JP4398485B2 - トンネル掘削機及びトンネル掘削工法 - Google Patents

Description

本発明は、地中内にトンネルを掘削しながら該トンネル内に管体を構築していくトンネル掘削機に関し、特に、管路形成途中の必要時、及び管路形成後に、掘削機本体を掘削機外殻から分離して前記管路側へ退避可能であるトンネル掘削機及びトンネル掘削工法に関するものである。

従来において、地中に管路を形成するための推進工事やシールド工事のようなトンネル工事においては、発進立坑側から到達立坑に向かってトンネル掘削機を地中に掘進させ、一定長のトンネルを掘削する毎に該トンネル掘削機に後続させて一定長の被埋設管体を順次、継ぎ足すことにより管路を形成している。

到達立坑に達したトンネル掘削機は、通常、該到達立坑内から地上に回収しているが、到達立坑が既設のマンホール等の狭隘な立坑である場合、或いは、到達立坑が設けられない場合や、２基のトンネル掘削機を地中でドッキングさせる場合のように到達立坑を設けない場合には、到達側からトンネル掘削機を取り出すことができない。そのようなときは、掘削終了後にトンネル掘削機を解体することなく管路内を通じて発進立坑側に撤去、回収することが行われている（特許文献１参照）。

さらに、掘削途中に残置された矢板等があってこの矢板等をトンネル掘削機では取り除けない場合にも、トンネル掘削機を解体することなく管路内を通じて発進立坑側に一時撤去し、矢板等を取り除いてから再びトンネル掘削機を掘削位置へ取り付けることが行われる。

このため、先頭の敷設管内にトンネル掘削機を挿入、固定しておき、先頭の被埋設管体の開口端から前方に突設している該トンネル掘削機のカッタヘッドを回転させながら発進立坑側で被埋設管体を押し進めることにより、トンネル掘削機を掘進させてトンネルを掘削すると共に、被埋設管体の長さのトンネルが掘削される毎に被埋設管体を順次継ぎ足すことにより管路を形成し、次いで、掘削終了後には、カッタヘッドを被埋設管体の内径よりも小径となるように縮小させると共に先頭の被埋設管体に対するトンネル掘削機の固定を解いたのち、トンネル掘削機を解体することなく管路内を通じて発進立坑まで後退させ、発進立坑から地上側に回収することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００６−２１９９７９号公報

しかしながら、特許文献１に開示された管路形成用トンネル掘削機にあっては、掘削機本体を移送させるための走行輪が周方向の４カ所（上下左右の位置）に備えていて、掘削機本体の全重量が下側の走行輪（２輪）に加わり、さらに掘削時におけるローリング反力も加わるので、走行輪及びその軸受が破損する惧れがあり、破損が起きると、掘削機本体の発進立坑側への迅速な回収が難しくなる。さらに、排土装置が高い位置にあるために掘削土が残ってしまう、引き抜き時に車輪がむき出しになってしまう、車軸に土砂が入り込むという問題もある。

本発明は、掘削機内筒が掘削機外殻に対してローリングすることがなく、掘削時に走行輪が周囲からの圧力で破壊される惧れがなく、管路形成途中の必要時、及び管路形成後にカッタスポークを縮めて掘削機本体を掘削機外殻から分離して発進立坑側へ退避するときに走行輪が安全確実に走行できるトンネル掘削機を提供することを課題としている。

