JP7204575B2

JP7204575B2 - 石基礎の構築方法

Info

Publication number: JP7204575B2
Application number: JP2019088755A
Authority: JP
Inventors: 守子原
Original assignee: 深田サルベージ建設株式会社
Priority date: 2019-05-09
Filing date: 2019-05-09
Publication date: 2023-01-16
Anticipated expiration: 2039-05-09
Also published as: JP2020183672A

Description

本発明は、石基礎の構築方法に関し、さらに詳しくは、使用する作業船をアンカー係留できない作業条件下でも、水底の所定範囲に所定形状の石基礎を精度よく安全かつ効率的に構築できる石基礎の構築方法に関するものである。

水底に石基礎を構築する際には、例えば、作業船上からグラブバケットを用いて石を投入して、その石を水底の所定範囲に堆積させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。この方法は、グラブバケットで保持できる量の石を１度に投入できるので、多量の石を投入する必要がある場合は主流の方法である。しかしながら、所定形状の石基礎を構築するには、その後、潜水士の作業などが必要になるので、安全性や効率性の観点からは改善の余地がある。

一方、作業船に設置したトレミー管を用いて水底に石を投入する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２で提案されている方法では、トレミー管を通じて捨石を投入した後に、トレミー管の前後左右をオートレッドにより水深を測定して、水底での捨石の堆積状態を把握する。その後、トレミー管のほぼ直径分だけ船体をスイングさせて同様に捨石を投入する一連の作業を繰り返す。そして、この同様の一連の作業を、船体を幅方向にほぼトレミー管の直径分だけ移動して繰り返し行う。トレミー管の下端開口を水底近傍に配置して捨石を投入することで、水底の所定範囲内に捨石を堆積させ易くなる。しかしながら、オートレッドは水深を局所的に測定するので捨石の全体的な堆積状態を把握するには不利である。

また従来、グラブバケットを用いる場合もトレミー管を用いる場合も、作業船を所定位置に位置決めするために、作業船をアンカー係留している。しかしながら、作業領域に地下ケーブル等が存在する場合、作業船の周囲に十分なスペースが確保できない場合などはアンカー係留を用いることができない。また、アンカー係留を用いた場合、アンカーワイヤの繰り出し、巻取りをして作業船を所定位置に精度よく位置決めするには多大な労力を要する。それ故、作業船をアンカー係留できない作業条件下でも、水底の所定範囲に所定形状の石基礎を精度よく安全かつ効率的に構築するには改善の余地がある。

特開２０１５－２００１１６号公報特開平５－２４７９４１号公報

本発明の目的は、使用する作業船をアンカー係留できない作業条件下でも、水底の所定範囲に所定形状の石基礎を精度よく安全かつ効率的に構築できる石基礎の構築方法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石基礎の構築方法は、作業船からトレミー管を通じて石を順次投入して水底の所定範囲に堆積させることにより、所定形状の石基礎を構築する石基礎の構築方法であって、前記作業船の複数箇所にスラスターを配置し、前記作業船に設置したＧＰＳ装置を用いて前記トレミー管の下端出口の位置を逐次把握し、それぞれの前記スラスターを互いに独立して制御部により制御し、逐次把握した前記下端出口の位置データと前記制御部に入力されている平面視の移動ルートデータとに基づいてそれぞれの前記スラスターによる推進方向および推進力を制御することにより、前記作業船とともに前記下端出口を前記所定範囲の上方近傍領域の水中で前記移動ルートデータによる移動ルートのとおりに移動させながら、かつ、前記下端出口の移動位置に応じて前記石の投入量を調整して、前記石を順次投入し、投入した前記石が堆積した範囲の形状をソナーによって逐次検知することを特徴とする。

