JP2016181988A - ケーブル設置方法、およびケーブルの位置検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ケーブルの立ち上げをともなうケーブル設置工事では、潜水士が水中に潜ってケーブルの線形を監視しながら、ケーブル保護管にケーブルを引き込む作業を行っていたので、潜水士が潜水できないような状況では、ケーブル設置工事を進めることができない場合があった。【解決手段】本発明は、洋上設備の基礎１の部分にケーブル保護管２を縦向きに取り付けるとともに、ケーブル保護管２を用いてケーブル３を立ち上げるケーブル立ち上げ工程を有するケーブル設置方法である。ケーブル立ち上げ工程では、海底に布設されるケーブル３に対して、ケーブル３の長さ方向の異なる位置に予め複数の水中音波反射体４を取り付けておく。そして、ソナー１２が水中に放射した音波が複数の水中音波反射体４に当たって反射した際の、当該音波を前記ソナーで受信することにより、水中におけるケーブル３の位置を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、ケーブル設置方法、およびケーブルの位置検出方法に関する。

たとえば、海底などに布設されるケーブルを、洋上設備の機器類に接続する場合は、海底側から海面側に向かってケーブルを立ち上げる必要がある。その場合、ケーブルの立ち上げ部分が波や潮流などで揺らされてダメージを受けないように、洋上設備の基礎の部分にケーブル保護管を縦向きに固定し、このケーブル保護管を用いてケーブルを立ち上げている。具体的には、ケーブル保護管の内部にケーブルを通すことにより、ケーブル保護管に沿ってケーブルを立ち上げるとともに、そのケーブルの立ち上げ部分をケーブル保護管で保護している。

図４は従来のケーブル設置方法を説明する図である。
図４においては、洋上設備の基礎５１の部分が海底に着床して設置されている。基礎５１の上部は、海面よりも上方に配置されている。ケーブル保護管５２は、基礎５１に固定して取り付けられている。ケーブル保護管５２の上部は、海面よりも上方に配置されている。ケーブル保護管５２の下端部は、海底に臨むように配置されている。

ケーブル５３は、海上に浮かぶ布設船５４から繰り出されている。布設船５４から繰り出されたケーブル５３は、海底付近まで引き込まれている。一方、基礎５１の上方にはウィンチ５５が搭載され、このウィンチ５５からワイヤ５６が繰り出されている。ワイヤ５６は、ケーブル保護管５２の内部を通して、ケーブル保護管５２の下端部から引き出され、その引き出し端がケーブル５３の端部に接続されている。

このような状況のもとで、従来では、ウィンチ５５の駆動によりワイヤ５６を引き込む一方、布設船５４からケーブル５３を繰り出すことにより、ケーブル保護管５２の内部にケーブル５３を引き込んでいる。その際、海中におけるケーブル５３の線形は、ケーブル５３が適度に弛んだ状態に維持されているかどうかを判断する指標になる。このため、従来では、ケーブル５３をケーブル保護管５２に引き込む場合に、潜水士５７が海中に潜ってケーブル５３の線形を監視している。

従来においては、ケーブル保護管５２を用いてケーブル５３を立ち上げる場合に、ケーブル保護管５２に引き込まれるケーブル５３の線形を監視するために潜水士５７が潜水する必要がある。このため、たとえば波が荒くて潜水士が潜水できないような状況では、ケーブルの立ち上げをともなうケーブル設置工事を進めることができない場合があった。

本発明の主な目的は、潜水士が潜水できないような状況でも、ケーブルの立ち上げをともなうケーブル設置工事を進めることができる技術を提供することにある。

本発明の第１の態様は、
水上設備にケーブル保護管を縦向きに取り付けるとともに、前記ケーブル保護管を用いてケーブルを立ち上げるケーブル立ち上げ工程を有するケーブル設置方法であって、
前記ケーブル立ち上げ工程では、前記ケーブルに対して、当該ケーブルの長さ方向の異なる位置に予め複数の水中音波反射体を取り付けておき、ソナーが水中に放射した音波が複数の水中音波反射体に当たって反射した際の、当該音波を前記ソナーで受信することにより、水中における前記ケーブルの位置を検出する
ことを特徴とするケーブル設置方法である。

