管路形成用トンネル掘削機
【課題】 トンネル掘削時における掘削機のローリングの発生を確実に防止すると共にトンネル掘削機後における掘削機本体の回収、撤去が円滑に行うことができる管路形成用トンネル掘削機を提供する。
【解決手段】 トンネル掘削機は埋設すべき管体の前端に後端を一体に連結している外筒と、この外筒内に配設された掘削機本体とからなり、掘削機本体は内筒と、隔壁に回転自在に支持された外径が拡縮可能なカッタヘッドとを備えていると共に、上記内筒の外周面と外筒の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設してこれらの突出片と介入片とによりローリング防止手段を形成し、さらに、カッタヘッドを縮径させたのち、掘削機本体を外筒内を通じて回収、撤去可能に構成している。
【解決手段】 トンネル掘削機は埋設すべき管体の前端に後端を一体に連結している外筒と、この外筒内に配設された掘削機本体とからなり、掘削機本体は内筒と、隔壁に回転自在に支持された外径が拡縮可能なカッタヘッドとを備えていると共に、上記内筒の外周面と外筒の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設してこれらの突出片と介入片とによりローリング防止手段を形成し、さらに、カッタヘッドを縮径させたのち、掘削機本体を外筒内を通じて回収、撤去可能に構成している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中にトンネルを掘削しながら管体を埋設することによって管路を形成したのち、該管路内を通じて後方に撤去、回収可能にした管路形成用トンネル掘削機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地中に管路を形成するためのシールド工事においては、発進立坑側からトンネル掘削機を到達立坑に向かって掘進させ、一定長のトンネルを掘削する毎に該トンネル掘削機に後続させて一定長の埋設管を順次、継ぎ足すことにより管路を形成しており、到達立坑に達したトンネル掘削機は、通常、該到達立坑内から地上に回収しているが、到達立坑が既設のマンホール等の狭隘な立坑である場合、或いは、到達立坑が設けられない場合や、２基のトンネル掘削機を地中でドッキングさせる場合のように到達立坑を設けない場合には、到達側からトンネル掘削機を取り出すことができない。
【０００３】
従って、掘削終了後にトンネル掘削機を解体して管路内を通じて発進立坑側に撤去、回収しなけれならず、その撤去、回収作業に著しい手間と労力を要するという問題点があった。特に、径が3000mm以下の小径の管路を形成するトンネル掘削機の場合には、狭い作業空間での撤去作業が極めて困難である。
【０００４】
このため、先頭の敷設管内にトンネル掘削機を挿入、固定しておき、先頭の施設管の開口端から前方に突設している該トンネル掘削機のカッタヘッドを回転させながら発進立坑側で施設管を押し進めることにより、トンネル掘削機を掘進させてトンネルを掘削すると共に、一定長のトンネルが掘削される毎に施設管を順次継ぎ足すことにより管路を形成し、次いで、掘削終了後には、カッタヘッドを施設管の内径よりも小径となるように縮小させると共に先頭の施設管に対するシールド掘削機の固定を解いたのち、シールド掘削機を解体することなく管路内を通じて発進立坑まで後退させ、発進立坑から地上側に回収することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平７−６８８７１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、上記のように管路の形成工法によれば、施設管内に対する掘削機本体の固定手段として、スキンプレートに押圧ボルトを内外面間に亘って貫通させてスキンプレート外に突出した該押圧ボルト先端に取り付けている押止板を施設管の内面に圧着させてなり、この固定手段によって掘削機本体に作用する推進反力を支持させるようにしているため、推進反力が上記押圧ボルトの長さ方向に対して直角方向に作用して充分な支持力を得ることができず、掘削機本体が後退したり施設管に破損が生じたりする虞れがある。
【０００６】
さらに、トンネル掘削時におけるカッタヘッドの回転反力を、上記押圧ボルトの先端に取り付けている押止板と施設管の内面との圧接力（摩擦力）によって支持しているため、この押圧ボルトによる圧接力ではカッタヘッドの回転反力を確実に支持することができず、スリップが発生して掘削機本体がローリングを起こすといった問題点がある。
【０００７】
また、先頭の施設管と次の施設管との接合部分を屈折可能にして方向修正を可能にすることが開示されているが、中折れ機構ではないために大きく屈折させることができず、十分な方向修正が困難であるという問題点がある。
【０００８】
さらにまた、トンネル掘削機と施設管との間のシール機構は、スキンプレートに外嵌している金属製のホルダの溝内にシールリングを嵌入し、この金属製ホルダを先頭の施設管の先端面に当接させると共に上記シールリングを該施設管の外周面から突設している前補助プレートに密接させた構造としているため、トンネル掘削機を管路内を通じて後退させる際に、この金属製ホルダを取り外さなければならないが、スキンプレート内から該スキンプレート外の金属製ホルダを除去する作業は極めて困難であり、撤去作業に著しい手間を要するという問題点がある。
【０００９】
本発明は上記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、ローリングの発生を防止しながらトンネルの掘削を可能にし、また、トンネル掘進時における推進反力を強固に受止し得ると共に方向修正も確実に行うことができ、さらに、トンネル掘削後においては管路を通じてのトンネル掘削機の回収、撤去作業が円滑且つ能率よく行うことができる管路形成用トンネル掘削機を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明の管路形成用トンネル掘削機は、請求項１に記載したように、地中にトンネルを掘削しながら該トンネル内に管体を順次、埋設することにより管路を形成していくトンネル掘削機において、先頭の管体の前端側に設けられ且つ該管体と略同一外径を有する外筒と、この外筒内に配設された掘削機本体とからなり、上記外筒はその前端部内周面に内径が上記管体の内径よりも小径のリング体を突設している一方、上記掘削機本体は外周面の前端部を上記リング体の内周面にシール材を介して密接させている内筒と、この内筒の前部に設けられた隔壁と、この隔壁に回転自在に支持されて上記外筒の開口端から前方の地盤を掘削し且つ外径が上記シール材の内径よりも小径に縮小可能に形成しているカッタヘッドとを備えてなり、さらに、この掘削機本体の内筒における外周面と外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設してこれらの突出片と介入片とによりトンネル掘削機のローリング防止手段を構成していることを特徴とする。
【００１１】
このように構成した管路形成用トンネル掘削機において、請求項２に係る発明は、上記外筒を前側外筒部と後側外筒部とに分割して、該後側外筒部の前端側に方向修正ジャッキを介して上記前側外筒部を屈折自在に連結していると共に、掘削機本体の内筒における後端部外周面と上記外筒における後側外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設していることを特徴とする。
【００１２】
