JP6718011B1

JP6718011B1 - ケーソンの注水制御方法および注水制御システム

Info

Publication number: JP6718011B1
Application number: JP2019219304A
Authority: JP
Inventors: 健次岡山; 映藤山; 田中　孝行; 孝行田中
Original assignee: Toa Corp
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 2019-12-04
Filing date: 2019-12-04
Publication date: 2020-07-08
Anticipated expiration: 2039-12-04
Also published as: JP2021088855A

Abstract

【課題】簡便な注水制御でケーソンを着底する直前の水深まで安定して沈めることができるケーソンの注水制御方法および注水制御システムを提供する。【解決手段】ケーソン１０が所望の姿勢となった時のブロック１４内の隔室１５の水位を平均したそれぞれのブロック１４の平均水位を算出し、それぞれのブロック１４の平均水位どうしの相対的な水位差を基準水位差として記憶し、次いで、それぞれのブロック１４に個別に設けられた注水ポンプ２によりそれぞれのブロック１４に対して注水を行う全注水制御と、いずれかのブロック１４の平均水位どうしの相対的な水位差が基準水位差から予め設定した許容値を超えて乖離した場合に、ブロック１４の平均水位どうしの相対的な水位差を基準水位差に近づける補正制御と、をケーソン１０が目標位置Ｂに着底する直前の水深に下方移動するまで繰り返し実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、ケーソンの注水制御方法および注水制御システムに関し、さらに詳しくは、簡便な注水制御でケーソンを着底する直前の水深まで安定して沈めることができるケーソンの注水制御方法および注水制御システムに関するものである。

防波堤などを形成するケーソンの内空部は水密隔壁によって互いに連通しない複数のブロックに区画されている。ケーソンを水中の目標位置に着底させるには、水に浮かべたケーソンのそれぞれのブロックに対してそれぞれの個別の注水ポンプによって注水することで、ケーソンを沈めていく。着底直前には、ケーソンの姿勢を略水平に保つ必要があるため、ケーソンを安定して沈めることが要求される。しかしながら、注水ポンプの個体差や配管の長さなどの影響があるため、それぞれのブロックに対する注水量を均一に保つことは難しい。それ故、単純にそれぞれの注水ポンプを作動させて注水するだけでは、ブロック間での水位差が大きくなり、ケーソンの傾斜が大きくなる。そこで、ケーソンの傾斜を抑制するケーソン注水制御装置が提案されている（特許文献１参照）。

特許文献１に記載のケーソン注水制御装置では、ケーソンの傾斜角度を傾斜計によって測定し、傾斜角度が基準値以上になった場合に、傾斜計の測定結果に基づいて、下方に沈みこんでいる側のブロックに対するポンプ注水を停止させて、ケーソンの傾斜を補正する。ところが、ケーソンは波の影響を受けて揺動し、これに伴い、傾斜計によって計測されるケーソンの傾斜の向きや傾斜角度は刻々と変化して安定しない。また、注水ポンプにより注水された水量がケーソンの傾斜に反映されるまでにはある程度の時間を要する。それ故、傾斜計の測定結果を主眼にした注水制御では、注水ポンプの停止状態と稼働状態とを切り替えるタイミングを高精度で制御する必要があるため、簡便な制御でケーソンを安定して沈めるには改善の余地がある。

特開２０１５−３４３７３号公報

本発明の目的は、簡便な注水制御でケーソンを着底する直前の水深まで安定して沈めることができるケーソンの注水制御方法および注水制御システムを提供することにある。

上記目的を達成するため本発明のケーソンの注水制御方法は、複数の隔室で形成される内空部を有するケーソンを、水に浮かべた状態で前記内空部に注水して水中の目標位置に着底させる直前の水深まで下方移動させて位置合わせを行った後に、前記内空部にさらに注水することで前記ケーソンを前記目標位置に着底させるケーソンの注水制御方法において、前記内空部を単数または隣り合う複数の前記隔室を単位として互いに非連通の複数のブロックに区画し、それぞれの前記ブロック内では隣り合う前記隔室どうしは連通した状態にして、前記ケーソンを水に浮かべた初期段階で、それぞれの前記ブロックに対して注水を行って前記ケーソンを所望の姿勢にした時のそれぞれの前記ブロックについてそれぞれを構成するそれぞれの前記隔室の水位を平均した平均水位を算出し、それぞれの前記ブロックの前記平均水位どうしの相対的な水位差を基準水位差として記憶し、次いで、前記基準水位差の状態の前記ケーソンに対して、それぞれの前記ブロック毎に個別に設けられた注水ポンプによりそれぞれの前記ブロックに対して注水を行う全注水制御と、いずれかの前記ブロックの前記平均水位どうしの相対的な水位差が前記基準水位差から予め設定された許容値を超えて乖離した場合に、前記基準水位差に対して前記平均水位が相対的に高い前記ブロックに対する前記注水ポンプによる注水を停止してそれぞれの前記ブロックの前記平均水位どうしの相対的な水位差を前記基準水位差に近づけて前記許容値以下にする補正制御とを、前記ケーソンを前記目標位置に着底させる直前の水深に下方移動させるまで繰り返し行うことを特徴とする。

