(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダム等の閉鎖的な水域の水底に溜まった玉石や沈木を含む堆積物を浚渫するための装置であって、浮力により水上に浮かび水上移動可能に形成された浮力体と、該浮力体上に敷設された軌道と、該軌道に沿って走行移動可能に設けられたベースマシンと、該ベースマシンから水底に吊り下ろされて昇降可能に支持され、前記堆積物を巻き込んで切削するカッタービットを取り付けた相対するカッターホイールを有する水平多軸回転式カッターと、該水平多軸回転式カッターにより切削された堆積物を切削物吸引ノズルから吸引して地上に排出するためのポンプとを備え、前記水平多軸回転式カッターは各軸が異なる回転速度で駆動可能に形成され、各軸を異なる回転速度で駆動することにより所定方向に横移動させ得るようにした、堆積物に含まれる玉石や沈木を切削可能に構成した浚渫装置。
【請求項２】
前記水平多軸回転式カッターを、コンクリート構造物などの非浚渫対象物から離隔させて接触しないように、水平多軸回転式カッターの横方向の位置を制御するカッター防護手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の浚渫装置。
【請求項３】
前記浮力体を水上移動可能にする手段として、浮力体上に取り付けられたウインチと、中間部がウインチに捲回されて張架されたワイヤーとを備えることを特徴とする請求項１に記載の浚渫装置。
【請求項４】
前記水平多軸回転式カッターに傾斜計が設けられ、水平多軸回転式カッターをベースマシンからほぼ垂直に懸吊すべく、傾斜計で得られた値により水平多軸回転式カッターのベースマシンに対する位置を補正するものである請求項１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、ダム等の閉鎖的な水域の水底に溜まった堆積物を浚渫する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ダムでは、上流から土砂や濁水が貯水池に流入し、水底に泥や土砂等の堆積物が蓄積される。ダムは、このような堆積物の容量を予め計算したうえで、設計されるものであるが、予期せぬ自然環境の変化などの要因により、予想を上回る容量の堆積物が溜まることがある。このような堆積物による影響として、一般的に貯水池容量の減少、上流河床の上昇、下流河床の低下や海岸線の後退、生物環境への影響などが指摘されている。
そのため、ダム水底の堆積物の対策として、貯砂ダム、排砂バイパス、治山対策等による貯水池への土砂流入抑制策や掘削、浚渫、スルーシング、フラッシング等の貯水池からの土砂排出促進策が採られている。
【０００３】
上述の各種対策のなかで、浚渫は、貯水池の水位を保ったままで施工できるという利点がある。浚渫施工には、グラブバケットを有する浚渫船や、ポンプを有する浚渫船が用いられている。グラブバケットを有する浚渫船は、土砂等の堆積物をグラブバケットで掘削して掴み揚げるものであり、堆積物は、運搬船や圧送ポンプにより搬送される。この浚渫船は、大水深でも浚渫が可能である一方で、堆積物が比較的大きな沈木や玉石等を含む場合には、船上で選別や除去するための装置が必要になり、設備が過大になるという欠点がある。またグラブバケットで堆積物を引き揚げる際の上下動や旋回に要するサイクルタイムが長くなり、施工効率が低下することも欠点である。
【０００４】
このようなグラブバケットの上下動による施工効率の低下を抑制するために、例えば、特許文献１（特開２００５−４２３９２号公報）には、グラブバケット内に連通するようにサンドポンプと送泥ホースが取り付けられた浚渫船が記載されている。このグラブバケットでは、土砂をサンドポンプで吸引して水上に排出することにより、サイクルタイムの短縮を図るものである。しかしながら、堆積物が比較的大きな沈木や玉石等を含む場合には、やはり、グラブバケットを水上に引き揚げる必要が生じ、施工効率が低下するという欠点があった。
