JP4347683B2

JP4347683B2 - トンネル掘削機

Info

Publication number: JP4347683B2
Application number: JP2003433239A
Authority: JP
Inventors: 隆義中山; 直則星野; 哲哉横山
Original assignee: Okumura Corp
Current assignee: Okumura Corp
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP2005188210A

Description

本発明は、地上側から所定深さまで立坑を掘削したのち、この立坑の底部から屈曲トンネル部を介して横坑を掘削する場合などのように、屈曲トンネル部を有するトンネルを能率よく掘削することができるトンネル掘削機に関するものである。

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

そのため、本願出願人等は特許文献１に示すように、一台のトンネル掘削機によって屈曲トンネル部を有するトンネルを連続的に掘削することができるトンネル掘削機を開発した。このトンネル掘削機は、機軸の長さが短く且つ先端にカッタヘッドを回転自在に配設している掘削機本体の四方部に支持板を配設し、この支持板上に複数本の傾斜ジャッキによって掘削機の径方向に伸縮し且つ外周面がトンネルの周壁形状と同等の円弧状に湾曲した面に形成されているグリッパシューを装着していると共に、これらのグリッパシューにおける掘削機本体の直径方向に対向する一組のグリッパシューの上記支持板を掘削機本体に対して機軸に直交する軸回りに回動自在に取り付けてなる構造を有している。

そして、このトンネル掘削機を使用して、その四方に配設しているグリッパシューを掘削壁面に押し付けた状態で傾斜ジャッキをさらに伸長させることによりトンネル掘削機を推進させて所定長さのトンネルを掘削している。そして、所定長さのトンネルの掘削後に、屈曲トンネル部を掘削する場合には、上記一組のグリッパシューをトンネル掘削壁面の対向壁面部に押し当てた状態で他の一組のグリッパシューを掘削壁面から後退させ、この状態にして掘削機本体を上記軸回りに回動させてカッタヘッドにより掘削壁面の一側面を掘削しながらトンネル屈折方向に向けたのち、後退させておいた他方の一組のグリッパシューを伸長させて掘削壁面に押し付け、しかるのち、一方の一組のグリッパシューを後退させると共に元の状態にまで90℃、回動させ、全てのグリッパシューを掘削壁面に押し付けてのちさらに傾斜ジャッキを伸長させることにより、屈曲トンネル部とこの屈曲トンネル部に連続して新たな方向にトンネルを掘進している。

特開２００３−３３６４８８号公報

しかしながら、このトンネル掘削機を掘進させるための推進構造は、掘削機本体の四方の支持板とグリッパシューとを連結している上記複数本の傾斜ジャッキとして、掘削機推進用の傾斜ジャッキと突っ張り用の傾斜ジャッキとを使用し、グリッパシューを掘削壁面に圧着させた状態で推進用の傾斜ジャッキをさらに伸長させることによって、グリッパシューを介して掘削機本体に機長方向の推進力を発生させるように構成しているため、傾斜ジャッキの伸長長さに対する掘削機本体の推進長は短く、従って、掘削速度が極めて遅くなり、このトンネル掘削機によって長い立坑や横坑を掘削することは、工期が長くなって工事費も高騰するといった問題点があった。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、屈曲トンネル部以外のトンネル掘削時には掘削速度を速くして能率よく掘進することができ、屈曲トンネル部においてはトンネル掘削機の向きを容易にその屈曲トンネル部が得られる方向に向かせて該屈曲トンネル部を円滑に掘削することができるトンネル掘削機を提供するにある。

上記目的を達成するために本発明のトンネル掘削機は、請求項１に記載したように、掘削機本体としては、先端にカッタヘッドを回転自在に配設している前胴部の外周四方に複数本のジャッキによってグリッパシューが径方向に拡縮するフロントグリッパを配設し且つ互いに平行に対向する二組のフロントグリッパのうち、一方のフロントグリッパを上記前胴部の軸心に直交する軸回りに回転自在に装着してなり、この掘削機本体の上記前胴部の基端にメインビームを着脱自在に連結していると共に、このメインビームに外周面にリアグリッパをトンネル径方向に伸縮自在に配設している後胴部を長さ方向に移動自在に装着してあり、さらに、上記前後胴部間を前胴部に対して切り離し可能に複数本の推進ジャッキによって連結してなる構造としている。

このように構成したトンネル掘削機において、請求項２に係る発明は、上記掘削機本体の機長を、該掘削機本体が互いに平行な一方のフロントグリッパを支点として回動してその向きを変える場所のトンネル径よりも短い長さに形成していることを特徴とする。

さらに、請求項３に係る発明は、掘削機本体の前胴部の外周四方に配設しているフロントグリッパとして、そのグリッパシューと掘削機本体の前胴部間を連結している複数本のジャッキを、該前胴部から掘削機本体の後方側に向けて傾斜した推進用傾斜ジャッキと、前胴部から掘削機本体の前方側に向けて傾斜した突っ張り用傾斜ジャッキとから構成していることを特徴とする。

