JP7252099B2 - 浚渫用アタッチメント及び浚渫システム - Google Patents

Description

本発明は、浚渫用アタッチメント及び浚渫システムに関する。

ダム湖等の貯水池では、雨水や河川水等とともに流れ込んだ土砂が湖底に堆積し、湖底に土砂が堆積することにより貯水池の貯水性能が低下し得る。そこで、ダム湖等においては、湖底に堆積した土砂（堆砂）が様々な方法により除去されている。
この堆砂の除去方法として、陸上掘削と浚渫が挙げられる。陸上掘削では、堆砂の掘削に際して貯水池の貯水位を低下させる必要があることから、ダムの運用制限を要する。また、貯水池の上流域に掘削範囲が限定されるといった課題を内包する。
一方、水上から浚渫する方法には、グラブ浚渫やポンプ浚渫等がある。湖底に堆積した堆砂の中には、巨礫や流木、沈木、塵芥といった異物が一般に混じっており、ポンプ浚渫においては、ポンプや配管がこの異物により閉塞し、閉塞の都度ポンプや配管から異物を取り除くメンテナンスを余儀なくされることから、堆砂除去効率が著しく低下する恐れがある。そこで、ポンプを用いた浚渫に際しては前工程として堆砂と異物を分別するのが好ましいものの、水中における堆砂と異物の分別は実質的に不可能である。

ここで、掘削手段によって水底から掘削された掘削土砂を排土する際に、掘削土砂に含まれている枝や石等の夾雑物が、排土手段に詰まってしまうことを防ぐことができ、土砂を効率良く浚渫することのできる浚渫装置が提案されている。具体的には、水底の土砂を掘削するカッタと、カッタの上方に設けられている筒体部と、カッタと筒体部の底部を閉塞している隔壁との間に形成されたチャンバと、カッタに設けられた開口部を通じて、チャンバ内に取り込まれた掘削土砂をサンドポンプによって排出する排土手段とを備えている浚渫装置である（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６－２１４２６３号公報

特許文献１に記載の浚渫装置によれば、湖底に堆積した堆砂をポンプにて浚渫するに当たり、堆砂中に存在し得る巨礫や流木、沈木、塵芥といった異物がポンプや配管を閉塞する課題を解消することができる。
ところで、ポンプや配管が閉塞する原因としては、上記する異物の他にも、吸引された泥水が高い土砂濃度を有することが挙げられる。このような土砂濃度の高い泥水の吸引を防止するべく、オペレーティングによりポンプによる吸引泥水量を調節する方法や、浚渫用アタッチメントの先端回転部に鍔を設けて当該浚渫用アタッチメントの堆砂への貫入量を制限する方法が挙げられる。しかしながら、オペレーティングによる方法では、堆砂の吸引が断続的となり、浚渫用アタッチメントの堆砂への貫入量を制限する方法では、ポンプ能力を制限することになり、いずれの方法によっても浚渫効率が低下する恐れがある。さらに、大深度の浚渫に際して浚渫用アタッチメントを適用する場合に、オペレーティングによる方法では浚渫効率の低下は一層顕著になり得る。
従って、堆砂中に存在し得る異物によるポンプや配管の閉塞を解消できることに加えて、高い土砂濃度の泥水によるポンプや配管の閉塞を解消することのできる浚渫用アタッチメントや浚渫システムの開発が望まれる。

本発明は、ポンプを用いて堆砂を浚渫するに当たり、ポンプや配管を閉塞させることなく、効率的な浚渫を実現することのできる浚渫用アタッチメント及び浚渫システムを提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による浚渫用アタッチメントの一態様は、
水中作業機に取り付けられる、浚渫用アタッチメントであって、
ポンプと、
前記ポンプに連通する吸引管及び輸送管と、
前記吸引管の吸引口を包囲して複数の開口と切削ビットを備えているスクリーンと、
前記スクリーンを回転させるアクチュエータと、を有し、
前記吸引管の途中位置には給水口が設けられており、
前記ポンプの作動により、前記スクリーンの有する前記開口を介して前記吸引管に浚渫土砂が取り込まれ、かつ前記給水口を介して前記吸引管に清水が取り込まれ、該清水と前記浚渫土砂がともに前記吸引管を介して前記ポンプに吸引され、前記輸送管を介して輸送されることを特徴とする。

本態様によれば、吸引管の途中位置に給水口が設けられていることにより、ポンプを作動した際に、スクリーンの有する開口を介して吸引管に浚渫土砂が取り込まれ、給水口を介して吸引管に清水が取り込まれ、清水と浚渫土砂がともに吸引管を介してポンプに吸引されることにより、吸引された泥水中の浚渫土砂の濃度を清水にて低減することができる。このことにより、高い土砂濃度の泥水によるポンプや配管の閉塞を解消することができる。
また、吸引管の吸引口を包囲するようにして、複数の開口を備えているスクリーンが配設されていることにより、巨礫や流木、沈木、塵芥といった異物がスクリーン内に取り込まれ難くなり、吸引管やポンプがこれら異物によって閉塞することも解消される。
さらに、切削ビットを備えているスクリーンがアクチュエータにて回転することから、ポンプによる吸引力にてスクリーンの開口に異物が近接した場合に、切削ビットによって異物を弾いたり砕くことができるため、異物による吸引管等の閉塞防止効果は一層高くなる。

