JP7330938B2 - トンネル掘削機 - Google Patents

Description

本発明は、カッタヘッドに形成された土砂通過部を通じてチャンバ内に掘削土砂を取り込みながら掘削するトンネル掘削機に関する。

一般的なトンネル掘削機は、カッタヘッドを回転させ、そのカッタヘッドの前面に装着された複数のカッタビットが前方の地山を掘削し切羽を形成することにより、トンネルを掘削する。地山の掘削（切羽の切削）により生じた掘削土砂は、カッタヘッドに形成された開口部である土砂通過部を通過し、カッタヘッド背面側のチャンバ内に取り込まれる。その後、チャンバ内の掘削土砂は、トンネル掘削機内に設けられたスクリューコンベヤなどの土砂排出装置によって、トンネル延伸方向後方に向けて運搬および排出される。

ここで、トンネル掘削機が泥土圧式シールド掘削機である場合、カッタヘッド前面は、中心部から放射状に延びる複数のカッタスポークで主に構成され、カッタヘッド前面のほとんどが開断面となる。この場合、周方向に相隣接するカッタスポークなどの隙間が土砂通過部となり、当該カッタスポークなどの隙間（土砂通過部）からチャンバ内に掘削土砂が取り込まれる。

一方、トンネル掘削機が泥水式シールド掘削機である場合、地山（切羽）の保持は泥水圧力で行うものの、地山（切羽）の崩落防止のためにカッタ面板構成を用いることが一般的であるので、カッタヘッド前面は、複数のカッタスポークと、周方向に相隣接するカッタスポークの隙間を塞ぐカッタ面板とから構成される。この場合、カッタスポークとカッタ面板の隙間、隣接するカッタ面板同士の隙間、またはカッタ面板の貫通穴として形成された複数のスリットなどが土砂通過部となり、当該スリットなどの土砂通過部からチャンバ内に掘削土砂が取り込まれる。

ところで、チャンバ内に取り込んだ掘削土砂がチャンバの内壁面に付着すると、チャンバから掘削機後方に掘削土砂を排出するためにチャンバの隔壁に設けられた土砂排出口が掘削土砂で閉塞するという問題がある。かかる問題に対処するため、例えば特許文献１には、バルクヘッドからチャンバ内に突出させた注入管から、加泥材や水等の注入液を、あらゆる方向へ噴射することによって、チャンバ内に付着した掘削土砂を広い範囲で洗い流す技術が開示されている。

また、カッタヘッド前面のカッタ面板に粘土等の掘削土砂が付着すると、切削ビットとカッタ面板表面との高低差がなくなり、粘土地盤を切削せずにカッタ面板とが擦れ合っている状態となり、推進施工が不可能となる。かかる問題に対処するため、例えば特許文献２には、カッタ面板中央のフィッシュテール部に複数の噴出孔を放射状に設けて、当該複数の噴出孔からカッタ面板表面に向けて注入液を高圧で噴射することによって、カッタ面板表面や切削ビットに付着した粘土を洗い流す技術が開示されている。

特許第４６４７８９１号公報 特開２００１－１１５７７８号公報

しかしながら、従来のトンネル掘削機では、カッタヘッドの複数のカッタスポークなどの隙間である土砂通過部に対して、掘削土砂が滞留および固着して、当該土砂通過部が閉塞してしまうという問題があった。

即ち、トンネル掘削機では、上記のようにカッタヘッドにより掘削された掘削土砂が、周方向に相隣接する複数のカッタスポークなどの隙間（開口部）である土砂通過部を通過して、チャンバ内に取り込まれることにより、掘削が進行する。この際、掘削土砂がカッタヘッドの土砂通過部で滞留・固結して、土砂通過部を閉塞してしまうため、掘削土砂をチャンバ内に円滑に取り込んで排出できないケースが生じていた。特に、カッタヘッドの中央部には、面板（塞ぎ板）が設置されるとともに、放射状に配置される複数のカッタスポークが寄せ集まっているので、中央部周辺の土砂通過部の断面積（開口面積）が小さくなっている。したがって、カッタヘッドの中央部周辺において、断面積が小さい土砂通過部で、面板部の掘削土砂も含めて掘削土砂を通過させなければならず、掘削土砂の通過条件が悪い。しかも、カッタヘッドの中央部では回転速度が遅いため、この部分の掘削土砂の撹拌・混練の観点でも、カッタヘッドの中央部周辺の土砂通過部は不利な条件となっている。このため、カッタヘッドの中央部周辺の土砂通過部に対して、掘削土砂が付着・固結して滞留しやすいので、当該土砂通過部が閉塞しやすい。

この点、上記特許文献１、２に記載の従来技術は、チャンバの内壁に付着した掘削土砂や、カッタヘッド前面の切削ビットやカッタ面板に付着した掘削土砂に対して、注入液を噴射して洗浄するものである。この特許文献１、２に記載の注入液の噴射による洗浄方法を、上記のカッタヘッドの土砂通過部に適用して、土砂通過部に固着した掘削土砂を洗浄する手法が考えられる。しかしながら、かかる従来の洗浄方法は、噴射される注入液の液圧のみに依存して洗浄する方法であるため、土砂通過部に対して掘削土砂の固着物が強固に固着した場合には、洗浄能力不足となり、固着物を適切に除去することが困難であるという問題があった。また、土砂通過部に対する掘削土砂の固着を予防するために、添加材を含む注入液を、掘削土砂が固着して閉塞を起こす可能性の高い土砂通過部に対して継続的に噴射する方法も考えられる。しかしながら、かかる方法では、閉塞を起こす可能性の高い土砂通過部という一部分に対して添加材を過剰に注入することになり、掘削土砂に対する添加材の混合の均一性が阻害されてしまうので、現実的ではない。

以上のように、カッタヘッドの土砂通過部が掘削土砂の固着により閉塞するという問題に対し、従来では有効な解決策が存在せず、当該問題を解決できる手法が希求されていた。

そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、カッタヘッドの土砂通過部における掘削土砂の滞留、固着を抑制して、土砂通過部を通じてチャンバ内に掘削土砂を円滑に取り込んで、効率良く排出可能にすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、
筒状の掘削機本体と、
前記掘削機本体の前端において回転可能に設けられるカッタヘッドと、
前記カッタヘッドを構成する複数の構成部材の間に形成される隙間であり、前記カッタヘッドの前面側から背面側に掘削土砂を通過させるための土砂通過部と、
前記土砂通過部において機械的に動作することにより、前記土砂通過部に滞留する掘削土砂の固着物を強制的に移動させる移動機構と、
を備え、
前記移動機構は、前記土砂通過部に隣接する前記構成部材に設けられる、トンネル掘削機が提供される。

前記移動機構は、
前記土砂通過部に滞留する前記掘削土砂の固着物を強制的に移動させる動作を行わないときには、前記構成部材に収納されており、
前記移動させる動作を行うときには、前記構成部材から前記土砂通過部に進出して機械的に動作するようにしてもよい。

前記移動機構は、
前記土砂通過部に面した前記構成部材の側面から前記土砂通過部に向けて直線的に進退可能に設けられる進退部材を有し、
前記土砂通過部における前記進退部材の前進動作により、前記土砂通過部に滞留する前記掘削土砂の固着物を移動させるようにしてもよい。

前記掘削土砂の固着物に当接する前記進退部材の当接面は、前記カッタヘッドの前面側から背面側に向けて下るように傾斜した傾斜面になっており、
前記移動機構は、前記土砂通過部における前記進退部材の前進動作により、前記土砂通過部に滞留する前記掘削土砂の固着物を前記カッタヘッドの背面側に押し出すようにしてもよい。

前記移動機構は、
前記土砂通過部に隣接する前記構成部材に設けられる回転軸と、
前記回転軸を中心として回転可能に設けられる回転羽根と、
を有し、
前記土砂通過部における前記回転羽根の回転動作により、前記土砂通過部に滞留する前記掘削土砂の固着物を押しのけるようにしてもよい。

前記回転軸は、前記カッタヘッドの軸方向に延びるようにしてもよい。

前記移動機構は、
前記土砂通過部に隣接する前記構成部材に設けられる回動軸と、
端部が前記回動軸により軸支され、前記回動軸を中心として前記土砂通過部に向けて回動可能に設けられる押出部材と、
を有し、
前記土砂通過部における前記押出部材の回動動作により、前記土砂通過部に滞留する前記掘削土砂の固着物を押しのけるようにしてもよい。

前記回動軸は、前記土砂通過部に面した前記構成部材の側面に設けられ、前記カッタヘッドの軸方向に延びるようにしてもよい。

前記移動機構は、
前記カッタヘッドの背面側のチャンバ内で掘削土砂を撹拌するために、前記構成部材の背面側に取り付けられる撹拌翼と、
前記構成部材に設けられる回転軸を中心に、前記構成部材のうち前記撹拌翼が取り付けられた部分を回転させる回転機構と、
を有し、
前記土砂通過部における前記撹拌翼の回転動作により、前記土砂通過部に滞留する前記掘削土砂の固着物を押しのけるようにしてもよい。

前記構成部材は、カッタスポークを含み、
前記撹拌翼は、前記カッタスポークの背面側に取り付けられ、
前記回転機構は、前記カッタスポークに設けられる回転軸を中心に、前記カッタスポークのうち前記撹拌翼が取り付けられた部分を回転させ、
前記回転軸は、前記カッタスポークの長手方向に延びるようにしてもよい。

前記トンネル掘削機は、泥土圧式シールド掘削機である、ようにしてもよい。

前記移動機構は、前記土砂通過部のうち、他の領域よりも前記掘削土砂の固着物が滞留しやすい特定領域に対応する位置に設けられるようにしてもよい。

前記構成部材は、複数のカッタスポークを含み、
前記特定領域は、前記カッタヘッドの中央部において前記複数のカッタスポークが寄せ集まることにより、前記複数のカッタスポーク間の前記土砂通過部が楔状に狭くなっている領域を含むようにしてもよい。

本発明によれば、カッタヘッドの土砂通過部における掘削土砂の滞留、固着を抑制して、土砂通過部を通じてチャンバ内に掘削土砂を円滑に取り込んで、効率良く排出可能にすることができる。

本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機を示す概略断面図である。 同実施形態に係るカッタヘッドの一例を示す前面図である。 同実施形態に係るカッタヘッドの一例を示す斜視図である。 同実施形態に係る土砂通過部の一部が掘削土砂で閉塞した状態を示す前面図である。 同実施形態に係る土砂通過部の一部が掘削土砂で閉塞した状態を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る移動機構の通常状態（後退状態）を模式的に示す断面図である。 同実施形態に係る移動機構の突出状態（前進状態）を模式的に示す断面図である。 同実施形態に係る移動機構の進退部材がカッタスポークの側面から前進／後退する状態を示す部分拡大斜視図である。 同実施形態に係る移動機構の進退部材の突出状態（前進状態）を、カッタヘッドの前面側から示す部分拡大斜視図である。 同実施形態に係る移動機構の進退部材の突出状態（前進状態）を、カッタヘッドの背面側から示す部分拡大斜視図である。 本発明の第２の実施形態に係る移動機構を模式的に示す斜視図である。 同実施形態に係る移動機構の内部構造を模式的に示す透過斜視図である。 同実施形態に係る移動機構の断面構造を模式的に示す斜視図である。 同実施形態に係る移動機構の断面構造の変更例を模式的に示す斜視図である。 同実施形態に係る移動機構の回転動作を模式的に示す前面図である。 本発明の第３の実施形態に係る移動機構の通常状態を模式的に示す斜視図である。 同実施形態に係る移動機構の回動状態を模式的に示す斜視図である。 同実施形態に係る移動機構の回動動作を模式的に示す前面図である。 本発明の第４の実施形態に係る移動機構の通常状態を模式的に示す斜視図である。 同実施形態に係る移動機構の回転状態を模式的に示す斜視図である。 同実施形態に係る移動機構の回転動作を模式的に示す側面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

