JP6075853B2 - シールド掘進機 - Google Patents

Description

本発明は、小径胴体とそれに装備した掘進機内部機構を大径胴体から分離発進可能に構成したシールド掘進機に関し、特に中折れ可能なシールド掘進機に関する。

従来より、道路用トンネル、上下水道用トンネル、共同溝等を掘削する為に、シールド掘進機が多用されている。このシールド掘進機は、前胴と後胴を含む胴体と、胴体の前端側に配置したカッターディスクと、カッターディスクを回転駆動するカッター駆動機構、泥水式又は泥土式の排土装置、複数のシールドジャッキ、セグメントを構築するエレクタ等を備えている。

下水用トンネルのように、大径トンネルとそれに連なる小径トンネルとを連続的に掘削する場合には、大径胴体の内部に、小径胴体とこの小径胴体に装備した掘進機内部機構とが入れ子式に組み込まれ、この小径胴体とカッターヘッドと掘進機内部機構（つまり、子シールド掘進機）を大径胴体から分離発進可能に構成した２段式シールド掘進機（親子シールド掘進機）が用いられる。

この種の２段式シールド掘進機において、大径トンネルの掘進から小径トンネルの掘進に切換える際に大径胴体をトンネル支保として地中に残して子シールド掘進機により小径トンネルの掘進を行い、小径トンネルの終了時には小径胴体をトンネル支保として地中に残し、カッターヘッドや掘進機内部機構を解体して回収する。このとき、通常は、掘進機内部機構の多種の機器類（油圧モータ、ジャッキ類、配管やホース類、エレクタ、真円保持装置、構造部材等）を解体して個別に回収する。

一方、従来、親子シールド掘進機以外の通常のシールド掘進機においても、トンネル掘削終了時には、前胴と後胴を含む胴体をトンネル支保として地中に残し、カッターヘッド及び掘進機内部機構の多種の機器類を解体して個別に回収する。
上記のように、掘進機内部機構の多種の機器類を解体して個別に回収し、再利用可能な機器類（油圧モータ、ジャッキ類等）を再利用する場合、新規な機器類を組み込むのと同様に組み立て費用がかかってしまうため製造コスト的にあまり有利にはならない。

そこで、最近では、トンネル掘削に供したシールド掘進機を、多種の機器類に解体することなく、到達点側立坑等において前胴と後胴と共に複数ブロックに分割し、それら複数のブロックの形で回収することにより、再利用を促進することが行われつつある。

特許文献１の掘進機は、外側前胴部とこの外側前胴部に中折れ機構を介して連結された
外側後胴とからなる外胴と、この外胴に入れ子式に収容され且つ内側前胴部とこの内側前胴部に中折れ機構を介して連結された内側後胴部とからなる内胴とを備え、内胴とその内胴に装備された掘進機内部機構及びカッターヘッドとを外胴から分離発進可能に構成したシールド掘進機である。

この掘進機では、分離発進のため、外側前胴部の内周側の複数位置に内胴側に向って突出すると共に内胴外周面に当接して内胴を掘進機軸心方向にスライド可能に支持する軸心と平行な複数のガイドそりを設けている。このガイドそりは、Ｈ形鋼とその内側面に取り付けたスライド部材とで構成されている。

この掘進機では、トンネル掘進の終了時、例えば、到達点側立坑の付近において、外胴と内胴を固定している固定手段を解除してから、外胴をトンネル支保として地中に残したまま、内胴とそれに装備された掘進機内部機構及びカッターヘッドを外胴から分離発進させて、掘進機内部機構及びカッターヘッドを、内側前胴部と内側後胴部と共に、複数のブロックに分割した形で回収し、再利用を図ることができる。

特許第４６７４７１１号

しかし、特許文献１の掘進機においては、外側前胴部の内面に固定した複数のガイドそりの内径と、内側後胴部の外径が同径に設定されているため、外胴を地中に残して子シールド掘進機（内胴、掘進機内部機構、カッターヘッド等）を分離発進させるとき、外側前胴部の軸心に対して内側後胴部の軸心が微小にズレたり傾いたりすると、内側後胴部の前端が複数のガイドそりの後端に衝突して円滑に分離発進できない虞がある。

そこで、分離発進性能を高めるため、内側後胴部の外径を内側前胴部の外径（つまり、ガイドそりの内径）よりも小さく設定し、内側後胴部の外径とガイドそりの内径との間に位置ずれ許容の為の隙間を形成することによって、外側前胴部と内側後胴部との干渉を回避することが考えられる。

