JPH09273391A - トンネル掘削機及び掘削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘削機において、トンネルの内壁面
の崩落を抑制すると共に掘削作業の安全性の向上を図
る。 【解決手段】 掘削機本体を筒状をなす一対の前胴１１
と中胴１２と後胴１３とで構成し、前胴１１の前部に回
転自在なカッタヘッド１５を装着してカッタ旋回モータ
２０によって回転駆動可能とすると共に、前胴１１と後
胴１３との間にパラレルリンク機構３７を架設して推進
可能とし、また、着脱ボルト１０１によって前胴１１と
中胴１２の連結リング１０３とを着脱自在に連結すると
共に、前胴１１に対して中胴１２が離脱したときにシー
ルド開閉ジャッキ１０２によって中胴を移動自在に保持
し、前胴１１と中胴１２との間を開口可能とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤を掘削してト
ンネルを構築するトンネルボーリングマシンやシールド
掘削機などのトンネル掘削機及びトンネル掘削方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図１３に従来のトンネルボーリングマシ
ンの断面概略を示す。

【０００３】従来のトンネルボーリングマシン（以下、
ＴＢＭと称する。）において、図１３に示すように、掘
削機本体は円筒形状をなす前胴001と後胴002とから構成
されており、この前胴001の前部にはカッタヘッド003が
回転自在に装着されており、このカッタヘッド003は前
面部に岩盤をせん断破壊するローラカッタ004が多数枢
着されている。このカッタヘッド003の後部には内歯を
有するリングギヤ005が一体に固定される一方、前胴001
にはカッタ旋回モータ006が固定されており、このカッ
タ旋回モータ006の駆動ギヤ007がリングギヤ005に噛み
合っている。また、前胴001には掘削して発生したずり
が内部に浸入しないように、バルクヘッド008が形成さ
れており、カッタヘッド003とこのバルクヘッド008との
間にはチャンバ室009が形成されている。そして、この
チャンバ室009にはずりを集積するホッパ010が配設さ
れ、このホッパ010の下部にはこのホッパ010にて集積し
たずりを外部に排出するベルトコンベヤ011が取付けら
れている。

【０００４】従って、カッタ旋回モータ006を駆動して
駆動ギヤ007を回転駆動すると、この駆動ギヤ007が噛み
合うリングギヤ005が回転し、リングギヤ005と一体のカ
ッタヘッド003を旋回し、ローラカッタ004が岩盤をせん
断破壊して掘削することができる。そして、カッタヘッ
ド003の開口部からチャンバ室009に取り込まれたずりは
ホッパ010内に落下し、このホッパ010内に集積されたず
りはベルトコンベヤ011によって外部に排出される。

【０００５】前胴001と後胴002とは互いにシール部材01
2を介して揺動自在に嵌合しており、両者の間には１２
本のスラストジャッキ013が架設されている。このスラ
ストジャッキ013は油圧の給排によって伸縮作動するも
のであって、全体としてトラス状に配設されることでパ
ラレルリンク機構014を構成している。従って、このパ
ラレルリンク機構014において、各スラストジャッキ013
の各駆動ロッドを伸縮することで、前胴001と後胴002と
の相対位置を変更することができ、また、各スラストジ
ャッキ013の各作動ストロークを変えることで、後胴002
に対してカッタヘッド003を有する前胴001を屈曲し、そ
の掘進方向を変更することができる。

【０００６】また、前胴001には複数のフロントグリッ
パ015が周方向にほぼ均等間隔で装着されており、各フ
ロントグリッパ015は内蔵された図示しない油圧ジャッ
キによってグリッパシュー016 を径方向に張り出すこと
ができる。従って、この油圧ジャッキを駆動して各グリ
ッパシュー016を径方向に張り出すと、このグリッパシ
ュー016を前胴001内に収納した位置から、掘削形成され
たトンネル内壁面に圧接して前胴001を保持する位置に
移動させることができる。一方、後胴002には複数のリ
ヤグリッパ017が周方向にほぼ均等間隔で装着されてお
り、各リヤグリッパ017は内蔵された図示しない油圧ジ
ャッキによってグリッパシュー018 を径方向に張り出す
ことができる。従って、この油圧ジャッキを駆動して各
グリッパシュー018を径方向に張り出すと、このグリッ
パシュー018を後胴002内に収納した位置から、掘削形成
されたトンネル内壁面に圧接して後胴002を保持する位
置に移動させることができる。

【０００７】なお、通常のＴＢＭは岩盤掘削用のトンネ
ル掘削機であり、前述したリヤグリッパ017による掘進
反力を得て前胴001を推進させるものであるが、トンネ
ル掘削中の地盤が岩盤層から一般土砂層に変化した場合
には、掘削したトンネル壁面が軟弱であり、リアグリッ
パ017によって掘進反力を得ることができない。そのた
め、シールド掘削機のようにセグメントＳによって掘進
反力を得て前胴001が推進できるようになっている。即
ち、後胴002の後部には円周方向に複数のシールドジャ
ッキ019が並設されており、このシールドジャッキ019を
作動して掘進方向後方に駆動ロッドを伸長させると、掘
削したトンネル内周面に構築された既設のセグメントＳ
に押し付けられ、その反力により前胴001を前進させる
ことができる。そして、このシールドジャッキ019と共
に後胴002の後部にはトンネル内壁面にセグメントＳを
組付けるエレクタ装置020が装着されている。

