(57)【要約】【課題】ケーソン沈設工法で、拡径する掘削機３でケーソン下端の刃口部５下側を掘削して刃口貫入抵抗を低減する工法において、更に、周面摩擦を効果的に低減でき、有効な姿勢制が行え高精度ケーソンの築造ができるようにする。【解決手段】ケーソン躯体１下端の刃口部５下側を掘削して躯体外表面より地山側にオーバカットし、このオーバカット部分１１に潤滑剤１３を充填し、ケーソン躯体の地上の上端部を端部拘束機構１５が拘束しながら、ケーソンを自重により沈設させる。ケーソン下端部付近には、ケーソン下端部を周辺地山側に拘束する下端部拘束機構を備える。潤滑剤は、ケーソン躯体内部にあらかじめ設けた潤滑剤供給管を用い、潤滑剤と周辺地山との水頭差を自動的に制御し、よって周辺地山の崩壊を防ぐ。オーバーカット部分１１に充填された潤滑剤をシール１９が閉じこめる。【選択図】　図１
2004092255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ケーソン躯体下端の刃口部下側を掘削して躯体外表面より地山側にオーバカットをする掘削工程と、このオーバカット部分に潤滑剤を充填する充填工程と、ケーソン躯体の地上の上端部で上端部拘束機構を用いて鉛直方向以外の動きを拘束しながら、ケーソンを自重により沈設させる沈設工程を有することを特徴とするケーソン工法。
【請求項２】
前記沈設工程は、ケーソン下端部付近に、ケーソン下端部を周辺地山側に拘束する下端部拘束機構を備え、上端部と下端部とでケーソン躯体の鉛直方向以外の動きを拘束しながらケーソンを沈設することを特徴とする請求項１に記載のケーソン沈設工法。
【請求項３】
前記充填工程は、ケーソン躯体内部にあらかじめ設けた潤滑剤供給管を用い、潤滑剤と周辺地山との水頭差を自動的に制御し、よって周辺地山の崩壊を防ぐことを特徴とする請求項１、または２に記載のケーソン沈設工法。
【請求項４】
ケーソン躯体下端の刃口部下側を掘削して躯体外表面より地山側にオーバカットをする掘削手段と、このオーバカット部分に潤滑剤を充填する充填手段と、ケーソン躯体の地上の上端部で鉛直方向以外の動きを拘束しながら、ケーソンを自重により沈設させる上端部拘束機構と、を有することを特徴とするケーソン沈設装置。
【請求項５】
更にケーソン下端部付近に、ケーソン下端部を周辺地山側に拘束する下端部拘束機構を備え、上端部と下端部とでケーソン躯体の鉛直方向以外の動きを拘束しながらケーソンを沈設することを特徴とする請求項４に記載のケーソン沈設装置。
【請求項６】
前記充填手段は、ケーソン躯体内部にあらかじめ設けた潤滑剤供給管を用い、潤滑剤と周辺地山との水頭差を自動的に制御し、よって周辺地山の崩壊を防ぐことを特徴とする請求項４、または５に記載のケーソン沈設装置。
【請求項７】
前記上端部拘束機構は、ケーソン躯体の上端部を把持する上下二段の把持装置を複数個の油圧シリンダで結合した構造を有することを特徴とする請求項４、５、６に記載のケーソン沈設装置。
【請求項８】
オーバーカット部分に充填された潤滑剤を閉じこめるために、ケーソン先端部近くの躯体表面には円周方向にリング状のシールが設けられることを特徴とする請求項４、５、６、７に記載のケーソン沈設装置。
【請求項９】
前記シールは縦断面が、内圧により略コの字状に弾性壁材が突出し、突出した先端が地山に接触することでシールが行われ、前記弾性壁材は縦方向に配置された線材が多数束ねられた構造を有することを特徴とする請求項８に記載のケーソン沈設装置。
【請求項１０】
前記シールは縦断面が、内圧により略コの字状に弾性壁材が突出し、突出した先端が地山に接触することでシールが行われ、前記弾性壁材はゴム、プラスチック、または布によって形成されることを特徴とする請求項８に記載のケーソン沈設装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ケーソンを自重により沈設させる工法に関し、特に、沈設時に周面摩擦を低減し、姿勢制御を行いながら沈設させる工法及びそのための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
（ケーソン沈設工法一般）
一般的なケーソンの沈設方法は以下の通りである。
すなわち、沈設現場において、鉄筋コンクリート製で縦方向に筒状の躯体を、縦方向に複数に分割した状態の１ロット分をコンクリートを打設して築造し、コンクリート養生後に沈設を開始し、１ロット分の沈設完了後に次のロットの築造を行って接続し、再び１ロット分を沈設する。そして、所定の深度の沈設が完了するまで同様の作業を繰り返す。
【０００３】
また、ケーソン躯体の材料として、工場で製造した既製の１ロット分の躯体材料を現場にて組み付けながら沈設する工法も行われている。すなわち、躯体材料としては鋼製、鉄筋コンクリート製、両者の合成構造の材料、鋳鋼製などが用いられる。
【０００４】
また、１ロットを形成するのに、複数個のピース（工場製造のもの）を周方向に組立てて１ロットとする場合もある。この場合、周方向の結合や各ロット間の結合は、ボルトを用いるのが一般的であるが、ロット間の結合をＰＣ鋼材を用いて、軸方向に圧縮力を導入する方法もある。
【０００５】
（沈設抵抗）