しかし、このように設定した場合、子シールド掘進機を再利用して子シールド掘進機単独でトンネル掘進する際に、掘削されたトンネルの坑壁内面と履工されたセグメントの外周面との離隔距離が大きくなり、セグメントの外側に注入する裏込材（モルタル）の消費量が増加するため、掘進作業のコストが増加する。

本発明の目的は、分離発進時における大径前胴と小径後胴との干渉を回避しつつ、掘削コストを低減可能なシールド掘進機を提供することである。

請求項１のシールド掘進機は、大径前胴と大径後胴とからなる大径胴体と、小径前胴とこの小径前胴に中折れ機構を介して連結された小径後胴とを有し且つ前記大径胴体と同心状に配設された小径胴体とを備え、前記小径胴体とこの小径胴体に装備したカッターヘッド及び掘進機内部機構とを前記大径胴体から分離発進可能に構成したシールド掘進機において、前記大径前胴の内周面から径方向内側へ突出し且つ前記小径胴体の軸心と平行方向へ延びる複数のガイドレールを周方向複数位置に夫々設け、前記小径前胴の外周面に、分離発進時に前記複数のガイドレールに対して摺動可能な複数の前胴摺動部材を設け、前記複数のガイドレールの内径を前記大径後胴の前端部の内径よりも大きく設定したことを特徴としている。

請求項２のシールド掘進機は、請求項１に発明において、前記小径前胴の外径と前記小径後胴の外径が実質的に等しくなるように形成されたことを特徴としている。

請求項３のシールド掘進機は、請求項１又は２の発明において、前記小径後胴の外周面に、分離発進時に前記複数のガイドレールに対して摺動可能な複数の後胴摺動部材を固定したことを特徴としている。

請求項４のシールド掘進機は、請求項３の発明において、前記前胴摺動部材の厚みを前記後胴摺動部材の厚みよりも大きく設定したことを特徴としている。

請求項５のシールド掘進機は、請求項１〜４の何れか１項の発明において、前記小径前胴と前記大径前胴とを相対移動不能に且つ分離可能に固定する複数の固定機構を周方向複数部位に設けたことを特徴としている。

請求項６のシールド掘進機は、請求項１〜５の何れか１項の発明において、前記大径前胴の後端と前記大径後胴の前端との間に中折れを可能にする為の隙間が形成され、前記大径後胴が前記小径後胴に分離可能に連結されたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、複数のガイドレールの内径を大径後胴の前端部の内径よりも大きく設定すると共に、小径前胴の外周面に複数のガイドレールに対して摺動可能な複数の前胴摺動部材を固定するため、複数のガイドレールの内径を小径前胴の外径よりも前胴摺動部材の厚み相当分大径化することができる。そのため、分離発進時に小径後胴が複数のガイドレール内に移行する際、小径後胴の軸心が大径前胴の軸心に対して微小なズレを生じても小径後胴の前端が大径前胴の後端に干渉するのを防止でき、また、小径後胴の外径を小径前胴の外径と同等に設定することも可能になるから、セグメントの外側に注入する裏込材の消費量や注入作業量の増加を防止し、掘進作業にかかるコストを低減することが可能になる。

請求項２の発明によれば、小径前胴の外径と小径後胴の外径が実質的に等しくなるように形成するため、セグメントの外側に注入する裏込材の消費量や注入作業量の増加を防止し、掘進作業にかかるコストを低減することができる。
請求項３の発明によれば、後胴摺動部材によって分離発進時の摺動移動の円滑性を向上できる。

請求項４の発明によれば、複数のガイドレールの内径と大径後胴の前端部の内径との内径差に拘わらず、小径前胴と小径後胴の外径を同等に設定することが可能になる。

請求項５の発明によれば、小径前胴に付加される掘進推進力を複数の固定装置を介して大径前胴に確実伝達することができる。

請求項６の発明によれば、小径前胴と小径後胴を連結する中折れ機構を介して大径前胴と大径後胴を中折れさせることができるため、大径胴体の中折れ機構を省略できる。

本発明の実施例に係るシールド掘進機の縦断面図である。 カッターディスクの正面図である。 左半分は図１のＡ−Ａ線断面図、右半分は図１のＢ−Ｂ線断面図である。 小径前胴と大径前胴と固定装置と中折れ機構等の要部拡大縦断面図である。 シールド掘進機のスライド機構と外径と内径等を説明する説明図である。 図５のVI−VI線断面図である。 図５のVII−VII線断面図である。 分離発進開始直前状態を示す説明図である。 分離発進開始後の初期の状態を示す説明図である。 分離発進の途中状態を示す説明図である。 分離発進完了状態を示す説明図である。

