JP3254129B2 - 地下空間用水中作業設備 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、地下空間の開発の
ために、掘削用バケットホイールなどをそなえて遠隔制
御を受けながら作動する水底走行式の水中作業機と地上
の指令所とからなる地下空間用水中作業設備に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、掘削手段を水面下で作動させて土
砂や岩を掘削することは行なわれているが、その使用場
所の水深は数メートル程度で、しかも掘削した土砂や岩
石は別の機械で運び上げるものであり、本発明の対象と
する技術のように数十メートルにも及ぶ深さの地下空間
で岩や土砂を掘削するなどの水中作業を遠隔制御により
的確に行なえるようにしたものは無い。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の掘削設備では、
地下空間の水底で土砂や岩を掘削する掘削機と同掘削機
で掘削された土砂や岩石を搬出する搬出装置とが個別に
装備されていた点に鑑みて、本発明は、水底に沿い走行
しながらラダー先端の水中作業装置の位置制御を適切に
行なえるようにするとともに、大深度の地下でも、地下
水の中に水没した状態で地上の操作位置からの指令で目
的地形に掘削などの水中作業を行なえるようにし、掘削
作業に際して、その掘削物を地上まで連続的に搬出でき
るようにした、地下空間用水中作業設備を提供すること
を課題としている。

【０００４】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
め、本発明の地下空間用水中作業機は、地下空間におい
て水没状態で水底に沿い走行するための操舵可能な左右
のクローラを含む油圧駆動式走行装置をそなえた水中作
業機と、同水中作業機へ電力を供給する電源および同水
中作業機を遠隔制御する操作装置を含んだ地上の指令所
とが設けられ、上記水中作業機には、上記走行装置の上
部のトラックフレームにロータリジョイントおよび旋回
ベアリングを介して旋回可能に装着された機体フレーム
と、同機体フレームを旋回駆動すべく上記旋回ベアリン
グのアウタレースをギヤを介し360度にわたって回動さ
せうる旋回駆動用油圧モータと、上記機体フレームと一
体のサポートフレームの上部に基端部を枢着されたアー
ムと、同アームの先端部に基端部を枢着されたラダー
と、上記サポートフレームの下部と上記のアームおよび
ラダーとの間にそれぞれ装架された油圧式のアームシリ
ンダおよびラダーシリンダと、上記ラダーの先端部に装
着された油圧モータ駆動式の掘削用ティース付きバケッ
トホイールおよび同バケットホイールと隣接して連動す
るように設けられたクラッシャと、同クラッシャで破砕
された掘削物を同クラッシャに接続された搬送管を介し
水との混合状態で吸引して地上まで搬送する搬送ポンプ
とが装備されるとともに、上記走行装置における操舵走
行用油圧モータ，上記の旋回駆動用油圧モータ，アーム
シリンダおよびラダーシリンダならびに上記のバケット
ホイールおよびクラッシャを駆動する油圧モータへ油圧
制御弁装置を介して作動油を供給する油圧ポンプが装備
され、上記指令所には上記油圧ポンプの駆動用電動機へ
電力を供給する電源と、上記油圧制御弁装置を遠隔制御
する操作装置とが装備され、上記搬送ポンプにより搬送
管を介し地上まで搬送された掘削物と水との混合物を受
ける濁水処理装置が設けられて、同濁水処理装置で上記
混合物から分離された水を地下へ戻す排水管が同濁水処
理装置に接続されていることを特徴としている。

【０００５】上述の地下空間用水中作業設備では、上記
水中作業機における走行装置の作動や上記バケットホイ
ールの回転，上記のアームおよびラダーの旋回俯仰を行
なう油圧モータ，油圧シリンダ等の各油圧式駆動装置
は、その作動油の供給を同水中作業機上の油圧制御弁装
置を介して油圧ポンプから受けるが、上記油圧制御弁装
置の制御は地上の指令所における操作装置によって遠隔
的に行なわれ、上記油圧ポンプの駆動用電動機への電力
供給も上記指令所に装備された電源から行なわれる。

