JP7469419B2 - トンネル掘削機 - Google Patents

Description

本発明は、掘削土砂に含まれる巨礫、粘土塊、流木等の異物を破砕して運搬および排出可能な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が前方の地盤に切羽を形成することにより、トンネルを掘削する。トンネルの掘削により生じる掘削土砂は、カッタヘッド背面側にあるチャンバ内に一度蓄えられた後、掘削機本体内に設けられたスクリューコンベヤ（排土装置）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。

掘削対象の土砂中に大きな礫、粘土塊、流木等の異物を含む地盤を掘削する場合、掘削土砂の中に当該異物が含まれることになる。スクリューコンベヤは、そのサイズにより運搬できる礫等のサイズに限界があり、運搬許容サイズを超過する礫等を運搬できない。当該運搬許容サイズを大きくするためには、スクリューコンベヤの径を大きく設計する必要がある。

ところが、トンネル掘削機内における配置スペースの制約により、スクリューコンベヤの径の大きさが制限されるため、大径のスクリューコンベヤの設置が困難な場合がある。そのため、例えば特許文献１には、掘削土砂を蓄えるチャンバ内でカッタヘッドと隔壁との間に巨礫を挟み込んだ状態で、削岩機を用いて巨礫を破砕してから、スクリューコンベヤにより、破砕された礫を掘削土砂とともに運搬および排出することが開示されている。しかしながら、この特許文献１のようにチャンバ内で巨礫を破砕する構造であると、チャンバ内で巨礫を所定位置にうまく固定することができないので、削岩機によって巨礫を破砕することが困難であるという問題があった。

そこで、かかる問題を解決するため、特許文献２に記載のトンネル掘削機では、チャンバの土砂排出口に接続されたスクリューコンベヤの先端部内で、礫等を破砕する構造を採用している。この特許文献２の構造によれば、チャンバの直後のスクリューコンベヤの先端部内に、礫等を収容する破砕スペースを形成するとともに、当該スクリューコンベヤの先端部にクラッシャー（押圧装置）を設置する。そして、チャンバからスクリューコンベヤの先端部内の破砕スペースに取り込んだ掘削土砂に含まれる礫等を、クラッシャーで押圧して破砕する。これにより、チャンバの直後に位置するスクリューコンベヤの先端部内の破砕スペースで、礫等を安定的に固定して破砕できるという利点がある。

特許第４４９５１１４号公報 特開２０２１－１３４５０６号公報

ところで、上記特許文献２に記載の構造では、チャンバの直後のスクリューコンベヤの先端部内に、上記破砕スペースとして、スクリュー羽根が存在しない中空スペースを確保する必要がある。この破砕スペースを確保する方法としては、スクリューコンベヤの筒体に対してスクリュー羽根を後方に相対移動させるスライド機構を設置する方法が考えられる。かかるスライド機構により、スクリューコンベヤの筒体の内部でスクリュー羽根を後方にスライドさせて退避させることで、スクリューコンベヤの筒体の先端部内に、スクリュー羽根が存在しない破砕スペースを一時的に形成することができる。

しかしながら、上記スライド機構を用いて破砕スペースを一時的に形成する場合、スクリュー羽根の駆動を停止し、スクリューコンベヤによる排土作業を中断した上で、スライド機構によりスクリュー羽根を後退させる作業を実施する必要がある。このため、スクリュー羽根を後退させるために大掛かりな追加作業と時間が必要となり、排土作業や破砕作業の効率性と作業性が低下するという問題があった。

一方、上記スライド機構を設置しない場合、排土作業を中断せずに破砕作業を行うことができる。しかし、かかる場合には、スクリューコンベヤの先端部内に破砕スペースを確保するためには、当該スクリューコンベヤの筒体内において、スクリュー羽根の先端を破砕スペースの分だけ予め後退させた位置に配置する必要がある。そうすると、スクリューコンベヤの先端部内にスクリュー羽根が常に存在しないことになるため、このスクリューコンベヤの先端部内において、スクリュー羽根による土砂の取込機能がないこと、および、スクリュー羽根による土砂の撹拌がないために土砂の流動化が促進されないことが原因で、スクリューコンベヤの土砂取込性能が低下し、排土作業の効率性が低下するという問題があった。

また、上記特許文献２に記載の構造では、傾斜配置されたスクリューコンベヤの先端部内の破砕スペースにおいて、クラッシャー（押圧装置）で礫等を押圧して破砕しようとすると、礫等を破砕することができずに礫等が斜め下方（チャンバ側）に逃げてしまう場合がある。この場合、礫等がチャンバ内に戻ってしまうことになり、再度、スクリューコンベヤ内の破砕スペースに礫等が取り込まれるまで待つことになるなど、破砕作業の安定性と確実性に改善の余地があった。さらに、クラッシャーの設置位置が隔壁の裏側の狭い空間となるので、クラッシャーのメンテナンス性が低いという問題もあった。

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、スクリューコンベヤによる排土作業を中断することなく礫等の破砕作業を実施でき、排土作業と破砕作業の作業性と効率性を向上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、
前記掘削機本体の内部において前記カッタヘッドの後方に設けられる隔壁と、
前記カッタヘッドおよび前記隔壁により画成され、前記カッタヘッドにより掘削された土砂を蓄えるチャンバと、
前記隔壁に形成された排出口に連結され、前記チャンバ内に蓄えられた掘削土砂を、前記掘削機本体の後方側の第１方向に運搬する第１スクリューコンベヤと、
前記第１スクリューコンベヤの後段に設けられ、前記第１スクリューコンベヤにより運搬された前記掘削土砂を、前記掘削機本体の後方側の第２方向に運搬する第２スクリューコンベヤと、
前記第１スクリューコンベヤの土砂排出口と、前記第２スクリューコンベヤの土砂取込口とを連結し、スクリュー羽根が設けられていない破砕スペースを内部に有する筒状の連結部材と、
前記連結部材に設けられ、前記連結部材内の前記破砕スペースに対して進退可能に設けられる押圧部を有し、前記第１スクリューコンベヤにより前記破砕スペースに運搬された前記掘削土砂に含まれる破砕対象物を、前記押圧部により押圧する少なくとも１つの押圧装置と、
を備え、
前記押圧装置は、前記破砕スペースに対して前記押圧部を進退させるための駆動力を発生させる駆動装置をさらに有し、
前記駆動装置は、前記押圧部の進退方向と同一方向に伸縮可能に設けられる、トンネル掘削機が提供される。

前記連結部材内の前記破砕スペースには、前記第１スクリューコンベヤにより前記破砕スペースに運搬された前記掘削土砂によりプラグゾーンが形成されており、
前記押圧装置は、前記プラグゾーンを形成する前記掘削土砂に含まれる前記破砕対象物を押圧するようにしてもよい。

前記第１スクリューコンベヤは、リボンタイプのスクリュー羽根を有し、
前記第２スクリューコンベヤは、軸付きタイプのスクリュー羽根を有するようにしてもよい。

前記第１スクリューコンベヤのサイズは、前記第２スクリューコンベヤのサイズより大きいようにしてもよい。

前記押圧装置は、
前記連結部材の径方向の一側に配置される第１押圧部と、
前記連結部材の径方向の他側に、前記第１押圧部と対向配置される第２押圧部と、
を有し、
前記押圧装置は、前記第１押圧部と前記第２押圧部により、前記破砕対象物を両側から挟んで押圧するようにしてもよい。

複数の前記押圧装置が前記連結部材に設けられ、
前記複数の押圧装置の前記押圧部が、前記破砕スペースに対して決められた順序で進退するように、各前記複数の押圧装置を制御する制御部をさらに備えるようにしてもよい。

前記複数の押圧装置は、第１押圧装置および第２押圧装置を含み、
前記制御部は、前記第１押圧装置の前記押圧部と前記第２押圧装置の前記押圧部とが、前記破砕スペースに対して交互に進退するように、前記第１押圧装置および前記第２押圧装置を制御するようにしてもよい。

前記第１方向は、前記掘削機本体の後方に向かうにつれて登るように傾斜した方向であり、
前記第２方向は、略水平方向であり、
前記第１スクリューコンベヤは、前記第１方向に延びるように傾斜配置され、
前記第２スクリューコンベヤおよび前記連結部材は、前記第２方向に延びるように水平配置されているようにしてもよい。

前記第１スクリューコンベヤの前記土砂排出口は、前記第１スクリューコンベヤの後部の周面に設けられており、
前記第２スクリューコンベヤの前記土砂取込口は、前記第２スクリューコンベヤの前部の周面に設けられるようにしてもよい。

前記第１スクリューコンベヤの前記土砂排出口は、前記第１スクリューコンベヤの後部の下側に設けられており、
前記第２スクリューコンベヤの前記土砂取込口は、前記第２スクリューコンベヤの前部の上側に設けられ、前記第１スクリューコンベヤの前記土砂排出口の下方に配置されており、
前記連結部材は、前記第１スクリューコンベヤの前記土砂排出口と前記第２スクリューコンベヤの前記土砂取込口とを上下方向に連結するようにしてもよい。

前記連結部材内には、前記掘削土砂に含まれる前記破砕対象物のうち所定サイズ以上の破砕対象物が下流側に通過しないように規制する規制部材が設けられており、
前記押圧装置は、前記連結部材内において前記規制部材よりも上流側に位置する前記破砕スペースで、前記破砕対象物を押圧するようにしてもよい。

前記規制部材は、前記破砕対象物の前記所定サイズよりも小さい開口幅を有する篩で構成されるようにしてもよい。

前記規制部材は、前記連結部材の内部空間を開閉するゲートで構成されるようにしてもよい。

前記規制部材は、前記規制部材を通過可能な前記破砕対象物のサイズを調整可能に構成されるようにしてもよい。

前記規制部材は、前記連結部材に対して脱着可能に設けられるようにしてもよい。

本発明によれば、スクリューコンベヤによる排土作業を中断することなく礫等の破砕作業を実施でき、排土作業と破砕作業の作業性と効率性を向上することができる。

本発明の第１の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。 同実施形態に係るスクリューコンベヤと連結部材を示す側面図である。 同実施形態に係る連結部材と押圧装置を示す斜視図である。 同実施形態に係る押圧装置の動作を示す模式図である。 同実施形態に係るトンネル掘削機の排土装置の概略構成を示す模式図である。 同実施形態の変更例に係る複数の押圧装置と連結部材を示す斜視図である。 同実施形態の変更例に係る押圧装置の動作を示す模式図である。 本発明の第２の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。 同実施形態に係る連結部材の周辺構成を示す部分拡大断面図である。 上記第１の実施形態に係るスクリューコンベヤ構造の連結部材に規制部材を追加設置した例を示す部分拡大側面図である。 上記第１および第２の実施形態に係る規制部材がメッシュ構造の篩で構成される例を示す模式図である。 上記第１および第２の実施形態に係る規制部材がスリット構造の篩で構成される例を示す模式図である。 上記メッシュ構造やスリット構造を構成する棒材を連結部材に対して挿抜するための構造例を示す断面図である。 上記第１および第２の実施形態に係る規制部材がゲートで構成される例を示す模式図である。

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］
本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機は、例えば、破砕対象物を含む土砂層からなる地盤を掘削可能な土圧式（泥土圧式を含む。）のシールド掘削機である。ここで、破砕対象物は、トンネル掘削機による掘削途中に、掘削機本体内で破砕する対象となる異物である。当該異物は、例えば、掘削土砂に含まれる礫、粘土塊、流木等を含む。掘削対象の土砂層中に、大きなサイズの異物が含まれている場合、スクリューコンベヤやベルトコンベヤなどの排土装置により当該異物を運搬および排出することが困難となる。

このため、掘削土砂に含まれる異物（破砕対象物）を、スクリューコンベヤやベルトコンベヤで運搬可能な小さいサイズに破砕した上で、掘削土砂とともに運搬、排出可能にすることが好ましい。そこで、本実施形態に係るトンネル掘削機は、異物（破砕対象物）を掘削機本体内の所定位置に確実に固定して破砕する機構を備えることを特徴としている。

なお、以下の説明では、破砕対象物として主に巨礫の例を挙げて説明する。巨礫は、掘削土砂に含まれる礫のうち、トンネル掘削機が備える複数のスクリューコンベヤのうち少なくとも一部のスクリューコンベヤ（例えば、後述する第２スクリューコンベヤ）により運搬することが不可能または困難な大きさを有する礫、または、スクリューコンベアで排出した掘削土砂を搬送する運搬設備、例えばベルトコンベアなど、に過度な負担を与える可能性のある大きさを有する礫、を意味する。

まず、図１を参照して、本発明の第１の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。なお、以下の説明において、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」という表現は、トンネル延伸方向におけるトンネル掘削機１の進行方向を基準とした「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」の方向を示すものとする。

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、カッタ回転軸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、カッタ回転軸１３の前端が嵌入されており、カッタヘッド１１は、カッタ回転軸１３を中心に回転可能に軸支されている。

カッタヘッド１１は、外周リング１１ａと、内周リング１１ｂと、カッタスポーク１１ｃと、フィッシュテールカッタ１１ｄと、カッタビット１１ｅなどを有する。このうち、外周リング１１ａは、カッタヘッド１１の外周部を形成しており、内周リング１１ｂは、外周リング１１ａ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１１ｃは、カッタヘッド１１の前面において、カッタ回転軸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、フィッシュテールカッタ１１ｄが着脱可能に装着されている。さらに、カッタスポーク１１ｃの前面には、多数のカッタビット１１ｅが着脱可能に装着されている。

そして、カッタヘッド１１には、上記外周リング１１ａ、内周リング１１ｂおよびカッタスポーク１１ｃの相互の間に、複数の開口部が形成されている。当該開口部は、カッタヘッド１１によって地盤（切羽）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。

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の後方側には、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、カッタ回転軸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、カッタ回転軸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１１ｂとカッタスポーク１１ｃ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、カッタ回転軸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の前面を地盤（切羽）に押し付けて、地盤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の後面と、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による地盤掘削に伴って発生する掘削土砂は、カッタヘッド１１に貫通形成された上記開口部（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から後述の第１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の後面には、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、複数（少なくとも２つ以上）のスクリューコンベヤが設けられる。本実施形態では、図１に示すように、２つのスクリューコンベヤ（第１スクリューコンベヤ２０および第２スクリューコンベヤ３０）が設けられる例について説明するが、３つ以上のスクリューコンベヤが設けられてもよい。さらに、スクリューコンベヤ２０、３０の後段には、ベルトコンベヤ５０が設けられている。これらスクリューコンベヤ２０、３０およびベルトコンベヤ５０は、チャンバ１７内に蓄えられた掘削土砂を掘削機本体１０の後方に向けて運搬、排出するための排土装置として機能する。

［２．排土装置と押圧装置の概略構成］
次に、図１および図２を参照して、本実施形態に係る排土装置と押圧装置の概略構成について説明する。図２は、本実施形態に係るスクリューコンベヤ２０、３０と連結部材４０を示す側面図である。

図１および図２に示すように、本実施形態に係るトンネル掘削機１は、排土装置として、第１スクリューコンベヤ２０（１次スクリューコンベヤ）と、第２スクリューコンベヤ３０（２次スクリューコンベヤ）と、連結部材４０と、ベルトコンベヤ５０とを備える。

第１スクリューコンベヤ２０は、チャンバ１７内の掘削土砂を取り込む１次スクリューコンベヤとして機能する。第１スクリューコンベヤ２０は、隔壁１２に形成された排出口１２ａに連結され、掘削機本体１０の後方側の第１方向（例えば、傾斜方向）に延びるように配置される。第１方向は、第１スクリューコンベヤ２０による土砂の運搬方向（第１の運搬方向）である。第１スクリューコンベヤ２０は、チャンバ１７内に蓄えられた掘削土砂を、掘削機本体１０の後方側の第１方向に運搬する。

第１スクリューコンベヤ２０は、掘削機本体１０の内部空間のうち隔壁１２の直後に傾斜して配置される。第１スクリューコンベヤ２０の前端の開口部である土砂取込口２２ａは、上記隔壁１２の排出口１２ａに接続されている。これにより、第１スクリューコンベヤ２０の内部空間は、隔壁１２の排出口１２ａおよび土砂取込口２２ａを通じてチャンバ１７と連通可能になる。第１スクリューコンベヤ２０を駆動させることで、チャンバ１７内に蓄えられた掘削土砂を第１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（第１の運搬方向）に向けて運搬することができる。

第２スクリューコンベヤ３０は、第１スクリューコンベヤ２０により運搬された掘削土砂を、さらに後方に運搬する２次スクリューコンベヤとして機能する。第２スクリューコンベヤ３０は、掘削機本体１０の後方側の第２方向（例えば、略水平方向）に延びるように配置される。第２方向は、第２スクリューコンベヤ３０による土砂の運搬方向（第２の運搬方向）である。この第２方向は、掘削機本体１０の後方側に向かう方向ではあるが、上記第１方向（第１の運搬方向）とは異なる方向に設定されることが好ましい。

