JP5242862B1 - トンネル掘削装置 - Google Patents

Abstract

掘削装置前方に設けられた収容空間内に収容された掘削土をスムーズに排出する。
トンネル掘削装置１は、地盤を掘削するためのビット２８を備える回転駆動可能なカッタ部２０を含む掘削機構４と、掘削機構の後方に接続された殻体２と、掘削機構４を掘削進行方向に推進させる推進機構８と、掘削機構４により掘削された掘削土を収容空間１０Ｅに収容し、収容空間１０Ｅの後方に設けられた隙間１０Ｆから装置内側へ排出する掘削土排出機構６と、を備え、掘削土排出機構６は、収容空間１０Ｅ内に掘削進行方向と反対方向に向かってカッタ部２０の周方向に傾斜する板材３４を備え、板材３４はカッタ部２０とともに回転し、これにより収容空間１０Ｅ内に収容された掘削土は収容空間１０Ｅの後方に設けられた隙間１０Ｆへ送られる。

Description

本発明は、円環状に地盤を掘削するためのトンネル掘削装置に関する。

近年、大断面のシールドトンネルをより効率良く構築する方法として、リングシールド工法が知られている。リングシールド工法では、先端部の円環状に設けられたカッタ部により地盤を掘削する円筒状の掘削装置を用いて、トンネルの外殻部に当たる位置の地盤を先行して断面円環状に掘削する工程と、掘削した部分に円筒状に覆工体を構築する工程と、覆工体に反力をとって掘削装置を推進させる工程とを繰り返して先行して断面円環状に地盤を掘削し、さらに、これと並行して覆工体の内側に円柱状に残留した土砂を後方側から掘削することによりトンネルを構築する（特許文献１参照）。

特許２６０４６２２号公報

ここで、特許文献１記載の装置では、掘削装置本体の前面に設けられた土砂取込口からズリ収容部内に掘削土を収容し、ズリ収容部の後部に設けられた送泥管により掘削土を装置外部へ搬出している。しかしながら、このように送泥管により掘削土を搬出する方法では、送泥管内に掘削土がつまってしまい、掘削土をスムーズに搬出できなくなる虞がある。

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、円環状に地盤を掘削する掘削装置において、地盤を掘削することにより発生した掘削土をスムーズに搬出できるようにすることである。

本発明のトンネル掘削装置は、地盤にトンネルを掘削するための円筒形のトンネル掘削装置であって、トンネル掘削装置の掘削進行方向の先端面に設けられ、先端面に地盤を掘削するためのビットを備える回転駆動可能な円環状のカッタ部を含む掘削機構と、円筒形状の外筒体と、外筒体と同心状に配置され、外筒体よりも小径の円筒形状の内筒体とを有し、先端面の後方に接続された殻体と、掘削機構を掘削進行方向に推進させる推進機構と、掘削機構により掘削された掘削土を、先端面に形成された開口から、トンネル掘削装置の前方に内筒体と外筒体との間に形成された収容空間に収容し、内筒体の収容空間の後部に形成された隙間からトンネル掘削装置の内側空間へ排出する掘削土排出機構と、を備え、掘削土排出機構は、収容空間内に後方方向に向かって周方向に傾斜するように設けられた板材を備え、板材はカッタ部とともに回転し、これにより収容空間内に収容された掘削土が収容空間の後方に形成された隙間へ送られる、ことを特徴とする。

上記の構成の本発明によれば、収容空間内に板材が後方に向かって傾斜するように設けられているため、カッタ部とともに板材が回転することにより、板材により収容空間内に収容された掘削土を後方へスムーズに収容空間の後方へ送り、掘削装置の内側空間へ排出することができる。

好ましくは、上記の発明において、殻体は、掘削進行方向先方側から順に設けられた、第１の殻体と、第２の殻体と、を含み、第１の殻体はカッタ部とともに第２の殻体に対して回転し、収容空間は第１の殻体内に形成され、隙間は、第１の殻体の内筒体の後縁と、第２の殻体の内筒体の前縁との間に形成されている。

上記の構成の本発明によれば、カッタ部とともに回転する第１の殻体と、第２の殻体との間に隙間を形成しているため、装置の構成がシンプルになる。

好ましくは、上記の発明において、第１の殻体の内筒体の後縁と、第２の殻体の内筒体の前縁に設けられた隙間の所定高さよりも下方の部分を閉鎖する閉鎖プレートを備え、これにより、隙間は、所定高さよりも上方において内筒体の内側に開口している。

