特許 6297832 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】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6297832

(24)【登録日】2018年3月2日

(45)【発行日】2018年3月20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 9/10 20060101AFI20180312BHJP

   E21D 9/12 20060101ALI20180312BHJP

   E21F 13/06 20060101ALI20180312BHJP

   E21F 13/08 20060101ALI20180312BHJP

【ＦＩ】

   E21D9/10 G

   E21D9/12 B

   E21F13/06

   E21F13/08

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-264885(P2013-264885)

(22)【出願日】2013年12月24日

(65)【公開番号】特開2015-121034(P2015-121034A)

(43)【公開日】2015年7月2日

【審査請求日】2016年9月8日

(73)【特許権者】

【識別番号】516308364

【氏名又は名称】ＪＩＭテクノロジー株式会社

(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

(73)【特許権者】

【識別番号】000235543

【氏名又は名称】飛島建設株式会社

(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】杉山 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】保苅 実

(72)【発明者】

【氏名】近藤 紀夫

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 由梨

(72)【発明者】

【氏名】松原 利之

(72)【発明者】

【氏名】兼松 亮

【審査官】 袴田 知弘

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００１−０２０６８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１９９８２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０３６６０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１７３０７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２５４５９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第９４／０１７２８２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ２１Ｄ ９／１０

Ｅ２１Ｄ ９／１２

Ｅ２１Ｆ １３／０６

Ｅ２１Ｆ １３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

回転させたカッタヘッドによって地山を掘削しながら、その掘削に伴って発生したずりを、掘削機本体内に取り込んで、当該掘削機本体の後方に搬送することにより、トンネルを掘進するようにしたトンネル掘削機であって、
前記カッタヘッドに開口され、前記掘削機本体内と地山の切羽側とを連通させる開口部と、
前記開口部を開閉するように、前記カッタヘッドに支持される中心部カッタヘッドと、
前記カッタヘッドに形成されるずり取込口から取り込んだずりを、トンネル軸方向後方に向けて搬送する第１ベルトコンベヤと、
前記第１ベルトコンベヤの後端部を、下方に向けて押し下げる押し下げ手段と、
前記第１ベルトコンベヤをトンネル軸方向に移動させる第１移動手段と、
前端部が、前記第１ベルトコンベヤの後端部の下方に位置して、当該第１ベルトコンベヤの後端部と上下方向において重なり合うように配置される一方、後端部が、前記前端部よりも上方に配置され、前記第１ベルトコンベヤから受け渡されたずりを、トンネル軸方向後方に向けて搬送する傾斜ベルトコンベヤと、
前記傾斜ベルトコンベヤの後端部を上下方向に回転可能に支持し、前記傾斜ベルトコンベヤから受け渡されたずりを、トンネル軸方向後方に向けて搬送する水平ベルトコンベヤと、
前記水平ベルトコンベヤに設けられ、前記傾斜ベルトコンベヤの前端部を、当該傾斜ベルトコンベヤの後端部を回転中心として、上方に向けて跳ね上げる跳ね上げ手段と、
前記傾斜ベルトコンベヤ及び前記水平ベルトコンベヤをトンネル軸方向に移動させる第２移動手段とを備え、
前記第１ベルトコンベヤは、
前端部が前記開口部の近傍に位置して、前記ずり取込口から取り込んだずりを、トンネル軸方向後方に向けて搬送する水平部と、
前端部が、前記水平部の後端部に上下方向に回転可能に支持され、前記水平部から受け渡されたずりを、トンネル軸方向後方に向けて搬送する傾斜部と、
を備えたものであり、
前記押し下げ手段は、前記傾斜部の後端部を、前記傾斜部の前端部を回転中心として、下方に向けて押し下げることによって、前記傾斜部が跳ね上げられた傾斜ベルトコンベヤの下側に潜り込むことができるようにするものであり、
前記第１移動手段は、前記水平部の下部に配置されるものである
ことを特徴とするトンネル掘削機。

【請求項2】

請求項１に記載のトンネル掘削機において、
前記跳ね上げ手段は、
前記傾斜ベルトコンベヤ及び前記水平ベルトコンベヤが前記第２移動手段によってトンネル軸方向後方に向けて移動した後に、前記傾斜ベルトコンベヤの前端部を跳ね上げ、
前記第１移動手段は、
前記傾斜ベルトコンベヤが前記跳ね上げ手段によって跳ね上げられた後に、前記第１ベルトコンベヤをトンネル軸方向後方に向けて移動させる
ことを特徴とするトンネル掘削機。

