JP2014009465A - 取放水路の構造と構築方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の立坑の側面においてシールドトンネル６１を接合する方法に比較して簡易に構築できる取放水路の構造と構築方法を提供する。
【解決手段】海底に鋼箱１を設置する。この鋼箱１の内部には斜筒５を位置させる。鋼箱１の下から急曲線シールド掘進機６を斜筒５内に進入させる。斜筒５の上端には仮蓋５１を取りつける。
【選択図】図１

Description

本発明は取放水路の構造と構築方法に関するものである。

発電所やポンプ所などでは、海や湖から水を取り入れたり、放水するための取放水路を設ける。
そのために従来は、海底面下に立坑を構築し、この立坑に取放水トンネルとしてのシールドトンネルを接近、到達させ、両者を接続するような工法が一般的である。
たとえば従来の取放水路の構築方法を図１１で示すと、ほぼ水平で推進してくるシールド掘進機ａの掘進位置より深い範囲まで立坑ｂを構築する。
そして海底の地盤中において、シールド掘進機ａの到達部の土留杭ｃを撤去して立坑ｂの側面にシールド掘進機ａを到達させて接合し、放水口ｄを吊り降ろして一体化させるものであった。

特開平１０−７７６２３号公報

前記したような取放水路の構築方法では次のような問題があった。
＜１＞ シールドトンネルの掘進深さよりも深い位置まで立坑を構築する必要があった。
＜２＞ シールド掘進機と立坑の到達、接合には、立坑の周囲の土留杭の撤去や、立坑の壁の到達面切削または撤去などの工事が必要で費用と工期を要するものであった。
＜３＞ 深い位置に至る立坑を構築する必要から、海上にケーソン工法や鋼管矢板工法などで人工島を構築したり、大規模な掘削を行うといった、海上を大規模かつ長期間にわたって占有するという問題もあった。

上記のような課題を解決する本発明の取放水路の構造は、海底に設置した鋼箱と、鋼箱を支持する支持杭と、プレキャストの取放水ブロックと、急曲線シールド掘進トンネルとより構成し、鋼箱は、その底板に斜め上向きに取り付けた斜筒と、斜筒上端に設けた仮蓋とを備えており、急曲線シールド掘進トンネルは、鋼箱の下面から斜筒内に侵入させて構成したことを特徴とするものである。
また本発明の取放水路の構築方法は、上記の底板に斜め上向きに取り付けた斜筒と、斜筒上端に設けた仮蓋とを備えた鋼箱を使用し、支持杭の上に鋼箱を設置し、海底の地中を掘進した急曲線シールド掘進機を鋼箱内の斜筒内に下から進入させ、仮蓋を除去して行うことを特徴とするものである。
また上記の構築方法において、底板に斜め上向きに取り付けた斜筒と、斜筒上端に設けた仮蓋とを備えた鋼箱の斜筒内には、切削が容易な充填材で充填したことを特徴とするものである。

本発明の取放水路の構造と構築方法は以上説明したようになるから次のような効果のいくつかを得ることができる。
＜１＞ シールド掘進機と鋼箱との接合が、鋼箱の下面から行うから、従来のように立坑の側面でシールド掘進機を接合する方法のように鋼箱の設置深さをシールド掘進機の掘進深さ以下まで構築する必要がない。
＜２＞ そのために、鋼箱を浅い位置に設置できるから、大規模な海底掘削の必要がなく経済的である。
＜３＞ 従来のように立坑の側面との接合ではなく、シールド掘進機を斜筒の内部に挿入して接合するものであるから、立坑の壁面の切削、土止め壁の撤去などの工事が不要で経済的である。
＜４＞ シールド掘進機と鋼箱との接合位置の水位が、従来の立坑の側面で接合する場合と比較して浅く、そのために水圧が低いから接合部の水密構造も簡易であり、信頼性が高い。
＜５＞ 鋼箱の位置する水位が、従来の立坑側面での接合構造と比較して浅いから接合部付近の水中作業を行うダイバーの負担が軽減される。
＜６＞ 鋼箱やプレキャストの取放水ブロックを使用するから、現場での海上作業量を低減することができる。

本発明の取放水路に使う鋼箱の構造の説明図。 鋼管杭を打設する工程の説明図。 鋼箱を吊り降ろす工程の説明図。 鋼箱を貫通して後行杭を打設する工程の説明図。 鋼箱の中に水中コンクリートを打設する工程の説明図。 鋼箱の外周に砕石を投入する工程の説明図。 急曲線シールド掘進機を斜筒に進入させる工程の説明図。 シールドトンネルと斜筒を一体化する工程の説明図。 取放水ブロックを吊り降ろす工程の説明図。 完成した状態の取放水路の実施例の斜視図。 従来の取放水路の構築方法の実施例の説明図。

