JP2016164347A - ニューマチックケーソン工法における排土方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な排土方法により掘削効率を向上させることができる。【解決手段】マテリアルシャフト１４上に２つの排土バケット４（４Ａ、４Ｂ）を配置するスペースを有するステージ３と、マテリアルシャフト１４内で排土バケット４を吊り下ろしステージ３と作業室１３内との間の範囲で移動させるための第１揚重クレーン５と、ステージ３と土砂ホッパ２５との間の範囲で排土バケット４を移動させるための第２揚重クレーン２４と、を備え、第１揚重クレーン５を使用し作業室１３で排土バケット４に掘削土砂を積込み、その積み込んだ排土バケット４をステージ３に吊り上げる掘削土砂積込み工程と、第２揚重クレーン２４を使用しステージ３にある土砂が積み込まれた排土バケット４を土砂ホッパ２５へ移動させて排出する土砂排出工程と、が並行作業により行われるニューマチックケーソン工法における排土方法を提供する。【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ける排土方法に関する。

従来、ニューマチックケーソン工法として、例えば特許文献１に記載されるような、鉄筋コンクリート製の躯体を地上で構築し、第１ロットである躯体下部に気密な作業室を設け、ここに地下水圧に対応した圧縮空気を送り込むことにより作業室への地下水の浸入を防ぎ、作業室内で掘削・排土を行いながら第１ロットを地中に沈下させ、その後、第２ロットの躯体を第１ロットの上に継ぎ足し、同様の方法で沈下させ、以下同様な順序で第３ロット以降を施工し、所定の深さまで躯体を沈める方法が知られている。
この場合、作業室内の掘削土は、排土バケット等を使用して、クローラクレーンやスケータークレーン等の揚重設備により、マテリアルシャフトからマテリアルロックを通じて地上に搬出している。

このようなニューマチックケーソン工法における排土方法として、作業室において２つの排土バケットを用いて、一方の排土バケットに土砂を積み込んでいる間に、他方のバケットを吊り上げて揚土・排土を行う方法がある。この場合には、作業室内において２つの排土バケットの双方間で吊上げ用のワイヤの掛け替え作業が必要であり、さらに排土バケットの掛け替えを含めてバケットの巻き上げ、巻き下ろし、及び掛け替え、転倒の作業を地上の作業員兼揚重設備のオペレータと、作業室内の作業員と、の間で互いに合図等を交わしながら行っていた。

特開２０１２−７７５６６号公報

しかしながら、従来のニューマチックケーソン工法における排土方法では、以下のような問題があった。
すなわち、都市内の地下インフラ設備の輻輳化、大深度法の利用等によりニューマチックケーソン工事の大深度化が増えている。大深度を掘削する場合には、掘削作業室内の気圧を高くする必要があり作業環境が悪くなり、作業員の潜函病などの気圧障害を防ぐために作業時間が制限されるといった課題がある。そのため、地上からの遠隔操作による自動掘削を含めた作業室内の無人化が一般的となっている。

ところが、作業室内を無人化にする場合には、作業室内で作業員が行っていた排土バケットの掛け替えが困難であり、１つの排土バケットで土砂の積込みと排出を行うこととなるため、掘削効率が大幅に低下するという問題があり、その点で改善の余地があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、簡単な排土方法により掘削効率を向上させることができるニューマチックケーソン工法における排土方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係るニューマチックケーソン工法における排土方法は、ケーソンの床板下方を気密状態で圧気された作業室とし、マテリアルシャフト内を通過可能な排土バケットに前記作業室内で掘削した土砂が積み込まれるとともに、前記排土バケットに積み込まれた土砂を所定の土砂排出部に排出するニューマチックケーソン工法における排土方法であって、前記マテリアルシャフト上に複数の前記排土バケットを配置するスペースを有する中間仮置き部と、前記マテリアルシャフト内で前記排土バケットを吊り下ろし前記中間仮置き部と前記作業室内との間の範囲で移動させるための第１揚重クレーンと、前記中間仮置き部と前記土砂排出部との間の範囲で前記排土バケットを移動させるための第２揚重クレーンと、を備え、前記第１揚重クレーンを使用し前記作業室で前記排土バケットに掘削土砂を積込み、その積み込んだ前記排土バケットを前記中間仮置き部に吊り上げる掘削土砂積込み工程と、前記第２揚重クレーンを使用し前記中間仮置き部にある土砂が積み込まれた前記排土バケットを前記土砂排出部へ移動させて排出する土砂排出工程と、が並行作業により行われることを特徴としている。

