(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端エッジが鋭角に形成され両側部が後方に向けて曲線状に広がる掘削刃の後部に箱体が固定され、前記掘削刃と箱体の底面とに底板が設けられたプラウ本体の前部に牽引具が設けられ、
前記プラウ本体は水中重量調整手段を備え、
前記水中重量調整手段は、水底地盤の強度に応じてプラウ本体の水中重量を増減して調整し、
前記水中重量調整手段は、前記箱体の上面に蓋を設けて前記箱体を密閉構造にし、内部を隔壁で分割して注排水可能なバラスト室を構成し、浮力を利用した調整機能をもたせたこと
を特徴とする水底地盤掘削用プラウ。
【請求項２】
前記水中重量調整手段は、水中に浮遊する浮体をプラウ本体に連結して構成してなること
を特徴とする請求項１記載の水底地盤掘削用プラウ。
【請求項３】
前記箱体の幅は掘削刃の後端開き幅よりわずかに狭い幅に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の水底地盤掘削用プラウ。
【請求項４】
底板の幅方向断面形状が倒立台形状または下向き凸状に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のうち何れか１項記載の水底地盤掘削用プラウ。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水底地盤掘削用プラウを水底地盤にセットした後、プラウ本体の前部に設けた牽引具に水平牽引力を作用させてプラウを移動しながら水底地盤に掘削溝を形成し、その後掘削溝内に管体を敷設することを特徴とする水底地盤掘削用プラウを用いた水底管体敷設工法。
【請求項６】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の水底地盤掘削用プラウの後部に管体を連結し、プラウを水底地盤にセットした後、プラウ本体の前部に設けた牽引具に水平牽引力を作用させてプラウを移動しながら水底地盤に掘削溝を形成し、同時に形成された掘削溝内に管体を敷設することを特徴とする水底地盤掘削用プラウを用いた水底管体敷設工法。
【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、湖沼等の水底地盤を掘削する水底地盤掘削用プラウとこのプラウを用いて水底地盤下に各種管体を敷設するための水底管体敷設工法について、特に水底地盤掘削時における周辺水域の汚濁が防止でき、且つ構成が簡素な水底地盤掘削用プラウとこのプラウを用いた水底管体敷設工法に関する。ここで水底とは汀線部を含む概念である。
【０００２】
【従来の技術】
河川、湖沼及び港湾等の水底地盤下に上水、工業用水、ガス・石油等の各種管体を敷設する場合は、船舶の投錨等から管体を保護するために水底地盤下に埋設する必要がある。
【０００３】
従来の管体敷設工法には、管体の敷設前に計画敷設ラインに沿ってグラブ船や他の掘削（浚渫）船によって事前掘削を行い、その後掘削溝に敷設船工法、海底曳航工法、浮遊曳航工法等の敷設工法によって管体を敷設する工法や、前記敷設工法によって先行して水底地盤上に管体を敷設した後、ジェットノズルを備えたユニット浚渫機を管体に沿って移動させながら管体底部と周辺の土砂を攪拌し側方に吐き出して掘削溝を形成し、この掘削溝内に管体を沈める工法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記従来技術による管体敷設工法は、水底地盤の掘削時に大量の掘削土砂が拡散して作業水域に汚濁を生じさせるため、周辺水域に漁場がある場合は環境保護の面から問題があった。
【０００５】
