JP5127765B2 - ニューマチックケーソンの複合シャフト - Google Patents

Description

この発明はニューマチックケーソンの複合シャフトに関し、特にニューマチックケーソン工法において使用されるマテリアルシャフトとマンシャフトを一体化した複合シャフトに関する。

従来、ニューマチックケーソン工法の施工に当たっては、地上の大気圧域と地下のニューマチックケーソン先端の高気圧作業室との間に略垂直に、掘削土砂と機資材の運搬用のマテリアルシャフトと作業員の出入用のマンシャフトとを設けるが、これらシャフトは、ニューマチックケーソンが大口径であれば別個に設け得るに対し、小口径となるに従がって利用可能な空間が制限されるため、一体化して複合シャフトとしたり、単独のシャフトを兼用する共用型としたりして用いられる。

図７（ａ）に、従来使用される複合シャフトの一例を断面図で示すが、この複合シャフト２０は鋼板を長楕円形に形成してなり、略中央を横断する隔壁板２１で長楕円形の空間を二つに仕切ってその一方をマテリアルシャフト２３、他方をマンシャフト２４とし、隔壁板２１の両端に接合する補強材２２ａ、２２ｂにより複合シャフト２０の側壁部分を内部において補強する（特許文献１参照）。つまり、この複合シャフト２０は、断面を長楕円形とした筒状鋼板の内部に断面をＨ型とした鋼材を挿入して補強した構成といえる。しかし、この構成は鋼板を長楕円形に形成する点と、内部に補強鋼材を要する点において経済性に欠ける。

従来の複合シャフトの他例が図７（ｂ）の複合シャフト３０で、中央の隔壁板３１の両端に接合する補強材をそれぞれ複合シャフト３０の側壁板３２ａ、３２ｂとして形成することにより増強したＨ型構造体とし、それぞれ断面を半円形とした半筒状のマテリアルシャフト３３とマンシャフト３４の両端面をこのＨ型構造体の側壁板３２ａ、３２ｂの両側方の端面に結合して、全体を長楕円形とするよう構成している。

実公平４−１５７９９号公報

比較的小口径のニューマチックケーソンにおいて使用する上記特許文献１の長楕円形の複合シャフトを大深度において使用する場合、増大する地下水圧に対抗するためにニューマチックケーソン先端の高気圧作業室の気圧が更に増加されるため、特に作業室に隣接するボトムシャフトをなす複合シャフトには増大した外圧ないし内圧が作用するので、特にその長楕円形の側壁部分において強固な構造とすることが要求される。マテリアルシャフトとマンシャフトの双方に作用する外圧に関しては、コストは高いが長楕円筒体を一体鋼板構造として側壁部分を内部で補強する複合シャフト２０が有利と見られるが、マテリアルシャフトに更に作用する内圧に対しては何ら対策がなされておらず、コスト上の面からも有利とは言えない。その点では増強したＨ型構造体を主体とする複合シャフト３０は外圧にも内圧にも高い強度を示すと見られるが、マテリアルシャフト３３とマンシャフト３４が半円筒体と側壁版３２ａ、３２ｂの端面同士の接合によって形成される点において、増大した内外圧に対して不利と見られる。従ってこれら複合シャフト２０ないし３０を大深度位置で使用するには更なる強度増強が必要であって、更なる重量の増加と製造コストの上昇に繋がる。ここにおいて従来の共用型単独シャフトは円筒体の高い耐圧性を示唆するが、単に２本の円筒体を並置して結合するのみでは信頼性のある一体化結合は得られない。

本発明は、従って、上記した従来技術における課題を解決し、比較的小口径のニューマチックケーソン内の大深度位置において使用されて、増大する内外圧に十分耐え得る強度の構造を有し、しかも重量の増加に至らず、製造コストの上昇を来たさないニューマチックケーソンの複合シャフトを提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１の本発明は、ニューマチックケーソン工法のケーソン躯体内において地上の大気圧域から地下の高気圧作業室にかけて延設され、掘削土砂と機資材の搬出入のためのマテリアルシャフトおよび作業員の昇降のためのマンシャフトの一体構造でなる、ニューマチックケーソンの複合シャフトにおいて、マテリアルシャフトとマンシャフトがそれぞれ断面を円形とする筒体でなり、マンシャフトはその円周の一部をマテリアルシャフトの円周に重ね合わせて、円形を維持するマテリアルシャフトと一体に結合されることを特徴とする。
請求項２の本発明は、請求項１の複合シャフトにおいて、マンシャフトが長さ方向に沿って円周の一部を除去した開口の両側端縁において、マテリアルシャフトの外周面に結合されることを特徴とする。
請求項３の本発明は、請求項２の複合シャフトにおいて、マテリアルシャフトの外周面に結合されたマンシャフトの開口の両側端縁の結合部分を、隣接する両シャフトの外周面に沿って補強する補強材を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ニューマチックケーソンの複合シャフトを構成するマテリアルシャフトとマンシャフトはそれぞれ円筒体でなり、マンシャフトは円筒体の強度を減じない範囲で円周の一部をマテリアルシャフトの円周に重ね合わせて、円形を維持するマテリアルシャフトと一体に結合されるので、ケーソン躯体の大深度位置において増大する内圧と外圧の双方の作用を受けるマテリアルシャフトは円形を維持して最もコンパクトな形で最大の強度を保ち、増大する外圧のみを受けるマンシャフトもほぼ完全な円筒体の強度を保持し得るとともに、長楕円型の場合より鋼材の板厚を薄くできる点において複合シャフトの軽量化とともに製造コストの軽減が図れる。

