(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山を掘削するカッタを備えたカッタヘッドと、該カッタヘッドの後方側に設けられてトンネル掘削機の外殻をなす円筒状のシールドシェルと、該シールドシェルの内方に備えられて前記カッタヘッドを回転駆動させるヘッド駆動機構と、該トンネル掘削機を推進させるための推進機構とを備えてなり、
前記カッタヘッドと、前記ヘッド駆動機構と、前記シールドシェルとがそれぞれに分割可能な構成とされ、かつ、前記カッタヘッドとシールドシェルが、それぞれ、さらに複数のブロックに分割可能とされて、該トンネル掘削機で掘削するトンネル坑内にて分割・解体・搬出可能とされているトンネル掘削機であって、
前記シールドシェルがその周方向に複数のブロックに分割可能とされ、かつ少なくとも一つの前記ブロックの周方向寸法が掘進方向前方から後方に向けて漸次広がるよう、略テーパ状に形成されていることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
請求項１記載のトンネル掘削機において、少なくとも一つの前記ブロックが、その両側に位置する他のブロックとの分割面を前記シールドシェルの外周側から内周側に向けて漸次広がるよう形成した構成とされていることを特徴とするトンネル掘削機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネルを掘削するときに用いるシールド型のトンネル掘削機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、トンネルを掘削するために、シールドシェルを有したシールド型のトンネル掘削機が多用されている。
周知のようにこのようなトンネル掘削機は、その外殻をなす円筒状のシールドシェルと、地山を掘削するためのカッタを備えた円盤状のカッタヘッドと、カッタヘッドを回転駆動させるヘッド駆動機構と、掘削機を掘進させるための推進機構とが備えられた構成となっている。
そして、ヘッド駆動機構でカッタヘッドを回転駆動させつつ、推進機構で掘削機を掘進させることによって、地山を掘削してトンネルを掘進していくようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような従来のトンネル掘削機には、以下のような問題が存在する。
所定長のトンネルを掘削した後、トンネルの到達点が地上であり、かつ地上に作業スペースが確保できる場合には、掘削に用いたトンネル掘削機を回収し、これを他の工事に転用することができる。
【０００４】
ところが、トンネルの到達点が地下である場合には、ここにトンネル掘削機解体・搬出用の立坑を設けなければトンネル掘削機を回収することはできない。このため、立坑を掘削するための費用、トンネル掘削機の償却費（トンネル掘削完了後の掘削機の価値）とを比較し、立坑の掘削費用の方が高くつく場合には、トンネル掘削機が十分に転用可能であってもこれを地中に埋め殺しにしてしまっていたのが現状である。
当然のことながら、このように十分に転用可能であるトンネル掘削機を埋め殺しにしてしまえば、マシンコストが割高となり、これがトンネルの掘削コスト全体にも影響を及ぼすことになる。
【０００５】
本発明は、以上のような点を考慮してなされたもので、掘削完了後のトンネルからの回収を可能とし、トンネルの掘削コストの低減を図ることのできるトンネル掘削機を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、地山を掘削するカッタを備えたカッタヘッドと、該カッタヘッドの後方側に設けられてトンネル掘削機の外殻をなす円筒状のシールドシェルと、該シールドシェルの内方に備えられて前記カッタヘッドを回転駆動させるヘッド駆動機構と、該トンネル掘削機を推進させるための推進機構とを備えてなり、前記カッタヘッドと、前記ヘッド駆動機構と、前記シールドシェルとがそれぞれに分割可能な構成とされ、かつ、前記カッタヘッドとシールドシェルが、それぞれ、さらに複数のブロックに分割可能とされて、該トンネル掘削機で掘削するトンネル坑内にて分割・解体・搬出可能とされているトンネル掘削機であって、前記シールドシェルがその周方向に複数のブロックに分割可能とされ、かつ少なくとも一つの前記ブロックの周方向寸法が掘進方向前方から後方に向けて漸次広がるよう、略テーパ状に形成されていることを特徴としている。
