JP2010024684A - 潜函工法における漏気防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】人手を割くことなく自動的に、作業室内の空気がケーソン躯体の外部に漏気することを確実に防止する。
【解決手段】作業室16内に圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段(19)と、その圧縮空気供給圧力を調整する圧力調整手段(21,22)と、作業室16の内部にて、刃口14の下端よりも高い位置に開口する漏気検知穴27a,27b,27cと、この漏気検知穴27a,27b,27cから延びて他端が大気に連通する漏気排気通路28a,28b,28cと、この漏気排気通路28a,28b,28cを流れる漏気を検知する漏気検知手段(32a,32b,32c)と、漏気検知手段および圧力調整手段に接続され、漏気検知手段が漏気を検知したか否かの情報を受けて地下水Ｗの水位を認識し、この地下水位が予め設定された基準水位ｈに近付くように、圧力調整手段に圧縮空気供給手段の圧縮空気圧力を調整させるよう制御する圧力制御手段(16)とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ケーソンを地盤中に沈設して構造物を構築する潜函工法に係り、ケーソンの内部に隔成された作業室の内部における地下水の水位を自動的に調整することにより、作業室から外部への圧縮空気の漏気を防止するようにした潜函工法における漏気防止装置に関するものである。

地下構造物などの構築に用いられる工法として、ケーソンを水底地盤中に沈設する潜函工法（ニューマチックケーソン工法）が知られている。この潜函工法では、筒状等のケーソン躯体の下端に地盤に貫入する刃口を設けるとともに、ケーソン躯体の内周側に作業室スラブを形成し、刃口の内周側かつ作業室スラブの下方に作業室を隔成して、この作業室内に圧縮空気を供給しながら、その内部地盤を掘削してケーソン躯体を地盤中に沈設する。

この場合、作業室内に供給された圧縮空気は、その一部が刃口の先端を潜り抜けて外部に漏気しやすく、このような漏気をそのまま放置しておくと、地盤中の透水層を通って思わぬ場所に噴出し、隣接構造物等に悪影響を及ぼすことになる。

そこで、従来では、作業室内に監視カメラと圧力計を設置し、外部の管理室から監視員がモニターで作業室内の地下水位を目視で監視し、圧力計の圧力を参照しながら、その都度、作業室に送給する圧縮空気の圧力を調整して地下水位を適宜調整していた。

同時に、ケーソン躯体から漏出した漏気を回収するべく、ケーソン躯体の刃口直上外面に漏気回収装置を設け、漏気を回収していたが、漏気の回収効率が悪かった。回収効率を上げる方法としては、特許文献１に開示されているように、ケーソン躯体の刃口直上外面に漏気回収フィルターを周回形成し、この漏気回収フィルターにケーソン躯体の内部側から揚水管を接続し、この揚水管の他端に接続した真空ポンプ等の揚水手段を作動させることにより、作業室からケーソン躯体の刃口先端を潜り抜けて外部に漏れた漏気を漏気回収フィルターで吸入して回収するようにした漏気回収装置が提案されている。
特開2002-88770号公報

しかしながら、上述のように、作業室内に設置された監視カメラと圧力計とにより、外部の監視員が作業室内の地下水位を任意に調整するのでは、非常に手間が掛かり、そのための人員が必要となる。しかも、ケーソンが傾斜した場合には、地下水位を監視カメラの映像から正確に判断するのが困難であり、漏気を誘発しやすくなる。

また、特許文献１に示されるような漏気回収装置は、作業室内からケーソン躯体の刃口先端を潜り抜けて既に外部に漏れてしまった空気を回収するものであるため、漏れた空気を100％回収することが困難であった。また、揚水手段としての真空ポンプ等を個別に用意しなければならないため、構成が複雑化するばかりか、専用の動力源も確保しなければならないという問題もあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、人手を割くことなく自動的に、作業室内の空気がケーソン躯体の外部に漏気することを確実に防止することのできる潜函工法における漏気防止装置を提供することを目的とする。

また、本発明の更なる目的は、ケーソン躯体が傾斜していても、作業室内の地下水位を正確に検知可能にすることにある。

ニューマチックケーソン工法における沈下掘削作業時に、作業室内部の地下水位を制御して、刃口からの圧縮空気の漏出を防止する漏気防止装置において、前記作業室内に前記圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、前記圧縮空気供給手段の圧縮空気供給圧力を調整する圧力調整手段と、前記作業室の内部にて、前記刃口の下端よりも高い位置に開口する少なくとも１つの漏気検知穴と、一端が前記漏気検知穴に繋がり、他端が大気に連通する漏気排気通路と、前記漏気排気通路を流れる漏気を検知する漏気検知手段と、前記漏気検知手段と前記圧力調整手段とに接続され、前記漏気検知手段が漏気を検知したか否かの情報を受けて前記地下水の水位を認識し、この地下水位が予め設定された基準水位に近付くように、前記圧力調整手段に前記圧縮空気供給手段の圧縮空気圧力を調整させるよう制御する圧力制御手段と、を備えてなる潜函工法における漏気防止装置としたことを特徴とする。

