JP2010248694A - 浚渫方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】通常の浚渫船が進入不可能な領域や水中に根固め等の構造物があり、掘削が不可能な領域等の堆積物を容易に撤去できる浚渫方法及びその装置を提供する。
【解決手段】浚渫障害水域５０の水底４９に堆積した水底堆積物１７を撤去する浚渫方法において、前記浚渫障害水域外（自然水域２８）の水底に収集部Ｓを設ける行程と、前記水底堆積物１７に水中ポンプユニット２０のノズル１９を向け、該ノズル１９から噴射する水流Ｗにより、前記水底堆積物１７を前記収集部Ｓに移動させる浚渫準備行程と、前記収集部Ｓの水底堆積物１７を浚渫船により撤去する浚渫行程と、を備えている。
【選択図】図１

Description

この発明は、海や川などの水底に堆積された砂及びヘドロ状の堆積物の浚渫方法及びその装置に関するものであり、特に、通常の浚渫船が進入不可能な領域や水中に根固め等の構造物があり、掘削が不可能な領域等で用いられる浚渫方法及びその装置に関するものである。

従来、水底に堆積された砂及びヘドロ状の堆積物（以下、単に、「水底堆積物」という）は、掘削方式や吸引方式により浚渫されている。前記掘削方式は、クラブバケットやバックホウバケット等を使用して底泥を直接掘削し、積み込運搬(圧送)するものである。又、前記吸引方式として、ポンプ船(カッター船)と汚泥専用ポンプ船（集泥装置付）が知られているが、最近では、汚泥専用として真空専用ポンプ（負圧）及び空気圧を利用した特殊吸引ポンプ船が開発されている。

水底堆積物が浚渫船の進入可能な位置にある場合には、前記浚渫方法により前記水底堆積物を撤去することができるが、前記水底堆積物が桟橋等構造物の下部に位置している場合には、浚渫船の使用は不可能となる。
そこで、この様な場合には、水中サンドポンプ、エアリフト効果又はエゼクター効果を使用した掘削機械を使用し、吸込口、吸込みノズルを潜水士が掘削対象箇所（水底堆積物）まで導き、浚渫作業を実施している。

従来例は、次のような問題がある。
（１）水中サンドポンプ、エアリフト機器の吸込みノズルは、潜水士により掘削対象箇所に引き込まれるが、人力で移動可能な吸引ノズル、排送管の大きさは１５０ｃｍ〜２００ｃｍである。そのため、掘削作業時、堆積物内に多量に含まれるゴミ、貝殻などが詰まり、前記ポンプの運転に支障をきたすことがある。

（２）堆積物内のゴミ、貝殻等が吸込み管内に詰まった場合、装置が大きなため、分解清掃に多大な時間と労力を要するので、作業効率が低下してしまう。
（３）堆積物はサンドポンプ、エアリフト機器で吸引し、陸上又は土運搬船に吹き上げられるが、前記堆積物は周囲の水、海水と同時に吸込まれる。そのため、堆積物の濃度は薄くなり、吸引効率が極めて悪なるので、作業スピードが低下し、作業コストが高くつく。

この発明は、上記事情に鑑み、通常の浚渫船が進入不可能な領域や水中に根固め等の構造物があり、掘削が不可能な領域等（以下、「浚渫障害水域」という）の堆積物等を容易に撤去できるようにすることを目的とする。

この発明は、浚渫障害水域の水底に堆積した水底堆積物を撤去する浚渫方法において、前記浚渫障害水域外の水底に収集部を設ける行程と、前記水底堆積物に水中ポンプユニットのノズルを向け、該ノズルから噴射する水流により、前記水底堆積物を前記収集部に移動させる浚渫準備行程と、前記収集部の水底堆積物を浚渫船により撤去する浚渫行程と、を備えていることを特徴とする。

この発明の前記収集部は、落込み溝であることを特徴とする。この発明の前記水中ポンプユニットのノズルは、Ｕ字状に形成され、その先端には、ホースが連結され、該ホースは、前記水底堆積物の奥側から前記収集部に向かって水流を噴射させることを特徴とする。

この発明の前記ホースは、ホース振り機構により左右に振られることを特徴とする。この発明の前記水中ポンプユニットは、作業台船に配設され、主フック及び副フックを備えたクレーンにより吊られて位置決めされており、前記両フックの垂直方向の位置の調整によりホースの噴射角度が調整されることを特徴とする。