【０００８】従って、リアグリッパ017の各グリッパシ
ュー018を掘削形成されたトンネル内壁面に圧接するこ
とで、後胴002を移動不能に保持し、この状態で、カッ
タ旋回モータ006を駆動してカッタヘッド003を回転駆動
させながら、パラレルリンク機構014の各スラストジャ
ッキ013を伸長して前胴001と共にカッタヘッド003を前
方へ移動させる。すると、旋回するカッタヘッド003の
ローラカッタ004が岩盤をせん断破壊し、この岩盤を掘
削する。そして、各スラストジャッキ013を所定ストロ
ーク伸長すると、このスラストジャッキ013 の駆動を停
止し、フロントグリッパ015の各グリッパシュー016を押
し出して掘削形成されたトンネル内壁面に圧接すること
で、後前001を移動不能に保持する一方、リアグリッパ0
17を後胴002内に収納することでこの後胴002を移動自在
とする。この状態で、パラレルリンク機構014の各スラ
ストジャッキ013を収縮することで前胴201に対して後胴
002を引き寄せる。そして、再び、リアグリッパ017の各
グリッパシュー018を既設トンネル内壁面に圧接するこ
とで後胴002を移動不能に保持する一方、フロントグリ
ッパ015を前胴001内に収納することでこの前胴001を移
動自在とする。この状態で、カッタ旋回モータ006によ
ってカッタヘッド003を回転駆動させながら、各スラス
トジャッキ013を伸長して前胴001と共にカッタヘッド00
3を前方へ移動させると、旋回するカッタヘッド003のロ
ーラカッタ004が岩盤をせん断破壊し、この岩盤を掘削
する。

【０００９】この作動の繰り返しによって連続してトン
ネルを掘削していく。そして、このローラカッタ004の
岩盤掘削によって生じたずりはチャンバ室009内に取り
込まれてホッパ010内に落下し、ホッパ010内に集積され
たずりはベルトコンベヤ011によって外部に排出され
る。また、岩盤を掘削してトンネルを掘削形成していく
過程で、この掘削形成されたトンネルの壁面が安定して
いる場合は支保は不要であるが、若干不安定であり、壁
面から岩片が剥がれ落ちないようにリング状の形成した
Ｈ形綱や木製の板等を支保として用い、トンネルを保護
する。また、岩盤を掘削してトンネルを形成する場合
に、掘削地盤が岩盤層から一般土砂層に変化した場合に
は、シールドジャッキ019がセグメントＳにて掘進反力
を得て前胴001を推進させる。そして、エレクタ装置020
によって新しいセグメントＳを組み付けていく。この繰
り返しによってトンネルを構築していく。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＴＢＭ
にあっては、掘削形成されたトンネルの内壁面が不安定
であるときには、シールドジャッキ019が既設のセグメ
ントＳによって掘進反力を得て前胴001を推進させ、こ
のとき、エレクタ装置020が既設のトンネル内壁面に新
しいセグメントＳを組み付けていく。このエレクタ装置
020によるセグメントＳの組付作業は、従来、掘削機本
体、即ち、後胴002の後方で行っている。

【００１１】掘削形成されたトンネルの内壁面が不安定
であるものの、崩落の少ない地盤であれば問題ないが、
地山が崩落し易い地盤では掘削面（切羽）からなるべく
近いところで、且つ、なるべく早い時期に支保工などを
用いたトンネル保護作業を行う必要がある。上述した従
来のＴＢＭにあっては、セグメントの組付作業を後胴00
2の後方で行っており、カッタヘッド003が岩盤を掘削し
てから、掘削機本体が掘進してエレクタ装置020が岩盤
掘削位置に到達するまである程度の時間がかかってしま
う。そのため、その間にトンネルの内壁面の崩落が広範
囲にわたってしまうという問題があった。

【００１２】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、トンネルの内壁面の崩落を抑制すると共に掘削
作業の安全性の向上を図ったトンネル掘削機及びトンネ
ル掘削方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明のトンネル掘削機は、筒状をなして互いに移
動自在に嵌合する前胴及び中胴、後胴から構成された掘
削機本体と、前記前胴の前部に回転自在に装着されたカ
ッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘ
ッド駆動手段と、前記前胴と中胴とを着脱自在に連結す
る中胴連結手段と、該中胴連結手段によって前記前胴に
対して前記中胴が離脱したときに該中胴を移動自在に保
持する中胴移動手段と、前記前胴と後胴との間に架設さ
れた推進手段とを具えたことを特徴とするものである。

【００１４】従って、このトンネル掘削機によって地盤
を掘削する場合、カッタヘッド駆動手段によってカッタ
ヘッドを駆動回転させながら、推進手段によって後胴に
対して前胴を前進させることでこのカッタヘッドによっ
て前方の地盤を掘削し、このとき、中胴連結手段によっ
て前胴に対して中胴を離脱状態とし、この中胴移動手段
によって前胴の前進に対してこの中胴を保持して追従を
不能とすることで、前胴は中胴と離間して両者の間には
開口部が形成されることとなり、この開口部を用いて既
設トンネルの内壁面に対する支保を行う。

【００１５】また、本発明のトンネル掘削方法は、掘削
機本体を筒状をなして互いに移動自在に嵌合する前胴及
び中胴、後胴にて構成し、該前胴の前部に装着されたカ
ッタヘッドを駆動回転させながら、前記後胴に対して前
記前胴を前進させることで前記カッタヘッドによって前
方の地盤を掘削し、このとき、前記前胴に対して前記中
胴を離脱状態とし、該前胴の前進に対して該中胴の追従
を不能とすることで、前記前胴と中胴とを離間させて両
者の間に開口部を形成し、該開口部を用いて既設トンネ
ルの内壁面に対する支保を行うようにしたことを特徴と
するものである。

