JP7386312B1 - 昇降式膜式水門 - Google Patents

Abstract

【課題】 施工性に優れ、長スパンにも対応した、昇降式膜式水門を提供する。【解決手段】 湾口を締め切り可能な大きさを有し、上下方向に対して折り畳み可能であり、横断方向に張力を与える緊張材１１を設けた膜体１０と、該膜体１０の頂部の長手方向に組み合わせにより、膜体１０を巻き込む頂部固定枠２０と、該膜体１０の底部に組み合わせる底部固定枠３０と、折り畳んだ状態の膜体１０を収納可能な膜体収納体４０と、膜体１０の両側部に位置し、膜体１０の昇降の際に、膜体１０をガイドする側部ガイド体５０と、側部ガイド体５０を保持する側壁体６０と、側壁体６０及び膜体収納体４０を支持する基礎構造体７０と、膜体１０の昇降を行う昇降手段とを備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、津波・高潮・高波等の災害可能性が生じた際や、その他必要に応じて、湾口を締め切ることで、波や潮の影響を低減することを可能とする、昇降式膜式水門に関する。

地盤が変形しても防潮構造物の昇降の影響が少なく、底沈降物による防潮構造物の浮上障害を防ぎ、防潮構造物を円滑に浮上でき、ケーソン内の流水路を通して堤内へ向かう水の流れを阻止できる防潮堤として、特許文献１に記載のものが知られている。

該特許文献１に記載の防潮堤は、水底面に上面開口を揃えて水底地盤に埋設される矩形状のケーソンと、該ケーソンの内部空間を、中央部の構造物昇降室と両側部の浮上時流入室とに、前記ケーソンの厚さ方向へ分割し、かつ下端部に、前記構造物昇降室と前記各浮上時流入室とを連通する複数の連通口が形成された仕切壁と、前記構造物昇降室に昇降自在に収納され、かつ内部空間が浮力付与用の空気室となった浮上函を有する防潮構造物と、該防潮構造物を、前記構造物昇降室の収納位置と、前記防潮構造物の上端面が水面より上方に配される浮上位置との間で昇降させる昇降装置と、前記浮上時流入室の上面開口部に配置され、前記防潮構造物が浮上する間のみ前記上面開口部を開蓋し、その他はこれを閉蓋する蓋体とを備え、前記昇降装置の作動による前記構造物昇降室での前記防潮構造物の浮上に伴ない、前記蓋体が開蓋状態となることで、水が前記各上面開口部から、前記各浮上時流入室、前記連通口を通って前記構造物昇降室に流入することを特徴とするものである。

また、膜式水門について、水門の展伸・撤収・収納を迅速化でき、その開閉をコンピュータ制御あるいはボタン操作により迅速に行うことができるようにすることで「課題１：水門の開閉を迅速に行うことができない」を解決し、アンカーレッジに加わる荷重を低減することで「課題２：アンカーレッジに加わる荷重が大きくなり過ぎる」を解決し、膜構造体の変形を適切に管理することで「課題３：漏水の問題」を解決することを可能とするものとして、特許文献２に記載のものが知られている。

該特許文献２に記載の膜式水門は、流水や船舶の水路を横切る方向に設けられた一対の支持柱と、前記一対の支持柱に固定され前記一対の支持柱により支えられて展張される膜構造体と、前記一対の支持柱の上部に両側がそれぞれ固定される頂部圧縮梁、及び、前記一対の支持柱の下部に両側がそれぞれ固定される底部圧縮梁のいずれか一方又は両方を備え、水位差の生じていない状態である平水時において、前記一対の支持柱間の略中央における前記膜構造体の初期撓みδ０が０であるように前記膜構造体が展張され、津波や高潮などの水位差の生じている状態において、前記頂部圧縮梁及び／又は前記底部圧縮梁は、前記膜構造体から前記一対の支持柱に入った張力の一部を受けてこれをその内部で相殺するものである。

特許第６７６８６１１号公報 特開２０１１－２０２３７８号公報

特許文献１に記載の防潮堤は、地盤が変形しても防潮構造物の昇降の影響が少なく、底沈降物による防潮構造物の浮上障害を防ぐことができるものであるが、津波を防ぐ高さを有する防潮構造物全体を、湾口全体の水底地盤に深く埋設させる必要があり、施工性に課題を有している。

特許文献２に記載の膜式水門は、例えば７５ｍ程度の長スパンの構造物を施工する場合に、水平方向の頂部圧縮梁のたわみ量が大きく、圧縮力作用時は座屈する恐れがあるので、長スパンへの対応に課題を有している。

