JP6027732B2 - 仮締切り構造体および仮締切り構造体の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、水力発電所の取水口などに設置されるスクリーンを取替工事する際に、水の流入を遮断するために用いられる仮締切りの構造体および仮締切り構造体の施工方法に関する。

まず、従来の仮締切り構造体に説明する前に、水力発電所の構成について説明する。該水力発電所は、河川、湖沼などを利用して、水を高い位置から急速に流下させて、その水力で、水車を動かして、これを動力として発電機を回転して、電気を発生させるものである。この水力発電所は、構造によって、水路式発電所と、ダム式発電所とに分類される。水路式発電所は、河川をせき止めて直ちに取水し、比較的緩やかな水路で水を下流に導き、河川の勾配による落差を得て発電する方式となっている。ダム式発電所は、河川を横断してダムをつくり、ダム上流側の水位を上昇させて得られる落差を利用して発電する方式をとっている。

ダム式発電所１０は、例えば、図１１に示すように、ダム躯体１１と、水圧鉄管１２と、発電所１３とを備えている。

ダム躯体１１は、下流側において、発電所１３に向かって急傾斜する壁面ｈが形成されている。また、上流側において、水をせき止めて上池１１１をつくるための直立した壁面Ｈが形成されている。そして、図１２に示すように、直立した上流側の壁面Ｈの下側に、複数の取水口１１０，…が形成されている。この取水口１１０は、後述する水圧鉄管１２の一端部が接続されている。また、取水口１１０の開口周縁部に、スクリーンＳが設置されている。また、取水口１１０は、後述する発電所１３の水車１３０よりも高位置に形成されている。

水圧鉄管１２は、ダム躯体１１に貫設されている。そして、水圧鉄管１２の一端部が、ダム躯体１１の取水口１１０に連通している。また、水圧鉄管１２の他端部が、後述する発電所１３の水車１３０に配置されている。すなわち、水圧鉄管１２は、水車１３０に向かって下方傾斜するように、ダム躯体１１に貫設されている。また、排水管１２０がダム躯体１１に貫設されている。この排水管１２０の一端部が、直立した壁面Ｈを貫通して、水圧鉄管１２の下方（後述する仮締切り構造体１５の真下）に位置している。また、排水管１２０の他端部が、傾斜した壁面ｈを貫通して外部に連通している。そして、排水管１２０は、上池１１１の水を下流側に排水するようになっている。

発電所１３は、水車１３０と、発電機１３１と、吸出管１３２と、鉄塔１３３とを備えている。水車１３０は、取水口１１０から水圧鉄管１２を通って流下する水の位置エネルギーによって回動する。発電機１３１は、回動する水車１３０の機械エネルギーによって駆動して、該機械エネルギーを電気エネルギーに変換する。吸出管１３２は、その一端部が水車１３０に配置されている。また、吸出管１３２の他端部が、発電所１３の下流側の下池１３４に連通している。そして、吸出管１３２は、水車１３０の駆動に使用された水を下池１３４に排水する。鉄塔１３３は、発電所１３の敷地内に立設されている。そして、鉄塔１３３のアーム１３３０には、送電線１３３１が配線され、この送電線１３３１を介して需用者に対して電力輸送が行われる。

つぎに、従来の仮締切り構造体について説明する。該仮締切り構造体１５は、上述したダム躯体１１の上流側の壁面Ｈの取水口１１０に設置されるスクリーンＳを取替工事する際に、上池１１１の水が流入するのを防止するために使用されるものである。

仮締切り構造体１５としては、例えば、図１３（ａ），（ｂ）に示すように、底板ユニット１６と、ケーソン１７とを備えているものが公知になっている（特許文献１）。

底板ユニット１６は、下部支持桁１６０と、型枠１６１とを備えている。そして、ケミカルアンカーＡによって、下部支持桁１６０および型枠１６１を、ダム躯体１１の上流側の壁面Ｈの所定位置（取水口１１０よりも下側の位置）に固定する。その後、型枠１６１に水中コンクリートを流し込んで養生させる。

