JP5486015B2 - トレーリング吸引ホッパー浚渫船用のドラッグヘッド、および当該ドラッグヘッドを用いて浚渫する方法 - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、トレーリング吸引ホッパー浚渫船のドラッグヘッドに関する。このドラッグヘッドは、水底面を引きずられ、水底の土をほぐすバイザーと、バイザーに連結され、ほぐされた土を排出する吸引管とを備えている。本発明はまた、当該ドラッグヘッドを用いて土を浚渫する方法に関する。

前提部分に係るドラッグヘッドは、ＥＰ−Ａ−０８９２１１６号から公知である。ＥＰ−Ａ−０８９２１１６号には、吸引管に連結され、浚渫のために水底に向かって開口しているバイザーを備える、トレーリング吸引ホッパー浚渫船用のドラッグヘッドが記載されている。このバイザーは、ドラッグパイプによって、トレーリング吸引ホッパー浚渫船に固定されている。バイザーには、一列の歯が設けられている。浚渫時には、ドラッグパイプと吸引管とを備えるドラッグヘッドは、水底と接触するまで、トレーリング吸引ホッパー浚渫船の後方にあるウインチに対して一般的な斜角をなして、水中に降下される。トレーリング吸引ホッパー浚渫船が移動する間、ドラッグヘッドは、水底面を引きずられ、歯が水底と係合することによって、土がほぐされる。ほぐされた土は、吸引管を介して、例えばトレーリング吸引ホッパー浚渫船上にある貯蔵スペースまで吸い上げられる。浚渫中、水底には、ドラッグヘッドによって圧力が加えられる。これは、水中に位置する部材の重量が比較的大きいためと、場合によっては、吸引管によって生じる吸引力とのためである。当該部材の水中重量は、その気中における重量から、当該部材に置き換えられる水の重量を引いたものに相当する。従って、鋼部材の水中重量は、気中における重量の約７／８になる（鋼の相対比重は、ほぼ８である）。

公知のドラッグヘッドは、比較的柔らかい土にしか使用することができないという欠点を有している。土が硬くなりすぎると、ドラッグヘッドは、実際には、部分的に水中に沈んだ部材の重量を受けて十分に水底に侵入することができなくなり、このため、一方では、歯がその機能を果たすことができなくなり、他方では、土の吸引が不十分になる。部分的に硬い物質だけから構成される水底では、吸引されるものが主に水となるので、浚渫生成の効率は、著しく低減する。

ＮＬ第７５１４８８１号には、上述した種類のドラッグヘッドが開示されている。このドラッグヘッドには、ドラッグヘッドの歯により水底を掘削する前に、水底を破壊するための、回転移動部材が装備されている。

ＵＳ第４，１２３，８５９号には、掘削工具用の把持手段を備えるドラッグヘッドが開示されている。このドラッグヘッドは、たわみの後の掘削工具をその掘削位置に押し戻すための流体シリンダを備えている。把持手段は、掘削工具を破損から保護し、不要な中断時間を回避する。

ＮＬ第７３１１２０８号には、一般的な歯を備えるドラッグヘッドが開示されている。このドラッグヘッドにはさらに、ブレードを有する推進装置が装備されている。推進装置は、これを回転させると共に、ドラッグヘッドが地上にある間の運動を支援するモータによって駆動される。推進装置が、ドラッグヘッド内に高い力を生成するため、吸引管には、過大応力の場合に運動を制限するようにモータの出力を制御する応力センサーが備えられている。

ＧＢ第２３３４２７２号には、岩などの硬い土を浚渫するためのドラッグヘッドが開示されている。開示されたドラッグヘッドの掘削工具は、中央穴を有するように改良された歯を備えている。この中央穴を通って、高圧の流体が、水底の中に噴射され得る。この流体ジェットは、歯が稼動している箇所から、砕かれて破砕された底質を除去する。

ＥＰ第１６５３０１０号には、押し固められた砂などの粒子から成る水底を浚渫するために特に有用なドラッグヘッドが開示されている。開示された浚渫方法では、掘削している歯の近傍に噴射水を噴射して、水底を局所的に流動化する。

