JP3769722B2

JP3769722B2 - 大水深管の敷設方法

Info

Publication number: JP3769722B2
Application number: JP2000285574A
Authority: JP
Inventors: 千人高岩
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2020-09-20
Also published as: JP2002098262A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大水深管の敷設方法に関し、特に、敷設時における大水深管の浮力調整を容易にして敷設コストの低減を図った大水深管の敷設方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
深層水の豊富な効能が、広い分野において確認されるにつれて、深層水を大量に使用するためにその取水が積極的に展開されており、取水の範囲も大深度化している。
【０００３】
このために、深層水を取水するための大水深管に関しても、深さ数百ｍ以深に管口径φ１．５ｍを越える大口径管路を敷設することから、その構造や敷設時の取扱については従来とは異なる緊迫した問題提起がなされており、早急な解決が求められる傾向にあるが、その中でも大水深管を敷設する際に発生する重量問題等は基本的な問題としてその解決が求められている。
【０００４】
従来の技術では、大水深管は管材として鋼管やポリエチレン管が用いられ、波浪や潮流等の海域における海象条件に対して移動安定が図れるような水中重量に調整されており、図３に示すような高重量状態の着底管路として設置されるか、浮遊管路として設置されるように計画されている。
【０００５】
着底管路方式は、図３（ａ）に示すように傾斜状態にある海底１０の地形に合わせて設置するものであり、大水深管１１に発生するブリッジ現象による支承部の集中荷重に対して、破断しない耐力を有する管断面の諸元と材質及び重量設定で計画されている。
【０００６】
又、浮遊管路方式は、図３（ｂ）に示す多点係留式と図３（ｃ）に示す一点係留式とに分類される。多点係留式浮遊管路方式は、海底１０の地形によるブリッジ現象等の問題を回避するために、海底に係留チェーン１２を配置して、これにハンガーワイヤー１３を接続して浮遊管路１４を係留するものであり、浮遊管路１４には所定の水中重量を発生させるように水中重量等の設定で計画されることになる。
【０００７】
そして、一点係留式浮遊管路方式は、浮遊管路部１８の上部を着底管路部１５として設置し、先端部１６を海底１０に設けたアンカー１７に接合することによって浮遊管路部１８として係留しており、浮遊管路部１８には所定の水中重量を発生させるように重量設定で計画されることになる。
【０００８】
以上のように、いずれの敷設方式においても、大水深管の敷設は大口径管を用いることから、その敷設方法は、リールバージ法、浮遊曳航法、海底曳航法及び半浮遊式海底曳航法を用いることで施工計画されることになる。
【０００９】
そして、これらの敷設施工は、コスト面からの要求として、可能な限り小規模の敷設用機械・機器と作業船によって実施できるように要望されるが、上述したように大水深管の敷設は大口径管を用いることから、敷設時における大重量の問題を解決する必要がある。
【００１０】
即ち、着底管路方式では、敷設時における管路の水中重量はなるべく軽量にしながら、敷設後は移動安定重量を確保できるだけの浮力を付与する必要がある。同様に、浮遊管路方式においても敷設時における管路の水中重量は可能な限り軽量にし、敷設後は設計で求められる水中重量にすることが必要になる。
【００１１】
着底管路方式における浮力の例を、図４に示す敷設状況の下に、周知の計算式に基づいて計算すると、敷設施工時における必要な重量（ｔ／ｍ）と敷設後に必要な水中重量（ｔ／ｍ）とは、大水深管１１の重量と大水深管１１の揚力との差に対する大水深管１１の潮流による抗力とのバランスを考慮することを基本にしながら、条件を以下のように設定することでその数値を求めることが出来る。
【００１２】
図において、Ｗは大水深管の重量、Ｐ_Dは大水深管の潮流による抗力、Ｐ_Lは大水深管の潮流による揚力であり、θは海底の傾斜角度である。
【００１３】
条件１．大水深管は管口径φ２ｍ、
２．潮流は波浪の影響を無視して、０．５ｍ／ｓｅｃのみ、
３．敷設施工時における潮流は０．２ｍ／ｓｅｃ、
４．海底の傾斜角度は８°
