JP3658728B2 - 沈埋函の方向修正装置および方向修正方法 - Google Patents
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Description
【発明が属する技術分野】
本発明は、沈埋トンネル用沈埋函の沈設工法に係り、より詳しくはトンネル法線に対する新設函の後端の水平方向のずれを修正するための沈埋函の方向修正装置とこの装置を用いて行う沈埋函の方向修正方法とに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、沈埋函沈設工法においては、図10に示すように、バルクヘッド1により両端開口が閉鎖された沈埋函(新設函)2を沈設して、その端面をゴムガスケット3を介して既設函4に突合わせた後、新設函2のバルクヘッド1と既設函4のバルクヘッド(図示略)との間に形成される密室、すなわちゴムガスケット3により囲まれたバルクヘッド間の室の海水を排水し、新設函2の背面にかかる水圧Pを利用して既設函4に対して新設函2を水圧接合することが行われている。
【0003】
ところで、新設函2の沈設に際しては、通常、その端面に設けたブラケット(鉛直せん断キー)を既設函4の端面に設けたブラケットに着座させて位置合せを行うため、新設函2の先端側は水平方向に正確に位置決めされるが、その後端側は、海底の掘削底に設置した仮支承台に支承ジャッキ(図示略)を介して載せるだけであるため、トンネル法線からずれる場合が多い。このため、従来一般には、前記した水圧接合後、バルクヘッド1の撤去を待って詳細測量(函内測量も含む)を行い、新設函2の後端のトンネル法線からの水平方向ずれ量を計測して、このずれ量が予定より大きい場合は、図11に示すように、新設函2と既設函4との端面間に方向修正ジャッキ(油圧ジャッキ)5を介装し、新設函2の右側または左側を押戻してその方向を修正するようにしていた。
しかし、上記した従来一般の沈埋函の方向修正方法によれば、同じく図11に示すように、特に新設函2の押戻し側(図示例では、左側)に多数の油圧ジャッキ5を取付けなければならず、その取付けに長期間(一例として、10日間前後)を要して、全体の工事期間が延長するという問題があった。
【0004】
そこで、例えば特開平10−88597号公報には、既設函および新設函の左右側壁の外壁面に相対向して複数対のストッパを固設し、各対のストッパの対向面に設けた楔合面の間に配置したウエッジ(可動くさび)を前記外壁面の法線方向へ移動可能にジャッキに支持させ、水圧接合する際の排水量を調整して、あるいは水圧接合後にバルクヘッド間に注水して接合水圧を軽減しながら前記可動くさびをジャッキにより移動させて、新設函の片側を押戻すことにより方向修正を行う装置、方法が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公報に記載の沈埋函の方向修正装置、方法によれば、ブラケットおよび可動くさびを含むくさび装置が、沈埋函(新設函、既設函)の側面に突出して配置されるため、これらが沈埋函のえい航、沈設作業などの障害になる。特に、新設函の押戻し量(戻し量)を微調整して方向修正の精度(数mm単位)を高めようとすると、くさび角度(楔合面傾斜角)を小さく設定しなければならず、これに伴ってくさび装置として長尺なものが必要になるばかりか、ストローク長の大きいジャッキが必要になり、これらが、障害物として沈埋函(新設函、既設函)の側方へ大きく突出することになる。
なお、くさび角度を急角度に設定した場合は、最終の水圧接合に際して負荷される大きな水圧接合力により、可動くさびが滑動して楔合状態を維持できないこととなり、函底へのモルタル充填を終えて新設函が安定するまではジャッキによる押えを継続しなければならず、この結果、ジャッキを撤去する場合は、前記モルタル充填後にその撤去作業を行わなければならず、その分、工事期間が延長し、一方、そのままジャッキを埋戻し土砂中に投棄する場合は、高価なジャッキが多数無駄になってしまう。