本発明の請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記漏気検知穴を異なる高さで複数設けるとともに、前記漏気排気通路と前記漏気検知手段とを、それぞれ前記漏気検知穴の数量に応じて複数設け、前記複数の漏気検知手段を前記圧力制御手段に接続し、前記圧力制御手段には、前記複数の漏気検知手段がそれぞれ漏気を検出しているか否かにより前記地下水の水位を認識させた上、この水位が、異なる高さで設けられた前記複数の漏気検知穴の間の高さに保たれるように、前記圧力調整手段に前記圧縮空気供給手段の圧縮空気圧力を調整させるよう制御させた潜函工法における漏気防止装置としたことを特徴とする。

本発明の請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記漏気検知穴と前記漏気排気通路とを、前記ケーソン躯体の周方向に沿って複数箇所に配置し、前記刃口の下端から同じ高さにある前記複数の漏気検知穴に繋がる前記漏気排気通路を共通のグループ連結管により連結してグループ化し、これら各々のグループ連結管に前記漏気検知手段を個別に設け、これらの漏気検知手段を前記圧力制御手段に接続した潜函工法における漏気防止装置としたことを特徴とする。

本発明の請求項４に記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の構成に加え、前記圧力調整手段により前記圧縮空気供給手段の圧縮空気圧力を調整する際には、微小な圧力を変化させてから前記地下水位を確認し、この水位が目標の範囲にない場合には再度微小な圧力を変化させて前記地下水位を再確認し、これを繰り返すループ制御を行う潜函工法における漏気防止装置としたことを特徴とする。

本発明の請求項５に記載の発明は、請求項１、３、４のいずれかに記載の構成に加え、前記漏気検知穴を一種類の高さにのみ設け、この漏気検知穴の高さを前記地下水の基準水位とし、前記圧力制御手段は、前記地下水の水位が前記基準水位よりも低い場合に、水位が前記基準水位よりも高くなるように前記作業室の圧力を調整して水位が前記基準水位よりも高くなった時点で前記作業室の圧力を保持する水位上昇制御と、前記地下水の水位が前記基準水位よりも高い場合に、水位が前記基準水位よりも低くなるように前記作業室の圧力を調整して水位が前記基準水位よりも低くなった時点で前記作業室の圧力を保持する水位下降制御とを交互に実行することにより、前記地下水の水位を前記基準水位付近に保つループ制御を行う潜函工法における漏気防止装置としたことを特徴とする。

請求項１の発明によれば、空気が圧送されている作業室の内部において地下水の水位が下がり、地下水の水面上に漏気検知穴が露出すると、作業室内部の圧縮空気が漏気検知穴に流れ込んで漏気排気通路を経て外部に排気され、その際に漏気検知手段が漏気を検知してその情報を圧力制御手段に入力し、この情報を受けて圧力制御手段が基準水位に地下水位が近付くように圧力調整手段に圧縮空気供給手段の圧縮空気圧力を調整させる。このため、人手を割くことなく自動的かつ確実に、作業室内の空気がケーソン躯体の外部に漏気することを防止することができる。

請求項２の発明によれば、漏気検知穴を異なる高さで複数設け、これに対応する複数の漏気検知手段を圧力制御手段に接続したため、作業室内の地下水位を一層確実かつ正確に維持し、ケーソン躯体外部への漏気を効果的に防止することができる。

請求項３の発明によれば、ケーソン躯体の周方向に沿って複数箇所に配置された同じ高さの漏気検知穴と漏気排気通路とがグループ連結管により連結されて１つのグループとなる。そのうちの何れかの漏気検知穴が地下水の水面上に露出した場合には、同グループの他の漏気検知穴が水面下にあっても、漏気検知手段が漏気を検知するため、ケーソン躯体が傾斜していても、作業室内の地下水位を正確に認識することができる。

請求項４の発明によれば、作業室内における地下水位の変動量を最小限に抑えて漏気を確実に防止することができる。

請求項５の発明によれば、非常に簡素な構成により、作業室の内部における地下水の水位を基準水位付近に維持して作業室内の空気が外部に漏気することを防止できる。

［発明の実施の形態１］

以下、本発明の実施の形態１を図１乃至図５に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る漏気防止装置10が適用されたケーソン躯体11の縦断面図であり、図３は図１のIII部を拡大した縦断面図である。

ケーソン躯体11は、一般に鉄筋コンクリートで形成され、その外周部をなす外周壁12の下端に刃口14が設けられるとともに、外周壁12の内周側に水平面状の作業室スラブ15が形成され、この作業室スラブ15の下方かつ刃口14の内周側に作業室16が隔成されている。

ケーソン躯体11は、この実施の形態１では水平断面形状が円筒形に形成されているが、角型、楕円形等でもよい。刃口14は、その先端部から上方に向かうに連れ、かつケーソン躯体11の中方に向かうに連れて厚みが増す楔状断面である。

作業室16には外部から送気管18が連通し、送気管18の外端側には圧縮空気供給手段としてのエアコンプレッサー19が接続され、送気管18の中間部には圧力調整手段としての圧力調整弁21が接続されている。また、同じく圧力調整手段としての圧力指示器22が圧力調整弁21に電気的に接続されている。圧力調整弁21はエアコンプレッサー19の圧縮空気供給圧力を調整する弁であり、圧力指示器22は圧力調整弁21の弁開度を指示する機器である。なお、図中に符号24および25で示した部分は、下端が作業室16に繋がるマンロックとマテリアルロックである。

