(57)【要約】【課題】作業する場所や水深による制約を受けることなく効率的な掘削を継続して行うことが可能で、精度良く出来形を確保することができると共に、ピンポイント掘削が可能で重要構造物を傷つけずに作業を行うことができる水底掘削システムを提供する。【解決手段】一端の吐出口１５ａを水面Ｓ上に露出させ他端の吸込口１５ｂを水底Ｇ近傍に位置させた揚泥用配管１５と、水底Ｇに配置され吸込口１５ｂを移動させる水中作業機械１２と、揚泥用配管１５を介して吸込口１５ｂから水底Ｇの土砂等を吸い込み吐出口１５ａから吐出することにより、土砂等を水面Ｓ上に引き揚げる引き揚げ手段とを有する。【選択図】　　　図１
2004137806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端の吐出口を水面上に露出させ他端の吸込口を水底近傍に位置させた揚泥用配管と、
水底に配置され前記吸込口を移動させる水中作業手段と、
前記揚泥用配管を介して前記吸込口から水底の被掘削物を吸い込み前記吐出口から吐出することにより、前記被掘削物を水面上に引き揚げる引き揚げ手段と
を有することを特徴とする水底掘削システム。
【請求項２】
前記揚泥用配管は、
上端側を支点にして前記吸込口を水底に沿い自由に移動及び揺動させることができると共に、前記吸込口を必要とする掘削水深に保持する剛性構造を有し、長さが掘削地点の想定掘削面計測基準となることを特徴とする請求項１記載の水底掘削システム。
【請求項３】
前記揚泥用配管は、
掘削地点の位置・深度管理を行うための、掘削中の傾き状態を検出する傾斜計及び掘削位置の水圧を検出する水圧計を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の水底掘削システム。
【請求項４】
前記水中作業手段である、潜水士により操作されて作動し或いは無人化され遠隔操作により作動する水中作業機械と、
掘削作業を支援する水中作業支援手段である、潜水士により操作されて作動し或いは無人化され遠隔操作により作動する支援用水中作業機械と、
前記水中作業機械及び前記支援用水中作業機械を水面上から管理・制御・支援する支援台船と
を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の水底掘削システム。
【請求項５】
前記水中作業機械と前記支援用水中作業機械の少なくとも一方は、掘削現場に関する画像を撮影する水中ＴＶカメラを備えていることを特徴とする請求項４に記載の水底掘削システム。
【請求項６】
前記引き揚げ手段は、前記揚泥用配管に装着された送気管を用いるエアーリフトポンプであることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の水底掘削システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水底掘削システムに関し、特に、水中作業機械を水面上から遠隔操作して水底を掘削する水底掘削システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、例えば、海や湖等の水底を浚渫するために、ポンプ式浚渫船やグラブ式浚渫船を用いて水底を掘削する水底掘削方法が知られている。
【０００３】
内陸の湖沼等で水底の掘削を行う場合、例えばグラブバケットを備えた組立式グラブ船（以下、グラブ船と略称する）が用いられる。この場合、掘削地点の水面に位置させたグラブ船からグラブバケットを水底に下ろして水底を掘削した後、土砂等を掴んだままグラブバケットを引き上げ、土砂等をグラブ船に隣接する土運船に積み込む。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、グラブ船を用いた水中掘削作業の場合、甲板にグラブバケットの吊り下げ機構を備えた大型の船体からなるグラブ船を必要とするため、作業可能場所が限られていた。特に、ダム湖の浚渫を行う場合には、ダム湖が山間部にあるため、ダム湖そのものが狭く屈曲しており、ダム湖にグラブ船を運び込むのは殆ど不可能だった。
【０００５】
更に、水中に下ろしたグラブバケットを水面上から操作して水底の掘削作業を行うため、水底地盤の状況把握が容易ではなく、水中での的確なグラブバケット操作ができず効率的な掘削を継続して行うことが困難であり、精度良く出来形を確保するのにも限界があった。とりわけ、水深が約３０〜４０ｍとなる大水深で掘削作業を行う場合、それらの影響が顕著となる。
【０００６】