本発明のケーソンの注水制御システムは、複数の隔室で形成される内空部を有するケーソンを水に浮かべた状態で前記内空部に注水する注水ポンプと、この注水ポンプを制御する制御装置とを備えて、前記内空部に前記注水ポンプにより注水して前記ケーソンを水中の目標位置に着底させる直前の水深まで下方移動させて位置合わせを行った後に、前記内空部にさらに注水して前記ケーソンを前記目標位置に着底させるケーソンの注水制御システムにおいて、前記内空部が単数または隣り合う複数の前記隔室を単位として互いに非連通の複数のブロックに区画され、それぞれの前記ブロック内では隣り合う前記隔室どうしを連通した状態にしておき、前記注水ポンプがそれぞれの前記ブロック毎に個別に設けられていて、前記ケーソンを水に浮かべた初期段階で、それぞれの前記ブロックに対して前記注水ポンプにより注水を行って前記ケーソンを所望の姿勢にした時のそれぞれの前記ブロックについてそれぞれを構成するそれぞれの前記隔室の水位を平均した平均水位が前記制御装置により算出され、それぞれの前記ブロックの前記平均水位どうしの相対的な水位差が基準水位差として前記制御装置に記憶され、前記基準水位差の状態の前記ケーソンに対して、それぞれの前記ブロックに対して前記注水ポンプにより注水を行う全注水制御と、いずれかの前記ブロックの前記平均水位どうしの相対的な水位差が前記基準水位差から予め設定された許容値を超えて乖離した場合に、前記基準水位差に対して前記平均水位が相対的に高い前記ブロックに対する前記注水ポンプによる注水を停止してそれぞれの前記ブロックの前記平均水位どうしの相対的な水位差を前記基準水位差に近づけて前記許容値以下にする補正制御とが、前記ケーソンを前記目標位置に着底させる直前の水深に下方移動させるまで繰り返し行われる構成にしたことを特徴とする。

本発明によれば、ケーソンを水に浮かべた初期段階で、それぞれのブロックに対して注水を行ってケーソンを所望の姿勢にした時のそれぞれのブロックの平均水位どうしの相対的な水位差を基準水位差として記憶する。次いで、それぞれのブロックに対して注水を行う全注水制御と、全注水制御によって基準水位差に対してバラツキが生じたブロックの平均水位どうしの相対的な水位差を基準水位差に近づける補正制御と、をケーソンが目標位置に着底する直前の水深に下方移動するまで繰り返し実行する。このように、全注水制御と、ブロックの平均水位を主眼にした補正制御とを繰り返し実行することで、簡便な注水制御でケーソンの所望の姿勢に対する傾斜が過大になることを抑制しつつ、ケーソンを目標位置に着底する直前の水深まで安定して沈めることが可能になる。

本発明に係る実施形態の注水制御システムが適用されるケーソンを縦断面視で例示する説明図である。図１のケーソンを平面視で例示する説明図である。本発明の注水制御方法の制御フローを例示するフロー図である。図１のケーソンのそれぞれのブロックに注水してケーソンを所望の姿勢にした状態を平面視で例示する説明図である。全注水制御によりそれぞれのブロックにさらに注水し、ブロックの平均水位どうしの相対的な水位差が基準水位差から予め設定された許容値を超えて乖離した状態を平面視で例示する説明図である。図５の状態から補正制御により、ブロックの平均水位どうしの相対的な水位差を基準水位差に近づけた状態を平面視で例示する説明図である。

以下、本発明のケーソンの注水制御方法および注水制御システムを図に示した実施形態に基づいて説明する。図面では、ケーソン１０の平面視における幅方向、長手方向、上下方向をそれぞれ矢印Ｘ、Ｙ、Ｚで示している。

図１、図２に例示するように、本発明の注水制御システム１は、水Ｗに浮かべたケーソン１０を水底や水中構造物の上などの水中の目標位置Ｂに据付ける施工で使用する。
ケーソン１０には、ケーソン１０の上部を覆う蓋部材２０や、全地球測位システム（ＧＮＳＳ）や光波測距儀（トータルステーション）などからケーソン１０の位置情報を取得する測位装置２１、ケーソン１０の水平方向の位置調整を行うためのウインチ２２、注水ポンプ２やウインチ２２などに電源を供給する電源装置２３などが設置されている。なお、図１を除くその他の図面では、蓋部材２０、測位装置２１、ウインチ２２、および電源装置２３を省略して図示している。

ケーソン１０は複数の隔室１５で形成される内空部１１を有するコンクリート製または鋼製の構造物である。図２の破線の四角枠で示すように、内空部１１は単数または隣り合う複数の隔室１５を単位として外壁１０ａと水密隔壁１２によって互いに非連通の複数のブロック１４に区画されている。この実施形態では、Ｘ方向に延在する水密隔壁１２と、Ｙ方向に延在する水密隔壁１２とによって、内空部１１がＸ方向に２列、Ｙ方向に３列の計６つのブロック１４Ａ〜１４Ｆに区画されている。