<１．トンネル掘削機の全体構成>
まず、図１～図３を参照して、本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機１の概略構成について説明する。図１は、本実施形態に係るトンネル掘削機１を示す概略断面図である。図２、図３はそれぞれ、本実施形態に係るカッタヘッド１１の一例を示す前面図、斜視図である。

なお、以下の説明では、トンネル掘削機１の進行方向（切羽に向かうトンネル延伸方向）を前方または前面側と称し、当該進行方向の逆方向（坑口に向かうトンネル延伸方向）を後方または背面側と称する場合もある。また、円筒形状を有するトンネル掘削機１の軸方向、径方向、周方向をそれぞれ、単に軸方向、径方向、周方向と称する場合もある。なお、トンネル掘削機１の軸方向は、トンネル掘削機１の進行方向（前方）と一致する。

本実施形態に係るトンネル掘削機１は、例えば、土砂層を含む地山を掘削可能な泥土圧式のシールド掘削機である。図１に示すように、本実施形態に係るトンネル掘削機１は、円筒状の掘削機本体１０と、円盤状のカッタヘッド１１と、カッタヘッド１１の後方に配置される隔壁１２と、カッタ中央軸１３とを備える。

カッタヘッド１１は、掘削機本体１０の前端に設けられる略円盤状の回転体である。カッタヘッド１１の中心部には、カッタ中央軸１３の前端が嵌入されており、カッタヘッド１１は、カッタ中央軸１３を中心に回転可能に軸支されている。

図１～図３に示すように、カッタヘッド１１は、外周リング３１と、内周リング３２と、カッタスポーク３３と、センターカッタ３４と、カッタビット３５と、土砂通過部３６と、補助カッタスポーク３７とを有する。

このうち、外周リング３１は、カッタヘッド１１の外周部を形成しており、内周リング３２は、外周リング３１よりもカッタ径方向内側に配置されている。また、複数のカッタスポーク３３は、カッタヘッド１１の前面において、カッタ中央軸１３を中心として放射状に配置されている。カッタヘッド１１の前面の中心部には、センターカッタ３４が装着されている。さらに、カッタスポーク３３の前面３３ａには、多数のカッタビット３５が装着されている。

そして、カッタヘッド１１には、上記外周リング３１、内周リング３２、複数のカッタスポーク３３および複数の補助カッタスポーク３７等を含む複数の構成部材の間に、複数の土砂通過部３６が形成されている。土砂通過部３６は、周方向に間隔を空けて放射状に配置された複数のカッタスポーク３３等を含む複数の構成部材の間に形成される隙間（開口部）である。かかる土砂通過部３６は、カッタヘッド１１によって切羽の地山を掘削した際に発生する掘削土砂を、掘削機本体１０内（後述するチャンバ１７内）に取り込むための掘削土砂取込口として機能する。

図２、図３に示すように、カッタヘッド１１の前面に例えば６本のカッタスポーク３３が放射状に配置されている。また、カッタヘッド１１の外周部においては、相隣接するカッタスポーク３３の間に、補助カッタスポーク３７も配置されている。これらのカッタスポーク３３および補助カッタスポーク３７は、例えば、中空断面構造を有する四角筒状の構造体であり、カッタヘッド１１の回転中心（カッタ中央軸１３）を中心として、放射状に配置されている。具体的には、カッタスポーク３３は、カッタヘッド１１の中心部から外周部まで、径方向に延在すると共に、当該カッタヘッド１１の周方向において等間隔で配置されている。一方、補助カッタスポーク３７は、カッタヘッド１１の径方向の中間部から外周部まで、径方向に延在すると共に、当該カッタヘッド１１の周方向において等間隔で配置されている。そして、カッタスポーク３３と補助カッタスポーク３７とは、周方向において交互に配置されている。

カッタスポーク３３の前面３３ａには、複数のカッタビット３５（以下、「ビット３５」と略称する場合もある。）が装着されている。以下では、カッタスポーク３３に装着されるビット３５について詳細に説明するが、補助カッタスポーク３７の前面３７ａにも同様のビット３５が装着されている。

カッタビット３５は、例えば、先行ビット３５Ａと、ティースビット３５Ｂを含む。また、他のカッタビットとして、摩耗検知ビット（超音波式、多段式、油圧式等）、シェルビットなどが含まれてもよい。

先行ビット３５Ａは、カッタスポーク３３の前面３３ａに設けられ、切羽前方に向けて突出するビットである。複数の先行ビット３５Ａが、カッタスポーク３３の前面３３ａの所定の径方向位置に装着される。図２、図３の例では、カッタスポーク３３の前面３３ａに、複数の先行ビット３５Ａが配列されているが、先行ビット３５Ａの配列や配置は適宜変更してもよい。先行ビット３５Ａは、切羽の地山をほぐしたり、地山に切れ目を入れたりして、ティースビット３５Ｂよりも先行して地山を掘削することにより、ティースビット３５Ｂの掘削負荷を低減するためのものである。先行ビット３５Ａは、例えば、支障物切削用の特殊先行ビットであってもよい。

先行ビット３５Ａの刃先位置がティースビット３５Ｂの刃先位置よりも切羽前端側（トンネル前方側）に位置するように、先行ビット３５Ａがカッタスポーク３３に取り付けられている。このため、図１に示すように、本実施形態では、先行ビット３５Ａは、切羽最前端位置である切羽掘削面２を形成するビットとして配置されている。切羽掘削面２は、カッタヘッド１１の複数のビット３５により掘削される切羽のうち、ビット３５の先端部（刃先位置）により掘削される切羽最前端位置に配置される掘削面である。本実施形態に係る切羽掘削面２は、カッタヘッド１１の前面に突設された複数のビット３５のうち、複数の先行ビット３５Ａの先端部（刃先位置）により掘削される略円板形の掘削面を意味する。

また、カッタスポーク３３の前面３３ａの幅方向両側部には、左右一対を１組として、複数組のティースビット３５Ｂ、３５Ｂが装着されている。ティースビット３５Ｂは、主に地山の掘削を行うカッタビット（メインビット）である。ティースビット３５Ｂは、当該掘削によって発生した掘削土砂を土砂通過部３６から取り込むように誘導する機能も有する。カッタヘッド１１の正逆２方向の回転による掘削を可能とするため、左右一対のティースビット３５Ｂ、３５Ｂが、カッタスポーク３３の幅方向の両側部において径方向同位置に取り付けられる。

センターカッタ３４（図１参照。）は、カッタヘッド１１の回転中心付近の切羽を掘削するカッタビットである。センターカッタ３４は、先行ビット３５Ａおよびティースビット３５Ｂによる掘削よりも先行して、切羽中心部を掘削する。

カッタヘッド１１の中央部（回転中心部）には、円板状の面板３９が設置される。この面板３９は、カッタヘッド１１の径方向の中心部に形成された中空空間３８を塞ぐように配置される。図１に示すように、トンネル掘削機１の径方向の中央部には、掘削機本体１０の後方からカッタ中央軸１３（センターシャフト）を通じてカッタヘッド１１の中心部まで、各種の配管や配線を挿通するスペースが設けられている。カッタヘッド１１の中心部の中空空間３８は、当該スペースの一部を構成している。上記カッタ中央軸１３（センターシャフト）を通じて延長されてきた複数の配管や配線は、カッタヘッド１１の中空空間３８の位置で分岐して、放射状に延びる各カッタスポーク３３内に挿通される。

図１に戻り、トンネル掘削機１の各部の説明を続ける。図１に示すように、掘削機本体１０におけるカッタヘッド１１よりも後方には、隔壁１２が配置されている。隔壁１２は、トンネル延伸方向に対して垂直に配置される円板状の壁体であり、隔壁１２の外周縁は掘削機本体１０の内周面１０ａに取り付けられる。カッタヘッド１１と隔壁１２は、トンネル延伸方向に所定間隔を空けて配置される。隔壁１２の後方には、トンネル掘削機１の各種設備が配置されており、隔壁１２は、切羽で生じる掘削土砂から当該設備を隔離する。隔壁１２の下部には、掘削土砂を排出するための開口部である排出口１２ａが形成されている。

隔壁１２の中心部には、カッタ中央軸１３が回転可能に支持されている。さらに、隔壁１２には、リング状の回転リング１４が、カッタ中央軸１３を中心として回転可能に支持されている。回転リング１４の前部には、複数の連結ビーム１５が周方向に所定の間隔で設けられている。複数の連結ビーム１５は、カッタヘッド１１と回転リング１４を連結する。連結ビーム１５の前端は、カッタヘッド１１の内周リング３２とカッタスポーク３３との接続部に連結されている。一方、回転リング１４の後部には、外歯式のリングギヤ１４ａが設けられている。さらに、隔壁１２の後方にはカッタ旋回用モータ１６が設けられている。このカッタ旋回用モータ１６の駆動ギヤ１６ａは、回転リング１４のリングギヤ１４ａと噛み合っている。

カッタ旋回用モータ１６を駆動させることにより、その駆動ギヤ１６ａの回転がリングギヤ１４ａから回転リング１４および連結ビーム１５に伝達される。これにより、カッタヘッド１１を、カッタ中央軸１３を中心として回転させることができる。この結果、回転するカッタヘッド１１の前面を切羽の地山に押し付けて、地山を掘削することができる。

カッタヘッド１１と隔壁１２との間には、チャンバ１７が画成されている。チャンバ１７は、カッタヘッド１１の背面と、隔壁１２の前面と、掘削機本体１０の内周面１０ａとにより区画された、略円柱状の空間である。カッタヘッド１１による地山掘削に伴って発生する掘削土砂は、カッタヘッド１１に形成された土砂通過部３６（掘削土砂取込口）を通じて、チャンバ１７内に取り込まれる。チャンバ１７は、掘削土砂を一時的に蓄えるための空間（室）として機能する。チャンバ１７内に取り込まれた掘削土砂は、隔壁１２の下部にある排出口１２ａを通じて、チャンバ１７から後述のスクリューコンベヤ２０内に排出される。

また、掘削機本体１０の隔壁１２よりも後方側には、ビーム１８が設けられる。ビーム１８の両端は、掘削機本体１０の内周面１０ａに取り付けられる。ビーム１８の背面には、エレクタ装置（図示せず。）が設けられる。エレクタ装置は、掘削機本体１０の軸方向、径方向および周方向（すなわち、トンネル延伸方向、径方向および周方向）に移動可能に設けられる。かかるエレクタ装置は、覆工部材であるセグメントＳを把持可能であり、把持したセグメントＳをトンネルＴの内壁面（坑壁）に沿って組み立てる。