本発明によれば、作業船に設置したＧＰＳ装置を用いて逐次把握されるトレミー管の下端出口の位置データに基づいてスラスターを制御することで、作業船をアンカー係留することなく、この下端出口を所望の位置に精度よく位置決めできる。そのため、作業船とともに下端出口を、水底の所定範囲の上方近傍領域で移動させながら、かつ、下端出口の移動位置に応じて石の投入量を調整して、トレミー管を通じて作業船から石を順次投入することで、この所定範囲に投入した石を精度よく堆積させることができる。そして、投入した石が堆積した範囲の形状をソナーによって逐次検知することで、構築中の石基礎の形状を実質的にリアルタイムで確認できるので、精度よく所定形状の石基礎を構築するには有利になる。

所定範囲に投入した石を精度よく堆積させることで、潜水士による作業を不要にすることもできるので、作業の効率性および安全性が向上する。また、作業船をアンカー係留する必要がないので、例えば、作業領域に水中ケーブルや構造物などが存在していてもこれらの損傷を防止できるので、この観点からも本発明は高い安全性を有している。

本発明により構築される石基礎を正面視で例示する説明図である。図１の石基礎を平面視で例示する説明図である。本発明に用いる石敷設装置を平面視で例示する説明図である。図３の石敷設装置を正面視で例示する説明図である。図３の石敷設装置を側面視で例示する説明図である。水底の所定範囲に石を投入する際の作業船およびトレミー管の動きを模式的に平面視で例示する説明図である。石を投入している状態を正面視で例示する説明図である。トレミー管の変形例を正面視で示す説明図である。トレミー管のさらに別の変形例の内部構造を正面視で示す説明図である。

以下、本発明の石基礎の構築方法の手順の一例を、図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１、２に例示する実施形態では、水底１８に立設された杭状物２０の周辺の所定範囲に石２２が投入されて石基礎２１が構築されている。この石基礎２１は、水底１８を所定厚さで被覆するフィルタ層２１ａと、フィルタ層２１ａの上に所定厚さで積層されたアーマ層２１ｂとで構成されている。フィルタ層２１ａおよびアーマ層２１ｂは、平面視で杭状物２０を中心にした円形状であり、それぞれの上面は概ね平坦になっている。
図面では石２２が便宜的に同じ大きさの球形状に記載されているが、実際は様々な形状であり大きさにも多少ばらつきがある。石２２の大きさは特に限定されないが、例えば外径相当で５ｃｍ～３０ｃｍ程度である。

この石基礎２１を構築するには、図３～図５に例示する石敷設装置が使用される。この石敷設装置は、作業船１と、スラスター３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）と、トレミー管８と、ＧＰＳ装置１２と、ソナー１４と、制御部１３とを備えている。制御部１３にはコンピュータが使用される。作業船１上にはストックヤード２が備わっていて、多量の石２２がストックヤード２にストックされている。

スラスター３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）は、作業船１の複数箇所に配置される。この実施形態では、左右の舷側にそれぞれ前後に間隔をあけて合計４箇所に配置されている。それぞれのスラスター３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）の動きは、互いに独立して制御部１３により制御される。

トレミー管８は、右の舷側に配置されていて支持軸１０によって軸支されている。作業船１上に設置されたトレミー揚収機１１とトレミー管８の下端部とがワイヤ１１ａによって接続されている。トレミー揚収機１１によってワイヤ１１ａの繰り出し、巻取りを行うことで、トレミー管８は、支持軸１０を中心にして回動する。トレミー管８を使用しない時は、ワイヤ１１ａを巻き取ってトレミー管８を引き揚げて水上の待機位置に収容する。トレミー管８を使用する時（石２２を投入する時）は、ワイヤ１１ａを繰り出して、図５に例示するようにトレミー管８を上下方向に延在させる。投入する石２２は、上端入口８ａからトレミー管８に入って下端出口８ｂから排出される。

この実施形態では、トレミー管８の下端部に水中カメラ１５が設置されている水中カメラ１５は、トレミー管８の下端部周辺の水底１８を撮影する。水中カメラ１５による撮影データは制御部１３に入力され、撮影された水底１８の状態がモニタ１６に表示される。水中カメラ１５としては例えば、動画撮影ができるデジタルカメラが用いられる。

