JP3866757B1 - ニューマチックケーソン工法 - Google Patents

Abstract

【課題】 地下水流の流動を阻害することにより発生する地盤の性状変化、水質変化、及び構造物の不安定化などの環境影響を回避し、地下構造物築造の実施工過程において調査を伴いかつ実態の把握を可能とした施工方法を提供すること。
【解決手段】 ニューマチックケーソン工法の施工過程において、作業室内で地下水流の実態及び性状を調査し、仮設井戸及び付帯設備の設置により一旦地下水流を地上部経由で切り廻し、本設井戸及び通水路の設置により地下水流の流水路を変更させた上で、仮設井戸を撤去する。
【選択図】 図１２

Description

本発明は、建設分野におけるニューマチックケーソン工法に関し、構造物を建設する地盤内に地下水流が存在する場合の施工方法に関するものである。

近年の建設工事において、都市部を中心として大規模な地下構造物の建設が増加すると同時に、これら構造物の大深度化が進行しているため、広域的な地下水脈の遮断や流動阻害が懸念されている。

地下水が流動する地盤内に大規模な地下構造物や連続するような地下構造物を建造すると地下水流動が阻害され、上流側では水位上昇による地下ダム化を生じ、下流側では水位低下が発生する。

上記の結果、地盤の性状変化、水質変化、及び構造物の不安定化を誘発し、具体的に上流側では（１）地盤湿潤化、液状化強度の低下及び盤膨れ、（２）既設構造物の浮き上がり、（３）既設地下容器構造物の地下室漏水、（４）汚染地下水の滞留及び浸出、及び（５）植物の根腐れなどの課題が発生する。また、下流側では、（６）井戸及び湧水の枯渇、（７）地盤沈下、圧密促進、陥没及びこれらに伴う既設構造物の沈下、（８）汚染地下水の移動及び拡散、及び（９）樹木の立ち枯れなどが発生することで周辺環境への影響が問題となる。

ここで、自然体系における水循環を考えるにあたっては、地下水環境が持つ意味が重要となり、地下水が地球環境上の水循環の基盤的位置付けにあることから、地下水の健全化がそのまま水循環の健全化に直結する。つまり、近年の大規模地下構造物による地下水流動の阻害により地下水の健全性維持が困難な状況にある。

また、地下水のうち、地下水流として区分される中には、地下水流動が卓越した「水径（みずみち）」に代表される流水量の多い地下水路を形成している地盤が存在し、このような水径が存在する地盤を対象として地下構造物などを築造する場合には、当然ながら先述の問題点が顕著に現れることとなり範囲及び期間等をはじめとしてその影響は甚大なものとなる。

従来は、地下水の可採量をはじめとして水量や水質を対象とした調査は行われていたものの、地下水流の流動経路や特に水径の実態または性状などの調査については殆どなされていない事実がある。

そこで、このような水径の存在が見込まれる地盤を対象として地下構造物を築造する場合について、事前に地上部から既存技術の物理探査や電気探査などの手法を用いて地盤内の状態を調査した例もあるが、調査自体に相応の時間を要する上に調査結果の確度及び信頼性が低いという問題が生じている。

具体的に地下水流の状態を確認する技術としては、特許文献１〜３に挙げるように、透水試験の簡便化を図る技術をはじめとして、地下構造物築造などの事前調査手段とするものが殆どであり、構造物築造の実施工過程において調査を伴いかつ実態を把握可能とする確実な施工方法がみられない。

特開平８−８６７６４号公報 特開２００１−８３２６１号公報 特開２００３−１２９７８２号公報 「地盤調査の方法と解説」、社団法人地盤工学会、２００４年、３７７頁〜３９３頁、４５７頁〜４７２頁

そこで、本発明は上述した問題点に鑑みて案出されたものであり、地下構造物築造の実施工過程において調査を伴いかつ実態の把握を可能とした施工方法を提供することを目的とし、地盤の性状変化、水質変化、及び構造物の不安定化を誘発する先述の課題（１）〜（９）を解決するものである。

前記の目的の達成及び課題を解決するために、本発明は次のように構成される。

本発明にかかる地下水流の流動阻害を回避するニューマチックケーソン工法は、ニューマチックケーソンの施工において必要となる作業室内気圧の自動圧力調整機能により、前記作業室内気圧をニューマチックケーソン沈設目的以外に変化させることなく前記ニューマチックケーソン沈設過程で地下水流の流路を特定するための実態調査及びその流動区間並びに流動状態を特定するための性状調査を行い、地上部から前記地下水流に対して縦貫し設置する仮設集水井および仮設復水井とを仮設通水路により連繋することで前記地下水流を切り廻すことにより、前記流路及びその流動区間並びに流動状態が特定された地下水流の流動阻害を回避するように前記ニューマチックケーソンを施工することを特徴とする。

