JP3908747B2 - ニューマチックケーソン工法における艤装設備 - Google Patents

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使用される材料用出入室システム、及び人用出入室システム、ならびにこれらを利用したニューマチックケーソン工法における艤装設備に関するものである。

近年、ニューマチックケーソン工法による地下構造物は、当該工法自体の発達もあり、その構築深度を益々大きくしている。さらに、平成１３年に施行された「大深度地下の公共的使用に関する特別措置法」により、今後もいよいよケーソン構造物の大深度化が見込まれている。

また、現在ではニューマチックケーソン工法の掘削作業について、作業室内における高気圧作業を回避するため、ケーソンショベルに代表される掘削機械をはじめとする作業室内設備を地上において遠隔操作する技術が一般化しており、このことは、ケーソンの大深度化に従って作業者が高気圧化に滞在可能な時間の制約が厳しくなり作業効率が低下することの防止と、高気圧障害を防止する目的で行われている。

現在のニューマチックケーソン施工設備の内、艤装関連設備については、マテリアルロック及びマテリアルシャフトなどで構成される材料用出入室システムと、マンロック及びマンシャフトなどで構成される人用出入室システムとは、それぞれが専用のシステムとして独立してケーソンスラブ上に立設する形態を採っている。

これは、掘削土の搬出をはじめとする材料類の出入室時間と、作業室内外を行き来する作業者の出入室時間とが重複する時点が多発することによる、安全管理上の問題と作業効率上の問題の双方を解消する目的で、物理的に各システムを単独機能させている。

もっとも、ニューマチックケーソン工法を採用する建設物件は、一般にその規模が比較的大きいことから、問題となることは少ない。しかし、ケーソンの掘削底面積又は躯体の横断面積が非常に小さい物件などについては、現実的に上記の材料用出入室システムと人用出入室システムとをケーソンスラブ上に並設することが不可能となる。

このような事態に対応するため、本出願人をはじめとするニューマチックケーソン施工業者は、改良したマンロック及びマテリアルロックならびにマテリアルシャフトを組み合わせて使用するなどして、安全面に注力しながら、実質的に一連の同一シャフトで材料類と作業者の出入室を行っている。また、実施が見送られているものも含め、材料用及び人用の出入室設備の一体化を考案する例が見られる（例えば、特許文献１〜４）。
実開昭４８−００８０１３号公報 特開昭５１−０９６１１２号公報 特開昭５２−０４９６０７号公報 実開昭５３−０１２２０８号公報

ニューマチックケーソン工法における材料用及び人用の各出入室システムは、現状において、ケーソンスラブ上に材料用及び人用それぞれの艤装用シャフトを必要高さ連続して載設し、それぞれのシャフト最上部にマテリアルロック及びマンロックを設置する方法が確立している。この方法によれば、ケーソン躯体の構築高さに先行してこれら艤装用シャフトの艤装工程を伴うが、この艤装作業には一旦各ロックを撤去し、続いて艤装用シャフトを継ぎ足しボルト継合し、再度各ロックを艤装用シャフト最上部に設置するものとなり、艤装作業自体が面倒なものとなる。

また、ケーソンの沈設工程においては、ケーソン躯体重量、載荷用の荷重水及びケーソンに設置される諸設備などの沈下力が、作業室内圧力、躯体の周面摩擦力及びケーソン刃口反力などとのバランスを基に作業が進められるが、この際に使用する荷重水によって、マテリアルシャフトの外観検査が難しくなるという問題がある。このことは、艤装作業の施工性及びそれぞれのシャフト内部への突起物排除とそれに伴うシャフト断面積の有効活用という観点から、ロック及びシャフト類は外フランジによりボルト継合されていることに起因する。

さらに、建設工事の環境問題も検討すべき課題となっており、作業室内を圧縮空気により高気圧化することから、マテリアルロック上ドア挿通部の吊支用ワイヤ挿通孔から高圧空気が漏出することによる騒音、及びロック上ドアの開放動作に伴うロック内高圧空気の放出による騒音などが挙がる。

また、ケーソン躯体の横断面積が小さい物件の場合、艤装関連設備全体としての小型化に加えて、作業室内に設備する掘削機械などの小型化が望まれる。さらに、掘削方法は地上において掘削機の遠隔操作が可能なものであることを条件としている。