【０００７】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のトンネル掘削機において、少なくとも一つの前記ブロックが、その両側に位置する他のブロックとの分割面を前記シールドシェルの外周側から内周側に向けて漸次広がるよう形成した構成とされていることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るトンネル掘削機の実施の形態の一例を、図１ないし図８を参照して説明する。
【００１０】
図１に示すように、トンネル掘削機１には、その前部にフロントボディ１ａが備えられている。
フロントボディ１ａは、その外殻が円筒状のシールドシェル２によって形成されており、その前方（図中左方）には、地山を掘削するため多数のローラカッタ（カッタ）３ａを備えた円盤状のカッタヘッド３が配設されている。
【００１１】
シールドシェル２内には、カッタヘッド３側からの掘削土の流入を防ぐ円板状のバルクヘッド４が、該シールドシェル２の内周面に設けられた環状フレーム２ａに取り付けられている。このバルクヘッド４には、軸受５が設けられており、カッタヘッド３がこの軸受５に回動自在に支持されている。また、カッタヘッド３を回転駆動させるためのヘッド駆動ユニット（ヘッド駆動機構）６がバルクヘッド４の後方側に設けられている。さらに、バルクヘッド４の前面側にはカッタチャンバ７が設けられている。
【００１２】
図２に示すように、シールドシェル２には、その上下および両側方にフロントグリッパ１０が設けられている。各フロントグリッパ１０は、断面円弧状のシュー１０ａが備えられ、このシュー１０ａを図示しないグリッパジャッキでシールドシェル２の径方向に進退させる構造とされている。
また、図１に示したように、シールドシェル２には、その下部に一対のフロントサポート１１が設けられている。このフロントサポート１１は、接地用シュー１１ａをジャッキ１１ｂで下方に張り出させる構造となっている。
【００１３】
シールドシェル２内には、該トンネル掘削機１を推進させるためのシールドジャッキ（推進機構）１４、１４、…が、円周方向に所定間隔ごとに配置されている。各シールドジャッキ１４は、その前端が環状フレーム２ａに固定されており、シールドシェル２の軸線方向に伸縮駆動されるようになっている。
【００１４】
また、バルクヘッド４の後面側には、メインビーム１５が一体に取り付けられている。このメインビーム１５は、中空構造のシールドシェル２の軸線方向に沿って後方に延在し、後方にいくにしたがい漸次断面寸法が縮小するよう形成されている。
そして、ベルトコンベヤ１６が、カッタチャンバ７からバルクヘッド４の中央部に形成された開口部（図示なし）およびメインビーム１５内を通って後方に延設されている。
【００１５】
メインビーム１５の前部１５Ａの後端部には、ライナー等の反力部材を組み立てるエレクタ１７が、シールドシェル２の後方に露呈して設けられている。このエレクタ１７は、メインビーム１５の外周側に取り付けられた環状のガイドレール１７ａに沿って回転自在に設けられている。さらにエレクタ１７には、地山手当用の吹付ノズル１８が備えられている。
【００１６】
メインビーム１５の後部１５Ｃには、メイングリッパ１９のグリッパボディ１９ａが前後方向に摺動自在に配設されている。このグリッパボディ１９ａには、その両側に図示しないグリッパシューが備えられており、これらのグリッパシューは、側方に向けて進退させることによってトンネルＴの坑壁に押しつけ可能な構成とされている。
【００１７】
そして、前記メインビーム１５の前部１５Ａの後端部と、グリッパボディ１９ａとの間には、スラストジャッキ（推進機構）２０、２０、…が配設されている。各スラストジャッキ２０は、その前端部がメインビーム１５の前部１５Ａに鉛直方向に延在する連結ピン２１を介して枢支連結されており、これによってスラストジャッキ２０の後端側がメインビーム１５から離間する方向に回転可能な構成となっている。
さらに、メインビーム１５の後部１５Ｃの後端部には、リヤサポート２２が設けられており、接地用シュー２２ａをジャッキ２２ｂで鉛直下方に向けて進退させる構成となっている。
【００１８】
このような構成のトンネル掘削機１は、以下のようにして複数のブロックに分割可能な構成とされている。
まず、図３に示すように、シールドシェル２からカッタヘッド３が取り外せるようになっている。また、シールドシェル２の環状フレーム２ａからバルクヘッド４が取り外せるようになっている。このときバルクヘッド４には、軸受５やヘッド駆動ユニット６が一体に取り付けられたままの状態となる。
【００１９】
図４に示すように、シールドシェル２は、周方向に複数のブロックに分割できるよう、例えば、下部２Ａ（他のブロック）と、側部２Ｂ，２Ｃ（他のブロック）と、上部２Ｄ（一のブロック）とにユニット化されている。
