WO2011148871A1 - トンネル掘削装置、及びトンネル掘削方法 - Google Patents

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WO2011148871A1
WO2011148871A1 PCT/JP2011/061642 JP2011061642W WO2011148871A1 WO 2011148871 A1 WO2011148871 A1 WO 2011148871A1 JP 2011061642 W JP2011061642 W JP 2011061642W WO 2011148871 A1 WO2011148871 A1 WO 2011148871A1
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excavation
shell
ground
tunnel
excavating
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PCT/JP2011/061642
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English (en)
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武田　光雄
雅浩 株木
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株木建設株式会社
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    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/1006—Making by using boring or cutting machines with rotary cutting tools
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
    • E21D—SHAFTS; TUNNELS; GALLERIES; LARGE UNDERGROUND CHAMBERS
    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/06—Making by using a driving shield, i.e. advanced by pushing means bearing against the already placed lining
    • E21D9/0621—Shield advancing devices
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E21D9/10—Making by using boring or cutting machines
    • E21D9/11—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines
    • E21D9/112—Making by using boring or cutting machines with a rotary drilling-head cutting simultaneously the whole cross-section, i.e. full-face machines by means of one single rotary head or of concentric rotary heads
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E21—EARTH OR ROCK DRILLING; MINING
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    • E21D9/00—Tunnels or galleries, with or without linings; Methods or apparatus for making thereof; Layout of tunnels or galleries
    • E21D9/12—Devices for removing or hauling away excavated material or spoil; Working or loading platforms
    • E21D9/124—Helical conveying means therefor