また、前記ニューマチックケーソンの沈設施工過程の段階において、前記地下水流の温度分布調査を行う温度計測工程及び構成地盤の土粒子を解析する試料計測工程により前記実態調査する段階と、前記地下水流の流速を移流分散から解析する移流分散調査工程又は温度復元率から解析する温度検層工程により前記性状調査する段階とを有することを特徴とする。

前記ニューマチックケーソンの施工工程は、ニューマチックケーソンの沈設を再開しケーソン沈設の所定深度で着底させる所定深度着底段階、ケーソン着底地盤の一部を通水層とする地盤置換工程、作業室内に中埋めコンクリートを充填する中埋めコンクリート段階、を経て本設集水井及び本設復水井を設置する段階、又は前記所定深度着底段階、前記中埋めコンクリート段階、本設集水井および本設復水井を設置する段階、ケーソン中升を経由して水径上流側及び下流側とを連繋する通水管を貫設する工程と、前記仮設集水井、前記仮設復水井及び前記仮設通水路を撤去し前記本設集水井及び前記本設復水井とを前記本設通水路により前記地下流水を切り廻す段階とを有することを特徴とする。

前記地下水流の実態調査において、地下水（地下水流）の温度分布調査をサーモトレーサで温度計測し、前記サーモトレーサにより計測された温度分布を３次元表示可能なサーモグラフィで前記地下水流の流路を特定することを特徴とする。

前記地下水流の性状調査において、地下水（地下水流）の前記移流分散調査を調査用掘削溝方式で電気抵抗計測し、前記計測で得る電気抵抗変化量から前記地下水流の流動区間及び流動状態を特定することを特徴とする。

前記地下水流の性状調査において、地下水（地下水流）の温度検層を調査用穿孔方式で温度計測し、前記計測で得る温度復元率から前記地下水流の流動区間及び流動状態を特定することを特徴とする。

また、ニューマチックケーソン着底後に前記ニューマチックケーソン近傍に設置する本設集水井および本設復水井とを本設通水路により連繋することで前記地下水流を切り廻し、前記仮設集水井、前記仮設復水井および前記仮設通水路を撤去することを特徴とする。

本発明によると、地下構造物築造の実施工過程において地下水流を現位置で調査可能とすることから、調査の過程で介在する不確定要因が排除できるため情報確度が向上するほか、地下構造物の占有容積内の任意の位置及び深度において必要に応じた地下水流の調査を可能とするため、さらなる情報の正確性を増大させることにより調査に要する時間的省力化がなされ、確実な地下水流の流動阻害を回避可能とし、地盤の性状変化、水質変化、及び構造物の不安定化を解消することができ、周辺環境に対する影響を排除する。

以下、本発明を実施するための最良の形態として、地下構造物を設置する地盤内の地下水流が水径の形態を採る場合を例にして図面を参照ながら説明する。

まず、図１は本発明の実施形態のニューマチックケーソンの施工方法を示すフローチャートである。図１に示すように、地下構造物の施工方法としてニューマチックケーソン工法を選択しニューマチックケーソン沈設施工（ステップＳ１）を開始する。次にケーソン沈設の進行に伴い到達する地盤の地下水位相当の掘削深度付近から、水径の位置及びその流動方向などを確認するために地下水流の実態調査（ステップＳ２）を行う。ここでは、地下水（地下水流）の温度分布調査及び地盤を構成する土粒子の粒状調査を行うため、それぞれ温度計測（ステップＳ２ａ）及び試料計測（ステップＳ２ｂ）を実施する。さらに、水径の実態が確認されたらその詳細を把握するため地下水流の性状調査（ステップＳ３）に移る。ここでは、調査方式の選定（ステップＳ３ａ）を経て調査用掘削溝方式による移流分散調査（ステップＳ３ｂ）または調査用穿孔方式による温度検層（ステップＳ３ｃ）を決定する。この時、一方の調査方式による結果が不明瞭であるなどの場合には、当然ながら他方の調査方式を併用することは可能である。これら、地下水流の実態調査と性状調査（ステップＳ２〜Ｓ３）をニューマチックケーソン沈設の所要過程における深度ごとに行い継続してニューマチックケーソンの沈設を繰り返し施工（ステップＳ１ａ）し、水径の実態及び性状を特定する。次に、水径の上流側及び下流側とにケーソンを挟設する形態でケーソン沈設の所定深度以上まで地盤内に仮設集水井及び仮設復水井となる仮設井戸の設置（ステップＳ４）を行い、地上経由で各仮設井戸を仮設通水管による流水路の切り廻し（ステップＳ５）を行う。次に、ニューマチックケーソンの施工を再開しケーソン沈設の所定深度で着底（ステップＳ６）させる。ここで、水径規模が大きいと判断される場合には、ケーソン着底地盤の一部を通水層とする地盤置換（ステップＳ６ａ）を行い、作業室内に中埋めコンクリートを充填（ステップＳ７）し、本設集水井及び本設復水井を同様にケーソンを挟設する形態でかつケーソンの近傍に本設井戸を設置（ステップＳ８）する。もしくは、水径規模が小さいと判断される場合には、作業室内に中埋めコンクリートを充填（ステップＳ７）し、本設集水井及び本設復水井を同様にケーソンを挟設する形態でかつケーソンの近傍に本設井戸を設置（ステップＳ８）し、ケーソン中升を経由して水径上流側及び下流側とを連繋する通水管を貫設（ステップＳ８ａ）する。最後に、仮設集水井及び仮設復水井を撤去し、本設集水井、本設復水井、通水層または通水管を機能させることで水径の切り廻し施工を完了（ステップＳ９）する。以下、上述した各工程について詳細に説明する。

