JP5926504B2 - 複数の基礎要素を海底地盤に据え付けるためのテンプレート及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、複数の基礎要素を、特に例えば風力タービンのためのジャケットのためのアンカーパイルを海底地盤に互いに対して据え付ける際に利用するためのテンプレートに関する。テンプレートは、基礎要素のための複数のガイドであって、フレームによって互いに対して固定されている複数のガイドを備えている。また、本発明は、複数の基礎要素を据え付けるための方法に関する。

特許文献１にて説明されるように、沖合での杭打ち作業は、例えばドリリングプラットフォーム及び風量タービンのための基礎を構築するために水中下において実施される。風力タービンのために、４メートルよりも大きな直径を有している大きなモノパイルが海底に打ち込まれる。このような杭打ちによって、海洋動物相に悪影響を与える海中の騒音が実質的に発生する。特許文献１における方法及び装置では、海中の騒音を低減するために、杭打ちされるべき用具が、浸水した固定式スリーブによって囲まれている。優位には、スリーブはサンドイッチ構造になっている。

非特許文献１は、２４インチのパイルを収容しているＨＤＰＥパイプスリーブであって、水面上方の地点から水面下方の地盤高（ground elevation）に到達するＨＤＰＥパイプスリーブを開示する。上述のスリーブの直径及び壁厚はそれぞれ、３４インチ及び１ ３／８インチである。

幾つかの構造は、モノパイルではなく、他の解決策を必要とする。例えば風力タービンでは、必要とされるモノパイルの直径は、風力タービンが据え付けられるべき位置における水深と共に大きくなる。例えば３０メートルを超える深さでは、モノパイルが非実用的であるか又は実現不可能であるような大きさが必要とされる。このような状況では、ジャケット、例えばいわゆるトライポッドが、適切且つ代替的な役割を果たす。また、ジャケットは、他の用途において、例えば石油プラットフォームやガスプラットフォームのために、又は水流（潮汐）エネルギ設備のために利用される。

欧州特許出願公開第１９８９３５８号明細書 特開昭６０−１５９２１８号公報 独国特許第１７８４３９６号明細書 米国特許第５５５１８０４号明細書

T.J. Carlson et al., "Hydroacoustic Measurements During Pile Driving at the Hood Canal Bridge, September Through November 2004"

本発明の目的は、騒音の発生を低減すると共に、例えば風力タービンのための基礎要素をより深海において据付可能とすることである。

この目的を達成するために、本発明は、少なくとも１つのガイドが打込中に基礎要素を囲むための遮音スリーブを備えていることを特徴とするテンプレートを提供する。

すべてのガイドが遮音スリーブを備えており、且つ、遮音スリーブが互いに平行に延在している場合には、すべてのパイルが、実質的に静止状態を維持しているテンプレートによって据付可能とされる。すべてのパイルの据付が完了したときに、テンプレートは、据え付けられたパイルの一般に比較的短く延在している端部の上方に揚重され、次の据付現場に移動される。

テンプレートが、単一のスリーブと、例えばそれぞれが三角状又は四角状の設置面（footprint）を有している３つ又は４つのガイドとを備えている場合には、第１のパイルが据え付けられた後に、テンプレート全体を揚重し、該テンプレート全体を１２０°又は９０°に亘って回転させること、及び据え付けられた１つ以上のパイルを参照用に利用することによって、テンプレートを再位置決めすることができる。しかしながら、テンプレートのベースが所定位置に維持されており、スリーブがテンプレートのベースから取り外され、据え付けられたパイルの上方に揚重され、次の位置（ガイド）に移動されることが望ましい。

一の実施例では、スリーブは、基礎要素の打込によって発生する騒音をさらに減衰させるための機能を有している。例えば、少なくとも１つのスリーブの壁は、例えば二重壁構造を有している、及び／又は複合材料から作られている、例えば吸音材料と任意に付加的な内壁とによって裏打ちされ、壁とライナとが共にサンドウィッチ構造を形成している１つ以上のチャンバを含んでいる。

