特許 7344186 トンネル掘削機、掘削ツール交換装置および掘削ツール交換方法

(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】

(24)【登録日】2023-09-05

(45)【発行日】2023-09-13

(54)【発明の名称】トンネル掘削機、掘削ツール交換装置および掘削ツール交換方法

(51)【国際特許分類】

   E21D 9/087 20060101AFI20230906BHJP

【ＦＩ】

E21D9/087 C

【請求項の数】 8

(21)【出願番号】P 2020154163

(22)【出願日】2020-09-14

(65)【公開番号】P2022048035

(43)【公開日】2022-03-25

【審査請求日】2022-10-14

(73)【特許権者】

【識別番号】521478094

【氏名又は名称】地中空間開発株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104433

【弁理士】

【氏名又は名称】宮園 博一

(72)【発明者】

【氏名】花岡 泰治

(72)【発明者】

【氏名】岡田 利幸

(72)【発明者】

【氏名】志田 智之

(72)【発明者】

【氏名】田村 憲

【審査官】柿原 巧弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２００７－１０７１７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０４７８８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２６８４９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－２１７０７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－２３２１９２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ２１Ｄ ９／０８７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

着脱可能な複数の掘削ツールを含み、回転により地山を掘削するカッタヘッドと、
前記カッタヘッドの後方に設けられ、掘削された土砂が貯留されるチャンバと、
前記カッタヘッドの前記掘削ツールを、前記チャンバ内に排出するツール排出機構と、
前記チャンバ内に排出された前記掘削ツールに代えて、新たな前記掘削ツールを前記カッタヘッドに供給するツール供給機構と、を備える、トンネル掘削機。

【請求項2】

前記複数の掘削ツールは、前記カッタヘッドの半径方向に沿って並ぶように設置され、
前記ツール排出機構は、前記半径方向および掘進方向に交差する所定の交差方向に前記掘削ツールを押圧して前記チャンバ内に排出する押出装置を含む、請求項１に記載のトンネル掘削機。

【請求項3】

前記複数の掘削ツールは、前記カッタヘッドの半径方向を向く状態で、前記半径方向に沿って並ぶように設置され、
前記ツール排出機構は、前記掘削ツールが前記半径方向を向く初期状態から、前記掘削ツールが前記半径方向および掘進方向に交差する所定の交差方向を向く旋回状態に、前記掘削ツールを旋回させて移行させる旋回装置を含み、前記旋回状態で前記掘削ツールを前記チャンバ内に排出するように構成されている、請求項１または２に記載のトンネル掘削機。

【請求項4】

前記カッタヘッドは、
前記掘削ツールが設置され、前記カッタヘッドに対して固定された状態で設けられる固定レールと、
前記掘削ツールが設置され、前記半径方向において前記固定レールの外周側に配置されるとともに、前記旋回装置により旋回される旋回レールとを含み、
前記旋回レールは、
前記初期状態では前記固定レールと接続されて前記固定レールから前記掘削ツールの受け取りが可能となり、
前記旋回状態では前記固定レールとの接続が解除されるとともに前記掘削ツールの前記チャンバ内への排出が可能となるように構成されている、請求項３に記載のトンネル掘削機。

【請求項5】

前記ツール排出機構は、前記所定の交差方向に前記掘削ツールを押圧して前記チャンバ内に排出する押出装置を含み、
前記旋回レールは、前記初期状態で前記押出装置が係合する係合部を有し、前記係合部に前記押出装置が係合することにより、前記初期状態からの旋回が規制されるように構成されている、請求項４に記載のトンネル掘削機。

【請求項6】

前記チャンバ内の土砂を隔壁の後方の大気室に排出する土砂排出機構をさらに備え、
前記ツール排出機構により前記チャンバ内に排出された前記掘削ツールを、前記土砂排出機構により前記大気室に排出して回収するように構成されている、請求項１～５のいずれか１項に記載のトンネル掘削機。

【請求項7】

着脱可能な複数の掘削ツールを含み回転により地山を掘削するカッタヘッドの前記掘削ツールを、土砂が貯留されるチャンバ内に排出するツール排出機構と、
前記チャンバ内に排出された前記掘削ツールに代えて、新たな前記掘削ツールを、前記カッタヘッドに供給するツール供給機構と、を備える、掘削ツール交換装置。

【請求項8】

着脱可能な複数の掘削ツールを含み回転により地山を掘削するカッタヘッドの前記掘削ツールを、ツール排出機構により土砂が貯留されるチャンバ内に排出する工程と、
前記チャンバ内に排出された前記掘削ツールに代えて、新たな前記掘削ツールを、ツール供給機構により前記カッタヘッドに供給する工程と、を備える、掘削ツール交換方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、トンネル掘削機、掘削ツール交換装置および掘削ツール交換方法に関し、特に、カッタヘッドの掘削ツールを交換する技術に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、カッタヘッドのカッタビットを交換するカッタビット交換装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

【0003】

上記特許文献１には、ビット引抜通路と、ビット引抜装置と、ビット回収通路と、ビット回収離脱装置と、カッタヘッドの中心軸線に沿って延びる中空のセンタ筒体内に設けられたビット供給回収装置とを、カッタヘッド内に備えたカッタビット交換装置が開示されている。カッタビット交換装置は、カッタヘッド内でカッタビットを交換するように構成されている。

【0004】

上記特許文献１のカッタビット交換装置による使用済みの摩耗したカッタビットの回収について説明する。まず、ビット引抜装置は、カッタヘッドの半径方向の最外周に位置する使用済みのカッタビットを、カッタヘッド内で後方に引き抜いて、ビット引抜通路に収容するように構成されている。そして、ビット回収離脱装置は、ビット引抜通路内のカッタビットを、カッタヘッドの半径方向の内周側に移動させて、ビット回収通路を介して、センタ筒体内のビット供給回収装置に収容するように構成されている。さらに、ビット供給回収装置は、カッタヘッドを後方から支持する回転筒体の内部を介してカッタビットを大気室まで搬送して回収するように構成されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特許第４７４９１１３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のカッタビット交換装置では、使用済みの摩耗したカッタビットを回収するために、ビット引抜通路、ビット引抜装置、ビット回収通路、ビット回収離脱装置、および、ビット供給回収装置などの構成を、カッタヘッド内に設ける必要があり、複雑な装置構成となっている。このため、使用済みのカッタビットを回収するための装置構成を簡素化することが望まれている。

【0007】

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、使用済みのカッタビットを回収するための装置構成を簡素化することが可能なトンネル掘削機、掘削ツール交換装置および掘削ツール交換方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記目的を達成するために、この発明のトンネル掘削機は、着脱可能な複数の掘削ツールを含み、回転により地山を掘削するカッタヘッドと、カッタヘッドの後方に設けられ、掘削された土砂が貯留されるチャンバと、カッタヘッドの掘削ツールを、チャンバ内に排出するツール排出機構と、チャンバ内に排出された掘削ツールに代えて、新たな掘削ツールをカッタヘッドに供給するツール供給機構と、を備える。