以下、本発明の実施の形態について実施例に基づいて説明する。

以下、本実施例に係る分離発進型のシールド掘進機について図１〜図１１に基づいて説明する。以下、トンネル掘進方向を前方とし、その前方に向ったときの前後方向及び左右方向を前後方向及び左右方向として説明する。

図１〜図３に示すように、このシールド掘進機１は、大径前胴２ａと大径後胴２ｂとからなる大径胴体２と、小径前胴３ａとこの小径前胴３ａに中折れ機構１０を介して連結された小径後胴３ｂとからなる小径胴体３と、シールド掘進機１の前端側に装備されたカッターヘッド２０と、小径胴体３の内部に装備された掘進機内部機構３０と、分離発進時に大径前胴２ａに対して小径胴体３をスライドさせる為のスライド機構１２０など備えており、小径胴体３とこの小径胴体３に装備したカッターヘッド２０及び掘進機内部機構３０（所謂、子シールド掘進機）とを大径胴体２から分離発進可能に構成されている。尚、小径胴体３と大径胴体２は同心状に構成されており、以下、「軸心」とは、大径胴体２と小径胴体３の共通の軸心を意味する。

カッターヘッド２０は、本体フレーム２１と、この本体フレーム２１に回転駆動力を伝達する駆動力伝達フレーム２２と、本体フレーム２１から放射方向へ延びる４つのカッタースポーク２３と、これらカッタースポーク２３の前面に固定された複数のカッタービット２４と、４つのカッタースポーク２３の先端側部分に装備された伸縮カッタースポーク２５と、センタカッター２６と、１対のコピーカッター２７等を備えている。

伸縮カッタースポーク２５は、その内部に装備された油圧シリンダにより伸長した伸長状態（大径胴体２と同径となる）と収縮した収縮状態（小径胴体３と同径となる）とに切換え可能に構成されている。コピーカッター２７も内部の油圧シリンダにより伸長状態と収縮状態に切換え可能に構成されている。

掘進機内部機構３０は、小径胴体３内に装備された機器類や装置類や構造部材を含むものであり、この掘進機内部機構３０は、一般的なシールド掘進機のものと同様のものであるので簡単に説明する。
この掘進機内部機構３０は、隔壁４、カッターヘッド駆動部４０、泥水式排土装置５０、複数のシールドジャッキ６０、リングウェブ３１及び支柱構造３２、この支柱構造３２から後方へ延びるサポートビーム３３、回転フレーム３４、この回転フレーム３４に装備されたエレクタ装置６５、後述する種々の機構や装置などを備えている。

前記隔壁４とカッターヘッド駆動部４０について説明する。
カッターヘッド２０の背面側のチャンバー５を仕切る隔壁４が設けられ、この隔壁４の外周部は小径前胴３ａの内周面に溶接されている。

この隔壁４の中央部に環状板４１が固定され、この環状板４１の背面側に短筒状の環状フレーム４２とこの環状フレーム４２の背面を塞ぐモータ取付フレーム４３が固定されている。環状フレーム４２内には、旋回ベアリングとリングギヤとシール機構や潤滑機構が設けられ、複数（本実施例では６個）のカッター駆動モータ４４（油圧モータ）の出力軸の先端に夫々固定された複数のピニオンがリングギヤに噛合しており、複数のカッター駆動モータ４４の回転駆動力は、複数のピニオンとリングギヤと旋回ベアリングを介して駆動力伝達フレーム２２に伝達され、カッターヘッド２０が回転駆動される。尚、スイベルジョイント４５は、カッターヘッド２０に装備した複数の油圧シリンダへ油圧を供給する油圧供給系を接続するものである。

次に、泥水式排土装置５０について説明する。
この泥水式排土装置５０は、送水管５１と、排水管５２と、バイパス管５３と、バルブ類５１ａ〜５３ａを有する。

次に、シールドジャッキ６０について説明する。
複数（本実施例では１６本）のシールドジャッキ６０は、小径前胴３ａと小径後胴前端部３ｃの内側付近に周方向に適当間隔おきに配設され、リングウェブ３１に貫通状に固定されている。シールドジャッキ６０の出力ロッド６１の先端部には偏心部材６２を介してスプレッダ６３が固定され、図１に図示の状態では、スプレッダ６３は大径後胴２ｂの内側に覆工されたセグメントＳを前方から押圧可能であり、最も前側の１リングのセグメントＳの前端に反力をとって掘進の推進力を発生させる。

