JPS6055133A - 水底溝掘削機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、水底ケーブルやパイプライン等（以下、これ
らを総称してケーブル等と称する）を水底下に埋設する
場合に用いられる水底溝掘削機に関するものである。

（背景技術） 近年、漁具や船舶のアンカー等によって水底に敷設され
たケーブル等が切断されたり破損されるのを防ぐため、
ケーブル等を水底下に埋設して保護することが広く行な
われており、漁具・アンカー等力大型化に対抗して、埋
設深度が増々深められる傾向が見られる。

ケーブル等を水底下に埋設するためには、水底に所要の
深度および巾を有する溝を掘削し、この溝底にケーブル
等を入れなければならない。水底に溝を掘削する手段と
しては、従来がら種々の溝掘削機が用いられてきたが、
それらのうちから代表的なものとして水噴流掘削方式の
ものと鋤刃掘削方式のものにあげられる。

水噴流方式においては、通常、第１図に示すように複数
の水噴流ノズルを有する多段水底溝掘削機が用いられて
おり、これを作業母船が曳航索を用いて水底上を曳航し
、水噴流により水底に溝を掘削する。同図（人において
、１は安定機、２は水底面、３は進行方向、４は高圧水
供給、５は掘削部、６−６′、７−７′、８−８′、９
−９′、１．０−１０’＋ま水噴流ノズル、１］−月′
、１２−１２’、１３−　］３’、１４−１４’。

１５−１５’は水噴流である。第１図（Ｂ）は同図（５
）のＡ−Ａ方向断面図である。このように、複数の水噴
流を多段（この場合、２列５段構成〕に配列しているの
は、掘削効率を上げ、少ない動力でより深い溝を掘削さ
せるためである。

水ｒ９　流ＩＪＪ削方式においては１〜３　ｍと比較的
深い溝を掘削し、且つ、所要曳航力が低℃・と℃・う長
所かあるが、反面、掘削速度が０，１〜０３ノツトと極
めて遅いという欠点がある。なお、砂質土掘削に優れて
いるが粘性土掘削に劣るという性質を有する。

一方、鋤刃掘削方式においては、１枚もしくは複数の鋤
刃を有する水底溝掘削機か用いられており、これを作業
母船が曳航索を用いて水底」二を曳航し、鋤刃により水
底に溝を掘削する。第２図はこの例であり、（Δ）は側
面図、（１３）は下カ・ら見プこし１である。同図にお
いて１６は安定機、１７は曳航索、１８は掘削部、１９
は鋤刃１．２０は鋤刃２．２Ｊは鋤刃３を有する多段鋤
刃水底溝掘削機が用いられているが、これは掘削効率を
上げ掘削機を曳航するに要する力を軽減するためである
。

鋤刃掘削方式においては比較的速い０５〜２５ノツトの
速度で溝を掘削し得るが、反面、高い曳航力を璧求し、
その結果、掘削深度が０５〜１．０１］］程度に制限さ
れるという欠点がある。尚、軟質粘性土の掘削能力は大
きいが砂質土掘削力が小さいという性質を有する。

以上、両掘削方式について述べたが、これらの特徴を整
理して比較すると表−１に示すようになる。同表におい
て一印は長所を示し、−卵は短所を示す。

即ち、両掘削方式には、夫々、長所および短所があって
、且つ、互に相反する性質であることがわかる。このこ
とは、この２つの方式の溝掘削機を夫々、単独に用いる
場合、その適用にかなりσ）制限があることを意味する
。　（［・耳金１）表−ま たとえば、ケーブル等を長距離（数百カイリのオーダー
）にわたり連続して水底に埋設８る場合、従来は、溝掘
削速度の速い鋤刃掘削方式の水底溝掘削機が用いられて
きた。これは工事期間が極端に長くなるのを避け、且つ
、海・潮流、風浪等に抗して作業母船が予定ルートに沿
って偏差少なく溝掘削機を曳いて航行することを可能な
らしめるためである。しかしながら、この場合、表−１
からもわかるように、溝の掘削床置がＯ５５〜１．０　
ｍと浅くなるのは免れない。溝掘削深度が浅いというこ
とは、とりもなおさずケーブル等の埋設深度が浅いとい
うことになり、ケーブル等の保護効果は、それブよつに
少なくなる。

