力付与装置は、前記筒状部材よりも後方側の前記ケーシングの内部空間に対してエアーを供給および吸引可能な空圧装置を含むようにしてもよい。

前記土砂サンプリング装置は、
前記隔壁に取り付けられ、前記筒状部材を収容するケーシングをさらに有し、
前記ケーシングの内部空間は、前記隔壁の前記開口と連通し、前記筒状部材の前記移動通路を形成しており、
前記動力付与装置は、
前記筒状部材よりも後方側の前記ケーシングの内部空間に対してエアーを供給可能な空圧装置と、
前記筒状部材の後端開口を通じて前記ピストンに接続されたワイヤーと、
前記ワイヤーを巻き取る巻取装置と、
を含むようにしてもよい。

前記挿抜機構は、前記筒状部材の軸方向に伸縮可能なジャッキを含み、
前記ジャッキは、前記筒状部材に接続されており、
前記筒状部材の後端側は閉塞されており、
前記摺動機構は、前記ピストンよりも後方側の前記筒状部材の内部空間に対してエアーを供給および吸引可能な空圧装置を含むようにしてもよい。

前記挿抜機構は、前記筒状部材の軸方向に伸縮可能な第１ジャッキを含み、
前記摺動機構は、前記筒状部材の軸方向に伸縮可能な第２ジャッキを含み、
前記第２ジャッキの伸縮ロッドは、前記ピストンに接続されており、前記筒状部材には接続されておらず、
前記第２ジャッキの本体は、前記筒状部材に接続されており、
前記第１ジャッキの伸縮ロッドは、前記第２ジャッキの本体または前記筒状部材に接続されているようにしてもよい。

前記土砂サンプリング装置は、前記開閉弁により前記隔壁の前記開口または前記移動通路を開け、かつ、前記摺動機構により前記ピストンを前記筒状部材内で軸方向前方に前進させた状態で、前記挿抜機構により前記筒状部材を前記ピストンに対して相対的に前進させて、前記筒状部材を前記チャンバ内に挿入することにより、前記チャンバ内の土砂を前記筒状部材の内部に取り込むようにしてもよい。

前記隔壁に取り付けられ、前記筒状部材を収容するケーシングをさらに有し、
前記ケーシングの内部空間は、前記筒状部材が配置される前方内部空間と、後方内部空間とに区分されており、
前記前方内部空間は、前記隔壁の前記開口と連通し、前記筒状部材の前記移動通路を形成しており、
前記後方内部空間には、前記後方内部空間を軸方向に摺動可能に設けられた可動部材が配置され、前記可動部材は、軸部材を介して前記ピストンに連結されており、
前記挿抜機構および前記摺動機構は、
前記ケーシングの前記後方内部空間に対して油圧を供給することにより、前記可動部材および前記軸部材を介して前記ピストンを前記筒状部材の軸方向に移動させる第１油圧機構と、
前記ケーシングの前記前方内部空間のうち前記筒状部材よりも後方側の空間に対して油圧を供給することにより、前記筒状部材を軸方向前方に移動させる第２油圧機構と、
から構成されるようにしてもよい。

本発明によれば、チャンバ内において隔壁から離隔した位置の掘削土砂を当該掘削土砂の性状に変化を与えることなくサンプリングすることが可能となる。

本発明の実施形態に係るトンネル掘削機の全体構成を示す断面模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る土砂サンプリング装置の筒状部材の周辺構成を示す拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第２の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第３の実施形態に係る土砂サンプリング装置の筒状部材の周辺および空圧装置の構成を示す模式図である。 本発明の第４の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る土砂サンプリング装置の筒状部材の周辺および空圧装置の構成を示す模式図である。 本発明の第５の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第６の実施形態に係る土砂サンプリング装置の動作を示す断面図である。 本発明の第６の実施形態の変更例に係る土砂サンプリング装置の構成を示す断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

<１．トンネル掘削機の全体構成>
図１および図２を参照して、本発明の実施形態に係るトンネル掘削機１の構成について説明する。

図１は、トンネル掘削機１の全体構成を示す断面模式図である。なお、図１中の矢印Ｆはトンネル掘削機１の前方向（つまり、進行方向）を示し、矢印Ｂはトンネル掘削機１の後方向を示す。図１中の矢印Ｆは切羽側を向き、矢印Ｂは坑口側を向く。

トンネル掘削機１は、地盤を掘削可能な土圧式（泥土圧式を含む。）のシールド掘削機である。図１に示すように、トンネル掘削機１は、掘削機本体１０を備える。掘削機本体１０は、筒状（例えば、円筒状または矩形筒状等）である。掘削機本体１０の軸方向は、トンネル掘削機１の前後方向と一致する。

以下では、トンネル掘削機１の軸方向（つまり、掘削機本体１０の軸方向）を単に軸方向とも呼び、トンネル掘削機１の径方向（つまり、掘削機本体１０の径方向）を単に径方向とも呼び、トンネル掘削機１の周方向（つまり、掘削機本体１０の周方向）を単に周方向とも呼ぶ。

掘削機本体１０の前端には、カッタヘッド１１が設けられる。カッタヘッド１１は、略円盤状の回転体である。カッタヘッド１１の中心部には、カッタ回転軸１２の前端が嵌入されており、カッタヘッド１１は、カッタ回転軸１２を中心に回転可能に軸支されている。

カッタヘッド１１は、外周リング１１ａと、内周リング１１ｂと、カッタスポーク１１ｃと、フィッシュテールカッタ１１ｄと、カッタビット１１ｅなどを有する。このうち、外周リング１１ａは、カッタヘッド１１の外周部を形成しており、内周リング１１ｂは、外周リング１１ａよりも径方向内側に配置されている。また、複数のカッタスポーク１１ｃは、カッタヘッド１１の前面において、カッタ回転軸１２を中心として放射状に配置されている。カッタヘッド１１の前面の中心部には、フィッシュテールカッタ１１ｄが装着されている。さらに、カッタスポーク１１ｃの前面には、多数のカッタビット１１ｅが装着されている。なお、フィッシュテールカッタ１１ｄおよびカッタビット１１ｅは、着脱可能であってもよく、着脱可能でなくてもよい。

そして、カッタヘッド１１には、上記外周リング１１ａ、内周リング１１ｂおよびカッタスポーク１１ｃの相互の間に、複数の開口部が形成されている。当該開口部は、カッタヘッド１１によって地盤（切羽）を掘削した際に発生する掘削土砂を、掘削機本体１０内（後述するチャンバ１７内）に取り込むための掘削土砂取込口として機能する。

掘削機本体１０におけるカッタヘッド１１よりも後方には、隔壁１３が配置されている。隔壁１３は、軸方向（トンネル延伸方向）に対して垂直に配置される板状（例えば、円板状）の壁体であり、隔壁１３の外周縁は掘削機本体１０の内周面１０ａに取り付けられる。カッタヘッド１１と隔壁１３は、軸方向（トンネル延伸方向）に所定間隔を空けて配置される。隔壁１３の後方側には、トンネル掘削機１の各種設備が配置されており、隔壁１３は、切羽で生じる掘削土砂から当該設備を隔離する。隔壁１３の下部には、掘削土砂を排出するための開口部である排出口１３ａが形成されている。

隔壁１３の中心部には、カッタ回転軸１２が回転可能に支持されている。さらに、隔壁１３には、環状の回転リング１４が、カッタ回転軸１２を中心として回転可能に支持されている。回転リング１４の前部には、複数の連結ビーム１５が周方向に所定の間隔で設けられている。複数の連結ビーム１５は、カッタヘッド１１と回転リング１４を連結する。連結ビーム１５の前端は、カッタヘッド１１の内周リング１１ｂとカッタスポーク１１ｃとの接続部に連結されている。一方、回転リング１４の後部には、リングギヤ１４ａが設けられている。なお、リングギヤ１４ａは、外歯式であってもよく、内歯式であってもよい。さらに、隔壁１３の後方にはカッタ旋回用モータ１６が設けられている。このカッタ旋回用モータ１６の駆動ギヤ１６ａは、回転リング１４のリングギヤ１４ａと噛み合っている。

カッタ旋回用モータ１６を駆動させることにより、その駆動ギヤ１６ａの回転がリングギヤ１４ａから回転リング１４および連結ビーム１５に伝達される。これにより、カッタヘッド１１を、カッタ回転軸１２を中心として回転させることができる。この結果、回転するカッタヘッド１１の前面を後述するシールドジャッキ１９を利用して地盤（切羽）に押し付けて、地盤を掘削することができる。

カッタヘッド１１と隔壁１３との間には、チャンバ１７が画成されている。チャンバ１７は、カッタヘッド１１の後面と、隔壁１３の前面と、掘削機本体１０の内周面１０ａとにより区画された空間（例えば、略円柱状の空間）である。カッタヘッド１１による地盤の掘削に伴って発生する掘削土砂は、カッタヘッド１１に貫通形成された上記開口部（掘削土砂取込口）を通じて、チャンバ１７内に取り込まれる。チャンバ１７は、掘削土砂を一時的に蓄えるための空間（室）として機能する。チャンバ１７内に取り込まれた掘削土砂は、隔壁１３の下部にある排出口１３ａを通じて、チャンバ１７からスクリューコンベヤ１８内に排出される。

スクリューコンベヤ１８は、掘削機本体１０内における隔壁１３の後方側に設けられる。スクリューコンベヤ１８は、掘削機本体１０内において、後方側に向かうにつれて上方に傾斜して配置される。スクリューコンベヤ１８の前端の開口部は、隔壁１３の排出口１３ａに接続されている。これにより、スクリューコンベヤ１８の内部空間は、隔壁１３の排出口１３ａを通じてチャンバ１７と連通する。スクリューコンベヤ１８内には、螺旋状の羽根を備えたスクリュー状の回転体であるスクリュー羽根１８ａが設けられている。スクリュー羽根１８ａを回転駆動させることで、チャンバ１７内に蓄えられた掘削土砂をスクリューコンベヤ１８内に取り込んで、掘削機本体１０の後方に向けて運搬し、排出することができる。

また、掘削機本体１０の隔壁１３よりも後方側には、エレクタ装置（図示省略）が設けられる。エレクタ装置は、掘削機本体１０の軸方向、径方向および周方向（すなわち、トンネル延伸方向、トンネル径方向およびトンネル周方向）に移動可能に設けられる。エレクタ装置は、覆工部材であるセグメントＳを把持可能であり、把持したセグメントＳをトンネルＴの内壁面（坑壁）に沿って組み立てる。

セグメントＳは、掘削されたトンネルＴの内壁面に沿った湾曲形状を有する環片である。上記エレクタ装置を駆動させることにより、複数のセグメントＳを周方向に沿ってリング状に組み立てることができる。これにより、トンネルＴの内壁面が複数のセグメントＳにより覆工され、内壁面の崩落を防止できる。

さらに、掘削機本体１０内には、複数のシールドジャッキ１９が、周方向に相互に間隔を空けて設けられている。各シールドジャッキ１９は、掘削機本体１０の内周面１０ａに沿って、掘削機本体１０の軸方向に延びるように設けられる。シールドジャッキ１９は、例えば、油圧ジャッキであるが、トンネル掘削機１の推力を発生可能であれば、他の種類のジャッキ、アクチュエータ等であってもよい。シールドジャッキ１９の後端には、伸縮可能な駆動ロッド１９ａが設けられている。駆動ロッド１９ａの先端は、既設のセグメントＳの前端面と対向している。シールドジャッキ１９の駆動ロッド１９ａを、後方に向けて伸長し、既設のセグメントＳを押圧することにより、掘削機本体１０に推進反力（つまり、推力）を付与することができる。すなわち、シールドジャッキ１９が既設のセグメントＳを押圧したときに発生する推力によって、掘削機本体１０は前進可能である。

上述したように、トンネル掘削機１では、地盤の掘削に伴って発生する掘削土砂が、カッタヘッド１１からチャンバ１７内に取り込まれる。そして、チャンバ１７内に取り込まれた掘削土砂は、カッタヘッド１１と一体的に回転する撹拌翼（図示せず。）と、隔壁１３に固定された固定翼（図示せず。）とによって、チャンバ１７内で攪拌される。本実施形態に係るトンネル掘削機１では、カッタヘッド１１からチャンバ１７に取り込まれた掘削土砂の性状が適切かどうかを確認する目的で、チャンバ１７内の掘削土砂を採取（サンプリング）するための土砂サンプリング装置が設けられている。以下に、本実施形態に係る土砂サンプリング装置について説明する。

<２．土砂サンプリング装置の概要>
次に、図２～図１１を参照して、本実施形態に係るトンネル掘削機１の隔壁１３に設けられる土砂サンプリング装置１００の概要について説明する。

本実施形態に係る土砂サンプリング装置１００は、掘削機本体１０の機体内側（隔壁１３の後方側）から、チャンバ１７内の掘削土砂を採取（サンプリング）するための装置である。土砂サンプリング装置１００を用いてチャンバ１７内の実際の掘削土砂をサンプリングすることにより、カッタヘッド１１により掘削した土砂がチャンバ１７内でどのような性状になっているかを確認することができる。詳細には、チャンバ１７内の実際の掘削土砂をサンプリングすることにより、切羽においてカッタビット１１ｅまたはローラーカッタ等を用いて掘削した（削り取った）土砂が、「チャンバ１７内に適切に取り込まれているかどうか」や、「掘削土砂と添加剤などとの混錬が妥当に行われ、掘削土砂が適切に塑性流動化されているかどうか」などを、確認することができる。

なお、サンプリングした掘削土砂の比重や水分含有量、空隙の有無（気泡含有量）などを確認することにより、掘削土砂がチャンバ１７内に適切に取り込まれているかどうかをチェックすることができる。また、サンプリングした掘削土砂のスランプ値や添加剤の含有量などを確認することにより、掘削土砂が適切に塑性流動化されているかどうかをチェックすることができる。

<２．１．従来の土砂サンプリング装置の問題>
ところで、上記特許文献１に記載の従来の土砂サンプリング装置では、回転するスクリュー羽根を用いて、隔壁に形成された開口部からチャンバ内の掘削土砂を機内側に取り込む構造であった。しかし、かかる従来の構造であると、土砂サンプリング装置の機械構造が複雑であるという問題があった。また、スクリュー羽根により掘削土砂を取り込む過程で、チャンバ内の掘削土砂が混錬されてしまい、掘削土砂の性状が変化してしまう可能性があるという問題があった。さらに、スクリュー羽根を用いた従来の土砂サンプリング装置は、密閉構造としては弱いため、掘削土砂が噴発するおそれがあり、土圧式シールドマシンに適用できても、泥水式シールドマシンには適用不可または適用困難であるという問題があった。加えて、チャンバ内の掘削土砂を、隔壁に形成された開口部から取り込む構造であるため、隔壁の近辺の掘削土砂しかサンプリングできず、隔壁から前方に離隔した位置の掘削土砂をサンプリングすることができないという問題もあった。

そこで、上記従来の土砂サンプリング装置の問題を解決するため、本実施形態に係る土砂サンプリング装置１００は、簡易な機械構造で実現でき、チャンバ１７内の掘削土砂のサンプリングを、掘削土砂の性状に変化を与えることなく、安全かつ確実に行うことができ、さらに、チャンバ１７内の所望のサンプリング位置（隔壁１３から前方に離隔した位置を含む。）から掘削土砂をサンプリング可能にすることを目的としている。

<２．２．土砂サンプリング装置の概略構成>
次に、本実施形態に係る土砂サンプリング装置１００の概略構成について説明する。

まず、土砂サンプリング装置１００の設置位置について説明する。図２～図１１に示すように、本実施形態に係る土砂サンプリング装置１００は、隔壁１３よりも後方側の掘削機本体１０の内部（以下、「機体内」という。）に設けられ、機体内側から隔壁１３に取り付けられる。土砂サンプリング装置１００は、隔壁１３に貫通形成された開口１３ｂ付近に取り付けられており、当該開口１３ｂを通じてチャンバ１７内の掘削土砂をサンプリングする。

