(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、
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開口が当接するドーム体と、
ダム堤体上流側の水底部に打設され、前記ドーム体と連結されたアンカーと、
からな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、施工時に作用する浮力に確実に対処可能である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】
上記従来の仮締切構造の技術においては、水中の半球状止水壁が水圧によりダム堤体に押圧されることで両者の間に摩擦力が発生し、これによりダム堤体への半球状止水壁の固定が図られるとの前提に立っている。一方、そうした従来の仮締切構造を実際の施工に採用した場合、内部を排水した半球状止水壁には自身の空中重量に比べて遥かに大きな浮力がかかるとの知見が、発明者らにおいて得られている。しかもこの浮力は、上述の摩擦力が十分発揮される前の、半球状止水壁の内部を排水する際に発生するものであるため、上記摩擦力により浮力に対抗することを期待するのは危険である。  
他方、仮締切構造の周縁部を、貫通穴外周のダム堤体にアンカーを打設することで固定する場合、上述したような大きな浮力が仮締切構造にかかると、この浮力を受けたアンカーによる反力で、貫通穴周囲のダム堤体が損傷する懸念もある。  
つまり、従来技術においては、施工に際し仮締切構造にかかる浮力について、その対策が十分考慮されていなかったのである。
【０００５】
そこで本発明では、施工時に作用する浮力に確実に対処可能である仮締切構造の技術を提供することを目的とする。
【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、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開口が当接するドーム体と、ダム堤体上流側の水底部に打設され、前記ドーム体と連結されたアンカーとからなることを特徴とする。
【０００７】
こうした仮締切構造によれば、ドーム体内空の水を排水する際に生じる浮力に対し、打設済みのアンカーに反力をとってドーム体の浮き上がりを抑止することが出来る。ドーム体と連結されているアンカーは、ダム堤体上流側の水底部に打設されているものとする。この水底部としては、ダム堤体上流側の水底地盤の他、ダム堤体上流側における堤体の底部など、アンカーの打設が可能な所定構造物も含まれるものとする。
【０００８】
上記構造の場合、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、ドーム体外周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、ドーム体とアンカーとを連結させる。本発明によれば、施工時に作用する浮力に確実に対処可能である仮締切構造を提供できる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、施工時に作用する浮力に確実に対処可能である仮締切構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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施工手順１を示す図である。
【図３】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４】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５】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６】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７】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８】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】
【００１１】
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で示すように、断面がダム堤体上流側に凸である半楕円状の構造をなすドーム体１０と、このドーム体１０と水底部５たる水底地盤（以下、水底地盤５とする）とを結ぶアンカー６０とで構成されている。
【００１２】
ドーム体１０は、その開口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。このドーム体１０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。
【００１３】
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、ドーム体１０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。
【００１４】
こうしたドーム体１０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はドーム体１０の補剛材である。こうしたリブ材３０を設けることにより、ドーム体１０自体の肉厚を（リブ材３０の取り付け前より）薄くし、ドーム体１０の軽量化を図ることが出来る。軽量化したドーム体１０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。
【００１５】
このリブ材３０の下端は、ダム堤体上流側における水底地盤５に打設したアンカー６０との連結構造３１を有している。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、水底地盤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ひいてはドーム体１０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、水底地盤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。
【００１６】
上記のアンカー６０は、水底地盤５に設けた孔６に鋼材等を挿入、定着させた構造となっており、アンカー体１２０、引張り部１３０、アンカー頭部１４０から構成されている。このうちアンカー体１２０は、アンカー６０にかかる引張り力を水底地盤５に直接伝達するもので、孔６へのグラウト注入によって形成される。また、引張り部１３０は、アンカー頭部１４０からの引張り力をアンカー体１２０に伝達する部分で、ＰＣ鋼棒、ＰＣ鋼より線、多重ＰＣ鋼より線、連続繊維補強材などを材料としたテンドン１３１と、テンドン１３１の防食と摩擦損失を防ぐ機能を担うシース１３２から構成されている。アンカー頭部１４０は、テンドン１３１の定着具１４１と、これを支えて荷重を水底地盤５に伝達する支圧板１４２からなっている。
【００１７】