第２スクリューコンベヤ３０は、第１スクリューコンベヤ２０の後段に設けられる。例えば、本実施形態に係る第２スクリューコンベヤ３０は、掘削機本体１０の内部空間のうち、第１スクリューコンベヤ２０および連結部材４０の後方の空間に設置される。第２スクリューコンベヤ３０の前端の開口部である土砂取込口３２ａは、連結部材４０に接続されている。これにより、第２スクリューコンベヤ３０は、連結部材４０を通じて第１スクリューコンベヤ２０と連通可能になる。第２スクリューコンベヤ３０を駆動させることで、第１スクリューコンベヤ２０から排出されて連結部材４０内に存在する掘削土砂を、第２スクリューコンベヤ３０内に取り込んで、掘削機本体１０の後方（第２の運搬方向）に向けて運搬することができる。

連結部材４０は、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０を連結する機能を有する。連結部材４０は、筒状の部材で構成される。連結部材４０は、第１スクリューコンベヤ２０の後端の開口部である土砂排出口２２ｂと、第２スクリューコンベヤ３０の前端の開口部である土砂取込口３２ａとを連結する。連結部材４０を設けることにより、第１スクリューコンベヤ２０の内部空間が、連結部材４０の内部空間を通じて、第２スクリューコンベヤ３０の内部空間と連通する。

このように第１スクリューコンベヤ２０、連結部材４０および第２スクリューコンベヤ３０の内部空間は、相互に連通しており、掘削土砂を運搬するための流路となる。なお、スクリューコンベヤ２０、３０および連結部材４０内の運搬流路は、カッタヘッド１１により掘削される切羽の土水圧が作用するチャンバ１７と連通しているため、当該運搬流路にも大気圧よりも高い圧力が作用する。

また、連結部材４０の内部の中空空間は、掘削土砂の運搬流路として機能するだけでなく、後述する礫等の異物（破砕対象物）を破砕するための破砕スペース３としても機能する。破砕スペース３は、スクリューコンベヤ２０、３０のスクリュー羽根２１、３１が設けられていない中空空間である。

さらに、連結部材４０には、少なくとも１つの押圧装置６０が設けられている。押圧装置６０は、礫等の破砕対象物を破砕するためのクラッシャーとして機能する。押圧装置６０は、連結部材４０内の破砕スペース３に対して進退可能に設けられる押圧部６６（図３参照。）を有する。押圧装置６０は、第１スクリューコンベヤ２０により、連結部材４０内の破砕スペース３に運搬された掘削土砂に含まれる破砕対象物を、押圧部６６により押圧して破砕する。

ベルトコンベヤ５０は、第２スクリューコンベヤ３０の後段に設けられ、第２スクリューコンベヤ３０により運搬された掘削土砂を、さらに後方に運搬する機能を有する。ベルトコンベヤ５０は、例えば、略水平方向に延びるように配置されてもよいし、傾斜配置されてもよい。ベルトコンベヤ５０の前端部は、第２スクリューコンベヤ３０の後端部の下方に配置される。ベルトコンベヤ５０の前端部には、第２スクリューコンベヤ３０の後端部の土砂排出口３２ｂから排出された掘削土砂を受け止めてベルトコンベヤ５０に受け流す土砂シュート５２が設けられている。ベルトコンベヤ５０の土砂シュート５２に投入された掘削土砂は、当該ベルトコンベヤ５０により掘削機本体１０のさらに後方に運搬される。

なお、第２スクリューコンベヤ３０から排出された掘削土砂を運搬する手段としては、上記のベルトコンベヤ５０の例に限定されない。例えば、ベルトコンベヤ５０に替えて、運搬車等の別途の運搬装置（図示せず。）を設けてもよいし、第２スクリューコンベヤ３０の土砂排出口３２ｂから排出された掘削土砂を収容するホッパー（受け箱）を設けてもよい。

ここで、第１スクリューコンベヤ２０、第２スクリューコンベヤ３０および連結部材４０の配置と掘削土砂の運搬方向（第１方向、第２方向）について、詳細に説明する。

図１に示すように本実施形態において、第１スクリューコンベヤ２０は、掘削機本体１０の後方側に向けて、傾斜した第１方向（第１の運搬方向）に延びるように傾斜配置される。この第１方向は、掘削機本体１０の後方に向かうにつれて登るように傾斜した方向である。第１方向の傾斜角は、例えば１０～４０°であり、トンネル掘削機１の口径や全長、他の設備の配置等の各種仕様に応じて適宜調整される。

一方、第２スクリューコンベヤ３０および連結部材４０は、掘削機本体１０の後方側に向けて、略水平な第２方向（第２の運搬方向）に延びるように水平配置される。つまり、第２方向は略水平方向である。なお、本明細書において略水平方向とは、実質的に水平な方向であり、厳密な水平方向（傾斜角：０°）のみに限定されず、傾斜角が０°±５°の範囲の方向を含む。

このように、本実施形態では、傾斜配置された第１スクリューコンベヤ２０による掘削土砂の運搬方向（第１方向）は、水平配置された第２スクリューコンベヤ３０による掘削土砂の運搬方向（第２方向）と異なる。

また、連結部材４０も、第２スクリューコンベヤ３０と同様に、略水平方向に延びるように配置されている。よって、連結部材４０内の掘削土砂の流動方向も水平方向となる。本実施形態では、このように水平配置された連結部材４０内の破砕スペース３において、押圧装置６０により礫等の破砕対象物を押圧して破砕する。かかる押圧装置６０と破砕スペース３の詳細については後述する。

［３．排土装置の詳細構成］
次に、図１および図２を参照して、本実施形態に係る排土装置を構成する第１スクリューコンベヤ２０、第２スクリューコンベヤ３０および連結部材４０等の詳細な構成について説明する。

［３．１．第１スクリューコンベヤ］
まず、第１スクリューコンベヤ２０の詳細な構成について説明する。図１および図２に示すように、第１スクリューコンベヤ２０は、スクリュー羽根２１と、筒体２２と、駆動部２３とを備える。

スクリュー羽根２１は、螺旋状の羽根（フライト）を備えたスクリュー状の回転体であり、筒体２２内に回転可能に設けられる。スクリュー羽根２１の先端は自由端であり、スクリュー羽根２１の後部は駆動部２３に連結されている。駆動部２３は、筒体２２の後部に設置されている。当該駆動部２３により、スクリュー羽根２１が筒体２２内で回転可能に支持される。

スクリュー羽根２１は、例えば、図１および図２に示すようなリボンタイプのスクリュー羽根であってもよいし、または、軸付タイプのスクリュー羽根（図示せず。）であってもよい。軸付タイプのスクリュー羽根は、回転中心に配置される軸と、当該軸周りに配置された螺旋状の羽根とを有する。この軸付タイプのスクリュー羽根では、螺旋状の羽根の空いた空間となる中心部分に対して軸を付けることで、当該空いた空間を軸で塞いでいるので、軸付きの羽根で形成している螺旋状の空間の密閉性が高くなる。よって、軸付タイプのスクリュー羽根は、搬送土砂の圧力を減衰させる効果が高いことと、軸付きスクリュー羽根と筒体との隙間からの搬送土砂の漏れが少ないことによって、搬送土砂の排出制御性に優れるという利点がある。一方、リボンタイプのスクリュー羽根は、回転中心に軸を有さず、螺旋状の羽根のみを有する。このリボンタイプのスクリュー羽根は、回転中心に軸がないので、比較的大きなサイズの礫等を取り込んで、運搬可能であるという利点がある。本実施形態のように、巨礫等の異物を含む土砂層を掘削する場合、第１スクリューコンベヤ２０によりできるだけ大きなサイズの異物を運搬可能にするために、第１スクリューコンベヤ２０のスクリュー羽根２１として、リボンタイプのスクリュー羽根を用いることが好ましい。

筒体２２は、スクリュー羽根２１を内包する略円筒状のケーシングである。上述したように、第１スクリューコンベヤ２０の筒体２２は、掘削機本体１０の後方側に向かうにつれ上方に位置するように、傾斜して配置されている。かかる筒体２２内でスクリュー羽根２１を回転させることにより、掘削土砂は、筒体２２の内部空間を通じて、掘削機本体１０の後方側、かつ斜め上方に向けて運搬される。このように運搬される掘削土砂は、筒体２２により全周を囲まれた空間を移動するので、第１スクリューコンベヤ２０外にこぼれ出すことがない。

筒体２２の前端の開口部である土砂取込口２２ａは、隔壁１２に形成された排出口１２ａに接続されている。この土砂取込口２２ａは、チャンバ１７内に蓄えられた掘削土砂を筒体２２内に取り込むための開口部である。一方、筒体２２の後端の開口部である土砂排出口２２ｂは、連結部材４０に接続されている。この土砂排出口２２ｂは、スクリュー羽根２１により筒体２２内の後部側に運搬された掘削土砂を、筒体２２の外部に排出するための開口部である。土砂排出口２２ｂから排出された掘削土砂等は、連結部材４０の内部空間に供給される。

駆動部２３は、スクリュー羽根２１を回転駆動させるモータ等の駆動装置で構成される。駆動部２３は、例えば、筒体２２の後部側に取り付けられ、スクリュー羽根２１を回転可能に支持する。駆動部２３によりスクリュー羽根２１を回転させることで、スクリュー羽根２１によって掘削土砂が筒体２２内の前方側から後方側に向けて運搬される。

［３．２．第２スクリューコンベヤ］
次に、第２スクリューコンベヤ３０の詳細な構成について説明する。図１および図２に示すように、第２スクリューコンベヤ３０は、スクリュー羽根３１と、筒体３２と、駆動部３３と、第２ゲート３４とを備える。

スクリュー羽根３１は、螺旋状の羽根を備えたスクリュー状の回転体であり、筒体３２内に回転可能に設けられる。スクリュー羽根３１の先端は自由端であり、スクリュー羽根３１の後端は駆動部３３に連結されている。駆動部３３は、筒体３２の後端部に設置されている。当該駆動部３３により、スクリュー羽根３１が筒体３２内で回転可能に支持される。

スクリュー羽根３１は、例えば、図１および図２に示すような軸付タイプのスクリュー羽根であってもよいし、または、リボンタイプのスクリュー羽根（図示せず。）であってもよい。上述したように、軸付タイプのスクリュー羽根は、軸付きの羽根で形成している螺旋状の空間の密閉性が高いことで、搬送土砂の圧力を減衰させる効果が高いことと、軸付きスクリュー羽根と筒体との隙間からの搬送土砂の漏れが少ないことによって、搬送土砂の排出制御性に優れるという利点がある。このため、本実施形態のように、第１スクリューコンベヤ２０の後段に第２スクリューコンベヤ３０を設置する場合、第２スクリューコンベヤ３０のスクリュー羽根３１としては、軸付きタイプのスクリュー羽根を用いることが好ましい。これにより、第２スクリューコンベヤ３０内でスクリュー羽根３１により土砂圧を減衰させて、土砂排出口３２ｂからの土砂の噴発を抑制することができる。

筒体３２は、スクリュー羽根３１を内包する略円筒状のケーシングである。上述したように、第２スクリューコンベヤ３０の筒体３２は、略水平方向（第２方向）に延びるように水平配置されている。かかる筒体３２内でスクリュー羽根３１を回転させることにより、掘削土砂は、筒体３２の内部空間を通じて、掘削機本体１０の後方側、かつ、略水平方向に運搬される。このように運搬される掘削土砂は、筒体３２により全周を囲まれた空間を移動するので、第２スクリューコンベヤ３０外にこぼれ出すことがない。

筒体３２の前端の開口部である土砂取込口３２ａは、連結部材４０に接続されている。この土砂取込口３２ａは、連結部材４０内に蓄えられた掘削土砂を筒体３２内に取り込むための開口部である。一方、筒体３２の後端は、駆動部３３に接続されている。さらに、筒体３２の後部（駆動部３３の前方付近）の下部側には、土砂排出口３２ｂが設けられる。この土砂排出口３２ｂは、スクリュー羽根３１により筒体３２内の後方側に運搬された掘削土砂を、筒体３２の外部に排出するための開口部である。土砂排出口３２ｂから排出された掘削土砂等は、例えば、ベルトコンベヤ５０により、掘削機本体１０のさらに後方に向けて運搬される。

駆動部３３は、スクリュー羽根３１を回転駆動させるモータ等の駆動装置で構成される。駆動部３３は、例えば、筒体３２の後端部に取り付けられ、スクリュー羽根３１を回転可能に支持する。駆動部３３によりスクリュー羽根３１を回転させることで、スクリュー羽根３１によって掘削土砂が筒体３２内の前方側から後方側に向けて運搬される。

第２ゲート３４は、第２スクリューコンベヤ３０の土砂排出口３２ｂを開閉する機能を有する。第２ゲート３４は、土砂排出口３２ｂの開口部を開閉可能な位置に設けられる。第２ゲート３４は、例えば、アクチュエータ等の駆動装置によりゲート板をスライドさせるゲート装置で構成され、土砂排出口３２ｂを閉塞するようにゲート板をスライドさせる。

かかる第２ゲート３４により、第２スクリューコンベヤ３０の土砂排出口３２ｂを開閉することで、土砂排出口３２ｂからの掘削土砂の排出処理を実行または中断することができる。第２ゲート３４を開けることにより、第２スクリューコンベヤ３０内の掘削土砂を土砂排出口３２ｂからベルトコンベヤ５０に排出して、後方に運搬することができる。一方、第２ゲート３４を閉じることにより、土砂排出口３２ｂからの掘削土砂の噴発を防止できる。また、後述する連結部材４０の第１ゲート４４とともに、第２スクリューコンベヤ３０の第２ゲート３４を閉じることにより、土砂の運搬流路全体において二重の遮断構造を実現できる。よって、チャンバ１７内の土水圧が高いときであっても、第２スクリューコンベヤ３０の土砂排出口３２ｂから掘削土砂が噴発することを、より確実に防止できる。

［３．３．連結部材］
次に、連結部材４０の詳細な構成について説明する。図１および図２に示すように、連結部材４０は、筒体４２と、球面ジョイント４３と、第１ゲート４４とを備える。

連結部材４０の筒体４２は、筒状の部材、例えば金属管で構成される。連結部材４０の筒体４２の筒形状は、第１スクリューコンベヤ２０の筒体２２および第２スクリューコンベヤ３０の筒体３２の筒形状に合わせた形状と大きさを有することが好ましい。本実施形態では、連結部材４０の筒体４２は、円筒状を有するが、かかる例に限定されず、四角形、多角形、楕円形など任意の筒形状であってもよい。

連結部材４０の筒体４２の前端の開口部は、第１スクリューコンベヤ２０の後端の土砂排出口２２ｂに接続されている。連結部材４０の後端の開口部は、第２スクリューコンベヤ３０の前端の土砂取込口３２ａに接続されている。これにより、連結部材４０の筒体４２の内部空間を通じて、第１スクリューコンベヤ２０の筒体２２の内部空間と第２スクリューコンベヤ３０の筒体３２の内部空間とが連通する。

球面ジョイント４３は、連結部材４０と第２スクリューコンベヤ３０との接続部に設けられる。球面ジョイント４３は、第２スクリューコンベヤ３０の方向性の自由度を確保しながら、連結部材４０の筒体４２に対して第２スクリューコンベヤ３０の筒体３２を連結する。かかる球面ジョイント４３を設けることにより、第２スクリューコンベヤ３０を高精度に位置決めすることなく、第２スクリューコンベヤ３０を連結部材４０に容易に連結することが可能になる。また、カーブしたトンネルＴを掘削施工するときに、第２スクリューコンベヤ３０がトンネルＴの内壁と干渉することを回避するために、上記球面ジョイント４３により、第２スクリューコンベヤ３０の延長方向（第２方向）を変更可能にすることが好ましい。

なお、球面ジョイント４３は、連結部材４０と第１スクリューコンベヤ２０との接続部に設けてもよい。また、球面ジョイント４３の設置は必須ではない。

第１ゲート４４は、連結部材４０内の土砂の運搬流路を開閉する機能を有する。第１ゲート４４は、例えば、連結部材４０の筒体４２の途中に設けられる。第１ゲート４４は、例えば、アクチュエータ等の駆動装置によりゲート板をスライドさせるゲート装置で構成され、筒体４２を横断するようにゲート板をスライドさせる。

かかる第１ゲート４４により、連結部材４０内の土砂の運搬流路を開閉することで、第１スクリューコンベヤ２０の内部空間と第２スクリューコンベヤ３０の内部空間とを連通させたり、遮断したりすることができる。第１ゲート４４を開けることにより、第１スクリューコンベヤ２０により運搬された掘削土砂を、連結部材４０および第２スクリューコンベヤ３０に取り込むことが可能になる。一方、第１ゲート４４を閉じることにより、チャンバ１７内の高い土水圧が第１スクリューコンベヤ２０および連結部材４０を通じて、第２スクリューコンベヤ３０の内部空間に伝達しないようにすることができる。よって、第２スクリューコンベヤ３０における掘削土砂の噴発を防止できるとともに、第２スクリューコンベヤ３０および押圧装置６０等のメンテナンスを容易かつ安全に実施可能となる。

