(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数ロットで分割形成される環状躯体と、この環状躯体の下端を閉塞する底盤とを備えた立坑を構築する際に、土水圧対抗用の外水が満たされた縦孔を地盤中に形成する第１工程と、
前記底盤と前記環状躯体の下端部との外殻を一体的に画成する中空箱状鋼製セグメントを前記外水上に浮上させ、この状態で前記底盤と分割した前記環状躯体とを現場打設により形成する第２工程と、
形成された立坑内に浮力対抗用の内水を注入して前記底盤を前記縦孔内に着定させた後に、前記内水の排除と前記縦孔と前記躯体との間に裏込め材を置換充填する第３工程とを含むことを特徴とする立坑の構築工法。
【請求項２】
前記鋼製セグメントは、前記底盤の底面を画成する底板と、前記底盤の側面および前記環状躯体の下端部の側面を画成する側壁とを有し、
前記底板を同心円状に分割するとともに、前記側壁を周方向に分割した複数の箱状ユニットから構成したことを特徴とする請求項１記載の立坑の構築工法。
【請求項３】
前記内水は、型枠を設置して前記環状躯体の上部側のロットをコンクリートの打設により形成する際に、構築途中の立坑の上端側が前記外水の水面上から上方に略一定量突出するように導入することを特徴とする請求項１記載の立坑の構築工法。
【請求項４】
前記底盤は、前記底板上にコンクリートを打設して前記第２工程の初期に形成することを特徴とする請求項２記載の立坑の構築工法。
【請求項５】
前記コンクリートの打設により前記環状躯体の各ロットおよび底盤を形成する際に、前記鋼製セグメントないしは構築途中の立坑の姿勢を、姿勢制御装置により所定の状態に維持することを特徴とする請求項３または４記載の立坑の構築工法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、立坑の構築工法に関し、特に、大深度および大口径の立坑の構築に適した工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
立坑は、例えば、駐車場用などに使用される地下空間を画成する際や、シールド掘進機の発進ないしは到達用などに採用されている。この種の立坑の構築工法としては、地上から土留め壁を構築し、土留め壁で囲繞した内部を根切り掘削して、土留め壁の内側に底盤と環状躯体とを一体的に形成する方法が一般的に採用されている。
【０００３】
ところが、このような構築工法では、構築する立坑が大口径または大深度になるほど、土留め壁の壁厚を厚くする必要がある上に、内部を根切り掘削する際に、土留め壁の支保用切梁の設置が必要となり、しかも、盤膨れ対策なども施さなければならず、経済性や施工能率面での改善が要請されていた。
【０００４】
このような問題に対する解決手段として、例えば、特開平６−３３６７９号公報には、孔内安定液が満たされた掘削溝内に立坑を構築する大深度立坑の構築工法が提案されている。この公報に開示されている立坑の構築工法では、環状躯体を複数に分割するとともに、分割した第１段目の環状躯体の下端に、水密構造の底盤を形成し、これを浮力により安定液中に浮上状態に設置する。
【０００５】
そして、その後、先順位の環状躯体上に、順次分割した環状躯体を積層接合して、浮力に対抗する積載荷重を載加して沈設作業を行うことを要旨としている。この公報に開示されている構築工法によれば、土留め壁の厚みの低減が可能となり、切梁の設置も不要になるなどの長所があるものの、このような大深度立坑の構築工法には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、上記公報に開示されている立坑の構築工法では、施工の初期に、第１段目の環状躯体の下端に、水密構造の底盤を形成し、これを浮力により安定液中に浮上状態に設置することになるが、例えば、口径が２０ｍ程度の大深度立坑において、底盤を鉄筋コンクリートで構築するとすれば、その重量が数千トンにもなり、これを浮力により浮上させることが非常に難しい。
