(57)【要約】トレンチ掘削装置は，本体部と，該本体部を取付け，掘削装置を地面に沿ってトラバース移動可能とする接地型コンベヤ手段と，トレンチを掘削するよう作動可能な少なくとも１つの底土掘削手段とを備える。底土掘削手段の姿勢は，直線状トレンチ部分を掘削するための第１使用位置と，曲線状トレンチ部分を掘削するための第２使用位置との間で調整可能である。第２使用位置は，曲線状トレンチ部分を掘削する際にトレンチ壁のアンダーカットを最小化するよう選択されている。【選択図】図４ｂ
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トレンチを掘削するための掘削装置であって、本体部と、該本体部を取付け、前記掘削装置を地面に沿ってトラバース移動可能とする接地型コンベヤ手段と、トレンチを掘削するよう作動可能な少なくとも１つの底土掘削手段とを備え、該底土掘削手段は、直線状トレンチ部分を掘削するための第１使用姿勢と、曲線状トレンチ部分を掘削するための第２使用姿勢との間で調整可能であり、該第２使用姿勢が、前記曲線状トレンチ部分を掘削する際にトレンチ壁のアンダーカットを最小化するよう選択されている、掘削装置。
【請求項２】
請求項１記載の掘削装置であって、前記底土掘削手段がチェーンカッタ又はジェットカッタである、掘削装置。
【請求項３】
請求項２記載の掘削装置であって、前記底土掘削手段の姿勢を制御下で調整可能とする制御手段を更に備える掘削装置。
【請求項４】
請求項３記載の掘削装置であって、前記底土掘削手段の姿勢が、形成すべきトレンチの所要曲率半径に応じて、前記制御手段により自動的に調整される、掘削装置。
【請求項５】
請求項２、３又は４記載の掘削装置であって、前記底土掘削手段がチェーンカッタであり、該チェーンカッタが、作動姿勢において、無端ループ状に移動可能に取付けられた掘削歯と、該掘削歯が前記底土を掘削して前記トレンチを形成する下端部と、前記掘削歯が前記底土から離隔する上端部とを備え、前記下端部が、形成途上の前記トレンチの対向する境界をそれぞれ規定する外縁部及び内縁部を有し、前記チェーンカッタの姿勢が、前記外縁部の少なくとも一部をトレンチの曲進方向に向けて変位させるよう調整される、掘削装置。
【請求項６】
請求項５記載の掘削装置であって、前記チェーンカッタの姿勢が、該チェーンカッタの略水平軸線周りでの旋回によって調整される、掘削装置。
【請求項７】
請求項２、３又は４記載の掘削装置であって、前記底土掘削手段がジェットカッタであり、該ジェットカッタが、作動姿勢において、掘削流体を所定の作用方向に沿って噴射することにより前記底土を掘削しトレンチを形成する第１部分と、供給される掘削流体と流体連通する第２部分とを有し、前記ジェットカッタの姿勢が、前記掘削流体の前記作用方向を前記トレンチの曲進方向に向けて変位させるよう調整される、掘削装置。
【請求項８】
請求項７記載の掘削装置であって、前記ジェットカッタの姿勢が、該ジェットカッタの略水平軸線周りでの旋回によって調整される、掘削装置。
【請求項９】
請求項６又は８記載の掘削装置であって、前記掘削手段に結合されたアクチュエータを更に備え、該アクチュエータが、前記底土掘削手段の姿勢を略水平軸線周りで調整可能とされている、掘削装置。
【請求項１０】
請求項５又は７記載の掘削装置であって、前記底土掘削手段の姿勢調整が前記本体部の姿勢調整として行われ、該底土掘削手段の姿勢が前記本体部に関して固定されている、掘削装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の掘削装置であって、前記本体部の姿勢が、前記本体部に対する片方又は両方の前記接地型コンベヤ手段の間隔調整によって調整可能である、掘削装置。
【請求項１２】
トレンチを掘削する掘削方法であって、第１及び第２の姿勢の間で調整可能な底土掘削手段を有するトレンチ掘削装置を提供する工程と、前記トレンチの曲線状部分を掘削するに先立って前記底土掘削手段の姿勢を、前記曲線状部分のトレンチ壁のアンダーカットを最小化するよう調整する工程とを備える、掘削方法。
