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技術 堤体削孔工法および放流管施工方法

出願人 大成建設株式会社
発明者 金木洵太朗大西仁志平山哲也山本稔
出願日 2018年9月21日 (2年3ヶ月経過) 出願番号 2018-177680
公開日 2020年3月26日 (8ヶ月経過) 公開番号 2020-045752
状態 未査定
技術分野 運河・水路・えん堤
主要キーワード 壁面処理 先行領域 滑り係数 電動ハンマー 引出装置 ダム水位 無人化施工 河川環境
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2020年3月26日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (11)

課題

施工時の手間および費用の低減化を可能とした堤体削孔工法および放流管施工方法を提案する。

解決手段

堤体1を削孔して有底の横孔3を形成する削孔工程と、横孔3の底部を削孔して横孔3を貫通させる貫通工程とを備える堤体削孔工法である。削孔工程は、堤体1を下流側から切削して、横孔3の形成領域を複数のブロックに分割する作業と、ブロックを堤体1の下流側から抜き出す作業とを備えている。貫通工程はダム水位の低下時に行う。

概要

背景

既設ダムには、既存の放流設備更新や、下流の河川環境保全等を目的として、放流設備や取水設備等(以下、単に「放流設備等」という)を形成する場合がある。放流設備等を新たに形成する場合には、堤体貫通孔を形成する必要がある。
堤体に貫通孔を形成する方法として、特許文献1には、堤体の上流側に未掘削区間を残した状態で、堤体の下流側から上流側に向かって堤体を掘削した後、未掘削区間を複数のブロックに区分して、当該ブロックを上流側から搬出する貫通孔の形成方法が開示されている。特許文献1の貫通孔の形成方法では、堤体の上流側において仮締切を行うことで、堤体の上流側に作業空間を確保するとともに、施工中の貫通孔への水の流入を防止している。

概要

施工時の手間および費用の低減化を可能とした堤体削孔工法および放流管施工方法を提案する。堤体1を削孔して有底の横孔3を形成する削孔工程と、横孔3の底部を削孔して横孔3を貫通させる貫通工程とを備える堤体削孔工法である。削孔工程は、堤体1を下流側から切削して、横孔3の形成領域を複数のブロックに分割する作業と、ブロックを堤体1の下流側から抜き出す作業とを備えている。貫通工程はダム水位の低下時に行う。

目的

本発明は、施工時の手間および費用の低減化を可能とした堤体削孔工法および放流管施工方法を提案することを課題とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

堤体を削孔して有底の横孔を形成する削孔工程と、前記横孔の底部を削孔して前記横孔を貫通させる貫通工程と、を備える堤体削孔工法であって、前記削孔工程は、前記堤体を下流側から切削して、前記横孔の形成領域を複数のブロックに分割する作業と、前記ブロックを前記堤体の下流側から抜き出す作業と、を備えており、前記貫通工程は、ダム水位の低下時に行うことを特徴とする、堤体削孔工法。

請求項2

前記削孔工程では、前記ブロックの周囲を切削した後、前記ブロックの上流側を割裂させることを特徴とする、請求項1に記載の堤体削孔工法。

請求項3

前記横孔を、先行領域後行領域とに区分し、前記先行領域では、複数の横ボーリング孔連設して前記先行領域の周囲を切削した後、一部の前記横ボーリング孔に設置したジャッキを利用してブロックの上流側を割裂させ、前記後行領域では、ワイヤーソーにより周囲を切削した後、鉛直ボーリング孔を削孔し、当該鉛直ボーリング孔内に設置されたジャッキを利用してブロックの上流側を割裂させることを特徴とする、請求項1または請求項2に記載の堤体削孔工法。

請求項4

前記横孔の壁面処理を行う壁面処理工程をさらに備えていることを特徴とする、請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の堤体削孔工法。

請求項5

請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の堤体削孔工法により形成された前記横孔を利用して放流管を形成する放流管施工方法であって、前記横孔に管材配管する作業と、前記管材の外面と前記横孔の壁面との隙間に充填材充填する作業とを備えていることを特徴とする、放流管施工方法。

