JP2022181301A

JP2022181301A - モノパイルへの水底ケーブルの敷設方法およびモノパイル基礎

Info

Publication number: JP2022181301A
Application number: JP2021088176A
Authority: JP
Inventors: 憲二大久保; Kenji Okubo
Original assignee: Kajima Corp
Current assignee: Kajima Corp
Priority date: 2021-05-26
Filing date: 2021-05-26
Publication date: 2022-12-08
Anticipated expiration: 2041-05-26
Also published as: JP7510385B2

Abstract

【課題】洗掘防止材を設置しない場合にもケーブルが挿通された鞘管の損傷を防止できるモノパイルへの水底ケーブルの敷設方法およびモノパイル基礎を提供する。【解決手段】内部にガイド管４が固定されたモノパイル２を地盤１に打設し、モノパイル２の頂部近傍に曲りボーリング施工機５を設置する。次に、ガイド管４へ削孔ロッド６を挿入し、曲りボーリング施工機５によってモノパイル２の外部の地盤１に向けて曲りボーリングを行う。そして、水底表面１２までの掘削が完了した後、削孔ロッド６内に鞘管７を挿入し、削孔ロッド６を引き抜き、鞘管７の内部にケーブル８を挿通する。【選択図】図６

Description

本発明は、モノパイルへの水底ケーブルの敷設方法およびモノパイル基礎に関するものである。

洋上風力発電設備のモノパイル基礎の周辺では、波力や潮流力による流速が大きくなり、水底地盤の洗掘が生じやすい。そのため、地盤が軟弱である場合、洗掘防止材をモノパイル基礎周辺の地盤上に設置している。

また、洋上風力発電設備には送電などのためのケーブルが接続されているが、水底でケーブルが露出していると、フリースパン化したケーブルが波力や潮流力などの外力を受けて損傷する恐れがある。そのため、モノパイルに取り付けた鞘管にケーブルを挿通してケーブルを防護し、さらに鞘管上に洗掘防止材を設置することにより、ケーブルが挿通された鞘管を洗掘防止材で押さえてフリースパン化を防止している（例えば、特許文献１参照）。

特許第６４６０８９４号公報

しかしながら、基礎周辺の地盤が比較的硬質である場合、コストダウンのために洗掘防止材を省略することがある。洗掘防止材を省略すると、水底ケーブルを防護する鞘管が水中や水底に露出した状態となるため、鞘管が波力や潮流力などの外力を受けやすくなり、モノパイルへの取付部に大きな反力が作用して鞘管が破断する可能性がある。また、鞘管が水中や水底に露出した状態では、洋上風力発電設備を作業船でメンテナンスする時に作業船の投錨や走錨によって鞘管が破損する可能性がある。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、洗掘防止材を設置しない場合にもケーブルが挿通された鞘管の損傷を防止できるモノパイルへの水底ケーブルの敷設方法およびモノパイル基礎を提供することである。

前述した目的を達成するために第１の発明は、モノパイルへの水底ケーブルの敷設方法であって、前記モノパイルは、内部にガイド管が固定されており、前記モノパイルの頂部近傍に曲りボーリング施工機を設置する工程と、前記ガイド管へ削孔ロッドを挿入し、前記曲りボーリング施工機によって前記モノパイルの外部の地盤に向けて曲りボーリングを行う工程と、水底表面までの掘削が完了した後、前記削孔ロッド内に鞘管を挿入する工程と、前記削孔ロッドを引き抜く工程と、前記鞘管の内部にケーブルを挿通する工程と、を具備することを特徴とするモノパイルへの水底ケーブルの敷設方法である。

第１の発明によれば、モノパイルの外部の地盤に向けて曲りボーリングを行って水底に鞘管を埋設しケーブルを挿通するので、洗掘防止材を設置しない場合にも、波力や潮流力などの外力による鞘管やケーブルの損傷を防止することができる。また、ガイド管がモノパイルの内部に固定されているので、水上から曲がりボーリングを行ったり鞘管を挿入したりすることができる。

前記ガイド管は、前記モノパイルの内部において、複数の支持部材によって湾曲して固定されていることが望ましい。
これにより、ガイド管を適切な形状に曲げて支持しつつモノパイルに固定することができる。

前記ガイド管の下端付近は、水平方向よりも下方に向けて前記モノパイルの開口部に接続されていることが望ましい。
これにより、ガイド管内からモノパイルの周辺地盤に削孔ロッドを円滑に発進させることができる。

水底表面と前記モノパイルとの間で露出する前記鞘管の上部に、防護部材が配置されてもよい。
これにより、鞘管が水中に露出する場合に、防護部材で鞘管を被覆して防護することができる。