ケーソン沈設の際、ケーソン下端部の刃口部の貫入抵抗と周面の摩擦力が沈設抵抗となるので、これに対し、自重と重錘、圧入力などの沈設力の和の方が大きくなるようにして沈設させる。
【０００６】
（周面摩擦の低減技術）
特に深度が大きくなる場合は、周面摩擦が大きくなるので、従来から周面摩擦を低減し沈設力を小さくて済むようにする試みがなされてきた。ケーソン下端部地山側にフリクションカットを設けて、ケーソン躯体と地山との間に間隙を形成し、この間隙へ、圧縮空気又は水をケーソン表面から噴出させる方法、低摩擦材料のシートを用いる方法などが実施されてきたが、いずれも完全な方法ではなく、周面摩擦低減の効果も周方向一様ではなく、ケーソンの姿勢がくるって傾斜などをもたらし、施工精度が犠牲になる場合もあった。したがって、沈設時の周面摩擦力を効果的に低減し、あわせて姿勢制御により施工精度を向上させる方法が望まれていた。
【０００７】
（貫入抵抗の低減技術）
ケーソン沈設は、ケーソン内部の地山をバケットなどで掘削する余堀りを行い、よってケーソン下端の刃口部付近の地山を削ることで、貫入抵抗を低減して沈設を行うことがあった。地上から吊り下げられたバケットでは、刃口部から少し離れた内側まで掘削するのがやっとである。
【０００８】
一般的には、この余掘りは少なくし、周面摩擦を適当な方法で低減する方法がもっぱら行われてきたが、刃口部付近だけではなく、特殊な掘削技術により、刃口部の下側をも掘削し刃口部の貫入抵抗を低減し、あわせて周面摩擦低減も期待する工法も提案されている。刃口部下側の掘削を機械的に行う方法として、例えば特開平８−２８４５７９「立坑掘削方法及び立坑掘削機」が提案されている。本方法は特殊な拡径式のカッタを用い、刃口部下側の掘削を行うものである。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記特開平８−２８４５７９では、次のような課題がある。
１）刃口部下側を掘削して余掘りを行っても、一般的にはケーソン躯体外表面と外側の地山との間隙は、深さ方向にわたって維持され難く、よって接触が起き、周面摩擦が作用することになる。したがって、刃口貫入抵抗が低減されても周面摩擦は低減されず、沈設抵抗の低減にはそれほどつながらない可能性がある。
【００１０】
２）そこで余掘り量を大きくし、ケーソン躯体外表面と外側の地山間の間隙を大きくすると、刃口部下側も掘削されているのであるから、少なくともケーソン下端では、水平方向の拘束がなくなり、姿勢制御がしにくくなる。
【００１１】
また特に、不均一な土質の場合など水平方向にも掘削反力が生じることが考えられ、前記間隙（水平方向の空隙）があっては掘削反力をとることができない。
３）カッタを深度方向に移動させて余掘りを行うことがあるがこの場合、少なくとも移動距離分の無支保部分ができる。基本的に崩壊の恐れのない堅硬な地山でこの作業を行うとはいえ、不測の事態を考えると無支保部分が生じるのは好ましくない。
【００１２】
この発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、刃口部の下側をも掘削し刃口部の貫入抵抗を低減し、さらに
１）　周面摩擦を効果的に低減し、
２）　有効な姿勢制御が行え、よって高精度ケーソンの築造ができ、
３）　カッタの移動に伴う無支保部分を生じさせない、
ケーソンの沈設工法を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、第一の発明は、ケーソン躯体下端の刃口部下側を掘削して躯体外表面より地山側にオーバカットをする掘削工程と、このオーバカット部分に潤滑剤を充填する充填工程と、ケーソン躯体の地上の上端部で上端部拘束機構を用いて鉛直方向以外の動きを拘束しながら、ケーソンを自重により沈設させる沈設工程を有することを特徴とするケーソン工法である。
【００１４】
第二の発明は、さらに、　前記沈設工程は、ケーソン下端部付近に、ケーソン下端部を周辺地山側に拘束する下端部拘束機構を備え、上端部と下端部とでケーソン躯体の鉛直方向以外の動きを拘束しながらケーソンを沈設することを特徴とするケーソン沈設工法である。
【００１５】
第三の発明は、さらに、前記充填工程は、ケーソン躯体内部にあらかじめ設けた潤滑剤供給管を用い、潤滑剤と周辺地山との水頭差を自動的に制御し、よって周辺地山の崩壊を防ぐことを特徴とするケーソン沈設工法である。
【００１６】
第四の発明は、ケーソン躯体下端の刃口部下側を掘削して躯体外表面より地山側にオーバカットをする掘削手段と、このオーバカット部分に潤滑剤を充填する充填手段と、ケーソン躯体の地上の上端部で鉛直方向以外の動きを拘束しながら、ケーソンを自重により沈設させる上端部拘束機構と、を有することを特徴とするケーソン沈設装置である。
【００１７】
第五の発明は、さらに、ケーソン下端部付近に、ケーソン下端部を周辺地山側に拘束する下端部拘束機構を備え、上端部と下端部とでケーソン躯体の鉛直方向以外の動きを拘束しながらケーソンを沈設することを特徴とするケーソン沈設装置である。
【００１８】
第六の発明は、さらに、前記充填手段は、ケーソン躯体内部にあらかじめ設けた潤滑剤供給管を用い、潤滑剤と周辺地山との水頭差を自動的に制御し、よって周辺地山の崩壊を防ぐことを特徴とするケーソン沈設装置である。