【０００６】そして、上記水中作業機で掘削され搬送管
を通じ地上まで搬送された掘削物と水との混合物は、濁
水処理装置で処理されて水を分離され、その分離水は排
水管を通じ地下へ戻される。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、図面により本発明の一実施
形態としての地下空間用水中作業設備について説明する
と、図１はその水中作業機の側面図、図２は図１の水中
作業機の平面図、図３は図１，２の水中作業機の要部を
示す正面図、図４は図１〜３の水中作業機を含んだ水中
作業設備の使用状態を示す説明図、図５は上記水中作業
設備の他の使用状態を示す説明図である。

【０００８】図１〜３に示すように、本実施形態におけ
る水中作業機51は、走行装置25をそなえて、図４に示す
ごとく、地下50〜70メートルにも及ぶ大深度の水底に沿
い走行できるようになっている。

【０００９】そして、走行装置25は、油圧駆動式になっ
ており、図１に示すように、トラック28, トラックフレ
ーム30，走行用油圧モータ付きスプロケット26, アイド
ルホイール27および左右のクローラ29をそなえて構成さ
れている。このようにして、この水中作業機51は、左右
のクーロラ29によって前進および後進のほか、舵取りや
スピンターン，ピボットターンも行なえるようになって
いる。

【００１０】また走行装置25の上方における上部構造23
を支えるため、そのトラックフレーム30に結合されたフ
ランジ31および旋回ベアリング32を介して、機体フレー
ム22が旋回可能に装着されており、同フレーム22の旋回
駆動は、同フレーム22上の油圧ポンプ装置36から作動油
の供給を受ける旋回駆動装置としての油圧モータ35で、
旋回ベアリング32（図３参照）のアウタレースを回転駆
動することにより行なわれるようになっている。旋回ベ
アリング32は、そのアウタレースとインナレースとの相
対回転を許容しながら同アウタレースと同インナレース
との間への外水の浸入を防止するシールシステム33をそ
なえている。

【００１１】機体フレーム22の前部には、同フレーム22
と一体のサポートフレーム40が、横フレーム41および縦
フレーム42をそなえるようにして設けられ、同サポート
フレーム40の上部にアーム11の基端が枢着されている。

【００１２】そして、アーム11の先端部にはラダー４の
基端部が枢着され、サポートフレーム40の下部とアーム
11およびラダー４との間には、それぞれ油圧式のアーム
シリンダ21およびラダーシリンダ20が装架されている。
このようにして、ラダー４およびアーム11は、各油圧シ
リンダ20, 21により俯仰駆動される２リンク機構を構成
している。

【００１３】なお、油圧シリンダとしてのラダーシリン
ダ20およびアームシリンダ21には、シリンダストローク
位置を検出する検出器を結合させ、予めシリンダストロ
ーク，旋回角度とバケットホイール１との関係を電気制
御装置39に内蔵させるとともに、水中作業機51の方位，
傾斜を検出させる検出器も内蔵させている。

【００１４】本実施形態では、ラダー４の先端部に、水
中作業装置19としてバケットホイール１が装着されてい
る。バケットホイール１は、水車状にバケットを配した
もので、図１，２に示すように、同バケットホイール１
の回転軸５を傘歯車６を介して油圧モータ７により回転
駆動されるようになっており、その各バケットの縁部に
は掘削用のティース２が取り付けられている。このよう
なティース付きバケットホイール１が装備されると、軟
岩や土砂の掘削のほか、ヘドロの浚渫も可能になる。

【００１５】また、バケットホイール１で掘削された土
砂や岩石を細かく破砕するため、櫛形の固定歯の間を通
り抜ける櫛形の可動歯をもったクラッシャ３が、バケッ
トホイール１と隣接するようにラダー４の先端部に設け
られていて、バケットホイール１と共通の回転軸５によ
り上記可動歯を回転駆動されながら作動するようになっ
ている。