ステップＳ１：ニューマチックケーソン施工
まずは、地下水の存在が確認される程度までニューマチックケーソン工法によりケーソンの沈下掘削作業を続ける。ここで、このステップＳ１については従来知られる本出願人の技術に依存しているため、詳細説明及び図示を省略する。

ステップＳ２：地下水流実態調査
次に、図２に示すように、水径の位置及び流動方向などを確認するための実態調査を行う。

ステップＳ２ａ：温度計測
具体的には、ケーソン４ａの沈設作業に伴い調査の必要な地盤１ｂの所定深度において、作業室４ｂに設置する赤外線温度計測機能を持つサーモトレーサ６ａにより掘削地盤１ｃを撮影し、この撮影結果を信号線５ｂを経由して地上に設置する計測室５ａに電送する。ここで、サーモトレーサ６ａの計測範囲６ｂが狭い機種については、従来技術による作業室内監視カメラ（図示を省略する）の作動機構などを用いて、掘削地盤１ｃの全面を撮影することが可能であるため自動撮影が可能であり、またサーモトレーサ６ａはハンディタイプの機種も存在することから、必要に応じて作業室４ｂ内に作業者が入室して操作することも可能である。

この撮影作業を通常一回あたり３０ｃｍ〜５０ｃｍ程度の沈下量となるケーソン４ａの掘削深度ごとに順次行うことにより、地盤１ｂの縦断方向と掘削地盤１ｃとがなす三次元空間について、地下水２ａの温度を詳細に採取することを可能とする。なお、計測にあたっては、掘削地盤１ｃがケーソン４ａの刃口最下部と同深度となるような掘削方法を採ることが望ましく、この方法によればケーソン４ａの刃口部が水径３内への貫入を未然に防ぐことを可能とし、ひいては地下水流の僅かな遮断も生じない状況での計測が可能となるため計測精度の向上に繋がる。

次に図３に示すように、前記ステップＳ２ａで採取した温度データは、地上における計測室５ａにおいてサーモグラフィ６ｃとして専用プログラムを用いて立体表示される。ここでは図面作成の都合から表示形式を等温線図としているが、もちろんメッシュであってもよく、色彩表示形式などを適用しても構わない。

これより、水径３とその周囲との温度差を比較することで、目的とする水径３の位置、おおよその規模及び流れ方向が判断可能となる。図３では、破線部がサーモグラフィ６ｃの結果により検出された水径３であり、温度分布の検討から得られた地下水流の流れ方向は実線矢印として示す。

ステップＳ２ｂ：試料計測
続いて、前記ステップＳ２ａにより得られた結果をより確度の高いものとするため、現地盤のサンプルを採取する。

具体的には、図４に示すように、ケーソン４ａの作業室４ｂ内に設備されるケーソンショベル４ｃなどを利用して、実際の掘削地盤１ｃの地盤の一部を掘削し、排土バケット４ｄに投入し、一般的なニューマチックケーソン艤装設備を構成するマテリアルシャフト４ｅ及びマテリアルロック４ｆを経由して地上に設置する計測室５ａまで採取した土砂をサンプル試料として排土する。ここで、破線矢印は採取した試料の搬出経路を示す。なお、図面は本発明の説明に支障を来さない程度に、一部の図示を省略または簡単化している。

これより、サンプリングされた掘削地盤１ｃの掘削土（試料）は、計測室５ａに設備される篩い分け試験機６ｄにより、掘削地盤１ｃ（地盤１ｂ）を構成する土粒子の粒度が解析される。

この結果、地下水流の水路を構成するような地盤１ｂの透水係数は非常に大きいことから、水径３とその周辺地盤との土粒子の粒状比較から地盤の透水係数の差異が明確化され、ステップＳ２ａと併せて水径３の実態が確認される。

ステップＳ３：地下水流の性状調査
次に、先述のステップＳ２（ステップＳ２ａ，Ｓ２ｂ）により、水径の実態が確認されたらその詳細を把握するため地下水流の性状調査に移行する。ここでは、水径３を流れる地下水流の流速を把握することを主目的とし、この結果を基にその他の水理定数を算出することで、水径３の持つ性質及び状態を判断する。

