(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状推進体を推進して先端部を前方の地山に押し込む推進手段と、前記推進体内に配設されて推進体内地山との間に密閉空間を形成する隔壁と、前記推進体内地山に高圧気液混合流体を噴射して切羽面を掘削する高圧気液混合流体噴射手段と、前記隔壁に設けた排土口を介して密閉空間内の掘削土砂を前記高圧気液混合流体噴射手段から噴射された液体とともに排出する排土手段と、前記隔壁の前面側に取り付けられて隔壁の中心部を回転中心として回転し、前記密閉空間内の掘削土砂を前記排土口に掻き寄せる掻き寄せ羽根とを有することを特徴とする地中掘削装置。
【請求項２】
前記隔壁は、前記推進体の軸方向に移動可能に設けてあることを特徴とする請求項１に記載の地中掘削装置。
【請求項３】
前記排土手段は、前記排土口に接続した排土管を介して前記掘削土砂を吸引する排泥ポンプと、前記排土管の先端部に設けられ、前記排泥ポンプによる排土時に閉じるとともに、前記排泥ポンプの非排土時に開放される遮断バルブと、この遮断バルブの後流側に配設され、前記排泥ポンプによる排土時に開放されるとともに、排泥ポンプの非排土時に閉じる排土バルブとを有していることを特徴とする請求項１または２に記載の地中掘削装置。
【請求項４】
前記隔壁は、前記切羽面を撮像する撮像手段が設けてあることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１に記載の地中掘削装置。
【請求項５】
前記撮像手段は、前記密閉空間内に切羽面安定用圧縮空気を供給する空気配管内に、空気配管の軸方向移動可能に配置してあることを特徴とする請求項４に記載の地中掘削装置。
【請求項６】
筒状推進体を推進して先端部を前方の地山に押し込む推進手段と、前記推進体内に推進体の軸方向移動可能に配設され、推進体内地山との間に密閉空間を形成する隔壁と、この隔壁の前面側に設けられ、前記地山に高圧気液混合水を噴射して切羽面を掘削する高圧気液混合水噴射手段と、前記隔壁に設けた給気孔を介して密閉空間内に圧縮空気を供給して前記切羽面を安定させ、また前記隔壁を前記切羽面から後退させる空気配管と、前記隔壁に形成した排土口に接続した排土管を介して、掘削土砂を前記高圧気液混合水噴射手段から噴射された水とともに吸引排出し、また前記密閉空間を排気して前記隔壁を前記切羽面に向けて前進させる排泥ポンプと、前記排土管の先端部に設けられ、前記排泥ポンプによる排土時に閉じるとともに、排泥ポンプの非排土時に開放される遮断バルブと、この遮断バルブの後流側に配設され、前記排泥ポンプによる排土時に開放されるとともに、排泥ポンプの非排土時に閉じる排土バルブと、前記隔壁の前面側に取り付けられて隔壁の中心部を回転中心として回転し、前記密閉空間内の掘削土砂を前記排土口に掻き寄せる掻き寄せ羽根と、前記空気配管内に管軸方向移動可能に配置され、切羽面を撮像する撮像手段とを有することを特徴とする地中掘削装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、地中地盤を掘削する地中掘削装置に係り、特に地山に高圧気液混合流体を噴射して地中を掘削する地中掘削装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、都市等において管路等を埋設する場合、一般に開削が困難であるところから、地中掘削機を使用している。従来の地中掘削機は、前面にカッタビットを有するカッタヘッドを筒状の推進体に回転可能に装着し、推進体をジャッキ等によって到達立坑に向けて押圧推進するとともにカッタヘッドを回転させ、カッタヘッドによって前方の地山を掘削し、掘削土砂をトンネル後方へ移送して排出するようになっている。
【０００３】
