JP7194002B2 - 掘削機 - Google Patents

Description

本発明は、掘削径を任意の比率で拡大又は縮小可能な掘削機に関するものである。

従来から、下水道、電力ケーブル、道路トンネルなどを掘削するために、シールド機や推進機を含む掘削機が使用されている。掘削機は、一般に、ビットを有するカッターヘッドを回転させながら掘進していく。そのため、掘削された断面は基本的に円形であり、その外径（掘削径）も一定となる。

ところで、例えば、電力ケーブル洞道や上下水道トンネルの分岐・接合箇所や、鉄道トンネルの駅部や、道路トンネルの非常駐車帯などにおいて、断面を途中で拡大・縮小する必要が生じることがある。途中で断面を拡大・縮小するためには、立坑を設置して掘削機を途中で取り替える方法や、１台の掘削機を継続して使用しつつ断面を拡大する方法がある。しかし、前者の立坑を設置して掘削機を取り替える工法では、立坑を掘削する必要があることに加え、掘削機を２台準備し、さらに掘削機を入れ替える作業も必要となる、という課題があった。

後者の掘削機の断面を拡大可能な掘削機としては、具体的には以下に示す工法が知られている。すなわち、掘削機の外筒部の一部をラップさせておき、掘削中にこのラップ部を伸縮させることで掘削断面の拡大を掘進と同時に行う工法が知られている（特許文献１参照）。

他にも、先行して施工されたシールドトンネル外周を、拡大シールドを用いてトンネル軸方向にリング状に掘進することにより、拡大空間をトンネル内部から構築する工法も知られている（特許文献２参照）。

他方、断面を縮小できるシールド掘削機としては、例えば、親シールド機の内部に、親シールド機よりも小さな径の子シールド機を内蔵させておいて、途中で親シールド機から子シールド機を発進するようにされた工法が知られている（特許文献３参照）。

特開２００４－２７０３５６号公報 特開昭５８－９８５９５号公報 特開２００３－８２９７８号公報

しかしながら、上述した各工法は、いずれも作業を中断して段取り替えしたうえで、あらかじめ定めた掘削形状や掘削径のみに拡大又は縮小するように構成されたものであり、大きく段取り替えすることなく掘削径を任意の比率で拡大又は縮小できるものではなかった。

そこで、本発明は、大きく段取り替えすることなく掘削径を任意の比率で拡大又は縮小することのできる掘削機を提供することを目的としている。

このような課題を解決するために、第１の発明の掘削機は、地山を切削する複数のビットを有する切削用回転体であって、掘削径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成された、切削用回転体と、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成された隔壁と、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成された鋼殻と、を備えている。

また、第２の発明の掘削機の前記切削用回転体は、回転中心に設置される駆動軸と、前記駆動軸の先端に放射状に取り付けられる複数のスポークであって、前記駆動軸に対して回動自在に取り付けられる、複数のスポークと、前記複数のスポークの回動角度を変える複数のジャッキと、を備えている。

また、第３の発明の掘削機の前記切削用回転体の複数のスポークのそれぞれは、前記ビットを有する複数のスポークピースと、前記複数のスポークピースに挿通されるスポークロッドと、を有し、前記複数のスポークピースは、前記スポークロッドに対する角度を変化させることができるように構成されている。

また、第４の発明の掘削機の前記隔壁は、複数の略扇形状の隔壁フラップから構成され、隣接する前記隔壁フラップを重ね合わせつつトンネル縦断方向に回動させるか、又は、隣接する前記隔壁フラップを折り畳みつつトンネル縦断方向に回動させることによって、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成されている。

また、第５の発明の掘削機の前記鋼殻は、複数の円筒殻片と、前記複数の円筒殻片を支持する複数の支柱ジャッキと、から構成され、隣接する前記円筒殻片を中心に対して傾けて重ね合わせつつ前記支柱ジャッキを伸縮させることによって、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成されている。

また、第６の発明の掘削機は、前記掘削機の坑口側に設置された覆工又はセグメントの略中心に配置される荷重支持用シャフトと、前記荷重支持用シャフトから前記覆工又は前記セグメントに張り出される少なくとも３つのグリッパと、をさらに備え、前記荷重支持用シャフトに自重を支持させるようになっている。

また、第７の発明の掘削機は、地山に突き挿される支持手段をさらに備え、前記支持手段に自重を支持させるようになっている。

また、第８の発明の掘削工法は、上述したいずれかの掘削機を使用して掘削径を拡大する掘削工法であって、前記切削用回転体の外径を拡大するステップと、前記切削用回転体が拡大された状態で前記掘削機の機長分の地山を掘削するステップと、前記鋼殻の外径を拡大するステップと、前記隔壁の外径を拡大するステップと、を備えている。

また、第９の発明の掘削工法は、上述したいずれかの掘削機を使用して掘削径を拡大する掘削工法であって、前記切削用回転体の外径を拡大するステップと、前記切削用回転体が拡大された状態で１セグメント分の地山を掘削するステップと、前記鋼殻の外径を拡大するステップと、前記隔壁の外径を拡大するステップと、を備えている。

また、第１０の発明の掘削工法は、上述したいずれかの掘削機を使用して掘削径を拡大する掘削工法であって、前記切削用回転体の外径を拡大するステップと、前記切削用回転体の外径を拡大しながら地山を掘削するステップと、前記鋼殻の切羽側端部の外径を拡大するステップと、前記隔壁の外径を拡大するステップと、を連続的に同調させて繰り返すようになっている。

また、第１１の発明の掘削工法は、上述したいずれかの掘削機を使用して掘削径を縮小する掘削工法であって、前記切削用回転体が縮小前の状態で前記掘削機の機長分の地山を掘削するステップと、前記切削用回転体の外径を縮小するステップと、前記隔壁の外径を縮小するステップと、前記鋼殻の外径を縮小するステップと、を備えている。

また、第１２の発明の掘削工法は、上述したいずれかの掘削機を使用して掘削径を縮小する掘削工法であって、前記切削用回転体が縮小前の状態で１セグメント分の地山を掘削するステップと、前記切削用回転体の外径を縮小するステップと、前記隔壁の外径を縮小するステップと、前記鋼殻の外径を縮小するステップと、を備えている。

また、第１３の発明の掘削工法は、上述したいずれかの掘削機を使用して掘削径を縮小する掘削工法であって、前記切削用回転体の外径を縮小しながら地山を掘削するステップと、前記隔壁の外径を縮小するステップと、
前記鋼殻の切羽側端部の外径を縮小するステップと、を連続的に同調させて繰り返すようになっている。

なお、本発明において、「外径を任意の比率」で拡大又は縮小できるとは、主として第１の状態（例えば、小さい径の状態）から第２の状態（例えば、大きい径の状態）へと、所定の形状を維持しつつ相似形に連続的に大きさが変化可能であることを意図している。ただし、第１の状態から第２の状態へと形状が変化する場合を除外するものではなく、途中で形状を変化させることももちろん可能である。当然ながら、第１の状態から第２の状態への変形は、断面積が広がるような拡大変形であってもよいし、断面積が狭くなるような縮小変形であってもよい。