ケーソン１７は、複数の積載ユニット１７０，…を備えている。該各積載ユニット１７０，…は、高さ方向に水平分割されている。また、各積載ユニット１７０は、図１３（ｃ）に示すように、水平部１７１と、一対の折曲部１７２，１７２とを備えている。水平部１７１は、ダム躯体１１の壁面Ｈに対して平行する。各折曲部１７２は、水平部１７１に対して直角になるように、水平部１７１の両端部が互いに内側に向かって折り曲げられて形成されている。そして、底板ユニット１６の上において、複数の積載ユニット１７０，…が、ダム躯体１１の上流側の壁面Ｈの高さ方向に沿って積載されて、ケーソン（筒体）１７が構成される。ケーソン１７が底板ユニット１６の上に設置された際、ダム躯体１１の上流側の壁面Ｈと、ケーソン１７の水平部１７１および各折曲部１７２とで、角柱状の作業空間が形成されることになる（図示せず）。

特開２００５−１３９８６５号公報

しかしながら、前記従来の仮締切り構造体１５の場合、ダム底において、底板ユニット１６の下部支持桁１６０および型枠１６１にケーソン１７を固定しているため、下部支持桁１６０、型枠１６１、ケーソン１７は、周囲から作用する水圧（揚圧力）と、底部から真上に向かって作用する水圧（浮力）とを受けることになる。底部から真上に向かって作用する水圧は、一定圧力であるが、周囲から作用する水圧は、深くなるにつれて大きくなる。これらの水圧に耐えつつ、ケーソン１７を支持するためには、下部支持桁１６０および型枠１６１は必然的に大型化してしまう。したがって、水中作業において、大型化した下部支持桁１６０および型枠１６１を、ダム躯体１１の壁面Ｈに設置する作業が大掛かりになる。これに加えて、下部支持桁１６０と、型枠１６１と、水中コンクリートとが必要となるため、部品点数が多く、その分、作業に手間が掛かり、コスト高になるという問題がある。

また、ダム底において、底板ユニット１６の下部支持桁１６０および型枠１６１にケーソン１７を固定しているため、固定箇所が水中にあって、その固定状態を外部から容易に視認できないという問題がある。

そこで、本発明は、水中作業を軽減できて、支持部材に対する固定状態を外部から容易に視認できる仮締切り構造体および仮締切り構造体の施工方法を提供することを課題とする。

本発明に係る仮締切り構造体は、水中に位置する構造物の壁面に固設される下部支持枠と、周囲の水と前記壁面との間に作業空間を形成すべく、下部支持枠に固定支持されることなく前記壁面の高さ方向に沿って積載されて筒体に構成される複数のユニットと、水上に位置する構造物の壁面に固設され、前記筒体に構成される複数のユニットのうちの最上段の前記ユニットが固定される上部支持枠とを備え、前記ユニットは、略円弧状の輪郭線を形成するように、多角形の鋼製枠により構成され、最下段の前記鋼製枠は、鋼製枠の輪郭線および該輪郭線の両端部を結ぶ仮想直線で形成される領域を密閉するように、板部材が固着され、さらに、鋼製枠および板部材は、前記仮想直線に対して直交方向に分割できるように構成されることを特徴とする。

かかる構成によれば、水中での作業において、下部支持枠のみを構造物の壁面に固定するので、水中での作業の簡素化が図れて、作業性がよくなる。また、下部支持枠は、ユニットを筒体に構成する際に使用するためのもので、複数のユニットを支持できる強度があればよい。すなわち、ユニットにより構成された筒体を、水中において固定支持することはないので、水圧に耐え得る強度は考慮する必要がなく、大型にする必要もない。したがって、作業にかかる労力を大幅に軽減できるようになる。

しかも、筒体を構成する最上段のユニットを、水上に位置する構造物の壁面に固設される上部支持枠に固定することで、その固定状態を外部から容易に視認することができる。

また、ユニットが多角形の鋼製枠により構成されるので、鋼製枠の多角面によって水圧が分散されるようになり、水圧に対して十分な耐力をもつようになる。

また、最下段の鋼製枠において、鋼製枠と、該鋼製枠に固着された板部材とを、鋼製枠の略円弧状の輪郭線の両端部を結ぶ仮想直線に対して直交方向に分割できるように構成することで、最下段の鋼製枠を、複数に分割した状態で現場に搬送できるようになる。また、複数に分割した鋼製枠および板部材を一体化するように組み立てるので、大掛かりの搬送機械などが不要になり、作業にかかる労力を大幅に低減できるようになる。

