特許 6685214 トンネル掘削方法及びトンネル掘削機

(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】6685214

(24)【登録日】2020年4月2日

(45)【発行日】2020年4月22日

(54)【発明の名称】トンネル掘削方法及びトンネル掘削機

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/087 20060101AFI20200413BHJP

   E21D 9/12 20060101ALI20200413BHJP

   E21D 9/04 20060101ALI20200413BHJP

   E21D 9/10 20060101ALI20200413BHJP

【ＦＩ】

   E21D9/087 A

   E21D9/12 B

   E21D9/04 Z

   E21D9/10 J

   E21D9/087 Z

【請求項の数】10

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2016-191833(P2016-191833)

(22)【出願日】2016年9月29日

(65)【公開番号】特開2018-53594(P2018-53594A)

(43)【公開日】2018年4月5日

【審査請求日】2019年3月6日

(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】000001236

【氏名又は名称】株式会社小松製作所

(74)【代理人】

【識別番号】100129425

【弁理士】

【氏名又は名称】小川 護晃

(74)【代理人】

【識別番号】100087505

【弁理士】

【氏名又は名称】西山 春之

(74)【代理人】

【識別番号】100168642

【弁理士】

【氏名又は名称】関谷 充司

(74)【代理人】

【識別番号】100099623

【弁理士】

【氏名又は名称】奥山 尚一

(74)【代理人】

【識別番号】100096769

【弁理士】

【氏名又は名称】有原 幸一

(74)【代理人】

【識別番号】100107319

【弁理士】

【氏名又は名称】松島 鉄男

(74)【代理人】

【識別番号】100114591

【弁理士】

【氏名又は名称】河村 英文

(74)【代理人】

【識別番号】100125380

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 綾子

(74)【代理人】

【識別番号】100142996

【弁理士】

【氏名又は名称】森本 聡二

(74)【代理人】

【識別番号】100166268

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 祐

(74)【代理人】

【識別番号】100170379

【弁理士】

【氏名又は名称】徳本 浩一

(72)【発明者】

【氏名】西岡 和則

(72)【発明者】

【氏名】宮嶋 保幸

(72)【発明者】

【氏名】船迫 俊雄

(72)【発明者】

【氏名】重永 晃洋

(72)【発明者】

【氏名】堀部 貴宏

(72)【発明者】

【氏名】清水 大介

(72)【発明者】

【氏名】森岡 享一

(72)【発明者】

【氏名】浅野 浩

(72)【発明者】

【氏名】谷本 潤也

(72)【発明者】

【氏名】寺田 紳一

(72)【発明者】

【氏名】森岡 栄一

【審査官】 苗村 康造

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−１５１１７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０１８９８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５６４２１３０（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開昭６０−１９５２９４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭４７−０１０６７３（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特公昭４６−０４１７８８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特開平１０−１６９３７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０７２４６（ＪＰ，Ａ）

(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】

胴体の前部にカッタヘッドが駆動回転可能に装着され、坑壁又は覆工体から推進するための反力を得るトンネル掘削機によってトンネルを掘削する方法であって、
腕体の先端の作業装置によって掘削する補助掘削機を前記胴体内に設置すると共に、前記カッタヘッドに開閉可能な開口部を設け、
開放させた前記開口部から前記腕体を前方に突き出し前記作業装置によって地山を掘削してトンネルを掘進する補助掘削工程を含み、
前記腕体が突き出される前記開口部は、前記カッタヘッドの前方に向けて押し開けられる開閉扉によって開閉可能に構成され、
前記補助掘削工程は、前記開閉扉を前記カッタヘッドの前方に向けて押し開ける開放工程を含む、トンネル掘削方法。

【請求項2】

前記補助掘削工程は、前記トンネル掘削機を後退させる後退工程を更に含み、
前記開放工程は、前記トンネル掘削機を後退させた後に前記開閉扉を前記カッタヘッドの前方に向けて押し開ける、請求項１に記載のトンネル掘削方法。

【請求項3】

前記補助掘削工程は、
前記作業装置によって地山を掘削する掘削工程と、
前記トンネル掘削機を推進させる推進工程と、
を更に含む、請求項１又は請求項２に記載のトンネル掘削方法。

【請求項4】

胴体の前部にカッタヘッドが駆動回転可能に装着され、坑壁又は覆工体から推進するための反力を得るトンネル掘削機によってトンネルを掘削する方法であって、
腕体の先端の作業装置によって掘削する補助掘削機を前記胴体内に設置すると共に、前記カッタヘッドに開閉可能な開口部を設け、
開放させた前記開口部から前記腕体を前方に突き出し前記作業装置によって地山を掘削してトンネルを掘進する補助掘削工程を含み、
前記開口部は開閉扉によって開閉可能に構成され、
前記補助掘削工程は、
前記トンネル掘削機を後退させる後退工程と、
前記後退工程の後に前記開閉扉を開ける開放工程と、
を含む、トンネル掘削方法。

【請求項5】

前記補助掘削工程は、
前記開放工程の後に前記開口部から前記腕体を前方に突き出す前進工程と、
前記前進工程の後に前記作業装置によって地山を掘削する掘削工程と、
前記掘削工程の後に前記トンネル掘削機を推進させる推進工程と、
を更に含む、請求項４に記載のトンネル掘削方法。

【請求項6】

前記トンネル掘削機は排土コンベアを備え、
前記補助掘削工程は、開放された前記開口部に前記排土コンベアの先端を挿通させて前記カッタヘッドの前方下部に突き出すコンベア移設工程を更に含む、請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のトンネル掘削方法。

【請求項7】

前記コンベア移設工程は、前記カッタヘッドの前方に突出する前記排土コンベアの搬送面上に前記カッタヘッドの前方下部の土砂を案内するスカート部を配設するスカート部配設工程を含む、請求項６に記載のトンネル掘削方法。

【請求項8】

前記補助掘削工程は、
前記補助掘削機の作業装置に吹付けノズルを取り付ける吹付けノズル取付工程と、
開放させた前記開口部から前記腕体を前方に突き出し前記吹付けノズルから掘削面にコンクリート又はモルタルを吹き付ける吹付工程と、
を更に含む、請求項１から請求項７のいずれか１つに記載のトンネル掘削方法。

【請求項9】

胴体の前部にカッタヘッドが駆動回転可能に装着され、坑壁又は覆工体から推進するための反力を得るトンネル掘削機であって、
腕体の先端の作業装置によって掘削する補助掘削機を前記胴体内に配置すると共に、前記カッタヘッドに開閉可能な開口部を設け、
開放させた前記開口部から前記腕体を前方に突き出し前記作業装置によって地山を掘削してトンネル掘進を行えるよう構成した、トンネル掘削機において、
前記腕体が突き出される前記開口部は、前記カッタヘッドの前方に向けて押し開けられる開閉扉によって開閉可能に構成された、トンネル掘削機。

【請求項10】

掘削面にコンクリート又はモルタルを吹き付けるための吹付けノズルが前記作業装置に取り付けられる、請求項９に記載のトンネル掘削機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル掘削方法及びトンネル掘削機に関し、詳しくは、不良地山に遭遇したときの掘削技術に関する。

【背景技術】

【0002】

カッタヘッドを回転させて地山を全断面掘削するトンネル掘削機であって、坑壁に押し当てたグリッパによって、又は、セグメント等を組立てて構築された覆工体に押し当てたジャッキやグリッパによって掘進するための反力を得るトンネルボーリングマシン（Tunnel Boring Machines：ＴＢＭ）を用いるトンネル施工方法（ＴＢＭ工法）は、岩盤にトンネルを造る場合であって短い工期が要求される場合に採用される工法として知られている。
しかし、ＴＢＭ工法では、軟弱地盤などの不良地山に遭遇したときに、切羽の崩落などによってカッタヘッドでは掘削できなくなり、また、切羽でコンクリート吹付等の支保作業ができなくなることで、掘進不能になる場合があった。