上記の構成の本発明によれば、第１の掘削部殻体の内筒体の後縁と、第２の掘削部殻体の内筒体の前縁との間の隙間を閉鎖プレートにより閉鎖する構成としたため、隙間から装置内側に排出された掘削土が、下方に堆積して隙間を閉塞することを防止し、掘削土排出機構につまりが生じることを抑止できる。

本発明によれば、掘削装置の先端面に形成された開口から収容空間に収容された掘削土が、板材により収容空間の後方に設けられた隙間まで送られ、隙間から装置内部へ排出されるため、掘削土をスムーズに搬出できる。

本発明の第１実施形態による掘削装置を示す斜視図である。 図１に示す掘削装置の軸方向の鉛直断面図である。 図１に示す掘削装置の先端下部の水平断面図である。 図２におけるＡ−Ａ視側面図である。 図２におけるＢ−Ｂ視断面図である。 図２におけるＣ−Ｃ視断面図である。 本発明の第１実施形態による掘削装置を用いてトンネルを掘削する様子を示す鉛直断面図である。 本発明の第１実施形態による掘削装置における推進方法を説明するための図であり、後方の径方向油圧ジャッキを伸長させた状態を示す。 本発明の第１実施形態による掘削装置における推進方法を説明するための図であり、前方及び後方の軸方向油圧ジャッキを伸長させた状態を示す。 本発明の第１実施形態による掘削装置における推進方法を説明するための図であり、前方の径方向油圧ジャッキを伸張させ、後方の径方向油圧ジャッキを後退させた状態を示す。 本発明の第１実施形態による掘削装置における推進方法を説明するための図であり、前方及び後方の軸方向油圧ジャッキを収縮させた状態を示す。 本発明の第２実施形態による掘削装置の軸方向の鉛直断面図である。 図１２におけるＡ−Ａ視側面図である。 図１２におけるＢ−Ｂ視断面図である。 図１２におけるＣ−Ｃ視断面図である。

以下、本発明の第１実施形態である掘削装置を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態による掘削装置１を示す斜視図、図２は、図１に示す掘削装置１の軸方向の鉛直断面図、図３は、図１に示す掘削装置１の先端部の水平断面図である。また、図４は、図２におけるＡ−Ａ視側面図、図５は、図２におけるＢ−Ｂ視断面図、図６は、図２におけるＣ−Ｃ視断面図である。

図１及び図２に示すように、掘削装置１は、円筒状の殻体２と、殻体２の掘削進行方向（以下、前方という）の先端に設けられた掘削機構４と、掘削土排出機構６と、掘削機構４を推進させるための推進機構８とを備える。

図２に示すように、殻体２は、前方から順次接続された第１の掘削部殻体１０と、第２の掘削部殻体１２と、前方の殻体１４と、後方の殻体１６とにより構成される。

第１の掘削部殻体１０は、先端面を形成する円環状の先端面部１０Ａと、先端面部１０Ａの外周縁から後方に延びる円筒状の前方外筒体１０Ｂと、前方外筒体１０Ｂの後端に接続され、前方外筒体１０Ｂよりも小径の円筒状に形成された後方外筒体１０Ｃと、先端面部１０Ａの内周縁から後方に延びる円筒状の内筒体１０Ｄと、前方及び後方の外筒体１０Ｂ、１０Ｃと内筒体１０Ｄとを結ぶように設けられた複数の支持部材（図示せず）を有する。

また、第２の掘削部殻体１２と、前方の殻体１４と、後方の殻体１６とは、それぞれ、第１の掘削部殻体１０の前方外筒体１０Ｂと略同径に形成された円筒状の外筒体１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃと、外筒体１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃ内に配置され、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｄと略同径に形成された円筒状の内筒体１２Ｄ、１４Ｄ、１６Ｄと、内筒体１２Ｄ、１４Ｄ、１６Ｄと外筒体１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃを結ぶように設けられた複数の支持部材（図示せず）とにより構成される。これら殻体１０、１２、１４、１６はそれぞれ鋼材からなる。なお、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｄの後端は、第２の掘削部殻体１２の内筒体１２Ｄの前端との間に隙間１０Ｆが形成されるように、第２の掘削部殻体１２の内筒体１２Ｄの前端よりも前方において終端している。

