JP3957607B2 - ニューマチックケーソン及びニューマチックケーソン工法 - Google Patents
ニューマチックケーソン及びニューマチックケーソン工法 Download PDFInfo
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、トンネル等の地下構造物の施工に用いられるニューマチックケーソン及びニューマチックケーソン工法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、構造物基礎等の施工に用いられるニューマチックケーソン工法は、図10に示すように、下端に刃口51を有する筒状のケーソン躯体50の底部に設けた床版52の下を作業空間53とし、そこに水圧に見合う圧縮空気を送り、圧気下でケーソン躯体50の底面地盤を掘削しつつケーソン躯体50を沈下させている(例えば、特許文献1参照)。作業空間(圧気空間)53を確保するため、底部床版からは下端に刃先の付いた刃口側壁54が下方に向かって所定長さ突出している。
【0003】
また、最近では、地下水の影響が少ないニューマチックケーソンを複数個並べて地下道路トンネルを構築する工法が実施されている。このニューマチックケーソン工法では、角筒状のケーソン躯体(直方体形状の函体)をトンネル長手方向に間隔をおいて複数沈設し、各ケーソン躯体間を接続工により接続し、トンネル長手方向に隣接している側壁部を撤去してトンネルを貫通させている(例えば、非特許文献1参照)。この場合も、ケーソン躯体の底部床版には、下方に向かって所定長さで突出する刃先付きの刃口側壁が突設されている。
【0004】
【特許文献1】
特開2001−262584号公報
【非特許文献1】
株式会社白石、「ニューマチックケーソン工法による地下高速道路」 [online]、2002年7月1日(更新日)、〔平成14年8月20日検索〕、インターネット<URL:http://www.shiraishi.com/jpn/w hat/saitama/main.html >
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
従来のニューマチックケーソンの場合、ケーソン躯体の底部床版から下方に突出する刃先の付いた刃口側壁(例えば高さ2m程度)は、完成した地下構造物にとって不要な部分であり、特に長手方向に連続するトンネル等の場合には、コンクリートの使用量が増加し、コストが高くなるという課題があった。
【0006】
また、前記下方に突出する刃口側壁は、ケーソン躯体を横切る方向の地下水の流動を遮り、ケーソン躯体の左右両側で地下水位がアンバランスになるという課題もある。
【0007】
本発明は、完成形に近い形状のケーソン躯体でニューマチックケーソン工法を実施でき、コンクリート等の使用量を削減してコストの低減を図れ、またケーソン躯体を横切る方向の地下水の流動が遮られるのを防止することができるニューマチックケーソン及びニューマチックケーソン工法を提供することを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項1は、筒状のケーソン躯体の内部にケーソン躯体の底面地盤を掘削しつつケーソン躯体を沈下させるための圧気空間を設けてなるニューマチックケーソンであり、前記ケーソン躯体が側壁部と頂版部とから構成され、これら側壁部と頂版部で囲まれた空間が圧気空間とされていることを特徴とするニューマチックケーソンである。この請求項1は、構造物基礎やトンネルやその他の地下構造物の施工に適用され、下端に刃口が設けられた角筒状等のケーソン躯体を、下端に刃口が設けられた側壁部と、上床版としての頂版部とから、カップを伏せたような鉛直断面門形の函体とし、その内部に圧縮空気を供給し、ケーソン躯体の全体を圧気空間として用い、かつ、このケーソン躯体が完成形を構成するようにしたものである。
【0009】