【0003】

そのような場合において、例えば、特許文献１には、カッタヘッドに、掘削機本体内と地山の切羽側とを連通させる開口部を設け、軟弱地盤に遭遇したときに、掘進を一旦停止して地山改良を行い、その後、前記開口部からトンネル掘削機とは別体の機材及び小型機械を切羽側に運び入れて軟弱地盤の掘削を行わせる、トンネル掘削機が開示されている。

【0004】

また、特許文献２には、トンネルボーリングマシンの回転ディスクカッタを外周部カッタヘッドと中心部カッタヘッドに分割し、前者から後者を着脱自在に設置し、常態では外周部と中心部カッタヘッドにより掘削し、常態で対応できない非常時には中心部カッタヘッドを切り離して、前方に開いた切羽をトンネルボーリングマシンの内部から先行掘削を可能にしたトンネルボーリングマシンが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１５−１２１０３４号公報

【特許文献2】特許第５６４２１３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ここで、大径のトンネルを掘削する場合には、上記特許文献１，２に示唆されるような、カッタヘッドの開口からバックホーなどの自走式建設機械を切羽側に入れて軟弱地盤の掘削を行わせる工法を適用できるが、係る工法は、ＴＢＭのカッタヘッドによる掘削と、自走式建設機械による掘削との間での変更が効率的に行えないためトンネルの掘削には不向きである、という問題があった。
本願発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、トンネルをＴＢＭ工法で掘削するときに、トンネル掘削機のカッタヘッドによる掘削と自走式建設機械などの補助掘削機による補助掘削とを容易に（短時間に）変更でき、これにより不良地山を効率的に突破できる、トンネル掘削方法及びトンネル掘削機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】

【0007】

そのため、本発明に係るトンネル掘削方法は、その第１態様において、胴体の前部にカッタヘッドが駆動回転可能に装着され、坑壁又は覆工体から推進するための反力を得るトンネル掘削機によってトンネルを掘削する方法であって、腕体の先端の作業装置によって掘削する補助掘削機を前記胴体内に設置すると共に、前記カッタヘッドに開閉可能な開口部を設け、開放させた前記開口部から前記腕体を前方に突き出し前記作業装置によって地山を掘削してトンネルを掘進する補助掘削工程を含む。前記腕体が突き出される前記開口部は、前記カッタヘッドの前方に向けて押し開けられる開閉扉によって開閉可能に構成され、前記補助掘削工程は、前記開閉扉を前記カッタヘッドの前方に向けて押し開ける開放工程を含む。

【0008】

本発明に係るトンネル掘削方法は、その第２態様において、胴体の前部にカッタヘッドが駆動回転可能に装着され、坑壁又は覆工体から推進するための反力を得るトンネル掘削機によってトンネルを掘削する方法であって、腕体の先端の作業装置によって掘削する補助掘削機を前記胴体内に設置すると共に、前記カッタヘッドに開閉可能な開口部を設け、開放させた前記開口部から前記腕体を前方に突き出し前記作業装置によって地山を掘削してトンネルを掘進する補助掘削工程を含む。前記開口部は開閉扉によって開閉可能に構成され、前記補助掘削工程は、前記トンネル掘削機を後退させる後退工程と、前記後退工程の後に前記開閉扉を開ける開放工程と、を含む。

【0011】

一方、本発明に係るトンネル掘削機は、その一態様として、胴体の前部にカッタヘッドが駆動回転可能に装着され、坑壁又は覆工体から推進するための反力を得るトンネル掘削機であって、腕体の先端の作業装置によって掘削する補助掘削機を前記胴体内に配置すると共に、前記カッタヘッドに開閉可能な開口部を設け、開放させた前記開口部から前記腕体を前方に突き出し前記作業装置によって地山を掘削してトンネル掘進を行えるよう構成した。ここで、前記腕体が突き出される前記開口部は、前記カッタヘッドの前方に向けて押し開けられる開閉扉によって開閉可能に構成される。

【発明の効果】

【0012】

本発明のトンネル掘削方法によると、カッタヘッドによる掘削に代えて、補助掘削機の腕体をカッタヘッドの開口部から突き出して腕体先端の作業装置によって地山を掘削することができる。そのため、不良地山に遭遇したときに、カッタヘッドによる掘削に代えて、補助掘削機によって掘削することができるので、不良地山を突破してトンネルを掘進することで可能になる。
また、補助掘削機は、腕体をカッタヘッドの開口部から突き出して掘削を行うことが可能であり、トンネル掘削機のカッタヘッドによる掘削と補助掘削機による補助掘削とを容易に（短時間に）変更できるため、不良地山を効率的に突破できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態におけるＴＢＭの上面図である。

【図2】本発明の実施形態におけるＴＢＭの側面図である。

【図3】本発明の実施形態におけるカッタヘッドの正面図である。

【図4】本発明の実施形態における排土コンベアの設置構造を示すＴＢＭの横断面図である。

【図5】本発明の実施形態におけるエキスカベータ（補助掘削機）の上面斜視図である。

【図6】本発明の実施形態におけるエキスカベータの底面斜視図である。

【図7】本発明の実施形態におけるエキスカベータのクランプボックスのクランプ構造を示す横断面図である。

【図8】本発明の実施形態におけるエキスカベータのクランプボックスの後輪構造を示す背面図である。

【図9】本発明の実施形態におけるＴＢＭによるトンネル掘削の手順を示すフローチャートである。

【図10】本発明の実施形態におけるカッタヘッドによる掘削状態（標準掘削工程）を説明するための図である。

【図11】本発明の実施形態における補助掘削工程の手順を示すフローチャートである。

【図12】本発明の実施形態における補助掘削準備工程の手順を示すフローチャートである。

【図13】本発明の実施形態における不良地山に遭遇したときの地山改良作業（地山改良工程）を説明するための図である。

【図14】本発明の実施形態におけるカッタヘッドを後退させる前の準備作業（後退準備工程）を説明するための図である。

【図15】本発明の実施形態におけるカッタヘッドの後退作業（後退工程）及び吹き付け作業（地山改良工程、吹付工程）を説明するための図である。

【図16】本発明の実施形態におけるエキスカベータによる掘削を開始する前の準備作業（補助掘削準備工程）を説明するための図である。

【図17】本発明の実施形態におけるエキスカベータを前進させる作業（エキスカベータ前進工程）及びエキスカベータによる土砂の排出作業（エキスカベータによるズリ排出工程）を説明するための図である。

【図18】本発明の実施形態におけるスカート部の設置場所での手作業による土砂作業（手作業によるズリ排出工程）を説明するための図である。

【図19】本発明の実施形態におけるカッタヘッドの開口部を開放する作業（開放工程）、排土コンベアにスカート部を配設する作業（スカート部配設工程）、及び排土コンベアの移設作業（コンベア移設工程）を説明するための図である。

【図20】本発明の実施形態におけるカッタヘッドの開口部の全領域を開放した状態（開放工程）を説明するためのカッタヘッドの正面図である。

【図21】本発明の実施形態におけるエキスカベータを前進させる作業（前進工程）及びエキスカベータによる掘削（補助掘削工程）の初期段階を説明するための図である。

【図22】本発明の実施形態におけるエキスカベータによる掘削（補助掘削工程）において摺動ジャッキを伸長させた掘削状態を説明するための図である

【図23】本発明の実施形態におけるグリッパの盛替えによるＴＢＭの推進状態（推進工程）及び、胴体の連結作業（連結工程）を説明するための図である。

【図24】本発明の実施形態におけるエキスカベータを用いたコンクリートなどの吹付け作業（ノズル取付工程、吹付工程）を説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下では、図面を参照して、本発明に係るトンネル掘削方法及びトンネル掘削機の実施形態を説明する。
まず、本発明に係るトンネル掘削機の一態様としてのトンネルボーリングマシン（Tunnel Boring Machines：ＴＢＭ）１００を、図１−図８を参照して説明する。