本発明では、マテリアルシャフト上に複数の排土バケットを仮置き可能な中間仮置き部を設け、その中間仮置き部において、掘削土砂積込み工程と土砂排出工程のそれぞれの工程を完了した排土バケットを第１揚重クレーンと第２揚重クレーンとの間で受け渡しすることができる。そのため、掘削土砂積込み工程および土砂排出工程をそれぞれ別の揚重クレーンを使用して実施することが可能となり、双方の工程を並行して行うことができる。したがって、例えば一方の掘削土砂積込み工程中に他方の土砂排土工程が実施できないといった作業待ち時間を低減することができ、施工効率の向上を図ることができる。
さらに、掘削土砂積込み工程と土砂排出工程とのそれぞれに要する作業時間に差が生じる場合には、排土バケットの数量を増やすことで前記時間差を小さくすることが可能となり、設備の増設といったコストがかかる対応が不要になる利点がある。

また、本発明に係るニューマチックケーソン工法における排土方法は、前記中間仮置き部は、前記マテリアルシャフトに支持されたステージであることが好ましい。

この場合には、マテリアルシャフトの直上に簡易なステージを設けることで、掘削土砂積込み工程により土砂が積み込まれた排土バケットを第１揚重クレーンによってマテリアルシャフトから吊り上げた直後にステージ上に仮置きすることができ、第２揚重クレーンへの掛け替えまでの時間を短縮することができ、作業の効率化を図ることができる。

本発明のニューマチックケーソン工法における排土方法によれば、簡単な排土方法により掘削効率を向上させることができる。

本発明の実施の形態によるニューマチックケーソン工法における排土状態を示す縦断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図１に示すニューマチックケーソン工法における排土手順を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図２（ｃ）に続く排土手順を示す図である。 図３（ｃ）に続く排土手順を示す図である。

以下、本発明の実施の形態によるニューマチックケーソン工法における排土方法について、図面に基づいて説明する。

図１は、本実施の形態によるニューマチックケーソン工法による作業状態を示している。ニューマチックケーソン工法は、鉄筋コンクリート製のケーソン１の第１ロットの床板１１の上部にマテリアルロック１２を設置し、その床版１１の躯体下部に気密な作業室１３を設け、ここに地下水圧に対応した圧縮空気を送り込むことにより作業室１３内への地下水の浸入を防ぐようにしている。

そして、圧気された作業室１３内で掘削・排土を行いながら第１ロットの躯体を地中に沈下させ、その後、第２ロットの躯体を第１ロット上に継ぎ足し、同様の方法で沈下させる。以降同様な順序により第３ロット以降を施工し、所定の深さまで躯体を沈める。作業室１３内の掘削土は、２つの排土バケット４（４Ａ、４Ｂ）を使用して、第１揚重クレーン５によりマテリアルシャフト１４からマテリアルロック１２を通じて、地上に搬出する。

作業室１３内には、床板１１の下面１１ａに走行用レール１１ｂが固定されており、その走行用レール１１ｂに案内されて走行可能な天井走行ショベル１５が装備されている。天井走行ショベル１５は、作業室１３内で行われる掘削作業と、作業室１３内に吊り下ろされている排土バケット４に掘削土砂を積み込む作業と、を無人又は有人により行うものである。
ケーソン１は、作業室１３内で１ロット分の深さが天井走行ショベル１５により掘削すされることで沈下され、その下がった分だけ次のロットの躯体が最上部に継ぎ足されるようになっている。