【００１６】従って、このトンネル掘削方法を用いて地
盤を掘削することで、掘削途中で、掘削面から近いとこ
ろで早い時期に支保を行うことができ、地山の崩落を抑
制できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１８】本発明のトンネル掘削機は、地盤を掘削し
てトンネルを形成するトンネルボーリングマシンやシー
ルド掘削機に適用されるものである。即ち、掘削機本体
は筒状をなす前胴と中胴と後胴とがそれぞれ互いに移動
自在に嵌合して構成され、前胴の前部には回転自在なカ
ッタヘッドが装着されており、このカッタヘッドはカッ
タヘッド駆動手段としての駆動モータなどによって駆動
回転可能となっている。そして、前胴と後胴との間には
推進手段としての多数の油圧ジャッキが架設されてお
り、この油圧ジャッキの伸縮によって前胴と後胴とを接
近離間させて両者を交互に前進させることができる。ま
た、前胴と中胴とは中胴連結手段としてのボルトなどに
よって着脱自在に連結されており、このボルトを締結す
ることで両者を連結固定し、ボルトの締結を解除するこ
とで両者を離脱することができる。更に、中胴と後胴と
の間には中胴移動手段としての油圧ジャッキが架設され
ており、前胴に対して中胴が離脱状態となったときに後
胴に対して中胴を移動自在に保持することができる。

【００１９】従って、このトンネル掘削機によって地盤
を掘削する場合、駆動モータによってカッタヘッドを駆
動回転させながら、推進手段としての油圧ジャッキを伸
長し、後胴に対して前胴を前進させることで、カッタヘ
ッドが前方の地盤を掘削する。次に、油圧ジャッキを収
縮することで、前胴に対して後胴を引き寄せて前進させ
る。そして、再び、油圧ジャッキを伸長し、前胴を前進
させることで、カッタヘッドが前方の地盤を掘削する。
この繰り返しによって掘削作業を行う。そして、掘削地
盤が不安定であるときは、中胴連結手段としてのボルト
の締結を締結することで前胴と中胴とを離脱状態とし、
後胴に対して前胴が前進したときに、中胴移動手段とし
ての油圧ジャッキによって中胴を位置保持することで、
前胴と中胴の間を開口することができ、この開口部を用
いて既設トンネルの内壁面に対して支保を行って地盤の
崩落を防止できる。

【００２０】このように本発明のトンネル掘削機にあっ
ては、掘削地盤が不安定であるときは、前胴と中胴とを
離脱状態として両者を離間させ、前胴と中胴の間を開口
することで、この開口部を用いて既設トンネルの内壁面
に対して支保を行って地盤の崩落を防止することがで
き、掘削面から近いところで、しかも、早い時期に支保
を行うことで、地山の崩落を抑制して安全に作業を行う
ことができる。

【００２１】また、本発明のトンネル掘削方法は、掘削
機本体を筒状をなして互いに移動自在に嵌合する前胴及
び中胴、後胴にて構成し、前胴の前部に装着されたカッ
タヘッドを駆動回転させながら、この前胴を前進させる
ことでカッタヘッドによって前方の地盤を掘削し、この
とき、前胴と中胴とを離脱状態としと前胴の前進に対し
て中胴の追従を不能とすることで、この前胴と中胴とを
離間させて両者の間に開口部を形成し、この開口部を用
いて既設トンネルの内壁面に対する支保を行うようにし
ている。従って、このトンネル掘削方法を用いて地盤を
掘削することで、掘削途中で、掘削面から近いところで
早い時期に支保を行うことができ、地山の崩落を抑制で
きる。

【００２２】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２３】なお、以下に説明する実施例では、本発明
のトンネル掘削機を岩盤を掘削するトンネルボーリング
マシン（ＴＢＭ）として説明する。

【００２４】図１に本発明の一実施例に係るトンネル掘
削機としてのトンネルボーリングマシンの断面、図２乃
至図５は本実施例のトンネルボーリングマシンの要部を
表すものであって、図２にこのトンネルボーリングマシ
ンの正面視、図３に図１のIII−III断面、図４に図１の
IV−IV断面、図５に図１のＶ−Ｖ断面を示し、図６に推
進機構としてのパラレルリンク機構の概略、図７及び図
８は前胴と中胴と後胴の連結構造を表すものであって、
図７に前胴と中胴の連結固定状態の要部断面、図８に前
胴と中胴の離脱状態の要部断面を示し、図９にこのトン
ネルボーリングマシンに適用されるリンク式セグメント
エレクタ装置の側面視、図１０にリンク式セグメントエ
レクタ装置の正面視、図１１に中胴の連結固定時の本実
施例のトンネルボーリングマシンの側面視、図１２に中
胴の離脱時の本実施例のトンネルボーリングマシンの側
面視を示す。

【００２５】＜トンネルボーリングマシンの全体構成＞
まず、トンネルボーリングマシン（ＴＢＭ）１０の全体
構成について説明する。図１及び図２に示すように、Ｔ
ＢＭ１０において、掘削機本体は円筒形状をなす前胴１
１と中胴１２と後胴１３とが互いに移動自在に嵌合して
構成されている。この前胴１１の前部には軸受１４によ
ってカッタヘッド１５が回転自在に装着されており、こ
のカッタヘッド１５は前面に径方向に沿って互いに交差
するスポーク１６が固定され、各スポーク１６には岩盤
をせん断破壊するディスクカッタ１７が多数枢着される
と共に、岩盤の掘削面を掻き取るスクレーパ１８が固定
されている。このカッタヘッド１５の後部には内歯を有
するリングギヤ１９が一体に固定される一方、前胴１１
には電動式あるいは油圧式のカッタ旋回モータ２０が固
定されており、このカッタ旋回モータ２０の駆動ギヤ２
１がリングギヤ１９に噛み合っている。