この発明の前記水中ポンプは、前記作業台船のウインチのワイヤに固定されていることを特徴とする。この発明の前記水底堆積物は、桟橋等海岸構造物下部、運河、河川等の水門こう室、護岸築造工事における地盤改良後の表面、に堆積していることを特徴とする。

この発明は、水底に堆積した水底堆積物を水流により移動させる、水中ポンプユニットを備えた浚渫装置において、前記水中ポンプユニットは、水中ポンプと、該水中ポンプの吐出し口に接続された通水管と、該通水管の出口に接続されたU字状のノズルと、該ノズルの出口に連結されたホースと、を備えていることを特徴とする。

この発明は、前記ホースの出口側に挿着された環状ホースガイドと、前記ホースガイドを左右に振るホース振り機構と、を備えていることを特徴とする。この発明の前記ホース振り機構は、前記ノズルに固定されているシリンダベースと、該シリンダベースにブラケットを介して接続されているシリンダと、基端部がピンにより前記シリンダベースに回動自在に固定され、その自由端部が連結部材を介して前記環状ホースガイドに連結されているヘッドアームと、前記シリンダのピストンに連結され、前記ヘッドアームを回動させるピストンアームと、を備えていることを特徴とする。

この発明の前記シリンダベースには、傾斜センサが配設されていることを特徴とする。 この発明の前記ホースは、フレキシブルホースであることを特徴とする。

この発明は、以上の様に構成したので、浚渫障害水域の水底堆積物に水中ポンプのノズルから噴射される水流を当てて、前記浚渫障害水域外の収集部に移動させて収集することができる。そのため、前記収集部の水底堆積物は、浚渫船で浚渫することができるので、浚渫作業が容易となり、作業能率が向上する。

この発明の水中ポンプのノズルは、Ｕ字状に形成されているので、該ノズルの先端部を水底堆積物の奥側（収集部と反対側）に向けて噴射させ、掻き出すようにして収集部に移動させることができる。そのため、奥側に位置している水底堆積物も容易に手前側（収集部側）に移動できるので、作業能率を向上させることができる。

この発明の前記収集部を落込み溝にすると、該落込み溝に収容された水底堆積物は移動できずに、滞留する。そのため、前記堆積物の収集部が、水平面状である場合に比べ、浚渫しやすくなるので、作業能率を向上させることができる。

本発明の実施形態を示す図で、使用状態を示す正面図である。 水中ポンプユニットの拡大図である。 図２の要部拡大図である。 水中ポンプユニットの平面図である。

この発明の実施形態を図１〜図４により説明する。
水中ポンプユニット２０は、水中ポンプ２と、通水管５と、ノズル１９と、ホース７とを備えている。前記水中ポンプ２は、固定フレーム１内に配置された大型水中ポンプである。該水中ポンプ２の仕様は、例えば、消費電力４５ｋｗ、吐出し口径４００Ａ、吐出し量１５〜２０ｍ³／ｍｉｎ．である。

前記固定フレーム１には、クレーン２３の主フック３０ａ、副フック３０ｂを引っ掛ける係合部(図示省略)、小型ワイヤ電動ウインチ４３のワイヤ４５を固定する連結部(図示省略)が設けられている。前記主フック３０ａの係合部と前記副フック３０ｂは、間隔を置いて前後に配設されている。
前記クレーン２３及び前記ウインチ４３は、作業台船４１に配設され、該作業台船４１上の発電機４６は、キャブタイヤケーブル２２を介して前記ポンプ２に接続されている。

前記ウインチ４３のワイヤ４５は、水中ポンプイニット２０の係合部に固定され、水噴射の反力を受けて前進しようとする水中ポンプ２０の移動を阻止する。前記ケーブル２２は、水中で使用でき、かつ、移動可能なケーブルである。

前記ポンプ２の吐出し口は、継手３により通水管５に接続されているが、この通水管５は、両端部にフランジ２１を備えている。この通水管５を複数本直列に配置し、隣り合うフランジ２１同士を連結することにより、所望の長さの通水管５を得ることができる。この通水管５の先端側は、補強フレーム４に連結されているが、この補強フレーム４は、固定フレーム１に連結され、水中ポンプユニット２０の全体の機械的強度を補強している。

前記通水管５の先端部５ａは、半円状のベント管６の入口６ａに接続され、該ベント管６の出口６ｂは、変換継手８に接続されている。前記ベント管６及び前記変換継手８は、一体となってノズル１９を構成している。前記ベント管６の口径は、例えば、４００Ａに形成され、又、前記変換継手８の入口８ａの口径は４００Ａ、その出口の口径８ｂは、２００Ａに形成されている。

