JP3971241B2 - 水底地盤内への管敷設方法および該管敷設方法に使用される掘削先端装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水底地盤内への管敷設方法および該管敷設方法に使用される掘削先端装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
海底に取水、放水用配管を設置する際の従来例を図９に示す。この従来例において、陸上、および取水、放水用配管の先端には、予め海水の侵入が防止されたドライエリア１、１’が形成される。施工開始端側ドライエリア１には、管連結装置等の掘削設備が設置され、敷設作業は、岩盤等の掘削部を備えた掘削先端装置３に順次単位配管４を連結しながら海底地盤２を掘り進めることにより行われる。掘削時に発生する泥等は、掘削先端装置３に連結される送排泥管を経由して施工開始端側ドライエリア１に送出され、適宜手段で陸上に撤去される。
【０００３】
以上のようにして掘り進めて掘削先端装置３が施工終端側ドライエリア１’に達した後、掘削先端装置３の分離、および送排泥管、あるいは管連結装置等の掘削設備を撤去し、次いで、施工終端側ドライエリア１’の閉鎖を解除して配管先端を海水中に露出させる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来例においては、海底から水中に直接施工終端を露出させることによる掘削先端装置内への海水の流入を防止するために、施工終端側に予めドライエリアを形成する必要があり、施工に大規模な工事を要するという欠点がある。とりわけ、施工終端が沖合に配置される場合には、比較的水深の深い海底上に防水構造体を構築する必要があるために、施工工事が困難になる。
【０００５】
また、長期間を要する防水構造体の海域における構築は、長期に渡って海上に障害物を形成することにもなり、海上交通の阻害等の二次的問題を引き起こす要因ともなる。
【０００６】
本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、施工終端側にドライエリアを形成することなく掘削先端装置内への浸水を防止して、掘削先端装置を水中から直接回収することのできる水底地盤内への管敷設方法および該管敷設方法に使用される掘削先端装置の提供を目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば上記目的は、
掘削先端装置３に単位配管４を順次連結しながら陸上、あるいは水中に形成されるドライエリア１側から水底地盤２を敷設終端予定位置５まで掘削進行させ、ドライエリア１から水底地盤２を貫通して水中に至る管を敷設する水底地盤内への管敷設方法であって、
前記掘削先端装置３は、一対の筒体１１ａ、１１ｂを長手方向に分離可能に接合ボルト１８で接合して形成される管状スペーサ１１を掘削部９に連結して形成され、管状スペーサ１１の掘削部９の反対端に形成される連結部１０により単位配管が連結され、
前記掘削先端装置３により敷設終端予定位置５まで掘削進行した後、接合ボルト１８を外すとともに、各々の筒体１１ａ、１１ｂに形成される閉塞部１２と配管閉塞部７により掘削部９の後方開口および第一単位配管４’の前方開口を閉塞し、
次いで、閉塞部１２と配管閉塞部７により密閉された空間に高圧で注水を行って管状スペーサ１１を各々の筒体１１ａ、１１ｂに分割し、
この後、掘削部９および筒体の一方１１ａを第一単位配管４’から分離して水中から回収する水底地盤内への管敷設方法を提供することにより達成される。
【０００８】
水底地盤２を貫通して取水、放水先端を水中に配置させる管の敷設は、施工開始端から施工終端（敷設終端予定位置５）側に単位配管４を連結、延長して行われ、海底地盤等の水底地盤２を掘削するために、最先端の単位配管４（第一単位配管４’）の先端には、地盤の掘削が可能な掘削先端装置３が連結される。配管作業は、上記掘削先端装置３によって水底地盤２を掘削しながら、施工開始端側に配置した管連結装置、あるいは押し出し装置等の掘削設備により新たな単位配管４を施工済みの配管の終端に連結して行われ、掘削設備は水没等を防止するために、ドライエリア１に設置される。
【０００９】
掘削設備の設置領域としてのドライエリア１は、配管長を可及的に短くするために、施工終端側の水深とほぼ同一深さまで掘り込んだ穴状に形成されるのが望ましいが、地上に設定することも可能である。