チャンバ１７内において掘削土砂のサンプリングを所望する位置（以下、「所望のサンプリング位置」という。）に応じて、隔壁１３における開口１３ｂの形成位置と、隔壁１３に対する土砂サンプリング装置１００の取付位置が調整される。図２等の例では、隔壁１３の上部側に開口１３ｂが形成され、当該開口１３ｂに対応する位置に土砂サンプリング装置１００が取り付けられている。かかる配置により、土砂サンプリング装置１００は、チャンバ１７の上部側の掘削土砂をサンプリングすることができる。しかし、隔壁１３に対する土砂サンプリング装置１００の取付位置は、かかる例に限定されない。例えば、チャンバ１７内の所望のサンプリング位置に応じて、隔壁１３の下部側、右側、左側など、隔壁１３の径方向および周方向の任意の位置に、土砂サンプリング装置１００が取り付けられてもよい。また、図２等の例では、隔壁１３に対して１つの土砂サンプリング装置１００のみが設けられているが、チャンバ１７内の所望のサンプリング位置が複数ある場合には、当該複数のサンプリング位置に対応して、複数の土砂サンプリング装置１００を隔壁１３に取り付けてもよい。

次に、土砂サンプリング装置１００の構成要素について説明する。図２～図１１に示すように、土砂サンプリング装置１００は、開閉弁１１０と、筒状部材１２０と、ピストン１３０と、ケーシング１４０と、機体内とチャンバ１７との間で筒状部材１２０を挿抜する挿抜機構と、筒状部材１２０内でピストン１３０を筒状部材１２０の軸方向に摺動させる摺動機構とを備える。

開閉弁１１０は、隔壁１３の開口１３ｂ、または当該開口１３ｂに連通する筒状部材１２０の移動通路を開閉可能に構成される。本実施形態の例では、開閉弁１１０は、開口１３ｂに連通する筒状部材１２０の移動通路を開閉可能に構成される。

ここで、筒状部材１２０の移動通路は、筒状部材１２０を収容するケーシング１４０の内部空間である。後述するように、筒状部材１２０は、ケーシング１４０の内部を、筒状部材１２０の軸方向（以下、単に「軸方向」という場合もある。）に移動可能に設けられる。開閉弁１１０は、このケーシング１４０内の筒状部材１２０の移動通路を開閉する機能を有する。具体的には、開閉弁１１０は、例えば、ナイフゲート弁で構成され、隔壁１３よりも若干後方側の位置でケーシング１４０に取り付けられる。開閉弁１１０は、ケーシング１４０の内部空間（即ち、筒状部材１２０の移動通路）を開放／遮断するように弁体１１２を動作させることにより、当該移動通路を開閉する。これにより、開閉弁１１０は、当該移動通路に連通する隔壁１３の開口１３ｂを間接的に開閉することができる。しかし、かかる例に限定されず、例えば、開閉弁１１０は、隔壁１３の開口１３ｂに配置されるゲート弁で構成されてもよく、隔壁１３の開口１３ｂを直接的に開閉するようにしてもよい。

筒状部材１２０は、軸方向に長い筒状を有する部材であり、チャンバ１７内に挿入されるサンプリング管として機能する。筒状部材１２０は、例えば、円筒状の金属管などで構成される。筒状部材１２０は、円筒形状の筒状体であることが好ましい。しかし、かかる例に限定されず、筒状部材１２０は、内部空間を有する筒状であれば、楕円形、矩形、三角形、多角形などの任意の断面形状を有する筒状であってもよい。筒状部材１２０が隔壁１３の開口１３ｂを通過できるように、筒状部材１２０の外径は開口１３ｂの径よりも小さい。また、筒状部材１２０の肉厚は、特に限定されないが、チャンバ１７内の掘削土砂に挿入されるサンプリング管としての強度を維持しつつ、挿入抵抗を適度に抑制可能な肉厚であることが好ましい。

ピストン１３０は、筒状部材１２０の内部に設置される栓部材であり、筒状部材１２０の内部を、筒状部材１２０の軸方向に摺動可能に設けられる。ピストン１３０は、チャンバ１７内の掘削土砂を筒状部材１２０の内部に吸引する機能と、筒状部材１２０の前端開口１２１を塞ぐ機能とを有する。ピストン１３０の材質は、例えば、金属であってもよいし、ゴム、プラスチックなどの樹脂であってもよい。ピストン１３０の外周面は、筒状部材１２０の内周面に対して密着しており、両者の隙間からエアーや液体が抜けないように、気密かつ液密になっている。ピストン１３０が筒状部材１２０の内部を前端側から後端側まで長いストロークＬ１で摺動できるように、ピストン１３０の厚み（軸方向の長さ）は、筒状部材１２０の軸方向の長さよりも十分に小さいことが好ましい。

ケーシング１４０は、筒状部材１２０を覆う収容体としての機能と、筒状部材１２０を軸方向に移動可能に支持する機能と、土砂サンプリング装置１００を隔壁１３に固定する機能とを有する。ケーシング１４０は、隔壁１３の開口１３ｂ付近に取り付けられ、固定される。ケーシング１４０は、筒状部材１２０を収容可能な中空部材で構成される。ケーシング１４０の前端部は開放されており、当該前端部の略全面に前端開口１４１が形成されている。一方、ケーシング１４０の後端部は閉塞されており、その中央部に部分的に後端開口１４２が形成されている。

ケーシング１４０の内部空間は、隔壁１３の開口１３ｂを通じてチャンバ１７と連通しており、筒状部材１２０の移動通路となる。筒状部材１２０は、ケーシング１４０の内部空間を軸方向に移動可能であり、ケーシング１４０は、この筒状部材１２０の軸方向の移動をガイドする。図２等に示す例のケーシング１４０は、筒状部材１２０よりも大径の円筒体で構成されている。そして、ケーシング１４０の内部空間を筒状部材１２０が軸方向に円滑に移動できるように、ケーシング１４０の内周面と筒状部材１２０の外周面との間には、適度なクリアランスが設けられている。しかし、かかる例に限定されず、ケーシング１４０は、筒状部材１２０を軸方向に移動可能に収容可能な内部空間を有する部材であれば、円筒体以外の任意の形状を有してもよい。

挿抜機構は、筒状部材１２０を軸方向に移動させて、機体内からチャンバ１７に対して挿抜するための機構である。挿抜機構は、ケーシング１４０内に収容された筒状部材１２０を、軸方向前方に移動させることにより、筒状部材１２０を、機体内から隔壁１３の開口１３ｂを通じてチャンバ１７内に挿入する。また、挿抜機構は、チャンバ１７内に挿入された筒状部材１２０を、軸方向後方に移動させることにより、筒状部材１２０を、チャンバ１７内から開口１３ｂを通じて機体内に抜去する。

摺動機構は、筒状部材１２０の内部においてピストン１３０を軸方向に摺動させるための機構である。摺動機構は、筒状部材１２０の後端側に配置されたピストン１３０を、軸方向前方に摺動させて、筒状部材１２０の前端側に押し出す。また、摺動機構は、筒状部材１２０の前端側に配置されたピストン１３０を、軸方向後方に摺動させて、筒状部材１２０の後端側に引き込む。このように、摺動機構は、筒状部材１２０の内部においてピストン１３０を軸方向に前進または後退させる。

なお、上記の挿抜機構と摺動機構は、図２～図６に示す第１～第３の実施形態のように、共通の１つの移動機構（１つのジャッキ１５０、または、１つの空圧装置１６０など）で構成されてもよいし、図７～図１１に示す第４～第６の実施形態のように、相異なる複数の移動機構の組合せ（例えば、ジャッキ１５０と空圧装置１６０の組合せ、または、複数のジャッキ１８０、１９０の組合せ、複数の油圧機構２１０、２２の組合せなど）で構成されてもよい。挿抜機構と摺動機構の具体的な構成の詳細については、後述する。

<２．３．土砂サンプリング装置のサンプリング動作の概要>
次に、図２Ａ～図２Ｄの例を参照して、本実施形態に係る土砂サンプリング装置１００による掘削土砂のサンプリング動作の概要について説明する。

隔壁１３に形成された開口１３ｂに装着された土砂サンプリング装置１００を用いて、チャンバ１７内の掘削土砂をサンプリングする前に、まず、図２Ａに示すように、ケーシング１４０に設けられた開閉弁１１０の弁体１１２を閉じて、隔壁１３の開口１３ｂに連通するケーシング１４０の内部空間（筒状部材１２０の移動通路）を遮断する。これにより、チャンバ１７内の掘削土砂が、開口１３ｂおよび当該移動通路を通じて機体内に侵入することを防止できる。次いで、ケーシング１４０の内部空間の後部側に筒状部材１２０をセットする。このとき、予め摺動機構によりピストン１３０を筒状部材１２０内で軸方向前方に摺動させておくことによって、ピストン１３０は、筒状部材１２０内における前端開口１２１側に配置されている。

次いで、図２Ｂに示すように、開閉弁１１０の弁体１１２を開けて、ケーシング１４０内の筒状部材１２０の移動通路を開放し、隔壁１３の開口１３ｂと連通させる。その後、挿抜機構により筒状部材１２０を軸方向に前進させて、開口１３ｂからチャンバ１７内に挿入する。このとき、挿入された筒状部材１２０の前端開口１２１がチャンバ１７内の所望のサンプリング位置に配置されるように、筒状部材１２０の挿入ストロークＬ２が調整される。また、チャンバ１７内に筒状部材１２０を挿入するときには、ピストン１３０は筒状部材１２０の前端開口１２１側に配置されている。このため、ピストン１３０が筒状部材１２０の前端開口１２１を塞ぐ栓として機能するため、筒状部材１２０の前端開口１２１から内部に掘削土砂が侵入しない。

土砂サンプリング装置１００は、上記のように、開閉弁１１０により筒状部材１２０の移動通路を開け、筒状部材１２０をチャンバ１７内に挿入して固定した状態（図２Ｂ参照。）で、図２Ｃに示すように、摺動機構により、筒状部材１２０の前端側に配置されたピストン１３０を、軸方向後方に摺動させて、筒状部材１２０の後端側に引き込む。このピストン１３０の引き込みによる吸引力によって、チャンバ１７内の掘削土砂が筒状部材１２０の前端開口１２１から筒状部材１２０の内部に取り込まれる。この結果、ピストン１３０の後退に伴い生じた筒状部材１２０の内部空間に、チャンバ１７内の掘削土砂が入り込んで充満する。

次いで、図２Ｄに示すように、掘削土砂を取り込んだ筒状部材１２０を、挿抜機構により軸方向後方に移動させて、チャンバ１７内から機体内に抜去し、ケーシング１４０内における開閉弁１１０よりも後方側に配置する。その後、開閉弁１１０の弁体１１２を閉めて、ケーシング１４０内の筒状部材１２０の移動通路を遮断する。これにより、チャンバ１７内の掘削土砂が、隔壁１３の開口１３ｂおよび当該移動通路を通じて機体内に侵入することを防止できる。その上で、機体内で、掘削土砂を取り込んだ筒状部材１２０をケーシング１４０から取り外して、掘削土砂のサンプリング（採取）が完了する。

<２．４．土砂サンプリング装置の作用効果>
以上のように、本実施形態によれば、従来技術と比較してシンプルな機械構造の土砂サンプリング装置１００を用いて、チャンバ１７内の掘削土砂を安全かつ確実にサンプリングすることができる。さらに、本実施形態に係る土砂サンプリング装置１００は、隔壁１３の開口１３ｂに簡単に取り付け可能な構造であるので、取り扱いが簡便であり、低コストで汎用性も高く、既存のトンネル掘削機に対しても容易に追加設置できる。

また、本実施形態によれば、筒状部材１２０とピストン１３０を用いた吸引動作により、チャンバ１７内の掘削土砂を筒状部材１２０の内部に自然に取り込んで、サンプリングすることができる。したがって、従来のスクリュー羽根式の土砂サンプリング装置のように掘削土砂を混錬することなく、チャンバ１７内の掘削土砂を筒状部材１２０内に円滑に取り込んでサンプリングできる。よって、サンプリング時に掘削土砂の性状を変化させることがないので、チャンバ１７内の掘削土砂の性状を正確に把握することが可能である。

さらに、本実施形態に係る土砂サンプリング装置１００は、比較的シンプルな構造であるとともに、開閉弁１１０やケーシング１４０等を備えており、構造的な密閉性に優れる。このため、チャンバ１７内の掘削土砂が、土砂サンプリング装置１００を通じて機体内に噴発することを防止できる。したがって、本実施形態に係る土砂サンプリング装置１００は、土圧式シールドマシンだけでなく、泥水式シールドマシン等にも好適に適用可能であり、サンプリング作業の安全性も高い。

加えて、本実施形態に係る土砂サンプリング装置１００によれば、チャンバ１７内への筒状部材１２０の挿入ストロークＬ２を変更することにより、チャンバ１７内の前後方向の任意の位置から掘削土砂をサンプリングすることができる。例えば、挿入ストロークＬ２を長くすれば、カッタヘッド１１の背面近辺の掘削土砂をサンプリングでき、挿入ストロークＬ２を短くすれば、隔壁１３付近の掘削土砂をサンプリングできる。したがって、隔壁１３付近の掘削土砂だけでなく、隔壁１３から前方に離隔した位置など、チャンバ１７内の任意のサンプリング位置の掘削土砂を、容易かつ適切にサンプリングできる。よって、チャンバ１７内におけるサンプリング位置の自由度が高く、チャンバ１７内の各サンプリング位置での掘削土砂の性状を正確に把握することができる。

なお、本実施形態では、チャンバ１７内への筒状部材１２０の挿入方向が、トンネル掘削機１の軸方向（トンネル延伸方向）と平行である例について説明するが、当該挿入方向は、トンネル掘削機１の軸方向に対して斜め方向に偏向してもよい。これにより、チャンバ１７内のより多様な位置の掘削土砂を、多様な方向から容易にサンプリング可能となる。

以上、本実施形態に係る土砂サンプリング装置１００の概要について説明した。以下では、土砂サンプリング装置１００の複数の具体例について詳述する。

<３．土砂サンプリング装置の具体例>
次に、図２～図１１を参照して、本実施形態に係る土砂サンプリング装置１００の複数の具体例について説明する。以下では、挿抜機構と摺動機構が共通の１つの移動機構で構成される場合（第１～第３の実施形態：図２～図６参照。）と、挿抜機構と摺動機構が別々の複数の移動機構の組合せで構成される場合（第４～第６の実施形態：図７～図１１参照。）とに分けて説明する。

<３．１．挿抜機構と摺動機構が共通の移動機構の場合>
図２～図６に示すように、第１～第３の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００では、筒状部材１２０をチャンバ１７に挿抜する挿抜機構と、筒状部材１２０内でピストン１３０を摺動させる摺動機構とが、共通の１つの移動機構で構成されている。

移動機構は、概略的には、動力付与装置と、係止部材とを備える。動力付与装置は、筒状部材１２０の内部においてピストン１３０を筒状部材１２０の軸方向に移動させるための動力をピストン１３０に付与する。ここで、動力付与装置は、第１の実施形態（図２、図３参照。）および第２の実施形態（図４参照。）のようにジャッキ１５０で構成されてもよいし、あるいは、第３の実施形態（図５、図６参照。）のように空圧装置１６０で構成されてもよい。

係止部材は、ピストン１３０とともに筒状部材１２０を軸方向に移動させるために、複数の部材を相互に係止する部材である。係止部材は、筒状部材１２０とピストン１３０とが連動して移動するように、筒状部材１２０とピストン１３０等を相互に係止する。係止部材は、第１の実施形態（図２、図３参照。）および第３の実施形態（図５、図６参照。）のように、筒状部材１２０とピストン１３０とを係止する前後１組のストッパー１２３、１２４で構成されてもよい。あるいは、係止部材は、第２の実施形態（図４参照。）のように、筒状部材１２０とピストン１３０とを係止する後方ストッパー１２４と、筒状部材１２０とジャッキ１５０とを係止するストッパー１５５との組合せであってもよい。