本発明の目的は、土、特に水中の硬い土を、十分に高効率で浚渫することが可能な、トレーリング吸引ホッパー浚渫船用のドラッグヘッドを提供することにある。本願の意味するところ、効率とは、単位時間ごとに浚渫される土の体積を意味するものと理解される。

本発明によれば、トレーリング吸引ホッパー浚渫船のドラッグヘッドであって、水底面を引きずり方向に引きずられ、水底中の土をほぐすバイザーと、該バイザーに連結され、ほぐされた土を排出する吸引管とを備える、ドラッグヘッドが提供される。ここで、ドラッグヘッドには、土をほぐすための掘削ボディがさらに設けられている。この掘削ボディはビットを備えている。本発明に係るドラッグヘッドを用いて、例えば岩といった比較的硬い水底を、高効率に浚渫することが可能である。ビットが公知のトレーリング吸引ホッパー浚渫船の歯よりも小さいので、ビットの先端部は水底に接触する。そして、その先端部が公知の歯よりも鋭いので、比較的弱い力であってもビットが土に侵入し、ドラッグヘッドが引きずられることにより、土の中に溝が掘られる。ここで、ホッパー浚渫船の水中重量は、ビットと水底との接触面全体に分配される。ビットの使用により、局所的に高圧が生成され、これにより、水底、特に比較的硬い水底が、効率よく破砕される。水底の溝と溝との間の部分には、この部分が簡単に砕けるような高い応力が生成され、このため、吸引管が直ちに吸引可能な土片が形成される。

本発明に係るドラッグヘッドの好ましい一実施形態は、ビットが円錐状であることを特徴としている。ビットがこのような形状をしていることが、ドラッグヘッドの効率を向上させる。さらに、ビットの先端部の曲率半径が、１〜１００ｍｍ、より好ましくは２〜５０ｍｍ、最も好ましくは５〜３０ｍｍであることが推奨される。

本発明に係るドラッグヘッドは、ビットが、引きずり方向にほぼ垂直な直線に沿って伸びる少なくとも１つの列を形成する特徴を有することが、有効である。驚くべきことに、複数のビットを実質的に１つの直線上に配置することによって、上述した土片の形成が促進されることが分かった。この方法において、ビットは、最適に協働することが可能である。ビットを協働させることによって、砕かれる岩の全体積は、個々のビットによって砕かれるであろう岩の累積体積よりも、何倍も大きくなることが実現される。

本発明に係るドラッグヘッドのビットの数は、広い範囲から選択可能である。本発明に係るドラッグヘッドの好ましい一実施形態では、ドラッグヘッドのビットの数は、公知のドラッグヘッドの歯の数よりも多く、より好ましくは著しく多い。公知のドラッグヘッドは、ドラッグヘッドの寸法に応じても異なるが、一般に、約５〜１０個の歯を有している。掘削ボディの歯が多ければ多いほど、掘削ボディが水底に侵入する侵入深さの平均は低くなる。驚くべきことに、これによって予測される効率の低下は、ビットを適用することによって、完全に補償される。ビットにかかる力がより良好に分配されるため、ドラッグヘッド全体を、従来の一般的であったドラッグヘッド（公知のドラッグヘッドは、陸上において、概して２０〜５０トンである）よりも、大きく且つ重たい形（例えば気中における重量が１００トン）にすることも可能になる。より重たく大きなドラッグヘッドは、浚渫の効率をさらに上昇させる。１つの列内のビットの数は、好ましくは少なくとも１０個、より好ましくは少なくとも１５個、最も好ましくは少なくとも２０個である。列の数は、好ましくは１〜１０列、より好ましくは１〜５列であり、最も好ましくは２列である。この好ましい形態は、効率と、ドラッグヘッドを前方に引きずるために必要とされる動力とを、良好に両立させる。

ビット間の相互の距離は、他の要因もあるが、特にビット自体の形状と、ドラッグヘッド部材全体の水中重量をビットの数で割ったもの（＝ビットの平均垂直力）とによって決定される。生成される引きずり力も重要であり得る。さらに、土の特性、例えば水底、好ましくは岩の圧力強度／引張り強さの比率なども、浚渫にとって重要である。連続する２列のビット間の、引きずり方向の距離、および／または、同一列内の連続する２つのビット間の、引きずり方向に対して垂直な中間距離が、ビットが岩の中に侵入する深さの最大１０倍、およびより好ましくは、ビットが岩に侵入する深さの最大５倍である、ドラッグヘッドによって、さらに効率が向上することが分かった。

