JP5952793B2 - 水中掘削作業機および水中掘削作業方法 - Google Patents

Description

本発明は、水中掘削作業機および水中掘削作業方法に係るものである。

従来、作業船のシャフト支持装置により上部が支持されたシャフトを下降させ、シャフトの下部に設けたギザギザ状の歯を、地盤（水底）に食い込ませて、シャフトの下部を固定状態に保持し、この状態で、シャフトに設けたショベル等の水中作業部によりシャフトの周囲を掘削し、周囲の掘削終了後にシャフトを所定高さ引き上げ、次に、作業船を移動させて掘削作業を反復して行う作業方法は、公知である（特許文献１）。

特開２０１２−６２７３８号公報

前記公知例は、単に、歯を上方から地盤に押し付けて食い込ませるので、硬い地盤では食い込みが十分でなく、シャフトの下端の位置がずれるおそれがあるという課題がある。
また、シャフトの下端の支持が十分でないことで、シャフトが傾斜することもあるという課題がある。
本願は、シャフトの下部固定機構の構成を工夫し、シャフトの支持強度を向上させ、水中掘削作業の作業効率の向上を図ったものである。

請求項１の発明は、シャフト３の上部を作業船１のシャフト支持装置４により支持し、シャフト３の下部を水中の地盤Ｇに支持させた状態で、水中作業部７によりシャフト３の周囲を掘削する構成とし、前記シャフト３の下部に、下端に掘削刃１２を有する円筒状のケーシング１１を、前記シャフト３に対して回転自在であって該シャフト３の下端より下方に所定長さ突出するように設け、ケーシング１１は、該ケーシング１１内に地盤Ｇを残したまま該ケーシング１１が内外の両側から地盤Ｇの圧力を受けるように、該ケーシング１１の下端周縁を、駆動モータ１９の駆動力により所定深さまで掘削して嵌入する構成とし、もって、シャフト３の下部を固定状態に保持する水中掘削作業機としたものである。
請求項２の発明は、前記シャフト３内には内側フレーム２１を固定状態に設け、該内側フレーム２１内に前記ケーシング１１を回転自在に設け、前記内側フレーム２１の上部には前記ケーシング１１を回転させる駆動モータ１９を設け、前記シャフト３より下方のケーシング１１の外周面に、ケーシング１１の外周周縁の土砂を上方に送る排土用部材２５を螺旋状に設け、前記ケーシング１１の下端から所定間隔をおいた上方に、放射方向に突出する当接体２６を設け、前記ケーシング１１内には、該ケーシング１１の軸心方向に移動する移動体３２と該移動体３２を移動させるアクチュエータ３１を有し、ケーシング１１の内部に残存する土塊を排出する残存物排出機構３０を設け、前記移動体３２は当接体２６より上方のケーシング１１内に位置する格納位置とケーシング１１の下端より所定長さ下方に突出する突出位置との間往復移動するように構成した水中掘削作業機としたものである。
請求項３の発明は、前記シャフト３内には内側フレーム２１を固定状態に設け、該内側フレーム２１に前記ケーシング１１を回転自在に支持するように取付け、前記内側フレーム２１の上部には前記ケーシング１１を回転させる駆動モータ１９を設けた水中掘削作業機としたものである。
請求項４の発明は、前記シャフト３より下方のケーシング１１の外周面に、ケーシング１１の外周周縁の土砂を上方に送る排土用部材２５を螺旋状に設けた水中掘削作業機としたものである。
請求項５の発明は、前記ケーシング１１の下端から所定間隔をおいた上方に、放射方向に突出する当接体２６を設けた水中掘削作業機としたものである。
請求項６の発明は、前記ケーシング１１内には、該ケーシング１１に対して該ケーシング１１の軸心方向に移動する移動体３２と該移動体３２を移動させるアクチュエータ３１とを設け、前記ケーシング１１の内部に残存する土塊を排出する残存物排出機構３０を設けた水中掘削作業機としたものである。
請求項７の発明は、前記移動体３２は当接体２６より上方のケーシング１１内に位置する格納位置とケーシング１１の下端より所定長さ下方に突出する突出位置との間往復移動するように構成した水中掘削作業機としたものである。
請求項８の発明は、作業船１のシャフト支持装置４により上部が支持されたシャフト３を下降させ、シャフト３の下部を支持する下部固定機構１０のケーシング１１を駆動回転させ、ケーシング１１はケーシング１１内に地盤Ｇを残したまま該ケーシング１１の下端周縁を所定深さまで掘削して、シャフト３の下部を固定状態に保持し、この状態で、シャフト３の水中作業部７によりシャフト３の周囲を掘削し、周囲の掘削終了後にシャフト３を所定高さ引き上げ、ケーシング１１内に設けた残存物排出機構３０の移動体３２をアクチュエータ３１により下降させてケーシング１１の内部に残存する土塊を排出し、移動体３２をケーシング１１内に格納後、作業船１を移動させて前記掘削作業を反復する水中掘削作業方法としたものである。