さらに、ケーソン躯体の設計において、ケーソン構造物を地下容器として利用する場合などは、材料用出入室システム及び人用出入室システムのそれぞれが必要とするケーソンスラブの開孔部の位置及び大きさが、ケーソン内部の構築物との兼ね合いから、設計自由度を低下させている事例も存在する。

本発明は、前記課題を解決するために提案されたもので、材料用及び人用出入室システムを一体かつ安定的な小型の設備とし設備作業を容易にするとともにケーソンの設計自由度を高めるようにすること、シャフトを簡単に点検できるようにすること、発生する騒音を抑制する構造とすること、シャフト内の昇降を容易にすること、横断面積の小さいケーソンの作業室内で機能する掘削機を提供すること、及びこれらを総合的に組み合わせて横断面積の小さいケーソンであってもニューマチックケーソン工法を施工可能とすることを目的とする。

次に、本発明の構成を具体的に説明する。

第１発明は、材料用出入室システム及び人用出入室システムを横断面二重構造の筒体とし、該材料用出入室システム及び該人用出入室システムの艤装用シャフトを、横断面中央部にマテリアルシャフト及びマテリアルロックを配置し、その外周に同心状にマンシャフト及びマンロックを配置することで材料用・人用出入室一体構造とし、且つ、該材料用・人用出入室一体構造を多分割可能な構造とし、材料用・人用出入室一体構造のマテリアルロック部からの高圧空気の排気を艤装用シャフトのマンシャフト部に排出する構成とし、該高圧空気の高圧化に伴い艤装用シャフトの艤装高さを高層化したことを特徴とする。

第２発明は、材料用出入室システム及び人用出入室システムを横断面二重構造の筒体とし、該材料用出入室システム及び該人用出入室システムの艤装用シャフトを、横断面中央部にマテリアルシャフト及びマテリアルロックを配置し、その外周に同心状にマンシャフト及びマンロックを配置することで材料用・人用出入室一体構造とし、且つ、該材料用・人用出入室一体構造を多分割可能な構造とし、艤装用シャフトのマテリアルシャフト部材又はマンシャフト部材、若しくは両部材の材質を消音効果特性に優れるグラスウール、ロックウール、メタルウールのいずれかを該艤装用シャフト構成部材の一部とすることを特徴とする。

第３発明は、第１又は第２発明のニューマチックケーソン工法における艤装設備において、材料用・人用出入室一体構造のマテリアルロック部上ドアと吊支用ワイヤ挿通孔との間隙から漏出する高圧空気により発生する騒音に関し、該高圧空気の高圧化に伴い艤装用シャフトの艤装高さを高層化したことを特徴とする。

第４発明は、第１〜第３発明の何れか１つの発明のニューマチックケーソン工法における艤装設備において、マンシャフト内部に、マテリアルシャフトを囲繞する形状に昇降設備としての螺旋階段を内装したことを特徴とする。

第５発明は、第１〜第４発明の何れか１つの発明のニューマチックケーソン工法における艤装設備において、材料用・人用出入室一体構造を多分割可能な構造とし、ケーソン施工条件に応じた必要最小限の設備（艤装用シャフト１０、マンロック上ドアシャフト１２、マテリアルロック上ドア兼マンロック下ドアシャフト１３、マテリアルロック下ドアシャフト１４）を選択し該材料用・人用出入室一体構造を機能させることが可能となり、ケーソンに載置される設備全体の荷重低減が得られることから、不安定状態の該ケーソンの初期沈設時に安定的挙動を提供することを可能としたことを特徴とする。

第６発明は、第１〜第５発明の何れか１つの発明のニューマチックケーソン工法における艤装設備において、材料用・人用出入室一体構造の内、重量が大きいマテリアルロック、マンロック及びボトムドアロックを該材料用・人用出入室一体構造の最下部に配設することで、ケーソン付属の設備を含めたケーソン全体の低重心化を図り、ケーソン沈設過程における該ケーソン傾斜時及び風力などによる外的荷重の作用時に発生する転倒モーメントを最小限に抑えることを可能としたことを特徴とする。

第７発明は、第１〜６の何れか１つの発明のニューマチックケーソン工法における艤装設備おいて、作業室内設備の地上遠隔操作によりニューマチックケーソン沈設を可能とすることを特徴とする。