いまもし、上記長距離埋設において、従来の埋設深度よ
り更に深く埋設せんとして、鋤刃掘削方式の溝掘削機を
用いるとすると、その結果、曳航力が極端に上昇して、
遂には殆んど曳航不能の事態に至ることが予想される。

一方、上記の要求に応えるため、鋤刃掘削方式に代わる
ものとして水噴流掘削方式の水底溝掘削機を用いるとす
ると、表−１に示すように、この方式では大深度溝掘削
に適するに反し、掘削速度が０．１〜０３ノツトと著し
く低下する。このことは、先づ第１　Ｋ埋設工事の長期
化をまねき、０・いては大洋上における連続施工を著し
く困難とする。

また極端な低速度で溝掘削機を曳航するため、作業母船
は海・潮流、風浪等に抗して予定ル−トυＣ沿って航行
することが極めて困難であって、こσ）ことはケーブル
等の敷設計画に大きな謡酷を来す。

このように、従来の鋤刃、水噴流σ）両掘削方式では、
ケーブル等の長距離°大深度連続埋設という要求に容易
に応じ得ない状況にある。

（発明の目的） 本発明は上記に述べたような従来方式による溝掘削機の
欠点を解消し、ケーブル等の長距離にわたる大深度連続
埋設の要求に応えるため、水噴流掘削方式と鋤刃掘削方
式とを複合して・夫々の長所を生かし、短所を矯め、且
つ、夫々に掘削効率の優れた多段方式を採り入れた多段
水噴流・多段鋤刃水底溝掘削機を提供するものである。

以下、添付図面により本発明の実施例について説明する
。第３図は、本発明による３段水噴流・３段鋤刃水底溝
掘削機の概略構造図で、（Ａ）側面図、（１３）上から
見た平面図、（Ｃ）下から見た平面図を示す。

図に示すように、本機は３段の水噴流ノズル４２−４．
２’、４３−４３’、４４−４４′（註：各段、夫々２
個のノズルより構成される）および３段の鋤刃３３．３
４．３５を有し、夫々、本体掘削１１Ｓ　：３２９）下
部、長手方向に前段から後段になるにつれて順次、掘削
深度が深まるように取付けられている。本体安定機部３
１には２基の高圧水発生装置３６および３６′が設けら
れており、水噴流ノズル３２．３３．３４には高圧水発
生装置３６から可撓耐圧ホース３７、パイプ本管３８、
パイプ支管３９．４０．４１を経て高圧水が供給され、
水噴流ノズル口より水噴流を噴射する。同様に水噴流ノ
ズル４２′、４３’、　４．４’には高圧水発生装置３
σから耐圧ホース３７′、パイプ本管３８′、パイプ支
管３グ、４（Ｊ′。

４１′ヲ経て高圧水が供給され、水噴流口より夫々、水
噴流を噴射する。本体安定機部３１の前部には、曳航と
電力伝送を兼ねた複合ケーブル４５の端末が引留分配器
４６によって引留められており、本水底溝掘削機は４５
によって作業母船により水底上を曳航されるとともに、
作業母船から４５に内蔵されている電力芯線を通じて引
留分配器４６およびリードケーブル４７．４７′を経て
高圧水発生装置３６および３６′の水ポンプ駆動用電動
機に電力が供給される。尚、該高圧水発生装置は周辺の
水を取水口４８およｏ−４８′から取入れて高圧水を発
生する。