さらに、請求項３に係る発明は、上記掘削機本体の隔壁より後方の内筒を外筒における前側外筒部の内周面に切り離し可能な推進反力伝達部材を介して連結していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、地中にトンネルを掘削しながら該トンネル内に管体を順次、埋設することにより管路を形成していくトンネル掘削機において、先頭の管体の前端側に設けられ且つ該管体と略同一外径を有する外筒と、この外筒内に配設された掘削機本体とからなり、上記外筒はその前端部内周面に内径が上記管体の内径よりも小径のリング体を突設している一方、上記掘削機本体は外周面の前端部を上記リング体の内周面にシール材を介して密接させている内筒と、この内筒の前部に設けられた隔壁と、この隔壁に回転自在に支持されて上記外筒の開口端から前方の地盤を掘削し且つ外径が上記シール材の内径よりも小径に縮小可能に形成しているカッタヘッドとを備えてなり、さらに、この掘削機本体の内筒における外周面と外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設してこれらの突出片と介入片とによりトンネル掘削機のローリング防止手段を構成しているので、トンネル掘削時においては、カッタヘッドの回転反力によって外筒に対して掘削機本体の内筒がローリングしようとするが、上記突出片と介入片とからなるローリング防止手段を介してトンネル掘削機がローリングしようとする回動力を管体に強固に受止させることができ、ローリングの発生を確実に阻止することができる。
【００１４】
また、所定長の管路を形成後に掘削機本体を回収する場合、掘削機本体の内筒の外周面の前端部に密接しているシール材は、外筒における前側外周面の前端部内周面に突設しているリング体における上記管体の内径よりも小径の内周面に設けているので、このシール材に摺接させながら掘削機本体の内筒を後方に円滑に離脱させることができ、カッタヘッドを管体の内径よりも縮径させた状態にして管路を通じての掘削機本体の回収、撤去作業が能率よく行えるものである。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、上記外筒は前側外筒部と後側外筒部とに分割されていて後側外筒部の後端を上記先頭の管体の前端に連結していてると共に、該後側外筒部の前端側に方向修正ジャッキを介して上記前側外筒部を屈折自在に連結しているので、この方向修正ジャッキを作動させることにより、外筒の後側外筒部に対して前側外筒部を該方向修正ジャッキの作動量に応じて所定方向に容易に且つ大きく屈折させることができ、掘削中におけるトンネル掘削機の方向修正やこのトンネル掘削機による曲線トンネル施工が正確に且つ能率よく行うことができる。
【００１６】
さらに、請求項３に係る発明によれば、上記掘削機本体の隔壁より後方の内筒を外筒における前側外筒部の内周面に切り離し可能な推進反力伝達部材を介して連結しているので、管路形成時には、後方からの推進力を外筒及び推進反力伝達部材を介して掘削機本体の内筒に確実に伝達することができ、内筒の前部に設けている隔壁に回転自在に支持されたカッタヘッドによってトンネルを円滑に掘削することができる。
【００１７】
その上、掘削機本体に作用する推進反力を上記推進反力伝達部材を介して外管から管体側に強固に支持させることができると共に、推進反力伝達部材はトンネル掘削機内に露呈した状態に設けられているから、所定長の管路の形成後、外筒の内周面からの該推進反力伝達部材の切り離し作業が機内から容易に行うことができ、カッタヘッドの外径を管体の内径よりも小径に形成したのち、外管を地中に残した状態で該外管と管体の内周面をガイド面として掘削機本体全体の回収、撤去作業が能率よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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、トンネル掘削機Ａは、外径が埋設すべき管体Ｐの外径に等しい鋼管製の外筒１と、この外筒１内に配設された掘削機本体10とからなり、掘削機本体10は外径が管体Ｐの内径よりも小径の内筒11と、この内筒11の前部に設けられてその外周端面を内筒11の内周面に一体に固着している隔壁12と、この隔壁12に回転自在に支持されて上記外筒の開口端に面した地盤を掘削するカッタヘッド13とを備えている。
【００１９】
上記外筒１は長さが掘削機本体10の内筒11と同等若しくは該内筒11よりも長い前側外筒部1Aと、長さの短い円環形状の後側外筒部1Bとに分割されてあり、この後側外筒部1Bの後端を上記管体Ｐの前端に一体に連結、固着していると共に、該後側外筒部1Bの前端側の四方に方向修正ジャッキ７を介して上記前側外筒部1Aを屈折自在に連結している。
【００２０】
これらの前後外筒部1A、1Bは、内外二重の筒状周壁部1a1 、1a2 ；1b1 、1b2 の前端部間と後端部間をそれぞれ前後リング状連結端板1a3 、1a4 ；1b3 、1b4 によって連結してなる厚みが管体Ｐの厚みに略等しい断面横長矩形状に形成されてあり、さらに、前側外筒部1Aにおける前側リング状連結端板1a3 の内周端から内方に延長する方向にリング体1cを一体に突設して、このリング体1cの内周端面に上記掘削機本体10の内筒11の前端外周面をシール材４を介して摺接させていると共に、前側外筒部1Aにおける上記外側筒状周壁部1a1 の前後端部を内側筒状周壁部1a2 の前後端からそれぞれ一定長さだけ突出させて、後側の突出片部1a5 を後側外筒部1Bにおける外側筒状周壁部1b1 の外周面前端部にシール材4aを介して屈折可能に被嵌させている。
【００２１】
なお、後側外筒部1Bは、その後側端面板1b4 とこの後側端面板1b4 から後方に突出している突片1b5 とを管体Ｐの前端面と前端外周面とにそれぞれ密接させた状態で一体に固着している一方、前側端面板1b3 に前側外筒部1Aの後側端面板1a4 を固定することなく受止させている。
【００２２】
このように構成している外筒１における前側外筒部1A内に上記掘削機本体10がその内筒11を前側外筒部1Aの内側筒状周壁部1a2 の内周面から小間隔を存した状態で且つ上述したように該内筒11の前端外周面を上記リング体1cの内周端面にシール材４を介して摺接させた状態にして配設されてあり、内筒11の前端部における少なくとも下周部の複数個所にガイドローラ２を回転自在に軸支して外筒１の内周面、即ち、上記内側筒状周壁部1a2 の内周面前端部上に支持させている。
【００２３】
さらに、掘削機本体10の内筒11の後端部を上記前側外筒部1Aの後端部内周面、即ち、内側筒状周壁部1a2 の後端部内周面に対して切り離し可能な推進反力伝達部材３を介して連結、固着し、トンネル掘削機Ａの掘進時に発生する推進反力を掘削機本体10の内筒11からこの推進反力伝達部材３、前後外筒部1A、1Bを介して管体Ｐに支持させるように構成している。
【００２４】
この推進反力伝達部材３は、垂直矩形状板片3aと水平矩形状板片3bとを互いに直角に組み合わせて補強リブ3cにより一体に連結、固着してなり、垂直矩形状板片3aの前面と水平矩形状板片3bの外面とによって互いに直交する２つの接続面を形成している。一方、上記掘削機本体10の内筒11の後端部における周方向の複数個所（図においては四方）に、上記推進反力伝達部材３の垂直矩形状板片3aと面接合する垂直連結板片3dを補強部材3eと共に一体に固着してあり、これらの各垂直連結板片3dに推進反力伝達部材３の垂直矩形状板片3aを接合して複数個のボルト3fにより連結、固定している。
【００２５】
さらに、推進反力伝達部材３における水平矩形状板片3bを上記外筒１の後端内周面、即ち、該外筒１の内側周壁部1bの後端内周面に切り離し可能に固着している水平連結板片3gに面接合させて複数個のボルト3fにより一体に連結、固定している。この内筒11に対して推進反力伝達部材３の水平矩形状板片3bを切り離し可能にするには、上記水平連結板片3gを内筒11の内周面に溶接によって固着しておき、この水平連結板片3gに水平矩形状板片3bをボルト3fによって切り離し可能に固着しておいてもよく、上記水平連結板片3gを内筒11の内周面に溶接によって固着することなく水平矩形状板片3bと共にボルト3fによって内筒11の内面に切り離し可能に固着しておいてもよい。
【００２６】
一方、上記後側外筒部1Bの内周面、即ち、後側筒状周壁部1b2 の内周面における上部の２個所に、図３に示すように、周方向に小宜間隔を存して前後方向に長い横長長方形状の突出片6a、6aを掘削機本体10の内筒11の後端部外周面に向かって内方に突設している一方、該内筒11の後端部外周面の上部２個所に、上記突出片6a、6a間に介挿した横長長方形状の介入片6bを突設してこれらの突出片6a、6aと介入片6bとによってトンネル掘削機のローリング防止手段６を形成している。
【００２７】
