(57)【要約】【課題】トンネル掘削機において、トンネル掘削作業中に旋回部材に摩耗や損傷が発生しても、安定したトンネル掘削作業を可能とする。【解決手段】カッタヘッド１９の後部にチャンバ２８内の掘削土砂を攪拌する複数の旋回式攪拌翼３１を固定すると共に、カッタヘッド１９内に複数の補助攪拌翼３３を収納し、必要時にチャンバ２８に対して突出可能に装着している。【選択図】　　　　図１
2004068509.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状をなして前部にチャンバを有する掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドから前記チャンバに突出可能に装着された旋回部材と、前記チャンバ内の土砂を排出する排土手段とを具えたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
請求項１において、前記旋回部材は前記カッタヘッドの径方向に沿って収納され、前記チャンバに向けて掘削方向後方に突出可能であることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項３】
請求項１または２において、前記旋回部材は前記カッタヘッドに回動自在に支持され、駆動手段により前記カッタヘッド内の収納位置と前記チャンバへの突出位置に回動可能であることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項４】
請求項１または２において、前記旋回部材は前記カッタヘッドに設けられたガイド溝に沿って移動自在に支持され、駆動手段により前記カッタヘッド内の収納位置と前記チャンバへの突出位置に移動可能であることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項５】
請求項１において、前記掘削機本体の前部に前方から延出された貫入リングを受け止める受圧リングが設けられ、前記旋回部材は該受圧リングの受圧面に対向する位置に突出可能であることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項６】
請求項５において、前記受圧リングは外周側が厚くなるように前部に傾斜面が形成され、前記旋回部材は先端部に前記受圧リングの傾斜面と平行な傾斜面が形成されたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項７】
カッタヘッドを回転しながら掘削機本体を前進することで、前方の地盤を掘削して土砂をチャンバに取り込み、前記カッタヘッドの回転に伴って移動する旋回部材により前記チャンバの土砂を攪拌しながらトンネル外部に排土してトンネルを形成するトンネル掘削工法において、前記旋回部材が磨耗して攪拌能力が低下したときには、前記カッタヘッドに収納した補助旋回部材を前記チャンバに突出することを特徴とするトンネル掘削工法。
【請求項８】
第１及び第２トンネル掘削機を互いに接近する方向に掘進させ、各トンネル掘削機の前端部が所定位置まで接近したとき、前記第２トンネル掘削機から貫入リングを前方移動する一方、前記第１トンネル掘削機の受圧リングが該貫入リングの先端部を受け止めることで、前記第１及び第２トンネル掘削機を接合して連続したトンネルを掘削するトンネル掘削工法において、前記受圧リングが前記貫入リングを受け止める前に、前記カッタヘッドに収納した補助旋回部材を前記受圧リングの受圧面に対して突出し、該カッタヘッドを回転することで該補助旋回部材により前記受圧面の近傍にある土砂を除去することを特徴とするトンネル掘削工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤を掘削してトンネルを構築するトンネル掘削機及び掘削工法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、土圧式トンネル掘削機は、円筒形状をなす掘削機本体の前部にカッタヘッドが回転自在に装着され、このカッタヘッドが駆動装置により駆動回転可能に支持されると共に、掘削土砂を排出するスクリューコンベヤが配設される一方、後部に掘削機本体を前進させる多数のシールドジャッキと、既設トンネルの内壁面にセグメントを組み付けるエレクタ装置が装着されて構成されている。従って、カッタヘッドを回転しながらシールドジャッキを伸長させると、既設セグメントからの反力を得て掘削機本体が前進することで、カッタヘッドが前方の地盤を掘削してスクリューコンベヤにより掘削土砂が外部に排出されると共に、エレクタ装置が既設トンネルの内壁面にセグメントを組み付けてトンネルを構築する。