次に本水底溝掘削機の溝掘削作用につき第４図により説
明する。第４図は本溝掘削機の掘削部のみを取り出して
、掘削状況を詳しく図解したものである。

図において、Ｄは掘削する溝の深度、ｄｌは第１段ノズ
ル４．２−４２’と第１段鋤刃３３の分担１−る掘削深
度、ｄｌは第２段ノズル４３−４３’と第２段鋤刃３４
の分担する掘削深度、ｄ３は第３段ノズル４４−４４’
と第３段鋤刃３５の分担する掘削深度である。掘削機の
進行方向は矢印５４の示す方向であるので、溝は第１段
、第２段、第３段の掘削部により順次、上から下へｄｌ
、ｄｌ、（１３と掘り進められて最終的に所要の溝深度
が掘削される。尚、以下、ノズルｇ　４３’、４４′の
作用については、記述を簡単とするため、夫夫、４２．
４３．４・１に含めて説明する。

先つ第１段のノズル４２および鋤刃３３の掘削作用につ
いて説明する。ノズル４２の水噴流と鋤刃３３とは１組
となって、その分担掘削深度ｄ１を掘削するもので、最
初ノズル４２から水噴流５０が水底上に向けて噴射され
ると、水噴流衝突作用１／Ｃより、これに対峙する土が
吹き飛ばされ破線５１のように溝が掘られる。掘削され
た土は噴流水と混ざり合って流動状態となり、斜後方破
線矢印５２のように上昇し水底上に排出される。一方、
水噴流５０でｄｌが全部掘削されずに残されると、残土
５３は、あとから進行してくる鋤刃３３によって掘削さ
れ、鋤刃面に沿って斜後方矢印５５のように上昇するが
、この時その一部は、先の水噴流の排水と混ざり合って
半流動化されるので、鋤刃掘削による排土抵抗は減ぜら
れる。以下、第２段、第３段の掘削部（第２段はノズル
４３と鋤刃３４の組合せ、第３段はノズル４４と鋤刃３
５の組合せよりなる）においても第１段掘削部における
と同様な作用により夫々、ｄｌ、ｄ３の溝が掘られる。

さて水噴流掘削では、元来、水噴流の反作用を除くと、
鋤刃掘削のように、大きな掘削抵抗かがからす、殆んど
無視し得るので、従って、水噴流掘削と鋤刃掘削とを複
合して掘削すると、水噴流が掘削した分だけ鋤刃掘削で
の掘削抵抗を減少させることが出来る。更に鋤刃掘削に
おける排土抵抗も水噴流の排水による半流動化により減
じるので、結局、水噴流掘削と鋤刃掘削とを適当に複合
させることにより、鋤刃掘削のみの場合より、掘削抵抗
、即ち曳航に必要な力を相当減することが出来ろ。この
ことは、別の言い方な′すれば、同じ曳航力で、より深
く掘削出来るということになる。

また、水噴流掘削と鋤刃掘削の双方の掘削特性の長所を
保持し、短所を改善するので、従って、水噴流掘削での
掘削速度が遅いという欠点も、大巾に改善される。

ここで、鋤刃により砂質土を掘削する場合の掘削に要す
る水平分力１・゛をめると、１２は一般に次式によって
表わされる。

ｌｉ’　＝　Ｃ１３１−１’　・・・・・・（１）ここ
でＣ−土質によって決まる定数 １）・・溝の掘削＋１Ｊ １１−溝の掘削深度 （Ｉｊ式から、水平分力Ｆが掘削深度Ｌ−１の２乗に比
例することから、もし従来より深い溝を掘削しようとす
ると、掘削機の曳航力が著しく増加し、曳航に困難を来
すことが容易に予測される。

一方、水噴流により掘削する場合は、水噴流のて表わさ
れる。

３ ｐ　−Ｌ３　・・・・・・（２） ＫＶ ここでに−土質によって決まる常数 ■−水噴流の移動速度（溝掘削速度） Ｌ−溝の掘削深度 （２）式から水動力Ｐは速度Ｖの１４８乗に比例するか
ら、もともと遅いものを速くしようとすると水動力を大
巾に増加しなければならない。

以上から、従来の鋤刃掘削または水噴流掘削の夫々、単
独での掘削では、大深度・高速掘削を行なわせることが
極めて困難であることが理解され、ｊ：５゜ 尚、本発明においては水噴流掘削と鋤刃掘削とを複合す
ることによって、従来方式による掘削の欠点を除去し、
大深度・高速掘削を可能とするとともに、この特性を更
に高めるため多段水噴流掘削と多段鋤刃掘削とを採り入
れて複合させている。

