JP6192756B2 - ケーソン中詰材の投入管理方法及び投入管理装置 - Google Patents

Description

本発明は、ケーソン中詰材の投入を管理する技術に関する。

特許文献１には、複数の隔室を有するケーソンの各隔室に中詰材を投入するための管理システムが開示されている。具体的には、ブームおよび投入部を駆動して中詰材をケーソンの隔室に投入する中詰材投入手段を有する船と、中詰材の投入時における投入部の平面座標を計測する座標計測手段と、ケーソンの各隔室の平面座標および中詰材投入情報をそれぞれ記憶する情報処理手段とを備え、情報処理手段は、中詰材の投入時に、その中詰材が投入された隔室を計測された投入部の平面座標に基づいて特定し、中詰材投入情報を特定された隔室と関連付けて記憶する。

特開２０１３−４０４７２号公報

特許文献１で開示されたシステムは、中詰材の投入量をバケットの容積と投入回数とから求めるように構成されている。しかし、バケットで掴み取られる中詰材の体積は、バケットの容積と等しいとは限らない。また、毎回同じ量の中詰材がバケットで掴み取られるとは限らない。従って、この技術では、中詰材の投入量の管理を十分な精度で行うことができない。
そこで、本発明は、ケーソンの中詰材の投入量の管理の精度を向上させることのできる技術を提供する。

本発明は、隔室水が注入された複数の隔室を有するケーソンの前記隔室の各々に中詰材を複数回に分割して投入する投入過程と、各々の前記隔室の初期水位と当該隔室に中詰材が投入されたときの投入後水位との差に基づいて、当該隔室に投入された中詰材の投入量を算出する算出過程と、中詰材の新たな投入によって隔室水があふれる隔室が存在する場合に、水面が中詰材の上端よりも高い位置を保つように当該隔室から隔室水の一部を排水する排水過程と、排水後の水位を前記初期水位に設定する再設定過程とを備えるケーソン中詰材の投入管理方法を提供する。
上記の構成において、前記算出過程において、各々の前記隔室の初期水位と投入後水位の差と、前記中詰材の間隙率とに基づいて、当該隔室に投入された中詰材の投入量を算出してもよい。
上記の構成において、前記初期水位における前記隔室の水量は、予定された投入量の中詰材が当該隔室に投入されたときに当該隔室の上端からあふれ出ない水量であってもよい。
上記の構成において、前記ケーソンには、前記隔室間を連通する連通孔が少なくとも１箇所設けられており、各々の前記隔室に中詰材が投入される前に当該連通孔を閉塞する閉塞過程を備えてもよい。
また、本発明は、隔室水が注入された複数の隔室を有するケーソンにおいて、前記複数の隔室の各々の水位を取得する水位取得手段と、各々の前記隔室の初期水位と当該隔室に中詰材が投入されたときの投入後水位との差に基づいて、当該隔室に投入された中詰材の投入量を算出する算出手段と、中詰材の新たな投入によって隔室水があふれる隔室が存在する場合に、排水が必要である旨を報知する報知手段と、排水後の水位を前記初期水位に設定する再設定手段とを備えるケーソン中詰材の投入管理装置を提供する。

本発明によれば、ケーソンの中詰材の投入量の管理の精度を向上させることができる。

ケーソン２の斜視図。 ケーソン２の断面図。 ＰＣ１２のハードウェア構成を示す図。 中詰材の投入高を管理する手順を示す流れ図。 中詰材の投入高と水位の変化を示す図。 中詰材の投入高の算出の仕組みを示す図。

本発明を実施するための形態の一例について説明する。本実施形態は、ケーソン中詰材の投入量を管理する手法を示すものである。
図１は、ケーソン２の斜視図である。同図には、既設のケーソン１と、このケーソン１に隣接する据付中のケーソン２が図示されている。既設のケーソン１は、中詰と蓋コンクリートの施工が完了している。ケーソン２は、隔壁３で仕切られた複数の隔室４を備える。なお、同図は一例を示すものであり、隔室４の数や配置はこの例に限定されない。