本態様の浚渫用アタッチメントが取り付けられる水中作業機としては、湖底を走行する作業機、台船から垂下されるシャフトに沿って昇降する作業機、台船からワイヤにて吊り下げられている作業機など、様々な形態の水中作業機が挙げられる。
また、「土砂濃度」とは、例えば、土砂の土粒子部分の体積と、土砂混じり水（泥水）の体積とから求められる体積土砂濃度のことである。ポンプや吸引管を閉塞する土砂濃度は、実施工に先んじて、実際に適用されるポンプや吸引管を用いた試験施工を行い、ポンプや吸引管を閉塞し得る土砂濃度を予め特定しておき、この土砂濃度未満に調整できる給水口の寸法を特定しておくのが望ましい。例えば、この試験施工により、吸引管等を閉塞する土砂濃度が２０％程度と特定されている場合に、目標土砂濃度を１５％や１０％程度に設定し、この目標土砂濃度を満たすように給水口の寸法（口径）を設定することができる。また、その他、吸引管の管径、スクリーンの開口（スクリーン開口）等も、浚渫土砂の吸引効率や異物等の非閉塞性等を勘案して設定するのが好ましい。
また、給水口には、適宜の長さの給水管が取り付けられてもよい。また、吸引管には、直管や、直管とベント管のユニット管などが適用でき、吸引管における給水口の開設位置も、堆砂吸引時に撒き上がった堆砂が給水口に入り込まない位置（吸引口から離れた位置）に設定されるのが望ましい。さらに、給水口を介して吸引管に提供される清水としては、湖水の他、地上から供給される水道水や雨水、浄水等が含まれる。

また、本発明による浚渫用アタッチメントの他の態様は、前記吸引管が外管と内管を備えた二重管であり、
前記給水口を介して前記吸引管に供給された清水が、前記外管と前記内管の間の外側流路を流れ、前記内管の吸引口を回り込んで該内管の内部の内側流路に導入され、該内側流路に取り込まれる浚渫土砂とともに前記ポンプにより吸引されることを特徴とする。

本態様によれば、給水口を介して供給された清水が、二重管からなる吸引管の外側流路を吸引口側へ流れ、内管の吸引口を回り込んで内管の内部の内側流路に導入されることにより、内管の吸引口から浚渫土砂と清水をともに吸引することができ、清水による浚渫土砂の土砂濃度をより一層効果的に低減することができる。吸引管が単管からなる場合には、吸引管の吸引口から清水の給水口までの過程で清水による土砂濃度低減を行うことはできないが、吸引管が二重管からなる場合には、内管の吸引口から清水による土砂濃度の低減を図ることが可能になるためである。

また、本発明による浚渫用アタッチメントの他の態様は、前記内管の有する吸引口が、前記外管の有する吸引口よりも吸引方向下流側に位置していることを特徴とする。

本態様によれば、内管の有する吸引口が外管の有する吸引口よりも吸引方向下流側に位置していることにより、清水が二重管からなる吸引管の外側流路を流れ、内管の吸引口を回り込んで内管の内部の内側流路に導入される際に、内側流路に導入されずに外部に流れ出す清水を抑制して、効果的に清水を内側流路に導入することができる。ここで、「吸引方向下流側」とは、吸引管が取り付けられているポンプ側を意味している。尚、外管の吸引口と内管の吸引口のレベル差（外管の吸引口から内部に入り込んだ内管の吸引口までの距離）も、実際に適用されるポンプや二重管からなる吸引管を用いた試験施工を行い、効果的に清水が内側流路に導入されるレベル差を特定するのが望ましい。

また、本発明による浚渫用アタッチメントの他の態様は、前記外側流路における前記給水口よりも吸引方向下流側の位置において、該外側流路における前記清水の流通を遮蔽する遮蔽部材が設けられていることを特徴とする。

本態様によれば、外側流路における給水口よりも吸引方向下流側の位置に遮蔽部材が設けられていることにより、給水口を介して外側流路に供給された清水の一部が、内管の吸引口側と反対側に流れて内側流路に導入されなくなることを解消することができる。例えば、径の異なる二つの鋼管により形成された二重管からなる吸引管においては、外管の内径を有する円盤から内管の外径の円をくり抜いたドーナツ状の遮蔽部材を適用することができる。

また、本発明による浚渫システムの一態様は、
操作室を有する台船と、
前記台船にて保持されて、湖底まで延設するシャフトと、
前記シャフトに対して旋回自在でかつ昇降自在に取り付けられている前記水中作業機と、
前記水中作業機の備えるアームの先端に取り付けられている前記浚渫用アタッチメントと、を有し、
前記操作室の操作盤により、前記水中作業機の旋回及び昇降と、前記浚渫用アタッチメントの各種動作が実行制御されることを特徴とする。