次に、リングウェブ３１と支柱構造３２について説明する。
リングウェブ３１の外周端は小径後胴前端部３ｃに溶接され、支柱構造３２は支柱連結部材３５を介してリングウェブ３１に固定され、リングウェブ３１には後方へ突出する短い筒体３６が固定され、この筒体３６には回転フレーム３４を回転自在に支持する複数のローラ３７が取り付けられている。回転フレーム３４を回転駆動する回転駆動手段（図示略）も設けられている。

次に、エレクタ装置６５について説明する。
このエレクタ装置６５は、回転フレーム３４に固定され後方へ延びる支持フレームに前後方向へ移動自在に装備され、カッターヘッド２０により１リング分のトンネルが掘削される都度、掘削を停止して、複数のシールドジャッキ６０の伸縮を介して、エレクタ装置６５により大径後胴２ｂの内面に１リング分のセグメントＳが覆工され、その後次の１リング分の掘進が再開される。

次に、前記中折れ機構１０について説明する。
図１、図４に示すように、この中折れ機構１０は、小径前胴３ａと小径後胴前端部３ｃ（つまり、小径前胴３ａと小径後胴３ｂ）を中折れ可能に連結するものであり、この中折れさせる際に大径前胴２ａと大径後胴２ｂとが干渉しないように、大径前胴２ａの後端と大径後胴２ｂの前端の間とその内側近傍空間には前後方向に所定の幅のある中折れ許容隙間１１が形成されている。尚、中折れ許容隙間１１への土砂の流入防止のために、中折れ許容隙間１１に合成樹脂製発泡体を充填しておいてもよい。
小径前胴３ａの後端部の内面にはグリースで潤滑される部分球面座を有する筒状の座面形成部材１２が固定され、小径後胴前端部３ｃの前端部には、上記の部分球面座に内側から密着する摺接面を有する中折れ用胴部材１３が固着されている。

複数（本実施例では８本）の前後方向向きの中折れジャッキ１４が、小径前胴３ａの後部の内側に周方向ほぼ等間隔おきに配設されている。
各中折れジャッキ１４のジャッキ本体の前端の連結金具は、周方向向きのピン部材を介して小径前胴３ａに固定した連結金具に回動可能に連結されている。中折れジャッキ１４の出力ロッド１４ａはジャッキ本体から後方へ延び、出力ロッド１４ａの先端の連結金具は、周方向向きのピン部材を介してリングウェブ３１に固定された連結金具に回動可能に連結されている。

例えば、トンネル掘進方向を右方へ曲進させる際には、トンネルの曲率に応じて、右側の複数の中折れジャッキ１４を個別の収縮量だけ夫々収縮させ、左側の複数の中折れジャッキ１４を個別の伸長量だけ夫々伸長させる。左方へ曲進させる際には上記とは逆にする。尚、複数のシールドジャッキ６０で発生させる掘進の推進力は、複数の中折れジャッキ１４を介して小径前胴３ａに伝達される。

図１、図４に示すように、トンネルを掘削する際には、大径後胴２ｂの内面にセグメントＳを覆工する関係上、小径後胴３ｂの小径後胴本体部３ｄ（小径後胴前端部３ｃ以外の部分）は取り外した状態にされ、図８に示すように、分離発進に際して小径後胴本体部３ｄが搬入されて小径後胴前端部３ｃの後端に小径後胴本体部３ｄの前端が溶接される。

小径後胴前端部３ｃは、大径後胴２ｂの前端部分に厚板で構成された大径後胴厚板部２ｃに接触状態に且つ摺動自在に内嵌され、これら両者の間は大径後胴厚板部２ｃの３本のシール溝に装着されたシール部材２ｓによりシールされている。尚、大径後胴厚板部２ｃの後端部には後方程大径化するテーパ面２ｔが形成され、小径後胴前端部３ｃの前端の外面には前方程小径化するガイド用テーパ面３ｔが形成されている。このガイド用テーパ面３ｔは小径後胴前端部３ｃを大径後胴厚肉部２ｃに装着する際にガイドする為のものである。

次に、大径前胴２ａと小径前胴３ａとを相対移動不能に且つ分離可能に連結する連結機構７０について説明する。連結機構７０は、大径前胴２ａと小径前胴３ａの前後方向途中部の上端と下端と左端と右端の４個所に装備されている。
連結機構７０は、大径前胴２ａの内面に固定され且つピン穴７１ａを形成するリング部材７１と、小径前胴３ａの内面に固定され且つピン穴７２ａを形成するリング部材７２と、小径前胴３ａの内側から径方向向きに挿入されて両ピン穴７１ａ，７２ａに嵌入された連結ピン７３とで構成されている。図１の状態で、トンネル掘進する際には、図１のように連結ピン７３が、両ピン穴７１ａ，７２ａに嵌入されているが、分離発進に際して連結ピン７３をピン穴７１ａから引き抜いてピン穴７２ａを封鎖した状態にする。

