(57)【要約】【課題】矩形状の計画浚渫区域を高精度で浚渫することができるポンプ浚渫船及びポンプ浚渫方法の提供【解決手段】ポンプ浚渫船１は、制御手段は、位置計測手段からの情報と計画浚渫区域情報とに基づいて作業船の移動量とラダー深度を算出する演算手段を備え、演算手段によって算出された移動量ｋに基づいて前後進手段１２によって作業船２を旋回中に前後進させ、カッターヘッド５を所望の軌跡に沿って移動させつつ掘削するようにし、矩形状に区画された計画浚渫区域を高精度で浚渫することができある。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水底に向けて水中に挿入されるラダーと、該ラダーの先端部に配置されたカッターヘッドとを備え、前記カッターヘッドによって掘削された土砂が土砂移送管路を通して吸い上げられるようにしたポンプ浚渫船において、
前記カッターヘッドの位置を計測する位置計測手段と、前記ラダーを上下移動させるラダー駆動手段と、前記作業船を旋回させる旋回手段と、前記作業船を前後進させる前後進手段と、前記ラダー駆動手段、旋回手段及び前後進手段を制御する制御手段とを備え、
該制御手段は、前記位置計測手段からの情報と計画浚渫区域情報とに基づいて作業船の移動量とラダー深度を算出する演算手段を備え、
該演算手段によって算出された移動量に基づいて前記前後進手段によって作業船を旋回中に前後進させ、前記カッターヘッドを所望の軌跡に沿って移動させつつ掘削するようにしたことを特徴とするポンプ浚渫船。
【請求項２】
前記前後進手段は、水底部に打ち込まれるスパッドと、該スパッドを昇降可能に支持する支持台と、前記スパッドを昇降させる打ち込み手段と、前記支持台を前記作業船に対し移動させる支持台駆動手段と、前記スパッドの打ち込み位置を計測する旋回中心計測手段とを備え、
前記演算手段は、前記旋回中心計測手段からの情報に基づいて前記支持台の移動量を算出するようにした請求項１に記載のポンプ浚渫船。
【請求項３】
水底に向けて水中に挿入されるラダーと、該ラダーの先端部に配置されたカッターヘッドと、該カッターヘッドの位置を計測する位置計測手段と、前記ラダーを上下移動させるラダー駆動手段と、前記作業船を旋回させる旋回手段と、前記作業船を前後進させる前後進手段と、前記ラダー駆動手段、前記旋回手段及び前後進手段を制御する制御手段とを備えてなるポンプ浚渫船を使用し、
前記作業船を前進又は後進させる移動工程と、
前記作業船から水底部に向けてラダーを挿入し、該ラダーを旋回させつつ、その先端部に配置された掘削手段で水底部を掘削し、その掘削した土砂を周囲の海水とともに吸引する浚渫工程とを繰り返し所定の区画を浚渫するポンプ浚渫船を使用した浚渫方法において、
前記浚渫工程において、前記移動計測手段による計測値に基づいて前記ラダー駆動手段、旋回手段及び前後進手段を動作させ、前記カッターヘッドを所望の軌跡に沿って移動させつつ掘削することを特徴とするポンプ浚渫方法。
【請求項４】
前記ポンプ浚渫船は、スパッドの打ち込み位置を計測する旋回中心計測手段を備え、
前記旋回中心計測手段からの情報に基づいて前後進手段の移動量を算出して動作させる請求項３に記載のポンプ浚渫方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、港湾等の水底土砂を浚渫するポンプ浚渫船及びそれを使用したポンプ浚渫方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、港湾等の水底土砂を浚渫する方法としては、ポンプ浚渫船を使用した浚渫方法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
ポンプ浚渫船は、作業船から先端側を水底部に向けて水中に挿入されるラダーと、作業船とともにラダーを旋回させる旋回手段と、ラダー先端部に配置された掘削手段と、ラダー先端部に吸引口を開口させた排砂管路と、排砂管路に接続された吸引ポンプとを備えている。
【０００４】
また、ポンプ浚渫船は、作業船の船尾部に上下方向に向けた杭状のスパットを備え、このスパットを水底部に打ち込み、それを支点として水平方向（図中左右方向）に旋回（スイング）しつつ掘削作業を行い、その後、スパッドを引き抜くとともに作業船を前進させ、この一連の作業を作業船の移動毎に繰り返すようになっている。
【０００５】
