JP5958871B2 - 水中壁面の清掃装置及び清掃方法 - Google Patents

Description

本発明は、港湾工事等における水中掘削作業によって生じた水中壁面を高品質で仕上げるための水中壁面の清掃装置及び清掃方法に関する。

従来、港湾工事において水底地盤を掘り下げた際、その掘削部分には、水底面より垂直又は斜めに切り立った水中壁面が形成される場合がある。

近年においては、水中掘削作業に関する様々な工法が開発され、それに対応するために上述の如き掘削により生じた水中壁面にも高い品質、即ち、工法の適用に即して水中壁面から不要な土砂が除去された状態に仕上げることが求められる場合が生じている。

そこで、従来では、グラブ船による粗掘削によって水底地盤を掘り下げた後、計画された壁面に沿って作業船上に設置されたバックホウを使用して、水底面より垂直又は斜めに切り立った水中壁面の仕上げを行っていた（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００３−２７８１５８号公報

しかしながら、上述の如き従来の技術では、バックホウによる仕上げ掘削をする際、水面下の視界を確保することが困難であり、作業性が悪く非効率であるという問題があった。

また、バックホウによる仕上げ掘削のみでは、壁面の仕上げ精度に限界があり、水底面又は水中壁面に不要な土砂が残存する場合が考えられる。

その場合には、バックホウによる仕上げ掘削作業の後、視界の悪い水中に潜水士が潜り、手作業で水底面又は水中壁面の不要な土砂を除去する作業が必要となり、非効率的で工期及び工費が増大するという問題があった。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、水中掘削作業で生じた水中壁面の不要な土砂を効率良く除去して高品質に仕上げるための水中壁面の清掃装置及び清掃方法の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決するための請求項1に記載の発明の特徴は、水底面より垂直又は斜めに切り立った水中壁面の不要な土砂を除去するための水中壁面の清掃装置であって、クレーンに吊り持ちされて水中で上下及び水平方向に移動可能な水平方向に長い作業枠体と、該作業枠体の一方の側部とその反対側の側部とにそれぞれ噴射口を外側に向けて支持させた複数の壁面清掃用噴射ノズルと、前記両側部にそれぞれ配置された壁面清掃用噴射ノズルに高圧流体を供給する高圧流体供給手段と、水底面側に向けて吸引部が前記作業枠体に支持された排砂手段とを備え、前記水中壁面に対し前記作業枠体が姿勢制御されるようにしている水中壁面の清掃装置にある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項１の構成に加え、噴射口を水底面側に向けて前記作業枠体に支持させた複数の水底面清掃用噴射ノズルを備えていることにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項１又は２の構成に加え、前記作業枠体には、その上面を閉鎖する拡散防止用蓋を備えていることにある。

請求項４に記載の発明の特徴は、請求項１〜３の何れか１の構成に加え、前記各壁面清掃用噴射ノズルは、水底面側に傾けて設置されていることにある。

請求項５に記載の発明の特徴は、請求項１〜４の何れか１の構成に加え、前記作業枠体を水上で前記クレーンに吊り持ちさせた吊り枠に吊り部材を介して吊り下げるとともに、前記吊り枠の位置及び方位を計測する枠体位置計測手段を備え、該枠体位置計測手段の計測結果に基づき前記作業枠体の位置及び方位を算出するようにしていることにある。

請求項６に記載の発明の特徴は、水底面より垂直又は斜めに切り立った壁面の不要な土砂を除去するための水中壁面の清掃方法であって、クレーンに吊り持ちされた水平方向に長い作業枠体をその一方の側部に支持させた複数の壁面清掃用噴射ノズルが前記水中壁面に対向するように水中に吊り下ろし、前記作業枠体の両側部に配置された前記壁面清掃用噴射ノズルから圧縮流体を水中壁面側及びその反対側に向けて噴射させ、前記作業枠体を姿勢制御しつつ前記水中壁面に沿って上下及び水平方向に移動させることにより前記不要な土砂を水底に掻き落とすとともに、水底に滞留する土砂を水底面側に吸引部を向けて作業枠体に支持させた排砂手段により吸引し、排砂ホースを通して他所へ移送する水中壁面の清掃方法にある。