このように、第１の発明の掘削機は、地山を切削する複数のビットを有する切削用回転体であって、掘削径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成された、切削用回転体と、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成された隔壁と、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成された鋼殻と、を備えている。このような構成であるから、大きく段取り替えすることなく掘削径を任意の比率で拡大又は縮小することのできる掘削機となる。

つまり、第１の発明の掘削機であれば、切削用回転体、隔壁、及び鋼殻の通常の掘進中にも使用している主要な３つの要素をそのまま使用することによって、作業を中断することなく連続して掘削径を拡大又は縮小することができる。さらに、３つの要素すべてが、任意の比率で拡大又は縮小できるように構成されているため、掘削径を任意の比率で拡大又は縮小することができる。

さらに、第１の発明の掘削機は掘削径を随時に拡大又は縮小可能であるから、長距離の下水幹線のように区間によって径が異なる場合であっても、径を随時拡大したり、縮小したりして掘削することが可能となる。したがって、区間ごとに異なる掘削機を準備することなく、１台のシールド機１によって掘削可能となるため、コスト低減が可能である。さらに、最大径に合わせて掘削するよりもコストが低減され、発生土量の削減によって環境負荷も低減される。

さらに、第１の発明の掘削機であれば、最小径から約２倍の拡大率・最大径から約２分の１倍の縮小率を達成可能である。そのため、下水道分野において、流量がほぼ同じ２本の上流幹線に合流幹線を接続する場合の接合部のみの拡幅部にも適用可能となる。さらに、道路トンネルの非常駐車帯部、分岐部への適用も可能となる。このように本掘進の中での施工が可能となれば、工期短縮、コスト低減、施工性の向上、及び安全性の向上が見込まれる。

また、第２の発明の掘削機の切削用回転体は、回転中心に設置される駆動軸と、駆動軸の先端に放射状に取り付けられる複数のスポークであって、駆動軸に対して回動自在に取り付けられる、複数のスポークと、複数のスポークの回動角度を変える複数のジャッキと、を備えている。このような構成であれば、ジャッキを伸縮させるだけで、掘削径を容易に任意の比率で変更（拡大／縮小）することができる。

また、第３の発明の掘削機の切削用回転体の複数のスポークのそれぞれは、ビットを有する複数のスポークピースと、複数のスポークピースに挿通されるスポークロッドと、を有し、複数のスポークピースは、スポークロッドに対する角度を変化させることができるように構成されている。したがって、スポークロッドが回動して掘削径が変わっても、ティースビットが常に切羽に正対するようにできるため、掘削効率が低下することがない。

また、第４の発明の掘削機の隔壁は、複数の略扇形状の隔壁フラップから構成され、隣接する隔壁フラップを重ね合わせつつトンネル縦断方向に回動させるか、又は、隣接する隔壁フラップを折り畳みつつトンネル縦断方向に回動させることによって、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成されている。したがって、隔壁をトンネル縦断方向に回動させるだけで、大きな段取り替えをすることなく、容易に任意の比率で隔壁の外径を拡大又は縮小することができる。

また、第５の発明の掘削機の鋼殻は、複数の円筒殻片と、各円筒殻片を支持する複数の支柱ジャッキと、から構成され、隣接する円筒殻片を中心に対して傾けて重ね合わせつつ支柱ジャッキを伸縮させることによって、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成されている。したがって、支柱ジャッキを伸縮させるだけで、大きな段取り替えをすることなく、容易に任意の比率で鋼殻の外径を拡大又は縮小することができる。

また、第６の発明の掘削機は、後方に設置された覆工又はセグメントの略中心に配置される荷重支持用シャフトと、荷重支持用シャフトから覆工又はセグメントに張り出される少なくとも３つのグリッパと、をさらに備え、荷重支持用シャフトに自重を支持させるようになっている。このように構成することで、主として掘削機の後部の自重を覆工又はセグメントに負担させることができる。

また、第７の発明の掘削機は、切削用回転体から地山に突き挿される支持手段をさらに備え、支持手段に自重を支持させるようになっている。このように構成することで、主として掘削機の前部の自重を地山に負担させることができる。

また、第８～第１０の発明の掘削径を拡大する掘削工法は、一度に径を拡大するか、少しずつ不連続的に径を拡大するか、連続的に径を拡大することによって、切削用回転体、隔壁、及び、鋼殻の外径を拡大することができる。したがって、この掘削工法であれば、大きな段取り替えをすることなく、容易に任意の比率で、掘削径を拡大できる。

また、第１１～第１３の発明の掘削径を縮小する掘削工法は、一度に径を縮小するか、少しずつ不連続的に径を縮小するか、連続的に径を縮小することによって、切削用回転体、隔壁、及び、鋼殻の外径を縮小することができる。したがって、この掘削工法であれば、大きな段取り替えをすることなく、容易に任意の比率で、掘削径を縮小できる。

掘削径を縮小した状態の掘削機の縦断面図である。 掘削径を縮小した状態の掘削機の横断面図である。 掘削径を拡大した状態の掘削機の縦断面図である。 掘削径を拡大した状態の掘削機の横断面図である。 実施例１の切削用回転体の変態の様子について説明する説明図である。（ａ）は最小径の状態であり、（ｂ）は中間径の状態であり、（ｃ）は最大径の状態である。 スポークピースとスポークロッドについて詳細に説明する説明図である。（ａ）は最大径の状態であり、（ｂ）は中間径の状態である。 実施例１の隔壁の最小径の状態の説明図である。（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。 実施例１の隔壁の最大径の状態の説明図である。（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。 隔壁の駆動シリンダについて説明する説明図である。 実施例１の鋼殻の最小径の状態の説明図である。（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は部分拡大図である。 実施例１の鋼殻の最大径の状態の説明図である。（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図であり、（ｃ）は部分拡大図である。 掘削径を拡大する掘削工法の前半の説明図である。 掘削径を拡大する掘削工法の後半の説明図である。 掘削径を縮小する掘削工法の前半の説明図である。 掘削径を縮小する掘削工法の後半の説明図である。 実施例２の切削用回転体の側面図である。（ａ）は最小径の状態であり、（ｂ）は最大径の状態である。 実施例２のスポークピースとスポークロッドについて詳細に説明する説明図である。（ａ）は最大径の状態であり、（ｂ）は中間径の状態である。 実施例３の隔壁の最小径の状態の説明図である。（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。 実施例３の隔壁の最大径の状態の説明図である。（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。 隔壁の駆動モータについて説明する説明図である。 端部フラップについて説明する説明図である。（ａ）は最大径の状態を切羽側から見た斜視図であり、（ｂ）は最大径の状態を坑口側から見た斜視図である。（ｃ）は中間径の状態を切羽側から見た斜視図であり、（ｄ）は中間径の状態を坑口側から見た斜視図である。（ｅ）は最小径の状態を切羽側から見た斜視図であり、（ｆ）は最小径の状態を坑口側から見た斜視図である。 実施例４の鋼殻の最小径の状態の説明図である。（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。 実施例４の鋼殻の最大径の状態の説明図である。（ａ）は正面図であり、（ｂ）は側面図である。