一の実施例では、スリーブは、打込装置からスリーブに伝播する騒音を低減するための１つ以上のガイド要素を、好ましくは例えばゴムのような騒音減衰材料を備えている１つ以上のガイド要素を該スリーブの内壁に備えている。特に基礎要素をスリーブ内に降下させる際における案内性能と基礎要素を打ち込む際における案内性能とを向上させるために、ガイド要素が少なくともスリーブの底部近傍に及び該スリーブの上側半分に配置されていることが望ましい。また、ガイド要素は、パイルとスリーブとの間において、例えば３０センチメートルの十分且つ略均等な距離を維持することができる。

一般に、騒音の減衰を目的としたすべての計測の合計が、スリーブを具備しない状態における打込と比較した場合、打込に起因する騒音に関して、１０００Ｈｚより低い周波数では少なくとも１０ｄＢ、好ましくは少なくとも１５ｄＢ全体的に低減される。

本発明は、複数の基礎要素を、特に例えば風力タービン用ジャケットのためのアンカーパイルを海底地盤に互いに対して据え付けるための方法であって、基礎要素のための複数のガイドと少なくとも１つの遮音スリーブとを備えているテンプレートを海底地盤に載置するステップと、基礎要素をスリーブ内に載置し、基礎要素を海底地盤内に打ち込むステップと、海底地盤の上方に延在し且つ据え付けられた基礎要素の端部の上方にテンプレートを揚重するステップと、据え付けられた基礎要素の端部の上方にジャケットを載置するステップと、ジャケットを基礎要素に固定するステップとを備えている方法にさらに関する。

一の実施例では、すべてのガイドが遮音スリーブを備えており、基礎要素が各スリーブ内に載置され、海底地盤内に打ち込まれる。

代替的な実施例では、第１の基礎要素を海底地盤内に打ち込んだ後に、スリーブが他のガイドに移動されるか、又はテンプレートが回転され、据え付けられた基礎要素の上方にガイドのうち他のガイドと共に載置され、第２の基礎要素がスリーブ内に載置され、海底地盤内に打ち込まれる。

万全を期すために、以下の先行技術に留意すべきである。

特許文献２は、弾性材料から形成された蛇腹状の遮音筒を備えているパイルハンマー用遮音装置を開示する。遮音筒は、パイルハンマーに固定されている。

特許文献３は、テレスコピック式遮音スリーブを備えているパイル打込ハンマーを開示する。

特許文献４は、（図１において）パイル打込テンプレートとして二重構造を有しているジャケットを開示する。ジャケットの脚部は、分岐している。このことは、実際にはパイルがジャケットの脚部に設置されているか、少なくともジャケットの脚部に接触していること、及び打込装置から発生する騒音が減衰されないまま周囲の水に伝播され、増大（共鳴）さえされ得ることを示す。また、脚部の分岐に起因して、ジャケットは、パイルが据え付けられた後に取り除くことができず、再利用することができない。結論として、ジャケットは適切なテンプレートではなく、さらなる基礎要素を他の場所に据え付けるために再利用することを要求する本発明の技術的意義に属するテンプレートとは少なくとも異なる。

本発明におけるテンプレート及び方法の好ましい実施例を表わす図面を参照しつつ、本発明について詳述する。

本発明における第１のテンプレートを備えている基礎要素を据え付けるためのシステムの斜視図である。 本発明におけるテンプレートを利用して据え付けられたトライポッドの斜視図である。 本発明における第２のテンプレートの斜視図である。

