(57)【要約】【課題】浚渫用ポンプの閉塞を防止または抑制し得る浚渫装置を提供する。【解決手段】この浚渫装置１００は、浚渫用ポンプ３０と、浚渫用ポンプ３０の吸込み側に対向する位置に一対のドラムカッタ２２，２３が設けられた上段二軸破砕機２０と、上段二軸破砕機２０の一対のドラムカッタ２２，２３に対して浚渫用ポンプ３０の吸込み側とは反対の側に自身の一対のドラムカッタ１２，１３が設けられた下段二軸破砕機１０と、を備える。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浚渫用ポンプと、該浚渫用ポンプの吸込み側に対向する位置に一対のドラムカッタが設けられた上段二軸破砕機と、該上段二軸破砕機の一対のドラムカッタに対して浚渫用ポンプの吸込み側とは反対の側に自身の一対のドラムカッタが設けられた下段二軸破砕機と、を備えることを特徴とする浚渫装置。
【請求項２】
前記下段二軸破砕機および前記上段二軸破砕機は、それぞれの一対のドラムカッタがスリットカッタであり、
前記下段二軸破砕機の隣接するスリット相互の対向幅は、前記上段二軸破砕機の隣接するスリット相互の対向幅よりも広い請求項１に記載の浚渫装置。
【請求項３】
前記下段二軸破砕機の一対のドラムカッタは、堆積物を掻き込む掻き込み機能と、堆積物を粗く破砕する粗破砕機能とを有し、
前記上段二軸破砕機の一対のドラムカッタは、下段二軸破砕機で粗く破砕後の堆積物をより細かく破砕する細破砕機能を有する請求項１または２に記載の浚渫装置。
【請求項４】
前記下段二軸破砕機の粗破砕機能は、掻き込んだ堆積物を前記上段二軸破砕機の一対のドラムカッタによる平均破砕粒径よりも大きな平均破砕粒径まで破砕するものであり、
前記上段二軸破砕機の細破砕機能は、前記下段二軸破砕機で破砕後の堆積物を所定寸法以下の大きさまで細かく破砕するものである請求項１〜３のいずれか一項に記載の浚渫装置。
【請求項５】
前記浚渫用ポンプの吸込み流量および前記上段二軸破砕機の回転速度を制御する制御手段を更に備える請求項１〜４のいずれか一項に記載の浚渫装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記上段二軸破砕機の負荷が相対的に重負荷のときは、相対的に軽負荷のときよりも低速回転高トルクで堆積物を破砕するとともに、前記負荷が相対的に軽負荷のときは、相対的に重負荷のときよりも高速回転低トルクで堆積物を破砕するように、前記上段二軸破砕機の一対のドラムカッタを駆動する油圧モータを定馬力制御する請求項５に記載の浚渫装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記油圧モータの回転速度に前記浚渫用ポンプの回転数を連動させて、前記浚渫用ポンプの圧送液の含砂率を所定値以下に抑制するように前記浚渫用ポンプの吸込み流量を増減する請求項６に記載の浚渫装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダム湖の湖底に堆積した堆積物を浚渫するための浚渫技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なダムでは、ダム湖の底に堆積した泥や土砂、玉石、礫、沈木等の堆積物を排出するための浚渫作業がダムの貯水能力維持のために必要である。特に、水力発電用のダムでは、取水口付近の堆積物が問題となり、取水口付近の浚渫作業が適時実施される。
【０００３】
従来のダム浚渫工法としては、グラブバケットによって湖底の堆積物をつかみ揚げ、土運船に積載するグラブ船を用いた浚渫工法や、浚渫用ポンプにより湖底の堆積物を吸引するとともに送泥するポンプ浚渫船方式のダム浚渫工法が知られている。これらのダム浚渫工法においては、グラブ船やポンプ浚渫船での浚渫作業において、特殊な技術を持った作業員を要する。そのため、作業員の確保や技術継承が問題となる。
【０００４】
このようなことから、特殊な技術を持った作業員を不要とし得る、ダム湖の湖底に堆積した堆積物を浚渫する浚渫装置が提案されている（例えば特許文献１ないし２参照）。特許文献１ないし２に記載の技術では、一対のドラムカッタを有する水平多軸回転式カッタを備える浚渫装置により効率の良い浚渫を可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−１４６４８１号公報
【特許文献２】特開２０１０−１３９００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１ないし２に記載の浚渫装置では、水平多軸回転式カッタが用いられるものの、堆積物に玉石や沈木が含まれる場合、一対のドラムカッタによる水平多軸回転式カッタ一基だけでは、玉石や沈木が含まれる堆積物を、一対のドラムカッタの上部に設置される浚渫用ポンプで吸引・吐出できる大きさまで確実に破砕することが難しく、浚渫用ポンプが閉塞するおそれがある。
【０００７】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであって、浚渫用ポンプの閉塞を防止または抑制し得る浚渫装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る浚渫装置は、浚渫用ポンプと、該浚渫用ポンプの吸込み側に対向する位置に一対のドラムカッタが設けられた上段二軸破砕機と、該上段二軸破砕機の一対のドラムカッタに対して浚渫用ポンプの吸込み側とは反対の側に自身の一対のドラムカッタが設けられた下段二軸破砕機と、を備えることを特徴とすることを特徴とする。