第１の掘削部殻体１０、第２の掘削部殻体１２、前方の殻体１４、及び後方の殻体１６を構成する内筒体１０Ｄ、１２Ｄ、１４Ｄ、１６Ｄ及び外筒体１０Ｂ、１０Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃは、後に詳述する掘削機構４の回転軸と同心同軸に配置されており、これにより、内筒体１０Ｄ、１２Ｄ、１４Ｄ、１６Ｄと外筒体１０Ｂ、１０Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃとの間に環状空間が形成される。支持部材は、棒状又は板状の鋼材からなり、外筒体１０Ｂ、１０Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃに作用する土圧を支持可能な本数、内筒体１０Ｄ、１２Ｄ、１４Ｄ、１６Ｄの中心軸を中心として放射状に、周方向及び軸方向に適宜な間隔をあけて、これら内筒体１０Ｄ、１２Ｄ、１４Ｄ、１６Ｄと外筒体１０Ｂ、１０Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃを結ぶように設けられている。そして、内筒体１０Ｄ、１２Ｄ、１４Ｄ、１６Ｄと、外筒体１０Ｂ、１０Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃとの間の環状空間内に推進機構８が収容されている。

第１の掘削部殻体１０の後方外筒体１０Ｃは、第２の掘削部殻体１２の外筒体１２Ｃの内側に収容されており、これにより、第１の掘削部殻体１０は第２の掘削部殻体１２に対して回転可能に接続されている。なお、第１の掘削部殻体１０の後方外筒体１０Ｃは、第２の掘削部殻体１２の外筒体１２Ｃとの間にベアリング等を介在させることにより滑りを向上することができる。

また、第２の掘削部殻体１２は、内筒体１２Ｄの内周面の後端部及び外筒体１２Ｃの外周面の後端部が切り欠かれている。また、前方の殻体１４は、内筒体１４Ｄの外周面の先端部及び外筒体１４Ｃの内周面の先端部が切り欠かれている。そして、第２の掘削部殻体１２の後端部の内側に、前方の殻体１４の先端部が収容されることにより、第２の掘削部殻体１２が前方の殻体１４に対して軸方向に摺動可能に接続されている。

これと同様に、前方の殻体１４は、内筒体１４Ｄの内周面の後端部及び外筒体１４Ｃの外周面の後端部が切り欠かれている。また、後方の殻体１６は、内筒体１６Ｄの外周面の先端部及び外筒体１６Ｃの内周面の先端部が切り欠かれている。そして、前方の殻体１４の後端部の内側に、後方の殻体１６の先端部が収容されることにより、前方の殻体１４が後方の殻体１６に対して軸方向に摺動可能に接続されている。なお、第２の掘削部殻体１２と前方の殻体１４、及び、前方の殻体１４と後方の殻体１６の接続部に、軸方向の摺動を案内するガイド部材を設けてもよい。

図３に示すように、掘削機構４は、第１の掘削部殻体１０の先端面部１０Ａに形成された複数の削孔ビットを含むカッタ部２０と、第１の掘削部殻体１０内に配置された減速機２２と、第２の掘削部殻体１２内に配置されたモータ２４と、を備える。

図４に示すように、第１の掘削部殻体１０の先端面部１０Ａには、周方向に間隔をあけて複数の開口２６が形成されており、外部と第１の掘削部殻体１０内の空間１０Ｅとがこの開口２６を通して連通している。

カッタ部２０は、第１の掘削部殻体１０の先端面部１０Ａに周方向に間隔をあけて設けられた１３対のローラービット２８と、先端面部１０Ａに形成された開口２６の縁に設けられた削孔ビット３０と、を備える。

また、図３に示すように、第１の掘削部殻体１０の後端部には、ピンラック３２が取り付けられている。

図３に示すように、第２の掘削部殻体１２内にモータ２４が配置され、このモータ２４の回転軸には減速機２２が接続されており、この減速機２２にはピニオン２２Ａが取り付けられている。そして、減速機２２に取り付けられたピニオン２２Ａが、第１の掘削部殻体１０に取り付けられたピンラック３２と噛み合っている。これにより、モータ２４が回転すると、この回転力が減速機２２を介してトルクが増幅されて第１の掘削部殻体１０に伝達され、第１の掘削部殻体１０はその中心軸を中心として第２の掘削部殻体１２に対して回転する。

