ダム堆砂の排砂方法

【課題】ダム堆砂を排砂するための有効適切な排砂方法を提供する。
【解決手段】貯砂ダム１０の湖底面に函体を沈設して仮設立坑１４を設置する工程と、排砂トンネル１３の先端部から仮設立坑に向けて推進工法により推進管３１を築造して先端部を函体に対して切り離し可能に連結する工程と、排砂トンネル内から排砂管１２を推進管内に挿入する工程と、函体と推進管とを切り離して仮設立坑を撤去する工程と、排砂管の先端部をダム湖の水面上に浮上させる工程と、ダム湖の湖面上において排砂管の先端部に土砂吸引装置を接続して沈設する工程と、土砂吸引装置により堆砂を吸引して排砂管１２を通して排砂トンネル１３の先端部に放流する工程からなる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダム湖の湖底面に堆積した堆砂を排出するための排砂方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、ダム湖に多量の堆砂が生じると上流部の河床上昇や貯水容量の減少などの問題が発生するため、多くのダムで堆砂の排出が必要とされている。
【０００３】
ダム湖からの堆砂の排砂方法としては、たとえば特許文献１〜４に示されるように、湖面上から浚渫を行う、ダム堤体に排砂管を貫通させて堆砂を下流側に流出させる、堆砂を吸引管により吸引してサイホン作用を利用して排出する、といった様々な手法が提案されている。
【０００４】
図１５は吸引方式による排砂方法の一例を示すもので、貯砂ダム１のダム湖底面に排砂管２を沈設してその基端部にバルブ室３を設け、バルブを開放することにより水位差を利用したサイホン作用によって排砂管２の先端の吸引孔４から堆砂５を水とともに吸い込み、連絡トンネル６から排砂トンネル７を通して下流側まで搬送するようにしたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１−１４２１１４号公報
【特許文献２】特許第４１１４５１２号公報
【特許文献３】特許第４４１１４１８号公報
【特許文献４】特許第４５１１４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のような従来の各種の排砂方法は、図１５に示したものも含めて、利水上の障害が生じるものであったり、排砂のための設備の築造が困難であったり、あるいは排砂設備を築造するために膨大な費用と工期を要する、といった問題があり、十分に有効な手法はいまだに確立されていないというのが実状である。
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明はダム堆砂を排砂するための有効適切な排砂方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、本体ダムの上流に設けられた貯砂ダムの湖底面に堆積した堆砂を該貯砂ダムの近傍まで設けられた排砂トンネルの先端部に放流して該排砂トンネルを通して前記本体ダムの下流側まで排砂するための方法であって、前記貯砂ダムの湖底面に函体を沈設して仮設立坑を設置する工程と、前記排砂トンネルの先端部から前記仮設立坑に向けて推進工法により推進管を築造し、該推進管の先端部を前記仮設立坑の底部に到達せしめて前記函体に対して切り離し可能に連結する工程と、少なくとも先端部が可撓性を有するとともに先端が封止された排砂管を前記排砂トンネルの先端部から前記推進管内に挿入して、該排砂管の先端を前記函体の手前位置まで到達せしめる工程と、前記函体と前記推進管とを切り離して前記仮設立坑の全体を前記ダム湖の水面上に浮上させて撤去する工程と、前記排砂トンネルの先端部から前記排砂管を前記ダム湖内に繰り出してその先端部を前記ダム湖の水面上に浮上させる工程と、前記ダム湖の湖面上において前記排砂管の先端部に土砂吸引装置を接続して該土砂吸引装置を前記ダム湖の湖底面に沈設する工程と、前記土砂吸引装置により前記ダム湖の湖底面から堆砂を吸引して前記排砂管を通して前記排砂トンネルの先端部に放流する工程とからなることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の排砂方法によれば、仮設立坑の施工は必要であるもののダム湖の水面上からの作業と排砂トンネル内からの作業のみで排砂管を支障なく施工することが可能であり、従来においては不可欠であった締め切り工の設置と水面下での作業を省略可能であるから、排砂のための設備を安全かつ効率的に施工することが可能であって貯砂ダムからの排砂作業を低コストかつ短期間で実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の排砂方法の実施形態を工程順に示す図である。
