特許 7104736 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】

(24)【登録日】2022-07-12

(45)【発行日】2022-07-21

(54)【発明の名称】トンネル掘削機

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/12 20060101AFI20220713BHJP

【ＦＩ】

E21D9/12 K

【請求項の数】 13

(21)【出願番号】P 2020029747

(22)【出願日】2020-02-25

(65)【公開番号】P2021134506

(43)【公開日】2021-09-13

【審査請求日】2021-10-22

(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

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】杉山 雅彦

(72)【発明者】

【氏名】細川 直史

(72)【発明者】

【氏名】田中 淳一

(72)【発明者】

【氏名】西渕 雅之

(72)【発明者】

【氏名】新木 健司

(72)【発明者】

【氏名】戎 昭彦

(72)【発明者】

【氏名】石原 慎也

【審査官】彦田 克文

(56)【参考文献】

【文献】特許第４４９５１１４（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】特開２０１９－１７３３６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－２０９６４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１４１５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５８－１１１２９２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】特開２００２－８１２９３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ９／１２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

筒状の掘削機本体と、
前記掘削機本体の前端において回転可能に設けられるカッタヘッドと、
前記掘削機本体の内部において前記カッタヘッドの後方に設けられる隔壁と、
前記カッタヘッドおよび前記隔壁により画成され、前記カッタヘッドにより掘削された土砂を蓄えるチャンバと、
前記隔壁に形成された排出口に連結される筒体と、前記筒体内に回転可能に設けられるスクリュー羽根とを有し、前記チャンバ内に蓄えられた掘削土砂を前記掘削機本体の後方に向けて運搬するスクリューコンベヤと、
前記スクリューコンベヤの前記筒体の先端部内に形成され、前記掘削土砂に含まれる破砕対象物を収容可能な破砕スペースと、
前記筒体内の前記破砕スペースに対して進退可能に設けられる押圧部を有し、前記チャンバ内から前記排出口を通じて前記破砕スペースに移動した前記破砕対象物を、前記押圧部により押圧する少なくとも１つの押圧装置と、
を備える、トンネル掘削機。

【請求項2】

前記押圧装置は、
前記破砕スペースの一側に配置される第１押圧装置と、
前記破砕スペースの他側に配置される第２押圧装置と、
を含み、
前記第１および第２押圧装置は、前記破砕スペースにおいて前記破砕対象物を両側から挟んで押圧する、請求項１に記載のトンネル掘削機。

【請求項3】

前記スクリューコンベヤの前記筒体には、前記押圧装置の前記押圧部を前記筒体の外部から内部に挿入するための少なくとも１つの第１挿入口が設けられており、
前記スクリューコンベヤにより前記掘削土砂を運搬するときには、前記押圧装置の前記押圧部は前記筒体の外部に退避し、
前記破砕対象物を破砕するときには、前記押圧装置の前記押圧部は前記第１挿入口を通じて前記筒体の内部の前記破砕スペースに進入して、前記破砕対象物を押圧する、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。

【請求項4】

前記スクリューコンベヤは、前記第１挿入口を開閉する第１開閉装置をさらに有し、
前記スクリューコンベヤにより前記掘削土砂を運搬するときには、前記押圧装置の前記押圧部が前記筒体の外部に退避した状態で、前記第１開閉装置により前記第１挿入口が閉められ、
前記破砕対象物を破砕するときには、前記第１開閉装置により前記第１挿入口が開けられる、請求項３に記載のトンネル掘削機。

【請求項5】

前記スクリューコンベヤの前記筒体内の前記破砕スペースに対して、前記押圧装置の前記押圧部の進退方向である第１方向とは異なる第２方向に進退可能に設けられるロッドを有する削岩装置をさらに備える、請求項１～４のいずれか１項に記載のトンネル掘削機。

【請求項6】

前記押圧装置は、
前記破砕スペースの一側に配置される第１押圧装置と、
前記破砕スペースの他側に配置される第２押圧装置と、
を含み、
前記第１および第２押圧装置は、前記破砕スペースにおいて前記破砕対象物を両側から挟んで押圧可能であり、
前記削岩装置は、前記破砕スペースにおいて前記第１および第２押圧装置により両側から挟持された状態の前記破砕対象物に対して、前記ロッドの先端を当接可能である、請求項５に記載のトンネル掘削機。

【請求項7】

前記スクリューコンベヤの前記筒体には、前記削岩装置の前記ロッドを前記筒体の外部から内部に挿入するための第２挿入口が設けられており、
前記スクリューコンベヤにより前記掘削土砂を運搬するときには、前記削岩装置の前記ロッドは前記筒体の外部に退避し、
前記破砕対象物を破砕するときには、前記削岩装置の前記ロッドは前記第２挿入口を通じて前記筒体の内部の前記破砕スペースに進入して、前記破砕対象物に当接する、請求項５または６に記載のトンネル掘削機。

【請求項8】

前記スクリューコンベヤは、前記第２挿入口を開閉する第２開閉装置をさらに有し、
前記スクリューコンベヤにより前記掘削土砂を運搬するときには、前記削岩装置の前記ロッドが前記筒体の外部に退避した状態で、前記第２開閉装置により前記第２挿入口が閉められ、
前記破砕対象物を破砕するときには、前記第２開閉装置により前記第２挿入口が開けられる、請求項７に記載のトンネル掘削機。

【請求項9】

前記スクリューコンベヤは、前記筒体内で前記スクリュー羽根を軸方向にスライドさせるスライド機構をさらに有し、
前記破砕対象物を破砕するときには、前記スライド機構により前記スクリュー羽根を軸方向後方に後退させることによって、前記筒体の先端部内に前記破砕スペースが形成される、請求項１～８のいずれか１項に記載のトンネル掘削機。

【請求項10】

前記スクリューコンベヤにより前記掘削土砂を運搬するときには、前記スライド機構により前記スクリュー羽根を軸方向前方に前進させた状態で、前記スクリュー羽根を回転させる、請求項９に記載のトンネル掘削機。

【請求項11】

前記排出口を開閉するゲート装置を備え、
前記破砕対象物を破砕するときには、前記ゲート装置により前記排出口を閉める、請求項１～１０のいずれか１項に記載のトンネル掘削機。

【請求項12】

前記押圧装置の前記押圧部の前面には複数の突起部が設けられる、請求項１～１１のいずれか１項に記載のトンネル掘削機。

【請求項13】

前記押圧装置は、前記押圧部の進退方向のストロークを検出する検出装置を備える、請求項１～１２のいずれか１項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、掘削土砂に含まれる巨礫、粘土塊、流木等の異物を破砕して運搬および排出可能なトンネル掘削機に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的なトンネル掘削機は、カッタヘッドを回転させ、そのカッタヘッドの前面に装着された複数のカッタが前方の地盤に切羽を形成することにより、トンネルを掘削する。トンネルの掘削により生じる掘削土砂は、カッタヘッド背面側にあるチャンバ内に一度蓄えられた後、トンネル掘削機内に設けられたスクリューコンベヤ（排土装置）によって、トンネル延伸方向後方に向けて運搬および排出される。

【0003】

掘削対象の土砂中に大きな礫、粘土塊、流木等の異物を含む地盤を掘削する場合、掘削土砂の中に当該異物が含まれることになる。スクリューコンベヤは、そのサイズにより運搬できる礫等のサイズに限界があり、運搬許容サイズを超過する礫等を運搬できない。当該運搬許容サイズを大きくするためには、スクリューコンベヤの径を大きく設計する必要がある。

【0004】

ところが、トンネル掘削機内における配置スペースの制約により、スクリューコンベヤの径の大きさが制限されるため、大径のスクリューコンベヤの設置が困難な場合がある。そのため、例えば特許文献１には、チャンバ内において削岩機で巨礫を破砕してから、スクリューコンベヤで運搬および排出するトンネル掘削機が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第４４９５１１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、上記特許文献１に記載の従来のトンネル掘削機は、チャンバ内でカッタヘッドと隔壁（バルクヘッド）との間に巨礫を挟み込んだ状態で破砕する構造である。かかる構造であると、チャンバ内で巨礫を所定位置にうまく固定することができないので、削岩機によって巨礫を破砕することが困難であるという問題があった。

【0007】

また、上記従来のトンネル掘削機では、掘削土砂を蓄えるチャンバや、回転機構であるカッタヘッドに対して、巨礫破砕用の追加設備を設置する必要がある。このため、通常掘削時に、チャンバ内における掘削土砂の流れが阻害されてしまうという問題や、カッタヘッド周辺の装置構成が複雑になってしまうという問題もあった。

【0008】

そこで、本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、巨礫等の異物をチャンバ以外の所定位置に確実に固定して破砕可能にし、当該異物を含む地盤を円滑に掘削可能にすることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、
筒状の掘削機本体と、
前記掘削機本体の前端において回転可能に設けられるカッタヘッドと、
前記掘削機本体の内部において前記カッタヘッドの後方に設けられる隔壁と、
前記カッタヘッドおよび前記隔壁により画成され、前記カッタヘッドにより掘削された土砂を蓄えるチャンバと、
前記隔壁に形成された排出口に連結される筒体と、前記筒体内に回転可能に設けられるスクリュー羽根とを有し、前記チャンバ内に蓄えられた掘削土砂を前記掘削機本体の後方に向けて運搬するスクリューコンベヤと、
前記スクリューコンベヤの前記筒体の先端部内に形成され、前記掘削土砂に含まれる破砕対象物を収容可能な破砕スペースと、
前記筒体内の前記破砕スペースに対して進退可能に設けられる押圧部を有し、前記チャンバ内から前記排出口を通じて前記破砕スペースに移動した前記破砕対象物を、前記押圧部により押圧する少なくとも１つの押圧装置と、
を備える、トンネル掘削機が提供される。

【0010】

前記押圧装置は、
前記破砕スペースの一側に配置される第１押圧装置と、
前記破砕スペースの他側に配置される第２押圧装置と、
を含み、
前記第１および第２押圧装置は、前記破砕スペースにおいて前記破砕対象物を両側から挟んで押圧するようにしてもよい。

【0011】

前記スクリューコンベヤの前記筒体には、前記押圧装置の前記押圧部を前記筒体の外部から内部に挿入するための少なくとも１つの第１挿入口が設けられており、
前記スクリューコンベヤにより前記掘削土砂を運搬するときには、前記押圧装置の前記押圧部は前記筒体の外部に退避し、
前記破砕対象物を破砕するときには、前記押圧装置の前記押圧部は前記第１挿入口を通じて前記筒体の内部の前記破砕スペースに進入して、前記破砕対象物を押圧するようにしてもよい。

【0012】

前記スクリューコンベヤは、前記第１挿入口を開閉する第１開閉装置をさらに有し、
前記スクリューコンベヤにより前記掘削土砂を運搬するときには、前記押圧装置の前記押圧部が前記筒体の外部に退避した状態で、前記第１開閉装置により前記第１挿入口が閉められ、
前記破砕対象物を破砕するときには、前記第１開閉装置により前記第１挿入口が開けられるようにしてもよい。

【0013】

前記スクリューコンベヤの前記筒体内の前記破砕スペースに対して、前記押圧装置の前記押圧部の進退方向である第１方向とは異なる第２方向に進退可能に設けられるロッドを有する削岩装置をさらに備えるようにしてもよい。

【0014】

前記押圧装置は、
前記破砕スペースの一側に配置される第１押圧装置と、
前記破砕スペースの他側に配置される第２押圧装置と、
を含み、
前記第１および第２押圧装置は、前記破砕スペースにおいて前記破砕対象物を両側から挟んで押圧可能であり、
前記削岩装置は、前記破砕スペースにおいて前記第１および第２押圧装置により両側から挟持された状態の前記破砕対象物に対して、前記ロッドの先端を当接可能であるようにしてもよい。

【0015】

前記スクリューコンベヤの前記筒体には、前記削岩装置の前記ロッドを前記筒体の外部から内部に挿入するための第２挿入口が設けられており、
前記スクリューコンベヤにより前記掘削土砂を運搬するときには、前記削岩装置の前記ロッドは前記筒体の外部に退避し、
前記破砕対象物を破砕するときには、前記削岩装置の前記ロッドは前記第２挿入口を通じて前記筒体の内部の前記破砕スペースに進入して、前記破砕対象物に当接するようにしてもよい。