【００１９】
第七の発明は、さらに、前記上端部拘束機構は、ケーソン躯体の上端部を把持する上下二段の把持装置を複数個の油圧シリンダで結合した構造を有することを特徴とするケーソン沈設装置である。
【００２０】
第八の発明は、さらに、オーバーカット部分に充填された潤滑剤を閉じこめるために、ケーソン先端部近くの躯体表面には円周方向にリング状のシールが設けられることを特徴とするケーソン沈設装置である。
【００２１】
第九の発明は、さらに、前記シールは縦断面が、内圧により略コの字状に弾性壁材が突出し、突出した先端が地山に接触することでシールが行われ、前記弾性壁材は縦方向に配置された線材が多数束ねられた構造を有することを特徴とするケーソン沈設装置である。
【００２２】
第十の発明は、さらに、前記シールは縦断面が、内圧により略コの字状に弾性壁材が突出し、突出した先端が地山に接触することでシールが行われ、前記弾性壁材はゴム、プラスチック、または布によって形成されることを特徴とするケーソン沈設装置である。
【００２３】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の１実施形態を、図１〜図７に示す。
本実施形態では、ケーソン躯体１を用い、シールド工事用の発進立坑として、直径８．５５ｍ、深さ７０ｍの立坑を沈設工法によって築造した例を説明する。
【００２４】
［全体概略］
本実施形態の全体概略を図１の縦断面図に示す。
掘削手段としての掘削機３は、拡径して、ケーソン躯体１下端の刃口部５下側を掘削して躯体１外表面より地山７側にオーバカットできる。充填手段である潤滑剤供給装置９は、オーバカット部分である間隙１１に潤滑剤１３を充填し、この潤滑剤１３と周辺地山７との水頭差を自動的に制御する。上端部拘束機構１５は、ケーソン躯体１の地上の上端部で、鉛直方向以外の動きを拘束する。下端部拘束機構１７は、ケーソン躯体１の下端部付近に備えられ、ケーソン躯体１の下端部を周辺地山７側に拘束する。両拘束機構１５、１７は、連携しながら、ケーソン躯体１の上端部と下端部とで躯体１の鉛直方向以外の動きを拘束しながら、ケーソン躯体１を自重により沈設する。
ケーソン躯体１表面には円周方向にリング状のシール１９が設けられ、オーバーカット部分（隙間１１）に充填された潤滑剤１３を閉じこめる。
【００２５】
［土質条件］
施工現場の土質は概略以下のようである。地表面から２２ｍまでは沖積粘性土層でＮ値は２〜５である。以下深度３８ｍまではＮ値５０以上の洪積砂層、５２ｍまではＮ値３０〜４０の洪積粘性土が続き、以下１００ｍ付近までは洪積砂礫層を所々に含むＮ値が５０以上の洪積砂層となっている。
【００２６】
［ケーソン躯体］
図示しないが、ケーソン躯体１は、ピースと呼ばれる鋼製セグメント状の既製の分割された材料を、沈設現場でリング状に組立て、それを１ロットとし、順次沈設した。ケーソン躯体１の外径は８、５６２ｍｍ、幅は１、０００ｍｍ、厚さ（桁高）は２７５ｍｍである。ピースは、外皮である湾曲面を有するスキンプレートと、スキンプレートの内面に配置される主桁と、縦リブなどにより構成される。このうち、スキンプレートの厚さは６ｍｍであり、主桁として板厚１６ｍｍの部材が上段、中段、下段に、３本配されており、縦リブとしては板厚１２ｍｍの部材が使用されている。材質はＳＭ４９０ＹＡを用いた。ケーソン躯体１は１リングが８等に分割されてピースとなり、現場でピース間の継手をボルト締結し１リングとする。
【００２７】
［上端部拘束機構］
図２及び図３に示すように、上端部拘束機構１５は、複数個の油圧シリンダ２１で連結された上下２段のケーソン把持装置２３、２５を有する。上下の把持装置２３、２５のいずれか一方（本実施例図３では、上側２３を結合している）は、それぞれ、支持架構２７に結合され、この支持架構２７はアンカー２９などで地表面に固定される。
【００２８】
各ケーソン把持装置２３または２５は、ケーソン躯体１の外表面に接する硬質ゴムからなるグリッパ３１と、このグリッパ３１をケーソン躯体の中心部方向へ向かって略水平に押圧するグリッパジャッキ３３を有し、ケーソン躯体の周囲に等間隔で６組設けられる。各グリッパジャッキ３３はそれぞれのＨ型鋼状の反力リング３５に固定される。これら反力リング３５は、上下に配置され、周方向に等間隔で６基設けられた油圧シリンダ２１で連結され、相対的に上下へ移動でき、一方（本実施例では、上の反力リング３５）は支持架構２７に固定される。
【００２９】
２段の把持装置２３、２５のうちいずれか一方の把持装置でケーソン躯体１を把持しながら、油圧シリンダ２１のストロークを伸ばし、又は縮めてケーソン躯体１が自重で沈下する速度を制御する。
【００３０】
［掘削機］
ケーソン躯体１内部の掘削は、正確にオーバカットができる掘削機３を用いて行った。本実施形態では回転軸３７周りに、複数の刃を有するスポーク３９が伸縮して拡径・縮径ができるものを用いたが、スポーク３９を屈曲させて掘削径を拡径できるものや、他の掘削形式のものであってもよい。
【００３１】
［下端部拘束機構］