下部２Ａと、その両側の側部２Ｂ、２Ｃとの分割面Ｓ１、Ｓ２は、シールドシェル２の軸線から放射方向に延びる線に沿って形成されている。
また、上部２Ｄとその両側の側部２Ｂ、２Ｃとの分割面Ｓ３、Ｓ４は、上部２Ｄの周方向寸法がシールドシェル２の外周側から内周側に向けて漸次大きくなるよう、いわばテーパ状に形成されている。
【００２０】
また、図５に示すように、カッタヘッド３は、中央部に位置して後方に向けて開閉自在とされた略矩形の開閉部２３と、該開閉部２３の外周側に位置する外周部２４とから構成されている。そして、外周部２４は、上部２４Ａと下部２４Ｂとに分割可能とされている。
このようにしてカッタヘッド３は、例えば３つのブロックに分割できるようになっており、ヒンジあるいはボルト・ナット等を外すことによって解体可能とされている。
【００２１】
さらに、図６に示すように、バルクヘッド４からメインビーム１５が取り外し可能となっており、このメインビーム１５は、さらに前部１５Ａと、中間部１５Ｂと、後部１５Ｃとに分割可能となっている。
【００２２】
なお、上記取り外し可能に連結されている各部分は、例えばボルト・ナット等の連結部材によって、掘削したトンネルＴの坑内で容易に取り外し作業が行えるよう連結されている。
【００２３】
次に、上記構成からなるトンネル掘削機１でトンネルＴを掘削する方法について説明する。
トンネル掘削機１では、基本的には通常のシールド式のトンネル掘削機と同様、カッタヘッド３をヘッド駆動ユニット６で回転駆動させつつ、フロントボディ１ａを推進させてトンネルＴを掘進していく。
【００２４】
このとき、掘削すべき地盤が例えば岩盤等の硬質地盤である場合には、フロントボディ１ａを推進させる推進機構として、メイングリッパ１９とスラストジャッキ２０とを用いる。これには、メイングリッパ１９のグリッパシュー（図示なし）を坑壁に押し当てることによってグリッパボディ１９ａをトンネルＴの坑壁に固定した状態で、スラストジャッキ２０を伸長させることによって、フロントボディ１ａが推進するようになっている。このとき、メインビーム１５は、グリッパボディ１９ａの内側を摺動する。
このようにしてフロントボディ１ａを推進させつつカッタヘッド３で地山を掘削することによりトンネルＴを所定距離掘進した後には、まず、フロントグリッパ１０、１０、…のグリッパシュー１０ａを坑壁に押し当ててフロントボディ１ａを固定するとともに、リヤサポート２２を伸長してメインビーム１５の後端側を支持する。次いで、メイングリッパ１９のグリッパシュー（図示なし）を引き込んだ後、スラストジャッキ２０を収縮させてグリッパボディ１９ａをメインビーム１５に沿って引き寄せて元の状態に戻す。この後は、上記動作を繰り返してトンネルＴを掘進していくようにする。
【００２５】
また、掘削すべき地盤が例えば軟弱地盤である場合には、フロントボディ１ａを推進させる推進機構として、シールドジャッキ１４を用いる。
これには、メイングリッパ１９およびフロントグリッパ１０を収縮して引き込んだ状態で、エレクタ１７でトンネルＴの坑壁の内面に沿ってライナー等の反力部材２５を組み立て、この反力部材２５にシールドジャッキ１４の後端を押し当てて伸長させることによって、この反力部材２５に反力を得てフロントボディ１ａを推進させる。
このようにして、カッタヘッド３で地山を掘削しつつその後方で反力部材２５を組み立て、シールドジャッキ１４でフロントボディ１ａを推進させることによって、トンネルＴを掘進していくようにする。
このとき、シールドシェル２の長さが通常の掘削機よりも短いため、切羽の近傍で反力部材２５を組み立てて地山を覆工することができるので、地山の崩落をより効果的に防止することができる。
【００２６】
このようにして、トンネル掘削機１でトンネルＴを掘進していき、所定長のトンネルＴが構築された後に、一例として、以下のようにしてトンネル掘削機１を回収・撤去する。
これにはまず、メインビーム１５からスラストジャッキ２０を取り外した後、メインビームの後部１５Ｃ、中間部１５Ｂ、前部１５Ａを順次取り外し、これらを掘削したトンネルＴの後方から地上に搬出する。
【００２７】
続いて、シールドシェル２の環状フレーム２ａから、ヘッド駆動ユニット６が取り付けられているバルクヘッド４を取り外し、これを搬出する。
次に、図４（ａ）に示したように、シールドシェル２の上部２Ｄを、内方に引き込むようにして取り外す。続いて、図４（ｂ）および（ｃ）に示したように、シールドシェル２の両側部２Ｂ、２Ｃ、下部２Ａを順次取り外し、これらを搬出する。
