(57)【要約】      （修正有）【課題】作業室に出入りする作業員の健康障害を防ぐとともに、上スラブの厚み増しを抑え、鉄筋コンクリート製部材の部材厚さの削減を図ったニューマチックケーソンおよびその作業室とマン気閘室の気圧条件設定方法を提供する。【解決手段】地上の大気圧から作業室の最大気圧まで変化する高気圧作業環境が発生し、かつ、天井スラブ４と上スラブ１０とを備えた２重スラブ構造のニューマチックケーソン１において、天井スラブ４上面に開閉自在なハッチを有する第１マン気閘室７を設け、天井スラブ４と上スラブ１０の空間部分を第１マン気閘室７を内包する第２マン気閘室１１とし、第１マン気閘室７は第１加減圧部を持ち、第２マン気閘室１１は第２加減圧部を持ち、両者間はハッチを介し出入り可能で、かつ第２マン気閘室１１にマンシャフト１２が接続された構成とした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地上の大気圧から作業室の最大気圧まで変化する高気圧作業環境が発生し、かつ天井スラブとこの上部に設けた上スラブとを備えた２重スラブ構造のニューマチックケーソンにおいて、前記天井スラブに設けた開口部上に、前記作業室へ出入り可能な第１マン気閘室を設け、前記天井スラブと前記上スラブの空間部分を前記第１マン気閘室を内包する第２マン気閘室とし、前記第１マン気閘室は第１加減圧部を持ち、前記第２マン気閘室は第２加減圧部を持ち、両者間はハッチを介し出入り可能としたことを特徴とするニューマチックケーソン。
【請求項２】
請求項１記載のニューマチックケーソンにおいて、前記上スラブを貫通し、前記第２マン気閘室内にマンシャフトの下方部を設けたことを特徴とするニューマチックケーソン。
【請求項３】
請求項１記載のニューマチックケーソンにおいて、前記上スラブは前記天井スラブの床面積より小で、上スラブの端部と前記天井スラブとの間に側壁を設け、この側壁とケーソン本体の側壁との間にスペースを設けたことを特徴とするニューマチックケーソン。
【請求項４】
請求項３記載のニューマチックケーソンにおいて、前記スペース部分にマンシャフトの下方部を設け、このマンシャフトを前記側壁に設けた開閉自在なハッチと接続したことを特徴とするニューマチックケーソン。
【請求項５】
請求項１記載のニューマチックケーソンにおいて、前記第１マン気閘室に前記上スラブを貫通したマンシャフトを接続したことを特徴とするニューマチックケーソン。
【請求項６】
請求項１記載のニューマチックケーソンにおいて、前記第１マン気閘室の上部に少なくとも一以上のマン気閘室を積層状に接続し、各マン気閘室はそれぞれ気圧が異なり、かつハッチを介し出入り可能で最上部のマン気閘室にマンシャフトが接続されたことを特徴とするニューマチックケーソン。
【請求項７】
地上の大気圧から作業室の気圧まで変化する高気圧作業環境が発生し、かつ天井スラブと上スラブとを備えた２重スラブ構造のニューマチックケーソンであって、前記天井スラブ上面に前記作業室に出入り可能な第１マン気閘室を設け、前記天井スラブと前記上スラブの空間部分を前記第１マン気閘室を内包する第２マン気閘室とし、前記第１マン気閘室は第１加減圧部を持ち、前記第２マン気閘室は第２加減圧部を持ち、両者間はハッチを介し出入り可能とし、かつ前記作業室内の気圧から前記第１、第２マン気閘室は順次気圧を低く設定可能としたことを特徴とするニューマチックケーソン。
【請求項８】
請求項７記載のニューマチックケーソンの作業室とマン気閘室の気圧条件設定方法において、マン気閘室を更に増設し、各マン気閘室は順次気圧が異なる設定としたことを特徴とするニューマチックケーソン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は地下構造物の築造に用いられるニューマチックケーソンおよびその作業室とマン気閘室の気圧条件設定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中下において地下水の浸入を抑えながら掘削をする場合、掘削作業室を高気圧下にする。高気圧下での作業は作業者にとって精神的、かつ肉体的負担が伴う。
【０００３】
このため、地上での遠隔操作によって高気圧作業の無人化技術が開発され実用化に至っているが、結局のところ点検等の理由で作業者が高気圧下の作業室に出入りしなければならない。  
