JP5612980B2

JP5612980B2 - 水中掘削装置および水中掘削方法

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Publication number: JP5612980B2
Application number: JP2010213191A
Authority: JP
Inventors: 剛小倉; 輝道秦; 山口　功; 功山口; 栄世岩村; 真一神田
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2010-09-24
Filing date: 2010-09-24
Publication date: 2014-10-22
Anticipated expiration: 2030-09-24
Also published as: JP2012067513A

Description

本発明は、水中掘削装置および水中掘削方法に関するものである。

従来、水中で水底の地盤を掘削する方法として、（１）ダイバーが目視で確認を行いながら、水中バックホウを操作して掘削する方法があった。また、（２）海底地盤に据え付けた作業台上を移動可能なガイドポールを海底地盤に押し付け、ガイドポールに取り付けたロードヘッダで海底地盤を掘削し、掘削が完了すると、ガイドポールを海底地盤から縁切りし、次の掘削位置に移動させて掘削を繰り返す方法があった（例えば、特許文献１参照）。

さらに、（３）水上に係留した作業船に設けられた開口部から移動手段である昇降ウインチ等でリーダを水中に延出し、固定ウインチでリーダの位置を固定し、リーダに沿って水中に吊り降ろした掘削手段で水底地盤を掘削する方法があった（例えば、特許文献２参照）。

特開平１０−２５２０７９号公報特開２００２−１４７１５７号公報

しかしながら、（１）の方法は、潜水作業が必要であり、危険であった。また、水深や水質によって、目視による確認が困難な場合があった。（２）、（３）の方法は、潜水作業による危険はないが、掘削する地盤の水深が深い場合や地盤が固い場合、ガイドポールやリーダの位置決め時や掘削手段による地盤の掘削時に、ガイドポールやリーダの姿勢を垂直に維持できない可能性があった。また、（２）の方法は、作業台を海底地盤に据え付けるため、作業台の移動が容易でないという問題があった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的とすることは、掘削する地盤の水深が深く、地盤が固い場合にも、安全かつ確実に広範囲の水底地盤を掘削できる水中掘削装置および水中掘削方法を提供することである。

前述した目的を達成するために、第１の発明は、水面に設置された作業台船と、前記作業台船に設置されたパイプケーシング把握・駆動装置と、前記パイプケーシング把握・駆動装置に保持されて水中に延出するパイプケーシングと、前記パイプケーシングの下部に設置されたショベルおよびブレーカと、を具備することを特徴とする水中掘削装置である。

作業台船には、係留索を巻込んだウインチが設置され、係留索の端部は固定用アンカに固定されることが望ましい。係留索の端部を固定用アンカに固定し、ウインチによって係留索の巻き出し・巻き込みを行なうことにより、作業台船を容易に移動および係留させることができ、広範囲の水底掘削が可能となる。

第１の発明では、例えば、ショベルとブレーカとは、パイプケーシングの軸心に対して対称な箇所に設置される。ショベルとブレーカとをパイプケーシングの軸心に対して対称な箇所に設置し、一方で地盤を掘削する際に他方をずれ止めとして地盤に固定することにより、それぞれの使用時に互いに反力を受けることができ、安定した掘削作業が可能となる。

第２の発明は、水面に設置された作業台船と、前記作業台船に設置されたパイプケーシング把握・駆動装置と、前記パイプケーシング把握・駆動装置に保持されて水中に延出するパイプケーシングと、を具備し、前記パイプケーシングの下部に、少なくともショベルが設置され、前記パイプケーシングの下部に設けられた土砂取込口から前記パイプケーシングの内部に取り込まれた掘削土砂を、前記パイプケーシングの内空を利用して排出する排出装置をさらに具備することを特徴とする水中掘削装置である。パイプケーシングの内空を利用して掘削土砂を排出することにより、排出中に土砂が水中に散乱することがなく、土砂を確実に排出できるとともに、水の汚濁を防止できる。