一方、特開平５−１５６８９２号公報には、上記のようなカッタヘッドを備えた掘削機の掘削機構の複雑さや、掘削トルクを得るために機械強度を大きくしなければならないなどの不都合を解消するために、高圧水を噴射して地山を掘削する掘削装置が提案されている。この水噴射掘削装置は、筒状外殻体の内周面に前方の地山との間で密閉空間を形成する隔壁を固着し、隔壁の中心部に回転可能に設けた噴射ノズルから高圧水を前方の地山に噴射して掘削するとともに、隔壁に設けた開口に接続された排土管を介して、掘削土砂を噴射された水とともに吸引してトンネル後方に排出するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記の水噴射掘削装置は、高圧水を外殻体前方の地山に噴射して掘削を行うため、前方および掘削機置周辺の広い範囲の地山に多量の水が浸透し、地山の状態が乱れて不安定となり、地山の崩落や地盤の陥没が発生するおそれがある。そして、水噴射掘削装置においては、高圧水によって地山を掘削し、掘削土砂を噴射した水と一緒に排出するため、排出土砂の含水率が非常に高い超含水状態となり、排出土砂の処理を行う場合に泥水を分離する脱水処理または産業廃棄処理の必要があり、処理コストが高くなる。しかも、水噴射掘削装置は、前方の地山と隔壁とによって形成した密閉空間に圧縮空気を供給し、密閉空間の気圧を高めて切羽面の安定を図っているが、掘削土砂を排出する際に土砂を吸引するようにしているため、排土時における密閉空間内の気圧を一定に保持することが困難であり、地山が地下水を含んでいる場合などは、地山の崩落を招くおそれがある。また、上記の水噴射掘削装置は、掘削土砂が排土管の直径より大きな塊となっている場合、これを排出することができない。しかも、上記の装置は、切羽の状態を確認することができないばかりでなく、掘削機の回収をすることができないため、小口径推進工法の場合、玉石や障害物などの排土不可能な物が出現したときの対応が困難である。
【０００５】
本発明は、前記従来技術の欠点を解消するためになされたもので、周辺地山への乱れを小さくすることができる地中掘削装置を提供することを目的としている。
また、本発明は、排土中の含水率を小さくし、排出土砂の処理コストを低減することを目的としている。
さらに、本発明は、排土時においても地山と隔壁との間に形成した密閉空間の気圧を一定に保持できるようにすることを目的としている。
また、本発明は、大きな塊の掘削土砂を小さく砕くことができるとともに、掘削土砂の排出を円滑に行えるようにすることを目的としている。
そして、本発明は、切羽面を観察できるとともに、排土不可能なものが存在した場合に、容易に対応できるようにすること等を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するための本発明は、推進される筒状推進体の内部より高圧気液混合流体を噴射して地山切羽面を掘削する地中掘削装置である。推進体の先端部を地山中に押し込み、推進体内の地山に高圧気液混合流体を噴射して切羽面を掘削する地中掘削装置である。高圧気液混合流体は、水と空気との混合物であって、空気の混入率を地山の状態により変化させ、噴射された水とともに排出される土砂の含水率が８５％以下となるように調整する。そして、掘削土砂の排出は、噴射された水とともに真空ポンプ等によって吸引して行なうことができる。
【０００７】
すなわち、本発明に係る地中掘削装置は、筒状推進体を推進して先端部を前方の地山に押し込む推進手段と、前記推進体内に配設されて推進体内地山との間に密閉空間を形成する隔壁と、前記推進体内地山に高圧気液混合流体を噴射して切羽面を掘削する高圧気液混合流体噴射手段と、前記隔壁に設けた排土口を介して密閉空間内の掘削土砂を前記高圧気液混合流体噴射手段から噴射された液体とともに排出する排土手段と、前記隔壁の前面側に取り付けられて隔壁の中心部を回転中心として回転し、前記密閉空間内の掘削土砂を前記排土口に掻き寄せる掻き寄せ羽根とを有する構成にしてある。
