JP3595906B1

JP3595906B1 - 浮力調整装置及びその使用方法

Info

Publication number: JP3595906B1
Application number: JP2003358010A
Authority: JP
Inventors: 松木田正義; 三浦久; 高久雅喜; 外山雅昭
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2003-10-17
Filing date: 2003-10-17
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2023-10-17
Also published as: JP2005120741A

Abstract

【課題】気密空間の底面から浸入する水の水面位置を調整することによって容易に浮力を調整できる浮力調整装置を提供すること。
【解決手段】水中構造物に浮力を付与するための浮力調整装置であって、底面のみが開口された気密空間を形成し、底面から浸入する水の水面位置を調整することにより浮力を調整することを特徴とするものである。ここで、前記気密空間は、側面を外側から水圧が作用しても形状が保持できる遮蔽体で形成し、上面は前記水中構造物に貼り付けた気密材で形成し、前記遮蔽体と気密材の間を気密構造とすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、水中に配置する構造物の浮力を調整するための浮力調整装置及びその使用方法に関するものである。

水底に設置する水中構造物の一例に水底トンネルがある。水底トンネルの構築方法として、従来から函体を水底に並べて連結し、水底トンネルを構築する沈埋工法がある。
沈埋工法では、製作ヤードで構築した函体を、目的地まで曳航して沈設することによって水底トンネルを構築する。通常、沈設する函体は、１００ｍ〜１４０ｍ程度の長さを有するため、造船所のドックのような大規模な製作ヤードを工事現場付近に構築して函体を製作していた。ここで製作した函体は、重量が大きすぎて通常のクレーン等で持ち上げることができないため、函体の前後の開口部を隔壁（バルクヘッド）で塞いで、水上に浮かべて曳航することで目的地まで運搬していた。
沈設予定地の水上まで曳航された沈埋函は、隔壁に囲まれた函体内部に設けたバラストタンクに水を注入することで、徐々に水底に沈められる。ここで、バラストタンクをゴム製のシートによって袋状に製作する発明が特許文献１に開示されている。
また、気体を充填した袋状の浮きで函体を吊り下げる発明が特許文献２に開示されている。
特開２０００−２５７０９３号公報特公平５−１４０７６号公報

前記した従来の沈埋函の沈設方法にあっては、次のような問題点がある。
＜１＞特許文献１に記載されているようにゴムシートの袋体を使用してバラストタンクを製作した場合、注水用の他に排気用の弁を設けるなど複雑な構造にする必要がある。また、変形を制御するために枠体を取り付けたり、補強シートを使用したりする必要がある。このようにして製作される袋状のバラストタンクは、製作コストが高くなるが、注水できる量は限られているため、必要に応じてたくさんのバラストタンクを沈埋函の内部に取り付けなければならない。
＜２＞袋状の浮体によって函体の浮力調整をおこなった場合、水深によって内圧が変化するため、浮力体の使用可能深さに制限を受ける。また、外水圧が大きくなって浮力体の体積が減少する分を補うために、浮力体の数を増やす必要がある。
＜３＞袋状の浮きで函体を吊り下げる場合、浮力を後から調整することはできない。

上記のような課題を解決するために、本発明の浮力調整装置は、延伸方向の両端部に開口部を有する水中構造物に浮力を付与するための浮力調整装置であって、前記水中構造物の開口部を部分的に遮蔽する可撓性材料からなる気密性の遮蔽材と、前記遮蔽材と連続するように水中構造物の内壁面に貼り付けた気密材と、によって気密空間を形成し、前記遮蔽材を、前記開口部の上部から下部、上部から側部又は側部間に掛け渡した支持材で支持したことを特徴とするものである。
また、上記したいずれかに記載の浮力調整装置に、前記気密空間の開口された底面から気体を供給するための送気管を配置することができる。

また、本発明の浮力調整装置の使用方法は、上記したいずれかに記載の浮力調整装置を備えた水中構造物をクレーン等で吊り下げ、前記気密空間の底面から気体を供給することによって前記水中構造物に浮力を付与する方法である。

本発明の水底トンネルの構築方法は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞沈設する函体の内空をバラストタンクとして有効に利用できる。
＜２＞破壊による撤去作業が必要なコンクリート製の隔壁を使用しないため、隔壁の構築及び撤去作業を省略することができる。
＜３＞浮力体となる気密空間の内外圧差が、気密空間の高さに相当する静水圧となるため、沈設・移動をおこなう水深に関わらず使用できる。
＜４＞浮力の調整は、気密空間内部の水位で管理ができるため、管理が容易である。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