【０００３】
このような土圧式トンネル掘削機によるトンネル掘削作業にあっては、カッタヘッドの前方の切羽と掘削機本体のバルクヘッドとの間に掘削土砂を充満、加圧して切羽を安定させるために、掘削機が推進量に見合う土砂量を排土している。この場合、切羽とバルクヘッドとの間の掘削土砂の塑性流動化を促進するために、掘削土砂に対して添加剤を注入する注入装置を設けると共に、カッタヘッド及びバルクヘッドにチャンバ側に突出する複数の攪拌翼を設けている。従って、掘削作業中に、注入装置から掘削土砂に添加剤を注入し、カッタヘッドと共に旋回する各攪拌翼により掘削土砂とこの添加剤を混練し、排土が安定して円滑に行われるようにしている。
【０００４】
また、２台のトンネル掘削機を互いに接近する方向に掘進させ、互いの前端部が所定位置まで接近したとき、一方のトンネル掘削機から貫入リングを押し、他方のトンネル掘削機の受圧リングがこの貫入リングを受け止めることで、２台のトンネル掘削機を接合して連続した長距離トンネルを構築する工法がある。このトンネル掘削工法で用いられるトンネル掘削機でも、上述した攪拌翼が設けられており、この攪拌翼によりチャンバの掘削土砂を攪拌すると共に、受圧リングの受圧面の周辺にある土砂を除去するようにしている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来のトンネル掘削機では、カッタヘッドの後部に複数の攪拌翼が固定されており、トンネル掘削作業時に、この攪拌翼によりチャンバにおける掘削土砂の攪拌や受圧リング周辺における土砂の除去を行っている。ところが、攪拌翼はチャンバに充満した掘削土砂内を移動することから、長期の使用により攪拌翼が磨耗したり破損したりすることがある。この攪拌翼に磨耗や破損などが発生すると、チャンバにおける掘削土砂の攪拌が不十分となって排土を適正に行うことができなくなったり、受圧リング周辺の土砂が除去されずに２台のトンネル掘削機を適正に接合するできなくなったり、トンネル掘削作業を安定して行うことができないという問題がある。
【０００６】
本発明はこのような問題を解決するものであって、トンネル掘削作業中に旋回部材に摩耗や損傷が発生しても、安定したトンネル掘削作業を可能としたトンネル掘削機及び掘削工法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するための請求項１の発明のトンネル掘削機は、筒状をなして前部にチャンバを有する掘削機本体と、該掘削機本体を前進させる推進ジャッキと、前記掘削機本体の前部に駆動回転可能に装着されたカッタヘッドと、該カッタヘッドから前記チャンバに突出可能に装着された旋回部材と、前記チャンバ内の土砂を排出する排土手段とを具えたことを特徴とするものである。
【０００８】
請求項２の発明のトンネル掘削機では、前記旋回部材は前記カッタヘッドの径方向に沿って収納され、前記チャンバに向けて掘削方向後方に突出可能であることを特徴としている。
【０００９】
請求項３の発明のトンネル掘削機では、前記旋回部材は前記カッタヘッドに回動自在に支持され、駆動手段により前記カッタヘッド内の収納位置と前記チャンバへの突出位置に回動可能であることを特徴としている。
【００１０】
請求項４の発明のトンネル掘削機では、前記旋回部材は前記カッタヘッドに設けられたガイド溝に沿って移動自在に支持され、駆動手段により前記カッタヘッド内の収納位置と前記チャンバへの突出位置に移動可能であることを特徴としている。
【００１１】
請求項５の発明のトンネル掘削機では、前記掘削機本体の前部に前方から延出された貫入リングを受け止める受圧リングが設けられ、前記旋回部材は該受圧リングの受圧面に対向する位置に突出可能であることを特徴としている。
【００１２】
請求項６の発明のトンネル掘削機では、前記受圧リングは外周側が厚くなるように前部に傾斜面が形成され、前記旋回部材は先端部に前記受圧リングの傾斜面と平行な傾斜面が形成されたことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項７の発明のトンネル掘削工法は、カッタヘッドを回転しながら掘削機本体を前進することで、前方の地盤を掘削して土砂をチャンバに取り込み、前記カッタヘッドの回転に伴って移動する旋回部材により前記チャンバの土砂を攪拌しながらトンネル外部に排土してトンネルを形成するトンネル掘削工法において、前記旋回部材が磨耗して攪拌能力が低下したときには、前記カッタヘッドに収納した補助旋回部材を前記チャンバに突出することを特徴とするものである。
