(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
既存ダム堤体での貫通穴構築に際し用いる仮締切構造であり、
一方の開口が、前記貫通穴の開口予定位置を囲むようにダム堤体上流面に当接する円筒体と、
前記円筒体の他方の開口を閉塞し、断面がダム堤体上流側に凸である半楕円状のドーム体と、
からなり、
前記円筒体の外周面にリング状のリブ材が備わり、
前記リブ材が、ダム堤体上流側の地盤に打設したアンカーとの連結構造を有することを特徴とするダム堤体の仮締切構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダム堤体の仮締切構造に関するものであり、具体的には、内空のデッドスペースを低減することで、低コストで施工性も良好な仮締切構造の技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダム堤体上流側における堆積土砂の排砂経路、洪水調節容量増加を目的とした新たな放水経路、或いは、小水力発電機の設置領域などを確保する目的で、既存ダムの堤体に貫通穴を構築するケースが増えている。従来、既存のダム堤体に貫通穴を構築する場合、ダム堤体の上流側に水底まで達する大規模な仮設の締切工を実施し、締切構造内側をドライアップして貫通穴掘削を行っていた。しかし、こうした方法では仮設の締切構造が大がかりになり、施工期間及び施工費が増大するという問題点があった。そこで、小規模・低コストでダム水域の仮締切を可能とする技術として、例えば、ダム堤体の水域側の面に球面状止水壁を取り付けた仮締切構造（特許文献１）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２６３３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来の仮締切構造を実際の施工に採用する場合、半球状止水壁の内空にゲート等の資機材の載置や各種作業のための空間を確保しつつ、半球状止水壁の開口で貫通穴の開口を完全に覆う為に、半球状止水壁の開口を貫通穴の開口よりかなり大きくする必要がある。その場合、半球の周縁部分に大きなデッドスペースが生じ、その分だけ内空が大きくなる。このため、半球状止水壁の内部を排水した時に大きな浮力が仮締切構造にかかることになり、その対策が必要となる。また、半球状止水壁自体も大型になるため、そうした半球状止水壁の製作、運搬、および設置の各コストおよび手間が増大することにもなる。
【０００５】
そこで本発明では、内空のデッドスペースを低減することで、低コストで施工性も良好な仮締切構造の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する本発明のダム堤体の仮締切構造は、既存ダム堤体での貫通穴構築に際し用いる仮締切構造であり、一方の開口が、前記貫通穴の開口予定位置を囲むようにダム堤体上流面に当接する円筒体と、前記円筒体の他方の開口を閉塞し、断面がダム堤体上流側に凸である半楕円状のドーム体とからなり、前記円筒体の外周面にリング状のリブ材が備わり、前記リブ材が、ダム堤体上流側の地盤に打設したアンカーとの連結構造を有することを特徴とする。
【０００７】
こうした仮締切構造によれば、円筒体が、貫通穴の開口予定位置を囲むように設置され、貫通穴の開閉ゲート等の資機材の載置、或いは各種作業のための必要最小限の空間分だけ、ダム堤体上流面から上流方向に延長する形態となる。しかも、当該円筒体におけるダム堤体上流側の開口は、半球ではなく断面が半楕円状の扁平なドーム体で閉塞される。
【０００８】
このような構造のため、従来技術において半球状止水壁の周縁部で生じているデッドスペースが生じることがなく、その分だけ内空の容積を従来の仮締切構造のものより低減できる。この内空の低減により、内空内の水を排水する際に仮締切構造に生じる浮力も従来より低減され、浮力対策の負担も軽減される。また、仮締切構造自体のサイズ、重量も従来より低減されることになり、仮締切構造の製作、運搬、および設置の各コストおよび手間も従来より小さなものとできる。また、円筒体の開口端をドーム体で閉塞することで、このドーム体と一体となった円筒体の強度も適宜なものとなり、水圧による外力にも適宜に抗しうる。また、こうした円筒体は、その半径方向において外部水圧に対する耐力が大きい。本発明によれば、内空のデッドスペースを低減することで、低コストで施工性も良好な仮締切構造を提供できる。