【０００７】
また、このような大重量の底盤を下端に形成した環状躯体の第１段目を予め形成した場合には、これを吊り上げて縦孔内に設置する重機も非常に大規模なものを必要とする上に、大規模な重機により大重量の部材を吊り上げようとすると、吊り架台の設置個所の地盤改良なども必要となり、このような施工方法を具体化する際には、解決すべき問題が数多く存在していた。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、大口径かつ大深度立坑を構築することができる具体的な工法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、複数ロットで分割形成される環状躯体と、この環状躯体の下端を閉塞する底盤とを備えた立坑を地盤中に構築する際に、土水圧対抗用の外水が満たされた縦孔を地盤中に形成する第１工程と、前記底盤と前記環状躯体の下端部との外殻を一体的に画成する中空箱状鋼製セグメントを前記外水上に浮上させ、この状態で前記底盤と分割した前記環状躯体とを現場打設により形成する第２工程と、形成された前記立坑内に浮力対抗用の内水を注入して前記底盤を前記縦孔内に着定させた後に、前記内水の排除と前記縦孔と前記躯体との間に裏込め材を置換充填する第３工程とを含むように構成した。
このように構成された立坑の構築工法によれば、外水上には、底盤と環状躯体の下端部との外殻を一体的に画成する中空箱状鋼製セグメントを浮上させるので、外水上に吊り下げ設置する重量が軽量化されるとともに、十分な浮力が得られ、浮上状態で底盤形成用コンクリートおよび環状躯体形成用のコンクリートの打設が可能になる。
前記鋼製セグメントは、前記底盤の底面を画成する底板と、前記底盤の側面および前記環状躯体の下端部の側面を画成する側壁とを有し、前記底板を同心円状に分割するとともに、前記側壁を周方向に分割した複数の箱状ユニットから構成することができる。
この構成によると、鋼製セグメントが複数の箱状ユニットに分割されているので、吊り上げ用重機の規模をより一層小さくすることができる。
前記内水は、型枠を設置して前記環状躯体の上部側のロットをコンクリートの打設により形成する際に、構築途中の立坑の上端側が前記外水の水面上から上方に略一定量突出するように導入することができる。
この構成によれば、環状躯体の各ロットを形成する際に、型枠設置用などに用いられる作業架台の高さを一定にすることができる。
前記底盤は、前記底板上にコンクリートを打設して前記第２工程の初期に形成することができる。
この構成によれば、鋼製セグメントの重心位置が低くなるので、鋼製セグメントを安定した状態で浮上支持することができる。
前記コンクリートの打設により前記環状躯体の各ロットおよび底盤を形成する際に、前記鋼製セグメントないしは構築途中の立坑の姿勢を、姿勢制御装置により所定の状態に維持することができる。
この構成によれば、コンクリート打設に伴ない偏荷重が作用しても構築と途中の立坑の傾きなどが防止され、コンクリートの打設作業を安定した状態で行える。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面を参照にして詳細に説明する。図１から図７は、本発明にかかる立坑の構築工法の一実施例を示している。図１には、本発明の構築工法で構築される立坑Ａの全体断面が示されている。
【００１１】
同図に示した立坑Ａは、９段（第１ロット▲１▼〜第９ロット▲９▼）に分割形成される環状躯体Ｂと、この環状躯体Ｂの下端を閉塞するようにして一体に形成される底盤Ｃとを備えている。