前記モノパイルから、前記鞘管が水底表面に露出するまでの距離が、メンテナンス用の船舶による投走錨の影響を受けない５０ｍ程度以上であることが望ましい。
これにより、モノパイル基礎に支持された洋上風力発電設備を作業船でメンテナンスする時に、作業船の投錨や走錨によるケーブルの破損を防止できる。

前記ガイド管が互いに別の方向に向けて複数本配置され、それぞれの前記ガイド管に対して、曲りボーリングを行ってもよい。
これにより、モノパイル基礎から複数のケーブルを異なる方向に敷設することができる。

第２の発明は、中空のモノパイル基礎であって、モノパイルの内部にはガイド管が配置され、前記ガイド管は、前記モノパイルの内部において、複数の支持部材によって湾曲して固定されていることを特徴とするモノパイル基礎である。

第２の発明によれば、ガイド管が湾曲してモノパイルに固定されているので、曲がりボーリングや鞘管の挿入をモノパイルの頂部側から行うことができる。

本発明によれば、洗掘防止材を設置しない場合にもケーブルが挿通された鞘管の損傷を防止できるモノパイルへの水底ケーブルの敷設方法およびモノパイル基礎を提供できる。

モノパイル基礎３を構築する工程を示す図。モノパイル２の上部の鉛直断面を示す図。曲りボーリング施工機５を設置する工程を示す図。曲りボーリングを行う工程を示す図。鞘管７を挿入する工程を示す図。削孔ロッド６を引き抜く工程を示す図。ケーブル８を挿通する工程を示す図。ケーブル８を挿通する工程を示す図。２本のガイド管４を固定した例を示す図。（ａ）は作業用ステージ１０ａを用いた例を示す図、（ｂ）は中掘り工法でモノパイル２を打設した例を示す図。

以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。

図１はモノパイル基礎３を構築する工程を示す図であり、鉛直方向の断面を示す。図２はモノパイル２の上部の鉛直断面を示す図である。

図１に示す工程では、水底表面１２上に設置した大型ＳＥＰ１０を用いてモノパイル２を地盤１に設置して、洋上風力発電設備のモノパイル基礎３を構築する。ＳＥＰ（Ｓｅｌｆ－ＥｌｅｖａｔｉｎｇＰｌａｔｆｏｒｍ）は自己昇降式作業台船であり、設置時には昇降用脚を地盤１に着床させてプラットフォームを水上までジャッキアップする。

図２に示すように、モノパイル２は内部にガイド管４が固定されている。ガイド管４は、モノパイル２の内部において、複数の支持部材４１によって湾曲して固定される。複数の支持部材４１は、例えば十字状の水平材であり、十字の交差の位置がそれぞれ異なる。ガイド管４は支持部材４１の交差部分に固定され支持されることにより、適切な形状に曲げた状態でモノパイル２内に固定される。モノパイル２は周面に開口部２１を有し、ガイド管４の下端４２は水平方向よりも下方に向けて斜めに開口部２１に接続される。

モノパイル２は、例えば打撃工法により地盤１に打設される。モノパイル２は、開口部２１が水底表面１２の直上に達する深さまで打設される。ガイド管４や支持部材４１は、モノパイル２の打設時の衝撃に耐えられるように鋼製等とするのが望ましい。

図３は、曲りボーリング施工機５を設置する工程を示す図であり、鉛直方向の断面を示す。図３に示す工程では、大型ＳＥＰ１０からモノパイル２の頂部の上方に張出した張出部１１に曲りボーリング施工機５を設置する。曲りボーリング施工機５は、後述する削孔ロッド６をガイド管４に上方から挿入可能な位置に設置される。

図４は、曲りボーリングを行う工程を示す図であり、図４（ａ）は鉛直方向の断面を、図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ１－Ａ１による断面を示す。図４に示す工程では、先端に削孔用ビットが設けられた中空の削孔ロッド６をガイド管４の上端から挿入し、ガイド管４の下端４２から出た削孔用ビットを曲りボーリング施工機５によってモノパイル２の外部の地盤１に向けて発進させる。そして、曲りボーリング施工機５によって地盤１中に矢印Ｂ１に示すようにモノパイル２から遠ざかる方向に曲りボーリングを行い、削孔ロッド６の先端６１が水底表面１２から出たら曲りボーリングを完了する。なお、曲りボーリングの曲率はガイド管４の曲率と一致する必要はなく、適宜変更可能である。地盤１の改良が必要な場合は、削孔ロッド６内に注入管を挿入して薬液注入を行う。