さらに、このポンプ浚渫船は、ラダー先端位置、ラダー（掘削手段）の深度及び船体位置を計測する計測手段を備え、ポンプ浚渫船の位置を正確に管理しつつ浚渫作業を行うようになっている（例えば、特許文献２を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−０５９８８８号公報
【特許文献２】特開平１０  −１５９１２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述の如き従来の技術では、矩形状に区画された設計浚渫区域に対し、ポンプ浚渫船が旋回しつつ円弧状に掘削するものであるため、計算に基づいた高精度の掘削が困難であり、簡便性及び汎用性の向上が望まれている。
【０００８】
また、円弧状に掘削するため、側方の法面を掘削する際の操作が難しく、計算に基づく厳密な掘削が困難であり、その分、余掘りが多くなるという問題があった。
【０００９】
そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、矩形状の計画浚渫区域を高精度で浚渫することができるポンプ浚渫船及びそれを使用したポンプ浚渫方法の提供を目的としてなされたものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述の如き従来の問題を解決するための請求項1に記載の発明の特徴は、水底に向けて水中に挿入されるラダーと、該ラダーの先端部に配置されたカッターヘッドとを備え、前記カッターヘッドによって掘削された土砂が土砂移送管路を通して吸い上げられるようにしたポンプ浚渫船において、前記カッターヘッドの位置を計測する位置計測手段と、前記ラダーを上下移動させるラダー駆動手段と、前記作業船を旋回させる旋回手段と、前記作業船を前後進させる前後進手段と、前記ラダー駆動手段、旋回手段及び前後進手段を制御する制御手段とを備え、該制御手段は、前記位置計測手段からの情報と計画浚渫区域情報とに基づいて作業船の移動量とラダー深度を算出する演算手段を備え、該演算手段によって算出された移動量に基づいて前記前後進手段によって作業船を旋回中に前後進させ、前記カッターヘッドを所望の軌跡に沿って移動させつつ掘削するようにしたことにある。
【００１１】
請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、前記前後進手段は、水底部に打ち込まれるスパッドと、該スパッドを昇降可能に支持する支持台と、前記スパッドを昇降させる打ち込み手段と、前記支持台を前記作業船に対し移動させる支持台駆動手段と、前記スパッドの打ち込み位置を計測する旋回中心計測手段とを備え、前記演算手段は、前記旋回中心計測手段からの情報に基づいて前記支持台の移動量を算出するようにしたことにある。
【００１２】
請求項３に記載の発明の特徴は、水底に向けて水中に挿入されるラダーと、該ラダーの先端部に配置されたカッターヘッドと、該カッターヘッドの位置を計測する位置計測手段と、前記ラダーを上下移動させるラダー駆動手段と、前記作業船を旋回させる旋回手段と、前記作業船を前後進させる前後進手段と、前記ラダー駆動手段、前記旋回手段及び前後進手段を制御する制御手段とを備えてなるポンプ浚渫船を使用し、前記作業船を前進又は後進させる移動工程と、前記作業船から水底部に向けてラダーを挿入し、該ラダーを旋回させつつ、その先端部に配置された掘削手段で水底部を掘削し、その掘削した土砂を周囲の海水とともに吸引する浚渫工程とを繰り返し所定の区画を浚渫するポンプ浚渫船を使用した浚渫方法において、前記浚渫工程において、前記移動計測手段による計測値に基づいて前記ラダー駆動手段、旋回手段及び前後進手段を動作させ、前記カッターヘッドを所望の軌跡に沿って移動させつつ掘削することにある。
【００１３】
請求項４に記載の発明の特徴は、請求項３の構成に加え、前記ポンプ浚渫船は、スパッドの打ち込み位置を計測する旋回中心計測手段を備え、前記旋回中心計測手段からの情報に基づいて前後進手段の移動量を算出して動作させることにある。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係るポンプ浚渫船は、請求項１に記載の構成を具備することによって、旋回手段によるラダーの旋回動作と連動して作業船が前進又は後進することによって、カッターヘッドを直線状等の所望の軌跡に沿って移動させることができ、矩形状等に区画された計画浚渫区域を略計画に則って浚渫することができ、浚渫計画の立案が容易になるとともに、余掘りの低減を図ることができる。
【００１５】
また、本発明において、請求項２の構成を具備することによって、スパッドを基点として安定した旋回動作を行えるとともに、スパッドを基点として作業船を好適に前後進させることができる。