技術分野

0001

本発明は、既設ダム貫通孔を形成する堤体削孔工法と、既設ダムに放流管新設する放流管施工方法に関する。

背景技術

0002

既設ダムには、既存の放流設備更新や、下流の河川環境保全等を目的として、放流設備や取水設備等(以下、単に「放流設備等」という)を形成する場合がある。放流設備等を新たに形成する場合には、堤体に貫通孔を形成する必要がある。
堤体に貫通孔を形成する方法として、特許文献1には、堤体の上流側に未掘削区間を残した状態で、堤体の下流側から上流側に向かって堤体を掘削した後、未掘削区間を複数のブロックに区分して、当該ブロックを上流側から搬出する貫通孔の形成方法が開示されている。特許文献1の貫通孔の形成方法では、堤体の上流側において仮締切を行うことで、堤体の上流側に作業空間を確保するとともに、施工中の貫通孔への水の流入を防止している。

先行技術

0003

特開2015−143449号公報

発明が解決しようとする課題

0004

仮締切設備は、堤体の上流側(貯水側)において水中に形成するため、設置に手間がかかる。また、仮締切設備は、貯水された水の水圧に対して十分な強度を有している必要があるため、規模も大きく、費用もかかる。一方、供用中の既設ダムに対して貫通孔を形成する場合には、早期かつ安価に形成するのが望ましい。そのため、本発明は、施工時の手間および費用の低減化を可能とした堤体削孔工法および放流管施工方法を提案することを課題とする。

課題を解決するための手段

0005

前記課題を解決するための本発明の堤体削孔工法は、堤体を削孔して有底の横孔を形成する削孔工程と、前記横孔の底部を前記堤体の下流側から削孔して前記横孔を貫通させる貫通工程とを備えている。前記削孔工程は、前記堤体を下流側から切削して、前記横孔の形成領域を複数のブロックに区分する作業と、前記ブロックを前記堤体の下流側から抜き出す作業とを備えている。また、前記貫通工程は、ダム水位の低下時に行う。
また、本発明の放流管施工方法は、前記横孔に管材配管する作業と、前記管材の外面と前記横孔の壁面との隙間に充填材充填する作業とを備えている。
かかる堤体削孔工法および放流管施工方法によれば、ダム水位の低下時に横孔を貫通させるため、堤体の上流側に仮締切設備を設ける必要がない。また、ブロックを堤体の下流側から抜き出すため、上流側に仮締切設備を設けて作業空間を形成する必要がない。そのため、仮締切設備の設置に要する手間や費用を削減することが可能となり、その結果、工事全体の工期短縮および費用削減が可能となる。

0006

なお、削孔工程では、前記ブロックの周囲を切削した後、前記ブロックの上流側を割裂させるのが望ましい。かかる堤体削孔工法によれば、坑内(横孔内)におけるブロックの切断に要する手間を低減することが可能となる。すなわち、ブロックは、上流側において亀裂を生じさせたうえで抜きとるため、ブロックの上流側に切断するため装置を設置する必要がない。そのため、切断用の装置の設置に要する手間および費用を低減することができる。
前記横孔を先行領域後行領域とに区分する場合には、前記先行領域では、複数の横ボーリング孔連設して前記先行領域の周囲を切削した後、一部の前記横ボーリング孔に設置したジャッキを利用してブロックの上流側を割裂させればよい。一方、前記後行領域では、ワイヤーソーにより周囲を切削した後、鉛直ボーリング孔を削孔し、当該鉛直ボーリング孔内に設置されたジャッキを利用してブロックの上流側を割裂させればよい。かかる堤体削孔工法によれば、先行領域の施工により形成された空間を利用して後行領域の施工を行うことできるため、施工性に優れている。
また、前記横孔の壁面処理を行う壁面処理工程をさらに備えているのが望ましい。なお、壁面処理には、小型の無人施工機械を使用するのが望ましい。

発明の効果

0007

本発明の堤体削孔工法および放流管施工方法によれば、ダム水位の低下時に横孔を貫通させるため、堤体の上流側に仮締切設備を設ける必要がない。そのため、仮締切設備の設置に要する手間や費用を削減することが可能となり、その結果、既設ダムに放流設備等を施工する際の手間および費用の低減化が可能となる。

図面の簡単な説明

0008

堤体を模式的に示す断面図である。
横孔を示す図であって、(a)は平面図、(b)は側面図、(c)は貫通部の断面図、(d)は一般部の断面図である。
放流管施工方法の準備工程を示す図であって、(a)は断面図、(b)は正面図である。
放流管施工方法の削孔工程を示す図であって、(a)は断面図、(b)は正面図である。
図4に続く削孔工程を示す図であって、(a)は断面図、(b)は正面図である。
図5に続く削孔工程を示す図であって、(a)は断面図、(b)は正面図である。
図6に続く削孔工程を示す断面図である。
図7に続く削孔工程を示す断面図である。
図8に続く削孔工程を示す断面図である。
放流管施工方法の壁面処理工程を示す断面図である。