【０００８】
隔壁は、推進体の軸方向に移動可能に設けるとよい。この移動可能な隔壁を移動させる場合、給排気手段によって密閉空間内の圧力を変化させ、いわゆるピストンを駆動するように隔壁を推進体の軸方向に進退させることができる。給排気手段は、コンプレッサなどの圧縮空気源と、真空ポンプなどの吸引装置とによって構成することができる。なお、この圧縮空気源は、後述する切羽面を安定させるために密閉空間に圧縮空気を供給する圧縮空気供給源と共用が可能であり、吸引装置は、掘削土砂を排出する排泥ポンプを用いることができる。
【０００９】
高圧気液混合流体噴射手段は、水と空気との混合割合を調整できる気液混合部を設け、水と空気との混合物を噴射するようにできる。気液混合部は、供給側（入側）が二股となっていて、一方を水ポンプに、他方をコンプレッサ等の圧縮空気源に接続することにより、高圧の気液混合水を容易に得ることができ。また、排土手段は、隔壁に設けた排土口に接続した排土管を介して掘削土砂を吸引する排泥ポンプと、排土管の先端部に設けられて、排泥ポンプによる排土時に閉じるとともに、排泥ポンプの非排土時に開放される遮断バルブと、この遮断バルブの後流側に配設され、排泥ポンプによる排土時に開放させるとともに、排泥ポンプの非排土時に閉じる排土バルブとを有する構成にできる。なお、隔壁には、撮像手段を設けて地山の切羽面を観察できるようにすることが望ましい。撮像手段としては、ＣＣＤカメラを初めとする各種固体撮像素子、イメージオルシコンなどの各種撮像管を用いることができる。そして、この撮像手段は、切羽面を安定させるために密閉空間に圧縮空気を供給するための空気配管内に管軸方向に移動可能に設置するとよい。
【００１０】
【作用】
上記のごとく構成した本発明は、推進体の先端を地山に押し込み、この推進体内の地山に高圧気液混合流体を噴射して掘削することにより、噴射された液体（水）が推進体周囲の地山に広く浸透し、地山が乱れて不安定になるのを避けることができ、地山が崩落したり、地盤が陥没したりするのを防止することができる。また、高圧気液混合流体（高圧気液混合水）の空気の混合率を地山の状態によって調整し、噴射された水と一緒に排出される土砂の含水率を８５％以下となるようにすると、泥水の分離などを行なう必要がなく、排出土砂を一般建設残土として処理することができ、排出土砂の処理コストを低減できて、トンネルの構築費を安価にすることが可能になるとともに、掘削効率を向上することができる。
【００１１】
掘削装置の隔壁を推進体の軸方向に進退可能とすれば、推進体内の地山に対する高圧気液混合流体噴射手段の噴射位置を適正な位置に調節することができるばかりでなく、例えば大きな石などのように、排土不可能な物が出現した場合には、高圧気液混合流体噴射手段などとともに隔壁を発進立坑まで後退させることにより、排土不可能な物を容易に取り出して排出することができ、トンネル工事の作業効率が向上する。そして、隔壁を駆動する隔壁駆動手段として、密閉空間を給排気する給排気手段を用いれば、切羽面を安定させるために密閉空間に圧縮空気を供給するコンプレッサ等の圧縮空気供給源と、掘削土砂を吸引排出する排泥ポンプとを隔壁駆動手段として共用することができ、構造を簡素にできるばかりでなく、隔壁を駆動する遠隔操作を極めて容易に行うことができる。
【００１２】
