(57)【要約】【課題】球面継手に加わる負荷を小さくできるトンネル掘削機を提供する。【解決手段】筒状に形成された本体フレーム２と、該本体フレーム２内にその内部を切羽側と坑内側とに仕切るべく配置された隔壁体３と、該隔壁体３に設けられ切羽を切削する回転カッタ５と、上記隔壁体３を本体フレーム２に傾動可能に支持する支持ピン４と、上記隔壁体３と本体フレーム２との間に設けられ上記支持ピン４と同芯的に形成された球面継手１６と、一端が上記隔壁体３に他端が上記本体フレーム２に枢支された傾動用のアクチュエータ１８とを備えたもの。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状に形成された本体フレームと、該本体フレーム内にその内部を切羽側と坑内側とに仕切るべく配置された隔壁体と、該隔壁体に設けられ切羽を切削する回転カッタと、上記隔壁体を本体フレームに傾動可能に支持する支持ピンと、上記隔壁体と本体フレームとの間に設けられ上記支持ピンと同芯的に形成された球面継手と、一端が上記隔壁体に他端が上記本体フレームに枢支された傾動用のアクチュエータとを備えたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
上記本体フレームは、上記隔壁体の支持ピン廻りの傾動方向に屈曲形成された請求項１記載のトンネル掘削機。
【請求項３】
上記本体フレームの後端に、開口端面が互いに略ハ字状に傾斜された傾斜筒体を複数継ぎ足し、これらをトンネル内壁とする請求項２記載のトンネル掘削機。
【請求項４】
発進坑内に、最後尾の傾斜筒体を押し出す元押機構を有し、最後尾の傾斜筒体を押し出した後にその傾斜筒体と元押機構との間に新たな傾斜筒体を介在させて継ぎ足す請求項３記載のトンネル掘削機。
【請求項５】
上記発進坑から発進した後、既設トンネルの上方を覆うようにアーチ状に推進し、推進方向が上方・側方・下方と変遷する請求項４記載のトンネル掘削機。
【請求項６】
筒状に形成された本体フレーム内を切羽側と坑内側とに仕切る隔壁体と、該隔壁体に取り付けられ切羽を切削するカッタと、上記隔壁体又は本体フレームに設けた開口から泥水を切羽側に供給して隔壁体又は本体フレームに設けた開口から泥水を排出する第１送排泥ルートと、上記隔壁体又は本体フレームに設けた開口から泥水を切羽側に供給して上記カッタに設けた開口から泥水を排出する第２送排泥ルートとを備えたことを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項７】
推進方向が上方及び側方のときには上記第１送排泥ルートを選択し推進方向が下方のときには上記第２送排泥ルートを選択すべくこれらを切り替える切替手段を備えた請求項６記載のトンネル掘削機。
【請求項８】
推進方向が上方・側方・下方とアーチ状に変遷する請求項７記載のトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、推進方向を制御するトンネル掘削機に関する。
【０００２】
【従来の技術】
推進方向を制御するトンネル掘削機として、特許文献１及び２に記載されたものが知られている。かかるトンネル掘削機は、筒状に形成された本体フレームと、本体フレーム内に切羽側と坑内側とを仕切って設けられた隔壁と、隔壁に球面継手を介して首振り可能に取り付けられた回転カッタとを備え、隔壁に対する回転カッタの首振り角度を変更することで推進方向を調節し、掘削機の方向制御を行うものである。
【０００３】
【特許文献１】
実公昭５５−３１１１７号公報
【特許文献２】
