JPH05247967A - 水中作業設備 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大深度地下空間を構築するに当たって水没環
境下における無人化施工を可能にし、地質上の制限幅を
拡大した水中作業設備を提供する。 【構成】 予め設けた立坑上部に設置される地上支援設
備１と、立坑を介して地下空間に投入および揚収がなさ
れ、水没環境下で稼動可能な作業機２からなり、地上支
援設備１から作業機２は遠隔操作可能に構成し、作業機
２は先端に作業機器１４を取着したブーム１３を装備
し、作業時に作業機２は立坑直下に固定的にセットされ
て作業機器１４を作業位置に到達させて作業することを
特徴とする水中作業設備である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は大深度地下空間を構築
するに当たって水没環境下で遠隔操作され、無人で稼動
する水中作業機に関する。

【０００２】

【従来の技術】トンネルをはじめとして地下空間を構築
するに当たっては、一般に、大気中における掘削が行わ
れるが、掘削による掘削壁面の応力開放によって掘削壁
面にクラックが入り壁面の崩落につながる危険性がある
場合には、気圧、泥水、土圧などを高くするなどして掘
削することもある。

【０００３】掘削壁面は掘削後に早急にコンクリートな
どを用いて覆工することは不可欠の技術とされ、掘削作
業と同時進行的に掘削壁面の覆工が行われる。この掘削
壁面の一般的な覆工方法としては、作業者の手作業によ
って掘削壁面と所定の距離を隔てて型枠を組みながらバ
ッチ的にコンクリート、モルタルなどのライニング材料
（以下、ライニング材料という）を打設して後、一定期
間を放置・養生（硬化）を待ってから型枠を取り外し、
場所を移動して再組み立てを行ってライニング材料を打
設する手法や、掘削壁面に対してライニング材料を吹き
付けて打設するなどの手法が採用されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、大深度地下
（一般に、地下５０ｍ以上をいう）にドーム状の大きな
自由空間を構築するには、空間構築場所まで立坑を設
け、一度に空間全体を掘削するのではなく、空間の天盤
とされる立坑下部から立坑を中心に予定する深さのドー
ム状空間を縦方向に段階状に分けた掘削、いわゆるベン
チカット段を下方に向けて順次に掘削していき、各掘削
ベンチカット段ごとに掘削と壁面覆工を繰り返しながら
構築する施工法が提案されている。

【０００５】上記するような大深度地下空間を構築する
のに、大気中において掘削するとなると、たとえ、ベン
チカット段の掘削であっても深度的に掘削壁面の崩落の
危険性が大きくなるため、水没環境下における掘削が有
効とされる。すなわち、水没環境下における掘削では、
水圧によって掘削壁面に内圧が掛けられて地下水位との
バランスを保つことができて壁面の崩落を防止する効果
があり、さらに泥水条件では地下水位との圧力差が大き
くなり、大気中における掘削に比べて安全性が高くな
る。

【０００６】しかし、水没環境下、特に高水圧とされる
大深度の地下空間の掘削現場には、作業者が直接に出入
りして掘削作業や掘削壁面の覆工作業に従事することは
きわめて困難な面があるので、水中、泥水中における遠
隔操作による無人状態での施工が求められる。

【０００７】この発明は上述の点に鑑みなされたもので
あって、大深度地下空間を構築するに当たって水没環境
下における無人化施工を可能にし、地質上の制限幅を拡
大した水中作業設備を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めのこの発明の要旨とするところは、予め設けた立坑上
部の地上に設置される地上支援設備と、立坑を介して地
下空間に投入および揚収がなされ、水没環境下で稼動可
能な作業機からなり、地上支援設備は主要装備として、
作業機を懸架索を介し懸架して昇降動させるウインチ機
構、作業機の各動作部を遠隔操作する操作機構、作業機
間に物を流通させる物流機構を備え、作業機は主要装備
として、作業機器が取着される伸縮・起伏自在なブーム
機構、各動作部を動作させる動作機構を備え、前記地上
支援設備の各装備と作業機の各装備は、作業機を地上支
援設備から遠隔操作可能に各種ケーブル、物の流通に用
いる各種可撓性配管からなる連係機構で連係したことを
特徴とする水中作業設備である。

【０００９】

【作用】立坑および立坑下部の空間構築現場は水没状態
とし、空間構築現場への作業機の投入および揚収は作業
機全体の平面の投影面積を最小にして地上支援設備に懸
吊した状態で立坑を介して行われる。作業機は立坑直下
に旋回中心制御可能にセットして作業に供せられ、地上
支援設備からの遠隔操作で稼動し、ブーム機構先端の作
業機器が作業位置において所定の作業を的確に遂行す
る。

