JPH11117317A

JPH11117317A - 地下沈設用鋼製中空筒体

Info

Publication number: JPH11117317A
Application number: JP29645097A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Sato; 和義佐藤; Yoshiyuki Hamada; 良幸濱田; Atsushi Ito; 篤伊藤
Original assignee: KATO KENSETSU KK; Nippon Kokan Light Steel Co Ltd; Kato Construction Co Ltd
Current assignee: KATO KENSETSU KK; Nippon Kokan Light Steel Co Ltd; Kato Construction Co Ltd
Priority date: 1997-10-15
Filing date: 1997-10-15
Publication date: 1999-04-27

Abstract

(57)【要約】【課題】従来、大口径のコンクリート製の筒体を地中に
埋設する際に、筒体の最下端に設けられた刃口からウォ
ータジェットを噴射して掘削を行う技術があったが、こ
のウォータージェトによる掘削を中口径の鋼製の筒体を
圧入により地下に埋設する際にも応用できるようにし、
埋設の垂直精度の悪化を防止する。【解決手段】筒体の最下端を構成する鋼製の分割リング
２３の最下端に沿って据え付けた刃口３７の内部から、
筒体内側面に向かって流体噴射ノズル４７を設置し、流
体の噴射により地盤を掘削する。複数の流体噴射ノズル
は、筒体の周方向に所定間隔で設置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、筒体の内部の地
盤を掘削し、上方から圧入力を加えて地下に埋設し構造
物を構築するために用いられる筒体の構造に関し、詳し
くは、該筒体の最下端の縁に沿って据え付けた刃口に流
体噴射ノズルを設けて、この流体の噴出により掘削およ
び圧入を助けるための地下沈設用鋼製中空筒体に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、中空の筒体を、筒体の軸方向を上
下にして地盤の上に置き、内部の地盤を掘削し、上方か
ら圧入力を加えることで、この筒体を地下に埋設し、こ
れによって構造物を地下に構築する工法が存在する。

【０００３】この工法は、筒体の大きさによりおおよそ
３つの工法に分けることができる。すなわち筒体が小口
径の場合には、筒体を軸方向に分割したリング体を工場
で製造し、現場において軸方向に連結して筒体を構成す
る。中口径の場合には、鋼製の筒体を軸方向および周方
向に分割した分割リングを工場で製造し、現場において
分割リングを連結して筒体を構成する。大口径の場合
は、コンクリート製の筒体を現場で打設、養生し構成す
る。

【０００４】このうち大口径（ケーソン）の場合は、圧
入や内部の掘削を容易にするため、筒体の最下端に設け
られる刃口（圧入を容易にするためのもの）にジェット
配管を全周にわたり配置しておき、このジェット配管に
開けられた孔からウォータージェットを噴射して地盤を
補助掘削する技術がある。

【０００５】これに対し中口径の場合、すなわち鋼製の
分割リングを周方向および軸方向に連結して筒体を構成
する場合においては、ウオータージェットは採用されて
いなかった。そして、鋼製セグメントあるいはライナー
プレート等と呼ばれる分割リングを、リング周方向に連
結して円形のリング体を組み立て、このリング体を重ね
て連結して筒体を組み立て、この筒体を地盤に築造する
ことで、地中に立坑や基礎杭などの構造物を構築するも
のであった。

【０００６】この中口径の技術は、分野が広く、高速道
路、鉄橋、あるいは陸橋等の橋脚の耐震補強を行う際の
土留壁の構築にも用いられる。すなわち、この橋脚の耐
震補強は、橋脚の周囲に所定の距離をおいて、分割リン
グを連結して組み立てた筒体を油圧ジャッキ等で地盤に
圧入し土留壁として構築し、この橋脚と土留壁の間を掘
削・排土した後、形成されるスペースを作業スペースと
して、鋼板やコンクリートなどによって橋脚の補強作業
を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】筒体が大口径の場合に
は、筒体（オープンケーソン）を構成するコンクリート
の自重により沈設が行われるものであり、そのぶん圧入
力は少なくてすむ。