各ローラービット２８は、半径方向に異なる位置に配置されている。これにより、第１の掘削部殻体１０が周方向に回転した際に、各ローラービット２８が通過する軌跡が、半径方向に略等間隔な同心円となり、径によらず均質な掘削を行うことができる。

また、削孔ビット３０は、先端が鋭利なビットからなり、第１の掘削部殻体１０が回転することにより、ローラービット２８により切削された切削面を平坦に整えるように掘削する。

図２に示すように、掘削土排出機構６は、第１の掘削部殻体１０内の空間１０Ｅを周方向に複数の室１０Ｇに分割するように、第１の掘削部殻体１０の内部の空間１０Ｅ内に設けられた複数の板材３４と、第２の掘削部殻体１２の内筒体１２Ｄに前方へ延出するように取り付けられた閉鎖プレート３６と、地盤に向かって水を噴射するように、その噴出口が第１の掘削部殻体１０の先端面部１０Ａの表面に露出して設けられたジェットノズル（図示せず）と、を備えている。

各板材３４は、先端がそれぞれ、第１の掘削部殻体１０の先端面部１０Ａの削孔ビット３０が取り付けられた箇所の裏面に接続されており、後述するように、第１の掘削部殻体１０が回転した際に、空間１０Ｅ内の掘削土を後方に向かって押しやるように、後方に向かって周方向に傾斜して設けられている。

閉鎖プレート３６は、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｄの後端と、第２の掘削部殻体１２の内筒体１２Ｄの前端との間の隙間１０Ｆを、周方向に最下部から所定の高さまでの部分（本実施形態では、最下部から周方向両側にそれぞれ約１２０°の部分）を閉鎖するように設けられている。

図２に示すように、推進機構８は、掘削進行方向に延び、直列接続された複数対の前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４０、４２と、周方向に隣接する軸方向油圧ジャッキ４０、４２の間に配置された複数の前方及び後方の径方向油圧ジャッキ４４、４６と、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ４４、４６の先端に夫々接続された前方及び後方の複数の支持板４８、５０と、補助用の推進ジャッキ６０と、により構成される。

各対の前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４０、４２は掘削進行方向に延びるように直列接続されている。各対の前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４０、４２は、角度によらず均一な推進力が得られるように、殻体２の周方向に等角度間隔で設けられている。

前方の軸方向油圧ジャッキ４０は、第２の掘削部殻体１２から前方の殻体１４に亘って、内筒体１２Ｄ、１４Ｄと外筒体１２Ｃ、１４Ｃと間に収容されており、先端が第２の掘削部殻体１２に設けられた接続プレート５２に固定され、後端が前方の殻体１４に設けられた接続プレート５４に固定されている。

後方の軸方向油圧ジャッキ４２は、前方の殻体１４から後方の殻体１６に亘って、内筒体１４Ｄ、１６Ｄと外筒体１４Ｃ，１６Ｃと間に収容されており、先端は前方の殻体１４の接続プレート５４に固定され、後端は後方の殻体１６に設けられた接続プレート５６に固定されている。このように、前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４０、４２は、接続プレート５４を介して直列接続されている。

図５に示すように、前方の径方向油圧ジャッキ４４は、矩形状の支持板４８に対して、周方向に並ぶ２台の油圧ジャッキが一組として設けられている。対となる径方向油圧ジャッキ４４は周方向に間隔をあけて第２の掘削部殻体１２内に収容されている。

また、図２及び図６に示すように、後方の径方向油圧ジャッキ４６は、前後方向に並ぶ一対の支持板５０のそれぞれに対して、４台の油圧ジャッキが一組として、支持板５０の四隅に当たる位置に設けられている。後方の径方向油圧ジャッキ４６は、前後方向及び周方向に間隔をあけて、後方の殻体１６内に収容されている。

第２の掘削部殻体１２及び後方の殻体１６の外筒体１２Ｃ、１６Ｃには、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ４４、４６に対応した位置に開口１２Ａ，１６Ａが形成されている。前方及び後方の径方向油圧ジャッキ４４，４６は、一端が第２の掘削部殻体１２及び後方の殻体１６の内筒体１２Ｄ，１６Ｄに固定されており、他端が外筒体１２Ｃ、１６Ｃに形成された開口１２Ａ，１６Ａと略同一形状の支持板４８、５０に接続されている。かかる構成により、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ４４，４６が伸長することにより、支持板４８、５０が外周に向かって突出することとなる。
なお、これら軸方向油圧ジャッキ４０、４２及び径方向油圧ジャッキ４４、４６は、制御装置（図示せず）に接続されており、制御装置により油圧が供給される。