【請求項１３】
請求項１２記載の掘削方法であって、前記底土掘削手段の姿勢を、形成すべき前記トレンチの曲率半径に応じて調整する、掘削方法。
【請求項１４】
請求項１２又は１３記載の掘削方法であって、前記底土掘削手段の姿勢を、該底土掘削手段の略水平軸線周りでの旋回によって調整する、掘削方法。
【請求項１５】
請求項１２又は１３記載の掘削方法であって、前記トレンチ掘削装置が、前記底土掘削手段が取付けられる本体部を備え、前記底土掘削手段の姿勢調整を前記本体部の姿勢調整によって行う、掘削方法。
【請求項１６】
請求項１２から１５の何れか１項に記載の掘削方法であって、前記トレンチ掘削装置が請求項１から１１の何れか１項に記載の掘削装置である、掘削方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は地中，特に，非限定的な意味で海底や湖底等の水底にトレンチを掘削する装置及び方法に関する。本発明は，特に，トレンチを曲進させる際のトレンチのアンダーカットを回避又は低減する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地中へのトレンチの形成は，典型的にはガス配管，給排水管や電線，通信ケーブル等を埋設するために必要とされている周知事項である。水底環境下において，典型的には配管やケーブル類の埋設に必要とされるトレンチ掘削には，水中での諸条件，例えば水底の性状に適合するよう特に構成された機材が必要とされる。ここに「水底」とは，特段の事由のない限り，海底，湖底又は川底を指すものとする。
【０００３】
当業界においては，トレンチを構築するための各種の掘削装置が既知である。既知の掘削装置には，何れも所望のトレンチを形成することのできるプラウ，ジェット装置（水中用）又はチェーンカッタで構成される底土掘削手段が含まれる。典型的には，底土掘削手段は車体に取付けられ，この車体は，それ自身の動力で，又は外的手段により，地面（例えば海底）に沿って移動可能とされている。例えば，トレンチ掘削用の車体は，トラクタ車両又は水面における船舶により曳航することができる。一般的に，トレンチ掘削用の車体は自己動力供給式とするのが好適である。典型的に，トレンチ掘削用の車体は無端軌道上に取付けられる。
【０００４】
この種のトレンチ掘削推進装置は，トレンチの経路が曲進する場合，特に小さな曲率半径をもって曲進する場合に問題を生じる。即ち，このような状況下では底土掘削手段が，特にチェーンカッタ又はジェット手段で構成される場合に，トレンチの湾曲部における外側でトレンチ壁をアンダーカットする可能性がある。その結果，トレンチ壁が不安定化することとなる。更に，チェーンカッタ等の底土掘削手段は，トレンチ壁に挟まり，又は詰まることがある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は，このような問題点を緩和し，又は克服しようとするものである。特に，本発明の解決しようとする課題は，トレンチを曲進させる際におけるトレンチ壁のアンダーカットを低減し，最小化し，又は回避することのできるトレンチ掘削装置及びトレンチ掘削方法を提案することにある。その際，トレンチ壁を所望の角度で，最も好適には略垂直に形成できることが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の態様において，本発明は，本体部と、該本体部を取付け、前記掘削装置を地面に沿ってトラバース移動可能とする接地型コンベヤ手段と、トレンチを掘削するよう作動可能な少なくとも１つの底土掘削手段とを備え、該底土掘削手段は、直線状トレンチ部分を掘削するための第１使用姿勢と、曲線状トレンチ部分を掘削するための第２使用姿勢との間で調整可能であり、該第２使用姿勢が、前記曲線状トレンチ部分を掘削する際にトレンチ壁のアンダーカットを最小化するよう選択されている、掘削装置を提供する。