【特許文献１】特開２００５−４２３９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
以上のような現状を鑑みて本発明の課題は、堆積物が沈木や玉石等を含む場合であっても、装置を水上に引き揚げたりする必要が無く、良好な施工効率で堆積物を浚渫する装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明では、ダム等の閉鎖的な水域の水底に溜まった玉石や沈木を含む堆積物を浚渫するための装置であって、浮力により水上に浮かび水上移動可能に形成された浮力体と、該浮力体上に敷設された軌道と、該軌道に沿って走行移動可能に設けられたベースマシンと、該ベースマシンから水底に吊り下ろされて昇降可能に支持され、前記堆積物を巻き込んで切削するカッタービットを取り付けた相対するカッターホイールを有する水平多軸回転式カッターと、該水平多軸回転式カッターにより切削された堆積物を切削物吸引ノズルから吸引して地上に排出するためのポンプとを備え、前記水平多軸回転式カッターは各軸が異なる回転速度で駆動可能に形成され、各軸を異なる回転速度で駆動することにより所定方向に横移動させ得るようにした、堆積物に含まれる玉石や沈木を切削可能に構成した浚渫装置が提供される。
【０００７】
かかる構成の浚渫装置では、水平多軸回転式カッターを水底付近に吊り降ろし、この水平多軸回転式カッターの各軸を異なる回転速度で駆動すると、水平多軸回転式カッターは高速回転する軸側に横移動しながら堆積物を切削する。このとき、ベースマシンも水平多軸回転式カッターと同じ方向に同じ速度で浮力体上を走行移動させる。これにより、堆積物は、水平多軸回転式カッターの進行方向に線状に切削され、ポンプで吸い上げられて排出される。ベースマシンを浮力体上の軌道全長の一端から他端まで移動したら、ベースマシンと水平多軸回転式カッターを一旦停止させ、線状に切削した幅分だけ浮力体を移動する。次に、逆方向へ水平多軸回転式カッターを横移動させながら堆積物を切削し、ベースマシンも逆方向へ同じ速度で、浮力体上の軌道の一端から他端まで走行移動させる。
以上のように、水平多軸回転式カッターの横移動と、ベースマシンの走行移動と、浮力体の水上移動とを繰り返すことにより、堆積物を所定厚さで面状に連続して浚渫することが可能になる。つまり、本発明では、水平多軸回転式カッターは横方向に連続して移動させるだけであり、従来装置のように水上に引き揚げたり旋回させたりする必要が無く、そのための時間的な損失も生じず、極めて良好な施工効率で浚渫が可能になる。
【０００８】
本発明の浚渫装置には、コンクリート構造物などの非浚渫対象物に接触しないように離隔させるためのカッター防護手段を設けることが好ましく、これにより水平多軸回転式カッターの横方向の位置を制御する。
【０００９】
本発明の浚渫装置では、前記浮力体を水上移動可能にする手段として、浮力体上に取り付けられたウインチと、中間部がウインチに捲回されて張架されたワイヤーとを設けることが可能である。ワイヤーは、端部に錨部材を取り付け、これら錨部材を水底の所定位置に沈設することにより張架するか、あるいは水域を挟む地上部に錨部材を固定することにより、ワイヤーを張架することができる。
【００１０】
本発明の浚渫装置では、前記水平多軸回転式カッターに傾斜計を設けることが好ましく、該傾斜計で得られた値から水平多軸回転式カッターのベースマシンに対する位置を補正すれば、水平多軸回転式カッターをベースマシンからほぼ垂直に懸吊した状態に維持することが可能になる。