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。以下の実施例においては、掘削機としてシールド機１を備えるシールド工法を例として説明するが、これに限定されるものではない。

各実施例１～４においては、実施例１で掘削機（シールド機１）の基本的な構成及び掘削工法について説明し、実施例２で別形態の切削用回転体（カッターヘッド２０）について説明し、実施例３で別形態の隔壁３０Ｂについて説明し、実施例４で別形態の鋼殻４０について説明する。

＜構成＞
（シールド機の全体構成）
まず、図１～図４を用いて本実施例の掘削機としてのシールド機１の全体構成を説明する。シールド機１は、全体として円筒形の切羽側の前胴部１Ａ（フード部及びガーダー部）と坑口側の後胴部１Ｂ（テール部）とから構成される。そして、本実施例のシールド機１は、掘削径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成された切削用回転体としてのカッターヘッド２０と、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成された隔壁３０と、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成された鋼殻４０（４０Ａ、４０Ｂ）と、を備えている。

切削用回転体としてのカッターヘッド２０は、センターシャフト１１によって支持されており、センターシャフト１１をカッターモータ１２で回転駆動することで、回転するように構成されている（センター支持方式）。カッターヘッド２０の掘削径を拡大又は縮小させる機構については後述する。なお、図示しないが、環状軸受けを回転駆動するように構成することもできる（中間支持方式）。

隔壁３０は、切羽の安定を図るための泥土又は泥水の圧力を保持するために、フード部（シールド本体の先端部）とガーダー部（シールド本体の中間部）との間に設置される。隔壁３０の外径を拡大又は縮小させるための機構については後述する。

鋼殻４０は、シールド機１本体の外板部を構成しており、シールド機１外部からの土や地下水の流入を防止し、内部の装置群や作業空間を保護している。鋼殻４０は、前胴部１Ａに対応する前鋼殻４０Ａと後胴部１Ｂに対応する後鋼殻４０Ｂとから構成される。鋼殻４０の外径を拡大又は縮小させるための機構については後述する。

この他、シールド機１は、図１、図３に示すように、シールド機１を切羽方向に推進させるシールドジャッキ１３、セグメントを所定の形状に組み立てるエレクタ１４、曲線施工や姿勢制御を実施するための中折れジャッキ１５、排土装置であるスクリューコンベア１６などの装置群を備えている。ここにおいて、中折れジャッキ１５は、直線的に掘進する場合には必要ない。さらに、排土装置としては、土圧式や泥土圧式の場合はスクリューコンベア１６を使用するが、これに限定されるものではなく、泥水式の場合は送泥管（排泥管）を使用することもできる。

上述してきたように、シールド機１は、装置群を用いて地山を掘削してトンネル構造物を構築する。例えば、土圧式シールド工法の場合、カッターヘッド２０によって掘削した土砂を切羽と隔壁３０の間に充満させ、必要に応じて添加剤を注入し、土圧によって切羽の安定を図りながら掘進し、隔壁３０を貫通して設置されているスクリューコンベア１６で排土していく。

その後、シールドジャッキ１３を部分的に解放しながら、エレクタ１４によってセグメントをリング状に組み立てる（一次覆工）。さらに、裏込め注入や、必要に応じて二次覆工を施して、トンネル構造物が完成する。

そして、本実施例の掘削機としてのシールド機１は、以下に説明するように、シールド機１を構成する主要な要素である、切削用回転体としてのカッターヘッド２０、隔壁３０、鋼殻４０、の３つすべてが任意の比率で拡大又は縮小できるように構成されている。

（切削用回転体の構成）
次に、図５（ａ）～（ｃ）、図６（ａ）、（ｂ）を用いて、本実施例の切削用回転体としてのカッターヘッド２０の構成について説明する。本実施例のカッターヘッド２０は、地山を切削する複数のビット２１を有し、掘削径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成されている。

すなわち、拡大する際には、カッターヘッド２０は、センターシャフト１１に接続するボス部２２に回動自在に取り付けられる複数のスポーク２３、・・・（図４参照）が、切羽方向に（スポーク２３とセンターシャフト１１のなす角度が大きくなるように）回動されることによって、全体として最も縮小された閉じたＶ字状の状態（図５（ａ））から、開いたＶ字状の状態（図５（ｂ））を経て、最も拡大された直線状の状態（図５（ｃ））まで任意の比率で拡大可能である。

逆に、縮小する際には、カッターヘッド２０は、センターシャフト１１に接続するボス部２２に回動自在に取り付けられる複数のスポーク２３、・・・が、坑口方向に（スポーク２３とセンターシャフト１１のなす角度が小さくなるように）回動されることによって、最も拡大された直線状の状態（図５（ｃ））から、開いたＶ字状の状態（図５（ｂ））を経て、最も縮小された閉じたＶ字状の状態（図５（ａ））まで任意の比率で縮小可能である。

そして、本実施例では、複数のスポーク２３、・・・は、センターシャフト１１に取り付けられる基端側（内側）が切羽側で先端側（外側）が坑口側となるように構成されており、全体として中央が切羽側に突き出たＶ字状に形成されている。すなわち、本実施例では、内周側から先に掘削するようにスポーク２３が傾斜している。

具体的に言うと、カッターヘッド２０は、回転中心に設置される駆動軸としてのセンターシャフト１１と、センターシャフト１１の先端のボス部２２に放射状に取り付けられる４本のスポーク２３、・・・であってボス部２２に対して回動自在に取り付けられる４本のスポーク２３、・・・と、４本のスポーク２３、・・・の回動角度を変える４本のジャッキ２４、・・・と、を備えている。なお、スポーク２３、・・・の数は４つに限定されるものではなく、例えば６本や８本であってもよい。

より詳細に説明すると、スポーク２３は、それぞれの基端部がボス部２２に回動自在に取り付けられるとともに、それぞれの先端部にはジャッキ２４のロッド側が回動自在に取り付けられている。さらに、ジャッキ２４のヘッド側は、回転中心近傍に配置されたリング部材２５に取り付けられている。そして、対向するジャッキ２４を均等に伸縮することで、反力を打ち消し合いながら、スポーク２３を回動させるようになっている。

（ビットの構成）
次に、図５（ａ）～（ｃ）、図６（ａ）、（ｂ）を用いて、本実施例のビット２１の構成について説明する。本実施例のビット２１は、ボス部２２に設置されるフィッシュテールビット２１Ｆと、スポーク２３に複数設置されるティースビット２１Ｔ、・・・と、から構成される。すなわち、カッターヘッド２０の複数のスポーク２３、・・・のそれぞれは、１つずつティースビット２１Ｔを有する複数のスポークピース２３Ｐ、・・・と、複数のスポークピース２３Ｐ、・・・に共通して挿通されるスポークロッド２３Ｒと、から構成されている。