本発明によると、材料用出入室システム及び人用出入室システムのそれぞれを一体に構成した一体構造を設備容易とするために多分割可能な構造とするほか、艤装時にマテリアルロック又はマンロックの一時撤去作業を不要とし両システムを同時に建設することが可能とし、艤装用シャフトのマテリアルシャフト部は圧力容器構造規格に準拠する必要がなく、常にマンシャフト部からの点検が可能となり、高圧化に伴い騒音源位置と騒音発生位置となる艤装用シャフト開口端までの距離減衰効果を得ることが可能となり、ケーソンに載置される設備全体の荷重低減を為し、特に初期沈設時に安定的挙動を該ケーソンに与えることができ、設備全体の低重心化が転倒モーメントを最小限に抑え、艤装用シャフトの外部に別途足場を建設する必要がなく、システムの設置に要する実質占用面積を小さくすることを可能とし、ケーソン躯体設計の自由度を向上させるほか、これらに加えて、各ユニットが台車と共に一体に機能し後方旋回半径を最小に抑えた掘削アタッチメントの選択可能な掘削機を使用することで、ケーソン横断面積の極小化に対応することが可能となり、機器類の地上遠隔操作によるニューマチックケーソンを施工することを可能とする効果を奏する。

以下、本発明の実施について、躯体横断面積の小さいニューマチックケーソン工事を例に採り、図面をもとに以下詳細に説明する。

図９に示すように、現行において施工されているニューマチックケーソン工事は、ケーソンスラブ３ａ上に材料用出入室システム１及び人用出入室システム２をそれぞれ独立して立設し、掘削機６をはじめとする機器類を地上から遠隔操作することで作業室５内を無人化とし掘削排土を繰り返し、また、ケーソン構築重量が沈下過重に満たない時は荷重水４を併用するなどして総沈下力と総沈下抵抗力とをバランスさせながら沈設工程を進めていくこととなる。

ニューマチックケーソン工法は、その対象物件が比較的大規模となることが多いが、躯体の横断面積（≒掘削底面積）が小さい場合には、前記の材料用出入室システム１及び人用出入室システム２を同時に設備するための物理的空間が得られないこととなる。

このような施工物件の場合には、例えばオープンケーソン工法などによる施工に適性があるものの、様々な施工環境への対応が難しいこともあり、また、特に近年の大深度化にあっては不確実な施工要素を包含しているため、確実に施工する手段としてはニューマチックケーソン工法が秀でる。

そこで出願人は、このような条件に対応する方法として、図１０に示すように、内部にマテリアルシャフト部を有する横断面ドーナツ形状のマンロック２ａをマテリアルロック１ａとマテリアルシャフト１ｂの間に介設し、材料類の出入室が行われない時間にマンロック２ａ内から作業者が出入室することを可能とする、特殊形状のマンロック２ａを製作し使用しているが、躯体の沈設長が大深度化するに従って、マテリアルロック１ａに内装する垂直タラップ１ｃによる作業者の昇降が大変になり、艤装設備中の重量物が最上部に設置される構造によってトップヘビーの状態が不安定要素を招くことにもつながる。

本発明は、図１に示すように、全体としては円筒形鋼管の二重管構造を有しており、マテリアルシャフト１ｂを中心としてマンシャフト２ｂを同心配置すると共に、両シャフトを一体化した構造とする。但し、二重管構造は円筒形に限定するものではなく、断面多角形の筒体でもよい。

マテリアルシャフト１ｂ内には、下から、マテリアルシャフトボトムドア１ｄ、マテリアルロック下ドア１ｅ、及びマテリアルロック上ドア１ｆが内装され、この下ドアと上ドアが同時に閉鎖状態となることで構成される閉塞空間がバケットスペースとなり、かつマテリアルロック１ａとして機能することとなる。

また、マンシャフト２ｂ内には、同様に下から、マンシャフトボトムドア２ｄ、マンロック下ドア２ｅ、及びマンロック上ドア２ｆが内装され、この下ドアと上ドアが同時に閉鎖状態となることで構成される閉塞空間がマンロック２ａとして機能することとなる。

マテリアルシャフト１ｂ及びマンシャフト２ｂそれぞれのボトムドアは、各シャフトに備えるドア部のメンテナンス作業時、及び艤装作業における艤装用シャフト１０の艤装時に作業室５内の圧力環境を保持する目的で設備するものである。