【請求項3】

請求項１または２に記載のトンネル掘削機において、
前記傾斜ベルトコンベヤの後端部に形成される長孔と、
前記水平ベルトコンベヤの前端部に設けられ、前記長孔を回転可能に支持する支持軸とを備え、
前記傾斜ベルトコンベヤの後端部を、前記支持軸及び前記長孔を介して、前記水平ベルトコンベヤの前端部に回転可能に支持することにより、前記傾斜ベルトコンベヤの前端部をトンネル幅方向に揺動可能とする
ことを特徴とするトンネル掘削機。

【請求項4】

請求項１乃至３のいずれかに記載のトンネル掘削機において、
前記押し下げ手段は、
前記傾斜ベルトコンベヤ及び前記水平ベルトコンベヤが前記第２移動手段によってトンネル軸方向後方に向けて移動した後に、前記第１ベルトコンベヤの後端部を押し下げる
ことを特徴とするトンネル掘削機。

【請求項5】

回転させたカッタヘッドによって地山を掘削しながら、その掘削に伴って発生したずりを、掘削機本体内に取り込んで、当該掘削機本体の後方に搬送することにより、トンネルを掘進するようにしたトンネル掘削工法であって、
前記カッタヘッドに形成されるずり取込口から取り込んだずりをトンネル軸方向後方に向けて搬送する第１ベルトコンベヤを、水平部と傾斜部とで構成し、
前記第１ベルトコンベヤから受け渡されたずりをトンネル軸方向後方に向けて搬送する第２ベルトコンベヤを、傾斜ベルトコンベヤと水平ベルトコンベヤとで構成し、
前記カッタヘッドの後方に作業スペースを確保する際に、
前記第２ベルトコンベヤをトンネル軸方向後方に向けて移動した後に、前記傾斜ベルトコンベヤの前端部を跳ね上げて当該傾斜ベルトコンベヤを前記水平ベルトコンベヤと同じ高さで水平状態とし、
さらに、前記傾斜部の後端部を押し下げて当該傾斜部を前記水平部と同じ高さで水平状態とした後に、前記第１ベルトコンベヤをトンネル軸方向後方に向けて移動することによって、前記傾斜部を傾斜ベルトコンベヤの下側に潜り込ませる
ことを特徴とするトンネル掘削工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、掘削により発生したずりを複数段のベルトコンベヤによって搬送する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】

一般に、トンネル掘削機においては、カッタヘッドを回転させると共に、既設の覆工体やトンネル坑壁から推進反力を得て、掘削機本体を前進させることにより、前方の地山（切羽）を、カッタヘッドに装着されたカッタによって掘削することができる。このとき、地山の掘削に伴って発生したずりは、カッタヘッドを介して掘削機本体内に取り込まれた後、そのカッタヘッドの後方に設けられた複数段のコンベヤによって、所定の場所に搬送される。

【0003】

また、上述したトンネル掘削機の中には、所謂、トンネルボーリングマシンを代表とした、硬質地盤掘削用のトンネル掘削機も提供されている。そして、このような、掘削対象地山を岩盤等の硬質地盤としたトンネル掘削機としては、例えば、特許文献１に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−４７７６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、硬質地盤掘削用のトンネル掘削機によって、トンネルを掘進していると、当該トンネル掘削機が、粘土層を含む断層破砕帯等の軟弱地盤に遭遇する場合がある。このように、トンネル掘削機が軟弱地盤に遭遇すると、当該トンネル掘削機が切羽の崩落や地山の変位によって拘束されることになる。この結果、その推進反力に抗する摩擦力が増大したり、掘削機本体におけるスライド部分に崩落土砂が噛み込んだりして、トンネル掘削機が掘進不能となるおそれがある。

【0006】

そこで、従来から、硬質地盤掘削用のトンネル掘削機が軟弱地盤に遭遇した際には、掘進を一旦停止させて、薬液を切羽前方に注入して、地山改良を行った後、人力や小型機械を利用して、トンネル掘削機に先行する先行トンネルを、軟弱地盤が終わるまで掘削するようにしていた。このとき、カッタヘッドには分割構造が採用されており、その分割されたカッタヘッド片を取り外すことにより、カッタヘッドに開口部を形成し、機材や小型機械の出し入れをその開口部を介して行うようにしている。

【0007】

しかしながら、上述したように、カッタヘッドの後方には、複数段のコンベヤが設置されているため、機材や小型機械の出し入れを行うための作業スペースを十分に確保することができない。

【0008】

このような問題を解決するため、複数段のコンベヤを取り外すことも考えられるが、これらのコンベヤを取り外すためには、コンベヤ自体を分解してばらす必要がある。よって、段取り時間を要するだけでなく、コンベヤの復元等の観点からも、そのような対処については、得策ではないと考えられる。