以下、上記の掘削装置１を用いたトンネルの掘削方法を説明する。
図７は、本実施形態による掘削装置１を用いたトンネルの掘削を示す鉛直断面図である。同図に示すように、本実施形態では、先行して、掘削装置１により円筒状に地盤６２を掘削し、後行して、残された中心部の地盤６４を重機６６によって掘削することにより円形断面のトンネルを構築する。

まず、図８〜図１１を参照して、推進機構８により、掘削機構４を推進させる方法について説明する。なお、この推進作業は、掘削機構４のカッタ部２０を掘削装置１の軸を中心として回転させるとともに、掘削土排出機構６により掘削土を排出させながら行う。

まず、図８に示すように、前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４０、４２が収縮した状態で、後方の径方向油圧ジャッキ４６を伸長させて支持板５０により周囲の地盤を押圧する。そして、図９に示すように、支持板５０により地盤に反力をとった状態で、前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４０，４２を伸長させて掘削機構４を前方へ押し出し、掘削機構４により地盤を円筒状に掘削していく。

このようにして、所定の距離、掘削を行ったら、図１０に示すように、前方の径方向油圧ジャッキ４４を伸張させて、支持板４８により周囲の地盤を押圧する。そして、後方の径方向油圧ジャッキ４６を後退させる。

さらに、図１１に示すように、前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４０，４２を収縮させる。これにより、前方及び後方の殻体１４、１６を前進させることができる。なお、この際、掘削が完了したトンネルの内周壁に取り付けられたセグメントに反力を取った状態で、補助用の推進ジャッキ６０を伸張させることにより、前方及び後方の殻体１４、１６を容易に前進させることができる。

以上の工程を繰り返すことで、掘削機構４を前方へ進出させるとともに掘削装置１を推進させることができる。

上記の推進作業とともに、カッタ部２０を回転させて地盤を掘削し、掘削することで生じた掘削土を装置後方へと送る。すなわち、推進機構８によりカッタ部２０を地盤に押し付けた状態で、掘削機構４のモータ２４を回転させる。モータ２４の回転力は減速機２２に伝達されてトルクが増幅され、ピニオン２２Ａ及びピンラック３２を介して第１の掘削部殻体１０を回転させる。第１の掘削部殻体１０が回転すると、まず、地盤がカッタ部２０のローラービット２８により断面鋸形状に掘削され、さらに、削孔ビット３０により表面の凹凸が削りとられる。これにより円環状に地盤を掘削することができる。

カッタ部２０により地盤を掘削することで生じた掘削土は、ジェットノズルから噴射される水と攪拌されて、流動性が向上される。そして、掘削土は、第１の掘削部殻体１０の先端面部１０Ａに形成された開口２６から第１の掘削部殻体１０内の室１０Ｇに収容される。そして、第１の掘削部殻体１０が回転することにより、第１の掘削部殻体１０内に取り付けられた板材３４により後方に送られ、隙間１０Ｆから装置の内側の空間へ排出される。

ここで、上記の通り、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｄの後端と、第２の掘削部殻体１２の内筒体１２Ｄの前端との間の隙間１０Ｆは、周方向に最下部から所定の高さまでの部分が閉鎖プレート３６により閉鎖されている。このため、所定の高さ以下に位置している室１０Ｇからは掘削土が排出されることはなく、第１の掘削部殻体１０が回転することにより、所定の高さまで回転した室１０Ｇ内の掘削土が閉鎖プレート３６上に落下することとなる。これにより、室１０Ｇを通して隙間１０Ｆまで運ばれた掘削土が、下方にたまってしまい、隙間１０Ｆを閉塞することを防止できる。

そして、掘削装置１の後方において、円筒状に掘削されたトンネル内周面に仮保護プレートを取り付ける。

上記の先行掘削作業と並行して、掘削装置１により円環状に掘削された部分の内側の地盤６４を第１の掘削部殻体１０の後方位置まで掘削する。この掘削作業は、ブレーカーやバックホウ等の重機を用いればよい。
そして、ブレードにより運ばれた掘削土及び地盤を掘削して発生した掘削土を、シャフローダによりダンプトラックに積載し、トンネル外部に搬出する。

