JPH09273389A - トンネル掘削機及び掘削方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 トンネル掘削機において、トンネルの内壁面
の崩落を抑制すると共に掘削作業の安全性の向上を図
る。 【解決手段】 掘削機本体を筒状をなす一対の前胴１１
と後胴１２とで構成し、前胴１１の前部に回転自在なカ
ッタヘッド１３を装着してカッタ旋回モータ１９によっ
て回転駆動可能とすると共に、前胴１１と後胴１２との
間にパラレルリンク機構２８を架設して推進可能とし、
また、前胴１１と後胴１２との間の上部にルーフシール
ド５１，５２を設け、開閉ジャッキ５９によって前胴ル
ーフシールド５１を後方に移動して上方を開口可能とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地盤を掘削してト
ンネルを構築するトンネルボーリングマシンやシールド
掘削機などのトンネル掘削機及びトンネル掘削方法に関
する。

【０００２】

【従来の技術】図１１に従来のトンネルボーリングマシ
ンの断面概略を示す。

【０００３】従来のトンネルボーリングマシン（以下、
ＴＢＭと称する。）において、図１１に示すように、掘
削機本体は円筒形状をなす前胴001と後胴002とから構成
されており、この前胴001の前部にはカッタヘッド003が
回転自在に装着されており、このカッタヘッド003は前
面部に岩盤をせん断破壊するローラカッタ004が多数枢
着されると共に、バケット005が取付けられている。こ
のカッタヘッド003の後部には内歯を有するリングギヤ0
06が一体に固定される一方、前胴001にはカッタ旋回モ
ータ007が固定されており、このカッタ旋回モータ007の
駆動ギヤ008がリングギヤ006に噛み合っている。また、
前胴001には掘削して発生したずりが内部に浸入しない
ように、バルクヘッド009が形成されており、カッタヘ
ッド003とこのバルクヘッド009との間にはチャンバ室01
0が形成されている。そして、このチャンバ室010にはず
りを集積するホッパ011が配設され、このホッパ011の下
部にはこのホッパ011にて集積したずりを外部に排出す
るベルトコンベヤ012が取付けられている。

【０００４】従って、カッタ旋回モータ007を駆動して
駆動ギヤ008を回転駆動すると、この駆動ギヤ008が噛み
合うリングギヤ006が回転し、リングギヤ006と一体のカ
ッタヘッド003を旋回し、ローラカッタ004が岩盤をせん
断破壊して掘削することができる。そして、カッタヘッ
ド003の開口部からチャンバ室010に取り込まれたずりは
ホッパ011内に落下し、このホッパ011内に集積されたず
りはベルトコンベヤ012によって外部に排出される。

【０００５】前胴001と後胴002との間には１２本のスラ
ストジャッキ013が架設されている。このスラストジャ
ッキ013は油圧の給排によって伸縮作動するものであっ
て、全体としてトラス状に配設されることでパラレルリ
ンク機構014を構成している。従って、このパラレルリ
ンク機構014において、各スラストジャッキ013の各駆動
ロッドを伸縮することで、前胴001と後胴002との相対位
置を変更することができ、また、各スラストジャッキ01
3の各作動ストロークを変えることで、後胴002に対して
カッタヘッド003を有する前胴001を屈曲し、その掘進方
向を変更することができる。

【０００６】また、この前胴001の後端上部には弧状を
なす前胴ルーフシールド015が一体に固定される一方、
後胴002の前端上部にも弧状をなす後胴ルーフシールド0
16が一体に固定されている。この前胴ルーフシールド01
5と後胴ルーフシールド016とは前胴ルーフシールド015
が上になるように重なり合っており、既設トンネルの内
壁面からの土砂などの落下を防止している。

【０００７】更に、前胴001には複数のフロントグリッ
パ017が周方向にほぼ均等間隔で装着されており、各フ
ロントグリッパ017は内蔵された図示しない油圧ジャッ
キによって径方向に張り出すことができる。従って、こ
の油圧ジャッキを駆動して各フロントグリッパ017を径
方向に張り出すと、このフロントグリッパ017を前胴001
内に収納した位置から、掘削形成されたトンネル内壁面
に圧接して前胴001を保持する位置に移動させることが
できる。一方、後胴002には複数のリヤグリッパ018が周
方向にほぼ均等間隔で装着されており、各リヤグリッパ
018は内蔵された図示しない油圧ジャッキによってを径
方向に張り出すことができる。従って、この油圧ジャッ
キを駆動して各リヤグリッパ018を径方向に張り出す
と、このリヤグリッパ018を後胴002内に収納した位置か
ら、掘削形成されたトンネル内壁面に圧接して後胴002
を保持する位置に移動させることができる。