【００１２】
このような構造の立坑Ａを構築する際には、まず、図２に示すように、地盤中に土水圧対抗用の外水１０が満たされた縦孔１２が形成される。この縦孔１２は、鋼矢板などの止水性を備えた簡易型土留め壁１３を地上から所定深度まで打設した後に、土留め壁１３で囲繞された内部を掘削することにより形成される。
【００１３】
縦孔１２の直径は、構築しようとする立坑Ａの直径よりもやや大きく、かつ、立坑Ａの全長よりも若干深い深度まで形成される（第１工程）。縦孔１２の形成が終了すると、立坑Ａの躯体部分（底盤Ｃ，環状躯体Ｂ）の構築が行われる（第２工程）。
【００１４】
この工程では、まず、箱状鋼製セグメント１４が、図３（Ａ）に示すように、縦孔１２内の外水１０上に浮上設置される。この箱状鋼製セグメント１４は、底盤Ａと環状躯体Ｂの複数段の下端部、例えば、第２ロット▲２▼の外殻を一体的に画成するものであり、内部が中空に形成されている。
【００１５】
図６に箱状鋼製セグメント１４の詳細を示している。同図に示す箱状鋼製セグメント１４は、底盤Ａの底面を画成する底板１４ａと、底盤Ａと環状躯体Ｂの複数段の下端部の側面を画成する側壁１４ｂとを有している。
【００１６】
この実施例の場合には、箱状鋼製セグメント１４は、上端が開口した１つの円筒箱状ユニット１４０と、同様に上端が開口した４個の扇形箱状ユニット１４１とから構成されていて、底板１４ａを同心円状に２分割するとともに、外周側の環状部分の底板１４ａを周方向に４分割した形態になっている。
【００１７】
円筒箱状ユニット１４０は、円形底板１４０ａと、この円形底板１４０ａの外周縁に立設されたリング板１４０ｂとを有している。各扇形ユニット１４１は、扇形底板１４１ａと、この底板１４１ａの周方向の側縁に立設された一対の接合フランジ板１４１ｂと、底板１４１ａの内外周縁にそれぞれ立設された内，外曲面板１４１ｃ，１４１ｄとを有している。
【００１８】
内曲面板１４１ｃは、リング板１４０ｂの外周に接合されるものであり、外曲面板１４１ｄは、側壁１４ｂの一部を構成し、扇型箱状ユニット１４１を周方向に連結すると環状の側壁１４ｂが形成される。
【００１９】
リング板１４０ｂ，接合フランジ板１４１ｂ，内曲面板１４１ｃは、底盤Ｃ内に収まる高さに設定されている。なお、図６（Ａ），（Ｂ）に符号１４２で示したものは、後述する外水位１０を調整する際や、裏込め材を注入する際に使用する貫通孔であり、底盤Ｃを形成するまでは、この貫通孔１４２は、閉塞されている。
【００２０】
鋼製セグメント１４を外水１０上に設置する際には、円筒箱状ユニット１４０および扇形箱状ユニット１４１をそれぞれ吊り上げて外水１０上に浮上させて組立てる。この組立の際には、円筒箱状ユニット１４０を中央に配置し、その外周側に扇形箱状ユニット１４１がこれを取り巻くように配置して、図６（Ｃ）に示すように、リング板１４０ｂと内曲面板１４１ｂとの間，接合フランジ板１４１ｂ同士の間にそれぞれ水密パッキン１４３を介装してボルトナットでこれらを締結することにより行われる。
【００２１】
このようにして組立られた鋼製セグメント１４の浮上設置状態を図３（Ａ）に示している。ここで、いま例えば、構築しようとする立坑Ａの寸方形状が図１に示すように、直径が１６ｍの円形断面で、高さが３６．８ｍであって、底盤Ｂの厚みが２ｍ、環状躯体Ｂの第１ロット▲１▼〜第８ロット▲８▼までの高さがそれぞれ４ｍ、第９ロット▲９▼の高さが２．８ｍであり、 鋼製セグメント１４の底板１４ａの厚みが２ｃｍ，比重が７．８５、側壁１４ｂの単位長さ当たりの重量が１６ｔ／ｍであり、第２ロット▲２▼までの部分を鋼製セグメント１４に含ませるとすると、鋼製セグメント１４の全高は、１０ｍとなる。
【００２２】