かかる課題を達成するために、請求項１に記載の発明は、被埋設管体の内径よりも所要小さい掘削機内筒及び前記被埋設管体の外径に略等しくトンネルを掘削し得ると共に前記被埋設管体の内径よりも所要小さくなるように縮め得る伸縮カッタスポークを有する掘削機本体と、外径が前記被埋設管体の外径に略等しく前記掘削機本体を収容し掘削機内筒を分離可能に固定する掘削機外殻とを備え、地中にトンネルを掘削しながら被埋設管体を継ぎ足して管路を形成していき、管路形成途中の必要時、及び管路形成後に、前記伸縮カッタスポークを縮めて掘削機本体を前記掘削機外殻から分離して管路側へ退避可能であるトンネル掘削機であって、前記掘削機本体は、前記掘削機内筒が、略全長を前記掘削機外殻の内筒部に収容されて着脱自在に支持され、該収容状態で前記掘削機内筒の下側部分に複数の走行輪が前記掘削機外殻に設けられた凹部に位置して当該掘削機外殻から浮いた状態に備えられ、該走行輪が管路側へ退避させるときに管体内面を走行し得るように構成されたトンネル掘削機としたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記走行輪を備える部分の切羽側部分が閉じていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記掘削機本体の掘削機内筒の切羽側に寄った部分を閉じている隔壁の外郭と内筒の接合面部下部に排土装置の排土取込用開口が設けられ、かつ該排土取込用開口を囲んで管路側へ前記排土装置の排土取込筒が傾斜上昇して延在しており、前記走行輪は、排土取込筒を挟んだ両側に複数列ずつ備えていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３の何れか一に記載の構成に加え、前記掘削機本体には、管路側にジャッキを用いた掘削方向修正装置を備え、前記掘削機本体を管路側へ退避させる時に、前記ジャッキを外して掘削機外殻と前記管路との間に管路内面を延長するように一致する円弧面を有する受け渡しプレートが取り外し可能に敷設し得るように構成されたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の構成に加え、前記受け渡しプレートには、前記走行輪をガイドして前記掘削機本体を前記掘削機外殻に対する周方向の位置を合わせる車輪ガイドを備えたことを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項１乃至５の何れか一に記載の構成に加え、前記掘削機内筒の上半部の管路側の端部に走行補助輪を周方向に複数備え、該走行補助輪で、前記掘削機本体を前記管路側へ退避する時に管路内面に対してガイドするように構成されたことを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項４乃至６のいずれか一に記載のトンネル掘削機で地中にトンネルを掘削しかつトンネル掘削機の後側に継ぎ足す被埋設管体を推進装置で推進して管路を伸ばしていくトンネル掘削工法において、トンネル掘削時は、前記トンネル掘削機に備える走行輪を掘削面から浮かせかつ走行輪の切羽側を隠蔽して掘削を行い、掘削途中で前記掘削機本体を退避させるときは、前記伸縮式カッタの伸縮カッタスポークの縮小しかつ前記掘削機本体を掘削機外殻と分離し、前記受け渡しプレートを設置してこの受け渡しプレート上に前記走行輪を走行させて、前記掘削機本体を前記管路内へ乗り入れさせさらに該管路内より退避させ、その後再び前記管路内に前記掘削機本体を入れて前記走行輪により前記管路及び前記受け渡しプレート上を走行させ、前記掘削機内筒を前記掘削機外殻に嵌合させて連結し、前記受け渡しプレートを撤去し、前記排土装置、その他の前記連結解除した箇所を再び連結し、前記伸縮式カッタの一対の伸縮カッタスポークを伸張させ、その後、前記トンネル掘削機によりトンネルの掘削を続行するトンネル掘削工法としたことを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、掘削機内筒が掘削機外殻の内筒部に堅固に支持されて掘削が行われるので、掘削機内筒が掘削機外殻に対してローリングすることがなく、しかも、掘削時には走行輪が浮いた状態に保持されるので、走行輪が周囲からの圧力で破壊されることがなく、管路形成途中の必要時、及び管路形成後にカッタスポークを縮めて掘削機本体を掘削機外殻から分離して発進立坑側へ退避するときに走行輪が安全確実に走行できる。

請求項２に記載の発明によれば、走行輪を備える部分の切羽側部分が閉じているので、切羽を切り崩した掘削土が走行輪の周囲に入り込まないので、車軸に掘削土が入り込まず、車軸が傷まない。また、切羽を切り崩した掘削土が走行輪の周囲に入り込まないので、掘削機本体を掘削機外殻から分離して発進立坑側へ退避するときに、掘削土を管路へ持ち込むことがなく、管路が綺麗に保たれる。

請求項３に記載の発明によれば、掘削時には掘削機内筒の下部中央より良好かつ効率的に掘削土の取り込みができ、掘削土を殆ど取り残すことなく排出でき、また、走行輪を排土取込筒を挟んだ両側に備えているので、掘削機本体を掘削機外殻から分離して発進立坑側へ退避するときには、掘削機本体が横ぶれすることがないように、走行輪が掘削機本体を支持して管路内を安定走行することができて、掘削機本体を管路内面に干渉しないで管路内を通行させることができる。さらに、この走行輪が複数列ずつ設けられているため、１個の走行輪当たりの負荷が小さくなり、破損の惧れが生じないように掘削機本体の重量を分担することが可能となる。

請求項４に記載の発明によれば、掘削機本体の管路側にジャッキを用いた掘削方向修正装置を付け足すと、掘削機外殻と管路とが大きく離間することになるが、ジャッキ等を取り外して受け渡しプレートを敷設するだけで、走行輪を該受け渡しプレート上に走行させて管路側へ乗り移らせて掘削機本体を管路側へ退避させることができる。

すなわち、掘削機外殻と管路とが大きく離間すると、掘削機本体を管路側へ退避させる時に、掘削機外殻から掘削機内筒が抜け出すに連れて、掘削機本体の重量を支えて姿勢を保持する手段が必要になるが、受け渡しプレートを敷設することで、走行輪が受け渡しプレートに乗り移り掘削機本体の重量を支えて姿勢を保持し掘削機本体を管路内への乗り入させることができる。このため、掘削機本体を管路側へ退避させることが手早く行える。

請求項５に記載の発明によれば、掘削途中で掘削機本体を管路側へ退避させた後に再び掘削位置へ移動してセットする場合に、受け渡しプレートに備えた車輪ガイドが、走行輪の走行をガイドするので、掘削機本体を掘削機外殻の内側へ送り込むだけで掘削機本体を掘削機外殻に対する周方向の位置を合わせが行えるので、該位置合わせの手間が省けて、掘削機外殻と掘削機内筒との接続固定を直ちに行えて、作業性が向上する。

請求項６に記載の発明によれば、掘削機本体を管路内へ退避させるとき、及び引き続いて発進立坑へ移動するときに、管路の上側の半円筒面を走行補助輪がガイドするので掘削機本体が管路内を円滑に走行移動できる。

請求項７に記載の発明によれば、請求項１乃至６に記載の発明と同じ効果が得られる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
〔発明の実施の形態１〕

