JPH0694664B2 - 水中作業装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は範囲の限定された水中作業に有用な水中作業装
置に関するものである。

本発明の水中作業装置は、例えば、水中ケーソンの底面
清掃や水中コンクリート打継目処理作業や水中掘削のよ
うな今後進展が期待される大規模水中土木建設工事に適
用できる。

〔従来の技術〕

例えば、明石海峡大橋のような巨大なつり橋の構築にお
いては、主塔基礎の施工法として、設置ケーソン工法が
採用されている。この工法は、中空円筒形の鋼ケーソン
を海中の支持地盤上に設置し、中詰コンクリートを複数
回に分けてケーソン内部に打設していく方法である。

上記工法によれば、ケーソン内に打設される水中コンク
リートは多層状に構成される。しかしながら、コンクリ
ートを打設すると、コンクリート中に含まれる不純物等
が表面にうき出していわゆるグリーンカットを生じてし
まう。また、水中に舞上がった泥等がコンクリートの表
面に積ることもある。従って、これらを除去しないで次
の層を打設した場合には、コンクリートの層間、即ち打
継目に強度の不連続部分が生じてしまうという不都合が
あった。

このような不都合を解消するためには、水中の打継目を
清掃し、除去したグリーンカット等を回収する必要があ
る。このような作業は大深度の水中で行われるものであ
るから人手にたよることはできず、機械を用いて行うこ
とになる。

このような作業に応用しうる従来の水中作業機械として
は、複数のスライド脚から成る尺取り虫式の移動機構を
備えた捨石ならしロボット、履帯方式の移動機構を有す
る排砂ロボットや水中ブルドーザ等が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述した従来の水中作業機械は、何れも遠隔操作される
ようになっており、自律的な移動動作を行なう機能は持
っていない。このため、正確・迅速な位置制御や十分な
作業速度が得られなかった。従って、限定された範囲内
を規定されたコースに従って正確に走行することが困難
であり、大深度の水底において所定面積の打継目全体を
くまなく清掃するといった前記設置ケーソン工法の打継
目処理作業などは、従来の水中作業機械には不向きであ
った。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の水中作業装置は、水底の作業範囲に立設されて
上端が水上に突出した支柱と、水底の作業範囲に設定さ
れて走行する水中移動体と、水底近傍の前記支柱に回動
自在に設けられた旋回支点と、水上に突出している前記
支柱の上端に回動自在に設けられ、前記旋回支点の旋回
に連動して同方向に旋回する旋回台と、前記水中移動体
と前記旋回台を前記旋回支点を介して連結するととも
に、前記水中移動体が走行する際には張力が発生して前
記旋回支点を水中移動体に連動して旋回させる索体と、
前記旋回台に設けられた索体の長さ調節手段とを具備し
ている。

〔作用〕

水中移動体が移動を開始すると索体には張力が発生し、
この張力によって旋回支点は支柱に対して旋回する。即
ち、水中移動体は支柱及び旋回支点を中心に索体を半径
として作業範囲内で旋回移動する。この時、索体を介し
て水中移動体に連結されている旋回台は、前記旋回支点
に連動して支柱の上端で同方向に旋回する。ここで、水
中移動体の半径方向の位置は、旋回台に設けられた長さ
調節手段によって索体の繰り出し長さを調節することで
制御できる。また、水中移動体の円周方向の位置は、旋
回支点の回転量から知ることができる。

〔実施例〕

本発明の一実施例を第１図から第６図によって説明す
る。

本実施例は、前述した設置ケーソン工法において、水中
コンクリートの打継目の清掃に用いられる水中作業装置
に関するものである。

第６図に示すように、このケーソン１は下端面が開口し
た円筒形であり、海中に沈められて海底２上の所定位置
に設定されている。ケーソン１の上端面を閉止している
上部覆工板３は海面とほぼ同じレベルにあり、その中央
には開口４が形成されてケーソン１内部の水面５が覗い
ている。