次に、トンネル全断面の掘削が完了した部分において、トンネル内周面から仮保護プレートを取り外し、セグメントなどの覆工を施す。

以上の工程により、円形断面のトンネルを構築することができる。

本実施形態によれば、第１の掘削部殻体１０内の空間１０Ｅ内に板材３４が後方に向かって周方向に傾斜するように設けられているため、第１の掘削部殻体１０が回転することにより、第１の掘削部殻体１０内の室１０Ｇに収容された掘削土が板材３４により後方へスムーズに送られ、隙間１０Ｆから装置１の内側空間へ排出することができる。

また、隙間１０Ｆの下方部分を閉鎖プレート３６により閉鎖する構成としたため、第１の掘削部殻体１０内の空間１０Ｅから装置内側に排出された掘削土が、装置１の内側の下方に堆積して隙間１０Ｆを閉塞することを防止し、掘削土排出機構６につまりが生じることを抑止できる。

また、第１の掘削部殻体１０内の空間１０Ｅ内につまりが生じた場合であっても、閉鎖プレート３６を取り外すことにより、掘削装置１の内筒体や外筒体を解体することなく容易につまりを除去することができる。

また、掘削土排出機構６として、第１の掘削部殻体１０の内部に後方に向かって周方向に傾斜するように板材３４を設ける構成としたため、従来の送泥管などに比べて、大断面の掘削土を排出するためのスペースを確保でき、掘削土を大量に排出することができる。

また、本実施形態によれば、第１の掘削部殻体１０が回転することにより、板材３４が掘削土を搬出することができ、カッタ部２０を回転させるための動力と別個に、掘削土を排出するための動力を設ける必要がない。

なお、本実施形態では、第１の掘削部殻体１０内の空間１０Ｅに板材３４を設ける構成としたが、これに限らず、例えば、螺旋状の板材を設ける構成としてもよい。

また、上記実施形態では、閉鎖プレート３６を第２の掘削部殻体１２の内筒体１２Ｄに取り付けることにより、隙間１０Ｆの下方部分を閉鎖して、空間１０Ｅと装置１の内側の空間とが内筒体の上方のみで連通する構成としたが、これに限らず、第２の掘削部殻体１２の内筒体１２Ｄの下部を前方に向かって延出させることにより、隙間１０Ｆの下部を閉鎖してもよい。

また、上記実施形態では、カッタ部２０が形成された先端面部１０Ａとともに、第１の掘削部殻体１０を構成する内筒体１０Ｄ及び外筒体１０Ｂとが回転する構成としたが、これに限らず、少なくとも先端面部１０Ａのみが回転し、これとともに板材３４が回転すればよい。

以下、本発明の第二実施形態を説明する。
なお、以下の説明で、第一実施形態と同様の構成要素については、同じ番号を付して説明を省略する。

図１２は、本実施形態の掘削装置の鉛直断面図であり、図１３は図１２におけるＡ−Ａ正面図、図１４は図１２におけるＢ−Ｂ断面図、図１５は図１２におけるＣ−Ｃ断面図である。

図１２に示すように、掘削装置１０１は、円筒状の殻体１０２と、殻体１０２の掘削進行方向（以下、前方という）の先端に設けられた掘削機構４と、掘削土排出機構１０６と、掘削機構４を推進させるための推進機構８とを備える。なお、本実施形態の掘削装置における掘削機構４の構成は第１実施形態と同様である。また、本実施形態における推進機構の構成は、径方向油圧ジャッキの数が少ないものの、その構成は第１実施形態と同様である。

図１２に示すように、殻体１０２は、前方から順次接続された第１の掘削部殻体１０と、第２の掘削部殻体１２と、前方の殻体１４と、後方の殻体１６とにより構成される。本実施形態では、第２の掘削部殻体１２を構成する内筒体１２Ｅの前端は、第１の掘削部殻体１０を構成する内筒体１０Ｄの後端まで進出しており、これら内筒体１０Ｄ、１２Ｅの間に隙間が形成されていない。