【０００４】
作業室内の高気圧作業については、安全性の観点から法的規制がある。
【０００５】
この規制としては、従来、高気圧作業安全衛生規則、第１５条・第１８条の「別表１」において気圧は０．４ＭＰａまでが提示されていた。しかしながら、平成２７年４月1日施行の法改正によって「別表第１」の制限が撤廃され、事業者側で「タイムテーブル」を算出して高気圧作業の安全を図ることが義務付けられた。これによって、０．４ＭＰａ以上の高気圧作業も高気圧障害防止を配慮する前提で可能となり、大深度地下構造物等の施工案件にも法的に対応が可能となった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−３３６２６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のニューマチックケーソンではスラブが、天井スラブと上スラブの２つある２重スラブ構造のマンロック（マン気閘室）となっている。
【０００８】
最近では掘削深度が増大する大深度地下構造物の構築が多くなりつつあり、図６に示すように、ニューマチックケーソン工法における作業室５´の気圧は例えば０．７ＭＰａと高くなっている。この気圧は上１０´にも作用する。したがって、気圧の上昇と共に上スラブ１０´も強固にしなければならず、上スラブ１０´を構成する鉄筋コンクリート製部材の厚さが非常に厚くなってきた。
【０００９】
また、従来では作業者用加減圧部が天井スラブ４´と上スラブ１０´と間に形成した空間部分の一つであったが、最近の気圧の高まりによって、高気圧障害を防止する健康管理に対する配慮がより重要になってきた。
【００１０】
上述のように、気圧の高まりによって上スラブを厚くすると、その分、構築費が増大する。また、作業が終了すると、最終構造としてケーソン本体の上スラブは必要ないため、上スラブを解体しなければならない。この場合、厚い上スラブを解体するには、その分、撤去費がかかり、工期も長びき、全体としての費用が増大するという課題があった。
【００１１】
この発明は上記のことに鑑み提案されたもので、その目的とするところは、作業室に出入りする作業員の健康障害を防ぐとともに、上スラブの厚み増しを抑え、構造部材の部材厚さの削減を図ったニューマチックケーソンおよびその作業室とマン気閘室の気圧条件設定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
請求項１記載の本発明では、地上の大気圧から作業室の気圧まで変化する高気圧作業環境が発生し、かつ天井スラブとこの上部に設けた上スラブとを備えた２重スラブ構造のニューマチックケーソンにおいて、前記天井スラブに設けた開口部上に、前記作業室へ出入り可能な第１マン気閘室を設け、前記天井スラブと前記上スラブの空間部分を前記第１マン気閘室を内包する第２マン気閘室とし、前記第１マン気閘室は第１加減圧部を持ち、前記第２マン気閘室は第２加減圧部を持ち、両者間はハッチを介し出入り可能であることを特徴とする。
請求項２記載の本発明は、請求項１記載のニューマチックケーソンにおいて、前記上スラブを貫通し、前記第２マン気閘室内にマンシャフトの下方部を設けたことを特徴とする。
請求項３記載の本発明は、請求項１記載のニューマチックケーソンにおいて、前記上スラブは前記天井スラブの床面積より小で、上スラブの端部と前記天井スラブとの間に側壁を設け、この側壁とケーソン本体の側壁との間にスペースを設けたことを特徴とする。
請求項４記載の本発明は、請求項３記載のニューマチックケーソンにおいて、前記スペース部分にマンシャフトの下方部を設け、このマンシャフトを前記側壁に設けた開閉自在なハッチと接続したことを特徴とする。
請求項５記載の本発明は、請求項１記載のニューマチックケーソンにおいて、前記第１マン気閘室に前記上スラブを貫通したマンシャフトを接続したことを特徴とする。
請求項６記載の本発明は、請求項１記載のニューマチックケーソンにおいて、前記第１マン気閘室の上部に少なくとも一以上のマン気閘室を積層状に接続し、各マン気閘室間はそれぞれ気圧が異なり、かつハッチを介し出入り可能で最上部のマン気閘室にマンシャフトが接続されたことを特徴とする。