図２は、図１のＡ−Ａ線におけるケーソン２の断面図である。各々の隔室４には、水位センサ５が設けられる。隔室４の隅角部には、上下方向に延びる保護管６が設けられており、水位センサ５と通信ケーブル７が保護管６の内部に収容される。保護管６は、隔室４に投入された中詰材による土圧から水位センサ５と通信ケーブル７を保護する。水位センサ５は、隔室４の底部に配置され、検知した水圧に基づいて水位を計測し、計測された水位を表す水位データを出力する。隔壁３の下部には連通孔８が設けられており、連通孔８を通じて隔室４間を水が流動することにより、中詰材投入前の隔室４の水位が平均化される。なお、連通孔８が設けられていない隔壁３が存在する場合もある。例えば、図１に例示した１２個の隔室４を図２に例示した３個の隔室４からなる４つのグループに分け、グループ毎に互いに隣接する隔室４間の隔壁３に連通孔８を設け、グループを隔てる隔壁３には連通孔８を設けないという場合もあり得る。このような場合には、各々のグループ内で水位が平均化される。

据付中のケーソン２の上部には、複数の全方位プリズム９が設けられる。図示されているように、ケーソン２の上部の四隅のそれぞれに全方位プリズム９を設けるのが望ましい。既設のケーソン１の上部には、測量機器１０が設けられる。測量機器１０は、例えば、自動追尾トータルステーションであり、ケーソン２が変位した場合でも全方位プリズム９を自動的に追尾して測位を行い、全方位プリズム９の位置を表す測位データを出力する。

既設のケーソン１の上部には、通信装置１１が設けられる。水位センサ５と測量機器１０は、通信ケーブル７によって通信装置１１に接続され、通信装置１１は、水位センサ５から水位データを、測量機器１０から測位データを、それぞれ受信する。陸上の事務所などにはＰＣ１２（パーソナルコンピュータ）が設けられる。通信装置１１は、無線又は有線通信により、水位データと測位データを定期的にＰＣ１２に送信する。

図３は、ＰＣ１２のハードウェア構成を示す図である。ＰＣ１２は、制御部１３、記憶部１４及び通信部１５を備える。制御部１３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの演算装置と、ＲＯＭ（Read Only Memory）やＲＡＭ（Random Access Memory）などの記憶装置とを備える。ＲＯＭには、ハードウェアやＯＳ（Operating System）の起動の手順を記述したファームウェアが記憶される。ＲＡＭは、ＣＰＵが演算を実行する際のデータの記憶に用いられる。記憶部１４は、例えばハードディスク記憶装置を備え、ＯＳやアプリケーションプログラムなどが記憶される。通信部１５は、通信装置１１と無線又は有線通信で通信を行うための通信インターフェースである。

次に、中詰材の投入量の管理について説明する。本実施形態では、一例として、中詰材の投入量を、隔室４内での中詰材の高さ（以下、投入高という。）で表す。
図４は、中詰材の投入高を管理する手順を示す流れ図である。図５は、中詰材の投入高と水位の変化を示す図である。

＜ステップＳ０１＞
最初に、初期水位を計測する（図５（ａ）参照）。初期水位とは、着底後のケーソンを確実に安定させるために中詰材を投入する作業において、その投入高の管理を開始する時点での水位である。その一例として、本実施形態では、中詰材を投入していないときの水位を初期水位とする。ケーソン２は、隔室４に注入された水（以下、隔室水という。）の重量によって沈められるため、着底後のケーソン２の隔室４は或る量の隔室水で満たされている。隔室水は連通孔８により隔室４間を流動し得るから、図示した例では３個の隔室４の水位が等しくなる。ＰＣ１２の制御部１３は、このときの水位データを取得して、その水位を初期水位Hwoに設定する。

本実施形態では、詳しくは後述するが、隔室の水位に基づいて中詰材の投入高を管理する。この場合、中詰材上端が水面よりも高くなると、水位に投入高が反映されなくなる。また、投入された中詰材の上端には不陸が生じることが避けられないが、中詰材上端の一部だけ水面から突出した場合にも、水位に投入高が反映されなくなる。
いずれにしても、本実施形態では、水面が中詰材上端よりも高い位置を保つことを前提条件としている。

