JP2022092420A - 進水装置及び進水方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数の浮体構造物を連続的に進水可能な技術を提供すること。【解決手段】水域に浮体構造物を進水させる進水装置であって、前記水域に配置され、前記浮体構造物が載置される架台と、空気及び前記水域の水の導入と排出が可能な浮力発生室を備えた、前記架台を支える浮沈部材と、前記浮力発生室に空気を送気し、前記浮沈部材の浮力を調整する送気手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は浮体構造物を進水させる進水技術に関する。

ケーソン等の浮体構造物は、陸上で構築された後、海や湖といった水域に進水される。進水作業に用いる装置として様々な装置が提案されている（特許文献１や２）。実際に実施されている進水方法としては、ドライドックを用いた進水方法が知られている。この進水方法では、ドック内で構造物を構築したのち、ドック内に注水して浮体構造物を水域に進水する。また、台船（フローティングドック）を用いた進水方法も知られている。この進水方法では、構造物を台船上に移動させ、台船に注水を行い、水域に沈めて浮体構造物を進水する。

特開昭５８－１４９８８９号公報 実開昭５８－１５７８９７号公報

ドライドックを用いた進水方法では、浮体構造物を進水して曳き出すまで、浮体構造物によりドック内が占有される。また、進水毎にドック内へ注水・進水後の排水・清掃作業が必要となる。したがって、複数の浮体構造物を連続的に進水させることが困難である。台船を用いた進水方法では、浮体構造物に適した台船の新造や改造等が必要となる場合がある。また、岸壁から浮体構造物を進水する場合、浮体構造物の喫水、台船の型深さ及び余裕水深を合わせた水深が必要となり、必要進水が深くなる傾向にある。その対策として沖で進水させる場合、台船をえい航し、進水させたのち台船を岸壁に戻すことになり、複数の浮体構造物を連続的に進水させることが困難である。

本発明の目的は、複数の浮体構造物を連続的に進水可能な技術を提供することにある。

本発明によれば、
水域に浮体構造物を進水させる進水装置であって、
前記水域に配置され、前記浮体構造物が載置される架台と、
空気及び前記水域の水の導入と排出が可能な浮力発生室を備えた、前記架台を支える浮沈部材と、
前記浮力発生室に空気を送気し、前記浮沈部材の浮力を調整する送気手段と、
を備えることを特徴とする進水装置が提供される。

また、本発明によれば、
進水装置によって水域に浮体構造物を進水させる進水方法であって、
前記進水装置は、
前記水域で前記浮体構造物が載置される架台と、
空気及び前記水域の水の導入と排出が可能な浮力発生室を備えた、前記架台を支える浮沈部材と、を含み、
前記進水方法は、
前記浮力発生室に空気を送気し、前記浮体構造物及び前記架台が前記水域に沈まない浮力を前記浮沈部材に付与する工程と、
前記浮体構造物を陸上から前記架台に移動する工程と、
前記浮力発生室内に前記水域の水を導入して、前記架台及び前記浮体構造物を前記水域に沈水させる工程と、を備える、
ことを特徴とする進水方法が提供される。

本発明によれば、複数の浮体構造物を連続的に進水可能な技術を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る進水装置の説明図。 図１の進水装置の斜視図。 図１の進水装置の送気装置の説明図。 （Ａ）及び（Ｂ）は図１の進水装置の施工例の説明図。 （Ａ）及び（Ｂ）は図１の進水装置の施工例の説明図。 （Ａ）及び（Ｂ）は図１の進水装置を用いた進水方法の説明図。 （Ａ）及び（Ｂ）は図１の進水装置を用いた進水方法の説明図。 別の構成例の説明図。 別の構成例の説明図。

以下、添付図面を参照して実施形態を詳しく説明する。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明に必須のものとは限らない。実施形態で説明されている複数の特徴のうち二つ以上の特徴が任意に組み合わされてもよい。また、同一若しくは同様の構成には同一の参照番号を付し、重複した説明は省略する。

＜進水装置の構造＞
図１は本発明の一実施形態に係る進水装置１の説明図、図２は進水装置１の分解斜視図である。進水装置１はケーソン等の浮体構造物を陸上（岸）１１０から水域１００に進水する装置である。本実施形態において水域１００は海が想定されている。しかし、進水装置１は湖等、他の水域への進水にも適用可能である。