マテリアルロック１２は、マテリアルシャフト１４の上部に配置され、上端および下端のそれぞれに気密に閉止可能な開閉扉１２Ａ、１２Ｂが設けられている。上側開閉扉１２Ａと下側開閉扉１２Ｂとによって区画されるロック室１２Ｃは、第１揚重クレーン５によって吊り下ろされる排土バケット４が収容可能な大きさに設定され、圧気可能となっている。

マテリアルシャフト１４は、筒状をなし、作業室１３に開口するとともに、上部においてマテリアルロック１２に接続している。マテリアルシャフト１４の内部は、第１揚重クレーン５によって吊り下ろされる排土バケット４が通過可能となっている。

マテリアルロック１２の上方には、２つの排土バケット４Ａ、４Ｂに配置することが可能なステージ３（中間仮置き部）が設けられている。ステージ３は、マテリアルロック１２又はマテリアルシャフト１４よって下方から支持されている。

第１揚重クレーン５は、床板１１に立設された支柱５１の上部に設けられ、ステージ３上と作業室１３との間で排土バケット４をマテリアルシャフト１４を通過させて吊り上げ下ろしできるようになっている。

排土設備２は、ケーソン１の近傍に設置され地上から上方に向けて延びる架台２１と、架台２１の上部から水平方向に張り出した張出部２２と、張出部２２に設けられる走行レール２３と、走行レール２３に沿って移動する第２揚重クレーン２４と、架台２１の下部に配置された土砂ホッパ２５（土砂排出部）と、土砂ホッパ２５の上方に設けられた反転機２６と、を備えて構成されている。

張出部２２は、少なくともステージ３の上方の位置に配置されている。走行レール２３は、張出部２２の長さ方向に沿って配置され、架台２１の内部まで延びている。つまり、走行レール２３に沿って走行する第２揚重クレーン２４は、ステージ３の上方から土砂ホッパ２５の上方の範囲で移動可能となっている。
第２揚重クレーン２４は、ワイヤの先端に設けられるフックを使用して排土バケット４を吊り上げるものである。

土砂ホッパ２５の排出口の下方には、土砂を積み込むためのダンプトラックＤが進入可能な土砂積込み部が設けられている。
反転機２６は、掘削土砂が積み込まれた排土バケット４を第２揚重クレーン２４によって吊り下げられた状態のまま上下反転させて、土砂ホッパ２５内に排出する構成となっている。

次に、上述した構成によるニューマチックケーソン工法における排土方法について、具体的に説明する。
図２（ａ）は、ケーソン工法の途中の施工状態を示すもので、ステージ３上には空の２つの排土バケット４Ａ、４Ｂがセットされている。ケーソン１の下方の作業室１３では圧気状態で天井走行ショベル１５を使用して下盤を掘削し、ケーソン１を沈下させる。ケーソン１の外方では、排土設備２において作業室１３内で掘削された土砂が排土バケット４Ａ、４Ｂを使用して土砂ホッパ２５を介してダンプトラックＤに積み込まれて搬出される。

先ず、図２（ｂ）に示すように、いずれか一方の第１排土バケット４Ａを第１揚重クレーン５を使用してマテリアルシャフト１４を通過させてケーソン１の下方の作業室１３内に吊り下ろす。この際、マテリアルロック１２の図１に示す下側開閉扉１２Ｂを閉じた状態で、ロック室１２Ｃ内に第１排土バケット４Ａを位置させ、上側開閉扉１２Ａを閉じる。そして、ロック室１２Ｃ内を圧気した後、下側開閉扉１２Ｂを開いてロック室１２Ｃと作業室１３とをマテリアルシャフト１４を介して連通させてから、第１排土バケット４Ａを作業室１３内の地盤まで吊り下ろす。作業室１３で掘削された土砂は、吊り下ろされている第１排土バケット４Ａに天井走行ショベル１５を使用して積み込まれる。この時、マテリアルロック１２の上側開閉扉１２Ａは閉じた状態で維持される。