この場合、底盤１４ａの重量Ｗ0は、π／４×１６2×０．０２×７．８５＝３１．５５ｔとなる。一方、側壁１４ｂの重量Ｗ0’は、１６ｔ／ｍ×１０＝１６０ｔとなり、この段階における鋼製セグメント１４の合計重量Ｗ1は、３１．５＋１６０＝１９１．５５ｔとなり、外水１０の比重を１とすると、鋼製セグメント１４を浮上させた際に、鋼製セグメント１４が外水１０の水面上に突出する高さは、１０− Ｗ1／（π／４×１６2）＝９．０５ｍとなる。
【００２３】
次いで、この状態で、底板１４ａ上にコンクリートを打設して、図３（Ｂ）に示すように、底盤Ｃを形成する。底盤Ｃは、その厚みが２ｍで、コンクリートの比重を２．４とすると、底盤Ｃのコンクリートの重量が、π／４×１６2×２×２．４＝９６５ｔとなり、底盤Ｃの形成段階における合計重量Ｗ2は、 Ｗ1＋９６５＝１１５７ｔとなる。
【００２４】
この場合の、鋼製セグメント１４が外水１０の水面上に突出する高さは、１０− Ｗ2／（π／４×１６2）＝４．２ｍとなる。なお、底盤Ｃの形成用コンクリートを打設する際には、底板１４ａに設けられている貫通孔１４２に連通する位置にパイプ１４４を設置し、このパイプ１４４には、外水１０の抜出し用ホース（図示省略）を接続しておく。
【００２５】
次に、本実施例の場合には、図３（Ｃ）に示すように、環状躯体Ｂの第３ロット▲３▼が鋼製セグメント１４の上端側に形成される。第３ロット▲３▼を形成する際には、その形成型枠１６を鋼製セグメント１４の上端上に設置することになるが、型枠１６の高さが４ｍあり、型枠１６の設置前の鋼製セグメント１４の上端は、外水１０の水面上に４．２ｍ突出しているので、そのまま設置すると、型枠１６の上端は、水面上８．２ｍ突出することになり、作業用架台の高さが大きくなり過ぎ、コンクリートの打設作業などにも支障を来たす。
【００２６】
そこで、本実施例の場合には、外水１０上の突出高さがほぼ一定（例えば、１つのロットにほぼ対応させた５ｍ程度）になるように、鋼製セグメント１４内に浮力対抗用の内水１８を導入するようにした。この内水１８の導入状態を図７に示している。
【００２７】
内水１８をセグメント１４内に導入する際には、型枠１６の組立状態に対応させて、徐々にその量を漸次増加させる。また、型枠１６を設置して、その内部にコンクリートを打設する際には、打設量の偏在などにより、鋼製セグメント１４が傾くことが予測されるとともに、コンクリートの打設に伴って、鋼製セグメント１４が徐々に沈下することも予測され、コンクリートの打設作業に支障を来す恐れがある。
【００２８】
そこで、本実施例の場合には、図７にその一例を示すように、コンクリートを打設して、脱型を行うまでは、鋼製セグメント１４や構築途中の立坑Ａの姿勢を一定に保つ姿勢制御装置２０を用いるようにした。
【００２９】
同図に示した姿勢制御装置２０は、複数のウインチ２０ａおよび油圧ジッャキ２０ｂを備えている。ウインチ２０ａは、構築しようとする立坑Ａを周方向にそって、等角度間隔で４分割ないしは３分割した位置に設置され、地盤中に一部が埋設された架台２０ｃ上に固定設置されている。各ウインチ２０ａに捲回されたワイヤ２０ｄの一端は、適宜ガイドローラを設置して、鋼製セグメント１４の底面に結合されている。
【００３０】
油圧ジャッキ２０ｂは、土留め壁１３の内面に当接する当接プレートが先端側に設けられ、鋼製セグメント１４の側面に段上に設置されている。
【００３１】
このように構成された姿勢制御装置２０では、水平方向に関して、油圧ジッャキ２０ｂを伸縮制御することで行われる。また、鉛直方向の姿勢制御は、内水１８が導入されない初期段階においては、コンクリートの打設時に鋼製セグメント１４が沈み込まないように、ウインチ２０ａにより支持する。
【００３２】
一方、内水１８を導入する段階に至っては、コンクリート打設時に、内水１８を適宜排出することによりバランスさせる。  なお、このような姿勢制御装置２０による姿勢制御は、コンクリートを打設して底盤Ｃを形成する際にも行われる。
