特開 2017-186780 トンネル掘削機およびトンネル掘削工法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2017-186780(P2017-186780A)

(43)【公開日】2017年10月12日

(54)【発明の名称】トンネル掘削機およびトンネル掘削工法

(51)【国際特許分類】

   E21D 11/10 20060101AFI20170919BHJP

【ＦＩ】

   E21D11/10 C

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-75721(P2016-75721)

(22)【出願日】2016年4月5日

(71)【出願人】

【識別番号】516308364

【氏名又は名称】ＪＩＭテクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100078499

【弁理士】

【氏名又は名称】光石 俊郎

(74)【代理人】

【識別番号】230112449

【弁護士】

【氏名又は名称】光石 春平

(74)【代理人】

【識別番号】100102945

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 康幸

(74)【代理人】

【識別番号】100120673

【弁理士】

【氏名又は名称】松元 洋

(74)【代理人】

【識別番号】100182224

【弁理士】

【氏名又は名称】山田 哲三

(72)【発明者】

【氏名】熊尾 義光

【テーマコード（参考）】

2D055

2D155

【Ｆターム（参考）】

2D055BA01

2D055BB01

2D055CA01

2D055DA01

2D055GB01

2D055GB02

2D055KA00

2D155BA01

2D155BB01

2D155CA01

2D155DA01

2D155GB01

2D155GB02

2D155KA00

(57)【要約】

【課題】複数種類の内型枠を用いることなく曲率を異にする曲線状のトンネルを構築する。
【解決手段】掘削したトンネル１００の周壁に沿って円環状の内型枠１９を構築する内型枠組立装置２０を備えたトンネル掘削機において、前記内型枠１９は、軸方向一端面４１と軸方向他端面４２とが互いに平行でないものであり、前記内型枠組立装置２０は、前記内型枠１９を所定角度で組み付ける第一の基準内型枠組立工程と、所定回転角度θだけ周方向一方側に回転した状態で前記内型枠１９を組み付ける第一の回転内型枠組立工程と、前記内型枠１９を前記所定角度で組み付ける第二の基準内型枠組立工程と、前記所定回転角度θだけ周方向他方側に回転した状態で前記内型枠１９を組み付ける第二の回転内型枠組立工程とを繰り返し、前記所定回転角度θを調整することによってトンネル前後方向に直線状または所望の曲率から成る曲線状に並ぶ前記内型枠１９を構築して成る。
【選択図】図６Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

掘削したトンネルの周壁に沿って円環状の内型枠を構築する内型枠組立装置と、前記周壁と前記内型枠との間の空間にコンクリートを打設するコンクリート打設装置とを備え、コンクリートによるトンネルの覆工を行うトンネル掘削機において、
前記内型枠は、軸方向一端面と軸方向他端面とが互いに平行でないものであり、
前記内型枠組立装置は、前記内型枠を所定角度で組み付ける第一の基準内型枠組立工程と、前記第一の基準内型枠組立工程において組み付けられた前記内型枠に対して所定回転角度だけ周方向一方側に回転した状態で前記内型枠を組み付ける第一の回転内型枠組立工程と、前記第一の回転内型枠組立工程において組み付けられた前記内型枠に対して前記内型枠を前記所定角度で組み付ける第二の基準内型枠組立工程と、前記第二の基準内型枠組立工程において組み付けられた前記内型枠に対して前記所定回転角度だけ周方向他方側に回転した状態で前記内型枠を組み付ける第二の回転内型枠組立工程とを繰り返し、前記所定回転角度を調整することによってトンネル前後方向に直線状または所望の曲率から成る曲線状に並ぶ前記内型枠を構築するものである
ことを特徴とするトンネル掘削機。

【請求項2】

前記軸方向一端面は、前記内型枠の中心軸に対して直交するものであり、
前記軸方向他端面は、前記中心軸に対して傾斜するものである
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】

前記内型枠を脱型する内型枠脱型装置と、前記内型枠脱型装置によって脱型された前記内型枠を前記内型枠組立装置の近傍に搬送する内型枠搬送装置とを備え、
前記内型枠搬送装置は、前記内型枠を載置可能な搬送台車と、前記搬送台車を移動可能な搬送レールとを有するものであり、
前記搬送レールは、前記第一の基準内型枠組立工程において組み付けられる前記内型枠および前記第二の基準内型枠組立工程において組み付けられる前記内型枠に固定される固定レールと、前記固定レール間に跨って設けられる連結レールとが連結されて成るものである
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のトンネル掘削機。

【請求項4】

前記固定レールは、前記第一の基準内型枠組立工程において組み付けられる前記内型枠および前記第二の基準内型枠組立工程において組み付けられる前記内型枠における鉛直方向下側および鉛直方向上側に設けられるものである
ことを特徴とする請求項３に記載のトンネル掘削機。

【請求項5】

前記固定レールには、軸方向両端部から軸方向に突出する連結部が設けられており、
前記連結レールには、前記連結部を鉛直方向下側から挿入可能な溝部が設けられている
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載のトンネル掘削機。

