(57)【要約】【課題】仮設構造物を省略でき、環境への影響が少なく、安全に施工できる水中立坑の構築方法、水中立坑、立坑と横坑の連結方法、坑構造を提供すること。【解決手段】上端部が水中に位置するように海底１９に鋼管矢板１５を設置し、鋼管井筒１６の内周面に沿って腹起こし２５を設置した後、鋼管井筒１６の内部を掘削して水中立坑３０を形成する。そして、水中立坑３０内に、鉄骨４５を有するＪ管４３を設置し、鋼管矢板１５ｂに縁切りシート４９を設置した後、水中コンクリートを６３打設して鉄骨４５およびＪ管４３を水中立坑３０内に固定する。次に、縁切りシート４９を設置した鋼管矢板１５ｂの一部を切断して撤去し、水中立坑３０の側方からシールドトンネル７５を通過させる。そして、Ｊ管４３の端部に設けられた到達用金物５５を用いてシールドトンネル７５とＪ管４３を連結し、Ｊ管４３の上端に放水口７７を設置する。【選択図】　図１０
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端部が水中に位置するように水底に矢板を設置する工程と、
前記矢板の表面に沿って腹起こしを設置する工程と、
前記矢板に囲まれた部分を掘削する工程と、
を具備することを特徴とする水中立坑の構築方法。
【請求項２】
前記矢板は鋼管矢板であることを特徴とする請求項１記載の水中立坑の構築方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された水中立坑の構築方法により構築されたことを特徴とする水中立坑。
【請求項４】
水底に矢板を設置して立坑を形成する工程（ａ）と、
前記立坑内に、位置決め用部材が設けられた管を設置する工程（ｂ）と、
前記位置決め用部材を立坑内に固定する工程（ｃ）と、
水底内に掘削した横坑を、連結手段を用いて前記管に連結する工程（ｄ）と、を具備することを特徴とする立坑と横坑の連結方法。
【請求項５】
前記矢板の表面に縁切り材を設置する工程（ｅ）をさらに具備することを特徴とする請求項４記載の立坑と横坑の連結方法。
【請求項６】
前記矢板の所定の部分を水中で切断して撤去する工程（ｆ）をさらに具備することを特徴とする請求項５記載の立坑と横坑の連結方法。
【請求項７】
前記管の上端に放水口を設置する工程（ｇ）をさらに具備することを特徴とする請求項４記載の立坑と横坑の連結方法。
【請求項８】
前記連結手段は、前記管の端部に設けられ、コンクリートが充填されたさや管と隔壁からなることを特徴とする請求項４記載の立坑と横坑の連結方法。
【請求項９】
請求項４から請求項８のいずれかに記載された立坑と横坑の連結方法により連結されたことを特徴とする坑構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水中立坑の構築方法、水中立坑、立坑と横坑の連結方法、坑構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、海底などの水底下に構造物を構築する場合には、（１）上端部が海面上に露出した鋼管矢板仮締切りを構築するか、築島し仮設ケーソンを沈設することにより作業空間を形成し、気中施工により構造物を構築する（例えば、特許文献１参照）。または、（２）海底を浚渫してプレキャスト部材等を設置して構造物を構築する（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３４２６４０
【０００４】
特開平８−１５８３５４
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、（１）の方法では、海上に仮設構造物が突出し、内部を排水して施工するため、仮設構造物に波圧、水圧等による力が加わり、仮設構造物に必要以上の強度を設定しなければならない。また、（２）の方法は、水底で大きな面積を掘削する必要があり、環境への影響が大きい。
【０００６】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、大規模な仮設構造物を省略でき、環境への影響が少なく、安全に施工できる水中立坑の構築方法、水中立坑、立坑と横坑の連結方法、坑構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前述した目的を達成するための第１の発明は、上端部が水中に位置するように水底に矢板を設置する工程と、前記矢板の表面に沿って腹起こしを設置する工程と、前記矢板に囲まれた部分を掘削する工程とを具備することを特徴とする水中立坑の構築方法である。
