JP2575455B2 - 沈埋函の沈設制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は海底に沈めて、例えば海底トンネルを作った
り、あるいは橋脚の基礎を作る沈埋函（ケーソン）の沈
設制御装置に関する。

（従来の技術） 例えば海底トンネル（道路）を建設するために、予
め、長さが100米、縦横の断面が各10米、30米というよ
うな大きい鉄鋼性の沈埋函を、陸上のドライドッグで作
り、これを所定の沈設場所までタグボートで曳航し、位
置合わせをしながら次々と海底に沈めていき、これらを
継なぎ合わせて海底トンネルを作っていく工法がある。

（発明が解決しようとする課題） ところで、沈埋函を所定の場所まで曳航してから海底
に沈める作業は、海上に浮かぶポンツーンに設置したウ
インチによりワイヤで沈埋函を吊下げると共に、沈埋函
の姿勢を調整するためにさらに別のウインチで操作され
るワイヤを継なぎ、沈埋函の位置や姿勢を判断しなが
ら、ウインチを操作して少しづつ沈埋函を沈めていくよ
うになっている。

しかし、この場合には沈埋函の位置、姿勢などをセン
サ等により検出しながら、各ウインチを操作する多数の
オペレータに指示を出す、熟練した指揮者が必要で、勿
論ウインチその他の機器を操作する多数のオペレータも
必要となる。

また、多くのオペレータがそれぞれ独立してウインチ
等の操作を行うので、これらを完全に同期させることは
実際には相当な困難を伴い、相互のウインチの繰出し速
度が少しでも変動すれば、沈降中の沈埋函が揺れ動き、
安全にかつ正確な位置に沈設することがたいへん難し
く、しかも時間もかかる。

本発明はこのような問題を解決するために提案された
もので、沈埋函を自動的に安全かつ迅速に所定の位置へ
と沈設することのできる沈設制御装置を提供することを
目的とする。

（課題を解決するための手段） そこで本発明は、第１図に示すように、沈埋函をワイ
ヤを介して吊下げる水上に浮かぶポンツーンに設置した
ウインチ１と、沈埋函の前部と後部の四隅からそれぞれ
略対角線の方向に延びて海底の各シンカに連結された操
向ワイヤを操作するウインチ２と、前記各前方のシンカ
と沈埋函の後部とを連結する操行ワイヤ並びに各後方の
シンカと沈埋函の前部とを連結する操行ワイヤを操作す
るウインチ３と、沈埋函が既設の沈埋函の位置に準じて
決まる目標位置からずれているかどうかを判断する手段
４と、目標位置からずれているときにずれ量に応じて沈
埋函が所定の目標位置にくるように前後の操向ワイヤ並
びに操行ワイヤを操作する各ウインチ２、３を駆動する
位置合わせ手段５と、位置合わせ後に前記吊下げワイヤ
のウインチ１を一定量づつ繰り出して沈埋函を降下させ
る手段６と、このワイヤ繰り出しを沈埋函が所定量沈降
するまで繰り返す手段７と、所定量の沈降後に既設の沈
埋函に隣接するまで沈埋函を前進させるように操向ワイ
ヤ並びに操行ワイヤを操作する各ウインチ２、３を駆動
する前進手段８とを備える。

（作用） 沈埋函が所定の沈設位置まで曳航された後は、沈埋函
の四隅に操向ワイヤ並びに操行ワイヤをそれぞれ連結
し、その後、各ウインチを操作して位置合わせを行う。

位置合わせの後に吊下げワイヤを一定量づつ繰り出し
て、少しづつ沈埋函を降下させていく。沈埋函が海底近
くまで到達したら、既設の沈埋函に向けて水平に前進さ
せる。

方向位置を決める操向ワイヤと、前進させる操行ワイ
ヤとに分離、つまりワイヤの分担を縦横に分けるため、
ワイヤを海底に継なぐシンカの配置は狭いスペースで済
む。

（実施例） 第２図、第３図において、20は鉄鋼製の箱型の沈埋函
で、海上を図示しないタグボードで曳航されてきた後、
所定の沈設位置において、海上に浮かぶ複数のポンツー
ン（鉄鋼製のブイ）21を吊下げられる。

ポンツーン21には、後述する制御装置25により自動的
に操作される、複数の吊下用のウインチ22がそれぞれ設
置され、ワイヤＷ−１により沈埋函20と連結する。な
お、ワイヤＷ−１及びウインチ22の設置個数は、沈埋函
20を水平に保持したまま安定的に降下させられるよう
に、例えば前後各２組みづつの計４組とする。

沈埋函20の前後四隅からは、主として沈埋函20の方
向、位置合わせのための操向ワイヤW2−１、W2−２、W2
−３、W2−４が略々対角線に沿って斜め側方に延び出
し、これらはそれぞれ海底に設置したシンカ23に連結さ
れる。

同時にこのシンカ23に対して、主として沈埋函20を前
進、後退させる操行ワイヤW3−１、W3−２、W3−３、W3
−４も連結され、これらは前方のシンカ23に連結した操
行ワイヤW3−１、W3−２が沈埋函20の後部に連結され、
これに対して後方のシンカ23に連結した操行ワイヤW3−
３、W3−４が沈埋函20の前部に連結される。