【0009】

従って、本発明は上記課題を解決するものであって、軟弱地盤に遭遇した際に、人力や小型機械による先行トンネルの掘削作業を容易に行うことができるトンネル掘削機およびトンネル掘削工法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決する第１の発明に係るトンネル掘削機は、
回転させたカッタヘッドによって地山を掘削しながら、その掘削に伴って発生したずりを、掘削機本体内に取り込んで、当該掘削機本体の後方に搬送することにより、トンネルを掘進するようにしたトンネル掘削機であって、
前記カッタヘッドに開口され、前記掘削機本体内と地山の切羽側とを連通させる開口部と、
前記開口部を開閉するように、前記カッタヘッドに支持される中心部カッタヘッドと、
前記カッタヘッドに形成されるずり取込口から取り込んだずりを、トンネル軸方向後方に向けて搬送する第１ベルトコンベヤと、
前記第１ベルトコンベヤの後端部を、下方に向けて押し下げる押し下げ手段と、
前記第１ベルトコンベヤをトンネル軸方向に移動させる第１移動手段と、
前端部が、前記第１ベルトコンベヤの後端部の下方に位置して、当該第１ベルトコンベヤの後端部と上下方向において重なり合うように配置される一方、後端部が、前記前端部よりも上方に配置され、前記第１ベルトコンベヤから受け渡されたずりを、トンネル軸方向後方に向けて搬送する傾斜ベルトコンベヤと、
前記傾斜ベルトコンベヤの後端部を上下方向に回転可能に支持し、前記傾斜ベルトコンベヤから受け渡されたずりを、トンネル軸方向後方に向けて搬送する水平ベルトコンベヤと、
前記水平ベルトコンベヤに設けられ、前記傾斜ベルトコンベヤの前端部を、当該傾斜ベルトコンベヤの後端部を回転中心として、上方に向けて跳ね上げる跳ね上げ手段と、
前記傾斜ベルトコンベヤ及び前記水平ベルトコンベヤをトンネル軸方向に移動させる第２移動手段とを備え、
前記第１ベルトコンベヤは、
前端部が前記開口部の近傍に位置して、前記ずり取込口から取り込んだずりを、トンネル軸方向後方に向けて搬送する水平部と、
前端部が、前記水平部の後端部に上下方向に回転可能に支持され、前記水平部から受け渡されたずりを、トンネル軸方向後方に向けて搬送する傾斜部と、
を備えたものであり、
前記押し下げ手段は、前記傾斜部の後端部を、前記傾斜部の前端部を回転中心として、下方に向けて押し下げることによって、前記傾斜部が跳ね上げられた傾斜ベルトコンベヤの下側に潜り込むことができるようにするものであり、
前記第１移動手段は、前記水平部の下部に配置されるものである
ことを特徴とする。

【0011】

上記課題を解決する第２の発明に係るトンネル掘削機は、
前記跳ね上げ手段は、
前記傾斜ベルトコンベヤ及び前記水平ベルトコンベヤが前記第２移動手段によってトンネル軸方向後方に向けて移動した後に、前記傾斜ベルトコンベヤの前端部を跳ね上げ、
前記第１移動手段は、
前記傾斜ベルトコンベヤが前記跳ね上げ手段によって跳ね上げられた後に、前記第１ベルトコンベヤをトンネル軸方向後方に向けて移動させる
ことを特徴とする。

【0012】

上記課題を解決する第３の発明に係るトンネル掘削機は、
前記傾斜ベルトコンベヤの後端部に形成される長孔と、
前記水平ベルトコンベヤの前端部に設けられ、前記長孔を回転可能に支持する支持軸とを備え、
前記傾斜ベルトコンベヤの後端部を、前記支持軸及び前記長孔を介して、前記水平ベルトコンベヤの前端部に回転可能に支持することにより、前記傾斜ベルトコンベヤの前端部をトンネル幅方向に揺動可能とする
ことを特徴とする。

【0014】

上記課題を解決する第４の発明に係るトンネル掘削機は、
前記押し下げ手段は、
前記傾斜ベルトコンベヤ及び前記水平ベルトコンベヤが前記第２移動手段によってトンネル軸方向後方に向けて移動した後に、前記第１ベルトコンベヤの後端部を押し下げる
ことを特徴とする。
上記課題を解決する第５の発明に係るトンネル掘削工法は、
回転させたカッタヘッドによって地山を掘削しながら、その掘削に伴って発生したずりを、掘削機本体内に取り込んで、当該掘削機本体の後方に搬送することにより、トンネルを掘進するようにしたトンネル掘削工法であって、
前記カッタヘッドに形成されるずり取込口から取り込んだずりをトンネル軸方向後方に向けて搬送する第１ベルトコンベヤを、水平部と傾斜部とで構成し、
前記第１ベルトコンベヤから受け渡されたずりをトンネル軸方向後方に向けて搬送する第２ベルトコンベヤを、傾斜ベルトコンベヤと水平ベルトコンベヤとで構成し、
前記カッタヘッドの後方に作業スペースを確保する際に、
前記第２ベルトコンベヤをトンネル軸方向後方に向けて移動した後に、前記傾斜ベルトコンベヤの前端部を跳ね上げて当該傾斜ベルトコンベヤを前記水平ベルトコンベヤと同じ高さで水平状態とし、
さらに、前記傾斜部の後端部を押し下げて当該傾斜部を前記水平部と同じ高さで水平状態とした後に、前記第１ベルトコンベヤをトンネル軸方向後方に向けて移動することによって、前記傾斜部を傾斜ベルトコンベヤの下側に潜り込ませる
ことを特徴とする。