【0015】

ＴＢＭ１００は、胴体１１０の前部にカッタヘッド１２０が駆動回転可能に装着され、坑壁にグリッパ（グリッパシュー）１３２を押し当てて推進するための反力を得るトンネル掘削機であって、例えば直径が３ｍ〜４ｍ程度の小型の全断面トンネル掘進機である。但し、ＴＢＭ１００の直径は３ｍ〜４ｍに限定されるものではなく、より大きな直径のＴＢＭ１００に本実施形態と同様な構造を適用できる。
円筒形状をなす胴体１１０は、前胴１１１と後胴１１２とからなり、前胴１１１の前部にカッタヘッド１２０がメインベアリング１１３によって駆動回転可能に取り付けられていている。

【0016】

カッタヘッド１２０の前部には、地山をせん断破壊するローラカッタ１２１ａが複数枢着され、また、切羽下部に溜まった掘削ズリを掻き込むスクレーパ１２１ｂが周縁部に等間隔で配設され、スクレーパ１２１ｂの背後には、掘削ズリを掬い込んで取り込むためのバケット（図示せず）が設けられる。
そして、カッタヘッド１２０は、カッタヘッド駆動モータ１２２によって胴体１１０の軸心回りに回転駆動される。

【0017】

前胴１１１と後胴１１２との嵌合部は、複数個のアーティキュレートジャッキ１１５にて連結され、アーティキュレートジャッキ１１５を選択的に伸縮させることで、後胴１１２に対して前胴１１１が屈曲できるよう構成されている。
カッタヘッド１２０の後方に延びるメインビーム１３０の前部には、カッタヘッド１２０が回転自在に支承されていて、メインビーム１３０の後部にはグリッパ装置１３３が前後方向に摺動可能に支持されている。

【0018】

グリッパ装置１３３は、グリッパジャッキ１３１によってグリッパ１３２を径方向に張り出すことで、グリッパ１３２を坑壁に押し当てて掘進反力を得る装置である。
スラストジャッキ１４０の一端はグリッパ装置１３３に連結され、他端はグリッパ装置１３３よりも前方のメインビーム１３０に連結されている。
また、後胴１１２の後部には、支保工１６１をトンネルの内壁面（坑壁）１５０に組み付けるエレクタ装置１６０が設けられている。

【0019】

また、メインビーム１３０の前部には、カッタヘッド１２０内に取り込まれた土砂（ずり）を受け取るホッパシュート１７０が設けられ、更に、メインビーム１３０に一体的に設けた矩形断面状のコンベアケース１３９内に排土コンベア（ベルトコンベア）１８０が配設され、排土コンベア１８０は、ホッパシュート１７０にて受け取られた土砂を後方へ搬出する。

【0020】

また、グリッパ装置１３３よりも後側のメインビーム１３０には、突出作動時に坑壁１５０に当接して坑壁１５０からローリング反力を受ける、リヤサポート１９０を設けてある。
更に、ＴＢＭ１００の後ろには、油圧装置、電気設備、排土装置、給水設備などを搭載した後続台車（図示省略）が接続される。

【0021】

ＴＢＭ１００による基本的な掘進サイクル（標準掘削工程、標準トンネル掘進工程）は、以下の通りである。
まず、グリッパ１３２を坑壁に押し当てリヤサポート１９０を収縮させた状態で、回転駆動されるカッタヘッド１２０で地山を掘削しながらスラストジャッキ１４０を伸長させることで、トンネルを掘進する（トンネル掘進工程）。
なお、本実施形態のＴＢＭ１００は、グリッパ１３２を坑壁に押し当てた状態でスラストジャッキ１４０を伸長させることでトンネルを掘進する形態であるが、坑壁がセグメント等により構成された覆工体で覆われている場合は、グリッパ１３２を覆工体に押し当てた状態でスラストジャッキ１４０を伸長させることでトンネルを掘進する形態、若しくは、覆工体にスラストジャッキを直接押し当てた状態でスラストジャッキ１４０を伸長させることでトンネルを掘進する形態とすることができる。
また、図１、図２に示すように、後胴１１２の周縁部に複数の推進ジャッキ１７１を周方向に互いに間隔を空けて配置し、推進ジャッキ１７１のロッド先端をセグメント等により構成された覆工体に当接させた状態で推進ジャッキ１７１を伸長動作させることにより、掘進反力を得ることができる。つまり、ＴＢＭ１００は、坑壁又は覆工体から推進するための反力を得てトンネルを掘進する。

【0022】

スラストジャッキ１４０が設定長さまで伸長されると、カッタヘッド１２０の回転駆動を停止し、グリッパジャッキ１３１を収縮させてグリッパ１３２を坑壁から離間させる一方で、リヤサポート１９０を伸長させて坑壁１５０に当接させる。そして、係る状態でスラストジャッキ１４０を収縮させてグリッパ装置１３３（グリッパジャッキ１３１及びグリッパ１３２）をカッタヘッド１２０側に引き寄せ、その後グリッパジャッキ１３１を伸長させてグリッパ１３２を坑壁に押し当て、また、リヤサポート１９０を収縮させる（グリッパ盛替え工程）。
グリッパ盛替えが終了すると、カッタヘッド１２０を回転駆動させながらスラストジャッキ１４０を伸長させてトンネル掘進を再開させ、係るトンネル掘進工程とグリッパ盛替え工程とを繰り返す。
つまり、カッタヘッド１２０によってトンネルを掘進する標準掘削工程は、グリッパ１３２によって掘進反力を得ながらスラストジャッキ１４０を伸長させてカッタヘッド１２０を切羽に押し当て、回転駆動されるカッタヘッド１２０によって地山を掘削するトンネル掘進工程と、グリッパ１３２の坑壁に対する押し当て位置を切羽に近い側に移設するグリッパ盛替え工程とを繰り返すことで、トンネルを掘進する。

【0023】

ＴＢＭ１００は、前述した基本構成に加えて、カッタヘッド１２０による全断面掘削が困難な不良地山（軟弱地盤）に遭遇したときに、カッタヘッド１２０に代わってトンネル掘削を行うための補助掘削機としてエキスカベータ２００が胴体１１０内に配置されている。補助掘削機としては、エキスカベータの他、バケット式掘削機、ブレーカ式掘削機等を用いることができる。
エキスカベータ２００は、腕体の先端に作業装置を取り付けた掘削機であり、図５−図８を参照して詳細に説明する。

【0024】

メインビーム１３０には、ＴＢＭ１００の前後方向に沿って延設される左右一対のレール１３５が一体的に設けられ、エキスカベータ２００の機械本体部は、レール１３５に対し移動可能に支持される。
エキスカベータ２００は、機械本体部を構成するクランプボックス２１０、クランプボックス２１０に対して俯仰及び旋回が可能に支持されるサポートフレーム２２０、サポートフレーム２２０に対して摺動可能に支持されるブーム２３０、ブーム２３０の先端にチルト可能に取り付けられるバケット２４０などを含んで構成される。
なお、本実施形態において、補助掘削機としてのエキスカベータ２００の腕体は、サポートフレーム２２０とブーム２３０とで形成される。

【0025】

クランプボックス２１０は、レール１３５に沿って前後方向に移動するための一対の前輪２１１及び一対の後輪２１２を備える。
更に、クランプボックス２１０は、前輪２１１と後輪２１２との間でレール１３５を左右から挟み込む内クランプ２１３及び外クランプ２１４の組み合わせを４対備えていて、内クランプ２１３及び外クランプ２１４によって、レール１３５上の任意の位置にクランプボックス２１０を固定でき、また、クランプボックス２１０を移動させて停止させるときに制動を作用させることができるよう構成されている。

【0026】

前輪２１１は、クランプボックス２１０のサポートフレーム２２０側（前側）の左右端に、左右方向に延びる回転軸回りに回転可能に支持され、その踏面がレール１３５の頭部に接触しながら回転する。
また、前輪２１１は、図外の油圧モータで回転駆動される駆動輪であり、前輪２１１が回転駆動されることで、クランプボックス２１０はレール１３５上を自走して前後方向に移動する。

【0027】

一方、後輪２１２は、サポートフレーム２２０が設けられる側とは逆側（後側）のクランプボックス２１０の左右端に、回転可能に支持される。
各レール１３５の外側側面（２つのレール１３５が相互に対向する面とは反対側の面）
には、溝部１３６が前後方向に沿って延びるように凹陥形成されていて、溝部１３６の横断面は底面と開放面とが平行で底面側が開放面側よりも狭い（開放面に向けて拡がる）台形をなす。そして、後輪２１２は、溝部１３６の上側傾斜面１３６ａに踏面が接触して回転するよう構成された非駆動輪である。