請求項１および請求項２の発明では、ケーシング１１が掘削しながら地盤Ｇに食い込むので、所定深さまで確実に食い込ませることができ、シャフト３の下部の支持強度を向上させ、安定した状態で水中掘削作業をすることができ、掘削作業効率を向上させることができる。
請求項３の発明では、シャフト３内にケーシング１１およびケーシング１１の駆動機構を内蔵でき、簡素に構成することができる。
請求項４の発明では、ケーシング１１の外周に排土用部材２５を設けているので、ケーシング１１による掘削しながら地盤Ｇへの食い込みを円滑にすることができ、その結果、ケーシング１１の駆動機構の小型化も図ることができる。
請求項５の発明では、ケーシング１１の下部所定位置に当接体２６を設けているので、不必要な地盤Ｇへの食い込みを防止し、ケーシング１１の引き抜きを容易にして、水中掘削作業全体の作業効率を向上させることができる。
請求項６の発明では、ケーシング１１の内部の残存物を移動体３２により排出するので、次工程のケーシング１１の掘削しながらの地盤Ｇへの食い込みを円滑かつ確実行うことができ、ケーシング１１による支持状態を確実にすることができる。
請求項７の発明では、移動体３２は当接体２６より上方の格納位置とケーシング１１より下方に突出する突出位置との間移動するので、格納位置ではケーシング１１内に地盤Ｇを残しながら食い込ませることができ、また、ケーシング１１より下方に突出する突出位置まで移動するので、ケーシング１１内の残存物を確実に排出することができる。
請求項８の発明では、ケーシング１１を掘削させながら地盤Ｇに食い込ませるので、確実に所定深さまで食い込ませることができ、シャフト３の下部の支持強度を向上させ、安定した状態で水中掘削作業をすることができ、掘削作業効率を向上させることができ、しかも、次工程の掘削作業に移行するときにケーシング１１の内部の土塊を移動体３２により排出するので、ケーシング１１の地盤Ｇへの食い込みを円滑・確実にできる。

水中作業機による作業状態を示す全体図。 同一部拡大図。 水中作業機の作業状態図。 下部固定機構の一部断面図および底面図。 残存物排出機構の断面図。 同拡大図。 水中作業の工程概略図。

本発明の一実施形態を図により説明する。１は水中作業を行う際に水上の所定位置に停泊させている作業船であり、シャフト３の上部を支持するシャフト支持装置４を設ける。シャフト３は後述するバケット６を有する水中作業部７と共に水中作業機２を構成する。

シャフト３は前記作業船１より地盤Ｇに至る長さを有していればよく、その構成は任意であるが、軸方向に複数のシャフト構成材５を治具（図示省略）を介して連結して構成する。シャフト構成材５は筒状の部材により構成する。
シャフト３は、シャフト支持装置４により前記作業船１に対して昇降自在に取付ける。

シャフト３を昇降させる構成は、任意であるが、例えば、シャフト３の外面には、シャフト３の軸に沿ってラック(図示省略)を設け、該ラックにシャフト支持装置４のピニオンギヤ(図示省略)を噛み合わせ、ピニオンギヤを回転させて、シャフト３を昇降させればよい。
シャフト３の下部には、地盤（水底）Ｇに所定深さまで食い込ませて、シャフト３の下部を固定状態に保持する下部固定機構１０を設ける。

下部固定機構１０は、シャフト３内に円筒状のケーシング１１を縦軸駆動回転自在に設けて構成する。ケーシング１１は下端円周面にビット状あるいは鋸状の掘削刃１２を設け、掘削刃１２により地盤Ｇを掘削しながらケーシング１１の下端部を地盤Ｇに所定深さまで食い込ませ、シャフト３の下部を固定状態に保持する。
ケーシング１１の上部には取付部１５を設け、取付部１５は前記シャフト３内に設けた接続継ぎ手１６を介して駆動回転軸１７の下端に着脱自在に取付ける。駆動回転軸１７の上部は減速機構部１８を介して駆動モータ１９に取付ける。