また、隔壁に掻き寄せ羽根を取り付けて回転させ、掘削土砂を隔壁に設けた排土口の方に掻き寄せるようにすると、排土を効率よく行える。しかも、掻き寄せ羽根は、掘削土砂の大きな塊を高い位置まですくいあげる等して破砕するため、土砂の排出をスムーズに行うことができる。さらに、隔壁にＣＣＤカメラのような撮像手段を設けて切羽面や密閉空間内を観察できるようにすると、埋設配管等の障害物の出現や排土不可能な物の存在を容易確実に知ることができ、その対応を迅速に行うことができる。そして、切羽面を安定させるために密閉空間に圧縮空気を供給する空気配管内に移動可能に撮像手段を配置すると、装置の構造を簡素化できるばかりでなく、切羽面を観察するために撮像手段を前進させる場合、密閉空間に圧縮空気を流入させることにより、圧縮空気流によって撮像手段を前進させることができ、特別な駆動手段を必要としない。そして、撮像手段の後退は、接続ケーブルを引くことによって容易に行うことができる。
【００１３】
【実施例】
本発明に係る地中掘削装置の好ましい実施例を、添付図面に基づいて詳細に説明する。
図２は、本発明の実施例に係る地中掘削装置の説明図である。
【００１４】
図２において、掘削装置１０は、鋼製の円筒状推進体１２を有し、この推進体１２内に掘削機本体１４が矢印１６のように、推進体１２の軸方向に移動できるように配置してある。そして、推進体１２は、立坑４４に配設した推進ジャッキ（推進手段）４５によって図示しないトンネル計画線に沿って推進され、先端部が地山４０に押し込まれるようになっている（図３（１）参照）。また、推進体１２は、掘削機本体１４によって内部の地山４０が掘削されると、後端部に管４７が継ぎ足され、この管４７を介してジャッキ４５によって推進され、再び先端部が地山４０に押し込まれ、これを繰り返すことによってトンネルが構築できるようになっている。
【００１５】
一方、掘削機本体１４は、前後に隔壁１８、２０を備えており、この隔壁１８、２０間に、掘削機本体１４を所定の位置に固定するためのグリッパ２４、２６が左右に設けてある。これらのグリッパ２４、２６は、外面が推進体１２の内周面の曲率に一致した円筒面に形成され、グリッパジャッキ２８によって推進体１２の内周面に圧接させられ、掘削機本体１４を推進体１２内の所定位置に固定する。また、隔壁１８、２０間には、ガイドローラ３０が配設してあって、掘削機本体１４を推進体１２の軸方向に円滑に移動できるようにしてある。
【００１６】
前側隔壁１８は、 図３（１）に示したように、推進体１２内の地山４０との間に密閉空間４１を形成するようになっている。そして、前側隔壁１８の前方には、高圧気液混合流体噴射手段を構成している噴射ノズル３２が配設してある。この噴射ノズル３２は、隔壁１８、２０の中心部を貫通した配管３４の先端に取り付けてあり、先端ヘッド部３６に円錐面が形成され、この円錐面と先端面とに図示しない噴射孔が形成してあって、配管３４を介して供給された空気混合水からなる高圧気液混合水（高圧気液混合流体）３８を地山４０の切羽面４２に向けて放射状に噴射し、高圧気液混合水３８によって切羽面４２を掘削するようになっている。また、噴射ノズル３２は、後述するように軸方向に移動可能となっているとともに、先端ヘッド部３６が回転自在となっている。そして、円錐面の噴射孔から噴射される高圧気液混合水３８は、噴射方向が円錐面の接線方向に傾いていて、高圧気液混合水３８を噴射することにより、ヘッド部３６が自動的に回転するようにしてある。
【００１７】
配管３４は、後方の立坑４４を介して地上に導かれ、気液混合器（気液混合部）４６の吐出側に接続してある。この気液混合器４６は、供給側（入側）に接続してある給水配管４８と給気配管５０とから高圧水と圧縮空気とを受けてこれらを混合し、配管３４を介して高圧気液混合水を噴射ノズル３２に供給するようになっている。すなわち、給水配管４８には、流量調整が可能な制御弁５２を介して給水ポンプ５４が接続してあり、この給水ポンプ５４が水タンク５６中の水を吸引して昇圧し、高圧水にして気液混合器４６に供給する。また、給気配管５０には、流量調整可能な制御弁５８を介してコンプレッサ６０が接続してあって、コンプレッサ６０によって生成された圧縮空気を気液混合器４６に供給できるようにしてある。
【００１８】