上記の６枚のドアの内、マンロック下ドア２ｅ及びマンロック上ドア２ｆ以外は、全て油圧駆動により遠隔操作で開閉操作を行うことを可能とし、さらに、整備上の都合や不具合発生時を考慮し、作業者が手動により直接開閉することもできる構造となっている。ここで、マンロック下ドア２ｅ及びマンロック上ドア２ｆは、安全面の事由からドア操作ハンドル２ｈによる手動操作を採用したが、もちろん技術的には油圧シリンダなどでも可能である。

排気室シャフト１１のマンシャフト部には、マテリアルロック１ａからの配管開放端が開閉バルブを介装して配管されており、さらに管口には消音器１６を具備することにより、作業室５内から排土バケット７を搬出する際のマテリアルロック１ａ内の高気圧・大気圧変換を行うにあたり、排気音を低減させる効果を有する。

さらに、図２に示すように、排気室シャフト１１の内側面全体について、グラスウール１８、メタルウール、又はロックウールなどの吸音性に優れる材料を貼設すれば、シャフト全体で大型の消音装置を構成することから、環境影響が叫ばれる建設工事において周辺に及ぼす騒音問題を解消することが可能となる。

また、各シャフトの分割位置は、図１では出願人の保有する機械設備類に合わせたものとなっているが、これは任意の必要な寸法で分割可能である。

艤装用シャフト１０の艤装作業については、ケーソン３躯体の構築進度に合わせて上記の合計５種のシャフト、ボトムドアシャフト１５、マテリアルロック下ドアシャフト１４、マテリアルロック上ドア兼マンロック下ドアシャフト１３、マンロック上ドアシャフト１２、及び排気室シャフト１１を設備した後の工程となるが、艤装の全工程について常に一連のシャフトの最上位に載設し、ボルト継合する形態となる。

これより、従前行われている艤装作業時に発生するマテリアルロック１ａ又はマンロック２ａの一時撤去を必要としない。このことは、艤装作業の省力化施工に繋がり、艤装時の工数を低減できることで安全管理上も好都合である。さらに、艤装用シャフト１０は艤装設備の中でも製品重量が最軽量となるため、クレーンなどによる荷役作業の点からも安全性の向上が得られる。

特に本発明においては、艤装用シャフトの艤装作業を行うにあたり、一体に構成した材料用・人用出入室一体構造における最大重量物となるマテリアルロック１ａ又はマンロック２ａの一時撤去作業を不要とし、該艤装用シャフトを順次最上部に連設することが可能となることから、該マテリアルロック１ａ又は該マンロック２ａの艤装用シャフト艤装後の再設置を不要とし、さらに、該材料用出入室システム及び該人用出入室システムを同時に建設することが可能となる。

また、図３に示すように、艤装用シャフト１０の内部は、マンシャフト２ｂとして中心部のマテリアルシャフト１ｂをセンターポール（シャフト）とする螺旋階段２ｃが設備され、作業者の昇降用として使用されるが、従来のマンシャフト２ｂに比べ、必然的に大径化されることにより昇降時の安全性が増す。つまり、図示は省略するが、従来のマンシャフトないに設備される階段と蹴上げ高さを同じくしても、より踏面が大きくとれるためで、踏み外しによる事故などの単純なヒューマンエラーを回避することを可能としている。

さらに、艤装用シャフト１０をはじめとする全てのシャフトは、ケーソン３に凾載する荷重水４による水圧に抵抗するため、外圧構造の容器とする必要はあるが、排気室シャフト１１及び艤装用シャフト１０に関しては、内部のマテリアルシャフト部には一切の内外圧が作用しないことから、強固な構造とする必要がなく、昇降する作業者とマテリアルシャフト部を通過する材料類とが接触しない程度のものでよい。例えば、図２には排気室シャフト１１の消音効果向上施策を示したが、このようにマテリアルシャフト１ｂは多孔鋼板１７などを製作材料として軽量化することも可能となり、さらには、マテリアルシャフト１ｇの接合方式はフランジ２０を利用するボルト継合でなくともよく、全体で一本のシャフトとしての連続性が確保されれば、単に突き合わせるだけでもかまわない。

加えて、（００４４）段落記載のマテリアルロック１ａ内高圧空気の排出に伴う騒音について、排気室シャフト１１で低減された騒音は艤装用シャフト１０のマンシャフト部を通過し最上位の艤装シャフトから外部へ開放されるため、（００４５）段落記載の消音手法に同様の吸音材料を艤装用シャフト１０内面に貼設することで、より一層の効果を得ることができる。