セグメントＳは、掘削されたトンネルＴの内壁面に沿った湾曲形状を有する環片である。上記エレクタ装置を駆動させることにより、複数のセグメントＳをトンネル周方向に沿ってリング状に組み立てることができる。これにより、トンネルＴの内壁面が複数のセグメントＳにより覆工され、内壁面の崩落を防止できる。

さらに、掘削機本体１０内には、複数の推進ジャッキ１９が、内周面１０ａに沿って、トンネル延伸方向に延びるよう設けられる。複数の推進ジャッキ１９は、内周面１０ａの周方向に所定の間隔で並設される。これらの推進ジャッキ１９は、トンネル延伸方向に伸縮可能な駆動ロッド１９ａを有している。この駆動ロッド１９ａの先端は、既設のセグメントＳの前端面と対向している。

かかる推進ジャッキ１９の駆動ロッド１９ａを、後方に向けて伸長し、セグメントＳを押圧することにより、掘削機本体１０に推進反力を付与することができる。すなわち、推進ジャッキ１９がセグメントＳを押圧したときに発生する推進反力によって、掘削機本体１０は前進可能である。

また、掘削機本体１０内における隔壁１２の後方側には、スクリューコンベヤ２０が設けられる。スクリューコンベヤ２０は、スクリュー羽根２１と、筒体２２と、土砂排出口２３と、駆動部２５とを備える。スクリューコンベヤ２０の筒体２２は、掘削機本体１０内において、後方側に向かうにつれて上方に位置するように、傾斜して配置される。スクリューコンベヤ２０の筒体２２の前端の開口部は、上記隔壁１２の排出口１２ａに接続されている。これにより、スクリューコンベヤ２０の筒体２２の内部空間は、隔壁１２の排出口１２ａを通じてチャンバ１７と連通する。筒体２２の内部には、スクリュー羽根２１が回転可能に設けられている。筒体２２の後部の周面下部側には、土砂排出口２３が設けられる。土砂排出口２３は、スクリュー羽根２１により筒体２２内の後方側に運搬された掘削土砂を筒体２２の外部に排出する開口部である。筒体２２の後端には、スクリュー羽根２１を回転駆動させるための駆動部２５が設置されている。駆動部２５によりスクリュー羽根２１を回転駆動させることで、チャンバ１７内に蓄えられた掘削土砂をスクリューコンベヤ２０内に取り込んで、掘削機本体１０の後方に向けて運搬し、土砂排出口２３から排出することができる。

<２．土砂通過部の閉塞>
次に、図２～図５を参照して、カッタヘッド１１の中心部において土砂通過部３６が掘削土砂で閉塞する問題について、より詳細に説明する。図４、図５はそれぞれ、本実施形態に係る土砂通過部３６の一部が掘削土砂の固着物３で閉塞した状態を示す前面図、斜視図である。

本実施形態に係るトンネル掘削機１を用いた泥土圧式シールド工法は、カッタヘッド１１により掘削した掘削土砂を切羽掘削面２と隔壁１２の間に充満させ、必要に応じて加泥材、気泡材等の添加材を注入、混合して改良土の泥土とし、その土圧により切羽の安定を図りながら掘進し、掘削土砂をスクリューコンベヤ２０で排土する工法である。ここで、切羽の安定に必要な土圧を保持し、トンネル掘削機１の掘進量に応じて適切な土量の泥土を排出するためには、チャンバ１７内に充満した泥土が適正な流動性を有することと、地下水に対する止水性を有することが求められる。このために、切羽周辺の掘削土砂やチャンバ１７内の掘削土砂に、加泥材、気泡材等の掘進用添加材を注入し、チャンバ１７内に設けられた攪拌翼（図示せず。）等により掘削土砂と添加材とを混練して、改良土の泥土にする。

このように本実施形態に係るトンネル掘削機１では、カッタヘッド１１の前面側のカッタビット３５で切羽の地山を切削しながら、当該切削により生じた掘削土砂に添加材を注入して混錬し、カッタヘッド１１の背面側のチャンバ１７内に取り込むことによって、トンネルの掘削が進行する。このとき、カッタヘッド１１の前面側の掘削土砂は、カッタヘッド１１を前後方向（軸方向）に貫通する土砂通過部３６を通過して、カッタヘッド１１の背面側のチャンバ１７内に取り込まれる。

土砂通過部３６は、カッタヘッド１１を構成する複数の構成部材の間に形成される隙間（開口部）である。カッタヘッド１１の複数の構成部材は、具体的には、図２、図３に示すように、複数のカッタスポーク３３、複数の補助カッタスポーク３７、外周リング３１、内周リング３２、およびカッタ中央軸１３（センターシャフト）等を含み、土砂通過部３６は、これら複数の構成部材の間に形成される隙間である。土砂通過部３６は、これらのカッタヘッド１１の構成部材で囲まれた正面形状を有し、例えば、略扇形、または円環を径方向に切った形状を有する。

従来の泥土圧式シールド掘削機では、掘削土砂がカッタヘッド１１の土砂通過部３６で滞留・固結して、土砂通過部３６を閉塞してしまう場合があり、土砂通過部３６を通じて掘削土砂をチャンバ１７内に円滑に取り込んで排出することができないという問題が生じていた。特に、カッタヘッド１１の中央部周辺の土砂通過部３６では、この問題が顕著であった。

即ち、図１に示したように、トンネル掘削機１の中央部は、掘削機本体１０の後方からカッタ中央軸１３（センターシャフト）を通じてカッタヘッド１１まで各種の配管や配線を通し、各カッタスポーク３３に分岐させるためのスペースが必要になる。このため、図１～図３に示すように、カッタヘッド１１の中央部には、当該スペースを構成する中空空間３８と、その前方を覆う円板状の面板３９（塞ぎ板）とが設けられている。したがって、カッタヘッド１１の中央部には土砂通過部３６を設けることができない。しかも、カッタヘッド１１の中央部には、放射状に配置される複数のカッタスポーク３３が寄せ集まって結合している。

このため、カッタヘッド１１の中央部周辺では、外周部よりも土砂通過部３６の断面積（開口面積）が小さくなっている。したがって、カッタヘッド１１の中央部周辺において、断面積が小さい土砂通過部３６で、面板３９の部分の掘削土砂も含めて掘削土砂を通過させなければならず、掘削土砂の通過条件が悪い。加えて、カッタヘッド１１の中央部では外周部よりもカッタヘッド１１の回転速度が遅くなるため、この部分の掘削土砂の撹拌・混練の観点でも、カッタヘッド１１の中央部周辺の土砂通過部３６は不利な条件となっている。この結果、図４、図５に示すように、カッタヘッド１１の中央部周辺の土砂通過部３６において、掘削土砂が滞留、固着しやすくなり、掘削土砂の固着物３により当該土砂通過部３６が閉塞しやすいという問題があった。

さらに、近年では、トンネル掘削機１の大口径化や長距離施工・高速施工等に伴い、カッタビット３５の設置数が増加したり、特殊ビットやその交換機構等を装備したりする必要がある。このため、カッタスポーク３３の面積を大きくする必要があり、カッタスポーク３３が大型化する。また、注入孔や各種装置（カッタ摩耗検出装置、コピーカッタ等）の設置数が増加する傾向にあり、これにより、カッタヘッド１１の中央部において各カッタスポーク３３に分岐される配管や配線の数が多くなり、当該中央部の面板３９の直径が大きくなっている。この結果、カッタヘッド１１の中央部で生じた掘削土砂は、当該中央部にある大径の面板３９の周辺に流動して、その周辺の土砂通過部３６から取り込まれることになる。よって、当該中央部周辺の土砂通過部３６に対して掘削土砂が集中するので、前述した中央部周辺の土砂通過部３６における掘削土砂の通過条件が益々良くない方向に作用し、当該土砂通過部３６において掘削土砂がさらに滞留、固着しやすくなる。

ここで、前述のように特殊ビットやその交換機構等を装備するために、カッタスポーク３３の面積、即ち、幅方向の寸法（図３に示す幅Ｗ）が大型化する。また、当該交換機構の構造体や、前述の配管、配線等を収納するために、カッタスポーク３３の前後方向の寸法（図３に示す軸方向の長さＬ）も大きくなる傾向にある。この結果、隣接する複数のカッタスポーク３３間の隙間である土砂通過部３６の断面積（開口面積）が小さくなり、かつ、当該小さい開口面積の土砂通過部３６を掘削土砂が前後方向（軸方向）に通過する距離も長くなる。したがって、カッタスポーク３３の大型化も、掘削土砂の固着物３による土砂通過部３６の閉塞の発生を助長する原因になっていた。

以上のような理由から、従来では、相隣接する複数のカッタスポーク３３などの構成部材の隙間に形成される土砂通過部３６が掘削土砂により閉塞してしまい、掘削土砂の円滑な取り込み、排土が阻害されるという問題が生じていた。この閉塞の問題は、特に、カッタヘッド１１の中央部周辺における土砂通過部３６で、より顕著であった。

図４および図５は、カッタヘッド１１の中央部周辺における土砂通過部３６の特定領域４が、掘削土砂の固着物３により閉塞した状態を示している。ここで、土砂通過部３６の特定領域４とは、カッタヘッド１１の前面に形成される土砂通過部３６のうち、他の領域よりも掘削土砂の固着物３により閉塞しやすい領域を指す。

この特定領域４は、例えば、カッタヘッド１１の前面視において、カッタヘッド１１の中央部周辺の領域である。より具体的には、図４、図５に示すように、特定領域４は、カッタヘッド１１の中心部周辺（中央部の面板３９の周辺）において複数のカッタスポーク３３が寄せ集まって結合することにより、相隣接する複数のカッタスポーク３３間の土砂通過部３６が楔状に狭くなっている領域（狭窄部の領域）である。

かかる楔状の狭窄部からなる特定領域４には、上述した理由により、掘削土砂が滞留して付着、固結しやすく、掘削土砂の固着物３が詰まりやすい。しかも、狭い特定領域４に詰まった固着物３は、掘削中の掘削土砂の流動に伴って自然に離脱しにくい。また、狭い特定領域４に詰まった固着物３に対して液体等を噴射したとしても、特定領域４から固着物３を除去することは困難である。

この点、上記特許文献１、２に記載の従来技術は、チャンバの内壁に付着した掘削土砂や、カッタヘッド前面の切削ビットやカッタ面板に付着した掘削土砂に対して、注入液を噴射して洗浄するものである。この特許文献１、２に記載の注入液の噴射による洗浄方法を、上記のカッタヘッド１１の土砂通過部３６に適用して、土砂通過部３６に固着した掘削土砂を洗浄する手法が考えられる。しかしながら、かかる従来の洗浄方法は、噴射される注入液の液圧のみに依存して洗浄する方法であるため、土砂通過部３６に対して掘削土砂の固着物３が強固に固着した場合には、洗浄能力不足となり、固着物３を適切に除去することが困難であるという問題がある。また、土砂通過部３６に対する掘削土砂の固着を予防するために、添加材を含む注入液を、掘削土砂が固着して閉塞を起こす可能性の高い土砂通過部３６に対して継続的に噴射する方法も考えられる。しかしながら、かかる方法では、閉塞を起こす可能性の高い土砂通過部３６という一部分に対して添加材を過剰に注入することになり、掘削土砂に対する添加材の混合の均一性が阻害されてしまうので、現実的ではない。

