JP6529846B2 - 通水路の施工方法および推進機 - Google Patents

Description

本発明は、通水路の施工方法および推進機に関する。

山間部等の川沿いにおいて地滑りが発生すると、土砂により河川が閉塞し、いわゆる天然ダムが形成される場合がある。天然ダムが形成されると、天然ダムの上流側に貯水池が形成されてしまう。
このような天然ダムにおいて、大雨などにより水位が上昇すると、貯留水（河川水）が堤体を越流、浸食することにより天然ダムが崩壊するおそれがある。天然ダムが崩壊すると、土石流として流れ出し、下流域に災害をもたらすおそれがある。

天然ダムが形成された場合に下流域の災害を防止するためには、天然ダム（堆積土砂）を撤去するか、天然ダムが決壊することがないように、上流側の水を排水する必要がある。なお、山間部に形成された天然ダムを撤去する場合であっても、工事に先立ち、上流側の水を排水する必要がある。
天然ダムの上流側の水の排水方法としては、水中ポンプを利用した排水方法が一般的であるが、水中ポンプの稼働には、電力が必要であるとともに維持管理に手間がかかる。

そのため、特許文献１には、天然ダムの上流側の水を下流側に排水する構造として、河川の河岸、河床または斜面に予め貫通空洞を有する複数のブロック材を、貫通空洞が連続するように配設しておくことで、通水路を確保しておく方法が開示されている。
また、特許文献２には、地盤改良体により覆われた排水路を天然ダムに形成することで天然ダムの上流側の水を排水する方法が開示されている。なお、排水路の路床には多数の凸部を形成しておき、流下水の速度を減速させることで洗掘を防止する。
さらに、特許文献３には、天然ダムの上流側の貯留水をサイフォン式の排水システムにより排水する方法が開示されている。

特許文献１のブロック材は、天然ダムが形成される前に予め設置しておく必要があり、天然ダム形成後の対策工法としては採用することができなかった。
特許文献２の排水路は、天然ダムの上部に形成するため、貯留水を排水するためには水中ポンプ等によりポンプアップする必要がある。そのため、ポンプを稼働させるための電力が必要となる。
特許文献３の排水システムも、サイフォンの呼び水を形成するためのポンプを駆動させる必要があり、そのための電力が必要となる。

特開２００６−１８８８４７号公報 特開２０１４−０３７６７９号公報 特開２０１４−１６３２０２号公報

本発明は、地中に通水路を形成することで電力を必要せずに排水を可能とする通水路の施工方法および通水路の施工に使用する推進機を提案することを課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の通水路の施工方法は、地中から水中に接続する管路を推進工法により形成する管路形成工程と、前記管路の切羽側端部を閉塞する管栓を形成する管路閉塞工程と、閉塞された前記管路から推進機を分離する推進機分離工程と、分離された前記推進機を回収する推進機回収工程と、前記管栓を撤去する管路開放工程とを備えており、前記管路形成工程において前記推進機が水中に到達したら前記推進機に装着された浮体に気体を注入して前記推進機に浮力を与えながら前記管路を押し進め、前記推進機分離工程では、前記推進機に装着された浮体を利用して前記管路から分離した前記推進機を水に浮かせることを特徴としている。
なお、本発明の通水路の施工方法は、天然ダムへの施工に加え、海、湖、池や河川等に接続する通水路の施工にも適用可能である。

かかる通水路の施工方法により例えば天然ダムに通水路を形成すれば、ポンプ等を要することなく上流側から下流側に排水することが可能となる。
また、浮体を利用して推進機を水に浮かせるため、推進機の回収が容易である。

なお、前記推進機が水中に到達した時点で、前記浮体により当該推進機に浮力を与えることで、到達口への負担を軽減することが可能となる。したがって、到達口から突出した推進機の重量に対して十分な支持力を有していない軟弱地盤に到達口を形成する場合であっても、到達口周辺に補強構造を別途構築する必要がない。
また、前記管路閉塞工程では膨張性のシール材に気体または液体を注入することにより前記管栓を形成し、前記管路開放工程では前記シール材から前記気体または前記液体を排出するようにすれば、シール材（管栓）に接続する管材（チューブ）の開閉作業のみで簡易かつ安全に管路を開放することができる。

