特許 5967812 トンネル掘削システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5967812

(24)【登録日】2016年7月15日

(45)【発行日】2016年8月10日

(54)【発明の名称】トンネル掘削システム

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/11 20060101AFI20160728BHJP

   E21D 9/12 20060101ALI20160728BHJP

【ＦＩ】

   E21D9/11 A

   E21D9/12 Z

【請求項の数】3

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2012-142839(P2012-142839)

(22)【出願日】2012年6月26日

(65)【公開番号】特開2014-5677(P2014-5677A)

(43)【公開日】2014年1月16日

【審査請求日】2015年3月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】390032517

【氏名又は名称】株木建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】591063486

【氏名又は名称】一般財団法人先端建設技術センター

(73)【特許権者】

【識別番号】000000549

【氏名又は名称】株式会社大林組

(73)【特許権者】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000001317

【氏名又は名称】株式会社熊谷組

(73)【特許権者】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000005119

【氏名又は名称】日立造船株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000228811

【氏名又は名称】日本シビックコンサルタント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092093

【弁理士】

【氏名又は名称】辻居 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100082005

【弁理士】

【氏名又は名称】熊倉 禎男

(74)【代理人】

【識別番号】100088694

【弁理士】

【氏名又は名称】弟子丸 健

(74)【代理人】

【識別番号】100103609

【弁理士】

【氏名又は名称】井野 砂里

(74)【代理人】

【識別番号】100095898

【弁理士】

【氏名又は名称】松下 満

(74)【代理人】

【識別番号】100098475

【弁理士】

【氏名又は名称】倉澤 伊知郎

(74)【代理人】

【識別番号】100170634

【弁理士】

【氏名又は名称】山本 航介

(72)【発明者】

【氏名】小山 幸則

(72)【発明者】

【氏名】加納 敏行

(72)【発明者】

【氏名】武田 光雄

(72)【発明者】

【氏名】小澤 郁夫

(72)【発明者】

【氏名】山元 寛哲

(72)【発明者】

【氏名】阪本 公明

(72)【発明者】

【氏名】吉川 正

(72)【発明者】

【氏名】阿子島 孝雄

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 竜郎

(72)【発明者】

【氏名】芳賀 宏

(72)【発明者】

【氏名】手塚 仁

(72)【発明者】

【氏名】千代 啓三

(72)【発明者】

【氏名】坂本 俊一

(72)【発明者】

【氏名】茅野 浩一

(72)【発明者】

【氏名】垣見 康介

(72)【発明者】

【氏名】今酒 誠

(72)【発明者】

【氏名】立石 洋二

(72)【発明者】

【氏名】花岡 泰治

(72)【発明者】

【氏名】金井 誠一郎

【審査官】 越柴 洋哉

(56)【参考文献】

【文献】 特許第４９３４２３４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開平１０−１７６４８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５３−０８０７３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１３／０８４５４３（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｄ １／００− ９／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤にトンネルを掘削するためのトンネル掘削システムであって、
地盤を円環断面状に掘削する円筒状の掘削装置と、
前記円筒状の掘削装置の内部空間内に配置され、前記掘削装置により円環断面状に掘削された部分の内側部分の地盤を掘削する掘削用重機と、
前記掘削装置の内部空間内から後方に向かって延び、前記掘削装置の掘削土を後方に向かって搬送する搬送手段と、を備え、
前記掘削装置は、
掘削進行方向の先端部に設けられた円筒状の回転部殻体、及び前記回転部殻体の後方に接続された円筒状の固定部殻体を含む円筒状の殻体と、
前記回転部殻体の先端面に形成されたカッタ部、及び前記回転部殻体を前記固定部殻体に対して回転させる回転機構を含む掘削機構と、
前記回転部殻体を掘削進行方向に推進させる推進機構と、を含み、
前記回転部殻体の先端面には開口が形成され、前記回転部殻体内には収容空間が形成され、前記掘削機構により掘削された掘削土は前記開口を通じて前記収容空間内に収容され、
前記掘削装置の内側面の前記回転部殻体と前記固定部殻体との間には隙間が形成され、前記収容空間と前記掘削装置の内部空間とは前記隙間を通じて連通しており、前記収容空間内に収容された掘削土は、前記隙間を通じて前記掘削装置の内部空間に排出され、
前記搬送手段は、前記掘削用重機により地盤を掘削して発生した掘削土を、前記収容空間から隙間を通じて掘削装置の内部空間に排出された掘削土とともに後方に向かって搬送し、
さらに、前記掘削装置の後方に接続された架台を備え、
前記架台は掘削進行方向に移動可能であり、
前記搬送手段は、前記架台に支持されている、
ことを特徴とするトンネル掘削システム。

