(57)【要約】【課題】円筒状の掘削装置を用いた掘削システムにおいて、掘削土の搬出作業がスムーズに行うことができ、さらに、掘削装置内で十分な作業空間を確保する。【解決手段】トンネル掘削システム１の掘削土搬出機構１６は、掘削装置１の内側空間内に設けられ、後方に向かって延びる掘削土を後方へ搬送するコンベア８２と、コンベア８２の上方に設けられた破砕機１０６と、コンベア８２の上方に設けられたふるい機構１０２と、を備え、掘削装置１０により地盤を掘削することにより発生し、掘削装置１０の内部空間に排出された掘削土１１０の少なくとも一部はふるい機構１０２を通過してコンベア８２上に落下し、ブレーカ６２により地盤を掘削することにより生じた掘削土の少なくとも一部は破砕機１０６に送られ、破砕機１０６により破砕されてコンベア８２上に落下する【選択図】図９
2015155634.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤にトンネルを掘削するためのトンネル掘削システムであって、
地盤を円環断面状に掘削する円筒状の掘削装置と、
前記円筒状の掘削装置の内部空間内に配置され、前記掘削装置により円環断面状に掘削された部分の内側部分の地盤を掘削する掘削用重機と、
前記掘削装置及び前記掘削用重機が地盤を掘削して発生した掘削土を後方に向かって搬出する掘削土搬出手段と、を備え、
前記掘削装置は、
掘削進行方向の先端部に設けられた円筒状の回転部殻体、及び前記回転部殻体の後方に接続された円筒状の固定部殻体を含む円筒状の殻体と、
前記回転部殻体の先端面に形成されたカッタ部、及び前記回転部殻体を前記固定部殻体に対して回転させる回転機構を含む掘削機構と、
前記回転部殻体を掘削進行方向に推進させる推進機構と、を含み、
前記回転部殻体の先端面には開口が形成され、前記回転部殻体内には収容空間が形成され、前記掘削機構により掘削された掘削土は前記開口を通じて前記収容空間内に収容され、
前記掘削装置の内側面には、前記収容空間と前記掘削装置の内部空間とを連通する隙間が形成され、前記収容空間内に収容された掘削土は、前記隙間を通じて前記掘削装置の内部空間に排出され、
前記掘削土搬出手段は、前記掘削装置の内側空間内に設けられ、後方に向かって延びる掘削土を後方へ搬送するコンベアと、前記コンベアの上方に設けられた破砕機と、前記コンベアの上方に設けられたふるい機構と、を備え、
前記掘削装置により地盤を掘削することにより発生した掘削土の少なくとも一部は前記ふるい機構を通過して前記コンベア上に落下し、前記掘削用重機により地盤を掘削することにより生じた掘削土の少なくとも一部は前記破砕機に送られ、前記破砕機により破砕されて前記コンベア上に落下することを特徴とするトンネル掘削システム。
【請求項２】
前記ふるい機構は、前記破砕機の前方に設けられていることを特徴とする請求項１記載のトンネル掘削システム。
【請求項３】
前記破砕機は、前方に比べて後方が高い位置に位置するように傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載のトンネル掘削システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤にトンネルを掘削するためのトンネル掘削システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地盤にトンネルを掘削する方法として、環状のカッタ部を備えた円筒状の掘削装置により、トンネルの外環部に当たる位置の地盤を先行して円環状に掘削する工程と、掘削装置の内側に円柱状に残留した地盤を掘削する工程とを行うことによりトンネルを構築する方法が提案されている。
本件出願人らは、このような方法によりトンネルを掘削するためのシステムとして、地盤を円環断面状に掘削する掘削装置と、掘削装置により円環断面状に掘削された部分の内側の地盤を掘削する掘削用重機と、掘削装置及び掘削用重機により掘削された掘削土を後方へ搬出する搬送手段とを備えたシステムを提案している（特許文献１参照）。
そして、このシステムでは、地盤を円環状に掘削することにより発生した掘削土は、掘削装置の先端に取り付けられた回転部殻体内に一端収容され、回転部殻体から掘削装置の内側空間に排出される。そして、回転部殻体から掘削装置の内側空間に排出された掘削土は、掘削用重機により掘削された掘削土とともに、コンベアにより後方へと搬出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−５６７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、掘削用重機により掘削された掘削土は、コンベアで搬送できる程度に十分に小径に破砕する必要がある。このため、上記のシステムでは、掘削土をコンベアにより搬送する前に、掘削装置により掘削された掘削土と、掘削用重機により掘削された掘削土とが混ざった状態で、掘削土を破砕機により破砕している。しかしながら、地盤が固い岩盤であるなどの理由により、破砕機による掘削土の破砕作業が遅れると、この破砕機の破砕作業の遅れがトンネル掘削の進行の妨げとなるおそれがある。