【００３３】
第３ロット▲３▼が形成されると、環状躯体Ｂの厚みが１．２ｍなので、第３ロット▲３▼の重量は、π／４×（１６2−１３．６2）×４．０×２．４＝５３６ｔとなり、第３ロット▲３▼形成終了時点での合計重量Ｗ3は、 Ｗ2＋５３６＝１６９３ｔとなり、外水１０の水面上に突出する高さは、１４− Ｗ3／（π／４×１６2）＝５．５ｍとなる。
【００３４】
次に、本実施例の場合には、図３（Ｄ）に示すように、環状躯体Ｂの第１ロット▲１▼が形成される。第１ロット▲１▼を形成する際には、側壁１４ｂの内面側に内型枠を設置してコンクリートの打設が行われる。この第１ロット▲１▼を打設形成する際には、外水１０上の突出高さが５．５ｍあっても、その上部に型枠を設置しないので、内水１８の導入は行わず、姿勢制御装置２０による姿勢制御だけが行われる。
第１ロット▲１▼の形成終了時点での合計重量Ｗ4は、第１ロット▲１▼〜第８ロット▲８▼までの重量が同じなので、 Ｗ3＋５３６＝２２２９ｔとなり、外水１０の水面上に突出する高さは、１８− Ｗ4／（π／４×１６2）＝３．９ｍとなる。
【００３５】
第１ロット▲１▼の打設形成が終了すると、次に、図４（Ａ）に示すように、第４ロット▲４▼の打設形成が行われる。第４ロット▲４▼を形成する際には、第３ロット▲３▼上に型枠１６を設置する必要があるので、これの打設形成に先立って、第３ロット▲３▼の場合と同様に、内水１８の導入および姿勢制御が行われる。
【００３６】
第４ロット▲４▼の形成終了時点での合計重量Ｗ5は、 Ｗ4＋５３６＝２７６５ｔとなり、外水１０の水面上に突出する高さは、２２− Ｗ5／（π／４×１６2）＝４．２ｍとなる。
【００３７】
次いで、図４（Ｂ）に示すように、、第５ロット▲５▼の打設形成が行われる。第５ロット▲５▼を形成する際には、第４ロット▲４▼上に型枠１６を設置する必要があるので、これの打設形成に先立って、第３，４ロット▲３▼，▲４▼の場合と同様に、内水１８の導入および姿勢制御が行われる。
【００３８】
第５ロット▲５▼の形成終了時点での合計重量Ｗ6は、 Ｗ5＋５３６＝３３０１ｔとなり、外水１０の水面上に突出する高さは、２６− Ｗ6／（π／４×１６2）＝５．５ｍとなる。
【００３９】
次に、図４（Ｃ）に示すように、第２ロット▲２▼が打設形成される。第２ロット▲２▼を形成する際には、第１ロット▲１▼を打設形成する際と同様に、内水１８の導入は行わず、姿勢制御装置２０による姿勢制御だけが行われる。
【００４０】
第２ロット▲２▼の形成終了時点での合計重量Ｗ7は、 Ｗ6＋５３６＝３８３７ｔとなり、外水１０の水面上に突出する高さは、３０− Ｗ6／（π／４×１６2）＝２．８ｍとなる。
【００４１】
以後は、図４（Ｄ）および図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、順次第６ロツト▲６▼〜第９ロット▲９▼までが積み上げ形成される。これらの各ロットを打設形成する際には、第３ロット▲３▼と同様に内水１８の導入，排出および姿勢制御が行われる。各ロットの形成終了段階における外水１０の水面上の突出高さは、４．２ｍ，５．５ｍ，６．８ｍ，７．７ｍになる。
【００４２】
そして、第９ロット▲９▼の形成が終了すると、形成された立坑Ａ内に沈設用の内水１８を導入して、底盤Ｂの下面を縦孔１２の底面に着定させた後に、底盤Ｃに設けられているパイプ１４４を介してモルタルなどの裏込め材が、立坑Ａの外周と縦孔１２間に、外水１０と置換するようにして充填され、裏込め材が硬化すると、立坑Ａの構築が完了する（第３工程）。
【００４３】