【０００９】
また、前記円筒体の外周面にリング状のリブ材が備わるので、水圧による外力に対し弱点となりやすい円筒体が適宜補強され、その結果、円筒体自体の肉厚を（リブ材取り付け前より）薄くし、円筒体の軽量化を図ることが出来る。軽量化した円筒体は運搬や設置が容易となり、その為のコストや手間も軽減される。
【００１０】
更に、前記リブ材が、ダム堤体上流側の地盤に打設したアンカーとの連結構造を有するので、ダム堤体上流側の水底にある基礎地盤中に打設アンカーが打設されている場合、アンカーから延びるワイヤーの先端に備わるフック等の連結具を、リブ材に備わる連結受入治具（例：フッキング用のリングや孔）に連結させ、リブ材とアンカーとを連結させれば、仮締切構造内空の水を排水する際に生じる浮力に対し、地盤中のアンカーに反力をとって仮締切構造の浮き上がりを抑止することが出来る。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、内空のデッドスペースを低減することで、低コストで施工性も良好な仮締切構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態における仮締切構造の構造例を示す全体図である。
【図２】本実施形態における仮締切構造の構造例を示す分解図である。
【図３】本実施形態におけるドーム体の断面形状例を示す図である。
【図４】本実施形態における仮締切構造の施工手順１を示す図である。
【図５】本実施形態における仮締切構造の施工手順２を示す図である。
【図６】本実施形態における仮締切構造の施工手順３を示す図である。
【図７】本実施形態における仮締切構造の施工手順４を示す図である。
【図８】本実施形態における仮締切構造の施工手順５を示す図である。
【図９】本実施形態における仮締切構造の施工手順６を示す図である。
【図１０】本実施形態における仮締切構造の施工手順７を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施形態におけるダム堤体の仮締切構造の構造例を示す全体図であり、図２は、同じく仮締切構造の構造例を示す分解図である。本実施形態における仮締切構造１００は、既存ダムの堤体１での、排砂坑などの貫通穴２の構築に際し用いる、堤体上流側の仮締切構造である。本実施形態の仮締切構造１００は、図１、図２で示すように、ドーム体１０と、円筒体２０とで構成されている。
【００１６】
円筒体２０は、その一方の開口２１がダム堤体上流面３に止水材７を介して当接し、貫通穴２の開口予定位置４ａを囲むものである。したがって、円筒体２０の開口２１の径の方が、貫通穴２の開口４の径より大きい。この円筒体２０の他方の開口２２はドーム体１０により閉塞される。円筒体２０の外周上部には、給気バルブ２７とマンホール２８が、また外周下部には排水バルブ２９がそれぞれ備わっている。
【００１７】
給気バルブ２７は、堤体２上の給気装置と適宜な給気経路を介して結ばれ、円筒体２０すなわち仮締切構造１００の内空２５に空気を導くためのバルブである。また、マンホール２８は、仮締切構造１００の内空２５で作業を行う作業員の出入口となる開閉口である。このマンホール２８は図示しないバルブを備えており、内空２５とマンホール外との間の開閉が可能となっている。また、排水バルブ２９は仮締切構造１００の内空２５から水を外部に排水するためのバルブである。
【００１８】
なお、円筒体２０のダム堤体上流側への凸設長２６（図２）は、貫通穴２の開閉ゲート等の資機材の載置、或いは各種作業のための必要最小限の空間を、円筒体２０の内空に確保する分だけの長さとなっている。
【００１９】
一方、ドーム体１０は、円筒体２０の他方の開口２２と自身の開口１１とをその端面同士で水密に当接させて閉塞し、断面がダム堤体上流側に凸である半楕円状の構造を有している。なお、ドーム体１０における半楕円状の断面形状としては、本実施形態では半径の異なる２つの円弧の組み合わせを採用しているが、その他に、数学的に正確な半楕円、或いは半円が扁平化した連続曲線も含まれる。