それぞれのブロック１４内では隣り合う隔室１５どうしが連通した状態になっている。この実施形態では、Ｘ方向に延在する非水密隔壁１３とＹ方向に延在する非水密隔壁１３によって、それぞれのブロック１４が４つの隔室１５に仕切られている。非水密隔壁１３の下部には連通孔１３ａが設けられている。

この実施形態では、直方体形状のケーソン１０を例示しているが、ケーソン１０は例えば、多角柱状や円柱状などの他の形状であってもよい。また、平面視においてそれぞれのブロック１４は正方形状に限らず、長方形状や鉤状などの他の形状であってもよい。ケーソン１０が有するブロック１４の数や配置等、それぞれのブロック１４が有する隔室１５の数や配置等も特に限定されない。

本発明に係る実施形態の注水制御システム１は、ケーソン１０の内空部１１に注水する注水ポンプ２と、注水ポンプ２を制御する制御装置５とを備えている。注水ポンプ２はそれぞれのブロック１４毎に個別に設けられている。それぞれの隔室１５には、隔室１５の水位を計測する水位計３が設けられている。また、ケーソン１０には、ケーソン１０の傾斜角度を計測する傾斜計４が設けられている。それぞれの注水ポンプ２、それぞれの水位計３、および傾斜計４は、制御装置５に通信可能に接続されている。この実施形態では、さらに、制御装置５に通信可能に接続された管理装置６が設けられている。

注水ポンプ２は、ケーソン１０を浮かべている水域の水Ｗをブロック１４に注入する。この実施形態では、それぞれのブロック１４に対して注水ポンプ２を一台ずつ設けている。この実施形態では、それぞれのブロック１４の１つの隔室１５に注水ポンプ２を設置しているが、それぞれのブロック１４に水Ｗを注入可能な構成であれば、注水ポンプ２の数や配置はこの実施形態と異なる構成にすることもできる。

注水ポンプ２によってブロック１４内の１つの隔室１５に注水すると、その水Ｗは非水密隔壁１３に設けられている連通孔１３ａを通じて同じブロック１４内の他の隔室１５に流れ込む。それ故、ブロック１４内の１つの隔室１５に注水することで、同じブロック１４内の全ての隔室１５に水Ｗを溜めることができる。

水位計３によって計測されたそれぞれの隔室１５の水位データは随時、制御装置５に入力される。傾斜計４はケーソン１０のＸ方向とＹ方向の傾斜角度を計測し、傾斜計４によって計測されたケーソン１０の傾斜データは随時、制御装置５に入力される。制御装置５としては、コンピュータ等が用いられる。制御装置５は、それぞれの注水ポンプ２を制御する。制御装置５による注水制御の詳細は後述する。

管理装置６は、作業者が制御装置５による注水制御の状況を監視するために設けられている。管理装置６としては、例えば、モニタを有するコンピュータ等が用いられる。管理装置６には、制御装置５に入力された水位計３による隔室１５の水位データや、傾斜計４によるケーソン１０の傾斜データ、制御装置５による注水ポンプ２の制御状態などの注水制御に関する各種情報が、制御装置５から随時入力される。その管理装置６に入力された各種情報はモニタに表示される。

管理装置６は例えば、ケーソン１０から離れた陸地や船舶などに配置される。管理装置６はケーソン１０の上に配置してもよく、その場合には例えば、制御装置５と管理装置６とを兼用するコンピュータにすることもできる。

ケーソン１０を水中の目標位置Ｂに着底させるときには、ケーソン１０を目標位置Ｂの上方まで曳船等によって移送する。次いで、ケーソン１０に設置したウインチ２２に巻装されているワイヤロープを、ケーソン１０の周囲に存在する船舶や水中構造物、水底に沈設したシンカーなどに連結する。そして、測位装置２１が取得したケーソン１０の位置情報に基づいて、ウインチ２２によりワイヤロープを巻き取り或いは繰り出すことで、目標位置Ｂに対するケーソン１０の水平方向の位置合わせを行う。

次いで、水Ｗに浮かべた状態のケーソン１０のそれぞれのブロック１４の内部に注水ポンプ２で注水して、ケーソン１０を目標位置Ｂに着底する直前の水深まで下方移動させる。着底する直前の水深とは、目標位置Ｂから例えば、０．５ｍ〜２．０ｍ程度上方の水深である。

次いで、ケーソン１０が目標位置Ｂに着底する直前の水深に位置した状態で、ウインチ２２などによって目標位置Ｂに対するケーソン１０の水平方向の最終的な位置合わせを行なう。その後、ケーソン１０が目標位置Ｂに着底するまで注水ポンプ２でそれぞれのブロック１４にさらに注水することで、ケーソン１０を目標位置Ｂに着底させる。