【発明の効果】

【0015】

従って、本発明に係るトンネル掘削機およびトンネル掘削工法によれば、ずり搬送用に設けた複数段のベルトコンベヤを、トンネル軸方向後方に向けて効率良く退避させることができるので、カッタヘッドの後方において、機材や小型機械の出し入れを行うための作業スペースを、十分に確保することができる。これにより、軟弱地盤に遭遇した際における、人力や小型機械による先行トンネルの掘削作業を、その作業スペースを使用して、容易に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の断面図である。

【図2】本発明の一実施例に係るトンネル掘削機の正面図である。

【図3】カッタヘッドの中心部カッタヘッドが全開したときの様子を示した図である。

【図4】第２ベルトコンベヤにおけるヒンジ構造を示した図であって、（ａ）はそのヒンジ構造の平面図、（ｂ）はそのヒンジ構造の側面図である。

【図5】第１ベルトコンベヤ及び第２ベルトコンベヤの後退動作を順に示した図であって、（ａ）はずりを搬送するときの様子を示した図、（ｂ）は第２ベルトコンベヤを後退させたときの様子を示した図、（ｃ）は傾斜ベルトコンベヤを跳ね上げたときの様子を示した図、（ｄ）は第１ベルトコンベヤを後退させたときの様子を示した図である。

【図6】第１ベルトコンベヤ及び第２ベルトコンベヤの他の後退動作を順に示した図であって、（ａ）は第２ベルトコンベヤを後退させたときの様子を示した図、（ｂ）は傾斜部を押し下げると共に傾斜ベルトコンベヤを跳ね上げたときの様子を示した図、（ｃ）は第１ベルトコンベヤを後退させたときの様子を示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明に係るトンネル掘削について、図面を用いて詳細に説明する。

【実施例】

【0018】

図１及び図２に示すように、トンネル掘削機１は、例えば、硬質地盤掘削用のトンネルボーリングマシンであって、円筒状の掘削機本体（スキンプレート）１０と、円盤状のカッタヘッド２０とを備えている。

【0019】

カッタヘッド２０の中央部には、枠状の支持部材２１が設けられており、この支持部材２１の内側には、矩形の開口部２１ａが形成されている。この開口部２１ａは、掘削機本体１０と地山の切羽側とを連通するものとなっている。そして、開口部２１ａには、中心部カッタヘッド２２が開閉可能に支持されている。この枠状の中心部カッタヘッド２２は、その下辺部が支持部材２１の下辺部にヒンジを介して支持されており、掘削機本体１０の後方（トンネル軸方向後方）に向けて開くようになっている。

【0020】

また、カッタヘッド２０の前面には、長尺となる１本のカッタスポーク２３と、短尺となる２本のカッタスポーク２４とが、そのカッタヘッド２０の径方向に延設されている。これらカッタスポーク２３，２４は、支持部材２１を跨ぐように配置されると共に、中心部カッタヘッド２２内において互いに直交するように接続されている。つまり、カッタスポーク２３は、カッタヘッド２０の中心を通るように配置されており、カッタスポーク２４は、その径方向内側端部がカッタスポーク２３の中央部を左右両側から挟み込むように配置されている。

【0021】

更に、カッタヘッド２０の前面には、４枚の面板２５が設けられている。これら面板２５は、支持部材２１及びカッタスポーク２３，２４に囲まれた位置において、扇状をなして配置されている。

【0022】

ここで、中心部カッタヘッド２２には、ずり取込口２２ａが、その中心部カッタヘッド２２の外枠とカッタスポーク２３，２４とに囲まれた４つの角部において、開口している。また、カッタスポーク２３には、ずり取込口２３ａが開口している。更に、カッタヘッド２０の前面には、ずり取込口２６が、支持部材２１、カッタスポーク２３，２４、及び、面板２５に囲まれた位置において、開口している。

【0023】

そして、カッタスポーク２３，２４及び面板２５には、複数のディスクカッタ２７が回転可能に支持されている。これらディスクカッタ２７は、カッタスポーク２３，２４及び面板２５の前面から突出した状態で、支持されている。一方、カッタスポーク２３，２４の長手方向左右両縁部には、複数のカッタビット２８が、その長手方向に沿うように、且つ、ずり取込口２２ａ，２６を臨むように装着されている。