本発明のトンネル掘削機によれば、先端にカッタヘッドを回転自在に配設している前胴部の外周四方にフロントグリッパを配設してなる掘削機本体にメインビームを着脱自在に連結し、このメインビームに外周面にリアグリッパをトンネル径方向に伸縮自在に配設している後胴部を長さ方向に移動自在に装着していると共に、上記前後胴部間を複数本の推進ジャッキによって連結しているので、立坑や横坑等のように長いトンネルを掘削する場合には、メインビームに装着している後胴部の外周面に配設したリアグリッパを掘削壁面に圧着させた状態にして上記前後胴部間を連結している推進ジャッキを伸長させることにより、掘削機本体を早い速度でもって推進させることができてそのカッタヘッドにより能率よくトンネルを掘進していくことができ、従って、トンネルの築造作業が円滑に行われて工期の短縮を図ることができる。

さらに、この掘削機本体にメインビームを連結させた状態では、掘削機の機長が長くなって掘削機本体を屈曲トンネル部を掘削する方向に向きを変えることが困難であるが、本発明においては、リアグリッパを具備している上記メインビームと推進ジャッキとを掘削機本体に対して切り離し可能に構成しており、その上、掘削機本体は前胴部の外周四方に配設したフロントグリッパにうち、互いに平行に対向する一方の一組のフロントグリッパを上記前胴部の軸心に直交する軸回りに回転自在に装着しているので、この掘削機本体から上記メインビームや推進ジャッキを分離させることによって機長を極めて短くすることができると共に、この状態にして他方の一組のフロントグリッパを収縮させて掘削壁面に圧着している上記一方の一組のフロントグリッパを支点として掘削機本体全体を回動させることにより、狭いトンネル内にもかかわらず、掘削機本体を大きく回動させることができて、屈曲トンネル部の掘削方向に円滑且つ確実に向けることができ、この状態にして掘削機本体のみを推進させることによって掘削トンネル部を容易に掘削することができる。

そして、一定長さの屈曲トンネル部が掘削されたのち、この掘削機本体に、再びリアグリッパを具備している上記メインビームと推進ジャッキとを接続することによって、該屈曲トンネル部の延長方向に長いトンネルを上記同様にして掘削機本体を早い速度でもって推進させながら能率よく掘削することができる。

また、掘削機本体の機長を、向きを変える場所におけるトンネル径よりも短い長さに形成しておくことによって、屈曲トンネル部を掘削すべき方向に掘削機本体を一組のフロントグリッパを支点として回動させる際に、トンネル部内でこの掘削機本体をカッタヘッドで掘削壁面を掘削することなく或いはごく一部分を掘削しながらトンネル屈曲方向に簡単に回動させることができる。

さらにまた、上記フロントグリッパのグリッパシューと掘削機本体の前胴部間を連結している複数本のジャッキを、該前胴部から掘削機本体の後方側に向けて傾斜した推進用傾斜ジャッキと、前胴部から掘削機本体の前方側に向けて傾斜した突っ張り用傾斜ジャッキとから構成しているので、掘削機本体からメインビームと推進ジャッキとを切り離したのち、グリッパシューを掘削壁面に圧着させた状態で推進用の傾斜ジャッキをさらに伸長させれば、掘削壁面に圧着しているグリッパシューに対して掘削機本体をトンネル掘削方向に移動させようとする推進力が発生して掘削機本体自体を自走式に掘進させることができ、屈曲トンネル部の掘削が能率よく行うことができる。

次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１は立坑T1を掘削しているトンネル掘削機の簡略縦断正面図、図２はその掘削機本体部分の横断面図であって、トンネル掘削機は、先端にカッタヘッド２を回転自在に配設している前胴部１の外周四方にフロントグリッパ３をトンネル径方向に拡縮自在に配設してなる掘削機本体Ａと、この掘削機本体１の上記前胴部１の基端面中央（図１においては上端面中央）に先端面を着脱自在に連結してなるメインビーム４と、このメインビーム４に該メインビーム４の長さ方向に移動自在に配設してなる後胴部５と、この後胴部５の外周面両側部にトンネル径方向に拡縮自在に配設してなるリアグリッパ６、６と、これらのリアグリッパ６と上記掘削機本体Ａの前胴部１の基端外周部とを連結し且つ先端が前胴部２の基端外周面に着脱自在に取り付けられてなる推進ジャット７、７とから構成されている。

掘削機本体Ａの上記前胴部１は、長さが掘削すべき立坑T1の径よりも短い筒状胴部1aをトンネル中心部に配設していると共にこの筒状胴部1aを該筒状胴部1aよりも短い長さに形成されている矩形枠部1bの中央円形孔の中心部に挿通し、矩形枠部1bの上端（基端）から筒状胴部1aの上端部を上方に突出させた状態で両者を一体に固着してなるものであり、この前胴部１の先端に回転自在に配設している上記カッタヘッド２の先端から上記筒状胴部1aの基端（上端）までの機長は、この掘削機本体Ａによって掘削される立坑径（トンネル径）に等しいか、該立坑径よりも僅かに短い長さに形成されている。

