JP6399577B2 - トンネル掘削機およびトンネル掘削方法 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル掘削機に関し、特に地山の崩壊や掘削した土砂による締め付け（以下地山の崩壊等と呼ぶ）にてトンネル掘削機が地山に拘束され始めた時に拘束解除を可能にするために胴部材の直径を縮径可能にしたトンネル掘削機に関する。

大口径、長距離、大深度のトンネルを掘削するトンネル掘削機においては、断層帯に遭遇した際に地山の崩壊等により、胴体が地山に拘束され、掘削不能となる可能性がある。そのため、胴体を拘束している地山の上部崩壊等を解除する為に、大きな水圧や土圧が作用する環境下で地山が崩壊しない処置として、地山に後方より地盤改良材を注入した後、人力により拘束解除の為の切り拡げ作業を行っていた。

特許文献１には、シールド坑の掘削直径を必要に応じて拡縮する為に掘削断面の直径を全方向に均等に漸増、漸減可能にした断面可変シールド掘進機が開示されている。

特開平８−９３３８１号公報

特に大深度における断層帯に拘束された場合に、地盤改良材を注入したとしても、水圧や土圧を完全に封止できる可能性が低く、作業者が胴体外に出て行う切り拡げ作業には常に危険性が伴う。しかも、大口径トンネル掘削機においては、切り拡げ作業量が多く、作業期間が長期間になることが想定される。

本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、人力に頼らずに短時間で地山からの拘束を解除可能とするトンネル掘削機を提供することを目的とする。

請求項１のトンネル掘削機は、カッターヘッドと胴部材とを有するトンネル掘削機において、前記胴部材は、内胴とこの内胴に対して所定隙間を空けて同心状に配置された外胴とを有し、前記外胴の中段部に外胴を縮径可能に分断した左右１対の可変連結部を設けると共に、前記可変連結部より上側の外胴部分を外胴上部、前記可変連結部より下側の外胴部分を外胴下部とし、前記外胴下部は、前記内胴に対して固定状態に保持された底板部を有し、前記左右１対の可変連結部は、前記内胴の軸心方向の複数位置に夫々設けられ且つ前記外胴上部を内胴に縮径駆動可能に連結する複数組の左右１対の第１駆動手段を備え、前記第１駆動手段は、前記胴部材の周方向と略平行に配設された第１油圧シリンダを備えたことを特徴としている。

請求項２のトンネル掘削機は、請求項１の発明において、前記外胴下部は前記底板部の両端に周方向端部が回動可能にヒンジ接続された左右１対の下部側板を有し、前記左右１対の可変連結部は、前記内胴の軸心方向の複数位置に夫々設けられ且つ前記左右１対の下部側板を内胴に縮径駆動可能に連結する複数組の左右１対の第２駆動手段を備え、前記第２駆動手段は、前記胴部材の周方向と略平行に配設された第２油圧シリンダを備えたことを特徴としている。

請求項３のトンネル掘削機は、請求項１又は２の発明において、前記外胴上部の頂板部分と内胴との間に、縮径状態のとき前記頂板部分を拡径方向に付勢する圧縮バネからなる複数の付勢手段を設けたことを特徴としている。

請求項４のトンネル掘削機は、請求項２の発明において、前記外胴上部は、頂板部と、この頂板部の左右両端に回動可能に接続された左右１対の上部側板とを備え、前記頂板部を縮径可能に支持する第３駆動手段を設けたことを特徴としている。

請求項５のトンネル掘削機は、請求項１の発明において、前記内胴の前端部と外胴の前端部に内胴と外胴間に土砂の侵入を防ぐ第１侵入防止機構を設け、前記内胴の後端部と外胴の後端部に内胴と外胴間に土砂の侵入を防ぐ第２侵入防止機構を設けたことを特徴としている。

請求項６のトンネル掘削機は、請求項５の発明において、前記左右１対の可変連結部から内胴と外胴間に土砂の侵入を防ぐ左右１対の第３侵入防止機構を設けたことを特徴としている。

請求項７のトンネル掘削機は、請求項１又は２の発明において、前記外胴上部の頂板部分に地山から作用する荷重を検出する少なくとも１つの荷重検出手段を設けたことを特徴としている。

請求項８のトンネル掘削機は、請求項１又は２の発明において、前記カッターヘッドに掘削径を拡大する為の複数のオーバーカッターを設け、前記内胴と外胴の前端近傍部の下端部分に、外胴の外側へ突出可能な可動ソリと、この可動ソリを進退駆動する進退駆動手段とを設けたことを特徴としている。

請求項９のトンネル掘削方法は、請求項２に記載のトンネル掘削機によりトンネルを掘削するトンネル掘削方法において、前記カッターヘッドに複数のオーバーカッターを予め設けておき、地山が胴部材を圧縮する圧縮荷重が予め定めた第１基準値を超えた際に、前記外胴の径を拡径状態に保持して前記複数のオーバーカッターにより拡径した掘削断面でトンネル掘削を行う第１ステップと、地山が胴部材を圧縮する圧縮荷重が前記第１基準値より大きな第２基準値を超えた際に、前記底板部以外の外胴部分の径を縮小した縮径状態に保持してトンネル掘削を行う第２ステップとを備えたことを特徴としている。

請求項１の発明によれば、胴部材が内胴とこの内胴に所定間隔空けて同心状に配置された外胴とを有し、前記外胴の中段部に外胴を縮径可能に分断した左右１対の可変連結部を設け、前記外胴下部は、前記内胴に対して固定状態に保持された底板部を有し、左右１対の可変連結部は、外胴上部を内胴に縮径駆動可能に連結する複数組の左右１対の第１駆動手段を備え、第１駆動手段は前記胴部材の周方向と略平行に配設された第１油圧シリンダを備えているため、次の効果が得られる。

トンネル掘削機が地山から拘束された際には、複数組の左右１対の第１駆動手段により外胴上部を内方（下方）へ駆動することで、外胴上部を縮径させて、地山からの拘束を解除可能である。それ故、作業者がトンネル掘削機の機外へ出ることなく、能率的に安全に短期間に拘束解除できる。また、前記第１油圧シリンダを胴部材の付近に配設することができる。

外胴下部は内胴に対して固定状態に保持された底板部を有するため、外胴上部を縮径する場合にもトンネル掘削機の軸心の高さ位置を一定に維持することができ、トンネル掘削機が下方に沈む虞が無く健全な掘削が可能である。

請求項２の発明によれば、前記左右１対の可変駆動部は、前記外胴下部を内胴に縮径駆動可能に連結する複数組の左右１対の第２駆動手段を備え、第２駆動手段は前記胴部材の周方向と略平行に配設された第２油圧シリンダを備えたため、外胴上部の縮径と連動して外胴下部を縮径させることで、外胴の底板部を除いた部分に作用する土圧を軽減し、地山からの拘束の解除を促進することができる。また、前記第２油圧シリンダを前記胴部材の付近に配設することができる。

請求項３の発明によれば、外胴上部の頂板部分と内胴との間に、縮径状態のとき前記頂板部分を拡径方向に付勢する複数の付勢手段を設けたため、外胴を縮径状態から拡径する際に、複数の付勢手段で頂板部分を拡径側へ付勢し、外胴の拡径を促進できる。

