(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に水平にトンネルを掘削するための円柱状又は円筒状のトンネル掘削装置であって、
前記トンネル掘削装置の中心軸周りに回転することにより地盤を掘削するカッタヘッドを先端部に備え、
前記カッタヘッドは、
平面状の先端面に設けられた掘削ビットと、
前記先端面から突出するように設けられ、前記カッタヘッドが回転する際に、前記掘削ビットが地盤を削り発生した土砂が前記先端面を覆うように、前記土砂を保持する突状部と、を備えることを特徴とするトンネル掘削装置。
【請求項２】
前記突状部は、径方向に延びるように設けられた突状リブからなる、請求項１記載のトンネル掘削装置。
【請求項３】
前記トンネル掘削装置は円筒状であり、
前記カッタヘッドは円環状である、請求項１又は２記載のトンネル掘削装置。
【請求項４】
前記突状部の前記先端面からの高さが、前記掘削ビットの前記先端面からの高さよりも低い、請求項１記載のトンネル掘削装置。
【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装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地盤にトンネルを掘削する方法として、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。
【０００３】
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掘削装置として、装置前方に複数の掘削ビットが取り付けられた円環状のカッタヘッドを備え、このカッタヘッドを地盤に押し付けながら回転させることにより、地盤を円環状に掘削する装置を提案している（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【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】
【０００５】
ここで、上記のような掘削装置において、カッタヘッドは常時地盤に押圧した状態で、１分間３回転程度の速さで回転される。このため、特に岩盤などの硬質の地盤を掘削する際には、カッタヘッドが地盤、特に固い岩盤や岩石との摩擦によってすり減り、穴が開いてしまうことがある。このように、カッタヘッドに穴が開いてしまうと掘削作業に必要な強度を保持できなくなるため、掘削作業を一端停止してカッタヘッドを補修する必要があり、掘削作業の遅延を招いてしまう。
【０００６】
このようなカッタヘッドの破損を防止するため、カッタヘッドを構成する鋼板の厚さを厚くしたり、カッタヘッドの材料を耐摩擦性の高いものに変更したりすることが考えられる。しかしながら、これら方法ではカッタヘッドの製造費用が高額になってしまうという問題がある。
【０００７】
本願発明は、上記問題に鑑みなされたものであり、その目的は、カッタヘッドを地盤に押し付けながら回転させることにより地盤を掘削する装置において、カッタヘッドの損傷を低コストで防止することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の掘削装置は、地盤にトンネルを掘削するための円柱状又は円筒状のトンネル掘削装置であって、トンネル掘削装置の中心軸周りに回転することにより地盤を掘削するカッタヘッドを先端部に備え、カッタヘッドは、平面状の先端面に設けられた掘削ビットと、先端面から突出するように設けられ、カッタヘッドが回転する際に、掘削ビットが地盤を削り発生した土砂が先端面を覆うように、土砂を保持する突状部と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
上記構成の本発明によれば、カッタヘッドの先端面が平面状であり、カッタヘッドの先端面に設けられた突状部により土砂が先端面を覆うため、岩盤や岩石が直接カッタヘッドの先端面に衝突することを防止し、これにより、カッタヘッドの損傷を防止できる。また、本発明は、突状部を設けるだけでよいので、コストを抑えることができる。
【００１０】
また、本発明において、好ましくは、突状部は、径方向に延びるように設けられた突状リブからなる。
【００１１】
このような構成の本発明によれば、突状リブが径方向に延びるように、すなわち、カッタヘッドの回転方向を横切るように設けられているため、カッタヘッドが回転しても土砂を確実に保持することができる。
【００１２】
また、本発明において、好ましくは、トンネル掘削装置は円筒状であり、カッタヘッドは円環状である。
また、本発明において、好ましくは、突状リブの先端面からの高さが、掘削ビットの先端面からの高さよりも低い。
【発明の効果】
【００１３】
本願発明によれば、カッタヘッドを地盤に押し付けながら回転させることにより地盤を掘削する装置において、カッタヘッドの損傷を低コストで防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態による掘削装置を示す斜視図である。
【図２】図１に示す掘削装置の長手方向鉛直断面図である。
【図３】図７におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図４】図１に示す掘削装置の正面図である。
【図５】図４におけるＶ−Ｖ断面図である。
【図６】図１に示す掘削装置のカッタ部の拡大斜視図である。
【図７】図２におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。
【図８】図２におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図である。
【図９】図２におけるＩＸ−ＩＸ断面図である。
【図１０】地盤掘削時における図４におけるＶ−Ｖ断面図である。
【図１１】図１に示す掘削装置における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】
【００１５】
以下、本発明のトンネル掘削装置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。
【００１６】