主な騒音の発生箇所は上記以外に２箇所あり、その内ひとつはマテリアルロック上ドア１ｆの吊支用ワイヤ７ａと上ドアに開口する吊支用ワイヤ挿通孔１ｈとの間隙からほぼ連続的に発生する作業室５内からの高圧空気の吹出し音で、もうひとつはマテリアルシャフト１ｂ内を通過する排土バケット７の外側面がマテリアルシャフト１ｂの内側面に間欠的に接触する際に発生する金属音である。

これらへの対応として、高圧空気の吹出し音については、本発明の場合はマテリアルロック１ａが従来とは異なり材料用出入室システム１の下部に位置することから、騒音発生源となるマテリアルロック上ドア１ｆも必然的に下方に位置することとなり、騒音が外部に開放される開口端部は最上部の艤装用シャフト１０となり鉛直上方に位置し、さらにこの位置関係は、作業室５内の高気圧化の進行にほぼ同調してシャフト艤装高さも高層化することから距離を為すため、音響の距離減衰効果により、工事箇所周辺への騒音影響を低減する。

さらに、前記の吸音材料をマテリアルシャフト１ｂ内面に貼設することで一層の消音効果が得られ、また、（００５０）段落記載の多孔鋼板１７などの音響透過性材料をマテリアルシャフト１ｂ構造部材として併せて利用することによって、マテリアルシャフト１ｂ及びマンシャフト２ｂの全体で消音効果を得ることを可能とする。

マテリアルシャフト１ｂ内を通過する排土バケット７に起因する金属音については、シャフト構造自体が円筒形二重管であり、マテリアルシャフト部と外郭鋼管が為す空間はマンシャフト部を形成することから、排土バケット７とマテリアルシャフト１ｂとの接触により発生する騒音は、直接的にマテリアルシャフト１ｂを通じて最上位の艤装シャフト開口端に到達し開放されるものと、マテリアルシャフト１ｂからの固体伝搬音がマンシャフト２ｂ内で空気伝搬音に変換されマンシャフト２ｂ内から艤装シャフト開口端で開放される音に分かれる。

この際、マンシャフト２ｂ内部における空気吸収による減衰効果が得られることから、従来の独立した材料用出入室システム１を構成するマテリアルシャフト１ｂに比べ、周辺への騒音影響を低減可能となる。もちろん、（００４５）段落記載の手法でマンロック２ａ内部に吸音材料を用いることで、一層の効果を狙うことも可能である。

次に、ニューマチックケーソン沈設工程においては、ケーソン３の最終施工精度を決定づける要因として、初期沈設の施工精度が挙げられる。

ニューマチックケーソンは躯体重量及び艤装設備重量をはじめとする沈下力と、刃口反力や作業室５内圧力による沈下抵抗力とがバランスすることで沈設制御することは前記したが、特に沈設工程の最初段階においては、地下水を排除するための圧縮空気が作業室５内に充満しておらず、また、ケーソン３周面の摩擦抵抗力も発生しないことから、沈下力が圧倒的に上まわることとなり、さらに、沈設地盤の表層部はケーソン３のこの初期構築荷重を考えると軟弱である場合が多く存在する。

このような条件下では、掘削底面積（≒ケーソン横断面積）が小さいほど、初期沈設時の躯体の挙動管理が難しく、特に傾斜精度の確保は物件が大深度化するほどシビアなものとなる。

そこで、本発明は初期構築荷重を極力低減することで、ケーソン沈設の最初段階について安定的挙動及び傾斜精度の確保を容易に得るものである。

具体的には、図４に示すように、ボトムドアシャフト１５、マテリアルロック下ドアシャフト１４、マテリアルロック上ドア兼マンロック下ドアシャフト１３、マンロック上ドアシャフト１２、及び排気室シャフト１１で構成される５種のシャフトの内、マテリアルロック下ドアシャフト１４と排気室シャフト１１を不要とすることで、全体の荷重軽減を為すものである。

初期構築時には作業室５内に圧縮空気が全く存在しないか、又は極々低圧力の（大気圧状態に近い）環境となるため、マテリアルロック部１ｇより排気される高圧空気によって発生する騒音は全くなく、また、マテリアルロック下ドア１ｅはその機能をマテリアルシャフトボトムドア１ｄで代替することで不都合なく施工可能とするものである。