そして、本実施例の複数のスポークピース２３Ｐは、スポークロッド２３Ｒに対する角度を変化させることができるように構成されている。具体的に言うと、図６（ａ）に示すように、各スポークピース２３Ｐは平行四辺形断面となるように形成されて、貫通孔２３Ｈにスポークロッド２３Ｒが挿通されている。そして、スポークピース２３Ｐの側面は、スポークロッド２３Ｒの軸方向に対して斜めに分割されており、隣接するスポークピース２３Ｐは互いに斜めに接触している。より詳細に言うと、本実施例のスポークピース２３Ｐの側面の角度は、前方（切羽に近い側）から後方に向かって、外側から内側に傾斜するように構成されている。

さらに、各スポークピース２３Ｐとスポークロッド２３Ｒの間には、半円柱形状の緩衝材２３Ｇが挟まれている。すなわち、スポークピース２３Ｐには貫通孔２３Ｈに連続する半円柱状の切欠部２３Ｎが設けられており、切欠部２３Ｎには半円柱状の緩衝材２３Ｇが設置されている。これにより、図６（ｂ）に示すように、スポークロッド２３Ｒを斜めに引き込んだ際に、緩衝材２３Ｇが回転（転動）することで、スポークピース２３Ｐはスポークロッド２３Ｒの傾きに追従せずに、常にティースビット２１Ｔが切羽に正対するようになる。したがって、拡径・縮径の際にスポーク２３が角度を変化させても、ティースビット２１Ｔが常に切羽に正対するようになるため、切削効率が維持される。

（隔壁の構成）
次に、図７～図９を用いて、本実施例の隔壁３０の外径を拡大又は縮小させる機構について説明する。なお、説明の便宜上、駆動手段として図７～図９には駆動シリンダ６２が記載されているが、後述するように駆動モータ６１であってもよい（図２０参照）。

隔壁３０Ａは、図７、図８に示すように、中央に配置される円盤状のセンタープレート３５と、等円周角ごとに分割した複数の隔壁フラップ３２と、から構成され、全体として中央が後方に突き出た略円錐状乃至略円錐台状（すり鉢形状）に組み立てられている。そして、隣接する隔壁フラップ３２、３２どうしを周方向に重ね合わせ、かつ、トンネル縦断方向に回動させることによって、隙間を空けることなく、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成されている。

隔壁フラップ３２は、略扇形の平板として形成されており、中心側の端部に、センタープレート３５とセンターリング３１を介して回動自在に接続されるフラップリング３２ａを有している。ここにおいて、略扇形状とは、扇形の中心側を円弧状に切り取った形状を意図するものである。なお、各隔壁フラップ３２の形状は、略扇形状の平板状の他にも、円錐曲面を周方向に分割した曲面（円錐分割曲面、円錐片）として形成することも好ましい。

このフラップリング３２ａには、図９に示すように、隔壁フラップ３２を回動駆動するための駆動シリンダ６２が取り付けられている。すなわち、駆動シリンダ６２には、長孔を介してリンクアーム６３が回動自在に取り付けられ、このリンクアーム６３は隔壁フラップ３２のフラップリング３２ａに固定されている。なお、センターリング３１は、隔壁フラップ３２が回動するための軸であり、軸として機能すれば３６０度連続する必要はない。

したがって、駆動シリンダ６２が伸縮することによって、リンクアーム６３が上下に回動し、リンクアーム６３に固定された隔壁フラップ３２が回動することになる。具体的には、駆動シリンダ６２を縮めると隔壁フラップ３２が外向きに開くように回動し、駆動シリンダ６２を伸ばすと隔壁フラップ３２が内向きに閉じるように回動するようになっている。

ここでは、１５度ずつ分割された２４枚の隔壁フラップ３２を備える場合について説明したが、これに限定されるものではない。隔壁フラップ３２の枚数や分割角度はどのようなものであってもよい。

より詳細に言うと、本実施例の隔壁フラップ３２は、半径方向に延びる分割線によって、内側にせり出す内側片と、外側にせり出す外側片と、に左右に２分割されている。そして、隔壁フラップ３２の内側片と外側片とがヒンジ３２ｂによって連結されることで、周方向に折り曲げることができるようになっている。したがって、本実施例では、隔壁フラップ３２は、２４枚をさらに２分割するため、周方向に４８分割されている。これによって、隣接する隔壁フラップ３２のフラップキャップ３３（後述）の隙間（溝）に入りやすくなっている。

隔壁３０Ａは、図示されているものは、半径方向で最大２倍の拡大率を想定しているが、そのうち、隔壁フラップ３２について、縮小する際にラップして内側に位置する側の１／２の幅について、隣接する隔壁フラップ３２（外側に重なっている）を巻き込むように、半径方向の外側端部にＵ字状に折り返したフラップキャップ３３が形成されている。換言すると、２分割された各隔壁フラップ３２の内側にせり出す内側片の外縁部近傍は、隣接する隔壁フラップ３２を巻き込むようにＵ字型に曲げられている。

隔壁３０Ａは、図７（ａ）、（ｂ）に示す最小径の状態では、隣接する隔壁フラップ３２どうしが円周方向に部分的に重なり合いつつ、切羽側に倒れるようにして回動することで外径を最小にしている。より詳細に言うと、この状態では、隣接する隔壁フラップ３２の重なりは最大であり、２分割された隔壁フラップ３２の外側片は、隣接する隔壁フラップ３２の内側片に重なっていて切羽側からほとんど見えない（図７（ａ））。

一方、隔壁３０Ａは、図８（ａ）、（ｂ）に示す最大径の状態では、隣接する隔壁フラップ３２どうしがほとんど重なり合うことなく、略垂直に起立して同一面を構成することで外径を最大にしている。より詳細に言うと、この状態では、隣接する隔壁フラップ３２の重なりは最小であり、２分割された隔壁フラップ３２の外側片は、切羽側から見ると隣接する隔壁フラップ３２の内側片と並ぶように見える（図８（ａ））。

そして、この最大径の状態では、隔壁フラップ３２の外縁は、鋼殻４０の内面に対して略垂直に接するようになるため、鋼殻４０から反力をとることができなくなる。そこで、鋼殻４０の内面には、隔壁フラップ３２の外縁を土圧に対して背面側すなわち坑口側から支持する突起４５が設置されている。この突起４５によって、最大径の状態でも、隔壁フラップ３２の外縁が土圧に対して背面側すなわち坑口側から反力を受けることができるようになり、隔壁フラップ３２が背面側に倒れることが防止されるのである。このようにして、隔壁３０Ａは、最小径から最大径まで、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるようになっている。

（鋼殻の構成）
次に、図１０、図１１を用いて、本実施例の鋼殻４０の外径を拡大又は縮小させる機構について説明する。鋼殻４０（４０Ａ、４０Ｂ）は、中央に配置される円環状のセンターリング４１と、等円周角ごとに分割した複数の円筒殻片であるプレート片４２と、このプレート片４２を支持する複数の支柱ジャッキ４３と、から構成されている。円筒を等円周角ごとに分割して形成された円筒殻片であるプレート片４２には、支柱ジャッキ４３が接続される箇所に、円周方向に沿って内側に突出した補強用の凸条が形成されている。したがって、プレート片４２の裏側には凹条が形成されている。そして、裏側の凹条に隣接するプレート片４２の凸条が入り込むようになっている。