前側隔壁１８の下部には、密閉空間４１内の掘削土砂を取り込む排土口６２が開口している。この排土口６２には、後側隔壁２０を貫通した排土管６４が接続してある（ 図３参照）。そして、排土管６４の後端には、掘削土砂を地上に移送するためのフレキシブル排土管６６が接続してあって、フレキシブル排土管６６の地上部に接続した排泥ポンプである真空ポンプ６８を作動させることにより、高圧気液混合水３８によって掘削した密閉空間４１内の掘削土砂を、噴射ノズル３２から噴射された水とともに吸引して地上に排出できるようにしている。また、排土管６４の先端部と後端部とには、遮断バルブ６９と排土バルブ７１とが設けてある（ 図３（１）参照）。
【００１９】
遮断バルブ６９は、真空ポンプ６８による排土が行われていないときには開いていて、真空ポンプ６８による排土時に閉じて排土管６４と密閉空間４１とを遮断し、密閉空間４１内の気圧の一定に保持できるようにしている。また、排土バルブ７１は、真空ポンプ６８による排土が行われていないときには閉じていて、真空ポンプ６８による排土時に開放され、遮断バルブ６９と排土バルブ７１との間に存在する土砂を通過させるようにしている。なお、排土管６４には、遮断バルブ６９の近くの排土バルブ７１側に吸気バルブ（図示せず）が設けてあり、真空ポンプ６８による排土時に開放されて排土管６４内に空気を供給し、排土管６４内の土砂を真空ポンプ６８によって容易に吸引できるようにしてある。
【００２０】
さらに、隔壁１８の上部には、密閉空間４１に圧縮空気を供給するための給気口７０が設けてあり、この給気口７０と地上のコンプレッサ７２との間に圧縮空気供給配管７４が配設してある。そして、この供給配管７４には、制御弁７６が設けてあり、密閉空間４１に導入される圧縮空気量を制御して密閉空間４１を所定の気圧に保持し、切羽面４１を安定させることができるようになっている。また、圧縮空気供給配管７４の先端付近には、図３（２）に示してあるように、バルブ７８が設けてあって、密閉空間４１への圧縮空気の供給、停止を任意に行うことができるようにしてある。さらに、圧縮空気供給配管７４の内部には、切羽面４２や密閉空間４１を監視するための撮像手段であるＣＣＤカメラ８０が配置してある。このＣＣＤカメラ８０は、配管７４の軸方向に移動可能となっていて、圧縮空気が密閉空間４１に供給される際に、圧縮空気によって推進体１２の先端側に前進させられる。そして、カメラ８０の出力した画像信号を電送するケーブル８２は、立坑４４または地上の制御室等まで引かれており、このケーブル８２を手繰ることにより、ＣＣＤカメラ８０を後退させることができるようになっている。
【００２１】
なお、後側隔壁２０の背面には、一端を立坑４４に設置したウインチ８４に巻回してあるワイヤ８６が接続してあり、ウインチ８４によってワイヤ８６を巻き取ることにより、掘削機本体１４を立坑４４内に回収できるようにしてある。また、前側隔壁１８の前面中心部には、密閉空間４１内の掘削土砂を排土口６２に掻き寄せるための掻き寄せ羽根８８が回転自在に設けてある。
【００２２】
すなわち、掻き寄せ羽根８８は、図４に示してあるように、ボス部９０に設けたフランジ９１が、噴射ノズル３２を進退させるシリンダ９２の周囲に配設した円筒状回転軸９４の端面フランジ９６にねじによって固定してある。回転軸９４は、隔壁１８に固着した支持板９８と取り付けブラケット１００とに設けた軸受１０２、１０４に回転自在に支持されており、長手方向中央部にギヤ部１０６が設けられている。このギヤ部１０６は、取り付けブラケット１００に固定した油圧モータ１０８に設けたギヤ１１０と噛み合っている。従って、モータ１０８を駆動することにより、回転軸９４を介して掻き寄せ羽根８８を回転することができるようになっている。
【００２３】
