(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
捨石を水底に投入して所望する堆積形状の捨石群を形成する捨石投入システムであって、
上端から流し込まれた捨石を水底に投入するトレミー管と、
投入時の前記トレミー管の下端高さと投入間隔と投入量とを決定する投入シミュレート装置と、
前記トレミー管の位置を測定する測位装置と、
前記捨石群の堆積形状を測量する測量装置とを備え、
前記トレミー管は、円筒状の基管とその基管に沿って上下方向に移動するスライド管とを有し、前記スライド管は中央滑車装置とその両側に設けられる側方滑車装置とによって吊り下げられ、ＧＰＳ受信機による前記トレミー管の上端高さの測量値と、前記トレミー管の長さと、トレミー管に取り付けられた傾斜計の傾斜量に基づいて、前記中央滑車装置及び前記側方滑車装置を作動させることによって、前記投入シミュレート装置にて決定された下端高さに調整され、所望する堆積形状に高精度に近似する捨石群を構築することを特徴とする捨石投入システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水底トンネル用の沈埋函を設置したり、防波堤を設置したりする際の基礎となる捨石マウンドを水底に構築する際の捨石投入システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、海底などに捨石で基礎を構築し、その上に沈埋函や防波堤を設置して水中構造物を構築するために、捨石を水上から投入する方法が知られている（特許文献１，２など参照）。
【０００３】
例えば、特許文献１では、効率的に捨石を投入するために、大量に捨石を投入可能な開口とトレミー管とを併用して捨石の投入をおこなっている。
【０００４】
また、特許文献２には、曳航時に横方向に寝かせた状態で運搬可能なように浮体を取り付けたトレミー管が開示されている。
【特許文献１】特開２００７−６３９５９号公報
【特許文献２】特許第２６８９２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１，２に開示された捨石の投入方法では、トレミー管などで投入した捨石の形状をソナーなどで測定して確認しながら投入を続ける方法であり、計画的な施工が難しい。
【０００６】
また、トレミー管で捨石を投入する際には、水底近くで投入する方が汚濁の発生が起き難く好ましいが、捨石を投下する高さによって散乱の程度が異なり、所望する位置に、所望する量の捨石を投入するという制御が難しい。
【０００７】
そこで、本発明は、水底に投入される捨石群の堆積形状を高精度に管理できる捨石投入システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的を達成するために、本発明の捨石投入システムは、捨石を水底に投入して所望する堆積形状の捨石群を形成する捨石投入システムであって、上端から流し込まれた捨石を水底に投入するトレミー管と、投入時の前記トレミー管の下端高さと投入間隔と投入量とを決定する投入シミュレート装置と、前記トレミー管の位置を測定する測位装置と、前記捨石群の堆積形状を測量する測量装置とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記トレミー管は、任意の長さに調整可能な無段伸縮機構を備えているのが好ましい。
【００１０】
また、前記測位装置として、前記トレミー管の上端に取り付けたＧＰＳ受信機による前記トレミー管の上端高さの測量値と、前記トレミー管の長さと、トレミー管に取り付けられた傾斜計の傾斜量に基づいて、前記中央滑車装置及び前記側方滑車装置を作動させることによって、前記投入シミュレート装置にて決定された下端高さに調整され、所望する堆積形状に高精度に近似する捨石群を構築する。
【００１１】
さらに、本発明の捨石の投入方法は、トレミー管を使用して捨石を水底に投入し、所望する形状の捨石群を形成する捨石の投入方法であって、投入時の前記トレミー管の下端高さと投入間隔と投入量とを決定する予測工程と、前記トレミー管を前記予測工程で決定した位置に配置する配置工程と、前記トレミー管の上端から捨石を流し込んで水底に投入する投入工程と、前記投入工程によって投入された捨石による捨石群の堆積形状を測量する測量工程とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