本発明では、前述した目標位置Ｂの上方で水Ｗに浮かべたケーソン１０を目標位置Ｂに着底する直前の水深まで下方移動させる際に、注水制御システム１により図３に例示する制御フローに基づいて注水制御を行う。図４〜図６は、管理装置６のモニタに表示される管理画面の一部を模式的に例示している。図４〜図６では一部のブロック１４を記載しているが、記載されていない他のブロック１４についても同様に管理画面に表示されて、ケーソン１０の平面視全体の状況が目視可能になっている。

図４〜図６のそれぞれの隔室１５のほぼ中央に表示している細い実線の四角枠で囲われた数値は、それぞれの隔室１５の水位（ｍ）を示している。それぞれのブロック１４の中央のやや上方に表示している太い実線の四角枠で囲われた数値は、ブロック１４を構成する隔室１５の水位を平均したそれぞれのブロック１４の平均水位を示している。それぞれのブロック１４の中央のやや下方に表示している一点鎖線の四角枠で囲われたカッコ書きの数値は、後述するそれぞれのブロック１４の基準水位差を示している。図４〜図６では管理装置６の管理画面に表示される一部を示しているが、管理画面にはケーソン１０の全体が表示され、隣り合う隔室１５どうしの水位差や、ケーソン１０の傾斜情報、測位装置２１によって取得されたケーソン１０の位置情報（水平位置や水深）なども表示されるようになっている。

ケーソン１０には、注水ポンプ２や水位計３、傾斜計４、制御装置５、蓋部材２０、測位装置２１、ウインチ２２、電源装置２３などの設備が設置されている。また、ケーソン１０の個体差もあるので、設備を含むケーソン１０の重量バランスには偏りがある。そのため、それぞれのブロック１４に注水して全てのブロック１４を同じ水位にしても、ケーソン１０の当初の傾きは是正されない。

そこで、本発明の注水制御方法では、図３に例示する制御フローをスタートさせる前に、基準水位差を記憶する工程を行う。図４に例示するように、制御装置５は、ケーソン１０を水Ｗに浮かべた初期段階で、傾斜計４によって計測されるケーソン１０の傾斜データに基づいて、それぞれの注水ポンプ２を用いて、それぞれのブロック１４（１４Ａ〜１４Ｆ）に対して注水を行ない、ケーソン１０を所望の姿勢にする。この段階では、それぞれのブロック１４に対する注水量はケーソン１０を所望の姿勢にできる必要最小限の水量にすることが好ましい。

この実施形態では、ケーソン１０の所望の姿勢をケーソン１０が略水平な状態に設定しているが、例えば、ケーソン１０の所望の姿勢をケーソン１０が水平に対して所定角度傾いた状態に設定してもよい。水Ｗに浮かんだ状態のケーソン１０は波の影響を受けて揺動するため、ケーソン１０の傾斜角度としては、所定周期で計測したケーソン１０の傾斜を所定の平均化期間（例えば、数秒）で移動平均した移動平均角度を用いるとよい。

次いで、制御装置５は、ケーソン１０が所望の姿勢となった時の水位計３によって計測されたそれぞれの隔室１５の水位からそれぞれのブロック１４について、ブロック１４を構成する隔室１５の水位を平均した平均水位を算出する。そして、その算出したそれぞれのブロック１４（１４Ａ〜１４Ｆ）の平均水位どうしの相対的な水位差を基準水位差として記憶する。

水Ｗに浮かんだ状態のケーソン１０は揺動するため、ブロック１４の平均水位としては、単純平均して算出したものに限らず、所定周期で計測した隔室１５の水位を所定の平均化期間（例えば、数秒）で移動平均した移動平均水位を用いるとよい。

例えば、ケーソン１０が所望の姿勢になった時のブロック１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｅ、１４Ｆの平均水位は０．５０ｍ、ブロック１４Ｃの平均水位は０．４５ｍ、ブロック１４Ｄの平均水位は０．５５ｍであったとする。この場合の基準水位差は、ブロック１４Ａの平均水位に対して、ブロック１４Ｂ、１４Ｅ、１４Ｆの平均水位が±０．００ｍ、ブロック１４Ｃの平均水位が−０．０５ｍ、ブロック１４Ｄの平均水位が＋０．０５ｍとなる。

制御装置５は前述した基準水位差を記憶する工程を行った後に、図３に例示する制御フローをスタートし、ステップＳ１からステップＳ７の工程をケーソン１０が目標位置Ｂに着底する直前の水深に下方移動するまで繰り返し実行する。

ステップＳ１では、制御装置５は、それぞれのブロック１４の相対的な平均水位差が基準水位差の状態のケーソン１０に対して、それぞれの注水ポンプ２によりそれぞれのブロック１４に対して注水を行う全注水制御を実行する。そして、ステップＳ２に進む。

同規格の注水ポンプ２を稼働させてそれぞれのブロック１４に注水する場合にも、注水ポンプ２の個体差や配管の長さなどの影響があるため、注水ポンプ２によるそれぞれのブロック１４への注水量を均一に保つことは難しい。それ故、全注水制御を実行していると、ブロック１４の平均水位どうしの相対的な水位差が、予め記憶した基準水位差から徐々に変化していく。ブロック１４の平均水位どうしの相対的な水位差が、基準水位差から大きく乖離してしまうと、ケーソン１０が所望の姿勢に対して大きく傾斜するリスクが高くなる。