本態様によれば、台船にて保持されて湖底まで延設するシャフトに対して旋回及び昇降する水中作業機のアームの先端に前記浚渫用アタッチメントが取り付けられていることにより、シャフトの延伸によって様々な深度の湖底に対しても浚渫用アタッチメントによる浚渫を行うことができる。この際、シャフトが台船と湖底の二点で安定的に支持されることから、水中作業機のアームの動作に伴う浚渫用アタッチメントによる堆砂の浚渫も安定的に行うことができ、浚渫施工計画に沿った効率的な堆砂の浚渫を実現することができる。
このシステムでは、水中作業機をシャフト周りに旋回させながらアームの伸長範囲までを浚渫することができ、台船を順次移動させながら同様に浚渫を行うことにより、広域な貯水池等であっても可及的に短工期にて堆砂の浚渫を行うことが可能になる。

本発明の浚渫用アタッチメント及び浚渫システムによれば、ポンプを用いて堆砂を浚渫するに際し、ポンプや配管を閉塞させることなく、効率的な浚渫を実現することができる。

実施形態に係る浚渫システムの一例を示す全体構成図である。 シャフトに昇降自在でかつ旋回自在に取り付けられ、実施形態に係る浚渫用アタッチメントがアームに取り付けられている水中作業機を拡大して示す側面図である。 操作室の操作盤のハードウェア構成の一例を示す図である。 実施形態に係る浚渫用アタッチメントの一例の側面図であって、内部を視認できるように一部を破断して示した図である。 図４のV方向矢視図であって、実施形態に係る浚渫用アタッチメントの一例の正面図である。 吸引管の一例の縦断面図であって、堆砂を吸引するとともに清水が供給されている状態をともに示す図である。 図６のVII－VII矢視図である。 吸引管の変形例の縦断面図であって、堆砂を吸引するとともに清水が供給されている状態をともに示す図である。 （ａ）は、吸引管による理想吸引量曲線を示す図であり、（ｂ）は、吸引管による非理想吸引量曲線を示す図である。

以下、実施形態に係る浚渫用アタッチメントと浚渫システムの一例について、添付の図面を参照しながら説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複した説明を省く場合がある。

［実施形態に係る浚渫システム］
はじめに、図１乃至図３を参照して、実施形態に係る浚渫システムの一例について説明する。ここで、図１は、実施形態に係る浚渫システムの一例を示す全体構成図である。また、図２は、シャフトに昇降自在でかつ旋回自在に取り付けられ、実施形態に係る浚渫用アタッチメントがアームに取り付けられている水中作業機を拡大して示す側面図である。

浚渫システム８００は、ダム湖ＤＬにおいて、雨水や河川水等とともに土砂が流れ込んで堆積した堆砂ＳＥを、ポンプを用いて浚渫するシステムである。浚渫システム８００は、操作室６００が搭載された台船４００と、台船４００にて保持されて、湖底まで延設するシャフト２００と、シャフト２００に対して旋回自在でかつ昇降自在に取り付けられている水中作業機３００と、水中作業機３００の備えるアーム３４０の先端に取り付けられている浚渫用アタッチメント１００とを有する。尚、浚渫用アタッチメント１００については以下で詳説する。

台船４００は、中空で直方体状の浮体ブロックを並設して平面視略矩形に構成され、台船４００の上には、発電機５１０、係留ウィンチ５２０、油圧ユニット５３０、操作室６００が載置されている。また、台船４００の一部にはシャフト挿通用の入江４１０が設けられ、入江４１０を平面視コの字状に包囲するようにしてシャフト固定櫓５００が設置されている。シャフト固定櫓５００は、上下キーパーとシャフト固定ピン（いずれも図示せず）を備えており、台船４００上に搭載されているクローラクレーン５４０にて吊り込まれたシャフト２００を固定ピンにて保持しながら、延長シャフト２０１の継ぎ足しや取り外しが順次行わるようになっている。

台船４００は、牽引船（図示せず）にて牽引されたり、台船４００に装備されている走行用のプロペラ（図示せず）を駆動することにより走行する。また、図示例の浚渫システム８００は、浚渫用アタッチメント１００が回転するスクリーンと堆砂を吸引するポンプにより主として構成されるものであるが、バケットやツインヘッダ、リッパー、水中ブレーカー、ドレッサー、エジェクター、エアードリフター等の他種のアタッチメントが適用されてもよく、使用可能性のあるアタッチメントが台船４００に搭載され得る。

シャフト２００は複数本の鋼管を接続することにより構成され、図２に示すようにシャフト２００の先端近傍には水中オーガー２０３が装備され、水中オーガー２０３により先端のケーシングが湖底に固定されるようになっている。すなわち、湖底にある堆砂ＳＥの浚渫に当たり、シャフト２００は、その上端がシャフト固定櫓５００により固定され、その下端が湖底に固定されることにより、安定的に二点支持される。