Definitions

  • the present invention relates to a tunnel excavation apparatus and a tunnel excavation method for constructing a tunnel in the ground.
  • the ring shield method has been known as a method for more efficiently constructing a shield tunnel having a large cross section.
  • a step of excavating the ground at a position corresponding to the outer shell of the tunnel in an annular cross-section in advance, and a step of constructing a cylindrical cover on the excavated portion In addition, the ground is excavated in an annular cross-section in advance by repeating the step of propelling the excavating device by taking the reaction force on the lining body, and in parallel with this, remains in the cylindrical shape inside the lining body
  • a tunnel is constructed by excavating earth and sand from the rear side (see Patent Document 1).
  • the present invention has been made in view of the above problems, and the object thereof is to enable mass transportation of excavated earth and sand, that is, in a cylindrical excavator having an annular cutter unit that is rotationally driven. In some cases, it can be easily removed.
  • a tunnel excavation device is a tunnel excavation device for excavating a tunnel in the ground, and is provided at the tip of the excavation traveling direction, and includes an annular cutter portion having a bit for excavating the ground on the surface, A cylindrical excavation mechanism capable of rotationally driving the cutter unit, and a shell body having a cylindrical outer cylinder connected to the rear of the excavation mechanism and a cylindrical inner cylinder having an inner diameter larger than the inner diameter of the cutter unit; A propulsion mechanism for propelling the excavation mechanism in the direction of excavation, and attached to the inner peripheral surface of the inner cylinder of the excavation mechanism, and the height is less than the difference between the inner diameter of the cutter part and the inner diameter of the inner cylinder, together with the cutter part And an excavated soil discharge mechanism having a spiral blade that is rotationally driven.
  • the spiral blade along the inner peripheral surface of the inner cylinder of the excavation mechanism, a large space can be obtained without being affected by the space for the excavation mechanism and the propulsion mechanism. Since it can be secured, a large amount of excavated earth and sand can be transported. When soil clogging occurs, removing the ground left inside the excavator removes the blade, so that the clogged soil removal operation can be easily performed.
  • the excavation mechanism is formed with a gap communicating from the surface of the cutter unit to the inner peripheral surface of the inner cylinder for sending the excavated soil excavated by the bit to the inner peripheral side of the excavation mechanism. Yes. Thereby, the earth and sand excavated by the cutter part is sent to the inside of the excavation mechanism through the gap.
  • the propulsion mechanism is provided in the shell, and a protrusion mechanism capable of protruding the protrusion from the outer peripheral surface of the shell toward the outside in the radial direction;
  • An extension mechanism that pushes the excavation mechanism in the direction of excavation by extending in a state where reaction force is applied to the surrounding ground excavated in an annular shape by projecting outward in the direction.
  • the projecting portion can be projected in the outer circumferential direction by the projecting mechanism, and the propulsion work can be performed by taking the reaction force on the surrounding ground, so the construction of the segment or the lining body Even if is not completed, it is possible to excavate a strong ground by receiving a large reaction force.
  • the shell includes an excavation part shell, a front shell, and a rear shell, which are provided in order from the front end side in the excavation progress direction.
  • the extension mechanism is connected to the rear and is provided so as to connect the excavation shell and the front shell, and can extend and contract in the excavation traveling direction, and can include a front axial jack, a front shell, and a rear shell.
  • a rear axial jack that is extendable in the direction of excavation, and the protruding mechanism is disposed in the front shell body and can be extended and contracted radially outward.
  • a rear circumferential jack that is disposed in the rear shell and expands and contracts radially outward.
  • the propulsion mechanism is provided in the shell and extends in a state where reaction force is applied to a segment attached to the inner peripheral surface of the tunnel where excavation has been completed, so that the excavation mechanism is moved in the direction of excavation. It consists of an extension mechanism that pushes it out. According to the excavator constructed in this way, the overall length of the excavator can be shortened.
  • the excavation method according to the present invention is a method of excavating a tunnel in the ground using a tunnel excavator, and the tunnel excavator has a bit for excavating the ground on the surface provided at the tip of the excavation traveling direction.
  • Cylindrical excavation mechanism having an annular cutter unit and capable of rotationally driving the cutter unit, and a cylindrical outer cylinder connected to the rear of the excavation mechanism and having an inner diameter larger than the inner diameter of the cylindrical outer cylinder and the cutter unit
  • An excavating soil discharging mechanism comprising a spiral blade that is rotationally driven together with a cutter portion that is less than or equal to the difference between the excavating mechanism and rotating the excavating mechanism while pushing the excavating mechanism by the propulsion mechanism to make the ground ring
  • a large amount of excavated earth and sand can be transported and can be easily removed even when the earth and sand are clogged.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an excavator according to a first embodiment of the present invention. It is a vertical sectional view of the excavation progress direction of the excavator shown in FIG.
  • FIG. 3 is a side view taken along line AA in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 2.
  • It is an enlarged view of the C section in FIG. (A)-(m) is a figure which each shows arrangement
  • FIG. 2 is a vertical sectional view in the direction of excavation for explaining a tunnel excavation method using the excavator shown in FIG. 1.
  • FIG. 3 is a vertical sectional view (No. 1) of the excavator for explaining the propulsion method of the excavator shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a vertical sectional view (No. 2) of the excavator for explaining the propulsion method of the excavator shown in FIG. 1.
  • FIG. 4 is a vertical sectional view (No. 3) of the excavator for explaining the propulsion method of the excavator shown in FIG. 1. It is a vertical sectional view along the excavation progress direction of the excavator according to the second embodiment of the present invention. It is a vertical sectional view along the excavation progress direction of the excavator according to the third embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a side view taken along line AA in FIG. 12.
  • FIG. 13 is a sectional view taken along line BB in FIG. It is an expanded sectional view along the excavation progress direction of the front-end
  • FIG. 1 is a perspective view showing an excavation device 1 according to the present embodiment
  • FIG. 2 is a vertical sectional view of the excavation device 1 according to the present embodiment in the direction of excavation
  • FIG. 3 is a side view taken along line AA in FIG. 4 is a cross-sectional view taken along line BB in FIG.
  • FIG. 5 is an enlarged view of a portion C in FIG.
  • the excavation apparatus 1 includes a cylindrical shell 2, a excavation mechanism 4 provided at the tip of the shell 2 in the excavation progress direction (hereinafter referred to as the front), and excavation soil discharge.
  • a mechanism 6 and a propulsion mechanism 8 for propelling the excavation mechanism 4 are provided.
  • the shell 2 includes a first excavation shell 10, a second excavation shell 11, a front shell 12, and a rear shell 14 that are sequentially connected from the front. It consists of.
  • Each shell 10, 11, 12, 14 includes a cylindrical outer cylinder 10C, 11C, 12C, 14C, and a cylindrical inner cylinder 10B disposed in the outer cylinders 10C, 11C, 12C, 14C, 11B, 12B, 14B, a plurality of support members 20, 22, 24 (first excavation part) provided to connect the inner cylinders 10B, 11B, 12B, 14B and the outer cylinders 10B, 11C, 12C, 14C
  • a support member of the shell 10 is not shown).
  • the inner cylinders 10B, 11B, 12B, and 14B and the outer cylinders 10C, 11C, 12C, and 14C are each made of a steel material.
  • the inner cylindrical body 10B ends on the rear side of the outer cylindrical body 10C.
  • the inner cylinders 10B, 11B, 12B, and 14B and the outer cylinders 10C, 11C, 12C, and 14C are arranged concentrically with a rotation shaft of the excavation mechanism 4 that will be described in detail later, and thereby the inner cylinder 10B. , 11B, 12B, 14B and an outer cylindrical body 10C, 11C, 12C, 14C, an annular space is formed.
  • the support members 20, 22, and 24 are made of a rod-shaped steel material, and the number that can support the earth pressure acting on the outer cylinders 10C, 11C, 12C, and 14C, and the central axes of the inner cylinders 10B, 11B, 12B, and 14B.
  • the inner cylinders 10B, 11B, 12B, and 14B and the outer cylinders 10C, 11C, 12C, and 14C are connected to each other radially with an appropriate interval in the circumferential direction and the axial direction.
  • the propulsion mechanism 8 is accommodated in the annular space between inner cylinder 10B, 11B, 12B, 14B and outer cylinder 10C, 11C, 12C, 14C.
  • the first excavation part shell 10 is formed such that the intermediate part from the tip part in the excavation progress direction has a constant outer diameter and inner diameter, and the inner peripheral surface of the rear end part of the inner cylinder 10B and the outer cylinder 10C.
  • the outer peripheral surface of the rear end portion is notched.
  • the tip of the inner peripheral surface of the inner cylinder 11B of the second excavation shell 11 and the tip of the outer peripheral surface of the outer cylinder 11C are notched, and the second excavation shell 11
  • the tip portion is accommodated inside the rear end portion of the first excavation shell 10 so that the first excavation shell 10 is rotatably connected to the second excavation shell 11. ing.
  • the second excavation part shell 11 is cut out at the rear end of the inner peripheral surface of the inner cylinder 10B and the rear end of the outer peripheral surface of the outer cylinder 10C.
  • the front shell 12 is cut out at the rear end of the outer peripheral surface of the inner cylinder 12B and the rear end of the inner peripheral surface of the outer cylinder 12C. Then, the rear end portion of the second excavation shell 11 is accommodated inside the front end of the front shell 12, so that the second excavation shell 11 is located with respect to the front shell 12. It is slidably connected in the axial direction.
  • the front shell 12 is cut out at the rear end of the inner peripheral surface of the inner cylinder 12B and the rear end of the outer peripheral surface of the outer cylinder 12C.
  • the rear shell 14 is cut out at the rear end of the outer peripheral surface of the inner cylinder 14B and the rear end of the inner peripheral surface of the outer cylinder 14C.
  • the rear end of the front excavation shell 12 is accommodated inside the front end of the rear shell 14 so that the front shell 12 slides in the axial direction with respect to the rear shell 14.
  • a guide member that guides the sliding in the axial direction may be provided at the connection portion between the second excavation shell 11 and the front shell 12 and between the front shell 12 and the rear shell 14. .
  • the excavation mechanism 4 is fixed to the distal end portion of the first excavation shell 10.
  • the excavation mechanism 4 includes a cutter unit 26 attached to the tip of the first excavation part shell 10 in the excavation progress direction so as to cover the space between the inner cylinder 10B and the outer cylinder 10C, and the excavation part shell 10 A speed reducer 28 disposed therein and a motor 30 disposed in the front shell 12.
  • the cutter unit 26 includes an annular cutter unit body 32, 13 pairs of roller bits 36 provided in the cutter unit body 32 at intervals in the circumferential direction, and an edge of an opening 32 ⁇ / b> A formed in the cutter unit body 32.
  • a provided drill bit 38 is provided.
  • a pin rack 34 is attached to the rear of the cutter unit main body 32 along the edge.
  • the cutter body 32 has a U-shaped cross-sectional shape in the axial cross section, and the outer diameter D1 is the same as the outer diameter of the outer cylindrical body 10C of the first excavation shell 10. Almost equal. Further, the inner diameter D3 of the cutter body 32 is smaller than the inner diameter D2 of the inner cylinder 10B of the first excavation shell 10 by dx. Further, as described above, in the first excavation part shell 10, the inner cylinder 10 ⁇ / b> B terminates behind the outer cylinder 10 ⁇ / b> C. With this configuration, a gap 40 is formed between the inner rear side of the cutter unit main body 32 and the inner cylindrical body 10B of the first excavation unit shell 10, and the space in the cutter unit main body 32 via the gap 40. And the space in the inner cylinder 10B of the first excavation shell 10 communicate with each other.