図３に拡大して示すように、作業室16の内部にて、刃口14の下端よりも高い位置となる内側斜面部には、例えば３つの高さの異なる小孔状の漏気検知穴27ａ，27ｂ，27ｃが縦並びに形成されている。これらの漏気検知穴27ａ，27ｂ，27ｃの直径は数センチ程度であり、それぞれ刃口14の下端からｈ１，ｈ，ｈ２の高さに形成されている。本実施形態では、例えばｈ１＝10cm、ｈ＝20cm、ｈ２＝30cmとされている。ｈ１は後述する地下水Ｗの下限水位であり、ｈは基準水位、ｈ２は上限水位である。なお、厳密には、漏気検知穴27ａの下端の高さがｈ１、漏気検知穴27ｂの上端の高さがｈ、漏気検知穴27ｃ上端の高さがｈ２となっている。

また、外周壁12内部の外表面近くに、例えば金属パイプ又は塩化ビニル管等を鉛直方向に埋設することにより漏気排気通路28ａ，28ｂ，28ｃが形成されている。これらの漏気排気通路28ａ，28ｂ，28ｃは、その一端（下端）がそれぞれ漏気検知穴27ａ，27ｂ，27ｃに繋がり、他端（上端）が大気に連通する管路である。この実施形態では漏気排気通路28ａ，28ｂ，28ｃが外周壁12の上端面から外部上方に抜けている。

漏気検知穴27ａ，27ｂ，27ｃと漏気排気通路28ａ，28ｂ，28ｃは、刃口14の周方向に沿って複数箇所に配置されている。本実施形態では、円筒形断面に形成されたケーソン躯体11の外周壁12の周方向に沿って例えば90°間隔で漏気検知穴27ａ，27ｂ，27ｃと漏気排気通路28ａ，28ｂ，28ｃとが設けられている。

そして、刃口14の下端から同じ高さにある４つの漏気検知穴27ａ，27ｂ，27ｃに繋がる漏気排気通路28ａ，28ｂ，28ｃが、それぞれ共通のグループ連結管29ａ，29ｂ，29ｃにより連結されてグループ化されている。即ち、図２に示すように、例えば４本の漏気排気通路28ａ（又は28ｂ，28ｃ）が１本の円弧状のグループ連結管29ａ（又は29ｂ，29ｃ）により連結されてグループＡ（又はＢ，Ｃ）となる。各グループ連結管29ａ，29ｂ，29ｃには、それぞれ１本ずつグループ延長管30ａ，30ｂ，30ｃが接続され、各グループ延長管30ａ，30ｂ，30ｃの自由端部が大気に開放されている。従って、各漏気排気通路28ａ，28ｂ，28ｃはグループ連結管29ａ，29ｂ，29ｃとグループ延長管30ａ，30ｂ，30ｃとを経て大気に連通している。

変形例として、グループ連結管29ａ，29ｂ，29ｃとグループ延長管30ａ，30ｂ，30ｃとを設けずに、４本ずつある漏気排気通路28ａと28ｂと28ｃとを、それぞれケーソン躯体11の内部で１本に集合させ、この纏めた管をケーソン躯体11の外部に引き出して大気に連通させる構成としてもよい。なお、図１中には漏気検知穴27ａ，27ｂ，27ｃと漏気排気通路28ａ，28ｂ，28ｃとが１組ずつのみ表示されており、グループ連結管29ａ，29ｂ，29ｃは省略されている。

図１に示すように、各グループ延長管30ａ，30ｂ，30ｃには、それぞれ個別に漏気検知手段としての漏気検知器32ａ，32ｂ，32ｃが設けられている。また、これらの漏気検知器32ａ，32ｂ，32ｃには、それぞれブザーやランプ等の警報機33ａ，33ｂ，33ｃが付設されている。さらに、漏気検知器32ａ，32ｂ，32ｃの上流側には開閉弁34ａ，34ｂ，34ｃが接続されている。

さらに、ケーソン躯体11の外部には、圧力制御手段としてのコントローラー36が設置されている。このコントローラー36には３基の漏気検知器32ａ，32ｂ，32ｃと圧力指示器22が電気的に接続されている。また、作業室16の内部には圧力検知器37が設けられ、これもコントローラー36に電気的に接続されている。

漏気防止装置10は、送気管18、エアコンプレッサー19、圧力調整弁21、圧力指示器22、漏気検知穴27ａ，27ｂ，27ｃ、漏気排気通路28ａ，28ｂ，28ｃ、グループ連結管29ａ，29ｂ，29ｃ、グループ延長管30ａ，30ｂ，30ｃ、漏気検知器32ａ，32ｂ，32ｃ、警報機33ａ，33ｂ，33ｃ、開閉弁34ａ，34ｂ，34ｃ、コントローラー36、圧力検知器37等を備えて構成されている。

