トンネル掘削機とトンネル掘削方法
【課題】 トンネル掘削機によって立坑から前方の地盤に向かってトンネルを掘削する際に、上記立坑の作業面積が狭くてトンネル掘削機を該立坑内に設置することが困難な場合であっても、トンネルの掘削を開始できるようにする。
【解決手段】 立坑内への搬入、設置時には、カッタヘッド３を備えたカッタユニットＡに、短い単筒からなる短尺筒体21内に油圧モータ22を配設してなる短尺モータユニットＣを接続して仮掘削機を構成し、この仮掘削機によって立坑内からのトンネル掘削を開始させ、カッタユニットＡが一定長、地中に進入したのち、短尺モータユニットＣを切り離して撤去し、方向修正ジャッキ18によって屈折可能に連結している前後筒体部からなる長尺筒体11内に電動モータ12を配設してなる長尺モータユニットＢをカッタユニットＡに接続してトンネル掘削機を構成し、この掘削機によってトンネルを掘進する。
【解決手段】 立坑内への搬入、設置時には、カッタヘッド３を備えたカッタユニットＡに、短い単筒からなる短尺筒体21内に油圧モータ22を配設してなる短尺モータユニットＣを接続して仮掘削機を構成し、この仮掘削機によって立坑内からのトンネル掘削を開始させ、カッタユニットＡが一定長、地中に進入したのち、短尺モータユニットＣを切り離して撤去し、方向修正ジャッキ18によって屈折可能に連結している前後筒体部からなる長尺筒体11内に電動モータ12を配設してなる長尺モータユニットＢをカッタユニットＡに接続してトンネル掘削機を構成し、この掘削機によってトンネルを掘進する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地中にガス管や下水道管などの小口径管体を埋設するためのトンネル掘削機とこのトンネル掘削機によるトンネル掘削方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、小口径の下水管等の管体を地中に埋設するには、立坑内にトンネル掘削機を搬入、設置し、前方の地盤に向けて発進させることによって小口径のトンネルを掘進し、このトンネル掘削機に一定長さの小口径管体を順次後続させて一定長のトンネルが掘削される毎に推進、埋設することによって行われている。
【０００３】
このようなトンネル掘削機としては、例えば、特許文献１に記載されているように、スキンプレートの前半部を形成している筒体の前部内に隔壁を設けてこの隔壁に筒体の前方地盤を掘削するカッタヘッドの回転軸を回転自在に支持させてなるカッタユニットと、スキンプレートの後半部を形成している筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設し、且つ、この筒体を前後筒体部に分割してこれらの前後筒体部間を複数本の方向修正ジャッキにより連結してなるモータユニットとを備え、このモータユニットを上記カッタユニットに接続すると共に掘削土砂の排出手段である管路を備えてなる構造のものが知られている。
【０００４】
トンネル掘削機が機能するためには、上記カッタユニットとモータユニットとが最低限必要であり、このようにユニット化することによってトンネルを掘削する際に、立坑内への搬入や組立、整備等を容易にしていると共に、掘進中においては方向修正ジャッキによって曲線トンネル等の掘削や方向修正を可能にしている。
【特許文献１】特開２００２−４７８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように前後筒短部間を方向修正ジャッキによって屈折自在に連結してなる中折れ機構を備えたモータユニットでは、その筒体の長さが中折れ機構を有する分だけ長尺にならざるを得ず、このため、広い立坑の用地が確保できない場合や既設の人孔を立坑として使用する場合などのように、立坑の面積が狭い場合には、カッタユニットとモータユニットとを該立坑内に別々に搬入することができたとしても、立坑内で組み立てることが困難となってトンネル施工ができなくなる。また、当然のことながら、地上でカッタユニットとモータユニットとを接続しても、立坑内への搬入を行うことができないといった問題点がある。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、面積が狭い立坑であっても、組立てた状態で立坑内への搬入を可能にすると共に、立坑内からの前方地盤に対するトンネルの掘削が容易に行え、さらに、掘進中においては方向修正も可能したトンネル掘削機とこのトンネル掘削機によるトンネル掘削方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明のトンネル掘削機は、請求項１に記載したように、筒体の前部内に設けている隔壁に前方地盤を掘削するカッタヘッドを回転自在に軸支してなるカッタユニットと、前後筒体部に分割されてこれらの前後筒体部間を方向修正ジャッキによって互いに屈折自在に連結してなる長尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる長尺モータユニットとからなり、この長尺モータユニットの長尺筒体の前端を上記長尺カッタユニットの筒体の後端に着脱自在に連結することによってトンネル掘削機を構成すると共に、立坑内から前方地盤に向かって該トンネル掘削機を発進させる際に、上記モータユニットに替えて、上記長尺筒体よりも長さが短い単筒からなる短尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる短尺モータユニットを上記カッタユニットに接続して仮掘削機を形成するように構成している。
【０００８】
このように構成したトンネル掘削機において、請求項２に係る発明は、長尺モータユニット内に配設した駆動モータは電動モータである一方、短尺モータユニット内に配設した駆動モータは油圧モータであることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、上記トンネル掘削機によるトンネル掘削方法であって、筒体の前部内に設けている隔壁に筒体の前方地盤を掘削するカッタヘッドを回転自在に軸支してなるカッタユニットの後端に、単筒からなる短尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる短尺モータユニットを接続することにより仮掘削機を形成し、この仮掘削機を立坑内に配置したのち、該仮掘削機によって立坑から前方地盤に向かってトンネルを掘削し、短尺モータユニットがトンネル内に進入する手前まで掘削したのち、カッタユニットからこの短尺モータユニットを切り離して該カッタユニットに、前後筒体部を方向修正ジャッキによって互いに屈折自在に連結してなる長尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる長尺モータユニットを接続することによりトンネル掘削機を構成し、このトンネル掘削機によって以後のトンネル掘削を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、立坑内に設置する際のトンネル掘削機として、筒体の前部内に設けている隔壁に該筒体の前方地盤を掘削するカッタヘッドを回転自在に軸支してなるカッタユニットの後端に、長さが短い単筒からなる短尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる短尺モータユニットを接続することによって構成した仮掘削機を使用しているので、前後筒短部間を方向修正ジャッキによって屈折自在に連結してなる中折れ機構を備えたモータユニットに比較してその長さが極めて短くなり、狭い立坑内であっても該立坑内での組立てが容易に行えるのは勿論、地上において、カッタユニットと短尺モータユニットとを接続して仮掘削機を形成し、この仮掘削機を立坑内に搬入することも可能となって立坑内への設置作業が能率よく行えるものである。