請求項７記載の気圧条件設定方法の本発明は、地上の大気圧から作業室の気圧まで変化する高気圧作業環境が発生し、かつ天井スラブと上スラブとを備えた２重スラブ構造のニューマチックケーソンであって、前記天井スラブ上面に前記作業室に出入り可能な第１マン気閘室を設け、前記天井スラブと前記上スラブの空間部分を前記第１マン気閘室を内包する第２マン気閘室とし、前記第１マン気閘室は第１加減圧部を持ち、前記第２マン気閘室は第２加減圧部を持ち、両者間はハッチを介し出入り可能とし、かつ前記作業室内の気圧から前記第１、第２マン気閘室は順次気圧を低く設定可能としたことを特徴とする。
請求項８記載の本発明は、請求項７記載のニューマチックケーソンの作業室とマン気閘室の気圧条件設定方法において、マン気閘室を更に増設し、各マン気閘室は順次気圧が異なる設定としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明では天井スラブ上に複数のマン気閘室を設け、各マン気閘室の気圧を段階的に低くするようにしたため、作業員の健康障害を防止でき、安全性が向上する利点がある。
また、作業室の気圧が作用する第１マン気閘室は耐圧に優れた部材とし、第１マン気閘室を内包する第２マン気閘室の上スラブに作用する気圧の低減化を図り、これにより上スラブの厚み増しを防止し、上スラブの部材厚さを薄くできる経済的効果があり、かつ解体の作業時間が短縮し、工期の短縮化を図ることができ、この点からも経済的効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施例の説明図。
【図２】本発明の第２実施例の説明図。
【図３】本発明の第３実施例の説明図。
【図４】本発明の第４実施例の説明図。
【図５】本発明の第５実施例の説明図。
【図６】従来例を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
マン気閘室において、高気圧障害の防止を考えた場合には、長時間にわたる減圧時間の過ごし方として手足を伸ばせる広い空間の確保が重要となる。広い空間を確保する点では鉄筋コンクリート製などの自由に形状を形成できるマン気閘室が有利である。減圧時間の特性として、最大気圧から例えば第１停止圧までの減圧時間は数分程度と比較的短く、特に第１停止圧から大気圧までの減圧ステップでは数時間を要している。この傾向は最大気圧とその環境における作業時間によっても異なるが、傾向は概ね同じである。
【００１６】
この点に着目して、本発明では比較的に狭い空間となるが減圧時間が短時間となる環境に対しては小型で頑丈なマン気閘室を使用し、減圧時間が長時間となる第１停止圧以降の環境に対しては鉄筋コンクリート製などであって広い空間とした上記マン気閘室を内包する別のマン気閘室を使用することで作業者の高気圧障害防止策を図り、かつ上スラブの鉄筋コンクリート製部材の部材厚さの削減化を達成している。
【００１７】
図１は本発明の第１実施例を示す。
【００１８】
図において、１はニューマチックケーソンで、このケーソン本体は筒状の側壁２を備え、この側壁２の下部は刃口３となっており、かつ側壁２内の下方には天井スラブ４が設けられている。Ｇは掘削される地山である。そして、これら地山Ｇと天井スラブ４と刃口３とによって作業室５が構成される。  
【００１９】
天井スラブ４の一部には作業室５と天井スラブ４の上部空間とを貫通し、作業者が作業室５を入退出可能とする開口部６が形成され、開口部６上であって天井スラブ４の上部に第１マン気閘室７が設けられている。この第１マン気閘室７の室内は第１加減圧部として機能する。
【００２０】
第１マン気閘室７の下部には開閉自在な第１ハッチ８を有する。この第１ハッチ８は開口部６の上部に設けられている。また、第１マン気閘室７の側部にはやはり開閉自在な第２ハッチ９が設けられている。
【００２１】
第１ハッチ８は開閉して作業者が作業室５を出入りするためのものである。第２ハッチ９は作業者が第１マン気閘室７内と天井スラブ４上の空間部分を出入りするためのものである。
【００２２】
１０は天井スラブ４の上方に間隔を介し設けられた上スラブで、この上スラブ１０と天井スラブ４間の空間部分は第２マン気閘室１１となり、この第２マン気閘室１１は第２加減圧部として機能する。なお、この第２マン気閘室１１は例えば鉄筋コンクリート製で、天井スラブ４、上スラブ１０、ケーソン本体２の側壁によって区画形成され、窮屈な姿勢を避けて足首、膝、腰、背中を伸ばすことが可能な空間としている。