【０００５】
さらに、上記のシステムでは、円柱状に残留した地盤を掘削するためのブレーカと、掘削土を破砕機へ送り込むためのバックホーを掘削装置内に配置しなければならず、これらブレーカ及びバックホーの作業空間が狭くなってしまう。
【０００６】
本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、円筒状の掘削装置を用いた掘削システムにおいて、掘削土の搬出作業がスムーズに行うことができ、さらに、掘削装置内で十分な作業空間を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のトンネル掘削システムは、地盤にトンネルを掘削するためのトンネル掘削システムであって、地盤を円環断面状に掘削する円筒状の掘削装置と、円筒状の掘削装置の内部空間内に配置され、掘削装置により円環断面状に掘削された部分の内側部分の地盤を掘削する掘削用重機と、掘削装置及び掘削用重機が地盤を掘削して発生した掘削土を後方に向かって搬出する掘削土搬出手段と、を備え、掘削装置は、掘削進行方向の先端部に設けられた円筒状の回転部殻体、及び回転部殻体の後方に接続された円筒状の固定部殻体を含む円筒状の殻体と、回転部殻体の先端面に形成されたカッタ部、及び回転部殻体を固定部殻体に対して回転させる回転機構を含む掘削機構と、回転部殻体を掘削進行方向に推進させる推進機構と、を含み、回転部殻体の先端面には開口が形成され、回転部殻体内には収容空間が形成され、掘削機構により掘削された掘削土は開口を通じて収容空間内に収容され、掘削装置の内側面には、収容空間と掘削装置の内部空間とを連通する隙間が形成され、収容空間内に収容された掘削土は、隙間を通じて掘削装置の内部空間に排出され、掘削土搬出手段は、掘削装置の内側空間内に設けられ、後方に向かって延びる掘削土を後方へ搬送するコンベアと、コンベアの上方に設けられた破砕機と、コンベアの上方に設けられたふるい機構と、を備え、掘削装置により地盤を掘削することにより発生した掘削土の少なくとも一部はふるい機構を通過してコンベア上に落下し、掘削用重機により地盤を掘削することにより生じた掘削土の少なくとも一部は破砕機に送られ、破砕機により破砕されてコンベア上に落下することを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、掘削装置により掘削された掘削土の一部を、破砕機を通すことなく、ふるい機構を通してコンベアに落下させている。このため、破砕機を通過させる掘削土の量が減り、トンネル掘削のスピードが低下することを防止できる。
なお、ここでいう「上方」とは、高さ位置が高いことを意味し、水平方向に離間していてもかまわない。
【０００９】
また、本発明において、ふるい機構は、破砕機の前方に設けられていることが好ましい。
このような構成の本発明によれば、回転部殻体の隙間から排出された掘削土の大部分を確実にふるい機構に送りこむことができる。
【００１０】
また、本発明において、破砕機は、前方に比べて後方が高い位置に位置するように傾斜して設けられていることが好ましい。
このような構成の本発明によれば、円柱状に残された地盤が破砕機まで到達すると、円柱状の地盤の下端部が破砕機により破砕される。これにより、円柱状の地盤の掘削及び破砕時間を低減することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、掘削土の搬出作業がスムーズに行うことができ、さらに、掘削装置内で十分な作業空間を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本実施形態のトンネル掘削システムの構成を示す、トンネルの長手方向断面図である。
【図２】本実施形態のトンネル掘削システムにおいて地盤の掘削に用いられる掘削装置を示す分解斜視図である。
【図３】本実施形態のトンネル掘削システムにおいて地盤の掘削に用いられる掘削装置を示す長手方向鉛直断面図である。
【図４】図６におけるＩＶ−ＩＶ断面図である。
【図５】本実施形態のトンネル掘削システムにおいて地盤の掘削に用いられる掘削装置を示す正面図である。
【図６】図３におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。
【図７】図３におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図８】図３におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。