【００２８】
最後に、カッタヘッド３を解体して搬出する。これには、まず、図５（ｂ）に示したように、開閉部２３を外周部２４から取り外して後方に引き込んだ後、図５（ｃ）に示したように、外周部２４を上部２４Ａと下部２４Ｂとに分割して後方に解体搬出する。
【００２９】
このようにして解体搬出したトンネル掘削機１は、他のトンネル掘削現場に搬送して再び組み立てることによって転用することができる。
【００３０】
上述したトンネル掘削機１では、カッタヘッド３と、シールドシェル２と、ヘッド駆動ユニット６が取り付けられているバルクヘッド４と、メインビーム１５とが分割可能な構成とされている。また、シールドシェル２が下部２Ａ、側部２Ｂ、２Ｃ、上部２Ｄに分割可能とされ、上部２Ｄの両側の分割面Ｓ３、Ｓ４が、外周側から内周側に向けて漸次広がるよう形成された構成となっている。さらに、カッタヘッド３が開閉部２３と外周部２４とに分割可能とされ、加えて外周部２４が上部２４Ａと下部２４Ｂとに分割可能とされている。
これにより、トンネルＴを掘削した後に、このトンネル掘削機１をカッタヘッド３と、シールドシェル２と、バルクヘッド４と、メインビーム１５とに解体し、掘削したトンネルＴの坑内を通して地上に搬出することができる。このとき、シールドシェル２については、上部２Ｄをシールドシェル２の径方向内方に引き込むようにして取り外した後、両側部２Ｂ、２Ｃ、下部２Ａを取り外すことによって、トンネルＴを拡幅することなく坑内で分割・解体・搬出することができる。また、カッタヘッド３についても、開閉部２３を取り外して後方に引き込んだ後、外周部２４を上部２４Ａと下部２４Ｂとに分割し、それぞれを後方に搬出することによって、トンネルＴの坑内でカッタヘッド３を分割・解体・搬出することができる。
このようにして、トンネルＴの到達点が地下である場合にも、解体・搬出用の立坑を設けることなく、またトンネルＴを拡幅することなくトンネル掘削機１を回収・搬出することができ、したがって、搬出したトンネル掘削機１を他のトンネル掘削現場に転用することが可能となる。これにより、マシンコストを抑えて、トンネルＴの掘削コスト全体を削減することができる。
【００３１】
また、トンネル掘削機１は、硬質地盤用の推進機構としてメイングリッパ１９とスラストジャッキ２０とを備え、軟弱地盤用の推進機構としてシールドジャッキ１４を備えた構成とされている。このようにして二種類の推進機構を備えたトンネル掘削機１は硬質地盤にも軟弱地盤にも対応した汎用性の高いものとなり、様々な掘削現場に容易に転用することができる。
【００３２】
次に、シールドシェルの分割構造の他の例を示す。
図７に示すように、シールドシェル３０は、上部３０Ａと、その両側の側部３０Ｂ、３０Ｃとの、例えば３つのブロックに分割可能な構成とされている。そして、上部３０Ａは、その周方向寸法が、カッタヘッド３側（前方）から後方に向けて漸次広がるよう略テーパ状に形成されている。
これにより、このシールドシェル３０を解体するときには、まず、上部３０Ａと、その両側の側部３０Ｂ、３０Ｃとを分割し、上部３０Ａを掘進方向後方に向けて引き出して取り外せば、側部３０Ｂ、３０Ｃを順次取り外すことができる。このようにして、トンネルＴを拡幅することなく、シールドシェル３０をトンネル坑内でその掘進方向後方に向けて分割・解体・搬出することができるので、このような構成のシールドシェル３０を備えたトンネル掘削機においても、上記と同様にトンネルの掘削コストを抑えることができる。
【００３３】
次に、シールドシェルの分割構造のさらに他の例を示す。
また、図８に示すシールドシェル４０は、上部４０Ａと、その両側の側部４０Ｂ、４０Ｃとの、例えば３つのブロックに分割可能な構成とされている。そして、側部４０Ｂ、４０Ｃは、それぞれ、その周方向寸法が、カッタヘッド３側（前方）から後方に向けて漸次広がるよう略テーパ状に形成されている。
これにより、このシールドシェル４０を解体するときには、まず、上部４０Ａと、その両側の側部４０Ｂ、４０Ｃとを分割した後、側部４０Ｂまたは４０Ｃのいずれか一方を掘進方向後方に向けて引き出して取り外せば、側部４０Ｂ、４０Ｃの他方および上部４０Ａを順次取り外すことができる。
これにより、トンネルＴを拡幅することなく、シールドシェ４０をトンネル坑内でその掘進方向後方に向けて分割・解体・搬出することができるので、このような構成のシールドシェル３０を備えたトンネル掘削機においても、上記と同様にトンネルの掘削コストを抑えることができる。
【００３４】