上記前胴部１における矩形枠部1bの四方端面、即ち、掘削機本体Ａの長さ方向に平行な四方の平坦な垂直面に上記フロントグリッパ３を配設している。このフロントグリッパ３は、トンネル長さ方向の長さが上記前胴部１における筒状胴部1aの長さに略等しい長さであって、且つ、その外面が周方向（幅方向）に掘削壁面の周方向と同じ湾曲度でもって湾曲している凸円弧状湾曲外面に形成した矩形状のグリッパシュー3aを矩形枠部1bの四方端面に複数本の傾斜ジャッキ3b、3cによってトンネル径方向に拡縮自在に装着してなる。

さらに、掘削機本体Ａの直径方向に対向する互いに平行な二組のフロントグリッパ３、３において、一方の一組のフロントグリッパ３、３は、掘削機本体Ａの軸心に直交する軸回りに回動自在に装着されてあり、他方の一組のフロントグリッパ3'、3'は、上記一方の一組のフロントグリッパ３、３と同様に、掘削機本体１の軸心に直交する軸回りに回動自在に装着しておいてもよいが、図においては、前胴部１の矩形枠部1bの互いに平行な面にそれぞれ回動不能に装着されている。

掘削機本体１の前胴部１における矩形枠部1bに対するこれらのフロントグリッパ３、3'の取付構造をさらに詳しく説明すると、矩形枠部1bの外周四方の上記垂直な四方端面に、図２に示すように固定台板3dを固着し、互いに平行な二組の固定台板3d、3dにおける一方の一組の固定台板3d、3d上に支持台3e、3eを重ね合わせてその中心部を固定台板3d、3dの中心に突設している支軸８に回動自在に枢着すると共にこれらの回動支持台3e、3eとグリッパシュー3a、3aとの対向面間を上記複数本の傾斜ジャッキ3b、3cによって連結している一方、他方の一組の固定台板3d、3dには支持台を設けることなくこの固定台板3d、3dとグリッパシュー3a、3aとの対向面間を複数本の上記傾斜ジャッキ3b、3cによって連結している。

なお、上記回動支持台3e、3eと掘削機本体Ａとを支軸８を中心として相対的に回動させる回動駆動機構９としては、矩形枠部1b上に回動用モータを設置し、このモータの回転軸に固着したピニオンを回動支持台3e、3eに支軸８を中心として一体に設けている円形ラックに噛合させて上記回動用モータにより回動支持台3e、3eを上記支軸８回りに回動させるように構成しておいてもよいが、本発明の実施の形態においては、図７に示すように、上記一方の一組のグリッパシュー3a、3a又は回動支持台3e、3eの内面における上記支軸８の上方に対応する数カ所に連結金具9a、9aを固定しておくと共にこれらの連結金具9a、9aの上方側に位置する筒状胴部1aの垂直面に同じく一つの連結金具9bを固定しておき、これらの連結金具9a、9b間にジャッキ9cを連結して、該ジャッキ9cを作動させることにより、掘削壁面ｔに押し付けている上記一組のグリッパシュー3a、3aに対してこのグリッパシュー3aに傾斜ジャッキ3b、3cによって連結している回動支持台3e、3eを介して掘削機本体Ａを支軸８回りに回動させるように構成している。

この場合、筒状胴部1a側の連結金具9bと支軸８とを結ぶ線上に回動用の上記ジャッキ9cの下端部を連結させている連結金具9aがくると、掘削機本体Ａが回動不能となるので、該ジャッキ9cの下端を次の別な連結金具9aに盛り替えるように連結して掘削機本体Ａをグリッパシュー3a、3aに対して支軸８回りに回動させるように構成している。なお、回動支持台3e、3eは通常は、取り外し可能なボルト（図示せず）によって固定台板3dに回動不能に固定されていて、グリッパシュー3a、3aの凸円弧状湾曲外面を掘削壁面ｔの周方向に向けた状態に保持している。

なお、上記のように、互いに平行な二組のフロントグリッパ３、３：3'、3'を掘削機本体Ａの矩形枠部1bの四方に配設した状態においては、これらのフロントグリッパ３、3'のグリッパシュー3aはその先端面（前端面）を掘削機本体１の先端側に回転自在に配設しているカッタヘッド２の外周端縁に近接させた状態にしてカッタヘッド２の直後に対向させてあり、さらに、隣接するグリッパシュー3a、3aの対向側端面を互いに近接させてこれらの側端面間の間隔を小さくすることにより、掘削壁面ｔに対するグリッパシュー3a、3aの押し付け面積（圧着面積）を大きくして掘削壁面ｔの崩落を防止すると共にこれらのグリッパシュー3a、3aによる掘削機本体１の支持を確実に行わせるように構成している。