【００１４】
請求項８の発明のトンネル掘削工法は、第１及び第２トンネル掘削機を互いに接近する方向に掘進させ、各トンネル掘削機の前端部が所定位置まで接近したとき、前記第２トンネル掘削機から貫入リングを前方移動する一方、前記第１トンネル掘削機の受圧リングが該貫入リングの先端部を受け止めることで、前記第１及び第２トンネル掘削機を接合して連続したトンネルを掘削するトンネル掘削工法において、前記受圧リングが前記貫入リングを受け止める前に、前記カッタヘッドに収納した補助旋回部材を前記受圧リングの受圧面に対して突出し、該カッタヘッドを回転することで該補助旋回部材により前記受圧面の近傍にある土砂を除去することを特徴とするものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１に本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機の概略断面、図２に本実施形態のトンネル掘削機に適用された補助攪拌翼の収納状態及び突出状態を表す概略断面を示す。
【００１７】
本実施形態の土圧式トンネル掘削機において、図１に示すように、掘削機本体１１は円筒形状をなし、ほぼ同径の前胴１２と後胴１３が球面軸受１４及び回動軸１５を介して屈曲自在に連結されて構成されている。そして、前胴１２と後胴１３との間には複数の中折ジャッキ１６が架設されており、この中折ジャッキ１６の伸縮動作により掘削機本体１１の掘進方向を変更することができる。前胴１２の前部には回転体１７が回転自在に支持され、この回転体１７に複数の連結ビーム１８を介してカッタヘッド１９が装着されている。このカッタヘッド１９は放射状をなす複数のスポーク２０を有し、各スポーク２０の両側に多数のカッタビット２１が固定されると共に、スポーク２０の外周端部にコピーカッタ２２が油圧ジャッキ２３により出没自在となっている。
【００１８】
そして、カッタヘッド１９の後部にはリングギア２４が固定される一方、前胴１２には複数のカッタ旋回モータ２５が取付けられ、この駆動モータ２５の駆動ギア２６がリングギア２４に噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ２５を駆動すると、駆動ギア２６がリングギア２４を介してカッタヘッド１９を回転し、カッタビット２１により前方の地盤を掘削することができ、カッタヘッド１９の所定の回転角度位置で油圧ジャッキ２３を伸長してコピーカッタ２２を突出することで、カッタヘッド１９より外方の地盤を掘削することができる。
【００１９】
前胴１２にはカッタヘッド１９の後方に位置してバルクヘッド２７が取付けられることで、カッタヘッド１９とこのバルクヘッド２７との間にチャンバ２８が形成されている。そして、掘削機本体１１内にはスクリューコンベヤ２９が前傾姿勢で配設されており、このスクリューコンベヤ２９の前端部がバルクヘッド２７を貫通してチャンバ２８に位置している。また、バルクヘッド２７の中心部にはロータリジョイント３０が装着されており、このロータリジョイント３０を通して掘削機本体１１側とカッタヘッド１９側との電気配線や油圧ホース等の連絡がなされている。
【００２０】
そして、カッタヘッド１９の後部には複数の旋回式攪拌翼３１が固定される一方、バルクヘッド２７の前部には複数の固定式攪拌翼３２が固定されており、カッタヘッド１９の旋回時に、チャンバ２８内の掘削土砂をこの各攪拌翼３１，３２により攪拌することができる。また、カッタヘッド１９には、複数の補助攪拌翼（旋回部材、補助旋回部材）３３がチャンバ２８に対して突出可能に装着されている。
【００２１】
即ち、図２（ａ）に詳細に示すように、中空形状をなすスポーク２０内には、外周側に位置して補助攪拌翼３３がカッタヘッド１９の径方向に沿って配設され、基端部がスポーク２０の固定された取付ブラケット３４に支持軸３５により回動自在に取付けられ、この基端部に連結ブラケット３６が固定されている。また、中空形状をなすスポーク２０内には、補助攪拌翼３３より内周側に位置して攪拌翼駆動ジャッキ（駆動手段）３７がカッタヘッド１９の径方向に沿って配設され、基端部がスポーク２０の固定された取付ブラケット３８に支持軸３９により回動自在に取付けられている。そして、攪拌翼駆動ジャッキ３７の駆動ロッド４０の先端部が連結ブラケット３６に連結軸４１により連結されている。一方、カッタヘッド１９の後面には補助攪拌翼３３に対応して開口部４２が形成されている。
【００２２】
