JP4051380B2 - オープンケーソン刃口の清掃装置 - Google Patents

Description

この発明は、いわゆるオープンケーソン工法により地盤中に深く掘削し埋設されたオープンケーソンの刃口部に付着した泥土を地上からの操作で除去し清掃する刃口清掃装置の技術分野に属する。

地盤中に掘削し埋設されたオープンケーソンは、掘削後に刃口を綺麗に掃除した後、同刃口部分へ床付けの水中コンクリートを打設する。もしも刃口の掃除が不十分であると、被圧水の存在する場所では刃口に付着した土砂が原因で漏水（出水事故）の原因となるから、刃口の掃除は十分綺麗に行われることが要求される。しかし、オープンケーソンの坑内には掘削泥水及び地下水が溜まっているため、刃口部分の清掃作業は深い潜水作業になり、視界が効かないこともあって容易なことではない。従来一般には図１０に示したようにクラムシエルバケットＫで刃口部分１ａの掘削を行った後、重い鋼製突き矢Ｙを引き揚げては落とし込む操作を地上から行って掃除をしている。しかし、一例として深さが５０ｍにも達するほど深い刃口の掃除は、時間ばかり多くかかってあまり綺麗な掃除にならないのが現状であり、困っている。

従来、下記の特許文献１に記載されたケーソン刃口周辺の掘削装置が公知である。しかし、この従来装置はそもそもケーソン内壁の円周方向にレールを敷設しておき、同レールに沿って移動する掘削装置を設備して作業する内容であるから、地下５０ｍにも達するほど地盤中に深く掘削し埋設されたオープンケーソン刃口の掃除にはとうてい適用不可能な構成である。
特許文献２に記載されたオープンケーソンの刃口清掃装置も同様で、ケーソン躯体の内周面の円周方向に走行レールを取り付け、前記走行レールに沿って移動する作業装置で刃口面の掃除をする構成であるから、大深度の潜水作業となるオープンケーソン刃口の掃除にはとうてい適用不可能である。

特公昭６０−２２１３２号公報 特開平１０−２６６２２０号公報

本発明の目的は、地下５０ｍにも達するほど地盤中に深く掘削し埋設されて水が充満した大深度オープンケーソンの刃口の掃除に容易に適用することができ、水中の潜水作業で視界が効かない条件下でも、地上からの操作で刃口の掃除を確実に綺麗に能率良く安価に行うことができるオープンケーソン刃口の清掃装置を提供することである。

上述した従来技術の課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係るオープンケーソンの刃口清掃装置は、
オープンケーソン１の坑径内に納まる長さを有し、クレーン等の吊りワイヤー３でオープンケーソンの坑内へほぼ水平姿勢で回転可能に吊り込まれる架台４の一端部に、同架台４の長手方向へスライド自在の移動枠１１が設置されており、
前記移動枠１１の先端部に、オープンケーソン１の内周面に当たって転がる足車１０が設置され、該移動枠１１を前記足車１０がオープンケーソンの内周面に当たる方向へ押し動かす駆動手段が設置されていると共に、同移動枠１１に、外向きのノズル口５を備えた噴射ノズル管６が垂直下向き姿勢に設置されており、
前記架台４の他端部にも、オープンケーソン１の内周面に当たって転がる足車１０が設置され、該架台４を水平回転させる回転駆動手段が設置されており、
前記架台４をオープンケーソン１の刃口部分１ａまでほぼ水平姿勢に吊り下ろし、移動枠（１１）をその先端の足車（１０）がオープンケーソンの内周面に当たるまで押し出させ、同架台４を水平回転させつつ、噴流体供給手段８から噴射ノズル管６のノズル口５を通じて外向きの噴流３を刃口部分１ａへ噴射させつつ架台４を水平回転させて刃口の清掃を行う構成であることを特徴とする。