なお、トンネル掘削機１の各設備のメンテナンス用途、および、トンネル掘削機１の仮発進に対応するために、連結部材４０に第１ゲート４４が設置されることが好ましい。しかし、当該第１ゲート４４の設置は必須ではない。また、本実施形態では、連結部材４０に第１ゲート４４を設置したが、第１スクリューコンベヤ２０の筒体２２の後端部などに第１ゲート４４を設置してもよい。

［４．押圧装置（クラッシャー）の詳細構成］
次に、図２～図４を参照して、本実施形態に係る押圧装置６０の構成について詳述する。図３は、本実施形態に係る連結部材４０と押圧装置６０を示す斜視図である。図４は、本実施形態に係る押圧装置６０の動作を示す模式図である。

図２、図３に示すように、本実施形態に係る押圧装置６０は、上述した連結部材４０に設置される。連結部材４０は、中空の筒状部材からなり、連結部材４０の内部空間は、巨礫２等の破砕対象物を破砕するための破砕スペース３として機能する。連結部材４０内の破砕スペース３には、上述したスクリューコンベヤ２０、３０のスクリュー羽根２１、３１は配置されていない。このため、第１スクリューコンベヤ２０、連結部材４０および第２スクリューコンベヤ３０からなる土砂の運搬流路の中で、連結部材４０内の破砕スペース３は、障害物のない比較的自由な空間となっている。したがって、かかる破砕スペース３は、押圧装置６０により巨礫２等の破砕対象物を押圧して破砕するためのスペースとして有効活用できる。

巨礫２等の破砕対象物を含む掘削土砂は、第１スクリューコンベヤ２０により運搬された後に、連結部材４０内の破砕スペース３に供給される。押圧装置６０は、当該破砕スペース３に存在する掘削土砂に含まれる破砕対象物を、押圧して破砕する。

図２～図４に示すように、本実施形態に係る押圧装置６０は、連結部材４０の径方向の両側に配置される左右一対の押圧機構６２Ｒ、６２Ｌを備える。一方の押圧機構６２Ｒ（第１押圧機構）は、連結部材４０の径方向の一側（例えば右側）に配置される。他方の押圧機構６２Ｌ（第２押圧機構）は、連結部材４０の径方向の他側（例えば左側）に配置される。一方の押圧機構６２Ｒは、他方の押圧機構６２Ｌと対向して配置される。一対の押圧機構６２Ｒ、６２Ｌは、破砕スペース３に進退可能に設けられる一対の押圧部６６、６６を備える。押圧機構６２Ｒは、連結部材４０の径方向の一側（例えば右側）に配置される押圧部６６（第１押圧部）を有する。押圧機構６２Ｌは、連結部材４０の径方向の他側（例えば左側）に配置される押圧部６６（第２押圧部）を有する。押圧装置６０は、一対の押圧機構６２Ｒ、６２Ｌの押圧部６６、６６により、巨礫２等の破砕対象物を両側から挟んで押圧する。これにより、巨礫２等の破砕対象物を両側から挟み込んで、逃げないように固定した上で、安定的に破砕可能であるので、破砕対象物をより確実に破砕することができる。

各押圧機構６２Ｒ、６２Ｌ（以下、「押圧機構６２」と総称する場合もある。）は、連結部材４０内の破砕スペース３において巨礫２等の破砕対象物を押圧する。押圧機構６２は、かかる押圧動作により、破砕スペース３の所定位置に破砕対象物を固定する固定装置としての機能と、当該破砕対象物に圧縮力を負荷して破砕する破砕装置としての機能とを有する。

各押圧機構６２は、例えば、破砕対象物を押圧することより破砕可能な破砕装置（クラッシャー）で構成され、例えば、油圧式のクラッシャージャッキで構成される。しかし、押圧機構６２は、かかる例に限定されず、電動式または空圧式の破砕装置などで構成されてもよい。あるいは、押圧機構６２は、破砕対象物を少なくとも一方向から押圧可能な装置であれば、公知の各種の装置で構成されてもよい。また、押圧機構６２は、直動動作によるものではなく、円弧動作によるもので構成されてもよい。かかる押圧機構６２の詳細構成について以下に説明する。

図３、図４に示すように、本実施形態に係る押圧装置６０の押圧機構６２はそれぞれ、ベース部６３と、油圧ジャッキのボディ６４およびピストンロッド６５と、押圧部６６とを備える。

ベース部６３は、連結部材４０の筒体４２に取り付けられ、押圧機構６２全体を支持する。ベース部６３を連結部材４０の筒体４２に固定することにより、押圧機構６２により巨礫２を押圧するための反力を得ることができる。また、ベース部６３は、例えば、押圧機構６２の内部の駆動装置を覆うケーシングとして機能させてもよい。

油圧ジャッキは、ベース部６３内に収容されている。油圧ジャッキは、ボディ６４と、ピストンロッド６５とから構成され、押圧部６６を進退させるための駆動力を発生させる。なお、本実施形態では、押圧部６６の駆動装置として油圧ジャッキを用いるが、当該油圧ジャッキに替えて、例えば、空圧式または電動式のアクチュエータを用いて、同様の機能を実現してもよい。油圧ジャッキのボディ６４は、ベース部６３の内部に収容され、ベース部６３の内面に固定される。ピストンロッド６５は、ボディ６４に対して軸方向に伸縮可能である。ピストンロッド６５の先端は押圧部６６の背面に固定され、ピストンロッド６５の後端はボディ６４内に配置される。ピストンロッド６５がボディ６４に対して伸縮することにより、押圧部６６がボディ６４に対して軸方向に相対移動する。

押圧部６６は、巨礫２等の破砕対象物に押し当てられる部材（押圧ヘッド）である。押圧部６６は、例えば、ピストンロッド６５よりも拡径された円柱状の部材で構成されることが好ましい。このように押圧部６６を円柱状にして押圧面の面積を広くすれば、巨礫２等の破砕対象物を押圧および挟持しやすくなるとともに、押圧部６６を後退させるときに、押圧機構６２内に土砂を引き込まないようにできる。しかし、押圧部６６の形状は、図示の例に限定されず、破砕対象物に当接して押圧可能な形状であれば、角柱状、矩形板状、ロッド状、錘状、鉤状など、任意の形状であってもよい。また、押圧部６６の先端の押圧面（破砕対象物に当接する面）は、平坦面であってもよいが、塊状の巨礫２等の形状に合わせて、中央部が凹んだ湾曲面、略球面などであってもよい。

押圧部６６は、上記油圧ジャッキのピストンロッド６５により、破砕スペース３に対して進入および退避可能に設けられる。押圧部６６を破砕スペース３に進入させることで、当該破砕スペース３に存在する破砕対象物は、押圧部６６により押圧されて破砕される。図４に示す構造例の場合、ベース部６３のうち連結部材４０側に設けられた略円筒状のガイド部６９により、略円柱状の押圧部６６の移動をガイドすることで、押圧部６６の進入および退避の方向を確実に定めることができる。また、このベース部６３のガイド部６９の内周面には、シール部６８が設けられている。このシール部６８により、連結部材４０の筒体４２内の圧力を遮断することができる。このため、油圧ジャッキのボディ６４とピストンロッド６５に筒体４２内の圧力が作用することがなくなり、油圧ジャッキのメンテナンス性が確保される。

また、押圧部６６による破砕性能を高めるため、押圧部６６の押圧面には、硬質材料からなる複数の突起部６７を設けることが好ましい。突起部６７は、例えば、鋸刃状の突起部で構成されてもよいし、円錐、多角錐等の錐体状の突起部で構成されてもよい。このような突起部６７を設けることにより、押圧部６６で巨礫２等の破砕対象物に押圧したときに、押圧部６６の複数の突起部６７の先端を破砕対象物に食い込ませることができる。したがって、押圧部６６に対して破砕対象物が滑って逃げにくいので、押圧部６６により破砕対象物を確実に押圧および挟持することができる。さらに、押圧部６６に突起部６７を形成し、破砕対象物に対する当たり始めの面積を小さくすることで、破砕対象物に局所的に集中荷重を作用させることができる。この結果、突起部６７が破砕対象物に食い込むことにより、破砕対象物に亀裂を発生させて破壊の起点を形成できるので、破砕対象物をより確実に破砕できるようになる。

押圧部６６は、上記油圧ジャッキのボディ６４およびピストンロッド６５により、連結部材４０内の破砕スペース３に向けて進退可能に設けられる。押圧部６６を破砕スペース３に進入させることで、当該破砕スペース３に存在する破砕対象物が押圧部６６により押圧される。ピストンロッド６５の伸縮方向と、押圧部６６の進退方向とは同一であり、当該方向が、破砕対象物を押圧する押圧方向となる。図４に示すように、ピストンロッド６５を伸長させれば、押圧部６６は、押圧方向に沿って、連結部材４０内の破砕スペース３に向けて前進し、破砕スペース３内の押圧位置（図４（ｂ）で示す位置）に配置される。一方、ピストンロッド６５を収縮させれば、押圧部６６は、押圧方向に沿って、破砕スペース３から後退し、破砕スペース３外の退避位置（図４（ａ）で示す位置）に配置される。

また、一対の押圧部６６、６６が相互に接触しないように、当該押圧部６６、６６の押圧位置（図４（ｂ）で示す位置）を調整することが好ましい。一対の押圧部６６、６６を進退させる目的は、巨礫２等の破砕対象物を挟み込んで破砕することにある。この目的のためには、一対の押圧部６６、６６が相互に接触する位置まで大きく前進させる必要はない。

なお、押圧部６６の進退方向（押圧方向）の進退量（ストローク）を検出する検出装置（ストロークセンサなど）を設けてもよい。破砕対象物を押圧したときの押圧部６６のストローク値を確認することによって、破砕対象物の破砕直前の大きさや、破砕対象物の破砕後の大きさ、破砕対象物を破砕できたか否かなどの破砕状況を確認することができる。

また、押圧部６６の進退に伴うアクチュエータ（例えば、上記の油圧ジャッキ）の出力を検出する検出装置（例えば、油圧圧力センサ）を設けて、アクチュエータの出力を監視してもよい。これにより、アクチュエータの出力が低ければ、破砕スペース３に礫等の破砕対象物は存在しないことが分かり、一方、アクチュエータの出力が高ければ、破砕スペース３に何らかの異物が存在し、押圧装置６０が破砕機能を発揮していることを把握できるというメリットがある。

また、本実施形態に係る押圧装置６０では、上記のように、連結部材４０の径方向の両側に、略水平方向に相互に対向するように一対の押圧機構６２Ｒ、６２Ｌが配置されている。そして、一対の押圧機構６２Ｒ、６２Ｌの押圧部６６、６６はそれぞれ、連結部材４０の内部の破砕スペース３に向けて進退可能である。押圧部６６、６６を連結部材４０の内部に挿入可能にするために、連結部材４０の筒体４２の周面には、一対の挿入口４５、４５が貫通形成されている。挿入口４５はそれぞれ、連結部材４０の外部から内部に押圧部６６を挿入するための開口部である。挿入口４５は、押圧部６６を挿入可能な大きさおよび形状を有する。挿入口４５の形状は、例えば、押圧部６６の円柱形状に合わせて円形であるが、楕円形、角形など任意の形状に変更可能である。さらに、挿入口４５を開閉する開閉装置（図示せず。）を設置してもよい。挿入口４５の開閉装置としては、例えば、ゲート装置、バルブ、シャッター装置など、任意の開閉装置を使用することができる。

ここで、図４を参照して、押圧装置６０による押圧動作（巨礫２等の破砕処理）について説明する。第１スクリューコンベヤ２０により運搬される掘削土砂に、巨礫２等の破砕対象物が含まれていないときには、図４（ａ）に示すように、押圧装置６０の押圧部６６、６６を外側の退避位置に退避させる。これにより、連結部材４０内の掘削土砂は、押圧部６６、６６により妨げられることなく、円滑に流動する。

一方、連結部材４０内の破砕スペース３において巨礫２等の破砕対象物を破砕するときには、図４（ｂ）に示すように、押圧装置６０の押圧部６６、６６を、押圧方向に前進させて、連結部材４０内の破砕スペース３に存在する巨礫２等の破砕対象物に押し当てる。この結果、左右一対の押圧部６６、６６により、巨礫２等の破砕対象物を両側から挟持するように押圧して、破砕できる。

ここで、押圧装置６０は、左右両側から挟み込むようにして破砕対象物に圧縮応力を付与することにより、破砕対象物を破砕（すなわち、圧縮破壊）する。例えば、破砕対象物が礫である場合、押圧装置６０は、押圧により礫を押し割ることができる。また、破砕対象物が土塊である場合、押圧装置６０は、押圧により土塊を押し崩すことができる。ただし、破砕対象物が硬質、高強度の礫などの異物である場合などには、押圧装置６０の押圧力より破砕対象物を破砕できないこともありうる。この場合には、押圧装置６０により破砕対象物を両側より挟持して固定した状態で、別途の削岩装置（図示せず。）などにより破砕対象物に打撃を付与することにより、破砕対象物を破砕することも可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０の間の連結部材４０に、押圧装置６０（クラッシャー）を設ける。そして、押圧装置６０により、連結部材４０内の破砕スペース３に存在する巨礫２等の破砕対象物を押圧して破砕する。かかる押圧装置６０による破砕処理は、第１スクリューコンベヤ２０および第２スクリューコンベヤ３０による排土処理と同時並行して実施可能である。したがって、スクリューコンベヤ２０、３０による排土作業を中断することなく、押圧装置６０を常時稼働させて、破砕作業を継続できる。よって、排土作業と破砕作業を同時並行して連続的に実施できるので、トンネル掘削の作業性と効率性を向上できる。

ここで、上記特許文献２に記載の従来の押圧装置は、隔壁の直後のスクリューコンベヤの先端部に設置されていた。これに対し、本実施形態に係る押圧装置６０は、隔壁１２の背後の第１スクリューコンベヤ２０の先端部に設置されるのではなく、隔壁１２からある程度離隔した連結部材４０に設置される。これにより、掘削機本体１０内のスペースのうち、隔壁１２の直後の他設備で混み合った位置ではなく、設置スペースの自由度が比較的高い位置に、押圧装置６０を設置できる。したがって、押圧装置６０の設置位置の周囲のスペースに比較的余裕があるので、押圧装置６０のメンテナンス性を向上できる。

また、本実施形態に係る押圧装置６０は、傾斜配置された第１スクリューコンベヤ２０ではなく、水平配置された連結部材４０に設置される。これにより、水平配置された連結部材４０内の破砕スペース３において、押圧装置６０による押圧時に破砕対象物が逃げることを抑制でき、破砕対象物を安定的に破砕できる。さらに、押圧装置６０は、一対の押圧機構６２Ｒ、６２Ｌの押圧部６６、６６により、破砕対象物を両側から挟み込んで押圧する構造である。したがって、押圧部６６、６６により挟み込まれた破砕対象物が逃げることを抑制でき、破砕対象物を安定的に固定して、より確実に破砕できる。

なお、本実施形態では、一対の押圧部６６、６６により左右両側から破砕対象物を押圧したが、かかる例に限定されず、連結部材４０の径方向であれば、例えば、上下両側、斜め方向の両側など、他の方向から破砕対象物を押圧してもよい。

［５．複数のスクリューコンベヤと押圧装置の配置について］
次に、図１～図５を参照して、本実施形態に係るトンネル掘削機１に設けられる複数のスクリューコンベヤ２０、３０と押圧装置６０の配置に関する特徴について、より詳細に説明する。図５は、本実施形態に係るトンネル掘削機１の排土装置の概略構成を示す模式図である。

図１～図５に示すように、本実施形態では、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０との間の連結部材４０に、巨礫２等を破砕するクラッシャーとして機能する押圧装置６０が設置される。

ここで、まず、本実施形態に係るトンネル掘削機１において、排土装置として複数のスクリューコンベヤ２０、３０を設置する技術的意義について説明する。

一般に、トンネル掘削機において、１つのスクリューコンベヤだけを設置する構成では、当該スクリューコンベヤからの排出土砂の処理を行い難いという問題がある。例えば、隔壁の直後に傾斜配置されたスクリューコンベヤでは、その土砂排出口も傾斜しているので、当該傾斜した土砂排出口からの排土処理に対処する必要があるという問題がある。また、当該スクリューコンベヤの土砂排出口が、掘削機本体内の後方作業台付近に配置されることになるが、当該後方作業台付近には他の様々な設備も配置する必要があるため、これらの設備間での設置スペースの取り合いの問題も生じる。