掘削機３がとりつけられるケーソン躯体の下端ロットには、掘削機３を地山７側に固定し、ケーソン躯体１を沈設しながら、ほぼ同じ位置で掘削反力を得て掘削が可能となるよう、周方向９０°おきに下端部拘束機構１７を設けた（図５）。すなわち、下端部拘束機構１７は、ケーソンを周辺地山に拘束する（ケーソンの水平方向の動きを拘束する）ためのものであり、ケーソン躯体１の外側面に周方向等間隔に形成される凹部４０に、それぞれ配置され、外の地山表面に接する下部グリッパ４１を凹部４０底部に対し押圧するグリッパシリンダ４３を、凹部４０底部に摺動させながら移動させる摺動シリンダ４５を有する。摺動シリンダ４５はケーソン躯体１に固定される。
【００３２】
グリッパシリンダ４３を用い、下部グリッパ４１を押圧し、よって地山７側に反力をとり（図５（Ａ））、掘削を行わせつつ同時に摺動シリンダ４５を伸長させ（図５（Ｂ））ケーソン躯体１を沈設する。摺動シリンダ４５の伸長ストロークａ分の沈設完了後は、グリッパシリンダ４３を縮め、摺動シリンダ４５を縮めてグリッパを移動する（図５（Ｃ））。
【００３３】
この下端部拘束機構１７を用いることにより、掘削機３の掘削反力をとることができ、また上端部拘束機構１５の油圧シリンダ２１のストローク及び下端部拘束機構１７のグリッパシリンダ４３のストロークを調整することによって、ケーソンの姿勢制御も容易になる。特に、ケーソンにより大深度立坑を築造する場合、上端部のみならず下端部での姿勢制御を併用することは、有効である。
さらに掘削機３は、ケーソン下端部に固定され、ケーソン下端部と同位相で下方向へ動くことができ、無支保の掘削部分ができない。
【００３４】
［潤滑剤供給装置］
図６に示すように、潤滑剤供給装置９は、沈設時の周面摩擦を低減する潤滑剤１３を、あらかじめケーソン躯体１に潤滑剤供給管４７を取り付け、図示しない供給部から自動的に供給する。
［潤滑剤］
以上の実施形態においては、潤滑剤１３としては、ベントナイト系、ＣＭＣ（ナトリウムカルボキシメチルセルローズ）系、ポリマー系、水膨潤性樹脂など各種材料の使用が可能である。さらに施工条件や地山７の条件に応じて、分散剤、増粘剤、加重剤、逸水防止剤、塩水安定剤などの添加剤を加え、地山７の安定効果を確実にする。
【００３５】
［ケーシング］
図１や図６に示すように、地表部付近は、地山７強度が小さい場合が多く、また上端部拘束機構１５の自重などの施工時荷重が作用するので、オーバーカット部分の間隙１１を確実に保持するためにケーシング材４９を用いる。ケーシング材４９としては鋼鈑、鉄筋コンクリートなどの材料をリング状に加工して用いればよい。
また、ケーシング材４９の替わりに、或は併用して、固結型潤滑剤（商品名：（株）立花マテリアル製「クリーンＦＤ」）を地表面付近の間隙に充填することもでき
る。本材料は短時間で液体状から固化し、固化後も摩擦係数は小さいので、オーバーカット部分の間隙１１は保持され、かつこれを用いた部分の摩擦力が大きくなることもない。
【００３６】
［シール］
図１に示すように、シール１９は、オーバーカット部分に充填された潤滑剤１３を閉じこめてケーソン内部の水と混合しないようにするため、ケーソン躯体１表面で円周方向にリング状に設けられる。
図７に示すように、このシール１９は、縦断面で、内圧により略コの字状に弾性壁材５１が突出し、突出した先端が地山７に接触することでシールを行う。この弾性壁材５１は、縦方向に配置された線材５３が多数束ねられた構造を有する。
【００３７】
弾性壁材５１の上下縁は、留め具５２とボルト５４により留められる。
線材５３としては、細い鋼線、プラスチックス、または植物性材料などを束ねた構造であり、束ねることで、適当な復元力を有する。シール１９とケーソン躯体１にはさまれる内部５５には、事前に、例えば使用しているのと同じ潤滑剤１３を封入する。そして、望ましくは、潤滑剤１３層を加圧する圧力とほぼ等しい圧力か、またはやや大きな圧力で、常時加圧する。後者の場合はシール内部に加圧・充填する潤滑剤１３は少しずつ外部の潤滑剤１３層にもれることになる。
【００３８】
図７（Ａ）は、シール１９の内圧により円弧状に膨らんだ略コの字状の弾性壁材５１の最も外側の稜線が、ちょうど地山７表面に幅ｗで接している状態を示す。間隔ｗ０で高さｈのシールが高さｈ０の台座の上に取り付けられている。ｈ１は壁材５１の厚さである。シール１９の高さｈは、外部の潤滑剤１３層の厚さやシール高さなどを検討して決められる。
シール１９内部にはほぼ均一の圧力ｐが働く。加圧せず充填するだけの場合はこれは、外部の潤滑剤１３層の圧力にほぼ等しくする。加圧する場合はその加圧力となる。
潤滑剤１３層が最も小さい場合、図７（Ｂ）のようにシール中央部がｗ’の範囲にわたって地山７側に接する。高さはｈ’に減少する。
【００３９】
図７（Ａ）と（Ｂ）の中間の状況では、常にシールはほぼｐの圧力で接しているので、ガスケットによる止水理論によって、十分差圧が遮断できる。
なお、非常に緩やかな速さで、潤滑剤１３が外部の潤滑剤１３層に流出するようにするとこの圧力遮断はさらに確実なものとなる。
【００４０】
一方、シール１９の接触部が不浸透層に与える圧力は、単位面積あたりはほぼｐで、これは潤滑剤１３層の圧力にほぼ等しい。したがってシールの接触が地山７側に悪影響を与えることはない。
また、シール１９が周辺土を削るのを防ぐために、線材の材質形状によってはシール表面を薄い鋼鈑、プラスチックスなどで部分的に覆う方法もある。