このように構成された本発明の捨石投入システムは、捨石の投入に使用するトレミー管の下端高さと投入間隔と投入量から、実際に捨石を投入した際の捨石群の堆積形状を予測し、その予測が実現されるようにトレミー管の位置合わせをして捨石の投入をおこなう。
【００１３】
このため、投入される捨石群の堆積形状を高精度に管理することができる。また、予めシミュレーションすることによって、トレミー管の投入間隔や投入量が決められているので、投入時の調整が少なくてすみ、作業効率が良い。
【００１４】
また、無段伸縮機構によってトレミー管の長さを細かく調整し、所望する位置にトレミー管の下端高さを配置することができるので、正確にシミュレーションで決めた設定に合わせることができる。
【００１５】
さらに、トレミー管の上端にＧＰＳ受信機を取り付けることで、リアルタイムにトレミー管の座標を確認しながらシミュレーション通りの施工をおこなうことができる。
【００１６】
また、本発明の捨石の投入方法では、所望する形状の捨石群を形成するためのトレミー管の下端高さと、投入間隔と、投入量とを予測工程において決めておき、その決定した位置にトレミー管を配置して、決められた量の捨石を投入する。
【００１７】
このため、効率良い作業によって、所望する堆積形状に高精度に近似する捨石群を構築することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の最良の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１９】
図１は、本実施の形態の捨石投入システムの処理の流れを説明するフローチャート、図２は捨石Ｓの投入をおこなう作業船１の平面図、図３，４は捨石Ｓを投入するための無段階伸縮機構を備えたトレミー管２の構成を説明する側面図である。
【００２０】
まず、作業船１の構成について説明すると、この作業船１の甲板１ａには、航行時に横向きに倒したトレミー管２（図２の二点鎖線）を係留するための投入側架台１３及び支持架台１４と、捨石Ｓをトレミー管２の上端の投入口２１に流し込むための投入ホッパー１１及びベルトコンベア１２と、その投入ホッパー１１に捨石Ｓを投入する作業をおこなうためのバックホウ１７と、操作室１５と、船上から水底の地形を測量する水底測量装置としてのマルチファン測深装置６などが設置されている。
【００２１】
また、作業船１には、水底に投入された捨石Ｓを均すための遠隔作業装置としての捨石均し装置１８が搭載されており、捨石Ｓの投入が終了した後にブーム１６で吊り降ろされて、堆積した捨石群ＳＳを水底で均す作業がおこなわれる。
【００２２】
ここで、支持架台１４には、後述する無段伸縮機構を構成する側方滑車装置２６が設けられており、この側方滑車装置２６によってトレミー管２の下端側を持ち上げると、上端側が投入側架台１３に支持されたトレミー管２は、図２の２点鎖線で示すように横向きになって曳航可能な状態になる。
【００２３】
また、この投入側架台１３には、トレミー管２の投入口２１が支持されるとともに、この投入口２１まで捨石Ｓを搬送するためのベルトコンベア１２が支持されている。すなわち、このベルトコンベア１２は、斜めに設置されて下端側がトレミー管２の投入口２１に近接して配置されるとともに、上端側が投入ホッパー１１の下側開口の真下に配置される。
【００２４】
この投入ホッパー１１は、平面視矩形の漏斗で、広がった上側開口から捨石Ｓが投入されると、先細りする下側開口から捨石Ｓが排出され、ベルトコンベア１２上に捨石Ｓが落下することになる。また、この投入ホッパー１１には、起振機（図示省略）が取り付けられており、その振動によって滞りなく捨石Ｓが排出される。
【００２５】
さらに、この投入ホッパー１１の近傍には、捨石Ｓを積み上げたストックヤード１ｂが設けられており、そこからバックホウ１７によって運ばれた捨石Ｓが投入ホッパー１１に投入される。
【００２６】
一方、捨石Ｓの投入をおこなうためのトレミー管２は、図３に示すように、基管２３とその外側をスライドするスライド管２４との二重管構造となっており、水面Ｗ下でも無段伸縮機構によって任意の長さに調整可能に構成されている。