【０００９】
本発明の一態様に係る浚渫装置によれば、二基の二軸破砕機を上下２段に構成したので、堆積物に玉石や沈木が含まれる場合であっても、一基のみの二軸破砕機による破砕に比べ、二段構えの破砕工程により、上段二軸破砕機の上部に設置されている浚渫用ポンプで吸引・吐出できる大きさまで堆積物をより確実に破砕できる。よって、本発明の一態様に係る浚渫装置は、浚渫用ポンプの閉塞を防止または抑制できる。
【００１０】
ここで、本発明の一態様に係る浚渫装置において、前記下段二軸破砕機および前記上段二軸破砕機は、それぞれの一対のドラムカッタがスリットカッタであり、前記下段二軸破砕機の隣接するスリット相互の対向幅は、前記上段二軸破砕機の隣接するスリット相互の対向幅よりも広いことは好ましい。このような構成であれば、二段構えの破砕工程により、浚渫用ポンプで吸引・吐出できる大きさまで堆積物を破砕する構成として好適である。
【００１１】
また、本発明の一態様に係る浚渫装置において、一対のドラムカッタをスリットカッタに限定しない場合であっても、前記下段二軸破砕機の一対のドラムカッタは、堆積物を掻き込む掻き込み機能と、堆積物を粗く破砕する粗破砕機能とを有し、前記上段二軸破砕機の一対のドラムカッタは、下段二軸破砕機で粗く破砕後の堆積物をより細かく破砕する細破砕機能を有することは好ましい。このような構成であっても、二段構えの破砕工程により、浚渫用ポンプで吸引・吐出できる大きさまで堆積物を破砕する構成として好適である。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る浚渫装置において、前記下段二軸破砕機の粗破砕機能が、掻き込んだ堆積物を前記上段二軸破砕機の一対のドラムカッタによる平均破砕粒径よりも大きな平均破砕粒径まで破砕するものであり、前記上段二軸破砕機の細破砕機能が、前記下段二軸破砕機で破砕後の堆積物を所定寸法以下の大きさまで細かく破砕するものであることは好ましい。このような構成であっても、二段構えの破砕工程により、浚渫用ポンプで吸引・吐出できる大きさまで堆積物を破砕する構成として好適である。
【００１３】
ここで、本明細書において、「平均破砕粒径」とは、粒度分布の平均値（平均粒子径）であって、粒径測定には種々の原理に基づく手法が用いられるところ、本明細書で採用できる粒径測定手法は、測定値から代表径を特定して、下段二軸破砕機の荒破砕の程度と、上段二軸破砕機の細破砕の程度とを対比可能であれば、その用いた手法下において上下の破砕機を設定できる。
【００１４】
例えば、「平均破砕粒径」として、幾何学的径または相当径を採用できる。また、幾何学的径を採用する場合においては、例えば２軸平均径、３軸平均径、立方等価径、円等価径、同等表面積径、同等体積径など、粒子の幾何学的な性質から代表径を特定して対比すればよい。また、相当径（何らかの物理量（例えば質量）と等価な球の直径に置き換えたもの）を採用することもできる。
【００１５】
さらに、本発明の一態様に係る浚渫装置において、前記浚渫用ポンプの吸込み流量および前記上段二軸破砕機の回転速度を制御する制御手段を更に備えることは好ましい。
特に、前記制御手段は、前記上段二軸破砕機の負荷が相対的に重負荷のときは、相対的に軽負荷のときよりも低速回転高トルクで堆積物を破砕するとともに、前記負荷が相対的に軽負荷のときは、相対的に重負荷のときよりも高速回転低トルクで堆積物を破砕するように、前記上段二軸破砕機の一対のドラムカッタを駆動する油圧モータを定馬力制御することは好ましい。
【００１６】
このような構成であれば、重負荷の破砕時には低速回転高トルクで駆動するとともに、軽負荷の破砕時には高速回転低トルクで駆動するように、上段二軸破砕機の一対のドラムカッタを駆動する油圧モータを定馬力制御できる。そのため、礫や沈木の多い重負荷破砕では一対のドラムカッタを高トルク低速回転させることで堆積物をより確実に破砕できる。さらに、礫や沈木の少ない軽負荷破砕では一対のドラムカッタを低トルク高速回転させることで堆積物の破砕作業をより効率良く行う上で好適である。
【００１７】
さらに、本発明の一態様に係る浚渫装置において、前記制御手段は、前記油圧モータの回転速度に前記浚渫用ポンプの回転数を連動させて、前記浚渫用ポンプの圧送液の含砂率を所定値以下に抑制するように前記浚渫用ポンプの吸込み流量を増減することは好ましい。このような構成であれば、浚渫用ポンプの圧送液の含砂率を所定値以下に抑制できるため、ポンプの閉塞を防止または抑制する上でより好適である。
【発明の効果】
【００１８】
上述のように、本発明によれば、ポンプの閉塞を防止または抑制し得る浚渫装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一態様に係る浚渫装置を装備した浚渫ステーションを用いた浚渫システムの一実施形態を示す模式的説明図である。
【図２】本発明の一態様に係る浚渫装置を装備した浚渫ステーションの一実施形態を示す模式的説明図であり、同図（ａ）は浚渫時の平面図、（ｂ）はその正面図を示している。
【図３】本発明の一態様に係る浚渫装置を装備した浚渫ステーションの一実施形態を示す模式的斜視図である。
【図４】本発明の一態様に係る浚渫装置の一実施形態を示す正面図である。