各ワイヤW2−１、W2−２、W2−３、W2−４の基端はそ
れぞれ操作ウインチ24に巻き取られており、同じように
ワイヤW3−１、W3−２、W3−３、W3−４の基端も操作ウ
インチ26に巻き取られている。

ただしこの実施例では前方のシンカ23に連結する操行
ワイヤW3−１とW3−２、並びに後方のシンカ23に連結す
る操行ワイヤW3−３、W3−４は、それぞれエンドレスの
１本づつのワイヤとして、前後に設置したジガーウイン
チによりそれぞれでジガーウインチにより決まる同一の
張力がかかるようになっている。（したがって以下の説
明では便宜上、操行ワイヤW3−１とW3−３とする） これらウインチ24、26は沈埋函20に設置されるのであ
るが、沈埋函20の沈設時に水没することのないように、
実際には四隅に建てたタワーに設置し、沈埋函20にはウ
インチ24、26からのワイヤを掛ける滑車を設けておく。

ウインチ22、24及び26は油圧モータにより駆動され、
ワイヤ張力は油圧モータの圧力を制御することにより自
由に調整される。

ところで、図示しないが、沈埋函20の内部は隔壁によ
り複数の空洞部が形成されていて、各空洞部に対しては
注排水ポンプにより、海水を注水したり、排水すること
ができ、これにより沈埋函20の荷重調整や姿勢調整を行
えるようになっている。

注水、排水を制御するために、沈埋函20の吊下げワイ
ヤの張力を検出することにより沈埋函20の荷重が検出さ
れる。

また、沈埋函20の所定の沈設線（既設の沈埋函の延長
線）に対する位置（ずれ）を判断するために、沈埋函20
の中心線（法線）上に設置した垂直なポールＡ、Ｂの位
置を測定するように、ポンツーン21には計測器が設けて
ある。

そして前記各ウインチ22、24やポンプの駆動を制御す
るために、コンピュータ等で構成される制御装置25が備
えられる。

制御装置25は沈埋函20が所定の沈設位置まできて、各
ワイヤが連結された後に、まず沈埋函20の位置合わせ制
御をし、次いで沈埋函20を所定量づつ降下させた後、既
設の沈埋函に隣接するまで前進させるように、各ウイン
チ22、24及び26やポンプの作動を制御するもので、制御
動作の内容は第４図のフローチャートに示す。

まず、沈埋函の位置を測定して正しい沈設位置へと移
動するために、ワイヤW2とW3の操作ウインチを制御する
のであるが、そのために、正規の沈設線に対する、ポー
ルＡ、Ｂのずれ量を測定する。

仮にポールＡ、Ｂから沈設線までのずれ量をａ、ｂと
すると、ずれ量の大きい方から沈埋函を沈設線に引き寄
せる。

仮にａ＞ｂならば、反時計方向にａ＝０となるまで沈
埋函を旋回させる。このために、後方外側（沈設線より
も）のワイヤW2−４のウインチと共にワイヤW3−３のウ
インチ26を固定し、これに対して沈設線よりも内側のワ
イヤW2−１、W2−３のウインチとワイヤW3−１のウイン
チをオートテンションにしておき、前方外側のワイヤW2
−２を繰り出す。

ワイヤW2−２の繰り出しに伴い、一定張力のかかった
ワイヤW2−１、W2−３、W3−１により沈埋函は沈設線に
向けて内側に引かれようとするが、このとき後方のワイ
ヤW2−４が固定のため、これを中心にして反時計方向に
ゆっくりと旋回するのである。

なお、オートテンション制御とは、ウインチの油圧モ
ータに一定の圧力をかけることにより、ワイヤを一定の
張力のまま荷重に応じて自動的に巻き込み、繰り出しす
ることである。

このようにして沈埋函20は反時計方向に回転し、やが
てａ＝０となったところで、ウインチの操作を停止す
る。なお、停止させる際には、慣性による停止位置から
の行き過ぎを防ぐために、停止位置付近でウインチの作
動を減速していく。

今度は、ｂ＝０となるまで沈埋函を時計方向に回転さ
せる。このために、前方外側のワイヤW2−２のウインチ
と共にワイヤW3−３のウインチを固定しておき、前記と
同様に沈設線よりも内側のワイヤW2−１、W2−３のウイ
ンチと、ワイヤW3−１のウインチをオートテンションに
保持しながら、ｂ＝０となるまで後方外側のワイヤW2−
４のウインチを繰り出していく。

このようにしてa,b＝０となると沈埋函の所定の沈設
位置に正しく位置合わせができたことになる。

なお、沈埋函が沈設線よりもワイヤW2−１、W2−３側
にあるときは、前記と反対に各ウインチを操作すること
により、沈埋函を沈設線に一致させることができる。

位置合わせが終了したら、沈埋函の降下制御に移行す
る。

沈埋函の沈設荷重が許容範囲にあるかどうかを、ワイ
ヤW1の張力を検出して判断し、軽ければポンプを駆動し
て空洞部に注水し、重ければ同じく排水する。この場
合、各ワイヤＷ−１の張力から、沈埋函のどの空洞部に
注水するかを判断し、均等に荷重がかかるようにする。