【００２７】
また、このトレミー管２の上部を構成する円筒状の基管２３は、上下方向に移動しないように固定されているとともに、その上端に漏斗状の投入口２１が設けられている。
【００２８】
さらに、この基管２３の下部を覆うように配設されるスライド管２４は、基管２３に沿って上下方向に移動するように吊り下げられるとともに、下端には捨石Ｓを排出する先端口２２が設けられている。
【００２９】
そして、このスライド管２４を吊り下げているのが無段伸縮機構であり、トレミー管２の略中央に沿って設けられる中央滑車装置２５と、その両側に設けられる側方滑車装置２６，２７とから主に構成されている。
【００３０】
この中央滑車装置２５は、複数の滑車とワイヤロープを組み合わせて構成される動滑車で、スライド管２４の上端が上部保持枠２４ａを介して中央滑車装置２５によって吊り下げられている。また、中央滑車装置２５の一部の滑車は、基管２３の上部に設けた滑車支持枠２３ａにも取り付けられている。
【００３１】
また、側方滑車装置２６，２６も、複数の滑車とワイヤロープを組み合わせて構成される動滑車で、スライド管２４の中間部に固定された保持枠２４ｂを介してスライド管２４と連結されている。
【００３２】
このように動滑車で構成された中央滑車装置２５及び側方滑車装置２６，２７を、同期させて作動させると、スライド管２４が基管２３に沿って上下方向に移動することになる。ここで、図３は、最もスライド管２４を上方に移動させた状態を示した図で、図４は、スライド管２４を最も下方に下げた状態を示した図である。
【００３３】
このようにトレミー管２は、中央滑車装置２５及び側方滑車装置２６，２７を作動させてスライド管２４を移動させることによって、任意の長さに調整できるとともに、所望する位置に先端口２２を留めておくことができる。
【００３４】
また、このトレミー管２の上端には、ＧＰＳ受信機３が取り付けられており、トレミー管２の上端の座標がリアルタイムで計測できるようになっている。例えば、ＲＴＫ法(Real Time Kinematic method：動的干渉測位法)によってトレミー管２上端の地球座標が測定される。また、トレミー管２の傾きは、上端に取り付けられた傾斜計（図示省略）によって検出され、傾斜量と長さのデータに基づいて先端口２２の地球座標を測位することができる。
【００３５】
さらに、トレミー管２の下端には、ソナー４が取り付けられており、このソナー４から水底に向けて超音波を発信することで、水底から先端口２２までの距離を測定することができ、水底に堆積した捨石群ＳＳの堆積形状を高精度に測定することができる。
【００３６】
続いて、図５を参照しながら、本実施の形態の捨石投入システムの投入シミュレート装置について説明する。
【００３７】
この投入シミュレート装置には、入力値として水底の初期地形を入力する（ステップＳ１１）。この初期地形は、予め測量した水底の地形データを入力しても良いし、直前にソナー４によって測定したものを入力しても良い。
【００３８】
また、ここでは、初期地形の上に捨石Ｓを投入して形成される目標高さのデータも入力する。この目標高さのデータは、ファイルから設計値を読み込ませても良いし、一定値を入力しても良い。
【００３９】
続いて、トレミー管２の直径、投入高さ、砕石Ｓの粒径、その粒径や投入高さに対応する分散係数などの計算条件を入力する。この計算条件の入力は、その都度入力することもできるが、予めデータとして記憶させておいても良いし、分散係数などは粒径や投入高さに基づいて自動計算させてもよい。
【００４０】
そして、トレミー管２によって捨石Ｓの投入をおこなう投入間隔を設定する。この投入間隔は、平面座標で設定するもので、Ｘ方向に何ｍピッチかつＹ方向に何ｍピッチというように等間隔に設定したり、千鳥配置となるように設定したりすることができる。
【００４１】
続いて、捨石Ｓの投入量を決定する（ステップＳ１２）。この投入量は、任意に設定することもできるが、初期地形と目標高さの差から自動計算させてもよい。
【００４２】
そして、これらの計算条件に基づいてシミュレーションを実行し、捨石堆積形状を計算する（ステップＳ１３）。
【００４３】