本発明の請求項2は、請求項1に記載のニューマチックケーソンにおいて、ケーソン躯体の内部に支保工が設けられ、この支保工の下面に掘削機械が設けられていることを特徴とするニューマチックケーソンである。この請求項2は、鋼材梁と支柱等からなる支保工を圧気空間内に設け、この支保工の下面に取付けた掘削機械でケーソン躯体の底面地盤を掘削できるようにし、また、この支保工を用いて頂版部の構築ができるようにしたものである。
【0010】
本発明の請求項3は、請求項2に記載のニューマチックケーソンにおいて、ケーソン躯体の頂版部を貫通して排土設備が設けられていることを特徴とするニューマチックケーソンである。この請求項3は、シャフト、エアロック、バケット等からなる排土設備を頂版部を貫通させて支保工の下端まで配置し、掘削した土砂を地上へと搬出できるようにしたものである。
【0011】
本発明の請求項4は、筒状のケーソン躯体の内部に設けられた圧気空間でケーソン躯体の底面地盤を掘削しつつケーソン躯体を沈下させるニューマチックケーソン工法であり、前記ケーソン躯体を側壁部と頂版部とから構成し、前記側壁部と頂版部で囲まれた空間を圧気空間としてケーソン躯体の底面地盤を掘削しつつケーソン躯体を沈下させ、所定の深さまで沈下したケーソン躯体の底部に底版部を構築することを特徴とするニューマチックケーソン工法である。この請求項4は、前述の請求項1、2または3のニューマチックケーソンを用い、沈設されたケーソン躯体に底版部を設け、そのままトンネルやその他の容器等の地下ケーソンとして用いるものである。トンネルの場合には、地下ケーソンを隣の地下ケーソンや他の工区のトンネル部分に接続工により接続し、トンネル長手方向の側壁部を撤去して貫通させる。
【0012】
従来のニューマチックケーソンの場合、ケーソン躯体の底部床版から刃先の付いた刃口側壁が下方に大きく突出し、これが完成形の地下構造物にとって不要な部分となっていたが、本発明によれば、ケーソン躯体を側壁部と頂版部とから断面門形の函体とし、その内部を圧気空間として用いるため、完成形に極めて近い形状のケーソン躯体でニューマチックケーソン工法を実施でき、沈設後は底版部を設けるだけで、地下構造物として用いることができ、従来の不要部分を小さくすることができ、コンクリート等の使用量を削減してコストの低減を図ることができる。
【0013】
また、従来のニューマチックケーソンの場合、ケーソン躯体の底部床版から下方に突出する刃口側壁がケーソン躯体を横切る方向の地下水の流動を遮り、ケーソン躯体の左右両側で地下水位がアンバランスになるという問題があったが、本発明によれば、ケーソン躯体の底部からは、本体側壁部下端の刃先部分が若干突出するだけであり、ケーソン躯体を横切る方向の地下水の流動が遮られるのを防止することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図示する実施の形態に基づいて説明する。この実施形態は、地下道路トンネルに適用した例である。図1は、本発明のニューマチックケーソンと完成形のトンネルの一実施形態を示したものである。図2は、本発明のニューマチックケーソンの躯体構造の一例を示したものである。図3〜図5は、本発明のニューマチックケーソン工法の一例を工程順に示したものである。図6は、本発明のニューマチックケーソンの躯体構造の他の例を示したものである。図7〜図9は、沈設されたケーソンの接続方法の一例を工程順に示したものである。
【0015】
図1の実施形態において、本発明のニューマチックケーソンCN のケーソン躯体1は、地下道路トンネルの堀割スリット構造のトンネル部分に用いられるものであり、沈設後は、ケーソン躯体1に底版部2を設けることにより鉛直断面が横長の長方形状の函体のトンネルケーソンCT となり、このケーソンCT をトンネル長手方向に貫通させることにより堀割スリット構造のトンネルTが形成される。ケーソン躯体1の頂版部1aの中央には、梁3によりスリット4が形成され、このスリット4の両側には立上がり壁5が設けられる。また、トンネルT内の中央には、柱6が立設される。