【０００７】
好適な実施形態においては，前記底土掘削手段がチェーンカッタ又はジェットカッタである。
【０００８】
好適な実施形態において，トレンチ掘削装置は、前記底土掘削手段の姿勢を制御下で調整可能とする制御手段を更に備える。
【０００９】
ある好適な実施形態においては，前記底土掘削手段の姿勢が、形成すべきトレンチの所要曲率半径に応じて、前記制御手段により自動的に調整される。
【００１０】
ある好適な実施形態においては，前記底土掘削手段がチェーンカッタであり、該チェーンカッタが、作動姿勢において、無端ループ状に移動可能に取付けられた掘削歯と、該掘削歯が前記底土を掘削して前記トレンチを形成する下端部と、前記掘削歯が前記底土から離隔する上端部とを備え、前記下端部が、形成途上の前記トレンチの対向する境界をそれぞれ規定する外縁部及び内縁部を有し、前記チェーンカッタの姿勢が、前記外縁部の少なくとも一部をトレンチの曲進方向に向けて変位させるよう調整される。
【００１１】
好適には，これらの実施形態において，前記チェーンカッタの姿勢が、該チェーンカッタの略水平軸線周りでの旋回によって調整される。この水平軸線は，好適には，任意の時点におけるトレンチ掘削軸線の移動方向に対して少なくとも実質的に平行である。
【００１２】
他の好適な実施形態においては，前記底土掘削手段がジェットカッタであり、該ジェットカッタが、作動姿勢において、掘削流体を所定の作用方向に沿って噴射することにより前記底土を掘削しトレンチを形成する第１部分と、供給される掘削流体と流体連通する第２部分とを有し、前記ジェットカッタの姿勢が、前記掘削流体の前記作用方向を前記トレンチの曲進方向に向けて変位させるよう調整される。
【００１３】
このような他の好適な実施形態において，前記ジェットカッタの姿勢が、該ジェットカッタの略水平軸線周りでの旋回によって調整される。この水平軸線は，好適には，任意の時点におけるトレンチ掘削軸線の移動方向に対して少なくとも実質的に平行である。
【００１４】
好適な実施形態において，トレンチ掘削装置は，前記掘削手段に結合されたアクチュエータを更に備え、該アクチュエータが、前記底土掘削手段の姿勢を略水平軸線周りで調整可能とされている。
【００１５】
好適には，前記底土掘削手段の姿勢調整が前記本体部の姿勢調整として行われ、該底土掘削手段の姿勢が前記本体部に関して固定されている。
【００１６】
好適には，前記本体部の姿勢が、前記本体部に対する片方又は両方の前記接地型コンベヤ手段の間隔調整によって調整可能である。
【００１７】
第２の態様において，本発明は，第１及び第２の姿勢の間で調整可能な底土掘削手段を有するトレンチ掘削装置を提供する工程と、前記トレンチの曲線状部分を掘削するに先立って前記底土掘削手段の姿勢を、前記曲線状部分のトレンチ壁のアンダーカットを最小化するよう調整する工程とを備えるトレンチ掘削方法を提供する。
【００１８】
第２の態様における本発明の好適な実施形態では，前記底土掘削手段の姿勢を、形成すべき前記トレンチの曲率半径に応じて調整する。
【００１９】
好適には，底土掘削手段の姿勢を，前記底土掘削手段の姿勢を、該底土掘削手段の略水平軸線周りでの旋回によって調整する。この水平軸線は，好適には，任意の時点におけるトレンチ掘削軸線の移動方向に対して少なくとも実質的に平行である。
【００２０】
好適には，ト記トレンチ掘削装置が、前記底土掘削手段が取付けられる本体部を備え、前記底土掘削手段の姿勢調整を前記本体部の姿勢調整によって行う。
【００２１】
特に好適な実施形態において，前記トレンチ掘削装置は，本発明の前述した第１の態様に基づく掘削装置である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
以下，本発明の実施形態につき，添付図面に基づいて例示的に詳述する。
【図１】典型的なトレンチ掘削装置の概要図である。