ステップＳ３ａ：調査方式の選定
ここでは、以下に記載する移流分散調査または温度検層による調査をその水径３の規模及び地下構造物横断面内における流動方向などから適宜選択する。なお、一方の調査方式による結果が不明瞭であるなどの場合、当然ながら他方の調査方式に変更することは可能であるが、地盤１ｂ（掘削地盤１ｃ）の縦断方向について調査データの蓄積を必要とするため、ケーソン４ａの沈設深度が水径３に到達する前段階においてその変更を決定する。

ステップＳ３ｂ：調査用掘削溝方式
図５に示すように、調査用掘削溝方式による地下水流の性状調査においては、ステップ２（ステップ２ａ，２ｂ）による調査結果に基づく水径３の経路上の箇所について、掘削地盤１ｃをケーソン４ａの作業室４ｂ内に設備するバケットアタッチメントを装備したケーソンショベル４ｃなどを利用して溝状に掘削し調査用掘削溝７ａを形成する。この調査用掘削溝７ａは、あくまで水径３の縦断平面内の二次元形状の計測を目的に形成される。このため、調査用掘削溝７ａは、図５に示すように水径３の線路を横切るような長方形状とされていることが望ましい。続いて、その場の地下水とは電気抵抗値の異なる例えば塩水などの試験液をトレーサとして、水径３に形成した調査用掘削溝７ａに投入し、電気抵抗を検出するセンサ５ｃを調査用掘削溝７ａに挿設し、信号線５ｂを経由して地上に設置する計測室５ａにおいて電気抵抗を計測機にて経時計測する。又は、水径３の経路上の複数箇所について掘削地盤１ｃを同様に溝状掘削し、例えば水径３の上流側と下流側の２箇所について調査用掘削溝７ａを掘削形成した後、トレーサを水径３の上流側に形成した調査用掘削溝７ａに投入する。その後、電気抵抗を検出するセンサ５ｃを調査用掘削溝７ａに２箇所に亘って挿設し、同様に信号線５ｂを経由して地上に設置する計測室５ａにおいて電気抵抗を計測機にて経時計測してもよい。トレーサは水径３を上流側から下流側にかけて流れていくため、各センサ５ｃ，５ｃを上流側と下流側の２箇所に挿設しておくことにより、検出した電気抵抗を介して上流側と下流側にかけて流れるトレーサの経時的な濃度変化を識別することも可能となる。この時、センサ５ｃによる１箇所の計測、又はセンサ５ｃ，５ｃによる上流側及び下流側の複数箇所の計測は、調査用掘削溝７ａ又は調査用掘削溝７ａ，７ａの縦断平面内の二次元座標上の複数点について電気抵抗に関するデータ採取することで、水径３の任意断面についての情報を入手することができる。このセンサ５ｃは、電気抵抗の検出点がセンサ５ｃの長手方向に亘って複数個形成された棒状のものを使用するようにしてもよい。この棒状のセンサ５ｃの長手方向が水径３の線路を横切る方向に調査用掘削溝７ａに挿設し、これを図中矢印の方向へ移動させていくことにより、縦断平面内の二次元座標上の電気抵抗のデータを取得することが可能となる。

この調査方式によれば、トレーサの経時的な濃度変化を電気抵抗値として検出することが可能となり、調査用掘削溝７ａにおける地下水流の流速をトレーサの移流分散から解析することができる。なお、先述した計測箇所を１箇所とする場合は、調査用掘削溝７ａを形成する準備の過程からセンサ５ｃによる計測に至るまでに要する時間が短時間で終了するのに対して、計測箇所を水径３の上流側及び下流側に設置するなどの複数箇所とする場合は、地下水流及びトレーサが長い流動距離を移動する過程での計測となるため、計測に比較的時間を要する一方で計測データの情報確度が向上する特徴を有する。この計測箇所数の判断については、作業室４ｂの規模（ケーソン４ａの規模）や必要な情報精度によって、決定すればよい。

ステップＳ３ｃ：調査用穿孔方式
ステップＳ３ａにおいて調査用穿孔方式を選定した場合は、図６に示すように、ステップ２（ステップ２ａ，２ｂ）による調査結果に基づく水径３の経路を含む複数箇所について、掘削地盤１ｃをケーソン４ａの作業室４ｂ内に設備する穿孔アタッチメントを装備したケーソンショベル４ｃなどを利用して孔状に掘削し調査用穿孔７ｂを列状に穿孔する。この調査用穿孔４ｂの穿孔は、水径３の経路を横切る複数箇所について実行していく。続いて、その場の地下水とは温度の異なる例えば温水などの試験液をトレーサとして、水径３に形成した調査用穿孔７ｂに投入し、水温を検出するセンサ５ｃを上記列状に穿孔した各調査用穿孔７ｂに挿設し、信号線５ｂを経由して地上に設置する計測室５ａにおいて水温を計測機にて経時計測する。又は、水径３の経路の進行方向に向けて複数地点において、かつ水径３の経路を横切る方向へ複数箇所について、掘削地盤１ｃ同様に孔状掘削し、例えば水径３の上流側と下流側の２地点について調査用穿孔７ｂを列状に穿孔形成した後、トレーサを水径３に形成した各調査用穿孔７ｂにそれぞれ投入し、水温を検出するセンサ５ｃを調査用穿孔７ｂに挿設し、同様に信号線５ｂを経由して地上に設置する計測室５ａにおいて水温を計測機にて経時計測してもよい。各センサ５ｃは、水径３を横切るように形成された各調査用穿孔７ｂに挿設されているところ、各センサ５ｃからの水温を計測することにより、各調査用穿孔７ｂにより構成される縦断平面内の二次元座標上の複数点についてデータ採取することができ、ひいては水径３の任意断面のスリット状をなす部分についての情報を入手することができる。