従って、攪拌翼３１に摩耗や破損が生じていないとき、補助攪拌翼３３はカッタヘッド１９の径方向に沿ったカッタヘッド１９内の収納位置に位置しており、攪拌翼３１に摩耗や破損が生じたときは、攪拌翼駆動ジャッキ３７を駆動して駆動ロッド４０を伸長すると、図２（ｂ）に示すように、補助攪拌翼３３が回動して開口部４２からチャンバ２８に向けて掘削方向後方に突出することとなり、この補助攪拌翼３３をチャンバ２８への突出位置に保持することができる。
【００２３】
一方、後胴１３には周方向に沿って複数のシールドジャッキ４３が周方向に沿って並設されており、このシールドジャッキ４３を掘進方向後方に伸長してスプレッダ４４を既設セグメントＳに押し付けることで、その反力により掘削機本体１１を前進することができる。また、後胴１３の後端部にはセグメントＳをリング状に組立てる図示しないエレクタ装置４５が装着されている。
【００２４】
ここで、上述した実施形態のトンネル掘削機によるトンネル掘削作業について説明する。図１に示すように、まず、カッタ旋回モータ２５によってカッタヘッド１９を回転しながら、シールドジャッキ４３を伸長して既設セグメントＳから掘削反力を得て掘削機本体１１を前進させる。すると、回転するカッタヘッド１９の多数のカッタビット２１が前方の地盤を掘削してトンネルを形成する。
【００２５】
そして、カッタヘッド１９の地盤掘削により発生した土砂はチャンバ２８に取り込まれ、カッタヘッド１９の回転に伴って移動する各翼３１，３２により土砂が攪拌され、図示しない噴射孔から吐出された加泥材と適正に混練することで、チャンバ２８内での掘削土砂の塑性流動化が促進され、スクリューコンベヤ２９により適正に排土することができる。この場合、カッタヘッド１９による掘削量に見合う土砂量をスクリューコンベヤ２９により排土することで、チャンバ２８内に掘削土砂を充満、加圧して切羽を安定させることができる。
【００２６】
このようなトンネル掘削作業を長期間にわたって行うと、旋回式攪拌翼３１がチャンバ２８に充満した掘削土砂内を移動することから、この旋回式攪拌翼３１に磨耗や破損が発生するため、このときには、カッタヘッド１９の収納位置にある複数の補助攪拌翼３３をチャンバ２８に向けて突出する。即ち、図２（ｂ）に示すように、攪拌翼駆動ジャッキ３７を伸長駆動して補助攪拌翼３３をほぼ９０度回動することで、収納位置にあった補助攪拌翼３３をチャンバ２８への突出位置に移動し、この補助攪拌翼３３を用いて掘削土砂の攪拌や加泥材との混練を行う。
【００２７】
このように第１実施形態のトンネル掘削機にあっては、カッタヘッド１９の後部にチャンバ２８内の掘削土砂を攪拌する複数の旋回式攪拌翼３１を固定すると共に、カッタヘッド１９内に複数の補助攪拌翼３３を収納し、必要時に攪拌翼駆動ジャッキ３７によりチャンバ２８に突出可能に装着している。
【００２８】
従って、トンネル掘削作業を長期間にわたり行って旋回式攪拌翼３１に磨耗や破損が発生したときには、カッタヘッド１９の収納位置にある補助攪拌翼３３を攪拌翼駆動ジャッキ３７によりチャンバ２８に突出し、この補助攪拌翼３３により掘削土砂の攪拌や加泥材との混練を行うことができ、常時、チャンバ２８における掘削土砂の攪拌を確実に行い、排土を適正に行うことでトンネル掘削作業を安定して行うことができる。
【００２９】
また、補助攪拌翼３３は、スポーク２０内にカッタヘッド１９の径方向に沿って収納されており、中空形状であるスポーク２０を補助攪拌翼３３の収納箇所として用いることで、カッタヘッド１９を厚く形成する必要がなく、装置の大型化を防止することができる。
【００３０】
図３に本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機に適用された補助攪拌翼の収納状態及び突出状態を表す概略断面、図４に本発明の第３実施形態に係るトンネル掘削機の概略断面、図５に第３実施形態のトンネル掘削機の接合状態を表す概略断面を示す。なお、前述した実施形態で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３１】
第２実施形態のトンネル掘削機において、図３（ａ）に示すように、カッタヘッド１９を構成するスポーク２０内には、外周側に位置して左右一対のガイド溝５１を有するガイドプレート５２が固定されており、このガイド溝５１は先端部が湾曲して後方のチャンバ２８に開口している。補助攪拌翼５３は基端部に複数（本実施形態では２つ）のリンク５４が回動自在に連結され、補助攪拌翼５３及び各リンク５４の固定された各ガイドピン５５，５６がガイド溝５１に移動自在に嵌合している。また、このスポーク２０内には、補助攪拌翼５３より内周側に位置して攪拌翼駆動ジャッキ（駆動手段）５７がカッタヘッド１９の径方向に沿って装着され、駆動ロッド５８の先端部がリンク５４に連結されている。