【００２６】また、前胴１１には掘削して発生したずり
が内部に浸入しないように、カッタヘッド１５側とカッ
タ旋回モータ２０側とを仕切るバルクヘッド２２が形成
されており、カッタヘッド１５とこのバルクヘッド２２
との間にはチャンバ室２３が形成されている。そして、
このチャンバ室２３にはずりを集積するホッパ２４がバ
ルクヘッド２２に固定されて配設され、カッタヘッド１
５の内側には破壊されて落下したずりを掻き上げてホッ
パ２４に取り込む掻き上げ板２５が固定されている。更
に、このホッパ２４の下部にはこのホッパ２４にて集積
したずりを外部に排出する排出装置２６が取付けられて
いる。

【００２７】なお、この排出装置２６は図示しないジェ
ットポンプによってずりを外部に排出するものであり、
掘削機本体内には、このジェットポンプに給水する給水
管２６ａと給水された水及びずりを排出する排出管２６
ｂが配設されている。従って、ホッパ２４にて集積され
たずりはジェットポンプからの噴射水によって排出管に
吸引され、この排出管を通って排出することができる。

【００２８】従って、カッタ旋回モータ２０を駆動して
駆動ギヤ２１を回転駆動すると、この駆動ギヤ２１が噛
み合うリングギヤ１９が回転し、リングギヤ１９と一体
のカッタヘッド１５を旋回し、ディスクカッタ１７が岩
盤をせん断破壊し、スクレーパ１８が掘削面を掻き取る
ことで、岩盤を掘削することができる。そして、掘削し
て生じたずりはチャンバ室２３内に落下し、掻き上げ板
２５がカッタヘッド１５と共に回転することで、チャン
バ室２３内のずりを掻き上げてホッパ２４内に落とす。
このホッパ２４内に落下して集積したずりは排出装置２
６のジェットポンプによって外部に排出される。

【００２９】図１及び図４に示すように、中胴１２は前
胴１１の後部に球面軸受２７を介して揺動自在に連結さ
れている。また、後胴１３は中胴１２の後部内周面にシ
ール部材２８を介して掘進方向移動自在に連結されてい
る。そして、前胴１１の後部と中胴１２との間には図示
しない連結ジャッキが架設されている。この連結ジャッ
キは油圧の給排によって伸縮作動するものである。

【００３０】また、前胴１１の前胴基板２９と後胴１３
の前部に固定された後胴基板３３との間には推進機構と
しての６本のスラストジャッキ３４ａ〜３４ｆが架設さ
れている。このスラストジャッキ３４ａ〜３４ｆは油圧
の給排によって伸縮作動するものであって、ジャッキ本
体は前胴基板２９に固定された球軸受３５によって揺動
自在に支持され、ロッド先端部は後胴基板３３に固定さ
れた球軸受３６によって揺動自在に支持されている。そ
して、このスラストジャッキ３４ａ〜３４ｆはそれぞれ
隣合って配設された関係が、例えば、スラストジャッキ
３４ａがカッタヘッド１５の周方向一方に傾斜し、スラ
ストジャッキ３４ｂがカッタヘッド１５の周方向他方に
傾斜して全体としてトラス状に配設されることでパラレ
ルリンク機構３７を構成している。

【００３１】従って、このパラレルリンク機構３７にお
いて、スラストジャッキ３４ａ〜３４ｆの各作動ストロ
ークを変えることで、カッタヘッド１５を有する前胴１
１を中胴１２に対して屈曲し、その掘進方向を変更する
ことができる。また、このパラレルリンク機構３７のス
ラストジャッキ３４ａ〜３４ｆの各駆動ロッドを伸長さ
せることで、カッタヘッド１５を有する前胴１１及び中
胴１２を後胴１３に対して前進することができる。

【００３２】ここで、前述した複数のスラストジャッキ
３４ａ〜３４ｆから構成されるパラレルリンク機構３７
の制御システムの構成について説明する。

【００３３】図６に示すように、スラストジャッキ３４
ａ〜３４ｆにおいて、例えば、スラストジャッキ３４ａ
の図示しないピストンによって仕切られた２つの圧力室
には油圧給排管４１，４２が連結されており、各油圧給
排管４１，４２はそれぞれ非常遮断弁４３，４４を介し
てサーボ弁４５に連結されている。このサーボ弁４５は
スラストジャッキ３４ａの各圧力室への圧油の供給及び
排出を操作するものであって、連結管４６，４７を介し
て油圧給排源４８に連結されている。

【００３４】また、スラストジャッキ３４ａにはその作
動位置を検出する変位センサ４９が装着されており、こ
の変位センサ４９は制御部５０を介してサーボアンプ５
１に接続されている。そして、前述したサーボ弁４５は
このサーボアンプ５１に接続されている。なお、この制
御部５０には複数のジョイスティックを有する操作部５
２と非常停止ボタン５３が接続されている。

【００３５】従って、変位センサ４９はスラストジャッ
キ３４ａの作動位置を検出しており、その検出信号を制
御部５０に出力している。制御部５０はこの検出信号に
基づいてサーボアンプ５１に指令信号を出力し、サーボ
アンプ５１はその指令信号に基づいてサーボ弁４５を制
御し、油圧給排源４８とスラストジャッキ３４ａとの間
で油圧の給排を行うようになっている。なお、ここでは
スラストジャッキ３４ａについてのみ説明したが、他の
スラストジャッキ３４ｂ〜３４ｆについても同様の構成
となっている。

【００３６】また、前胴１１には、図１及び図３に示す
ように、複数のフロントグリッパ５５が周方向にほぼ均
等間隔で装着されており、各フロントグリッパ５５は内
蔵された油圧ジャッキ５６によって径方向に駆動するこ
とができる。従って、この油圧ジャッキ５６を駆動して
各フロントグリッパ５５を径方向に張り出すことで、こ
のフロントグリッパ５５を前胴１１内に収納した位置か
ら掘削形成されたトンネル内壁面に圧接して前胴１１を
保持する位置に移動させることができる。

