JP2004522877A - 液圧式海中浚渫法 - Google Patents

Abstract

沈積物を海底、利水ダムの底などから水圧浚渫する方法であって、前記方法は、必要な吸込み又は汲上げ能力を提供又は増強するために、自然な水面と自然な水面よりも下に位置する第二のレベルとの間の水圧差を利用して沈積物をホース又はパイプ（２）を介して前記第二のレベルに吸い込む又は汲み上げる第一の動作工程を含む。前記第二のレベルで、沈積物を、自然な水面以上に配設された機械設備によってアクセスすることができるコンテナ（３）に受け、このコンテナから沈積物の少なくとも一部をそのものは従来のポンプ（１０）又は従来の高揚方法によって又はより低いレベルに放出する。２個の入口又は２組の入口（１６、１７）を有する吸込みマニホルド（１５）が前記ホース又はパイプ（２）の下端に配設され、一方の入口又は入口の組（１６）が、吸込みマニホルドの下端又はその近くに配設され、底から沈積物をいくらかの水とともに吸い込むように適合され、他方の入口又は入口の組（１７）が、前記第一の入口又は入口の組（１６）から垂直方向に離間したところに配設され、水だけを吸い込むように適合されている。

Description

【背景技術】
【０００１】
多数の状況において、海底の区域から沈積物を除去できることが望ましい。そのような区域は、港、航路又は汚染沈積物のある区域であるかもしれない。沈積物は、おそらく精製したのち、再び海中に沈積させるか又は陸に堆積させることが望ましいかもしれない。
【０００２】
また、主に、流れ込む河川が多量の沈積物を堆積させるおそれのある土地には利水ダムがあり、ダムは、ダムの保水能力が望ましくないほど低くなる程度まで沈積物によって徐々に埋められる。さらには、沈積物は、ダムの安定性にマイナスの影響を及ぼし、水門／関門などを閉塞し、水に従って発電所に流れ込むならば、望ましくないタービンの摩耗を招くおそれもある。沈積物は、大きな岩石、非常に微細粒子、たとえば沈泥及び粘土ならびにそれらの中間の形態であることができる。
【０００３】
ポンプは、水面以上に配置されるならば、１気圧よりも大きな減圧又は吸込みを発生させることができないということは周知である。したがって、ポンプが水面以上に配設されているとき、これが、いかに効果的に沈積物を海底から浚渫することができるか、また、どのくらいの深さからそのような沈積物を浚渫することができるかに対する制限である。
【０００４】
圧力ポンプを海底に配設して沈積物を持ち上げることは可能であるが、そのような設備を配置し、配置し直すのには費用を要する。
【０００５】
さらに、沈積物を海底から除去し、その沈積物を、高揚されてはいるが水面よりもまだ低いレベルに配置することが浚渫技術で公知である。
【０００６】
このようにして、自然な水面と沈積物が汲み上げられるレベルとの間の水柱の圧力差を汲上げのために揚力の一部として利用することができるという利点が達成される。
【０００７】
浚渫は、海底と接する状態で特定の第一の位置に配置されたノズルを介して実施することができ、このノズルからある量の沈積物を吸い込むと、海底に凹孔が形成する。当該の場所で沈積物がどれくらいルーズかぎっしり詰まっているかに依存するが、凹孔がより深くなり、凹孔壁がより急峻になるにつれ、沈積物は凹孔に滑り込みやすくなる。ときには相当に多量の沈積物が前ぶれもなく突然に滑り出し、その結果、ノズルが塞がれたり詰まったりする。従来、ノズルを頻繁に移動させて凹孔があまり深くならず、凹孔壁があまり急峻にならないようにすること以外、この問題を回避する方法はなかった。しかし、多量の沈積物を除去しなければならない場合、所要量の沈積物を除去するためには当該区域の各場所を数回処理しなければならないため、これは不都合である。
【０００８】
