ニューマチックケーソン工法
Guidance Book
丸十工業 株式会社
1 2 丸 十 工 業 株 式 会 社 Pneumatic caisson と書き、フランス語では「空気の｣ + ｢函｣ という意味です。 日本語では潜函工法といい、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侵入を防ぎ、掘削・排土を繰り返しながら躯体を地中に沈める工法です。 橋脚基礎・立坑・地下構造物の建設に採用されています。 最近では、地上から遠隔操作で掘削機を運転することにより、４０ｍを超える大深度施工が可能となりました。また、ヘリウム混合ガスの呼吸による高圧下でのメンテナンス作業も行われています。 ニューマチックケーソン工法は、杭工法やオープンケーソン工法と比較されることが多く、その得失は、次のような点です。 利点・杭基礎等と比較して上部荷重を確実に支持層に伝達できる ・ドライな状態で掘削作業が可能であり、中詰めコンクリートの打設を確認できる ・支持地盤や掘削中の土質が確認でき、平板載荷試験により地盤支持力を測定できる ・刃口内にある障害物の確認、撤去が可能 ・狭隘な場所での施工、大規模な構造物でも施工が可能である
ニューマチックケーソンとは
欠点・高気圧下の作業であるため高気圧障害に対する施設と体制が必須 ・高気圧作業では、作業員と作業時間に制限がある ・ニューマチックケーソン特有の機械・器具が必要原 理
同じ原理
地下水圧と同等の圧縮空気 コップを逆さにして、内部の空気が逃 げないように水中に押し込んだとき、コッ プ内の空気によって水の浸入を防ぐこと ができます。 このコップをより深く押し込もうとす ると、まわりの水はコップの中に入り込 もうとします。この水が入らないようする ためには、コップ内の空気の圧力を高め、 水を押し出すことが必要です。この原理 を応用したものがニューマチックケーソ ンの原理です。 このとき、空気の圧力が高すぎる場合 は、コップの外に空気が漏れ、空気の圧 力が低くなればコップの中に水が入って しまいます。このバランスを調整しなが らコップを決められた深さまで押し込み ます。 コップが決められた深さまで下がった ら、コップ内に空気に代わりるもの（コ ンクリート等）を詰めながら空気を逃が してコップが浮かないようにして完成で す。 Ｐａ：コップ内の空気圧 Ｐｗ：コップ底面での水圧 Ｐａ＝Ｐｗ ならばコップ内に水は入らない コップ 空 気 コップ 空 気 Pａ Pｗ ↑Ｆ ↓Ｗ Ｆ ↑ ↑Ｑ ↑ Ｕ Ｑ↑ 沈下力 ：Ｗ 沈下抵抗力 ：Ｗｒ＝Ｑ＋Ｕ＋Ｆ 刃先抵抗力 ：Ｑ 揚圧力 ：Ｕ 周面摩擦力 ：Ｆ Ｗ＞ＷｒINDEX
・ 原理
・ 施工事例
・ 主要設備１
・ 主要設備２
・ 技術・創意工夫
・ 作業工程
・ 関連法令
MT MN MT MN MT MN MT MT 受電設備 150ＫＶＡ発電機 計測室 事務所 ｽｹｰﾀｰｸﾚｰﾝ ｽｹｰﾀｰｸﾚｰﾝ ｽｹｰﾀｰｸﾚｰﾝ ｸﾛｰﾗｰｸﾚｰﾝ( 80t ) ｸﾛｰﾗｰｸﾚｰﾝ( 80t ) ﾏﾃﾘｱﾙﾛｯｸ ﾏﾝﾛｯｸ ﾏﾝﾛｯｸ ﾏﾃﾘｱﾙﾛｯｸ ﾏﾃﾘｱﾙﾛｯｸ ﾏﾃﾘｱﾙﾛｯｸ ﾏﾝﾛｯｸ ﾏﾃﾘｱﾙﾛｯｸ
施工規模
形状
施工方式
大規模（ポンプ場）
大深度（換気施設）
狭小（橋脚）
円形
小判形
異形
Ｈ．ケーソンの方式 Ｔ．ピアケーソン方式と止水壁式 があります。その採用の違いは橋 脚躯体形状とケーソン形状の関係 や頂版にアンカーフレーム等を設 置する場合等の理由で異なります。 Ｔ．ケーソンの形状は、円形、小 判型、矩形、異形とあり、様々な 形に対応します。 規模についても掘削面積が２０ m2 から１０００ｍ 2 を超えるも のまであります。また、最近は、 掘削深さが４０ｍを超えるものま で施工可能です。施工規模・形状
