JP2005213741A - 土砂採取装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 底泥やシルト層などの柔らかい水底地盤付近では、流体の側方への噴射を抑えることができる土砂採取装置を提供すること。
【解決手段】 中空のガイド管２と、前記ガイド管２の内部に装填するジェット管３とからなる水底地盤に堆積した土砂を採取する土砂採取装置１であって、前記ジェット管３の先端部を内管３２と外管３１の二重管構造とし、前記内管３２の軸方向に沿って移動する前記外管３１によって、前記内管３２から側方に噴射する流体を制御することを特徴とするものである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、湖や海などの水底に堆積した汚泥を砂等の土砂により被覆したり、水底地盤に堆積した土砂などを採取したりするための土砂採取装置に関するものである。

従来から湖や海などの水質及び水界生態系を良好に保つための方法として、浚渫工法や覆砂工法がある。浚渫工法は、水底に堆積した表層の汚泥を除去することによって、下層の良質土を表出させる工法である。表層の汚泥は、溶出量、特に栄養塩溶出量が高く、ＤＯ（溶存酸素）消費量が高いため、水質悪化の原因となる。また、生物の棲息環境には好ましくない。このため浚渫工法は、その原因となる汚泥を取り除くことによって、水質及び水界生態系を良好に保つ方法である。一方、覆砂工法は、海底に堆積した汚泥を砂等で被覆することにより、浚渫工法と同様の効果を得るものである。
本願の出願人は、特許文献１において、水底地盤に堆積した砂層ｈの土砂を流動化させて、底泥ｆの上面を覆う覆砂工法及び土砂採取装置ａを開示している。
特開２００２−２２０８２１号公報

前記した特許文献１には、底泥ｆ側が広がった截頭円錐状に形成したジェット管ｃの噴射口ｅが開示されている（図９参照）。このような末広がりの噴射口ｅの形状は、砂層ｈに広くジェット水流を分散し、広い範囲の土砂を流動化させるために有効な形状である。しかし、底泥ｆが非常に柔らかい場合は、底泥ｆ周辺を噴射口ｅが通過するときに斜め側方に噴射されたジェット水流によって底泥ｆが乱れ、破壊されたり、水中に浮遊して覆砂後の覆砂層の表面に沈降して底泥ｆが再び最上層となったりするおそれがあった。

上記のような課題を解決するために、本発明の土砂採取装置は、中空のガイド管と、前記ガイド管の内部に装填するジェット管とからなる水底地盤に堆積した土砂を採取する土砂採取装置であって、前記ジェット管の先端部を内管と外管の二重管構造とし、前記内管の軸方向に沿って移動する前記外管によって、前記内管から側方に噴射する流体を制御することを特徴とするものである。ここで、「側方に噴射する流体を制御する」とは、流体の側方への噴射を場所によって行ったり、行わなかったりすることができることをいう。また、側方とは真下以外の方向をいい、斜め下方も側方に含まれる。
また、上記の土砂採取装置において、前記外管の底部に前記内管を係止する鍔部を設け、前記外管の側面には孔を設け、前記外管の外側面孔に貫通する内側面孔を前記内管の側面に設けたことを特徴とするものである。さらに、前記外管の鍔部に前記内管が係止すると、前記外管から下方へ噴射する流体が止まり、前記内側面孔及び前記外側面孔を通じて側方にのみ流体が噴射するように構成することもできる。

本発明の土砂採取装置は、上記した課題を解決するための手段により、次のような効果の少なくとも一つを得ることができる。
＜１＞底泥やシルト層などの柔らかい水底地盤付近では、流体の側方への噴射を抑えることができる。このため、底泥やシルト層を乱したり、破壊したりすることがほとんどない。
＜２＞砂層内では、斜め下方や水平方向などの側方に向けて流体を噴射することができる。この結果、広い範囲の土砂が流動化するので、土砂を効率よく上昇させることができる。

以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。

＜１＞土砂採取装置
土砂採取装置１は、中空のガイド管２とジェット管３からなる。ジェット管３はガイド管２の内部に装填し、ガイド管２とは独立して動くように構成する。
土砂採取装置１は、水底地盤内に堆積した土砂を採取するための装置である。水底地盤内から水底に噴き上がった土砂を籠などで受けて、水面上に引き上げれば土砂採取に使用できる。また、籠などを設置せずに、水底に噴き上がった土砂で水底を覆えば覆砂工法に使用できる。