請求項２に記載した発明は、請求項１に記載したオープンケーソン刃口の清掃装置２において、
噴射ノズル管６は、噴流体としての高圧水を導きノズル口５の中心部に高圧水ノズル開口５ａを有する高圧水管６ａと、高圧空気を導き前記高圧水ノズル開口５ａの外周部に空気ノズル開口５ｂを有する高圧空気管６ｂとの二重管構造に構成されており、噴流３０は高圧水噴流３１とその外周の高圧空気噴流３との二層構造に形成されることを特徴とする。

請求項３に記載した発明は、請求項１に記載したオープンケーソン刃口の清掃装置２において、
架台４の一端部に設置された移動枠１１を架台４の長手方向へ押し動かす駆動手段としての油圧シリンダ１２は、そのシリンダヘッド側が移動枠１１と連結され、出力軸 １２ａは、その外周に巻き付けた圧縮型緩衝バネ１３のバネ受けとして架台４上に設置された反力受け１４に貫通させた状態に支持されていることを特徴とする。
請求項４に記載した発明は、請求項１に記載したオープンケーソン刃口の清掃装置２において、
架台４の他端部に、当該架台４を一定方向へ水平回転させる回転駆動手段７として、前記足車１０と共に、オープンケーソン１の内周面に当たって回転する摩擦車１８が設置され、前記摩擦車１８を回転駆動する手段１７が設置されていることを特徴とする。

請求項５に記載した発明は、請求項１に記載したオープンケーソン刃口の清掃装置２において、
架台４を一定方向へ水平回転させる回転駆動手段として、噴射ノズル管６のノズル口５が外向きに一定の傾斜角度で設置されており、噴流３０の反動を回転力に利用することを特徴とする。

本発明の刃口清掃装置２は、架台４をオープンケーソン１の坑内へクレーン等で吊り込み、刃口１ａの近傍まで下降させて使用する構成であるから、オープンケーソン１の刃口１ａが地下５０ｍ程度に深く、オープンケーソン１の坑内に水が溜まっていて視界が効かなくても、何の問題もなく使用できる。
すなわち、請求項１の発明の場合は、地上からオープンケーソン１の坑内へほぼ水平姿勢に吊り込まれた架台４を、回転駆動部７により一定方向へ水平回転させ（又は往復回転させ）つつ、同架台４上の噴射ノズル管６から高圧噴流３０を刃口１ａに向かって噴射させ刃口１ａの掃除をするので、刃口１ａに付着した泥土類は高圧噴流３０によって強力に除去され綺麗に洗浄、清掃することができる。即ち、刃口１ａの掃除を簡単に能率良く行えて、工費の節減、工期の短縮に寄与する。

本発明の刃口清掃装置２はを使用する場合に、オープンケーソン１の坑内に水が深く溜まっていて視界が効かなくても、架台４の水平回転の実態を地上で監視し確認することにより、刃口１ａの掃除の達成度は十分実感できる。
刃口１ａの掃除を終了した後は、架台４をオープンケーソン１の坑内から引き揚げるだけで済む。

オープンケーソン１の坑径内に納まる長さを有し、クレーン等でオープンケーソン１の坑内へほぼ水平姿勢に吊り込まれる架台４と、外向きにノズル口５を備え前記架台４の一端部にほぼ垂直姿勢に設置された噴射ノズル管６および前記噴射ノズル管６へ噴流体を供給する噴流体供給手段８、並びに前記架台４を一定方向へ水平回転させる回転駆動手段７およびその動力源とで構成する。
地上のクレーン等で吊り下げた架台４をオープンケーソン１の坑内へ挿入して刃口部分１ａの近傍まで下降させ、同架台４を水平回転させつつ噴射ノズル管６から外向きに強い噴流３０を刃口部分１ａへ噴射させて刃口１ａの清掃を行う。