請求項４の発明によれば、外胴上部は、頂板部と、この頂板部の左右両端に回動可能に接続された左右１対の上部側板とを備え、外胴上部の頂板部と内胴との間に、前記頂板部を縮径可能に支持する第３駆動手段を設けたため、より細かな縮径動作を行うことができる。

請求項５の発明によれば、内胴の前端部と外胴の前端部に内胴と外胴間に土砂の侵入を防ぐ第１侵入防止機構を設け、内胴の後端部と外胴の後端部に内胴と外胴間に土砂の侵入を防ぐ第２侵入防止機構を設けたため、内胴と外胴間に土砂が侵入するのを防止できる。

請求項６の発明によれば、左右１対の可変連結部から内胴と外胴間に土砂の侵入を防ぐ左右１対の第３侵入防止機構を設けたため、可変連結部から内胴と外胴間に土砂が侵入するのを防止できる。

請求項７の発明によれば、外胴上部の頂板部分に地山から作用する荷重を検出する少なくとも１つの荷重検出手段を設けたため、地山の崩壊の前兆を検出可能になり、地山の崩壊等に伴う拘束を検出可能になる。

請求項８の発明によれば、カッターヘッドに掘削径を拡大する為の複数のオーバーカッターを設け、内胴と外胴の前端近傍部の下端部分に、外胴の外側へ突出可能な可動ソリと、この可動ソリを進退駆動する進退駆動手段とを設けたため、複数のオーバーカッターを作動させて掘削径を拡大するとき、進退駆動手段により可動ソリを突出させることで、トンネル掘削機の軸心の高さ位置を一定に維持した状態でトンネル掘削を続行することができる。

請求項９のトンネル掘削方法によれば、第１ステップにおいて、地山が胴部材を圧縮する圧縮荷重が予め定めた第１基準値を超えた際に、外胴を拡径状態に保持して前記複数のオーバーカッターにより拡径した掘削断面でトンネル掘削を行ない、第２ステップにおいて、圧縮荷重が前記第１基準値より大きな第２基準値を超えた際に、前記底板部以外の外胴部分の径を縮小した縮径状態に保持してトンネル掘削を行う。 第１ステップによりトンネル掘削機が地山に拘束されるのを抑制することができ、第２ステップにより地山に拘束されたトンネル掘削機の拘束解除を行うことができる。

本発明の実施例１に係るトンネル掘削機（通常状態）の縦断面図である。 カッターヘッドの正面図である。 図１のIII−III線断面図である。 図１のIV−IV線断面図である。 トンネル掘削機（縮径状態）の縦断面図である。 図５のVI−VI線断面図である。 図５のVII−VII線断面図である。 図１のＡ部の拡大図である。 図３のＢ部の拡大図である。 図６のＤ部の拡大図である。 図４のＣ部の拡大図である。 図７のＥ部の拡大図である。 外胴の構成を示す説明図である。 実施例２に係るトンネル掘削機（通常状態）の縦断面図である。 図１４のXV−XV線断面図である。 図１４のXVI−XVI線断面図である。 トンネル掘削機（縮径状態）の縦断面図である。 図１７のXVIII−XVIII線断面図である。 図１７のXIX−XIX線断面図である。

本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
尚、トンネル掘削方向に向いた状態での前後左右を前後左右として説明する。
また、以下の実施例において、直径の拡大を意味する「拡径」、直径の縮小を意味する「縮径」は、トンネル掘削機の軸心に対して上下方向に非対称な「拡径」、「縮径」を意味するものである。

本実施例に係るトンネル掘削機１は、胴部材２を内胴２Ａとこの内胴２Ａに対して所定隙間を空けて同心状に配置された外胴２Ｂとで構成し、外胴２Ｂを縮径可能にした大口径のトンネル掘削機であり、トンネル掘削機１の内部に装備する内部構造や機器や設備に関しては通常のトンネル掘削機とほぼ同様であるので、簡単に説明する。

図１〜図４に示すように、このトンネル掘削機１は、基本構成要素として、胴部材２、カッターヘッド３、隔壁構造４、カッター駆動機構５、複数のスラストジャッキ６、複数のシールドジャッキ７、２本の回転制御ジャッキ８、可動ソリ９及び複数のフロントグリッパー１０、複数のメイングリッパー１１、旋回リング１２及びエレクタ１３、作業デッキ１４、セグメント形状保持装置１５、排土設備１６などを備えている。

次に、胴部材２について説明する。
内胴２Ａは、前部内胴２０ａと中間内胴２０ｂと後部内胴２０ｃとを有し、円筒状の前部内胴２０ａが円筒状の中間内胴２０ｂに所定ストローク摺動自在に外嵌されている。
外胴２Ｂは、内胴２Ａの外側に内胴２Ａに対して所定隙間（例えば４００ｍｍ）を空けて同心状に配置されている。外胴２Ｂは、前部外胴４０と、後部外胴５０とを有し、前部外胴４０の後端側部分が後部外胴５０の前部に所定ストローク摺動自在に外嵌されている。尚、外胴２Ｂの詳細については後述する。

次に、カッターヘッド３と隔壁構造４とカッター駆動機構５について説明する。
図１，図２に示すように、カッターヘッド３は、放射方向に延びる複数（例えば８本）のカッターフレーム２１と、これらカッターフレーム２１の外周側端部が固定される外周フレーム２２と、複数のカッターフレーム２１に夫々付設された複数のローラーカッター２３と、複数のカッターフレーム２１の外周端部分に前方且つ外向きの傾斜状に夫々装備された複数（例えば８組）のオーバーカッター２４と、複数（例えば８枚）の扇形の面板２５等を備えている。尚、面板２５の１辺とカッターフレーム２１の間には土砂導入用の隙間２６が形成され、複数のカッターフレーム２１の後端部はカッタードラム２７に固定されている。

前記オーバーカッター２４は、油圧シリンダにより進出位置と後退位置とに切換え可能に構成されている。地山の崩壊の兆候が出てきて、胴部材２を圧縮する圧縮荷重が増大し始めた場合に、オーバーカッター２４を突出位置に切換えることで、掘削断面の直径を拡大することができる。

カッターヘッド３の後側にカッターチャンバー１７が形成され、このカッターチャンバー１７の後端は隔壁構造４で仕切られている。隔壁構造４は、中心側部分の円板部材４ａと、外周側部分の環状板部材４ｂと、円板部材４ａ及び環状板部材４ｂの後面側の機器取付用フレーム４ｃとを有し、機器取付用フレーム４ｃは、前部内胴２０ａと円板部材４ａと環状板部材４ｂとに固着されている。前記カッタードラム２７が円板部材４ａと環状板部材４ｂとの間にシール部材やベアリングを介して回転自在に装着されている。

次に、前記カッター駆動機構５に関して、図１，図３に示すように、カッタードラム２７には内歯リングギヤ５ａが固定され、複数のカッター駆動モータ５ｂの出力軸に固定されたピニオンギヤ５ｃが内歯リングギヤ５ａに噛合し、内歯リングギヤ５ａは旋回ベアリング５ｄを介して機器取付用フレーム４ｃに回転自在に支持されている。こうして、複数のカッター駆動モータ５ｂにより内歯リングギヤ５ａを介してカッタードラム２７とカッターヘッド３とを回転駆動可能に構成してある。尚、複数のカッター駆動モータ５ｂは機器取付用フレーム４ｃに取り付けられている。