第１図に示すように、前記ケーソン１の中心には、水中
作業装置５の支柱６が垂直に立設されている。該支柱６
の下端は、ケーソン１内の海底２の中央に固定されてお
り、その上端は前記上部覆工板３の開口４から上方に突
出している。そして、工事の進展に伴い、ケーソン１の
内部に水中コンクリートが複数層に分けて打設されてい
くと、この支柱６は水中コンクリート内に埋れていくよ
うになっている。

次に、第１図に示すように、水中コンクリートが層状に
打設されるケーソン１内の円形の作業範囲７には、水中
作業装置５の水中移動体８が設定されている。この水中
移動体８は、作業時に上部覆工板３の開口４からケーソ
ン１内の水中に吊り降され、作業範囲７上に設定されて
用いられるようになっている。

第２図及び第３図に示すように、この水中移動体８は各
車輪９ごとに油圧モータ10を備えた四輪駆動の車両であ
る。11は水中用の電動機、12はこの電動機11によって駆
動される水中用の油圧ポンプであり、この油圧ポンプ12
が各車輪９の油圧モータ10に作動油を供給する。また、
前の車輪９（前輪9a）には、この油圧ポンプ12からの作
動油で駆動される油圧式の舵取り機構が設けられてい
る。

水中移動体８の前面側には、清掃ユニット13が油圧力で
昇降自在となるように設けられている。この清掃ユニッ
ト13のケーシング14は下面が開放されており、その周囲
には、作業範囲７の水底15に接するブラシ16が植設され
ている。また、ケーシング14の内部には油圧で回転駆動
される回転ブラシ19が設けられている。また、ケーシン
グ14には、吸込み管17を介して電気式の水中ポンプ18が
接続連通されており、前記ブラシ16,19によって水底15
から掻き落された除去物を吸取ることができるようにな
っている。この水中ポンプ18の吐出口には排水ホース20
が接続されていて、吸込んだ除去物等を水上の所定位置
に搬送排出できるようになっている。

このような構成において、清掃ユニット13を水底15に設
定し、ケーシング14のブラシ16及び回転ブラシ19を水底
15に接触させる。そして、回転ブラシ19を回転しながら
水中移動体８を進行させれば、水底15に付着した除去物
は両ブラシ16,19によって掻き落され、水中ポンプ18に
よって吸取られることになる。

この水中移動体８の一側面側には索体21が接続されてい
る。この索体21は水と同比重のケーブルであり、前記電
動機11及び水中ポンプ18に電力を供給するとともに、電
気系統及び油圧系統に制御信号を供給するものである。
また、索体21と水中移動体８の連結部には張力センサ22
が設けられており、索体21に加わる張力を検出できるよ
うになっている。そして、本実施例では、この張力セン
サ22からの検出信号に基づいて水中移動体８の前輪9aの
舵取り機構が操作され、索体21に発生する張力が常に所
定の範囲内におさまるように水中移動体８の舵角が制御
されるようになっている。

また、この水中移動体８には、走行限界や障害物を検出
する検出体23,24が設けられている。

次に、第１図に示すように、水底15近傍の前記支柱６に
は、略円筒形状の部材である旋回支点25が回動自在に設
けられている。この旋回支点25には角度センサが設けら
れており、支柱６に対する旋回支点25の回転角度が検出
できるようになっている。また、この旋回支点25は、支
柱６に沿って、必要に応じて昇降動することもできる。

次に、第１図に示すように、水上に突出している前記支
柱６の上端には、前記水中移動体８のための各種支援装
置類等を備えた旋回台26が回動自在に設けられている。
旋回台26は、下面に複数の案内輪27を有している。ま
た、前記上部覆工板３の開口４の周囲には、案内レール
28が周状に設けられている。旋回台26の案内輪27は案内
レール28に転動自在に係合し、旋回台26の中央孔29には
前記支柱６の上端部が挿入されている。そして、旋回台
26は、図示しない駆動手段によって案内レール28に沿っ
て回動する。本実施例では、前記旋回支点25の角度セン
サからの信号によって、この駆動手段が操作されるよう
になっている。即ち、この旋回台26は前記旋回支点25の
旋回に連動し、旋回支点25と同方向に同角度だけ同期し
て旋回するように構成されている。