図２に示すように、水中作業機３００がＸ１方向に昇降できるようにシャフト２００の周囲には複数本のラック２０２が取り付けられている。

水中作業機３００は、シャフト２００の備える各ラック２０２に係合するピニオン（図示せず）を内部に備えた昇降機構３１０と、昇降機構３１０の周囲においてＸ２方向に旋回自在に装備されている旋回機構３２０とを備え、旋回機構３２０が作業機本体を構成している。

作業機本体３２０には、ブーム３３０が回動自在に取り付けられ、ブーム３３０の先端にはアーム３４０が取り付けられ、作業機本体３２０とブーム３３０が油圧シリンダ機構３５０Ａにて接続され、ブーム３３０とアーム３４０が別途の油圧シリンダ機構３５０Ｂにて接続されている。また、アーム３４０の先端には浚渫用アタッチメント１００が取り付けられ、アーム３４０と浚渫用アタッチメント１００がさらに別途の油圧シリンダ機構３５０Ｃにて接続されている。

台船４００上にある発電機５１０から延びる電力ケーブル５１１が作業機本体３２０に電気的に接続され、水中作業機３００の昇降駆動や旋回駆動、油圧シリンダ機構３５０Ａ、３５０Ｂ，３５０Ｃの摺動駆動、浚渫用アタッチメント１００を構成するポンプやアクチュエータの駆動等に要する電力が供給されるようになっている。

シャフト２００の周囲を作業機本体３２０が所定角度旋回して停止し、ブーム３３０及びアーム３４０を逐次伸長しながら浚渫用アタッチメント１００による浚渫を行い、これをシャフト２００の全周に亘って繰り返すことにより、シャフト２００周りの全方位において、ブーム３３０及びアーム３４０の伸長範囲における浚渫が可能になる。そして、固定されたシャフト２００周りにおける堆砂ＳＥの浚渫が終了した後、台船４００を移動させて同様にシャフト２００を湖底に吊り下ろして固定し、水中作業機３００と浚渫用アタッチメント１００による浚渫を同様に行い、この台船４００の移動と堆砂ＳＥの浚渫を順次繰り返すことにより、ダム湖ＤＬの湖底に堆積する堆砂ＳＥの浚渫を行うことができる。

図１に示すように、ダム湖ＤＬの湖底の一角に例えば仮置きピット７００を設けておき、浚渫用アタッチメント１００から延設する輸送管３５の先端を仮置きピット７００に固定しておくことにより、浚渫用アタッチメント１００にて浚渫された堆砂ＳＥが仮置きピット７００に輸送される。尚、浚渫された堆砂ＳＥを仮置きピット７００に輸送する代わりに、水上や地上に設けられている排泥ピットに輸送されてもよい。

また、ブーム３３０やアーム３４０には角度計が装備され（図示せず）、各角度計にて計測された角度データが操作室６００にあるコンピュータに送信されるようになっている。また、シャフト２００の天端位置を、ＧＰＳ（Global Positioning System）やトータルステーションにより計測し、シャフト２００に取り付けられている傾斜計やロータリーエンコーダー（いずれも図示せず）からの計測データとともにコンピュータに送信されるようになっている。そして、コンピュータにて受信された各角度データや各計測データにより、水中作業機３００のアーム３４０の先端位置（浚渫用アタッチメント１００の取り付け位置）を正確に把握することができ、浚渫用アタッチメント１００の位置を都度特定しながら漏れの無い浚渫作業を実施することが可能になる。

さらに、水中作業機３００には、マルチファンビームや超音波水中カメラ（いずれも図示せず）が搭載されており、マルチファンビームから操作室６００にあるコンピュータに湖底の三次元データが送信され、コンピュータのモニタ画面上に湖底の三次元画像が表示されるようになっている。また、超音波水中カメラによる湖底の撮像データも操作室６００にあるコンピュータに送信されるようになっており、暗い湖底がコンピュータのモニタ画面上で可視化され、水中作業機２００のオペレータは、モニタ画面を見ながら水中作業機２００や浚渫用アタッチメント１００を遠隔操作できるようになっている。

次に、図３を参照して、操作室６００にある操作盤６１０のハードウェア構成の一例について説明する。

図３に示すように、操作盤６１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１１、ＲＡＭ（Random Access Memory）６１２、ＲＯＭ（Read Only Memory）６１３、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）６１４、及びＮＶＲＡＭ（Non-Volatile RAM）６１５等を有し、それらがシステムバスによりデータ通信可能に接続されている。

ＲＯＭ６１３には、各種のプログラムやプログラムによって利用されるデータ等が記憶されている。ＲＡＭ６１２は、ＲＯＭ６１３に記憶されているプログラムをロードするための記憶領域や、ロードされたプログラムのワーク領域として用いられる。ＣＰＵ６１１は、ＲＡＭ６１２にロードされたプログラムを処理することにより、各種の機能を実現する。例えば、記憶されている最適なポンプ吸引量に応じてポンプ３０の吸引制御が実行され、最適なスクリーン６０の回転速度（堆砂ＳＥを効果的に吸引管に取り込むことのできる回転速度）に応じたアクチュエータ５０の回転制御が実行される。ＨＤＤ６１４には、プログラムやプログラムが利用する各種のデータ等が記憶される。ＮＶＲＡＭ６１５には、各種の設定情報等が記憶される。