以下、本発明に係るオープンケーソンの刃口清掃装置２の実施例１を、図１〜図５に基づいて説明する。
図１と図２は、オープンケーソン１の刃口清掃装置２の実施例１を使用状態で示している。
この刃口清掃装置２は、オープンケーソン１の坑径（約１０ｍ）以内に納まる長さを有し、クレーン等の吊りワイヤ３でオープンケーソン１の坑内へほぼ水平姿勢に吊り込まれる架台４と、外向きのノズル口５を備え前記架台４の一端部にほぼ垂直姿勢に設置された噴射ノズル管６と、および前記噴射ノズル管６へ噴流体を供給する地上の噴流体供給手段８、並びに前記架台４を一定方向へ水平回転させる回転駆動手段７とその動力源とにより構成されている。
因みに、図示例のオープンケーソン１は、地上から刃口１ａまでの深さが約５０ｍ、オープンケーソン１の坑径は約１０ｍ、壁厚１．８ｍ、刃口１ａの深さ寸法は約３ｍ程度の規模である。

架台４は鋼材を軽量なトラス構造に組んで構成されており、その上面部に取り付けた２本の吊り桁９、９の四隅に相当する端部を４本のワイヤ３でバランス良く水平に吊る構成とされている。
前記構成の架台４における図中右側の端部に、噴射ノズル管６がほぼ垂直下向きの姿勢で、架台４の下面から下方へ約４ｍの長さ突き出る形に設置され、その下端近傍の位置に放射方向外向きのノズル口５が設けられている。
この噴射ノズル管６は、一例を図５に拡大して示したように、噴流体としての高圧水を導きノズル口５の中心部に高圧水ノズル開口５ａを有する高圧水管６ａと、同じく噴流体としての高圧空気を導き前記高圧水ノズル口５ａの外周部に同心円状に空気ノズル開口５ｂを有する高圧空気管６ｂとの二重管構造に構成されている。高圧水管６ａおよび高圧空気管６ｂはそれぞれ、具体的な図示は省略したが、高圧水ホース及び高圧空気ホースによって地上の噴流体供給手段８（例えば）と接続されている。したがって、噴流３０は、高圧水噴流３１とその外周の高圧空気噴流３２との内外二層構造に形成される。このように高圧水噴流３１の外周に高圧空気噴流３２を形成すると、刃口１ａの泥土の除去、清掃に効果が大きいことが確認されたからである。

上記の噴射ノズル管６は、図１〜図３に例示したように、架台４の図中右端部に架台４の長手方向へスライド自在に設置され先端部にオープンケーソン１の内周面に当たって転がる足車１０を備えた移動枠１１に、ほぼ垂直姿勢に設置されている。すなわち、噴射ノズル管６は、移動枠１１の下部に突き出るステー１５で支持した鞘管１６の中に挿入して設置されている。
上記移動枠１１は、足車１０がオープンケーソン１の内周面に当たる方向へ押し出す油圧シリンダ１２のヘッド側（図中右端部）と連結されている。同油圧シリンダ１２の左側の出力軸１２ａは、架台４上に固定された反力受け１４（バネ受け）に貫通状態に支持されている。この出力軸１２ａの外周に巻き付けた圧縮型の緩衝バネ１３の左端が前記反力受け１４と連結され、右端は前記油圧シリンダ１２の左端ヘッドと連結されている。
従って、油圧シリンダ１２が足車１０をオープンケーソン１の内周面へ押し当てるべく前進動作するときの反力は、前記圧縮型の緩衝バネ１３を介して反力受け１４によって与えられる。そのため油圧シリンダ１２が足車１０を強く押し過ぎた場合でも、圧縮型の緩衝バネ１３に予め設定したバネ力以上の押し付け力は働かない。もっとも、この架台４をクレーン等でオープンケーソン１の坑内へほぼ水平姿勢に吊り込む際、および清掃作業時に段階的に下降動作させる際には、架台４の両端がオープンケーソン１の内面と衝突して傷つけたり下降動作がギクシャクする不都合を防ぐ目的で、油圧シリンダ１２を収縮動作させ、移動枠１１および足車１０を約２０ｃｍ位引っ込ませる。この引っ込み状態において、もしも架台４が揺れ動いて足車１０がオープンケーソン１の内面へ衝突するようなことがあっても、やはり圧縮型緩衝バネ１３の緩衝作用が働いて、オープンケーソン１の内面を傷つける不都合は発生しない。

