JP2004003211A - 大型水門 - Google Patents

Abstract

【課題】水路部の閉鎖をゲート函体とし、そのゲート函体の移動に際する底面摩擦を大幅に減少して大型水門でも開閉操作を容易となす。
【解決手段】水路部１を横断して水底に基礎部３を設置する。基礎部上に水路部１を開閉するゲート函体３を移動自在に設ける。基礎部３とゲート函体５の底面との間に基礎部３との摩擦を低減させる低摩擦機構を備えた函体支持装置１１を設ける。
【選択図】　　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、主に港湾の高潮対策用の防潮堤水門として適用可能な大型水門に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
我が国の港湾都市の多くは、沖積層や埋立地などの比較的低い位置に存在するため、地球温暖化や気象変動による海面上昇に対し、柔軟な対応が必要とされている。特に、水域、埋立地を含めた港湾全体を締め切る防潮ラインを形成するには、大型船舶の航行が可能な大型水門を設置する必要がある。この大型水門については現在検討中であるが、その中には開口４５０ｍ程度のものもあり、従来技術では以下の問題点が挙げられている。
【０００３】
・大型船舶の通行を想定していないため比較的小規模のものが多い。
・複雑な機械を使用しているものは維持修理が困難になり易い。
・大規模な重力式水門の場合、基礎の幅が広くなる。また水門の開閉操作も容易ではない。
【０００４】
この発明は上記従来の課題を解決するために考えられたものであって、その目的は、大型船舶の航行が可能な大型水門であっても基礎の幅が小さく設定でき、しかも簡単な移動装置により大型のゲート函体をも容易に開閉操作できる新たな大型水門を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的によるこの発明は、水路部を横断して水底に設置した基礎部と、基礎部上を移動して水路部を開閉するゲート函体と、基礎部とゲート函体底面との間に設けられ、基礎部との摩擦を低減させる低摩擦機構を備えた函体支持装置とからなる、というものである。
【０００６】
また上記基礎部の上面に並設されたガイド溝と、上下移動機構を設けてガイド溝内に収容された上記函体支持装置と、基礎部とゲート函体とにわたり設けられた推進装置とを有する、というものでもある。
【０００７】
また上記基礎部は、外部が鋼殻で形成され、その状態で曳航して基礎杭を打設した設置位置に沈設し、鋼殻内にコンクリートを打設して水底に設置してなり、上記ゲート函体は鉄筋コンクリート製で、水面上に浮く状態まで構築され、曳航により上記基礎部の設置位置まで運搬して沈設したのち、水面上にて残部の構築を行って完成したものからなる、というものである。
【０００８】
上記構成では、函体支持装置で移動に際するゲート函体の底面摩擦を大幅に減少させるため、大型のゲート函体に適用できる。またゲート函体は鉄筋コンクリート製であることから、コスト的に有利であるばかりでなく、鉄筋の防食を施せば高耐久性が期待でき、バラスト注水だけで重量式とし安定を図ることができるので、予め自重を重くして函体幅を狭くすることにより、基礎部の幅を小さく設定することができる。
また推進装置と函体支持装置は、基礎部又はゲート函体に組み込まれていないので、水門の開閉完了毎に水底から突堤に陸揚げして、オーバーホールや取替えができ、維持補修を容易に行い得る。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係わる大型水門の１実施形態を示すもので、１は水路部、２は水路部１の両側に構築された固定の突堤、３は突堤２，２の側部から水路部１を横断して基礎杭３ａを打設した水底４に設置した基礎部、５は基礎部上を移動して水路部１を開閉するゲート函体である。
【００１０】
このゲート函体５は鉄筋コンクリート製で４つのブロックに分割され、それらブロックの当接端は互いに嵌合して、上記水路部１を閉鎖する一連の水門を構成するように凹端面と凸端面に形成してあり、その当接面に止水部材６が底面を除く函体外郭に沿って取り付けてある。
【００１１】
上記基礎部３は横断面が凹状形の鋼殻による外部と、その内部に打設したコンクリートとからなり、その上面の両側縁間に上記ゲート函体５の底部が収まって、横ずれを起こすことなくゲート函体５が長手方向に移動する。なお、上面の両側縁は断続的に形成されていてもよく、場合によっては、上面両側に突設した一定間隔の突部であってもよい。