このような事情から、従来では、カッタスポーク３３などの構成部材の隙間である土砂通過部３６の特定領域４に対する掘削土砂の滞留、固着を、より確実に抑制でき、掘削土砂の固着物３により特定領域４が閉塞した場合には、当該固着物３をより確実に除去することが可能な方法が希求されていた。かかる事情に鑑み、本願発明者は、鋭意努力して、次項で説明する移動機構を用いて、土砂通過部３６の特定領域４から掘削土砂の固着物３を強制的に移動させて、掘削土砂の滞留、固着を抑制、解消する方法を見出した。

<３．移動機構の概要>
次に、本実施形態に係るトンネル掘削機１のカッタヘッド１１に設けられる移動機構の概要について説明する。

上述した土砂通過部３６の閉塞の問題を解決するため、本実施形態によれば、カッタスポーク３３の側面３３ｂに、掘削土砂の滞留、固着を解消するための移動機構が設けられる。そして、カッタスポーク３３間の土砂通過部３６の少なくとも一部（例えば特定領域４）に掘削土砂の固着物３が滞留して、土砂通過部３６の通過領域が狭くなり、その排土機能が低下したときに、土砂通過部３６内で移動機構を機械的に動作させる。これにより、土砂通過部３６に滞留している掘削土砂の固着物３を強制的に移動させて、土砂通過部３６から除去することができる。したがって、土砂通過部３６における掘削土砂の滞留、固着を抑制し、掘削土砂の固着物３による土砂通過部３６の閉塞を確実に解除できる。よって、カッタヘッド１１の前面側から土砂通過部３６を通じて背面側のチャンバ１７まで、掘削土砂を円滑に移動させて、効率良く排出することができる。

特に、土砂通過部３６のうち、カッタヘッド１１の中央部付近に位置する特定領域４では、狭い空間に対して掘削土砂が滞留、固着しやすい。このため、土砂通過部３６の特定領域４が閉塞しやすく、掘削土砂の固着物３が除去されにくい（図４、図５参照。）。

そこで、本実施形態では、カッタスポーク３３において、土砂通過部３６の特定領域４に隣接する位置に、移動機構を設ける。そして、土砂通過部３６の特定領域４内で移動機構を機械的に動作させることによって、当該狭い特定領域４に詰まった掘削土砂の固着物３に対し、機械的に押し出す力を付与する。これにより、固着物３を強制的に移動させて、カッタスポーク３３の側面３３ｂに対する固着物３の固着を外すことができる。この結果、特定領域４に詰まった固着物３を確実に除去して、土砂通過部３６から排出することができる。

以上のように、本実施形態によれば、移動機構の機械的動作により、土砂通過部３６に滞留する掘削土砂の固着物３を強制的に移動させる動作を行う。以下では、当該動作を「強制移動動作」と称する。かかる強制移動動作により、土砂通過部３６における掘削土砂の固着物３の滞留、固着を抑制、解消して、掘削土砂の固着物３による土砂通過部３６の閉塞を防止できる。また、土砂通過部３６が閉塞し始めたとき、または閉塞してしまったときに、当該閉塞を素早く解消できる。よって、土砂通過部３６を通じてチャンバ１７に掘削土砂を円滑に排出して効率的に排土でき、ひいてはトンネル掘削をスムーズかつ効率的に実施できる。

また、本実施形態に係る移動機構は、土砂通過部３６に隣接するカッタスポーク３３の内部もしくは側面３３ｂに設けられた収納スペースに、収納可能に設けられる。そして、移動機構による強制移動動作を行わない通常時には、移動機構はカッタスポーク３３に収納される。一方、強制移動動作を行う時には、移動機構はカッタスポーク３３から土砂通過部３６に進出して機械的に動作して、土砂通過部３６に滞留する掘削土砂の固着物３を強制的に移動させる。

かかる構成により、強制移動動作を行わない通常時には、移動機構をカッタスポーク３３に収納して、土砂通過部３６に突出しない退避位置に配置できる。よって、土砂通過部３６を通過する掘削土砂の流動を、移動機構によって妨げないようにすることができ、土砂通過部３６を通じて掘削土砂を円滑に排土できる。一方、強制移動動作を行うときには、移動機構を土砂通過部３６に進出させて突出位置に配置し、土砂通過部３６に滞留する掘削土砂の固着物３を機械的に除去することができる。

以上、本実施形態に係る移動機構の概要について説明した。以下では、移動機構の複数の具体例について詳述する。

<４．第１の実施形態に係る移動機構>
まず、図６～図１０を参照して、本発明の第１の実施形態に係る移動機構５０について説明する。

図６は、第１の実施形態に係る移動機構５０の通常状態（後退状態）を模式的に示す断面図である。図７は、第１の実施形態に係る移動機構５０の突出状態（前進状態）を模式的に示す断面図である。図８は、第１の実施形態に係る移動機構５０の進退部材５２がカッタスポーク３３の側面３３ｂから前進／後退する状態を示す部分拡大斜視図である。図９、図１０は、第１の実施形態に係る移動機構５０の進退部材５２の突出状態（前進状態）を、カッタヘッド１１の前面側と背面側からそれぞれ示す部分拡大斜視図である。

図６、図７に示すように、第１の実施形態に係る移動機構５０は、カッタスポーク３３の内部に設けられ、カッタスポーク３３の側面３３ｂから土砂通過部３６に向けて進退可能な進退部材５２を備える。移動機構５０は、例えば、左右一対の進退部材５２と、Ｏリング５３と、進退部材５２を進退動作（前進／後退動作）させるジャッキ５４とを備える。移動機構５０は、カッタスポーク３３の側面３３ｂから土砂通過部３６に向けて進退部材５２を前進動作させることにより、掘削土砂の固着物３を土砂通過部３６から強制的に押し出して、土砂通過部３６における掘削土砂の滞留を抑制、解消して、土砂通過部３６の閉塞を防止、解除する。

移動機構５０は、例えば、進退部材５２とジャッキ５４との組合せのような伸縮機構で構成することができる。伸縮機構は、特定方向に伸縮することにより、当該特定方向に直線的に進退可能な進退部材として機能する。例えば、伸縮機構は、土砂通過部３６に面したカッタスポーク３３の側面３３ｂから土砂通過部３６に向けて直線的に伸縮可能に設けられる。

進退部材５２は、土砂通過部３６に面したカッタスポーク３３の側面３３ｂから土砂通過部３６に向けて直線的に進退可能（前進および後退可能）に設けられる。進退部材５２は、例えば、金属製のボックス部材から構成され、カッタスポーク３３内に収容可能な形状及び大きさを有する。カッタスポーク３３の側面３３ｂには、進退部材５２を出入りさせるための開口３３ｃが形成されている。カッタスポーク３３内に配置された進退部材５２は、カッタスポーク３３の側面３３ｂの開口３３ｃを通じて、土砂通過部３６に向けて進退可能である。当該開口３３ｃにおいてカッタスポーク３３の側面３３ｂと進退部材５２との隙間には、Ｏリング５３が介在している。このＯリング５３により、当該隙間をシールして、当該隙間からカッタスポーク３３内に掘削土砂が侵入することを防止できる。なお、ボックス状の進退部材５２の角部を面取りして、丸みを帯びた形状とすれば、Ｏリング５３が進退部材５２の外周に密着しやすくなるため、Ｏリング５３によるシール性を向上できる。

進退部材５２の当接面５２ａは、進退部材５２の進退方向の前面であって、土砂通過部３６を閉塞する掘削土砂の固着物３に対して当接する面である。本実施形態では、この当接面５２ａは、図６に示すようにカッタヘッド１１の前面側（図６の上側）から背面側（図６の下側）に向けて下るように傾斜した傾斜面になっている。なお、図示の例の傾斜面は、傾斜した平面であるが、上記と同様な傾斜方向であれば、傾斜面は、傾斜した曲面であってもよい。

このように、進退部材５２の当接面５２ａを傾斜面にすることによって、図７に示すように進退部材５２を土砂通過部３６に向けて前進、突出させたときに、傾斜面からなる当接面５２ａにより固着物３をカッタヘッド１１の背面側（図７の下側）に押し出すことができる。よって、進退部材５２の前進動作により、土砂通過部３６を閉塞する固着物３をカッタヘッド１１の背面側に強制的に押し出して除去できる。

ジャッキ５４は、進退部材５２を土砂通過部３６に向けて進退動作させる駆動力を発生する駆動部の一例である。ジャッキ５４のロッド５６は、進退部材５２の底面に接続されている。ジャッキ５４のロッド５６を伸縮させることにより、進退部材５２を特定方向に直線的に進退させることができる。

なお、図６、図７の例では、１つのジャッキ５４に対して左右一対の進退部材５２、５２が設けられている。これにより、１つのカッタスポーク３３の左右両側面３３ｂ、３３ｂから、左右両側の土砂通過部３６、３６に向けて２つの進退部材５２、５２を進退動作させることができるので、左右両側の土砂通過部３６、３６における掘削土砂の滞留、固着を効率的に解消できるようになる。しかし、かかる例に限定されず、１つのジャッキ５４に対して１つの進退部材５２だけを設けてもよく、例えば図８～図１０に示すように、１つのカッタスポーク３３の左右いずれか一方の側面３３ｂのみから土砂通過部３６に向けて１つの進退部材５２を進退させるように構成してもよい。

以上のように、第１の実施形態に係る移動機構５０によれば、カッタスポーク３３の側面３３ｂの開口３３ｃから、当該側面３３ｂに面した土砂通過部３６に向けて、進退部材５２を出し入れして、土砂通過部３６において進退部材５２を進退動作させる。これにより、土砂通過部３６を閉塞する掘削土砂の固着物３を強制的に移動させて除去することができる。特に、カッタスポーク３３の側面３３ｂから進退部材５２を前進させることにより、当該側面３３ｂに対して固着している固着物３の縁を切り、当該固着物３を側面３３ｂから離脱させるように移動させて、土砂通過部３６から除去することができる。

ここで、図６～図１０を参照して、通常時（強制移動動作を行わない時）と強制移動動作時の移動機構５０の動作について、より詳細に説明する。

土砂通過部３６に掘削土砂の固着物３が滞留していないとき、特に、土砂通過部３６が掘削土砂の固着物３により閉塞していないときには、移動機構５０は、進退部材５２を進退させる強制移動動作を行わない。強制移動動作を行わない通常時には、土砂通過部３６を通じた通常の排土処理が行われる。かかる通常時には、移動機構５０の進退部材５２は、後退して退避位置に配置され、土砂通過部３６に隣接するカッタスポーク３３内の収納スペースに収納されている。これにより、進退部材５２は土砂通過部３６に突出していないので、土砂通過部３６を通じた掘削土砂の流動が、進退部材５２により妨げられることがない。したがって、カッタヘッド１１の前面側の掘削土砂は、土砂通過部３６を円滑に通過してカッタヘッド１１の背面側に流動し、効率的に排出される。