【００２０】
図２に示すように、ドーム体１０の開口１１において、円筒体２０の開口２２の端面と水密に当接する端面には適宜な幅のフランジ１２が備わっている。一方、円筒体２０の開口２２の端面にもリブ材３０を兼ねたフランジ２３が備わっている。そして、これらフランジ１２、フランジ２３が互いに水密に当接した状態で接合されることで、円筒体２０とドーム体１０とは一体に固定される。フランジ同士の接合に際しては、互いの当接面にブチルゴム等の止水材を挟み込み、フランジ間をボルト締結するなどして脱着可能に固定する。
【００２１】
上述したように、本実施形態の仮締切構造１００において、円筒体２０とドーム体１０とはフランジ１２、フランジ２３を介したボルト締結等の手段で脱着可能に固定されている。円筒体２０の一方の開口２１（ダム堤体上流面３に当接し貫通穴２の開口４を囲む開口）の端面は、円筒体２０が水底面の基礎地盤５と略平行に設置されるよう、ダム堤体上流面３が水底より立設する角度に応じて加工しておく必要がある。一方、ダム堤体上流面３が水底より立設する角度はダム毎に異なる為、円筒体２０とドーム体１０とが一体物である場合、ドーム体１０を含め仮締切構造１００全体は各ダム毎に使い切りとなってしまう。しかしながら、本実施形態の如く、円筒体２０とドーム体１０とが脱着可能に固定されている場合、円筒体２０についてはダム毎の専用構造としても、断面が半楕円状で加工に手間がかかるため製作コストも高いドーム体１０については元の円筒体２０とのボルト締結を解くことで切り離し、他ダム用の円筒体に転用することが可能である。
【００２２】
なお、円筒体２０の外周面２４には、リング状のリブ材３０が備わっている。このリブ材３０は円筒体２０の補剛材である。こうしたリブ材３０を設けることにより、円筒体自体の肉厚を（リブ材３０の取り付け前より）薄くし、円筒体２０の軽量化を図ることが出来る。軽量化した円筒体２０は運搬や設置が容易となり、その為のコストや手間も軽減される。
【００２３】
また図１で例示するように、例えば、上記のフランジ２３を兼ねたリブ材３０とそれに隣接するリブ材３０の各下端に、ダム堤体上流側の水底にある基礎地盤５に打設したアンカー６０との連結構造３１を有するとすれば好適である。本実施形態で例示する連結構造３１は、リブ材３０の下端を下方に延長したスカート状のプレート３２と、このプレート３２に設けられたフッキング用孔３３からなっている。この場合、基礎地盤５中に打設されているアンカー６０（から延びるワイヤー）の先端に備わるフック６１を、上述の連結構造３１に備わるフッキング用孔３３にフッキングさせ、連結構造３１を介して、リブ材３０ひいては円筒体２０とアンカー６０とを連結させることができる。このような連結構造３１を採用すれば、仮締切構造内空の水を排水する際に生じる浮力に対し、基礎地盤５中のアンカー６０に反力をとって仮締切構造１００の浮き上がりを抑止することが出来る。
【００２４】
また、ドーム体１０における凸部１５の断面形状は、半径の異なる２種類の円弧を結合した略半楕円とすれば好適である。図３に本実施形態におけるドーム体１０の断面形状例を示す。図３の例では、ドーム体１０の凸部１５の断面形状は、おおよそ半楕円をなしており、その長径と短径の比は、長径：短径＝１：０．５としている。しかしながら、ドーム体１０の凸部１５については、鋼板のプレス曲げ加工にて製作する必要があり、これを標準楕円として製作するためには、曲率半径が連続的に変化する金型が必要となり、不経済である。そこで本実施形態では、半径の異なる２つの円弧を結合させた近似楕円の断面を凸部１５の断面形状としている。図３の例においては、ドーム体１０の断面のうち、円筒体２０との当接面付近の線分Ｘに半径ａの小円弧、その他の線分Ｙに半径Ａの大円弧を配置し、これら円弧を結合して半楕円の断面形状をなしている。
【００２５】