【００１０】
上記配管作業は、掘削作業に支障を来さない程度の適宜のシール手段を掘削先端装置３と第一単位配管４’、および単位配管４同士の連結部分に施しながら掘削先端装置３が敷設終端予定位置５に到達するまで続けられる。敷設終端予定位置５への到達状態において、施工済み配管部分は、ほぼ全体に防水が施された一本の管体となっており、この状態からまず、掘削先端装置３と第一単位配管４’との境界を閉塞する。閉塞作業は、例えば、施工済み配管内に作業員が入り込んで、予め第一単位配管４’内に設置しておき、あるいは作業員が持ち込んだ扉体などの閉塞部材を境界部に固定することにより達成可能であり、さらには、外部からの遠隔操作によることもできる。
【００１１】
掘削先端装置３後方の閉塞により、掘削先端装置３は、配管から独立して閉塞空間となり、この後、例えばクレーン船等によって水上に引き上げられる。したがって、敷設終端予定位置５に到達した後、まず、掘削先端装置３を閉塞してから、掘削先端装置３を施工済み配管から切り離す本発明において、掘削先端装置３の後方開口自体にシール性能を付与することなく、掘削先端装置３の機械部分への浸水を防止することが可能となるために、施工終端予定位置５を水域とする場合に従来必要であった、施工終端側のドライエリア１’の施工工事が不要となることから、施工費用等を大幅に低減することができる。
【００１２】
また、掘削先端装置３の閉塞とともに第一単位配管４’の前方開口を閉塞することにより、施工済み配管部分は、掘削先端装置３から独立して閉塞空間となり、掘削先端装置３の切り離しによる施工済み配管内への浸水、およびこれに伴う掘削先端装置３回収時の水流の乱れを確実に防止することができる。また、施工済み配管によって連通する施工開始端側のドライエリア１が施工終端側の水面下まで掘り込まれて形成されている場合には、水没を防ぐために掘削設備６は施工済み配管が水中に露出する前に撤去する必要があるが、第一単位配管４’を配管閉塞部７により閉塞することで、掘削先端装置３の分離後においてもドライエリア１への浸水を防ぐことができるため、作業工程の自由度を向上させることができる。
【００１３】
施工終端への到達時における掘削先端装置３は、水中に直接露出させたり、あるいは、掘削の不要な砂質土砂の水底地盤２内に位置させることが可能であり、敷設終端予定位置５を砂質土砂内に設定した場合には、掘削先端装置３が到達した後、第一単位配管４’から分離する前に、砂質土砂を掘り起こすことで掘削先端装置３が水中に露出される。この場合、掘削先端装置３と単位配管４との連結部への負担を少なくするため、掘削先端装置３の下部に位置する砂質土砂に掘削先端装置３を支承させたまま残余の砂質土砂を掘り起こすことにより、機械部分を有するために重量のある掘削先端装置３を水中への露出前後に渡って、砂質土砂に安定して支承させることができる。なお、この場合においても、前述の単位配管４の閉塞および該閉塞前の掘削先端装置３の回収や掘削設備の撤去の手順を適用することができる。
【００１４】
また、水底地盤２が岩盤等の掘削を要する地盤である場合には、掘削先端装置３の水中への露出は、水底の地形を利用することによっても可能であるが、施工終端の地盤を予め掘削して予備穴８を形成しておいた場合には、水底地形に影響されることなく、所定位置を施工終端に設定することが可能になる。この場合において、形成した予備穴８を掘削作業を要しない砂質土砂等で埋め戻すことにより、前述同様に砂質土砂に掘削先端装置３を支承させることができるとともに、海流等の影響を受けずに掘削先端装置３を敷設終端予定位置５に到達させることができる。
【００１５】
掘削先端装置３は、岩盤を掘削可能な掘削部９の反対端に連結部１０を配置することで掘削進行に伴って掘削後の空間に単位配管４を配管できるように構成され、単位配管４連結状態において掘削先端装置３と単位配管４の内部とが連通することで、掘削部９で掘削した岩石を施工開始端側のドライエリア１に搬送する輸送手段等を内部を利用して連続して形成することができる。また、適宜のシール手段を備える連結部１０によって連結されるため、連結状態において掘削先端装置３および単位配管４の内部への浸水を防ぐことができ、この後、水中における分離前に後方開口を閉塞すれば、分離後の掘削先端装置３内への浸水も防ぐことができる。
【００１６】