また、注水ポンプ２により隔室１５に水Ｗを注入すると、その水Ｗは連通孔１３ａを通って同じブロック１４を構成する他の隔室１５に流れ込んでいく。しかし、注水ポンプ２による単位時間当たりの注水量が連通孔１３ａを通過する単位時間当たりの水量を上回っている場合には、ブロック１４内の隔室１５どうしの間で相対的な水位差が大きくなる場合がある。隣り合う隔室１５どうしの水位差が過大になると、その隣り合う隔室１５を仕切っている水密隔壁１２や非水密隔壁１３にかかる水圧が大きくなり、水密隔壁１２や非水密隔壁１３が損傷するリスクが高くなる。

そこで、制御装置５は、図３のステップＳ２において、隣り合う隔室１５どうしの水位差が過大になることを防ぐために、いずれかの隣り合う隔室１５どうしの水位差が予め設定した閾値以上になっているか否かを判定する。この閾値は水密隔壁１２や非水密隔壁１３の強度に応じて適宜設定できるが例えば、１．００ｍに設定される。

ステップＳ２において、制御装置５が、全ての隣り合う隔室１５どうしの水位差が予め設定した閾値未満であると判定した場合（Ｓ２：ＮＯ）には、そのまま全注水制御を実行している状態でステップＳ４に進む。

一方で、ステップＳ２において、いずれかの隣り合う隔室１５どうしの水位差が予め設定した閾値以上であると判定した場合（Ｓ２：ＹＥＳ）には、ステップＳ３に進む。同じブロック１４を構成する隣り合う隔室１５どうしの水位差が閾値以上である場合にも、異なるブロック１４を構成する隣り合う隔室１５どうしの水位差が閾値以上である場合にもステップＳ２からステップＳ３に進むことになる。

ステップＳ３では、制御装置５は、隣り合う隔室１５どうしの水位差が予め設定した閾値未満となるように、それぞれのブロック１４を構成する水位が最も高い隔室１５と水位が最も低い隔室１５との水位差が、全てのブロック１４において予め設定した目標値以下になるまで、全ての注水ポンプ２による注水を停止させた状態にする隔壁水位差制御を実行する。この目標値は、隣り合う隔室１５どうしの水位差の閾値よりも小さい数値であれば適宜設定できるが例えば、０．０５ｍ〜０．３０ｍの範囲で設定する。

隔壁水位差制御により、全ての注水ポンプ２による注水を停止させると、同じブロック１４内の水位が相対的に高い隔室１５から水位が相対的に低い隔室１５へ連通孔１３ａを通って水Ｗが流れることで、それぞれのブロック１４内の隔室１５どうしの水位差は小さくなる。これに伴い、異なるブロック１４を構成する隣り合う隔室１５どうしの水位差も小さくなる。

全てのブロック１４において水位が最も高い隔室１５と水位が最も低い隔室１５との水位差が目標値以下になると、全ての隣り合う隔室１５どうしの水位差は閾値未満となる。制御装置５は、全てのブロック１４において水位が最も高い隔室１５と水位が最も低い隔室１５との水位差が目標値以下になったと判定するとステップＳ３からステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、ケーソン１０が所望の姿勢に対して大きく傾斜することを防ぐために、いずれかのブロック１４の平均水位どうしの相対的な水位差が、予め記憶している基準水位差から予め設定した許容値を超えて乖離しているか否かを判定する。この許容値は、前述した閾値よりも小さい数値であれば適宜設定できるが例えば、０．５０ｍ〜０．９０ｍの範囲で設定する。この実施形態では、許容値を０．８０ｍに設定している。

ステップＳ４において、制御装置５が、いずれのブロック１４の平均水位どうしの相対的な水位差が基準水位差から許容値を超えて乖離していないと判定した場合（Ｓ４：ＮＯ）には、ステップＳ１に戻る。

一方で、図５の状態のように、図３のステップＳ４において、制御装置５が、いずれかのブロック１４の平均水位どうしの相対的な水位差が基準水位差から許容値を超えて乖離していると判定した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）には、ステップＳ５に進む。図５では、ブロック１４Ａの平均水位とブロック１４Ｄの平均水位との相対的な水位差が、基準水位差から許容値として設定している０．８０ｍを超えて乖離している。つまり、基準水位差に基づくと、ブロック１４Ａの平均水位が５．００ｍの場合には、ブロック１４Ｄの平均水位はブロック１４Ａの平均水位よりも０．０５ｍ高い５．０５ｍであることが好ましいが、ブロック１４Ｄの実際の平均水位である４．２４ｍは、５．０５ｍに対して許容値として設定している０．８０ｍを超えて乖離している。