さらに、上記公報に記載の沈埋函の方向修正方法によれば、くさび装置の動きを利用して新設函を押戻すので、バルクヘッド間への注水で水圧接合力を軽減するとはいえ、その押戻しにかなりの力を要し、可動くさびを移動させるジャッキ(駆動装置)として大型で高出力のものが必要になってコスト負担の増加が避けられず、その上、機構部のたわみ等の影響でその移動量を高精度に制御することは困難で、方向修正の精度を高めることには一定の限界がある。
【0006】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、沈埋函の周りに障害物として突出することがなく、しかも、駆動手段の早期撤去も可能な沈埋函の方向修正装置を提供し、併せて該装置を用いて低コストでかつ精度よく方向修正を行うことができる沈埋函の方向修正方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る沈埋函の方向修正装置は、既設函および新設函の左右側壁の接合部の、ゴムガスケットの内側部位に、固定くさびと可動くさびとを縦方向で楔合させるくさび装置と、前記可動くさびを移動させる駆動装置とをそれぞれ配設したことを特徴とする。
上記構成の沈埋函の方向修正装置においては、既設函および新設函の左右側壁の接合部にくさび装置を配設するので、沈埋函(新設函、既設函)の側方へ障害物として突出することはなく、しかも、固定くさびと可動くさびとを縦方向で楔合させるので、くさび角度を十分に小さく設定することができ、水圧接合後に直ちに駆動装置を撤去しても可動くさびが滑動することはない。
【0008】
また、本発明に係る沈埋函の方向修正方法は、バルクヘッド間の海水を排水して既設函に新設函を水圧接合した後、前記新設函の後端のトンネル法線からのずれを測量すると共に、左右のくさび装置の可動くさびを固定くさびに楔合するまで移動させて、該可動くさびを仮基準位置に位置決めし、次に、バルクヘッド間に注水してゴムガスケットの反力により新設函を押戻し、次に、前記測量によって確認した新設函の後端のずれを修正するために必要な量だけ前記左または右側のくさび装置の可動くさびを前記仮基準位置から移動させ、しかる後、前記バルクヘッド間の水を再排水して再度水圧接合することを特徴とする。
このように行う沈埋函の方向修正方法においては、バルクヘッド間に注水してゴムガスケットの反力により新設函を押戻した状態、すなわちフリーの状態で可動くさびを移動させるので、該可動くさびの駆動装置として小型低出力のものを用いることができる。また、くさび角度の十分小さいくさび装置の使用が可能であることに加え、水圧接合した位置を基準にして可動くさびを移動させるので、新設函の戻し量を高精度に制御することができる。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図1〜3は、本発明の一つの実施の形態である沈埋函の方向修正装置を示したものである。これらの図において、10は既設函、11は、既設函10にゴムガスケット12を介して接合された新設函である。既設函10および新設函11は、ここでは矩形断面をなし、その内部空間は中壁13(図5)および左右隔壁14、15により複数分割されている。
【0010】
接合前において、上記既設函10の、新設函11との接合端側開口はバルクヘッド16により、新設函11の両端開口(後端側は省略)はバルクヘッド17によりそれぞれ閉鎖されており、両函10と11との接合に応じて両バルクヘッド16と17との間には前記ゴムガスケット12により囲まれた密室18が区画形成されるようになっている。
【0011】
ゴムガスケット12は、ここではジーナ型として構成されており、図4に示すように台形状をなす本体部12aの上面に山形状のノーズ部12bを設けると共に、本体部12aの下面に繊維補強のフランジ部12cを設けた構造となっており、そのフランジ部12cを新設函11の端面に合せた状態で、該フランジ部12cに設けた貫通孔19を挿通させたボルト(図示略)を用いて該端面に密着固定されている。
なお、既設函10および新設函11の構造形式は任意であり、鉄筋コンクリート(RC)構造形式、鋼殻構造形式、鋼コンクリート合成構造形式などとすることができる。
【0012】
上記既設函10および新設函11の左右側壁10a、11aの接合部には、本発明に係る方向修正装置20が配設されている。本方向修正装置20は、両函10と11との接合間隔を設定するくさび装置21とこのくさび装置21を作動させる駆動装置22とから概略構成されている。
