JP2018536787A - 海底に設置可能な有孔構造体 - Google Patents

Abstract

海底に設置可能な有孔構造体が、構造体へと一体化可能な複数の予め作製された有孔モジュールと、予め作製された有孔モジュールのコーナ部分を相互連結する少なくとも１つのコネクタとを有する。各予め作製された有孔モジュールは、凹面を含むコーナ部分を有し、それにより、構造体になるように一緒に一体化されたコーナ部分が、コンクリートで充填される空洞を形成する。コネクタは、互いに直交する３つのアームを含むクロスピースを有する。各アームは、十字様の断面を有する。クロスピースは、コンクリート内に分布する補強部材を有する。

Description

（関連出願の相互参照）
本出願は、２０１０年１月１４日出願のＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＩＬ２０１０／００００３６および２００９年１月１５日出願の米国仮特許出願第６１／１４４，７４５号からの優先権を主張する、２０１４年９月２６日出願の米国特許出願第１４／４９８，０１２号の一部継続出願である。本出願はまた、２０１０年５月９日出願のＰＣＴ出願番号ＰＣＴ／ＩＬ２０１０／０００３７２および２００９年５月１０日出願の米国仮特許出願第６１／第１７６，９１０号からの優先権を主張する、２０１２年１０月１日出願の米国特許出願第１３／３１９，７５０号の一部継続出願でもある。

本発明は、沖合構造体およびその構築方法に関し、より詳細には深海港および人工島に有用なモジュール式構造物に関する。

世界経済のグローバル化の進展により、国際輸送の需要が高まっている。この増加した需要の結果、ますます多くの貨物会社が、１４，８００ＴＥＵ（１ＴＥＵまたは「２０フィート等価単位」＝１４４５ｆｔ^３＝２０’×８ １／２’×８ １／２’コンテナによって占有されるものと等価の容積）を超える容量を有する「ジャンボ」コンテナ船を発注している（Ｊ．ＳｖｅｎｄｓｅｎおよびＪ．Ｔｉｅｄｅｍａｎｎ、「Ｔｈｅ Ｂｉｇ Ｓｈｉｐｓ Ａｒｅ Ｃｏｍｉｎｇ」、２００７年７月１７日付のウェブサイト記事：ｈｔｔｐ：／／ｃｏｎｔａｉｎｅｒｉｎｆｏ．ｃｏ．ｏｈｏｓｔ．ｄｅを参照）。これらの大型船は、物品の輸送効率を向上させることができるが、世界中の約２０の港のみしかこれらに対応できず、「ハブ港」から貨物の最終目的地への積み替えが必要となることが確実であるため、さらなる輸送コストがかかり、時間のロスが発生する。

将来的にジャンボ貨物船に対応できるさらなる港の開発には、いくつかの障害がある。１つは港に利用可能な沿岸地がないことである。港開発に適した沿岸地が本来的に限られているだけでなく、一般的に沿岸地は他の目的（住宅地など）の開発に価値があり、望ましいものである。第２の障害は、海岸近くでは十分に深い水が不足していること、および追加の浚渫と擁壁の建設に伴う莫大な費用である。たとえば、２０００年から２００５年の間において、キル・ヴァン・カル・チャネル（Ｋｉｌｌ ｖａｎ Ｋｕｌｌ ｃｈａｎｎｅｌ）（ニューヨーク／ニュージャージー州）は、３億６０００万ドルの費用をかけて３５フィートから４５フィートの深さにされたが、７０００〜８０００ＴＥＵの容量の船に必要とされる５０フィートの深さまでチャネルを浚渫する現在進行中のプロジェクトは、その全体コストより９億ドル以上増加する。