【００１２】
また基礎部３の側縁間の上面には、４条のガイド溝７が長手方向に並設してあり、そのガイド溝７を除く上面に弾性保護材によるコンクリート保護マット３ｂが施してある。ガイド溝７の底面両側には、外側面にストッパー８１を一定間隔ごとに有する函体推進用のガイドレール８が敷設してある。そのガイドレール８を反力として上記ゲート函体５を牽引移動する油圧作動の推進ジャッキ９による推進装置が、函体端面に連結してガイド溝７内に配設してある。
【００１３】
さらに、各ガイド溝７のガイドレール間の底面には、ガイドプレート１０が全長にわたり敷設され、そのガイドプレート１０の上に函体支持装置１１が三基を一組として、六組が１ブロックのゲート函体５の全長にわたり等間隔に位置するように設置してある。この函体支持装置１１の頂面には三基を一組として連結する函体受桁１４が設けてある。
【００１４】
この函体受桁１４の両端には、図７にその概略を示すように、昇降自在な車輪が取付けられており、その一方を駆動輪とする油圧又は電動の自走装置１５が函体受桁１４に取付けて、各組ごとに移動できるようにしてある。また各組は間隔維持のために連結管１６により連結してあり、図では省略するが、その連結管１６に油圧ホースや電気コード等を取り付けて、函体支持装置１１の移動に支障を来さぬようにしてある。
【００１５】
また図５に示すように、基礎部３の上記ブロック相互の当接部下側の基礎部上面には止水溝１７が部分的に設けられており、その止水溝１７に止水ゴムチューブ１８が収容してある。この止水ゴムチューブ１８は図（Ａ）に示すような断面形状が四辺形のゴムチューブであるが、止水溝１７がゲート函体５により塞がれた状態では、上記ゲート函体５の止水材６の下側に位置して図（Ｂ）のように膨張接触し、当接面下の函体底面と基礎部上面との隙間を水密に遮断する。
なお、止水溝１７は函体相互の当接部位だけではなく基礎部３の長手方向に連続的に設けてもよい。
【００１６】
また図６に示すように、突堤２の突端内側とゲート函体５の側端部との重なり部分には、水路部閉鎖時に注水により膨張するゴムパッキン又はゴムチューブ等による止水材１９が取付けてあり、突堤２の内側面にはローラーフェンダーによる緩衝材２０が取付けてある。
【００１７】
上記推進ジャッキ９は、ピストンロッド９２に接続した牽引ロッド９３をゲート函体５の端面に連結して、ガイドレール８の上に走行自在に車輪を載せた油圧シリンダー９１と、油圧シリンダー上の受部材に軸承したホイール９４に吊下して、油圧シリンダー９１に上下動自在に跨設し、下面が傾斜面で後端を係合突起に形成した両端の係止爪９５を、ガイドレール８の上記ストッパー８１の間に位置させた固定部材９６と、ホイール９４の回動軸端に取り付けたアーム先端のカウンターウェイト９７とからなる。
【００１８】
このような推進ジャッキ９では、縮小状態を示す図９において、ピストン伸長側に油圧を掛けると、ゲート函体側を反力として油圧シリンダ９１側が移動するようになる。これにより図は省略するが、推進ジャッキ９が図左側に移動して係止爪９５がストッパー８１から離れる。この前進移動により係止爪９５が前側のストッパー８１ａに達すると、カウンターウェイト９４により係脱部材９６が自動的に上がり、両端の係止爪９５は下面の傾斜面によりストッパー８１ａを乗越える。乗越後の係止爪９５はカウンターウェイト９４との吊り持ち位置まで下がってストッパー８１ａの前面に位置するようになり、推進ジャッキ９はストッパー間隔だけ前進移動して、ピストンロッド９２は伸長状態となる。
【００１９】
その状態で油圧を切り換えてピストン縮小側に加圧すると、係止爪９５の後端がストッパー８１ａと係合する。これにより油圧シリンダー９１ではガイドレール側が反力となってピストンロッド９２が縮小し、牽引ロッド９３によりゲート函体５はピストンの縮小限界まで引っ張られて、ストッパー間隔分だけ前進移動する。したがつて、油圧シリンダー９１における伸縮作動を繰り返し行うことによって、ゲート函体５を設定位置に移動することができる。また後退移動時には係止爪９５を１８０度回転させて向きを変えるだけでよく、前進移動時と同様な伸縮操作によりゲート函体５を移動することができる。
【００２０】
上記函体支持装置１１は、図８に示すようにゲート函体５の移動時に、該ゲート函体５の底面摩擦を低減する低摩擦機構１２と、その上部の上下移動機構１３とからなり、その上下移動機構１３の頂面に三基を一組として連結する函体受桁１４が設けてある。
【００２１】