従って、本発明が解決しようとする課題は、施工性に優れ、長スパンにも対応した、昇降式膜式水門を提供することにある。

第１に、
湾口を締め切り可能な大きさを有し、上下方向に対して折り畳み可能であり、横断方向に張力を与える緊張材を設けた膜体と、
該膜体の頂部の長手方向に組み合わせにより、膜体を巻き込む頂部固定枠と、
該膜体の底部に組み合わせる底部固定枠と、
折り畳んだ状態の膜体を収納可能な、膜体収納体と、
膜体の両側部に位置し、膜体の昇降の際に、膜体をガイドする側部ガイド体と、
側部ガイド体を保持する側壁体と、
側壁体及び膜体収納体を支持する基礎構造体と、
膜体の昇降を行う昇降手段とを備えたことを特徴とする、昇降式膜式水門。

膜体の緊張材としては、ワイヤーロープ、繊維ロープ、ＰＣ鋼線等を採用することができる。
膜体としては、折り曲げ可能で海水中で耐久性を有する素材のものが好ましく、例えば、ポリエステル系繊維織物、ポリビニルアルコール系繊維織物、ポリアミド系繊維織物、ポリアラミド系繊維織物、オレフィン系繊維織物（ケナフ植物繊維混織含む）等による合成繊維に、フッ素系樹脂（四フッ化エチレン樹脂、四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂、四フッ化エチレンー六フッ化プロピレン共重合樹脂を除く）、クロロプレンゴム、クロロスルフォン化ポリエチレンゴム、オレフィン系樹脂等による合成樹脂によるコーティングをしたものが採用できる。
頂部固定枠としては、鋼管のトラス構造によるものを採用することができる。
膜体収納体及び側壁体としては、例えば、鉄筋コンクリート造によるものを採用できる。
基礎構造体としては、例えば、ニューマチックケーソン工法により施工したものを採用できる。
昇降手段としては、両側部に設置した滑車と、頂部固定枠を引き上げるロープ部材と、巻上モータとを備えたものを採用することができる。
ここで、ロープ部材としては、ワイヤーロープ、繊維ロープ、ＰＣ鋼線等を採用することができる。

第２に、
前記膜体の緊張材が、ワイヤーロープであり、
該ワイヤーロープの両端を、前記側部ガイド体に組み合って昇降可能なリング部材に取り付けることで、膜体の横断方向に張力を与えることを特徴とする、前記第１に記載の昇降式膜式水門。

側部ガイド体は、膜体の側面側の前後に配置する２本の中央ガイド支柱と、該中央ガイド支柱の外側に位置する２本のサイド支柱により構成することが好ましい。

本発明によれば、以下の効果を奏することができる。

湾口全体の水底地盤には、折り畳んだ状態の膜体を収納可能な高さを有する膜体収納体を埋設させるだけで良いので、施工性に優れてる。
すなわち、全体の外力（波力・水圧）は、側壁体と該側壁体を支持する基礎構造体で受け持つ構造なので、湾口の両側部分においてのみ深さのある構造物を施工すればよく、湾口全体の水底地盤中に深さのある構造物を施工する必要はないので、施工性に優れている。

横断方向に張力を与える緊張材を設けると共に、頂部の長手方向に頂部固定枠を組み合わせた膜体を上昇させて湾口を締め切ることで津波等に対応するので、長スパンにも対応することができる。
すなわち、膜体で湾口を締め切った状態では、膜体自体に強大な外力が作用するが、特に外力が作用しやすい頂部付近の頂部固定枠と、膜体全体の緊張材とにより、膜体全体が剛性を有する板体として作用するので、たわみ量を減らすことができ、長スパンにも対応することができる。
特に、頂部固定枠をトラス構造とすることで、たわみに強いものとすることができる。
同時に、締切時に膜体を板に近い構造とすることで、波の影響を受けても、膜体自体が、膜体上端がめくれることなく、ふらふら動揺しないものとなるので、特許文献２に記載の膜式水門に比べて、波高伝達率を大幅に低減でき、港内静穏度を向上させることが可能となる。

また、膜体の頂部に頂部固定枠を組み合わせると共に、底部に底部固定枠を組み合わせ、更に、水底地盤に埋設した膜体収納体が遮水壁として機能し水底面以下の浸透流を遮断することで、湾口内外における遮水率を非常に高することができるので、必要に応じて、潮位差発電が可能となる。

