JP2022519559A - Pile driving ship, and its attitude adjustment, positioning control and pile driving method - Google Patents

Pile driving ship, and its attitude adjustment, positioning control and pile driving method Download PDF

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Abstract

本発明は、杭打ち船を開示し、船体を備え、前記船体は、４つのコーナーにそれぞれ浮力調節装置が設けられており、縦杭を走査する上下の２つのスキャナが設けられており、２つの異なる位置にＧＰＳ信号受信機が設けられており、少なくとも４つの異なる位置にアンカーを下ろすウインドラスが設けられており、杭枠が回転可能に設けられており、杭枠自動横臥装置が設けられており、杭枠に杭打ちガイドレールが設けられており、杭打ちガイドレールにパイルハンマーが可動に設けられており、パイルハンマーに杭頭キャップが設けられており、杭枠の下部に縦杭を把持する杭ホルダーが設けられている。本発明は、当該杭打ち船の姿勢調整方法、測位制御方法及び杭打ち方法をさらに開示する。本杭打ち船は、船体の位置、及び、縦杭が載置された目標位置を測位してから、測位制御方法で縦杭が載置された目標位置に運動するように杭打ち船を制御することにより、縦杭の吊り上げを容易にし、そして、杭打ち位置を正確に測位し、杭打ちの前に縦杭の位置を自動調整することにより、杭打ち精度を向上させる。The present invention discloses a pile driving ship, the hull is provided, the hull is provided with a buoyancy adjusting device at each of four corners, and two upper and lower scanners for scanning vertical piles are provided. GPS signal receivers are provided at two different positions, at least four different positions are provided with windlass for lowering anchors, stake frames are rotatably provided, and stake frame automatic lying devices are provided. A pile driving guide rail is provided on the pile driving guide rail, a pile hammer is movably provided on the pile driving guide rail, a pile head cap is provided on the pile hammer, and a vertical pile is provided at the bottom of the pile frame. A pile holder is provided to hold the. The present invention further discloses a posture adjusting method, a positioning control method, and a pile driving method of the pile driving ship. This pile driving ship controls the pile driving ship so that it moves to the target position where the vertical pile is placed by the positioning control method after positioning the position of the hull and the target position where the vertical pile is placed. This facilitates the lifting of vertical piles, accurately positions the pile driving position, and automatically adjusts the position of the vertical pile before pile driving to improve the pile driving accuracy.

Description

本発明は、杭打ち船及びその制御方法に関し、具体的に、杭打ち船、並びにその姿勢調整方法、測位制御方法及び杭打ち方法に関する。 The present invention relates to a pile driving ship and a control method thereof, specifically, a pile driving ship, an attitude adjustment method thereof, a positioning control method and a pile driving method.

杭打ち船は海上の杭打ち機器の１種であり、杭打ち船により縦杭を海底の土層に取り付け、縦杭の取り付けが完成すると、縦杭に風力発電などの作業のプラットフォームを取り付けることができる。沿岸地域の開放の拡大と発展の深まりの需要、及び、環海経済圏に対する国家の戦略的レイアウトの促進に伴い、沿海地域での水上工事プロジェクトがますます増加してきており、深海港の埠頭、ベイブリッジ、海上風力発電インフラなどの工事プロジェクトの建設に適応するには、杭打ち船は、大型化、自動化へ徐々に発展している。それとともに、海上の杭基礎工事は、杭打ち船の作業精度と効率に対する要求が高まり続けているが、杭基礎工事の施工が風力、海流、水深、地質などの条件による影響及び環境条件による制約を受け、従来の杭打ちの施工プロセス及び設備では、安全性と工期に対する要求を満たすことができない。 A pile driving ship is a kind of pile driving equipment at sea. A vertical pile is attached to the soil layer on the sea floor by a pile driving ship, and when the vertical pile installation is completed, a work platform such as wind power generation is attached to the vertical pile. Can be done. With the expansion of coastal openness and deeper demand for development, and the promotion of the national strategic layout for the coastal economic zone, the number of water works projects in coastal areas is increasing, and the piers and bays of deep sea ports. To adapt to the construction of construction projects such as bridges and offshore wind infrastructure, pile-driving vessels are gradually evolving to larger and more automated. At the same time, the demand for the work accuracy and efficiency of pile drivers continues to increase in the pile foundation work on the sea, but the construction of the pile foundation work is affected by conditions such as wind power, sea current, water depth, geology, and restrictions due to environmental conditions. Therefore, the conventional pile driving construction process and equipment cannot meet the requirements for safety and construction period.

特に、海底の地質状況が複雑であるので、杭打ちの前に、地質探査の結果に基づいて杭位置を決定する必要があり、異なる地質条件で提供される耐荷重性が異なり、岩石層や土層の深さ方向における耐衝撃性が異なる。杭打ち位置にずれがあると、杭位置の貫入深さが異なり、杭基礎の耐荷重性が不足しやすくなり、ひいては杭が破断することがあり、深刻な場合に、上部構造が傾いて壊れ、重大な財産損失を引き起こしてしまう。また、杭打ち船が縦杭から離脱した後、自重により斜杭が転位するため、杭位置の設計時、転位値を予め確保することで、ずれを減少させ、杭打ち位置が正確であれば、予め留保される転位値を確保し、縦杭が耐荷重性の低い位置にあることを回避することができる。したがって、海底の岩石や耐荷重性の低い地域などを避けるために、探査で得られる杭打ち可能な範囲が小さいことがあり、この場合、杭打ち作業の円滑な実施を確保するには、高い杭打ち精度が必要である。 In particular, due to the complex geological conditions of the seabed, it is necessary to determine the pile position based on the results of geological exploration before pile driving, and the load bearing capacity provided by different geological conditions is different, such as rock formations and rock formations. Impact resistance in the depth direction of the soil layer is different. If there is a deviation in the pile driving position, the penetration depth of the pile position will be different, the load bearing capacity of the pile foundation will be insufficient, and the pile may break, and in severe cases, the superstructure will tilt and break. , Causes serious property loss. In addition, since the slanted pile is displaced due to its own weight after the pile driving ship is separated from the vertical pile, the displacement is reduced by securing the dislocation value in advance when designing the pile position, and if the pile driving position is accurate. , It is possible to secure the dislocation value reserved in advance and prevent the vertical pile from being in a position with low load bearing capacity. Therefore, in order to avoid rocks on the seabed and areas with low load bearing capacity, the range that can be piled up by exploration may be small, and in this case, it is expensive to ensure smooth implementation of pile driving work. Pile driving accuracy is required.

しかし、現在、杭打ち作業の完成には、人工操作に頼る作業が多くし、杭打ち船は、風波、潮流の影響で杭打ち中に船体の平穏を確保できず、縦杭の位置と傾角の高精度に対する要求を満たすことができない。従来の杭打ち船の安定性の向上方法では、いずれも問題を良好に解決することができない。中国特許ＺＬ２０１４１０５５７６２６．２に記載されるバラスト機能を持つ大型貨物船の自動バランシング方法及びシステムでは、低いバランスタンク内に位置する水を、高いバランスタンク内に汲み上げて船体のバランスを維持するが、当該方法は、補償遅れが非常に大きい。中国特許ＺＬ２０１４２０５３２７５４．７に記載される波に耐える杭打ち船では、杭打ち船の縦方向における安定性を向上させたが、主甲板のヒービング運動に対して制御を行っていない。また、中国特許ＺＬ２０１４２０５３２７２７．Ｘに記載される波に耐える杭打ち船は、杭打ち船に対する風浪の影響を減少させたが、補償の精度が低く、遅れが大きく、補償性能が不安定である。したがって、現在、杭打ち中に様々な程度の斜杭の問題がしばしば発生し、良好に解決することが困難である。 However, at present, most of the work that relies on artificial operations is required to complete the pile driving work, and the pile driving ship cannot secure the peace of the hull during pile driving due to the influence of wind waves and tidal currents, and the position and inclination of the vertical piles. Cannot meet the demand for high accuracy. None of the conventional methods for improving the stability of pile driving vessels can solve the problem well. In the automatic balancing method and system of a large cargo ship with a ballast function described in Chinese Patent ZL2014105557626.2, water located in a low balance tank is pumped into a high balance tank to maintain the balance of the hull. The method has a very large compensation delay. The wave-tolerant stakeout vessel described in Chinese Patent ZL2014205327547. Has improved the vertical stability of the stakeout vessel but has no control over the heaving motion of the main deck. In addition, Chinese patent ZL201420532727. The wave-bearing stakeout vessel described in X has reduced the effects of wind waves on the stakeout vessel, but the compensation accuracy is low, the delay is large, and the compensation performance is unstable. Therefore, at present, various degrees of slanted pile problems often occur during pile driving and are difficult to solve well.

また、群杭の作業中、杭打ち船は、杭打ちエリアと杭吊りエリアとの間で往復運動する必要があり、引航又はその他の方法により船体の運動を制御する場合、船体における杭枠を、杭打ち位置に正確に運動させることができず、船体のインポジション精度に対する要求を満たすことができず、杭打ちの精度に非常に大きく影響してしまう。 Also, during the work of the group piles, the pile driving vessel must reciprocate between the pile driving area and the pile suspension area, and if the movement of the hull is controlled by towing or other methods, the pile frame in the hull should be used. , It is not possible to move accurately to the pile driving position, it is not possible to meet the requirements for the in-position accuracy of the hull, and it greatly affects the accuracy of pile driving.

上記の２つの理由に鑑みて、海上プラットフォームを建設するために正確な杭打ちを必要とする一部の地域は、開発を諦めざるを得ないことが多い。 Given the above two reasons, some areas that require accurate stakeout to build offshore platforms are often forced to give up development.

本発明が解決しようとする技術課題は、測位が正確でかつ船体の作業時に安定性が良好であり、正確な杭打ちを実現する杭打ち船を提供することである。 The technical problem to be solved by the present invention is to provide a pile driving ship which can perform accurate pile driving with accurate positioning and good stability when working on the hull.