一方、土砂通過部３６に掘削土砂の固着物３が滞留しているとき、特に、土砂通過部３６が掘削土砂の固着物３により閉塞したときには、移動機構５０により強制移動動作が行われる。この強制移動動作を行う時には、図７に示すように、移動機構５０の進退部材５２は、ジャッキ５４により土砂通過部３６に向けて前進して、カッタスポーク３３の側面３３ｂから土砂通過部３６に進出する。これにより、図７～図１０に示すように、進退部材５２はカッタスポーク３３の側面３３ｂから土砂通過部３６に向けて突出して、当該土砂通過部３６を閉塞している固着物３に対して当接および押圧する。このとき、進退部材５２の当接面５２ａは傾斜面となっているので、固着物３は当接面５２ａによりカッタヘッド１１の背面側に向けて押圧される。この結果、固着物３はカッタヘッド１１の背面側に強制的に押し出されて、カッタヘッド１１の背面側のチャンバ１７に排出される。このようにして、進退部材５２の進退動作によって、土砂通過部３６における掘削土砂の滞留、固着が解消され、掘削土砂の固着物３による土砂通過部３６の閉塞が解除される。

以上のように、第１の実施形態によれば、土砂通過部３６において進退部材５２を進退動作させることにより、土砂通過部３６に滞留している掘削土砂の固着物３の縁を切り、当該固着物３を強制的に押し出して除去できる。特に、土砂通過部３６のうちカッタヘッド１１の中央部付近の特定領域４（図４、図５）が掘削土砂の固着物３により閉塞している場合であっても、本実施形態に進退部材５２の進退動作により、特定領域４の固着物３を確実に除去して、閉塞を解除することができる。

なお、本実施形態では、ボックス状の進退部材５２を用いて土砂通過部３６における掘削土砂の滞留を解消する例について説明したが、本発明は、かかる例に限定されない。進退部材としては、土砂通過部３６内で機械的に進退動作可能な部材であれば、進退部材５２のようなボックス部材以外にも、例えば、ブロック状、板状、棒状、螺旋状、錘状、球状など任意の形状の部材を用いることができる。また、ジャッキ自体を進退部材としてカッタスポーク３３に設置して、ジャッキのロッドをカッタスポーク３３の側面３３ｂから土砂通過部３６に向けて伸縮させて、固着物３を除去してもよい。

また、上記では、強制移動動作時に、進退部材５２を土砂通過部３６に向けて前進させることにより、進退部材５２で固着物３を押圧して強制的に移動させ、土砂通過部３６における掘削土砂の滞留を解消する例について説明したが、本発明は、かかる例に限定されない。例えば、通常時には、進退部材５２を前進させて土砂通過部３６に突出した状態としておき、土砂通過部３６に固着物３が滞留したときに、当該突出した状態の進退部材５２を後退させてカッタスポーク３３内に退避させることにより、固着物３の縁を切って土砂通過部３６から固着物３を脱落させて、滞留を解消してもよい。

また、上記では、進退部材５２の進退方向は、カッタヘッド１１の軸方向（前後方向）に対して垂直な方向であったが、本発明は、かかる例に限定されない。進退部材５２の進退方向は、土砂通過部３６に向けて直線的に進退可能な方向であればよく、例えば、カッタヘッド１１の軸方向（前後方向）に対して傾斜した方向であってもよい。

<５．第２の実施形態に係る移動機構>
次に、図１１～図１５を参照して、本発明の第２の実施形態に係る移動機構６０について説明する。

図１１は、第２の実施形態に係る移動機構６０を模式的に示す斜視図である。図１２は、第２の実施形態に係る移動機構６０の内部構造を模式的に示す透過斜視図である。図１３は、第２の実施形態に係る移動機構６０の断面構造を模式的に示す斜視図である。図１４は、第２の実施形態に係る移動機構６０の断面構造の変更例を模式的に示す斜視図である。図１５は、第２の実施形態に係る移動機構６０の回転動作を模式的に示す前面図である。なお、図１１～図１５では、説明の便宜上、カッタヘッド１１を構成する一部のカッタスポーク３３や移動機構６０の要部のみを示し、他のカッタスポーク３３やカッタビット３５等の他の構成要素の図示は省略してある。

図１１～図１５に示すように、第２の実施形態に係る移動機構６０は、土砂通過部３６の特定領域４に隣接するカッタスポーク３３に設けられる。移動機構６０は、回転軸６２と、収納部６３と、回転羽根６４と、ブッシュ６６と、シール部６８と、回転駆動部（図示せず。）とを備える。

通常時には、移動機構６０は、図１１の下側のカッタスポーク３３に示すように、回転羽根６４を回転させずに静止させ、回転羽根６４をカッタスポーク３３の収納部６３内に収納しておく。一方、強制移動動作時には、図１１の上側のカッタスポーク３３に示すように、移動機構６０は、土砂通過部３６の特定領域４において回転羽根６４を回転動作させる。これにより、図１５に示すように、土砂通過部３６の特定領域４に滞留する掘削土砂の固着物３を、例えば、カッタヘッド１１の径方向外側に強制的に押しのけて、当該特定領域４における掘削土砂の滞留を抑制、解消して、土砂通過部３６の閉塞を防止、解除する。

回転軸６２は、回転羽根６４の中央部を軸支する。回転軸６２は、カッタスポーク３３の幅方向の中心に設けられ、カッタヘッド１１の軸方向（前後方向）に延びるように配置される。回転軸６２を中心に回転羽根６４を回転させることにより、回転羽根６４は、カッタヘッド１１の前面に対して平行な平面内で回転する。

回転羽根６４は、回転軸６２を中心として回転可能に設けられる長尺板状の回転部材である。回転軸６２は回転羽根６４の長手方向の中心部を軸支する。回転羽根６４は、不図示の回転駆動部により回転軸６２を中心に回転可能に設けられる。回転駆動部は、回転羽根６４を回転させる駆動力を発生する。回転駆動部としては、例えば、電動モータ等のアクチュエータ駆動装置、またはラック&ピニオン機構など、公知の駆動装置を用いればよい。

カッタスポーク３３には、回転羽根６４を収納するためのスリット状の中空空間である収納部６３が形成されている。収納部６３は、カッタスポーク３３の側面３３ｂに貫通形成されている。回転羽根６４は、この収納部６３内に収まるような形状及び大きさを有する。回転羽根６４は、収納部６３内に収納可能な状態で回転軸６２により軸支されている。回転羽根６４の長手方向とカッタスポーク３３の長手方向とがほぼ一致する場合には、回転羽根６４は、カッタスポーク３３の収納部６３内に収納される。一方、回転羽根６４が回転して、回転羽根６４の長手方向とカッタスポーク３３の長手方向とがずれる場合には、回転羽根６４の両端部は、カッタスポーク３３の側面３３ｂから土砂通過部３６に向けて突出した状態となる。このように、回転羽根６４は、カッタスポーク３３内に収納可能、かつ、カッタスポーク３３の側面３３ｂに面した土砂通過部３６内で回転動作可能に設けられる。

図１２～図１４に示すように、回転軸６２の外周に環状のブッシュ６６（すべり軸受け）が設置されており、カッタスポーク３３に対して回転羽根６４が円滑に回転できるようになっている。さらに、ブッシュ６６の外周側には、リング状のシール部６８が設置されている。このシール部６８により、回転する回転羽根６４とカッタスポーク３３との隙間をシールして、当該隙間から掘削土砂がカッタスポーク３３内に侵入することを防止できる。

また、回転軸６２と回転羽根６４は、一体構成されてもよいし（図１３参照。）、別体に構成されてもよい（図１４参照。）。図１３に示すように、回転軸６２と回転羽根６４を一体構成すれば、回転軸６２とカッタスポーク３３との間にブッシュ６６を介在させて、カッタスポーク３３に対して回転軸６２および回転羽根６４を一体的に回転させる構造を採用できる。これにより、回転羽根６４に対して回転駆動力を伝達しやすくなり、カッタスポーク３３に回転羽根６４の回転機構を設置しやすいという利点がある。一方、図１４に示すように、回転軸６２と回転羽根６４とを別体に構成すれば、カッタスポーク３３に回転軸６２を固定し、かつ、回転軸６２と回転羽根６４との間にブッシュ６６を介在させて、回転軸６２を回転させずに回転羽根６４だけを回転させる構造を採用できる。これにより、回転軸６２とカッタスポーク３３を構造的に一体化できるので、カッタスポーク３３の強度面で有利であるという利点がある。

以上のように、第２の実施形態に係る移動機構６０によれば、回転羽根６４は、カッタスポーク３３に配置される回転軸６２を中心に回転可能に設けられる。かかる構成により、図１５に示すように、カッタスポーク３３の側面３３ｂに面した土砂通過部３６において、回転羽根６４を回転動作させることができる。これにより、土砂通過部３６に滞留する掘削土砂の固着物３を、回転羽根６４の回転方向に強制的に移動させて除去することができる。特に、カッタスポーク３３の側面３３ｂから、回転する回転羽根６４の端部を突出させることにより、当該側面３３ｂに対して固着している固着物３の縁を切り、当該固着物３を側面３３ｂから離脱させて、土砂通過部３６から除去することができる。

ここで、通常時（強制移動動作を行わない時）と強制移動動作時の移動機構６０の動作について、より詳細に説明する。

土砂通過部３６に掘削土砂の固着物３が滞留していないとき、特に、土砂通過部３６が掘削土砂の固着物３により閉塞していないときには、移動機構６０の回転羽根６４を回転させる強制移動動作を行わず、土砂通過部３６を通じた通常の排土処理が行われる。強制移動動作を行わない通常時には、回転羽根６４は、回転動作せずに、カッタスポーク３３の収納部６３内に収納され、退避位置に配置される。これにより、回転羽根６４は土砂通過部３６に突出していないので、土砂通過部３６を通じた掘削土砂の流動が、回転羽根６４により妨げられることがない。

一方、土砂通過部３６に掘削土砂の固着物３が滞留しているとき、特に、土砂通過部３６が掘削土砂の固着物３により閉塞したときには、移動機構６０により強制移動動作が行われる。強制移動動作を行う時には、図１５に示すように、移動機構６０の回転羽根６４は、回転動作して、カッタスポーク３３の側面３３ｂから突出して土砂通過部３６に進入する。かかる回転動作により、回転羽根６４は、カッタヘッド１１の中央部付近で土砂通過部３６の特定領域４を閉塞している固着物３に当接して、回転方向に押し出す。この結果、当該固着物３は、例えば、カッタヘッド１１の径方向外側に向けて強制的に押しのけられて、特定領域４から脱離し、カッタヘッド１１の背面側のチャンバ１７に排出される。このようにして、土砂通過部３６における回転羽根６４の回転動作によって、土砂通過部３６における掘削土砂の滞留、固着が解消され、掘削土砂の固着物３による土砂通過部３６の閉塞が解除される。

以上のように、第２の実施形態によれば、土砂通過部３６において回転羽根６４（回転部材）を回転動作させることにより、土砂通過部３６に滞留している掘削土砂の固着物３の縁を切り、当該固着物３を例えばカッタヘッド１１の径方向外側に強制的に押し出して除去できる。特に、土砂通過部３６のうちカッタヘッド１１の中央部付近の特定領域４が掘削土砂の固着物３により閉塞している場合であっても、本実施形態に回転羽根６４の回転動作により、特定領域４の固着物３を確実に除去して、閉塞を解除することができる。

なお、上記では、回転羽根６４の回転軸６２がカッタヘッド１１の軸方向（前後方向）に延びる例について説明した。しかし、本発明は、かかる例に限定されず、回転羽根の回転軸の方向は、土砂通過部３６内で回転羽根を回転させることが可能な方向であれば、任意の方向であってよく、例えば、カッタヘッド１１の径方向（カッタスポーク３３の長手方向）であってもよい。