この実施の形態１では、推進工事に本発明を適用した例について述べる。
図１乃至図７には、本発明の実施の形態１に係るトンネル掘削機１００を示している。

まず、構成を説明する。トンネル掘削機１００は、掘削機外殻１０と、前記掘削機外殻１０内に設置される掘削機本体２０を備えてなる。

図８には、トンネル掘削機１００により、トンネルを掘削し管路を形成する管路形成工事の概要を示している。
図８において、符号Ａは発進立坑であり、該発進立坑Ａの到達立坑（図示しない）或いはマンホール（図示しない）に向かう下部側面部に、トンネル掘削機１００を設置すると共に、推進装置（油圧シリンダ装置）Ｂを後方設置し、トンネル掘削機１００による掘削を開始しかつ推進装置Ｂでトンネル掘削機１００を推進して１つの被埋設管体Ｐの長さだけ掘進する。

そして、推進装置Ｂを縮小し、トンネル掘削機１００の後に被埋設管体Ｐ（例えばヒューム管を用いるが、コンクリート管、鋼管、セグメント管等であってもよい）を入れ、推進装置Ｂを再びセットして、再びトンネル掘削機１００で掘削を行い推進装置Ｂで被埋設管体Ｐを推進して１つの被埋設管体Ｐの長さだけ掘進する。

以後、同様にして、トンネル掘削機１００で地中にトンネルを掘削しながら被埋設管体Ｐを継ぎ足して推進装置Ｂで被埋設管体Ｐを推進し管路を伸ばしていくものである。

以下、図１乃至図７に戻って、トンネル掘削機１００の構成の説明を続ける。

掘削機外殻１０は、外筒部１１と中間筒部１２と内筒部１３とがボルト及びその他の接合手段（図示しない）により連結された積層構造である。積層構造としたのは、外径と内径との寸法差が大きいことと内周面に凹部を設けることの必要性及び外殻１０が到達部で残置される場合に、管内の仕上げ層を確保することからの製作上の利便性向上のためである。なお、掘削機外殻１０は、到達方法や管の仕上げ方法によっては、必ずしも二重構造でなくても良い。

中間筒部１２と内筒部１３は、肉厚体である。外筒部１１は、鋼板により円筒形に形成されていて、外径が被埋設管体Ｐの外径と略等しく設定される。中間筒部１２は、外筒部１１に一体に結合された円筒体である。内筒部１３は、内径を被埋設管体Ｐの内径よりも所要小さく、例えば１００ｍｍ小さく設定されている。中間筒部１２及び内筒部１３は、鉄筋コンクリート製の中実円筒体であるか、あるいは鋼板を溶接してなる中空円筒体で必要により骨材を張り込んだ構造体であって良い。

中間筒部１２と内筒部１３は、切羽側端が一致しかつ外筒部１１の切羽側端よりも引っ込んでいると共に、管路側端が一致しかつ外筒部１１の管路側端よりも引っ込んでいる。中間筒部１２と内筒部１３の切羽側の端面よりも切羽側の、外筒部１１の内側空間は、地山の切羽を切り崩した土砂を取り込んで攪拌し塑性流動化するための攪拌室１４となっている。

中間筒部１２は、完全な円筒体となっているのに対し、内筒部１３は、完全な円筒体ではなく、内周面に、後述する掘削機本体２０に備える走行輪２８を干渉しないように収容可能な凹部１５を備えている。この凹部１５は、この凹部１５に対応する部分において内筒部１３が切除されて存在しないことにより形成されることが含まれる。

掘削機本体２０は、掘削機内筒２１と、隔壁２２とで基体が構成されている。掘削機内筒２１は、掘削機外殻１０の内筒部１３とほぼ同一長さである鉄製の円筒形に形成されていて、掘削機外殻１０の内筒部１３に緩く嵌合された状態に収容され、さらに掘削機外殻１０の内筒部１３に対してボルト等の連結手段で固定及び分離可能に構成されている。掘削機内筒２１と掘削機外殻１０の内筒部１３とが大きな面積の円筒面で対偶しかつ固定手段ｂにより固定連結されるので、掘削機本体２０は、掘削時に掘削機外殻１０に対して周方向にローリングすることがない。前記凹部１５の切羽側端縁は、前記内筒部１３の内周面の切羽側端縁から一定寸法離れて設けられていて、従って、前記内筒部１３の内周面の切羽側端縁から一定寸法部分は、一回りした円周面となっていて、ここに周溝が形成されこの周溝に設けられたシール手段ｃにより、掘削機内筒２１と掘削機外殻１０の内筒部１３とのシールが図られている。

隔壁２２は、鉄製の円形板であり、掘削機内筒２１内の切羽側に寄った位置を閉塞している。掘削機本体２０は、隔壁２２に関し、切羽側の空間を切羽を切り崩した排土の攪拌室１４として備えている。

掘削機本体２０は、隔壁２２に設けられ又は支持されるように、軸受２３と回転軸２４と伸縮式カッタ２５と回転駆動手段２６とを備えていると共に、掘削機内筒２１と隔壁２２に設けられ又は支持されるように、排土装置２７と走行輪２８とを備えている。

回転軸２４は、隔壁２２を貫通して設けられ軸受２３に軸支されて伸縮式カッタ２５のカッタボス２５ａの中央孔（図示しない）に嵌入固定され、該カッタボス２５ａを支持している。

伸縮式カッタ２５は、カッタボス２５ａを有し、該カッタボス２５ａに切羽側から見てすれ違いに平行し両側に伸張する一対の伸縮カッタスポーク２５ｂ、２５ｂと、一対の伸縮カッタスポーク２５ｂ、２５ｂとは９０°異なる両側方向に張り出した一対の固定カッタスポーク２５ｃ、２５ｃとを有している（図３参照）。