図面自体が概略的であること、及び、本発明を理解するために必要でない部分の詳細が省略されていることに留意すべきである。

図１は、アンカーパイル３を利用することによって、ジャケット１を海底地盤に、例えば海底２に据え付けるためのシステムを表わす。当該実施例では、ジャケット１は、中央シリンダ４と、フレーム６を介して中央シリンダ４に接続されていると共に所定のパターンすなわち（上から見た場合に）三角形を描くように配置されている、複数の中空円筒状支持部材すなわち脚部５とを備えている。中央シリンダの断面は円状であり、その直径は５メートルである。そして、中央シリンダは、ジャケットを海底に据え付けた後に風力タービンの基礎として機能するようになっている。アンカーパイル３の断面は円状であり、その外径は２メートルであり、その長さは５０メートルである。

当該システムは、例えばジャッキアップバージやフローティングバージのような水上艦８の舷側において油圧ユニットに接続されている液圧式打込装置７、例えばＩＨＣ社製ｈｙｄｒｏｈａｍｍｅｒ（登録商標）Ｓ−５００やＳ−８００を備えている。打込装置７は、打込装置７をアンカーパイル３に堅固に取り付けるための打込スリーブ９と、衝撃エネルギを打込装置７からアンカーパイル３に伝達させるためのアンビル（図示の方向からでは打込スリーブに隠れている）とを備えている。バージ８は、アンカーパイル、打込装置、及びジャケット等を揚重し操作するためのクレーン（図示しない）を備えている。

システムは、複数のアンカーパイルを位置決めし、ジャケットの支持部材のパターンに対応する所定のパターンで海底に該複数のアンカーパイルを打ち込むためのテンプレート１０をさらに備えている。テンプレートは、パイルのための複数のガイド１１であって、フレーム１２によって互いに対して固定されている複数のガイド１１を備えている。図１に表わす実施例では、ガイド１１それぞれが、打込装置から周囲の水に伝播する騒音の発生を低減するために打込中にパイルを囲むための遮音スリーブ１１Ａであって、例えば鋼材から作られた遮音スリーブ１１Ａを備えている。スリーブの中心線のパターンは、ジャケットの支持部材の中心線に対応している。すなわち、当該実施例では、スリーブが三角形を描くように配置されている。

スリーブそれぞれの断面が円状であり、スリーブは二重壁構造になっており、スリーブの内径は３メートルである。二重壁構造によって、空気又は多孔質材料のための１つ以上のチャンバが形成されており、少なくともある程度の浮力がテンプレートに作用している。

一般に、テンプレートが自重によって海底に過度に埋没することを低減するために又は実質的に解消するために、及び、アンカーパイルの据付が完了した後にテンプレートを容易に取り除き可能とするために、浮力すなわち排斥された水の重量が、テンプレートの重量の少なくとも６０％、好ましくは少なくとも８０％であることが望ましい。一の実施例では、浮力は、例えばバルブとコンプレッサ又はポンプと水の流入及び流出を可能とする（バラスト）チャンバとから成るシステムを通じて、変化させることができる。

スリーブの内壁には、（図示の方向からは隠れている）複数のガイド要素が、当該実施例では、例えばゴムのような騒音減衰材料から作られている二組のガイドホイールであって、スリーブの底部近傍において、及び、スリーブの上側半分の任意の位置、当該実施例ではスリーブの上側リムから数メートルの地点において、スリーブの（内）周に沿って環状に配置されている二組のガイドホイールが設けられている。二組のガイドホイールを軸線方向において離隔させることによって、相当の案内長さが生じるので、打込中におけるパイルの安定性をさらに高めることができる。

一般に、テンプレートが適切な位置に一旦配設された場合には、遮音スリーブが海底地盤から水面の上方に至るまで延在していることが望ましい。スリーブそれぞれの上側リムが、基礎要素を据え付けるべき位置における水深に対してスリーブの有効長さを調整するために、取り外し可能なエクステンダを備えている場合がある。