図１乃至図９は、本実施形態の掘削装置１０を示し、図１は斜視図、図２は長手方向鉛直断面図、図３は図７におけるＩＩＩ−ＩＩＩ断面図、図４は正面図、図５は図４におけるＶ−Ｖ断面図、図６はカッタ部の拡大斜視図、図７は図２におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面図、図８は図２におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ断面図、図９は図２におけるＩＸ−ＩＸ断面図である。
【００１７】
図１及び図２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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
図２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掘削ビットを含むカッタ部（カッタヘッド）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。
【００２６】
図２及び図４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。
【００２７】
図４に示すように、カッタ部３０は、回転部殻体２０の平面状の先端面部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の縁に設けられた板状の削孔ビット４０と、回転部殻体２０の先端面部２０Ａに取り付けられた突状リブ３９と、を備える。
【００２８】
突状リブ３９は、例えば、例えば、ＳＳ４００（旧ＪＩＳ規格ＳＳ４１）などの鋼材の角棒からなる。図４乃至図６に示すように、突状リブ３９は、回転部殻体２０の先端面部２０Ａに略径方向に内縁から外縁まで延び、さらに、回転部殻体２０の側面の前方部を軸方向に延びるように設けられている。そして、この突状リブ３９は、後に詳述するように、掘削により発生した土砂を回転部殻体２０の先端面部２０Ａの表面を覆った状態で保持する。
【００２９】
本実施形態では、突状リブ３９は、幅３０ｍｍかつ高さ３０ｍｍの角棒からなり、周方向に隣接する突状リブ３９の間隔が２００ｍｍ程度となるように回転部殻体２０の先端面部２０Ａに取り付けられている。また、これら突状リブ３９は、回転部殻体２０の回転方向（周方向）を横切るように取り付けられている。土砂を回転部殻体２０の先端面部２０Ａの表面を覆った状態で保持するためには、突状リブ３９の径方向に対する角度は３０°が以下であることが好ましい。すなわち、突状リブ３９の回転方向（周方向）に対する角度は６０°〜１２０°であることが好ましい。なお、本実施形態では、一部の突状リブ３９はローラービット３８の回転方向と垂直な方向に延びており、他の突状リブ３９は、削孔ビット４０と平行に延びている。
【００３０】
なお、突状リブ３９の先端面部２０Ａからの高さは、ローラービット３８の高さよりも低く、かつ、削孔ビット４０の高さよりも低い。これは、突状リブ３９の先端面部２０Ａからの高さが、ローラービット３８及び削孔ビット４０よりも高い場合には、掘削対象の地盤に突状リブ３９が当たってしまい、これらビットにより地盤を掘削することができないからである。なお、一般的にローラービット３８及び削孔ビット４０の高さは５０ｍｍ程度であるので、突状リブ３９の高さは５０ｍｍ以下である必要がある。また、回転部殻体２０の先端面部２０Ａの表面に、回転部殻体２０を保護するのに十分な厚さの土砂を保持するように、突状リブ３９の高さは１０ｍｍ以上であることが好ましい。
【００３１】
また、図２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。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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
図９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。
【００３５】
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、先端面部２０Ａに対して垂直に設けられている。なお、なお、本実施形態では、板材４２は先端面部２０Ａに対して垂直に設けられているが、これに限らず、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。
【００３６】
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。
【００３７】
図２、図３、図７、図８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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
前方の径方向ジャッキ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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
また、図２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８１と、を備える。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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を掘削し、後から、残された中心部の地盤をブレーカ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。
【００５１】
以下、掘削装置１０により円環断面状に地盤を掘削する方法を説明する。
地盤を掘削する際には、推進機構１８により掘削装置１０を推進させながら、回転部殻体２０を固定部殻体２２、２４、２６に対して回転させ、さらに、掘削土搬出機構１６により掘削土を排出させながら行う。
【００５２】
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を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することができる。
【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】
