JP2521032B2 - 圧気ケ―ソン - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地下構造物、例えば橋
脚やビルディング等の基礎あるいは地下室等を、いわゆ
るニューマチックケーソン工法で構築する際に用いられ
る圧気ケーソンの改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】いわゆるニューマチックケーソン工法で
は、図５に示すように、筒状をなす函体（20）の下部に
圧力隔壁（21）を水平配設して気密な掘削作業室（22）
が形成される。この掘削作業室（22）に、図示しない送
気管から圧縮空気を送気し、当該室内を地下水圧に対抗
し得る程度の高圧雰囲気に維持しながら地盤を人力若し
くは機械力で掘削することにより、圧気ケーソン（24）
をその自重で沈下させている。

【０００３】このような圧気ケーソン（24）では、水平
に沈下させるために掘削作業室（22）内の地盤を均等に
掘削する必要があるが、実際には、掘削作業室（22）が
広いために均等に掘削するのは容易ではなく、そのため
圧気ケーソン（24）が僅かに傾斜する場合がある。

【０００４】しかし、圧気ケーソン（24）が傾くと、掘
削作業室（22）内の高圧空気が函体（20）の刃先（20
ａ）下方を通って函体（20）の外方に噴出し易くなる。
このように高圧空気が噴出すると、函体（20）外方の地
盤が崩壊したり或いは地表面から土砂が吹き上げたりし
て周辺の既設構造物を破壊するおそれがある。また、噴
出した高圧空気が地盤を通る際に未酸化鉱物と化合して
酸欠空気となり、付近のトンネル等の地下構造物に噴出
して酸欠事故を起こすおそれもある。。

【０００５】このような不具合を防止するための圧気ケ
ーソンとして、近年、図６に示すような二重壁構造の圧
気ケーソン（25）が開発されている（特開平4−60023号
公報参照）。

【０００６】このタイプの圧気ケーソン（25）では、内
側函体（26）及び外側函体（27）（何れも筒状をなす）
が二重に配置されると共に、両函体（26）（27）間の空
間にその全周にわたって圧力隔壁（28）が水平配設され
る。そして、この圧力隔壁（28）の下方空間は、送気管
（図示省略）に連結した高圧の掘削作業室（29）とされ
る。また、内側函体（26）の刃先（26ａ）は、外側函体
（27）の刃先（27ａ）よりも上方に位置するよう高さｈ
だけ切除されている。

【０００７】このような構造の圧気ケーソン（25）であ
れば、両函体（27）間の地盤のみを掘削すればよいの
で、図５に示す圧気ケーソン（24）と比べて掘削面積が
著しく狭くなり、掘削労力を大きく低減させることがで
きる。また、掘削面積が少ないために均等に掘削するこ
とができ、従って、圧気ケーソン（25）を傾斜させるこ
となく確実に水平沈下させることが可能である。万一圧
気ケーソン（25）が傾いても、掘削作業室（29）内の高
圧空気は、矢印Ｐで示すようように、内側函体（26）の
刃先（26ａ）を通って内側函体（26）の内方に噴出し、
外側函体（27）の外方に噴出することはない。従って上
記不具合を回避することが可能となる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、二重壁構造
の圧気ケーソン（25）を支持反力の少ない軟質地盤に設
置すると、ケーソンが自然沈下し、図７に示すように、
内側函体（26）及び外側函体（27）の刃先（26ａ）（27
ａ）が両函体（26）（27）間の地盤（30）（以下、内部
地盤と称する）に貫入する場合がある。この場合には内
側函体（26）の刃先（26ａ）周辺が土砂で覆われるた
め、当該刃先（26ａ）周辺の通気性が大きく低下する。

【０００９】その一方、実際の地盤は、複数種類の地層
が複雑に折り重なって形成されており、掘削作業中に外
側函体（27）の刃先（27ａ）が砂質層等の通気性の高い
層（31）に覆われる場合がある。この場合において、何
らかの理由、例えば掘削作業室（29）内が過剰圧になる
等の理由で高圧空気が室外に逃げようとすると、この高
圧空気はより通気性の高い砂質層（31）を通って外側函
体（27）の外方に噴出し、この結果上述した不具合を引
き起こすようになる。

【００１０】そこで、本発明は、内側及び外側函体の双
方の刃先が地盤に貫入した場合にも、掘削作業室内の高
圧空気を確実に内側函体の内方に導くことのできる圧気
ケーソンの提供を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的の達成のため、
本発明では、筒状の内側函体と、この内側函体の外方に
配した筒状の外側函体とを有し、両函体間の空間に圧力
隔壁を設けて当該空間を上下に気密に区画すると共に、
圧力隔壁の下方に高圧の掘削作業室を形成したものにお
いて、内側函体の下端部に、その外方面に開口する排気
孔をその高さを異ならせて複数設けると共に、各排気孔
を排気路を介して内側函体の内方面に連通させ、且つ、
各排気孔に空気の流通を開放・閉塞する空気流量制御手
段を設けた。

