マンホール作業用圧気工法および圧気蓋装置

【課題】 高含水地盤に既設のマンホールと下水道管との接合の耐震化工事中、地下水浸入抑制のためマンホール内部の空気を加圧した圧気状態としたまま、作業性の良い構成で人員や機材をマンホール内に搬入出可能とするマンホール作業用圧気工法と圧気蓋装置の提供。
【解決手段】 圧気工法は、圧気蓋装置を、頭部を閉じて底部に開口を設けたロックの内部を頭部側のロック室と底部側の連通室とに圧気扉付床板で仕切り、ロック室と連通室を個別に加減圧可能として設置し、連通室の開口を、パッキンを介して地表面のマンホール蓋受部に嵌合させ、圧気扉を閉じて連通室を加圧してマンホール内を圧気状態にし、工事を施工させる。ロック室を圧気状態にすれば圧気扉を開けて搬入出可能となる。パッキンはロックの重量のみで気密な嵌合を保つ一方、過剰加圧の際は過剰気圧の外部への漏気を許す。重量は重錘で加減される。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、地震に伴う地盤の液状化による既設の下水道網のマンホールの浮上を防止するための耐震化工事として、地中のマンホール壁体の貫通を伴う工事を行う際に、マンホール内への地下水の流入および土砂の引込みを防止する圧気工法およびその工法を実施するための圧気蓋装置に関する。
【背景技術】
【0002】
新潟沖地震や十勝沖地震において見られたように、地中に施設した下水道網に含まれるマンホールは、地震による地盤の液状化現象発生によって地上に浮上せしめられ、下水道網を寸断してその機能を停止させるのみでなく、路上に突き出すことによって重大な交通障害を来たしている。近年、新設するマンホールは液状化現象に伴う浮上を防止する耐震構造のものとするのみでなく、既設の非耐震構造のマンホールについても浮上防止対策を施して耐震化する工事が行われており、マンホールの耐震構造及び耐震化工法について多様な考察と提案がなされている。
【0003】
耐震構造を持つマンホールの一例として、マンホールの下部周壁に接続する下水道管の周囲に環状孔を設け、この環状孔に、低強度で透水性のフィルタとして機能する濾過部材を配置し、マンホールの内壁面に、下端を環状孔に開口し、上端を地下水位より上の位置でマンホール内部に開口する過剰地下水誘導路を備えるマンホールが提案されている(特許文献1参照)。地震による液状化発生時の過剰地下水は濾過部材を透過して誘導路に進入し、マンホール内部に誘導され、その浮力を減じるので、地盤の液状化によるマンホールの浮上は防止される。このマンホールは本来新設用のものであるが、過剰地下水誘導路がマンホールの内側に配置されるので、既設のマンホールに対しても周囲地盤を除去する必要なしに施工可能である。しかし、下水管周囲の環状孔を地下水過剰地盤中で設置する場合、浸入する地下水および土砂への対策の配慮はない。
【0004】
過剰地下水への対策の一つとして地盤凍結工法があり、既設のマンホール等の小型地下構造物を部分的に削孔又は開口する際の湧水に伴う地盤崩壊を抑制する、周辺地盤の凍結工法が提案されている(特許文献2参照)。この工法は、マンホール内の所定深度に冷却器を配置し、液化ガスを冷却器に供給して部分的削孔又は開口する個所の外周面地盤を凍結させる。この場合、マンホールの部分的削孔等の作業は−40℃のような超低温下で行われ、作業終了後は凍結地盤を自然解凍させるようにしている。
【0005】
凍結工法に代えて、マンホール内を地盤中の地下水圧に対向する空気圧に保持する圧気工法を用いるマンホール耐震化施工方法が開示されている(特許文献3参照)。この工法は、下水管を塞ぎ、マンホール内部空間をその上部において気密隔壁で仕切り、内壁面を円筒シートで覆った密閉空間に加圧空気を供給し、予めマンホール底部に設置してある掘削装置を遠隔操作して、或いはロボット又は作業員により、圧気状態においてマンホールと下水管の間の剛接合部分を除去し、耐震接合に変更する。接合完了後、マンホール内を外気圧に戻し、気密隔壁を撤去するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開2007−291781号公報
【特許文献2】特開2009−221727号公報