一方、海底ケーブル等の敷設用にプラウ式掘削機が用いられている例がある。このプラウ式掘削機は水底地盤を切削しつつ静的に掘削移動でき、掘削土砂の拡散が少ないことから作業水域の汚濁を生じさせない特徴がある。しかし、従来のプラウ式掘削機は装置構成が複雑で設備コストが高く、また操作が難しいという課題があった。さらに、従来のプラウ式掘削機は、水底地盤が軟弱な場合には掘削深さの管理や姿勢制御が困難となるという課題があった。
【０００６】
本発明は、前記従来技術の課題を解決するためにされたものであり、水底地盤掘削時における周辺水域の汚濁を防止でき、且つ構成が簡素な水底地盤掘削用プラウとこのプラウを用いた水底管体敷設工法を提供することを目的としたものである。
【０００７】
【課題を解決する手段】
本発明に係る水底地盤掘削用プラウ１は以下の構成を要旨とするものである。先端エッジ２が鋭角に形成され両側部が後方に向けて曲線状に広がる掘削刃３の後部に箱体４が固定され、前記掘削刃３と箱体４の底面に底板５が設けられたプラウ本体１の前部に牽引具７が設けられていることを特徴とする水底地盤掘削用プラウである。なお、前記プラウ本体１を構成する両側部が後方に向けて曲線状に広がる掘削刃３は、直線板を折曲げ成形して略曲線状にしたものや、多数の直線板を溶接して略直線状に成形したマイターベンドを含む。
【０００８】
前記箱体４の幅は掘削刃３の後端開き幅よりわずかに狭い幅とし、底板５の幅方向断面形状（プラウ進行方向と直交方向の断面）は倒立台形状または下向き凸状に形成した方が望ましい。また、前記プラウ本体１は水中重量調整手段（１５，１６）を備えると多様な強度の水底地盤に対応できる。
【０００９】
また、本発明に係る水底地盤掘削用プラウを用いた水底管体敷設工法は以下の構成を要旨とするものである。
（１）  前記の水底地盤掘削用プラウを水底地盤８にセットした後、プラウ本体１の前部に設けた牽引具７に水平牽引力を作用させてプラウ本体１を移動しながら水底地盤８に掘削溝１０を形成し、その後掘削溝１０内に管体１１を敷設することを特徴とする。
（２）  前記のプラウ本体１の後部に管体１１を連結し、プラウ本体１を水底地盤８にセットした後、プラウ本体１の前部に設けた牽引具７に水平牽引力を作用させてプラウ本体１を移動しながら水底地盤８に掘削溝１０を形成し、同時に形成された掘削溝１０内に管体１１を敷設することを特徴とする。
【００１０】
＜作用＞
本発明の水底地盤掘削用プラウおよびこのプラウを用いた水底管体敷設工法には、掘削刃３部分の後部に箱体４を固定し、掘削刃３および箱体４の底面に底板５を設けた構成としたことによって、水底地盤８の掘削時および管体の同時敷設時において、掘削刃３部分で掘削した土砂が掘削溝１０内に侵入するのを箱体４の側板６によって防止する。この箱体４の幅は掘削刃３の後端開き幅よりわずかに狭い幅にすると、掘削移動時に側板６の周面摩擦抵抗が低減でき、牽引力Ｐが軽減できる。
【００１１】
また、掘削刃３部分および箱体４の底面に広い範囲で底板５を設けていることにより、図４に示すように水底地盤８下の掘削地盤にプラウ本体１を低い面圧ｑで支持でき、しかも掘削刃３部分に作用する斜め下向き方向の掘削荷重ｐに対して安定してプラウ本体１の移動方向の水平姿勢を保持できる。
【００１２】
さらに、底板５の横断面形状を倒立台形状または下向き凸状に形成したものは、掘削溝１０の移動方向を規制することができると共に移動方向と直交する方向の水平安定を保持する作用を呈する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水底地盤掘削用プラウおよび水底管体敷設工法について図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係る水底地盤掘削用プラウを用いて水底地盤に掘削溝を形成しながら同時に管体を敷設している状況の斜視図であって、図２、図３は図１の側面図と平面図である。
【００１４】