【００１６】クラッシャ３で破砕された掘削物と地下水
（または供給水）47（図４参照）との泥水状混合物を搬
送するため、同クラッシャ３に接続された搬送管８，
９，12, 13や可撓管10が、それぞれ止め金などによって
取り付けられている。上記泥水状混合物は機体フレーム
22上の搬送ポンプ14で吸引され、さらに同ポンプ14で流
量計15，土砂濃度計16, ホースねじれ自在継手17および
搬送ホース18を介して地上の濁水処理装置44（図４参
照）へ送り込まれるようになっており、濁水処理装置44
には同装置44で上記泥水状混合物から分離された水を地
下へ戻す排水管としてのホース43が接続されている。

【００１７】前述のようにバケットホイール１およびク
ラッシャ３の作動は油圧モータ７で行なわれるが、この
水中作業機51の走行装置25の作動もスプロケット26に付
設された油圧モータで行なわれるようになっており、ま
たラダー４およびアーム11の旋回を機体フレーム22を介
して行なう油圧モータ35や、ラダー４およびアーム11の
俯仰を行なう各油圧シリンダ20, 21も設けられているの
で、これらの油圧式駆動装置へ油圧制御弁装置38を介し
て作動油を供給する油圧ポンプ36が、作動油タンク37に
接続されるようにして機体フレーム22に搭載されてい
る。

【００１８】油圧制御弁装置38を機体フレーム22上の電
気制御装置39を介して遠隔制御する操作装置は、図４に
示す地上の指令所45に装備されており、同指令所45には
搬送ポンプ14や油圧ポンプ36の各駆動用電動機へ電力を
供給するための電源も装備されている。なお、図４にお
ける符号48は信号伝達用の光ファイバケーブルを示す。

【００１９】さらに、水中作業機51に装備された送波器
24からの信号を地下の３個の受波器46を介し受信して同
水中作業機51の位置を検知する位置検知手段も、地上の
指令所45に装備されている。そして、電気制御装置39に
内蔵された検出器で水中作業機51の方位や傾斜も検出さ
れるので、指令所45では水中作業機51の位置のみなら
ず、その向きや傾斜も検知することができる。

【００２０】本実施形態の地下空間用水中作業設備は、
上述のように構成されているので、図４に示すように、
水中作業機51が地下の水底に沿い水没状態で走行しなが
ら、そのアーム11およびラダー４の水平旋回，俯仰によ
り同ラダー４の先端部のティース２付きバケットホイー
ル１の位置決めを制御され、同バケットホイール１で掘
削された土砂や岩石が、同バケットホイール１に隣接す
るクラッシャ３で細かく破砕される。このようにして、
破砕され水と混合された泥状の掘削物は、クラッシャ３
に接続された搬送管８，９，12, 13および可撓管10を介
し搬送ポンプ14で吸引される。その際、流量計15および
土砂濃度計16の計測値を指令所45で見て、搬送土砂濃度
を適性化するように搬送ポンプ14の吸引速度を制御し、
ホースねじれ自在継手17および搬送ホース18を介して地
上の濁水処理装置44まで上記泥状の掘削物の搬送が行な
われる。なお、流量計15および土砂濃度計16の検出信号
に基づき搬送ポンプ14の吸入速度を自動的に制御する搬
送ポンプ制御系が設けられてもよく、このようにすれば
上記の掘削物と水との混合物が搬送系で詰まりを起こす
のを的確に防止することができる。

【００２１】水中作業機51の走行制御や、ラダー４およ
びアーム11の旋回俯仰制御は、制御系によって次のごと
く遠隔的に行なわれる。すなわち、走行装置25における
左右のスプロケット26の作動を行なう油圧モータや、バ
ケットホイール１の回転を行なう油圧モータ７およびラ
ダー４，アーム11の俯仰を行なう各油圧シリンダ20,21
ならびにラダー４，アーム11の旋回台としての機体フレ
ーム22の旋回を行なう油圧モータ35等の各油圧式駆動装
置は、その作動油の供給を機体フレーム22上の油圧制御
弁装置38を介して油圧ポンプ36により受けるが、油圧制
御弁装置38の制御は電気制御装置39を介し地上の指令所
45における操作装置によって遠隔的に行なわれる。そし
て、油圧ポンプ36の駆動用電動機への電力供給も、指令
所45に装備された電源から行なわれる。

