(57)【要約】【課題】トンネル等の施工に用いられるニューマチックケーソンにおいて、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できるようにする。【解決手段】ニューマチックケーソンＣＮ　のケーソン躯体１を頂版部１ａと４つの側壁部１ｂ，１ｃとから、お碗を伏せたような四角筒状の函体とし、側壁部１ｂ，１ｃの下端に刃口１０を設け、頂版部１ａと側壁部１ｂ，１ｃで囲まれた空間を圧気空間１１とし、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、所定の深さまで沈下したケーソン躯体の底部に底版部２を構築し、トンネルケーソンＣＴ　とする。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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２】
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３】
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。
【請求項４】
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。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【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／ｗｈａｔ／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
【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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