掘削土砂で満たされた第１排土バケット４Ａは、図２（ｃ）に示すように、第１揚重クレーン５でケーソン１外のステージ３上に吊り上げることにより地上に搬出される。この場合、第１排土バケット４Ａを作業室１３に吊り下ろす場合と逆の手順であり、すなわちマテリアルロック１２の図１に示す上側開閉扉１２Ａを閉じた状態で、ロック室１２Ｃ内に第１排土バケット４Ａを位置させ、下側開閉扉１２Ｂを閉じる。そして、ロック室１２Ｃの内圧を大気圧まで減圧した後、上側開閉扉１２Ａを開いてロック室１２Ｃと大気とを連通させてから、第１排土バケット４Ａをステージ３上に吊り上げられる。

次に、図３（ａ）に示すように、ステージ３上において、土砂が積まれている第１排土バケット４Ａと空の第２排土バケット４Ｂの吊り替えが行われる。すなわち、第１排土バケット４Ａを第２揚重クレーン２４で吊り上げて土砂ホッパ２５へ向けて移動させて排土する。ステージ３上において第２揚重クレーン２４で第１排土バケット４Ａを吊り上げられ、走行レール２３に沿って横移動させ架台２１内の反転機２６の上方位置で停止させて吊り下げられる。そして、反転機２６によって第１排土バケット４Ａの一部を掛止させた状態で反転させることで、その排土バケット４Ａ内の土砂を土砂ホッパ２５に排出する。
その後、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、空になった第１排土バケット４Ａをステージ３上に戻す。

一方、図３（ａ）に示す空の第２排土バケット４Ｂは、上述した図２（ａ）〜（ｃ）と同様の手順により、第１揚重クレーン５によって作業室１３内に下ろされて掘削土砂が積み込まれ（図３（ａ）参照）、さらにステージ３上に吊り上げられる（図３（ｃ）参照）。
そして、図４に示すように、第１揚重クレーン５と第２揚重クレーン２４によって排土バケット４Ａ、４Ｂの吊り替えを行い、空の排土バケット４Ａは作業室１３へ吊り下ろし、充な排土バケット４は排土設備２により土砂ホッパ２５内へ排出されるといった上述した排土工程が繰り返されることにより効率の良い排土を行うことができる。

なお、第１揚重クレーン５および第２揚重クレーン２４による排土バケット４の上げ下げや横移動などの操作は手動で行うものであるが、一定の動作となるので一部自動化させることも可能である。

次に、上述したニューマチックケーソン工法における排土方法の作用について、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施の形態では、マテリアルシャフト１４上に複数の排土バケット４を仮置き可能なステージ３を設け、そのステージ３において、掘削土砂積込み工程と土砂排出工程のそれぞれの工程を完了した排土バケット４を第１揚重クレーン５と第２揚重クレーン２４との間で受け渡しすることができる。そのため、掘削土砂積込み工程および土砂排出工程をそれぞれ別の揚重クレーン５、２４を使用して実施することが可能となり、双方の工程を並行して行うことができる。

したがって、例えば一方の掘削土砂積込み工程中に他方の土砂排土工程が実施できないといった作業待ち時間を低減することができ、施工効率の向上を図ることができる。
さらに、掘削土砂積込み工程と土砂排出工程とのそれぞれに要する作業時間に差が生じる場合には、排土バケット４の数量を増やすことで前記時間差を小さくすることが可能となり、設備の増設といったコストがかかる対応が不要になる利点がある。

また、本実施の形態では、マテリアルシャフト１４の直上に簡易なステージ３を設けることで、掘削土砂積込み工程により土砂が積み込まれた排土バケット４を第１揚重クレーン５によってマテリアルシャフト１４から吊り上げた直後にステージ３上に仮置きすることができ、第２揚重クレーン２４への掛け替えまでの時間を短縮することができ、作業の効率化を図ることができる。

上述のように本実施の形態によるニューマチックケーソン工法における排土方法では、従来の方法に簡易な設備を追加することにより掘削効率を向上させることができる。

以上、本発明によるニューマチックケーソン工法における排土方法の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