実施例

0009

本実施形態では、下流の河川環境保全と老朽化したダム設備の更新を目的として、図1に示すように、既設重力式コンクリートダム(堤体1)に対して、放流設備(放流管2)を新設する場合について説明する。放流設備の新設工事は、堤体1に対して貫通孔(横孔3)を形成するとともに、この貫通孔に放流管2を配管することにより行う。
図2(b)に示すように、放流管2は、堤体1の上流側から下流側に向かって低くなるように約7%の勾配を有した状態で配管するものとする。
横孔3も放流管2と同様に、約7%の勾配を有した状態で形成する。図2(a)〜(d)に示すように、横孔3は、馬蹄形状断面の一般部31と、矩形状断面の貫通部33と、一般部31と貫通部33との間に形成されたすり付け部32とを有している。なお、横孔3の断面形状は限定されるものではなく、例えば、全長にわたって同一形状であってもよい。また、放流管2および横孔3の勾配は限定されるものではない。
放流管施工方法は、準備工程と、削孔工程と、貫通工程と、壁面処理工程と、放流管形成工程とを備えている。

0010

準備工程では、図1および図3(a)に示すように、堤体1の下流側に仮設構台4を形成する。仮設構台4は、鋼材を組み合わせることにより形成された架台41と、架台41の上面を覆う複数の覆工板42により形成する。本実施形態では、堤体1の頂部に設置されたクレーン(図示せず)を利用して、堤体1の下流面中間部に仮設構台4を固定する。なお、仮設構台4の構成や設置個所は限定されるものではない。また、クレーンの設置個所も限定されるものではない。仮設構台4は、堤体1を削孔に必要なスペース(各装置を設置するためのスペース)および堤体1の削孔により横孔3から引き出すブロック5(図6参照)を仮置きや小割等を行うために必要な広さと強度を有している。

0011

削孔工程では、堤体1を削孔して一般部31を削孔する(有底の横孔3を形成する)。削孔工程は、湛水時(出水期)に行うものとし、横孔3の上流端部(貫通部33)の上端よりもダム水位が高い状態で作業を行う。なお、削孔工程を実施する時期は限定されるものではない。
削孔工程は、堤体1を下流側から切削して横孔3の形成領域を複数のブロック5に分割(小割)する作業と、ブロック5を堤体1の下流側から抜き出す作業とを備えている。本実施形態では、図3(b)に示すように、横孔3を、上半領域(先行領域)34と下半領域(後行領域)35とに区分して、上半領域34の施工後に下半領域35の施工を行う。
上半領域34の施工は、図4(a)および(b)に示すように、まず、複数の横ボーリング孔6,6,…を連設して上半領域34(ブロック5)の周囲を切削する。横ボーリング孔6は、堤体1を貫通することなく、堤体1の上流側にすり付け部32と貫通部33の厚さを残した状態で形成する。

0012

次に、図5(a)および(b)に示すように、ブロック5の上側に形成された複数の横ボーリング孔6のうちの一部(バースター孔)に設置したジャッキ(油圧ジャッキ)7を利用してブロック5の上流側を割裂させる。すなわち、横ボーリング孔6により形成されたブロック5上部の隙間を拡幅させることで、ブロック5の上流側に負荷をかけて亀裂を生じさせる。このとき、ブロック5の割裂箇所(上流側端部)の下側の隙間にはスペーサー71を設置する。スペーサー71を構成する材料は限定されるものではないが、本実施形態では、コンクリートガラを挿入する。ブロック5の奥下にスペーサー71を配置した状態で、ブロック5の上の隙間を拡幅させると、スペーサー71を支点として割裂が生じる。なお、ブロック5を割裂させる際に使用するジャッキ7の数および配置は限定されるものではない。また、ブロック5を割裂させる際に使用するジャッキ7は、油圧ジャッキに限定されるものではなく、空気ジャッキや機械式ジャッキであってもよい。