【００２２】本実施形態では、アーム11およびラダー４
が前述のように２リンク機構を構成し、特にラダー４お
よびアーム11の各油圧シリンダ20, 21の基端部がいずれ
もサポートフレーム40の下部に枢着されているので、同
サポートフレーム40の上部にアーム11の基端部24が枢着
され、同アーム11の先端部にラダー４の基端部が枢着さ
れることと相まって、バケットホイール１の地盤への食
い込み動作が力強く的確に行なわれる効果がある。

【００２３】さらに、水没状態の水中作業機51の位置の
検知は、同水中作業機51に装着された３個の送波器24か
らの信号を３個の受波器46を介して受信することによ
り、指令所45に併設された位置検知手段で適切に行なわ
れる。そして、水中作業機51の方位や傾斜も、電気制御
装置39に内蔵された前述の検出器からの信号により指令
所45にて把握される。

【００２４】水中作業機51のバケットホイール１で掘削
され地上まで搬送された掘削物と水との混合物は、濁水
処理装置44で処理されて水を分離され、その水はホース
43を通じ地下へ戻される。

【００２５】このようにして本実施形態の地下空間用水
中作業設備によれば、水底で水中作業機51のラダー先端
部のバケットホイール１により掘削された土砂や岩石
が、同バケットホイールに隣接するクラッシャ３で破砕
され、同水中作業機51上の搬送ポンプ14により泥水状態
で地上まで搬送されるようになり、大深度の地下空間に
おける掘削作業および搬出作業を連続的に能率よく行な
えるようになる。そして水中作業機51の走行制御やラダ
ー４およびアーム11の旋回俯仰制御が、地上の指令所45
での水中作業機の位置，方位および傾斜の検知と相まっ
て、遠隔的に且つ安全に行なわれるようになり、また地
上の指令所45における操作装置での制御をプログラム化
して、掘削作業および搬出作業を自動化することも可能
になる。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の地下空間
用水中作業設備によれば、次のような効果が得られる。 (1) 地下空間における水底に沿い水没状態で走行しうる
水中作業機が、そのラダーの十分な水平旋回とアームを
含んだ２リンク機構式の俯仰とによる同ラダー先端部の
水中作業装置の位置決めを、遠隔制御系によって的確に
制御されるようになる。 (2) 上記ラダーを先端部に枢着されたアームが、旋回台
としての機体フレームと一体のサポートフレーム上部に
基端部を枢着され、ラダーシリンダおよびアームシリン
ダの各基端部が共に上記サポートフレームの下部に枢着
されているので、ラダー先端部のバケットホイールのご
とき水中作業装置の地盤への食い込み動作が力強く的確
に行われるようになる。 (3) 上記機体フレームを旋回可能に支持する旋回ベアリ
ングが、そのアウタレースをモータで自由に回転駆動さ
れるようになっているので、上記機体フレームにアーム
を介して設けられたラダーの先端部の水中作業装置も、
360度にわたって旋回制御されるようになる。 (4) 上記水中作業装置が掘削用のティース付きバケット
ホイールの場合、岩や土砂の掘削のほか、ヘドロの浚渫
も可能になり、掘削物と水との混合物やヘドロは、クラ
ッシャを経由して搬送ポンプにより地上まで搬送され
る。 (5) 上記水中作業機における走行装置の作動や上記バケ
ットホイールの回転および上記ラダーの旋回俯仰を行な
う各油圧式駆動装置のための油圧制御弁装置が、地上の
指令所における操作装置によって遠隔的に且つ適切に制
御されるようになる。 (6) 上記水中作業機で掘削され搬送管を通じ地上まで搬
送された掘削物と水との混合物は、濁水処理装置で処理
されて水を分離され、その水は排水管を通じ地下へ戻さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としての地下空間用水中作
業設備における水中作業機の側面図である。