伸縮カッタスポーク２５ｂは、カッタボス２５ａの両側側面に開口され内部に形成された平行な２つの空間内に両側開口から伸縮可能に収容されている。さらに、伸縮カッタスポーク２５ｂの内部に油圧シリンダ装置２５ｄが収容されている。油圧シリンダ装置２５ｄは、ピストンヘッドを伸縮カッタスポーク２５ｂの先端側にリンクされると共にシリンダ基部をカッタボス２５ａ側にリンクされている（図３参照）。

伸縮カッタスポーク２５ｂは、掘削時には、油圧シリンダ装置２５ｄのピストンロッドを伸張することにより、伸縮カッタスポーク２５ｂをカッタボス２５ａより張り出して伸縮カッタスポーク２５ｂの先端における回転径が被埋設管体Ｐの外径よりも例えば５０ｍｍ小さい大きさであり、先端に取り付けるカッタビット（外周シェルビット）２５ｅの回転径が被埋設管体Ｐの外径と略一致させて被埋設管体Ｐを埋設できるトンネルを掘削できる大きさになり、また管路側への回収時には、ピストンロッドを縮小することにより、伸縮カッタスポーク２５ｂをカッタボス２５ａ内へ所要寸法引っ込めてカッタビット２５ｅの先端における回転径が被埋設管体Ｐの内径よりも例えば１００ｍｍ小さくすることができる（図１〜図３参照）。

固定カッタスポーク２５ｃは、伸縮カッタスポーク２５ｂの縮小時と同一に、先端における回転径が被埋設管体Ｐの内径よりも例えば１００ｍｍ小さく、管路内を通過可能に構成されている。

伸縮式カッタ２５は、カッタボス２５ａにカッタビット（フィッシュテールビット）２５ｆを、また伸縮カッタスポーク２５ｂと固定カッタスポーク２５ｃの切羽側の面の適宜箇所にカッタビット（ルーフビット）２５ｇを有している。さらに、伸縮カッタスポーク２５ｂと固定カッタスポーク２５ｃの先端部より管路側（後面側）へ延在する攪拌翼２５ｈを備えている（図１〜図３参照）。

伸縮式カッタ２５は、伸縮カッタスポーク２５ｂを伸ばした状態で回転しながら推進力を受けることにより、カッタビット２５ｅ〜２５ｇを切羽に突き立てて被埋設管体Ｐの外径と略等しい口径でトンネルを掘削し得るとともに、管路側への回収時には被埋設管体Ｐの内面に干渉しないように伸縮カッタスポーク２５ｂを縮めて管路内を通過可能に構成されている。掘削した土砂は、攪拌室１４に取り込まれ、攪拌翼２５ｈで撹拌され塑性流動化されて排土装置２７により排土される（図１〜図３参照）。

回転駆動手段２６は、モータ２６ａと減速装置（例えば歯車減速機）２６ｂからなる。減速装置２６ｂは、隔壁２２の管路側の面に設けられる。モータ２６ａは減速機ケースに設けられる。減速装置２６ｂの入力軸がモータ２６ａの出力軸と連結され、減速装置２６ｂの出力軸が回転軸２４と連結固定される（図１参照）。

排土装置２７は、この実施の形態ではスクリューコンベアが採用されている（図１参照）。隔壁２２の下部中央に開けられた排土取込用開口２２ａを囲んで発進立坑Ａ側へ排土取込筒２７ａが傾斜上昇して延在している。排土装置２７は、排土取込筒２７ａを掘削機内筒２１と隔壁２２に固定して設けられ、排土取込筒２７ａにスクリュー２７ｂを挿入して下端（挿入先端）を隔壁２２に関し切羽側に突出して掘削された土砂を取り込む。掘削された土砂は、伸縮式カッタ２５から隔壁２２の切羽側の攪拌室１４内に取り込まれ、攪拌室１４で撹拌されて塑性流動化され、塑性流動化した土砂は、排土装置２７に取り込まれて排土される。このとき、必要に応じ、掘削土砂の塑性流動化を促進するための作泥材を、カッタ中央に設けるノズル２５ｉ及び隔壁２２の上部に設けるノズル２２ｂを通して掘削土砂に注入されるように構成される。なお、隔壁２２が掘削機内筒２１の切羽側先端に位置していても構わない。

排土装置２７は、掘削機本体２０の管路側への回収時には、排土取込筒２７ａのフランジ部のボルト連結を解いて、スクリュー２７ｂを引き抜いて掘削機本体２０から分離可能である（図２参照）。

走行輪２８は、排土取込筒２７ａを挟んだ両側に、下部開口以外は排土が侵入しないように周囲を密閉して形成された走行輪収容室２９に備えられている。この走行輪収容室２９は、切羽側端壁２９ａにより排土の侵入を防ぎ、トンネル方向に沿った両側の側壁で走行輪２８の車軸を両端支持し、後方側端壁（符号付けず）が固定手段ｂにより掘削機外殻１０と固定されている。
この走行輪収容室２９の切羽側下部にブラシ（図示省略）を備えていると、土砂の流入をさらに抑えられ、好適である。走行輪２８は、掘削機内筒２１の長さに対応するように一列に複数個、図示例では６輪が並ぶように片側に３列、両側で６列となるように備えられ、これらの走行輪２８で負荷が小さく破損の惧れが生じないように掘削機本体２０の重量を分担している（図１、図４、図５参照）。