進水装置１は、架台２と、浮沈部材３と、案内部材４と、規定部材５とを備える。架台２は、水域に配置され、浮体構造物が載置される床板部である。本実施形態の場合、架台２は全体として、平面視で矩形で平坦な直方体形状を有しており、浮体構造物の載置面（積載面）を形成する矩形の天板２０と、架台２の骨格を形成するフレーム２１とを含む。天板２０は例えば複数枚の鋼板が組み合わせて構成され、フレーム２１上に固定されている。フレーム２１は、複数の鋼管を井桁状に接続して構成されている。架台２の剛性向上のため、フレーム２１の桁間には小梁を設置してもよい。架台２は進水の際、浮沈部材３と共に昇降する。架台２のサイズは浮体構造物のサイズに応じて適宜設計されるが、例えば、一辺が４０ｍ～８０ｍである。

浮沈部材３は、架台２を下から支える中空部材であり、その内部に浮力発生室Ｓを備える。浮力発生室Ｓには、空気と水域１００の水（海水）１００ａの、導入と排出とが可能であり、空気と水１００ａとの置換によって浮力の調整が可能である。本実施形態の場合、浮沈部材３は、上下方向に延設された筒部材であり、例えば、円筒鋼管で形成される。浮沈部材３の上端部は蓋部３ａで閉鎖され、下端部は開口部３ｂとなっており、浮力発生室Ｓは開口部３ｂを除いて気密な空間である。浮沈部材３の筒の内部空間が浮力発生室Ｓを形成しており、浮力発生室Ｓは浮沈部材３の軸方向の全域に渡って形成されている。水１００ａは開口部３ｂから浮力発生室Ｓに流入可能であり、また、開口部３ｂから排出可能である。蓋部３ａはフレーム２１に接合され、浮沈部材３は架台２を支持しつつ架台２と共に昇降する昇降杭を形成する。浮沈部材３のサイズは浮体構造物のサイズに応じて適宜設計されるが、例えば、直径２～３ｍ、全長４５ｍ～５５ｍの鋼管を用いて形成可能である。

案内部材４は、浮沈部材３の浮沈を案内する部材である。架台２と浮沈部材３の昇降の際、案内部材４によって、架台２と浮沈部材３の姿勢が維持され、特に架台２は水平姿勢が維持される。本実施形態の場合、案内部材４は上下方向に延設された筒部材であり、例えば、円筒鋼管で形成される。案内部材４の上端部４ａ及び下端部４ｂは共に開放されており、案内部材４の内部空間は水域１００の海水で満たされる。案内部材４の直径は浮沈部材３の直径よりも大きく、案内部材４は浮沈部材３が挿入される外挿管であり、浮沈部材３の昇降が案内される。案内部材４は水域１００の底部（地盤）１０１に埋設されている。底部１０１は本実施形態の場合、水域１００の海底であり、案内部材４はその土中（１０２）に埋設されている。しかし、底部１０１は、人口構造物（ドックの底床）であってもよい。本実施形態の場合、案内部材４の上端が底部１０１から上側に突出しているが、上端は底部１０１の表面と略面一又は底部１０１の表面から僅かに下がった位置にあってもよい。案内部材４のサイズは浮体構造物のサイズに応じて適宜設計されるが、例えば、直径２．５～３．５ｍ、全長４５ｍ～５５ｍの鋼管を用いて形成可能である。

本実施形態では、浮沈部材３と案内部材４との組が複数組配置されており、特に、図２に示すように水平面上でマトリックス状に配置されている。これにより架台２を安定して支持することができる。浮沈部材３と案内部材４の組数は浮体構造物のサイズに応じて適宜選択可能である。隣接する浮沈部材３の各上部の間をブレスにより接続してもよく、これにより複数の浮沈部材３の全体的に平面剛性を向上することができる。

規定部材５は、架台２の上限位置を規定する部材である。規定部材５によって、架台２及び浮沈部材３が浮き上がり過ぎることを防止できる。架台２の上限位置は、陸上（岸）１１０の地面と略同じ高さである。本実施形態の場合、規定部材５は架台２と底部１０１との間に張設された線部材である。線部材は例えば金属ワイヤ等、可撓性を有する線材である。規定部材５は、複数設けられており、各規定部材５は架台２の左右前後方向で異なる位置に配置されている。これにより架台２がその上限位置においてより水平な姿勢で維持される。