  • a motor 30 is disposed in the second excavation shell 11, and a speed reducer 28 is connected to the rotating shaft of the motor 30, and a pinion 28 ⁇ / b> A is attached to the speed reducer 28. It has been.
  • the pinion 28A attached to the speed reducer 28 meshes with the pin rack 34 attached to the cutter unit 26.
  • the cutter unit 26 and the first excavation unit shell 10 together with the first excavation unit shell 10 are transmitted.
  • the second excavation part shell 11 is configured to rotate about the central axis of the shell 10.
  • FIG. 6 shows the radial arrangement of each of the plurality of roller bits 36 attached to the cutter body 32, and (a) to (m) are diagrams showing the radial arrangement of each roller bit 36.
  • (A) is the figure which piled up and showed arrangement
  • the roller bits are arranged at different positions in the radial direction. Thereby, when the cutter part 26 rotates in the circumferential direction, the trajectory through which each roller bit 36 passes becomes concentric circles at substantially equal intervals in the radial direction, and uniform excavation can be performed regardless of the diameter.
  • the excavation bit 38 is formed of a bit with a sharp tip, and excavates so that the cutting surface cut by the roller bit 36 is flattened when the cutter unit 26 rotates.
  • the excavated soil discharge mechanism 6 includes a blade 42 constituting a screw conveyor attached along the inner peripheral surface of the inner cylinder 10 ⁇ / b> B of the first excavation part shell 10, and toward the ground.
  • a jet nozzle (not shown) is provided so that the jet port is exposed to the surface of the cutter body 32 so as to jet water.
  • the blade 42 is made of a helical steel material concentrically coaxial with the excavator 1, and extends from the rear end of the cutter body 32 to the rear end of the first excavation shell 10 in the axial direction.
  • the inner cylinder 10B of the body 10 is fixed to the inner peripheral surface.
  • the blade 42 has an isosceles triangular cross section, and its height is half the difference between the inner diameter D2 of the inner cylinder 10B of the first excavation shell 10 and the inner diameter D3 of the cutter body 32. It is substantially equal to dx. That is, the distance (inner diameter) from the apex of the blade 42 to the central axis of the excavator 1 is equal to the inner diameter D3 of the cutter body 32. In this embodiment value a, the height of the blade 42 is substantially equal to dx, but may be smaller than this.
  • the propulsion mechanism 8 includes a plurality of pairs of front and rear axial hydraulic jacks 48 and 50 that extend in the excavation progress direction and are connected in series, and axial hydraulic jacks adjacent in the circumferential direction.
  • a plurality of front and rear radial hydraulic jacks 52, 54 disposed between 48 and 50, and a plurality of front and rear support plates respectively connected to the front ends of the front and rear radial hydraulic jacks 52, 54 56, 58.
  • the front and rear axial hydraulic jacks 48, 50 of each pair are connected in series so as to extend in the direction of excavation.
  • ten pairs of front and rear axial hydraulic jacks 48 and 50 of each pair are provided at equal angular intervals in the circumferential direction of the shell body 2 so as to obtain a uniform propulsive force regardless of the angle. ing.
  • the front axial hydraulic jack 48 is accommodated between the inner cylinders 11B and 12B and the outer cylinders 11C and 12C from the second excavation part shell 11 to the front shell 12 and has a distal end. It is fixed to the support member 20 of the second excavation shell 11 and the rear end is fixed to the support member 22 of the front shell 12.
  • the rear axial hydraulic jack 50 is accommodated between the inner cylinders 12B and 14B and the outer cylinders 12C and 14C from the front shell 12 to the rear shell 14, and the tip is the front shell.
  • the support member 22 of the body 12 is fixed, and the rear end is fixed to the support member 24 of the rear shell 14.
  • the front and rear hydraulic jacks 48 and 50 are connected in series via the support member 22.
  • the front and rear radial hydraulic jacks 52, 54 are provided at positions corresponding to the four corners of the support plates 56, 58 as a set of four hydraulic jacks for each of the rectangular support plates 56, 58. Yes.
  • the paired front and rear radial hydraulic jacks 52 and 54 are accommodated in the front shell body 12 and the rear shell body 14, respectively, spaced in the direction of excavation progress.
  • the front and rear radial hydraulic jacks 52 and 54 are each provided with 10 pairs at equal angular intervals in the circumferential direction so that a uniform ground reaction force can be obtained regardless of the angle. Yes.
  • Openings 12A and 14A are formed in the outer cylinders 12B and 14B of the front and rear shell bodies 12 and 14 at positions corresponding to the front and rear radial hydraulic jacks 52 and 54, respectively.
  • the front and rear radial hydraulic jacks 52, 54 have one end fixed to the inner cylinders 12B, 14B of the front and rear shell bodies 12, 14, and the other end is an opening 12A formed in the outer cylinder 18.
  • , 14A are connected to support plates 56, 58 having substantially the same shape. With this configuration, the front and rear radial hydraulic jacks 52 and 54 extend, and the support plates 56 and 58 project toward the outer periphery.
  • the axial hydraulic jacks 48 and 50 and the radial hydraulic jacks 52 and 54 are connected to a control device (not shown), and hydraulic pressure is supplied by the control device.
  • FIG. 7 is a vertical sectional view showing tunnel excavation using the excavator 1 according to the present embodiment.
  • the excavation device 1 precedes the excavation device 1 to excavate the ground 62 in a cylindrical shape, and then follows the excavator 1 to excavate the remaining ground 64 in the center by a heavy machine. Build a cross-section tunnel.
  • the front and rear axial hydraulic jacks 48, 50 are contracted, and the front and rear radial hydraulic jacks 52, 54 are extended to support the surrounding ground by the support plates 56, 58. Press. Then, with the reaction force applied to the ground by the support plates 56 and 58, the forward axial hydraulic jack 48 is extended to push the excavation mechanism 4 forward, and the excavation mechanism 4 excavates the ground into a cylindrical shape. .
  • the front radial hydraulic jack 52 is contracted and the ground is pressed only by the rear support plate 58. Then, the front axial hydraulic jack 48 is contracted and the rear axial hydraulic jack 50 is extended at the same speed. Thereby, the front shell 12 can be advanced in a state where the position of the excavation mechanism 4 is maintained.
  • the front radial hydraulic jack 52 is extended and the ground is pressed by the front support plate 56, and the rear radial hydraulic jack 54 is contracted. Then, the rear axial hydraulic jack 50 is contracted. Thereby, the rear shell 14 can be advanced while maintaining the positions of the excavation mechanism 4 and the front shell 12. By repeating the above steps, the excavating mechanism 4 can be advanced forward and the excavator 1 can be propelled.
  • the cutter unit 26 is rotated to excavate the ground, and excavated soil generated by the excavation is sent to the rear of the apparatus. That is, the motor 30 of the excavation mechanism 4 is rotated in a state where the cutter unit 26 is pressed against the ground by the propulsion mechanism 8. The rotational force of the motor 30 is transmitted to the speed reducer 28, the torque is amplified, and the cutter unit 26 is rotated via the pinion 60 and the pin rack 34.
  • the cutter unit 26 rotates, first, the ground is excavated in a sawtooth shape by the roller bit 36, and the surface irregularities are cut by the drill bit 38. Thereby, the ground can be excavated in an annular shape.
  • the blade 42 is also rotated with this.
  • the excavated soil generated by excavating the ground by the cutter unit 26 is agitated with the water sprayed from the jet nozzle, and the fluidity is improved.
  • the excavated soil is guided to the annular space in the first excavation shell 1 from the opening 32A formed in the cutter body 32, and is discharged from the opening 40 at the rear of the first excavation shell 10.
  • the excavated soil discharged from the rear of the first excavation shell 10 is left in a cylindrical shape inside the inner cylinder 10B of the first excavation shell 10 and when it is excavated in an annular shape. It is sent to the annular space between the ground.
  • the excavated soil sent between the inner cylinder 10B and the ground left in the columnar shape is formed inside the inner cylinder 10B of the first excavated shell 10 by the spiral blade 42 that rotates together with the cutter unit 26. It is sent toward the rear of the device along the peripheral surface. At this time, since the distance (inner diameter) from the apex of the blade 42 to the central axis of the excavator 1 is equal to the inner diameter of the cutter body 32, there is a gap between the tip of the blade 42 and the ground left in the columnar shape. Clearance can be transported without any gaps.
  • a temporary protection plate 72 is attached to the inner peripheral surface of the tunnel excavated in a cylindrical shape behind the excavator 1.
  • the ground 64 inside the portion excavated in an annular shape by the excavator 1 is excavated to a position behind the first excavation shell 1.
  • a heavy machine such as a breaker 66 or a backhoe may be used.
  • the excavated soil carried by the blade and the excavated soil generated by excavating the ground are loaded on the dump truck 70 by the shaflower 68 and carried out of the tunnel.
  • the temporary protection plate 72 is removed from the inner peripheral surface of the tunnel, and a covering such as a segment 74 is applied.
  • a tunnel having a circular cross section can be constructed.
  • the spiral blade 42 is attached as the excavated soil discharge mechanism 6 along the inner peripheral surface of the inner cylinder 10B of the first excavated shell 10, the excavated soil having a large cross section is provided. It is possible to secure a space for discharging and excavate soil in large quantities.
  • the blade 42 is attached to the inner peripheral surface of the inner cylinder 10B of the first excavation shell 10, even if clogging occurs, the blade 42 is located inside the first excavation shell 10. By removing the remaining earth and sand, the clogged earth and sand can be easily removed.
  • the excavated soil can be carried out by the rotation of the cutter unit 26, and it is not necessary to provide power separately from the power for rotating the cutter unit 26.
  • spiral blade 42 is provided on the inner peripheral surface of the inner cylindrical body 10B of the first excavation part shell 10, but the present invention is not limited to this, and a plurality of spiral blades is provided. It is good also as providing.
  • the front and rear axial hydraulic jacks 48 and 50 are provided.
  • the present invention is not limited to this, and only one axial hydraulic jack may be provided.
  • FIG. 11 is a vertical sectional view showing a configuration of an excavator having a propulsion mechanism different from that of the first embodiment.
  • the excavator 101 is connected to a cylindrical shell 102, a excavation mechanism 4 provided at the front end of the shell 102, an excavation soil discharge mechanism 6, and the rear of the excavation mechanism 4.
  • Propulsion mechanism 108 is provided at the front end of the shell 102, a excavation mechanism 4 provided at the front end of the shell 102, an excavation soil discharge mechanism 6, and the rear of the excavation mechanism 4.
  • the shell body 102 includes a first shell body 110 and a second shell body 111 that are sequentially connected from the front.
  • the first and second shells 110 and 111 are respectively cylindrical outer cylinders 110C and 111C, cylindrical inner cylinders 110B and 111B arranged in the outer cylinders 110C and 111C, and inner cylinders.
  • the body 110B, 111B and a plurality of support members 120 provided so as to connect the outer cylinders 110C, 111C.
  • the inner cylinders 110B and 111B and the outer cylinders 110C and 111C are arranged concentrically and coaxially with the rotation shaft of the excavation mechanism 4, and thereby, between the inner cylinders 110B and 111B and the outer cylinders 110C and 111C.
  • An annular space is formed.
  • the support member 120 is made of a rod-shaped steel material, the number capable of supporting the earth pressure acting on the outer cylinders 110C and 111C, radially around the central axis of the inner cylinders 110B and 111B, and appropriately in the circumferential direction and the axial direction.
  • the inner cylinders 110B and 111B and the outer cylinders 110C and 111C are connected to each other with a certain interval. And the reduction gear 28 of the excavation mechanism 4, the motor 30, and the propulsion mechanism 108 are accommodated in the annular space between the inner cylinders 110B and 111B and the outer cylinders 110C and 111C.
  • the propulsion mechanism 108 includes a plurality of axial hydraulic jacks 148 extending in the excavation progress direction.
  • ten axial hydraulic jacks 148 are provided at equal angular intervals in the circumferential direction of the shell body 102 so as to obtain a uniform propulsive force regardless of the angle.
  • the tip of the axial hydraulic jack 148 is fixed to the support member 120 of the second excavation shell 111.