【0009】

この発明のトンネル掘削機では、上記のように、カッタヘッドの掘削ツールをチャンバ内に排出するツール排出機構を設ける。これによって、ツール排出機構により、掘削ツールをチャンバ内に排出するだけで、掘削された土砂とともに使用済みの掘削ツールを回収することができるので、従来のような、カッタヘッド内に配置された専用の回収通路を設けることなく、既存の構成であるチャンバを介して掘削ツールを回収することができる。したがって、使用済みのカッタビットを回収するための装置構成を簡素化することができる。

【0010】

上記トンネル掘削機において、好ましくは、複数の掘削ツールは、カッタヘッドの半径方向に沿って並ぶように設置され、ツール排出機構は、半径方向および掘進方向に交差する所定の交差方向に掘削ツールを押圧してチャンバ内に排出する押出装置を含む。このように構成すれば、押出装置により掘削ツールをチャンバ内に押圧して排出するだけで、掘削ツールを回収することができるので、より容易に掘削ツールを回収することができる。

【0011】

上記トンネル掘削機において、好ましくは、複数の掘削ツールは、カッタヘッドの半径方向を向く状態で、半径方向に沿って並ぶように設置され、ツール排出機構は、掘削ツールが半径方向を向く初期状態から、掘削ツールが半径方向および掘進方向に交差する所定の交差方向を向く旋回状態に、掘削ツールを旋回させて移行させる旋回装置を含み、旋回状態で掘削ツールをチャンバ内に排出するように構成されている。このように構成すれば、旋回装置により掘削ツールを旋回させて初期状態から旋回状態に移行させることにより、掘削ツールを半径方向および掘進方向に交差する所定の交差方向に向けることができる。すなわち、旋回装置により掘削ツールを旋回させて、掘削ツールをチャンバ側（排出方向側）に向けることができるので、掘削ツールを容易にチャンバ内に排出することができる。

【0012】

この場合、好ましくは、カッタヘッドは、掘削ツールが設置され、カッタヘッドに対して固定された状態で設けられる固定レールと、掘削ツールが設置され、半径方向において固定レールの外周側に配置されるとともに、旋回装置により旋回される旋回レールとを含み、旋回レールは、初期状態では固定レールと接続されて固定レールから掘削ツールの受け取りが可能となり、旋回状態では固定レールとの接続が解除されるとともに掘削ツールのチャンバ内への排出が可能となるように構成されている。このように構成すれば、半径方向において固定レールの外周側に配置される旋回レールにより、複数の掘削ツールの中で外周側に位置する摩耗した度合いが大きい掘削ツールを旋回させて、旋回状態でチャンバ内に排出することができる。

【0013】

上記カッタヘッドが固定レールと旋回レールとを含む構成において、好ましくは、ツール排出機構は、所定の交差方向に掘削ツールを押圧してチャンバ内に排出する押出装置を含み、旋回レールは、初期状態で押出装置が係合する係合部を有し、係合部に押出装置が係合することにより、初期状態からの旋回が規制されるように構成されている。このように構成すれば、押出装置を、掘削ツールをチャンバ内に排出するためだけに用いるのではなく、旋回レールの係合部に係合させて旋回レールの初期状態からの旋回を規制するためにも用いることができる。このため、押出装置とは別個に旋回レールの旋回を規制する専用の構成を設ける場合と比較して、装置構成を簡素化することができる。

【0014】

上記トンネル掘削機において、好ましくは、チャンバ内の土砂を隔壁の後方の大気室に排出する土砂排出機構をさらに備え、ツール排出機構によりチャンバ内に排出された掘削ツールを、土砂ツール排出機構により大気室に排出して回収するように構成されている。このように構成すれば、既存の土砂排出機構を用いて掘削ツールをチャンバ内から大気室に排出して回収することができるので、掘削ツールをチャンバ内から大気室に排出する専用の構成を設ける場合と比較して、装置構成を簡素化することができる。

【0015】

この発明の掘削ツール交換装置は、着脱可能な複数の掘削ツールを含み回転により地山を掘削するカッタヘッドの掘削ツールを、土砂が貯留されるチャンバ内に排出するツール排出機構と、チャンバ内に排出された掘削ツールに代えて、新たな掘削ツールを、カッタヘッドに供給するツール供給機構と、を備える。

【0016】

この発明の掘削ツール交換装置では、上記のように、カッタヘッドの掘削ツールをチャンバ内に排出するツール排出機構を設ける。これによって、上記トンネル掘削機と同様に、ツール排出機構により、掘削ツールをチャンバ内に排出するだけで、掘削された土砂とともに使用済みの掘削ツールを回収することができるので、従来のような、カッタヘッド内に設けられた専用の回収通路を設けることなく、既存の構成であるチャンバを介して掘削ツールを回収することができる。したがって、使用済みのカッタビットを回収するための装置構成を簡素化することが可能な掘削ツール交換装置を提供することができる。

【0017】

この発明の掘削ツール交換方法は、着脱可能な複数の掘削ツールを含み回転により地山を掘削するカッタヘッドの掘削ツールを、ツール排出機構により土砂が貯留されるチャンバ内に排出する工程と、チャンバ内に排出された掘削ツールに代えて、新たな掘削ツールを、ツール供給機構によりカッタヘッドに供給する工程と、を備える。

【0018】

この発明の掘削ツール交換方法では、上記のように、カッタヘッドの掘削ツールを、ツール排出機構により土砂が貯留されるチャンバ内に排出する工程を設ける。これによって、上記トンネル掘削機と同様に、ツール排出機構により、掘削ツールをチャンバ内に排出するだけで、掘削された土砂とともに使用済みの掘削ツールを回収することができるので、従来のような、カッタヘッド内に設けられた専用の回収通路を設けることなく、既存の構成であるチャンバを介して掘削ツールを回収することができる。したがって、使用済みのカッタビットを回収するための装置構成を簡素化することが可能な掘削ツール交換方法を提供することができる。

【発明の効果】

【0019】

本発明によれば、上記のように、使用済みのカッタビットを回収するための装置構成を簡素化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】実施形態によるトンネル掘削機を側方から示した模式的な断面図である。

【図2】実施形態によるトンネル掘削機を前方から示した図である。

【図3】実施形態によるトンネル掘削機のカッタヘッドを前方から示した斜視図である。

【図4】実施形態によるトンネル掘削機の初期状態の旋回レールおよびツール排出機構を前方から示した斜視図である。

【図5】実施形態によるトンネル掘削機の旋回状態の旋回レールおよびツール排出機構を前方から示した斜視図である。

【図6】ツール排出機構の押出ジャッキによる掘削ツールの排出について説明するための図である。

【図7】図２の９０－９０線に沿った断面図である。

【図8】ツール排出機構による排出工程開始時について説明するための図であり、（Ａ）は前方側から旋回レールおよび押出ジャッキを示した図であり、（Ｂ）は後方側から旋回レールおよび押出ジャッキを示した断面図（図１の９１－９１線に沿った断面図）である。