以下、多段掘削理論について簡単に説明する。

水噴流掘削の関係式につし・てしま既に（２）式により
示した。この式は１個の水噴流で掘削する場合であって
、いまこれを第５図に示すようにｎ個の水噴流を用いて
掘削深度りを均等にｎ分割して４ｇ　肖ＩＪするとする
。（所謂、１１段水噴流掘削となる）掘削深度Ｌ１移動
速度■を夫々一定とし℃、この場合の所要水動力をＰ。

とすると、Ｐ、、　ｋ末（２）武力・ら次−上↓）　・
・・・・・（３） ＋１２ （３）式から同一掘削深度りをｌ〕段σ）水噴流で均等
分割掘削すると、その所要水動力■）１（ま１段水噴流
４屈１　、 削の場合の−に減することになる。また、（２）式をま
ｎ” 次のように書替えることが出来る。

Ｌ＝ＫＶ　Ｐ　・・・・・（４） ここで移動速度■および水動力１）を一定として１〕段
水噴流で掘削する場合の掘削深度ＬｎをめるとＬ　＝　
ＫＶ−０゛６（’（−！−）”土山）３＋・・・・・・
）ｎ　ｎ　ｎ 即ち掘削深度Ｌｎは、１個の水噴流で掘削する場合のｎ
９倍に増加する。

次に、鋤刃により溝を掘削する場合の関係式＋！、既に
（１）式に示した。この式は１枚の鋤刃で掘削′１−る
場合であって、これを第６図に示すように１１枚の鋤刃
な用いて掘削深度Ｈを均等に１１分割して掘削するとす
る。（所謂、０段鋤刃掘削となる）掘削中Ｂおよび掘削
深度Ｉ−１を一定として、掘削に必＝ＣＢｎ（−）２＝
ＣＩｌ；マ −　１Ｆ　・・・′・・・（６） Ｉ］ （６）式よりｎ段鋤刃で均等分割すると、その所要水平
分力（即ち、所要曳航力）Ｆｎは１枚の鋤刃を用いる場
合の−に減する。また（１）式を書替えると＋１ 次式が得られる。

