(57)【要約】【課題】トンネル掘削機のＴＢＭ本体に小型軽量で簡単な構造の排土輸送機構を設ける。【解決手段】ＴＢＭ本体１のカッタヘッド２の後面側には、掘削処理で生じた掘削土（排土）を収容するホッパ５が設置されている。ホッパ５の開口部上方には、添加材供給管１０が設置されており、ホッパ５内に水や泥水等の添加材が供給される構成になっている。また、ホッパ５は排土管６を通じてトンネルＨの外部の排土タンク７および負圧吸引装置８に接続されている。さらに、排土管６には管内に圧縮空気を供給する空気供給管９が接続されている。ホッパ５内において添加材が混ぜられた掘削土は、負圧吸引装置８により吸引されるとともに、空気供給管９から排土管６内に供給された圧縮空気により加勢されてトンネルＨの外部の排土タンク７内に収容される構成になっている。【選択図】図１
2014129666.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上向きまたは水平のトンネルを形成するトンネルボーリングマシン本体の進行方向の先端に前記トンネルボーリングマシン本体の周方向に沿って回転可能な状態で支持されたカッタヘッドと、
前記カッタヘッドの前面において地盤を削るように回転可能な状態で支持された複数の掘削部材と、
前記トンネルボーリングマシン本体の内部において前記カッタヘッドの後面側の直下に配置され、該地盤の掘削により生じた排土を収容する排土収容手段と、
前記排土収容手段内に液状の添加材を供給する添加材供給手段と、
前記排土収容手段に接続されて排土をトンネルの外部に輸送する排土管と、
前記排土管に接続された状態で前記トンネルの外部に設置され、前記排土収容手段内の排土を負圧吸引する負圧吸引手段と、
前記排土管に接続された状態で前記トンネルの外部に設置され、前記負圧吸引手段により吸引された排土を溜める排土貯溜手段と、
を備えることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
前記排土管内の排土の輸送を加勢するように該排土管内に圧縮空気を供給する空気供給手段を備えることを特徴とする請求項１記載のトンネル掘削機。
【請求項３】
前記カッタヘッドの後面に接続され、前記カッタヘッドの回転に追従して回転し、前記トンネルボーリングマシン本体内の排土を掻き上げて前記排土収容手段内に収容する掻き上げ手段を備えることを特徴とする請求項１または２記載のトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、トンネル掘削機に関し、例えば、地盤に上向きまたは水平のトンネルを掘削するトンネル掘削機の排土輸送機構に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トンネル掘削機は、鋼製の筒体または枠体を地中に押し込みながら地盤にトンネルを構築する機器であり、その主なものに、シールドマシンやトンネルボーリングマシン（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｂｏｒｉｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ：以下、ＴＢＭと略す）等がある。
【０００３】
シールドマシンは、主に都市部の地下鉄や下水道の形成に使用される等、比較的軟弱な地質に対する掘削に使用されている。一方、ＴＢＭは、主に山岳部の鉄道や発電用導水路の形成に使用される等、比較的硬い地質に対する掘削に使用されており、他の工法に比べて掘削速度が速いという利点を有していることから、トンネルを造るのに速度が求められる場合に使用されている。
【０００４】
いずれの場合もトンネル掘削機を構成する筒体または枠体の進行方向の先端に、その筒体または枠体の周方向に沿って回転するカッタヘッドが設置されている。このカッタヘッドの前面内には、ローラカッタやローラビット等のような複数の掘削ビットが規則的に並んで配置されている。トンネルの掘削時には、カッタヘッドの前面の掘削ビットを切羽（掘削面）に押し付けながらカッタヘッドを回転させることにより岩盤等を掘削するようになっている。
【０００５】