【００３２】
従って、攪拌翼３１に摩耗や破損が生じていないとき、補助攪拌翼５３はカッタヘッド１９の径方向に沿ったカッタヘッド１９内の収納位置に位置しており、攪拌翼３１に摩耗や破損が生じたときは、攪拌翼駆動ジャッキ５７を駆動して駆動ロッド５８を伸長すると、図３（ｂ）に示すように、補助攪拌翼５３及びリンク５４のガイドピン５５，５６がガイド溝５１に沿って回動し、補助攪拌翼５３が開口部４２からチャンバ２８に向けて掘削方向後方に突出することとなり、この補助攪拌翼５３をチャンバへ２８の突出位置に保持することができる。
【００３３】
このように第２実施形態のトンネル掘削機にあっては、カッタヘッド１９の後部にチャンバ２８内の掘削土砂を攪拌する複数の旋回式攪拌翼３１を固定すると共に、カッタヘッド１９内に複数の補助攪拌翼５３を収納し、必要時に攪拌翼駆動ジャッキ５７によりガイド溝５１に沿って移動してチャンバ２８に突出可能に装着している。従って、旋回式攪拌翼３１に磨耗や破損が発生したときに、補助攪拌翼５３を軸方向に移動してチャンバ２８に移動するため、チャンバ２８に充満した掘削土砂に対して補助攪拌翼５３を小さい力で突出することができ、攪拌翼駆動ジャッキ５７の省力化を可能として装置を小型化することができる。
【００３４】
また、第３実施形態では、図４及び図５に示すように、本実施形態では、２台の第１及び第２トンネル掘削機６０，１００によって互いに逆方向から掘削を行い、これらのトンネル掘削機６０，１００の前端部を接合して連続したトンネルを掘削するようにしているる。
【００３５】
第１トンネル掘削機６０において、掘削機本体６１は円筒形状をなし、ほぼ同径の前胴６２と後胴６３が軸受６４によって屈曲自在に連結されて構成されている。そして、前胴６２と後胴６３との間には複数の中折ジャッキ６５が架設されており、この中折ジャッキ６５の伸縮動作により掘削機本体６１の掘進方向を変更することができる。前胴６２の前部にはバルクヘッド６６が形成されており、このバルクヘッド６６には掘削機本体６１の中心に位置して支持体６７が装着されており、この支持体６７にカッタヘッド６８が回転自在に支持されている。
【００３６】
このカッタヘッド６８は放射状をなす４本のスポーク６９を有しており、先端部にカッタスポーク伸縮ジャッキ７０により移動スポーク７１が伸縮可能に支持されており、この移動スポーク７１の係止ピン７２が外周リング７３に係脱可能となっている。そして、各スポーク６９に多数のカッタビット７４が固定されている。なお、２つの移動スポーク７１の係止ピン７２には出没可能なコピーカッタ７５が内蔵されている。
【００３７】
このカッタヘッド６８の後部にはリングギア７６が固定される一方、前胴６２には複数のカッタ旋回モータ７７が取付けられ、駆動ギア７８がリングギア７６に噛み合っている。従って、カッタ旋回モータ７７を駆動すると、駆動ギア７８がリングギア７６を介してカッタヘッド６８を回転し、前方の地盤を掘削することができる。また、カッタスポーク伸縮ジャッキ７０を伸縮して移動スポーク７１を移動することでトンネル掘進径を変更可能であり、このとき、移動スポーク７１と外周リング７３とを係脱することができる。
【００３８】
前胴６２にはカッタヘッド６８とこのバルクヘッド６６との間にチャンバ７９が形成されており、このチャンバ７９の上部には一端が機外に延設された送泥管８０の他端が開口し、下部には一端が機外に延設された排泥管８１の他端が開口している。また、後胴６３には周方向に沿って複数のシールドジャッキ８２が周方向に沿って並設されており、このシールドジャッキ８２を掘進方向後方に伸長して既設セグメントＳに押し付けることで、その反力により掘削機本体６１を前進することができる。更に、後胴６３の後端部にはセグメントＳをリング状に組立てるエレクタ装置８３が装着されている。
【００３９】
また、前胴６２の前端部には内筒８４が固定され、前胴６２と内筒８４に形成される空間部にリング状をなし前面が傾斜した受圧リング８５が装着され、この受圧リング８５に第１リングシール８６、連結ロッド８７、第２リングシール８８が連結され、第２リングシール８８に複数の押出ジャッキ８９が連結され、各押出ジャッキ８９の駆動ロッドが前胴６２に連結されている。
【００４０】