【0028】

後輪２１２のユニットは、クランプボックス２１０に対して揺動可能に支持され、後輪押付けジャッキ２１８を伸長させることで上側傾斜面１３６ａに後輪２１２の踏面が押し付けられ、後輪押付けジャッキ２１８を収縮させることで、上側傾斜面１３６ａから後輪２１２の踏面が離間するように構成されている。
つまり、後輪押付けジャッキ２１８を伸長させて上側傾斜面１３６ａに後輪２１２の踏面が押し付けられる状態で、後輪２１２の回転軸は、上側傾斜面１３６ａに平行で水平面に対して斜めに交差し、後輪押付けジャッキ２１８を収縮させると、後輪２１２の回転軸は、揺動軸回りに外側に向けて揺動し、後輪２１２の踏面は上側傾斜面１３６ａから離間する。

【0029】

係る構成によると、後輪押付けジャッキ２１８を伸長させている状態では、クランプボックス２１０の後側を浮き上がらせる方向の力は、上側傾斜面１３６ａに後輪２１２の踏面を押し付ける力として作用し、前側に重量物であるサポートフレーム２２０などを支持するクランプボックス２１０の後側が、前輪２１１を支点として浮き上がることが抑制される。
また、後輪押付けジャッキ２１８を収縮させることで、後輪２１２のユニットが外側に退避した状態となり、係る状態で、クランプボックス２１０のレール１３５に対する脱着が可能となる。つまり、クランプボックス２１０を脱着するとき以外は、後輪押付けジャッキ２１８を伸長させた状態に保持する。

【0030】

内クランプ２１３及び外クランプ２１４は、レール１３５を左右から挟み込むようにレール１３５に押し当てられることで、クランプボックス２１０を前後方向の任意の位置に固定する機構である。
外クランプ２１４は、溝部１３６に形状を合わせた台形部２１４ａを有し、左右一対の外クランプ２１４の組み合わせ毎に設けられる外レールクランプジャッキ２１５を伸長させることで台形部２１４ａが溝部１３６に嵌入してレール１３５に押し付けられる状態になり、逆に外レールクランプジャッキ２１５を収縮させることで、台形部２１４ａが溝部１３６から離間するように、クランプボックス２１０に対し揺動可能に支持されている。

【0031】

一方、内クランプ２１３は平板な押当面２１３ａを有し、左右一対の内クランプ２１３の組み合わせ毎に設けられる内レールクランプジャッキ２１６を伸長させることで、レール１３５を挟んで外クランプ２１４の台形部２１４ａと対向するレール１３５の内側面に押当面２１３ａが押し当てられる状態になり、逆に内レールクランプジャッキ２１６を収縮させることで、押当面２１３ａがレール１３５の内側面から離間するように、クランプボックス２１０に対し揺動可能に支持されている。
つまり、エキスカベータ２００による掘削時などのクランプボックス２１０の位置を固定したいときには、外レールクランプジャッキ２１５及び内レールクランプジャッキ２１６を伸長させて内クランプ２１３及び外クランプ２１４をレール１３５に押し当てることで、摩擦抵抗によりクランプボックス２１０の前後方向への移動を阻止する。

【0032】

一方、クランプボックス２１０をレール１３５に沿って移動させるときには、外レールクランプジャッキ２１５及び内レールクランプジャッキ２１６を収縮させて、内クランプ２１３及び外クランプ２１４によるクランプ状態（レール１３５への押し付け状態）を解放し、係る状態で前輪２１１を回転駆動する。
なお、内クランプ２１３及び外クランプ２１４によるクランプ状態では、外クランプ２１４の台形部２１４ａが溝部１３６に嵌入することで、クランプボックス２１０が上下方向に位置決めされ、このとき前輪２１１，２１１の踏面がレール１３５，１３５の頭部から浮いた状態（非接触状態）になるよう構成されている。

【0033】

また、サポートフレーム２２０は、クランプボックス２１０の前側中央に対し垂直軸回り（左右方向）に揺動可能に支持される基端部２２０ａと、基端部２２０ａの先端に対し水平軸回り（上下方向）に揺動可能に支持されるフレーム部２２０ｂとで構成される。
そして、クランプボックス２１０の前側の左右端部に一端が連結される左右一対の旋回ジャッキ２２１の他端が、基端部２２０ａの左右側面に連結され、この旋回ジャッキ２２１の一方を伸ばし他方を縮めることで基端部２２０ａが垂直軸回り（左右方向）に揺動するよう構成されている。

【0034】

また、俯仰ジャッキ２２２は、その一端が基端部２２０ａの上部に連結され、他端がフレーム部２２０ｂの上部に連結され、この俯仰ジャッキ２２２を伸縮させることで、フレーム部２２０ｂは上下方向に揺動する。
更に、サポートフレーム２２０（フレーム部２２０ｂ）とブーム２３０との間に設けられる摺動ジャッキ２２３を伸縮させることで、サポートフレーム２２０（フレーム部２２０ｂ）の前端からのブーム２３０の飛び出し長さ、つまり、クランプボックス２１０からバケット２４０までの腕体の長さが可変とされる。

【0035】

また、バケット２４０は、エッジ部２４０ａ及び底板２４０ｂの外側に複数のツース２４０ｃを備え、ブーム２３０の先端に対して水平軸回り（上下方向）に揺動可能に支持される。
バケットチルトジャッキ２２４は、一端がブーム２３０に連結され他端がバケット２４０に連結され、このバケットチルトジャッキ２２４を伸縮させることで、バケット２４０がチルト動作する。

【0036】

上記構成のエキスカベータ２００を用いてトンネル掘進を行わせるときには、クランプボックス２１０をレール１３５に固定した状態で、サポートフレーム２２０及びブーム２３０をカッタヘッド１２０の開口部から切羽側に突き出し、ブーム２３０の先端に取り付けたバケット２４０によってカッタヘッド１２０前方の地山を掘削する。
カッタヘッド１２０の中央の所定領域は開閉可能な開閉扉１２３をなし、この開閉扉１２３が開いて開放される開口部１２３ａ（図２０参照）にサポートフレーム２２０及びブーム２３０が挿通できるように構成される。

【0037】

また、サポートフレーム２２０及びブーム２３０をカッタヘッド１２０の開口部１２３ａから切羽側に突き出してバケット２４０で地山を掘削するときに、掘削した土砂を排土コンベア１８０の搬送面に載せて後方に排出させるために、排土コンベア１８０のうちの先端ユニット１８０ａをカッタヘッド１２０の前方下部に突出させる。
係る排土コンベア１８０の突き出しを可能にするために、排土コンベア１８０を挿通させるための開口部１２８が、開閉扉１２３が開いて開放される開口部１２３ａからカッタヘッド１２０の径方向に連続するようにカッタヘッド１２０に設けられ（図２０参照）、この排土コンベア１８０を挿通させるための開口部１２８は、面板の取り外しによって開放されるよう構成されている。

【0038】

排土コンベア１８０を挿通させるための開口部１２８は、周縁部において、所定角度間隔（例えば、９０deg間隔、１８０deg間隔などの任意の角度間隔）で配設されるスクレーパ１２１ｂ（バケット）のうちの１つの設置領域に重なり、スクレーパ１２１ｂのうちの１つ（１２１ｂ１）を取り外し可能に構成すると共に、この取り外し可能なスクレーパ１２１ｂ１と開閉扉１２３との間の面板１２７ａ−１２７ｃを取り外し可能に構成してある。
つまり、カッタヘッド１２０によって掘削させるときには、開閉扉１２３を閉じ、スクレーパ１２１ｂ１及び面板１２７ａ−１２７ｃをカッタヘッド１２０に取付けた状態とする。