潜函工法では、このように構成されたケーソン躯体11を、その刃口14を地盤Ｇ中に貫入させ、作業室16内にエアコンプレッサー19と送気管18から圧縮空気を供給しながら、作業室16の内部に設置した図示しない掘削装置により作業室16内部の地盤Ｇを掘削し、ケーソン躯体11をその自重により地盤Ｇ中に沈降させて最終的に地下構造物として地盤Ｇ中に深く埋設する。なお、ケーソン躯体11の重量を増して、地盤Ｇ中の揚圧力に対抗して沈設させるために、しばしばケーソン躯体11の作業室スラブ15上に荷重水39が貯留される。

この潜函工事においては、上述のように作業室16内にエアコンプレッサー19で圧縮空気を供給すると同時に、この圧縮空気が刃口14の先端を潜って外部に漏れることがないように、作業室16内に所定量の地下水Ｗが貯水される。この地下水Ｗの水位が下がり、その水面上に漏気検知穴27ａ，27ｂ，27ｃの何れかが露出すると、作業室16内の圧縮空気が露出した漏気検知穴27ａ，27ｂ，27ｃに流れ込み、漏気排気通路28ａ，28ｂ，28ｃとグループ連結管29ａ，29ｂ，29ｃとグループ延長管30ａ，30ｂ，30ｃとを経て外部に排気され、その際に漏気検知器32ａ，32ｂ，32ｃが漏気を検知してONになり、その情報をコントローラー36に入力する。なお、漏気検知器32ａ，32ｂ，32ｃが漏気を検知すると同時に警報機33ａ，33ｂ，33ｃが警報を発令するようにしても良い。

コントローラー36は、地下水Ｗの水位を予め設定された下限水位ｈ１（漏気検知穴27ａの位置、即ち10cm）から上限水位ｈ２（漏気検知穴27ｃの位置→30cm）までの範囲内、好ましくはその中間点である基準水位ｈ（漏気検知穴27ｂの位置→20cm）の付近に維持してケーソン躯体11外部への漏気を防止する。

即ち、先ずコントローラー36は漏気検知器32ａ，32ｂ，32ｃの何れかが漏気を検知したか否かの情報、即ち漏気検知器32ａ，32ｂ，32ｃの何れかがONであるかOFFであるかの情報を受けて地下水Ｗの水位を認識する。例えば、全ての漏気検知器32ａ，32ｂ，32ｃがONであると受信した場合は地下水Ｗの水位が下限水位ｈ１未満であると認識する。また、漏気検知器32ａがOFFで漏気検知器32ｂ，32ｃがONの場合は水位が下限水位ｈ１から基準水位ｈまでの間にあると認識する。さらに、漏気検知器32ａ，32ｂがOFFで漏気検知器32ｃがONである場合は水位が基準水位ｈから上限水位ｈ２までの間にあると認識する。また、全ての漏気検知器32ａ，32ｂ，32ｃがOFFである場合は水位が上限水位ｈ２以上であると認識する。

そして、コントローラー36は、地下水Ｗの水位が、下限水位ｈ１と上限水位ｈ２との間の高さに保たれるように、圧力指示器22に圧力調整弁21を操作させてエアコンプレッサー19の圧縮空気圧力を調整させるよう制御する。つまり、地下水Ｗの水位が下限水位ｈ１以下である場合にはエアコンプレッサー19の圧縮空気圧力を低めるように圧力指示器22を制御して水位を上昇させ、地下水Ｗの水位が上限水位ｈ２以上である場合にはエアコンプレッサー19の圧縮空気圧力を高めるように圧力指示器22を制御して水位を下降させる。

図４は、コントローラー36による漏気防止装置10の制御形態をフローチャートで示した図である。

この制御の流れを順に説明すると、制御がスタートし、まずステップＳ１で漏気検知器32ａがOFFであるか否か、即ち地下水Ｗの水位が漏気検知穴27ａよりも高いか否かが判断される。ステップＳ１がYESの場合はステップＳ２に移行する。

ステップＳ２では、漏気検知器32ｃがONであるか否か、即ち地下水Ｗの水位が漏気検知穴27ｃより低いか否かが判断される。ステップＳ２がYESの場合はステップＳ３に移行し、地下水Ｗの水位が下限水位ｈ１と上限水位ｈ２との間にあると認識される。

次のステップＳ４では、漏気検知器32ｂがONであるか否か、即ち地下水Ｗの水位が漏気検知穴27ｂより低いか否かが判断される。ステップＳ４がYESの場合はステップＳ５に移行して地下水Ｗの水位が下限水位ｈ１と基準水位ｈ２との間にあることが認識され、次のステップＳ６で現在の作業室16内の圧力が保持され、リターンしてスタートに戻り、ステップＳ１からＳ６までの制御が繰り返される。

一方、ステップＳ１がＮＯの場合、即ち漏気検知器32ａがONであり、地下水Ｗの水位が漏気検知穴27ａを越えていない場合はステップＳ７に移行して水位が下限水位ｈ１よりも低いことが認識される。次にステップＳ８に進んで圧力指示器22に作業室16内の圧力を降下させるよう指示がなされ、ステップＳ９に進む。

ステップＳ９では圧力指示器22により圧力調整弁21の弁開度が絞られ、次のステップＳ10で作業室16内の圧力が微小な圧力、例えば0.001MPaだけ降下される。この微小圧力の大きさは作業室16の容積や工事環境により適宜設定される。