ピアケーソン方式
止水壁方式
フラッ パーバルブ 天井走行ｹｰｿﾝｼｮﾍﾞ ﾙ 天井走行ｹｰｿﾝｼｮﾍﾞ ﾙ 中埋ﾌﾞ ﾛｰﾊﾟ ｲﾌﾟ フラッ パーバルブ 中埋ﾌﾞ ﾛｰﾊﾟ ｲﾌﾟ ﾏﾃﾘｱﾙﾛｯｸ ﾏﾃﾘｱﾙﾛｯｸ ﾏﾝﾛｯｸ ﾏﾝﾛｯｸ 上部扉 上部扉 下部扉 下部扉 スケータ ーク レーン( 2. 5t ) ク ローラ ーク レーン( 50t 吊) タ ワーク レーン( 180t ) 事 務 所 地上遠隔操作室 休 憩 所 送気設備室 【用 途】 下水道浄化センター 【形 状】 異形型四角形 【面 積】 Ａ =1,311㎡ 【掘削深度】 Ｈ =22.7m 【最大気圧】 Ｐｗ =0.227MPa 【用 途】 換気所 【形 状】 長方形 【面 積】 Ａ =1,313㎡ 【掘削深度】 Ｈ =52.0m 【最大気圧】 Ｐｗ =0.470MPa 【併 用】 圧入併用・ヘリウム施工 【用 途】 鉄道橋脚 【形 状】 円形 【面 積】 Ａ =24㎡ （φ 5.5m） 【掘削深度】 Ｈ =20.0m 【最大気圧】 Ｐｗ =0.18MPa5 6 丸 十 工 業 株 式 会 社
脚付きケーソン（複合ケーソン）
ニューマチックケーソン基礎は、 所定の支持地盤まで沈下させる（直 接基礎、ケーソン基礎）形式が一般 的ですが、土質、周辺環境、地形、 コストなどの条件によって杭と併用 させる（杭基礎、脚付き（複合）ケー ソン）形式もあります。 写真は、ケーソン作業室内で杭頭 処理を行い、杭とケーソン本体を一 体化させた例です。また、函内で使 用する鉄筋は、作業室構築の際にあ らかじめ長尺の鉄筋をスラブ天井下 に埋め込んでおき、沈下完了後取り 出します。 １．構台・築島構築 １．構台・築島構築 １．構台・築島構築 １．構台・築島構築 １．構台・築島構築障害物対応（岩盤・転石）
ニューマチックケーソン工法の 特徴として、作業室がドライである ため、地中の障害物や岩盤・転石 が確実に撤去出来るということが あげられます。その場合、掘削機 のアタッチメントをブレーカーに 取り替えたり、発破を用いて破砕・ 撤去します。 削孔状況 発破完了 装薬完了 ブレーカーによる小割 発破養生 ブレーカーによる小割ケーソンの据え付け（陸上）（作業室の構築）
フローティング・ケーソン
鋼殻ケーソン
ケーソンの据え付け（水底）
Ｔ．（陸上） 地盤の許容支持力度を考慮して皿 板（木板）を水平に設置し、その上 に刃口金物（鋼製）を並べます。次に、 作業室天井スラブの内型枠を支持す るセントル（支保工）を土砂あるい は鋼製で構築します。土砂セントル の場合、開口部（シャフト穴下部分） は、大型土のうを設置し、素早く口 開けができる様に工夫します。また、 セントルを構築する際に、天井掘削 機用のアンカーボルト、レール、ブ ロー・パイプ他金物を正確に配置し ておきます。スラブ配筋後、コンク リートを打設して、作業室を構築し ます。 Ａ．（水底） 陸上と同じように水底地盤の許容 支持力度を考慮し、必要に応じて地 盤改良をしておきます。 所定位置の三方又は四方に桟台を 設置し、その囲みの中にシャフト、 配管等を取り付けた鋼殻を浮かせ ます。鋼殻は、最初、浮いているた め傾いていますが、コンクリートの 打設順序を調整することにより、吃 水を水平にもっていきながら下げま す。最終調整は、水荷重で行い、水 底地盤内に刃口を押し込み沈着させ ます。施工条件
