JPH0656078B2 - 地下ドーム構築方法及びその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、地下ドーム構築方法及びその装置に関する。
更に詳しくは、例えば、地下数百米の箇所に容積数万ｍ
^３の地下ドームを構築する地下ドーム構築方法及びその
装置に関する。

〔従来の技術〕 近時、昼間の電力消費のピーク時における補助発電シス
テムとしてガスタービンで発電機を駆動する方法が提案
されている。この種のガスタービンは、５０〜６０kg/c
m²程度の高圧空気を必要とするが、係る高圧空気を電力
が不足する時にコンプレッサを用いて製造することは不
合理である。

そこで、電力が余り、かつ、料金の安い深夜電力を利用
して高圧空気を製造して貯蔵タンクに貯蔵し、昼間の電
力消費のピーク時に使用することが考えられている。

高圧空気を貯蔵する場合、大都市を対象とすると、１貯
蔵単位当り数万ｍ^３という貯蔵容積を必要とする。係る
大容量の貯蔵タンクを大都市郊外に設置することは、事
実上、困難なため、高圧空気を地下に埋蔵することが考
えられている。

一方、従来の地下ドームは、地下発電所などの建設を目
的とするものであり、その多くは、岩盤地帯に構築され
ている。

しかし、大都市では、その近郊に岩盤地帯を有すること
は稀であり、比較的柔らかい地盤に上記のような大容積
の地下ドームを構築する新たな工法が必要である。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、係る問題に着目してなされたものであり、そ
の目的とするところは、比較的柔らかい地盤でも補強手
段や型枠を用いることなく、コンクリート製の強固な地
下ドームを効率的に、かつ、生コンクリートを無駄に使
用することなく構築できる地下ドーム構築方法及びその
装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記の目的を達成し得る本発明の地下ドーム構築方法
は、立坑の下部に前記立坑より大径の地下ドームを構築
するに際し、前記立坑の下部に天井部が円錐形の空洞を
形成した後、該空洞内に粒状物を円錐状に盛り上げて前
記天井部との間に円錐形の空隙を形成し、次に、該円錐
形空隙内に生コンクリートを注入してコンクリート製の
天井を形成し、次いで、前記空洞内の粒状物を除去した
後、円錐形天井の周辺部直下にリング状の溝を形成する
都度その中に生コンクリートを注入してリング状をした
コンクリート製の側壁を形成すると共に、このリング状
の側壁を下方に向かって多段に構築することを特徴とす
る。

ここで、天井の形状については、特に、限定しないが、
強度と工法の容易さからすれば、円錐状とすることが望
ましい。

また、空洞内に円錐状に堆積させた砂又は砂礫などの粒
状物の安息角は、通常、ほぼ４０°前後であるから円錐
状をした天井の頂部内側角もほぼ４０°前後とすること
が望ましい。

一方、地下ドームを構築する際に使用する地下ドーム構
築装置は、立坑内に筒状の本体を昇降自在に配設すると
共に、前記本体の中間部に位置する回転胴部に複数の横
方向掘削腕を開閉自在に配設した地下ドーム構築装置に
おいて、前記本体の先端に立型シールド機を設けると共
に、前記横方向掘削腕の先端にその長手方向に出入り可
能な先端ドラムカッターを設け、更に、前記本体と前記
横方向掘削腕に掘削滓排出手段と生コンクリート供給手
段とを設け、更に、前記回転胴部に距離測定腕を開閉自
在に配設し、更に、前記距離測定腕に沿って距離計を所
定の間隔で取り付けたことを特徴とする。

ここで、距離計は、特に、限定しないが、一般に、濁っ
た水中での測定となるので、超音波や電磁波などを利用
したものが望ましい。

〔作用〕

このように、立坑の下部に天井部が円錐形の空洞を形成
した後、該空洞内に粒状物を円錐状に堆積して前記天井
部との間に円錐形の空隙を形成し、次に、該円錐形空隙
内に生コンクリートを注入してコンクリート製の天井を
形成し、次いで、前記空洞内の粒状物を除去した後、円
錐形天井の周辺部直下にリング状の溝を形成する都度そ
の中に生コンクリートを注入してリング状をしたコンク
リート製の側壁を形成すると共に、このリング状の側壁
を下方に向かって多段に構築することにより、比較的柔
らかい地盤でも補強手段や型枠を用いることなく、コン
クリート製の強固な地下ドームを効率的に、かつ、生コ
ンクリートを無駄に使用することなく構築できる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら本発明の実施例を説明する
が、その前に、本発明の方法により構築した地下ドーム
の概要を説明する。

第２図に示すように、この地下ドーム１は、立坑２の下
にあり、コンクリート製の天井４とコンクリート製の側
壁６とから構成されている。

各部の寸法を例示すると、立坑２は、内径が６ｍ、深さ
が５００〜６００ｍである。一方、地下ドーム１の内径
及び高さは、共に５０〜８０ｍである。コンクリート製
の厚さは、約１ｍである。ただ、これらの数値は、地下
ドーム１の規模についての理解を助けるためのものであ
り、これらの寸法に限定するものでないことは言うまで
もない。