【0016】

前記スクリューコンベヤは、前記第２挿入口を開閉する第２開閉装置をさらに有し、
前記スクリューコンベヤにより前記掘削土砂を運搬するときには、前記削岩装置の前記ロッドが前記筒体の外部に退避した状態で、前記第２開閉装置により前記第２挿入口が閉められ、
前記破砕対象物を破砕するときには、前記第２開閉装置により前記第２挿入口が開けられるようにしてもよい。

【0017】

前記スクリューコンベヤは、前記筒体内で前記スクリュー羽根を軸方向にスライドさせるスライド機構をさらに有し、
前記破砕対象物を破砕するときには、前記スライド機構により前記スクリュー羽根を軸方向後方に後退させることによって、前記筒体の先端部内に前記破砕スペースが形成されるようにしてもよい。

【0018】

前記スクリューコンベヤにより前記掘削土砂を運搬するときには、前記スライド機構により前記スクリュー羽根を軸方向前方に前進させた状態で、前記スクリュー羽根を回転させるようにしてもよい。

【0019】

前記排出口を開閉するゲート装置を備え、
前記破砕対象物を破砕するときには、前記ゲート装置により前記排出口を閉めるようにしてもよい。

【0020】

前記押圧装置の前記押圧部の前面には複数の突起部が設けられるようにしてもよい。

【0021】

前記押圧装置は、前記押圧部の進退方向のストロークを検出する検出装置を備えるようにしてもよい。

【発明の効果】

【0022】

本発明によれば、巨礫等の異物をチャンバ以外の所定位置に確実に固定して破砕可能にし、当該異物を含む地盤を円滑に掘削可能にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の実施例に係るトンネル掘削機を説明する概略断面図である。

【図2】同実施形態に係るスライド機構によりスクリュー羽根を前進させた状態を示す断面図である

【図3】同実施形態に係るスライド機構によりスクリュー羽根を後退させた状態を示す断面図である

【図4】同実施形態に係るスクリューコンベヤの先端部周辺を示す拡大断面図である。

【図5】図４のＡ－Ａ矢視図である。

【図6】図４のＢ－Ｂ断面図である。

【図7】図４のＣ－Ｃ断面図である。

【図8】同実施形態に係るスクリューコンベヤにより掘削土砂を運搬する動作を示す模式図である。

【図9】同実施形態に係る押圧装置により巨礫を破砕する動作を示す模式図である。

【図10】同実施形態に係る押圧装置を示す模式図である。

【図11】同実施形態に係る押圧装置の押圧部に形成された複数の突起部の一例を示す斜視図である。

【図12】同実施形態に係る押圧装置の押圧部に形成された複数の突起部の別の例を示す斜視図である。

【図13】同実施形態に係る削岩装置が退避した状態で、掘削土砂を運搬する動作を示す模式図である。

【図14】同実施形態に係る削岩装置が前進した状態で、削岩装置により巨礫を破砕する動作を示す模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0025】

<１．トンネル掘削機の全体構成>
本発明の一実施形態に係るトンネル掘削機は、例えば、破砕対象物を含む土砂層からなる地盤を掘削可能な土圧式（泥土圧式を含む。）のシールド掘削機である。ここで、破砕対象物は、トンネル掘削機による掘削途中に、掘削機本体内で破砕する対象となる異物である。当該異物は、例えば、掘削土砂に含まれる礫、粘土塊、流木等を含む。掘削対象の土砂層中に、大きなサイズの異物が含まれている場合、スクリューコンベヤ（排土装置）により当該異物を運搬および排出することが困難となる。

【0026】

このため、掘削土砂に含まれる異物（破砕対象物）を、スクリューコンベヤで運搬可能な小さいサイズに破砕した上で、掘削土砂とともに運搬、排出可能にすることが好ましい。そこで、本実施形態に係るトンネル掘削機は、異物（破砕対象物）を掘削機本体内の所定位置に確実に固定して破砕する機構を備えることを特徴としている。

【0027】

なお、以下の説明では、破砕対象物として主に巨礫の例を挙げて説明する。巨礫は、掘削土砂に含まれる礫のうち、トンネル掘削機が備えるスクリューコンベヤにより運搬することが不可能または困難な大きさを有する礫を意味する。

【0028】

まず、図１を参照して、本実施形態に係るトンネル掘削機１の概略構成について説明する。図１は、本実施形態に係るトンネル掘削機１を示す概略断面図である。なお、以下の説明において、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、[下]という表現は、トンネル延伸方向におけるトンネル掘削機１の進行方向を基準とした「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、[下]の方向を示すものとする。

【0029】

図１に示すように、本実施形態に係るトンネル掘削機１は、円筒状の掘削機本体１０と、円盤状のカッタヘッド１１と、カッタヘッド１１の後方に配置される隔壁１２と、カッタ回転軸１３とを備える。

【0030】

カッタヘッド１１は、掘削機本体１０の前端に設けられる略円盤状の回転体である。カッタヘッド１１の中心部には、カッタ回転軸１３の前端が嵌入されており、カッタヘッド１１は、カッタ回転軸１３を中心に回転可能に軸支されている。

【0031】

カッタヘッド１１は、外周リング１１ａと、内周リング１１ｂと、カッタスポーク１１ｃと、フィッシュテールカッタ１１ｄと、カッタビット１１ｅなどを有する。このうち、外周リング１１ａは、カッタヘッド１１の外周部を形成しており、内周リング１１ｂは、外周リング１１ａよりもカッタ径方向内側に配置されている。また、複数のカッタスポーク１１ｃは、カッタヘッド１１の前面において、カッタ回転軸１３を中心として放射状に配置されている。カッタヘッド１１の前面の中心部には、フィッシュテールカッタ１１ｄが着脱可能に装着されている。さらに、カッタスポーク１１ｃの前面には、多数のカッタビット１１ｅが着脱可能に装着されている。

【0032】

そして、カッタヘッド１１には、上記外周リング１１ａ、内周リング１１ｂおよびカッタスポーク１１ｃの相互の間に、複数の開口部が形成されている。当該開口部は、カッタヘッド１１によって地盤（切羽）を掘削した際に発生する掘削土砂を、掘削機本体１０内（後述するチャンバ１７内）に取り込むための掘削土砂取込口として機能する。

【0033】

掘削機本体１０におけるカッタヘッド１１よりも後方には、隔壁１２が配置されている。隔壁１２は、トンネル延伸方向に対して垂直に配置される円板状の壁体であり、隔壁１２の外周縁は掘削機本体１０の内周面１０ａに取り付けられる。カッタヘッド１１と隔壁１２は、トンネル延伸方向に所定間隔を空けて配置される。隔壁１２の後方側には、トンネル掘削機１の各種設備が配置されており、隔壁１２は、切羽で生じる掘削土砂から当該設備を隔離する。隔壁１２の下部には、掘削土砂を排出するための開口部である排出口１２ａが形成されている。

【0034】

隔壁１２の中心部には、カッタ回転軸１３が回転可能に支持されている。さらに、隔壁１２には、リング状の回転リング１４が、カッタ回転軸１３を中心として回転可能に支持されている。回転リング１４の前部には、複数の連結ビーム１５が周方向に所定の間隔で設けられている。複数の連結ビーム１５は、カッタヘッド１１と回転リング１４を連結する。連結ビーム１５の前端は、カッタヘッド１１の内周リング１１ｂとカッタスポーク１１ｃとの接続部に連結されている。一方、回転リング１４の後部には、外歯式のリングギヤ１４ａが設けられている。さらに、隔壁１２の後方にはカッタ旋回用モータ１６が設けられている。このカッタ旋回用モータ１６の駆動ギヤ１６ａは、回転リング１４のリングギヤ１４ａと噛み合っている。

【0035】

カッタ旋回用モータ１６を駆動させることにより、その駆動ギヤ１６ａの回転がリングギヤ１４ａから回転リング１４および連結ビーム１５に伝達される。これにより、カッタヘッド１１を、カッタ回転軸１３を中心として回転させることができる。この結果、回転するカッタヘッド１１の前面を地盤（切羽）に押し付けて、地盤を掘削することができる。

【0036】

カッタヘッド１１と隔壁１２との間には、チャンバ１７が画成されている。チャンバ１７は、カッタヘッド１１の後面と、隔壁１２の前面と、掘削機本体１０の内周面１０ａとにより区画された、略円柱状の空間である。カッタヘッド１１による地盤掘削に伴って発生する掘削土砂は、カッタヘッド１１に貫通形成された上記開口部（掘削土砂取込口）を通じて、チャンバ１７内に取り込まれる。チャンバ１７は、掘削土砂を一時的に蓄えるための空間（室）として機能する。チャンバ１７内に取り込まれた掘削土砂は、隔壁１２の下部にある排出口１２ａを通じて、チャンバ１７から後述のスクリューコンベヤ２０内に排出される。

【0037】

また、掘削機本体１０の隔壁１２よりも後方側には、ビーム１８が設けられる。ビーム１８の両端は、掘削機本体１０の内周面１０ａに取り付けられる。ビーム１８の後面には、エレクタ装置（図示せず。）が設けられる。エレクタ装置は、掘削機本体１０の軸方向、径方向および周方向（すなわち、トンネル延伸方向、径方向および周方向）に移動可能に設けられる。かかるエレクタ装置は、覆工部材であるセグメントＳを把持可能であり、把持したセグメントＳをトンネルＴの内壁面（坑壁）に沿って組み立てる。

【0038】

セグメントＳは、掘削されたトンネルＴの内壁面に沿った湾曲形状を有する環片である。上記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立てることができる。これにより、トンネルＴの内壁面が複数のセグメントＳにより覆工され、内壁面の崩落を防止できる。

【0039】

さらに、掘削機本体１０内には、複数の推進ジャッキ１９が、内周面１０ａに沿って、トンネル延伸方向に延びるよう設けられる。複数の推進ジャッキ１９は、内周面１０ａの周方向に所定の間隔で並設される。これらの推進ジャッキ１９は、トンネル延伸方向に伸縮可能な駆動ロッド１９ａを有している。この駆動ロッド１９ａの先端は、既設のセグメントＳの前端面と対向している。

【0040】

かかる推進ジャッキ１９の駆動ロッド１９ａを、後方に向けて伸長し、セグメントＳを押圧することにより、掘削機本体１０に推進反力を付与することができる。すなわち、推進ジャッキ１９がセグメントＳを押圧したときに発生する推進反力によって、掘削機本体１０は前進可能である。

【0041】

また、掘削機本体１０内における隔壁１２の後方側には、スクリューコンベヤ２０が設けられる。スクリューコンベヤ２０は、掘削機本体１０内において、後方側に向かうにつれて上方に位置するように、傾斜して配置される。スクリューコンベヤ２０の前端の開口部（後述する土砂取込口２２ａ）は、上記隔壁１２の排出口１２ａに接続されている。これにより、スクリューコンベヤ２０の内部空間は、隔壁１２の排出口１２ａおよび土砂取込口２２ａを通じてチャンバ１７と連通する。スクリューコンベヤ２０を駆動させることで、チャンバ１７内に蓄えられた掘削土砂をスクリューコンベヤ２０内に取り込んで、掘削機本体１０の後方に向けて運搬、排出することができる。

【0042】

<２．スクリューコンベヤの構成>
次に、図１を参照して、本実施形態に係るスクリューコンベヤ２０およびその周辺構成について詳述する。

【0043】

図１に示すように、スクリューコンベヤ２０は、スクリュー羽根２１と、筒体２２（前方筒体２３および後方筒体２４）と、駆動部２５と、スライド機構２６とを備える。

【0044】

スクリュー羽根２１は、螺旋状の羽根を備えたスクリュー状の回転体であり、筒体２２内に回転可能に設けられる。スクリュー羽根２１の先端２１ａは自由端であり、スクリュー羽根２１の後端は駆動部２５に連結されている。駆動部２５は、筒体２２の後端に固定されている。当該駆動部２５により、スクリュー羽根２１が筒体２２内で回転可能に支持される。