なお、本実施形態では、アンカー６０の打設先であるダム堤体上流側の水底部として水底地盤５を例示しているが、この水底部としては、ダム堤体上流側における堤体１の底部など、アンカー６０の打設が可能な所定構造物も含まれるものとする。
【００１８】
貫通穴２の施工に当たっては、ドーム体１０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）に予め設置してアンカー６０と連結の上、ドーム体１０の内空２５に存在する水を排水することにより、ドーム体１０をダム堤体上流面３に押しつけ、作業空間を確保する。
【００１９】
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２〜８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２に示すように、ドーム体１０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、ドーム体１０の内空２５には放流管呑口の閉鎖ゲート扉体４９（図８）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、堤体上流側の水底地盤５における、ドーム体１０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。
【００２０】
なお、アンカー６０の打設は以下のような手順で行われる。まず、アンカー挿入用の所定径の孔６をボーリングマシンで削孔し、形成した孔６にテンドン１３１およびシース１３２を挿入する。テンドン１３１およびシース１３２の挿入後、アンカー体１２０としてグラウトを孔６に注入し、注入後のグラウトが所定強度に達した後、引張部１３０への緊張付加を行う。また、引張部１３０の上端に支圧板１４２を挿通させた上で定着具１４１により引張部１３０とアンカー頭部１４０を一体となし、アンカー６０の打設が完了する。
【００２１】
手順１に続き、図３に示すように、仮締切構造１００におけるドーム体１０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、上述のように予め打設してあるアンカー６０を、ドーム体１０の下部に備わる連結構造３１に連結し、この連結構造３１を介してドーム体１０とアンカー６０とを連結させておく。これらの作業は潜水夫による水中作業と共同して行う。
【００２２】
続いて、図４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、ドーム体１０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。
【００２３】
次に、図５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を伸ばしてドーム体１０の給気バルブ２７に接続し、ドーム体１０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、ドーム体１０の排水バルブ２９を開き、ドーム体１０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、ドーム体１０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、ドーム体１０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。
【００２４】
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。
【００２５】
なお、ドーム体１０の内空２５の排水を行った際に発生する浮力は、ドーム体１０の空中重量に比べて遥かに大きくなる。例えば、水深１７ｍの位置に直径１００００ｍｍの開口を備えたドーム体１０を設置しようとした場合、凡そ１８０００ｋＮの浮力がドーム体１０の空中重量に勝るという知見を発明者らは得ている。一方、水圧によってドーム体１０がダム堤体上流面３に押圧されていれば、堤体上流面３とドーム体１０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、前述の摩擦力が十分発揮される前の、内空２５の水を排出する際に発生するため、上述の摩擦力により浮力に対抗することを期待するのは危険である。よって、アンカー６０に関して想定する荷重は、ドーム体１０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ドーム体１０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。
【００２６】
続いて、図６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を通ってドーム体１０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、ドーム体１０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。
【００２７】
この掘削が完了し、ドーム体１０の内空２５と貫通穴２とが貫通したならば、図７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、ドーム体１０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。
【００２８】
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、ドーム体１０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。
【００２９】
続いて、給気バルブ２７、排水バルブ２９を開き、ドーム体１０の内空２５への充水を行う。また、図８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におけるドーム体１０とアンカー６０との連結を解除して、ドーム体１０もクレーン８０によって吊り上げて撤去する（手順７）。
【００３０】
このように本実施形態によれば、施工時に作用する浮力に確実に対処可能である仮締切構造を提供できる。
【００３１】
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。
【符号の説明】
【００３２】
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  水底地盤（水底部）
６  孔
７  止水材
１０  ドーム体
２１  開口
２４  外周面
２５  内空
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
１２０  アンカー体
１３０  引張り部
１３１  テンドン
１３２  シース
１４０  アンカー頭部
１４１  定着具
１４２  支圧板
【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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