また、本発明の推進機は、外面に面した凹部が形成された胴体と、前記凹部に格納された膨張性の浮体と、前記浮体に気体を供給する送気管と、前記凹部の表面側の遮蔽する蓋体とを備えるものであって、前記送気管は、前記胴体に接続された推進管を通じて、坑口から前記浮体まで延設されていることを特徴としている。
かかる推進機によれば、浮体を膨張させることで水に浮かせることが可能となるため、推進機を水中到達させる場合において、水中からの回収が容易となる。
なお、前記推進機が、前記胴体の後端部を遮蔽する膨張性のシール材を備えていれば、推進機内に水が入り込むことを防止することができる。

本発明の通水路の施工方法および推進機によれば、電力を必要としない排水路等を形成することが可能となる。

本発明の実施形態に係る水抜き排水路を示す断面図である。 本実施形態に係る通水路の施工方法の管路形成工程を示す部分断面図である。 本実施形態の推進機の概要を示す断面図である。 （ａ）〜（ｃ）は、図２に続く施工状況を示す部分断面図である。

本実施形態の水抜き排水路１は、図１に示すように、天然ダム２を下流側から上流側に貫通する管路である。
水抜き排水路１は、天然ダム２の上流側（貯水池３）の水を排水することを目的とした通水路である。本実施形態の水抜き排水路１は、河床と平行に、上流側が下流側よりも高くなるように勾配を有している。なお、水抜き排水路１の勾配は限定されなく、例えば、水平であってもよいし、下流側が上流側よりも高くてもよい。

天然ダム２は、山間部等の川や谷沿いにおいて、大雨、地震または噴火等に起因する地滑りが発生する等して堆積した土砂により形成されている。すなわち天然ダム２は、土砂等の堆積物により河川や谷を閉塞するように自然に形成された堤体である。天然ダム２が形成されると、天然ダム２の上流に雨水や河川水が貯留されて貯水池３が形成される。

以下、水抜き排水路１を形成するための通水路の形成方法について説明する。
本実施形態の通水路の形成方法は、管路形成工程と、管路閉塞工程と、推進機分離工程と、推進機回収工程と、管路開放工程とを備えている。
管路形成工程は、天然ダム２（地中）を貫通して貯水池３（水中）に接続する管路１１を形成する工程である。
管路１１は、図２に示すように、推進機４を用いて地山（天然ダム２）を掘削するとともに推進管１２を地山（天然ダム２内）に押し込むことにより形成する。

本実施形態の推進機４は、図３に示すように、地山を切削するカッターヘッド４１と、外面に面した凹部４３が形成された胴体４２と、凹部４３に格納された膨張性の浮体４４と、浮体４４に気体を供給する送気管４５と、凹部４３の表面側を遮蔽する蓋体４６と、胴体４２の後端部を遮蔽する膨張性のシール材４７とを備えている。

カッターヘッド４１には、複数のカッタ４８，４８，…が配設されていて、回転することにより地山を切削する。なお、カッターヘッド４１の構成は限定されるものではなく、例えば、面板形であってもよいし、スポーク形であってもよい。
胴体４２は、カッターヘッド４１に動力を付与するカッターモータ等を内装する筒状部材であり、カッターヘッド４１の後方に配設されている。胴体４２は、推進管１２と同等の外形（外径）を有している。

本実施形態では、胴体４２の前部と後部にそれぞれ凹部４３が形成されている。
凹部４３は、外面に開口するように胴体４２に形成されている。凹部４３の形状は限定されるものではないが、本実施形態では、箱型（直方体）に形成されている。なお、凹部４３の形状、配置および数は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。
凹部４３の内部には、浮体４４が内装されている。凹部４３の開口は蓋体４６によって遮蔽されている。また、凹部４３の底部には、貫通孔が形成されており、胴体４２の内部に配管された送気管４５が挿通されている。