【請求項6】

トンネルの周壁に沿って円環状の内型枠を構築し、前記周壁と前記内型枠との間の空間にコンクリートを打設し、コンクリートによるトンネルの覆工を行うトンネル掘削工法において、
前記内型枠を、軸方向両端面が互いに平行でないものとし、
前記内型枠を所定角度で組み付ける第一の基準内型枠組立工程と、前記第一の基準内型枠組立工程において組み付けられた前記内型枠に対して所定回転角度だけ周方向一方側に回転した状態で前記内型枠を組み付ける第一の回転内型枠組立工程と、前記第一の回転内型枠組立工程において組み付けられた前記内型枠に対して前記内型枠を前記所定角度で組み付ける第二の基準内型枠組立工程と、前記第二の基準内型枠組立工程において組み付けられた前記内型枠に対して前記所定回転角度だけ周方向他方側に回転した状態で前記内型枠を組み付ける第二の回転内型枠組立工程とを繰り返し、
前記所定回転角度を調整することにより、直線状または所望の曲率から成る曲線状のトンネルを形成する
ことを特徴とするトンネル掘削工法。

【請求項7】

前記所定角度を調整することにより、所望の方向に湾曲する曲線状のトンネルを形成する
ことを特徴とする請求項６に記載のトンネル掘削工法。

【請求項8】

前記第一の基準内型枠組立工程において組み付けられる前記内型枠および前記第二の基準内型枠組立工程において組み付けられる前記内型枠に固定される固定レールと、前記固定レール間に跨って設けられる連結レールとを連結することにより、トンネル前後方向に延設される搬送レールを構成し、
前記搬送レールに沿って前記内型枠を載置した搬送台車を移動することにより、トンネル後方で脱型した前記内型枠をトンネル前方へ搬送する
ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のトンネル掘削工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コンクリートを用いたトンネルの覆工を行うトンネル掘削機およびトンネル掘削工法に関する。

【背景技術】

【0002】

トンネル掘削機には、円筒形状の掘削機本体（スキンプレート）の前方部に円盤形状のカッタヘッドが備えられており、このカッタヘッドがカッタ駆動モータによって回転駆動されることによって前方の地山が掘削される。そして、掘削された地山（トンネル）に対して種々の覆工が行われることにより、トンネルが形成される。

【0003】

トンネルの覆工を行う方法の一つとして、コンクリートを用いたものがある。この覆工方法は、カッタヘッドによって掘削された地山（トンネルの周壁）に対して所定の間隔を空けて内型枠を構築し、この内型枠とトンネルの周壁との間にコンクリートを打設し、その養生および硬化を待って覆工を行うものである。このように、内型枠を構築してコンクリートによる覆工を行う技術として、例えば、特許文献1に記載のものがある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１２−４１７５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１には、円形リング状の内型枠の両端面を互いに平行とならないよう楕円形状に形成し、トンネル前後方向に隣接する内型枠を互いの幅最大位置と幅最小位置とが一致するように接合することによって直線状に組み立て、また、トンネル前後方向に隣接する内型枠を互いの幅最大位置同士が一致するように接合することによって曲線状に組み立てる技術が開示されている。

【0006】

この技術によれば、一種類の円形リング状の内型枠を用いることにより、直線状のトンネルまたは所定の曲率から成る曲線状のトンネルを構築することはできるが、曲率を異にする曲線状のトンネルを構築することはできない。よって、曲率を異にする曲線状のトンネルを構築する際には、形状を異にする内型枠を用いなければならず、結果として複数種類の内型枠が必要となってしまう。

【0007】

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、複数種類の内型枠を用いることなく曲率を異にする曲線状のトンネルを構築することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記課題を解決する第一の発明に係るトンネル掘削機は、掘削したトンネルの周壁に沿って円環状の内型枠を構築する内型枠組立装置と、前記周壁と前記内型枠との間の空間にコンクリートを打設するコンクリート打設装置とを備え、コンクリートによるトンネルの覆工を行うトンネル掘削機において、前記内型枠は、軸方向一端面と軸方向他端面とが互いに平行でないものであり、前記内型枠組立装置は、前記内型枠を所定角度で組み付ける第一の基準内型枠組立工程と、前記第一の基準内型枠組立工程において組み付けられた前記内型枠に対して所定回転角度だけ周方向一方側に回転した状態で前記内型枠を組み付ける第一の回転内型枠組立工程と、前記第一の回転内型枠組立工程において組み付けられた前記内型枠に対して前記内型枠を前記所定角度で組み付ける第二の基準内型枠組立工程と、前記第二の基準内型枠組立工程において組み付けられた前記内型枠に対して前記所定回転角度だけ周方向他方側に回転した状態で前記内型枠を組み付ける第二の回転内型枠組立工程とを繰り返し、前記所定回転角度を調整することによってトンネル前後方向に直線状または所望の曲率から成る曲線状に並ぶ前記内型枠を構築するものであることを特徴とする。

【0009】

上記課題を解決する第二の発明に係るトンネル掘削機は、第一の発明に係るトンネル掘削機において、前記軸方向一端面は、前記内型枠の中心軸に対して直交するものであり、前記軸方向他端面は、前記中心軸に対して傾斜するものであることを特徴とする。