前記変換継手８の出口８ｂには、ホース７が連結されているが、このホース７は、例えば、フレキシブルホースであるが、このフレキシブルホースとして、「カナライン」（登録商標）が採用される。この「カナライン」は、補強コード入りで高い耐圧性能を備え、軽量、フレキシブルなホースである。

前記変換継手８の両端部のフランジ３５、３６は、シリンダベース９を支持しており、このシリンダベース９は、環状ホースガイド１１と通水管５との間に保持されている。該シリンダベース９の上面には、ホース振り機構１２が設けられているが、このホース振り機構１２は、シリンダ１４、ピストンアーム１２ａ、ヘッドアーム１２ｂ、環状ホースガイド１１等を備えている。

前記シリンダ１４は、ブラケット１０に連結され、シリンダベース９から離間して配設されているが、前記シリンダ１４は、前記ブラケット１０に対して自由に回動可能である。前記シリンダ１４は、例えば、エアシリンダであり、シリンダ駆動制御装置（図示省略）により制御される。前記制御装置は、船員２４によりＯＮ・ＯＦＦ操作されるが、タイマで一定時間毎に自動でヘッドアーム１２ａの左右振り切り換えを実施するため、前記船員がタイマの時間を決定し、セットするのみである。

前記シリンダ１４のピストンには、ピストンアーム１２ａが連結され、該ピストンアーム１２ａは、連結部材３７を介して、ヘッドアーム１２ｂに連結されている。前記ヘッドアーム１２ｂの後端部は、ピン１３により前記シリンダベース９に回動自在に支持されている。前記ヘッドアーム１２ｂの後端部は、連結部材３８を介して環状ホースガイド１１に連結されている。

この環状ホースガイド１１には、前記フレキシブルホース７の先端部７ａが遊嵌合されているが、前記両者１１、７間にはクリアランス４０が発生するので、該ガイド１１は、フレキシブルホース７の中心軸７ｃに沿って移動が可能である。このクリアランス４０は、例えば、10mm程度、確保されており、シリンダ１４の駆動中は、フレキシブルホース７が真っ直ぐの位置においては、クリアランス４０が発生する瞬間があるが、その他の場合には、ホースガイド１１にフレキシブルホース７が左右どちらかに押さえつけられる形となり、フレキシブルホース７自身の強度も有り、噴射方向の制御に影響することはない。

前記シリンダベース９の下面には、傾斜センサ１５が配設されているが、この傾斜センサ１５は、フレキシブルホース７の中心軸７ｃと平行に配設されている。前記傾斜センサ１５は、前記シリンダベース９の垂直方向の角度、即ち、フレキシブルホース７の垂直方向の吐き出し角度、を測定する角度計の一部をなすものであるが、前記角度計は、傾斜センサ１５、ケーブル、表示機の３部品により構成されている。

次に、本実施形態の作動について説明する。
図１に示すように、桟橋４８の下部の水底４９には、砂やヘドロ状の堆積物（水底堆積物）１７が堆積しているが、この水底堆積物１７は、作業台船（渫船船）４１が進入不可能な水域である浚渫障害水域５０内に位置している。
前記浚渫障害水域５０の外側の自然水域２８の水底には、収集部Ｓは形成されるが、この収集部Ｓとして、落込み溝が用いられる。この落込み溝Ｓの深さ、大きさ等は必要に応じて適宜選択される。

クレーン２３及び小型電動ウインチ４３を搭載した作業台船４１を、桟橋４８近傍の自然水域２８内まで進行させ、停泊させる。
次に、クレーン２３の主フック３０ａを水中ポンプユニット２０の後方の係合部に掛け、副フック３０ｂをその前方の係合部に掛け、小型電動ウインチ４３のワイヤ４５を固定フレーム１に連結し、更に、通水管５の先端部５ａに小型ブイ５２を連結する。この小型ブイ５２は、水深目視用ブイであり、所定間隔、例えば、５０ｃｍ間隔、で複数個配設され、所定の長さに形成されている。

オペレータは、クレーン２３を操作して水中ポンプユニット２０を桟橋４８の下部に挿入しながら、その位置を調整し、フレキシブルホース７の先端部７が水底堆積物１７の背後側（落込み溝Ｓと反対側）に対向するようにする。この時、角度計の傾斜センサ１５が作動しており、その計測出力は、前記作業台船４１上の表示器に送信される。オペレータは前記表示器の傾斜角度を見ながらクレーン２３を操作して、フック３０ａ、３０ｂの垂直方向の位置を微調整し、水中ポンプユニット２０の傾斜角度を調整する。なお、ノズル１９の位置(深さ)は、前記小型ブイ５２を目視することにより、確認することが出来る。