走行輪２８は、掘削機本体２０が掘削機外殻１０に収容された状態では、掘削機外殻１０の内周面に形成された凹部１５に位置し、掘削機外殻１０に接地しないで浮いた状態になる（図４参照）。このため、掘削機外殻１０に周囲の地盤圧力が加わっても、走行輪２８には伝わらないようになっている。

この実施の形態のトンネル掘削機１００は、掘削方向修正装置３０を備えている。
掘削方向修正装置３０は、掘削機外殻１０の外筒部１１の、中間筒部１２よりも管路側に延在する部分である円筒部１１ａと、この円筒部１１ａの内側に一部オーバーラップするプッシャーリング３１と、円筒部１１ａとプッシャーリング３１とのオーバーラップ面を密封するシール手段３２とで構成されたシールドが確保される屈曲可能な筒部を備えている（図１参照）。

さらに、掘削方向修正装置３０は、掘削機外殻１０を構成する内筒部１３の内面に固定されたジャッキブラケット３３ａと、プッシャーリング３１の内面に固定されたジャッキブラケット３３ｂとの両側にリング継手３４ａ、３４ｂを連結されたジャッキ３４を備えてなる（図１参照）。このジャッキ３４は、油圧ジャッキであることが好ましい。このジャッキ３４は、円周方向に等配置に４個以上、この例では４個設けられている。プッシャーリング３１は、最初の被埋設管体Ｐの外面にオーバーラップする筒部３１ａを備え、この筒部３１ａで被埋設管体Ｐとの間のシールが確保されると共に連結が確保される。

掘削時において、図８に示す推進装置Ｂによる推力は、プッシャーリング３１で受けてジャッキ３４を介して掘削機本体２０に伝わり、さらに掘削機内筒２１から掘削機外殻１０に伝わる。

掘削方向修正装置３０は、掘進方向が目標方向からずれてきたときに、一方側の複数のジャッキ３４を収縮し、他方側の複数のジャッキ３４を伸張し、トンネル掘削機１００で掘削しながら図８に示す推進装置Ｂで推進すると、掘削方向を変更できるように構成されている。なお、屈折角度は、ジャッキ３４の伸長量によって大小に調整することができ、掘削中における方向修正や曲線トンネル施工が容易に且つ正確に行うことができる。

この実施の形態のトンネル掘削機１００にあっては、掘削途中の切羽に掘削不能な異物が現れたとき等に（及び管路形成後に）、掘削機本体２０を掘削機外殻１０と分離し被埋設管体Ｐを継ぎ足し形成された管路内を通して発進立坑Ａに引き戻すこと、及び切羽に現れた掘削不能な異物を取り除いたときに掘削機本体２０を再び元掘削位置に送り込むことが容易に行えるように構成されている。

掘削機本体２０を管路内を通して発進立坑Ａに引き戻せるようにするために、掘削機本体２０を掘削機外殻１０から分離できるように構成されている（図２参照）。この分離は、排土装置２７を取り外してから、例えば４個のジャッキ３４を取り外し、さらに、プッシャーリング３１に設けられたジャッキブラケット３３ｂを取り外し、掘削機内筒２１と掘削機外殻１０の内筒部１３と固定手段ｂとの固定を外すことで達成される（図２参照）。

掘削機本体２０を管路内へ移動するには、管路内に牽引車両Ｃを入れて、この牽引車両Ｃと掘削機本体２０とをロープその他の連繋手段で繋いで牽引すれば、掘削機内筒２１が掘削機外殻１０の内筒部１３から抜けていき、掘削機本体２０が管路方向へ移動することができる（図２参照）。しかしこの実施の形態では、掘削方向修正装置３０を備えており、掘削機外殻１０の内筒部１３と管路までの距離が掘削機本体２０の長さと同程度に開いているので、浮いた状態の走行輪２８は、掘削機内筒２１が掘削機外殻１０の内筒部１３から引き抜ける前に管路に乗り上げることはできず、掘削機本体２０を同じ高さとなるように支持できない。

そこで、この実施の形態では、ジャッキ３４等を取り外した後に、掘削機外殻１０の内筒部１３と管路までの間に、管路内面を延長するように管路内面と一致する円筒面を有する受け渡しプレート４０を敷設し、受け渡しプレート４０をプッシャーリング３１に対してボルトで固定できるように構成されている（図２、図５参照）。

従って、走行輪２８を該受け渡しプレート４０上に走行させて管路側へ乗り移らせて掘削機本体２０を管路側へ退避させることができる。すなわち、掘削機外殻１０と管路とが大きく離間しているので、掘削機本体２０を管路側へ退避させる時に、掘削機外殻１０から掘削機内筒２１が抜け出すに連れて、掘削機本体２０の重量を支えて姿勢を保持する手段が必要になるが、受け渡しプレート４０を敷設することで、走行輪２８が受け渡しプレート４０に乗り移り掘削機本体２０の重量を支えて姿勢を保持し掘削機本体２０を管路内への乗り入れさせることができる（図２、図６参照）。このため、掘削機本体２０を管路側へ退避させることが手早く行える。

受け渡しプレート４０は、敷設したままとされ、掘削機本体２０を再び掘削位置に戻す時に再度使用され、掘削機本体２０を掘削位置に戻した後に取り外される。掘削機本体２０を再び掘削位置に戻す時の利便性を高めるために、受け渡しプレート４０には車輪ガイド４１が備えられている（図７参照）。