【図５】本発明の一態様に係る浚渫装置の一実施形態を示す側面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る浚渫装置の下段二軸破砕機が有する一対のドラムカッタの要部を軸方向に沿った断面で示す平面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る浚渫装置の上段二軸破砕機が有する一対のドラムカッタの要部を軸方向に沿った断面で示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。本実施形態は、浚渫装置でダム湖の湖底の堆積物を掘削しつつこれにより掘削された堆積物を泥水とともに浚渫可能に構成された浚渫ステーションを用いる浚渫システムの例である。
【００２１】
なお、図面は模式的なものである。そのため、厚みと平面寸法との関係、比率等は現実のものとは異なることに留意すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。また、以下に示す実施形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本発明の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記の実施形態に特定するものではない。
【００２２】
まず、本実施形態の浚渫システムの全体構成について説明する。
この浚渫システムは、図１に示すように、ダム湖の湖上ＳＬに配置される水上浮体１と、ダム湖の湖底ＳＢに配置される浚渫ステーション５０とを有する。浚渫ステーション５０には、二基の二軸破砕機１０，２０を上下２段に構成した浚渫装置１００が装備されている。
【００２３】
浚渫ステーション５０は、堆積物が堆積するダム湖の湖底ＳＢに対し、浚渫装置１００に装備された二基の二軸破砕機１０、２０でダム湖の湖底ＳＢを掘削するとともに、二軸破砕機１０、２０の上部に設けられた浚渫用ポンプ３０により、掘削された堆積物を泥水とともに浚渫可能に構成されている。そして、本実施形態の浚渫システムでは、浚渫装置１００で浚渫された堆積物を、浚渫ステーション５０の配置位置Ｓから、水中に配設された排水ホース７を介して湖底ＳＢの移設位置Ｍに移動するように構成されている。
【００２４】
詳しくは、本実施形態の例では、同図に示すように、水上浮体１が湖上ＳＬの目的とする位置に停泊される。本実施形態の水上浮体１は、浚渫ステーション５０を湖上ＳＬから吊り下げた状態で運搬（水中での移送）し、ダム湖の湖底ＳＢに架設配置するための配置用母船を兼ねている。
【００２５】
水上浮体１には、浚渫ステーション５０をダム湖の湖底ＳＢに架設配置するためウインチ等を含む作業機６と、発電機２と、油圧源として内燃機関で駆動される可変容量タイプの油圧ポンプ３と、制御手段を構成する管理コンピュータ９と、が装備されている。水上浮体１は、ダム湖の所定位置まで浚渫ステーション５０を曳航または自走により搬送し、作業機６のワイヤ５で浚渫ステーション５０を垂下してダム湖の湖底ＳＢに立設する。
【００２６】
管理コンピュータ９および発電機２並びに油圧ポンプ３は、アンビリカルケーブル８を介してダム湖の湖底ＳＢに配置された浚渫ステーション５０に接続され、水上浮体１側から、浚渫ステーション５０および浚渫装置１００の作動に必要な電力や制御信号の供給並びに圧油の供給が可能になっている。
【００２７】
次に、浚渫ステーション５０について説明する。
浚渫ステーション５０は、図２に示すように、浚渫装置１００と、Ｘ方向およびＹ方向へ自走可能な浚渫用矢倉５２と、を備えるダム湖の湖底堆積物浚渫用の自走式浚渫機械である。
同図に示すように、本実施形態の浚渫ステーション５０は、複数の矩形枠体を有するプラットフォーム５１と、プラットフォーム５１を構成する上下の枠体の四隅を支持する複数（この例では８脚）の支持脚６６と、ジャッキ機構６９と、を有する浚渫用矢倉５２を備える。各支持脚６６は、ジャッキ機構６９を介してプラットフォーム５１に昇降可能に固定されている。
【００２８】
浚渫用矢倉５２を構成するプラットフォーム５１は、平面視が矩形枠状をなす上部フレーム（Ｕｐｐｅｒ  ｆｒａｍｅ）５１Ｘと、平面視が矩形枠状をなす下部フレーム（Ｌｏｗｅｒ  ｆｒａｍｅ）５１Ｙと、両プラットフォーム５１Ｘ、５１Ｙの中間に設けられ平面視が矩形枠状をなす中間フレーム（Ｍｉｄｄｌｅ  ｆｒａｍｅ）５１Ｍと、を有する。
【００２９】
図３に斜視図を示すように、この例では、上部フレーム５１Ｘには、Ｙ方向に沿って二つのＸ移動フレーム５３が張り渡されている。各Ｘ移動フレーム５３の両端は、Ｘ方向用移動機構５３Ｘを介して上部フレーム５１Ｘの上面にそれぞれ支持される。Ｘ方向用移動機構５３は、不図示のモータ、減速機構およびラック・ピニオン機構を有し、モータで減速機構を介してラック・ピニオン機構を駆動することにより、二つのＸ移動フレーム５３を上部フレーム５１Ｘに沿ってＸ方向に同時にスライド移動可能になっている。
【００３０】
二つのＸ移動フレーム５３の上部には、Ｙ移動フレーム５４が張り渡されて載置されている。Ｙ移動フレーム５４は、Ｙ方向用移動機構５４Ｙを介してＸ移動フレーム５３の上面に支持され、浚渫装置１００のＹ方向の送り機構を構成している。
Ｙ方向用移動機構５４Ｙは、不図示のモータ、減速機構およびラック・ピニオン機構を有し、モータで減速機構を介してラック・ピニオン機構を駆動することにより、浚渫装置１００をＸ移動フレーム５３の延在方向に沿って（つまりＹ方向に沿って）スライド移動可能になっている。
【００３１】
また、浚渫装置１００は、Ｙ移動フレーム５４の下面に設けられて浚渫装置１００のＺ方向の送り機構を構成する昇降装置９０を介して昇降可能に支持されており、Ｙ移動フレーム５４の下面から吊下げられた姿勢で配置される。
【００３２】