上記くさび装置21は、既設函10の左右側壁10aの端面の、ゴムガスケット12の内側の段差部分に固定した台座23上に配置された固定くさび24と、新設函11の端面の、ゴムガスケット12の内側の段差部分に固定した台座25上に配置された可動くさび26とからなっている。固定くさび24と可動くさび26とは、それぞれ対応する台座23、25上に上下方向へ延ばして、すなわち縦方向で楔合するように配置されている。しかして、固定くさび24の楔合面24aと可動くさび26の楔合面26aとは、可動くさび26の下方向への移動に応じて楔合高さを増大させるように傾斜向きが設定されており、これにより可動くさび26の下方向への移動に応じて既設函10と新設函11との接合間隔、すなわち既設函10に対する新設函11の戻し量が拡大するようになっている。
【0013】
一方、上記駆動装置22は、新設函11側の台座25の側方に縦方向に延ばして配置され、該台座25に対して位置固定された油圧シリンダ27と、この油圧シリンダ27の出力軸27aの上端に取付けられた昇降ブラケット28と、このブラケット28に上端が固定され、下端を前記可動くさび26に連結させた連結バー29とからなっている(図3)。油圧シリンダ27は、低出力ではあるが十分なるストローク長を確保できるように小径長尺に形成されており、その作動は、新設函11内に配置した給排油装置(図示略)からの油液給排により制御されるようになっている。
【0014】
本実施の形態において、新設函11の沈設にはタワーポンツーン方式を採用しており、新設函11上には、図5に示すように1基または2基のコントロールタワー30(図示例では、1基)と2基のポンツーン31とが艤装されている。コントロールタワー30の上部には測量および指令室32が設けられると共に、その内部には新設函11内に作業員を出入りさせるためのアクセスシャフト(図示略)が配設されている。また、新設函11の周りには海底に据付けたシンカー33に先端を連結したワイヤ34が取回わされており、新設函11は、コントロールタワー30上に搭載したウインチ(図示略)の操作により水平方向へ操函されるようになっている。また、各ポンツーン31には新設函11を吊下支持するワイヤ35が取回されており、新設函11は、各ポンツーン31上に搭載した沈降用ウインチ(図示略)と新設函11内のバラストタンク(図示略)への注水とにより沈降させられるようになっている。
【0015】
新設函11にはまた、コントロールタワー30上のGPSアンテナ36からGPS信号を取込んでその全体的な位置管理を行う沈埋函位置測量システム(図示略)、既設函10との相対的な位置管理を行う端面探査装置(図示略)、ゴムガスケット12の圧縮量を高精度に測定する端面間距離計37、新設函11の水平および垂直方向の傾きを計測する計測装置(レーザ計測装置)38などの測量手段が搭載されている。新設函11にはさらに、上記バルクヘッド間の密室17内の海水を排水しかつ該密室17に海水を注水するための注排水ポンプを始め、支承ジャッキ、モルタルポンプ、、既設函11との位置合せするための鉛直せん断キー(ブラケット)等が搭載されているが、これらについては図示を省略する。
【0016】
以下、本方向修正装置20を装備した新設函11の沈設工法について、図6〜図9も参照して説明する。
新設函11の沈設に際しは、各種艤装品の艤装を終えた沈埋函11を沈設位置に曳航し、その位置で、海底に必要数のシンカー33を据付けて必要なワイヤリングを行う。この準備完了後、前記沈埋函位置測量システム、端面探査装置等により位置管理を行いながら該新設函11を既設函10に対して誘導し、その先端の図示を略す鉛直せん断キーを既設函10のブラケット(図示略)に着座させ、さらにその後端を、図示を略す支承ジャッキを介して海底の掘削底に設置した仮支承台の上に着座させる。次に、既設函10に設けられた引寄ジャッキ39(図6)の作動により新設函11を既設函10側へ引寄せる。この引寄せにより新設函11の接合端面に取付けられたゴムガスケット12のノーズ部12bが圧縮し、既設函10のバルクヘッド16と新設函11のバルクヘッド17との間にはゴムガスケット12により囲まれた密室18が形成される(図6▲1▼、図8中のステップS1)。この時、本方向修正装置20を構成するくさび装置21は、図7▲1▼に示すようにその可動くさび26が上昇端に位置決めされ、固定くさび24と可動くさび26とは非楔合状態にある。