【０００８】従って、リアグリッパ018を掘削形成され
たトンネル内壁面に圧接することで、後胴002を移動不
能に保持し、この状態で、カッタ旋回モータ007を駆動
してカッタヘッド003を回転駆動させながら、パラレル
リンク機構014の各スラストジャッキ013を伸長して前胴
001と共にカッタヘッド003を前方へ移動させる。する
と、旋回するカッタヘッド003のローラカッタ004が岩盤
をせん断破壊し、この岩盤を掘削する。そして、各スラ
ストジャッキ013を所定ストローク伸長すると、このス
ラストジャッキ013 の駆動を停止し、フロントグリッパ
017を押し出して掘削形成されたトンネル内壁面に圧接
することで、前胴001を移動不能に保持する一方、リア
グリッパ018を収納することでこの後胴002を移動自在と
する。この状態で、パラレルリンク機構014の各スラス
トジャッキ013を収縮することで前胴001に対して後胴00
2を引き寄せる。そして、再び、リアグリッパ018を既設
トンネル内壁面に圧接することで後胴002を移動不能に
保持する一方、フロントグリッパ017を前胴001内に収納
することでこの前胴001を移動自在とする。この状態
で、カッタ旋回モータ007によってカッタヘッド003を回
転駆動させながら、各スラストジャッキ013を伸長して
前胴001と共にカッタヘッド003を前方へ移動させると、
旋回するカッタヘッド003のローラカッタ004が岩盤をせ
ん断破壊し、この岩盤を掘削する。

【０００９】この作動の繰り返しによって連続してトン
ネルを掘削していく。そして、このローラカッタ004の
岩盤掘削によって生じたずりはバケット005によってチ
ャンバ室010内に取り込まれてホッパ011内に落下し、ホ
ッパ011内に集積されたずりはベルトコンベヤ012によっ
て外部に排出される。また、岩盤を掘削してトンネルを
掘削形成していく過程で、この掘削形成されたトンネル
の壁面が安定している場合は支保は不要であるが、若干
不安定であり、壁面から岩片が剥がれ落ちないようにリ
ング状に形成したＨ形綱や木製の板等を支保として用
い、トンネルを保護する。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】上述した従来のＴＢＭ
にあっては、掘削形成されたトンネルの内壁面が不安定
であるときには、内壁面から岩片が剥がれ落ちないよう
に支保工を用いてトンネルを保護する。この支保工の組
付作業は、従来、掘削機本体、即ち、後胴002の後方で
行っている。

【００１１】ところが、掘削形成されたトンネルの内壁
面が不安定であるものの、崩落の少ない地盤であれば問
題ないが、地山が崩落し易い地盤では掘削面（切羽）か
らなるべく近いところで、且つ、なるべく早い時期に支
保工などを用いたトンネル保護作業を行う必要がある。
上述した従来のＴＢＭにあっては、支保工の組付作業を
後胴002の後方で行っており、トンネルの内壁面の崩落
が広範囲にわたってしまうという問題があった。

【００１２】本発明はこのような問題を解決するもので
あって、トンネルの内壁面の崩落を抑制すると共に掘削
作業の安全性の向上を図ったトンネル掘削機及びトンネ
ル掘削方法を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明のトンネル掘削機は、筒状をなす一対の前胴
及び後胴と、前記前胴の前部に回転自在に装着されたカ
ッタヘッドと、該カッタヘッドを駆動回転するカッタヘ
ッド駆動手段と、前記前胴と後胴との間に架設された推
進手段と、前記前胴と後胴との間の上部に介装されたル
ーフシールドと、該ルーフシールドを前方あるいは後方
に移動して上方を開口するルーフシールド移動手段とを
具えたことを特徴とするものである。

【００１４】従って、このトンネル掘削機によって地盤
を掘削する場合、カッタヘッド駆動手段によってカッタ
ヘッドを駆動回転させながら、推進手段によって前胴を
前進させることでカッタヘッドによって前方の地盤を掘
削し、このとき、ルーフシールド移動手段によってルー
フシールドを前方あるいは後方に移動することで、前胴
と後胴との間の上方を開口することができ、この開口部
を用いて既設トンネルの内壁面に対する支保を行う。

【００１５】また、本発明のトンネル掘削方法は、掘削
機本体を筒状をなす一対の前胴及び後胴にて構成し、該
前胴の前部に装着されたカッタヘッドを駆動回転させな
がら、前胴を前進させることで前記カッタヘッドによっ
て前方の地盤を掘削し、このとき、前記前胴と後胴との
間の上部に介装されたルーフシールドを前方あるいは後
方に移動することで上方を開口し、該開口部を用いて既
設トンネルの内壁面に対する支保を行うようにしたこと
を特徴とするものである。

【００１６】従って、このトンネル掘削方法を用いて地
盤を掘削することで、掘削途中で、掘削面から近いとこ
ろで早い時期に支保を行うことができ、地山の崩落を抑
制できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。

【００１８】本発明のトンネル掘削機は、地盤を掘削し
てトンネルを形成するトンネルボーリングマシンやシー
ルド掘削機に適用されるものである。即ち、掘削機本体
は筒状をなす前胴と後胴とで構成され、前胴の前部には
回転自在なカッタヘッドが装着されており、このカッタ
ヘッドはカッタヘッド駆動手段としての駆動モータなど
によって駆動回転可能となっている。そして、前胴と後
胴との間には推進手段としての多数の油圧ジャッキが架
設されており、この油圧ジャッキの伸縮によって前胴と
後胴とを接近離間させて両者を交互に前進させることが
できる。また、この前胴と後胴との間の上部にはルーフ
シールドが位置しており、このルーフシールドをルーフ
シールド移動手段としての油圧ジャッキによって前方あ
るいは後方に移動することで、上方を開口することがで
きる。