トンネルの掘削時に発生した排土をトンネルの外部に輸送するには、トロ搬出やポンプ圧送により輸送する方式の他、圧縮空気によって輸送する空気輸送方式（例えば特許文献１，２，３参照）、トンネルの外部に設置された真空ポンプによって真空吸引して輸送する真空吸引輸送方式（例えば特許文献４参照）または空気輸送方式と真空吸引輸送方式とを組み合わせて輸送する方式（例えば特許文献５，６参照）等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平８−１２１０８３号公報
【特許文献２】特開平１１−１５２９９３号公報
【特許文献３】特開平１０−１４０９６１号公報
【特許文献４】特開平１１−１３１９８２号公報
【特許文献５】特開２００３−１４８０９０号公報
【特許文献６】特開平１０−１９６２８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、ＴＢＭ工法においては、排土の輸送において技術的に未成熟な部分が存在している。特に、上向きに傾斜するトンネルの施工では、上向きに傾斜するトンネルを高速かつ安全に掘削するために、如何にして排土輸送機構を小型軽量化し簡単化するかが重要な課題となっている。また、小径のトンネルの施工では、小さなＴＢＭ本体に如何にして排土輸送機構を設置するかが課題となっている。
【０００８】
本発明は、上述の技術的背景からなされたものであって、その目的は、トンネル掘削機を構成するＴＢＭ本体に小型軽量で簡単な構造の排土輸送機構を設けることが可能な技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、請求項１に記載の本発明のトンネル掘削機は、上向きまたは水平のトンネルを形成する。ＴＢＭ本体の進行方向の先端に前記ＴＢＭ本体の周方向に沿って回転可能な状態で支持されたカッタヘッドと、前記カッタヘッドの前面において地盤を削るように回転可能な状態で支持された複数の掘削部材と、前記ＴＢＭ本体の内部において前記カッタヘッドの後面側の直下に配置され、該地盤の掘削により生じた排土を収容する排土収容手段と、前記排土収容手段内に液状の添加材を供給する添加材供給手段と、前記排土収容手段に接続されて排土をトンネルの外部に輸送する排土管と、前記排土管に接続された状態で前記トンネルの外部に設置され、前記排土収容手段内の排土を負圧吸引する負圧吸引手段と、前記排土管に接続された状態で前記トンネルの外部に設置され、前記負圧吸引手段により吸引された排土を溜める排土貯溜手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、前記排土管内の排土の輸送を加勢するように該排土管内に圧縮空気を供給する空気供給手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、上記請求項１または２に記載の発明において、記カッタヘッドの後面に接続され、前記カッタヘッドの回転に追従して回転し、前記ＴＢＭ本体内の排土を掻き上げて前記排土収容手段内に収容する掻き上げ手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、トンネル掘削機を構成するＴＢＭ本体に小型軽量で簡単な構造の排土輸送機構部を設けることが可能になる。
【００１３】
また、請求項２記載の発明によれば、空気供給手段から排土管内に供給された圧縮空気により排土管内の排土の移動を加勢することができるので、掘削処理により生じた排土を効率的にトンネルの外部に輸送することが可能になる。
【００１４】
また、請求項３記載の発明によれば、掻き上げ手段を動作させるための専用の駆動体を設ける必要がないので、排土輸送機構部を小型軽量化することができ、かつ、その構成を簡単化することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施の形態であるトンネル掘削機を構成する掘削機本体の全体構成の説明図である。
【図２】図１の掘削機本体を持つトンネル掘削機の全体構成の説明図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線の断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線の断面図である。