  • the axial hydraulic jack 148 is supported on the shell 111 by appropriate support means so as to be maintained parallel to the axial direction of the excavator 101 when the axial hydraulic jack 148 expands and contracts.
  • the propulsion mechanism propels the axial hydraulic jack by extending the axial hydraulic jack in a state where the reaction force is applied to the segment fixed on the inner periphery of the tunnel that has been excavated.
  • the cutter unit 26 of the excavation mechanism 4 is rotated about the axis of the excavator 1 and the excavated soil discharge mechanism 6 discharges the excavated soil.
  • FIG. 12 is a vertical sectional view of the excavating apparatus 1 according to the present embodiment in the direction of excavation
  • FIG. 13 is a side view taken along line AA in FIG. 12
  • FIG. 14 is a sectional view taken along line BB in FIG. 15
  • FIG. 16 is a CC cross-sectional view in FIG.
  • the excavator 201 includes a cylindrical shell 202, a excavation mechanism 204 provided at the tip of the shell 202 in the excavation progress direction (hereinafter referred to as the front), and excavation soil discharge.
  • a mechanism 206 and a propulsion mechanism 8 for propelling the excavation mechanism 204 are provided.
  • the shell body 2 is constituted by a drilling part shell body 210, a front shell body 212, and a rear shell body 214 connected in order from the front end of the excavation traveling direction.
  • Each of the shells 210, 212, and 214 has inner cylinders 210B, 212B, and 214B made of a steel material formed in a cylindrical shape, and a steel material that is larger in diameter than the inner cylinders 210B, 212B, and 214B and is concentrically arranged.
  • An outer cylindrical body 218, and the inner cylindrical bodies 210B, 212B, 214B and the outer cylindrical bodies 210C, 212C, 214C are connected to each other, and the inner cylindrical bodies 210B, 212B, 214B and the outer cylindrical body 210C, A plurality of support members 220, 222, and 224 that hold between 212 ⁇ / b> C and 214 ⁇ / b> C are configured.
  • an annular space is formed between the inner cylinders 210B, 212B, 214B and the outer cylinder 218, and the excavation mechanism 204, the excavation soil discharge mechanism 206, and the propulsion mechanism 208 are accommodated in the annular space.
  • the excavation part shell 210 is formed so that the intermediate part has a predetermined diameter from the front end, and the rear end is formed to have a smaller diameter than the intermediate part, and this small diameter part is in the front end of the front shell 212. Contained.
  • the front shell body 212 is formed so that the intermediate portion has a predetermined diameter from the front end, and the rear end is formed with a smaller diameter than the intermediate portion, and this small diameter portion is the rear shell body. It is accommodated in the tip of 214.
  • the support members 220, 222, and 224 are made of rod-shaped steel, and are capable of supporting earth pressure acting on the outer cylindrical body 218, radially about the central axis of the inner cylindrical body 216, circumferentially and axially Are provided at an appropriate interval.
  • the excavation mechanism 204 is accommodated at the tip of the excavation part shell 210, and includes a cutter part 226 provided at the tip of the excavation part shell 210, a speed reducer 228, a motor 230, It has.
  • the cutter unit 226 has an annular shape, and the cutter unit body 232 having a U-shaped cross section and an annular shape are provided along the rear edge of the cutter unit body 232.
  • the pin rack 234, the roller bit 236 provided at intervals in the circumferential direction of the cutter unit main body 232, and the intake hole 238 and the scraper 240 provided at the rear of the roller bit 236 in the circumferential direction are provided.
  • a reduction gear 228 is connected to the rotation shaft of the motor 230, and a pinion 260 is attached to the reduction gear 228. As shown in FIG. 16, the pinion 260 of the speed reducer 228 meshes with the pin rack 234 of the cutter unit 226. As a result, when the motor 230 rotates, the torque is amplified through the speed reducer 228 and transmitted to the cutter unit 226, and the cutter unit 226 is rotated with a large force.
  • the intake hole 238 is formed to extend in the width direction of the cutter body 232.
  • the intake hole 238 communicates with the excavated soil discharge pipe 242 constituting the excavated soil discharge mechanism 206, and the excavated soil taken in from the intake hole 238 is sent to the excavated soil discharge pipe 242.
  • the roller bit 236 and the scraper 240 are attached to the cutter unit body 232 so that the ground can be excavated when the cutter unit 226 rotates in the circumferential direction.
  • the excavated soil discharge mechanism 206 includes a plurality of excavated soil discharge pipes 242 provided in the shell body 202 at intervals in the circumferential direction, and a screw feeder provided in the excavated soil discharge pipe 242. 246 and a jet nozzle (not shown) for injecting water toward the ground.
  • the excavated soil generated by excavating the ground is agitated with the water sprayed from the jet nozzle, and is accommodated in the inside through the intake hole 238 by rotating the cutter unit 226, and the excavated soil by rotating the screw feeder 246. It is conveyed to the rear of the excavator through the discharge pipe 242.
  • the propulsion mechanism 208 includes a plurality of pairs of front and rear axial hydraulic jacks 248, 250 that extend in the excavation direction and are connected in series, and axial hydraulic jacks adjacent in the circumferential direction.
  • the front and rear axial hydraulic jacks 248, 250 of each pair are connected in series so as to extend in the direction of excavation.
  • ten pairs of front and rear axial hydraulic jacks 248, 250 of each pair are provided at equal angular intervals in the circumferential direction of the shell 202 so as to obtain a uniform propulsive force regardless of the angle. ing.
  • the front axial hydraulic jack 248 is accommodated between the inner cylinders 210B and 212B and the outer cylinders 210C and 212C from the excavation shell 210 to the front shell 212, and the tip is the excavation shell.
  • the body 210 is fixed to the support member 220, and the rear end is fixed to the support member 222 of the front shell body 212.
  • the rear axial hydraulic jack 250 is accommodated between the inner cylinders 212B and 214B and the outer cylinders 212C and 214C from the front shell body 212 to the rear shell body 214, and the front end is the front shell body.
  • the rear end of the body 212 is fixed to the support member 224 of the shell 214.
  • the front and rear hydraulic jacks 248 and 250 are connected in series via the support member 222.
  • the front and rear radial hydraulic jacks 252 and 254 are provided at positions corresponding to the four corners of the support plates 256 and 258 as a set of four hydraulic jacks for each of the rectangular support plates 256 and 258. Yes.
  • the paired front and rear radial hydraulic jacks 252 and 254 are accommodated in the front shell body 212 and the rear shell body 214, respectively, at intervals in the excavation progress direction.
  • the front and rear radial hydraulic jacks 252 and 254 are provided in 10 pairs at equal angular intervals in the circumferential direction so that a uniform ground reaction force can be obtained regardless of the angle. Yes.
  • Openings 212A and 214A are formed in the outer cylinders 212B and 214B of the front and rear shells 212 and 214 at positions corresponding to the front and rear radial hydraulic jacks 252 and 254, respectively.
  • One end of each of the front and rear radial hydraulic jacks 252 and 254 is fixed to the inner cylinders 212B and 214B of the front and rear shells 212 and 214, and the other end is an opening 212A formed in the outer cylinder 218.
  • , 214A are connected to support plates 256, 258 having substantially the same shape. With this configuration, the front and rear radial hydraulic jacks 252 and 254 extend, and the support plates 256 and 258 protrude toward the outer periphery.
  • the axial hydraulic jacks 248 and 250 and the radial hydraulic jacks 252 and 254 are connected to a control device (not shown), and hydraulic pressure is supplied by the control device.
  • FIG. 17 is a vertical sectional view showing tunnel excavation using the excavator 201 according to the present embodiment.
  • the ground 262 is excavated in a cylindrical shape by the excavator 201, followed by excavating the remaining ground 264 in the center, and then the circular cross section is obtained. Build a tunnel.
  • the excavating mechanism 204 When excavating with the excavator 201, the excavating mechanism 204 is pushed in the direction of excavation by the propulsion mechanism 208, while the ground 264 is excavated by the excavating mechanism 204 and simultaneously the excavated soil discharging mechanism 206 discharges the excavated soil to the outside. .
  • This propulsion work is performed while rotating the cutter unit 226 of the excavating mechanism 204 around the axis of the excavating apparatus 201 and discharging excavated soil by the excavated soil discharging mechanism 206.
  • the front and rear axial hydraulic jacks 248 and 250 contracted, the front and rear radial hydraulic jacks 252 and 254 are extended, and the support plates 256 and 258 surround the surrounding ground. Press. Then, with the reaction force applied to the ground by the support plates 256 and 258, the front axial hydraulic jack 248 is extended to push the excavation mechanism 204 forward, and the excavation mechanism 204 excavates the ground into a cylindrical shape. .
  • the front radial hydraulic jack 252 is contracted and the ground is pressed only by the rear support plate 258. Then, the front axial hydraulic jack 248 is contracted and the rear axial hydraulic jack 250 is extended at the same speed. Thereby, the front shell body 212 can be advanced in a state where the position of the excavation mechanism 204 is maintained.
  • the front radial hydraulic jack 252 is extended and the ground is pressed by the front support plate 256, and the rear radial hydraulic jack 254 is contracted. Then, the rear axial hydraulic jack 250 is contracted. Thereby, the rear shell 214 can be advanced while maintaining the positions of the excavation mechanism 204 and the front shell 212. By repeating the above steps, the excavating mechanism 204 can be advanced forward and the excavator 201 can be propelled.
  • the cutter unit 226 is rotated to excavate the ground. That is, the motor 230 of the excavation mechanism 204 is rotated while the cutter unit 226 is pressed against the ground by the propulsion mechanism 208. The rotational force of the motor 230 is transmitted to the speed reducer 228, the torque is amplified, and the cutter unit 226 is rotated via the pinion 260 and the pin rack 234.
  • the ground is first excavated into a saw-tooth cross section by the roller bit 236, and the surface irregularities are scraped by the scraper 240. Thereby, the ground can be excavated in an annular shape.
  • a temporary protection plate 272 is attached to the inner peripheral surface of the tunnel excavated in a cylindrical shape behind the excavator 201.
  • the excavated soil generated by excavating the ground is taken into the intake hole 238 of the cutter unit 226 and discharged to the rear of the excavator 201 through the excavated soil discharge pipe 242 by the excavated soil discharge mechanism 206.
  • the ground 264 inside the portion excavated in an annular shape by the excavator 201 is excavated.
  • a device such as a breaker 266 or a backhoe may be used.
  • the excavated soil generated by excavating the ground is loaded on the dump truck 270 by the shafluder 268 and carried out of the tunnel.
  • the temporary protection plate 272 is removed from the inner peripheral surface of the tunnel, and a covering such as a segment 274 is applied.
  • a tunnel having a circular cross section can be constructed.
  • the support plates 256 and 258 are pressed against the ground instead of taking a reaction force on the lining such as the segment as in the shield method. Therefore, it is possible to receive a larger reaction force. For this reason, according to the excavation apparatus 201 of the present embodiment, excavation work can be performed even on the ground where it is difficult to apply a shield method having a rock mass strength of about 120 to 200 MPa made of granite or the like. .
  • the excavator 201 can be promoted even if the lining work for the segment or the like is not completed, and the construction can be performed efficiently.
  • the reaction force is received by being pressed against the ground by the front and rear support plates 256 and 258, and therefore, a larger reaction force may be received. it can.
  • the tunnel outer periphery can be excavated in advance and lining can be applied. Also, since the ground left inside serves as a presser for the face, stable construction is possible even on soft ground. .
  • the excavated soil taken from the intake hole 238 of the cutter unit 226 is carried out to the rear of the excavator 201 through the excavated soil discharge pipe 242.
  • the excavated soil intake port 276 of the cutter unit 226 communicates with the discharge port 278 provided on the front and back of the excavated unit shell 210, and the excavated soil taken in from the excavated soil intake port 276 is It is good also as a structure discharged
  • the front and rear axial hydraulic jacks 248 and 250 are provided.
  • the present invention is not limited to this, and an integral axial hydraulic jack may be provided.
  • the propulsion mechanism 108 described in the second embodiment can be used in place of the propulsion mechanism 208 in the present embodiment.

