JP2016089382A - ニューマチックケーソン工法によるケーソン躯体の沈設方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 低コストで、上部施工空間を確保するとともに、土砂や地下水、エアー等の噴出を防止することができるニューマチックケーソン工法によるケーソンの沈設方法を提供する。【解決手段】 ケーソンの沈設方法は、弾性材料によって形成された円環状の止水部材４と、止水部材４に接するよう配置され、止水部材４の上方への動きを規制する押え部材８とを備えた止水装置を筒体１の内周面に設け、筒体１の開口部が地盤に対して鉛直方向になるよう据え付けた後、ケーソン躯体３０の外表面を止水部材４の内周縁に当接させながら、ケーソンの躯体の刃口３１およびケーソン躯体を筒体１内を通過させて、ケーソン躯体３０を所定深さまで沈設させるように構成されている。【選択図】 図１０

Description

本発明は、ニューマチックケーソン工法によるケーソン躯体の沈設方法に関するものであり、さらに詳細には、上部施工空間を確保するとともに、地下水の噴出を防止することができるニューマチックケーソン工法によるケーソン躯体の沈設方法に関するものである。

ニューマチックケーソン工法において、構築しているケーソン躯体の上部空間には、エアロックやクレーンなどの揚重のための施工空間が必要になるため、ケーソン躯体上部の施工空間に高さ制限がある場合などには、ニューマチックケーソン工法によって工事をすることができないことがある。

上部施工空間を確保するために、ニューマチックケーソンの工法の施工基面を地面から掘り下げて、地下水位以下にして、施工をすると、施工に伴って、ケーソン躯体周囲に生じる空隙に沿って、地下水、土砂、エアー等が施工基面に噴出するという問題があった。

かかる地下水、土砂、エアー等の噴出は、作業室内に加圧空気を送り込んで、作業室内の圧力を高くし、ケーソン躯体の下部を掘削し、沈設するニューマチックケーソン工法において、作業室に送り込まれるエアー圧力の低下が生じ、掘削及び沈設が不可能となるとともに、施工基面からの地下水、土砂、エアー等の噴出で作業自体ができなくなるという問題があった。

そこで、特開平１０−２８０４２４号公報（特許文献１）は、止水性を有する筒状の側壁と側壁に連なる底盤よりなる沈設地盤を形成した後に、ニューマチックケーソンを沈設することによって、かかる問題を解決する方法を提案している。

特開平１０−２８０４２４号公報

しかしながら、河川内で、特許文献１に開示された沈設地盤を造設するには、築島や別の仮設工事が必要になるという問題があり、また、ニューマチックケーソンの沈設深さが深くなると、側壁として、大規模で高性能なものが必要になり、コストが嵩むという問題があった。

したがって、本発明は、低コストで、上部施工空間を確保するとともに、土砂や地下水、エアー等の噴出を防止することができるニューマチックケーソン工法によるケーソン躯体の沈設方法を提供することを目的とするものである。

本発明のかかる目的は、弾性材料によって形成された円環状の止水部材と、前記止水部材に接するよう配置され、前記止水部材の上方への動きを規制する押え部材とを備えた止水装置を筒体の内周面に設け、前記筒体の開口部が地盤に対して鉛直方向になるよう据え付けた後、前記ケーソン躯体の刃口または前記ケーソン躯体の外表面を前記止水装置の止水部材の内周縁に当接させながら、前記ケーソンの躯体の刃口および前記ケーソン躯体を前記筒体内を通過させて、前記ケーソン躯体を所定深さまで沈設させることを特徴とするニューマチックケーソン工法によるケーソン躯体の沈設方法によって達成される
本発明によれば、弾性材料によって形成された円環状の止水部材と、止水部材の上方への動きを規制する押え部材とを備えた止水装置を筒体の内周面に設け、筒体の開口部が地盤に対して鉛直方向になるよう据え付けた後、ケーソン躯体またはケーソン躯体の外表面を前記止水装置の止水部材の内周縁に当接させながら、前記ケーソンの躯体の刃口およびケーソン躯体を筒体内を通過させて、ケーソン躯体を所定深さまで沈設させるように構成されているから、施工基盤面に土砂や地下水、エアー等が噴出することを効果的に防止するとともに、筒体を地盤内に据え付け、ケーソンの刃口によって筒体の内部の地盤を掘削するように構成されているので、施工基盤面が地表面の下方に位置し、したがって、上部施工空間を広く確保することが可能になる。