【００１２】排気路の末端を、掘削作業室よりも上方で
内側函体の内方面に連通させてもよい。

【００１３】また、筒状の函体の下方に圧力隔壁を設け
て当該函体の内方空間を上下に気密に区画し、圧力隔壁
の下方に高圧の掘削作業室を形成したものにおいて、圧
力隔壁の下方に脚壁部を設け、当該脚壁部に、掘削作業
室に高さを異ならせて複数の排気孔を設けると共に、各
排気孔を函体の内方面に連通させ、且つ、各排気孔に空
気の流通を開放・閉塞する空気流量制御手段を設けた。

【００１４】

【作用】予想自然沈下量を考慮してこの範囲内にある空
気量制御手段を開くと共に、残りの空気量制御手段を閉
じ、この状態で圧気ケーソンを軟弱地盤上に設置する。
設置した圧気ケーソンが自然沈下し、外側函体及び内側
函体の刃先が内部地盤中に貫入した後、掘削作業室を高
圧に維持しながら両函体間の地盤を掘削する。掘削作業
室内が過剰圧となると、高圧空気は、外側函体の刃先よ
りも近くに位置する内側函体の排気孔、即ち、内部地盤
に埋没した排気孔のうち最上方の排気孔に流入し、この
後、排気路を介して内側函体の内方に噴出する。なお、
複数の排気孔をその高さを異ならせて設けているので、
土質等の作業条件により圧気ケーソンの自然沈下量が変
化する場合にも容易に対応可能である。

【００１５】掘削作業室は、地下水圧に対抗し得る程度
の高圧雰囲気下にある。一方、掘削作業室よりも上方に
位置する地盤の水圧は、掘削作業室の内圧に比べて低
い。従って、排気路の末端を、掘削作業室よりも上方で
内側函体の内方面に開口させれば、排気孔に流入した高
圧空気を、圧力差によりスムーズに内側函体の内方に導
くことができる。

【００１６】単壁構造の圧気ケーソンでは、圧気ケーソ
ンが自然沈下すると、脚壁部の下端部及び函体の刃先が
内部地盤中に貫入する。従って、二重壁構造のケーソン
の場合と同様に、過剰圧となった高圧空気は、内部地盤
に埋没した開放状態の排気孔に流入して函体の内方面に
噴出する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図１乃至図４に基づ
いて説明する。

【００１８】図１（ａ）に示すように、本発明にかかる
圧気ケーソン（１）は、図６に示す圧気ケーソンと同様
の二重壁構造をなすもので、角筒状の内側函体（２）
と、この内側函体（２）の外方に配置された同じく角筒
状をなす外側函体（３）とを具備している。両函体
（２）（３）間の空間の下部には、当該空間を上下に気
密に区画する圧力隔壁（５）が設けられ、この圧力隔壁
（５）の下方に、圧力隔壁（５）、両函体（２）（３）
及び内部地盤（６）とで区画される掘削作業室（７）が
形成されている。掘削作業室（７）には、図示しない送
気管が接続されており、この送気管から供給される高圧
空気によって掘削作業室（７）内が地下水圧に対抗でき
る程度の高圧に維持されている。本発明では、両函体
（２）（３）の刃先（2a）（3a）の位置関係は従来品の
ように限定されるものではない。即ち、何れか一方の刃
先を他方よりも上方に配置してもよく、また、双方を同
一高さに配置してもよい。

【００１９】なお、図中の（８）は、掘削した土砂をケ
ーソン（１）外に搬出するためのマテリアルロック及び
作業員の昇降用のマンロックである。

【００２０】図１（ｂ）に示すように、内側函体（２）
下部には、その外方面（外側函体（３）と対向する面）
に開口する排気孔（10ａ）〜（10ｆ）が高さを異ならせ
て複数形成されている。また、内側函体（２）の下部に
は、各排気孔（10ａ）〜（10ｆ）と連通する排気路（1
1）が設けられており、この排気路（11）の末端は斜め
上方に延びて内側函体（２）の内方面（12）に開口して
いる。排気路（11）の末端は、空気の排出をスムーズに
行なうべく掘削作業室（７）の内圧よりも低い水圧を有
する部分、即ち掘削作業室（７）よりも上方に開口部
（11ａ）を備えている。この排気孔（10ａ）〜（10ｆ）
及び排気路（11）は、これらを一組として内側函体
（２）の全周にわたって複数組設けられている。

【００２１】各排気孔（10ａ）〜（10ｆ）には、空気の
流通を開放・閉塞する空気流量制御手段、例えばバルブ
（図示省略）が設けられる。このバルブは、掘削作業室
（７）内の作業員（13）に直接操作させる他、自動掘削
に対応可能となるよう遠隔操作可能に構成してもよい。