その上、ダム湖の浚渫を行う場合、取水口にはスクリーン等の重要構造物が設置されているため、取水口付近の掘削には、掘削場所を正確に捉えるピンポイント掘削により重要構造物を傷つけずに作業を行うことが要求される。このような要求に、グラブ船を用いた水中掘削作業で応えることは非常に困難である。
【０００７】
この発明の目的は、作業する場所や水深による制約を受けることなく効率的な掘削を継続して行うことが可能で、精度良く出来形を確保することができると共に、ピンポイント掘削が可能で重要構造物を傷つけずに作業を行うことができる水底掘削システムを提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る水底掘削システムは、一端の吐出口を水面上に露出させ他端の吸込口を水底近傍に位置させた揚泥用配管と、水底に配置され前記吸込口を移動させる水中作業手段と、前記揚泥用配管を介して前記吸込口から水底の被掘削物を吸い込み前記吐出口から吐出することにより、前記被掘削物を水面上に引き揚げる引き揚げ手段とを有することを特徴としている。
【０００９】
上記構成を有することにより、一端の吐出口を水面上に露出させ他端の吸込口を水底近傍に位置させた揚泥用配管の吸込口が、水底に配置された水中作業手段により移動され、水底の被掘削物が、引き揚げ手段により揚泥用配管の吸込口から吸い込まれ吐出口から吐出されて水面上に引き揚げられる。これにより、作業する場所や水深による制約を受けることなく効率的な掘削を継続して行うことが可能で、精度良く出来形を確保することができると共に、ピンポイント掘削が可能で重要構造物を傷つけずに作業を行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、この発明の一実施の形態に係る水底掘削システムの概略構成を示す説明図である。図１に示すように、水底掘削システム１０は、揚泥手段１１、水中作業手段１２、水中作業支援手段１３及び支援台船１４を有している。
【００１２】
揚泥手段１１は、揚泥用配管１５、保持機構１６、及び引き揚げ手段（図示しない）を有し、支援台船１４により掘削現場の水域に配置される。引き揚げ手段としては、例えば、エアーリフトポンプが用いられる。このエアーリフトポンプにより、吸込口１５ｂから土砂等（被掘削物）が吸い込まれて吐出口１５ａから吐出されることにより、揚泥用配管１５を介して水底から土砂等が水面上に引き揚げられる。
【００１３】
揚泥用配管１５は、剛性構造を有し支援台船１４で運搬容易な短い配管１７を、例えばボルト・ナット等の連結手段により複数個連結して、作業する水底Ｇの水深に合わせた長さに形成され、例えば、大深度に対応する約３０〜４０ｍの長さを有している。なお、揚泥用配管１５を、剛性を有すると共に掘削深度等によりその都度長さを伸張短縮することができる伸縮管により形成しても良い。
【００１４】
この揚泥用配管１５は、一端の吐出口１５ａを水面Ｓの上方に露出させると共に他端の吸込口１５ｂを水底Ｇ近傍に位置させており、水底Ｇに対しほぼ垂直に設置されている。吐出口１５ａは、吐出物が、例えば、土運船やノッチタンク等に設けられた水面Ｓ上の泥槽に収容されるように、配置される。
【００１５】
また、揚泥用配管１５には、エアーリフトポンプの送気管１８が装着されると共に、側面の複数箇所に傾斜計１９が、吸込口１５ｂ近傍に水圧計２０が、それぞれ装着されている。傾斜計１９により掘削中の傾き状態を検出し、水圧計２０により掘削位置の水圧を検出することにより、掘削地点の位置・深度管理を行うことができる。傾斜計１９は、揚泥用配管１５に関する水底面における２次元方向（水平面直交軸方向）の傾きを計測するため、少なくとも、配管側面に互いに直交するように２個設置される。
【００１６】
保持機構１６は、支援台船１４に複数の脚部と支持部材を組み合わせて形成され、揚泥用配管１５を、水底Ｇに対してほぼ垂直状態に、且つ、ほぼ垂直状態のまま吐出口１５ａ近傍を支点として吸込口１５ｂが水底Ｇの表面に沿って振り子状に揺動可能に、保持することができる。
【００１７】
水中作業手段１２は、支援台船１４から送り出された油圧ホースを含む制御関係の複数のケーブル２１を介して、支援台船１４から遠隔操作することができる、例えば、水中バックホウ等の水中作業機械である。この水中作業手段１２は、水底Ｇを自由に移動することができると共に、屈伸等の種々の動きが自在に可能なアーム１２ａを備えており、その先端に、揚泥用配管１５を収容する配管収容部２２を有する。
【００１８】
配管収容部２２は、開閉可能に一端が軸支された一対の円弧状腕部により形成されており、閉時形成される内部空間には、揚泥用配管１５の吸込口１５ｂ近傍が貫通状態で収容される。配管収容部２２の内部空間は、揚泥用配管１５を収容した状態で、揚泥用配管１５の揺動や上下動に伴う吸込口１５ｂ近傍の動きを阻止することがない十分な間隙を有する。