【図９】掘削土を搬送する方法を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明のトンネル掘削システム及びトンネル掘削方法の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態のトンネル掘削システムの構成を示す、トンネルの長手方向断面図である。同図に示すように、本実施形態のトンネル掘削システム１は、トンネル掘削進行方向最前部に設けられた掘削装置１０を用いて地盤の掘削を行うトンネル掘削区域４と、トンネル掘削区域４の後方において一次覆工を行う一次覆工区域６と、一次覆工区域６の後方においてインバートを設置するインバート工区域８と、インバート工区域８の後方においてズリ出しを行うズリ出し工区域９とに区画される。また、本発明のトンネル掘削システム１は、地盤を円環断面状に掘削する円筒状の掘削装置１０と、掘削装置の内部空間内に配置された掘削用重機としてのブレーカ６２と、掘削装置１０の後方に接続され、後方に向かって延びる架台７０と、架台７０に沿って設けられた掘削土搬出機構１６を構成する複数のベルトコンベア８２からなるコンベア群８０とを備える。架台７０は、車輪７１を備え、先端が掘削装置１０に連結されている。また、コンベア群８０は架台７０に支持されている。このため、掘削装置１０が進行すると、架台７０及びコンベア群８０も掘削装置１０とともに進行する。
【００１４】
図２乃至図８は、本実施形態のトンネル掘削システムにおいて地盤の掘削に用いられる掘削装置１０を示し、図２は分解斜視図、図３は長手方向鉛直断面図、図４は図６におけるＩＶ−ＩＶ断面図、図５は正面図、図６は図３におけるＶＩ−ＶＩ断面図、図７は図３におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面図、図８は図３におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。
【００１５】
図２及び図３に示すように、掘削装置１０は、円筒状の殻体１２と、殻体１２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１４と、地盤を掘削して発生した掘削土を搬出するための掘削土搬出機構１６と、掘削機構１４を推進させるための推進機構１８とを備える。
【００１６】
殻体１２は、前方から順次接続された回転部殻体２０と、第１の固定部殻体２２と、第２の固定部殻体２４と、第３の固定部殻体２６とにより構成される。
【００１７】
回転部殻体２０は、先端面を形成する円環状の先端面部２０Ａと、先端面部２０Ａの外周縁から後方に延びる円筒状の外筒体２０Ｂと、先端面部２０Ａの内周縁から後方に延びる円筒状の内筒体２０Ｃと、を有する。
【００１８】
また、第１の固定部殻体２２と、第２の固定部殻体２４と、第３の固定部殻体２６とは、それぞれ、回転部殻体２０の外筒体２０Ｂと略同径に形成された円筒状の外筒体２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂと、外筒体２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂ内に配置され、第１の固定部殻体２２の内筒体２０Ｃと略同径に形成された円筒状の内筒体２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃと、内筒体２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃと外筒体２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂを結ぶように設けられた複数の支持部材（図示せず）とにより構成される。これら殻体２０、２２、２４、２６はそれぞれ鋼材からなる。なお、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの後端は、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端との間に隙間２０Ｄが形成されるように、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端よりも前方において終端している。
【００１９】