【請求項2】

前記収容空間内は、複数の板材により周方向に複数の室に分割されている、
請求項１に記載されたトンネル掘削システム。

【請求項3】

さらに、前記掘削装置の内側に設けられた破砕機を備え、
前記掘削用重機により地盤を掘削して発生した掘削土、及び前記収容空間から隙間を通じて掘削装置の内部空間に排出された掘削土は、前記破砕機によりこれら掘削土に含まれる岩石を破砕した後、前記搬送手段により後方に向かって搬送される、
請求項１又は２に記載されたトンネル掘削システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地盤にトンネルを掘削するためのトンネル掘削システムに関する。

【背景技術】

【0002】

近年、大断面のシールドトンネルをより効率良く構築する方法として、リングシールド工法が知られている。リングシールド工法では、環状のカッタ部を備えた掘削装置により、トンネルの外郭部に当たる位置の地盤を先行して断面円環状に掘削する工程と、掘削した部分に円筒状に覆工体を構築する工程と、覆工体に反力をとって掘削装置を推進させる工程とを繰り返して先行して断面円環状に地盤を掘削し、さらに、これと並行して覆工体の内側に円柱状に残留した土砂を後方側から掘削することによりトンネルを構築する（特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第２８４０７３２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ここで、特許文献１記載の装置では、カッタ部により掘削された掘削土は水と攪拌して液状とし、カッタ部前面に開口する送泥管を通じてトンネル外部へ搬出している。しかしながら、このように排出管を通して掘削土を排出する方法では、送泥管内に土砂がつまってしまう虞がある。このように、掘削土のつまりが生じてしまうと、点検補修に非常に手間がかかる。

【0005】

本発明は、上記の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、地盤を掘削することにより発生した掘削土を後方に搬送する際に、掘削土の詰まりが発生しにくいトンネル掘削システムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記の課題を解決するべく、本発明のトンネル掘削システムは、地盤にトンネルを掘削するためのトンネル掘削システムであって、地盤を円環断面状に掘削する円筒状の掘削装置と、円筒状の掘削装置の内部空間内に配置され、掘削装置により円環断面状に掘削された部分の内側部分の地盤を掘削する掘削用重機と、掘削装置の内部空間内から後方に向かって延び、掘削装置の掘削土を後方に向かって搬送する搬送手段と、を備え、掘削装置は、掘削進行方向の先端部に設けられた円筒状の回転部殻体、及び回転部殻体の後方に接続された円筒状の固定部殻体を含む円筒状の殻体と、回転部殻体の先端面に形成されたカッタ部、及び回転部殻体を固定部殻体に対して回転させる回転機構を含む掘削機構と、回転部殻体を掘削進行方向に推進させる推進機構と、を含み、回転部殻体の先端面には開口が形成され、回転部殻体内には収容空間が形成され、掘削機構により掘削された掘削土は開口を通じて収容空間内に収容され、掘削装置の内側面の回転部殻体と固定部殻体との間には隙間が形成され、収容空間と掘削装置の内部空間とは隙間を通じて連通しており、収容空間内に収容された掘削土は、隙間を通じて掘削装置の内部空間に排出され、搬送手段は、掘削用重機により地盤を掘削して発生した掘削土を、収容空間から隙間を通じて掘削装置の内部空間に排出された掘削土とともに後方に向かって搬送することを特徴とする。

【0007】

上記の構成の本発明によれば、カッタ部で地盤を掘削することにより発生した掘削土を、回転部殻体の先端面に形成された開口を通じて収容空間内に収容し、収容空間の後方に形成された隙間から掘削装置の内部空間へ排出しており、従来のように送泥管等を用いていないため、掘削土の詰まりの発生を抑えることができる。

【0008】

また、本発明において、収容空間内は、複数の板材により周方向に複数の室に分割されていることが好ましい。

【0009】

上記の構成の本発明によれば、回転部殻体の回転とともに、板材が回転することにより、収容空間内に収容された掘削土が隙間に向かって送られる。さらに、板材により回転部殻体の剛性を向上することができる。