そして、カッタヘッド６８の後部には複数の旋回式攪拌翼９０が固定される一方、バルクヘッド６６の前部には複数の固定式攪拌翼（図示略）が固定されている。また、移動スポーク７１内には、カッタヘッド６８の外周側に位置して先端部が傾斜した補助攪拌翼９１が径方向に沿って配設され、複数（本実施形態では２つ）のリンク９２が連結されている。そして、移動スポーク７１には先端部が湾曲してチャンバ７９に開口する図示しないガイド溝が形成され、補助攪拌翼９１及び各リンク９２のガイドピンがこのガイド溝に移動自在に嵌合している。また、移動スポーク７１には攪拌翼駆動ジャッキ９３が装着され、駆動ロッドの先端部がリンク９２に連結されている。
【００４１】
従って、通常時、補助攪拌翼９１はカッタヘッド６８の径方向に沿ったカッタヘッド６８内の収納位置に位置しており、攪拌翼駆動ジャッキ９３を駆動して駆動ロッドを伸長すると、リンク９２を介して補助攪拌翼９１を移動し、チャンバ２８に向けて掘削方向後方に突出させることができ、このとき、補助攪拌翼９１の先端部は受圧リング８５の受圧面に対向する位置に突出することとなる。
【００４２】
一方、第２トンネル掘削機１００は、受圧リング８５などの構成部材以外は第１トンネル掘削機６０とほぼ同様の構成となっており、詳細な説明は省略する。即ち、掘削機本体１０１は前胴と後胴が屈曲可能に連結されてなり、前部のバルクヘッド１０２に支持体１０３を介してカッタヘッド１０４が回転自在に支持されている。このカッタヘッド１０４は、４本のスポーク１０５の先端部にカッタスポーク伸縮ジャッキ１０６により移動スポーク１０７が伸縮可能に支持され、係止ピン１０８が外周リング１０９に係脱可能であり、各スポーク１０５に多数のカッタビット１１０が固定され、２つの移動スポーク１０７の係止ピン１０８にコピーカッタ１１１が内蔵されている。
【００４３】
このカッタヘッド１０４の後部にはリングギア１１２が固定される一方、掘削機本体１０１に複数のカッタ旋回モータ１１３が取付けられ、駆動ギア１１４がリングギア１１２に噛み合っている。また、掘削機本体１０１の前部にはチャンバ１１５が形成され、図示しない送泥管と排泥管の端部が配設されている。更に、掘削機本体１０１には複数のシールドジャッキとエレクタ装置が搭載されている。
【００４４】
また、掘削機本体１０１の前端部には内筒１１６が固定され、掘削機本体１０１と内筒１１６に形成される空間部にリング状をなす貫入リング１１７が配設され、この貫入リング１１７は、前端部が傾斜面を有する内外シール部材１１８，１１９に支持されると共に、後端部に支持ピン１２０が連結されることで、前後移動自在に支持されている。そして、掘削機本体１０１には複数の押出ジャッキ１２１が装着され、各押出ジャッキ１２１の駆動ロッドが連結ピン１２２を介して支持ピン１２０に連結されている。
【００４５】
ここで、上述した第１及び第２トンネル掘削機６０，１００からなる地中接合式トンネル掘削機により長距離トンネルを掘削するトンネル掘削作業について説明する。
【００４６】
所定長さのトンネル工事区間にて、その各端部に立坑を掘削形成し、一方の立坑に第１トンネル掘削機６０を投入し、他方の立坑に第２トンネル掘削機１００を投入し、各立坑から第１、第２トンネル掘削機６０，１００を発進してトンネル工事区間の掘削作業を行う。即ち、第１トンネル掘削機６０では、カッタヘッド６８を回転させながら複数のシールドジャッキ８２を伸長して掘削機本体１１を前進し、カッタヘッド６８により前方の地盤を掘削し、エレクタ装置８３によりセグメントＳをリング状に組み立てていく。一方、第２トンネル掘削機１００でも同様に、カッタヘッド１０４を回転させながら複数のシールドジャッキを伸長して掘削機本体１０１を前進させ、カッタヘッド１０４により前方の地盤を掘削し、セグメントＳをリング状に組み立てていく。この作業の繰り返しにより第１、第２トンネル掘削機６０，１００はトンネル工事区間に沿ってトンネルを掘削形成する。
【００４７】
第１トンネル掘削機６０と第２トンネル掘削機１００が互いに接近してくると、第１トンネル掘削機１０にて、攪拌翼駆動ジャッキ９３を駆動して補助攪拌翼９１をチャンバ２８に向けて突出させ、先端部を受圧リング８５の受圧面に対向して位置させる。すると、カッタヘッド６８と共に旋回する補助攪拌翼９１が受圧リング８５の受圧面の近傍にある土砂を除去する。そして、第１、第２トンネル掘削機６０，１００が所定距離まで接近すると、掘進を停止し、攪拌翼駆動ジャッキ９３により補助攪拌翼９１をカッタヘッド６８内に収納する。
【００４８】