このように、上記グリッパシュー3a、3aの周方向の幅を大きくし且つこれらのグリッパシュー3a、3aをカッタヘッド２の直後に配設すると、上記一方の一組のフロントグリッパ３、３のグリッパシュー3a、3aを掘削壁面ｔに圧着させた状態で他方の一組のフロントグリッパ3'、3'のグリッパシュー3a、3aを収縮させたのち、上記回動駆動機構９によって掘削機本体Ａを上記支軸８を中心としてそれまでの掘削方向に対して屈曲する方向に回動させると、掘削機本体Ａの先端に設けている上記カッタヘッド２が掘削機本体Ａと共に旋回動して掘削壁面ｔに圧着している上記一方の一組のグリッパシュー3a、3aの側部に当接して所定方向に向きを変えることができなくなる。

そのため、本発明の実施の形態においては、上記カッタヘッド２の旋回軌跡上に重なる側の上記一方の一組のフロントグリッパ３、３におけるグリッパシュー3a、3aの側部を切り離し可能な分割グリッパシュー片31とし、この分割グリッパシュー片31をグリッパシュー3aの分割側端面に着脱自在に連結してあり、この分割グリッパシュー片31をグリッパシュー3aから取り外すことにより、その取り外したことによって生じる空間部に旋回動するカッタヘッド２の外周部を通過させるように構成している。

さらに、掘削機本体Ａをそのカッタヘッド２を下方に向けての立坑掘削状態から屈曲トンネル部T2を掘削するために横方向に向けるには、上記一方の一組のグリッパシュー3a、3aを掘削壁面ｔの対向壁面（図においては前後対向壁面）に押し付けた状態にして他方の一組のグリッパシュー3a、3aを内方に収縮させたのち、上記支軸８回りに掘削機本体Ａを回動させるものであるが、この際、グリッパシュー3a、3aの基端部（上端部）同士が当接してそれ以上の回動ができなくなると共に他方の一組のグリッパシュー3a、3aのうち、掘削機本体Ａの向きを変える時に掘削壁面ｔ側を通過する側のグリッパシュー3aの基端部（上端部）が掘削壁面ｔに当接して掘削機本体１の回動ができなくなるので、これらの四方のグリッパシュー3a、3aの基端部（上端部）も一定長さだけ切り離し可能な分割グリッパシュー片32、33に形成している。

また、上記グリッパシュー3aと固定台板3d又は回動支持台3e間を連結している上記傾斜ジャッキ3b、3cは、固定台板3d又は回動支持台3eからグリッパシュー3aに向かって掘削機本体Ａの後方（図においては上方）側に傾斜している推進用傾斜ジャッキ3bと、固定台板3d又は回動支持台3eからグリッパシュー3aに向かって掘削機本体Ａの前方（図においては下方）側に傾斜している突っ張り用傾斜ジャッキ3cとからなり、固定台板3d又は回動支持台3eから前方側に向かって傾斜している突っ張り用傾斜ジャッキ3cの伸長によりグリッパシュー3aを掘削壁面ｔに圧着させて掘削機本体Ａが必要以上に下動するのを阻止すると共に固定台板3d又は回動支持台3eから前方側に向かって傾斜している推進用傾斜ジャッキ3bの伸長により掘削機本体Ａを緩速度でもって掘進させるように構成している。

一方、上記カッタヘッド２は上記掘削機本体Ａよりも外径を大径に且つその水平円板形状の回転中心部21から外周端に向かって後方（上方）に傾斜した逆截頭円錐形状に形成されていると共に掘削面に多数のローラビット22を突設してあり、さらに、周方向に所定間隔毎にズリ取込み開口部23を設けていて、このズリ取込み開口部23の回転方向に面している側端縁に、掘削ズリを機内に取り込むためのスクレーパを取付けている。

さらに、カッタヘッド４の外周端部にはビット受枠24が埋設状態に固着してあり、このビット受枠24内にジャッキ25によって該受枠24の掘削壁面ｔ側に向かって開口している開口端からカッタヘッド２外に掘削壁面ｔに向かって出没する拡径トンネル部掘削用ビット26を配設している。

また、このカッタヘッド２の外周端から内径方向に向かってアーム部材27を突設してこれらのアーム部材27の内端にリング部材28を一体に固着し、該リング部材28を掘削機本体Ａの上記矩形枠部1bの円形内周面における下端部（先端部）に回転自在に支持させていると共に、このリング部材28の内周面に設けている内歯ギヤ29に、筒状胴部1aと矩形枠部1bとの間に設置している複数個数の駆動用モータ10の回転軸に固着した外歯ギヤ11を噛合させてモータ10の駆動によりカッタヘッド２を回転させるように構成している。