【0010】

また、本発明において、さらに、前記掘削装置の内側に設けられた破砕機を備え、前記掘削用重機により地盤を掘削して発生した掘削土、及び前記収容空間から隙間を通じて掘削装置の内部空間に排出された掘削土は、前記破砕機によりこれら掘削土に含まれる岩石を破砕した後、前記搬送手段により後方に向かって搬送されることが好ましい。

【0011】

上記の構成の本発明によれば、搬送手段によるスムーズな搬送の障害となるような大きな岩石が掘削土に含まれていても、破砕機により細かく破砕することができるため、搬送手段により掘削土をスムーズに搬送することができる。

【0012】

また、本発明において、さらに、掘削装置の後方に接続された架台を備え、架台は掘削進行方向に移動可能であり、搬送手段は、架台に支持されていることが好ましい。

【0013】

上記の構成の本発明によれば、掘削装置の進行とともに、搬送手段及び架台が一体となって移動することができる。

【発明の効果】

【0014】

本発明によれば、掘削土の詰まりの発生を抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の一実施形態のトンネル掘削システムの構成を示すトンネル長手方向の鉛直断面図である。

【図2】トンネル掘削部において地盤の掘削に用いられる掘削装置の斜視図である。

【図3】トンネル掘削部において地盤の掘削に用いられる掘削装置の長手方向鉛直断面図である。

【図4】トンネル掘削部において地盤の掘削に用いられる掘削装置の正面図である。

【図5】図３におけるＶ−Ｖ断面図である。

【図6】図３におけるＶＩ−ＶＩ断面図である。

【図7】図３におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。

【図8】掘削装置の推進方法及びコンクリートの打設方法を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

以下、本発明のトンネル掘削システム及びトンネル掘削方法の一実施形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態のトンネル掘削システムの構成を示す、トンネルの長手方向断面図である。同図に示すように、本実施形態のトンネル掘削システム１は、トンネル掘削進行方向最前部に設けられた掘削装置１０を用いて地盤の掘削を行うトンネル掘削区域４と、トンネル掘削区域４の後方において一次覆工を行う一次覆工区域６と、一次覆工区域６の後方においてインバートを設置するインバート工区域８と、インバート工区域８の後方においてズリ出しを行うズリ出し工区域９とにより構成される。

【0017】

図２乃至図７は、トンネル掘削部において地盤の掘削に用いられる掘削装置１０を示し、図２は斜視図、図３は長手方向鉛直断面図、図４は正面図、図５は図３におけるＶ−Ｖ断面図、図６は図３におけるＶＩ−ＶＩ断面図、図７は図３におけるＶＩＩ−ＶＩＩ断面図である。

【0018】

図２及び図３に示すように、掘削装置１０は、円筒状の殻体１２と、殻体１２の掘削進行方向（以下、前方という）の先端に設けられた掘削機構１４と、掘削土排出機構１６と、掘削機構４を推進させるための推進機構１８とを備える。

【0019】

殻体１２は、前方から順次接続された回転部殻体２０と、第１の固定部殻体２２と、第２の固定部殻体２４と、第３の固定部殻体２６とにより構成される。

【0020】

回転部殻体２０は、先端面を形成する円環状の先端面部２０Ａと、先端面部２０Ａの外周縁から後方に延びる円筒状の外筒体２０Ｂと、先端面部２０Ａの内周縁から後方に延びる円筒状の内筒体２０Ｃと、を有する。

【0021】

また、第１の固定部殻体２２と、第２の固定部殻体２４と、第３の固定部殻体２６とは、それぞれ、回転部殻体２０の外筒体２０Ｂと略同径に形成された円筒状の外筒体２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂと、外筒体２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂ内に配置され、第１の固定部殻体２２の内筒体２０Ｃと略同径に形成された円筒状の内筒体２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃと、内筒体２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃと外筒体２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂを結ぶように設けられた複数の支持部材（図示せず）とにより構成される。これら殻体２０、２２、２４、２６はそれぞれ鋼材からなる。なお、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの後端は、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端との間に隙間２０Ｄが形成されるように、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端よりも前方において終端している。