図３を参照して、浮力発生室Ｓに対する気液置換に関わる構造について説明する。各浮沈部材３には、給気用の制御弁Ｖ１と排気用の制御弁Ｖ２とが設けられており、浮沈部材３毎に、浮力発生室Ｓに対する空気の供給と浮力発生室Ｓからの空気の排気とが可能である。制御弁Ｖ１には配管６３を介して送気装置６が接続されている。配管６３は、送気装置６から各浮沈部材３の制御弁Ｖ１に分岐した分岐配管であり、例えば、ゴム製ホースと接続金具等で構成される。本実施形態の場合、送気装置６は、圧力調整装置６１と、コンプレッサ６２とを備える。コンプレッサ６２は圧縮空気を送出し、圧力調整装置６１で圧縮空気の圧力が調整される。圧力が調整された空気が、配管６３及び制御弁Ｖ１を介して浮力発生室Ｓに供給される。圧力調整装置６１は例えば、空気流量を制御する制御弁等を備える。出力を増大するため、圧力調整装置６１に複数のコンプレッサ６２が並列に接続されてもよい。浮力発生室Ｓには、水位計８が設けられており、水位計８は浮力発生室Ｓ内に存在する水１００ａの水位を検知する。

送気装置６、制御弁Ｖ１及びＶ２は制御盤７により制御され、水位計８の検知結果は制御盤７に出力される。浮力調整の例について説明する。制御弁Ｖ２を閉じた状態で制御弁Ｖ１を開放し、送気装置６から空気を浮力発生室Ｓへ送気する。浮力発生室Ｓ内の空気の割り合いが高まり、水１００ａは開口部３ｂから浮力発生室Ｓ外へ排出される。浮沈部材３の浮力が高まり、浮沈部材３と共に架台２が上昇する。制御弁Ｖ１を閉じた状態で制御弁Ｖ２を開放すると、浮力発生室Ｓ内の空気が制御弁Ｖ２を介して大気に排出可能な状態となる。水１００ａが開口部３ｂから浮力発生室Ｓに流入して浮沈部材３の浮力が下がり、浮沈部材３と共に架台２を降下させることができる。

架台２に載置される浮体構造物の平面重量分布は均一とは限らない。架台２に局所的に重量が作業する場合がある。水位計８の検知結果に基づき、制御弁Ｖ１及びＶ２の開閉を浮沈部材３毎に制御すれば、浮沈部材３毎の浮力調整が可能となり、昇降の際、架台２を水平に維持し易くなる。

制御盤７による制御は、事前にプログラムされた処理を実行する自動制御であってもよいし、作業者が手動で動作を指示するマニュアル制御であってもよい。制御盤７と送気装置６は陸上（岸）１１０に設置される。制御弁Ｖ１、Ｖ２は図３の例のように、蓋部３ａ近傍に配置し、蓋部３ａに支持される構成でもよいし、陸上（岸）１１０に配置され、配管を介して浮沈部材３に接続されてもよい。

＜施工例＞
図４及び図５を参照して進水装置１の施工例について説明する。まず、図４（Ａ）に示すように、案内部材４が底部１０１に打設される。打設後、案内部材４内の土を掘削して排出する。次に、図４（Ｂ）に示すように浮沈部材３を案内部材４内に設置する。浮沈部材３の浮力発生室Ｓに水１００ａが流入することで、浮沈部材３は沈む。浮沈部材３には取り外し可能なストッパ９が仮設される。ストッパ９により浮沈部材３が沈み過ぎることを防止する。ストッパ９は、本実施形態の場合、浮沈部材３を囲むようにその周面に固定された環状部材である。しかし、ストッパ９の形態はこれに限られず、浮沈部材３の径方向に突出した部材であればよい。本実施形態の場合、ストッパ９は案内部材４の上端部９ａと当接することにより、浮沈部材３の下限位置を規定する。しかし、ストッパ９は、底部１０１と当接することで浮沈部材３の下限位置を規定するものであってもよい。

次に、図５（Ａ）に示すように陸で作成した架台２を浮沈部材３上に搭載し、固定する。図５（Ｂ）に示すように規定部材５を設置し、配管６３や配線を引き回し、浮沈部材３の浮力発生室Ｓに空気を供給可能な状態とする。浮力発生室Ｓに空気を供給し、架台２及び浮沈部材３が沈まないようにする。その後、ストッパ９を取り外して進水装置１の施工が完了する。

＜進水方法＞
図６及び図７を参照して進水装置１を用いた進水方法の例について説明する。まず、進水する浮体構造物のサイズ、重量に応じて、浮沈部材３に浮力を付与する。具体的には架台２上に浮体構造物を搭載した際に、浮体構造物、架台２及び浮沈部材３が沈まないように、各浮沈部材３の浮力を設定し、制御弁Ｖ１が開放、制御弁Ｖ２が閉鎖の状態で、各浮力発生室Ｓに空気を供給する。その後、制御弁Ｖ１も閉鎖する。この段階では、架台２、浮沈部材３及び架台２に搭載される浮体構造物の総重量よりも、各浮沈部材３が発生する浮力が上回るが、架台２は規定部材５によってその上限位置が規定される。また、浮体構造物を架台２へ載せる前に、架台２、浮沈部材３及び浮体構造物の総重量を上回る浮力を作用させてもよい。