また、本発明によれば、最下段を除いた前記鋼製枠は、複数の枠片に分割できるように構成するようにしてもよい。

かかる構成によれば、鋼製枠が複数の枠片に分割されるので、分割された枠片が組み立てられることで、鋼製枠が作製される。そして、下部支持枠の上において、組み立てられた鋼製枠が順次積載されて、筒体が組み立てられる。このように、鋼製枠が分割されることで、下部支持枠においての組立作業が効率よく行える。

また、本発明によれば、各ユニットは、壁面に当接して位置決めするための戸当たりを有し、該戸当たりは、ボルトの挿通位置を調整できるように、長孔が形成されるような構成を採用することができる。

かかる構成によれば、構造物の壁面に対する各ユニットの取付位置を、ボルトが挿通される長孔によって位置調整しつつ取り付けることができる。

また、本発明にかかる仮締切り構造体の施工方法は、水中に位置する構造物の壁面に下部支持枠を固設し、周囲の水と前記壁面との間に作業空間を形成すべく、下部支持枠に固定支持されることなく壁面の高さ方向に沿って複数のユニットを積載して、筒体を構成し、水上に位置する構造物の壁面に上部支持枠を固設し、前記筒体に構成される複数のユニットのうちの最上段の前記ユニットを上部支持枠に固定するようにし、前記ユニットを、多角形の鋼製枠により構成することで、略円弧状の輪郭線を形成し、最下段の前記鋼製枠に板部材を固着して、鋼製枠の輪郭線および該輪郭線の両端部を結ぶ仮想直線で形成される領域を密閉し、さらに、鋼製枠および板部材を、前記仮想直線に対して直交方向に分割できるようにしたことを特徴とする。

かかる構成によれば、下部支持枠において、複数のユニットを積載して、筒体を構成した後、水上に位置する筒体の最上段のユニットを上部支持枠に固定するようにしているので、水中における作業性が改善される分、全体の作業性も向上できるようになる。

本発明によれば、水中に位置する構造物の壁面に固設した下部支持枠において、複数のユニットを壁面の高さ方向に沿って積載して筒体を構成し、該筒体を、水上に位置する構造物の壁面に固設した上部支持枠に固定するようにしたので、水中における作業を軽減できて、上部支持枠に対する筒体の固定状態を外部から容易に視認することができる。

本発明に係る一実施形態の仮締切り構造体を示す斜視図。 図１の正面図。 図１の側面図。 （ａ）は、仮締切り構造体の底板ユニットを示す平面図、（ｂ）は、図４（ａ）の底板ユニットの鋼製枠を分割した状態を示す平面図。 （ａ）は、仮締切り構造体の複数の積載ユニットを示す平面図、（ｂ）は、各積載ユニットの鋼製枠を分割した状態を示す平面図。 仮締切り構造体の戸当たりを示す正面図。 仮締切り構造体の上部支持枠および最上段の積載ユニットを示す平面図。 本発明の一実施形態に係る仮締切り構造体の施工手順を示す図であり、ダム躯体の壁面に下部支持枠を取り付けた状態を示す側面図。 下部支持枠に、底板ユニットを取り付けた状態を示す側面図。 底板ユニットの上に、複数の積載ユニットを順次積載して筒体を構成した状態を示す側面図。 ダム式発電の全体構成を示す斜視図。 図１１の正面図。 （ａ）は、ダム躯体の上流側の壁面との間に角柱状の作業空間が形成される、従来の仮締切り構造体を示す正面図、（ｂ）は、図１３（ａ）の側面図、（ｃ）は、図１３（ａ）の要部の平面図。

本発明に係る仮締切り構造体の一実施形態について図１〜図１０を参照しながら説明する。なお、本実施形態においては、ダム式発電所１０におけるダム躯体１１の取水口１１０に設置される仮締切り構造体を例にとって説明する。