【００１１】
さらに、この仮掘削機によって立坑から前方地盤に向かってトンネルの掘削を開始して短尺モータユニットがトンネル内に進入する手前まで掘削したのち、カッタユニットからこの短尺モータユニットを切り離すので、短尺モータユニット内の駆動モータによってカッタヘッドを回転駆動しながら掘削するトンネル長はカッタユニットが一定長、地盤内に進入する長さだけであり、従って、方向修正などを行う必要はない上に、上記短尺モータユニットを使用してカッタユニットを駆動しながら狭い立坑内であっても、前方に向かってこれらのカッタユニットと短尺モータユニットとからなる仮掘削機により、トンネルの掘進が正確に行うことができる。
【００１２】
その上、短尺モータユニットがトンネル内に進入する手前まで掘削したのち、該短尺モータユニットを地中に進入したカッタユニットの後端から切り離して撤去するので、このカッタユニットの後方側の立坑内の作業面積が広くなり、従って、前後筒体部を方向修正ジャッキによって互いに屈折自在に連結してなる長尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる長尺モータユニットを立坑内に搬入してこの長尺モータユニットをカッタユニットに接続する作業が円滑に行えると共に、その接続によって狭い立坑内であっても掘進中に方向修正が可能な機長の長いトンネル掘削機を容易に設けることができ、曲線トンネルの施工への対応も可能となるものである。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、トンネル掘削機を構成する上記長尺モータユニット内に配設した駆動モータは電動モータである一方、仮掘削機を構成する上記短尺モータユニット内に配設した駆動モータは油圧モータであるので、同じ出力を有する油圧モータと電動モータとの長さを比較した場合、油圧モータは電動モータに比べてその長さがかなり短いから、上記のようにこの油圧モータを採用することによって長さの短い短尺モータユニットを構成することができる。この場合、油圧モータはオーバーロードがきかないために局部的に高強度の地盤が存在する時には、圧油がリリーフして回転不能となることがあるが、上述したように、この油圧モータを動力としてのトンネル掘削長さはカッタユニットが一定長だけ、立坑から地盤に掘進するだけの短い長さであるから、リリーフする虞れが殆ど生じなく、トンネルの掘削を開始することができる。
【００１４】
一方、電動モータは、上記のような高強度の地盤が存在する領域でも、回転が停止することなくカッタヘッドを回転駆動しながらトンネル施工を継続していくことが可能であるため、トンネル掘削機用の駆動モータとして適している。しかしながら、この電動モータを備えた前後筒体部からなる上記筒体はその長さが油圧モータを備えた上記筒体よりも長くなり、従って、この長尺筒体内に電動モータを配設してなる長尺モータユニットをモータユニットに接続することによって構成したトンネル掘削機は、作業空間が狭い立坑内に直接、搬入したり設置することが困難であるが、上述したように、まず、駆動モータとして油圧モータを配設している短尺モータユニットをカッタユニットに接続してなる長さの短い仮掘削機により掘削を開始し、カッタユニットが一定長、地中に推進したのち、短尺モータユニットと上記長尺モータユニットとを交換するので、狭い立坑内であっても、該立坑からのトンネルの掘削が円滑に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１は小径トンネル掘削機の簡略縦断側面図、図２はその正面図であって、トンネル掘削機は、外径が１ｍ以下の一定長さを有する鋼管製筒体１の前部内に、外周端部を該筒体１に溶接等によって一体に固着している隔壁２を設けていると共にこの隔壁２に、筒体１の開口端前方部に配設されて前方の地盤を掘削するカッタヘッド３を回転自在に軸支させてなるカッタユニットＡと、上記筒体１と同一外径を有し、且つ、後述する短尺モータユニットＣの筒体21よりも長さが長い長尺筒体11内に上記カッタヘッド３を回転駆動する電動モータからなる駆動モータ12を配設してなる長尺モータユニットＢとを備え、上記カッタユニットＡの筒体１の後端にこの長尺モータユニットＢの長尺筒体11の前端を接続することによって構成されている。
【００１６】
カッタユニットＡの筒体１の開口端前方部に配設している上記カッタヘッド３としては、そのビットの形状等は地盤の掘削に適したものであれば特に限定されないが、図においては、前面に多数の掘削刃を突設している複数個のトリコンビット3aを装着し、且つ、掘削土砂取込み開口部3bを設けてなるカッタヘッドを採用してあり、このカッタヘッド３の後面と上記隔離壁２の前面間の空間部を土砂取込室４に形成している。さらに、この土砂取込室４内において、カッタヘッド３の後面中央部に前端に向かって徐々に小径に形成されている截頭円錐形状のインナコーン5aの前端面を固着すると共に、このインナコーン5aの外周方における上記筒筒体１の前端開口部の内周面に前端に向かって徐々に拡径させたアウタコーン5bの外周面を固着してこれらのインナコーン5aとアウタコーン5bとによってコーンクラッシャを形成している。
【００１７】
上記筒体１の後端開口部には該開口端を密閉した端面板６が固着されてあり、この端面板６の中心部と上記隔壁２の中心部との間に、インナコーン5aを一体に固着させている上記カッタヘッド３の回転軸７を架設状態にして回転自在に軸支してあり、該回転軸７の後端部を端面板６から後方に貫通させて上記駆動モータ12の回転軸13又は後述する油圧モータからなる駆動モータ22の回転軸23の前端を着脱自在に連結させるように構成している。さらに、隔壁２と端面板６との間の空間部における下端部にエアピンチバルブ８を配設し、このエアピンチバルブ８の前端口部を隔壁２の下端部を水密的に貫通して上記土砂取込室４の下端部内に連通させていると共に後端口部を端面板６の下端部を貫通して上記モータユニットＢの長尺筒体11の下端部内に配設した排泥管14の前端部を着脱自在に連結、連通させるように構成している。
【００１８】
また、隔壁２と端面板６との間の空間部には、前端部を隔壁２を水密に貫通して土砂取込室４の上部内に連通させ、後端部を端面板６を貫通して後続する送泥管19を接続させる一定長さの送泥管９が配設されていると共に、上記長尺モータユニットＢの長尺筒体11の上部内にも前端を該長尺筒体11の前端開口部に一体に設けている前側端面板16を貫通して上記送泥管９の後端に着脱自在に連結、連通させた上記送泥管19を配設してあり、該送泥管19の後端部を長尺筒体11の後端開口部に一体に設けている後側の端面板17を貫通して後述する送泥管路30を接続させるように構成している。
【００１９】
上記長尺モータユニットＢの長尺筒体11における前側端面板16の後面中央部に上記駆動モータ12を固定、支持させていると共にこの駆動モータ12の回転軸13を該端面板16の中央部を貫通して上記カッタヘッド３の回転軸７に着脱自在に連結している。さらに、長尺筒体11は前後筒体部11a 、11b に分割されていて前側筒体部11a の後端部と後側筒体部11b
の前端部間を中折れ部15を介して互いに屈折自在に接続していると共に、長尺筒体11の内周面に、周方向に所定間隔毎に複数本の方向修正ジャッキ18（図においては、１本の方向修正ジャッキのみ示している）を配設してこれらの方向修正ジャッキ16の前後端を前側筒体部11a の内周面と後側筒体部11b の内周面とにそれぞれ突設したブラケット間に連結している。