【0045】

スクリュー羽根２１は、例えば、図１に示すようなリボンタイプのスクリュー羽根であってもよいし、または、軸付タイプのスクリュー羽根（図示せず。）であってもよい。軸付タイプのスクリュー羽根は、回転中心に配置される軸と、当該軸周りに配置された螺旋状の羽根とを有する。この軸付タイプのスクリュー羽根は、螺旋状の羽根の面積を比較的広くできるので、掘削土砂の運搬効率に優れるという利点がある。一方、リボンタイプのスクリュー羽根は、回転中心に軸を有さず、螺旋状の羽根のみを有する。このリボンタイプのスクリュー羽根は、回転中心に軸がないので、比較的大きなサイズの礫等を取り込んで、運搬可能であるという利点がある。本実施形態のように、巨礫２等の異物を含む土砂層を掘削する場合には、できるだけ大きなサイズの異物を運搬可能にするために、スクリュー羽根２１として、リボンタイプのスクリュー羽根を用いることが好ましい。

【0046】

筒体２２は、スクリュー羽根２１を内包する略円筒状のケーシングである。上述したように、スクリューコンベヤ２０の筒体２２は、掘削機本体１０の後方側に向かうにつれ上方に位置するように、傾斜して配置されている。かかる筒体２２内でスクリュー羽根２１を回転させることにより、掘削土砂は、筒体２２の内部空間を通じて、掘削機本体１０の後方側、かつ斜め上方に向けて運搬される。このように運搬される掘削土砂は、筒体２２により全周を囲まれた空間を移動するので、スクリューコンベヤ２０外にこぼれ出すことがない。

【0047】

筒体２２の前端の開口部である土砂取込口２２ａは、隔壁１２に形成された排出口１２ａに連結されている。この土砂取込口２２ａは、チャンバ１７内に蓄えられた掘削土砂を筒体２２内に取り込むための開口部である。一方、筒体２２の後端は、駆動部２５に連結されている。さらに、筒体２２の後部の周面（駆動部２５の前方付近）の下部側には、土砂排出口２２ｂが設けられる。この土砂排出口２２ｂは、スクリュー羽根２１により筒体２２内の後方側に運搬された掘削土砂を、筒体２２の外部に排出するための開口部である。土砂排出口２２ｂから排出された掘削土砂等は、例えば、ベルトコンベヤ、運搬車等の別途の運搬装置（図示せず。）により、掘削機本体１０のさらに後方に向けて運搬される。

【0048】

駆動部２５は、スクリュー羽根２１を回転駆動させるモータ等の駆動装置で構成される。駆動部２５は、筒体２２の後端に取り付けられ、スクリュー羽根２１を回転可能に支持する。駆動部２５によりスクリュー羽根２１を回転させることで、スクリュー羽根２１によって掘削土砂が筒体２２内の前方側から後方側に向けて運搬される。

【0049】

ここで、図１～図３を参照して、スクリューコンベヤ２０に設けられるスライド機構２６について詳述する。図２は、本実施形態に係るスライド機構２６によりスクリュー羽根２１を前進させた状態を示す断面図である。図３は、本実施形態に係るスライド機構２６によりスクリュー羽根２１を後退させた状態を示す断面図である。

【0050】

図１～図３に示すように、スライド機構２６は、筒体２２内でスクリュー羽根２１を軸方向にスライドさせるための機構である。スライド機構２６は、前方筒体２３と、後方筒体２４と、スライド用ジャッキ２７と、回り止め装置２８と、スペーサ２９とを備える。

【0051】

本実施形態に係るスクリューコンベヤ２０においては、スライド機構２６を構成するために、筒体２２が前方筒体２３と後方筒体２４とに分割されている。前方筒体２３および後方筒体２４はそれぞれ、両端が開口された略円筒状の部材である。そして、前方筒体２３の後部と後方筒体２４の前部が相互に重なり合うようにして、前方筒体２３と後方筒体２４とが軸方向にスライド可能に連結されている。すなわち、前方筒体２３と後方筒体２４とが重なり合う部分は、二重筒構造となっている。当該二重筒構造の部分では、例えば、前方筒体２３よりも後方筒体２４の方が大径である。前方筒体２３の後部が内筒となり、後方筒体２４の前部が外筒となるようにして、前方筒体２３と後方筒体２４とが相互に重なり合っている。

【0052】

そして、前方筒体２３の前端の開口部が、上記隔壁１２の排出口１２ａに連結される土砂取込口２２ａとなる。前方筒体２３は、当該土砂取込口２２ａを通じてチャンバ１７と連通している。また、後方筒体２４の後端に上記駆動部２５が装着されており、後方筒体２４の後部の周面に上記土砂排出口２２ｂが設けられている。

【0053】

前方筒体２３は、掘削機本体１０に固定された固定部材であるのに対し、後方筒体２４は、軸方向にスライド可能に設けられた可動部材である。前方筒体２３は、掘削機本体１０に対して直接的に固定されてもよいし、隔壁１２を介して間接的に掘削機本体１０に対して固定されてもよい。本実施形態に係るスライド機構２６は、前方筒体２３（固定部材）と後方筒体２４（可動部材）とが軸方向に伸縮可能に連結され、後方筒体２４およびスクリュー羽根２１が前方筒体２３に対して軸方向に相対的にスライド可能な構造を有する。かかるスライド機構２６を実現するために、筒体２２の外周面にスライド用ジャッキ２７および回り止め装置２８が設置されている。さらに、必要に応じて、前方筒体２３と後方筒体２４との相対移動を制限するためのスペーサ２９が、筒体２２の外周面に対して着脱可能に装着される。

【0054】

スライド用ジャッキ２７は、例えば、筒体２２の外周面に、筒体２２の軸方向（長手方向）に延びるように配置される。図１～図３の例では、説明の便宜上、筒体２２の上側に１つのスライド用ジャッキ２７が設けられた状態を図示しているが、筒体２２の周方向に間隔を空けて複数のスライド用ジャッキ２７が設けられてもよい。スライド用ジャッキ２７の設置数や配置は、図示の例に限定されず、適宜変更可能である。

【0055】

スライド用ジャッキ２７は、図１～図３に示すように、シリンダ２７ａと、当該シリンダ２７ａに対して伸縮可能なピストンロッド２７ｂとを備える。スライド用ジャッキ２７のシリンダ２７ａの前端は、前方筒体２３の外周面に固定され、スライド用ジャッキ２７のピストンロッド２７ｂの後端は、後方筒体２４の外周面に固定される。かかる構成により、スライド用ジャッキ２７の伸長／収縮に応じて、前方筒体２３に対して後方筒体２４を軸方向に相対移動（すなわち、スライド）させることができる。

【0056】

回り止め装置２８は、前方筒体２３と後方筒体２４とが相対的に回転することを防止するための装置である。回り止め装置２８は、例えば、筒体２２の外周面の下部側において、前方筒体２３と後方筒体２４との間に跨って配置される。ただし、回り止め装置２８の設置数や配置は、図示の例に限定されず、適宜変更可能である。

【0057】

回り止め装置２８は、図１～図３に示すように、固定部２８ａと、レール部２８ｂと、可動部２８ｃとを備える。固定部２８ａは、前方筒体２３の外周面に固定される。レール部２８ｂは、筒体２２の軸方向に延伸して配置され、固定部２８ａにより支持される。レール部２８ｂの前端は、固定部２８ａに固定される。可動部２８ｃは、後方筒体２４の外周面に固定されるとともに、レール部２８ｂに対して軸方向にスライド可能に取り付けられる。上記スライド用ジャッキ２７の伸縮に応じて、前方筒体２３に対して後方筒体２４を軸方向にスライドさせたときに、可動部２８ｃはレール部２８ｂに沿って軸方向にスライドする。かかる構成を有する回り止め装置２８によって、前方筒体２３に対して後方筒体２４を軸方向にスライドさせるときに、前方筒体２３と後方筒体２４とが相互に周方向に回転することを防止できる。

【0058】

スペーサ２９は、図３に示すように、筒体２２の外周面に着脱可能に取り付けられる環状部材である。スペーサ２９は、前方筒体２３と後方筒体２４との軸方向の相対移動を制限する機能を有する。詳細には、前方筒体２３の後部側の外周面には、環状のフランジ２３ａが突設されており、後方筒体２４の前端部の外周面にも、環状のフランジ２４ａが突設されている。図３に示すように、後方筒体２４を後方にスライドさせたときに、スペーサ２９は、前方筒体２３のフランジ２３ａと後方筒体２４のフランジ２４ａとの間に挟持されるように装着される。かかるスペーサ２９を装着することにより、後方筒体２４が、スクリューコンベヤ２０の振動等により、前方筒体２３側に向けて斜め下向きにずれ落ちることを防止できる。

【0059】

<３．スクリュー羽根のスライド動作>
ここで、図２および図３を参照して、上記構成のスライド機構２６の動作とスクリュー羽根２１の配置について、より詳細に説明する。

【0060】

スライド機構２６のスライド用ジャッキ２７を収縮させることにより、図２に示すように、後方筒体２４が前方筒体２３に対して軸方向前方にスライドする。この結果、筒体２２は全体として軸方向に収縮する。このとき、前方筒体２３のフランジ２３ａと後方筒体２４のフランジ２４ａとが当接するため、前方筒体２３に対する後方筒体２４の軸方向前方へのさらなる移動が制限される。

【0061】

このように後方筒体２４を軸方向前方にスライドさせた場合、後方筒体２４に固定された駆動部２５に連結されているスクリュー羽根２１は、後方筒体２４とともに軸方向前方にスライドし、筒体２２内を前進する。この結果、図２に示すように、スクリュー羽根２１は前進位置に配置され、スクリュー羽根２１の先端２１ａは、筒体２２の前端の排出口１２ａから突出して、チャンバ１７内に配置される。

【0062】

このようにスクリュー羽根２１が前進位置に配置されているときに、スクリュー羽根２１を回転させることで、チャンバ１７内に蓄えられている掘削土砂を、効率的に筒体２２内に取り込んで、後方に運搬することができる。したがって、スクリューコンベヤ２０により掘削土砂を運搬するときには、図２に示すように、スライド機構２６によりスクリュー羽根２１を前進させて、前進位置に配置することが好ましい。

【0063】

一方、スライド用ジャッキ２７を伸長させることにより、図３に示すように、前方筒体２３に対して後方筒体２４が軸方向後方にスライドする。この結果、筒体２２は全体として軸方向に伸長する。この伸長状態で、上記スペーサ２９を筒体２２の外周面に取り付けることによって、前方筒体２３に対する後方筒体２４の軸方向前方への移動を制限して、筒体２２の伸長状態を維持できる。

【0064】

このように後方筒体２４を軸方向後方にスライドさせた場合、スクリュー羽根２１は、後方筒体２４とともに軸方向後方にスライドし、筒体２２内を後退する。この結果、図３に示すように、スクリュー羽根２１は後退位置に配置され、スクリュー羽根２１の先端２１ａは、筒体２２（前方筒体２３）の先端部内に引き込まれて、排出口１２ａおよび土砂取込口２２ａから後方に所定距離だけ後退した位置に配置される。

【0065】

このように、スクリュー羽根２１を後退位置まで後退させたときには、筒体２２（前方筒体２３）の先端部内に、スクリュー羽根２１が存在しない中空のスペース３０が形成される。このスペース３０は、巨礫２等の破砕対象物をチャンバ１７以外の所定位置に固定して破砕するための破砕スペース（以下、破砕スペース３０と称する。）として有効活用することができる。破砕スペース３０は、図３の一点鎖線で示すように、スクリューコンベヤ２０の筒体２２の先端部の内部空間のうち、筒体２２の前端の土砂取込口２２ａから後方側に所定距離だけ離れた位置までの中空空間を指す。破砕スペース３０は、筒体２２の内径以下のサイズの巨礫２等の破砕対象物を収容可能である。

