(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製セグメントピースを周方向に連結した状態に構成した鋼製セグメントを、上下方向に連結した状態の筒状の構成を有する沈設体が、内部の地盤を掘削され鋼製セグメントの上方から圧力が加えられることにより、最下段の鋼製セグメントの下端縁に沿って据え付けたリング状の刃口から地中に圧入され構築される工法に用いられる前記鋼製セグメントピースにおいて、前記周方向または上下方向の連結作業に使用される継手ボックスが、水密性の構造を有するとともに外表面に開口していることを特徴とする外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピース。
【請求項２】
略四角形の形状を有するスキンプレートと、スキンプレートの内面で前記四角形の上端縁および下端縁に溶接された主桁と、前記四角形の左端縁および右端縁に溶接された継手板と、隣り合う鋼製セグメントピースの連結を前記主桁または継手板を介して行う連結作業に使用するためスキンプレートの端縁に開口する前記継手ボックスと、を有することを特徴とする請求項１記載の外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピース。
【請求項３】
前記継手ボックスは、スキンプレートの端縁に開口する形成された切り欠き部と、この切り欠き部に収納され接続される継手ボックス部材と、からなることを特徴とする請求項２に記載の外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピース。
【請求項４】
前記継手ボックスは少なくとも、その一部が、スキンプレートを屈曲させて、形成されることを特徴とする請求項２または３に記載の外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピース。
【請求項５】
一つの鋼製セグメントピースに設けられる複数の連結箇所に対し、一部にのみ前記継手ボックスが設けられることを特徴とする請求項１、２、３または４に記載の外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピース。
【請求項６】
請求項１または２に記載の鋼製セグメントピースを用い、外表面に開口する継手ボックスを使用して鋼製セグメントピースを周方向および上下方向に連結し筒状の沈設体を構成する第一工程と、沈設体の内部の地盤を掘削し上方から圧力を加えることにより、下端縁の刃口から地中に圧入する第二工程と、を有し、第一工程と第二工程とを繰り返して地中に沈設体を構築することを特徴とする外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピースを用いた沈設体の構築方法。
【請求項７】
前記第一工程が、予めいくつかの隣り合う鋼製セグメントピースの連結を内側から行いピースユニットとする工程と、このピースユニットをクレーンで吊り下げ、外表面に開口する継手ボックスを使用して、すでに沈設体を構成している他の鋼製セグメントピースに外側から連結する工程と、からなることを特徴とする請求項６に記載の外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピースを用いた沈設体の構築方法。
【請求項８】
前記継手ボックスを使用した連結がなされた後に、当該継手ボックスを充填材により充填し、沈設体の沈設時に地盤との間に発生する周面摩擦を低減することを特徴とする請求項７に記載の外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピースを用いた沈設体の構築方法。
【請求項９】
前記継手ボックスは、一面に少なくとも平面または曲面を有する側壁部分が連続して形成されたことを特徴とする請求項１記載の外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピース。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、鋼製セグメントピースを連結して地中に圧入して沈設体を構築する技術に関し、詳しくは前記鋼製セグメントピースの構造および沈設体の構築方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、鋼製セグメントピースを連結して構成した沈設体を、地中に沈設することによって構築する技術が存在する。この沈設体としては、地中に構築される立坑、集水井、水槽などの構造物がある。
【０００３】
この沈設体は、さらに、高速道路、鉄橋、あるいは陸橋等の橋脚の耐震補強を行う際の土留壁の構築にも用いることが提案されている。すなわち、この橋脚の耐震補強は、橋脚の周囲に所定の距離をおいて、鋼製セグメントピースを連結して構成した筒体を油圧ジャッキ等で地盤に圧入し土留壁として構築し、この橋脚と土留壁の間を掘削した後、掘削によって形成されるスペースを作業スペースとして、鋼板やコンクリート図などによって橋脚の補強作業を行う。
【０００４】