【００２０】
また、この長尺筒体11の下端部内に長さが長尺筒体11の長さに略等しい長さを有する上述した排泥管14を配設してあり、この排泥管14の後端を後側端面板17の下端部に貫通状態で支持させて該後端に排泥管路32の前端を連結、連通せるようにしている。なお、長尺筒体11の前側端面板16はカッタユニットＡの筒体１の端面板６と接合している外周端部を、端面板６の外周端部にボルト20によって連結している。
【００２１】
このように構成したトンネル掘削機によって立坑31内から地中にトンネルを掘削する場合、このトンネル掘削機は、前後胴体部11a 、11b を掘削自在に接続してなる比較的長さの長い筒体11内に油圧モータよりも長尺の電動モータからなる駆動モータ12を備えたモータユニットＢを上記カッタユニットＡに接続してなるものであるから、立坑31の横断面積が狭い時には、該トンネル掘削機を地上から立坑内に搬入できない場合や、搬入が可能であっても立坑31から前方の地盤に向かっての掘進作業が困難な事態が発生する。
【００２２】
このため、立坑内への搬入時には、カッタユニットＡから長尺モータユニットＢを切り離しておき、この長尺モータユニットＢに替えて図３に示すように、カッタユニットＡの筒体１やモータユニットＢの長尺筒体11よりも長さが短い単筒からなる短尺筒体21内に電動モータよりも長さの短い油圧モータからなる駆動モータ22を備えてなる短尺モータユニットＣを採用してこの短尺モータユニットＣを上記カッタユニットＡに接続することにより上記トンネル掘削機よりも長さ短くて立坑31内に搬入可能な仮掘削機を構成している。
【００２３】
短尺モータユニットＣの短尺筒体21は、上記長尺モータユニットＢの長尺筒体11と同一外径を有し且つその前端開口部に端面板25を固着してあり、この端面板25の前面外周端部を上記カッタユニットＡの筒体１の端面板６の後面外周端部に接合して、筒体１と上記長尺筒体11との上述した連結構造と同じく、ボルト20により着脱自在に連結している。この端面板25の後面中央部に上記油圧モータからなる駆動モータ22を固定、支持させていると共にこの駆動モータ22の回転軸23を該端面板25の中央部を貫通して上記カッタヘッド３の回転軸７に着脱自在に連結している。
【００２４】
さらに、短尺筒体21の下端部内には該短尺筒体21と略同一長さを有する排泥管24を配設してその前端開口部を端面板25の下端部を貫通してカッタユニットＡの上記エアピンチバルブ８の後端口部に着脱自在に連結、連通させていると共に上部内に短尺筒体11と略同一長さを有する送泥管26を配設してその前端部を端面板25に挿通状態で支持させてあり、その前端を上記カッタユニットＡに配設している送泥管９の後端に着脱自在に連結、連通させている。
【００２５】
このように短尺モータユニットＣをカッタユニットＡに接続することによって構成した仮掘削機を立坑31内にクレーン等で吊り下げて搬入し、図４に示すように、立坑31の内底部上に配設している発進架台40上に前方地盤に向けて設置する。なお、カッタユニットＡと短尺モータユニットＣとを地上から立坑31内に別々に搬入し、立坑31内でカッタユニットＡの後端に短尺モータユニットＣを接続することによって仮掘削機を構成してもよい。
【００２６】
上記発進架台40は図10、図11に示すように、立坑31の内底面の両側部に前後方向に向けて支持フレーム41、41を互いに平行に敷設すると共にこれらの支持フレーム41、41の対向内側面間を数本の連結フレーム42によって一体に連結し、さらに、支持フレーム41、41間の中央部に前後方向に向けて上記仮掘削機のカッタユニットＡの筒体１と短尺モータユニットＣの短尺筒体21の下周面を摺動自在に支持する水平発進台43を配設して該水平発進台43をこの水平発進台43と直交する連結フレーム42、42の中央部上面にボルト等によって固定している。
【００２７】
さらに、上記仮掘削機の両側方における上記支持フレーム41、41上に左右一対の推進ジャッキ44、44を配設し、これらの推進ジャッキ44、44の後方に向かって突設している伸縮ロッド44a 、44a を立坑31の後壁面上に固定した反力受台45に受止させていると共に該ロッド44a 、44a の伸長に従って前進するこれらの推進ジャッキ44、44のシリンダ部44b 、44b を押し板46の両側端部に穿設している孔46a 、46a に挿通してこれらのシリンダ部44b 、44b の後端鍔部44b'、44b'に該孔46a 、46a を係止させ、且つ、この押し板46の前面中央部を水平発進台43上に設置された仮掘削機における短尺モータユニットＣの短尺筒体21の後端面に押し付けている。なお、押し板46の中央部に通孔47を設けてこの通孔47を通じて上記送排泥管24、26の後端にアダプタ33、34を接続し、このアダプタ33、34に送排泥管路30、32の前端を接続している。また、上記推進ジャッキ44、44としては２段ジャッキを採用している。
【００２８】
このように、発進架台40上に仮掘削機を設置したのち、左右一対の推進ジャッキ44、44を作動させてそのロッド44a 、44a を伸長させると、反力受台45を支点として推進ジャッキ44、44のシリンダ部44b 、44b が前進し、これらのシリンダ部44b 、44b 間に架設状態で連結している押し板46が一体に前進してその前面で仮掘削機の短尺モータユニットＣの短尺筒体21の後端面を押圧しながら該仮掘削機を水平発進台43上で発進坑口48に向かって推進させ、この発進坑口48から前方の地盤の掘削を開始する。
【００２９】
地盤の掘削は短尺モータユニットＣ内の油圧モータからなる駆動モータ22を駆動することによってその回転をカッタヘッド３の回転軸７に伝達してカッタヘッド３を回転させながら、仮掘削機を推進させることによって行われ、掘削された土砂は土砂取込室４内に取り込まれる。この際、大塊土が該土砂取込室４内に取り込まれた場合には、インナコーン5aとアウタコーン5bとによって細かく破砕する。
【００３０】
また、掘削中において、地上から送泥管路30を通じて泥水を短尺モータユニットＣ内の送泥管26に供給し、この送泥管26と連結、連通したカッタユニットＡ内の送泥管９を通じて土砂取込室４に泥水を供給、充満させて上記掘削土砂と混合させ、掘削土砂を泥土化させると共に、この土砂取込室４に充満した泥水圧によって切羽を押さえて該切羽地盤の崩壊を防止しながらカッタヘッド３により前方の地盤を掘削する一方、土砂取込室４内で泥土化した土砂はエアピンチバルブ８を通じて短尺モータユニットＣ内の排泥管24に送り出され、排泥管路32を通じて泥水と共に立坑31から地上に設置した分離槽（図示せず）に送給され、この分離槽で掘削土砂を泥水から分離させたのち、該泥水を再び送泥管路30に供給する。なお、土砂取込室４内の泥土圧の調整はエアピンチバルブ８の開度を調節することによって行われる。
【００３１】
こうして、仮掘削機によって立坑から前方地盤に向かってトンネルの掘削を開始し、カッタユニットＡとこの短尺モータユニットＣとの接続部分がトンネル内に進入する手前、即ち、発進坑口48に入る直前まで掘進すると、その位置でトンネルの掘削を停止し、カッタユニットＡの筒体１内の送泥管９とピンチバルブ８に対する送排泥管24、26の連結を解くと共にカッタユニットＡの筒体１の端面板６に対する短尺モータユニットＣの短尺筒体21の端面板25の連結を解いたのち、該短尺モータユニットＣを後退させることによってカッタヘッド３の回転軸７に対する油圧モータ22の回転軸23の連結を解くと共にカッタユニットＡから短尺モータユニットＣを切り離し、該短尺モータユニットＣをクレーン等によって地上側に撤去、回収する（図５参照）。
【００３２】