本発明に係る水中壁面の清掃装置は、上述したように、水底面より垂直又は斜めに切り立った水中壁面の不要な土砂を除去するための水中壁面の清掃装置であって、クレーンに吊り持ちされ、水中で上下及び水平方向に移動可能な作業枠体と、該作業枠体の側部に噴射口を外側に向けて支持させた複数の壁面清掃用噴射ノズルと、該壁面清掃用噴射ノズルに高圧流体を供給する高圧流体供給手段と、水底面側に向けて吸引部を前記作業枠体に支持させた排砂手段とを備えていることにより、水中掘削作業で生じた水中壁面の余分な土砂を高圧流体で水底に掻き落とし、それを回収除去することで当該水中壁面を高品質に仕上げることができる。

また、本発明において、噴射口を水底面側に向けて前記作業枠体に支持させた複数の水底面清掃用噴射ノズルを備えていることにより、水底面の余分な土砂及び水中壁面より掻き落とした土砂を攪拌して巻き上げ、効率良く排砂手段により吸引することができる。

更に、本発明において、前記作業枠体には、その上面を閉鎖する拡散防止用蓋を備えていることにより、巻き上げられた土砂を拡散させることなく効率良く排砂手段によって吸引することができる。

更にまた、本発明において、前記各壁面清掃用噴射ノズルは、水底面側に傾けて設置されていることにより、好適に水中壁面の不要な土砂を水底に掻き落とすことができる。

更に、本発明において、前記作業枠体を水上で前記クレーンに吊り持ちさせた吊り枠に吊り部材を介して吊り下げるとともに、前記吊り枠の位置及び方位を計測する枠体位置計測手段を備え、該枠体位置計測手段の計測結果に基づき前記作業枠体の位置及び方位を算出するようにしていることにより、水中の作業枠体の位置管理を容易に行うことができる。

更にまた、本発明に係る水中壁面の清掃方法において、水底面より垂直又は斜めに切り立った壁面の不要な土砂を除去するための水中壁面の清掃方法であって、クレーンに吊り持ちされた作業枠体をその一方の側部に支持させた壁面清掃用噴射ノズルが前記水中壁面に対向するように水中に吊り下ろし、前記壁面清掃用噴射ノズルから圧縮流体を水中壁面に向けて噴射させつつ前記作業枠体を前記水中壁面に沿って移動させることにより前記不要な土砂を水底に掻き落とすとともに、水底に滞留する土砂を水底面側に吸引部を向けて作業枠体に支持させた排砂手段により吸引し、排砂ホースを通して他所へ移送することにより、水中掘削作業等で生じた水中壁面の高品質に仕上げることができる。

本発明に係る水中壁面の清掃装置の使用態様を示す側面図である。 同上の平面図である。 図1中の作業枠体の一例を示す平面図、（ｂ）は同Ａ-Ａ線断面図で、（ｃ）は同側面図である。 位置計測手段の概要を示すブロック図である。 位置管理の画面を示す図である。 本発明に係る水中壁面の清掃方法の態様を示す部分拡大断面図である。

次に、本発明に係る水中壁面の仕上げ装置の実施態様を図１〜図６に示した実施例に基づいて説明する。

本実施例は、作業船１上にクレーン２を搭載した起重機船３を使用し、水底面４及び水底面４より略垂直に切り立った水中壁面５を清掃装置によって仕上げる場合を例に説明する。

この水中壁面の清掃装置は、起重機船３のクレーン２に吊り持ちされた作業枠体６と、作業枠体６の側部に噴射口を外側に向けて支持させた複数の壁面清掃用噴射ノズル７，７...と、壁面清掃用噴射ノズル７，７...に高圧水等の高圧流体を供給する高圧流体供給手段８と、水底面４側に向けて吸引部１９ａを作業枠体６に支持させた排砂手段９とを備え、壁面清掃用噴射ノズル７，７...より高圧流体を噴射しつつ水中で作業枠体６を上下及び水平方向に移動させることにより水中壁面５の不要な土砂を水底面４に掻き落とし、それを排砂手段９により除去するようになっている。