上記低摩擦機構１２は、上下移動機構１３を載置固定した円盤状のサポートフレーム１２１と底板１２２との間に、受圧面積が小さな外周囲の一次圧力室１２３と、そのピストン１２４により囲繞された受圧面積が大きな内部の二次圧力室１２５とを、同心円に形成したシリンダからなり、函体支持装置１１に載せたゲート函体５の荷重を、図（Ａ）に示すように、底板周囲のピストン１２４の下端で支える。この状態で、一次圧力室１２３に水を高圧供給すると、サポートフレーム１２１が上下移動機構１３と共に上昇し始め、二次圧力室１２５にも水が供給される。
【００２２】
さらに水を供給すると、上下移動機構１３のサポートフレーム１２１が押し上げられるとともに、底版１２２に空けられた微小な孔（図は省略）から水が僅かに流れ出ることにより、図（Ｂ）に示すように、水の流体膜が底版１２２とガイドプレート１０の上面との間に生じ、この流体膜により函体支持装置１１の底面摩擦が低減されて、ゲート函体５をスライドできる状態となる。
【００２３】
上記サポートフレーム１２１が完全に上昇した後に、上下移動機構１３を上昇作動すると、上記函体受桁１４を介して支持していたゲート函体５が、基礎部上面から持ち上げられて底面摩擦が低減されるようになる。これによりゲート函体５と函体支持装置１１の両方の底面摩擦が減少した状態（摩擦係数２％以下）で、上記推進ジャッキ９による移動をスムーズに行えるようになる。
【００２４】
上記構成の大型水門では、図１１に示すように、上記水路部１の両側の突堤２，２の内側を、ゲート函体５の格納部１０１、その両端を推進ジャッキ９と函体支持装置１１とによる移動装置の陸揚部１０２として利用することができる。
例えば、水路部１が４５０ｍの大型水門では、１ブロックのゲート函体長さ１１５ｍに設定して、４ブロックのゲート函体５により閉鎖することができる。また、ゲート函体５の格納部１０１は２４０ｍ、陸揚げ部１０２は移動装置の維持管理では移動装置を陸揚げするのに必要な長さとなっている。
またゲート函体５の移動による水路部１の開閉は、推進ジャッキ９と函体支持装置１１の駆動を陸上で遠隔操作することにより確実に行い得る。
【００２５】
図１１は水門の閉鎖手順の説明図で、図１１（Ａ）に示す開放中は、ゲート函体５を両突堤２，２の側部に仮置きし、陸揚部１０２にて上記移動装置を水中から引き上げてメンテナンスを行う。
【００２６】
以下、図１１（Ｂ）〜（Ｄ）により閉鎖作動中の動作と閉鎖完了とを順に示すと、先ず陸揚部１０２の函体支持装置１１を内側のゲート函体５１の下に自走移動により送込む。この移送は低摩擦機構１２を加圧作動してガイドプレート１０との摩擦を低減した状態で行うのが好ましい。ゲート函体５１の設定位置に達したら、上記自走装置１５の車輪を上げて函体支持装置１１をガイドプレート１０の上に据え置く。その状態で低摩擦機構１２と上下移動機構１３を加圧作動し、基礎部３とゲート函体及び基礎部３と函体支持装置１１との摩擦を低減した後、推進ジャッキ９の伸縮移動を繰り返し行って、両突堤２，２から水路部１の中央にゲート函体５１を移動する。中央の設定位置まで移動したら推進ジャッキ９を停止し、函体支持装置１１の加圧作動を停止して、必要によりゲート函体５１内にバラスト水を注入し、安定重量を確保する。
【００２７】
この１ブロックの内側のゲート函体５１の設置が完了したら、自走装置１５の車輪を下ろして函体支持装置１１を次の１ブロックの待機位置まで自走移動により戻し、外側のゲート函体５２の下に据え替える。そして再び函体支持装置１１の加圧作動によりゲート函体５２の底面摩擦を低減して水路部１に移動し、既に設置されているゲート函体５１の後端に当接して端面相互を嵌合した後、移動と函体支持装置１１の加圧作動とを停止し、ゲート函体５２内に必要によりバラスト水を注入し、安定重量を確保する。
【００２８】
その後に、両突堤２，２の突端内側とゲート函体５２の側端部と間の上記止水材１８に注水を行って膨らませ、水密に仕切って閉鎖を完了する。なお、水路部１の開放は上記閉鎖手順を反対に行えばよい。
また閉鎖移動時の推進ジャッキ９は、ゲート函体５１に対しては前側に、ゲート函体５２の場合には後側に取付けるのが好ましい。このような状態であればゲート函体５１からゲート函体５２に函体支持装置１１を戻す際に、ガイド溝７を推進ジャッキ９が共用していても後方移送の障害とならず、函体支持装置１１の入れ替えを迅速に行うことができる。
【００２９】
また設置後のゲート函体５１の推進ジャッキ９は撤去して、解放時に後側に盛り替えて使用するのが好ましい。撤去により対向側のゲート函体５１の推進ジャッキ９の障害とならず、対向側を先行設置したゲート函体５１の当接面まで支障なく移動できるからである。当接後の対向側のゲート函体５１の推進ジャッキ９は撤去できないので、解放用として残置する。