【０００８】
矢板には、例えば鋼管矢板を使用する。矢板は、上端部が水底面付近の水中に位置するように水底の地盤に打ち込まれる。矢板の上端部は、潮流による漂砂が矢板に囲まれた部分に流入するのを避けることができる高さとする。腹起こしは、例えば、Ｈ鋼とする。腹起こしの寸法は矢板の周囲の土圧によって決定される。第１の発明では、矢板に波力が作用しないため、また、水中掘削により矢板に水圧が作用しないため、従来のように矢板の上端部が水上に位置する場合よりも、支保工を簡略化できる。
【０００９】
第１の発明では、上端部が水中に位置するように水底に矢板を設置し、矢板の表面に沿って腹起こしを設置した後、矢板に囲まれた部分を掘削する。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明の水中立坑の構築方法を用いて構築された水中立坑である。
【００１１】
第３の発明は、水底に矢板を設置して立坑を形成する工程（ａ）と、前記立坑内に、位置決め用部材が設けられた管を設置する工程（ｂ）と、前記位置決め用部材を立坑内に固定する工程（ｃ）と、水底内に掘削した横坑を、連結手段を用いて前記管に連結する工程（ｄ）とを具備することを特徴とする立坑と横坑の連結方法である。
【００１２】
立坑は、第１の発明の水中立坑の構築方法を用いて形成するのが好ましい。立坑内に設置される管は、例えばＪ字型であり、曲部が下端になるように配置される。管には、立坑内での管の設置位置を決定するための位置決め部材が設けられる。位置決め部材は、例えば、管の周囲に設けられた鋼材である。位置決め部材および管は、水中コンクリート等によって立坑内に固定される。
【００１３】
横坑とは、水底に掘削されたシールドトンネル等である。連結手段は、例えば、Ｊ字型の管の曲線部の端部に設けられ、コンクリートが充填されたさや管と隔壁からなる。水底に掘削されたシールドトンネル等の横坑は、連結部材のさや管に到達し、管に連結される。但し、シールド機の通過予定位置では、工程（ｃ）の前に、矢板の表面に縁切り材を設置し、矢板の所定の部分を水中で切断して撤去しておく。工程（ｄ）の後、管の上端に取放水口を設置することにより、連結された立坑と横坑を発電所や工場等の取放水口として用いることができる。
【００１４】
第３の発明では、水底に矢板を設置して立坑を形成し、立坑内に位置決め用部材が設けられた管を設置し、位置決め用部材を立坑内に固定する。なお、位置決め部材の固定前に、横坑の通過予定位置では、矢板の表面に縁切り材を設置し、矢板の所定の部分を水中で切断して撤去しておく。そして、水底内に掘進した横坑を、矢板を撤去した部分を通して、管の端部に到達させる。さらに、連結手段を用いて横坑を管に連結し、必要に応じて、管の上端に取放水口を設置する。
【００１５】
第４の発明は、第３の発明の立坑と横坑の連結方法を用いて連結された立坑と横坑である。
なお、第１から第４の発明は、海、湖沼等において用いられる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態を詳細に説明する。第１の実施の形態では、水底に水中立坑を構築する方法について述べる。図１は、海底１９に鋼管矢板１５を打設する工程を示す立面図である。海底１９に立坑を構築するための作業架台には、例えば、自己昇降式作業架台７を使用する。自己昇降式作業架台７は、架台８、複数の脚９、張出し台車１１等からなる。
【００１７】
自己昇降式作業架台７では、ジャッキ（図示せず）を用いて、脚９に沿って架台８を昇降させることができる。自己昇降式作業架台７は、位置を固定する場合には、図１に示すように脚９を海底１９に固定する。移動させる場合には、脚９を海底１９から解放して、曳船等で曳航する。
【００１８】