掘削機本体Ａの上記前胴部１に着脱自在に連結している上記メインビーム４は前胴部１の筒状胴部1aと略同径の円筒部材体又は角筒部材からなり、その長さは掘削機本体Ａの機長の数倍を有している。このメインビーム４を掘削機本体Ａの前胴部１に着脱自在に連結する構造としては、メインビーム４の先端面と前胴部１の筒状胴部1aの基端面とにそれぞれフランジ部4a、12を固着し、これらのフランジ部4a、12に設けている複数個のボルト取付孔間をボルト・ナット13によって着脱自在に連結してなる構造としている。

メインビーム４上に配設している後胴部５は、その中心部に設けている挿通孔5aにメインビーム４を挿通させてこのメインビーム４の長さ方向に摺動移動自在配設されてあり、この後胴部５の外周面両側部にトンネル径方向に拡縮自在に配設してなるリアグリッパ６、６は、後胴部５の両側部に装着されたトンネル径方向に伸縮する伸縮ジャッキ6b、6bと、この伸縮ジャッキ6b、6bの先端にそれぞれ固着しているグリッパシュー6a、6aとから構成されている。なお、このグリッパシュー6aの外面も上記フロントグリッパ３のグリッパシュー3aと同様にトンネル掘削壁面ｔの周方向に凸円弧状に湾曲している。

このように構成したトンネル掘削機Ａにおけるメインビーム４の後端（上端）には図１に示すように、後続設備を搭載している後続台14が切り離し可能に連結してあり、メインビーム４内に設けている土砂搬送手段（図示せず）を通じて排出される掘削土砂等をこの後続台14を通じて上方（後方）に排除可能に構成していると共に、この後続台14には掘削壁面ｔに覆工コンクリートを施工するための設備や、各種の油圧設備等が配設されている。

次に、このように構成したトンネル掘削機によって、まず、立坑Ｂを所定深さまで垂直状に切り下げ掘削していくには、図１に示すように、メインビーム４の後胴部５の両側部に装着しているリアグリッパ６、６の伸縮ジャッキ6b、6bを伸長させることによってグリッパシュー6a、6aをトンネル掘削壁面ｔに圧着させ、トンネル掘削機全体をこれらのリアグリッパ６、６を介して掘削壁面ｔに支持させると共に掘削機本体Ａ側においては前胴部１の四方に配設しているフロントグリッパ３、3'のグリッパシュー3aを掘削壁面ｔに摺接させた状態にしたのち、カッタヘッド２を回転させると共に推進ジャッキ７、７を伸長させると、後胴部５に対して前胴部１が推進してカッタヘッド２により切羽の岩盤が掘削される。

推進ジャッキ７、７の伸長によって掘削機本体Ａが一定長、掘進すると、今度は掘削機本体Ａの前胴部１に配設している四方のフロントグリッパ３、3'のグリッパシュー3aを掘削壁面ｔに強く圧着させることによってトンネル掘削機全体を支持した状態にして後胴部５側のリアグリッパ６、６のグリッパシュー6a、6aを収縮させ、しかるのち、推進ジャッキ７、７を収縮させることによって後胴部５をメインビーム４に沿って一定長さだけ下動させ、その下動位置で該リアグリッパ６、６のグリッパシュー6a、6aを伸長させることによって掘削壁面ｔに圧着させ、この圧着後に上記前胴部１側のフロントグリッパ３、3'のグリッパシュー3aを僅かに縮小させて掘削壁面ｔに摺接した状態にする。

この状態にして再び推進ジャッキ７、７を伸長させることによって掘削機本体Ａを推進させ、カッタヘッド２によって切羽の岩盤を掘削する。この手順を繰り返しおこなって所定深さまで立坑T1を掘削すると、フロントグリッパ３とリアグリッパ６とを掘削地盤ｔに圧着させた状態にして、図３に示すように掘削機本体Ａの筒状胴部1aからメインビーム４を切り離すと共に推進ジャッキ７も掘削機本体Ａに対してその先端から切り離す。

しかるのち、掘削機本体Ａのカッタヘッド４の外周端部に装着している受け枠24内のジャッキ25を伸長させることにより、ビット26を掘削壁面ｔに向かってカッタヘッド４の外周端部から外径方向に突出させ、カッタヘッド４の回転と共に掘削機本体１のみを下方に推進させることにより一定長の拡径トンネル部T1' を掘削する。この拡径トンネル部T1' の長さは掘削機本体Ａの筒状胴部1aの長さに略等しい長さを有している。なお、掘削機本体Ａの推進は、フロントグリッパ３、3'の突っ張り用傾斜ジャッキ3cによりグリッパシュー3aを一定の圧力でもって掘削地盤ｔに圧接させて掘削機本体Ａを掘削壁面ｔに支持させながら推進用傾斜ジャッキ3b、3bを伸長させることによって行われる。こうして、掘削機本体Ａのみによって一定長さの拡径トンネル部T1' を掘削したのち、次いで、この拡径トンネル部T1' から横坑T3を連続的に掘削するための屈曲トンネル部T2の掘削作業に移る。