特開昭５１−９６１３９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記トンネル掘削機にあっては、回転カッタに加わる切羽の土圧水圧は、球面継手で支持され、また、回転カッタの反力トルクも、球面継手で支持されることになる。このため、球面継手に加わる負荷が過大となり、球面継手のシールの耐久性が問題となる。
【０００５】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、球面継手に加わる負荷を小さくできるトンネル掘削機を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第１の発明に係るトンネル掘削機は、筒状に形成された本体フレームと、該本体フレーム内にその内部を切羽側と坑内側とに仕切るべく配置された隔壁体と、該隔壁体に設けられ切羽を切削する回転カッタと、上記隔壁体を本体フレームに傾動可能に支持する支持ピンと、上記隔壁体と本体フレームとの間に設けられ上記支持ピンと同芯的に形成された球面継手と、一端が上記隔壁体に他端が上記本体フレームに枢支された傾動用のアクチュエータとを備えたものである。
【０００７】
本発明によれば、回転カッタに加わる切羽の土圧水圧は、球面継手のみならず支持ピン及びアクチュエータで支持され、また、回転カッタの反力トルクも、球面継手のみならず支持ピン及びアクチュエータで支持される。ここで、アクチュエータは、隔壁体と本体フレームとの間に介設されているので、隔壁体が受ける土圧水圧を本体フレームに伝えて支持し、また、アクチュエータと支持ピンとは、共同して隔壁体に生じる反力トルクを支持する。よって、球面継手に加わる負荷が小さくなり、シールの耐久性が向上する。
【０００８】
上記本体フレームは、上記隔壁体の支持ピン廻りの傾動方向に屈曲形成されてもよい。また、上記本体フレームの後端に、開口端面が互いに略ハ字状に傾斜された傾斜筒体を複数継ぎ足し、これらをトンネル内壁としてもよい。また、発進坑内に、最後尾の傾斜筒体を押し出す元押機構を有し、最後尾の傾斜筒体を押し出した後にその傾斜筒体と元押機構との間に新たな傾斜筒体を介在させて継ぎ足すようにしてもよい。また、上記発進坑から発進した後、既設トンネルの上方を覆うようにアーチ状に推進し、推進方向が上方・側方・下方と変遷してもよい。
【０００９】
第２の発明は、筒状に形成された本体フレーム内を切羽側と坑内側とに仕切る隔壁体と、該隔壁体に取り付けられ切羽を切削するカッタと、上記隔壁体又は本体フレームに設けた開口から泥水を切羽側に供給して隔壁体又は本体フレームに設けた開口から泥水を排出する第１送排泥ルートと、上記隔壁体又は本体フレームに設けた開口から泥水を切羽側に供給して上記カッタに設けた開口から泥水を排出する第２送排泥ルートとを備えたものである。
【００１０】
推進方向が上方及び側方のときには上記第１送排泥ルートを選択し推進方向が下方のときには上記第２送排泥ルートを選択すべくこれらを切り替える切替手段を備えてもよい。また、推進方向が上方・側方・下方とアーチ状に変遷するものでもよい。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一実施形態を添付図面に基いて説明する。
【００１２】
図１は本実施形態に係るトンネル掘削機の側断面図、図２は上記トンネル掘削機の背面図である。
【００１３】
図示するように、このトンネル掘削機１は、筒状に形成された本体フレーム２を有する。本体フレーム２は、開口端面が互いに略ハ字状に傾斜された第１〜第３傾斜筒体２ａ、２ｂ、２ｃを３個直列に接続し、全体として屈曲して構成されている。屈曲の方向は、後述する隔壁体３の支持ピン４廻りの傾動方向に設定され、屈曲の曲率は、後述するアーチトンネルＡＴの曲率と同一となっている。第１〜第３傾斜筒体２ａ、２ｂ、２ｃの接続には、ボルトナットや溶接等が用いられる。
【００１４】