なお、膜体を昇降手段のロープ部材で昇降させることで、膜体の港内・港外に水位差がついても水位調整の排水を不要とすることができる。

本発明の昇降式膜式水門の斜視図である。 図１の昇降式膜式水門の説明図で、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。 図１の昇降式膜式水門の一部分解斜視図である。 図３の要部の拡大斜視図である。 本発明の昇降式膜式水門に係る昇降手段の概要斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態を、図面を参照しつつ具体的に説明する。
ここで、添付図面において同一の部材には同一符号を付しており、また重複した説明は省略されている。
なお、ここでの説明は本発明が実施される一形態であることから、本発明は当該形態に限定されるものではない。

主に図１に示すとおり、本実施例に係る昇降式膜式水門は、膜体１０、頂部固定枠２０、底部固定枠３０（図３参照）、膜体収納体４０、側部ガイド体５０、側壁体６０、基礎構造体７０、昇降手段８０（図５参照）を備えている。

膜体１０は、湾口を締め切り可能な大きさを有し、上下方向に対して折り畳み可能であり、横断方向に張力を与えるワイヤーロープによる緊張材１１を設けたものである。
例えば、湾口が８５ｍ程度の場合、膜体１０の長手方向長さは６５ｍ、高さが２０ｍ程度で、緊張材１１が上下２ｍ間隔で９本を設置されている。
該膜体１０は、ポリエステル系繊維織物による合成繊維に、フッ素系樹脂（四フッ化エチレン樹脂、四フッ化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂、四フッ化エチレンー六フッ化プロピレン共重合樹脂を除く）による合成樹脂によるコーティングをしたものを用いている。

頂部固定枠２０は、該膜体１０の頂部の長手方向に組み合わせにより、膜体１０を巻き込んで設置するのであり、直径８００ｍｍの鋼管を用い、２本の上部鋼管２１及び２本の下部鋼管２２による合計４本の鋼管を、上部鋼管２１間及び上部鋼管２１と下部鋼管２２との間でトラス梁を構成するように組み立てたものである。

底部固定枠３０は、直径１２００ｍｍの鋼管を用い、該膜体１０の底部に組み合わせるものである。

膜体収納体４０は、折り畳んだ状態の膜体１０を収納可能な深さ及び幅を有するものであり、鉄筋コンクリート構造物により構成されている。
図２中の（ｂ）のＬ１は、海底面を示しており、該膜体収納体４０は、海底面Ｌ１より下方に埋設されている。
なお、図２中の（ｂ）のＬ２は、通常の海面を示している。

側部ガイド体５０は、膜体１０の両側部に位置し、膜体１０の昇降の際に、膜体１０をガイドするものである。
本実施例において、側部ガイド体５０は、図３に示すように、膜体１０の側面側の前後に配置する２本の中央ガイド支柱５１と、該中央ガイド支柱５１の外側に位置する２本のサイド支柱５２により構成されている。
２本のサイド支柱５２の上端側には、図４に示すように、該２本のサイド支柱５２を連結すると共に、途中で２本の中央ガイド支柱５１の上端側とも接続されている頭部水平支柱５３が取り付けられている。
サイド支柱５２及び頭部水平支柱５３は、直径１２００ｍｍの鋼管により構成されている。
中央ガイド支柱５１は、図示は省略するが、直径８００ｍｍ、直径１２００ｍｍ、直径１６００ｍｍの３重の鋼管群の外側に、４面のプレートで構成した柱体を組み合わせたものである。
ここで、外壁となるプレートと内部の直径１６００ｍｍの鋼管との間には、中詰コンクリートが打設されている。

ここで、前記緊張材１１を構成するワイヤーロープの両端は、側部ガイド体５０を構成する２本の四角形状の中央ガイド支柱５１に組み合って昇降可能な３組の四角形状のリング部材１２（図４参照）に取り付けることで、膜体１０の横断方向に張力が与えられている。
図４中、符号１３は、２つのリング部材１２を連結する連結部材であり、符号１４は、リング部材１２の内側に取り付けれた、中央ガイド支柱５１の表面との摩擦を低減するためのガイドローラである。

また、頂部固定枠２０の両端側は、図３または図４に示すように、頂部固定枠２０を構成する上部鋼管２１及び下部鋼管２２が、側部ガイド体５０を構成する２本の中央ガイド支柱５１に組み合って昇降可能な１組の四角形状の鞘体２３に接続されている。
図４中、符号２４は、鞘管２３の内側に取り付けられた、中央ガイド支柱５１の表面との摩擦を低減するためのガイドローラである。
なお、図示は省略するが、中央ガイド支柱５１、リング部材１２、鞘体２３の形状として、円形状のものを採用することもできる。