上記の技術課題を解決するために、本発明で採用される技術方案は、スリップブレーキ装置が設けられている船体を備え、船首に杭枠がヒンジ接続で設けられており、船首に杭吊り装置が設けられており、杭枠に杭打ち装置及び杭把持装置が設けられており、杭打ち装置が杭枠に設けられている杭打ちガイドレールを含み、杭打ちガイドレールにパイルハンマーが可動に設けられており、パイルハンマーの底部に杭頭キャップが接続されている杭打ち船であって、測位制御システム、船体姿勢調整システムをさらに含み、前記船体姿勢調整システムが、甲板下に対称に配置され、船体の浮き状態を調整する少なくとも４つの浮力調節装置と、船体に設けられているレーダー波浪計とを含み、浮力調節装置が、船体に設けられているバラストタンクと、甲板の下面に設けられている接続板とを含み、接続板に鉛直下向きに設けられている推進装置がヒンジで接続されており、バラストタンクの底部に外界と連通するスルーホールが設けられており、バラストタンク内かつ液面上に水押し板が設けられており、推進装置の端部がバラストタンクの頂板を通過して水押し板とヒンジで接続されており、レーダー波浪計がコンピュータ制御システムと接続されており、レーダー波浪計でデータを検出して各推進装置の必要な運動距離を算出し、水押し板を駆動して上下移動させることによって水を排出又は流入させることにより、船体の浮き状態を制御し、前記測位制御システムが、コンピュータ制御システムと接続され、船体の２つの異なる位置に設けられているＧＰＳ信号受信機と、コンピュータ制御システムと接続され、船体に設けられ、少なくとも４つの異なる位置でアンカーを下ろすウインドラスとを含み、船体に、船体のエンドコーナーに配置されているアンカーケーブル接続点が対応的に設けられており、アンカーケーブル接続点に、コンピュータ制御システムと接続され、アンカーケーブルの角度を測定する角度計が取り付けられており、コンピュータ制御システムがＧＰＳ信号受信機により船体の位置情報を取得し、絶対座標系及び船上座標系を構築し、さらに、船体の移動時の各アンカーと船体との接続点の絶対座標系におけるリアルタイム位置情報及び各アンカーケーブルの長さを算出し、最終的に各ウインドラスの繰込み／繰出し速度を得て船体の運動を制御する杭打ち船である。 In order to solve the above technical problems, the technical plan adopted in the present invention includes a hull equipped with a slip brake device, a hull frame is provided on the nose by a hinge connection, and a hull suspension device is provided on the nose. Is provided, a pile driving device and a pile gripping device are provided in the pile frame, the pile driving device includes a pile driving guide rail provided in the pile frame, and a pile hammer is movable on the pile driving guide rail. It is a pile driving ship that is provided and has a hull cap connected to the bottom of the pile hammer, further including a positioning control system and a hull attitude adjustment system, and the hull attitude adjustment system is arranged symmetrically under the deck. A buoyancy regulator is provided on the ballast tank on the hull and on the underside of the deck, including at least four buoyancy regulators that adjust the hull's floating state and a radar wave meter on the hull. A propulsion device provided vertically downward to the connection plate is connected by a hinge, and a through hole communicating with the outside world is provided at the bottom of the ballast tank, including the connection plate provided in the ballast tank. A water push plate is provided above the liquid surface, the end of the propulsion device passes through the top plate of the ballast tank and is hinged to the water push plate, and the radar wave meter is connected to the computer control system. , The data is detected by the radar wave meter to calculate the required movement distance of each propulsion device, and the floating state of the hull is controlled by discharging or inflowing water by driving the water push plate and moving it up and down. , The positioning control system is connected to a computer control system and is connected to two different positions on the hull, GPS signal receivers, and is connected to the computer control system and is installed on the hull and is anchored at at least four different positions. The hull is correspondingly provided with anchor cable connection points located at the end corners of the hull, including the windlass that lowers the hull, and the anchor cable connection points are connected to the computer control system and the angle of the anchor cable. A hull is installed, and a computer control system acquires the position information of the hull by a GPS signal receiver, constructs an absolute coordinate system and a hull coordinate system, and further, each anchor and hull when the hull moves. It is a pile driving ship that controls the movement of the hull by calculating the real-time position information in the absolute coordinate system of the connection point with and the length of each anchor cable, and finally obtaining the carry-in / pay-out speed of each windlas.

本杭打ち船の有益な効果は、本杭打ち船には、杭枠に対する正確な測位を採用するとともに、杭打ち時の船体の姿勢に対する調整と組み合わせることで、杭打ちの精度を確保し、鋼杭を設定位置に正確に打ち込むことができるようになり、船体に伴う杭頭キャップの付勢角度の変動による杭の破断などの潜在的なリスクを回避し、その上に設けられる海上プラットフォームの安全性と耐用年数を向上させることである。まず、船体は、ＧＰＳ信号受信機により船体の位置と姿勢情報を取得し、絶対座標系及び船上座標系を構築し、さらに、船体の移動時の各アンカーと船体との接続点の絶対座標系におけるリアルタイム位置情報及び各アンカーケーブルの長さを算出し、最終的に各ウインドラスの繰込み／繰出し速度を得る。各アンカーの位置が絶対座標系において一定となるので、杭打ち船が作業領域内のある位置にあるとき、各アンカーケーブルが対応的に一定の長さ値を有し、船体が実際位置にある場合と目標位置にある場合の各アンカーケーブルの長さが異なり、アンカーチェーンの繰込み／繰出しにより、船体における杭枠が目標位置に正確に運動するように群杭の作業領域に浮いている杭打ち船の運動を制御することができる。当該方式によれば、従来の引航運動などによる測位精度が悪いことに起因して縦杭の設定位置への正確な打ち込みが困難である問題を克服する。同時に、本杭打ち船に適応性のある船体姿勢調整システムを採用し、波浪検出装置により波浪パラメータを検出し、コンピュータにフィードバックし、ソフトにより船体に対する波浪の影響を算出し、制御システムは、算出結果に応じて即時に応答し、船体の姿勢を能動的に調整するように姿勢調整装置を制御し、杭打ち船のピッチング、ローリング及びヒービングをなくし、船体全体の安定性及び波に耐える能力を向上させ、深海及び急流な海洋環境、特に、うねり、中長周期波の海域での施工作業に適応し、杭打ち作業の安定な進行を確保し、従来、船体の姿勢調整を行うには、先ず静的又は動的測定を行わなければならないという遅滞性を克服し、杭打ち船が作業時に十分に安定な状態にあるようになり、縦杭の打ち込みの正確度を良好に確保する。 The beneficial effect of this pile driving ship is to ensure the accuracy of pile driving by adopting accurate positioning for the pile frame and adjusting the posture of the hull at the time of pile driving. It will be possible to accurately drive steel piles into the set position, avoiding potential risks such as pile breakage due to fluctuations in the urging angle of the pile head cap due to the hull, and the marine platform installed on it. It is to improve safety and service life. First, the hull acquires the position and attitude information of the hull by a GPS signal receiver, constructs an absolute coordinate system and an onboard coordinate system, and further, an absolute coordinate system of the connection point between each anchor and the hull when the hull moves. The real-time position information in the above and the length of each anchor cable are calculated, and finally the carry-in / pay-out speed of each windlas is obtained. Since the position of each anchor is constant in the absolute coordinate system, when the stakeout vessel is in a certain position in the work area, each anchor cable has a correspondingly constant length value and the hull is in the actual position. The length of each anchor cable is different when it is in the case and when it is in the target position, and the pile floating in the work area of the group pile so that the pile frame in the hull moves accurately to the target position by the loading / unwinding of the anchor chain. The movement of the stakeout can be controlled. According to this method, it overcomes the problem that it is difficult to accurately drive the vertical pile into the set position due to the poor positioning accuracy due to the conventional towing motion or the like. At the same time, a hull attitude adjustment system adaptable to this pile driving ship is adopted, the hull parameters are detected by the wave detection device, fed back to the computer, the effect of the hull on the hull is calculated by the software, and the control system calculates. Respond immediately to the results, control the attitude adjuster to actively adjust the hull's attitude, eliminate pitching, rolling and heaving of pile-driving vessels, and improve the stability of the entire hull and its ability to withstand waves. To improve, adapt to construction work in deep sea and torrent marine environments, especially in swell and medium- to long-period wave areas, ensure stable progress of pile driving work, and traditionally adjust the hull attitude. Overcoming the delay of having to make static or dynamic measurements first, the pile driving vessel will be in a sufficiently stable state during work, and the accuracy of vertical pile driving will be ensured well.

一方、上下の２つのスキャナが設けられているので、縦杭の位置と設定杭線に夾角があり、或いはその位置と設定位置にずれがあることが走査によって検出された場合に、上下の２つの杭把持装置を調整することで縦杭の位置調整を実現することができ、ずれの補正作用を奏する。船体運動の制御及び縦杭の位置ずれの補正により、悪い海況でも縦杭の測位精度を向上させることができる。 On the other hand, since two scanners, upper and lower, are provided, if it is detected by scanning that there is an angle between the position of the vertical pile and the set pile line, or there is a deviation between the position and the set position, the upper and lower 2 scanners are provided. By adjusting the two pile gripping devices, the position of the vertical pile can be adjusted, and the deviation is corrected. By controlling the motion of the hull and correcting the misalignment of the vertical piles, the positioning accuracy of the vertical piles can be improved even in bad sea conditions.

本発明の解決しようとする別の課題は、前記杭打ち船の姿勢調整方法を提供することである。 Another problem to be solved by the present invention is to provide a method for adjusting the attitude of the pile driving ship.

前記技術課題を解決するために、本発明で採用される技術方案は、
レーダー波浪計により各方向の波浪の高さと周期を測定し、測定されたデータをコンピュータに伝送するステップ１と、
コンピュータが、ステップ１のデータに基づいてＡＮＳＹＳ／ＡＱＷＡ流体力学解析ソフトにより、船体がＹ軸まわりのピッチング運動する角度