【０００８】他方、中口径の場合には、筒体は鋼製であ
り、このためそれほど自重が期待できないため大きな圧
入力を加える必要がある。このため、ウォータージェッ
トを導入し圧入を助けることも考えられる。ウォーター
ジェットであらかじめ地盤を補助掘削することができれ
ば鋼製の筒体であってもそれほど大きな圧入力を必要と
しなくなり、大きな圧入力で載荷するための重厚な装置
が必要でなくなる。

【０００９】そして、圧入するための装置に比べ、ウォ
ータージェットの圧力を発生させる装置は小さくて済
み、したがって、筒体を埋設するための設備全体をコン
パクトにできる。さらに、中口径の筒体は道路や宅地密
集地近くにおける構造物の構築に用いられることが多
く、設備をコンパクト化することは、これらの狭い場所
での工事が可能となることになり、大きな需要がある。

【００１０】しかし、中口径の場合、大きな圧入力を加
える際に、ウォータージェットにより筒体の全周におい
て補助掘削が行われ均等に地盤が柔らかくなった状態で
は、沈設の垂直精度に狂いが生じる可能性がある。

【００１１】この発明は、以上の問題点を解決するため
になされたもので、ウォータジェットなどによる地盤の
補助掘削を行いつつ、沈設の垂直精度を維持でき、ひい
ては沈設のための設備のコンパクト化を図ることができ
る地下沈設用鋼製中空筒体を提供するを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】以上の目的を達成するた
めに、下記の発明を提供する。第一の発明は、鋼製の中
空の筒体が、内部の地盤を掘削され、上方から圧入力を
加えられることにより、地下に沈設され構造物を構築す
る工法に用いられる前記筒体であって、筒体の軸方向お
よび周方向に分割された分割リングが多数連結されて構
成される地下沈設用鋼製中空筒体であり、筒体の最下端
を構成する分割リングの下端縁に沿って据え付けた刃口
と、刃口の内部から筒体内側に向かって設置され地盤に
流体を噴射して掘削する複数の流体噴射ノズルと、筒体
の周方向に前記複数の流体噴射ノズルが設置される設置
位置と、を有することを特徴とする地下沈設用鋼製中空
筒体である。

【００１３】第二の発明は、さらに、上記流体噴射ノズ
ルに流体を送る配管は、各分割リングに設けられ、上下
に接して連結される分割リング同士の配管の端部には、
管連結手段が設けられることを特徴とする地下沈設用鋼
製中空筒体である。

【００１４】第三の発明は、さらに、上記分割リング
は、筒体の周方向に位置し上下一対が平行に配置される
主桁と、両主桁の両端部に上下に接続される左右一対が
平行に配置される継手板と、両主桁の中央部分に接続さ
れる複数の平行な縦リブと、主桁、継手板、および縦リ
ブの外側に張りわたされるスキンプレートと、から構成
され、前記配管は筒体の中心から見て縦リブの背後に配
置されることを特徴とする地下沈設用鋼製中空筒体であ
る。

【００１５】第四の発明は、さらに、上記配管が縦リブ
の背後に配置される分割リングは、刃口から上方２〜４
ｍ以内に連結される分割リングに採用されることを特徴
とする地下沈設用鋼製中空筒体である。

【００１６】第五の発明は、さらに、上記刃口の内部に
は、モルタルまたはコンクリートが充填されていること
を特徴とする地下沈設用鋼製中空筒体である。

【００１７】第六の発明は、さらに、上記縦リブは、略
Ｌ字断面形状、筒状、または略Ｔ字断面形状であること
を特徴とする地下沈設用鋼製中空筒体である。

【００１８】

【発明の実施の形態】この発明の一実施形態を、図１乃
至図５において説明する。この実施形態における筒体１
は、鋼製であり道路や住宅地などにおいて地下に埋設さ
れ構造物を構築する工法に用いられる。筒体１が圧入さ
れ埋設されるスペースの周囲には、あらかじめ複数のグ
ランドアンカー３が打ち込まれ、このグランドアンカー
３に接続されたアンカワイヤー５は、筒体１の上方に備
えられる上部ビーム７に固定される。