【0024】

また、掘削機本体１０の前端部における内周面には、カッタ旋回用モータ１１及び軸受１３が設けられており、このうち、カッタ旋回用モータ１１の出力軸には、駆動ギヤ１２が装着されている。一方、カッタヘッド２０の後部には、リング状の摺動部３１が形成されており、この摺動部３１の後端面には、内歯を有するリングギヤ３２が設けられている。即ち、摺動部３１は、軸受１３を介して、掘削機本体１０の内周面に回転可能に支持されており、リングギヤ３２は、カッタ旋回用モータ１１の駆動ギヤ１２と噛み合っている。

【0025】

従って、カッタ旋回用モータ１１を駆動させることにより、駆動ギヤ１２及びリングギヤ３２を介して、カッタヘッド２０をその中心軸周りに回転させることができる。これにより、カッタヘッド２０に装着されたディスクカッタ２７及びカッタビット２８が、カッタヘッド２０の中心軸周りに旋回することになり、当該ディスクカッタ２７及びカッタビット２８によって、地山の切羽を掘削することができる。このとき、地山の掘削に伴って発生したずりは、ずり取込口２２ａ，２３ａ，２６を介して、カッタヘッド２０の後方に（掘削機本体１０の前端部内に）取り込まれる。

【0026】

また、掘削機本体１０の後端部内には、覆工部材としてのセグメントＳを組み立てるためのエレクタ装置（図示省略）が設けられている。セグメントＳは、掘削したトンネルの内壁面形状に沿うような環片となっている。従って、エレクタ装置を駆動させることにより、複数のセグメントＳをトンネル周方向に沿ってリング状に組み付けて、その真円保持を行うことができる。これにより、トンネル構造体を構築することができる。

【0027】

更に、掘削機本体１０に設けられたエレクタ装置の後方には、推進装置（図示省略）が設けられている。この推進装置においては、グリッパによって、組み立てられたセグメントＳ（トンネル構造体）から推進反力を取り、スラストジャッキによって、回転駆動するカッタヘッド２０を前進させることが基本構成となっており、それぞれが独立駆動する２組のグリッパ及びスラストジャッキを備えたダブルグリッパ方式を採用している。

【0028】

つまり、トンネル掘削機１においては、一方の組のグリッパをセグメントＳの内周面に押し付けて、そのセグメントＳとの摩擦力を推進反力として掘進し、一方の組のスラストジャッキのストローク分掘進した後、他方の組のグリッパをセグメントＳの内周面に押し付けて、一方の組のグリッパを縮めてから、一方の組のスラストジャッキを縮めるようにしている。

【0029】

このように、一方の組のグリッパ及びスラストジャッキの伸長によって掘進を行っている間に、他方の組のグリッパ及びスラストジャッキの短縮によって次の掘進準備を行い、これら掘進及び掘進準備を交互に繰り返すことにより、トンネル掘削機１全体が絶え間なく掘進することができる。

【0030】

そして、掘削機本体１０の前端部内に取り込まれたずりは、第１ベルトコンベヤ４１及び第２ベルトコンベヤ５１によって、ずり台車６０に搬送されるようになっている（図５（ａ）参照）。

【0031】

ここで、図１，図４，及び、図５（ａ）に示すように、第１ベルトコンベヤ４１及び第２ベルトコンベヤ５１は、掘削機本体１０の内部から既設のセグメントＳ（トンネル構造体）の内部に亘って順に配置されている。

【0032】

第１ベルトコンベヤ４１は、前方側の水平部４１ａと、後方側の傾斜部４１ｂとから構成されている。

【0033】

水平部４１ａは、トンネル軸方向に水平となるように延在しており、掘削機本体１０の内部とトンネル構造体とに跨って配置されている。そして、水平部４１ａの前端部は、カッタヘッド２０の中心部カッタヘッド２２が後方に向けて全開したときにその中心部カッタヘッド２２と接触する程度に、カッタヘッド２０の後部に接近して配置されている。

【0034】

また、水平部４１ａの前端部には、ホッパ４２が設けられており、このホッパ４２は、カッタヘッド２０のずり取込口２２ａ，２３ａ，２６を介して取り込まれたずりを捕集するものとなっている。更に、水平部４１ａの下部には、第１移動台車（第１移動手段）４３が設けられており、この第１移動台車４３は、トンネル軸方向に移動可能となっている。即ち、第１移動台車４３を移動させることにより、第１ベルトコンベヤ４１をトンネル軸方向に移動させることができる。