次に、ステップＳ11でコントローラー36は圧力検知器37により作業室16内の圧力が0.001MPa降下したことを確認し、ステップＳ12で圧力降下を停止させるよう圧力指示器22に指示し、リターンしてスタートに戻る。地下水Ｗの水位が目標値である下限水位ｈ１を越えない場合は、ステップＳ１とステップＳ７〜ステップＳ12までの制御を繰り返すループ制御が実行される。

他方、ステップＳ２がＮＯの場合、即ち漏気検知器32ａがOFFであり、地下水Ｗの水位が漏気検知穴27ｃよりも高い場合にはステップＳ13に移行し、地下水Ｗの水位が上限水位ｈ２を越えていることが認識される。

次に、ステップＳ14で圧力指示器22に作業室16内の圧力を上昇させるよう指示がなされ、ステップＳ15に進む。ステップＳ15では圧力指示器22により圧力調整弁21の弁開度が開かれ、次のステップＳ16で作業室16内の圧力が微小な圧力、例えば例えば0.001MPaだけ上昇される。

次にステップＳ17でコントローラー36は圧力検知器37により作業室16内の圧力が0.001MPa上昇したことを確認し、ステップＳ18で圧力指示器22に圧力上昇を停止させるよう指示し、リターンしてスタートに戻る。地下水Ｗの水位が目標値である上限水位ｈ２未満にならない場合は、ステップＳ１、ステップＳ２とステップＳ13〜ステップＳ18までの制御を繰り返すループ制御が実行される。

さらに、ステップＳ４がＮＯの場合、即ち漏気検知器32ｂがOFFであり、地下水Ｗの水位が漏気検知穴27ｂよりも高い場合にはステップＳ２に戻り、ステップＳ２〜ステップＳ４までの制御が繰り返される。

以上の制御により、地下水Ｗの水位が漏気検知穴27ａの高さ（下限水位ｈ１）と漏気検知穴27ｃの高さ（上限水位ｈ２）との間に設定される。

このような漏気防止装置10をケーソン躯体11に設置することにより、作業室16内における地下水Ｗの水位は常に下限水位ｈ１（10cm）から上限水位ｈ２（30cm）までの範囲に保たれ、その結果、作業室16内の空気がケーソン躯体11の外部に漏気することを、人手を割くことなく自動的かつ確実に防止し、これにより作業室16内の空気が外部に漏気して周辺環境に悪影響が及ぼされることを根本的に阻止することができる。

また、下限水位ｈ１の高さに形成された漏気検知穴27ａと、上限水位ｈ２の高さに形成された漏気検知穴27ｃとの間に、基準水位ｈの高さに形成された漏気検知穴27ｂを設けたため、コントローラー36は漏気検知穴27ｂにおける漏気の有無を参照しながら地下水Ｗの水位を迅速かつ正確に制御することができ、これにより地下水Ｗの水位検知精度を高めて水位を基準水位ｈ付近に保つことができる。

しかし、漏気検知穴27ｂを設けることは必ずしも必須ではなく、例えば漏気検知穴27ｂ及びステップＳ４，Ｓ５の制御を省くこともできる。

コントローラー36によりエアコンプレッサー19の圧縮空気圧力が調整される際には、0.001MPa程度の微小な圧力を変化させてから地下水位を確認し、この水位が目標の水位範囲にない場合には再度微小な圧力を変化させて地下水位を再確認することが繰り返されるループ制御が行われるため、作業室16内における地下水位の変動量を最小限に抑えてケーソン躯体11からの漏気を確実に防止することができる。

なお、グループ延長管30ａ，30ｂ，30ｃに接続された開閉弁34ａ，34ｂ，34ｃの開度を全閉することにより、漏気検知器32ａ，32ｂ，32ｃの点検修理を行うことができる。

また、漏気検知穴27をより多数配設し（例えば５段階の高さに設置する）、これらの漏気検知穴27にそれぞれ漏気排気通路28と開閉弁34を設け、各開閉弁34を適宜閉弁させることにより、地下水Ｗの設定水位および水位範囲を可変させて、工事環境に好適な地下水位を設定することができる。

ところで、ケーソン躯体11は地盤Ｇ中への沈降時に多少傾くことがある。図５(a)〜(c)は、ケーソン躯体11の傾斜と作業室16内部における地下水Ｗの水位の関係を示す縦断面図である。

図５(a)ではケーソン躯体11が傾斜しておらず、作業室16内部における地下水Ｗの水位は漏気検知穴27ｂをやや上回る高さ、即ち基準水位ｈ付近に保たれ、漏気検知穴27ｃが水面上に露出し、作業室16内の圧縮空気が漏気排気通路28ｃのみから外部に抜けている。

この状態から、例えば図５(b)のようにケーソン躯体11が図に向かって左側に角度Ｘだけ傾斜したとすると、地下水Ｗの水面は水平であるために、ケーソン躯体11の左側では水位が漏気検知穴27ｃ（上限水位ｈ２）に近付き、ケーソン躯体11の右側では漏気検知穴27ａを下回って下限水位ｈ１未満となる。

水面下にある左側の漏気検知穴27ａに繋がる漏気排気通路28ａと、水面上にある右側の漏気検知穴27ａに繋がる漏気排気通路28ａとは、図２に示すようにグループ連結管29ａにより連結されて同じグループＡとされているため、左側の漏気検知穴27ａが水面下にあっても、右側の漏気検知穴27ａが水面上にあることにより、漏気検知器32ａが漏気を検知してコントローラー36に入力する。