ジャンボコンテナ船にアクセス可能な新しい深海港の開発、すなわち港が通常設計される方法には、さらに根本的な障害がある。海港の基本的な設計は、ローマ帝国時代から本質的に変わっておらず、港湾（すなわち穏やかな水域）およびその港湾内に建設された港を提供するために防波堤が建設される。この設計は、文字通り２千年にわたり有用であったが、現在の港設計への有用性を制限する次の３つの弱点がある。（１）防波堤の建設は、海港のコストを大きく増加させ（全体の３分の１）、そして防波堤のコストはその深さの２乗で増加する。（２）防波堤の陸側に恒常的な浚渫が必要であるため、港の維持管理に追加の費用がかかる。（３）防波堤の広い斜面は、そのそばでの船の係留を妨げ、港湾の最も深い、したがって最も有用な部分を無駄にする。

これらの障害に直面して、海港設計についての新しい考え方が見出されることは極めて重要である。しかし、このような新しい方法は依然として不足している。米国特許第５，８０３，６５９号明細書および米国特許第６，０１７，１６７号明細書において、Ｃｈａｔｔｅｙは、海港建設または拡張のためにモジュール式ケーソンを使用する方法を開示した。この発明は、使用されるケーソンのモジュール性および可搬性によってもたらされるコスト上の利点を有するが、港自体は陸に繋がれたままであり、したがって、水が十分な深さでない場合には上記で説明した費用がかかる浚渫作業の必要性は取り除かない。

他のものは、モジュール式水中防波堤を建設するさまざまな手段を開示しているが（たとえば、米国特許第１，８１６，０９５号明細書、米国特許第３，８４４，１２５号明細書、米国特許第４，５０２，８１６号明細書、米国特許第４，９７８，２４７号明細書および米国特許第５，３９３，１６９号明細書に開示された発明）、これらの防波堤は、一般に、港内で使用するというよりはビーチの浸食を防止するために設計されている。（たとえば、米国特許第３，６１４，８６６号明細書、米国特許第４，３４７，０１７号明細書、および米国特許第５，６２０，２８０号明細書に開示するような）港湾防波堤の建設に使用することを意図したモジュールユニットであっても、港湾建設コストを削減するが、防波堤および桟橋を別個のエンティティとして建設することを想定している。

米国特許第６，２３４，７１４号明細書は、名目上一体化された防波堤を有する桟橋を開示している。しかしながら、上記で引用した特許と同様に、防波堤および桟橋は、実際には独立した構造体であり、防波堤は、桟橋の海側に堆積した砂、砂利、岩石および／または瓦礫の山を含み、その上に複数のケーソン様の構造体が配置される。したがって、この設計もまた、広範な浚渫作業なしに防波堤を建設することはできず、防波堤および桟橋が単一のモジュール構造体ではないという問題を抱えている。

米国特許第５，８０３，６５９号明細書 米国特許第６，０１７，１６７号明細書 米国特許第１，８１６，０９５号明細書 米国特許第３，８４４，１２５号明細書 米国特許第４，５０２，８１６号明細書 米国特許第４，９７８，２４７号明細書 米国特許第５，３９３，１６９号明細書 米国特許第３，６１４，８６６号明細書 米国特許第４，３４７，０１７号明細書 米国特許第５，６２０，２８０号明細書 米国特許第６，２３４，７１４号明細書

Ｊ．ＳｖｅｎｄｓｅｎおよびＪ．Ｔｉｅｄｅｍａｎｎ、「Ｔｈｅ Ｂｉｇ Ｓｈｉｐｓ Ａｒｅ Ｃｏｍｉｎｇ」、２００７年７月１７日付のウェブサイト記事：ｈｔｔｐ：／／ｃｏｎｔａｉｎｅｒｉｎｆｏ．ｃｏ．ｏｈｏｓｔ．ｄｅ