【００２２】なお、一つの排気路（11）に設ける排気孔
の数は任意である。また、上述のように排気路（11）を
各排気孔（10ａ）〜（10ｆ）で共用するほか、図２に示
すように、各排気孔（10）にそれぞれ独立して排気路
（11）を接続し、各排気路（11）の末端をそれぞれ内側
函体（２）の内方面（12）に開口させてもよい。即ち、
各排気孔（10ａ）〜（10ｆ）が内側函体（２）の内方面
（12）と連通するのであれば、排気路（11）の形状、本
数等は特に問わない。また、図３に示すように、排気路
（11）を複数の横管（11ａ）と、各横管（11ａ）と連結
した縦管（11ｂ）とで構成し、各横管（11ａ）に複数の
開口穴を設けてこの開口穴を排気孔（10）に連通させて
もよい。この構造であれば、排気路（11）として用いら
れる管材の使用量を削減することが可能となる。

【００２３】以下、図１に示す圧気ケーソン（１）を軟
弱地盤に沈設する際の作業手順を説明する。

【００２４】まず、各排気孔（10ａ）〜（10ｆ）のう
ち、予想される自然沈下量（ｔ）の範囲内にある排気孔
（10ａ）〜（10ｄ）のバルブを開き、その他のバルブを
閉じて圧気ケーソン（１）を地盤上に設置する。これに
より、圧気ケーソン（１）が自然沈下し、両函体（２）
（３）の刃先（2a）（3a）が内部地盤（６）に所定量
（ｔ）だけ貫入する。圧気ケーソン（１）の静止後、実
際の沈下量が予想沈下量（ｔ）よりも少なく、そのため
内部地盤（６）の表面が、開放状態の排気孔（10ａ）〜
（10ｄ）のうち最上方に位置する排気孔（10ｄ）よりも
下方に位置するのであれば、当該排気孔（10ｄ）のバル
ブを閉じて高圧空気の漏出を防止する。その反対に、実
際の沈下量が予想沈下量（ｔ）よりも大きく、そのため
内部地盤（６）の表面が、閉塞状態の排気孔（10ｅ）
（10ｆ）のうち最下方の排気孔（10ｅ）よりも上方に位
置するのであれば、当該排気孔（10ｅ）のバルブを開
く。

【００２５】次いで送気管から圧縮空気を供給し、掘削
作業室（７）内を地下水圧に対抗できる程度の高圧雰囲
気にする。この状態で掘削作業室（７）内の作業者（1
3）若しくは自動掘削機が内部地盤（６）を掘削する
と、圧気ケーソン（１）が徐々に沈下する。掘削に伴っ
て土質が変化し、そのため自然沈下量（ｔ）が変動した
場合は、内部地盤（６）中の排気孔が開放状態になり、
その他の排気孔が閉塞状態となるよう作業者が各排気孔
（10ａ）〜（10ｆ）のバルブを適宜操作する。

【００２６】図示の状態で、何らかの理由、例えば掘削
作業室（７）が過剰圧になる等の理由で高圧空気が室外
に逃げようとすると、この高圧空気は、内部地盤（６）
の表層部を通気して内部地盤（６）の表面直下に位置す
る排気孔（10ｄ）に流入し、排気路（11）を通って内側
函体（２）の内方面（12）に噴出する。この時、外側函
体（３）の刃先（3a）近傍に通気性のよい砂質層があっ
ても、当該刃先（3a）は排気孔（10ｄ）に比べて内部地
盤（６）の表面から遠く離れているため、高圧空気は砂
質層を通気せずに排気孔（10ｄ）に流入する。従って、
地質条件とは無関係に、常時高圧空気を内側函体（２）
の内方に導くことが可能となる。また、本発明では、排
気路（11）の末端を掘削作業室（７）の上方に開口させ
ているので、圧力差により、高圧空気は逆流することな
くスムーズに内側函体（２）の内方に排出される。

【００２７】なお、空気流量制御手段としては、バルブ
の他、空気の流通を開放・閉塞し得る他のあらゆる手段
が使用可能である。例えば、排気孔（10ａ）〜（10ｆ）
の内径面と密着する形状の棒状体を排気孔（10ａ）〜
（10ｆ）に抜き差したり、あるいは、排気孔（10ａ）〜
（10ｆ）を閉塞し得る蓋状体を脱着することにより、排
気孔（10ａ）〜（10ｆ）を開放・閉塞してもよい。棒状
体や蓋状体は、バルブに比べてコスト的に安価であるの
で排気孔（10ａ）〜（10ｆ）が多数設けられている場合
に好適であるが、密閉性等の動作の確実性の点で劣るの
でこれが要求される場合はバルブを用いるのが望まし
い。