昇降装置９０は、Ｙ移動フレーム５４の側部に設けられた左右一対の駆動部９２と、各駆動部９２に対して垂直に挿通された姿勢で立設された昇降用ラック９１と、を備える。駆動部９２は、不図示のモータ、減速機構および昇降用ラック９１と歯合するラック・ピニオン機構を有し、モータで減速機構を介してラック・ピニオン機構を駆動することにより、浚渫装置１００を昇降用ラック９１に沿って（つまりＺ方向に沿って）スライド移動可能になっている。
【００３３】
さらに、Ｙ移動フレーム５４の上部には、制御ユニット６０がＹ移動フレーム５４の上部に設けられている。制御ユニット６０には、上記アンビリカルケーブル８が接続される。制御ユニット６０には、浚渫ステーション５０および浚渫装置１００を駆動するために、浚渫用矢倉５２の歩行動作を含む浚渫ステーション５０全体の作動を制御する制御部であるコントローラ６１が内蔵されている。
【００３４】
これにより、浚渫ステーション５０は、水上浮体１からアンビリカルケーブル８を介して必要な圧油の供給、並びに、電力や管理コンピュータ９の制御信号の供給を制御ユニット６０に受ける。制御ユニット６０のコントローラ６１は、水上浮体１側の管理コンピュータ９の指令に基づいて、各ジャッキ機構６９の駆動により、浚渫ステーション５０の姿勢を制御する制御部として機能する。
【００３５】
さらに、浚渫ステーション５０は、管理コンピュータ９の管理下、コントローラ６１によるＸ方向用移動機構５３およびＹ方向用移動機構５４の駆動制御により、浚渫装置１００をプラットフォーム５１の所定区画内でＸ方向およびＹ方向に移動するとともに、浚渫用ポンプ３０の駆動により、浚渫物とともに取水した泥水を高圧の泥水として排出ホース７から排出可能になっている。
【００３６】
ここで、ダム湖の湖底熱水ダム湖の湖底ＳＢにおいて、浚渫ステーション５０は、ダム湖の湖底に堆積する軟弱な地盤や、傾斜や起伏に対応する必要がある。これに対し、本実施形態の浚渫ステーション５０は、制御ユニット６０が、浚渫用矢倉５２のプラットフォーム５１の随時の姿勢を検出する姿勢検出センサとしての慣性センサ８０を有する。
【００３７】
また、本実施形態では、各支持脚６６を駆動するジャッキ機構６９には、不図示のトルク検出器が装備されている。各トルク検出器は、対応する各ジャッキ機構６９のラック＆ピニオン機構のピニオンを駆動する各駆動モータのトルクを検出可能なトルク計である。各トルク検出器は、各駆動モータの随時のモータトルクを検出し、検出したトルク情報を制御ユニット６０のコントローラ６１に出力可能になっている。
【００３８】
コントローラ６１は、コンピュータと、姿勢制御処理を実行するためのプログラムとを含み、浚渫用矢倉５２の歩行制御処理および浚渫用矢倉５２の姿勢制御処理、並びに、浚渫ステーション５０の浚渫制御処理およびその他必要な処理を実行する。
コントローラ６１は、浚渫ステーション５０の姿勢制御処理が実行されると、慣性センサ８０の出力に基づいて、浚渫ステーション５０自体の姿勢の不均衡の程度を判定し、ジャッキ機構６９のラック＆ピニオン機構のピニオンを駆動する各駆動モータの調整により、姿勢安定を維持する姿勢安定制御を行う。
【００３９】
特に、本実施形態の浚渫ステーション５０は、ダム湖の湖底に堆積する軟弱な地盤や、傾斜や起伏に対応する必要がある上、大きな礫や沈木がバラ積みされた湖底を歩くので、礫や沈木の崩れ等により生じる動的姿勢変化を加速度計およびジャイロスコープ等の角加速度計を含めた慣性センサ８０で計測する。
【００４０】
なお、静的姿勢を計る傾斜センサを併せて用いることもできる。また、姿勢制御用として、スラスターやウォータジェットを用いて姿勢の安定性を維持する制御を行ってもよい。コントローラ６１は、慣性センサ８０の姿勢検出情報に基づいて、浚渫ステーション５０の姿勢が水平になるように各支持脚６６の脚長を調整する。これにより、浚渫ステーション５０は、ダム湖の湖底に安定した姿勢で着底できる。
【００４１】
次に、浚渫ステーション５０に装備された浚渫装置１００について詳しく説明する。
図４および図５に示すように、本実施形態の浚渫装置１００は、直方枠体状の筐体３８と、筐体３８の枠体内部に設けられた、浚渫用ポンプ３０および二対の二軸破砕機１０、２０と、を備える。
二対の二軸破砕機１０、２０は、浚渫用ポンプ３０の吸込口３６の側に設けられ、筐体３８の長手方向に沿って上下２段に配置されている。筐体３８の上部は、図３に示したように、Ｙ移動フレームの下面の位置に、昇降装置９０を介して昇降可能に支持され、昇降装置９０の駆動により、左右の昇降用ラック９１に沿ってＺ方向にスライド移動可能になっている。
【００４２】
次に、浚渫装置１００に装備された浚渫用ポンプ３０について説明する。本実施形態の浚渫用ポンプ３０は、水中サンドポンプを採用している。
この浚渫用ポンプ３０は、図４および図５に示すように、ポンプ駆動部３１と、ポンプ駆動部３１の下部に設けられたケーシング３４とを備える。ケーシング３４には、底面に吸込口３６が設けられ、吸込口３６には、下方に向けて拡径するサクションホッパ４０が装着されている。ケーシング３４の側面には排水管３７が接続され、排水管３７は、湖底に沿って延設された可撓性を有する排水ホース７に連結されている。
【００４３】
ポンプ駆動部３１には水中モータ３２が内蔵されている。ポンプ駆動部３１の上部には、制御ユニット６０からキャプタイヤケーブル３９が接続され、湖上の水上浮体１に設けられた発電機２から供給される電力が、制御ユニット６０からキャプタイヤケーブル３９を介して水中モータ３２に供給される。
【００４４】