次に、第１図において、30は前記索体21の長さ調節手段
としての給送装置である。この給送装置30のドラムに巻
取られた索体21は、旋回台26の開口部31から支柱６に沿
って下方に向けて引き出されている。そして該索体21
は、前記旋回支点25の外周に固設された案内部25aを介
して、作業範囲７の外周に向けて延長され、前記水中作
業車８に接続されている。この給送装置30によって索体
21の繰出し長さを調節すれば、支柱６の旋回支点25と水
中移動体８を結ぶ索体21の長さ、即ち水中移動体８の半
径方向の位置を任意に設定又は調節することができる。

次に、第１図において、32は前記水中移動体８の巻上げ
ドラムであり、水中移動体８とはワイヤ33で連結されて
いる。また、34は排水ホース20の巻取り装置であり、前
記水中移動体８の水中ポンプ18に接続されている排水ホ
ース20を必要長さだけ繰出せるようになっている。この
排水ホース20には所定間隔でフロート35が設けられてい
る。また、この排水ホース20は、水中移動体８を吊上げ
るための前記ワイヤ33と連結されている。次に、36は前
記旋回支点25の巻上げ装置である。この巻上げ装置36
は、前記巻上げドラム32による水中移動体８の昇降動に
伴って駆動され、旋回支点25を図中想像線で示す上の位
置と、実線で示す下の位置との間で昇降させることがで
きる。

次に、以上の構成における作用について説明する。

排水ホース20を水中移動体８に接続した後、図示しない
クレーンによって該水中移動体８を吊り上げ、旋回台26
の開口部31からケーソン１内の水面上に吊り下げる。こ
の位置で巻上げドラム32のワイヤ33を水中移動体８に接
続して荷重を巻上げドラム32にシフトさせる。また、旋
回支点25を（イ）位置に設定しておき、索体21を旋回支
点25の案内部25aに通した後、水中移動体８に接続す
る。

次に、巻上げドラム32と巻上げ装置36を駆動し、水中移
動体８と旋回支点25を同期して下降させる。この時、下
降に合せて、排水ホース20の巻取り装置34と索体21の給
送装置30を駆動し、排水ホース20及び索体21を繰り出し
ていく。

水中移動体８が支柱６に近い水底15のほぼ中央に着地
し、旋回支点25が支柱６の最も下方の位置に設定された
ところで、作業を開始する。

即ち、清掃ユニット13を着底させた状態で水中移動体８
を走行させ、前述した作用で水底15の清掃を行う。水底
15から掻き落された除去物は、排水ホース20を介して旋
回台26上に搬送・吐出され、図示しない処理施設に回収
される。

水中移動体８が運動を開始すると、第４図に示すように
索体21には張力Ｔが発生し、その周方向分力Tcによって
旋回支点25が水中移動体８に同期して旋回する。ここで
索体21の張力Ｔと、水中移動体８の舵取り角度との間に
は比較的明確なアルゴリズムがあり、本実施例では、水
中移動体８の張力センサ22で検出した索体21の張力Ｔに
基づいて、水中移動体８の舵角を制御している。このた
め、索体21に発生する張力Ｔは常に適正な一定の範囲に
保たれるので、旋回支点25は、水中移動体８に同期して
円滑に旋回することができる。そして、前記旋回支点25
の回転角度は角度センサによって検出されているので、
この検出信号によって水中移動体８の回転方向位置を正
確に制御することができる。