図３のステップＳ５では、制御装置５は、基準水位差に対して平均水位が相対的に高いブロック１４に対する注水ポンプ２による注水を停止させて、それぞれのブロック１４の平均水位どうしの相対的な水位差を基準水位差に近づけて許容値以下にする補正制御を行う。補正制御では、ブロック１４の平均水位どうしの相対的な水位差を基準水位差に近い数値（例えば、基準水位差に対する誤差が０．２０ｍ以内）にすることが好ましい。

例えば、基準水位差に対してブロック１４Ａの平均水位が相対的に最も高い場合には、制御装置５は、ブロック１４Ａに設けられている注水ポンプ２による注水を停止させる。そして、ブロック１４Ａの平均水位に対して、それぞれのブロック１４Ｂ〜１４Ｆの平均水位が基準水位差に近づくまで、それぞれのブロック１４Ｂ〜１４Ｆに設けられている注水ポンプ２による注水を行う。そして、平均水位がブロック１４Ａの平均水位に対して基準水位差に近づいた時点で、その基準水位差になったブロック１４Ｂ〜１４Ｆに設けられている注水ポンプ２による注水を停止させる。

図５の状態から補正制御を終えると、図６に例示するように、ブロック１４の平均水位どうしの相対的な水位差が予め記憶した基準水位差に近い数値に戻り、全ての注水ポンプ２による注水が停止された状態となる。図３のステップＳ５の補正制御を終えるとステップＳ６に進む。

基本的には、ステップＳ５において、ブロック１４の平均水位どうしの相対的な水位差を基準水位差に近い数値に戻すことで、ケーソン１０の所望の姿勢に対する傾斜は小さくなり、ケーソン１０は概ね所望の姿勢に戻った状態となる。ただし、ケーソン１０が位置する水深やブロック１４に溜められた水量が変わることで、ブロック１４の平均水位どうしの相対的な水位差を基準水位差に近い数値にした場合にも、ケーソン１０が所望の姿勢に対して傾斜した状態になる場合がある。即ち、ケーソン１０を沈めていく過程で、ケーソン１０を所望の姿勢とする適切な基準水位差の条件が変化する場合がある。

そのため、ステップＳ６では、補正制御によりそれぞれのブロック１４の平均水位どうしの水位差を基準水位差に近づけたときに、ケーソン１０の所望の姿勢に対するケーソン１０の傾斜角度が予め設定した目標角度以上であるか否かを判定する。この目標角度は適宜決定できるが例えば、１°〜５°の範囲で設定する。そして、ケーソン１０の所望の姿勢に対する傾斜角度が目標角度未満である場合には（Ｓ６：ＮＯ）、予め記憶した基準水位差を変えずに、そのままステップＳ１に戻る。

一方で、ケーソン１０の所望の姿勢に対するケーソン１０の傾斜角度が目標角度以上である場合には（Ｓ６：ＹＥＳ）、ステップＳ７に進む。ステップＳ７では、制御装置５は、ケーソン１０が所望の姿勢となるように適宜注水ポンプ２によりブロック１４に注水し、ケーソン１０が所望の姿勢となった時のそれぞれのブロック１４の平均水位どうしの水位差を新たな基準水位差として更新する傾斜修正制御を実行する。そして、ステップＳ１に戻る。

制御装置５は、以上のステップＳ１からステップＳ７の工程を、ケーソン１０を目標位置Ｂに着底させる直前の水深に下方移動させるまで繰り返し実行する。制御装置５は、ケーソン１０が目標位置Ｂに着底する直前の水深に位置すると図３の制御フローを終了し、全ての注水ポンプ２による注水を停止させた状態にする。

なお、制御装置５による自動注水制御を行っている過程で不具合が生じた場合には、管理装置６から制御装置５に自動注水制御から人為的な注水制御に切り替える指令を入力することで、それぞれの注水ポンプ２の制御を管理装置６による人為的な操作に切り替えられる構成になっている。

次いで、作業者がウインチ２２などを使用して目標位置Ｂに対するケーソン１０の最終的な位置合わせを行う。その後、施工管理者は管理装置６により制御装置５にケーソン１０の最終的な位置合わせが完了した情報を入力する。すると、制御装置５は、全ての注水ポンプ２による注水を開始して、ケーソン１０が目標位置Ｂに着底するまで、全てのブロック１４に対して継続して注水を行う制御を実行する。以上の工程により、ケーソン１０が目標位置Ｂに着底した状態となる。

以上のように、本発明では、水Ｗに浮かべたケーソン１０が所望の姿勢となった時のそれぞれのブロック１４の平均水位どうしの相対的な水位差である基準水位差を記憶する。そして、ケーソン１０を目標位置Ｂに着底させる直前の水深に下方移動させるまで、全注水制御と、全注水制御によって基準水位差に対してバラツキが生じたブロック１４の平均水位どうしの相対的な水位差を基準水位差に近づける補正制御とを繰り返し実行する。