第３の発明は、水面に設置された作業台船と、前記作業台船に設置されたパイプケーシング把握・駆動装置と、前記パイプケーシング把握・駆動装置に保持されて水中に延出するパイプケーシングと、を具備し、前記パイプケーシングの下部に、少なくともショベルが設置され、前記パイプケーシングの位置を把握するための第１の計測手段と、前記パイプケーシングの水中への延出長さを計測するための第２の計測手段と、前記パイプケーシングに設けられた、前記パイプケーシングの傾きを計測するための第３の計測手段と前記ショベルに設けられた、前記ショベルの姿勢を計測するための第４の計測手段と、をさらに具備し、前記位置と前記延出長さと前記傾きとから、前記パイプケーシングの下部に設置された前記ショベルの位置を把握するとともに、前記ショベルの姿勢から、掘削位置および水底状態を把握可能であることを特徴とする水中掘削装置である。

第１から第３の発明では、水中に延出するパイプケーシングの下部にショベルおよびブレーカ、または少なくともシャベルが設置され、必要に応じて、各種の計測手段を用いて、ショベルの位置や掘削位置および水底状態が把握される。このような掘削装置を用いることにより、掘削する地盤の水深が深く、地盤が固い場合にも、安全かつ確実に水底地盤を掘削できる。

第４の発明は、水面に設置された作業台船に設置されたパイプケーシング把握・駆動装置と、前記パイプケーシング把握・駆動装置に保持されて水中に延出するパイプケーシングと、前記パイプケーシングの位置を把握する第１の計測手段と、前記パイプケーシングの水中への延出長さを計測するための第２の計測手段と、前記パイプケーシングの傾きを計測するための第３の計測手段と、前記パイプケーシングの下部に設置された、姿勢を計測するための第４の計測手段を有するショベルと、前記作業台船に設置され、固定用アンカに固定された係留索の巻出し・巻込みを行なうウインチと、を具備する水中掘削装置を用い、前記第１の計測手段を用いて前記パイプケーシングの位置を把握する工程（ａ）と、前記第２の計測手段を用いて前記パイプケーシングの水中への延出長さを、前記第３の計測手段を用いて前記パイプケーシングの傾きを計測しつつ、前記パイプケーシング把握・駆動装置を用いて前記パイプケーシングを水中に垂直に延出する工程（ｂ）と、前記パイプケーシングの下端を水底に設置する工程（ｃ）と、前記第４の計測手段を用いて計測した前記ショベルの姿勢から掘削位置および水底状態を把握しつつ、前記ショベルで水底を掘削する工程（ｄ）と、前記パイプケーシング把握・駆動装置を用いて前記パイプケーシングを引き上げ、前記ウインチを用いて前記係留索の巻出し・巻込みを行なって前記作業台船を移動させる工程（ｅ）と、を具備することを特徴とする水中掘削方法である。

第２の発明では、水中に延出したパイプケーシングの下端を水底に設置し、パイプケーシングの下部に設置されたショベルまたは／およびブレーカで水底を掘削する。このとき、各種の計測手段を用いて、ショベルの位置や掘削位置および掘削形状を把握する。第２の発明によれば、パイプケーシング先端が水底に貫入するため、位置ずれを生じることがないため、掘削する地盤の水深が深く、地盤が固い場合にも、安全かつ確実に水底地盤を掘削できる。また、作業台船が移動可能であるため、広範囲の水底を順次掘削することが可能である。

本発明によれば、掘削する地盤の水深が深く、地盤が固い場合にも、安全かつ確実に広範囲の水底地盤を掘削できる水中掘削装置および水中掘削方法を提供できる。

水中掘削装置１の立面図水中掘削装置１の水平方向の断面図水底２５を掘削する工程を示す図掘削土砂を排出する工程を示す図

以下、図面に基づいて、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は、水中掘削装置１の立面図を示す。図２は、水中掘削装置１の水平方向の断面図を示す。図２は、図１に示す矢印Ａ−Ａによる断面図である。

図１、図２に示すように、水中掘削装置１は、台船３、パイプケーシング把握・駆動装置５、パイプケーシング７、ショベル９、ブレーカ１１、クレーン２１、ハンマグラブ２３、係留索２７、ウインチ３５、固定用アンカ３７等で構成される。

台船３は、水面に設置された作業台船である。台船３は、例えば、台船３ａと台船３ｂとからなる。パイプケーシング把握・駆動装置５は、台船３ｂに設置される。パイプケーシング７は、上端付近がパイプケーシング把握・駆動装置５に保持される。パイプケーシング把握・駆動装置５は、パイプケーシング７の水中への延出および引き上げや、パイプケーシング７の回転を行なう。