ここで、中詰材上端の不陸について補足する。投入する中詰材料としては、砂、砕石、スラグ等、一般に粒径が小さい材料が使用される。その場合、不陸も小さくなるので、中詰材上端の一部だけ水面から突出している状況では、中詰材上端と水面とが同じ高さと見なしても、中詰材の投入量管理の精度に及ぼす影響は小さい。

一方、初期水位の高さによっては、予定した量の中詰材を投入し終えるよりも前に隔室水があふれてしまう場合があるため、隔室水があふれることが予想される場合には、当該隔室水の一部を排水することが望ましい。その場合には、排水後の水位を測定して、この水位を初期水位に設定する。

＜ステップＳ０２＞
次に、連通孔８を閉塞する（図５（ｂ）参照）。潜水士が隔室４内に潜水して連通孔８を閉塞する。閉塞後の水位は、実質的に初期水位と同じである。

＜ステップＳ０３＞
次に、各々の隔室４に中詰材を投入し、中詰材が投入されたときの水位（以下、投入後水位という。）を計測する（図５（ｃ）参照）。ＰＣ１２の制御部１３は、投入後水位を示す水位データを取得する。中詰材はガット船からバケットで投入されるため、毎回同じ量の中詰材が投入されるとは限らない。そのため、各々の隔室４に同じ回数だけ中詰材を投入したとしても、図示したように、隔室４間で投入高に差が生じる。なお、投入された中詰材の上端には不陸が生じているが、以下の説明では図示のように中詰材の上端が水平であると仮定する。

＜ステップＳ０４＞
次に、隔室４毎に、中詰材の投入高を算出する。
図６は、中詰材の投入高の算出の仕組みを示す図である。投入前の中詰材の間隙の飽和度が０％の場合、間隙に流入する隔室水の体積は間隙の体積に等しいから、中詰材投入後の全体の体積は、隔室水の初期体積と中詰材の体積（粒子＋間隙）の和よりも間隙の体積の分だけ小さくなる。つまり、中詰材投入後の全体の体積は、隔室水の初期体積に対して、中詰材の粒子の体積の分だけ増加する。

一方、投入前の飽和度が０％でない場合、飽和度に相当する量の間隙水が予め間隙に含まれているから、中詰材投入後の全体の体積は、隔室水の初期体積に対して、中詰材の粒子と間隙水の体積の和に相当する分だけ増加する。投入前の飽和度が１００％の場合、間隙水の体積は間隙の体積に等しいから、中詰材投入後の全体の体積は、隔室水の初期体積に対して、中詰材の体積（粒子＋間隙）の分だけ増加する。

以下の例では、理解を容易にするために、投入前の中詰材の間隙の飽和度が０％であると仮定する。間隙率は、試験等によって予め得られたデータをＰＣ１２に設定しておく。間隙率の試験方法は、いかなる方法を用いてもよい。ＰＣ１２の制御部１３は、初期水位と投入後水位を表す水位データと設定された間隙率とに基づいて式（１）によって隔室４毎の中詰材の投入高を算出する。

Hs：中詰材の投入高、
Vs：中詰材の粒子の体積、
Vv：中詰材の間隙の体積、
Hwo：初期水位、
Hw：投入後水位、
n：間隙率、
ΔHw：初期水位と投入後水位との水位差
とすると、
ΔHw＝Hs×Vs／（Vs＋Vv）
∴Hs＝ΔHw×（Vs＋Vv）／Vs
である。ここに、
ΔHw＝Hw−Hwo
n＝Vv／（Vs＋Vv）
∴（Vs＋Vv）／Vs＝1／（1−n）
であるから、
Hs＝（Hw−Hwo）／（1−n） 式（１）
である。なお、投入前の飽和度が０％でない場合には飽和度が０％の場合よりも間隙水の分だけ水位差ΔHwが大きくなるから、その場合の投入高の算出には、飽和度に応じた間隙水の体積を加味した算出式を用いればよい。

＜ステップＳ０５＞
次に、隔室間の中詰材の投入高の差が許容範囲内か否かを判定する。具体的には、隔室間の中詰材の投入高の差が著しく大きくなった場合、土水圧によって隔壁が破損したり、ケーソンに傾斜が生じるおそれがある。そのため、予め、隔室間の中詰材の投入高の差について、隔壁の破損やケーソンの傾斜が生じない許容範囲を定めておく。なお、ケーソンに偏荷重が作用しないように、互いに隣接する隔室間に限らず、互いに離れた隔室間でもこの判定を行うことが望ましい。ステップＳ０４で算出した隔室毎の投入高の差がこの許容範囲内である場合（ステップＳ０５：ＹＥＳ）には、制御部１３の処理はステップＳ０６に進み、許容範囲を超えた場合（ステップＳ０５：ＮＯ）には、制御部１３の処理はステップＳ０９に進む。