＜１＞浮力調整装置
浮力調整装置は、水中構造物に浮力を付与するための装置である。浮力調整装置は底面のみが開口された気密空間によって構成される。
気密空間の外周は、後述する遮蔽体、遮蔽材２、気密材２１又は水中構造物の内壁面によって形成し、底面のみは下方から自由に水が浸入できるように開口しておく。そして、底面から浸入した水の水面位置を調整することによって浮力を調整する。

＜２＞水中構造物
水中構造物は、水中又は水底に設置する構造物である。例えば、水底トンネルを構築するための函体である貫通型函体１がこれに相当する。また、貫通型函体１を、底板部、側壁部、天井部などに分割して沈設する場合は、それぞれの部材が水中構造物となる。
貫通型函体１の断面形状は矩形、楕円形など任意に選択することができる。通常は、図２に示すようなボックスカルバート型の矩形断面の貫通型函体１が使用される。また、貫通型函体１の底板部は、必要に応じて側壁から突出させたフーチング形状とすることができる。
貫通型函体１は、延伸方向の両端部が開口部１１となる函体である。このため、水中に沈めた場合に、函体の内部に外部から自由に水が浸入することができる。貫通型函体１の函体長は、例えば２０〜３０ｍ程度にする。本発明で使用する貫通型函体１は、クレーンで吊り上げて運搬できる程度の大きさに製作するのが好ましい。

貫通型函体１の貫通方向の端部には、例えば突起部５１，５２又は陥没部を形成して嵌合形状とするのが好ましい。例えば、貫通型函体１の一方の端面の一部を突起させて構築し、その表面にゴムシートなどの緩衝材を貼り付けて矩形せん断キー型の突起部５１を形成する（図２参照）。また、鋼管などを端面に埋め込んで筒状の突起部５２を設ける。そして、貫通型函体１の他方の端面に、突起部５１や突起部５２に嵌合する陥没部を設ける。このようにしておけば、同じ貫通型函体１を複数、接合するのであれば、既設の貫通型函体１の例えば陥没部に新設の貫通型函体１の突起部５１，５２を嵌合させることで、せん断力に抵抗可能な接合部を構築することができる。この突起部５１，５２と陥没部は同じ側の端面に設けても良い。その場合は、接合する貫通型函体１の対向する部分が、突起部５１，５２と陥没部の組み合わせとなるようにすればよい。

＜３＞遮蔽体
遮蔽体は、貫通型函体１の２つの開口部１１を部分的に遮蔽する部材である。部分的に遮蔽するとは、開口部１１の全面を遮蔽して完全に水の浸入を防ぐのではなく、例えば開口部１１の下部を開けたままの状態にすることをいう。このため、遮蔽体は開口部１１付近の上部及び側部壁面には固定されているが、下端は床板に達することはなく、遮蔽体の下端と貫通型函体１の床板の隙間から自由に外水が浸入できる構造となる。
遮蔽体は、外側から水圧が作用しても形状が保持できるように構成する必要がある。ここで、「形状が保持できる」とは、変形をまったく許さないことを表すものではなく、所望する内空の大きさが確保できる程度に形状が維持できることを表すものである。よって、遮蔽材２のみで形状が保持できる場合は、遮蔽体を遮蔽材２のみで構成することができ、遮蔽材２の材質によって後述する支持材３を配置する。

例えば遮蔽材２は、設置及び撤去が容易なシートなどの可撓性材料、鋼板などの板材で製作することができる。遮蔽材２は、気密空間の内部に注入又は存在する気体が外部に漏れ出さないような材料である必要があるため、気密性に優れた気密材２１を使用する。気密材２１としては、例えば塩化ビニル製膜構造部材などを用いることができる。
また、遮蔽材２は、沈設中に水圧を受けることになるため、補強シートなどの補強材２２で水圧に耐えられる部材としておく必要がある。例えば、可撓性の気密材２１と補強材２２を貼り合わせて二重構造の遮蔽材２とすることができる。補強材２２としては、例えばポリエステル繊維シート製膜構造部材などを用いることができる。