問題を招くもう一つの条件は、海底がその特性又は性質に関して大きく異なり、ルーズな沈積物に十分に適するノズルがぎっしり詰まった沈積物にはそれほど適さないという事実に関する。海底の特性に応じて吸込み力を調節する可能性はこれまで乏しかった。
【０００９】
米国特許第３，６９３，２７２号は、主に大きな深さでの浚渫を可能にするシステム（装置）を記載している。しかし、この解決方法は、たとえば大きな岩石及び他の異物に対して脆弱である主に閉鎖した系に関し、点検及び維持管理が容易ではないという制限をかかえている。したがって、粒度の有意な違いを予期しなければならず、相当な大きさの岩石が不可欠な要素を構成する本発明の目的に十分に適してはいない。
【００１０】
米国特許第３，８１５，２６７号もまた、海底から沈積物を吸い上げるための閉鎖系を記載し、一般に、粒度が大きく異なる沈積物に使用されるならば、上述した特許と同じ欠点又は制限をかかえている。
【００１１】
米国特許第１，４６８，１９９号は、大気圧で作動する半水没可能な開放コンテナと、海底まで降ろされる吸込みパイプとによって浚渫するための方法及び装置であって、表面と前記開放コンテナへの吸込みパイプの出口との液圧の差によって全体的に吸込み力が提供される方法及び装置を記載している。この特許はまた、沈積物を水面の水位まで持ち上げるための設備を記載している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、微細粒子及び有意な大きさの岩石の両方からなる沈積物を海底から自然な水面よりも低いレベルまで浚渫／汲上げしたのち、その沈積物を従来の技術によってさらに運ぶ方法を提供することである。
【００１３】
本発明のさらなる目的は、沈積物を可能な限り最高に濃縮して、その後の沈積物の処理及び堆積をできるだけ低廉に実施することができるようにする方法を提供することである。
【００１４】
本発明のさらなる目的は、沈積物を特殊な埋立て地に堆積しなければならない場合、その沈積物をそのような埋立て地に容易に移送するか又はさらなる輸送のためにたとえばバージ船に汲み上げることができるよう、融通性のある方法を提供することである。
【００１５】
本発明のさらなる目的は、沈積物を利水ダムからダムの水面よりも低い場所に運ぶのに有用である、輸送を、外部エネルギーの必要性をできるだけ低く抑える方法で、パイプライン又はトンネルを介して前記場所まで実施する方法を提供することである。さらには、目的は、パイプライン又はトンネルを沈積物で閉塞することなく可能な最高濃度の沈積物を運ぶことである。
【００１６】
さらに本発明の目的は、前記方法を、維持管理及び修繕作業のためのアクセス性が良好であり、動作信頼性が高い開放系によって実施することである。
【００１７】
さらに目的は、ルーズな沈積物及びぎっしり詰まった沈積物の輸送に関してかなりの程度に自己調整的であるやり方で、浚渫から一般に生じるスライドアウトによって閉塞されないという意味で頑丈である手段によって方法を実施することである。
【００１８】
さらに目的は、浚渫する沈積物の粒度の変化に依存せずに連続作業を可能にする方法を提供することである。
【００１９】
本発明のなおさらなる目的は、かなりの程度に従来の設備の使用を可能にする低廉な方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上述した目的は、請求項１によって規定する本発明の方法によって達成される。
【００２１】
本発明の方法の好ましい実施態様が従属項によって開示される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を参照しながら本発明をさらに詳細に説明する。
【００２３】
