JP2005320801A - ニューマチックケーソン - Google Patents

Abstract

【課題】ニューマチックケーソンの底部に配置される掘削機を作業室スラブの上部に引き上げることなく、作業室内において掘削機の点検・整備・搬入組立・解体回収等を大気圧下で容易に行うことができるようにし、また比較的簡易なメンテナンス設備で、通常のケーソンにも適用できるようにする。
【解決手段】ニューマチックケーソン１の作業室スラブ３の下に側壁２０と床版２１で囲まれた鋼製またはコンクリート製の密閉室のメンテナンス室１２を設置し、作業室５内の掘削機６を開閉扉２３を開いてメンテナンス室１２内に入れ、メンテナンス室内を減圧することにより大気圧下で掘削機６の点検・整備・搬入組立・解体回収等の作業を行う。掘削機６の地上への搬出と地上からの搬入は、掘削機回収用シャフト１４等を用いて行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ニューマチックケーソン工法において掘削機の点検・整備・搬入組立・解体回収等を行えるニューマチックケーソンに関するものである。

ニューマチックケーソン工法（圧気潜函工法）は、周知の通り浸水等を防止するために、ケーソン底部の作業室を高気圧にして掘削機で掘削作業を行うものである。そして、掘削機の遠隔操作システムの開発に伴い、掘削作業中は作業員が高気圧下の作業室内に入る必要が無くなった。しかし、掘削機の点検・整備・搬入組立・解体回収時には、遠隔操作ができないため、高気圧下の作業室内で作業員が作業する必要があった。

このような高気圧下の作業は、作業員の健康管理上、好ましくないため、従来においては、作業員を高気圧下に曝すことなく、掘削機の点検・整備・搬入組立・解体回収を行えるようにした技術が開発されている（例えば、特許文献１、２、３）。

特許文献１の発明は、ケーソン掘削機の回収装置であり、ケーソン下部の作業室スラブに掘削機搬出入用の開口部を設け、この開口部の上に、開口部を覆う形状の下部ハッチ容器、ハッチを下部に有する収容容器を下から順に設け、この開口部等を利用して土砂の排出を行い、掘削作業が終了すると、下部にレールの付いた回収架台を前記開口部内にセットし、作業室スラブの走行レールに懸架されている掘削機を前記レールに移載し、ワイヤとフック等からなる引上げ機構により回収架台を吊り上げ、掘削機を収容容器内に回収するものである。

特許文献２の発明は、掘削機が故障したときの修理作業または掘削機の解体・回収作業を行うために好適なニューマチックケーソンであり、ケーソン躯体の下部に下部スラブと上部スラブを構築し、この二重スラブの間の空間にエアロック室と掘削機整備室とを設け、下部スラブの掘削機整備室の箇所に掘削機搬出入用の開口部を設け、上部スラブの掘削機整備室の箇所に掘削機の一部を収納可能な掘削機収納部を設け、この掘削機収納部の上部には異形シャフトを介して、マテリアルロックを備えたマテリアルシャフトを立設したものである。

この特許文献２の発明では、下部スラブの開口部・マテリアルシャフト等を利用して掘削土砂を排出し、掘削機の修理時や回収時には下部スラブの開口部のハッチを閉じてエアロック室と掘削機整備室をほぼ大気圧まで減圧し、掘削機収納部の上部から吊上げ設備により回収ブロックを吊下げ支持し、下部スラブの開口部のハッチを開けて開口部内に回収ブロックを吊降ろして固定し、回収ブロックの下部に設けられたレールに掘削機を移載し、吊上げ設備により回収ブロックと掘削機を引き上げ、下部スラブの開口部のハッチを閉じ、掘削機整備室の走行レールに掘削機を移載し、掘削機整備室内の所定の位置まで掘削機を移動させ、掘削機の点検や修理を行う。地盤掘削後、掘削機を解体・回収するときは、掘削機整備室内で掘削機の解体作業を行い、解体された機材をマテリアルシャフトにより地上に搬出し回収している。