浮体４４は、袋状の部材であって、いわゆる水中リフターにより構成されている。浮体４４を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、開放型リフトバック、密閉型リフトバック、サルベージポンツーン、エンクローズドフローテンションバック等を使用すればよい。また、浮体４４は、ロープまたはナイロンスリング（図示せず）により、胴体４２に固定されている。
浮体４４は、送気管４５が接続されているとともに、折り畳まれた状態で凹部４３に内装されていて、送気管４５により輸送された気体により膨張する。なお、浮体４４は、膨らませた際に、地山や土砂との接触により破損することがないように、ゴム系材料やウレタンコーティング材等により被覆しておく。

送気管４５は、坑口から凹部４３まで延設された管材であって、推進管１２を通じて、胴体４２にまで至っている。送気管４５を構成する材料や、送気管４５の内径等は、浮体４４を膨張させるために必要な気体を輸送することが可能であれば限定されるものではなく、適宜決定すればよい。

蓋体４６は、凹部４３を遮蔽するものであって、推進機４による地山の切削時に土砂等が凹部４３に入り込むことを防止する。
蓋体４６の構成は限定されるものではないが、本実施形態では、浮体４４が膨張した際の圧力によって凹部４３を開放するように設けられている。
なお、蓋体４６を構成する材料は限定されるものではなく、例えばゴム板等により構成すればよい。

シール材４７は、胴体４２の後端部において、胴体４２に内面に沿って設けられた膨張性の部材により構成されている。シール材４７は、坑口から推進管を通じて胴体４２に至る輸送管を介して輸送された流体（気体または液体）によって膨張することで、胴体４２の後端を遮蔽する。
なお、シール材４７の構成は限定されるものではなく、例えば、ゴム製のチューブ材やバルーン等であってもよい。

推進機４は、天然ダム２の下流側の斜面（坑口）から発進させる。図２に示すように、推進機４により天然ダム２を切削するとともに、推進管１２を坑口から天然ダム２に押し込むことにより天然ダム２に管路１１を形成していく。
推進機４が天然ダム２を貫通して水中に到達したら、図４（ａ）に示すように、胴体４２の前部に形成された凹部４３内の浮体４４に気体を注入する。気体が注入された浮体４４は、凹部４３から放出されるとともに膨張し、推進機４に浮力が与える。こうすることで、推進機４は、貯水池３内にずり落ちることがなく、管路１１の勾配を維持した状態で制止する。
なお、推進機４が水中に到達したら、送排泥管等、推進機４による掘削に必要な部材を撤去してもよい。

引き続き、推進機４に浮力を与えながら、管路１１（推進管１２）の先端が水中に到達するまで（推進機４が天然ダム２から完全に抜け出すまで）、推進管１２を押し進める。このとき、推進機４（管路１１）の姿勢を維持することが可能となるように、浮体４４内の気体の量を調整しながら推進管１２を押し進める。なお、姿勢の制御は、コンピュータによる制御システムを利用して行うのが望ましい。
推進機４が天然ダム２から抜け出したら、図４（ｂ）に示すように、胴体４２の後部に形成された凹部４３内の浮体４４を膨張させる。

管路閉塞工程は、管路１１の切羽側端部を閉塞する管栓５を形成する工程である。
管路閉塞工程では、管路１１の先端部に設けられた膨張性のシール材に、坑口から延設された注入管５１を介して輸送された気体または液体を注入することにより膨張させて、管栓５を形成する。
なお、シール材の構成は限定されるものではなく、例えば、ゴム製のチューブ材やバルーン等であってもよい。
管栓５の形成に伴い、推進機４のシール材４７も膨張させて、推進機４の後端を遮蔽する。

推進機分離工程は、図４（ｃ）に示すように、閉塞された管路１１から推進機４を分離する工程である。
推進機４は、ワンタッチジョイント等（図示せず）により管路１１（推進管１２）の先端に取り付けられており、このワンタッチジョイントを操作することにより管路１１から切り離される。なお、推進機４と管路１１との接合部は、浮体４４の浮力により自動的に切り離されるように構成されていてもよい。
管路１１から分離された推進機４は、浮体４４の浮力により水面に浮上する。

推進機回収工程では、水面に浮上した推進機４を回収する。推進機４の回収方法は限定されるものではなく、例えば、地上（天然ダム２上）に設置されたクレーン等（図示せず）により回収してもよいし、起重機船（図示せず）等により回収してもよい。