本発明の好ましい実施態様においては、前記止水部材が略Ｌ字状断面を有し、前記止水部材の略鉛直方向に延びる鉛直部分が押え部材の鉛直方向に延びる鉛直部分によって、前記筒体の内周面に押圧され、連結部材によって前記筒体の内周面に固定され、前記止水部材の水平方向に延びる水平部分の上面に、前記押え部材の鉛直部分の一端部に回動可能に連結された押え部材の水平に延びる水平部分が当接されている。

本発明の好ましい実施態様によれば、止水部材が略Ｌ字状断面を有し、止水部材の略鉛直方向に延びる鉛直部分が押え部材の鉛直方向に延びる鉛直部分によって、筒体の内周面に押圧され、連結部材によって筒体の内周面に固定され、止水部材の水平方向に延びる水平部分の上面に、押え部材の鉛直部分の一端部に回動可能に連結された押え部材の水平に延びる水平部分が当接されているから、掘削の進行に伴い、ケーソンの刃口およびケーソン躯体が下降する際に、ケーソンの刃口またはケーソン躯体の外周面は、弾性材料によって形成された止水部材の水平部分をバックアップしている押え部材の水平部分に当接しつつ下降するから、弾性材料によって形成された止水部材の水平部分の先端部を確実にケーソンの刃口またはケーソン躯体の外周面に密着させて、地盤の掘削をおこなうことが可能になり、土砂や地下水、エアー等が施工基盤面内に噴出することをより効果的に防止するが可能になる。

本発明の好ましい実施態様においては、前記ケーソン躯体の前記刃口の断面部の直径が、前記ケーソンの断面部の直径よりも大きくなるように構成されている。

ケーソン躯体の刃口の断面部の直径とケーソンの断面部の直径とがほぼ同じである場合には、掘削が進行し、深度が大きくなるにつれて、ケーソン躯体の外周部の摩擦抵抗が増大するため、工事に支障を来すことがあるが、本発明のこの好ましい実施態様によれば、ケーソン躯体の刃口の断面部の直径が、ケーソンの断面部の直径よりも大きいから、掘削が進行し、深度が大きくなるにつれて、ケーソンの外周部の摩擦抵抗が増大することを効果的に防止することが可能になる。

本発明の好ましい実施態様においては、さらに、前記筒体の外側に、複数の充填材供給管が設けられ、前記ケーソン躯体の前記刃口の外周部、前記ケーソン躯体の外周部、前記筒体の内周面および前記止水部材によって画定される空間内に、前記複数の充填材供給管から充填材を供給するように構成されている。

ケーソン躯体の刃口の断面部の直径が、ケーソンの断面部の直径よりも大きいため、ケーソンの刃口によって掘削された地盤の穴の内径は、ケーソン躯体の断面部の直径よりも大きく、その結果、ケーソンの刃口によって掘削された穴の内周面とケーソン躯体の外面との間に空間が形成されるので、その空間内に土砂や地下水、エアー等が流入するおそれがあるが、本発明のこの好ましい実施態様によれば、ケーソン躯体の刃口の外周部、ケーソン躯体の外周部、筒体の内周面および止水部材によって画定される空間内に、複数の充填材供給管から充填材を供給するように構成されているから、ケーソン躯体の刃口の外周部、ケーソン躯体の外周部、筒体の内周面および止水部材によって画定される空間内に土砂や地下水、エアー等が流入することを効果的に防止することが可能になる。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記筒体が鉄などの金属によって形成されている。