即ち、内筒11と一体のこの介入片6bの両側面を管体Ｐと一体に連結している後側外筒部1Bと一体の突出片6a、6aの対向内側面に受止させることによって、外筒１と掘削機本体10とからなるトンネル掘削機全体が管体Ｐに対してローリングするのを防止するように構成している。なお、内筒11側に突出片6a、6aを、後側外筒部1B側に介入片6bを設けておいてもよい。
【００２８】
また、外筒１における前側外筒部1Aと後側外筒部1Bとの上下左右の４個所間を上述したように方向修正ジャッキ７によって連結している。具体的には、前側外筒部1Aの内側筒状周壁部1a2 における後半部の上下左右部分を切除してその切除部における外側筒状周壁部1a1 の内周面の上下左右に沿って方向修正ジャッキ７を配設し、この方向修正ジャッキ７の前端部を外側筒状周壁部1a1 の内周面から突設している軸受片８にピン5aによって回動自在に連結する一方、後端部を上記後側外筒部1Bの前端部に固着している軸受片９にピン5bによって回動自在に連結している。
【００２９】
掘削機本体10の上記カッタヘッド13は、その回転中心軸14を隔壁12の中央部に回転自在に支持されていると共に、この回転中心軸14の前端から該回転中心軸14に対して直交する方向（外径方向）に向かって図２に示すように、長さが外筒１や管体Ｐの内周面の半径よりも小径で内筒11の半径に略等しい長さを有する複数本（図においては、６本）のスポーク部13a を放射状に突設し、隣接するスポーク部13a の外端対向面間を円弧状の連結部材13b によって一体に連結している。
【００３０】
さらに、これらのスポーク部13a に長さ方向に適宜間隔毎にカッタビット15a を前方に向かって突設していると共に、これらの複数本のスポーク部13a において、一本おきに配設されているスポーク部13a'はその長さを上記のように外筒１や管体Ｐの内周面の半径よりも短い長さから外筒１の外周面に達する長い長さまで伸長可能で且つこの長い形状から短い形状となるまで縮小可能に形成してカッタヘッドの外径を、外筒１の外径に略等しい径から管体Ｐの内径よりも小径に縮径可能に構成されている。
【００３１】
この拡縮可能な上記スポーク部13a'の具体的な構造としては、該スポーク部13a'を図１に示すように、その先端面が開口した筒状の中空スポーク部13a'に形成し、この中空スポーク部13a'内に、前面両側部に前方に向かって複数個のカッタビット15b を突設しているスポーク片13a'' を収納し、中空スポーク部13a'内の奥底部に装着しているジャッキ16の作動により、このスポーク片13a'' を中空スポーク部13a'の開口端から出没させるように構成している。なお、上記カッタヘッド13の回転中心軸14の前面にセンタビット15c を突設している。
【００３２】
また、カッタヘッド13の背面外周部数カ所に、後方に向かってアーム部材17を突設していると共に、これらのアーム部材17、17の後端を円環枠材18によって一体に連結して該円環状枠材18を内筒11の内周面に回転自在に支持させてあり、さらに、この円環状枠材18の後端面に内歯車19を固着している一方、掘削機本体10の上記隔壁12の外周部後面に駆動モータ20を装着してこの駆動モータ20の回転軸に固着している小歯車21を上記内歯車19に噛合させ、駆動モータ20によってカッタヘッド13を回転させるように構成している。
【００３３】
さらに、カッタヘッド13の後面と上記隔壁12の前面間の空間部を、カッタヘッド12によって掘削された土砂を取り込んで一旦滞留させておく土砂室22に形成してあり、この土砂室22から排土手段23を通じて掘削土砂を後方に排出するように構成している。
【００３４】
この排土手段23は図１に示すようにスクリューコンベアからなり、その前端開口部を隔壁12の下部を貫通して上記土砂室22の下端部内に臨ませていると共に隔壁12から後方に向かって斜め上方に傾斜させた状態で配設されている。
【００３５】
次に、以上のように構成した管路形成用トンネル掘削機Ａによって地中に管路を形成する方法について説明する。まず、このトンネル掘削機Ａを発進立坑Ｂ内に設置し、そのカッタヘッド13を拡径させた状態にすると共に、このトンネル掘削機Ａにおける後側外筒部1Bの後端にヒューム管からなる管体Ｐの前端を一体に連結する。この状態にしてカッタヘッド12を回転させると共に管体Ｐの後端面を発進立坑Ｂの後部内に配設している推進ジャッキ等の推進手段Ｃによって押し進めてトンネルを掘進する。
【００３６】
そして、トンネル掘削機Ａが発進立坑Ｂから地中内に一定長推進すると、管体Ｐの後端に次の管体Ｐの前端を接続させ、この管体Ｐの後端を上記推進手段Ｃによって押し進めて、先頭の管体Ｐに該管体Ｐを後続させた状態でトンネル掘削機Ａをさらにトンネル計画線に沿って掘進させ、以下、トンネル掘削機Ａによって一定長のトンネルが掘削される毎に発進立坑Ｂ側において管体Ｐを順次、継ぎ足しながら押し進めて図４に示すように、管路を形成しておく。なお、カッタヘッド13によって掘削された土砂は、土砂室22から排土手段23を通じて発進立坑Ｂ側に排出する。
【００３７】
推進手段Ｃによる推進力は、最後尾の管体Ｐから先頭の管体Ｐの前端に一体に固着している後側外筒部1Bを介してこの後側外筒部1Bの前端に当接、受止されている前側外筒部1Aに伝達され、さらに、該前側外筒部1Aから推進反力伝達部材３を介して掘削機本体10に伝達されてカッタヘッド13を切羽に押し付けながら掘進する。なお、方向修正ジャッキ７のシリンダ部における長さ方向の中央部の内側外周面に突片7aを突設しておき、該突片7aを図１に示すように、掘削機本体10の内筒11の外周面に突設している突片11a にボルトによって連結しておけば、上記推進力を後側外筒部1Bから方向修正ジャッキ７、突片7a、11a を介して掘削機本体10の内筒11に伝達することができる。
【００３８】
一方、上記推進力の反力は、カッタヘッド13を支持している掘削機本体10から内筒11と外筒１における前側外筒部1Aとを一体に連結している上記推進反力伝達部材３を介して前側外筒部1Aに支持され、さらに、この前側外筒部1Aの後端を受止している後側外筒部1Bを介して管体Ｐに支持される。
【００３９】
この際、推進反力伝達部材３は垂直矩形状板片3aと水平矩形状板片3bとを互いに直角に組み合わせて補強リブ3cにより一体に連結、固着してなり、この推進反力伝達部材３における垂直矩形状板片3aの前面に掘削機本体10の内筒11の後端部に固着した垂直連結板片3dを面接合させてボルト3fにより連結、固着していると共に、水平矩形状板片3bを上記前側外筒部1Aの後端内周面に切り離し可能に固着している水平連結板片3gに面接合させて複数個のボルト3eにより一体に連結、固定しているので、カッタヘッド13に作用する推進反力をこの推進反力伝達部材３を介して管体Ｐ側に強固に受止させることができる。
【００４０】
また、トンネルの掘進中において、カッタヘッド13の回転反力により掘削機本体10の内筒11がローリングしようとするが、この内筒11の後端部外周面に突設している横長長方形状の介入片6bを、先頭の管体Ｐの前端に一体に固着している後側外筒部1Bの内周面に並列状態に突設した突出片6a、6a間に介挿させているので、介入片6bが突出片6a、6aの対向内面のいずれか一方に受止されて、管体Ｐに対しローリングするのを確実に防止することができ、さらに、内筒11がローリングしようとする回動力が前側外筒部1Aに伝達することもなく、トンネル掘削機Ａ全体のローリング防止を行うことができる。
【００４１】
さらに、トンネル掘削機Ａによるトンネル掘進中において、管路を形成するための計画トンネルが湾曲している場合、又は、掘削方向を修正する必要が生じた場合、トンネル掘削機Ａの外筒１における前側外筒部1Aと、先頭の管体Ｐの前端に固着した上記外筒１における後側外筒部1B間を連結している四方の方向修正ジャッキ７のうち、所定の方向修正ジャッキ７を作動させてトンネル掘削機Ａ全体の向きを後側外筒部1Bに対して計画曲線トンネル方向に、又は、修正したい方向に向ける。
【００４２】
例えば、トンネル掘削機Ａの向きを右側に変えたい場合には、右側の方向修正ジャッキ７を不作動状態又は収縮させると共に左側の方向修正ジャッキ７を伸長させると、トンネル掘削機Ａの外筒１における後側外筒部1Bの前部外周面に対して前側外筒部1Aの後端突出部1a5 がシール材4aを介して右方向に屈折する。この屈折角度は左側の方向修正ジャッキ７の伸長量によって大小に調整することができ、掘削中における方向修正や曲線トンネル施工が容易に且つ正確に行うことができる。