このように、挿抜機構と摺動機構とを共通の１つの移動機構で構成することにより、筒状部材１２０の挿抜動作と、ピストン１３０の摺動動作を１つの機構で実現できる。したがって、挿抜機構および摺動機構の部品点数を低減でき、機械構造を簡素化できるので、土砂サンプリング装置１００による挿抜動作と摺動動作の信頼性を向上することができる。

<３．１．１．第１の実施形態>
次に、図２および図３を参照して、本発明の第１の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００について詳細に説明する。図２Ａ～図２Ｄは、第１の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００の動作を示す断面図である。図３は、第１の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００の筒状部材１２０の周辺構成を示す拡大断面図である。

まず、第１の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００の構成について説明する。図２および図３に示すように、第１の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００は、共通の移動機構（挿抜機構および摺動機構）の動力付与装置として、１つのジャッキ１５０を備える。ジャッキ１５０は、例えば、油圧ジャッキで構成されることが好ましいが、エアージャッキなど他の種類のジャッキで構成されてもよい。

ジャッキ１５０は、筒状部材１２０の軸方向に伸縮可能な伸縮ロッド１５１と、当該伸縮ロッド１５１を収容および支持するジャッキ本体１５２とを有する。図３に示すように、ジャッキ１５０の伸縮ロッド１５１は、ケーシング１４０の後端部に貫通形成された後端開口１４２からケーシング１４０の内部に挿入されるとともに、筒状部材１２０の後端部に貫通形成された後端開口１２２から筒状部材１２０の内部に挿入される。伸縮ロッド１５１は、ケーシング１４０の後端開口１４２および筒状部材１２０の後端開口１２２に挿通されて、ピストン１３０に接続されており、ケーシング１４０および筒状部材１２０には接続されていない。

ジャッキ本体１５２は、筒状部材１２０を収容するケーシング１４０の後方に配置される。ジャッキ本体１５２の前端部は、ケーシング１４０の後端部に接続されて固定されている。ジャッキ１５０は、ケーシング１４０に対して固定されたジャッキ本体１５２に対して、伸縮ロッド１５１を伸縮させる。かかる伸縮ロッド１５１の伸縮により、筒状部材１２０の内部でピストン１３０を軸方向に摺動させるとともに、当該ピストン１３０の摺動動作に連動させて、ケーシング１４０の内部で筒状部材１２０を軸方向に摺動させることができる。

かかるピストン１３０と筒状部材１２０の連動を実現するために、第１の実施形態では、ピストン１３０と筒状部材１２０とを係止する係止部材として、筒状部材１２０に前後１組のストッパー１２３、１２４が形成されている。詳細には、係止部材は、筒状部材１２０の前端側に設けられる前方ストッパー１２３と、筒状部材１２０の後端側に設けられる後方ストッパー１２４とを有する。

筒状部材１２０の前端と後端にそれぞれ設けられた前方ストッパー１２３と後方ストッパー１２４により、筒状部材１２０内におけるピストン１３０の摺動可能範囲が規制される。ピストン１３０は、図２Ａおよび図２Ｃに示す摺動ストロークＬ１の範囲内で、筒状部材１２０の内部を軸方向前方および後方に摺動可能である。

前方ストッパー１２３は、筒状部材１２０の前端開口１２１に設けられる。前方ストッパー１２３は、筒状部材１２０の前端部の内周面に沿って環状、または間欠的な部分円弧状に設けられ、当該内周面から筒状部材１２０の径方向中心に向けて張り出すように形成される。前方ストッパー１２３は、筒状部材１２０の前端側に摺動したピストン１３０を係止可能である（図２Ｂ参照。）。前方ストッパー１２３の径方向内側の開口部分が、筒状部材１２０の前端開口１２１となり、当該前端開口１２１は、後述する土砂サンプリング時における掘削土砂の流入口となる。この観点から、前方ストッパー１２３によりピストン１３０を係止可能な範囲内で、前方ストッパー１２３の大きさ（径方向の張り出し幅）をできるだけ小さくして、前方ストッパー１２３により筒状部材１２０の前端開口１２１を塞ぐ面積をできるだけ小さくすることが好ましい。これにより、掘削土砂の流入口である前端開口１２１の面積を広く確保することができ、掘削土砂を前端開口１２１から筒状部材１２０の内部に円滑に導入できようになる。

一方、後方ストッパー１２４は、筒状部材１２０の後端開口１２２に設けられる。後方ストッパー１２４は、筒状部材１２０の後端部の内周面に沿って環状に設けられ、当該内周面から筒状部材１２０の径方向中心に向けて張り出すように形成される。後方ストッパー１２４は、筒状部材１２０の後端側に摺動したピストン１３０を係止可能である（図２Ｃ参照。）。後方ストッパー１２４の径方向内側の開口部分が、筒状部材１２０の後端開口１２２となり、当該後端開口１２２は、前述のジャッキ１５０の伸縮ロッド１５１を挿通するための挿入孔として機能する。そして、後方ストッパー１２４は、上記のようにピストン１３０を係止する機能だけでなく、筒状部材１２０の後端部を塞ぐ遮蔽部材としても機能する。この観点から、後方ストッパー１２４の大きさ（径方向の張り出し幅）をできるだけ大きくして、後方ストッパー１２４により筒状部材１２０の後端部を塞ぐ面積をできるだけ大きくすることが好ましい。これにより、後述する土砂サンプリング時に筒状部材１２０の内部に取り込んだ掘削土砂が、筒状部材１２０の後端開口１２２から外部に漏れ出してしまうことを抑制できる。

以上のように、第１の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００は、挿抜機構の機能と摺動機構の機能とを兼ね備えた移動機構を具備し、当該移動機構は、動力付与装置としてのジャッキ１５０と、係止部材としての前方ストッパー１２３および後方ストッパー１２４とを備える。

かかる構成により、土砂サンプリング装置１００は、図２Ａおよび図２Ｂに示すように、筒状部材１２０内で前進させたピストン１３０を、筒状部材１２０の前方ストッパー１２３に当接させた状態で、ジャッキ１５０によりピストン１３０に対して軸方向前方の動力を付与する。これにより、ピストン１３０とともに筒状部材１２０を軸方向前方に移動させて、チャンバ１７内に挿入することができる。さらに、土砂サンプリング装置１００は、図２Ｃおよび図２Ｄに示すように、後退したピストン１３０を筒状部材１２０の後方ストッパー１２４に当接させた状態で、ジャッキ１５０によりピストン１３０に対して軸方向後方の動力を付与する。これにより、ピストン１３０とともに筒状部材１２０を軸方向後方に移動させて、チャンバ１７から機体内に抜去することができる。

このように、第１の実施形態によれば、ピストン１３０および筒状部材１２０と、ジャッキ１５０との接続関係を工夫し、かつ、ストッパー１２３、１２４によりピストン１３０と筒状部材１２０とを相互に係止可能な構造にする。これによって、１つのジャッキ１５０を用いて、ピストン１３０と筒状部材１２０を連動させて軸方向に前進および後退させることができる。したがって、筒状部材１２０内でピストン１３０を摺動させる動作と、筒状部材１２０をチャンバ１７に対して挿抜する動作を、１つの移動機構（ジャッキ１５０）のみで実現できる。

次に、図２Ａ～図２Ｄを参照して、第１の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００による掘削土砂のサンプリング動作について説明する。

図２Ａは、土砂サンプリング動作前の待機状態を示す。図２Ａに示すように、隔壁１３の後方の機体内において、土砂サンプリング装置１００が隔壁１３の開口１３ｂ付近に装着される。具体的には、ケーシング１４０の先端部が隔壁１３の開口１３ｂに装着され、当該ケーシング１４０の内部に筒状部材１２０およびピストン１３０が設置される。ピストン１３０は、予めジャッキ１５０（摺動機構）により筒状部材１２０内における軸方向前方側（チャンバ１７側）に摺動させられ、前方ストッパー１２３に当接する位置まで押し出されている。

図２Ａに示す待機状態では、ケーシング１４０に装着された開閉弁１１０は、閉状態となっており、その弁体１１２によりケーシング１４０の内部空間（即ち、筒状部材１２０の移動通路）が遮断されている。このため、チャンバ１７内の掘削土砂は、開閉弁１１０により遮断されるので、当該掘削土砂が隔壁１３の開口１３ｂやケーシング１４０の内部空間を通じて機体内に侵入することを防止できる。さらに、筒状部材１２０の内部にはピストン１３０が設置されており、当該ピストン１３０も、筒状部材１２０の内部空間を遮断して、機体内への掘削土砂の侵入を防ぐ栓として機能する。これら開閉弁１１０、筒状部材１２０、ピストン１３０およびケーシング１４０からなる複合的な遮蔽機能により、土砂サンプリング装置１００を通じた機体内への掘削土砂の噴発を、より確実に防止できる。

次いで、土砂サンプリング動作を開始するとき、まず、図２Ｂに示すように、開閉弁１１０の弁体１１２を開けて、ケーシング１４０内の筒状部材１２０の移動通路を開放する。その後、ジャッキ１５０（挿抜機構）の伸縮ロッド１５１を伸張することにより、ピストン１３０を軸方向前方に押し出す。このとき、ピストン１３０は筒状部材１２０の前方ストッパー１２３に当接しているため、筒状部材１２０は、ピストン１３０とともに軸方向前方に移動する。この結果、筒状部材１２０が、ケーシング１４０内の移動通路を前進して、開閉弁１１０を通過し、隔壁１３の開口１３ｂからチャンバ１７内に挿入される。この挿入時には、チャンバ１７に挿入された筒状部材１２０の前端開口１２１がチャンバ１７内の所望のサンプリング位置に配置されるように、筒状部材１２０の挿入ストロークＬ２が調整される。

その後、図２Ｃに示すように、ジャッキ１５０（摺動機構）の伸縮ロッド１５１を収縮することにより、筒状部材１２０内でピストン１３０を軸方向後方に摺動させて、筒状部材１２０の後端側に引き込む。このときのピストン１３０の摺動ストロークＬ１は、上記図２Ａに示す摺動ストロークＬ１と同一である。この結果、ピストン１３０は、筒状部材１２０の後端開口１２２側に摺動して、後方ストッパー１２４に当接する。このようなピストン１３０の引き込みによる吸引力によって、チャンバ１７内の掘削土砂が、筒状部材１２０の前端開口１２１から筒状部材１２０の内部に取り込まれて、充満する。

次いで、ピストン１３０が後方ストッパー１２４に当接した状態のまま、ジャッキ１５０（摺動機構および挿抜機構）の伸縮ロッド１５１をさらに収縮して、ピストン１３０を引き戻す。このとき、ピストン１３０は後方ストッパー１２４に当接しているため、筒状部材１２０は、ピストン１３０とともに軸方向後方に移動する。これにより、筒状部材１２０は、ケーシング１４０内の移動通路を後退して、開閉弁１１０を通過し、図２Ｄに示すように、チャンバ１７から機体内に抜去されて、ケーシング１４０内に退避される。そして、筒状部材１２０の後端がケーシング１４０の後端に当接したときに（即ち、筒状部材１２０の抜去ストロークが上記図２Ｂの挿入ストロークＬ２と同一になったときに）、ジャッキ１５０の収縮を停止するとともに、開閉弁１１０を閉めて、弁体１１２によりケーシング１４０の内部空間（筒状部材１２０の移動通路）を遮断する。

これにより、チャンバ１７内の掘削土砂を内部に取り込んだ筒状部材１２０を、隔壁１３より後方の機体内に回収することができる。このとき、ケーシング１４０の前側に配置された開閉弁１１０が閉められているので、チャンバ１７内の掘削土砂が、隔壁１３の開口１３ｂおよびケーシング１４０の内部空間を通じて機体内に侵入することを防止できる。その後、機体内において、掘削土砂を取り込んだ筒状部材１２０をピストン１３０とともに、ケーシング１４０から取り外す。そして、筒状部材１２０の内部から、掘削土砂を取り出すことにより、掘削土砂のサンプリングが完了する。

以上、第１の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００を用いた土砂サンプリング方法について説明した。第１の実施形態によれば、筒状部材１２０の挿抜動作とピストン１３０の摺動動作を、共通の１つの移動機構（ジャッキ１５０）で実現できる。よって、上述したように部品点数を低減でき、機械構造を簡素化でき、挿抜動作と摺動動作の信頼性を向上することができる。

さらに、第１の実施形態では、移動機構の動力付与装置を、１つのジャッキ１５０、例えば油圧ジャッキで構成する。これにより、動力付与装置として出力の大きいジャッキ１５０を用いることで、動力付与装置の確実な動作（挿抜動作、摺動動作）を実現することができる。

また、係止部材として、筒状部材１２０の両端に２つのストッパー（前方ストッパー１２３および後方ストッパー１２４）を設けるというシンプルな構造により、筒状部材１２０とピストン１３０を連動させて移動させることができる。これによっても、移動機構の部品点数を低減でき、機械構造を簡素化できる。

なお、筒状部材１２０の挿抜動作とピストン１３０の摺動動作の順序を、意図したものにするために、土砂サンプリング装置１００の構造に配慮を加えてもよい。例えば、上記の本実施形態に係る動作順序においては、前進および後退の双方とも、ピストン１３０の摺動動作の方が筒状部材１２０の挿抜動作よりも先となる。このため、筒状部材１２０の挿抜動作が後になるように、例えば、当該挿抜動作の機構部に当該挿抜動作を鈍くするための抵抗を設けてもよいし、あるいは、当該挿抜動作の機構部に機械的なロック機構を設けて、ピストン１３０の摺動動作後に当該ロック機構を解除してもよい。これらの追加構成により、筒状部材１２０の挿抜動作とピストン１３０の摺動動作の順序を、意図したものにすることができる。

<３．１．２．第２の実施形態>
次に、図４を参照して、本発明の第２の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００について詳細に説明する。図４Ａ～図４Ｄは、第２の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００の動作を示す断面図である。

第２の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００（図４参照。）は、上記第１の実施形態（図２、図３参照。）と比べて、係止部材の構成が相違し、その他の構成要素については、第１の実施形態と同様である。そこで、以下では、第２の実施形態の特徴である係止部材の相違点を中心に説明し、その他の構成要素については詳細説明を省略する。

図４に示すように、第２の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００は、係止部材として、第１の実施形態に係る筒状部材１２０の前方ストッパー１２３（図３参照。）の代わりに、ジャッキ１５０の伸縮ロッド１５１にストッパー１５５を設ける点で相違する。

詳細には、第２の実施形態では、上記第１の実施形態と同様に筒状部材１２０の後端部に後方ストッパー１２４が設けられているが、筒状部材１２０の前端部には、上記第１の実施形態のような前方ストッパー１２３が設けられていない。第２の実施形態では、第１の実施形態の前方ストッパー１２３の代わりに、ジャッキ１５０の伸縮ロッド１５１の中程に、ストッパー１５５が設けられている。ストッパー１５５は、伸縮ロッド１５１から径方向外側に張り出すように形成された円盤状のストッパーである。ストッパー１５５は、筒状部材１２０の後端部（後方ストッパー１２４）を係止可能である。

ストッパー１５５は、ケーシング１４０の内部において、筒状部材１２０の後端部とケーシング１４０の後端部との間に配置される。図４Ａ、図４Ｂに示すように、ジャッキ１５０の伸縮ロッド１５１を伸張させて、前進したピストン１３０が筒状部材１２０の前端開口１２１付近に位置するときに、ストッパー１５５が筒状部材１２０の後端部と当接するように、伸縮ロッド１５１におけるストッパー１５５の形成位置が調整されている。これにより、ジャッキ１５０の伸縮ロッド１５１を伸張させることで、ストッパー１５５により筒状部材１２０を軸方向前方に押し出して、筒状部材１２０をチャンバ１７に挿入することができる。