【0017】
次に、新設函11内の注排水ポンプを排水運転させ、上記バルクヘッド間の密室18の海水を排水する。この排水により、新設函11の背面にかかる水圧Pによって新設函11が既設函10側へ押されて水圧接合される(図6丸2、図8中のステップS2)。この時、ゴムガスケット12は、図4に一点鎖線で示すようにその本体部12aが初期状態のほぼ半分近くまで圧縮し、既設函10と新設函11とは所定の間隔S(図6)で接合される。なお、このゴムガスケット12の圧縮量は、前記端面間距離計37(図5)により監視されている。またこの時、本方向修正装置20を構成する左右のくさび装置21は、その可動くさび26が固定くさび24に対して十分間隔を開けるように上昇端に位置決めされているので、この段階でも、図7丸2に示すように固定くさび24と可動くさび26との間には多少の間隙が存在し、両者は非楔合状態を維持する。
【0018】
上記水圧接合後、駆動装置22を構成する油圧シリンダ27の作動により、左右のくさび装置21の可動くさび26を下方向へ移動させ、図7丸3に示すように該可動くさび26を固定くさび24に接触(楔合)させる。可動くさび26は、この水圧接合状態で固定くさび24に接触した状態が仮基準位置となり、この場合のくさび装置21の楔合高さは、図9中のCとなる。
一方、上記水圧接合の完了と同時に、コントロールタワー30内に配設された図示を略すアクセスシャフトを通して前記計測装置38により函内測量を行う(図8中のステップS3)。そして、図8に示すように、前記函内測量により新設函11の後端が、例えばトンネル法線よりも片側へずれており、しかもそのずれ量が予定よりも大きくなっていたら(NG)、新設函11内の注排水ポンプを注水運転に切換え、前記バルクヘッド間の密室18に海水を注入する(図6丸3、図8中のステップS4)。すると、バルクヘッド間の密室18内にも前記背面の水圧Pと同等の水圧が発生して、ゴムガスケット12に作用する力(水平力)はゼロとなり、ゴムガスケット12が、その本体部12aをほぼ元の高さに復元し、その復元力(反力)により新設函11が押戻され、これに応じて固定くさび24と可動くさび26とのトンネル法線方向の間隔も広がる(図7丸4)。
【0019】
その後、図7丸4に示すように、左右のくさび装置21のうち、新設函11の後端がずれている側に配置されるくさび装置21の可動くさび26を油圧シリンダ27の作動により仮基準位置(破線位置)より下動させる(図8中のステップS5)。この時の移動量(シフト量)α(図9)は、新設函11のずれ量を解消するに見合う量であり、この可動くさび26の下動により該くさび装置21の楔合高さは増大し、図9中のDのようになる。この時の可動くさび26の移動(下動)は、固定くさび24と接触しないフリーの状態で移動するので、その駆動手段22を構成する油圧ジャッキ27としては、小型で低出力のものを用いることができ、これにより方向修正装置20に要するコストは可及的に低減する。
【0020】
次に、前記注排水ポンプを排水側に切換え、その排水運転によりバルクヘッド間の密室18内の海水を再排水する。この再排水により新設函11は再び既設函10に水圧接合されるが、この際、図6▲4▼および図7▲5▼に示すように、左右のくさび装置21を構成する固定くさび24と可動くさび26とが当接し、新設函11はくさび装置21によって既設函20側への移動が規制される。しかして、新設函11の後端がずれていた側のくさび装置21は、上記した可動くさび26のシフトにより楔合高さを増大させているので、新設函11のずれた側は、図6▲4▼に示すように既設函10に対して所定量(戻し量)δだけ戻された状態となり、その方向が修正される。
【0021】