海底１９に水中立坑を構築するには、図１に示すように、まず、海底１９の所定の位置に打ち込んだガイド杭（図示せず）を基準として、海底１９の矢板設置予定位置１付近に水中導材３を設置する。そして、水中導材固定杭５で水中導材３を海底１９に固定する。水中導材３は、鋼管矢板１５の設置位置を決定するために設置される。水中導材３は、例えば環状の部材であり、矢板設置予定位置１の内周に沿って配置される水中導材３ａと、外周に沿って配置される水中導材３ｂとからなる。
【００１９】
次に、架台８上に設置したクレーン１３で水中バイブロハンマ２１を吊下げ、張出し台車１１上に上部導材２３を設置する。水中バイブロハンマ２１は、海底１９の矢板設置予定位置１に鋼管矢板１５を打ち込む。上部導材２３は、鋼管矢板１５の上端部の位置決めを行う。図１に示すように、鋼管矢板１５の上端部を上部導材２３に、下端部を海底１９に設置された水中導材３に添わせた状態で、水中バイブロハンマ２１を用いて鋼管矢板１５を海底１９に圧入する。
【００２０】
図２は、鋼管井筒１６に沿って腹起こし２５を設置する工程を示す立面図である。全ての鋼管矢板１５を図１の鋼管矢板１５ａに示す程度まで打ち込んだ後、水中導材３および水中導材固定杭５を海底１９から撤去する。そして、架台８上に設置したクレーン１３に、水中バイブロハンマ２１のかわりに水中油圧ハンマ（図示せず）を取り付け、図２に示す程度まで鋼管矢板１５を打ち込み、筒状の鋼管井筒１６を形成する。
【００２１】
鋼管井筒１６は、複数の鋼管矢板１５からなり、隣接する鋼管矢板１５は、継手２９（図３）で連結される。鋼管矢板１５の上端部は、潮流による漂砂が鋼管井筒１６内に流入するのを避けるため、海底１９より高い位置とする。
【００２２】
次に、図２に示すように、鋼管井筒１６内の海底１９の地盤を、腹起こし下端レベル２７まで掘削する。そして、クレーン１３で腹起こし２５を吊り下ろし、鋼管井筒１６の内周面に沿って腹起こし２５を設置する。腹起こし２５は、例えば、Ｈ鋼であり、Ｈ鋼の寸法は鋼管矢板１５の周囲の土圧に応じて決定する。腹起こし２５の設置段数は、水深によらず、掘削深さに応じて決定する。掘削深さが２６ｍ程度の場合、図２に示すように、腹起こし２５は一段でよい。
【００２３】
図３は、腹起こし２５および鋼管矢板１５付近の拡大断面図である。図３は、図２のＡ−Ａによる断面図である。腹起こし２５を設置した後、クレーン１３にバケット（図示せず）を吊下げ、ホッパー、水中シュート等（図示せず）を用いて、鋼管井筒１６と腹起こし２５との間に間詰めコンクリート３１を打設する。
【００２４】
さらに、グラブ浚渫船（図示せず）等を用いて鋼管井筒１６内を図２に示す底面レベル２８まで掘削し、水中立坑３０を形成する。鋼管井筒１６内を掘削する際には、鋼管井筒１６周辺に、掘削土による汚濁防止のための対策を講じる。例えば、鋼管井筒１６周辺の水中にシルトプロテクタ（図示せず）を設置して、鋼管井筒１６内の掘削を行う。
【００２５】
このように、第１の実施の形態では、鋼管矢板１５の上端面を海底１９近くに配置するので、鋼管矢板１５に波力が作用せず、また、水中掘削であるため、水圧が作用せず、鋼管井筒１６内を掘削する際の支保工を簡略化できる。例えば、図２に示すように、腹起こし２５の設置段数を１段とできる。また、鋼管矢板１５の水中切断の手間が省け、材料も節約できる。
【００２６】
さらに、浚渫の場合と比較して、水域の占有面積が狭く、環境への影響が少ない。また、掘削の範囲が鋼管井筒１６内に限られるため、掘削時の汚濁防止対策の実施が容易である。
【００２７】
なお、第１の実施の形態の各工程において、自己昇降式作業架台７以外の作業架台や台船等を用いてもよい。また、水中導材３の形状や設置位置は上述したものに限らない。水中導材３の代わりに水面１７上に気中導材を設置して、鋼管矢板１５の設置予定を決定してもよい。水中道材３や気中導材の形状は、構築される立坑の形状に応じて決定される。
【００２８】
第１の実施の形態の方法で構築した水中立坑３０は、発電所および工場等の取放水口、橋脚等を構築する場合に用いることができる。また、第１の実施の形態では、海底１９に水中立坑３０を構築したが、同様の方法で湖沼や河川等の水底に水中立坑を構築してもよい。
【００２９】
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、水面下に放水口を設置する方法について説明する。図４は、鋼管井筒１６内に水中導材３５を設置する工程を示す立面図である。水面１７の下方に放水口を設置するには、まず、図４に示すように、海底１９に水中立坑３０を構築する。水中立坑３０は、第１の実施の形態の方法で構築するのが好ましい。