また、図４Ｃ、図４Ｄに示すように、ジャッキ１５０の伸縮ロッド１５１を収縮させることにより、後退したピストン１３０を筒状部材１２０の後方ストッパー１２４に当接させ、ケーシング１４０内で筒状部材１２０をピストン１３０とともに後退させるときに、同じく後退したストッパー１５５がケーシング１４０の後端部と干渉しないようにする必要がある。このため、第２の実施形態では、第１の実施形態と比べて、ケーシング１４０が後方側に長く延びるように形成されており、ケーシング１４０の内部に、後退したストッパー１５５が退避するためのスペースが確保されている。なお、この場合のケーシング１４０は、筒状部材１２０の収容部として水密が確保できていれば、ケーシング１４０のうちストッパー１５５が退避するためのスペースに対応する位置に、当該ストッパー１５５の点検用の窓（開口）が設けられてもよい。

以上のような第２の実施形態の場合でも、上記第１の実施形態と同様に、掘削土砂のサンプリング動作時に、ジャッキ１５０、後方ストッパー１２４およびストッパー１５５により、筒状部材１２０とピストン１３０とを連動させて、前進および後退させることができる。

即ち、図４Ａに示す待機状態では、ストッパー１５５は、筒状部材１２０の後端部の後方ストッパー１２４に当接しており、ピストン１３０は、筒状部材１２０の前端開口１２１付近に配置されている。この待機状態から、ジャッキ１５０を伸張させると、ストッパー１５５の係止機能により、筒状部材１２０を前方に押し出すことができる。この結果、図４Ｂに示すように、ピストン１３０とともに筒状部材１２０を前進させて、チャンバ１７内に挿入することができる。

次いで、ジャッキ１５０を収縮させると、図４Ｃに示すように、ピストン１３０が筒状部材１２０内を後退して、チャンバ１７内の掘削土砂が筒状部材１２０の内部に取り込まれるとともに、ピストン１３０が筒状部材１２０の後端部の後方ストッパー１２４に当接して係止される。そして、この図４Ｃの状態から、ジャッキ１５０をさらに収縮させて、ピストン１３０を後退させると、図４Ｄに示すように、後方ストッパー１２４の係止機能により、ピストン１３０とともに筒状部材１２０も後退して、チャンバ１７から機体内に抜去される。この抜去時には、ストッパー１５５は、後方に長く延びるケーシング１４０の内部空間を後退できるので、ケーシング１４０の後端部と干渉することがない。

以上のように、第２の実施形態では、ジャッキ１５０の伸縮ロッド１５１に設けられたストッパー１５５を用いて、上記第１の実施形態と同様にチャンバ１７内の掘削土砂のサンプリング動作を実行することができる。したがって、第２の実施形態も、上記第１の実施形態と同様な作用効果を奏する。

なお、第２の実施形態においても、上記第１の実施形態と同様に、筒状部材１２０の挿抜動作とピストン１３０の摺動動作の順序を、意図したものにするために、土砂サンプリング装置１００の構造に配慮を加えてもよい。例えば、上記の本実施形態に係る動作順序においては、前進および後退の双方とも、ピストン１３０の摺動動作の方が筒状部材１２０の挿抜動作よりも先となる。このため、筒状部材１２０の挿抜動作が後になるように、例えば、当該挿抜動作の機構部に当該挿抜動作を鈍くするための抵抗を設けてもよいし、あるいは、当該挿抜動作の機構部に機械的なロック機構を設けて、ピストン１３０の摺動動作後に当該ロック機構を解除してもよい。これらの追加構成により、筒状部材１２０の挿抜動作とピストン１３０の摺動動作の順序を、意図したものにすることができる。

<３．１．３．第３の実施形態>
次に、図５、図６を参照して、本発明の第３の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００について詳細に説明する。図５Ａ～図５Ｄは、第３の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００の動作を示す断面図である。図６は、第３の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００の筒状部材１２０の周辺および空圧装置１６０の構成を示す模式図である。なお、説明の便宜上、図６では、ワイヤー１７０および巻取装置１７２の図示を省略してある。

第３の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００（図５、図６参照。）は、上記第１の実施形態（図２、図３参照。）と比べて、筒状部材１２０およびピストン１３０を移動させる共通の移動機構（挿抜機構および摺動機構）の動力付与装置として、上記ジャッキ１５０に代えて空圧装置１６０を用いる点で相違し、その他の構成要素については、第１の実施形態と同様である。そこで、以下では、第３の実施形態の特徴である空圧装置１６０を中心に説明し、その他の構成要素については詳細説明を省略する。

まず、第３の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００の構成について説明する。図５および図６に示すように、第３の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００は、共通の移動機構（挿抜機構および摺動機構）の動力付与装置として、１つの空圧装置１６０を備えており、さらに、当該動力付与装置の補助装置として、ワイヤー１７０および巻取装置１７２を備える。

空圧装置１６０は、エアーの圧力により筒状部材１２０およびピストン１３０を軸方向に移動させる機能を有する。図５および図６に示すように、土砂サンプリング装置１００は、隔壁１３の開口１３ｂ周辺に取り付けられ、筒状部材１２０を収容するケーシング１４０を有する。ケーシング１４０の内部空間は、隔壁１３の開口１３ｂと連通し、筒状部材１２０の移動通路を形成している。空圧装置１６０は、ケーシング１４０の内部空間のうち、筒状部材１２０の後方側の空間に対して、エアーを供給および吸引可能である。

ここで、図６を参照して、空圧装置１６０の構成について詳細に説明する。図６に示すように、空圧装置１６０は、コンプレッサ１６１と、圧力調整弁１６２と、切換弁１６３と、サイレンサー１６４と、流路１６５、１６６、１６７と、を有する。

コンプレッサ１６１は、モータの動力により、大気圧よりも高圧のエアーを生成する。圧力調整弁１６２は、流路１６６を介してコンプレッサ１６１に接続され、コンプレッサ１６１で生成されたエアーの圧力を調整する。切換弁１６３は、流路１６５を介してケーシング１４０に接続され、流路１６６を介して圧力調整弁１６２に接続され、流路１６７を介してサイレンサー１６４に接続されている。切換弁１６３は、流路１６５に連通する流路を、流路１６６または流路１６７に切り換える。かかる切換弁１６３の切換動作により、流路１６５と流路１６６を連通させることで、コンプレッサ１６１で生成された高圧のエアーをケーシング１４０に供給することができる。また、流路１６５と流路１６７を連通させることで、ケーシング１４０の内部空間からエアーを抜いて、サイレンサー１６４から大気に放出することができる。

ケーシング１４０の後端には、空圧装置１６０からのエアーをケーシング１４０の内部空間（筒状部材１２０よりも後方側の空間）に供給するための後端開口１４２が形成されている。さらに、筒状部材１２０の後端には、当該エアーを筒状部材１２０の内部空間（ピストン１３０よりも後方側の空間）に供給するための後端開口１２２が形成されている。後端開口１４２と後端開口１２２は、これら空間にエアーを送るための連通口として機能する。このように、空圧装置１６０の流路１６５と、ケーシング１４０の内部空間の後方部分と、筒状部材１２０の内部空間の後方部分とは、相互に連通しており、空圧装置１６０によりこれら空間にエアーを供給したり、当該空間からエアーを吸引したりできるようになっている。

ここで、図６を参照して、空圧装置１６０から供給されるエアーの圧力により、ピストン１３０および筒状部材１２０を軸方向に移動させる動作について説明する。なお、図６には、土砂サンプリング装置１００の各部における圧力（Ｐ１、Ｐａｔｍ、Ｐｘ、Ｐ０）も示してある。Ｐ０は、チャンバ１７内の土水圧である。Ｐｘは、ケーシング１４０および筒状部材１２０の内部空間（以下、「エアー室」という場合もある。）の気圧である。Ｐ１は、コンプレッサ１６１から供給される高圧エアーの気圧である。Ｐａｔｍは、大気圧である。Ｐ１は、ＰａｔｍおよびＰ０よりも大きい正圧である。

図６に示すように、チャンバ１７内の土水圧Ｐ０と、ケーシング１４０内のエアー室の気圧Ｐｘとの差圧により、筒状部材１２０内でピストン１３０を軸方向前方または後方に摺動させることができる。

例えば、コンプレッサ１６１からの高圧エアー（Ｐ１）を、ケーシング１４０内のエアー室に供給した場合、エアー室の気圧（Ｐｘ）は、Ｐｘ＝Ｐ１>Ｐ０となる。このように、Ｐｘ＝Ｐ１>Ｐ０とすれば、エアー室の高圧エアー（Ｐｘ）によりピストン１３０が軸方向前方に押圧されるので、筒状部材１２０内でピストン１３０を軸方向前方に摺動（前進）させることができる。さらに、前進するピストン１３０と筒状部材１２０の前方ストッパー１２３が当接するので、ケーシング１４０内でピストン１３０とともに筒状部材１２０を軸方向前方に摺動（前進）させて、筒状部材１２０を機体内からチャンバ１７に挿入することができる。

一方、切換弁１６３を切り換えて、ケーシング１４０内のエアー室をサイレンサー１６４に連通させて、エアー室内の高圧エアーを抜いた場合、エアー室の気圧（Ｐｘ）は、Ｐｘ＝Ｐａｔｍ<Ｐ０となる。このように、Ｐｘ＝Ｐａｔｍ<Ｐ０とすれば、チャンバ１７内の土水圧（Ｐ０）とエアー室の気圧（Ｐｘ）との差圧により、ピストン１３０が軸方向後方に吸引されるので、筒状部材１２０内でピストン１３０を軸方向後方に摺動（後退）させることができる。さらに、後退するピストン１３０と筒状部材１２０の後方ストッパー１２４が当接するので、ケーシング１４０内でピストン１３０とともに筒状部材１２０を軸方向後方に摺動（後退）させて、筒状部材１２０をチャンバ１７から機体内に抜去することができる。

また、図６に示す空圧装置１６０において、サイレンサー１６４に替えて、バキュームポンプ（負圧発生ポンプ）を設置してもよい。これにより、バキュームポンプを用いてケーシング１４０内のエアー室に負圧（Ｐｘ）を発生させて、Ｐｘ<Ｐａｔｍ<Ｐ０とすることができる。したがって、より強力な吸引力でピストン１３０を吸引できるので、より確実にピストン１３０を軸方向後方に摺動（後退）させることが可能になる。

続いて、図５を参照して、ワイヤー１７０および巻取装置１７２の構成について説明する。上述したように、ワイヤー１７０および巻取装置１７２は、ピストン１３０および筒状部材１２０を軸方向に移動させる移動機構（挿抜機構および摺動機構）の動力付与装置の補助装置として機能する。

図５に示すように、ワイヤー１７０の一端は、ケーシング１４０の後端開口１４２と筒状部材１２０の後端開口１２２を通じて、ピストン１３０に接続されており、筒状部材１２０には接続されていない。ワイヤー１７０の他端は、ケーシング１４０の外部に設置される巻取装置１７２に接続されている。巻取装置１７２は、ワイヤー１７０を巻き取ったり、送り出したりすることが可能な装置である。

かかる巻取装置１７２により、ワイヤー１７０を巻き取ることにより、筒状部材１２０内でピストン１３０を軸方向後方に牽引して、強制的に後退させることができる。したがって、上記空圧装置１６０のエアーによる吸引力が不足する場合に、巻取装置１７２を動作させることで、より確実にピストン１３０および筒状部材１２０を後退させることができる。なお、空圧装置１６０のエアーの圧力（Ｐ１）のみで、ピストン１３０および筒状部材１２０を前進および後退させることが可能である場合には、ワイヤー１７０および巻取装置１７２を設けなくてもよい。

以上のように、第３の実施形態によれば、ピストン１３０と筒状部材１２０の移動機構として、空圧装置１６０を用いて、ピストン１３０および筒状部材１２０を移動させる。さらに、第１の実施形態と同様に、筒状部材１２０に設けられた前方ストッパー１２３と後方ストッパー１２４により、ピストン１３０と筒状部材１２０とを相互に係止可能な構造にする。これによって、空圧装置１６０を用いて、ピストン１３０と筒状部材１２０を連動させて軸方向に前進および後退させることができる。したがって、筒状部材１２０内でピストン１３０を摺動させる動作と、筒状部材１２０をチャンバ１７に挿抜する動作を、１つの移動機構（空圧装置１６０）のみで実現できる。

さらに、ワイヤー１７０と巻取装置１７２を、動力付与装置の補助装置として追加設置することにより、ピストン１３０および筒状部材１２０をより確実に後退させることが可能になる。

次に、図５Ａ～図５Ｄを参照して、第３の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００による掘削土砂のサンプリング動作について説明する。

まず、図５Ａに示す待機状態では、ケーシング１４０に装着された開閉弁１１０は、閉状態となっており、その弁体１１２によりケーシング１４０の内部空間（即ち、筒状部材１２０の移動通路）が遮断されている。当該ケーシング１４０の内部に筒状部材１２０およびピストン１３０が設置される。ピストン１３０は、予め空圧装置１６０（摺動機構）により筒状部材１２０内における軸方向前方側（チャンバ１７側）に摺動させられ、前方ストッパー１２３に当接する位置まで押し出されている。

次いで、土砂サンプリング動作を開始するとき、まず、図５Ｂに示すように、開閉弁１１０を開けた後に、空圧装置１６０（挿抜機構）によりケーシング１４０内のエアー室に高圧エアーを供給する。この高圧エアーの圧力により、ピストン１３０を軸方向前方に押し出す。このとき、ピストン１３０は筒状部材１２０の前方ストッパー１２３に当接しているため、筒状部材１２０は、ピストン１３０とともに軸方向前方に移動する。この結果、筒状部材１２０が、ケーシング１４０内の移動通路を前進して、開閉弁１１０を通過し、隔壁１３の開口１３ｂからチャンバ１７内に挿入される。この挿入時には、チャンバ１７に挿入された筒状部材１２０の前端開口１２１がチャンバ１７内の所望のサンプリング位置に配置されるように、筒状部材１２０の挿入ストロークＬ２が調整される。

その後、図５Ｃに示すように、空圧装置１６０（摺動機構）により、ケーシング１４０内のエアー室からエアーを抜いて、ピストン１３０を軸方向後方に吸引する。これにより、筒状部材１２０内でピストン１３０を軸方向後方に摺動させて、筒状部材１２０の後端側に引き込む。この結果、ピストン１３０は、筒状部材１２０の後端開口１２２側に摺動して、後方ストッパー１２４に当接する。このようなピストン１３０の引き込みによる吸引力によって、チャンバ１７内の掘削土砂が、筒状部材１２０の前端開口１２１から筒状部材１２０の内部に取り込まれて、充満する。

次いで、図５Ｄに示すように、空圧装置１６０（摺動機構および挿抜機構）により、ケーシング１４０内のエアー室からエアーをさらに抜いて、ピストン１３０を軸方向後方に吸引して、ピストン１３０を引き戻す。このとき、ピストン１３０は後方ストッパー１２４に当接しているため、筒状部材１２０は、ピストン１３０とともに軸方向後方に移動する。これにより、筒状部材１２０は、ケーシング１４０内の移動通路を後退して、開閉弁１１０を通過し、チャンバ１７から機体内に抜去されて、ケーシング１４０内に退避される。そして、筒状部材１２０の後端がケーシング１４０の後端に当接したときに、空圧装置１６０の吸引動作を停止するとともに、開閉弁１１０を閉めて、弁体１１２によりケーシング１４０の内部空間（筒状部材１２０の移動通路）を遮断する。

以上のようにして、チャンバ１７内の掘削土砂を内部に取り込んだ筒状部材１２０を、隔壁１３より後方の機体内に回収することができる。その後、機体内において、掘削土砂を取り込んだ筒状部材１２０をピストン１３０とともに、ケーシング１４０から取り外す。そして、筒状部材１２０の内部から、掘削土砂を取り出すことにより、掘削土砂のサンプリングが完了する。