次に、スラストジャッキ６について説明する。
図１，図３に示すように、前記機器取付用フレーム４ｃの後面に閉断面の環状部材２８が固定され、後部内胴２０ｃの内面に前後幅の大きな環状ウェブ２９が固定され、トンネル掘削の推進力を発生させる為の複数（例えば、１４本）のスラストジャッキ６が環状ウェブ２９の内周近傍に周方向適当間隔おきに前後方向向きに付設されている。

スラストジャッキ６のジャッキ本体は環状部材２８のブラケットにピン結合され、各スラストジャッキ６のピストンロッドは環状ウェブ２９の内面のブラケットにピン結合されている。複数のスラストジャッキ６を伸長駆動することにより、前部内胴２０ａと前部外胴４０と隔壁構造４とカッター駆動機構５とカッターヘッド３等を含む掘削機前部１Ａを、掘削機後部１Ｂに対して相対的に前進移動させながらトンネル掘削を行う。尚、スラストジャッキ６の前後両端を連結するピン結合部には僅かのガタ付きがあるため、掘削方向を左右方向や上下方向へ小角度だけ方向変換可能である。

次に、シールドジャッキ７について説明する。
図１，図４に示すように、複数（例えば、３２本）のシールドジャッキ７は、周方向適当間隔おきに前後方向向きに配設され、これらシールドジャッキ７は環状ウェブ２９に貫通状に装着固定されている。各シールドジャッキ７のピストンロッドはジャッキ本体から後方へ伸長可能である。

各シールドジャッキ７のジャッキ本体の前端から延びた連結片７ａは、中間内胴２０ｂの内面に固着された環状フレーム３０の連結片７ｂに半径方向向きのピンによりピン結合されている。複数のシールドジャッキ７のジャッキ本体をピン結合する複数のピン結合部には、僅かのガタ付きがあるため、掘削方向を左右方向や上下方向へ小角度だけ方向変換可能である。

２本１組にしたシールドジャッキ７の２つのピストンロッドの先端にはスプレッダー７ｃが連結されている。複数のスプレッダー７ｃを覆工済みのセグメントＳの前端面に前方から当接させ、複数のシールドジャッキ７のピストンロッドを伸長駆動することにより、トンネル掘削機１の全体をセグメント１リング分に相当する所定ストロークだけ前進移動させることができる。

次に、回転制御ジャッキ８について説明する。図１，図３に示すように、回転制御ジャッキ８は、掘削機前部１Ａに対して掘削機後部１Ｂが相対回転しないようにそれらのローリング角度を制御するものである。環状フレーム３０と環状ウェブ２９の間の空間の左側部と右側部に左右１対の回転制御ジャッキ８が配設され、回転制御ジャッキ８のジャッキ本体の基端部は、環状フレーム３０のブラケット８ａにピン結合され、ピストンロッドの先端部は環状ウェブ２９に固定したブラケット８ｂにピン結合されている。

次に、可動ソリ９とフロントグリッパー１０について説明する。図１，図３に示すように、可動ソリ９と、４組のフロントグリッパー１０は、胴部材２の前端部分に対応する部位において機器取付用フレーム４ｃに装備されている。機器取付用フレーム４ｃの底部には、周方向に細長い平面視矩形状の可動ソリ９が上下方向に突出自在に設けられ、可動ソリ９に組み込んだ２組の油圧シリンダで可動ソリ９を進退駆動可能に構成してある。

カッターヘッド３のオーバーカッター２４を突出させて掘削断面の直径を拡大した場合に、２組の油圧シリンダにより可動ソリ９を突出位置に切換え、トンネル掘削機１が下降移動するのを防止し、トンネル掘削機１の軸心の位置を一定に維持する。可動ソリ９を突出位置に切換えた状態でトンネル掘削を行う関係上、可動ソリ９の下端面の前部は、前方上り傾斜状のテーパ面９ａに形成されている。

４組のフロントグリッパー１０は、下部側の２組と上部側の２組が、例えば円周４等分位置に配設されている。フロントグリッパー１０は、内蔵した油圧ジャッキにより突出位置と引込み位置とに切換え可能である。フロントグリッパー１０の先端面には、可動ソリ９と同様のテーパ面１０ａが形成されている。これらフロントグリッパー１０は、トンネル掘削中に低圧の油圧で突出位置に保持され、トンネル掘削機１の振動を防止する。尚、フロントグリッパー１０の数は４組に限るものではない。

次に、メイングリッパー１１について説明する。
例えば４組のメイングリッパー１１は、環状ウェブ２９の後部に対応する前後方向位置において、環状ウェブ２９の上部側部分に周方向適当間隔おきに配設されている。メイングリッパー１１は、油圧ジャッキにより突出位置と引込み位置とに切換え可能になっている。これらメイングリッパー１１によりトンネル掘削の推進力の反力を取った状態にして、全部のシールドジャッキ７のピストンロッドを収縮状態に保持して、複数のスラストジャッキ６で推進力を発生させながらトンネル掘削を行ない、トンネル掘削と並行してエレクタ１３でセグメントの覆工を行なうことができる。

複数のスラストジャッキ６の１ストローク分掘削する毎に、掘削を中断し、複数のスラストジャッキ６のピストンロッドを収縮させる動作と、複数のシールドジャッキ７のピストンロッドを伸長させる動作とを同期して行うことで、トンネル掘削機１を１ストローク分前進移動させてから、次の１ストローク分のトンネル掘削とセグメントの組み付けを行うことを繰り返していく。

次に、旋回リング１２及びエレクタ１３について説明する。
図１，図４に示すように、環状ウェブ２９に左右１対の縦向きの支柱３１の上下両端が連結され、これら左右１対の支柱３１の中段部に左右１対のブラケット３１ａが固定され、これら１対のブラケット３１ａに断面円形の左右１対のガイド部材３２の前端部分が夫々固定され、１対のガイド部材３２は後方へ水平に延びている。

上記の１対のガイド部材３２に前後移動自在に外嵌された１対の筒部材３２ａが設けられ、これら筒部材３２ａにトンネル軸心と直交状の支持フレーム３３が固定され、この支持フレーム３３の外周部の前面には旋回ベアリング３４を介して旋回リング１２が取り付けられ、この旋回リング１２の下端部に固定された連結部材３５にエレクタ１３が装備されている。連結部材３５には左右１対の後方へ水平に延びるガイド部材３５ａが固定され、これらガイド部材３５ａにエレクタ１３が前後方向に移動自在に装備されている。

上記の旋回リング１２を旋回駆動する為の複数の旋回駆動装置３７（図示略）が設けられ、この旋回駆動装置３７を駆動することにより、旋回リング１２と共にエレクタ１３が旋回駆動される。尚、旋回リング１２と共にエレクタ１３を前後方向に駆動する左右１対の油圧シリンダ３６も装備されている。

作業デッキ１４は、図示外の部材を介して左右の支柱３１に連結されている。また、作業デッキ１４にはセグメントS組立用移動式バスケット１４ａも装備されている。トンネル内面に覆工したセグメントの形状を保持する形状保持装置１５がエレクタ１３の後側に配設されている。掘削した土砂や岩石類を搬出する排土設備としてのベルトコンベア１６が後方上りの傾斜状に配設され、その前端部には前後にスライド可能なベルトコンベアゲート１６ａも設けられている。