さて、以上のような工程で行われる立坑Ａの構築工法によれば、外水１０上には、底盤Ｃと環状躯体Ｂの下端部との外殻を一体的に画成する中空箱状鋼製セグメント１４を浮上させるので、外水１０上に吊り下げ設置する重量が軽量化されるとともに、十分な浮力が得られ、浮上状態で底盤形成用コンクリートおよび環状躯体形成用のコンクリートの打設が可能になる。
【００４４】
また、本実施例の場合には、鋼製セグメント１４は、底盤Ｃの底面を画成する底板１４ａと、底盤Ｃの側面および環状躯体Ｂの下端部の側面を画成する側壁１４ｂとを有し、底板１４ａを同心円状に分割するとともに、側壁１４ｂを周方向に分割した複数の箱状ユニット１４０から構成しているので、吊り上げ用重機の規模をより一層小さくすることができる。
【００４５】
さらに、浮力対抗用の内水１８は、型枠１６を設置して環状躯体Ｂの上部側のロットをコンクリートの打設により形成する際に、構築途中の立坑Ａの上端側が外水１０の水面上から上方に一定量突出するように導入するので、各ロットを形成する際に、型枠設置用の作業台の高さを一定にすることができ、作業台の高さ調整が不要となって急こう能率が向上する。
【００４６】
また、底盤Ｃは、底板１４ａ上にコンクリートを打設して第２工程の初期に形成するので、鋼製セグメント１４の重心が低くなり、鋼製セグメント１４を安定した状態で浮上支持することができる。
【００４７】
また、コンクリートの打設により環状躯体Ｂの各ロットおよび底盤Ｃを形成する際に、鋼製セグメント１４ないしは構築途中の立坑Ａの姿勢を、姿勢制御装置２０により所定の状態に維持するので、コンクリート打設に伴ない偏荷重が作用しても構築途中の立坑Ａの傾きなどが防止され、コンクリートの打設作業を安定した状態で行える。
【００４８】
なお、上記実施例では、環状躯体Ｂを９段にロットに分割した場合を例示したが、分割数は、これに限られることはない。また、上記実施例では、鋼製セグメント１４に環状躯体Ｂの２ロットを含ませ場合を示したが、その個数もこれに限られることはない。
【００４９】
【発明の効果】
以上、実施例で詳細に説明したように、本発明にかかる立坑の構築工法によれば、大重量となる底盤を浮上支持したセグメント上で、現場打設により形成するので、大規模な吊り上げ設備や地盤改良などの付帯工事を伴うことなく、大口径かつ大深度立坑の構築が具体的に可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる構築工法で構築する立坑の一例を示す縦断面図である。
【図２】本発明にかかる立坑の構築工法の最初の工程を示す断面説明図である。
【図３】図２の工程に引き続いて行われる工程の説明図である。
【図４】図３の工程に引き続いて行われる工程の説明図である。
【図５】図４の工程に引き続いて行われる工程の説明図である。
【図６】本発明にかかる立坑の構築工法で使用する鋼製セグメントの平面図，断面図および拡大断面図である。
【図７】本発明にかかる立坑の構築工法で採用する姿勢制御装置の一例を示す説明図である。
【符号の説明】
Ａ              立坑
Ｂ              環状躯体
Ｃ              底盤
１０            外水
１２            縦孔
１３            土留め壁
１４            鋼製セグメント
１４ａ          底板
１４ｂ          側壁
１４０          円筒箱状ユニット
１４１          扇形箱状ユニット
１６            型枠
１８            内水
２０            姿勢制御装置
【図１】
0003791092.tif 000002
【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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