【００２８】図４は、本発明を図５に示す単壁構造の圧
気ケーソンに適用した場合の実施例である。このタイプ
の圧気ケーソン（1'）は、特にケーソンが小型であり、
二重壁構造としてもほとんど掘削量を低減させることが
できず、却ってコスト高となる場合に有用である。

【００２９】圧力隔壁（5'）の下面には、筒状をなす函
体（15）の対向二壁間を横断して脚壁部（16）が形成さ
れる。脚壁部（16）の下部は、下方に向けて幅狭となる
断面三角形型に形成されており、その内部には、函体
（15）の内方面（12）、即ち圧力隔壁（5'）の上面に両
端部を開口させたＶ字型の排気路（11）が脚壁部（16）
の延設方向に沿って等間隔に複数設けられている。この
脚壁部（16）、圧力隔壁（5'）、函体（15）及び内部地
盤（６）で区切られた空間は掘削作業室（７）となる。
各排気路（11）には、複数の排気孔（10）が縦並びに設
けられており、さらに各排気孔（10）には、バルブ等の
空気流量制御手段（図示省略）が設けられている。

【００３０】この構成によっても、図１に示すものと同
様に、掘削作業室（７）内から漏れた高圧空気を、排気
孔（10）及び排気路（11）を介して函体（15）の内方に
導くことができ、従って、当該高圧空気が函体（15）の
外側に噴出するのを防止することが可能となる。

【００３１】

【発明の効果】このように、本発明によれば、内側及び
外側函体の双方の刃先が内部地盤に貫入した場合にも、
掘削作業室内の高圧空気を、内部地盤中に埋没した開放
状態の排気孔を介して確実に内側函体の内方に排出する
ことができる。従って、外側函体の刃先の周辺の土質と
は無関係に、高圧空気の外側函体外方への噴出を防止す
ることができ、この噴出空気による周辺構造物の破壊や
酸欠事故の発生等を回避することが可能となる。また、
圧力隔壁の下方に脚壁部を設け、当該脚壁部に、高さを
異ならせて複数の排気孔を設けると共に、各排気孔を函
体の内方面に連通させ、且つ、各排気孔に空気の流通を
開放・閉塞する空気流量制御手段を設けても、同様の効
果を得ることができる。

【００３２】排気路の末端を掘削作業室よりも上方で内
側函体の内方面に開口させれば、高圧空気の排出をスム
ーズに行なうことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を二重壁構造の圧気ケーソンに適用した
場合の一実施例を示す断面図（ａ）、及び、（ａ）図中
のＡ部分の拡大図である。

【図２】本発明の他の実施例を示す拡大断面図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す図であり、掘削作業
室からみた内側函体下部の正面図である。

【図４】本発明を単壁構造の圧気ケーソンに適用した場
合の実施例を示す断面図（ａ）、及び、（ａ）図中のB
−B線での断面図（ｂ）である。

【図５】従来の単壁構造のケーソンの断面図である。

【図６】従来の二重壁構造のケーソンの断面図である。

【図７】内側及び外側函体の双方の刃先が内部地盤に貫
入した場合を示す拡大断面図である。

【符号の説明】

１ 圧気ケーソン ２ 内側ケーソン ３ 外側ケーソン ５ 圧力隔壁 ６ 内部地盤 ７ 掘削作業室 10 排気孔 11 排気路 12 内方面 16 脚壁部

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 筒状の内側函体と、この内側函体の外方
   に配した筒状の外側函体とを有し、両函体間の空間に圧
   力隔壁を設けて当該空間を上下に気密に区画すると共
   に、圧力隔壁の下方に高圧の掘削作業室を形成したもの
   において、 前記内側函体の下端部に、その外方面に開口する排気孔
   を高さを異ならせて複数設けると共に、各排気孔を排気
   路を介して内側函体の内方に連通させ、且つ、各排気孔
   に空気の流通を開放・閉塞する空気流量制御手段を設け
   たことを特徴とする圧気ケーソン。
2. 【請求項２】 前記排気路の末端を、掘削作業室よりも
   上方で内側函体の内方面に開口させたことを特徴とする
   請求項１記載の圧気ケーソン。
3. 【請求項３】 筒状の函体の下方に圧力隔壁を設けて当
   該函体の内方空間を上下に気密に区画し、圧力隔壁の下
   方に高圧の掘削作業室を形成したものにおいて、 前記圧力隔壁の下方に脚壁部を設け、当該脚壁部に、高
   さを異ならせて複数の排気孔を設けると共に、各排気孔
   を函体の内方面に連通させ、且つ、各排気孔に空気の流
   通を開放・閉塞する空気流量制御手段を設けたことを特
   徴とする圧気ケーソン。