【００４１】
［操作手順］
図４で、地上に設置した上端部拘束機構１５の操作手順を（１）〜（５）に示す。新しいｎロット目を躯体１へ組み付け後（１）に、ｎロット目の（１ロット分の）沈設を行い（２）、その沈設を完了する。（３）までほぼ連続的に沈設を行うことができる。図中のケーソン把持装置２３、２５のうち、斜線が施されているものが、グリッパジャッキ３３を伸長しケーソン躯体のグリップを行っているものである。
【００４２】
そして（１）から（２）の間で内部の土の掘削を行う。この間、上端部拘束機構１５を構成する上のケーソン把持装置２３のグリッパジャッキ３３を縮め、下のケーソン把持装置２５のグリッパジャッキ３３を伸長した状態で、油圧シリンダ２１を伸長し、よってケーソン躯体１を、掘削機による内部の掘削状況に応じて沈下させることができる。
なお、この間、下端部拘束機構１７は、ケーソンの沈設を許しながら、掘削機の水平方向の掘削反力をとることができ、ケーソン躯体１下端部は鉛直方向以外の動きを拘束することができる。
【００４３】
すなわち、下端部拘束機構１７のグリッパシリンダ４３を用い、下部グリッパ４１を地山７に押圧して固定し、これにより地山７側に反力をとらせながら掘削機３によりケーソン躯体１内部を掘削し（図５（Ａ））、同時に摺動シリンダ４５を伸長させながら（図５（Ｂ））ケーソン躯体１の沈設を許すことができる。次に、ｎ＋１ロット目の組み付けて完了（４）後は、逆に上のケーソン把持装置２３のグリッパジャッキ３３を伸長し、下のケーソン把持装置２５のグリッパジャッキ３３を縮めた状態で、油圧シリンダ２１を縮め（５）、ｎ＋１ロット目の沈設の準備を行う。
【００４４】
なお、これに応じて図５（Ｃ）に示すように、下端部拘束機構１７は、摺動シリンダ４５の伸長ストロークａ分の沈設完了後は、グリッパシリンダ４３を縮め、摺動シリンダ４５を寸法ａ分だけ縮めてグリッパを移動する。
また、（１）から（２）の間に、複数個設けられた油圧シリンダ２１の各々の伸長量を変えることによって、ケーソンの方向修正（鉛直軸からの傾斜の修正）を行うことができる。
以上の説明は、上の把持装置２３を支持架構２７に固定した場合の操作状況であるが、下の把持装置２５を固定した場合も、沈設時に油圧シリンダ２１に圧縮力が作用することを除き、ほぼ同様に操作することができる（説明図省略）。
【００４５】
また、同時に潤滑剤供給装置９から、潤滑剤１３をオーバーカット部（間隙１１）に供給する。周辺地山７の崩壊を防ぐために必要な水頭差ΔＨ（図６）は、掘削深度などによって異なるが、水位計などを用い自動的に制御する。
【００４６】
（実施形態の作用効果）
［具体的な施工結果］
立坑は問題なく掘削できた。また、周面摩擦の低減が効果的にできたために、自重による沈設が容易にでき、結果的に高い施工精度が得られた。
従来の工法による場合、周面摩擦力は７０ｍ沈設時で４、５００ｔｆと想定される（［土質条件］で示した４層の摩擦力を、上方より順に０．６、２．２、２．４、５．０ｔｆ／ｍ２とした）。また刃口下端の抵抗力は、掘削方法にもよるが３、０００ｔｆ程度と推定される。したがっておよそ１０、０００ｔｆ圧入力を反力にとれるアンカーの打設が必要となるはずであった。
【００４７】
本実施例においては、周面摩擦力は０．０５ｔｆ／ｍ２以下に低減できることが確認され、摩擦力の合計は９０ｔｆ程度以下であり、下端抵抗がほぼ０であるような掘削方法をとったので沈設抵抗はおよそ９０ｔｆ以下となる。一方、ケーソン躯体１の水中重量はおよそ３５０ｔｆであるので自重による沈設が可能となった。
【００４８】
本実施例において、沈設時の周面摩擦力を効果的に低減できたのは、沈設時のケーソンの姿勢制御が理想的にできたのも一因となっている。本実施例においては、ケーソン沈設中、ケーソンの傾斜を傾斜計にて連続的に測定し、オーバーカット部厚さが小さくなり、摩擦低減効果に悪影響を与えないようにした。本実施例ではオーバーカット部の設計厚さは３０ｍｍとしたが、これが２０ｍｍ以下となる部分が生じないよう、すなわちケーソン先端に設けた傾斜計が１／（５０ｙ）を超えないよう、上部拘束機構および下部拘束機構を用いて姿勢制御を行った。ここでｙはケーソン先端部深さ（単位　ｍ）である。ケーソン沈設深度が小さい間は上部拘束機構のシリンダを用いて、また沈設深度が大きくなってからは下部拘束機構のグリッパシリンダも併用して姿勢制御を行い、沈設完了時には水平方向の誤差を１０ｍｍ以内におさめることができた。このように結果的に高い施工精度も得られた。
また工期に関しては、従来工法の場合実働でおよそ３００日が必要と思われるが、本実施例においては１８０日で沈設が完了し大幅な工期低減が達成できた。
【００４９】
［抵抗や摩擦の低減］
ケーソン躯体１の下端の刃口部５下側を掘削し、貫入抵抗の低減が行える。更に、躯体１外表面より地山７側にオーバカットをして、このオーバカット部分に潤滑剤１３を充填することで、オーバカット部分である間隙が土砂で閉塞しないよう周辺地山７の崩壊を防止しながら、周面摩擦を同時に低減できる。これらの低減により、ケーソン躯体１は自重により容易に沈設される。
【００５０】
［周面摩擦低減］