このようにして計算された捨石堆積形状（予測出来型）は、モニタに表示される（ステップＳ１４）。図６（ａ）は、堆積した捨石群ＳＳの平面コンター図を例示したものであり、図６（ｂ）は、堆積高さの縦断面図を例示したものである。
【００４４】
この図６（ａ）に等間隔で示されたＸ印は、トレミー管２の先端口２２の平面座標位置、すなわち先端位置５１を示す。また、その先端位置５１に一部重なる捨石コンター５２は、捨石Ｓの高さを等高線で示したもので、それぞれ中心の円に近づくほど高くなっていることがわかるように例えば色分けして表示される。
【００４５】
また、図６（ｂ）は、Ｙ方向のある位置の断面（縦断面）を示しており、堆積高さ（実線）として捨石群ＳＳの連山が波状に表示されている。ここでは、一点鎖線で初期地形が表示されており、二点鎖線で目標高さが表示されている。なお、捨石Ｓを投入しただけでは、堆積高さは目標高さより高い山の部分もあるが、それを下回る谷の部分もある。この山で谷が埋まる位置に目標高さがあれば、捨石群ＳＳを均すことによって目標高さに近づけることができる。また、平面的は捨石群ＳＳの分散程度は、図６（ａ）の平面コンター図で確認できる。
【００４６】
そして、このような予測出来型を見て、所望する出来型になっていなければ、投入間隔や投入量などを変更して、所望する出来型になるまで、シミュレーションを繰り返せばよい。
【００４７】
一方、図７は、実際に捨石Ｓを投入する作業を説明する図である。ここで、図７（ａ）は、上方から見た平面図であり、図７（ｂ）は図７（ａ）のＩ−Ｉ矢視方向から見た側面図である。
【００４８】
この図７は、海底に沈埋函体を沈設するために水底地盤を掘削して谷状のトレンチ部Ｔを形成し、その谷底に沿って捨石Ｓを投入して捨石群ＳＳを形成する作業状況を示している。なお、この捨石Ｓの投入後に均し作業がおこなわれ、平らになった捨石群ＳＳの上に沈埋函体が設置される。
【００４９】
捨石Ｓの投入作業をおこなう際には、図７（ａ）に示すように、捨石Ｓを運搬する捨石運搬船１０が作業船１に横付けされており、そこに積載された捨石Ｓをクラムシェル付きクローラクレーン１９で作業船１のストックヤード１ｂに移す。
【００５０】
そして、作業船１のバックホウ１７で捨石Ｓを投入ホッパー１１まで運び、図７（ｂ）に示すようにトレミー管２の下端からトレンチ部Ｔに向けて捨石Ｓを投入する。
【００５１】
次に、図１を参照しながら、本実施の形態の捨石投入システムの処理の流れについて説明する。
【００５２】
まず、予測工程として、ステップＳ１において上述した投入シミュレート装置によって、投入シミュレーションをおこなう。この投入シミュレーションによって、トレミー管２の先端口２２の高さである投入高さ、投入間隔、投入量が決定する（ステップＳ２）。
【００５３】
続いて、配置工程として、図７（ａ）に示すように作業船１を所定の位置に移動させて、トレミー管２の平面位置を設定する（ステップＳ３）。このトレミー管２の平面位置が合っているかどうかは、トレミー管２の上端に取り付けられたＧＰＳ受信機３による位置測量により、操作室１５でモニタを見ながら確認することができる。
【００５４】
また、トレミー管２の先端口２２の高さ調整は、図３，４に示すように中央滑車装置２５及び側方滑車装置２６，２７を作動させることによって、シミュレーションで決定した高さに正確に合わせることができる。ここで、先端口２２の高さは、ＧＰＳ受信機３によるトレミー管２の上端高さの測量値と、トレミー管２の長さと、トレミー管２の上端に取り付けられた傾斜計（図示省略）の傾斜量などから算出することができる。
【００５５】
このようにして位置合わせされたトレミー管２から、投入工程として捨石Ｓを投入する（ステップＳ４）。この捨石Ｓの投入は、作業船１を移動させながらシミュレーションで決定された投入間隔でトレミー管２を移動させておこなう。
【００５６】
また、この捨石Ｓの投入作業中は、ソナー４によって水底の地形、すなわち投入された捨石Ｓの高さを測定し、予測した通りの堆積形状になっているかの確認をおこなう（ステップＳ５）。
【００５７】
そして、シミュレーションをおこなった範囲への捨石Ｓの投入が終了して捨石群ＳＳが形成された後に、測量工程として、その捨石群ＳＳの堆積形状をマルチファン測深装置６によって測量し、予測形状と一致するかを確認する（ステップＳ６）。なお、予測形状と一致しない部分で投入不足の個所があれば、トレミー管２をその場所まで移動させて、ピンポイントで捨石Ｓの追加投入をおこなうことができる。