【0035】

一方、傾斜部４１ｂは、その前端部から後端部に向かうに従って、上方に漸次傾斜しており、トンネル構造体の内部に配置されている。つまり、傾斜部４１ｂの前端部は、水平部４１ａと同じ高さに位置しており、傾斜部４１ｂの後端部は、水平部４１ａよりも上方に位置している。そして、その傾斜部４１ｂの後端部は、吊り具４４によって、セグメントＳの内周面に支持されている。なお、吊り具４４は、セグメントＳ及び傾斜部４１ｂに対して、取り外し可能となっている。

【0036】

これに対して、第２ベルトコンベヤ５１は、前方側の傾斜ベルトコンベヤ５２と、後方側の水平ベルトコンベヤ５３とから構成されており、それら双方がトンネル構造体の内部に配置されている。

【0037】

傾斜ベルトコンベヤ５２は、その前端部から後端部に向かうに従って、上方に漸次傾斜するように配置されている。傾斜ベルトコンベヤ５２の前端部は、傾斜部４１ｂの後端部よりも下方に位置しており、その傾斜部４１ｂの後端部とは上下方向において重なり合うように配置されている。更に、傾斜ベルトコンベヤ５２の後端部は、傾斜部４１ｂの後端部よりも上方に位置しており、水平ベルトコンベヤ５３の前端部に上下方向に回転可能に支持されている。

【0038】

一方、水平ベルトコンベヤ５３は、トンネル軸方向に水平となるように延在している。また、水平ベルトコンベヤ５３の下部には、第２移動台車（第２移動手段）５６が設けられており、この第２移動台車５６は、トンネル軸方向に移動可能となっている。即ち、第２移動台車５６を移動させることにより、第２ベルトコンベヤ５１をトンネル軸方向に移動させることができる。

【0039】

ここで、第２ベルトコンベヤ５１においては、傾斜ベルトコンベヤ５２の後端部と水平ベルトコンベヤ５３の前端部との連結に、ヒンジ構造を採用している。

【0040】

具体的に、図４（ａ），（ｂ）に示すように、水平ベルトコンベヤ５３の前端部における左右両側部には、左右一対の支持軸５４が固定されると共に、左右一対の連結板５３ａが形成されている。連結板５３ａは、水平ベルトコンベヤ５３の前端部から前方に向かうに従って下方に傾斜して、その下端部が傾斜ベルトコンベヤ５２の後端部の下側に潜り込むように配置されている。そして、連結板５３ａの下端部には、油圧式のリフトジャッキ（跳ね上げ手段）５５が支持されている。

【0041】

更に、対向した連結板５３ａ間には、傾斜板５３ｂが支持されている。この傾斜板５３ｂは、所定の傾斜角度で前方に向かうに従って下方に傾斜しており、傾斜ベルトコンベヤ５２の後端部における下面をその下方から支えるものとなっている。

【0042】

一方、傾斜ベルトコンベヤ５２の後端部における左右両側部には、左右一対の長孔５２ａが形成されている。この長孔５２ａは、水平ベルトコンベヤ５３に固定された支持軸５４に回転可能に支持されており、その長径が傾斜ベルトコンベヤ５２の長手方向に沿うように開口されている。また、上記左右両側部には、リフトジャッキ５５が連結されている。

【0043】

これにより、リフトジャッキ５５を短縮させた状態では、傾斜ベルトコンベヤ５２の後端部が水平ベルトコンベヤ５３の傾斜板５３ｂ上に保持されることになる。よって、傾斜ベルトコンベヤ５２は、所定の傾斜角度で傾斜する傾斜状態となり、ずりの搬送が可能となる。

【0044】

また、リフトジャッキ５５を伸長させた状態では、傾斜ベルトコンベヤ５２の前端部が、その後端部（支持軸５４）を回転中心として、上方に向けて跳ね上がることになる。よって、傾斜ベルトコンベヤ５２は、水平ベルトコンベヤ５３と同じ高さで水平状態となり、詳細は後述するが、第１ベルトコンベヤ４１のトンネル軸方向後方への退避を許可とする。

【0045】

更に、傾斜ベルトコンベヤ５２を水平ベルトコンベヤ５３に回転可能に支持する際の支持孔（取付孔）として、長孔５２ａを採用し、この長孔５２ａをその長径が傾斜ベルトコンベヤ５２の長手方向に沿うように形成させることにより、傾斜ベルトコンベヤ５２の前端部は、その後端部（支持軸５４）を支点として、トンネル幅方向に揺動可能となる。

【0046】

よって、トンネル掘削機１が屈曲したトンネルを掘削する場合には、その曲率の大きさに応じて、傾斜ベルトコンベヤ５２の前端部をトンネル幅方向に揺動させることができるので、傾斜ベルトコンベヤ５２の前端部を第１ベルトコンベヤ４１における傾斜部４１ｂの後端部に追従させることができる。よって、屈曲したトンネルを掘削する場合でも、第１ベルトコンベヤ４１から第２ベルトコンベヤ５１へのずりの受け渡しを高精度に行うことができる。

