(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水底に基礎マウンドを造成する捨石均し工程よりなる水中基礎マウンド造成装置であって、
長手方向の基端部が作業船体に回動可能に支持され、先端部が水底に達する長さを備えたラダーと、
このラダーの先端部にラダー長手方向に直交する横方向へ延びて設けられた走行レールと、
この走行レールの左右両端部にそれぞれ垂直に設けられ、着座した水底からの高さを単独調整して前記走行レールの水平レベルを確保するための左右一対のアウトリガーと、
前記走行レールに案内されて自走可能であり、屈伸運動を行うアーム先端部に造成作業種に対応した取付アタッチメントが着脱可能なバックホウ装置と、
作業船上に配置されて作業海域における自船位置および前記アウトリガーの高さ調整操作を含み、自船位置を基準とする前記バックホウ装置の座標位置、自走および前記取付アタッチメントの作動軌跡をプログラム制御する制御手段と、
を備えて構成されたことを特徴とする水中基礎マウンド造成装置。
【請求項２】
前記ラダーの先端部でかつ前記走行レールの左右両端部に前記アウトリガーがヒンジ連結され、前記ラダーの沈下傾斜角度の変更に対応して常に前記アウトリガーの垂直度を確保する平衡リンク機構が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水中基礎マウンド造成装置。
【請求項３】
作業船上に前記ラダーの基端部がトラニオン機構部を介して揺動可能に軸支され、そのトラニオン機構部によって作業船の波揺れによる前記ラダーの基端部の位置ずれを吸収可能となっていることを特徴とする請求項１または２に記載の水中基礎マウンド造成装置。
【請求項４】
前記バックホウ装置の取付アタッチメントとして、バケットによって法面の造成が可能となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水中基礎マウンド造成装置。
【請求項５】
水底に基礎マウンドを造成する捨石均しよりなる水中基礎マウンド造成方法であって、
作業船体から水中に所要の傾斜角度でラダーの先端部を沈下させて、このラダー先端部の走行レール上でバックホウ装置を自走させ、このバックホウ装置の水深よりなる座標位置を、航法システムにより計測された作業船の自船位置を基準点にして算出するとともに、算出されたバックホウ装置の座標位置に基づいて、装置本体の自走移動位置および作業アームの先端の作業アタッチメントの動作軌跡をプログラム制御して、作業船上からの遠隔操作により所要の基礎マウンドを造成することを特徴とする水中基礎マウンド造成方法。
【請求項６】
前記ラダーの先端部に沈設した前記自走式のバックホウ装置により、前記基礎マウンドの法面を造成することを特徴とする請求項５に記載の水中基礎マウンド造成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、海底、河川底および湖沼底などの水底に橋梁、防波堤および護岸用の基礎マウンドを造築する際の、特に大規模な長大法面均し工事に有効な水中基礎マウンド造成装置および造成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、水中基礎マウンド造成工事には、水底に造成中の基礎マウンドに捨石をガット船から投入して捨込みを行い、捨石の不陸（凹凸）を均して平坦化する捨石均し作業がある。この捨石均し作業は、従来より、潜水士による人力を頼りにしてきたが、大水深での人力作業に限界があること、また非能率であるなどの理由から、現在では海洋土木技術の伸展に伴って大規模な機械均し工法が主流となっている。
【０００３】
この機械均し工法を機構的に大別すると、
ａ．水底にバックホウを沈設けて石材を掴みながら均すバックホウ均し方式。
【０００４】
ｂ．バイブレータを用いた振動均し方式。
【０００５】
ｃ．排土板やレーキを用いた掻き均し方式。
【０００６】
ｄ．重錘や衝撃ハンマーを用いた突き固め均し方式。
【０００７】
ｅ．転圧ローラを用いた転圧均し方式。
などが周知である。
【０００８】
一方、以上の各均し機構を作業船に装備した「ラダー」の先端に取り付けて、その均し機構を水中下で駆動させることにより、捨石均しを水中捨石均し工法も多く提案されている。
【０００９】