プラウ本体１は、先端エッジ２が鋭角に形成され両側部が後方に向けて略Ｖ字形の曲線状に広がる掘削刃３と、この掘削刃３の後部に固定された箱体４と、箱体４に基端部が固定され掘削刃３の先端より前方に突き出た牽引アーム（牽引具）７とで構成されている。また箱体５の後部には、箱体後部の連結具４ｃと水底下に敷設される管体１１とがユニバーサルジョイント１４を介してワイヤロープ１２で連結されている。
【００１５】
掘削刃３の全体形状は、両側部が後方に向けて曲線状で広がる線対称の略Ｖ字形に形成されており、掘削刃３の先頭となる中央部下端には鋭角に形成された先端エッジ２が設けられている。この先端エッジ２は水底地盤８を切削する重要な部分となるため耐磨耗鋼で製作するのが望ましい。
【００１６】
また、先端エッジ２から連続して掘削刃３の前面傾斜部を形成する曲線状側板３ａは下端側が底面に対して鋭角となるように立ち上がっており、曲線状側板３ａの傾斜角は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。また曲線状側板３ａの下端は、中央の先端エッジ２を最下端として後方の両側部に向けて上に持ち上がるように形成されており、掘削刃３にかかる掘削荷重が低減するようになっている。したがって、プラウ本体１の牽引時には、略Ｖ字形に広がる曲線状側板３ａによって、先端エッジ２で切削した土砂が両側に排土されて所定幅の掘削溝１０が形成されるようになっている。
【００１７】
掘削刃３の後部に固定されている箱体４は、掘削刃３とほぼ同じ高さに形成された２枚の左右側板６と、箱体４の後面を形成する後部側板４ａと、底板５とから構成されている。後部側板４ａの外側面には、ワイヤロープ１２を連結するための連結具４ｃが中央に設けられている。なお、箱体４には、必要に応じてプラウ進行方向に延長する補強板４ｂを左右側板６の中間に配置してもよい。
【００１８】
箱体４の２枚の左右側板６はプラウ進行方向に沿って配置され、左右側板６の一端はプラウ進行方向と直交して配置された後部側板４ａの左右端部にそれぞれ接合されている。また２枚の左右側板６の他端は、掘削刃３の曲線状側板３ａにプラウ進行方向の裏側から接合されている。この左右側板６は、水底地盤８の掘削時に掘削した土砂が崩壊して掘削溝１０内に侵入するのを防止する役目を果たすものである。
【００１９】
また、左右側板６の間隔により決定される箱体４の幅を掘削刃３の後端開き幅よりわずかに狭い幅にすると、掘削移動時に左右側板６の周面摩擦抵抗が低減でき、牽引力が軽減できる。
【００２０】
箱体４の底板５は、掘削刃３の下端近傍と、左右側板６および後部側板４ａの下端に底板５の周縁が接合されており、掘削刃３から連続して箱体４の底面を覆うように構成されている。この底板５は、水底地盤８の掘削移動時にプラウ本体１を水平状態に姿勢保持する重要な役割を担っている。
【００２１】
すなわち、箱体４と掘削刃３部分の底面の広い範囲に底板５を設けていることにより、図４に示すように掘削地盤８にプラウ本体１を低い面圧ｑで支持できる。しかも掘削刃３部分に作用する斜め下向き方向の掘削荷重ｐに対して安定してプラウ本体１の移動方向の水平姿勢を保持できる。
【００２２】
ここで、図５（ａ），（ｂ）は箱体４の後部横断面図を示した図であり、図５（ａ）は倒立台形状底板５ａ、図５（ｂ）は下向き凸状底板５ｂを用いた場合の図である。図５のように、底板５の幅方向断面形状（プラウ進行方向と直交方向の断面）を倒立台形状または下向き凸状に形成したものは、掘削溝１０方向を規制することができると共に移動方向と直交する方向の水平安定を保持する作用を呈する。なお、底板５の形状を倒立台形状または下向き凸状にする場合は、下底部の幅を管体１１の幅より大きく設定する方が好ましい。
【００２３】
また、掘削刃３および箱体４の中央には下向きに緩やかに曲げられた牽引アーム７が配置されている。牽引アーム７の基端７ａは、底板５の中央後方に固定され、また牽引アーム７の中間部７ｂが掘削刃３の中央上端に固定されている。
【００２４】