隔壁体３は、第１傾斜筒体２ａの内部に収容されており、本体フレーム２の内部を切羽側と坑内側とに仕切るものである。隔壁体３の切羽側には、回転カッタ５が取り付けられている。回転カッタ５は、隔壁体３に取り付けられたカラー６を貫通する回転軸７と、回転軸７の前端に取り付けられたカッタフレーム８と、カッタフレーム８の前面に取り付けられ実質的に切羽を切削するビット９とを有する。
【００１５】
回転軸７に後端には、外歯ギヤ１０が取り付けられている。外歯ギヤ１０は、隔壁体３に取り付けられたギヤカバー１１によって覆われている。ギヤカバー１１には、駆動モータ１２が取り付けられている。駆動モータ１２の回転軸には、外歯ギヤ１０と噛合するピニオン１３が取り付けられている。これにより、駆動モータ１２を駆動することで、回転カッタ５が回転し、切羽が切削される。
【００１６】
隔壁体３は、支持ピン４を介して第１傾斜筒体２ａに傾動可能に支持されている。即ち、隔壁体３の外周部には、径方向外方に延出された支持ピン４、４が１８０度間隔で２個設けられており、各支持ピン４は、第１傾斜筒体２ａの内周部に取り付けられた支持ブロック１４のピン穴１５に、挿入されている。これにより、隔壁体３は、第１傾斜筒体２ａに対し、支持ピン４を中心に自在に傾動する。
【００１７】
隔壁体３と第１傾斜筒体２ａとの間には、球面継手１６が介設されている。球面継手１６は、隔壁体３の第１傾斜筒体２ａに対する支持ピン４廻りの傾動を許容すると共に、それらの間を止水する。球面継手１６は、第１傾斜筒体２ａの内周部に取り付けられた凹側部１６ａと、隔壁体３の外周部に取り付けられた凸側部１６ｂとからなる。
【００１８】
これら凹側部１６ａと凸側部１６ｂとは、上記支持ピン４を中心とした曲率に成形されており、隔壁体３が支持ピン４を中心として傾動するとき、傾動をスムーズに許容する。また、凹側部１６ａと凸側部１６ｂとの間には、止水シール１７が設けられている。止水シール１７は、周方向に沿ってリング状に形成されている。
【００１９】
隔壁体３の坑内側と第２傾斜筒体２ｂとの間には、隔壁体３を支持ピン４廻りに傾動させるアクチュエータとして、傾動ジャッキ１８とが介設されている。傾動ジャッキ１８は、一端が隔壁体３の坑内側に設けた金具１９に枢支され、他端が第２傾斜筒２ｂの内周面に設けた金具２０に枢支されている。
【００２０】
傾動ジャッキ１８は、隔壁体３の傾動モーメントのアーム長を稼ぐためには、支持ピン４からなるべく径方向外方に離れた位置に配置することが望ましい。これを踏まえて図例では、第１傾斜筒体２ａの内周面近傍に球面継手１６を配置し、その球面継手１６の内周面近傍に傾動ジャッキ１８を配置している。
【００２１】
傾動ジャッキ１８は、図２に示すように、図例では支持ピン４を挟んで対称に周方向に９０度間隔で４本配置されているが、２本以上であれば何本でもよい。
なお、押引ジャッキであれば１本でも構わない。また、傾動ジャッキ１８は、略トンネル軸方向に沿って配置され、隔壁体３に対して略直交して配置されている。
【００２２】
第３傾斜筒体２ｃの内周面には、補強金具２１が設けられている。補強金具２１は、傾動ジャッキ１８および金具２０を介して伝達される切羽の土圧水圧を支持するものである。これら第１〜第３傾斜筒体２ａ、２ｂ、２ｃは、既述のように、直列に接続されて屈曲した本体フレーム２を構成し、その屈曲方向は、隔壁体３の支持ピン４廻りの傾動方向となっている。
【００２３】
図７及び図８に示すように、隔壁体３には、送泥管２２と送・排泥管２３とが、貫通して取り付けられている。送泥管２２および送・排泥管２３は、隔壁体３の前方に位置する土砂取込室２４に、それぞれ開口２５、２６を有する。なお、送泥管２２と送・排泥管２３とは、各開口２５、２６が土砂取込室２４に臨まされていれば、本体フレーム２に取り付けられていてもよい。送泥管２２と送・排泥管２３とは、第１接続管２７で接続され、最終的には送泥本管２８に接続されている。送・排泥管２３には、第１開閉弁２９が設けられている。なお、第１開閉弁２９は、第１接続管２７に設けてもよい。