次に、胴部材２の外胴２Ｂについて説明する。
図１，図３，図１３に示すように、外胴２Ｂは、前部外胴４０と後部外胴５０とを有する。前部外胴４０は、前部外胴上部４１と、前部外胴下部４２とに分割されている。前部外胴上部４１は、前部外胴頂板部４１ａと、これの左右両側の１対の前部外胴上部側板４１ｂ，４１ｃとに分割されている。前部外胴下部４２は、前部外胴底板部４２ａと、これの左右両側の１対の前部外胴下部側板４２ｂ，４２ｃとに分割されている。

尚、以下の説明において、前部外胴頂板部４１ａを頂板部４１ａと記載し、左右の前部外胴上部側板４１ｂ，４１ｃを上部側板４１ｂ，４１ｃと記載し、前部外胴底板部４２ａを底板部４２ａと記載し、左右の前部外胴下部側板４２ｂ，４２ｃを下部側板４２ｂ，４２ｃと記載する。

図１，図４，図１３に示すように、後部外胴５０は、後部外胴上部５１と、後部外胴下部５２とに分割されており、後部外胴上部５１は、後部外胴頂板部５１ａと、これの左右両側の１対の後部外胴上部側板５１ｂ，５１ｃとに分割されている。後部外胴下部５２は、後部外胴底板部５２ａと、これの左右両側の１対の後部外胴下部側板５２ｂ，５２ｃとに分割されている。

尚、以下の説明において、後部外胴頂板部５１ａを頂板部５１ａ、左右の後部外胴上部側板５１ｂ，５１ｃを上部側板５１ｂ，５１ｃ、後部外胴底板部５２ａを底板部５２ａ、左右の後部外胴下部側板５２ｂ，５２ｃを下部側板５２ｂ，５２ｃと夫々記載する。

図３に示すように、底板部４２ａは、可動ソリ９の周方向両側に前後方向向きに配置された左右１対の連結リブ４３により前部内胴２０ａに固定されている。図１，図４に示すように、底板部５２ａを後部内胴２０ｃに固定する複数の連結リブ４５が設けられている。

図３，図９，図１０に示すように、前部外胴４０の中段部には、前部外胴４０を縮径可能に分断した左右１対の前部外胴可変連結部６０が設けられている。左右の前部外胴可変連結部６０は対称のものであるので、右側の前部外胴可変連結部６０について説明する。
右側の前部外胴可変連結部６０は、上部側板４１ｃと下部側板４２ｃとを縮径可能に分断した分断シール構造６１と、前部外胴上部４１を前部内胴２０ａに縮径駆動可能に連結する複数（例えば６本）の前部第１油圧シリンダ６２と、前部外胴下部４２を前部内胴２０ａに縮径駆動可能に連結する複数（例えば６本）の前部第２油圧シリンダ６３とを有する。尚、第１，第２油圧シリンダ６２，６３は、前部内胴２０ａ及び前部外胴４０の周方向と略平行な略鉛直姿勢に且つ交差状に配設されている。また、第１，第２油圧シリンダ６２，６３に高圧の油圧を供給することで大きな駆動力を発生可能である。

分断シール構造６１について説明すると、上部側板４１ｃの下端と、下部側板４２ｃの上端部の間には、所定幅（例えば、３００〜４００ｍｍ）の前後方向向きのスリット６１ａが全長に亙って形成され、このスリット６１ａを内側から塞ぐ部分円筒状の封鎖板６１ｂが設けられ、この封鎖板６１ｂの下端側部分が下部側板４２ｃの内面に溶接され、封鎖板６１ｂの上端側部分が上部側板４１ｃの内面に当接又は近接して土砂が侵入しないように封止している。

６組の前部第１油圧シリンダ６２は、例えば前部内胴２ａを前後に５等分する前後方向位置に配設されている。尚、前部第２油圧シリンダ６３は前部第１油圧シリンダ６２と同じ前後方向位置に配設されている。但し、前部第１，第２油圧シリンダ６２，６３を設ける数と位置は前記に限るものではない。

各組の前部第１，第２油圧シリンダ６２，６３を点検修理する為の例えば矩形状の点検窓６４が設けられ、この点検窓６４の窓枠６５が前部内胴２０ａに固定され、通常掘削時には点検窓６４は鋼製の蓋板６４ａで閉じられており、点検時に複数のボルトを緩めて蓋板６４ａを外すことで点検可能になる。前部第１油圧シリンダ６２のシリンダ本体の基端部は、窓枠６５の下端部に前後向きの軸心を有するピン結合部６２ａによりピン結合され、前部第１油圧シリンダ６２のピストンロッド（通常は伸長状態）の先端部が上部側板４１ｃの下端近傍部に前後向きの軸心を有するピン結合部６２ｂによりピン結合されている。

前部第２油圧シリンダ６３のシリンダ本体の基端部は、窓枠６５の上端部に前後向きの軸心を有するピン結合部６３ａによりピン結合され、前部第２油圧シリンダ６３のピストンロッド（通常は伸長状態）の先端部が下部側板４２ｃの上端近傍部に前後向きの軸心を有するピン結合部６３ｂによりピン結合されている。

分断シール構造６１があるため、左右両側の複数の前部第１油圧シリンダ６２のピストンロッドを収縮させることで、左右の上部側板４１ｂ，４１ｃを含む前部外胴上部４１を前部内胴２０ａに対して下方へ引き付けて縮径させることができる。また、左右両側の複数の前部第２油圧シリンダ６３のピストンロッドを収縮させることで、下部側板４２ｂ，４２ｃを含む前部外胴下部４２を前部内胴２０ａに対して上方へ引き付けて縮径させることができる。

図４，図１１，図１２に示すように、後部外胴５０の中段部には、後部外胴５０を縮径可能に分断した左右１対の後部外胴可変連結部７０が設けられている。左右の後部外胴可変連結部７０は対称のものであるので、右側の後部外胴可変連結部７０について説明する。 右側の後部外胴可変連結部７０は、上部側板５１ｃと下部側板５２ｃとを縮径可能に分断した分断シール構造７１と、後部外胴上部５１を後部内胴２０ｃに縮径駆動可能に連結する複数（例えば７本）の後部第１油圧シリンダ７２と、後部外胴下部５２を後部内胴２０ｃに縮径駆動可能に連結する複数（例えば７本）の後部第２油圧シリンダ７３とを有する。尚、第１，第２油圧シリンダ７２，７３は、後部内胴２０ｃ及び後部外胴５０の周方向と略平行な略鉛直姿勢に且つ交差状に配設されている。また、第１，第２油圧シリンダ７２，７３に高圧の油圧を供給することで大きな駆動力を発生可能である。尚、第１油圧シリンダ７２、第２油圧シリンダ７３は必ずしも略鉛直姿勢、交差状に配設されている必要はない。

