JP2015042813A - 立坑の構築方法および立坑 - Google Patents

Abstract

【課題】地震時に発生する断面力を低減することが可能な立坑の構築方法および立坑を提供すること。
【解決手段】下ケーソンＡと、下ケーソンＡの上端面に載置される上ケーソンＢとを備える立坑Ｓとする。下ケーソンＡと上ケーソンＢとの間に、可撓性を有する止水手段Ｃを配置してもよい。立坑Ｓを構築する場合には、下ケーソンＡと上ケーソンＢとを仮結合した状態で両ケーソンＡ，Ｂを沈下させ、両ケーソンＡ，Ｂの境界が所定位置に達したら、両ケーソンＡ，Ｂの仮結合を解除する。
【選択図】図１

Description

本発明は、立坑の構築方法および立坑に関する。

各種ケーソン工法（オープンケーソン工法やニューマチックケーソン工法など）により立坑を構築する場合がある（例えば、特許文献１参照）。ケーソン式立坑の構築方法は、刃口付きの筒状体を地中に沈下させる工程と、沈設した筒状体に後続の筒状体を継ぎ足す工程と、継ぎ足した筒状体を刃口付きの筒状体とともに地中に沈下させる工程とを備えるものである。上下に隣接する筒状体は、剛結合されており、結合部での剛性低下が生じない一つの躯体として地中に沈設される。

従来のケーソン式立坑では、地震時に大きな軸ひずみが発生するおそれがあるため、立坑に発生する軸ひずみを低減し得る構造モデルとして、立坑の水平断面に可撓性継手を設けた構造モデルが提案されている（例えば、非特許文献１，２参照）。非特許文献１の構造モデルは、振動実験用の実験モデルであり、円筒状のウレタンを立坑本体とし、立坑本体同士の間に挟んだ帯円状のネオプレンゴムを可撓性継手としたものである。また、非特許文献２の構造モデルは、非特許文献の実験モデルを評価するための解析モデルである。この解析モデルでは、立坑本体および可撓性継手がシェル要素でモデル化されている。

特開２００７−２３６１８号公報

安藤恒平，外５名，「大深度シールド立坑の地震時挙動と可撓継手の効果に関する基礎的研究−地盤・立坑模型の振動台実験による挙動把握−」，土木学会第６６回年次学術講演会講演概要集，一般社団法人土木学会，平成２３年８月，Ｉ−４８８，第９７５〜９７６頁 澤田茉伊，外５名，「大深度シールド立坑の地震時挙動と可撓継手の効果に関する基礎的研究−模型振動実験の数値シミュレーションによる考察−」，土木学会第６６回年次学術講演会講演概要集，一般社団法人土木学会，平成２３年８月，Ｉ−４８９，第９７７〜９７８頁

従来のケーソン式立坑は、鉛直方向の剛性が高いことから、地盤強度が急変する地層境界を超えて立坑を形成すると、地層境界を跨ぐ部位に大きな地震時断面力が発生する。大きな断面力に対処すべく立坑の壁厚を大きくすると、鉛直方向の剛性がさらに高まり、断面力が大きくなってしまう。また、立坑の壁厚を大きくすると、材料費や掘削土量が増大するので、コスト削減の妨げとなる。

非特許文献１，２等の既往の研究において可撓構造の有効性は確認されているものの、その具体的構造や施工方法については提案されていない。

このような観点から、本発明は、地震時に立坑に発生する断面力を低減することが可能な立坑を提供することを課題とし、さらには、このような立坑を精度良く構築することが可能な立坑の構築方法を提供することを課題とする。

本発明に係る立坑は、下ケーソンと、前記下ケーソンの上端面に載置される上ケーソンとを備える立坑である。なお、「載置」とは、構造的な結合が切れた状態（引張力およびせん断力が伝達され難い状態）で突き合わされていることを意味する。

本発明に係る立坑では、下ケーソンと上ケーソンとの結合構造が可撓構造（引張力およびせん断力が伝達され難い構造）となるので、両ケーソンの境界部分が可撓性を具備するようになる（曲り易くなる）。つまり、本発明によれば、立坑に発生する地震時の曲げモーメントとせん断力を低減することが可能になり、ひいては、立坑に発生する地震時の断面力を低減することが可能になる。

前記下ケーソンの壁（下壁本体）および前記上ケーソンの壁（上壁本体）がコンクリート構造である場合には、下壁本体の上端面に鋼製の上端補強板を定着するとともに、上壁本体の下端面に鋼製の下端補強板を定着しておき、上端補強板と下端補強板とを突き合わせた構造にするとよい。このようにすると、下ケーソンおよび上ケーソンのコンクリート部分が防護されるので、両ケーソンの境界部分（突合せ部分）が繰り返しの変位を受けたときでも、コンクリート部分の欠損を抑制することが可能になる。

なお、前記上端補強板の上面および前記下端補強板の下面の少なくとも一方にシール溝を形成し、当該シール溝にシール材を配置するとよい。このようにすると、両ケーソンの境界における通常時の止水性能が向上する。

また、前記下ケーソンと前記上ケーソンとの間に、可撓性を有する止水手段を配置してもよい。このようにすると、下ケーソンと上ケーソンとの間に横ズレや目開きが生じる地震時においても、両ケーソン間を止水することが可能になる。