Figure 2022519559000002

、船体がＸ軸まわりのローリング運動する角度
Figure 2022519559000003
、船体がＺ軸に沿ってヒービング運動する変位ｓを求め、角度と変位のデータをコンピュータに伝送するステップ２と、
船体モデルを構築し、当該杭打ち船を直方体として簡略化し、杭打ち船の浮力中心を円心として直角座標系を作成し、船体の長さ方向に沿ってＸ軸の正方向を設定し、Ｙ軸及びＺ軸を右手の法則により確定し、Ｙ軸が船体の幅方向に沿い、Ｚ軸の正方向が杭打ち船の甲板に垂直でかつ上向きであるステップ３と、
コンピュータがソフトにより求められた角度を受信し、船体がＹ軸まわりのピッチング運動する場合、船の静止状態における喫水線をＭＮとしてマークし、杭打ち船がＹ軸まわりのピッチング運動するときの喫水線をＭ１Ｎ１としてマークし、Ｙ軸まわりの下向きに傾斜する一端の排水体積Ｖｙを測定可能であり、杭打ち船の長さをＬとし、幅をｂとし、バラストタンクの内径をａとし、Ｍ１Ｎ１とＭＮとの間の角度をＷｙとし、浮力中心からＸ軸の正方向の船べりの距離をＬ２とし、浮力中心からＹ軸の正方向の船べりの距離をｂ２とすると、沈下くさび形部体積（ｉｍｍｅｒｓｅｄ ｗｅｄｇｅ ｖｏｌｕｍｅ）Ｖｙの部分の水のＹ軸に対する静的モーメントが
Figure 2022519559000004
であり、
バラストタンク内の水体積のＹ軸に対する静的モーメントが
Figure 2022519559000005
であり、
沈下くさび形部体積のＹ軸に対する静的モーメントと、一方側のバラストタンク内の水量のＹ軸に対する静的モーメントが等しい場合に、
Figure 2022519559000006
となり、
船体の下向きに傾斜する一端の油圧シリンダーの下向きの変位量
Figure 2022519559000007
を得るステップ４と、
船体がＸ軸まわりのローリング運動する場合、船の静止状態における喫水線をＭ２Ｎ２としてマークし、杭打ち船がＸ軸まわりのピッチング運動するときの喫水線をＭ３Ｎ３としてマークし、ｘがＭ２Ｎ２とＭ３Ｎ３との間の角度であり、Ｘ軸まわりの下向きに傾斜する一端の排水体積Ｖｘが分かり、すると、沈下くさび形部体積Ｖｘの部分の水のＸ軸に対する静的モーメントが
Figure 2022519559000008
であり、
バラストタンク内の水体積のＸ軸に対する静的モーメントが
Figure 2022519559000009
であり、
沈下くさび形部体積のＸ軸に対する静的モーメントと一方側のバラストタンク内の水量のＸ軸に対する静的モーメントが等しい場合に、
Figure 2022519559000010
となり、
船体の下向きに傾斜する一端の２つの油圧シリンダーの下向きの変位量
Figure 2022519559000011
を得るステップ５と、
船体がＺ軸に沿ってヒービング運動する場合、船の静止状態における喫水線をＭ４Ｎ４としてマークし、杭打ち船がＺ軸に沿って回転してヒービング運動するときの喫水線をＭ５Ｎ５としてマークし、船体の減少する排水量の体積Ｖｚが分かり、Ｖｚ＝ｂｈｓであり、バラストタンク内から排出すべき水体積を
Figure 2022519559000012
とし、すると、船体の減少する排水量の体積Ｖｚがバラストタンク内から排出される水体積Ｖ１と等しい、即ち、
Figure 2022519559000013
となるはずであり、これによって、船体の４つの油圧シリンダーの下向きの変位量
Figure 2022519559000014
を得るステップ６と、
コンピュータにより水押し板からバラストタンクの頂部の距離を算出し、続いて、各油圧シリンダーをそれぞれ制御して伸長させ、バラストタンク内の水を海に排水し、船体の下向きの端に対して海水に上向きの反力を発生させ、杭打ち船の浮力を増加させ、杭打ち船に対して姿勢調整を行うステップ７と、を含む杭打ち船の姿勢調整方法である。 The technical plan adopted in the present invention in order to solve the above technical problems is
Step 1 of measuring the height and period of waves in each direction with a radar wave meter and transmitting the measured data to a computer,
The angle at which the hull pitches around the Y axis using the ANSYS / AQWA hydrodynamic analysis software based on the data in step 1.
Figure 2022519559000002
, The angle at which the hull rolls around the X axis
Figure 2022519559000003
Step 2, the displacement s of the hull moving along the Z axis is obtained, and the angle and displacement data are transmitted to the computer.
Build a hull model, simplify the pile driving ship as a rectangular body, create a Cartesian coordinate system with the center of buoyancy of the pile driving ship as the center of the circle, set the positive direction of the X axis along the length direction of the hull, and set the positive direction of the X axis. Step 3 where the Y-axis and Z-axis are determined by the law of the right hand, the Y-axis is along the width direction of the hull, and the positive direction of the Z-axis is perpendicular to the deck of the pile driving ship and upwards.
When the computer receives the angle obtained by the software and the hull makes a pitching motion around the Y axis, the waterline in the stationary state of the ship is marked as MN, and the waterline when the pile driving ship makes a pitching motion around the Y axis. Marked as M1N1, it is possible to measure the drainage volume Vy at one end that slopes downward around the Y axis, the length of the pile driving ship is L, the width is b, the inner diameter of the ballast tank is a, and M1N1 and MN. If the angle between the buoyancy center is Wy, the distance from the center of buoyancy in the positive direction of the X-axis is L2, and the distance from the center of buoyancy in the positive direction of the Y-axis is b2, the volume of the sinking rust-shaped part ( immersed wedge volume) The static moment of the Vy part with respect to the Y axis of water
Figure 2022519559000004
And
The static moment of the water volume in the ballast tank with respect to the Y axis
Figure 2022519559000005
And
When the static moment of the subsidence wedge volume with respect to the Y axis is equal to the static moment of the amount of water in the ballast tank on one side with respect to the Y axis.
Figure 2022519559000006
And
The amount of downward displacement of the hydraulic cylinder at one end that tilts downward on the hull
Figure 2022519559000007
Step 4 and
When the hull rolls around the X axis, the waterline in the stationary state of the ship is marked as M2N2, the waterline when the pile driving ship makes a pitching motion around the X axis is marked as M3N3, and x is M2N2 and M3N3. It is the angle between, and the drainage volume Vx at one end that inclines downward around the X axis is known, and then the static moment of the water in the subsidence wedge-shaped part volume Vx with respect to the X axis is found.
Figure 2022519559000008
And
The static moment of the water volume in the ballast tank with respect to the X axis
Figure 2022519559000009
And
When the static moment of the subsidence wedge volume with respect to the X-axis and the static moment of the amount of water in the ballast tank on one side with respect to the X-axis are equal.
Figure 2022519559000010
And
Amount of downward displacement of two hydraulic cylinders at one end that tilts downward on the hull
Figure 2022519559000011
Step 5 and
When the hull heaves along the Z axis, the waterline when the ship is stationary is marked as M4N4, and the waterline when the pile driving ship rotates along the Z axis and heaves is marked as M5N5. The volume Vz of the amount of drainage to be reduced is known, Vz = bhs, and the volume of water to be discharged from the ballast tank is determined.
Figure 2022519559000012
Then, the volume Vz of the reduced displacement of the hull is equal to the volume V1 of the water discharged from the ballast tank, that is,
Figure 2022519559000013
This should result in a downward displacement of the four hydraulic cylinders on the hull.
Figure 2022519559000014
Step 6 and
The distance from the water push plate to the top of the ballast tank is calculated by a computer, and then each hydraulic cylinder is controlled and extended to drain the water in the ballast tank to the sea and seawater to the downward end of the hull. This is a method for adjusting the posture of a pile driving ship, which includes step 7 of generating an upward reaction force, increasing the buoyancy of the pile driving ship, and adjusting the posture of the pile driving ship.

本方法の有益な効果は、本方法では、沈下くさび形部体積部分の水が船体に対して発生する静的モーメントにより、水押し板の必要な調整距離を算出し、能動的に補償することによって、杭打ち船のピッチング及びローリングをなくし、より悪い海况環境に適応し、杭打ちの品質を確保することができることである。 The beneficial effect of this method is that in this method, the required adjustment distance of the water push plate is calculated and actively compensated by the static moment generated by the water in the volume part of the sinking wedge shape with respect to the hull. By eliminating the pitching and rolling of pile driving vessels, it is possible to adapt to a worse sea state environment and ensure the quality of pile driving.

本発明の解決しようとする別の技術課題は、前記杭打ち船の異なる杭位置間での正確な測位制御方法を提供することである。 Another technical problem to be solved by the present invention is to provide an accurate positioning control method between different pile positions of the pile driving ship.

前記技術課題を解決するために、本発明で採用される技術方案は、
船体に２つのＧＰＳ信号受信機及びスキャナを取り付け、平面内に絶対座標系ＸＯＹ及び船上座標系Ｘ’Ｏ’Ｙ’を構築するステップ１と、
ＧＰＳ信号受信機が座標情報を受信し、衛星基地局から発信した差分信号とともに用いてＧＰＳ信号受信機の絶対座標系における正確な位置座標を得るステップ２と、
ＧＰＳ信号受信機のうちの一方の位置座標及び取付位置に基づいて船上座標系の原点の絶対座標系における座標

Figure 2022519559000015

を得るステップ３と、
２つのＧＰＳ信号受信機の位置座標に基づいて船上座標系のＹ’方向を得るステップ４と、
杭打ち船を作業領域に引航してアンカーを下ろし、アンカーケーブル接続点に取り付けられている角度計によりアンカーケーブルの角度を測定し、アンカーケーブルの繰出し長さに基づいてアンカーの分布点
Figure 2022519559000016
のそれぞれの絶対座標系ＸＯＹにおける位置座標
Figure 2022519559000017
を算出するステップ５と、
船体の中心Ｏの座標を測位し、船が
Figure 2022519559000018
点にあるとき、アンカーと船体との接続点
Figure 2022519559000019
のそれぞれの絶対座標系における座標が
Figure 2022519559000020
であるステップ６と、
船上座標系Ｘ’Ｏ’Ｙ’において、接続点
Figure 2022519559000021
のそれぞれと船の中心Ｏとの位置関係に基づいて、測位されたＯの座標とともに用いて接続点のそれぞれの絶対座標系ＸＯＹにおける座標
Figure 2022519559000022
を得るステップ７と、
縦杭の目標点の位置を
Figure 2022519559000023
とし、船体のインポジション姿勢に基づいて杭打ち船のインポジション時の船上座標系の原点Ｏ’の位置
Figure 2022519559000024
（θは、船体の回転角度である）を得るステップ８と、
杭打ち船がＯ点からＯ’点まで運動する場合の、船体の運動時間をａ（ｓ）と設定し、各方向の運動速度
Figure 2022519559000025
（ただし、
Figure 2022519559000026
は、絶対座標系における船体のＸ方向に沿う運動速度であり、
Figure 2022519559000027
は、絶対座標系における船体のＹ方向に沿う運動速度であり、
Figure 2022519559000028
は、船体の回転の角速度である）を得るステップ９と、
船体がＯ’点に運動するときの、アンカーと船体との接続点
Figure 2022519559000029
のそれぞれの絶対座標系における座標を
Figure 2022519559000030
とすると、
時刻ｔに、
Figure 2022519559000031
の座標が
Figure 2022519559000032
であるステップ１０と、
ワイヤロープの長さを算出し、水深をｈとし、ワイヤロープの弛みを無視すると、ワイヤロープの長さ
Figure 2022519559000033
が
Figure 2022519559000034
であるステップ１１と、
時刻ｔに、ウインドラスのそれぞれの繰込み速度
Figure 2022519559000035
が
Figure 2022519559000036
であるステップ１２と、
求められた速度に基づいてそれぞれのウインドラスの繰込み／繰出し速度を制御し、杭打ち船の迅速で正確な運動を実現するステップ１３と、を含む杭打ち船の測位制御方法。 The technical plan adopted in the present invention in order to solve the above technical problems is
Step 1 of attaching two GPS signal receivers and a scanner to the hull and constructing an absolute coordinate system XOY and an onboard coordinate system X'O'Y'in a plane,
Step 2 where the GPS signal receiver receives the coordinate information and uses it together with the difference signal transmitted from the satellite base station to obtain accurate position coordinates in the absolute coordinate system of the GPS signal receiver.
Coordinates in the absolute coordinate system of the origin of the onboard coordinate system based on the position coordinates and mounting position of one of the GPS signal receivers
Figure 2022519559000015
Step 3 and
Step 4 to obtain the Y'direction of the onboard coordinate system based on the position coordinates of the two GPS signal receivers, and
The stakeout ship is towed to the work area to lower the anchor, the angle of the anchor cable is measured by the protractor attached to the anchor cable connection point, and the distribution point of the anchor is based on the extension length of the anchor cable.
Figure 2022519559000016
Position coordinates in each absolute coordinate system XOY of
Figure 2022519559000017
Step 5 to calculate
Positioning the coordinates of the center O of the hull, the ship
Figure 2022519559000018
When at a point, the connection point between the anchor and the hull
Figure 2022519559000019
The coordinates in each absolute coordinate system of
Figure 2022519559000020
Step 6 and
Connection point in the ship's coordinate system X'O'Y'
Figure 2022519559000021
Based on the positional relationship between each of the above and the center O of the ship, the coordinates of the connection point in each absolute coordinate system XOY are used together with the coordinates of the positioned O.
Figure 2022519559000022
Step 7 and
The position of the target point of the vertical pile
Figure 2022519559000023
The position of the origin O'in the onboard coordinate system at the time of in-position of the pile driving ship based on the in-position attitude of the hull.
Figure 2022519559000024
Step 8 to obtain (θ is the rotation angle of the hull),
When the pile driving ship moves from point O to point O', the movement time of the hull is set as a (s), and the movement speed in each direction is set.
Figure 2022519559000025
(However,
Figure 2022519559000026
Is the velocity of motion of the hull along the X direction in the absolute coordinate system.
Figure 2022519559000027
Is the velocity of motion of the hull along the Y direction in the absolute coordinate system.
Figure 2022519559000028
Is the angular velocity of the rotation of the hull)
The connection point between the anchor and the hull when the hull moves to the O'point
Figure 2022519559000029
The coordinates in each absolute coordinate system of
Figure 2022519559000030
Then
At time t,
Figure 2022519559000031
The coordinates of
Figure 2022519559000032
Step 10 and
If the length of the wire rope is calculated, the water depth is h, and the slack of the wire rope is ignored, the length of the wire rope is taken.
Figure 2022519559000033
But
Figure 2022519559000034
Step 11 and
At time t, each loading speed of the windlass
Figure 2022519559000035
But
Figure 2022519559000036
Step 12 and
A positioning control method for a pile driving vessel, including step 13 for controlling the loading / unwinding speed of each windlass based on the obtained speed to realize a quick and accurate movement of the pile driving vessel.