船員２４が水中ポンプユニット２０の制御盤５４を操作して水中ポンプ５及びシリンダ１４を起動させると、水は該ポンプ５により汲み上げられ、通水管５に吐き出された後ベント管６に入り、流れ方向を変えられながらフレキシブルホース７から放出され、噴水流Ｗとなって水底堆積物１７の背後に衝突する。そうすると、前記水底堆積物１７の一部は、前記噴水流Ｗに乗って移動し、落込み溝Ｓに落下する。

前述のように、水中ポンプユニット２０の吐出す水流を堆積物１７に当てるので、該堆積物１７がホース７、ノズル１９に入り込むことはない。そのため、メンテナンスが楽であり、作業スピードの向上を図ることができる。又、ポンプ運転中は、潜水士が水中ポンプユニット２０に近づく必要がないので、該潜水士が危険に晒されることはない。

又、前記ホース振り機構１２のシリンダ１４の駆動によりヘッドアーム１２ｂが左右（水平方向）に回転するので、該ヘッドアーム１２ｂに連結されているフレキシブルホース７も同方向に回転する。このように前記フレキシブルホース７を回転させることにより、浚渫作業を効率よく行うことが出来る。前記ホース７の回転角度θは、６０度以内が望ましい。それは、前記回転角度が６０度を超えると、吐出しの反力により水中ポンプイユニット２０が、吊り上げの点を中心としたモーメントを受け、大きく振れるからである。

本実施形態では、吐出し口径を２００Ａにしているので、効率よく水底堆積物を移動させることができる。以下、この点について説明する。
水中における噴水流は、静止している周囲の水と流れている部分の境界は、乱流となりキャビティ等も発生するが、ノズル口径を小さくし、吐出し圧力が高い(流速が著しく早い)程、流れ中央層部分の割合が減少する。

現実にハイウォシャの高圧（５０ｋｇ／ｃｍ²〜１５０ｋｇ／ｃｍ²）、高速流（２０ｍ／ｓ〜４０m／ｓ）で水中の堆積物に噴射すると、流れの周囲はキャビティ等で攪拌され、放射状の放射パターンとなるため、周囲の堆積物は拡散され濁り易くなる。また、上部に拡散された堆積物が流れ、ポンプ後方及び横方向に戻ってくることがあるので、作業能率が低下する。

そこで、本件特許出願人は、作業能率を向上させるため、前記流速及び吐出し口径について実験研究したところ、高速流（５ｍ／ｓ〜１２ｍ／ｓ）、吐出し口径が２００Ａ以上の場合（「大径」という）が、堆積物の移動量が多くなるとともに、水の濁りが少なくなるので、効率よく浚渫作業を行うことが出来ることがわかった。

本実施形態では、上記知見に基づいて、フレキシブルホース７の吐出し口径を２００Ａ（大径）に形成したので、水流は層流になり、堆積土砂の巻き上がり、散乱が少なく、水面における水の濁りはほとんど確認できない状態となる。

前記小型ブイ５２の位置により水深を確認しながら、水中ポンプユニット２０にて大まかに水底堆積物１７を掘削する。掘削後、潜水士又は小型ボート（船外機）等に調査作業員を乗せ、水深（堆積量）を実測する。

水深が浅い場所（堆積物が残っている場所）には、竹５５を水深の目印として入れておく。この竹５５の下端部には、錘５６が結ばれている紐が連結されている。前記錘５６は、前記堆積物１７に着地し、その堆積量の変化によりその位置が変化し、前記竹５５の水面突出量が変化するので、水底堆積物１７の残量を知ることができる。前記竹５５の周囲を再度水中ポンプユニット２０で再掘削する。
以上の行程を繰り返し、規定の水深となるように掘削し、水底堆積物１７を落込み溝Ｓに集める。

前記水底堆積物１７を落込み溝Ｓに収集したら、前記落込み溝Ｓ近傍に浚渫船を移動させ、該溝S内の水底堆積物１７を浚渫する。この落込み溝Ｓに堆積物を集めると、掻き出した堆積物１７の拡散を防ぎ、通常（クラブバケット＋浚渫船）浚渫での浚渫の効率を向上させることができる。