図５は、鞘管７を挿入する工程を示す図であり、図５（ａ）は鉛直方向の断面を、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ２－Ａ２による断面を示す。図５に示す工程では、削孔ロッド６内に鞘管７を挿入する。鞘管７は、モノパイル２の頂部側から矢印Ｂ２に示すように削孔ロッド６の先端６１に向かう方向に挿入され、先端６１から鞘管７が出たら挿入を完了する。鞘管７は、耐久性と可撓性を有する塩ビ管等である。

図６は、削孔ロッド６を引き抜く工程を示す図であり、図６（ａ）は鉛直方向の断面を、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ３－Ａ３による断面を示す。図６に示す工程では、曲りボーリング施工機５によって削孔ロッド６を地盤１およびガイド管４から引き抜く。削孔ロッド６は、矢印Ｂ３に示すように水上に向かう方向に引き抜きつつ、解体される。鞘管７は先端７１が水底表面１２に出た状態で残置される。

図７、図８は、ケーブル８を挿通する工程を示す図であり、図７（ａ）は鉛直方向の断面を、図７（ｂ）は図７（ａ）のＡ４－Ａ４による断面を、図８は図７（ａ）のＣ－Ｃによる断面を示す。図７に示す工程では、鞘管７内にケーブル８を挿通する。ケーブル８は、鞘管７の先端７１側から水上に向かう方向に押し込んでもよいし、鞘管７内に予め仕込んでおいたロープに先端７１側でケーブル８を接続し水上側から引き上げてもよい。

図７、図８に示すように、水底表面１２とモノパイル２との間にわずかに露出する鞘管７が、波力や潮流力による影響を受けると思われる場合など、必要に応じて、露出する鞘管７の上部には、防護部材９が配置され、鞘管７が波力や潮流力などの外力を受けないように被覆される。防護部材９は、例えば砕石を詰めた網袋等とし、洗掘防止材を兼ねてもよい。図８に示すように、モノパイル２の周面から鞘管７が水底表面１２に露出する位置１４までの水平距離１３は、メンテナンス等のための船舶がモノパイル２の近傍に係留した際に、錨等でケーブル８が損傷しないように設定することが望ましい。例えば、国内での交通船と呼ばれる曳船や押船といった能力を必要としない、人を運ぶための船が点検等のメンテナンスに使用されると考えられるが、その船の長さはだいたい１０ｍ＋α程度である。また、モノパイル方式の風車の適用水深はだいたい３０ｍ程度までと考えられるため、たとえば４５°の角度まで係留位置から錨が流されたとすれば、３０ｍの位置となる。このため、作業船の船首は乗り降りのためモノパイルに接しているとすると、そこから船長１０ｍ＋α＋３０ｍとして、αを１０ｍ以下と仮定すれば５０ｍ程度と考えられる。このため、水平距離１３は、５０ｍ程度以上とすることが望ましい。

このように、本実施形態によればモノパイル２の外部の地盤１に向けて曲りボーリングを行って水底に鞘管７を埋設しケーブル８を挿通するので、洗掘防止材を設置しない場合にも、波力や潮流力などの外力による鞘管７やケーブル８の損傷を防止することができる。また、ガイド管４がモノパイル２の内部に固定されているので、ガイド管４を用いてモノパイル２の頂部側から削孔ロッド６による曲がりボーリングを行ったり鞘管７を挿入したりすることができ、潜水士作業を最小限にできる。

本実施形態では、ガイド管４が複数の支持部材４１によって湾曲してモノパイル２の内部に固定され、ガイド管４の下端４２が水平方向よりも下方に向けてモノパイル２の開口部２１に接続されているので、ガイド管４内からモノパイル２の周辺の地盤１に削孔ロッド６を円滑に発進させることができる。この際、ガイド管４が直線状ではなく湾曲しているため、削孔ロッド６によって曲りボーリングを行う際の反力をガイド管４で受けることができる。

また、水底表面１２とモノパイル２との間に位置する鞘管７の上に必要に応じて防護部材９が配置されるので、鞘管７が波力や潮流力などの外力を受けないように防護することができる。

さらに、モノパイル２と鞘管７の露出位置１４との距離１３を５０ｍ程度以上とすることにより、モノパイル基礎３に支持された洋上風力発電設備を作業船でメンテナンスする時に、作業船の投錨や走錨による海底の鞘管７やケーブル８の破損を防止できる。