【００４３】
次に、上記シールド掘削機Ａによって所定長のトンネルを掘削して管路を形成したのち、掘削機本体10を撤去、回収するには、カッタヘッド13における中空スポーク部13a'の開口端から突出してカッタヘッド13を拡径しているスポーク片13a'' をジャッキ16の収縮によって図５に示すようにスポーク部13a'内に収納し、カッタヘッド13の全体の外径を外筒１及び管体Ｐの内径よりも小径にする。
【００４４】
さらに、内筒11の後端部と外筒１における前側外筒部1Aとを連結している推進反力伝達部材３における上記前側外筒部1Aの後端内周面に固着した水平連結板片3gを該前側外筒部1Aから切り離して除去すると共に推進反力伝達部材３の垂直矩形状板片3aと水平矩形状板片3bとを一体に連結している補強リブ3cの一部を切除して図６に示すように、該補強リブ3cに後側ガイドローラ2'を回転自在に軸支させて外筒１の内周面に支持させた状態にする。この際、推進反力伝達部材３の水平連結板片3gの除去や後側ガイドローラ2'の取り付け作業等は、推進反力伝達部材３がトンネル掘削機Ａ内に配設されているので、容易に行うことができる。なお、予め、内筒11の外周面の後端部にもガイドローラを設けておいてもよく、この場合には上記後側ガイドローラ2'の装着作業を必要としなく、推進反力伝達部材３を前側外筒部1Aから切り離す作業のみ行えばよい。
【００４５】
また、ローリング防止手段６を構成している上記突出片6a、6aと介入片6bも切除等により除去すると共に、図７に示すように、掘削機本体10の隔壁12に装着しているスクリューコンベアからなる排土手段23を取り外して管路内を通じて発進立坑Ｂ側に回収、撤去する。なお、ローリング防止手段６における外筒１の内周面に固着している突出片6a、6aがカッタヘッド13の後退の支障にならない場合には、必ずしも除去する必要はない。
【００４６】
このように、カッタヘッド13を縮径させると共にトンネル掘削機Ａにおける外筒１の前側外筒部1Aに対する掘削機本体10の内筒11の連結、固定を解除し、且つ排土手段23を撤去したのち、掘削機本体10を後方側から適宜な引っ張り手段（図示せず）によって引っ張ると、内筒11の前端外周面が外筒１の前端内周面に内方に向かって突出しているリング体1cのシール材４に摺接しながら後退して該シール材４から離脱し、図８に示すように、前後のガイドローラ２、2'を管体Ｐの内周面上を転動させながら掘削機本体10を発進立坑Ｂ側に回収し、この発進立坑Ｂ内から地上に撤去する。しかるのち、図９に示すように方向修正ジャッキ７を取り外して撤去、回収する。なお、トンネル掘削機Ａの回収時には、カッタヘッド前方の地盤を薬液注入などにより固化処理しておけばよい。
【００４７】
以上の実施の形態においては、掘削機本体10における内筒11の後端部を推進反力伝達部材３によって外筒１における前側外筒部1Aの内側筒状周壁部1a2 の後端内周面に切り離し可能に連結しているが、図10、図11に示すように、隔壁12の背面側における内筒11の前端部に、推進反力伝達部材３が装着し得る大きさの切欠部24を周方向に所定間隔毎に設けて該切欠部24における隔壁背面に垂直連結板片3d' を固着し、この垂直連結板片3d’に推進反力伝達部材３の垂直矩形状板片3aをボルト3fによって一体に固着する共に、該推進反力伝達部材３の水平矩形状板片3bを外筒１における前側外筒部1Aの内側筒状周壁部1a2 の内周面に切り離し可能に固着している水平連結板片3gに面接合させて複数個のボルト3fにより一体に連結、固定しておいてもよい。その他の構造については上記実施の形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４８】
また、以上のいずれの実施の形態においても、管路を形成する管体Ｐとしてヒューム管を採用しているが鋼管であってもよく、さらに、トンネル掘削機Ａにおける上記外筒１としては、鋼製であることが望ましいがコンクリート製であっても適用できないことはない。
【００４９】
さらに、カッタヘッド13のスポーク部13a'は、このスポーク部13a'を中空に形成してこの中空スポーク部13a'内に、前面両側部に前方に向かって複数個のカッタビット15b を突設しているスポーク片13a'' を収納し、中空スポーク部13a'内の奥底部に装着しているジャッキ16の作動により、スポーク片13a'' を中空スポーク部13a'の開口端から出没させてカッタヘッド13の外径を拡縮させるように構成しているが、スポーク部13a'の外端に一定長のスポーク片を切り離し自在に連結して、該スポーク片を連結した状態においてはカッタヘッド13を外筒１の外径に略等しい外径とし、スポーク片を取り外した状態においては、カッタヘッド13の外径を管路内を通じて撤去可能な径となるように構成しておいてもよい。
【００５０】
さらにまた、管路は管体Ｐを推進工法によって順次、推進、埋設することにより形成しているが、トンネル掘削機Ａによって一定長のトンネルを掘削する毎にその後側外筒部1Bの後方にセグメントを組立て、後側外筒部1Bの後端部内に装着している複数本の推進ジャッキをこのセグメントの前端面に押し付けて伸長させることによりトンネルを掘進するシールド工法にも適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】管体の先端に接続したトンネル掘削機全体の簡略縦断側面図、
【図２】カッタヘッドの正面図、
【図３】推進反力伝達部材とローリング防止手段部分の簡略縦断背面図、
【図４】管路を形成している状態の簡略縦断側面図、
【図５】管路形成後にカッタヘッドを縮径させた状態の簡略横断平面図、
【図６】掘削機本体を回収可能な状態にした簡略縦断側面図、
【図７】排土手段を撤去する状態の簡略縦断側面図、
【図８】掘削機本体を回収している状態の簡略縦断側面図、
【図９】方向修正ジャッキを回収している状態の簡略縦断側面図、
【図１０】本発明の別な実施の形態を示す簡略縦断側面図、
【図１１】推進反力伝達部材を取り外した状態の簡略縦断側面図。
【符号の説明】
【００５２】
Ａ シールド掘削機
Ｂ 発進立坑
１ 外筒
1A 前側外筒部
1B 後側外筒部
３ 推進反力伝達部材
3a 垂直矩形状板片
3b 水平矩形状板片
６ ローリング防止手段
７ 方向修正ジャッキ
10 掘削機本体
11 内筒
12 隔壁
13 カッタヘッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中にトンネルを掘削しながら管体を埋設することによって管路を形成したのち、該管路内を通じて後方に撤去、回収可能にした管路形成用トンネル掘削機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地中に管路を形成するためのシールド工事においては、発進立坑側からトンネル掘削機を到達立坑に向かって掘進させ、一定長のトンネルを掘削する毎に該トンネル掘削機に後続させて一定長の埋設管を順次、継ぎ足すことにより管路を形成しており、到達立坑に達したトンネル掘削機は、通常、該到達立坑内から地上に回収しているが、到達立坑が既設のマンホール等の狭隘な立坑である場合、或いは、到達立坑が設けられない場合や、２基のトンネル掘削機を地中でドッキングさせる場合のように到達立坑を設けない場合には、到達側からトンネル掘削機を取り出すことができない。
【０００３】
従って、掘削終了後にトンネル掘削機を解体して管路内を通じて発進立坑側に撤去、回収しなけれならず、その撤去、回収作業に著しい手間と労力を要するという問題点があった。特に、径が3000mm以下の小径の管路を形成するトンネル掘削機の場合には、狭い作業空間での撤去作業が極めて困難である。
【０００４】