【図9】ツール排出機構による第１の排出工程について説明するための図であり、（Ａ）は前方側から旋回レールおよび押出ジャッキを示した図であり、（Ｂ）は後方側から旋回レールおよび押出ジャッキを示した断面図である。

【図10】ツール排出機構による第２の排出工程について説明するための図であり、（Ａ）は前方側から旋回レールおよび押出ジャッキを示した図であり、（Ｂ）は後方側から旋回レールおよび押出ジャッキを示した断面図である。

【図11】ツール排出機構による第３の排出工程について説明するための図であり、（Ａ）は前方側から旋回レールおよび押出ジャッキを示した図であり、（Ｂ）は後方側から旋回レールおよび押出ジャッキを示した断面図である。

【図12】ツール供給機構による第１の供給工程について説明するための断面図である。

【図13】ツール供給機構による第５の供給工程について説明するための断面図である。

【図14】変形例によるトンネル掘削機を側方から示した模式的な断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0022】

［実施形態］
図１～図１２を参照して、実施形態による掘削ツール交換装置１００ａを備えたトンネル掘削機１００について説明する。以下では、トンネル掘削機１００が、泥土圧式のシールド掘進機である例について説明する。

【0023】

（トンネル掘削機の構成）
図１に示す本実施形態のトンネル掘削機１００は、小～中口径タイプのシールド掘進機である例を示している。カッタヘッド３の後方には、カッタヘッド３を回転可能に支持する中空のセンターシャフトＣが設けられている。センターシャフトＣは、軸受を介して隔壁Ｐの後方部材により回転支持されている。センターシャフトＣは、トンネル掘削機１００の中心軸線αに沿って、前後方向に延びている。センターシャフトＣの前方には、フィッシュテールビットＢ１が設けられている。

【0024】

センターシャフトＣは、隔壁Ｐに設けられたモータＭから軸受の回転輪に設けられたリングギアＲＧを介して回転力が付与されるように構成されている。その結果、センターシャフトＣは、トンネル掘削機１００の中心軸線α回りに回転して、カッタヘッド３を回転させるように構成されている。中心軸線αは、トンネルの中心軸線と略一致している。なお、図１では、軸受の回転輪が内周側にあり、その回転輪にリングギアＲＧが設けられ、そのリングギアＲＧに内周側よりモータＭのピニオンギアＭ１が噛み合っている。このような構成のほかに、軸受の回転輪を外周側とし、その回転輪にリングギアＲＧが設けられ、リングギアＲＧに外周側よりモータＭのピニオンギアＭ１が噛み合っているように構成してもいいし、軸受とリングギアＲＧは別々に構成してもよい。

【0025】

各図では、トンネル掘削機１００の前後方向をＸ方向により示し、Ｘ方向のうち後方をＸ１方向により示し、前方（前進方向）をＸ２方向により示している。

【0026】

また、各図では、上下方向をＺ方向により示し、Ｚ方向のうち上方をＺ１方向により示し、下方をＺ２方向により示している。

【0027】

また、各図では、Ｘ方向およびＺ方向に直交する左右方向をＹ方向により示し、Ｙ方向のうち前方側からトンネル掘削機１００を見た場合の右方向をＹ１方向により示し、左方向をＹ２方向により示している。

【0028】

また、各図では、中心軸線αに直交するカッタヘッド３の半径方向をＲ方向により示し、カッタヘッド３の回転方向をＲＴ方向により示している。以下では、カッタヘッド３の半径方向を、単に「半径方向」と記載する。

【0029】

トンネル掘削機１００は、筒状の胴体１と、チャンバ（圧力室）２と、着脱可能な複数の掘削ツールＴおよび明示されない固定式の掘削ツールを含み、回転により地山を掘削するカッタヘッド３と、土砂排出機構４とを備えている。

【0030】

また、トンネル掘削機１００は、ツール排出機構５およびツール供給機構６を含む掘削ツール交換装置１００ａを備えている。

【0031】

本実施形態のトンネル掘削機１００は、ツール排出機構５により、カッタヘッド３の摩耗した掘削ツールＴをチャンバ２内に排出するように構成されている。ここで、ツール排出機構５により「掘削ツールＴをチャンバ２内に排出する」とは、掘削ツールＴをチャンバ２内に直接排出すること、および、カッタヘッド３の後述する第１スポーク３０および第２スポーク３４の間のスペースに掘削ツールＴを排出した後、掘削ツールＴがチャンバ２内に移動すること、すなわち、間接的に掘削ツールＴをチャンバ２内に排出することの両方を含む意味である。

【0032】

チャンバ２内に排出された掘削ツールＴは、土砂排出機構４を介して回収される。掘削ツールＴを回収する目的には、地中に掘削ツールＴを異物として残さないようにする目的や、掘削ツールＴの損耗の状態を確認する目的、掘削ツールＴの損耗の状態から地山の土砂性状を推定する目的などがある。

【0033】

また、本実施形態のトンネル掘削機１００は、ツール供給機構６により、チャンバ２内に排出された摩耗した掘削ツールＴに代えて、新たな掘削ツールＴをカッタヘッド３に供給するように構成されている。すなわち、トンネル掘削機１００は、掘削ツールＴの交換が可能なように構成されている。

【0034】

以下、トンネル掘削機１００の各部の構成について順に説明する。

【0035】

（トンネル掘削機の胴体の構成）
図１に示すように、トンネル掘削機１００の胴体１は、前後方向（Ｘ方向）に延びる貫通穴を有する円筒状に形成されている。胴体１の内周側には、前後方向に直交する方向に延びる隔壁Ｐが設けられている。胴体１の内部空間は、隔壁Ｐの前方のチャンバ２と、隔壁Ｐの後方の大気室Ａとに区画されている。

【0036】

（トンネル掘削機のチャンバの構成）
トンネル掘削機１００のチャンバ２は、カッタヘッド３により掘削された土砂が貯留される空間である。チャンバ２は、カッタヘッド３の後方で、かつ、隔壁Ｐの前方に設けられている。チャンバ２内の土砂は、土砂排出機構４を介して大気室Ａに排出される。

【0037】

（トンネル掘削機のカッタヘッドの構成）
トンネル掘削機１００のカッタヘッド３は、中心軸線α回りに回転するように構成されている。カッタヘッド３の外観形状は、前方側から見て、胴体１の端面形状に対応した円形状に形成されている。

【0038】

図２および図３に示すように、カッタヘッド３は、複数（３つ）の第１スポーク３０と、固定レール３１と、旋回レール３２と、ハウジング３３と、複数（３つ）の第２スポーク３４と、複数の掘削ツールＴとを含んでいる。

【0039】

第１スポーク３０および第２スポーク３４は、半径方向（Ｒ方向）に延びており、内周側端部が中空のセンターシャフトＣに連結している。各第１スポーク３０には、１つの固定レール３１と、１つの旋回レール３２とが設けられている。各第１スポーク３０に設けられた固定レール３１および旋回レール３２には、半径方向に沿って並ぶように複数の掘削ツールＴが設置されている。