次いで、電動モータからなる駆動モータ12や方向修正ジャッキ18、送排泥管14、19等を内装している長尺モータユニットＢをクレーン等で吊り下げて立坑31内に搬入し、発進架台40上に設置したのち、左右一対の推進ジャッキ44、44のロッド44a 、44a を伸長させることにより、該長尺モータユニットＢの後端面を押し板46を介して前進させてその長尺筒体11の前側端面板16をカッタユニットＡの後端端面板６に接合させた状態にして図１に示すようにボルト20により一体に連結すると共に駆動モータ12の回転軸13をカッタヘッド３の回転軸７に連結し、さらに、送排泥管14、19をカッタユニットＡの筒体１内の送泥管９とピンチバルブ８とにそれぞれ連結、連通させると共にこれらの送排泥管14、19に送排泥管路30、32の前端を接続する。また、電動モータからなる駆動モータ12を地上に設置した発電機50に配線を介して接続する（図６参照）。
【００３３】
こうして、カッタユニットＡの後端に長尺モータユニットＢを接続したのち、左右一対の推進ジャッキ44、44を作動させてそのロッド44a 、44a を伸長させることにより、上記同様に反力受台45を支点としてモータユニットＢを押し板46を介して推進させると共に、長尺モータユニットＢ内の駆動モータ12を駆動してカッタヘッド３を回転させることにより、トンネルを掘進する。掘削された土砂は、上述したように、土砂取込室４内に取り込み、インナコーン5aとアウタコーン5bとによって細かく破砕したのち、ピンチバルブ８、排泥管14、排泥管路32を通じて排出する。
【００３４】
カッタユニットＡに後続している長尺モータユニットＢの長尺筒体11が発進坑口48に入る直前まで掘進すると、一旦トンネルの掘削を停止し、左右一対の推進ジャッキ44、44のロッド44a 、44a を収縮させることにより、押し板46を後退させて長尺モータユニットＢの長尺筒体の後端と該押し板46との間に一定長さを有する管体Ｐが介在可能な間隔を設け、まず、管体Ｐとして外径が長尺筒体11と略同一外径で、且つ、内部に方向修正ジャッキ18等の油圧機器の作動用油圧ユニットや制御盤、掘削方向を求めるターゲット等を配設している第１制御管P1を長尺モータユニットＢに接続する。この際、送排泥管路30、32もこの第１制御管P1内を通じて長尺モータユニットＢ内の送排泥管14、19に接続する（図７参照）。
【００３５】
しかるのち、駆動モータ12を作動させてカッタヘッド３を回転させると共に推進ジャッキ44、44を作動させてそのロッド44a 、44a を伸長させることにより、押し板46で第１制御管P1の後端面を前方に押圧して該第１制御管P1を押し進めてカッタユニットＡと長尺モータユニットＢと一体に推進させ、カッタユニットＡによってトンネルを掘進する。そして、この第１制御管P1の長さに相当する一定長のトンネルが掘削されると、図８に示すように該第１制御管P1に滑材注入口やバイパスバルブ等を備えている第２制御管P2を後続させたのち、上記同様にしてこの第２制御管P2の管長に応じた一定長のトンネルを掘進しながら該第２制御管P2を上記第１制御管P1と一体に地中に推進する。
【００３６】
次いで、この第２制御管P2に引き続いて図９に示すように、管体Ｐとして上記第１、第２制御管P1、P2よりもやや小径で一定長を有するヒューム管等の埋設管P3を継ぎ足し、その後端を上記同様に推進ジャッキ44、44によって押し板46を介して押し進めてトンネル掘削機により掘削されるトンネル内に推進させる。そして、一本の埋設管P3に相当する一定長のトンネルを掘削する毎に順次埋設管P3を継ぎ足しながら、推進させることにより、上記立坑31から到達側の立坑（図示せず）に達したトンネルの全長に亘って埋設管P3列からなる下水管等の管路を形成する。なお、カッタユニットＡや長尺モータユニットＢ及び制御管P1、P2は到達立坑に達した時に順次、切り離されて地上側に撤去される。
【００３７】
以上の実施例においては、カッタユニットＡに備えている前方の地盤を掘削するカッタヘッド３として、前面に複数個のトリコンビット3aを突設している構造のものを採用しているが、図12に示すように、回転軸３の中心部から外径方向に向かって複数本のスポーク3cを放射状に設けて、隣接するスポーク3c、3c間に土砂取込み開口部を設けると共に各スポークの前面に複数個のカッタビット3a' を突設している通常のカッタヘッド3'を使用してもよい。また、カッタヘッド３を駆動する駆動モータとして、長尺モータユニットＢでは電動モータを、短尺モータユニットＣでは油圧モータをそれぞれ使用しているが、同じ駆動モータを採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】トンネル掘削機の簡略縦断側面図。
【図２】その正面図。
【図３】仮掘削機の簡略縦断側面図。
【図４】立坑内から前方地盤の掘削の準備が完了した状態の簡略側面図。
【図５】短尺モータユニットを撤去する状態の簡略側面図。
【図６】カッタユニットに長尺モータユニットを接続した状態の簡略側面図。
【図７】長尺モータユニットに第１制御管を接続した状態の簡略側面図。
【図８】第２制御管を接続した状態の簡略側面図。
【図９】埋設管体を後続させた状態の簡略側面図。
【図１０】発進架台の平面図。
【図１１】その背面図。
【図１２】別な構造のカッタヘッドを備えたカッタユニットの簡略縦断側面図。
【符号の説明】
【００３９】
Ａ カッタユニット
１ 筒体
２ 隔壁
３ カッタヘッド
７ 回転軸
Ｂ 長尺モータユニット
11 長尺筒体
12 電動モータ
13 回転軸
Ｃ 短尺モータユニット
21 短尺筒体
22 油圧モータ
23 回転軸
31 立坑
40 発進架台
【技術分野】
【０００１】
本発明は地中にガス管や下水道管などの小口径管体を埋設するためのトンネル掘削機とこのトンネル掘削機によるトンネル掘削方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、小口径の下水管等の管体を地中に埋設するには、立坑内にトンネル掘削機を搬入、設置し、前方の地盤に向けて発進させることによって小口径のトンネルを掘進し、このトンネル掘削機に一定長さの小口径管体を順次後続させて一定長のトンネルが掘削される毎に推進、埋設することによって行われている。
【０００３】
このようなトンネル掘削機としては、例えば、特許文献１に記載されているように、スキンプレートの前半部を形成している筒体の前部内に隔壁を設けてこの隔壁に筒体の前方地盤を掘削するカッタヘッドの回転軸を回転自在に支持させてなるカッタユニットと、スキンプレートの後半部を形成している筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設し、且つ、この筒体を前後筒体部に分割してこれらの前後筒体部間を複数本の方向修正ジャッキにより連結してなるモータユニットとを備え、このモータユニットを上記カッタユニットに接続すると共に掘削土砂の排出手段である管路を備えてなる構造のものが知られている。
【０００４】
トンネル掘削機が機能するためには、上記カッタユニットとモータユニットとが最低限必要であり、このようにユニット化することによってトンネルを掘削する際に、立坑内への搬入や組立、整備等を容易にしていると共に、掘進中においては方向修正ジャッキによって曲線トンネル等の掘削や方向修正を可能にしている。