0013

上流側を割裂させることで、堤体1から分離されたブロック5は、図6(a)および(b)に示すように、堤体1の下流側から抜き出す。本実施形態では、チェーンブロック51を利用してブロック5を引き出す。チェーンブロック51は、仮設構台4に形成された支持部材43に取り付けておく。また、ブロック5の下流側面係止部材(図示せず)を差し込んでおく。そして、ブロック5に固定された係止部材にチェーンブロック51のフック係止させた後、チェーンブロック51を操作することで、当該ブロック5を仮設構台4上に引き出す。なお、ブロック5を引き出す際に使用する引出装置はチェーンブロック51に限定されるものではなく、例えば、ウィンチを使用してもよい。
本実施形態では、抜き出す各ブロック5の重量が24t程度以下に設定し、横孔3内におけるコンクリート面での滑り係数を0.5として、引き出し荷重を12t程度として、チェーンブロック51の能力を設定した。なお、抜き出すブロック5の形状(重量)や、チェーンブロック51の能力は適宜設定すればよい。
仮設構台4上に引き出されたブロック5は、仮設構台4上においてクレーンによる揚重が可能な形状に小割した後、堤体1の頂部に設置されたクレーンにより引き上げて搬出する。
このようにブロック5の周囲を切削する作業、ブロック5の上流側を割裂させる作業、およびブロック5を抜き出す作業を繰り返すことで、所定の深さの上半領域34に孔(上半横孔36)を形成する(図7参照)。

0014

下半領域35の施工は、図8(a)および(b)に示すように、まず、堤体1の下流側(坑口側)および上半横孔36内から垂直ボーリングおよび横ボーリングを行い、ワイヤーソーパイロット孔縁切孔、バースター孔61を形成する。次に、図9に示すように、ワイヤーソーパイロット孔および縁切孔を利用して、ワイヤーソー8により所定形状のブロック5の周囲を切削する。次に、後行領域から切出すブロック5の上流側端部に形成されたバースター孔(鉛直ボーリング孔)61内に設置された油圧ジャッキ(図示せず)を利用してブロック5の上流側を割裂させる。上流側を割裂させることで堤体1から分離されたブロック5は、堤体1の下流側から抜き出す。本実施形態では、チェーンブロック51(図6参照)を利用してブロック5を引き出す。チェーンブロック51は、仮設構台4に形成された支持部材43に取り付けておく。また、ブロック5の下流側面に係止部材を差し込んでおく。そして、ブロック5に固定された係止部材にチェーンブロック51のフックを係止させた後、チェーンブロック51を操作することで、当該ブロック5を仮設構台4上に引き出す。仮設構台4上に引き出されたブロック5は、仮設構台4上においてクレーンによる揚重が可能な形状に小割した後、堤体1の頂部に設置されたクレーンにより引き上げて搬出する。
このようにブロック5の周囲を切削する作業、ブロック5の上流側を割裂させる作業、およびブロック5を抜き出す作業を繰り返すことで、上半横孔36と同じ深さの孔を形成して(上半横孔36を拡幅して)有底の横孔3を形成する。

0015

貫通工程では、横孔3の底部(すり付け部32および貫通部33)を堤体1の下流側から削孔して横孔3を貫通させる。貫通工程は、横孔3の上流端よりもダム水位が低くなる非出水期(渇水期)に行う。貫通工程では、まず、堤体1の下流側からすり付け部32を削孔する。すり付け部32は、一般部31の施工と同様に、堤体1を下流側から切削して横孔3の形成領域を複数のブロック5に分割(小割)する作業と、ブロック5を堤体1の下流側から抜き出す作業とを備えている。本実施形態では、まず、上半領域(先行領域)34と下半領域(後行領域)35とに区分して、上半領域34の施工後に下半領域35の施工を行う。上半領域34および下半領域35の施工の詳細は、削孔工程で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
すり付け部32の削孔が終了したら、貫通部33を削孔する。貫通部33は、堤体1の上流側から複数の横ボーリング孔6を矩形状に連設することにより貫通部33の周囲を切削する。次に、貫通部33のコンクリート塊を複数のブロック5に小割した後、当該ブロック5を下流側から搬出する。
なお、すり付け部32および貫通部33の削孔は、一般部31と同一断面で削孔して横孔3を貫通させた後、横孔3の上流端部を拡幅してもよい。

