(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業船に立設されたリーダーマストと、
前記リーダーマストに沿って昇降自在に設けられたケーシングパイプと、
前記ケーシングパイプの先端側に固設され、水中障害物を破砕するための破砕部材と、
前記ケーシングパイプの頭部側に固設され、前記破砕部材に打撃力を与えるためのバイブロハンマーと、を有しており、
前記破砕部材は、
前記ケーシングパイプの先端に取り付けられる円筒部と、
前記円筒部の下端側において間隔をあけて突設された複数本のチゼルと、
前記複数本のチゼルの間に設けられたブレードと、
を有することを特徴とする水中障害物破砕装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水中障害物破砕装置を具備する地盤改良船を用いて、水中障害物を破砕する方法であって、
ケーシングパイプの先端に、水中障害物を破砕するための破砕部材を取り付け、
ケーシングパイプを降下させて、その先端の破砕部材を水中障害物に突き当て、
バイブロハンマーによる打撃力で前記水中障害物を打撃破砕する、ことを特徴とする水中障害物破砕方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水中に没したケーソンや防波堤などの水中障害物を破砕する装置及び方法に関するものであり、具体的には、ＳＣＰ船やＳＤ船などの地盤改良船が装備するケーシングパイプ先端に破砕部材を取り付けて水中障害物を破砕するための装置及び方法に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
平成２３年３月１１日の東北地方太平洋沖地震で発生した津波の影響で、港湾部では防波堤が破壊され、ケーソンなどの多くの大型構造物が転倒し、これらの多くが今日においても水面下に没したままとなっている。なかでも、津波の影響で押し流され水面下に没した転倒ケーソンや防波堤は、そのまま放置しておくと船舶の航行に障害となるため、これらの水中障害物を直ちに撤去し航路を確保することが緊急の課題となっている。
【０００３】
また、津波の来襲に備えて、被災地の港湾に新たなケーソンを設置し防波堤を構築するためにも、マウンドから滑動転落したケーソンや転倒したケーソンなどの水中障害物を早急に撤去する必要がある。
【０００４】
さらに、今後も我が国に発生することが想定される大規模津波に備え、転倒ケーソンなどの水中障害物が生じた場合でも、これらを低コストで迅速に撤去できる新たな災害復旧手段を早急に確立しておく必要もある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水中障害物を撤去する際の破砕手段としては、砕岩棒落下式の破砕装置や、ブレーカを具備した水中バックホウで水中障害物を破砕する手法が提案されている。しかしながら、砕岩棒落下式の破砕装置では、落下途中で潮流の影響を受けるため、破砕対象をピンポイントで破砕することが困難である。また、水中を落下する過程で砕岩棒の落下エネルギーが減衰するため、大深度の施工に対応できないといった問題がある。さらに、ブレーカを具備する水中バックホウを用いる場合でも、大深度の施工に対応できないといった問題がある。
【０００６】
上述した問題点に鑑み、本発明の目的は、砕岩棒落下式の破砕装置やブレーカ付き水中バックホウでは対応困難な大深度の施工でも対応できる水中障害物破砕装置及び水中障害物破砕方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、作業船に立設されたリーダーマストと、前記リーダーマストに沿って昇降自在に設けられたケーシングパイプと、前記ケーシングパイプの先端側に固設され、水中障害物を破砕するための破砕部材と、前記ケーシングパイプの頭部側に固設され、前記破砕部材に打撃力を与えるためのバイブロハンマーと、を有する水中障害物破砕装置によって達成される。前記バイブロハンマーは、電動式であってもよく、また油圧式であってもよい。
【０００８】
また上記目的は、バイブロハンマーを備えたケーシングパイプと、該パイプ昇降用のリーダーマストとを具備する地盤改良船を用いて、水中障害物を破砕する方法であって、ケーシングパイプの先端に、水中障害物を破砕するための破砕部材を取り付け、ケーシングパイプを降下させて、その先端の破砕部材を水中障害物に突き当て、バイブロハンマーによる打撃力で前記水中障害物を打撃破砕する、ことによって達成される。
【０００９】
