(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
前方にプラウを有し、かつ前記プラウの後方に管体先端が連結されたプラウ式掘削機を、作業船から高さ調整可能に垂下された複数の吊り具により水中に吊り下げ、陸上、水上または水底の固定点からの牽引力によって牽引することで水底地盤を掘削して前記水底地盤に掘削溝を形成し、この掘削溝内に前記プラウ式掘削機に連結される管体を敷設する管体敷設方法であって、
前記水底地盤の掘削中に、前記吊り具の長さを調整することにより、前記プラウ式掘削機の底面位置が前記水底地盤の掘削予定位置となるように前記プラウ式掘削機の姿勢を制御すると共に、前記プラウ式掘削機の自重を前記吊り具で支承することを特徴とする水底地盤下への管体敷設方法。
【請求項２】
掘削刃の下端が接近するように傾斜した状態で、装置下面に２枚の掘削刃が対向して１組取付けられたプラウ式掘削機を、作業船から高さ調整可能に垂下された複数の吊り具により水中に吊り下げ、陸上、水上または水底の固定点からの牽引力によって前記プラウ式掘削機を既設管体に沿って牽引し、既設管体の側面または底面あるいは側面および底面の土砂を掘削して水底地盤に掘削溝を形成し、掘削溝内に既設管体を沈降させる管体敷設方法であって、
掘削中に、前記吊り具の長さを調整することにより、前記掘削刃の間に水底地盤上の既設管体が位置し、かつ前記プラウ式掘削機の掘削刃下端が水底面下の掘削予定位置となるように前記プラウ式掘削機の姿勢を制御すると共に、前記プラウ式掘削機の自重を前記吊り具で支承することを特徴とする水底地盤下への管体敷設方法。
【請求項３】
前記プラウ式掘削機の下側に設けられた２枚の掘削刃を掘削機幅方向に傾動可能とし、掘削刃下端を既設管体下方の水底地盤内に配置可能としたことを特徴とする請求項２に記載の水底地盤下への管体敷設方法。
【請求項４】
２枚の掘削刃が装置下側に平行配置され、かつ前記掘削刃相互の間隔が開閉動により変更可能な掘削機を用いて水底地盤下に管体を敷設する方法であって、
前記掘削刃を閉じた状態で、前記掘削機を作業船から高さ調整可能に垂下された複数の吊り具により水中に吊り下げて、前記吊り具の長さを調整することにより前記掘削機の姿勢を制御し、前記掘削機の自重を前記吊り具で支承しながら前記掘削機の掘削刃下端を水底面下の掘削予定位置に配置する第１の工程と、
前記掘削機の自重を前記吊り具で支承しつつ前記掘削刃の間隔を管体敷設方向に対して直角方向に押し広げて、前記水底地盤に掘削溝を形成する第２の工程と、
前記掘削刃を閉じた後、引き続き前記掘削機の自重を前記吊り具で支承しつつ、前記作業船を前記管体敷設方向に移動する第３の工程とを有し、
前記第１〜第３の工程をこの順に繰り返すことにより前記掘削溝を延長し、掘削と同時に又は掘削完了後に前記掘削溝内に前記管体を敷設することを特徴とする水底地盤下への管体敷設方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、河川、海、湖沼等の水底地盤下に各種配管等の管体を敷設する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
河川、海、湖沼等の水底地盤下に各種配管等の管体を敷設する場合、（ａ）配管の敷設前にバケット船等で水底地盤の掘削作業を行う事前掘削方式や、（ｂ）管体を水底地盤上に敷設後、ジェットノズルを備えたユニット浚渫機で既設管体周辺の土砂を既設管体側方に吐き出して掘削溝を形成し、既設管体を掘削溝に沈降させる敷設後掘削方式などが従来技術として存在する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、水底地盤下に管体を敷設する場合には、まず第１に作業水域に生じる汚濁を最小限に抑えることが環境保護の観点から要求される。この点で従来技術は作業水域に大量の土砂等が拡散するため、特に作業水域付近に漁場等が存在する場合にはその使用が制限されるという課題があった。