したがって、深海港の設計および建設のための新しいパラダイムが依然として必要とされている。上記で論じた問題を解決するために、深海港または人工島であって、防波堤が構造体自体に一体化され、それによって専用の防波堤建設および維持管理のコストを排除し、追加の浚渫を必要とせずに構造体自体を深海に建設することができ、乾燥陸地に直接連結する必要のない独立した構造体として港を構築して、港の建設または拡張の前提条件とする自由な沿岸地の必要性を排除する、深海港または人工島が必要とされる。本発明は、これらの長年にわたるニーズを満たすように設計される。

本発明は、上記で説明した問題に対する解決策と、港設計についての新たな考え方の必要性に対する答えを提供する。本発明の１つの目的は、深海港または人工島を設置するために海底に設置可能な有孔構造体を提供することである。前述の構造体は、（ａ）構造体に一体化可能な複数の予め作製された有孔モジュールと、（ｂ）予め作製された有孔モジュールのコーナ部分を相互連結する少なくとも１つのコネクタとを備える。

本発明の中心的な目的は、予め作製された各有孔モジュールが、凹面を含むコーナ部分を有し、それにより、構造体になるように一緒に一体化されたコーナ部分が、コンクリートで充填される空洞を形成することである。コネクタは、互いに直交する３本のアームを有するクロスピース（ｃｒｏｓｓｐｉｅｃｅ）を備え、各アームは十字様の断面を有する。クロスピースは、コンクリート内に分布する補強部材を有する。

本発明の別の目的は、深海港または人工島を設置する方法を提供することである。前述の方法は、（ａ）構造体になるように一体化可能な複数の予め作製された有孔モジュールを提供するステップであって、各予め作製された有孔モジュールは、凹面を含むコーナ部分を有し、それにより、構造体になるように一緒に一体化されたコーナ部分は、コンクリートで充填される空洞を形成する、ステップと、（ｂ）少なくとも１つのコネクタを提供するステップと、（ｃ）コーナ部分を取り囲む空洞が形成されるように、予め作製された有孔モジュールのコーナ部分を位置決めするステップと、（ｄ）形成された空洞内で互いに直交する３本のアームを有するクロスピースを備えるコネクタを取り付けるステップであって、各アームは十字様の断面を有し、クロスピースは補強部材を有する、取り付けるステップと、（ｅ）補強部材がコンクリート内に分布するように空洞をコンクリートで充填するステップとを含む。

防波堤アンダーデッキ２を建設するために使用されるモジュール式海洋構造体ユニット１０（ＫｅｎｔおよびＡｌｋｏｎに譲渡された、先行技術、米国特許第７，２２６，２４５号明細書）の１つの実施形態を示す図である。 予め作製されたモジュール式ユニット１０（または複数の相互連結されたユニットを備えるアセンブリ）の港場所への輸送方法を示す図である。 １つの実施形態において示す、モジュール式ユニット１０の配置を示す切断図を伴う、組み立てられた港の上面図である。 １つの実施形態において示す、モジュール式ユニット１０の配置を示す切断図を伴う、組み立てられた港の上面図である。 防波堤アンダーデッキ２を形成するためにモジュール式構造体ユニット１０がどのように連結されるかを示す切断組立図である。 完全に建設された港が水中にどのように着座するかを示す、上側桟橋デッキ１および防波堤アンダーデッキ２を示す完全に建設された港１００の図である。 モジュール式ユニット１０からの防波堤デッキ２の建設、および上側デッキ１およびアンダーデッキ２の互いに対する位置および水に対する位置を示す港１００の断面図である。 一体化された深海港１００を含む港湾の図である。 環境に優しい人工島の概略図である。 さらに別の設計および実施形態による環境に優しい人工島の別の概略三次元図である。 本発明のさらに別の設計および実施形態による環境に優しい人工島のさらに別の概略三次元図である。 予め作製されたユニットを相互連結するためのコネクタの等角図である。 海底に取り付け可能な構造体を築く段階を示す図である。 海底に取り付け可能な構造体を築く段階を示す別の図である。 海底に取り付け可能な構造体を築く段階を示す別の図である。 海底に取り付け可能な構造体を築く段階を示す別の図である。 海底に取り付け可能な構造体を築く段階を示す別の図である。 海底に取り付け可能な構造体を築く段階を示す別の図である。 海底に取り付け可能な構造体内に設置されるためのコネクタの等角図である。