このため、コントローラー36が作業室16内の最低水位を基準水位ｈに近づけるべく、作業室16内の気圧を下げるように制御し、これによって
図５(c)のようにケーソン躯体11の右側では水位が漏気検知穴27ａ（下限水位ｈ１）を越え、ケーソン躯体11の左側では水位が漏気検知穴27ｃ（上限水位ｈ２）付近に達する。

このように、漏気検知穴27ａ，27ｂ，27ｃをケーソン躯体11の周方向に沿って複数箇所に配置し、刃口14の下端から同じ高さにある複数の漏気検知穴27ａ，27ｂ，27ｃにそれぞれ繋がる漏気排気通路28ａ，28ｂ，28ｃを共通のグループ連結管29ａ，29ｂ，29ｃにより連結してグループ化したため、ケーソン躯体11が傾斜していても、作業室16内における地下水Ｗの位を正確に認識し、作業室16から外部への漏気を防止することができる。

なお、例えば漏気検知穴27ａ，27ｂ，27ｃの高さ間隔を不等間隔にしたり、漏気検知穴27ａ，27ｂ，27ｃの内径を異ならせることにより、地下水Ｗの水位変動速度を適宜コントロールすることができる。
［発明の実施の形態２］

次に、本発明の実施の形態２を図６乃至図８に基づいて説明する。

図６は、本発明の実施の形態２に係る漏気防止装置が適用されたケーソン躯体11の縦断面図であり、図７は図６のVII矢視による平面図であり、図８は図６のVIII部を拡大した縦断面図である。

この漏気防止装置50は、漏気検知穴が一種類の高さにのみ形成されている点が発明の実施の形態１に示した漏気防止装置10との大きな違いであり、他の主な構成は漏気防止装置10と同様であるため、同様な部分には、同一の符号を付して説明を省略する。

ケーソン躯体11の内部に隔成された作業室16の内部にて、刃口14の下端よりも高い位置となる内側斜面部には、小孔状の漏気検知穴27ｄが形成されている。この漏気検知穴27ｄの直径は数センチ程度であり、刃口14の下端からｈの高さに形成されている。本実施形態では、例えばｈ＝20cmとされている。この水位ｈが地下水Ｗの基準水位となる。なお、厳密には、漏気検知穴27ｄの上端の高さが基準水位ｈとなる。

外周壁12の内部には、例えば金属パイプ又は塩化ビニル管等を鉛直方向に埋設することにより漏気排気通路28ｄが形成されている。この漏気排気通路28ｄは、その一端（下端）が漏気検知穴27ｄに繋がり、他端（上端）が大気に連通する管路である。この漏気排気通路28ｄも実施の形態１に示した漏気防止装置10と同様に外周壁12の上端面から外部上方に抜けている。

漏気検知穴27ｄと漏気排気通路28ｄは、刃口14の周方向に沿って複数箇所に配置されている。本実施形態では、円筒形断面に形成されたケーソン躯体11の外周壁12の周方向に沿って例えば90°間隔で４つの漏気検知穴27ｄと４本の漏気排気通路28ｄとが設けられている。

そして、図７に示すように、４本の漏気排気通路28ｄが、１本の円弧状のグループ連結管29ｄにより連結されている。グループ連結管29ｄにはグループ延長管30ｄが接続され、グループ延長管30ｄの自由端部が大気に開放されている。従って、漏気排気通路28ｄはグループ連結管29ｄとグループ延長管30ｄとを経て大気に連通している。なお、図６中には漏気検知穴27ｄと漏気排気通路28ｄとが１組ずつのみ表示されており、グループ連結管29ｄは省略されている。

図６に示すように、グループ延長管30ｄには漏気検知手段としての漏気検知器32ｄが設けられている。また、この漏気検知器32ｄには、ブザーやランプ等の警報機33ｄが付設されている。さらに、漏気検知器32ｄの上流側には開閉弁34ｄが接続されている。

さらに、ケーソン躯体11の外部には、実施の形態１に示した漏気防止装置10と同様に圧力制御手段としてのコントローラー36が設置されている。コントローラー36には漏気検知器32ｄとコントローラー36と圧力指示器22と圧力検知器37とが電気的に接続される。

漏気防止装置50は、送気管18、エアコンプレッサー19、圧力調整弁21、圧力指示器22、漏気検知穴27ｄ、漏気排気通路28ｄ、グループ連結管29ｄ、グループ延長管30ｄ、漏気検知器32ｄ、警報機33ｄ、開閉弁34ｄ、コントローラー36、圧力検知器37等を備えて構成されている。

この漏気防止装置50が設置されたケーソン躯体11によって地盤Ｇを掘削する際の作業方法は、実施の形態１に示した漏気防止装置10の場合と同様である。作業室16内にはエアコンプレッサー19から圧縮空気が供給され、この圧縮空気が刃口14の先端を潜って外部に漏れることがないように、作業室16内に所定量の地下水Ｗが貯水される。この地下水Ｗの水位が下がり、その水面上に漏気検知穴27ｄが露出すると、作業室16内の圧縮空気が露出した漏気検知穴27ｄに流れ込み、漏気排気通路28ｄとグループ連結管29ｄとグループ延長管30ｄとを経て外部に排気され、その際に漏気検知器32ｄが漏気を検知してONになり、その情報をコントローラー36に入力する。なお、漏気検知器32ｄが漏気を検知すると同時に警報機33ｄが警報を発令するようにしても良い。