【0066】

したがって、掘削土砂に含まれる巨礫２等の破砕対象物を破砕するときには、スクリュー羽根２１の回転を停止させ、図３に示すようにスクリュー羽根２１を軸方向後方に後退させて、後退位置に配置し、筒体２２の先端部内にスクリュー羽根２１が存在しない破砕スペース３０を形成することが好ましい。筒体２２の先端部内に破砕スペース３０を確保することにより、筒体２２の内径以下のサイズの巨礫２等の破砕対象物を、チャンバ１７から筒体２２の先端部内に導入することができる。この破砕スペース３０に破砕対象物を配置すれば、後述する押圧装置により破砕対象物を押圧して所定位置に確実に固定した状態で、当該押圧装置または後述する削岩装置により破砕対象物を好適に破砕できるようになる。

【0067】

なお、上記のようなスライド機構２６を設けなくても、筒体２２の先端部内に破砕スペース３０を確保することは可能である。スライド機構２６を設けない場合には、スライド機構２６を設ける場合と比べてスクリュー羽根２１の全長を短くし、筒体２２の先端部内においてスクリュー羽根２１の先端２１ａが破砕スペース３０よりも後方側に位置するように、スクリュー羽根２１を配置する構造にすればよい。これにより、スライド機構２６を設けなくても、筒体２２の先端部内に破砕スペース３０を確保することができる。

【0068】

次に、チャンバ１７内に存在する巨礫２等の破砕対象物を、筒体２２の先端部内の破砕スペース３０に移動させる方法例について説明する。

【0069】

図２に示すようにスクリュー羽根２１を前進させた状態から、図３に示すようにスクリュー羽根２１を後退させて筒体２２内に引き込むことにより、筒体２２の先端部内に、スクリュー羽根２１が存在しない破砕スペース３０が生じる。この状態で、カッタヘッド１１を回転させることにより、カッタヘッド１１の後面に設けられた撹拌翼（図示せず。）により、チャンバ１７内に堆積している掘削土砂を撹拌する。このとき、チャンバ１７内の下部に存在する巨礫２を、当該撹拌翼により筒体２２内の破砕スペース３０に押し込むことができる。

【0070】

また、スクリュー羽根２１を後退させて筒体２２内に引き込むことにより、それに引き連れられて、チャンバ１７内の掘削土砂が排出口１２ａを通じて筒体２２内に流動する。この掘削土砂の流動とともに巨礫２も、チャンバ１７内から筒体２２内の破砕スペース３０に移動させることができる場合もある。

【0071】

さらに、トンネル掘削機１では、チャンバ１７内の掘削土砂には土圧、泥土圧が作用している。また、当該土圧等が小さい場合でも、掘削土砂の自重により、チャンバ１７下部の排出口１２ａ付近の掘削土砂には圧力が作用している。これらの土圧等や自重による圧力によっても、掘削土砂とともに巨礫２をチャンバ１７内から筒体２２内の破砕スペース３０に移動させることができる。

【0072】

また、チャンバ１７内の巨礫２を、排出口１２ａを通じて筒体２２内に強制的に移動させるために、別途の追加装置（例えば押し込み装置）をチャンバ１７または隔壁１２等に設けてもよい。この追加装置により、チャンバ１７内の巨礫２を筒体２２内の破砕スペース３０に確実に移動させることができる。

【0073】

<４．ゲート装置の構成と動作>
次に、図４、図５を参照して、本実施形態に係るゲート装置３１について説明する。図４は、本実施形態に係るスクリューコンベヤ２０の先端部周辺を示す拡大断面図である。図５は、図４のＡ－Ａ矢視図である。なお、図４では、スクリュー羽根２１の図示は省略している。

【0074】

図４に示すように、スクリューコンベヤ２０の筒体２２（前方筒体２３）の先端と隔壁１２との連結箇所において、筒体２２の前端の土砂取込口２２ａと、隔壁１２に形成された排出口１２ａとが連続して配置されている。当該排出口１２ａ（土砂取込口２２ａ）を通じて、隔壁１２の前方にあるチャンバ１７と、隔壁１２の後方にある筒体２２の内部空間とが連通している。

【0075】

かかる排出口１２ａに、ゲート装置３１が設けられる。ゲート装置３１は、チャンバ１７と筒体２２の内部空間とを連通する排出口１２ａ（土砂取込口２２ａ）を開閉するための装置である。

【0076】

図５に示すように、ゲート装置３１は、左右一対のゲート板３２、３３と、上下一対のガイド部３４、３５と、左右一対のゲート用ジャッキ３６、３７とを備える。

【0077】

ゲート板３２、３３は、例えば矩形状の板体からなり、略左右両側にスライド可能に設けられる。

【0078】

ガイド部３４、３５は、互いに上下方向に離間して配置される。ガイド部３４の下面側のレール面３４ａと、ガイド部３５の上面側のレール面３５ａは、相互に対向しており、ともにＶ字状に形成されている。ゲート板３２、３３の上面および下面は、ガイド部３４、３５のレール面３４ａ、３５ａに嵌合可能な形状を有する。また、ゲート板３２、３３は、ガイド部３４、３５に嵌合しつつ、ゲート板３２、３３の正対する内側面が互いに隙間なく接触可能な形状を有する。ゲート板３２、３３は、ガイド部３４、３５によりガイドされながら、所定方向（例えば、Ｖ字状に形成されたガイド部３４、３５のレール面３４ａ、３５ａの傾き方向）にスライド可能である。

【0079】

ゲート用ジャッキ３６、３７はそれぞれ、ゲート板３２、３３に対応して設けられる。ゲート用ジャッキ３６、３７は、例えば、油圧、空圧または電動式のアクチュエータで構成され、ゲート板３２、３３をスライドさせるための駆動力を発生させる。図示の例では、一側のゲート板３２に対応して２つのゲート用ジャッキ３６、３６が設置され、他側のゲート板３３に対応して２つのゲート用ジャッキ３７、３７が設置されている。なお、ゲート用ジャッキ３６、３７の設置数は、かかる例に限定されず、１つまたは３つ以上であってもよい。また、ゲート板３２、３３をスライド移動させるための移動機構は、本実施形態に係るゲート用ジャッキ３６、３７の例に限定されず、例えば、他の種類のアクチュエータ、ボールねじ機構とモータとの組合せなど、任意の移動機構を用いることができる。

【0080】

ゲート用ジャッキ３６、３７はそれぞれ、シリンダ３６ａ、３７ａと、当該シリンダ３６ａ、３７ａに対して伸縮自在なピストンロッド３６ｂ、３７ｂとを備える。シリンダ３６ａ、３７ａは、例えば隔壁１２に固定されている。ピストンロッド３６ｂ、３７ｂの先端は、ゲート板３２、３３に取り付けられている。ピストンロッド３６ｂ、３７ｂの伸縮方向は、ゲート板３２、３３のスライド方向と一致している。

【0081】

かかる構成により、ゲート用ジャッキ３６、３７によりゲート板３２、３３をガイド部３４、３５に沿ってスライドさせて、ゲート装置３１を開閉することができる。ゲート装置３１を開閉することで、排出口１２ａ（土砂取込口２２ａ）が開放または閉塞される。

【0082】

詳細には、ゲート板３２、３３が図５の実線で示す位置にある場合は、ゲート装置３１が閉状態となり、排出口１２ａがゲート板３２、３３により閉塞される。これにより、チャンバ１７と筒体２２の内部空間とが遮断された状態となる。一方、ゲート板３２、３３が図５の二点鎖線で示す位置にある場合は、ゲート装置３１が開状態となり、排出口１２ａが開放される。これにより、チャンバ１７と筒体２２の内部空間とが連通した状態となる。

【0083】

スクリューコンベヤ２０により掘削土砂を運搬するときには、ゲート装置３１を開状態にして、排出口１２ａを開けて、スクリュー羽根２１を回転させる。これにより、チャンバ１７内の掘削土砂が、排出口１２ａを通じてスクリューコンベヤ２０の筒体２２内に取り込まれ、その後、筒体２２内の後方に運搬される。

【0084】

一方、掘削土砂を運搬しないときや、掘削土砂に含まれる巨礫２等の破砕対象物を破砕するときには、ゲート装置３１により排出口１２ａを閉めて、スクリュー羽根２１の回転を停止させることが好ましい。これにより、スクリューコンベヤ２０の筒体２２内の掘削土砂や巨礫２がチャンバ１７側に逆流しないようにできる。したがって、筒体２２の先端部内の破砕スペース３０に収容した巨礫２等の破砕対象物が、チャンバ１７側に逃げないように、その移動を制限できる。このため、筒体２２内の破砕スペース３０において巨礫２等の破砕対象物を好適に破砕できるようになる。

【0085】

<５．押圧装置の構成>
次に、図６、図７を参照して、本実施形態に係る押圧装置４０について説明する。図６は、図４のＢ－Ｂ断面図である。図７は、図４のＣ－Ｃ断面図である。なお、図６、図７では、スクリュー羽根２１の図示は省略してある。

【0086】

図６および図７に示すように、本実施形態に係るトンネル掘削機１は、例えば、２つの押圧装置４０Ａ、４０Ｂ（以下、押圧装置４０と総称する場合もある。）を備える。押圧装置４０は、筒体２２内の破砕スペース３０において巨礫２等の破砕対象物を押圧する。押圧装置４０は、かかる押圧動作により、破砕スペース３０の所定位置に巨礫２を固定する固定装置としての機能と、当該巨礫２に圧縮力を負荷して破砕する破砕装置としての機能とを有する。

【0087】

本実施形態に係る押圧装置４０は、例えば、対象物を押圧することより破砕可能な破砕装置（クラッシャー）、より具体的には、油圧式のクラッシャージャッキで構成することができる。しかし、押圧装置４０は、かかる例に限定されず、電動式または空圧式の破砕装置（クラッシャー）などで構成されてもよい。あるいは、押圧装置４０は、破砕対象物を少なくとも一方向から押圧可能な装置であれば、公知の各種の押圧装置で構成されてもよい。

【0088】

本実施形態に係る押圧装置４０Ａ、４０Ｂはそれぞれ、ベース部４１Ａ、４１Ｂと、シリンダ４２Ａ、４２Ｂと、ピストンロッド４３Ａ、４３Ｂと、押圧部４４Ａ、４４Ｂと、ケーシング４５Ａ、４５Ｂとを備える。なお、以下の説明では、これら各部をそれぞれ、ベース部４１、シリンダ４２、ピストンロッド４３、押圧部４４、ケーシング４５と総称する場合もある。

【0089】

ベース部４１は、掘削機本体１０に取り付けられ、押圧装置４０全体を支持する。例えば、ベース部４１は、前方筒体２３を介して間接的に掘削機本体１０に取り付けられてもよいし、直接的に掘削機本体１０に取り付けられてもよい。ベース部４１を間接的または直接的に掘削機本体１０に固定することにより、押圧装置４０により巨礫２を押圧するための反力を得ることができる。

【0090】

シリンダ４２およびピストンロッド４３は、例えば、油圧、空圧または電動式のアクチュエータで構成され、押圧部４４を進退させるための駆動力を発生させる。シリンダ４２内に設けられた油圧機構等の駆動力により、シリンダ４２はピストンロッド４３に対して軸方向に伸縮する。ピストンロッド４３の一端はベース部４１に固定され、ピストンロッド４３の他端はシリンダ４２内に配置される。シリンダ４２がピストンロッド４３に対して伸縮することにより、シリンダ４２がベース部４１に対して軸方向に相対移動する。

【0091】

シリンダ４２の前方筒体２３側の先端には、押圧部４４が設けられている。押圧部４４は、押圧装置４０の先端に設けられ、巨礫２等の破砕対象物に押し当てられる押圧部材（押圧ヘッド）である。