【００３７】一方、後胴１３には、図１及び図５に示す
ように、２つのリアグリッパ５７が周方向にほぼ均等間
隔で２つ装着されており、各リアグリッパ５７は内蔵さ
れた油圧ジャッキ５８によって径方向に駆動することが
できる。従って、この油圧ジャッキ５８を駆動して各リ
アグリッパ５７を径方向に張り出すことで、このリアグ
リッパ５７を後胴１３内に収納した位置から掘削形成さ
れたトンネル内壁面に圧接して後胴１３を保持する位置
に移動させることができる。

【００３８】ところで、本実施例にあっては、図１及び
図７に示すように、中胴１２は前胴１１の後部に中胴連
結手段としての着脱ボルト101によって着脱自在に連結
されると共に、この中胴１２と後胴１３との間には中胴
移動手段としてのシールド開閉ジャッキ102が架設され
ており、前胴１１に対して中胴１２が離脱状態となった
とき、中胴１１はシールド開閉ジャッキ102によって後
胴１３に対して移動することができる。

【００３９】即ち、前胴１１の後端部には周方向に沿っ
て嵌合溝１１ａ及びフランジ部１１ｂが一体に形成され
ており、この前胴１１の嵌合溝１１ａには内周フランジ
103aが一体に形成された連結リング103の前端部がシー
ル部材104を介して嵌合し、且つ、前胴１１のフランジ
部１１ｂに連結リング103の内周フランジ103aが密着し
ている。そして、連結リング103の内周フランジ103aに
は前述した着脱ボルト101が装着され、この着脱ボルト1
01が前胴１１のフランジ部１１ｂを貫通して固定ナット
105に締結されることで、連結リング103は前胴１１の後
部に連結固定されることとなる。また、前胴１１の前胴
基板２９には固定ナット105を保持して締結及び弛緩自
在なナットランナ106が装着されている。一方、中胴１
２の前端部は前胴１１の後部に連結固定された連結リン
グ103に球面軸受２７及びシール部材107を介して揺動自
在に連結されている。そして、この中胴１２の前端部と
後胴１２の後胴基板３３との間にはシールド開閉ジャッ
キ102が各取付ブラケット108，109を介して架設されて
いる。

【００４０】従って、図７に示すように、前胴１１の嵌
合溝１１ａに連結リング103の前端部を嵌合してフラン
ジ部１１ｂに内周フランジ103aを密着した状態で、前胴
１１のフランジ部１１ｂを貫通した連結リング103の着
脱ボルト101に対して、ナットランナ106によって固定ナ
ット105を締結することで、前胴１１に連結リング103、
即ち、中胴１２及び後胴１３を連結固定することができ
る。一方、このナットランナ106によって固定ナット105
の締結を解除することで、図８に示すように、前胴１１
と連結リング103との連結固定を解除することができ
る。そして、前胴１１から連結リング103を取り外した
状態で、シールド開閉ジャッキ102を収縮状態のまま、
パラレルリンク機構３７の各スラストジャッキ３４を伸
長すると、後胴１３に対して前胴１１のみが前進して中
胴１２は元位置に保持されることとなり、前胴１１と中
胴１２との間を開口することができる。

【００４１】ところで、一般的に、ＴＢＭ１０は岩盤掘
削用のトンネル掘削機であり、前述した後胴１３のリア
グリッパ５７によって掘進反力を得て前胴１１を推進さ
せるものであるが、トンネル掘削中の地盤が岩盤層から
一般土砂層に変化した場合には、掘削したトンネル内壁
面が軟弱であり、リアグリッパ５７によって掘進反力を
得ることができない。そのため、本実施例のＴＢＭ１０
にあっては、シールド掘削機のように、セグメントによ
って掘進反力を得て前胴１１が推進できるようになって
いる。

【００４２】即ち、図１及び図５に示すように、後胴１
３の後部には円周方向に複数のシールドジャッキ５９が
並設されており、後方に伸びる駆動ロッドの先端部には
スプレッダ６０が取付けられている。従って、このシー
ルドジャッキ５９を作動して掘進方向後方に駆動ロッド
を伸長させると、掘削したトンネル内周面に構築された
既設のセグメントＳにスプレッダ６０が押しつけられ、
その反力により前胴１１、中胴１２及び後胴１３を前進
させることができる。なお、後胴１３の後部内周面には
既設のセグメントＳの外周面に密着して後胴１３内部へ
の土砂の浸入を防止するテールパッキン６１が固着され
ている。

【００４３】ここで、上述したＴＢＭ１０に適用される
セグメントエレクタ装置について説明する。図１に示す
ように、このＴＢＭ１０に装着されたセグメントエレク
タ装置６２はリンク式であって、後胴１３の後部に固定
された固定板６３に設けられており、このエレクタ装置
６２はシールドジャッキ５９によって前進した後胴１３
（掘削機本体）と既設のセグメントＳとの間の空所に新
しいセグメントＳを装着するものである。

【００４４】即ち、図９及び図１０に示すように、固定
板６３にはブラケット６４によって回転自在な４つの支
持ローラ６５が周方向ほぼ均等間隔で取付けられてお
り、この４つの支持ローラ６５によって回転リング６６
が回転自在に支持され、この回転リング６６には内歯を
有するリングギヤ６７が固定されている。また、固定板
６３にはブラケット６８によって油圧モータ６９が固定
されており、この油圧モータ６９の駆動ギヤ７０がリン
グギヤ６７の内歯に噛み合っている。従って、油圧モー
タ６９を駆動して駆動ギヤ７０を回転駆動すると、この
駆動ギヤ７０が噛み合うリングギヤ６７が回転し、リン
グギヤ６７と一体の回転リング６６を旋回することがで
きる。