従来の摩擦低減工法においては、周辺土がケーソン表面と接触し、その状態で各種低減策を講じている。この場合、土質、深度（土圧）などにより周辺土の接触の状態が異なり、したがって低減効果が一様でなく、定量的評価がしにくい面があった。本実施形態では、オーバカット部の間隙１１が完全に潤滑剤１３で満たされ、その安定効果により地山７の崩壊は防げるので、沈設の全工程にわたって潤滑剤層が保持され、確実に摩擦低減効果が期待できる。
【００５１】
［姿勢制御］
姿勢制御は、ケーソン躯体１の鉛直度の修正を沈設時に油圧シリンダ２１の伸長量を修正することによって、行うことができる。
また、ケーソン躯体１は上端部、及び下端部で、鉛直方向以外の動きを拘束されているので、沈設時の姿勢制御が容易に行え、高精度の沈設ができる。
【００５２】
［潤滑剤の水頭による作用］
潤滑剤層は、ケーソン沈設完了まで摩擦低減材料として機能している状態で維持されうる。この維持は、潤滑剤１３が周辺地山７表面にそれ以上浸透しない不浸透性の層を形成し、かつ周辺地山７の水位よりも潤滑剤１３の水位を高くすることで水頭差による圧力で周辺地山７の崩壊を防ぐことで達せられる。
【００５３】
［不用意な沈下の防止］
本実施形態で、ケーソン躯体１は常に、上端部拘束機構１５の少なくとも一方の把持装置２３、２５によって把持されているので、ケーソンが自重によって自由沈下的に急速度で沈下することは防止される。
【００５４】
［圧入等の不必要性］
一般の沈設工法においては、周面摩擦力の低減が十分でなく、また刃口部５の貫入抵抗も無視できない場合が多く、よって自重のみによる自沈は特に深度が大きくなるとほとんど不可能であるため、重錘を載せたり、圧入力を加えたりする補助工法が必要であった。
そして、圧入力を加える場合は、圧入装置以外に圧入力の反力を取るためのアンカーなどが必要であり、これらの装備、施工のために費用が嵩み、また工期も延びた。さらに従来工法の場合、立坑の姿勢修正は困難であり、効果的方法が望まれていた。
【００５５】
本実施形態は、これら従来工法の欠点を一挙に解決するもので、自重による沈設を可能にしたために、設備等の費用削減が可能であり、アンカー工など仮設工事が不要で工期も短縮され、姿勢制御が容易であるために高精度のケーソン設置が可能となる。
【００５６】
［掘削反力の作用］
下端部拘束機構１７により、掘削機の水平方向の掘削反力をとることができ、また正確な掘削制御を行うために、掘削機を搭載するケーソン躯体１下端部は鉛直方向以外の動きを拘束することができる。なお、鉛直方向の掘削反力は、上端部拘束機構１５でとることができる。
【００５７】
［同位相の動作］
また、本実施形態によれば、ケーソン内部の掘削に応じて掘削機３とケーソン下端部とが同時に（同位相で）下方へ移動できる。これに比べ、従来のように先行掘削を行ってからその掘削分だけケーソンを沈設する場合には、先行掘削の分だけ無支保となり、周辺地山７を緩める恐れが生じる。その恐れを回避できる。
【００５８】
（他の実施形態）
［ケーソン躯体］
以上の実施形態においては、ケーソン躯体１として、鋼製セグメント様の材料をいたが、他の実施形態においては、鉄筋コンクリート製、鋳鋼製、鋼とコンクリートの合成の既製材料、又は場所打鉄筋コンクリートケーソンでも適用は可能である。
【００５９】
［オーバーカットの手段］
また、以上の実施形態においては、オーバカットは、拡径する掘削機３で行うものであったが、他の実施形態においては、ケーソン躯体１の刃口部５の先端外周面にリング状に設けられたフリクションカットにより行われてもよい。
【００６０】
［上端部拘束機構］
図８、図９に示すように、他の実施形態においての上端部拘束機構１５は、その上下の把持装置２３、２５のうちの一方または両方に、ケーソン躯体１円周方向の外周部にＰＣ鋼線６１をめぐらし、このＰＣ鋼線６１を締め付け、その締付け力を利用して把持を行う装置を採用できる。
【００６１】
すなわち、把持装置２３は、ＰＣ鋼線６１をケーソン躯体１の外周部にめぐらし、ＰＣ鋼線６１の両端を交差部材６３において交差させ、一端は交差部材６３にグリップ６４によって固定し、他端は交差部材６３に取付られた締め付けジャッキ６５を用い引っ張って、締め付ける。交差部材６３は、支持架構２７に固定される。
【００６２】
このようなＰＣ鋼線６１を用いた装置は、下の把持装置２５に採用することもでき、両把持装置２３、２５に採用することもできる。
また、下の把持装置を支持架構２７に固定することもできる。
支持架構２７は、Ｈ型鋼等の鋼製材料を用い製作してもよく、あるいは鉄筋コンクリートなど他の材料で製作してもよい。
【００６３】
［１段でもよい］
以上の実施形態においては、上部拘束機構１５は、上下２段のケーソン把持装置２３、２５を有するものであったが、図１０に示すように他の実施形態において、施工条件などによっては、上端部拘束機構１５の把持装置は１段であってもよい。この場合は、把持装置７０のグリッパジャッキ３１がケーソンを締め付ける力を適宜調整することによって沈設を制御する。この適宜調整手段は、締め付けジャッキ６５であってもよい。
【００６４】