また上記目的は、地盤改良船のケーシングパイプの先端に取り付けられる破砕部材によって達成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の実施に必要なリーダーマスト・ケーシングパイプ・バイブロハンマーは、ＳＣＰ船やＳＤ船などの地盤改良船であれば通常備わっている基本装備である。したがって、既存の地盤改良船のケーシングパイプに破砕部材を取り付けるだけで、地盤改良船を水中障害物破砕装置に改造することができ、また、破砕部材を取り外せば、本来の用途である地盤改良工を実施することもできる。
よって、本発明によれば、破砕専用船を新たに設計建造する場合と比較して、遥かに低コストで且つ簡単に水中障害物破砕装置を製造できる。
また、今まで地盤改良の実施にしか利用できなかった作業船が、単にケーシングパイプ先端に破砕部材を取り付けるだけで水中障害物破砕にも利用できるようになるので、既存の地盤改良船の用途が広がり、その利用価値を大幅に高めることができる。
また、既存の地盤改良船のケーシングパイプ先端に破砕部材を取り付けるだけという極めて簡易な構造なので、大規模津波によるケーソンの転倒などが生じた場合でも、低コストで迅速な対応が可能になり、早期の港湾整備及び災害復旧に貢献できる。
【００１１】
なお、地盤改良船を砕岩棒落下方式の破砕に利用することも検討されたが、地盤改良船のウインチをこの方式で利用するためには、砕岩棒の着地に合わせてワイヤーの繰り出しを停める必要がある。すなわち、専用のウインチが必要となり、既存の地盤改良船のウインチで対応することができない。これに対し本発明では、そのような砕岩棒落下方式を採用していないので、既存の地盤改良船のウインチをそのまま利用でき、地盤改良船を低コストで水中障害物破砕装置に改造できるといったメリットがある。
【００１２】
また本発明によれば、破砕部材はケーシングパイプ先端に固設され、また、このケーシングパイプは作業船上のリーダーマストに連結されている。したがって、破砕作業中に潮流の影響を受けても、破砕部材は流されることなく、破砕対象を確実に打撃破砕できる。
【００１３】
また、本発明の破砕装置のベースとなる地盤改良船には、通常、ケーシングパイプを側方から支えるパイプキーパー部が備わっている。すなわち、ケーシングパイプは、少なくとも、リーダーマストへの連結部とパイプキーパー部の２点（上下方向の２点）で側方支持されるので、ケーシングパイプを鉛直に又はそれに近い状態に維持できる。よって、ケーシングパイプ先端が破砕対象ポイントの真上にくるように船位を合わせるだけで、破砕部材を対象物にピンポイントで突き当てることができる。また、潜水士による位置合わせなどの潜水補助作業が不要である。
【００１４】
また、上記のようにケーシングパイプを２点で側方支持する結果、潮流の影響を受けた場合でもケーシングパイプの振れを抑制して、破砕対象の所定部位にピンポイントで突き当てることができる。
【００１５】
また、ＳＣＰ船やＳＤ船などの地盤改良船は、ケーシングパイプを複数装備しているので、大サイズの水中障害物、例えば転倒ケーソンを破砕する場合でも、対象物の複数ポイントを同時進行で破砕して急速施工で撤去することができる。
【００１６】
また、ＳＣＰ船やＳＤ船などの地盤改良船は60ｍ程度のケーシングパイプが装備可能で、しかも、このケーシングパイプに対し別の延設用ケーシングパイプを継ぎ足すことも可能であるので、砕岩棒落下式の破砕装置やブレーカ付き水中バックホウでは対応困難な大深度の施工でも、本発明の装置であれば、水中障害物をピンポイントで確実に破砕できる。
【００１７】
また、砕岩棒落下式の破砕装置を用いる場合には深度の管理が不可能であるが、本発明によれば、たとえば-20mまでの破砕といったような破砕深度管理が可能である。
【００１８】
また、地盤改良船のケーシングパイプ頭部に装備されたバイブロハンマーは、施工時に常に水面より上にあって浸水することがない。このようにバイブロハンマー自体が浸水することがないので、該バイブロハンマーに対して防水対策を施す必要がなく、また、浸水に起因する故障がなくなるので、バイブロハンマーに関してメンテナンスフリーになるといった効果がある。
【００１９】
また本発明では、施工時にバイブロハンマーが水没しないので、油圧式ハンマーは勿論のこと、電動式ハンマーを用いることもできる。また、仮に油圧式バイブロハンマーを用いる場合であっても、施工時にハンマーが水没しないので、ハンマーからの油漏れによる環境汚染を招くことがない。
【００２０】