水平多軸回転式カッターとベースマシンとの相対位置の補正は、水平多軸回転式カッターの各軸の回転速度を調整することにより行うか、又はベースマシン自体の走行移動方向と速度を調整することにより行うか、あるいは水平多軸回転式カッターとベースマシンを停止させた後に、水平多軸回転式カッターをベースマシンで上昇させることにより、垂直懸吊状態に戻して行うことが可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、堆積物中に玉石や沈木が含まれていても、これらは水平多軸回転式カッターで切削されてポンプで排出されるため、水平多軸回転式カッターは水上に引き揚げたりする必要が無く、水底付近で横移動させるだけで、堆積物を所定厚さで面状に連続して浚渫することが可能になる。また玉石や沈木を船上で選別したり除去する工程や装置が不要であり、格段に良好な設備効率や施工効率が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１３】
本発明の浚渫装置１０は、図１〜図３に示したように、浮力体１１上にレール１２が敷設され、レール１２に沿って走行移動可能にベースマシン２０が設けられ、ベースマシン２０から水平多軸回転式カッター３０が水底４０に吊り下ろされて昇降可能に支持され、水平多軸回転式カッター３０により切削された堆積物を吸引して排出するための排出ポンプ３１（図４参照）を備えている。
【００１４】
ここで、浮力体１１は、ほぼ長方体形状の複数のフロート１１ａを連結し、図３に示したように、平面形状がほぼ長方形になるように組み立てたものを使用する。そして、浮力体１１の長辺にほぼ平行にレール１２が敷設され、レール１２の両端に車輪止め１３が設けられている。また浮力体１１にはウインチ１４とプーリー１５とが設けられ、ウインチ１４はエンコーダを有し、ウインチ１４に捲回されたワイヤー１６がプーリー１５に掛合され、各ワイヤー１６の両端に錨部材（図示せず）が固定され、これら錨部材を水底の所定位置に沈設することによりワイヤー１６が張架される。
【００１５】
図４は、特に、ベースマシン２０と水平多軸回転式カッター３０とを拡大した図であり、水平多軸回転式カッター３０の内部を示すために、アジャスタブルガイド３６を部分的に取り外している。
水平多軸回転式カッター３０は、図４に示したように、ベースマシン２０のワイヤードラム２１から延びる吊りワイヤー２１ａにより水底４０まで吊り降ろされ、吊りワイヤー２１ａの巻き込みにより上昇し、吊りワイヤー２１ａの巻き出しにより下降する。水平多軸回転式カッター３０には、複数のカッターホイール３２ａ,３２bが複数の回転軸（図示せず）により本体部３３の下端に枢着され、各カッターホイール３２ａ,３２bはそれぞれ図４の矢印Ｒ１，Ｒ２方向に、異なる回転速度または同じ回転速度で回転制御可能に設けられている。各カッターホイール３２ａ,３２ｂには、堆積物の硬さや性状に応じたカッタービット３４が取り付けられ、堆積物に玉石や沈木が含まれる場合にも、これらを切削可能に構成される。
切削物吸引ノズル３５は、図４に示したように、複数のカッターホイール３２ａ,３２ｂ間と本体部３３との間に配置され、カッタービット３４により切削された堆積物と水が、この切削物吸引ノズル３５を介して吸引される。つまり、各カッターホイール３２ａ,３２ｂは、その中間領域でカッタービット３４が切削物を巻き込んで下方から上昇させるように回転するものであり、これにより、切削物は中間領域上方に配置された切削物吸引ノズル３５に導かれ、ここから排出ポンプ３１で地上に排出される。
【００１６】
水平多軸回転式カッター３０の本体部３３には、シリンダー（図示せず）を介して四面それぞれにアジャスタブルガイド３６（カッター防護手段）が設けられる。アジャスタブルガイド３６は、カッタービット３４がダム堤体などのコンクリート構造物に接触することを防止するためのスペーサーとして機能する。すなわち、シリンダーを伸張してアジャスタブルガイド３６をカッタービット３４よりも外側に突き出し、アジャスタブルガイド３６をダム堤体に接触させることにより、カッタービット３４をダム堤体から離隔させるものである。