まず、掘削機本体Ａをその突っ張り用傾斜ジャッキ3cを伸長させることによって図４に示すように僅かに上方に後退させてカッタヘッド２を切羽面から離間させる。しかるのち、図５、図６に示すように、四方のフロントグリッパ３、3'のグリッパシュー3aの上端部の分割グリッパシュー片32、33を取り外して撤去すると共に、回動支持台3e、3e側の一方の一組のフロントグリッパ３、３のグリッパシュー3a、3aからその側部を形成している分割グリッパシュー片31、31を取り外して撤去する。

そして、一方の一組のフロントグリッパ３、３のグリッパシュー3a、3aを装着している回動支持台3eを固定ボルトの撤去によって固定台板3dに対して回動可能にすると共にこれらのグリッパシュー3a、3aを掘削壁面ｔに圧着させた状態で、他方の一組のフロントグリッパ3'、3'のグリッパシュー3a、3aをそれらを支持しているジャッキ3b、3cを収縮させることによって図７、図８に示すように、掘削機本体Ａに向かって内方に移動（図においては一方のグリッパシュー3aのみ移動させている）させると共に上記一方の一組のグリッパシュー3a、3a又は回動支持台3e、3eの内面における一つの連結金具9aと筒状胴部1aに装着している連結金具9b間にジャッキ9cを連結したのち、このジャッキ9cを伸長させると、掘削壁面ｔに押し付けている一組のグリッパシュー3a、3aに対してこのグリッパシュー3aにジャッキ3b、3cによって連結している回動支持台3e、3eを介して掘削機本体Ａが支軸８を中心として図９、図10に示すようにカッタヘッド２が下向き状態から徐々に掘削壁面ｔの一側方に対向する方向に回動する。

この際、図９から図11に示すように、グリッパシュー3aに装着している数個の連結金具9aに対して回転駆動機構９の上記ジャッキ9cの端部の連結を盛り替えながら該ジャッキ9cを作動させることにより、掘削機本体Ａを所定角度ずつその機軸が垂直状態から水平状態となるまで回動させる。このように、掘削機本体Ａが支軸８を中心として垂直状態から水平状態となるまで回動する時に、カッタヘッド２側においては、下向き状態のカッタヘッド２と拡径トンネル部T1' の底面との間には上述したように掘削機本体Ａの後退による隙間Ｄが設けられていると共に拡径トンネル部T1' の径が上記支軸８とカッタヘッド２の逆截頭円錐形状の下面間の最大距離よりも大きい径となるように上記拡径トンネル部掘削用ビット26によって掘削されていてカッタヘッド２の外周端縁と拡径トンネル部T1' との間にも隙間Ｅが形成されているので、カッタヘッド２は拡径トンネル部T1' の掘削壁面の一側部に当接することなく、従って、カッタヘッド２により拡径トンネル部T1' の掘削壁面の一側部を掘削することなく該カッタヘッド２を下向き状態から拡径トンネル部T1' の掘削壁面の一側面に対向した水平状態となるまで旋回動させることができる。

さらに、上述したように、回動支持台3e、3e側の一方の一組のグリッパシュー3a、3aからその側部を形成している分割グリッパシュー片31、31を取り外しているので、このグリッパシュー3a、3aにカッタヘッド２が突き当たることなく該カッタヘッド２を上記支軸８回りに旋回動させることができる。なお、上記カッタヘッド２の外周端縁と拡径トンネル部T1' との間の隙間Ｅが小さくてカッタヘッド２が僅かに当接する場合であっても、当接するまでにカッタヘッド２が拡径トンネル部T1' 内において掘削壁面の一側部に向かって適宜角度回動しているので、掘削壁面の一部分を拡径トンネル部掘削用ビット26等によって簡単に掘削しながら旋回動させることができる。

また、掘削機本体Ａの基端側においては、全てのグリッパシュー3a、3aの基端部の分割グリッパシュー片32、33が取り外されていて、グリッパシュー3a、3aの基端が掘削機本体１の基端面から先端側に没入した状態としてあり、且つ、掘削機本体Ａの回動中心軸である上記支軸８は機長を２等分する位置に配設されているので、上記先端側のカッタヘッド２と同様に、掘削機本体Ａの基端部が拡径トンネル部T1' の掘削壁面の他側面に当接することなく支軸８回りに水平方向にまで回動することができる。

こうして、掘削機本体Ａが90度、支軸８回りに回動して水平方向に向きを変えると、収縮している他方の一組のフロントグリッパ3'、3'のグリッパシュー3a、3aが掘削機本体Ａと一体的にその向きを変えて凸円弧状に湾曲した外面を次に掘削する横坑T3の掘削壁面t'の周方向に向けた状態となるが、掘削壁面ｔに圧着している上記一方の一組のグリッパシュー3a、3aは、掘削機本体Ａが水平方向に向きを変えてもその外面は立坑T1の掘削に適した状態を保持している。