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Abstract

　回転駆動する円環状のカッタ部を有する円筒状の掘削装置において、掘削した土砂を大量に輸送を可能にし、つまりが生じた場合でも容易に除去できるようにする。　地盤にトンネルを掘削するためのトンネル掘削装置１は、掘削進行方向先端に設けられ、表面に地盤を掘削するためのビットを有する円環状のカッタ部３２を備え、カッタ部３２を回転駆動可能な円筒状の掘削機構４と、カッタ部３２の後方に接続され、カッタ部３２の外径と略等しい外径を有する円筒形状の外筒体１０Ｃ及びカッタ部３２の内径よりも大きな内径を有する円筒形状の内筒体１０Ｂからなる殻体１０と、掘削機構４を掘削進行方向に推進させる推進機構９と、内筒体１０Ｂの内周面に取り付けられ、掘削機構４とともに回転駆動する螺旋状のブレード４２からなる掘削土排出機構６と、を備える。

Description

トンネル掘削装置、及びトンネル掘削方法
　本発明は、地盤にトンネルを構築するためのトンネル掘削装置及びトンネル掘削方法に関する。
　近年、大断面のシールドトンネルをより効率良く構築する方法として、リングシールド工法が知られている。リングシールド工法では、円筒状の掘削装置を用い、トンネルの外殻部に当たる位置の地盤を先行して断面円環状に掘削する工程と、掘削した部分に円筒状に覆工体を構築する工程と、覆工体に反力をとって掘削装置を推進させる工程とを繰り返して先行して断面円環状に地盤を掘削し、さらに、これと並行して覆工体の内側に円柱状に残留した土砂を後方側から掘削することによりトンネルを構築している（特許文献１参照）。
特許２８４０７３２号公報
　このように先行して断面円環状に地盤の掘削を行う掘削装置を用いる場合には、地盤を掘削することにより発生した掘削土を、円筒状の装置の後方へ輸送する必要がある。これに対して、上記の特許文献１では、装置の内部に排出管を設け、この排出管を通して掘削土を後方に輸送している。また、このような排出管にかえて、装置の内部にスクリューコンベアを設け、このスクリューコンベアにより掘削土を後方に輸送することも考えられる。
　しかしながら、このような排出管又はスクリューコンベアなどの掘削土排出機構を装置内に設ける場合には、掘削機構や推進機構などと干渉しないようにする必要があるため、排出管やスクリューコンベアの径を小さくしなければならず、掘削土を大量に輸送することができないという問題があった。
　さらに、排出管やスクリューコンベアの径が小さいと、土砂のつまりが頻繁に生じてしまう。このように土砂のつまりが生じた場合には、掘削装置を後退させて、掘削装置の内殻を取り外さなければ、つまった土砂の除去を行うことができないという問題もあった。
　本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、回転駆動する円環状のカッタ部を有する円筒状の掘削装置において、掘削した土砂の大量輸送を可能にし、つまりが生じた場合でも容易に除去できるようにすることである。
　本発明によるトンネル掘削装置は、地盤にトンネルを掘削するためのトンネル掘削装置であって、掘削進行方向先端に設けられ、表面に地盤を掘削するためのビットを有する円環状のカッタ部を備え、カッタ部を回転駆動可能な円筒状の掘削機構と、掘削機構の後方に接続され、円筒形状の外筒体及びカッタ部の内径よりも大きな内径を有する円筒形状の内筒体を有する殻体と、掘削機構を掘削進行方向に推進させる推進機構と、掘削機構の内筒体の内周面に取り付けられ、高さがカッタ部の内径と内筒体の内径との差以下でありカッタ部とともに回転駆動される螺旋状のブレードを有する掘削土排出機構と、を備えることを特徴とする。
　本発明によれば、掘削機構の内筒体の内周面に沿って螺旋状のブレードを取り付けることとしたことにより、掘削機構や推進機構のためのスペースの影響を受けずに、大きなスペースを確保することができるため、掘削した土砂を大量に輸送できる。また、土砂のつまりが生じた場合には、掘削装置の内部に残された地盤を取り除けば、ブレードが露出するため、つまった土砂の除去作業を容易に行うことができる。
　本発明において、好ましくは、掘削機構は、ビットにより掘削された掘削土を掘削機構の内周側へ送るための、カッタ部の表面から内筒体の内周面まで連通する空隙が形成されている。
　これにより、カッタ部により掘削された土砂は、空隙を通じて掘削機構の内側へ送られる。
　本発明において、好ましくは、推進機構は、殻体内に設けられ、殻体の外周面から径方向外方に向かって突出部を突出可能な突出機構と、殻体内に設けられ、突出部を径方向外方に向かって突出させて円環状に掘削した周囲の地盤に反力を取った状態で伸長することにより、掘削機構を掘削進行方向へ押し出す伸長機構と、を備える。
　このように構成された掘削装置によれば、突出機構により突出部を外周方向に突出させて、周囲の地盤に反力をとって推進作業を行うことができるため、セグメント又は覆工体の施工が完了していなくても、大きな反力を受けて強固な地盤を掘削することができる。
　本発明において、好ましくは、殻体は、掘削進行方向先端側から順に設けられた、掘削部殻体と、前方の殻体と、後方の殻体とを含み、掘削部殻体が掘削機構の後方に接続され、伸長機構は、掘削部殻体と前方の殻体とを結ぶように設けられ、掘削進行方向に伸縮可能な前方の軸方向ジャッキと、前方の殻体と後方の殻体との間を結ぶように設けられ、掘削進行方向に伸縮可能な後方の軸方向ジャッキとを含み、突出機構は、前方の殻体内に配置され、径方向外方に伸縮可能な前方の周方向ジャッキと、後方の殻体内に配置され、径方向外方に伸縮可能な後方の周方向ジャッキと、を含んで構成される。
　このように構成された掘削装置によれば、カッタ部を推進させる際には、前方及び後方の周方向ジャッキにより地盤からより大きな反力を受けることができる。
　本発明において、好ましくは、推進機構は、殻体内に設けられ、掘削が完了したトンネルの内周面に取り付けられたセグメントに反力を取った状態で伸長することにより、掘削機構を掘削進行方向へ押し出す伸長機構からなる。
　このように構成された掘削装置によれば、掘削装置の全長を短くできる。
　また、本発明による掘削方法は、トンネル掘削装置を用いて地盤にトンネルを掘削する方法であって、トンネル掘削装置は、掘削進行方向先端に設けられ、表面に地盤を掘削するためのビットを有する円環状のカッタ部を備え、カッタ部を回転駆動可能な円筒状の掘削機構と、掘削機構の後方に接続され、円筒形状の外筒体及びカッタ部の内径よりも大きな内径を有する円筒形状の内筒体からなる殻体と、掘削機構を掘削進行方向に推進させる推進機構と、掘削機構の内筒体の内周面に取り付けられ、高さがカッタ部の内径と内筒体の内径との差以下であるカッタ部とともに回転駆動する螺旋状のブレードからなる掘削土排出機構と、を備え、掘削機構を回転駆動させながら、推進機構により掘削機構を押し出すことにより、地盤を円環状に掘削するとともに、掘削機構とともに回転するブレードにより、掘削土を内殻の内周面に沿って後方に送り出す先行掘削ステップと、トンネル掘削装置の後方で、円環状に掘削された部分の内側の地盤を掘削する後行掘削ステップと、を含むことを特徴とする。
　本発明によれば、掘削した土砂を大量に輸送が可能となり、土砂のつまりが生じた場合でも容易に除去できる。
本発明の第１実施形態による掘削装置を示す斜視図である。 図１に示す掘削装置の掘削進行方向の鉛直断面図である。 図２におけるＡ－Ａ視側面図である。 図２におけるＢ－Ｂ視断面図である。 図２におけるＣ部の拡大図である。 （ａ）～（ｍ）は、図１に示す掘削装置における複数のローラービットの配置をそれぞれ示す図であり、（Ａ）は、（ａ）～（ｍ）に示すローラービットを重ねて示す図である。 図１に示す掘削装置を用いたトンネル掘削方法を説明するための掘削進行方向の鉛直断面図である。 図１に示す掘削装置の推進方法を説明するための掘削装置の鉛直断面図（その１）である。 図１に示す掘削装置の推進方法を説明するための掘削装置の鉛直断面図（その２）である。 図１に示す掘削装置の推進方法を説明するための掘削装置の鉛直断面図（その３）である。 本発明の第２実施形態による掘削装置の掘削進行方向に沿った鉛直断面図である。 本発明の第３実施形態による掘削装置の掘削進行方向に沿った鉛直断面図である。 図１２におけるＡ－Ａ視側面図である。 図１２におけるＢ－Ｂ断面図である。 本発明の一実施形態による掘削装置の掘削機構の先端部の掘削進行方向に沿った拡大断面図である。 図１５におけるＣ－Ｃ断面図である。 本発明の第３実施形態による掘削装置を用いたトンネル掘削方法を説明するための掘削進行方向の鉛直断面図である。 本発明の第３実施形態による掘削装置の推進方法を説明するための掘削装置の鉛直断面図（その１）である。 本発明の第３実施形態による掘削装置の推進方法を説明するための掘削装置の鉛直断面図（その２）である。 本発明の第３実施形態による掘削装置の推進方法を説明するための掘削装置の鉛直断面図（その３）である。 本発明の第３実施形態による掘削装置における別の掘削土の排出方法を説明するための掘削機構の先端部の拡大鉛直断面図である。
＜第１実施形態＞
　以下、本発明の第１実施形態である掘削装置及び掘削方法を図面を参照しながら詳細に説明する。
　図１は、本実施形態による掘削装置１を示す斜視図、図２は、本実施形態による掘削装置１の掘削進行方向の鉛直断面図、図３は図２におけるＡ－Ａ視側面図、図４は、図２におけるＢ－Ｂ視断面図である。また、図５は、図２におけるＣ部の拡大図である。
　図１及び図２に示すように、掘削装置１は、円筒状の殻体２と、殻体２の掘削進行方向（以下、前方という）の先端に設けられた掘削機構４と、掘削土排出機構６と、掘削機構４を推進させるための推進機構８とを備える。
　図２に示すように、殻体２は、前方から順次接続された第１の掘削部殻体１０と、第２の掘削部殻体１１と、前方の殻体１２と、後方の殻体１４とにより構成される。各殻体１０、１１、１２、１４は、円筒状の外筒体１０Ｃ、１１Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃと、外筒体１０Ｃ、１１Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃ内に配置された円筒状の内筒体１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂと、内筒体１０Ｂ，１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂと外筒体１０Ｂ，１１Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃを結ぶように設けられた複数の支持部材２０、２２、２４（第１の掘削部殻体１０の支持部材は図示せず）とにより構成される。内筒体１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂ及び外筒体１０Ｃ、１１Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃは、それぞれ鋼材からなる。なお、第１の掘削部殻体では、内筒体１０Ｂの方が外筒体１０Ｃよりも後ろ側で終わっている。
　これら内筒体１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂ及び外筒体１０Ｃ、１１Ｃ,１２Ｃ、１４Ｃは、後に詳述する掘削機構４の回転軸と同心同軸に配置されており、これにより、内筒体１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂと外筒体１０Ｃ、１１Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃとの間に環状空間が形成される。支持部材２０、２２、２４は、棒状の鋼材からなり、外筒体１０Ｃ，１１Ｃ,１２Ｃ、１４Ｃに作用する土圧を支持可能な本数、内筒体１０Ｂ，１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂの中心軸を中心として放射状に、周方向及び軸方向に適宜な間隔をあけて、これら内筒体１０Ｂ，１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂと外筒体１０Ｃ，１１Ｃ、１２Ｃ、１４Ｃを結ぶように設けられている。そして、内筒体１０Ｂ、１１Ｂ、１２Ｂ、１４Ｂと、外筒体１０Ｃ、１１Ｃ,１２Ｃ、１４Ｃとの間の環状空間内に推進機構８が収容されている。
　第１の掘削部殻体１０は、掘削進行方向の先端部から中間部は一定の外径及び内径となるように形成され、内筒体１０Ｂの後端部の内周面及び外筒体１０Ｃの後端部の外周面が切欠かれている。また、第２の掘削部殻体１１の内筒体１１Ｂの内周面の先端部及び外筒体１１Ｃの外周面の先端部は、切り欠かれており、第２の掘削部殻体１１の先端部が、第１の掘削部殻体１０の後端部の内側に収容されることにより、第１の掘削部殻体１０が第２の掘削部殻体１１に対して回転可能に接続されている。なお、第１及び第２の掘削部殻体１０、１１の間にベアリング等の滑りを向上する部材又は材料を介在させてもよい。
　また、第２の掘削部殻体１１は、内筒体１０Ｂの内周面の後端部及び外筒体１０Ｃの外周面の後端部が切り欠かれている。また、前方の殻体１２は、内筒体１２Ｂの外周面の後端部及び外筒体１２Ｃの内周面の後端部が切り欠かれている。そして、第２の掘削部殻体１１の後端部が、前方の殻体１２の先端部の内側に収容されることにより、第２の掘削部殻体１１が前方の殻体１２に対して軸方向に摺動可能に接続されている。
　これと同様に、前方の殻体１２は、内筒体１２Ｂの内周面の後端部及び外筒体１２Ｃの外周面の後端部が切り欠かれている。また、後方の殻体１４は、内筒体１４Ｂの外周面の後端部及び外筒体１４Ｃの内周面の後端部が切り欠かれている。そして、前方の掘削部殻体１２の後端部が、後方の殻体１４の先端部の内側に収容されることにより、前方の殻体１２が後方の殻体１４に対して軸方向に摺動可能に接続されている。なお、第２の掘削部殻体１１と前方の殻体１２、及び、前方の殻体１２と後方の殻体１４の接続部に、軸方向の摺動を案内するガイド部材を設けてもよい。
　図２及び図３に示すように、掘削機構４は、第１の掘削部殻体１０の先端部に固定されている。掘削機構４は、第１の掘削部殻体１０の掘削進行方向の先端に、内筒体１０Ｂと外筒体１０Ｃとの間を覆うように取り付けられたカッタ部２６と、掘削部殻体１０内に配置された減速機２８と、前方の殻体１２内に配置されたモータ３０と、を備える。
　カッタ部２６は、円環状のカッタ部本体３２と、カッタ部本体３２に周方向に間隔をあけて設けられた１３対のローラービット３６と、カッタ部本体３２に形成された開口３２Ａの縁に設けられた削孔ビット３８を備える。また、図５に示すように、カッタ部本体３２の後方には縁に沿って、ピンラック３４が取り付けられている。