また、掘削先端装置３は、掘削進行のための機械部分を備えた掘削部９と、連結部１０および後方開口の閉塞部１２を備える管状体とに分けて構成され、さらに管状体を分割可能に形成することにより、掘削先端装置３（掘削部９）を管状体の分割によって単位配管４から分離させることが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１から図６に施工終端側を砂質土砂とする海底地盤２を貫通して海中に取水先端装置を設置する場合に利用された本発明の実施の形態を示す。図１に示すように、まず、陸上１５側には適宜深さの立坑（ドライエリア１）が形成され、該立坑１内に管連結装置６ｂ、およびこれに付随する図外の諸設備からなる掘削設備６が設置される。管連結装置６ｂは、押し出し部を備え、所定長の単位配管４を連結しながら連結済み配管を前方へ押し出すことができる。
【００１８】
施工に際して、まず、掘削部９に管状スペーサ１１が連結されて掘削先端装置３が構成され、該掘削先端装置３には、第一単位配管４’が連結される。管状スペーサ１１は一端の連結部１０が第一単位配管４’の先端部に、他端の掘削先端装置連結部１７が掘削部９の後端部に外嵌して固定されることにより掘削部９と第一単位配管４’とを連結させ、連結部１０および掘削先端装置連結部１７には、図２（ｂ）に示すように、管状スペーサ１１内部への浸水を防止するシール部１３が形成される。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、掘削部９は、先端部にローラービット１４を備え、該ローラービット１４を回転させることにより岩盤を圧砕することができる。圧砕された岩盤は、一旦掘削先端装置３内部に取り込まれた後、図外の破砕機で流体搬送可能な大きさに破砕され、送排泥管６ａによって後方、すなわち、単位配管４側に送られた後、上記立坑１から陸上１５の処理設備１６で固液分離される。
【００２０】
図２（ｂ）に示すように、管状スペーサ１１は、一対の筒体１１ａ、１１ｂを長手方向に分離可能に接合ボルト１８で接合して形成され、筒体１１ａ、１１ｂ間には、適宜のシール手段が施されて接合部からの浸水が防止される。これら一対の筒体１１ａ、１１ｂは内部の接合ボルト１８を外すことにより分離可能であり、また、各々の筒体１１ａ、１１ｂには扉固定用フランジ（閉塞部１２、配管閉塞部７）が筒内方に向けて突設され、さらに側壁部には、扉体１９、１９’が脱離可能に保持される。なお、接合ボルト１８を外面側に配置して、筒体１１ａ、１１ｂを外部からの操作により分離可能に形成してもよい。
【００２１】
管敷設作業は、上記掘削先端装置３を駆動しながら第一単位配管４’の後端に順次単位配管４、４・・を連結し、施工済み部分を後述する敷設終端予定位置５側に延長させて行われる。単位配管４同士の連結箇所には適宜のシール手段２０が施されて単位配管４内への浸水が防止され、さらに、単位配管４の連結に際して送排泥管６ａが継ぎ足されて延長される。
【００２２】
以上のようにして管敷設作業を進行させると、やがて、掘削先端装置３は、図３（ａ）に示すように、配管の敷設終端予定位置５に到達する。到達状態において、掘削先端装置３および施工済み配管Ａは全体としてシール性能が確保されているために、これらの内部に海水が流入することがない。
【００２３】
この状態から、まず、施工済み配管Ａ内に作業員を送り、掘削先端装置３から送排泥管６ａを切り離し、次いで、管状スペーサ１１から扉体１９を取り外して掘削部９側の筒体１１ａに形成された扉固定用フランジ１２に固定するとともに、後方が開放されて内部の機構部の気密性が保持されない掘削部９を密閉する（図３（ａ）参照）。この後、図４に示すように、接合ボルト１８を外し、次いで、第一単位配管４’側の扉固定用フランジ７に扉体１９’を固定して第一単位配管４’以下の施工済み配管Ａを密閉する。
【００２４】
次に、図５（ａ）に示すように、敷設終端予定位置５の砂質土砂を図外のポンプによって吸い出すことで掘り起こして掘削部９および管状スペーサ１１の筒体１１ａを水中に露出させた後、扉固定用フランジ１２および扉体１９と扉固定用フランジ７および扉体１９’により密閉された空間（図５（ａ）におけるハッチング部分）に注水部２６から高圧で注水を行うことで管状スペーサ１１を筒体１１ａと筒体１１ｂに分離する。この後、掘削先端装置３（掘削部９および筒体１１ａ）をクレーンで吊り上げて図外の船上に回収し（図５（ｂ）参照）、さらに、残余の送排泥管６ａ、および上記管連結装置６ｂに付随する掘削設備６を撤去する。