次に、第２トンネル掘削機１００にて、押出ジャッキ１２１を伸長し、貫入リング１１７の前方移動を開始すると共に、カッタスポーク伸縮ジャッキ１０６を収縮して移動スポーク１０７を内方側に移動し、移動スポーク１０７と外周リング１０９との間に空間を形成し、この空間を通して貫入リング１１７を第１トンネル掘削機６０側に移動する。一方、第１トンネル掘削機６０にて、カッタスポーク伸縮ジャッキ７０を収縮して移動スポーク７１を内方側に移動し、この空間を通して貫入リング１１７を通過させ、受圧リング８５まで移動する。
【００４９】
このとき、受圧リング８５の受圧面の近傍にある土砂が補助攪拌翼９１により事前に除去されているため、貫入リング１１７はスムースに受圧リング８５まで移動し、受圧リング３９に適正に圧力で嵌合することができる。
【００５０】
その後、第１及び第２トンネル掘削機６０，１００の各カッタヘッド６８，１０４、シールドジャッキ８２、エレクタ装置８３などを解体して外部に搬出すると共に、内部に残った土砂を排出し、互いのセグメントＳを接続させ、第１トンネル掘削機６０が掘削した第１トンネルと第２トンネル掘削機１００が掘削した第２トンネルを接合する。
【００５１】
このように本実施形態の地中接合式トンネル掘削機にあっては、第２トンネル掘削機１００の前端部にカッタヘッド１０４を装着すると共に、前方に移動可能な貫入リング１１７を設ける一方、第１トンネル掘削機６０の前端部にカッタヘッド６８を装着すると共に、貫入リング１１７の先端部を受け止める受圧リング８５を設け、且つ、カッタヘッド６８内に複数の補助攪拌翼９１を収納し、必要時に攪拌翼駆動ジャッキ９３によりチャンバ７９に突出し、受圧リング８５の受圧面に対向する位置に移動可能としている。
【００５２】
従って、第１トンネル掘削機６０と第２トンネル掘削機１００を互いに接近する方向に掘進させて接合するとき、攪拌翼駆動ジャッキ９３により補助攪拌翼９１を受圧リング８５の受圧面の対向位置に移動することで、カッタヘッド６８と共に旋回する補助攪拌翼９１が受圧リング８５の受圧面の近傍にある土砂を除去することとなる。そのため、第１、第２トンネル掘削機６０，１００が所定距離接近した位置で、貫入リング１１７を第１トンネル掘削機６０側に移動すると、この貫入リング１１７はスムースに受圧リング８５まで移動し、適正な圧力で嵌合することができ、第１トンネル掘削機６０と第２トンネル掘削機１００を確実に接合し、連続した長距離トンネルを構築することができる。
【００５３】
また、第１トンネル掘削機６０と第２トンネル掘削機１００を接合する直前に、補助攪拌翼９１を突出して受圧リング８５の受圧面の近傍にある土砂を除去し、その後、補助攪拌翼９１を再びカッタヘッド６８内に収納するため、この補助攪拌翼９１が第１、第２トンネル掘削機６０，１００の接合作業の邪魔になることはなく、適正にトンネル掘削機６０，１００を接合して長距離トンネルを構築することができる。
【００５４】
なお、上述した各実施形態では、補助攪拌翼３３，５３，９１を回動あるいはガイドを用いた移動により収納位置と突出位置に移動可能としたが、その移動方法はこの構成に限定されるものではなく、その他にリンク機構、カム機構、ギヤ機構などを用いて構成してもよい。
【００５５】
また、上述の実施形態では、本発明のトンネル掘削機を土圧式シールド掘削機に適用したが、泥土圧式シールド掘削機やトンネルボーリングマシンに適用してもよい。
【００５６】
【発明の効果】
以上、実施形態において詳細に説明したように請求項１の発明のトンネル掘削機によれば、チャンバを有する掘削機本体の前部にカッタヘッドを駆動回転可能に装着し、このカッタヘッドからチャンバに突出可能に旋回部材を装着したので、必要時にカッタヘッドの収納位置にある旋回部材をチャンバに突出することで、カッタヘッドに設けられた旋回式攪拌翼に磨耗や破損が発生したときには、この旋回部材により掘削土砂の攪拌や加泥材との混練を行うことができ、常時、チャンバにおける掘削土砂の攪拌を確実に行い、排土を適正に行うことでトンネル掘削作業を安定して行うことができる。
【００５７】
請求項２の発明のトンネル掘削機によれば、旋回部材をカッタヘッドの径方向に沿って収納し、チャンバに向けて掘削方向後方に突出可能としたので、カッタヘッドを厚く形成する必要がなく、装置の大型化を防止することができる。
【００５８】
請求項３の発明のトンネル掘削機によれば、旋回部材をカッタヘッドに回動自在に支持し、駆動手段によりカッタヘッド内の収納位置とチャンバへの突出位置に回動可能としたので、簡単な構造で旋回部材をカッタヘッドの収納位置からチャンバへの突出位置に容易に回動することができる。
【００５９】