【0047】

次に、上述したトンネル掘削機１の動作について、図１、図３、図５を用いて詳細に説明する。

【0048】

先ず、トンネル掘削機１が岩盤等の硬質地盤を掘削する場合には、図１に示すように、カッタヘッド２０を回転させながら、上述した推進装置及びエレクタ装置を駆動させることにより、地山の切羽をディスクカッタ２７及びカッタビット２８によって掘削すると共に、セグメントＳをトンネル周方向に沿って組み立てる。つまり、掘削作業と覆工作業とが同時進行で行われることになる。

【0049】

これと同時に、第１ベルトコンベヤ４１及び第２ベルトコンベヤ５１も駆動されている。これにより、図１及び図５（ａ）に示すように、地山の掘削に伴って発生したずりは、カッタヘッド２０のずり取込口２２ａ，２３ａ，２６を介して、ホッパ４２内に取り込まれた後、第１ベルトコンベヤ４１における水平部４１ａの前端部上に受け渡される。

【0050】

次いで、水平部４１ａの前端部上に受け渡されたずりは、その第１ベルトコンベヤ４１における傾斜部４１ｂの後端部に向けて搬送された後、第２ベルトコンベヤ５１における傾斜ベルトコンベヤ５２の前端部上に受け渡される。そして、傾斜ベルトコンベヤ５２の前端部上に受け渡されたずりは、その第２ベルトコンベヤ５１における水平ベルトコンベヤ５３の後端部に向けて搬送された後、ずり台車６０に排出される。

【0051】

ここで、トンネル掘削機１による掘削対象地山が、岩盤等の硬質地盤から、粘土層を含む断層破砕帯等の軟弱地盤に変化した場合、即ち、トンネル掘削機１が軟弱地盤に遭遇した場合には、トンネル掘削機１が切羽の崩落や地山の変位によって拘束され、その推進反力に抗する摩擦力が増大することになり、当該トンネル掘削機１が掘進不能となるおそれがある。

【0052】

そこで、本発明に係るトンネル掘削機１においては、軟弱地盤の掘削に対応するため、当該軟弱地盤に遭遇すると、掘進を一旦停止して、薬液を薬液注入装置（図示省略）によって切羽前方に注入して、地山改良を行う。その後、人力や小型機械を利用して、トンネル掘削機１に先行する先行トンネルＴ（図３参照）を、軟弱地盤が終わるまで掘削する。

【0053】

そして、トンネル掘削機１においては、上述したような先行トンネルＴの掘削作業に先立って、開口部２１ａに対して機材や小型機械の出し入れを行うための作業スペースを確保することを目的として、ずり搬送用に設けた第１ベルトコンベヤ４１及び第２ベルトコンベヤ５１の後退作業を行うようにしている。

【0054】

具体的には、先ず、図５（ａ）に示すように、トンネル掘削機１が硬質地盤中を掘進しているときには、取り込んだずりを、第１ベルトコンベヤ４１と第２ベルトコンベヤ５１とに順に受け渡して、ずり台車６０に排出する。

【0055】

ここで、カッタヘッド２０が軟弱地盤に到達すると、トンネル掘削機１の掘進を停止させる。即ち、カッタ旋回用モータ１１、エレクタ装置、推進装置、第１ベルトコンベヤ４１、及び、第２ベルトコンベヤ５１等の駆動を停止させる。

【0056】

次いで、図５（ｂ）に示すように、第２移動台車５６をトンネル軸方向後方に移動させることにより、第２ベルトコンベヤ５１をトンネル軸方向後方に退避させる。このとき、第２ベルトコンベヤ５１を後退させる際には、傾斜部４１ｂの後端部と傾斜ベルトコンベヤ５２の前端部との間で、上下方向において重なり合う部分が無くなるまで、第２移動台車５６を移動させる。

【0057】

そして、図５（ｃ）に示すように、リフトジャッキ５５を伸長させることにより、傾斜ベルトコンベヤ５２の前端部を、その後端部を回転中心として、上方に向けて跳ね上げる。このとき、跳ね上げられた傾斜ベルトコンベヤ５２の前端部は、傾斜部４１ｂの後端部よりも上方に配置され、当該傾斜ベルトコンベヤ５２は、水平ベルトコンベヤ５３と同じ高さで水平状態となる。

【0058】

次いで、図５（ｄ）に示すように、吊り具４４を取り外した後、第１移動台車４３をトンネル軸方向後方に移動させることにより、第１ベルトコンベヤ４１をトンネル軸方向後方に退避させる。これにより、傾斜部４１ｂが、跳ね上げられた傾斜ベルトコンベヤ５２の下側に潜り込み、第１ベルトコンベヤ４１は掘削機本体１０内から完全に後退する。これに伴って、カッタヘッド２０の後方（掘削機本体１０内）に、開口部２１ａに対して機材や小型機械の出し入れを行うための作業スペースが確保される。