本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記複数の充填材供給管が前記金属製筒の外表面に沿って、ほぼ等角に配置されている。

本発明によれば、低コストで、上部施工空間を確保するとともに、土砂や地下水、エアー等の噴出を防止することができるニューマチックケーソン工法によるケーソン躯体の沈設方法を提供することが可能になる。

図１は、本発明の好ましい実施態様にかかるニューマチックケーソン工法において用いられる鉄製筒体および鉄製筒体に付随する部材の略縦断面図である。 図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った略断面図である。 図３は、図２の要部略拡大図である。 図４は、止水装置の略縦断面図である。 図５は、止水装置の略正面図である。 図６は、フリクションカット充填材供給管とその取り付け構造を示す略拡大断面図である。 図７は、ニューマチックケーソン工法によって、地盤を掘削し、ケーソン躯体を沈設させる方法のステップを示す概略図である。 図８は、ニューマチックケーソン工法によって、地盤を掘削し、ケーソン躯体を沈設させる方法のステップを示す概略図である。 図９は、ニューマチックケーソン工法によって、地盤を掘削し、ケーソン躯体を沈設させる方法のステップを示す概略図である。 図１０は、ニューマチックケーソン工法によって、地盤を掘削し、ケーソン躯体を沈設させる方法のステップを示す概略図である。 図１１は、複数のケーソンユニットに分割されたケーソン躯体が地盤内に沈設される状態を示す略縦断面図である。 図１２は、本発明の別の好ましい実施態様にかかるニューマチックケーソン工法において用いられる鉄製筒体およびその止水装置の略縦断面図である。

図１は、本発明の好ましい実施態様にかかるニューマチックケーソン工法において用いられる鉄製筒体および鉄製筒体に付随する部材の略縦断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った略断面図、図３は図２の要部略拡大図である。

図１、図２および図３に示されるように、鉄製筒体１の内周面には、止水装置３が設けられており、止水装置３は、ゴムなどの弾性部材からなる止水部材４と止水部材４を押さえる押え部材８を備えている。各止水部材４は円環状に形成されている。

図４は、止水装置３の略縦断面図であり、図５は、止水装置３の略正面図である。

図４に示されているように、ゴムなどの弾性部材からなる止水部材４は略Ｌ字状の断面を有し、鉄製筒体１の内面に沿った第一の部分４ａと、鉄製筒体１の内面に対して略垂直で、鉄製筒体１の中心に向かって延びた第二の部分４ｂを備えている。

図１ないし図４に示されているように、止水部材４は仮想線で示すケーソン躯体３０の外面２の寸法よりも小径の円形開口７を有している。

この第二の部分４ｂの内周縁４ｃは、後述するケーソン躯体３０の外面２およびケーソン刃口躯体３１（以下、ケーソン刃口３１と呼ぶ）の外周面に密着しつつ、下方に折れ曲がることが可能である。

図４および図５に示されるように、止水部材４の鉄製筒体１の中心方向側には、止水部材４に接して、略Ｌ字状の断面を有する押え部材８が設けられている。押え部材８は、鉄製筒体１の内面に沿った第一の部分８ａと、鉄製筒体１の内面に対して略垂直で、鉄製筒体１の中心に向かって延びる第二の部分８ｂとを備え、図１および図４に示されているように、止水部材４の第一の部分４ａは、押え部材８の第一の部分８ａによって鉄製筒体１の内周面に向かって押圧され、ボルト１０とナット１１によって、押え部材８の第一の部分８ａとともに、鉄製筒体１の内周面に固定されている。