【0040】

〈カッタヘッドの第１スポークの構成〉
第１スポーク３０は、中心軸線αから半径方向に直線状に延びる中空の梁部材である。すなわち、第１スポーク３０の内周側端部は、中空のセンターシャフトＣに連結している。複数（３つ）の第１スポーク３０は、カッタヘッド３の回転方向（ＲＴ方向）において、約１２０度の等角度間隔で配置されている。

【0041】

第１スポーク３０には、第１スポーク３０の前面３０ａから前方に突出するように、複数の掘削ツールＴが配置されている。掘削ツールＴは、先行ビットにより構成されている。

【0042】

〈カッタヘッドの固定レールの構成〉
固定レール３１は、ハウジング３３（第１スポーク３０）に固定された状態で、ハウジング３３（第１スポーク３０）に一体的に設けられている。固定レール３１は、半径方向（Ｒ方向）に直線状に延びている。固定レール３１は、掘削ツールＴが設置されており、半径方向に掘削ツールＴをガイド可能なように構成されている。

【0043】

図１および図２に示すように、固定レール３１は、半径方向に延びる一対の凸部３１１を有している。掘削ツールＴは、一対の凸部３１１に係合する一対の凹部Ｔ１を有している。固定レール３１は、掘削ツールＴを挟み込むようにして、掘削ツールＴの一対の凹部Ｔ１に一対の凸部３１１を係合させて、掘削ツールＴを半径方向にガイドするように構成されている。なお、固定レール３１が凸部３１１ではなく凹部を有するとともに、掘削ツールＴが凹部Ｔ１ではなく凸部を有していてもよい。また、固定レール３１と同様に、旋回レール３２も一対の凸部３２１を有している（図４参照）。

【0044】

複数の掘削ツールＴは、半径方向（Ｒ方向）を向く状態で、半径方向に沿って並ぶように、固定レール３１に設置されている。掘削ツールＴは、細長い刃部Ｔ２と、刃部Ｔ２を後方側（Ｘ１方向側）から支持する刃部支持部Ｔ３とを有している（図４参照）。

【0045】

上記の掘削ツールＴが「半径方向を向く状態」とは、前方側（Ｘ２方向側）から見て、細長い刃部Ｔ２が刃部支持部Ｔ３に対して半径方向の外周側（中心軸線αまでの距離が大きくなる側）に配置されるとともに、刃部Ｔ２の長手方向と、半径方向に直交する方向とが略一致する状態である。

【0046】

図１に示すように、固定レール３１の内周側端部には、ゲート用ジャッキ（図示せず）により開閉されるガイドゲートＧ２が設けられている。ガイドゲートＧ２は、土砂の大気室Ａ側への浸入を防止する機能を有している。固定レール３１は、ガイドゲートＧ２が開かれることにより、カッタヘッド３の内部と接続されて、センターシャフトＣの内部を介して新たな掘削ツールＴの受け取りが可能となるように構成されている。

【0047】

〈カッタヘッドの旋回レールの構成〉
旋回レール３２には、複数（２つ）の掘削ツールＴが設置されている。旋回レール３２は、前方側から見て、円形状に形成されている（図２参照）。旋回レール３２は、半径方向において固定レール３１の外周側に隣接して配置されている。

【0048】

旋回レール３２に設置された掘削ツールＴは、固定レール３１に設置された掘削ツールＴと比較して、半径方向の外周側に配置され、カッタヘッド３の回転時においてより大きく移動されるため、地山の掘削に伴い摩耗しやすい。このため、掘削ツール交換装置１００ａは、固定レール３１に設置された掘削ツールＴではなく、旋回レール３２に設置された最外周の掘削ツールＴから順に交換するように構成されている。

【0049】

旋回レール３２は、中心軸線αと平行で前後方向に延びる中心軸線β回りに旋回可能なように、ハウジング３３に支持されている。中心軸線βは、前方側（Ｘ２方向側）から見て、半径方向に直交する方向において、固定レール３１の一対の凸部３１１の中間位置に配置されている。すなわち、中心軸線βは、第１スポーク３０の中心線γ上に配置され、中心線γと直交している（図２参照）。

【0050】

旋回レール３２は、ツール供給機構６の後述する旋回ジャッキ５０により回転力が付与されるように構成されている。その結果、旋回レール３２は、中心軸線β回りに旋回して、旋回レール３２、および、旋回レール３２に設置されている複数（２つ）の掘削ツールＴを回転させるように構成されている。なお、旋回ジャッキ５０は、特許請求の範囲の「旋回装置」の一例である。

【0051】

図４～図６に示すように、旋回レール３２は、旋回により、固定レール３１に接続される初期状態の向きと、掘削ツールＴのチャンバ２内への排出が可能になる旋回状態の向きとの２つの向きに移行可能に構成されている。

【0052】

詳細には、ツール排出機構５は、旋回レール３２に設置された掘削ツールＴが半径方向を向く初期状態（非旋回状態）から、掘削ツールＴが半径方向および前後方向に交差する所定の交差方向を向く旋回状態に、掘削ツールＴを旋回させて移行させるように構成されている。ツール排出機構５は、初期状態から旋回状態に旋回レール３２を移行させる際に、旋回レール３２を中心軸線β回りに約９０度旋回させるように構成されている。

【0053】

なお、上記の「初期状態」とは、新たな掘削ツールＴをカッタヘッド３に供給する際、および、カッタヘッド３により地山を掘削する際における旋回レール３２の状態（向き）である。「旋回状態」とは、摩耗した掘削ツールＴをカッタヘッド３からチャンバ２内へ排出する際における旋回レール３２の状態（向き）である。

【0054】

初期状態では、旋回レール３２に設置された掘削ツールＴの向きと、固定レール３１に設置された掘削ツールＴの向きとが一致する。また、旋回レール３２は、初期状態では、固定レール３１と接続されて、固定レール３１から掘削ツールＴの受け取りが可能となるように構成されている（図２参照）。すなわち、初期状態では、旋回レール３２の凸部３２１と、固定レール３１の凸部３１１とが、連続して配置される。

【0055】

旋回レール３２は、初期状態でツール排出機構５の後述する押出ジャッキ５１が係合する係合部３２ａを有している。旋回レール３２は、係合部３２ａに押出ジャッキ５１が係合することにより、初期状態からの旋回が規制されるように構成されている。その結果、旋回レール３２は、地山を掘削する際に、地山からの外力による意図しない旋回を防止することが可能である。なお、押出ジャッキ５１は、特許請求の範囲の「押出装置」の一例である。

【0056】

旋回レール３２は、旋回状態では、固定レール３１との接続が解除されるとともに、最外周の掘削ツールＴのチャンバ２内への排出が可能となるように構成されている。

【0057】

〈カッタヘッドのハウジングの構成〉
図２に示すように、ハウジング３３は、第１スポーク３０、第２スポーク３４および外周リング３３ａ（第１スポーク３０および第２スポーク３４の外周側端部を接続するリング状の構成）などが一体的に設けられるカッタヘッド３の筐体部分である。ハウジング３３は、旋回レール３２を中心軸線β回りに旋回可能に支持している。