作業枠体６は、水上でクレーン２より繰り出されたワイヤ２ａに吊り持ちさせた吊り枠１０に吊り部材を介して吊り下げられ、クレーン操作により上下及び水平方向に移動できるようになっている。

この作業枠体６は、図３に示すように、Ｈ鋼等からなる互いに平行に配置された一対の側部用梁材１１，１１と、両側部用梁材１１，１１の端部間に架け渡されたＨ鋼等からなる横梁材１２，１２とを備え、側部用梁材１１，１１と横梁材１２，１２とにより矩形枠状を成している

この作業枠体６には、両側部用梁材１１，１１の中央部間に架け渡された中央横梁材１３と、中央横梁材１３と交差する配置に横梁材１２，１２の中央部間に架け渡された補強梁材１４とを備えている。

また、作業枠体６には、その両側部、即ち、矩形状の互いに平行な側部を成す各側部用梁材１１，１１の外側に複数の壁面清掃用噴射ノズル７，７...が側部用梁材１１，１１の長手方向に間隔をおいて固定されている。

各壁面清掃用噴射ノズル７，７...は、作業枠体６の側部に噴射口をそれぞれ外側、具体的には外側斜め下（水底面）側に傾けて固定されている。

尚、この壁面清掃用噴射ノズル７，７...は、作業枠体６の側部に噴射口を外側斜め下（水底面）側に傾けて固定することによって、水中壁面５に水圧を加えつつ、水底側に向けた水流を生じさせ、水中壁面５に向けた水圧により撹乱させた土砂を水底側に効率良く掻き落とせるようにしている。

また、作業枠体６の中央横梁材１３には、図３（ｂ）に示すように、水底面４側、即ち、下側に噴射口を向けて複数の水底面清掃用噴射ノズル１５，１５...が中央横梁材１３の長手方向に間隔をおいて固定されている。

壁面清掃用噴射ノズル７，７...及び水底面清掃用噴射ノズル１５，１５...には、供給ホース１６を通して高圧流体供給手段８から高圧水等の高圧流体が供給され、それぞれ作業枠体６の側方及び下方に向けて高圧水等の高圧流体が噴射されるようになっている。

高圧流体供給手段８は、起重機船３上に圧送ポンプ等からなる供給手段本体１７ａ，１７ｂを備え、壁面清掃用噴射ノズル７，７...及び水底面清掃用噴射ノズル１５，１５...に所望の圧力で高圧水等の高圧流体が供給されるようになっている。

尚、高圧流体供給手段８は、壁面清掃用噴射ノズル７，７...用の供給手段本体１７ａと水底面清掃用噴射ノズル１５，１５...用の供給手段本体１７ｂとを別系統に備え、壁面清掃用噴射ノズル７，７...から噴射される高圧流体と水底面清掃用噴射ノズル１５，１５...から噴射される高圧流体とを別系統で制御できるようになっている。

また、高圧流体供給手段８は、壁面清掃用噴射ノズル７，７...用の供給手段１７ａを側部毎に備え、壁面清掃用噴射ノズル７，７...からの噴射される高圧流体を側部毎に別系統で制御できるようにしてもよい。

尚、作業枠体６には、矩形枠状の上面を閉鎖する拡散防止用蓋１８を備え、高圧流体の噴射に伴う土砂の拡散を防止し、排砂手段９による排砂を効率良く行えるようにしている。

排砂手段９は、吸引部１９ａを水底面４側に向けて作業枠体６に設置された複数の排砂ポンプ１９，１９...と、排砂ポンプ１９により吸引された土砂を移送する排砂ホース２０とを備え、水底部４に滞留した土砂を周囲の水とともに吸引し、排砂ホース２０を通して移送するようになっている。

吊り枠１０は、作業枠体６と同様に、矩形枠状に形成され、吊り具２１を介してクレーン２から繰り出されたワイヤ２ａに吊り持ちされている。

吊り部材には、吊り枠１０より垂下させた縦吊りワイヤ２２，２２と、縦吊りワイヤ２２，２２間で互いに交差して筋交い状を成す斜めワイヤ２３，２３とを使用し、縦吊りワイヤ２２及び斜めワイヤ２３の上端を吊り枠１０の下面部に取り付けられた取り付け具に連結し、下端を作業枠体６の上面に取り付けた取り付け具を連結している。