管路開放工程は、管路１１を閉塞する管栓５を撤去する工程である。
管路開放工程では、管栓５から気体または液体を排出することで管路１１を開放する。
すなわち、管栓５に接続する注入管（例えばチューブ等）５１の開閉作業のみで簡易かつ安全に管路１１（水抜き排水路１）を開放することができる。

本実施形態の水抜き排水路１を形成すれば、貯水池３の水を排水ができるので、天然ダム２の崩壊の危険性を低減させることができる。また、自然流下により排水するため、ポンプ等を必要とせず、ポンプ等の維持管理に要する手間や費用を削減することができる。さらに、貯水池３の水を効率的に排水することで、天然ダム２の撤去に要する手間や費用を削減することが可能となる。

本実施形態の通水路の施工方法によれば、浮体４４を利用して推進機４を水に浮かせるため、推進機４の回収が容易である。また、推進機４が水中に到達した時点で、浮体４４により当該推進機４に浮力を与えるため、天然ダム２の到達口への負担を軽減することが可能となる。したがって、到達口から突出した推進機４の重量に対して十分な支持力を有していない軟弱地盤に到達口を形成する場合であっても、到達口周辺に補強構造を別途構築する必要がない。

また、本実施形態の推進機４によれば、浮体４４を膨張させることで水に浮かせることが可能となるため、管路１１から切り離した際に水没することがなく、水中からの回収が容易となる。また、胴体４２の後端部を遮蔽する膨張性のシール材を備えているため、推進機４内に水が入り込むことを防ぐことができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、天然ダム２に通水路を形成する場合について説明したが、本発明の通水路の施工方法は、海、湖、池や河川等に接続する通水路の施工にも適用してもよい。
また、天然ダム２に設ける水抜き排水路１の配置、数および内径等は限定されるものではなく、適宜決定すればよい。

また、天然ダム２の推進機４の到達予定箇所には、予め薬液注入等により補強処理を施しておいてもよい。到達予定箇所に補強処理を施しておけば、推進機４の到達時に天然ダム２が浸食して破損が生じることを防止できる。そのため、浮体４４によるバランス管理が厳密ではない場合でも対応が可能となる。なお、補強処理は、到達予定箇所が頑丈な地盤である場合には不要である。

１ 水抜き排水路（通水路）
１１ 管路
１２ 推進管
２ 天然ダム
３ 貯水池
４ 推進機
４１ カッターヘッド
４２ 胴体
４３ 凹部
４４ 浮体
４５ 送気管
４６ 蓋体
４７ シール材
５ 管栓

Claims (5)

1. 地中から水中に接続する管路を推進工法により形成する管路形成工程と、
   前記管路の切羽側端部を閉塞する管栓を形成する管路閉塞工程と、
   閉塞された前記管路から推進機を分離する推進機分離工程と、
   分離された前記推進機を回収する推進機回収工程と、
   前記管栓を撤去する管路開放工程と、を備える通水路の施工方法であって、
   前記管路形成工程において前記推進機が水中に到達したら、前記推進機に装着された浮体に気体を注入して前記推進機に浮力を与えながら前記管路を押し進め、
   前記推進機分離工程では、前記推進機に装着された前記浮体を利用して前記管路から分離した前記推進機を水に浮かせることを特徴とする、通水路の施工方法。
2. 前記推進機が水中に到達した時点で、前記浮体により当該推進機に浮力を与えることを特徴とする、請求項１に記載の通水路の施工方法。
3. 前記管路閉塞工程では、膨張性のシール材に気体または液体を注入することにより前記管栓を形成し、
   前記管路開放工程では、前記シール材から前記気体または前記液体を排出することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の通水路の施工方法。
4. 外面に面した凹部が形成された胴体と、
   前記凹部に格納された膨張性の浮体と、
   前記浮体に気体を供給する送気管と、
   前記凹部の表面側の遮蔽する蓋体と、を備える推進機であって、
   前記送気管は、前記胴体に接続された推進管を通じて、坑口から前記浮体まで延設されていることを特徴とする、推進機。
5. 前記胴体の後端部を遮蔽する膨張性のシール材を備えていることを特徴とする、請求項４に記載の推進機。

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