【００１９】筒体１の上部には保護リング９を介して圧
入桁１１が乗せられ、この圧入桁１１と前記上部ビーム
７との間に、ジャッキ受け台１３および圧入ジャッキ１
５が設けられる。圧入ジャッキ１５が働いて上部ビーム
７と圧入桁１１の間を広げると、圧入力が圧入桁１１お
よび保護リング９を介して筒体１に伝えられ、筒体１は
下方へ地盤に向かって圧入される。

【００２０】また、掘削機の一種であるハンマーグラブ
バケット１７がワイヤー１９によって吊り下げられ、筒
体１内部の地盤を掘削する。そして、後述するように、
筒体１の最下端においては、この実施形態に係る流体噴
射ノズルであるウォータジェットノズルから噴出される
ウォータジェットにより補助掘削が行われるが、補助掘
削により掘削された土砂および水は、ハンマークラブバ
ケット１７により外部に搬出される。

【００２１】筒体１は軸方向に分割されたリング体２１
が、更に周方向に分割されたごとき形状の分割リング２
３が多数枚連結されて構成される。この実施形態におい
て分割リング２３は、図１に示すように鋼製セグメント
ピースと呼ばれるものである。すなわち、鋼製セグメン
トピースの構成は、筒体１の周方向に湾曲して位置し、
上下一対が平行に配置される主桁２５の両端部に、継手
板２７が上下に接続される。

【００２２】継手板２７は左右一対が平行に配置され、
これにより主桁２５と継手板２７により枠体が構成され
る。さらに、この枠体には、両主桁２５の中央部分にお
いて複数の縦リブ２９が上下に接続される。縦リブ２９
はそれぞれ平行に５本が配置される。そして、主桁２
５、継手板２７、および縦リブ２９の外側にスキンプレ
ート３１が溶接により張りわたされる。

【００２３】また、縦リブ２９の内側には当て板３３
が、鋼製セグメントピース２３の中央に部分的に張りわ
たされ、ハンマーグラブバケット１７が縦リブ２９に接
触した際に、ハンマーグラブバケット１７の姿勢がくず
れ正確な掘削ができなくなるのを防止する。

【００２４】また、主桁２５および継手板２７には、隣
接する分割リング２３が連結されるためのボルト孔３５
が形成される。

【００２５】さて、筒体１の最下端を構成する分割リン
グ２３には下端縁に沿って刃口３７が据え付けられる。
刃口３７は、分割リング２３のスキンプレート３１の外
側に連続して溶接される外板３９および下側の主桁２５
に溶接される内板４１によって構成される。

【００２６】これら外板３９と内板４１はリング状に湾
曲し、おのおのの下先端が突き合わされ溶接によって結
合される。内板４１は筒体内側に屈曲しており、よって
この溶接により、刃口３７の内部には断面が変形四角形
の空間が形成される。この空間の形状を補強するために
刃口３７の長手周方向には、変形四角形の補強板４３が
複数枚、各々縦リブ２９に連続して溶接されている（図
１（Ａ）（Ｄ））。

【００２７】なお、外板３９の下端には小さい上下幅の
鋼板４４が溶接されフリクションカットを構成してい
る。このフリクションカットにより、地盤と刃口３７お
よび分割リング２３との摩擦を小さくし、圧入力を軽減
できる。

【００２８】刃口３７の内部には、円周長手方向に沿っ
てノズル用配管４５が湾曲して配置される。このノズル
配管４５には所定間隔に複数のノズル４７が取り付けら
れる。各ノズル４７は刃口３７の内部から、内板４１に
預けられたノズル孔４９（図４）を通して、筒体内側に
向かって設置される。