この一組のグリッパシュー3a、3aを横坑T3を掘削するのに適した状態にするに際して、まず、掘削した立坑T1の底面を埋め戻してその埋め戻した上面を、この上面に対向する他方の一組のグリッパシュー3a、3aにおける下側のグリッパシュー3aの凸円弧状外面に沿うように凹円弧状の湾曲面Ｆに整形する。この場合、立坑T1の底面が截頭円錐形状に形成されていて、その中央部の幅狭い部分を上述したように埋め戻してもグリッパシュー3aの基端側が埋め戻した部分から掘削壁面の他側部側にはみ出すので、そのはみ出す底面部分を掘削F'してその掘削上面を上記湾曲面Ｆと面一の湾曲面に整形し、しかるのち、下側のグリッパシュー3aを伸長させてこの湾曲面Ｆ上に載せ、掘削機本体Ａを支持させる。この湾曲面Ｆが次に掘削すべき横坑T3の底面に連なるものである。

この状態にして掘削壁面ｔに圧着している一方の一組のフロントグリッパ３、３のグリッパシュー3a、3aを収縮させ、しかるのち、回動支持台3e、3eを90℃、支軸８を中心として回動させることによってこれらのグリッパシュー3a、3aの向きを横坑T3を掘削するのに適した状態、即ち、その凸円弧状に湾曲した外面が横坑T3の掘削壁面t'の周方向に向いた状態にする（図13参照）。この際、一方の一組のグリッパシュー3a、3aの旋回動の邪魔となる拡径トンネル部T1' の両側壁面の一部を図12に示すように掘削Ｇしておく。しかるのち、このグリッパシュー3a、3aの側面に分割グリッパシュー片31、31を取り付けると共にこれらのグリッパシュー3a、3aを掘削壁面ｔの前後部に押し付けてカッタヘッド２を回転駆動させながら、傾斜ジャッキ3b、3cを駆動することにより掘削機本体Ａを僅かに水平方向に掘進させて全てのグリッパシュー3a、3aの基端（後端）に分割グリッパシュー片32、33が装着可能な空間部を形成したのち、これらの分割グリッパシュー片32、33をグリッパシュー2a、2aの基端に取り付ける（図14、図15参照）。

こうして、グリッパシュー3a、3aを元の形状に復旧したのち、固定ボルトによって一方の一組のグリッパシュー3a、3aの回転支持台3e、3eを固定台板3d、3dに固定した状態にしてこの掘削機本体Ａのカッタヘッド２を回転させると共に、グリッパシュー3a、3aのジャッキ3b、3cを作動させて立坑T1の底部から横坑T3に連続的に連なる屈曲トンネル部T2を掘削する。

掘削機本体Ａが立坑T1の底部から水平方向に横坑T3を掘進して該横坑T3内に進入した状態になると、四方のグリッパシュー3aを横坑T3の掘削壁面t'に押し付けた状態にして上記立坑T1の掘削時と同様に横坑T3を掘進していく。この横坑T3が掘削機本体Ａに上記メインビーム４を連結することができる長さだけ掘削されると、掘削機本体Ａによる該横坑T3の掘削を停止し、この掘削機本体Ａの後端に図16に示すように、両側にリアグリッパ６、６を装着している後胴部５を備えたメインビーム４を連結する。

このメインビーム４は屈曲トンネル部T2を通過することができない長さを有しているので、予め、その長さを数個に分解可能に構成されていると共に、後胴部５も分解可能に構成されている。そして、立坑T1側で後続台14を吊支してメインビーム４を吊り下ろし、立坑T1の底部内において、数分割して横坑T3側に送り込み、掘削機本体Ａの後端に順次、連結することによってメインビーム４を組み立てる。次いで、このメインビーム４に後胴部５を該メインビーム４の長さ方向方向に摺動自在に装着すると共にこの後胴部５の両側にリアグリッパ６、６を組み込み、これらのリアグリッパ６、６のグリッパシュー6a、6aと掘削機本体Ａの後端両側部間を推進ジャッキ７、７で連結する。

また、メインビーム４の後端部下面にサポートジャッキ15を取り付けて、このサポートジャッキ15によりメインビーム４の後端部を横坑T3の掘削壁面に支持させると共に該サポートジャッキ15の伸縮させることにより、掘削機本体Ａのカッタヘッド２を両側のフロントグリッパ３、３を支点として上下方向に向きを変えさせてその方向に掘進させるように構成している。なお、掘削機本体Ａを左右方向に向きを変えるには、両側のリアグリッパ６、６の一方を伸長させ、他方を収縮させることによって行われる。

