JP2015513022A - 水中地盤層に基礎要素を据え付ける方法及びシステム - Google Patents

Abstract

本発明は、打込機（４）により基礎要素、特に（モノ）パイル（２）を硬質の水中地盤層（３）に据え付ける方法及びシステムに関する。方法は、基礎要素（２）を水中地盤層（３）に設置するステップと、打込機（４）からの騒音の発生を減少させるための遮蔽物（７）を設置するステップと、遮蔽物（７）が基礎要素（２）の周りに位置付けられる間に、打込機（４）により基礎要素（２）を地盤層（３）内に打ち込むステップと、打ち込みの少なくとも一部の間に、水中地盤層（３）から遮蔽物（７）の外側壁（９）への騒音の伝達を弱めるステップと、を含む。

Description

本発明は、打込機、例えば液圧式打込機により、基礎要素、特に（モノ）パイルを硬質の水中地盤層に据え付ける方法に関する。方法は、基礎要素を水中地盤層に設置するステップと、打込機から周囲の水への騒音の発生を減少させるための遮蔽物を設置するステップと、遮蔽物が基礎要素の周りに位置付けられる間に、打込機により基礎要素を地盤層内に打ち込むステップと、を含む。本発明は、さらに、基礎要素を据え付けるためのシステムに関する。

特許文献１において説明されるように、沖合での打ち込み作業が、例えば掘削用プラットフォーム及び風力タービンのための基礎を設置するために水中で実行される。風力タービンのために、４メートルよりも大きい直径を有する大きなモノパイルが海底に打ち込まれる。この打ち込みは、動物相に悪い影響を有する可能性がある相当な騒音の発生をもたらす。水中での騒音の発生を減少させるために、特許文献１による方法及び装置では、打ち込まれる材料が、固定された浸水式スリーブによって取り囲まれている。有利には、スリーブは、サンドイッチ状の構造を有している。特許文献１の図１に示される例では、スリーブは、パイルをガイドするために少なくとも１つの減衰ガイド要素を有している。

特許文献２は、パイルのためのガイド装置に関し、装置は、杭を水底部分に打ち込むときに杭を包囲し且つガイドするために船用甲板昇降式海洋石油掘削装置(ship-jack-up rig)上に留められたフレームを有する。ブロー装置のノズル組立体は、フレームの下の上方待機位置から水底部分での稼働位置に下げることができ、フレームに取り付けられている。パイルは、ブロー作業において環状に境界をつけられる。組立体は、出口開口部を有するパイプを有する。

特許文献３は、水の液面よりも下方に配置された音源から生じる液体内での音の振動を受動的に減少させるための装置に関し、装置は、音源を覆って配置することができる細長いチューブを備え、チューブは、外側壁及び内側壁を備え、外側壁及び内側壁において、チューブは、内側壁と外側壁との間の中間スペース内に所望の所定の圧力を維持するように構成されている。この場合には、圧力は、大気圧に対して減少される。圧力を減少する結果として、音の振動は、外部に容易により小さく伝わり、チューブの周りの範囲内での騒音レベルは、減少される。“チューブの外側壁及び内側壁は、例えば、まず、内側壁を底部にアンカー固定し且つ続いて内側壁の周りで底部に配置される外側壁をアンカー固定することによって水中に順に設けられる。しかしながら、チューブを全体として設置すること、すなわち、単一の部分を形成するためにすでに組み立てられた内側壁及び外側壁を有するチューブを底部に設置することも可能である。”

欧州特許出願公開第１９８９３５８号明細書 欧州特許第１６４０５０８号明細書 国際公開第２０１０／１５１１２１号パンフレット 特開昭６０−１５９２１８号公報 独国特許発明第１７８４３９６号明細書 欧州特許第２３９５１５６号明細書

T.J. Carlsonら、Hydroacoustic Measurements During Pile Driving at the Hood Canal Bridge、２００４年９月−１１月

本発明の目的は、特に、基礎要素を硬質の海中地盤層に打ち込むとき及び／又は騒音軽減遮蔽物が、例えば１００ＧＰａを超える高い弾性係数を有する材料から形成されるときに騒音の軽減をさらに向上させることである。

この目的を達成するために、本発明の方法は、好ましくは遮蔽物の少なくとも外側壁を地盤層から少なくとも実質的に動的に離すことによって、打ち込みの少なくとも一部の間に（水中）地盤層から遮蔽物の外側壁への騒音の伝達を弱めるステップを含む。