【００２９】このノズル孔４９は刃口３７の下先端から
上方へ寸法Ｈ（４〜８ｍｍ）上がった位置に開ける。ま
た、ノズル４７の角度は、垂直に対して角度θ（５〜１
５度）傾ける。これらによって、良好な掘削深さが期待
できる。さらにノズル４７の径は、ウォータジェットの
発生条件などにもよるが、２〜４ｍｍ程度のものが使い
易い。

【００３０】複数のノズル４７が所定間隔に設置される
間隔寸法は、土質条件、ウォータージェットの圧力条
件、ノズル４７の径などにより異なるが、ウォータージ
ェットの噴射によって波６５状に行われた掘削の山の部
分が実質的に十分に維持されることが必要である。な
お、刃口３７の内部においてノズル４７の周囲はコンク
リート５０によって充填され、これにより刃口３７の剛
性が向上される。

【００３１】ノズル配管４５の中央には流体を送る他の
配管５１が接続され、この配管５１はスキンプレート３
１と当て板３３の間において縦リブ２９の近傍に配置さ
れる。各縦リブ２９はＬ字型断面（図５参照）を有し、
特に、配管５１が近傍に設けられる縦リブ２９はＬ字の
筒体内側の辺２９Ａが長くなっており、これにより配管
５１は筒体の中心から見て縦リブ２９の辺２９Ａの背後
に配置され、ハンマーグラブバケット１７の接触などか
ら十分に保護される。

【００３２】なお、２段目以上で刃口３７から上方２〜
４ｍ以内の分割リング２３には当て板３３が設けられ
ず、縦リブ２９のＬ字断面形状によってのみ配管５１は
保護される。

【００３３】図５に示すように、配管５１の端部には管
連結手段としてカップラ５３が設けられている。このカ
ップラ５３は、下側の配管５１に設けられた雌型端部５
５に対し、上側の配管５１に設けられた雄型端部５７が
圧入され、この圧入した状態を、雌型端部５５の外周に
設けられた円筒状のスライドロッカー５９が上方にスラ
イドし、雄型端部５７と雌型端部５５の両者をロックす
る構成となっている。前記端部５５、５７の圧入および
スライドを可能にするために、主桁２５には管連結孔６
１が形成される。

【００３４】このような管連結手段は、各分割リング２
３に設けられ、これらの分割リング２３のうち最下段か
ら２段目以上の各段の分割リング２３においては、配管
５１の下端に雌型端部５５、上端に雄型端部５７が設け
られる。

【００３５】また、最下段の分割リング２３の配管５１
には、電磁バルブ６３が設けられ、地上から任意に開閉
できる構成となっている。

【００３６】

【実施形態の作用・効果】以上説明したように、この実
施形態によれば、筒体１の周方向に所定間隔に複数のノ
ズル４７を設置することにより、補助掘削はウォーター
ジェット６５により周方向に所定間隔（図３（Ａ）６４
参照）で波６５状（図１（Ａ）、図３（Ｂ））に行わ
れ、従来のようにウォータージェットにより筒体１の全
周において補助掘削が行われ均等に地盤が柔らかくなっ
た状態に比べ、波６５の山の部分が筒体１を支えるの
で、圧入力を加えた際に筒体１が不安定に傾き垂直精度
を狂わしてしまう恐れを抑えることができる。

【００３７】また、流体を送る配管５１は工場において
あらかじめ分割リング２３に設けておくことができ、現
場においては管連結手段としてのカップラ５３により連
結できる。また、配管５１が縦リブ２９および当て板３
３の背後に配置される事から、筒体１の内部の掘削を行
うハンマーグラブバケット１７が配管５１にぶつかり損
傷してしまうのを防止できる。