ジャケットの据付は、例えば以下のように実行される。テンプレートは、バージの舷側から揚重され、テンプレートが海底に立向姿勢で載置されるまで海中に降ろされる。代替的には、テンプレートは、浮遊状態にあるか、又は、バージ近傍の海底に載置されており、テンプレートは、揚重され、及び／又は、揚重された位置から所望の位置に向かって牽引される。適切な位置に一旦配設されると、アンカーパイルそれぞれが、テンプレートの上方に揚重され、スリーブのうちの一のスリーブ内に且つ海底上に降ろされ、環境次第では、自重の作用によってある程度海底に埋没する場合がある。

その後に、打込装置は、バージの舷側から揚重され、第１のアンカーパイルの頂部に配設され、第１のアンカーパイルが、第１のアンカーパイルの上端部が海底の上方に典型的には１メートル〜６メートル延在している状態において、例えば自身の長さの９５％に対応する深さに至るまで海底内部に打ち込まれる。打込中のある一時期においては、打込装置がスリーブの内側に配置されており、スリーブが浸水した場合には、打込装置が水中に位置する。第１のアンカーパイルの打込が完了した場合には、打込装置は、揚重され、第１のスリーブから取り除かれ、第２のアンカーパイル上に配設される。この工程が、すべてのアンカーパイルが海底内に据え付けられるまで繰り返される。

その後に、打込装置は、舷側に再配置され、テンプレートは、揚重され、舷側に再配置されるか、又は例えばバラストチャンバを空にすることによって浮力を付与され、浮揚状態を維持するか又は海底に邪魔にならないように載置される。最後の２つの例では、テンプレートは、数メートルだけ、すなわち据え付けられたアンカーパイルの上端部を安全に取り除くために十分な高さだけ揚重される必要がある。

テンプレートが邪魔にならないように載置された状態において、ジャケットがアンカーパイルの上方に支持部材と共に配設され、例えばグラウチング又は溶接によって支持部材に固定され、図２に表わすように、ジャケットの据付が完了する。

図３は、複数のガイドすなわちフレア状の端部を有している中空シリンダ１１と単一のスリーブ１１Ａとを備えている、本発明における第２のテンプレート１０の斜視図である。スリーブ１１Ａは、ガイドから取り外し可能であることを除いて、大部分において上述のスリーブと同一である。このために、スリーブ１１Ａの外径は、シリンダ１１の内径よりも僅かに小さい。

第１のアンカーパイルが据え付けられた後に、スリーブが、据え付けられた第１のアンカーパイルの端部の上方に揚重され、次の位置に移動される。当該次の位置では、第２のアンカーパイルが、スリーブ内に配設され、海底に打ち込まれる。この工程は、すべてのアンカーパイルが海底内に据え付けられるまで繰り返される。ジャケットは、上述の方法で載置及び固定される。

本発明は、上述の実施例に限定される訳ではなく、特許請求の範囲の技術的範囲内において多様に変化させることができる。

１ ジャケット
２ 海底
３ アンカーパイル
４ 中央シリンダ
５ 脚部（中空円筒状支持部材）
６ フレーム
７ 打込装置
８ 水上艦（バージ）
９ 打込スリーブ
１０ テンプレート
１１ ガイド
１１Ａ 遮音スリーブ
１２ フレーム

Claims (16)