上述のような構造を備えた仮締切構造１００においては、貫通穴２の開口４全体を覆う開口２１を備えた円筒体２０が、貫通穴２の開閉ゲート等の資機材の載置、或いは各種作業のための必要最小限の空間分だけ、ダム堤体上流面３から上流方向に延長する形態で設置されることになる。しかも、円筒体２０におけるダム堤体上流側の開口２２は、半球ではなく断面が半楕円の扁平なドーム体１０で閉塞される。従って、従来技術において問題となっているデッドスペースを大幅に減らすことができる。そしてデッドスペースが小さい分だけ内空２５が小さくなるため、内空内の水を排水する際に仮締切構造１００に生じる浮力も従来より低減され、浮力対策の負担も軽減される。また、仮締切構造自体のサイズ、重量も従来より低減されることになり、仮締切構造１００をなす円筒体２０やドーム体１０の製作、運搬、および設置の各コストおよび手間も従来より小さなものとできる。
【００２６】
貫通穴２の施工に当たっては、仮締切構造１００を貫通穴２における上流側の開口４の位置（開口予定位置４ａ）に予め設置し、仮締切構造１００の内空２５に存在する水を排水することにより、仮締切構造１００をダム堤体上流面３に押しつけ、作業空間を確保する。
【００２７】
次に、本実施形態の仮締切構造１００の施工手順について詳細に説明する。図４〜１０は本実施形態における仮締切構造の各施工手順１〜７をそれぞれ示す図である。まず、図４に示すように、仮締切構造１００を、クレーン８０で堤体上部より吊り下げて、堤体上流面３における放流管４８の呑口位置となる場所（水中の仮設構台上）まで沈める（手順１）。なお、仮締切構造１００の内空２５には放流管呑口の閉鎖ゲート扉体４９（図９）等を予め載置しておくが、これらは、ともに寸法、重量ともに大きく、現地まで一体で搬入することは不可能である。よってこれらは、工場での検査終了後、施工現地まで分割して輸送し、ダム堤体近傍で組立作業を行うこととする（不図示）。また、堤体上流側の基礎地盤５における、仮締切構造１００の設置位置には、予め潜水作業等にてアンカー６０を設置しておく。
【００２８】
また、図５に示すように、仮締切構造１００における円筒体２０の開口２１と堤体上流面３との間を止水材で挟み込んで固定するなどの水密加工を実施する（手順２）。また、予め打設してあるアンカー６０を、仮締切構造１００の下部に備わる連結構造３１に連結し、この連結構造３１を介して仮締切構造１００とアンカー６０とを連結させておく。
【００２９】
続いて、図６に示すように、マンホール管８をクレーン８１で堤体上より吊り下げて、仮締切構造１００のマンホール２８に接続し、マンホール２８に接続したマンホール管８の上端に他のマンホール管８を順次接続していく（手順３）。このマンホール管８の設置に当たっては、堤体上流側の水域に作業台船４０を浮かべて作業員を配置し、クレーン８１で吊下したマンホール管８の位置決め、マンホール２８とマンホール管８の連結、およびマンホール管８同士の連結といった作業に当たらせる。また、マンホール管８は堤体上流面３に対し、鋼棒など適宜な転倒防止材９で一時的に固定される。
【００３０】
次に、図７に示すように、作業台船４０上に設置したポンプ４１より、給気ホース４２を伸ばして仮締切構造１００の給気バルブ２７に接続し、仮締切構造１００の内空２５への圧力空気の給気を開始する（手順４）。また、それとともに、仮締切構造１００の排水バルブ２９を開き、仮締切構造１００の内空２５に存在する水を、上述の給気による空気充填に伴って排出し、内空２５をドライ状態とする。上述の圧力空気の給気に際し、仮締切構造１００の排水バルブ２９から空気泡が噴出し始めたら、内空２５において完全に排水がなされたことを意味するから、排水バルブ２９および給気バルブ２７を閉じ、マンホール２８のバルブを開放して圧力空気を徐々に逃がし、内空２５を大気圧とする。こうして内空２５は大気圧となって、仮締切構造１００は水圧によって堤体上流面３に押圧されることになり、アンカー６０と連結構造３１の連結によって水中位置に留められる。
【００３１】
なお、内空２５の水を排水するにあたっては、内空２５に予めセットしておいた水中ポンプを、上述の給気バルブ２７および排水バルブ２９を閉じた状態で稼働させ、マンホール管８の上端から排水を行う方法を採用しても良い。
【００３２】