これら問題を解決するため、本実施形態に係るトンネル掘削機１では、複数のスクリューコンベヤを直列的に接続し、例えば、傾斜配置された第１スクリューコンベヤ２０の後段に、水平配置された第２スクリューコンベヤ３０を設置する。これにより、掘削機本体１０内において、第２スクリューコンベヤ３０の土砂排出口３２ｂを、排出土砂の処理をし易い後方位置（隔壁１２から後方に十分に離れた位置）に配置できる。さらに、第２スクリューコンベヤ３０の土砂排出口３２ｂが水平配置されている。よって、当該土砂排出口３２ｂからの排出土砂の処理を容易に行うことができる。なお、場合によっては、上記第１スクリューコンベヤ２０および第２スクリューコンベヤ３０の後段に、さらに第３スクリューコンベヤ、第４スクリューコンベヤ等を追加設置してもよい。

また、１つのスクリューコンベヤだけを設置する構成では、当該スクリューコンベヤの土砂排出口から土砂が噴発する可能性があるという問題がある。特に、大口径のトンネル掘削機の場合、スクリューコンベヤの土砂排出口は、ホッパー（受け箱）または連続ベルトコンベヤなどの後段の排土設備に対向配置されるため、大気圧下に設置される。このため、当該スクリューコンベヤの土砂排出口からの土砂の噴発を確実に回避することが求められる。

この点、本実施形態では、図１および図５等に示すように、２つ以上のスクリューコンベヤ（例えば、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０）を直列的に連結することにより、スクリューコンベヤ２０、３０の総延長を長くすることができる。したがって、長いスクリューコンベヤ２０、３０内で掘削土砂を運搬する間に、スクリュー羽根２１、３１の抵抗力や、掘削土砂と筒体２２、３２との摩擦力などによって、運搬流路内の土砂圧を減衰することができる。よって、最後部のスクリューコンベヤ（例えば、第２スクリューコンベヤ３０）の後端部の土砂排出口３２ｂ付近における土砂圧Ｐ３を低減できるので、当該土砂排出口３２ｂから土砂が噴発することを抑制することができる。

以上の理由から、近年では、大口径かつ長距離のトンネル掘削施工においては、本実施形態のように２つ以上のスクリューコンベヤを連結した構成を採用するケースが増えている。

次に、２つのスクリューコンベヤ２０、３０の延在方向（土砂の運搬方向）が異なることの技術的意義について説明する。

上述したように、本実施形態では、図１および図５等に示すように、第１スクリューコンベヤ２０は、掘削機本体１０の後方側に向けて、傾斜した第１方向（第１の運搬方向）に延びるように傾斜配置される。一方、第２スクリューコンベヤ３０および連結部材４０は、掘削機本体１０の後方側に向けて、略水平な第２方向（第２の運搬方向）に延びるように水平配置される。

このように、傾斜配置された第１スクリューコンベヤ２０による掘削土砂の運搬方向（第１方向）は、水平配置された第２スクリューコンベヤ３０による掘削土砂の運搬方向（第２方向）と異なる。２つのスクリューコンベヤ２０、３０の運搬方向（第１方向と第２方向）を異ならせることによって、掘削土砂の流れに変化を生じさせることとなり、両スクリューコンベヤ２０、３０内における土砂圧の減衰を促進できる。したがって、図５に示すように、第２スクリューコンベヤ３０の後端部内における土砂圧Ｐ３を、チャンバ１７内の土水圧Ｐ０や第１スクリューコンベヤ２０の後端部内の土砂圧Ｐ１よりも低減できる。よって、第２スクリューコンベヤ３０の後端部の土砂排出口３２ｂからの土砂の噴発を抑制できる。

また、本実施形態に係る連結部材４０も、第２スクリューコンベヤ３０と同様に、略水平方向に延びるように配置されている。つまり、筒状の連結部材４０の軸方向が略水平方向となるように、連結部材４０が配置されている。

押圧装置６０は、このように水平配置された連結部材４０に設置され、当該連結部材４０内の破砕スペース３において、巨礫２等の破砕対象物を押圧して破砕する。これにより、破砕処理時に、押圧装置６０により押圧される破砕対象物が、押圧装置６０から水平方向に逃げ難いので、連結部材４０内で破砕対象物を安定的に破砕可能となる。これに対し、上記特許文献２に記載の従来技術のように傾斜配置されたスクリューコンベヤの先端部内で破砕対象物を押圧する場合は、破砕対象物が斜め下方に逃げ易いという問題があった。本実施形態によれば、かかる問題を解決して、破砕対象物を安定的に破砕でき、破砕作業の作業性や効率性を向上できる。

次に、２つのスクリューコンベヤ２０、３０の間に押圧装置６０（クラッシャー）を設置することの技術的意義について説明する。

本実施形態では、第１スクリューコンベヤ２０の駆動部２３や第１ゲート４４よりも後方の位置であって、かつ、第２スクリューコンベヤ３０のスクリュー羽根３１の先端より前方の位置に、押圧装置６０を設置する。

第１スクリューコンベヤ２０のスクリュー羽根２１は、傾斜配置された筒体２２の内部に収まるように配置され、水平配置された連結部材４０の内部には配置されていない。一方、第２スクリューコンベヤ３０のスクリュー羽根３１は、水平配置された筒体３２の内部に収まるように配置されるか（図示せず。）、あるいは、図２等に示すようにスクリュー羽根３１の先端が当該筒体３２から前方に少しだけ突出して、連結部材４０内に部分的に配置される。いずれにしろ、第２スクリューコンベヤ３０のスクリュー羽根３１の先端は、押圧装置６０の設置位置よりも後方に配置される。

このように、本実施形態では、かかる第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０との間の連結部材４０に、クラッシャーとして押圧装置６０が設置される。これにより、水平配置された連結部材４０内において土砂の運搬流路が水平になった箇所（破砕スペース３）で、押圧装置６０によって巨礫２等の破砕対象物を破砕できる。したがって、上記特許文献２に記載のような傾斜配置されたスクリューコンベヤ内で破砕する場合と比べて、押圧時の破砕対象物の逃げを抑制でき、破砕対象物を安定的に破砕できる。

さらに、本実施形態によれば、連結部材４０のうち、スクリューコンベヤ２０、３０のスクリュー羽根２１、３１が常時存在しない位置に押圧装置６０が設置される。これにより、上記特許文献２に記載の従来技術のように、スライド機構を用いてスクリュー羽根を後退させて破砕スペースを一時的に形成する作業を行う必要がなく、破砕作業のためにスクリューコンベヤの稼働を停止して排土作業を中断する必要がない。したがって、本実施形態によれば、スクリューコンベヤ２０、３０による排土作業を中断することなく、スクリューコンベヤ２０、３０と押圧装置６０を常時稼働させながら、押圧装置６０による破砕作業を排土作業と同時並行で行うことができる。よって、掘削作業や排土作業の作業効率を向上できる。

また、本実施形態によれば、掘削機本体１０内において、他の設備で混み合った隔壁１２の背後の位置ではなく、隔壁１２から後方に離隔して比較的スペースに余裕がある位置（連結部材４０の位置）に、押圧装置６０が配置されている。これにより、押圧装置６０を容易に点検、修理、交換することができ、押圧装置６０のメンテナンス性を向上できる。

また、本実施形態では、第１スクリューコンベヤ２０の後端の連結部材４０に第１ゲート４４を設けて、土砂の運搬流路を遮断できるようになっている。この第１ゲート４４を閉めることにより、第１スクリューコンベヤ２０の後段の連結部材４０や第２スクリューコンベヤ３０からの土砂の噴発を抑制できる。したがって、第１ゲート４４を設置するこことで、トンネル掘削機１のメンテナンスや仮発進に対応可能となる。さらに、第１ゲート４４を閉じれば、押圧装置６０を、より容易かつ安全に点検、修理、交換することができ、押圧装置６０のメンテナンス性をさらに向上できる。

ただし、本実施形態に係る押圧装置６０の配置では、第１スクリューコンベヤ２０を通過できないような大きさの巨礫等の異物を押圧装置６０で破砕することはできない。また、第１スクリューコンベヤ２０を通過できる程度の大きさの礫等の異物は、第２スクリューコンベヤ３０も通過できる可能性はある。

しかし、礫等の異物は、等方な形状ではないので、異物の向き（姿勢）が変化した場合などに、当該異物が第２スクリューコンベヤ３０で引っ掛かって通過できないことがある。このため、当該異物が第２スクリューコンベヤ３０を確実に通過できるように、第２スクリューコンベヤ３０の手前の連結部材４０内の破砕スペース３において、当該異物を破砕しておくことが好ましい。これにより、第２スクリューコンベヤ３０に異物が引っ掛かって排土処理に支障が生じることを防止できる。

また、第２スクリューコンベヤ３０の排土先であるベルトコンベヤ５０では、第１スクリューコンベヤ２０および第２スクリューコンベヤ３０を通過した異物であっても、ある程度大きいサイズの異物を運搬することが負担になる。これは以下の理由によるものである。ベルトコンベヤ５０は、例えば、一定幅のゴム製のベルト上に掘削土砂を載せて運搬する装置であり、このゴム製のベルトは、所定間隔で配置される複数の支持ローラーによって支持されている。ここで、ある程度大きいサイズの異物をベルトコンベヤ５０で運搬する場合、ベルト上に局所的に大きな異物が載ると、ベルトのバランスが崩れるため、異物や掘削土砂がベルトから落下する可能性がある。また、ベルトのバランスが崩れると、ベルトに過度な負担がかかるとともに、支持ローラーにも想定以上の負荷がかかる可能性がある。かかるベルトコンベヤ５０の負担を避ける意味でも、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０の間の連結部材４０内で、押圧装置６０により異物を破砕しておくことは有益である。

［６．プラグゾーンについて］
次に、図１～図５を参照して、本実施形態に係る連結部材４０内の破砕スペース３に形成されるプラグゾーン４と、押圧装置６０による破砕処理との関係性について詳細に説明する。

図５に示すように、本実施形態に係る排土装置の構成によれば、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０の間の連結部材４０内に、プラグゾーン４が形成される。つまり、当該連結部材４０内の破砕スペース３に、第１スクリューコンベヤ２０により破砕スペース３まで運搬された掘削土砂によりプラグゾーン４が形成される。かかるプラグゾーン４により、スクリューコンベヤ２０、３０内の土砂の運搬流路における止水効果と、土砂圧の減衰効果を促進できるので、第２スクリューコンベヤ３０の土砂排出口３２ｂにおける土砂の噴発を抑制できる。そして、押圧装置６０は、連結部材４０内の破砕スペース３で、プラグゾーン４を形成する掘削土砂に含まれる破砕対象物を押圧する。

さらに、本実施形態では、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０による掘削土砂の運搬方向（第１方向と第２方向）を異なる方向としている。これにより、掘削土砂の流れに変化を生じさせることとなり、スクリューコンベヤ２０、３０内の運搬流路における土砂圧の減衰をさらに促進でき、噴発をより確実に防止できる。かかるプラグゾーン４や運搬方向の変化による噴発防止効果について、以下に詳細に説明する。

上述したとおり、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０とでは、スクリュー羽根２１、３１や駆動部２３、３３を別々の構成とし、掘削土砂の運搬方向（第１方向と第２方向）を変化させている。この場合、傾斜配置された第１スクリューコンベヤ２０によりチャンバ１７から掘削土砂を取り込んでしまえば、その後、水平配置された第２スクリューコンベヤ３０により掘削土砂を略水平方向に運搬することは、比較的容易である。

ここで、本実施形態では、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０との間の連結部材４０内に、スクリュー羽根２１、３１が存在しない領域（プラグゾーン４）を設け、このプラグゾーン４に「搬送土砂によるプラグ」が形成されるようにする。

プラグゾーン４は、スクリューコンベヤ２０、３０による土砂の運搬流路においてスクリュー羽根２１、３１が存在しない領域である。ただし、プラグゾーン４は、軸付きタイプのスクリュー羽根の軸だけが存在し、羽根が存在しない領域を含んでもよい。プラグゾーン４では、スクリュー羽根２１、３１による掘削土砂の撹拌および混練機能や運搬機能が発揮されないため、プラグゾーン４において掘削土砂が滞留および圧密され得る。

かかるプラグゾーン４は、運搬流路における栓（プラグ）として機能し、掘削土砂の流動や土砂圧の伝達の妨げとなる。したがって、プラグゾーン４が存在することにより、スクリューコンベヤ２０、３０内の運搬流路における土砂圧の減衰を促進でき、第２スクリューコンベヤ３０の後端部の土砂排出口３２ｂからの土砂の奮発を防止可能となる。

詳細には、図５に示すように、カッタヘッド１１により掘削される切羽の土水圧Ｐ０（＝チャンバ１７内の土水圧）と、第１スクリューコンベヤ２０の後端部内の土砂圧Ｐ１と、第２スクリューコンベヤ３０の前端部内の土砂圧Ｐ２と、第２スクリューコンベヤ３０の後端部内の土砂圧Ｐ３とを考える。ここで、Ｐ０>Ｐ１>Ｐ２>Ｐ３である。

圧力差（Ｐ０－Ｐ１）は、第１スクリューコンベヤ２０の筒体２２と搬送土砂との摩擦力と、当該搬送土砂の自重による抵抗力とによって生じる。同様に、圧力差（Ｐ２－Ｐ３）は、第２スクリューコンベヤ３０の筒体３２と搬送土砂との摩擦力と、当該搬送土砂の自重による抵抗力とによって生じる。また、圧力差（Ｐ１－Ｐ２）は、プラグゾーン４による土砂圧の減衰効果によって生じる。

ここで、Ｐ３は、第２スクリューコンベヤ３０の土砂排出口３２ｂの近辺の圧力である。第２ゲート３４における土砂通過抵抗により発生する抵抗圧力が、ベルトコンベヤ５０側（大気圧）に対して立っているため、Ｐ３が生じる。もし、第２ゲート３４が全開であれば、Ｐ３＝大気圧となる。

圧力差（Ｐ０－Ｐ１）は、第１スクリューコンベヤ２０内での減衰圧力を意味する。第１スクリューコンベヤ２０のスクリュー羽根２１がリボンタイプのスクリュー羽根である場合、スクリュー羽根の中央に穴（空間）があるため、切羽の土水圧Ｐ０が第１スクリューコンベヤ２０内で伝わりやすい状況にある。したがって、圧力差（Ｐ０－Ｐ１）は、それほど期待はできない。

圧力差（Ｐ２－Ｐ３）は、第２スクリューコンベヤ３０内での減衰圧力を意味する。第２スクリューコンベヤ３０のスクリュー羽根３１が軸付きタイプのスクリュー羽根である場合、土砂圧の減衰効果に優れるため、第２スクリューコンベヤ３０の方が第１スクリューコンベヤ２０よりも土砂圧の減衰を期待できると言える。

ただし、Ｐ３は、大気圧に対して、第２ゲート３４における土砂通過抵抗により発生する圧力であるが、ほぼ大気圧であると言える。したがって、Ｐ３がほぼ大気圧であることを考えると、Ｐ２をなるべく小さくしておくことが、土砂排出口３２ｂからの土砂の噴発の抑制と、施工の安全につながることになる。よって、圧力差（Ｐ１－Ｐ２）を発生させるプラグゾーン４のプラグの効果が重要となる。

第２スクリューコンベヤ３０の土砂排出口３２ｂからの土砂の噴発を防止し、安定的な排土作業を実現するためには、プラグゾーン４内の掘削土砂を圧密させることが好ましい。例えば、カッタヘッド１１による掘削土量に対して、第１スクリューコンベヤ２０、および、第２スクリューコンベヤ３０による排出土量を調整することにより、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０の間のプラグゾーン４内で掘削土砂を圧密させることができる。

第１スクリューコンベヤ２０では、チャンバ１７に蓄積された掘削土砂の取り込みを重視して、比較的高い搬送力で運転を行う。一方、第２スクリューコンベヤ３０では、後端部の土砂排出口３２ｂからの土砂の排出制御を重視して、比較的低い搬送力で運転を行う。つまり、第２スクリューコンベヤ３０では、土砂排出口３２ｂに向けて土砂を搬送すると同時に、チャンバ１７内の土水圧Ｐ０が土砂排出口３２ｂに伝達することにより土砂排出口３２ｂで土砂が噴発することのないように、第２スクリューコンベヤ３０は、第１スクリューコンベヤ２０よりも土砂の搬送力を低下させた状態で運転する。

かかる運転状態の例として、仮に、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０を、同じサイズとし、かつ、同じスクリュー羽根方式（例えば、両方とも軸付きタイプのスクリュー羽根）とした場合を考える。この場合、第１スクリューコンベヤ２０では、チャンバ１７からの掘削土砂の取込性能を重視して、スクリュー羽根２１の回転速度を速くして運転する。一方、第２スクリューコンベヤ３０では、搬送土砂の排出制御（噴発防止等）を重視して、スクリュー羽根３１の回転速度を遅くして運転する。これにより、第２スクリューコンベヤ３０による土砂の搬送力を第１スクリューコンベヤ２０よりも低下させることができる。