図４に示されるように、各押え部材８の第二の部分８ｂは、押え部材８の第一の部分８ａの下端部にピン１２で回動可能に取り付けられている。

ただし、第二の部分８ｂは、図４に示される位置から鉛直方向下向きには回動するが、水平方向よりも上には回動しない（図４で示す位置からピン１２を軸として反時計回りには回動しない）ように構成されている。第一の部分４ａにはが回動を止めるストッパー（図示せず）が設けられている。

図１および図２に示されているように、鉄製筒体１の外側には、８つのフリクションカット充填材供給管２０が鉄製筒体１の外周面に沿って、約４５度間隔で設けられている。

図６は、フリクションカット充填材供給管とその取り付け構造を示す略拡大断面図である。

図６に示されるように、フリクションカット充填材供給管２０は、金物などの固定部材２１によって、鉄製筒体１の外面に固定され、止水装置３の下方において、鉄製筒体１を貫通し、ケーソン躯体３０の外面２と鉄製筒体１との間の空間に開口する開口部２０ａを備えている。

図７ないし図１０は、ニューマチックケーソン工法によって、地盤１５を掘削し、ケーソンを沈設させる方法のステップを示す概略図である。

まず、図７に示されるように、鋼矢板２２によって囲まれた領域２３内が薬液などによって地盤改良される。

次いで、図８に示されるように、地盤改良された領域２３内を掘り込み、鉄製筒体１を据え付ける。ここに、鉄製筒体１には、止水装置３が取り付けられており、鉄製筒体１の上端部には繋ぎ部材２４の一端部が取り付けられ、繋ぎ部材２４の他端部は地盤に打ち込まれた杭２５の上端部に取り付けられている。

鉄製筒体１を据え付けた後に、鉄製筒体１と鋼矢板２２との間の領域２７の土を埋め戻し、地盤改良をする。

次いで、図９に示されるように、鉄製筒体１の内部にケーソン刃口３１を据え付け、その後に、止水装置３の止水部材４の下方の鉄製筒体１とケーソン刃口３１の外面２との間の空間に、フリクションカット充填剤供給管２０から、その開口部２０ａを介して、充填材２８を供給して、止水部材４の下方の鉄製筒体１とケーソン刃口３１の外面２との間の空間を充填材２８によって充填する。

こうして、止水部材４の下方の鉄製筒体１とケーソン刃口３１の外面２との間の空間が充填材２８によって充填されると、図９に示されるように、止水装置３の止水部材４に、第二の部分４ｂを押し上げようとする力が働くが、押さえ部材８によって止水部材４が押さえ込まれ、止水装置３より上方に充填材２８が入り込むことが防止される。

次いで、ケーソン刃口３１によって、地盤１５の掘削が開始される。

ここに、ケーソン躯体３０の断面サイズ（直径）とケーソン刃口３１の断面サイズ（直径）とがほぼ同一である場合には、掘削が進行し、深度が大きくなるにつれて、ケーソン躯体３０の外周部の摩擦抵抗が増大するため、本実施態様においては、図１０に示されるように、ケーソン躯体３０の断面サイズ（直径）は、ケーソン刃口３１の断面サイズ（直径）よりも小さくされている。

図１１に示されるように、ケーソン躯体３０は複数のケーソンユニット３５に分割されている。１つのケーソンユニット３５が地盤１５内に沈設され、その上端部が止水装置３の直上方に達すると、次のケーソンユニット３５が先に沈設されたケーソンユニット３５の上面に継ぎ足されて、地盤１５内に沈設される。

図９に示すように、ケーソンユニット３５が地盤１５内に沈設されるたびに、ケーソンユニット３５の外面２には、フリクションカットによって生じた隙間が地盤との間に生じるので、フリクションカット充填管２０から充填材２８を充填する。

したがって、ケーソン躯体３０の沈設作業は地面以下のレベル（施工基面）から工事開始できるので、施工基面と上方の高架式道路などの構造物との間の上部施工空間を広くとることができ、ニューマチックケーソン工法における設備機器を設置すること可能となる。