【0022】

回転部殻体２０、第１の固定部殻体２２、第２の固定部殻体２４、及び第３の固定部殻体２６を構成する内筒体２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃ、及び外筒体２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂは、後に詳述する掘削機構４の回転軸と同心同軸に配置されており、これにより、内筒体２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃと外筒体２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂとの間に環状空間が形成される。支持部材は、棒状又は板状の鋼材からなり、外筒体２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂに作用する土圧を支持可能な本数、内筒体２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃの中心軸を中心として放射状に、周方向及び軸方向に適宜な間隔をあけて、これら内筒体２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃと外筒体２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂを結ぶように設けられている。そして、内筒体２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃと、外筒体２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂとの間の環状空間内に推進機構１８が収容されている。

【0023】

回転部殻体２０は第１の固定部殻体２２に対して回転可能に接続されている。なお、回転部殻体２０と第１の固定部殻体２２との間に、ベアリング等を介在させることにより滑りを向上することができる。

【0024】

また、第２の固定部殻体２４の内筒体２４Ｃ及び外筒体２４Ｂの前端部は、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃと外筒体２２Ｂの後端部の間の空間内に収容されている。かかる構成により、第２の固定部殻体２４は第１の固定部殻体２２に対して軸方向に摺動可能に接続されている。

【0025】

これと同様に、第３の固定部殻体２６の内筒体２６Ｃ及び外筒体２６Ｂの前端部は、第２の固定部殻体２４の内筒体２６Ｃと外筒体２６Ｂの後端部の間に収容されている。かかる構成により、第３の固定部殻体２６は第２の固定部殻体２４に対して軸方向に摺動可能に接続されている。なお、第１の固定部殻体２２と第２の固定部殻体２４の接続部、及び、第２の固定部殻体２４と第３の固定部殻体２６の接続部に、軸方向の摺動を案内するガイド部材を設けてもよい。

【0026】

図２乃至図４に示すように、掘削機構１４は、回転部殻体２０の先端面部２０Ａに形成された複数の削孔ビットを含むカッタ部３０と、第１の固定部殻体２２内に配置された減速機３２及びモータ３４と、を備える。

【0027】

回転部殻体２０の先端面部２０Ａには、周方向に間隔をあけて複数の開口３６が形成されており、外部と回転部殻体２０内の空間２０Ｅとがこの開口３６を通して連通している。

【0028】

図４に示すように、カッタ部３０は、回転部殻体２０の先端面部２０Ａに周方向に間隔をあけて設けられた複数のローラービット３８と、先端面部２０Ａに形成された開口３６の縁に設けられた削孔ビット４０と、を備える。
また、図３に示すように、回転部殻体２０の後端部には、ピンラック３５が取り付けられている。

【0029】

図３に示すように、第１の固定部殻体２２内に配置されたモータ３４には減速機３２が接続されており、この減速機３２にはピニオン３７が取り付けられている。そして、減速機３２に取り付けられたピニオン３７が、回転部殻体２０に取り付けられたピンラック３５と噛み合っている。これにより、モータ３４が回転すると、この回転力が減速機３２を介してトルクが増幅されて回転部殻体２０に伝達され、回転部殻体２０が中心軸を中心として第１〜第３の固定部殻体２２、２４、２６に対して回転する。

【0030】

各ローラービット３８は、半径方向に異なる位置に配置されている。これにより、回転部殻体２０が周方向に回転した際に、各ローラービット３８が通過する軌跡が、半径方向に略等間隔な同心円となり、径によらず均質な掘削を行うことができる。

【0031】

また、削孔ビット４０は、先端が鋭利なビットからなり、回転部殻体２０が回転することにより、ローラービット３８により切削された切削面を平坦に整えるように掘削する。

【0032】

図３及び図７に示すように、掘削土排出機構１６は、回転部殻体２０内の空間２０Ｅを周方向に複数の室２０Ｆに分割するように回転部殻体２０の内部の空間２０Ｅに設けられた複数の板材４２と、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端部に固定され、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの後端に向かって延出するように取り付けられた閉鎖プレート４４と、地盤に向かって水を噴射するように、その噴出口が回転部殻体２０の先端面部２０Ａの表面に設けられたジェットノズル（図示せず）と、を備えている。

【0033】

各板材４２は、先端がそれぞれ、回転部殻体２０の先端面部２０Ａの削孔ビット４０が取り付けられた箇所の裏面に接続されており、後方に向かって回転部殻体２０の周方向に傾斜するように設けられている。なお、本実施形態では、板材４２は、後方に向かって回転部殻体２０の周方向に傾斜するように設けられているが、これに限らず、先端面部２０Ａに対して垂直に設けてもよい。このように、回転部殻体２０内に板材４２を設けることにより、回転部殻体２０の剛性を向上することができる。