また、水平多軸回転式カッター３０の本体部３３内には排出ポンプ３１、複数の油圧計（図示せず）、複数の回転計３７ａ，３７ｂ、傾斜計３７ｃが設けられている。アジャスタブルガイドのシリンダー（図示せず）、カッターホイール３２ａ,３２ｂや排出ポンプ３１は油圧により駆動されるものであり、それぞれの油圧が複数の油圧計により計測される。また回転計３７ａ，３７ｂは、排出ポンプ３１やカッターホイール３２ａ,３２ｂの回転数を計測するものである。傾斜計３７ｃは、水平多軸回転式カッター３０自体の傾斜角度を計測するものであり、この傾斜角度によりベースマシン２０に対する位置が算出される。
【００１７】
図５はベースマシン２０と水平多軸回転式カッター３０とを拡大し、図４に対して直交方向から見た図である。
ベースマシン２０は、ワイヤードラム２１と油圧ホースドラム２２と排出ホースドラム２３と操作室２９とを備え、発電機２５及び油圧制御装置２６と共に架台２７上に設けられ、架台２７にはレール１２を走行するための車輪２７ａが設けられ、所定の車輪２７ａにエンコーダ２７ｂ及び駆動モータ２７ｃが取り付けられている。
ワイヤードラム２１には、エンコーダ２１ｂが取り付けられ、水平多軸回転式カッター３０を懸吊する吊りワイヤー２１ａが巻回されている。エンコーダ２１ｂで計測されたワイヤードラム２１の回転数から、吊りワイヤー２１ａの巻き出し長さが求められ、これにより水平多軸回転式カッター３０の水中における深度が算出される。
油圧ホースドラム２２には油圧ケーブル２２ａの束が巻回されており、これら油圧ケーブル２２ａを介して、油圧制御装置２６から圧送されたオイルが水平多軸回転式カッター３０の本体部３３に供給される。この油圧によりアジャスタブルガイド３６のシリンダー、排出ポンプ３１、カッターホイール３２ａ,３２ｂは駆動される。油圧ホースドラム２２は、吊りワイヤー２１ａの巻き出し長さ、巻き戻し長さに応じて、油圧ケーブル２２ａの長さが適正になるように調整される。
排出ホースドラム２３にはホース２３ａが巻回され、このホース２３ａの一端が水平多軸回転式カッター３０まで延長し、本体部内の排出ポンプ３１に接続され、ホース２３ａの他端はベースマシン２０内の電磁流量計２８に接続される。そして、電磁流量計２８には、陸上に設けられた堆積物分級プラント（図示せず）まで延びる配管２８ａが接続される。電磁流量計２８では、排出ポンプ３１により圧送された切削物と水の混合物の流量が計測される。排出ホースドラム２３は、吊りワイヤー２１ａの巻き出し長さ、巻き戻し長さに応じて、ホース２３ａの長さが適正になるように調整される。
【００１８】
操作室２９は、オペレータが搭乗して浚渫装置１０を操作するためのものであり、特に図示はしないが、切削制御コンピューターとモニターと操作盤等を備えている。
この切削制御コンピューターには各計測器で得られた計測データが送られ、これら計測データがモニターに表示される。これら計測データが、切削制御コンピューターに搭載された制御プログラムにより処理されて各駆動部へと制御データとして送られるか、あるいは、オペレータが計測データをモニターで確認し、手動で操作盤を操作し、切削制御コンピューターを介して制御データを各駆動部へ送ることが可能である。以上の計測データや制御データは、管理用コンピュータに送信されて保存あるいは解析される。
ここで、切削制御コンピューターには、下記の計測データが送り込まれる。
（１）回転計３７ａにより得られるカッターホイール３２ａ,３２ｂの回転数
（２）回転計３７ｂにより得られる排出ポンプ３１の回転数
（３）傾斜計３７ｃにより得られる水平多軸回転式カッター３０の傾斜角度
（４）油圧計により得られる排出ポンプ３１の油圧データ
（５）油圧計により得られるカッターホイール３２ａ,３２ｂの油圧データ
（６）油圧計により得られるアジャスタブルガイド３６のシリンダーの油圧データ
（７）浮力体１１のウインチ１４のエンコーダにより得られる計測データ
（８）車輪２７ａのエンコーダ２７ｂにより得られる計測データ
（９）ワイヤードラム２１のエンコーダ２１ｂにより得られる計測データ