本質的な性質に影響を及ぼすことなく構造の細部が異なる本発明のいくつかの実施形態が存在し、したがって、本発明は、図に示しおよび本明細書に説明するものによって限定されず、添付の特許請求の範囲の最も広い解釈によってのみ決定される適切な範囲で、特許請求の範囲に示す通りによってのみ限定されることが当業者には明らかであろう。
本発明を説明するために、以下の用語を定義する。

防波堤：波の影響から港湾または海岸を保護するように設計された障壁。

有孔モジュール式海洋構造体ユニット：水中に浸されたときに水が通過するような切欠部または通路を有する水中建設様の構造体モジュール。

図１を参照すると、有孔モジュール式海洋構造体ユニット１０の１つの実施形態が、下側ベース頂点ＡＢＣＤおよび上側ベース頂点ＥＦＧＨを有する６つの平面によって画定された直方体１２を構成する形状で示されている。図示する例では、平行六面体が約１０ｍの長さの辺を有する幾何学的立方体であることを何ら制限することなく仮定している。この場合、Ｂ、Ｄ、Ｅ、およびＧの４つの隣接していない立法形のコーナが切断され、表面Ｓ_Ｂ、Ｓ_Ｄ（図１に示す図では示されていない）、Ｓ_ＥおよびＳ_Ｇは残される。図１に示す特定の実施形態では、ＳＢ、ＳＤ、ＳＥおよびＳＧは、最も近いコーナを中心とする球体の表面一部の形状を有するが、これらは、立方体の中心に向かって膨らむ任意の形状を有することができる（たとえば、楕円体またはより複雑な形状）。４つのトンネルＴ_Ｂ、Ｔ_Ｄ、Ｔ_Ｅ、およびＴ_Ｇが形成され、立方体の中心に収束して、切断された表面を相互連結する消波ブロック様の通路を形成する。トンネルは、円筒形断面を有するものとして示されているが、他の形状のものであってもよい。元の立方体の面から残された６つの平面（たとえば、側面ＥＦＧＨから残る表面１４）は、有孔モジュール式海洋構造体が他のモジュールと接触するための基本平面である。これらの表面は、組み立てプロセス中に実質的に水平な基礎上にモジュールを安定して位置決めすることを確実にするのに十分な大きさでなければならない。

図１に示す特定の実施形態では、有孔モジュール式海洋構造体は、元の立方体の面から残っている平面上の６つの対角線に沿って延びる補強対角線ビーム（ＲＤＢ）３０を有して形成される。ＲＤＢは、補強要素、たとえば鋼棒３２と、補強要素を埋め込む材料、たとえばコンクリートとを含むことができる。凹部４２は、モジュールのコーナの立方体の表面上に形成される。２つから８つのモジュール式海洋構造体ユニット１０が共通のコーナの周りに配置されている場合、これらの凹部は、コンクリートを投入するためまたはコーナ接合部を作り出すためにグラウトを注入するための鋳型として機能する空洞を形成する。図１に示すように、同様の凹部５２が対角線に沿って形成され得る。

図１は、有孔モジュール式海洋ユニットの設計の１つの例を示すが、アンダーデッキ２の構造は、モジュール式ユニット１０のこの特有の設計に限定されない。

図２〜図４を参照すると、アンダーデッキ２および一体化された港１００の建設におけるさまざまな段階が示されている。

図５を参照すると、完成したアンダーデッキ２の一セクションの詳細が示されている。上記で説明した、個々の有孔モジュール式海洋ユニットが相互連結される手段が、図にグラフィカルに示されている。