【００１０】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて説
明する。

【００１１】図１はこの発明の概略全体図、図２はこの
発明を構成する地上支援設備の概略全体斜視図、図３は
この発明を構成する作業機の概略全体斜視図である。

【００１２】この発明の基本構成としては、予め設けた
立坑Ａ上部の地上に設置される地上支援設備１と、立坑
Ａを介して立坑下部の地下空間Ｂに投入される作業機２
からなる。

【００１３】前記地上支援設備１は、地面に敷設したレ
ール３上を位置移動可能な固定台車４上に旋回可能に旋
回台５が装着され、この旋回台５の中央部には立坑Ａに
対応して通穴６が設けられ、旋回台５上に作業機２の各
動作部を遠隔操作する制御機構７をはじめ、懸架索８を
介して作業機２を懸架するウインチ機構９、作業機２と
の間に物を流通させる物流機構１０などを主要設備とし
て備えている。

【００１４】前記作業機２は水没環境下で稼動するよう
に設計されており、立坑Ａ直下の地底に固定的にセット
するためのアウトリガー１１を備えた基台１２上に全周
を旋回動自在に作業機本体２ａが装着され、この作業機
本体２ａに伸縮・起伏自在で先端に作業機器１４が取着
されるブーム１３をはじめ、各動作部を動作させる動作
機構（図示せず）などを主要設備として備え、作業機２
の全ての動作は地上支援設備１からの遠隔操作で行われ
るようになっている。

【００１５】地上支援設備１から作業機２を遠隔操作す
るために、前記の地上支援設備１の各装備と作業機２の
各装備は作業機２の各動作部を動作を司る各種ケーブ
ル、物の流通に用いる各種可撓性配管からなる連係機構
１５で連係しており、この連係機構１５とされるケーブ
ルとしては、作業機２の各種電源とされる動力用電線や
制御用通信線などがあり、可撓性配管としては作業機２
の各動作部を構成する油圧装置へ動作油を供給する油管
や作業機器１４へ作業用物資を供給する供給管などがあ
る。実施例のように作業機器１４として壁面覆工作業を
施工する型枠機構１４′が取着してある場合は、この型
枠機構１４′に対してライニング材料を供給する供給管
がこれに相当する。

【００１６】前記作業機２を懸架する懸架索８は、ブー
ム１３を前にして作業機本体２ａの前後左右から４本の
吊り索８ａを作業機本体２ａ上方の適当な高さ位置まで
延ばし、前後吊り索８ａ間に間隔保持金具１６を架装し
て左右の吊り索８ａをそれぞれ１つにして二点吊りと
し、ブーム１３が起伏動するに際して相互干渉がないよ
うにするとともに、作業機２の投入および揚収時に水平
バランスを保つて昇降させられるようにしている。

【００１７】なお、作業機２を懸架索８で懸架して懸架
索８だけでは作業機２の水平バランスが保てないような
時には、作業機２に対して適当なバランス調整部材を取
り付けることもある。また、地下空間構築において大深
度ほどでなく立坑の深さが浅い場合には、地上支援設備
１としては簡単に移動できるトラックや、簡単な移動台
車などを用いることもある。

【００１８】上記構成において、立坑Ａ直下にドーム状
の大深度地下空間Ｂを構築するに当たって、作業機器１
４として形枠機構１４′を用いて掘削壁面を覆工する場
合について、作業要領の概要を図４を参照しながら説明
する。

【００１９】図４ (ａ) ， (ｂ) ， (ｃ) はこの発明の
実施例を示す工程図である。

【００２０】(ａ) 作業機２は懸架索８により懸架さ
れて立坑Ａを介して立坑下部の空間Ｂに投入される。

【００２１】この際、作業機２は全体として平面の投影
面積を最小にするために、図示のように、ブーム１３は
最短に縮小され、かつ、最大起立位置におかれ、ブーム
１３先端の型枠機構１４′はブーム１３にほぼ平行にな
るように折り畳まれて立坑Ａを自由に昇降可能な形態を
採る。

【００２２】(ｂ) 作業機２が空間Ｂに到達して立坑
Ａ直下の地底に固定的にセットされる。

【００２３】ここで、作業機本体２の旋回中心を設定
し、基台１２のアウトリガー１１により地底へ固定する
際に、作業機本体２ａの地底からの高さと水平位の調整
もアウトリガー１１によって決める。