作業船１に設置されたＧＰＳ装置１２は、作業船１の位置を逐次測位し、その測位データは制御部１３に入力される。ＧＰＳ装置１２の設置位置およびトレミー管８の設置位置は既知なので、ＧＰＳ装置１２の測位データに基づいてトレミー管８（下端出口８ｂ）の位置が制御部１３により算出される。作業船１やトレミー管８（下端出口８ｂ）の位置は、作業船１上に設置されたモニタ１６に表示される。

制御部１３には、作業船１の移動ルートデータが予め入力、記憶されている。そのため、この移動ルートデータとＧＰＳ装置１２を用いて逐次測位された作業船１の位置データとを用いて、制御部１３によってスラスター３を制御することで、作業船１をこの移動ルートのとおりに精度よく移動させることが可能になっている。

作業船１から吊り下げられて水中に設置されたソナー１４は水底形状を検知する。ソナー１４による検知データは制御部１３に入力される。ソナー１４としては例えばマルチビームソナーが用いられる。ソナー１４により検知された水底形状はモニタ１６に表示される。

作業船１上には搬送コンベヤ装置４が設置されていて、搬送コンベヤ装置４の先端部はトレミー管８の上端入口８ａの上方に配置されている。搬送コンベヤ装置４は計量部７（いわゆるコンベヤスケール）を備えている。また、作業船１上にはホッパ５が配置されていて、ホッパ５の下方位置から搬送コンベヤ装置４の後端部の上方位置に、振動フィーダ６が延在している。

作業船１にはその他、適宜必要な設備、機械が搭載される。例えばホッパ５と搬送コンベヤ装置４との間に分級装置を設けて、投入する石２２の大きさを均一化する（大きさを所定範囲内にする）ことが好ましい。

以下、石基礎２１を構築する手順の一例を説明する。

図１、図２に例示する石基礎２１を構築するには、上下方向の延在させたトレミー管８を通じて作業船１から石２２を順次投入して水底１８の所定範囲１９に堆積させる。そして、堆積させた多数の石２２によって、フィルタ層２１ａ、アーマ層２１ｂを順次形成して所定形状の石基礎２１を構築する。図１、２に例示する作業領域には複数本の杭状物２０が林立していて作業船１をアンカー係留することができない作業条件になっている。

そこで、ＧＰＳ装置１２による測位データを用いて作業船１の位置を制御しつつ石２２の投入作業を行う。具体的には、ＧＰＳ装置１２による測位データを用いてトレミー管８の下端出口８ｂの位置を逐次把握し、この把握した下端出口８ｂの位置データに基づいてスラスター３を制御する。

このようにしてスラスター３による推進方向および推進力を制御することで、図６に例示するように作業船１とともに下端出口８ｂを所定範囲１９の上方近傍領域で移動させる。図６では下端出口８ｂの移動ルートを破線で示している。作業船１および下端出口８ｂの移動ルートは図６に例示したルートに限定されないが、この移動ルートにすることで効率的に石基礎２１を構築し易くなる。

作業船１上では、バックホウ１７などを用いてストックヤード２の石２２をホッパ５に投入する。石２２はホッパ５および振動フィーダ６を経て、図７に例示するように搬送コンベヤ装置４によってトレミー管８の上端入口８ａの上方に搬送されてトレミー管８に順次投入される。搬送コンベヤ装置４では搬送している石２２の重量が計量部７により逐次計量され、この計量データは制御部１３に逐次入力される。

そして作業船１とともに下端出口８ｂを移動させながら、かつ、下端出口８ｂの移動位置に応じて石２２の投入量を調整して石２２を順次投入する。この実施形態では、搬送コンベヤ装置４の搬送速度を制御することにより石２２の投入量が調整される。波風による影響で作業船１（トレミー管８）が上下動しても下端出口８ｂが水底１８（堆積した石２２）に干渉することを防止するため、下端出口８ｂは、水底１８（堆積した石２２）との上下クリアランスを１～２ｍ程度確保した位置に設定される。