　図５に示すように、カッタ部本体３２は、軸方向断面において、コの字型断面形状を有し、その外径Ｄ１は第１の掘削部殻体１０の外筒体１０Ｃの外径と略等しい。また、カッタ部本体３２の内径Ｄ３は、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂの内径Ｄ２よりもｄｘだけ小さい。さらに、上記のように、第１の掘削部殻体１０では、内筒体１０Ｂの方が外筒体１０Ｃよりも後ろ側で終端している。かかる構成により、カッタ部本体３２の内側後方と、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂとの間には隙間４０が形成され、この隙間４０を介してカッタ部本体３２内の空間と、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂ内の空間とが連通している。
　図５に示すように、第２の掘削部殻体１１内にモータ３０が配置され、このモータ３０の回転軸には減速機２８が接続されており、この減速機２８にはピニオン２８Ａが取り付けられている。そして、減速機２８に取り付けられたピニオン２８Ａが、カッタ部２６に取り付けられたピンラック３４と噛み合っている。これにより、モータ３０が回転すると、この回転力が減速機２８を介してトルクが増幅されてカッタ部２６に伝達され、カッタ部２６が第１の掘削部殻体１０とともに、第１の掘削部殻体１０の中心軸を中心として第２の掘削部殻体１１に対して回転するように構成されている。
　図６は、カッタ部本体３２に取付けられた複数のローラービット３６のそれぞれの半径方向の配置を示し、（ａ）～（ｍ）は各ローラービット３６の半径方向の配置を示す図であり、（Ａ）は全てのローラービットの配置を重ねて示した図である。同図に示すように、各ローラービットは、半径方向に異なる位置に配置されている。これにより、カッタ部２６が周方向に回転した際に、各ローラービット３６が通過する軌跡が、半径方向に略等間隔な同心円となり、径によらず均質な掘削を行うことができる。
　また、掘削ビット３８は、先端が鋭利なビットからなり、カッタ部２６が回転することにより、ローラービット３６により切削された切削面を平坦に整えるように掘削する。
　図５に示すように、掘削土排出機構６は、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂの内周面に沿って取り付けられたスクリューコンベアを構成するブレード４２と、地盤に向かって水を噴射するように、その噴出口がカッタ部本体３２の表面に露出して設けられたジェットノズル（図示せず）と、を備えている。ブレード４２は、掘削装置１と同心同軸の螺旋状の鋼材からなり、軸方向にカッタ部本体３２の後端から第１の掘削部殻体１０の後端に亘って、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂの内周面に固定されている。ブレード４２は、断面が二等辺三角形状であり、その高さは、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂの内径Ｄ２と、カッタ部本体３２の内径Ｄ３との差の半分であるｄｘと略等しくなっている。すなわち、ブレード４２の頂点から掘削装置１の中心軸までの距離（内径）が、カッタ部本体３２の内径Ｄ３と等しくなっている。なお、本実施系値アでは、ブレード４２の高さは、ｄｘと略等しくなっているが、これよりも小さくてもよい。
　図１及び図３に示すように、推進機構８は、掘削進行方向に延び、直列接続された複数対の前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４８、５０と、周方向に隣接する軸方向油圧ジャッキ４８，５０の間に配置された複数の前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２、５４と、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２，５４の先端に夫々接続された前方及び後方の複数の支持板５６、５８とにより構成される。
　各対の前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４８、５０は掘削進行方向に延びるように直列接続されている。本実施形態では、各対の前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４８、５０は、角度によらず均一な推進力が得られるように、殻体２の周方向に等角度間隔で１０対設けられている。
　前方の軸方向油圧ジャッキ４８は、第２の掘削部殻体１１から前方の殻体１２に亘って、内筒体１１Ｂ、１２Ｂと外筒体１１Ｃ、１２Ｃと間に収容されており、先端が第２の掘削部殻体１１の支持部材２０に固定され、後端が前方の殻体１２の支持部材２２に固定されている。
　後方の軸方向油圧ジャッキ５０は、前方の殻体１２から後方の殻体１４に亘って、内筒体１２Ｂ，１４Ｂと外筒体１２Ｃ，１４Ｃと間に収容されており、先端は前方の殻体１２の支持部材２２に固定され、後端は後方の殻体１４の支持部材２４に固定されている。このように、前方及び後方の油圧ジャッキ４８、５０は、支持部材２２を介して直列接続されている。
　前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２，５４は、矩形状の支持板５６，５８の各々に対して、４台の油圧ジャッキが一組として、支持板５６、５８の四隅に当たる位置に設けられている。対となる前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２，５４は、掘削進行方向に間隔をあけて、夫々、前方の殻体１２及び後方の殻体１４内に収容されている。また、本実施形態では、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２，５４は、それぞれ、角度によらず、均一な地盤反力が得られるように、周方向に等角度間隔で１０対設けられている。
　前方及び後方の殻体１２、１４の外筒体１２Ｂ、１４Ｂには、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２、５４に対応した位置に開口１２Ａ，１４Ａが形成されている。前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２，５４は、一端が前方及び後方の殻体１２、１４の内筒体１２Ｂ，１４Ｂに固定されており、他端が外筒体１８に形成された開口１２Ａ，１４Ａと略同一形状の支持板５６、５８に接続されている。かかる構成により、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２，５４が伸長することにより、支持板５６、５８が外周に向かって突出することとなる。
　なお、これら軸方向油圧ジャッキ４８、５０及び径方向油圧ジャッキ５２、５４は、制御装置（図示せず）に接続されており、制御装置により油圧が供給される。
　以下、上記の掘削装置１を用いたトンネルの掘削方法を説明する。
　図７は、本実施形態による掘削装置１を用いたトンネルの掘削を示す鉛直断面図である。同図に示すように、本実施形態では、先行して、掘削装置１により円筒状に地盤６２を掘削し、後行して、残された中心部の地盤６４を重機によって掘削することにより円形断面のトンネルを構築する。
　まず、図８～図１０を参照して、推進機構８により、掘削機構４を推進させる方法について説明する。なお、この推進作業は、掘削機構４のカッタ部２６を掘削装置１の軸を中心として回転させるとともに、掘削土排出機構６により掘削土を排出させながら行う。
　まず、図８に示すように、前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４８、５０が収縮した状態で、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ５２，５４を伸長させて支持板５６、５８により周囲の地盤を押圧する。そして、支持板５６、５８により地盤に反力をとった状態で、前方の軸方向油圧ジャッキ４８を伸長させて掘削機構４を前方へ押し出し、掘削機構４により地盤を円筒状に掘削していく。
　このようにして、所定の距離、掘削を行ったら、図９に示すように、前方の径方向油圧ジャッキ５２を収縮させて、後方の支持板５８のみで地盤を押圧する。そして、前方の軸方向油圧ジャッキ４８を収縮させるとともに、これと同速度で後方の軸方向油圧ジャッキ５０を伸長させる。これにより、掘削機構４の位置を維持した状態で、前方の殻体１２を前進させることができる。
　次に、図１０に示すように、前方の径方向油圧ジャッキ５２を伸長させて前方の支持板５６により地盤を押圧するとともに、後方の径方向油圧ジャッキ５４を収縮させる。そして、後方の軸方向油圧ジャッキ５０を収縮させる。これにより、掘削機構４及び前方の殻体１２の位置を維持した状態で、後方の殻体１４を前進させることができる。
　以上の工程を繰り返すことで、掘削機構４を前方へ進出させるとともに掘削装置１を推進させることができる。
　上記の推進作業とともに、カッタ部２６を回転させて地盤を掘削し、掘削することで生じた掘削土を装置後方へと送る。
　すなわち、推進機構８によりカッタ部２６を地盤に押し付けた状態で、掘削機構４のモータ３０を回転させる。モータ３０の回転力は減速機２８に伝達されてトルクが増幅され、ピニオン６０及びピンラック３４を介してカッタ部２６を回転させる。カッタ部２６が回転すると、まず、地盤がローラービット３６により断面鋸形状に掘削され、さらに、削孔ビット３８により表面の凹凸が削りとられる。これにより円環状に地盤を掘削することができる。
　カッタ部２６が回転すると、これととともにブレード４２も回転する。カッタ部２６により地盤を掘削で生成された掘削土は、ジェットノズルから噴射される水と攪拌されて、流動性が向上される。そして、掘削土は、カッタ部本体３２に形成された開口３２Ａから第１の掘削部殻体１０内の円環空間に案内され、第１の掘削部殻体１０の後方の開口４０から排出される。第１の掘削部殻体１０の後方から排出された掘削土は、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂと、円環状に掘削された際にその内側に円柱状に残された地盤との間の円環空間に送り出される。内筒体１０Ｂと円柱状に残された地盤との間に送られた掘削土はカッタ部２６とともに回転する螺旋状のブレード４２により、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂの内周面に沿って装置の後方に向かって送られる。この際、ブレード４２の頂点から掘削装置１の中心軸までの距離（内径）が、カッタ部本体３２の内径と等しいため、ブレード４２の先端と、円柱状に残された地盤との間には隙間が生じず、確実に土砂を搬送できる。
　この際、ブレード４２につまりが生じたとしても、掘削装置１の内側に残された円柱状の残土を掘削することで、ブレード４２を露出させることができ、容易につまりを除去することができる。
　そして、掘削装置１の後方において、円筒状に掘削されたトンネル内周面に仮保護プレート７２を取り付ける。
　上記の先行掘削作業と並行して、掘削装置１により円環状に掘削された部分の内側の地盤６４を第１の掘削部殻体１の後方位置まで掘削する。この掘削作業は、ブレーカー６６やバックホウ等の重機を用いればよい。
　そして、ブレードにより運ばれた掘削土及び地盤を掘削して発生した掘削土を、シャフローダ６８によりダンプトラック７０に積載し、トンネル外部に搬出する。
　次に、トンネル全断面の掘削が完了した部分において、トンネル内周面から仮保護プレート７２を取り外し、セグメント７４などの覆工を施す。
　以上の工程により、円形断面のトンネルを構築することができる。
　本実施形態によれば、掘削土排出機構６として、螺旋状のブレード４２を第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂの内周面に沿って取り付けることとしたため、大断面の掘削土を排出するためのスペースを確保でき、掘削土を大量に搬送することができる。
　また、ブレード４２が第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂの内周面に取り付けられているため、たとえ、つまりが生じてしまっても、第１の掘削部殻体１０の内側に残った土砂を取り除くことにより、容易につまった土砂の撤去を行うことができる。
　また、本実施形態によれば、カッタ部２６の回転により、掘削土を搬出することができ、カッタ部２６を回転させる動力と別個に動力を設ける必要がない。
　なお、本実施形態では、第１の掘削部殻体１０の内筒体１０Ｂの内周面に螺旋状のブレード４２を一つのみ設けているが、これに限らず、複数の螺旋状のブレードを設けることとしてもよい。
　また、上記の実施形態では、前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ４８、５０を設けることとしたが、これに限らず、一台のみ軸方向油圧ジャッキを設けることとしてもよい。
＜第２実施形態＞
　以下、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、主に、推進機構の構成が第１実施形態のものと異なっている。なお、本実施形態の説明において、図中、第１実施形態と共通する要素については同じ符号を付して説明を省略する。
　図１１は、第１実施形態とは異なる推進機構を有する掘削装置の構成を示す鉛直断面図である。同図に示すように、掘削装置１０１は、円筒状の殻体１０２と、殻体１０２の前方先端に設けられた掘削機構４と、掘削土排出機構６と、掘削機構４の後方に接続された推進機構１０８とを備える。
　本実施形態では、殻体１０２は、前方から順次接続された第１の殻体１１０と、第２の殻体１１１と、により構成される。第１及び第２の殻体１１０、１１１は、それぞれ、円筒状の外筒体１１０Ｃ、１１１Ｃと、外筒体１１０Ｃ、１１１Ｃ内に配置された円筒状の内筒体１１０Ｂ、１１１Ｂと、内筒体１１０Ｂ、１１１Ｂと外筒体１１０Ｃ、１１１Ｃを結ぶように設けられた複数の支持部材１２０とにより構成される。
　これら内筒体１１０Ｂ、１１１Ｂ及び外筒体１１０Ｃ、１１１Ｃは、掘削機構４の回転軸と同心同軸に配置されており、これにより、内筒体１１０Ｂ、１１１Ｂと外筒体１１０Ｃ、１１１Ｃとの間に環状空間が形成される。支持部材１２０は、棒状の鋼材からなり、外筒体１１０Ｃ、１１１Ｃに作用する土圧を支持可能な本数、内筒体１１０Ｂ、１１１Ｂの中心軸を中心として放射状に、周方向及び軸方向に適宜な間隔をあけて、これら内筒体１１０Ｂ、１１１Ｂと外筒体１１０Ｃ、１１１Ｃを結ぶように設けられている。そして、内筒体１１０Ｂ、１１１Ｂと、外筒体１１０Ｃ、１１１Ｃとの間の環状空間内に、掘削機構４の減速機２８と、モータ３０と、推進機構１０８と、が収容されている。
　推進機構１０８は、掘削進行方向に延びる複数の軸方向油圧ジャッキ１４８により構成される。軸方向油圧ジャッキ１４８は、角度によらず均一な推進力が得られるように、本実施形態では、殻体１０２の周方向に等角度間隔で１０機、設けられている。軸方向油圧ジャッキ１４８は、先端が第２の掘削部殻体１１１の支持部材１２０に固定されている。なお、図示はしていないが、軸方向油圧ジャッキ１４８が伸縮する際に、掘削装置１０１の軸方向と平行に保たれるように、適宜な支持手段により殻体１１１に支持されている。