この車輪ガイド４１は、走行輪２８をガイドして走行方向（切羽へ接近する方向）を規制して、掘削機本体２０の掘削機外殻１０に対する周方向の正確な位置に合わせるインデックス機能の役目を果たす。車輪ガイド４１は、この実施の形態では、受け渡しプレート４０の内面に重なる３つの積層板で構成され、積層板間の凹部面に走行輪２８が当接して走行するので凹部の幅をテーパ状に狭くなるようにして走行輪２８の走行を規制するように構成されている（図７参照）。

受け渡しプレート４０は、車輪ガイド４１を備えていることで、掘削機本体２０を掘削機外殻１０の内側へ送り込むだけで、掘削機本体２０を掘削機外殻１０に対する周方向の正確な位置に位置合わせが行えるとともに、該走行輪２８の脱輪を回避でき、上記周方向の位置合わせ作業が簡単になり大幅に手間が省けて、掘削機外殻１０と掘削機内筒２１との接続固定を直ちに行えて、作業性が向上する。

続いて、上記のように構成されたトンネル掘削機１００に関し、掘削途中（管路形成途中）の必要時に、掘削機本体２０を掘削機外殻１０から分離して発進立坑Ａ側へ退避し、再び掘削位置へ戻す作業手順を図９乃至図１８を用いて説明する。

図９乃至図１８には、トンネル掘削機１００による管路形成工事の、図８に続く行程が示されている。図９には、トンネル掘削機１００でトンネルを掘削し管路を形成していく途中で掘進路に残置された古い矢板Ｙが出てきた状態が示されている。この矢板Ｙは、トンネル掘削機１００では除去できない。

そこで、掘削機本体２０を掘削機外殻１０から分離して図８に示す発進立坑Ａ側へ退避させる。分離するには、まず、伸縮カッタスポーク２５ｂを縮め、油圧装置と接続される油圧ホース（図示しない）を取り外し、受け渡しプレート４０を敷設し排土装置２７を取り外す（図１０参照）。

次いで、ジャッキブラケット３３ａ、３３ｂと掘削方向修正用ジャッキ３４の連結を解いて例えば４個の掘削方向修正用ジャッキ３４を取り外し、さらに、ジャッキブラケット３３ｂのプッシャーリング３１に対する固定を解いて全てのジャッキブラケット３３ｂを取り外す。さらに、掘削機外殻１０と掘削機本体２０の掘削機内筒２１の固定手段ａの連結を解く（図１１参照）。

次いで、牽引車両Ｃを管路内に入れて掘削機本体２０と連結して管路内に引き入れるように牽引する（図１２参照）。このとき、掘削機外殻１０から掘削機内筒２１が抜け出すに連れて、走行輪２８が受け渡しプレート４０に乗り移り掘削機本体２０の重量を支えて姿勢を保持し掘削機本体２０を管路内への乗り入れさせることができる。

続いて、作業員Ｍの人手作業により、切羽に残置された古い矢板Ｙまで掘り進み、切断装置（図示しない）を用いてこの矢板Ｙを切除する（図１３参照）。次いで、発進立坑Ａより管路内に掘削機本体２０と牽引車両Ｃを管路内に入れて連繋し、掘削機本体２０を牽引車両Ｃで押動して、受け渡しプレート４０上に走行輪２８を走行させ（図１４参照）、掘削機内筒２１の掘削機外殻１０への嵌合を確認する。

この場合、掘削機本体２０は、受け渡しプレート４０に備えられた、切羽方向に押動されるに連れて次第に溝幅が小さくなる車輪ガイド４１により進む方向を規制され、掘削機外殻１０に対する周方向の位置合わせが行われる。

従って、掘削機内筒２１の掘削機外殻１０への嵌合を確認すれば、周方向の位置あわせはできているから、掘削機本体２０を牽引車両Ｃで押動していくことで、掘削機内筒２１が掘削機外殻１０へ円滑に嵌入し、掘削機本体２０が掘削位置に戻される。

次いで、掘削機内筒２１の掘削機外殻１０への固定手段ａのボルト連結を行うと、ローリングを防止できる。そして、掘削機外殻１０から掘削機本体２０へ推進力の伝達を受けられるようになる。

次いで、プッシャーリング３１に対してジャッキブラケット３３ｂを取り付け、ジャッキブラケット３３ａ、３３ｂに掘削方向修正用ジャッキ３４を連結し、排土装置２７を取り付ける（図１５、図１６参照）。

次いで、受け渡しプレート４０を取り外し、掘削機本体２０に油圧装置の油圧ホースを接続して伸縮式カッタ２５の一対の伸縮カッタスポーク２５ｂ、２５ｂを伸張させる（図１７参照）。

以上で、掘削機本体２０の取り付けを完了するので、回転駆動手段２６のモータ２６ａを駆動して伸縮式カッタ２５を回転しながら、図８に示す推進装置Ｂで推進力を加えてトンネルを掘進して工事を続行する（図１８参照）。

上記実施の形態１のトンネル掘削機１００によれば、掘削機内筒２１が掘削機外殻１０の内筒部１３に堅固に支持されて掘削が行われるので、掘削機内筒２１が掘削機外殻１０に対してローリングすることがなく、しかも、掘削時には走行輪２８が浮いた状態に保持されるので、走行輪２８が周囲からの圧力で破壊されることがなく、管路形成途中の必要時、及び管路形成後に伸縮カッタスポーク２５ｂを縮めて掘削機本体２０を掘削機外殻１０から分離して発進立坑Ａ側へ退避するときに走行輪２８が安全確実に走行できる。