本発明の第２の態様は、
水中に配されたケーブルに対して、当該ケーブルの長さ方向の異なる位置に複数の水中音波反射体を取り付け、ソナーが水中に放射した音波が複数の水中音波反射体に当たって反射した際の、当該音波を前記ソナーで受信することにより、水中における前記ケーブルの位置を検出する
ことを特徴とするケーブルの位置検出方法である。

本発明によれば、潜水士が潜水できないような状況でも、ケーブルの立ち上げをともなうケーブル設置工事を進めることが可能となる。

本発明の実施形態に係るケーブル設置方法を説明する図である。 ケーブルの布設状態の一例を示す平面図である。 ケーブルに対する水中音波反射体の取付構造の一例を説明する図である。 従来のケーブル設置方法を説明する図である。

本発明に係るケーブル設置方法は、水上設備にケーブル保護管を縦向きに取り付けるとともに、ケーブル保護管を用いてケーブルを立ち上げるケーブル立ち上げ工程を有するものである。このケーブル立ち上げ工程では、ケーブルに対して、当該ケーブルの長さ方向の異なる位置に予め複数の水中音波反射体を取り付けておき、ソナーが水中に放射した音波が複数の水中音波反射体に当たって反射した際の、当該音波をソナーで受信することにより、水中における前記ケーブルの位置を検出する。ケーブル立ち上げ工程の詳細については後述する。

本発明の実施形態においては、水上設備が洋上設備（たとえば、洋上風力発電設備、洋上変電設備など）である場合を例に挙げて説明する。ただし、本発明を実施する場所は、海に限らず、たとえば、湖や川などでもよい。また、本発明の実施形態においては、設置の対象となるケーブルが、海底に布設されるケーブル（海底ケーブル）である場合を例に挙げて説明するが、本発明はこれに限らず、水の底に布設される水底ケーブルを含めて、種々の用途（電力用、通信用など）のケーブルを設置の対象にすることができる。

以下に、本発明の実施形態に係るケーブル設置方法について説明する。
まず、ケーブル設置工事を始める前の状況について、図１を用いて説明する。図１においては、洋上風力発電設備等の洋上設備が、着床式の基礎１を土台に構築されるようになっている。着床式の基礎には、たとえば、モノパイル式、重力式、ジャケット式などがあるが、本発明はいずれの方式にも適用可能である。洋上設備の基礎１の部分は、たとえば海底への杭打ちにより、海底から垂直に起立している。基礎１の上には、たとえば、図示しない風車タワーが設置されるようになっている。

洋上設備の基礎１には、ケーブル保護管２が縦向きに取り付けられている。ケーブル保護管２は、図示しない固定部材を用いて基礎１の外周部に固定されている。ケーブル保護管２は、後述するケーブルを保護するものである。ケーブル保護管２は、たとえば、鉄鋼などの金属によって構成されている。ケーブル保護管２は、中空構造を有するものであって、たとえば、断面円形の筒状に形成されている。ケーブル保護管２の両端は、それぞれ開口している。

一方、海底には、たとえば図２に示すように、複数の基礎１が所定の間隔で設置されている。各々の基礎１には、２つずつケーブル保護管２が取り付けられている。また、海底には、複数（図例では２つのみ表示）のケーブル３が布設されている。各々のケーブル３は、上記立ち上げ工程を行うにあたって、事前に海底に布設されたものである。複数のケーブル３は、複数の基礎１に対して千鳥状に配置されている。

海底に布設されたケーブル３には、それぞれ複数の水中音波反射体４が取り付けられている。ケーブル３は、たとえば図示しない布設船上で複数の水中音波反射体４を取り付けた状態で、海上から海底に向けて投下されるものである。複数の水中音波反射体４は、ケーブル３の長さ方向に所定の間隔（たとえば、５〜１０ｍの間隔）をあけて、ケーブル３の長さ方向の異なる位置に取り付けられている。また、複数の水中音波反射体４は、ケーブル３の一端側と他端側にそれぞれ複数個（図例では５個）ずつ取り付けられている。

水中音波反射体４は、無動力の水中音波反射体であって、後述するソナーが海中に放射した音波（たとえば、超音波）が当該水中音波反射体に当たったときに、特定の音波を反射するものである。水中音波反射体４としては、たとえば、その形状が球形であって、無指向性を有する「ＳｏｎａｒＢｅｌｌ」（登録商標）を用いることができる。この水中音波反射体４は、ソナーから放射された音波が当たったときに、球の外表面に沿って伝搬する音波と、球の内部を伝搬する音波により、二重の反射を生み出すものである。