【００１６】
本発明に係るポンプ浚渫方法は、請求項３に記載の構成を具備することによって、旋回手段によるラダーの旋回動作と連動して作業船が前進又は後進し、カッターヘッドを直線状等の所望の軌跡に沿って移動させることができ、矩形状等に区画された計画浚渫区域を略計画に則って浚渫することができ、浚渫計画の立案が容易になるとともに、余掘りの低減を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係るポンプ浚渫船の一例を示す側面図である。
【図２】同上の平面図である。
【図３】本発明に係るポンプ浚渫方法の状態を時系列的に示す概略平面図である。
【図４】従来のポンプ浚渫方法の状態を時系列的に示す概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明に係るポンプ浚渫船及び浚渫方法の実施態様を図１〜図４に示した実施例に基づいて説明する。尚、図中符号１はポンプ浚渫船である。
【００１９】
ポンプ浚渫船１は、作業船２から水底地盤３に向けて水中に挿入されるラダー４と、ラダー４の先端部に配置されたカッターヘッド５と、ラダー４の先端部に吸引口を開口させた土砂移送管路（図示せず）と、土砂移送管路に接続された吸引ポンプ（図示せず）とを備えている。
【００２０】
また、このポンプ浚渫船１は、カッターヘッド５の位置を計測する位置計測手段と、ラダー４を上下移動させるラダー駆動手段６と、ラダー４とともに作業船２を旋回させる旋回手段７と、作業船２を前後進させる前後進手段８と、ラダー駆動手段６、旋回手段７及び前後進手段８を制御する制御手段とを備え、カッターヘッド５の位置を管理しつつ掘削できるようになっている。
【００２１】
座標系は、図３に示すように、矩形状に区画された計画浚渫区域を基準に設定され、作業船２の進行方向に向けた水平方向にｙ軸を設定し、ｙ軸と直交する水平方向にｘ軸、鉛直方向にｚ軸を設定としている。尚、座標系は、特に実施例に限定されるものではなく、例えば、絶対座標系を用いてもよい。
【００２２】
また、ポンプ浚渫船１は、作業船２上に制御を行う制御室９を有し、制御室９内には、制御手段を構成するコンピュータ端末等が設置され、この制御手段によりポンプ浚渫船１が制御できるようになっている。
【００２３】
このポンプ浚渫船１は、所謂スパッドキャリッジ方式の前後進手段８を備え、前後進手段８は、水底地盤３に打ち込まれるスパッド１０と、スパッド１０を昇降可能に支持する支持台１１と、スパッド１０を昇降させる打ち込み手段（図示せず）と、支持台１１を作業船２に対し移動させる支持台駆動手段１２と、スパッド１０の打ち込み位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）を計測する旋回中心計測手段とを備えている。尚、図中符号１３は補助スパッドである。
【００２４】
支持台駆動手段１２は、特に限定されないが、例えば、図１、図２に示すように、作業船２上に設置された軌道上１２ａ，１２ａに支持台１１を移動可能に設置し、ウインチや油圧シリンダー等の駆動用アクチュエータによって支持台１１を軌道１２ａ，１２ａ上で移動させるようになっている。また、その移動量ｋは、制御手段によって制御されている。
【００２５】
旋回中心計測手段は、ＧＮＳＳユニット１７からなる水平位置検知手段によって得られた作業船２の基準位置情報と、初期位置における作業船２とスパッド１０との相対位置関係に基づいてスパッド１０の打ち込み位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）を測定するようになっている。尚、旋回中心計測手段は、前後進手段８を構成する支持台１１にＧＮＳＳユニット１７等を設置し、その位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）を計測してもよい。
【００２６】
旋回手段７は、船首部に設けられた各ウインチ１４，１４から繰り出され、ラダー４に支持された滑車を介して水平方向に延出された旋回用ワイヤ１６，１６を備え、先端をアンカーに固定された旋回用ワイヤ１６，１６を繰り出し・巻取り動作することによって、スパッド１０を支点としてラダー４を作業船２とともに水平方向に旋回（スイング）させるようになっている。
【００２７】
一方、この作業船２の船首部には、ラダー４の基端部が枢支され、その先端側がラダー駆動手段６により上下動するようになっている。