本方法の有益な効果は、船体運動自動制御の方法により、杭打ち船を目標位置に迅速に正確に到達させ、杭吊り效率及び杭打ち精度を向上させることである。 The beneficial effect of this method is to make the pile driving ship reach the target position quickly and accurately by the method of automatic ship motion control, and to improve the pile suspension efficiency and the pile driving accuracy.

この船体運動自動制御の方法により、人為作業の強度を軽減することができ、この方法では、経験豊富なオペレーターを必要とせずに、船体が目標位置に到達する作業を迅速に正確に完成することもできる。 This method of automatic hull motion control can reduce the intensity of man-made work, which allows the hull to reach the target position quickly and accurately without the need for an experienced operator. You can also.

船体運動自動制御の方法は、簡単で高効率であり、自動制御ソフトのプログラムを実現しやすく、異なるアンカー数の杭打ち船に適用し、適用範囲が広い。 The method of automatic ship motion control is simple and highly efficient, it is easy to realize the program of automatic control software, it is applied to pile driving ships with different numbers of anchors, and the range of application is wide.

本発明の解決しようとする別の技術課題は、前記杭打ち船により正確で安全な杭打ちを行う杭打ち方法を提供することである。 Another technical problem to be solved by the present invention is to provide a pile driving method for performing accurate and safe pile driving by the pile driving ship.

前記技術課題を解決するために、本発明で採用される技術方案は、
杭打ち船を作業領域に引航し、測位アンカーを下ろし、縦杭が載置された輸送船がインポジションするステップ１と、
杭枠を持ち上げ、前記杭打ち船の姿勢調整方法により、杭枠の持ち上げ中に船体を水平に維持するステップ２と、
杭打ち船の測位システムにより船体の位置及び縦杭が載置された目標位置を確定してから、前記杭打ち船の運動測位方法により、縦杭が載置された目標位置に運動するように杭打ち船を制御するステップ３と、
ワイヤロープを繰り込む／繰り出すようにフックウインチを制御し、フックを、輸送船まで下ろし、縦杭のシャックルにかけるステップ４と、
ワイヤロープを繰り込む／繰り出すようにフックウインチを制御し、縦杭を吊り上げ、鉛直にするステップ５と、
杭ホルダーの伸縮アームを持ち上げて縦杭をクランプするステップ６と、
前記杭打ち船の運動測位方法により、縦杭の杭打ち位置に運動するように杭打ち船を制御し、２つのスキャナにより縦杭の位置にずれがあるか否かを検出し、縦杭の位置と姿勢にずれがある場合、杭ホルダーを制御して小範囲で運動させることで、ずれの補正作用を奏するステップ７と、
油圧パイルハンマーを所定の高さだけ降下させ、杭頭キャップを縦杭の頂端に被るステップ８と、
油圧パイルハンマーを始動させ、杭打ち作業を開始し、杭打ち中、検出システムにより縦杭の毎回の打撃後の泥への進入深さをリアルタイム検出し、検出結果に基づいて油圧パイルハンマーの打撃エネルギーをリアルタイム調整し、同時に、杭打ち船の姿勢調整システムにより、船体が波浪の影響を受けず、作業中に水平状態を維持することを確保するステップ９と、
縦杭を所定の深さまで打ち込んだ後、杭ホルダーを引き戻すステップ１０と、
縦杭１組が全て泥に進入するまでステップ３～１０を繰り返し、群杭の杭打ち作業が完成するステップ１１と、
杭ホルダーを引き戻し、杭枠を横にし、測位アンカーを回収し、杭打ち船を次の作業領域に引航する準備をするステップ１２と、を含む杭打ち船の杭打ち方法である。 The technical plan adopted in the present invention in order to solve the above technical problems is
Step 1 where the stakeout vessel is towed to the work area, the positioning anchor is lowered, and the transport vessel on which the vertical piles are placed is placed.
Step 2 of lifting the pile frame and keeping the hull horizontal while lifting the pile frame by the attitude adjustment method of the pile driving ship,
After the position of the hull and the target position where the vertical piles are placed are determined by the positioning system of the pile driving ship, the motion positioning method of the pile driving ship is used to move to the target position where the vertical piles are placed. Step 3 to control the stakeout ship and
In step 4, control the hook winch to pull in / out the wire rope, lower the hook to the transport ship, and shackle the vertical pile.
Step 5 to control the hook winch to pull in / out the wire rope, lift the vertical pile, and make it vertical.
Step 6 to lift the telescopic arm of the pile holder and clamp the vertical pile,
According to the motion positioning method of the pile driving ship, the pile driving ship is controlled so as to move to the pile driving position of the vertical pile, and two scanners detect whether or not there is a deviation in the position of the vertical pile, and the vertical pile If there is a deviation between the position and the posture, step 7 that corrects the deviation by controlling the pile holder and moving it in a small range,
Step 8 in which the hydraulic pile hammer is lowered by a predetermined height and the pile head cap is placed on the top end of the vertical pile.
The hydraulic pile hammer is started, the pile driving work is started, and during the pile driving, the detection system detects the depth of entry of the vertical pile into the mud after each hit in real time, and the hit of the hydraulic pile hammer is based on the detection result. Step 9 to ensure that the hull is unaffected by waves and remains level during work, with real-time energy adjustment and at the same time a pile driver attitude adjustment system.
Step 10 to pull back the pile holder after driving the vertical pile to a predetermined depth,
Steps 3 to 10 are repeated until all the vertical piles have entered the mud, and step 11 to complete the pile driving work of the group piles.
It is a pile driving method of a pile driving ship including step 12 of pulling back the pile holder, laying the pile frame sideways, collecting the positioning anchor, and preparing to guide the pile driving ship to the next work area.

本方法の有益な効果は、本方法では、船体の位置、及び、縦杭が載置された目標位置を測位してから、杭打ち船の運動測位方法で縦杭が載置された目標位置に運動するように杭打ち船を制御することにより、縦杭の吊り上げを容易にし、そして、本方法により、杭打ち位置を正確に測位しやすくすることができ、杭打ちの前に縦杭の位置を自動調整することにより、杭打ち精度をさらに向上させ、杭打ちの過程全体の自動化程度が高いことである。 The beneficial effect of this method is that in this method, the position of the hull and the target position where the vertical piles are placed are positioned, and then the target position where the vertical piles are placed by the motion positioning method of the pile driving ship. By controlling the pile driving ship to move to, it is easy to lift the vertical pile, and this method can facilitate the accurate positioning of the pile driving position, and the vertical pile before the pile driving. By automatically adjusting the position, the pile driving accuracy is further improved, and the degree of automation of the entire pile driving process is high.

本発明の杭打ち船の正面図である。It is a front view of the pile driving ship of this invention. 本発明の杭打ち船の下面図である。It is a bottom view of the pile driving ship of this invention. 本発明の杭打ち船の側面の部分断面図である。It is a partial cross-sectional view of the side surface of the pile driving ship of this invention. 本発明のバラストタンクの断面図である。It is sectional drawing of the ballast tank of this invention. 杭打ち船の座標系を簡略化した模式図である。It is a schematic diagram which simplified the coordinate system of a pile driving ship. 杭打ち船のピッチングの座標系の模式図である。It is a schematic diagram of the coordinate system of the pitching of a pile driving ship. 杭打ち船のローリングの座標系の模式図である。It is a schematic diagram of the rolling coordinate system of a pile driving ship. 杭打ち船の上面図である。It is a top view of a pile driving ship. 杭打ち船の船上座標系の模式図である。It is a schematic diagram of the onboard coordinate system of a pile driving ship. 杭打ち船の運動の模式図である。It is a schematic diagram of the movement of a pile driving ship.

図面において、符号１は船体で、符号１０１は甲板で、符号２はワイヤロープで、符号３はウインチドラムで、符号４は第１ブレーキ装置で、符号５は第２ブレーキ装置で、符号６は杭ホルダーで、符号７は杭頭キャップで、符号８は自動横臥装置で、符号９はシャックル切断装置で、符号１０はガイドレールで、符号１１は縦杭で、符号１２は杭枠で、符号１３はパイルハンマーで、符号１４はＧＰＳ信号受信機で、符号１５はスキャナで、符号１６はウインドラスで、符号１７は接続板で、符号１８はバラストタンクで、符号１８１は水押し板で、符号１８２は推進装置で、符号１８３は関節継手で、符号１８４はクッションで、符号１８５はシールリングで、符号１９はアンカーケーブル接続点で、符号２０はレーダー波浪計である。 In the drawings, reference numeral 1 is a hull, reference numeral 101 is a deck, reference numeral 2 is a wire rope, reference numeral 3 is a winch drum, reference numeral 4 is a first braking device, reference numeral 5 is a second braking device, and reference numeral 6 is a reference numeral 6. In the pile holder, reference numeral 7 is a pile head cap, reference numeral 8 is an automatic lying device, reference numeral 9 is a shackle cutting device, reference numeral 10 is a guide rail, reference numeral 11 is a vertical pile, and reference numeral 12 is a pile frame. Reference numeral 13 is a pile hammer, reference numeral 14 is a GPS signal receiver, reference numeral 15 is a scanner, reference numeral 16 is a windlass, reference numeral 17 is a connection plate, reference numeral 18 is a ballast tank, and reference numeral 181 is a water push plate. Reference numeral 182 is a propulsion device, reference numeral 183 is a joint joint, reference numeral 184 is a cushion, reference numeral 185 is a seal ring, reference numeral 19 is an anchor cable connection point, and reference numeral 20 is a radar wave meter.