そして、横断方向については、隣接するプレート片４２どうしは、周方向に互いに重ね合わされた状態で、支柱ジャッキ４３によって支持されている。つまり、支柱ジャッキ４３の一方の端部はプレート片４２に回動自在に支持されるとともに、他方の端部はセンターリング４１に回動自在に支持されている。さらに、プレート片４２は、断面中心に正対する方向から傾斜されて、隣接するプレート片４２と重ね合わされている。より詳細に言うと、プレート片４２は、断面中心に対して同一方向に傾けて重ね合わされている。例えば、図１０、図１１では、全体として同じ方向に（右回りの）渦を巻くような方向に各プレート片４２が方向づけられている。

そして、鋼殻４０は、図１０に示す最小径の状態では、支柱ジャッキ４３が縮められ、隣接するプレート片４２どうしの重なりが最大とされることで、外径を最小にしている。一方、鋼殻４０は、図１１に示す最大径の状態では、支柱ジャッキ４３が伸ばされ、隣接するプレート片４２どうしの重なりが最小（又はゼロ、すなわち同一円筒面を構成する状態）とされることで、外径を最大にしている。このようにして、鋼殻４０は、最小径から最大径まで、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるようになっている。

＜掘削工法＞
次に、図１２～図１５を用いて、本実施例の掘削機としてのシールド機１の掘削工法について説明する。はじめに、図１２、図１３を用いて掘削径を拡大する掘削工法について説明し、次に、図１４、図１５を用いて掘削径を縮小する掘削工法について説明する。

（掘削径を拡大する掘削工法）
掘削径を拡大する場合は、図１２（ａ）に示すように、あらかじめ、断面変化（拡大）予定位置周辺の地山を、薬液注入工法、地盤改良工法、凍結工法等によって改良して地山を自立させておく。

次に、図１２（ｂ）に示すように、断面変化予定位置までの間に、カッターヘッド２０を回転させて地山を掘削しながら、カッターヘッド２０の外径を拡大する。すなわち、ジャッキ２４を伸長させることでスポーク２３をセンターシャフト１１とのなす角度が大きくなる方向に回動させる。このとき、隔壁３０及び鋼殻４０は、拡大する前の外径を維持する。

続いて、図１２（ｃ）に示すように、カッターヘッド２０の外径が拡大された状態のまま、シールド機１の機長分だけ掘進していく。すなわち、カッターヘッド２０を回転させて地山を掘削しつつ、シールドジャッキ１３（及びエレクタ１４）を駆動させてシールド機１を前方へ押し出していく。このとき、隔壁３０及び鋼殻４０は、拡大する前の外径を維持する。

さらに、図１３（ａ）に示すように、シールド機１を拡大可能な位置まで前進掘削させ、坑口側に設置された覆工又はセグメントの略中心に荷重支持用シャフト５１を配置し、これを少なくとも３つの方向に張り出されたグリッパ５２によって支持する。そして、この荷重支持用シャフト５１にシールド機１の自重（主に後胴部１Ｂの自重）を支持させる。

加えて、切羽側の地山に支持手段としての支持棒５３を突き挿し、この支持棒５３にシールド機１の自重（主に前胴部１Ａの自重）を支持させる。すなわち、支持棒５３は、シールド機１のボス部２２に固定されており、カッターヘッド２０がシールド機１の自重によって後傾するように回動することを防止する。

さらに、掘削によって乱されたシールド機１後方のセグメント露出部の周囲の地山を地盤改良して、土砂除去時（後述する図１３（ｂ）参照）にシールド機１内に流入しないようにする。なお、この部分の地山を除去したうえで拡径後に充填することもできる。

次に、図１３（ｂ）に示すように、シールド機１の機長に対応する周辺の地山を、チャンバー内から伸ばしたホース、又は、機内側面及び機内側面から伸ばしたホースによって吸引除去することで、シールド機１の周囲に鋼殻４０が拡大可能な空間を確保する。そうすると、シールド機１の自重は、空間内において支持棒５３及び荷重支持用シャフト５１とグリッパ５２によってその両端が支持された状態となる。

最後に、図１３（ｃ）に示すように、鋼殻４０の外径を拡大しつつ、これと同調させて隔壁３０の外径を拡大する。すなわち、支柱ジャッキ４３を少しずつ伸長させることでプレート片４２を少しずつ外方向に押し出しながら、これに連動させて駆動ジャッキ（又は駆動モータ）を少しずつ縮めることで隔壁フラップ３２を少しずつ図１３（ｃ）の場合は切羽側に起こしていく。その後、荷重支持用シャフト５１とグリッパ５２及び支持棒５３を収納し、拡大した径の状態で前方掘削を再開する。

ここでは、カッターヘッド２０を掘進しながら拡径する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、掘進を停止したまま拡径することも可能である。その場合、カッターヘッド２０のスポークピース２３Ｐの側面（外向きの面）にもビットを取り付けることが好ましい。このように掘進を停止したまま拡径することができれば、シールド機１後方のセグメント露出部の周囲の地山の地盤改良を省略できるという利点がある。

さらに、ここでは大きく断面変化させる例について説明したが、これに限定されるものではなく、以下に説明するように連続的に断面変化させることもできるし、小刻みに不連続的に断面変化させることもできる。

連続して断面変化させる場合は、シールド機１の鋼殻４０について、その切羽側端部の径を坑口側端部に比べて１機長分で拡径する分だけ大きくし、シールド機１はそのカッターヘッド２０、隔壁３０、鋼殻４０を連続的に同じ割合で拡径しながら掘削していくことができる。拡縮率の大きい場合、拡径開始箇所及び拡径終了箇所において、鋼殻の径を掘削後に大きく変化させるため、地山改良が必要となる場合がある。

小刻みに断面変化させる場合は、シールド機１のカッターヘッド２０のシャフトを１機長分で拡径する分だけ鋼殻４０の径より大きく伸ばし、１セグメント分掘削するごとに、切削済みの土砂を押し広げながら、鋼殻４０を拡径していく。この場合は鋼殻４０の背面の土砂は、拡径時に押し広げられなければ、鋼殻４０側面からバキューム等で吸引して除去する必要がある。また、シールド機１後端の地山と接する部分で鋼殻４０とセグメントが離間するため、テールシールで土圧を抑えきれない場合、地山改良が必要となる。

（掘削径を縮小する掘削工法）
掘削径を縮小する場合は、図１４（ａ）に示すように、あらかじめ、断面変化（縮小）予定位置周辺の地山を、薬液注入工法、地盤改良工法、凍結工法等によって改良して地山を自立させておく。

次に、図１４（ｂ）に示すように、カッターヘッド２０の外径が縮小前の状態のまま、シールド機１の機長分だけ掘進していく。

続いて、図１４（ｃ）に示すように、シールド機１を縮小可能な位置まで前進掘進させ、坑口側に荷重支持用シャフト５１及びグリッパ５２を設置するとともに、切羽側に支持棒５３を突き挿すことによって、断面縮小時のシールド機１の自重を支持できるようにしておく。