次に、天端圧力計７５について説明する。
この天端圧力計７５は、大径前胴２ａと小径前胴３ａの前後方向途中部の上端に装備され、天端の土水圧を計測するものである。この天端圧力計７５は、大径前胴２ａの内面に固定されたスリーブ７６と小径前胴３ａの内面に固定されたスリーブ７７とを貫通状に装備され、分離発進に際して天端圧力計７５はスリーブ７６から引き抜かれ、スリーブ７７に装備した状態に切換えられる。

次に、硬化剤注入装置８０について説明する。
硬化剤注入装置８０は、必要に応じて掘削対象のトンネルの付近の地山を硬化させる為の薬液（例えば、液体窒素等）を注入する装置である。複数の硬化剤注入装置８０が大径前胴２ａと小径前胴３ａの前部寄り部位において、周方向適当間隔おきに設けられている。硬化剤注入装置８０は、大径前胴２ａの内面に傾斜状に固定された筒部材８１と、小径前胴３ａの内面に傾斜状に固定された支持管８２と、支持管８２と筒部材８１とに亙って挿入装着された注入ノズル８３とを備えている。注入ノズル８３の内端部にはバルブ８４が装備されている。この注入ノズル８４は、分離発進に際して、小径前胴３ａから外側へ突出しない位置まで内方へ所定長さ引き抜いた状態にして固定される。

次に、小径前胴３ａと大径前胴２ａ間をシールする第１，第２シール機構８５，８６、小径後胴前端部３ｃに大径後胴２ｂの前端部を固着する固着構造９０、大径前胴後退防止機構１００、大径前胴２ａと大径後胴２ｂとを連結する大径後胴連結機構１１０等について説明する。

前記第１，第２シール機構８５，８６について図４に基づいて説明する。
後述するように、大径前胴２ａの内面には軸心と平行な複数のガイドレール１２１が固定されている。大径前胴２ａの前端部と小径前胴３ａの前端部の間をシールする第１シール機構８５と、大径前胴２ａの後端部と小径前胴３ａの後端部の間をシールする第２シール機構８６とが設けられている。

第１シール機構８５は、大径前胴２ａの前端部の内面に固着された断面Ｈ形のリング部材８５ａと、このリング部材８５ａの内溝に装着され且つ小径前胴３ａの外面に当接するシール部材８５ｂとで構成されている。尚、リング部材８５ａの内径はガイドレール１２１の内径よも大きく設定されている。同様に、第２シール機構８６は、大径前胴２ａの後端部の内面に固着された断面Ｈ形のリング部材８６ａと、このリング部材８６ａの内溝に装着され且つ小径前胴３ａの外面に当接するシール部材８６ｂとで構成されている。尚、リング部材８６ａの内径はガイドレール１２１の内径よも大きく設定されている。また、大径前胴２ａの後端部の内面とリング部材８６ａの後面には複数のブラケット８７が周方向に適当間隔おきに固着されている。各ブラケット８７には後方程大径化する案内用の傾斜面８７ａが形成されている。

次に、小径後胴前端部３ｃに大径後胴２ｂの前端部を固着する固着構造９０について説明する。図１に示すように、リングウェブ３１と筒体３６には、径方向向きの複数のブラケット９１が周方向適当間隔おきに溶接されている。このブラケット９１は後方ほど小径化する傾斜面が形成されている。これらブラケット９１に対応し且つブラケット９１に当接するように、大径後胴２ｂの内面には、複数の連結片９２が周方向適当間隔おきに溶接され、それら連結片９２は夫々対応するブラケット９１の傾斜面に溶接されている。トンネルを掘進する状態においては、各連結片９２がブラケット９１に溶接されており、分離発進に際して連結片９２がガス切断にて除去される。

次に、大径前胴後退防止機構１００について説明する。
図１に示すように、大径前胴後退防止機構１００は、分離発進に際して、前記連結片９２を除去することで固着構造９０を分断した際に大径前胴２ａが土水圧により後退しないように大径前胴２ａを受け止めるものである。前記大径後胴厚板部２ｃには、前後方向向きの複数の装着孔が周方向適当間隔おきに形成され、これら装着孔に複数のプッシュロッド１０１が夫々装着されている。前記の大径前胴２ａの後退を防止する際には、前記固着構造９０を分断する前に、これらプッシュロッド１０１を前方へ移動させて、それらの頭部を第２シール機構８６のリング部材８６ａの後面に当接させた状態に固定し、大径前胴２ａを後方から受け止める。