水中モータ３２の駆動軸３３は、駆動軸３３上下が軸受４１Ａ、４１Ｂで回転自在に支持されるとともに、駆動軸３３下端が、ケーシング３４の上部中央から下方に向けて突設されている。ケーシング３４内には、駆動軸３３の先端にインペラ３５が同軸に装着されている。なお、ポンプ駆動部３１とケーシング３４との間は、水中モータ３２の駆動軸３３の周囲の位置にメカニカルシールやオイルシール等の軸封部４２が設けられている。
【００４５】
これにより、本実施形態の浚渫用ポンプ３０は、水中モータ３２が駆動されると、インペラ３５が所定方向に回転してケーシング３４内で渦流を発生させ、湖底側を向くサクションホッパ４０からポンプ排水量に応じて破砕された浚渫物とともに泥水を吸引し、吸込口３６から排出管３７を介して排水ホース７に排出可能になっている。
【００４６】
次に、浚渫装置１００に装備された二基の二軸破砕機１０、２０について説明する。本実施形態の二基の二軸破砕機１０、２０は、スリットカッタ方式で破砕する二軸破砕機をそれぞれ採用している。
二基の二軸破砕機１０、２０のうち、下段二軸破砕機１０は、図４に示すように、その一対のドラムカッタ１２、１３が、礫や沈木等の浚渫物の掻き込み機能と荒破砕機能を有する。これに対し、上段二軸破砕機２０は、その一対のドラムカッタ２２、２３が、所定寸法以下の大きさに更に細かく破砕する破砕するツイン・スリットカッタによる細破砕機能を有する。
【００４７】
詳しくは、下段二軸破砕機１０は、図６に示すように、筐体３８を図５に示すように立ち上げた姿勢でその下端部のフレーム４５内の下段に、互いに平行な一対をなす２本の水平回転軸１４，１５がフレーム４５にそれぞれ支持されるとともに、各水平回転軸１４，１５に一対をなす円柱状のドラムカッタ１２、１３が装着される。両回転軸１１、１２の先端は、軸受１９を介してフレーム４５に回転自在に支承されている。中空円筒状の回転軸１１、１２の基端部には、両回転軸１１、１２を回転駆動する油圧モータ１１が装着されている。
【００４８】
一対のドラムカッタ１２、１３は、各々複数枚の破砕刃１６が、軸方向で密着状態の環状のスペーサ１７を介して一定間隔に交互に嵌装され固定キー１８で固定されている。破砕刃１６は、略円盤状をなすとともに、その外周部に複数の爪が一定間隔で設けられている。一対のドラムカッタ１２、１３相互は、各破砕刃１６を他方のスペーサ１７の位置に構成される環状溝に嵌合する位置で水平姿勢で並設されている。
【００４９】
そして、一対のドラムカッタ１２、１３相互は、両回転軸１１、１２の回転駆動によりフレーム４５内に掻き込まれた浚渫物を両軸の破砕刃１６が噛み合う部分にて常時密接してせん断するスリットカッタ方式で破砕するようになっている。
これにより、両破砕刃１６が正回転時に浚渫物を掻き込む作用と、相対するスペーサ１７の外周面に摺接するように接近して剪断作用により浚渫物を破砕する作用を奏する。そして、浚渫物は、両破砕刃１６によってケーシングの下方から掻き込まれ、スリットカッタの剪断作用によって破砕されつつ上方の上段二軸破砕機２０に向けて移動するようになっている。
【００５０】
同様にして、上段二軸破砕機２０は、図７に示すように、上記フレーム４５内の上段に、互いに平行な一対をなす２本の水平回転軸２４，２５がフレーム４５にそれぞれ支持されるとともに、各水平回転軸２４，２５に一対をなす円柱状のドラムカッタ２２、２３が装着される。両回転軸２１、２２の先端は、軸受２９を介してフレーム４５に回転自在に支承されている。中空円筒状の回転軸２１、２２の基端部には、両回転軸２１、２２を回転駆動する油圧モータ２１が装着されている。
【００５１】
そして、一対のドラムカッタ２２、２３相互は、両回転軸２１、２２の回転駆動によりフレーム４５内に掻き込まれた浚渫物を両軸の破砕刃２６が噛み合う部分にて常時密接してせん断するスリットカッタ方式で破砕するようになっている。
これにより、両破砕刃２６が正回転時に浚渫物を掻き込む作用と、相対するスペーサ２７の外周面に摺接するように接近して剪断作用により浚渫物を破砕する作用を奏する。そして、浚渫物は、両破砕刃２６によってケーシングの下方から掻き込まれ、スリットカッタの剪断作用によって破砕されつつ上方の浚渫用ポンプ３０のサクションホッパ４０に向けて移動するようになっている。
【００５２】
本実施形態の浚渫装置１００では、下段二軸破砕機１０の一対のドラムカッタ１２，１３は、浚渫物を隣接する破砕刃間の環状溝に通過させる大きさまで粗破砕（一次破砕）するように各部の寸法が設定されている。そして、上段二軸破砕機２０の一対のドラムカッタ２２，２３は、その粗破砕した浚渫物を所定寸法以下の大きさに更に細かく細破砕（二次破砕）するように各部の寸法が設定されている。
【００５３】
特に、本実施形態では、下段二軸破砕機１０の隣接する破砕刃１６のスリット相互の対向幅（つまり隣接する破砕刃１６間の距離）は、上段二軸破砕機２０の隣接する破砕刃２６のスリット相互の対向幅（つまり隣接する破砕刃２６間の距離）よりも広い対向幅に設定されている。
【００５４】
これにより、本実施形態の浚渫装置１００では、下段二軸破砕機１０の粗破砕機能は、掻き込んだ堆積物を上段二軸破砕機２０の一対のドラムカッタ２２、２３による平均破砕粒径よりも大きな平均破砕粒径まで破砕可能であり、上段二軸破砕機２０の細破砕機能は、下段二軸破砕機１０で粗破砕後の堆積物を所定寸法以下の大きさまで細かく破砕可能になっている。
【００５５】