【0092】

押圧部４４は、例えば、シリンダ４２よりも拡径された円板状の部材で構成してもよい。このように押圧部４４を円板状にして押圧面の面積を広くすれば、巨礫２等の破砕対象物を押圧および挟持しやすくなるので好ましい。しかし、押圧部４４の形状は、図示の例に限定されず、破砕対象物に当接して押圧可能な形状であれば、矩形板状、ロッド状、錘状、鉤状など、任意の形状であってもよい。また、押圧部４４の先端の押圧面（破砕対象物に当接する面）は、平坦面であってもよいが、塊状の巨礫２等の形状に合わせて、中央部が凹んだ湾曲面、略球面などであってもよい。

【0093】

押圧部４４は、前方筒体２３内の破砕スペース３０に向けて進退可能に設けられ、破砕スペース３０に配置された巨礫２を押圧する。シリンダ４２の伸縮方向と、押圧部４４の進退方向とは同一であり、当該方向が、破砕対象物を押圧する押圧方向（第１方向）となる。ピストンロッド４３に対してシリンダ４２を伸長させれば、押圧部４４は、押圧方向に沿って、前方筒体２３内の破砕スペース３０に向けて前進し、破砕スペース３０内の押圧位置（図６、図７の二点鎖線で示す位置）に配置される。一方、ピストンロッド４３に対してシリンダ４２を収縮させれば、押圧部４４は、押圧方向に沿って、破砕スペース３０から前方筒体２３の外部に向けて後退し、退避位置（図６、図７の実線で示す位置）に配置される。

【0094】

なお、２つの押圧部４４Ａ、４４Ｂが相互に接触しないように、当該押圧部４４Ａ、４４Ｂの押圧位置（図６、図７の二点鎖線で示す位置）を調整することが好ましい。押圧部４４Ａ、４４Ｂを進退させる目的は巨礫２等の破砕対象物を破砕するためであり、この目的のためには、２つの押圧部４４Ａ、４４Ｂが相互に接触する必要はない。また、２つの押圧部４４Ａ、４４Ｂが相互に接触する構造であると、破砕対象物の破砕とは無関係なときでも、押圧装置４０に無駄に押圧負荷をかけることになるので、２つの押圧部４４Ａ、４４Ｂが相互に接触しない構造であることが好ましい。

【0095】

なお、押圧部４４の進退方向（押圧方向）の進退量（ストローク）を検出する検出装置（ストロークセンサなど）を、押圧装置４０に設けてもよい。そして、押圧部４４の進退量（具体的には、ピストンロッド４３及びベース部４１に対するシリンダ４２の移動量）をストロークセンサなどで計測することが好ましい。これにより、破砕対象物を押圧したときの押圧部４４のストローク値を確認することによって、破砕対象物の破砕直前の大きさや、破砕対象物の破砕後の大きさ、破砕対象物を破砕できたかどうかなどの破砕状況を確認することができる。

【0096】

例えば、押圧部４４が装着されているシリンダ４２を動かしている油圧圧力と、押圧部４４のストロークとを関係付けて計測してもよい。これにより、油圧圧力が上昇し始めたときが、押圧部４４が破砕対象物に当たり始めたときであると分かるので、そのときのストローク値に基づいて、破砕対象物の破砕直前の大きさを把握することができる。また、、押圧部４４を押圧方向に移動させて破砕対象物に押圧力を作用させている状態で、押圧部４４が停止した位置（当該停止時の押圧部４４のストローク値）が確認できれば、破砕対象物の破砕後（押圧力作用時）の大きさが分かるので、破砕対象物を破砕できたかどうかを確認することができる。

【0097】

ここで、上記のように破砕対象物の破砕直前の大きさを把握することができれば、例えば、破砕対象物の大きさが、押圧装置４０を稼働させなくてもスクリューコンベヤ２０により排出できるサイズである場合に、押圧装置４０を稼働させる必要がないと判断することができようになるというメリットがある。また、上記のように破砕対象物の破砕後（押圧力作用時）の大きさを確認することができれば、例えば、スクリューコンベヤ２０により排出できるサイズまで破砕対象物を破砕できたかどうかを確認でき、また、破砕対象物のサイズがまだ大きいため、押圧装置４０の稼働を継続する必要があるかどうかや、後述する削岩装置６０による対応の要否などを判断できる、というメリットもある。

【0098】

ケーシング４５は、前方筒体２３の外部に取り付けられ、上記の押圧部４４、シリンダ４２およびピストンロッド４３の一部または全部を覆う。

【0099】

図６および図７に示すように、本実施形態では、スクリューコンベヤ２０の前方筒体２３の外側に、当該前方筒体２３に隣接して、２つの押圧装置４０Ａ、４０Ｂが配置されている。押圧装置４０Ａ（第１押圧装置）は、前方筒体２３の先端部の破砕スペース３０の一側（例えば、前方筒体２３の左側）に配置されている。押圧装置４０Ｂ（第２押圧装置）は、当該破砕スペース３０の他側（例えば、前方筒体２３の右側）に配置されている。このように、押圧装置４０Ａと押圧装置４０Ｂは、前方筒体２３の先端部の左右両側に、水平方向に相互に正対するように配置される。

【0100】

そして、押圧装置４０Ａ、４０Ｂの押圧部４４Ａ、４４Ｂはそれぞれ、前方筒体２３の内部の破砕スペース３０に向けて進退可能である。押圧部４４Ａ、４４Ｂを前方筒体２３の内部に挿入可能にするために、前方筒体２３の周面には、２つの挿入口５０Ａ、５０Ｂ（第１挿入口）が貫通形成されている。

【0101】

挿入口５０Ａ、５０Ｂはそれぞれ、前方筒体２３の外部から内部に押圧部４４Ａ、４４Ｂを挿入するための開口部である。挿入口５０Ａ、５０Ｂは、押圧部４４Ａ、４４Ｂを挿入可能な大きさおよび形状を有している。挿入口５０Ａ、５０Ｂの形状は、押圧部４４Ａ、４４Ｂの形状に合わせて、例えば円形であるが、楕円形など任意の形状に変更可能である。

【0102】

図６および図７に示すように、挿入口５０Ａ、５０Ｂは、前方筒体２３の周面において、破砕スペース３０の左右両側に対向する位置に形成される。各挿入口５０Ａ、５０Ｂに対応する位置に、押圧装置４０Ａ、４０Ｂが配置される。

【0103】

さらに、挿入口５０Ａ、５０Ｂ（以下、挿入口５０と総称する場合もある。）を開閉する開閉装置（第１開閉装置）を設置することが好ましい。挿入口５０の開閉装置としては、例えば、ゲート装置、バルブ、シャッター装置など、任意の開閉装置を使用することができる。

【0104】

ここで、図８、図９を参照して、本実施形態に係る挿入口５０の開閉装置の具体例について詳述する。図８は、本実施形態に係る開閉装置５１Ａ、５１Ｂにより挿入口５０Ａ、５０Ｂを閉めた状態で、スクリューコンベヤ２０により掘削土砂を運搬する動作を示す模式図である。図９は、本実施形態に係る開閉装置５１Ａ、５１Ｂにより挿入口５０Ａ、５０Ｂを開けた状態で、押圧装置４０により巨礫２を破砕する動作を示す模式図である。

【0105】

図８、図９に示すように、スクリューコンベヤ２０の前方筒体２３の先端部の周面に、２つの挿入口５０Ａ、５０Ｂをそれぞれ開閉する２つの開閉装置５１Ａ、５１Ｂ（以下、開閉装置５１と総称する場合もある。）が設けられている。開閉装置５１Ａ、５１Ｂは、例えば、スライド式のゲート装置で構成される。

【0106】

開閉装置５１Ａ、５１Ｂはそれぞれ、ゲート板５２Ａ、５２Ｂと、開閉用ジャッキ５３Ａ、５３Ｂとを備える。開閉用ジャッキ５３Ａ、５３Ｂはそれぞれ、シリンダ５４Ａ、５４Ｂと、当該シリンダ５４Ａ、５４Ｂに対して伸縮自在なピストンロッド５５Ａ、５５Ｂとを備える。なお、以下の説明では、これら各部を、ゲート板５２、開閉用ジャッキ５３、シリンダ５４、ピストンロッド５５と総称する場合もある。

【0107】

ゲート板５２は、例えば、挿入口５０に対応する形状を有する板体からなる。ゲート板５２は、挿入口５０の周辺に配置され、例えば、スクリューコンベヤ２０の軸方向にスライド可能に設けられる。ゲート板５２は、挿入口５０を閉塞する蓋体として機能する。

【0108】

開閉用ジャッキ５３は、ゲート板５２に対応して設けられる。開閉用ジャッキ５３は、例えば、油圧、空圧または電動式のアクチュエータで構成され、ゲート板５２をスライドさせるための駆動力を発生させる。開閉用ジャッキ５３は、シリンダ５４と、当該シリンダ５４に対して伸縮自在なピストンロッド５５とを備える。シリンダ５４は、例えば前方筒体２３の外周面に固定されている。ピストンロッド５５の先端は、ゲート板５２に固定されている。図８に示すように、ピストンロッド５５を伸長すれば、ゲート板５２が軸方向前方にスライドし、挿入口５０を閉塞する位置に配置される。一方、図９に示すように、ピストンロッド５５を収縮すれば、ゲート板５２が軸方向後方にスライドし、挿入口５０を開放する位置に配置される。

【0109】

かかる構成の開閉装置５１は、開閉用ジャッキ５３によりゲート板５２をスクリューコンベヤ２０の軸方向にスライドさせて、挿入口５０を開閉可能である。ここで、開閉装置５１は、トンネル掘削機１やスクリューコンベヤ２０の動作状態に応じて挿入口５０を開閉することができる。

【0110】

詳細には、図８に示すように、スクリューコンベヤ２０により掘削土砂を運搬するときには、押圧装置４０の押圧部４４を前方筒体２３外に退避させた状態で、開閉装置５１のゲート板５２により挿入口５０を閉める。これにより、スクリューコンベヤ２０内を運搬される掘削土砂が、挿入口５０を通じて外部に流出することを防止できる。

【0111】

一方、図９に示すように、前方筒体２３内の破砕スペース３０において巨礫２等の破砕対象物を破砕するときには、開閉装置５１のゲート板５２をスライドさせて挿入口５０を開ける。これにより、押圧装置４０の押圧部４４を、前方筒体２３の外部から挿入口５０を通じて前方筒体２３の内部に挿入して、破砕スペース３０に進入させることが可能になる。そして、押圧装置４０の押圧部４４を、挿入口５０を通じて押圧方向に前進させて、破砕スペース３０に配置された巨礫２等の破砕対象物に押し当てる。この結果、左右一対の押圧装置４０Ａ、４０Ｂの押圧部４４Ａ、４４Ｂにより、巨礫２等の破砕対象物を両側から挟持するように押圧して、破砕できる。

【0112】

ここで、押圧装置４０は、左右両側から挟み込むようにして巨礫２等の破砕対象物に圧縮応力を付与することにより、破砕対象物を破砕（すなわち、圧縮破壊）する。例えば、破砕対象物が礫である場合、押圧装置４０は、押圧により礫を押し割ることができる。また、破砕対象物が土塊である場合、押圧装置４０は、押圧により土塊を押し崩すことができる。ただし、破砕対象物が硬質、高強度の礫などの異物である場合などには、押圧装置４０の押圧力より破砕対象物を破砕できないこともありうる。この場合には、押圧装置４０により破砕対象物を両側より挟持して固定した状態で、後述する削岩装置により破砕対象物に打撃を付与することにより、破砕対象物を破砕することも可能である。

【0113】

なお、図８および図９に示す例では、ゲート板５２を機械的に移動させるために開閉用ジャッキ５３等の駆動機構が設けられているが、かかる例に限定されない。例えば、図６および図７に示すように、当該駆動機構を設けずに、ゲート板５２を手動で移動させることで、挿入口５０を開閉するようにしてもよい。

【0114】

次に、図１０～図１２を参照して、本実施形態に係る押圧装置４０の押圧部４４の好ましい形状について説明する。図１０は、本実施形態に係る押圧装置４０を示す模式図である。図１１は、本実施形態に係る押圧装置４０の押圧部４４に形成された複数の突起部の一例を示す斜視図である。図１２は、本実施形態に係る押圧装置４０の押圧部４４に形成された複数の突起部の別の例を示す斜視図である。