【0010】

上記課題を解決する第三の発明に係るトンネル掘削機は、第一または第二の発明に係るトンネル掘削機において、前記内型枠を脱型する内型枠脱型装置と、前記内型枠脱型装置によって脱型された前記内型枠を前記内型枠組立装置の近傍に搬送する内型枠搬送装置とを備え、前記内型枠搬送装置は、前記内型枠を載置可能な搬送台車と、前記搬送台車を移動可能な搬送レールとを有するものであり、前記搬送レールは、前記第一の基準内型枠組立工程において組み付けられる前記内型枠および前記第二の基準内型枠組立工程において組み付けられる前記内型枠に固定される固定レールと、前記固定レール間に跨って設けられる連結レールとが連結されて成るものであることを特徴とする。

【0011】

上記課題を解決する第四の発明に係るトンネル掘削機は、第三の発明に係るトンネル掘削機において、前記固定レールは、前記第一の基準内型枠組立工程において組み付けられる前記内型枠および前記第二の基準内型枠組立工程において組み付けられる前記内型枠における鉛直方向下側および鉛直方向上側に設けられるものであることを特徴とする。

【0012】

上記課題を解決する第五の発明に係るトンネル掘削機は、第三または第四の発明に係るトンネル掘削機において、前記固定レールには、軸方向両端部から軸方向に突出する連結部が設けられており、前記連結レールには、前記連結部を鉛直方向下側から挿入可能な溝部が設けられていることを特徴とする。

【0013】

上記課題を解決する第六の発明に係るトンネル掘削工法は、トンネルの周壁に沿って円環状の内型枠を構築し、前記周壁と前記内型枠との間の空間にコンクリートを打設し、コンクリートによるトンネルの覆工を行うトンネル掘削工法において、前記内型枠を、軸方向両端面が互いに平行でないものとし、前記内型枠を所定角度で組み付ける第一の基準内型枠組立工程と、前記第一の基準内型枠組立工程において組み付けられた前記内型枠に対して所定回転角度だけ周方向一方側に回転した状態で前記内型枠を組み付ける第一の回転内型枠組立工程と、前記第一の回転内型枠組立工程において組み付けられた前記内型枠に対して前記内型枠を前記所定角度で組み付ける第二の基準内型枠組立工程と、前記第二の基準内型枠組立工程において組み付けられた前記内型枠に対して前記所定回転角度だけ周方向他方側に回転した状態で前記内型枠を組み付ける第二の回転内型枠組立工程とを繰り返し、前記所定回転角度を調整することにより、直線状または所望の曲率から成る曲線状のトンネルを形成することを特徴とする。

【0014】

上記課題を解決する第七の発明に係るトンネル掘削工法は、第六の発明に係るトンネル掘削工法において、前記所定角度を調整することにより、所望の方向に湾曲する曲線状のトンネルを形成することを特徴とする。

【0015】

上記課題を解決する第八の発明に係るトンネル掘削工法は、第六または第七の発明に係るトンネル掘削工法において、前記第一の基準内型枠組立工程において組み付けられる前記内型枠および前記第二の基準内型枠組立工程において組み付けられる前記内型枠に固定される固定レールと、前記固定レール間に跨って設けられる連結レールとを連結することにより、トンネル前後方向に延設される搬送レールを構成し、前記搬送レールに沿って前記内型枠を載置した搬送台車を移動することにより、トンネル後方で脱型した前記内型枠をトンネル前方へ搬送することを特徴とする。

【発明の効果】

【0016】

第一の発明に係るトンネル掘削機によれば、一種類の内型枠で、直線状のトンネルおよび曲率を異にする曲線状のトンネルを構築することができる。

【0017】

第二の発明に係るトンネル掘削機によれば、中心軸に対して直交する直交面と傾斜する傾斜面とを有する一種類の片テーパの内型枠を用いて、直線状のトンネルおよび曲率を異にする曲線状のトンネルを構築することができる。

【0018】

第三の発明に係るトンネル掘削機によれば、搬送レールの組み付け作業を簡易化し、当該作業および内型枠の搬送作業を容易に行うことができる。

【0019】

第四の発明に係るトンネル掘削機によれば、例えば、水平面内において左右方向へ湾曲するトンネルを形成する場合であっても、固定レールの着脱を行わずに、搬送レールの組み付け作業および搬送台車の移動（内型枠の搬送）を容易に行うことができる。

【0020】

第五の発明に係るトンネル掘削機によれば、固定レールと連結レールとの組み付け構造および組み付け作業を簡易なものとすることができる。

【0021】

第六の発明に係るトンネル掘削工法によれば、一種類の内型枠で、直線状のトンネルおよび曲率を異にする曲線状のトンネルを構築することができる。

【0022】

第七の発明に係るトンネル掘削工法によれば、所望の方向に湾曲する曲線状のトンネルを構築することができる。

【0023】

第八の発明に係るトンネル掘削工法によれば、搬送レールの組み付け作業を簡易化し、当該作業および内型枠の搬送作業を容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】実施例１に係るトンネル掘削機を示す説明図である。