操作室にある各種の操作レバー等をオペレータが操作すると、操作盤６１０により、水中作業機３００や浚渫用アタッチメント１００を構成する各種機器（ハードウェア）の動作が制御される。すなわち、水中作業機３００の昇降機構３１０の昇降駆動や、水中作業機３００の旋回機構３２０の旋回駆動、水中作業機３００の油圧シリンダ機構３５０Ａ，３５０Ｂ，３５０Ｃの摺動駆動、浚渫用アタッチメント１００のスクリーン６０を回転させるアクチュエータ５０の回転駆動、浚渫用アタッチメント１００のポンプ３０の吸引駆動等が制御される。

［実施形態に係る浚渫用アタッチメント］
次に、図４乃至図７を参照して、実施形態に係る浚渫用アタッチメントの一例について説明する。ここで、図４は、実施形態に係る浚渫用アタッチメントの一例の側面図であって、内部を視認できるように一部を破断して示した図である。また、図５は、図４のV方向矢視図であって、実施形態に係る浚渫用アタッチメントの一例の正面図である。さらに、図６は、吸引管の一例の縦断面図であって、堆砂を吸引するとともに清水が供給されている状態をともに示す図であり、図７は、図６のVII－VII矢視図である。

浚渫用アタッチメント１００は、アタッチメント本体１０と、アタッチメント本体１０の内部に配設されているポンプ３０（浚渫ポンプ）と、ポンプ３０の下端においてポンプ３０と流体連通可能に取り付けられている吸引管４０と、アタッチメント本体１０の下端において回転可能に取り付けられているスクリーン６０と、スクリーン６０を回転させるアクチュエータ５０とを有する。

アタッチメント本体１０は、左右一対の側板１１と、側板１１の下部の前後に横架されている横架板１２と、側板１１と横架板１２の下端に固定されている角筒状の枠材１３とを有し、全ての構成部材が鋼板や硬質の樹脂板等から形成されている。

側板１１は途中で屈曲した側面形状を有しており、その上端には、水中作業機３００のアーム３４０の先端に対して回動自在に取り付けられる回動軸２１，２２を備えた取付け板２０が固定されている。

ポンプ３０には吸引した堆砂ＳＥをポンプ外に輸送する輸送管３５が取り付けられており、ポンプ３０の下端に取り付けられている吸引管４０は、鋼製の直管とベント管のユニット管となっており、吸引管４０の下端はアタッチメント本体１０の枠材１３よりも下方に突出している。尚、吸引管は直管のみから形成されてもよく、また、鋼管以外の鋳鉄管や塩ビ管等から形成されてもよい。

スクリーン６０は、鉛直方向に間隔を置いて配設された複数の環状横材６１と、複数の環状横材６１の周方向に間隔を置いて配設されて各環状横材６１と溶接等により接続されるＵ状の縦材６２とを有した略半球状を呈している。複数の環状横材６１と複数の縦材６２が格子状に交差することにより、複数の開口６５が形成されている。図示例のＵ状の縦材６２は、その下方がスクリーン６０の回転方向であるＸ３方向に傾斜する態様で環状横材６１に接続されている。尚、スクリーンは、略半球状以外にも、円錐状や切頭円錐状、円柱状等を呈していてもよい。また、Ｕ状の縦材６２は、傾斜せずに鉛直態様で環状横材６１に接続されてもよい。さらに、縦材６２は、Ｕ状に曲げ加工された図示例の形態以外にも、直線状もしくは若干湾曲した略直線状の形態であってもよい。

環状横材６１は円環状の平鋼により形成され、広幅面が水平方向となるように配設されている。一方、Ｕ状の縦材６２は、平鋼もしくは鋼棒により形成されている。平鋼からなる環状横材６１及び縦材６２の厚み面がスクリーン６０の外周に面するように配設されることにより、各開口６５における所望の開口面積が確保される。

開口６５の形状は、スクリーン６０の上段や中段においては略矩形であり、下段は略三角形状となっている。そして、開口６５の最大寸法（略矩形の対角線の長さ）は、吸引管４０やポンプ３０が閉塞しない程度の大きさの異物（堆砂ＳＥ中に含まれる巨礫や流木、沈木、塵芥）の寸法に設定されており、例えば６０ｍｍ程度に設定することができる。

スクリーン６０においては、その回転方向であるＸ３方向に下端が傾斜した傾斜板材６３が、複数の環状横材６１に対して溶接等により接続されている。ここで、傾斜板材６３は、湾曲状に傾斜してもよいし、直線状に傾斜してもよい。このように、複数の環状横材６１に対して、複数の縦材６２に加えて複数の傾斜板材６３が取り付けられている。傾斜板材６３も、例えば平鋼により形成されており、縦材６２と同様にＵ状に加工されている。そして、縦材６２と異なり、傾斜板材６３はその広幅面がスクリーン６０の外周に面するように配設されている。