以上のような沈設体の構築の工程は、地上に露出した部分において鋼製セグメントピースを周方向および上下方向に連結し筒状の沈設体を構成する工程、沈設体の内部の地盤を掘削する工程、鋼製セグメントの上方から圧力を加え地中に圧入する工程、などからなり、これらの工程を繰り返して沈設体を地中深く構築する。
【０００５】
また、鋼製セグメントピースは、略四角形の形状を有するスキンプレートと、スキンプレートの内面で前記四角形の上端縁および下端縁に溶接された主桁と、前記四角形の左端縁および右端縁に溶接された継手板と、などから構成される。
【０００６】
そして、鋼製セグメントピースの連結は、鋼製セグメントピースの内側に主桁などを利用して取り付けられる作業床と呼ばれる足場の上で行われる。また、掘削は、ハンマーグラブバケットなどの掘削機が、鋼製セグメントピースによって構成される沈設体の内部に出入りして行われる。
【０００７】
また、圧入を行う圧入設備は、地中深く打ち込まれたグランドアンカーに接続されたワイヤ等に反力を得る圧入ジャッキ、圧入ジャッキの力を沈設体に伝えるジャッキ受け台や圧入桁、圧入桁からの力を沈設体に均一に伝達するために沈設体の上縁に設けられる保護リングなどを有する。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上の従来の技術においては、鋼製セグメントピースの連結作業のための足場は、掘削を行うハンマーグラブバケットなどの掘削機が出入りするじゃまにならないように、工程が繰り返される度に、取り付けと取り外しを行わなければならない。更に、鋼製セグメントピースによって構成される沈設体の上方には圧入設備が設けられ、足場を取り付けたり取り外したりする作業効率が悪いものであった。
【０００９】
この発明は、以上の問題点を解決するためになされたもので、鋼製セグメントピースの連結作業のための足場を内側に取り付ける必要のない鋼製セグメントピース、および該鋼製セグメントピースを用いた沈設体の構築方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
以上の目的を達成するために、下記の発明をするに至った。発明の第１の態様は、鋼製セグメントピースを周方向に連結した状態に構成した鋼製セグメントを、上下方向に連結した状態の筒状の構成を有する沈設体が、内部の地盤を掘削され鋼製セグメントの上方から圧力が加えられることにより、最下段の鋼製セグメントの下端縁に沿って据え付けたリング状の刃口から地中に圧入され構築される工法に用いられる前記鋼製セグメントピースにおいて、前記周方向または上下方向の連結作業に使用される継手ボックスが、水密性の構造を有するとともに外表面に開口していることを特徴とする外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピースである。
【００１１】
発明の第２の態様は、略四角形の形状を有するスキンプレートと、スキンプレートの内面で前記四角形の上端縁および下端縁に溶接された主桁と、前記四角形の左端縁および右端縁に溶接された継手板と、隣り合う鋼製セグメントピースの連結を前記主桁または継手板を介して行う連結作業に使用するためスキンプレートの端縁に開口する継手ボックスと、を有することを特徴とする外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピースである。
【００１２】
発明の第３の態様は、前記継手ボックスは、スキンプレートの端縁に開口する形成された切り欠き部と、この切り欠き部に収納され接続される継手ボックス部材と、からなることを特徴とする外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピースである。
【００１３】
発明の第４の態様は、前記継手ボックスは少なくとも、その一部が、スキンプレートを屈曲させて、形成されることを特徴とする外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピースである。
【００１４】
発明の第５の態様は、一つの鋼製セグメントピースに設けられる複数の連結箇所に対し、一部にのみ前記継手ボックスが設けられることを特徴とする外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピースである。
【００１５】
発明の第６の態様は、第１または第２の態様の鋼製セグメントピースを用い、外表面に開口する継手ボックスを使用して鋼製セグメントピースを周方向および上下方向に連結し筒状の沈設体を構成する第一工程と、沈設体の内部の地盤を掘削し上方から圧力を加えることにより、下端縁の刃口から地中に圧入する第二工程と、を有し第一工程と第二工程とを繰り返して地中に沈設体を構築することを特徴とする外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピースを用いた沈設体の構築方法である。
【００１６】