このように、本実施形態では、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０との間で、意図の異なる運転を行い、第２スクリューコンベヤ３０では、第１スクリューコンベヤ２０よりも土砂の搬送力を低下させた状態で運転する。このために、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０は、別個独立したスクリュー羽根２１、３１と駆動部２３、３３を備えている。この結果、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０の間には、多少なりともスクリュー羽根２１、３１が存在しない空間（破砕スペース３、兼、プラグゾーン４）が形成されることになる。

そして、第１スクリューコンベヤ２０において、掘削土砂の取り込みを重視して搬送された掘削土砂は、第２スクリューコンベヤ３０において、排出制御を重視して搬送される。このため、第２スクリューコンベヤ３０の先端部における土砂の取込量は、第１スクリューコンベヤ２０による掘削土砂の搬送量より若干少なくなる。したがって、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０との間の連結部材４０の内部空間（破砕スペース３）において、搬送土砂の滞留が生じ、搬送土砂の軽い閉塞が発生する。この結果、チャンバ１７内の土水圧Ｐ０（≒掘削地山圧力）と、第２スクリューコンベヤ３０の土砂排出口３２ｂ付近における土砂圧Ｐ３（≒大気圧）とを遮断するプラグゾーン４が、連結部材４０の内部空間（破砕スペース３）に形成されることになる。かかるプラグゾーン４は、スクリューコンベヤ２０、３０内の運搬流路における止水効果や土砂圧の減衰促進効果を発揮する。

本実施形態では、このプラグゾーン４を破砕スペース３としても利用して、当該破砕スペース３の位置で、礫等の破砕対象物を押圧装置６０により押圧、破砕する構成を採用している。

ここで、トンネル掘削機１が正常な掘削動作を連続的に行っている場合、第１スクリューコンベヤ２０による搬送土砂を、連結部材４０を介して第２スクリューコンベヤ３０が取り込むことに支障はない。ただし、連結部材４０内のプラグゾーン４（破砕スペース３）には、スクリュー羽根２１、３１が設けられていないので、搬送土砂に礫等の大きな異物が含まれていると、たとえ第１スクリューコンベヤ２０が第２スクリューコンベヤ３０と同じ仕様およびサイズであり、異物が第１スクリューコンベヤ２０を通過したとしても、異物の形状に異方性などがあるため、連結部材４０から第２スクリューコンベヤ３０への搬送土砂の取り込みを阻害する要因となる場合がある。

また、掘削施工において他の設備の段取り替えなどで、掘削停止期間が長くなった場合や、セグメントの組立作業で掘削を停止した場合などに、上記のプラグゾーン４において搬送土砂が固着してしまうことがある。そもそも、プラグゾーン４では、搬送土砂の軽い閉塞を意図的に発生させているので、搬送土砂の固着が発生しやすい。特に、粘着性の高い土砂からなる地山を掘削する場合には、当該固着の問題が顕著になる。この場合、プラグゾーン４では、スクリュー羽根２１、３１が設けられておらず、搬送土砂の撹拌および混練機能を発揮できないため、上記固着を解消できない状態が発生することがある。

以上のように、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０の間にプラグゾーン４が形成されることにより、土砂の運搬流路における止水効果や土砂圧の減衰促進効果を発揮できる。一方、かかるプラグゾーン４が存在すると、プラグゾーン４における土砂の圧密や固着が発生して土砂塊が形成されてしまい、搬送土砂の流動や取り込みが阻害されるという問題が発生し得る。また、第１スクリューコンベヤ２０内を通過して、プラグゾーン４に至った礫等の異物が、第２スクリューコンベヤ３０に好適に取り込まれ難くなるという問題も発生し得る。

そこで、本実施形態では、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０との間のプラグゾーン４に対応する位置（連結部材４０の位置）に、押圧装置６０を設置する。そして、押圧装置６０の押圧部６６が連結部材４０内のプラグゾーン４（即ち、破砕スペース３）に進退して、プラグゾーン４の土砂を押圧する機構を採用している。これにより、プラグゾーン４の搬送土砂に含まれる巨礫２等の破砕対象物を破砕するだけでなく、プラグゾーン４において上記固着した土砂塊に対して強制的な動きを付与することで、土砂塊を圧壊して固着状態を解消できる。よって、本実施形態に係る押圧装置６０により、礫等による搬送障害の問題だけでなく、プラグゾーン４における土砂の固着の問題も解消することができる。

さらに、本実施形態によれば、第１スクリューコンベヤ２０では、礫の取込および運搬性能に優れた、リボンタイプのスクリュー羽根２１を用いる。一方、第２スクリューコンベヤ３０では、スクリュー羽根３１自体による土砂圧の減衰機能に優れた、軸付きタイプのスクリュー羽根３１を用いる。この場合、軸付きタイプのスクリュー羽根３１により運搬可能な礫の最大サイズは、リボンタイプのスクリュー羽根２１により運搬可能な礫の最大サイズよりも小さくなる。このため、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０との間の連結部材４０に押圧装置６０を設けて、第２スクリューコンベヤ３０の前段で礫等を破砕可能にすれば、第２スクリューコンベヤ３０の軸付きタイプのスクリュー羽根３１による礫の取込および運搬性能の低さを補うことができるので、よりメリットがある。

また、第１スクリューコンベヤ２０のサイズ（例えば、筒体２２の直径、または、筒体２２の内部空間の断面積など）を、第２スクリューコンベヤ３０のサイズ（例えば、筒体３２の直径、または、筒体３２の内部空間の断面積など）よりも大きなものにしてもよい。第１スクリューコンベヤ２０のサイズを大きくすることで、より大きな礫が取込めるようになるため、チャンバ１７における大きな礫の滞留を防ぐことが可能となる。また、第１スクリューコンベヤ２０のサイズが大きいことで、高い搬送力で運転することができることとなる。

一方、第２スクリューコンベヤ３０のサイズを小さくすることで、土砂搬送における抵抗を大きくし土砂圧の減衰機能を確保するとともに、土砂の排出制御を重視した低い搬送力で運転することができることになる。

この場合、第２スクリューコンベヤ３０により運搬可能な礫の最大サイズは、第１スクリューコンベヤ２０により運搬可能な礫の最大サイズよりも小さくなる。このため、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０との間の連結部材４０に押圧装置６０を設けて、第２スクリューコンベヤ３０の前段で礫等を破砕可能にすれば、第２スクリューコンベヤ３０による運搬可能な礫の最大サイズが小さくなることを補うことができるので、メリットがある。

［７．押圧装置の変更例］
次に、図６および図７を参照して、本実施形態の変更例に係る押圧装置６０（クラッシャー）について説明する。図６は、本実施形態の変更例に係る複数の押圧装置６０と連結部材４０を示す斜視図である。図７は、本実施形態の変更例に係る押圧装置６０の動作を示す模式図である。

上述した実施形態では、図３および図４に示すように、１つの押圧装置６０（一対の押圧機構６２Ｌ、６２Ｒ）が連結部材４０に設置され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、複数の押圧装置６０が連結部材４０に設けられてもよい。例えば、図６および図７に示すように、２つの押圧装置６０Ａ、６０Ｂ（二対の押圧機構６２Ｌ、６２Ｒ）が、連結部材４０の軸方向に並設されてもよい。この変更例に係る複数の押圧装置６０Ａ、６０Ｂについて以下に詳述する。

図６および図７に示すように、本実施形態の変更例では、押圧装置６０として、第１押圧装置６０Ａと第２押圧装置６０Ｂが、連結部材４０の軸方向に直列的に並ぶように設置される。これにより、２つの押圧装置６０Ａ、６０Ｂによって、巨礫２等の破砕対象物を、破砕し損ねることなく、確実に破砕できるようになる。

第１押圧装置６０Ａは、連結部材４０の筒体４２の前部側に設置され、第２押圧装置６０Ｂは、連結部材４０の筒体４２の後部側に設置される。第１押圧装置６０Ａは、連結部材４０の径方向の左右両側に一対の押圧機構６２Ｌ、６２Ｒを備える。同様に、第２押圧装置６０Ｂも、連結部材４０の径方向の左右両側に一対の押圧機構６２Ｌ、６２Ｒを備える。この結果、合計４つの押圧機構６２Ｌ、６２Ｒ、６２Ｌ、６２Ｒ（以下、押圧機構６２と総称する場合がある。）が、連結部材４０の軸方向に対称、かつ左右対称に配置される。なお、各々の押圧機構６２は、上述したベース部６３と、油圧ジャッキのボディ６４およびピストンロッド６５と、押圧部６６を備えているが、これら各部の詳細説明は省略する。

さらに、トンネル掘削機１は、これら２つの押圧装置６０Ａ、６０Ｂ（以下、押圧装置６０と総称する場合もある。）の動作を制御する制御部（図示せず。）を備える。制御部は、例えば、押圧装置６０を制御するための専用の制御盤、パーソナルコンピュータなどのコンピュータ装置で構成されてもよいし、あるいは、トンネル掘削機１の掘削動作を制御する制御装置と兼用されてもよい。制御部は、プロセッサ、メモリ、ストレージ、通信装置、入力装置、出力装置などを備える。プロセッサは、メモリまたは他の記憶媒体に記憶されているプログラムを実行することにより、押圧装置６０の制御処理を実行する。制御部は、押圧装置６０に接続されており、押圧装置６０の動作を制御するための制御信号を押圧装置６０に出力する。

かかる制御部により、２つの押圧装置６０Ａ、６０Ｂの押圧動作を適切に制御することにより、当該押圧動作に起因して、連結部材４０内において土砂圧の変動が生じ、スクリューコンベヤ２０、３０内の運搬流路の土砂圧が意図しない変動を起こすことを抑制することが可能となる。この原理について以下に説明する。

制御部は、図７に示すように、第１押圧装置６０Ａの一対の押圧機構６２Ｌ、６２Ｒの押圧部６６、６６と、第２押圧装置６０Ｂの一対の押圧機構６２Ｌ、６２Ｒの押圧部６６、６６とが、破砕スペース３に対して交互に進退するように、第１押圧装置６０Ａおよび第２押圧装置６０Ｂの押圧動作を制御する。具体的には、第１押圧装置６０Ａおよび第２押圧装置６０Ｂのうち一方が押し動作（押圧動作）をするときは、他方が引き動作（退避動作）をするように、第１押圧装置６０Ａの押圧部６６、６６と第２押圧装置６０Ｂの押圧部６６、６６を交互に進退させる。例えば、図７（ａ）に示すように、第１押圧装置６０Ａの押圧部６６、６６が、連結部材４０内の破砕スペース３に向けて前進して押圧位置に配置されるときには、第２押圧装置６０Ｂの押圧部６６、６６が、破砕スペース３から後退して退避位置に配置される。一方、図７（ｂ）に示すように、第１押圧装置６０Ａの押圧部６６、６６が、破砕スペース３から後退して退避位置に配置されるときには、第２押圧装置６０Ｂの押圧部６６、６６が、破砕スペース３に向けて前進して押圧位置に配置される。

このように、第１押圧装置６０Ａと第２押圧装置６０Ｂが交互に押し動作（押圧動作）と引き動作（退避動作）を行い、双方の押圧装置６０Ａ、６０Ｂが同時に押し動作（押圧動作）を行わないように制御する。さらに、第１押圧装置６０Ａと第２押圧装置６０Ｂのうち一方が押し動作（押圧部６６の前進）を行うと同時に、他方が引き動作（押圧部６６の後退）を行うように、押圧装置６０Ａ、６０Ｂの４つの押圧部６６の進退動作を総合的に制御することが好ましい。

ここで、２つの押圧装置６０Ａ、６０Ｂが備える４つの押圧部６６のうち、破砕スペース３に進出している部分の体積Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３、Ｖ４を合計した合計体積Ｖ（＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）を考える。当該合計体積Ｖの分だけ、スクリューコンベヤ２０、３０および連結部材４０の内部空間（土砂の運搬流路）の容積が減る。このため、押圧装置６０Ａ、６０Ｂの押圧動作に伴い合計体積Ｖが大きく増減してしまうと、当該運搬流路の容積も大きく増減するので、当該運搬流路内の土砂圧も周期的に変動（脈動）してしまい、土砂の噴発の発生原因になってしまう。

そこで、本実施形態では、２つの押圧装置６０Ａ、６０Ｂの押圧動作を上記のように制御する。これにより、２つの押圧装置６０Ａ、６０Ｂが備える４つの押圧部６６のうち、破砕スペース３に進出している部分の合計体積Ｖ（＝Ｖ１＋Ｖ２＋Ｖ３＋Ｖ４）の変動を低減でき、当該合計体積Ｖをほぼ一定に維持できる。したがって、スクリューコンベヤ２０、３０および連結部材４０内の運搬流路で、２つの押圧装置６０Ａ、６０Ｂの押圧動作に起因した土砂圧の変動（脈動）が発生することを抑制できる。したがって、当該運搬流路内の土砂圧をできるだけ一定圧に維持できるので、第２スクリューコンベヤ３０の土砂排出口３２ｂにおける土砂の噴発の発生を抑制できる。

なお、図６および図７の例では、２つの押圧装置６０Ａ、６０Ｂを連結部材４０の軸方向に並設する例について説明したが、かかる例に限定されず、３つ以上の押圧装置６０を連結部材４０に設けてもよい。押圧装置６０の設置数が多いほど、複数の押圧装置６０による破砕機会が増えるので、破砕対象物をより確実に破砕できるようになる。また、図６および図７の例では、２つの押圧装置６０Ａ、６０Ｂは、連結部材４０の軸方向に並設されているが、２つの押圧装置を、軸方向としては同一位置で、連結部材４０の径方向の断面における略水平方向と略上下方向に方向を変えて、設置してもよい。また、図６および図７の例では、各押圧装置６０Ａ、６０Ｂが一対の押圧機構６２Ｌ、６２Ｒを備え、両側より破砕対象物を挟み込んで押圧する例について説明したが、かかる例に限定されず、各押圧装置６０が１つの押圧機構６２のみを備えて、片側より破砕対象物を押圧する構成であってもよい。

また、図６および図７の例では、制御部は、第１押圧装置６０Ａの押圧部６６と第２押圧装置６０Ｂの押圧部６６とが、破砕スペース３に対して交互に進退するように、第１押圧装置６０Ａおよび第２押圧装置６０Ｂを制御した。しかし、かかる例に限定されず、例えば、連結部材４０に３つ以上の押圧装置６０を設けた場合、制御部は、これら押圧装置６０の３つ以上の押圧部６６が破砕スペース３に対して決められた順序で進退するように、当該押圧装置６０を制御してもよい。これによっても、上述した２つの押圧装置６０Ａ、６０Ｂの押圧部６６を交互に進退させる場合と同様、３つ以上の押圧装置６０が備える３つ以上の押圧部６６のうち、破砕スペース３に進出している部分の合計体積Ｖの変動を低減でき、当該合計体積Ｖをほぼ一定に維持できる。したがって、スクリューコンベヤ２０、３０および連結部材４０内の運搬流路で、３つ以上の押圧装置６０の押圧動作に起因した土砂圧の変動（脈動）が発生することを抑制できる。よって、当該運搬流路内の土砂圧をできるだけ一定圧に維持できるので、第２スクリューコンベヤ３０の土砂排出口３２ｂにおける土砂の噴発の発生を抑制できる。

［８．第２の実施形態］
次に、図８および図９を参照して、本発明の第２の実施形態に係るトンネル掘削機１の構成について説明する。図８は、第２の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９は、第２の実施形態に係る連結部材４０の周辺構成を示す部分拡大断面図である。

第２の実施形態に係るトンネル掘削機１は、上述した第１の実施形態に係るトンネル掘削機１（図１等参照。）と比べて、第１スクリューコンベヤ２０、第２スクリューコンベヤ３０、連結部材４０および押圧装置６０など排土装置の構成や配置、連結態様が相違し、その他の構成要素は、第１の実施形態と共通する。そこで、以下では主に、第２の実施形態の特徴である排土装置について説明し、第１の実施形態と共通する他の構成要素については詳細説明を省略する。

図８および図９に示すように、第２の実施形態に係るトンネル掘削機１は、排土装置として、第１スクリューコンベヤ２０（１次スクリューコンベヤ）と、第２スクリューコンベヤ３０（２次スクリューコンベヤ）と、連結部材４０と、ベルトコンベヤ５０とを備える。

第１スクリューコンベヤ２０は、チャンバ１７内の掘削土砂を取り込む１次スクリューコンベヤとして機能する。第１スクリューコンベヤ２０は、隔壁１２に形成された排出口１２ａに連結され、チャンバ１７内に蓄えられた掘削土砂を、掘削機本体１０の後方側の第１方向に運搬する。第１スクリューコンベヤ２０は、掘削機本体１０の後方側に向けて、傾斜した第１方向（第１の運搬方向）に延びるように傾斜配置される。この第１方向は、掘削機本体１０の後方に向かうにつれて登るように傾斜した方向である。第１方向の傾斜角は、例えば１０～４０°であり、トンネル掘削機１の口径や全長、他の設備の配置等の各種仕様に応じて適宜調整される。