【0016】
このような地下道路トンネルの施工において、本発明では、ニューマチックケーソンCN のケーソン躯体1を、図1(a) 、図2に示すように、鉄筋コンクリート(RC)製とし、平面形状が長方形の頂版部1aと、この頂版部1aの四周から一体的に垂下する側壁部1b,1b,1c,1cから構成し、お碗を伏せたような形状、即ち、下部が開口し上部が蓋をされた四角筒状の函体とする。そして、側壁部1b,1cの下端に刃口10を設け、頂版部1aと4つの側壁部1b,1cで囲まれた空間を圧気空間11とする。
【0017】
図1(a) に示すように、スリット4は、圧気蓋12を設置することで密閉し、地上に設置した圧縮空気供給装置(図示省略)から圧気空間11内に圧縮空気を供給する。圧気空間11には、頂版部1aの構築あるいは躯体の補強等のため、鋼材梁13aと支柱13bとブレース13c等からなる支保工13が設けられており、この鋼材梁13aの下面に掘削機械(ケーソンショベル)14が設けられる。また、排土設備(マテリアルロック及びシャフト)15と作業員の入函設備(マンロック及びシャフト)16が圧気蓋12を貫通し下端が支保工13の下面まで位置するように設置されている。17は排土設備のアースバケットである。
【0018】
図2に示すように、ケーソン躯体1は平面形状がトンネル長手方向Lに長い長方形であり、トンネル幅方向に一対の側壁部1b,1bと、トンネル長手方向Lに一対の側壁部(仮壁)1c,1cを有している。側壁部1cの上部には立上がり壁5’が一体的に設けられている。頂版部1aの梁3は、トンネル長手方向Lに等間隔をおいて配設され、スリット4が等間隔をおいて配列される。一対の側壁部1b,1bの下部は、後述するように底版部2が設けられるため肉厚とされ、この上に支保工13の鋼材梁13aが平面視で格子状に配設されている。支柱13bは梁3を支える位置に配設されている。
【0019】
以上のような構成において、次に示すような手順で本発明のニューマチックケーソン工法を実施する(図3〜図5参照)。
【0020】
(1) ステップ1
施工基面を整正した後、トンネル長手方向Lに直交する遮水壁20を、設置されるケーソンCのトンネル長手方向Lの両端部に位置するように造成する。この遮水壁20は、地盤改良施工機により造成され、芯材なしのソイルセメント壁とされている。次に、設置されるケーソンCの前後における左右両側に位置するようにアースアンカー(グラウンドアンカー)21を計4箇所打設する。このアースアンカー21は、ボーリングマシン、グラウトミキサー、グラウトポンプ等を用いて打設される。次に、境界線BとケーソンCの間に境界線Bと平行に変状防護矢板(シートパイル)22を打設する。
【0021】
(2) ステップ2
左右の変状防護矢板22、22間を掘り下げ、ここに側壁部1bと側壁部(仮壁)1cを構築する。これら側壁部の下端の刃口10には、刃先を覆う刃口金物10aと皿板10bが設けられている。これら側壁部の内部に支保工13を組み立てる。
【0022】
(3) ステップ3
支保工13の上に頂版部1aを構築し、側壁部1b及び1cと一体化させる。頂版部1aのスリット4には圧気蓋12を設置する。これにより、ニューマチックケーソンCN のお碗形のケーソン躯体1が完成する。
【0023】
(4) ステップ4
ケーソン躯体1に、掘削機械14、排土設備15、入函設備16等を艤装することにより、ニューマチックケーソンCN が完成し、圧気空間11に圧縮空気を供給し、圧気下でケーソン躯体1の底面地盤を掘削しつつケーソン躯体1を沈下させる。ここでは、圧入ジャッキ23を用い、アースアンカー21を利用して、ケーソン躯体1を強制的に圧入する方式を併用している。
【0024】
(5) ステップ5
ケーソン躯体1が所定の深さまで沈設されると、掘削機械14を撤去し、ケーソン躯体1の底面地盤の上に中埋めコンクリート24を打設する。
【0025】
(6) ステップ6