ショベル９、ブレーカ１１は、パイプケーシング７の下部に設置される。ショベル９、ブレーカ１１は、土砂取込口１３の上方の部分に設置される。ショベル９とブレーカ１１とは、パイプケーシング７の軸心１８に対して対称な箇所に設置される。

クレーン２１およびハンマグラブ２３は、排出装置である。パイプケーシング７の下部に設けられた土砂取込口１３からパイプケーシング７の内部に取り込まれた掘削土砂は、クレーン２１に吊るしたハンマグラブ２３をパイプケーシング７内に上げ下ろしすることにより、排出される。

ウインチ３５は、例えば、台船３ａ、台船３ｂの隅部付近に固定される。ウインチ３５には、係留索２７の一端が巻き込まれる。固定用アンカ３７は、岸辺に固定される。係留索２７の他端は固定用アンカ３７に固定される。

パイプケーシング把握・駆動装置５には、ＧＰＳ１５が設けられる。ＧＰＳ１５は、パイプケーシング７の位置を把握するための第１の計測手段である。パイプケーシング把握・駆動装置５には、長さ計測装置１６が設けられる。長さ計測装置１６は、パイプケーシング７の水中への延出長さを計測するための第２の計測手段である。

パイプケーシング７の長さ方向の中央付近には、傾斜計１７が設けられる。傾斜計１７は、パイプケーシング７の傾きを計測するための第３の計測手段である。ショベル９には、センサ１９が設けられる。センサ１９は、ショベル９の姿勢を計測するための第４の計測手段である。ショベル９は、アーム部１０に複数の節３３を有し、センサ１９は、例えば、ショベル９を動作させる複数の油圧シリンダの伸縮長をそれぞれ把握し、それぞれの節３３の角度を把握する。

次に、水中掘削装置１を用いて水底２５の地盤を所定の形状に掘削する方法について説明する。図１は、水中掘削装置１の位置決めを行う工程を示す。図１に示す工程では、ＧＰＳ１５を用いてパイプケーシング７の位置を把握しつつ、ウインチ３５を用いて係留２７の巻き出し・巻き込みを行ない、掘削位置の上方に台船３ｂを誘導する。そして、台船３ｂの位置を確定し、図２に示すように、ウインチ３５に巻き込まれた係留策２７の端部を固定用アンカ３７に連結し、台船３ｂの位置を固定する。

台船３ｂの位置が確定した後、台船３ａを作業しやすい位置に設置する。そして、図２に示すように、ウインチ３５に巻き込まれた係留策２７の端部を固定用アンカ３７に連結し、台船３ａの位置を固定する。

次に、ショベル９およびブレーカ１１を取り付けたパイプケーシング７をパイプケーシング把握・駆動装置５で保持し、傾斜計１７を用いてパイプケーシング７の傾きを計測しつつ、パイプケーシング７を水中に垂直に延出する。

パイプケーシング７は、複数の部材からなる。パイプケーシング７は、パイプケーシング把握・駆動装置５の上方で部材を継ぎ足しつつ、水中に延出される。パイプケーシング７を水中に延出する際には、長さ計測装置１６を用いてパイプケーシング７の水中への延出長さを計測する。長さ計測装置１６では、パイプケーシング７の継数や、パイプケーシング７に所定間隔に設けられた目盛から長さを把握してもよく、エンコーダ等で送り長さを把握してもよい。

図３は、水底２５を掘削する工程を示す図である。図３に示す工程では、まず、パイプケーシング７の上端の位置、パイプケーシング７の水中への延出長さ、パイプケーシング７の傾きから、パイプケーシング７の下端２９の位置（深さ）を把握し、パイプケーシング７の下端２９を水底２５に貫入して設置する。パイプケーシング７は、下端２９に例えば掘削刃（図示せず）を有する。パイプケーシング７は、この掘削刃等を回転して下端２９を水底２５に貫入する。