図６〜図８を参照すると、上側桟橋デッキ１およびアンダーデッキ２を備える一体型深海沖合港１００が示されている。上側桟橋デッキは、塩水に使用するのに適した材料で建設される。これは、大型船を係留するために、大型クレーンおよび船への貨物の積み込みや積み下ろしに使用される他の装置のためのベースとして、およびコンテナ船に積み込まれるか、またはコンテナターミナルに移送される貨物の一時的な場所として設計される。図６および図７に示す実施形態は、矩形の外形を有するとして上側デッキを示しているが、港の構造のモジュール式性質のため、上側デッキの正確な寸法および形状は、港自体の特有の必要性にしたがって実施形態によって必然的に異なる。同様に、アンダーデッキの正確な寸法および形状も、上側デッキに対する支持を提供するために選択され、したがって、建設される特有の港の必要性に応じて変化する。

アンダーデッキ２は、複数の有孔モジュール式海洋構造体ユニット１０から建設される。有孔モジュール式海洋構造体ユニットは、相互連結が可能であり、塩水の長期浸漬に適合する材料から建設されるように予め作製され、設計される。有孔モジュール式海洋構造体ユニットの１つの実施形態が、図１に提示される。この実施形態は、ユニットの本質的な品質、特にそのモジュール性（すなわち、アンダーデッキ２の建設は、図５に示す複数の同一要素を相互連結することによって行われる）、その相互連結性、および水がそれを通過する能力を示す。この特定の実施形態では、水が構造体の切断された部分を通って流れる。他の実施形態では、ユニットは、通路を含むことができ、または水を通過させるために、それ自体がより小さなサブユニットから建設されてもよい。図２に示す実施形態は、一体化されたドックの構造を示すために提供されており、その構造を図に示す特有の実施形態の使用に限定するようには意図されない。

アンダーデッキは、自然の海底に直接着座しており、陸上に建設された予め作製されたモジュール式海洋ユニット１０から建設され、上側デッキはメガ構造体の頂部に着座する。要素は、ドライドック内で相互連結される（図５を参照）。モジュール式海洋ユニットが相互連結された後、少なくとも１つのレベルのプラットホームが構築される。このプラットホームそのものを構造体の基板として、プラットホームの上にさらなる構造体を構築することが可能である。ドライドック内で作業が完了した後、ドライドックに水が満たされてプラットホームとその上部のすべてを浮遊させる。プラットホームは、次いで、深海の最終的な場所に曳航され（浮かび）、この地点で水がモジュール式海洋ユニット内の空洞に入れられ、それによってこれらを海底に沈ませ、こうして防波堤港を作り出す。あるいは、要素をウェットドック内で相互連結し、次いで港をその最終的な場所まで牽引することができる。

アンダーデッキは有孔ユニットで建設されているため、効率的な防波堤として自然に作用して、陸側に淀を供給しており、したがって上側デッキは、別個の専用の防波堤を建設する必要なく貨物船用の桟橋や埠頭として作用することができる。有孔ユニットは、さらに、水中の動植物の生息地として機能することができ、故に、建設されたアンダーデッキはまた、人工の岩礁の基礎として機能することもできる。

ここで、本発明の好ましい実施形態のセットを示す図９〜図１１が参照され、実施形態は、その設計において異なるが、本発明のピッチおよび心髄は同じである。人工島１００は、水中部分２０と、水上プラットホーム３０と、収容施設４０とを一体的に構成したものを備える。水中部分２０は、少なくとも１つの開口した通路をさらに含み、海底１０の表面上に直接着座する。本発明の１つの実施形態によれば、水中部分２０は、有孔モジュール式ユニット２５から組み立てられる。水中部分２０に機械的に固定された水上プラットホーム３０は、プラットホーム３０の上面に収容施設４０を搭載している。図に見られるように、海洋動物相６０およびスキューバダイバー５０が海水内に示されている。