【００３０】
上記施形態では、左右のゲート函体５１，５２の配列を１列としているが、図１２（Ａ）（Ｂ）に示すように、複数ブロックで複数列にして、ブロック間で適宜のラップをとって移動することにより、開閉するようにしてもよい。このようにすれば、開門時にゲート函体５１，５２を収める奥行が少なく済む。さらに突堤を形成しなくとも、水路１が所定幅で狭くなっていれば、水路１の少なくとも一方を切り込むことで、ゲート函体５１，５２を収めるようにしてもよい。
【００３１】
図１３〜図１６は、基礎部３とゲート函体５の構築例を示すものである。
上記基礎部３は外部を鋼殻とし、その状態で曳航して基礎杭３ａを打設した場所まで運搬し、図１３に示すように、起重機船２１により基礎杭３ａの上に沈設する。その後に鋼殻内にコンクリートを打設して水底に設置してから、図１４に示すように、クリーン付台船２２によりレール等を設置することで完成することができる。
【００３２】
上記ゲート函体５は、陸上又は水上で図１５に示すように、クローラクレーン２３により底版、外壁、隔壁の一部を鉄筋コンクリートにより水上に浮く状態まで構築し、それを曳航により上記基礎部３を設置した場所まで運搬して、図１６に示すように沈設したのち、水面上にて残部の構築を行って完成することができる。
【００３３】
この実施形態では、基礎部３を鋼殻製、ゲート函体５を鉄筋コンクリート製としているが、鋼殻製は精度的な面からの採用であり、また鉄筋コンクリート製はコスト的な面からの採用によるものであるから、基礎部３を鉄筋コンクリート製、ゲート函体５を鋼殻製としても構成上は何等差支えがなく、要は、この発明の主旨を逸脱しない範囲内であれば、いかなる構成を採用してもよい、というものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係わる大型水門の概略を示す斜視図である。
【図２】ゲート函体の平面図である。
【図３】同上の側面図である。
【図４】水門の水路部における基礎部を縦断して示すとゲート函体の正面図である。
【図５】ゲート函体相互の当接部位における止水ゴムの止水時（Ａ）と止水前（Ｂ）の状態を示す基礎部の部分断面図である。
【図６】突堤とゲート函体の重なり部分の部分平面図である。
【図７】ゲート函体に対する函体支持装置と推進ジャッキの配置状態を示すゲート函体と基礎部の部分縦断面図である。
【図８】ガイド溝内における推進ジャッキの側面図である。
【図９】同上の拡大正面図である。
【図１０】函体支持装置の作動時（Ａ）と非作動時（Ｂ）の状態説明図である。
【図１１】この発明の水門の閉鎖手順の説明図である。
【図１２】他の実施形態の水門の閉鎖手順の説明図である。
【図１３】基礎部の沈設状態図である。
【図１４】基礎部の設置状態図である。
【図１５】ゲート函体の水上構築状態図である。
【図１６】ゲート函体の設置状態図である。
【符号の説明】
１　　　水路部
２　　　突堤
３　　　基礎部
３ｂ　　コンクリート保護マット
４　　　海底
５　　　ゲート函体
６　　　当接面の止水材
７　　　ガイド溝
８　　　ガイドレール
９　　　推進ジャッキ
１０　　　ガイドプレート
１１　　　函体支持装置
１２　　　低摩擦機構
１３　　　上下移動機構
１４　　　函体受桁
１７　　　止水溝
１８　　　止水ゴムチューブ
１９　　　止水材
２０　　　緩衝材

Claims (4)

1. 水路部を横断して水底に設置した基礎部と、基礎部上を移動して水路部を開閉するゲート函体と、基礎部とゲート函体底面との間に設けられ、基礎部との摩擦を低減させる低摩擦機構を備えた函体支持装置とからなることを特徴とする大型水門。
2. 上記基礎部の上面に並設されたガイド溝と、上下移動機構を設けてガイド溝内に収容された上記函体支持装置と、基礎部とゲート函体とにわたり設けられた推進装置とを有することを特徴とする請求項１記載の大型水門。
3. 上記基礎部は外部を鋼殻で形成され、その状態で曳航して基礎杭を打設した設置位置に沈設し、鋼殻内にコンクリートを打設して水底に設置してなることを特徴とする請求項１又は２記載の大型水門。
4. 上記ゲート函体は、鉄筋コンクリート製で水面上に浮く状態まで構築され、曳航により上記基礎部の設置位置まで運搬して沈設したのち、水面上にて残部の構築を行って完成したものからなることを特徴とする請求項１又は２記載の大型水門。

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