圧気工法とは？

圧気工法とは、立坑内またはトンネル内に圧縮空気を送り込み、湧水を排除しながら掘削する工法です。
　

●主な特徴

1. 地下水などを排水しなくても、地下水面下の工事を高品質かつ安全に施工できる。
2. 周囲の地盤沈下を起こさず、近接する既存構築物や道路などに影響を与えることがない。
3. 掘削中土圧及び水圧による土砂の崩壊や土砂の流入を防ぐことかできる。

など、多くのメリットがあります。
手掘りから始まったこの工法は、徐々に開発・改良を重ね、近年では機械化、無人化、情報化による施工へと発展。今後ますます基礎の大型化、 大深度化が進む中で、安全かつ効率的な工法として大きな成果が期待されています。

• ニューマチックケーソン
• 施工順序
• 優位性― 構造性　施工性　経済性
• 適応性
• 安全環境
• 最新技術

ニューマチックケーソン

概要
　ニューマチックケーソン工法（Pneumatic caisson method）の「pneumatic」は「空気の」という意味で、 「caisson」は「函（はこ）」を意味します。日本では「潜函」工法とも呼ばれています。 現在では主として鉄筋コンクリート製の函（躯体）を地上で構築し、 躯体下部に気密な作業室を設け、ここに地下水圧に見合った圧縮空気を送り込むことにより、 地下水の浸入を防ぎます。そして掘削・排土を行いながらその躯体を地中に沈めることで、橋梁や建物の基礎、 あるいはシールドトンネルなどの発進立抗、地下鉄や地下道路のトンネル本体として広く活用されています。 

原理
　ニューマチックケーソン工法は、コップを逆さにして、内部の空気が逃げないようにしながら水中に押し込んだ状態と同じように、水の浸入を空気の圧力によって防ぐ原理を応用したものです。
　オープンケーソンが両端にふたのない筒であるのに対し、ニューマチックケーソンは、ケーソンの下部に気密作業室を設け、そこに圧縮空気を送り込んで地下水の浸入を防ぎ、地上と同じ状態で掘削ができるようになっています。
　右にニューマチックケーソン工法の原理を示します。コップの中がケーソン作業室、コップの先端がケーソンの刃先にあたります。
１）コップを水面上に置き、dまで沈めるとコップ内の空気が圧縮され、Pa2＝Pw1となるまでコップ内に水が浸入します。

2)コップ内に圧縮空気を送るとコップ内の水面は、コップ先端まで押し戻されPa3＝Pw2となります。

沈下理論
ケーソンの沈下関係は一般に下記のように表されます。ここでケーソンの沈下する条件はW>Wrとなります。
沈下力：Ｗ＝Ｗｃ＋Ｗｗ
沈下抵抗力：Ｗr＝Ｕ＋Ｆ＋Ｑ
Ｗ ： ケーソン沈下力
Ｗr ： ケーソン抵抗力
Ｗc ： ケーソン躯体重量
Ｗw ： ケーソンに載荷するその他の重量
Ｕ ： 作業気圧による揚圧力
　　Ｕ＝作業気圧Ｘケーソン低面積
Ｆ ： 周面摩擦力
　　Ｆ＝摩擦力度Ｘケーソン周長Ｘ沈下長
Ｑ ： 刃口下及び掘残し部の地盤反力

施工順序

1.据付地盤拵え工
ケーソンを据え付ける地盤の不陸を修正し、適度な支持力が確保できるよう据付地盤拵えを行います。

2.作業室構築工
函の下部に作業室と呼ぶ空間を設け、ここで土砂の掘削、運搬、搬出作業を行います。 作業室には地下水の圧力に見合う空気圧をかけ、作業室内での作業は常にドライな状態でできるようにしておきます。なお刃先は刃口金物により補強します。

3.艤装工
空気圧がかかっている作業室への出入りや作業室からの土砂搬出のため、鋼製の円形シャフトを設けます。このシャフトには、 地上の大気圧と作業室内の圧力差を調節するためのロック（マンロックとマテリアルロックがある）を設けます。これらのシャフトやロックの取付けを艤装工といいます。

4.沈下掘削工⇔構築工
躯体の構築は通常4m程度の高さのブロックごとに行い、構築→掘削沈下→構築を順次行い、所定の深さまで躯体を沈めていきます。

5.最終沈下、地耐力試験工
所定の深さまでケーソンが沈下した後、作業室内で地耐力試験を行い、所要の地耐力が得られていることを確認します。

6.中埋コンクリート工、艤装撤去工
地耐力の確認後、作業室の設備を撤去。中埋コンクリートを充填し、艤装撤去を行います。

7-1.橋梁基礎の場合
止水壁式ケーソンでは、頂版およぴピアを構築します。ただしピア式ケーソンの場合は、頂版・ピアの一部の構築を４の段階で行います。

7-2.立坑の場合（シールド発進等）
シールド等の立坑であれば、シールド機の発進となります。

■仮設備図