さらに、図１５（ａ）に示すように、切羽側の支持棒５３及び坑口側の荷重支持用シャフト５１及びグリッパ５２にシールド機１の自重を支持させた状態で、カッターヘッド２０を回転掘削しながら縮小し、その後、切羽側の土圧・水圧を支持しながら、隔壁３０及び鋼殻４０を縮小する。

次に、図１５（ｂ）に示すように、鋼殻４０を縮小してできた空隙を泥土、流動化処理土、気泡モルタル等で充填し、必要に応じて鋼殻４０の周囲については、滑剤等を注入し、シールド機１が前進掘削できるようにする。

最後に、図１５（ｃ）に示すように、切羽側の支持棒５３及び坑口側の荷重支持用シャフト５１及びグリッパ５２を撤去し、縮小した径の状態で前方掘削を再開する。

さらに、ここでは大きく断面変化させる例について説明したが、これに限定されるものではなく、以下に説明するように連続的に断面変化させることもできるし、小刻みに不連続的に断面変化させることもできる。

連続して断面変化させる場合は、シールド機１の鋼殻４０について、その切羽側端部の径を坑口側端部に比べて１機長分で拡径する分だけ小さくし、シールド機１はそのカッターヘッド２０、隔壁３０、鋼殻４０を連続的に同じ割合で縮径しながら掘削していくことができる。縮径率の大きい場合、縮径開始箇所及び縮径終了箇所において、鋼殻の径を掘削後に大きく変化させるため、地山の改良が必要となる可能性がある。

小刻みに断面変化させる場合は、１セグメント分掘削するごとに、鋼殻４０を縮径しながら、縮径時に発生する地山の空隙を掘削土又は裏込材等で充填していく。この場合、地山強度によっては、地山の改良が必要となる。

＜別形態の切削用回転体＞
次に、図１６、図１７を用いて、実施例１とは別の形態の切削用回転体としてのカッターヘッド２０について説明する。なお、実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

まず、図１６（ａ）、（ｂ）を用いて、本実施例の切削用回転体としてのカッターヘッド２０の構成について説明する。本実施例のカッターヘッド２０は、地山を切削する複数のビット２１（２１Ｔ、２１Ｆ）を有し、掘削径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成されている。

すなわち、カッターヘッド２０は、全体として最も縮小された閉じた逆Ｖ字状の状態（図１６（ａ））から、最も拡大された直線状の状態（図１６（ｂ））まで任意の比率で拡大可能である。逆に、カッターヘッド２０は、最も拡大された直線状の状態（図１６（ｂ））から、最も縮小された閉じた逆Ｖ字状の状態（図１６（ａ））まで任意の比率で縮小可能である。

そして、本実施例では、複数のスポーク２３、・・・は、センターシャフト１１に取り付けられる基端側（内側）が坑口側で先端側（外側）が切羽側となるように構成されており、全体として中央が坑口側に突き出た逆Ｖ字状に形成されている。すなわち、本実施例では、外周側から先に掘削するようにスポーク２３が傾斜している。

具体的に言うと、カッターヘッド２０は、回転中心に設置される駆動軸としてのセンターシャフト１１と、センターシャフト１１の先端に固定されたボス部２２と、ボス部２２を貫通する十字形に取り付けられる二組（４本）のスポーク２３、・・・であってボス部２２に対してスライド移動自在に取り付けられる二組（４本）のスポーク２３、・・・と、二組（４本）のスポーク２３、・・・の回動角度を変える二組（４本）のジャッキ２４、・・・と、を備えている。なお、スポーク２３、・・・やジャッキ２４、・・・の数は二組（４つ）に限定されるものではなく、例えば、三組（６本）や四組（８本）であってもよい。

より詳細に説明すると、図１６（ｂ）（Ａ－Ａ）に示すように、ボス部２２には、二組のスポーク２３（スポークロッド２３Ｒ）、・・・が貫通するための十字形の切欠きが形成されている。二組のスポーク２３、・・・が貫通する２つの切欠きは前後にずれて形成されており、縦と横のスポーク２３、・・・が干渉しないようになっている。さらに、スポーク２３は、先端部が自由端とされるとともに、基端部がボス部２２を貫通してその坑口側まで延びている。そして、対向する一組のスポーク２３は、ボス部２２内において交差するようになっており、この交差箇所の断面が複数に分割されて、互い違いに交差するようにされている。

スポーク２３の後端側（中心側）は、Ｌ字形に曲げられており、互いに対向するスポーク２３との干渉を防止するようになっている。すなわち、スポーク２３の坑口側端部は、リンク２６に回動自在に連結されており、対向する一組のリンク２６、２６どうしの末端は、中央リンク２７を介して互いに接続されている。すなわち、スポーク２３、２３と、リンク２６、２６と、中央リンク２７と、によって五角形のリンク機構が形成されており、トンネル縦断方向の幅を抑えて干渉を防止している。

そして、ボス部２２には、２本のジャッキ２４のロッド側が連結されており、ボス部２２を切羽側に押し出すようにされている。他方で、２本のジャッキ２４のシリンダ側は、回転中心近傍に配置されたリング部材２５に取り付けられている。したがって、ジャッキ２４を伸ばすことによって２つのスポーク２３、２３のなす角が開いてカッターヘッド２０の外径が大きくなり、ジャッキ２４を縮めることによって２つのスポーク２３、２３のなす角が閉じてカッターヘッド２０の外径が小さくなる。

次に、図１７（ａ）、（ｂ）を用いて、本実施例のビット２１の構成について説明する。本実施例の複数のスポークピース２３Ｐは、スポークロッド２３Ｒに対する角度を変化させることができるように構成されている。具体的に言うと、各スポークピース２３Ｐは平行四辺形断面となるように形成されて、貫通孔２３Ｈにスポークロッド２３Ｒが挿通されている。そして、スポークピース２３Ｐの側面は、スポークロッド２３Ｒの軸方向に対して斜めに分割されており、隣接するスポークピース２３Ｐは互いに斜めに接触している。より詳細に言うと、本実施例のスポークピース２３Ｐの側面の角度は、前方（切羽に近い側）から後方に向かって、内側から外側に傾斜するように構成されている。

なお、この他の構成については、実施例１と略同様であるため説明を省略する。

＜別形態の隔壁＞
次に、図１８～図２１を用いて、実施例１とは別の形態の隔壁３０Ｂについて説明する。なお、実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

コの字型の隔壁３０Ｂは、図１８、図１９に示すように、中央に配置される円盤状のセンタープレート３５と、等円周角ごとに分割した複数の隔壁フラップである固定フラップ３６及び複数の折り畳みフラップ３７と、から構成され、全体として中央が坑口側に突き出た略円錐状乃至略円錐台状（すり鉢形状）になっている。そして、折り畳みフラップ３７を折り畳み、かつ、折り畳みフラップ３７及び固定フラップ３６をトンネル縦断方向に回動させることによって、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成されている。