特許文献３の発明は、掘削機の点検・修理・組立及び解体回収作業等を行う空間を有するニューマチックケーソンであり、ケーソン躯体の下部に下部スラブと上部スラブを構築し、この二重スラブの間の回収室を設け、下部スラブには掘削機搬出入用の開口部を設け、この開口部に掘削機を吊り上げる吊上架台を設け、回収室に掘削機を支持して床の上を移動できる回収架台を配置したものである。

この特許文献３の発明では、下部スラブの開口部・マテリアルシャフト等を利用して掘削土砂を排出し、掘削機の修理時や回収時には、外部のクレーンのクレーンワイヤにより吊上架台を吊下げ、下部スラブの開口部に吊上架台を固定し、この吊上架台の下部に設けられたレールに掘削機を移載し、クレーンにより吊上架台と掘削機を回収室内に吊り上げ、吊上架台を回収架台に支持させ、この回収架台を回収室内の任意の位置に移動させて、掘削機の点検・修理、組立・解体回収作業等を行う。
特開平４−３６８５１５号公報 特開２００２−３０２９５７号公報 特開２００３−１６６２５１号公報

前述の特許文献１の発明の場合、作業室スラブの上部に設けた回収ロック容器内に掘削機を引き上げる必要があり、手間がかかり、また掘削機の点検・整備・搬入組立・解体回収等を作業室近くで簡単に行うことができない。

前述の特許文献２、３の発明の場合、ケーソン躯体の底部に二重スラブを設け、上下のスラブ間に回収室とエアロック室を設けるため、ケーソン躯体の構造が複雑で高価なものになると共に、通常のケーソンに適用することが困難である。また、この場合も、作業室スラブの上部に設けた回収室内に掘削機を引き上げる必要があり、手間がかかる。

本発明は、このような問題点を解消すべくなされたもので、ニューマチックケーソンの底部に配置される掘削機を作業室スラブの上部に引き上げることなく、作業室内において掘削機の点検・整備・搬入組立・解体回収等を大気圧下で容易に行うことができ、さらに比較的簡易なメンテナンス設備であると共に、通常のケーソンにも適用することができるニューマチックケーソンを提供することを目的とする。

本発明の請求項１は、ケーソン躯体の下部に設けられた作業室スラブの下に掘削機（天井走行式ショベル等）が走行可能に設置されているニューマチックケーソンにおいて、前記作業室スラブの下に、作業室内の掘削機を収納して大気圧下で作業が可能なメンテナンス室が設けられていることを特徴とするニューマチックケーソンである。

本発明は、ケーソン躯体底部の作業室内にメンテナンス室を設けたものであり、このメンテナンス室には気圧調整手段を設け、掘削機の点検・整備・搬入組立・解体回収等の作業を作業室内において大気圧下で行えるようにしたものである。気圧調整手段は、地上からの遠隔操作が可能である。

本発明の請求項２は、請求項１に記載のニューマチックケーソンにおいて、メンテナンス室は、作業室スラブから垂設された側壁と下部が尖鋭な床版で囲まれた鋼製またはコンクリート製の密閉室であり、前記側壁に掘削機が通過可能な開口部とこの開口部を密閉可能な開閉扉が設けられていることを特徴とするニューマチックケーソンである。

メンテナンス室を下部に刃先が形成された鋼製やコンクリート製とし、ケーソン躯体の中央部等に配置することにより、メンテナンス室をケーソン下端外周の刃口と同様に作用させる。また、メンテナンス室に掘削機を側壁の開口部を介して出し入れし、スライド式やスイング式等の開閉扉で開口部を開閉する。扉開閉時に支障となる掘削機の動力・通信・制御線は、メンテナンス室内にケーブル巻取りリールを設けることにより、支障なく扉を閉めることができる。なお、これに限らず、動力線に関してはトロリー線を用い、通信・制御線に関しては、無線機器を用いることにより、掘削機をケーブルレスとすることもできる。

本発明の請求項３は、請求項２に記載のニューマチックケーソンにおいて、メンテナンス室内の天井には、作業室スラブの下に設置された掘削機の走行レールにメンテナンス室の開口部を介して連続可能な回収用走行レールが設置され、メンテナンス室の開口部の外側には、前記走行レールと回収用走行レールとの間に配置されて両レールを一体的に連結する連結用レールを開閉扉を閉じられるように開口部から遠ざかる方向に移動させるレール移動装置が設置されていることを特徴とするニューマチックケーソンである。