【特許文献3】特開2007−217878号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
特許文献1が示す耐震化マンホールは、先ず、下水管周囲のマンホール壁体に環状孔を設けねばならないが、地震の際の地盤液状化で生じる過剰間隙水のみを対象とし、高含水地盤における地下水を想定していないため、マンホール壁体に穴を開けたとき直ちに流入する地下水への対策がなく、地下水流入はマンホール周囲の土砂を引き込み、地盤崩壊とともに、路面陥没に至る、という課題があった。
【0008】
地下水対策として特許文献2が示す凍結工法は、事前に周囲地盤を凍結させて水や土砂の流入を防ぐ意味で有効である。しかし、凍結は局部的なもので、また、十分な凍結に要する時間のために工期が長引き、高コストを要することとなる。さらに、耐震化工事完了後の凍結地盤解凍とともに地盤沈下が発生する恐れがある、という課題があった。
【0009】
他の地下水対策として特許文献3が示す圧気工法は、格別に工期延長を来たすことなく耐震化工事を施工し得る点で有用であるが、工事期間中は密閉隔壁によって圧気状態に保たれたマンホール内での施工が必要となり、途中で作業員が出入したり、材料や機材を搬入出したりすることができない。従って予め設置した装置の遠隔操作による工事が主体となり、作業員による施工が必要となったときは密閉隔壁を一旦除去することを必要とするなど、結局は工期の延長或いはコスト上昇に至る。また、従来の密閉隔壁は大寸で、構成も複雑であり、隔壁の設置や撤去等に多大な労力を要する、という課題があった。
【0010】
本発明の第1の目的は、上記課題を解決し、高含水地盤に既設のマンホールと下水道管との接合を耐震接合に変える工事期間中、マンホール内を加圧して圧気状態に保ち、マンホール壁体に貫通孔を設けても地下水や土砂の流入を抑止し、格別工期を長く設定する必要がなく、また、工事期間中はマンホール内空間を密閉する必要があっても、地盤を安定に保持しつつ、必要時には安全に作業員や機材の出し入れを可能とする、マンホール作業用圧気工法を提供することである。
【0011】
また、第2の目的は、上記マンホール作業用圧気工法に用いて、高含水地盤に既設のマンホール入口の外部に容易に取り付けられ、マンホール内の圧気状態を維持しながら必要に応じて作業員や作業用機材の搬入出を可能とし、既設マンホールの耐震化工事の工期とコストを大幅に削減可能とする圧気蓋装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0012】
上記第1の目的達成のため、請求項1の本発明のマンホール作業用圧気工法は、圧気状態にしたマンホールと下水道管との接合部位にマンホール壁体の一部削除を含む耐震化工事を施工し、施工完了後にマンホール内気圧を大気圧に戻す圧気工法において、頭部を閉じた筒状のロックの内部を、内部圧気扉を備える仕切り床板により、外部圧気扉を備える頭部側のロック室と、開口周壁で区画された底部開口を有する底部側の連通室とに、それぞれ個別に圧気制御可能に仕切ることにより、連通室ならびにマンホール内が圧気状態のときもロック室を圧気状態とし、内部圧気扉を開けて必要人員機材をマンホールに搬入出可能とした圧気蓋装置を、連通室の開口周壁をマンホールの地表面の蓋受部に上方よりパッキンを介して嵌め込みして設置する工程と、圧気蓋装置を介してマンホール内の気圧を加減圧する装置を取り付け、地盤の地下水圧に対抗し得る気圧にマンホール内気圧を加圧する工程とを含んでなることを特徴とする。
請求項2の本発明は、請求項1記載のマンホール作業用圧気工法において、圧気蓋装置を設置する工程がロックに重錘を載置することを含むことを特徴とする。
上記第2の目的達成のため、請求項3のマンホール作業用の圧気蓋装置は、頭部を閉じ、周胴部に外部圧気扉を備え、底部には開口を有するロックと、内部圧気扉を備えてロックの内部空間を、外部圧気扉を含む頭部側のロック室および開口を介してマンホールと連通する底部側の連通室とに仕切る仕切り床板と、ロック室および連通室の空気圧を加減圧する圧気制御手段とよりなり、更に、連通室の開口はマンホールの地表面の蓋受部に上方よりパッキンを介して嵌挿される開口周壁を備えることを特徴とする。