発明の第７の態様は、前記第１工程が、予めいくつかの隣り合う鋼製セグメントピースの連結を内側から行いピースユニットとする工程と、このピースユニットをクレーンで吊り下げ、外表面に開口する継手ボックスを使用して、すでに沈設体を構成している他の鋼製セグメントピースに外側から連結する工程と、からなることを特徴とする外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピースを用いた沈設体の構築方法である。
【００１７】
発明の第８の態様は、前記継手ボックスを使用した連結がなされた後に、当該継手ボックスを充填剤により充填し、沈設時に地盤との間に発生する周面摩擦を低減することを特徴とする外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピースを用いた沈設体の構築方法である。さらに別の態様は、第１の態様において、前記継手ボックスは、一面に少なくとも平面または曲面を有する側壁部分が連続して形成されたことを特徴とする外表面に継手ボックスが開口する鋼製セグメントピースである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の一実施形態を図１、図２、図３、図４、図５、図６、図７（Ａ）において説明する。
この実施形態においては鋼製セグメントピースは、図１および図５に示す構造を有する。すなわち、この鋼製セグメントピース２１は、工場で製作され、図５に示すように一対の平行な湾曲した主桁２３の両端部に、一対の平行な直線的な継手板２５が溶接されて枠体が構成される。
【００１９】
さらに、この枠体には、前記一対の主桁２３に対し平行に、１本の中主桁２７が配置される。中主桁２７は所定の間隔をあけ、継手板２５に渡される。更に、継手板２５に対し平行に、５本の縦リブ２９が配置される。各縦リブ２９は互いに所定の間隔をあけ、主桁２３に渡される。これら主桁２３、継手板２５、縦リブ２９、中主桁２７の外側にスキンプレート３１が張りわたされて鋼製セグメントピース２１が構成される。
【００２０】
すなわち、換言すれば、湾曲しているものの概略四角形の形状を有するスキンプレート３１の内面で、前記四角形の上端縁および下端縁に主桁２３が溶接され、前記四角形の左端縁および右端縁に継手板２５が溶接される。
【００２１】
縦リブ２７の内側には、当て板３３が鋼製セグメントピース２１の中央に部分的に張りわたされ、掘削用重機のワイヤでつり下げられたバケットが縦リブ２９ん角部などに接触して、反跳し、回動してしまうことでバケットの位置のコントロールが困難になるのを防止する。
【００２２】
各桁２３、２５には、隣り合う鋼製セグメントピース２１を連結するためのボルト穴３５が形成される。これらボルト穴３５が形成される連結箇所では、スキンプレート３１の端部に、切り欠き部３７が形成され、切り欠き部３７の内側に継手ボックス部材３９が収納され、溶接により接続されて継手ボックス４０となる。
【００２３】
図７に示すように、継手ボックス部材３９の構造は、鉄製でコの字状の断面を有し、三方を囲む側壁部分４１と、奥側の奥壁部分４３を有する。側壁部分４１と、奥壁部分４３の底部端面が、継手板２５または主桁２３の内側に当接され溶接される。また、側壁部分４１の開口部４５側の端面が、スキンプレート３１の、切り欠き部３７の内側に当接され溶接される。これらの溶接により、継手ボックス４０の水密が確保される。
【００２４】
このような継手ボックス４０は、ボルト穴３５が形成される複数の連結箇所に対し一部にのみ設けられる（図１参照）。この設けられる位置は、複数の鋼製セグメントピース２１を予め連結して得る後述のピースユニット５の形状によって異なる（図４（Ａ）（Ｂ）（Ｃ））。
【００２５】
このようなピースユニット５を組み合わせ、連結して筒状の沈設体１を得る。このとき、鋼製セグメントピース２１が周方向に連結された状態で、鋼製セグメント２が構成される（図２、図３）。この鋼製セグメント２を軸方向に重ねて連結した状態で筒状の沈設体１が構成される（図２）。
【００２６】
重ねられる複数の鋼製セグメント２のうち最下段の鋼製セグメントピース２１である鋼製セグメントピースには、この鋼製セグメントピースの下端縁に沿って、予め工場で、リング状の刃口部６（図２、図３）が据え付けられる。
【００２７】
刃口部６は、スキンプレートよりも所定寸法分だけ外側に位置し、よって、フリクションカット７が形成される。このフリクションカット７により、鋼製セグメント２の圧入に伴い、地盤は外側へ押しのけられ、スキンプレートと地盤との摩擦による抵抗が軽減される。
【００２８】
次に、図２を中心にして鋼製セグメントピース２１を連結し、沈設体１を沈設して構築する施工手順を説明する。
【００２９】
まず、図示しないグランドアンカを地中深く打ち込む反力工を行う。打ち込む位置は、鋼製セグメントピース２１が位置される予定の場所に合わせて、リング状の複数箇所が選ばれる。このグランドアンカに連結され地上に導かれたワイヤを用いて鋼製セグメントピース２１を地盤３に圧入するための図示しない圧入設備が用意される。
【００３０】