回転部殻体２０、第１の固定部殻体２２、第２の固定部殻体２４、及び第３の固定部殻体２６を構成する内筒体２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃ、及び外筒体２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂは、後に詳述する掘削機構１４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２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃと外筒体２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂとの間に環状空間が形成される。支持部材は、棒状又は板状の鋼材からなり、外筒体２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂに作用する土圧を支持可能な本数、内筒体２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃ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２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃと外筒体２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂを結ぶように設けられている。そして、内筒体２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃと、外筒体２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂとの間の環状空間内に推進機構１８が収容されている。
【００２０】
回転部殻体２０は第１の固定部殻体２２に対して回転可能に接続されている。なお、回転部殻体２０と第１の固定部殻体２２との間に、ベアリング等を介在させることにより滑りを向上することができる。
【００２１】
また、第２の固定部殻体２４の内筒体２４Ｃ及び外筒体２４Ｂの前端部は、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃと外筒体２２Ｂの後端部の間の空間内に収容されている。かかる構成により、第２の固定部殻体２４は第１の固定部殻体２２に対して軸方向に摺動可能に接続されている。
【００２２】
これと同様に、第３の固定部殻体２６の内筒体２６Ｃ及び外筒体２６Ｂの前端部は、第２の固定部殻体２４の内筒体２６Ｃと外筒体２６Ｂの後端部の間に収容されている。かかる構成により、第３の固定部殻体２６は第２の固定部殻体２４に対して軸方向に摺動可能に接続されている。なお、第１の固定部殻体２２と第２の固定部殻体２４の接続部、及び、第２の固定部殻体２４と第３の固定部殻体２６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。
【００２３】
図２及び図３に示すように、掘削機構１４は、回転部殻体２０の先端面部２０Ａに形成された複数の削孔ビットを含むカッタ部３０と、第１の固定部殻体２２内に配置された減速機３２及びモータ３４と、を備える。
【００２４】
図２及び図５に示すように、回転部殻体２０の先端面部２０Ａには、周方向に間隔をあけて複数の開口３６が形成されており、外部と回転部殻体２０内の空間２０Ｅとがこの開口３６を通して連通している。
【００２５】
図５に示すように、カッタ部３０は、回転部殻体２０の先端面部２０Ａに周方向に間隔をあけて設けられた複数のローラービット３８と、先端面部２０Ａに形成された開口３６の縁に設けられた削孔ビット４０と、を備える。
また、図３に示すように、回転部殻体２０の後端部には、リング３３を介してピンラック３５が取り付けられている。
【００２６】
図３に示すように、第１の固定部殻体２２内に配置されたモータ３４には減速機３２が接続されており、この減速機３２にはピニオン３７が取り付けられている。そして、減速機３２に取り付けられたピニオン３７が、回転部殻体２０に取り付けられたピンラック３５と噛み合っている。これにより、モータ３４が回転すると、この回転力が減速機３２を介してトルクが増幅されて回転部殻体２０に伝達され、回転部殻体２０が中心軸を中心として第１〜第３の固定部殻体２２、２４、２６に対して回転する。
【００２７】
各ローラービット３８は、半径方向に異なる位置に配置されている。これにより、回転部殻体２０が周方向に回転した際に、各ローラービット３８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。
【００２８】
また、削孔ビット４０は、先端が鋭利なビットからなり、回転部殻体２０が回転することにより、ローラービット３８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。
【００２９】