【0039】

一方、エキスカベータ２００によって掘削させるときには、スクレーパ１２１ｂ１が下端に位置するようにカッタヘッド１２０の角度位置を設定し、開閉扉１２３を開き、スクレーパ１２１ｂ１及び面板１２７ａ−１２７ｃをカッタヘッド１２０から取り外す。
そして、開閉扉１２３が開いて開放される開口部１２３ａからサポートフレーム２２０及びブーム２３０を切羽側に突き出し、スクレーパ１２１ｂ１及び面板１２７ａ−１２７ｃが外されて開放される開口部１２８に排土コンベア１８０を挿通させて、排土コンベア１８０の先端をカッタヘッド１２０の前方下部に突き出す。

【0040】

排土コンベア１８０は、カッタヘッド１２０後方の標準位置（第１位置、カッタヘッド１２０による掘削時位置）から、カッタヘッド１２０に近づく方向に押し出すことが可能に構成される。
また、排土コンベア１８０をカッタヘッド１２０に向けて押し出すと、押し出し前は搬送面が略水平に設定される排土コンベア１８０のうちの先端ユニット１８０ａは、基端側を揺動軸として先端側が下がり、先端ユニット１８０ａの搬送面は前方（切羽側）に向けて下り坂になるように傾斜する。
そして、係る状態（第２位置、エキスカベータ２００による掘削時位置）で、スクレーパ１２１ｂ１及び面板１２７ａ−１２７ｃが外されて開放する開口部１２８に先端ユニット１８０ａが挿通し、カッタヘッド１２０の前方下部に突き出るよう構成される。

【0041】

次に、前述したエキスカベータ２００を補助掘削機として備えたＴＢＭ１００によるトンネル掘削の手順の一態様を説明する。
図９のフローチャートは、ＴＢＭ１００によるトンネル掘削の基本的な手順を示す。
トンネル掘削において、まずは、カッタヘッド１２０によってトンネル掘削を行う標準掘削工程（Ｓ１）を実施する。

【0042】

つまり、ＴＢＭ１００によるトンネル掘削において、不良地山に遭遇するまでは、カッタヘッド１２０を回転駆動させながらスラストジャッキ１４０を伸長させて掘進し、スラストジャッキ１４０が伸び切ると、グリッパ１３２を坑壁から離間させた後にスラストジャッキ１４０を収縮させてグリッパ１３２をカッタヘッド１２０側に引き寄せ、その後、グリッパ１３２を坑壁に再度押し当て、グリッパ１３２によって掘進反力を得ながらスラストジャッキ１４０を伸長させて掘進することを繰り返す（標準掘削工程）。
なお、ＴＢＭ１００が、スラストジャッキ１４０をセグメント等により構成される覆工体に直接押し当てることで推進反力を得る場合は、スラストジャッキ１４０を覆工体に直接押し当てている状態でスラストジャッキ１４０を伸長させて掘進し、スラストジャッキ１４０が伸びきると、スラストジャッキ１４０を覆工体に押し当てている箇所から離間させた後に収縮させて、その後スラストジャッキ１４０を再度覆工体に押し当てて（つまり、スラストジャッキ１４０を押し当てる覆工体の位置を盛替えて）、覆工体から掘進反力を得ながらスラストジャッキ１４０を伸長させて掘進することを繰り返す（標準掘削工程）。
また、係るカッタヘッド１２０によるトンネル掘進においては、エレクタ装置１６０によって支保工１６１を坑壁１５０に組み付け、更に、支保工１６１が設置された坑壁１５０にコンクリートを吹き付けて補強する。

【0043】

標準掘削工程によってトンネルを掘進させている状態で軟弱地盤などの不良地山に遭遇し（Ｓ２）、切羽の崩落などによってカッタヘッド１２０による掘進が不能になると（Ｓ３）、カッタヘッド１２０によるトンネル掘削を中断し（図１０参照）、エキスカベータ２００を用いたトンネル掘進（補助掘削工程）に移行させる（Ｓ４）。
そして、補助掘削工程によるトンネル掘進で不良地山を突破すると（Ｓ５）、カッタヘッド１２０によってトンネル掘削を行う標準掘削工程に戻す（Ｓ６）。
次いで、エキスカベータ２００を用いたトンネル掘進（補助掘削工程）を、図１１及び図１２のフローチャート、更に、図１３−図２４の工程説明図を参照して説明する。
なお、図１１のフローチャートは、補助掘削工程に含まれる各工程を示し、図１２のフローチャートは、補助掘削工程に含まれる工程のうちの１つである準備工程に含まれる各工程を示す。

【0044】

エキスカベータ２００を用いたトンネル掘進を実施するに当たっては、まず、薬液の注入による地山改良を実施し（地山改良工程、薬液注入工程：図１１のＳ１０、図１３参照）、地山の崩落を抑制する。
薬剤の注入による地山改良においては、胴体１１０内に削孔機２８０を設置し、この削孔機２８０によって胴体１１０周囲の坑壁１５０の天井部から切羽側に向けて斜めに延びるボーリング孔を複数削孔し、削孔した複数のボーリング孔にウレタン系注入材などの薬液をそれぞれ注入し、薬液の固結によって地山を改良する（図２０参照）。
なお、薬剤の注入による地山改良は、必要に応じて実施されるべき工程であり、省略することができる。

【0045】

薬剤注入による地山改良を実施すると、後胴１１２を構成する２つの胴体１１２ａ、１１２ｂのうちの後側の胴体１１２ｂをアンカー２８２等によって地山に固定し、コンクリート吹付けが完了している坑壁１５０の前側の位置に胴体１１２ｂを保持させ、更に、胴体１１２ａ、１１２ｂを連結させている連結ピン２８３を取り外し、胴体１１２ｂに対して外嵌される胴体１１２ａが後方に向けて移動できるようにする（後退準備工程：図１１のＳ２０、図１４参照）。
そして、グリッパ１３２が坑壁に押し当てられている状態で、スラストジャッキ１４０を収縮させることで、カッタヘッド１２０をカッタヘッド１２０による掘削面から所定距離だけ後退させ（後退工程：図１１のＳ３０、図１５参照）、開閉扉１２３を押し開くための空間をカッタヘッド１２０前方に確保する。
なお、スラストジャッキ１４０をセグメント等により構成される覆工体に直接押し当てることで推進反力を得る場合、スラストジャッキ１４０を収縮させることで、カッタヘッド１２０をカッタヘッド１２０による掘削面から所定距離だけ後退させる。

【0046】

カッタヘッド１２０を後退させる所定距離は、開閉扉１２３を前方に向けて押し開くための空間を確保できる距離であり、開閉扉１２３の大きさ、開閉扉１２３の全開開度、開閉扉１２３の開状態に固定するための構造などの諸条件に応じて異なる適正値に設定する。本実施形態では、一態様として、前記所定距離を1.5ｍ程度とする。
また、スラストジャッキ１４０が収縮した状態にあり、更に収縮できない場合は、グリッパ１３２を坑壁から離間させた後に、スラストジャッキ１４０を伸長させてグリッパ１３２を後方に押し出し、その後、グリッパ１３２を坑壁に再度押し当て、グリッパ１３２によって反力を得ながらスラストジャッキ１４０を収縮させることで、カッタヘッド１２０による掘削面から所定距離だけ後退させる。
なお、スラストジャッキ１４０をセグメント等により構成される覆工体に直接押し当てることで推進反力を得る場合、覆工体への押し当てを解除して離間させた後にスラストジャッキ１４０を伸長して、再度、別の箇所の覆工体にスラストジャッキを押し当ててスラストジャッキを収縮させることで、カッタヘッド１２０による掘削面から所定距離だけカッタヘッド１２０を後退させる。

【0047】

胴体１１２ａ（前胴）と胴体１１２ｂ（後胴）との連結を解除した後は、カッタヘッド１２０と共に胴体１１２ａが一体となって後退する一方、胴体１１２ｂはアンカー２８２によって地山に固定されていて、カッタヘッド１２０によるトンネル掘削を中断したときの位置を保持することになる。なお、胴体１１２ｂを地山に固定しないで、カッタヘッド１２０と胴体１１２ａとを一体として後退させることができる。
また、カッタヘッド１２０を後退させるときに、面板１２７ａが上側になるようにカッタヘッド１２０を回転させ、面板１２７ａ−１２７ｃのうちの中央の面板１２７ａを取り外し、面板１２７ａの取り外しによって開口した開口部から坑壁１５０にコンクリート吹付けを行いながら、カッタヘッド１２０を後退させ（地山改良工程、吹付工程：図１１のＳ３０、図１５参照）、後退に伴う坑壁１５０の崩落を抑制する。