分断シール構造７１について説明すると、上部側板５１ｃの下端と、下部側板５２ｃの上端部の間には、所定幅（例えば、３００〜４００ｍｍ）の前後方向向きのスリット７１ａが全長に亙って形成され、このスリット７１ａを内側から塞ぐ部分円筒状の封鎖板７１ｂが設けられ、この封鎖板７１ｂの下端側部分が下部側板５２ｃの内面に溶接され、封鎖板７１ｂの上端側部分が上部側板５１ｃの内面に当接又は近接して土砂が侵入しないように封止している。

７組の後部第１，第２油圧シリンダ７２，７３は、例えば後部外胴５０を６等分する前後方向位置に配設されているが、この配置位置は一例であり、これに限定されるものではない。後部第１，第２油圧シリンダ７２，７３を点検修理する為の例えば矩形状の点検窓７４が設けられ、この点検窓７４の窓枠７５が後部内胴２０ｃに固定され、通常の掘削時には点検窓７４は鋼製の窓板７４ａで閉じられており、点検時に複数のボルトを緩めて窓板７４ａを外すことで点検可能になる。

後部第１油圧シリンダ７２のシリンダ本体の基端部は、窓枠７５の下端部に前後向きの軸心を有するピン結合部７２ａによりピン結合され、後部第１油圧シリンダ７２のピストンロッド（通常は伸長状態）の先端部が上部側板５１ｃの下端近傍部に前後向きの軸心を有するピン結合部７２ｂによりピン結合されている。

後部第２油圧シリンダ７３のシリンダ本体の基端部は、窓枠７５の上端部に前後向きの軸心を有するピン結合部７３ａによりピン結合され、後部第２油圧シリンダ７３のピストンロッド（通常は伸長状態）の先端部が下部側板５２ｃの上端近傍部に前後向きの軸心を有するピン結合部７３ｂによりピン結合されている。

分断シール構造７１があるため、左右両側の複数の後部第１油圧シリンダ７２のピストンロッドを収縮させることで、左右の上部側板５１ｂ，５１ｃを、頂板部５１ａとの結合部を中心として内胴２Ａ方向に回動させることができる。即ち、後部外胴上部５１を後部内胴２０ｃに対して下方へ引き付けて縮径させることができる。また、左右両側の複数の後部第２油圧シリンダ７３のピストンロッドを収縮させることで、左右の下部側板５２ｂ，５２ｃを、底板部５２ａとのヒンジ結合部４９ｂ，４９ｃを中心として内胴２Ａ方向に回動させて縮径させることができる。即ち、後部外胴下部５２の底板部５２ａを除いた部分を後部内胴２０ｃに対して上方へ引き付けて縮径させることができる。

ここで、上記の左側の前部外胴可変連結部６０と左側の後部外胴可変連結部７０とが、左側の「可変連結部」に相当し、右側の前部外胴可変連結部６０と右側の後部外胴可変連結部７０とが、右側の「可変連結部」に相当する。
左側の複数の前部第１油圧シリンダ６２と左側の複数の後部第１油圧シリンダ７２とが、「左側第１駆動手段」に相当し、右側の複数の前部第１油圧シリンダ６２と右側の複数の後部第１油圧シリンダ７２とが、「右側第１駆動手段」に相当し、左側の複数の前部第２油圧シリンダ６３と左側の複数の後部第２油圧シリンダ７３とが、「左側第２駆動手段」に相当し、右側の複数の前部第２油圧シリンダ６３と右側の複数の後部第２油圧シリンダ７３とが、「右側第２駆動手段」に相当する。

次に、ヒンジ結合部４６ｂ，４６ｃについて説明する。
図３に示すように、頂板部４１ａの左端部と、上部側板４１ｂの上端部をヒンジ結合する例えば６組のヒンジ結合部４６ｂ（前後方向向きの軸心を有する）が設けられている。６組のヒンジ結合部４６ｂは、例えば前部第１，第２油圧シリンダ６２，６３に対応する前後方向位置に設けられている。尚、６組よりも多くのヒンジ結合部４６ｂを設けてもよい。

ヒンジ結合部４６ｂは、上部側板４１ｂの内面に固定されて頂板部４１ａの内面側へ延びたヒンジ腕４６ｍと、頂板部４１ａの内面に固定された枢支片４６ｎと、ヒンジ腕４６ｍの先端部を枢支片４６ｎにピン結合するピン部材４６ｐとで構成されている。
頂板部４１ａの右端部と、上部側板４１ｃの上端部をヒンジ結合する例えば６組のヒンジ結合部４６ｃも設けられている。これら右側のヒンジ結合部４６ｃは左側のヒンジ結合部４６ｂと左右対称のものである。尚、６組よりも多くのヒンジ結合部４６ｃを設けてもよい。

次に、ヒンジ結合部４７ｂ，４７ｃについて説明する。
図３に示すように、底板部４２ａの左端部と、下部側板４２ｂの下端部をヒンジ結合する例えば６組のヒンジ結合部４７ｂ（前後方向向きの軸心を有する）が設けられている。 ６組のヒンジ結合部４７ｂは、例えば、６組のヒンジ結合部４６ｂに対応する前後方向位置に設けられている。ヒンジ結合部４７ｂは、ヒンジ結合部４６ｂと同様のものであるので説明を省略する。

底板部４２ａの右端部と、下部側板４２ｃの下端部をヒンジ結合する例えば６組のヒンジ結合部４７ｃも設けられている。ヒンジ結合部４７ｃはヒンジ結合部４７ｂと左右対称のものであるので、説明を省略する。

次に、ヒンジ結合部４８ｂ，４８ｃについて説明する。
図４に示すように、頂板部５１ａの左端部と、上部側板５１ｂの上端部をヒンジ結合する例えば７組のヒンジ結合部４８ｂ（前後方向向きの軸心を有する）が設けられている。 ７組のヒンジ結合部４８ｂは、前記７組の後部第１，第２油圧シリンダ７２，７３に対応する前後方向位置に設けられている。ヒンジ結合部４８ｂはヒンジ結合部４６ｂと同様のものであるので説明を省略する。頂板部５１ａの右端部と、上部側板５１ｃの上端部をヒンジ結合する例えば７組のヒンジ結合部４８ｃ（前後方向向きの軸心を有する）が設けられている。ヒンジ結合部４８ｃは、ヒンジ結合部４８ｂと左右対称のものである。

次に、頂板部４１ａを拡径させる為の頂部油圧シリンダ８１ｂ，８１ｃについて説明する。図１，図３に示すように、例えば、機器取付用フレーム４ｃの後部に対応する位置において、頂板部４１ａと前部内胴２０ａの間に２つの頂部油圧シリンダ８１ｂ，８１ｃが配設されている。２つの頂部油圧シリンダ８１ｂ，８１ｃは、頂板部４１ａの左部と右部に対応する部位に配設されている。

頂部油圧シリンダ８１ｂ，８１ｃのシリンダ本体は、前部内胴２０ａに形成した凹部に鉛直向きに配設され、ピストンロッドの先端が頂板部４１ａの内面に固定された座板に当接している。前部外胴４０を縮径していない通常状態のとき、頂部油圧シリンダ８１ｂ，８１ｃのピストンロッドは伸長状態に保持され、前部外胴４０を縮径状態に切換える際には頂部油圧シリンダ８１ｂ，８１ｃのピストンロッドが退入させられ、前部外胴４０を縮径状態から拡径状態に切換える際には頂部油圧シリンダ８１ｂ，８１ｃのピストンロッドを伸長させる。