この調査方式によれば、トレーサの経時的な温度変化を検出することが可能となり、水径３の上流側の調査用穿孔７ｂ〜７ｂにおける地下水流の流速を温度検層により解析することができる。なお、ここでも先述する調査用掘削溝方式と同様に、計測箇所を１地点又は複数地点とする場合の判断は、作業室４ｂの規模、計測に要する時間及び情報精度とを基準にして決定すればよい。

なお、調査用掘削溝方式による計測及び調査用穿孔方式による計測のそれぞれについて実施した場合は、地盤１ｂを構成する土粒子の性状や地盤１ｂ内の地下水の性状などにより、全く同様の結果となる可能性は低いものの、以降に示すそれぞれの処理結果による判断については同じ結論に達する。

ステップＳ１ａ：繰り返し施工
これら２段階の計測工程（ステップＳ２，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ及びステップＳ３，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ，Ｓ３ｃ）をニューマチックケーソン施工におけるケーソン４ａの沈設に応じて実施することで、地盤１ｂの縦断方向（深度方向）に亘り、水径３の実態の有無を確認し、かつ存在が確認された場合にはその性状を把握することが可能となる。ここで、調査に使用するトレーサについては環境を害しない材料であるため廃材処理などを必要とせず、調査で必要となる各調査用掘削溝７ａや各調査用穿孔７ｂの造成箇所についても単純に掘削するのみに留まるため以降のニューマチックケーソン施工の工程に全く影響を与えないことから安全かつ効率的なものとなる。

図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、上述したステップＳ１，Ｓ１ａにおけるニューマチックケーソン施工の過程において、ステップＳ３ｂまたはステップＳ３ｃにより得られた電気抵抗値または温度変化の結果は、計測時間をパラメータとしてそれぞれ電気抵抗量−地盤深度曲線図（Ａ）または温度復元率−地盤深度曲線図（Ｂ）の形で計測室５ａ内で電算処理される。

これより、図７（Ａ）及び図７（Ｂ）のそれぞれについて計測結果の変化率から、地下水流動は同様に深度３９〜４５ｍで流動区間７ｃとして存在し、かつ深度４１ｍにて最大となる流動状態を呈していることが判明する。

さらに、この地下水流における流速の解析にあたって、具体的に調査用掘削溝方式では既に開示されている電算処理用ソフトウェアである移流分散プログラムなどを利用することで即時に解析結果を得ることができる。また、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、調査用穿孔方式ではステップＳ３ｃによる計測結果を基に地盤深度をパラメータとした温度復元率−時間曲線図（Ｂ）を作成し、地下水流速をパラメータとした温度復元率−時間標準線図（Ａ）（非特許文献１参照）と比較することで容易に流速が判断できる。

また、流速以外の水理定数については、ステップＳ２ｂによる掘削地盤１ｃの試料採取及び土粒子の粒状計測結果を基に、別途透水試験などを実施する（図示を省略する）ことで透水係数を求めることができ、さらに前記地下水流の流速結果を併せて、動水勾配の算出も可能となるため、この一連の調査工程によって、水径３の位置、規模、性状などをはじめとする必要な情報が抽出される。

ステップＳ４：仮設井戸の設置
次に、図９に示すように、仮設井戸となる仮設集水井８ａ及び仮設復水井８ｂをケーソン４ａを挟設する形態で、かつ水径３を縦断方向に貫設する状態に、水径３の上流側及び下流側に設置する。なお、この仮設井戸の規模をはじめとする規格は、先述のステップＳ２，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ，Ｓ３，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ及びステップＳ３ｃによる調査工程で解明した水径３の性状から決定することが可能となる。ここで、図示する実線矢印は地下水流の流動方向を示す。

また、図９，図１０に示すように、仮設集水井８ａ及び仮設復水井８ｂは、ケーソン４ａから所要距離隔てた平面位置とし、以降のケーソン４ａの沈下掘削工程において地盤１ｂを介在して井戸に影響を与えないための安全施策とする。