【0058】

ハウジング３３は、外周リング３３ａと、壁部３３ｂと、壁部３３ｂに設けられた切り欠き部３３ｃと、押出ジャッキ５１の収容部３３ｄとを有している。

【0059】

壁部３３ｂは、旋回レール３２の周囲を取り囲むように設けられており、初期状態および旋回レール３２の旋回途中において、旋回レール３２から掘削ツールＴが脱落することを防止している（図１参照）。

【0060】

切り欠き部３３ｃは、旋回状態において、旋回レール３２に接続され、掘削ツールＴのチャンバ２内への排出経路を構成している。なお、切り欠き部３３ｃに代えて、貫通穴により、掘削ツールＴの排出経路を構成してもよい。

【0061】

切り欠き部３３ｃは、旋回レール３２に対して、カッタヘッド３の回転方向（ＲＴ方向）の一方側に配置されている。切り欠き部３３ｃは、排出する掘削ツールＴがカッタヘッド３の最外周部分である外周リング３３ａに接触しない程度に、外周リング３３ａから半径方向（Ｒ方向）の内周側に離間した位置に配置されている。

【0062】

収容部３３ｄは、押出ジャッキ５１を収容する中空の空間を有している。収容部３３ｄは、旋回レール３２に対して、カッタヘッド３の回転方向の他方側（切り欠き部３３ｃとは逆側）に配置されている。収容部３３ｄは、回転方向において、第１スポーク３０と第２スポーク３４との間に配置されている。収容部３３ｄは、前方側から見て、半径方向の内周側から外周側に向けて、徐々に厚みが大きくなるように形成されている。

【0063】

〈カッタヘッドの第２スポークの構成〉
第２スポーク３４は、中心軸線αから半径方向に直線状に延びる中空の梁部材である。第２スポーク３４は、カッタヘッド３の回転方向において、隣接する２つの第１スポーク３０の間の中間位置に１つずつ配置されている。すなわち、第２スポーク３４は、カッタヘッド３の回転方向において、第１スポーク３０と交互に配置されるとともに、カッタヘッド３の回転方向において、第１スポーク３０と１８０度位相が異なる位置に配置されている。

【0064】

複数（３つ）の第２スポーク３４の内部には、それぞれ、ツール供給機構６の後述するツール送りジャッキ６２が１つずつ設けられている。第２スポーク３４には、複数の固定式の掘削ツールであるツールビットＢ２が設けられている。

【0065】

（トンネル掘削機の土砂排出機構の構成）
図１に示す土砂排出機構４は、チャンバ２内の土砂を隔壁Ｐの後方の大気室Ａに排出するように構成されている。土砂排出機構４から大気室Ａに排出された土砂は、たとえばベルトコンベア（図示せず）などの搬送装置によって坑外に搬送される。また、トンネル掘削機１００は、ツール排出機構５によりチャンバ２内に排出された掘削ツールＴを、土砂排出機構４により大気室Ａに排出して回収するように構成されている。すなわち、土砂排出機構４は、チャンバ２内から大気室Ａに掘削ツールＴを排出する用途にも利用される。土砂排出機構４は、スクリュコンベアにより構成されている。すなわち、ツール排出機構５により掘削ツールＴがチャンバ２内に排出された後、土砂排出機構４は、チャンバ２内に排出された掘削ツールＴを、チャンバ２内（隔壁Ｐの前方の領域内）から大気室Ａ内（隔壁Ｐの後方の領域内）に移動させて（搬送して）、回収する掘削ツール回収装置（掘削ツール移動装置）である。

【0066】

詳細には、土砂排出機構４は、ケーシング４０と、スクリュ４１と、スクリュ４１を回転駆動させる駆動部（図示せず）とを含んでいる。

【0067】

ケーシング４０は、土砂の排出経路を構成する管状部材であり、チャンバ２と、大気室Ａとを連通している。ケーシング４０は、一端で開口する取込口が隔壁Ｐを貫通してチャンバ２内に露出し、他端側の開口である排出口が隔壁Ｐよりも後方側の大気室Ａ内に露出している。

【0068】

スクリュ４１は、ケーシング４０内に配置されており、回転によって土砂に大気室Ａに向けた搬送力を付与するように構成されている。スクリュ４１は、管状のケーシング４０と同軸で配置され、中心軸回りに回転可能に設けられている。なお、スクリュ４１とケーシング４０との間には、掘削ツールＴが通過可能な程度の所定の大きさの隙間が確保されている。このため、土砂排出機構４は、スクリュ４１により、掘削ツールＴを略傷つけることなく大気室Ａに排出することが可能である。

【0069】

（トンネル掘削機の掘削ツール交換装置の構成）
掘削ツール交換装置１００ａは、ツール排出機構５とツール供給機構６とを備えている。掘削ツール交換装置１００ａは、ツール排出機構５とツール供給機構６とにより、摩耗した掘削ツールＴと新たな掘削ツールＴとを交換するように構成されている。

【0070】

ツール排出機構５は、カッタヘッド３の掘削ツールＴをチャンバ２内に排出するように構成されている。ツール供給機構６は、チャンバ２内に排出された掘削ツールＴに代えて新たな掘削ツールＴをカッタヘッド３に供給するように構成されている。

【0071】

〈掘削ツール交換装置のツール排出機構の構成〉
図４～図７に示すように、ツール排出機構５は、旋回ジャッキ５０と、押出ジャッキ５１とを含んでいる。

【0072】

旋回ジャッキ５０は、旋回レール３２に回転力を付与して、旋回レール３２を旋回させるように構成されている。旋回ジャッキ５０は、掘削ツールＴが半径方向（Ｒ方向）を向く初期状態から、掘削ツールＴが半径方向および前後方向に交差する所定の交差方向を向く旋回状態に、掘削ツールＴを旋回させて移行させるように構成されている。

【0073】

旋回ジャッキ５０は、半径方向に延びており、第１スポーク３０の内部に配置されている。旋回ジャッキ５０は、掘削ツールＴに干渉することがないように、固定レール３１および旋回レール３２に設置された掘削ツールＴよりも後方側（Ｘ１方向側）に配置されている。

【0074】

旋回ジャッキ５０は、前後方向（Ｘ方向）から見て、旋回レール３２の中心軸線βの両側に配置され、各々の先端で旋回レール３２を回動可能に支持する一対のジャッキにより構成されている。旋回ジャッキ５０は、一対のジャッキの一方を伸ばすとともに、一対のジャッキの他方を縮めることにより、旋回レール３２を旋回させるように構成されている。旋回ジャッキ５０は、一対のジャッキの一方の伸縮量と、他方の伸縮量とが略同じになるように駆動制御される。なお、旋回ジャッキは、１つのジャッキにより構成されていてもよい。

【0075】

押出ジャッキ５１は、旋回状態で「半径方向および前後方向に交差する所定の交差方向」に掘削ツールＴを押圧してチャンバ２内に排出するように構成されている。すなわち、押出ジャッキ５１は、カッタヘッド３の前面に沿って、半径方向に交差する所定方向に最外周の掘削ツールＴを押圧してチャンバ２内に排出するように構成されている。