次に、矢印Ｂに示すようにパイプケーシング７を回転しつつ、ブレーカ１１で、水底２５の岩盤掘削箇所３１の岩盤を破砕する。このとき、必要に応じて、ショベル９の先端を水底２５に固定し、ずれ止めとする。また、パイプケーシング７を回転しつつ、ショベル９で、水底２５の岩盤掘削箇所３１の地盤を掘削する。このとき、必要に応じて、ブレーカ１１の先端を水底２５に固定し、ずれ止めとする。ショベル９とブレーカ１１とは、パイプケーシング７の軸心１８に対して対称な箇所に設置されているため、有効に反力を得ることができる。

岩盤掘削箇所３１の地盤の掘削中にパイプケーシング７の下端２９の位置がずれた場合、傾斜計１７によりパイプケーシング７の傾きを計測することにより、位置ずれを把握できる。この場合、パイプケーシング７を再設置するか、台船３を移動させてパイプケーシング７を垂直にすれば良い。

岩盤掘削箇所３１を掘削する際には、センサ１９を用いて計測したショベル９の姿勢から、掘削した深さや水底２５の凹凸の状態等を把握し、岩盤掘削箇所３１が平坦に均されたことを確認する。把握された水底２５の掘削状態は、台船３上に表示させることもでき、岩盤掘削箇所３１の範囲全域の水底２５の状態を一目することもできる。

図４は、掘削土砂を排出する工程を示す図である。図４に示す工程では、パイプケーシング７を矢印Ｃに示すように回転しつつ、ショベル１９を用いて、パイプケーシング７の下部に設けられた土砂取込口１３からパイプケーシング７の内部に掘削土砂を取り込む。そして、クレーン２１に吊り下げたハンマグラブ２３をパイプケーシング７の内空に上げ下ろしすることにより、掘削土砂をパイプケーシング７の外部に排出する。

従来の通常の浚渫作業では、掘削土を排出する際に水中に土砂が散乱し、周囲の水質を低下させる場合があるが、パイプケーシング７内に土砂を取り込んで排出することにより、掘削位置付近の水を汚すことなく、掘削した土砂を確実に排出できる。

岩盤掘削箇所３１を平坦に均し、掘削土砂を排出した後、パイプケーシング把握・駆動装置５を用いてパイプケーシング７を水底２５から引き上げる。そして、必要に応じて図２に示す係留索２７の一端を固定用アンカ３７から取り外し、ウインチ３５を用いて係留索２７の巻出し・巻込みを行なって、台船３を次の作業位置に移動させる。その後、上述した各工程を繰り返し、所定の範囲の水底を所定の形状に掘削する。

本実施の形態では、水中に延出したパイプケーシング７の下端２９を水底２５に設置し、パイプケーシング７の下部に設置されたショベル９およびブレーカ１１で水底を掘削する。このとき、各種の計測手段を用いて、パイプケーシング７の位置やショベル９の姿勢を把握し、パイプケーシング７の水中への延出長さや傾きを計測する。これにより、掘削する地盤の水深が深く、地盤が固い場合にも、パイプケーシング９の下端２９の位置や掘削深さ、水底２５の状態等が把握できるため、安全かつ確実に水底地盤を掘削できる。

なお、本実施の形態では、パイプケーシング７にショベル９およびブレーカ１１を設けたが、ショベル９とブレーカ１１のいずれか一方を設置してもよい。但し、掘削土砂を土砂取込口１３からパイプケーシング７の内空に取り込む場合や、ショベル９の姿勢を把握するセンサをショベル９に取り付ける場合には、パイプケーシング７に少なくともショベル９を設ける。また、本実施の形態では、排出装置としてクレーン２１とハンマグラブ２３を用いたが、他の排土装置を用いて掘削土砂を排出してもよい。

さらに、第１から第４の計測手段は、ＧＰＳ１５、長さ計測装置１６、傾斜計１７、センサ１９に限らず、設置位置も本実施の形態で述べた位置に限らない。第１から第４の計測手段は、それぞれ、パイプケーシング７の上端付近の位置、パイプケーシング７の水中への延出長さ、パイプケーシング７の傾き、ショベル９の姿勢を把握・計測できればよい。例えば、センサ１９のかわりに複数の他のセンサをショベル９の節３３（図４）に設置して、ショベル９の姿勢を把握してもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明にかかる水底掘削装置および水底掘削方法の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………水中掘削装置
３、３ａ、３ｂ………台船
５………パイプケーシング把握・駆動装置
７………パイプケーシング
９………ショベル
１１………ブレーカ
１３………土砂取込口
１５………ＧＰＳ
１６………長さ計測装置
１７………傾斜計
１９………センサ
２１………クレーン
２３………ハンマグラブ
２５………水底
２７………係留索
２９………下端
３５………ウインチ
３７………固定用アンカ