その後、たとえばクレーンなどでつり下げられた最下段の二つの鋼製セグメントピース２１は、継手板２５のボルト孔３５に通したボルト、ナットにより内側から仮に連結される。この仮連結により、連結された鋼製セグメントピース２１は周方向の長さは十分なものになり、自立でき転倒が防止される。この自立した鋼製セグメントピース２１に対し、次の鋼製セグメントピース２１がつり下げられた状態で、仮連結される。
【００３１】
この仮連結の状態で、各鋼製セグメントピース２１は互いに溶接される。最下段の二つの鋼製セグメントピース２１には、予め刃口部６が予め据え付けられているので、刃口部６の連結も同時になされたことになる。このようにして、リング状の刃口部６及び最下段の鋼製セグメント２が構成される。
【００３２】
刃口部６および最下段の鋼製セグメント２の上には、２段目、場合によっては更に３段目の鋼製セグメント２が連結される。この連結は、図４（Ａ）（Ｂ）に示すようなピースユニット５を用いて行う。
すなわち、予めいくつかの隣り合う鋼製セグメントピース２１の連結を内側から行いピースユニット５とする。このときの内側からの連結は、最下段の鋼製セグメント２が位置する場所から離れた地上で行えるので、足場を取り付けることを必要としない。
【００３３】
そして、このようにピースユニット５としたものを、クレーンのワイヤ７で吊り下げ、最下段の鋼製セグメント２側に連結する。この連結は、外表面に開口する継手ボックス４０を使用して、鋼製セグメントピース２１の外側から行う。すなわち、図６に示すように、作業員は継手ボックス４０から手を入れ、当接された継手板２５同士、あるいは主桁２３同士で連通するボルト孔３５に対し、一方からボルト４７を通し、他方のナット４９に螺合して締め付ける。
【００３４】
その後に継手ボックス４０に充填剤を充填する。この充填剤は、種々のものが使用できる。無機質系では、速硬性の水硬性材料（特殊セメント）、有機系材料では、硬化の早い高分子系材料（発泡性材料を含む）などがある。
尚、図４（Ａ）のピースユニット５を構成する鋼製セグメントピース２１のうち右下のものが、図１に示される。内側の連結が行われる連結箇所には、継手ボックス４０が設けられていない。
【００３５】
このようにして、沈設体１の下方部分が構成された後に、この構成状態における最上端の鋼製セグメント２の上方から前記圧入設備によって圧力が加えられ、地中への圧入が行われる。
【００３６】
同時に鋼製セグメント２の内側の掘削が行われる。すなわち、圧入が容易に行われるように、鋼製セグメント２の内部は、図示しないハンマーグラブバケット、あるいは油圧クラムシェル等の重機によって掘削が行われる。
【００３７】
この圧入および掘削が行われた後に、次の段の鋼製セグメント２が連結構成され、再び掘削および圧入が行われる。このように連結、掘削、圧入を繰り返して沈設体１の上方部分が構成されていき、地中深くに沈設体１が構築される。
【００３８】
この実施形態によれば、以下の効果を得ることができる。
すなわち、鋼製セグメントピース２１の外表面に開口する継手ボックス４０によって、ピースユニット５同士の連結が外側からできるので、内側に足場を取り付ける必要がない。よって、足場が、掘削を行うハンマーグラブバケットなどの掘削機の出入りのじゃまにならない。また、工程が繰り返される度に、足場の取り付けと取り外しを行う必要がない。
【００３９】
また、予めいくつかの隣り合う鋼製セグメントピース２１の連結を行いピースユニット５とすることで、予め構成された鋼製セグメント２が位置する場所から離れて行う連結作業を増やすことができ、作業を並行して行え、作業能率が高まる。
【００４０】
なお、ピースユニット５とするための連結作業は、予め構成された鋼製セグメント２が位置する場所から離れた任意の作業スペースで行えるので、鋼製セグメントピース２１の内側からでき、足場の必要がない。また、内側から連結ができるので、継手ボックス４０の数を減らし、その分、継手ボックス４０を設けたことで生じる外表面の凹凸による周面摩擦を低減できる。
【００４１】
また、継手ボックス４０に充填材を充填することで、凹凸をなくし、あるいは軽減でき、よって沈設体沈設時の周面摩擦を低減できる。更に、継手ボックスの水密性をより十分なものとすることができる。
なお、この水密性は、一般には継手ボックス自体にも要求される。すなわち、一般の工事において、地中の地下水が沈設体内部に侵入しないことが望まれるので、継手ボックス自体にも水密が要求されるが、地下水が侵入することを前提に行われる工事もあるので、その場合には厳密な水密性は要求されない。
【００４２】
（他の実施形態）
以上の実施形態では、スキンプレート３１を切り欠いて継手ボックス４０を設けたものであったが、他の実施形態では切り欠きではなく、スキンプレート３１を屈曲させて継手ボックス４０を設けてもよい。たとえば、スキンプレート３１に二本の切り込みを入れて、切り込みに挟まれた部分を内側に屈曲させ、継手ボックスの内壁の一部とすることができる。
【００４３】
また、以上の実施形態では、継手ボックス部材３９の構造は、鉄製でコの字状の断面を有し、三方を囲む側壁部分４１と奥側の奥壁部分４３を有するものであったが、他の実施形態では鉄以外の材料とすることもできる。例えば、アルミ製やプラスチック製にできる。また、コの字状の断面でなく、図７（Ｂ）に示すようにロの字の閉断面とすることもできる。すなわち、四方を囲む側壁部分５１と奥側の奥壁部分５３を有するものとできる。この場合には、ボルト孔３５に連通するボルト孔５５を側壁部分５１に形成する。