次に、頂板部５１ａを拡径方向へ駆動可能な４つの頂部油圧シリンダ８２ｂ，８２ｃ，８３ｂ，８３ｃについて説明する。後部外胴上部５１の前端近傍部において、頂板部５１ａと後部内胴２０ｃとの間に左右１対の頂部油圧シリンダ８２ｂ，８２ｃが、頂部油圧シリンダ８１ｂ，８１ｃと同様に配設され、また、後部外胴上部５１の後部において、頂板部５１ａと後部内胴２０ｃとの間に左右１対の頂部油圧シリンダ８３ｂ，８３ｃが、頂部油圧シリンダ８１ｂ，８１ｃと同様に配設されている。上記の頂部油圧シリンダ８１ｂ，８１ｃ；８２ｂ，８２ｃ；８３ｂ，８３ｃが「第３駆動手段」に相当する。

次に、内胴２Ａと外胴２Ｂの前端部に設けた第１侵入防止機構８４について説明する。
図１，図８示すように、カッターヘッド３のカッターフレーム２１の外周端には傾斜板２１ａが固定され、複数の傾斜板２１ａの外面近傍には部分円錐形の固定傾斜板１８が配設され、この固定傾斜板１８の内周端は隔壁構造４の環状板部材４ｂに溶接接合されている。第１侵入防止機構８４は、前部内胴２０ａの前端部と前部外胴４０の前端部の間に土砂が侵入するのを防止するものである。

この第１侵入防止機構８４は、前部内胴２０ａの前端部に外方へ突出状に設けた第１リング板８４ａと、この第１リング板８４ａの前側から第１リング板８４ａの外周側部分に近接又は摺接する第２リング板８４ｂであって、外周端が前部外胴４０の内面に溶接接合された第２リング板８４ｂと、第１リング板８４ａよりも後方において外周端が前部外胴４０の内面に溶接接合された第３リング板８４ｃとを備えている。尚、第３リング板８４ｃの幅を図示のものよりも大きく設定してもよい。リング板の数は３つに限定されず、４つ以上設けてもよく、第３リング板８４ｃを省略してもよい。

内胴２Ａと外胴２Ｂの後端部にも、後部内胴２０ｃの後端部と後部外胴５０の後端部の間に土砂が侵入するのを防止する第２侵入防止機構８５が設けられている。第２侵入防止機構８５は第１侵入防止機構８４と同様の構造のものであるので説明を省略する。
前記左右の分断シール構造６１，７１が、左右の前部外胴可変連結部６０と、左右の後部外胴可変連結部７０から、内胴２Ａと外胴２Ｂの間に土砂が侵入するのを防止する「第３侵入防止機構」に相当する。

次に、外胴２Ｂの頂部に地山から作用する圧縮荷重を検出する荷重検出手段について説明する。環状フレーム３０の前側近傍の前後方向位置において、頂板部４１ａと前部内胴２０ａの間に頂板部４１ａに地山から作用する荷重（圧縮荷重）を検出する荷重検出器８６ａ（荷重検出手段）が設けられている。また、メイングリッパー１１の後側近傍に対応する前後方向位置において、頂板部５１ａと後部内胴２０ｃの間に頂板部５１ａに地山から作用する荷重（圧縮荷重）を検出する荷重検出器８６ｂ（荷重検出手段）が設けられており、これら荷重検出器８６ａ，８６ｂの検出信号は制御ユニット（図示略）に供給される。但し、荷重検出器８６ａ，８６ｂは前部外胴４０と後部外胴５０の縮径を妨げない構成のものである。尚、頂板部４１ａ，５１ａが外胴上部の「頂板部分」に相当する。

次に、以上説明したトンネル掘削機１の作用、効果について説明する。
トンネル掘削を実行中に、荷重検出器８６ａ，８６ｂで検出する荷重（例えば平均荷重）が第１設定荷重未満の場合には、図１，図３，図４に示すように、外胴２Ｂを拡径状態に維持した通常状態でトンネル掘削を行う。この拡径状態のとき、頂部油圧シリンダ８１ｂ，８１ｃ；８２ｂ，８２ｃ；８３ｂ，８３ｃのピストンロッドを伸長状態に維持し、複数の前部第１，第２油圧シリンダ６２，６３と複数の後部第１，第２油圧シリンダ７２，７３のピストンロッドも伸長状態に維持した状態でトンネル掘削を行う。

荷重検出器８６ａ，８６ｂで検出する荷重が異常に大きくなり始めて、予め定めた第１基準値を超えた際に、カッターヘッド３の全部のオーバーカッター２４を突出位置に切換えて、掘削断面を拡径した状態でトンネル掘削を続行する。このとき、トンネル掘削機１の軸心の位置を一定高さに保持する為に、可動ソリ９を突出位置に切換えた状態にしてトンネル掘削を続行する。尚、第１基準値は、トンネル掘削機の仕様や地山の特性等に応じて作業者が決定する値である。

地山の崩壊等が始まり、荷重検出器８６ａ，８６ｂで検出する荷重が予め定めた第２基準値を超え、トンネル掘削機１が地山に拘束され始めた場合には、全部のオーバーカッター２４を突出位置に保持し、外胴２Ｂを縮径状態に切換える。このとき、頂部油圧シリンダ８１ｂ，８１ｃ；８２ｂ，８２ｃ；８３ｂ，８３ｃのピストンロッドを収縮状態に切換え、複数の前部第１，第２油圧シリンダ６２，６３と、複数の後部第１，第２油圧シリンダ７２，７３のピストンロッドを収縮状態に切換える。尚、第２基準値も、第１基準値と同様にトンネル掘削機の仕様や地山の特性等に応じて作業者が決定する値である。

すると、頂板部４１ａ，５１ａが内胴２Ａに接近可能になるうえ、上部側板４１ｂ，４１ｃ；５１ｂ，５１ｃが頂板部４１ａ，５１ａとのヒンジ結合部４６ｂ，４６ｃ；４８ｂ，４８ｃを中心として内胴２Ａ方向に回動され、下部側板４２ｂ，４２ｃ；５２ｂ，５２ｃが底板部４２ａ，５２ａとのヒンジ結合部４７ｂ，４７ｃ；４９ｂ，４９ｃを中心として内胴２Ａ方向に回動される。このようにして図５〜図７に示すように、外胴２Ｂの底板部４２ａ，５２ａを除いた部分が縮径状態になる。

それ故、トンネル掘削機１の前部外胴上部４１と後部外胴上部５１に対する地山からの拘束を解除可能であり、前部外胴下部４２と後部外胴下部５２に作用する土圧を解除可能である。その結果、作業者がトンネル掘削機１の機外へ出ることなく、安全に短期間で拘束解除できる。内胴２Ａの外側に設けた外胴２Ｂを縮径させる構造であるため、内胴２Ａの形状は変化しないから、トンネル掘削機１の内部の掘削機本体の構造や付属機器（カッターヘッド駆動機構５、スラストジャッキ６、シールドジャッキ７、排土設備１６、エレクタ１３等）に影響を及ぼすことなく、外胴２Ｂを縮径させることができる。しかも、内胴２Ａがあるため、トンネル掘削機１内へ水の侵入の虞もない。