【００２４】
また、回転カッタ５の回転軸７には、排泥管３０がロータリジョイント（図示せず）を介して取り付けられている。排泥管３０は、回転軸７の前端、即ちカッタフレーム８の前部に、開口３１を有する。排泥管３０と送・排泥管２３とは、第２接続管３２で接続され、最終的には排泥本管３３に接続されている。第２接続管３２には第２開閉弁３４が設けられ、排泥管３０には第３開閉弁３５が設けられている。第２開閉弁３４は、第１開閉弁２９と第３開閉弁３５とを繋ぐ管路の途中に配置される。
【００２５】
この構成によれば、図７に示すように、第１及び第３開閉弁２９、３５を閉じ、第２開閉弁３４を開くと、送泥本管２８からの泥水が、送泥管２２を介して土砂取込室２４に供給され、切削土砂と混合された後、送・排泥管２３を介して土砂取込室２４から排出され、第２接続管３２を通り、最終的に排泥本管３３により排出される。かかるルートが、第１送排泥ルートとなる。すなわち、第１送排泥ルートは、隔壁体３に設けた送泥管２２の開口２５から泥水を切羽側に供給し、隔壁体３に設けた送・排泥管２３の開口２６から泥水を排出する。
【００２６】
また、図８に示すように、第１及び第３開閉弁２９、３５を開き、第２開閉弁３４を閉じると、送泥本管２８からの泥水が、送泥管２２および送・排泥管２３を介して土砂取込室２４に供給され、切削土砂と混合された後、カッタ５に設けた排泥管３０を介して土砂取込室２４から排出され、最終的に排泥本管３３により排出される。かかるルートが、第２送排泥ルートとなる。すなわち、第２送排泥ルートは、隔壁体３に設けた送泥管２２および送・排泥管２３の開口２５、２６から泥水を切羽側に供給し、カッタ５の先端部に設けた排泥管３０の開口３１から泥水を排出する。図例では、第１〜第３開閉弁２９、３４、３５が請求の範囲の請求項３の切替手段に相当する。
【００２７】
以上の構成からなるトンネル掘削機１は、図３〜図６に示すように、既設トンネルＫＴの上方に、アーチ状のトンネル（以下アーチトンネルＡＴという）を施工する際に用いられる。図３に示すように、地山には、所定間隔を隔てて左右一対の既設トンネルＫＴが敷設されている。なお、既設トンネルＫＴは１本でも又は存在しなくても構わない。一方のトンネルＫＴの側部には、発進坑３６が形成される。トンネルＫＴが存在しない場合、発進坑３６は独立に形成される。
【００２８】
図４に示すように、発進坑３６には、上記トンネル掘削機１が上向きに収容される。発進坑３６の天井部には、トンネル掘削機１のカッタ５の部分が挿入されるエントランスフード３７が取り付けられている。エントランスフード３７には、図示しないチャッキング装置が設けられている。チャッキング装置は、トンネル掘削機１の本体フレーム２（第１〜第３傾斜筒体２ａ、２ｂ、２ｃ）または後述する推進管としての傾斜筒体３８を、把持・解放する。
【００２９】
トンネル掘削機１と発進坑３６の底部との間には、元押機構３９が設けられている。元押機構３９は、発進坑３６の底部に設置される基盤部４０と、基盤部４０にピンを介して略鉛直に敷設された複数の推進ジャッキ４１と、これら推進ジャッキ４１の上端に取り付けられトンネル掘削機１の本体フレーム２（第３傾斜筒体２ｃ）の下端に当接される押出フレーム４２とを有する。
【００３０】
元押機構３９は、推進ジャッキ４１を伸長させることで、トンネル掘削機１を上方に持ち上げる。その状態で、エントランスフード３７に設けたチャッキング装置がトンネル掘削機１の本体フレーム２を把持する。その後、推進ジャッキ４１を収縮させ、空いたスペースに推進管としての傾斜筒体３８（図５参照）を介在させ、その傾斜筒体３８を本体フレーム２（第３傾斜筒体２ｃ）の後部にボルトナット等の締結具によって取り付ける。