1. 複数の基礎要素（３）を互いに対して海底地盤（２）に据え付ける際に利用し、且つさらなる基礎要素を他の場所に据え付けるために再利用するためのテンプレート（１０）であって、フレーム（１２）によって互いに対して固定されている複数のガイド（１１）を備えている前記テンプレート（１０）において、
   前記ガイド（１１）のうち少なくとも１つのガイドが、打込中に前記基礎要素（３）を水中において囲むための遮音スリーブ（１１Ａ）を備え、前記ガイドは、使用の際に前記海底地盤に載置されるように構成されていることを特徴とするテンプレート（１０）。
2. すべての前記ガイド（１１）が、前記遮音スリーブ（１１Ａ）を備えており、
   前記遮音スリーブ（１１Ａ）が、互いに対して平行に延在していることを特徴とする請求項１に記載のテンプレート（１０）。
3. 前記遮音スリーブ（１１Ａ）が、一のガイド（１１）から他のガイド（１１）に移動可能なことを特徴とする請求項１に記載のテンプレート（１０）。
4. ３つ又は４つの前記ガイド（１１，１１Ａ）を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のテンプレート（１０）。
5. 少なくとも１つの前記遮音スリーブ（１１Ａ）の壁が、１つ以上のチャンバを含んでおり、及び／又は複合材料から作られていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のテンプレート（１０）。
6. 少なくとも１つの前記遮音スリーブ（１１Ａ）が、前記遮音スリーブの内壁に、１つ以上のガイド要素を備えていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載のテンプレート（１０）。
7. 前記少なくとも１つの遮音スリーブ（１１Ａ）は、少なくとも前記遮音スリーブ（１１Ａ）の底部近傍に及び前記遮音スリーブの上側半分に、１つ以上のガイド要素を備えていることを特徴とする請求項６に記載のテンプレート（１０）。
8. 前記ガイド要素が、騒音抑制材料を備えていることを特徴とする請求項６または７に記載のテンプレート（１０）。
9. 少なくとも１つの前記遮音スリーブ（１１Ａ）が、打込に起因する騒音の発生を１０００Ｈｚより低い周波数において少なくとも１０ｄＢ低減することを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載のテンプレート（１０）。
10. 前記テンプレート（１０）の浮力が、少なくとも６０％であるか、又は少なくとも６０％に調節可能であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載のテンプレート（１０）。
11. 複数の基礎要素を互いに対して海底地盤（２）に据え付けるための方法であって、
    前記基礎要素のための複数のガイド（１１）と少なくとも１つの水中遮音スリーブ（１１Ａ）とを備えているテンプレート（１０）を前記海底地盤（２）に配設するステップと、
    前記基礎要素（３）を前記遮音スリーブ（１１Ａ）内に配設し、前記基礎要素（３）を前記海底地盤（２）内に打ち込むステップと、
    前記海底地盤（２）の上方に延在している据え付けられた前記基礎要素（３）の端部の上方に、前記テンプレート（１０）を揚重するステップと、
    据え付けられた前記基礎要素（３）の端部の上方にジャケット（１）を配設し、前記ジャケット（１）を前記基礎要素（３）に固定するステップと、
    を備えていることを特徴とする方法。
12. すべての前記ガイド（１１）が、遮音スリーブ（１１Ａ）を備えており、
    前記基礎要素（３）が、前記遮音スリーブ（１１Ａ）それぞれの中に配設され、前記海底地盤（２）内に打ち込まれることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
13. 第１の基礎要素（３）を前記海底地盤（２）内に打ち込んだ後に、前記遮音スリーブ（１１Ａ）が他のガイド（１１）に移動されるか、又は前記テンプレート（１０）が回転され、据え付けられた前記基礎要素（３）の上方に前記他のガイド（１１）と共に配設され、
    第２の基礎要素（３）が、前記遮音スリーブ（１１Ａ）内に配設され、前記海底地盤（２）内に打ち込まれることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
14. 少なくとも打込中に、少なくとも１つの前記遮音スリーブ（１１Ａ）が、前記海底地盤（２）から水面の上方に延伸することを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一項に記載の方法。
15. 少なくとも打込中に、前記基礎要素（３）と前記遮音スリーブ（１１Ａ）との間における間隙が、３０センチメートルよりも大きいことを特徴とする請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の方法。
16. 水が前記遮音スリーブ（１１Ａ）から排斥されることによって、少なくとも打込中の一時期において、少なくとも打込装置（７）が、空隙によって前記スリーブ（１１Ａ）の内壁から隔てられていることを特徴とする請求項１１〜１５のうちいずれか一項に記載の方法。

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