図８に示すように、掘削土搬出機構１６は、回転部殻体２０内の空間２０Ｅを周方向に複数の室２０Ｆに分割するように回転部殻体２０の内部の空間２０Ｅに設けられた複数の板材４２と、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端部に固定され、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの後端に向かって延出するように取り付けられた閉鎖プレート４４と、地盤に向かって水を噴射するように、その噴出口が回転部殻体２０の先端面部２０Ａの表面に設けられたジェットノズル（図示せず）と、を備えている。
【００３０】
各板材４２は、先端がそれぞれ、回転部殻体２０の先端面部２０Ａの削孔ビット４０が取り付けられた箇所の裏面に接続されており、後方に向かって回転部殻体２０の周方向に傾斜するように設けられている。なお、本実施形態では、板材４２は、後方に向かって回転部殻体２０の周方向に傾斜するように設けられているが、これに限らず、先端面部２０Ａに対して垂直に設けてもよい。このように、回転部殻体２０内に板材４２を設けることにより、回転部殻体２０の剛性を向上することができる。
【００３１】
閉鎖プレート４４は、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの後端と、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端との間の隙間２０Ｄを、周方向に最下部から所定の高さまでの部分（本実施形態では、最下部から周方向両側にそれぞれ約１２０°の部分）を閉鎖するように設けられている。
【００３２】
図２〜図４に示すように、推進機構１８は、前方の軸方向ジャッキ５２と、後方の軸方向ジャッキ５０と、前方の径方向ジャッキ５４と、後方の径方向ジャッキ５６と、補助用の推進ジャッキ５７とにより構成される。
【００３３】
前方の軸方向ジャッキ５２は、第１の固定部殻体２２から第２の固定部殻体２４にわたって、内筒体２２Ｃ、２４Ｃと外筒体２２Ｂ、２４Ｂとの間に収容されており、先端が第１の固定部殻体２２の支持部材に固定され、後端が第２の固定部殻体２４の支持部材に固定されている。
【００３４】
後方の軸方向ジャッキ５２は、第２の固定部殻体２４から第３の固定部殻体２６にわたって、内筒体２４Ｃ、２６Ｃと外筒体２４Ｂ、２６Ｂとの間に収容されており、先端が第２の固定部殻体２４の支持部材に固定され、後端が第３の固定部殻体２６の支持部材に固定されている。
【００３５】
これら、前方の軸方向ジャッキ５２、及び、後方の軸方向ジャッキ５０は、他の部材と干渉しないように、周方向に適宜な間隔をあけて複数設置されている。
【００３６】
前方の径方向油圧ジャッキ５４は、第１の固定部殻体２２内に収容されている。第１の固定部殻体２２の外筒体２２Ｂは、前方の径方向油圧ジャッキ５４に対応した位置に開口が形成されており、前方の径方向油圧ジャッキ５４はこの開口から掘削装置１０の径方向外方に向かって突出するように伸縮可能である。
【００３７】
後方の径方向ジャッキ５６は、第３の固定部殻体２６内に収容されている。第３の固定部殻体２６の外筒体２６Ｂは、後方の径方向ジャッキ５６に対応した位置に開口が形成されており、後方の径方向ジャッキ５６はこの開口から掘削装置１０の径方向外方に向かって突出するように伸縮可能である。
【００３８】
推進ジャッキ５７は、掘削装置１０の後端部下方に配置されており、掘削装置１０の後方に向かって伸縮可能である。
なお、これら前方の軸方向ジャッキ５２、後方の軸方向ジャッキ５０、前方の径方向ジャッキ５４、後方の径方向ジャッキ５６、及び、推進ジャッキ５７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。
掘削装置１０の内側空間の後部には、架台７０が水平に保持されている。
【００３９】
また、図２及び図３に示すように、掘削システム１は、掘削土搬出機構１６として、掘削土受板１００と、ふるい機構１０２と、ホッパ１０４と、岩破砕機１０６と、コンベア群８０と、を備える。
【００４０】
掘削土受板１００は、回転部殻体２０の内側から後方に向かって水平に延びる板材である。掘削土受板１００は、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの内面の下端と等しい高さに設けられており、回転部殻体２０及び第１の固定部殻体２２の内筒体２０Ｃ、２２Ｃとの間に隙間が生じないような幅を有している。
【００４１】
ふるい機構１０２は、掘削土受板１００の後端から連続して後方に向かって水平に延びている。ふるい機構１０２は、所定の間隔で格子状あるいは平行に鋼板が配置されてなり、所定の大きさ（例えば、２５ｃｍ程度以下）の岩石及び土砂は下方に落下し、それ以上の大きさの岩石は落下させないような部材である。ふるい機構１０２の前端は掘削土受板１００の後端に連続して水平方向に延びている。なお、掘削土受板１００及びふるい機構１０２は、架台７０よりも低い高さ位置に設けられている。