また、本実施形態では、第１の掘削部殻体１０と、第２の掘削部殻体１２と、前方の殻体１４と、後方の殻体１６を構成する内筒体１０Ｄ、１２Ｅ、１４Ｄ、１６Ｄは第１実施形態に比べて小径に構成されており、内筒体１０Ｄ、１２Ｅ、１４Ｄ、１６Ｄと外筒体１０Ｂ、１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃとの間に第１実施形態よりも幅広い環状空間が形成されている。

なお、本実施形態では、殻体２内に配置される掘削機構４及び推進機構８を構成する部材は、全て殻体２内の空間の外周側に配置されており、殻体２内の内周側には各機構を構成する部材が配置されておらず、殻体２の内周側には掘削土を排出する際に利用される環状の内側空間１０８が画成されている。

内周側の環状の内側空間１０８と掘削機構４及び推進機構８を構成する部材が配置された空間との間には、これらの空間を分割するように第２の掘削部殻体１２内に円筒状の中間筒体１２Ｆが設けられている。また、第２の掘削部殻体１２の先端部において、この中間筒体１２Ｆと外筒体１２Ｃとの間は閉鎖板１２Ｇで閉塞されている。本実施形態では、この中間筒体１２Ｆは第２の掘削部殻体１２内にのみ設けられているが、前方の殻体１４及び後方の殻体１６内にも設けてもよい。

本実施形態では、図１２に示すように、第１の掘削部殻体１０内の空間１０Ｅは、殻体２内の内側空間１０８と殻体２内において連通している。掘削土排出機構１０６は、第１の掘削部殻体１０内の空間１０Ｅを周方向に複数の室１０Ｇに分割するように第１の掘削部殻体１０の内部の空間１０Ｅに設けられた複数の板材１３４と、第２の掘削部殻体１２の内筒体１２Ｄに前方へ延出するように取り付けられた閉鎖プレート１３６と、地盤に向かって水を噴射するように、その噴出口が第１の掘削部殻体１０の先端面部１０Ａの表面に露出して設けられたジェットノズル（図示せず）と、内側空間１０８内の下部に設けられた、例えば、ベルトコンベアからなる搬送手段１１２と、を備えている。

各板材３４は、先端がそれぞれ、第１の掘削部殻体１０の先端面部１０Ａの削孔ビット３０が取り付けられた箇所の裏面に接続されており、後方に向かって第１の掘削部殻体１０の周方向に傾斜するように設けられている。また、板材１３４の後方内周側は中間筒体１２Ｆの先端と、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｄの後端とを結ぶように傾斜している。

図１４及び図１５に示すように、閉鎖プレート１３６は、中間筒体１２Ｆの先端と、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｄの後端との間の隙間１１０Ｆを、周方向に最下部から所定の高さまでの部分（本実施形態では、最下部から周方向両側にそれぞれ約１２０°の部分）を閉鎖するように設けられている。

以下、本実施形態の掘削装置１０１の掘削土排出機構１０６による掘削土の排出方法を説明する。
第１実施形態と同様に、第１の掘削部殻体１０が回転すると、カッタ部２０が地盤を掘削する。カッタ部２０により地盤を掘削することで生じた掘削土は、ジェットノズルから噴射される水と攪拌されて、流動性が向上される。そして、掘削土は、第１の掘削部殻体１０の先端面部１０Ａに形成された開口２６から第１の掘削部殻体１０内の室１０Ｇに収容される。

また、第１の掘削部殻体１０が回転すると、これとともに板材１３４が回転する。これにより、第１の掘削部殻体１０内の室１０Ｇに収容された掘削土は、回転した板材１３４により後方に送られ、隙間１１０Ｆから内側空間１０８へ排出される。

この際、閉鎖プレート１３６により、周方向に最下部から所定の高さまでの部分が閉鎖されているため、第１の掘削部殻体１０が回転することにより、所定の高さまで回転した室１０Ｇ内の掘削土のみが内側空間１０８に落下することとなる。そして、閉鎖プレート１３６により、板材３４の後方内周側は中間筒体１２Ｆの先端と、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｄの後端との間の隙間１１０Ｆの所定の高さまでの部分が閉鎖されているため、落下した掘削土が隙間１０Ｆを閉塞することを防止できる。