なお、仮締切構造１００の内空の排水を行った際に発生する浮力は、仮締切構造１００の空中重量に比べて遥かに大きくなる。一方、水圧によって仮締切構造１００がダム堤体上流面３に押圧されていれば、堤体上流面３と仮締切構造１００との間に摩擦力が発生して浮力を減らすことが出来るが、この浮力は、内空２５の水を排出するため内空２５に圧力空気を送る時に発生するため、上述の摩擦力による浮力低減は期待できない。よって、アンカー６０に関して想定する荷重は、仮締切構造１００にかかる全浮力分以上の大きさとする。また、この浮力対策が必要な期間は仮締切構造１００の内空２５での作業員による作業時だけであるから、仮設のアンカーとして設計する。こうしたアンカー６０にはＰＣ鋼より線を採用できる。
【００３３】
続いて、図８に示すように、連結したマンホール管８のうち最上部のマンホール管８の上部に、管理歩廊４３を設け、堤体１の上部より移動してきた作業員がこの管理歩廊４３、マンホール管８、およびマンホール２８を通って仮締切構造１００の内空２５に入る（手順５）。内空２５に入った作業員は、内空２５が排水完了状態である事を確認する。一方で、堤体下流側からは、ローダー８５など適宜な掘削機が貫通穴２を掘削しているものとする。内空２５の排水完了状態の確認の後、ローダー８５は、仮締切構造１００の内空２５と掘削済みの貫通穴２との間に残された部位の掘削を実行する。
【００３４】
この掘削が完了し、仮締切構造１００の内空２５と貫通穴２とが貫通したならば、図９に示すように、閉鎖ゲート扉体用戸当り４７およびベルマウス４６の据え付けと空気管４５の設置を行う（手順６）。この場合、仮締切構造１００の内空２５に予め載置しておいた閉鎖ゲート扉体用戸当り４７およびベルマウス４６を堤体１に据え付け、また、貫通穴２において堤体下流から放流管４８を搬入し、この放流管４８を閉鎖ゲート扉体４９およびベルマウス４６と接続する。更に、閉鎖ゲート扉体４９を閉鎖ゲート扉体用戸当り４７およびベルマウス４６に接続する。
【００３５】
この接続の完了後、放流管４８と貫通穴２の内壁との間の空隙など所定領域にコンクリートを打設しておく。また、仮締切構造１００の内空２５で作業を行っていた作業員を、マンホール管８を介して水上の作業台船４０上又は管理歩廊４３上に退出させる。
【００３６】
続いて、給気バルブ２８、排水バルブ２９を開き、仮締切構造１００の内空２への充水を行う。また、図１０に示すように、マンホール２８に連結させていたマンホール管８を順次撤去し、仮締切構造１００とアンカー６０との連結を解除して、仮締切構造１００もクレーン８０によって吊り上げて撤去する（手順７）。
【００３７】
このように本実施形態によれば、内空のデッドスペースを低減することで、低コストで施工性も良好な仮締切構造を提供できる。
【００３８】
本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上記実施形態の仮締切構造において、円筒体とドーム体を切り離し可能な構造としているが、両者が一体に溶接されている構造を採用しても構わない。また、仮締切構造に作用する浮力への対抗手段としてアンカー以外の手段を採用する場合、リブ材に上述の連結構造を備える必要は無い。また、円筒体において外圧に十分対抗できる耐力があるならば、リブ材を備える必要は無い。
【符号の説明】
【００３９】
１  堤体
２  貫通穴
３  ダム堤体上流面
４  開口
４ａ  貫通穴の開口予定位置
５  基礎地盤
７  止水材
１０  ドーム体
１１  開口
１２  フランジ
１５  凸部
２０  円筒体
２１  一方の開口
２２  他方の開口
２３  フランジ
２４  外周面
２５  内空
２６  凸設長
２７  給気バルブ
２８  マンホール
２９  排水バルブ
３０  リブ材
３１  連結構造
３２  プレート
３３  フッキング用孔
４５  空気管
４６  ベルマウス
４７  閉鎖ゲート扉体用戸当り
４８  放流管
４９  閉鎖ゲート扉体
６０  アンカー
６１  フック
１００  仮締切構造
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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