外胴２Ｂの少なくとも底板部４２ａ，５２ａを内胴２Ａに対して固定状態に保持するため、外胴２Ｂを縮径する場合にもトンネル掘削機１の軸心の高さ位置を一定に維持することができ、トンネル掘削機が下方に沈む虞がない。

外胴２Ｂの頂板部４１ａ，５１ａと内胴２Ａとの間に、縮径状態のとき頂板部４１ａ，５１ａを拡径方向に駆動可能な複数の頂部油圧シリンダ８１ｂ，８１ｃ；８２ｂ，８２ｃ；８３ｂ，８３ｃを設けたため、外胴２Ｂを縮径状態から拡径する際に、複数の頂部油圧シリンダ８１ｂ，８１ｃ；８２ｂ，８２ｃ；８３ｂ，８３ｃで頂板部４１ａ，５１ａを拡径側へ駆動し、外胴２Ｂの拡径を促進できる。

内胴２Ａの前端部と外胴２Ｂの前端部に内胴２Ａと外胴２Ｂ間に土砂の侵入を防ぐ第１侵入防止機構８４を設け、内胴２Ａの後端部と外胴２Ｂの後端部に内胴２Ａと外胴２Ｂ間に土砂の侵入を防ぐ第２侵入防止機構８５を設けたため、内胴２Ａと外胴２Ｂ間に土砂が侵入するのを防止することができる。

左右１対の可変連結部６０，７０から内胴２Ａと外胴２Ｂ間に土砂の侵入を防ぐ左右１対の第３侵入防止機構６１，７１（分割シール機構）を設けたため、可変連結部６０，７０から内胴２Ａと外胴２Ｂ間に土砂が侵入するのを防止することができる。
前部と後部の外胴上部４１，５１の頂板部４１ａ，５１ａに地山から作用する荷重を検出する２つの荷重検出器８６ａ，８６ｂを設けたため、地山の崩壊等の前兆や進行を検出可能になり、トンネル掘削機１の地山からの拘束を検出可能になる。

カッターヘッド３に掘削径を拡大する為の複数のオーバーカッター２４を設け、内胴２Ａと外胴２Ｂの前端近傍部の下端部分に、外胴２Ｂの外側へ突出可能な可動ソリ９と、この可動ソリを進退拡縮駆動する油圧シリンダ（進退駆動手段）とを設けたため、複数のオーバーカッター２４を作動させて掘削径を拡大するとき、油圧シリンダにより可動ソリ９を突出させることで、トンネル掘削機１の軸心の高さ位置を一定に維持した状態でトンネル掘削を続行することができる。

このトンネル掘削機１によるトンネル掘削方法においては、予め、胴部材２の直径を縮径可能な縮径手段を前記胴部材２に設けると共に、カッターヘッド３に複数のオーバーカッター２４を設けておき、地山が胴部材２を圧縮する圧縮荷重が予め定めた第１基準値を超えた際に、前記外胴４０，５０を拡径状態に保持して複数のオーバーカッター２４により拡径した掘削断面でトンネル掘削を行う第１ステップと、前記圧縮荷重が予め定めた第１基準値よりも大きな第２基準値を超えた際に、前記底板部４２ａ，５２ａ以外の外胴部分の径を縮小した縮径状態に保持してトンネル掘削を行う第２ステップとを備えている。
それ故、第１ステップによりトンネル掘削機１が地山に拘束されるのを抑制することができ、第２ステップにより地山に拘束されたトンネル掘削機１の拘束解除を行うことができる。

実施例２に係るトンネル掘削機１Ｍについて、図１４〜図１９に基づいて説明する。
このトンネル掘削機１Ｍは、前部外胴上部４１Ａを３枚の板部材に分割することなく１枚の板部材とし、後部外胴上部５１Ａを３枚の板部材に分割することなく１枚の板部材とする点と、前記の複数の頂部油圧シリンダ８１ｂ，８１ｃ；８２ｂ，８２ｃ；８３ｂ，８３ｃに代えて複数のバネ式付勢手段９０ａ，９０ｂ，９０ｃを設ける点で、前記のトンネル掘削機１と異なっている。そこで、前記のトンネル掘削機１と同様の構成要素に同一の符号を付して説明を省略し、主に異なる構成要素について説明する。

図１４，図１５に示すように、内胴２Ａは、前部内胴２０ａと、中間内胴２０ｂと、後部内胴２０ｃとで構成されている。外胴２Ｂは、前部外胴４０と後部外胴５０とを有する。前部外胴４０は、その中段部やや上側において前部外胴上部４１Ａと前部外胴下部４２とに分割されている。後部外胴５０は、その中段部やや上側において後部外胴上部５１Ａと後部外胴下部５２とに分割されている。

前部外胴上部４１Ａと前部外胴下部４２とを分割した分割部には、左右１対の前部外胴可変連結部６０が設けられ、後部外胴上部５１Ａと後部外胴下部５２とを分割した分割部には左右１対の後部外胴可変連結部７０が設けられている。
前部外胴可変連結部６０は、前記トンネル掘削機１の前部外胴可変連結部６０と同様の構造であり、後部外胴可変連結部７０は、前記トンネル掘削機１の後部外胴可変連結部７０と同様の構造である。

前記の前部外胴下部４２は、前部外胴底板部４２ａと、左側前部外胴下部側板４２ｂと、右側前部外胴下部側板４２ｃとに３分割されている。前記トンネル掘削機１と同様に、前部外胴底板部４２ａと左側前部外胴下部側板４２ｂとを連結する複数のヒンジ結合部４７ｂも設けられ、前部外胴底板部４２ａと右側前部外胴下部側板４２ｃとを連結する複数のヒンジ結合部４７ｃも設けられている。

前記の後部外胴下部５２は、後部外胴底板部５２ａと、左側後部外胴下部側板５２ｂと、右側後部外胴下部側板５２ｃとに３分割されている。前記トンネル掘削機１と同様に、後部外胴底板部５２ａと左側後部外胴下部側板５２ｂとを連結する複数のヒンジ結合部４９ｂも設けられ、後部外胴底板部５２ａと右側後部外胴下部側板５２ｃとを連結する複数のヒンジ結合部４９ｃも設けられている。

機器取付け用フレーム４の後部に対応する前後方向位置において、前部外胴上部４１Ａの頂部（頂板部分に相当する）と前部内胴２０ａの間に、縮径状態のとき前部外胴上部４１Ａを拡径方向へ付勢可能なバネ式付勢手段９０ａであって非圧縮状態又は僅かに圧縮状態のバネを内蔵したバネ式付勢手段９０ａが設けられている。尚、バネとして、コイルバネや皿バネ積層体を採用することができる。

環状ウェブ２９の前部に対応する前後方向位置において、後部外胴上部５１Ａの頂部（頂板部分に相当する）と後部内胴２０ｃの間に縮径状態のとき後部外胴上部５１Ａを拡径方向へ付勢可能な前記と同様のバネ式付勢手段９０ｂが設けられている。後部外胴５０の途中部に対応する前後方向位置において、後部外胴上部５１Ａの頂部と後部内胴２０ｃの間に縮径状態のとき後部外胴上部５１Ａを拡径方向へ付勢可能な前記と同様のバネ式付勢手段９０ｃが設けられている。尚、バネ式付勢手段の配置位置や数は上記の例に限定されるものではない。