【００２４】(ｃ) 掘削壁面Ｃの覆工作業は、ブーム
１３を伸長させて形枠機構１４′を作業位置に到達さ
せ、型枠機構１４′を掘削壁面Ｃに対面させて型枠内に
ライニング材料を投入してその硬化を図りつつ、形枠機
構１４′を移動させる。ここで使用するライニング材料
としては、当然ながら水中ライニング材料が用いられ、
ブーム１３先端部において形枠投入寸前に液状急結剤を
添加混合して硬化時間を短縮するようにしている。この
場合、急結剤を練り込んだ水中ライニング材料を地上か
ら圧送し、型枠投入後硬化が開始されるような材料であ
っても同様の機能が果たせる。

【００２５】こうして、型枠内にライニング材料を供給
してその硬化を図りつつ、形枠機構１４′を横移動させ
ることによって掘削壁面Ｃに対してリング状の単位覆工
体ｄが形成される。このようにして一つの単位覆工体ｄ
が完成すると、この上に順次に必要な数の単位覆工体ｄ
を積み重げ式に形成していき、複数の単位覆工体ｄによ
ってベンチカット段覆工壁Ｄ（図１参照）を構成する。

【００２６】なお、上記する掘削壁面覆工作業中におけ
る作業機２の動き、特に作業機本体２ａの旋回動に合わ
せて地上支援設備１の旋回台５も旋回動する。また、作
業中も懸架索８は弛みが生じない程度に軽く緊張した状
態におかれ、連係機構１５を構成する各種ケーブルや各
種可撓性配管などは互いに絡んだり縺れたりしないよう
に適所に設けたガイドリングによって集括的に管理さ
れ、立坑Ａ内中空に垂下し、ブーム１３の伸縮に伴う長
さ調整は作業機本体２ａに設けたリール機構に掛け渡す
などして吸収される。

【００２７】また、掘削壁面の崩落の危険がきわめて小
さいようなときは、必ずしも上記するような型枠機構１
４′を用いて単位覆工体ｄを積み重げ式に形成してベン
チカット段覆工壁Ｄを構成することなく、塗り付け工法
を採用することもできる。

【００２８】

【発明の効果】上記構成からなるこの発明によれば、つ
ぎのような効果を奏する。

【００２９】(１) 立坑直下に大きな空間を構築する
のに、水中、泥水中における遠隔操作により無人状態で
の作業を可能にしたから、作業者は快適な環境下にあっ
て、人間のアプローチできないような困難な作業を、省
力化して能率よく施工することができる。

【００３０】(２) 地下空間の工事対象物の状況や作
業機による作業状況は地上支援設備においてコンピュー
タによる画像処理によって判明できるから、地上支援設
備と立坑を介して地下空間に投入される作業機とは距離
的な隔たりに関係なく作業が的確に施工でき、場合によ
っては昼夜を問わずして連続作業を可能にする。

【００３１】(３) 作業機による作業空間は水没下に
あるから、掘削壁面に内圧を掛けて地下水位とのバラン
スが保たれ壁面崩落が防止され、この面からの安全性を
高くして地質条件の制限を緩和し、大深度地下空間の構
築の適用場所の拡大が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の全体概略図である。

【図２】 この発明を構成する地上支援設備の概略全体
斜視図である。

【図３】 この発明を構成する作業機の概略全体斜視図
である。

【図４】 (ａ) ， (ｂ) ， (ｃ) はこの発明の実施例
を示す工程図である。

【符号の説明】

１…地上支援設備 ２…作業機 ５…旋回台 ７…制御機構 ８…懸架索 ９…ウインチ機構 １０…物流機構 １１…アウトリガー １２…基台 １３…ブーム １４…作業機器 １５…連係機構 Ａ…立坑 Ｂ…アウトリガー Ｃ…掘削壁面 Ｄ…ベンチカット段覆工壁

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 由雄 正保 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 (72)発明者 清水 一都 東京都港区芝浦１丁目２番３号 清水建設 株式会社内 (72)発明者 百田 博宣 東京都港区芝浦１丁目２番３号 清水建設 株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 予め設けた立坑上部の地上に設置される
   地上支援設備と、立坑を介して地下空間に投入および揚
   収がなされ、水没環境下で稼動可能な作業機からなり、
   地上支援設備は主要装備として、作業機を懸架索を介し
   懸架して昇降動させるウインチ機構、作業機の各動作部
   を遠隔操作する操作機構、作業機間に物を流通させる物
   流機構を備え、作業機は主要装備として、作業機器が取
   着される伸縮・起伏自在なブーム機構、各動作部を動作
   させる動作機構を備え、前記地上支援設備の各装備と作
   業機の各装備は、作業機を地上支援設備から遠隔操作可
   能に各種ケーブル、物の流通に用いる各種可撓性配管か
   らなる連係機構で連係したことを特徴とする水中作業設
   備。