中埋めコンクリート24の上にコンクリートを打設し、底版部2を構築する。支保工13の下面には底版用の鉄筋を吊り下げておく。構築された底版部2の上には、支柱13bの支柱仮受25を設置する。
【0026】
(7) ステップ7
圧縮空気の供給を停止し、排土設備15、入函設備16等の艤装を撤去する。圧気蓋12を撤去し、中間部の支保工13を撤去し、柱6を構築する。
【0027】
(8) ステップ8
残りの支保工13を撤去すれば、ケーソン沈設が完了し、堀割スリット構造のトンネルTを構成するトンネルケーソンCT が所定の深さに設置される。
【0028】
なお、以上の図示例のトンネルケーソンCT は、耐震隅角部に設置されるケーソンの例であり、他の工区のトンネル部分が接続され、側壁部1cを撤去することにより、トンネルが貫通する。
【0029】
次に、図6は、図2のニューマチックケーソンCN (一体型)を2つに分離した例(分離型)であり、分離して沈設された2つのトンネルケーソンCT1、CT2が、次に示す手順で接続される(図7〜図9参照)。なお、ここでは、分離型のトンネルケーソンCT を2函接続する場合を示しているが、これに限らず、一体型のトンネルケーソンCT を複数函接続することもでき、また分離型のトンネルケーソンCT を3函以上接続することもできる。
【0030】
(1) ステップ1
トンネルTを構成するトンネルケーソンCT1、CT2がトンネル長手方向Lに所定の隙間S(例えば30cm程度)をおいて沈設される。
【0031】
(2) ステップ2
トンネルケーソンCT1、CT2の接続端部における側面地盤に薬液注入等による地盤改良体30を施工する。この側面地盤改良体30は、隙間Sを中心としてケーソン側面を所定長さ覆うように配置される。
【0032】
(3) ステップ3
トンネルケーソンCT1、CT2の接続端部における底面地盤に薬液注入等による地盤改良体31を施工する。この底面地盤改良体31も、隙間Sを中心としてケーソン底面を所定長さ覆うように配置される。
【0033】
(4) ステップ4
側面地盤改良体30と底面地盤改良体31で囲まれた隙間Sの土砂をエアーリフトやウォータージェットで掘削除去する。
【0034】
(5) ステップ5
ケーソン接続部の隣り合う側壁部1c,1cを撤去する。
【0035】
(6) ステップ6
トンネルケーソンCT1、CT2の接続端部における側壁部1b及び底版部2の内面に継手部隙間Sを中心とする止水プレート32を貼設し、この止水プレート32と側面地盤改良体30・底面地盤改良体31とで挟まれた継手部隙間S内に間詰めコンクリート33を充填する。側壁部1b及び底版部2の接続面には、凹凸等によるせん断キー34を形成しておくのが好ましい。
【0036】
なお、2つのトンネルケーソンCT1、CT2の両端部は、他の工区のトンネル部分あるいは同様のケーソンと接続され、両端の側壁部を撤去してトンネル内を貫通させ、仕上げ工を施工すれば、トンネルが完成する。
【0037】
図1(b) に示すように、完成形のトンネル本体からは、断面三角形状の刃口10が若干突出するだけであり、不要部分を従来と比べて大幅に低減することができる。また、底版部2の下方には、突出部の小さい通水部が形成され、トンネル横断方向の地下水の流動が確保される。
【0038】
なお、以上は、堀割スリット構造の地下道路トンネルに適用した例について説明したが、これに限らず、通常型の地下道路トンネル、その他のトンネル、その他の地下構造物にも本発明を適用できることは言うまでもない。
【0039】
【発明の効果】
(1) 本発明によれば、ケーソン躯体を側壁部と頂版部とから断面門形の函体とし、その内部を圧気空間として用いるため、完成形に極めて近い形状のケーソン躯体でニューマチックケーソン工法を実施でき、沈設後は底版部を設けるだけで、地下構造物として用いることができ、従来の不要部分を小さくすることができ、コンクリート等の使用量を削減してコストの低減を図ることができる。
【0040】