【図2】実施例１に係るトンネル掘削機における内型枠を示す説明図である。

【図3】実施例１に係るトンネル掘削機における内型枠搬送装置を示す説明図（図１におけるIII−III矢視断面図）である。

【図4】実施例１に係るトンネル掘削機における搬送レールを示す説明図（図３におけるIV−IV矢視断面図）である。

【図5】実施例１に係るトンネル掘削機における搬送レールを示す説明図（図４におけるＶ−Ｖ矢視断面図）である。

【図6A】実施例１に係るトンネル掘削機において所望の曲率から成る曲線状に構築される内型枠を示す説明図である。

【図6B】実施例１に係るトンネル掘削機における最小曲率から成る曲線状に構築される内型枠を示す説明図である。

【図6C】実施例１に係るトンネル掘削機における直線状に構築される内型枠を示す説明図である。

【図7A】実施例１に係るトンネル掘削機における内型枠（基準内型枠）を示す説明図である。

【図7B】実施例１に係るトンネル掘削機における内型枠（回転内型枠）を示す説明図である。

【図7C】実施例１に係るトンネル掘削機における内型枠（回転内型枠）を示す説明図である。

【図8】実施例１に係るトンネル掘削機における内型枠の位置調整を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下に、本発明に係るトンネル掘削工法の実施例について、添付図面を参照して詳細に説明する。もちろん、本発明は以下の実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で各種変更が可能であることは言うまでもない。

【実施例1】

【0026】

本発明の実施例１に係るトンネル掘削機の構造について、図１から図５を参照して説明する。

【0027】

図１に示すように、トンネル掘削機１には、円筒形状を成すスキンプレート（掘削機本体）１１が設けられており、スキンプレート１１におけるトンネル前方（図１においては、左方側）には、円盤形状のカッタヘッド１２が回転自在に支持されている。また、スキンプレート１１には、カッタヘッド１２のトンネル後方（図１においては、右方側）に位置してバルクヘッド１３が取り付けられており、これらカッタヘッド１２とバルクヘッド１３との間には、掘削土砂が一時的に蓄えられる空間（チャンバ）１４が形成されている。

【0028】

バルクヘッド１３には、カッタヘッド１２を回転駆動するためのカッタ駆動モータ１５が支持されており、このカッタ駆動モータ１５が駆動されると、リングギヤ１６および中間ビーム１７等を介して、カッタヘッド１２が回転駆動されるようになっている。

【0029】

また、スキンプレート１１内には、バルクヘッド１３を貫通してチャンバ１４に開口するスクリューコンベア１８が配設されており、チャンバ１４内に取り込まれた掘削土砂は、スクリューコンベア１８によってトンネル後方へ搬送され、図示しないベルトコンベア等によってトンネル掘削機１の外部へ排出されるようになっている。

【0030】

スキンプレート１１におけるトンネル後方には、トンネル１００の周壁（スキンプレート１１の内周面）に対して所定の間隔を空けて内型枠１９を構築する内型枠組立装置２０が設けられている。

【0031】

図２に示すように、内型枠１９は、周方向に分割された複数（本実施例においては、七個）の型枠ピース３１〜３７から構成される円環形状を成しており、軸方向一方側（図２においては、紙面左手前側）の端面（直交面４１）が中心軸Ｌ_Cに対して直交すると共に、軸方向他方側（図２においては、紙面右奥側）の端面（傾斜面４２）が中心軸Ｌ_Cに対して傾斜する（直交しない）ように形成されている。

【0032】

図１に示すように、内型枠組立装置２０には、型枠ピース３１〜３７をそれぞれ保持可能な組立グリッパ２０ａが備えられている。型枠ピース３１〜３７は、組立グリッパ２０ａに保持された状態でトンネル１００の周壁（スキンプレート１１の内周面）に沿って配置され、既設の内型枠１９に組み付けられるようになっている。内型枠組立装置２０によって構築された内型枠１９とトンネル１００の周壁（スキンプレート１１の内周面）との間には、コンクリートＣを打設するための空間（コンクリート打設空間）２１が形成されるようになっている。

【0033】

ここで、内型枠組立装置２０は、トンネル前後方向（図１においては、左右方向）に隣接する内型枠１９を傾斜面４２（または直交面４１）同士が隣接するように構築するようになっている。そして、内型枠組立装置２０は、傾斜面４２同士が隣接配置される一方の内型枠（以下、本明細書においては、基準内型枠１９ａと言う）を周方向位置（位相）の基準として所定角度で組み付け、他方の内型枠（以下、本明細書においては、回転内型枠１９ｂと言う）を基準内型枠１９ａに対して周方向に所定回転角度θ（０°≦θ≦１８０°）だけ回転して（位相をずらして）組み付けるようになっている（図６Ａ参照）。

【0034】

また、図１に示すように、トンネル掘削機１には、内型枠組立装置２０のトンネル後方に位置して、トンネル１００の周壁に沿って構築された内型枠１９の形状を矯正する形状保持装置２２が設けられている。つまり、内型枠１９は、内型枠組立装置２０によって型枠ピース３１〜３７がそれぞれトンネル１００の周壁に沿って配置および組み付けされると共に、形状保持装置２２によってその形状（真円度）が保持されて成る。