一方、架台４の他端側（図１、図２の左端）には、当該架台４を一定方向へ水平回転（一方向への回転又は往復回転）させる回転駆動手段７として、油圧シリンダ１７と、オープンケーソン１の内周面に当たって回転する摩擦車１８と、前記摩擦車１８と対称的に配置された足車１０，並びに前記油圧シリンダ１７の直線運動を前記摩擦車１８の回転に変換して伝える変換機構１９が設置されている。
変換機構１９の詳細は図４Ａ、Ｂに示したとおり、摩擦車１８の垂直な回転軸１８ａが架台４に両端支持の形に設置されている。同摩擦車１８の回転軸１８ａの上端部にクランク板２０の一端が一体的に回転するように取り付けられ、その他端部の長孔２１に同長孔２１内を移動するクランクピン２２を介して油圧シリンダ１７の出力軸１７ａが連結されている。この油圧シリンダ１７の他端（ヘッド）側は、ブラケット２３によって架台４とピン支持されている。
前記摩擦車１８の回転軸１８ａの軸受部分に、前記油圧シリンダ１７の直線運動方向（中心線Ｐ−Ｐ）に対して二つの思案点Ｓ_１、Ｓ_２の位置を前後に若干の回転角ずらせたカム板２４が固定されている。このカム板２４のカム曲線周面に対して、前記クランクピン２２の下方延長部が当たって移動を案内される構成である。

つまり、図４Ａに示す、油圧シリンダ１７が最も収縮した状態から左方へ伸長動作を開始すると、カム板２４の手前側思案点Ｓ_１を若干過ぎた位置で移動を開始するため、クランクピン２２はカム板２４のカム曲線周面のうち図４Ａ中の上側部分に沿って滑りつつ前進することになり、クランク板２０、ひいては摩擦車１８に反時計回りの回転が発生する。
同油圧シリンダ１７の伸長動作が限界点に到達する直前に、クランクピン２２はカム板２４の先側思案点Ｓ_２を若干通過する。したがって、同油圧シリンダ１７が収縮動作を開始すると、今度はクランクピン２２がカム板２４のカム曲線周面のうち図４Ａ中の下側部分に沿って滑りつつ後退することになる。よってクランク板２０及び摩擦車１８には依然として反時計回りの回転が継続する。油圧シリンダ１７の収縮動作が限界点に到達する直前に、クランクピン２２はカム板２４の手前側思案点Ｓ_１を若干通過する。こうして油圧シリンダ１７の伸長、収縮の直線運動は、摩擦車１８の反時計回りの回転に変換して伝えられるのである。

上記のとおりであるから、架台４の上記油圧シリンダ１２を駆動して移動枠１１を前進させ、先端の足車１０がオープンケーソン１の内面へ突き当たる状態にすると、その反作用として、架台４の他端側の摩擦車１８及び足車１０が、やはりオープンケーソン１の内面へ強く押し付けられる。この状態で上記回転駆動手段７の油圧シリンダ１７を伸長、収縮動作させると、摩擦車１８が回転され、オープンケーソン１の内面との摩擦力で架台４が水平回転する。そこで地上の噴流体供給手段８から噴射ノズル管６へ噴流体として高圧水および高圧空気をそれぞれ空圧ホース、水圧ホースを通じて供給する（というよりも、現実の作業としては大深度の水圧に負けることのないように予め噴流体を供給し空吹きさせつつ架台４を下降させる。）ことにより、強力な噴流３０が発生して刃口１ａの洗浄、清掃の作業を行う。