傾斜板材６３のうち、スクリーン６０の回転方向前側の端面には、傾斜板材６３の長手方向に間隔を置いて複数の切削ビット６４が取り付けられている。

堆砂ＳＥの浚渫は、吸引管４０の先端の周囲においてスクリーン６０が回転した状態で行われる。このことにより、巨礫や流木、沈木、塵芥といった異物がスクリーン６０に近接した際に、切削ビット６４によって異物を弾いたり砕くことができるため、異物によるスクリーン６０の開口６５の閉塞や吸引管４０の閉塞、さらにはポンプ３０の閉塞が効果的に抑止される。また、回転する切削ビット６４により、湖底にて固結した土砂を切り崩すこともできる。

また、スクリーン６０において、その回転方向であるＸ３方向に下端が傾斜した傾斜板材６３が取り付けられ、傾斜板材６３におけるスクリーン６０の回転方向前側の端面に複数の切削ビット６４が取り付けられていることにより、回転させながら堆砂ＳＥ中にスクリーン６０を挿入する際に、回転方向の前方の下方にある切削ビット６４から順に堆砂ＳＥに接することになる。そのため、可及的に負荷なくスクリーン６０を堆砂ＳＥ中に入り込ませることができ、必要に応じて異物を効果的に切削しながら堆砂ＳＥの浚渫を行うことが可能になる。

さらに、傾斜板材６３はその広幅面がスクリーン６０の外周に面するように配設されていることから、複数の切削ビット６４が異物を切削する際に傾斜板材６３に作用する反力に対して、傾斜板材６３のせん断剛性を確保することができる（広幅面の厚みがせん断剛性に寄与する）。例えば、傾斜板材６３が縦材６２のようにその厚み面がスクリーン６０の外周に面するように配設される場合は、切削ビット６４が傾斜板材６３の広幅面に取付けられることになるが、切削ビット６４からの反力に対して、傾斜板材６３の厚み面の幅がせん断剛性に寄与することになり、図示例のように広幅面の厚みがせん断剛性に寄与する場合と比べてせん断剛性は低くなる。

アクチュエータ５０はモータにより形成され、モータ５０の駆動軸５１とスクリーン６０の基部とが動力伝達ベルト５２により連結されている。

図４に示すように、吸引管４０の途中位置には、給水口４３が開設されており、ポンプ３０を作動させて吸引管４０の吸引口から堆砂ＳＥを吸引する際に、給水口４３からは湖水等の清水を吸引し、吸引された清水により堆砂ＳＥの土砂濃度を低減することを可能にしている。尚、地上や船上から浄水等を清水として供給する形態であってもよい。

ここで、図６及び図７を参照して、吸引管４０の構造と、吸引される堆砂ＳＥの土砂濃度の低減について説明する。

図６に示すように、吸引管４０は、外管４１と内管４２とを備えた二重管により形成され、外管４１と内管４２の間には外側流路４４が形成され、内管４２の内部には内側流路４５が形成されており、外管４１の途中位置に給水口４３が開設されている。尚、給水口４３に対して所定長さの給水配管が接続され、吸引管４０から給水配管が張り出していてもよい。

外管４１の内径はφ１、内管の内径はφ２、外管４１に開設される給水口４３の内径はφ３であり、外管４１の吸引口４１ａから給水口４３の中心までの距離はｔ１である。さらに、内管４２の吸引口４２ａは、外管４１の吸引口４１ａよりも吸引方向下流側であるＬ方向に位置しており、レベル差はｔ２である。

外管４１の吸引口４１ａから給水口４３の中心までの距離ｔ１は、堆砂ＳＥを吸引する際に、撒き上がった堆砂ＳＥが給水口４３に入り込まない距離に設定されるのがよく、実施工に先んじて実施される試験施工にて設定されるのがよい。例えば、距離ｔ１として、１ｍ程度を設定することができる。

ポンプ３０を駆動してＹ１方向に吸引すると、給水口４３を介してＹ２方向に供給された清水は、外側流路４４を吸引口４１ａ側へ流れ、内管４２の吸引口４２ａをＹ３方向に回り込んで内側流路４５に導入される。そして、内管４２の吸引口４２ａから内側流路４５にＹ４方向へ吸引された浚渫土砂ＳＥが清水とともに交じり合い、この際に当初の浚渫土砂の土砂濃度が清水により低減された濃度低減土砂が生成され、濃度低減土砂がポンプ３０へＹ５方向に吸引される。

このように、給水口４３を介して供給された清水が、外側流路４４を吸引口４１ａ側へ流れ、内管４２の吸引口４２ａを回り込んで内側流路４５に導入されることにより、内管４２の吸引口４２ａから浚渫土砂と清水をともに吸引することができ、清水による浚渫土砂の土砂濃度を効果的に低減することができる。このことにより、高い土砂濃度の泥水によるポンプ３０や吸引管４０の閉塞を解消することができる。