＜２＞ジェット管
ジェット管３は、水や空気などの流体を先端及び側面の少なくとも一方から噴射する管材である。本発明で使用するジェット管３の先端部は、内管３２と外管３１の二重管構造とする。
内管３２は、流体を搬送し、噴射する部材であり、外管３１は流体の噴射方向を制御する部材である。外管３１は、内管３２の軸方向に沿って移動することができ、所望する位置で内管３２の先端部や噴射口を覆うことで、流体の噴射を遮ったり、噴射方向を変更させたりする。

＜３＞ガイド管
ガイド管２は、少なくとも底泥６の厚さ以上の長さがある中空の管材である。ここで底泥６は、水底の表層に堆積する汚泥などをいう。ガイド管２の長さは、水底に設置した場合に少なくとも底泥６を貫通する長さであって、その状態で水底からガイド管２の上部が突出する長さとする。
底泥６と砂層５の間にシルト層７がある場合は、シルト層７も貫通する長さとすることが好ましい。ガイド管２の直径と長さは、ジェット管３の外周面と、ガイド管２の内周面との間を砂等が上昇するような組み合わせとする。例えばガイド管２として、直径２０ｃｍ程度、長さ１．５ｍ程度の鋼管などを使用する。

＜４＞誘導具
誘導具４は、上方に広がる向きの截頭錐体状に形成する。錐体の形状は円錐が好ましいが、多角錐であってもよい。誘導具４は、ガイド管２の上端との間に隙間を確保した状態で配置する。例えば、ガイド管２の上端に支持材を取り付け、支持材で誘導具４を支持させる。なお、砂等を上昇させているときのジェット管３とガイド管２の位置関係が一定の場合は、ジェット管３に誘導具４を取り付けてもよい。
誘導具４を配置することにより、ガイド管２とジェット管３の隙間を上昇してガイド管２の上端から噴出した砂等を、効果的にガイド管２の外側に配置させることができる。即ち、ガイド管２に沿って上昇した砂等は、誘導具４に衝突して向きを変えるため、ガイド管２の外側に覆砂５１が溜まるようになる（図１参照）。

＜５＞水底の覆砂工法
例えば、上記した土砂採取装置１を複数備えた覆砂機１０を使用して水底を覆砂する。図３に覆砂機１０の実施例の斜視図を示す。
覆砂機１０は、必要に応じて架台１１に取り付け、架台１１はクレーン等で吊る。土砂採取装置１の配置間隔は、例えば縦横に所定の間隔をおいた格子状にする。格子の間隔は、例えば１〜１．２ｍ程度とする。
水底地盤の掘削、土砂の採取方法については、各実施例において詳述する。

図１，２を参照しながら実施例１の土砂採取装置１ａについて説明する。
土砂採取装置１ａのジェット管３ａは、先端部が内管３２ａと外管３１ａの二重構造で構成される。内管３２ａの先端は下方に向けて狭まる截頭円錐体状に形成され、底面は塞がれ、側面に複数の斜孔３２１が形成されている。
斜孔３２１は、内管３２ａを搬送されてきた流体を斜め下方に噴射するための噴射口である。斜孔３２１の数、形状及び大きさは、任意に設定できる。斜め方向に流体を噴射することで、広い範囲の砂層５を流動化することができる。