天井走行式の掘削機を、作業室天井の走行レール・メンテナンス室天井の回収用走行レール・レール移動装置の連結用レールを一直線状に連続一体化させて、メンテナンス室に出し入れする。レール移動装置は、メンテナンス室天井に設けたターンテーブルにより連結用レールを水平旋回させるレール回転装置を用いることができる。このレール回転装置には、連結用レールの位置合わせを行うストッパー、レール同士の位置合わせ用の油圧シリンダを設けるのが好ましい。なお、レール移動装置は、上記のレール回転装置に限らず、連結用レールを開閉扉から遠ざかる方向にスライドさせるレールスライド装置、連結用レールを開閉扉から遠ざかる方向に上下にスイングさせるレール転倒装置等を用いることができる。このレール移動装置は地上からの遠隔操作により動作させることができる。

本発明の請求項４は、請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載のニューマチックケーソンにおいて、メンテナンス室内には、掘削機の点検・整備・搬入組立・解体回収用の台車が設置されていることを特徴とするニューマチックケーソンである。即ち、必要に応じて、メンテナンス室内を移動可能な台車を用いて、点検・整備等を行う。

本発明の請求項５は、請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載のニューマチックケーソンにおいて、メンテナンス室の上部には、掘削機を搬出入するための掘削機回収シャフトと、作業員がメンテナンス室に出入りするマンシャフトが設けられていることを特徴とするニューマチックケーソンである。

掘削機回収シャフトは、ボトムシャフトを備えた専用のシャフトあるいは上部にロックを備えた通常のマテリアルシャフト等を用いることができる。メンテナンス室内で掘削機を解体して上記シャフトを介して地上へ回収し、掘削機の部品を地上から搬入してメンテナンス室で組み立てる。なお、掘削機を解体せずにそのまま搬出入することもできる。

以上のような構成の本発明によれば、次のような効果が得られる。

(1) ニューマチックケーソンの作業室スラブの下に掘削機のメンテナンス室を設けるようにしたため、掘削機を作業室スラブの上に引き上げることなく、作業室内において掘削機の点検・整備・搬入組立・解体回収等を大気圧下で容易に行うことができ、高気圧下の作業を解消できると共に、作業効率の向上、施工コストの低減等を図ることができる。

(2) メンテナンス室は比較的簡易なメンテナンス設備であると共に、通常のケーソンにも適用することができ、比較的低コストのケーソンで掘削機の点検・整備・搬入組立・解体回収等の作業を安全に迅速に行うことができる。

以下、本発明を図示する一実施形態に基づいて説明する。図１は本発明のニューマチックケーソンの一例を示したものであり、(a) は正面から見た鉛直断面図、(b) は側面から見た鉛直断面図である。図２は図１のニューマチックケーソンの側面から見た鉛直断面図であり、(a) はメンテナンス室内部中心線に沿う断面、(b) はメンテナンス室側壁に沿う断面である。図３は図１の作業室スラブ下面における水平断面図である。図４は図１(a) のメンテナンス室の部分拡大断面図であり、(a) は中央部付近の断面、(b) は開口部位置の断面である。図５は本発明で用いるレール回転装置であり、(a) はレールに直交する鉛直断面図、(b) は水平断面図、(c) はレールと平行な鉛直断面図である。図６は本発明の掘削機の点検・整備等の作業を工程順に示す水平断面図である。

図１において、ニューマチックケーソン１は、箱状や筒状のケーソン躯体２の底部に設けられた作業室スラブ３の下を刃口４で囲まれた作業室５とし、この作業室５内に地上から水圧に見合う圧縮空気を送り、完全にドライにした高気圧下で掘削を行い、掘削のみまたは荷重等との併用により沈下を行うように構成されている。掘削は、地上から遠隔操作される天井走行式ショベル等の掘削機６による無人化掘削とされている。