【図２】本発明の排砂方法の実施形態を工程順に示す図である。
【図３】本発明の排砂方法の実施形態を工程順に示す図である。
【図４】本発明の排砂方法の実施形態を工程順に示す図である。
【図５】本発明の排砂方法の実施形態を工程順に示す図である。
【図６】本発明の排砂方法の実施形態を工程順に示す図である。
【図７】本発明の排砂方法の実施形態を工程順に示す図である。
【図８】本発明の排砂方法の実施形態を工程順に示す図である。
【図９】本発明の排砂方法の実施形態を工程順に示す図である。
【図１０】本発明の排砂方法の実施形態を工程順に示す図である。
【図１１】図３におけるXI部の拡大図である。
【図１２】図５におけるXII部の拡大図である。
【図１３】図５におけるXIII部の拡大図である。
【図１４】図６におけるXIV部の拡大図である。
【図１５】従来の排砂方法の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の実施形態を図１〜図１４を参照して説明する。
本実施形態の排砂方法は、図示しない本体ダムの上流側に設けられている貯砂ダム１０を対象として、そのダム湖底面に堆積した堆砂１１を本体ダムの下流側まで排出する場合の適用例であって、最終的には図１０に示すように湖底面に設置した排砂管１２（これは図１５に示した従来の吸引方式による場合における排砂管２に相当するものである）の先端から堆砂１１を水とともに吸引して、この貯砂ダム１０の近傍まで築造されている排砂トンネル１３（これは図１５に示した従来の吸引方式による場合の排砂トンネル７に相当するものである）に放流し、その排砂トンネル１３を通して堆砂１１を本体ダムの下流側まで自然流下させて排砂するようにしたものである。
【００１２】
そのため、本実施形態では直径１０ｍ程度の排砂トンネル１３を貯砂ダム１０の近傍位置まで築造したうえで、あるいはその排砂トンネル１３が既に築造されている場合にはそれをそのまま利用して、その排砂トンネル１３の先端部と湖底面との間をたとえば直径１ｍ程度、延長１ｋｍ程度の排砂管１２により連絡する必要がある。
この場合、上記の排砂トンネル１３はＮＡＴＭ工法等の通常のトンネル工法により支障なく築造可能（あるいは上記のように既存の排砂トンネル１３がある場合はそれをそのまま利用可能）であるが、湖底面への排砂管１２の施工に際しては通常であれば締め切り工を施工して湖底面での作業が不可避であって効率的な作業が望めないことから、本実施形態では締め切り工を省略して排砂管１２を以下の工程により施工することを主眼とする。
【００１３】
まず、図１〜図３に示すように、施工するべき排砂管１２の先端部の位置に対して仮設立坑１４を設置する。
すなわち、図１に示すように円形断面の函体１５を湖面上に浮かべ、その上部に側壁部を順次継ぎ足して上方に延長しつつ、内部に水を注入して浮力を調整して沈設していき、最終的に図２に示すように湖底面に着底させて頂部が水面上に突出する状態で仮設立坑１４を設置する。
さらに、図３に示すように函体１５内の底部に埋土１６を投入して安定させるとともに、函体１５の周囲にも少なくとも後段において排砂管１２を施工する範囲には埋土１６を行う。その埋土１６は湖底面に堆積している排砂対象の堆砂１１を浚渫して利用すれば良い。
なお、仮設立坑１４内はドライとする必要はなく、内部水位は湖水面と同レベルとしておけば良い。
【００１４】
上記の函体１５は通常のケーソンと同様に鋼板製あるいはコンクリート製とすることで良いが、この函体１５には後段において掘削機３０が到達する（図４参照）ので、図１１に示すように到達部１７の内側には掘削機３０を受け入れるためのエントランス部１８を設けておくとともに、到達部１７を掘削機３０自身により切削可能とするために鋼板や鉄筋に代えてたとえば樹脂系の素材を用いて形成しておく。