【００１９】従って、このトンネル掘削機によって地盤
を掘削する場合、駆動モータによってカッタヘッドを駆
動回転させながら、推進手段としての油圧ジャッキを伸
長し、後胴に対して前胴を前進させることで、カッタヘ
ッドが前方の地盤を掘削する。次に、油圧ジャッキを収
縮することで、前胴に対して後胴を引き寄せて前進させ
る。そして、再び、油圧ジャッキを伸長し、前胴を前進
させることで、カッタヘッドが前方の地盤を掘削する。
この繰り返しによって掘削作業を行う。そして、掘削地
盤が不安定であるときは、後胴に対して前胴が前進した
ときに、ルーフシールド移動手段としての油圧ジャッキ
によってルーフシールドを前方あるいは後方に移動する
ことで、前胴と後胴の間の上方を開口することができ、
この開口部を用いて既設トンネルの内壁面に対して支保
を行って地盤の崩落を防止できる。

【００２０】このように本発明のトンネル掘削機にあっ
ては、掘削地盤が不安定であるときは、ルーフシールド
を移動して前胴と後胴の間の上方を開口することで、こ
の開口部を用いて既設トンネルの内壁面に対して支保を
行って地盤の崩落を防止することができ、掘削面から近
いところで、しかも、早い時期に支保を行うことで、地
山の崩落を抑制して安全に作業を行うことができる。

【００２１】また、本発明のトンネル掘削方法は、掘削
機本体を筒状をなす一対の前胴及び後胴にて構成し、こ
の前胴の前部に装着されたカッタヘッドを駆動回転させ
ながら、前胴を前進させることで、カッタヘッドによっ
て前方の地盤を掘削し、このとき、前胴と後胴との間の
上部に介装されたルーフシールドを前方あるいは後方に
移動することで上方を開口し、この開口部を用いて既設
トンネルの内壁面に対する支保を行うようにしている。
従って、このトンネル掘削方法を用いて地盤を掘削する
ことで、掘削途中で、掘削面から近いところで早い時期
に支保を行うことができ、地山の崩落を抑制できる。

【００２２】

【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を詳細
に説明する。

【００２３】＜第１実施例＞図１に本発明の第１実施例
に係るトンネル掘削機としてのトンネルボーリングマシ
ンの断面概略、図２乃至図５は本実施例のトンネルボー
リングマシンの要部を表すものであって、図２にトンネ
ルボーリングマシン正面視、図３に図１のIII−III断
面、図４に図１のIV−IV断面、図５に図１のＶ−Ｖ断
面、そして、図６に推進機構としてのパラレルリンク機
構の概略、図７にルーフシールドの概略構成、図８にル
ーフシールド閉止時の本実施例のトンネルボーリングマ
シンの側面視、図９にルーフシールド開放時の本実施例
のトンネルボーリングマシンの側面視を示す。

【００２４】本実施例のＴＢＭにおいて、図１乃至図５
に示すように、掘削機本体は円筒形状をなす前胴１１と
後胴１２とから構成されている。カッタヘッド１３は後
部にカッタドラム１４が固定されており、このカッタド
ラム１４が前胴１１の軸受１５に支持されることで、カ
ッタヘッド１３は前胴１１の前部に回転自在に装着され
ることとなる。そして、このカッタヘッド１３は前面部
に岩盤をせん断破壊するローラカッタ１６が多数枢着さ
れると共に、破壊したずりを取り込むカッタバケット１
７が固定されている。このカッタヘッド１３と一体のカ
ッタドラム１４の後部には外歯を有するリングギヤ１８
が一体に固定される一方、前胴１１には電動式あるいは
油圧式のカッタ旋回モータ１９が固定されており、この
カッタ旋回モータ１９の駆動ギヤ２０がリングギヤ１８
に噛み合っている。

【００２５】また、前胴１１には掘削して発生したずり
が内部に浸入しないように、カッタヘッド１３側とカッ
タ旋回モータ１９側とを仕切るバルクヘッド２１が形成
されており、カッタヘッド１３とこのバルクヘッド２１
との間にはチャンバ室２２が形成されている。そして、
このチャンバ室２２にはずりを集積するホッパ２３がバ
ルクヘッド２１に固定されて配設され、このホッパ２３
の下部にはこのホッパ２３にて集積したずりを外部に排
出するベルトコンベヤ２４が取付けられ、このベルトコ
ンベヤ２４は前胴１１及び後胴１２内を後方に延設され
ている。

【００２６】なお、このベルトコンベヤ２４によるずり
の排出装置としては、ジェットポンプによってずりを外
部に排出するものであってもよく、例えば、掘削機本体
内に、ジェットポンプに給水する給水管と給水された水
及びずりを排出する排出管を配設し、ホッパ２３にて集
積されたずりをジェットポンプからの噴射水によって排
出管に吸引し、この排出管を通って排出するようにして
もよい。