実施例１では、底泥６やシルト層７をガイド管２が通過し、砂層５に到達するまでは、ジェット管３ａの内管３２ａの先端は外管３１ａの先端よりも上方に位置し、外管３１ａで内管３２ａが覆われた状態にしておく（図２参照）。この状態であれば、流体は外管３１ａの開口部３１１から下方に噴射されるだけなので、底泥６やシルト層７がガイド管２より広い範囲で乱されたり、破壊されたりすることがほとんどない。
そして、砂層５にジェット管３ａの先端部が突入した後に、流体の噴射を弱め、外管３１ａの先端から内管３２ａの斜孔３２１を露出させる。すなわち、流体の噴射を弱めると、外管３１ａは砂の周面摩擦抵抗によってその場に留まることになる。外管３１ａは内管３２ａの軸方向に沿って移動するため、内管３２ａだけを下方に押し出すことができ、外管３１ａの先端から内管３２ａの先端が突出する（図１参照）。斜孔３２１が露出した後は、再び外管３１ａが先行して内管３２ａの先端部を覆わないようにストッパーなどで固定する。例えば、一旦嵌合した後は解除されない嵌合形式のストッパーや、Ｌ字型のガイド穴に沿って内管３２ａを回転させることで係止可能なストッパーなど公知のストッパーが利用できる。また、図８に示すような内管３２ａの軸方向に沿って外管３１ａを自在に移動させるための開閉レバー１３を設けて、水上から内管３２ａの出し入れを制御することができる。この装置は、開閉レバー１３を上げると内管３２ａの先端が外管３１ｂから突出し、開閉レバー１３を下げるとバネ１４の力で内管３２の先端が外管３１ｂの内部に収納される。この装置は必要に応じて他の実施例においても使用することができる。

ガイド管２を底泥６やシルト層７に貫通した状態で、高圧水を噴射しながらジェット管３ａを砂層５に挿入する。ここで、砂層５とは水底地盤内の底泥６の下方に堆積する砂又は砂質土からなる地層をいう。例えば、中浅部の沖積層の土砂などがこれに該当する。ジェット管３ａは、高圧水や空気を噴射しながら、必要に応じて回転させた状態で砂層５に挿入する。高圧水や空気を噴射しながらジェット管３ａを砂層５に挿入すると、砂層５が流動化し、ジェット管３ａとガイド管２の隙間を通り、水底に噴き上がり覆砂５１となって底泥６の上部を覆う。
高圧水や空気の噴射は、所定の覆砂５１が形成されるまでおこなう。ここで、高圧水等を噴射しながらジェット管３ａを上下方向に動かしたり、ジェット管３ａの軸回りに回転させたりすることで砂等の噴き上げを促進させることもできる。

砂層５中では、斜孔３２１を露出させることで、流体を斜め下方に噴射することができる。実験によれば、斜め下方に流体を噴射させることで、下方のみに流体を噴射した場合に比べて１〜２割程度、砂の上昇量が増加するという結果が得られた。

図４，５を参照しながら実施例２の土砂採取装置１ｂについて説明する。なお、実施例１と重複する記載については省略する。
土砂採取装置１ｂのジェット管３ｂは、先端部が内管３２ｂと外管３１ｂの二重構造で構成される。内管３２ｂの底面は開口され、流体を下方に噴射する底面孔３２３となる。また、内管３２ｂの先端付近の側面には、流体を横方向に噴射するための内側面孔３２２を複数、設ける。
また、外管３１ｂの開口部には円環形状の鍔部３１２を設け、下方への噴射口の面積を底面孔３２３よりも小さくする。外管３１ｂには内側面孔３２２に対応する外側面孔３１３を設ける。外側面孔３１３は、内管３２ｂの先端が鍔部３１２に係止された位置では合致しない位置に設ける。また、内側面孔３２２及び外側面孔３１３の数、形状及び大きさは、任意に設定できる。実施例２では、砂層５内で側方及び下方に流体を噴射することができるので、広い範囲の砂層５を流動化することができる（図４参照）。

実施例２では、底泥６やシルト層７をガイド管２が通過し、砂層５に到達するまでは、ジェット管３ｂの内管３２ｂの先端は外管３１ｂの鍔部３１２に係止され、外側面孔３１３よりも下方に位置する内側面孔３２２は外管３１ｂの側面で塞がれることになる。この状態であれば、流体は鍔部３１２の中央孔３１４から下方に噴射されるだけなので、底泥６やシルト層７がガイド管２より広い範囲で乱されたり、破壊されたりすることがほとんどない。
そして、砂層５にジェット管３ｂの先端部が突入した後に、流体の噴射を弱め、内側面孔３２２と外側面孔３１３が合致する位置まで内管３２ｂのみを持ち上げる。または、外管３１のみを下げる。内管３２ｂの軸方向への外管３１ｂの移動を、ボルト３３と長孔３４の組み合わせでガイドし、長孔３４の上端と外側面孔３１３の間隔をボルト３３と内側面孔３２２の間隔に合わせておけば、内側面孔３２２と外側面孔３１３を容易に合致させることができる（図５参照）。