【0034】

閉鎖プレート４４は、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの後端と、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端との間の隙間２０Ｄを、周方向に最下部から所定の高さまでの部分（本実施形態では、最下部から周方向両側にそれぞれ約１２０°の部分）を閉鎖するように設けられている。

【0035】

図３、図５、及び図６に示すように、推進機構１８は、掘削進行方向に延びるように設けられた複数対の軸方向油圧ジャッキ５０と、第１の固定部殻体２２に取り付けられた複数の径方向油圧ジャッキ５２と、第３の固定部殻体２６の後方に取り付けられた推進ジャッキ５６と、により構成される。

【0036】

各軸方向油圧ジャッキ５０は掘削進行方向に延びるように配置されており、一端が第１の固定部殻体２２に固定され、他端が第２の固定部殻体２４に固定されている。また、推進ジャッキ５６は、第３の固定部殻体２６の外筒体２６Ｂの内面に沿って水平に設けられており、装置後方に向かって伸張可能である。

【0037】

図６に示すように、径方向油圧ジャッキ５２は、矩形状の周方向に並ぶ２台の油圧ジャッキが一組として設けられている。本実施形態では６対の径方向油圧ジャッキ５２が周方向に間隔をあけて第１の固定部殻体２２内に収容されている。

【0038】

第１の固定部殻体２２の外筒体２２Ｂには、径方向油圧ジャッキ５２に対応した位置に開口２２Ｄが形成されている。径方向油圧ジャッキ５２は、第１の固定部殻体２２内の支持部材に固定されており、他端が外筒体２２Ｂに形成された開口２２Ｄと略同一形状の支持板５４に接続されている。かかる構成により、径方向油圧ジャッキ５２が伸長することにより、支持板５４が外周に向かって突出することとなる。
なお、これら軸方向油圧ジャッキ５０、径方向油圧ジャッキ５２、及び推進ジャッキ５６は、制御装置（図示せず）に接続されており、制御装置により油圧が供給される。

【0039】

また、第１〜第３の固定部殻体２２、２４、２６の内筒体２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃの内側には、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの下部の高さに合わせて、床台５８が取り付けられている。床台５８には、開口が形成されており、この開口の下方には後に詳述する岩破砕機６４が設けられている。また、掘削装置１０の後方には、前後の空間を仕切る防音壁５９が設けられている。さらに、掘削装置１０の後方には、妻型枠（図８に示す）が接続されている。

【0040】

次に、本実施形態のトンネル掘削システムについて説明する。
図１及び図３に示すように、トンネル掘削システム１は、上述した掘削装置１０と、掘削装置１０の内側に配置されたバックホウ６０と、地盤を掘削するためのブレーカ６２と、岩破砕機６４と、第１及び第２のベルトコンベア６６Ａ、６６Ｂと、作業用の架台６８と、を備える。

【0041】

バックホウ６０及びブレーカ６２は、架台６８の先端部上に配置されている。ブレーカ６２は、操作員の制御に応じて、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの内側を通じて、地盤のカッタ部３０の内側部分を掘削する。バックホウ６０は、掘削土排出機構１６により装置内側に排出された掘削土、及びブレーカ６２により掘削された掘削土を岩破砕機６４へ投入する。

【0042】

岩破砕機６４は、例えば、２軸ローラ式岩破砕機であり、第１のベルトコンベア６６Ａの上方に設けられている。岩破砕機６４は、投入された岩石を細かく破砕し、破砕して細かくなった岩石や土砂を下方に落下させる。

【0043】

第１のベルトコンベア６６Ａは、前端部が岩破砕機６４の下方に位置し、後端部が一次覆工区域６まで延びている。第１のベルトコンベア６６Ａは、架台６８により支持された状態で、架台６８の下方に沿って延びている。第２のベルトコンベア６６Ｂは先端部が第１のベルトコンベア６６Ｂの下方に位置しており、架台６８上に沿ってズリ出し工区域９まで延びている。

【0044】

架台６８は、掘削装置１０の後方に接続されるとともに、車輪６８Ｂを備えており、掘削装置１０の進行にともないトンネル掘削進行方向に移動可能である。また、架台６８は、例えば、トンネル内壁や、トンネル内壁に沿って設けられた内型枠から垂下する支持部材（不図示）により支持されている。