すなわち、隔壁３０Ｂは、円周方向に交互に固定フラップ３６と折り畳みフラップ３７とを備えている。このうち、固定フラップ３６は、略扇形状に形成されており、中心側の端部にセンタープレート３５と回動自在に接続されるフラップリング３２ａを有している。ここにおいて、略扇形状とは、扇形の中心側を円弧状に切り取った形状を意図するものである。なお、各固定フラップ３６及び折り畳みフラップ３７の形状は、略扇形状の平板状の他にも、円錐曲面を周方向に分割した曲面（円錐分割曲面、円錐片）として形成することも好ましい。

センタープレート３５には、固定フラップ３６及び折り畳みフラップ３７を回動駆動するための駆動モータ６１が取り付けられている。具体的に言うと、図２０に示すように、駆動モータ６１には、ウォームギヤ６１ａが取り付けられ、他方でフラップリング３２ａの外周には、直交する軸（食い違い軸）に（ホイール）ギヤ３６ｂが取り付けられている。

そして、駆動モータ６１を回転させることで、駆動モータ６１とともにウォームギヤ６１ａが回転することによって、ギヤ３６ｂとともにフラップリング３２ａ及び固定フラップ３６が回動することになる。例えば、駆動モータ６１を正回転させると固定フラップ３６が外向きに開くように回動し、駆動モータ６１を逆回転させると固定フラップ３６が内向きに閉じるように回動するようになっている。

一方、折り畳みフラップ３７は、半径方向の折れ線に沿って中央付近でさらに２つに折り曲げられるようにされている。そして、半径方向の折れ線箇所と両側の固定フラップ３６、３６との接続箇所は、ヒンジによって回動自在に連結されている。したがって、折り畳みフラップ３７は、固定フラップ３６をトンネル縦断方向に回動させることで、固定フラップ３６とともにトンネル縦断方向に回動することになる。このようにして、固定フラップ３６及び折り畳みフラップ３７は、折り畳まれつつ、トンネル縦断方向に回動することができるようになっている。さらに、折り畳みフラップ３７には、後述するように、折り畳まれた状態での隙間を塞ぐために、鋼殻４０に近い最外縁に端部フラップ３８が取り付けられている。

ここでは、本実施例では１５度ずつ分割された２４枚ずつの固定フラップ３６及び折り畳みフラップ３７を備える場合について説明したが、これに限定されるものではない。固定フラップ３６及び折り畳みフラップ３７の枚数や分割角度はどのようなものであってもよい。

隔壁３０Ｂは、図１８（ａ）、（ｂ）に示す最小径の状態では、隣接する折り畳みフラップ３７が二つ折りに折り畳まれつつ、折り畳みフラップ３７及び固定フラップ３６が前方向に回動することで外径を最小にしている。より詳細に言うと、この状態では、折り畳みフラップ３７は、完全に二つ折りにされており、センタープレート３５とのなす角度は９０度に近くなっている（図２１（ｅ）も参照）。

一方、隔壁３０Ｂは、図１９（ａ）、（ｂ）に示す最大径の状態では、折り畳みフラップ３７が折り畳まれることなく、固定フラップ３６と同一面を構成することで、外径を最大にしている。より詳細に言うと、この状態では、折り畳みフラップ３７は、完全に平面状に広げられており、センタープレート３５とのなす角度は０度に近く、略同一平面をなしている。このようにして、コの字型の隔壁３０Ｂは、最小径から最大径まで、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるようになっている（図２１（ａ）も参照）。

ここで、図２１（ａ）～（ｆ）を用いて、隔壁３０Ｂが最大径の状態から最小径の状態へと変化する様子を斜視図を用いて説明する。隔壁３０Ｂは、図２１（ａ）、（ｂ）に示す最大径の状態から、図２１（ｃ）、（ｄ）に示す中間径の状態を経て、図２１（ｅ）、（ｆ）に示す最小径の状態へと変化する。図２１（ａ）（ｂ）～（ｃ）（ｄ）～（ｅ）（ｆ）と外径が小さくなるとともに、固定フラップ３６及び折り畳みフラップ３７が内向きに倒れて、センタープレート３５となす角度が大きくなっていることがわかる。

そして、中間径の状態では、折り畳みフラップ３７の最外縁に、三角形の隙間が生じていることがわかる（図２１（ｄ）参照）。このような隙間が生じると、シールド機１内に切羽側から土砂が流入することになる。そこで、この三角形の隙間を塞ぐために、折り畳みフラップ３７の最外縁に折り畳みフラップ３７と略直角に端部フラップ３８が取り付けられている。端部フラップ３８は、直角二等辺三角形の底角の近傍を切り落とした五角形状の板である。この端部フラップ３８の内面には、折り畳みフラップ３７の最外縁から突出した突起が嵌合する嵌合溝が形成されて両者が連結されていることが好ましい。この他、端部フラップ３８は、固定フラップ３６に固定することもできる。

なお、この他の構成については、実施例１と略同様であるため説明を省略する。

＜別形態の鋼殻＞
以下、図２２、図２３を用いて、実施例１とは別の形態の鋼殻４０について説明する。なお、実施例１で説明した内容と同一乃至均等な部分の説明については同一符号を付して説明する。

はじめに、図２２、図２３を用いて、本実施例の鋼殻４０の構成について説明する。なお、図２２（ａ）、図２３（ａ）では、鋼殻４０の重なり合いは省略して描いている。以下、横断方向の構成については実施例１と略同様であるから説明を省略し、縦断方向の構成についてのみ説明する。

本実施例では、図２２、図２３に示すように、円筒殻片としてのプレート片４２は、実施例１と略同様に、切羽側を支持する第１支柱ジャッキ４３１と、坑口側を支持する第２支柱ジャッキ４３２と、によって支持されている。そして、本実施例では、実施例１と異なって、第１支柱ジャッキ４３１と第２支柱ジャッキ４３２とが、縦断方向の第３支柱ジャッキ４３３によって互いに接続されている。すなわち、切羽側のセンターリング４１Ｆと坑口側のセンターリング４１Ｒとが、さらにトンネル縦断方向に沿って配置された第３支柱ジャッキ４３３によって接続されている。

より具体的に言うと、第１支柱ジャッキ４３１の一方の端部は、プレート片４２の切羽側に接続されるとともに、他方の端部は、切羽側のセンターリング４１Ｆに接続されている。同様に、第２支柱ジャッキ４３２の一方の端部は、プレート片４２の坑口側に接続されるとともに、他方の端部は、坑口側のセンターリング４１Ｒに接続されている。そして、切羽側のセンターリング４１Ｆと坑口側のセンターリング４１Ｒとが、第３支柱ジャッキ４３３によって互いに接続されている。

そして、鋼殻４０は、図２２に示す最小径の状態では、第１支柱ジャッキ４３１、第２支柱ジャッキ４３２、及び、第３支柱ジャッキ４３３が縮められ、隣接するプレート片４２どうしの重なりが最大とされることで、外径を最小にしている。すなわち、第１支柱ジャッキ４３１及び第２支柱ジャッキ４３２によって半径方向に縮径するとともに、第３支柱ジャッキ４３３によって縦断方向にも変形させることで、さらに半径方向に縮径している。