止水手段は、例えば両ケーソンの内周面等に付設してもよいが、好適には、前記下ケーソンの上端面および前記上ケーソンの下端面の少なくとも一方に設けた収容溝の内部に収容するとよい。このようにすると、立坑の内空断面を侵すこと無く止水手段を設置することが可能になる。

本発明に係る立坑の構築方法は、少なくとも次の（１）〜（４）の工程を備えるものである。
（１）下ケーソンを地中に沈下させる第一沈設工程。
（２）前記下ケーソンの上端面に上ケーソンを載置し、前記下ケーソンと前記上ケーソンとを仮結合する結合工程。
（３）仮結合された前記下ケーソンおよび前記上ケーソンを沈下させる第二沈設工程。
（４）前記下ケーソンと前記上ケーソンとの仮結合を解除する結合解除工程。

ケーソンの沈設方法に制限はなく、例えば、オープンケーソン工法でもよいし、ニューマチックケーソン工法でもよい。また、結合工程では、下ケーソンの上側で上ケーソンを構築することで、上ケーソンを下ケーソンに載置してもよいし、プレキャストした上ケーソンを下ケーソンの上端面に載置してもよい。
本発明に係る立坑の構築方法によれば、可撓性を具備した立坑を形成することが可能になる。また、下ケーソンおよび上ケーソンを仮結合した状態で第二沈設工程を行うので、沈設作業中でもケーソン内部への水の浸入を防ぐことができ、さらには、沈設作業時の姿勢制御に伴ってケーソンに偏圧等が作用した場合であっても、両ケーソン間にズレ等が生じ難くなる。つまり、本発明に係る立坑の構築方法によれば、可撓性を具備する立坑を精度良く構築することが可能になる。

前記結合工程では、前記下ケーソンおよび前記上ケーソンの一方の内壁面から両者の境界を通って他方に達するＰＣ鋼材を配置し、当該ＰＣ鋼材に緊張力を導入することで、前記下ケーソンと前記上ケーソンとを仮結合するとよい。この場合、前記結合解除工程では、前記ＰＣ鋼材を抜き取ることで、前記下ケーソンと前記上ケーソンとの仮結合を解除すればよい。このようにすると、上下のケーソンを強固に結合した状態で沈設作業を行うことができるので、両ケーソン間のズレや目開き等を好適に抑制することができる。また、立坑内空側からＰＣ鋼材を抜き取るだけで両ケーソンの仮結合を解除できるので、簡易かつ迅速に可撓構造へ移行することが可能になる。

また、前記結合工程では、前記下ケーソンおよび前記上ケーソンの内壁面から両者の突き合わせ部にコッターを挿入することで、前記下ケーソンと前記上ケーソンとを仮結合してもよい。この場合、前記結合解除工程では、前記コッターを抜き取ることで、前記下ケーソンと前記上ケーソンとの仮結合を解除すればよい。ＰＣ鋼材に代えてコッターを使用した場合でも、両ケーソンを強固に結合した状態で沈設作業を行うことができるので、両ケーソン間のズレや目開き等を好適に抑制することが可能になる。また、立坑内空側からコッターを抜き取るだけで両ケーソンの仮結合を解除できるので、簡易かつ迅速に可撓構造へ移行することも可能になる。

本発明に係る立坑によれば、地震時に立坑に発生する断面力を低減することが可能になる。また、本発明に係る立坑の構築方法によれば、可撓構造を有する立坑を精度良く構築することが可能になる。

本発明の実施形態に係る立坑を示す断面図である。 図１のＸ部拡大図である。 （ａ）は図２の部分拡大図、（ｂ）は（ａ）のＹ部拡大図である。 （ａ）〜（ｃ）は、本発明の実施形態に係る立坑の構築方法の第一沈設工程を説明するための断面図である。 （ａ），（ｂ）は、結合工程のうち、上ケーソンを下ケーソンに載置する過程を説明するための断面図である。 （ａ），（ｂ）は、結合工程のうち、上ケーソンと下ケーソンとを仮結合する過程を説明するための断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第二沈設工程を説明するための断面図である。 仮結合の変形例を示す断面図である。 （ａ）は仮結合の他の変形例を示す断面図、（ｂ）は側面図である。

本発明の実施形態に係る立坑Ｓは、図１に示すように、地盤強度が急変する地層境界Ｋを超えて形成される大深度立坑である。地層境界Ｋ以深の地盤Ｇ１は、支持層になり得る硬質土層（例えば、洪積層や固結した粘性土層など）であり、地層境界Ｋ以浅の地盤Ｇ２は、地盤Ｇ１よりも地盤強度の小さい軟弱土層（例えば沖積層など）である。なお、地盤構成は、一例に過ぎない。本発明は、前記の地盤構成以外の地盤構成においても広く適用可能である。

立坑Ｓは、地層境界Ｋ以深に配置される下ケーソンＡと、地層境界Ｋ以浅に配置される上ケーソンＢと、下ケーソンＡと上ケーソンＢとの間に介設される止水手段Ｃ（図２参照）とを備えている。上ケーソンＢは、下ケーソンＡの上端面に載置されている。

下ケーソンＡは、ニューマチックケーソン工法により沈設された有底円筒状の函体（躯体）であり、土留壁となる下壁本体１と、下壁本体１の下端部に設けられた底版２と、下壁本体１の下端部から下方に向けて突出する刃口３とを備えている。なお、オープンケーソン工法により沈設する場合は、底版２を省略し、下ケーソンＡを筒状の函体にする。