なお、浚渫作業終了後には、前記行程と逆の行程を行って水中ポンプユニト２０を作業開始前の状態に戻す。

この発明は、水中ポンプユニットから噴出される水流により、比較的柔らかい層（腐泥、堆積上部の締まっていない層）の堆積物を除去するものであり、自然水域において利用することは、勿論可能であるが、特に、前記浚渫障害水域で用いる場合に顕著な効果を奏する。

浚渫障害水域での利用
堆積物の上部に構造物がある場合には、水上構造物の下部（水中）は根固め（捨石、ブロック、コンクリート等によるもの）が施されており、その上の堆積物を通常の浚渫船等で除去しようとすると、根固めを傷つけてしまうが、この発明を用いることにより、根固めを傷つける事無く、堆積物を構造物外へ排除することが可能となる。

本発明の適用例は、次の通りである。
（１）桟橋等海洋構造物下部の水底堆積物の除去。
（２）運河、河川等の水門こう室内清掃。
前記こう室内は、側面、下面ともにコンクリートのため、通常の浚渫方法では、浚渫困難である。

（３）護岸築造公示における地盤改良後の表面清掃。
産廃処分場等の水密性が必要とされる護岸において、地盤改良後コンクリートを打設し、シール材を敷設し、ケーソンを設置する工法があるが、その際、地盤改良後のコンクリート打設前の堆積物の除去を行う。

１ 固定フレーム
２ 大型水中ポンプ
５ 通水管
９ シリンダベース
１１ 環状ホースガイド
１２ ホース振り機構
１４ シリンダ
１５ 傾斜センサ
１７ 水底堆積物
２０ 水中ポンプユニット
２３ クレーン
５０ 浚渫障害水域

Claims (12)

1. 浚渫障害水域の水底に堆積した水底堆積物を撤去する浚渫方法において、
   前記浚渫障害水域外の水底に収集部を設ける行程と、
   前記水底堆積物に水中ポンプユニットのノズルを向け、該ノズルから噴射する水流により、前記水底堆積物を前記収集部に移動させる浚渫準備行程と、
   前記収集部の水底堆積物を浚渫船により撤去する浚渫行程と、
   を備えていることを特徴とする浚渫方法。
2. 前記収集部は、落込み溝であることを特徴とする請求項１記載の浚渫方法。
3. 前記水中ポンプユニットのノズルは、Ｕ字状に形成され、その先端には、ホースが連結され、該ホースは、前記水底堆積物の奥側から前記収集部に向かって水流を噴射させることを特徴とする請求項１記載の浚渫方法。
4. 前記ホースは、ホース振り機構により左右に振られることを特徴とする請求項３記載の浚渫方法。
5. 前記水中ポンプユニットは、作業台船に配設され、主フック及び副フックを備えたクレーンにより吊られて位置決めされており、前記両フックの垂直方向の位置の調整によりホースの噴射角度が調整されることを特徴とする請求項１記載の浚渫方法。
6. 前記水中ポンプは、前記作業台船のウインチのワイヤに固定されていることを特徴とする請求項5記載の浚渫方法。
7. 前記水底堆積物は、桟橋等海岸構造物下部、運河、河川等の水門こう室、護岸築造工事における地盤改良後の表面、に堆積していることを特徴とする請求項１記載の浚渫方法。
8. 水底に堆積した水底堆積物を水流により移動させる、水中ポンプユニットを備えた浚渫装置において、
   前記水中ポンプユニットは、水中ポンプと、該水中ポンプの吐出し口に接続された通水管と、該通水管の出口に接続されたＵ字状のノズルと、該ノズルの出口に連結されたホースと、を備えていることを特徴とする浚渫装置。
9. 前記ホースの出口側に挿着された環状ホースガイドと、前記ホースガイドを左右に振るホース振り機構と、を備えていることを特徴とする請求項８記載の浚渫装置。
10. 前記ホース振り機構は、前記ノズルに固定されているシリンダベースと、該シリンダベースにブラケットを介して接続されているシリンダと、基端部がピンにより前記シリンダベースに回動自在に固定され、その自由端部が連結部材を介して前記環状ホースガイドに連結されているヘッドアームと、前記シリンダのピストンに連結され、前記ヘッドアームを回動させるピストンアームと、を備えていることを特徴とする請求項９記載の浚渫装置。
11. 前記シリンダベースには、傾斜センサが配設されていることを特徴とする請求項１０記載の浚渫装置。
12. 前記ホースは、フレキシブルホースであることを特徴とする請求項８、９、１０、又は、１１記載の浚渫装置。

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