例えば、実公昭５３−３６５９４号公報には、ラダーの先端に均し用スクレーパを取り付け、大深度の水中における基礎均し装置が記載されている。特開昭５７−１５７２５号公報に記載された水中捨石の均し装置の場合、多数の均し用翼を不連続の渦巻き放射状に配置した回転円板を主機構部としている。この回転円板を基礎マウンド上に水中投下し、油圧を回転駆動源にして回転円板を回転させ、均し用翼で捨石を外方へ飛ばすようにして均す構造となっている。また、同じく回転均し方式例として、特開昭６０−１８１４１９号公報に記載された水中捨石均し方法及びその装置がある。この場合、台船から水中に垂下したトレミー管を回転させるか、あるいはトレミー管の下端に面板を回転可能に支持した構造となっている。したがって、トレミー管に自重をかけながら、この下端周縁で回転力によって捨石同士を噛み合わせ、捨石密度を高めるようにして均す。後者の面板を取り付けた場合も同様である。さらに、特開昭５５−１０１６１９号公報に記載されたマウンド造成装置と、特開昭５５−５１６８８号公報に記載された捨石、均し作業台船にあっては、いずれも捨石投下用コンベアまたはシュートを兼ねたラダーを有し、係るラダー先端部に捨石均し用シュート、もしくは捨石均平用爪を設けている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、これら従来からの各例の場合、いずれも共通して平面均しに重点をおいており、長大な傾斜面をもつ法面の均し造成工法としては有効な手段と成り得ていない。それらのなかにあって、バックホウを用いた均し施工は、上記他の方式と比較した場合に法面の造成に効力を発揮すると考えられている。しかしながら、このバックホウ均し方式では、海中などにおける作業領域の透視度が問題となり、これまで濁水中での有効な施工方式が見出されてはいない。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、沈設した水中バックホウの作動を作業船上から遠隔操作して自動制御することにより、特に透視の利かない濁水作業領域での有効な長大法面造成を実現できる水中基礎マウンド造成装置および造成方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の水中基礎マウンド造成装置は、水底に基礎マウンドを造成する捨石均し工程よりなっており、長手方向の基端部が作業船体に回動可能に支持され、先端部が水底に達する長さを備えたラダーと、このラダーの先端部にラダー長手方向に直交する横方向へ延びて設けられた走行レールと、この走行レールの左右両端部にそれぞれ垂直に設けられ、着座した水底からの高さを単独調整して前記走行レールの水平レベルを確保するための左右一対のアウトリガーと、前記走行レールに案内されて自走可能であり、屈伸運動を行うアーム先端部に造成作業種に対応した取付アタッチメントが着脱可能なバックホウ装置と、作業船上に配置されて作業海域における自船位置および前記アウトリガーの高さ調整操作を含み、自船位置を基準とする前記バックホウ装置の座標位置、自走および前記取付アタッチメントの作動軌跡をプログラム制御する制御手段と、を備えて構成されている。
【００１３】
この場合、ラダーの先端部で、走行レールの左右両端部にアウトリガーがヒンジ連結され、ラダーの沈下傾斜角度の変更に対応して常にアウトリガーの垂直度を確保するため、例えば平行四辺形リンク機構による平衡リンク機構が設けられている。
【００１４】
また、特に、バックホウ装置の作業アーム先端に取り付けられるアタッチメントとして、バケットを装着した場合は法面の造成に高効率を発揮する。
【００１５】
すなわち、係る装置による水中基礎マウンド造成方法は、作業船体から水中に所要の傾斜角度でラダーの先端部を沈下させる。このラダー先端部の走行レール上でバックホウ装置を自走させ、このバックホウ装置の水深よりなる座標位置を、航法システム（ＧＰＳ）により計測された作業船の自船位置を基準点にして算出する。算出されたバックホウ装置の座標位置に基づいて、装置本体の自走移動位置および作業アームの先端の作業アタッチメントの動作軌跡をプログラム制御して、作業船上からの遠隔操作により所要の基礎マウンドを造成する。
【００１６】
これから明らかなように、作業海域の海中透視度が期待できない場合、作業船上からのプログラム制御によって、長大な法面造成等に有効である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明による水中基礎マウンド造成装置および造成工法の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１８】
図１は、作業船１によって海底に基礎マウンドの長大法面を造成する態様を示す本装置全体の外観斜視図である。
【００１９】