こうして、掘削機本体Ａの後端にメインビーム４を連結したのち、上記立坑T1の掘削時と同様に、メインビーム４の後胴部５の両側部に装着しているリアグリッパ６、６の伸縮ジャッキ6b、6bを伸長させることによってグリッパシュー6a、6aを横坑T3の両側掘削壁面t'に圧着させる一方、前胴部１の四方に配設しているフロントグリッパ３、3'のグリッパシュー3aを掘削壁面t'に摺接させた状態にしたのち、カッタヘッド２を回転させると共に推進ジャッキ７、７を伸長させると、後胴部５に対して前胴部１が推進してカッタヘッド２により横坑T3が掘削される。なお、この掘削時には、サポートジャッキ15を伸縮させて横坑T3の底面から浮き上がらせた状態にしておく。

推進ジャッキ７、７の伸長によって掘削機本体Ａが一定長、掘進すると、今度は掘削機本体Ａの前胴部１に配設している四方のフロントグリッパ３、3'のグリッパシュー3aを掘削壁面ｔに強く圧着させると共にサポートジャッキ15を伸長させて横坑T3の底面上にメインビーム４を支持させた状態としたのち、リアグリッパ６、６のグリッパシュー6a、6aを収縮させ、しかるのち、推進ジャッキ７、７を収縮させることによって後胴部５をメインビーム４に沿って一定長さだけ前進させ、その前進位置で該リアグリッパ６、６のグリッパシュー6a、6aを伸長させることによって掘削壁面t'に圧着させ、この圧着後に上記フロントグリッパ３、3'のグリッパシュー3aを僅かに縮小させて掘削壁面ｔに摺接した状態にする。

この状態にして再び推進ジャッキ７、７を伸長させることによって掘削機本体Ａを前進させる。そして、この手順を繰り返しおこなって所定長さまで横坑T3を掘削するものである。なお、この横坑T3が20〜30ｍ程度、掘削されると、図示していないが、該横坑T3の内底面にレールを敷設し、上記立坑T1の掘削壁面ｔに吊支しておいた後続台14を吊り下ろしてこのレール上に走行自在に配設すると共に掘削機本体Ａに接続してもよい。

なお、以上の実施の形態においては、立坑T1から屈曲トンネル部T2を介して横坑T3に至るトンネルの連続掘削方法について説明したが、屈曲トンネル部T2を介して掘削すべきトンネルとしては立坑T1や横坑T3に限らず、トンネル掘削機によって掘削中のトンネル（坑）から該トンネルに対して屈曲トンネル部T2を介して急角度でもって任意の方向にトンネルを連続掘削する場合においても当然のことながら実施し得るものである。

立坑を所定深さまで掘削したトンネル掘削機の簡略縦断正面図。その四方に配設したグリッパシュー部分の簡略横断面図。メインビームを掘削機本体から切り離した状態の簡略縦断正面図。掘削機本体を僅かに後退させた状態の簡略縦断正面図。分割グリッパシュー片を取り外した状態の簡略縦断正面図。その簡略横断面図。他方のグリッパシューを収縮させている状態の簡略縦断正面図。その簡略横断面図。掘削機本体を水平方向に回動させている状態の簡略縦断正面図。その簡略横断図。掘削機本体を水平方向に向きを変えた状態の簡略縦断正面図。その簡略横断面図。グリッパシューシューを元の位置まで回動させた状態の簡略横断面図。分割グリッパシュー片を取り付けた状態の簡略縦断正面図。その簡略横断面図。横坑を掘削している状態の縦断正面図。

符号の説明

Ａ掘削機本体
T1 立坑
T2 屈曲トンネル部
T3 横坑
１前胴部
２カッタヘッド
３、3' フロントグリッパ
3a グリッパシュー
3b、3c 傾斜ジャッキ
４メインビーム
５後胴部
６リアグリッパ
７推進ジャッキ
８支軸

Claims

掘削機本体は、先端にカッタヘッドを回転自在に配設している前胴部の外周四方に複数本のジャッキによってグリッパシューが径方向に拡縮するフロントグリッパを配設し且つ互いに平行に対向する二組のフロントグリッパのうち、一方のフロントグリッパを上記前胴部の軸心に直交する軸回りに回転自在に装着してなり、この掘削機本体の上記前胴部の基端にメインビームを着脱自在に連結していると共に、このメインビームに外周面にリアグリッパをトンネル径方向に伸縮自在に配設している後胴部を長さ方向に移動自在に装着し、さらに、上記前後胴部間を前胴部に対して切り離し可能に複数本の推進ジャッキによって連結していることを特徴とするトンネル掘削機。
掘削機本体の機長を、該掘削機本体が互いに平行な一方のフロントグリッパを支点として回動してその向きを変える場所のトンネル径よりも短い長さに形成していることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
フロントグリッパは、そのグリッパシューと掘削機本体の前胴部間を連結している複数本のジャッキを、該前胴部から掘削機本体の後方側に向けて傾斜した推進用傾斜ジャッキと、前胴部から掘削機本体の前方側に向けて傾斜した突っ張り用傾斜ジャッキとから構成していることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。