基礎要素、例えばモノパイルと遮蔽物との間の媒体、通常、（海）水が音の伝達経路となるだけでなく、パイル打込機によって発生される騒音は、遮蔽物が載置するか又は遮蔽物が内部にある地盤層を介してもパイルから遮蔽物の外側壁に伝えられることが分かった。これは、地盤層が硬質の材料、例えば岩、コンクリートブロック（洗掘保護部）もしくは圧縮された砂である場合及び／又は遮蔽物が大きい弾性係数を有する材料から形成される場合に、特に当てはまる。パイル打込機のパルスのようなブローによって発生される騒音が広範囲の周波数を含むので、遮蔽物の外側壁は、通常、比較的ゆっくり減衰する１つ以上の固有振動数で励起される。地盤層を介する騒音の伝達を弱めることによって、上記の励起は、回避されるか又は少なくとも減少され、全体的な音響放射は、さらに軽減される。

弱めることは、従来技術の方法及びシステムに対して、例えば地盤層と遮蔽物の少なくとも外側壁の下端との間の境界部分の剛性（弾性率）を減少させることあるいは遮蔽物のメインの固有振動数を規定すること及びパイル打込機によって発生される騒音におけるこれら周波数を消滅させるための手段を提供することによって受動的に達成される。

一実施形態では、遮蔽物の外側壁の下端は、例えば（遮蔽物が二重壁とされる場合）遮蔽物の内側壁から、（遮蔽物が単一の壁とされる場合）パイルから又は水上艦から外側壁をつるすことによって、地盤層から通常、上方に所定距離で維持される。好ましくは、距離は、５センチメートルから２００センチメートル、好ましくは１０センチメートルから１００センチメートル、さらに好ましくは１５センチメートルから７０センチメートルの範囲内である。

別の実施形態では、遮蔽物の浮力が、少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％であるか、又は遮蔽物が１００％以上の浮力さえも有し（１００％では、遮蔽物の密度は（海）水の密度と等しい）、この場合には、遮蔽物は浮く。この１００％以上の浮力の形態では、遮蔽物は、地盤層上の１つ以上のウエイト、例えば地盤層に載置しているコンクリートブロック又はバブルリングと、遮蔽物をブロック又はリングに接続するコネクタ、例えばストラップ又はチェーンと、によって所定位置に保持されることが好ましい。

さらに別の実施形態では、通常、遮蔽物の円周に対応する円周を有するリングの形状の騒音を弱める材料が、遮蔽物の外側壁の下端と地盤層との間に位置付けられている。

本発明は、基礎要素、特に（モノ）パイルを硬質の水中地盤層に据え付けるためのシステムであって、打込機と、水上艦と、打込機からの騒音の発生を減少させるために基礎要素の周りに設置される遮蔽物と、を備える、システムにさらに関する。システムは、打ち込みの少なくとも一部の間に地盤層から遮蔽物の外側壁への騒音の伝達を弱めるための手段をさらに備える。

一実施形態では、水上艦は、打込機を固定するためのクレーンに加え、遮蔽物をつるし且つ打ち込みの少なくとも一部の間に遮蔽物を地盤層から所定距離で維持するためのクレーンを備えている。公知の船舶は、パイル及び遮蔽物を動かすため且つ打ち込み中にパイル打込機を固定するための単一のクレーンを備えている点に留意する。

別の実施形態では、遮蔽物の浮力が、少なくとも５０％、好ましくは少なくとも７０％であるか、又は遮蔽物が１００％以上の浮力さえも有し、そのために、遮蔽物は、例えば１つ以上のチャンバーを備え且つ／又は水の密度よりも低い密度を有する材料から形成される。

さらに別の実施形態では、遮蔽物には、騒音を弱める材料、好ましくは遮蔽物の外側壁の材料の弾性率よりも小さく且つ水中地盤層の弾性率よりも小さい弾性率を有する材料からなる支持部が設けられ、支持部は、遮蔽物に取り付けられるか又は遮蔽物から離れている。打ち込み中に、支持部は、遮蔽物の下縁と地盤層との間に位置付けられる。

万全を期すために、以下の従来技術に留意すべきである。

特許文献４は、弾性材料から形成され且つベローズの形状での遮音シリンダを有するパイルハンマーのための遮音器を開示している。遮音シリンダは、パイルの周りに固定されている。

特許文献５は、伸縮式の吸音スリーブを備えるパイル打込ハンマーを開示している。

特許文献６は、基礎要素、特に（モノ）パイルを据え付ける方法であって、基礎要素を水中地盤層に設置するステップと、水上艦に取り付けられた把持部により基礎要素を所定位置に保持するステップと、を含む、方法に関する。

非特許文献１は、２４インチのパイルにわたって適合し且つ水上の場所から水中の地盤高さまで到達するＨＤＰＥパイプスリーブを開示している。上述したスリーブの直径及び壁の厚さは、それぞれ３４インチ及び１ ３/８インチである。