【0115】

図１０に示すように、押圧装置４０Ａ、４０Ｂの押圧部４４Ａ、４４Ｂの前面（破砕対象物に当接する当接面）には、硬質材料からなる複数の突起部４６が形成されていることが好ましい。

【0116】

例えば、図１１に示すように、突起部４６は、鋸刃状の突起部４６Ａで構成されてもよい。図１１の例では、押圧部４４の前面において、一方向に波打つような鋸刃状の複数の突起部４６Ａが形成されている。また、図１２に示すように、突起部４６は、錐体状の突起部４６Ｂで構成されてもよい。図１２の例では、押圧部４４の前面において、縦横に多数の四角錐状の突起部４６Ｂが形成されている。なお、錐体状の突起部４６Ｂは、図１２に示すような四角錐状以外にも、三角錐状、多角錐状、円錐状などであってもよい。

【0117】

このような突起部４６を設けることにより、押圧装置４０の押圧部４４を巨礫２等の破砕対象物に押圧したときに、押圧部４４の複数の突起部４６の先端を破砕対象物に食い込ませることができる。したがって、押圧部４４に対して破砕対象物が滑って逃げにくいので、押圧部４４により破砕対象物を確実に押圧および挟持することができる。さらに、押圧部４４に突起部４６を形成し、破砕対象物に対する当たり始めの面積を小さくすることで、破砕対象物に局所的に集中荷重を作用させることができる。この結果、突起部４６が破砕対象物に食い込むことにより、破砕対象物に亀裂を発生させて破壊の起点を形成できるので、破砕対象物をより確実に破砕できるようになる。

【0118】

<６．削岩装置の構成>
次に、図１３、図１４を参照して、本実施形態に係る削岩装置６０について説明する。図１３は、本実施形態に係る削岩装置６０が退避した状態で、掘削土砂を運搬する動作を示す模式図である。図１４は、本実施形態に係る削岩装置６０が前進した状態で、削岩装置６０により巨礫２を破砕する動作を示す模式図である。

【0119】

巨礫２等の破砕対象物が硬質である場合には、上述した押圧装置４０の押圧動作によっては、破砕対象物を破砕できない場合がある。そこで、本実施形態に係るトンネル掘削機１は、例えば、巨礫２の破砕対象物を確実に破砕するための予備的な補助装置として、削岩装置６０を備える。なお、押圧装置４０により破砕対象物を破砕可能である場合には、削岩装置６０を設けなくてもよい。

【0120】

削岩装置６０は、巨礫２等の破砕対象物に対して打撃を加えることにより、当該破砕対象物に対して衝撃力を付与して破砕する破砕装置として機能する。本実施形態に係る削岩装置６０は、図１４に示すように、筒体２２内の破砕スペース３０に配置された巨礫２等の破砕対象物に対して、所定の打撃方向（第２方向）に衝撃力（打撃）を付与して破砕する。このとき、削岩装置６０により打撃される巨礫２等の破砕対象物は、筒体２２内の破砕スペース３０において２つの押圧装置４０Ａ、４０Ｂにより押圧方向（第１方向）に押圧されて、左右両側から挟持された状態（図９参照。）である。このように、削岩装置６０は、押圧装置４０Ａ、４０Ｂにより挟持された状態の破砕対象物に対して、押圧方向（第１方向）とは異なる打撃方向（第２方向）に衝撃力を付与して破砕する。本実施形態では、例えば、押圧装置４０による押圧方向（第１方向）は左右方向であり（図９参照。）、削岩装置６０による打撃方向（第２方向）は前側斜め下方（図１４参照。）であり、第１方向と第２方向は相互に異なる方向である。以下に、削岩装置６０の構成と破砕動作について詳述する。

【0121】

削岩装置６０は、巨礫２等の破砕対象物に衝撃力を付与することにより、破砕対象物を破砕（すなわち、衝撃破壊）する。削岩装置６０は、例えば、油圧式の削岩機（ブレーカー）で構成される。しかし、削岩装置は、かかる例に限定されず、例えば、電動式または空圧式の削岩機（ブレーカー）などで構成されてもよい。あるいは、削岩装置は、破砕対象物に対して衝撃力を付与可能な装置であれば、例えば、公知の各種のブレーカー、打撃装置、回転式打撃装置、ドリル装置などで構成されてもよい。

【0122】

図１３、図１４に示すように、本実施形態に係る削岩装置６０は、ロッド６１と、削岩装置本体６２と、削岩装置用アクチュエータ６３とを備える。

【0123】

ロッド６１は、削岩装置本体６２に取り付けられる棒状の部材である。ロッド６１は、破砕対象物に対して当接し、削岩装置本体６２で生成された衝撃力（打撃力）を破砕対象物に伝達する機能を有する。ロッド６１の材質は、例えば、スチール、鉄等の硬質な金属材料であることが好ましい。ロッド６１の後端は、削岩装置本体６２に装着される。ロッド６１の先端には、硬質なビットが設けられてもよい。本実施形態に係るロッド６１の先端は、例えば、鋭利な錘状であり、破砕対象物に貫入しやすい形状である。しかし、かかる例に限定されず、ロッド６１の先端形状は、平坦状、曲面状など、他の形状に変更されてもよい。

【0124】

削岩装置本体６２は、例えば、油圧ブレーカーなどで構成され、油圧機構によりピストンを高速で移動させて衝撃力（打撃力）を生成する。削岩装置本体６２によりロッド６１の後端を打撃することにより、その打撃力（衝撃力）がロッド６１を伝達して、ロッド６１の先端に当接する破砕対象物に付与される。

【0125】

削岩装置用アクチュエータ６３は、上記のロッド６１および削岩装置本体６２を、所定の進退方向（第２方向）に移動（前進／後退）させる機能を有する。削岩装置用アクチュエータ６３は、例えば、油圧、空圧または電動式のアクチュエータで構成され、ロッド６１および削岩装置本体６２を移動させるための駆動力を発生させる。例えば、削岩装置用アクチュエータ６３は、シリンダと、当該シリンダに対して伸縮可能なピストンロッドを備える。当該シリンダは、例えば、掘削機本体１０のビーム１８に固定されており、当該ピストンロッドには削岩装置本体６２が装着されている。削岩装置用アクチュエータ６３の伸縮方向がロッド６１の進退方向（第２方向：打撃方向）と一致するように、削岩装置用アクチュエータ６３は、所定の傾斜角度で傾斜配置されている。

【0126】

かかる削岩装置用アクチュエータ６３を伸長させることにより、削岩装置６０のロッド６１を、筒体２２の先端部内の破砕スペース３０に向けて第２方向に前進させることができる。一方、削岩装置用アクチュエータ６３を収縮させることにより、削岩装置６０のロッド６１を、破砕スペース３０から第２方向に後退させることができる。なお、本実施形態では、削岩装置６０に削岩装置用アクチュエータ６３を設けることにより、ロッド６１および削岩装置本体６２を機械的に進退させることが可能である。しかし、かかる例に限定されず、例えば、削岩装置用アクチュエータ６３等の移動機構を設置せずに、ロッド６１および削岩装置本体６２を支持する支持部材を手動で伸縮させることにより、ロッド６１を第２方向に移動させてもよい。

【0127】

スクリューコンベヤ２０の筒体２２の周面には、ロッド６１を筒体２２の外部から内部に挿入するための挿入口７０（第２挿入口）が設けられている。詳細には、スクリューコンベヤ２０の前方筒体２３の周面の上部側に、１つの挿入口７０が貫通形成されている（図４参照。）。挿入口７０は、削岩装置６０のロッド６１が挿通可能な大きさの径と形状を有する。かかる挿入口７０を設けることにより、削岩装置６０のロッド６１は、破砕スペース３０に向けて第２方向に進退可能になる。

【0128】

かかる挿入口７０（第２挿入口）は、前方筒体２３の周面において、上記押圧装置４０用の２つの挿入口５０Ａ、５０Ｂ（第１挿入口）とは異なる位置に形成されている。例えば、本実施形態では、押圧装置４０Ａ、４０Ｂは、スクリューコンベヤ２０の前方筒体２３の左右両側に対向配置され、削岩装置６０は、前方筒体２３の上側に傾斜配置される。このため、押圧装置４０用の２つの挿入口５０Ａ、５０Ｂ（第１挿入口）は、押圧装置４０Ａ、４０Ｂの配置に対応して、破砕スペース３０の左右両側の位置に形成される。一方、削岩装置６０用の１つの挿入口７０（第２挿入口）は、削岩装置６０の配置に対応して、破砕スペース３０の上側の位置に形成されている。

【0129】

さらに、押圧装置４０Ａ、４０Ｂの押圧部４４Ａ、４４Ｂの進退方向は、上記のように破砕スペース３０を基準として左右方向（第１方向）である（図７、図９等参照。）。これに対し、削岩装置６０のロッド６１の進退方向は、破砕スペース３０を基準として、掘削機本体１０の後側に傾斜した傾斜方向（第２方向）である（図１３、図１４参照。）。このように、押圧装置４０の押圧部４４の進退方向（第１方向）と、削岩装置６０のロッド６１の進退方向（第２方向）とが、相互に異なる方向になるように、押圧装置４０および削岩装置６０の配置が調整されている。

【0130】

以上のように、本実施形態では、押圧装置４０用の挿入口５０（第１挿入口）と削岩装置６０用の挿入口７０（第２挿入口）とが、スクリューコンベヤ２０の筒体２２の周面上において異なる位置に配置され、かつ、押圧装置４０の押圧部４４の進退方向（第１方向）と、削岩装置６０のロッド６１の進退方向（第２方向）とが、相互に異なる方向になるように調整されている。これに加えて、２つの押圧部４４Ａ、４４Ｂが破砕スペース３０内の押圧位置（図６、図７の二点鎖線で示す位置）に移動したときでも、２つの押圧部４４Ａ、４４Ｂの隙間に削岩装置６０のロッド６１の進入できるように、当該隙間が調整されている。かかる構成により、押圧装置４０の押圧部４４および削岩装置６０のロッド６１の双方を破砕スペース３０に向けて前進させたときに、両者が相互に干渉することがない。したがって、押圧装置４０の２つの押圧部４４により、破砕スペース３０に配置された巨礫２等の破砕対象物を、第１方向の両側から押圧して挟持した状態（図９参照。）で、削岩装置６０のロッド６１を、第２方向から破砕対象物に当接させることが可能になる（図４および図１４参照。）。よって、押圧装置４０による押圧動作と、削岩装置６０による破砕動作を同時に実行できる。

【0131】

さらに、本実施形態では、図１３および図１４に示すように、削岩装置６０用の挿入口７０（第２挿入口）を開閉する開閉装置７１（第２開閉装置）が設けられている。

【0132】

開閉装置７１は、例えば、ボールバルブで構成することができる。この場合、開閉装置７１は、挿入口７０に取り付けられる前方管７２と、ロッド６１の挿入口となる後方管７３と、当該前方管７２と後方管７３との間に設置されるボールバルブ７４とを備える。ボールバルブ７４を開ければ、前方管７２と後方管７３とが連通し、この結果、当該前方管７２、後方管７３および挿入口７０を通じて、前方筒体２３の内部空間が外部と連通する。一方、ボールバルブ７４を閉めれば、前方管７２と後方管７３とが遮断されて、挿入口７０が閉じられるため、前方筒体２３の内部空間は外部と連通しない。

【0133】

かかる構成の開閉装置７１は、ボールバルブ７４により挿入口７０を開閉可能である。開閉装置７１のボールバルブ７４は、通常は閉状態であるが、削岩装置６０のロッド６１を筒体２２内に挿入するときには開状態となる。ここで、開閉装置７１は、トンネル掘削機１やスクリューコンベヤ２０の動作状態に応じて挿入口７０を開閉することができる。

【0134】

詳細には、図１３に示すように、スクリューコンベヤ２０により掘削土砂を運搬するときには、削岩装置６０のロッド６１を後側斜め上方に移動させて、前方筒体２３の外部に退避させた状態で、開閉装置７１のボールバルブ７４により挿入口７０を閉める。これにより、スクリューコンベヤ２０内を運搬される掘削土砂が、挿入口７０を通じて外部に流出することを防止できる。