なお、上記実施の形態において、トンネル掘削機１の全体構成については、上記のものに限定するものではなく、周知の各種シールド式トンネル掘削機においても、カッタヘッドと、シールドシェルと、ヘッド駆動機構とを分割可能な構成とし、さらにカッタヘッドとシールドシェルとをそれぞれ複数のブロックに分割可能として、トンネルの坑内でその径方向内方または掘進方向後方に解体搬出可能な構成とすることによって、同様の効果を奏することが可能である。このとき、上記カッタヘッドとシールドシェルとヘッド駆動機構以外の構成については、適宜分割可能な構成としておけばよいのは言うまでもない。
また、シールドシェル２、カッタヘッド３については、複数のブロックに分割可能であれば、その分割数について、上記実施の形態に限定するものではない。
加えて、シールドシェル２、カッタヘッド３等を解体するに際しては、トンネル掘削機１を後退させることができる場合には、その前方に形成された空間内において、シールドシェル２、カッタヘッド３を構成する各ブロックを前方に引き出して分割・解体し、それぞれを後方に搬出するようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係るトンネル掘削機によれば、カッタヘッドと、シールドシェルと、ヘッド駆動機構とを分割可能とし、かつ、カッタヘッドとシールドシェルをそれぞれさらに複数のブロックに分割可能として、トンネル坑内にて分割・解体・搬出可能とした構成となっている。これにより、トンネルを掘削した後に、トンネル掘削機をトンネル坑内にてカッタヘッドとシールドシェルとヘッド駆動機構とに分割し、さらにカッタヘッドとシールドシェルとを複数のブロックに分割・解体し、これを掘削したトンネル坑内を通して地上に搬出することができる。したがって、トンネルの到達点が地下である場合にも、トンネル掘削機解体・搬出用の立坑を設けることなくトンネル掘削機を回収することができ、搬出したトンネル掘削機を他のトンネル掘削現場に転用することが可能となる。これにより、マシンコストを抑えて、トンネルの掘削コスト全体を削減することができる。
また、請求項１に係るトンネル掘削機によれば、シールドシェルを周方向に複数のブロックに分割可能とし、かつ少なくとも一つの前記ブロックを、その周方向寸法が掘進方向前方から後方に向けて漸次広がるよう、略テーパ状に形成する構成とした。これにより、前記一つのブロックを後方に向けて引き出して取り外せば、他のブロックを順次取り外すことができる。このようにしてトンネルを拡幅することなくシールドシェルをトンネル坑内でその掘進方向に向けて分割・解体・搬出することができるので、この点においてもトンネルの掘削コストを抑えることができる。
【００３６】
請求項２に係るトンネル掘削機によれば、少なくとも一つの前記ブロックを、その両側に位置する他のブロックとの分割面が前記シールドシェルの外周側から内周側に向けて漸次広がるよう形成する構成とした。これにより、前記一つのブロックをシールドシェルの内方に引き込んで取り外せば、他のブロックを順次取り外すことができる。このようにしてトンネルを拡幅することなくシールドシェルをトンネル坑内でその径方向内方に向けて分割・解体・搬出するすることができるので、この点においてもトンネルの掘削コストを抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るトンネル掘削機の一例を示す側断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】前記トンネル掘削機を分割した状態を示す図である。
【図４】同トンネル掘削機のシールドシェルを分割した状態を示す図である。
【図５】同トンネル掘削機のカッタヘッドの分割構造の一例を示す正面図である。
【図６】同トンネル掘削機のヘッド駆動ユニットとメインビームとを分割した状態を示す図である。
【図７】前記シールドシェルの分割構造の他の一例を示す平面図および側面図である。
【図８】前記シールドシェルの分割構造のさらに他の一例を示す平面図および側面図である。
【符号の説明】
１  トンネル掘削機
２  シールドシェル
２Ａ  下部（他のブロック）
２Ｂ、２Ｃ  側部（他のブロック）
２Ｄ  上部（一のブロック）
３  カッタヘッド
３ａ  ローラカッタ（カッタ）
６  ヘッド駆動ユニット（ヘッド駆動機構）
１４  シールドジャッキ（推進機構）
２０  スラストジャッキ（推進機構）
Ｓ３、Ｓ４  分割面
Ｔ  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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