これにより、出願人が保有している材料用兼人用出入室システムを構成するシャフトの総重量は、全体の約３２％を軽減することとなり、５，５００ｋｇ以上の艤装設備の軽量化を図ることとなる。

以降、初期の沈設作業が終了し、ケーソン３躯体の挙動安定を得た後、ボトムドアシャフト１４、マテリアルロック上ドア兼マンロック下ドアシャフト１３、及びマンロック上ドアシャフト１２に加え、マテリアルロック下ドアシャフト１４及び排気室シャフト１１を艤装することで、作業室５内の高気圧化に伴う騒音及び各シャフトのドア部の整備などにも対応可能となり、安全かつ安定的なケーソン施工を行うことができる。

また、各シャフトの内、ドア構造を内装するシャフト及びロック機能を有するシャフトはその重量も大きいが、全艤装設備の中で最下部に集中配設しており低重心化が図られている。これは、ケーソン３の構築が進み大深度化するに従って高層化する艤装設備の上位は全て軽量な艤装用シャフト１０となることから、シャフト類に作用するケーソン沈設過程における風圧などの外的荷重や躯体傾斜により発生する転倒モーメントなどを最小限に抑制することが可能となり、安全性に優れたものとなる。

これらシャフト類の艤装作業においては、一般にシャフトの外部に仮設足場を建設し、艤装高さに伴って足場を建て増しする方法でシャフトフランジ２０部のボルト継合作業が行われるが、本発明のフランジ構造は、図２にわかりやすく示すように、全シャフトのマテリアルシャフト部（又はマテリアルロック部１ｇ）は外フランジ２０とし、外郭を構成するマンシャフト部（又はマンロック部２ｇ）は内フランジ２０とすることで、全てマンシャフト２ｂ内部から艤装に必要なボルト継合作業を行うことができるため、別途、外足場を建設する必要がない。

このことは、ケーソン横断面積が小さい場合は特に有効で、スペース上の問題から足場の建設に余裕のない物件であっても確実な艤装作業が可能となり、さらに工数を低減できるため安全管理面でも優れる。

ここで、図５に示す材料用出入室システム１及び人用出入室システム２が独立した在来の方法と、材料用兼人用出入室システムとして一体化された本発明との艤装設備設置における占有面積について、艤装設備の最上部に設備される作業用ステージなど付属物を除き、数値により表１に比較すると、独立構成の在来設備を並設した場合に比べて、おおよそ半分の敷地で艤装設備を設置することが可能となり、スペース効率の向上が図られる。もちろん、さらなる小径化も可能である。

さらに、上記は必要設備を集約して配置することに繋がるため、次のような利点を有する。

ケーソン構造物の躯体を設計するにあたって、構造体となる鉄骨や鉄筋の配置について自由度が得られないことがあり、また、ケーソン３を地下容器として使用する場合などはその内部構築物も同時に施工することがあり、同様に設計自由度が得られず苦労することがある。

これらは、何れもケーソンスラブ３ａにはシャフト孔２１が必要となることに起因しているためで、構造物の用途面からシャフト孔２１位置に制約が発生する場合は、本発明のように孔位置を一箇所で済ませることができれば、それだけ設計上の自由度が向上し容易に躯体の設計が可能となり、省力化が図れる。

近年の建設工事では、機械類の自動化制御及び無人化施工が進んでいるが、これらは人間による苦渋作業からの開放、専門的技術を習得している熟練作業者の減少、人体に有害な物質の存在などをはじめとする課題を解決するだけでなく、人力を伴う施工は工事費の増加を伴うこともその理由のひとつとなっている。

また、書籍「国土交通省土木工事積算基準」によれば、ニューマチックケーソン工事の積算はケーソン掘削底面積が４０平方メートル未満の場合は人力掘削を行うことが標準となっており、これはショベルやバックホウなどによる機械掘削が難しいことの指標として考えられ、また、狭隘な作業室５内に作業者と機械類とが共存する環境においては、安全性が低下することが容易に想像できる。

そこで、掘削底面積が小さくとも機械化施工かつ遠隔操作可能な掘削機６を提供することで、ケーソン横断面積が小さくかつ大深度の物件にも対応可能とする掘削機６について、以下、図１、図４、図６をもとに説明する。

掘削機６は、３つのユニットから構成され、それぞれ掘削及び運転席ユニット２２、動力ユニット２３、及びケーブル収納ユニット２４とし、さらにユニット個々が１台ずつの台車に懸架されて独立した機能を有し、かつ、掘削ユニットを懸架する台車は駆動輪及びブレーキ機構などを内蔵する。