【００２３】
このように、本発明では、第１、第２マン気閘室７、１１を設け、作業員の健康障害などを防止し、かつ上スラブ１０の厚み増しを防止している。これについては後述する。
【００２４】
１２は地上から作業者が作業室５に出入りするためのマンシャフトであり、上スラブ１０を貫通し、下部は天井スラブ４の上部に設けられている。このマンシャフト１２内は、周知のように、螺旋階段またはエレベータ（図示せず）が設けられ、第２マン気閘室１１の部分に開閉自在な第３ハッチ１３が設けられ、地上からの作業者は第２マン気閘室１１を介し第１マン気閘室７に第２ハッチ９を介し入ることができる。また、逆に、作業室５内の作業者は第１ハッチ８を介し第１マン気閘室７に入り、所定時間経過後、第２ハッチ９を介し第２マン気閘室１１に入り、所定時間過ごし、第３ハッチ１３を開閉し大気圧の環境でマンシャフト１２を介し地上へ出ることができる。
【００２５】
次に本発明に係るニューマチックケーソンの各部の気圧条件設定方法について詳述する。
【００２６】
本発明は第１マン気閘室７と第２マン気閘室１１とによる２重のマン気閘室を構成し、これら２か所の加減圧部によって気圧区分を設け、高気圧障害を防止するようにしている。
【００２７】
気圧の条件設定として作業室５の気圧を例えば０．７ＭＰａとした場合、第２マン気閘室１１の加減圧部の最大気圧を例えば０．２１ＭＰａとし、これに加えて地上の大気圧の３区分の気圧状態を設定している。
【００２８】
なお、ニューマチックケーソン工法を構成する掘削機における掘削、掘削土砂の積込み搬出に関わるマテリアル設備等は本発明の要旨とは直接関係しないので、また、周知であるため図の表記および説明については省略する。
【００２９】
本発明は、上述のように、第１、第２の２重構造としたマン気閘室７、１１を備え、第１マン気閘室７は、鉄筋コンクリート製などの第２マン気閘室１１に内包され、かつ第１マン気閘室７内を第１加減圧部とし、第２マン気閘室１１内を第２加減圧部としている。この場合、第１マン気閘室７の内圧は作業室内の気圧が作用するため耐久性をもたせ、広い空間部分の第２マン気閘室１１は低圧としている。
【００３０】
すなわち、第１マン気閘室７の第１加減圧部では加減圧装置（図示省略：加圧バルブ、減圧バルブ、圧力監視盤等）によって調整されて作業室の気圧０．７ＭＰａから所定の第１停止圧までの気圧状態とし、第２マン気閘室１１の加減圧部でも同様に加減圧装置によって調整されて第１停止圧から大気圧までの気圧状態、例えば０．２１ＭＰａ〜０となるように構成している。
【００３１】
以上のように、従来では加減圧部が１つであったのに対し、本発明の第１実施例では、作業室５の気圧を０．７ＭＰａとした場合において、例えば第１加減圧部０．７〜０．２１ＭＰａの範囲、第２マン気閘室１１の加減圧部はそれより低く０．２１ＭＰａ〜０の範囲とし、加減圧部を複数としたことに特徴を有している。
【００３２】
そして、これによって作業者は段階的に効率よく減圧作業を行えるようにし、従来のように長時間高気圧であって一箇所の減圧室にいなければならないという作業者の負担を軽減し、良い環境を提供し、作業者の精神的苦痛を和らげるとともに健康障害をも解消している。
【００３３】
加えて、第１気閘室７により天井スラブ４と上スラブ１０間の第２マン気閘室１１の気圧を低くし、その気圧が上スラブ１０に作用するようにしたため、上スラブ１０の耐圧性を今までのように高くする必要がなくなり、上スラブ１０の部材厚さを薄くできる。
【００３４】
図２は本発明の第２実施例を示す。
【００３５】
この実施例では、上スラブを、天井スラブ４より小面積であって天井スラブ４の上方に位置する上スラブ１０Aと、この上スラブ１０Aの外周に形成された上スラブ側壁１７A、１７Bによって天井スラブ４の上部に密閉状の第２マン気閘室１１を形成したことに特徴を有している。
【００３６】
この第２マン気閘室１１内に第１マン気閘室７やハッチ１３を有するマンシャフト１２の下部が設けられている点については第１実施例と同様である。
【００３７】
図３は本発明の第３実施例を示す。  
【００３８】