主 要 設 備
送 気 設 備
予 備 設 備
艤 装 設 備
安 全 設 備
排 土 設 備
電 気 設 備
受電設備（キュービクル） クーリングタワー、レシーバータンク、コンプレッサーハウス コンプレッサー 空気清浄機 自動圧力調整装置 自動圧力調整装置 フリッカー設備 昇圧トランス 非常用電源切替装置 送気管 送気管（仮設桟橋懸架） チャッキバルブ フラッパーバルブ チャッキバルブ ホスピタルロックハウス ホスピタルロック （内部） 予備発電機・コンプレッサー マテリアルロック マテリアルロック上下 ワイヤーボックス消音器 排気消音装置 マテリアルシャフト マンロック マンロック内圧力計 スペシャルシャフト 暖房装置 マンロック内部 マンシャフト 土砂ホッパー クローラクレーン スケータークレーン 油圧ブーム式クレーン 土砂バケット 送気管（パラペット懸架） エキスパンションホース 函内送気配管9 10 丸 十 工 業 株 式 会 社
掘 削 設 備
計 測 ・ 警 報・管理 設 備
滑材、コンタクトグラウト注入設備
函内バックホウ 天井掘削機（ﾃﾚｽｺﾌﾞｰﾑ） 滑材注入 天井掘削機（ｼｮｰﾄﾌﾞｰﾑ） 吐出口 インターホン・回転灯 酸素・有害ガス警報装置 コンプレッサー警報装置 マースコントロール盤 函内固定カメラ 天井掘削機（無人） 函内ブレーカー 非常用照明、回転灯、インターホン、傾斜表示盤 函内モニター ガス濃度サンプリング盤 傾斜計 天井掘削機（ﾃﾚｽｺﾌﾞｰﾑ） バケット（粘性土タイプ） 注入口主 要 設 備
高圧下での作業時間および減圧時間は、厚生労働省規定の減圧表別表第 1 で定めら れていますが、高気圧医学の専門家での間では、純酸素を減圧中に時間を決め吸引す ることにより、体内窒素が追い出され、減圧症症状が出にくい（純酸素呼吸減圧を講 ずることにより発症率が３％から１％に軽減された）と報告されています。 そこで、減圧時にマンロックで純酸素呼吸減圧を行うことを「（純）酸素減圧」と 言います。 但し、純酸素（医療 用酸素）は、用途を間 違えば猛毒との表現も あるように取り扱いに は生命の危険を伴いま す。よって、酸素減圧 は、 医 療 行 為 と さ れ、 その扱いに対しては専 門の医師の指導・指示 が必要です。 作業気圧が高くなると（０．３Ｍｐａを超える場合）高気圧障害が発生する確率が高 くなると言われています。これは、高気圧下では、血 液中に溶解するガス量が増大するため、減圧時に体内 に溶解し、溜まっていたガスが体内で気化して気泡を 発生し、血管を閉塞してしまうからです。そこで、ヘ リウム、窒素、酸素の３つを混合した３種混合ガスを 使用します。これは、ヘリウムガスが窒素ガスなどと 比較すると体内に溶解し難いため、その分、減圧時の 気泡の発生が抑えられるとの考えからです。また、ヘ リウムガスは、窒素ガスに比べ麻酔作用もおきにくい と言われています。 ケーソン工事においてヘリウム混合ガスを使用する 場合は、無人掘削機（地上遠隔操作）で掘削を行う場 合の、機械設備の修理・点検、解体・撤去、平板載荷 試験時など必要最低限の作業に限定しています。
安全対策
■（純）酸素呼吸減圧 ■ヘリウム混合ガス マンロック内酸素呼吸減圧状況 （呼吸マスク着用）酸 素 減 圧
ヘ リ ウ ム 混 合 ガ ス
■障害物対応（岩盤・転石） ■脚付きケーソン（複合ケーソン）入函管理システム
入函管理システム エレベーター マンロック内エレベーター
ヘリウム集合装置 酸素ボンベ集合装置 医療用酸素 ヘリウムガス混合設備避難訓練・安全教育・安全設備