次に、大径胴体連結機構１１０について説明する。
この大径胴体連結機構１１０は、大径前胴後退防止機構１００により大径前胴２ａを受け止めた状態を維持する為に、大径前胴２ａを後方へ引き付けて大径前胴２ａと大径後胴２ｂとを連結する機構である。

大径後胴厚肉部２ｃには、前後方向向きの複数の装着孔が周方向適当間隔おきに形成され、これら装着孔に複数のロッド部材１１１が夫々装着されている。各ロッド部材１１１から前方へ延びる可撓性のある張力部材１１２（例えば、ワイヤロープ）は、第２シール機構８６のリング部材８６ａを貫通して前方ヘ延び、張力部材１１２の前端部は、大径前胴２ａの内面に固定された固定金具１１３に固定されている。トンネル掘進中は、中折れ機構１０による中折れを許す為に、張力部材１１２は弛んだ状態に保持されている。前記の大径前胴後退防止機構１００を機能させる際には、各ロッド部材１１１を後方へ引っ張った状態に固定することで張力部材１１２を緊張状態に設定する。

次に、スライド機構１２０について図３、図４〜図７に基づいて説明する。但し、図５〜図７は模式的に図示した模式図である。
このスライド機構１２０は、分離発進の際に、大径胴体２に対して小径胴体３が円滑にスライド移動するように案内する為のものである。このスライド機構１２０は、複数（本実施例では４本）のガイドレール１２１と、これらガイドレール１２１に対応する複数（本実施例では６個）の前胴摺動部材１２２ａ，１２２ｂと、それらガイドレール１２１に対応する複数（本実施例では４個）の後胴摺動部材１２３とを備えている。尚、上記の括弧内の数値は一例であり、これらの数値に限定されるものではない。

複数のガイドレール１２１は、大径前胴２ａの内周面から径方向内側へ突出し且つ小径胴体３ａの軸心と平行方向へ延びるように、周方向の複数位置に夫々設けられている。但し、左右の側部にもガイドレール１２１を設けてもよい。
具体的には、複数のガイドレール１２１は、大径前胴２ａの内周面の上部と下部に設けられている。上部の２本のガイドレール１２１は軸心に対して例えば約５０〜９０度の開角をなす位置にあり、下部の２本のガイドレール１２１は軸心に対して例えば約５０〜９０度の開角をなす位置にある。ガイドレール１２１は、ウェブ１２１ａとフランジ１２１ｂとからなるＴ形断面の部材で構成され、ウェブ１２１ａの端部が大径前胴２ａの内周面に溶接され、フランジ１２１ｂの内面が小径前胴３ａの外周面に接近対向している。

複数の前胴摺動部材１２２ａ，１２２ｂは、分離発進時に複数のガイドレール１２１に対して摺動可能なものである。複数（本実施例では４個）の前胴摺動部材１２２ａは、複数のガイドレール１２１のフランジ１２１ｂに夫々面接触にて当接するように小径前胴３ａの前部の外周面に溶接されている。この前胴摺動部材１２２ａは、普通鋼製又はステンレス鋼製の厚さ数ｍｍの湾曲状板材であって、小径前胴３ａの長さの約１／４〜１／３の長さの湾曲状板材で構成されている（図４参照）。

複数（本実施例では２個）の前胴摺動部材１２２ｂは、複数のガイドレール１２１のフランジ１２１ｂに夫々面接触にて当接するように小径前胴３ａの後部の外周面に溶接されている。この前胴摺動部材１２２ｂは、普通鋼製又はステンレス鋼製の厚さ数ｍｍの湾曲状板材であって、小径前胴３ａの長さの約１／４〜１／３の長さの湾曲状板材で構成されている。尚、前胴摺動部材１２２ａ，１２２ｂの間の１又は複数位置に複数の前胴摺動部材を設けてもよい（図４参照）。

複数の後胴摺動部材１２３は、分離発進時に複数のガイドレール１２１に対して摺動可能なものである。複数の後胴摺動部材１２３は、複数のガイドレール１２１に対応するように、小径後胴前端部３ｃの外周面に溶接されている。この後胴摺動部材１２３は、普通鋼製又はステンレス鋼製の厚さ数ｍｍの湾曲状板材であって、小径後胴前端部３ｃの長さの約１／３〜１／２の長さの湾曲状板材で構成されている（図４参照）。