＜ステップＳ０９＞
隔室間の投入高の差が許容範囲を超え、隔壁の破損やケーソンの傾斜が生じるおそれがあることから、制御部１３は例えば警報のメッセージをＰＣ１２のモニタに出力する。この警報により、作業員は中詰材の投入手順などを再検討して、ステップＳ０３に戻る。

＜ステップＳ０６＞
予定量の中詰材の投入が完了したか否かを判定する。具体的には、制御部１３が、隔室４毎に中詰材の投入量が予定量に達したか否かを判定し、全ての隔室４について予定量の投入が完了した場合（ステップＳ０６：ＹＥＳ、図５（ｆ）参照）には、処理を終了し、予定量に達していない隔室４が残っている場合（ステップＳ０６：ＮＯ）には、制御部１３の処理はステップＳ０７に進む。

＜ステップＳ０７＞
次に、排水が必要か否かを判定する。具体的には、制御部１３は、中詰材の新たな投入によって隔室水があふれる隔室が存在する場合には排水が必要と判定し（ステップＳ０７：ＹＥＳ）、排水が必要である旨のメッセージをモニタに出力し、制御部１３の処理はステップＳ０８に進む。排水が必要な隔室が存在しない場合（ステップＳ０７：ＮＯ）には、ステップＳ０３に戻る。

＜ステップＳ０８＞
次に、排水後の水位を計測し、初期水位を再設定する（図５（ｅ）参照）。具体的には、作業員は、排水が必要と判定された隔室４からポンプで排水する。そして、制御部１３は、排水後の水位Hwを初期水位Hwoに設定する。なお、前述のとおり、本実施形態では、水面が中詰材の上端よりも高い位置を保つことを前提条件としているから、排水後の水面が中詰材の上端よりも高い位置を保つように排水量を調整することが必要である。
Hs'：中詰材の投入高、
Hw'：投入後水位
とすると、
Hs'＝Hs＋（Hw'−Hwo）／（1−n） 式（２）
である。以上の処理が完了したならば、ステップＳ０３に戻って中詰材の投入を行う（図５（ｄ）参照）。

以上、説明したように、本実施形態は、複数の隔室を有するケーソンにおいて、各々の前記隔室の初期水位と当該隔室に中詰材が投入されたときの投入後水位との差に基づいて、当該隔室に投入された中詰材の投入量を管理する管理過程を備えるケーソン中詰材の投入管理方法の一例である。初期水位と投入後水位の差は、実際に投入された中詰材の投入量を反映した値であるから、本実施形態によれば、ケーソンの中詰材の投入量（投入高）の管理の精度を向上させることができる。

また、本実施形態は、前記管理過程において、各々の前記隔室の初期水位と投入後水位の差と、前記中詰材の間隙率とに基づいて、当該隔室に投入された中詰材の投入量を算出するように構成されているから、中詰材の実際の投入量（投入高）を正確に求めることができる。

また、本実施形態は、各々の前記隔室に注入された水の一部を排水する排水過程と、排水後の水位を初期水位として計測する初期水位計測過程とを備えるから、ケーソンの据付時に利用した水を中詰材の投入量（投入高）の算出に利用することができる。

また、本実施形態は、前記ケーソンには、前記隔室間を連通する連通孔が少なくとも１箇所設けられており、各々の前記隔室に中詰材が投入される前に当該連通孔を閉塞する閉塞過程を備えるから、連通孔に詰まった中詰材の間隙を水が通過して隣接する隔室に流入することが防がれる。すると、隔室間で中詰材の投入量や投入後水位に差が生じた場合に隔室間の水の移動が生じないから、投入量（投入高）を正確に求めることができる。