照明設 備
函内照明設備（蛍光灯）13 14 丸 十 工 業 株 式 会 社
騒音対策
緊急避難用空気呼吸器有毒ガス対策
函内排気用装置管理・環境
沈下促進
品質管理
施工管理
Ｈ．沈下促進の方法 Ｔ．ケーソン躯体内に水を注水す る水荷重。頂版上部に土砂を巻き 出す土砂荷重があります。その他、 圧入アンカーを併用する場合もあ ります。また、躯体にあらかじめ 配管した塩ビ管よりベントナイト 等滑材を注入する場合もあります。 Ｈ．函内の機械・機材の搬入出 Ｔ．函内で使用する機械・機材は、 すべてマテリアルロックが通る大 きさに分解可能なものを使用しま す。 Ｈ．施工管理での事例 Ｔ．周辺地盤からの漏気を防ぐた めに刃口上部にエアブロー回収用 のエキスパンドメタル等を取り付 けてそこから回収します。 Ｔ．近接既設構造物の挙動を監視 するため変位計を取り付けます。 Ｔ．躯体の垂直性を保持するため ガイドローラーを取り付けます。 Ｈ．品質管理の事例 Ｔ．遠隔操作により平板載荷試験 を行い、地上においてリアルタイ ムで荷重と沈下量の関係が確認が できます。施 工 事 例
漏気・環境対策
土砂落下防止養生ネット 排土作業時通行禁止表示 平板載荷試験 ( 地上遠隔操作） 平板載荷試験（函内） 水荷重 水荷重 土砂荷重 土砂荷重 ブリー回収装置 土砂落下防止養生ネット騒音対策
作 業 工 程
据付地盤の造成 ケーソン据付 作業室構築 躯体構築 シャフト継足し 沈下掘削 建設工事計画の届出 据付位置・地盤の確認 皿板設置 刃口設置 艤装 セントル組立 構築高さ 鉄筋・型枠・コンクリート 配置計画 鉄筋・型枠・コンクリート セントル解体 スペシャルシャフト 沈下管理、姿勢管理 掘削・沈下 気圧管理 環境対策 所定地盤 配合・打設準備 平板載荷試験 中詰コンクリート 艤装解体 支持地盤の確認 打設・養生 準備工 ロック取り外し（チェックポイント）
１．構台・築島構築 ２．築島盛土 ３．皿板設置 ４．皿板設置完了 ５．刃口金物据付 ６．刃口金物設置完了 ７．刃口鉄筋組立 ８．刃口型枠組立完了 ９．土砂セントル構築 10．スラブ下地整形完了 11．スラブ鉄筋組立 12．作業室鉄筋・型枠組立完了 13．作業室コンクリート打設 14．コンクリート打設完了 15．口開け掘削（土砂セントル） 16．口開け掘削完了 17．皿板撤去 18．艤装 19．艤装完了 20．沈下掘削 21．函内掘削状況 22．１Ｒ沈下完了 23．柱１Ｒ鉄筋・型枠組立完了 24．柱１Ｒコンクリート打設 25．柱１Ｒ沈下掘削 26．柱２Ｒ鉄筋・型枠組立完了 27．柱２Ｒコンクリート打設 28．柱２Ｒ沈下掘削 29．沈下完了 30．掘削機解体 31．平板載荷試験 32．中詰めコンクリート打設 33．艤装解体 34．艤装解体完了 35．送気管中詰め 36．ケーソン工完了17 18 丸 十 工 業 株 式 会 社
関 連 法 令
高圧則等関連法規抜粋
有資格関係 (1) ずい道等救護技術管理者 (0.1MPa 以上 ) 法 25 の 2 (2) 免許 法 72 ①高圧室内作業主任者 法 14, 高 10 ②クレーン運転免許 (5t 以上 ) 法 61, ク 68,108, 令 20 (3) 技能講習 法 76 ①酸素欠乏危険作業主任者 法 14, 酸 11 (4) 特別教育 法 59, 則 36 ①高圧室内作業 ②送気調節係 ③加減圧係 ④救急再圧係 ⑤コンプレッサー運転 ⑥酸欠危険作業 井戸等の調査 酸 24 (1) 半径 1km 以内 (2) 空気漏出、酸素濃度 (3) 関係者に通告 (4) 立入禁止措置 設備の点検 高 22 送気 , 排気管 , 各バルブ , コック 毎日 通話装置 毎日 コンプレッサー及び自動警報装置 毎週 コンプレッサー冷却装置 毎日 圧力計 毎月 空気清浄器 毎月 電路 毎月 再圧室 高 45 毎月 函内掘削機 社規 毎日 クレーン ク 78 作業開始 再圧室設備 (0.1MPa) 以上の場合 令 13 の 31 , 高 42 救急再圧員 高 11 連絡 ( 電話、ブザー ) 高 44 冷房・暖房設備 高 22 避難用具等 高 7 の 4 救護用具等 則 24 の 2 (1) 空気呼吸器 (2) 繊維ロープ (3) はしご (4) 安全帯 (5) 懐中電灯 建設工事計画書 法－ 88 圧気工法作業摘要書 則 88,89 の 2,90,91 高気圧業務への就業禁止 高 41 (1) 減圧症その他の障害による後遺症者 (2) 肺結核その他呼吸器系の疾病者 (3) 貧血症 , 高血圧症その他循環器系の疾病者 (4) アルコール中毒 , 神経痛その他精神神経の疾病者 (5) メニエル氏病 , 中耳炎その他耳の疾病者 (6) 関節炎 , リウマチその他運動器の疾病者 (7) ぜんそく , アレルギーその他栄養の疾病者 クレーン関係 クレーン設置届 法 88、ク .5 クレーン設置報告書 ク .11（検査証有効期間 2 ヶ年） 組立解体 , 作業指揮者選任 ク .33,118 1 ヶ月以内 1 回定期自主検査 ク .35,77 1 ヶ年以内 1 回定期自主検査 ク .34,76 標識 関係者以外立入禁止 高 13,43 信号表 ( 気閘室内外 , 作業室 , 送気調節室運転室 , 再圧室 ) 高 21 加圧、減圧表 0.08MPa/ 分 高 14,18 入函者火気持込み禁止 高 25 の 2,46 入函者氏名板設置等 高 10 携行器具 高 26 (1) 携帯式の圧力計 (2) 懐中電灯 (3) 有害ガスの測定器具 (4) 信号用器具 凡 例 法：労働安全衛生法 令：労働安全衛生法施行令 則：労働安全衛生規則 高：高圧気作業衛生規則 酸：酸素欠乏症防止規則 ク：クレーン等安全規則 ボ：ボイラー及び圧力容器安全規則 社規：社内規定 急激沈下防止 則 376 (1) 沈下関係図 (2) 掘削の方法 (3) 載荷の量 (4) 刃口から天井までの 高さ 1.8m 以上 火傷等の防止 高 25 の 2 (1) 火気源の持ち禁止 (2) ガード付電灯 (3) 溶接等の作業の制限 健康診断 (1) 雇入れ時 法 66、則 43 (2) 特殊健康診断 (6 ヶ月以内毎 ) 高 38 (3) 健康診断の結果報告 法 100、高 40 設備 圧力計 (1 目盛 0.02MPa 以下 ) 高 7 携帯式圧力計 高 7 連絡設備 高 21 (1) 電話電鈴 (2) 点打 ( 信号表掲示 ) 照明 20 ルクス ( 気閘室 ) 高 20 照明設備 則 604 温度 10 ﾟ C 以下保温用具設備 高 20 換気設備 酸 5, 則 377 種類 抑制値 ％ PPM kPa(kgf/cm2) 酸素 18 0.5 (0.005) 高 16 炭酸ガス 0.5 一酸化炭素 50 硫化水素 10 メタンガス 1.5 酸素濃度測定 酸 11 視人 酸 13 分電盤 予備発電機 予備コンプレッサー 受電設備 コンプレッサー ドレンセパレーター 冷却水装置 （クーリングタワー） ホスピタルロック 圧力調整器 管理室・遠隔操作室 レシーバータンク 清浄機 マンロック 非常灯 照明 函内掘削機 逆止弁 函内カメラ クローラークレーン 