一方、牽引アーム７の他端は掘削刃３の前部から前方に突出しており、この前方に突出した他端には連結具７ｃが設けられている。この連結具７ｃには、プラウ本体１を牽引移動するワイヤロープ１３が連結される。そして、この連結具７ｃの位置は、プラウ本体１を牽引移動する際の牽引力（水平力）Ｐの作用点となる。
【００２５】
ここで、牽引力Ｐの作用点と掘削荷重ｐおよび底板の反力ｑの関係を図４に示す。この実施形態では、牽引力Ｐの作用点がプラウ高さ方向のほぼ中央高さに位置するようにされているが、牽引力Ｐの作用点を高くするとプラウ本体１の先端エッジ２が水底地盤８に食い込んで掘削深さが深くなり、作用点を低くすると食い込みが浅くなり掘削深さが浅くなる。なお、図示していないが牽引アーム７の前端部に水底面９に沿って滑動するソリ状の保持材を設けると、より安定して掘削深さを維持できる。
【００２６】
図６および図７はプラウ本体１の水中重量を調整する手段を示した図である。本発明のプラウは水底地盤の強度（硬軟）に応じてプラウ本体の水中重量を増減して調整した方が望ましい。その理由は、粘土やシルト質の軟弱地盤ではプラウの水中重量が重いと計画掘削深さより沈んでしまい、硬質地盤ではプラウ重量が軽いと食い込みが十分得られなくなり、掘削深さの管理が難しくなるからである。
【００２７】
この対策として、図６（ａ），（ｂ）に示すものは、箱体４の上面に蓋１５ａを設けて箱体４を密閉構造にし、内部を隔壁１５ｂで分割して注排水可能なバラスト室１５を構成して、浮力を利用した調整機能をもたせたものである。図６（ａ），（ｂ）の例では、１２室のバラスト室１５を設け、各バラスト室１５にバルブ付きの注排水配管１５ｃを設けている。
【００２８】
また、図７はプラウ本体１に水中に浮遊する浮体１６を連結した例を示したものである。その他にもプラウ本体の水中重量調整手段としては、箱体４に発泡樹脂等の浮力体を着脱して水中重量を調整してもよい。なお、これらの水中重量調整は地盤条件をみて工事開始前に行うか、または水底地盤８の状態が変化する毎に工事途中に行ってもよい。
【００２９】
本発明に係る水底地盤掘削用プラウは上記のように構成されており、以下、本発明に係る水底地盤掘削用プラウを用いた水底管体敷設工法の手順を説明する。
【００３０】
（１）  まず、プラウ本体１はあらかじめ水底地盤８の強度に応じて前記手段によって水中重量を調整しておき、また掘削深さに対応した牽引具７の牽引力作用点（ワイヤロープ連結部）７ｃの高さにして、プラウ本体１を水底地盤８にセットする。なお、プラウ本体１を水底地盤８にセットする場合、スタート地点の一部をあらかじめ所定深さに掘削しておき、プラウ本体１を水底地盤８下の所定深さにセットしてもよい。
【００３１】
（２）  プラウ本体１を水底地盤８にセットした後、プラウ本体１の前部に設けた牽引具７の連結部７ｃにワイヤロープ１３を連結する。このワイヤロープ１３は水底掘削（敷設）計画ラインの前方に配置された台船や陸上基地等に設置されたウインチ（図示省略）により巻き取られてプラウ本体１に牽引力Ｐを伝達する。
【００３２】
（３）  次に、前記ウインチを駆動してワイヤロープ１３を介してプラウ本体１に牽引力Ｐを作用させ、水底地盤８に掘削溝１０を形成しながらプラウ本体１を移動させる。そして、水底地盤８に掘削溝１０を形成した後に、公知の敷設船工法、水底曳航工法、浮遊曳航工法等によって掘削溝１０内に管体１１を敷設する。
【００３３】
敷設される管体１１は、敷設起点の陸上ヤードや台船上で溶接接合して延長するか、または多数の定尺管をあらかじめ溶接接合して長管としておく。また、管体１１は敷設時の掘削溝１０との摩擦抵抗力を小さくして引き込み力を小さくするため、先端を密閉して中空管体とし水中重量を軽減した方がよい。さらに、浮力が大きすぎて管体１１が浮上する場合には、管体１１の外周にコンクリートコーティングを施して水中重量をほぼ零になるように調整する。
【００３４】