【図６】図１のＶＩ−ＶＩ線の断面図である。
【図７】図１の掘削本体のカッタヘッドの正面図である。
【図８】カッタヘッドの回転によるローラビットの回転軌跡を示したカッタヘッドの正面図である。
【図９】図７のカッタヘッドの正面中央のローラビットを側面側から見た説明図である。
【図１０】図７のカッタヘッドの正面中央のローラビットを側面側から見た説明図である。
【図１１】図７のカッタヘッドの正面中央と正面最外周との間のローラビットの説明図である。
【図１２】図７のカッタヘッドの最外周のローラビットの説明図である。
【図１３】カッタヘッドの複数のローラビットの配列の説明図である。
【図１４】図１の掘削機本体を用いたトンネル掘進処理作業のフロー図である。
【図１５】トンネル掘進処理動作中の掘削機本体の説明図である。
【図１６】図１５に続くトンネル掘進処理動作中の掘削機本体の説明図である。
【図１７】図１６に続くトンネル掘進処理動作中の掘削機本体の説明図である。
【図１８】図１７に続くトンネル掘進処理動作中の掘削機本体の説明図である。
【図１９】図１８に続くトンネル掘進処理動作中の掘削機本体の説明図である。
【図２０】図１９に続くトンネル掘進処理動作中の掘削機本体の説明図である。
【図２１】図２０に続くトンネル掘進処理動作中の掘削機本体の説明図である。
【図２２】図２１に続くトンネル掘進処理動作中の掘削機本体の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一例としての実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための図面において、同一の構成要素には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１７】
図１は本実施の形態のトンネル掘削機を構成する掘削機本体の全体構成の説明図、図２は図１の掘削機本体を持つトンネル掘削機の全体構成の説明図、図３は図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線の断面図、図４は図１のＩＶ−ＩＶ線の断面図、図５は図１のＶ−Ｖ線の断面図、図６は図１のＶＩ−ＶＩ線の断面図である。なお、図１は掘削機本体を側面側から見た図であり、説明上、掘削機本体の内部を透かして示している。
【００１８】
本実施の形態のトンネル掘削機は、例えば複胴式シールド型ＴＢＭであり、図１および図２に示すように、トンネル掘削機を構成するＴＢＭ本体（掘削機本体）１を地盤Ｇ（土や岩盤等）に押し込みながら発電所の水圧管斜坑や各種地下空洞のアクセストンネル等のようなトンネルＨを地盤Ｇに構築する機器である。
【００１９】
ＴＢＭ本体１は、例えば円筒状の鋼製筒体により形成されており、その長手方向に沿って前胴部１Ｆと中胴部１Ｍと後胴部１Ｂとを一体的に備えている。ＴＢＭ本体１の掘削外径は、例えば１５００ｍｍであり比較的小径である。また、ＴＢＭ本体１の全長は、例えば６３６０ｍｍ程度である。掘削速度は、例えば１．５ｃｍ／ｍｉｎである。
【００２０】
ＴＢＭ本体１の前胴部１Ｆの前面（ＴＢＭ本体１の掘進行方向の前面）には、カッタヘッド２が前胴部１Ｆ内に設置されたカッタ駆動電動機３によりＴＢＭ本体１の中心軸を中心にしてＴＢＭ本体１の周方向に沿って回転可能な状態で設置されている。
【００２１】
カッタヘッド２の外形は、ＴＢＭ本体１とほぼ等しい円盤状に形成されている。また、カッタヘッド２において切羽に対向する面は略円錐台形状に形成されている。すなわち、カッタヘッド２の前面には、その最外周から中央に向けてテーパ面が形成され、中央部に円形状の平坦面が形成されている。
【００２２】
このカッタヘッド２の前面には、複数のローラビット（掘削部材）４が地盤Ｇを掘削するように回転可能な状態で規則的に並んで配置されている。ローラビット４は、ＴＢＭ本体１に与えられる推進力に因って地盤Ｇに押し付けられた状態でカッタヘッド２の回転に伴って切羽を掘削する部材である。このローラビット４の配置については、後ほど詳細に説明する。
【００２３】
また、カッタヘッド２には、前面と後面との間を貫通する開口部（図１〜図６に図示せず）が形成されている。掘削処理により生じた掘削土（排土）は、カッタヘッド２の開口部を通じてＴＢＭ本体１の内部に設置されたホッパ（排土収容手段）５内に一時的に収容されるようになっている。