次に、図６（Ａ）に示すように浮体構造物２００が架台２に搭載される。浮体構造物２００は、例えば、多軸台車やジャッキ、エアキャスター等を利用して陸上１１０から架台２上に移動される。上記の通り、浮体構造物２００のサイズ、重量に応じて、浮沈部材３の浮力設定を事前に行うことで、搭載時に浮体構造物２００、架台２及び浮沈部材３が沈むことはない。

次に、制御弁Ｖ２を開放して浮沈部材３の浮力発生室Ｓの空気を排出する。空気の排出に伴い、開口部３ｂから浮力発生室Ｓ内に水域１００の水１００ａが流入し、各浮沈部材３の浮力が低下する。これにより、図７（Ａ）に示すように浮体構造物２００、架台２及び浮沈部材３が水域１００に沈水する。その際、架台２が水平姿勢で降下するように、各浮沈部材３の水位計８を監視しつつ、各制御弁Ｖ２の開閉を個別に行うことができる。架台２の降下量により、浮体構造物２００が架台２から浮いた状態となる。

その後、図７（Ｂ）に示すように浮体構造物２００を曳航し、架台２から移動させる。以上により、一回の進水が終了する。その後、連続的に別の浮体構造物を進水する場合、上記の手順を繰り返せばよい。すなわち、浮体構造物のサイズ、重量に応じて、各浮沈部材３に浮力を付与すべく、制御弁Ｖ１が開放、制御弁Ｖ２が閉鎖の状態で、各浮力発生室Ｓに空気を供給する。その後、図６（Ａ）～図７（Ｂ）と同じ手順を行えばよい。

以上の通り、本実施形態によれば、各浮力発生室Ｓへの空気の給気と排気により浮沈部材３の浮力を調整することで、複数の浮体構造物を連続的に進水することができる。進水に際し、架台２は同じ場所で昇降を繰り返すだけなので、作業面積が変動することなく、広範な作業スペースを要しない。また、架台２の昇降を繰り返すだけなので、進水作業の作業時間は短時間で足りる。

浮沈部材３の浮力を低下させる場合には、水域１００の水１００ａを利用するので、浮力発生室Ｓに導入する液体を別途用意する必要はなく、また、浮力発生室Ｓから水１００ａを水域１００に戻しても環境汚染等の影響はない。

案内部材４により浮沈部材３の昇降を案内するので、架台２の昇降安定性を向上できる。案内部材４が底部１０１に埋設されており、浮沈部材３は底部１０１の土中１０２内に降下可能であるため、架台２の昇降ストロークを確保し易く、比較的浅瀬の水域１００においても、浮体構造物の進水が可能である。また、浮力発生室Ｓの容積をより大きく確保することができ、浮力調整の幅を大きくとることができる。浮沈部材３と案内部材４の組数は、想定される浮体構造物に併せて変更可能である。進水が想定される多様なサイズ、重量の浮体構造物に併せて進水装置１の規模を容易に設計できる。

＜浮力発生室の気液交換のための他の構成例＞
図３の例では、給気用の制御弁Ｖ１と排気用の制御弁Ｖ２を浮沈部材３毎に設けた例を説明したが他の構成例も採用可能である。図８は他の構成例を示す説明図である。

図示の例では、制御弁Ｖ３が給気用、排気用の制御弁を兼用した多方向制御弁である。制御弁３は、開放態様として、浮力発生室Ｓに対して、配管６３又は大気開放管１０を選択的に接続可能である。給気時には制御弁Ｖ３によって浮力発生室Ｓと配管６３とを連通させ、排気時には制御弁Ｖ３によって浮力発生室Ｓと大気開放管１０とを連通させる。

また、図示の例では、浮沈部材３の下端部も蓋部３ｃで閉鎖されており、浮力発生室Ｓは気密な空間とされている。水１００ａの導入は、制御弁Ｖ４、配管１２及び送排水装置１１を介して行う。送排水装置１１は水域１００から水１００ａを汲み上げ、浮力発生室Ｓへ送水するポンプ等を含む。制御弁Ｖ４は浮力発生室Ｓの給水時、排水時に開状態とされる。給水時に制御弁Ｖ３は浮力発生室Ｓと大気開放管１０とを連通させる。排水時は、送気装置６から制御弁Ｖ３を介して浮力発生室Ｓに給気を行うことで、浮力発生室Ｓから水１００ａを、制御弁Ｖ４、配管１２を介して排水することが可能であるが、給排水装置１１が浮力発生室Ｓから水１００ａを汲み上げるポンプを備えていてもよい。