作業船１は、船体の両舷から前方斜めに水面下に沈下させる長大な平面鳥居形またはコ字形のラダー２を装備している。図２以下の各図でも示すように、海底３０に造成される基礎マウンドまでの水深は時に数１０メートルにも及ぶため、傾斜沈下させるラダー２の長さはその造成水深に達するだけの長尺物である。その構造は、長尺であるがゆえに十分な剛性を備えさせるため、鋼材でトラス組みなどされる。根元基端部は船体との取付部であるトラニオン機構（回転機構）３によって回動可能に支持され、そこを支点にして先端部が天地上下方向へ首振り揺動する。上下揺動は、ガントリ・ウインチ装置４によるスリングワイヤ４ａの吊り上げ下げで行われる。
【００２０】
図１で明らかなように、こうしたラダー２の水面下となる先端梁部には、自走式バックホウ装置２０を要部とする自動均し装置が装備されている。
【００２１】
作業船１の船体長さ方向の縦軸に直交する形で、そのバックホウ装置２０が自走可能な走行レール１０が先端梁部の部分に横渡しされて取り付けられている。この走行レール１０には大型断面の定格Ｈ形鋼などが使用され、自走に有効なスパン距離がかなりの長尺に及ぶ場合は、梁材と考えて十分な機械強度や剛性をもって設計される。必要な場合はＨ形鋼を母体にしてトラス梁部１１を付設することにより、レール梁として補強増強することもできる。
【００２２】
この走行レール１０上を案内され、バックホウ装置２０が船体縦軸に直交する左右水平方向へ自走方式で移動する。この自走式バックホウ装置２０は、台座フレーム２１に原動モータおよび減速装置等よりなる駆動部が搭載され、駆動部から例えば大径を有するピニオン歯車２２に回転動力を出力して伝動する。一方、上記走行レール１０側には、走行有効なスパン距離のほぼ全長にわたってラック歯車１２がベルト状に形成してある。このラック歯車ベルト１２にピニオン歯車２２を螺合させラック＆ピニオン機構により、走行動力を得てバックホウ装置２０が走行レール１０上を自走可能となる。
【００２３】
また、台座フレーム２１では、上記自走原動機構の他、バックホウとして屈伸運動により均し作業を行うためのアーム２３の油圧駆動系が、水密構造としたハウジング内に搭載されている。作業アーム２３は油圧シリンダによって屈伸運動し、アーム先端のバケット２４を利用して基礎マウンド法面３１の均し施工を含む各種作業が可能である。
【００２４】
さらに、走行レール１０上の自走式バックホウ装置２０を所定レベルに支持し、かつラダー２の水面沈下部を海底３０に支持固定するために、走行レール１０の左右両端に垂直に脚立する左右一対の高さ調整用アウトリガー２５が装備されている。このアウトリガー２５は、海底３０に着座した状態で、内蔵されたシリンダ装置の駆動で伸縮することにより全長高さ寸法が可変する。左右のアウトリガー２５は、それぞれ単独での伸縮調整が可能となっており、造成領域の海底３０の地形の凹凸隆起に対応して走行レール１０の水平度すなわち自走式バックホウ装置２０の走行レベルを確保するようになっている。
【００２５】
ところで、ラダー２の水没傾斜角度は、水中基礎マウンドの造成水深に対応して自在にコントロールされる。したがって、ラダー２の斜め水没角度の変更ごとに、いかなる場合でもアウトリガー２５の垂直度を維持する必要がある。
【００２６】
図２は、このアウトリガー２５の垂直調整原理を模式的に示している。図中の符号２で示す模式線はラダーである。ラダー２の船体における根元基端部２ａはトラニオン機構３の軸受ブラケット３ａに揺動可能に軸支されている（図１，図３参照）。このラダー根元の基端軸支部２ａは位置不動であるから、以下説明の便宜上、固定ヒンジピンＡと呼ぶ。一方、このラダー２とほぼ同等長さのアウトリガー垂直平衡用のリンク部材として平衡ロッド６（ラダー片側にてそれぞれ２本ずつとすることができる）が、ラダー２に平行に延設されている。この平衡ロッド６の基端部６ａはトラニオン機構３の軸受ブラケット３ａに回動可能に軸支されている。ロッド基端の軸支部６ａは軸受ブラケット３ａ上にて位置不動であり、以下便宜的に固定ヒンジピンＢと呼ぶ。
【００２７】
これに対して、ラダー２の水没先端部はアウトリガー２５に軸受ブラケット２６を介して回動可能に軸支されている。同様に、平衡ロッド６の水没先端部もまたその軸受ブラケット２６に回動可能に軸支されている。これらラダー２と平衡ロッド６の各先端軸支部２ｂ,６ｂは、ラダー２の水没傾斜角度の変更によって垂直軸線上を上下に変位する。以下、これら２つの先端軸支部２ｂ，６ｂを可動ヒンジピンＣ，Ｄと呼ぶ。したがって、上記２つの固定ヒンジピンＡ，Ｂと２つの可動ヒンジピンＣ，Ｄを結んだ平行四辺形リンク機構を構成することにより、ラダー２の水没傾斜角度が変更されても、アウトリガー２５の垂直度は確保されることになる。