【図２】図２ａは、トレンチと，従来のトレンチ掘削装置の掘削部の線図的な平面図であり，トレンチ壁におけるアンダーカットの潜在的リスクを示すものである。図２ｂは、図２ａと同様の平面図であるが，本発明に係る装置及び方法によりトレンチ壁のアンダーカットが低減されることを示すものである。
【図３】図３aは、トレンチ掘削手段を前方から見た説明図であり，従来のトレンチ掘削技術で生じ得るトレンチ壁のアンダーカットを説明するものである。図３ｂは、図３ａと同様の説明図であるが，本発明に従ってトレンチ掘削手段の姿勢を調整すればアンダーカットが低減されることを説明するものである。
【図４ａ】本発明に係る典型的なトレンチ掘削手段の平面図である。
【図４ｂ】図４ａのトレンチ掘削手段の側面図である。
【図４ｃ】図４ａ及び４ｂのトレンチ掘削手段の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図面を参照すれば，本発明は，従来の掘削装置を使用してトレンチを形成する場合において，トレンチの曲進部におけるトレンチ側壁にアンダーカットが形成される問題に着目したものである。従来の掘削装置ではアンダーカットが外側のトレンチ壁に，即ち内側で対向するトレンチ壁よりも曲率半径の大きいトレンチ曲進部の壁に形成される。
【００２４】
図１は従来のトレンチ掘削装置100の一例を示しており，この掘削装置は海底104にトレンチ102を掘削すると同時にトレンチ102内にパイプライン106を埋設するよう構成されている。誤解を避けるために記述すれば，本発明に係る掘削装置は有用性の見地からトレンチ形成手段及びパイプラインの同時埋設手段の両方を備えることができるが，パイプラインの埋設手段それ自体は本発明に係る掘削装置における必須の特徴ではない。従来の掘削装置100は，本体108と，無端関節軌道として構成された接地型コンベヤ手段110とを備え，このコンベヤ手段は本体108と取付けると共に掘削装置100を海底104に沿って矢印Ａ方向に移動させるものである。図１に示す従来の掘削装置100は，一次及び二次の底土掘削手段112, 114を備える。誤解を避けるために記述すれば，本発明に係る掘削装置は，一次及び二次の底土掘削手段の両方を備える必要はないが，有用な実施形態においてそのような構成を採択してもよい。図１において，一次底土掘削手段112はチェーンカッタであり，二次底土掘削手段114はジェットカッタである。チェーンカッタ112は，複数の底土掘削歯118を担持する無端ベルト116を備える。ベルト116を適宜の駆動手段により駆動して掘削歯118を無端ループに沿って移動させ，その移動の間に掘削歯118を底土に接触させて底土を押しのけ，これによりトレンチを形成する。チェーンカッタ112を水平軸線120周りで旋回可能に取付けて，トレンチの掘削深さを調整可能とする。その水平軸線120は本体108を横切って，即ち掘削装置100の進行方向Ａの方向に対して直角に延在する。ジェットカッタ114は複数の吐出口又はノズルを備え，これより高圧下の流体（典型的には水）を噴射して底土を押しのける。
【００２５】
図２ａ及び３ａと，図２ｂ及び３ｂは，それぞれ，従来の掘削装置を使用する場合におけるアンダーカットの形成と，本発明に係る掘削装置を使用してアンダーカットの形成を回避する手法を説明するものである。図２ａ及び２ｂにおいてトレンチは，それぞれ参照符号202A及び202Bで表す。トレンチの中心線は参照符号240A及び240Bで表す。図２ａ及び２ｂにおける右側部分においてトレンチ202A及び202Bはほぼ直線状であり，トレンチ壁のアンダーカットの問題は生じない。即ち，トレンチ壁の向きは略垂直であり，実質的に底土掘削手段200A及び200Bの側縁と整列している。特定の場合に底土掘削手段が垂直面に対して角度をなしていれば（例えばＶ字断面のトレンチを掘削する場合），トレンチ壁は底土掘削手段の向きに従う。
【００２６】