なお、上段二軸破砕機２０の一対のドラムカッタ２２，２３には、破砕刃２６およびスペーサ２７に対向する位置に、図４に示すように、スクレーパ４４が設けられている。スクレーパ４４は、フレーム４５の側部から破砕刃２６とフレーム４５内面との隙間を埋めるように突設して配置され、一対のドラムカッタ２２，２３の両破砕刃２６に挟まった浚渫物をかき取るようになっている。
【００５６】
ここで、本実施形態の下段二軸破砕機１０は、水平回転軸１４、１５の回転速度および回転方向を変えられるように構成され、また、上段二軸破砕機２０は、水平回転軸２４、２５の回転速度および回転方向を変えられるように構成されている。
【００５７】
詳しくは、本実施形態の二基の二軸破砕機１０，２０の各駆動部は、図６および図７に示すように、一対のドラムカッタ１２、１３、および２２、２３を駆動する駆動モータとして可変容量タイプの油圧ポンプから供給される作動油で作動する油圧モータ１１、２１をそれぞれ備える。各油圧モータ１１、２１は、モータ部４７に、作動油を給排する不図示の一次通路および二次通路を備え、一次、二次通路は、上記油圧源に接続されて二軸破砕機の閉回路を構成し、油圧ポンプ３と油圧モータ１１、２１の間を作動油が循環するようになっている。
【００５８】
油圧モータ１１、２１は、モータ部４７と、減速機構を有する駆動部４８と、を備える。モータ部４７のハウジング外周面４７ｇには、円環状のベース側装着用フランジ４７ｆが形成されている。また、駆動部４８のハウジング外周面４８ｇには、円環状の駆動側装着用フランジ４８ｆが形成されている。
【００５９】
可変容量タイプの油圧ポンプは、ピストンポンプに不図示の斜板が設けられ、この斜板を傾転させることにより、吐出する圧油の流れ方向を変えるとともに、圧油の吐出流量を変えられるようになっている。
これにより、各油圧モータ１１、２１の回転速度が可変とされ、また、油圧ポンプ３からの圧油を一次通路側から供給して二次通路側から排出することでモータ部４７の駆動軸が正回転駆動するとともに、一次通路側と二次通路側との圧油の給排方向を入れ替えることで逆回転駆動可能になっている。
これに加え、水上浮体１の油圧ポンプ３側から供給する圧油の圧力を制御することでトルク制御が可能であり、また、油圧ポンプ３側から供給する流量を制御することで出力（回転速度）制御が可能になっている。
【００６０】
これにより、本実施形態の二基の二軸破砕機１０，２０では、破砕抵抗が大きい浚渫物が掻き込まれたときは、自動的に水平回転軸１４，１５および２４，２５の回転数が低下して、破砕に必要な出力トルクが自動的に大きくなるように制御され、破砕抵抗が小さい浚渫物が掻き込まれたときは、自動的に水平回転軸１４，１５および２４，２５の回転数が上昇して、破砕に必要な出力トルクを保ちながら自動的に回転速度が大きくなるように各油圧モータ１１、２１が定馬力制御される。
なお、本実施形態の二基の二軸破砕機１０，２０では、浚渫物の性状によって、正逆転を繰り返すように、上述した管理コンピュータ９の油圧制御によって噛み込み制御が実行される。
【００６１】
詳しくは、管理コンピュータ９は、中央処理装置（ＣＰＵ）並びにこれに接続されるＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）やＲＯＭ（リード・オンリ・メモリ）などの記憶部および入出力装置などを備える。記憶部には、浚渫物の種類（例えば玉石、沈木）に応じた二基の二軸破砕機１０，２０での破砕に必要なトルク情報等を予め記憶した複数の駆動パターンが格納されている。
【００６２】
管理コンピュータ９は、各油圧モータ１１、２１が定馬力制御されるためのパイロット回路等から取得された圧油情報に基づいて、浚渫物に応じた駆動パターンを選択し、水上浮体１の油圧ポンプ３の斜板の傾転角を、例えばレギュレータを用いて制御可能になっている。
管理コンピュータ９は、これにより、油圧モータへの圧油の流れ方向を変えることによって、二基の二軸破砕機１０，２０での正逆転を繰り返す噛み込み制御を実行するようになっている。これにより、二基の二軸破砕機１０，２０のドラムカッタに過度の負荷がかかるのを未然に防止して、ドラムカッタの摩耗や破損を少なくしてその長寿命化を図っている。
【００６３】
次に、上述した浚渫ステーション５０を備える浚渫システムによって、ダム湖の湖底ＳＢから堆積物を浚渫する手順、並びにこの浚渫システム並びに浚渫装置１００による堆積物の浚渫方法の作用・効果について説明する。
【００６４】
まず、図１に示したように、浚渫ステーション５０を垂下した水上浮体１を湖上ＳＬの目的とする位置に停泊する。次いで、水上浮体１に設置されている作業機６を用い、浚渫ステーション５０を水中に降ろし、浚渫ステーション５０が図１に示す配置となるようにダム湖の湖底ＳＢの適切な位置に設置する。
【００６５】
ダム湖の湖底ＳＢにおいては、湖底に堆積する軟弱な地盤や傾斜や起伏に対応する必要がある。これに対し、本実施形態によれば、図２（ｂ）に示すように、支持脚６６を適宜に伸縮して、湖底に堆積する軟弱な地盤や傾斜や起伏に対応しつつ、浚渫用矢倉５２に対して浚渫装置１００の垂直姿勢を確実に保持した状態で安定して掘削を開始できる。
【００６６】
浚渫ステーション５０の設置後、水上浮体１からアンビリカルケーブル８を介して制御ユニット６０に必要な圧油の供給、並びに、電力や制御信号を供給し、浚渫ステーション５０および浚渫装置１００を駆動し、掘削された堆積物を泥水とともに吸引し、浚渫ステーション５０の配置位置から、水中に配設された排水ホース７を介して湖底の移設位置に移動する。
浚渫ステーション５０のコントローラ６１は、管理コンピュータ９から浚渫開始命令を受けると、中間フレーム５１Ｍの内側の所定領域を浚渫装置１００により掘削する。なお、以下、この中間フレーム５１Ｍの内側の所定領域を「一の区画」とも称する。