以下、図面を参照して本発明の具体的な実施方案を詳しく説明する。 Hereinafter, a specific implementation plan of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

図１～４に示すように、杭打ち船は、４つのコーナーにそれぞれ浮力調節装置が設けられている船体１を備え、甲板１０１の下面が浮力調節装置と接続されており、浮力調節装置が、船体１に設けられているバラストタンク１８と、甲板１０１の下面に設けられている接続板１７とを含み、接続板１７に鉛直下向きに設けられている推進装置１８２がヒンジで接続されており、バラストタンク１８の底部に外部と連通するスルーホールが設けられており、バラストタンク１８内かつ液面上に水押し板１８１が設けられており、水押し板１８１とバラストタンク１８の内壁との間にシールリング１８５が設けられており、推進装置１８２の端部がバラストタンク１８の頂板を通過して水押し板１８１とヒンジで接続されており、船体１に海面波の状況を検出するレーダー波浪計２０が設けられており、レーダー波浪計２０がコンピュータ制御システムと接続されており、レーダー波浪計２０でデータを検出して各油圧シリンダー１８２のピストンロッドの必要な運動距離を算出し、油圧シリンダー１８２を駆動して水押し板１８１を上下移動させることによって水を排出又は流入させることにより、船体１の浮き状態を制御する。船体１には、縦杭１１を走査する上下の２つのスキャナ１５が設けられており、船体１には、２つの異なる位置にＧＰＳ信号受信機１４が設けられている。船体１には、８つの異なる位置でアンカーを下ろすウインドラス１６が設けられており、船体１には、アンカーチェーンを案内するためのアンカーケーブル接続点１９が設けられている。船体１には、杭枠１２が回転可能に設けられており、船体１には、杭枠１２の自動横臥装置８が設けられており、杭枠１２には、杭打ちガイドレール１０が設けられており、杭打ちガイドレール１０には、パイルハンマー１３が可動に設けられており、パイルハンマー１３には、パイルハンマーの杭打ちガイドレール１０における位置を制限する第１ブレーキ装置４が設けられており、杭枠１２の上部には、中継ローラーが設けられており、パイルハンマー１３の上部は、ワイヤロープ２により船体１に設けられたウインチと接続されており、船体１には、ウインチドラムにブレーキをかけることでパイルハンマー１３を引くようにワイヤロープ２を制御してブレーキを実現する第２ブレーキ装置５が設けられている。パイルハンマー１３には、杭頭キャップ７が設けられており、杭枠１２の下部には、縦杭１１を把持する杭ホルダー６が設けられている。 As shown in FIGS. 1 to 4, the pile driving ship is provided with a hull 1 provided with a buoyancy adjusting device at each of the four corners, and the lower surface of the deck 101 is connected to the buoyancy adjusting device. A ballast tank 18 provided on the hull 1 and a connecting plate 17 provided on the lower surface of the deck 101 are included, and a propulsion device 182 provided vertically downward to the connecting plate 17 is connected by a hinge. , A through hole communicating with the outside is provided at the bottom of the ballast tank 18, and a water push plate 181 is provided inside the ballast tank 18 and on the liquid surface, and the water push plate 181 and the inner wall of the ballast tank 18 are provided. A seal ring 185 is provided between them, and the end of the propulsion device 182 passes through the top plate of the ballast tank 18 and is connected to the water push plate 181 by a hinge. A wave meter 20 is provided, the radar wave meter 20 is connected to a computer control system, the radar wave meter 20 detects data, calculates the required movement distance of the piston rod of each hydraulic cylinder 182, and hydraulic pressure. The floating state of the hull 1 is controlled by discharging or inflowing water by driving the cylinder 182 and moving the water push plate 181 up and down. The hull 1 is provided with two upper and lower scanners 15 for scanning the vertical pile 11, and the hull 1 is provided with GPS signal receivers 14 at two different positions. The hull 1 is provided with windlass 16 for lowering anchors at eight different positions, and the hull 1 is provided with anchor cable connection points 19 for guiding the anchor chain. The hull 1 is provided with a rotatable pile frame 12, the hull 1 is provided with an automatic lying device 8 for the pile frame 12, and the pile frame 12 is provided with a pile driving guide rail 10. The pile hammer 13 is movably provided on the pile driving guide rail 10, and the pile hammer 13 is provided with a first braking device 4 for limiting the position of the pile hammer on the pile driving guide rail 10. A relay roller is provided on the upper part of the pile frame 12, and the upper part of the pile hammer 13 is connected to a winch provided on the hull 1 by a wire rope 2, and the hull 1 is attached to a winch drum. A second braking device 5 is provided that controls the wire rope 2 so as to pull the pile hammer 13 by applying the brake to realize the braking. The pile hammer 13 is provided with a pile head cap 7, and a pile holder 6 for gripping the vertical pile 11 is provided at the lower part of the pile frame 12.

図５～７に示すように、杭打ち船の姿勢調整方法は、
レーダー波浪計により各方向の波浪の高さと周期を測定し、測定されたデータをコンピュータに伝送するステップ１と、
コンピュータが、ステップ１のデータに基づいてＡＮＳＹＳ／ＡＱＷＡ流体力学解析ソフトにより、船体がＹ軸まわりのピッチング運動する角度

Figure 2022519559000037

、船体がＸ軸まわりのローリング運動する角度
Figure 2022519559000038
、船体がＺ軸に沿ってヒービング運動する変位ｓを求め、角度と変位のデータをコンピュータに伝送するステップ２と、
船体モデルを構築し、当該杭打ち船を直方体として簡略化し、杭打ち船の浮力中心を円心として直角座標系を作成し、船体の長さ方向に沿ってＸ軸の正方向を設定し、Ｙ軸及びＺ軸が右手の法則により確定され、Ｙ軸が船体の幅方向に沿い、Ｚ軸の正方向が杭打ち船の甲板に垂直でかつ上向きであるステップ３と、
コンピュータがソフトにより求められた角度を受信し、船体がＹ軸まわりのピッチング運動する場合、船の静止状態における喫水線をＭＮとしてマークし、杭打ち船がＹ軸まわりのピッチング運動するときの喫水線をＭ１Ｎ１としてマークし、Ｙ軸まわりの下向きに傾斜する一端の排水体積Ｖｙを測定可能であり、杭打ち船の長さをＬとし、幅をｂとし、バラストタンクの内径をａとし、Ｍ１Ｎ１とＭＮとの間の角度をＷｙとし、浮力中心からＸ軸の正方向の船べりの距離をＬ２とし、浮力中心からＹ軸の正方向の船べりの距離をｂ２とすると、沈下くさび形部体積（ｉｍｍｅｒｓｅｄ ｗｅｄｇｅ ｖｏｌｕｍｅ）Ｖｙの部分の水のＹ軸に対する静的モーメントが
Figure 2022519559000039
であり、
バラストタンク内の水体積のＹ軸に対する静的モーメントが
Figure 2022519559000040
であり、
沈下くさび形部体積のＹ軸に対する静的モーメントと、一方側のバラストタンク内の水量のＹ軸に対する静的モーメントが等しい場合に、
Figure 2022519559000041
となり、
船体の下向きに傾斜する一端の油圧シリンダーの下向きの変位量
Figure 2022519559000042
を得るステップ４と、
船体がＸ軸まわりのローリング運動する場合、船の静止状態における喫水線をＭ２Ｎ２としてマークし、杭打ち船がＸ軸まわりのピッチング運動するときの喫水線をＭ３Ｎ３としてマークし、ｘがＭ２Ｎ２とＭ３Ｎ３との間の角度であり、Ｘ軸まわりの下向きに傾斜する一端の排水体積Ｖｘが分かり、すると、沈下くさび形部体積Ｖｘ部分の水のＸ軸に対する静的モーメントが
Figure 2022519559000043
であり、
バラストタンク内の水体積のＸ軸に対する静的モーメントが
Figure 2022519559000044
であり、
沈下くさび形部体積のＸ軸に対する静的モーメントと一方側のバラストタンク内の水量のＸ軸に対する静的モーメントが等しい場合に、
Figure 2022519559000045
となり、
船体の下向きに傾斜する一端の２つの油圧シリンダーの下向きの変位量
Figure 2022519559000046
を得るステップ５と、
船体がＺ軸に沿ってヒービング運動する場合、船の静止状態における喫水線をＭ４Ｎ４としてマークし、杭打ち船がＺ軸に沿って回転してヒービング運動するときの喫水線をＭ５Ｎ５としてマークし、船体の減少する排水量の体積Ｖｚが分かり、Ｖｚ＝ｂｈｓであり、バラストタンク内から排出すべき水体積を
Figure 2022519559000047
とし、すると、船体の減少する排水量の体積Ｖｚがバラストタンク内から排出される水体積Ｖ１と等しい、即ち、
Figure 2022519559000048
となるはずであり、これによって、船体の４つの油圧シリンダーの下向きの変位量
Figure 2022519559000049
を得るステップ６と、
コンピュータにより水押し板からバラストタンクの頂部の距離を算出し、続いて、各油圧シリンダーをそれぞれ制御して伸長させ、バラストタンク内の水を海に排水し、船体の下向きの端に対して海水に上向きの反力を発生させ、杭打ち船の浮力を増加させ、杭打ち船に対して姿勢調整を行うステップ７と、を含む。 As shown in FIGS. 5 to 7, the attitude adjustment method of the pile driving ship is as follows.
Step 1 of measuring the height and period of waves in each direction with a radar wave meter and transmitting the measured data to a computer,
The angle at which the hull pitches around the Y axis using the ANSYS / AQWA hydrodynamic analysis software based on the data in step 1.
Figure 2022519559000037
, The angle at which the hull rolls around the X axis
Figure 2022519559000038
Step 2, the displacement s of the hull moving along the Z axis is obtained, and the angle and displacement data are transmitted to the computer.
Build a hull model, simplify the pile driving ship as a rectangular body, create a Cartesian coordinate system with the center of buoyancy of the pile driving ship as the center of the circle, set the positive direction of the X axis along the length direction of the hull, and set the positive direction of the X axis. Step 3 where the Y-axis and Z-axis are determined by the right-hand rule, the Y-axis is along the width of the hull, and the positive direction of the Z-axis is perpendicular to the deck of the pile driving vessel and upwards.
When the computer receives the angle obtained by the software and the hull makes a pitching motion around the Y axis, the waterline in the stationary state of the ship is marked as MN, and the waterline when the pile driving ship makes a pitching motion around the Y axis. Marked as M1N1, it is possible to measure the drainage volume Vy at one end that slopes downward around the Y axis, the length of the pile driving ship is L, the width is b, the inner diameter of the ballast tank is a, and M1N1 and MN. If the angle between the buoyancy center is Wy, the distance from the center of buoyancy in the positive direction of the X-axis is L2, and the distance from the center of buoyancy in the positive direction of the Y-axis is b2, the volume of the sinking rust-shaped part ( immersed wedge volume) The static moment of the Vy part with respect to the Y axis of water
Figure 2022519559000039
And
The static moment of the water volume in the ballast tank with respect to the Y axis
Figure 2022519559000040
And
When the static moment of the subsidence wedge volume with respect to the Y axis is equal to the static moment of the amount of water in the ballast tank on one side with respect to the Y axis.
Figure 2022519559000041
And
The amount of downward displacement of the hydraulic cylinder at one end that tilts downward on the hull
Figure 2022519559000042
Step 4 and
When the hull rolls around the X axis, the waterline in the stationary state of the ship is marked as M2N2, the waterline when the pile driving ship makes a pitching motion around the X axis is marked as M3N3, and x is M2N2 and M3N3. It is the angle between, and the drainage volume Vx at one end that inclines downward around the X axis is known, and then the static moment of the water in the subsidence wedge-shaped part volume Vx with respect to the X axis is found.
Figure 2022519559000043
And
The static moment of the water volume in the ballast tank with respect to the X axis
Figure 2022519559000044
And
When the static moment of the subsidence wedge volume with respect to the X-axis and the static moment of the amount of water in the ballast tank on one side with respect to the X-axis are equal.
Figure 2022519559000045
And
Amount of downward displacement of two hydraulic cylinders at one end that tilts downward on the hull
Figure 2022519559000046
Step 5 and
When the hull heaves along the Z axis, the waterline when the ship is stationary is marked as M4N4, and the waterline when the pile driving ship rotates along the Z axis and heaves is marked as M5N5. The volume Vz of the amount of drainage to be reduced is known, Vz = bhs, and the volume of water to be discharged from the ballast tank is determined.
Figure 2022519559000047
Then, the volume Vz of the reduced displacement of the hull is equal to the volume V1 of the water discharged from the ballast tank, that is,
Figure 2022519559000048
This should result in a downward displacement of the four hydraulic cylinders on the hull.
Figure 2022519559000049
Step 6 and
The distance from the water push plate to the top of the ballast tank is calculated by a computer, and then each hydraulic cylinder is controlled and extended to drain the water in the ballast tank to the sea and seawater to the downward end of the hull. Including step 7 of generating an upward reaction force, increasing the buoyancy of the pile driving ship, and adjusting the attitude of the pile driving ship.