【特許文献１】特開２００２−４７８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のように前後筒短部間を方向修正ジャッキによって屈折自在に連結してなる中折れ機構を備えたモータユニットでは、その筒体の長さが中折れ機構を有する分だけ長尺にならざるを得ず、このため、広い立坑の用地が確保できない場合や既設の人孔を立坑として使用する場合などのように、立坑の面積が狭い場合には、カッタユニットとモータユニットとを該立坑内に別々に搬入することができたとしても、立坑内で組み立てることが困難となってトンネル施工ができなくなる。また、当然のことながら、地上でカッタユニットとモータユニットとを接続しても、立坑内への搬入を行うことができないといった問題点がある。
【０００６】
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、面積が狭い立坑であっても、組立てた状態で立坑内への搬入を可能にすると共に、立坑内からの前方地盤に対するトンネルの掘削が容易に行え、さらに、掘進中においては方向修正も可能したトンネル掘削機とこのトンネル掘削機によるトンネル掘削方法を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明のトンネル掘削機は、請求項１に記載したように、筒体の前部内に設けている隔壁に前方地盤を掘削するカッタヘッドを回転自在に軸支してなるカッタユニットと、前後筒体部に分割されてこれらの前後筒体部間を方向修正ジャッキによって互いに屈折自在に連結してなる長尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる長尺モータユニットとからなり、この長尺モータユニットの長尺筒体の前端を上記長尺カッタユニットの筒体の後端に着脱自在に連結することによってトンネル掘削機を構成すると共に、立坑内から前方地盤に向かって該トンネル掘削機を発進させる際に、上記モータユニットに替えて、上記長尺筒体よりも長さが短い単筒からなる短尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる短尺モータユニットを上記カッタユニットに接続して仮掘削機を形成するように構成している。
【０００８】
このように構成したトンネル掘削機において、請求項２に係る発明は、長尺モータユニット内に配設した駆動モータは電動モータである一方、短尺モータユニット内に配設した駆動モータは油圧モータであることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に係る発明は、上記トンネル掘削機によるトンネル掘削方法であって、筒体の前部内に設けている隔壁に筒体の前方地盤を掘削するカッタヘッドを回転自在に軸支してなるカッタユニットの後端に、単筒からなる短尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる短尺モータユニットを接続することにより仮掘削機を形成し、この仮掘削機を立坑内に配置したのち、該仮掘削機によって立坑から前方地盤に向かってトンネルを掘削し、短尺モータユニットがトンネル内に進入する手前まで掘削したのち、カッタユニットからこの短尺モータユニットを切り離して該カッタユニットに、前後筒体部を方向修正ジャッキによって互いに屈折自在に連結してなる長尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる長尺モータユニットを接続することによりトンネル掘削機を構成し、このトンネル掘削機によって以後のトンネル掘削を行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、立坑内に設置する際のトンネル掘削機として、筒体の前部内に設けている隔壁に該筒体の前方地盤を掘削するカッタヘッドを回転自在に軸支してなるカッタユニットの後端に、長さが短い単筒からなる短尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる短尺モータユニットを接続することによって構成した仮掘削機を使用しているので、前後筒短部間を方向修正ジャッキによって屈折自在に連結してなる中折れ機構を備えたモータユニットに比較してその長さが極めて短くなり、狭い立坑内であっても該立坑内での組立てが容易に行えるのは勿論、地上において、カッタユニットと短尺モータユニットとを接続して仮掘削機を形成し、この仮掘削機を立坑内に搬入することも可能となって立坑内への設置作業が能率よく行えるものである。
【００１１】
さらに、この仮掘削機によって立坑から前方地盤に向かってトンネルの掘削を開始して短尺モータユニットがトンネル内に進入する手前まで掘削したのち、カッタユニットからこの短尺モータユニットを切り離すので、短尺モータユニット内の駆動モータによってカッタヘッドを回転駆動しながら掘削するトンネル長はカッタユニットが一定長、地盤内に進入する長さだけであり、従って、方向修正などを行う必要はない上に、上記短尺モータユニットを使用してカッタユニットを駆動しながら狭い立坑内であっても、前方に向かってこれらのカッタユニットと短尺モータユニットとからなる仮掘削機により、トンネルの掘進が正確に行うことができる。
【００１２】
その上、短尺モータユニットがトンネル内に進入する手前まで掘削したのち、該短尺モータユニットを地中に進入したカッタユニットの後端から切り離して撤去するので、このカッタユニットの後方側の立坑内の作業面積が広くなり、従って、前後筒体部を方向修正ジャッキによって互いに屈折自在に連結してなる長尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる長尺モータユニットを立坑内に搬入してこの長尺モータユニットをカッタユニットに接続する作業が円滑に行えると共に、その接続によって狭い立坑内であっても掘進中に方向修正が可能な機長の長いトンネル掘削機を容易に設けることができ、曲線トンネルの施工への対応も可能となるものである。
【００１３】
請求項２に係る発明によれば、トンネル掘削機を構成する上記長尺モータユニット内に配設した駆動モータは電動モータである一方、仮掘削機を構成する上記短尺モータユニット内に配設した駆動モータは油圧モータであるので、同じ出力を有する油圧モータと電動モータとの長さを比較した場合、油圧モータは電動モータに比べてその長さがかなり短いから、上記のようにこの油圧モータを採用することによって長さの短い短尺モータユニットを構成することができる。この場合、油圧モータはオーバーロードがきかないために局部的に高強度の地盤が存在する時には、圧油がリリーフして回転不能となることがあるが、上述したように、この油圧モータを動力としてのトンネル掘削長さはカッタユニットが一定長だけ、立坑から地盤に掘進するだけの短い長さであるから、リリーフする虞れが殆ど生じなく、トンネルの掘削を開始することができる。
【００１４】
一方、電動モータは、上記のような高強度の地盤が存在する領域でも、回転が停止することなくカッタヘッドを回転駆動しながらトンネル施工を継続していくことが可能であるため、トンネル掘削機用の駆動モータとして適している。しかしながら、この電動モータを備えた前後筒体部からなる上記筒体はその長さが油圧モータを備えた上記筒体よりも長くなり、従って、この長尺筒体内に電動モータを配設してなる長尺モータユニットをモータユニットに接続することによって構成したトンネル掘削機は、作業空間が狭い立坑内に直接、搬入したり設置することが困難であるが、上述したように、まず、駆動モータとして油圧モータを配設している短尺モータユニットをカッタユニットに接続してなる長さの短い仮掘削機により掘削を開始し、カッタユニットが一定長、地中に推進したのち、短尺モータユニットと上記長尺モータユニットとを交換するので、狭い立坑内であっても、該立坑からのトンネルの掘削が円滑に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