【００３０】
鋼管井筒１６内を掘削して水中立坑３０を構築した後、図４に示すように、鋼管井筒１６内に砕石３３を敷き均す。砕石３３は、浮泥発生防止及び掘削面を均すためのものである。
【００３１】
図５は、基礎コンクリート４１を打設する工程を示す立面図である。砕石３３を敷き均した後、図５に示すように、砕石３３の上方に基礎コンクリート４１を打設する。
【００３２】
図６は、水中立坑３０内にＪ管４３を設置し、固定する工程を示す立面図である。基礎コンクリート４１を打設した後、周囲に鉄骨４５を有するＪ管４３を水中立坑３０内に配置する。鉄骨４５は、Ｊ管４３の位置決めおよび支持のための部材である。鉄骨４５およびＪ管４３は、造船場等で事前に一体化されたプレキャスト部材とする。
【００３３】
Ｊ管４３の上端部には、仮止水フタ４７が設けられる。また、Ｊ管４３の下部の曲部６０の端部には、横坑としてのシールドトンネル７５（図８）との連結手段である到達用金物５５が設けられる。到達用金物５５は、さや管５７とＪ管４３の端部の隔壁であるバルクヘッド６１とで構成される。バルクヘッド６１とさや管５７との接触部は溶接される。さや管５７の内部には、コンクリート５９が充填される。このコンクリート５９は、鉄骨４５設置後に打設する水中コンクリート６３と兼ねてもよい。
【００３４】
Ｊ管４３および鉄骨４５は、到達用金物５５がシールドトンネル７５（図８）の到達予定位置に位置するように配置される。到達用金物５５のさや管５７の端面と対面する鋼管矢板１５ｂには、縁切り工が施される。図６では、縁切り工として、縁切りシート４９が鋼管矢板１５ｂの表面に設置されている。他に、鋼管矢板１５ｂにグリスを塗布する方法等を用いてもよい。
【００３５】
縁切りシート４９の設置等の縁切り工を行った後、架台８上に設置したクレーン１３でバケット５１を吊下げ、張出し台車１１にトレミー管５３を設置する。そして、水中立坑３０内に水中コンクリート６３を打設し、Ｊ管４３および鉄骨４５を鋼管矢板１５に固定する。
【００３６】
図７は、鋼管矢板１５ｂの一部を切断して撤去する工程を示す立面図である。図６に示す状態から、鋼管カッタ等（図示せず）を用いて、鋼管矢板１５ｂを切断位置６５で切断し、切断した鋼管矢板１５ｂをクレーン１３で吊上げる。そして、切断部６６がさや管５７の上端のレベルに達した後、鋼管井筒上端６７の位置で鋼管矢板１５ｂを再度切断する。鋼管矢板１５ｂの撤去部６８は、水中から撤去される。
【００３７】
縁切りシート４９を設置すると、水中コンクリート６３の打設後も鋼管矢板１５ｂが鉄骨４５およびＪ管４３と一体化されないため、クレーン１３で鋼管矢板１５ｂを吊上げるのが容易になる。なお、鋼管矢板１５ｂのうち、さや管５７と対面する部分は、置換材６９で置き換えられる。置換材６９には、例えばセメントベントナイトのように、自立性があり、硬化までに比較的時間を要する材料を用いる。
【００３８】
次に、鋼管井筒１６の上端付近の周囲を浚渫し、洗掘防止被覆工７１を設置する。浚渫時には、鋼管井筒１６内の掘削時と同様に、水中にシルトプロテクタ等を設置して、掘削による水の汚濁を防止する。
【００３９】
図８は、シールドトンネル７５をさや管５７に到達させ、放水口７７を設置する工程を示す立面図である。図７に示す状態から、シールド機７３でシールドトンネル７５を形成し、シールド機７３をさや管５７に到達させる。図８に示すように、シールド機７３は、鋼管矢板１５ｂと置き換えられた置換材６９、さや管５７内のコンクリート５９を削り、バルクへット６１の手前で停止する。
【００４０】
次に、Ｊ管４３の上端部に放水口７７を配置し、鉄骨４５およびＪ管４３に固定する。さらに、水中コンクリート６３の上方に、根固めコンクリート７９を打設する。そして、バルクヘッド６１の２ヶ所に孔を設け、Ｊ管４３内の水を空気と入れ替える。Ｊ管４３内の水は、矢印Ｂに示すように、シールド機７３の排泥管８３を用いて排出される。シールドトンネル内の空気は、矢印Ａに示すように、送泥管８１用いてＪ管４３内に流入する。
【００４１】