シャフト３の下部内周には、フランジ状の取付部２０を設け、取付部２０にはシャフト３内に設けた内側フレーム２１の下部を固定する。内側フレーム２１は筒部材２４をシャフト３の軸心方向に複数連結して構成し、内側フレーム２１の上部には前記減速機構部１８および駆動モータ１９を取付ける。

ケーシング１１は、シャフト３の下端より所定長さ下方に突出させ、ケーシング１１の下端外周には螺旋状に排土用部材２５を設ける。排土用部材２５は掘削しながらケーシング１１が下降する際にケーシング１１の外周周辺の土砂を上方に案内して排土し、ケーシング１１の掘削を容易にする。ケーシング１１の下端から所定間隔をおいた上方位置には当接体２６を着脱自在およびシャフト３の軸方向に移動自在に設ける。当接体２６は地盤Ｇ上面に当接してそれ以上のケーシング１１の掘削下降を停止させる。

前記ケーシング１１内には、ケーシング１１の内部に残存する土塊等の残存物を排出する残存物排出機構３０を設ける。残存物排出機構３０は、ケーシング１１内に設けたアクチュエータ３１により移動体３２をケーシング１１の内部からケーシング１１の下端より所定範囲で下方移動させ、ケーシング１１の内部に残存する残存物を排出する。

本実施形態では、アクチュエータ３１はケーシング１１内の上部にシリンダ３３のシリンダチューブ３４を設け、シリンダチューブ３４から出入りするシリンダロッド３５に前記移動体３２を取付け、あるいは、シリンダロッド３５自体を移動体３２として構成する。３６は前記アクチュエータ３１のスイベル装置であり、前記駆動回転軸１７の外周に配置している。
作業船１のシャフト支持装置４により支持させた状態でシャフト３を下降させ、シャフト３の下部の下部固定機構１０のケーシング１１が地盤Ｇに当接すると、ケーシング１１の回転により地盤Ｇを掘削しながら所定深さまで食い込ませて固定状態に保持する。

次に、水中作業部７によりシャフト３周辺の水中掘削作業を行い、所定範囲の掘削作業が終了すると、シャフト３を一旦所定高さまで上昇させて、作業船１を移動させて別の箇所にて次工程の掘削作業を行って、この一連の作業を反復する。
このシャフト３の上昇に伴って、ケーシング１１を地盤Ｇから引き抜く際に、ケーシング１１内に残存物を残したたまま、次工程の作業開始時にケーシング１１を地盤Ｇに食い込ませると、ケーシング１１内に土塊が圧密し、土塊の自重がケーシング１１内面積に加わり、ケーシング１１による掘進不能状態になることがある。

そこで、本願では、ケーシング１１内にケーシング１１の軸心方向に移動する移動体３２と該移動体３２を移動させるアクチュエータ３１を設けているので、次工程の掘削作業に移行するときに、ケーシング１１内に付着あるいは残留している土塊等を残存物排出機構３０の移動体３２により除去する。
ケーシング１１は、前記したように、ケーシング１１内に地盤Ｇが残るように、当接体２６が地盤Ｇ上面に当接するまで掘削するので、掘削作業中は、移動体３２は当接体２６より上方のケーシング１１内に位置する格納位置とケーシング１１の下端より所定長さ下方に突出する突出位置との間、所定回数往復移動するように構成する。

なお、残存物排出機構３０の理解を容易にするため、図５〜図７において、ケーシング１１内に移動体３２を破線で図示しているが、掘削作業中は、移動体３２は当接体２６より上方の格納位置に位置させる。
水中作業機２は、作業船１とシャフト３と水中作業部７とを備えて構成するが、水中作業部７の構成は任意であり、本実施形態ではアーム４０を有する前記バケット６により構成している。４２はアーム４０の基部を取付支持する支持装置であり、バケット６をシャフト３中心に旋回させられるように、シャフト３に回転自在に取り付け、シャフト３の周囲の掘削を行う。