ここで、ケーブル３に対する水中音波反射体４の取付構造の一例について、図３を用いて説明する。
水中音波反射体４は、水中切り離し装置５を用いてケーブル３に取り付けられている。水中切り離し装置５は、海中に発せられる特定の音響信号に反応して動作することにより、水中音波反射体４をケーブル３から切り離すものである。水中切り離し装置５は、たとえば、リチウム電池により２年程度作動が可能である。ケーブル３の所定部位（水中音波反射体４の取付部位）にはロープ６が縛り付けられている。ロープ６は、たとえば、水中切り離し装置５が備える可動式のフック（不図示）に係止されている。水中切り離し装置５は、上記特定の音響信号に反応して動作することにより、上記のフックがロープ６から外れるようになっている。

水中切り離し装置５には、浮きの一例として、２つの耐圧ブイ７が取り付けられている。これらの耐圧ブイ７は、水中切り離し装置５によって水中音波反射体４をケーブル３から切り離したときに、耐圧ブイ７自身の浮力により水中音波反射体４を水面に浮上させるためのものである。

再び図１に戻って、海面から突出した基礎１の上部には、２つのウィンチ８，９が搭載されている。これらのウィンチ８，９は、基礎１の上部に設けられた架台１０に搭載されている。ウィンチ８は、ワイヤ１１を用いて、ソナー１２を昇降させるために設けられたものである。ウィンチ９は、ワイヤ１４を用いて、ケーブル保護管２の内部にケーブル３を引き込むために設けられたものである。

ウィンチ８から延びるワイヤ１１は、ソナー１２を支持する支持部材１３に接続されている。ソナー１２は、支持部材１３の下端部に取り付けられている。ソナー１２としては、好ましくは、パンアンドチルト機構付きのソナーを用いるとよい。支持部材１３は、図示しないガイド部材を用いて、基礎１の外周部に上下動自在に支持されている。

ケーブル設置工事に際しては、ソナー１２が次のような手順で海中に沈められる。
まず、ウィンチ８を駆動してワイヤ１１を引き込むことにより、海面上に支持部材１３を引き上げる。次に、支持部材１３の下端部にソナー１２を取り付ける。次に、ウィンチ８を駆動してワイヤ１１を繰り出す。そうすると、ワイヤ１１の繰り出しにともなって支持部材１３が下降し、この支持部材１３と一緒にソナー１２が海中に沈められる。このとき、ワイヤ１１の繰り出し量を適宜調整することにより、ソナー１２を所定の深さに沈める。

一方、ウィンチ９から延びるワイヤ１４は、ケーブル保護管２の上端部から、ケーブル保護管２の内部に通されている。また、図示はしないが、ワイヤ１４の端部は、ケーブル３の端部に接続されている。ウィンチ９は、ワイヤ１４の張力を検出する機能（以下、「張力検出機能」という。）を有している。ウィンチ９は、ワイヤ１４と一緒にケーブル３をケーブル保護管２の内部に引き込むときに、ワイヤ１４の張力が異常に高くならないように、上記張力検出機能によりワイヤ１４の張力を常時監視する。具体的な監視内容については、後述する。

海底に打ち込まれた基礎１の周囲には洗掘防止１５が施されている。洗掘とは、たとえばモノパイル（基礎）を海底に打ち込んだときに、海底の砂等の移動により、モノパイル周辺の砂が削られて凹状に掘れる現象であり、これを防止するために基礎１の周囲に洗掘防止１５が施されている。

以上のような状況のもとで、ケーブル設置工事は、下記のケーブル立ち上げ工程を経て行われる。

（ケーブル立ち上げ工程）
まず、上述のように海中に沈めたソナー１２から海底のケーブル３に向かって音波を放射する。こうしてソナー１２が放射した音波は、海中を伝搬してケーブル３の布設場所に達する。海底に布設されたケーブル３には予め複数の水中音波反射体４が取り付けられている。このため、ソナー１２が海中に放射した音波は、複数の水中音波反射体４に当たって反射する。その際、ソナー１２は、各々の水中音波反射体４で反射した音波を受信することにより、海中における水中音波反射体４の位置を検出し、その検出信号を図示しない信号線を通して出力する。