【0048】

カッタヘッド１２０を後退させるときのコンクリート吹付においては、作業者３２０が吹付けノズル３２１を保持し、面板１２７ａの取り外しによって開口した開口部から坑壁１５０に向けてコンクリートを吹き付ける（地山改良工程、吹付工程：図１１のＳ３０、図１５参照）。なお、吹付工程では、コンクリート吹付に代えて、モルタル、セメント系固化材等の吹き付けを行うことができ、トンネル支保工となる。
カッタヘッド１２０を所定位置まで後退させると、エキスカベータ２００による掘削を開始するための準備作業（補助掘削準備工程：図１１のＳ４０、図１２のＳ４１−Ｓ４５参照）を行う。

【0049】

以下では、図１２のフローチャートを参照しつつ、補助掘削準備工程を詳述する。
前記準備作業（補助掘削準備工程）として、まず、カッタヘッド１２０を回転させることで、面板１２７ａの取り付け位置を上側から下側に変更し（回転工程：図１２のＳ４１、図１６参照）、また、エキスカベータ２００の移動に障害となるホッパシュート１７０などの撤去を実施する（撤去工程：図１２のＳ４２、図１６参照）。

【0050】

更に、前記準備作業（補助掘削準備工程）として、カッタヘッド１２０の中央の開口部１２３ａを閉じている開閉扉１２３をＴＢＭ１００の内側から押し開く（開放工程：図１２のＳ４３、図１６参照）。
ここで、開閉扉１２３が後方に向けて引き開けられる構成とすることができるが、開閉扉１２３を切羽側に向けて押し開く構成であれば、エキスカベータ２００による掘削作業を行うときにカッタヘッド１２０手前の胴体内にスペースを広く確保でき、また、開口部１２３ａからエキスカベータ２００の腕体を突き出すことが容易になる。
なお、カッタヘッド１２０に後方に向けて引き開けられる構成の開閉可能な開口部を設けた場合、不良地山に遭遇したときにカッタヘッド１２０を後退させることなく、引き開けた開口部からカッタヘッド１２０前方の地山の状態を目視で確認することができる。

【0051】

開閉扉１２３を押し開く作業は、エキスカベータ２００のクランプボックス２１０の移動と、摺動ジャッキ２２３によるブーム２３０の伸長とを組み合わせて実施することができる。
つまり、バケット２４０と開閉扉１２３の裏側とを連結材で連結し、クランプボックス２１０をレール１３５にクランプさせた状態で、摺動ジャッキ２２３を伸長させることで開閉扉１２３をカッタヘッド１２０前方に向けて押し開き、ラチェット構造を有する固定部材でカッタヘッド１２０と開閉扉１２３とを連結させることで押し開き位置を保持させる。
摺動ジャッキ２２３が伸び切ると、摺動ジャッキ２２３を収縮させると共にクランプボックス２１０の位置をより前方に変更して再度クランプさせ、摺動ジャッキ２２３を伸長させる。係る摺動ジャッキ２２３の伸縮、及び、クランプボックス２１０の位置変更を繰り返して、開閉扉１２３を全開にまで押し開く。

【0052】

更に、前記準備作業（補助掘削準備工程）として、着脱可能に構成された面板１２７ａ−１２７ｃのうち既に取り外されている面板１２７ａを除く２つの面板１２７ｂ、１２７ｃの取り外し作業を行い、ジャッキ（図示省略）を用いて排土コンベア１８０をスクレーパ１２１ｂ１付近にまで押し出す作業を行い（コンベア移設工程：図１２のＳ４５、図１６参照）、また、レール１３５のカッタヘッド１２０側の端部に延長用レール１３８を継ぎ足す作業を行う（レール継足工程：図１２のＳ４６、図１６参照）。

【0053】

準備作業（補助掘削準備工程：図１１のＳ４０、図１２のＳ４１−Ｓ４５参照）が完了すると、エキスカベータ２００のクランプボックス２１０のクランプを解除して前輪２１１を回転駆動し、開閉扉１２３が開いて開口した開口部１２３ａにサポートフレーム２２０及びブーム２３０が挿通され、バケット２４０によってカッタヘッド１２０下部の土砂（ズリ）を排出させる作業を行える位置にまでクランプボックス２１０を前進させる（エキスカベータ前進工程：図１１のＳ５０、図１７参照）。
そして、エキスカベータ２００の腕体の俯仰及び旋回操作、更に、バケット２４０のチルト操作により、バケット２４０によってカッタヘッド１２０下部の土砂（ズリ）を排土コンベア１８０に載せて後方に搬出させる（エキスカベータによるズリ排出工程：図１１のＳ６０、図１７参照）。

【0054】

エキスカベータ２００を用いた土砂の排出を終えると、エキスカベータ２００及び排土コンベア１８０を一端後退させ、バケット２４０による排出作業では取り切れずに残ったカッタヘッド１２０下部の土砂（ズリ）を手作業で取り除く作業を実施し（手作業によるズリ排出工程：図１１のＳ６０、図１８参照）、排土コンベア１８０の先端に取り付けられるスカート部１８１の設置スペースを確保する。つまり、スカート部１８１の設置予定場所に残っている土砂を手作業で取り除き、排土コンベア１８０の先端に対するスカート部１８１の設置が行えるようにする。

【0055】

排土コンベア１８０の先端に取り付けるスカート部１８１は、排土コンベア１８０の搬送面上にカッタヘッド１２０前方下部の土砂を案内するための部材であって、排土コンベア１８０先端の搬送面から下方の坑壁に向けて広がる傾斜面を形成する。
そして、エキスカベータ２００によってトンネル掘進を行うときに、バケット２４０によって掘削された土砂をバケット２４０によってスカート部１８１上に押し上げて排土コンベア１８０の搬送面に載せることができるようにし、バケット２４０を用いた排土作業を容易にする。

【0056】

カッタヘッド１２０前方下部の土砂が取り除かれてスカート部１８１の設置スペースが確保されると、スクレーパ１２１ｂ１を取り外して開口部１２８の全域を開放し（スカート部配設準備工程：図１１のＳ７０、図１９、図２０参照）、次いで、排土コンベア１８０の先端にスカート部１８１を取り付ける（スカート部配設工程：図１１のＳ８０、図１９参照）。
そして、先端にスカート部１８１が取り付けられた排土コンベア１８０を再度押し出すことで、面板１２７ａ−１２７ｃの取り外しによって開放された開口部１２８に排土コンベア１８０の先端を挿通させてカッタヘッド１２０の前方にまで突き出し、スカート部１８１の下端が坑壁１５０に近接するか又は押し当てられるようにする（スカート部配設工程、コンベア移設工程：図１１のＳ８０、図１９参照）。