第１スクリューコンベヤ２０は、スクリュー羽根２１と、筒体２２と、駆動部２３とを備える。

スクリュー羽根２１は、礫等を含む掘削土砂の取込性能と運搬性能の観点からは、図８および図９に示すようなリボンタイプのスクリュー羽根であることが好ましい。ただし、スクリュー羽根２１は、軸付タイプのスクリュー羽根（図示せず。）であってもよい。

筒体２２は、スクリュー羽根２１を内包する略円筒状のケーシングである。筒体２２の前端の開口部である土砂取込口２２ａは、隔壁１２に形成された排出口１２ａに接続されている。これにより、第１スクリューコンベヤ２０の内部空間は、隔壁１２の排出口１２ａおよび土砂取込口２２ａを通じてチャンバ１７と連通可能になる。一方、筒体２２の後部（駆動部２３の前方付近）の周面のうち例えば下側には、土砂排出用の開口部である土砂排出口２２ｂが形成されている。土砂排出口２２ｂ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の外部に排出するための開口部である。この土砂排出口２２ｂは、連結部材４０の上側の開口部に接続されている。これにより、土砂排出口２２ｂから排出された掘削土砂等は、連結部材４０の内部空間に供給される。

駆動部２３は、スクリュー羽根２１を回転駆動させるモータ等の駆動装置で構成される。駆動部２３は、例えば、筒体２２の後端部に取り付けられ、スクリュー羽根２１を回転可能に支持する。駆動部２３によりスクリュー羽根２１を回転させることで、スクリュー羽根２１によって掘削土砂が筒体２２内の前方側から後方側に向けて運搬される。

以上のように、第１スクリューコンベヤ２０は、掘削機本体１０の内部空間のうち隔壁１２の直後に傾斜して配置される。第１スクリューコンベヤ２０のスクリュー羽根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土砂取込口２２ａから第１スクリューコンベヤ２０内に取り込み、掘削機本体１０の後方（第１の運搬方向）に向けて運搬し、土砂排出口２２ｂから連結部材４０に排出することができる。

第２スクリューコンベヤ３０は、第１スクリューコンベヤ２０の後段に設けられ、第１スクリューコンベヤ２０により運搬された掘削土砂を、さらに後方に運搬する２次スクリューコンベヤとして機能する。第２スクリューコンベヤ３０は、掘削機本体１０の後方側に向けて、傾斜した第２方向（第２の運搬方向）に延びるように傾斜配置される。この第２方向は、掘削機本体１０の後方に向かうにつれて登るように傾斜した方向である。第２方向の傾斜角は、上記第１方向の傾斜角よりも小さく、例えば１０～２０°であり、トンネル掘削機１の口径や全長、他の設備の配置等の各種仕様に応じて適宜調整される。このように、第２方向（第２の運搬方向）は、傾斜方向ではあるが、上記第１方向（第１の運搬方向）の傾斜方向とは異なる方向に設定されることが好ましい。これにより、スクリューコンベヤ２０、３０内の運搬流路における土砂圧の減衰効果を好適に発揮できる。

なお、第２方向の傾斜角を第１方向の傾斜角と同一にし、第１方向と第２方向が同一の傾斜方向に延びるようにしてもよい。この場合、第１方向と第２方向は、連結部材４０を介していることで、同一直線上にない方向となり、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０とが、同一直線上にはない接続態様で接続された構成となる。かかる構成であっても、掘削土砂の流れに変化を生じさせることとなり、これらスクリューコンベヤ２０、３０内の運搬流路における土砂圧の減衰効果を発揮できる。

第２スクリューコンベヤ３０は、スクリュー羽根３１と、筒体３２と、駆動部３３と、第２ゲート３４とを備える。

スクリュー羽根３１は、例えば、図８および図９に示すような軸付タイプのスクリュー羽根であることが好ましい。これにより、第２スクリューコンベヤ３０内でスクリュー羽根３１により土砂圧を減衰させて、土砂排出口３２ｂからの土砂の噴発を抑制することができる。ただし、スクリュー羽根３１は、リボンタイプのスクリュー羽根（図示せず。）であってもよい。

筒体３２は、スクリュー羽根３１を内包する略円筒状のケーシングである。筒体３２の前部の周面のうち例えば上側には、土砂取込用の開口部である土砂取込口３２ａが形成されている。土砂取込口３２ａは、連結部材４０の下側の開口部に接続されている。これにより、第２スクリューコンベヤ３０の内部空間は、連結部材４０を介して第１スクリューコンベヤ２０と連通可能になる。一方、筒体３２の後部（駆動部３３の前方付近）の下部側には、土砂排出用の開口部である土砂排出口３２ｂが形成されている。土砂排出口３２ｂは、スクリュー羽根３１により筒体３２内の後方側に運搬された掘削土砂を、筒体３２の外部に排出するための開口部である。土砂排出口３２ｂから排出された掘削土砂等は、例えば、ベルトコンベヤ５０により、掘削機本体１０のさらに後方に向けて運搬される。

駆動部３３は、スクリュー羽根３１を回転駆動させるモータ等の駆動装置で構成される。駆動部３３は、例えば、筒体３２の後端部に取り付けられ、スクリュー羽根３１を回転可能に支持する。駆動部３３によりスクリュー羽根３１を回転させることで、スクリュー羽根３１によって掘削土砂が筒体３２内の前方側から後方側に向けて運搬される。

第２ゲート３４は、第２スクリューコンベヤ３０の土砂排出口３２ｂを開閉する機能を有する。第２ゲート３４は、例えば、アクチュエータ等の駆動装置によりゲート板をスライドさせるゲート装置で構成され、土砂排出口３２ｂを閉塞するようにゲート板をスライドさせる。かかる第２ゲート３４により、第２スクリューコンベヤ３０の土砂排出口３２ｂを開閉することで、土砂排出口３２ｂからの掘削土砂の排出作業を実施または中断することができる。

連結部材４０は、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０を連結する機能を有する。連結部材４０は、筒状の部材で構成される。連結部材４０は、第１スクリューコンベヤ２０の後部下側の土砂排出口２２ｂと、第２スクリューコンベヤ３０の前部上側の土砂取込口３２ａとを連結する。連結部材４０を設けることにより、第１スクリューコンベヤ２０の内部空間が、連結部材４０の内部空間を通じて、第２スクリューコンベヤ３０の内部空間と連通する。

このように第２の実施形態でも、第１スクリューコンベヤ２０、連結部材４０および第２スクリューコンベヤ３０の内部空間は、相互に連通しており、掘削土砂の運搬流路となる。また、連結部材４０の内部の中空空間は、掘削土砂の運搬流路として機能するだけでなく、巨礫２等の異物（破砕対象物）を破砕するための破砕スペース３としても機能する。

図９に示すように、連結部材４０は、筒体４２と、第１ゲート４４と、篩４６とを備える。

筒体４２は、筒状の部材、例えば金属管で構成される。連結部材４０の筒体４２の筒形状は、第１スクリューコンベヤ２０の筒体２２および第２スクリューコンベヤ３０の筒体３２の筒形状に合わせた形状と大きさを有することが好ましい。本実施形態では、連結部材４０の筒体４２は、円筒状を有するが、かかる例に限定されず、四角形、多角形、楕円形など任意の筒形状であってもよい。

筒体４２の上端の開口部は、第１スクリューコンベヤ２０の後部下側の土砂排出口２２ｂと接続されている。連結部材４０の下端の開口部は、第２スクリューコンベヤ３０の前部上側の土砂取込口３２ａに接続されている。このように筒体４２は、その軸方向が斜め上下方向または鉛直方向に延びるように配置され、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０を連結する。

また、第２の実施形態のように傾斜配置される第２スクリューコンベヤ３０の前端部を連結部材４０に接続する場合も、上記第１の実施形態の球面ジョイント４３（図１参照。）のように、第２スクリューコンベヤ３０の方向調整のための球面軸受（または単なる旋回用軸受）を連結部材４０に設けてもよい。これにより、第２スクリューコンベヤ３０の後部側が、カーブしたトンネルＴの内壁や、トンネル掘削機１の他の設備と干渉することを回避できる。
なお、球面ジョイント４３は、連結部材４０と第１スクリューコンベヤ２０との接続部に設けてもよい。

第１ゲート４４は、連結部材４０内の土砂の運搬流路を開閉する機能を有する。第１ゲート４４は、連結部材４０の筒体４２の上部側に設けられる。第１ゲート４４は、例えば、アクチュエータ等の駆動装置によりゲート板をスライドさせるゲート装置で構成され、筒体４２を横断するようにゲート板をスライドさせる。かかる第１ゲート４４により、連結部材４０内の土砂の運搬流路を開閉することで、第１スクリューコンベヤ２０の内部空間と第２スクリューコンベヤ３０の内部空間とを連通させたり、遮断したりすることができる。第１ゲート４４の作用効果は、第１の実施形態と同様である。

篩４６は、連結部材４０の内部に設けられ、掘削土砂を通過させつつ、当該掘削土砂に含まれる礫等の異物（破砕対象物）を分離する機能を有する。篩４６は、連結部材４０の筒体４２の下部側に、筒体４２を径方向に横断するように設置される。篩４６のメッシュ幅は、破砕対象物である礫等の異物のサイズよりも小さく、かつ、掘削土砂の粒径よりも大きい。これにより、篩４６は、比較的小さい掘削土砂と、比較的大きい礫等の異物（破砕対象物）とを篩い分けることができる。

かかる篩４６を連結部材４０内に設けることで、第１スクリューコンベヤ２０の土砂排出口２２ｂから連結部材４０内に掘削土砂を排出した際、掘削土砂は篩４６を通過するが、礫等の破砕対象物は、篩４６を通過できずに、篩４６の上に残存する。したがって、第２の実施形態では、連結部材４０内の中空空間のうち篩４６よりも上側の空間が、破砕対象物を破砕するための破砕スペース３として機能する。

なお、篩４６は、連結部材４０内を通過可能な礫等の破砕対象物のサイズを規制するための規制部材として機能する。この規制部材の詳細については後述する。

さらに、連結部材４０には、破砕スペース３に対応する位置に少なくとも１つの押圧装置６０が設けられている。第２の実施形態に係る押圧装置６０は、第１の実施形態（図３等参照）と同様に、連結部材４０の径方向の両側に設けられる一対の押圧機構６２Ｌ、６２Ｒを備えてもよいし、連結部材４０の径方向の一側に設けられる１つの押圧機構６２を備えてもよい。また、各押圧機構６２は、第１の実施形態と同様に、ベース部６３と、油圧ジャッキのボディ６４およびピストンロッド６５と、押圧部６６とを備えてもよい。

第２の実施形態に係る押圧装置６０は、連結部材４０のうち篩４６よりも上方の位置に設置される。押圧装置６０の押圧部６６は、連結部材４０内における篩４６の上側の破砕スペース３に対して進退可能に設けられる。押圧装置６０は、第１スクリューコンベヤ２０の土砂排出口２２ｂから排出されて連結部材４０内に落下した掘削土砂のうち、篩４６の上側の破砕スペース３に残存している破砕対象物を、押圧部６６により押圧して破砕する。

以上、説明したように、第２の実施形態によれば、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０はともに傾斜配置されている。第１スクリューコンベヤ２０の土砂排出口２２ｂは、筒体２２の後部の周面に設けられ、第２スクリューコンベヤ３０の土砂取込口３２ａは、筒体３２の前部の周面に設けられ、連結部材４０は、土砂排出口２２ｂと土砂取込口３２ａとを連結している。例えば、図８および図９の例では、第１スクリューコンベヤ２０の土砂排出口２２ｂは、筒体２２の後部の下側に設けられている。また、第２スクリューコンベヤ３０の土砂取込口３２ａは、筒体３２の前部の上側に設けられ、第１スクリューコンベヤ２０の土砂排出口２２ｂの下方に配置されている。そして、連結部材４０は、第１スクリューコンベヤ２０の土砂排出口２２ｂと第２スクリューコンベヤ３０の土砂取込口３２ａとを上下方向に連結する。

このように、第２の実施形態では、複数のスクリューコンベヤ２０、３０を直列的に並設する構成において、傾斜配置された第１スクリューコンベヤ２０の土砂排出口２２ｂを下に向け、第２スクリューコンベヤ３０も傾斜配置されている。かかるスクリューコンベヤ２０、３０の配置構成は、第１スクリューコンベヤ２０のスクリュー羽根２１をメンテナンスするためにスクリュー羽根２１を後方に引き抜く機構を装備する場合などに、採用される。

かかるスクリューコンベヤ２０、３０の配置構成において、連結部材４０内には、破砕対象物よりも小さいメッシュ幅を有する篩４６が設けられており、押圧装置６０は、連結部材４０内において篩４６よりも上側に位置する破砕スペース３で、破砕対象物を押圧して破砕する。

このように、第２スクリューコンベヤ３０内に一定サイズ以上の礫等の異物を取り込まないように、第２スクリューコンベヤ３０の土砂取込口３２ａの上側の連結部材４０内に篩４６が設けられとともに、この篩４６の上側の破砕スペース３に対応する位置に押圧装置６０が設置される。したがって、第１スクリューコンベヤ２０により巨礫２等の破砕対象物を取り込んだ場合であっても、第１スクリューコンベヤ２０から排出された破砕対象物を連結部材４０内の篩４６の上の破砕スペース３に溜めて、押圧装置６０により当該破砕対象物を押圧して、一体サイズ以下の細片に破砕できる。破砕された細片は、篩４６を通過して、第２スクリューコンベヤ３０に導入される。よって、第２スクリューコンベヤ３０は、破砕された細片と掘削土砂を取り込んで運搬すればよいので、第２スクリューコンベヤ３０による掘削土砂の取込および運搬時に、巨礫２等の異物による障害が発生しない。

また、第２の実施形態では、第１スクリューコンベヤ２０の後端部と第２スクリューコンベヤ３０の前端部を、連結部材４０により上下方向に接続し、当該連結部材４０が、両スクリューコンベヤ２０、３０による土砂の運搬方向を変化させる役割を果たしている。このように、連結部材４０を用いて第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０による土砂の運搬方向（第１方向と第２方向）を変えることで、掘削土砂の流れに変化を生じさせることとなり、両スクリューコンベヤ２０、３０内の土砂圧の減衰を促進することができる。よって、第２スクリューコンベヤ３０の土砂排出口３２ｂにおける土砂の噴発を抑制することが可能になる。

なお、上記の第２の実施形態では、２つのスクリューコンベヤ２０、３０（１次、２次スクリューコンベヤ）を傾斜配置する例について説明したが、３つ以上のスクリューコンベヤ（１次、２次、３次スクリューコンベヤなど）を傾斜配置してもよい。この場合、２次スクリューコンベヤと３次スクリューコンベヤとを連結する第２連結部材にも押圧装置６０を設置して、破砕対象物を破砕可能にしてもよい。また、３つ以上のスクリューコンベヤのうち１つ以上を傾斜配置し、他の１つ以上を水平配置してもよい。

［９．規制部材］
次に、図１０～図１４を参照して、上記第１、第２の実施形態に係るスクリューコンベヤ構造の連結部材４０に設けられる規制部材７０について説明する。図１０は、上記第１の実施形態に係るスクリューコンベヤ構造（図１等参照）の連結部材４０に規制部材７０を追加設置した例を示す部分拡大側面図である。

図１０に示すように、規制部材７０は、上述した第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０を連結する連結部材４０に設けられ、連結部材４０内における破砕対象物（異物）の通過を規制するための部材である。規制部材７０は、第１スクリューコンベヤ２０から連結部材４０内に搬送された掘削土砂に含まれる破砕対象物のうち所定サイズ以上の破砕対象物が、連結部材４０よりも下流側に通過しないように規制し、当該破砕対象物が第２スクリューコンベヤ３０に取り込まれることを防止する。

規制部材７０は、連結部材４０のうち、筒体４２の後端部側、即ち、掘削土砂の搬送方向の下流側（第２スクリューコンベヤ３０側）に設けられる。連結部材４０のうち規制部材７０の上流側（第１スクリューコンベヤ２０側）に、上記破砕スペース３および押圧装置６０が配置される。換言すると、規制部材７０は、連結部材４０のうち破砕スペース３および押圧装置６０よりも下流側（後方側）であって、第２スクリューコンベヤ３０の前端よりも上流側（前方側）に配置される。これにより、連結部材４０のうち第２スクリューコンベヤ３０の直前の位置に、破砕対象物の通過を規制する規制部材７０を配置して、連結部材４０から第２スクリューコンベヤ３０に所定サイズ以上の破砕対象物が進入することを制限できる。