砂層５中では、内側面孔３２２と外側面孔３１３を合致させた状態で流体を噴射することで、側方及び下方に流体を噴射することができる。実験によれば、側方及び下方に流体を噴射させることで、下方のみに流体を噴射した場合に比べて４割程度、砂の上昇量が増加するという結果が得られた。

図６，７を参照しながら実施例３の土砂採取装置１ｃについて説明する。なお、実施例１，２と重複する記載については省略する。
土砂採取装置１ｃのジェット管３ｃは、先端部が内管３２ｃと外管３１ｃの二重構造で構成される。内管３２ｃの先端は下方に向けて狭まる截頭円錐体状に形成され、底面は底面蓋３２４で塞がれ、側面に複数の斜孔３２１が形成されている。また、内管３２ｃの先端付近の側面には、流体を横方向に噴射するための内側面孔３２２を複数、設ける。
また、外管３１ｃの開口部には円環形状の鍔部３１２を設け、鍔部３１２の中央孔３１４は底面蓋３２４で塞ぐことができる大きさとする。外管３１ｃには内側面孔３２２に対応する外側面孔３１３を設ける。外側面孔３１３は、内管３２ｃの先端が鍔部３１２に係止された位置で合致する位置に設ける。また、内側面孔３２２及び外側面孔３１３の数、形状及び大きさは、任意に設定できる。

実施例３では、底泥６やシルト層７をガイド管２が通過し、砂層５に到達するまでは、ジェット管３ｃの内管３２ｃの先端は外管３１ｃの鍔部３１２とは離れた位置に留まり、外側面孔３１３よりも上方に位置する内側面孔３２２は外管３１ｃの側面で塞がれることになる（図７参照）。この状態であれば、斜孔３２１から噴射された流体は鍔部３１２の中央孔３１４から下方に噴射されるだけなので、底泥６やシルト層７がガイド管２より広い範囲で乱されたり、破壊されたりすることがほとんどない。
そして、砂層５の下層の不透水層８にジェット管３ｃの先端部が突き当たると、外管３１ｃはその位置で止まる。このため、内管３２ｃのみが下方に移動し、底面蓋３２４が鍔部３１２の中央孔３１４に嵌合して流体の下方への噴射が止まる。中央孔３１４と底面蓋３２４が嵌合する位置で内側面孔３２２と外側面孔３１３が合致し、流体は側方へのみ噴射される。

図６に示すように砂層５の下部において側方への流体の噴射をおこない、砂層５の下部を最初に崩すと、砂層５の上部まで連鎖的に崩れて土砂の上昇量を増加させることができる。

本発明の土砂採取装置の実施例１の説明図 土砂採取装置のジェット管の先端部の実施例１の説明図 複数の土砂採取装置を備えた覆砂機の実施例の斜視図 本発明の土砂採取装置の実施例２の説明図 土砂採取装置のジェット管の先端部の実施例２の説明図 本発明の土砂採取装置の実施例３の説明図 土砂採取装置のジェット管の先端部の実施例３の説明図 外管の移動を制御する開閉装置の実施例の説明図 従来の土砂採取装置の実施例の説明図

符号の説明

１・・・土砂採取装置
２・・・ガイド管
３・・・ジェット管
３１・・外管
３１２・・鍔部
３１３・・外側面孔
３２・・内管
３２２・・内側面孔

Claims (3)

1. 中空のガイド管と、前記ガイド管の内部に装填するジェット管とからなる水底地盤に堆積した土砂を採取する土砂採取装置であって、
   前記ジェット管の先端部を内管と外管の二重管構造とし、
   前記内管の軸方向に沿って移動する前記外管によって、前記内管から側方に噴射する流体を制御することを特徴とする、
   土砂採取装置。
   
2. 請求項１記載の土砂採取装置において、
   前記外管の底部に前記内管を係止する鍔部を設け、
   前記外管の側面には孔を設け、
   前記外管の外側面孔に貫通する内側面孔を前記内管の側面に設けたことを特徴とする、
   土砂採取装置。
   
3. 請求項２記載の土砂採取装置において、
   前記外管の鍔部に前記内管が係止すると、前記外管から下方へ噴射する流体が止まり、前記内側面孔及び前記外側面孔を通じて側方にのみ流体が噴射することを特徴とする、
   土砂採取装置。
   

Images