上記移動枠１１の前進、後退および架台４を水平回転させる動力装置として油圧シリンダ１２及び油圧シリンダ１７を使用している理由は、水深５０ｍ前後の水圧の作用を受けても支障無く使用可能な構成であり、比較的安価な汎用製品だからである。また、動力源としての油圧を地上の油圧ユニットから油圧ホースで供給することが容易だからである。よって、同様に使用できるかぎり、油圧式の回転モータ、或いは電気モータを油圧シリンダ１７の代わりに使用して摩擦車１８を直接回転し、変換機構１９の必要がない構成で実施することも好ましい。

或いは上記摩擦車１８による架台４の回転駆動手段に代えて、又はその補助動力として、上記噴射ノズル管６のノズル口５を、外向きの放射方向配置とするのではなく、放射方向に対して例えば１０度ぐらい傾けた角度に設置して、噴流３０の反動を回転力に利用することもできる。因みに、噴流３０を形成する水圧は４００ｋｇ／ｍ^２に、空気圧は１０ｋｇ／ｍ^２位に設定されるので、かなり大きな反動力を期待でき、架台４の水平回転力に利用可能である。実際、清掃のための架台４の水平回転を噴流３０の反動による回転力で行い、その回転速度の調節を摩擦車１８の回転で制御する実施も行った。
もっとも、架台４の回転力は、クレーンによるケーブル３の吊り具にモータ等による回転器を併設して回転する方法等を同様に実施することもできる。

最後に、上記構成の刃口清掃装置２を使用してオープンケーソン１の刃口部分１ａを清掃する作業の概要をまとめて説明する。
オープンケーソン１の掘削、埋設の工事が完了した後に、刃口清掃装置２をオープンケーソン１の坑部内へ吊り込み下降させて行く。このときには予め油圧シリンダ１２を収縮動作させ、移動枠１１を限度まで後退させ、架台４の長さをオープンケーソン１の坑径に対して十分小さく縮めて最短状態とし、架台４の下降動作を円滑に行う。
架台４の下降深度および位置の確認は、例えばエスロンテープメジャーを架台４に取り付け、その目測とオープンケーソン１の設計施工深度との対比により行う。
噴射ノズル管６のノズル口５は、架台４から下方へ３ｍ下がっているので、先ずは架台４を刃口１ａの上端から更に上方へ２ｍ高い位置に止め、油圧シリンダ１２を伸長動作させ、移動枠１１の足車１０がケーソン内面へ突き当たる状態にして架台４の水平位置を固定する。

次に、回転駆動用の油圧シリンダ１７を伸長、収縮動作させ、摩擦車１８を回転させて架台４の水平回転を開始する。架台４を回転させながら、地上の噴流体供給手段８から噴射ノズル管６へ高圧水（４００ｋｇ／ｍ^２）及び高圧空気（１０ｋｇ／ｍ^２）を送り、ノズル口５から外向きの強い噴流３０を刃口部分１ａへ噴射させ、刃口１ａに付着した泥土を除去する清掃を、刃口１ａの全周にわたり連続して行う。架台４の回転速度は、オープンケーソン１の坑径が約１０ｍであるとき、１周する清掃を１〜２時間程度で行う。
上記噴流３０による刃口の清掃幅は約１ｍとし、刃口１ａの高さ寸法３ｍを１ｍピッチで３段階に分けて行う。架台４が１周する度に、油圧シリンダ１２を一旦収縮動作させ、架台４を１ｍ下降させて、その位置で再び油圧シリンダ１２を伸長動作させ、架台４の水平位置を確定してから水平回転させ清掃作業を繰り返す。
刃口１ａの清掃を全高にわたり全て完了した後は、油圧シリンダ１２を収縮動作させて架台４を最短状態とし、地上へ吊り出して作業を終了する。清掃結果の確認は、公知の孔壁測定器を下ろして撮影し確認する。

以上に本発明を図示した実施例１に基づいて説明したが、実施例１の範囲に限るものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で、当業者が行う設計変更、変形応用による種々な態様で実施可能であることをここに申し添える。