＜変形例＞
上記の実施形態を次のように変形してもよい。
＜変形例１＞
ステップＳ０５において、中詰材の投入高の差に代えて投入高の比が許容範囲内か否かを判定するようにしてもよい。
ステップＳ０５において、中詰材の投入高の差（又は比）に代えて水位の差（又は比）が許容範囲内か否かを判定するようにしてもよい。隔室内の水位は、中詰材の投入高が反映されているため、隔壁の破損やケーソンの傾斜の危険性を水位に基づいて判定することが可能だからである。

＜変形例２＞
ステップＳ０１において、初期水位における隔室の水量は、予定された投入量の中詰材が当該隔室に投入されたときに当該隔室の上端からあふれ出ない水量であることが望ましい。この構成によれば、ステップＳ０８における排水や初期水位の再設定の手間が生じることを防ぐことができる。

＜変形例３＞
上記の実施形態では、水位センサを用いて水位を計測する例を示したが、水位の計測にはいかなる手段を用いてもよい。例えば、レーザ光を用いて対象物との距離を計測する計測装置を隔室の上方に設置して水位を計測するようにしてもよい。

＜変形例４＞
例えば、上部斜面堤に用いる異形ケーソンでは、浮遊時のケーソンの傾斜を防止するためにいずれかの隔室にバラストを投入する場合がある。このような場合には、水位センサをバラストの上端よりも高い位置に設置することが望ましい。この場合、バラストが投入済みの状態で初期水位の計測が行われる。

＜変形例５＞
上記の実施形態では、全方位プリズムと測量機器を用いてケーソンの測位を行う例を示したが、他の手段によって測位を行うようにしてもよい。例えば、航法衛星から送信された信号を受信する受信機をケーソンの上部の複数の位置に設けて、受信した信号に基づいてケーソンの位置を測位するようにしてもよい。

＜変形例６＞
上記の実施形態では、中詰材の投入量を投入高で表す例を示したが、中詰材の投入量を投入された中詰材の体積や重量などで表すようにしてもよい。

１ ケーソン、２ ケーソン、３ 隔壁、４ 隔室、５ 水位センサ、６ 保護管、７ 通信ケーブル、８ 連通孔、９ 全方位プリズム、１０ 測量機器、１１ 通信装置、１２ ＰＣ、１３ 制御部、１４ 記憶部、１５ 通信部

Claims (5)

1. 隔室水が注入された複数の隔室を有するケーソンの前記隔室の各々に中詰材を複数回に分割して投入する投入過程と、
   各々の前記隔室の初期水位と当該隔室に中詰材が投入されたときの投入後水位との差に基づいて、当該隔室に投入された中詰材の投入量を算出する算出過程と、
   中詰材の新たな投入によって隔室水があふれる隔室が存在する場合に、水面が中詰材の上端よりも高い位置を保つように当該隔室から隔室水の一部を排水する排水過程と、
   排水後の水位を前記初期水位に設定する再設定過程と
   を備えるケーソン中詰材の投入管理方法。
2. 前記算出過程において、各々の前記隔室の初期水位と投入後水位の差と、前記中詰材の間隙率とに基づいて、当該隔室に投入された中詰材の投入量を算出する請求項１に記載のケーソン中詰材の投入管理方法。
3. 前記初期水位における前記隔室の水量は、予定された投入量の中詰材が当該隔室に投入されたときに当該隔室の上端からあふれ出ない水量である請求項１又は２に記載のケーソン中詰材の投入管理方法。
4. 前記ケーソンには、前記隔室間を連通する連通孔が少なくとも１箇所設けられており、前記隔室に中詰材が投入される前に当該連通孔を閉塞する閉塞過程を備える請求項１乃至３のいずれか１項に記載のケーソン中詰材の投入管理方法。
5. 隔室水が注入された複数の隔室を有するケーソンにおいて、前記複数の隔室の各々の水位を取得する水位取得手段と、
   各々の前記隔室の初期水位と当該隔室に中詰材が投入されたときの投入後水位との差に基づいて、当該隔室に投入された中詰材の投入量を算出する算出手段と、
   中詰材の新たな投入によって隔室水があふれる隔室が存在する場合に、排水が必要である旨を報知する報知手段と、
   排水後の水位を前記初期水位に設定する再設定手段と
   を備えるケーソン中詰材の投入管理装置。

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