ここで、小径前胴３ａの外径Ｄ２と小径後胴３ｂの外径Ｄ４が実質的に等しくなるように形成されている。分離発進時におけるガイドレール１２１と小径後胴３ｂとの干渉を防止する為、複数のガイドレール１２１の内径Ｄ１は、大径後胴２ｂの前端部の内径Ｄ３よりも大きく設定されている。また、前胴摺動部材１２２ａ，１２２ｂの厚さは等しく設定されているが、前胴摺動部材１２２ａ，１２２ｂの厚さは後胴摺動部材１２３の厚さよりも大きく設定されている。

即ち、前胴摺動部材１２２ａ，１２２ｂの厚さと、後胴摺動部材１２３の厚さの差を介して、ガイドレール１２１の内径Ｄ１と、大径後胴２ｂの前端部の内径Ｄ３のと差を吸収し、小径前胴３ａの外径Ｄ２と小径後胴３ｂの外径Ｄ４を等しく設定している。

次に、大径胴体２から、小径胴体３とこの小径胴体３に装備したカッターヘッド２０及び掘進機内部機構３０（子シールド掘進機１Ａ）を分離発進させる分離発進について、図８〜図１１に基づいて簡単に説明する。

この分離発進は、到達点側立坑の近くまでトンネル掘進を行った時点で、大径胴体２を地中に残しつつ分離発進を行って、上記の子シールド掘進機１Ａを複数ブロックに分割した形態で到達点側立坑から回収し、子シールド掘進機１Ａの再利用を図るためである。

図８に示すように、分離発進の開始前に、大径前胴後退防止機構１００を所期の作動位置に切換えて大径前胴２ａの後退を防止すると共に、大径胴体連結機構１１０を所期の作動位置に切換えて張力部材１１２に張力を作用させた状態に切換えてから、前記固着構造９０の全部の連結片９２をガス切断により除去し、小径後胴前端部３ｃと大径後胴２ｂとの固着を解除する。
次に、シールド掘進機１の後方近くに保管しておいた小径後胴本体部３ｄを大径後胴２ｂの内部に移動させて、小径後胴前端部３ｃの後端に小径後胴本体部３ｄの前端を溶接接合した状態で、大径トンネルの掘進を行いつつ、小径後胴３ｂの内面側に複数リング分のセグメントＳの覆工を行う。

次に、分離発進に際して、前記複数の連結機構７０の連結を解除して小径トンネル掘進用に切換え、天端圧力計７５を小径トンネル掘進用に切換え、硬化剤注入装置８０を小径トンネル掘進用に切換えてから、子シールド掘進機１Ａによる掘進を行うことで、図９、図１０に示すように、大径胴体２をトンネル支保として地中に残置し、大径胴体２に対して子シールド掘進機１Ａを分離発進させ、子シールド掘進機１Ａによる掘進を進める。

次に、図１１に示すように、子シールド掘進機１Ａが大径胴体２の前端よりも前進した状態で分離発進が完了する。その後、子シールド掘進機１Ａを複数ブロックに分割した形態で回収し、別のトンネルの掘進のために再利用に供するものとする。
尚、図１１の状態において、子シールド掘進機１Ａを、到達点側立坑内に突入させることが望ましく、その場合、子シールド掘進機１Ａの回収を能率的に行うことができる。

以上説明したシールド掘進機１の作用・効果について説明する。
このシールド掘進機１によれば、複数のガイドレール１２１の内径Ｄ１を大径後胴２ｂの前端部の内径Ｄ３（つまり、大径後胴厚板部３ｃの内径Ｄ３）よりも大きく設定し、前胴摺動部材１２２ａ，１２２ｂを小径前胴３ａの外周面に固定して複数のガイドレール１２１の内径Ｄ１を小径前胴３ａの外径Ｄ２よりも前胴摺動部材１２２ａ，１２２ｂの厚み分大径化できる。

そのため、小径後胴前端部３ｃ（小径後胴３ｂ）が複数のガイドレール１２１内に移行する際、中折れ可能な小径後胴３ｂの軸心が大径前胴２ａの軸心に対して微小なずれを生じても小径後胴前端部３ｃの前端が大径前胴２ａの後端やガイドレール１２１の後端に衝突するのを防止できる。
また、小径後胴３ｂの外径Ｄ４を小径前胴３ａの外径Ｄ２と同じ径に大径化できるから、セグメントＳの外側に注入する裏込材の消費量増加や注入作業量の増加を防止し、掘進作業にかかるコストを低減することができる。

小径後胴前端部３ｃの外周面に複数のガイドレール１２１に対して摺動可能な複数の後胴摺動部材１２３を固定したため、小径後胴３ｂの外径Ｄ４を大径化しつつ、複数の後胴摺動部材１２３によって小径後胴３ｂの分離発進時の摺動円滑性と移行性を向上できる。