【００４２】
コンベア群８０の先端のコンベア８１は、その先端がふるい機構１０２の下方に位置し、後方に向かって延びている。なお、第１の固定部殻体２２、第２の固定部殻体２４、及び第３の固定部殻体２６の内筒体２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃの下方は所定の幅にわたって切りかかれており、この切りかかれた部分にコンベア８１は配置されている。コンベア８１は後方に向かって延び、掘削装置１０の後部では斜め上方に向かって傾斜しており、後端が後方のコンベア８１の上方に位置している。なお、本発明における掘削装置の内側空間とは、内筒体２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃの内側のみならず。このように、内筒体２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃが切りかかれて装置中心に向かって開口している空間も含む。
【００４３】
ホッパ１０４は、ふるい機構１０２の直下、かつ、コンベア８１の上方に位置しており、下方に向かって断面積が狭まるような形状を有する。ふるい機構１０２を通過して落下した掘削土は、ホッパ１０４によりコンベア８１上に落下するように案内される。
【００４４】
破砕機１０６は、スクリュー形状の破砕ビットを有する２軸形式の破砕機である。このような破砕機としては、例えば、ＭＭＤ社製のサイザー等を用いることができる。破砕機１０６は前部上端がふるい機構１０２の後端に接続され、後端が架台７０の下方に位置するように、コンベア８１の直上に配置されている。また、破砕機１０６は前方に比べて後方が高い位置に位置するように、例えば、１０度程度、傾斜して設けられている。
【００４５】
以下、本実施形態のトンネル掘削システムによりトンネルを構築する方法を説明する。
本実施形態では、先行して、掘削装置１０により円環断面状に地盤７２を掘削し、後から、残された中心部の地盤７２をブレーカ６２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。
【００４６】
以下、掘削装置１０により円環断面状に地盤７２を掘削する方法を説明する。
【００４７】
まず、推進機構１８により、掘削装置１０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、回転部殻体２０を固定部殻体２２、２４、２６に対して回転させるとともに、掘削土搬出機構１６により掘削土を排出させながら行う。
【００４８】
掘削装置１０を推進させるためには、まず、後方の径方向ジャッキ５６を径方向外方に向けて伸長させて周囲の地盤を押圧する。そして、後方の径方向ジャッキ５６により周囲の地盤に反力をとった状態で、後方の軸方向ジャッキ５０を伸長させる。これにより、第３の固定部殻体２６に対して、回転部殻体２０、第１の固定部殻体２２、及び第２の固定部殻体２４が前方に押し出される。この際、回転部殻体２０が回転することにより、ローラービット３８及び削孔ビット４０により地盤が円環状に掘削される。
【００４９】
なお、この際、前方の軸方向ジャッキ５２のそれぞれを異なる長さ伸長させることにより、掘削装置１０の掘削進行方向を調整することができる。すなわち、例えば、装置上方に位置する前方の軸方向ジャッキ５２の伸長長さに比べて、装置下方に位置する前方の軸方向ジャッキ５２の伸長長さを長くすることにより、回転部殻体２０及び第１の固定部殻体２２を、第２の固定部殻体２４に対して斜め上方に向けることができる。
【００５０】
次に、前方の径方向ジャッキ５４を径方向外方に向けて伸長させて周囲の地盤を押圧する。そして、前方の径方向ジャッキ５４により周囲の地盤に反力をとった状態で、後方の軸方向ジャッキ５０を収縮させる。これにより、第１の固定部殻体２２に対して、第３の固定部殻体２６が引き寄せられる。上記の工程を繰り返すことにより、掘削装置１０を前進させることができる。
【００５１】
なお、上記の方法に限らず、推進ジャッキ５７を用いて掘削装置１０を前進させることも可能である。すなわち、まず、前方及び後方の径方向ジャッキ５４、５６を退行させる。この状態で、推進ジャッキ５７をすでに掘削が完了したトンネル内に取り付けられている内型枠等に反力を取って、伸長させる。これにより、掘削装置１０が前進する。そして、前方及び後方の径方向ジャッキ５４、５６の少なくとも一方を径方向外方に向けて伸長させて周囲の地盤を押圧する。そして、推進ジャッキ５７を退行させ、推進ジャッキ５７の後方位置において新たな内型枠の取付を行う。
上記の工程を繰り返すことによっても、掘削装置１０を推進させることができる。