【００４５】また、回転リング６６に固定された固定台
７１には一対の連結リンク７２及び一対の可動リンク７
３を介して移動台７４が支持されており、この一対の可
動リンク７３には油圧ジャッキ７５の本体が枢着され、
その駆動ロッドの先端部は固定台７１に連結されてい
る。そして、この移動台７４のねじロッド７６にはスラ
イド体７７が螺合し、このねじロッド７６の回転によっ
てスライド体７７が移動自在となっており、このスライ
ド体７７に固定された取付ブラケット７８には連結ピン
７９によって吊り金具８０が着脱自在となっている。な
お、この吊り金具８０は下部がねじ部となっており、図
示しない装置によって搬入されたセグメントＳの内面に
予め螺合されるものである。

【００４６】従って、セグメントＳに螺合された吊り金
具８０に対して、スライド体７７を移動して取付ブラケ
ット７８と位置合せを行い、この吊り金具８０を連結ピ
ン７９によって取付ブラケット７８に連結することで、
セグメントＳを保持することができる。そして、油圧ジ
ャッキ７５を駆動して駆動ロッドを伸縮すると、可動リ
ンク７３及び連結リンク７２が上下に回動し、固定台７
１に対して移動台７４を昇降することで、保持したセグ
メントＳを昇降することができる。更に、油圧モータ６
９を駆動してリングギヤ６７と共に回転リング６６を旋
回することで、保持したセグメントＳをトンネル内壁面
に沿って移動することができる。

【００４７】ここで、上述したように構成されたＴＢＭ
１０によって岩盤を掘削してトンネルを構築する場合に
ついて説明する。

【００４８】図１に示すように、油圧ジャッキ５６を駆
動（縮小）して各フロントグリッパ５５を引き込んで前
胴１１内に収納することで、前胴１１を移動自在とする
一方、油圧ジャッキ５８を駆動（伸長）して各リアグリ
ッパ５７を押し出して外周面を掘削形成されたトンネル
内壁面に圧接することで、後胴１３を移動不能に保持す
る。この状態で、カッタ旋回モータ２０を駆動してカッ
タヘッド１５を回転駆動させながら、パラレルリンク機
構３７の各スラストジャッキ３４ａ〜３４ｆを伸長して
前胴１１と共にカッタヘッド１５を前方へ移動させる。
すると、旋回するカッタヘッド１５のディスクカッタ１
７が岩盤をせん断破壊し、スクレーパ１８が掘削面を掻
き取ることで岩盤を掘削する。そして、このときに各ス
ラストジャッキ３４ａ〜３４ｆの各作動ストロークを変
えることで、前胴１１は中胴１２と球面軸受２７を介し
て折れ曲がり、カッタヘッド１５の向きを変えてトンネ
ルの掘削方向を変更することができる。

【００４９】また、図６に示すように、制御部５０には
変位センサ４９が検出したスラストジャッキ３４ａ〜３
４ｆの作動位置の検出信号が入力されており、制御部５
０は予め設定された掘削条件（掘削するトンネルの計画
線形や掘削速度等）及び変位センサ４９の検出信号に基
づいてサーボアンプ５１に指令信号を出力してサーボ弁
４５を制御し、油圧給排源４８とスラストジャッキ３４
ａ〜３４ｆとの間で油圧の給排を行う。従って、スラス
トジャッキ３４ａ〜３４ｆは油圧の給排によって所定量
駆動し、Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向及びψ方向、θ方向、
φ方向の制御が行われながら、カッタヘッド１５をこの
Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向及びψ方向、θ方向、φ方向の
６自由度運動させる。

【００５０】そして、各スラストジャッキ３４ａ〜３４
ｆを所定ストローク伸長すると、このスラストジャッキ
３４ａ〜３４ｆの駆動を停止し、油圧ジャッキ５６を駆
動（伸長）して各フロントグリッパ５５を押し出して外
周面を掘削形成されたトンネル内壁面に圧接すること
で、前胴１１を移動不能に保持する一方、油圧ジャッキ
５８を駆動（縮小）して各リアグリッパ５７を引き込ん
で後胴１３内に収納することで、後胴１３を移動自在と
する。この状態で、パラレルリンク機構３７の各スラス
トジャッキ３４ａ〜３４ｆを縮小して前胴１１及び中胴
１２に対して後胴１３を前方へ引き寄せて移動させる。
そして、前述と同様に、各フロントグリッパ５５を引き
込んで前胴１１内に収納し、前胴１１を移動自在とする
一方、各リアグリッパ５７を押し出して外周面をトンネ
ル内壁面に圧接し、後胴１３を移動不能に保持する。こ
の状態で、カッタ旋回モータ２０を駆動してカッタヘッ
ド１５を回転駆動させながら、パラレルリンク機構３７
の各スラストジャッキ３４ａ〜３４ｆを伸長して前胴１
１と共にカッタヘッド１５を前方へ移動させることで、
ディスクカッタ１７及びスクレーパ１８によって岩盤を
掘削する。この繰り返しによってトンネルを掘削形成し
ていく。

【００５１】このディスクカッタ１７及びスクレーパ１
８の岩盤掘削によって生じたずりはカッタヘッド１５の
隙間からチャンバ室２３内に落下し、カッタヘッド１５
と共に回転する掻き上げ板２５がこのチャンバ室２３内
のずりを掻き上げてホッパ２４内に落とす。そして、こ
のホッパ２４内に落下して集積されたずりは排出装置２
６によって外部に排出される。即ち、給水管から排出装
置２６のジェットポンプに給水されると、ジェットポン
プは加圧水を噴射して発生した負圧によってホッパ２４
に集積されたずりが排出管に吸引され、この排出管を通
って外部に排出される。