前胴摺動部材１２２ａ，１２２ｂの厚みが後胴摺動部材１２３の厚みよりも厚くなるように設定したため、複数のガイドレール１２１の内径Ｄ１と大径後胴厚板部２ｃの内径Ｄ３との内径差に拘わらず、小径前胴３ａの外径Ｄ２と小径後胴３ｂの外径Ｄ４を実質等しくしつつ、小径前胴３ａと小径後胴３ｂに生じる隙間調整を簡単化することができる。
小径前胴３ａが大径前胴２ａに複数の連結機構７０を介して連結され、小径後胴前端部３ｃが小径前胴３ａに中折れ機構１０を介して中折れ可能に連結されると共に、大径前胴２ａの後端と大径後胴２ｂの前端との間に中折れのための中折れ許容隙間１１が形成され、大径後胴２ｂが固着構造９０を介して小径後胴前端部３ｃに連結されたため、大径胴体２の中折れ機構を省略することができる。

次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記大径胴体２は直進のトンネル掘進のみ可能に構成し、小径前胴３ａと小径後胴３ｂのみが中折れ機構を介して中折れ可能に構成してもよい。
また、前記実施例においては、大径胴体２の中折れ機構を小径胴体３の中折れ機構１０で兼用する例を説明したが、大径胴体２の中折れ機構と小径胴体３の中折れ機構を夫々専用に設けてもよい。

２〕前記スライド機構１２０について、シールド掘進機１の大きさや重量等の仕様に合わせて適宜ガイドレール１２１の本数や前胴摺動部材１２２ａ，１２２ｂと後胴摺動部材１２３の個数や設置位置を適宜設定するものとする。

３〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

本発明は、種々の用途のトンネルを掘削する種々のサイズのシールド掘進機に適用することができ、小径胴体とそれに装備したカッターヘッド及び掘進機内部機構とからなる子シールド掘進機の再利用を実現することができる。

１ シールド掘進機
１Ａ 子シールド掘進機
２ 大径胴体
２ａ 大径前胴
２ｂ 大径後胴
２ｃ 大径後胴厚板部
３ 小径胴体
３ａ 小径前胴
３ｂ 小径後胴
３ｃ 小径後胴前端部
１０ 中折れ機構
１１ 中折れ許容隙間
２０ カッターヘッド
３０ 掘進機内部機構
７０ 連結機構
１２０ スライド機構
１２１ ガイドレール
１２２ａ，１２２ｂ 前胴摺動部材
１２３ 後胴摺動部材
Ｄ１ ガイドレール内径
Ｄ２ 小径前胴外径
Ｄ３ 大径後胴厚板部内径（大径後胴の前端部の内径）
Ｄ４ 小径後胴外径

Claims (6)

1. 大径前胴と大径後胴とからなる大径胴体と、小径前胴とこの小径前胴に中折れ機構を介して連結された小径後胴とを有し且つ前記大径胴体と同心状に配設された小径胴体とを備え、前記小径胴体とこの小径胴体に装備したカッターヘッド及び掘進機内部機構とを前記大径胴体から分離発進可能に構成したシールド掘進機において、
   前記大径前胴の内周面から径方向内側へ突出し且つ前記小径胴体の軸心と平行方向へ延びる複数のガイドレールを周方向複数位置に夫々設け、
   前記小径前胴の外周面に、分離発進時に前記複数のガイドレールに対して摺動可能な複数の前胴摺動部材を設け、
   前記複数のガイドレールの内径を前記大径後胴の前端部の内径よりも大きく設定したことを特徴とするシールド掘進機。
2. 前記小径前胴の外径と前記小径後胴の外径が実質的に等しくなるように形成されたことを特徴とする請求項１に記載のシールド掘進機。
3. 前記小径後胴の外周面に、分離発進時に前記複数のガイドレールに対して摺動可能な複数の後胴摺動部材を固定したことを特徴とする請求項１又は２に記載のシールド掘進機。
4. 前記前胴摺動部材の厚みを前記後胴摺動部材の厚みよりも大きく設定したことを特徴とする請求項３に記載のシールド掘進機。
5. 前記小径前胴と前記大径前胴とを相対移動不能に且つ分離可能に連結する複数の連結機構を周方向複数部位に設けたことを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載のシールド掘進機。
6. 前記大径前胴の後端と前記大径後胴の前端との間に中折れを可能にする為の隙間が形成され、前記大径後胴が前記小径後胴に分離可能に連結されたことを特徴とする請求項１〜５の何れか１項に記載のシールド掘進機。