掘削及び運転席ユニット２２には、ケーソン掘削地盤９を掘削するための掘削機６が設備されており、図７に示すように、掘削ブームをアタッチメント式に交換可能とすることで、ショベルとしてもまたバックホウとしても機能させることができ、掘削地盤９の土質や作業室５内の形状に合わせて選択可能とすることで、あらゆる施工条件に対応するものである。また、地上からの遠隔操作では難しい初期段階の沈下掘削に対応するため、掘削オペレータが搭乗可能な運転座２２ａ及び油圧制御バルブを直接操作可能な操作杆が設けられている。

動力ユニット２３には、油圧ポンプ及びそれを駆動する電動モータを設備する。

これより、掘削機６と動力系統を分離することで、掘削ユニットに設備される掘削機６はそのブームの後方に何らの機器もなくなるため後方旋回半径を極小化することができ、このことは作業室５内の軌条６ａ配置計画を容易にする。

また、ショベル掘削機のブームは３段構成とし、２段階に伸縮可能とすることで、最小縮長時のブーム長さが極めて短くなるため、作業室５内設備の他の機器類及び材料類との接触を回避することが可能であり、安全性に優れる。

さらに、地上における遠隔操作での掘削作業を可能とするため、掘削及び運転席ユニット２２、及び作業室天井スラブに掘削バケット部や作業室５の広範囲を監視可能なカメラを設置することで、ケーソン掘削作業を人力掘削によらず機械化施工することができ、かつ無人化により安全性が向上し工事費の低減にもつながる。

図７及び図８に示されるように、ケーブル収納ユニット２４には、台車の移動に伴う動力ケーブル２４ａ巻き取り及び送り出しを行うため、自動巻き取り機構を有するケーブルドラム２４ｂが設備され、動力ケーブル２４ａは台車が走行する軌条６ａの外側面に周設することで、従来、作業室５内空に余裕のある場合に利用されていたケーブルカッシャーなどを使用せずにケーブル２４ａの取り回しを可能とし、ケーソン横断面積が小さく作業室５内が狭隘な条件であっても作業空間を圧迫することなく施工を可能とする。

これらの各ユニットは、それぞれの台車がピン支持によって列設されており、掘削ユニットを懸架する駆動用台車に導引されて軌条６ａを走行可能とする。もちろん、各ユニットの機能、構成または設備の順列関係などは、対象となるケーソン３、作業室５の形状または軌条６ａの配置状態などによって選定すればよい。

以上の説明により、本発明は、新規の材料用・人用出入室システム及び新規の作業室内掘削設備をさらに組み合わせて使用することで、従来技術では人力掘削として施工しなければならなかった掘削底面積が小さいケーソン３、つまりケーソン横断面積が小さいケーソン３であっても、遠隔操作による機械掘削によってケーソン沈設作業を行うことを可能とし、このことはニューマチックケーソン工法による地下構造物施工の適用範囲を小径化する方向に拡大する技術となるものである。

なお、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。

本発明によるニューマチックケーソン施工の縦断面図である。 排気室シャフトの消音効果向上施策の一例を示す斜視図である。 艤装用シャフトの縦断面図である。 シャフト構成を簡略化し、艤装設備重量を軽減したニューマチックケーソン施工の縦断面図である。 ニューマチックケーソン出入室システムにおける設備上の占有面積の比較図である。 図１又は図４の仮想平面図である。 掘削機アタッチメントをバックホウに交換した可動範囲図である。 掘削機アタッチメントの要部を示す縦断面図である。 材料用出入室システム及び人用出入室システムを独立して列設した、従来のニューマチックケーソン工法の一般的縦断図である。 マテリアルロック、内部にマテリアルシャフトを有するマンロック、及びマテリアルシャフトを組み合わせた、従来のニューマチックケーソン工法の一施工形態を示す縦断図である。