この地下ドーム１の底部は、側壁６の形成過程で形成さ
れるが、コンクリート製の底壁１０を形成する場合は、
最終工程になる。

次いで、第１図により地下ドーム構築装置について説明
する。

第１図において、１２は地下ドーム構築装置であり、立
坑２内からドーム底部（不図示）に達する長さを有して
いる。この地下ドーム構築装置１２は、本体１６が筒状
をなし、その上端部は、本体上部に取り付けたガイド１
８によって横振れを起さないように保持されている。

更に、この本体１６は、その下端部（先端部）に立型シ
ールド機２０を備えている。立型シールド機２０は、そ
の最先端部にドラムカッター２２及び切削滓の吸入口
（不図示）を備えている。

切削滓は、本体１６内に設けた揚泥ポンプ（不図示）に
より地下水と一緒に泥又はスラリーとして地上に汲み上
げられる。一般に、立坑２内には、地下水がかなり高い
位置まで充満しているので、揚泥ポンプの揚程は、それ
ほど高いものを必要としない。符号２３はポンプ室の配
置位置を示している。

この本体１６は、その所定位置に回転胴部２４を有して
おり、この回転胴部２４に一対の横方向掘削腕２６，２
６の一端を軸２８によりそれぞれ軸支している。本実施
例では、回転胴部２４に対して対称に一対の横方向掘削
腕２６，２６を軸支する一方、これらから９０°位相が
相違する箇所に一対の距離測定腕３０，３０を軸支して
いる。

これらの腕２６，３０は、支柱３２によって傘骨のよう
に開閉するようになっている。即ち、支柱３２（距離測
定腕３０の支柱３２は、その腕３０に隠れているので図
示されていない）の一端は、腕２６，３０の中間部に軸
支され、他の一端は、本体１６に設けたガイド（不図
示）に軸支されており、ガイドが本体１６に沿って上下
することにより腕２６，３０が軸２８を支点にして開閉
するようになっている。

上記の距離測定腕３０には、超音波距離測定センサ３１
が所定間隔で取り付けられている。このセンサ３１は、
一般に、濁った水中での測定になるので、超音波を用い
たもの以外には、電磁波を用いたものが好ましい。

上記の腕２６，３０を開閉する駆動機構としては、この
種の装置に広く使用されている駆動機構、例えば、油圧
ジャッキ等を使用するとよい。

横方向掘削腕２６は、その両側に、その腕２６に沿って
移動できる走行ドラムカッター３４を配置する一方、そ
の先端に所定長さ突き出すことができる先端ドラムカッ
ター３６と切削滓の排出及び生コンクリート注入用の開
口部（不図示）を備えている。

筒形の本体１６内には、生コンクリートや砂又は砂礫の
供給を兼ねる供給管（トレミー）３７及び泥状掘削滓の
揚泥管３８を備えている。これらの管３７，３８は、横
方向掘削腕２６に内装した図示しない生コンクリート供
給管及び掘削滓排出管に屈曲継手管及び切換弁（不図
示）を介して連結している。

第１図において、符号４０は本体昇降用のワイヤ、４１
は生コンクリートを横方向に均等に流出させる孔を有す
る鉄製のトレミー・フード（幅の狭いカラー状の筒
体）、１４は立坑２の下端部である。

次に、第３図〜第７図を参照しながら地下ドームを構築
する工程について説明する。

第３図に示すように、立坑２は、公知のオープンウエル
井筒沈下工法により構築する。

なお、水中掘削の際は、その深さに応じてアクアヘッダ
ー４２又はリバース工法を、適宜、選定して使用する。
なお、符号４４は立坑の軸を中心に回動する立坑掘削機
である。

立坑２を構築したら、第４図に示すように、立坑２内
に、地下ドーム構築装置１２をワイヤ４０で吊り降ろし
た後、本体１６の先端に取り付けた立型シールド機２０
のドラムカッター２２を駆動して本体１６の回転胴部２
４が立坑２から抜け出すまで掘削する。掘削滓は立型シ
ールド機２０の先端に設けた吸入口から泥水と一緒に揚
泥する。

本体１６の回転胴部２４が立坑２から抜け出したらドラ
ムカッター２２の回転を停止し、本体１６の下端部（先
端部）を地山１７に固定する。このとき、本体１６の上
部は、ガイド１８によって立坑２内に支持されている。

次に、横方向掘削腕２６に設けた走行ドラムカッター３
４及び先端ドラムカッター３６を駆動させる一方、回転
胴部２４を回転させ、更に、横方向掘削腕２６を軸２８
を支点に開脚させながら地山１７を掘削する。掘削滓
は、横方向掘削腕２６の先端の開口部から揚泥する。