○ 敷設施工時における必要な水中重量は、Ｗ≧０．０１２（ｔ／ｍ）
○ 敷設後に必要な水中重量は、Ｗ≧０．０７９（ｔ／ｍ）
【００１４】
従って、上記条件の下に、敷設方法は海底曳航法を採用しながら、着底管路方式で敷設する場合における大水深管の重量は、敷設施工時の重量をＷ≧０．０１２（ｔ／ｍ）にし、完成時の重量はＷ≧０．０７９（ｔ／ｍ）になるように浮力調整することになる。
【００１５】
しかしながら、水深数百ｍの深海で使用できる浮きは、強化プラスチックを用いた０．１ｍ³程度の球形の超小能力を有する浮力材か、ガラスバルーンを接着剤で固めたような浮きに限定されているのが現状であり、適正価格の浮力調整材が未開発であるところから、これらの非常に高価な浮きを用いざるを得なくなっている。
【００１６】
このために、管口径φ２ｍを越える大口径の大水深管を敷設するためには、調達する浮きの費用だけでも数十億円になり、大口径の大水深管を敷設することの実現には大きな障害になっていた。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の状況に鑑みて検討されたものであり、大水深管の管内に海水よりも低密度の液体を注入することで大水深管の重量を調整して、敷設施工する際には所望の浮力を確保して敷設を容易にすると共に、敷設後は所定の水中重量を確保することで必要な移動安定荷重を大水深管に設定する大水深管の敷設方法を提供している。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明である大水深管の敷設方法は、深層水を取水するために海底に敷設する大水深管の敷設方法において、敷設作業時には大水深管の陸側管端を陸上から所定の高さに設置して海水より低密度の液体を大水深管に満水状態にすることで海上との間に液位差を確保して大水深管の管内にある液体に所定の水圧を加え、海底に敷設した後は大水深管の陸側管端を海水とほぼ同レベルに降下させることで液体に対する海水の密度差で押圧力を加えて大水深管から液体を排出することを特徴としており、これによって敷設施工時においては、大水深管の水中重量を所望の値に軽減して施工の効率化を図ると共に、大水深管を敷設させた後には、必要な水中重量に復元させて移動安定荷重を確保する操作を簡潔に実施することによって、大水深管を敷設する際の施工コストを大幅に低減している。また、注入する液体の加圧や液体の排出に特別の装置を用いないので、上記機能に加えて、施工コストの低減を図ることが出来る。
【００１９】
請求項２に記載の発明である大水深管の敷設方法は、請求項１に記載の大水深管の敷設方法において、注入する液体を淡水にすることを特徴としており、上記機能に加えて、施工コストをさらに低減できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
本発明による大水深管の敷設方法は、深層水を取水するために海底に敷設する大水深管の敷設方法において、敷設作業時には大水深管に海水より低密度の液体を海水に対して加圧状態に注入し、海底に敷設した後は大水深管から液体を排出することから構成しており、これによって、大水深管の水中重量（水中自重）を簡潔に調整している。
【００２３】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明するが、理解を容易にするために、従来と同様の部位については同様の符号によって表示している。
【００２４】
図１は、本発明による大水深管の敷設方法を説明するための概要図であり、海底曳航法による着底管路方式に適用した場合の実施の形態である。
【００２５】
図において、４は海上であって、５は大水深管の引出しタグボート、６は鼻先引上げウインチである。
【００２６】
本実施の形態では、敷設する大水深管１１は、引出しタグボート５によって陸上３から海上４に引き出され、海底１０の傾斜に沿って敷設されている。この際の大水深管１１は、引出しタグボート５によって海底１０と所定の間隔を保たせながら曳航されており、その沖合側管端７は開放状態にしてある。
【００２７】
大水深管１１の陸側管端８からは、淡水１が淡水注水ホース２によって大水深管１１の管内に注入され、満水状態を維持することになるが、海水の密度が１．０３ｔ／ｍ³であるの対して、淡水の密度は１．００ｔ／ｍ³であることから、この密度差に基づく浮力を大水深管に与えながらも、陸側管端８を海水面よりも十分上方に配置することによる液位差（水位差）によって、淡水が管外にこぼれることはない。