本発明によるニューマチックケーソンの複合シャフトの構造を示す断面図。 図１の複合シャフトの各パートのケーソン躯体内における配置図。 図２の複合中間シャフト間の上下端結合用フランジの平面図。 図２の複合アンカーシャフトを上スラブのアンカーリングと結合するフランジの平面図。 図２のアンカーリングを複合アンカーシャフトに結合するためのフランジの平面図。 図２のニューマチックケーソンの上スラブにおけるアンカーリングと複合アンカーシャフトの間の結合状態を示す部分拡大断面図。 （ａ）は従来技術における複合シャフトの構造の一例を示す断面図。（ｂ）は従来技術における複合シャフトの構造の他例を示す断面図。

以下に本発明による実施形態について図面を参照して詳細に説明する。

図１に、本発明によるニューマチックケーソンの複合シャフトを形成し、ケーソン躯体の深さ方向に沿って順次配列される複数のパートに共通する断面構造を示し、図２に、ケーソン躯体内での複合シャフトの各パートの使用時における設置状態を示す。

図１において、本発明によるニューマチックケーソンの複合シャフト１は断面を円形とする円筒体でなるマテリアルシャフト１４と、同じく断面を円形とするが円周の一部をマテリアルシャフト１４の円周と重ね合わせた形状でマテリアルシャフト１４と一体化した円筒体でなるマンシャフト１５とで構成される。円周上の重ね合わせは、この場合、深度増加と共に増大する気圧を内外面に受けるマテリアルシャフト１４が完全な円形を維持してその強度が保たれるようにすると共に、増大した圧力を外面のみに受けるマンシャフト１５については円周の一部を切り欠くが円形の強度は実質的に保たれる程度の切り欠きとする。実際には、マンシャフト１５をなす円筒体の長さ方向に沿って円周の一部を切除して軸方向の開口とし、その開口の両側縁をマテリアルシャフト１４の外周面に接合し、例えば溶接によって一体に結合して複合シャフト１とする。必要に応じてこれら２箇所の接合部分に対して外側から、それぞれ断面を楔形とした一対の補強材１６を、両シャフトの隣接する外周面に当接させ、溶接あるいは接合により固定して結合を補強する。

図ではマテリアルシャフト１４の直径をマンシャフト１５の直径より小さくした構成が示されるが、本発明はこの構成に限定されない。つまり、図は必要に応じてマンシャフト１５の径を大きくすることが可能であることを示すものであり、マテリアルシャフトとマンシャフトは互いに径を等しくすることも、あるいは、図１と逆にマテリアルシャフトの径を大きくすることもできる。

図２において、ニューマチックケーソンＡをなす筒状または箱状のケーソン躯体Ｂは、下方先端縁の刃口Ｅとその内底面をなす作業室スラブＣとで区画されて高気圧に保たれた作業室Ｄを地下最先端とし、上方後端開口を地表外に位置させて、作業室Ｄにおける掘削の進行とともに沈下される。作業室スラブＣの上方に上スラブＦを形成して両スラブ間に気圧の加減制御可能とした、作業員待機用のマンロックＧを設ける。つまり、作業員は後述するマンシャフト１５の下端部分から一旦マンロックＧに出て、作業室スラブＣを貫通する図示しない開口部を介して作業室Ｄに出入する。作業室スラブＣは更に、掘削土砂運搬用の土砂バケット１３や掘削機等関連の機資材を通過させる気密型の開口部Ｈを備え、開口部Ｈの周面には鋼製のアンカーリング８が嵌め込まれ、マンロックＧ内に位置するアンカーリング８の上端に、気密構成のためのワン型ハッチ９が取付けられる。

ワン型ハッチ９の上方のマンロックＧ内には、マテリアルシャフト１４とマンシャフト１５を一体化してなる複合シャフト１の最下位部分をなす複合ボトムシャフト２が設置され、そのマテリアルシャフト１４の下端がワン型ハッチ９内に挿入され、マテリアルシャフト１４の下端開口はワン型ハッチ９のハッチにより開閉される。複合ボトムシャフト２のマンシャフト１５は、作業員の出入のための圧気扉１１を備え、マンシャフト１５内を大気圧に保つ。従ってこのマンロックＧ内においてマテリアルシャフト１４は内面と外面の双方で高気圧の作用を受け、マンシャフト１５は外面において高気圧の作用を受けることとなり、図１に示す本発明の複合シャフト１の構成がその効果を発揮する。