（10）電磁流量計２８により得られる計測データ
次に、切削制御コンピューターからは、下記の各装置に制御データが送られる。
（ａ）排出ポンプ３１の油圧モータ
（ｂ）カッターホイール３２ａ,３２ｂの油圧モータ
（ｃ）アジャスタブルガイド３６のシリンダー
（ｄ）浮力体１１のウインチ１４
（ｅ）車輪２７ａの駆動モータ２７ｃ
（ｆ）ワイヤードラム２１
（ｇ）油圧ホースドラム２２
（ｈ）排出ホースドラム２３
【００１９】
次に、上記構成の浚渫装置１０を用いた施工方法について説明する。
最初に、ダム貯水池に浚渫装置１０を浮かべ、堆積物４１の除去施工を行う箇所に移動させる。このとき、ベースマシン２０から吊り降ろされた水平多軸回転式カッター３０は堆積物４１に接触しない高さに吊られている。そして、浮力体１１のウインチ１４に巻回されたワイヤー１６を巻き出し、ワイヤー１６の先端に設けられた錨部材を所定位置に沈設し、ワイヤー１６を巻き戻して張設する。これにより浚渫装置１０の浮力体１１はダム貯水池における所定位置に固定される。
次に、ベースマシン２０をレール１２の一端に移動した後に、ベースマシン２０のワイヤードラム２１から吊りワイヤー２１ａを巻き出し、水平多軸回転式カッター３０の高さを調整して堆積物表面に接地させる。
【００２０】
以上のように、浚渫装置１０を所定位置に配置したら浚渫工程を開始する。
最初に、水平多軸回転式カッター３０のカッターホイール３２ａ,３２ｂを同じ回転速度で駆動させて、図２に示したように、カッターホイール３２ａ,３２ｂが堆積物４１に埋まる程度の高さまで鉛直方向に掘進させる。そして、図１における右側のカッターホイール３２ｂを、左側のカッターホイール３２ａよりも比較的高速で回転させることにより、水平多軸回転式カッター３０は堆積物４１を切削しながら図１の矢印Ａ方向に進む。このとき、浮力体１１上ではベースマシン２０の車輪２７ａが駆動モータ２７ｃにより回転駆動されて、水平多軸回転式カッター３０と同じ方向（矢印Ｂ方向）に同じ速さで走行移動する。水平多軸回転式カッター３０により切削された堆積物４１は、排出ポンプ３１により切削物吸引ノズル３５から吸引され、ホース２３ａを通って電磁流量計２８を通過し、配管２８ａを介して陸上に設けられた堆積物の分級プラントまで圧送される。
また堆積物４１中に玉石や沈木が含まれていても、これらは水平多軸回転式カッター３０で切削されて排出ポンプ３１で吸引されるため、水平多軸回転式カッター３０は水上に引き揚げたりする必要が無く、水底付近で横移動させるだけで、堆積物を所定厚さで連続して浚渫することが可能になる。
【００２１】
上記浚渫工程において、水平多軸回転式カッター３０は、ベースマシン２０と同じ平面位置に配置されるように制御されるものであるが、両者の平面位置がずれた場合には、水平多軸回転式カッター３０に傾きが生じ、これが傾斜計３７ｃにより検知される。この平面位置のずれを補正する方法としては、例えば、下記の三通りがある。
（１）水平多軸回転式カッター３０のカッターホイール３２ａ,３２ｂを停止させ、吊りワイヤー２１ａを巻き込んで水平多軸回転式カッター３０を吊り上げ、堆積物４１との接触状態を解除すれば、水平多軸回転式カッター３０は重力により垂直に復帰して傾きが補正される。そして、水平多軸回転式カッター３０を吊り降ろして、堆積物４１に接地させれば両者の平面位置を一致させることができる。
（２）水平多軸回転式カッター３０を一時的に停止させ、その位置に合わせてベースマシン２０を走行移動させることにより、両者の平面位置を一致させて水平多軸回転式カッター３０の傾きを補正することが可能である。
（３）ベースマシン２０の走行移動を一時的に停止させ、水平多軸回転式カッター３０のカッターホイール３２ａ,３２ｂのそれぞれの相対的な回転速度を調整、つまりカッターホイール３２ａ,３２ｂの一方の速度を他方の速度に対して増減することにより、ベースマシン２０に対する遅れ、あるいは進み過ぎを補正し、両者の平面位置を一致させて水平多軸回転式カッター３０の傾きを補正することが可能である。