【００２８】
このラダー駆動手段６は、作業船２の船首部に設置された支柱６ｃ上端部より繰り出された吊り下げ用ワイヤ６ａ、６ａを備え、吊り下げ用ワイヤ６ａ，６ａの先端をラダー４の先端部及び中央部にそれぞれ連結させ、作業船２上に搭載されたウインチ６ｄにより吊り下げ用ワイヤ６ａ，６ａを繰り出し・巻き取り動作することにより枢支軸６ｂを基軸としてラダー４を上下動させるようになっている。
【００２９】
この吊り下げ用ワイヤの繰り出し量は、ロータリーエンコーダ等からなる測定器により測定され、測定された繰り出し量データが制御手段に出力され、この繰り出し量データに基づいてラダー角度θの計測及び制御、即ち、ラダー４先端部の水深方向位置を制御するようになっている。尚、ラダー角度θは、測定された繰り出し量データに依らず、後述するラダー４の先端部の深度（カッター深度）と船体高さに基づいて演算により求めてもよい。
【００３０】
一方、ラダー４の先端側部には、水圧計や潮位計等からなる水深検知手段が設置され、作業船２に設置されたＧＮＳＳユニット１７からなる水平位置検知手段とともにラダー４先端部の位置を検知する位置検知手段を構成し、ラダー４の先端部（カッターヘッド５）の実際の三次元位置ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）をリアルタイムに測定し、制御装置に出力するようになっている。
【００３１】
尚、位置検知手段は、上述の実施態様に限定されず、複数のＧＮＳＳ機器を備えたものや、ＧＮＳＳ機器とジャイロコンパス等の方位計とを備えたもの、水平位置と方位を計測可能なＧＮＳＳ方位計（ＧＰＳ方位計）と水圧計や潮位計等からなる水深検知手段とを組み合わせたもの等であってもよい。
【００３２】
制御手段は、位置計測手段及び旋回中心計測手段からの情報と計画浚渫区域情報とに基づいて作業船２の移動量ｋとラダー４の深度を算出する演算手段を備え、演算手段によって算出された移動量ｋに基づいて前後進手段８によって作業船２を旋回中に前後進させ、カッターヘッド５を所望の軌跡に沿って、本実施例では、直線状、即ち、ｙ＝Ｙｄ（定数）上で移動させつつ掘削するようになっている。
【００３３】
演算手段は、移動量ｋを例えば、以下の数式１を用いて算出し、前後進手段８は、スパッド１０の打ち込み位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）から移動量ｋの位置となるように、作業半径方向に作業船２を前進又は後退させるようになっている。
【数１】
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【００３４】
尚、ｘ´、ｙ´及びｚ´は、矩形状に区画された浚渫対象区域の設計上の座標であり、Ｌ１は初期位置におけるスパッド１０からラダー基点までの距離、Ｌ２はラダー長さ、Ｈｔはラダー基点高さである。
【００３５】
次に、上述したポンプ浚渫船１を使用したポンプ浚渫方法について説明する。
【００３６】
まず、ＧＮＳＳユニット１７等の作業船２位置計測手段により位置を計測しつつ、ポンプ浚渫船１を所定の位置まで移動させ、その位置でスパッド１０を水底地盤３に打ち込む。
【００３７】
その際、スパッド１０を支持する支持台１１は、作業船２の初期位置に位置し、旋回中心計測手段によってスパッド１０の打ち込み位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）が計測される。
【００３８】
次に、図１に示すように、ラダー４を下降させ、カッターヘッド５を水底地盤３に着底させ、その位置におけるカッターヘッド５の位置ｐ（ｘ，ｙ，ｚ）を計測し、計測されたＹ座標ｙ＝Ｙｄが制御手段に出力され、演算手段にｙ´が自動的に設定される。
【００３９】
そして、スパッド１０の打ち込み位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）を旋回中心とし、旋回手段７によって旋回を開始する。
【００４０】
旋回を開始すると、制御手段は、旋回移動毎に計画浚渫区域におけるｘ座標ｘ１、ｘ２を順次更新し、演算手段によって各座標ｘ１、ｘ２をｘ´とする移動量ｋを数式１によって算出し、前後進手段８、即ち、支持台駆動手段１２を駆動させ、ｘ方向への移動と算出されたスパッド１０の打ち込み位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）から移動量ｋの位置まで旋回半径方向に前進させる。
【００４１】