0016

壁面処理工程では、図10に示すように、横孔3の壁面処理を行う。横孔3の壁面は、横ボーリング孔6の連設により凹凸状に形成された波型面と、ワイヤーソー8による切断によって形成された滑面とを有している。本実施形態では、波型面に対して整形を行うとともに、滑面に対して充填材との付着性の向上を目的としたチッピングを行う。これらの壁面処理には、無人化施工機械MをオペレータHが遠隔操作することにより行う。なお、壁面処理は、必ずしも無人化施工機械Mにより行う必要はなく、例えば、有人式のバックホウ等を利用して行ってもよい。また、壁面処理は、電動ハンマー等を利用して手作業により行ってもよい。

0017

放流管形成工程では、横孔3(貫通孔)を利用して放流管2を形成する。放流管形成工程は、配管作業充填作業とを備えている。
配管作業では、横孔3に管材を配管して管路を形成する。管路(放流管2)は、横孔3よりも小さい外径を有した複数の管材を横孔3の上流側から連設することにより形成する。なお、放流管2の形成方法は限定されるものではなく、例えば、コンクリートを打設することにより形成してもよいし、ボックスカルバート等を配設することにより形成してもよい。また、管材を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、鋼管コンクリート管、または塩化ビニル管により構成すればよい。
充填作業では、横孔3内に形成された放流管(管材)2の外面と横孔3の壁面との隙間に充填材を充填する。本実施形態では、充填剤としてコンクリートを使用する。なお、充填材を構成する材料は限定されるものではなく、例えば、モルタルであってもよい。また、放流管2と横孔3の壁面との隙間には、必要に応じて鉄筋配筋してもよい。

0018

本実施形態の堤体削孔工法および放流管施工方法によれば、ダム水位の低下時に横孔3を貫通させるとともに、横孔3の削孔に伴うブロック5を堤体1の下流側から抜き出すため、上流側に仮締切設備を設けて作業空間を形成する必要がない。そのため、仮締切設備の設置に要する手間や費用を削減することが可能となり、その結果、工事全体の工期短縮および費用削減が可能となる。
また、ブロック5の周囲を切削した後、ブロック5の上流側を割裂させるため、坑内(横孔3内)におけるブロック5の切断に要する手間を低減することが可能となる。すなわち、ブロック5は、上流側において亀裂を生じさせて抜きとるため、ブロック5の上流側に切断するため装置を設置する必要がない。そのため、切断用の装置の設置に要する手間および費用を低減することができる。
また、横孔3を上半領域34と下半領域35とに区分して削孔するため、上半領域34の施工により形成された空間(上半横孔36)を下半領域35の施工に利用することできる。下半領域35の施工をその上面から行うことで、ワイヤーソー8の設置や、ブロック5の切出しが容易となる。
また、横孔3の壁面処理を行っているため、充填材の付着性に優れている。
また、壁面処理には小型の無人化施工機械Mを使用するので、作業員(オペレータH)の安全性が確保されている。すなわち、狭隘な空間内における切削作業やチッピング作業を無人化施工機械Mを使用するため、切削に伴って跳ね跳んだコンクリート片が作業員に接触する可能性が低い。また、オペレータHは離れた場所において操作するため、上部からの崩落のおそれがある箇所の施工でもオペレータHの安全性が確保できる。また、無人化施工機械Mは、キャビン等が不要なため、同サイズの有人の施工機械に比べてコンパクトである。そのため、有人の施工機械を使用する場合に比べて能力が高い機械を使用することが可能となり、より優れた切削能力により工期短縮化を図ることができる。

0019

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、前述の実施形態に限られず、各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能である。
例えば、横孔3を形成する堤体1は重力式コンクリートダムに限定されるものではない。
また、前記実施形態では、上半領域(先行領域)34と下半領域(後行領域)35とに区分して、先行領域の下側を拡幅することで所定の断面積を有した横孔3を形成するものとしたが、先行領域と後行領域は必ずしも上下に配設されている必要はない。例えば、先行領域の横に後行領域を形成して、先行領域を横方向に拡幅するものとしてもよい。すなわち、後行領域は、先行領域の周囲のいずれの方向に設定されていてもよい。また、後行領域は複数であってもよい。また、横孔3の施工は、必ずしも複数の領域に区分する必要はない。

0020

1堤体
2放流管
3横孔
31 一般部
32すり付け部
33 貫通部
34 上半領域(先行領域)
35 下半領域(後行領域)
4仮設構台
5ブロック
6 横ボーリング孔
8 ワイヤーソー

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