図１は、海底１又は利水ダムの底の区域の浚渫に関して本発明を実施するのに適した手段を示す。底１からコンテナ３まで沈積物を運ぶためにホース又はパイプ２が配設され、このコンテナは、コンテナ内の水及び沈積物のレベル４が容器の外の自然な水位５よりも低くなるような方法で設置されている。コンテナ３は、好ましくは周囲に通じており、いかなる状況でも、維持管理及び修繕の作業員が容易にアクセスするような方法で配設される。コンテナ３に接続して、沈積物を粒度に応じて一以上の画分としてさらに運ぶための手段が配設されている。
【００２４】
本発明の重要な特徴は、パイプ２が滑らかであり、断面の減少がないため、閉塞の危険を冒すことなく岩石及び他の大きな粒子を海底から吸い上げることができるということである。
【００２５】
コンテナ３は、たとえば、バージ船の一部として配設することもできるし、たとえば石油掘削プラットフォームの支柱に接続されたタンクの形態を有することもできる。コンテナの垂直レベルを異なる要件に応じて調節できることが好ましい。
【００２６】
図１に示すように、パイプ出口７とコンテナ内の水及び沈積物のレベル４との間のレベルに格子６が配設されている。この配設により、格子の開口よりも大きい最小直径を有する岩石及び粒子が格子で止められる一方、他の沈積物は格子を通り抜ける。大きな粒子からなる沈積物を粗大画分８と呼び、より小さな粒子からなる沈積物を微細画分９と呼ぶ。格子の助けにより、微細画分９は、大きな岩石又は他の大きな粒子を取り扱うための寸法である必要はない設備によって別々に除去することができる。このような手段は従来のポンプなどを含むことができる。図１は、そのようなポンプ１０を、ポンプに接続された、微細画分１２を規定量の水とともに、たとえばバージ船に配置されていてもよい別個のタンク１３に運ぶために配設されたパイプ１１とともに示す。あるいはまた、微細画分は、水中の異なる場所又は特殊な埋立て地、おそらくは精製及びその後のさらなる輸送のための中間の場所に送り返してもよい。ただし、微細画分及び／又は粗大画分のさらなる処理は本発明の主題ではない。さらに、図１は、格子６で止められた粗大画分８を取り扱うために配設された採掘又は持ち上げ装置１４を示す。あるいはまた、粗大画分は、微細画分と同様にして、制御される方法で、水中の好都合な場所に戻してもよいし、たとえばバージ船又は埋立て地上の別個のコンテナ（図示せず）に入れてもよい。
【００２７】
図１は、パイプ２の下端に、特定の吸込みマニホルド１５（「サックスヘッド」ともいう）を示し、多数の開口又はスリット１６がその下端にあり、開口１７が、開口１６から垂直方向に離間したところのサックスヘッドの自由端に配設されている。開口１６はいかなるときでも沈積物及び異なる量の水を吸い込むが、開口１７は常に水だけを吸い込む。パイプ中の沈積物の濃度が低いほど、速度は高くなり、吸込み力は大きくなる。逆に、沈積物の高い濃度では、速度は落ち、それによって吸込み力も低下し、開口１６を介して吸い込まれる沈積物の量が、開口１７を介して吸い込まれる水の量に比較して減少することになる。換言するならば、サックスヘッドは、パイプ中を流れる水の速度によって吸込み力が決まるという性質を有する。このようにして、吸込みマニホルド１５は自己調整的であり、簡単に閉塞することはない。
【００２８】
吸込みマニホルド１５の好都合な寸法決定、すなわち開口１６と開口１７との間の十分な垂直方向の距離により、吸込みマニホルドは、浚渫中に吸込みマニホルドが形成するかもしれない凹孔への沈積物のスライドアウトの間に又はその後でも機能する。これは、開口１７が、常に自由に水を吸い込むことができるレベルまで高揚されており、ほぼ完全な閉塞の後でさえノズル１５及びパイプ２の中の沈積物濃度が急速に低下することを保証するという事実による。使用に依存して、十分な距離は２〜６メートル程度であることができる。
【００２９】