なお、上記図５Ｃおよび図５Ｄに示す吸引工程において、例えば、ピストン１３０、筒状部材１２０およびケーシング１４０が相互に固着しているときには、空圧装置１６０のエアーによる吸引力だけでは、ピストン１３０や筒状部材１２０を後退させることが困難である場合も想定される。

この場合には、空圧装置１６０（動力付与装置）の補助装置として、ワイヤー１７０と巻取装置１７２を用いて、ピストン１３０を後退させればよい。つまり、巻取装置１７２によりワイヤー１７０を巻き取って、ピストン１３０を軸方向後方に牽引することにより、図５Ｃに示すように、筒状部材１２０内でピストン１３０を強制的に後退させて、筒状部材１２０内に掘削土砂を取り込むことができる。さらに、図５Ｄに示すように、巻取装置１７２によりワイヤー１７０をさらに巻き取ることで、ピストン１３０とともに筒状部材１２０を強制的に後退させて、筒状部材１２０をチャンバ１７からケーシング１４０内に抜去することができる。

以上、第３の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００を用いた土砂サンプリング方法について説明した。第３の実施形態によれば、筒状部材１２０の挿抜動作とピストン１３０の摺動動作を、共通の１つの移動機構（空圧装置１６０）で実現できる。したがって、上述したように部品点数を低減でき、機械構造を簡素化でき、挿抜動作と摺動動作の信頼性を向上することができる。よって、第３の実施形態も、上記第１の実施形態と同様な作用効果を奏する。

また、第３の実施形態によれば、移動機構の動力付与装置として空圧装置１６０を用いているので、第１の実施形態のジャッキ１５０のような機械的な駆動装置を使用せずにすむ。したがって、第１の実施形態と比べて、動力付与装置の部品構成を簡略化でき、機体内における動力付与装置の設置スペースを低減することができる。

さらに、第３の実施形態によれば、軸方向前方へのピストン１３０の押し込みを、空圧装置１６０のエアーにより実行し、軸方向後方へのピストン１３０の引き戻しを、ワイヤー１７０の牽引により実行してもよい。これにより、ピストン１３０と筒状部材１２０との固着などが原因で、空圧装置１６０のエアーによるピストン１３０の吸引力が不足する場合であっても、巻取装置１７２によりワイヤー１７０を牽引するという機械的な動作により、ピストン１３０と筒状部材１２０をより確実に引き戻すことができる。

なお、第３の実施形態においても、上記第１の実施形態と同様に、筒状部材１２０の挿抜動作とピストン１３０の摺動動作の順序を、意図したものにするために、土砂サンプリング装置１００の構造に配慮を加えてもよい。例えば、上記の本実施形態に係る動作順序においては、前進および後退の双方とも、ピストン１３０の摺動動作の方が筒状部材１２０の挿抜動作よりも先となる。このため、筒状部材１２０の挿抜動作が後になるように、例えば、当該挿抜動作の機構部に当該挿抜動作を鈍くするための抵抗を設けてもよいし、あるいは、当該挿抜動作の機構部に機械的なロック機構を設けて、ピストン１３０の摺動動作後に当該ロック機構を解除してもよい。これらの追加構成により、筒状部材１２０の挿抜動作とピストン１３０の摺動動作の順序を、意図したものにすることができる。

<３．２．挿抜機構と摺動機構が別々の機構の組合せの場合>
次に、図７～図１１を参照して、筒状部材１２０をチャンバ１７に対して挿抜する挿抜機構と、筒状部材１２０内でピストン１３０を摺動させる摺動機構とが、別々の複数の移動機構の組合せで構成される例について説明する。

<３．２．１．第４の実施形態>
まず、図７、図８を参照して、本発明の第４の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００について説明する。図７Ａ～図７Ｄは、第４の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００の動作を示す断面図である。図８は、第４の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００の筒状部材１２０の周辺および空圧装置１６０の構成を示す拡大断面図である。

第４の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００（図７、図８参照。）は、上記第１の実施形態（図２、図３参照。）と比べて、挿抜機構としてジャッキ１５０が設けられ、かつ、摺動機構として空圧装置１６０が設けられている点で相違し、その他の構成要素については、第１の実施形態と同様である。そこで、以下では、第４の実施形態の特徴であるジャッキ１５０（挿抜機構）と空圧装置１６０（摺動機構）の組合せ構造を中心に説明し、その他の構成要素については詳細説明を省略する。

図７および図８に示すように、第４の実施形態では、筒状部材１２０をチャンバ１７に挿抜する挿抜機構は、筒状部材１２０の軸方向に伸縮可能なジャッキ１５０で構成される。一方、筒状部材１２０内でピストン１３０を摺動させる摺動機構は、筒状部材１２０内にエアーを供給および吸引可能な空圧装置１６０で構成される。このように、第４の実施形態では、動力付与装置として、ジャッキ１５０と空圧装置１６０という別々の機構が設けられている。

図８に示すように、第４の実施形態に係るジャッキ１５０（挿抜機構）は、筒状部材１２０の軸方向に伸縮可能な伸縮ロッド１５１と、当該伸縮ロッド１５１を収容および支持するジャッキ本体１５２とを有する。ジャッキ１５０の伸縮ロッド１５１は、ケーシング１４０の後端部に貫通形成された後端開口１４２からケーシング１４０の内部に挿入される。伸縮ロッド１５１は、ケーシング１４０の後端開口１４２に挿通されて、筒状部材１２０の後端部に接続されており、ケーシング１４０およびピストン１３０には接続されていない。

ジャッキ本体１５２は、筒状部材１２０を収容するケーシング１４０の後方に配置される。ジャッキ本体１５２の前端部は、ケーシング１４０の後端部に接続されて固定されている。ジャッキ１５０は、ケーシング１４０に対して固定されたジャッキ本体１５２に対して、伸縮ロッド１５１を伸縮させる。かかる伸縮ロッド１５１の伸縮により、ケーシング１４０の内部で筒状部材１２０を軸方向に摺動させることができ、これによって、筒状部材１２０をチャンバ１７に対して挿抜することができる。

即ち、土砂サンプリング装置１００は、ジャッキ１５０を伸長させることにより、ケーシング１４０内で筒状部材１２０を軸方向前方に移動させて、隔壁１３の開口１３ｂを通じてチャンバ１７内に挿入できる。さらに、ジャッキ１５０を収縮させることにより、筒状部材１２０を軸方向後方に移動させて、チャンバ１７内から開口１３ｂを通じて機体内に抜去することができる。

また、第４の実施形態に係る筒状部材１２０は、その前端部が開放されており、前端開口１２１を有している。前端開口１２１の周囲には、上記第１の実施形態と同様の前方ストッパー１２３が、径方向中心に向けて張り出すように形成されている。この前方ストッパー１２３は、ピストン１３０を係止可能である。一方、筒状部材１２０の後端部は、閉塞されており、第１の実施形態のような後端開口（図３参照。）が形成されておらず、エアーが漏れ出さないようになっている。筒状部材１２０の後端部には、エアー用ホース１６８が導入されている。

第４の実施形態に係る空圧装置１６０（摺動機構）は、筒状部材１２０の内部空間のうちピストン１３０よりも後方側の空間（エアー室）に対して、エアーを供給および吸引可能である。図８に示すように、空圧装置１６０は、コンプレッサ１６１と、圧力調整弁１６２と、切換弁１６３と、サイレンサー１６４と、流路１６６、１６７と、エアー用ホース１６８とを有する。第４の実施形態に係る空圧装置１６０の構成は、上記第３の実施形態に係る空圧装置１６０（図６参照。）と略同一であるので、詳細説明は省略する。

ただし、第４の実施形態に係る空圧装置１６０は、エアー用ホース１６８を通じて筒状部材１２０に接続されている。エアー用ホース１６８は、可動部である筒状部材１２０に対してエアーを円滑に供給および吸引可能にするために、筒状部材１２０の前進および後退に伴って伸縮可能に構成されている。空圧装置１６０は、このエアー用ホース１６８により、筒状部材１２０の内部空間のうちピストン１３０の後方側の空間（エアー室）に対して、エアーを供給および吸引する。切換弁１６３は、エアー用ホース１６８に連通する流路を、流路１６６または流路１６７に切り換える。かかる切換弁１６３の切換動作により、エアー用ホース１６８と流路１６６を連通させることで、コンプレッサ１６１で生成された高圧のエアーを筒状部材１２０内のエアー室に供給することができる。また、エアー用ホース１６８と流路１６７を連通させることで、筒状部材１２０内のエアー室からエアーを抜いて、サイレンサー１６４から大気に放出することができる。

ここで、図８を参照して、空圧装置１６０から供給されるエアーの圧力により、筒状部材１２０内でピストン１３０を軸方向に摺動させる動作について説明する。図８に示すように、チャンバ１７内の土水圧Ｐ０と、筒状部材１２０内のエアー室の気圧Ｐｘとの差圧により、筒状部材１２０内でピストン１３０を軸方向前方または後方に摺動させることができる。

例えば、コンプレッサ１６１からの高圧エアー（Ｐ１）を、筒状部材１２０内のエアー室に供給して、Ｐｘ＝Ｐ１>Ｐ０とすれば、エアー室の高圧エアー（Ｐｘ）によりピストン１３０を軸方向前方に押圧して、筒状部材１２０内でピストン１３０を摺動（前進）させることができる。一方、切換弁１６３を切り換えて、筒状部材１２０内のエアー室からエアーを抜いて、Ｐｘ＝Ｐａｔｍ<Ｐ０とすれば、チャンバ１７内の土水圧（Ｐ０）とエアー室の気圧（Ｐｘ）との差圧により、ピストン１３０を軸方向後方に吸引して、筒状部材１２０内でピストン１３０を軸方向後方に摺動（後退）させることができる。

また、図８に示す空圧装置１６０において、サイレンサー１６４に替えて、バキュームポンプ（負圧発生ポンプ）を設置してもよい。これにより、バキュームポンプを用いてケーシング１４０内のエアー室に負圧（Ｐｘ）を発生させて、Ｐｘ<Ｐａｔｍ<Ｐ０とすることができる。したがって、より強力な吸引力でピストン１３０を吸引できるので、より確実にピストン１３０を軸方向後方に摺動（後退）させることが可能になる。

次に、図７Ａ～図７Ｄを参照して、第４の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００による掘削土砂のサンプリング動作について説明する。

まず、図７Ａに示す待機状態では、ケーシング１４０に装着された開閉弁１１０は、閉状態となっている。当該ケーシング１４０の内部に筒状部材１２０およびピストン１３０が設置される。なお、この待機状態では予め、空圧装置１６０（摺動機構）によりエアー用ホース１６８を通じて筒状部材１２０内のエアー室に高圧エアーを供給する。これによって、ピストン１３０は、筒状部材１２０内で軸方向前方側に摺動して、前方ストッパー１２３に当接する位置まで押し出されている。

次いで、土砂サンプリング動作を開始するとき、まず、図７Ｂに示すように、開閉弁１１０を開けた後に、ジャッキ１５０（挿抜機構）の伸縮ロッド１５１を伸張することにより、筒状部材１２０を軸方向前方に押し出す。この結果、筒状部材１２０が、ケーシング１４０内の移動通路を前進して、開閉弁１１０を通過し、隔壁１３の開口１３ｂからチャンバ１７内に挿入される。この挿入時には、チャンバ１７に挿入された筒状部材１２０の前端開口１２１がチャンバ１７内の所望のサンプリング位置に配置されるように、筒状部材１２０の挿入ストロークＬ２が調整される。

その後、図７Ｃに示すように、空圧装置１６０（摺動機構）により、筒状部材１２０内のエアー室からエアー用ホース１６８を通じてエアーを抜いて、ピストン１３０を軸方向後方に吸引する。これにより、筒状部材１２０内でピストン１３０を軸方向後方に摺動させて、筒状部材１２０内の後端側に引き込む。このようなピストン１３０の引き込みによる吸引力によって、チャンバ１７内の掘削土砂が、筒状部材１２０の前端開口１２１から筒状部材１２０の内部に取り込まれて、充満する。筒状部材１２０内の後端側に引き込まれたピストン１３０は、筒状部材１２０の後端部により係止され、摺動ストロークＬ１以上の後退が制限される。

次いで、図７Ｄに示すように、ジャッキ１５０（挿抜機構）の伸縮ロッド１５１を収縮して、筒状部材１２０を引き戻す。これにより、筒状部材１２０は、ケーシング１４０内の移動通路を後退して、開閉弁１１０を通過し、チャンバ１７から機体内に抜去されて、ケーシング１４０内に退避される。そして、筒状部材１２０の後端部がケーシング１４０の後端部に当接したときに、ジャッキ１５０の収縮を停止するとともに、開閉弁１１０を閉めて、弁体１１２によりケーシング１４０の内部空間（筒状部材１２０の移動通路）を遮断する。

以上のようにして、チャンバ１７内の掘削土砂を内部に取り込んだ筒状部材１２０を、隔壁１３より後方の機体内に回収することができる。その後、機体内において、掘削土砂を取り込んだ筒状部材１２０をピストン１３０とともに、ケーシング１４０から取り外す。そして、筒状部材１２０の内部から、掘削土砂を取り出すことにより、掘削土砂のサンプリングが完了する。

なお、上記図７Ｃに示す吸引工程において、例えば、ピストン１３０と筒状部材１２０が相互に固着しているときには、空圧装置１６０のエアーによる吸引力だけでは、ピストン１３０や筒状部材１２０を後退させることが困難である場合も想定される。この場合には、上記第３の実施形態と同様に、空圧装置１６０（動力付与装置）の補助装置としてワイヤー１７０と巻取装置１７２（図５参照。）を用いて、ピストン１３０を後方に牽引して後退させてもよい。

以上、第４の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００を用いた土砂サンプリング方法について説明した。第４の実施形態によれば、筒状部材１２０の挿抜機構としてジャッキ１５０を用いるとともに、ピストン１３０の摺動機構として空圧装置１６０を用いる。これによって、筒状部材１２０内でピストン１３０を摺動させる動作と、筒状部材１２０をチャンバ１７に挿抜する動作を、独立した２つの機構（ジャッキ１５０と空圧装置１６０）で別々に実現できる。したがって、意図した動作を意図したタイミングで実施でき、筒状部材１２０の挿抜動作とピストン１３０の摺動動作を、それぞれ確実に実施することが可能になる。

<３．２．２．第５の実施形態>
次に、図９を参照して、本発明の第５の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００について詳細に説明する。図９Ａ～図９Ｄは、第５の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００の動作を示す断面図である。

第５の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００（図９Ａ～図９Ｄ参照。）は、上記第１の実施形態（図２、図３参照。）と比べて、挿抜機構として第１ジャッキ１８０が設けられ、かつ、摺動機構として第２ジャッキ１９０が設けられている点で相違し、その他の構成要素については、第１の実施形態と同様である。そこで、以下では、第５の実施形態の特徴である第１ジャッキ１８０（挿抜機構）と第２ジャッキ１９０（摺動機構）の組合せ構造を中心に説明し、その他の構成要素については詳細説明を省略する。

図９に示すように、第５の実施形態では、筒状部材１２０をチャンバ１７に挿抜する挿抜機構は、筒状部材１２０の軸方向に伸縮可能な第１ジャッキ１８０で構成される。また、筒状部材１２０内でピストン１３０を摺動させる摺動機構も、筒状部材１２０の軸方向に伸縮可能な第２ジャッキ１９０で構成される。これらの第１ジャッキ１８０および第２ジャッキ１９０はともに、例えば油圧ジャッキで構成されるが、他のタイプのジャッキで構成されてもよい。このように、第５の実施形態では、動力付与装置として、相異なる２つのジャッキ１８０、１９０が設けられている。