【００２８】
ここで、本実施の形態における水中重量等について確認すると、大水深管１１を管口径φ２ｍにした場合の浮力規模は、上記密度差に基づいて計算すると、０．０９４ｔ／ｍとなる。
【００２９】
従って、大水深管１１に淡水１を満水状態にした場合の浮力は、従来例において算出した敷設後に移動安定荷重を確保するために必要な水中重量、０．０７９ｔ／ｍを超越した浮力性能になっていることから、安定した設置状態を確立できる。又、大水深管１１の自重を、淡水による浮力０．０９４ｔ／ｍを差し引いても、従来例で算出した敷設施工時に必要な重量、０．０１２ｔ／ｍになる、０．１０６ｔ／ｍ以上に調整することが可能であることから、敷設施工時においても大水深管１１を容易に引き出し曳航することが充分に可能である。
【００３０】
大水深管１１の浮力を調整するためには、大水深管１１に淡水１を注入して満水状態にした後に、海水との密度差に基づく圧力差を勘案した加圧状態の下で淡水量を調整する必要がある。
【００３１】
その加圧手段としては、注入ポンプ等によっても所望の加圧状態に形成することは可能であるが、本発明による大水深管の敷設方法では、このようなコストを要する手段を用いずに自然の力を活用することによって、コストの掛からない方式を採用している。
【００３２】
即ち、本実施の形態での加圧手段は、大水深管１１の陸側管端８を櫓等に載置することで、図示のように陸上３から所定の高さに設置するものであり、これによって、大水深管１１に淡水１を満水状態にした状態では海上４との間に液位差Ｈを確保しており、大水深管１１の管内にある淡水１に所定の水圧を加えることで、海水との密度差に基づく圧力差を勘案しながら大水深管１１の浮力を調整している。
【００３３】
又、大水深管１１を敷設した後には、大水深管１１に注入してある淡水１を管外に排出することで、移動安定荷重を確保するために必要な水中重量に設定する必要がある。この時は、上述したように注入ポンプ等によって大水深管１１の管内を加圧状態を形成している場合には、大水深管１１の陸側管端８を開放することでも淡水１を管外に排出することが可能になる。
【００３４】
しかして、本発明による大水深管の敷設方法では、この場合にも、排出ポンプ等によって淡水１を排出する手段を採用せずにコストの低減を図っている。
【００３５】
即ち、この場合にも、大水深管１１の陸側管端８を設置していた櫓等で確保されている高さから海水とほぼ同レベルの陸上３に降下させるのみで、海水と淡水との密度差に基づく押出力となる上昇流を海水から淡水に加えるという自然の力を活用した排水を実施しており、淡水は他の動力を用いなくても自然に大水深管１１の管外に排水されてくる。
【００３６】
以上のように、本発明による大水深管の敷設方法は、海底曳航法による着底管路方式に適用した場合にも充分に適用可能であり、大水深管が大口径になってもその敷設を低コストで施工できるものである。
【００３７】
次に、本発明による大水深管の敷設方法を他の管路方式に適用した場合について説明する。
【００３８】
図２は、本発明による大水深管の敷設方法を半浮遊式海底曳航法による多点係留式浮遊管路方式に適用した場合の実施の形態である。
【００３９】
本実施の形態では、敷設する浮遊管路１４は、係留チェーン１２にハンガーワイヤー１３で接続された状態で陸上３から海上４に引き出されており、引出しタグボート５によって係留チェーン１２を引き出すことによって、浮遊管路１４を海底１０から所定の間隔で支持する状態で海底１０の傾斜に沿って敷設している。
【００４０】
この際の大水深管１は、鼻先引上げウインチ６によって海底と所定の間隔を保たせながら曳航されており、その沖合側管端７は開放状態にしてある。
【００４１】
本実施の形態の場合も、淡水１は浮遊管路１４の陸側管端８から浮遊管路１４を形成する大水深管内に注入されて満水状態を維持することになるが、淡水１は浮遊管路１４に密度差に基づく浮力を大水深管に与えることになる。
【００４２】
本実施の形態における水中重量等も、上記実施の形態と同様の検証によって、敷設後に移動安定荷重を確保するために必要な水中重量を超越した浮力性能を確保することを確認できると共に、敷設施工時に必要な重量以上になるように大水深管の自重を調整することが可能であることも確認できている。
【００４３】
以上のように、本発明による大水深管の敷設方法は、半浮遊式海底曳航法による多点係留式浮遊管路方式に適用した場合にも充分に適用可能であり、大水深管が大口径になってもその敷設を低コストで施工できるものである。