【００５２】
上記の推進作業とともに、回転部殻体２０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。
【００５３】
すなわち、推進機構１８により回転部殻体２０のカッタ部３０を地盤に押し付けた状態で、掘削機構１４のモータ３４を回転させる。モータ３４の回転力は減速機３２に伝達されてトルクが増幅され、ピニオン３７及びピンラック３５を介して回転部殻体２０を回転させる。回転部殻体２０が回転すると、まず、地盤がカッタ部３０のローラービット３８により断面鋸形状に掘削され、さらに、削孔ビット４０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。
【００５４】
カッタ部３０により地盤を掘削することで生じた掘削土は、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、回転部殻体２０の先端面部２０Ａに形成された開口３６から回転部殻体２０内の室２０Ｆに収容される。そして、室２０Ｆ内に収容された掘削土は、隙間２０Ｄから掘削装置１０の内側空間（すなわち、内筒体２２Ｃの内側）へ排出される。
【００５５】
この際、閉鎖プレート４４により、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの後端と、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端との間の隙間２０Ｄを、周方向に最下部から所定の高さまでの部分が閉鎖されているため、所定の高さまで回転した室２０Ｆ内の掘削土が内筒体の内側空間へ排出される。これにより、装置内側に運ばれた掘削土が、下方にたまってしまい、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの後端と、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端との間の隙間２０Ｄを閉塞することを防止できる。
【００５６】
また、上記の掘削装置１０により地盤を円環状に掘削する作業と並行して、掘削装置１０により円環状に掘削された部分の内側の地盤７２をブレーカ６２により掘削する。
【００５７】
次に、このように地盤を掘削することにより生じた掘削土をズリ出し区域まで搬送する方法を説明する。図９は、掘削土を搬送する方法を説明するための概略図である。
【００５８】
上述の通り、カッタ部３０により円環状に地盤が掘削されると、掘削により生じた岩石等を含む掘削土１１０は、回転部殻体２０内に収容され、隙間２０Ｄの閉鎖プレートにより閉鎖されていない部分から落下して、掘削装置１０の内側空間へ排出される。
【００５９】
上述の通り、ローラービット３８が通過する軌跡が、半径方向に略等間隔（例えば、８ｃｍ程度）な同心円であるため、このように回転部殻体２０から排出された掘削土１１０の大きさは８ｃｍ程度である。そして、回転部殻体２０から排出された掘削土１１０は掘削土受板１００上に堆積し、掘削が進行するとふるい機構１０２へと送られる。
【００６０】
ふるい機構１０２へと送られた掘削土１１０の大部分は小径であるため、掘削土１１０の大部分はふるい機構１０２を通って落下し、さらにホッパ１０４により案内されてコンベア８１上に落下する。
【００６１】
このように、回転部殻体２０から排出された掘削土１１０の大部分はふるい機構１０２を通り、コンベア８１上に落下し、コンベア群８０によりズリ出し工区域まで送られる。
【００６２】
また、カッタ部３０により円環状に地盤が掘削されて残った円柱状の地盤１２０は、ブレーカ６２により破砕される。なお、このようにブレーカ６２により地盤１２０を破砕することにより生じた掘削土は１ｍ程度の径の岩石等を含む。そして、ブレーカ６２により地盤１２０を破砕することにより生じた掘削土は、破砕機１０６へと送られ、２５ｃｍ以下の径まで細かく破砕される。このようにして破砕機１０６により破砕された掘削土は、コンベア８１上に落下し、ふるい機構１０２を通りコンベア８１に落下した掘削土とともに後方へと送られる。なお、この際、ブレーカ６２により地盤１２０を破砕することにより生じた掘削土がふるい機構１０２を通してコンベア８１上に落下してもよい。
【００６３】
さらに、掘削が進行して掘削装置１０が前進すると、円柱状に残った地盤１２０の端部（後端）が破砕機１０６まで到達する。上述の通り、破砕機１６４は前端が回転部殻体２０の内筒体２０Ｃと同程度の高さであり、前方に比べて後方が高い位置に位置するように傾斜して設けられているため、円柱状の地盤１２０の端部（後端）が破砕機１０６まで到達すると、破砕機１０６により円柱状の地盤１２０の下端部が破砕され、破砕された掘削土はコンベア８１に落下する。
【００６４】