【0035】

また、スキンプレート１１内には、コンクリート打設空間２１にコンクリートＣを打設するコンクリート打設装置２３が設けられている。コンクリート打設装置２３には、スキンプレート１１と内型枠１９との間に配置されてコンクリート打設空間２１を閉塞する妻型枠５１と、妻型枠５１に挿通されてコンクリート打設空間２１にコンクリートＣを流し込むコンクリート打設管５２と、妻型枠５１をトンネル後方へ所定圧力で押圧する妻型枠ジャッキ５３とが備えられている。コンクリート打設装置２３によって打設されたコンクリートＣが当該コンクリート打設空間２１において養生および硬化されることにより、コンクリートＣによるトンネル１００の覆工がなされるようになっている。

【0036】

トンネル掘削機１には、内型枠組立装置２０および形状保持装置２２のトンネル後方に位置して、トンネル１００の周壁に沿って構築された内型枠１９を脱型する内型枠脱型装置２４が設けられている。内型枠脱型装置２４には、型枠ピース３１〜３７をそれぞれ保持可能な脱型グリッパ２４ａが備えられている。コンクリートＣが硬化された範囲における内型枠１９の型枠ピース３１〜３７は、脱型グリッパ２４ａに保持された状態で脱型されるようになっている。

【0037】

また、トンネル掘削機１には、内型枠脱型装置２４によって脱型された型枠ピース３１〜３７をトンネル前方（内型枠組立装置２０の近傍）に搬送する内型枠搬送装置２５が設けられている。

【0038】

図１および図３に示すように、内型枠搬送装置２５には、トンネル１００内（トンネル１００の周壁に沿って構築された内型枠１９の周方向内側）においてトンネル前後方向に延びる搬送レール６１と、型枠ピース３１〜３７の少なくとも一つを載置した状態で搬送レール６１上を当該搬送レール６１に沿ってトンネル前後方向に移動可能な搬送台車６２とが備えられている。

【0039】

よって、型枠ピース３１〜３７は、内型枠脱型装置２４によって内型枠１９から脱型されると、搬送台車６２に載置されるようになっており、この型枠ピース３１〜３７が載置された搬送台車６２を搬送レール６１に沿ってトンネル前方へ移動することによって、内型枠組立装置２０の近傍に搬送されるようになっている。

【0040】

図４および図５に示すように、搬送レール６１は、一方の内型枠１９（基準内型枠１９ａ）に固定される固定レール６１ａと、他方の内型枠１９（回転内型枠１９ｂ）の範囲に位置して固定レール６１ａ間に跨って設置される連結レール６１ｂとから構成されており、これら固定レール６１ａと連結レール６１ｂとがトンネル前後方向（図４および図５においては、左右方向）において交互に連結されて成る。

【0041】

固定レール６１ａは、固定ボルト６３ａおよび固定ナット６３ｂによって基準内型枠１９ａの径方向内側に固定されており（図３参照）、その軸方向両端部には、延設方向（トンネル前後方向であって、図４および図５においては左右方向）に突出して連結レール６１ｂと連結される連結部７１が設けられている（図４および図５参照）。一方、連結レール６１ｂには、固定レール６１ａの連結部７１を鉛直方向下側（図５においては、下方側）から挿入可能な溝部８１が設けられている。

【0042】

よって、連結部７１を溝部８１に挿入するように、基準内型枠１９ａに固定された固定レール６１ａに対して連結レール６１ｂを鉛直方向上側（図５においては、上方側）から被せることにより、当該連結レール６１ｂを固定レール６１ａ間に架け渡すことができるようになっている。

【0043】

また、固定レール６１ａの連結部７１および連結レール６１ｂの溝部８１には、連結ピン６４を挿通可能なピン穴７２，８２がそれぞれ形成されており、固定レール６１ａの連結部７１を連結レール６１ｂの溝部８１に挿入すると共に連結ピン６４を固定レール６１ａのピン穴７２および連結レール６１ｂのピン穴８２に挿通させることにより、固定レール６１ａと連結レール６１ｂとの連結（連結レール６１ｂの抜け止め）がなされるようになっている。

【0044】

また、トンネル掘削機１には、スキンプレート１１の内周面に沿って複数のシールドジャッキ２６が設けられており、このシールドジャッキ２６は、トンネル後方へ向けて伸縮可能に配置されている。よって、内型枠組立装置２０によって構築された内型枠１９に対してシールドジャッキ２６を伸長することにより、スキンプレート１１すなわちトンネル掘削機１を掘進させるための反力を得ることができる。

【0045】

また、内型枠組立装置２０によって構築された内型枠１９に対してシールドジャッキ２６を縮長することにより、既設の内型枠１９（型枠ピース３１〜３７）との間に空所を形成し、内型枠組立装置２０によって型枠ピース３１〜３７をこの空所に配置すると共に既設の内型枠１９に組み付け、新しい内型枠１９を構築することができる。

【0046】

本発明の実施例１に係るトンネル掘削機の動作について、図１から図８を参照して説明する。

【0047】

トンネル掘削機１は、カッタ駆動モータ１５を駆動することによって、リングギヤ１６および中間ビーム１７等を介して、カッタヘッド１２を回転駆動すると共に、複数のシールドジャッキ２６を伸長して既設の内型枠１９（型枠ピース３１〜３７）から押し付け反力を得ることによって、スキンプレート１１を前進させる（図１参照）。このように、トンネル掘削機１は、カッタヘッド１２を回転駆動しつつスキンプレート１１を前進させることにより、前方の地山を掘削する。