【００２２】
水平多軸回転式カッター３０の切削移動と同期させながら、ベースマシン２０をレール１２の全長にわたって移動させたら、ベースマシン２０と水平多軸回転式カッター３０とを一時的に停止し、ベースマシン２０の進行方向（レール１２の軸方向）に直交する方向に、浮力体１１の位置を僅かに移動する。つまり、堆積物４１上には、水平多軸回転式カッター３０により切削された軌跡として、一本の切削溝４２が形成されており、この切削溝４２の幅、すなわちカッターホイール３２ａ,３２ｂの幅に相当する分だけ直交方向に移動させる。この浮力体１１の移動は、ウインチ１４によるワイヤー１６の巻き出し、巻き込みにより行う。
【００２３】
浮力体１１を直交方向に僅かに移動させた後、ベースマシン２０と水平多軸回転式カッター３０とを、上述の移動方向とは逆方向にレール１２の全長にわたり移動させる。図１を参照して説明すれば、左側のカッターホイール３２ａを、右側のカッターホイール３２ｂよりも比較的高速で回転させることにより、水平多軸回転式カッター３０は堆積物４１を切削しながら、矢印Ａの逆向きに進めることができる。このとき、ベースマシン２０も、その車輪２７ａを逆方向に回転させることにより、矢印Ｂの逆向きに同じ速さで走行させることができる。水平多軸回転式カッター３０により切削された堆積物４１は、同様に排出ポンプ３１により、陸上に設けられた堆積物の分級プラントまで圧送される。
以上のような水平多軸回転式カッター３０の横移動と、ベースマシン２０の走行移動と、浮力体１１の直交方向への水上移動とが、図６の矢印Ｘ１〜Ｘ８、矢印Ｙ１〜Ｙ７のように繰り返される。つまり、水平多軸回転式カッター３０は矢印Ｘ１方向にその距離だけ進んで、一本の切削溝４２を幅Ｗ１で堆積物上に刻む。その後に、浮力体１１を矢印Ｙ１方向に幅Ｗ１だけ移動したら、水平多軸回転式カッター３０を矢印Ｘ２方向にその距離だけ移動することにより、再び幅Ｗ１の切削溝４２を堆積物上に刻む。このように、矢印Ｘ１〜Ｘ８、矢印Ｙ１〜Ｙ７の動きが順次繰り返されることにより、（長さＬ）×（幅Ｗ）の広さにわたる堆積物上の平面が水平多軸回転式カッター３０で切削されて排出される。
以上のように、浚渫装置１０は、水平多軸回転式カッター３０を横方向に連続的に横移動させて、堆積物４１を平面状に切削・除去するものであり、たとえ、堆積物４１中に玉石や沈木が含まれていても、これらは水平多軸回転式カッター３０で切削されて排出ポンプ３１で吸引されるため、水平多軸回転式カッター３０は、従来装置のように水上に引き揚げたり旋回させたりする必要が無く、そのための時間的な損失も生じず、極めて施工効率良く浚渫工程を進めることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明にかかる浚渫装置を側方から見た図である。
【図２】本発明にかかる浚渫装置を正面から見た図である。
【図３】本発明にかかる浚渫装置の平面図である。
【図４】浚渫装置のベースマシンと水平多軸回転式カッターとを拡大した図である。
【図５】図４とは異なる方向から見た拡大図である。
【図６】水平多軸回転式カッターが移動する軌跡を示した図である。
【符号の説明】
【００２５】
１０  浚渫装置
１１  浮力体
１２  レール（軌道）
１４  ウインチ
１６  ワイヤー
２０  ベースマシン
３０  水平多軸回転式カッター
３１  排出ポンプ
３６  接触カッター防護手段
３７ｃ  傾斜計
４０  水底
【図１】
0004813877.tif 000002
【図２】
0004813877.tif 000003
【図３】
0004813877.tif 000004
【図４】
0004813877.tif 000005
【図５】
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【図６】
0004813877.tif 000007