例えば、本実施の形態では、２つの排土バケット４Ａ、４Ｂを設けているが、排土バケット４の数量は２つに制限されず、３つ以上を設けるようにしてもよい。例えば、第１揚重クレーン５で吊る排土バケット４が作業室１３で土砂を積み込んで再びステージ３上に戻るまでの積込み時間が、第２揚重クレーン２４で吊る排土バケット４内の土砂を土砂ホッパ２５に排出して空にして再びステージ３上に戻る排出時間とほぼ同等であれば、上述したように２つの排土バケット４Ａ、４Ｂでよい。しかし、積込み時間が排出時間よりも大幅に短い場合には、積込み用の空の排土バケット４がステージ３上に無く待ち時間が発生することになるが、排土バケット４を３つ以上配置することで待ち時間を無くす、或いは短縮するようにしてもよい。さらに、排土設備２として、１つの排土バケット４のみを第２揚重クレーン２４で搬送する構成となっているが、２つの排土バケット４を同時または並行して土砂ホッパ２５に排出できる構成にするようにしてもよい。

また、本実施の形態では、ステージ３の支持部としてマテリアルロック１２（マテリアルシャフト１４）としているが、これらマテリアルロック１２（マテリアルシャフト１４）に限定されることはなく、例えば排土設備２などのマテリアルロック１２（マテリアルシャフト１４）とは別の部分よって支持されるようにしてもよい。さらに、マテリアルロック１２（マテリアルシャフト１４）とは別体で複数の排土バケット４を配置可能なステージを設けるようにしてもよい。
なお、本実施の形態では、排土バケット用の中間仮置き部としてステージ３を対象としているが、他の形態としてもよい。例えば、ケーソン１の躯体の一部のスペースを利用した中間仮置き部であってもかまわない。

さらに、第１揚重クレーン５および第２揚重クレーン２４の構成は、本実施の形態に限定されることはない。本実施の形態の第１揚重クレーン５は、排土設備２とは別体で設けられる支柱５１の上部に備えられているが、これに限らず、例えば排土設備２に第１揚重クレーン５と第２揚重クレーン２４の両方を備えた構成とすることもできる。

さらにまた、本実施の形態では土砂排出部として土砂ホッパ２５を採用しているが、これに限定されることはなく、単に山積みされるような土砂排出ヤードであってもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１ ケーソン
２ 排土設備
３ ステージ（中間仮置き部）
４、４Ａ、４Ｂ 排土バケット
５ 第１揚重クレーン
１１ 床板
１２ マテリアルロック
１２Ａ 上側開閉扉
１２Ｂ 下側開閉扉
１３ 作業室
１４ マテリアルシャフト
１５ 天井走行ショベル
２１ 架台
２２ 張出部
２３ 走行クレーン
２４ 第２揚重クレーン
２５ 土砂ホッパ（土砂排出部）

Claims (2)

1. ケーソンの床板下方を気密状態で圧気された作業室とし、マテリアルシャフト内を通過可能な排土バケットに前記作業室内で掘削した土砂が積み込まれるとともに、前記排土バケットに積み込まれた土砂を所定の土砂排出部に排出するニューマチックケーソン工法における排土方法であって、
   前記マテリアルシャフト上に複数の前記排土バケットを配置するスペースを有する中間仮置き部と、
   前記マテリアルシャフト内で前記排土バケットを吊り下ろし前記中間仮置き部と前記作業室内との間の範囲で移動させるための第１揚重クレーンと、
   前記中間仮置き部と前記土砂排出部との間の範囲で前記排土バケットを移動させるための第２揚重クレーンと、
   を備え、
   前記第１揚重クレーンを使用し前記作業室で前記排土バケットに掘削土砂を積込み、その積み込んだ前記排土バケットを前記中間仮置き部に吊り上げる掘削土砂積込み工程と、前記第２揚重クレーンを使用し前記中間仮置き部にある土砂が積み込まれた前記排土バケットを前記土砂排出部へ移動させて排出する土砂排出工程と、が並行作業により行われることを特徴とするニューマチックケーソン工法における排土方法。
2. 前記中間仮置き部は、前記マテリアルシャフトに支持されたステージであ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おける排土方法。

Images