図１に示す吸込みマニホルドは、使用中、かなりの程度に、短期間又は長期間、海底に放置しておくことができ、継続的に管理しなくてもよいという重要な利点を提供する。吸込みマニホルドを直立姿勢に維持するために、浮き手段（図示せず）を吸込みマニホルドそのもの及び／又はパイプ２の部分に接続してもよい。浚渫するとき、吸込みマニホルドは、前述した沈積物の自己調整濃度を維持しながら、パイプ又は吸込みマニホルドの閉塞の危険が解消されるのも同然の状態で、海底で自らが形成した凹孔の中に徐々に沈み込む。
【００３０】
パイプ２の長さは数百メートルにもなる一方で吸込みマニホルド１５は通常、高さ２〜６メートルであるため、図面の寸法は誇張されているということが強調されるべきである。
【００３１】
図２は、コンテナ３のもう一つの実施態様を示す。ここでは、最大の粒子を止める格子はなく、代わりに、そのような沈積物を汲み出すためのパイプ１８が配設されている。この汲出しは、パイプ１８に接続されたエジェクタポンプ１９によって実現することができる。この粗大画分の取り扱い方法の利点は、かなりの程度に連続法として実施することができるということであり、欠点は、一部の微細粒子が必然的に粗大画分に追従するため、粗大画分と微細画分との間の分別がやや不明確になるということである。微細画分は、図２によると、従来のポンプ１０によって除去される。
【００３２】
図３は、コンテナ３のさらなる実施態様を示し、ハッチ２１を備えた実質的に垂直な管２０がコンテナの底に配設されている。通常ハッチは閉じており、コンテナの中に格子がないため、大きな岩石がハッチの近くに集まる一方で、より微細な粒子は水中上部にかなりの程度に分散する。必要に応じて、又は規則的な間隔にしたがって、ハッチが一時的に開いて、岩石がコンテナよりも下の底に落下して戻るようになっている。ハッチが開いている間、コンテナ３の内部と外部とで水の流通が起こる。したがって、水は、コンテナの中と外とで水位をバランスさせようとして管の中を上に流れる。したがって、できるだけ短い期間だけハッチを開いた状態に保持することが望ましく、開いたのち、通常、水位の間に所望の差を得るため、コンテナからいくらかの水を汲み出す必要がある。
【００３３】
図４は、ダム２２に関する本発明の変形を示す。細部の多く、たとえば最大の粒子／岩石８を止めるためのコンテナ３中の格子６は、図１に見られる細部に対応する。コンテナ３から、微細画分を好都合な量の水とともに運ぶためのパイプ２３が、ダム２２よりも下流の位置で、コンテナ３中のレベル４よりも低いレベルにある位置まで延びている。パイプ２３は、コンテナ３の中では、制御された量の水とともに粒子を管に流れ込ませることができるスロットを有するスロット付きパイプ２４として延びている。このスロット付きパイプ（沈積物スルーサ）は最初、"Gemini" No.3, December 1994及び"Hydropower and Dams",March 1995に記載された。このような配設により、閉塞の危険を冒すことなくパイプ２３が運ぶことができる可能な最高濃度の沈積物を流すことができる。過剰な水は、利水ダム／海に汲み戻してもよいし、必要ならばコンテナの中に入れてもよい。
【００３４】
微細粒子をより低い位置、たとえばダムの外に運ぶためのパイプ２３の使用は、上記のようなスロット付きパイプの使用に対する条件ではないということが留意されるべきである。さらには、パイプ２３が長いならば、あらゆる条件の下で望ましい輸送能力を維持するため、パイプに従来のポンプを設けることが好都合であるかもしれない。
【００３５】
望ましくない過剰の水がコンテナ３の中にあるとき、もっとも汚染の少ない水をポンプ（図示せず）によってコンテナのこの部分から汲み出してもよい。ポンプ２３中で所望の比に達することができないほど水位が低くなるならば、より多量の水をコンテナ３に入れてもよい。
【００３６】