図８～１０に示すように、杭打ち船の運動測位方法は、
船体にＧＰＳ信号受信機及びスキャナを２つ取り付け、平面内に絶対座標系及び船上座標系Ｘ’Ｏ’Ｙ’を構築するステップ１と、
ＧＰＳ信号受信機が座標情報を受信し、衛星基地局から発信した差分信号とともに用いてＧＰＳ信号受信機の絶対座標系における正確な位置座標を得るステップ２と、
ＧＰＳ信号受信機のうちの一方の位置座標及び取付位置に基づいて船上座標系の原点の絶対座標系における座標

Figure 2022519559000050

を得るステップ３と、
２つのＧＰＳ信号受信機の位置座標に基づいて船上座標系のＹ’方向を得るステップ４と、
杭打ち船を作業領域に引航してアンカーを下ろし、アンカーケーブル接続点に取り付けられている角度計によりアンカーケーブルの角度を測定し、アンカーケーブルの繰出し長さに基づいて８つのアンカーの分布点
Figure 2022519559000051
の絶対座標系ＸＯＹにおける位置座標
Figure 2022519559000052
を算出するステップ５と、
船体の中心Ｏの座標を測位し、船が
Figure 2022519559000053
点にあるとき、８つのアンカーと船体との接続点
Figure 2022519559000054
の絶対座標系における座標が
Figure 2022519559000055
であるステップ６と、
船上座標系Ｘ’Ｏ’Ｙ’において、８つの接続点
Figure 2022519559000056
と船の中心Ｏとの位置関係に基づいて、測位されたＯの座標とともに用いて８つの接続点の絶対座標系ＸＯＹにおける座標
Figure 2022519559000057
を得るステップ７と、
縦杭の目標点の位置を
Figure 2022519559000058
とし、船体のインポジション姿勢に基づいて杭打ち船のインポジション時の船上座標系の原点Ｏ’の位置
Figure 2022519559000059
（θは、船体の回転角度である）を得るステップ８と、
杭打ち船がＯ点からＯ’点まで運動する場合の、船体の運動時間をａ（ｓ）と設定し、各方向の運動速度
Figure 2022519559000060
（ただし、
Figure 2022519559000061
は、絶対座標系における船体のＸ方向に沿う運動速度であり、
Figure 2022519559000062
は、絶対座標系における船体のＹ方向に沿う運動速度であり、
Figure 2022519559000063
は、船体の回転の角速度である）を得るステップ９と、
船体がＯ’点に運動するときの、８つのアンカーと船体との接続点
Figure 2022519559000064
の絶対座標系における座標を
Figure 2022519559000065
とすると、
時刻ｔに、
Figure 2022519559000066
の座標が
Figure 2022519559000067
であるステップ１０と、
ワイヤロープの長さを算出し、水深をｈとし、ワイヤロープの弛みを無視すると、ワイヤロープの長さ
Figure 2022519559000068
が
Figure 2022519559000069
であるステップ１１と、
時刻ｔに、８つのウインドラスの繰込み速度
Figure 2022519559000070
が
Figure 2022519559000071
であるステップ１２と、
求められた速度に基づいて８つのウインドラスの繰込み／繰出し速度を制御し、杭打ち船の迅速で正確な運動を実現するステップ１３と、を含む。 As shown in FIGS. 8 to 10, the motion positioning method of the pile driving ship is as follows.
Step 1 to attach two GPS signal receivers and scanners to the hull and build an absolute coordinate system and an onboard coordinate system X'O'Y'in a plane.
Step 2 where the GPS signal receiver receives the coordinate information and uses it together with the difference signal transmitted from the satellite base station to obtain accurate position coordinates in the absolute coordinate system of the GPS signal receiver.
Coordinates in the absolute coordinate system of the origin of the onboard coordinate system based on the position coordinates and mounting position of one of the GPS signal receivers
Figure 2022519559000050
Step 3 and
Step 4 to obtain the Y'direction of the onboard coordinate system based on the position coordinates of the two GPS signal receivers, and
The stakeout ship is towed to the work area to lower the anchors, the angle of the anchor cable is measured by the protractor attached to the anchor cable connection point, and the distribution points of the eight anchors are based on the extension length of the anchor cable.
Figure 2022519559000051
Absolute coordinate system XOY position coordinates
Figure 2022519559000052
Step 5 to calculate
Positioning the coordinates of the center O of the hull, the ship
Figure 2022519559000053
When at a point, the connection point between the eight anchors and the hull
Figure 2022519559000054
The coordinates in the absolute coordinate system of
Figure 2022519559000055
Step 6 and
Eight connection points in the ship's coordinate system X'O'Y'
Figure 2022519559000056
Based on the positional relationship between the ship and the center O of the ship, the coordinates of the eight connection points in the absolute coordinate system XOY are used together with the coordinates of the positioned O.
Figure 2022519559000057
Step 7 and
The position of the target point of the vertical pile
Figure 2022519559000058
The position of the origin O'in the onboard coordinate system at the time of in-position of the pile driving ship based on the in-position attitude of the hull.
Figure 2022519559000059
Step 8 to obtain (θ is the rotation angle of the hull),
When the pile driving ship moves from point O to point O', the movement time of the hull is set as a (s), and the movement speed in each direction is set.
Figure 2022519559000060
(However,
Figure 2022519559000061
Is the velocity of motion of the hull along the X direction in the absolute coordinate system.
Figure 2022519559000062
Is the velocity of motion of the hull along the Y direction in the absolute coordinate system.
Figure 2022519559000063
Is the angular velocity of the rotation of the hull)
Connection points between the eight anchors and the hull when the hull moves to point O'
Figure 2022519559000064
Coordinates in the absolute coordinate system of
Figure 2022519559000065
Then
At time t,
Figure 2022519559000066
The coordinates of
Figure 2022519559000067
Step 10 and
If the length of the wire rope is calculated, the water depth is h, and the slack of the wire rope is ignored, the length of the wire rope is taken.
Figure 2022519559000068
But
Figure 2022519559000069
Step 11 and
At time t, the loading speed of eight windlass
Figure 2022519559000070
But
Figure 2022519559000071
Step 12 and
Includes step 13 to control the carry-in / pay-out speeds of the eight windlass based on the required speeds to achieve rapid and accurate movement of the pile driving vessel.

図１～１０に示すように、杭打ち船の杭打ち方法は、
杭打ち船１を作業領域に引航し、測位アンカーを下ろし、縦杭が載置された輸送船がインポジションするステップ１と、
杭枠１２を持ち上げ、前記杭打ち船の姿勢調整方法により、杭枠１２の持ち上げ中に船体を水平に維持するステップ２と、
杭打ち船１の測位システムにより船体の位置及び縦杭１１が載置された目標位置を確定してから、前記杭打ち船１の運動測位方法により、縦杭１１が載置された目標位置に運動するように杭打ち船１を制御するステップ３と、
ワイヤロープを繰り込む／繰り出すようにフックウインチを制御し、フックを、輸送船まで下ろし、縦杭１１のシャックルにかけるステップ４と、
ワイヤロープを繰り込む／繰り出すようにフックウインチを制御し、縦杭１１を吊り上げ、鉛直にするステップ５と、
杭ホルダー６の伸縮アームを持ち上げ、主駆動機構が杭把持ユニットを駆動して縦杭１１に接近させてから、縦杭１１を強く押すように第１クランプブロック及び第２クランプブロックを移動するステップ６と、
前記杭打ち船１の運動測位方法により、縦杭１１の杭打ち位置に運動するように杭打ち船１を制御し、縦杭１１の位置と姿勢にずれがある場合、杭ホルダー６を制御して小範囲で運動させることで、ずれの補正作用を奏するステップ７と、
油圧パイルハンマー１３を所定の高さだけ降下させ、杭頭キャップ７を縦杭１１の頂端に被るステップ８と、
油圧パイルハンマー１３を始動させ、杭打ち作業を開始し、杭打ち中、検出システムにより縦杭１１の毎回の打撃後の泥への進入深さをリアルタイム検出し、検出結果に基づいて油圧パイルハンマー１３の打撃エネルギーをリアルタイム調整し、同時に、杭打ち船１の姿勢調整システムにより、船体が波浪の影響を受けず、作業中に水平状態を維持することを確保するステップ９と、
縦杭を所定の深さまで打ち込んだ後、杭ホルダー６を引き戻すステップ１０と、
縦杭１１の１組が全て泥に進入するまでステップ３～１０を繰り返し、群杭の杭打ち作業が完成するステップ１１と、
杭ホルダー６を引き戻し、杭枠１２を横にし、測位アンカーを回収し、杭打ち船１を次の作業領域に引航する準備をするステップ１２と、を含む。 As shown in FIGS. 1 to 10, the pile driving method of the pile driving ship is as follows.
Step 1 in which the pile driving vessel 1 is towed to the work area, the positioning anchor is lowered, and the transport vessel on which the vertical pile is placed is in-positioned.
Step 2 in which the pile frame 12 is lifted and the hull is maintained horizontally while the pile frame 12 is being lifted by the posture adjustment method of the pile driving ship, and
After the position of the hull and the target position on which the vertical pile 11 is placed are determined by the positioning system of the pile driving ship 1, the target position on which the vertical pile 11 is placed is determined by the motion positioning method of the pile driving ship 1. Step 3 to control the stakeout vessel 1 to move,
In step 4, the hook winch is controlled so that the wire rope is pulled in / out, the hook is lowered to the transport ship, and the hook is hooked on the shackle of the vertical pile 11.
Step 5 in which the hook winch is controlled so that the wire rope is pulled in / out, the vertical pile 11 is lifted, and the vertical pile 11 is made vertical.
A step of lifting the telescopic arm of the pile holder 6, having the main drive mechanism drive the pile gripping unit to approach the vertical pile 11, and then moving the first clamp block and the second clamp block so as to strongly push the vertical pile 11. 6 and
According to the motion positioning method of the pile driving ship 1, the pile driving ship 1 is controlled so as to move to the pile driving position of the vertical pile 11, and when there is a deviation between the position and the posture of the vertical pile 11, the pile holder 6 is controlled. Step 7 that corrects the deviation by exercising in a small range,
Step 8 in which the hydraulic pile hammer 13 is lowered by a predetermined height and the pile head cap 7 is placed on the top end of the vertical pile 11.
The hydraulic pile hammer 13 is started, the pile driving work is started, the depth of entry of the vertical pile 11 into the mud after each impact is detected in real time by the detection system during the pile driving, and the hydraulic pile hammer is based on the detection result. Step 9 to ensure that the impact energy of 13 is adjusted in real time, and at the same time, the attitude adjustment system of the pile driver 1 ensures that the hull is not affected by waves and maintains a horizontal state during work.
Step 10 of pulling back the pile holder 6 after driving the vertical pile to a predetermined depth,
Steps 3 to 10 are repeated until one set of the vertical piles 11 has completely entered the mud, and step 11 and the pile driving work of the group piles are completed.
Includes step 12 of pulling back the pile holder 6, laying the pile frame 12 sideways, collecting the positioning anchors, and preparing the pile driving vessel 1 to be towed to the next work area.

前述した実施例は、本発明を制限するためのものではなく、本発明の創造原理及びその効果、並びにいくつかの適用例を例示的に説明したものにすぎない。指摘すべきなのは、当業者にとって、本発明の創造的構想を逸脱しない前提で、幾つかの変形及び改良を行ってもよいが、これらは、いずれも本発明の保護範囲に含まれることである。 The above-mentioned examples are not intended to limit the present invention, but merely illustrate the creative principles and effects thereof of the present invention, as well as some application examples. It should be pointed out that some modifications and improvements may be made to those skilled in the art on the premise that they do not deviate from the creative concept of the present invention, all of which are included in the scope of protection of the present invention. ..