また、内管４２の有する吸引口４２ａが外管４１の有する吸引口４１ａよりも吸引方向下流側に位置していることにより、清水が外側流路４４を流れ、内管４２の吸引口４２ａを回り込んで内側流路４５に導入される際に、内側流路４５に導入されずに外部に流れ出す清水を抑制して、二重管４０に供給された清水を効果的に内側流路４５に導入することができる。ここで、吸引口４２ａと吸引口４１ａのレベル差ｔ２により、清水の外部への流れ出し量が変わることから、ポンプ３０による吸引力とレベル差ｔ２に関する最適な組み合わせも試験施工により設定されるのがよい。

また、図６に示すように、外側流路４４における給水口４３よりも吸引方向下流側の位置において、外側流路４４における清水の流通を遮蔽する遮蔽部材４６が設けられている。図７に示すように、遮蔽部材４６はドーナツ状の平面形状を有しており、中空環状の外側流路４４を完全に遮蔽している。

給水口４３よりも吸引方向下流側の位置に遮蔽部材４６が取り付けられていることにより、図６に示すように給水口４３を介して供給された清水が、外側流路４４において、内側流路４５側と反対側の吸引方向下流側へ流れたとしても、遮蔽部材４６に流れが遮られ、内側流路４５側への流れであるＹ６方向に流されることになる。このことにより、給水口４３を介して供給された清水を効果的に内側流路４５に提供することができる。

尚、外管４１の内径φ１、内管の内径φ２、及び給水口４３の内径φ３はいずれも、ポンプ３０による吸引力との関係において目標とする土砂濃度まで低減できるように、それぞれの内径が試験施工等により設定されるのがよい。例えば、清水の供給がない場合に２０％程度の土砂濃度であって、この土砂濃度ではポンプ３０や吸引管４０が閉塞する恐れがある場合に、目標とする土砂濃度である例えば１０％程度となるように、内径φ１、φ２、φ３がポンプ３０の吸引力との関係において設定される。

例えば、ポンプ３０の仕様として、揚程２８ｍ、流量６ｍ^３／分でスクリーン６０の開口６５の最大寸法６０ｍｍの場合に、外管４１の内径φ１を２００ｍｍ、内管の内径φ２を１５０ｍｍ、給水口４３の内径φ３を１００ｍｍに設定することができる。

（吸引管の変形例）
次に、図８を参照して、吸引管の変形例について説明する。ここで、図８は、吸引管の変形例の縦断面図であって、堆砂を吸引するとともに清水が供給されている状態をともに示す図である。

図示する吸引管４０Ａは、鋼管からなる単管４７により形成されている。そして、単管４７の途中位置に給水口４８が開設され、給水口４８に所定長さの給水配管４９が接続されている。

ポンプ３０を駆動してＹ１方向に吸引すると、給水配管４９を介し、給水口４８を介してＹ７方向に供給された清水は、直接的に単管４７の内部流路４７ｂに導入される。そして、吸引口４７ａから内部流路４７ｂにＹ６方向へ吸引された浚渫土砂ＳＥが清水とともに交じり合い、この際に当初の浚渫土砂の土砂濃度が清水により低減された濃度低減土砂が生成され、濃度低減土砂がポンプ３０へＹ８方向に吸引される。従って、吸引管４０Ａを適用した場合でも、清水による浚渫土砂の土砂濃度を効果的に低減することができ、高い土砂濃度の泥水によるポンプ３０や吸引管４０の閉塞を解消することができる。

ただし、図８と図６を比較すると明らかなように、図６においては、浚渫土砂と清水の混合が内管４２の吸引口４２ａから行われるのに対して、図８においては、給水口４８から浚渫土砂と清水の混合が行われる。そのため、吸引された浚渫土砂の全体的な土砂濃度低減性に関しては、二重管により形成される吸引管４０を適用した場合の方が性能に優れている。

［吸引管からの全吸引量、吸引口からの堆砂吸引量、及び給水口からの清水供給量に関する一考察］
次に、図９を参照して、吸引管からの全吸引量、吸引口からの堆砂吸引量、及び給水口からの清水供給量に関する本発明者等による一考察について述べる。ここで、図９（ａ）は、吸引管による理想吸引量曲線を示す図であり、図９（ｂ）は、吸引管による非理想吸引量曲線を示す図である。

吸引管からの全吸引量は、限界沈殿流速との関係において設定される必要がある。図９（ａ）に示す理想吸引量曲線のうち、実線のグラフで示すように、吸引管の吸引口の開口度によらず、全吸引量Ｑは常に限界沈殿流速以上となるように設定されるのがよい。

また、理想吸引量曲線のうち、点線のグラフで示すように、吸引口が完全に閉塞した場合（開口度０％）であっても、給水口からの清水供給量Ｑ１は限界沈殿流速以上となるように設定されるのがよい。