一方、鋼殻４０は、図２３に示す最大径の状態では、第１支柱ジャッキ４３１、第２支柱ジャッキ４３２、及び、第３支柱ジャッキ４３３が伸ばされ、隣接するプレート片４２どうしの重なりが最小とされることで、外径を最大（又はゼロ、すなわち同一円筒面を構成する状態）にしている。すなわち、第１支柱ジャッキ４３１及び第２支柱ジャッキ４３２によって半径方向に拡径するとともに、第３支柱ジャッキ４３３によって縦断方向にも拡径している。このようにして、鋼殻４０は、最小径から最大径まで、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるようになっている。

また、本実施例では、第３支柱ジャッキ４３３を備える場合について説明したが、これに限定されるものではなく、第３支柱ジャッキ４３３はなくてもよく、その場合、ジャッキ群は３つ以上連結することが可能である。さらに、第３支柱ジャッキ４３３を備える場合であっても、各ジャッキを電子的に制御することで、３つ以上連結することが可能である。

なお、この他の構成については、実施例１と略同様であるため説明を省略する。

以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。

例えば、実施例では隔壁３０の外縁部が切羽側で中央部が坑口側となるすり鉢形状となって投影面積を縮小する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、隔壁は外縁部が後方で中央部が前方となるコーン形状であってもよい。

また、実施例では、地山に突き挿さる支持手段としての支持棒５３が、ボス部２２から前方の地山に突き挿される場合について説明したが、これに限定されるものではなく、鋼殻４０に設けた孔から周囲の地山に突き挿されるものであってもよい。その場合の支持手段は、棒状や板状のものの他、ソリ状のものであってもよい。

さらに、実施例では、掘削工法において、掘削径を不連続に１ステップで拡大又は縮小する例について説明したが、これに限定されるものではなく、掘削径は例えば５段階など段階的に少しずつ（漸増／漸減させて）拡大又は縮小することも好ましい。さらに、掘削径を拡大した後に縮小することも可能である。

なお、本実施例の掘削機としてのシールド機１によって構築されるトンネル構造物の種類は、どのようなものであってもよい。例えば、道路、鉄道、電力、通信、ガス、上下水道、地下河川等の使用目的に応じて、車両、歩行者、列車、電線、ガス管、水道用水、雨水、汚水等を安全かつ適切に通すことができる。

１ ：シールド機（掘削機）
１Ａ ：前胴部
１Ｂ ：後胴部
１１ ：センターシャフト
１２ ：カッターモータ
１３ ：シールドジャッキ
１４ ：エレクタ
１５ ：中折れジャッキ
１６ ：スクリューコンベア
２０ ：カッターヘッド（切削用回転体）
２１ ：ビット
２１Ｆ ：フィッシュテールビット
２１Ｔ ：ティースビット
２２ ：ボス部
２３ ：スポーク
２３Ｇ ：緩衝材
２３Ｈ ：貫通孔
２３Ｎ ：切欠部
２３Ｐ ：スポークピース
２３Ｒ ：スポークロッド
２４ ：ジャッキ
２５ ：リング部材
２６ ：リンク
２７ ：中央リンク
２８ ：伸縮棒
３０ ：隔壁
３０Ａ ：隔壁
３０Ｂ ：隔壁
３１ ：センターリング
３２ ：隔壁フラップ
３２ａ ：フラップリング
３２ｂ ：ヒンジ
３３ ：フラップキャップ
３５ ：センタープレート
３６ ：固定フラップ
３６ｂ :ギヤ
３７ ：折り畳みフラップ
３８ ：端部フラップ
４０ ：鋼殻
４０Ａ ：前鋼殻
４０Ｂ ：後鋼殻
４１ ：センターリング
４１Ｆ ：切羽側センターリング
４１Ｒ ：坑口側センターリング
４２ ：プレート片（円筒殻片）
４３ ：支柱ジャッキ
４３１ ：第１支柱ジャッキ
４３２ ：第２支柱ジャッキ
４３３ ：第３支柱ジャッキ
４５ ：突起
５１ ：荷重支持用シャフト
５２ ：グリッパ
５３ ：支持棒
６１ ：駆動モータ
６１ａ ：ウォームギヤ
６２ ：駆動シリンダ
６３ ：リンクアーム

Claims (8)

1. 地山を切削する複数のビットを有する切削用回転体であって、掘削径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成された、切削用回転体と、
   外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成された隔壁と、
   外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成された鋼殻と、を備え、
   前記切削用回転体は、
   回転中心に設置される駆動軸と、
   前記駆動軸の先端に放射状に取り付けられる複数のスポークであって、前記駆動軸に対して回動自在に取り付けられる、複数のスポークと、
   前記複数のスポークの回動角度を変える複数のジャッキと、を備える、掘削機。
2. 前記切削用回転体の複数のスポークのそれぞれは、前記ビットを有する複数のスポークピースと、前記複数のスポークピースに挿通されるスポークロッドと、を有し、前記複数のスポークピースは、前記スポークロッドに対する角度を変化させることができるように構成されている、請求項１に記載された掘削機。
3. 地山を切削する複数のビットを有する切削用回転体であって、掘削径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成された、切削用回転体と、
   外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成された隔壁と、
   外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成された鋼殻と、を備え、
   前記隔壁は、複数の略扇形状の隔壁フラップから構成され、隣接する前記隔壁フラップを重ね合わせつつトンネル縦断方向に回動させるか、又は、隣接する前記隔壁フラップを折り畳みつつトンネル縦断方向に回動させることによって、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成されている、掘削機。
4. 前記鋼殻は、複数の円筒殻片と、前記複数の円筒殻片を支持する複数の支柱ジャッキと、から構成され、隣接する前記円筒殻片を中心に対して傾けて重ね合わせつつ前記支柱ジャッキを伸縮させることによって、外径を任意の比率で拡大又は縮小できるように構成されている、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載された掘削機。
5. 前記掘削機の坑口側に設置された覆工又はセグメントの略中心に配置される荷重支持用シャフトと、前記荷重支持用シャフトから前記覆工又は前記セグメントに張り出される少なくとも３つのグリッパと、をさらに備え、前記荷重支持用シャフトに自重を支持させるようになっている、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載された掘削機。
6. 前記切削用回転体から地山に突き挿される支持手段をさらに備え、前記支持手段に自重を支持させるようになっている、請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載された掘削機。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載された掘削機を使用して掘削径を拡大する掘削工法であって、
   前記切削用回転体の外径を拡大するステップと、
   前記切削用回転体の外径を拡大しながら地山を掘削するステップと、
   前記鋼殻の切羽側端部の外径を拡大するステップと、
   前記隔壁の外径を拡大するステップと、を連続的に同調させて繰り返す、掘削工法。
8. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載された掘削機を使用して掘削径を縮小する掘削工法であって、
   前記切削用回転体の外径を縮小しながら地山を掘削するステップと、
   前記隔壁の外径を縮小するステップと、
   前記鋼殻の切羽側端部の外径を縮小するステップと、を連続的に同調させて繰り返す、掘削工法。

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