この際、円環状の止水部材４はケーソン躯体３０の外面２の寸法よりも小径の円形開口７を有しているから、ケーソン刃口３１によって、次いで、ケーソン躯体３０の本体によって、鉄製筒体１の中心に向かって延びる止水部材４の第二の部分４ｂの内周縁４ｃがケーソン躯体３０の外面２に密着しつつ、下方に移動される。

同時に、押え部材８の第一の部分８ａの下端部にピン９で回動可能に取り付けられている押え部材８の第二の部分８ｂは、ピン１２まわりに、図４において時計方向に回動され、押え部材８の第二の部分８ｂの縁端部８ｃがケーソン躯体３０の外面２に当接しつつ、下方に移動される。

したがって、地下水や土砂、エアー等が、止水装置３の上方の鉄製筒体１の内面とケーソン躯体３０の外面２との間に形成された空間内に噴出することを防止することが可能になる。

一方、上述のように、ケーソン刃口３１の断面サイズ（直径）は、ケーソン躯体３０の断面サイズ（直径）よりも大きいため、ケーソン刃口３１に掘削された地盤１５の穴１６の内径は、ケーソン躯体３０の外径よりも大きく、その結果、ケーソン刃口３１によって掘削された穴１６の内周面とケーソン躯体３０の外面２との間に空間が形成されるので、その空間内に土砂や地下水、エアー等が噴出するおそれがある。

しかしながら、本実施態様においては、止水装置３の止水部材４の下方の鉄製筒体１とケーソン躯体３０の外面２との間の空間には、フリクションカット充填剤供給管２０から、その開口部２０ａを介して、充填材２８が供給されているから、図１０に示されるように、止水装置３の止水部材４の下方の鉄製筒体１とケーソン躯体３０の外面２との間の空間に連通している穴１６の内周面とケーソン躯体３０の外面２との間の空間にも充填材２８が充填され、穴１６の内周面とケーソン躯体３０の外面２との間の空間内に土砂や地下水、エアー等が噴出することを効果的に防止することが可能になる。

本実施態様によれば、大規模で高性能な側壁を要することなく、低コストで、すなわち、単に、鉄製筒体１、止水装置３およびフリクションカット充填剤供給管２０を設け、ケーソン刃口３１の断面サイズ（直径）をケーソン躯体３０の断面サイズ（直径）よりも大きくするだけで、施工に伴って、ケーソン躯体３０の周囲に生じる空隙に沿って施工基盤面に、土砂や地下水、エアー等が噴出することを効果的に防止することが可能になる。

さらに、本実施態様によれば、施工基面と上方の高架式道路などの構造物との間の上部施工空間を広くとることができるから、所望の工法を用いて、地盤１５の掘削が可能になり、工事の融通性を向上させることが可能になる。

図１２は、本発明の別の好ましい実施態様にかかるニューマチックケーソン工法において用いられる鉄製筒体およびその止水装置の略縦断面図である。

図１２は、鉄製筒体１とケーソン躯体３０の外面２との間隔を大きく取る必要がある場合を示しており、図１２に示されるように、鉄製筒体１とケーソン躯体３０の外面２との間隔を大きく取る場合においても、鉄製筒体１に取り付けられた止水装置３の止水部材４は、ケーソン躯体３０の外面２の寸法よりも小径の円形開口７を有している。鉄製筒体１とケーソン躯体３０の外面２との間隔を大きく取るために、鉄製筒体１の内面には、止水装置３との間に、間隔保持部材６を介在させている。

本実施態様においても、前記実施態様と同様に、ニューマチックケーソン工法によって地盤１５が掘削される。この際、止水部材４はケーソン躯体３０の外面２の寸法よりも小径の円形開口７を有しているから、ケーソン刃口３１によって、次いで、ケーソン躯体３０の本体によって、鉄製筒体１の中心に向かって延びる止水部材４の第二の部分４ｂの内周縁４ｃがケーソン躯体３０の外面２に密着しつつ、下方に移動される。