また、貫通型函体１の天板や側壁に遮蔽材２を固定した部分から気体の漏出が起きないように、遮蔽材２の固定には気密構造の固定方法を採用する。例えば、遮蔽材２の端部を連続して押さえ付けるプレート２４と埋込みボルト２３を組み合わせて遮蔽材２を固定する（図４参照）。
貫通型函体１の内壁面の仕上げ状態によっては、遮蔽材２と貫通型函体１の内壁面に囲まれた空間に気体を保持することができるが、内壁面の気密性が低い場合は、天板や側壁などの内壁面に気密材２１を貼り付けて、気密空間の気密性を向上させることが好ましい。この場合は、壁面に貼り付けた気密材２１の端部と遮蔽材２の端部は連続させる（図４参照）。

＜４＞支持材
支持材３は、遮蔽材２を支持するために配置する部材である。遮蔽材２には沈設中に外水圧が作用するため、遮蔽材２が可撓性材料でできている場合は外水圧やその変化によって遮蔽材２が変形したり、大きく撓んで気密構造の固定部が破損したりするおそれがある。このような事態を防ぐために支持材３を配置して遮蔽材２を支持する。
支持材３には、例えばワイヤーケーブルや鋼棒などが使用できる。例えば遮蔽材２の表面に筒状の係留部３１を間隔を置いて複数取り付け、係留部３１の内部に支持材３を挿通して開口部１１の上部から下部に支持材３を掛け渡す（図２，３参照）。支持材３の配設方向は、上下間に限定されるものではなく、上部と側部を斜めに連結したり、側部間を連結したりすることもできる（図示せず）。

＜５＞送気管
送気管４は、気密空間の内部に気体を送り込む器具である。送気管４の側面には、１箇所又は複数箇所の排気口４１を設けておき、接続したエアホース４２などを通じて送り込んだ気体を排気口４１から気密空間の内部に供給する。エアホース４２には、船上や陸上に配置したコンプレッサなどから圧縮空気などの気体を送り込む。送気管４は遮蔽材２の下端と貫通型函体１の底板の隙間から挿入し、底板上に設置することができる。
貫通型函体１は内部に外水の浸入を許す貫通構造であるため、送気管４から送り込む気体の量によって貫通型函体１の水中重量を調節することができる。すなわち、送気管４から気体を送り込むと、函体内部に滞留していた内水が遮蔽材２の下端と貫通型函体１の底板の隙間から排出され、函体内部の水位４３が低下する。この結果、貫通型函体１の水中重量が排水された水の分だけ軽くなり、沈降時の函体のバランスをとったり、沈降速度を調整したりすることができる。また、水深が深くなり水圧が上昇しても、気体を送り込まなければ、水位４３は徐々に増加し、浮力が徐々に小さくなるが、気体を送り込むことによって、一定の浮力を維持することもできる。

＜６＞止水材
止水材は貫通型函体１同士の接合部の止水性を高めるために函体の端部に配置する。止水材として、例えば一次止水材６１と二次止水材を使用することができる。
一次止水材６１は、例えば貫通型函体１同士が接する端面に配置する線状の止水シールで、図２に示すように貫通型函体１の端面に環状に取り付ける。一次止水材６１には、ゴムシールやガスケットなど公知の止水材料が使用できる。この一次止水材６１は、貫通型函体１を既設の貫通型函体１に押し付けたときに函体の自重や慣性力や引き寄せ力などで変形して止水性を発揮する。
二次止水材は、例えば仮接合が完了して、貫通型函体１内部を排水した後に内部から取り付ける止水材である。例えば、断面Ω型の止水ゴムが使用できる。二次止水材は、貫通型函体１，１間を跨ぐように取り付ける。

以下、図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。

＜１＞函体の製作
貫通型函体１は、陸上の製作ヤードで製作する。製作ヤードには、流体圧を利用したウォータキャスタやローラコンベヤなどの移送装置を設置する。そして、貫通型函体１の床板、側壁、天井を順に流れ作業で製作する。この際、先に製作した貫通型函体１の端面を型枠にして次の貫通型函体１を製作するマッチキャスト方法を採用すれば、接合部を精度よく製作することができる。
躯体が完成した貫通型函体１の開口部１１に遮蔽材２及び支持材３を取り付け、必要に応じて気密材２１を内壁に貼り付けて貫通型函体１とする。また、貫通型函体１には送気管４を配管して内部に気体を送り込めるようにしておく。
完成した貫通型函体１は吊りワイヤ７１などを使用してクレーンなどで吊り上げて目的地まで運搬する。