【００３１】
傾斜筒体３８は、開口端面が互いに略ハ字状に傾斜されており、上記本体フレーム２の第１〜第３傾斜筒体２ａ、２ｂ、２ｃと同一形状となっている。また、このとき、図７に示す送泥本管２８および排泥本管３３にも、それぞれ延長管（図示せず）が継ぎ足される。ここで、傾斜筒体３８は、半割り筒状になっており、延長管が継ぎ足された後、その左右から挟むように上記スペースに装着される。
【００３２】
その後、推進ジャッキ４１を伸長させ、トンネル掘削機１及びそれに締結された傾斜筒体３８を一体的に上方に持ち上げる。そして、再びエントランスフード３７に設けたチャッキング装置によりトンネル掘削機１の本体フレーム２（又は継ぎ足されて本体フレーム２と一体となった傾斜筒体３８）を把持し、前述の操作を繰り返すことで、図５及び図６に示すように、既設トンネルＫＴの上方に、アーチトンネルＡＴが形成される。
【００３３】
かかるアーチトンネルＡＴは、その外郭が傾斜筒体３８から構成される。各傾斜筒体３８は、推進管及びトンネル外壁として機能することは勿論、本体フレーム２とボルトナット等によって一体化されることで、トンネル掘削機１の内外を止水するシールドフレームとしても機能する。このシールドフレームは、相互にボルトナット等により接続され全体としてアーチ状となる複数の傾斜筒体３８と、先頭の傾斜筒体３８にボルトナット等によって接続された本体フレーム２とから構成されることになる。
【００３４】
ここで、本体フレーム２の屈曲の曲率は、構築すべきアーチトンネルＡＴの曲率と一致されている。また、各傾斜筒体３８を相互に接続したときの全体の曲率も、構築すべきアーチトンネルＡＴの曲率と一致されている。従って、本体フレーム２及びそれに接続された傾斜筒体３８を元押機構３９によって押し出すことにより、本体フレーム２及びそれに接続された傾斜筒体３８が地山から受ける橇効果が発生し、トンネル掘削機１は、その基本的な推進方向がアーチトンネルＡＴの曲率の方向に転向される。
【００３５】
図４〜図５に示すように、推進方向が上方及び側方のときには、図７に示すように、第１及び第３開閉弁２９、３５を閉じ第２開閉弁３４を開くことで、上記第１送排泥ルートを選択する。これにより、推進方向が上方のときには、掘削土砂や地下水等は、上向きとなったトンネル掘削機１の隔壁体３の上面に溜まるため、その部分に配置された送・排泥管２３の開口２６から確実に排出される。また、推進方向が側方のときには、掘削土砂や地下水等は、横向きとなったトンネル掘削機１の隔壁体３の底部に溜まるため、その部分に配置された送・排泥管２３の開口２６から確実に排出される。
【００３６】
その後、図６に示すように、推進方向が下方となったときには、図８に示すように、第１及び第３開閉弁２９、３５を開き第２開閉弁３４を閉じることで、上記第２送排泥ルートを選択する。これにより、推進方向が下方のときには、掘削土砂や地下水等は、下向きとなったトンネル掘削機１のカッタ５の前端に溜まることになるが、この部分に配置された排泥管３０の開口３１から確実に排出される。よって、このように推進方向の変遷に応じて第１送排泥ルートと第２送排泥ルートとを切り替えることにより、推進方向に拘わらず土砂取込室２４および切羽の泥水を的確に排土でき、切羽の土圧管理が確実に行える。
【００３７】