【０００４】
一方、海底ケーブルや石油・ガスの海底管体の敷設に既設管体周辺の水底地盤をプラウ式掘削機により掘削するものがあるが、これらは比較的深い水深用でプラウ式掘削機の構成が複雑なため設備コストが高く、操作が複雑であるため比較的浅い水深等に適用すると不経済であった。また、従来方式のプラウ掘削機は自重を水底地盤に支承させるため、水底地盤が軟弱である場合には適用できなかった。
【０００５】
本発明は、上記従来技術の欠点を除くためにされたものであり、特に作業による周辺水域の汚濁を防止でき、水底地盤が軟弱であっても施工可能で、かつ構成が簡易で能率的な水底地盤下への管体敷設方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明では以下のような水底地盤下への管体敷設方法を提供する。
（Ａ）  第１の発明は、前方にプラウを有し、かつ前記プラウの後方に管体先端が連結されたプラウ式掘削機を、作業船から高さ調整可能に垂下された複数の吊り具により水中に吊り下げ、陸上、水上または水底の固定点からの牽引力によって牽引することで水底地盤を掘削して前記水底地盤に掘削溝を形成し、この掘削溝内に前記プラウ式掘削機に連結される管体を敷設する管体敷設方法であって、前記水底地盤の掘削中に、前記吊り具の長さを調整することにより、前記プラウ式掘削機の底面位置が前記水底地盤の掘削予定位置となるように前記プラウ式掘削機の姿勢を制御すると共に、前記プラウ式掘削機の自重を前記吊り具で支承することを特徴とする。
（Ｂ）  第２の発明は、掘削刃の下端が接近するように傾斜した状態で、装置下面に２枚の掘削刃が対向して１組取付けられたプラウ式掘削機を、作業船から高さ調整可能に垂下された複数の吊り具により水中に吊り下げ、陸上、水上または水底の固定点からの牽引力によって前記プラウ式掘削機を既設管体に沿って牽引し、既設管体の側面または底面あるいは側面および底面の土砂を掘削して水底地盤に掘削溝を形成し、掘削溝内に既設管体を沈降させる管体敷設方法であって、掘削中に、前記吊り具の長さを調整することにより、前記掘削刃の間に水底地盤上の既設管体が位置し、かつ前記プラウ式掘削機の掘削刃下端が水底面下の掘削予定位置となるように前記プラウ式掘削機の姿勢を制御すると共に、前記プラウ式掘削機の自重を前記吊り具で支承することを特徴とする。
このとき、前記プラウ式掘削機の下側に設けられた２枚の掘削刃を掘削機幅方向に傾動可能とし、掘削刃下端を既設管体下方の水底地盤内に配置可能とするのが好ましい。
（Ｃ）  第３の発明は、２枚の掘削刃が装置下側に平行配置され、かつ前記掘削刃相互の間隔が開閉動により変更可能な掘削機を用いて水底地盤下に管体を敷設する方法であって、前記掘削刃を閉じた状態で、前記掘削機を作業船から高さ調整可能に垂下された複数の吊り具により水中に吊り下げて、前記吊り具の長さを調整することにより前記掘削機の姿勢を制御し、前記掘削機の自重を前記吊り具で支承しながら前記掘削機の掘削刃下端を水底面下の掘削予定位置に配置する第１の工程と、前記掘削機の自重を前記吊り具で支承しつつ前記掘削刃の間隔を管体敷設方向に対して直角方向に押し広げて、前記水底地盤に掘削溝を形成する第２の工程と、前記掘削刃を閉じた後、引き続き前記掘削機の自重を前記吊り具で支承しつつ、前記作業船を前記管体敷設方向に移動する第３の工程とを有し、前記第１〜第３の工程をこの順に繰り返すことにより前記掘削溝を延長し、掘削と同時に又は掘削完了後に前記掘削溝内に前記管体を敷設することを特徴とする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