【0057】

スカート部１８１が取り付けられた排土コンベア１８０をカッタヘッド１２０の前方にまで突き出す作業を終えると、次いで、エキスカベータ２００によるトンネル掘進を行えるように、クランプボックス２１０をトンネル掘削位置まで前進させる（前進工程：図１１のＳ９０、図２１参照）。クランプボックス２１０のトンネル掘削位置は、例えば、クランプボックス２１０の前端がカッタヘッド１２０の開口部１２３ａ付近となる位置である。
つまり、カッタヘッド１２０による全断面掘削が困難な不良地山（軟弱地盤）に遭遇し、カッタヘッド１２０による掘削からエキスカベータ２００による掘削に切り替えるときには、カッタヘッド１２０を後退させてカッタヘッド１２０の開閉扉１２３を切羽側に向けて押し開け、次いで、クランプボックス２１０をメインビーム１３０に沿って前方に移動させることによってエキスカベータ２００のメインビーム１３０に対する支持位置を退避位置からカッタヘッド１２０により近いトンネル掘削位置に移設し、開閉扉１２３が開いて開放された開口部１２３ａからエキスカベータ２００の腕体（サポートフレーム２２０及びブーム２３０）をカッタヘッド１２０の前方に突き出す。
そして、クランプボックス２１０をトンネル掘削位置にクランプすると、バケット２４０によってカッタヘッド１２０前方の地山を掘削し、掘削した土砂をバケット２４０によってスカート部１８１を介して排土コンベア１８０の搬送面に押し上げて後方に排出させる作業を行い（掘削工程：図１１のＳ１００、図２１参照）、摺動ジャッキ２２３を最大に伸長させてバケット２４０が届く範囲の地山を掘削する。
上記のように、カッタヘッド１２０による全断面掘削が困難な不良地山（軟弱地盤）に遭遇したときに、カッタヘッド１２０に設けた開閉扉１２３を開いてエキスカベータ２００の腕体をカッタヘッド１２０の前方に突き出してエキスカベータ２００による補助掘削を行わせるので、カッタヘッド１２０による掘削とエキスカベータ２００による補助掘削とを容易に（短時間に）変更でき、不良地山を効率的に突破できる。

【0058】

ここで、エキスカベータ２００（バケット２４０）による掘削作業においては、カッタヘッド１２０による掘削坑の径と同等に、好ましくは掘削坑の径よりも大径に掘削するようにする（掘削工程：図１１のＳ１００、図２２参照）。これにより、エキスカベータ２００で掘進された坑道内にＴＢＭ１００を推進させるときに、ＴＢＭ１００が途中で坑壁１５０に引っ掛かり推進不能になってしまうことを抑制できる。
摺動ジャッキ２２３を所定の最大長まで伸長させた状態での掘削及び排土が終了し、それ以上の掘進が行えなくなると（図１１のＳ１１０参照）、グリッパ１３２を坑壁に押し当てた状態でスラストジャッキ１４０を伸長させることで、カッタヘッド１２０による掘進からエキスカベータ２００による掘進に移行させるときに後退させた距離だけカッタヘッド１２０をエキスカベータ２００と共に推進させる（推進工程：図１１のＳ１２０、図２３参照）。

【0059】

係るエキスカベータ２００による掘削での初回の推進作業においては、胴体１１２ｂはアンカー２８２によって地山に対する固定位置を保持していて、胴体１１２ｂに外嵌される前側の胴体１１２ａがカッタヘッド１２０と共に前進し、胴体１１２ａ、１１２ｂは後退前の相対位置関係に戻ることになる。
胴体１１２ａ、１１２ｂの相対位置関係が後退前の状態に戻ると、胴体１１２ａ、１１２ｂを連結させる連結ピン２８３の取り付けを行い（図２３参照）、胴体１１２ａ、１１２ｂが一体的に移動できるようにし、更に、胴体１１２ｂを地山に固定していたアンカー２８２を取り外し、胴体１１２ａ、１１２ｂを一体に前進させることができるようにする。

【0060】

その後、バケット２４０による掘削を再開させ、摺動ジャッキ２２３を所定の最大長まで伸長させての掘削を終えると、グリッパ装置１３３の盛替え及びスラストジャッキ１４０の伸長によってＴＢＭ１００を推進させる。
このように、不良地山を突破するための工程として、バケット２４０による掘削（掘削工程）とＴＢＭ１００の推進（推進工程）とを含み、バケット２４０による掘削工程とＴＢＭ１００の推進工程とを繰り返すことでトンネルの掘進を行う。

【0061】

つまり、エキスカベータ２００による補助掘削工程では、カッタヘッド１２０前方にバケット２４０を突き出して地山を掘削し、旋回ジャッキ２２１、俯仰ジャッキ２２２及び摺動ジャッキ２２３の操作によってバケット２４０が届く範囲の掘削（掘削工程）が完了すると、スラストジャッキ１４０を伸長させてカッタヘッド１２０、エキスカベータ２００及びメインビーム１３０を一体に前方に推進させ（推進工程）、再度バケット２４０による掘削（掘削工程）を行わせ、バケット２４０による掘削工程とＴＢＭ１００の推進工程とを繰り返してトンネルを掘進する。
なお、エキスカベータ２００による補助掘削工程での推進工程においてスラストジャッキ１４０が伸び切ると、グリッパ１３２の坑壁に対する押し当て位置を切羽により近い側に移設するグリッパ盛替えを行い、エキスカベータ２００の支持位置、換言すれば、ＴＢＭ１００を更に前方に推進させることができるようにする。このように、補助掘削工程での推進工程は、スラストジャッキ１４０の伸長、収縮とグリッパ盛替えとを繰り返す構成であり、カッタヘッド１２０による標準掘削工程での推進工程と同様にして実施される。
スラストジャッキ１４０をセグメント等により構成される覆工体に直接押し当てて推進反力を得る場合は、スラストジャッキ１４０の伸長、収縮と、スラストジャッキ１４０を押し当てる覆工体の箇所（位置）の盛替えとを繰り返すことで、ＴＢＭ１００を前方に推進させることができる。

【0062】

メインビーム１３０に一体的に設けたレール１３５上にクランプボックス２１０が固定される状態で、スラストジャッキ１４０を伸縮させると、エキスカベータ２００は、グリッパ１３２が押し当てられる坑壁を基準位置として、メインビーム１３０（カッタヘッド１２０）と一体に前後方向に移動する。また、摺動ジャッキ２２３を伸縮させると、クランプボックス２１０が固定されるレール１３５上の位置を基準に、バケット２４０が前後方向に移動する。つまり、レール１３５上にクランプボックス２１０が固定される状態で、バケット２４０は、摺動ジャッキ２２３及びスラストジャッキ１４０の伸縮に応じて前後方向に移動可能であり、換言すれば、バケット２４０は、摺動ジャッキ２２３及びスラストジャッキ１４０の伸縮に応じて地山に対して進退可能である。

【0063】

なお、不良地山をバケット２４０で掘削するときに、ＴＢＭ１００のカッタヘッド１２０の一部（開口部１２８）は開口しているが、残りの部分はカッタヘッド１２０に覆われているので、不良地山に崩落が発生するような場合でも、ＴＢＭ１００の内部の安全を確保できる。また、不良地山が長い区間ある場合でも、掘削工程と推進工程を繰り返すことで、連続してトンネルの掘削ができるので、工程を短縮することができる。
そして、不良地山を突破するまでは、バケット２４０による掘削工程とＴＢＭ１００の推進工程とを繰り返し（図１１のＳ１３０→Ｓ９０）、不良地山を突破した後は、エキスカベータ２００及び排土コンベア１８０を後退させ、また、面板１２７ａ−１２７ｃをカッタヘッド１２０に取り付け、更に開閉扉１２３を閉じて、ＴＢＭ１００の構成をエキスカベータ２００による掘削作業状態（補助掘削工程）からカッタヘッド１２０による掘削作業状態に戻し、カッタヘッド１２０による掘削（標準掘削工程）を再開させる（図９のＳ５→Ｓ６、図１１のＳ１３０→終了）。
なお、バケット２４０による掘削工程とＴＢＭ１００の推進工程とを繰り返すときに、掘削工程と推進工程との間で地山改良工程などの別の工程を実施することができる。

【0064】

エキスカベータ２００による掘進途中（掘削工程：図１１のＳ１００）で、掘削面にコンクリートを吹き付けて地山改良を行う必要があるときには、エキスカベータ２００を用いてコンクリートの吹付け（吹付工程）を行わせることができる。
このように、エキスカベータ２００による掘削途中で、又はカッタヘッド１２０の前方で、コンクリート吹付等の支保作業を行うことが可能であり、係る支保作業により不良地山の更なる崩壊等を防止することができる。
図２４は、エキスカベータ２００を用いたコンクリート吹付けを実施するための構成の一態様を示す。