なお、本実施形態では１本のガイド管４をモノパイル２の内部に固定したが、複数のガイド管４を別の方向に向けて配置してもよい。図９は２本のガイド管４を固定した例を示す図である。図９に示す例では、２本のガイド管４－１、４－２が互いに別の方向に向けて配置される。これにより、ガイド管４－１、４－２に対してそれぞれ点線で示す方向に曲りボーリングを行って複数の水底ケーブルを異なる方向に敷設することができる。この方法はケーブルを他のモノパイル基礎のケーブルと繋ぐ場合などに有用である。

また、各工程の詳細は上記したものに限らない。図１０（ａ）は作業用ステージ１０ａを用いた例を示す図である。上記の実施形態では曲りボーリング施工機５を大型ＳＥＰ１０上に設置したが、図１０（ａ）の例では、大型ＳＥＰ１０を用いてモノパイル２を打設した後、大型ＳＥＰ１０を退避させ、モノパイル２に固定した作業用ステージ１０ａ上に曲りボーリング施工機５を設置して後続の工程を実施する。これにより、大型ＳＥＰ１０の使用期間を短縮できる。

図１０（ｂ）は先行削孔建て込み工法でモノパイル２を施工した例を示す図である。上記の実施形態では打撃工法によりモノパイル２を打設したが、図１０（ｂ）に示す例では地盤１を先行削孔したのちモノパイル２を建て込む先行削孔建て込み工法によって、モノパイル２を開口部２１が水底表面１２の下方に達する深さまで挿入し、ガイド管４の下端４２を地盤１内に配置する。すなわち、ガイド管４の下端が、水底表面１２よりも深くに位置する。これにより、削孔ロッド６をガイド管４の下端４２から地盤１内に発進させることができるので、水底表面１２とモノパイル２との間で鞘管７が露出せず、防護部材９が不要となる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、支持部材４１の形状は十字状に限らず、ガイド管４を湾曲した状態でモノパイル２の内部に固定できるような形状であればよい。また、ガイド管４の下端４２を鋭利な形状としてモノパイル２の開口部２１から突出させ、モノパイル２の打設時にガイド管４の下端４２を水底表面１２に貫入させてもよい。これにより、ガイド管４の下端を水底表面１２よりも深くに位置することができるため、打設工法の場合にも削孔ロッド６をガイド管４の下端４２から地盤１内に発進させることができる。さらに、ガイド管４及び支持部材４１を、モノパイル２を打設した後に取り付けられる構造とすることで、打設時にモノパイル２の中に中掘り用掘削機を入れて打設を行う中掘り工法に対しても適用することができる。

１………地盤
２………モノパイル
３………モノパイル基礎
４、４－１、４－２………ガイド管
５………曲りボーリング施工機
６………削孔ロッド
７………鞘管
８………ケーブル
９………防護部材
１０………大型ＳＥＰ
１０ａ………作業用ステージ
１１………張出部
１２………水底表面
１３………距離
１４………位置
２１………開口部
４１………支持部材
４２………下端
６１、７１………先端

Claims

モノパイルへの水底ケーブルの敷設方法であって、
前記モノパイルは、内部にガイド管が固定されており、
前記モノパイルの頂部近傍に曲りボーリング施工機を設置する工程と、
前記ガイド管へ削孔ロッドを挿入し、前記曲りボーリング施工機によって前記モノパイルの外部の地盤に向けて曲りボーリングを行う工程と、
水底表面までの掘削が完了した後、前記削孔ロッド内に鞘管を挿入する工程と、
前記削孔ロッドを引き抜く工程と、
前記鞘管の内部にケーブルを挿通する工程と、
を具備することを特徴とするモノパイルへの水底ケーブルの敷設方法。
前記ガイド管は、前記モノパイルの内部において、複数の支持部材によって湾曲して固定されていることを特徴とする請求項１記載のモノパイルへの水底ケーブルの敷設方法。
前記ガイド管の下端付近は、水平方向よりも下方に向けて前記モノパイルの開口部に接続されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のモノパイルへの水底ケーブルの敷設方法。
水底表面と前記モノパイルとの間で露出する前記鞘管の上部に、防護部材が配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載のモノパイルへの水底ケーブルの敷設方法。
前記モノパイルから、前記鞘管が水底表面に露出するまでの距離が、５０ｍ以上であることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のモノパイルへの水底ケーブルの敷設方法。
前記ガイド管が互いに別の方向に向けて複数本配置され、それぞれの前記ガイド管に対して、曲りボーリングを行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のモノパイルへの水底ケーブルの敷設方法。
中空のモノパイル基礎であって、
モノパイルの内部にはガイド管が配置され、前記ガイド管は、前記モノパイルの内部において、複数の支持部材によって湾曲して固定されていることを特徴とするモノパイル基礎。