　本実施形態では、推進機構は、軸方向油圧ジャッキを、掘削が完了したトンネル内周に固定されたセグメントに反力をとった状態で、伸張させることにより推進する。また、上記の第１実施形態と同様に、この推進作業と並行して、掘削機構４のカッタ部２６を掘削装置１の軸を中心として回転させるとともに、掘削土排出機構６により掘削土を排出させる。
　以上説明した第２実施形態による掘削装置によっても、第１実施形態と同様の効果が得られる。
　さらに、本実施形態によれば、掘削装置の全長を短くすることが可能となる。
＜第３実施形態＞
　以下、本発明の第３実施形態である掘削装置及び掘削方法を図面を参照しながら詳細に説明する。本実施形態では、主に、掘削土排出機構の構成が第１及び第２実施形態と異なっている。
　図１２は、本実施形態による掘削装置１の掘削進行方向の鉛直断面図、図１３は図１２におけるＡ－Ａ視側面図、図１４は、図１３におけるＢ－Ｂ視断面図である。また、図１５は、本実施形態による掘削装置２０１の掘削機構２０４の先端部の拡大断面図、図１６は、図１５におけるＣ－Ｃ断面図である。
　図１２及び図１５に示すように、掘削装置２０１は、円筒状の殻体２０２と、殻体２０２の掘削進行方向（以下、前方という）の先端に設けられた掘削機構２０４と、掘削土排出機構２０６と、掘削機構２０４を推進させるための推進機構８とを備える。
　殻体２は、掘削進行方向先端から順番に接続された掘削部殻体２１０と、前方の殻体２１２と、後方の殻体２１４とにより構成される。各殻体２１０、２１２、２１４は、円筒状に形成された鋼材からなる内筒体２１０Ｂ、２１２Ｂ、２１４Ｂと、内筒体２１０Ｂ、２１２Ｂ、２１４Ｂよりも径が大きく、同心同軸に配置された鋼材からなる外筒体２１８と、これら内筒体２１０Ｂ、２１２Ｂ、２１４Ｂと外筒体２１０Ｃ、２１２Ｃ、２１４Ｃと間を結ぶように設けられ、これら内筒体２１０Ｂ、２１２Ｂ、２１４Ｂと外筒体２１０Ｃ、２１２Ｃ、２１４Ｃとの間を保持する複数の支持部材２２０、２２２、２２４とにより構成される。かかる構成により、内筒体２１０Ｂ、２１２Ｂ、２１４Ｂと外筒体２１８との間に環状空間が形成され、この環状空間内に掘削機構２０４と、掘削土排出機構２０６と、推進機構２０８とが収容されている。
　掘削部殻体２１０は、先端から中間部は所定の径となるように形成され、後端は中間部に比べて小径に形成されており、この小径部が前方の殻体２１２の先端内に収容されている。これと同様に、前方の殻体２１２は、先端から中間部は所定の径となるように形成され、後端は中間部に比べて小径に形成されており、この小径部が後方の殻体２１４の先端内に収容されている。
　また、支持部材２２０，２２２，２２４は、棒状の鋼材からなり、外筒体２１８に作用する土圧を支持可能な本数、内筒体２１６の中心軸を中心として放射状に、周方向及び軸方向に適宜な間隔をあけて設けられている。
　図１２に示すように、掘削機構２０４は、掘削部殻体２１０の先端に収容されており、掘削部殻体２１０の先端に設けられたカッタ部２２６と、減速機２２８と、モータ２３０と、を備えている。図１３及び図１５に示すように、カッタ部２２６は円環状であり、コの字型断面を有するカッタ部本体２３２と、カッタ部本体２３２の後方側の縁に沿って円環状の設けられたピンラック２３４と、カッタ部本体２３２の周方向に間隔をあけて設けられたローラービット２３６と、周方向にローラービット２３６の後方に設けられた取込孔２３８及びスクレーパ２４０を備える。
　モータ２３０の回転軸には減速機２２８が接続されており、この減速機２２８にはピニオン２６０が取り付けられている。そして、図１６に示すように、減速機２２８のピニオン２６０がカッタ部２２６のピンラック２３４と噛み合っている。これにより、モータ２３０が回転すると、この回転力が減速機２２８を介してトルクが増幅されてカッタ部２２６に伝達され、カッタ部２２６が大きな力で回転される。
　図１３に示すように、取込孔２３８は、カッタ部本体２３２の幅方向に延びるように形成されている。取込孔２３８は、掘削土排出機構２０６を構成する掘削土排出管２４２と連通しており、取込孔２３８から取り込まれた掘削土は掘削土排出管２４２へと送られる。ローラービット２３６及びスクレーパ２４０は、カッタ部２２６が周方向に回転した際に、地盤を掘削できるようにカッタ部本体２３２に取り付けられている。
　図１５に示すように、掘削土排出機構２０６は、殻体２０２内に周方向に間隔をあけて設けられた複数の掘削土排出管２４２と、掘削土排出管２４２内に設けられたスクリューフィーダ２４６と、地盤に向かって水を噴射するジェットノズル（図示せず）により構成される。地盤を掘削して発生した掘削土は、ジェットノズルから噴射される水と攪拌され、カッタ部２２６が回転することにより取込孔２３８から内部へ収容され、スクリューフィーダ２４６が回転することにより掘削土排出管２４２を通して掘削機後方へと搬送される。
　図１２及び図１４に示すように、推進機構２０８は、掘削進行方向に延び、直列接続された複数対の前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ２４８、２５０と、周方向に隣接する軸方向油圧ジャッキ２４８，２５０の間に配置された複数の前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２、２５４と、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２，２５４の先端に夫々接続された前方及び後方の複数の支持板２５６、２５８とにより構成される。
　各対の前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ２４８、２５０は掘削進行方向に延びるように直列接続されている。本実施形態では、各対の前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ２４８、２５０は、角度によらず均一な推進力が得られるように、殻体２０２の周方向に等角度間隔で１０対設けられている。
　前方の軸方向油圧ジャッキ２４８は、掘削部殻体２１０から前方の殻体２１２に亘って、内筒体２１０Ｂ、２１２Ｂと外筒体２１０Ｃ、２１２Ｃと間に収容されており、先端が掘削部殻体２１０の支持部材２２０に固定され、後端が前方の殻体２１２の支持部材２２２に固定されている。
　後方の軸方向油圧ジャッキ２５０は、前方の殻体２１２から後方の殻体２１４に亘って、内筒体２１２Ｂ，２１４Ｂと外筒体２１２Ｃ，２１４Ｃと間に収容されており、先端は前方の殻体２１２の支持部材２２２に固定され、後端は後方の殻体２１４の支持部材２２４に固定されている。このように、前方及び後方の油圧ジャッキ２４８、２５０は、支持部材２２２を介して直列接続されている。
　前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２，２５４は、矩形状の支持板２５６，２５８の各々に対して、４台の油圧ジャッキが一組として、支持板２５６、２５８の四隅に当たる位置に設けられている。対となる前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２，２５４は、掘削進行方向に間隔をあけて、夫々、前方の殻体２１２及び後方の殻体２１４内に収容されている。また、本実施形態では、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２，２５４は、それぞれ、角度によらず、均一な地盤反力が得られるように、周方向に等角度間隔で１０対設けられている。
　前方及び後方の殻体２１２、２１４の外筒体２１２Ｂ、２１４Ｂには、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２、２５４に対応した位置に開口２１２Ａ，２１４Ａが形成されている。前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２，２５４は、一端が前方及び後方の殻体２１２、２１４の内筒体２１２Ｂ，２１４Ｂに固定されており、他端が外筒体２１８に形成された開口２１２Ａ，２１４Ａと略同一形状の支持板２５６、２５８に接続されている。かかる構成により、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２，２５４が伸長することにより、支持板２５６、２５８が外周に向かって突出することとなる。
　なお、これら軸方向油圧ジャッキ２４８、２５０及び径方向油圧ジャッキ２５２、２５４は、制御装置（図示せず）に接続されており、制御装置により油圧が供給される。
　以下、上記の掘削装置２０１を用いたトンネルの掘削方法を説明する。
　図１７は、本実施形態による掘削装置２０１を用いたトンネルの掘削を示す鉛直断面図である。同図に示すように、本実施形態では、先行して、掘削装置２０１により円筒状に地盤２６２を掘削し、後行して、残された中心部の地盤２６４を掘削することにより円形断面のトンネルを構築する。
　掘削装置２０１により掘削を行う際には、推進機構２０８により掘削機構２０４を掘削進行方向に押圧しながら、掘削機構２０４により地盤２６４を掘削すると同時に掘削土排出機構２０６により掘削土を外部に排出する。
　まず、図１８～図２０を参照して、推進機構２０８により、掘削機構２０４を推進させる方法について説明する。なお、この推進作業は、掘削機構２０４のカッタ部２２６を掘削装置２０１の軸を中心として回転させるとともに、掘削土排出機構２０６により掘削土を排出させながら行う。
　まず、図１８に示すように、前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ２４８、２５０が収縮した状態で、前方及び後方の径方向油圧ジャッキ２５２，２５４を伸長させて支持板２５６、２５８により周囲の地盤を押圧する。そして、支持板２５６、２５８により地盤に反力をとった状態で、前方の軸方向油圧ジャッキ２４８を伸長させて掘削機構２０４を前方へ押し出し、掘削機構２０４により地盤を円筒状に掘削していく。
　このようにして、所定の距離、掘削を行ったら、図１９に示すように、前方の径方向油圧ジャッキ２５２を収縮させて、後方の支持板２５８のみで地盤を押圧する。そして、前方の軸方向油圧ジャッキ２４８を収縮させるとともに、これと同速度で後方の軸方向油圧ジャッキ２５０を伸長させる。これにより、掘削機構２０４の位置を維持した状態で、前方の殻体２１２を前進させることができる。
　次に、図２０に示すように、前方の径方向油圧ジャッキ２５２を伸長させて前方の支持板２５６により地盤を押圧するとともに、後方の径方向油圧ジャッキ２５４を収縮させる。そして、後方の軸方向油圧ジャッキ２５０を収縮させる。これにより、掘削機構２０４及び前方の殻体２１２の位置を維持した状態で、後方の殻体２１４を前進させることができる。
　以上の工程を繰り返すことで、掘削機構２０４を前方へ進出させるとともに掘削装置２０１を推進させることができる。
　上記の推進作業とともに、カッタ部２２６を回転させて地盤を掘削する。すなわち、推進機構２０８によりカッタ部２２６を地盤に押し付けた状態で、掘削機構２０４のモータ２３０を回転させる。モータ２３０の回転力は減速機２２８に伝達されてトルクが増幅され、ピニオン２６０及びピンラック２３４を介してカッタ部２２６を回転させる。カッタ部２２６が回転すると、まず、地盤がローラービット２３６により断面鋸形状に掘削され、さらに、スクレーパ２４０により表面の凹凸が削りとられる。これにより円環状に地盤を掘削することができる。そして、掘削装置２０１の後方において、円筒状に掘削されたトンネル内周面に仮保護プレート２７２を取り付ける。なお、地盤を掘削することで生じた掘削土は、カッタ部２２６の取込孔２３８に取り込まれ、掘削土排出機構２０６により掘削土排出管２４２を通して掘削装置２０１の後方へと排出される。
　上記の先行掘削作業と並行して、掘削機２０１により円環状に掘削された部分の内側の地盤２６４を掘削する。この掘削作業は、ブレーカー２６６やバックホウ等の装置を用いればよい。そして、地盤を掘削して発生した掘削土は、シャフローダ２６８によりダンプトラック２７０に積載し、トンネル外部に搬出する。
　次に、トンネル全断面の掘削が完了した部分において、トンネル内周面から仮保護プレート２７２を取り外し、セグメント２７４などの覆工を施す。
　以上の工程により、円形断面のトンネルを構築することができる。
　本実施形態によれば、掘削装置２０１により円環状に地盤を掘削する際に、シールド工法のようにセグメントなどの覆工に反力をとるのではなく、支持板２５６、２５８を地盤に押圧して反力を受けるようにしたため、より大きな反力を受けることができる。このため、花崗岩などからなる岩盤強度が１２０～２００ＭＰａ程度のシールド工法を適用するのが困難な地盤であっても、本実施形態の掘削装置２０１によれば、掘削作業を行うことが可能となる。
　また、地盤に反力を取ることとしたため、セグメントなどの覆工作業が完了していなくても、掘削装置２０１を推進させることができ、施工を効率よく行うことができる。
　さらに、推進機構２０８により掘削機構２０４を地盤に向かって進出させる際に、前方及び後方の支持板２５６，２５８により地盤に押圧して反力を受けることとしたため、より大きな反力を受けることができる。
　また、先行してトンネル外周部を掘削して覆工を施すことができ、また、内側に残した地盤が切羽の押さえとなるため、軟弱な地盤であっても、安定した施工が可能となる。
　なお、上記の実施形態では、カッタ部２２６の取込孔２３８から取り込んだ掘削土を、掘削土排出管２４２を通して、掘削装置２０１の後方へと搬出することとしたが、これに限らず、図２１に示すように、カッタ部２２６の掘削土取込口２７６と、掘削部殻体２１０の表裏に設けられた排出口２７８とを連通させ、掘削土取込口２７６から取り込んだ掘削土を、掘削部殻体２１０と地盤との隙間を通して後方へと排出させる構成としてもよく、要するに掘削土を排出する構成については問わない。
　また、上記の実施形態では、前方及び後方の軸方向油圧ジャッキ２４８、２５０を設けることとしたが、これに限らず、一体の軸方向油圧ジャッキを設けることとしてもよい。
　さらに、本実施形態における推進機構２０８に代えて、第２実施形態において説明した推進機構１０８を用いることも可能である。
１、１０１、２０１　掘削装置
２、１０２、２０２　殻体
４、２０２　掘削機構
６，２０６　掘削土排出機構
８，１０８、２０８、　推進機構
２６，２２６　カッタ部
２８、２２８　減速機
３０，２３０　モータ
３２　カッタ部本体
３２Ａ　開口
３６　ローラービット
３８　掘削ビット
４２　ブレード
１４８　軸方向油圧ジャッキ
２１０　掘削部殻体
２１２　前方の殻体
２１４　後方の殻体
２４８　前方の軸方向油圧ジャッキ
２５０　後方の軸方向油圧ジャッキ
２５２　前方の径方向油圧ジャッキ
２５４　後方の径方向油圧ジャッキ
２５６　前方の支持板
２５８　後方の支持板
２６２　地盤
２６６　ブレーカー