【００１９】
従って、揚泥用配管１５の吸込口１５ｂは、水中作業手段１２が水底Ｇを移動するのに伴い、また、アーム１２ａの動きの変化に伴い、配管収容部２２に案内されて変化することになる。その結果、アーム１２ａを水底Ｇに沿うように左右に振ることで、吸込口１５ｂを水底Ｇに向けたまま揚泥用配管１５を振り子状に揺動させることができる。
【００２０】
また、水中作業手段１２には、配管収容部２２に収容された吐出口１５ａを周辺部も含めて照射し撮影することができるように、アーム１２ａの基部と先端近傍に水中ＴＶカメラ２３が、アーム１２ａの先端近傍にサーチライト２４が、それぞれ装着されている。
【００２１】
水中作業支援手段１３は、支援台船１４から送り出された油圧ホースを含む制御関係の複数のケーブル２５が連結されて、支援台船１４から遠隔操作することができる、例えば、水中バックホウ等の支援用水中作業機械である。この水中作業手段１３は、水底Ｇを自由に移動することができると共に、屈伸等の種々の動きが自在に可能なアーム１３ａを備えている。
【００２２】
また、水中作業支援手段１３は、水中作業現場に向けて清水を放出することができる清水送出装置２６を有すると共に、水中作業現場を周辺部も含めて照射し撮影することができるように、アーム１３ａの基部と先端近傍に水中ＴＶカメラ２７が、アーム１３ａの先端近傍にサーチライト２８が、それぞれ装着されている。
【００２３】
これら水中作業手段１２と水中作業支援手段１３に装着された水中ＴＶカメラ２３，２７により、掘削作業に際し水中作業手段１２と水中作業支援手段１３の遠隔操作に必要な掘削現場の画像を撮影することができる。
【００２４】
水面Ｓに位置する支援台船１４は、揚泥用配管１５に装着されたエアーリフトポンプ用の送気管１８にエアを供給するためのコンプレッサ２９と共に、管理室３０を有しており、管理室３０の屋根部には、支援台船１４の現在位置を正確に検出するためのＧＰＳ受信器３１が設置されている。
【００２５】
管理室３０には、揚泥手段１１、水中作業手段１２及び水中作業支援手段１３の操作を制御管理し、水中ＴＶカメラ２３，２７とサーチライト２４，２８の操作を制御管理するためのコンピュータ等の制御手段（図示しない）、及び水中ＴＶカメラ２３，２７によって撮影された画像を表示するディスプレイ（図示しない）が備えられている。
【００２６】
この支援台船１４は、揚泥手段１１により水底Ｇから水面Ｓへと運び揚げられた土砂、シルト、粘土等が積み込まれる土運船３２と共に、掘削現場の水域に係留固定される。
【００２７】
次に、上述した水底掘削システム１０による水底浚渫作業を説明する。例えば、ダムサイト等の浚渫を行う場合、掘削現場の水域には、水中作業手段１２と水中作業支援手段１３として２台の水中バックホウが水底Ｇに、支援台船１４が水面Ｓに、それぞれ配置される。
【００２８】
支援台船１４と水中作業手段１２の間には、掘削する水底Ｇの水深に対応する長さに形成された揚泥用配管１５が、下端側を水中作業手段１２の配管収容部２２に挿入し、上端側を保持機構１６に保持され吊り下げられた状態で配置されている。吊り下げられた揚泥用配管１５は、吐出口１５ａを水面Ｓ上方に突出させ吸込口１５ｂを水底Ｇに向けて水底Ｇに対しほぼ垂直に保持される。
【００２９】
支援台船１４に吊り下げられた揚泥用配管１５は、管理室３０の制御手段により制御されて水中作業手段１２が移動し或いはアーム１３ａが動くことにより、上端側を支点にして吸込口１５ｂを水底Ｇに沿い自由に移動及び揺動させることができる。
【００３０】
この揚泥用配管１５は、配管１７を複数個連結した剛性を有するもので直線状に保たれており、保持機構１６によって吸込口１５ｂが水面Ｓから一定水深に保持されるため、吸込口１５ｂを移動させる水中作業手段１２が凹凸のある水底Ｇを移動する場合にも、凹凸の影響を受けることなく掘削位置の深さ管理が可能である。つまり、揚泥用配管１５の長さが、掘削地点の想定掘削面計測基準となる。
【００３１】
同時に、揚泥用配管１５に装着された傾斜計１９と水圧計２０により、掘削中の揚泥用配管１５の傾き状態及び掘削位置の水圧を検出することができる。傾斜計１９と水圧計２０の検出データは、管理室３０の制御手段に送られて、ＧＰＳ受信器３１からのデータと共に掘削箇所の現在位置と水深を把握するために利用される。これにより、掘削箇所の位置及び水深を容易に管理することができる。
【００３２】