【００５２】このように岩盤を掘削してトンネルを掘削
形成していく過程で、この掘削形成されたトンネルの壁
面が安定している場合は支保は不要であるが、若干不安
定であり、壁面から岩片が剥がれ落ちないようにリング
状の形成したＨ形綱や木製の板等を支保として用い、ト
ンネルを保護する。この場合、図１１に示すように、作
業者は後胴１３の後方にて、トンネルの内壁面への支保
工Ｓの組付作業を行う。

【００５３】そして、岩盤を掘削してトンネルを形成す
る場合には、前述したように、リアグリッパ５７がトン
ネル内壁面に圧接して後胴１３を移動不能に保持こと
で、パラレルリンク機構３７の各スラストジャッキ３４
ａはこの後胴１３にて掘進反力を得て前胴１１を前進さ
せ、旋回するカッタヘッド１５によって前方の岩盤を掘
削する。一方、トンネル掘削中の地盤が岩盤層から一般
土砂層に変化した場合には、トンネル内壁面が軟弱であ
るため、リアグリッパ５７によって推進反力を得ること
ができないので、シールドジャッキ５９が既設のセグメ
ントＳにて掘進反力を得て前胴１１及び中胴１２、後胴
１３を推進させる。

【００５４】即ち、複数のシールドジャッキ５９のスプ
レッダ６０を既設のセグメントＳへ押し付けた状態で、
このシールドジャッキ５９を伸長することにより、その
押し付け反力によってトンネル掘削機本体、即ち、前胴
１１、中胴１２及び後胴１３を前進させ、これと同時に
カッタ旋回モータ２０を駆動してカッタヘッド１５を旋
回させ、ディスクカッタ１７及びスクレーパ１８によっ
て一般土砂層を掘削していく。そして、前胴１１、中胴
１２及び後胴１３からなる掘削機本体が所定量前進する
と、シールドジャッキ５９の何れか一つを縮み方向に作
動し、スプレッダ６０と既設のセグメントＳとの間に空
所を形成し、この空所にセグメントエレクタ装置６２に
よって新しいセグメントＳを装着する。

【００５５】図９及び図１０に示すように、図示しない
台車によってトンネル内に搬入されたセグメントＳに対
して、作業者はこのセグメントＳに吊り金具８０を螺合
する。そして、エレクタ装置６２のスライド体７７を移
動し、取付ブラケット７８をセグメントＳに固定された
吊り金具８０の上方に位置させ、この吊り金具８０を連
結ピン７９によって取付ブラケット７８に連結する。こ
のようにセグメントＳを取付ブラケット７８が保持した
状態で、油圧ジャッキ７５を駆動して可動リンク７３を
回動することで移動台７４を昇降すると共に、油圧モー
タ６９を駆動して回転リング６６を旋回することで移動
台７４を旋回し、保持したセグメントＳをトンネル内で
移送してトンネル内壁面の所定の位置に組付ける。そし
て、セグメントＳをトンネル内壁面に固定すると、セグ
メントＳの保持を解除し、元位置に戻る。この繰り返し
によってトンネルを構築していく。

【００５６】ところで、掘削地盤が不安定であって、既
設トンネルの内壁面での崩落がある場合には、掘削面
（切羽）からなるべく近いところで、且つ、なるべく早
い時期に支保工などを組み付けて既設トンネルを保護す
る必要がある。従って、この場合には、図１及び図８、
図１２に示すように、ナットランナ106によって保持し
た固定ナット105を回転し、着脱ボルト101との締結を解
除することで、前胴１１と連結リング103との連結固定
を解除する。そして、前胴１１から連結リング103を取
り外した状態で、シールド開閉ジャッキ102を収縮状態
のまま、パラレルリンク機構３７の各スラストジャッキ
３４を伸長する。すると、後胴１３に対して前胴１１の
みが前進し、旋回するカッタヘッド１５によって前方の
岩盤が掘削され、中胴１２は後胴１３と共に元位置に保
持されることとなり、前進した前胴１１と中胴１２との
間を開口する。

【００５７】従って、作業者は、前胴１１と中胴１２と
の間の開口部を用いて、既設トンネルの内壁面への支保
工Ｓの組付作業を行うことで、地盤の崩落を早期に抑制
できる。なお、前胴１１と中胴１２との間の開口部の大
きさを調整する場合には、シールド開閉ジャッキ102を
伸長することで、中胴１２が前胴１１側へ移動し、開口
部を小さくすることができる。

【００５８】その後、掘削地盤が安定して、既設トンネ
ルの内壁面での崩落の危険性がなくなった場合には、シ
ールド開閉ジャッキ102を収縮状態として、パラレルリ
ンク機構３７の各スラストジャッキ３４を収縮すると、
前胴１１に対して後胴１３と共に中胴１２が引き寄せら
れて前進し、前進した中胴１２の連結リング103の前端
部が前胴１１に密着する。この状態で、ナットランナ10
6によって保持したナット105を回転させることで、この
ナット105と連結リング103の着脱ボルト101とが螺合
し、この連結リング103は前胴１１に連結固定され、前
胴１１と中胴１２と後胴１３とが連結されることとな
る。

【００５９】このように上述したＴＢＭ１０では、トン
ネル掘削機本体（前胴１１、中胴１２、後胴１３）をパ
ラレルリンク機構３７あるいはシールドジャッキ５９に
よって前進させながらカッタヘッド１５を旋回させ、デ
ィスクカッタ１７及びスクレーパ１８によって岩盤を掘
削し、岩盤掘削によって生じたずりをホッパ２４に集積
してから排出装置２６によって外部に排出する一方、セ
グメントエレクタ装置６２によってセグメントＳをトン
ネル内壁面に装着することで、トンネルを構築してい
る。そして、掘削地盤が不安定である場合には、前胴１
１と連結リング103（中胴１２）との連結を解除し、パ
ラレルリンク機構３７によって前胴１１を前進させるこ
とでこの前胴１１と中胴１２との間を開口することがで
き、作業者はこの開口部を用いて掘削面（切羽）からな
るべく近いところで、なるべく早い時期に支保工などを
組み付けを行うことができる。