【００２４】
ホッパ５は、カッタヘッド２の後面のすぐ近くの下方に着脱自在の状態で設置されている。ホッパ５の底面は、図３に示すように、その幅方向両側から中央に向かって次第に深くなるように湾曲した形状に形成されている。ホッパ５は、スクリューコンベア等のような排土輸送機構に比べて小型で軽量なので、取り扱い易く、ＴＢＭ本体１内からの撤去や取り付けが容易な構成になっている。
【００２５】
このホッパ５の側面下部の幅方向中央の湾曲底部近傍には、排土管６が接続されている。この排土管６は、例えば軟質塩化ビニールの外周に硬銅線を螺旋状に巻いた耐圧ビニールホースにより形成されている。排土管６は、その内面がフラットで、つぶれに強く折れ難いので、流体の詰まり不安を解消できる。また、排土管６は、スクリューコンベア等のような排土輸送機構に比べて軽量な上、可撓性に優れているので、取り扱い易く、ＴＢＭ本体１内からの撤去や取り付けが容易な構成になっている。また、排土管６の材料を透明材料にすることで排土管６内の残留物を外部から容易に確認することができる。この排土管６は、ＴＢＭ本体１の長手方向に沿って延び、図２に示すように、トンネルＨの外部の排土タンク（排土貯溜手段）７に接続され、さらに負圧吸引装置（負圧吸引手段）８に接続されている。
【００２６】
また、ホッパ５の近傍における排土管６の経路途中には、排土管６内の排土の輸送を加勢するように排土管６内に圧縮空気を供給する空気供給管（空気供給手段）９が接続されている。空気供給管９は、予め決められた間隔毎に複数配置しても良い。
【００２７】
これにより、ホッパ５内に収容された掘削土は、負圧吸引装置８により吸引されるとともに、空気供給管９から供給された圧縮空気により加勢されて排土管６を通じて排土タンク７内に収容されるようになっている。このため、掘削処理で生じた排土を効率的にトンネルＨの外部に輸送することができる。
【００２８】
また、ホッパ５の開口部の上方には、添加材供給管１０が設置されている。添加材供給管１０は、例えば水、泥水またはベントナイト溶液のような液状の添加材をホッパ５内に供給するための配管である。添加材供給管１０を通じて掘削土に添加材を混ぜることにより、掘削土の塑性流動化を図ることができるので、ホッパ５内の掘削土を効率的に負圧吸引することができる。このため、掘削処理で生じた排土を効率的にトンネルＨの外部に輸送することができる。また、掘削土に添加材を混ぜることにより、掘削土に因る粉塵の発生を抑制または防止することができる。なお、掘削時には、掘削土の負圧吸引の状況に応じて添加材の供給量や供給の有無を調整しても良い。
【００２９】
また、カッタヘッド２の後面には掻き上げ板（掻き上げ手段）１１が接合されている。掻き上げ板１１は、カッタヘッド２の回転に追従して回転し、ＴＢＭ本体１内の底部に溜まった掘削土を掻き上げてホッパ５内に収容する部材である。掻き揚げ板１１をカッタヘッド２に接合し、カッタヘッド２の回転動作に追従して動作させるようにしたことにより、掻き揚げ板１１を動作させるための専用の駆動体を設ける必要がないので、排土輸送機構部を小型軽量化することができ、かつ、その構成を簡単化することができる。
【００３０】
また、掻き上げ板１１に因る掘削土の掻き上げ箇所に上記添加材供給管１０等を通じて液状の添加材を供給しても良い。掘削土と添加材とが程良く混ざっていないと液体（添加材）だけが吸引され掘削土が残されてしまう場合がある。これに対して、掻き上げ箇所に添加材を供給することにより、掘削土を掻き上げ板１１で掻き上げる際に掘削土と添加材とが攪拌され程良く混ざり合う。このため、掘削土の塑性流動化をさらに向上させることができるので、掘削土をさらに効率的に負圧吸引することができる。このため、掘削処理で生じた排土を効率的にトンネルＨの外部に輸送することができる。
【００３１】
以上のように本実施の形態においてＴＢＭ本体１内に設置される排土輸送機構部は、主にホッパ５と排土管６とにより構成されており、比較的小型軽量で簡単な構成にすることができる。このため、排土輸送機構部を比較的小径のＴＢＭ本体１内にも容易に設置することができる。
【００３２】