このため、先頭の敷設管内にトンネル掘削機を挿入、固定しておき、先頭の施設管の開口端から前方に突設している該トンネル掘削機のカッタヘッドを回転させながら発進立坑側で施設管を押し進めることにより、トンネル掘削機を掘進させてトンネルを掘削すると共に、一定長のトンネルが掘削される毎に施設管を順次継ぎ足すことにより管路を形成し、次いで、掘削終了後には、カッタヘッドを施設管の内径よりも小径となるように縮小させると共に先頭の施設管に対するシールド掘削機の固定を解いたのち、シールド掘削機を解体することなく管路内を通じて発進立坑まで後退させ、発進立坑から地上側に回収することが行われている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平７−６８８７１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、上記のように管路の形成工法によれば、施設管内に対する掘削機本体の固定手段として、スキンプレートに押圧ボルトを内外面間に亘って貫通させてスキンプレート外に突出した該押圧ボルト先端に取り付けている押止板を施設管の内面に圧着させてなり、この固定手段によって掘削機本体に作用する推進反力を支持させるようにしているため、推進反力が上記押圧ボルトの長さ方向に対して直角方向に作用して充分な支持力を得ることができず、掘削機本体が後退したり施設管に破損が生じたりする虞れがある。
【０００６】
さらに、トンネル掘削時におけるカッタヘッドの回転反力を、上記押圧ボルトの先端に取り付けている押止板と施設管の内面との圧接力（摩擦力）によって支持しているため、この押圧ボルトによる圧接力ではカッタヘッドの回転反力を確実に支持することができず、スリップが発生して掘削機本体がローリングを起こすといった問題点がある。
【０００７】
また、先頭の施設管と次の施設管との接合部分を屈折可能にして方向修正を可能にすることが開示されているが、中折れ機構ではないために大きく屈折させることができず、十分な方向修正が困難であるという問題点がある。
【０００８】
さらにまた、トンネル掘削機と施設管との間のシール機構は、スキンプレートに外嵌している金属製のホルダの溝内にシールリングを嵌入し、この金属製ホルダを先頭の施設管の先端面に当接させると共に上記シールリングを該施設管の外周面から突設している前補助プレートに密接させた構造としているため、トンネル掘削機を管路内を通じて後退させる際に、この金属製ホルダを取り外さなければならないが、スキンプレート内から該スキンプレート外の金属製ホルダを除去する作業は極めて困難であり、撤去作業に著しい手間を要するという問題点がある。
【０００９】
本発明は上記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、ローリングの発生を防止しながらトンネルの掘削を可能にし、また、トンネル掘進時における推進反力を強固に受止し得ると共に方向修正も確実に行うことができ、さらに、トンネル掘削後においては管路を通じてのトンネル掘削機の回収、撤去作業が円滑且つ能率よく行うことができる管路形成用トンネル掘削機を提供するにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために本発明の管路形成用トンネル掘削機は、請求項１に記載したように、地中にトンネルを掘削しながら該トンネル内に管体を順次、埋設することにより管路を形成していくトンネル掘削機において、先頭の管体の前端側に設けられ且つ該管体と略同一外径を有する外筒と、この外筒内に配設された掘削機本体とからなり、上記外筒はその前端部内周面に内径が上記管体の内径よりも小径のリング体を突設している一方、上記掘削機本体は外周面の前端部を上記リング体の内周面にシール材を介して密接させている内筒と、この内筒の前部に設けられた隔壁と、この隔壁に回転自在に支持されて上記外筒の開口端から前方の地盤を掘削し且つ外径が上記シール材の内径よりも小径に縮小可能に形成しているカッタヘッドとを備えてなり、さらに、この掘削機本体の内筒における外周面と外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設してこれらの突出片と介入片とによりトンネル掘削機のローリング防止手段を構成していることを特徴とする。
【００１１】
このように構成した管路形成用トンネル掘削機において、請求項２に係る発明は、上記外筒を前側外筒部と後側外筒部とに分割して、該後側外筒部の前端側に方向修正ジャッキを介して上記前側外筒部を屈折自在に連結していると共に、掘削機本体の内筒における後端部外周面と上記外筒における後側外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設していることを特徴とする。
【００１２】
さらに、請求項３に係る発明は、上記掘削機本体の隔壁より後方の内筒を外筒における前側外筒部の内周面に切り離し可能な推進反力伝達部材を介して連結していることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１に係る発明によれば、地中にトンネルを掘削しながら該トンネル内に管体を順次、埋設することにより管路を形成していくトンネル掘削機において、先頭の管体の前端側に設けられ且つ該管体と略同一外径を有する外筒と、この外筒内に配設された掘削機本体とからなり、上記外筒はその前端部内周面に内径が上記管体の内径よりも小径のリング体を突設している一方、上記掘削機本体は外周面の前端部を上記リング体の内周面にシール材を介して密接させている内筒と、この内筒の前部に設けられた隔壁と、この隔壁に回転自在に支持されて上記外筒の開口端から前方の地盤を掘削し且つ外径が上記シール材の内径よりも小径に縮小可能に形成しているカッタヘッドとを備えてなり、さらに、この掘削機本体の内筒における外周面と外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設してこれらの突出片と介入片とによりトンネル掘削機のローリング防止手段を構成しているので、トンネル掘削時においては、カッタヘッドの回転反力によって外筒に対して掘削機本体の内筒がローリングしようとするが、上記突出片と介入片とからなるローリング防止手段を介してトンネル掘削機がローリングしようとする回動力を管体に強固に受止させることができ、ローリングの発生を確実に阻止することができる。
【００１４】
また、所定長の管路を形成後に掘削機本体を回収する場合、掘削機本体の内筒の外周面の前端部に密接しているシール材は、外筒における前側外周面の前端部内周面に突設しているリング体における上記管体の内径よりも小径の内周面に設けているので、このシール材に摺接させながら掘削機本体の内筒を後方に円滑に離脱させることができ、カッタヘッドを管体の内径よりも縮径させた状態にして管路を通じての掘削機本体の回収、撤去作業が能率よく行えるものである。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、上記外筒は前側外筒部と後側外筒部とに分割されていて後側外筒部の後端を上記先頭の管体の前端に連結していてると共に、該後側外筒部の前端側に方向修正ジャッキを介して上記前側外筒部を屈折自在に連結しているので、この方向修正ジャッキを作動させることにより、外筒の後側外筒部に対して前側外筒部を該方向修正ジャッキの作動量に応じて所定方向に容易に且つ大きく屈折させることができ、掘削中におけるトンネル掘削機の方向修正やこのトンネル掘削機による曲線トンネル施工が正確に且つ能率よく行うことができる。
【００１６】
さらに、請求項３に係る発明によれば、上記掘削機本体の隔壁より後方の内筒を外筒における前側外筒部の内周面に切り離し可能な推進反力伝達部材を介して連結しているので、管路形成時には、後方からの推進力を外筒及び推進反力伝達部材を介して掘削機本体の内筒に確実に伝達することができ、内筒の前部に設けている隔壁に回転自在に支持されたカッタヘッドによってトンネルを円滑に掘削することができる。
【００１７】
その上、掘削機本体に作用する推進反力を上記推進反力伝達部材を介して外管から管体側に強固に支持させることができると共に、推進反力伝達部材はトンネル掘削機内に露呈した状態に設けられているから、所定長の管路の形成後、外筒の内周面からの該推進反力伝達部材の切り離し作業が機内から容易に行うことができ、カッタヘッドの外径を管体の内径よりも小径に形成したのち、外管を地中に残した状態で該外管と管体の内周面をガイド面として掘削機本体全体の回収、撤去作業が能率よく行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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、トンネル掘削機Ａは、外径が埋設すべき管体Ｐの外径に等しい鋼管製の外筒１と、この外筒１内に配設された掘削機本体10とからなり、掘削機本体10は外径が管体Ｐの内径よりも小径の内筒11と、この内筒11の前部に設けられてその外周端面を内筒11の内周面に一体に固着している隔壁12と、この隔壁12に回転自在に支持されて上記外筒の開口端に面した地盤を掘削するカッタヘッド13とを備えている。