＜他の実施形態＞
上記実施形態では、浮沈部材３及び案内部材４が、円筒の筒部材であるが、角筒の筒部材であってもよい。浮沈部材３及び案内部材４は、筒部材以外の部材であってもよい。浮沈部材３の浮力発生室Ｓは浮沈部材３の長手方向の全域に渡って形成されていなくてもよく、一部に形成されていてもよい。浮沈部材３において、浮力発生室Ｓに水１００ａを導入する開口部は、浮沈部材３の下端部以外の部位に形成されていてもよい。案内部材４は浮沈部材３の昇降（浮沈）を案内するものではなく、架台２の昇降（浮沈）を案内するものであってもよく、この場合、案内部材４は、岸壁に設けられ、上下方向に延びるレール部材であってもよく、架台２はレール部材を摺動する摺動部を備えていてもよい。

規定部材５は、底部１０１と架台２とに接続される線部材以外でもよい。例えば、規定部材は、岸壁に固定され、架台２の上面と当接する当接部材であってもよい。また、規定部材は、水域１００の底部１０１に立設された柱と、柱の上端部に設けられ架台２の上面と当接する当接部材とから構成されてもよい。

また、規定部材５は案内部材４に対する浮沈部材３の上限位置を規定することで、架台２の上限位置を規定するものであってもよい。図９はその構造例を示す。規定部材５’は案内部材４の上端部に固定されたキャップ形状を有しており、その中心部に案内部材４の内径よりも狭く、浮沈部材３の外径よりも大きい直径の貫通穴５ａを有する。浮沈部材３には鍔状の当接部３ｄがその外周面に設けられており、当接部３ｄが規定部材５’に当接することによってその上限位置が規定される。この結果、架台２の上限位置も規定される。規定部材５’と当接部３ｄは、全ての浮沈部材３と案内部材４の組に設けられてもよいし、一部の組に設けられてもよい。

上記実施形態では、架台２の形状を平面視で矩形としたが、これに限られず、平面視で円形、三角形等、他の形状でもよい。

以上、発明の実施形態について説明したが、発明は上記の実施形態に制限されるものではなく、発明の要旨の範囲内で、種々の変形・変更が可能である。

１ 進水装置、２ 架台、３ 浮沈部材、６ 送気装置、Ｓ 浮力発生室

Claims (7)

1. 水域に浮体構造物を進水させる進水装置であって、
   前記水域に配置され、前記浮体構造物が載置される架台と、
   空気及び前記水域の水の導入と排出が可能な浮力発生室を備えた、前記架台を支える浮沈部材と、
   前記浮力発生室に空気を送気し、前記浮沈部材の浮力を調整する送気手段と、
   を備えることを特徴とする進水装置。
2. 請求項１に記載の進水装置であって、
   前記浮沈部材は、前記浮力発生室に前記水域の水が流入可能な開口部を有する、
   ことを特徴とする進水装置。
3. 請求項１に記載の進水装置であって、
   前記浮沈部材は、上下方向に延設され、上端部が閉鎖され、下端部が開放された筒部材であり、
   前記進水装置は、前記筒部材の浮沈を案内する案内部材を更に備える、
   ことを特徴とする進水装置。
4. 請求項３に記載の進水装置であって、
   前記案内部材は、前記水域の底部に埋設され、前記筒部材が挿入される外挿管である、
   ことを特徴とする進水装置。
5. 請求項４に記載の進水装置であって、
   前記筒部材と前記案内部材との組が、マトリックス状に複数組配置されている、
   ことを特徴とする進水装置。
6. 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の進水装置であって、
   前記架台の上限位置を規定する規定部材を備える、
   ことを特徴とする進水装置。
7. 進水装置によって水域に浮体構造物を進水させる進水方法であって、
   前記進水装置は、
   前記水域で前記浮体構造物が載置される架台と、
   空気及び前記水域の水の導入と排出が可能な浮力発生室を備えた、前記架台を支える浮沈部材と、を含み、
   前記進水方法は、
   前記浮力発生室に空気を送気し、前記浮体構造物及び前記架台が前記水域に沈まない浮力を前記浮沈部材に付与する工程と、
   前記浮体構造物を陸上から前記架台に移動する工程と、
   前記浮力発生室内に前記水域の水を導入して、前記架台及び前記浮体構造物を前記水域に沈水させる工程と、を備える、
   ことを特徴とする進水方法。

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