本実施形態に係る仮締切り構造体１は、図１〜図３に示すように、下部支持枠２と、底板ユニット３と、複数の積載ユニット５Ａ〜５Ｄと、上部支持枠７とを備えている。

下部支持枠２は、図２および図３に示すように、ダム躯体１１の取水口１１０、すなわち、水中に位置するダム躯体１１の壁面（以下、単に壁面という。）Ｈに固設されている。そして、下部支持枠２は、取付部２０と、支持部２１と、補強部２２とを備えている。取付部２０は、壁面Ｈに対して直交する一対の直状部２００を備えている。

そして、下部支持枠２の各直状部２００，２００に、複数本（本実施形態では、３本）の下部受け桁２５，…が所定の間隔をおいて架設され、該各下部受け桁２５に、最下段の積載ユニット５Ａの各第１直状部５００が仮固定される。この理由としては、最下段の積載ユニット５Ａの上に、残りの積載ユニット５Ｂ〜５Ｄを順次積載して、筒体６を構成するためである。筒体６を構成した後は、筒体６の下部支持枠２への仮固定を解除し、上部支持枠７に筒体６の上部（最上段の積載ユニット５Ｄ）を固定する。

支持部２１は、図３に示すように、取付部２０の各直状部２００と下部受け桁２５との結合部から斜め下方に向かって架設される。すなわち、取付部２０および支持部２１を側面視した場合、直角三角形状の開口部２ａが形成されている。

補強部２２は、図３に示すように、取付部２０の各直状部２００に、各一端部が所定の間隔をおいて固着され、各他端部が、支持部２１の中途部に固着されている。したがって、取付部２０の各直状部２００が、一対の補強部２２，２２によって２点支持されることで、取付部２０の各直状部２００および下部受け桁２５が水平方向に支持される。

底板ユニット３は、図４（ａ）に示すように、輪郭線が略円弧状を形成するように、多角形（６角）の鋼製枠３０により構成されている。具体的に説明すると、一対の第１直状部３００，３００と、第２直状部３０１と、屈曲部３０２とを備えている。各第１直状部３００は、両側端部に位置して、壁面Ｈに対して直交する。第２直状部３０１は、前記輪郭線の頂部に位置して、壁面Ｈに対して平行する。屈曲部３０２は、各第１直状部３００および第２直状部３０１との間に配置され、中央部が所定角度に屈曲している。そして、鋼製枠３０は、図４（ｂ）に示すように、屈曲部３０２の中途部が分割できるように構成されており、複数の枠片３０３，…に分割される。

さらに、底板ユニット３は、図４（ａ）に示すように、鋼製枠３０の輪郭線および該輪郭線の両端部を結ぶ仮想直線（一点鎖線）Ｌで形成される半円形の領域を密閉するように、鋼製枠３０に板部材３１が固着されている。そして、図４（ｂ）に示すように、鋼製枠３０および板部材３１は、前記仮想直線に対して直交方向に分割できるように構成されている。また、板部材３１は、複数の桁３１０，…が格子状に骨組みされ、その骨組みされた裏側に、略半円形状の平板３１１が固着されている。

積載ユニット５Ａ〜５Ｄは、図５（ａ）に示すように、底板ユニット３と同様に、輪郭線が略円弧状を形成するように、多角形（６角）の鋼製枠５０により構成され、壁面Ｈに対して直交する一対の第１直状部５００，５００と、壁面Ｈに対して平行する第２直状部５０１と、各第１直状部５００および第２直状部５０１の間に配置された屈曲部５０２とを備えている。また、積載ユニット５の鋼製枠５０も、図５（ｂ）に示すように、複数の枠片５０３，…に分割される。そして、積載ユニット５Ａ〜５Ｄは、壁面Ｈとの間に作業空間Ｗを形成すべく、下部支持枠２に、下部受け桁２５を介して、壁面Ｈの高さ方向に沿って順次積載されて略筒体６が構成される。そして、各積載ユニット５Ａ〜５Ｄの間には、内部への浸水を防止すべく、シール部材（パッキン）が介装されている（図示せず）。