【００２５】
以上のようにして海底地盤２を貫通して敷設終端予定位置５に達する管を敷設した後、施工済み配管Ａ内に所定の設備が設置される。海中に取水先端装置を設置するこの実施の形態において、図６に示すように、まず、施工済み配管Ａ内に取水管２１が配管されるとともに、取水管２１の立坑１側終端には、陸上に至る立管２２が連結される。取水管２１の配管には、上述した管連結装置６ｂを利用することもでき、この場合には取水管２１の配管を終了してこれら管連結装置６ｂ、およびこれに付随する掘削設備６を撤去した後、立坑１側取水管２１’の後端部と施工済み配管Ａとの間隙部に適宜の材料を充填して施工済み配管Ａを閉塞し、さらに、立坑１を埋め戻す。充填部２３には、適宜箇所にエアー抜き管２４が設置される。
【００２６】
このようにして立坑１側の処理を完了させた後、施工済み配管Ａ内に海水を導入する。海水導入の初期において大量の海水が一気に施工済み配管Ａに流入することを防止するために、扉体１９’には、図２（ｂ）に示すように、予め初期導入用開口１９’ａが開設されており、海水導入初期においては、該初期導入用開口１９’ａを開放して行われる。
【００２７】
施工済み配管Ａ内への海水の初期導入が完了し、施工済み配管Ａ全体に海水が導入された後、取水先端側取水管２１’’と施工済み配管Ａとの間隙部に適宜の材料を充填して施工済み配管Ａを閉塞し（充填部２３’）、第一単位配管４’側の筒体１１ｂを切断、あるいは引き抜いて撤去し、さらに、取水管２１先端に調整管２５を連結して作業が終了する。
【００２８】
なお、取水管２１の配管を敷設終端予定位置５に掘削先端装置３が到達した後、砂質土砂を掘り起こす前に、または管状スペーサ１１の分割前に行うことも可能であり、この場合において、立坑１側の処理、すなわち掘削設備６の撤去等も完了していれば、施工済み配管Ａを扉固定用フランジ７において閉塞せずに掘削先端装置３の分離にともなって直接内部に海水を導入することも可能である。
【００２９】
図７に本発明の変形例を示す。なお、以下の変形例の説明において、上述した実施の形態と同一の構成要素は図中に同一符号を付して説明を省略する。施工終端側の海底地盤２が掘削を要する岩盤等からなるこの変形例において、施工終端には、予め配管の敷設終端予定位置５よりやや深くまで掘削した予備穴８が形成される。予備穴８は、底部に捨て石を平滑に敷き詰めて、敷設終端予定位置５に到達した掘削先端装置３を支承するマウンド８ａを形成した後、掘削の容易な砂によって埋め戻される（図７におけるハッチング部分）。
【００３０】
したがって、この変形例において、掘削進行により予備穴８内に進入する掘削先端装置３は、砂によって海流の影響を受けることなく、かつ、マウンド８ａに乗り上げることでマウンド８ａに支承されて、安定した状態で敷設終端予定位置５に到達する。この後、前述と同様の手順によって掘削先端装置３の回収、および施工済み配管Ａ内への注水等が行われ、管の敷設作業がなされる。なお、掘削先端装置３は、マウンド８ａを形成せずに直接砂質土砂により、または、後述する支持台２７により支承させることも可能である。
【００３１】
図８に本発明の第２の実施の形態を示す。この実施の形態において、敷設終端予定位置５は、施工終端側の海底地形を利用して、あるいは予め予備穴８を形成することで、直接海中に設定される。図８におけるハッチング部分は予め形成されたマウンド８ａであり、マウンド８ａ上には上面が平滑な支持台２７が設置される。
【００３２】
掘削先端装置３の先端が海中に露出するまで掘削進行が行われるこの実施の形態において、掘削先端装置３および施工済み配管Ａのそれぞれの密閉作業および必要な送排泥管６ａの撤去は、掘削先端装置３の先端を海中に露出させた状態で行われ、この後、管連結装置６ｂの押し出し部を駆動させて施工済み配管Ａを前方に押し出すことによって掘削先端装置３全体を支持台２７上に搭載させるとともに、施工済み配管Ａを海中側に移動させる。海中に露出した掘削先端装置３は、前述同様に管状スペーサ１１を分割した後、クレーンによって船上に回収され、この後、支持台２７、残余の送排泥管６ａ、および上記管連結装置６ｂに付随する掘削設備６が撤去される。
【００３３】