コントローラー36は、地下水Ｗの水位を基準水位ｈ付近に維持してケーソン躯体11外部への漏気を防止する。即ち、コントローラー36は漏気検知器32ｄがONであれば地下水Ｗの水位が基準水位ｈ以下であると認識し、漏気検知器32ｄがOFFであれば地下水Ｗの水位が基準水位ｈ以上であると認識する。

そして、コントローラー36は、地下水Ｗの水位が、常に基準水位ｈ付近に保たれるように、圧力指示器22に圧力調整弁21を操作させてエアコンプレッサー19の圧縮空気圧力を調整させるよう制御する。つまり、地下水Ｗの水位が基準水位ｈ以下である場合にはエアコンプレッサー19の圧縮空気圧力を低めるように圧力指示器22を制御して水位を上昇させ、地下水Ｗの水位が基準水位ｈ以上である場合にはエアコンプレッサー19の圧縮空気圧力を高めるように圧力指示器22を制御して水位を下降させる。

図９は、コントローラー36による漏気防止装置50の制御形態をフローチャートで示した図である。

この制御の流れを順に説明すると、制御がスタートし、まずステップＳ21で漏気検知器32ｄがONであるか否か、即ち地下水Ｗの水位が漏気検知穴27ｄよりも低いか否かが判断される。ステップＳ21がYESの場合はステップＳ22に移行し、地下水Ｗの水位が基準水位ｈよりも低いことが認識される。次にステップＳ23に進んで圧力指示器22に作業室16内の圧力を降下させるよう指示がなされ、ステップＳ24に進む。

ステップＳ24では圧力指示器22により圧力調整弁21の弁開度が絞られ、次のステップＳ25で作業室16内の圧力が微小な圧力、例えば0.001MPaだけ降下される。この微小圧力の大きさは作業室16の容積や工事環境により適宜設定される。

次に、ステップＳ26でコントローラー36は圧力検知器37により作業室16内の圧力が0.001MPa降下したことを確認し、ステップＳ27で圧力降下を停止させるよう圧力指示器22に指示し、次のステップＳ28で再度漏気検知器32ｄがONであるか否かが判断される。

ステップＳ28がNOの場合はステップＳ29に移行し、地下水Ｗの水位が基準水位ｈよりも高いことが認識され、ステップＳ30で現在の作業室16内の圧力が保持され、リターンしてスタートに戻り、ステップＳ21からの制御が繰り返される。また、ステップＳ28がYESの場合はステップＳ22に移行してステップＳ22からＳ28までの制御が繰り返される。ステップＳ22からＳ29までの制御は、地下水Ｗの水位を上昇させる水位上昇制御となる。

一方、ステップＳ１がＮＯの場合、即ち漏気検知器32ａがOFFであり、地下水Ｗの水位が漏気検知穴27ｄを越えている場合はステップＳ31に移行して水位が基準水位ｈよりも高いことが認識される。

次にステップＳ32に進んで圧力指示器22に作業室16内の圧力を上昇させるよう指示がなされ、ステップＳ33に進む。ステップＳ33では圧力指示器22により圧力調整弁21の弁開度が開かれ、次のステップＳ34で作業室16内の圧力が微小な圧力、例えば例えば0.001MPaだけ上昇される。

次にステップＳ35でコントローラー36は圧力検知器37により作業室16内の圧力が0.001MPa上昇したことを確認し、ステップＳ36で圧力指示器22に圧力上昇を停止させるよう指示し、次のステップＳ37で再度漏気検知器32ｄがONであるか否かが判断される。

ステップＳ37がYESの場合はステップＳ38に移行して地下水Ｗの水位が基準水位ｈよりも低いことが認識され、ステップＳ30で現在の作業室16内の圧力が保持され、リターンしてスタートに戻り、ステップＳ１からの制御が繰り返される。また、ステップＳ37がNOの場合はステップＳ31に移行してステップＳ31からＳ37までの制御が繰り返される。ステップＳ31からＳ38までの制御は、地下水Ｗの水位を下降させる水位下降制御となる。

水位上昇制御（Ｓ22〜Ｓ29）が実行された後は、地下水Ｗの水位が基準水位ｈを上回っているため、制御がリターンすると必然的にステップ21の判断結果がNOとなり、次は水位下降制御（Ｓ31〜Ｓ38）が実行される。このように、水位上昇制御と水位下降制御が交互に実行され、これによって地下水Ｗの水位が常に基準水位ｈ付近に維持され、作業室16内の空気がケーソン躯体11の外部に漏気することが防止される。

このような漏気防止装置50によれば、漏気検知穴27ｄを単一の高さに設けるだけでよく、漏気排気通路28ｄやグループ連結管29ｄ、漏気検知器32ｄ等も全て１種類ずつ設ければよいため、非常に簡素な構成により、地下水Ｗの水位を基準水位ｈ付近に維持して作業室16からの漏気を防止することができる。