また、ＴＢＭ本体１内の排土輸送機構部を小型軽量で簡単な構成にすることができるので、上向きに傾斜するトンネルＨを形成する場合でも高速にかつ安全に掘削処理を行うことができる。このため、他の工法よりも高速で掘削処理ができるというＴＢＭ工法の利点を損なうことなく、トンネルＨを掘削することができる。
【００３３】
上記ＴＢＭ本体１の前胴部１Ｆの外周には前胴グリッパ１２が設置されている。前胴グリッパ１２は、地盤Ｇの掘削後にＴＢＭ本体１を固定するための部材であり、図３に示すように、例えば前胴部１Ｆの外周に沿って４箇所に設置されている。
【００３４】
各前胴グリッパ１２には、ＴＢＭ本体１の径方向に沿って伸縮可能な固定部材１２ａが設けられており、その固定部材１２ａが伸びてトンネルの壁面に押し付けられることでＴＢＭ本体１が固定されるようになっている。
【００３５】
また、ＴＢＭ本体１の前胴部１Ｆと中胴部１Ｍとの境界領域の内部には方向修正ジャッキ１３が設置されている。方向修正ジャッキ１３は、前胴部１Ｆと中胴部１Ｍとを連結するとともに、ＴＢＭ本体１の掘進方向を修正する部材である。この方向修正ジャッキ１３に圧油を供給し前胴部１Ｆと中胴部１Ｍとを予め決められた方向および角度に屈折させた状態でＴＢＭ本体１を推進することによりＴＢＭ本体１の推進方向を制御することが可能になっている。
【００３６】
また、ＴＢＭ本体１の中胴部１Ｍの内部には推進ジャッキ１４がＴＢＭ本体１の長手方向に沿って伸縮可能な状態で設置されている。推進ジャッキ１４は、ＴＢＭ本体１を推進させるための部材であり、図４に示すように、例えば中胴部１Ｍの外周に沿って４箇所に設置されている。
【００３７】
また、ＴＢＭ本体１の後胴部１Ｂの外周には後胴グリッパ１５および滑落防止ジャッキ１６が設置されている。
【００３８】
後胴グリッパ１５は、掘削時にＴＢＭ本体１を固定して掘進反力を得るための部材である。後胴グリッパ１５は、図５に示すように、例えばＴＢＭ本体１の外周両側面側の２箇所に設置されている。各後胴グリッパ１５には、ＴＢＭ本体１の径方向に沿って伸縮可能な固定部材１５ａが設けられており、その固定部材１５ａが伸びてトンネルの壁面に押し付けられることでＴＢＭ本体１が固定されるようになっている。
【００３９】
上記滑落防止ジャッキ１６は、滑落防止のための反力を得るための部材であり、長手方向に沿って伸縮可能な状態で設置されている。滑落防止ジャッキ１６は、図５および図６に示すように、例えばＴＢＭ本体１の外周底部の２箇所に配置されている。地質不良部で後胴グリッパ１５による反力確保が困難な場合に、ＴＢＭ本体１内で組み立てたセグメントに滑落防止ジャッキ１６を押し付けることで反力が得られるようになっている。このように地質の状態等に応じて掘進反力の取り方を変えることができるので、トンネルを造る速度を速めることができる。また、安全にトンネルを形成することができる。
【００４０】
次に、図７は図１のカッタヘッド２の正面図、図８はカッタヘッド２の回転によるローラビット４の回転軌跡を示したカッタヘッドの正面図である。なお、図７および図８においてハッチングは、カッタヘッド２の前後面間を貫通する上記開口部を示している。
【００４１】
カッタヘッド２は、例えば、枠体部２Ｆと、その枠体部２Ｆ内に互いに直交するように設置された２つのスポーク部２Ｓａ，２Ｓｂと、スポーク部２Ｓａに接合されたスクレーバツース２Ｓｔと、２つのスポーク部２Ｓａ，２Ｓｂの間に張り出すように設置された４つの張出部２ｈとを備えている。
【００４２】
カッタヘッド２の正面中央の回転軌跡Ｒ１上においてスポーク部２Ｓａ，２Ｓｂの交点部には、例えば、２個のコーンヘッド型のローラビット４Ａ，４Ａ（４）が回転可能な状態で設置されている。
【００４３】
また、中央の回転軌跡Ｒ１の１つ外側の回転軌跡Ｒ２上のスポーク部２Ｓａには、例えば、ドラム型の２個のローラビット４Ｂ，４Ｂ（４）が回転可能な状態で設置されている。
【００４４】
また、回転軌跡Ｒ２の１つ外側の回転軌跡Ｒ３上のスポーク部２Ｓｂには、例えば、ドラム型の２個のローラビット４Ｃ，４Ｃ（４）が回転可能な状態で設置されている。
【００４５】
また、回転軌跡Ｒ３の１つ外側の回転軌跡Ｒ４上のスポーク部２Ｓａには、例えば、ドラム型の２個のローラビット４Ｄ，４Ｄ（４）が回転可能な状態で設置されている。
【００４６】