その後、再び函内測量を行い、前記したトンネル法線からのずれ量が予定内に収まっているかどうかを確認し(図8中のステップS3)、予定内に収まっていたら(OK)、図示を略すバラストタンクに注水して新設函11に対するバラスト水荷重を増加して全体の重量を増加させ(ステップS6)、続いて、既設函10のバルクヘッド16と新設函11のバルクヘッド17とを撤去し(ステップS7)、これと並行して新設函11の周りに砕石ストッパーを施工する(ステップS8)。以降、通常の沈埋函沈設工法に従って、函底へのモルタル充填(ステップS9)、支承ジャッキのダウン(ステップS10)、埋戻し(ステップS11)を行い、これにて一つの沈埋函の沈設工事は終了する。
【0022】
ここで、既設函10に対する新設函11の戻し量δは、図9に示すように、各くさび24、26の楔合面24a、26aの長さをA、楔合面24aと26aの高さをB、固定くさび24に対する可動くさび26のシフト量をαとすると、下記(1)式によって与えられる。
δ=α×tanθ=α×B/A …(1)
ところで、既設函10に対する新設函11の戻し量δの調整精度を高めるには、可動くさび26の単位シフト量当たりの戻し量をできるだけ小さくする、すなわち可動くさび26の有効移動量(シフト量)をできるだけ大きくする必要がある。この場合、上記(1)式より、可動くさび26のシフト量αをできるだけ大きくとるには、固定くさび24と可動くさび26の楔合面24a、26aの傾斜角度(くさび角度)θをできるだけ小さく設定するのが望ましいことが分かる。この点、本発明におけるくさび装置21は、前記したように既設函10および新設函11の左右側壁10a、11aの接合部に縦方向で楔合する配置で設けられているので、そのくさび角度θを小さく設定しても、可動くさび26のシフト量αを十分大きくとることができ、水圧接合した位置を基準にして可動くさび26を移動させることと相まって、新設函11の戻し量の調整精度を大幅に高めることができ、結果として新設函11の方向修正精度は著しく向上する。本実施の形態では特に、可動くさび26を移動させる手段として細かくストローク制御できる油圧シリンダ27を用いているので、方向修正精度のより一層の向上を達成できる。
因みに、固定くさび24と可動くさび26の楔合面24aと26aの長さAを2500mm、該楔合面24aと26aの高さBを150mmに設定した場合、可動くさび26のシフト量α=10cm当たりの戻し量δは6.0mmとなり、数mm単位での戻し量の調整が可能になる。
【0023】
ただし、図4に示すように、ゴムガスケット12の許容戻り変形量δS は、水圧接合時の最大圧縮量δ1 と、ゴムガスケット17に特有の不安定量δx と安全率Fとの相関から、下記(2)式に基づいて決定されるので、上記新設函11の戻し量δは、このゴムガスケット12の許容戻り変形量δS 内に抑える必要がある。
δS=[δ1−δx ]/F …(2)
上記不安定量δx は、止水性によるゴムガスケット12の残留圧縮量、沈埋函同士の製作時変形量(浮遊打設変形量、端面の製作誤差)、施工時余裕代、ゴムガスケット12の製作精度、その温度収縮量等の合計量となる。この場合、一例として、最大圧縮量δ1を120mm、不安定量δx を81.6mm、安全率Fを1.2にそれぞれ設定すると、許容戻り変形量δSは32mmとなり、この範囲内で新設函11が戻るように可動くさび26のシフト量αを抑える必要がある。
【0024】
一方、くさび装置21が、既設函10に対して新設函11を水圧接合した際の水圧(水圧接合力)Pを受けても安定的に楔合状態を維持するための条件、すなわち、可動くさび26が固定くさび24上を滑動しない条件は、同じく図9に示すように楔合面24a、26aに沿う方向の分力P×sinθと楔合面24a、26aの法線方向の分力P×cosθとの関係から、または両くさび24、26の摩擦係数μとの関係から下記(3)式または(4)式を満足する必要がある。
P×sinθ<P×cosθ×μ …(3)
tanθ=B/A<μ …(4)