Claims (6)

  1. 　地盤にトンネルを掘削するためのトンネル掘削装置であって、
    　掘削進行方向先端に設けられ、表面に地盤を掘削するためのビットを有する円環状のカッタ部を備え、前記カッタ部を回転駆動可能な円筒状の掘削機構と、
    　前記掘削機構の後方に接続され、円筒形状の外筒体及び前記カッタ部の内径よりも大きな内径を有する円筒形状の内筒体を有する殻体と、
    　前記掘削機構を掘削進行方向に推進させる推進機構と、
    　前記掘削機構の内筒体の内周面に取り付けられ、高さが前記カッタ部の内径と前記内筒体の内径との差以下であり前記カッタ部とともに回転駆動される螺旋状のブレードを有する掘削土排出機構と、を備えることを特徴とする掘削装置。
  2. 　前記掘削機構には、前記ビットにより掘削された掘削土を前記掘削機構の内周側へ送るための、前記カッタ部の表面から前記内筒体の内周面まで連通する空隙が形成されていることを特徴とする請求項１記載の掘削装置。
  3. 　前記推進機構は、
    　前記殻体内に設けられ、前記殻体の外周面から径方向外方に向かって突出部を突出可能な突出機構と、
    　前記殻体内に設けられ、前記突出部を径方向外方に向かって突出させて前記円環状に掘削した周囲の地盤に反力を取った状態で伸長することにより、前記掘削機構を前記掘削進行方向へ押し出す伸長機構と、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削装置。
  4. 　前記殻体は、前記掘削進行方向先端側から順に設けられた、掘削部殻体と、前方の殻体と、後方の殻体とを含み、前記掘削部殻体が前記掘削機構の後方に接続され、
    　前記伸長機構は、前記掘削部殻体と前記前方の殻体とを結ぶように設けられ、掘削進行方向に伸縮可能な前方の軸方向ジャッキと、前記前方の殻体と前記後方の殻体との間を結ぶように設けられ、前記掘削進行方向に伸縮可能な後方の軸方向ジャッキとを含み、
    　前記突出機構は、前記前方の殻体内に配置され、径方向外方に伸縮可能な前方の周方向ジャッキと、前記後方の殻体内に配置され、径方向外方に伸縮可能な後方の周方向ジャッキとを含んで構成されることを特徴とする請求項３記載の掘削装置。
  5. 　前記推進機構は、
    　前記殻体内に設けられ、掘削が完了したトンネルの内周面に取り付けられたセグメントに反力を取った状態で伸長することにより、前記掘削機構を前記掘削進行方向へ押し出す伸長機構からなることを特徴とする請求項１又は２に記載の掘削装置。
  6. 　トンネル掘削装置を用いて地盤にトンネルを掘削する方法であって、
    　前記トンネル掘削装置は、掘削進行方向先端に設けられ、表面に地盤を掘削するためのビットを有する円環状のカッタ部を備え、前記カッタ部を回転駆動可能な円筒状の掘削機構と、前記掘削機構の後方に接続され、円筒形状の外筒体及び前記カッタ部の内径よりも大きな内径を有する円筒形状の内筒体からなる殻体と、前記掘削機構を掘削進行方向に推進させる推進機構と、前記掘削機構の内筒体の内周面に取り付けられ、高さが前記カッタ部の内径と前記内筒体の内径との差以下である前記カッタ部とともに回転駆動する螺旋状のブレードからなる掘削土排出機構と、を備え、
    　前記掘削機構を回転駆動させながら、前記推進機構により該掘削機構を押し出すことにより、地盤を円環状に掘削するとともに、前記掘削機構とともに回転する前記ブレードにより、掘削土を前記内殻の内周面に沿って後方に送り出す先行掘削ステップと、
    　前記トンネル掘削装置の後方で、円環状に掘削された部分の内側の地盤を掘削する後行掘削ステップと、を含むことを特徴とするトンネル掘削方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITPG20120024A1 (it) * 2012-04-24 2013-10-25 Paolo Boldrini Scudo a tazza per tbm
JP5702500B1 (ja) * 2014-09-09 2015-04-15 株木建設株式会社 トンネル掘削装置
JP2016156167A (ja) * 2015-02-24 2016-09-01 株木建設株式会社 トンネル掘削装置、及び、トンネル掘削方法
CN113605912A (zh) * 2021-08-20 2021-11-05 黄河勘测规划设计研究院有限公司 隧道施工掘进方法

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5967812B2 (ja) * 2012-06-26 2016-08-10 株木建設株式会社 トンネル掘削システム
JP6150096B2 (ja) * 2012-12-27 2017-06-21 株木建設株式会社 トンネルの掘削方法
JP6013272B2 (ja) * 2013-05-21 2016-10-25 三井住友建設株式会社 シールド掘進機
CN103575529B (zh) * 2013-11-21 2015-11-18 中国建筑股份有限公司 一种盾构管片试验机加载系统及盾构管片试验机
KR101571123B1 (ko) * 2013-12-19 2015-11-23 한국철도기술연구원 링 ｔｂｍ 및 수평천공장치를 이용한 터널 시공 방법
KR101604705B1 (ko) * 2013-12-19 2016-03-21 한국철도기술연구원 이중 프로텍터를 이용한 철도터널 확폭 방법
JP2015155634A (ja) * 2014-01-15 2015-08-27 株木建設株式会社 トンネル掘削システム
CN105464677A (zh) * 2015-12-31 2016-04-06 卢兴耐 T形顶管掘进机
AU2018315044B2 (en) 2017-08-08 2023-11-09 Malcolm John PEARDON Tunnel boring machine
CN107605503A (zh) * 2017-11-15 2018-01-19 苏州永创达电子有限公司 一种隧道挖掘车
CN108222978A (zh) * 2018-03-08 2018-06-29 中铁建大桥工程局集团第四工程有限公司 一种地铁盾构掘进与联络通道冷冻同步作业用环形应力支架系统及安装方法
CN109876507A (zh) * 2019-04-03 2019-06-14 中国铁建重工集团有限公司 泥水平衡盾构装置及用于泥水平衡盾构装置的滤渣装置
CN109915154A (zh) * 2019-04-19 2019-06-21 中铁隧道股份有限公司 盾构机主机过站装置及狭小空间内的盾构机主机过站方法
WO2022227787A1 (zh) * 2021-04-26 2022-11-03 孟小玲 中空回转型岩石巷道掘进机
CN114033415A (zh) * 2021-11-12 2022-02-11 济南华世起科技有限公司 一种环切式掘进设备

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS425789Y1 (ja) * 1965-02-08 1967-03-22
JPS4326133Y1 (ja) * 1967-08-24 1968-10-31
JPH01304295A (ja) * 1988-06-02 1989-12-07 Hazama Gumi Ltd トンネル構築方法
JPH04238997A (ja) * 1991-01-12 1992-08-26 Okumura Corp 計画トンネルの外周リング状覆工装置
JPH04366300A (ja) * 1991-06-13 1992-12-18 Shimizu Corp トンネルの施工方法
JPH0610590A (ja) * 1992-06-25 1994-01-18 Okumura Corp 計画トンネルの外周リング状覆工装置
JPH09123157A (ja) * 1995-11-01 1997-05-13 Sanwa Daiyamondo Kogyo Kk 大口径穴あけ装置および大口径穴あけ装置に用いられるホールソー

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3325217A (en) * 1963-12-28 1967-06-13 Karl A Enz Tunneling and excavation through rock by core forming and removal
DE2439798A1 (de) * 1974-08-20 1976-03-04 Gruen & Bilfinger Ag Verfahren zum vortreiben eines tunnelschildes
US4095435A (en) * 1975-04-08 1978-06-20 Koichi Uemura Method of advancing a plurality of longitudinally arranged movable constructional units forwardly successively in a self-running manner and apparatus for performing same
DE3928342A1 (de) * 1989-08-26 1991-03-14 Eickhoff Geb Verspanneinrichtung fuer eine selbstschreitende schildvortriebsmaschine
JP2840732B2 (ja) 1996-07-31 1998-12-24 五洋建設株式会社 シールド掘進機及びシールドトンネルの構築方法
RU2226608C1 (ru) * 2003-06-23 2004-04-10 Научно-техническая горная ассоциация Способ проходки и погашения горных выработок и устройство для его реализации
CN100519989C (zh) * 2005-08-17 2009-07-29 上海市基础工程公司 复合式平衡盾构机
CN100545419C (zh) * 2006-06-15 2009-09-30 柏素秦 更新既有混凝土管道用的气压掘进机及其更新方法
JP2010024734A (ja) * 2008-07-22 2010-02-04 Iseki Poly-Tech Inc 掘進機

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS425789Y1 (ja) * 1965-02-08 1967-03-22
JPS4326133Y1 (ja) * 1967-08-24 1968-10-31
JPH01304295A (ja) * 1988-06-02 1989-12-07 Hazama Gumi Ltd トンネル構築方法
JPH04238997A (ja) * 1991-01-12 1992-08-26 Okumura Corp 計画トンネルの外周リング状覆工装置
JPH04366300A (ja) * 1991-06-13 1992-12-18 Shimizu Corp トンネルの施工方法
JPH0610590A (ja) * 1992-06-25 1994-01-18 Okumura Corp 計画トンネルの外周リング状覆工装置
JPH09123157A (ja) * 1995-11-01 1997-05-13 Sanwa Daiyamondo Kogyo Kk 大口径穴あけ装置および大口径穴あけ装置に用いられるホールソー

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITPG20120024A1 (it) * 2012-04-24 2013-10-25 Paolo Boldrini Scudo a tazza per tbm
JP5702500B1 (ja) * 2014-09-09 2015-04-15 株木建設株式会社 トンネル掘削装置
JP2016156167A (ja) * 2015-02-24 2016-09-01 株木建設株式会社 トンネル掘削装置、及び、トンネル掘削方法
CN113605912A (zh) * 2021-08-20 2021-11-05 黄河勘测规划设计研究院有限公司 隧道施工掘进方法

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