【0045】

以下、本実施形態のトンネル掘削システムによりトンネルを構築する方法を説明する。
本実施形態では、先行して、掘削装置１０により円環断面状に地盤７２を掘削し、後行して、残された中心部の地盤７２をブレーカ６２によって掘削することにより円形断面のトンネルを構築する。

【0046】

以下、掘削装置１０により円環断面状に地盤７２を掘削する方法を説明する。

【0047】

まず、推進機構１８により、掘削機構１４を推進させる方法について説明する。なお、この推進作業は、掘削機構１４のカッタ部３０を掘削装置１０の軸を中心として回転させるとともに、掘削土排出機構１６により掘削土を排出させながら行う。

【0048】

以下の説明では、図８（ａ）に示すように、推進ジャッキ５６が収縮した状態で、すでに取り付けられている内型枠７０に反力をとった状態から説明を開始する。まず、かかる状態において、径方向油圧ジャッキ５２を収縮させ、支持板５４を周囲の地盤から退行させる。

【0049】

次に、図８（ｂ）に示すように、内型枠に反力を取った状態で推進ジャッキ５６を伸張させる。これにより、掘削装置１０を推進させることができる。なお、本実施形態では、推進ジャッキ５６のみを伸張させているが、同時に軸方向油圧ジャッキ５０を伸張させてもよい。

【0050】

次に、径方向油圧ジャッキ５２を伸張させて、支持板５４により周囲の地盤を押圧する。この状態を保持したまま、推進ジャッキ５６を収縮させる。そして、図８（ｃ）に示すように、推進ジャッキ５６の後端とすでに取り付けられた内型枠７０の間に空間に、新たな内型枠７０を設置する。
以上の工程を繰り返すことで、掘削機構１４を前方へ進出させるとともに掘削装置１を推進させることができる。

【0051】

上記の推進作業とともに、カッタ部３０を回転させて地盤を掘削し、掘削することで生じた掘削土を装置後方へと送る。
すなわち、推進機構１８によりカッタ部３０を地盤に押し付けた状態で、掘削機構１４のモータ３４を回転させる。モータ３４の回転力は減速機３２に伝達されてトルクが増幅され、ピニオン３７及びピンラック３５を介して回転部殻体２０を回転させる。回転部殻体２０が回転すると、まず、地盤がカッタ部３０のローラービット３８により断面鋸形状に掘削され、さらに、削孔ビット４０により表面の凹凸が削りとられる。これにより円環状に地盤を掘削することができる。

【0052】

カッタ部３０により地盤を掘削することで生じた掘削土は、ジェットノズルから噴射される水と攪拌されて、流動性が向上される。そして、掘削土は、回転部殻体２０の先端面部２０Ａに形成された開口３６から回転部殻体２０内の室２０Ｆに収容される。室２０Ｆ内に収容された掘削土は、回転部殻体２０が回転することにより、回転部殻体２０内に取り付けられた板材４２により後方に送られ、隙間２０Ｄから掘削装置１０の内側空間（すなわち、内筒２２Ｃの内側）へ排出される。

【0053】

この際、閉鎖プレート４４により、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの後端と、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端との間の隙間２０Ｄを、周方向に最下部から所定の高さまでの部分が閉鎖されているため、所定の高さまで回転した室２０Ｆ内の掘削土が閉鎖プレート４４上に落下することとなる。これにより、装置内側に運ばれた掘削土が、下方にたまってしまい、回転部殻体２０の内筒体２０Ｃの後端と、第１の固定部殻体２２の内筒体２２Ｃの前端との間の隙間２０Ｄを閉塞することを防止できる。

【0054】

上記の先行掘削作業と並行して、掘削装置１０により円環状に掘削された部分の内側の地盤７２をブレーカ６２により掘削する。そして、掘削土排出機構１６により装置内側へ排出された掘削土、及びブレーカ６２により掘削された掘削土を、バックホウ６０により岩破砕機６４へ投入する。

【0055】

掘削土を岩破砕機６４に投入することにより、掘削土に含まれる岩石が細かく破砕されて第１のコンベア６６Ａ上に落下する。第１のコンベア６６Ａ上に落下した掘削土及び岩石は、第１のコンベア６６Ａの後端部から、第２のコンベア６６Ｂ上に落下し、第２のコンベア６６Ｂによりズリだし区域９まで運ばれる。そして、ズリだし区域９まで運ばれた掘削土や岩石はダンプカー等によりトンネル外へ排出される。