ビットは、基本的に、あらゆる想定可能な方法において、ドラッグヘッドの縦方向（引きずり方向に平行な方向）に配置されていてもよい。浚渫効率をさらに向上させるために、隣接し合う列のビットを、互いに位置をずらして配置することが好ましい。これによって、より良好な掘削効率が得られる。

様々な形態が可能であるが、一般に、ビットはドラッグヘッドの横材の中に収容されている。この場合、各列のビットが、別々の横材に収容されていることが好ましい。この横材は、さらにより好ましくはドラッグヘッドに連結されて、水底に対し特定の圧力で、水底にほぼ垂直の方向に、平行移動することが可能になっている。この特定の圧力は、例えば、ドラッグヘッドの横材を弾性的にぶら下げることによって、生成可能である。このように実現される横材は、極めて正確に水底の形状を追跡することができるという利点を有している。

効率をさらに向上させるために、引きずり方向にほぼ横方向にのびる一列の歯が、ドラッグヘッドに設けられていることが好ましい。この一列の歯は、使用時には、ビットの下流において、水底と係合することが好ましい。歯は、ビットによって既に（部分的に）砕かれた地面の部分を、さらに砕くことが可能である。歯がビットの上流に配置されているならば、この歯は、水底を平らにすることが可能であり、これによって、ビットは、より効果的にその機能を果たすことが可能である。歯とビットとを組み合わせることにより、効率が向上する。

使用時に、ドラッグヘッドにビットおよび歯（設けられているならば）の上流において水底と係合する支持手段が設けられているならば、より改善されたドラッグヘッドが得られる。水底が極めて非均一である場合、これらの支持手段により、ドラッグヘッドまたは少なくともバイザーが水底の形状を追跡することができる。これにより、ドラッグヘッド（特にビット）の故障、および／または、ドラッグヘッド（特にビット）への損傷を防ぐことができる。特に好適な実施形態では、支持手段は、横方向に配置された多数のスライドブロックを含む。スライドブロックの輪郭は、ドラッグヘッドが、穴を掘ってそれ自体を埋め込むのではなく、逆に、水底の形状を追跡するような輪郭になっている。従って、スライドブロックは、保護機能を有している。

概して、ビットはドラッグヘッドの重量を受け、所定の侵入深さで水底の中に沈下する。この典型的な侵入深さは、ビットの設計時に決定することが可能である。ここで、支持手段の下面が、ビットの下面（すなわち、使用時に、水底に接触するビットの先端部）よりも、所定の（好ましくは制限された）距離だけ上に配置されていることが好ましい。

改善された好ましいさらなる一実施形態では、本発明に係るドラッグヘッドには、部材間、特にバイザーと水底との間の開口部を、少なくとも部分的に閉鎖するための閉鎖手段が設けられている。閉鎖手段を設けることによって、吸引管を通って供給される吸引力により、ドラッグヘッドが水底面に吸い付く。生成された吸引力は、水底における、ビットおよび（設けられていれば）歯の下に十分な圧力により力を加えるので、水底は砕けるか、チップ状になるか、または、そうでなければ崩れる。バイザーと水底との間の開口部を閉鎖することは、当業者に公知の任意の方法により実施可能である。従って、閉鎖手段は、可撓性材料のストリップを含んでいてよい。このストリップは、開口部に橋を架けるようにのびており、開口部の少なくとも１つの面にある関連部材に固定されている。