上端部拘束機構は、ケーソンを把持しながら、ケーソン底部の掘削状況に応じて、ケーソンの自重による自由沈下を制御しつつ、徐々にケーソンを沈設できる装置であれば、ここに述べた以外の構造形式のものであってもよい。上端部拘束機構の具備すべき機能は、ケーソンが自重で自由沈下しないようにケーソン自重を支持する機能と１ロットの沈設が完了して次のロットの組立てが終わり、次のロットの沈設が開始されるまでの間も、この機能が維持されることである。
【００６５】
以下に図示はしないが、上端部拘束機構の他の実施例について述べる。
１）ウィンチを用いる方法
ケーソン躯体内側にフックを複数箇所設け、ウィンチを用いて徐々に沈設し、１ロットの沈設が完了し、次のロットの組立てが終わったら、次のロットのフックに吊位置をもりかえ、同様に徐々に沈設させた。もりかえ作業中、ケーソンが自由沈下しないよう支持している必要があるので、複数のウィンチが必要である。
また、図３などのシリンダ２１をウィンチで代用することもできる。
【００６６】
２）ラックアンドピニオンを利用する方法
ピニオン側を地上部に固定した、複数組のラックアンドピニオンのラック側をケーソン上部と結合し、ケーソン底部掘削状況に応じて、ピニオンを回転させ、徐々にケーソンを沈設させた。１ロットの沈設が完了し、次のロットの組立てが完了したら、ラック側の結合位置を新しいロットにもりかえ、また同様に沈設を継続した。もりかえ作業中、ケーソンの自由沈下を防ぐために、複数個のウィンチが必要である。
また図３などのシリンダ２１をラックアンドピニオンで代用することもできる。
【００６７】
［下端部拘束機構］
図１１に示すように、他の実施形態において、下端部拘束機構１７としては、ケーソン躯体１の下部をいんろう形式にすることもできる。すなわち、ケーソン躯体１の下部を上下に分割し、この分割部分において一方を内筒７１とし、他方を外筒７３とするいんろう形式にし、上部側、下部側にそれぞれ上部グリッパ７５、下部グリッパ７７を設け、上部側に対する下部側の移動量が油圧シリンダ７９で制御できる構造とすることもできる。この場合、掘削機３（模式的に図示してある）は下部側に取付ける。
【００６８】
［下端部拘束機構としてのフリクションカット］
他の実施形態においては、下端部拘束機構１７として、地質条件によっては、フリクションカットを利用することもできる。この場合フリクションカット部の周面摩擦抵抗が十分小さいことが必要である。また、必要に応じ姿勢制御のための橇などを設ける。
【００６９】
［上端部拘束機構によるの圧入］
以上の実施形態においては、上端部拘束機構１５は、油圧シリンダ２１が伸長することでケーソンの沈設を行うほか、複数個設けられた油圧シリンダ２１の各々の伸長量を変えることによって、ケーソンの沈設方向の修正（鉛直軸からの傾斜の修正）を行うものであったが、他の実施形態においては、その他に、初期沈設や、不測の事態が生じたときの圧入力を与える手段として用いることもできる。
【００７０】
すなわち、例えば図３において、上端部拘束機構１５は、上のケーソン把持装置２３のグリッパジャッキ３３を縮め、下のケーソン把持装置２５のグリッパジャッキ３３のみを伸長して働かせ、全ての油圧シリンダ２１を伸長して働かせ、ケーソン躯体１を沈設することができる。
【００７１】
［ケーソン躯体］
以上の実施形態においては、ケーソン躯体１として、鋼製セグメント様のピースと呼ばれる分割材料を現場でリング状に組み立てるものであり、このピースは外皮である湾曲面を有するスキンプレートと、スキンプレートの内面に配置される主桁と、縦リブなどにより構成されものであり、外面が平滑であり内面に縦リブが設けられた構造であったが、他の実施形態においては、丁度、スキンプレートの曲率を逆にし、内面が平滑であり外側に縦リブが設けられた構造のものを用いることもできる。
【００７２】
このような構造では、現場にて、工場生産されたピースを組立てケーソン躯体を得ながら、ケーソン沈設を行う工法（アーバンリング工法など）において、ボルトによる組立てを内側から行う。その場合に、作業足場を用いて地表面付近で組立て作業を行うために、組立て作業中はケーソン内部掘削が行えず、作業効率が低下する問題や、作業員の安全の問題などがあった。
【００７３】
そのような理由から、ボルトによる組立てを外側から行える工法が望まれていたものの、ボルト締結部には外側に凹部が必要なために、沈設時の周面摩擦を増加させるという欠点があったために実際に用いられた例は少ない。
そこで、本実施形態において、オーバーカット部分に充填剤を充填し、ケーソン躯体１に上記のスキンプレートの曲率を逆にした構造を使用すれば、周面摩擦の問題はおのずから解消され、実際に用いられ易くなる。
【００７４】
また、沈設完了後に潤滑剤１３と置換材（コンクリート成分）を置換することで、通常必要とされる内巻コンクリートを不要とすることも可能である。
また、躯体１材料として、置換材との一体化を完全にするために、或は置換材との合成強度を向上させるために、内側にジベルや鉄筋を配置した材料を用いることもできる。
従来工法においては、仮設立坑の場合であっても、完成後浮力によって立坑が浮き上がらないよう、内側にコンクリートを打設することが多かった。
【００７５】
上記のようなケーソン躯体１を用いて沈設を完了した後に、潤滑剤１３をモルタルなど置換材と置換すれば、内側に新たにコンクリートを打設する場合に比べ、費用、工期の点で有利である。
【００７６】
［圧入工法の併用］