【0048】

カッタヘッド１２の回転駆動によって掘削された土砂は、カッタヘッド１２における図示しない土砂取り込み口からチャンバ１４内に取り込まれ、当該チャンバ１４内に開口して設けられたスクリューコンベア１８によってトンネル後方へ搬送されると共に、スクリューコンベア１８の後端部から図示しないベルトコンベア等によってトンネル掘削機１の外部へ排出される。

【0049】

そして、トンネル掘削機１は、一部のシールドジャッキ２６を縮長して既設の内型枠１９（型枠ピース３１〜３７）との間に空所を形成し、内型枠組立装置２０によって型枠ピース３１〜３７をこの空所に配置すると共に既設の内型枠１９に組み付け、新しい内型枠１９を構築する。このように、トンネル掘削機１は、その掘進に伴って内型枠１９を順次構築することにより、トンネル前後方向において複数段に並ぶ内型枠１９を構築する。

【0050】

この内型枠１９の構築において、内型枠組立装置２０は、傾斜面４２（または直交面４１）同士が接触するように、基準内型枠１９ａと回転内型枠１９ｂとをトンネル前後方向において交互に並べて構築すると共に、基準内型枠１９ａに対して回転内型枠１９ｂを所定回転角度θだけ周方向一方側または周方向他方側に交互に振って（回転して）組み付ける（図６Ａ参照）。

【0051】

ここで、内型枠組立装置２０による内型枠１９の構築について、図６Ａから図６Ｃおよび図７Ａから図７Ｃを参照して詳細に説明する。

【0052】

まず、内型枠組立装置２０は、図７Ａに示すように、内型枠１９（基準内型枠１９ａ）を所定角度で組み付ける（第一の基準内型枠組立工程）。内型枠１９は、中心軸Ｌ_Cに対して直交する直交面４１と中心軸Ｌ_Cに対して傾斜する（直交しない）傾斜面４２とを有する円環形状から成るので（図２参照）、この内型枠１９（基準内型枠１９ａ）が所定角度で組み付けられることにより、トンネル１００の向きは、第一の所定方向Ｖ₁（Ｘ₁，０，Ｚ₁）だけ傾けられることとなる。

【0053】

ここで、トンネル１００の向きは、トンネル前後方向における最前端に位置する（構築された）内型枠１９の端面（直交面４１または傾斜面４２）の向きである。また、図７Ａにおいては、内型枠１９は、その最小幅位置（軸方向の長さが最小となる周方向位置）が左方側に位置するように組み付けられており、トンネル１００の向きを示す矢印は、当該最小幅位置（図７Ａにおいては、左方側）を向いている。

【0054】

次に、内型枠組立装置２０は、図７Ｂに示すように、内型枠１９（回転内型枠１９ｂ）を既設の内型枠１９（基準内型枠１９ａ）に対して所定回転角度θだけ周方向一方側へ回転（図７Ｂにおいては、左回転）させた状態で傾斜面４２同士が隣接するように組み付ける（第一の回転内型枠組立工程）。

【0055】

このとき、トンネル１００の向きは、内型枠１９（回転内型枠１９ｂ）が既設の内型枠１９（基準内型枠１９ａ）に対して所定回転角度θだけ周方向一方側へ回転させて組み付けられることにより、第二の所定方向Ｖ₂（Ｘ₂，−Ｙ₂，Ｚ₂）だけ傾けられる。ここで、図７Ｂにおいて、内型枠１９の最小幅位置は、二点鎖線で示された位置であり、トンネル１００の向きを示す矢印は、当該最小幅位置（図７Ｂにおいては、左下方側）を向いている。

【0056】

つまり、トンネル１００の向きは、内型枠組立装置２０によって上述した基準内型枠１９ａおよび回転内型枠１９ｂが組み付けられることにより、第二の所定方向Ｖ₂（Ｘ₂，−Ｙ₂，Ｚ₂）を加えた総和（Ｘ₁＋Ｘ₂，−Ｙ₂，Ｚ₁＋Ｚ₂）だけ傾けられることとなる。

【0057】

次に、内型枠組立装置２０は、図７Ａに示すように、内型枠１９（基準内型枠１９ａ）を所定角度で直交面４１同士が隣接するように組み付ける（第二の基準内型枠組立工程）。このとき、トンネル１００の向きは、内型枠組立装置２０によって上述した基準内型枠１９ａおよび回転内型枠１９ｂに加えて更に内型枠１９（基準内型枠１９ａ）が所定角度で組み付けられることにより、第一の所定方向Ｖ₁（Ｘ₁，０，Ｚ₁）を更に加えた総和（２Ｘ₁＋Ｘ₂，−Ｙ₂，２Ｚ₁＋Ｚ₂）だけ傾けられることとなる。

【0058】

次に、内型枠組立装置２０は、図７Ｃに示すように、内型枠１９（回転内型枠１９ｂ）を既設の内型枠１９（基準内型枠１９ａ）に対して所定回転角度θだけ周方向他方側へ回転（図７Ｃにおいては、右回転）させて傾斜面４２同士が隣接するように組み付ける（第二の回転内型枠組立工程）。