【００２７】従って、カッタ旋回モータ１９を駆動して
駆動ギヤ２０を回転駆動すると、この駆動ギヤ２０が噛
み合うリングギヤ１８が回転し、リングギヤ１８と一体
のカッタヘッド１３を旋回し、ローラカッタ１６が岩盤
をせん断破壊して掘削することができる。そして、カッ
タバケット１７がずりをチャンバ室２２に取り込んでホ
ッパ２３内に落とし、このホッパ２３内に落下して集積
したずりはベルトコンベヤ２４によって外部に排出され
る。

【００２８】また、前胴１１と後胴１２との間には推進
手段としての１２本のスラストジャッキ２５が架設され
ている。このスラストジャッキ２５は油圧の給排によっ
て伸縮作動するものであって、ジャッキ本体は前胴１１
に固定された球軸受２６によって揺動自在に支持され、
ロッド先端部は後胴１２に固定された球軸受２７によっ
て揺動自在に支持されている。そして、このスラストジ
ャッキ２５はそれぞれ隣合って配設された関係が、例え
ば、互いに隣接する一方のスラストジャッキがカッタヘ
ッド１３の周方向一方に傾斜し、他方のスラストジャッ
キがカッタヘッド１３の周方向他方に傾斜して全体とし
てトラス状に配設されることでパラレルリンク機構２８
を構成している。

【００２９】このように前胴１１と後胴１２とをパラレ
ルリンク機構２８で連結したことで、各胴を連結するフ
レーム等が不要となる。なお、本実施例では、このパラ
レルリンク機構２８を１２本のスラストジャッキ２５で
構成したが、これに限定されるものではなく、その本数
はトンネルボーリングマシンの大きさなどに合わせて適
宜設定すればよいものである。

【００３０】従って、このパラレルリンク機構２８の各
スラストジャッキ２５の各駆動ロッドを伸縮すること
で、前胴１１と後胴１２との相対位置を変更することが
でき、前胴１１と後胴１２との一方を移動不能とするこ
とで、前胴１１と後胴１２との他方を前進することがで
きる。また、このパラレルリンク機構２８の各スラスト
ジャッキ２５の各作動ストロークを変えることで、カッ
タヘッド１３を有する前胴１１を後胴１２に対して屈曲
し、その掘進方向を変更することができる。

【００３１】ここで、前述した複数のスラストジャッキ
２５から構成されるパラレルリンク機構２８の制御シス
テムの構成について説明する。なお、以下では、説明を
簡略化するために、パラレルリンク機構２８を６本のス
ラストジャッキ２５ａ〜２５ｆによって構成して説明す
る。

【００３２】図６に示すように、スラストジャッキ２５
ａ〜２５ｆにおいて、例えば、スラストジャッキ２５ａ
の図示しないピストンによって仕切られた２つの圧力室
には油圧給排管２９，３０が連結されており、各油圧給
排管２９，３０はそれぞれ非常遮断弁３１，３２を介し
てサーボ弁３３に連結されている。このサーボ弁３３は
スラストジャッキ２５ａの各圧力室への圧油の供給及び
排出を操作するものであって、連結管３４，３５を介し
て油圧給排源３６に連結されている。

【００３３】また、スラストジャッキ２５ａにはその作
動位置を検出する変位センサ３７が装着されており、こ
の変位センサ３７は制御部３８を介してサーボアンプ３
９に接続されている。そして、前述したサーボ弁３３は
このサーボアンプ３９に接続されている。なお、この制
御部３８には複数のジョイスティックを有する操作部４
０と非常停止ボタン４１が接続されている。

【００３４】従って、変位センサ３７はスラストジャッ
キ２５ａの作動位置を検出しており、その検出信号を制
御部３８に出力している。制御部３８はこの検出信号に
基づいてサーボアンプ３９に指令信号を出力し、サーボ
アンプ３９はその指令信号に基づいてサーボ弁３３を制
御し、油圧給排源３６とスラストジャッキ２５ａとの間
で油圧の給排を行うようになっている。なお、ここでは
スラストジャッキ２５ａについてのみ説明したが、他の
スラストジャッキ２５ｂ〜２５ｆについても同様の構成
となっている。

【００３５】また、前胴１１には、図１及び図３に示す
ように、フロントグリッパ４２が装着されている。この
フロントグリッパ４２の４つのグリッパシュー４３は周
方向にほぼ均等間隔で前胴１１に出没自在に装着されて
おり、内蔵された油圧ジャッキ４４によって径方向に駆
動することができる。従って、この油圧ジャッキ４４を
駆動して各グリッパシュー４３を径方向に張り出すと、
このグリッパシュー４３を前胴１１内に収納した位置か
ら、掘削形成されたトンネル内壁面に圧接して前胴１１
を保持する位置に移動させることができる。

【００３６】一方、後胴１２には、図１及び図５に示す
ように、リアグリッパ４５が装着されている。このリア
グリッパ４５の２つのグリッパシュー４６は周方向にほ
ぼ均等間隔で後胴１２内に出没自在に装着されており、
内蔵された油圧ジャッキ４７によって径方向に駆動する
ことができる。従って、この油圧ジャッキ４７を駆動し
て各グリッパシュー４６を径方向に張り出すと、このグ
リッパシュー４６を後胴１２内に収納した位置から、掘
削形成されたトンネル内壁面に圧接して後胴１２を保持
する位置に移動させることができる。