さらに、カッタヘッド２の正面の最外周の回転軌跡Ｒ５上の各張出部２ｈには、例えば、ドラム型のローラビット４Ｅ，４Ｅ（４）が回転可能な状態で設置されている。カッタヘッド２の中心軸線に対するローラビット４Ｅの配置角度θ１は、例えば４０°である。
【００４７】
これらのローラビット４Ａ〜４Ｅの各々の側面（掘削部位）には、複数の突出刃４ｓがローラビット４Ａ〜４Ｅの各々の側面から突出した状態で敷き詰められている。突出刃４ｓは、例えばタングステンカーバイドのような超硬合金により形成されている。なお、突出刃４ｓはローラビット４Ａ〜４Ｅの各々の側面に敷き詰められているが、図７および図８では図面を見易くするために突出刃４ｓを間引いて示している。
【００４８】
次に、図９および図１０は図７のカッタヘッド２の正面中央のローラビット４Ａを側面側から見た説明図、図１１は図７のローラビット４Ｂ〜４Ｄの説明図、図１２は図７のカッタヘッド２の最外周のローラビット４Ｅの説明図、図１３はカッタヘッド２のローラビット４Ａ〜４Ｅの配列の説明図である。なお、図１３においてはローラビット４Ａ〜４Ｅを重ねて示している。
【００４９】
図９および図１０に示す中央のローラビット４Ａ，４Ａは、例えば円錐形状に形成されており、図１３に示すように、ローラビット４Ａ，４Ａの各々の側面（掘削部位）が掘削方向正面を向くように、ローラビット４Ａ，４Ａの各々の頂点をカッタヘッド２の正面中心に向けて回転軸を傾けた状態で設置されている。
【００５０】
これらのローラビット４Ａ，４Ａは、図９に示すように、ボルト２０ａによってカッタヘッド２に取り付けられており、図１０に示すように、カッタヘッド２の後面側から着脱することが可能な構成になっている。
【００５１】
次に、図１１に示すローラビット４Ｂ〜４Ｄは、例えば円柱状に形成されており、回転軸部４ｘの外側に軸受け部４ｒを介して回転可能な状態で設けられた外周部４ｐを備えている。これらのローラビット４Ｂ〜４Ｄも、ボルト２０ｂによってカッタヘッド２に取り付けられており、カッタヘッド２の後面側から着脱することが可能な構成になっている。
【００５２】
また、図１３に示すように、ローラビット４Ｂ〜４Ｄのうち、ローラビット４Ｂ，４Ｃは、その側面（掘削部位）が掘削方向正面を向くように設置されている。一方、それらの外側のローラビット４Ｄは、その側面（掘削部位）がカッタヘッド２の径方向外側を向くように傾斜した状態で設置されている。
【００５３】
次に、図１２に示す最外周のローラビット４Ｅは、例えば円錐台形状に形成されており、上記したローラビット４Ｂ等と同様に、回転軸部４ｘの外側に軸受け部４ｒを介して回転可能な状態で設けられた外周部４ｐを備えている。このローラビット４Ｅも、ボルト２０ｃによってカッタヘッド２に取り付けられており、カッタヘッド２の後面側から着脱することが可能な構成になっている。
【００５４】
また、図１３に示すように、最外周のローラビット４Ｅは、その側面（掘削部位）がカッタヘッド２の径方向外側を向くように傾斜した状態で設置されている。ただし、最外周のローラビット４Ｅの側面の傾斜角度は、それよりも１つ内側の上記ローラビット４Ｄの側面の傾斜角度よりも大きくなっている。
【００５５】
すなわち、本実施の形態においては、最外周の回転軌跡Ｒ５上のローラビット４Ｅと、中央側の回転軌跡Ｒ３上のローラビット４Ｃとの間の回転軌跡Ｒ４上に、側面の傾斜角度が最外周のローラビット４Ｅの側面の傾斜角度よりも小さく設定されたローラビット４Ｄが設置されている。
【００５６】
このようにローラビット４Ｃ，４Ｅの間に、ローラビット４Ｄを配置したことにより、カッタヘッド２の外周部においてローラビット４Ｃからローラビット４Ｅにわたって各々のローラビット４Ｃ〜４Ｅの側面で形成される掘削ラインがカッタヘッド２の外周に向かって緩やかに傾斜するようになっている。その結果、掘削処理時に最外周のローラビット４Ｅの内側一部に加わるストレスを緩和することができるので、最外周のローラビット４Ｅの寿命を向上させることができる。
【００５７】
また、最外周のローラビット４Ｅを円柱状にした場合、ローラビット４Ｅの外側の回転軸部４ｘがトンネルの内壁面に接触しないようにするためには、最外周のローラビット４Ｅの側面の傾斜角度が大きくならざるを得ない。したがって、ローラビット４Ｄの側面の傾斜角度に対するローラビット４Ｅの側面の傾斜角度が急峻になるため、掘削処理時に最外周のローラビット４Ｅの内側部分またはローラビット４Ｄの外側部分にストレスが集中する場合がある。