符号の説明

１： 材料用出入室システム
１ａ：マテリアルロック
１ｂ：マテリアルシャフト
１ｃ：垂直タラップ
１ｄ：マテリアルシャフトボトムドア
１ｅ：マテリアルロック下ドア
１ｆ：マテリアルロック上ドア
１ｇ：マテリアルロック部（バケットスペース）
１ｈ：吊支用ワイヤ挿通孔
２：人用出入室システム
２ａ：マンロック
２ｂ：マンシャフト
２ｃ：螺旋階段
２ｄ：マンシャフトボトムドア
２ｅ：マンロック下ドア
２ｆ：マンロック上ドア
２ｇ：マンロック部
２ｈ：ドア操作ハンドル
３：ケーソン
３ａ：ケーソンスラブ
４：荷重水
５：作業室
６：掘削機
６ａ：軌条
７：排土バケット
７ａ：吊支用ワイヤ
８：遠隔操作室
９：掘削地盤
１０：艤装用シャフト
１１：排気室シャフト
１２：マンロック上ドアシャフト
１３：マテリアルロック上ドア兼マンロック下ドアシャフト
１４：マテリアルロック下ドアシャフト
１５：ボトムドアシャフト
１６：消音器
１７：多孔鋼板
１８：グラスウール
１９：油圧ユニット及び操作機器類
２０：フランジ
２１：シャフト孔
２２：掘削及び運転席ユニット
２２ａ：運転座
２３：動力ユニット
２４：ケーブル収納ユニット
２４ａ：ケーブル
２４ｂ：ケーブルドラム
Ｓ１：従来型の材料用出入室システムの占有面積
Ｓ２：従来型の人用出入室システムの占有面積
Ｓ３：本発明の材料用兼人用出入室システムの占有面積

Claims (7)

1. 材料用出入室システム及び人用出入室システムを横断面二重構造の筒体とし、該材料用出入室システム及び該人用出入室システムの艤装用シャフトを、横断面中央部にマテリアルシャフト及びマテリアルロックを配置し、その外周に同心状にマンシャフト及びマンロックを配置することで材料用・人用出入室一体構造とし、且つ、該材料用・人用出入室一体構造を多分割可能な構造とし、
   材料用・人用出入室一体構造のマテリアルロック部からの高圧空気の排気を艤装用シャフトのマンシャフト部に排出する構成とし、該高圧空気の高圧化に伴い艤装用シャフトの艤装高さを高層化した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艤装設備。
2. 材料用出入室システム及び人用出入室システムを横断面二重構造の筒体とし、該材料用出入室システム及び該人用出入室システムの艤装用シャフトを、横断面中央部にマテリアルシャフト及びマテリアルロックを配置し、その外周に同心状にマンシャフト及びマンロックを配置することで材料用・人用出入室一体構造とし、且つ、該材料用・人用出入室一体構造を多分割可能な構造とし、
   艤装用シャフトのマテリアルシャフト部材又はマンシャフト部材、若しくは両部材の材質を消音効果特性に優れるグラスウール、ロックウール、メタルウールのいずれかを該艤装用シャフト構成部材の一部とす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艤装設備。
3. 材料用・人用出入室一体構造のマテリアルロック部上ドアと吊支用ワイヤ挿通孔との間隙から漏出する高圧空気により発生する騒音に関し、該高圧空気の高圧化に伴い艤装用シャフトの艤装高さを高層化した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における艤装設備。
4. マンシャフト内部に、マテリアルシャフトを囲繞する形状に昇降設備としての螺旋階段を内装したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のニューマチックケーソン工法における艤装設備。
5. 材料用・人用出入室一体構造を多分割可能な構造とし、ケーソン施工条件に応じた必要最小限の設備（艤装用シャフト１０、マンロック上ドアシャフト１２、マテリアルロック上ドア兼マンロック下ドアシャフト１３、マテリアルロック下ドアシャフト１４）を選択し該材料用・人用出入室一体構造を機能させることが可能となり、ケーソンに載置される設備全体の荷重低減が得られることから、不安定状態の該ケーソンの初期沈設時に安定的挙動を提供することを可能としたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のニューマチックケーソン工法における艤装設備。
6. 材料用・人用出入室一体構造の内、重量が大きいマテリアルロック、マンロック及びボトムドアロックを該材料用・人用出入室一体構造の最下部に配設することで、ケーソン付属の設備を含めたケーソン全体の低重心化を図り、ケーソン沈設過程における該ケーソン傾斜時及び風力などによる外的荷重の作用時に発生する転倒モーメントを最小限に抑えることを可能としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のニューマチックケーソン工法における艤装設備。
7. 作業室内設備の地上遠隔操作によりニューマチックケーソン沈設を可能とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項記載のニューマチックケーソン工法における艤装設備。