従って、支援台船１４に乗った作業者は、管理室３０から遠隔操作により水中作業手段１２を動かして、水底Ｇの任意の場所に吸込口１５ｂを移動させた後、揚泥用配管１５を揺動させる。揚泥用配管１５の揺動により吸込口１５ｂを振り子状にスイングさせると共に、コンプレッサ２９を作動させエアーリフトポンプで吸込口１５ｂから水底Ｇの土砂、シルト、粘土等を吸い上げる。これにより、水底Ｇを掃くように移動する吸込口１５ｂの移動範囲の水底Ｇが、一定の深さに掘削される。
【００３３】
このとき、作業者は、管理室３０から、水中作業手段１２の水中ＴＶカメラ２３とサーチライト２４、及び水中作業支援手段１３の水中ＴＶカメラ２７とサーチライト２８、必要に応じて清水送出装置２６を、それぞれ遠隔操作して、照射位置及び撮影場所を自由に選択すると共に視界を十分に確保することができる。よって、作業者は、管理室３０のディスプレイを見ながら、制御装置を操作して吸込口１５ｂを水底Ｇの必要な箇所へ容易、且つ、確実に移動させることができ、また、水底Ｇの掘削状態も正確に視認することができる。
【００３４】
なお、揚泥用配管１５の吸込口１５ｂに、掘削用カッタを取り付けてもよい。これにより、エアーリフトポンプでは十分に掘削できない場合に、水底Ｇを確実に掘削することができる。
【００３５】
このように、この発明に係る水底掘削システム１０により、掘削現場の水深が浅い場合等は潜水士が直接操作し、水深が深い場合等は無人化により遠隔操作される水中作業機械と、これら水中作業機械を水面Ｓから管理・制御・支援する１基の支援台船１４を用いて、水底Ｇを掘削し浚渫することができる。
【００３６】
水中作業機械は、掘削作業を行う揚泥用配管１５を移動するための１台と、作業中に障害が発生した場合等に対応する支援用、及び水中ＴＶカメラや清水送出装置を設置するための１台が配備されるが、掘削現場の水深や作業状況に応じて、揚泥用配管１５を移動するための１台のみ、或いは支援用を２台以上用いても良い。
【００３７】
無人化され遠隔操作により水中作業機械を作動する場合、支援台船１４に乗った操作者は、水中作業機械の操作に際し、ＧＰＳ受信器３１・傾斜計１９・水圧計２０を利用して位置・深度管理を行い、水中ＴＶカメラ２３，２７を利用して作業状況管理を行う。
【００３８】
この結果、山間地のダム湖や大深度での掘削作業においても、制約を受けることなく効率的な掘削を継続して行うことが可能で精度良く出来形を確保することができると共に、ピンポイント掘削が可能で重要構造物を傷つけずに作業を行うことができる。
【００３９】
特に、無人化により遠隔操作される水中作業機械を用いる場合、潜水士を必要としないので水中作業そのものに費やす時間を十分確保することができ、水深が約３０〜４０ｍとなる大深度での掘削作業においても制約を受けることはない。
【００４０】
即ち、水中作業機械を潜水士が操作して掘削作業をする場合は、潜水士が空気塞栓や血行障害等による減圧症（潜水病）になるのを防止するため、高圧則に定める１回の潜水時間と１日の潜水累計時間の遵守及び浮上時間の制限等が必要となるからである。
【００４１】
更に、ピンポイント掘削により掘削場所を正確に捉えることができるので、ダム湖の浚渫を行う場合にも、取水口に設置されたスクリーン等の重要構造物を傷つけることなく取水口付近の掘削を行うことができる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、一端の吐出口を水面上に露出させ他端の吸込口を水底近傍に位置させた揚泥用配管の吸込口が、水底に配置された水中作業手段により移動され、水底の被掘削物が、引き揚げ手段により揚泥用配管の吸込口から吸い込まれ吐出口から吐出されて水面上に引き揚げられるので、作業する場所や水深による制約を受けることなく効率的な掘削を継続して行うことが可能で、精度良く出来形を確保することができると共に、ピンポイント掘削が可能で重要構造物を傷つけずに作業を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る水底掘削システムの概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
１０　水底掘削システム
１１　揚泥手段
１２　水中作業手段
１２ａ　アーム
１３　水中作業支援手段
１４　支援台船
１５　揚泥用配管
１５ａ　吐出口
１５ｂ　吸込口
１６　保持機構
１７　配管
１８　送気管
１９　傾斜計
２０　水圧計
２１，２５　ケーブル
２２　配管収容部
２３，２７　水中ＴＶカメラ
２４，２８　サーチライト
２６　清水送出装置
２９　コンプレッサ
３０　管理室
３１　ＧＰＳ受信器
３２　土運船
Ｇ　水底
Ｓ　水面
【図１】
2004137806.tif 000003