【0076】

上記の「半径方向および前後方向に交差する所定の交差方向」とは、本実施形態では、半径方向および前後方向のそれぞれに対して略直交する方向である。

【0077】

詳細には、押出ジャッキ５１は、旋回状態において、伸びることにより、旋回レール３２の一対の凸部３２１の間に侵入し、初期状態で最外周から数えて２番目の位置に配置されていた掘削ツールＴを押圧して、最外周の掘削ツールＴを間接的に押圧するように構成されている。その結果、最外周の掘削ツールＴは、切り欠き部３３ｃを介してチャンバ２内に排出される（図１１参照）。

【0078】

図２に示すように、押出ジャッキ５１は、カッタヘッド３の収容部３３ｄの内部に配置されている。押出ジャッキ５１は、ロッド部分の先端が収容部３３ｄの内部の所定箇所に固定され、シリンダー部分が旋回レール３２（掘削ツールＴ）に向けて進退移動するように構成されている。

【0079】

押出ジャッキ５１は、初期状態で旋回レール３２の係合部３２ａに係合することにより、旋回レール３２の初期状態からの旋回を規制するように構成されている。すなわち、押出ジャッキ５１の用途には、旋回状態において掘削ツールＴを押圧してチャンバ２内に排出する用途と、初期状態において旋回レール３２の初期状態からの旋回を規制する用途との２つがある。

【0080】

〈掘削ツール交換装置のツール供給機構の構成〉
図１に示すように、ツール供給機構６は、ツール搬送ボックス６０と、ツール搬送ボックス６０の後面に設けられるツール搬送ジャッキ６１と、ツール送りジャッキ６２とを含んでいる。

【0081】

ツール供給機構６は、新たな掘削ツールＴをツール搬送ボックス６０に収容した状態で、ツール搬送ジャッキ６１を前方に伸ばすことより、ツール搬送ボックス６０を前方（Ｘ２方向）に移動させて、ツール搬送ボックス６０を大気室Ａ側からカッタヘッド３の内部に搬送するように構成されている。そして、ツール供給機構６は、第２スポーク３４の内部に設けられたツール送りジャッキ６２を伸ばすことにより、ツール搬送ボックス６０に収容された新たな掘削ツールＴを押し上げて、半径方向の内周側から固定レール３１（第１スポーク３０）に供給するように構成されている。

【0082】

ツール搬送ボックス６０は、中心軸線α上に配置されている。ツール搬送ボックス６０は、新たな掘削ツールＴを供給しようとしている固定レール３１（図１では中心軸線αの上方側の固定レール３１）に設置されている掘削ツールＴと同じ向きに、新たな掘削ツールＴを保持するように構成されている。

【0083】

この場合、ツール搬送ボックス６０の上方側には、新たな掘削ツールＴをツール搬送ボックス６０内に導入するため、および、新たな掘削ツールＴを押し上げて固定レール３１に供給するための開口６０ａが設けられている。また、ツール搬送ボックス６０の下方側には、新たな掘削ツールＴを押し上げる際に、ツール送りジャッキ６２を挿入するための開口６０ｂが設けられている。

【0084】

ツール搬送ジャッキ６１は、伸縮によりツール搬送ボックス６０を中心軸線α上で前後方向に移動させるように構成されている。ツール搬送ジャッキ６１が最も縮んだ状態では、ツール搬送ボックス６０は、センターシャフトＣよりも後方の大気室Ａに配置される。ツール搬送ジャッキ６１が最も伸びた状態では、ツール搬送ボックス６０は、センターシャフトＣ内部の前方側に配置される。また、ツール搬送ジャッキ６１が最も伸びた状態では、ツール搬送ボックス６０内の掘削ツールＴの位置は、前後方向において、固定レール３１に設置されている掘削ツールＴの位置と一致している。

【0085】

センターシャフトＣの後端には、ツール供給ボックス６３が設けられている。ツール供給ボックス６３は、ツール搬送ジャッキ６１が最も縮んだ状態では、ツール供給ボックス６３を内側に収容している。ツール供給ボックス６３は、作業者が位置する大気室Ａ内に土砂が浸入することがないように封止されている。ツール供給ボックス６３は、開閉可能な蓋部材６３ａを有している。

【0086】

ツール供給ボックス６３とセンターシャフトＣとの間には、ゲート用ジャッキ（図示せず）により開閉されるメインゲートＧ１が設けられている。メインゲートＧ１は、土砂の大気室Ａ側への浸入を防止する機能を有している。ツール搬送ボックス６０は、メインゲートＧ１が開かれることにより、前方に移動してセンターシャフトＣの内部に入ることが可能となる。

【0087】

ツール送りジャッキ６２は、第２スポーク３４の内部に配置されている。ツール送りジャッキ６２は、半径方向に延びており、第２スポーク３４の内周側端部から、第２スポーク３４の外方に向けて伸縮可能に構成されている。ツール送りジャッキ６２は、上方に配置されたツール搬送ボックス６０内の新たな掘削ツールＴを上方に押し上げるように構成されている。その結果、新たな掘削ツールＴは、固定レール３１（第１スポーク３０）に供給される。

【0088】

なお、ツール送りジャッキ６２による新たな掘削ツールＴの供給は、最外周の掘削ツールＴをチャンバ２内に排出した状態で行われる。要するに、ツール送りジャッキ６２による新たな掘削ツールＴの供給は、新たな掘削ツールＴを設置するための空きスペースが第１スポーク３０にある状態で行われる。

【0089】

（掘削ツールの交換方法）
掘削ツールＴの交換方法について説明する。掘削ツールＴを交換する工程は、摩耗した掘削ツールＴの排出工程と、新たな掘削ツールＴの供給工程との２つに大別される。

【0090】

詳細には、掘削ツールＴの交換方法は、着脱可能な複数の掘削ツールＴを含み回転により地山を掘削するカッタヘッド３の掘削ツールＴを、ツール排出機構５により土砂が貯留されるチャンバ２内に排出する工程と、チャンバ２内に排出された掘削ツールＴに代えて、新たな掘削ツールＴを、ツール供給機構６によりカッタヘッド３に供給する工程とを備えている。以下、排出工程および供給工程について順に説明する。

【0091】

〈掘削ツールの排出工程〉
図８（Ａ）および（Ｂ）に示すように、排出工程の開始時点（開始前）では、地山を掘削する際に地山からの外力によって意図せずに旋回レール３２が旋回してしまうことを防止するために、係合部３２ａに押出ジャッキ５１が係合している。なお、図８（Ａ）と図８（Ｂ）とは、同時点での旋回レール３２および押出ジャッキ５１を、互いに異なる方向から示している。以下の図９～図１１についても同様である。

【0092】

そして、図９（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第１の排出工程として、押出ジャッキ５１を縮めて、押出ジャッキ５１と旋回レール３２の係合部３２ａとの係合を解除する。すなわち、旋回レール３２を旋回可能な状態にする。