上ケーソンＢは、円筒状の函体（躯体）であり、土留壁となる上壁本体４を備えている。

なお、図１中の符号６１，６２は、下ケーソンＡおよび上ケーソンＢを仮結合するためのＰＣ鋼材である。ＰＣ鋼材６１，６２は、沈設作業中においては管材６３（図２参照）に挿通されているが、沈設作業を終えた後には管材６３から抜き取られる。

図２に示すように、下壁本体１は、鉄筋コンクリート構造の壁体である。下壁本体１の上端面には、上端補強板１１，１１が定着されているとともに、収容溝１ａが形成されている。収容溝１ａの底面には、下固定板１２が定着されている。また、下壁本体１の内壁面（立坑内空側の側面）には、凹部１ｂ，１ｂが形成されている。

収容溝１ａは、下壁本体１の壁厚方向の中央部に位置していて、図示は省略するが、下壁本体１の全周に亘って連続して形成されている。収容溝１ａには、止水手段Ｃが収容される。

凹部１ｂは、三角柱状の窪みであり、下壁本体１の上端面から所定高さだけ下がった第一の高さ位置と、第一の高さ位置から所定高さだけ下がった第二の高さ位置とに形成されている。図示は省略するが、各段の凹部１ｂは、下ケーソンＡの周方向に間隔をあけて複数形成されている。

上端補強板１１は、下壁本体１の上端角部のコンクリートを防護する鋼板である。図３の（ａ）にも示すように、上端補強板１１は、収容溝１ａを挟んで内外両側に配置されていて、Ｊ字状のアンカー筋１３ａを利用して下壁本体１の上端角部に定着されている。図示は省略するが、上端補強板１１は、下壁本体１の全周に亘って連続して配置されている。

上端補強板１１の上面には、図３の（ｂ）に示すように、シール溝１ｃ，１ｃが形成されている。図示は省略するが、シール溝１ｃは、上端補強板１１の全周に亘って連続して形成されている。なお、本実施形態では、一つの上端補強板１１に内外二つのシール溝１ｃ，１ｃを形成した場合を例示したが、シール溝１ｃの数は適宜変更してもよい。

図３の（ａ）に示すように、下固定板１２は、止水手段Ｃの取付座となる鋼板であり、下壁本体１の全周に亘って収容溝１ａの底面を覆っている。本実施形態の下固定板１２は、収容溝１ａの底面に配置されていて、Ｊ字状のアンカー筋１３ｂを利用して下壁本体１に定着されている。

下壁本体１のコンクリートは、内壁面に沿って配筋された内側縦筋１４、外壁面に沿って配筋された外側縦筋１５、内側縦筋１４又は外側縦筋１５に交差して配筋された横筋１６、上端面に沿って配筋された上端筋１７等によって補強されている。

内側縦筋１４の上端部は、下壁本体１の外壁面に向かって折り曲げられていて、収容溝１ａの内周面付近まで延出している。また、外側縦筋１５の上端部は、下壁本体１の内壁面に向かって折り曲げられていて、収容溝１ａの外周面付近まで延出している。すなわち、内側縦筋１４および外側縦筋１５は、下壁本体１の上端面から突出しておらず、上壁本体４に定着されていない。

上端筋１７は、内側縦筋１４のおよび外側縦筋１５を繋ぐように配筋されている。本実施形態の上端筋１７は、内側縦筋１４の水平部分に重ねられる直線部と、外側縦筋１５の水平部分に重ねられる直線部と、一方の直線部から他方の直線部に至る中央部とを備えている。上端筋１７の中央部は、収容溝１ａの断面形状（収容溝１ａの左右の側面および底面）に沿って屈曲している。

上ケーソンＢの上壁本体４は、鉄筋コンクリート構造の壁体である。上壁本体４の下端面には、下端補強板４１，４１が定着されているとともに、上固定板４２が定着されている。また、図２に示すように、上壁本体４の内壁面（立坑内空側の側面）には、凹部４ｂ，４ｂが形成されている。

凹部４ｂは、三角柱状の窪みであり、上壁本体４の下端面から所定高さだけ上がった第一の高さ位置と、第一の高さ位置から所定高さだけ上がった第二の高さ位置とに形成されている。図示は省略するが、各段の凹部４ｂは、上ケーソンＢの周方向に間隔をあけて複数形成されている。

下端補強板４１は、上壁本体４の下端角部のコンクリートを防護する鋼板である。図３の（ａ）に示すように、下端補強板４１は、上固定板４２を挟んで内外両側に配置されていて、Ｊ字状のアンカー筋４３ａを利用して上壁本体４の下端角部に定着されている。図示は省略するが、下端補強板４１は、上壁本体４の全周に亘って連続して配置されており、かつ、上端補強板１１に直に突き合わされている。

下端補強板４１の下面（上端補強板１１に突き合わされる面）には、図３の（ｂ）に示すように、シール溝４ｃ，４ｃが形成されている。シール溝４ｃは、上端補強板１１のシール溝１ｃに対向する位置に形成されており、図示は省略するが、下端補強板４１の全周に亘って連続して形成されている。上端補強板１１のシール溝１ｃと下端補強板４１のシール溝４ｃとによって形成された空間には、水膨張性のシール材７が配置される。