【００３７】本実施例では、図１及び図４、図７に示す
ように、前胴１１に対して後胴１２が若干小径となって
おり、この前胴１１と後胴１２との間の上部には半円弧
状をなす前後一対のルーフシールド５１，５２が設けら
れている。即ち、前胴１１の後端上部には後方に延設す
る前胴ルーフシールド５１が着脱自在に設けられる一
方、後胴１２の前端上部には前方に延設する後胴ルーフ
シールド５２が固定されおり、前胴ルーフシールド５１
の下側に後胴ルーフシールド５２が位置するように重な
り合っている。この前胴ルーフシールド５１は前端にフ
ランジ部５１ａが一体に形成されて前胴１１の後壁１１
ａに密着し、このフランジ部５１ａには着脱ボルト５３
が装着されている。一方、前胴１１にはナット５４を保
持したナットランナ５５が位置しており、このナットラ
ンナ５５はブラケット５６を介して前胴１１に固定され
たレール５７に対して移動自在に支持されると共に、移
動ジャッキ５８によって前後に移動可能となっている。
また、前胴ルーフシールド５１の前端部と後胴１２の前
端部との間にはルーフシールド移動手段としての複数の
開閉ジャッキ５９が架設されている。

【００３８】従って、移動ジャッキ５８によってナット
ランナ５５を後方に移動し、保持したナット５４を正転
させることで、このナット５４とフランジ部５１ａの着
脱ボルト５３とを螺合し、前胴ルーフシールド５１を前
胴１１に連結することができる。一方、ナットランナ５
５によって保持したナット５４を逆転させることで、こ
のナット５４とフランジ部５１ａの着脱ボルト５３との
螺合を解除し、前胴ルーフシールド５１を前胴１１から
取り外すことができる。そして、前胴１１から前胴ルー
フシールド５１を取り外した状態で、開閉ジャッキ５９
を収縮状態のまま、パラレルリンク機構２８の各スラス
トジャッキ２５を伸長すると、後胴１２に対して前胴１
１のみが前進し、この前胴１１と前胴ルーフシールド５
１との間の上方を開口することができる。

【００３９】ここで、上述した本実施例のトンネルボー
リングマシンを用いたトンネル掘削方法について説明す
る。

【００４０】図１に示すように、フロントグリッパ４２
の油圧ジャッキ４４を収縮して各グリッパシュー４３を
引き込んで前胴１１内に収納することで、この前胴１１
を移動自在にする一方、リアグリッパ４５の油圧ジャッ
キ４７を伸長して各グリッパシュー４６を押し出して外
周面を掘削形成されたトンネル内壁面に圧接すること
で、後胴１２を移動不能に保持する。この状態で、カッ
タ旋回モータ１９を駆動してカッタヘッド１３を回転駆
動させながら、パラレルリンク機構２８の各スラストジ
ャッキ１５を伸長すると、前胴１１と共にカッタヘッド
１３は前方へ移動し、旋回するカッタヘッド１３のロー
ラカッタ１６が岩盤をせん断破壊し、この岩盤を掘削す
る。このとき、各スラストジャッキ２５の各作動ストロ
ークを変えることで、前胴１１は後胴１２に対して折れ
曲がり、カッタヘッド１３の向きを変えてトンネルの掘
削方向を変更することができる。

【００４１】また、図６に示すように、制御部３８には
変位センサ３７が検出した各スラストジャッキ２５の作
動位置の検出信号が入力されており、制御部３８は予め
設定された掘削条件（掘削するトンネルの計画線形や掘
削速度等）及び変位センサ３７の検出信号に基づいてサ
ーボアンプ３９に指令信号を出力してサーボ弁３３を制
御し、油圧給排源３６と各スラストジャッキ２５との間
で油圧の給排を行う。従って、各スラストジャッキ２５
は油圧の給排によって所定量駆動し、Ｘ方向、Ｙ方向、
Ｚ方向及びψ方向、θ方向、φ方向の制御が行われなが
ら、カッタヘッド１３をこのＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向及
びψ方向、θ方向、φ方向の６自由度運動させる。

【００４２】そして、各スラストジャッキ２５を所定ス
トローク伸長すると、このスラストジャッキ２５の駆動
を停止し、フロントグリッパ４２の油圧ジャッキ４４を
伸長して各グリッパシュー４３を押し出して外周面を掘
削形成されたトンネル内壁面に圧接することで、前胴１
１を移動不能に保持する一方、リヤグリッパ４５の油圧
ジャッキ４７を収縮して各グリッパシュー４６を引き込
んで後胴１２内に収納することで、後胴１２を移動自在
とする。この状態で、パラレルリンク機構２８の各スラ
ストジャッキ２５を収縮することで前胴１１に対して後
胴１２を引き寄せて前進させ、両者を接近させる。