【0059】

そして、図３及び図５（ｄ）に示すように、カッタヘッド２０の中心部カッタヘッド２２を開けて、開口部２１ａを開放する。このとき、第１ベルトコンベヤ４１が掘削機本体１０内から完全に後退しているため、中心部カッタヘッド２２は、第１ベルトコンベヤ４１に接触することなく、開閉可能となっている。

【0060】

次いで、作業者が使用する機材や、ショベルカー等の小型機械を、掘削機本体１０内の作業スペースに運んだ後、その作業スペースに運んだ機材や小型機械を、開口部２１ａを介して、切羽側に搬出して、それらを利用して先行トンネルＴを掘削する。

【0061】

そして、上述した先行トンネルＴが硬質地盤に到達すると、その掘削済みの先行トンネルＴに沿って、トンネル掘削機１を前進（掘進）させ、再び、トンネル掘削機１によって、硬質地盤の掘削を開始する。

【0062】

なお、上述した実施形態においては、第１移動手段及び第２移動手段を、第１移動台車４３及び第２移動台車５６としているが、これらに替えて、油圧ジャッキによって、第１ベルトコンベヤ４１及び第２ベルトコンベヤ５１をトンネル軸方向に移動させるようにしても構わない。

【0063】

また、第２ベルトコンベヤ５１においては、傾斜ベルトコンベヤ５２を水平ベルトコンベヤ５３に対して跳ね上げ可能としているが、これに加えて、第１ベルトコンベヤ４１においても、傾斜部４１ｂを水平部４１に対して押し下げ可能としても構わない。即ち、図６（ａ）に示すように、傾斜部４１ｂの後端部を、その前端部を回転中心として、油圧ジャッキ（押し下げ手段）４５によって、下方に向けて押し下げるようにしても構わない。

【0064】

これにより、第１ベルトコンベヤ４１及び第２ベルトコンベヤ５１を後退させる場合には、先ず、図６（ｂ）に示すように、第２ベルトコンベヤ５２を、第２移動台車５６の移動によって、トンネル軸方向後方に退避させた後、リフトジャッキ５５を伸長させることにより、傾斜ベルトコンベヤ５２の前端部を、その後端部を回転中心として、上方に向けて跳ね上げる。一方、水平部４１ａに支持された油圧ジャッキ４５を伸長させることにより、傾斜部４１ｂの後端部を、その前端部を回転中心として、下方に押し下げる。このとき、傾斜部４１ｂは、水平部４１ａと同じ高さで水平状態となる。

【0065】

次いで、図６（ｃ）に示すように、第１移動台車４３をトンネル軸方向後方に移動させることにより、第１ベルトコンベヤ４１をトンネル軸方向後方に退避させる。これにより、押し下げられた傾斜部４１ｂが、跳ね上げられた傾斜ベルトコンベヤ５２の下側に潜り込み、第１ベルトコンベヤ４１は掘削機本体１０内から完全に後退する。

【0066】

但し、上述したように、傾斜部４１ｂを押し下げると共に、傾斜ベルトコンベヤ５２を跳ね上げる場合には、それらの動作の順番は、どちらが先でも後でも良く、同時でも構わない。

【0067】

従って、本発明に係るトンネル掘削機１によれば、ずり搬送用に設けた複数段のベルトコンベヤ４１，５２，５３を、トンネル軸方向後方に向けて効率良く退避させることができるので、カッタヘッド２０の後方（掘削機本体１０内）において、機材や小型機械の出し入れを行うための作業スペースを十分に確保することができる。これにより、崩落性の高い軟弱地盤に遭遇した際における、人力や小型機械による先行トンネルＴの掘削作業を、その作業スペースを使用して、容易に行うことができる。

【産業上の利用可能性】

【0068】

本発明は、硬質地盤における掘削作業と軟弱地盤における掘削作業との切り替えを容易に行うことを目的としたトンネル掘削機に適用可能である。

【符号の説明】

【0069】

１ トンネル掘削機
１０ 掘削機本体
２０ カッタヘッド
２１ 支持部材
２１ａ 開口部
２２ 中心部カッタヘッド
２６ ずり取込口
４１ 第１ベルトコンベヤ
４１ａ 水平部
４１ｂ 傾斜部
４３ 第１移動台車
４５ 油圧ジャッキ
５１ 第２ベルトコンベヤ
５２ 傾斜ベルトコンベヤ
５２ａ 長孔
５３ａ 連結板
５３ｂ 傾斜板
５３ 水平ベルトコンベヤ
５４ 支持軸
５５ リフトジャッキ
５６ 第２移動台車
Ｓ セグメント
Ｔ 先行トンネル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】