側壁体６０は、側部ガイド体５０を保持するものであり、鉄筋コンクリート構造物により構成されている。
ここで、側部ガイド体５０を構成する中央ガイド支柱５１及びサイド支柱５２の下端側は、側壁体６０によって固定されている。
同時に、側壁体６０は、側部ガイド体５０が外力から影響を受けないようにするために、側部ガイド体５０を格納するための格納部６１（図３参照）を有している。

基礎構造体７０は、側壁体６０及び膜体収納体４０を支持するものであり、ニューマチックケーソン工法により施工されたものである。

図５に示すとおり、昇降手段８０は、膜体１０の昇降を行うものであり、両側部に設置した滑車８１と、頂部固定枠２０を引き上げるワイヤーロープ８２と、巻上モータ８３とを備えている。

次に、上記の昇降式膜式水門の施工について説明する。
湾口全体の水底地盤には、折り畳んだ状態の膜体１０を収納可能な高さを有する膜体収納体４０を埋設させる。
全体の外力（波力・水圧）を受け持つために、湾口の両側部分において、側壁体６０と該側壁体６０を支持する基礎構造体７０を、ニューマチックケーソン工法により施工する。
そして、膜体１０、頂部固定枠２０、底部固定枠３０、側部ガイド体５０は、予め組み立てたものを現場に運び、現場では設置作業のみを行うことで、全体の施工が完了する。
従って、湾口全体の水底地盤中に深さのある構造物を施工する必要はないので、施工性に優れている。

次に、上記の昇降式膜式水門の作用について説明する。

通常の状態は、膜体１０が折り畳まれた状態で、最下部まで下降した頂部固定枠２０と共に、膜体収納体４０に収納されている。
この状態では、船舶等は湾口を支障なく通過することができる。

津波や高波の危険性が予見された場合には、昇降手段８０により、頂部固定枠２０を引き上げることで、湾口を締め切ることが可能となる。
この状態は、膜体１０の全体がワイヤーロープによる緊張材１１によって張力が与えられると共に、膜体１０の頂部の長手方向にトラス構造の頂部固定枠２０を組み合わせているので、長スパンにも対応することができる。

ここで、膜体１０の頂部に頂部固定枠２０を組み合わせると共に、底部に底部固定枠３０を組み合わせ、更に、水底地盤に埋設した膜体収納体４０が遮水壁として機能し水底面以下の浸透流を遮断することで、湾口内外における遮水率を非常に高することができる。
従って、津波等の危険性が予見される場合以外にも、意図的に湾口を締め切ることで、効率的な潮位差発電を可能にすることができる。

１０ 膜体
１１ 緊張材
１２ リング部材
１３ 連結部材
１４ ガイドローラ
２０ 頂部固定枠
２１ 上部鋼管
２２ 下部鋼管
２３ 鞘体
２４ ガイドローラ
３０ 底部固定枠
４０ 膜体収納体
５０ 側部ガイド体
５１ 中央ガイド支柱
５２ サイド支柱
５３ 頭部水平支柱
６０ 側壁体
６１ 格納部
７０ 基礎構造体
８０ 昇降手段
８１ 滑車
８２ ワイヤーロープ
８３ 巻上モータ

Claims (2)

1. 湾口を締め切り可能な大きさを有し、上下方向に対して折り畳み可能であり、横断方向に張力を与える緊張材を設けた膜体と、
   該膜体の頂部を固定するトラス構造による頂部固定枠と、
   該膜体の底部を固定する底部固定枠と、
   折り畳んだ状態の膜体を収納可能な、膜体収納体と、
   膜体の両側部に位置し、膜体の昇降の際に、膜体をガイドする側部ガイド体と、
   側部ガイド体を保持する側壁体と、
   側壁体及び膜体収納体を支持する基礎構造体と、
   膜体の昇降を行う昇降手段とを備え、
   前記膜体の緊張材の両端を、前記側部ガイド体に組み合って昇降可能なリング部材に取り付け、膜体の横断方向に張力を与えるように構成されていることを特徴とする、昇降式膜式水門。
2. 前記膜体の緊張材が、ワイヤーロープであることを特徴とする、請求項１に記載の昇降式膜式水門。

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