【0065】

図２４に示す吹付け機２９２は、吹付けノズル２９０及び吹付角度変更機構２９１で構成され、吹付けノズル２９０は吹付角度変更機構２９１を介してバケット２４０に取り付けられる（吹付けノズル取付工程）。そして、この吹付角度変更機構２９１による吹付けノズル２９０の向きの変更と、サポートフレーム２２０の俯仰動作及び旋回動作とを組み合わせることで、コンクリートの吹付けを必要とする全域に吹付け（吹付工程）が行えるよう構成される。
吹付角度変更機構２９１は、回転軸２９１ａ、回転軸２９１ａに直交する揺動軸ＰＳ回りに揺動可能に回転軸２９１ａ先端に支持されるホルダ部材２９１ｂ、回転軸２９１ａを回転可能に支持する本体部２９１ｃ、などを含んで構成される。

【0066】

そして、本体部２９１ｃは回転軸２９１ａの軸線がサポートフレーム２２０の軸線に対して略平行になるようにバケット２４０に取り付けられ、吹付けノズル２９０はホルダ部材２９１ｂに対し吹付けノズル２９０の軸線が揺動平面と平行でかつ揺動軸に近い側から遠い側に向かう径方向が吹付け方向になるように取り付けられる。
ホルダ部材２９１ｂの揺動角度は、例えば、回転軸２９１ａの軸線方向と吹付けノズル２９０の軸線とが略平行になる角度位置と、回転軸２９１ａの軸線方向と吹付けノズル２９０の軸線とが略直交する角度位置との間の角度に設定されている。但し、ホルダ部材２９１ｂの揺動角度は、上記設定に限定されるものではなく、任意に設定できる。

【0067】

ここで、ホルダ部材２９１ｂの揺動、回転軸２９１ａの回転、更に、サポートフレーム２２０の俯仰動作及び旋回動作を組み合わせて実行して、掘削面に対するコンクリートの吹付けを行わせることができる。
なお、図２４に示した構造において、吹付けノズル２９０は、吹付角度変更機構２９１を介してバケット２４０に取り付けられるが、吹付けノズル２９０を直接バケット２４０に取り付ける構成とすることができる。吹付けノズル２９０を直接バケット２４０に取り付ける場合は、例えばバケット２４０の回転機構を設けることで、当該回転機構を含むバケット２４０を変位させる機構が吹付角度変更機構として機能する。

【0068】

以上、好ましい実施形態を参照して本発明の内容を具体的に説明したが、本発明の基本的技術思想及び教示に基づいて、当業者であれば種々の変形態様を採り得ることは自明である。
ブーム２３０の先端に取り付ける作業装置はバケット２４０に限定されず、油圧ブレーカなどの打撃装置を用いることができる。

【0069】

また、エキスカベータ２００の腕体を挿通させるカッタヘッド１２０の開口部１２３ａが、面板の取り外しによって開放される構成とすることができ、また、面板１２７ａ−１２７ｃを開閉可能な扉に形成することができ、更に、１つの開閉扉（又は面板）によってサポートフレーム２２０を切羽側に突き出すための開口部及び排土コンベア１８０を切羽側に突き出すための開口部が開放される構成とすることができる。

【0070】

また、ＴＢＭ１００は、開閉扉１２３を開閉動作させるための専用のジャッキを備えることができる。
また、ＴＢＭ１００の腕体を切羽側に突き出すための開口部と、排土コンベア１８０を切羽側に突き出すための開口部とが桟部で仕切られた相互に独立した開口部とすることができる。

【0071】

また、胴体１１０の後方に配置されるグリッパ装置（リアグリッパ）１３０と共に、胴体１１０の前方側にもグリッパ装置（フロントグリッパ）を備えることができる。
また、エキスカベータ２００による掘削を行わせるときに、カッタヘッド１２０による掘削時に用いられる排土コンベア１８０の切羽側端部にコンベアユニットを継ぎ足し、継ぎ足したコンベアユニットがカッタヘッド１２０から切羽側に突き出るよう構成することができる。

【0072】

また、開閉扉１２３を開いて開放される開口部１２３ａの隅部などに切羽側を撮影するカメラを設置し、当該カメラによって撮像された映像を液晶画面などに表示してエキスカベータ２００の運転者に提供することができ、また、カメラとしてステレオカメラを設定して施工現場を３次元データ化することもできる。
また、上記実施形態では、エキスカベータ２００による掘削を行わせるときに、レール１３５のカッタヘッド１２０側の端部に延長用レール１３８を継ぎ足すが、延長用レール１３８を継ぎ足す代わりに、胴体１１０内でレール１３５を切羽側（カッタヘッド１２０側）に移動させる構成とすることができる。
なお、出願当初の請求項は以下の通りであった。
〔請求項１〕
胴体の前部にカッタヘッドが駆動回転可能に装着され、坑壁又は覆工体から推進するための反力を得るトンネル掘削機によってトンネルを掘削する方法であって、
腕体の先端の作業装置によって掘削する補助掘削機を前記胴体内に設置すると共に、前記カッタヘッドに開閉可能な開口部を設け、
開放させた前記開口部から前記腕体を前方に突き出し前記作業装置によって地山を掘削してトンネルを掘進する補助掘削工程を含む、トンネル掘削方法。
〔請求項２〕
前記補助掘削工程は、
前記作業装置によって地山を掘削する掘削工程と、
前記トンネル掘削機を推進させる推進工程と、
を含む、請求項１記載のトンネル掘削方法。
〔請求項３〕
前記腕体が突き出される前記開口部は、前記カッタヘッドの前方に向けて押し開けられる開閉扉によって開閉可能に構成され、
前記補助掘削工程は、前記開閉扉を前記カッタヘッドの前方に向けて押し開ける開放工程を含む、請求項１又は請求項２記載のトンネル掘削方法。
〔請求項４〕
前記補助掘削工程は、前記トンネル掘削機を後退させる後退工程を更に含み、
前記開放工程は、前記トンネル掘削機を後退させた後に前記開閉扉を前記カッタヘッドの前方に向けて押し開ける、請求項３記載のトンネル掘削方法。
〔請求項５〕
前記トンネル掘削機は排土コンベアを備え、
前記補助掘削工程は、開放された前記開口部に前記排土コンベアの先端を挿通させて前記カッタヘッドの前方下部に突き出すコンベア移設工程を含む、請求項１から請求項４のいずれか１つに記載のトンネル掘削方法。
〔請求項６〕
前記コンベア移設工程は、前記カッタヘッドの前方に突出する前記排土コンベアの搬送面上に前記カッタヘッドの前方下部の土砂を案内するスカート部を配設するスカート部配設工程を含む、請求項５記載のトンネル掘削方法。
〔請求項７〕
前記補助掘削工程は、
前記補助掘削機の作業装置に吹付けノズルを取り付ける吹付けノズル取付工程と、
開放させた前記開口部から前記腕体を前方に突き出し前記吹付けノズルから掘削面にコンクリート又はモルタルを吹き付ける吹付工程と、
を含む、請求項１から請求項６のいずれか１つに記載のトンネル掘削方法。
〔請求項８〕
胴体の前部にカッタヘッドが駆動回転可能に装着され、坑壁又は覆工体から推進するための反力を得るトンネル掘削機であって、
腕体の先端の作業装置によって掘削する補助掘削機を前記胴体内に配置すると共に、前記カッタヘッドに開閉可能な開口部を設け、
開放させた前記開口部から前記腕体を前方に突き出し前記作業装置によって地山を掘削してトンネル掘進を行えるよう構成した、トンネル掘削機。

【符号の説明】

【0073】

１００…ＴＢＭ（トンネルボーリングマシン、トンネル掘削機）、１１０…胴体、１２０…カッタヘッド、１２２…カッタヘッド駆動モータ、１２３…開閉扉、１２３ａ…開口部、１２８…開口部、１３０…メインビーム、１３２…グリッパ、１３３…グリッパ装置、１３５…レール、１４０…スラストジャッキ、１８０…排土コンベア、１８１…スカート部、２００…エキスカベータ（補助掘削機）、２１０…クランプボックス、２２０…サポートフレーム（腕体）、２３０…ブーム（腕体）、２４０…バケット（作業装置）、２９２…吹付け機

【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13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】