【0059】

このとき、トンネル１００の向きは、内型枠１９（回転内型枠１９ｂ）が既設の内型枠１９（基準内型枠１９ａ）に対して所定角度だけ周方向他方側へ回転させて組み付けられることにより、第三の所定方向Ｖ₃（Ｘ₂，Ｙ₂，Ｚ₂）だけ傾けられる。ここで、図７Ｃにおいて、内型枠１９の最小幅位置は、二点鎖線で示された位置であり、トンネル１００の向きを示す矢印は、当該最小幅位置（図７Ｃにおいては、左上方側）を向いている。

【0060】

つまり、基準内型枠１９ａと回転内型枠１９ｂとをトンネル前後方向において交互に並べて構築すると共に、基準内型枠１９ａに対して回転内型枠１９ｂを所定回転角度θだけ周方向一方側または周方向他方側に交互に振って（回転して）組み付けることにより、トンネル１００の向きは、それらの総和（２Ｘ₁＋２Ｘ₂，０，２Ｚ₁＋２Ｚ₂）だけ傾けられることとなる。

【0061】

ここで、所定回転角度θによる移動方向成分の一部（Ｙ方向成分であって、図７Ａから図７Ｃにおいては、上下方向の成分）は相殺されている。よって、トンネル１００は、基準内型枠１９ａが組み付けられた所定角度に基づく所望の方向に向かって湾曲するように形成されると共に、回転内型枠１９ｂが組み付けられる所定回転角度θに基づく所望の曲率Ｒで湾曲するように形成される。

【0062】

なお、図６Ｂに示すように、基準内型枠１９ａに対して回転内型枠１９ｂを周方向一方側および周方向他方側へ所定回転角度θ（θ＝０°）ずつ交互に振って組み付ける、すなわち、基準内型枠１９ａの最小幅位置と回転内型枠１９ｂの最小幅位置とが一致するように組み付けることにより、トンネル前後方向において構築可能な最小曲率Ｒ_MINから成る曲線状に並ぶ内型枠１９を構築することができる。

【0063】

また、図６Ｃに示すように、基準内型枠１９ａに対して回転内型枠１９ｂを周方向一方側および周方向他方側へ所定回転角度θ（θ＝１８０°）ずつ交互に振って組み付ける、すなわち、基準内型枠１９ａの最小幅位置と回転内型枠１９ｂの最小幅位置とが逆位相となる（基準内型枠１９ａの最小幅位置と回転内型枠１９ｂの最大幅位置とが一致する）ように組み付けることにより、トンネル前後方向において直線状に並ぶ内型枠１９を構築することができる。

【0064】

以上のようにして、内型枠組立装置２０によってトンネル前後方向において複数段に並べて内型枠１９（基準内型枠１９ａおよび回転内型枠１９ｂ）を構築し、形状保持装置２２によって当該内型枠１９の形状（真円）を保持する。

【0065】

なお、内型枠組立装置２０によって構築された内型枠１９がトンネル１００の周壁に対して大きく偏心した場合には、コンクリートＣによる覆工をトンネル１００の周方向において略均一に行う、すなわち、周方向に略均一な厚みのコンクリートＣを得ることができない。そこで、内型枠組立装置２０は、当該偏心が小さくなるように内型枠１９を構築する、すなわち、トンネル１００の周壁に対する内型枠１９の位置調整を行う。

【0066】

このトンネル１００の周壁に対する内型枠１９の位置調整は、図８に示すように、トンネル前後方向（図８においては、左右方向）において複数段に構築される内型枠１９の一部を、傾斜面４２（または直交面４１）同士ではなく、直交面４１と傾斜面４２とが接触するように組み付けることによって行う。

【0067】

具体的には、基準内型枠１９ａをその傾斜面４２が既設の回転内型枠１９ｂにおける直交面４１と接触するように組み付けた後、回転内型枠１９ｂをその傾斜面４２が基準内型枠１９ａの直交面４１と接触するように組み付けることにより、一つの内型枠１９（基準内型枠１９ａ）によって、トンネル１００の周壁に対する内型枠１９の位置を調整することができる。

【0068】

もちろん、内型枠組立装置２０は、上述したように回転内型枠１９ｂを基準内型枠１９ａに対して所定回転角度θだけ周方向一方側および周方向他方側へ交互に振って組み付けることによっても、トンネル１００の周壁に対する内型枠１９の位置調整を行うことができるものである。

【0069】

次に、コンクリート打設装置２３によって、スキンプレート１１の内周面と内型枠１９との間に形成されたコンクリート打設空間２１にコンクリートＣを打設する（図１参照）。つまり、スキンプレート１１の内周面と内型枠１９との間に配置された妻型枠５１によってコンクリート打設空間２１を閉塞し、この閉塞されたコンクリート打設空間２１にコンクリート打設管５２からコンクリートＣを供給すると共に、妻型枠ジャッキ５３によって妻型枠５１をトンネル後方へ向けて押圧することにより、コンクリートＣをコンクリート打設空間２１において隙間なく充填する。その後、コンクリートＣが養生および硬化し、コンクリートＣによるトンネル１００の覆工がなされる。