【図２】図１の水中作業機の平面図である。

【図３】図１，２の水中作業機の要部を示す正面図であ
る。

【図４】図１の水中作業機を含む水中作業設備の使用状
態を示す説明図である。

【符号の説明】

１ バケットホイール ２ 掘削用ティース ３ クラッシャ ４ ラダー ５ 回転軸 ６ 傘歯車 ７ 油圧モータ ８，９ 搬送管 10 可撓管 11 アーム 12，13 搬送管 14 搬送ポンプ 15 流量計 16 土砂濃度計 17 ホースねじれ自在継手 18 搬送ホース 19 水中作業装置 20 ラダーシリンダ 21 アームシリンダ 22 機体フレーム 23 上部構造 24 送波器 25 走行装置 26 走行モータ付きスプロケット 27 アイドルホイール 28 トラック 29 クローラ 30 トラックフレーム 31 フランジ 32 旋回ベアリング 33 シールシステム 34 ロータリジョイント 35 旋回モータ 36 油圧ポンプ装置 37 作動油タンク 38 油圧制御弁 39 電気制御装置 40 サポートフレーム 41 横フレーム 42 縦フレーム 43 ホース 44 濁水処理装置 45 指令所 46 受波器 47 地下水又は供給水 48 光ファイバケーブル 51 水中作業機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭49−39901（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−311633（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−271495（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−212662（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−62684（ＪＰ，Ａ) 特開 昭52−65913（ＪＰ，Ａ) 特開 昭51−14703（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−96149（ＪＰ，Ｕ) 特公 平４−18117（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E02F 5/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地下空間において水没状態で水底に沿い
   走行するための操舵可能な左右のクローラを含む油圧駆
   動式走行装置をそなえた水中作業機と、同水中作業機へ
   電力を供給する電源および同水中作業機を遠隔制御する
   操作装置を含んだ地上の指令所とが設けられ、上記水中
   作業機には、上記走行装置の上部のトラックフレームに
   ロータリジョイントおよび旋回ベアリングを介して旋回
   可能に装着された機体フレームと、同機体フレームを旋
   回駆動すべく上記旋回ベアリングのアウタレースをギヤ
   を介し360度にわたって回動させうる旋回駆動用油圧モ
   ータと、上記機体フレームと一体のサポートフレームの
   上部に基端部を枢着されたアームと、同アームの先端部
   に基端部を枢着されたラダーと、上記サポートフレーム
   の下部と上記のアームおよびラダーとの間にそれぞれ装
   架された油圧式のアームシリンダおよびラダーシリンダ
   と、上記ラダーの先端部に装着された油圧モータ駆動式
   の掘削用ティース付きバケットホイールおよび同バケッ
   トホイールと隣接して連動するように設けられたクラッ
   シャと、同クラッシャで破砕された掘削物を同クラッシ
   ャに接続された搬送管を介し水との混合状態で吸引して
   地上まで搬送する搬送ポンプとが装備されるとともに、
   上記走行装置における操舵走行用油圧モータ，上記の旋
   回駆動用油圧モータ，アームシリンダおよびラダーシリ
   ンダならびに上記のバケットホイールおよびクラッシャ
   を駆動する油圧モータへ油圧制御弁装置を介して作動油
   を供給する油圧ポンプが装備され、上記指令所には上記
   油圧ポンプの駆動用電動機へ電力を供給する電源と、上
   記油圧制御弁装置を遠隔制御する操作装置とが装備さ
   れ、上記搬送ポンプにより搬送管を介し地上まで搬送さ
   れた掘削物と水との混合物を受ける濁水処理装置が設け
   られて、同濁水処理装置で上記混合物から分離された水
   を地下へ戻す排水管が同濁水処理装置に接続されている
   ことを特徴とする、地下空間用水中作業設備。