また、ケーソン躯体２の内側には、掘削土の搬出等を行うマテリアルシャフト７が立設され、このマテリアルシャフト７の上部にマテリアルロック８が設けられている。さらに、作業員がエレベータ１１により昇降するマンシャフト９も立設され、このマンシャフト９の上部にマンロック１０が設けられている。

このようなニューマチックケーソン１において、本発明では、図１〜図３に示すように、作業室内の掘削機６を収納して大気圧下で掘削機６の点検・整備・搬入組立・解体回収等の作業が可能なメンテナンス室１２を作業室スラブ３の下に設置する。また、このメンテナンス室１２の上に、ボトムシャフト１３を介して掘削機回収用シャフト１４を立設し、さらにマンロック１０を上部に有するマンシャフト９を立設して作業員がメンテナンス室１２内に自由に出入りできるようにし（図１(b) 、図２参照）、掘削機６を解体して地上に回収できるようにする。なお、通常のマテリアルシャフト７・マテリアルロック８をメンテナンス室１２の上に設置して回収を行うこともできる。また、掘削機６を解体せずにそのまま地上へ回収し、地上から搬入することもできる。

メンテナンス室１２は、図１〜図４に示すように、作業室スラブ３から垂設された一対の側壁２０、２０と、断面逆三角形で下部が尖鋭な床版２１で囲まれたコンクリート製の密閉室であり、前記側壁２０に掘削機６が通過可能な開口部２２と、この開口部２２を密閉可能なスライド式の開閉扉２３が設けられている。このメンテナンス室１２には、気圧調整手段（図示省略) が設けられ、メンテナンス室１２内を減圧して大気圧とすることができる。この気圧調整手段は地上からの遠隔操作が可能とされている。

また、このメンテナンス室１２は、作業室５を２分割するように作業室スラブ３の中央部分に設置されている（図３参照）。また、断面逆三角形の床版２１の下端は刃口４の下端と水平位置が同じであり（図１参照）、刃口４と同様の作用を行うようにされている。なお、このメンテナンス室１２はコンクリート製に限らず、鋼製等であってもよい。

図３に示すように、作業室スラブ３の天井には掘削機６の一対の走行レール１５が例えばメンテナンス室１２の両側にメンテナンス室１２の長手方向に直交するように配設されている。メンテナンス室１２の長手方向には間隔をおいて２組配置されており、この２組の走行レールに対応させて２つの開口部２２が側壁２０に設けられている。なお、走行レールは、これに限らず、円形ケーソン等の場合、リング状に配設されている場合もある。また、掘削機６は、上部の走行車輪を備えた走行装置により走行レール１５に懸架される。

メンテナンス室１２内の天井には、図３に示すように、走行レール１５を走行する掘削機６をメンテナンス室１２内に回収するための一対の回収用走行レール２４が設けられている。この回収用走行レール２４は、掘削機６が横断可能に左右両側の開口部２２にまで配設され、後述するレール回転装置３０の連結用レール３１を介して左右両側の走行レール１５に一直線状に連続するように構成されている。

開閉扉２３は、図３、図４に示すように、側壁２０の外面に沿って移動可能なスライド式であり、地上からの遠隔操作により開閉する。また、開閉扉２３の上部は作業室スラブ３の下面に形成された溝に収納され、開閉扉２３の内面には適当なシール等が設けられ、開口部２２を密閉できるようにされている。なお、この開閉扉２３は、スイング式などでもよい。

レール回転装置３０は、図３に示すように、開口部２２の外側における作業室天井に設置され、連結用レール３１を水平旋回させて、開閉扉２３を閉じられるようにする装置であり、図５に示すように、ターンテーブル３２の下面に一対の連結用レール３１を取付けて構成される。さらに、連結用レール３１の位置決めを行うストッパー３３、３４とレール同士の位置合せ用の油圧シリンダ３５を備えている。

作業室スラブ３の下面には円形の凹部４０が形成され、この凹部４０に取付用リング４１が固定され、ターンテーブル３２の上面の回転リング４２が取付用リング４１内に収納され、ボールベアリング４３により回転自在に支持される。回転リング４２は内歯車であり、これに噛み合うギヤ４４をモータ４５で回転駆動させることによりターンテーブル３２が回転する。このレール回転装置３０も地上からの遠隔操作により動作する。