【００４３】そして、各スラストジャッキ２５を所定ス
トローク収縮すると、このスラストジャッキ２５の駆動
を停止し、再び、リアグリッパ４５の各油圧ジャッキ４
７を伸長して各グリッパシュー４６をトンネル内壁面の
圧接することで、後胴１２を保持する一方、フロントグ
リッパ４２の各油圧ジャッキ４４を収縮して各グリッパ
シュー４３によるトンネル内壁面の圧接を解除する。そ
して、カッタ旋回モータ１９によってカッタヘッド１３
を回転駆動しながら、パラレルリンク機構２８の各スラ
ストジャッキ２５を伸長することで、後胴１２に対して
前胴１１及びカッタヘッド１３を前進させる。すると、
回転駆動するカッタヘッド１３が前方の岩盤に押し付け
られ、ローラカッタ１６が岩盤を破砕する。この作動の
繰り返しによってトンネルを掘削していく。

【００４４】そして、この回転駆動するカッタヘッド１
３のローラカッタ１５の岩盤掘削によって生じたずり
は、カッタバケット１７によってチャンバ室２２内に取
り込まれ、ホッパ２３内に落下する。このホッパ２３内
に落下して集積されたずりはベルトコンベヤ２４によっ
て外部に排出される。

【００４５】このように岩盤を掘削してトンネルを掘削
形成していく過程で、この掘削形成されたトンネルの内
壁面が安定している場合は支保は不要であるが、若干不
安定である場合には、壁面から岩片が剥がれ落ちないよ
うにリング状に形成したＨ形綱や木製の板等を支保工と
して用い、トンネルを保護する。

【００４６】このとき、通常は、図８に示すように、前
胴ルーフシールド５１は前端のフランジ部５１ａが前胴
１１の後壁１１ａに連結固定されており、この前胴ルー
フシールド５１は前胴１１と共に前進して掘削作業を行
っている。そのため、作業者は後胴１２の後方にて、ト
ンネルの内壁面への支保工Ｓの組付作業を行う。

【００４７】ところが、掘削地盤が不安定であって、既
設トンネルの内壁面での崩落がある場合には、掘削面
（切羽）からなるべく近いところで、且つ、なるべく早
い時期に支保工などを組み付けて既設トンネルを保護す
る必要がある。従って、この場合には、図１及び図７に
示すように、ナットランナ５５によって保持したナット
５４を逆転させることで、このナット５４と前胴ルーフ
シールド５１の着脱ボルト５３との螺合を解除し、この
前胴ルーフシールド５１を前胴１１から取り外す。そし
て、この状態で開閉ジャッキ５９を収縮状態のまま、カ
ッタ旋回モータ１９によってカッタヘッド１３を回転駆
動しながら、パラレルリンク機構２８の各スラストジャ
ッキ２５を伸長する。すると、図９に示すように、後胴
１２に対して前胴１１のみが前進し、旋回するカッタヘ
ッド１３によって前方の岩盤が掘削され、前進した前胴
１１と後胴１２と共に停止していた前胴ルーフシールド
５１との間の上方が開口する。

【００４８】従って、作業者は、前胴１１と前胴ルーフ
シールド５１との間の上方を開口した開口部を用いて、
既設トンネルの内壁面への支保工Ｓの組付作業を行うこ
とで、地盤の崩落を早期に抑制できる。なお、前胴１１
と前胴ルーフシールド５１との間の開口部の大きさを調
整する場合には、開閉ジャッキ５９を伸長することで、
前胴ルーフシールド５１が前胴１１側へ移動し、開口部
を小さくすることができる。

【００４９】その後、掘削地盤が安定して、既設トンネ
ルの内壁面での崩落の危険性がなくなった場合には、開
閉ジャッキ５９を収縮状態として、パラレルリンク機構
２８の各スラストジャッキ２５を収縮すると、前胴１１
に対して後胴１２と共に前胴ルーフシールド５１が引き
寄せられて前進し、前進した前胴ルーフシールド５１の
前端部が前胴１１の後壁に密着する。この状態で、ナッ
トランナ５５によって保持したナット５４を正転させる
ことで、このナット５４と前胴ルーフシールド５１の着
脱ボルト５３とが螺合し、この前胴ルーフシールド５１
は前胴１１に連結固定する。

【００５０】＜第２実施例＞図１０に本発明の第２実施
例に係るトンネル掘削機としてのトンネルボーリングマ
シンの断面概略を示す。なお、上述した第１実施例で説
明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を
付して重複する説明は省略する。

【００５１】本実施例のＴＢＭにおいて、図１０に示す
ように、前胴１１の前部にはカッタヘッド１３が回転自
在に装着され、このカッタヘッド１３にはローラカッタ
１６及びカッタバケット１７が取付けられ、カッタ旋回
モータ１９によって駆動回転可能となっている。また、
前胴１１にはバルクヘッド２１によってチャンバ室２２
が形成されており、このチャンバ室２２にはホッパ２３
が配設されると共に、このホッパ２３にて集積したずり
を排出するベルトコンベヤ２４が配設されている。そし
て、前胴１１と後胴１２との間には１２本のスラストジ
ャッキ２５からなるパラレルリンク機構２８が架設され
ており、このパラレルリンク機構２８によって前胴１１
あるいは後胴１２を前進することができると共に、その
掘進方向を変更することができる。また、前胴１１には
フロントグリッパ４２が装着される一方、後胴１２には
リアグリッパ４５が装着されている。