図３の（ａ）に示すように、上固定板４２は、止水手段Ｃの取付座となる鋼板であり、上壁本体４の下端面の中央部を上壁本体４の全周に亘って覆っている。本実施形態の上固定板４２は、下固定板１２に対向する位置に配置されていて、Ｊ字状のアンカー筋４３ｂを利用して上壁本体４に定着されている。本実施形態の上固定板４２は、収容溝１ａを覆い隠すことが可能な幅寸法を有しているが、上固定板４２の適所には、止水手段Ｃの取付作業を行うための開口が形成されている。

上壁本体４のコンクリートは、内壁面に沿って配筋された内側縦筋４４、外壁面に沿って配筋された外側縦筋４５、内側縦筋４４又は外側縦筋４５に交差して配筋された横筋４６等によって補強されている。

内側縦筋４４の下端部は、上壁本体４の外壁面に向かって折り曲げられている。また、外側縦筋４５の下端部は、上壁本体４の内壁面に向かって折り曲げられていて、内側縦筋４４の水平部分に重ねられている。すなわち、内側縦筋４４および外側縦筋４５は、上壁本体４の下端面から突出しておらず、下壁本体１に定着されていない。

止水手段Ｃは、下固定板１２と上固定板４２との間に介設されている。止水手段Ｃは、軸力、せん断力および曲げモーメントを実質的に伝達しない非構造材であり、構造的な結合が切れた状態（上ケーソンＢが下ケーソンＡに載置された状態）を阻害しない。本実施形態の止水手段Ｃは、可撓性を有するゴム板（伸縮止水板）からなる。このゴム板は、下固定板１２に固定される下取付部と、上固定板４２に固定される上取付部と、断面横Ｖ字状の可撓部とを備えている。止水手段Ｃを設けておけば、下ケーソンＡと上ケーソンＢとの間に横ズレや目開きが生じる地震時においても両ケーソンＡ，Ｂ間を止水することが可能となる。

図２に示すように、下壁本体１および上壁本体４には、管材６３が埋設されている。管材６３には、内壁面側（立坑内空側）の補強板１１，４１と収容溝１ａとの間を通るものと、外壁面側（地山側）の補強板１１，４１と収容溝１ａとの間を通るものとが存在している。内壁面側の管材６３には、第一のＰＣ鋼材６１（図１，図６参照）が挿通され、外壁面側の管材６３には、第二のＰＣ鋼材６２（図１，図６参照）が挿通される。

図６に示すＰＣ鋼材６１，６２は、沈設作業中だけ下壁本体１および上壁本体４に配置され、沈設作業を終えた後には撤去される。本実施形態のＰＣ鋼材６１，６２は、ＰＣ鋼より線からなる。ＰＣ鋼材６１，６２は、それぞれ弧状を呈するように配置され、下壁本体１の内壁面（本実施形態では凹部１ｂ）から下壁本体１と上壁本体４との境界を通って上壁本体４の内壁面（本実施形態では凹部４ｂ）に至る。ＰＣ鋼材６１，６２には、緊張力が導入される。なお、図示は省略するが、ＰＣ鋼材６１，６２は、それぞれ、立坑Ｓの周方向に間隔をあけて複数配置されている。

内壁面側（立坑内空側）のＰＣ鋼材材６１は、下壁本体１の上段の凹部１ｂから、内壁面側の上端補強板１１と収容溝１ａとの間のコンクリート面（下壁本体１の上端面および上壁本体４の下端面）を通り、上壁本体４の下段の凹部４ｂに至る。また、外壁面側（地山側）のＰＣ鋼材６２は、下壁本体１の下段の凹部１ｂから、外壁面側の上端補強板１１と収容溝１ａとの間のコンクリート面を通り、上壁本体４の上段の凹部４ｂに至る。ＰＣ鋼材６１，６２の長手方向の中間部分は、いずれも直線状を呈しており、下壁本体１の上端面および上壁本体４の下端面に直交している。ＰＣ鋼材６１，６２の下端部は、当該部分に螺合させたナットによって凹部１ｂの上側傾斜面に定着されており、ＰＣ鋼材６１，６２の上端部は、当該部分に螺合させたナットによって凹部４ｂの下側傾斜面に定着されている。

管材６３は、ＰＣ鋼材６１，６２と同様、弧状を呈するように配置されていて、下壁本体１の内壁面（本実施形態では凹部１ｂ）から下壁本体１と上壁本体４との境界を通って上壁本体４の内壁面（本実施形態では凹部４ｂ）に至る。なお、管材６３は、コンクリート打設時に埋設され、ＰＣ鋼材６１，６２を撤去した後もコンクリート中に残置されるので、フレッシュコンクリートに押し潰されない強度・剛性を有しながらも、下壁本体１と上壁本体４の境界部分の可撓性を阻害しないもの（例えば、塩化ビニル管、ポリエチレン管、薄肉鋼管など）を使用する。