そして、吊り枠１０より垂下させた縦吊りワイヤ２２，２２で作業枠体６と吊り枠１０との間の高さを一定に維持した状態で吊り持ちさせるとともに、筋交い状の斜めワイヤ２３，２３により作業枠体６と吊り枠１０との捩れを抑制するようにしている。

この吊り枠１０は、ＧＮＳＳ測位機等からなる枠体位置計測手段によりその水平位置及び方位が計測され、計測された吊り枠１０の水平位置、方位及び高さに基づき作業枠体６の位置管理をできるようにしている。

枠体位置計測手段は、例えば、図４に示すように、吊り枠１０の所望の位置に固定された複数のＧＮＳＳアンテナ３０，３０と、ＧＮＳＳアンテナ３０が有線で接続されたＧＮＳＳ受信処理機本体３１とを備え、このＧＮＳＳ受信処理機本体３１においてＧＮＳＳアンテナ３０で受信した電波に基づく各ＧＮＳＳアンテナ３０の位置座標を計測し、その計測データをＧＮＳＳ受信処理機本体３１より有線又は無線によりコンピュータ機器からなる演算制御手段３２に出力し、各ＧＮＳＳアンテナ３０の位置に基づいて吊り枠１０の水平方向位置座標及び真方位を算出するようにしている。

尚、枠体位置計測手段には、特に図示しないが、上記のＧＮＳＳ測位機に加え、吊り枠１０の姿勢情報を補完するための計測器、例えば、吊り枠１０に設置された傾斜計を備えるようにしてもよい。

また、枠体位置計測手段は、吊り枠１０と作業船１との相対位置関係を検知するためのセンサ、例えば、クレーン２の台船１に対する旋回角度を計測するセンサ及びジブの傾斜角を計測する傾斜センサ等を備え、両ＧＮＳＳアンテナ３０の位置に基づき台船１の位置及び方位を算出できるようになっている。

更に、作業枠体６の高さ位置は、吊り枠１０・作業枠体６間距離が一定であるので、クレーン２のワイヤ２ａの繰り出し・巻き取り量によって吊り枠１０の高さを計測することによって作業枠体６の高さも算出される。

更に、演算制御手段を構成するコンピュータ機器３２は、他のコンピュータ機器３３，３４と無線で接続されており、他のコンピュータ機器３３，３４によって操作及びデータ管理が可能となっている。

次に、上述の如く構成された清掃装置を使用した水中壁面の清掃方法について説明する。

この水中地盤は、地盤改良が施工された地盤改良部４０を備え、水中掘削作業において水底面４よりほぼ垂直に切り立った水中壁面５が形成されるとともに、水底面４及び水中壁面５に地盤改良部４０が露出するようにしている。

水中壁面５は、グラブ船等による粗掘削によって壁面前方の土砂が大まかに除去された後、作業船上に設置されたバックホウによって計画された壁面に沿って仕上げ掘削が成された状態にある。

この状態にあっては、水底面４及び水中壁面５に不要な土砂が残存した状態にあり、本発明方法は、この水底面４及び水中壁面５の仕上げ工を行い、水底面４及び水中壁面５の不要な土砂を除去する。

具体的には、まず、必要に応じて施工水域に複数の区分ａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３・・・ｎ１〜ｎ３を設定しておく。

そして、清掃装置、即ち、作業枠体６、吊り枠１０等を積載した状態で起重機船３を施工水域の所望の位置に移動させ、そこで装置を組み立て、吊り枠１０を介して作業枠体６をクレーン２に吊り持ちさせる。

また、吊り枠１０の位置及び方位を枠体位置計測手段により計測し、この吊り枠１０の位置及び方位に基づき吊り枠１０の鉛直下に位置する作業枠体６を移動させることにより、作業枠体６の壁面清掃用噴射ノズル７，７...が設置された一方の側面を水中壁面５と対向させる。