＜第１実施形態＞
以下、図面を参照しつつ、本発明の第１実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の概要図である。第１実施形態は、プラウ式掘削機１の後方に管体２の先端を連結し、プラウ式掘削機１を牽引して水底地盤３に掘削溝４を形成しつつ、管体２を掘削溝４内に敷設するものである。
【０００８】
図２、図３は、第１実施形態で用いられるプラウ式掘削機１を示した図であり、プラウ式掘削機１は、前方から後方に向けて広がる略Ｖ字形状のプラウ本体５に、底板６、反力体７、支持架８を取付けて構成される。なお、反力体７はプラウ掘削機１の重量が不足する場合は、錘を兼ねたものとしてもよい。
【０００９】
プラウ本体５の前面は下端側が底面に対して鋭角に傾斜しており、この傾斜角はプラウ本体５の前方から後方に向けて垂直に接近するように広がっていく。プラウ本体５の先頭傾斜部および下端部には土砂掘削のためのエッジが形成されている。またプラウ本体５の先頭部付近の傾斜面は内向きの弓状に緩やかに湾曲しており、プラウ式掘削機１の牽引時には、湾曲面にかかる土圧抵抗でプラウ式掘削機１が押し下がるようになっている。なお、プラウ本体５の先頭傾斜部の上側には牽引ワイヤ連結部５ａが設けられている。
【００１０】
プラウ本体５の裏面にはプラウ本体５の下端に沿って底板６が固定されている。底板６上には管体２を牽引する反力体７が設けられており、反力体７にはプラウ本体５の後方に向けて管体用連結部７ａが設けられている。一方、プラウ本体５の上部には、プラウ本体５の幅方向に延長した状態で支持架８が、間隔をおいて２本取付けられている。支持架８上面の両端には、それぞれ吊り具用連結部８ａが設けられている。
【００１１】
ここで、第１実施形態の管体敷設方法を順を追って説明する。
（Ａ１）作業船９上のウインチ１０に一端が固定されたロープ付吊り具１１を、プラウ式掘削機１に設けられた複数の吊り具用連結部８ａにそれぞれ連結する。そして、複数のロープ付吊り具１１により作業船９からプラウ式掘削機１を水中１２に吊り下げる。
このとき、プラウ式掘削機１後方の管体用連結部７ａには敷設する管体２の先端を連結する。プラウ式掘削機１前面の牽引ワイヤ連結部５ａには、陸上、水上または水底に設けた管体敷設ウインチ１３から延長される牽引ワイヤ１４を連結する。
【００１２】
（Ａ２）次に、作業船９上のウインチ１０でロープ付吊り具１１のロープ長さを調整しつつ、プラウ式掘削機１の底面レベルが水底地盤３の掘削予定位置となるようにプラウ式掘削機１をセットする。
【００１３】
（Ａ３）そして、管体敷設ウインチ１３を駆動させてプラウ式掘削機１を牽引することで水底地盤３を掘削する。この際、特に水底地盤３がヘドロ堆積層または浮遊泥層等の場合には、掘削する速度を調整して土砂等の飛散を防止する。また、プラウ式掘削機１を吊り下げた作業船９はプラウ式掘削機１の牽引に従って移動し、作業船９上のウインチ１０でロープ長さを調整することでプラウ式掘削機１の姿勢を制御する役目を果たす。なお、作業船９をプラウ式掘削機１と等速で移動させてもよい（牽引・自航）。
一方、プラウ式掘削機１の後方に連結された管体２は、プラウ式掘削機１の牽引により形成された掘削溝４に敷設されてゆく。掘削溝４に敷設された管体２は自然堆積される土砂で覆われて水底面下に埋設される。なお、敷設される管体２の長尺化は、水上に設けられた接合バージまたは陸上の接合ヤードの上で行われる（図示を省略する）。