以上の実施形態においては、周面摩擦低減によりケーソンの自沈が可能であるが、下端部拘束機構としてフリクションカットを使用する場合や、土質条件によっては、あえて圧入工法を併用することも考えられる。圧入の手段としては、上端部の上端部拘束機構１５の油圧シリンダ２１を用いる方法、コンクリートや鋼鉄のブロックを載荷重として加える方法、撤去式のグランドアンカーを用いる方法などがある。
【００７７】
［掘削機］
以上の実施形態においては、掘削機３には、複数の刃を有するスポーク３９が伸縮して拡径・縮径ができるものを用いたが、他の実施形態においては、例えば特開平８−２８４５７９にお開示されるような、複数の刃を有するスポークが開閉して拡径・縮径ができるものを用いてもよい。
【００７８】
［シール］
以上の実施形態においては、シール１９の弾性壁材５１は、縦方向に配置された線材５３が多数束ねられた構造を有するものであったが、他の実施形態においては、弾性壁材８１は、上下縁にボルト８２による取付用鍔部８３の張り出た中空台形断面の構造を有し、　材料として、ゴム、薄い鋼鈑、薄いプラスチックスシート、ゴム、布等面状のものでもよい。この場合に材料によっては、内部の潤滑剤１３は外部の潤滑剤１３層に少しずつ漏れる状態で加圧充填することができない場合がある。
【００７９】
断面形状は、周辺土に悪影響を与えない程度の面積で接することやケーソン躯体１部への取付方法などを考えると、台形が望ましいものの、円形などでもよい
。
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ケーソン躯体１の下端の刃口部下側を掘削して貫入抵抗の低減を行うのみならず、躯体外表面より地山側にオーバカットをして、このオーバカット部分に潤滑剤を充填することで周面摩擦も同時に低減することができる。
更に、ケーソン躯体の地上の上端部で上端部拘束機構を用いて鉛直方向以外の動きを拘束しながら、ケーソンを自重により沈設させることで、ケーソンの姿勢制御が容易となり、掘削反力もとることができる。
【００８０】
また、ケーソン下端部付近に、ケーソン下端部を周辺地山７側に拘束する下端部拘束機構を備え、上端部と下端部とでケーソン躯体１の鉛直方向以外の動きを拘束しながらケーソンを沈設することにより、姿勢制御がより容易になる。
更に、下端部拘束機構により、地山７の土質が不均一な場合など水平方向にも掘削反力が生じることが考えられても、確実に、掘削反力をとることができる。また、貫入抵抗や周面摩擦が低減され容易に沈設されるケーソンに掘削手段を設けることで、ケーソンの沈設に応じて掘削手段が深度方向に移動することになり、よって移動の間も無支保部分が生じることはない。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態を示す全体縦断面図である。
【図２】図１の上端部の要部を示す横断面図である。
【図３】（Ａ）図１の上端部の要部を示す拡大図（Ｂ）は（Ａ）の平面図である。
【図４】（１）〜（５）は上端部拘束機構の操作手順を示す図である。
【図５】（Ａ）〜（Ｃ）は下端部拘束機構の操作手順を示す図である。
【図６】図１の潤滑剤供給装置を示す拡大図である。
【図７】（Ａ）（Ｂ）は図１のシールを示す拡大図である。
【図８】（Ａ）は、図３（Ａ）に対応して上端部拘束機構の他の実施形態を示す側面図（Ｂ）は、（Ａ）の平面図である。
【図９】（Ａ）は図８（Ｂ）の拡大図
（Ｂ）は（Ａ）の正面図である。
【図１０】上端部拘束機構の更に他の実施形態を示す側面図である。
【図１１】（Ａ）〜（Ｃ）は他の実施形態の下端部拘束機構の操作手順を示す図である。
【図１２】（Ａ）（Ｂ）は他の実施形態のシールを示す拡大図である。
【符号の説明】
１　ケーソン躯体
３　　掘削機
５　刃口部
７　地山
９　潤滑剤供給装置
１１　オーバカット部分である間隙
１３　潤滑剤
１５　上端部拘束機構
１７　下端部拘束機構
１９　　シール
２１　　油圧シリンダ
２３、２５　上下２段のケーソン把持装置
２７　支持架構
２９　アンカー
３１　グリッパ
３３　グリッパジャッキ
３５　反力リング
３７　　回転軸
３９　スポーク
４０　　凹部
４１　下部グリッパ
４３　グリッパシリンダ
４５　摺動シリンダ
４７　　潤滑剤供給管
４９　　ケーシング材
５１　　弾性壁材
５２　取付台座
５３　線材
５４　ボルト
５５　内部
６１　　ＰＣ鋼線
６３　交差部材
６４　グリップ
６５　締め付けジャッキ
７１　　内筒
７３　外筒
７５　上部グリッパ
７７　下部グリッパ
７９　油圧シリンダ
８１　　弾性壁材
８２　ボルト
８３　取付用鍔部
【図１】
2004092255.tif 000003
【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】
2004092255.tif 000009
【図８】
2004092255.tif 000010
【図９】
2004092255.tif 000011
【図１０】
2004092255.tif 000012
【図１１】
2004092255.tif 000013
【図１２】
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