次に、立坑Ｓの構築方法を説明する。
立坑Ｓの構築方法は、少なくとも次の（１）〜（４）の工程を備えるものである。
（１）下ケーソンＡを地中に沈下させる第一沈設工程（図４の（ａ）〜（ｃ）参照）。
（２）下ケーソンＡの上端面に上ケーソンＢを載置し、下ケーソンＡと上ケーソンＢとを仮結合する結合工程（図５の（ａ），（ｂ）、図６の（ａ），（ｂ）参照）。
（３）仮結合された下ケーソンＡおよび上ケーソンＢを沈下させ、下ケーソンＡと上ケーソンＢとの境界を地層境界に位置させる第二沈設工程（図７（ａ）〜（ｃ）参照）。
（４）下ケーソンＡと上ケーソンＢとの仮結合を解除する結合解除工程。

第一沈設工程は、図４の（ａ）〜（ｃ）に示すように、ニューマチックケーソン工法により下ケーソンＡを沈設する工程である。第一沈設工程では、まず、底版２と刃口３とを備えた筒状体Ａ１（下ケーソンＡの下端部）を現場にて構築した後、底版２と刃口３とで囲まれた作業室Ｖにて掘削作業を行い、しかる後、筒状体Ａ１の自重、荷重水（図視略）、グラウンドアンカー（図視略）の反力等を利用して筒状体Ａ１を地中に沈設する（図４の（ａ）参照）。

次に、図４の（ｂ）に示すように、刃口付きの筒状体Ａ１に所定高さの筒状体Ａ２を継ぎ足すとともに、作業室Ｖにて掘削作業を行い、筒状体Ａ１，Ａ２の自重を利用して筒状体Ａ１，Ａ２をさらに深い位置に沈設する。なお、筒状体Ａ２は、筒状体Ａ１の上に場所打ちコンクリートを打設して形成するが、筒状体Ａ１，Ａ２の結合状態が剛結合となるよう、筒状体Ａ１の縦筋１４，１５は、適宜な鉄筋継手（重ね継手や機械式継手など）を利用して筒状体Ａ２の縦筋１４，１５に接合する。以後、図４の（ｃ）に示すように、所定高さの下壁本体１が形成されるまで、筒状体の継ぎ足し作業、掘削作業および沈設作業を繰り返す。複数の筒状体を剛結合して得られる下ケーソンＡは、結合部（打ち継ぎ目）で剛性低下が生じない一つの躯体として地中に沈設される。

下壁本体１の上端部を構築する際には、図５の（ａ）に示すように、上端補強板１１、下固定板１２および管材６３を配置した状態でコンクリートを打設する。また、下壁本体１の縦筋１４，１５は、下壁本体１の内部に配筋し、下壁本体１の上端面から突出させない。コンクリートが硬化したら、下固定板１２の上に止水手段Ｃを設置する。

下壁本体１の上端部を構築したら、結合工程を行う。
本実施形態の結合工程では、まず、下壁本体１の上端面に載置される上壁本体４の下端部（図７の（ａ）に示す筒状体Ｂ１）を下壁本体１上で構築する。
具体的に説明すると、まず、図５の（ｂ）に示すように、下壁本体１（下ケーソンＡ）の上側で上壁本体４の配筋作業を行うとともに、型枠を設置する。下端補強板４１は、下壁本体１の上端補強板１１の上に載置し、上固定板４２は、収容溝１ａを覆い隠すように載置する。上固定板４２を載置したら、上固定板４２に設けた開口を利用して止水手段Ｃを上固定板４２にボルト固定し、その後、上固定板４２に設けた開口を適宜な方法で閉塞する。しかる後、下壁本体１上にコンクリートを打設する。コンクリートが硬化すると、図６の（ａ）に示すように、下壁本体１との間で構造的な結合が切れた状態（縦筋が連続しておらず、引張力およびせん断力が伝達され難い状態）の筒状体Ｂ１が形成される。

続いて、管材６３，６３にＰＣ鋼材６１，６２を挿通する。その後、図６の（ｂ）に示すように、ナットなどの定着具を用いてＰＣ鋼材６１，６２の両端を下壁本体１および上壁本体４に定着することで、下壁本体１の上端部と上壁本体４の下端部とを仮結合する。なお、ＰＣ鋼材６１，６２には、緊張力（引張力）を導入する。

下壁本体１の上端部と上壁本体４の下端部（筒状体Ｂ１）とを仮結合したら、第二沈設工程を行う。第二沈設工程は、第一沈設工程と同様、ニューマチックケーソン工法により行う。図７（ａ）に示すように、第二沈設工程では、下ケーソンＡの作業室Ｖにて掘削作業を行い、下ケーソンＡおよび筒状体Ｂ１の自重、荷重水（図視略）、グラウンドアンカー（図視略）の反力等を利用してこれらを地中に沈設する。なお、沈設作業時の姿勢制御に伴って下ケーソンＡや筒状体Ｂ１に偏圧等が作用する場合があるが、下ケーソンＡと筒状体Ｂ１との境界部分（突き合わせ部分）をＰＣ鋼材６１，６２で緊結し、当該境界部分にプレストレスを付与しているので、両ケーソン間にズレや目開き等が生じ難い。

また、ニューマチック工法では、下ケーソンＡの内部に荷重水を注入する場合があるが、下ケーソンＡと筒状体Ｂ１とが引張力を伝達可能な状態で仮結合されているので、荷重水に起因する押し下げ力を筒状体Ｂ１にも伝えることができ、したがって、下ケーソンＡと筒状体Ｂ１とを一体的に沈下させることができる。なお、下ケーソンＡの内部に荷重水を注入すると、下ケーソンＡと筒状体Ｂ１とを離間させようとする力が大きくなるが、下ケーソンＡと筒状体Ｂ１との境界部分にプレストレスを付与しているので、下ケーソンＡと筒状態Ｂ１の分離（目開き）を防ぐことができる。