また、積載ユニット５Ａ〜５Ｄの各第１直状部５００は、図６に示すように、壁面Ｈに当接して位置決めするための戸当たり５０４を備えている。この戸当たり５０４は、ボルト（図示せず）の挿通位置を調整できるように、長孔５０４０が形成されている。この長孔５０４０は、鋼製枠５０側が高く、壁面Ｈ側が低くなるように傾斜している。すなわち、長孔５０４０にボルトを挿通した際、挿通したボルトの先端部に、壁面Ｈ内に配置された鉄筋が当接した場合は、該鉄筋を避けるように、長孔５０４０に挿通されたボルトの位置を、長孔５０４０の端部側にずらすように調整する。この戸当たり５０４が壁面Ｈに固定されることで、鋼製枠５０が壁面Ｈに対して位置決めされる。

上部支持枠７は、図１、図３および図７に示すように、水上に位置するダム躯体１１の壁面Ｈに固設され、水上に位置する最上段の積載ユニット５Ｄが固定される。そして、上部支持枠７は、取付部７０と、支持部７１と、補強部７２とを備えている。取付部７０は、壁面Ｈに対して直交する一対の直状部７００，７００を備えている。そして、図７に示すように、上部支持枠７の各直状部７００の間に、第１上部受け桁７３ａが架設されるとともに、該第１上部受け桁７３ａの中途部と、上部支持枠７の各直状部７００の中途部に、一対の第２上部受け桁７３ｂ，７３ｂが斜めに架設される。そして、第１上部受け桁７３ａおよび各第２上部受け桁７３ｂに、最上段の積載ユニット５Ｄが固定される。なお、上部支持枠７に対して下部支持枠２の大きくなっており、重量も小さくなっている。この理由としては、水深に比例して大きくなる水圧（揚圧力）がかかる筒体６の下部を直接支持するのではなく、水上おいて、筒体６の上部が上部支持枠７に固定されることで、筒体６にかかる水圧を間接的に受けるようにしたためである。

支持部７１は、図３に示すように、取付部７０の各直状部７００と第１上部受け桁７３ａとの結合部から斜め上方に向かって架設される。すなわち、取付部７０および支持部７１を側面視した場合、直角三角形状の開口部７ａが形成されている。

補強部７２は、図３に示すように、取付部７０の各直状部７００に、各一端部が所定の間隔をおいて固着され、各他端部が、支持部７１の中途部に固着されている。したがって、取付部７０の各直状部７００が、一対の補強部７２，７２によって２点支持されることで、取付部７０の各直状部７００および第１上部受け桁７３ａが水平方向に支持される。

つぎに仮締切り構造体１の施工方法について、図３、図５（ａ）および図８〜図１２を参照して説明する。まず、スクリーンＳの取替工事がしやすいように、下流側に支障のない程度に上池の水位が下げられる。

この状態で、図８に示すように、スクリーンＳが取り付けられたダム躯体１１の取水口１１０の周縁部の壁面Ｈに、下部支持枠２が固設される。そして、図９に示すように、下部支持枠２に、下部受け桁２５を介して底板ユニット３が取り付けられる。そして、図１０に示すように、底板ユニット３に、鋼製枠５０で構成される複数の積載ユニット５Ａ〜５Ｄが順次積載されて、筒体６が構成される。この際、底板ユニット３に、最下段の積載ユニット５Ａが仮固定され、その後、残りの積載ユニット５Ｂ〜５Ｄが、最下段の積載ユニット５Ａの上に順次積載されて、筒体６が構成される。この筒体６が構成されることによって、壁面Ｈと各積載ユニット５Ａ〜５Ｄによる筒体６との間に、スクリーンＳを取替工事するのに必要とされる略半円形状の作業空間Ｗが形成される（図３および図５（ａ）参照）。なお、各ユニット５Ａ〜５Ｄの各接合部には、筒体６の内部への浸水を防止すべく、シール部材（パッキン）が介装される（図示せず）。

そして、上部支持枠７がダム躯体１１の上部の壁面Ｈに固設される。その後、上部支持枠７に上部受け桁７３が架設されて、該上部受け桁７３に最上段の積載ユニット５Ｄが固定される（図３参照）。その後、下部支持枠２に対する最下段の積載ユニット５Ａの仮固定が解除される。