実施例１の刃口清掃装置を使用してオープンケーソン１刃口部分を清掃する作業状態を示した平面図である。 同上の垂直断面図である。 架台の一側の移動枠部分を拡大して示した立面図である。 Ａは架台の他側回転駆動部を拡大して示した平面図、Ｂは同立面図である。 噴射ノズル管及びノズル口の構造詳細を示す断面図である。 従来の突き矢による清掃作業の説明図である。

符号の説明

２ 刃口清掃装置
１ オープンケーソン
４ 架台
５ ノズル口
６ 噴流ノズル管
８ 噴流体供給装置
１ａ 刃口
３０ 噴流
６ａ 高圧水管
６ｂ 高圧空気管
１１ 移動枠
１２ 油圧シリンダ
１４ 反力受け
１３ 緩衝バネ
１７ 油圧シリンダ（回転駆動手段）
１８ 摩擦車
１９ 変換機構

Claims (5)

1. オープンケーソン（１）の坑径内に納まる長さを有し、クレーン等の吊りワイヤー（３）でオープンケーソンの坑内へほぼ水平姿勢で回転可能に吊り込まれる架台（４）の一端部に、同架台（４）の長手方向へスライド自在の移動枠（１１）が設置されており、
   前記移動枠（１１）の先端部に、オープンケーソン（１）の内周面に当たって転がる足車（１０）が設置され、該移動枠（１１）を前記足車（１０）がオープンケーソンの内周面に当たる方向へ押し動かす駆動手段が設置されていると共に、同移動枠（１１）に、外向きのノズル口（５）を備えた噴射ノズル管（６）が垂直下向き姿勢に設置されており、
   前記架台（４）の他端部にもオープンケーソン（１）の内周面に当たって転がる足車（１０）が設置され、該架台（４）を水平回転させる回転駆動手段が設置されており、
   前記架台（４）をオープンケーソン（１）の刃口部分（１ａ）までほぼ水平姿勢に吊り下ろし、移動枠（１１）をその先端の足車（１０）がオープンケーソンの内周面に当たるまで押し出させ、同架台（４）を水平回転させつつ、噴流体供給手段（８）から噴射ノズル管（６）のノズル口（５）を通じて外向きの噴流（３０）を刃口部分（１ａ）へ噴射させて刃口の清掃を行う構成であることを特徴とする、オープンケーソン刃口の清掃装置。
2. 噴射ノズル管（６）は、噴流体としての高圧水を導きノズル口（５）の中心部に高圧水ノズル開口（５ａ）を有する高圧水管（６ａ）と、高圧空気を導き前記高圧水ノズル開口（５ａ）の外周部に空気ノズル開口（５ｂ）を有する高圧空気管（６ｂ）との二重管構造に構成されており、噴流（３０）は高圧水噴流（３１）とその外周の高圧空気噴流（３２）との二層構造に形成されることを特徴とする、請求項１に記載したオープンケーソン刃口の清掃装置。
3. 架台（４）の一端部に設置された移動枠（１１）を前記足車（１０）がオープンケーソンの内周面に当たる方向へ押し動かす駆動手段としての油圧シリンダ（１２）は、そのシリンダヘッド側が移動枠（１１）と連結され、出力軸（１２ａ）は、その外周に巻き付けた圧縮型緩衝バネ（１３）のバネ受けとして架台（４）上に設置された反力受け（１４）に貫通させた状態に支持されていることを特徴とする、請求項１に記載したオープンケーソン刃口の清掃装置。
4. 架台（４）の他端側に、当該架台（４）を一定方向へ水平回転させる回転駆動手段（７）として、前記足車（１０）と共に、オープンケーソン（１）の内周面に当たって回転する摩擦車（１８）が設置され、前記摩擦車（１８）を回転駆動する手段（１７）が設置されていることを特徴とする、請求項１に記載したオープンケーソン刃口の清掃装置。
5. 架台（４）を一定方向へ水平回転させる回転駆動手段として、噴射ノズル管（６）のノズル口（５）が外向きに一定の傾斜角度で設置されており、噴流（３０）の反動を回転力に利用することを特徴とする、請求項１に記載したオープンケーソン刃口の清掃装置。

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