また本発明では、作業船側のバイブロハンマーの打撃力を、ケーシングパイプを介してその先端の破砕部材へ伝搬させるようになっている。これにより、砕岩棒などを水中落下させる方式と比較して、破砕用エネルギーの減衰が少ないといったメリットがある。
【００２１】
また、本発明で利用する破砕部材については、形状の異なる複数種を用意し（例えばチゼルやブレードの数・形状・サイズなどが異なる複数種を用意し）、それぞれを着脱可能・交換可能なアタッチメントとして構成してもよい。これにより、破砕対象の性状や状況に応じて、対象物の破砕に最も適した破砕部材を選択することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の水中障害物破砕装置を示す側面図である。
【図２】本発明の水中障害物破砕装置を示す平面図である。
【図３】本発明の水中障害物破砕装置を示す正面図である。
【図４】頭部にバイブロハンマーを備え、先端に破砕部材を装着したケーシングパイプを示す正面図である。
【図５】破砕部材を示す片側断面図と、ａ−ａ線に沿った断面図である。
【図６】水中障害物である転倒ケーソンを破砕する際の施工手順を例示する図である。
【図７】破砕部材の変形例を示す片側断面図と、ｂ−ｂ線に沿った断面図である。
【図８】破砕部材の変形例を示す片側断面図と、ｃ−ｃ線に沿った断面図である。
【図９】破砕部材の変形例を示す片側断面図と、ｄ−ｄ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、地盤改良船の一例としてＳＣＰ船（サンドコンパクションパイル船）を挙げて、本発明の具体的実施形態について説明する。
なお、本発明で利用可能な地盤改良船はＳＣＰ船に限定されず、リーダーマスト・ケーシングパイプ・バイブロハンマーを備えた他の地盤改良船、例えばＳＤ船（サンドドレーン船）を用いることも可能である。
【００２４】
（水中障害物破砕装置）
はじめに、図１〜図３に基づいて、水中障害物破砕装置の概略構成を説明する。
【００２５】
本発明の水中障害物破砕装置１は、地盤改良船であるＳＣＰ船をベースとする装置である。この水中障害物破砕装置１は、破砕部材３を具備する点を除いて、ＳＣＰ工の実施に用いる一般的なＳＣＰ船とほぼ同様の構成を有している。
【００２６】
水中障害物破砕装置１はＳＣＰ船をベースとする装置であり、この破砕装置は、台船からなる作業船１２と、該作業船に立設された複数本のリーダーマスト１４と、各リーダーマストに沿って昇降自在に設けられたケーシングパイプ１６と、該ケーシングパイプの頭部側に固設された電動式バイブロハンマー１８と、ケーシングパイプの先端側に固設された破砕部材３と、ケーシングパイプを昇降動させるためのウインチ２１と、昇降動するケーシングパイプを側方から支えるパイプキーパー部２３と、作業船を破砕ポイント上に移動・セットするためのＧＰＳ式位置決めシステム（図示せず）を有している。
【００２７】
リーダーマスト１４は作業船上に立設されており、ケーシングパイプ１６を鉛直方向の上下にガイドする役割を担っている。
【００２８】
鋼管からなるケーシングパイプ１６は、図１に示すように、リーダーマスト１４に沿って昇降可能なガイドクランプ１５を介して、リーダーマスト１４に連結されている。このケーシングパイプ１６は、ＳＣＰ工法では、地盤内にパイル材を送り込む役割を担っている。本発明の水中障害物破砕方法では主として、その先端に取り付けた破砕部材３を水中破砕対象に突き当てるとともに、バイブロハンマー１８の打撃力を破砕部材３に伝える役割を担っている。このケーシングパイプ１６には、例えば本願出願人の先願発明（特開2006-214235号）の手法で、別のケーシングパイプを継ぎ足すことができる。
【００２９】
バイブロハンマー１８は電動式振動機であって、ケーシングパイプ１６の頭部にボルトで固定されている。ＳＣＰ工法ではバイブロハンマー１８を振動させてケーシングパイプ１６を地盤に貫入させる役割を担う。本発明の水中障害物破砕方法では、破砕用の打撃力をケーシングパイプ先端の破砕部材３に与える役割を担う。このバイブロハンマー１８は、施工中常に水面上にあり、ケーシングパイプ１６を最下部まで降下させた場合でも水没することはない。なお、本実施形態では一例として電動式のハンマーを用いているが、本発明で利用可能なバイブロハンマーはこれに限定されず、油圧式のハンマーであってもよい。
【００３０】
ウインチ２１は作業船１２上に固設されている。このウインチ２１から繰り出されるワイヤロープは、ケーシングパイプ頭部に固設されたバイブロハンマー１８に連結されている。ＳＣＰ工法では、改良対象地盤へケーシングパイプを撒き下げ、また、地盤に貫入させたケーシングパイプを引き抜く役割を担っている。本発明の水中障害物破砕方法では、破砕部材３を先端に備えたケーシングパイプ１６を破砕対象へ向けて降下させる役割と、引き上げる役割を担う。