請求項４の発明のトンネル掘削機によれば、旋回部材をカッタヘッドに設けられたガイド溝に沿って移動自在に支持し、駆動手段によりカッタヘッド内の収納位置とチャンバへの突出位置に移動可能としたので、旋回部材をカッタヘッドの収納位置からチャンバへの突出位置にスムースに移動することができる。
【００６０】
請求項５の発明のトンネル掘削機によれば、掘削機本体の前部に前方から延出された貫入リングを受け止める受圧リングを設け、旋回部材を受圧リングの受圧面に対向する位置に突出可能としたので、掘削機本体同志を接合するとき、旋回部材が受圧リングの受圧面の近傍にある土砂を除去することとなり、貫入リングはスムースに受圧リングまで移動し、適正な圧力で嵌合することができ、掘削機本体同志を確実に接合し、連続した長距離トンネルを構築することができる。
【００６１】
請求項６の発明のトンネル掘削機によれば、受圧リングは外周側が厚くなるように前部に傾斜面が形成され、旋回部材は先端部に受圧リングの傾斜面と平行な傾斜面が形成されたことを特徴としている。掘削土砂の流れを外側から内側に適正に流動することができ、安定した排土を可能とすることができる。
【００６２】
また、請求項７の発明のトンネル掘削工法によれば、カッタヘッドを回転しながら掘削機本体を前進することで、前方の地盤を掘削して土砂をチャンバに取り込み、カッタヘッドの回転に伴って移動する旋回部材によりチャンバの土砂を攪拌しながらトンネル外部に排土してトンネルを形成する場合、旋回部材が磨耗して攪拌能力が低下したときに、カッタヘッドに収納した補助旋回部材をチャンバに突出するようにしたので、この補助旋回部材により掘削土砂の攪拌や加泥材との混練を継続して行うことができ、常時、チャンバにおける掘削土砂の攪拌を確実に行い、排土を適正に行うことでトンネル掘削作業を安定して行うことができる。
【００６３】
請求項８の発明のトンネル掘削工法によれば、第１及び第２トンネル掘削機を互いに接近する方向に掘進させ、各トンネル掘削機の前端部が所定位置まで接近したとき、第２トンネル掘削機から貫入リングを前方移動する一方、第１トンネル掘削機の受圧リングが貫入リングの先端部を受け止めることで、第１及び第２トンネル掘削機を接合して連続したトンネルを掘削する場合、受圧リングが貫入リングを受け止める前に、カッタヘッドに収納した補助旋回部材を受圧リングの受圧面に対して突出し、カッタヘッドを回転することで補助旋回部材により受圧面の近傍にある土砂を除去するようにしたので、貫入リングはスムースに受圧リングまで移動し、適正な圧力で嵌合することができ、第１及び第２トンネル掘削機を確実に接合し、連続した長距離トンネルを構築することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るトンネル掘削機の概略断面図である。
【図２】第１実施形態のトンネル掘削機に適用された補助攪拌翼の収納状態及び突出状態を表す概略断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係るトンネル掘削機に適用された補助攪拌翼の収納状態及び突出状態を表す概略断面図である。
【図４】本発明の第３実施形態に係るトンネル掘削機の概略断面図である。
【図５】第３実施形態のトンネル掘削機の接合状態を表す概略断面図である。
【符号の説明】
１１　掘削機本体
１９　カッタヘッド
２０　スポーク
２５　カッタ旋回モータ
２８　チャンバ
２９　スクリューコンベヤ（排土手段）
３１　旋回式攪拌翼
３２　固定式攪拌翼
３３　補助攪拌翼（旋回部材、補助旋回部材）
３７　攪拌翼駆動ジャッキ（駆動手段）
４２　シールドジャッキ（推進ジャッキ）
５１　ガイド溝
５３　補助攪拌翼（旋回部材、補助旋回部材）
５４　リンク
５５，５６　ガイドピン
５７　攪拌翼駆動ジャッキ（駆動手段）
６０　第１トンネル掘削機
６８，１０４　　　カッタヘッド
６９，１０５　　　スポーク
７０，１０６　　　カッタスポーク伸縮ジャッキ
７１，１０７　　　移動スポーク
７３，１０９　　　外周リング
７７，１１３　　　カッタ旋回モータ
７９，１１５　　　チャンバ
８１　排泥管（排土手段）
８２　シールドジャッキ（推進ジャッキ）
８５　受圧リング
８９　押出ジャッキ
９１　補助攪拌翼（旋回部材、補助旋回部材）
９３　攪拌翼駆動ジャッキ（駆動手段）
１００　　　第２トンネル掘削機
１１７　　　貫入リング
１２０　　　支持ピン
１２１　　　押出ジャッキ
１２２　　　連結ピン
【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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