また、上記実施の形態１のトンネル掘削機１００によれば、走行輪２８を備える部分の切羽側部分がシール壁ｄで閉じているので、切羽を切り崩した排土が走行輪２８の周囲に入り込まず、排土で走行輪２８が汚れない。このため、掘削機本体２０を掘削機外殻１０から分離して発進立坑Ａ側へ退避するときに、管路に走行輪２８の走行の跡に排土が付着することがなく、管路が綺麗に保たれる。

また、上記実施の形態１のトンネル掘削機１００によれば、掘削時には掘削機内筒２１の下部中央より良好かつ効率的に排土の取り込みができ、走行輪２８を排土取込筒を挟んだ両側に備えているので、掘削機本体２０を掘削機外殻１０から分離して発進立坑Ａ側へ退避するときには、掘削機本体２０が横ぶれすることがないように、走行輪２８が掘削機本体２０を支持して管路内を安定走行することができて、掘削機本体２０を管路内面に干渉しないで管路内を通行させることができる。

また、上記実施の形態１のトンネル掘削機１００によれば、掘削機本体２０の管路側にジャッキを用いた掘削方向修正装置３０を付け足すと、掘削機外殻１０と管路とが大きく離間することになるが、ジャッキ３４等を取り外して受け渡しプレート４０を敷設するだけで、走行輪２８を該受け渡しプレート４０上に走行させて管路側へ乗り移らせて掘削機本体２０を管路側へ退避させることができる。

さらに、上記実施の形態１のトンネル掘削機１００によれば、掘削途中で掘削機本体２０を管路側へ退避させた後に再び掘削位置へ移動してセットする場合に、受け渡しプレート４０に備えた車輪ガイド４１が、走行輪２８の走行をガイドするので、掘削機本体２０を掘削機外殻１０の内側へ送り込むだけで掘削機本体２０を掘削機外殻１０に対する周方向の位置合わせが行えるので、該位置合わせの手間が省けて、掘削機外殻１０と掘削機内筒２１との接続固定を直ちに行えて、作業性が向上する。

掘削機外殻１０の先端部と掘削機内筒２１の先端部、掘削機外殻１０の後端部と掘削機内筒２１の後端部にテーパを設けると、前後の位置決めがスムーズに行えて、好適である。

〔発明の実施の形態２〕
図１９乃至図２２には、本発明の実施の形態２に係るトンネル掘削機１００Ａを示している。この実施の形態２のトンネル掘削機について、実施の形態１のトンネル掘削機と同一の構成部分については同一符号を付して説明を省略し、相違する構成部分について説明する。

実施の形態２のトンネル掘削機１００Ａは、掘削機内筒２１の上半部の発進立坑Ａ側の端部に走行補助輪２８Ａを周方向に複数備え、該走行補助輪２８Ａを、掘削機本体２０を管路側へ退避させる時に、被埋設管体Ｐに接触させるように構成されている。これによって、掘削機本体２０を管路内へ退避させるとき、及び引き続いて発進立坑Ａへ移動するときに、管路の上側の半円筒面を走行補助輪２８Ａがガイドするので掘削機本体２０が管路内を円滑に走行移動できる。

図２２には、この実施の形態２の受け渡しプレート４０Ａが示されている。この受け渡しプレート４０Ａは、左右一対に分割されていて、内面両端に、走行輪に当接して走行方向をガイドしてインデックス機能の役目を果たすと共に、脱輪を防止する車輪ガイド４１Ａを備えている。車輪ガイド４１Ａは、ガイドの乗り入れ部又は全体がテーパ状に開いていることが好ましい。従って、掘削機本体２０の管路内への退避時に、走行輪２８が受け渡しプレート４０Ａに乗り移り掘削機本体２０の重量を支えて姿勢を保持し掘削機本体２０を管路内への乗り入れさせることができ、掘削機本体２０を管路側へ退避させることが手早く行える。

実施の形態２のトンネル掘削機１００Ａは、実施の形態１のトンネル掘削機１００の作用効果を全て有している。

上記一実施の形態は、推進工事を対象としているが、シールド工事にも適用できる。

本発明は、上記一実施の形態に限られるものではなく、その趣旨と技術思想の範囲を逸脱しない範囲でさらに種々の変形が可能である。

土圧式掘進機では、必要に応じて掘削土砂の塑性流動化を促進するための作泥材が注入される。また、泥水式掘進機では、攪拌室１４内に送泥管等の注水手段を用いて注水を行い、掘削土砂を泥水の状態として排泥管等の排泥手段により本体の後方へ排出する。本願発明は、必要に応じてそのように構成される。