また、旋回台26は、旋回支点25の旋回角度に合せて同方
向に同期して旋回される。このため、前記索体21等が支
柱６にからみついてしまうことはない。

また、給送装置30によって索体21の繰出し量を適当に変
化させれば、第５図（ｂ）に示すように、水中移動体８
に渦巻き状の経路をたどらせて円形の水底全面を清掃さ
せることができる。この場合、水中移動体８の半径方向
の位置は、給送装置30による索体21の繰出し量から、正
確に割り出すことができる。

このように本実施例によれば、水中移動体８を遠隔操縦
する必要がなく、単にあらかじめ定めておいたパターン
で索体21を繰出す（又は巻取る）とともに水中移動体８
を走行させれば、水中移動体８に自律的な旋回運動を与
えることができ、半径方向及び円周方向の両位置の制御
を容易かつ正確に行うことができる。

水中移動体８が渦巻きを描きながら外側の限界位置まで
来ると、清掃ユニット13の右側面に設けられた検出体23
がケーソン１の内壁面に接触して走行限界が認識され、
水中移動体８の走行が停止する。本実施例は支柱６近く
から外側に向けて作業を開始したが、第５図（ｃ）に示
すように逆であってもよい。その場合には、水中移動体
８の左側面に設けた検出体24が支柱６側に接触した時に
走行限界が認識される。さらに、索体21の長さを一定に
固定し、第５図（ａ）に示すように一定の半径で水中移
動体８を旋回させることもできる。以上いずれの場合に
おいても、前記検出体23,24は走径経路上の障害物を検
出することができる。

以上説明した実施例の装置５は水中コンクリートの打継
目清掃に用いられるものであったが、本発明の水中作業
装置は、遠隔操作によらない自律的な移動を行いうるも
のであるから、水中での限定された範囲内で行うあらゆ
る無人作業に応用することができる。

〔発明の効果〕

本発明の水中作業装置は、水底の作業範囲に立設された
支柱の旋回支点と水中移動体とを索体で結び、索体に張
力を発生させながら水中移動体を走行させると共に、調
節手段で索体の長さを調節して前記水中移動体に所望の
旋回運動を行わせるようにしている。

従って、水中移動体の回転方向位置は前記旋回支点の回
転角度で検出でき、半径方向位置は索体の繰出し長さで
わかる。即ち、遠隔操作を行わなくとも、簡単な構成に
よって水中移動体の絶対位置の制御が容易に行え、該水
中移動体に自律的な運動を与えることができるという効
果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である水中作業装置の全体構
成を示す断面図、第２図は同実施例における水中移動体
の平面図、第３図は同側面図、第４図は同実施例におい
て旋回支点が回転する理由を示す図、第５図（ａ），
（ｂ）及び（ｃ）は、それぞれ同実施例における水中移
動体の旋回パターンを示す図、第６図は同実施例の水中
作業装置が適用されるケーソンの断面図である。 ５……水中作業装置、６……支柱、 ７……作業範囲、８……水中移動体、 15……水底、21……索体、 25……旋回支点、26……旋回台、 30……索体の長さ調節手段としての給送装置。

フロントページの続き (72)発明者 秋山 和夫 新潟県新潟市秋葉１―２―１ 株式会社新 潟鉄工所大山工場内 (72)発明者 黒田 久夫 大阪府大阪市都島区都島通２―１―７― 902 (72)発明者 山田 邦興 埼玉県浦和市太田窪2957番地12 (56)参考文献 特開 平２−47423（ＪＰ，Ａ)

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水底の作業範囲に立設されて上端が水上に
   突出した支柱と、 水底の作業範囲に設定されて走行する水中移動体と、 水底近傍の前記支柱に回動自在に設けられた旋回支点
   と、 水上に突出している前記支柱の上端に回動自在に設けら
   れ、前記旋回支点の旋回に連動して同方向に旋回する旋
   回台と、 前記水中移動体と前記旋回台を前記旋回支点を介して連
   結するとともに、前記水中移動体が走行する際には張力
   が発生して前記旋回支点を水中移動体に連動して旋回さ
   せる索体と、 前記旋回台に設けられた索体の長さ調節手段とを具備す
   る水中作業装置。