【００１９】
上記外筒１は長さが掘削機本体10の内筒11と同等若しくは該内筒11よりも長い前側外筒部1Aと、長さの短い円環形状の後側外筒部1Bとに分割されてあり、この後側外筒部1Bの後端を上記管体Ｐの前端に一体に連結、固着していると共に、該後側外筒部1Bの前端側の四方に方向修正ジャッキ７を介して上記前側外筒部1Aを屈折自在に連結している。
【００２０】
これらの前後外筒部1A、1Bは、内外二重の筒状周壁部1a1 、1a2 ；1b1 、1b2 の前端部間と後端部間をそれぞれ前後リング状連結端板1a3 、1a4 ；1b3 、1b4 によって連結してなる厚みが管体Ｐの厚みに略等しい断面横長矩形状に形成されてあり、さらに、前側外筒部1Aにおける前側リング状連結端板1a3 の内周端から内方に延長する方向にリング体1cを一体に突設して、このリング体1cの内周端面に上記掘削機本体10の内筒11の前端外周面をシール材４を介して摺接させていると共に、前側外筒部1Aにおける上記外側筒状周壁部1a1 の前後端部を内側筒状周壁部1a2 の前後端からそれぞれ一定長さだけ突出させて、後側の突出片部1a5 を後側外筒部1Bにおける外側筒状周壁部1b1 の外周面前端部にシール材4aを介して屈折可能に被嵌させている。
【００２１】
なお、後側外筒部1Bは、その後側端面板1b4 とこの後側端面板1b4 から後方に突出している突片1b5 とを管体Ｐの前端面と前端外周面とにそれぞれ密接させた状態で一体に固着している一方、前側端面板1b3 に前側外筒部1Aの後側端面板1a4 を固定することなく受止させている。
【００２２】
このように構成している外筒１における前側外筒部1A内に上記掘削機本体10がその内筒11を前側外筒部1Aの内側筒状周壁部1a2 の内周面から小間隔を存した状態で且つ上述したように該内筒11の前端外周面を上記リング体1cの内周端面にシール材４を介して摺接させた状態にして配設されてあり、内筒11の前端部における少なくとも下周部の複数個所にガイドローラ２を回転自在に軸支して外筒１の内周面、即ち、上記内側筒状周壁部1a2 の内周面前端部上に支持させている。
【００２３】
さらに、掘削機本体10の内筒11の後端部を上記前側外筒部1Aの後端部内周面、即ち、内側筒状周壁部1a2 の後端部内周面に対して切り離し可能な推進反力伝達部材３を介して連結、固着し、トンネル掘削機Ａの掘進時に発生する推進反力を掘削機本体10の内筒11からこの推進反力伝達部材３、前後外筒部1A、1Bを介して管体Ｐに支持させるように構成している。
【００２４】
この推進反力伝達部材３は、垂直矩形状板片3aと水平矩形状板片3bとを互いに直角に組み合わせて補強リブ3cにより一体に連結、固着してなり、垂直矩形状板片3aの前面と水平矩形状板片3bの外面とによって互いに直交する２つの接続面を形成している。一方、上記掘削機本体10の内筒11の後端部における周方向の複数個所（図においては四方）に、上記推進反力伝達部材３の垂直矩形状板片3aと面接合する垂直連結板片3dを補強部材3eと共に一体に固着してあり、これらの各垂直連結板片3dに推進反力伝達部材３の垂直矩形状板片3aを接合して複数個のボルト3fにより連結、固定している。
【００２５】
さらに、推進反力伝達部材３における水平矩形状板片3bを上記外筒１の後端内周面、即ち、該外筒１の内側周壁部1bの後端内周面に切り離し可能に固着している水平連結板片3gに面接合させて複数個のボルト3fにより一体に連結、固定している。この内筒11に対して推進反力伝達部材３の水平矩形状板片3bを切り離し可能にするには、上記水平連結板片3gを内筒11の内周面に溶接によって固着しておき、この水平連結板片3gに水平矩形状板片3bをボルト3fによって切り離し可能に固着しておいてもよく、上記水平連結板片3gを内筒11の内周面に溶接によって固着することなく水平矩形状板片3bと共にボルト3fによって内筒11の内面に切り離し可能に固着しておいてもよい。
【００２６】
一方、上記後側外筒部1Bの内周面、即ち、後側筒状周壁部1b2 の内周面における上部の２個所に、図３に示すように、周方向に小宜間隔を存して前後方向に長い横長長方形状の突出片6a、6aを掘削機本体10の内筒11の後端部外周面に向かって内方に突設している一方、該内筒11の後端部外周面の上部２個所に、上記突出片6a、6a間に介挿した横長長方形状の介入片6bを突設してこれらの突出片6a、6aと介入片6bとによってトンネル掘削機のローリング防止手段６を形成している。
【００２７】
即ち、内筒11と一体のこの介入片6bの両側面を管体Ｐと一体に連結している後側外筒部1Bと一体の突出片6a、6aの対向内側面に受止させることによって、外筒１と掘削機本体10とからなるトンネル掘削機全体が管体Ｐに対してローリングするのを防止するように構成している。なお、内筒11側に突出片6a、6aを、後側外筒部1B側に介入片6bを設けておいてもよい。
【００２８】
また、外筒１における前側外筒部1Aと後側外筒部1Bとの上下左右の４個所間を上述したように方向修正ジャッキ７によって連結している。具体的には、前側外筒部1Aの内側筒状周壁部1a2 における後半部の上下左右部分を切除してその切除部における外側筒状周壁部1a1 の内周面の上下左右に沿って方向修正ジャッキ７を配設し、この方向修正ジャッキ７の前端部を外側筒状周壁部1a1 の内周面から突設している軸受片８にピン5aによって回動自在に連結する一方、後端部を上記後側外筒部1Bの前端部に固着している軸受片９にピン5bによって回動自在に連結している。
【００２９】
掘削機本体10の上記カッタヘッド13は、その回転中心軸14を隔壁12の中央部に回転自在に支持されていると共に、この回転中心軸14の前端から該回転中心軸14に対して直交する方向（外径方向）に向かって図２に示すように、長さが外筒１や管体Ｐの内周面の半径よりも小径で内筒11の半径に略等しい長さを有する複数本（図においては、６本）のスポーク部13a を放射状に突設し、隣接するスポーク部13a の外端対向面間を円弧状の連結部材13b によって一体に連結している。
【００３０】
さらに、これらのスポーク部13a に長さ方向に適宜間隔毎にカッタビット15a を前方に向かって突設していると共に、これらの複数本のスポーク部13a において、一本おきに配設されているスポーク部13a'はその長さを上記のように外筒１や管体Ｐの内周面の半径よりも短い長さから外筒１の外周面に達する長い長さまで伸長可能で且つこの長い形状から短い形状となるまで縮小可能に形成してカッタヘッドの外径を、外筒１の外径に略等しい径から管体Ｐの内径よりも小径に縮径可能に構成されている。
【００３１】
この拡縮可能な上記スポーク部13a'の具体的な構造としては、該スポーク部13a'を図１に示すように、その先端面が開口した筒状の中空スポーク部13a'に形成し、この中空スポーク部13a'内に、前面両側部に前方に向かって複数個のカッタビット15b を突設しているスポーク片13a'' を収納し、中空スポーク部13a'内の奥底部に装着しているジャッキ16の作動により、このスポーク片13a'' を中空スポーク部13a'の開口端から出没させるように構成している。なお、上記カッタヘッド13の回転中心軸14の前面にセンタビット15c を突設している。
【００３２】
また、カッタヘッド13の背面外周部数カ所に、後方に向かってアーム部材17を突設していると共に、これらのアーム部材17、17の後端を円環枠材18によって一体に連結して該円環状枠材18を内筒11の内周面に回転自在に支持させてあり、さらに、この円環状枠材18の後端面に内歯車19を固着している一方、掘削機本体10の上記隔壁12の外周部後面に駆動モータ20を装着してこの駆動モータ20の回転軸に固着している小歯車21を上記内歯車19に噛合させ、駆動モータ20によってカッタヘッド13を回転させるように構成している。