【0056】

また、上記の工程と並行して、一次覆工区域６において、内型枠７０と、掘削装置１０により形成されたトンネル表面との間の空間にコンクリートを打設する。
上記のように、掘削装置１０は、後部に接続された円環状の妻型枠８０を備えており、また、内型枠７０は、妻型枠８０の内側面に当接するように配置されている。なお、内型枠７０としてはテレスコピット型のものを用いるとよい。

【0057】

掘削装置１０が進行すると、妻型枠８０が掘削装置１０とともに進行するため、すでに打設されたコンクリートとの間に隙間が生じる。この空間内に妻型枠８０に形成されたコンクリート注入孔（不図示）を通して、コンクリートを打設する。

【0058】

そして、一次覆工区域６の後方において、打設されたコンクリートが硬化した位置の内型枠７０を取り外し、この取り外した内型枠７０を、上記のように、掘削装置１０が進行した際に、推進ジャッキ５６と最先端の内型枠７０との間に取り付ける。
以上の工程を繰り返すことにより、トンネル表面にコンクリートを打設する。

【0059】

また、上記の工程と並行して、インバート工区域８において、トンネル内にインバート９０を設置する。
上記説明した工程を行うことにより、トンネルを構築することができる。

【0060】

以上説明したように、本実施形態によれば、カッタ部３０により地盤を掘削することにより発生した掘削土を、回転部殻体２０の先端面に形成された開口３６を通じて、回転部殻体２０内の空間２０Ｅ内に収容し、この空間２０Ｅの後方に形成された隙間２０Ｄから掘削装置１０の内部空間へ排出しており、従来のように送泥管等を用いていないため、掘削土の詰まりの発生を抑えることができる。

【0061】

また、回転部殻体２０内の空間２０Ｅ内に、後方に向かって回転部殻体２０の周方向に傾斜する複数の板材４２により周方向に複数の室２０Ｆに分割されているため、回転部殻体２０の回転とともに、板材４２が回転することにより、空間２０Ｅ内に収容された掘削土が隙間２０Ｄに向かって送られる。

【0062】

また、掘削装置１０の内側に設けられた岩破砕機６４を備え、ブレーカ６２により地盤を掘削して発生した掘削土、及び回転部殻体２０内の空間２０Ｅから隙間２０Ｄを通じて掘削装置１０の内側へ排出された掘削土に含まれる岩石を、岩破砕機６４により細かく破砕することができる。これにより、ベルトコンベア６６Ａ、６６Ｂによるスムーズな搬送の障害となるような大きな岩石が掘削土に含まれていても、岩破砕機６４により細かく破砕することができるため、ベルトコンベア６６Ａ、６６Ｂにより掘削土をスムーズに搬送することができる。

【0063】

また、掘削装置１０の後方に接続された架台６８を備え、架台６８は掘削進行方向に移動可能であり、ベルトコンベア６６Ａ、６６Ｂは、架台６８に支持されているため、掘削装置１０の進行とともに、ベルトコンベア６６Ａ、６６Ｂ及び架台６８が一体となって移動することができる。

【0064】

なお、本実施形態では、掘削装置の内側に配置する掘削装置として、ブレーカを用いているが、地盤を掘削可能な重機であれば、これに限られない。

【符号の説明】

【0065】

１ トンネル掘削システム
４ トンネル掘削区域
６ 一次覆工区域
８ インバート工区域
１０ ズリ出し工区域
１２ 殻体
１４ 掘削機構
１６ 掘削土排出機構
１８ 推進機構
２０ 回転部殻体
２２ 第１の固定部殻体
２４ 第２の固定部殻体
２６ 第３の固定部殻体
２０Ｂ、２２Ｂ、２４Ｂ、２６Ｂ 外筒体
２０Ｃ、２２Ｃ、２４Ｃ、２６Ｃ 内筒体
３０ カッタ部
３６ 開口
３８ ローラービット
４０ 削孔ビット
４２ 板材
４４ 閉鎖プレート
５０ 軸方向油圧ジャッキ
５２ 径方向油圧ジャッキ
５６ 推進ジャッキ
６０ バックホウ
６２ ブレーカ
６４ 岩破砕機
６６Ａ、６６Ｂ ベルトコンベア
６８ 架台

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】