図９は、バルクヘッド６１を撤去し、シールドトンネル７５内に注水する工程を示す断面図である。シールド機７３からの止水注入及び貼付凍結による仮止水を行った後、送泥管８１、排泥管８３を用いてＪ管４３内の水位を下げ、図８に示すように、シールド機７３を解体し、止水鉄板（図示せず）を取り付けてさや管５７とスキンプレート８５との間の止水を行う。そして、バルクヘッド６１を撤去し、シールドトンネル７５とスキンプレート８５の内周に二次覆工コンクリート８７を設置する。
【００４２】
次に、仮止水フタ４７のバルブ８９のうち少なくとも２ヶ所を開放し、放水口７７の上部にハッチ９１を設け、開放したバルブ８９の一部と水面１７の上空をつなぐ空気抜き配管９３を設置する。そして、矢印Ｃに示すように、シールドトンネル７５の上流からシールドトンネル７５内に注水する。Ｊ管４３内の空気は、空気抜き配管９３から排出される。
【００４３】
図１０は、通水を開始する工程を示す立面図である。シールドトンネル７５とＪ管４３内に注水した後、Ｊ管４３の仮止水フタ４７を撤去し、矢印Ｃから矢印Ｅに示す方向への通水を開始する。
【００４４】
このように、第２の実施の形態では、水中立坑３０内に、Ｊ管４３および鉄骨４５を設置して水中コンクリート６３を打設し、海底１９に掘削されたシールドトンネル７５と水中立坑３０とを連結する。Ｊ管４３および鉄骨４５はプレキャスト部材である。
【００４５】
第２の実施の形態では、立坑である水中立坑３０と横坑であるシールドトンネル７５を連結し、放水口７７を設置するための全工程を水中施工で行うため、気中施工の場合と比較して安全に施工できる。また、ジャケットや仮設ケーソン等の大規模な構造物を使用しないため、水域の占有面積が狭く、環境への影響が比較的少なくなると同時に、外洋の波浪の影響を受けにくい。さらに、ニューマチックケーソン等を使用して放水口を設置する場合より、短い工期で取放水口を設置できる。
【００４６】
なお、鋼管矢板１５の上端位置は、放水口７７の設置に支障のない高さとする。または、水中立坑３０の掘削時には鋼管矢板１５の上端位置を周辺地盤からの埋め戻りを防止できる高さとしておき、放水口７７の設置前に鋼管矢板１５の上端を切断してもよい。また、第２の実施の形態の立坑と横坑の連結方法は、水底に放水口７７以外の構造物を設置する場合にも用いられる。さらに、第１の実施の形態と同様に、実施場所は海底１９に限らない。
【００４７】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば、仮設構造物を省略でき、環境への影響が少なく、安全に施工できる水中立坑の構築方法、水中立坑、立坑と横坑の連結方法、坑構造を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】海底１９に鋼管矢板１５を打設する工程を示す立面図
【図２】鋼管井筒１６に沿って腹起こし２５を設置する工程を示す立面図
【図３】腹起こし２５および鋼管矢板１５付近の拡大断面図
【図４】鋼管井筒１６内に水中導材３５を設置する工程を示す立面図
【図５】基礎コンクリート４１を打設する工程を示す立面図
【図６】水中立坑３０内にＪ管４３を設置し、固定する工程を示す立面図
【図７】鋼管矢板１５の一部を切断して撤去する工程を示す立面図
【図８】シールドトンネル７５をさや管５７に到達させ、放水口７７を設置する工程を示す立面図
【図９】バルクヘッド６１を撤去し、シールドトンネル７５内に注水する工程を示す断面図
【図１０】通水を開始する工程を示す立面図
【符号の説明】
１………矢板設置予定位置
１５………鋼管矢板
１６………鋼管井筒
１９………海底
２５………腹起こし
３０………水中立坑
４１………基礎コンクリート
４３………Ｊ管
４５………鉄骨
４９………縁切りシート
５５………到達用金物
５７………さや管
５９………コンクリート
６０………曲部
６１………バルクヘッド
６３………水中コンクリート
６５………切断位置
７３………シールド機
７５………シールドトンネル
７７………放水口
８５………スキンプレート
【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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