【００４４】
また、図７（Ｃ）に示すように半月状の閉断面とすることもできる。すなわち、四方を囲むドーム状の側壁部分５７および板状の側壁部分５９と奥側の奥壁部分６１を有するものとできる。この場合にも、ボルト孔３５に連通するボルト孔５５を側壁部分５９に形成する。つまり、継手ボックス部材３９の断面形状は問わない。
【００４５】
また、以上の実施形態では、上下の鋼製セグメント２では、鋼製セグメントピース２１が互い違いに連結された千鳥状の構成を成す（図２参照）ために、ピースユニット５は、図４（Ａ）（Ｂ）のものが使用されたが、他の実施形態では互い違いの連結を部分的には行わないことも可能であり、その場合には図４（Ｃ）のピースユニット５を使用することができる。
【００４６】
また、以上の実施形態では、周面摩擦を低減するために、継手ボックス４０に充填剤を充填するものであったが、他の実施形態では、継手ボックス４０の開口部を鋼板を溶接することで閉じてもよい。
【００４７】
また、以上の実施形態では、鋼製セグメントピース２１の構造は、一対の平行な主桁２３の両端部に、一対の平行な直線的な継手板２５が溶接されて、主桁２３に対し平行に１本の中主桁２７が配置され、継手板２５に対し平行に５本の縦リブ２９が配置され、これらの外側にスキンプレート３１が張りわたされてなるものであったが、他の実施形態では必ずしもこのような構造でなくても良い。
すなわち、中主桁２７の数は１本、または２本以上であっても良い。あるいは、全く設けられなくても良い。
【００４８】
また、縦リブ２９の数は１本、２本、３本、４本、または６本以上であっても良い。あるいは、全く設けられなくても良い。
【００４９】
また、以上の実施形態では、鋼製セグメントピース２１によって構成される沈設体１は完全な円形断面を有するものであった（図２）が、他の実施形態では必ずしも円形断面でなくても良く、小判形や楕円形或いは該略四角形であっても良い。その場合であっても、水平面内における寸法精度が良くなることで、正確な小判形あるいは概略四角形がえられる。
【００５０】
また、以上の実施形態では、鋼製セグメントピース２１は周方向に６つが連結された鋼製セグメント２を構成するものであったが、他の実施形態では５つ以下、または７つ以上が連結されて構成するものでも良い。
【００５１】
【発明の効果】
以上説明したように、発明の態様によれば、鋼製セグメントピースの外表面に開口するとともに水密性を有する継手ボックスによって、鋼製セグメントピース同士の連結が外側からできるので、内側に足場を取り付ける必要がない。よって、足場が、掘削を行うハンマーグラブバケットなどの掘削機の出入りのじゃまになることがない。また、工程が繰り返される度に、足場の取り付けと取り外しを行わなければならないという煩わしさを避けることができる。また、発明の態様によれば、更に、継手ボックスの数を減らし、セグメントピースの製作および施工作業の省力化を図ることができる。また、発明の態様によれば、更に、継手ボックスに充填材を充填することで、周面摩擦を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態に係る鋼製セグメントピースの外表面を示す斜視図である。
【図２】図１の鋼製セグメントピースが連結されて構成される沈設体の斜視図である。
【図３】図１の鋼製セグメントピースが連結されて構成した最下段の鋼製セグメントを示すもので、
（Ａ）は平面図、
（Ｂ）は側面図である。
【図４】（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、それぞれ図１の鋼製セグメントピースを予め連結して作るピースユニットの斜視図である。
【図５】図１の鋼製セグメントピースの内側を示す斜視図である。
【図６】図２の連結部を示すためのＶＩ部の拡大分解図である。
【図７】図６のＶＩＩ部に収納されている継手ボックス部材の拡大図である。
【符号の説明】
１  沈設体                    ２  鋼製セグメント
５  ピースユニット            ６  刃口部
７  フリクションカット        ２１  鋼製セグメントピース
２３  主桁                    ２５  継手板
２７  中主桁                  ２９  縦リブ
３１  スキンプレート          ３３  当て板
３５  ボルト孔                ３７  切り欠き部
３９  継手ボックス部材        ４０  継手ボックス
４１  側壁部材                ４３  奥壁部材
４５  開口部                  ４７  ボルト
４９  ナット
【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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