また、上記では、回転羽根６４の回転軸６２の方向がカッタヘッド１１の軸方向（前後方向）であり、かつ、回転羽根６４が掘削土砂の固着物３を押しのける方向が、カッタヘッド１１の径方向外側である例について説明した。これにより、カッタヘッド１１の中央部周辺の特定領域４から固着物３を好適に除去できる。しかし、本発明の回転羽根が掘削土砂の固着物３を押しのける方向は、かかる例に限定されず、例えば、カッタヘッド１１の径方向内側、またはカッタヘッド１１の軸方向（前後方向）など、他の任意の方向であってもよい。例えば、回転羽根の回転軸の方向をカッタヘッド１１の径方向にすることによって、回転羽根が固着物３を押しのける方向を、カッタヘッド１１の軸方向（前後方向）にすることができる。かかる構成であっても、土砂通過部３６に滞留している掘削土砂の固着物３を好適に除去することができる。

<６．第３の実施形態に係る移動機構>
次に、図１６～図１８を参照して、本発明の第３の実施形態に係る移動機構７０について説明する。

図１６は、第３の実施形態に係る移動機構７０の通常状態を模式的に示す斜視図である。図１７は、第３の実施形態に係る移動機構７０の回動状態を模式的に示す斜視図である。図１８は、第３の実施形態に係る移動機構７０の回動動作を模式的に示す前面図である。なお、図１６～図１８では、説明の便宜上、カッタヘッド１１を構成する一部のカッタスポーク３３や移動機構７０の要部のみを示し、他のカッタスポーク３３やカッタビット３５等の他の構成要素の図示は省略してある。

図１６～図１８に示すように、第３の実施形態に係る移動機構７０は、土砂通過部３６の特定領域４に隣接するカッタスポーク３３に設けられる。移動機構７０は、回動軸７２と、収納部７３と、押出板７４と、回動駆動部（図示せず。）とを備える。

図１６に示す通常時には、移動機構７０は、カッタスポーク３３の側面３３ｂに陥没形成された収納部７３に押出板７４を収納しておく。一方、図１７に示す強制移動動作時には、移動機構７０は、土砂通過部３６の特定領域４において押出板７４を、例えば、径方向外側に向けて回動させる。これにより、図１８に示すように、土砂通過部３６の特定領域４に滞留する掘削土砂の固着物３を、例えば、カッタヘッド１１の径方向外側に強制的に押しのけて、当該特定領域４における掘削土砂の滞留を抑制、解消して、土砂通過部３６の閉塞を防止、解除する。

回動軸７２は、押出板７４の長手方向の一端部を軸支する。回動軸７２は、カッタスポーク３３の側面３３ｂにおいて、カッタヘッド１１の軸方向（前後方向）に延びるように配置される。回動軸７２を中心に押出板７４を回動させることにより、押出板７４は、カッタスポーク３３の側面３３ｂから土砂通過部３６に張り出すように回動することになる。なお、回動軸７２の設置位置は、カッタスポーク３３の側面３３ｂの例に限定されず、例えば、カッタスポーク３３の内部等であってもよい。

押出板７４は、押出部材の一例である。押出板７４は、例えば、回動軸７２を中心として回動可能に設けられる板状の回動部材（フラッパー）である。なお、押出部材は、押出板７４のような板状の部材に限定されず、例えば、棒状、ブロック状など、板状以外の部材であってもよい。押出板７４は、不図示の回動駆動部により回動軸７２を中心に回動可能に設けられる。回動駆動部は、押出板７４を回動させる駆動力を発生する。回動駆動部としては、例えば、押出板７４の長手方向の中間部付近を回動方向に押し出すジャッキを用いてもよいし、あるいは、押出板７４の基部（回動軸７２の周辺部分）に対して回動駆動力を伝達する駆動機構を用いてもよい。前者のように押出板７４の中間部付近を押し出すジャッキを用いれば、ジャッキのストロークや発生トルクを低減できるとともに、押出板７４の強度不足を補償できる。

カッタスポーク３３の側面３３ｂには、押出板７４を収納するための凹部である収納部７３が陥没形成されている。押出板７４は、この収納部７３内に収まるような形状及び大きさを有する。押出板７４は、収納部７３内に収納可能な状態で回動軸７２により軸支されている。押出板７４の長手方向の両端部のうち、カッタヘッド１１の中央部から遠い方の一端部が回動軸７２により軸支されており、カッタヘッド１１の中央部に近い方の他端部は、自由端となっている。押出板７４の他端部をカッタスポーク３３の側面３３ｂに近づける方向に回動させれば、図１６に示すように、押出板７４は、カッタスポーク３３の側面３３ｂの収納部７３内に収納される。一方、押出板７４の他端部をカッタスポーク３３の側面３３ｂから遠ざける方向に回動させれば、図１７に示すように、押出板７４は、カッタスポーク３３の側面３３ｂから土砂通過部３６に向けて張り出した状態となる。このように、押出板７４は、カッタスポーク３３の側面３３ｂの収納部７３内に収納可能、かつ、カッタスポーク３３の側面３３ｂから土砂通過部３６に向けて張り出すように回動可能に設けられる。

以上のように、第３の実施形態に係る移動機構７０によれば、押出板７４は、カッタスポーク３３の側面３３ｂに配置される回動軸７２を中心に回動可能に設けられる。かかる構成により、図１８に示すように、カッタスポーク３３の側面３３ｂに面した土砂通過部３６において、押出板７４を回動動作させることができる。これにより、土砂通過部３６を閉塞する掘削土砂の固着物３を、押出板７４の回動方向に強制的に移動させて除去することができる。特に、カッタスポーク３３の側面３３ｂから押出板７４を張り出させることにより、当該側面３３ｂに対して固着している固着物３の縁を切り、当該固着物３を側面３３ｂから離脱させて、土砂通過部３６から除去することができる。

ここで、通常時（強制移動動作を行わない時）と強制移動動作時の移動機構７０の動作について、より詳細に説明する。

土砂通過部３６に掘削土砂の固着物３が滞留していないとき、特に、土砂通過部３６が掘削土砂の固着物３により閉塞していないときには、移動機構７０の押出板７４を回動させる強制移動動作を行わず、土砂通過部３６を通じた通常の排土処理が行われる。強制移動動作を行わない通常時には、押出板７４は、カッタスポーク３３の収納部７３内に収納される。これにより、押出板７４は土砂通過部３６に張り出していないので、土砂通過部３６を通じた掘削土砂の流動が、押出板７４により妨げられることがない。

一方、土砂通過部３６に掘削土砂の固着物３が滞留しているとき、特に、土砂通過部３６が掘削土砂の固着物３により閉塞したときには、移動機構７０により強制移動動作が行われる。強制移動動作を行う時には、図１８に示すように、移動機構７０の押出板７４は、例えば、土砂通過部３６において径方向外側に向けて回動して、カッタスポーク３３の側面３３ｂから土砂通過部３６の特定領域４に張り出す。かかる回動動作により、押出板７４は、カッタヘッド１１の中央部付近で土砂通過部３６の特定領域４を閉塞している固着物３に当接して、回動方向に押し出す。この結果、当該固着物３は、例えば、カッタヘッド１１の径方向外側に向けて強制的に押しのけられて、特定領域４から脱離し、カッタヘッド１１の背面側のチャンバ１７に排出される。このようにして、土砂通過部３６における押出板７４の回動動作によって、土砂通過部３６における掘削土砂の滞留、固着が解消され、掘削土砂の固着物３による土砂通過部３６の閉塞が解除される。

以上のように、第３の実施形態によれば、土砂通過部３６において押出板７４（回動部材）を回動動作させることにより、土砂通過部３６に滞留している掘削土砂の固着物３の縁を切り、当該固着物３をカッタヘッド１１の例えば径方向外側に強制的に押し出して除去できる。特に、土砂通過部３６のうちカッタヘッド１１の中央部付近の特定領域４が掘削土砂の固着物３により閉塞している場合であっても、本実施形態に押出板７４の回動動作により、特定領域４の固着物３を確実に除去して、閉塞を解除することができる。

なお、上記では、押出板７４（押出部材の一例）の回動軸７２がカッタヘッド１１の軸方向（前後方向）に延びる例について説明した。しかし、本発明は、かかる例に限定されず、押出部材の回動軸の方向は、土砂通過部３６内で押出部材を回動させることが可能な方向であれば、任意の方向であってよく、例えば、カッタヘッド１１の径方向（カッタスポーク３３の長手方向）であってもよい。また、押出部材の回動軸の設置位置は、カッタスポーク３３の側面３３ｂの例に限定されず、例えば、カッタスポーク３３の内部等であってもよい。

また、上記では、押出板７４の回動軸７２の方向がカッタヘッド１１の軸方向（前後方向）であり、かつ、押出板７４が掘削土砂の固着物３を押しのける方向が、カッタヘッド１１の径方向外側である例について説明した。これにより、カッタヘッド１１の中央部周辺の特定領域４から固着物３を好適に除去できる。しかし、本発明の押出部材が掘削土砂の固着物３を押しのける方向は、かかる例に限定されず、例えば、カッタヘッド１１の径方向内側、またはカッタヘッド１１の軸方向（前後方向）など、他の任意の方向であってもよい。例えば、押出部材の回動軸の方向をカッタヘッド１１の径方向にすることによって、押出部材が固着物３を押しのける方向を、カッタヘッド１１の軸方向（前後方向）にすることができる。かかる構成であっても、土砂通過部３６に滞留している掘削土砂の固着物３を好適に除去することができる。

<７．第４の実施形態に係る移動機構>
次に、図１９～図２１を参照して、本発明の第４の実施形態に係る移動機構８０について説明する。

図１９は、第４の実施形態に係る移動機構８０の通常状態を模式的に示す斜視図である。図２０は、第４の実施形態に係る移動機構８０の回転状態を模式的に示す斜視図である。図２１は、第４の実施形態に係る移動機構８０の回転動作を模式的に示す側面図である。なお、図１９～図２１では、説明の便宜上、カッタヘッド１１を構成する一部のカッタスポーク３３や移動機構８０の要部のみを示し、他のカッタスポーク３３やカッタビット３５等の他の構成要素の図示は省略してある。

図１９～図２１に示すように、第４の実施形態に係る移動機構８０は、土砂通過部３６の特定領域４に隣接するカッタスポーク３３に設けられる。移動機構８０は、撹拌翼８２と、回転軸８３と、回転部８４と、回転駆動部８６とを備える。

撹拌翼８２は、通常時に、カッタヘッド１１の背面側のチャンバ１７内で、掘削土砂を撹拌するために用いられる、例えば円柱状の翼部材である。図１９に示すように、撹拌翼８２は、カッタスポーク３３の背面３３ｄ側に取り付けられ、カッタスポーク３３の背面３３ｄから後方（チャンバ１７方向）に向けて突出するように配置される。撹拌翼８２は、通常時には、カッタヘッド１１の回転に伴ってチャンバ１７内で回転し、チャンバ１７内に存在する掘削土砂を撹拌する。