【００５８】
これに対して、本実施の形態においては、最外周のローラビット４Ｅを円錐台形状にすることにより、ローラビット４Ｅの外側の回転軸部４ｘがトンネルの内壁面に接触しないようにローラビット４Ｅを配置した上で、最外周のローラビット４Ｅの側面の傾斜角度を、その内側のローラビット４Ｄの側面の傾斜角度に対して緩やかにすることができる。このため、掘削処理時に最外周のローラビット４Ｅの内側部分またはローラビット４Ｄの外側部分に加わるストレスを緩和することができるので、最外周のローラビット４Ｅ，４Ｄの寿命を向上させることができる。
【００５９】
このような本実施の形態の構造を採用しない場合、最外周のローラビット４Ｅの一部が摩耗しただけでも、そのローラビット４Ｅを交換しなければならなくなるが、最外周のローラビット４Ｅはその配置位置の観点から着脱が困難な上、１つのローラビット４Ｅを交換するのにもＴＢＭ本体１の内部機器の搬出搬入等の大がかりな作業が必要になる。このため、トンネル掘削工事の工期が大幅に遅れてしまうという問題がある。また、ＴＢＭ本体１のカッタの稼働率が低下するので、掘削速度が速いというＴＢＭ工法の利点を損なうという問題もある。
【００６０】
また、最外周のローラビット４Ｅの一部が摩耗しただけでも、そのローラビット４Ｅ全体を交換しなければならないので、材料費が高くなるという問題もある。特に、ＴＢＭは高価なので工事費を如何にして下げるかが重要な課題になっている。
【００６１】
これに対して本実施の形態においては、ローラビット４Ｅの寿命を向上させることができ、その交換頻度を低下させることができるので、トンネル掘削工事の工期を短縮させることができる。特に、ＴＢＭ本体１のカッタの稼働率を向上させることができるので、掘削速度が速いというＴＢＭ工法の利点を活かした掘削工事を行うことができる。
【００６２】
また、最外周のローラビット４Ｅの寿命を向上させることができるので、材料費を低減することができ、トンネル掘削工事の費用を低減することができる。このため高価なＴＢＭの使用を推進することができる。
【００６３】
次に、上記したＴＢＭ本体１によるトンネル掘進処理動作について図１４のフロー図に沿って図１５〜図２２を参照して説明する。
【００６４】
図１５〜図２２はトンネル掘進処理工程中のＴＢＭ本体１の説明図である。ここでは、例えば上向きに傾斜するトンネルＨ（図２参照）の掘進処理について説明する。なお、上向きに傾斜するトンネルＨの傾斜角度θ２は、例えば２０°程度である。また、符号ＳＧは滑落防止部材として機能するセグメントを示している。
【００６５】
まず、図１５に示すように、後胴グリッパ１５の固定部材１５ａを伸ばしトンネルＨの内壁面に押し当ててＴＢＭ本体１を固定した後（図１４の工程１００）、図１６に示すように、推進ジャッキ１４をＴＢＭ本体１の長手方向前方に伸ばして掘進動作を行う（図１４の工程１０１）。これにより、カッタヘッド２の前面の複数のローラビット（掘削部材）４を地盤に押し付けた状態でカッタヘッド２を回転させて地盤を掘削する。
【００６６】
この際、掘削により生じた掘削土は、カッタヘッド２の開口部を通じてホッパ５内に収容される。ホッパ５に入らずＴＢＭ本体１の内部底に落ちた掘削土は、カッタヘッド２の回転に追従して回転する掻き上げ板１１により掻き上げられてホッパ５内に収容される。
【００６７】
ホッパ５内に収容された掘削土は、添加材供給管１０からホッパ５内に供給された液状の添加材と混ぜられる。これにより、掘削土の塑性流動性を向上させることができるので、掘削土を効率的に負圧吸引することができる。また、掘削土に因る塵埃の発生を抑制または防止することができる。
【００６８】
ホッパ５内において添加材が混ぜられた掘削土は、負圧吸引装置８により負圧吸引されるとともに、空気供給管９から排土管６内に供給された圧縮空気により加勢されて排土管６内を移動し、排土タンク７内に収容される。このため、掘削土を効率的にトンネルＨの外部に輸送することできる。また、掘削工事により生じた掘削土は排土タンク７に収容されるので、トンネルＨの外部の環境が掘削土に因り汚染されることもない。