第１スクリューコンベヤ２０から連結部材４０内に導入された掘削土砂や、所定サイズよりも小さい礫等は、連結部材４０内の規制部材７０を通過可能である。一方、所定サイズ以上の大きな破砕対象物は、規制部材７０により通過が規制されるため、連結部材４０内において規制部材７０よりも上流側に位置する破砕スペース３に滞留する。これにより、押圧装置６０は、当該破砕スペース３に滞留している所定サイズ以上の大きな破砕対象物を押圧して、確実かつ安定的に破砕することが可能になる。押圧装置６０により所定サイズ未満に破砕された破砕対象物の破片は、掘削土砂とともに規制部材７０を通過して、第２スクリューコンベヤ３０に取り込まれる。

以上、図１０を参照して、上記第１の実施形態に係るスクリューコンベヤ構造（図１等参照）の連結部材４０に対して、規制部材７０を適用する例について説明した。同様に、第２の実施形態に係るスクリューコンベヤ構造（図８等参照）の連結部材４０に対しても、規制部材７０を適用可能である。上述した第２の実施形態では、図９に示すように、規制部材７０の一例としてメッシュ構造の篩４６を連結部材４０に設置する場合について説明した。篩４６は、そのメッシュ幅よりも大きなサイズの破砕対象物と掘削土砂を選別し、当該破砕対象物が篩４６を通過することを規制する。

次に、図１１～図１４を参照して、規制部材７０の各種の構成例について説明する。これら規制部材７０の各種の構成例は、上述した第１および第２の実施形態に適用可能である。

（１）メッシュ構造の篩８０
まず、図１１を参照して、規制部材７０がメッシュ構造の篩８０で構成される例について説明する。なお、図１１に示すメッシュ構造の篩８０は、上述した第２の実施形態に係る篩４６（図９参照。）に対応している。

図１１に示すように、篩８０は、複数の棒材８１、８２が上下および左右方向に矩形格子状に組み合わされたメッシュ構造を有する。複数の棒材８１は、上下方向に延在し、左右方向に相互に所定間隔を空けて連結部材４０に取り付けられる。一方、複数の棒材８２は、左右方向に延在し、上下方向に相互に所定間隔を空けて連結部材４０に取り付けられる。このような複数の棒材８１、８２により、篩８０のメッシュ構造が構成される。かかるメッシュ構造の篩８０を規制部材７０として用いることにより、上下および左右の２方向（連結部材４０の径方向）で、破砕対象物の通過を規制できる。

篩８０のメッシュ幅（開口幅）は、通過を規制したい破砕対象物の所定サイズよりも小さい幅であって、かつ、通過を許容したい掘削土砂や破砕対象物のサイズよりも大きい幅に設定される。掘削施工される地山によって異なる破砕対象物のサイズに合わせて、複数の棒材８１、８２の配置間隔（つまり、メッシュ幅）を調整することが好ましい。このように、規制部材７０としての篩８０は、篩８０を通過可能な破砕対象物のサイズを調整できるように、メッシュ幅（開口幅）を変更可能に構成されることが好ましい。

そこで、図１１に示すメッシュ構造の篩８０では、一部または全部の棒材８１、８２が連結部材４０の筒体４２に対して脱着可能に設けられている。図１１（ａ）の例では、上下方向に延びる５本の棒材８１と、左右方向に延びる５本の棒材８２が連結部材４０の筒体４２に取り付けられている。かかる棒材８１、８２はそれぞれ、筒体４２に貫通形成された挿入孔８３、８４を通じて挿抜可能である。

図１１（ｂ）は、図１１（ａ）の状態から、それぞれ５本の棒材８１、８２のうち２本の棒材８１、８２を間引くようにして取り外した状態を示す。この図１１（ｂ）の状態では、それぞれ３本の棒材８１、８２の間隔（メッシュ幅）が、図１１（ａ）の状態よりも広くなっている。したがって、図１１（ｂ）の状態では、図１１（ａ）の状態よりも、大きなサイズの破砕対象物が篩８０を通過可能になる。

通過を規制したい破砕対象物のサイズが比較的小さい場合には、図１１（ａ）に示すように篩８０のメッシュ幅を狭い幅に設定すればよい。これにより、篩８０は、当該小さいサイズ以上の破砕対象物の通過を規制して、これら破砕対象物を押圧装置６０により十分に破砕可能となる。一方、通過を規制したい破砕対象物のサイズが比較的大きい場合には、図１１（ｂ）に示すように篩８０のメッシュ幅を広い幅に設定すればよい。これにより、篩８０は、比較的小さいサイズの破砕対象物の通過を許容しつつ、比較的大きいサイズの破砕対象物の通過を規制して、当該大きいサイズの破砕対象物だけを破砕スペース３に滞留させて、押圧装置６０により破砕する。したがって、篩８０を通過できない多くの破砕対象物の滞留により篩８０が目詰まりすることを防止できるので、連結部材４０内における掘削土砂の排土性を向上できる。

さらに、図１１（ｃ）に示すように、全ての棒材８１、８２を連結部材４０から取り外して、規制部材７０である篩８０を連結部材４０から撤去することも可能である。このように、篩８０の棒材８１、８２は、連結部材４０に対して脱着可能に設けられ、必要に応じて連結部材４０から取り外すことができる。これにより、地山に含まれる土砂中に破砕対象物が出現しない施工区間において、連結部材４０内における掘削土砂の流通が規制部材７０（即ち、篩８０）により妨げられないので、排土効率を高めることができる。

以上のように、トンネル掘削機１による施工場所の土質条件などに応じて、メッシュ構造の篩８０のメッシュ幅を調整したり、連結部材４０に対して篩８０を脱着したりして、連結部材４０内を通過可能な破砕対象物のサイズを調整することが好ましい。

（２）スリット構造の篩９０
次に、図１２を参照して、規制部材７０がスリット構造の篩９０で構成される例について説明する。

図１２に示すように、篩９０は、複数の棒材８１が相互に平行に配列されたスリット構造を有する。複数の棒材８１は、上下方向に延在し、左右方向に相互に所定間隔を空けて連結部材４０に取り付けられる。このような複数の棒材８１により、篩９０のスリット構造が構成される。かかるスリット構造の篩９０を規制部材７０として用いても、破砕対象物の通過を規制できる。

篩９０のスリット幅（開口幅）は、通過を規制したい破砕対象物のサイズよりも小さい幅であって、かつ、通過を許容したい掘削土砂や破砕対象物のサイズよりも大きい幅に設定される。掘削施工される地山によって異なる破砕対象物のサイズに合わせて、複数の棒材８１の配置間隔（つまり、スリット幅）を調整することが好ましい。このように、規制部材７０としての篩９０は、篩９０を通過可能な破砕対象物のサイズを調整できるように、スリット幅（開口幅）を変更可能に構成されることが好ましい。

そこで、図１２に示すスリット構造の篩９０でも、上記図１１に示したメッシュ構造の篩８０と同様に、一部または全部の棒材８１が連結部材４０の筒体４２に対して脱着可能に設けられている。図１２（ａ）の例では、上下方向に延びる５本の棒材８１が連結部材４０の筒体４２に取り付けられ、かかる棒材８１はそれぞれ、筒体４２に貫通形成された挿入孔８３を通じて挿抜可能である。

したがって、図１２（ｂ）に示すように、５本の棒材８１のうち２本の棒材８１を間引くようにして取り外すことにより、３本の棒材８１の間隔（スリット幅）が、図１２（ａ）の状態よりも広くなる。したがって、図１２（ｂ）の状態では、図１２（ａ）の状態よりも、大きなサイズの破砕対象物が篩９０を通過可能になる。このように、スリット構造の篩９０でも、上記メッシュ構造の篩８０と同様に、通過を規制したい破砕対象物のサイズに応じて、篩９０のスリット幅を調整することができる。

さらに、図１２（ｃ）に示すように、スリット構造の篩９０の全ての棒材８１を連結部材４０から取り外して、規制部材７０である篩９０を連結部材４０から撤去することも可能である。このように、スリット構造の篩９０を連結部材４０に脱着可能にすることにより、上記メッシュ構造の篩８０と同様に、連結部材４０内における掘削土砂の流通が規制部材７０（即ち、篩９０）により妨げられないので、排土効率を高めることができる。

以上のように、トンネル掘削機１による施工場所の土質条件などに応じて、スリット構造の篩９０のスリット幅を調整したり、連結部材４０に対して篩９０を脱着したりして、連結部材４０内を通過可能な破砕対象物のサイズを調整することが好ましい。

ここで、図１３を参照して、上記メッシュ構造の篩８０やスリット構造の篩９０において、当該メッシュ構造やスリット構造を構成する棒材８１を連結部材４０に対して挿抜するための構造の例について説明する。なお、説明の便宜上、図１３では、１本の棒材８１を連結部材４０の筒体４２に対して挿抜する構造を示しているが、他の棒材８１、８２にも同様な挿抜構造を適用できる。

図１３に示すように、棒材８１は、連結部材４０の筒体４２に貫通形成された挿入孔８３を通じて、筒体４２の内部に挿入可能である。この挿入孔８３の周囲には、円筒状のガイド部８５が、筒体４２から外側に向けて突設されている。棒材８１が挿入孔８３を通じて挿抜されるときに、ガイド部８５は当該棒材８１の移動をガイドする。ガイド部８５の内周面と棒材８１との隙間には、シール材８６が設けられている。

また、連結部材４０の筒体４２の内周面のうち、棒材８１の先端が当接する箇所には、棒材８１の先端を受け止める凹部８７が形成されている。さらに、棒材８１の先端付近には、突起状のストッパー８８が形成されている。また、棒材８１の後端には、棒材８１を挿抜する際に作業員が掴むための取っ手８９が設けられている。

図１３（ａ）に示すように、棒材８１が連結部材４０内に挿入された状態では、棒材８１の先端は、連結部材４０の凹部８７に係合する。これにより、棒材８１の先端は凹部８７により支持され、棒材８１の後端はガイド部８５により支持される。したがって、挿入された棒材８１を安定的に支持できるので、連結部材４０内を移動する掘削土砂や破砕対象物が棒材８１に衝突したとしても、棒材８１の位置がずれることを防止できる。

また、図１３（ｂ）に示すように、棒材８１を連結部材４０から引き抜くときには、作業員は、棒材８１の取っ手８９を掴んで引き抜く。このとき、棒材８１は、ガイド部８５に沿って真っ直ぐに移動して、退避位置まで引き抜かれる。また、引き抜かれる棒材８１とガイド部８５との隙間は、シール材８６によりシールされている。これにより、当該隙間から連結部材４０内の掘削土砂や水などが連結部材４０の外部に漏れ出すことがなく、連結部材４０内の土砂圧も維持される。さらに、棒材８１を退避位置まで引き抜いたとき、棒材８１の先端付近のストッパー８８が連結部材４０の筒体４２の内周面に当接するため、棒材８１が係止され、それ以上の移動が制限される。したがって、棒材８１が連結部材４０から完全に引き抜かれないので、退避位置にある棒材８１を連結部材４０内に再挿入することが容易になる。

以上のように、図１３に示すような棒材８１の挿抜構造を採用することで、連結部材４０に対して棒材８１を容易に挿抜可能になる。したがって、連結部材４０に対する棒材８１、８２の設置数を容易に変更できるので、破砕対象物のサイズに合わせて、複数の棒材８１、８２からなる篩８０、９０のメッシュ幅やスリット幅（開口幅）を容易に調整可能となる。さらに、連結部材４０に対して篩８０、９０を容易に装着したり撤去したりすることも可能になる。

（３）ゲート１００
次に、図１４を参照して、規制部材７０がゲート１００で構成される例について説明する。

図１４に示すように、ゲート１００は、連結部材４０の筒体４２の内部空間（掘削土砂の運搬流路）を開閉する装置である。ゲート１００を部分的に閉めて、連結部材４０の内部空間を部分的に閉塞することで、連結部材４０内のゲート１００の位置を通過可能な破砕対象物のサイズを規制できる。

ゲート１００は、ケーシング１０１と、開閉用ジャッキ１０２と、ゲート板１０３とを備える。

ケーシング１０１は、連結部材４０の筒体４２の外側に取り付けられる。ケーシング１０１は、その内部に収容されたゲート板１０３を覆う。

ゲート板１０３は、連結部材４０の筒体４２に貫通形成された挿入孔１０６を通じて、筒体４２の内部に挿入可能である。この挿入孔１０６の周囲には、ガイド部１０７が、筒体４２から外側に向けて突設されている。ガイド部１０７には、ゲート板１０３を挿通するための穴が形成されており、当該ガイド部１０７の穴の断面形状は、ゲート板１０３の断面形状と略同一である。ゲート板１０３が挿入孔１０６を通じて挿抜されるときに、ガイド部１０７は当該ゲート板１０３の移動をガイドする。ガイド部１０７の内周面とゲート板１０３との隙間には、シール材１０８が設けられている。

開閉用ジャッキ１０２は、ゲート板１０３を開閉するための駆動装置である。開閉用ジャッキ１０２は、例えば、油圧ジャッキで構成されるが、それ以外にも、空圧式または電動式のアクチュエータなどで構成されてもよい。開閉用ジャッキ１０２は、ボディ１０４と、ピストンロッド１０５とから構成される。開閉用ジャッキ１０２のボディ１０４は、ケーシング１０１の外部に配置され、ピストンロッド１０５を駆動する駆動力を発生させる。ピストンロッド１０５の先端はゲート板１０３の背面に固定され、ピストンロッド１０５の後端はボディ１０４内に配置される。ピストンロッド１０５がボディ１０４に対して伸縮することにより、ゲート板１０３が軸方向に移動して、連結部材４０の内部空間を開閉する。

図１４の例では、連結部材４０の左右両側にゲート１００、１００が対向設置されており、左右一対のゲート板１０３、１０３により、連結部材４０の内部空間が開閉されるようになっている。一対のゲート板１０３、１０３を閉じる（即ち、相互に接近する方向に移動させる）ことにより、連結部材４０の内部空間が遮断される。一方、一対のゲート板１０３、１０３を開ける（相互に離隔する方向に移動させる）ことにより、連結部材４０の内部空間が開放される。

このように開閉されるゲート１００の開度（即ち、一対のゲート板１０３、１０３の先端間の隙間）は、開閉用ジャッキ１０２により調整される。ゲート１００の開度を小さくすれば、ゲート１００の位置における連結部材４０内の土砂の運搬流路が狭くなり、ゲート１００を通過可能な破砕対象物のサイズも小さくなる。一方、ゲート１００の開度を大きくすれば、当該運搬流路が広くなり、ゲート１００を通過可能な破砕対象物のサイズも大きくなる。かかるゲート１００の開度は、通過を規制したい破砕対象物のサイズよりも小さい幅であって、かつ、通過を許容したい掘削土砂や破砕対象物のサイズよりも大きい幅に設定される。

以上のように、規制部材７０としてゲート１００を連結部材４０に設けることで、連結部材４０内における破砕対象物の通過を規制できる。そして、図１４（ａ）に示すように、ゲート１００の開度を調整することで、連結部材４０内のゲート１００の位置を通過可能な破砕対象物のサイズを調整できる。ゲート１００の開度は、開閉用ジャッキ１０２により容易に調整可能であるので、上述した篩８０、９０を用いる場合と比べて、通過可能な破砕対象物のサイズの調整を容易かつ迅速に実行でき、当該サイズ調整の自由度も高い。

また、図１４（ｂ）に示すように、一対のゲート板１０３、１０３を最大限に離隔させて連結部材４０から退避させ、ゲート１００を全開にすることもできる。ゲート１００を全開にすれば、連結部材４０内の運搬流路がゲート板１０３、１０３により閉塞されず、開放された状態となる。これにより、地山に含まれる土砂中に破砕対象物が出現しない施工区間において、連結部材４０内における掘削土砂の流通がゲート１００により妨げられないので、排土効率を高めることができる。

以上のように、トンネル掘削機１による施工場所の土質条件などに応じて、ゲート１００の開度を適切に調整して、連結部材４０内を通過可能な破砕対象物のサイズを調整することが好ましい。

また、規制部材７０としてゲート１００を用いた場合、破砕対象物の通過領域が、一対のゲート板１０３、１０３の間の一箇所の領域になるので、大型サイズの破砕対象物の規制に有効である。連結部材４０内に張り出したゲート板１０３が、連結部材４０内を流動する掘削土砂の通過抵抗になる可能性は高いが、連結部材４０内のプラグゾーン４におけるプラグの形成には有利となる。

［１０．まとめ］
以上説明したように、本発明の実施形態によれば、土圧（泥土圧）シールドマシンなどのトンネル掘削機１において、排土装置として、２つ以上のスクリューコンベヤを直列的に配置する構成において、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０とを連結する連結部材４０内に、スクリュー羽根２１、３１が常時存在しない破砕スペース３を形成する。さらに、連結部材４０のうち当該破砕スペース３に対応する位置に、礫等の異物を破砕するクラッシャーとして機能する押圧装置６０を設置する。