ストッパー３３は、図５(a) 、(b) に示すように、凹部４０の中央部分の下面に中心角９０°だけ離れた２箇所に配置され、一方、ストッパー３４はターンテーブル３２の中央部分の上面に前記２つのストッパー３３の間の一箇所に取付けられている。ストッパー３４が一方のストッパー３３に当接すると、連結用レール３１が走行レール１５・回収用走行レール２４に一直線上に連続し、９０°回転して他方のストッパー３３に当接すると、連結用レール３１が走行レール１５・回収用走行レール２４に直交することになる。

レール位置合せ用の油圧シリンダ３５は、図５(c) に示すように、回収用走行レール２４の端部における側面に取付けられ、そのピストンロッド先端を走行レール１５の端面に配置された補強リブの位置決め穴に挿入することにより、回収用走行レール２４が走行レール１５・回収用走行レール２４に位置決め固定され、一体化されたレールが形成される。なお、図５(a) に示すように、連結用レール３１・走行レール１５・回収用走行レール２４は、下フランジの外側上面を掘削機の走行車輪（図示省略) が転動するようにされている。

このレール回転装置３０は、開閉扉２３を閉じられるように連結用レール３１を退避させる装置であるから、このレール回転装置に限らず、連結用レール３１を開閉扉２３から遠ざかる方向に水平スライドさせるレール移動装置、あるいは連結用レール３１を外側に向って下へ傾動させるレール転倒装置などでもよい。

メンテナンス室１２の内部には、図２(a) 、図４(b) に示すように、掘削機６の点検・整備と解体・組立のための台車５０を設置する場合もある。この場合、図４に示すように、床版２１の上部中央に台車５０が移動するための走行溝５１を形成する。

扉開閉時に支障となる掘削機６の動力・通信・制御ケーブルは、図３に示すように、メンテナンス室１２内にケーブル巻取りリール６０を設けることにより、開閉扉２３が開いた状態でケーブルを繰り出して掘削作業を行い、掘削機６をメンテナンス室１２に入れる場合には、ケーブルを巻き取ることで、開閉扉２３を支障無く閉めることができる。

また、このようなケーブル方式に限らず、動力にトロリー線を用いたケーブルレス給電システムを用い、通信・制御については無線機器を用いることにより、掘削機６をケーブルレスとすることもできる。

以上のような構成のニューマチックケーソン１において、掘削機６の点検・整備、解体・組立の作業が次のように行われる（図６参照) 。

(1) メンテナンス室１２の開閉扉２３は開いており、また作業室５内は高圧気下であり、地上の遠隔操作室でオペレータが作業室５内のモニタ映像を見ながら、掘削機６を操作し、掘削機６を走行レール１５に沿って走行させ、掘削機６を自動制御または地上から遠隔操作して、無人掘削を実施する。掘削機６にはケーブル巻取りリール６０から繰り出されたケーブル６１により電力が供給される。掘削された土砂は排土バケットに投入し、マテリアルシャフトを通って地上へと排出される。

(2) メンテナンス室１２を挟んで左右両側の走行レール１５とメンテナンス室１２内の回収用走行レール２４は、レール回転装置３０の連結用レール３１を介して一直線状に連続一体化しており、作業室５内の掘削機６をメンテナンス室１２内に移動させる。掘削機６のケーブル６１はケーブル巻取りリール６０に巻き取られる。

(3) レール回転装置３０のターンテーブル３２を９０°回転させ、連結用レール３１を走行レール１５と回収用走行レール２４に対して直交させる。

(4) 開閉扉２３をスライドさせて閉じ、開口部２２を密閉する。連結用レール３１は、扉の外に平行に配置され、またケーブル６１はケーブル巻取りリール６０に巻き取られているため、開閉扉２３を支障なく閉めることができる。