次に、図７の（ｂ）に示すように、筒状体Ｂ１に所定高さの筒状体Ｂ２を継ぎ足し、その後、作業室Ｖにて掘削作業を行い、下ケーソンＡおよび筒状体Ｂ１，Ｂ２の自重を利用して下ケーソンＡおよび筒状体Ｂ１，Ｂ２をさらに深い位置まで沈設する。なお、筒状体Ｂ２は、筒状体Ｂ１の上に場所打ちコンクリートを打設して形成するが、筒状体Ｂ１，Ｂ２の結合状態が剛結合となるよう、筒状体Ｂ１の縦筋４４，４５は、適宜な鉄筋継手（重ね継手や機械式継手など）を利用して筒状体Ｂ２の縦筋４４，４５に接合する。以後、図７の（ｃ）に示すように、下壁本体１と上壁本体４との境界が地層境界Ｋの位置に達するまで、筒状体の継ぎ足し作業、掘削作業および沈設作業を繰り返す。複数の筒状体を剛結合して得られる上ケーソンＢは、結合部（打ち継ぎ目）で剛性低下が生じない一つの躯体として地中に沈設される。

下ケーソンＡおよび上ケーソンＢを所定位置に沈設したら、結合解除工程を行う。
結合解除工程は、立坑Ｓの内空側からＰＣ鋼材６１，６２を抜き取ることで、下ケーソンＡと上ケーソンＢとの仮結合を解除する工程である。総てのＰＣ鋼材６１，６２を抜き取ると、下ケーソンＡと上ケーソンＢとの結合構造が剛結構造（緊結構造）から可撓構造（引張力およびせん断力が伝達され難い構造）に移行し、両ケーソンＡ，Ｂの境界部分が可撓性を具備するようになる。

以上のとおり、本実施形態に係る立坑の構築方法によれば、可撓構造を設けた立坑Ｓを、その内空断面を侵すこと無く形成することが可能になる。

また、下ケーソンＡおよび上ケーソンＢを仮結合した状態で第二沈設工程を行っているので、沈設作業に伴って両ケーソンＡ，Ｂに偏圧等が作用した場合であっても、両ケーソンＡ，Ｂ間にズレや目開き等が生じ難くなる。つまり、本実施形態に係る立坑の構築方法によれば、可撓構造を具備する立坑Ｓを精度良く構築することが可能になる。

特に、本実施形態では、緊張力を導入したＰＣ鋼材６１，６２で両ケーソンＡ，Ｂを強固に仮結合しているので、両ケーソンＡ，Ｂ間のズレや目開き等を好適に抑制することが可能になる。なお、本実施形態では、収容溝１ａよりも立坑内空側の突合部が一方のＰＣ鋼材６１で緊結され、収容溝１ａよりも地山側の突合部が他方のＰＣ鋼材６２で緊結されているので、下壁本体１と上壁本体４との突合面の全体にバランス良くプレストレス（圧縮力）を付与することが可能になる。

しかも、沈設作業が完了した後は、立坑Ｓの内空側からＰＣ鋼材６１，６２を抜き取るだけで、両ケーソンＡ，Ｂの仮結合を解除できるので、簡易かつ迅速に可撓構造へ移行することが可能になる。

また、立坑Ｓでは、下ケーソンＡの縦筋１４，１５と上ケーソンＢの縦筋４４，４５が鉄筋継手を介して連結されておらず（図３の（ａ）参照）、構造的な結合が切れた状態になっているので、下ケーソンＡと上ケーソンＢの境界部分において引張力が伝達され難い。すなわち、立坑Ｓによれば、下ケーソンＡと上ケーソンＢの境界部分が可撓性を具備するようになる。したがって、立坑Ｓによれば、地層境界近傍において立坑Ｓに発生する地震時の曲げモーメントとせん断力を低減することが可能になり、ひいては、立坑Ｓに発生する断面力を低減することが可能になる。

本実施形態では、下壁本体１の上端面に上端補強板１１を定着するとともに、上壁本体４の下端面に下端補強板４１を定着し、上端補強板１１と下端補強板４１とを突き合わせた構造を採用している。このようにすると、下ケーソンＡおよび上ケーソンＢのコンクリート部分が防護されるので、両ケーソンＡ，Ｂの境界部分が繰り返しの変位を受けたときでも、コンクリート部分の欠損を抑制することが可能になる。

また、本実施形態では、上端補強板１１の上面にシール溝１ｃを形成するとともに、下端補強板４１の下面にシール溝４ｃを形成し、シール溝１ｃ，４ｃによって形成された閉空間内にシール材７を配置している。このようにすると、両ケーソンＡ，Ｂの境界における通常時の止水性が向上するようになる。