さらに、予定するケーソン４ａの着底地盤１ｄ以深までそれぞれの仮設井戸のストレーナ８ｅ最下部が到達する状態に設置することで、水径３を流路とする地下水流の簡易的な貯水施設の機能を付与し流水量に対する井戸としての安定的機能を満足させる。

ステップＳ５：流水路の切り廻し
続いて、仮設集水井８ａ内の下部に揚水ポンプ９ａ、上部配管経路に排水ポンプ９ｂを設置し、仮設通水路９ｃをもって配管接続する。この仮設通水路９ｃの端部は地上に設置する貯水槽９ｄに接続され、さらに仮設通水路９ｃは貯水槽９ｄから仮設復水井８ｂに接続される。

これより、水径３を流水路とする地下水流は、水径３の上流側から仮設集水井８ａ内にストレーナ８ｅを通過して流入し、揚水ポンプ９ａ及び排水ポンプ９ｂの運転により仮設通水路９ｃ内を流動し、貯水槽９ｄに一旦貯水された後に水径３の本来の水量相当分が仮設復水井８ｂに放出され、再び水径３の下流側に排水されるフローを形成する。ここで、貯水槽９ｄからの放水量、つまり水径３の本来の通水量は、前記ステップＳ２，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ及びステップＳ３，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ，Ｓ３ｃによる調査結果と併せて、ニューマチックケーソン施工前の自然地下水位２ａを一定に制御することなどで管理可能となる。なお、図示する実線矢印は地下水流の流動経路を示す。

ステップＳ６：ニューマチックケーソン施工再開〜着底
図１１に示すように、上述のステップＳ５の状態を維持したまま、ニューマチックケーソン施工におけるケーソン４ａの沈設作業を再開し、所定深度の着底地盤１ｄに到達させる。なお、図示する実線矢印は地下水流の流動経路を示す。

ステップＳ６ａ：通水層の地盤置換
ここで、前記ステップＳ２，Ｓ２ａ，Ｓ２ｂ及びステップＳ３，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ，Ｓ３ｃによる調査結果から、または先述のステップＳ５における仮設復水井８ｂへの放水量から判断して、水径３の流水量をはじめとする規模が大きい場合には、本設通水路となる通水層９ｅを造成する。

この通水層９ｅの設置場所は、以降に説明する本設集水井８ｃ及び本設復水井８ｄが結ぶ線上に位置するものとし、通水層９ｅを構成する材料は、例えば玉石、櫟及び砕石などをはじめとして水径３を構成する土質成分に比較して透水係数を大きく設計したものとする。また、通水層９ｅの横断面積は、水径３の横断面積よりも大きく設計することで、通水層９ｅの目詰まりなどによる不確定要素を回避することが望ましい。

ここで、水径３の流水量をはじめとする規模が、先述の通水層９ｅの地盤置換を必要としない程度である場合、もしくはケーソン４ａの中升４ｉの利用が可能である場合には、後述するステップＳ８ａを実施することで本設通水路を確保することも可能である。

ステップＳ７：中埋めコンクリート工
続いて、作業室４ｂ内に中埋めコンクリート４ｈを打設して、ニューマチックケーソン施工におけるケーソン４ａの沈下掘削工程を終了する。

ステップＳ８：本設井戸の設置
次に、図９に示したように、本設井戸となる本設集水井８ｃ及び本設復水井８ｄをケーソン４ａを挟設する形態で、かつ水径３を縦断方向に貫設する状態に、水径３の上流側及び下流側に設置する。ここでも、この本設井戸の規模をはじめとする規格は、先述のステップＳ４に記載の理由と同様に調査工程で解明した水径３の性状から決定することが可能となる。

また、図９，図１２に示すように、本設集水井８ｃ及び本設復水井８ｄは、ケーソン４ａに近設させることで、全ての工程が完了したケーソン４ａが施設として機能する際に支障を来さないような平面位置に設置し、基本的には施設の実質占有面積を抑制するために、近設配置することが望ましい。もちろん、最終的にケーソン４ａと本設集水井８ｃとを、またケーソン４ａと本設復水井８ｄとを締結し一体化させることで、構造物としての安定性を向上させることも可能である。

さらに、仮設井戸の設置工程と同様に、ケーソン４ａの着底地盤１ｄ以深までそれぞれの本設井戸のストレーナ８ｅ最下部が到達する状態に設置することで、水径３を流路とする地下水流の簡易的な貯水施設の機能を付与し流水量に対する井戸としての安定的機能を満足させる。

さらに、ステップＳ６ａにおいて造成した通水層９ｅと、本設集水井８ｃ及び本設復水井８ｄのストレーナ８ｅとを外接させる構造とすることで通水層９ｅを介して本設井戸相互を連繋させる。これより、水径３を流水路とする地下水流は、水径３の上流側から本設集水井８ｃ内にストレーナ８ｅを通過して流入し、本設通水路である通水層９ｅを通過し本設復水井８ｄ内にストレーナ８ｅを通過して流入し、再び水径３の下流側に排水されるフローを形成する。なお、図示する実線矢印は地下水流の流動経路を示す。