そして、旋回移動と前後進手段８による作業船２の前進動作とを計画浚渫区域における一方のｘ方向端部に到達するまで繰り返す。
【００４２】
また、一方のｘ方向端部に到達したら、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示す動作を逆順に行い、制御手段は、旋回手段７を動作させ、ポンプ浚渫船１をｘ方向逆向きに旋回させ、旋回移動毎に計画浚渫区域におけるｘ座標ｘ２、ｘ１を順次更新し、演算手段によって各ｘ座標をｘ´とする移動量ｋを数式１によって算出し、前後進手段８を動作させることによって、スパッド１０の打ち込み位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）から移動量ｋの位置まで旋回半径方向に作業船２を後退させる。そして、ポンプ浚渫船１がｘ＝Ｘの位置に復帰すると、スパッド１０と作業船２との相対位置が初期位置に復帰する。
【００４３】
このように、旋回動作とともにスパッド１０に支持された状態で作業船２を順次前進させることによって、カッターヘッド５が所望の軌跡に沿って、即ち、ｙ＝Ｙｄ（定数）の直線上を移動する。
【００４４】
次に、図３（ｄ）に示すように、スパッドキャリッジによってポンプ浚渫船１を所定の距離Ｄだけ前進させ（移動工程）、その位置Ｐ´（Ｘ，Ｙ＋Ｄ）において新たにスパッド１０を打ち込み、図３（ａ）〜図３（ｃ）と同様の作業を行い、ｙ＝Ｙｄ＋Ｄ（定数）の直線上でカッターヘッド５を移動させつつ水底地盤３を掘削する（掘削工程）。
【００４５】
そして、移動工程と掘削工程とを繰り返し、直線状の浚渫がｙ軸方向に連続して施工され、計画浚渫区域に対応した矩形状に浚渫作業が行われる。
【００４６】
尚、上述の実施例では、便宜上、図３（ａ）に示す位置より片側に旋回した場合を示して説明したが、反対側に旋回しつつ同様に掘削作業を行うことができる。
【００４７】
従来のポンプ浚渫方法では、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、ポンプ浚渫船１の旋回に伴い、ラダー４及びその先端のカッターヘッド５が円弧状に移動するため、カッターヘッド５の移動軌道が矩形状の計画浚渫区域より逸脱し、当該逸脱を考慮した浚渫計画の立案が必要になるとともに、計画された区域を浚渫するために余掘りが必要となる。
【００４８】
これに対し、本願発明に係るポンプ浚渫船１及びそれを使用したポンプ浚渫方法は、演算手段が適当な移動量ｋを算出し、制御手段がそれに基づいて旋回移動と連動させながら前後進手段８を動作させることとによって、カッターヘッド５がｙ＝Ｙｄ（定数）上を直線状に移動するので、矩形状に区画された計画浚渫区域を略計画に則って浚渫することができ、浚渫計画の立案が容易になるとともに、余掘りの低減を図ることができる。
【００４９】
尚、上述の実施例では、カッターヘッド５がｙ＝Ｙｄ（定数）上を直線状に移動する場合について説明したが、計画浚渫区域の態様に合わせて数式１中のｙ´に関する関数を変更することによってカッターヘッド５を所望の軌跡に沿って移動させることができる。
【００５０】
例えば、数式１中のｙ´を比例関数ｙ´＝Ａｘ＋Ｙｄ（０≦ｘ＜ｘ１）、ｙ´＝Ｂｘ＋｛（Ａ−Ｂ）ｘ１＋Ｙｄ｝（ｘ１≦ｘ≦ｘ２）（Ａ、Ｂは定数）やステップ関数ｙ´＝Ｙｄ（０≦ｘ＜ｘ１），Ｙｄ＋Ｂ（ｘ１≦ｘ≦ｘ２）（Ｂは定数）に設定することによって、演算手段が適当な移動量ｋを算出し、制御手段がそれに基づいて旋回移動と連動させながら前後進手段８を動作させ、ジグザク状、段状等の所望の軌跡に沿ってカッターヘッド５を移動させる。
【００５１】
尚、上述の実施例では、スパッドキャリッジ方式の前後進手段８を用いた例について説明したが、前後進手段８としてはクリスマスツリー状にアンカリングしたワイヤ操作で作業船２を旋回及び前後進させるクリスマスツリー方式を採用してもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１  ポンプ浚渫船
２  作業船
３  水底地盤
４  ラダー
５  カッターヘッド
６  ラダー駆動手段
７  旋回手段
８  前後進手段
９  制御室
１０  スパッド
１１  支持台
１２  支持台駆動手段
１３  補助スパッド
１４  ウインチ
１７  ＧＮＳＳユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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