【００３３】
さらに、カッタヘッド13の後面と上記隔壁12の前面間の空間部を、カッタヘッド12によって掘削された土砂を取り込んで一旦滞留させておく土砂室22に形成してあり、この土砂室22から排土手段23を通じて掘削土砂を後方に排出するように構成している。
【００３４】
この排土手段23は図１に示すようにスクリューコンベアからなり、その前端開口部を隔壁12の下部を貫通して上記土砂室22の下端部内に臨ませていると共に隔壁12から後方に向かって斜め上方に傾斜させた状態で配設されている。
【００３５】
次に、以上のように構成した管路形成用トンネル掘削機Ａによって地中に管路を形成する方法について説明する。まず、このトンネル掘削機Ａを発進立坑Ｂ内に設置し、そのカッタヘッド13を拡径させた状態にすると共に、このトンネル掘削機Ａにおける後側外筒部1Bの後端にヒューム管からなる管体Ｐの前端を一体に連結する。この状態にしてカッタヘッド12を回転させると共に管体Ｐの後端面を発進立坑Ｂの後部内に配設している推進ジャッキ等の推進手段Ｃによって押し進めてトンネルを掘進する。
【００３６】
そして、トンネル掘削機Ａが発進立坑Ｂから地中内に一定長推進すると、管体Ｐの後端に次の管体Ｐの前端を接続させ、この管体Ｐの後端を上記推進手段Ｃによって押し進めて、先頭の管体Ｐに該管体Ｐを後続させた状態でトンネル掘削機Ａをさらにトンネル計画線に沿って掘進させ、以下、トンネル掘削機Ａによって一定長のトンネルが掘削される毎に発進立坑Ｂ側において管体Ｐを順次、継ぎ足しながら押し進めて図４に示すように、管路を形成しておく。なお、カッタヘッド13によって掘削された土砂は、土砂室22から排土手段23を通じて発進立坑Ｂ側に排出する。
【００３７】
推進手段Ｃによる推進力は、最後尾の管体Ｐから先頭の管体Ｐの前端に一体に固着している後側外筒部1Bを介してこの後側外筒部1Bの前端に当接、受止されている前側外筒部1Aに伝達され、さらに、該前側外筒部1Aから推進反力伝達部材３を介して掘削機本体10に伝達されてカッタヘッド13を切羽に押し付けながら掘進する。なお、方向修正ジャッキ７のシリンダ部における長さ方向の中央部の内側外周面に突片7aを突設しておき、該突片7aを図１に示すように、掘削機本体10の内筒11の外周面に突設している突片11a にボルトによって連結しておけば、上記推進力を後側外筒部1Bから方向修正ジャッキ７、突片7a、11a を介して掘削機本体10の内筒11に伝達することができる。
【００３８】
一方、上記推進力の反力は、カッタヘッド13を支持している掘削機本体10から内筒11と外筒１における前側外筒部1Aとを一体に連結している上記推進反力伝達部材３を介して前側外筒部1Aに支持され、さらに、この前側外筒部1Aの後端を受止している後側外筒部1Bを介して管体Ｐに支持される。
【００３９】
この際、推進反力伝達部材３は垂直矩形状板片3aと水平矩形状板片3bとを互いに直角に組み合わせて補強リブ3cにより一体に連結、固着してなり、この推進反力伝達部材３における垂直矩形状板片3aの前面に掘削機本体10の内筒11の後端部に固着した垂直連結板片3dを面接合させてボルト3fにより連結、固着していると共に、水平矩形状板片3bを上記前側外筒部1Aの後端内周面に切り離し可能に固着している水平連結板片3gに面接合させて複数個のボルト3eにより一体に連結、固定しているので、カッタヘッド13に作用する推進反力をこの推進反力伝達部材３を介して管体Ｐ側に強固に受止させることができる。
【００４０】
また、トンネルの掘進中において、カッタヘッド13の回転反力により掘削機本体10の内筒11がローリングしようとするが、この内筒11の後端部外周面に突設している横長長方形状の介入片6bを、先頭の管体Ｐの前端に一体に固着している後側外筒部1Bの内周面に並列状態に突設した突出片6a、6a間に介挿させているので、介入片6bが突出片6a、6aの対向内面のいずれか一方に受止されて、管体Ｐに対しローリングするのを確実に防止することができ、さらに、内筒11がローリングしようとする回動力が前側外筒部1Aに伝達することもなく、トンネル掘削機Ａ全体のローリング防止を行うことができる。
【００４１】
さらに、トンネル掘削機Ａによるトンネル掘進中において、管路を形成するための計画トンネルが湾曲している場合、又は、掘削方向を修正する必要が生じた場合、トンネル掘削機Ａの外筒１における前側外筒部1Aと、先頭の管体Ｐの前端に固着した上記外筒１における後側外筒部1B間を連結している四方の方向修正ジャッキ７のうち、所定の方向修正ジャッキ７を作動させてトンネル掘削機Ａ全体の向きを後側外筒部1Bに対して計画曲線トンネル方向に、又は、修正したい方向に向ける。
【００４２】
例えば、トンネル掘削機Ａの向きを右側に変えたい場合には、右側の方向修正ジャッキ７を不作動状態又は収縮させると共に左側の方向修正ジャッキ７を伸長させると、トンネル掘削機Ａの外筒１における後側外筒部1Bの前部外周面に対して前側外筒部1Aの後端突出部1a5 がシール材4aを介して右方向に屈折する。この屈折角度は左側の方向修正ジャッキ７の伸長量によって大小に調整することができ、掘削中における方向修正や曲線トンネル施工が容易に且つ正確に行うことができる。
【００４３】
次に、上記シールド掘削機Ａによって所定長のトンネルを掘削して管路を形成したのち、掘削機本体10を撤去、回収するには、カッタヘッド13における中空スポーク部13a'の開口端から突出してカッタヘッド13を拡径しているスポーク片13a'' をジャッキ16の収縮によって図５に示すようにスポーク部13a'内に収納し、カッタヘッド13の全体の外径を外筒１及び管体Ｐの内径よりも小径にする。
【００４４】
さらに、内筒11の後端部と外筒１における前側外筒部1Aとを連結している推進反力伝達部材３における上記前側外筒部1Aの後端内周面に固着した水平連結板片3gを該前側外筒部1Aから切り離して除去すると共に推進反力伝達部材３の垂直矩形状板片3aと水平矩形状板片3bとを一体に連結している補強リブ3cの一部を切除して図６に示すように、該補強リブ3cに後側ガイドローラ2'を回転自在に軸支させて外筒１の内周面に支持させた状態にする。この際、推進反力伝達部材３の水平連結板片3gの除去や後側ガイドローラ2'の取り付け作業等は、推進反力伝達部材３がトンネル掘削機Ａ内に配設されているので、容易に行うことができる。なお、予め、内筒11の外周面の後端部にもガイドローラを設けておいてもよく、この場合には上記後側ガイドローラ2'の装着作業を必要としなく、推進反力伝達部材３を前側外筒部1Aから切り離す作業のみ行えばよい。
【００４５】
また、ローリング防止手段６を構成している上記突出片6a、6aと介入片6bも切除等により除去すると共に、図７に示すように、掘削機本体10の隔壁12に装着しているスクリューコンベアからなる排土手段23を取り外して管路内を通じて発進立坑Ｂ側に回収、撤去する。なお、ローリング防止手段６における外筒１の内周面に固着している突出片6a、6aがカッタヘッド13の後退の支障にならない場合には、必ずしも除去する必要はない。
【００４６】
このように、カッタヘッド13を縮径させると共にトンネル掘削機Ａにおける外筒１の前側外筒部1Aに対する掘削機本体10の内筒11の連結、固定を解除し、且つ排土手段23を撤去したのち、掘削機本体10を後方側から適宜な引っ張り手段（図示せず）によって引っ張ると、内筒11の前端外周面が外筒１の前端内周面に内方に向かって突出しているリング体1cのシール材４に摺接しながら後退して該シール材４から離脱し、図８に示すように、前後のガイドローラ２、2'を管体Ｐの内周面上を転動させながら掘削機本体10を発進立坑Ｂ側に回収し、この発進立坑Ｂ内から地上に撤去する。しかるのち、図９に示すように方向修正ジャッキ７を取り外して撤去、回収する。なお、トンネル掘削機Ａの回収時には、カッタヘッド前方の地盤を薬液注入などにより固化処理しておけばよい。
【００４７】