補正制御では、基準水位差に対して平均水位が相対的に最も高いブロック１４に設けられている注水ポンプ２を停止させた時点で、それぞれのブロック１４の平均水位どうしの相対的な水位差を基準水位差に近づけるための、それぞれのブロック１４の目標となる平均水位が決まる。それ故、制御装置５は、それぞれのブロック１４の平均水位がそれぞれの目標となる平均水位になるように、それぞれのブロック１４に設けている注水ポンプ２を個々に制御すればよい。

このように、ブロック１４の平均水位を主眼にした注水制御にすることで、ケーソン１０が揺動している場合にも、簡便な注水制御でケーソン１０の所望の姿勢に対する傾斜が過大になることを抑制しつつ、ケーソン１０を着底する直前の水深まで安定して沈めるには有利になる。

特許文献１に記載の発明のように、ケーソン１０に設置した傾斜計４の測定結果に基づいて、下方に沈みこんでいる側のブロック１４に対するポンプ注水を停止させる注水制御方法では、例えば、図２に例示するような、Ｘ方向やＹ方向に３つ以上のブロック１４が配列されているケーソン１０に採用した場合に注水制御が比較的複雑になる。その理由は、ケーソン１０が傾斜している方向の端に配置されていない中央側のブロック１４が生じたときに、その中央側のブロック１４に設けられている注水ポンプ２を停止させるか否かの判定基準を設定することが難しいからである。

一方、本発明では、ブロック１４の平均水位どうしの水位差を主眼にして注水ポンプ２の制御を行うので、Ｘ方向やＹ方向に３つ以上のブロック１４が配列されているケーソン１０であっても、簡便な注水制御でケーソン１０を安定して沈めることができる。それ故、非常に汎用性が高い。勿論、本発明は、内空部１１が６つ未満のブロック１４に区画されているケーソン１０に対しても採用することが可能である。

基本的には、全注水制御と補正制御とを繰り返し実行することで、ケーソン１０を着底する直前の水深まで安定して沈めることができる。更には、この実施形態のように、傾斜修正制御を行う構成にすると、ケーソン１０を所望の姿勢にするのにより適切な基準水位差に更新していくことで、ケーソン１０の所望の姿勢に対する傾斜が大きくなることをより確実に防ぐことができる。

隔壁水位差制御を行う構成にすると、隣り合う隔室１５どうしの水位差が過大になることを抑制できるので、水密隔壁１２や非水密隔壁１３が損傷するリスクを低くできる。また、隔壁水位差制御によって、全ての注水ポンプ２による注水を停止させたときに、同じブロック１４を構成する水位が高い隔室１５と水位が低い隔室１５との水位差が変わらない、或いは、水位差が小さくなるまでに長い時間を要するブロック１４がある場合には、そのブロック１４を仕切っている非水密隔壁１３の連通孔１３ａが詰まっている可能性があることが分かる。そのため、隔壁水位差制御を行うことで、ケーソン１０の不具合を発見できるというメリットもある。

補正制御における許容値、隔壁水位差制御における閾値および目標値は、下記（１）式の条件を満たすように設定することが好ましい。
「閾値」≧「許容値」＋「目標値」×α…（１）
ここで、αはブロック１４内において、注水ポンプ２が水Ｗの注入を行う隔室１５と、その隔室１５から最も遠い隔室１５との間に介在している非水密隔壁１３の数である。例えば、この実施形態では、αは２となる。（１）式を満たす条件で許容値、閾値、および目標値を設定することで、注水ポンプ２の配置によらず、ブロック１４内の隔室１５どうしの水位差が目標値以下になった状態で、ブロック１４が異なる隣り合う隔室１５どうしの水位差が閾値以上となる不具合が生じることをより確実に防ぐことができる。

全ての隔室１５にそれぞれ注水ポンプ２を設けると、注水時間の短縮や隔室１５どうしの水位差を小さくするには有利である。しかし、一方で、ケーソン１０に設置する注水ポンプ２の数が多くなるため、注水ポンプ２の設置作業に多くの時間を要するというデメリットがある。通常、注水ポンプ２の設置に要する作業時間と、ブロック１４に水Ｗを注入する作業時間とでは、前者のほうが多くの時間を要する。それ故、この実施形態のように、それぞれのブロック１４に対して注水ポンプ２を一台ずつ設置する構成にすると、ケーソン１０の据付作業に要するトータルの作業時間を短縮するには有利になる。本発明ではブロック１４の平均水位を主眼にした注水制御を行うので、全ての隔室１５にそれぞれ注水ポンプ２を設けなくとも、それぞれのブロック１４に対して注水ポンプ２を一台ずつ設置すれば、ケーソン１０を安定して沈めることが可能である。

１注水制御システム
２注水ポンプ
３水位計
４傾斜計
５制御装置
６管理装置
１０ケーソン
１０ａ外壁
１１内空部
１２水密隔壁
１３非水密隔壁
１３ａ連通孔
１４、１４Ａ〜１４Ｆブロック
１５隔室
２０蓋部材
２１測位装置
２２ウインチ
２３電源装置
Ｂ目標位置
Ｗ水
ＷＬ（ケーソンの外側の）水面位置