【００６７】
本実施形態の浚渫装置１００が駆動されると、いずれの二軸破砕機１０，２０も、各軸に設けられ互いに噛合する破砕刃１６、２６は、ともに内方に向かって回転（正転）する。すなわち、対向する一対の破砕刃１６、２６は、両軸が互いに逆方向に回転している。下段二軸破砕機１０により浚渫物がフレーム４５内に掻き込まれると、下段二軸破砕機１０の一対の破砕刃１５、１６が浚渫物を一次破砕しつつ上部の上段二軸破砕機２０に向けて送り出す。
【００６８】
このようにして、浚渫装置１００は、下段二軸破砕機１０の一対のドラムカッタ１２，１３と、上段二軸破砕機２０の一対のドラムカッタ２２，２３との協働による駆動により、ダム湖の湖底ＳＢを略長方形断面に掘削することができる。
【００６９】
特に、本実施形態の浚渫装置１００によれば、二基の二軸破砕機１０，２０を上下２段に構成したので、堆積物に玉石や沈木が含まれる場合であっても、一基のみの二軸破砕機による破砕に比べ、二段構えの破砕工程により、上段二軸破砕機２０の上部に設置されている浚渫用ポンプ３０で吸引・吐出できる大きさまで堆積物をより確実に破砕できる。
【００７０】
次いで、浚渫装置１００を、ＸおよびＹ移動フレーム４３、４４によるＸないしＹ方向への移動により、最初の掘削位置から特定距離だけ一の区画内で移動する。その後に、昇降装置による垂下掘削からＸ方向およびＹ方向用移動機構による水平掘削における掘削手順を繰り返すことにより、二基の二軸破砕機１０，２０による一の区画内での掘削を継続する。
【００７１】
区画内掘削工程以降の掘削において、各支持脚６６を立設する位置は、掘削溝の幅やダム湖の湖底状況に応じて適宜昇降させる。つまり、掘削溝の溝幅が狭いときや、掘削溝の溝幅が拡がったときには、掘削溝の幅やダム湖の湖底状況に応じて、浚渫用矢倉５２の着底姿勢が安定するように各支持脚６６を接地させる。
【００７２】
そして、姿勢が安定している状態で、垂下掘削から水平掘削による掘削手順を繰り返すことにより、一の区画内での掘削を安定して継続できる。さらに、各支持脚６６の昇降動作位により浚渫用矢倉５２の高さを調整し、垂下掘削から水平掘削による二基の二軸破砕機１０，２０での掘削手順を繰り返すことで、一段下の高さにて、上述した各工程での掘削を継続することができる。そして、上述した掘削と同時に、浚渫用ポンプ３０が駆動されることにより、二基の二軸破砕機１０，２０で掘削された堆積物が排水管３７から排水ホース７を介して湖底での所定の移設位置Ｍに移動できる。
【００７３】
浚渫ステーション５０は、一の区画において、浚渫装置１００の最大浚渫深度まで浚渫したら、浚渫装置１００を後退した後に、浚渫ステーション５０自身をＸ−Ｙ平面で移動して、次の区画でのＸ−Ｙ平面全体を走査するように順次に浚渫を行う。このようにして、この浚渫ステーション５０によれば、一の区画において、ダム湖の湖底ＳＢにて堆積物の浚渫を継続できる。
【００７４】
なお、一の区画でのＸ−Ｙ平面での移動および移動後の浚渫は、本実施形態のように、コンピュータ（上記管理コンピュータ９、およびコントローラ６１等）により自動的に行ってもよいし、浚渫ステーション５０の状況をオペレータが湖上の水上浮体１から監視しつつ、オペレータの手動操作によって行ってもよい。
【００７５】
ここで、浚渫物の性状によっては、下段二軸破砕機１０の一対の破砕刃１６が浚渫物を切断せずに咬み込んでしまい、下段二軸破砕機１０の駆動部が過負荷状態となる場合がある。この場合、管理コンピュータ９は、一対のドラムカッタ１２，１３の回転方向を正逆転制御し、上述した噛み潰し制御を行って浚渫物の咬み込みを解消する。
これにより、堆積物に玉石や沈木が含まれる場合でも、下段二軸破砕機１０での浚渫物の咬み込みを解消するとともに大きな浚渫物に対してもこれを徐々に剪断しつつ、両軸の破砕刃１６がともに内方（正転）または外方（逆転）に向かって円滑に回転し、上段二軸破砕機２０に向けて安定して送り出すことができる。
【００７６】
このように、本実施形態の浚渫装置１００によれば、二基の二軸破砕機１０，２０を上下２段に構成し、下段二軸破砕機１０の一対のドラムカッタ１２，１３は、礫や沈木等の堆積物の掻き込み機能と荒破砕機能を有し、上段二軸破砕機２０の一対のドラムカッタ２２，２３は、所定寸法以下の大きさに破砕するツイン・スリットカッタによる細破砕機能を有するので、堆積物に玉石や沈木が含まれる場合でも、上段二軸破砕機２０の上部に設置されている浚渫用ポンプ３０で吸引・吐出できる大きさまで確実に堆積物を破砕できる。よって、浚渫用ポンプ３０の閉塞を防止または抑制できる。
【００７７】
また、浚渫装置１００において、浚渫用ポンプ３０の性能に基づく浚渫制御では、二基の二軸破砕機１０，２０との連動制御が適正に行われていないと、破砕された浚渫物を含有する土砂等の割合（含砂率）が多くなり、排水ホース７の圧送距離が長くなれば、排出管３７や排水ホース７が閉塞し、破砕された浚渫物を安定的に搬送できなくなるおそれがある。
【００７８】
これに対し、本実施形態の浚渫装置１００は、浚渫用ポンプ３０および上段二軸破砕機を制御する制御手段として、定馬力制御可能な油圧モータ１１，２１と、管理コンピュータ９と、を備え、制御手段としての油圧モータ１１は、下段二軸破砕機１０が破砕時の負荷が相対的に重負荷のときは低速回転高トルクで破砕するとともに、破砕時の負荷が相対的に軽負荷ときは高速回転低トルクで破砕するように、下段二軸破砕機１０を定馬力制御で駆動することができる。