【0135】

一方、図１４に示すように、前方筒体２３内の破砕スペース３０において巨礫２等の破砕対象物を破砕するときには、開閉装置７１のボールバルブ７４により挿入口７０を開ける。これにより、削岩装置６０のロッド６１を、前方筒体２３の外部から後方管７３、前方管７２および挿入口７０を通じて前方筒体２３の内部に挿入して、破砕スペース３０に進入させることが可能となる。そして、削岩装置６０のロッド６１を前側斜め下方に移動させて、挿入口７０を通じて前方筒体２３内に挿入し、破砕スペース３０に配置された巨礫２等の破砕対象物に当接させる。これにより、削岩装置６０のロッド６１により巨礫２等の破砕対象物を打撃し、衝撃力を付与して破砕できる。

【0136】

なお、図１３および図１４に示す例では、挿入口７０の開閉装置７１としてボールバルブ７４を用いたが、かかる例に限定されない。ボールバルブ７４等のバルブ装置以外にも、例えば、上記挿入口５０の開閉装置５１と同様なスライド式のゲート装置、またはシャッター装置など、任意の開閉装置を使用することができる。また、開閉装置７１の開閉動作は、駆動機構を用いて機械的に行ってもよいし、作業員により手動で行ってもよい。

【0137】

<７．トンネル掘進機によるトンネル施工方法>
以上、本実施形態に係るトンネル掘削機１の構成について詳述した。次に、本実施形態に係るトンネル掘削機１を用いたトンネル施工方法と、トンネル掘削機１の動作について説明する。

【0138】

本実施形態に係るトンネル掘削機１を用いてトンネル構造体を施工する場合、図１に示すように、まず、カッタヘッド１１を回転させながら、複数の推進ジャッキ１９を伸長させて既設のセグメントＳに押し付ける。これにより、掘削機本体１０がその既設のセグメントＳから推進反力を得て前進すると共に、回転するカッタヘッド１１によりトンネル掘削機１の前方の切羽の地盤が掘削されて、トンネルＴの掘削が進行する。

【0139】

この掘削時に、地盤掘削によって発生した掘削土砂は、カッタヘッド１１の開口部（掘削土砂取込口）を通じてチャンバ１７内に取り込まれて蓄積される。チャンバ１７は、蓄積された掘削土砂によって所定の内圧に維持される。そして、チャンバ１７内に蓄積された掘削土砂は、隔壁１２の下部の排出口１２ａを通じて、スクリューコンベヤ２０の筒体２２の先端部内に移動する。

【0140】

そして、掘削土砂は、駆動部２５により回転するスクリュー羽根２１によって、スクリューコンベヤ２０の筒体２２内を後方側に向けて運搬されて、後部側の土砂排出口２２ｂから排出される。このようなスクリューコンベヤ２０による掘削土砂の運搬中は、図２および図８に示したように、前述のスライド機構２６によりスクリュー羽根２１は前進位置に配置され、スクリュー羽根２１の先端２１ａは、筒体２２の前端の土砂取込口２２ａ（排出口１２ａ）からチャンバ１７内に突出した位置に配置される。この状態で、前進位置にあるスクリュー羽根２１を回転させることで、チャンバ１７内に蓄積されている掘削土砂を、筒体２２内に効率的に取り込んで、後方に運搬することができる。

【0141】

さらに、かかるスクリューコンベヤ２０による掘削土砂の運搬中は、図８に示すように、筒体２２の先端にあるゲート装置３１のゲート板３２、３３により、スクリューコンベヤ２０の先端の土砂取込口２２ａ（排出口１２ａ）は開放された状態である。かつ、図８および図１３に示すように、スクリューコンベヤ２０の筒体２２の周面において、複数の押圧装置４０Ａ、４０Ｂ用の挿入口５０Ａ、５０Ｂ、および削岩装置６０用の挿入口７０は、開閉装置５１および開閉装置７１より閉められた状態である。これにより、スクリューコンベヤ２０内の掘削土砂が挿入口５０、７０から外部に漏れ出すことを防止して、掘削土砂を効率的に後方に運搬できる。

【0142】

また、上記のような通常の掘削および排土動作と同時に、収縮させた推進ジャッキ１９の後方側において、エレクタ装置によって、セグメントＳがトンネルＴの内壁面に沿ってリング状に順次組み立てられる。

【0143】

以上のようにして、トンネル掘削機１は、カッタヘッド１１の掘削量に見合う土砂量を、スクリューコンベヤ２０によって円滑に排出して、チャンバ１７内を常に掘削土砂によって充満させることにより、切羽の安定化を図りつつ、トンネルＴを連続的に掘削する。これと同時に、推進ジャッキ１９の伸長によって、既設のセグメントＳから推進反力を得て掘進しながら、推進ジャッキ１９の後方側において、新設のセグメントＳを組み立てる。

【0144】

ところで、上記のような通常の掘削および排土動作中に、スクリューコンベヤ２０による運搬が困難または不可能なサイズの破砕対象物（例えば、巨礫２、粘土塊、流木等の異物）が掘削土砂中に存在する場合がある。この場合には、上記の押圧装置４０および削岩装置６０を用いて、破砕対象物の破砕動作が実行される。

【0145】

ここで、掘削土砂中に破砕対象物が存在するか否かの判断は、例えば、トンネル掘削機１の各部の動作の変化（例えば、カッタヘッド１１を回転させるカッタ旋回用モータ１６のトルク変化、スクリューコンベヤ２０のスクリュー羽根２１を回転させる駆動部２５のトルク変化、スクリューコンベヤ２０からの掘削土砂の排出状態の変化など）に基づいて、実行可能である。

【0146】

例えば、チャンバ１７内の掘削土砂中に破砕対象物が存在する場合、破砕対象物がカッタヘッド１１の裏側の構造物（例えば、チャンバ１７内の掘削土砂を撹拌する撹拌翼等）に接触することによって、カッタ旋回用モータ１６のトルクが変化する。したがって、カッタ旋回用モータ１６のトルク変化を検出することにより、掘削土砂中に破砕対象物が存在するか否かを判断することが可能である。なお、掘削土砂中に破砕対象物が存在するか否かの判断は、トンネル掘削機１に設けられた各種センサの検出結果や、カッタヘッド１１による掘削状況、スクリューコンベヤ２０による運搬状況等に基づいて、トンネル掘削機１の制御装置（図示せず。）が行ってもよいし、作業者が行ってもよい。

【0147】

掘削土砂中に破砕対象物が存在すると判断された場合、カッタ旋回用モータ１６を停止して、カッタヘッド１１による掘削動作を一時停止するとともに、スクリューコンベヤ２０のスクリュー羽根２１の回転を停止して、スクリューコンベヤ２０による掘削土砂の運搬動作を一時停止する。次いで、図３に示すように、スクリューコンベヤ２０のスライド機構２６によってスクリュー羽根２１を後方にスライドさせて、後退位置まで後退させ、筒体２２内に引き込む。これにより、スクリューコンベヤ２０の筒体２２の先端部内に、巨礫２等の破砕対象物を収容するための破砕スペース３０を確保できる。さらに、図５および図７に示すように、チャンバ１７から筒体２２内の破砕スペース３０に巨礫２等の破砕対象物が移動した後に、スクリューコンベヤ２０の先端のゲート装置３１を開状態から閉状態にして、土砂取込口２２ａ（隔壁１２の排出口１２ａ）を閉じる。

【0148】

前述のように破砕動作を行わない通常時（掘削および掘削土砂の運搬時）には、回転するスクリュー羽根２１は、その先端２１ａが前方筒体２３からチャンバ１７内に突出した前進位置にある（図２、図８参照。）ため、ゲート装置３１が開いた状態になっている。これに対し、破砕対象物を破砕するときには、スクリュー羽根２１を前方筒体２３内に引き込むことによって、スクリュー羽根２１の先端２１ａが後方に後退し、前方筒体２３内に収納される（図３、図９参照。）。これにより、筒体２２内の破砕スペース３０に破砕対象物を取り込めるとともに、筒体２２の先端にあるゲート装置３１を閉じることができるようになる。

【0149】

この状態において、図９に示すように、開閉装置５１により押圧装置４０用の挿入口５０を開けるとともに、押圧装置４０の押圧部４４を、前方筒体２３内の破砕スペース３０に向けて前進させる。これにより、破砕スペース３０に配置された巨礫２等の破砕対象物を、押圧装置４０の押圧部４４により左右両側から挟み込むように押圧して、押圧力（圧縮応力）により破砕する。

【0150】

より詳細には、破砕動作を行わない通常時（掘削および掘削土砂の運搬時）には、図８に示すように、左右一対の押圧部４４Ａ、４４Ｂは、前方筒体２３の外部の退避位置に配置されている。一方、破砕対象物を破砕するときには、図９に示すように、押圧部４４Ａ、４４Ｂを、開放された挿入口５０Ａ、５０Ｂを通じて前方筒体２３内の破砕スペース３０に向けて前進させ、巨礫２等の破砕対象物に当接させる。これにより、破砕スペース３０に位置する巨礫２等の破砕対象物は、押圧部４４Ａ、４４Ｂにより左右両側から挟持されて押圧される。当該押圧動作により破砕対象物に作用する押圧方向の圧縮応力が、破砕対象物の圧縮強度よりも大きければ、破砕対象物は破砕（圧縮破壊）される。

【0151】

ここで、破砕対象物が硬質であるため、押圧部４４Ａ、４４Ｂにより押圧しただけでは破砕されない場合がある。この場合であっても、押圧部４４Ａ、４４Ｂにより破砕対象物を挟持することにより、破砕対象物を破砕スペース３０内の所定位置に固定することができる。

【0152】

さらに、かかる場合には、上述した削岩装置６０を利用して破砕対象物を破砕することができる。詳細には、破砕動作を行わない通常時（掘削および掘削土砂の運搬時）には、図１３に示すように、削岩装置６０のロッド６１は、筒体２２の外部に退避しており、開閉装置７１により挿入口７０も閉じられている。この通常状態から破砕対象物を破砕するときには、図１４に示すように、まず、開閉装置７１により削岩装置６０用の挿入口７０を開け、次いで、削岩装置６０の削岩装置本体６２の動作を開始させる。その後、削岩装置用アクチュエータ６３を伸長させることにより、削岩装置６０のロッド６１を、前方筒体２３内の破砕スペース３０に向けて前側斜め下方に前進させ、挿入口７０に挿入する。

【0153】

これにより、破砕スペース３０において押圧部４４Ａ、４４Ｂにより左右両側から挟持された状態の破砕対象物に対して、削岩装置６０のロッド６１の先端を当接させる。この結果、削岩装置６０のロッド６１により破砕対象物を打撃して、衝撃力を付与することで、破砕対象物は衝撃力により破砕（衝撃破壊）される。特に、削岩装置６０を用いた破砕時には、破砕対象物は押圧部４４Ａ、４４Ｂにより両側から挟持されているため、所定位置に安定的に固定されている。したがって、削岩装置６０のロッド６１から破砕対象物が逃げることがないので、削岩装置６０により破砕対象物を確実に破砕することができる。

【0154】

<８．まとめ>
以上、本実施形態に係るトンネル掘削機１と、当該トンネル掘削機１を用いたトンネル施工方法について詳述した。

【0155】

本実施形態によれば、従来技術のようにチャンバ内において削岩機により破砕対象物を破砕するのではなく、スクリューコンベヤ２０の筒体２２の先端部内の破砕スペース３０に破砕対象物を導入し、当該破砕スペース３０において押圧装置４０により破砕対象物を押圧して破砕（圧縮破壊）する。大空間であるチャンバ１７と比べて、スクリューコンベヤ２０内の破砕スペース３０は、筒体２２により周囲を囲まれた狭い閉鎖空間である。このため、破砕スペース３０において破砕対象物を所定位置に固定しやすく、押圧装置４０により破砕対象物を確実に押圧することができる。さらに、押圧装置４０により破砕対象物を押圧することで、破砕スペース３０において破砕対象物が逃げることを防止し、破砕対象物を所定位置に確実に固定しながら、好適に破砕することができる。よって、本実施形態に係るトンネル掘削機１によれば、巨礫２等の異物（破砕対象物）をチャンバ１７以外の所定位置に確実に固定して破砕可能にし、当該破砕対象物を含む地盤を円滑に掘削可能である。