前記した噴射ノズル３２を進退させるシリンダ９２は、図５に示したように、配管３４の外周部に固定した円筒状ピストンロッド１１２がシリンダチューブ１１４を貫通している。また、ピストンロッド１１２のシリンダチューブ１１４に挿入された部分にはピストン１１６が固定してあって、このピストン１１６がチューブ１１４に供給された作動油の圧力を受けることにより、ピストンロッド１１２を軸方向に移動させ、噴射ノズル３２を矢印１１８のように進退させる。すなわち、シリンダチューブ１１４の両端部には、作動油の出入口１２０、１２１が設けてあり、出入口１２０から作動油を供給し、出入口１２１から作動油を排出することにより、噴射ノズル３２が図５の右方向に後退し、逆に出入口１２１から作動油を供給して出入口１２０から作動油を排出することにより、噴射ノズル３２を前進させることができるようになっている。
【００２４】
上記のごとく構成した実施例の作用は、次のとおりである。
まず、立坑４４に配置した推進ジャッキ４５を作動して推進体１２をトンネル計画線に沿って推進し、図１（１）に示してあるように、推進体１２の先端部を地山４０中に押し込む。その後、噴射ノズル３２が切羽面４１を掘削するのに適した位置となるように掘削機本体１４の位置を微調整する。これは、圧縮空気供給配管７４のバルブ７８と、排土管６４に設けた遮断バルブ６９、排土バルブ７１とを開閉することにより行う。
【００２５】
すなわち、圧縮空気供給配管７４のバルブ７８を開放して密閉空間４１に圧縮空気を供給するとともに、排土管６４の遮断バルブ６９（および排土バルブ７１）を閉じて空間４１を高圧にすると、掘削機本体１４が地山４０から後退する。また、図１（１）のようにバルブ７８を閉じてバルブ６９、７１を開放し、真空ポンプ６８によって密閉空間４１内を吸引して密閉空間４１内を負圧にすると、掘削機本体１４が地山４０に向かって前進する。従って、これらの操作を繰り返すことにより、掘削機本体１４を任意の位置に配置することができる。そして、掘削機本体１４を掘削位置に配置したならば、グリッパジャッキ２８を作動してグリッパ２４、２６を推進体１２の内周面に圧接し、掘削機本体１４をその位置に固定する。
【００２６】
次に、バルブ７８と遮断バルブ６９とを開放するとともに排土バルブ７１を閉じ、圧縮空気供給配管７４を介して密閉空間４１内に圧縮空気を導入し、密閉空間４１内の気圧を所定の値にして切羽面４２を安定させる。その後、供給配管７４のバルブ７８を閉じ、図１（２）に示したように噴射ノズル３２から空気を混合した高圧気液混合水３８を切羽面４２に向けて噴射し、切羽面４２を掘削するとともに掻き寄せ羽根８８を回転させる。回転する掻き寄せ羽根８８は、密閉空間４１内の掘削土砂１３０を、噴射ノズル３２から噴射された水と一緒に隔壁１８に形成した排土口６２に掻き寄せ、排土管６４内に流入させる。また、掻き寄せ羽根８８は、回転することにより、大きな塊の土砂１３０を小さく粉砕し、容易に排出できるようにする。そして、噴射ノズル３２は、地山４０の掘削が進行するに従って、シリンダ９２によって掘削に適した位置に切羽面４２に向けて前進させられる。
【００２７】
推進体１２内の地山４０の掘削が終了すると、排土バルブ７１を開放して真空ポンプ６８によって土砂１３０を吸引するとともに、図１（３）に示してあるように遮断バルブ６９を閉じ、遮断バルブ６９より後方側の掘削土砂を矢印１３２のように排出する。また、密閉空間４１内にさらに土砂１３０が残っているときには、上記と同様にして排出する。そして、このように遮断バルブ６９を閉じて間欠的に掘削土砂１３０を排出することにより、密閉空間４１内の気圧が排土時に低下することを防止でき、気圧の低下により発生する切羽面４２の崩落などの事故を防止できる。
【００２８】