土砂ホッパー ダンプトラック ガス検知器 傾斜表示装置 マテリアルロック 消音器 アースバケット 連絡 高 21 電話 , ブザー レシーバー 最高使用圧力標示 ボ 87 安全弁 ボ 86 圧力計 異常温度自動警報装置 高 7 の 2 清浄器 高 5 圧力計 高 7 信号表 マンロック 自記記録圧力計 高 20 の 2 0.1MPa 以上 気閘室 高 3 0.6m3/1 人 0.3m2/1 人 暖房設備 高 20 圧力計 高 7 巻過防止装置 ク 65 連絡員 高 21 連絡 高 21 電話 , ブザー 信号表 送気 , 換気及び中埋パイプ 高 6 逆止弁 高 4 ( フラッパーバルブ ) 照明 ( ガード付 ) 則 604 , 高 25 の 2 継手ボルト φ 19 × 65-90 社規 アンカーボルト φ 19 × 700 社規 連絡 高 21 電話、ブザー 信号表 掘削 H=500mm 以下 高 25 の 3 作業室気積 4m3 ／ 1 人 高 2 天井高さ H=1.8m 以上 則 376 の 2 送気量 40m3/ 人ｈ 連絡 高 21 電話 , ブザー 連絡 高 21 電話 , ブザー 連絡 高 21 電話 , ブザー 信号表 連絡 高 21 電話 , ブザー 信号表 酸素及び有害ガス測定 酸素及び有害ガス測定 ( 大気圧における容積比） ニューマチックケーソン工事（圧 気工事）における労働災害を防止 するために、「圧気ケーソン工事に 係わるセーフティー・アセスメン トに関する指針・同解説」（建設業 労働災害防止協会）を参考にして アセスメントを行う必要がありま す。 ①建設計画届のレベル（3 段階） ＜安衛法での表現＞ １．所轄労働基準監督署長への届出 １４日前 大型建設工事 ２．所轄労働基準監督署長の届出・審査 １４日前 大規模建設工事 ３．厚生労働大臣提出・審査 ３０日前 超大規模建設工事 圧気の工事（圧力０．３ＭＰａ以上） ②計画届 ( 大臣申請 ) 提出先： 厚生労働省 労働基準局 安全衛生部 安全課 建設安全対策室 ③審査フロー １．計画書の作成 作成主体 作業所 工事経験者・安全専門職の参画 店社審査会の開催・押印・計画書への添付 ２．厚生労働省・安全衛生部への説明・提出 ３．厚生労働省 担当専門官 有識者への計画書提出・良否の打診 ４．厚生労働省 担当専門官から計画作成者への是正・指導 ５．『建設計画届』公開ヒアリング （計画書受理日） 出席者 厚生労働省 安全室室長、主任審査官他 計画書提出者 作業所長他 ６．公開ヒアリング時指摘事項 計画書修正 ７．修正計画書提出後 公文書にて最終指摘・是正事項指示 ８．上記公文書回答記載・提出・受理 完了 ・・ 以上 対応時間 約３ヶ月程度 ④書類作成時の留意点 ・具体策での計画書作成（一般論は最小限） ・現地の徹底照査に基づいた計画の記載 ・安衛法、高圧則など該当法規の理解 ・「圧気ケーソン工事に係るセーフティ・ア セスメントに関する指針」の活用本 社 〒４４２－０８７５ 愛知県豊川市佐奈川町１５番地 ＴＥＬ ０５３３－８５－８０５８ ＦＡＸ ０５３３－８９－１８０７ 新潟支店 〒９５０－０９１４ 新潟県新潟市中央区紫竹山５丁目７番２９号 ＴＥＬ ０２５－２４１－４２０５ ＦＡＸ ０２５－２４１－４２０６ 九州支店 〒８９３－００２６ 鹿児島県鹿屋市祓川町５３１３番地 ＴＥＬ ０９９４－４３－３５２７ ＦＡＸ ０９９４－４３－３４１５ 富岡機材センター 〒４４１－１３３５ 愛知県新城市富岡字東門沢８１－１０ ＴＥＬ ０５３６－２６－０４３６ ＦＡＸ ０５３６－２６－０４３６