これにより、第１スクリューコンベヤ２０を通過してきた礫等の異物を、連結部材４０内の破砕スペース３に導入し、押圧装置６０により押圧して破砕した上で、連結部材４０から第２スクリューコンベヤ３０に導入することができる。したがって、スクリューコンベヤ２０、３０を稼働させながら、押圧装置６０により破砕動作を実施できる。よって、スクリューコンベヤ２０、３０による排土作業を中断することなく、礫等の破砕作業を実施できるので、排土作業と破砕作業の作業性と効率性を向上することができる。

また、上記特許文献２に記載の従来技術では、スクリューコンベヤに設けられたスライド機構によりスクリュー羽根を後方に退避させることで、スクリューコンベヤの先端部内に、スクリュー羽根が存在しない破砕スペースを一時的に形成する構造であった。かかる構造であると、スクリューコンベヤによる排土作業を中断した上で、スライド機構によりスクリュー羽根を後退させる作業を実施する必要がある。このため、スクリュー羽根を後退させるために大掛かりな追加作業と時間が必要となり、排土作業や破砕作業の効率性と作業性が低下するという問題があった。

これに対し、本実施形態によれば、中空の連結部材４０内に破砕スペース３が常時確保されているので、スライド機構によりスクリュー羽根を後退させる作業が不要である。よって、スクリューコンベヤ２０、３０による排土作業と、押圧装置６０による破砕作業を同時並行で実施できるので、排土作業と破砕作業の効率性と作業性を向上できる。

また、上記特許文献２のようなスライド機構を用いずに、スクリューコンベヤの先端部内に破砕スペースを確保するためには、当該スクリューコンベヤの筒体内において、スクリュー羽根の先端を破砕スペースの分だけ予め後退させた位置に配置する必要がある。そうすると、スクリューコンベヤの先端部内にスクリュー羽根が常に存在しないことになるため、チャンバからスクリューコンベヤへの土砂取込性能が低下し、排土作業の効率性が低下するという問題があった。

これに対し、本実施形態によれば、第１スクリューコンベヤ２０と第２スクリューコンベヤ３０との間の連結部材４０内に破砕スペース３を確保できるので、第１スクリューコンベヤ２０の先端部内に破砕スペース３を形成する必要がない。したがって、第１スクリューコンベヤ２０の先端部内にスクリュー羽根２１を配置できるので、チャンバ１７から第１スクリューコンベヤ２０への土砂取込性能を維持でき、排土作業の効率性を向上できる。

また、上記特許文献２に記載の構造では、傾斜配置されたスクリューコンベヤの先端部内の破砕スペースにおいて、押圧装置で礫等を押圧して破砕しようとすると、礫等が斜め下方に逃げてしまう場合があり、破砕作業の安定性に改善の余地があった。これに対し、第１の実施形態によれば、水平配置された連結部材４０内で礫等の破砕対象物を安定的に押圧して破砕できる。また、第２の実施形態によれば、連結部材４０内の篩４６の上に載置された破砕対象物を安定的に押圧して破砕できる。よって、いずれの実施形態でも、破砕対象物の逃げを抑制でき、破砕作業の安定性を向上できる。

また、上記特許文献２に記載の従来技術では、隔壁の直後のスクリューコンベヤの先端部に押圧装置を設置していた。このため、押圧装置の設置位置が隔壁の裏側の狭い空間となるので、クラッシャーのメンテナンス性が低いという問題もあった。これに対し、本実施形態によれば、隔壁１２の直後における他の設備で混み合った設置スペースではなく、第１スクリューコンベヤ２０の後部側で比較的余裕のある設置スペースに押圧装置６０を設置できる。これにより、押圧装置６０の設置場所の周囲に空間的余裕があるので、押圧装置６０の点検、修理、交換等のメンテナンス性を向上できる。

さらに、本実施形態によれば、第１スクリューコンベヤ２０の後方の広い空間に押圧装置６０を設置できるので、図６および図７に示したように、複数の押圧装置６０Ａ、６０Ｂを設置して、複数の押圧部６６による押圧動作を交互に実施することが可能になる。これにより、スクリューコンベヤ２０、３０および連結部材４０内の運搬流路の容積変動と土砂圧の変動を低減できるので、排土の制御性を維持でき、土砂排出口３２ｂにおける土砂の噴発を抑制できる。また、複数の押圧装置６０Ａ、６０Ｂにより、破砕対象物をより確実に破砕可能となる。

また、本実施形態によれば、第２スクリューコンベヤ３０の前段の連結部材４０内で、巨礫２等の破砕対象物を破砕した上で、第２スクリューコンベヤ３０に導入できる。したがって、第２スクリューコンベヤ３０およびその後段に設けられるベルトコンベヤ５０などの排土装置は、サイズの大きい礫等を運搬しなくて済むので、これらの排土装置の損傷を防止でき、負担を軽減することもできる。

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、破砕対象物として巨礫２の例を挙げて説明したが、本発明の破砕対象物は、巨礫２の例に限定されない。掘削対象物は、掘削土砂に含まれる異物であって、スクリューコンベヤによる運搬が困難な大きさのものであれば、例えば、粘土塊、流木、人工の地中残置物（例えば、コンクリート塊）等であってもよいし、これらの組合せであってもよい。

また、上記実施形態では、押圧装置６０は、連結部材４０の径方向の両側に一対の押圧機構６２Ｌ、６２Ｒを備えていたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、連結部材４０の径方向の一側のみに１つの押圧機構６２を備え、当該１つの押圧機構６２の押圧部６６により破砕対象物を片側から押圧する構成にしてもよい。この場合、当該１つの押圧部６６と、連結部材４０の筒体４２の内周面との間で、破砕対象物を挟み込んで押圧してもよい。あるいは、当該１つの押圧部６６と、別途設置した固定部材（例えば、連結部材４０内に設置された固定板）との間で、破砕対象物を挟み込んで押圧してもよい。

また、上記実施形態では、左右方向に対向する２つの押圧機構６２Ｌ、６２Ｒを配置し、双方の押圧機構６２Ｌ、６２Ｒの押圧方向を同一方向（左右方向）としたが、本発明は、かかる例に限定されない。例えば、２つの押圧機構６２Ｌ、６２Ｒが対向する方向は、破砕スペース３を間に挟んで対向する方向であれば、上記の左右方向以外にも、上下方向または傾斜方向など、任意の方向であってもよい。

また、２つの押圧機構６２Ｌ、６２Ｒを対向配置する場合、必ずしも、両者を正対（同一直線上で真正面に対向するように配置）させる必要はなく、斜めに対向するように配置してもよい。この場合、例えば、２つの押圧機構６２Ｌ、６２Ｒは平面視でハの字型に配置され、当該２つの押圧機構６２Ｌ、６２Ｒの押圧方向は交差する方向となり、その交差角度は１８０°未満となる。この場合であっても、傾斜して対向配置された２つの押圧機構６２Ｌ、６２Ｒの押圧部６６、６６により、破砕対象物を挟持して破砕することは可能である。

また、以上の説明では、１つまたは２つの押圧装置６０を設置する例について説明したが、３つ以上の押圧装置６０を設置してもよい。これにより、押圧装置６０により押圧する方向（軸数）を増やすことができるので、押圧に際して、荷重点（荷重作用点）が増えて、破砕対象物の当該位置への固定の確実性が増すことや、１か所当たりの押圧荷重を減らすことができ、押圧装置６０のコンパクト化につながるというメリットがある。また、押圧装置６０の設置数を３つ以上に増やしていくことで、破砕対象物が移動可能な方向（逃げられる方向）をなくしていくことが可能になるので、より確実に押圧できるようになる。

また、押圧装置６０の設置数が１つ又は２つ以上のいずれの場合においても、押圧部６６の進退量（ストローク）を、ストロークセンサなどの検出装置で計測することが好ましい。これにより、押圧部６６により破砕対象物を押圧したときのストローク値を確認することで、破砕対象物の破砕直前の大きさや破砕後の大きさ、破砕対象物を破砕できたか否かなどを、確認できる。

また、押圧部６６の進退に伴うアクチュエータ（例えば、上記の油圧ジャッキ）の出力を検出する検出装置（例えば、油圧圧力センサ）を設けて、アクチュエータの出力を監視してもよい。これにより、アクチュエータの出力が低ければ、破砕スペース３に礫等の破砕対象物は存在しないことが分かり、一方、アクチュエータの出力が高ければ、破砕スペース３に何らかの異物が存在し、押圧装置６０が破砕機能を発揮していることを把握できるというメリットがある。

そして、これらの破砕対象物の破砕直前の大きさや破砕対象物の有無の把握をもとに、所定サイズ以上の破砕対象物が下流側に通過しないように規制する規制部材について、破砕対象物のサイズに合わせて規制量を調整し、また、破砕対象物がない時には規制部材を撤去するなど、その調整や着脱を行うことで、必要以上に掘削土砂の通過抵抗を立てなくするようにして、掘削土砂の搬送や排出を適切に制御することができる。

また、上記第２の実施形態（図８、図９参照。）では、第１スクリューコンベヤ２０の後部における筒体２２の周面の下側に土砂排出口２２ｂが設けられ、第２スクリューコンベヤ３０の前部における筒体３２の周面の上側に土砂取込口３２ａが設けられ、連結部材４０は、当該土砂排出口２２ｂと土砂取込口３２ａとを上下方向に連結したが、本発明は、かかる例に限定されない。例えば、第１スクリューコンベヤ２０の土砂排出口２２ｂは、第１スクリューコンベヤ２０の後部における筒体２２の周面のうち、任意の位置（例えば、当該周面のうち一側の側面）に設けられてもよく、同様に、第２スクリューコンベヤ３０の土砂取込口３２ａは、第２スクリューコンベヤ３０の前部における筒体３２の周面のうち、任意の位置（例えば、当該周面のうち他側の側面）に設けられてもよい。この場合、連結部材４０は、当該土砂排出口２２ｂと土砂取込口３２ａとを、左右方向もしくは斜め方向に連結してもよい。このような連結構造であっても、上記第２の実施形態と同様な効果を奏することができる。また、連結部材４０により土砂排出口２２ｂと土砂取込口３２ａを左右方向もしくは斜め方向に連結する場合、連結部材４０に上記篩４６等の規制部材７０を設置しなくてもよい。この場合、連結部材４０内で掘削土砂や破砕対象物が自重により落下せず、比較的ゆっくりと流動するため、連結部材４０に規制部材７０を設置しなくても、連結部材４０内の破砕スペース３において押圧装置６０により破砕対象物を好適に破砕可能である。

また、連結部材４０において、破砕対象物を破砕しきれなかった場合に、破砕対象物を取り出す必要が生じるため、これに対応するためとして、連結部材４０に開閉可能なメンテナンス用開口部を設けてもよい。

また、連結部材４０は、プラグゾーン４を兼ねており、掘削土砂の圧密による固着が発生する可能性もあるため、掘削土砂の固着を解消する添加材を添加するための添加材注入孔を連結部材４０に設けてもよい。

１ トンネル掘削機
２ 巨礫
３ 破砕スペース
４ プラグゾーン
１０ 掘削機本体
１１ カッタヘッド
１２ 隔壁
１２ａ 排出口
１７ チャンバ
２０ 第１スクリューコンベヤ
２１ スクリュー羽根
２２ 筒体
２２ａ 土砂取込口
２２ｂ 土砂排出口
２３ 駆動部
３０ 第２スクリューコンベヤ
３１ スクリュー羽根
３２ 筒体
３２ａ 土砂取込口
３２ｂ 土砂排出口
３３ 駆動部
３４ 第２ゲート
４０ 連結部材
４２ 筒体
４４ 第１ゲート
４５ 挿入口
４６ 篩
５０ ベルトコンベヤ
６０、６０Ａ、６０Ｂ 押圧装置
６２Ｌ、６２Ｒ 押圧機構
６３ ベース部
６４ ボディ
６５ ピストンロッド
６６ 押圧部
６７ 突起部
７０ 規制部材
８０ メッシュ構造の篩
８１、８２ 棒材
８３、８４ 挿入孔
９０ スリット構造の篩
１００ ゲート
１０３ ゲート板
Ｓ セグメント
Ｔ トンネル

Claims (15)

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、
   前記掘削機本体の内部において前記カッタヘッドの後方に設けられる隔壁と、
   前記カッタヘッドおよび前記隔壁により画成され、前記カッタヘッドにより掘削された土砂を蓄えるチャンバと、
   前記隔壁に形成された排出口に連結され、前記チャンバ内に蓄えられた掘削土砂を、前記掘削機本体の後方側の第１方向に運搬する第１スクリューコンベヤと、
   前記第１スクリューコンベヤの後段に設けられ、前記第１スクリューコンベヤにより運搬された前記掘削土砂を、前記掘削機本体の後方側の第２方向に運搬する第２スクリューコンベヤと、
   前記第１スクリューコンベヤの土砂排出口と、前記第２スクリューコンベヤの土砂取込口とを連結し、スクリュー羽根が設けられていない破砕スペースを内部に有する筒状の連結部材と、
   前記連結部材に設けられ、前記連結部材内の前記破砕スペースに対して進退可能に設けられる押圧部を有し、前記第１スクリューコンベヤにより前記破砕スペースに運搬された前記掘削土砂に含まれる破砕対象物を、前記押圧部により押圧する少なくとも１つの押圧装置と、
   を備え、
   前記押圧装置は、前記破砕スペースに対して前記押圧部を進退させるための駆動力を発生させる駆動装置をさらに有し、
   前記駆動装置は、前記押圧部の進退方向と同一方向に伸縮可能に設けられる、トンネル掘削機。
2. 前記連結部材内の前記破砕スペースには、前記第１スクリューコンベヤにより前記破砕スペースに運搬された前記掘削土砂によりプラグゾーンが形成されており、
   前記押圧装置は、前記プラグゾーンを形成する前記掘削土砂に含まれる前記破砕対象物を押圧する、請求項１に記載のトンネル掘削機。
3. 前記第１スクリューコンベヤは、リボンタイプのスクリュー羽根を有し、
   前記第２スクリューコンベヤは、軸付きタイプのスクリュー羽根を有する、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
4. 前記第１スクリューコンベヤのサイズは、前記第２スクリューコンベヤのサイズより大きい、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
5. 前記押圧装置は、
   前記連結部材の径方向の一側に配置される第１押圧部と、
   前記連結部材の径方向の他側に、前記第１押圧部と対向配置される第２押圧部と、
   を有し、
   前記押圧装置は、前記第１押圧部と前記第２押圧部により、前記破砕対象物を両側から挟んで押圧する、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
6. 複数の前記押圧装置が前記連結部材に設けられ、
   前記複数の押圧装置の前記押圧部が、前記破砕スペースに対して決められた順序で進退するように、前記複数の押圧装置を制御する制御部をさらに備える、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
7. 前記複数の押圧装置は、第１押圧装置および第２押圧装置を含み、
   前記制御部は、前記第１押圧装置の前記押圧部と前記第２押圧装置の前記押圧部とが、前記破砕スペースに対して交互に進退するように、前記第１押圧装置および前記第２押圧装置を制御する、請求項６に記載のトンネル掘削機。
8. 前記第１方向は、前記掘削機本体の後方に向かうにつれて登るように傾斜した方向であり、
   前記第２方向は、略水平方向であり、
   前記第１スクリューコンベヤは、前記第１方向に延びるように傾斜配置され、
   前記第２スクリューコンベヤおよび前記連結部材は、前記第２方向に延びるように水平配置されている、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
9. 前記第１スクリューコンベヤの前記土砂排出口は、前記第１スクリューコンベヤの後部の周面に設けられており、
   前記第２スクリューコンベヤの前記土砂取込口は、前記第２スクリューコンベヤの前部の周面に設けられる、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
10. 前記第１スクリューコンベヤの前記土砂排出口は、前記第１スクリューコンベヤの後部の下側に設けられており、
    前記第２スクリューコンベヤの前記土砂取込口は、前記第２スクリューコンベヤの前部の上側に設けられ、前記第１スクリューコンベヤの前記土砂排出口の下方に配置されており、
    前記連結部材は、前記第１スクリューコンベヤの前記土砂排出口と前記第２スクリューコンベヤの前記土砂取込口とを上下方向に連結する、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
11. 前記連結部材内には、前記掘削土砂に含まれる前記破砕対象物のうち所定サイズ以上の破砕対象物が下流側に通過しないように規制する規制部材が設けられており、
    前記押圧装置は、前記連結部材内において前記規制部材よりも上流側に位置する前記破砕スペースで、前記破砕対象物を押圧する、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。
12. 前記規制部材は、前記破砕対象物の前記所定サイズよりも小さい開口幅を有する篩で構成される、請求項１１に記載のトンネル掘削機。
13. 前記規制部材は、前記連結部材の内部空間を開閉するゲートで構成される、請求項１１に記載のトンネル掘削機。
14. 前記規制部材は、前記規制部材を通過可能な前記破砕対象物のサイズを調整可能に構成される、請求項１１に記載のトンネル掘削機。
15. 前記規制部材は、前記連結部材に対して脱着可能に設けられる、請求項１１に記載のトンネル掘削機。

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