なお、噴射ノズル３２が噴射する高圧気液混合水３８の空気の混合率は、排出する土砂１３０の含水率を調べ、この含水率が８５％以下となるように調整する。これにより、排出土砂を一般建設残土として処理することが可能となり、泥水を分離するなどの処理を必要としないため、排出土砂の処理コスト、トンネルの建設コストを低減することができ、掘削効率を向上させることができる。また、切羽面４２の状態や、掘削土砂１３０の排出がスムーズに行われないために密閉空間４１内の状況等を調べたい場合には、供給配管７４のバルブ７８を開放して密閉空間４１に圧縮空気を送り込み、この圧縮空気によってＣＣＤカメラ８０を図３（２）のように隔壁１８に形成した給気口７０まで前進させ、切羽面４２等を撮像する。そして、カメラ８０による観察の結果、切羽面４２や密閉空間４１内に障害物等が存在する場合、ウインチ８４によってワイヤ８６を巻取り、掘削機本体１４を立坑４４内に回収して障害物の除去作業等を行う。
【００２９】
このように、実施例においては、推進体１２内の地山４０を掘削するようにしているため、噴射ノズル３２から噴射した水が掘削機周辺の広い範囲に浸透するのを避けることができ、周囲地山が不安定となって切羽面の崩落や地盤の陥没するなどの事故の発生をなくすことができる。そして、実施例においては、掘削機本体１４を構成している隔壁１８、２０が移動可能となっているため、掘削機本体１４を容易に立坑４４に回収することができ、切羽面４２に異常が生じた場合や、排出不可能な障害物が出現した場合に、迅速に対応することが可能であり、トンネル工事の効率を向上することができる。また、掘削機本体１４を立坑４４に回収することができるため、到達立坑が不要となるばかりでなく、発進立坑４４も小さくすることができる。しかも、ＣＣＤカメラ８０によって切羽面４２や密閉空間４１内を観察することができるため、異常の発生等を逸早く知ることができ、迅速な対応が可能となる。また、実施例においては、切羽面を安定するための圧縮空気を密閉空間４１に供給して掘削機本体１４を後退させるとともに、排土用の真空ポンプ６８によって密閉空間４１内を排気して掘削機本体１４を前進させるようにしているため、掘削機本体１４を進退させるための特別の動力を必要とせず、装置の簡略化が図れるとともに、掘削機本体１４を移動させる操作を容易に行うことができる。そして、実施例においては、ＣＣＤカメラ８０を移動可能に設けたことにより、切羽面４２などの観察をする場合にカメラ８０を密閉空間４１に臨ませればよく、カメラ８０の汚れを防止できるばかりでなく、例え汚れたとしても、カメラ８０を回収して汚れを除去することができる。
【００３０】
前記実施例においては、高圧気液混合流体が水と空気との混合物である場合について説明したが、例えば泥水と空気との混合物などの他の混合流体を用いてもよい。そして、前記実施例においては、地上の気液混合器４６によって水と空気とを混合する場合について説明したが、噴射ノズル３２に水と空気とを別々に導き、噴射ノズル３２において混合するようにしてもよい。また、前記実施例においては、圧縮空気によってＣＣＤカメラ８０を前進させる場合について説明したが、カメラ８０に例えば棒状の操作具を取り付けてカメラ８０を進退させるようにしてもよい。さらに、前記実施例においては、トンネルを構築する場合について説明したが、地下空間の建設等にも適用することができる。また、前記実施例においては、高圧気液混合水３８による掘削の終了後に土砂１３０を排出する場合について説明したが、掘削と並行して行ってもよい。
【００３１】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によれば、推進体の先端を地山に押し込み、この推進体内の地山に高圧気液混合流体を噴射して掘削することにより、噴射された液体（水）が推進体周囲の地山に広く浸透し、地山が乱れて不安定になるのを避けることができ、地山が崩落したり、地盤が陥没したりするのを防止することができる。そして、高圧気液混合流体が水と空気との混合物である場合、空気の混入率を噴射された水と一緒に排出される土砂の含水率を８５％以下となるように調整することにより、排出土砂を一般建設残土として処理することができ、泥水の分離などを必要としないため、排出土砂の処理コストを低減できて、トンネルの構築費を安価にすることが可能となり、掘削効率を向上することができる。