尚、本実施の形態においても、大水深管の浮力を調整するための手段は、上記実施の形態の場合と同様に、浮遊管路の陸側管端の位置を上下させる方式を採用することによって、他のポンプ特別の装置を用意することなく容易に実施可能であり、この点においても低コストで施工できるものである。
【００４４】
以上、本発明を実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明による大水深管の敷設方法は、基本的に、深層水を取水するために海底に敷設する大水深管の敷設方法において、敷設作業時の大水深管に海水より低密度の液体を充満状態に注入し、海底に敷設した後は大水深管から液体を排出することから構成しているので、敷設施工時においては、大水深管の水中重量を所望の値に軽減して施工の効率化を図ると共に、大水深管を敷設させた後には、必要な水中重量に復元させて移動安定荷重を確保するものであるから、上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、大水深管の敷設方法や管路方式及び注入液体の種類等に関して、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは当然のことである。
【００４５】
【発明の効果】
本発明による大水深管の敷設方法は、深層水を取水するために海底に敷設する大水深管の敷設方法において、敷設作業時には大水深管の陸側管端を陸上から所定の高さに設置して海水より低密度の液体を大水深管に満水状態にすることで海上との間に液位差を確保して大水深管の管内にある液体に所定の水圧を加え、海底に敷設した後は大水深管の陸側管端を海水とほぼ同レベルに降下させることで液体に対する海水の密度差で押圧力を加えて大水深管から液体を排出することを特徴としているので、敷設施工時においては、大水深管の水中重量を所望の値に軽減して施工の効率化を図ると共に、大水深管を敷設させた後には、必要な水中重量に復元させて移動安定荷重を確保する操作を簡潔に実施することによって、大水深管を敷設する際の施工コストを大幅に低減している。また、注入する液体の加圧や液体の排出に特別の装置を用いないので、上記機能に加えて、施工コストの低減を図ることが出来る。
【００４６】
又、本発明による大水深管の敷設方法は、上記効果に加えて、以下の効果も発揮するものである。
【００４７】
▲１▼ 大水深管を取水管路として使用する場合には、管内のエアー残留に伴うエアーロックの発生を回避出来る。
【００４８】
▲２▼ 浮力体は、大水深管の管内に注入されて移動の心配が無い安定した状態にあり、移動に伴う波及問題が発生しない。
【００４９】
▲３▼ 敷設施工中に管内の液体が漏出しても、陸上側から注水することで容易に復元できる。
【００５０】
▲４▼ 管内の液体は、管路の敷設後に陸上側から排出するものであるから、海域環境の保全に何らの影響も与えることがない。
【００５１】
さらに、本発明による具体的な発明である大水深管の敷設方法では、請求項２に記載の発明である大水深管の敷設方法は、請求項１に記載の大水深管の敷設方法において、注入する液体を淡水にすることを特徴としているので、上記効果に加えて、施工コストをさらに低減できる効果を発揮している。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による大水深管の敷設方法を説明する実施の形態の概要図
【図２】本発明による大水深管の敷設方法を説明する他の実施形態の概要図
【図３】従来の各種敷設方法の概要図
【図４】従来の各種敷設方法における水中荷重算定のための想定図
【符号の説明】
１淡水、２淡水注水ホース、３陸上、４海上、
５引出しタグボート、６鼻先引上げウインチ、７沖合側管端、
８陸側管端、１０海底、１１大水深管、１２係留チェーン、
１３ハンガーワイヤー、１４浮遊管路、１５着底管路部、
１６管路の先端部、１７アンカー、１８浮遊管路部、

Claims

深層水を取水するために海底に敷設する大水深管の敷設方法であって、敷設作業時には大水深管の陸側管端を陸上から所定の高さに設置して海水より低密度の液体を大水深管に満水状態にすることで海上との間に液位差を確保して大水深管の管内にある液体に所定の水圧を加え、海底に敷設した後は大水深管の陸側管端を海水とほぼ同レベルに降下させることで液体に対する海水の密度差で押圧力を加えて大水深管から液体を排出することを特徴とする大水深管の敷設方法。
注入する液体が、淡水であることを特徴とする請求項１に記載の大水深管の敷設方法。