尚、図５は、枠体位置計測手段による位置管理画面の一例を示し、図５（ａ）に示すように、複数に区分された施工域ａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３・・・ｎ１〜ｎ３に対する作業枠体６の平面位置状況を表示するとともに、図５（ｂ）に示すように、作業枠体６及び吊り枠１０の水底面４及び水中壁面５に対する高さ位置状況を表示している。

次に、高圧流体供給手段より高圧流体をそれぞれ壁面清掃用噴射ノズル７，７...及び水底面清掃用噴射ノズル１５，１５...に供給し、作業枠体６の側方及び下方に向けて高圧水等の高圧流体の噴射を開始するとともに、排砂手段９による吸引を開始する。

この状態でクレーン操作によって作業枠体６を水中壁面５に沿って上下動させ、図６に示すように、高圧水等の高圧流体を水中壁面５に向けて噴射し、水中壁面５の不要な土砂を噴射された高圧水で水底に掻き落としつつ、水底面４に向けて噴射された高圧水が水底の不要な土砂及び水底に滞留した土砂を攪拌しながら巻き上げる。

その際、壁面清掃用噴射ノズル７，７...は、作業枠体６の側部に外側且つ水底面側に傾けて固定されているので、水中壁面５に水圧を加えつつ、水底側に向けた水流を生じさせ、効率良く水中壁面５の不要な土砂を水底に掻き落とすことができる。

また、水中を移動する作業枠体６の位置及び方位は、枠体位置計測手段によって随時計測され、この計測された作業枠体６の位置情報に基づきクレーン操作を正確に行うことができる。

更に、水中壁面５と反対側の側部に配置された壁面清掃用噴射ノズル７，７...からも高圧流体を噴射し、水中壁面５に向けて高圧流体を噴射することにより作業枠体６が受ける反力に対抗してバランスをとって作業枠体６を姿勢制御することが好ましい。

そして、作業枠体６の上下移動とともに、攪拌して巻き上げた水底部４の土砂を周囲の水とともに排砂手段９によって吸引し、排砂ホース２０を通して埋め立て処分場や土運船等に移送する。

その際、巻き上げた土砂は、作業枠体６の上面が拡散防止用蓋１８によって閉鎖されているので、周囲に拡散せず、効率良く排砂手段９によって吸引できるようになっている。

次に、クレーン操作によって作業枠体６を所望の高さ位置で水中壁面５と交差する方向で順次隣り合う施工区分間を水平移動させて、各区分で水底面４に向けて噴射された高圧水が水底面４の不要な土砂を攪拌しながら巻き上げ、それを周囲の水とともに排砂手段９によって吸引し、排砂ホース２０を通して埋め立て処分場や土運船等に移送する。

そして、水中壁面５の清掃作業及び水底面４の清掃作業を作業区分ａ１〜ａ３、ｂ１〜ｂ３・・・ｎ１〜ｎ３毎に順次繰り返し、最後に、潜水士の目視等によって水中壁面５の仕上げ状態を確認し、作業を終了する。

このように構成された水中壁面の清掃装置では、作業枠体６の側部に噴射口を外側に向けた壁面清掃用噴射ノズル７，７...を備え、水中壁面５に向けて高圧水等の高圧流体を噴射しつつ作業枠体６を壁面に沿って移動させることにより、水中壁面５を傷つけることなく、不要な土砂を水底に掻き落とすことができ、掻き落とされた土砂は排砂手段９により除去されるので高品質に仕上げることができる。

よって、この清掃装置を使用した方法によれば、水底面及び水中壁面に残存した不要な土砂の除去作業を潜水士の手作業に依らずに効率的に行え、工費の削減及び工期の短縮を図ることができる。

また、この清掃装置は、作業枠体６に噴射口を水底面側に向けた水底面清掃用噴射ノズル１５，１５...を備え、水底面４に向けて高圧水等の高圧流体を噴射するようにしたことにより、水中壁面５から掻き落された土砂や水底面４の不要な土砂を攪拌して巻き上げることができ、効率良く排砂手段９によって水底部の土砂を吸引して除去できる。

更に、本発明方法では、水中を移動する作業枠体６の位置及び高さを、水上に位置する吊り枠１０の位置及び高さを計測し、それに基づいて算出するので、視界不良でも確実に且つ安全に作業を行うことができる。