請求項4の本発明は、請求項3記載の圧気蓋装置において、ロックが重錘を備えることを特徴とする。
請求項5の本発明は、請求項3又は4記載の圧気蓋装置において、ロックが底面の開口から離間した位置に伸縮自在の支持脚を備え、圧気蓋装置の取付け位置における傾斜を調節可能としたことを特徴とする。
請求項6の本発明は、請求項3から5のいずれかに記載の圧気蓋装置において、内部圧気扉がロック室から開閉し得る外側開閉器と、連通室から開閉し得る内側開閉器と、圧気蓋装置の外側から開閉し得る外部開閉器とを備えることを特徴とする。
請求項7の本発明は、請求項3から6のいずれかに記載の圧気蓋装置において、ロックがロック室の天井に資機材吊り下げ、吊り上げ用の吊具を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【0013】
高含水地盤に既設のマンホールに耐震化工事を施工するために圧気工法を採用し、マンホール内部を圧気状態とするための圧気蓋装置を、外部圧気扉で外部と通じ得る頭部側のロック室と、内部圧気扉でロック室とマンホール内部と連通し得る底部側の連通室とに内部を仕切ったロックで形成し、ロック室と連通室を個別に圧気制御可能とし、内部圧気扉を閉じてマンホール内部を圧気状態にして工事施工中であっても、ロック室を圧気状態にすれば内部圧気扉を開いて人員機材の搬入出が可能となる。また、連通室底面の開口をマンホールの蓋受部の上に載せ、パッキンを介してズレ止め用の開口周壁を蓋受部内周に嵌め込みし、固定することなく圧気蓋装置の自重により地表上に設置するようにしたから、圧気蓋装置のマンホールに対する取付け取外しは極めて容易となるとともに、ズレ止め用の開口周壁がガイドとなるので位置決めと取付けが容易かつ確実となる。更に、圧気蓋装置は開口から離れた位置の底面に伸縮自在の支持脚を有し、パッキン全般への重量配分が均等になるように圧気蓋装置の傾斜を調節可能とする。このことはまた、マンホール内に過剰圧気が発生したとき、パッキンと対象物の間の接触界面を介して過剰な気圧が抜け、自然な調節が行われる。更に、連通室ないしマンホールの内部圧気扉は、連通室とロック室、ならびに圧気蓋装置の外側の3箇所から開閉可能としたので、圧気状態のマンホール内での作業がより安全となる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【図1】本発明によるマンホール作業用圧気工法と圧気蓋装置の実施例を示し、高含水地盤に既設のマンホールに対し地表において接続した圧気蓋装置を用いて、既設の下水管との接合部の耐震化工事を施工する状態の縦断面図。
【図2】図1のA−A線に沿う、本発明の圧気蓋装置の横断面図。
【図3】図1の本発明の圧気蓋装置における内部圧気扉の3方向からの開閉器を示す部分拡大断面図。
【図4】図1の本発明の圧気蓋装置における連通室の開口と、既設マンホールの蓋受部との間の嵌合部分の一部拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【0015】
図1から図4に、本発明によるマンホール作業用圧気工法と圧気蓋装置との実施例を示し、圧気工法は実質的に圧気蓋装置の構造により実現される。
【0016】
地上側に構築された圧気蓋装置10は、頭部を閉じて底部の一部を円形の開口11aとしたほぼ筒状のロック11を主体とし、その内部を、底部側の開口11aを含む連通室11bと頭部側のロック室11cとに、仕切り床板13により仕切り、仕切り床板13に開閉自在な内部圧気扉14を設けて連通室11bとロック室11cとを連通可能とし、ロック室11cの周壁に外部圧気扉12を設けてロック室11cを外気と連通可能としてなる。内部圧気扉14は、ロック室11c側で操作される外側開閉器15と、連通室11b内において操作される内側開閉器16と、これら開閉器15、16間を連結する軸棒19上の第1傘歯車17aに噛合う第2傘歯車17bを介して、ロック11の外部で操作される外部開閉器18との3方向のいずれからも開閉操作可能とし、マンホール内での作業員の圧気作業をより安全なものとする。連通室11bとロック室11cの周壁の適位置にはそれぞれ圧気管24と排気管25を介して空気加減圧装置(図示しない)に接続され、個別に加減圧制御される。ロック室11cは例えば天井面に資材等の吊り下げ、吊り上げ用の吊具26を備える。他の例として、ロック室天井付近に走行用の桁を設け、桁上にホイストクレーンを走行させても良い。