Claims

水面に設置された作業台船と、
前記作業台船に設置されたパイプケーシング把握・駆動装置と、
前記パイプケーシング把握・駆動装置に保持されて水中に延出するパイプケーシングと、
前記パイプケーシングの下部に設置されたショベルおよびブレーカと、
を具備することを特徴とする水中掘削装置。
前記ショベルと前記ブレーカとが、前記パイプケーシングの軸心に対して対称な箇所に設置されることを特徴とする請求項１記載の水中掘削装置。
前記作業台船に、係留索を巻込んだウインチが設置され、前記係留索の端部は固定用アンカに固定されることを特徴とする請求項１または請求項２記載の水中掘削装置。
水面に設置された作業台船と、
前記作業台船に設置されたパイプケーシング把握・駆動装置と、
前記パイプケーシング把握・駆動装置に保持されて水中に延出するパイプケーシングと、
を具備し、
前記パイプケーシングの下部に、少なくともショベルが設置され、
前記パイプケーシングの下部に設けられた土砂取込口から前記パイプケーシングの内部に取り込まれた掘削土砂を、前記パイプケーシングの内空を利用して排出する排出装置をさらに具備することを特徴とする水中掘削装置。
水面に設置された作業台船と、
前記作業台船に設置されたパイプケーシング把握・駆動装置と、
前記パイプケーシング把握・駆動装置に保持されて水中に延出するパイプケーシングと、
を具備し、
前記パイプケーシングの下部に、少なくともショベルが設置され、
前記パイプケーシングの位置を把握するための第１の計測手段と、
前記パイプケーシングの水中への延出長さを計測するための第２の計測手段と、
前記パイプケーシングに設けられた、前記パイプケーシングの傾きを計測するための第３の計測手段と、
前記ショベルに設けられた、前記ショベルの姿勢を計測するための第４の計測手段と、をさらに具備し、
前記位置と前記延出長さと前記傾きとから、前記パイプケーシングの下部に設置された前記ショベルの位置を把握するとともに、前記ショベルの姿勢から、掘削位置および水底状態を把握可能であることを特徴とする水中掘削装置。
水面に設置された作業台船に設置されたパイプケーシング把握・駆動装置と、
前記パイプケーシング把握・駆動装置に保持されて水中に延出するパイプケーシングと、
前記パイプケーシングの位置を把握する第１の計測手段と、
前記パイプケーシングの水中への延出長さを計測するための第２の計測手段と、
前記パイプケーシングの傾きを計測するための第３の計測手段と、
前記パイプケーシングの下部に設置された、姿勢を計測するための第４の計測手段を有するショベルと、
前記作業台船に設置され、固定用アンカに固定された係留索の巻出し・巻込みを行なうウインチと、
を具備する水中掘削装置を用い、
前記第１の計測手段を用いて前記パイプケーシングの位置を把握する工程（ａ）と、
前記第２の計測手段を用いて前記パイプケーシングの水中への延出長さを、前記第３の計測手段を用いて前記パイプケーシングの傾きを計測しつつ、前記パイプケーシング把握・駆動装置を用いて前記パイプケーシングを水中に垂直に延出する工程（ｂ）と、
前記パイプケーシングの下端を水底に設置する工程（ｃ）と、
前記第４の計測手段を用いて計測した前記ショベルの姿勢から掘削位置および水底状態を把握しつつ、前記ショベルで水底を掘削する工程（ｄ）と、
前記パイプケーシング把握・駆動装置を用いて前記パイプケーシングを引き上げ、前記ウインチを用いて前記係留索の巻出し・巻込みを行なって前記作業台船を移動させる工程（ｅ）と、
を具備することを特徴とする水中掘削方法。