マンロックＧの上部を仕切る上スラブＦのシャフト挿通開口Ｉには、複合シャフト１と同じ形状の鋼製のアンカーリング１０が嵌め込まれる。アンカーリング１０の上端には、図５に示すようにマテリアルシャフト側フランジ１４ｂとマンシャフト側フランジ１５ｂとを含むアンカーリング用フランジ１０ａが溶接等で取付けられる。複合シャフト１の一部をなす複合アンカーシャフト３がアンカーリング１０内に挿通され、アンカーリング用フランジ１０ａの上側の位置で複合アンカーシャフト３の胴部に溶接等で取付けた図４に示す複合アンカーシャフト用フランジ３ａをアンカーリング用フランジ１０ａにボルト等で固着され、その上部を複合アンカーシャフト用フランジの補強材３ｂで補強する。複合アンカーシャフト３は上下端に図３が示す複合シャフト用フランジ１ａを備え、下端のフランジ１ａにおいてマンロックＧ内の複合ボトムシャフト２の上端とボルト等により結合される。

上スラブＦの上方には、上端を地表上で開口するケーソン躯体Ｂ内の空間において、それぞれ複合シャフト１の一部をなす複合中間シャフト４ａ〜４ｎがケーソン躯体Ｂの沈下進行とともに逐次設置される。複合中間シャフト４ａ〜４ｎはそれぞれ上下端に図３が示す複合シャフト用フランジ１ａを有し、これらフランジ１ａにおいて上下のシャフト同士でボルト結合され、その上端の地表上において、複合シャフト１の最上部をなす複合トップシャフト５が設置される。この複合トップシャフト５において、マテリアルシャフト１４は、異径シャフト６を介し、上下に２個のハッチを備えるマテリアルロック７を載置するとともに、マンシャフト１５は作業員出入用の扉１２を備える。

上記の構成において、それぞれ複合シャフト１の一部をなす複合ボトムシャフト２、複合アンカーシャフト３、複合中間シャフト４ａ〜４ｎならびに複合トップシャフト５はいずれも図１について前述した断面円形のマテリアルシャフト１４とマンシャフト１５の一体化結合構成を有することは言うまでもない。

複合シャフト１において、マンシャフト１５の側は内部が大気圧に保たれ、図示しないが、複合トップシャフト５と複合ボトムシャフト２の間を繋ぐ梯子、螺旋階段、エレベーター等の作業員昇降用設備を備える。複合ボトムシャフト２からマンロックＧに出た作業員は、作業室スラブＣを貫通する図示しない開口に嵌め込みした鋼製のアンカーリングの上部の作業員昇降用ワン型ハッチを介して、作業室Ｄに出入する。

Ａ ニューマチックケーソン
Ｂ ケーソン躯体
Ｃ 作業室スラブ
Ｄ 作業室
Ｅ 刃口
Ｆ 上スラブ
Ｇ マンロック
Ｈ 開口部
Ｉ シャフト挿通開口
１ 複合シャフト
１ａ 複合シャフト用フランジ
２ 複合ボトムシャフト
３ 複合アンカーシャフト
３ａ 複合アンカーシャフト用フランジ
３ｂ 複合アンカーシャフト用フランジの補強材
４ａ〜４ｎ 複合中間シャフト
５ 複合トップシャフト
６ 異径シャフト
７ マテリアルロック
８ アンカーリング
９ ワン型ハッチ
１０ アンカーリング
１０ａ アンカーリング用フランジ
１１ 作業員出入口圧気扉
１２ 作業員出入口扉
１３ 土砂バケット
１４ マテリアルシャフト
１４ａ マテリアルシャフト用フランジ
１４ｂ アンカーリング用マテリアルシャフト側フランジ
１５ マンシャフト
１５ａ マンシャフト側フランジ
１５ｂ アンカーリング用マンシャフト側フランジ
１６ 補強材

Claims (3)

1. ニューマチックケーソン工法のケーソン躯体内において地上の大気圧域から地下の高気圧作業室にかけて延設され、掘削土砂と機資材の搬出入のためのマテリアルシャフトおよび作業員の昇降のためのマンシャフトの一体構造でなる、ニューマチックケーソンの複合シャフトにおいて、
   マテリアルシャフトとマンシャフトはそれぞれ断面を円形とする筒体でなり、マンシャフトはその円周の一部をマテリアルシャフトの円周に重ね合わせて、円形を維持するマテリアルシャフトと一体に結合されることを特徴とする、ニューマチックケーソンの複合シャフト。
2. マンシャフトは長さ方向に沿って円周の一部を除去した開口の両側端縁において、マテリアルシャフトの外周面に結合されることを特徴とする、請求項１記載のニューマチックケーソンの複合シャフト。
3. マテリアルシャフトの外周面に結合されたマンシャフトの開口の両側端縁の結合部分を、隣接する両シャフトの外周面に沿って補強する補強材を備えることを特徴とする、請求項２記載のニューマチックケーソンの複合シャフト。

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