図９に示すように、第５の実施形態に係る第１ジャッキ１８０（挿抜機構）は、ケーシング１４０の外部に設置される。第２ジャッキ１９０（摺動機構）は、ケーシング１４０の内部であって、筒状部材１２０の外部に設置される。ケーシング１４０は、後方に長く延びるように形成されており、ケーシング１４０内には、筒状部材１２０に加えて、第２ジャッキ１９０を収容可能なスペースが確保されている。また、筒状部材１２０には、第１の実施形態のような前方ストッパー１２３や後方ストッパー１２４（図３参照。）が設けられておらず、筒状部材１２０はシンプルな円筒体で構成される。ただし、筒状部材１２０の後端部は、後端開口１２２の部分を除いて閉塞されている。

第１ジャッキ１８０は、筒状部材１２０の軸方向に伸縮可能な伸縮ロッド１８１と、当該伸縮ロッド１８１を収容および支持するジャッキ本体１８２とを有する。同様に、第２ジャッキ１９０は、筒状部材１２０の軸方向に伸縮可能な伸縮ロッド１９１と、当該伸縮ロッド１９１を収容および支持するジャッキ本体１９２とを有する。

第１ジャッキ１８０（挿抜機構）の伸縮ロッド１８１は、ケーシング１４０の後端部に貫通形成された後端開口１４２からケーシング１４０の内部に挿入される。第１ジャッキ１８０の伸縮ロッド１８１は、ケーシング１４０の後端開口１４２に挿通されて、第２ジャッキ１９０のジャッキ本体１９２の後端部に接続されており、ケーシング１４０および筒状部材１２０には接続されていない。

第１ジャッキ１８０のジャッキ本体１８２は、ケーシング１４０の外部であって、ケーシング１４０の後方に配置される。ジャッキ本体１８２の前端部は、ケーシング１４０の後端部に接続されて固定されている。第１ジャッキ１８０は、ケーシング１４０に対して固定されたジャッキ本体１８２に対して、伸縮ロッド１８１を伸縮させる。かかる伸縮ロッド１８１の伸縮により、ケーシング１４０の内部で、第２ジャッキ１９０とともに筒状部材１２０を軸方向に摺動させることができる。これによって、筒状部材１２０をチャンバ１７に対して挿抜することができる。

なお、図９の例では、第１ジャッキ１８０の伸縮ロッド１８１は、第２ジャッキ１９０のジャッキ本体１９２に接続されており、筒状部材１２０に接続されていない。しかし、かかる例に限定されず、例えば、第１ジャッキ１８０の伸縮ロッド１８１は、筒状部材１２０に直接的に接続されてもよい。かかる接続構造であっても、第１ジャッキ１８０は、筒状部材１２０を軸方向に前進および後退させて、チャンバ１７に対して挿抜することが可能である。

一方、第２ジャッキ１９０（摺動機構）の伸縮ロッド１９１は、筒状部材１２０の後端部に貫通形成された後端開口１２２から筒状部材１２０の内部に挿入される。第２ジャッキ１９０の伸縮ロッド１９１は、筒状部材１２０の後端開口１２２に挿通されて、ピストン１３０に接続されており、ケーシング１４０および筒状部材１２０には接続されていない。

第２ジャッキ１９０のジャッキ本体１９２は、ケーシング１４０の内部であって、筒状部材１２０の後方に配置される。ジャッキ本体１９２の前端部は、筒状部材１２０の後端部に接続されて固定されており、ジャッキ本体１９２の後端部は、前述の第１ジャッキ１８０の伸縮ロッド１８１の先端部に接続されている。第２ジャッキ１９０は、筒状部材１２０に対して固定されたジャッキ本体１９２に対して、伸縮ロッド１９１を伸縮させる。かかる伸縮ロッド１９１の伸縮により、筒状部材１２０の内部で、ピストン１３０を軸方向に摺動させることができる。

かかる構成の土砂サンプリング装置１００は、第１ジャッキ１８０（挿抜機構）を伸長させることにより、ケーシング１４０内で第２ジャッキ１９０とともに筒状部材１２０を軸方向前方に移動させて、隔壁１３の開口１３ｂを通じてチャンバ１７内に挿入できる。さらに、第１ジャッキ１８０を収縮させることにより、第２ジャッキ１９０とともに筒状部材１２０を軸方向後方に移動させて、チャンバ１７内から開口１３ｂを通じて機体内に抜去することができる。

また、土砂サンプリング装置１００は、第２ジャッキ１９０（摺動機構）を伸長させることにより、筒状部材１２０内でピストン１３０を軸方向前方に摺動させることができる。さらに、第２ジャッキ１９０を収縮させることにより、筒状部材１２０内でピストン１３０を軸方向後方に摺動させることができる。

次に、図９Ａ～図９Ｄを参照して、第５の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００による掘削土砂のサンプリング動作について説明する。

まず、図９Ａに示す待機状態では、ケーシング１４０に装着された開閉弁１１０は、閉状態となっている。当該ケーシング１４０の内部に筒状部材１２０およびピストン１３０が設置される。なお、この待機状態では予め、第２ジャッキ１９０（摺動機構）により、ピストン１３０は、筒状部材１２０内で軸方向前方側に摺動して、前方ストッパー１２３に当接する位置まで押し出されている。

次いで、土砂サンプリング動作を開始するとき、まず、図９Ｂに示すように、開閉弁１１０を開けた後に、第１ジャッキ１８０（挿抜機構）の伸縮ロッド１８１を伸張することにより、第２ジャッキ１９０とともに筒状部材１２０を軸方向前方に押し出す。この結果、筒状部材１２０が、ケーシング１４０内の移動通路を前進して、開閉弁１１０を通過し、隔壁１３の開口１３ｂからチャンバ１７内に挿入される。この挿入時には、チャンバ１７に挿入された筒状部材１２０の前端開口１２１がチャンバ１７内の所望のサンプリング位置に配置されるように、筒状部材１２０の挿入ストロークＬ２が調整される。

その後、図９Ｃに示すように、第２ジャッキ１９０（摺動機構）の伸縮ロッド１９１を収縮することにより、筒状部材１２０内でピストン１３０を軸方向後方に摺動させて、筒状部材１２０内の後端側に引き込む。このようなピストン１３０の引き込みによる吸引力によって、チャンバ１７内の掘削土砂が、筒状部材１２０の前端開口１２１から筒状部材１２０の内部に取り込まれて、充満する。筒状部材１２０内の後端側に引き込まれたピストン１３０は、筒状部材１２０の後端部により係止されるため、摺動ストロークＬ１以上の後退が制限される。

次いで、図９Ｄに示すように、第１ジャッキ１８０（挿抜機構）の伸縮ロッド１８１を収縮して、第２ジャッキ１９０とともに筒状部材１２０を引き戻す。これにより、筒状部材１２０は、ケーシング１４０内の移動通路を後退して、開閉弁１１０を通過し、チャンバ１７から機体内に抜去されて、ケーシング１４０内に退避される。そして、筒状部材１２０の後端部がケーシング１４０の後端部に当接したときに、第１ジャッキ１８０の収縮を停止するとともに、開閉弁１１０を閉めて、弁体１１２によりケーシング１４０の内部空間（筒状部材１２０の移動通路）を遮断する。

以上のようにして、チャンバ１７内の掘削土砂を内部に取り込んだ筒状部材１２０を、隔壁１３より後方の機体内に回収することができる。その後、機体内において、掘削土砂を取り込んだ筒状部材１２０をピストン１３０とともに、ケーシング１４０から取り外す。そして、筒状部材１２０の内部から、掘削土砂を取り出すことにより、掘削土砂のサンプリングが完了する。

以上、第５の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００を用いた土砂サンプリング方法について説明した。第５の実施形態によれば、筒状部材１２０の挿抜機構として第１ジャッキ１８０を用いるとともに、ピストン１３０の摺動機構として第２ジャッキ１９０を用いる。これによって、筒状部材１２０内でピストン１３０を摺動させる動作と、筒状部材１２０をチャンバ１７に挿抜する動作を、独立した２つの機構（第１ジャッキ１８０と第２ジャッキ１９０）で別々に実現できる。したがって、意図した動作を意図したタイミングで実施でき、筒状部材１２０の挿抜動作とピストン１３０の摺動動作を、それぞれ確実に実施することが可能になる。

また、動力付与装置として出力の大きいジャッキ１８０、１９０を用いることで、上記空圧装置１６０と比べて、動力付与装置の確実な動作（挿抜動作、摺動動作）を実現することができる。

<３．２．３．第６の実施形態>
次に、図１０を参照して、本発明の第６の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００について詳細に説明する。図１０Ａ～図１０Ｃは、第６の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００の動作を示す断面図である。

第６の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００（図１０Ａ～図１０Ｃ参照。）は、上記第１の実施形態（図２、図３参照。）と比べて、挿抜機構および摺動機構として第１油圧機構２１０と第２油圧機構２２０が設けられている点で相違し、その他の構成要素については、第１の実施形態と同様である。そこで、以下では、第６の実施形態の特徴である第１油圧機構２１０と第２油圧機構２２０の組合せ（挿抜機構および摺動機構）を中心に説明し、その他の構成要素については詳細説明を省略する。

図１０に示すように、第６の実施形態では、筒状部材１２０をチャンバ１７に挿抜する挿抜機構は、第１油圧機構２１０と第２油圧機構２２０の組合せで構成される。一方、筒状部材１２０内でピストン１３０を摺動させる摺動機構も、第１油圧機構２１０と第２油圧機構２２０の組合せで構成される。このように、第６の実施形態では、筒状部材１２０とピストン１３０を移動させるための動力を付与する動力付与装置として、第１油圧機構２１０と第２油圧機構２２０という２つの油圧式の移動機構が設けられている。

以下に、第６の実施形態に係る第１油圧機構２１０および第２油圧機構２２０の構成と、当該第１油圧機構２１０および第２油圧機構２２０に対応した筒状部材１２０、ピストン１３０およびケーシング１４０等の構成について詳述する。

図１０に示すように、第６の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００は、隔壁１３の開口１３ｂ周辺に取り付けられ、筒状部材１２０を収容するケーシング１４０を有する。ケーシング１４０の軸方向の中央部には中央壁１４３が設けられている。この中央壁１４３により、ケーシング１４０の内部空間は、前方内部空間１４４と後方内部空間１４５とに区分されている。

ケーシング１４０の前方内部空間１４４は、ケーシング１４０の前方側に設けられた内部空間である。前方内部空間１４４は、隔壁１３の開口１３ｂと連通し、筒状部材１２０の移動通路を形成している。前方内部空間１４４の前方側は開放されており、チャンバ１７と連通している。当該前方内部空間１４４の前方側の移動通路は、開閉弁１１０によって開閉可能である。前方内部空間１４４には、筒状部材１２０が配置される。筒状部材１２０は、ケーシング１４０内において、前方内部空間１４４を軸方向に摺動可能に設けられる。

また、ケーシング１４０のうち前方内部空間１４４の後端付近には、オイル供給口１４６が貫通形成されている。ケーシング１４０内の前方内部空間１４４のうち筒状部材１２０の後方側の空間（即ち、筒状部材１２０の後端と中央壁１４３との間の空間）には、後述する第２油圧機構２２０により、オイル供給口１４６を通じてオイルが供給される。前方内部空間１４４の当該後方側の空間（後方オイル室）は、オイルが充満している。

筒状部材１２０は、第２油圧機構２２０から前方内部空間１４４の後方オイル室に供給されるオイルの油圧によって、前方内部空間１４４内を前方に移動可能である。ケーシング１４０の前方内部空間１４４は、当該油圧で移動する筒状部材１２０を収容するシリンダとして機能する。筒状部材１２０の後部の外周面には、シール部材（図示せず。）が装着されている。また、ケーシング１４０の前方内部空間１４４の前側の内周面にも、シール部材（図示せず。）が装着されている。これらのシール部材は、筒状部材１２０とケーシング１４０との隙間を遮断して、前方内部空間１４４の後方オイル室から当該隙間を通じてオイルが漏れ出すことを防止する。

ケーシング１４０の後方内部空間１４５は、ケーシング１４０の後方側に設けられた内部空間であり、密閉空間である。ケーシング１４０のうち後方内部空間１４５の前端と後端付近にはそれぞれ、オイル供給口１４７、１４８が貫通形成されている。後方内部空間１４５には、後述する第１油圧機構２１０により、オイル供給口１４７、１４８を通じてオイルが供給される。後方内部空間１４５には、オイルが充満している。

後方内部空間１４５には、可動部材２３０が配置される。可動部材２３０は、後方内部空間１４５を軸方向に摺動可能に設けられる。可動部材２３０によって、後方内部空間１４５は、前後２つの空間（前方オイル室と後方オイル室）に区分されている。かかる可動部材２３０は、第１油圧機構２１０から供給されるオイルの油圧によって、後方内部空間１４５内を前後に移動するピストンとして機能する。また、ケーシング１４０の後方内部空間１４５は、当該ピストンとしての可動部材２３０を収容するシリンダとして機能する。可動部材２３０の外周面には、シール部材（図示せず。）が装着されている。当該シール部材は、可動部材２３０とケーシング１４０との隙間を遮断して、後方内部空間１４５の前方オイル室と後方オイル室との間でオイルが漏れることを防止する。

可動部材２３０は、軸部材２４０を介してピストン１３０に連結されている。軸部材２４０は、ピストン１３０と可動部材２３０とを連結する連結部材である。軸部材２４０は、ケーシング１４０の前方内部空間１４４から後方内部空間１４５にかけて軸方向に延びるように配置され、中央壁１４３に形成された貫通孔を貫通している。また、軸部材２４０は、ケーシング１４０の前方内部空間１４４内に配置される筒状部材１２０の後端開口１２２に挿通される。軸部材２４０は、ケーシング１４０および筒状部材１２０に接続されておらず、当該筒状部材１２０内に配置されるピストン１３０に接続されている。例えば、軸部材２４０の前端は、当該ピストン１３０の背面に接続されている。一方、軸部材２４０の後端は、ケーシング１４０の後方内部空間１４５内に配置される可動部材２３０の前面に接続されている。

かかる軸部材２４０によりピストン１３０と可動部材２３０を連結することによって、後方内部空間１４５内で可動部材２３０を前後に移動させたときに、これに連動して、前方内部空間１４４内でピストン１３０を前後に移動させることができる。このように、可動部材２３０、軸部材２４０およびピストン１３０は一体となって、ケーシング１４０内を軸方向に前進または後退する。

ケーシング１４０の中央壁１４３に設けられた貫通孔には、軸部材２４０が挿通されるが、この中央壁１４３の貫通孔の内周面の前側および後側にはそれぞれ、シール部材（図示せず。）が装着されている。これらのシール部材は、軸部材２４０と中央壁１４３との隙間を遮断して、前方内部空間１４４の後方オイル室と後方内部空間１４５の前方オイル室との間のオイルの流通を遮断する。

また、筒状部材１２０内のエアー室２５０は、筒状部材１２０の内部空間のうち、ピストン１３０よりも後方側の密閉空間である。この筒状部材１２０内のエアー室２５０と、ケーシング１４０の外部空間との間で、エアーを流通させるために、エアー流路２５２、エアー流路２５４およびエアー吸排口２５６が設けられている。エアー流路２５２は、ピストン１３０および軸部材２４０の内部に形成されている。このエアー流路２５２は、エアー流路２５４に連通している。エアー流路２５４は、ケーシング１４０の中央壁１４３の貫通孔の内周面に、軸部材２４０に沿って形成されている。このエアー流路２５４は、ケーシング１４０の中央壁１４３の外側に形成されたエアー吸排口２５６に連通している。

次に、第１油圧機構２１０について説明する。第１油圧機構２１０は、油圧を用いて、ケーシング１４０内の後方内部空間１４５で可動部材２３０を軸方向に移動させるための油圧式の移動機構である。第１油圧機構２１０は、ケーシング１４０の後方内部空間１４５に対して、オイルを供給および排出可能である。