次に、本発明の具体的な実施の形態を図面について説明すると、図１は小径トンネル掘削機の簡略縦断側面図、図２はその正面図であって、トンネル掘削機は、外径が１ｍ以下の一定長さを有する鋼管製筒体１の前部内に、外周端部を該筒体１に溶接等によって一体に固着している隔壁２を設けていると共にこの隔壁２に、筒体１の開口端前方部に配設されて前方の地盤を掘削するカッタヘッド３を回転自在に軸支させてなるカッタユニットＡと、上記筒体１と同一外径を有し、且つ、後述する短尺モータユニットＣの筒体21よりも長さが長い長尺筒体11内に上記カッタヘッド３を回転駆動する電動モータからなる駆動モータ12を配設してなる長尺モータユニットＢとを備え、上記カッタユニットＡの筒体１の後端にこの長尺モータユニットＢの長尺筒体11の前端を接続することによって構成されている。
【００１６】
カッタユニットＡの筒体１の開口端前方部に配設している上記カッタヘッド３としては、そのビットの形状等は地盤の掘削に適したものであれば特に限定されないが、図においては、前面に多数の掘削刃を突設している複数個のトリコンビット3aを装着し、且つ、掘削土砂取込み開口部3bを設けてなるカッタヘッドを採用してあり、このカッタヘッド３の後面と上記隔離壁２の前面間の空間部を土砂取込室４に形成している。さらに、この土砂取込室４内において、カッタヘッド３の後面中央部に前端に向かって徐々に小径に形成されている截頭円錐形状のインナコーン5aの前端面を固着すると共に、このインナコーン5aの外周方における上記筒筒体１の前端開口部の内周面に前端に向かって徐々に拡径させたアウタコーン5bの外周面を固着してこれらのインナコーン5aとアウタコーン5bとによってコーンクラッシャを形成している。
【００１７】
上記筒体１の後端開口部には該開口端を密閉した端面板６が固着されてあり、この端面板６の中心部と上記隔壁２の中心部との間に、インナコーン5aを一体に固着させている上記カッタヘッド３の回転軸７を架設状態にして回転自在に軸支してあり、該回転軸７の後端部を端面板６から後方に貫通させて上記駆動モータ12の回転軸13又は後述する油圧モータからなる駆動モータ22の回転軸23の前端を着脱自在に連結させるように構成している。さらに、隔壁２と端面板６との間の空間部における下端部にエアピンチバルブ８を配設し、このエアピンチバルブ８の前端口部を隔壁２の下端部を水密的に貫通して上記土砂取込室４の下端部内に連通させていると共に後端口部を端面板６の下端部を貫通して上記モータユニットＢの長尺筒体11の下端部内に配設した排泥管14の前端部を着脱自在に連結、連通させるように構成している。
【００１８】
また、隔壁２と端面板６との間の空間部には、前端部を隔壁２を水密に貫通して土砂取込室４の上部内に連通させ、後端部を端面板６を貫通して後続する送泥管19を接続させる一定長さの送泥管９が配設されていると共に、上記長尺モータユニットＢの長尺筒体11の上部内にも前端を該長尺筒体11の前端開口部に一体に設けている前側端面板16を貫通して上記送泥管９の後端に着脱自在に連結、連通させた上記送泥管19を配設してあり、該送泥管19の後端部を長尺筒体11の後端開口部に一体に設けている後側の端面板17を貫通して後述する送泥管路30を接続させるように構成している。
【００１９】
上記長尺モータユニットＢの長尺筒体11における前側端面板16の後面中央部に上記駆動モータ12を固定、支持させていると共にこの駆動モータ12の回転軸13を該端面板16の中央部を貫通して上記カッタヘッド３の回転軸７に着脱自在に連結している。さらに、長尺筒体11は前後筒体部11a 、11b に分割されていて前側筒体部11a の後端部と後側筒体部11b
の前端部間を中折れ部15を介して互いに屈折自在に接続していると共に、長尺筒体11の内周面に、周方向に所定間隔毎に複数本の方向修正ジャッキ18（図においては、１本の方向修正ジャッキのみ示している）を配設してこれらの方向修正ジャッキ16の前後端を前側筒体部11a の内周面と後側筒体部11b の内周面とにそれぞれ突設したブラケット間に連結している。
【００２０】
また、この長尺筒体11の下端部内に長さが長尺筒体11の長さに略等しい長さを有する上述した排泥管14を配設してあり、この排泥管14の後端を後側端面板17の下端部に貫通状態で支持させて該後端に排泥管路32の前端を連結、連通せるようにしている。なお、長尺筒体11の前側端面板16はカッタユニットＡの筒体１の端面板６と接合している外周端部を、端面板６の外周端部にボルト20によって連結している。
【００２１】
このように構成したトンネル掘削機によって立坑31内から地中にトンネルを掘削する場合、このトンネル掘削機は、前後胴体部11a 、11b を掘削自在に接続してなる比較的長さの長い筒体11内に油圧モータよりも長尺の電動モータからなる駆動モータ12を備えたモータユニットＢを上記カッタユニットＡに接続してなるものであるから、立坑31の横断面積が狭い時には、該トンネル掘削機を地上から立坑内に搬入できない場合や、搬入が可能であっても立坑31から前方の地盤に向かっての掘進作業が困難な事態が発生する。
【００２２】
このため、立坑内への搬入時には、カッタユニットＡから長尺モータユニットＢを切り離しておき、この長尺モータユニットＢに替えて図３に示すように、カッタユニットＡの筒体１やモータユニットＢの長尺筒体11よりも長さが短い単筒からなる短尺筒体21内に電動モータよりも長さの短い油圧モータからなる駆動モータ22を備えてなる短尺モータユニットＣを採用してこの短尺モータユニットＣを上記カッタユニットＡに接続することにより上記トンネル掘削機よりも長さ短くて立坑31内に搬入可能な仮掘削機を構成している。
【００２３】
短尺モータユニットＣの短尺筒体21は、上記長尺モータユニットＢの長尺筒体11と同一外径を有し且つその前端開口部に端面板25を固着してあり、この端面板25の前面外周端部を上記カッタユニットＡの筒体１の端面板６の後面外周端部に接合して、筒体１と上記長尺筒体11との上述した連結構造と同じく、ボルト20により着脱自在に連結している。この端面板25の後面中央部に上記油圧モータからなる駆動モータ22を固定、支持させていると共にこの駆動モータ22の回転軸23を該端面板25の中央部を貫通して上記カッタヘッド３の回転軸７に着脱自在に連結している。
【００２４】
さらに、短尺筒体21の下端部内には該短尺筒体21と略同一長さを有する排泥管24を配設してその前端開口部を端面板25の下端部を貫通してカッタユニットＡの上記エアピンチバルブ８の後端口部に着脱自在に連結、連通させていると共に上部内に短尺筒体11と略同一長さを有する送泥管26を配設してその前端部を端面板25に挿通状態で支持させてあり、その前端を上記カッタユニットＡに配設している送泥管９の後端に着脱自在に連結、連通させている。
【００２５】
このように短尺モータユニットＣをカッタユニットＡに接続することによって構成した仮掘削機を立坑31内にクレーン等で吊り下げて搬入し、図４に示すように、立坑31の内底部上に配設している発進架台40上に前方地盤に向けて設置する。なお、カッタユニットＡと短尺モータユニットＣとを地上から立坑31内に別々に搬入し、立坑31内でカッタユニットＡの後端に短尺モータユニットＣを接続することによって仮掘削機を構成してもよい。
【００２６】
上記発進架台40は図10、図11に示すように、立坑31の内底面の両側部に前後方向に向けて支持フレーム41、41を互いに平行に敷設すると共にこれらの支持フレーム41、41の対向内側面間を数本の連結フレーム42によって一体に連結し、さらに、支持フレーム41、41間の中央部に前後方向に向けて上記仮掘削機のカッタユニットＡの筒体１と短尺モータユニットＣの短尺筒体21の下周面を摺動自在に支持する水平発進台43を配設して該水平発進台43をこの水平発進台43と直交する連結フレーム42、42の中央部上面にボルト等によって固定している。