【００５２】本実施例では、前胴１１に対して後胴１２
が若干小径となっており、この前胴１１の後部から後胴
１２との後方にかけてその上部には半円弧状をなすルー
フシールド６１が設けられている。即ち、このルーフシ
ールド６１は後胴を覆うようにその上方に位置し、前端
部が前胴１１の後壁に密着して着脱ボルト６３が装着さ
れている。一方、前胴１１にはナット６４を保持したナ
ットランナ６５が位置しており、このナットランナ６５
はブラケット６６を介して前胴１１に固定されたレール
６７に対して移動自在に支持されると共に、移動ジャッ
キ６８によって前後に移動可能となっている。また、ル
ーフシールド６１の後端部と後胴１２の後端部との間に
はルーフシールド移動手段としての複数の開閉ジャッキ
６９が架設されている。

【００５３】従って、移動ジャッキ６８によってナット
ランナ５５を後方に移動し、保持したナット６４を正転
させることで、このナット６４とフランジ部６１ａの着
脱ボルト６３とを螺合し、ルーフシールド６１を前胴６
１に連結することができる。一方、ナットランナ６５に
よって保持したナット６４を逆転させることで、このナ
ット６４とフランジ部６１ａの着脱ボルト６３との螺合
を解除し、ルーフシールド５１を前胴１１から取り外す
ことができる。そして、前胴１１からルーフシールド６
１を取り外した状態で、開閉ジャッキ６９を伸長状態の
まま、パラレルリンク機構２８の各スラストジャッキ２
５を伸長すると、後胴１２に対して前胴１１のみが前進
し、この前胴１１とルーフシールド６１との間の上方を
開口することができる。

【００５４】ここで、上述した本実施例のトンネルボー
リングマシンを用いたトンネル掘削方法について説明す
る。

【００５５】図１０に示すように、フロントグリッパ４
２によって前胴１１を移動自在にする一方、リアグリッ
パ４５によって後胴１２を移動不能に保持した状態で、
カッタ旋回モータ１９を駆動してカッタヘッド１３を回
転駆動させながら、パラレルリンク機構２８の各スラス
トジャッキ１５を伸長すると、前胴１１と共にカッタヘ
ッド１３は前方へ移動し、ローラカッタ１６が岩盤を掘
削する。そして、各スラストジャッキ２５を所定ストロ
ーク伸長すると、このスラストジャッキ２５の駆動を停
止し、フロントグリッパ４２によって前胴１１を移動不
能に保持する一方、リヤグリッパ４５によって後胴１２
を移動自在とする。この状態でパラレルリンク機構２８
の各スラストジャッキ２５を収縮することで、前胴１１
に対して後胴１２を引き寄せて前進させ、両者を接近さ
せる。

【００５６】各スラストジャッキ２５を所定ストローク
収縮すると、このスラストジャッキ２５の駆動を停止
し、再び、リアグリッパ４５によって後胴１２を保持す
る一方、フロントグリッパ４２によって前胴１１を移動
可能とし、カッタヘッド１３を回転駆動しながら、各ス
ラストジャッキ２５を伸長して前胴１１前進させ、回転
駆動するカッタヘッド１３によって前方の岩盤を掘削す
る。この作動の繰り返しによってトンネルを掘削してい
く。そして、この回転駆動するカッタヘッド１３の岩盤
掘削によって生じたずりは、カッタバケット１７によっ
てチャンバ室２２内に取り込まれ、ホッパ２３内に落下
する。このホッパ２３内に落下して集積されたずりはベ
ルトコンベヤ２４によって外部に排出される。

【００５７】このように岩盤を掘削してトンネルを掘削
形成していく過程で、掘削地盤が不安定であって、既設
トンネルの内壁面での崩落がある場合には、ルーフシー
ルド６１を移動することで前胴１１と後胴１２との間に
開口を形成し、この開口を用いて支保工の組み付け作業
を行う。即ち、ナットランナ６５によってナット６４を
逆転させて前胴ルーフシールド６１の着脱ボルト６３と
の螺合を解除し、前胴ルーフシールド６１を前胴１１か
ら取り外す。そして、この状態で開閉ジャッキ６９を伸
長状態のまま、カッタヘッド１３を回転駆動しながら、
各スラストジャッキ２５を伸長すると、後胴１２に対し
て前胴１１のみが前進し、旋回するカッタヘッド１３に
よって前方の岩盤が掘削され、前進した前胴１１と後胴
１２と共に停止していたルーフシールド６１との間の上
方が開口する。

【００５８】従って、作業者は、前胴１１とルーフシー
ルド６１との間の上方を開口した開口部を用いて、既設
トンネルの内壁面への支保工Ｓの組付作業を行うこと
で、地盤の崩落を早期に抑制できる。なお、前胴１１と
ルーフシールド６１との間の開口部の大きさを調整する
場合には、開閉ジャッキ６９を収縮することで、ルーフ
シールド６１が前胴１１側へ移動し、開口部を小さくす
ることができる。