【００１４】
＜第２実施形態＞
次に本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態は、水底地盤３に予め敷設された既設管体２ａ底面付近の土砂を、プラウ式掘削機２０で掘削して掘削溝４を形成しつつ、既設管体２ａを掘削４溝内に敷設するものである。なお、以下の実施形態では、先の実施例と重複する部分はその説明を省略する。
【００１５】
図４、図５は、第２実施形態で用いられるプラウ式掘削機２０を示した図である。プラウ式掘削機２０は、進行方向と直交する方向に延長した複数（図中では４本）の支持架２１の下面に２枚の掘削刃２２を取付けて構成される。進行方向に対して先頭および最後尾の支持架２１の上面には吊り具用連結部２１ａが設けられている。また進行方向に対して先頭の支持架２１には、進行方向側面中央に牽引ワイヤ連結部２１ｂが設けられている。
【００１６】
掘削刃２２は、進行方向側の側辺が内向きの弓状に湾曲し、かつこの湾曲側辺が下底辺に対して鋭角に傾斜した略台形状に形成されており、上底辺と下底辺とが反り返るように緩やかに全体が湾曲している。掘削刃２２の進行方向側に位置する湾曲側辺部および下底辺部には土砂掘削のためのエッジが設けられている。また、掘削刃２２の上端には、係止ピン２３の挿通孔が開孔された連結片２２ａが複数突設されている。なお、第２実施形態の２枚の掘削刃２２には、線対称の関係にある１組の掘削刃が用いられる。
【００１７】
１組の掘削刃２２は、掘削刃２２の湾曲面凸部が内側に対向する状態で、湾曲側辺部を先頭にして後方へ広がるハ字状で支持架２１の下面に取付けられる。また、１組の掘削刃２２は、装置前面からみて掘削刃２２の下端が接近するように傾斜した状態で、かつ中立軸に対して対称に支持架２１に取付けられている。また、連結片２２ａに挿通された係止ピン２３により、掘削刃２２は支持架２１にピン結合されている。
【００１８】
また、各掘削刃２２の支持架２１との連結部の内側には、掘削刃２２と支持架２１とを連結する流体圧シリンダ２４が設けられている。流体圧シリンダ２４が伸縮することで、支持架２１と掘削刃２２との傾斜角が調整可能となっている。
【００１９】
ここで、第２実施形態の管体敷設方法を順を追って説明する。
（Ｂ１）まず、水底曳航工法、浮遊曳航法、敷設船工法等の公知の方法で水底地盤３上に管体２ａを敷設する。
【００２０】
（Ｂ２）作業船上のウインチに一端が固定されたロープ付吊り具１１を、プラウ式掘削機２０に設けられた複数の吊り具用連結部２１ａにそれぞれ連結する。そして、複数のロープ付吊り具１１により作業船からプラウ式掘削機２０を水中１２に吊り下げる。このとき、プラウ式掘削機２０の牽引ワイヤ連結部２１ｂには、陸上、水上または水底に設けた管体敷設ウインチから延長される牽引ワイヤ１４を連結する。
【００２１】
（Ｂ３）次に、作業船上のウインチでロープ付吊り具１１のロープ長さを調整しつつ、掘削刃２２の間に既設管体２ａが位置し、かつ掘削刃２２の下端が既設管体２ａ下方の水底地盤３内に配置されるように、プラウ式掘削機２０をセットする。
プラウ式掘削機２０の配置は、まず流体圧シリンダ２４の伸長により支持架２１に対する掘削刃２２の傾斜角を大きくした状態で、掘削刃２２が既設配管２ａを跨ぐようにする。その後、流体圧シリンダ２４を収縮させて支持架２１に対する掘削刃２２の傾斜角を小さくして、掘削刃２２の下端が既設配管２ａの下側に回りこむようにする。なお、水底地盤が軟弱である場合は、掘削刃２２を既設配管２ａの側方のみに位置させてもよい。
【００２２】