【0093】

次に、図１０（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第２の排出工程として、一対のジャッキにより構成される旋回ジャッキ５０により、掘削ツールＴが半径方向を向く初期状態から、掘削ツールＴが半径方向および掘進方向に交差する所定の交差方向を向く旋回状態に、旋回レール３２（掘削ツールＴ）を中心軸線β回りに旋回させて移行させる。この際、最外周の掘削ツールＴが切り欠き部３３ｃに近づくように、旋回レール３２を旋回させる。すなわち、旋回レール３２を約９０度旋回させて、最外周の掘削ツールＴを切り欠き部３３ｃから排出可能な状態にする。

【0094】

次に、図１１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、第３の排出工程として、押出ジャッキ５１を伸ばして、最外周の掘削ツールＴのみをチャンバ２内に排出する（図６参照）。チャンバ２内に排出された掘削ツールＴは、土砂排出機構４（図１参照）を介して大気室Ａ（図１参照）に排出され、回収される。なお、最外周の掘削ツールＴのみをチャンバ２内に排出するのではなく、複数の掘削ツールＴを排出してもよい。

【0095】

次に、第４の排出工程として、一対のジャッキにより構成される旋回ジャッキ５０により、旋回状態から初期状態に掘削ツールＴを旋回させて移行させる。すなわち、第２の排出工程とは逆に、旋回レール３２を約－９０度旋回させて、元の初期状態に復帰させる。あるいは、第２の排出工程での旋回方向と同じ方向に、旋回レールを約９０度（あるいは約２７０度）旋回させて、元の初期状態に復帰させるように構成してもよい。

【0096】

次に、第５の排出工程として、押出ジャッキ５１を伸ばして、押出ジャッキ５１と旋回レール３２の係合部３２ａとを再び係合させて、旋回レール３２の初期状態からの旋回を規制する。

【0097】

〈掘削ツールの供給工程〉
図１２に示すように、第１の供給工程として、蓋部材６３ａが取り外された状態で、新たな掘削ツールＴを、ツール供給ボックス６３内のツール搬送ボックス６０に収容する。その後、再び蓋部材６３ａが取り付けられる。

【0098】

次に、図１に示すように、第２の供給工程として、メインゲートＧ１を開く。すなわち、センターシャフトＣの内部とツール搬送ボックス６０の内部とを接続する。

【0099】

次に、第３の供給工程として、ツール搬送ジャッキ６１を伸ばして、ツール搬送ボックス６０をセンターシャフトＣの内部で前進させることにより、ツール搬送ボックス６０をカッタヘッド３の内部に搬送する。そして、前後方向において、ツール搬送ボックス６０内の掘削ツールＴの位置と、固定レール３１に設置されている掘削ツールＴの位置とが一致する位置で、ツール搬送ボックス６０を停止させる。

【0100】

なお、上記の第１～第３の供給工程は、上記の第４の排出工程が完了するまでに事前に行われる。このため、カッタヘッド３の内部で新たな掘削ツールＴを待機させておくことができるので、第４の排出工程の完了直後に、即座に以下の第４の供給工程以降を開始することができる。その結果、旋回レール３２に掘削ツールＴを設置するための空きスペースがあることによる土砂の浸入などを抑制することができる。要するに、旋回レール３２に掘削ツールＴを設置するための空きスペースがある期間を最小限にすることができる。この場合、上記の第１～第３の供給工程と、上記の第１～第４の排出工程とが並行して行われてもよい。

【0101】

次に、第４の供給工程として、ガイドゲートＧ２を開く。

【0102】

次に、図１３に示すように、第５の供給工程として、ツール送りジャッキ６２を伸ばして、ツール搬送ボックス６０内の新たな掘削ツールＴを上方に押し上げることにより、新たな掘削ツールＴを半径方向の内周側から固定レール３１（第１スポーク３０）に供給する。この際、ツール送りジャッキ６２は、開口６０ｂからツール搬送ボックス６０内に挿入される。

【0103】

次に、図１に示すように、第６の供給工程として、ツール送りジャッキ６２を縮めるとともに、ガイドゲートＧ２を閉める。

【0104】

次に、第７の供給工程として、ツール搬送ジャッキ６１を縮めて、空のツール搬送ボックス６０を後退させて、メインゲートＧ１を閉める。作業完了後に、ツール供給ボックス６３、ツール搬送ボックス６０およびツール搬送ジャッキ６１は、原則、撤去される。

【0105】

（本実施形態の効果）
本実施形態では、以下のような効果を得ることができる。

【0106】

本実施形態では、上記のように、カッタヘッド３の掘削ツールＴをチャンバ２内に排出するツール排出機構５を設ける。これによって、ツール排出機構５により、掘削ツールＴをチャンバ２内に排出するだけで、掘削された土砂とともに使用済みの掘削ツールＴを回収することができるので、従来のような、カッタヘッド内に配置された専用の回収通路を設けることなく、既存の構成であるチャンバ２を介して掘削ツールＴを回収することができる。したがって、使用済みのカッタビットを回収するための装置構成を簡素化することができる。また、カッタヘッド３内に専用の回収通路を設けない分だけ、カッタヘッド３を小型化（スリム化）することができるので、カッタヘッド３により掘削された土砂をチャンバ２内に取り込む際の抵抗を低減することができる。すなわち、掘削された土砂を取り込むカッタヘッド３の開口を大きく確保することや、掘削土砂を取り込む開口の奥行を浅くする（本実施形態では掘進方向における第１スポーク３０の厚みを薄くすることに相当）ことが可能となり、掘削土砂を円滑に取り込むことができる。また、掘削ツールＴをチャンバ２内に排出するだけで掘削された土砂とともに掘削ツールＴを回収することができるので、容易に掘削ツールＴを回収することができる。

【0107】

本実施形態では、上記のように、複数の掘削ツールＴは、半径方向に沿って並ぶように設置され、ツール排出機構５は、半径方向および掘進方向に交差する所定の交差方向に掘削ツールＴを押圧してチャンバ２内に排出する押出ジャッキ５１を含む。これによって、押出ジャッキ５１により掘削ツールＴをチャンバ２内に押圧して排出するだけで、掘削ツールＴを回収することができるので、より容易に掘削ツールＴを回収することができる。

【0108】

本実施形態では、上記のように、複数の掘削ツールＴは、カッタヘッド３の半径方向を向く状態で、半径方向に沿って並ぶように設置され、ツール排出機構５は、掘削ツールＴが半径方向を向く初期状態から、掘削ツールＴが半径方向および掘進方向に交差する所定の交差方向を向く旋回状態に、掘削ツールＴを旋回させて移行させる旋回ジャッキ５０を含み、旋回状態で掘削ツールＴをチャンバ２内に排出するように構成されている。これによって、旋回ジャッキ５０により掘削ツールＴを旋回させて初期状態から旋回状態に移行させることにより、掘削ツールＴを半径方向および掘進方向に交差する所定の交差方向に向けることができる。すなわち、旋回ジャッキ５０により掘削ツールＴを旋回させて、掘削ツールＴをチャンバ２側（排出方向側）に向けることができるので、掘削ツールＴを容易にチャンバ２内に排出することができる。