図４〜図６において、トンネル掘削機１の方向制御は、主としてトンネル掘削機１内の傾動ジャッキ１８（図１参照）を適宜伸縮させ、隔壁体３すなわち回転カッタ５の傾動角度を調節することによって行う。ここで、回転カッタ５の傾動方向は、傾斜筒体３８同士を接続することで得られるアーチトンネルＡＴの屈曲方向と同方向である。よって、回転カッタ５の傾動による方向制御は、元押機構３９の推進ジャッキ４１で押し出された各傾斜筒体３８が地山から受ける橇効果による掘削機１の偏向を滑らかにアシストすることになり、掘削機１の推進方向をきめ細かく微調節できる。よって、アーチトンネルＡＴを予め設定された計画線に沿って精度よく施工できる。なお、傾動ジャッキ１８の伸縮は、遠隔操作によって発進坑３６から行うことが好ましい。
【００３８】
また、元押機構３９の各推進ジャッキ４１の伸長量（伸長力）を異ならせることでも、トンネル掘削機１の方向制御が補助的に行える。そして、本実施形態では、上述したように、回転カッタ５を傾動することでトンネル掘削機１の推進方向を精度よく微調節できるので、回転カッタ５の傾動によるメイン方向制御と元押機構３９の偏押し（片押し）によるサブ方向制御との２つの制御要素のみで、アーチトンネルＡＴを計画線に沿って精度よく施工できる。すなわち、各傾斜筒体３８の内部に別途補助的な方向制御用のジャッキ等を設ける必要はなく、低コストとなる。
【００３９】
また、アーチトンネルＡＴが一定曲率であるため、各傾斜筒体３８は、全て同形状にでき、製造コストを低減できる。また、図例では、傾斜筒体３８と本体フレーム２を構成する第１〜第３傾斜筒体２ａ、２ｂ、２ｃとが同形状なので、本体フレーム２の製造コストも低減できる。
【００４０】
かかるアーチトンネルＡＴの構築に際して、トンネル掘削機１の回転カッタ５は、常に、切羽の土圧水圧および元押機構３９の押圧力による切羽からの反力を受けることになるが、本実施形態によれば、上記土圧水圧および反力は、図１に示すように、支持ピン４及び傾動ジャッキ１８によって支持される。よって、球面継手１６に無理な荷重が加わることはなく、そのシール１７の耐久性を向上できる。ここで、傾動ジャッキ１８は、略トンネル軸方向に沿って配置されているので、上記土圧水圧および反力を軸方向から受けることになり、効率よく支持する。また、傾動ジャッキ１８は、隔壁体３に対して略直交して配置されているので、隔壁体３に効率よく傾動モーメントを付与できる。
【００４１】
本実施形態では、図１に示すように、球面継手１６の凹側部１６ａが凸側部１６ｂの最大直径位置より前方に位置されているので、上記土圧水圧および反力は、その全てが支持ピン４及び傾動ジャッキ１８によって支持され、球面継手１６に入力されることはない。よって、球面継手１６のシール１７の耐久性・寿命を可及的に延ばすことができる。但し、球面継手１６の凹側部１６ａを凸側部１６ｂの最大直径位置より後方まで延出させて形成し、上記土圧水圧および反力の一部を球面継手１６に支持させるようにしてもよい。この場合であっても、上記土圧水圧および反力の殆どは、支持ピン４及び傾動ジャッキ１８に支持されるので、球面継手１６の荷重負担が小さくなり、シール１７の寿命が延びる。
【００４２】
トンネル掘削機１の回転カッタ５が回転することによって生じる反力トルク（隔壁体３を本体フレーム２の軸周りに回転させようとするトルク）は、支持ピン４及び傾動ジャッキ１８で支持される。ここで、支持ピン４は、隔壁体３の外周部に１８０度間隔で設けられているので、隔壁体３の回転中心（上記反力トルクによって回転しようとするときの中心）からのアーム長を最大限に稼ぐことができ、上記反力トルクを効率よく抑える。また、傾動ジャッキ１８も、球面継手１６の近傍の本体フレーム２の中心から径方向外方に離間した位置に対称に配置されているので、隔壁体３の回転中心からのアーム長を稼ぐことができ、上記反力トルクを効率よく抑える。よって、球面継手１６に上記反力トルクによる影響が過大に加わることはなく、球面継手１６の負担が小さくなり、シール１７の寿命が延びる。
【００４３】