本発明の別の実施形態によれば、水中部分２０には、人工岩礁を形成するための手段が設けられている。前述の手段は、海水と水中部分２０との接触面積を増加させるために有孔モジュール式ユニット２５に機械的に連結される特別な金属、プラスチック、または任意の他の追加部材を構成する。

ここで、ユニット２５（図示せず）のコーナ部分を相互連結するように設計されたコネクタ３００を示す図１２を参照する。コネクタ３００は、互いに直交する３本のアーム１１０、１２０および１３０を有するクロスピースを備える。アーム１１０、１２０および１３０の各々は、十字様の断面を有する。コネクタ３００は、１２０〜１３０（Ｘ〜Ｙ）、１１０〜１３０（Ｙ〜Ｚ）および１１０〜１２０（Ｘ〜Ｚ）によって画定される平面内にある補強部材１５０、１６０および１７０を備えている。さらに、例示的に１４０で示され、アーム１１０、１２０および１３０に溶接された補強部材は、ユニット２５のコーナ部分に連結可能である。

ここで、海底に設置可能な構造体を設置する段階を示す図１３ａ〜図１３ｆを参照する。符号２１０は、ユニット２５のコーナ部分を示す。各ユニット２５のコーナ部分２２０には凹面２２０が設けられ、それにより、ユニット２５が、構造体に組み立てられて設置されたとき、これらの凹面２２０は、コンクリートで充填される空洞を形成する（後述する）。

次に、空洞３１０内に取り付けられたコネクタ３００を示す図１４を参照する。コネクタ３００は、補強部材１４０によってユニット２５のコーナ部分２１０に機械的に連結される。コネクタ３００は、空洞２３０を形成するすべてのユニット２５を取り付けた後にコンクリートで充填される空洞２３０内に取り付けられる。コンクリートによる充填は、チャネル２４０を介して行われる。

要約すると、ユニット２５は、コーナ部分２１０の表面２２０が空洞２３０を形成するように取り付けられる。次に、コネクタ３００が、空洞２３０内に取り付けられる。このとき、部材１４０は、コーナ部分２１０に機械的に連結されている。その後、空洞２３０は、チャネル２４０を介してコンクリートで充填される。

Claims (2)

1. 深海港または人工島を築くために海底に設置可能な有孔構造体であって、
   ａ）前記構造体に一体化可能な複数の予め作製された有孔モジュールと、
   ｂ）前記予め作製された有孔モジュールのコーナ部分を相互連結する少なくとも１つのコネクタと
   を有する有孔構造体において、
   各予め作製された有孔モジュールは、凹面を含むコーナ部分を有し、それにより、前記構造体になるように一緒に一体化された複数の前記コーナ部分が、コンクリートで充填される空洞を形成し、
   前記コネクタは、互いに直交する３つのアームを含むクロスピースを有し、各アームは十字様の断面を有し、
   前記クロスピースは、前記コンクリート内に分布する補強部材を有する
   有孔構造体。
2. 深海港または人工島を築く方法であって、
   ａ）前記構造体になるように一体化可能な複数の予め作製された有孔モジュールを提供するステップであって、各予め作製された有孔モジュールは、凹面を含むコーナ部分を有し、それにより、前記構造体になるように一緒に一体化された前記コーナ部分が、コンクリートで充填される空洞を形成するステップと、
   ｂ）少なくとも１つのコネクタを提供するステップと、
   ｃ）複数の前記予め作製された有孔モジュールの複数のコーナ部分を位置決めし、それにより複数の前記コーナ部分を取り囲む空洞が形成されるステップと、
   ｄ）形成された空洞内で互いに直交する３つのアームを含むクロスピースを有する前記コネクタを設置するステップであって、各アームは十字様の断面を有し、また前記クロスピースは補強部材を有する、ステップと、
   ｅ）前記補強部材がコンクリート内に分布するように前記空洞を前記コンクリートで充填するステップと
   を含む方法。

Images