横方向掘削腕２６が所定の角度まで開脚したら横方向掘
削腕２６の先端に設けた先端ドラムカッター３６を前方
に突き出して所定深さのリング状の溝４５を形成する。
このリング溝４５が、地下ドーム１の側壁６を構成する
部分になる。

上記の掘削作業により天井部が円錐状を成すと共に底部
が球面状を成す空洞４６が形成される。

次に、横方向掘削腕２６を元の位置に戻すと共に、距離
測定腕３０を開脚させて（不図示）、天井部の掘削状況
を測定する。

なお、リング溝４５の幅（高さ）が不足する場合には、
リング溝４５を拡幅する作業を、再度、行えばよい。

次に、第５図に示すように、地下ドーム構築装置１２を
立坑２内に引き上げた後、地下ドーム構築装置１２の先
端に設けた掘削滓吸引口から砂又は砂礫を投下して堆積
層４８を形成させる。この堆積層４８は、その上に天井
４を形成する空洞部分を残すと共にリング溝４５内に砂
又は砂礫が侵入しない位置まで堆積させる。

次に、天井４を形成する空洞部分に、コンクリート供給
用のトレミー・フード４１から生コンクリートを充填す
る。この生コンクリートが固化したら砂又は砂礫からな
る堆積層４８を吸引排出する。

次に、第６図に示すように、再び、本体１６を空洞４６
内に降下させて所定深さまで掘削した後、横方向掘削腕
２６を天井４に達するまで開脚させながら地山を掘削す
る。次に、先端ドラムカッター３６を突き出しながら前
回と同様にリング溝４５を形成する。その際、第７図に
示すように、先に構築した天井４のコンクリートを削
り、清浄なコンクリート面を露出させることが好まし
い。

なお、第７図に示す凹凸面は、走行ドラムカッター３４
及び先端ドラムカッター３６の切削面を示している。ま
た、符号５２は、横方向掘削腕２６内に設けた生コンク
リートの供給と掘削滓の排出とを兼ねる管（トレミー）
である。

次いで、先端ドラムカッター３６を元の位置に戻した
後、横方向掘削腕２６を回転させながらリング溝４５内
に横方向掘削腕２６の先端に設けた開口孔（不図示）か
ら生コンクリートを充填する。この生コンクリートが固
化すると、リング状の区画された側壁6-1が構築され
る。

以上の操作を、順次、繰り返すことにより、第８図に示
すように、側壁6-2、6-3、‥‥が、順次、構築され、最
終的に側壁６が構築される。

更に、第８図は、底壁１０を構築する場合を示す。即
ち、地下ドーム構築装置１２を使用すると、空洞４６の
底部に球面状の掘削面５４が形成されている。

そこで、この部分をある程度埋戻すか或いは埋戻さずに
生コンクリートを注入して底壁１０を形成する。地盤の
弱い場合には、このようにして底部の強度を増すことが
できる。

〔発明の効果〕

上記のように、本発明によれば、比較的に柔らかな地盤
でも補強手段や型枠を使用することなく、コンクリート
製の強固な地下ドームを効率的に、かつ、生コンクリー
トを無駄にすることなく構築できるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る地下ドーム構築装置の概要図、第
２図は本発明方法によって構築した地下ドームの説明
図、第３図〜第８図は本発明に係る地下ドーム構築装置
を用いて地下ドームを構築する手順を示す説明図であ
る。 １６……本体、２０……立型シールド機、２４……回転
胴部、２６……横方向掘削腕、３０……距離測定腕、３
１……距離計、３６……先端ドラムカッター。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】立坑の下部に前記立坑より大径の地下ドー
   ムを構築するに際し、前記立坑の下部に天井部が円錐形
   の空洞を形成した後、該空洞内に粒状物を円錐状に盛り
   上げて前記天井部との間に円錐形の空隙を形成し、次
   に、該円錐形空隙内に生コンクリートを注入してコンク
   リート製の天井を形成し、次いで、前記空洞内の粒状物
   を除去した後、円錐形天井の周辺部直下にリング状の溝
   を形成する都度その中に生コンクリートを注入してリン
   グ状をしたコンクリート製の側壁を形成すると共に、こ
   のリング状の側壁を下方に向かって多段に構築すること
   を特徴とする地下ドーム構築方法。
2. 【請求項２】立坑内に筒状の本体を昇降自在に配設する
   と共に、前記本体の中間部に位置する回転胴部に複数の
   横方向掘削腕を開閉自在に配設した地下ドーム構築装置
   において、前記本体の先端に立型シールド機を設けると
   共に、前記横方向掘削腕の先端にその長手方向に出入り
   可能な先端ドラムカッターを設け、更に、前記本体と前
   記横方向掘削腕に掘削滓排出手段と生コンクリート供給
   手段とを設け、更に、前記回転胴部に距離測定腕を開閉
   自在に配設し、更に、前記距離測定腕に沿って距離計を
   所定の間隔で取り付けたことを特徴とする地下ドーム構
   築装置。