以下図面を参照にしながら本発明の取放水路の構造と構築方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。

＜１＞全体の構成
本発明の取放水路の構造は、海底に設置した鋼箱１と、鋼箱１を支持する支持杭２と、鋼箱１内に充填したコンクリート３と、プレキャストの取放水ブロック４とより構成する。
一方、海底の地中ではシールド掘進機によってシールドトンネルを構築しており、シールド掘進機の先端が鋼箱１の下面から到達できる構造である。

＜２＞鋼箱
鋼箱１は上面開放の中空の鋼製の函体であり、周囲４面の側板１１と、底板１２で構成するが、矩形以外の多角形、円形などの形状を採用することもできる。
底板１２には複数個所に杭穴１２ａを開口し、さらに杭受け筒１２ｂを取りつける。
鋼箱１の水底への設置に際しては、先行して海底に打設した支持杭２の頭部を、杭受け筒１２ｂの内部に収納する状態で鋼箱１を水底に位置させる。
杭穴１２ａは、鋼箱１を海底に設置した後にさらにその穴を貫通させて新たな後行杭２ａを打設するために使用する。

＜２−１＞斜筒
鋼箱１の底板１２には、進入穴１２ｃを開口し、その進入穴１２ｃに斜筒５を取りつける。
斜筒５は、斜筒５は中空の筒体であり、底板１２に対して斜め上向きに取り付ける。
斜筒５の断面は、後述するシールド掘進機６が進入することができる断面形状を有する。
斜筒５の高さは、鋼箱１の側板１１の高さとほぼ同一である。
斜筒５の傾斜の角度は、後述する急曲線シールド掘進機６の進入工程において、シールド掘進機６が進入しやすい角度を備えていればよいから、底板１２から直立した形状も含めて「斜筒５」と称する。
斜筒５の内部には流動化処理土やエアモルタル、地盤改良土など、特殊なビットを使用しなくとも切削が容易な充填材を充填しておくが、場合によっては中空のままでも使用することができる。

＜２−２＞仮蓋
斜筒５の上端には、仮蓋５１を設ける。
この仮蓋５１は、斜筒５内をドライにした場合に、水圧に耐えるだけの厚さを備えて蓋である。
この仮蓋５１は、構造物の構築後に使用するものではないから、取放水ブロック４を取りつける工程において簡単に撤去できる構造とする。

＜３＞取放水ブロック
取放水ブロック４は、工場で製造したプレキャストのコンクリート３ブロックであり、取水口、あるいは放水口を備えた中空の躯体である。
取放水ブロック４の下面は、シールド掘進機６が進入後の斜筒５の上端と接合してシールドトンネル６１へのあるいはシールドトンネル６１からの水の流入ができる構造物である。

＜４＞構築方法
次に本発明の取放水路の構築方法について説明する。

＜５＞水中掘削工程
海底に鉛直に水中土留矢板７を打設し、その土留矢板７で包囲した範囲内の海底を掘削する。
ただし場合によっては土留矢板７を使用せず、水中法面掘削だけを行うことも可能であり、土留矢板７の打設は不可欠の要件ではない。

＜６＞支持杭の打設（図２）
掘削の終わった範囲内に支持杭２としての鋼管を打設する。
この支持杭２の杭頭は、掘削盤から多少突出した程度の高さとし、水面に突出させる必要はない。
この杭の打設位置は、平面的に鋼管の杭受け筒１２ｂの位置と一致した位置である。

＜７＞鋼箱の設置（図３）
支持杭２の上から前記した中空の鋼箱１を吊りおろし、杭受け筒１２ｂの内部に支持杭２が下から挿入する状態で設置する。
前記したように、中空の鋼箱１の内部には、上端を仮蓋５１で蓋をした斜筒５が位置している。

＜８＞後行杭の打設（図４）
鋼箱１の底板１２に開口した杭穴１２ａを利用して、複数本の後行杭２ａを打設する。
それらの杭群２、２ａによって、内部にコンクリート３を打設して重量が増加する予定の鋼箱１を下から支持させる。
水中での作業船による杭打ち作業は公知である。

＜９＞水中コンクリートの打設（図５）
杭群２、２ａで確実に支持した鋼箱１の中空部に、水上の作業船から、あるいは陸上から水中コンクリート３を打設する。
トレミー管を使用して水中コンクリート３を打設する方法や水中コンクリート３の配合は公知である。
コンクリート３の打設によって鋼箱１の内部では、斜筒５の外周のすべてをコンクリート３によって充填することができる。