また、制御手段としての油圧モータ２１は、上段二軸破砕機２０が破砕時の負荷が重負荷のときは低速回転高トルクで破砕するとともに、破砕時の負荷が軽負荷ときは高速回転低トルクで破砕するように、上段二軸破砕機２０を定馬力制御で駆動することができる。
【００７９】
さらに、管理コンピュータ９は、油圧モータ１１，２１の回転速度に浚渫用ポンプ３０の回転数を連動させて、圧送液の含砂率を所定値以下に抑制するように浚渫用ポンプ３０の吸込み流量を油圧ポンプ３の制御によって増減することができる。これにより、本実施形態の浚渫装置１００は、浚渫用ポンプ３０の閉塞をより好適に防止または抑制することができる。
【００８０】
つまり、このような構成であれば、重負荷の破砕では低速回転高トルクで二基の二軸破砕機１０、２０を駆動し、軽負荷の破砕では高速回転低トルクで破砕するように、二基の二軸破砕機１０、２０を駆動できる。
特に、上段二軸破砕機２０の一対のドラムカッタ２２、２３を駆動する油圧モータ２１が定馬力制御されるので、礫や沈木の多い重負荷破砕では一対のドラムカッタ２２、２３を高トルク低速回転させることで、浚渫用ポンプ３０への堆積物をより確実に破砕でき、さらに、礫や沈木の少ない軽負荷破砕では低トルク高速回転させることで、堆積物の破砕作業を効率良く行う上で好適である。
【００８１】
ここで、ポンプ浚渫においては、配管内での土砂の沈殿を回避するために、スラリ液の含砂率を１０Ｖｏｌ％以下に抑えて水中ポンプ等の浚渫用ポンプ３０を運転する手法が一般的にとられているところ、このような構成であれば、管理コンピュータ９は、各油圧モータ１１，２１の回転速度に浚渫用ポンプ３０の回転数を連動させて、浚渫用ポンプ３０の流量を制御できる。
【００８２】
そのため、礫や沈木の少ない軽負荷破砕の条件下で、二基の二軸破砕機１０、２０の粉砕量が増加した場合であっても、二基の二軸破砕機１０、２０を駆動する油圧モータ１１，２１の回転速度の増加に連動させるように浚渫用ポンプ３０の回転数を上げて、浚渫用ポンプ３０の吸引量を増加させることができる。したがって、浚渫用ポンプ３０で圧送するスラリ液中の含砂率を所定値以下に抑えることで、排出管３７および排水ホース７内での土砂の沈殿を回避する上で好適である。
【００８３】
なお、本発明に係る浚渫装置は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能なことは勿論である。
例えば、上記実施形態では、二基の二軸破砕機１０、２０が、いずれもスリットカッタ方式で破砕する二軸破砕機をそれぞれ採用している例を示したが、これに限らず、本発明に係る浚渫装置では、下段二軸破砕機の一対のドラムカッタは、堆積物を掻き込む掻き込み機能と、堆積物を粗く破砕する粗破砕機能とを有し、上段二軸破砕機の一対のドラムカッタは、下段二軸破砕機で粗く破砕後の堆積物をより細かく破砕する細破砕機能を有するものであれば、種々の二軸破砕機を採用することができる。
また、上記実施形態では、本発明に係る浚渫装置を、ダム湖等の浚渫作業に用いた例を示したが、これに限定されず、本発明に係る浚渫装置は、ダム湖等の浚渫作業だけで無く、例えば海底熱水鉱床の掘削手段としても利用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１    湖上浮体
２    発電機
３    油圧ポンプ
５    ワイヤ
６    作業機（クレーン）
７    排水ホース
８    アンビリカルケーブル
９    管理コンピュータ（制御手段）
１０    下段二軸破砕機
１１    油圧モータ
１２    ドラムカッタ
１３    ドラムカッタ
１４    水平回転軸
１５    水平回転軸
１６    破砕刃
１７    スペーサ
１８    固定キー
１９    軸受
２０    上段二軸破砕機
２１    油圧モータ
２２    ドラムカッタ
２３    ドラムカッタ
２４    水平回転軸
２５    水平回転軸
２６    破砕刃
２７    スペーサ
２８    固定キー
２９    軸受
３０    浚渫用ポンプ
３１    ポンプ駆動部
３２    水中モータ
３３    駆動軸
３４    ケーシング
３５    インペラ
３６    吸込口
３７    排水管
３８    筐体
３９    キャプタイヤケーブル
４０    サクションホッパ
４１Ａ、４１Ｂ    軸受
４２    軸封部
４４    スクレーパ
４５    （破砕機の）フレーム
４６    制御バルブ部
４７    モータ部
４８    駆動部
５０    浚渫ステーション
５１    プラットフォーム
５１Ｘ    上部フレーム
５１Ｙ    下部フレーム
５１Ｍ    中間フレーム
５２    浚渫用矢倉
５３    Ｘ移動フレーム
５３Ｘ    Ｘ方向用移動機構
５４    Ｙ移動フレーム
５４Ｙ    Ｙ方向用移動機構
６０    制御ユニット
６１    コントローラ
６６    支持脚
６９    ジャッキ機構
８０    慣性センサ
９０    昇降装置
９１    昇降用ラック
９２    駆動部
１００    浚渫装置
Ｓ    配置位置
Ｍ    移設位置
【図１】
2019178566.tif 000003
【図２】
2019178566.tif 000004
【図３】
2019178566.tif 000005
【図４】
2019178566.tif 000006
【図５】
2019178566.tif 000007
【図６】
2019178566.tif 000008
【図７】
2019178566.tif 000009