ここで、一つのケーブル３には複数の水中音波反射体４が取り付けられているため、各々の水中音波反射体４の位置を把握できれば、それを基にケーブル３の位置を検出することができる。つまり、ソナー１２が出力する検出信号は、ケーブル３の位置を特定する信号になる。そこで、たとえば、ソナー１２から出力される検出信号を、図示しない作業船等に搭載された信号処理装置で処理してモニターに入力し、そのモニターの画面にケーブル３の位置情報を表示する。これにより、ケーブル設置工事に携わる作業員は、作業船に乗船したまま、モニターの画面に表示されるケーブル３の位置情報を基に、ケーブル３の線形を監視することができる。

次に、上述のようにソナー１２を用いてケーブル３の線形を監視しながら、ケーブル３の引き込みを行う。ケーブル３の引き込みは、ケーブル保護管２の内部を通してケーブル３の端部に接続したワイヤ１４を、ウィンチ９の駆動によって引き込むことにより行う。これにより、ワイヤ１４と一緒にケーブル３がケーブル保護管２の内部に引き込まれる。

その際、各水中音波反射体４ごとに設けられている水中切り離し装置５を、それぞれ所定のタイミングで動作させる。具体的には、図示しない作業船上でモニターの画面により各々の水中音波反射体４の位置を把握し、ケーブル保護管２の下端部に所定の距離まで水中音波反射体４が近づいたタイミングで、作業船から特定の音響信号を発する。このとき、各々の水中切り離し装置５は、それぞれ異なる音響信号に反応して動作するように構成しておく。そして、上述したケーブル３の引き込みにより、ケーブル保護管２の下端部にいずれかの水中音波反射体４が近づいたら、この水中音波反射体４に対応する水中切り離し装置５を動作させる。

これにより、ケーブル保護管２の下端部に近い側の水中音波反射体４から順に、水中切り離し装置５の動作によって水中音波反射体４がケーブル３から切り離される。その際、水中切り離し装置５の動作によってフック（不図示）がロープ６から外れると、耐圧ブイ７の浮力により、水中音波反射体４が水中切り離し装置５とともに海面に浮上する。このため、作業船に乗船している作業員は、耐圧ブイ７を目印にして水中音波反射体４や水中切り離し装置５を発見し、これらを船上に回収することができる。

一方、ウィンチ９は、ワイヤ１４と一緒にケーブル３を引き込んでいる途中に、上記張力検出機能によりワイヤ１４の張力を監視する。具体的には、張力検出機能により検出した張力の検出値と予め設定された所定値とを比較する。そして、検出値が所定値を超えると、ワイヤ１４の引き込みを中断する。

これに対して、ウィンチ９による張力の検出値が所定値以下に維持されたまま、ワイヤ１４と一緒にケーブル３の端部を所定の高さまで引き上げると、その段階でウィンチ９がワイヤ１４の引き込みを終了する。これにより、ケーブル３は、ケーブル保護管２に沿って、海底側から海面側に向かって立ち上がった状態になる。
以上で、ケーブル設置工事におけるケーブル立ち上げ工程が終了となる。

ちなみに、ケーブル立ち上げ工程を終えた後は、ウィンチ８の駆動によりワイヤ１１を引き込んで支持部材１３を海面上に上昇させ、支持部材１３の下端部からソナー１２を取り外して回収しておく。

（実施形態の効果）
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。

（１）本実施形態においては、ケーブル３に複数の水中音波反射体４を取り付けて、水中におけるケーブル３の位置をソナー１２を用いて検出するため、従来のように潜水士が海中に潜ってケーブルの線形を監視する必要がなくなる。したがって、潜水士が潜水できないような海象状況でも、ケーブルの立ち上げをともなうケーブル設置工事を進めることができる。

（２）本実施形態においては、複数の水中音波反射体４をそれぞれ水中切り離し装置５を用いてケーブル３に取り付け、所定のタイミングで水中切り離し装置５により水中音波反射体４をケーブル３から切り離す。これにより、各々の水中音波反射体４がケーブル保護管２内に引き込まれる前（直前）に、水中音波反射体４をケーブル３から切り離すことができる。