【0017】
圧気蓋装置10は底部の連通室11bの開口11aを、地表面GD側にあるマンホール30の蓋受部31に載せ、嵌合させてマンホール内空間と連通する。なお、マンホール30は既に地中に既設されている。開口11aはマンホールの蓋受部31の円形開口の内周面に嵌合する開口周壁22を備える。この開口周壁22は開口11aを蓋受部31に嵌合させる作業のガイドとして作用するとともに、開口11aの端面に直交する段部を含めて形成され、この段部において圧気蓋装置10はマンホールの蓋受部31の地表面側に、パッキン23を介して載置される。圧気蓋装置10の底面の、開口11aから離れた位置に、地表面GDに対し伸縮自在な支持脚21を設け、圧気蓋装置10の傾斜を調整して、パッキン23の全周にほぼ均等に圧気蓋装置の重量が配分されるようにする。
【0018】
圧気蓋装置10は、その重量によってマンホール30の上部に設置され、結合される。このため、圧気蓋装置10の設置と撤去はきわめて簡単且つ容易であり、工期とコストの削減に顕著に貢献する。また、マンホール内の通常或いは正常な圧気状態、つまり空気加圧状態では、圧気蓋装置10の開口11aとマンホール30の蓋受部31との間は、圧気蓋装置の重量でパッキン23による気密状態が保たれ、漏気は防止されるが、マンホール30内の気圧が過度に上昇した場合には、その上昇気圧によって圧気蓋装置10が僅かに浮き上がり、パッキン23の気密状態が解かれ、上昇気圧の漏れが生じて気圧調整が行われる。
【0019】
圧気蓋装置10に設けられた圧気管24、排気管25は、特に図示しないが周知のニューマチックケーソンに用いられる圧気・減圧装置にそれぞれ接続され、この装置を作動させることによって内部が圧気、減圧可能となっている。また、圧気蓋装置10と連通可能なマンホール30内も圧気、減圧可能に構成されている。
【0020】
マンホール内を圧気状態にする加圧値は、高含水地盤の状況に応じて決められ、設定された気圧値に応じて圧気蓋装置が必要とする重量が決まる。地下水圧0.05MPa程度(深さ5〜6m程度)であればマンホール内の最大気圧を0.05MPa程度とし、マンホールの深さが1〜2m程度で地下水圧が低い場合に水が出てこなければ0MPaの場合もある。なお、最大気圧が0.2MPa以下だと圧力容器の規格に入らないため、安価に製作できる利点がある。そして、本発明では、圧気蓋装置10の上部には重錘20が設けられ、圧気蓋装置10の上に、気圧による揚圧力に応じた必要な重量が得られるように構成されている。例えばロック11の頭部に重錘載荷台を設け、インゴット形状の重錘材を必要重量分だけ載荷するようにすれば良い。
【0021】
マンホール30は、地表面GDに敷設した蓋受部31の下方に、斜壁32を介して複数段の円筒状のブロック32a〜32nを積み、底部ブロック33において下水道40の上流側下水管41と下流側下水管42の間を連結する。両下水管41、42の端部は底部ブロック33の周壁を貫通し、セメント等による剛構造で耐水性をもって固定される。この既設のマンホールに対する耐震化工事は、下水管41、42とマンホール底部ブロック33との間に、地震発生時の過剰間隙水をろ過するためのろ過部材を設置し、ろ過部材を介して過剰間隙水を導入する誘導経路部を設置するものであり、下水管周囲の底部ブロック周壁を削孔し、除去して誘導経路部で塞ぐまでの間、周囲地盤からの地下水流入を抑制するために必要なマンホール内の圧気状態を作ることにおいて、本発明は関与する。
【0022】
すなわち、マンホール30に対し圧気蓋装置10を接続後、外部圧気扉12を開け、ロック11内に作業員が入り、ロック11内を適宜加減圧する。
【0023】
所定圧の圧気後、内部圧気扉14を開け、作業員はタラップ(図示せず)を用いるなどしてマンホール30の底部に入る。この過程で、マンホール30内に通常カッタと呼ばれる削孔機50を吊具26を介し吊り下ろす。この削孔機50は下水管41、42とマンホール30との接続部分を削孔するもので、この作業はマンホール30内を所定の圧力まで加圧した状態で行われるため、削孔時に、マンホール30内への地下水や土砂の浸入は阻止される。