また、掘削機３０が到達した後にはその到達部１７に推進管３１が貫通状態で設置されるので、エントランス部１８の内側には止水機構１９を設けてそこでの止水性を確保する必要がある。その止水機構１９としては、たとえば図１１に示すように環状のエアーバッグ２０を膨張させることでエントランス部１８の内周部を全周にわたって水密裡にシールする構成のものが好適に採用可能であり、そのエアーバッグ２０を膨張させるためには水面上から加圧空気を供給するための空気管２１を水面上に引き出しておけば良い。
なお、函体１５の底部には掘削機３０の到達時にその位置決めとなるストッパー２２を設けておくと良い。
【００１５】
上記の函体１５による仮設立坑１４を設置した後、図４に示すように、排砂トンネル１３の先端部から仮設立坑１４の底部に向けて掘削機３０を発進させて推進工法による推進管３１を施工する。
すなわち、排砂トンネル１３の先端部からローラカッタを備えた掘削機３０を発進させるとともに、その後方に推進管３１を順次連結してジャッキ３２により押し出し、それを繰り返して推進管３１を前方に延長していく。
そして、掘削機３０が仮設立坑１４の底部に到達したら、上記のように掘削機３０自身で到達部１７を切削してエントランス部１８から仮設立坑１４内に進入させてストッパー２２の位置で停止させ、それにより推進管３１の先端部を函体１５内に貫通させるとともに、図１２に示すようにその貫通部を上記の止水機構１９により水密裡にシールする。
【００１６】
なお、後述するように推進管３１の先端部は後段において函体１５の外側位置で切り離す必要があり（図６参照）、かつその切り離し部から仮設立坑１４内に水の流入を防止する必要があるので、そのための蓋体３３を推進管３１の先端部に予め装着しておく。
そのための具体的な構成としては、たとえば図１２に示すように無底有蓋円筒状の蓋体３３を前方にスライド可能な状態で切り離し部に跨る位置に予め装着しておくとともに、その前方にストッパー３４を取り付けておき、かつ推進管３１の後端部には水を加圧注水するための注水管３５（図４参照）を設けておいて、排砂トンネル１３内からその注水管３５を通して推進管３１内に水を加圧注水することにより、蓋体３３をストッパー３４の位置まで前方にスライドさせることで推進管３１を切り離し可能に構成しておくと良い。
【００１７】
以上の工程により推進管３１を施工した後、図５に示すように排砂トンネル１３の先端部から推進管３１内に排砂管１２を挿入する。排砂管１２は後段において排砂トンネル１３内から前方に押し出して先端部を水面上に浮上させる必要があるので、そのような押し出しが可能な程度の剛性を有するとともに少なくとも先端部は水面上に浮上可能な程度の可撓性を有する柔軟なパイプ材を使用し、その先端はプラグ３６により水密裡に封止しておく。
【００１８】
排砂管１２の先端を上記の蓋体３３の位置まで挿入した後、排砂管１２の後端部に図１３に示すように環状のシール材３７を装着して推進管３１の内面との間の隙間を水密裡にシールするとともに、そのシール材３７を排砂管１２と一体に推進管３１に対して摺動可能としておく。
【００１９】
そして、上述したように、推進管３１の後端部に設けておいた上記の注水管３５から推進管３１内（すなわち推進管３１の内面と排砂管１２の外面との間の隙間）に水を加圧注水することにより、その水圧によって蓋体３３を図１２に示した状態から図１４に示すようにストッパー３４に突き当たるまで前方にスライドさせ、それにより推進管３１をその位置で切り離すと同時に、仮設立坑１４に接続されている推進管３１を蓋体３３により水密裡に封止して仮設立坑１４内への水の流入を防止する。
この切り離し操作により推進管３１と排砂管１２との間の隙間には水が流入するが、その隙間は排砂管１２の後端部において上記のシール材３７により封止されているので排砂トンネル１３内にまで流入することはない。勿論、排砂管１２の先端はプラグ３６により封止されているので排砂管１２内に水が流入することもない。
【００２０】