(2) また、ケーソン躯体の底部からは、本体側壁部下端の刃先部分が若干突出するだけであり、ケーソン躯体を横切る方向の地下水の流動が遮られるのを防止することができ、ケーソン躯体の左右両側の地下水位を均等とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のニューマチックケーソンと完成形のトンネルの一実施形態を示す鉛直断面図である。
【図2】本発明のニューマチックケーソンの躯体構造の一例(一体型)を示したものであり、(a) はトンネル幅方向に平行な鉛直断面図、(b) はトンネル長手方向に平行な鉛直断面図、(c) は上半分が水平断面の平面図である。
【図3】本発明のニューマチックケーソン工法の一例を工程順(ステップ1)に示したものであり、(a) は平面図、(b) は鉛直断面図である。
【図4】本発明のニューマチックケーソン工法の一例を工程順(ステップ2〜4)に示したものであり、鉛直断面図である。
【図5】本発明のニューマチックケーソン工法の一例を工程順(ステップ5〜8)に示したものであり、鉛直断面図である。
【図6】本発明のニューマチックケーソンの躯体構造の他の例(分割型)を示したものであり、(a) はトンネル幅方向に平行な鉛直断面図、(b) はトンネル長手方向に平行な鉛直断面図、(c) は上半分が水平断面の平面図である。
【図7】本発明で沈設されたケーソンの接続方法の一例を工程順(ステップ1、2)に示したものであり、(a) は鉛直断面図、(b) は平面図と側面図である。
【図8】本発明で沈設されたケーソン間の接続方法の一例を工程順(ステップ3、4)に示したものであり、(a) は平面図と鉛直断面図、(b) は鉛直断面図である。
【図9】本発明で沈設されたケーソン間の接続方法の一例を工程順(ステップ5、6)に示したものであり、(a) 、(b) は鉛直断面図である。
【図10】従来のニューマチックケーソンを示す斜視図である。
【符号の説明】
CN ……ニューマチックケーソン
CT ……トンネルケーソン
1……ケーソン躯体
1a…頂版部
1b…側壁部
1c…側壁部
2……底版部
3……梁
4……スリット
5……立上がり壁
6……柱
10……刃口
11……圧気空間
12……圧気蓋
13……支保工
13a…鋼材梁
13b…支柱
13c…ブレース
14……掘削機械
15……排土設備
16……入函設備
17……アースバケット
20……遮水壁
21……アースアンカー
22……変状防護矢板
23……圧入ジャッキ
24……中埋めコンクリート
25……支柱仮受
30……側面地盤改良体
31……底面地盤改良体
32……止水プレート
33……間詰めコンクリート
34……せん断キー
Claims (4)
- 筒状のケーソン躯体の内部にケーソン躯体の底面地盤を掘削しつつケーソン躯体を沈下させるための圧気空間を設けてなるニューマチックケーソンであり、前記ケーソン躯体が側壁部と頂版部とから構成され、これら側壁部と頂版部で囲まれた空間が圧気空間とされていることを特徴とするニューマチックケーソン。
- 請求項1に記載のニューマチックケーソンにおいて、ケーソン躯体の内部に支保工が設けられ、この支保工の下面に掘削機械が設けられていることを特徴とするニューマチックケーソン。
- 請求項2に記載のニューマチックケーソンにおいて、ケーソン躯体の頂版部を貫通して排土設備が設けられていることを特徴とするニューマチックケーソン。
- 筒状のケーソン躯体の内部に設けられた圧気空間でケーソン躯体の底面地盤を掘削しつつケーソン躯体を沈下させるニューマチックケーソン工法であり、前記ケーソン躯体を側壁部と頂版部とから構成し、前記側壁部と頂版部で囲まれた空間を圧気空間としてケーソン躯体の底面地盤を掘削しつつケーソン躯体を沈下させ、所定の深さまで沈下したケーソン躯体の底部に底版部を構築することを特徴とするニューマチックケーソン工法。
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