【0070】

次に、内型枠脱型装置２４によって、コンクリートＣが養生および硬化された範囲における内型枠１９を脱型し、内型枠搬送装置２５によって、脱型した内型枠１９（型枠ピース３１〜３７）をトンネル前方（内型枠組立装置２０の近傍）に搬送する。つまり、内型枠脱型装置２４の脱型グリッパ２４ａによって、トンネル１００の周壁に沿って構築された内型枠１９から型枠ピース３１〜３７を脱型して内型枠搬送装置２５の搬送台車６２に載置し、この搬送台車６２を搬送レール６１に沿ってトンネル前方へ移動する。その後、内型枠組立装置２０の組立グリッパ２０ａによって、搬送台車６２に載置された型枠ピース３１〜３７を保持してトンネル１００の周壁に沿って配置および既設の内型枠１９に組み付けることにより、新たな内型枠１９を構築する。

【0071】

この型枠ピース３１〜３７の搬送（搬送台車６２の移動）においては、基準内型枠１９ａに固定された固定レール６１ａに対して、連結レール６１ｂを連結することによって、搬送レール６１を組み上げる。

【0072】

ここで、基準内型枠１９ａは、トンネル１００の湾曲方向（トンネル掘削機１の掘進方向）に合わせた所定角度で組み付けられているため、同方向に湾曲する曲線状のトンネル１００または直線状のトンネル１００を形成する間は周方向に回転されることはなく、基準内型枠１９ａに固定された固定レール６１ａは、常に鉛直方向下側に位置（存在）する。よって、搬送レール６１の組み付け作業が簡易化され、当該作業および搬送台車６２の移動（型枠ピース３１〜３７の搬送）を容易に行うことができる。

【0073】

また、トンネル掘削機１においては、固定レール６１ａが基準内型枠１９ａの鉛直方向下側および鉛直方向上側に設けられている。よって、基準内型枠１９ａを組み付ける所定角度を１８０°回転（反転）させた場合であっても、当該固定レール６１ａが鉛直方向下側に位置（存在）し、搬送台車６２の移動すなわち型枠ピース３１〜３７の搬送を行うことができる。つまり、水平面内において左右両側へ湾曲するトンネル１００を形成する場合であっても、固定レール６１ａの着脱を行わずに、搬送レール６１の組み付け作業および搬送台車６２の移動（型枠ピース３１〜３７の搬送）を容易に行うことができる。

【0074】

以上に説明したように、本実施例に係るトンネル掘削機１によれば、内型枠１９は、軸方向一端面（直交面）４１と軸方向他端面（傾斜面）４２とが互いに平行でないものであり、内型枠組立装置２０は、内型枠１９（基準内型枠１９ａ）を所定角度で組み付ける第一の基準内型枠組立工程と、第一の基準内型枠組立工程において組み付けられた内型枠１９（基準内型枠１９ａ）に対して周方向一方側に所定回転角度θだけ回転した状態で内型枠１９（回転内型枠１９ｂ）を組み付ける第一の回転内型枠組立工程と、第一の回転内型枠組立工程において組み付けられた内型枠１９（回転内型枠１９ｂ）に対して内型枠１９（基準内型枠１９ａ）を所定角度で組み付ける第二の基準内型枠組立工程と、第二の基準内型枠組立工程において組み付けられた内型枠１９（基準内型枠１９ａ）に対して周方向他方側に前記所定回転角度だけ回転した状態で内型枠１９（回転内型枠１９ｂ）を組み付ける第二の回転内型枠組立工程とを繰り返し、所定回転角度θを調整することによってトンネル前後方向に直線状または所望の曲率から成る曲線状に並ぶ内型枠１９（基準内型枠１９ａおよび回転内型枠１９ｂ）を構築するものであるので、一種類の内型枠１９（基準内型枠１９ａおよび回転内型枠１９ｂ）で、直線状のトンネル１００（図６Ｃ参照）および曲率を異にする曲線状のトンネル１００（図６Ａおよび図６Ｂ参照）を形成することができる。

【符号の説明】

【0075】

１ トンネル掘削機
１１ スキンプレート
１２ カッタヘッド
１３ バルクヘッド
１４ チャンバ
１５ カッタ駆動モータ
１６ リングギヤ
１７ 中間ビーム
１８ スクリューコンベア
１９ 内型枠
１９ａ 基準内型枠
１９ｂ 回転内型枠
２０ 内型枠組立装置
２０ａ 内型枠組立装置の組立グリッパ
２１ コンクリート打設空間
２２ 形状保持装置
２３ コンクリート打設装置
２４ 内型枠脱型装置
２４ａ 内型枠脱型装置の脱型グリッパ
２５ 内型枠搬送装置
２６ シールドジャッキ（推進手段）
３１〜３７ 型枠ピース
６１ 内型枠搬送装置の搬送レール
６１ａ 固定レール
６１ｂ 連結レール
６２ 内型枠搬送装置の搬送台車
６３ａ 固定ボルト
６３ｂ 固定ナット
６４ 連結ピン
７１ 固定レールの連結部
７２ 固定レールのピン穴
８１ 連結レールの溝部
８２ 連結レールのピン穴
１００ トンネル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図8】