特許 7122203 堤体削孔工法および放流管施工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-08-10

(45)【発行日】2022-08-19

(54)【発明の名称】堤体削孔工法および放流管施工方法

(51)【国際特許分類】

   E02B 7/00 20060101AFI20220812BHJP

【ＦＩ】

E02B7/00 Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018177680

(22)【出願日】2018-09-21

(65)【公開番号】P2020045752

(43)【公開日】2020-03-26

【審査請求日】2021-08-03

(73)【特許権者】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】金木 洵太朗

(72)【発明者】

【氏名】大西 仁志

(72)【発明者】

【氏名】平山 哲也

(72)【発明者】

【氏名】山本 稔

【審査官】湯本 照基

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１４４０１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－０６０７０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０３－１５８５１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２７０２９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６２－２８０４０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０９－０４１３８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２７０３５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１１３０１３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｂ ７／００

(57)【特許請求の範囲】

【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先行領域と後行領域とに分割する作業と、
前記先行領域および前記後行領域において前記堤体から分離された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、
前記先行領域では、複数の横ボーリング孔を連設して前記先行領域の周囲を切削した後、前記先行領域のブロックの奥下にスペーサーを配置した状態で当該ブロックの上側に形成された複数の前記横ボーリング孔のうちの一部に設置したジャッキを利用して前記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、前記先行領域からバースター孔を削孔し、当該バースター孔内に設置されたジャッキを利用して前記後行領域のブロックの上流側を割裂させ、
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に記載の堤体削孔工法。

【請求項3】

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、
前記横孔を利用して放流管を形成する放流管形成工程と、を備える放流管施工方法であって、
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い、
前記放流管形成工程は、前記横孔に管材を配管する作業と、前記管材の外面と前記横孔の壁面との隙間に充填材を充填する作業とを備えていることを特徴とする、堤体削孔工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、既設ダムに貫通孔を形成する堤体削孔工法と、既設ダムに放流管を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、既存の放流設備の更新や、下流の河川環境の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。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－１４３４４９号公報

【発明の概要】

【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先行領域と後行領域とに分割する作業と、前記先行領域および前記後行領域において前記堤体から分離された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。前記先行領域では、複数の横ボーリング孔を連設して前記先行領域の周囲を切削した後、前記先行領域のブロックの奥下にスペーサーを配置した状態で当該ブロックの上側に形成された複数の前記横ボーリング孔のうちの一部に設置したジャッキを利用して前記ブロックの上流側を割裂させる。また、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、前記先行領域からバースター孔を削孔し、当該バースター孔内に設置されたジャッキを利用して前記後行領域のブロックの上流側を割裂させる。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、前記横孔に管材を配管する作業と、前記管材の外面と前記横孔の壁面との隙間に充填材を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】

また、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と後行領域とに区分することで、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。
なお、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。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】

【図1】堤体を模式的に示す断面図である。

【図2】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。

【図3】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。

【図4】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5】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6】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7】図６に続く削孔工程を示す断面図である。

【図8】図７に続く削孔工程を示す断面図である。

【図9】図８に続く削孔工程を示す断面図である。

【図10】放流管施工方法の壁面処理工程を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【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、既設の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の下流側面に係止部材（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。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、配管作業と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、必要に応じて鉄筋を配筋してもよい。

【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。

【符号の説明】

【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

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】