そこで、図６に示すように、仮設立坑１４内から排水を行って浮力を調整するとともに、必要に応じて埋土１６を搬出するとともにバランサー３８を設置して安定姿勢を保持しつつ、図７に示すように仮設立坑１４全体をその内部に残置されている掘削機３０とともに水面上に浮上させていって、その全体を順次解体し撤去する。
【００２１】
引き続いて、図８に示すように、排砂トンネル１３内から、排砂管１２の後端部を延長しては排砂管１２全体をジャッキ３９により前方に繰り出していき、排砂管１２の先端部を水面上に浮上させる。その際、排砂管１２の後端部は上記のシール材３７により推進管３１に対して水密裡かつ摺動自在に支持されているので、排砂トンネル１３内への水の流入を防止しつつ排砂管１２の繰り出し作業を支障なく行うことが可能である。
【００２２】
図９に示すように排砂管１２の先端部を水面上に浮上させたら、水面上での作業によりプラグ３６を取り外してそこに土砂吸引装置４０を接続するとともにウエイト４１を装着し、図１０に示すようにウエイト４１の調整により排砂管１２の先端部を土砂吸引装置４０とともに湖底面に沈設する。
また、同じく図１０に示すように排砂トンネル１３内において排砂管１２の後端にバルブ４２を装着する。これにより、排砂トンネル１３の先端部が図１５に示した従来のバルブ室３として機能するものとなるので格別のバルブ室を別途設ける必要はない。
なお、排砂トンネル１３の先端部をバルブ室として機能させるうえで必要であれば、排砂トンネル１３の先端部の断面を拡径すれば良い
【００２３】
以上により排砂管１２の施工が完了したので、堆砂１１を排砂するためにはバルブ４２を開放すれば良い。これにより、堆砂１１が水とともに土砂吸引装置４０により排砂管１２に吸引されて排砂トンネル１３の先端部に放流され、排砂トンネル１３内を自ずと流下して本体ダムの下流側まで排出される。勿論、バルブ４２の開度を調節することに排砂量を適切に調節することができる。
【００２４】
以上のように、本実施形態の排砂方法によれば、仮設立坑１４の施工は必要であるもののダム湖の水面上からの作業と排砂トンネル１３内からの作業のみで排砂管１２を支障なく施工することが可能であり、従来においては不可欠であった締め切り工の設置と水面下での作業を省略可能であるから、排砂のための設備を安全かつ効率的に施工することが可能であって貯砂ダム１０からの排砂作業を低コストかつ短期間で実施することが可能である。
【符号の説明】
【００２５】
１０貯砂ダム
１１堆砂
１２排砂管
１３排砂トンネル
１４仮設立坑
１５函体
１６埋土
１７到達部
１８エントランス部
１９止水機構
２０エアーバッグ
２１空気管
２２ストッパー
３０掘削機
３１推進管
３２ジャッキ
３３蓋体
３４ストッパー
３５注水管
３６プラグ
３７シール材
３８バランサー
３９ジャッキ
４０土砂吸引装置
４１ウエイト
４２バルブ

【特許請求の範囲】
【請求項１】
本体ダムの上流に設けられた貯砂ダムの湖底面に堆積した堆砂を、該貯砂ダムの近傍まで設けられた排砂トンネルの先端部に放流して該排砂トンネルを通して前記本体ダムの下流側まで排砂するための方法であって、
前記貯砂ダムの湖底面に函体を沈設して仮設立坑を設置する工程と、
前記排砂トンネルの先端部から前記仮設立坑に向けて推進工法により推進管を築造し、該推進管の先端部を前記仮設立坑に到達せしめて前記函体に対して切り離し可能に連結する工程と、
少なくとも先端部が可撓性を有するとともに先端が封止された排砂管を前記排砂トンネルの先端部から前記推進管内に挿入して、該排砂管の先端を前記函体の手前位置まで到達せしめる工程と、
前記函体と前記推進管とを切り離して前記仮設立坑の全体を前記ダム湖の水面上に浮上させて撤去する工程と、
前記排砂トンネルの先端部から前記排砂管を前記ダム湖内に繰り出してその先端部を前記ダム湖の水面上に浮上させる工程と、
前記ダム湖の湖面上において前記排砂管の先端部に土砂吸引装置を接続して該土砂吸引装置を前記ダム湖の湖底面に沈設する工程と、
前記土砂吸引装置により前記ダム湖の湖底面から堆砂を吸引して前記排砂管を通して前記排砂トンネルの先端部に放流する工程とからなることを特徴とするダム堆砂の排砂方法。

【図１】