加えて、本実施形態では、可撓性を有する止水手段Ｃを下ケーソンＡと上ケーソンＢとの間に介在させているので、地震時の変位を受けた場合でも、両ケーソンＡ，Ｂ間を止水することができる。また、本実施形態では、下ケーソンＡの収容溝１ａの内部に止水手段Ｃを収容したので、止水手段Ｃによって立坑の内空断面が侵されることはない。なお、図示は省略するが、下ケーソンＡの収容溝１ａに代えて上ケーソンＢの下端面に収容溝を形成してもよいし、下ケーソンＡの収容溝１ａに対向する収容溝を上ケーソンＢの下端面に形成し、両収容溝の内部に止水手段Ｃを収容してもよい。

なお、本実施形態では、下ケーソンＡの上側で上ケーソンＢを構築する場合を例示したが、上ケーソンＢ（あるいは上ケーソンＢの一部となる筒状体）を工場等でプレキャストし、プレキャストした上ケーソンＢを下ケーソンＡの上に載置してもよい。

また、鋼製セグメントやＲＣセグメント等を周方向および上下方向に接合して各ケーソンを形成してもよい。この場合には、下ケーソンと上ケーソンの境界部分においても、上下に隣接するセグメント同士をボルト等の継手で連結し、かかる状態で第二沈設工程を行い、結合解除工程では、下ケーソンと上ケーソンの境界部分において前記継手を取り除けばよい。

本実施形態では、立坑Ｓの可撓部（仮結合部）を地層境界に一致させた場合を例示したが、可撓部を地層境界の上下にずらしてもよいし、地層境界以外の位置（例えば、構造形式が変化する部分、壁厚が変化する段部など）に可撓部を設けてもよい。また、本実施形態では、一つの立坑を上下二つのケーソンで形成した場合を例示したが、複数の地層境界を跨ぐ場合や立坑の剛性を低下させたい場合には、一つの立坑を三つ以上のケーソンに分割して複数の可撓部（仮結合部）を設けてもよい。また、地層境界を挟む上下一対の可撓部としてもよい。

（ 仮結合の変形例１ ）
本実施形態では、ＰＣ鋼線（ＰＣ鋼より線）からなるＰＣ鋼材６１を用いて下ケーソンＡと上ケーソンＢを仮結合した場合を例示したが、図８に示すように、ＰＣ鋼棒からなるＰＣ鋼材６４，６５を利用して下ケーソンＡと上ケーソンＢを仮結合してもよい。

ＰＣ鋼材６４，６５は、沈設作業中だけ下壁本体１および上壁本体４に配置され、沈設作業を終えた後には撤去される。ＰＣ鋼材６４，６５は、直線状に配置されており、下壁本体１および上壁本体４の一方の内壁面（凹部１ｂ又は凹部４ｂ）から下壁本体１および上壁本体４の突き合わせ部を通って他方の内部に至る。

図示は省略するが、下壁本体１および上壁本体４には、凹部１ｂから斜め上方に向かって延出して上定着部材６６に至る管材と、凹部４ｂから斜め下方に向かって延出して下定着部材６７に至る管材とが埋設されている。

上定着部材６６および下定着部材６７は、雌ねじが形成された筒状の部材からなる。上定着部材６６は、地山側の下端補強板４１の上方に埋設されており、下定着部材６７は、地山側の下端補強板１１の下方に埋設されている。

一方のＰＣ鋼材６４は、下壁本体１の凹部１ｂから管材（図視略）に挿入され、収容溝１ａと地山側の上端補強板１１との間を通って上壁本体４の内部に至る。ＰＣ鋼材６４の先端部は、上定着部材６６に螺合する。上定着部材６６にＰＣ鋼材６４を定着したら、ＰＣ鋼材６４の基端部にナット６８を螺合し、ＰＣ鋼材６４に緊張力を付与しつつＰＣ鋼材６４の基端部を凹部１ｂの上側傾斜面に定着する。仮結合を解除する場合には、ナット６８を緩めるとともにＰＣ鋼材６４を上定着部材６６から離脱させ、立坑内空側へＰＣ鋼材６４を引き抜けばよい。

他方のＰＣ鋼材６５は、上壁本体４の凹部４ｂから管材に挿入され、収容溝１ａと立坑内空側の上端補強板１１との間を通って下壁本体１の内部に至る。ＰＣ鋼材６５の先端部は、下定着部材６７に螺合する。下定着部材６７にＰＣ鋼材６５を定着したら、ＰＣ鋼材６５の基端部にナット６８を螺合し、ＰＣ鋼材６５に緊張力を付与しつつＰＣ鋼材６５の基端部を凹部４ｂの下側傾斜面に定着する。仮結合を解除する場合には、ナット６８を緩めるとともにＰＣ鋼材６５を下定着部材６７から離脱させ、立坑内空側へＰＣ鋼材６５を引き抜けばよい。

ＰＣ鋼線に代えてＰＣ鋼棒を使用しても、両ケーソンＡ，Ｂを強固に結合した状態で沈設作業を行うことができるので、両ケーソンＡ，Ｂ間のズレや目開き等を好適に抑制することが可能になる。また、収容溝１ａよりも地山側の突合部が一方のＰＣ鋼材６４で通結され、収容溝１ａよりも立坑内空側の突合部が他方のＰＣ鋼材６５で緊結されているので、下壁本体１と上壁本体４との突合面の全体にバランスよくプレストレス（圧縮力）を付与することが可能になる。さらに、立坑Ｓの内空側からＰＣ鋼材６４，６５を抜き取るだけで、両ケーソンＡ，Ｂの仮結合を解除できるので、簡易かつ迅速に可撓構造へ移行することが可能になる。