図１０に示すように、第１油圧機構２１０は、電動機により動作するポンプ２１１と、オイルを貯留するタンク２１２と、切換弁２１３と、流路２１４、２１５、２１６、２１７とを有する。また、上述したケーシング１４０、可動部材２３０、軸部材２４０、後方内部空間１４５、オイル供給口１４７、１４８も、第１油圧機構２１０の構成要素の一例である。

ポンプ２１１は、流路２１４を介して切換弁２１３に接続されている。ポンプ２１１は、タンク２１２に貯留されたオイルを、流路２１４を介して切換弁２１３に送出する。切換弁２１３は、流路２１６を介してケーシング１４０のオイル供給口１４８に接続され、流路２１７を介してケーシング１４０のオイル供給口１４７に接続されている。切換弁２１３は、流路２１４、２１５と、流路２１６、２１７との連通状態を切り換える。

かかる切換弁２１３の切換動作により、流路２１４と流路２１６を連通させることで、ポンプ２１１から送出されたオイルを、ケーシング１４０のオイル供給口１４８を通じて、後方内部空間１４５の後方オイル室に供給することができる。これと同時に、切換弁２１３により流路２１５と流路２１７を連通させることで、後方内部空間１４５の前方オイル室のオイルを、ケーシング１４０のオイル供給口１４７から排出して、流路２１７および流路２１５を通じてタンク２１２に回収することができる。これらの切換動作により、後方内部空間１４５の後方オイル室の油圧が前方オイル室の油圧よりも高まるため、後方内部空間１４５内で可動部材２３０を軸方向前方に押圧して移動させることができる。この結果、可動部材２３０に軸部材２４０を介して連結されたピストン１３０を、可動部材２３０とともに前進させることができる。

また、切換弁２１３の切換動作により、図１０Ｃに示すように、流路２１４と流路２１７を連通させることで、ポンプ２１１から送出されたオイルを、ケーシング１４０のオイル供給口１４７を通じて、後方内部空間１４５の前方オイル室に供給することができる。これと同時に、切換弁２１３により流路２１５と流路２１６を連通させることで、後方内部空間１４５の後方オイル室のオイルを、ケーシング１４０のオイル供給口１４８から排出して、流路２１６および流路２１５を通じてタンク２１２に回収することができる。これらにより、後方内部空間１４５の前方オイル室の油圧が後方オイル室の油圧よりも高まるため、後方内部空間１４５内で可動部材２３０を軸方向後方に押圧して移動させることができる。この結果、可動部材２３０に軸部材２４０を介して連結されたピストン１３０を、可動部材２３０とともに後退させることができる。

このようにして、第１油圧機構２１０は、ケーシング１４０の後方内部空間１４５の後方オイル室に対して油圧を供給することにより、可動部材２３０および軸部材２４０を介してピストン１３０を軸方向前方に移動（前進）させることができる。また、第１油圧機構２１０は、ケーシング１４０の後方内部空間１４５の前方オイル室に対して油圧を供給することにより、可動部材２３０および軸部材２４０を介してピストン１３０を軸方向後方に移動（後退）させつつ、当該ピストン１３０とともに筒状部材１２０も後退させて、筒状部材１２０をチャンバ１７から機体内に抜去することができる。

次に、第２油圧機構２２０について説明する。第２油圧機構２２０は、油圧を用いて、ケーシング１４０内の前方内部空間１４４で筒状部材１２０を軸方向に移動させるための油圧式の移動機構である。第２油圧機構２２０は、ケーシング１４０の前方内部空間１４４に対して、オイルを供給および排出可能である。

図１０に示すように、第２油圧機構２２０は、上記ポンプ２１１と、上記タンク２１２と、切換弁２２３と、流路２１４、２１５、２２４、２２５、２２６とを有する。このように、図１０の例では、第２油圧機構２２０と第１油圧機構２１０は、同じポンプ２１１およびタンク２１２を共有している。しかし、かかる例に限定されず、例えば、第１油圧機構２１０のポンプ２１１およびタンク２１２等とは別に、第２油圧機構２２０の専用のポンプおよびタンク等を設けてもよい。なお、上述したケーシング１４０、筒状部材１２０、前方内部空間１４４、オイル供給口１４６も、第２油圧機構２２０の構成要素の一例である。

ポンプ２１１は、流路２１４、２２４を介して切換弁２２３に接続されている。ポンプ２１１は、タンク２１２に貯留されたオイルを、流路２１４、２２４を介して切換弁２２３に送出する。切換弁２２３は、流路２２６を介してケーシング１４０のオイル供給口１４６に接続されている。切換弁２２３は、流路２２４、２２５と、流路２２６との連通状態を切り換える。

かかる切換弁２２３の切換動作により、図１０Ｂに示すように、流路２２４と流路２２６を連通させることで、ポンプ２１１から送出されたオイルを、ケーシング１４０のオイル供給口１４６を通じて、前方内部空間１４４の後方オイル室に供給することができる。これにより、前方内部空間１４４の後方オイル室の油圧が、チャンバ１７内の土圧よりも高まるため、図１０Ｂに示すように、筒状部材１２０を軸方向前方に押圧して移動させて、チャンバ１７内に挿入することができる。

また、切換弁２２３の切換動作により、図１０Ｃに示すように、流路２２５と流路２２６を連通させることで、前方内部空間１４４の後方オイル室のオイルを、ケーシング１４０のオイル供給口１４６から排出して、流路２２６、流路２２５および流路２１５を通じてタンク２１２に回収することができる。これにより、前方内部空間１４４の後方オイル室の油圧が低下するため、筒状部材１２０が自由に後退できるようになる。したがって、図１０Ｃに示すように、上記第１油圧機構２１０により可動部材２３０を後退させるときに、可動部材２３０とともにピストン１３０および筒状部材１２０を円滑に後退させることができる。

このようにして、第２油圧機構２２０は、ケーシング１４０の前方内部空間１４４のうち筒状部材１２０よりも後方側の空間（後方オイル室）に対して油圧を供給することにより、筒状部材１２０を軸方向前方に移動させて、チャンバ１７に挿入することができる。

次に、図１０Ａ～図１０Ｃを参照して、第６の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００による掘削土砂のサンプリング動作について説明する。

まず、土砂サンプリング動作前の待機状態（図示ぜす。）では、ケーシング１４０に装着された開閉弁１１０は、閉状態となっており、その弁体１１２によりケーシング１４０の前方内部空間１４４（即ち、筒状部材１２０の移動通路）が遮断されている。ピストン１３０は、第１油圧機構２１０（摺動機構）により筒状部材１２０内における軸方向前方側（チャンバ１７側）に摺動して、筒状部材１２０の前端位置まで押し出されている。

次に、筒状部材１２０の挿入動作（図１０Ａの状態から図１０Ｂの状態への切換動作）について説明する。

土砂サンプリング動作を開始するとき、まず、図１０Ａに示すように、開閉弁１１０を開ける。その後に、第２油圧機構２２０（挿抜機構）によりケーシング１４０の前方内部空間１４４の後方オイル室（筒状部材１２０の後端と中央壁１４３との間の空間）にオイルを供給する。このオイルの油圧により、図１０Ｂに示すように、筒状部材１２０は、軸方向前方に押し出されて前進する。このとき、ピストン１３０は、絶対位置としては移動しないが、筒状部材１２０が前進するため、ピストン１３０は、前進する筒状部材１２０に対して相対的に摺動し、筒状部材１２０の後端側に相対的に移動する。この結果、筒状部材１２０が、ケーシング１４０内の移動通路を前進して、開閉弁１１０を通過し、隔壁１３の開口１３ｂからチャンバ１７内に挿入される。この挿入時には、チャンバ１７に挿入された筒状部材１２０の前端開口１２１がチャンバ１７内の所望のサンプリング位置に配置されるように、筒状部材１２０の挿入ストロークが調整される。

このようにして、図１０Ａおよび図１０Ｂに示すように、第２油圧機構２２０（挿抜機構）により筒状部材１２０をピストン１３０に対して相対的に前進させて、筒状部材１２０をチャンバ１７内に挿入する。これにより、チャンバ１７内の掘削土砂を筒状部材１２０で切り出すようにして、筒状部材１２０の内部に取り込む。

ここで、上記のような第２油圧機構２２０による筒状部材１２０の挿入動作（図１０Ａの状態から図１０Ｂの状態への切換動作）について、より詳細に説明する。

図１０Ａに示す状態から筒状部材１２０をチャンバ１７に挿入するときには、図１０Ｂに示すように、第２油圧機構２２０の切換弁２２３を、電磁弁指令（ＳＯＬｃ）により切り換えて、ポンプ２１１に接続された流路２２４と、オイル供給口１４６に接続された流路２２６とを連通させる。これにより、ポンプ２１１からのオイルが、流路２２４、流路２２６およびオイル供給口１４６を通じて、ケーシング１４０の前方内部空間１４４の後方オイル室に供給され、当該後方オイル室の油圧を上昇させる。この結果、筒状部材１２０の背面側に油圧が作用するため、筒状部材１２０が前進して、チャンバ１７に挿入される。

なお、上記のようにして筒状部材１２０を前進させるためには、筒状部材１２０内においてピストン１３０の後方側のエアー室２５０にあるエアーを外部に逃がす必要がある。この点、本実施形態では、上述したように、ピストン１３０および軸部材２４０の内部にエアー流路２５２が設けられ、ケーシング１４０の中央壁１４３にエアー流路２５４およびエアー吸排口２５６が設けられている。これにより、エアー室２５０にあるエアーは、エアー流路２５２およびエアー流路２５４を通じて、エアー吸排口２５６から外部に排出される。したがって、エアー室２５０にあるエアーを好適に外部に排出しつつ、筒状部材１２０を円滑に前進させることができる。

また、筒状部材１２０を前進させてチャンバ１７に挿入し、所望のサンプリング位置に配置した後には、筒状部材１２０が不必要に前後に移動しないように固定することが好ましい。そこで、図示はしないが、筒状部材１２０の挿入後は、第２油圧機構２２０の切換弁２２３に対する上記の電磁弁指令（ＳＯＬｃ）をオフにして、切換弁２２３を切り換えて、オイル供給口１４６に接続された流路２２６を、ポンプ２１１に接続された流路２２４や、タンク２１２に接続された流路２２５に接続せずに、遮断した状態にすることが好ましい。これにより、所望のサンプリング位置まで挿入された筒状部材１２０に対して油圧を作用させずに、筒状部材１２０を所望のサンプリング位置に固定して、筒状部材１２０の不要な前後動を防止できる。

次に、筒状部材１２０の抜去動作（図１０Ｂの状態から図１０Ｃの状態への切換動作）について説明する。

上記のような筒状部材１２０の挿入動作後に、図１０Ｃに示すように、第１油圧機構２１０（摺動機構、兼、挿抜機構）により、ケーシング１４０の後方内部空間１４５の前方オイル室（可動部材２３０の前端と中央壁１４３との間の空間）にオイルを供給する。このオイルの油圧により、可動部材２３０は、ケーシング１４０の後方内部空間１４５を軸方向後方に摺動して、後退する。この結果、可動部材２３０に軸部材２４０を介して連結されたピストン１３０も、前方内部空間１４４を後退するとともに、当該ピストン１３０により係止された筒状部材１２０も、当該ピストン１３０とともに後退する。これにより、筒状部材１２０は、ケーシング１４０の前方内部空間１４４の移動通路を後退して、開閉弁１１０を通過し、チャンバ１７から機体内に抜去されて、ケーシング１４０の前方内部空間１４４に退避される。

ここで、上記のような第１油圧機構２１０による筒状部材１２０の抜去動作（図１０Ｂの状態から図１０Ｃの状態への切換動作）について、より詳細に説明する。

図１０Ｂに示す状態から筒状部材１２０をチャンバ１７から抜去するときには、図１０Ｃに示すように、第２油圧機構２２０の切換弁２２３に対する電磁弁指令（ＳＯＬｄ）により、切換弁２２３を切り換えて、オイル供給口１４６に接続された流路２２６と、タンク２１２に接続された流路２２５とを連通させる。これにより、流路２２５、２２６およびオイル供給口１４６の油圧がなくなるので、ケーシング１４０の前方内部空間１４４の後方オイル室で筒状部材１２０の背面に作用していた油圧が低下する。

次いで、図１０Ｃに示すように、第１油圧機構２１０の切換弁２１３を、電磁弁指令（ＳＯＬａ）により切り換えて、ポンプ２１１に接続された流路２１４と、オイル供給口１４７に接続された流路２１７とを連通させる。これにより、ポンプ２１１からのオイルが、流路２１４、流路２１７およびオイル供給口１４７を通じて、ケーシング１４０の前方内部空間１４４の前方オイル室に供給され、当該前方オイル室の油圧を上昇させる。さらに、タンク２１２に接続された流路２１５と、オイル供給口１４８に接続された流路２１６とを連通させる。これにより、流路２１５、２１６およびオイル供給口１４８の油圧がなくなるので、ケーシング１４０の後方内部空間１４５の後方オイル室で可動部材２３０の背面に作用していた油圧が低下する。これらの結果、可動部材２３０の前面側に油圧が作用するため、可動部材２３０が後退する。すると、可動部材２３０の後退に連動して、軸部材２４０、ピストン１３０が後退するため、ピストン１３０に係止された筒状部材１２０も後退して、チャンバ１７から抜去される。

その後、後退する筒状部材１２０の後端がケーシング１４０の中央壁１４３に当接したときに、第１油圧機構２１０によるオイル供給を停止するとともに、開閉弁１１０を閉めて、弁体１１２によりケーシング１４０の前方内部空間１４４（筒状部材１２０の移動通路）を遮断する。これにより、チャンバ１７内の土圧が、ケーシング１４０内の筒状部材１２０等に作用しない状態となる。

以上のようにして、チャンバ１７内の掘削土砂を内部に取り込んだ筒状部材１２０を、隔壁１３より後方の機体内に回収することができる。その後、機体内において、土砂サンプリング装置１００のうち開閉弁１１０より機内側の部分を切り離す。そして、筒状部材１２０の内部から掘削土砂を取り出すことにより、掘削土砂のサンプリングが完了する。

次に、上記サンプリングが完了した後に、第１油圧機構２１０によりピストン１３０を前進させて、サンプリング前の待機状態に戻す動作（図１０Ｃの状態から図１０Ａの状態への切換動作）について、より詳細に説明する。

上記のようにサンプリングされた掘削土砂を回収すると、図１０Ｃに示すような各部の配置において、筒状部材１２０内に掘削土砂がない状態となる。この状態で、図示はしないが、第１油圧機構２１０の切換弁２１３を、電磁弁指令（ＳＯＬｂ）により切り換えて、ポンプ２１１に接続された流路２１４と、オイル供給口１４８に接続された流路２１６とを連通させる。これにより、ポンプ２１１からのオイルが、流路２１４、流路２１６およびオイル供給口１４８を通じて、ケーシング１４０の前方内部空間１４４の後方オイル室に供給され、当該後方オイル室の油圧を上昇させる。さらに、タンク２１２に接続された流路２１５と、オイル供給口１４７に接続された流路２１７とを連通させる。これにより、流路２１５、２１７およびオイル供給口１４７の油圧がなくなるので、ケーシング１４０の後方内部空間１４５の前方オイル室で可動部材２３０の前面に作用していた油圧が低下する。これらの結果、可動部材２３０の背面側に油圧が作用するため、可動部材２３０が前進し、これに連動して、軸部材２４０、ピストン１３０も前進する。この際、筒状部材１２０には動力は作用しないので、ピストン１３０とともに前進しない。したがって、ピストン１３０は、筒状部材１２０内を軸方向前方に摺動して、図１０Ａに示すように、筒状部材１２０の前端付近まで前進する。

なお、上記のように筒状部材１２０内をピストン１３０が前進するときには、筒状部材１２０内のピストン１３０の後方側にエアー室２５０が形成される。この際、上述したエアー吸排口２５６、エアー流路２５４およびエアー流路２５２を通じて、筒状部材１２０のエアー室２５０に空気が供給される。したがって、エアー室２５０が問題なく形成されるので、ピストン１３０は筒状部材１２０内を円滑に前進することができる。