本発明に係るドラッグヘッドは、公知の掘削工具に比べて比較的小さい寸法のビットを含むことが好ましい。ビットの好適な全長は、２０〜４００ｍｍである。好適な横方向の寸法は、１０〜１００ｍｍである。ビットは、任意の方法で、ドラッグヘッドに取り付けられていてよい。ビットがホルダー内に収容されていることが、特に好適である。このホルダーは、ドラッグヘッドの横材に固定されている。好ましい一実施形態では、ビットの、ホルダーから外に突出した長さ（有効長）は、１０〜５００ｍｍである。ビットの有効長は、さらに好ましくは、２０〜２５０ｍｍであり、最も好ましくは５０〜１５０ｍｍである。本発明に係るドラッグヘッドは、垂直にかかる全体の力が、より多くのビットに分配されるというさらなる利点を有している。これによって、これらのビットにかかる力の平均は、通常の歯よりも著しく低くなる。従ってビットは、公知の歯よりも硬い材料から製造されていてよく、このため、これらのビットは、磨耗しにくい。ビットは、水中の使用により冷却されるので、その寿命はさらに長くなる。

必要に応じて、本発明に係るドラッグヘッドには、液体、好ましくは水を、好ましくは高圧で噴射するための、少なくとも一列のジェットパイプが設けられていてよい。高圧とは、好ましくは１５００バール、より好ましくは２０００バール、最も好ましくは２５００バールである圧力を意味する。これによってビットの効率は、さらに向上する。本発明によれば、ジェットパイプは、基本的に、ビットの前、ビットの後ろ、またはビットと同じ位置に配置されていてよい。ビット自体にジェットパイプを設けることも可能である。従って、これらのジェットパイプは、例えば、中央に穴を開けることにより実施される。ジェットパイプは、既に砕かれた土の部分を、吸引管を介して排出すること、および／または、これらの既に砕かれた土の部分の寸法をさらに低減すること、および／または、これらの既に砕かれた土の部分を流動化すること、を支援することが可能である。また、ジェットパイプは、まだ砕かれていない土から柔らかい土の層を除去することを支援し、こうすることによって、ビットがより良好に侵入することが可能な、より良好に規定された地面を生成することが可能である。ビット内に配置されたジェットパイプは、既に部分的に形成された割れ目の中に、高圧の液体を侵入させて、これによって土の破砕を加速させ得るという利点を有している。このことも、ビットの磨耗を防止、または、少なくとも遅延させることが可能にする。

本発明はまた、本発明に係るドラッグヘッドが装備されたトレーリング吸引ホッパー浚渫船によって、少なくとも部分的に硬い水底を破砕および／または浚渫する方法に関する。この方法は、本発明に係るドラッグヘッドを、水底まで降下させ、その後、水底面を引きずる工程を含む。ここで、閉鎖手段によって少なくとも部分的に閉鎖され、バイザーおよび水底によって包囲されたスペースに、吸引力が、吸引管を通って加えられる。その結果、ビットが、その周辺端部を介して水底の中に侵入して、ドラッグヘッドの重量と吸引力との影響により、水底中に割れ目を生じさせる。砕かれた土片は、吸引管を介して吸い上げられる。本発明によれば、このビットは、比較的硬い水底に溝を掘る。この際、水底の、溝と溝との間に位置する部分も同様に砕かれる。好ましい一方法では、ドラッグヘッドには、支持手段が設けられており、これらの支持手段が、最初に水底と係合する。ここで、ドラッグヘッドは、水底の形状を追跡するように強いられ、その後、ビットが、水底と係合する。

本発明に係るドラッグヘッドは、特に、少なくとも５ＭＰａ、好ましくは少なくとも２０ＭＰａ、最も好ましくは少なくとも４０ＭＰａのＵＣＳ（一軸圧縮強度：「Unconfined Compressive Strength」）で、水底を浚渫することに適している。本発明に係るドラッグヘッドでは、ＵＣＳの範囲が５〜５０ＭＰａである場合に、最も良好な結果が得られることが分かった。５ＭＰａよりも低いＵＣＳでは、公知の、歯が設けられたドラッグヘッドと比べて、それほど十分な利点は得られない。