回転軸８３は、カッタスポーク３３の長手方向（即ち、カッタヘッド１１の径方向）に延びる。回転部８４は、カッタスポーク３３のうち撹拌翼８２が取り付けられる部分であり、回転軸８３を中心に撹拌翼８２とともに回転する部分である。カッタスポーク３３のうち回転部８４以外の部分は、回転軸８３を中心に回転しない固定部となる。

回転駆動部８６は、カッタスポーク３３のうち撹拌翼８２が取り付けられた部分（回転部８４）を、回転軸８３を中心に回転させる。回転駆動部８６は、例えば、電動モータ等のアクチュエータ駆動装置で構成される。回転駆動部８６は、カッタスポーク３３のうち撹拌翼８２が取り付けられた回転部８４を固定部に対して相対的に回転させる。これにより、図１９に示す通常時にはカッタスポーク３３の背面３３ｄに向けて突出している撹拌翼８２が、図２０に示すようにカッタスポーク３３の側面３３ｂに向けて突出するように回転動作する。

以上のように、第４の実施形態に係る移動機構８０は、カッタスポーク３３の側面３３ｂに面した土砂通過部３６に滞留する掘削土砂の固着物３を強制的に移動させるために、カッタスポーク３３の背面３３ｄに設けられた既存の撹拌翼８２を利用する。移動機構８０は、通常時にはカッタスポーク３３の背面３３ｄ側に向けて突出している撹拌翼８２（図１９参照。）を、カッタスポーク３３ごと回転させて、カッタスポーク３３の側面３３ｂ側に向ける（図２０、図２１参照。）。このように移動機構８０は、カッタスポーク３３のうち撹拌翼８２が取り付けられた回転部８４を、回転軸８３を中心に回転させる。これにより、カッタスポーク３３の側面３３ｂに面する土砂通過部３６において、撹拌翼８２を機械的に回転動作させる。かかる撹拌翼８２の回転動作により、図２１に示すように、カッタスポーク３３の側面３３ｂ側の土砂通過部３６に滞留する掘削土砂の固着物３を、カッタヘッド１１の前面側もしくは背面側に押しのけて除去することができる。

ここで、通常時（強制移動動作を行わない時）と強制移動動作時の移動機構８０の動作について、より詳細に説明する。

土砂通過部３６に掘削土砂の固着物３が滞留していないとき、特に、土砂通過部３６が掘削土砂の固着物３により閉塞していないときには、移動機構８０の撹拌翼８２を回転させる強制移動動作を行わず、土砂通過部３６を通じた通常の排土処理が行われる。強制移動動作を行わない通常時には、撹拌翼８２は、図１９に示すようにカッタスポーク３３の背面３３ｄ側に突出しており、土砂通過部３６に向けて突出していないので、土砂通過部３６を通じた掘削土砂の流動が、撹拌翼８２により妨げられることがない。

一方、土砂通過部３６に掘削土砂の固着物３が滞留しているとき、特に、土砂通過部３６が掘削土砂の固着物３により閉塞したときには、移動機構８０により強制移動動作が行われる。強制移動動作を行う時には、図２０、図２１に示すように、移動機構８０の撹拌翼８２を回転部８４とともに回転させて、土砂通過部３６の特定領域４で回転動作させる。かかる回転動作により、撹拌翼８２は、土砂通過部３６の特定領域４を閉塞している固着物３に当接して、回転方向に押し出す。この結果、当該固着物３はカッタヘッド１１の前面または背面側に向けて強制的に押しのけられて、特定領域４から脱離して排出される。このようにして、土砂通過部３６における撹拌翼８２の回転動作によって、土砂通過部３６における掘削土砂の滞留、固着が解消され、掘削土砂の固着物３による土砂通過部３６の閉塞が解除される。

以上のように、第４の実施形態によれば、土砂通過部３６において撹拌翼８２を回転動作させることにより、土砂通過部３６に滞留している掘削土砂の固着物３の縁を切り、当該固着物３をカッタヘッド１１の背面側または前面側に強制的に押し出して除去できる。特に、土砂通過部３６のうちカッタヘッド１１の中央部付近の特定領域４が掘削土砂の固着物３により閉塞している場合であっても、本実施形態に係る撹拌翼８２の回転動作により、特定領域４の固着物３を確実に除去して、閉塞を解除することができる。

なお、上記では、カッタスポーク３３の断面全体を撹拌翼８２とともに回転させる例について説明したが、かかる例に限定されない。例えば、カッタスポーク３３の前面側の部分とカッタビット３５を回転させずに、カッタスポーク３３の背面側の部分と撹拌翼８２を部分的に回転させてもよい。カッタビット３５は地山に接している部分であるため、図２０、２１に示したようにカッタスポーク３３の断面全体を回転させる構成を採用した場合には、カッタビット３５が切削していない地山に入り込まないと、回転できない可能性がある。これに対し、カッタビット３５を回転させずに、カッタスポーク３３の背面側の部分と撹拌翼８２を部分的に回転させる構成を採用すれば、当該可能性を回避できるというメリットがある。

また、上記では、撹拌翼８２の回転軸８３がカッタスポーク３３の長手方向（即ち、カッタヘッド１１の径方向）に延びる例について説明した。しかし、本発明は、かかる例に限定されず、撹拌翼の回転軸の方向は、土砂通過部３６内で撹拌翼を回転させることが可能な方向であれば、任意の方向であってよく、例えば、カッタヘッド１１の周方向（接線方向）であってもよい。撹拌翼の回転軸の方向がカッタヘッド１１の周方向（接線方向）である場合でも、当該回転軸を中心として撹拌翼をカッタスポークの一部とともに回転させることによって、土砂通過部３６に滞留している掘削土砂の固着物３を、撹拌翼によりカッタヘッド１１の軸方向（前後方向）に押しのけて、好適に除去することができる。

<８．トンネル掘削機によるトンネル施工方法>
以上、本実施形態に係るトンネル掘削機１の構成について詳述した。次に、本実施形態に係るトンネル掘削機１を用いたトンネル施工方法と、トンネル掘削機１の動作について説明する。

本実施形態に係るトンネル掘削機１を用いてトンネル構造体を施工する場合、図１に示すように、まず、カッタヘッド１１を回転させながら、複数の推進ジャッキ１９を伸長させて既設のセグメントＳに押し付ける。これにより、掘削機本体１０がその既設のセグメントＳから推進反力を得て前進すると共に、回転するカッタヘッド１１によりトンネル掘削機１の前方の切羽の地山が掘削されて、トンネルＴの掘削が進行する。

このカッタヘッド１１による掘削時には、多数のカッタビット３５の先端部は切羽最前端位置である切羽掘削面２に配置され、当該カッタビット３５は切羽掘削面２に沿って周回しながら、当該切羽掘削面２の地山を切削する。

かかる掘削時には、添加材（加泥材または気泡材）、水等を含む注入液が、供給機構（図示せず。）によりカッタヘッド１１まで供給されている。当該注入液は、カッタヘッド１１に設けられた注入孔（図示せず。）を通じて、掘削土砂に注入される。これにより、切羽とカッタヘッド１１前面との間の領域で、注入液に含まれる添加材の作用により掘削土砂が改良土となり、当該掘削土砂の塑性流動性や固着防止性、止水性などが向上する。

上記掘削によって発生した掘削土砂は、カッタヘッド１１の開口部である土砂通過部３６を通じてチャンバ１７内に取り込まれて蓄積される。チャンバ１７は、蓄積された掘削土砂によって所定の内圧に維持される。そして、チャンバ１７内に蓄積された掘削土砂は、隔壁１２の下部の排出口１２ａを通じて、スクリューコンベヤ２０の筒体２２の先端部内に移動する。そして、掘削土砂は、駆動部２５により回転するスクリュー羽根２１によって、スクリューコンベヤ２０の筒体２２内を後方側に向けて運搬されて、後部側の土砂排出口から排出される。

また、上記のような掘削および排土動作と同時に、収縮させた推進ジャッキ１９の後方側において、エレクタ装置によって、セグメントＳがトンネルＴの内壁面に沿ってリング状に順次組み立てられる。

以上のようにして、トンネル掘削機１は、カッタヘッド１１の掘削量に見合う土砂量を、スクリューコンベヤ２０によって円滑に排出して、チャンバ１７内を常に掘削土砂によって充満させることにより、切羽の安定化を図りつつ、トンネルＴを連続的に掘削する。これと同時に、推進ジャッキ１９の伸長によって、既設のセグメントＳから推進反力を得て掘進しながら、推進ジャッキ１９の後方側において、新設のセグメントＳが組み立てられる。

ところで、上記のような掘削途中に、カッタヘッド１１の土砂通過部３６に掘削土砂の固着物３が滞留し、極端な場合には、土砂通過部３６の一部（特に、カッタヘッド１１の中央部付近の特定領域４）が固着物３により閉塞する場合がある。かかる場合には、上述した移動機構５０、６０、７０、８０等を用いて、土砂通過部３６に滞留、固着している掘削土砂の固着物３を強制的に移動させる強制移動動作が実行される。かかる強制移動動作は、カッタヘッド１１の回転動作、即ちトンネル掘削動作を一時的に停止した状態で、行われることが好ましい。この理由は、カッタヘッド１１の回転動作と同時に強制移動動作を行うと、これら複数動作の制御を同時に行うことになり、制御が複雑になるので、これを避けるためである。また、カッタヘッド１１の回転停止時は、一般的に、掘削を停止して、エレクタ装置によりセグメントＳの組立を行う時間帯となるが、この時間帯に強制移動動作を行って、土砂通過部３６に対する掘削土砂の固着を解消できれば、その後の掘削時における掘削土砂の排土を円滑に実行でき、掘削作業の効率化を図ることも期待できる。

このような強制移動動作を定期的または不定期に実施することで、カッタヘッド１１の土砂通過部３６において掘削土砂が滞留、固着することを抑制できる。よって、土砂通過部３６が掘削土砂の固着物３により閉塞することを抑制でき、土砂通過部３６を通じてチャンバ１７内に掘削土砂を円滑に取り込んで、効率良く排出可能にすることができる。

<９．まとめ>
以上、本実施形態に係るトンネル掘削機１と、当該トンネル掘削機１を用いたトンネル施工方法について詳述した。

本実施形態によれば、カッタヘッド１１の土砂通過部３６に隣接するカッタスポーク３３に移動機構（上記各実施形態に係る移動機構５０、６０、７０、８０等）を設ける。そして、カッタヘッド１１の土砂通過部３６の少なくとも一部（例えば特定領域４）に掘削土砂の固着物３が滞留して、土砂通過部３６の通過領域が狭くなり、その排土機能が低下したときに、土砂通過部３６内で移動機構を機械的に動作させる。これにより、土砂通過部３６に滞留する掘削土砂の固着物３を強制的に移動させて、土砂通過部３６から除去することができる。したがって、カッタヘッド１１の土砂通過部３６における掘削土砂の滞留、固着を抑制して、土砂通過部３６の閉塞を防止できる。また、土砂通過部３６に対して掘削土砂が滞留、固着して、土砂通過部３６が部分的に閉塞し始めた場合や、土砂通過部３６の全体が閉塞してしまった場合には、土砂通過部３６に対する掘削土砂の滞留、固着を解消して、土砂通過部３６の閉塞を解除できる。よって、カッタヘッド１１の前面側から土砂通過部３６を通じて背面側へ掘削土砂を円滑に移動させて、掘削土砂を効率良く排出することができる。