本発明の実施の形態１に係るトンネル掘削機の全体の簡略縦断側面図、 図１のトンネル掘削機について掘削機本体を管路側へ退避させるところを示す簡略縦断側面図、 （ａ）は、図１におけるIIIａ−IIIａ矢視図、（ｂ）は、図２におけるIIIｂ−IIIｂ矢視図、 図１におけるIV−IV矢視の断面図、 図２におけるV−V矢視の断面図、 図２におけるVI−VI矢視の断面図、 図１の掘削機本体の回収時に用いる受け渡しプレートを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）におけるVIIb−VIIb矢視の端面図、 図１のトンネル掘削機により、トンネルを掘削し管路を形成する管路形成工事の概要を示す簡略縦断側面図、 図１のトンネル掘削機による管路形成工事の、図８の次の行程を示す縦断側面図、 図９の次の行程を示す縦断側面図、 図１０の次の行程を示す縦断側面図、 図１１の次の行程を示す縦断側面図、 図１２の次の行程を示す縦断側面図、 図１３の次の行程を示す縦断側面図、 図１４の次の行程を示す縦断側面図、 図１５の次の行程を示す縦断側面図、 図１６の次の行程を示す縦断側面図、 図１７の次の行程を示す縦断側面図、 本発明の実施の形態２に係るトンネル掘削機について掘削機本体を管路側へ退避させるところを示す簡略縦断側面図、 図１９におけるXX−XX矢視の断面部、 図１９におけるXXI−XXI矢視の断面部、 図１９の掘削機本体の回収時に用いる受け渡しプレートを示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、

符号の説明

１００ トンネル掘削機
１０ 掘削機外殻
２０ 掘削機本体
Ａ 発進立坑
Ｂ 推進装置
Ｐ 被埋設管体
１５ 凹部
２１ 掘削機内筒
２２ 隔壁
２４ 回転軸
２５ 伸縮式カッタ
２５ｂ 伸縮カッタスポーク
２６ 回転駆動手段
２７ 排土装置
２７ａ 排土取込筒
２８ 走行輪
３０ 掘削方向修正装置
３４ ジャッキ
４０ 受け渡しプレート
４１ 車輪ガイド
１００Ａ トンネル掘削機
２８Ａ 走行補助輪
４０Ａ 受け渡しプレート
４１Ａ 車輪ガイド

Claims (7)

1. 被埋設管体の内径よりも所要小さい掘削機内筒及び前記被埋設管体の外径に略等しくトンネルを掘削し得ると共に前記被埋設管体の内径よりも所要小さくなるように縮め得る伸縮カッタスポークを有する掘削機本体と、外径が前記被埋設管体の外径に略等しく前記掘削機本体を収容し掘削機内筒を分離可能に固定する掘削機外殻とを備え、地中にトンネルを掘削しながら被埋設管体を継ぎ足して管路を形成していき、管路形成途中の必要時、及び管路形成後に、前記伸縮カッタスポークを縮めて掘削機本体を前記掘削機外殻から分離して管路側へ退避可能であるトンネル掘削機であって、
   前記掘削機本体は、前記掘削機内筒が、略全長を前記掘削機外殻の内筒部に収容されて着脱自在に支持され、該収容状態で前記掘削機内筒の下側部分に複数の走行輪が前記掘削機外殻に設けられた凹部に位置して当該掘削機外殻から浮いた状態に備えられ、該走行輪が管路側へ退避させるときに管体内面を走行し得るように構成されたことを特徴とするトンネル掘削機。
2. 前記走行輪を備える部分の切羽側部分が閉じていることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
3. 前記掘削機本体の掘削機内筒の切羽側に寄った部分を閉じている隔壁の外郭と内筒の接合面部下部に排土装置の排土取込用開口が設けられ、かつ該排土取込用開口を囲んで管路側へ前記排土装置の排土取込筒が傾斜上昇して延在しており、
   前記走行輪は、排土取込筒を挟んだ両側に複数列ずつ備えていることを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル掘削機。
4. 前記掘削機本体には、管路側にジャッキを用いた掘削方向修正装置を備え、前記掘削機本体を管路側へ退避させる時に、前記ジャッキを外して掘削機外殻と前記管路との間に管路内面を延長するように一致する円弧面を有する受け渡しプレートが取り外し可能に敷設し得るように構成されたことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一に記載のトンネル掘削機。
5. 前記受け渡しプレートには、前記走行輪をガイドして前記掘削機本体を前記掘削機外殻に対する周方向の位置を合わせる車輪ガイドを備えたことを特徴とする請求項４に記載のトンネル掘削機。
6. 前記掘削機内筒の上半部の管路側の端部に走行補助輪を周方向に複数備え、該走行補助輪で、前記掘削機本体を前記管路側へ退避する時に管路内面に対してガイドするように構成されたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一に記載のトンネル掘削機。
7. 請求項４乃至６のいずれか一に記載のトンネル掘削機で地中にトンネルを掘削しかつトンネル掘削機の後側に継ぎ足す被埋設管体を推進装置で推進して管路を伸ばしていくトンネル掘削工法において、
   トンネル掘削時は、前記トンネル掘削機に備える走行輪を掘削面から浮かせかつ走行輪の切羽側を隠蔽して掘削を行い、
   掘削途中で前記掘削機本体を退避させるときは、前記伸縮式カッタの伸縮カッタスポークを縮小しかつ前記掘削機本体を掘削機外殻と分離し、前記受け渡しプレートを設置してこの受け渡しプレート上に前記走行輪を走行させて、前記掘削機本体を前記管路内へ乗り入れさせさらに該管路内より退避させ、
   その後再び前記管路内に前記掘削機本体を入れて前記走行輪により前記管路及び前記受け渡しプレート上を走行させ、前記掘削機内筒を前記掘削機外殻に嵌合させて連結し、前記受け渡しプレートを撤去し、前記排土装置、その他の前記連結解除した箇所を再び連結し、前記伸縮式カッタの一対の伸縮カッタスポークを伸張させ、
   その後、前記トンネル掘削機によりトンネルの掘削を続行することを特徴とするトンネル掘削工法。

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