なお、前記（３）の工程において、プラウ本体１の後部に管体１１を連結しておけば、プラウ本体１を移動しながら水底地盤８に掘削溝１０を形成すると共に形成されたプラウ後部の掘削溝１０内に管体１１を敷設することができる。
【００３５】
【発明の効果】
本発明に係る水底地盤掘削用プラウは、水底地盤を切削しつつ静的に掘削移動するので水底地盤掘削時における周辺水域の汚濁を防止できるという基本的な効果のほか、下記の効果を奏する。
【００３６】
プラウ本体は、先端エッジが鋭角に形成され両側部が後方に向けて曲線状に広がる掘削刃の後部に箱体が固定され、前記掘削刃と箱体の底面に底板が設けられた簡素な構成であるため設備コストが低減できる。また、掘削刃部分の後部に箱体を固定し、両者の底面に底板を設けた構成としたことによって、水底地盤を掘削時および管体を同時敷設時に箱体の側板で掘削刃部分で掘削した土砂が崩壊して掘削溝内侵入するのを防止する作用を呈する。この箱体は掘削刃の後端開き幅よりわずかに狭い幅にすると掘削移動時に側板の周面摩擦抵抗が低減でき、牽引力が軽減できる。
【００３７】
また、箱体と掘削刃部分の底面に広い範囲に底板を設けていることにより水底下の掘削地盤にプラウ本体を低い面圧で支持でき、しかも掘削刃部分に作用する斜め下向き方向の掘削荷重に対して安定してプラウの移動方向の水平姿勢を保持できる。
【００３８】
また、底板の幅方向断面形状を倒立台形状または下向き凸状に形成したものは、掘削溝の移動方向を規制することができると共に移動方向と直交する方向の水平安定を保持する作用を呈する。
【００３９】
さらに、プラウ本体に水中重量調整手段を設けた場合には、地盤の強度（硬軟）に応じてプラウ本体の水中自重を増減できるため、掘削時のプラウ本体の接地圧を適切に調整して水平姿勢を保持することができるため、多様な強度の水底地盤に適用できる。
【００４０】
そして、本発明の水底地盤掘削用プラウを用いた水底管体敷設方法では、本発明のプラウを牽引して水底に掘削溝を形成し、周辺水域の汚濁を防止しながら容易に管体を水底に敷設できる。また、プラウの後部に管体を連結しておけば、水底地盤に掘削溝を形成すると同時に掘削溝内に管体を敷設することができ敷設工期を短縮化できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水底地盤掘削用プラウを用いて水底地盤に掘削溝を形成しながら管体を敷設している実施形態の斜視図。
【図２】図１の側面図。
【図３】図１の平面図。
【図４】プラウの牽引力の作用点と掘削荷重および底板の反力の関係を示した図。
【図５】プラウ後部に設けた箱体の後部横断面図。
【図６】プラウ本体の水中重量調整手段として、プラウ本体内部にバラスト室を設けた例を示した図。
【図７】プラウ本体の水中重量調整手段として、プラウ本体に水中に浮遊する浮体を連結した例を示した図。
【符号の説明】
１    プラウ本体
２    先端エッジ
３    掘削刃
３ａ  曲線状側板
４    箱体
４ａ  後部側板
４ｂ  補強板
４ｃ  連結具
５    底板
５ａ  倒立台形状底板
５ｂ  下向き凸状底板図
６    側板
７    牽引具（牽引アーム）
７ａ  基端
７ｂ  中間部
７ｃ  ワイヤロープ連結部（牽引力作用点）
８    水底地盤
９    水底面
１０  掘削溝
１１  管体
１２  ワイヤロープ
１３  ワイヤロープ
１４  ユニバーサルジョイント
１５  バラスト室
１５ａ  蓋
１５ｂ  隔壁
１５ｃ  注排水配管
１６  浮体
Ｐ    牽引力（水平力）
Ｗ    プラウの荷重
ｐ    掘削荷重
ｑ    底板の反力
【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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