【００６０】なお、上述したＴＢＭ１０において、パラ
レルリンク機構３７を６本のスラストジャッキ３４ａ〜
３４ｆによって構成したが、スラストジャッキの数は６
本に限定されるものではなく、８本でも、１０本でもよ
いものであり、いずれの場合であっても前述と同様の作
用効果を奏することができる。また、上述のＴＢＭ１０
において、掘削機本体の推進機構及び掘進方向を変更す
る機構としてパラレルリンク機構３７を用いたが、本発
明のトンネル掘削機はこれに限定されるものではない。
更に、上述した各実施例にあって、ＴＢＭ１０にリンク
式セグメントエレクタ装置６２を適用したが、門型セグ
メントエレクタ装置を適用しても良いものである。ま
た、上述した各ＴＢＭ１０，110にあっては、ずりの排
出装置２６としてジェットポンプやベルトコンベヤを適
用して説明したが、排出装置はこれらに限定されるもの
ではなく、スクリューコンベヤなどを適用しても良い。

【００６１】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明のトンネル掘削機によれば、掘削機本体を筒
状をなして互いに移動自在に嵌合する前胴、中胴、後胴
から構成し、前胴の前部に回転自在なカッタヘッドを装
着してカッタヘッド駆動手段によって駆動回転可能とす
ると共に、前胴と後胴との間に推進手段を架設して両者
を接近離反自在とし、また、中胴連結手段によって前胴
と中胴とを着脱自在に連結すると共に、中胴連結手段に
よって前胴に対して中胴が離脱したときに中胴移動手段
によって中胴を移動自在に保持するようにしたので、既
設トンネルの内壁面で崩落がある場合には、前胴に対し
て中胴を離脱状態としてこの前胴の前進に対して中胴を
保持して追従を不能とすることで、前胴を中胴と離間し
て両者の間に開口部が形成することにより、この開口部
を用いて既設トンネルの内壁面に対する支保を行うこと
ができる。その結果、トンネルの内壁面の崩落を早期に
抑制することができると共に、掘削作業の安全性の向上
を図ることができる。

【００６２】また、本発明のトンネル掘削方法によれ
ば、前胴の前部に装着されたカッタヘッドを駆動回転さ
せながら、後胴に対して前胴を前進させることで前方の
地盤を掘削し、このとき、前胴に対して前記中胴を離脱
状態とし、前胴の前進に対して中胴の追従を不能とする
ことで、前胴と中胴とを離間させて両者の間に開口部を
形成し、この開口部を用いて既設トンネルの内壁面に対
する支保を行うようにしたので、掘削途中にて掘削面か
ら近いところで早い時期に支保を行うことができ、地山
の崩落を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るトンネル掘削機として
のトンネルボーリングマシンの断面図である。

【図２】トンネルボーリングマシンの正面図である。

【図３】図１のIII−III断面図である。

【図４】図１のIV−IV断面図である。

【図５】図１のＶ−Ｖ断面図である。

【図６】推進機構としてのパラレルリンク機構の概略図
である。

【図７】前胴と中胴の連結固定状態の要部断面図であ
る。

【図８】前胴と中胴の離脱状態の要部断面図である。

【図９】トンネルボーリングマシンに適用されるリンク
式セグメントエレクタ装置の側面図である。

【図１０】リンク式セグメントエレクタ装置の正面図で
ある。

【図１１】中胴の連結固定時の本実施例のトンネルボー
リングマシンの側面図である。

【図１２】中胴の離脱時の本実施例のトンネルボーリン
グマシンの側面図である。

【図１３】従来のトンネルボーリングマシンの断面概略
図である。

【符号の説明】

１０ トンネルボーリングマシン １１ 前胴（トンネル掘削機本体） １２ 中胴（トンネル掘削機本体） １３ 後胴（トンネル掘削機本体） １５ カッタヘッド ２０ カッタ旋回モータ ２３ チャンバ室 ２４ ホッパ ２６ 排出装置 ３４ａ〜３４ｆ スラストジャッキ ３７ パラレルリンク機構 ５９ シールドジャッキ ６２ リンク式セグメントエレクタ装置 １０１ 着脱ボルト（中胴連結手段） １０２ シールド開閉ジャッキ（中胴移動手段） １０３ 連結リング １０５ 固定ナット

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状をなして互いに移動自在に嵌合する
   前胴及び中胴、後胴から構成された掘削機本体と、前記
   前胴の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該
   カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、
   前記前胴と中胴とを着脱自在に連結する中胴連結手段
   と、該中胴連結手段によって前記前胴に対して前記中胴
   が離脱したときに該中胴を移動自在に保持する中胴移動
   手段と、前記前胴と後胴との間に架設された推進手段と
   を具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
2. 【請求項２】 掘削機本体を筒状をなして互いに移動自
   在に嵌合する前胴及び中胴、後胴にて構成し、該前胴の
   前部に装着されたカッタヘッドを駆動回転させながら、
   前記後胴に対して前記前胴を前進させることで前記カッ
   タヘッドによって前方の地盤を掘削し、このとき、前記
   前胴に対して前記中胴を離脱状態とし、該前胴の前進に
   対して該中胴の追従を不能とすることで、前記前胴と中
   胴とを離間させて両者の間に開口部を形成し、該開口部
   を用いて既設トンネルの内壁面に対する支保を行うよう
   にしたことを特徴とするトンネル掘削方法。