同時に、押え部材８の第一の部分８ａの下端部にピン１２で回動可能に取り付けられている押え部材８の第二の部分８ｂは、ピン１２まわりに、図４において時計方向に回動され、第二の部分８ｂの縁端部８ｃがケーソン躯体３０の外面２に当接しつつ、下方に移動される。

したがって、本実施態様においても、地下水や土砂、エアーが、止水装置３の上方の鉄製筒体１の内面とケーソン躯体３０の外面２との間に形成された空間内に噴出することを効果的に防止することが可能になる。

本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。

たとえば、前記実施態様においては、円環状の止水部材４と押え部８を備えた止水装置５を用いているが、止水装置として、シールド工法において使用されるテールブラシを用いてもよい。

また、前記実施態様においては、止水部材４が円環状をなしているが、止水部材４は円環状で一体ではなく、断面視がＬ字状の短冊が複数に円環状に配置されていてもよい。

１ 鉄製筒体
２ ケーソン躯体外面
３ 止水装置
４ 止水部材
４ａ 止水部材の第一の部分
４ｂ 止水部材の第二の部分
４ｃ 止水部材の第二の部分の縁端部
６ 間隔保持部材
７ 止水部材の円形開口
８ 押え部材
８ａ 押え部材の第一の部分
８ｂ 押え部材の第二の部分
８ｃ 押え部材の第二の部分の縁端部
１０ ボルト
１１ ナット
１２ ピン
１５ 地盤
１６ 穴
２０ フリクションカット充填材供給管
２０ａ フリクションカット充填材供給管の開口部
２１ 金物
２２ 鋼矢板
２３ 鋼矢板によって囲まれた領域
２４ 繋ぎ部材
２５ 杭
２７ 鉄製筒体と鋼矢板との間の領域
２８ 充填材
３０ ケーソン躯体
３１ ケーソン刃口
３５ ケーソンユニット

Claims (4)

1. ニューマチックケーソン工法によって、ケーソン躯体を沈設させる方法であって、
   弾性材料によって形成された円環状の止水部材と、前記止水部材に接するよう配置され、前記止水部材の上方への動きを規制する押え部材とを備えた止水装置を筒体の内周面に設け、
   前記筒体の開口部が地盤に対して鉛直方向になるよう据え付けた後、
   前記ケーソン躯体の刃口または前記ケーソン躯体の外表面を前記止水装置の止水部材の内周縁に当接させながら、前記ケーソンの躯体の刃口および前記ケーソン躯体を前記筒体内を通過させて、前記ケーソン躯体を所定深さまで沈設させることを特徴とするケーソン躯体の沈設方法。
2. 前記止水部材が略Ｌ字状断面を有し、前記止水部材の略鉛直方向に延びる鉛直部分が押え部材の鉛直方向に延びる鉛直部分によって、前記筒体の内周面に押圧され、連結部材によって前記筒体の内周面に固定され、前記止水部材の水平方向に延びる水平部分の上面に、前記押え部材の鉛直部分の一端部に回動可能に連結された押え部材の水平に延びる水平部分が当接されていることを特徴とする請求項１に記載のニューマチックケーソン工法によるケーソン躯体の沈設方法。
3. 前記ケーソン躯体の前記刃口の断面部の直径が、前記ケーソンの断面部の直径よりも大きくなるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のニューマチックケーソン工法によるケーソン躯体の沈設方法。
4. さらに、前記筒体の外側に、複数の充填材供給管が設けられ、前記ケーソン躯体の前記刃口の外周部、前記ケーソン躯体の外周部、前記筒体の内周面および前記止水部材によって画定される空間内に、前記複数の充填材供給管から充填材を供給するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のニューマチックケーソン工法によるケーソン躯体の沈設方法。
   

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