本発明の実施の形態１に係る漏気防止装置が適用されたケーソン躯体の縦断面図である。 同実施の形態１に係る図１のII矢視による平面図である。 同実施の形態１に係る図１のIII部を拡大した縦断面図である。 同実施の形態１においてコントローラーによる漏気防止装置の制御形態をフローチャートで示した図である。 ケーソン躯体の傾斜と作業室内部における地下水の水位の関係を示す縦断面図であり、(a)はケーソン躯体が傾斜していない状態を示し、(b)はケーソン躯体が傾斜した状態で地下水の水位補正が行われる前の状態を示し、(c)はケーソン躯体が傾斜した状態で地下水の水位補正が行われた後の状態を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る漏気防止装置が適用されたケーソン躯体の縦断面図である。 同実施の形態２に係る図６のVII矢視による平面図である。 同実施の形態２に係る図６のVIII部を拡大した縦断面図である。 同実施の形態２においてコントローラーによる漏気防止装置の制御形態をフローチャートで示した図である。

符号の説明

10 漏気防止装置
11 ケーソン躯体
12 外周壁
14 刃口
15 作業室スラブ
16 作業室
19 圧縮空気供給手段であるエアコンプレッサー
21 圧力調整手段である圧力調整弁
22 圧力調整手段である圧力指示器
27ａ，27ｂ，27ｃ 漏気検知穴
28ａ，28ｂ，28ｃ 漏気排気通路
29ａ，29ｂ，29ｃ グループ連結管
32ａ，32ｂ，32ｃ 漏気検知手段である漏気検知器
36 圧力制御手段であるコントローラー
37 圧力検知器
ｈ 基準水位
Ｇ 地盤
Ｗ 地下水

Claims (5)

1. ニューマチックケーソン工法における沈下掘削作業時に、作業室内部の地下水位を制御して、刃口からの圧縮空気の漏出を防止する漏気防止装置において、
   前記作業室内に前記圧縮空気を供給する圧縮空気供給手段と、
   前記圧縮空気供給手段の圧縮空気供給圧力を調整する圧力調整手段と、
   前記作業室の内部にて、前記刃口の下端よりも高い位置に開口する少なくとも１つの漏気検知穴と、
   一端が前記漏気検知穴に繋がり、他端が大気に連通する漏気排気通路と、
   前記漏気排気通路を流れる漏気を検知する漏気検知手段と、
   前記漏気検知手段と前記圧力調整手段とに接続され、前記漏気検知手段が漏気を検知したか否かの情報を受けて前記地下水の水位を認識し、この地下水位が予め設定された基準水位に近付くように、前記圧力調整手段に前記圧縮空気供給手段の圧縮空気圧力を調整させるよう制御する圧力制御手段と、
   を備えてなることを特徴とする潜函工法における漏気防止装置。
2. 前記漏気検知穴を異なる高さで複数設けるとともに、前記漏気排気通路と前記漏気検知手段とを、それぞれ前記漏気検知穴の数量に応じて複数設け、前記複数の漏気検知手段を前記圧力制御手段に接続し、前記圧力制御手段には、前記複数の漏気検知手段がそれぞれ漏気を検出しているか否かにより前記地下水の水位を認識させた上、この水位が、異なる高さで設けられた前記複数の漏気検知穴の間の高さに保たれるように、前記圧力調整手段に前記圧縮空気供給手段の圧縮空気圧力を調整させるよう制御させたことを特徴とする請求項１に記載の潜函工法における漏気防止装置。
3. 前記漏気検知穴と前記漏気排気通路とを、前記ケーソン躯体の周方向に沿って複数箇所に配置し、前記刃口の下端から同じ高さにある前記複数の漏気検知穴に繋がる前記漏気排気通路を共通のグループ連結管により連結してグループ化し、これら各々のグループ連結管に前記漏気検知手段を個別に設け、これらの漏気検知手段を前記圧力制御手段に接続したことを特徴とする請求項１又は２に記載の潜函工法における漏気防止装置。
4. 前記圧力調整手段により前記圧縮空気供給手段の圧縮空気圧力を調整する際には、微小な圧力を変化させてから前記地下水位を確認し、この水位が目標の範囲にない場合には再度微小な圧力を変化させて前記地下水位を再確認し、これを繰り返すループ制御を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の潜函工法における漏気防止装置。
5. 前記漏気検知穴を一種類の高さにのみ設け、この漏気検知穴の高さを前記地下水の基準水位とし、
   前記圧力制御手段は、
   前記地下水の水位が前記基準水位よりも低い場合に、水位が前記基準水位よりも高くなるように前記作業室の圧力を調整して水位が前記基準水位よりも高くなった時点で前記作業室の圧力を保持する水位上昇制御と、
   前記地下水の水位が前記基準水位よりも高い場合に、水位が前記基準水位よりも低くなるように前記作業室の圧力を調整して水位が前記基準水位よりも低くなった時点で前記作業室の圧力を保持する水位下降制御と、
   を交互に実行することにより、前記地下水の水位を前記基準水位付近に保つループ制御を行うことを特徴とする請求項１、３、４のいずれかに記載の潜函工法における漏気防止装置。

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