トレンチ202A及び202Bは，それぞれ地点230A及び230Bの近傍で図示左の方向に湾曲又は曲進を開始する。図２ａにおいて，同図の左側部分に示される底土掘削手段200A及び200AAの位置はトレンチ壁に生じ得るアンダーカットの度合を示す。この場合，底土掘削手段200A及び200AAの一部がトレンチの図示された境界を越えて延在する。図２ａ（及び図３ａ）に示すように，従来方法によれば底土掘削手段200A及び200AAは向きが垂直に維持されている。対照的に，底土掘削手段200B及び200BBの本発明に係る姿勢調整を示す図２ｂにおいては，参照符号232B及び234Bから理解できるとおり，アンダーカットが回避され，実質的に垂直なトレンチ壁が形成される。
【００２７】
同一の効果を図３ａ及び３ｂに示す。図３ａにおいては，線図的に示した底土掘削手段200Aが曲進する際に，底土掘削手段200Aが実質的に垂直に向けられていることに由来してアンダーカット232Aが形成されるのに対し，図３ｂにおいて，本発明に係る底土掘削手段200Bは，参照符号232Bで示すように，そのようなアンダーカットを形成しない。
【００２８】
図４ａ乃至４ｃは本発明に係るトレンチ掘削装置400の典型的な配置を示し，この掘削装置400は本体408（線図的に示す）を備え，その本体408上には底土掘削手段412が取付けられている。本体408は適宜形式の接地型コンベヤ手段（図示せず），例えば図１に参照符号110で示すものと同様の無端軌道上に取付けられる。
【００２９】
図４ａ乃至４ｃに示す底土掘削手段は，複数の掘削歯（特に図示せず）を含むチェーンカッタ412であり，これらの掘削歯は図１のチェーンカッタ112について説明したのと同様の態様で無端経路に沿って移動する。チェーンカッタ412はピボット420において本体408に取付ける。チェーンカッタ412の傾斜角をアクチュエータ452により，例えばアーム450に取付けた流体アクチュエータにより制御する。この制御によりチェーンカッタ412の向きをピボット420周りで調整し，掘削されるトレンチの深さを決定可能とするものである。
【００３０】
上述したとおり，本発明においては，底土掘削手段の姿勢を調整可能とすることにより，トレンチが非直線形状である場合にトレンチ壁にアンダーカットが形成されるのを最小化又は防止する。トレンチ壁にアンダーカットが形成される問題は，従来の掘削装置によりトレンチに曲率半径の小さい湾曲部又は曲進部を形成する必要がある場合に特に顕著である。最広義の意味合いにおいて底土掘削手段412の姿勢を変更するためには，底土掘削手段の下端部412a又は少なくともその一部をトレンチの曲進方向に調整する。即ち，トレンチがその掘削方向に対して左向きに湾曲する場合には底土掘削手段412の下端部412aも左向きに調整し，右向きに湾曲する場合には底土掘削手段412の下端部412aも右向きに調整するものである。
【００３１】
好適な実施形態において，底土掘削手段の姿勢を調整するためには，底土掘削手段412を水平軸線，例えば図４ｂ及び４ｃに示す軸線454周りに旋回させて，底土掘削手段412の下端部412aを外側のトレンチ壁から離間移動させる。好適には，軸線454は，掘削装置400の推進方向に対して実質的に平行であって，ほぼ底土掘削手段412を通過するものとする。軸線454周りでの底土掘削手段412の旋回は，矢印454tで示す。なお，図中の矢印の方向は特段の意味をもたない。底土掘削手段412の好適な作動方位において，右向きに曲進すべき場合には底土掘削手段412を反時計方向に旋回させ，左向きに曲進すべき場合には底土掘削手段412を時計方向に旋回させる。
【００３２】
本発明に係る掘削装置400は，底土掘削手段412の姿勢を調整するためのアクチュエータ手段が設けられており，このアクチュエータ手段を図４ａにおいて参照符号456で表す。適切なアクチュエータ手段には，流体アクチュエータが含まれる。
【００３３】
本発明に係る掘削装置400は，最も好適には，アクチュエータ456による底土掘削手段412の姿勢調整を司る制御手段，例えば電子コントローラを更に備える。このような制御手段は，作業者の手動入力に依存させることもできるが，より好適な実施形態においては底土掘削手段の所要の姿勢を制御手段によって少なくとも部分的に自動制御する。例えば，その制御手段により底土掘削手段により底土掘削手段412の姿勢を掘削装置400の操舵系に関連する位置情報及び／又はトレンチの所望曲率に関するデータに基づいて決定することができる。