以上、第６の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００を用いた土砂サンプリング方法について説明した。第６の実施形態に係る土砂サンプリング装置１００は、開閉弁１１０により、隔壁１３の開口１３ｂに連通する移動通路を開け、かつ、第１油圧機構２１０によりピストン１３０を筒状部材１２０内で軸方向前方に前進させた状態（図１０Ａ参照）で、第２油圧機構２２０により筒状部材１２０をピストン１３０に対して相対的に前進させて、筒状部材１２０をチャンバ１７内に挿入することにより、チャンバ１７内の掘削土砂を筒状部材１２０の内部に取り込む（図１０Ｂ参照）。その後、第１油圧機構２１０により可動部材２３０とともにピストン１３０を軸方向後方に後退させることにより、掘削土砂を取り込んだ筒状部材１２０を、ピストン１３０とともに後退させて、チャンバ１７内から機体内に抜去する（図１０Ｃ参照）。

かかる土砂サンプリング方法によれば、チャンバ１７内のサンプリング位置における掘削土砂を筒状部材１２０により切り出すようにして、筒状部材１２０内に取り込むことができる。その後、掘削土砂を取り込んだ筒状部材１２０とピストン１３０を一括して後退させることで、掘削土砂のサンプリングを完了する。このようなサンプリング方法によって、チャンバ１７内の所望のサンプリング位置における掘削土砂を、前後方向に移動させることなくそのままの状態で切り出して、筒状部材１２０内に取り込むことができる。したがって、チャンバ１７内の所望のサンプリング位置にあるままの状態の掘削土砂を、その性状を変えることなく好適にサンプリングすることが可能である。

なお、上記実施形態６の例では、筒状部材１２０の挿抜機構とピストン１３０の摺動機構として、２つの油圧装置の組合せ（図１０に示す第１油圧機構２１０と第２油圧機構２２０）を用いたが、上記と同様の機能を満たすものであれば、例えば、空圧装置、電動機構装置、または、その他の各種の駆動手段などで代替してもよい。

ここで、図１１を参照して、上記第６の実施形態の変更例について説明する。図１１は、第６の実施形態の変更例に係る土砂サンプリング装置１００の構成を示す断面図である。

図１１に示すように、本変更例では、上記第６の実施形態（図１０参照。）と比べて、ケーシング１４０と第１油圧機構２１０の構成が変更されている点で相違し、その他の構成要素については、第６の実施形態と同様である。そこで、以下では、本変更例の特徴であるケーシング１４０と第１油圧機構２１０について詳細に説明し、その他の構成要素については詳細説明を省略する。

本変更例に係るケーシング１４０（図１１参照。）は、上記第６の実施形態に係るケーシング１４０（図１０参照。）と比べて、前方内部空間１４４の周辺構成は同様であるが、後方内部空間１４５の周辺構成が相違している。図１１に示すように、本変更例に係るケーシング１４０の後部側には、ブラケット１４９が設けられている。ブラケット１４９は、例えばＬ字型の断面形状を有する支持部材であり、後述する油圧ジャッキ２６０を支持する機能を有する。ブラケット１４９の背面壁１４９ａには、貫通孔１４９ｂが形成されている。この貫通孔１４９ｂには、ピストン１３０に接続された軸部材２４０が挿通される。

油圧ジャッキ２６０は、ピストン１３０に接続された軸部材２４０を軸方向前後に移動させる移動機構として機能する。油圧ジャッキ２６０は、上記第６の実施形態に係る第１油圧機構２１０の可動部材２３０（図１０参照。）およびその周辺構成の代替手段として設けられている。油圧ジャッキ２６０は、上記可動部材２３０を内包する構成要素である。油圧ジャッキ２６０は、ブラケット１４９の背面壁１４９ａに固定されている。油圧ジャッキ２６０の伸縮ロッドは、ピストン１３０に接続された軸部材２４０と一体化されている。

油圧ジャッキ２６０には、前述した第１油圧機構２１０のオイル供給口１４７、１４８が設けられている。これらオイル供給口１４７、１４８は、前述した第１油圧機構２１０の切換弁２１３、流路２１４、２１５、流路２１６、２１７を介して、ポンプ２１１とタンク２１２に接続されている。第１油圧機構２１０のポンプ２１１から送出されるオイルは、オイル供給口１４７、１４８を通じて、油圧ジャッキ２６０の内部に供給される。油圧ジャッキ２６０は、かかる油圧を用いて、上記第６実施形態の可動部材２３０と同様な原理により、軸部材２４０を介してピストン１３０を軸方向に前進または後退させる。

ここで、図１１に示すように、本変更例に係るブラケット１４９は、例えば断面形状がＬ字型の中空部材であるため、当該ブラケット１４９の内側は開放空間となっている。このため、ブラケット１４９とケーシング１４０に挿通される軸部材２４０のうち、ブラケット１４９の内側に存在する部分は、機体内の大気に露出している。そして、軸部材２４０の当該露出部分には、軸部材２４０の内部に形成されるエアー流路２５２の後端開口２５２ａが配置されている。したがって、エアー流路２５２は、土砂サンプリング装置１００の動作中は常時、機体内の大気に連通した状態となる。よって、当該エアー流路２５２を通じて、筒状部材１２０内のエアー室２５０に対して、エアーを自由に供給および排出できるようになる。

以上、図１１を参照して、本変更例の構成について説明した。本変更例によれば、上記第６実施形態に係る第１油圧機構２１０の可動部材２３０を内包する構成要素を、油圧ジャッキ２６０として構成できるので、装置構成を簡易化できる。また、上記第６実施形態に係るケーシング１４０の中央壁１４３（図１０参照。）のようなブロック状の部材に替えて、中空状のブラケット１４９を用いることで、ケーシング１４０を軽量化することができる。さらに、上記第６実施形態に係るケーシング１４０の中央壁１４３に設けられていたエアー流路２５４やエアー給排口２５６（図１０参照。）などの流路構造が不要になるので、装置構成を簡略化できる。

このように本変更例によれば、上記第６実施形態と比べて装置構成を簡略化、軽量化できる一方で、筒状部材１２０の挿抜機構やピストン１３０の摺動機能などの機能面では、上記第６実施形態と同様な機能を発揮できる。

以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例または修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。

例えば、上記実施形態では、土圧式（泥土圧式を含む。）のトンネル掘削機１について説明したが、本発明に係るトンネル掘削機は、泥水式のトンネル掘削機であってもよい。

また、上記実施形態に係る土砂サンプリング装置１００では、チャンバ１７に対する筒状部材１２０の出入口をケーシング１４０の前端開口１４１とし、当該前端開口１４１を隔壁１３の開口１３ｂの位置に合わせて配置して、当該前端開口１４１（筒状部材１２０の出入口）から筒状部材１２０をチャンバ１７内に挿入する構成であった。しかし、本発明は、かかる例に限定されず、例えば、チャンバ１７に対する筒状部材１２０の出入口を、隔壁１３に設けられる固定翼（図示せず。）の先端部に設け、当該固定翼の内部に筒状部材１２０の移動通路を貫通形成してもよい。これにより、筒状部材１２０を、固定翼の先端部の開口（筒状部材１２０の出入口）からチャンバ１７に対して挿入または抜去可能となる。

ここで、固定翼と撹拌翼は、チャンバ１７内の掘削土砂を撹拌するために用いられる部材である。固定翼は、隔壁１３の前面に固定され、隔壁１３から前方に向けて突出して配置される。撹拌翼は、カッタヘッド１１の背面から後方に向けて突出して配置され、カッタヘッド１１と一体的に回転する。かかる固定翼に筒状部材１２０の移動通路と出入口を設けることによって、固定翼の先端部（筒状部材１２０の出入口）からチャンバ１７に筒状部材１２０を挿入または抜去可能となる。かかる構成により、固定翼の長さを変えることで、筒状部材１２０によりチャンバ１７内の掘削土砂をサンプリングする位置を変えることが可能になる。例えば、固定翼を長くすれば、カッタヘッド１１の背面の位置の掘削土砂をサンプリングでき、固定翼を短くすれば、隔壁１３付近の掘削土砂をサンプリング可能となる。よって、チャンバ１７内のサンプリング位置の自由度を向上できる。

また、上記では、図面を参照して、トンネル掘削機１の各構成要素を説明したが、図面における各構成要素の寸法および位置関係はあくまでも例示に過ぎないので、トンネル掘削機１の各構成要素の寸法および位置関係は図面に示す例に限定されない。また、図面に例示されたトンネル掘削機１に対して構成要素が適宜追加、削除または変更されてもよい。

１ トンネル掘削機
１０ 掘削機本体
１１ カッタヘッド
１２ カッタ回転軸
１３ 隔壁
１３ａ 排出口
１３ｂ 開口
１７ チャンバ
１８ スクリューコンベヤ
１９ シールドジャッキ
１００ 土砂サンプリング装置
１１０ 開閉弁
１２０ 筒状部材
１２１ 前端開口
１２２ 後端開口
１２３ 前方ストッパー
１２４ 後方ストッパー
１３０ ピストン
１４０ ケーシング
１４１ 前端開口
１４２ 後端開口
１４３ 中央壁
１４４ 前方内部空間
１４５ 後方内部空間
１４９ ブラケット
１５０ ジャッキ
１５１ 伸縮ロッド
１５２ ジャッキ本体
１６０ 空圧装置
１７０ ワイヤー
１７２ 巻取装置
１８０ 第１ジャッキ
１９０ 第２ジャッキ
２１０ 第１油圧機構
２２０ 第２油圧機構
２３０ 可動部材
２４０ 軸部材
２５０ エアー室
２６０ 油圧ジャッキ
Ｓ セグメント
Ｔ トンネル

Claims (11)

1. 筒状の掘削機本体と、
   前記掘削機本体の前端に回転可能に設けられるカッタヘッドと、
   前記カッタヘッドよりも前記掘削機本体の軸方向後方に、前記カッタヘッドと前記軸方向に間隔を空けて配置される隔壁と、
   前記カッタヘッドと前記隔壁との間に区画される空間であるチャンバと、
   を備え、
   前記隔壁には、土砂サンプリング装置が設けられており、
   前記土砂サンプリング装置は、
   前記隔壁よりも後方側の前記掘削機本体の内部である機体内に設けられ、前記隔壁に形成された開口に対向する位置に配置される筒状部材と、
   前記筒状部材の内部に設けられるピストンと、
   前記筒状部材を前記筒状部材の軸方向に移動させることにより、前記筒状部材を前記機体内から前記開口を通じて前記チャンバ内に挿入し、前記筒状部材を前記チャンバ内から前記開口を通じて前記機体内に抜去する挿抜機構と、
   前記筒状部材の内部において前記ピストンを前記筒状部材の軸方向に摺動させる摺動機構と、
   前記隔壁の前記開口、または当該開口に連通する前記筒状部材の移動通路を開閉可能な開閉弁と、
   を有する、トンネル掘削機。
2. 前記土砂サンプリング装置は、前記開閉弁により前記隔壁の前記開口または前記移動通路を開け、かつ、前記挿抜機構により前記筒状部材を前記チャンバ内に挿入した状態で、前記摺動機構により前記ピストンを前記筒状部材の軸方向後方に摺動させることにより、前記チャンバ内の土砂を前記筒状部材の内部に取り込む、請求項１に記載のトンネル掘削機。
3. 前記挿抜機構および前記摺動機構は、共通の移動機構で構成され、
   前記移動機構は、
   前記筒状部材の内部において前記ピストンを前記筒状部材の軸方向に移動させるための動力を前記ピストンに付与する動力付与装置と、
   前記ピストンとともに前記筒状部材を前記筒状部材の軸方向に移動させるための係止部材と、
   を有する、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
4. 前記係止部材は、
   前記筒状部材の前端側に設けられ、前記筒状部材の前端側に摺動した前記ピストンを係止可能な前方ストッパーと、
   前記筒状部材の後端側に設けられ、前記筒状部材の後端側に摺動した前記ピストンを係止可能な後方ストッパーと、
   を含む、請求項３に記載のトンネル掘削機。
5. 前記動力付与装置は、前記筒状部材の軸方向に伸縮可能なジャッキを含み、
   前記ジャッキは、前記筒状部材の後端開口を通じて前記ピストンに接続されており、前記筒状部材には接続されていない、請求項３または４に記載のトンネル掘削機。
6. 前記土砂サンプリング装置は、
   前記隔壁に取り付けられ、前記筒状部材を収容するケーシングをさらに有し、
   前記ケーシングの内部空間は、前記隔壁の前記開口と連通し、前記筒状部材の前記移動通路を形成しており、
   前記動力付与装置は、前記筒状部材よりも後方側の前記ケーシングの内部空間に対してエアーを供給および吸引可能な空圧装置を含む、請求項３または４に記載のトンネル掘削機。
7. 前記土砂サンプリング装置は、
   前記隔壁に取り付けられ、前記筒状部材を収容するケーシングをさらに有し、
   前記ケーシングの内部空間は、前記隔壁の前記開口と連通し、前記筒状部材の前記移動通路を形成しており、
   前記動力付与装置は、
   前記筒状部材よりも後方側の前記ケーシングの内部空間に対してエアーを供給可能な空圧装置と、
   前記筒状部材の後端開口を通じて前記ピストンに接続されたワイヤーと、
   前記ワイヤーを巻き取る巻取装置と、
   を含む、請求項３または４に記載のトンネル掘削機。
8. 前記挿抜機構は、前記筒状部材の軸方向に伸縮可能なジャッキを含み、
   前記ジャッキは、前記筒状部材に接続されており、
   前記筒状部材の後端側は閉塞されており、
   前記摺動機構は、前記ピストンよりも後方側の前記筒状部材の内部空間に対してエアーを供給および吸引可能な空圧装置を含む、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
9. 前記挿抜機構は、前記筒状部材の軸方向に伸縮可能な第１ジャッキを含み、
   前記摺動機構は、前記筒状部材の軸方向に伸縮可能な第２ジャッキを含み、
   前記第２ジャッキの伸縮ロッドは、前記ピストンに接続されており、前記筒状部材には接続されておらず、
   前記第２ジャッキの本体は、前記筒状部材に接続されており、
   前記第１ジャッキの伸縮ロッドは、前記第２ジャッキの本体または前記筒状部材に接続されている、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
10. 前記土砂サンプリング装置は、前記開閉弁により前記隔壁の前記開口または前記移動通路を開け、かつ、前記摺動機構により前記ピストンを前記筒状部材内で軸方向前方に前進させた状態で、前記挿抜機構により前記筒状部材を前記ピストンに対して相対的に前進させて、前記筒状部材を前記チャンバ内に挿入することにより、前記チャンバ内の土砂を前記筒状部材の内部に取り込む、請求項１に記載のトンネル掘削機。
11. 前記隔壁に取り付けられ、前記筒状部材を収容するケーシングをさらに有し、
    前記ケーシングの内部空間は、前記筒状部材が配置される前方内部空間と、後方内部空間とに区分されており、
    前記前方内部空間は、前記隔壁の前記開口と連通し、前記筒状部材の前記移動通路を形成しており、
    前記後方内部空間には、前記後方内部空間を軸方向に摺動可能に設けられた可動部材が配置され、前記可動部材は、軸部材を介して前記ピストンに連結されており、
    前記挿抜機構および前記摺動機構は、
    前記ケーシングの前記後方内部空間に対して油圧を供給することにより、前記可動部材および前記軸部材を介して前記ピストンを前記筒状部材の軸方向に移動させる第１油圧機構と、
    前記ケーシングの前記前方内部空間のうち前記筒状部材よりも後方側の空間に対して油圧を供給することにより、前記筒状部材を軸方向前方に移動させる第２油圧機構と、
    から構成される、請求項１０に記載のトンネル掘削機。

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