この実施例では、上スラブ１０Ｂに第６ハッチ１６を有する側壁１７Ａを設け、この側壁１７Ａのハッチ１６にマンシャフト１２を接続したことに特徴を有する。この実施例では、上スラブ１０Ｂを天井スラブ４の床面積より小とし、この上スラブ１０Ｂの外周と天井スラブ４との間に開閉自在なハッチ１６を有する側壁１７Ａを設け、この側壁１７Aにマンシャフト１２を接続した構成としている。マンシャフト１２の下方部は側壁１７Aとケーソン本体２の側壁との空間部分に設けられている。
【００３９】
図４は本発明の第４実施例を示す。
【００４０】
この実施例は比較的小規模のニューマチックケーソン工法に適用され、図３に示した第３実施例の変形で、マンシャフト１２の下部を第１マン気閘室７の上部に接続したもので、省スペース化を図ったものである。マンシャフト１２の下部にはハッチ１４が設けられ、第１マン気閘室７内に出入り自在となっている。作業者は減圧にあたって天井スラブ４上に設けられた第１マン気閘室７で初期減圧し、第１停止圧まで減圧した後、第２マン気閘室１１へ移動して減圧する。減圧中に次の作業者が入る場合、第１マン気閘室７を通って作業室５へ入る。その時ハッチ９は閉じている。その他の構成は図１に示した第１実施例と同様で同じ部材は同一符号で示し、説明は省略する。
【００４１】
図５は本発明の第５実施例を示す。
【００４２】
この実施例は図４に示した第４実施例の変形で、第２マン気閘室１１に内包された第１マン気閘室７の上部に第３マン気閘室７Ａを積層して接続し、さらにこの第３マン気閘室７Ａの上部に第４マン気閘室７Ｂを積層接続したものである。そして、最上部の第４マン気閘室７Ｂに上スラブ１０Ｂに貫設されたマンシャフト１２を接続した構成としている。なお、マンシャフト１２の下部には第４マン気閘室出入りのハッチが設けられる。また、各マン気閘室にもハッチが設けられる。積層の態様としては２つ、あるいは３以上としても良い。
【００４３】
作業者は減圧にあたって天井スラブ４上に設けられた第１マン気閘室７で初期減圧し、第１停止圧まで減圧した後、第２マン気閘室１１へ移動して減圧する。減圧中に次の作業者が入る場合、第４マン気閘室７Ｂ、第３マン気閘室７Ａ等を通って作業室５へ入る。先の作業者が減圧途中に後から入った作業者が退出する場合には、ハッチ８を閉じて第２マン気閘室１１と第１マン気閘室７とカプセル状第３マン気閘室７Ａ間を同じ気圧とすれば、先の減圧作業者はカプセル状第３マン気閘室７Ａに移動して減圧を続ける。後からの作業者は第１マン気閘室７で初期減圧し、第１停止圧まで減圧した後、第２マン気閘室１１へ移動して減圧する。この時先に減圧中の作業者が第３マン気閘室７Ａで減圧中にさらに後から作業者が作業室に入る場合、後からの作業者は第４気閘室７Ｂで加圧を行い減圧中の第３気閘室７Ａと同じ気圧になった時点で先の作業者と後の作業者が入れ替わり先の作業者は第４気閘室７Ｂで引き続き減圧を行い大気圧になってから地上へ退室する。後の作業者は第３気閘室７Ａで引き続き加圧を行った後作業室へ移動する。
【００４４】
なお、上記実施例における第１、第３、第４マン気閘室と第２マン気閘室は、構造物の規模、形状寸法によってプレキャスト部材によるマン気閘室とすることも可能である。
【００４５】
また、プレキャスト部材は、鉄板、鉄骨、鉄筋コンクリート等の単独あるいはそれらの合成部材で構成されてもよく、組立および解体が容易となる。
【符号の説明】
【００４６】
１      ニューマチックケーソン
２      ケーソン本体
３      刃口
４      天井スラブ
５      作業室
６      開口部
７      第１マン気閘室
７Ａ    第３マン気閘室
７Ｂ    第４マン気閘室
８      第１ハッチ
９      第２ハッチ
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０‘上スラブ
１１    第２マン気閘室
１２    マンシャフト
１３    第３ハッチ
１４    第４ハッチ
１６    第５ハッチ
１７    側壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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