さらに、理想吸引量曲線のうち、二点鎖線のグラフで示すように、通常の吸引時において吸引口からの堆砂吸引量Ｑ２が大きい値を示す（清水供給量Ｑ１が大き過ぎない）ように設定されるのがよい。

これに対して、図９（ｂ）に示す非理想吸引量曲線のうち、実線のグラフで示すように、閉塞率が大きくなった際（０％に近接した際）に全吸引量Ｑが限界沈殿流速を下回るのは好ましくない。

また、非理想吸引量曲線のうち、点線のグラフで示すように、吸引口が完全に閉塞した場合（開口度０％）に、給水口からの清水供給量Ｑ１が限界沈殿流速を下回るのは好ましくない。

さらに、理想吸引量曲線のうち、二点鎖線のグラフで示すように、通常の吸引時において吸引口からの堆砂吸引量Ｑ２が小さい値を示す（清水供給量Ｑ１が大き過ぎる）のは、施工量の低下に繋がることから好ましくない。

本考察に基づき、吸引管からの全吸引量、吸引口からの堆砂吸引量、及び給水口からの清水供給量を設定するのが望ましいと考えられる。

尚、上記実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、また、本発明はここで示した構成に何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。

１０：アタッチメント本体
３０：ポンプ
３５：輸送管
４０：吸引管（二重管）
４０Ａ：吸引管（単管）
４１：外管
４１ａ：吸引口
４２：内管
４２ａ：吸引口
４３：給水口
４４：外側流路
４５：内側流路
４６：遮蔽部材
５０：アクチュエータ（モータ）
６０：スクリーン
６１：環状横材
６２：縦材
６３：傾斜板材
６４：切削ビット
６５：開口
１００：浚渫用アタッチメント
２００：シャフト
３００：水中作業機
３１０：昇降機構
３２０：旋回機構（作業機本体）
３３０：ブーム
３４０：アーム
４００：台船
６００：操作室
６１０：操作盤
７００：仮置きピット
８００：浚渫システム
ＤＬ：ダム湖
ＳＥ：堆砂

Claims (5)

1. 水中作業機に取り付けられる、浚渫用アタッチメントであって、
   ポンプと、
   前記ポンプに連通する吸引管及び輸送管と、
   前記吸引管の吸引口を包囲して複数の開口と切削ビットを備えているスクリーンと、
   前記スクリーンを回転させるアクチュエータと、を有し、
   前記吸引管の途中位置には、該吸引管に吸引された浚渫土砂の土砂濃度の低減を目的として、該吸引管に清水を給水するための給水口が設けられており、
   前記ポンプの作動により、前記スクリーンの有する前記開口を介して前記吸引管に前記浚渫土砂が取り込まれ、かつ前記給水口を介して前記吸引管に前記清水が取り込まれ、該清水によって土砂濃度が低減された浚渫土砂が前記吸引管を介して前記ポンプに吸引され、前記輸送管を介して輸送されることを特徴とする、浚渫用アタッチメント。
2. 前記吸引管が外管と内管を備えた二重管であり、
   前記給水口を介して前記吸引管に供給された前記清水が、前記外管と前記内管の間の外側流路を流れ、前記内管の吸引口を回り込んで該内管の内部の内側流路に導入され、該内側流路に取り込まれる前記浚渫土砂とともに前記ポンプにより吸引されるようになっており、
   前記外管の内径と、前記内管の内径と、前記給水口の内径がいずれも、前記ポンプによる吸引力との関係において、前記土砂濃度を目標土砂濃度まで低減するような内径として、実施工に先んじた試験施工により設定されていることを特徴とする、請求項１に記載の浚渫用アタッチメント。
3. 前記内管の有する吸引口が、前記外管の有する吸引口よりも吸引方向下流側に位置しており、
   前記外側流路における前記給水口よりも吸引方向下流側の位置において、該外側流路における前記清水の流通を遮蔽する遮蔽部材が設けられていることを特徴とする、請求項２に記載の浚渫用アタッチメント。
4. 前記スクリーンは、
   鉛直方向に間隔を置いて配設されている、複数の環状横材と、
   前記複数の環状横材の周方向に間隔を置いて配設されている、複数のＵ状の縦材と、
   前記スクリーンの回転方向に下端が傾斜している傾斜板材とを備え、
   前記傾斜板材は、その広幅面が前記スクリーンの外周に面するように配設されていて、該広幅面において該傾斜板材の長手方向に間隔を置いて複数の前記切削ビットが取り付けられていることを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の浚渫用アタッチメント。
5. 操作室を有する台船と、
   前記台船にて保持されて、湖底まで延設するシャフトと、
   前記シャフトに対して旋回自在でかつ昇降自在に取り付けられている前記水中作業機と、
   前記水中作業機の備えるアームの先端に取り付けられている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の浚渫用アタッチメントと、を有し、
   前記操作室の操作盤により、前記水中作業機の旋回及び昇降と、前記浚渫用アタッチメントの各種動作が実行制御されることを特徴とする、浚渫システム。

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