(5) 高気圧の作業室５に対して密閉されたメンテナンス室１２内を気圧調整手段により減圧し、大気圧に戻す。

(6) 大気圧下のメンテナンス室１２内で掘削機６の点検・整備等のメンテナンス作業あるいは解体作業を行う。

メンテナンス終了後、掘削機６を作業室５内に戻す場合には、上記と逆の手順で掘削機６を作業室５内に戻す。

掘削沈下完了後に掘削機６を地上に回収する場合には、解体した後、掘削機回収用シャフト１４等を介して地上へ搬出する。掘削機６を地上から作業室５内へ搬入する場合には、地上への搬出工程と逆の工程であり、解体した掘削機をメンテナンス室１２内に搬入して組立て、組み立てられた掘削機６を作業室５内へ搬入する。なお、掘削機６は解体せずに、一体型の掘削機を搬出入することもできる。

なお、本発明は、以上のような図示例に限定されないことは言うまでもない。

本発明のニューマチックケーソンの一例を示したものであり、(a) は正面から見た鉛直断面図、(b) は側面から見た鉛直断面図である。 図１のニューマチックケーソンの側面から見た鉛直断面図であり、(a) はメンテナンス室内部中心線に沿う断面、(b) はメンテナンス室側壁に沿う断面である。 図１の作業室スラブ下面における水平断面図である。 図１(a) のメンテナンス室の部分拡大断面図であり、(a) は中央部付近の断面、(b) は開口部位置の断面である。 本発明で用いるレール回転装置であり、(a) はレールに直交する鉛直断面図、(b) は水平断面図、(c) はレールと平行な鉛直断面図である。 本発明の掘削機の点検・整備等の作業を工程順に示す水平断面図である。

符号の説明

１……ニューマチックケーソン
２……ケーソン躯体
３……作業室スラブ
４……刃口
５……作業室
６……掘削機
７……マテリアルシャフト
８……マテリアルロック
９……マンシャフト
１０……マンロック
１１……エレベータ
１２……メンテナンス室
１３……ボトムシャフト
１４……掘削機回収用シャフト
１５……走行レール
２０……側壁
２１……床版
２２……開口部
２３……開閉扉
２４……回収用走行レール
３０……レール回転装置
３１……連結用レール
３２……ターンテーブル
３３……ストッパー
３４……ストッパー
３５……レール位置合せ用の油圧シリンダ
４０……凹部
４１……取付用リング
４２……回転リング
４３……ボールベアリング
４４……ギヤ
４５……モータ
５０……台車
５１……走行溝
６０……ケーブル巻取りリール
６１……ケーブル

Claims (5)

1. ケーソン躯体の下部に設けられた作業室スラブの下に掘削機が走行可能に設置されているニューマチックケーソンにおいて、
   前記作業室スラブの下に、作業室内の掘削機を収納して大気圧下で作業が可能なメンテナンス室が設けられていることを特徴とするニューマチックケーソン。
2. 請求項１に記載のニューマチックケーソンにおいて、メンテナンス室は、作業室スラブから垂設された側壁と下部が尖鋭な床版で囲まれた鋼製またはコンクリート製の密閉室であり、前記側壁に掘削機が通過可能な開口部とこの開口部を密閉可能な開閉扉が設けられていることを特徴とするニューマチックケーソン。
3. 請求項２に記載のニューマチックケーソンにおいて、メンテナンス室内の天井には、作業室スラブの下に設置された掘削機の走行レールにメンテナンス室の開口部を介して連続可能な回収用走行レールが設置され、メンテナンス室の開口部の外側には、前記走行レールと回収用走行レールとの間に配置されて両レールを一体的に連結する連結用レールを開閉扉を閉じられるように開口部から遠ざかる方向に移動させるレール移動装置が設置されていることを特徴とするニューマチックケーソン。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか一つに記載のニューマチックケーソンにおいて、メンテナンス室内には、掘削機の点検・整備・搬入組立・解体回収用の台車が設置されていることを特徴とするニューマチックケーソン。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一つに記載のニューマチックケーソンにおいて、メンテナンス室の上部には、掘削機を搬出入するための掘削機回収シャフトと、作業員がメンテナンス室に出入りするマンシャフトが設けられていることを特徴とするニューマチックケーソン。
   

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