１ｌ−（−）　ｐ　・・・・・・（力 Ｂ 掘削Ｉ〕１３および水平分カーパを一定として＋１段鋤
刃で掘削する場合の掘削深度ｌ几をめると次のよ＝　ｎ
２Ｆ　・・・・・（８） 即ち掘削深度１１１１は」枚の鋤刃て掘削１−る馬合の
１１２倍に増加する。以上、多段ＪＡｉ！削におけろ効
果について述べた。実際には、段数を多くするに従い、
いろいろと掘削損失が生じてきて割算どおりの効果が得
られなくなるので、溝の巾、深さおよび土質等により、
段数に限界がある。いずれにしても、適切な段数設計を
行なえば、水噴流掘削と鋤刃掘削の複合効果と両々相俟
って、従来方式の溝掘削機では実現が極めて困難であっ
た大深度・高速溝掘削を比較的、容易且つ確実に行なわ
せることが可能となる。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、従来、ケーブル
等の長距離埋設においては鋤刃式水底溝掘削機を用いて
０．５〜］、　Ｑ　ｍの深度で水底に埋設されてきたが
、近年になって、これらが大型漁具により罹障するケー
スが著しく増加しており、長距離埋設といえども大深度
で埋設するべきであるとの要求の高まりに対し充分応え
得るものであり、利用上の効果は極めて太きいもＱ〕で
ある。また、本機は掘削効率が格段に−にっているので
、クー−プル等の短距離埋設や、水底に埋設されたケー
ブル等の探線・掘り起しに利用しても効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の多段水噴流水底溝］λｉ削槻の構成例で
（Ａ）は側面図、（１３）はＡ−Ａ方向断面図、第２図
は従来の多段鋤刃水底溝掘削機の構成例で仏）は側面図
、（１３）は下から見た平面図、第３図は本発明による
３段水噴流・３段鋤刃水底溝掘削機の構成例で込）は側
面図、（１３）は上から見た平面図、（Ｃ）は下から見
た平面図、第４図は第３図に示す溝Ｊ、１ｉ！削機の掘
削状況の詳細説明図、第５図はＮ没水噴流掘削の説明図
、第６図はＮ段鋤刃掘削の説明図である。 １°゛安定機、　２・・・水底面、 ・う、進行方向、　４・・・高圧水供給、５・・・掘削
部、 ６、６’、　７，７４　ｓ、　ｓ４９．￥ＩＱ、　１．
０’・・・水噴流ノズル、ｎ、ｎ１２．Ｊ乞１３．１３
；１ｉ１．、ｌｌｌり１５，１ゴ・・水噴流、１６・・
・安定機、　１７・・・曳航索、１８・・掘削部、　工
９・・・鋤刃１．２０・・鋤刃２、　２１・・・鋤刃３
．３Ｊ・・・安定機、　３２・・掘削部、３３・・・第
１段鋤刃、　３４・・・第２段鋤刃、３５・・・第３段
鋤刃、　３６．３ＣＩ・・水中電動ポンプ、：３７．３
７′−・・可撓耐圧ホース、３８．３８’　パイプ本管
、３９．３９’、４．０．４名４１．４１’・・パイツ
ー支管、４２．４２’・・第１段水噴流ノズル、４３．
４３’・・・第１段水噴流ノズノペ４４．４４’・・・
第３段水噴流ノズル、４５・・・複合ケーブル、 ４６・・・引留分配器、 ４７Ｆ４７’・・・リードケーブル、 ４８．４８’・・・取水口、 ５０・・・第１段水噴流、 ５１°°・第１段水噴流５０により掘削された病の綜、
５２・・・第１段水噴流５ｏにより掘削された流動状排
土、 ５３・・・第１段水噴流により掘削されない残土、５４
・・・溝掘削機の進行方向、Ｄ・・・掘削する溝の深度
、ｄしｄ、Ｄ　ｄ３・・・夫々、第１段、第２段、第３
段の水噴流・鋤刃の分担掘削深度、１・・・掘削する溝
の深度、■・・・１１段水噴流掘削機の各段の分担掘削
＋１ 深度、ＩＮ、２Ｎ、３Ｎ−・−ｎＮ−・夫々、第１段、
第２段、第３段・・・第１］段の水噴流ノズル、ト■・
掘削する溝の深度、−・・・１１段鋤刃掘削の各段の分
担の分担掘削深度、ＩＰ、２Ｐ、３Ｐ・・・ｎ　Ｐ・・
・夫々、第１段、第２段、第３段・・・第ｎ段の鋤刃特
許出願人 国際電信電話株式会社 特許出願代理人 弁理士　山　本　恵　− 手続補正書（自発） 昭和５８年１０月１１日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 ■、事件の表示 昭和５８年特許願第１６０５３５号 ２、発明の名称 水底溝掘削機 ３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 名　称　（１２１）国際電イ８電話株式会社４、代理人 明細書の発明の詳細な説明の欄 ６、補正の内容 （１）　明細書第２頁第１４行の「ものにあげられる。 ］をｒものがあげられる。ｊと補正する。 （２）　同第１５頁第１４行の式（’８）　ｒ　＝　ｎ
”Ｆ　」をｒ　＝　ｎ”ＨＪと補正する。 以上

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 水底を前進する本体の下部長手方向に前段から後段にな
   るにつれて順次掘削深度を深めるように配列した複数の
   水噴流ノズルおよび複数の鋤刃を有し、該水噴流ノズル
   には夫々本体もしくは水面上の作業母船上に設けられた
   高圧水発生装置よりパイプ又はホースを通じて高圧水を
   供給して、該水噴流ノズルより下向きに高圧水を噴射し
   、もって上記複数の水噴流および複数の鋤刃の複合掘削
   作用により水底に溝を掘削することを特徴とてる水底溝
   掘削機。