そして、仮締切り構造体１を壁面Ｈに設置した後、ダム躯体の上池の水の高さが元に戻される。この際、仮締切り構造体１の下部支持枠２および各積載ユニット５Ａ〜５Ｄにより構成された筒体６に対して、底部から真上に向かって作用する水圧（浮力）と、周囲から作用する水圧（揚圧力）とが加わることになるが、上部支持枠７に、前記筒体６が固定されることで、これらの水圧が上部支持枠７によって間接的に受けられることになる。

このように、本発明によれば、ダム躯体の壁面Ｈに固設された下部支持枠２において、複数の積載ユニット５が壁面Ｈの高さ方向に沿って積載され、水上に位置する前記壁面Ｈに固設された上部支持枠７に、筒体６の上部（最上段の積載ユニット５Ｄ）が固定されるようにしたので、水中作業を大幅に軽減できて、上部支持枠７に対する筒体６の固定状態を外部から容易に視認することができる。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々変更することができる。

例えば、前記実施形態の場合、各積載ユニット５Ａ〜５Ｄに、輪郭線が略円弧状の多角形の鋼製枠５０を使用したが、半円形状の鋼製枠を使用してもよい。

また、前記実施形態の場合、壁面Ｈに沿って積載される積載ユニット５Ａ〜５Ｄによって、筒体６を構成するようにしたが、細長い板部材を幅方向に接続して筒体を構成する矢板工法にも適用できる。

また、前記実施形態の場合、水力発電所の取水口１１０に設けられる仮締切り構造体１を例にとって説明したが、港湾工事や河川工事の改修工事などにも適用できる。

１…仮締切り構造体、２…下部支持枠、３…底板ユニット、３０，５０…鋼製枠、３０３，５０３…枠片、５Ａ〜５Ｄ…積載ユニット、５０４…戸当たり、５０４０…長孔、６…筒体、１１…ダム躯体、１１０…取水口、Ｈ…壁面、Ｗ…作業空間

Claims (4)

1. 水中に位置する構造物の壁面に固設される下部支持枠と、周囲の水と前記壁面との間に作業空間を形成すべく、下部支持枠に固定支持されることなく前記壁面の高さ方向に沿って積載されて筒体に構成される複数のユニットと、水上に位置する構造物の壁面に固設され、前記筒体に構成される複数のユニットのうちの最上段の前記ユニットが固定される上部支持枠とを備え、
   前記ユニットは、略円弧状の輪郭線を形成するように、多角形の鋼製枠により構成され、
   最下段の前記鋼製枠は、鋼製枠の輪郭線および該輪郭線の両端部を結ぶ仮想直線で形成される領域を密閉するように、板部材が固着され、さらに、鋼製枠および板部材は、前記仮想直線に対して直交方向に分割できるように構成されることを特徴とする仮締切り構造体。
2. 最下段を除いた前記鋼製枠は、複数の枠片に分割できるように構成されることを特徴とする請求項１に記載の仮締切り構造体。
3. 各ユニットは、壁面に当接して位置決めするための戸当たりを有し、該戸当たりは、ボルトの挿通位置を調整できるように、長孔が形成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の仮締切り構造体。
4. 水中に位置する構造物の壁面に下部支持枠を固設し、周囲の水と前記壁面との間に作業空間を形成すべく、下部支持枠に固定支持されることなく壁面の高さ方向に沿って複数のユニットを積載して、筒体を構成し、水上に位置する構造物の壁面に上部支持枠を固設し、前記筒体に構成される複数のユニットのうちの最上段の前記ユニットを上部支持枠に固定するようにし、前記ユニットを、多角形の鋼製枠により構成することで、略円弧状の輪郭線を形成し、最下段の前記鋼製枠に板部材を固着して、鋼製枠の輪郭線および該輪郭線の両端部を結ぶ仮想直線で形成される領域を密閉し、さらに、鋼製枠および板部材を、前記仮想直線に対して直交方向に分割できるようにしたことを特徴とする仮締切り構造体の施工方法。
   

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