なお、支持台２７の設置は、施工終端が海中である場合に限られず、マウンド８ａの代わりに、またはマウンド８ａとともに予備穴８内あるいは海底に設置することも可能であり、また、施工終端が海中であってもマウンド８ａのみで掘削先端装置３を支承させることも可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明によれば、施工終端側にドライエリアを構築することなく配管作業を行うことができるために、施工効率を飛躍的に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を示す図である。
【図２】掘削作業を説明する図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の要部拡大図である。
【図３】掘削先端装置を密閉した状態を示す図で、（ａ）は施工済み配管の先頭部分を示す断面図、（ｂ）は要部拡大図である。
【図４】施工済み配管を密閉した状態を示す図で、（ａ）は施工済み配管の先頭部を示す断面図、（ｂ）は要部拡大図である。
【図５】掘削先端装置の切り離し作業を説明する図で（ａ）は分離前の状態を示す断面図、（ｂ）は分離後の状態を示す断面図である。
【図６】取水管の設置工程を示す図である。
【図７】図１の変形例を示す図である。
【図８】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【図９】従来例を示す図である。
【符号の説明】
１ ドライエリア
２ 水底地盤
３ 掘削先端装置
４ 単位配管
４’ 第一単位配管
５ 敷設終端予定位置
６ 掘削設備
６ａ 送排泥管
６ｂ 管連結設備
７ 配管閉塞部
８ 予備穴
８ａ マウンド
９ 掘削部
１０ 連結部
１１ 管状スペーサ
１１ａ 筒体
１１ｂ 筒体
１２ 閉塞部
１３ シール部
１４ ローラービット
１５ 陸上
１６ 処理設備
１７ 掘削先端装置連結部
１８ 接合ボルト
１９ 扉体
１９’ 扉体
１９’ａ 初期導入開口
２０ シール手段
２１ 取水管
２１’ 立坑側取水管
２１’’ 取水先端側取水管
２２ 立管
２３ 充填部
２３’ 充填部
２４ エアー抜き管
２５ 調整管
２６ 注水部
２７ 支持台
Ａ 施工済み配管

Claims (4)

1. 掘削先端装置に単位配管を順次連結しながら陸上、あるいは水中に形成されるドライエリア側から水底地盤を敷設終端予定位置まで掘削進行させ、ドライエリアから水底地盤を貫通して水中に至る管を敷設する水底地盤内への管敷設方法であって、
   前記掘削先端装置は、一対の筒体を長手方向に分離可能に接合ボルトで接合して形成される管状スペーサを掘削部に連結して形成され、管状スペーサの掘削部の反対端に形成される連結部により単位配管が連結され、
   前記掘削先端装置により敷設終端予定位置まで掘削進行した後、接合ボルトを外すとともに、各々の筒体に形成される閉塞部と配管閉塞部により掘削部の後方開口および第一単位配管の前方開口を閉塞し、
   次いで、閉塞部と配管閉塞部により密閉された空間に高圧で注水を行って管状スペーサを各々の筒体に分割し、
   この後、掘削部および筒体の一方を第一単位配管から分離して水中から回収する水底地盤内への管敷設方法。
2. 前記配管閉塞部の開放に先立って掘削部および筒体の一方が回収される請求項１記載の水底地盤内への管敷設方法。
3. 前記配管閉塞部の開放に先立ってドライエリア側の掘削設備が撤去される請求項１または２記載の水底地盤内への管敷設方法。
4. 掘削進行可能な掘削部を先端部に配置し、開口する後端部に単位配管の内部を連通させて、かつ、外部から密閉して単位配管を連結可能な連結部が設けられるとともに、
   前記開口を閉塞可能な閉塞部を備える掘削先端装置であって、
   前記掘削部には、一対の筒体を長手方向に分離可能に接合ボルトで接合して形成される管状スペーサが連結されて該管状スペーサに単位配管の内部が連通され、かつ、管状スペーサの掘削部の反対端に前記連結部が形成されるとともに、
   前記筒体の各々には、掘削部の後方開口を閉塞可能な前記閉塞部と単位配管の前方開口を閉塞可能な配管閉塞部が形成され、
   かつ、前記管状スペーサには、閉塞部と配管閉塞部により密閉された空間に注水可能な注水部が設けられる掘削先端装置。

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