尚、上述の実施例では、作業枠体６を起重機船のクレーンに吊り持ちさせた例について説明したが、作業枠体を岸壁等の陸上部に設置されたクレーンを用いて吊り持ちさせるようにしてもよい。

また、上述の実施例では、水底地盤に地盤改良部を有し、水底面及び水中壁面に地盤改良部を露出させた例について説明したが、本発明はこれに限定されず、地盤改良部を有しない場合にも適用することができる。

また、上述の実施例では、水中壁面が水底面より垂直に切り立った場合を例に説明したが、水中壁面は、水底面より斜めに切り立った形状のもの（法面）であってもよい。

尚、上述の実施例では、排砂手段に作業枠体に固定された複数の排砂ポンプを備えた例について説明したが、揚土用ポンプを船上又は作業船近傍に設置し、作業枠体には排砂ホースの先端（吸引部）を支持させるようにしてもよい。

１ 台船
２ クレーン
３ 起重機船
４ 水底面
５ 水中壁面
６ 作業枠体
７ 壁面清掃用噴射ノズル
８ 高圧流体供給手段
９ 排砂手段
１０ 吊り枠
１１ 側部用梁材
１２ 横梁材
１３ 中央横梁材
１４ 補強梁材
１５ 水底面清掃用噴射ノズル
１６ 供給ホース
１７ａ，１７ｂ 供給手段本体
１８ 拡散防止用蓋
１９ 排砂ポンプ
２０ 排砂ホース
２１ 吊り具
２２ 縦吊りワイヤ
２３ 斜めワイヤ
３０ ＧＮＳＳアンテナ
３１ ＧＮＳＳ受信処理機本体
３２〜３４ コンピュータ機器

Claims (6)

1. 水底面より垂直又は斜めに切り立った水中壁面の不要な土砂を除去するための水中壁面の清掃装置であって、
   クレーンに吊り持ちされて水中で上下及び水平方向に移動可能な水平方向に長い作業枠体と、該作業枠体の一方の側部とその反対側の側部とにそれぞれ噴射口を外側に向けて支持させた複数の壁面清掃用噴射ノズルと、前記両側部にそれぞれ配置された壁面清掃用噴射ノズルに高圧流体を供給する高圧流体供給手段と、水底面側に向けて吸引部が前記作業枠体に支持された排砂手段とを備え、前記水中壁面に対し前記作業枠体が姿勢制御されるようにしていることを特徴とする水中壁面の清掃装置。
2. 噴射口を水底面側に向けて前記作業枠体に支持させた複数の水底面清掃用噴射ノズルを備えている請求項１に記載の水中壁面の清掃装置。
3. 前記作業枠体には、その上面を閉鎖する拡散防止用蓋を備えている請求項１又は２に記載の水中壁面の清掃装置。
4. 前記各壁面清掃用噴射ノズルは、水底面側に傾けて設置されている請求項１〜３の何れか１に記載の水中壁面の清掃装置。
5. 前記作業枠体を水上で前記クレーンに吊り持ちさせた吊り枠に吊り部材を介して吊り下げるとともに、前記吊り枠の位置及び方位を計測する枠体位置計測手段を備え、該枠体位置計測手段の計測結果に基づき前記作業枠体の位置及び方位を算出するようにしている請求項１〜４の何れか１に記載の水中壁面の清掃装置。
6. 水底面より垂直又は斜めに切り立った壁面の不要な土砂を除去するための水中壁面の清掃方法であって、
   クレーンに吊り持ちされた水平方向に長い作業枠体をその一方の側部に支持させた複数の壁面清掃用噴射ノズルが前記水中壁面に対向するように水中に吊り下ろし、前記作業枠体の両側部に配置された前記壁面清掃用噴射ノズルから圧縮流体を水中壁面側及びその反対側に向けて噴射させ、前記作業枠体を姿勢制御しつつ前記水中壁面に沿って上下及び水平方向に移動させることにより前記不要な土砂を水底に掻き落とすとともに、水底に滞留する土砂を水底面側に吸引部を向けて作業枠体に支持させた排砂手段により吸引し、排砂ホースを通して他所へ移送することを特徴とする水中壁面の清掃方法。

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