以上説明したトンネル掘削機１Ｍの作用、効果について説明する。
外胴２Ｂの頂部に地山から作用する荷重が異常に大きくなり始めて、予め定めた第２基準値を超え、トンネル掘削機１Ｍが地山に拘束され始めた際には、左右の可変連結部６０，７０の複数の第１，第２油圧シリンダ６２，６３；７２，７３のピストンロッドを収縮させることで、外胴２Ｂを拡径状態から縮径状態に切換えてトンネル掘削を行う。

この縮径状態に切換える際に、バネ式付勢手段９０ａ〜９０ｃに内蔵したバネは圧縮状態に切換わるため、外胴２Ｂの縮径を妨げることはなく、縮径状態から拡径状態に復帰する際には、バネ式付勢手段９０ａ〜９０ｃの圧縮状態のバネが伸長することで拡径状態への復帰を促進することができる。

次に、前記実施例を部分的に変更する例について説明する。
１）トンネル掘削機１，１Ｍにおいて、下部側板４２ｂ，４２ｃ；５２ｂ，５２ｃを省略し、複数の第２油圧シリンダ６３，７３を省略してもよい。
２）トンネル掘削機１、１Ｍにおいて、前記外胴の「中段部」とは、上下方向に幅のある中段の領域（例えば、外胴の上下幅の約１／３の幅を有する領域）を意味するものである。

３）トンネル掘削機１、１Ｍにおいて、第１、第２駆動手段は必ずしも中段部に設ける必要はなく、中段部以外の部位に配設場合もある。
４）トンネル掘削機１Ｍ において、バネ式付勢手段９０ａ〜９０ｃに代えて、油圧シリンダを採用してもよい。
５）本発明は大口径のトンネル掘削機に限らず、種々の口径のトンネル掘削機にも適用可能である。
６）スラストジャッキを省略し、複数のシールドジャッキで掘削推進力を発生させる形式のトンネル掘削機にも本発明を同様に適用することができる。

本発明は、ローラーカッターを装備したカッターヘッドでトンネルを掘削する種々のトンネル掘削機に適用することができる。

１，１Ｍ トンネル掘削機
２ 胴部材
２Ａ 内胴
２Ｂ 外胴
３ カッターヘッド
９ 可動ソリ
２４ オーバーカッター
４０ 前部外胴
５０ 後部外胴
４１，４１Ａ 前部外胴上部
４１ａ 前部外胴頂板部
４１ｂ，４１ｃ 左右の前部外胴上部側板
４２ａ 前部外胴底板部
４２ｂ，４２ｃ 左右の前部外胴下部側板
４６ｂ，４６ｃ，４７ｂ，４７ｃ ヒンジ結合部
４８ｂ，４８ｃ，４９ｂ，４９ｃ ヒンジ結合部
５１ 後部外胴上部
５１ａ 後部外胴頂板部
５１ｂ，５１ｃ 左右の後部外胴上部側板
５２ａ 後部外胴底板部
５２ｂ，５２ｃ 左右の後部外胴下部側板
６０ 前部外胴可変連結部
６１ 分断シール構造（第３侵入防止機構）
６２ 前部第１油圧シリンダ
６３ 前部第２油圧シリンダ
７０ 後部外胴可変連結部
７１ 分断シール構造（第３侵入防止機構）
７２ 後部第１油圧シリンダ
７３ 後部第２油圧シリンダ
８１ｂ，８１ｃ，８２ｂ，８２ｃ，８３ｂ，８３ｃ 頂部油圧シリンダ
８４，８５ 第１，第２侵入防止機構
８６ａ，８６ｂ 荷重検出器
９０ａ，９０ｂ，９０ｃ バネ式付勢手段

Claims (9)

1. カッターヘッドと胴部材とを有するトンネル掘削機において、
   前記胴部材は、内胴とこの内胴に対して所定隙間を空けて同心状に配置された外胴とを有し、
   前記外胴の中段部に外胴を縮径可能に分断した左右１対の可変連結部を設けると共に、前記可変連結部より上側の外胴部分を外胴上部、前記可変連結部より下側の外胴部分を外胴下部とし、
   前記外胴下部は、前記内胴に対して固定状態に保持された底板部を有し、
   前記左右１対の可変連結部は、前記内胴の軸心方向の複数位置に夫々設けられ且つ前記外胴上部を内胴に縮径駆動可能に連結する複数組の左右１対の第１駆動手段を備え、
   前記第１駆動手段は、前記胴部材の周方向と略平行に配設された第１油圧シリンダを備えたことを特徴とするトンネル掘削機。
2. 前記外胴下部は前記底板部の両端に周方向端部が回動可能にヒンジ接続された左右１対の下部側板を有し、前記左右１対の可変連結部は、前記内胴の軸心方向の複数位置に夫々設けられ且つ前記左右１対の下部側板を内胴に縮径駆動可能に連結する複数組の左右１対の第２駆動手段を備え、
   前記第２駆動手段は、前記胴部材の周方向と略平行に配設された第２油圧シリンダを備えたことを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
3. 前記外胴上部の頂板部分と内胴との間に、縮径状態のとき前記頂板部分を拡径方向に付勢する圧縮バネからなる複数の付勢手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル掘削機。
4. 前記外胴上部は、頂板部と、この頂板部の左右両端に回動可能に接続された左右１対の上部側板とを備え、前記頂板部を縮径可能に支持する第３駆動手段を設けたことを特徴とする請求項２に記載のトンネル掘削機。
5. 前記内胴の前端部と外胴の前端部に内胴と外胴間に土砂の侵入を防ぐ第１侵入防止機構を設け、前記内胴の後端部と外胴の後端部に内胴と外胴間に土砂の侵入を防ぐ第２侵入防止機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削機。
6. 前記左右１対の可変連結部から内胴と外胴間に土砂の侵入を防ぐ左右１対の第３侵入防止機構を設けたことを特徴とする請求項５に記載のトンネル掘削機。
7. 前記外胴上部の頂板部分に地山から作用する荷重を検出する少なくとも１つの荷重検出手段を設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル掘削機。
8. 前記カッターヘッドに掘削径を拡大する為の複数のオーバーカッターを設け、
   前記内胴と外胴の前端近傍部の下端部分に、外胴の外側へ突出可能な可動ソリと、この可動ソリを進退駆動する進退駆動手段とを設けたことを特徴とする請求項１又は２に記載のトンネル掘削機。
9. 請求項２に記載のトンネル掘削機によりトンネルを掘削するトンネル掘削方法において、
   前記カッターヘッドに複数のオーバーカッターを予め設けておき、
   地山が胴部材を圧縮する圧縮荷重が予め定めた第１基準値を超えた際に、前記外胴の径を拡径状態に保持して前記複数のオーバーカッターにより拡径した掘削断面でトンネル掘削を行う第１ステップと、
   地山が胴部材を圧縮する圧縮荷重が前記第１基準値より大きな第２基準値を超えた際に、前記底板部以外の外胴部分の径を縮小した縮径状態に保持してトンネル掘削を行う第２ステップとを備えたことを特徴とするトンネル掘削方法。