【0109】

本実施形態では、上記のように、カッタヘッド３は、掘削ツールＴが設置され、カッタヘッド３に対して固定された状態で設けられる固定レール３１と、掘削ツールＴが設置され、半径方向において固定レール３１の外周側に配置されるとともに、旋回ジャッキ５０により旋回される旋回レール３２とを含み、旋回レール３２は、初期状態では固定レール３１と接続されて固定レール３１から掘削ツールＴの受け取りが可能となり、旋回状態では固定レール３１との接続が解除されるとともに掘削ツールＴのチャンバ２内への排出が可能となるように構成されている。これによって、半径方向において固定レール３１の外周側に配置される旋回レール３２により、複数の掘削ツールＴの中で外周側に位置する摩耗した度合いが大きい掘削ツールＴを旋回させて、旋回状態でチャンバ２内に排出することができる。

【0110】

本実施形態では、上記のように、ツール排出機構５は、所定の交差方向に掘削ツールＴを押圧してチャンバ２内に排出する押出ジャッキ５１を含み、旋回レール３２は、初期状態で押出ジャッキ５１が係合する係合部３２ａを有し、係合部３２ａに押出ジャッキ５１が係合することにより、初期状態からの旋回が規制されるように構成されている。これによって、押出ジャッキ５１を、掘削ツールＴをチャンバ２内に排出するためだけに用いるのではなく、旋回レール３２の係合部３２ａに係合させて旋回レール３２の初期状態からの旋回を規制するためにも用いることができる。このため、押出ジャッキ５１とは別個に旋回レール３２の旋回を規制する専用の構成を設ける場合と比較して、装置構成を簡素化することができる。

【0111】

本実施形態では、上記のように、チャンバ２内の土砂を隔壁Ｐの後方の大気室Ａに排出する土砂排出機構４をさらに備え、ツール排出機構５によりチャンバ２内に排出された掘削ツールＴを、ツール排出機構５により大気室Ａに排出して回収するように構成されている。これによって、既存の土砂排出機構４を用いて掘削ツールＴをチャンバ２内から大気室Ａに排出して回収することができるので、掘削ツールＴをチャンバ２内から大気室Ａに排出する専用の構成を設ける場合と比較して、装置構成を簡素化することができる。

【0112】

（変形例）
なお、今回開示された実施形態および変形例は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。

【0113】

たとえば、上記実施形態では、トンネル掘削機が、泥土圧式のシールド掘進機である例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、泥水式のシールド掘進機であってもよい。

【0114】

また、上記実施形態では、土砂排出機構（スクリュコンベア）により、チャンバ内に排出された掘削ツールを、大気室に排出して回収した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、図１４に示すトンネル掘削機２００のように、旋回レール３２の後方の隔壁Ｐに掘削ツールＴを回収するための開口２０４を設けて、開口２０４を介して掘削ツールＴを回収してもよい。

【0115】

また、上記実施形態では、土砂を大気室に排出する土砂排出機構を、スクリュコンベアにより構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、土砂排出機構を、ポンプを用いて土砂を大気室に排出する排土管などのスクリュコンベア以外の構成としてもよい。

【0116】

また、上記実施形態では、旋回ジャッキにより、旋回レールを約９０度旋回させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、掘削ツールをチャンバ内に排出可能であるならば、旋回レールを９０度とは異なる角度だけ旋回させてもよい。

【0117】

また、上記実施形態では、カッタヘッドが、第１スポーク（第２スポーク）を、３つ備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、カッタヘッドが、第１スポーク（第２スポーク）を、１つ、２つまたは４つ以上備えていてもよい。

【0118】

また、上記実施形態では、カッタヘッドが、トンネルの中心軸線に平行な軸線周りに旋回する旋回レールと固定レールとの両方を備える例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、旋回レールの旋回軸線がトンネルの中心軸線に平行な軸線に限られることはない。また、本発明では、旋回レールを備えない場合でも、掘削ツールを別の方法で固定レールより解除し、チャンバ内への排出が可能な機構が設けられればよい。例えば、固定レールの先に、左右にスライド可能なレールを設け、掘削ツールを固定レールより解除し、さらにスライドさせて、固定レールから切り離し、チャンバ内へ排出するように構成されていてもよい。この他、固定レール上に配置されている掘削ツールの左右方向の一方に設けられた開閉可能なゲートを開いた状態で、掘削ツールの左右方向の他方に設けられた押出ジャッキにより、固定レール上に配置されている掘削ツールをチャンバ内へ排出してもよい。なお、掘削ツールの排出後にはゲートが閉じられる。

【0119】

また、上記実施形態では、２つの掘削ツールが設置された状態で、旋回レールを旋回させた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、１つまたは３つ以上の掘削ツールが設置された状態で、旋回レールを旋回させてもよい。

【0120】

また、上記実施形態では、掘削ツールを先行ビットにより構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、掘削ツールを先行ビット以外の他の種類のビットより構成してもよい。

【0121】

また、上記実施形態では、掘削ツールの排出工程の一部と、掘削ツールの供給工程の一部とを並行して行った例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、掘削ツールの排出工程と、掘削ツールの供給工程とを並行して行わなくてもよい。すなわち、掘削ツールの排出工程が完了した後、掘削ツールの供給工程を開始してもよい。

【0122】

また、上記実施形態では、本発明の旋回装置を、旋回ジャッキにより構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、本発明の旋回装置を、旋回レールを旋回させるウォームギアおよびモータなどの旋回ジャッキ以外の構成としてもよい。

【0123】

また、上記実施形態では、押出ジャッキを収容する複数（３つ）の収容部を、第１スポークに対して、カッタヘッドの回転方向の一方側のみに設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、一部の収容部を、第１スポークに対して、回転方向の一方側に設けるとともに、他の収容部を、第１スポークに対して、回転方向の他方側に設けてもよい。

【0124】

旋回レールは必ずしも最外周側に設置されていなくてもよく、例えば、一の固定レールと、他の固定レールとの間に旋回レールが設置されてもよい。また、固定レールの一部または全てが旋回レールとして構成されてもよい。このように構成すれば、特に消耗の激しいものを交換したい場合に、ツール排出機構により、適当な位置からカッタヘッドの摩耗した掘削ツールをチャンバ内に排出することができる。

【0125】

また、上記実施形態では、トンネル掘削機を、センター（中央）支持方式により構成した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、トンネル掘削機を、上記の支持方式以外の外周支持方式などにより構成してもよい。

【符号の説明】

【0126】

２ チャンバ
３ カッタヘッド
４ 土砂排出機構
５ ツール排出機構
６ ツール供給機構
３１ 固定レール
３２ 旋回レール
３２ａ 係合部
５０ 旋回ジャッキ（旋回装置）
５１ 押出ジャッキ（押出装置）
１００、２００ トンネル掘削機
１００ａ 掘削ツール交換装置
Ａ 大気室
Ｐ 隔壁
Ｔ 掘削ツール

【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】