（実施形態の作用）
所定位置に作業船１を移動させ、作業船１のシャフト支持装置４に、任意の手段により複数のシャフト構成材５を連結して、所定長さに形成したシャフト３を装着し、シャフト支持装置４によりシャフト３および水中作業部７を下降させる。
シャフト３の下部には、ケーシング１１とケーシング１１を駆動回転させる駆動モータ１９とを有する下部固定機構１０を設けているので、シャフト３の下部の下部固定機構１０のケーシング１１が地盤Ｇの上方所定位置に達すると、駆動モータ１９によりケーシング１１を駆動回転させつつシャフト３を下降させる。

ケーシング１１は下部に掘削刃１２を設けているので、掘削刃１２が地盤Ｇを掘削しながら所定深さまで食い込んで、シャフト３の下部を固定状態に保持する。
そのため、地盤Ｇの上面形状に関わらず、所定深さまで食い込んだケーシング１１がシャフト３を支持し、シャフト３は水中作業部７を支持する。
ケーシング１１の外周には螺旋状に排土用部材２５を設けているので、ケーシング１１の周縁の土砂を排土用部材２５により上方に送りながら、掘削する。

そのため、ケーシング１１の掘削抵抗を抑制し、シャフト３内に設けた駆動モータ１９の駆動力でケーシング１１を十分に地盤Ｇに食い込ませられ、シャフト３の下部の固定状態の保持を確実にする。
また、ケーシング１１は、ケーシング１１内の地盤Ｇを掘削せずに、ケーシング１１の周縁を掘削するので、ケーシング１１は内外の両側から地盤Ｇの圧力を受ける(図７（ロ）)。

そのため、この点でも、シャフト３の下部の固定状態の保持を確実にする。
ケーシング１１の下端から所定間隔をおいた上方には当接体２６を設けているので、当接体２６が地盤Ｇに当接すると、ケーシング１１の回転を停止させる。
当接体２６が地盤Ｇ上面に当接したことを検出する方法は任意であるが、例えば、シャフト支持装置４によるシャフト３の吊設荷重の変化や、ケーシング１１の回転負荷の変化等を検出して行うとよい。

シャフト３の下部を下部固定機構１０により、地盤Ｇに固定支持させると、水中作業部７の支持装置４２に設けたアーム４０およびバケット６が正対する領域を掘削し、この領域の掘削が終了すると、シャフト３に対して支持装置４２を旋回させて水中作業部７のアーム４０およびバケット６の向きを変え、再び、掘削し、これを反復して、シャフト３の周囲を掘削する。

水中作業部７によりシャフト３の周辺の掘削作業を行い、所定範囲の掘削作業が終了すると、シャフト３をシャフト支持装置４により所定高さに引き上げる。
ケーシング１１内には、ケーシング１１の軸心方向に移動する移動体３２と該移動体３２を移動させるアクチュエータ３１を設けているので、最初の掘削作業を終了してシャフト３を引き上げて、次工程の掘削作業開始前に、ケーシング１１内に付着あるいは残留している土塊等の残存物を残存物排出機構３０の移動体３２により除去する。

そのため、ケーシング１１内で残存土塊等が圧密するのを防止し、ケーシング１１による掘進不能状態になるのを回避する。
移動体３２は、掘削作業中での側面視において当接体２６より上方のケーシング１１内に位置する格納位置とケーシング１１の下端より所定長さ下方に突出する突出位置との間、所定回数往復移動するように構成しているので、掘削作業中、移動体３２は当接体２６よりも上方に位置して、ケーシング１１が、前記したように、ケーシング１１内に地盤Ｇを残してまま掘削することができ、ケーシング１１による支持強度を向上させられる。

また、次工程の掘削作業に移行する際に、移動体３２はケーシング１１の下端より所定長さ下方に突出する突出位置まで移動するので、ケーシング１１内で残存物の排出を確実に行える。
なお、図７（ニ）では、掘削作業終了後に残存物Ｈを、ケーシング１１を引き上げた後の穴に落下させているが、この地点の掘削作業は終了しており、次工程の掘削作業への影響はない。

また、前記作業船１の移動は、シャフト３を下方に延設させたまま行うことも可能であり、この場合は、ケーシング１１が地盤Ｇ上面より所定間隔上方位置させていればよい。
以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

例えば、本発明の水中作業機の使用箇所は限定されるものではなく、例えば海、湖、池や貯水池、河川等に使用することができる。また、作業船についても自航式、曳航式台船、組立台船等様々な作業船を使用することができる。また、作業構台の構成も限定されるものではなく、適宜構成することが可能である。