【００５９】その後、掘削地盤が安定して、既設トンネ
ルの内壁面での崩落の危険性がなくなった場合には、開
閉ジャッキ６９を収縮状態として、各スラストジャッキ
２５を収縮すると、前胴１１に対して後胴１２と共にル
ーフシールド６１が引き寄せられて前進し、前進したル
ーフシールド６１の前端部が前胴１１の後壁に密着す
る。この状態で、ナットランナ６５によってナット６４
をルーフシールド６１の着脱ボルト６３とが螺合するこ
とで、この前胴ルーフシールド６１を前胴１１に連結固
定する。

【００６０】なお、上述した各実施例にあっては、本発
明のトンネル掘削機を、岩盤を破砕してトンネルを掘削
するトンネルボーリングマシンを用いて説明したが、本
発明はこのタイプの掘削機に限定されるものではなく、
軟弱で水分の多い地盤を掘削するシールド掘削機に適用
することも可能であり、同然の如く、前述と同様の作用
効果を奏することができる。また、推進手段として複数
のスラストジャッキがトラス状に配設されたパラレルリ
ンク機構を用いたが、複数のスラストジャッキが略平行
に配設された推進機構を用いてもよい。

【００６１】

【発明の効果】以上、実施例を挙げて詳細に説明したよ
うに本発明のトンネル掘削機によれば、筒状をなす前胴
の前部に回転自在なカッタヘッドを装着してカッタヘッ
ド駆動手段によって駆動回転可能とすると共に、前胴と
後胴との間に推進手段を架設して両者を接近離反自在と
し、また、この前胴と後胴との間の上部にルーフシール
ドを介装してこのルーフシールドをルーフシールド移動
手段によって前方あるいは後方に移動することで上方を
開口可能としたので、既設トンネルの内壁面で崩落があ
る場合には、ルーフシールド移動手段によってルーフシ
ールドを移動し、前胴と後胴との間の上方を開口するこ
とにより、この開口部を用いて既設トンネルの内壁面に
対する支保を行うことができる。その結果、トンネルの
内壁面の崩落を早期に抑制することができると共に、掘
削作業の安全性の向上を図ることができる。

【００６２】また、本発明のトンネル掘削方法によれ
ば、掘削機本体を筒状をなす一対の前胴及び後胴にて構
成し、この前胴の前部に装着されたカッタヘッドを駆動
回転させながら、前胴を前進させることで前方の地盤を
掘削し、このとき、前胴と後胴との間の上部に介装され
たルーフシールドを前方あるいは後方に移動することで
上方を開口し、この開口部を用いて既設トンネルの内壁
面に対する支保を行うようにしたので、掘削途中にて掘
削面から近いところで早い時期に支保を行うことがで
き、地山の崩落を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るトンネル掘削機とし
てのトンネルボーリングマシンの断面概略図である。

【図２】トンネルボーリングマシン正面図である。

【図３】図１のIII−III断面図である。

【図４】図１のIV−IV断面図である。

【図５】図１のＶ−Ｖ断面図である。

【図６】推進機構としてのパラレルリンク機構の概略図
である。

【図７】ルーフシールドの概略構成図である。

【図８】ルーフシールド閉止時の本実施例のトンネルボ
ーリングマシンの側面図である。

【図９】ルーフシールド開放時の本実施例のトンネルボ
ーリングマシンの側面図である。

【図１０】本発明の第２実施例に係るトンネル掘削機と
してのトンネルボーリングマシンの断面概略図である。

【図１１】従来のトンネルボーリングマシンの断面概略
図である。

【符号の説明】

１１ 前胴 １２ 後胴 １３ カッタヘッド １９ カッタ旋回モータ（カッタヘッド駆動手段） ４２ フロントグリッパ ４５ リアグリッパ ２５ スラストジャッキ ２８ パラレルリンク機構（推進手段） ５１ 前胴ルーフシールド ５２ 後胴ルーフシールド ５９ 開閉ジャッキ（ルーフシールド移動手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状をなす一対の前胴及び後胴と、前記
   前胴の前部に回転自在に装着されたカッタヘッドと、該
   カッタヘッドを駆動回転するカッタヘッド駆動手段と、
   前記前胴と後胴との間に架設された推進手段と、前記前
   胴と後胴との間の上部に介装されたルーフシールドと、
   該ルーフシールドを前方あるいは後方に移動して上方を
   開口するルーフシールド移動手段とを具えたことを特徴
   とするトンネル掘削機。
2. 【請求項２】 掘削機本体を筒状をなす一対の前胴及び
   後胴にて構成し、該前胴の前部に装着されたカッタヘッ
   ドを駆動回転させながら、前胴を前進させることで前記
   カッタヘッドによって前方の地盤を掘削し、このとき、
   前記前胴と後胴との間の上部に介装されたルーフシール
   ドを前方あるいは後方に移動することで上方を開口し、
   該開口部を用いて既設トンネルの内壁面に対する支保を
   行うようにしたことを特徴とするトンネル掘削方法。