また、上記トンネル掘削機１においては、回転カッタ５を本体フレーム２に対して傾動させると、カッタフレーム８の外周端が本体フレーム２よりもカーブの内方に突出することになるため、これによってカーブの内側を余掘りできる。従って、カッタフレーム８の外周端に余掘り用の所謂コピーカッタを出没自在に設ける必要はない。
【００４４】
変形例を図９及び図１０に示す。
【００４５】
図示するように、この実施形態は、基本的な構成が図１及び図２に示す前実施形態と同様であり、排土方式のみが前実施形態と異なる。即ち、本実施形態の排土方式は、前実施形態が送排泥管２２、２３、３０等を用いた泥水圧式であったのに対し、スクリューコンベヤ５０を用いた土圧式である。以下、同一の部品には同一の符号を付して説明を省略し、相違点（土圧式排土機構）のみを説明する。
【００４６】
図９及び図１０に示すように、カッタフレーム８の背面部には、軸方向後方に延出された中間ビーム５１が、周方向に所定間隔を隔てて複数取り付けられている。各中間ビーム５１の延出先端は、隔壁体３に回転可能に装着されたドーナッツ板状の回転リング５２に、取り付けられている。回転リング５２の背面部には、中間リング５３が取り付けられている。
【００４７】
中間リング５３は、スラスト軸受及びラジアル軸受を介し、隔壁体３の背面に設けられたギヤカバー５４に、回転可能に支持されている。中間リング５３には、内歯ギヤ５５が形成されている。内歯ギヤ５５には、モータ５６の回転軸に取り付けられたピニオン５７が噛合されている。モータ５６は、上記ギヤカバー５４に取り付けられている。この構成によれば、モータ５６を駆動することで、カッタフレーム８が隔壁体３に対して回転される。
【００４８】
隔壁体３は、その切羽側の面がすり鉢状に形成されており、その外周部に球面継手１６の凸側部１６ｂが装着され、中心部に形成された穴にスクリューコンベヤ５０が装着されている。スクリューコンベヤ５０は、上記穴に挿入固定された円筒状のケーシング５８と、ケーシング５８内に同軸に配置されたセンターシャフト５９と、センターシャフト５９に取り付けられた螺旋状のフライト６０とを有する。
【００４９】
センターシャフト５９は、切羽側の端部がカッタフレーム８の背面部に形成された支持穴６１に回転可能に挿入支持され、坑口側の端部がケーシング５８の後部に取り付けられた駆動モータ６２に連結されている。この構成によれば、駆動モータ６２を駆動することで、フライト６０がケーシング５８に対して回転し、土砂取込室６３内の土砂がケーシング５８内をその軸方向坑口側に搬送される。
【００５０】
ケーシング５８の後部の側面には、搬送土砂を排出する開口が形成されている。開口には、これを覆って、ロータリポンプ６４が取り付けられている。ロータリポンプ６４は、ケーシング５８内を所定の土圧に保ちつつ上記開口から土砂を排出し、切羽の土圧水圧を管理すると共に、排出した土砂を排土管６５を通して坑口側に圧送する。排土管６５は、発進坑３６内において、順次継ぎ足される。
【００５１】
図９及び図１０に示す本実施形態の隔壁体３の外周部には、図１及び図２の実施形態と同様に、支持ピン４、４が設けられている。また、ギヤカバー５４に設けた金具６６と、第３傾斜筒体２ｃに設けた金具６７との間には、図１及び図２の実施形態と同様に、隔壁体３を傾斜させるアクチュエータとして、傾動ジャッキ１８が介設されている。
【００５２】
本実施形態においても、前実施形態と同様に、回転カッタ５に加わる切羽の土圧水圧は、支持ピン４及び傾動ジャッキ１８で支持され、また、回転カッタ５の反力トルクも、支持ピン４及び傾動ジャッキ１８で支持される。よって、球面継手１６に加わる負荷が小さくなり、シール１７の耐久性が向上する。
【００５３】
別の変形例を図１１に示す。
【００５４】