１…作業船、２…水中作業機、３…シャフト 、４…シャフト支持装置 、５…シャフト構成材、６…バケット、７…水中作業部、１０…下部固定機構、１１…ケーシング、１２…掘削刃、１５…取付部、１６…接続継ぎ手、１７…駆動回転軸、１８…減速機構部、１９…駆動モータ、２０…取付部、２１…内側フレーム、２４…筒部材、２５…排土用部材、２６…当接体、３０…残存物排出機構、３１…アクチュエータ、３２…移動体、３３…シリンダ、３４…シリンダチューブ、３５…シリンダロッド、３６…スイベル装置、４０…アーム、４２…支持装置、Ｇ…地盤（水底）、Ｈ…残存物。

Claims (8)

1. シャフト３の上部を作業船１のシャフト支持装置４により支持し、シャフト３の下部を水中の地盤Ｇに支持させた状態で、水中作業部７によりシャフト３の周囲を掘削する構成とし、前記シャフト３の下部に、下端に掘削刃１２を有する円筒状のケーシング１１を、前記シャフト３に対して回転自在であって該シャフト３の下端より下方に所定長さ突出するように設け、ケーシング１１は、該ケーシング１１内に地盤Ｇを残したまま該ケーシング１１が内外の両側から地盤Ｇの圧力を受けるように、該ケーシング１１の下端周縁を、駆動モータ１９の駆動力により所定深さまで掘削して嵌入する構成とし、もって、シャフト３の下部を固定状態に保持する水中掘削作業機。
2. 請求項１において、前記シャフト３内には内側フレーム２１を固定状態に設け、該内側フレーム２１内に前記ケーシング１１を回転自在に設け、前記内側フレーム２１の上部には前記ケーシング１１を回転させる駆動モータ１９を設け、前記シャフト３より下方のケーシング１１の外周面に、ケーシング１１の外周周縁の土砂を上方に送る排土用部材２５を螺旋状に設け、前記ケーシング１１の下端から所定間隔をおいた上方に、放射方向に突出する当接体２６を設け、前記ケーシング１１内には、該ケーシング１１の軸心方向に移動する移動体３２と該移動体３２を移動させるアクチュエータ３１を有し、ケーシング１１の内部に残存する土塊を排出する残存物排出機構３０を設け、前記移動体３２は当接体２６より上方のケーシング１１内に位置する格納位置とケーシング１１の下端より所定長さ下方に突出する突出位置との間往復移動するように構成した水中掘削作業機。
3. 請求項１において、前記シャフト３内には内側フレーム２１を固定状態に設け、該内側フレーム２１に前記ケーシング１１を回転自在に支持するように取付け、前記内側フレーム２１の上部には前記ケーシング１１を回転させる駆動モータ１９を設けた水中掘削作業機。
4. 請求項３において、前記シャフト３より下方のケーシング１１の外周面に、ケーシング１１の外周周縁の土砂を上方に送る排土用部材２５を螺旋状に設けた水中掘削作業機。
5. 請求項４において、前記ケーシング１１の下端から所定間隔をおいた上方に、放射方向に突出する当接体２６を設けた水中掘削作業機。
6. 請求項１または請求項３または請求項４または請求項５において、前記ケーシング１１内には、該ケーシング１１に対して該ケーシング１１の軸心方向に移動する移動体３２と該移動体３２を移動させるアクチュエータ３１とを設け、前記ケーシング１１の内部に残存する土塊を排出する残存物排出機構３０を設けた水中掘削作業機。
7. 請求項６において、前記移動体３２は当接体２６より上方のケーシング１１内に位置する格納位置とケーシング１１の下端より所定長さ下方に突出する突出位置との間往復移動するように構成した水中掘削作業機。
8. 作業船１のシャフト支持装置４により上部が支持されたシャフト３を下降させ、シャフト３の下部を支持する下部固定機構１０のケーシング１１を駆動回転させ、ケーシング１１はケーシング１１内に地盤Ｇを残したまま該ケーシング１１の下端周縁を所定深さまで掘削して、シャフト３の下部を固定状態に保持し、この状態で、シャフト３の水中作業部７によりシャフト３の周囲を掘削し、周囲の掘削終了後にシャフト３を所定高さ引き上げ、ケーシング１１内に設けた残存物排出機構３０の移動体３２をアクチュエータ３１により下降させてケーシング１１の内部に残存する土塊を排出し、移動体３２をケーシング１１内に格納後、作業船１を移動させて前記掘削作業を反復する水中掘削作業方法。

Images