＜２＞函体の沈設（図１）
貫通型函体１を沈設する場所は、必要に応じて予め浚渫又は掘削し、基礎砕石や袋状のモルタルパックなどを敷設しておく。
貫通型函体１を沈設場所の上方まで運搬した後に沈設をおこなう。沈設前に送気管４の端部にエアホース４２を接続する。貫通型函体１は、遮蔽材２の下端と床板の隙間から外水が自由に浸水できる構造であるため、沈設を始めると外水が貫通型函体１の内部に浸入し、内部の水位４３が徐々に上昇し始める。この水位４３の上昇に伴って貫通型函体１の水中重量が増し、函体は徐々に沈降していく。
貫通型函体１の遮蔽材２で仕切られた空間にコンプレッサからエアホース４２を介して送り込む気体の量によって、内部の水位４３を調節して函体の浮力を調整することができる。函体内部の水位４３は、函体内部に設置した波高計によって計測することができる。また、水位調整は、函体内部の気体の圧力を測定する圧力計の計測値を見ながらおこなうことができる。このように、函体内部の水位４３を調整しながら沈降させることで、貫通型函体１を正確な位置に容易に軟着底させることができる。
また、本発明の浮力調整装置は、浮力体となる気密空間の内外圧差が気密空間の高さに相当する静水圧となるため、沈設・移動をおこなう水深の深さに関わらず使用できる。

＜３＞函体の接合
予め水底に沈設しておいた既設の貫通型函体１の隣に、貫通型函体１を沈設する。例えば、既設函体に仮受け部を設けて、少し離れた位置に沈降する貫通型函体１の仮受け部に係合させる。そして、公知の引寄せジャッキなどを使用して既設函体側に貫通型函体１を引き寄せて接合する。ここで、貫通型函体１と既設函体の端面に、突起部５１，５２及び陥没部が設けてある場合は、両者を嵌合させて接合する。
貫通型函体１と既設函体が衝突すると、一次止水材６１が変形して一次止水が完了する。貫通型函体１と既設函体の間には連結鋼棒等を配置して仮接合をおこなう。
貫通型函体１を沈設した後に貫通型函体１の下部に基礎モルタル等を注入して基礎を構築するが、基礎モルタルの強度が充分に発現するまでは、函体内部に注入した気体をそのまま残して過大な接地圧が作用しないようにすることができる。
以上で述べた貫通型函体１の沈設・接合を繰り返して水底トンネルを延伸していく。ここで水底トンネルの延伸に際して、所定の間隔ごとに一方の開口部１１に隔壁を設けた函体を配置する。そして２つの隔壁に仕切られた範囲内を排水してから二次止水をおこなう。排水は、例えば送気管４を利用しておこなうことができる。また、二次止水は、水底トンネルの内部から貫通型函体１，１間の接合部を跨ぐように二次止水材を取り付けることでおこなう。
そして、複数の貫通型函体１を躯体内部に通したＰＣ鋼線によってプレストレスを導入することで一体化する。また、構築した水底トンネルは、必要に応じて覆土する。

本発明の浮力調整装置の実施例の説明図。浮力調整装置を備えた貫通型函体の実施例の斜視図。浮力調整装置を備えた貫通型函体の実施例の正面図。遮蔽材の固定部の実施例の拡大説明図。

符号の説明

１・・・貫通型函体
１１・・開口部
２・・・遮蔽材
２１・・気密材
２２・・補強材
３・・・支持材
４・・・送気管
４１・・排気口

Claims

延伸方向の両端部に開口部を有する水中構造物に浮力を付与するための浮力調整装置であって、
前記水中構造物の開口部を部分的に遮蔽する可撓性材料からなる気密性の遮蔽材と、
前記遮蔽材と連続するように水中構造物の内壁面に貼り付けた気密材と、によって気密空間を形成し、
前記遮蔽材を、前記開口部の上部から下部、上部から側部又は側部間に掛け渡した支持材で支持したことを特徴とする、
浮力調整装置。
前記気密空間の開口された底面から気体を供給するための送気管を配置したことを特徴とする、請求項１記載の浮力調整装置。
請求項１又は２に記載の浮力調整装置を備えた水中構造物をクレーンで吊り上げ、
前記気密空間の底面から気体を供給することによって前記水中構造物に浮力を付与する、
浮力調整装置の使用方法。