（Ｂ４）そして、陸上、水上または水底に設けた管体敷設ウインチを駆動させ、既設管体２ａに沿ってプラウ式掘削機２０を牽引する。図５に示すように、プラウ式掘削機２０の牽引により、既設管体２ａの底面付近の土砂が掘削されて、既設管体２ａより下側に掘削溝４が形成される。そして、既設管体２ａが自重により掘削溝４内に沈降することで、掘削溝４内に既設管体２ａが敷設される。なお、プラウ式掘削機２０を吊り下げた作業船はプラウ式掘削機２０の牽引に従って移動し、作業船上のウインチでロープ長さを調整することでプラウ式掘削機２０の姿勢を制御する役目を果たす。
【００２３】
＜第３実施形態＞
次に本発明の第３実施形態を説明する。図６、図７は、本発明の第３実施形態で用いられる掘削機３０を示した図である。第３実施形態の掘削機３０は、支持架台３１とジャッキボックス３２と２枚の掘削刃３３とから構成される。
【００２４】
支持架台３１は、管体敷設方向に平行な２本の枠材３１ａの両端上面に、管体敷設方向に直交して掛け渡された板状体３１ｂを固定して構成され、長方形の矩形開口部が中央に形成される。また、支持架台上部の４隅には吊り具用連結部３１ｃが設けられている。
【００２５】
支持架台３１の上部には、支持架台３１の矩形開口部を覆うようにしてジャッキボックス３２が固定されている。ジャッキボックス３２内部には、管体敷設方向に直交する掘削刃支持梁３２ａが架設されている。また、管体敷設方向と直交方向に伸縮する流体圧シリンダ３２ｂが、両方の側壁内側に複数設けられている。
【００２６】
掘削刃３３は、管体敷設方向に長尺な長方形の掘削刃本体３３ａの上部にジャッキ取付部３３ｂが突出しており、全体として長方形を組み合わせた略凸状に形成されている。掘削刃本体３３ａの管体敷設方向長さは枠材３１ａの長さと略等しく設定されている。掘削刃本体３３ａの縦断面は下端に向けて先細となる倒立三角形状であり、掘削刃本体３３ａの下端部にはエッジが形成されている。
【００２７】
また、ジャッキ取付部３３ｂの管体敷設方向長さは支持架台３１の矩形開口部長さより若干短く設定されている。ジャッキ取付部３３ｂには、掘削刃支持梁３２ａの取付穴が掘削刃幅方向に開孔されている。なお、第３実施形態では同一形状の２枚の掘削刃３３を対向配置して用いる。
【００２８】
第３実施形態の掘削機３０では、支持架台３１の下側に２枚の掘削刃３３が管体敷設方向へ平行に配置される。掘削刃のジャッキ取付部３３ｂは、支持架台３１の矩形開口部を通ってジャッキボックス３２内に配置される。ジャッキボックス３２では、掘削刃支持梁３２ａが２枚の掘削刃３３の取付穴を挿通した状態となっている。また、２枚の掘削刃３３の外側には、それぞれ流体圧シリンダ３２ｂの一端が取付けられている。
【００２９】
すなわち、第３実施形態の掘削機３０は、掘削刃３３の外側に位置する流体圧シリンダ３２ｂの伸縮により、掘削刃支持梁３２ａにしたがって掘削刃３３が管体敷設直交方向に前後動し、２枚の掘削刃３３の間隔が開閉するようになっている。
【００３０】
ここで、第３実施形態の管体敷設方法を順を追って説明する。
（Ｃ１）まず、作業船上のウインチに一端が固定されたロープ付吊り具１１を、掘削機３０に設けられた複数の吊り具用連結部３１ｃにそれぞれ連結する。そして、複数のロープ付吊り具１１により作業船から掘削機３０を水中１２に吊り下げる。一方、水底地盤３上には、陸上、水上または水底に設けた管体敷設ウインチから延長される牽引ワイヤ１４を予め張設する。牽引ワイヤ１４の端部は敷設する管体２の先端と連結する。
【００３１】
（Ｃ２）次に、作業船上のウインチでロープ付吊り具１１のロープ長さを調整しつつ、掘削刃３３を閉じた状態で、掘削刃３３の下端が水底地盤３下の掘削位置となるように掘削機３０をセットする。このとき、水底地盤３上の牽引ワイヤ１４は、閉状態にある２枚の掘削刃３３の間に位置するようにする［図８（ｂ）参照］。