上述の通り、本実施形態では、回転部殻体２０の先端面部２０Ａに、突状リブ３９が周方向に延びるように設けられている。そして、回転部殻体２０が前方に押圧されているため、回転部殻体２０が回転することにより地盤が掘削されて発生した掘削土８２は、図１０に示すように突状リブ３９の間に入り込む。そして、このように突状リブ３９の間に入り込んだ掘削土８２は、回転部殻体２０が回転しても、先端面部２０Ａを覆った状態で突状リブ３９により保持され、回転部殻体２０とともに回転する。
【００５５】
ここで、カッタ部３０は地盤に向けて加圧されているため、特に強固な岩盤を掘削する場合に、岩盤が回転部殻体２０の先端面部２０Ａに接触するおそれがある。また、回転部殻体２０が回転することにより発生した掘削土には、ローラービット３８や削孔ビット４０により破砕されなかった岩石が含まれていることがある。このような岩石が回転部殻体２０の先端面部２０Ａに衝突すると、先端面部２０Ａを破損するおそれがある。
【００５６】
しかしながら、本実施形態では、回転部殻体２０の先端面部２０Ａに突状リブ３９が取り付けられているため、岩盤や掘削により生じた岩石は突状リブ３９に保持された土砂８２に接触することとなる。これにより、岩盤や岩石が先端面部２０Ａに直接衝突し、カッタ部３０が破損することを防止できる。
【００５７】
なお、回転部殻体２０が回転させて地盤を掘削する際、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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
上記の推進作業及び掘削作業とともに、掘削装置１０による掘削作業により生じた掘削土を装置後方へと送る。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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をブレーカ６２により掘削する。
【００６４】
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装置工法へ搬送する方法を説明する。図１１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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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８１により装置後方に運ばれる。
【００６９】
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。
【００７０】
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１０６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。
【００７１】
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１０６へと送り込めばよい。
【００７２】
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８１により装置後方に運ばれ、ダンプカー等によりトンネル外へ排出される。
【００７３】
本実施形態によれば、回転部殻体２０の先端面部２０Ａが平面状であり、回転部殻体２０の先端面部２０Ａに突状リブ３９が設けられているため、掘削作業により発生した土砂が回転部殻体２０の先端面部２０Ａを覆った状態で保持される。これにより、岩盤や掘削作業により生じた岩石がカッタ部３０（先端面部２０Ａ）に直接衝突し、カッタ部３０を破損することを防止できる。そして、本実施形態によれば、回転部殻体２０の先端面部２０Ａの厚さを厚くしたり、材料を強度の高いものに変更したりすることなく、突状リブ３９を設けるのみで岩盤や岩石の衝突を防止できるため、低コストでカッタ部３０の破損を防止できる。
【００７４】
また、本実施形態では、突状リブ３９が径方向に延びるように、すなわち、カッタ部の回転方向を横切るように設けられているため、カッタ部３０が回転しても土砂を確実に保持することができる。
【００７５】
なお、本実施形態では、突状リブ３９を真っ直ぐに径方向に延びるように設けることとしたが、これに限らず、カッタ部３０が回転した場合に土砂を確実に保持できれば、くの字形や湾曲形状としてもよい。
【００７６】
また、本実施形態では、先端面部２０Ａにリブ状の突状部を設けることとしたが、本発明はこれに限られない。例えば、複数の矩形状等の突起部を設けることによっても、先端面部を覆った状態で土砂を保持することができる。
【００７７】
また、本実施形態では、円環状のカッタヘッドを備えた円筒状の掘削装置について説明したが、これに限らず、円形のカッタヘッドを備えた円柱状の掘削装置にも本発明を適用できる。
【符号の説明】
【００７８】
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
３９  突状リブ
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
８１  コンベア
８２  掘削土（土砂）
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
【要約】
【課題】カッタヘッドを地盤に押し付けながら回転させることにより地盤を掘削する装置において、カッタヘッドの損傷を低コストで防止する。
【解決手段】地盤にトンネルを掘削するための円柱状又は円筒状のトンネル掘削装置は、トンネル掘削装置の中心軸周りに回転することにより地盤を掘削するカッタ部３０を先端部に備え、カッタ部３０は、平面状の先端面部２０Ａに設けられたローラービット３８及び削孔ビット４０と、先端面部２０Ａから突出するように設けられ、カッタ部３０が回転する際に、ローラービット３８及び削孔ビット４０が地盤を削り発生した土砂が先端面部２０Ａを覆うように、土砂を保持する突状リブ３９と、を備える。
【選択図】図６【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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