【００２８】
なお、トラニオン機構部３においては、ラダー２の波揺れによる挙動を吸収する工夫がなされている。作業船１が作業中波揺れを受けてピッチングやローリングすることにより、ラダー２も必ずしも位置不動で静止している訳ではない。図３に概略的に示すように、トラニオン機構部３を利用してラダー２への波揺れの影響を抑えるために、固定ヒンジピンＡである基端軸支部２ａを例えばラダー基端部に設けた長孔２ｃに係合させ、その長孔２ｃで軸ずれを吸収するようになっている。
【００２９】
また、作業船１の船尾には、通常スパッドと呼ばれて船体停錨具である１本の縦型アンカー７、もしくは左右一対の２本の縦型アンカーが船体から水中に没して水底に立ち上げられている。すなわち、縦型アンカー７は、水底までの水深に対応できる長さをもって船体から上下垂直方向に立ち上げられ、ワイヤ吊上式の起重装置７ａで水没長さを調整することができる。その他、走行レール１０の近傍位置を利用して、監視カメラ８および音響測深機９が備わっている。
【００３０】
また、作業船１の操船室５においては、作業海域における自船位置を測定するために、複数の人工衛星利用によるＧＰＳ(Global Positioning System) によるナビゲーション航法システムが搭載されている。自船位置および作業領域の海底３０の地形精度の確認は、ＧＰＳシステムと音響測深機９よりなる計測システムによって逐一データを収集可能となっている。ある程度の透視度が望める作業領域の海底３０の場合は、監視カメラ８を利用して造成現場の撮像を操船室５にてモニタ監視が可能である。
【００３１】
以上、要部の自走式バックホウ装置２０の自走駆動を含む船体各部の作動は、操船室５内に配備された作業監視＆制御システムによる遠隔操作で自動的にコントロールされる。
【００３２】
次に、図１〜図３を参照しながら、図４および図５によって水中基礎マウンド造成工程の捨石均しによる法面造築施工例を説明する。
【００３３】
作業監視＆制御装置においては、船体各装置の作動オン／オフ信号を含め、捨石投入量、作業深度、造成マウンド幅寸法、そして波浪等の海洋条件などからなる種々の作業プログラムを記憶格納しておくことができる。それら作業プログラムに基づいて中央演算処理装置（ＣＰＵ）から制御信号が各装置に送られる。
【００３４】
ＧＰＳシステムによるデータ受信で作業船１の自船位置を、例えばラダー２の根元基端軸支部２ａである固定ヒンジピンＡ（図２参照）で表す。操船室５では、作業監視＆制御システムにより、固定ヒンジピンＡを基準点にしてバックホウ装置２０までの水平距離Ｌ、深度Ｈによる沈設レベルを表す可動ピンＣの座標軸位置を算出する。それをモニタ画面で逐一把握することができる。この場合、ラダー２の沈下傾斜角度α°を操作調整し、水中下の走行レール１０上のバックホウ装置２０の所望とされる水深すなわち可動ピンＣの座標位置が決定される。走行レール１０の平行度も、左右両側のアウトリガー２５の高さを海底３０の凹凸隆起地形に対応して調整することで確保される。
【００３５】
そのようにして、作業開始前のバックホウ装置２０の座標位置が決められる。図５の平面模式図に示すように、決定された深度上で走行レール１０の例えば一端部の開始位置Ｘ１から法面３１の造成作業が開始される。
【００３６】
バックホウ装置２０に対し、操船室５から次の段階のコントロール信号が送られ、走行レール１０上を終点位置Ｘ３に向かって走行有効なスパン距離Ｗを自走開始する。同時に、所定のプログラムに基づいて作業アーム２３が所定の屈曲および伸縮動作を行うべく、油圧系に油圧駆動信号が送られる。アーム先端のバケット２４は座標プログラムに基づいて所定の動作軌跡で駆動し、所定の傾斜角度θ°で法面３１を均し造成する。
【００３７】
走行レール１０に案内されて走行スパン距離Ｗ内での法面造成作業が終了すると、次の走行スパン距離Ｗを得るべく、作業船１は横方向へずれて移動操船される。この横移動によって、可動ピンＣによる深度に誤差が生じた場合は、ラダー２の前方斜め沈下角度やアウトリガー２５の高さ調整等の上記一連の調整を行い、予定の深度に修正する。
【００３８】
また、長大な法面３１の造成長さに沿って作業船１が横ずれ移動する際、水底３０の地形には凹凸による隆起が存在するが、それをアウトリガー２５の高さ調整で吸収する。そのとき、図２で原理が示されたように、アウトリガー２５の垂直度は常に正常に維持される。
【００３９】
造成作業中、作業船１が波揺れなどの影響を受けると、水中に大半没したラダー２も揺れを影響を受ける。許される範囲内でのラダー２の微動移動は、ラダー２の根元基端の軸支部２ａが支持された作業船１上のトラニオン機構３で吸収できる。