【００３１】
パイプキーパー部２３は、図２に示すように、作業船１２の船首側に形成された凹部２４に設けられている。このパイプキーパー部２３は海面に通ずる挿通孔２５を有しており、該挿通孔を介してケーシングパイプ１６の昇降が行われる。パイプキーパー部２３は、ＳＣＰ工法では、ケーシングパイプを側方から支えて鉛直精度を確保する役割を担っている。本発明の水中障害物破砕方法では、破砕部材３を破砕目標に突き当てている際に、ケーシングパイプを側方から支える役割を担っている。
【００３２】
なお、パイプキーパー部２３にゴムタイヤやゴムローラーなどのパイプ振止手段を設け、該パイプ振止手段をケーシングパイプ周面に対し近接配置し、施工中におけるケーシングパイプ１６の振止を行うようにしてもよい。例えば、四方からケーシングパイプ周面を囲むように、複数のゴムタイヤをパイプキーパー部２３に設けてもよい。或いは、ケーシングパイプ周面に接する２以上のゴムローラーをパイプキーパー部２３に設けてもよい。これにより、施工中におけるケーシングパイプ１６の振れをより一層抑制でき、ケーシングパイプ先端の破砕部材３を、継続してピンポイントで破砕対象に対し突き当てることができる。
【００３３】
また、本実施形態では、図３に示すようにケーシングパイプを３連装した地盤改良船を代表例として図示しているが、本発明の構成はこれに限定されず、２連装または４連装以上の地盤改良船を利用することも可能である。
【００３４】
また、破砕対象の深度が深い場合には、ケーシングパイプ１６に別のケーシングパイプを継ぎ足すことも可能である。
【００３５】
（破砕部材）
次に、図４及び図５に基づいて、ケーシングパイプ１６の先端に取り付ける破砕部材３の構成を説明する。
図４は、頭部にバイブロハンマー１８を備え、先端に破砕部材３を装着したケーシングパイプ１６を示す正面図である。
図５は、破砕部材３を示す片側断面図と、そのａ−ａ線に沿った断面図である。
【００３６】
破砕部材３は、図５に示すように、ケーシングパイプの先端に固定される円筒部３１と、円筒部３１の先端に固設された四本のロッド状チゼル３４と、チゼル補強用の十字リブ３６を有している。
【００３７】
図５に示す破砕部材の円筒部３１は、図４に示すようにケーシングパイプの先端面に突き合せた状態で該ケーシングパイプに固定される。固定手段は特に限定されず、例えばボルトや溶接などで固定することができる。ケーシングパイプ１６に対する破砕部材３の着脱容易性を重視する場合にはボルトで固定し、取付強度を重視する場合には溶接で固定する。
【００３８】
十字リブ３６は、図５（Ｂ）に示すように十字状になるように構成されている。この十字リブ３６は、一部が円筒部３１の内壁に溶接されており、円筒部３１の下端から突出する部分の側部には、チゼル３４が溶接されている。
【００３９】
四本のチゼル３４は、円頭部３１の下端に等間隔で突設されている。各チゼル３４の周面は、円筒部３１から突出した十字リブ３６の側面に溶接されており、また各チゼル３４の頭部は、円筒部３１の下端に溶接されている。さらに、各チゼル３４は、先端面が一文字状になるように形成された尖鋭な先端部を有している。
【００４０】
（水中障害物破砕方法）
次に、水中障害物の具体例として水中に没した転倒ケーソンを挙げ、上述した装置を用いた水中障害物の破砕方法について説明する。
【００４１】
大規模の津波が発生した場合、港湾部ではケーソンなどの多くの構造物が転倒し、これらの多くが海底に没することになる。海底で横たわっている転倒ケーソンなどの大型構造物は、そのまま放置しておくと船舶の航行に障害となるため、直ちに撤去し航路を確保する必要がある。このような転倒ケーソンを破砕、撤去する際の施工手順は次のとおりである。
【００４２】
１． 事前準備
水中破砕目標であるケーソンの大きさ・形状・転倒状況などを考慮して、１回の破砕層厚（１回の破砕工程で破砕すべき厚み）を決定する。なお、ケーソンの破砕作業は、薄層破砕の繰り返しにより行う。すなわち、図６（Ａ）（Ｂ）に示すようにケーソンを深度に応じて複数層に分け、１層ずつの破砕を繰り返すことによって行われる。
【００４３】
また破砕開始の前には、図５に示す破砕部材３を、図４に示すようにケーシングパイプ１６の先端に取り付ける。この工程では、破砕部材３の円筒部３１の上端をケーシングパイプ１６の下端に突き合せ、両者を溶接により又はボルトで固定する。
【００４４】