【００５８】
また、このようにして捨石Ｓの投入が終了した後に、作業船１に搭載された図２に示すような遠隔操作式の捨石均し装置１８を、ブーム１６で吊り下げて水底の捨石群ＳＳの上に設置し、均し作業をおこなう。
【００５９】
次に、本実施の形態の捨石投入システムの作用について説明する。
【００６０】
このように構成された本実施の形態の捨石投入システムは、捨石Ｓの投入に使用するトレミー管２の先端口２２高さと投入間隔と投入量から、実際に捨石Ｓを投入した際の捨石群ＳＳの堆積形状を予測し、その予測した捨石群ＳＳの堆積形状となるようにトレミー管２の位置合わせをして捨石Ｓの投入をおこなう。
【００６１】
このため、高精度に投入する捨石Ｓの堆積形状を管理することができる。また、予めシミュレーションすることによって、トレミー管２の投入間隔や捨石Ｓの投入量が決められているので、投入時はその決められた位置への位置合わせをおこなって投入を繰り返せばよく、出来型の確認と投入を逐次繰り返す場合に比べて調整が少なくてすみ、作業効率が良い。
【００６２】
また、無段伸縮機構によってトレミー管２の長さを調整し、所望する位置にトレミー管２の先端口２２高さを配置することができるので、正確にシミュレーションで決めた設定に合わせることができる。すなわち、長さ調整が段階的ではなく、無段で調整できる構成であれば、シミュレーションで決定された先端口２２の高さと同じ高さに合わせて予測に近い結果を得ることができる。
【００６３】
さらに、トレミー管２の上端にＧＰＳ受信機３を取り付け、下端にソナー４を取り付けることで、リアルタイムにトレミー管２の座標を確認することができるうえに、水底に近い位置のソナー４によって捨石の高さを高精度で確認しながら施工をおこなうことができる。
【００６４】
以上、図面を参照して、本発明の最良の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００６５】
例えば、前記実施の形態では、無段伸縮機構を備えたトレミー管２について説明したが、これに限定されるものではなく、段階的に長さを調整するトレミー管を使用した場合は、それに合わせてシミュレーションをおこなえばよい。
【００６６】
また、前記実施の形態では、トレミー管２の下端に水底地形を測定するソナー４を設けた場合について説明したが、これに限定されるものではなく、水深が浅い場合などは作業船１に取り付けたマルチファン測深装置６によって捨石Ｓの高さを測定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本発明の最良の実施の形態の捨石投入システムの処理の流れを説明するフローチャートである。
【図２】作業船の構成を示す平面図である。
【図３】縮めた状態のトレミー管の構成を説明する側面図である。
【図４】伸ばした状態のトレミー管の構成を説明する側面図である。
【図５】投入シミュレート装置の処理の流れを説明するフローチャートである。
【図６】（ａ）は投入シミュレーションの結果を表示する平面コンター図、（ｂ）は投入シミュレーションの結果を表示する縦断面図である。
【図７】（ａ）は捨石投入作業の作業状況を説明する平面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視方向から見た側面図である。
【符号の説明】
【００６８】
Ｓ            捨石
ＳＳ          捨石群
Ｗ            水面
２            トレミー管
２１          投入口（上端）
２２          先端口（下端）
２５          中央滑車装置（無段伸縮機構）
２６，２７    側方滑車装置（無段伸縮機構）
３            ＧＰＳ受信機
【図１】
0005468725.tif 000002
【図２】
0005468725.tif 000003
【図３】
0005468725.tif 000004
【図４】
0005468725.tif 000005
【図５】
0005468725.tif 000006
【図６】
0005468725.tif 000007
【図７】
0005468725.tif 000008