図５は、２個の開口又は２組の開口１６′、１７′を有する吸込みマニホルド２５の代替設計を示す。吸込みマニホルドは実質的にまっすぐであり、外側の円筒形マントル２６を含み、このマントルの内側に、実質的に環状の空隙２７が画定されている。マントル２６の上端には、前記環状の空隙に通じる開口１７′が設けられている。マントル２６の垂直方向の延長は、「サックスヘッド」１５の自由端の高さと同じ大きさである。吸込みマニホルド２５の動作方法は、サックスヘッド１５の動作方法と類似している。浚渫中に沈積物及びいくらかの水が開口１６′に吸い込まれ、パイプ２′を介して水面近くのコンテナ（図示せず）に運ばれる。水は開口１７′に吸い込まれ、環状の空隙２７中を下に運ばれて吸込みマニホルドの下端に達し、そこから、沈積物との混合物としてコンテナまで運び上げられる。開口１７′に吸い込まれる水の量は、サックスヘッドと同様に、かなりの程度、パイプ中の沈積物の濃度に依存して自己調整的である。サックスヘッドに比較したこのヘッドの利点は、いくらか体積が小さく、パイプの全断面に対応する開口を有し、閉塞のおそれなしに大きな岩石をも運ぶことができるということである。他方、まっすぐな吸込みマニホルドは、同じ程度に底に放置しておくことはできず、より継続的に管理されなければならない。
【００３７】
図６は、図２と原則的に同じ実施態様を示すが、吸込み能力を改善するためにエジェクタポンプ２８が吸込みマニホルド（図示せず）の上方でパイプ２に接続されている機能性が追加されている。できるだけ水を汚染しないために、エジェクタポンプ２８にはコンテナ３から供給管２９を介して水を供給することが好都合である。この水が供給管２９に入るとき、それをろ過することが好都合であるかもしれない。このようなエジェクタポンプ２８は、図６に示す実施態様だけでなく、本発明のいかなる実施態様にも使用することができる。この目的に有用なエジェクタポンプは、ＰＣＴ特許出願ＰＣＴ／ＮＯ００／００３５９及びノルウェー国特許出願第２０００１４８４３号に記載されている。
【００３８】
本発明により、吸込みマニホルドの簡単な操作及び配置が得られ、吸込みマニホルドを所望の位置に正確に配置することができる。これは、比較的深い水を浚渫するために使用することもでき、運転停止につながる吸込みパイプの閉塞の危険は非常に小さい。第二のレベル、すなわちコンテナ３に接続されたすべての設備は、維持管理及び修繕作業などのためにアクセスするのが容易である。
【００３９】
使用中、深さが通常３０メートルである内湾の浚渫と、深さが少なくとも５０メートル、より一般的には２００〜３００メートルである沖合の浚渫とは区別されるべきである。本発明は全範囲の深さに適しているが、当然、浚渫を実施する深さに依存して、自然な水位と前記第二のレベルとの高さの違いの調節は必要になる。
【００４０】
パイプ２の断面は、かなりの程度、実際の要求に応じて調節されるが、一般に５０cmを超えることはなく、スケールの他端では、１０cm未満になることはめったにない。
【００４１】
計算例
以下の表には、四つの計算例を示す。これらの例は純粋に理論的であり、実際の能力は沈積物の性質及び沈積物がパイプが吸い込まれる効率に依存するということが留意されるべきである。エジェクタが含まれる場合、エジェクタは、先に吸い上げられた部分的に汚染された水によって駆動されるということが想定される。
【００４２】
【表１】
【００４３】
先の二つの計算例は、港湾内で浚渫を実施する典型的な状況で有効である。エジェクタを使用すると水の消費が有意に減り、その上、吸込みパイプの直径を減らすことができ、それにより取り扱いやすくなるということがわかる。
【００４４】
後の二つの例は、深さが内湾よりも有意に大きい典型的な沖合状況で有効である。この状況でもまた、エジェクタの使用は、エジェクタがすでに汚染された水で駆動されるという条件で、乾燥物質の濃度を有意に高めながら浚渫することを可能にする。
【００４５】
エジェクタを使用する他の利点は、より大きな深さで浚渫して全能力を増す可能性と、高さをレベル２まで減らす能力である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施態様の略図である。