図示するように、この実施形態は、基本的な構成が図１及び図２に示す実施形態と同様であり、推進方式のみが前実施形態と異なる。即ち、本実施形態の推進方式は、前実施形態が発進坑３６に設置した元押機構３９による元押式であったのに対し、本体フレーム２に取り付けた推進ジャッキ７０を用いた自己推進式である。以下、同一の部品には同一の符号を付して説明を省略し、相違点（自己推進機構）のみを説明する。
【００５５】
図１１に示すように、このトンネル掘削機の本体フレーム２は、図１に示す実施形態と異なり、直線円筒状に形成されており、シールドフレームを構成する。
本体フレーム２の内周面には、推進ジャッキ７０が周方向に所定間隔を隔てて複数取り付けられている。本体フレーム２の後部には、既設セグメント７１との間をシールするテールシール７２が取り付けられている。本体フレーム２の内周面には、公知のセグメント組立装置（エレクタ：図示せず）が設けられている。エレクタは、テールシール７２で止水された既設セグメント７１と推進ジャッキ７０との間に、セグメント７１ａをリング状に組み付けるものである。
【００５６】
隔壁体３に取り付けた金具１９と本体フレーム２に取り付けた金具７３との間には、隔壁体３を傾動させるアクチュエータとして、傾動ジャッキ１８が介設されている。また、隔壁体３の外周部には、図２と同様の支持ピン４が設けられており、支持ピン４は、本体フレーム２に設けた支持ブロック１４のピン穴１５に回転可能に挿入されている（図２参照）。また、本体フレーム２の前部と隔壁体３との間には、支持ピン４と同芯的に形成された球面継手１６が設けられている。
【００５７】
本実施形態においても、前実施形態と同様に、回転カッタ５に加わる切羽の土圧水圧は、支持ピン４及び傾動ジャッキ１８で支持され、また、回転カッタ５の反力トルクも、支持ピン４及び傾動ジャッキ１８で支持される。よって、球面継手１６に加わる負荷が小さくなり、シール１７の耐久性が向上する。
【００５８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るトンネル掘削機によれば、球面継手に加わる負荷を小さくできる。また、推進方向を精度よく制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示すトンネル掘削機（泥水圧式）の側断面図である。
【図２】上記トンネル掘削機の背面図である。
【図３】上記トンネル掘削機の発進坑を示す説明図である。
【図４】上記発進坑に上記トンネル掘削機を収容した様子を示す説明図である。
【図５】上記トンネル掘削機の作動を示す説明図である。
【図６】上記トンネル掘削機の作動の続きを示す説明図である。
【図７】上記トンネル掘削機の第１送排泥ルートを示す説明図である。
【図８】上記トンネル掘削機の第２送排泥ルートを示す説明図である。
【図９】変形例を示すトンネル掘削機（土圧式）の側断面図である。
【図１０】上記トンネル掘削機の背面図である。
【図１１】別の変形例を示すトンネル掘削機（自己推進式）の側断面図である。
【符号の説明】
１  トンネル掘削機
２  本体フレーム
３  隔壁体
４  支持ピン
５  回転カッタ
１６  球面継手
１８  傾動ジャッキ
２５  開口
２６  開口
２９  切替手段を構成する第１開閉弁
３１  開口
３４  切替手段を構成する第２開閉弁
３５  切替手段を構成する第３開閉弁
３６  発進坑
３８  傾斜筒体
３９  元押機構
ＫＴ  既設トンネル
ＡＴ  アーチトンネル
【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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