２． ケーソンの薄層破砕
作業船に装備されたＧＰＳ位置決めシステムを用いて、作業船を破砕地点に移動、セットする。
【００４５】
次に、ケーシングパイプ１６を撒き下げ、その先端の破砕部材３を破砕ポイントに近づける。このとき、船位を微調整し、所定の破砕ポイントの真上に破砕部材３が来るように位置決めする。
【００４６】
図６（Ａ）に示すように破砕部材３が破砕予定層の上端深度の手前に達したら、バイブロハンマー１８を作動させる。続いて、ケーシングパイプ１６を低速で撒き下げて、その先端の破砕部材３をケーソンの破砕予定層に突き当てる。水面より上にあるバイブロハンマー１８の打撃力は、ケーシングパイプ１６を介して水中の破砕部材３へ伝搬し、該打撃力によるケーソンの破砕が開始される。
【００４７】
打撃破砕を行っている間、ケーシングパイプ１６は、リーダーマストに連結したガイドクランプとパイプキーパー部の２点（上下方向の２点）で側方から支えられている。したがって、ケーシングパイプ１６を傾斜させることなくほぼ鉛直状態に維持できるので、破砕作業中においてケーシングパイプ１６が打撃反力を受けても、位置ずれを起こすことがない。よって、上記のとおり側方から２点支持することで、破砕対象に対してピンポイントで継続して打撃力を加えることができる。
【００４８】
破砕を進めて、１層分の破砕予定深度の下端に到達したら、ケーシングパイプ１６を撒き上げるとともに、バイブロハンマー１８を停止する。続いて、同じ破砕層の他の破砕ポイントに作業船を移動する。
【００４９】
上記手順を繰り返して、１層分の破砕を完了する。
【００５０】
３． １層分のがれき撤去
グラブ浚渫船により、破砕したがれきを撤去する。
【００５１】
４． １層分の仕上り確認
深浅測量により、１層分の撤去の仕上りを確認する。
【００５２】
５． 薄層破砕と撤去の繰り返し
上記２〜４の手順を繰り返して、図６に示す計画撤去深度までケーソンを破砕撤去する。
【００５３】
なお、本実施形態では、ケーソンからなる水中障害物を部分的に撤去、すなわち、計画撤去深度より上の部分を撤去する場合について説明したが、水中障害物の全体を破砕して撤去することも可能である。
【００５４】
上述した本発明によれば、砕岩棒落下式の破砕装置やブレーカ付き水中バックホウで対応困難な大深度の施工であっても、潮流の影響を受けることなく水中障害物をピンポイントで破砕できる。また、作業船に装備されたケーシングパイプを使って破砕部材を対象物に突き当てるので、破砕深度管理が可能である。
【００５５】
（変形例）
上述した実施形態は本発明の実施態様の一例であって、本発明の技術的範囲には種々の変形例が含まれる。
【００５６】
例えば、本発明の用途は、必ずしも転倒ケーソンの破砕に限定されず、例えば海底にある岩盤の破砕に利用することも可能である。
【００５７】
また、本発明で利用する破砕部材は、図５に示すような形態に限定されない。
例えば、図７に示すように、十字リブに代えて、これを長くした十字ブレード４１を備えるようにしてもよい。
また図８に示すように、複数本のチゼル及び十字リブに代えて、破砕手段として一枚刃状のブレード４２を備え、その補強部材としてリブ４３を備えるようにしてもよい。
また図９に示すように、複数本のチゼル及び十字リブに代えて、破砕手段として１本の大型チゼル４５を備え、その補強部材としてリブ４６を備えるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００５８】
１      水中障害物破砕装置
３      破砕部材
１２    作業船（台船）
１４    リーダーマスト
１５    ガイドクランプ
１６    ケーシングパイプ
１８    バイブロハンマー
２１    ウインチ
２３    パイプキーパー部
２４    凹部
２５    挿通孔
３１    円筒部（軸部）
３４    チゼル（ロッド）
３６    十字リブ
４１    十字ブレード
４２    ブレード（一枚刃）
４３    リブ
４５    チゼル
４６    リブ
【図１】
0005850427.tif 000002
【図２】
0005850427.tif 000003
【図３】
0005850427.tif 000004
【図４】
0005850427.tif 000005
【図５】
0005850427.tif 000006
【図６】
0005850427.tif 000007
【図７】
0005850427.tif 000008
【図８】
0005850427.tif 000009
【図９】
0005850427.tif 000010