＜１０＞土留矢板の撤去（図６）
鋼箱１の周囲に打設してあった鋼矢板などの土留矢板７を引き抜く。
引き抜きの結果発生した、鋼箱１の周囲の空間には、水上から作業船で砕石を投下して充填する。
その結果、支持杭２で支持したコンクリート３製のブロックを海底に設置したことになる。

＜１１＞シールドトンネルの構築（図６）
一方、陸上部から海底面下の地中において、シールド掘進機６を使ってシールドトンネル６１を構築する。
このシールドトンネル６１が取水、放水の水路となる。
このシールド掘進機６は、一般に「急曲線シールド掘進機」と称されるものを採用する。
急曲線シールド掘進機６は、筒体の途中を分割してあり、分割部から前後の筒体が折れ曲がる中折れ構造であって、多数の種類のものが使用されており、曲率半径が８〜１０ｍのものも公知である。

＜１２＞鋼箱底面からの進入（図７）
海底の地中を掘進した急曲線シールド掘進機６が鋼箱１に近づいたらシールド掘進機６の中折れ部を折り曲げて、先胴を徐々に上向きにして、シールドジャッキの圧力で掘進する。
こうしてシールド掘進機６は、その先端のカッタ盤から、鋼箱１の底板１２に開口した進入穴１２ｃを通して斜筒５の中に進入する。
進入に際しては、斜筒５内部の流動化処理土などの充填材が充填してある場合にはそれをカッタによって切削しながら前進する。
鋼箱１において斜筒５の位置と杭穴１２ａなどの位置はずれているから、シールド掘進機６の斜筒５への進入に際して、シールド掘進機６が支持杭２に当たることはない。

＜１３＞斜筒との接合（図８）
斜筒５の内部に進入させたシールド掘進機６が斜筒５と、高い水密性を保って一体化するように接合する。
そのために斜筒５の内面には弾性材のパッキンを円環状に配置して、パッキン内へシールド掘進機６を挿入させる。
その場合に高圧水下でも止水の信頼性の高いＦＰＡＳ接合を採用することもできる。
この工法は公知であるので詳細な説明は行なわないが、従来の立坑で使用する場合には立坑側に凍結管とパッキンを設置してシールド機を到達させるもので、大深度、高水圧下でもシールド機が安全に立坑内に到達することが可能である、と言われている。
なお状況によっては他の公知の止水工法を採用することができるから、ＦＰＡＳ工法に限定するものではない。
曲線部のセグメントの周囲の地盤にはシールド掘進機６の内部から裏込め注入を行う。
接合の完成後にも斜筒５の上端は仮蓋５１で被覆してある。
したがって、シールドトンネル６１とシールド掘進機６の内部の水を排除してドライな状態とし、シールド掘進機６の内部を解体してシールドトンネル６１を通して坑外へ搬出することができる。
内部を解体した後の中空の筒体であるシールド外殻と斜筒５との最終的な溶接もこのときに行う。

＜１４＞取放水ブロックの取り付け（図９）
斜筒５内のシールド掘進機６などを撤去して流路として完成したら、トンネル内に注水して仮蓋５１を撤去する。
こうして取放水路が完成する。
その上にプレキャストの取放水ブロック４を取り付ける。

１：鋼箱
２：支持杭
３：水中コンクリート
４：取放水ブロック
５：斜筒
６：シールド掘進機

Claims (3)

1. 海底に設置した鋼箱と、
   鋼箱を支持する支持杭と、
   プレキャストの取放水ブロックと、
   急曲線シールド掘進トンネルとより構成し、
   鋼箱は、その底板に斜め上向きに取り付けた斜筒と、斜筒上端に設けた仮蓋とを備えており、
   急曲線シールド掘進トンネルは、鋼箱の下面から斜筒内に位置させて構成したことを特徴とする、
   取放水路の構造。
2. 請求項１記載の、底板に斜め上向きに取り付けた斜筒と、斜筒上端に設けた仮蓋とを備えた鋼箱を使用し、
   支持杭の上に鋼箱を設置し、
   海底の地中を掘進した急曲線シールド掘進機を鋼箱内の斜筒内に下から進入させ、
   仮蓋を除去して行うことを特徴とする、
   取放水路の構築方法。
3. 底板に斜め上向きに取り付けた斜筒と、斜筒上端に設けた仮蓋とを備えた鋼箱の斜筒内には、
   切削が容易な充填材で充填したことを特徴とする、
   請求項２記載の取放水路の構築方法。

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