【００２７】
さらに、上記仮掘削機の両側方における上記支持フレーム41、41上に左右一対の推進ジャッキ44、44を配設し、これらの推進ジャッキ44、44の後方に向かって突設している伸縮ロッド44a 、44a を立坑31の後壁面上に固定した反力受台45に受止させていると共に該ロッド44a 、44a の伸長に従って前進するこれらの推進ジャッキ44、44のシリンダ部44b 、44b を押し板46の両側端部に穿設している孔46a 、46a に挿通してこれらのシリンダ部44b 、44b の後端鍔部44b'、44b'に該孔46a 、46a を係止させ、且つ、この押し板46の前面中央部を水平発進台43上に設置された仮掘削機における短尺モータユニットＣの短尺筒体21の後端面に押し付けている。なお、押し板46の中央部に通孔47を設けてこの通孔47を通じて上記送排泥管24、26の後端にアダプタ33、34を接続し、このアダプタ33、34に送排泥管路30、32の前端を接続している。また、上記推進ジャッキ44、44としては２段ジャッキを採用している。
【００２８】
このように、発進架台40上に仮掘削機を設置したのち、左右一対の推進ジャッキ44、44を作動させてそのロッド44a 、44a を伸長させると、反力受台45を支点として推進ジャッキ44、44のシリンダ部44b 、44b が前進し、これらのシリンダ部44b 、44b 間に架設状態で連結している押し板46が一体に前進してその前面で仮掘削機の短尺モータユニットＣの短尺筒体21の後端面を押圧しながら該仮掘削機を水平発進台43上で発進坑口48に向かって推進させ、この発進坑口48から前方の地盤の掘削を開始する。
【００２９】
地盤の掘削は短尺モータユニットＣ内の油圧モータからなる駆動モータ22を駆動することによってその回転をカッタヘッド３の回転軸７に伝達してカッタヘッド３を回転させながら、仮掘削機を推進させることによって行われ、掘削された土砂は土砂取込室４内に取り込まれる。この際、大塊土が該土砂取込室４内に取り込まれた場合には、インナコーン5aとアウタコーン5bとによって細かく破砕する。
【００３０】
また、掘削中において、地上から送泥管路30を通じて泥水を短尺モータユニットＣ内の送泥管26に供給し、この送泥管26と連結、連通したカッタユニットＡ内の送泥管９を通じて土砂取込室４に泥水を供給、充満させて上記掘削土砂と混合させ、掘削土砂を泥土化させると共に、この土砂取込室４に充満した泥水圧によって切羽を押さえて該切羽地盤の崩壊を防止しながらカッタヘッド３により前方の地盤を掘削する一方、土砂取込室４内で泥土化した土砂はエアピンチバルブ８を通じて短尺モータユニットＣ内の排泥管24に送り出され、排泥管路32を通じて泥水と共に立坑31から地上に設置した分離槽（図示せず）に送給され、この分離槽で掘削土砂を泥水から分離させたのち、該泥水を再び送泥管路30に供給する。なお、土砂取込室４内の泥土圧の調整はエアピンチバルブ８の開度を調節することによって行われる。
【００３１】
こうして、仮掘削機によって立坑から前方地盤に向かってトンネルの掘削を開始し、カッタユニットＡとこの短尺モータユニットＣとの接続部分がトンネル内に進入する手前、即ち、発進坑口48に入る直前まで掘進すると、その位置でトンネルの掘削を停止し、カッタユニットＡの筒体１内の送泥管９とピンチバルブ８に対する送排泥管24、26の連結を解くと共にカッタユニットＡの筒体１の端面板６に対する短尺モータユニットＣの短尺筒体21の端面板25の連結を解いたのち、該短尺モータユニットＣを後退させることによってカッタヘッド３の回転軸７に対する油圧モータ22の回転軸23の連結を解くと共にカッタユニットＡから短尺モータユニットＣを切り離し、該短尺モータユニットＣをクレーン等によって地上側に撤去、回収する（図５参照）。
【００３２】
次いで、電動モータからなる駆動モータ12や方向修正ジャッキ18、送排泥管14、19等を内装している長尺モータユニットＢをクレーン等で吊り下げて立坑31内に搬入し、発進架台40上に設置したのち、左右一対の推進ジャッキ44、44のロッド44a 、44a を伸長させることにより、該長尺モータユニットＢの後端面を押し板46を介して前進させてその長尺筒体11の前側端面板16をカッタユニットＡの後端端面板６に接合させた状態にして図１に示すようにボルト20により一体に連結すると共に駆動モータ12の回転軸13をカッタヘッド３の回転軸７に連結し、さらに、送排泥管14、19をカッタユニットＡの筒体１内の送泥管９とピンチバルブ８とにそれぞれ連結、連通させると共にこれらの送排泥管14、19に送排泥管路30、32の前端を接続する。また、電動モータからなる駆動モータ12を地上に設置した発電機50に配線を介して接続する（図６参照）。
【００３３】
こうして、カッタユニットＡの後端に長尺モータユニットＢを接続したのち、左右一対の推進ジャッキ44、44を作動させてそのロッド44a 、44a を伸長させることにより、上記同様に反力受台45を支点としてモータユニットＢを押し板46を介して推進させると共に、長尺モータユニットＢ内の駆動モータ12を駆動してカッタヘッド３を回転させることにより、トンネルを掘進する。掘削された土砂は、上述したように、土砂取込室４内に取り込み、インナコーン5aとアウタコーン5bとによって細かく破砕したのち、ピンチバルブ８、排泥管14、排泥管路32を通じて排出する。
【００３４】
カッタユニットＡに後続している長尺モータユニットＢの長尺筒体11が発進坑口48に入る直前まで掘進すると、一旦トンネルの掘削を停止し、左右一対の推進ジャッキ44、44のロッド44a 、44a を収縮させることにより、押し板46を後退させて長尺モータユニットＢの長尺筒体の後端と該押し板46との間に一定長さを有する管体Ｐが介在可能な間隔を設け、まず、管体Ｐとして外径が長尺筒体11と略同一外径で、且つ、内部に方向修正ジャッキ18等の油圧機器の作動用油圧ユニットや制御盤、掘削方向を求めるターゲット等を配設している第１制御管P1を長尺モータユニットＢに接続する。この際、送排泥管路30、32もこの第１制御管P1内を通じて長尺モータユニットＢ内の送排泥管14、19に接続する（図７参照）。
【００３５】
しかるのち、駆動モータ12を作動させてカッタヘッド３を回転させると共に推進ジャッキ44、44を作動させてそのロッド44a 、44a を伸長させることにより、押し板46で第１制御管P1の後端面を前方に押圧して該第１制御管P1を押し進めてカッタユニットＡと長尺モータユニットＢと一体に推進させ、カッタユニットＡによってトンネルを掘進する。そして、この第１制御管P1の長さに相当する一定長のトンネルが掘削されると、図８に示すように該第１制御管P1に滑材注入口やバイパスバルブ等を備えている第２制御管P2を後続させたのち、上記同様にしてこの第２制御管P2の管長に応じた一定長のトンネルを掘進しながら該第２制御管P2を上記第１制御管P1と一体に地中に推進する。
【００３６】
次いで、この第２制御管P2に引き続いて図９に示すように、管体Ｐとして上記第１、第２制御管P1、P2よりもやや小径で一定長を有するヒューム管等の埋設管P3を継ぎ足し、その後端を上記同様に推進ジャッキ44、44によって押し板46を介して押し進めてトンネル掘削機により掘削されるトンネル内に推進させる。そして、一本の埋設管P3に相当する一定長のトンネルを掘削する毎に順次埋設管P3を継ぎ足しながら、推進させることにより、上記立坑31から到達側の立坑（図示せず）に達したトンネルの全長に亘って埋設管P3列からなる下水管等の管路を形成する。なお、カッタユニットＡや長尺モータユニットＢ及び制御管P1、P2は到達立坑に達した時に順次、切り離されて地上側に撤去される。