本発明は、本発明の方法及びシステムの好ましい実施形態を示す図面を参照してこれからより詳細に説明されるであろう。

本発明の構成では、用語“硬質の地盤層”は自然または人工の層に言及し、これらの層は、少なくとも遮蔽物との境界部分において１０ＭＰａを超える弾性係数を有する材料を備えている。一般的な例は、限定的ではないが、岩（通常、１０ＧＰａから９０ＧＰａの範囲内にある弾性率）、高密度に充填された砂（通常、２０ＭＰａから１５０ＭＰａの弾性率）及びいわゆる洗掘保護部（通常、１０ＧＰａから９０ＧＰａの弾性率）を含み、すなわち、岩、コンクリートブロックなどは、打ち込まれる前に打ち込む場所で取り除かれ、且つ例えば強い流れによる浸食から据え付けられた基礎要素を保護するよう意図されている。

騒音軽減遮蔽物が水上艦からつるされている、本発明による第１実施形態の断面図である。 空気注入可能クッションを備える、本発明による第２実施形態の斜視図である。 空気注入可能クッションを備える、本発明による第２実施形態の断面図である。 浮いている遮蔽物を備える第３実施形態の斜視図である。

図は、実際には概略的であり、本発明を理解するために必ずしも必要でない細部は、省略される可能性があることに留意されたい。

図１は、水中地盤層３、例えば海底にモノパイル２を据え付けるための本発明によるシステム１の一実施形態を示す。この例では、モノパイル２は、円形断面及び５メートルの直径を有し、且つ据え付けられた後に風力タービンの基礎として働くよう意図されている。

システム１は、水上艦、例えば船５又はジャッキアップ船に搭載された電源パックに接続された（図２に示される）液圧式打込機４、例えばＩＨＣ社製の液圧式ハンマーＳ−１８００と、打込機をモノパイル上にしっかりと取り付けるための打込機用遮蔽物６と、打込機４からモノパイルへと衝撃エネルギーを伝えるための（打込機用遮蔽物によって視界から隠されている）アンビルと、を備えている。

システムは、打込機から周囲の水への騒音の発生を減少させるために基礎要素の周りに設置される、例えばスチールから形成された騒音軽減遮蔽物７をさらに備えている。この例では、遮蔽物は、内側壁８及び外側壁９を備え、すなわち、二重壁とされ、円形断面及び６メートルの内径を有する。二重壁は、空気又は多孔質材料のための１つ以上のチャンバー１０を提供し、且つ遮蔽物の浮力を５０％にする。

遮蔽物の上縁には、取り外し可能な延在部が設けられ、この延在部は、遮蔽物の実際の長さを基礎要素が据え付けられる場所での水深に適合させるために使用される。一般に、遮音用遮蔽物は、配置されると水面よりも上方に延在することが好ましい。

船５は、モノパイル２及び遮蔽物７を持ち上げ且つ操作するための第１クレーン１１と、打ち込み中に液圧式打込機を固定するための第２クレーン（図示せず）と、を備えている。

モノパイルの据え付けは、例えば以下のように実行される。クレーンのケーブルが、船のデッキ上に積み込まれたモノパイルの上端に取り付けられ、モノパイルが、船外へ持ち上げられ、直立位置に操作され、海底上に下げられ、且つ状況により必要であればそれ自体の重量に従って洗掘保護部を貫通し且つ場合により海底に入り込むことを可能にされる。この段階で、モノパイルは、例えば振動装置により数メートルの深さまで海底に打ち込まれ、モノパイルをさらに安定させる。

打込機は、モノパイルの頂部上に位置付けられ、遮蔽物は、モノパイル及び打込機よりも高く持ち上げられる。あるいは、遮蔽物が設置され、その後に、打込機が遮蔽物の内側に且つパイルの頂部上に設置される。この状況で、パイルは、所望の深さまで打ち込まれる。最後に、打込機が取り外され、遮蔽物がパイルよりも高く持ち上げられ、且つデッキ上に戻って又は海中に設置され、据え付けが完了する。

本発明に従えば、少なくとも打ち込み中に、２０センチメートルから１００センチメートルの範囲内の距離が遮蔽物の下縁と海底との間に維持され、従って２つを動的に離す。結果として、騒音又は振動が、海底を介して遮蔽物に実質的に伝えられない。騒音が、前記距離から生じる環状開口部を通じて漏れるが、この騒音のエネルギーは、海底による遮蔽物の外側壁の励起によって発生される騒音のエネルギーよりも著しく小さく、すなわち、全体的な音響放射がさらに軽減される。

図２及び図３に示される実施形態では、遮蔽物７は、環状の空気注入式クッション１２上に載置しており、クッション１２は、海底の弾性率及び遮蔽物の弾性率よりも少なくとも１桁小さい弾性係数を有している。従って、クッションは、少なくとも高周波を効果的に弱め、すなわち、ローパスフィルターとして働く。