【００３８】また、一般にハンマーグラブバケット１７
は刃口３７から上方２〜４ｍ以内で左右に振れることが
多いので、この範囲で配管５１を背後に配置できる縦リ
ブ２９を設けた分割リング２３を使用すれば良く、より
上方に連結する分割リング２３は通常の構成とでき、筒
体１のコストを抑えられる。

【００３９】また、特に圧入作業に対して筒体１の姿勢
を制御し垂直精度を維持しようとする際に、ウォーター
ジェット６５を部分的に噴射することにより姿勢の矯正
を図る事が可能となる。すなわち地上から電磁バルブ６
３を開閉することで噴射を行うノズル４７を選択し、筒
体１最下端の周方向の一部分のみを補助掘削し、他の部
分を補助掘削しないとすることで、姿勢矯正が図られ
る。

【００４０】刃口を構成する外板の下端には小さい幅の
鋼板が溶接されフリクションカットを構成している。こ
のフリクションカットにより、地盤と刃口および分割リ
ングとの摩擦を小さくし、圧入力を軽減できる。

【００４１】

【他の実施形態】以上の実施形態においては、縦リブ２
９の形状は略Ｌ字断面形状であった（図５）が、他の実
施形態においては筒状（図６（Ａ））あるいは略Ｔ字断
面形状（図６（Ｂ））とすることが可能である。

【００４２】また、以上の実施形態においては、流体噴
射ノズルは、ウオータージェット６５を噴射するノズル
４７が単体で設けられるものであったが、他の実施形態
においては、周囲の地盤がたとえば水分の多い地盤の中
に堅い岩石が散在するような場合には、ウォータジェッ
トのノズル４７の周囲をエアジェットノズルとする二重
構造を有するエアーシースウォータージェット装置とす
ることにより、より掘削効力を高めることができる。

【００４３】すなわちウォータジェットは周囲の水分な
どとの摩擦によりジェットの流速が急激に減衰し掘削効
率が非常に悪いものとなってしまうが、周囲のエアジェ
ットの働きで周囲の水などとの摩擦を排除することがで
き、ウォータジェット６５の流速を減衰させないで掘削
を行うことができる。

【００４４】また、以上の実施形態ではノズル４７の角
度は固定であったが、他の実施形態においては角度の異
なる複数種類のノズルを容易し、電磁バルブなどの切り
換えによりどの角度を採用するかを選択することも可能
である。これによっても姿勢の精度を図ることが可能と
なる。

【００４５】特に流体噴射ノズルを垂直下方に向け、か
つ刃口の最もフリクションカットに近いところに設け
て、筒体の実質外周部を垂直に掘削することにより、刃
口先端部の地盤へのくい込みを容易にできる。このくい
込みにより、掘削機による筒体内側の掘削で筒体内部の
土が除かれたとき、流体噴射により掘削された部分と掘
削機により掘削された部分の中間に位置するところの掘
削されない（刃口下の）部分の土を筒体内部に崩す効果
があり、より効果的な圧入・掘削が行える。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、第一、第二、第
三、第四、第五、または第六の発明によれば、筒体の周
方向に所定間隔に複数の流体噴射ノズルを設置すること
により、補助掘削は周方向に波状に行われ、従来のよう
に全周にわたって補助掘削が行われる場合に比べ、波の
山の部分が筒体を支えるので、圧入力を加えた際に筒体
が傾き垂直精度を狂わしてしまう恐れを抑えることがで
きる。

【００４７】また第二の発明によれば、流体を送る配管
は工場においてあらかじめ分割リングに設けておくこと
ができ、現場において配管を行う場合に比べ筒体沈設作
業の効率を向上できる。

【００４８】第三の発明によれば、さらに、配管が縦リ
ブの背後に配置される事から、筒体の内部の掘削を行う
掘削機が配管にぶつかり損傷してしまうのを防止でき
る。

【００４９】第四の発明によれば、さらに、一般に掘削
機は刃口から上方２〜４ｍ以内で左右に振れることが多
いので、この範囲で配管を背後に配置できる縦リブを設
けた分割リングを使用すれば良く、より上方に連結する
分割リングは通常の構成で済むこととなり、筒体のコス
トを抑えられる。