【0156】

さらに、スクリューコンベヤ２０の先端の開口部に設けられたゲート装置３１を閉じれば、破砕スペース３０の軸方向の一側の開口部も閉鎖することができるので、破砕スペース３０において破砕対象物を所定位置により確実に固定して、破砕できるようになる。

【0157】

また、従来技術のようにチャンバ内で削岩機により破砕対象物を破砕する場合には、チャンバやカッタヘッドに破砕用の追加設備を設置する必要があった。このため、通常掘削時に、チャンバ内における掘削土砂の流れが阻害されてしまうという問題や、カッタヘッド周辺の装置構成が複雑になってしまうという問題があった。これに対し、本実施形態によれば、スクリューコンベヤ２０内の破砕スペース３０にて破砕対象物を破砕するので、チャンバ１７やカッタヘッド１１に破砕用の追加設備を設置する必要がない。したがって、通常掘削時に、チャンバ１７内における掘削土砂の流れが阻害されるという問題を解消でき、カッタヘッド１１周辺の装置構成が複雑になるという問題も解消できる。

【0158】

さらに、本実施形態によれば、２つの押圧装置４０Ａ、４０Ｂ（第１押圧装置、第２押圧装置）を設けて、破砕スペース３０において破砕対象物を両側から挟んで押圧する。これにより、２つの押圧装置４０Ａ、４０Ｂにより破砕対象物を両側から挟持して、より確実に所定位置に固定できるので、押圧装置４０Ａ、４０Ｂや削岩装置６０による破砕動作を安定的かつ円滑に実行できる。

【0159】

また、本実施形態によれば、押圧装置４０による押圧方向（第１方向）とは異なる第２方向に進退可能なロッド６１を有する削岩装置６０が設けられている。この削岩装置６０は、押圧装置４０により破砕対象物を破砕できない場合の補助的な破砕装置として利用される。かかる削岩装置６０のロッド６１により破砕対象物に衝撃力を付与することにより、破砕対象物を確実に破砕できる。さらに、破砕スペース３０において押圧装置４０により破砕対象物を両側から挟持して固定した状態で、削岩装置６０のロッド６１により破砕対象物に衝撃力を付与する。これにより、破砕対象物が逃げることを防止して、削岩装置６０により破砕対象物を確実に破砕できる。

【0160】

さらに、本実施形態によれば、上記押圧装置４０の押圧部４４および削岩装置６０のロッド６１を、スクリューコンベヤ２０の筒体２２内の破砕スペース３０に進入可能とするために、筒体２２の周面に挿入口５０（第１挿入口）および挿入口７０（第２挿入口）が貫通形成されている。加えて、当該挿入口５０、７０を開閉する開閉装置５１（第１開閉装置）および開閉装置７１（第２開閉装置）も設置されている。これにより、通常の掘削および運搬動作時には、押圧装置４０および削岩装置６０をスクリューコンベヤ２０の外部に退避させ、開閉装置５１、７１により挿入口５０、７０を閉めることができる。よって、通常掘削時に、スクリューコンベヤ２０による掘削土砂の運搬動作に支障を与えることがない。一方、破砕対象物の破砕時には、開閉装置５１、７１により挿入口５０、７０を開けて、押圧装置４０の押圧部４４および削岩装置６０のロッド６１を破砕スペース３０に進入させ、破砕対象物を破砕する。したがって、破砕対象物が存在する時にだけ必要に応じて、押圧装置４０および削岩装置６０を筒体２２内の破砕スペース３０に進入させて、破砕動作を実行することが可能となる。

【0161】

また、本実施形態によれば、スクリューコンベヤ２０にスライド機構２６を設けることにより、スクリュー羽根２１を軸方向に前進または後退させることができる。これにより、通常の掘削および運搬動作時には、スクリュー羽根２１を前進させた状態で回転させることで、チャンバ１７内の掘削土砂を効率的に運搬できる。一方、破砕動作時には、スクリュー羽根２１の回転を停止した状態で後退させることで、筒体２２の先端部内に、スクリュー羽根２１が存在しない大きな破砕スペース３０を好適に形成でき、当該破砕スペース３０において大きなサイズの破砕対象物を破砕できる。

【0162】

また、本実施形態によれば、スクリューコンベヤ２０のスクリュー羽根２１として、軸が設けられていないリボンタイプのスクリュー羽根を用いている。これにより、スクリューコンベヤ２０の筒体２２の先端部内に破砕対象物を導入し易くすることができ、当該筒体２２の先端部内に、できるだけ大きな破砕スペース３０を確保できる。

【0163】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0164】

例えば、上記実施形態では、破砕対象物として巨礫２の例を挙げて説明したが、本発明の破砕対象物は、巨礫２の例に限定されない。掘削対象物は、掘削土砂に含まれる異物であって、スクリューコンベヤによる運搬が困難な大きさのものであれば、例えば、粘土塊、流木、人工の地中残置物（例えば、コンクリート塊）等であってもよいし、これらの組合せであってもよい。

【0165】

また、上記実施形態では、２つの押圧装置４０Ａ、４０Ｂを設置したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、スクリューコンベヤ２０の筒体２２の先端部に隣接して、押圧装置４０を１つだけ設置し、当該１つの押圧装置４０の押圧部４４により破砕対象物を押圧する構成にしてもよい。この場合、当該１つの押圧部４４と、スクリューコンベヤ２０の筒体２２の内周面との間で、破砕対象物を挟み込んで押圧してもよい。あるいは、当該１つの押圧部４４と、別途設置した固定部材（例えば、スクリューコンベヤ２０内に設置された固定板）との間で、破砕対象物を挟み込んで押圧してもよい。

【0166】

また、上記実施形態では、左右方向に正対する２つの押圧装置４０Ａ、４０Ｂを配置し、双方の押圧装置４０Ａ、４０Ｂの押圧方向を同一方向（左右方向）としたが、本発明は、かかる例に限定されない。例えば、２つの押圧装置４０、４０が対向する方向は、破砕スペース３０を間に挟んで対向する方向であれば、上記の左右方向以外にも、上下方向または傾斜方向など、任意の方向であってもよい。

【0167】

また、２つの押圧装置４０、４０を、正対させずに、斜めに対向するように配置してもよい。この場合、例えば、２つの押圧装置４０、４０は平面視でハの字型に配置され、当該２つの押圧装置４０、４０の押圧方向は交差する方向となり、その交差角度は１８０°未満となる。この場合であっても、傾斜して対向配置された２つの押圧装置４０、４０の押圧部４４、４４により、破砕対象物を挟持して所定位置に固定することは可能である。また、斜めに対向配置された２つの押圧装置４０、４０の押圧部４４、４４と、閉じられたゲート装置３１との３点で、破砕対象物を保持して所定位置に固定することも可能である。ただし、この場合には、押圧装置４０による押圧力が付与される破砕対象物を保持できるように、ゲート装置３１の強度を高めることが好ましい。

【0168】

また、以上の説明では、１つまたは２つの押圧装置４０を設置する例について説明したが、３つ以上の押圧装置４０を設置してもよい。これにより、押圧装置４０により押圧する方向（軸数）を増やすことができるので、押圧に際して、荷重点（荷重作用点）が増えて、破砕対象物の当該位置への固定の確実性が増すことや、１か所当たりの押圧荷重を減らすことができ、押圧装置４０のコンパクト化につながるというメリットがある。

【0169】

例えば、前述のように２つの押圧装置４０、４０を設置して、正対する２方向に押圧する場合においては、破砕対象物が押圧方向以外の方向に移動してしまう（逃げてしまう）可能性もある。また、上述のハの字型に配置する場合は、ゲート装置など、荷重を受ける部分の強度を確保する必要がある。これに対し、押圧装置４０の設置数を３つ以上に増やしていくことで、破砕対象物が移動可能な方向（逃げられる方向）をなくしていくことが可能になるので、より確実に押圧できるようになる。

【0170】

また、押圧装置４０の設置数が１つ又は２つ以上のいずれの場合においても、押圧部４４の進退量（ストローク）を、ストロークセンサなどの検出装置で計測することが好ましい。これにより、押圧部４４により破砕対象物を押圧したときのストローク値を確認することで、破砕対象物の破砕直前の大きさや破砕後の大きさ、破砕対象物を破砕できたかどうかなどを、確認できる。

【0171】

また、押圧装置４０用の挿入口５０の開閉装置５１は、設置しなくてもよい。例えば、当該開閉装置５１に替えて、押圧装置４０の押圧部４４をスクリューコンベヤ２０の筒体２２とほぼ面一となるよう配置して、押圧部４４により挿入口５０を閉塞できるように構成してもよい。ただし、スクリューコンベヤ２０の筒体２２内における掘削土砂の流動性を高める観点からは、挿入口５０を閉塞する部材は、筒体２２の内周面とできるだけ面一であることが好ましいため、当該面一な閉塞部材（例えば、湾曲板状のゲート板など）を備えた開閉装置を設けることが好ましい。

【0172】

また、上記実施形態では、図２および図８に示すように、スライド機構２６により前進させたスクリュー羽根２１の先端２１ａは、筒体２２の先端の土砂取込口２２ａ（排出口１２ａ）から前方に突出して、チャンバ１７内まで達する位置に配置されていた。しかし、本発明は、かかる例に限定されず、例えば、前進させたスクリュー羽根２１の先端２１ａは、チャンバ１７内まで突出せずに、筒体２２の先端部内に配置されてもよい。

【0173】

また、スクリュー羽根２１の先端２１ａが、破砕スペース３０よりも後方側に位置する構成であれば、必ずしもスクリュー羽根２１を軸方向に進退可能にする必要はなく、スクリューコンベヤ２０にスライド機構２６を設けなくてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0174】

本発明は、掘削土砂中の破砕対象物を破砕して運搬および排出可能なトンネル掘削機に適用可能である。

【符号の説明】

【0175】

１ トンネル掘削機
２ 巨礫
１０ 掘削機本体
１１ カッタヘッド
１２ 隔壁
１２ａ 排出口
１３ カッタ回転軸
１４ 回転リング
１５ 連結ビーム
１６ カッタ旋回用モータ
１７ チャンバ
１８ ビーム
１９ 推進ジャッキ
２０ スクリューコンベヤ
２１ スクリュー羽根
２２ 筒体
２２ａ 土砂取込口
２２ｂ 土砂排出口
２３ 前方筒体
２４ 後方筒体
２５ 駆動部
２６ スライド機構
２７ スライド用ジャッキ
２８ 回り止め装置
２９ スペーサ
３０ 破砕スペース
３１ ゲート装置
４０、４０Ａ、４０Ｂ 押圧装置
４１、４１Ａ、４１Ｂ ベース部
４２、４２Ａ、４２Ｂ シリンダ
４３、４３Ａ、４３Ｂ ピストンロッド
４４、４４Ａ、４４Ｂ 押圧部
４５、４５Ａ、４５Ｂ ケーシング
４６、４６Ａ、４６Ｂ 突起部
５０、５０Ａ、５０Ｂ 挿入口
５１、５１Ａ、５１Ｂ 開閉装置
５２、５２Ａ、５２Ｂ ゲート板
５３、５３Ａ、５３Ｂ 開閉用ジャッキ
５４、５４Ａ、５４Ｂ シリンダ
５５、５５Ａ、５５Ｂ ピストンロッド
６０ 削岩装置
６１ ロッド
６２ 削岩装置本体
６３ 削岩装置用アクチュエータ
７０ 挿入口
７１ 開閉装置
７２ 前方管
７３ 後方管
７４ ボールバルブ
Ｓ セグメント
Ｔ トンネル

【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】