Claims

複数の隔室で形成される内空部を有するケーソンを、水に浮かべた状態で前記内空部に注水して水中の目標位置に着底させる直前の水深まで下方移動させて位置合わせを行った後に、前記内空部にさらに注水することで前記ケーソンを前記目標位置に着底させるケーソンの注水制御方法において、
前記内空部を単数または隣り合う複数の前記隔室を単位として互いに非連通の複数のブロックに区画し、それぞれの前記ブロック内では隣り合う前記隔室どうしは連通した状態にして、前記ケーソンを水に浮かべた初期段階で、それぞれの前記ブロックに対して注水を行って前記ケーソンを所望の姿勢にした時のそれぞれの前記ブロックについてそれぞれを構成するそれぞれの前記隔室の水位を平均した平均水位を算出し、それぞれの前記ブロックの前記平均水位どうしの相対的な水位差を基準水位差として記憶し、
次いで、前記基準水位差の状態の前記ケーソンに対して、それぞれの前記ブロック毎に個別に設けられた注水ポンプによりそれぞれの前記ブロックに対して注水を行う全注水制御と、いずれかの前記ブロックの前記平均水位どうしの相対的な水位差が前記基準水位差から予め設定された許容値を超えて乖離した場合に、前記基準水位差に対して前記平均水位が相対的に高い前記ブロックに対する前記注水ポンプによる注水を停止してそれぞれの前記ブロックの前記平均水位どうしの相対的な水位差を前記基準水位差に近づけて前記許容値以下にする補正制御とを、前記ケーソンを前記目標位置に着底させる直前の水深に下方移動させるまで繰り返し行うことを特徴とするケーソンの注水制御方法。
前記補正制御により、それぞれの前記ブロックの前記平均水位どうしの相対的な水位差を前記基準水位差に近づけたときに、前記ケーソンの所望の姿勢に対する前記ケーソンの傾斜角度が予め設定した目標角度以上である場合には、前記全注水制御を行う前に、前記ケーソンが所望の姿勢となるようにそれぞれの前記ブロックに注水し、前記ケーソンが所望の姿勢となった時のそれぞれの前記ブロックの前記平均水位どうしの相対的な水位差を新たな前記基準水位差として更新する傾斜修正制御を行う請求項１に記載のケーソンの注水制御方法。
いずれかの隣り合う前記隔室どうしの水位差が予め設定した閾値以上になった場合には、それぞれの前記ブロック内の水位が最も高い前記隔室と水位が最も低い前記隔室との水位差が、全ての前記ブロックにおいて予め設定した目標値以下になるまで、全ての前記注水ポンプによる注水を停止させた状態にする隔壁水位差制御を行う請求項１または２に記載のケーソンの注水制御方法。
前記ブロックの前記平均水位として、所定周期で計測した前記隔室の水位を所定の平均化期間で移動平均した移動平均水位を用いる請求項１〜３のいずれかに記載のケーソンの注水制御方法。
それぞれの前記ブロックに対して前記注水ポンプを一台ずつ設ける請求項１〜４のいずれかに記載のケーソンの注水制御方法。
複数の隔室で形成される内空部を有するケーソンを水に浮かべた状態で前記内空部に注水する注水ポンプと、この注水ポンプを制御する制御装置とを備えて、前記内空部に前記注水ポンプにより注水して前記ケーソンを水中の目標位置に着底させる直前の水深まで下方移動させて位置合わせを行った後に、前記内空部にさらに注水して前記ケーソンを前記目標位置に着底させるケーソンの注水制御システムにおいて、
前記内空部が単数または隣り合う複数の前記隔室を単位として互いに非連通の複数のブロックに区画され、それぞれの前記ブロック内では隣り合う前記隔室どうしを連通した状態にしておき、前記注水ポンプがそれぞれの前記ブロック毎に個別に設けられていて、前記ケーソンを水に浮かべた初期段階で、それぞれの前記ブロックに対して前記注水ポンプにより注水を行って前記ケーソンを所望の姿勢にした時のそれぞれの前記ブロックについてそれぞれを構成するそれぞれの前記隔室の水位を平均した平均水位が前記制御装置により算出され、それぞれの前記ブロックの前記平均水位どうしの相対的な水位差が基準水位差として前記制御装置に記憶され、
前記基準水位差の状態の前記ケーソンに対して、それぞれの前記ブロックに対して前記注水ポンプにより注水を行う全注水制御と、いずれかの前記ブロックの前記平均水位どうしの相対的な水位差が前記基準水位差から予め設定された許容値を超えて乖離した場合に、前記基準水位差に対して前記平均水位が相対的に高い前記ブロックに対する前記注水ポンプによる注水を停止してそれぞれの前記ブロックの前記平均水位どうしの相対的な水位差を前記基準水位差に近づけて前記許容値以下にする補正制御とが、前記ケーソンを前記目標位置に着底させる直前の水深に下方移動させるまで繰り返し行われる構成にしたことを特徴とするケーソンの注水制御システム。