【００３４】
更なる代替的な構成として，底土掘削手段412の姿勢を調整するために底土掘削手段412を取付ける掘削装置400の本体408の姿勢を調整することができる。そのためには，本体に対する接地式コンベヤ手段（例えば無端関節軌道）の高さを調整することができる。換言すれば，それぞれのコンベヤ手段の主として垂直面内における距離を調整して、本体408の片側のコンベヤ手段を、本体の反対側のコンベヤ手段よりも、本体408から、より離間させるのである。この場合，本体408は水平面と底土掘削手段に対する傾斜姿勢を対応させて構成する必要がある。具体的に，左向きに曲進するトレンチを掘削する場合には本体の右側を相対的に高くすると共に左側を低くし，その逆も同様である。
【００３５】
以上において，本発明の詳細を，底土掘削手段としてチェーンカッタで構成する実施形態について記述したが，本発明の基本的原理は底土掘削手段としてジェット工具（ジェットカッタ）の使用する場合にも適用可能である。ジェットカッタは，１本以上の高圧切削流体（通常は水）のジェットを噴射して底土を押しのけることによりトレンチを形成するものである。切削流体ジェットの作用線（即ち，切削流体の噴射方向）は，切削流体を噴射する少なくとも１つのノズルの向きにより決定される。ノズルは，典型的にはアームの端部に配置される。本発明は，そのアームの姿勢を調整して切削流体ジェットの作用線を決定し，その作用線がトレンチを曲進又は湾曲させようとする方向と概ね一致するように調整することを想定するものである。
【００３６】
本明細書及び特許請求の範囲の記載を通じ，「備える」及び「含む」の用語，並びにそれらの変化形，例えば「含んでいる」や「含み」は，「備えるも，限定されるものではない」ことを意味しており，他の成分，添加剤，成分，個数又は工程を除外することを意図するものではない。本明細書及び特許請求の範囲の記載を通じ，単数での表記は，性質に反しない限り，複数個の存在を除外するものではない。また，不定冠詞の使用は，性質に反しない限り，単数のみならず，複数個の存在も意図するものである。
【００３７】
上述した本発明における特定の実施態様，実施形態又は実施例に関連して記述した特徴，個数，特性，化学成分，化学基又は化学群は，その性質に反しない限り，本発明の他の実施態様，実施形態又は実施例に適用可能である。本明細書，特許請求の範囲，要約書及び図面に開示されている全ての特徴，及び／又はこれらに開示されている方法又はプロセスの全ての工程は，互いに排他的である場合を除き，任意の組み合わせを以て互いに組み合わせることができる。本発明が前述した実施形態に限定されるものでない。本発明は，本明細書，特許請求の範囲，要約書及び図面に開示されている特徴，及び／又はこれらに開示されている方法又はプロセスの工程の任意の新規な組み合わせに拡張し得ることは，言うまでもない。
【００３８】
本願に関連して，本明細書に先行して，又は同時に提出され，本明細書と共に公衆の閲覧のために公開される全ての書類及び文書，並びにかかる書類及び文書の内容は，本明細書において参照として組み込まれる点に留意されたい。
【図４ａ】
2015500410.tif 000003
【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図１】
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【図２】
2015500410.tif 000007
【図３】
2015500410.tif 000008
【国際調査報告】
2015500410.tif 000009
2015500410.tif 000010
2015500410.tif 000011