図４は、例えば遮蔽物の内側壁及び外側壁をさらに離して空間をあけることによって達成される１００％を超える浮力を有する遮蔽物７と、浮いている遮蔽物を、直立して且つ２０センチメートルから１００センチメートルの範囲内の距離高く海底から間隔をあけて保持するためのウエイト１３と、を備えるシステムを示している。この例では、ウエイトは、二重壁とされた遮蔽物７の内側にバブル遮蔽物を作り出すためのリングによって提供され、すなわち、リングの外径は、浮かび上がる遮蔽物の内径よりも小さい。遮蔽物は、ストラップ１４によりリングに取り付けられている。

本発明は、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲内で多くの方法で変更することができる。例えば、遮蔽物の外側壁は、例えば内側壁と外側壁との間の相互接続部によって、（地盤層に載置している）遮蔽物の内側壁からつるされてもよい。上記の相互接続部は制振材料から形成されるか、又は相互接続部には制振材料が設けられることが好ましい。

１ システム、２ パイル、３ 水中地盤層、４ 打込機、５ 水上艦、７ 遮蔽物、８ 内側壁、９ 外側壁、１１ クレーン、１２ 支持部、１３ ウエイト

Claims (15)

1. 打込機（４）により、基礎要素、特に（モノ）パイル（２）を硬質の水中地盤層（３）に据え付ける方法において、
   前記水中地盤層（３）上に基礎要素（２）を設置するステップと、
   前記打込機（４）からの騒音の発生を減少させるための遮蔽物（７）を設置するステップと、
   前記遮蔽物（７）が前記基礎要素（２）の周りに位置付けられる間に、前記打込機（４）により前記基礎要素（２）を前記地盤層（３）内に打ち込むステップと、
   前記打ち込みの少なくとも一部の間に、前記地盤層（３）から前記遮蔽物（７）の外側壁（９）への騒音の伝達を弱めるステップと、
   を備えることを特徴とする方法。
2. 前記遮蔽物（７）の少なくとも前記外側壁（９）を前記地盤層（３）から少なくとも実質的に動的に離すことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記遮蔽物（７）の前記外側壁（９）の少なくとも下端が、前記地盤層（３）から所定距離で維持されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記遮蔽物（７）がつるされていることを特徴とする請求項３に記載の方法。
5. 前記遮蔽物（７）の浮力が、少なくとも５０％であることを特徴とする請求項３又は４に記載の方法。
6. 前記遮蔽物（７）が、浮いており且つ前記地盤層（３）上の１つ以上のウエイト（１３）によって所定位置に保持されていることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 騒音を弱める材料（１２）が、前記地盤層（３）と前記遮蔽物（７）の前記外側壁（９）の下端との間に位置付けられることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 前記材料の弾性率が、前記遮蔽物（７）の前記外側壁（９）の材料の弾性率よりも小さく、且つ前記水中地盤層（３）の弾性率よりも小さいことを特徴とする請求項７に記載の方法。
9. 基礎要素、特に（モノ）パイル（２）を硬質の水中地盤層（３）に据え付けるためのシステム（１）において、
   打込機（４）と、水上艦（５）と、前記打込機（４）からの騒音の発生を減少させるために前記基礎要素（２）の周りに設置される遮蔽物（７）と、を備え、
   打ち込みの少なくとも一部の間に前記地盤層（３）から前記遮蔽物（７）の外側壁（９）への騒音の伝達を弱めるための手段（１２；１３，１４）を備えることを特徴とするシステム（１）。
10. 前記水上艦（５）が、打ち込み中に前記打込機（４）を固定するためのクレーンに加え、前記打ち込みの少なくとも一部の間に前記遮蔽物（７）を前記地盤層（３）から所定距離で維持するためのクレーン（１１）を備えていることを特徴とする請求項９に記載のシステム（１）。
11. 前記遮蔽物（７）の浮力が、少なくとも５０％であることを特徴とする請求項９又は１０に記載のシステム（１）。
12. 前記遮蔽物（７）が、少なくとも１つの内側壁（８）及び１つの外側壁（９）を備えていることを特徴とする請求項１１に記載のシステム（１）。
13. 前記遮蔽物（７）が、１００％を超える浮力を有し、前記システム（１）が、浮いている前記遮蔽物（７）を直立に維持するためのウエイト（１３）をさらに備えていることを特徴とする請求項１２に記載のシステム（１）。
14. 前記遮蔽物（７）には、前記遮蔽物（７）の下縁と前記地盤層（３）との間に位置付けられる騒音を弱める材料の支持部（１２）が設けられていることを特徴とする請求項９から１３のいずれか一項に記載のシステム（１）。
15. 前記支持部（１２）の弾性率が、前記遮蔽物（７）の前記外側壁（９）の材料の弾性率よりも小さく、且つ前記水中地盤層（３）の弾性率よりも小さいことを特徴とする請求項１４に記載のシステム（１）。

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