Claims (4)

スリップブレーキ装置が設けられている船体を備え、船首に杭枠がヒンジ接続で設けられており、船首に杭吊り装置が設けられており、杭枠に杭打ち装置及び杭把持装置が設けられており、杭打ち装置が杭枠に設けられている杭打ちガイドレールを含み、杭打ちガイドレールにパイルハンマーが可動に設けられており、パイルハンマーの底部に杭頭キャップが接続されている杭打ち船であって、測位制御システム、船体姿勢調整システムをさらに含み、前記船体姿勢調整システムが、甲板下に対称に配置され、船体の浮き状態を調整する少なくとも４つの浮力調節装置と、船体に設けられているレーダー波浪計とを含み、浮力調節装置が、船体に設けられているバラストタンクと、甲板の下面に設けられている接続板とを含み、接続板に鉛直下向きに設けられている推進装置がヒンジで接続されており、バラストタンクの底部に外界と連通するスルーホールが設けられており、バラストタンク内かつ液面上に水押し板が設けられており、推進装置の端部がバラストタンクの頂板を通過して水押し板とヒンジで接続されており、レーダー波浪計がコンピュータ制御システムと接続されており、レーダー波浪計でデータを検出して各推進装置の必要な運動距離を算出し、水押し板を駆動して上下移動させることによって水を排出又は流入させることにより、船体の浮き状態を制御し、前記測位制御システムが、コンピュータ制御システムと接続され、船体の２つの異なる位置に設けられているＧＰＳ信号受信機と、コンピュータ制御システムと接続され、船体に設けられ、少なくとも４つの異なる位置でアンカーを下ろすウインドラスとを含み、船体において、船体のエンドコーナーに配置されているアンカーケーブル接続点が対応的に設けられており、アンカーケーブル接続点に、コンピュータ制御システムと接続され、アンカーケーブルの角度を測定する角度計が取り付けられており、コンピュータ制御システムがＧＰＳ信号受信機により船体の位置情報を取得し、絶対座標系及び船上座標系を構築し、さらに、船体の移動時の各アンカーと船体との接続点の絶対座標系におけるリアルタイム位置情報及び各アンカーケーブルの長さを算出し、最終的に各ウインドラスの繰込み／繰出し速度を得て船体の運動を制御することを特徴とする杭打ち船。 It is equipped with a hull equipped with a slip brake device, a pile frame is provided by hinge connection on the bow, a pile suspension device is provided on the bow, and a pile driving device and a pile gripping device are provided on the pile frame. The pile driving device includes the pile driving guide rail provided in the hull frame, the pile hammer is movably provided on the pile driving guide rail, and the pile head cap is connected to the bottom of the pile hammer. A ship, further including a positioning control system and a hull attitude adjustment system, the hull attitude adjustment system is provided symmetrically under the deck, with at least four hull adjustment devices for adjusting the floating state of the hull, and the hull. A propulsion device is provided vertically downward on the connection plate, including a radar wave meter and a buoyancy adjuster including a ballast tank provided on the hull and a connection plate provided on the underside of the deck. The device is hinged, a through hole is provided at the bottom of the ballast tank to communicate with the outside world, a water push plate is provided inside the ballast tank and above the liquid level, and the end of the propulsion device is ballasted. It passes through the top of the tank and is hinged to the water push plate, the radar wave meter is connected to the computer control system, the radar wave meter detects the data and calculates the required motion distance of each propulsion device. Then, by driving the water push plate and moving it up and down to discharge or inflow water, the floating state of the hull is controlled, and the positioning control system is connected to the computer control system, and two different positions of the hull are obtained. A GPS signal receiver on the hull and a windlass on the hull that is connected to a computer control system and lowers anchors at at least four different locations, and is located at the end corners of the hull. Anchor cable connection points are provided correspondingly, and at the anchor cable connection points, an angle meter that is connected to the computer control system and measures the angle of the anchor cable is attached, and the computer control system is operated by the GPS signal receiver. Acquires the position information of the hull, constructs the absolute coordinate system and the onboard coordinate system, and further obtains the real-time position information in the absolute coordinate system of the connection point between each anchor and the hull when the hull moves and the length of each anchor cable. A pile driving ship characterized in that the movement of the hull is controlled by calculating and finally obtaining the carry-in / pay-out speed of each windlas. レーダー波浪計により各方向の波浪の高さと周期を測定し、測定されたデータをコンピュータに伝送するステップ１と、
コンピュータが、ステップ１のデータに基づいてＡＮＳＹＳ／ＡＱＷＡ流体力学解析ソフトにより、船体がＹ軸まわりのピッチング運動する角度
Figure 2022519559000072
、船体がＸ軸まわりのローリング運動する角度
Figure 2022519559000073
、船体がＺ軸に沿ってヒービング運動する変位ｓを求め、角度と変位のデータをコンピュータに伝送するステップ２と、
船体モデルを構築し、当該杭打ち船を直方体として簡略化し、杭打ち船の浮力中心を円心として直角座標系を作成し、船体の長さ方向に沿ってＸ軸の正方向を設定し、Ｙ軸及びＺ軸を右手の法則により確定し、Ｙ軸が船体の幅方向に沿い、Ｚ軸の正方向が杭打ち船の甲板に垂直でかつ上向きであるステップ３と、
コンピュータがソフトにより求められた角度を受信し、船体がＹ軸まわりのピッチング運動する場合、船の静止状態における喫水線をＭＮとしてマークし、杭打ち船がＹ軸まわりのピッチング運動するときの喫水線をＭ１Ｎ１としてマークし、Ｙ軸まわりの下向きに傾斜する一端の排水体積Ｖｙを測定可能であり、杭打ち船の長さをＬとし、幅をｂとし、バラストタンクの内径をａとし、Ｍ１Ｎ１とＭＮとの間の角度をＷｙとし、浮力中心からＸ軸の正方向の船べりの距離をＬ２とし、浮力中心からＹ軸の正方向の船べりの距離をｂ２とすると、沈下くさび形部体積（ｉｍｍｅｒｓｅｄ ｗｅｄｇｅ ｖｏｌｕｍｅ）Ｖｙ部分の水のＹ軸に対する静的モーメントが
Figure 2022519559000074
であり、
バラストタンク内の水体積のＹ軸に対する静的モーメントが
Figure 2022519559000075
であり、
沈下くさび形部体積のＹ軸に対する静的モーメントと、一方側のバラストタンク内の水量のＹ軸に対する静的モーメントが等しい場合に、
Figure 2022519559000076
となり、
船体の下向きに傾斜する一端の油圧シリンダーの下向きの変位量
Figure 2022519559000077
を得るステップ４と、
船体がＸ軸まわりのローリング運動する場合、船の静止状態における喫水線をＭ２Ｎ２としてマークし、杭打ち船がＸ軸まわりのピッチング運動するときの喫水線をＭ３Ｎ３としてマークし、ｘがＭ２Ｎ２とＭ３Ｎ３との間の角度であり、Ｘ軸まわりの下向きに傾斜する一端の排水体積Ｖｘが分かり、すると、沈下くさび形部体積Ｖｘの部分の水のＸ軸に対する静的モーメントが
Figure 2022519559000078
であり、
バラストタンク内の水体積のＸ軸に対する静的モーメントが
Figure 2022519559000079
であり、
沈下くさび形部体積のＸ軸に対する静的モーメントと一方側のバラストタンク内の水量のＸ軸に対する静的モーメントが等しい場合に、
Figure 2022519559000080
となり、
船体の下向きに傾斜する一端の２つの油圧シリンダーの下向きの変位量
Figure 2022519559000081
を得るステップ５と、
船体がＺ軸に沿ってヒービング運動する場合、船の静止状態における喫水線をＭ４Ｎ４としてマークし、杭打ち船がＺ軸に沿って回転してヒービング運動するときの喫水線をＭ５Ｎ５としてマークし、船体の減少する排水量の体積Ｖｚが分かり、Ｖｚ＝ｂｈｓであり、バラストタンク内から排出すべき水体積を
Figure 2022519559000082
とし、すると、船体の減少する排水量の体積Ｖｚがバラストタンク内から排出される水体積Ｖ１と等しい、即ち、
Figure 2022519559000083
となるはずであり、これによって、船体の４つの油圧シリンダーの下向きの変位量
Figure 2022519559000084
を得るステップ６と、
コンピュータにより水押し板からバラストタンクの頂部の距離を算出し、続いて、各油圧シリンダーをそれぞれ制御して伸長させ、バラストタンク内の水を海に排水し、船体の下向きの端に対して海水に上向きの反力を発生させ、杭打ち船の浮力を増加させ、杭打ち船に対して姿勢調整を行うステップ７と、を含む
請求項１に記載の杭打ち船の姿勢調整方法。 Step 1 of measuring the height and period of waves in each direction with a radar wave meter and transmitting the measured data to a computer,
The angle at which the hull pitches around the Y axis using the ANSYS / AQWA hydrodynamic analysis software based on the data in step 1.
Figure 2022519559000072
, The angle at which the hull rolls around the X axis
Figure 2022519559000073
Step 2, the displacement s of the hull moving along the Z axis is obtained, and the angle and displacement data are transmitted to the computer.
Build a hull model, simplify the pile driving ship as a rectangular body, create a Cartesian coordinate system with the center of buoyancy of the pile driving ship as the center of the circle, set the positive direction of the X axis along the length direction of the hull, and set the positive direction of the X axis. Step 3 where the Y-axis and Z-axis are determined by the law of the right hand, the Y-axis is along the width direction of the hull, and the positive direction of the Z-axis is perpendicular to the deck of the pile driving ship and upwards.
When the computer receives the angle obtained by the software and the hull makes a pitching motion around the Y axis, the waterline in the stationary state of the ship is marked as MN, and the waterline when the pile driving ship makes a pitching motion around the Y axis. Marked as M1N1, it is possible to measure the drainage volume Vy at one end that slopes downward around the Y axis, the length of the pile driving ship is L, the width is b, the inner diameter of the ballast tank is a, and M1N1 and MN. If the angle between the buoyancy center is Wy, the distance from the center of buoyancy in the positive direction of the X-axis is L2, and the distance from the center of buoyancy in the positive direction of the Y-axis is b2, the volume of the sinking rust-shaped part ( immersed wedge volume) The static moment of the Vy part with respect to the Y axis of water
Figure 2022519559000074
And
The static moment of the water volume in the ballast tank with respect to the Y axis
Figure 2022519559000075
And
When the static moment of the subsidence wedge volume with respect to the Y axis is equal to the static moment of the amount of water in the ballast tank on one side with respect to the Y axis.
Figure 2022519559000076
And
The amount of downward displacement of the hydraulic cylinder at one end that tilts downward on the hull
Figure 2022519559000077
Step 4 and
When the hull rolls around the X axis, the waterline in the stationary state of the ship is marked as M2N2, the waterline when the pile driving ship makes a pitching motion around the X axis is marked as M3N3, and x is M2N2 and M3N3. It is the angle between, and the drainage volume Vx at one end that inclines downward around the X axis is known, and then the static moment of the water in the subsidence wedge-shaped part volume Vx with respect to the X axis is found.
Figure 2022519559000078
And
The static moment of the water volume in the ballast tank with respect to the X axis
Figure 2022519559000079
And
When the static moment of the subsidence wedge volume with respect to the X-axis and the static moment of the amount of water in the ballast tank on one side with respect to the X-axis are equal.
Figure 2022519559000080
And
Amount of downward displacement of two hydraulic cylinders at one end that tilts downward on the hull
Figure 2022519559000081
Step 5 and
When the hull heaves along the Z axis, the waterline when the ship is stationary is marked as M4N4, and the waterline when the pile driving ship rotates along the Z axis and heaves is marked as M5N5. The volume Vz of the amount of drainage to be reduced is known, Vz = bhs, and the volume of water to be discharged from the ballast tank is determined.
Figure 2022519559000082