【0024】
図1においては、図示しない止水プラグで止水され、マンホール30の上方に接続した圧気扉装置10のロック室11から、開放した内部圧気扉14と連通室11bを介してマンホール底部に、図示しない昇降機で下ろした削孔機50により、下流側下水管42の周囲のマンホール底部ブロック33の削孔部34を削孔しつつある状態が示されている。
【符号の説明】
【0025】
10 圧気蓋装置
11 ロック
11a 開口
11b 連通室
11c ロック室
12 外部圧気扉
13 仕切り床板
14 内部圧気扉
15 外側開閉器
16 内側開閉器
17 ギヤボックス
17a 第1傘歯車
17b 第2傘歯車
18 外部開閉器
19 軸棒
20 重錘
21 支持脚
22 開口周壁
23 パッキン
24 圧気管
25 排気管
26 吊具
30 マンホール
31 蓋受部
32 斜壁
32a〜32n ブロック
33 底部ブロック
34 削孔部
40 下水道
41 上流側下水管
42 下流側下水管
50 削孔機
GD 地表面


【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧気状態にしたマンホールと下水道管との接合部位にマンホール壁体の一部削除を含む耐震化工事を施工し、施工完了後にマンホール内気圧を大気圧に戻す圧気工法において、
頭部を閉じた筒状のロックの内部を、内部圧気扉を備える仕切り床板により、外部圧気扉を備える頭部側のロック室と、開口周壁で区画された底部開口を有する底部側の連通室とに、それぞれ個別に圧気制御可能に仕切ることにより、連通室ならびにマンホール内が圧気状態のときもロック室を圧気状態とし、内部圧気扉を開けて必要人員機材をマンホールに搬入出可能とした圧気蓋装置を、連通室の開口周壁をマンホールの地表面の蓋受部に上方よりパッキンを介して嵌め込みして設置する工程と、圧気蓋装置を介してマンホール内の気圧を加減圧する装置を取り付け、地盤の地下水圧に対抗し得る気圧にマンホール内気圧を加圧する工程とを含むことを特徴とするマンホール作業用圧気工法。
【請求項2】
圧気蓋装置を設置する工程がロックに重錘を載置することを含むことを特徴とする請求項1記載のマンホール作業用圧気工法。
【請求項3】
頭部を閉じ、周胴部に外部圧気扉を備え、底部には開口を有するロックと、内部圧気扉を備えてロックの内部空間を、外部圧気扉を含む頭部側のロック室および開口を介してマンホールと連通する底部側の連通室とに仕切る仕切り床板と、ロック室および連通室の空気圧を加減圧する圧気制御手段とよりなり、更に、連通室の開口はマンホールの地表面の蓋受部に上方よりパッキンを介して嵌挿される開口周壁を備えることを特徴とするマンホール作業用の圧気蓋装置。
【請求項4】
ロックが重錘を備えることを特徴とする請求項3記載の圧気蓋装置。
【請求項5】
ロックが底面の開口から離間した位置に伸縮自在の支持脚を備え、圧気蓋装置の取付け位置における傾斜を調節可能としたことを特徴とする請求項3又は4記載の圧気蓋装置。
【請求項6】
内部圧気扉がロック室から開閉し得る外側開閉器と、連通室から開閉し得る内側開閉器と、圧気蓋装置の外側から開閉し得る外部開閉器とを備えることを特徴とする請求項3から5のいずれかに記載の圧気蓋装置。
【請求項7】
ロックがロック室の天井に資機材吊り下げ、吊り上げ用の吊具を備えることを特徴とする請求項3から6のいずれかに記載の圧気蓋装置。


【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【公開番号】特開2011−226088(P2011−226088A)
【公開日】平成23年11月10日(2011.11.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−94561(P2010−94561)
【出願日】平成22年4月16日(2010.4.16)
【出願人】(000207780)大豊建設株式会社 (77)
【Fターム(参考)】