ステップＳ８ａ：通水管の貫設
また、ステップＳ６ａの説明で記載したように、水径３の流水量をはじめとする規模が、通水層９ｅの地盤置換を必要としない程度である場合、もしくはケーソン４ａの中升４ｉの利用が可能である場合には、本設通水路をケーソン４ａに設置することが可能となる。

つまり、ケーソン４ａの中升４ｉ内部から、本設集水井８ｃ及び本設復水井８ｄの内部まで、それぞれケーソン４ａの側壁部及びストレーナ８ｅを穿孔削孔し、本設通水路となる通水管９ｆを貫設施工することで通水管９ｆを介して本設井戸相互を連繋させる。これより、水径３を流水路とする地下水流は、水径３の上流側から本設集水井８ｃ内にストレーナ８ｅを通過して流入し、本設集水井８ｃ内部に開口端部を有し本設通水路となる通水管９ｆを通過し、本設復水井８ｄ内部における通水管９ｆの他端の開口部から本設復水井８ｄ内に流入し、再び水径３の下流側に排水されるフローを形成する。なお、図示する実線矢印は地下水流の流動経路を示す。

ステップ９：水径の切り廻し施工完了
図１２（または図１１との比較から）に示すように、上述の各ステップ終了後、仮設集水井８ａ及び仮設復水井８ｂをはじめとして、その他の付帯設備となる揚水ポンプ９ａ、排水ポンプ９ｂ、仮設通水路９ｃ及び貯水槽９ｄを撤去することで、ニューマチックケーソン施工におけるケーソン４ａの沈設施工及び水径３の切り廻し施工が完了し、実施工過程において確実な調査及び解析手段を伴う水径３の地下水流の流動阻害を回避するニューマチックケーソン工法となる。

さらに、以上により説明した一連のニューマチックケーソン工法において、作業室４ｂ内の気圧管理は、通常のニューマチックケーソン工法における管理方法を一切変えることなく、ケーソン４ａの沈設用途としての位置づけに限定されるため、各種調査の工程及び各種井戸設置の工程並びにこれらの工程を含む全ての工程内について、従来の管理体制以外の特別の措置を講ずる必要がないことから、施工管理項目が増加することなく省力化施工に貢献する。

なお、ここでの実施形態に示した構成を適宜設計変更して実施することは本発明の範囲に属する。

本発明の実施形態のニューマチックケーソンの施工方法を示すフローチャートである。 本発明の実施形態のニューマチックケーソンの施工方法における水径調査段階の温度計測工程（ステップＳ２，Ｓ２ａ）を示す断面図である。 本発明の実施形態のニューマチックケーソンの施工方法における水径調査段階の温度計測工程（ステップＳ２，Ｓ２ａ）で得られる計測結果を示すサーモグラフィの等温線模式図である。 本発明の実施形態のニューマチックケーソンの施工方法における水径調査段階の試料計測工程（ステップＳ２，Ｓ２ｂ）を示す断面図である。 本発明の実施形態のニューマチックケーソンの施工方法における水流の性状調査段階の調査用掘削溝方式による移流分散調査工程（ステップＳ３，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ）を示すニューマチックケーソン作業室内の一部地盤内部を透過図示した部分透過斜視図である。 本発明の実施形態のニューマチックケーソンの施工方法における水流の性状調査段階の調査用穿孔方式による温度検層工程（ステップＳ３，Ｓ３ａ，Ｓ３ｃ）を示すニューマチックケーソン作業室内の一部地盤内部を透過図示した部分透過斜視図である。 本発明の実施形態のニューマチックケーソンの施工方法における水流の性状調査段階の調査用掘削溝方式による移流分散調査工程（ステップＳ３，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ）及び調査用穿孔方式による温度検層工程（ステップＳ３，Ｓ３ａ，Ｓ３ｃ）のそれぞれの調査結果を示す電気抵抗量−地盤深度曲線図（Ａ）及び温度復元率−地盤深度曲線図（Ｂ）である。 本発明の実施形態のニューマチックケーソンの施工方法における水流の性状調査段階の調査用掘削溝方式による移流分散調査工程（ステップＳ３，Ｓ３ａ，Ｓ３ｂ）及び調査用穿孔方式による温度検層工程（ステップＳ３，Ｓ３ａ，Ｓ３ｃ）のそれぞれの調査結果から地下水流速を推定する地下水流速をパラメータとした温度復元率−時間標準線図（Ａ）及び地盤深度をパラメータとした温度復元率−時間曲線図（Ｂ）である。 本発明の実施形態のニューマチックケーソンの施工方法における仮設井戸及び本設井戸の設置工程（ステップＳ４，Ｓ８）の平面位置関係を示す地盤内部を透過図示した透過斜視図である。 本発明の実施形態のニューマチックケーソンの施工方法における仮設井戸の設置工程及び流水路の切り廻し工程（ステップＳ４，Ｓ５）を示す断面図である。 本発明の実施形態のニューマチックケーソンの施工方法におけるケーソン着底工程、通水層の地盤置換工程及び中埋めコンクリート工程（ステップＳ６，Ｓ６ａ，Ｓ７）を示す断面図である。 本発明の実施形態のニューマチックケーソンの施工方法における本設井戸の設置工程、通水管の貫設工程及び施工完了時の状態（ステップＳ８，Ｓ８ａ，Ｓ９）を示す断面図である。