【００４０】
一方、以上の実施の形態による構造に対して、図６は、本発明の要部である自走式バックホウ装置の他の機構例を示している。図１〜図５までの各図で示した同一または同種部材に同一符号を付して説明する。
【００４１】
この場合、上記実施の形態でも示されたＨ形鋼による走行レール１０が利用され、この上をバックホウ装置２０が自走可能である。その機構は、油圧及び電気による駆動系を格納するハウジング４１を有し、その基盤であるベースプレート４２に複数のガイドローラ４３ａ，４３ｂ・・・が軸受ブラケット４４ａ，４４ｂ・・・を介して回転自在に軸支されている。例えば、対向一対のガイドローラ４３ａ，４３ｂを走行レール１０のＨ形鋼の上部フランジ１０ａの両端面に係合させ、そのローラ組の数組を図に垂直方向のレール長さ方向へ配置してある。また、ガイドローラ４３ｃのように、走行レール１０のＨ形鋼の下部フランジ１０ｂに下方から係合させることで、走行レール１０に対するバックホウ装置２０全体の係合強度を補強できる。
【００４２】
走行レール１０の上部フランジ１０ａの上面には、図５で示された走行有効スパン距離Ｗの長さだけ、長いベルト形状のラック歯車４５が取り付けられている。このラック歯車ベルト４５に駆動するピニオン歯車４６がベースプレート４２に回転自在に軸支されている。ピニオン歯車４６は、ハウジング４１内に格納された原動モータおよびその回転出力を所要値まで減速する歯車減速機構等の駆動系４７に接続され、所要の回転動力を受けることができる。ピニオン歯車４６で受けた回転動力を噛合相手のラック歯車ベルト４５に伝動し、走行レール１０上を自走する動力が得られる。
【００４３】
なお、ハウジング４１内では、バックホウの作業アーム２３を屈伸運動させる油圧シリンダ装置４８等に油圧動力を配分供給する油圧駆動系等一式もまた格納されている。
【００４４】
以上説明した本発明の主旨から逸脱するものでなければ、上記各機構や部材はそれらに限定されるものでなく、好適とする他の様々なメカニズムを採用することができる。また、本実施の形態では、捨石均しに関する法面３１の造成工程について説明されたが、平面均しも最適に施工可能であることは勿論である。すなわち、水底に堆積または投入された土砂、砂利、被覆石などについて、簡易的に呼称を定義した造成土に対する種々の水中土木工事にも有効である。作業種に対応して、自走式バックホウ装置２０の作業アーム２３の先端部のバケット２４に代えて、他のアタッチメントの交換可能であることは理解されよう。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明による水中基礎マウンド造成装置は、作業船体から水中に所要の傾斜角度で沈下させたラダーの先端部に、水平横方向へ所望の水深レベルに調整自在な走行レールを設けて、この走行レール上を自走式のバックホウ装置を移動させつつ、平面均し施工はもとより法面の造成などに格別有効である。特に、海中透視度の期待できない作業海域での水中基礎マウンド造成において、航法システム（ＧＰＳ）を利用した自船位置からバックホウ装置の座標位置と、作業アーム先端のアタッチメントであるバケットの動作軌跡を作業船上から遠隔操作できるので、従前からのこの種水中造成装置に比類なき作業能率をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による水中基礎マウンド造成装置の実施の形態として法面造成中の態様を示す作業船を含む全体斜視図である。
【図２】ラダー先端のアウトリガーの垂直平衡用の平行四辺形リンク機構の原理を模式的に示す側面図である。
【図３】ラダー根元基端部におけるトラニオン機構部を概略的に示す側面図である。
【図４】自走式バックホウ装置による法面造成中の位置態様を模式的に示す側面図である。
【図５】図４の位置態様を示す平面図である。
【図６】他の実施の形態による走行レール上の自走式バックホウ装置の機構を示す部分断面による側面図である。
【符号の説明】
１  作業船
２  ラダー
３  トラニオン機構部
５  造成の遠隔操作操船室
６  平衡リンク部材のロッド
１０  走行レール
１２  ラック歯車ベルト
２０  自走式バックホウ装置
２２  ピニオン歯車
２３  作業アーム
２４  取付作業アタッチメントのバケット
３１  造成法面
【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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