ここで、本発明に係るドラッグヘッドおよび方法を、本発明を限定することなく、次の好ましい実施形態の記載および図面に基づいて、さらに説明する。

図１は、本発明に係るドラッグヘッドを概略的に示す、斜視図である。

図２は、図１のドラッグヘッドの一部を概略的に示す、底面斜視図である。

図３は、図１のドラッグヘッドを概略的に示す、正面斜視図である。

図４は、本発明に係る１つの掘削工具を詳細に示す側面図である。

図１には、トレーリング吸引ホッパー浚渫船用のドラッグヘッド１が示されている。ドラッグヘッド１は、使用時に、水底面を引きずり方向Ｐに引きずられ、水底中の土をほぐすバイザー２と、バイザー２に連結され、ほぐされた土を排出する吸引管３とを備えている。バイザー２は、ヒンジ３を中心に回転自在に、吸引管５の外端部４に連結されている。本発明に係るドラッグヘッドの図示される実施形態では、ドラッグヘッド１に、土をほぐすための掘削ボディが設けられている。掘削ボディは、ホルダー１０内に収容された、円錐状のビット２０を備えている。ホルダー１０は、ドラッグヘッドの部分４に固定式に連結された横材６の上に取り付けられている。図示された実施形態の変形例では、全部で２３個のビット２０が、ホルダー１０を介して、横材６に収容されている。ビット２０は、２つの直線１１および１２に沿ってのびる２つの列を形成しており、直線１１および１２は、引きずり方向Ｐにほぼ垂直にのびている。列１１のビット２０は、列１２のビット２０に対して、位置をずらして配置されており、これにより、ビット２０によって掘られた溝と溝との間の中間距離に影響を及ぼすことができるので、ビット間の最適な距離を選択することが可能である。ビットの位置をずらして配置することによって、さらに、掘削効率が向上する。掘削効率が向上することによって、浚渫効率が向上する。必要なら、ビット２０の間の中間距離を、変動させることが可能であり、任意により、例えば列ごとに異なる距離にすることも可能であることは、明らかであろう。

ドラッグヘッド１には、さらに、スライドブロック８の形の支持手段が設けられている。この支持手段は、使用時には、ビット２０の上流において、水底と係合する。スライドブロック８は、横方向に、ドラッグヘッドのほぼ全幅にわたってのびている。スライドブロック８は、引きずり方向Ｐにテーパ状に形成されており、そのため、ドラッグヘッド１が、穴を掘ってそれ自体を地面の中に埋め込むのではなく、逆に、水底の形状を追跡するようになっている。

ビット２０の一実施形態が、図４に示されている。図示される全長２７を有するビット２０は、直径２５を有するほぼ円柱の部分２２と、円錐状の第２の部分２３とを備えている。ビット２０は、例えばスナップ連結具２２０によって、円柱部分２２がドラッグヘッド１のホルダー１０の中に入るように、構成されていてもよい。永続的な連結も可能であり、または、他の形の取り外し可能な連結も可能である。ビット２０がホルダー１０の中に配置された状態では、円錐状の部分２３は、有効長２６がホルダーの外に突出することになる。ビット２０の円錐状の部分２３は、土に接触する外端部に、硬化された先端部２８を備えている。ビット２０の先端部の適切な曲率半径は、特に、水底の特性およびドラッグヘッドの特定の設計によっても異なるが、１〜１００ｍｍであることが好ましい。ビット２０の好適な全長２７は、２０〜４００ｍｍである。好適な横方向の寸法２５は、１０〜１００ｍｍである。好ましい一実施形態では、ビットは、１０〜５００ｍｍ、より好ましくは２０〜２５０ｍｍ、最も好ましくは５０〜１５０ｍｍの長さ２６がホルダーの外に突出している。

浚渫中は、ほぐされた硬い土の粒子および他の土の粒子を、吸引管３を介して吸引可能なように、ドラッグヘッド１の内部では、吸引の圧力が維持される。本発明に係る方法は、ドラッグヘッド１を水底に降下させ、ドラッグヘッド１を、水底面を引きずり方向Ｐに引きずる工程を含む。ここで、バイザー２および水底によって包囲され、少なくとも部分的に閉鎖されたスペースに、吸引力が、吸引管３によって加えられるので、ビット（２０）が水底に侵入し、ドラッグヘッドの重量の影響を受けて、水底中に割れ目を生じさせる。互いに隣接して配置された多数のビット（２０）を用いることによって、ビット（２０）間の水底も破砕され、このため、効率が著しく向上する。砕かれた水底の土片は、吸引管３を通して吸い上げられる。水底が平らでない場合、支持手段（８）が、最初に、水底に接触することになる。支持手段（８）の下面とビットの下面との間の距離は、これらのビットの掘削高さが、選択された最大値に制限されるように、なっていてもよい。従って、ビットは、個々に掘削により過度の力が加わってしまうことから保護され、ドラッグヘッド全体に、掘削により過度の力が加わってしまうことも防止できる。ドラッグヘッドに歯を設けることも有効である。この場合、ビット（２０）が最初に、規定の侵入深さで水底と係合するので、水底は、少なくとも部分的に砕かれ、その後、歯が水底と係合する。