この場合、摩擦係数μは、固定および可動くさび24、26が鋼製となっていることから自ずから決まっており、したがって、可動くさび26の滑動を防止するには、上記(3)または(4)式より、くさび角度θをできるだけ小さく設定する必要がある。この点、本発明におけるくさび装置21は、前記したように既設函10および新設函11の左右側壁10a、11aの接合部に縦方向で楔合する配置で設けられているので、そのくさび角度θを十分小さく設定することができ、新設函11の方向修正後、最終的な水圧接合を行っても、その水圧接合力Pによって可動くさび26が滑動することはなく、その接合状態が安定的に維持される。このことは、上記図8中のステップS7におけるバルクヘッド撤去と同時に油圧シリンダ27を撤去しても、新設函11はその位置(水圧接合位置)を維持することを意味し、後の新設函11の安定化工事(ステップS9〜S11)を待たないでも油圧シリンダ27を撤去することが可能になり、その分、工事期間が短縮する。
【0025】
なお、新設函11の沈設工法としては、前記タワーポンツーン方式に代えて、ブレーシングバー方式、フローティングクレーン方式等の種々の方式を採用できることはもちろんである。
また、上記ゴムガスケット12の型式も任意であり、上記したジーナ型に代えて、ノーズ部を持たないシュルテン型、先端を凹凸形状としたホルン型とすることができる。
【0026】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明に係る沈埋函の方向修正装置によれば、沈埋函の周りに障害物として突出することがないばかりか、駆動手段の早期撤去も可能になり、沈設作業性の向上と工事期間の短縮とに大きく寄与するものとなる。
また、本発明に係る沈埋函の方向修正方法によれば、フリーの状態で可動くさびを移動させるので、大型で高出力の駆動手段を用いる必要がなく、方向修正装置のコスト低減を達成できる。また、くさび角度の十分小さいくさび装置の使用が可能であることに加え、水圧接合した位置を基準にして可動くさびを移動させるので、新設函の戻し量の調整精度を大幅に高めることができ、方向修正精度の著しい向上を達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る方向修正装置の構造を示したもので、図3のX−X矢視線に沿う断面図である。
【図2】本方向修正装置の構造を示したもので、図3のY−Y矢視線に沿う断面図である。
【図3】本方向修正装置を装備した新設函の構造を示す正面図である。
【図4】沈埋函の接合部に用いるゴムガスケットの断面形状と変形状態とを示す断面図である。
【図5】本方向修正装置を装備した新設函の沈設するタワーポンツーン式工法を模式的に示す斜視図である。
【図6】本方向修正装置による方向修正の実施態様を順を追って示す模式図である。
【図7】本方向修正装置を構成するくさび装置の作動状態を順を追って示す模式図である。
【図8】本方向修正方法を含む沈埋函の全体的な沈設工法を示す処理フロー図である。
【図9】本方向修正装置を構成するくさび装置による方向修正原理を示す模式図である。
【図10】従来の沈埋函の水圧接合状況を模式的に示す斜視図である。
【図11】従来の沈埋函の方向修正方法の実施状態を示す正面図である。
【符号の説明】
10 既設函
11 新設函
12 ゴムガスケット
16 既設函のバルクヘッド
17 新設函のバルクヘッド
18 バルクヘッド間の密室
20 方向修正装置
21 くさび装置
22 駆動装置
24 固定くさび
26 可動くさび
27 油圧シリンダ
Claims (2)
- 既設函および新設函の左右側壁の接合部の、ゴムガスケットの内側部位に、固定くさびと可動くさびとを縦方向で楔合させるくさび装置と、前記可動くさびを移動させる駆動装置とをそれぞれ配設したことを特徴とする沈埋函の方向修正装置。
- 請求項1に記載の方向修正装置を用いて行う沈埋函の方向修正方法において、バルクヘッド間の海水を排水して既設函に新設函を水圧接合した後、前記新設函の後端のトンネル法線からのずれを測量すると共に、左右のくさび装置の可動くさびを固定くさびに楔合するまで移動させて、該可動くさびを仮基準位置に位置決めし、次に、バルクヘッド間に注水してゴムガスケットの反力により新設函を押戻し、次に、前記測量によって確認した新設函の後端のずれを修正するために必要な量だけ前記左または右側のくさび装置の可動くさびを前記仮基準位置から移動させ、しかる後、前記バルクヘッド間の水を再排水して再度水圧接合することを特徴とする沈埋函の方向修正方法。
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