このようにして、内側空間１０８に落下した掘削土は、内側空間１０８の下部に設けられた搬送手段１１２により装置後方へ搬送される。

以上説明したように、本実施形態によっても、第１の掘削部殻体１０内の空間１０Ｅ内に板材１３４が後方に向かって第１の掘削部殻体１０の回転方向に傾斜するように設けられているため、第１の掘削部殻体１０とともに板材１３４が回転することにより、第１の掘削部殻体１０内の室１０Ｇに収容された掘削土をスムーズに搬送手段１１２まで送ることができる。

また、隙間１１０Ｆの下方部分を閉鎖プレート１３６により閉鎖する構成としたため、第１の掘削部殻体１０内の室１０Ｇから隙間１１０Ｆを通じて装置内側に排出された掘削土が、下方に堆積して隙間１１０Ｆを閉塞することを防止し、掘削土排出機構６につまりが生じることを抑止できる。

また、掘削土排出機構６として、第１の掘削部殻体１０の内部に後方に向かって第１の掘削部殻体１０の回転方向に傾斜するように板材１３４を設ける構成としたため、第１の掘削部殻体１０が回転することにより板材１３４により掘削土を後方へ搬送することができるため、大断面の掘削土を排出するためのスペースを確保でき、掘削土を大量に排出することができる。

また、本実施形態によれば、第１の掘削部殻体１０が回転することにより、板材１３４が掘削土を搬出することができ、カッタ部２０を回転させるための動力と別個に動力を設ける必要がない。

なお、本実施形態においても、板材１３４に代えて、例えば、螺旋状の板材を設けてもよく、先端面部１０Ａと板材１３４のみが回転する構成としてもよい。

１、１０１ 掘削装置
２、１０２ 殻体
４ 掘削機構
６、１０４ 掘削土排出機構
８ 推進機構
１０ 第１の掘削部殻体
１０Ａ 先端面部
１０Ｂ 前方外筒体
１０Ｃ 後方外筒体
１０Ｅ 空間
１０Ｆ、１１０Ｆ 隙間
１０Ｇ 室
１２ 第２の掘削部殻体
１２Ｃ、１４Ｃ、１６Ｃ 外筒体
１０Ｄ、１２Ｄ、１４Ｄ，１６Ｄ、１２Ｅ 内筒体
２０ カッタ部
２６ 開口
２８ ローラービット
３０ 削孔ビット
３４、１３４ 板材
３６、１３６ 閉鎖プレート
１０８ 内側空間
１１２ 搬送手段

Claims (3)

1. 地盤を円環状に掘削するための円筒状のトンネル掘削装置であって、
   該トンネル掘削装置の掘削進行方向の先端面に設けられ、先端面に地盤を掘削するためのビットを備える回転駆動可能な円環状のカッタ部を含む掘削機構と、
   円筒形状の外筒体と、前記外筒体と同心状に配置され、前記外筒体よりも小径の円筒形状の内筒体とを有し、前記先端面の後方に接続された殻体と、
   前記掘削機構を掘削進行方向に推進させる推進機構と、
   前記掘削機構により掘削された掘削土を、前記先端面に形成された開口から、前記トンネル掘削装置の前方に内筒体と外筒体との間に形成された収容空間に収容し、前記内筒体の前記収容空間の後部に形成された隙間から該トンネル掘削装置の内側空間へ排出する掘削土排出機構と、を備え、
   前記掘削土排出機構は、前記収容空間内に後方方向に向かって周方向に傾斜するように設けられた板材を備え、該板材は前記カッタ部とともに回転し、これにより前記収容空間内に収容された掘削土が前記収容空間の後方に形成された隙間へ送られる、
   ことを特徴とするトンネル掘削装置。
2. 前記殻体は、前記掘削進行方向先方側から順に設けられた、第１の殻体と、第２の殻体と、を含み、
   前記第１の殻体は前記カッタ部とともに前記第２の殻体に対して回転し、
   前記収容空間は前記第１の殻体内に形成され、
   前記隙間は、前記第１の殻体の内筒体の後縁と、前記第２の殻体の内筒体の前縁との間に形成されている、請求項１に記載されたトンネル掘削装置。
3. 前記第１の殻体の内筒体の後縁と、前記第２の殻体の内筒体の前縁に設けられた前記隙間の所定高さよりも下方部分を閉鎖する閉鎖プレートを備え、これにより、前記隙間は、所定高さよりも上方において前記内筒体の内側に開口している請求項２に記載されたトンネルの掘削装置。

Images