【００５０】第五の発明によれば、さらに、配置の内部
にモルタルまたはコンクリートを充填することにより、
内部に配管や流体噴射ノズルを有する刃口の剛性を向上
できる。第六の発明によれば、さらに、略Ｌ字断面形
状、筒状、または略Ｔ字断面形状という簡略な形状の縦
リブにより配管を有効に保護できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態に係る地下沈設用鋼製中
空筒体を構成する最下段の分割リングを示すもので
（Ａ）は正面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は平面図、
（Ｄ）は底面図である。

【図２】図１の分割リングなどが多数連結されて構成さ
れる地下沈設用鋼製中空筒体が地下に沈設される状態を
示す図である。

【図３】図２の筒体の最下段の分割リングによって構成
されるリング体を示すもので（Ａ）は平面図、（Ｂ）は
側面図である。

【図４】図１（Ｂ）のＩＶ部拡大図である。

【図５】図１（Ａ）のＶ部拡大図である。

【図６】この発明の他の実施形態における縦リブと配管
の関係を示すもので（Ａ）は筒状の縦リブを示す図、
（Ｂ）は略Ｔ字断面形状の縦リブを示す図である。

【符号の説明】

１筒体２３分割リング２５主桁２７継手板２９縦リブ３１スキンプレ
ート３５ボルト孔３７刃口４４鋼板（フリクションカット）４５ノズル配管４７ノズル（流体噴射ノズル）４９ノズル孔５０コンクリート５３カップラ
（管連結手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者濱田良幸愛知県海部郡蟹江町大字蟹江新田字下市場 19番地の１株式会社加藤建設内 (72)発明者伊藤篤愛知県海部郡蟹江町大字蟹江新田字下市場 19番地の１株式会社加藤建設内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼製の中空の筒体が、内部の地盤を掘削
され、上方から圧入力を加えられることにより、地下に
沈設される構造物を構築する筒体であって、筒体の軸方
向および周方向に分割された分割リングが多数連結され
て構成される地下沈設用鋼製中空筒体であり、該筒体の最下端を構成する分割リングの下端縁に沿って
据え付けた刃口と、刃口の内部から筒体内側に向かって
設置され地盤に流体を噴射して掘削する複数の流体噴射
ノズルと、筒体の周方向に前記複数の流体噴射ノズルが
設置される設置位置と、を有することを特徴とする地下
沈設用鋼製中空筒体。
【請求項２】前記流体噴射ノズルに流体を送る配管
は、各分割リングに設けられ、上下に接して連結される
分割リング同士の配管の端部には、管連結手段が設けら
れることを特徴とする請求項１記載の地下沈設用鋼製中
空筒体。
【請求項３】前記分割リングは、筒体の周方向に位置
し上下一対が平行に配置される主桁と、両主桁の両端部
に上下に接続される左右一対が平行に配置される継手板
と、両主桁の中央部分に接続される複数の平行な縦リブ
と、主桁、継手板、および縦リブの外側に張りわたされ
るスキンプレートと、から構成され、前記配管は筒体の
中心から見て縦リブの背後に配置されることを特徴とす
る請求項１または２記載の地下沈設用鋼製中空筒体。
【請求項４】前記配管が縦リブの背後に配置される分
割リングは、刃口から上方２〜４ｍ以内に連結される分
割リングに採用されることを特徴とする請求項３記載の
地下沈設用鋼製中空筒体。
【請求項５】前記刃口の内部には、モルタルまたはコ
ンクリートが充填されていることを特徴とする請求項
１、２、３、または４記載の地下沈設用鋼製中空筒体。
【請求項６】前記縦リブは、略Ｌ字断面形状、筒状、
または略Ｔ字断面形状であることを特徴とする請求項
３、４、または５記載の地下沈設用鋼製中空筒体。