また、本実施形態によれば、移動機構は、土砂通過部３６に隣接するカッタスポーク３３に設けられた収納スペース（例えば、上述した収納部６３、７３等）に収容可能、かつ、土砂通過部３６において機械的に動作可能に設けられる。そして、強制移動動作を行わない通常時には、移動機構はカッタスポーク３３に収納される。一方、強制移動動作を行う時には、移動機構はカッタスポーク３３から土砂通過部３６に進出して機械的に動作して、土砂通過部３６に滞留する掘削土砂の固着物３を強制的に移動させる。これにより、強制移動動作を行わない通常時には、移動機構を収納して、土砂通過部３６を通過する掘削土砂の流動を、移動機構によって妨げないようにすることができ、土砂通過部３６を通じて掘削土砂を円滑に排土できる。一方、強制移動動作を行うときには、移動機構を土砂通過部３６に進出させて、土砂通過部３６に滞留する掘削土砂の固着物３を除去することができる。

また、本実施形態によれば、土砂通過部３６のうち、他の領域よりも掘削土砂の固着物３が滞留しやすい特定領域４が存在する場合、当該特定領域４に対応する位置に移動機構が設けられる。この特定領域４は、例えば、カッタヘッド１１の中央部において複数のカッタスポーク３３が寄せ集まることにより、土砂通過部３６が楔状に狭くなっている領域などである。かかる特定領域４に隣接する位置に移動機構を設け、特定領域４内で移動機構を機械的に動作させる。これによって、当該狭い特定領域４に詰まった掘削土砂の固着物３を強制的に移動させて確実に除去し、土砂通過部３６から排出することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、トンネル掘削機１が泥土圧式シールド掘削機であり、土砂通過部３６が複数のカッタスポーク３３の隙間である例について説明した。しかし、本発明は、かかる例に限定されず、泥水式シールド掘削機にも適用可能である。この場合、カッタヘッドの土砂通過部は、泥水式シールド掘削機のカッタヘッド前面に形成されたスリットなどであってもよい。

詳細には、トンネル掘削機が泥水式シールド掘削機である場合、地山（切羽）の保持は泥水圧力で行うものの、地山（切羽）の崩落防止のために、カッタヘッドのカッタスポーク間にカッタ面板を用いることが一般的である。このため、泥水式シールド掘削機では、カッタヘッド前面は、複数のカッタスポークと、周方向に相隣接するカッタスポークの隙間を塞ぐカッタ面板とから構成される。この場合、カッタスポークとカッタ面板の隙間、隣接するカッタ面板同士の隙間、またはカッタ面板の貫通穴として形成された複数のスリットなどが土砂通過部となり、当該スリットなどからチャンバ内に掘削土砂が取り込まれる。また、泥水式シールド掘削機では、施工の長距離化に伴い、泥水式シールド工法に適していない地盤条件の掘削も強いられる場合がある。この場合、カッタヘッドの面板のスリットなどは、掘削土砂の取り込み幅が限られているので、掘削土砂による閉塞を起こしやすい。

そこで、かかるスリットなど（土砂通過部）に隣接する位置（例えば、カッタスポークまたはカッタ面板の背面側など）に移動機構を設け、例えば、スリットに掘削土砂が滞留して排出機能が低下したときに、当該スリット内で移動機構の可動部材を機械的に動作させることが好ましい。これにより、スリットに滞留、固着している掘削土砂の固着物を強制的に移動させて除去し、スリットの閉塞を防止、解除できるので、当該スリットを通じて掘削土砂を円滑に排出できるようになる。

また、上記実施形態では、カッタヘッドの構成部材であるカッタスポーク３３および補助カッタスポーク３７は、例えば、中空断面構造を有する四角筒状の構造体（中空部材）で構成されていたが、本発明は、かかる例に限定されない。カッタスポークおよび補助カッタスポークは、中空部材でなくてもよく、例えば、中実部材（中実の丸材、その他のブロック材など）で構成されてもよい。

また、上記実施形態では、移動機構は、土砂通過部３６に面したカッタスポーク３３に設置されたが、本発明の移動機構の設置位置は、かかる例に限定されない。移動機構は、土砂通過部３６において機械的に動作可能な設置位置であれば、例えば、土砂通過部３６に面した補助カッタスポーク３７、内周リング３２、外周リング３１またはカッタ中央軸１３（センターシャフト）など、カッタヘッド１１の構成部材における任意の位置に設置されてもよい。

例えば、移動機構は、補助カッタスポーク３７の内周側の端部に設置されてもよい。この場合、移動機構の可動部材（例えば、上記実施形態の進退部材５２）を、補助カッタスポーク３７の内周側の端面から土砂通過部３６に向けて、カッタヘッド１１の径方向に進退させるように構成してもよい。また、補助カッタスポーク３７の内周側の端部に設置された移動機構の可動部材（例えば、上記実施形態の回転羽根６４、押出部材（押出板７４）、撹拌翼８２など）を、カッタヘッド１１の周方向（接線方向）に延びる回転軸若しくは回動軸を中心として回転若しくは回動させるように構成してもよい。これら構成によっても、補助カッタスポーク３７の内周側の端部に面した土砂通過部３６に滞留する掘削土砂の固着物３を、強制的に移動させることが可能である。このように、上記実施形態で説明したカッタスポーク３３だけでなく補助カッタスポーク３７も、本発明の移動機構が設けられるカッタヘッド１１の構成部材に含まれる。

また、上記本実施形態では、図４、図５に示したように、土砂通過部３６の特定領域４が、カッタヘッド１１の中央部周辺において土砂通過部３６が楔状に狭くなっている領域である例について説明したが、本発明は、かかる例に限定されない。本発明の特定領域は、土砂通過部のうち、他の領域よりも掘削土砂の固着物により閉塞しやすい領域であれば、任意の領域であってよく、例えば、カッタスポーク３３と補助カッタスポーク３７と内周リング３２などの交差部において、構造体が密集して、土砂通過部が狭くなっている領域であってもよい。

本発明は、泥土圧式シールド掘削機、泥水式シールド掘削機等のトンネル掘削機に適用可能である。

１ トンネル掘削機
２ 切羽掘削面
３ 固着物
４ 特定領域
１０ 掘削機本体
１１ カッタヘッド
１２ 隔壁
１３ カッタ中央軸
１７ チャンバ
１９ 推進ジャッキ
２０ スクリューコンベヤ
３３ カッタスポーク
３３ａ カッタスポークの前面
３３ｂ カッタスポークの側面
３３ｄ カッタスポークの背面
３５ カッタビット
３５Ａ 先行ビット
３５Ｂ ティースビット
３６ 土砂通過部
３７ 補助カッタスポーク
３８ 中空空間
３９ 面板
５０、６０、７０、８０ 移動機構
５２ 進退部材
５４ ジャッキ
６２ 回転軸
６３ 収納部
６４ 回転羽根
６６ ブッシュ
６８ シール部
７２ 回動軸
７３ 収納部
７４ 押出板
８２ 撹拌翼
８３ 回転軸
８４ 回転部
８６ 回転駆動部
Ｓ セグメント
Ｔ トンネル

Claims (13)

1. 筒状の掘削機本体と、
   前記掘削機本体の前端において回転可能に設けられるカッタヘッドと、
   前記カッタヘッドを構成する複数の構成部材の間に形成される隙間であり、前記カッタヘッドの前面側から背面側に掘削土砂を通過させるための土砂通過部と、
   前記土砂通過部において機械的に動作することにより、前記土砂通過部に滞留する掘削土砂の固着物を強制的に移動させる移動機構と、
   を備え、
   前記移動機構は、前記土砂通過部に隣接する前記構成部材に設けられる、トンネル掘削機。
2. 前記移動機構は、
   前記土砂通過部に滞留する前記掘削土砂の固着物を強制的に移動させる動作を行わないときには、前記構成部材に収納されており、
   前記移動させる動作を行うときには、前記構成部材から前記土砂通過部に進出して機械的に動作する、請求項１に記載のトンネル掘削機。
3. 前記移動機構は、
   前記土砂通過部に面した前記構成部材の側面から前記土砂通過部に向けて直線的に進退可能に設けられる進退部材を有し、
   前記土砂通過部における前記進退部材の前進動作により、前記土砂通過部に滞留する前記掘削土砂の固着物を移動させる、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
4. 前記掘削土砂の固着物に当接する前記進退部材の当接面は、前記カッタヘッドの前面側から背面側に向けて下るように傾斜した傾斜面になっており、
   前記移動機構は、前記土砂通過部における前記進退部材の前進動作により、前記土砂通過部に滞留する前記掘削土砂の固着物を前記カッタヘッドの背面側に押し出す、請求項３に記載のトンネル掘削機。
5. 前記移動機構は、
   前記土砂通過部に隣接する前記構成部材に設けられる回転軸と、
   前記回転軸を中心として回転可能に設けられる回転羽根と、
   を有し、
   前記土砂通過部における前記回転羽根の回転動作により、前記土砂通過部に滞留する前記掘削土砂の固着物を押しのける、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
6. 前記回転軸は、前記カッタヘッドの軸方向に延びる、請求項５に記載のトンネル掘削機。
7. 前記移動機構は、
   前記土砂通過部に隣接する前記構成部材に設けられる回動軸と、
   端部が前記回動軸により軸支され、前記回動軸を中心として前記土砂通過部に向けて回動可能に設けられる押出部材と、
   を有し、
   前記土砂通過部における前記押出部材の回動動作により、前記土砂通過部に滞留する前記掘削土砂の固着物を押しのける、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
8. 前記回動軸は、前記土砂通過部に面した前記構成部材の側面に設けられ、前記カッタヘッドの軸方向に延びる、請求項７に記載のトンネル掘削機。
9. 前記移動機構は、
   前記カッタヘッドの背面側のチャンバ内で掘削土砂を撹拌するために、前記構成部材の背面側に取り付けられる撹拌翼と、
   前記構成部材に設けられる回転軸を中心に、前記構成部材のうち前記撹拌翼が取り付けられた部分を回転させる回転機構と、
   を有し、
   前記土砂通過部における前記撹拌翼の回転動作により、前記土砂通過部に滞留する前記掘削土砂の固着物を押しのける、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
10. 前記構成部材は、カッタスポークを含み、
    前記撹拌翼は、前記カッタスポークの背面側に取り付けられ、
    前記回転機構は、前記カッタスポークに設けられる回転軸を中心に、前記カッタスポークのうち前記撹拌翼が取り付けられた部分を回転させ、
    前記回転軸は、前記カッタスポークの長手方向に延びる、請求項９に記載のトンネル掘削機。
11. 前記トンネル掘削機は、泥土圧式シールド掘削機である、請求項１～１０のいずれか１項に記載のトンネル掘削機。
12. 前記移動機構は、前記土砂通過部のうち、他の領域よりも前記掘削土砂の固着物が滞留しやすい特定領域に対応する位置に設けられる、請求項１～１１のいずれか１項に記載のトンネル掘削機。
13. 前記構成部材は、複数のカッタスポークを含み、
    前記特定領域は、前記カッタヘッドの中央部において前記複数のカッタスポークが寄せ集まることにより、前記複数のカッタスポーク間の前記土砂通過部が楔状に狭くなっている領域を含む、請求項１２に記載のトンネル掘削機。

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