以上の実施の形態においては、掘削機本体10における内筒11の後端部を推進反力伝達部材３によって外筒１における前側外筒部1Aの内側筒状周壁部1a2 の後端内周面に切り離し可能に連結しているが、図10、図11に示すように、隔壁12の背面側における内筒11の前端部に、推進反力伝達部材３が装着し得る大きさの切欠部24を周方向に所定間隔毎に設けて該切欠部24における隔壁背面に垂直連結板片3d' を固着し、この垂直連結板片3d’に推進反力伝達部材３の垂直矩形状板片3aをボルト3fによって一体に固着する共に、該推進反力伝達部材３の水平矩形状板片3bを外筒１における前側外筒部1Aの内側筒状周壁部1a2 の内周面に切り離し可能に固着している水平連結板片3gに面接合させて複数個のボルト3fにより一体に連結、固定しておいてもよい。その他の構造については上記実施の形態と同様であるので、同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
【００４８】
また、以上のいずれの実施の形態においても、管路を形成する管体Ｐとしてヒューム管を採用しているが鋼管であってもよく、さらに、トンネル掘削機Ａにおける上記外筒１としては、鋼製であることが望ましいがコンクリート製であっても適用できないことはない。
【００４９】
さらに、カッタヘッド13のスポーク部13a'は、このスポーク部13a'を中空に形成してこの中空スポーク部13a'内に、前面両側部に前方に向かって複数個のカッタビット15b を突設しているスポーク片13a'' を収納し、中空スポーク部13a'内の奥底部に装着しているジャッキ16の作動により、スポーク片13a'' を中空スポーク部13a'の開口端から出没させてカッタヘッド13の外径を拡縮させるように構成しているが、スポーク部13a'の外端に一定長のスポーク片を切り離し自在に連結して、該スポーク片を連結した状態においてはカッタヘッド13を外筒１の外径に略等しい外径とし、スポーク片を取り外した状態においては、カッタヘッド13の外径を管路内を通じて撤去可能な径となるように構成しておいてもよい。
【００５０】
さらにまた、管路は管体Ｐを推進工法によって順次、推進、埋設することにより形成しているが、トンネル掘削機Ａによって一定長のトンネルを掘削する毎にその後側外筒部1Bの後方にセグメントを組立て、後側外筒部1Bの後端部内に装着している複数本の推進ジャッキをこのセグメントの前端面に押し付けて伸長させることによりトンネルを掘進するシールド工法にも適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】管体の先端に接続したトンネル掘削機全体の簡略縦断側面図、
【図２】カッタヘッドの正面図、
【図３】推進反力伝達部材とローリング防止手段部分の簡略縦断背面図、
【図４】管路を形成している状態の簡略縦断側面図、
【図５】管路形成後にカッタヘッドを縮径させた状態の簡略横断平面図、
【図６】掘削機本体を回収可能な状態にした簡略縦断側面図、
【図７】排土手段を撤去する状態の簡略縦断側面図、
【図８】掘削機本体を回収している状態の簡略縦断側面図、
【図９】方向修正ジャッキを回収している状態の簡略縦断側面図、
【図１０】本発明の別な実施の形態を示す簡略縦断側面図、
【図１１】推進反力伝達部材を取り外した状態の簡略縦断側面図。
【符号の説明】
【００５２】
Ａ シールド掘削機
Ｂ 発進立坑
１ 外筒
1A 前側外筒部
1B 後側外筒部
３ 推進反力伝達部材
3a 垂直矩形状板片
3b 水平矩形状板片
６ ローリング防止手段
７ 方向修正ジャッキ
10 掘削機本体
11 内筒
12 隔壁
13 カッタヘッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中にトンネルを掘削しながら該トンネル内に管体を順次、埋設することにより管路を形成していくトンネル掘削機において、先頭の管体の前端側に設けられ且つ該管体と略同一外径を有する外筒と、この外筒内に配設された掘削機本体とからなり、上記外筒はその前端部内周面に内径が上記管体の内径よりも小径のリング体を突設している一方、上記掘削機本体は外周面の前端部を上記リング体の内周面にシール材を介して密接させている内筒と、この内筒の前部に設けられた隔壁と、この隔壁に回転自在に支持されて上記外筒の開口端から前方の地盤を掘削し且つ外径が上記シール材の内径よりも小径に縮小可能に形成しているカッタヘッドとを備えてなり、さらに、この掘削機本体の内筒における外周面と外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設してこれらの突出片と介入片とによりトンネル掘削機のローリング防止手段を構成していることを特徴とする管路形成用トンネル掘削機。
【請求項２】
上記外筒は前側外筒部と後側外筒部とに分割されていて該後側外筒部の前端側に方向修正ジャッキを介して上記前側外筒部を屈折自在に連結していると共に、掘削機本体の内筒における後端部外周面と上記外筒における後側外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設していることを特徴とする請求項１に記載の管路形成用トンネル掘削機。
【請求項３】
掘削機本体の隔壁より後方の内筒を外筒における前側外筒部の内周面に切り離し可能な推進反力伝達部材を介して連結していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の管路形成用トンネル掘削機。
【請求項１】
地中にトンネルを掘削しながら該トンネル内に管体を順次、埋設することにより管路を形成していくトンネル掘削機において、先頭の管体の前端側に設けられ且つ該管体と略同一外径を有する外筒と、この外筒内に配設された掘削機本体とからなり、上記外筒はその前端部内周面に内径が上記管体の内径よりも小径のリング体を突設している一方、上記掘削機本体は外周面の前端部を上記リング体の内周面にシール材を介して密接させている内筒と、この内筒の前部に設けられた隔壁と、この隔壁に回転自在に支持されて上記外筒の開口端から前方の地盤を掘削し且つ外径が上記シール材の内径よりも小径に縮小可能に形成しているカッタヘッドとを備えてなり、さらに、この掘削機本体の内筒における外周面と外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設してこれらの突出片と介入片とによりトンネル掘削機のローリング防止手段を構成していることを特徴とする管路形成用トンネル掘削機。
【請求項２】
上記外筒は前側外筒部と後側外筒部とに分割されていて該後側外筒部の前端側に方向修正ジャッキを介して上記前側外筒部を屈折自在に連結していると共に、掘削機本体の内筒における後端部外周面と上記外筒における後側外筒部の内周面とのいずれか一方に周方向に小間隔を存して突出片を突設し、他方にこれらの突出片間に介挿した介入片を突設していることを特徴とする請求項１に記載の管路形成用トンネル掘削機。
【請求項３】
掘削機本体の隔壁より後方の内筒を外筒における前側外筒部の内周面に切り離し可能な推進反力伝達部材を介して連結していることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の管路形成用トンネル掘削機。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−２１９９７９（Ｐ２００６−２１９９７９Ａ）
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１３１２９２（Ｐ２００６−１３１２９２）
【出願日】平成１８年５月１０日（２００６．５．１０）
【分割の表示】特願２００３−１４７５１４（Ｐ２００３−１４７５１４）の分割
【原出願日】平成１５年５月２６日（２００３．５．２６）
【出願人】（０００１４０２９２）株式会社奥村組 (469)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月２４日（２００６．８．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年５月１０日（２００６．５．１０）
【分割の表示】特願２００３−１４７５１４（Ｐ２００３−１４７５１４）の分割
【原出願日】平成１５年５月２６日（２００３．５．２６）
【出願人】（０００１４０２９２）株式会社奥村組 (469)
【Ｆターム（参考）】
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