【００６９】
続いて、推進ジャッキ１４が伸びきったところでカッタヘッド２の回転を停止し、図１７に示すように、後胴グリッパ１５で反力を得たまま、前胴グリッパ１２の固定部材１２ａを伸ばしトンネルＨの内壁面に押し当てＴＢＭ本体１を固定する（図１４の工程１０２）。
【００７０】
その後、図１８に示すように、後胴グリッパ１５の固定部材１５ａを縮めて後胴グリッパ１５による固定状態を解除した後（図１４の工程１０３）、図１９に示すように、推進ジャッキ１４を縮めて中胴部１Ｍおよび後胴部１Ｂを前方に引き寄せるとともに、ＴＢＭ本体１の滑落を防止するため滑落防止ジャッキ１６をＴＢＭ本体１の長手方向後方に伸ばしてセグメントＳＧに押し当てる（図１４の工程１０４）。
【００７１】
次いで、図２０に示すように、前胴グリッパ１２でＴＢＭ本体１を固定した状態で、後胴グリッパ１５の固定部材１５ａを伸ばしトンネルＨの内壁面に押し当てＴＢＭ本体１を固定する（図１４の工程１０５）。
【００７２】
続いて、図２１に示すように、前胴グリッパ１２および後胴グリッパ１５でＴＢＭ本体１を固定した状態で滑落防止ジャッキ１６を縮めて前方に引き寄せた後、滑落防止ジャッキ１６の後方の空き領域に新たなセグメントＳＧを挿入した後（図１４の工程１０６）、図２２に示すように、前胴グリッパ１２の固定部材１２ａを縮めて前胴グリッパ１２によるＴＢＭ本体１の固定状態を解除する（図１４の工程１０７）。
【００７３】
その後、掘進作業の終了を確認し（図１４の工程１０８）、掘進作業が終了でなければ工程１０１〜１０７を繰り返し、掘進作業が終了であれば掘進作業を完了する（図１４の工程１０９）。
【００７４】
このように本実施の形態においては、上向きに傾斜するトンネルＨであってもＴＢＭ本体１により安全かつ高速に掘進作業を行うことができる。
【００７５】
また、掘削時に生じた掘削土を、小型軽量で簡単な構造の排土輸送機構部を通じてトンネルＨの外部に効率的に輸送することができる。
【００７６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本明細書で開示された実施の形態はすべての点で例示であって、開示された技術に限定されるものではないと考えるべきである。すなわち、本発明の技術的な範囲は、前記の実施の形態における説明に基づいて制限的に解釈されるものでなく、あくまでも特許請求の範囲の記載に従って解釈されるべきであり、特許請求の範囲の記載技術と均等な技術および特許請求の範囲の要旨を逸脱しない限りにおけるすべての変更が含まれる。
【００７７】
例えば、前記実施の形態のローラビット４Ｄの形状を円錐楕円形にしても良い。これにより、ローラビット４Ｄの側面の外向きの傾斜角度を調整することができる。
【００７８】
また、カッタヘッド２の正面の中央側のローラビット４Ｃと最外周のローラビット４Ｅの間に複数のローラビット４Ｄを配置しても良い。この場合も複数のローラビット４Ｄの各側面（切削部位）の傾斜角度が外周に向かって次第に大きくなるようにする。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上の説明では、本発明を上向きに傾斜するトンネルの掘削処理に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく水平トンネルの掘削処理に適用することもできる。
【符号の説明】
【００８０】
１  ＴＢＭ本体（掘削機本体）
２  カッタヘッド
３  カッタ駆動電動機
４，４Ａ〜４Ｅ  ローラビット（掘削部材）
４ｐ  外周部
４ｒ  軸受け部
４ｓ  突出刃
４ｘ  回転軸
５  ホッパ（排土収容手段）
６  排土管
７  排土タンク（排土貯溜手段）
８  負圧吸引装置（負圧吸引手段）
９  空気供給管（空気供給手段）
１０  添加材供給管（添加材供給手段）
１１  掻き上げ板（掻き上げ手段）
１２  前胴グリッパ
１３  方向修正ジャッキ
１４  推進ジャッキ
１５  後胴グリッパ
１６  滑落防止ジャッキ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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