（ 仮結合の変形例２ ）
本実施形態では、ＰＣ鋼材を用いて下ケーソンＡと上ケーソンＢを仮結合した場合を例示したが、図９の（ａ）および（ｂ）に示すように、コッター６９を利用して下ケーソンＡと上ケーソンＢを仮結合してもよい。

図９の（ａ）に示すように、下壁本体１の上端面には、上端補強板１１に加えて、下雌金具１８が定着されており、上端補強板１１と下雌金具１８との間には、収容溝１ａが形成されている。また、上壁本体４の下端面には、下端補強板４１に加えて、上雌金具４８が定着されている。

下雌金具１８は、図９の（ｂ）に示すように、断面Ｔ字状の嵌合溝を有するリップ溝形状の鋼材からなり、Ｊ字状のアンカー筋１３ｃを利用して下壁本体１の上端部に定着されている。下雌金具１８は、収容溝１ａよりも立坑内空側に配置されており、下雌金具１８の端面は、下壁本体１の内壁面に露出している。

上雌金具４８は、断面Ｔ字状の嵌合溝を有するリップ溝形状の鋼材からなり、Ｊ字状のアンカー筋４３ｃを利用して上壁本体４に定着されている。上雌金具４８は、下雌金具１８の上に載置されていて、上雌金具４８の端面は、上壁本体４の内壁面に露出している。上雌金具４８の下面は、下雌金具１８の上面に突き合わされており、下雌金具１８および上雌金具４８の嵌合溝同士が連続することにより、断面Ｈ字状の嵌合孔が形成されている。

コッター６９は、断面Ｈ字状を呈する鋼材からなる。而して、結合工程において、下ケーソンＡおよび上ケーソンＢの内空側から前記嵌合孔にコッター６９を嵌入すると、下ケーソンＡと上ケーソンＢとが仮結合される。結合解除工程では、コッター６９を前記嵌合孔から抜き取ることで、下ケーソンＡと上ケーソンＢとの仮結合を解除すればよい。

ＰＣ鋼材に代えてコッター６９を使用した場合でも、両ケーソンＡ，Ｂを強固に結合した状態で沈設作業を行うことができるので、両ケーソンＡ，Ｂ間のズレや目開き等を好適に抑制することが可能になる。また、立坑Ｓの内空側からコッター６９を抜き取るだけで、両ケーソンＡ，Ｂの仮結合を解除できるので、簡易かつ迅速に可撓構造へ移行することも可能になる。

Ｓ 立坑
Ａ 下ケーソン
１ 下壁本体
１１ 上端補強板
１ｃ シール溝
Ｂ 上ケーソン
４ 上壁本体
４１ 下端補強板
４ｃ シール溝
Ｃ 止水手段
６１，６２ ＰＣ鋼材
６４，６５ ＰＣ鋼材
６９ コッター
７ シール材
Ｇ１ 硬質地盤
Ｇ２ 軟質地盤
Ｋ 地層境界

Claims (7)

1. 下ケーソンを地中に沈下させる第一沈設工程と、
   前記下ケーソンの上端面に上ケーソンを載置し、前記下ケーソンと前記上ケーソンとを仮結合する結合工程と、
   仮結合された前記下ケーソンおよび前記上ケーソンを沈下させる第二沈設工程と、
   前記下ケーソンと前記上ケーソンとの仮結合を解除する結合解除工程とを備えることを特徴とする立坑の構築方法。
2. 前記結合工程では、前記下ケーソンおよび前記上ケーソンの一方の内壁面から両者の境界を通って他方に達するＰＣ鋼材を配置し、当該ＰＣ鋼材に緊張力を導入することで、前記下ケーソンと前記上ケーソンとを仮結合し、
   前記結合解除工程では、前記ＰＣ鋼材を抜き取ることで、前記下ケーソンと前記上ケーソンとの仮結合を解除することを特徴とする請求項１に記載の立坑の構築方法。
3. 前記結合工程では、前記下ケーソンおよび前記上ケーソンの内壁面から両者の突き合わせ部にコッターを挿入することで、前記下ケーソンと前記上ケーソンとを仮結合し、
   前記結合解除工程では、前記コッターを抜き取ることで、前記下ケーソンと前記上ケーソンとの仮結合を解除することを特徴とする請求項２に記載の立坑の構築方法。
4. 下ケーソンと、
   下ケーソンの上端面に載置される上ケーソンとを備えることを特徴とする立坑。
5. 前記下ケーソンは、コンクリート構造の下壁本体を有し、
   前記下壁本体の上端面には、鋼製の上端補強板が定着されており、
   前記上ケーソンは、コンクリート構造の上壁本体を有し、
   前記上壁本体の下端面には、鋼製の下端補強板が定着されており、
   前記上端補強板と前記下端補強板とが突き合わされていることを特徴とする請求項４に記載の立坑。
6. 前記上端補強板の上面および前記下端補強板の下面の少なくとも一方にシール溝が形成されており、
   当該シール溝にシール材が配置されていることを特徴とする請求項５に記載の立坑。
7. 前記下ケーソンと前記上ケーソンとの間に、可撓性を有する止水手段が配置されていることを特徴とする請求項４乃至請求項６のいずれか一項に記載の立坑。

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