【００３２】
（Ｃ３）  そして、掘削刃３３を管体敷設直角方向に押し広げて、水底地盤３に掘削溝４を形成する［図８（ｃ）参照］。その後、牽引ロープ１４を牽引することで掘削溝内に管体２を引き込む。
【００３３】
（Ｃ４）そして、管体敷設方向に作業船を移動させて上記（Ｃ２）および（Ｃ３）の工程を繰り返す。これにより、掘削溝４が管体敷設方向に延長されると同時に、掘削溝４内に管体２が敷設されてゆく。なお、上記例では、水底地盤の掘削と管体の引き込みを同時進行で行うが、掘削機により水底地盤に掘削溝を形成した後に、別途、水底曳航工法等の公知の方法で掘削溝内に管体を敷設するようにしてもよい。
【００３４】
なお、以上により説明した本発明の実施形態の変形例として、以下の事項が挙げられる。例えば、水底地盤がヘドロ堆積層または浮遊泥層等の場合には、掘削に伴う作業水域の汚濁が特に懸念されるため、飛散防止ネットを掘削機の周囲に取付けるようにしてもよい。
【００３５】
【発明の効果】
本発明の管体敷設方法に用いられる掘削機はいずれも簡易かつ小型であり、従来のユニット浚渫機や海底掘削用のプラウと比べてコスト面で優れている。しかも掘削機は小型であることに加えて、水底地盤の土砂等を静的に押しのけて水底地盤を掘削するものであるため、作業水域における土砂等の飛散を最小限にすることができる点で優れた効果を奏する。特に水底地盤がヘドロ堆積層または浮遊泥層等の場合には、その効果が顕著である。
さらに、本発明の管体敷設方法では、掘削機を作業船から吊り下げて水底との位置を調節し、プラウ式掘削機の自重を水底地盤に支承させないため、軟弱な水底地盤を含む不均一な地盤条件にも対応可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の概要図である。
【図２】第１実施形態で用いられるプラウ式掘削機の平面図と側面図である。
【図３】第１実施形態で用いられるプラウ式掘削機の使用状態における斜視図である。
【図４】第２実施形態で用いられるプラウ式掘削機の平面図と側面図である。
【図５】第２実施形態で用いられるプラウ式掘削機の使用状態における側面図と正面図である。
【図６】第３実施形態で用いられる掘削機の斜視図である。
【図７】（ａ）図は第３実施形態で用いられる掘削機の一部切り欠き平面図であり、（ｂ）図は（ａ）図のＡ−Ａ断面図である。
【図８】（ａ）図は、第３実施形態の掘削機の使用状態を表した側面図であり、（ｂ）図は、掘削刃が閉状態における掘削機の正面図であり、（ｃ）図は、掘削刃が開状態における掘削機の正面図である。
【符号の説明】
１  プラウ式掘削機
２  管体
２ａ  既設管体
３  水底地盤
４  掘削溝
５  プラウ本体
５ａ  牽引ワイヤ連結部
６  底板
７  反力体
７ａ  管体用連結部
８  支持架
８ａ  吊り具用連結部
９  作業船
１０  ウインチ
１１  ロープ付吊り具（吊り具）
１２  水中
１３  管体敷設ウインチ
１４  牽引ワイヤ
２０  プラウ式掘削機
２１  支持架
２１ａ  吊り具用連結部
２１ｂ  牽引ワイヤ連結部
２２  掘削刃
２２ａ  連結片
２３  係止ピン
２４  流体圧シリンダ
３０  掘削機
３１  支持架台
３１ａ  枠材
３１ｂ  板状体
３１ｃ  吊り具用連結部
３２  ジャッキボックス
３２ａ  掘削刃支持梁
３２ｂ  流体圧シリンダ
３３  掘削刃
３３ａ  掘削刃本体
３３ｂ  ジャッキ取付部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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