荷重が許容範囲になったら、沈埋函を吊下げるウイン
チを巻き戻して一定量だけワイヤＷ−１を繰り出す。各
ワイヤＷ−１を同一速度で同一量だけ繰り出すことによ
り、沈埋函は水平な状態で安定的に一定量だけ降下す
る。

一定量繰り出し後に、海底の停止線に到達したかを判
断する。海底までの深さは予め測定しておくことによ
り、ワイヤＷ−１の繰り出し長さから、停止線に到達し
たかどうかは判断できる。

一定量繰り出した後に再び沈埋函の荷重を測定し、荷
重調整をしたらワイヤＷ−１の等量繰り出しを行う。こ
のような操作を繰り返すことにより、沈埋函は水平な状
態を保持しながら、少しづつ降下していく。

なお、水の比重が不変ならば沈埋後の水没御は荷重測
定にもとづく注排水は不要となるが、海水が底部を流れ
ている水路などでは、比重が変わるので、その都度荷重
を見ながら注排水制御する必要がある。

ところでこの降下中、沈埋函の位置や方向を制御する
操向ワイヤW2−１、W2−２、W2−３、W2−４並びに操行
ワイヤW3−１、W3−３は、位置合わせ完了後に定まった
ワイヤの配置から、沈埋函が鉛直に下降するように、各
ワイヤの巻取比を演算して、その巻取比を保つようにウ
インチのオートテンションにより一定の張力を保つ。

このように制御することにより、沈埋函は最初に決め
られた姿勢で、沈設線上に正しく位置決めされたまま降
下する。

やがて沈埋函が海底の停止線の付近に到達したら、吊
下げウインチの繰り出しを停止し、既設の沈埋函に隣接
させるべく、水平に前進させる。

このために、前方のワイヤW2−１とW2−２のウインチ
を規定量だけ巻き込む一方、ワイヤW3−３のウインチを
繰り出し、後方のワイヤW2−３とW2−４並びにワイヤW3
−１の各ウインチをオートテンションに保持することに
より、沈埋函を前方に水平移動する。

なお、ワイヤW2−１とW2−２を巻き込む規定の量は、
沈埋函が既設の沈埋函と隣接するまで沈設線上を移動す
る距離から、ワイヤの方向を考慮に入れて求める。

ところでこの水平前進操作は必ずしも停止線の付近で
行う必要はなく、既設の沈埋函の位置との関係により、
最も操作しやすいところで行うことができる。

このようにして、位置合わせ、沈降、前進の各操作を
含めて、沈埋函の沈設作業を全く自動的に短時間のうち
に安全に正確に行うことができる。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば、沈埋函を自動的に安全
かつ迅速に所定の位置へと沈設することができ、しかも
沈設作業に必要なオペレータを大幅に削減できるという
効果がある。また、沈埋函の方向、位置を操作するワイ
ヤとして、操行ワイヤと操向ワイヤを設けたので、縦方
向への移動と横方向への移動とを分担することにより、
各ワイヤをそれほど長くしなくても、位置や方向の制御
が確実に行える。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成図、第２図は本発明の実施例を示
す概略構成図、第３図は同じく平面図、第４図は制御動
作を示すフローチャートである。 20……沈埋函、22,24,26……ウインチ、25……制御装
置、Ｗ−1,W2−1,W2−2,W2−3,W2−４、W3−1,W3−2,W3
−3,W3−４……ワイヤ。

フロントページの続き (72)発明者 青木 幸男 新潟県新津市山谷町２丁目16―13 (72)発明者 松岡 金吾 三重県津市雲出鋼管町（番地なし） カ ヤバ工業株式会社三重工場内 (56)参考文献 特開 昭63−32093（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】沈埋函をワイヤを介して吊下げる水上に浮
   かぶポンツーンに設置したウインチと、沈埋函の前部と
   後部の四隅からそれぞれ略対角線の方向に延びて海底の
   各シンカに連結された操向ワイヤを操作するウインチ
   と、前記各前方のシンカと沈埋函の後部とを連結する操
   行ワイヤ並びに各後方のシンカと沈埋函の前部とを連結
   する操行ワイヤを操作するウインチと、沈埋函が既設の
   沈埋函の位置に準じて決まる目標位置からずれているか
   どうかを判断する手段と、目標位置からずれているとき
   にずれ量に応じて沈埋函が所定の目標位置にくるように
   前後の操向ワイヤ並びに操行ワイヤを操作する各ウイン
   チを駆動する位置合わせ手段と、位置合わせ後に前記吊
   下げワイヤのウインチを一定量づつ繰り出して沈埋函を
   降下させる手段と、このワイヤ繰り出しを沈埋函が所定
   量沈降するまで繰り返す手段と、所定量の沈降後に既設
   の沈埋函に隣接するまで沈埋函を前進させるように操向
   ワイヤ並びに操行ワイヤを操作する各ウインチを駆動す
   る前進手段とを備えたことを特徴とする沈埋函の沈設制
   御装置。