【００３７】
以上の実施例においては、カッタユニットＡに備えている前方の地盤を掘削するカッタヘッド３として、前面に複数個のトリコンビット3aを突設している構造のものを採用しているが、図12に示すように、回転軸３の中心部から外径方向に向かって複数本のスポーク3cを放射状に設けて、隣接するスポーク3c、3c間に土砂取込み開口部を設けると共に各スポークの前面に複数個のカッタビット3a' を突設している通常のカッタヘッド3'を使用してもよい。また、カッタヘッド３を駆動する駆動モータとして、長尺モータユニットＢでは電動モータを、短尺モータユニットＣでは油圧モータをそれぞれ使用しているが、同じ駆動モータを採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】トンネル掘削機の簡略縦断側面図。
【図２】その正面図。
【図３】仮掘削機の簡略縦断側面図。
【図４】立坑内から前方地盤の掘削の準備が完了した状態の簡略側面図。
【図５】短尺モータユニットを撤去する状態の簡略側面図。
【図６】カッタユニットに長尺モータユニットを接続した状態の簡略側面図。
【図７】長尺モータユニットに第１制御管を接続した状態の簡略側面図。
【図８】第２制御管を接続した状態の簡略側面図。
【図９】埋設管体を後続させた状態の簡略側面図。
【図１０】発進架台の平面図。
【図１１】その背面図。
【図１２】別な構造のカッタヘッドを備えたカッタユニットの簡略縦断側面図。
【符号の説明】
【００３９】
Ａ カッタユニット
１ 筒体
２ 隔壁
３ カッタヘッド
７ 回転軸
Ｂ 長尺モータユニット
11 長尺筒体
12 電動モータ
13 回転軸
Ｃ 短尺モータユニット
21 短尺筒体
22 油圧モータ
23 回転軸
31 立坑
40 発進架台
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒体の前部内に設けている隔壁に前方地盤を掘削するカッタヘッドを回転自在に軸支してなるカッタユニットと、前後筒体部に分割されてこれらの前後筒体部間を方向修正ジャッキによって互いに屈折自在に連結してなる長尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる長尺モータユニットとからなり、この長尺モータユニットの長尺筒体の前端を上記カッタユニットの筒体の後端に着脱自在に連結することによってトンネル掘削機を構成すると共に、立坑内から前方地盤に向かって該トンネル掘削機を発進させる際に、上記長尺モータユニットに替えて、上記長尺筒体よりも長さが短い単筒からなる短尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる短尺モータユニットを上記カッタユニットに接続して仮掘削機を形成するように構成していることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
長尺モータユニット内に配設した駆動モータは電動モータである一方、短尺モータユニット内に配設した駆動モータは油圧モータであることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項３】
筒体の前部内に設けている隔壁に筒体の前方地盤を掘削するカッタヘッドを回転自在に軸支してなるカッタユニットの後端に、単筒からなる短尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる短尺モータユニットを接続することにより仮掘削機を形成し、この仮掘削機を立坑内に配置したのち、該仮掘削機によって立坑から前方地盤に向かってトンネルを掘削し、短尺モータユニットがトンネル内に進入する手前まで掘削したのち、カッタユニットからこの短尺モータユニットを切り離して該カッタユニットに、前後筒体部を方向修正ジャッキによって互いに屈折自在に連結してなる長尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる長尺モータユニットを接続することによりトンネル掘削機を構成し、このトンネル掘削機によって以後のトンネル掘削を行うことを特徴とするトンネル掘削方法。
【請求項１】
筒体の前部内に設けている隔壁に前方地盤を掘削するカッタヘッドを回転自在に軸支してなるカッタユニットと、前後筒体部に分割されてこれらの前後筒体部間を方向修正ジャッキによって互いに屈折自在に連結してなる長尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる長尺モータユニットとからなり、この長尺モータユニットの長尺筒体の前端を上記カッタユニットの筒体の後端に着脱自在に連結することによってトンネル掘削機を構成すると共に、立坑内から前方地盤に向かって該トンネル掘削機を発進させる際に、上記長尺モータユニットに替えて、上記長尺筒体よりも長さが短い単筒からなる短尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる短尺モータユニットを上記カッタユニットに接続して仮掘削機を形成するように構成していることを特徴とするトンネル掘削機。
【請求項２】
長尺モータユニット内に配設した駆動モータは電動モータである一方、短尺モータユニット内に配設した駆動モータは油圧モータであることを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
【請求項３】
筒体の前部内に設けている隔壁に筒体の前方地盤を掘削するカッタヘッドを回転自在に軸支してなるカッタユニットの後端に、単筒からなる短尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる短尺モータユニットを接続することにより仮掘削機を形成し、この仮掘削機を立坑内に配置したのち、該仮掘削機によって立坑から前方地盤に向かってトンネルを掘削し、短尺モータユニットがトンネル内に進入する手前まで掘削したのち、カッタユニットからこの短尺モータユニットを切り離して該カッタユニットに、前後筒体部を方向修正ジャッキによって互いに屈折自在に連結してなる長尺筒体内に上記カッタヘッドを回転駆動する駆動モータを配設してなる長尺モータユニットを接続することによりトンネル掘削機を構成し、このトンネル掘削機によって以後のトンネル掘削を行うことを特徴とするトンネル掘削方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００８−１６３６２５（Ｐ２００８−１６３６２５Ａ）
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−３５３８０８（Ｐ２００６−３５３８０８）
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（０００１４０２９２）株式会社奥村組 (469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月１７日（２００８．７．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１２月２８日（２００６．１２．２８）
【出願人】（０００１４０２９２）株式会社奥村組 (469)
【Ｆターム（参考）】
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