【００３２】
そして、本発明においては、掘削装置の隔壁を推進体の軸方向に移動可能としたことにより、推進体内の地山に対する高圧気液混合流体噴射手段の噴射位置を適正な位置に調節することができるばかりでなく、例えば大きな石などのように、排土不可能な物が出現した場合に、高圧気液混合流体噴射手段などとともに隔壁を発進立坑まで後退させることにより、排土不可能な物を容易に除去することができる。さらに、本発明においては、排土管に遮断バルブを設けて掘削土砂の排出時に、密閉空間と排土管とを遮断するようにしているため、排土の際に密閉空間の気圧が低下することにより生ずる地山の崩落などを防ぐことができる。また、隔壁を駆動する隔壁駆動手段として、切羽面を安定させるために密閉空間に圧縮空気を供給するコンプレッサ等の圧縮空気供給源と、掘削土砂を吸引排出する排泥ポンプとを隔壁駆動手段に共用したことにより、構造を簡素にできるばかりでなく、隔壁を駆動する遠隔操作を極めて容易に行うことができる。
【００３３】
また、隔壁に土砂掻き寄せ羽根を取り付けたことにより、密閉空間内の掘削土砂を排土口となる隔壁開口に寄せることができて排土を効率よく行えるばかりでなく、大きな塊の掘削土砂を破砕することができ、土砂の排出をスムーズに行うことができる。さらに、隔壁にＣＣＤカメラのような撮像手段を設けたことにより、切羽面の状態を観察することが可能となり、埋設配管等の障害物の出現や排土不可能な物の存在を容易確実に知ることができ、その対応を迅速に行うことができる。また、撮像手段を、切羽面を安定させるために密閉空間に圧縮空気を供給する空気配管内に進退可能に配置したことにより、装置の構造を簡素化できるばかりでなく、撮像手段を前進させるときには、圧縮空気流によって前進させることができ、特別な駆動手段を必要としない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る地中掘削方法の説明図である。
【図２】本発明の実施例に係る地中掘削装置の説明図である。
【図３】実施例に係る掘削機本体の詳細図である。
【図４】実施例に係る掻き寄せ羽根の詳細を示す断面図である。
【図５】実施例に係る噴射ノズルを進退させるシリンダの断面図である。
【符号の説明】
１０              掘削装置
１２              推進体
１４              掘削機本体
１８、２０        隔壁
３２              高圧気液混合流体噴射手段（噴射ノズル）
３８              高圧気液混合水
４０              地山
４１              密閉空間
４２              切羽面
４５              推進手段（推進ジャッキ）
４６              気液混合器
６２              排土口
６４、６６、６８  排土手段（排土管、フレキジブル排土管、真空ポンプ）
６８、７２        隔壁駆動手段（真空ポンプ、コンプレッサ）
６９              遮断バルブ
７１              排土バルブ
７４              圧縮空気供給配管
８０              撮像手段（ＣＣＤカメラ）
８８              掻き寄せ羽根
【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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