なお、回転部殻体２０から排出された掘削土１１０に大きな岩石等が含まれていた場合には、円柱状の地盤１２０を破砕して生じた掘削土とともに破砕機１６４へと送り込めばよい。
このようにしてコンベア８１上に落下した掘削土は、コンベア群８０によりズリだし区域９まで運ばれ、ダンプカー等によりトンネル外へ排出される。
【００６５】
また、上記の掘削装置１０による掘削工程と並行して、一次覆工区域６において、内型枠７４と、掘削装置１０により形成されたトンネル表面との間の空間にコンクリートを打設する。なお、内型枠７４としてはテレスコピット型のものを用いるとよい。
【００６６】
そして、一次覆工区域６の後方において、打設されたコンクリートが硬化した位置の内型枠７４を取り外し、この取り外した内型枠７４を、上記のように、掘削装置１０が進行した際に、推進ジャッキ５７と最先端の内型枠７４との間に取り付ける。
以上の工程を繰り返すことにより、トンネル表面にコンクリートを打設することができる。
【００６７】
また、上記の工程と並行して、インバート工区域８において、トンネル内にインバート９０を設置する。
上記説明した工程を行うことにより、トンネルを構築することができる。
【００６８】
本掘削システム１によりトンネルを掘削する場合には、ブレーカ６２により岩石を破砕し、後方へと搬送する工程の進行速度が、トンネル掘削の進行速度を決定することとなる。従来技術に記載した方法では、掘削装置により掘削された掘削土と、掘削用重機により掘削された掘削土とが混ざった状態で、掘削土を破砕機により破砕していたため、硬い地盤の場合に特に掘削スピードが低下していた。これに対して、本実施形態では、カッタ部３０により掘削された掘削土は、破砕機１０６を通すことなく、ふるい機構１０２を通してコンベア８１に落下させている。このため、破砕機１０６を通過させる掘削土の量が減り、トンネル掘削のスピードが低下することを防止できる。
【００６９】
さらに、従来技術に記載した方法では、カッタ部３０により掘削された掘削土を破砕機まで送り込む必要があるため、円柱状に残った地盤を破砕するためのブレーカに加えて、掘削土を破砕機に送り込むためのバックホーを設けていたが、本実施形態では、カッタ部３０により掘削された掘削土を破砕機まで送り込む必要がないため、バックホーを設ける必要がない。このため、広い作業空間を確保することができ、また、コストを低減することができる。
【００７０】
また、本実施形態では、破砕機１０６の前方にふるい機構１０２が設けられているため、回転部殻体２０の隙間２０Ｄから排出された掘削土は、まずふるい機構１０２に到達する。このため、回転部殻体２０の隙間２０Ｄから排出された掘削土の大部分を確実にふるい機構１０２に送りこむことができる。
【００７１】
また、本実施形態では、破砕機１０６は前方に比べて後方が高い位置に位置するように傾斜して設けられているため、円柱状の地盤１２０が破砕機１０６まで到達すると、円柱状の地盤１２０の下端部が破砕機１０６により破砕される。これにより、円柱状の地盤１２０の掘削及び破砕時間を低減することができる。
【００７２】
なお、本実施形態では、掘削装置の内側に配置する掘削装置として、ブレーカを用いているが、地盤を掘削可能な重機であれば、これに限られない。
【符号の説明】
【００７３】
１  トンネル掘削システム
４  トンネル掘削区域
６  一次覆工区域
８  インバート工区域
９  ズリ出し工区域
１０  掘削装置
１２  殻体
１４  掘削機構
１６  掘削土搬出機構
１８  推進機構
２０  回転部殻体
２０Ａ  先端面部
２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂ  外筒体
２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃ  内筒体
２０Ｄ  隙間
２０Ｅ  空間
２０Ｆ  室
２２  第１の固定部殻体
２４  第２の固定部殻体
２６  第３の固定部殻体
３０  カッタ部
３２  減速機
３３  リング
３４  モータ
３５  ピンラック
３６  開口
３８  ローラービット
４０  削孔ビット
４２  板材
４４  閉鎖プレート
５０  後方の軸方向ジャッキ
５２  前方の軸方向ジャッキ
５４  前方の径方向ジャッキ
５６  後方の径方向ジャッキ
５７  推進ジャッキ
６２  ブレーカ
７０  架台
８０  コンベア群
８２  コンベア
９０  インバート
１００  掘削土受板
１０２  ふるい機構
１０４  ホッパ
１０６  破砕機
１１０  掘削土
１２０  地盤
【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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