（３）本実施形態においては、水中切り離し装置５によって水中音波反射体４をケーブル３から切り離したときに、耐圧ブイ７の浮力によって水中音波反射体４を海面に浮上させる。このため、水中音波反射体４や水中切り離し装置５を作業船上に回収することができる。

（４）本実施形態においては、ケーブル３と一緒に引き込むワイヤ１４の張力が所定値を超えた場合に、ワイヤ１４の引き込みを中断する。このため、ケーブル３が何らかの原因で引き込みの途中に引っ掛かった場合でも、ケーブル３に過剰な力が加わることを未然に回避することができる。

（変形例等）
本発明の技術的範囲は上述した実施の形態に限定されるものではなく、発明の構成要件やその組み合わせによって得られる特定の効果を導き出せる範囲において、種々の変更や改良を加えた形態も含む。

たとえば、上記実施形態においては、水中切り離し装置５に２つの耐圧ブイ７を取り付けているが、耐圧ブイ７の個数は、必要に応じて変更可能である。

また、上記実施形態においては、水中切り離し装置５に耐圧ブイ７を取り付けているが、水中切り離し装置５に代えて、水中音波反射体４に耐圧ブイ７を取り付けてもよい。

また、水中音波反射体４自身が十分な浮力を有する場合は、耐圧ブイ７を取り付けなくてもよい。

また、本発明は、上述したケーブル設置方法に限らず、以下に付記する「ケーブルの位置検出方法」として実現することもできる。
（付記）
水中に配されたケーブルに対して、当該ケーブルの長さ方向の異なる位置に複数の水中音波反射体を取り付け、ソナーが水中に放射した音波が複数の水中音波反射体に当たって反射した際の、当該音波を前記ソナーで受信することにより、水中における前記ケーブルの位置を検出する
ことを特徴とするケーブルの位置検出方法。

１…基礎（洋上設備）
２…ケーブル保護管
３…ケーブル
４…水中音波反射体
５…水中切り離し装置
６…ロープ
７…耐圧ブイ
８，９…ウィンチ
１１，１４…ワイヤ
１２…ソナー

Claims (6)

1. 水上設備にケーブル保護管を縦向きに取り付けるとともに、前記ケーブル保護管を用いてケーブルを立ち上げるケーブル立ち上げ工程を有するケーブル設置方法であって、
   前記ケーブル立ち上げ工程では、前記ケーブルに対して、当該ケーブルの長さ方向の異なる位置に予め複数の水中音波反射体を取り付けておき、ソナーが水中に放射した音波が複数の水中音波反射体に当たって反射した際の、当該音波を前記ソナーで受信することにより、水中における前記ケーブルの位置を検出する
   ことを特徴とするケーブル設置方法。
2. 前記ケーブル立ち上げ工程では、前記複数の水中音波反射体をそれぞれ水中切り離し装置を用いて前記ケーブルに取り付けておき、所定のタイミングで前記水中切り離し装置により前記水中音波反射体を前記ケーブルから切り離す
   ことを特徴とする請求項１に記載のケーブル設置方法。
3. 前記ケーブル立ち上げ工程では、前記水中音波反射体または前記水中切り離し装置に浮きを取り付けておき、前記水中切り離し装置により前記水中音波反射体を前記ケーブルから切り離したときに、前記浮きの浮力で前記水中音波反射体を水面に浮上させる
   ことを特徴とする請求項２に記載のケーブル設置方法。
4. 前記ケーブル立ち上げ工程では、前記ケーブル保護管に通したワイヤをケーブルに接続し、前記ワイヤと一緒に前記ケーブルを前記ケーブル保護管の内部に引き込むことにより、前記ケーブル保護管に沿って前記ケーブルを立ち上げる
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のケーブル設置方法。
5. 前記ケーブル立ち上げ工程では、前記ワイヤの張力を検出し、その検出値が所定値を超えた場合に、前記ワイヤの引き込みを中断する
   ことを特徴とする請求項４に記載のケーブル設置方法。
6. 水中に配されたケーブルに対して、当該ケーブルの長さ方向の異なる位置に複数の水中音波反射体を取り付け、ソナーが水中に放射した音波が複数の水中音波反射体に当たって反射した際の、当該音波を前記ソナーで受信することにより、水中における前記ケーブルの位置を検出する
   ことを特徴とするケーブルの位置検出方法。

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