Then, the volume Vz of the reduced displacement of the hull is equal to the volume V1 of the water discharged from the ballast tank, that is,
Figure 2022519559000083
This should result in a downward displacement of the four hydraulic cylinders on the hull.
Figure 2022519559000084
Step 6 and
The distance from the water push plate to the top of the ballast tank is calculated by a computer, and then each hydraulic cylinder is controlled and extended to drain the water in the ballast tank to the sea and seawater to the downward end of the hull. The method for adjusting the posture of a pile driving ship according to claim 1, further comprising step 7 of generating an upward reaction force, increasing the buoyancy of the pile driving ship, and adjusting the posture of the pile driving ship. 船体にＧＰＳ信号受信機及びスキャナを２つ取り付け、平面内に絶対座標系及び船上座標系Ｘ’Ｏ’Ｙ’を構築するステップ１と、
ＧＰＳ信号受信機が座標情報を受信し、衛星基地局から発信した差分信号とともに用いてＧＰＳ信号受信機の絶対座標系における正確な位置座標を得るステップ２と、
ＧＰＳ信号受信機のうちの一方の位置座標及び取付位置に基づいて船上座標系の原点の絶対座標系における座標
Figure 2022519559000085
を得るステップ３と、
２つのＧＰＳ信号受信機の位置座標に基づいて船上座標系のＹ’方向を得るステップ４と、
杭打ち船を作業領域に引航してアンカーを下ろし、アンカーケーブル接続点に取り付けられている角度計によりアンカーケーブルの角度を測定し、アンカーケーブルの繰出し長さに基づいて、アンカーの分布点
Figure 2022519559000086
のそれぞれの絶対座標系ＸＯＹにおける位置座標
Figure 2022519559000087
を算出するステップ５と、
船体の中心Ｏの座標を測位し、船が
Figure 2022519559000088
点にあるとき、アンカーと船体との接続点
Figure 2022519559000089
のそれぞれの絶対座標系における座標が
Figure 2022519559000090
であるステップ６と、
船上座標系Ｘ’Ｏ’Ｙ’において、接続点
Figure 2022519559000091
のそれぞれと船の中心Ｏとの位置関係に基づいて、測位されたＯの座標とともに用いて接続点のそれぞれの絶対座標系ＸＯＹにおける座標
Figure 2022519559000092
を得るステップ７と、
縦杭の目標点の位置を
Figure 2022519559000093
とし、船体のインポジション姿勢に基づいて杭打ち船のインポジション時の船上座標系の原点Ｏ’の位置
Figure 2022519559000094
（θは、船体の回転角度である）を得るステップ８と、
杭打ち船がＯ点からＯ’点まで運動する場合の、船体の運動時間をａ（ｓ）と設定し、各方向の運動速度
Figure 2022519559000095
（ただし、
Figure 2022519559000096
は、絶対座標系における船体のＸ方向に沿う運動速度であり、
Figure 2022519559000097
は、絶対座標系における船体のＹ方向に沿う運動速度であり、
Figure 2022519559000098
は、船体の回転の角速度である）を得るステップ９と、
船体がＯ’点に運動するときの、アンカーと船体との接続点
Figure 2022519559000099
のそれぞれの絶対座標系における座標を
Figure 2022519559000100
とすると、
時刻ｔに、
Figure 2022519559000101
の座標が
Figure 2022519559000102
であるステップ１０と、
ワイヤロープの長さを算出し、水深をｈとし、ワイヤロープの弛みを無視すると、ワイヤロープの長さ
Figure 2022519559000103
が
Figure 2022519559000104
であるステップ１１と、
時刻ｔに、ウインドラスのそれぞれの繰込み速度
Figure 2022519559000105
が
Figure 2022519559000106
であるステップ１２と、
求められた速度に基づいてそれぞれのウインドラスの繰込み／繰出し速度を制御し、杭打ち船の迅速で正確な運動を実現するステップ１３と、を含む
請求項１に記載の杭打ち船の測位制御方法。 Step 1 to attach two GPS signal receivers and scanners to the hull and build an absolute coordinate system and an onboard coordinate system X'O'Y'in a plane.
Step 2 where the GPS signal receiver receives the coordinate information and uses it together with the difference signal transmitted from the satellite base station to obtain accurate position coordinates in the absolute coordinate system of the GPS signal receiver.
Coordinates in the absolute coordinate system of the origin of the onboard coordinate system based on the position coordinates and mounting position of one of the GPS signal receivers
Figure 2022519559000085
Step 3 and
Step 4 to obtain the Y'direction of the onboard coordinate system based on the position coordinates of the two GPS signal receivers, and
The stakeout ship is towed to the work area to lower the anchor, the angle of the anchor cable is measured by the protractor attached to the anchor cable connection point, and the distribution point of the anchor is based on the extension length of the anchor cable.
Figure 2022519559000086
Position coordinates in each absolute coordinate system XOY of
Figure 2022519559000087
Step 5 to calculate
Positioning the coordinates of the center O of the hull, the ship
Figure 2022519559000088
When at a point, the connection point between the anchor and the hull
Figure 2022519559000089
The coordinates in each absolute coordinate system of
Figure 2022519559000090
Step 6 and
Connection point in the ship's coordinate system X'O'Y'
Figure 2022519559000091
Based on the positional relationship between each of the above and the center O of the ship, the coordinates of the connection point in each absolute coordinate system XOY are used together with the coordinates of the positioned O.
Figure 2022519559000092
Step 7 and
The position of the target point of the vertical pile
Figure 2022519559000093
The position of the origin O'in the onboard coordinate system at the time of in-position of the pile driving ship based on the in-position attitude of the hull.
Figure 2022519559000094
Step 8 to obtain (θ is the rotation angle of the hull),
When the pile driving ship moves from point O to point O', the movement time of the hull is set as a (s), and the movement speed in each direction is set.
Figure 2022519559000095
(However,
Figure 2022519559000096
Is the velocity of motion of the hull along the X direction in the absolute coordinate system.
Figure 2022519559000097
Is the velocity of motion of the hull along the Y direction in the absolute coordinate system.
Figure 2022519559000098
Is the angular velocity of the rotation of the hull)
The connection point between the anchor and the hull when the hull moves to the O'point
Figure 2022519559000099
The coordinates in each absolute coordinate system of
Figure 2022519559000100
Then
At time t,
Figure 2022519559000101
The coordinates of
Figure 2022519559000102
Step 10 and
If the length of the wire rope is calculated, the water depth is h, and the slack of the wire rope is ignored, the length of the wire rope is taken.
Figure 2022519559000103
But
Figure 2022519559000104
Step 11 and
At time t, each loading speed of the windlass
Figure 2022519559000105
But
Figure 2022519559000106
Step 12 and
The positioning of the pile driving vessel according to claim 1, further comprising step 13 for controlling the loading / unloading speed of each windlass based on the obtained speed to realize a quick and accurate movement of the pile driving ship. Control method. 杭打ち船を作業領域に引航し、測位アンカーを下ろし、縦杭が載置された輸送船がインポジションするステップ１と、
杭枠を持ち上げ、請求項２に記載の杭打ち船の姿勢調整方法により、杭枠の持ち上げ中に船体を水平に維持するステップ２と、
杭打ち船の測位システムにより船体の位置及び縦杭が載置された目標位置を確定してから、請求項３に記載の杭打ち船の測位制御方法により、縦杭が載置された目標位置に運動するように杭打ち船を制御するステップ３と、
ワイヤロープを繰り込む／繰り出すようにフックウインチを制御し、フックを、輸送船まで下ろし、縦杭のシャックルにかけるステップ４と、
ワイヤロープを繰り込む／繰り出すようにフックウインチを制御し、縦杭を吊り上げ、鉛直にするステップ５と、
杭ホルダーを持ち上げて縦杭をクランプするステップ６と、
請求項３に記載の杭打ち船の運動測位方法により、縦杭の杭打ち位置に運動するように杭打ち船を制御し、２つのスキャナにより縦杭の位置にずれがあるか否かを検出し、縦杭の位置と姿勢にずれがある場合、杭ホルダーを制御して小範囲で運動させることで縦杭の位置を調整するステップ７と、
油圧パイルハンマーを所定の高さだけ降下させ、杭頭キャップを縦杭の頂端に被るステップ８と、
油圧パイルハンマーを始動させ、杭打ち作業を開始し、杭打ち中、検出システムにより縦杭の毎回の打撃後の泥への進入深さをリアルタイム検出し、検出結果に基づいて油圧パイルハンマーの打撃エネルギーをリアルタイム調整し、同時に、杭打ち船の姿勢調整システムにより、船体が波浪の影響を受けず、作業中に水平状態を維持することを確保するステップ９と、
縦杭を所定の深さまで打ち込んだ後、杭ホルダーを引き戻すステップ１０と、
縦杭１組が全て泥に進入するまでステップ３～１０を繰り返し、群杭の杭打ち作業を完成するステップ１１と、
杭ホルダーを引き戻し、杭枠を横にし、測位アンカーを回収し、杭打ち船を次の作業領域に引航する準備をするステップ１２と、を含む
請求項１に記載の杭打ち船の杭打ち方法。 Step 1 where the stakeout vessel is towed to the work area, the positioning anchor is lowered, and the transport vessel on which the vertical piles are placed is placed.
Step 2 of lifting the pile frame and maintaining the hull horizontal while lifting the pile frame by the attitude adjusting method of the pile driving ship according to claim 2.
After the position of the hull and the target position on which the vertical pile is placed are determined by the positioning system of the pile driving ship, the target position on which the vertical pile is placed is determined by the positioning control method of the pile driving ship according to claim 3. Step 3 to control the stakeout ship to move to
In step 4, control the hook winch to pull in / out the wire rope, lower the hook to the transport ship, and shackle the vertical pile.
Step 5 to control the hook winch to pull in / out the wire rope, lift the vertical pile, and make it vertical.
Step 6 to lift the pile holder and clamp the vertical pile,
According to the motion positioning method of the pile driving ship according to claim 3, the pile driving ship is controlled so as to move to the pile driving position of the vertical pile, and whether or not there is a deviation in the position of the vertical pile is detected by two scanners. However, if there is a discrepancy between the position and posture of the vertical pile, step 7 to adjust the position of the vertical pile by controlling the pile holder and moving it in a small range,
Step 8 in which the hydraulic pile hammer is lowered by a predetermined height and the pile head cap is placed on the top end of the vertical pile.
The hydraulic pile hammer is started, the pile driving work is started, and during the pile driving, the detection system detects the depth of entry of the vertical pile into the mud after each hit in real time, and the hit of the hydraulic pile hammer is based on the detection result. Step 9 to ensure that the hull is unaffected by waves and remains level during work, with real-time energy adjustment and at the same time a pile driver attitude adjustment system.
Step 10 to pull back the pile holder after driving the vertical pile to a predetermined depth,
Steps 3 to 10 are repeated until all the vertical piles have entered the mud, and step 11 to complete the pile driving work of the group piles.
The pile driving method for a pile driving ship according to claim 1, wherein the pile holder is pulled back, the pile frame is laid down, the positioning anchor is collected, and the pile driving ship is prepared to be guided to the next work area. ..
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