本発明は、上述の典型的な実施形態に限定されるものではなく、これらの実施形態に、添付の特許請求の範囲を逸脱しない範囲で、様々な変更を加えてもよい。

本発明に係るドラッグヘッドを概略的に示す、斜視図である。 図１のドラッグヘッドの一部を概略的に示す、底面斜視図である。 図１のドラッグヘッドを概略的に示す、正面斜視図である。 本発明に係る１つの掘削工具を詳細に示す側面図である。

Claims (14)

1. 水底面を引きずり方向に引きずられ、上記水底中の土をほぐすバイザー（２）と、上記バイザー（２）に連結され、ほぐされた上記土を排出する吸引管（３）とを備えるトレーリング吸引ホッパー浚渫船のドラッグヘッド（１）であって、上記ドラッグヘッド（１）にはさらに、上記土をほぐすための掘削ボディが設けられており、上記掘削ボディは、円錐状のビット（２０）を備えることを条件とすることを特徴とするドラッグヘッド。
2. 上記ビット（２０）の先端部（２８）の曲率半径は、１〜１００ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のドラッグヘッド。
3. 上記ビット（２０）は、上記引きずり方向にほぼ垂直な直線（１１、１２）に沿って伸びる、少なくとも１つの列を形成することを特徴とする請求項１または２に記載のドラッグヘッド。
4. １つの列内の上記ビット（２０）の数は少なくとも１０であることを特徴とする請求項３に記載のドラッグヘッド。
5. 上記列の数は、１〜１０、より好ましくは１〜５であることを特徴とする請求項３または４に記載のドラッグヘッド。
6. 上記列の数は２であることを特徴とする請求項５に記載のドラッグヘッド。
7. 引きずり方向に対しほぼ横方向にのびる一列の歯が設けられており、上記一列の歯は、使用中に、上記ビットの下流において上記水底と係合することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のドラッグヘッド。
8. 上記ドラッグヘッドには、使用中に、上記ビット（２０）の上流において上記水底と係合する支持手段（８）が設けられていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のドラッグヘッド。
9. 上記支持手段（８）は、スライドブロックを備えていることを特徴とする請求項８に記載のドラッグヘッド。
10. 上記ビット（２０）は、侵入深さを有し、上記支持手段（８）は、上記ビット（２０）よりも高い位置で、水底と係合することを特徴とする請求項８または９に記載のドラッグヘッド。
11. 上記ドラッグヘッド（１）には、上記バイザー（２）と水底との間の開口部を実質的に閉鎖する閉鎖手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のドラッグヘッド。
12. 上記ドラッグヘッドは、水を高圧で噴射するための、少なくとも一列のジェットパイプを備えていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のドラッグヘッド。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のドラッグヘッドが装備されたトレーリング吸引ホッパー浚渫船で、少なくとも部分的に硬い水底を浚渫する方法であって、
    上記ドラッグヘッドを、上記水底面まで降下させ、上記水底面を引きずり、上記バイザーと上記水底とによって包囲され、少なくとも部分的に閉鎖されたスペースに、上記吸引管を介して吸引力を加えて、上記円錐状のビットを上記水底の中に侵入させ、上記ドラッグヘッドの重量および吸引の圧力により、上記水底の中に割れ目を生じさせると共に、砕かれた土片を上記吸引管を介して吸い上げる方法。
14. 少なくとも２０ＭＰａのＵＣＳ（Unconfined Compressive Strength：一軸圧縮強度）で水底を浚渫することを特徴とする請求項１３に記載の方法。
    
    

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