符号の説明

１ａ 地表面
１ｂ 地盤
１ｃ 掘削地盤
１ｄ 着底地盤（着底予定地盤）
２ａ 地下水（地下水位）
２ｂ 作業室内水位
３ 水径（地下水流）
４ａ ケーソン
４ｂ 作業室
４ｃ ケーソンショベル
４ｄ 排土バケット
４ｅ マテリアルシャフト
４ｆ マテリアルロック
４ｇ 刃口接地面
４ｈ 中埋めコンクリート
４ｉ 中升
５ａ 計測室
５ｂ 信号線
５ｃ センサ
６ａ サーモトレーサ
６ｂ 計測範囲
６ｃ サーモグラフィ
６ｄ 篩い分け試験機
７ａ 調査用掘削溝
７ｂ 調査用穿孔
７ｃ 流動区間
８ａ 仮設集水井
８ｂ 仮設復水井
８ｃ 本設集水井
８ｄ 本設復水井
８ｅ ストレーナ
９ａ 揚水ポンプ
９ｂ 排水ポンプ
９ｃ 仮設通水路
９ｄ 貯水槽
９ｅ 通水層（本設通水路）
９ｆ 通水管（本設通水路）

Claims (7)

1. ニューマチックケーソンの施工において必要となる作業室内気圧の自動圧力調整機能により、
   前記作業室内気圧をニューマチックケーソン沈設目的以外に変化させることなく前記ニューマチックケーソン沈設過程で地下水流の流路を特定するための実態調査及びその流動区間並びに流動状態を特定するための性状調査を行い、
   地上部から前記地下水流に対して縦貫し設置する仮設集水井および仮設復水井とを仮設通水路により連繋することで前記地下水流を切り廻すことにより、前記流路及びその流動区間並びに流動状態が特定された地下水流の流動阻害を回避するように前記ニューマチックケーソンを施工することを特徴とするニューマチックケーソン工法。
2. 前記ニューマチックケーソンの沈設施工過程の段階において、
   前記地下水流の温度分布調査を行う温度計測工程及び構成地盤の土粒子を解析する試料計測工程により前記実態調査する段階と、
   前記地下水流の流速を移流分散から解析する移流分散調査工程又は温度復元率から解析する温度検層工程により前記性状調査する段階とを有す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。
3. 前記ニューマチックケーソンの施工工程は、
   ニューマチックケーソンの沈設を再開しケーソン沈設の所定深度で着底させる所定深度着底段階、ケーソン着底地盤の一部を通水層とする地盤置換工程、作業室内に中埋めコンクリートを充填する中埋めコンクリート段階、を経て本設集水井及び本設復水井を設置する段階、
   又は前記所定深度着底段階、前記中埋めコンクリート段階、本設集水井および本設復水井を設置する段階、ケーソン中升を経由して水径上流側及び下流側とを連繋する通水管を貫設する工程と、
   前記仮設集水井、前記仮設復水井及び前記仮設通水路を撤去し前記本設集水井及び前記本設復水井とを前記本設通水路により前記地下流水を切り廻す段階とを有することを特徴とする請求項１又は２に記載のニューマチックケーソン工法。
4. 前記地下水流の実態調査において、
   地下水（地下水流）の温度分布調査をサーモトレーサで温度計測し、
   前記サーモトレーサにより計測された温度分布を３次元表示可能なサーモグラフィで前記地下水流の流路を特定することを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項に記載のニューマチックケーソン工法。
5. 前記地下水流の性状調査において、
   地下水（地下水流）の前記移流分散調査を調査用掘削溝方式で電気抵抗計測し、
   前記計測で得る電気抵抗変化量から前記地下水流の流動区間及び流動状態を特定することを特徴とする請求項２又は３記載のニューマチックケーソン工法。
6. 前記地下水流の性状調査において、
   地下水（地下水流）の温度検層を調査用穿孔方式で温度計測し、
   前記計測で得る温度復元率から前記地下水流の流動区間及び流動状態を特定することを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項に記載のニューマチックケーソン工法。
7. ニューマチックケーソン着底後に前記ニューマチックケーソン近傍に設置する本設集水井および本設復水井とを本設通水路により連繋することで前記地下水流を切り廻し、
   前記仮設集水井、前記仮設復水井および前記仮設通水路を撤去することを特徴とする請求項１又は２記載のニューマチックケーソン工法。
   

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