【図２】本発明の細部の変形を示す図である。
【図３】本発明の細部の変形を示す図である。
【図４】特定の用途の場合の本発明の実施態様の略図である。
【図５】本発明の細部の特定の実施態様を示す図である。
【図６】図２に示す本発明の実施態様に関する追加機能を示す図である。

Claims (13)

1. 有意なサイズの岩石から微粒子までの異なる粒度の粒子を含む沈積物を海底、利水ダムの底などから水圧浚渫する方法であって、前記方法は、必要な吸込み又は汲上げ能力を提供又は増強するために、自然な水面と自然な水面よりも下に位置する第二のレベルとの間の水圧差を利用して、沈積物をホース又はパイプ（２）を介して前記第二のレベルに吸い込み又は汲み上げ、前記第二のレベルで受けた沈積物を、自然な水面以上に配設された機械設備によってアクセスすることができるコンテナ（３）に揚げ、このコンテナから沈積物の少なくとも一部をそのものは従来のポンプ（１０）又は高揚方法によって又はより低いレベルに放出することによって除去する第一の動作工程を含み、
   ２個の入口又は２組の入口（１６、１７）を有する吸込みマニホルド（１５）が前記ホース又はパイプ（２）の下端に配設され、一方の入口又は入口の組（１６）が、吸込みマニホルドの下端又はその近くに配設され、底から沈積物をいくらかの水とともに吸い込むように適合され、他方の入口又は入口の組（１７）が、前記第一の入口又は入口の組（１６）から垂直方向に離間したところに配設され、水だけを吸い込むように適合されていることを特徴とする方法。
2. 前記第二のレベルにおける従来の設備によって所望の程度の沈殿物を分離し、選択的に少なくとも一つのさらなるレベルまでさらに運び、そこで、各画分の粒度及び濃度に適合した方法によって沈殿物を送り出す、請求項１記載の方法。
3. エジェクタポンプを底と前記第二のレベルとの間でホース／パイプに接続することにより、海底から前記第二のレベルまで沈積物を汲み上げる能力を増大させる、請求項１記載の方法。
4. できるだけ少量の水しか浚渫した沈積物で汚染されない及び／又はそれと混合しないために、前記第二のレベルから汲み上げられる水によってエジェクタポンプを駆動する、請求項３記載の方法。
5. 前記第二のレベルで沈積物を受けるコンテナが開口しており、一以上のバージ船又はポンツーンに接続されているか、好ましくはコンテナの垂直位置が当該バージ船又はポンツーンに対して調節可能であるような方法でバージ船又はポンツーンの一部を構成する、請求項１記載の方法。
6. 前記第二のレベルの沈積物を一以上の格子によって二以上の画分に分離し、最大粒子の画分を格子で止め、機械的持ち上げ装置によって第三のレベルまでさらに持ち上げる、請求項１記載の方法。
7. 前記第二のレベルで受けたもっとも微細な粒子の画分を、コンテナの底に縦方向のスロットを有するスロット付きパイプの中に吸い込む、請求項１記載の方法。
8. 前記第二のレベルで受けたもっとも微細な粒子の画分を、部分的又は完全に、重力によってパイプを介して又はトンネルに入れて水とともにより低いレベルに運ぶ、請求項６記載の方法。
9. コンテナ内の水位が実質的に一定に維持されることを保証するための手段が前記第二のレベルに配設されている、請求項１記載の方法。
10. 前記第二のレベルの沈積物を格子によって二つの画分に分離し、最大粒子の画分が、通常は最小直径５cmまでの岩石を含むようにする、請求項１記載の方法。
11. 自然な水面と第二のレベルとの間の高さの差が通常２〜３０メートルの範囲である、請求項１記載の方法。
12. 海底から前記第二のレベルまでの垂直汲上げ距離が通常５〜３００ｍの範囲である、請求項１記載の方法。
13. 汲上げパイプの直径が通常１０〜５０cmである、請求項１記載の方法。