所定範囲１９の位置データと石基礎２１（フィルタ層２１ａおよびアーマ層２１ｂ）の形状データ、投入される石２２の平均的な大きさのデータは予め制御部１３に入力されている。また、石２２がトレミー管８を通過するために要する時間データを制御部１３に入力しておくとよい。制御部１３に入力されているこれらデータを用いることで、所定形状の石基礎２１を構築するために必要な石２２の投入量、投入タイミングを精度よく算出することができるので、この算出結果に基づいて石２２を投入するとよい。

トレミー管８を通じて投入した石２２が堆積した範囲の形状をソナー１４によって逐次検知する。また、投入した石２２が堆積した範囲の画像を水中カメラ１５によって逐次撮影する。

上記のようにＧＰＳ装置１２を用いて逐次把握されるトレミー管８の下端出口８ｂの位置データに基づいてスラスター３を制御することで、作業船１をアンカー係留することなく、下端出口８ｂを所望の位置に精度よく位置決めできる。そして、作業船１とともに下端出口８ｂを所望の移動ルートで移動させることができる。下端出口８ｂを所定範囲１９の上方近傍領域で、予め設定された移動ルートで移動させながら、かつ、下端出口８ｂの移動位置に応じて石２２の投入量を調整して石２２を順次投入することで、所定範囲１９に投入した石２２を精度よく堆積させることができる。下端出口８ｂと水底１８（堆積した石２２）との上下間隔が小さいので、石２２の投入によって周辺水域が濁ることを防止するにも有利になる。

投入した石２２が堆積した範囲の形状をソナー１４によって逐次検知することで、構築中の石基礎２１の形状を実質的にリアルタイムで確認できるので、精度よく所定形状の石基礎２１を構築するには有利になる。また、水中カメラ５による撮影画像によって石２２が堆積した範囲の形状をより視覚的に確認できる。尚、ソナー１４では、周辺水域が濁っていても石２２が堆積した範囲の形状を把握することができる。

所定範囲１９に投入した石２２を精度よく堆積させることができる。これに伴い、石基礎２１を所定形状にするために行う潜水士による作業を不要にすることもできるので、作業の効率性および安全性が向上する。また、作業船１をアンカー係留する必要がないので、例えば、作業領域に杭状物２０や水中ケーブルなど構造物が存在していてもこれらの損傷を防止できるので、この観点からも本発明は高い安全性を有している。

ソナー１４や水中カメラ１５によって確認した石２２の堆積形状が所望形状（でない場合（石２２が不足している形状の場合）は、その範囲の位置データを制御部１３に記憶しておく。そして、別途、その範囲に石２２を追加投入して石基礎２１を所定形状に仕上げる。

この実施形態のように石基礎２１を構築する所定範囲１９が、水中に設置された構造物（杭状物２０）の周辺範囲の場合、直立状態のトレミー管８を使用すると、杭状物２０との干渉を防止するため、下端出口８ｂを杭状物２０に近接させて杭状物２０の周囲に石２２を投入することが難しい。

そこで、図８に例示するようにトレミー管８の下端部を、鉛直に対して斜め下方に延在させた状態にして石２２を順次投入するとよい。これにより、トレミー管８と杭状物２０との干渉を防止しつつ、杭状物２０の周囲に石２２を投入し易くなるする。ただし、このように屈曲させたトレミー管８を使用すると、屈曲部下側範囲に石２２が繰り返し衝突して損傷し易くなる。そこで、トレミー管８の屈曲部下側範囲は他の範囲よりも管厚を大きくすることが望ましい。

石２２がトレミー管８を通過するために要する時間は、ある程度予測できても石２２が自由落下であり、トレミー管８での詰まり具合などに大きく影響を受ける。そこで、図９に例示するトレミー管８を使用することもできる。このトレミー管８は下端部に送出機構９を備えている。送出機構９は、トレミー管８の下端部で石２２の下方移動を一時的に停止させ、この停止させた石２２を強制的に下端出口８ｂに向かって送り出す機能を有している。送出機構９は例えば、下端出口８ｂからその上方２ｍ程度までの範囲に設けられる。

図９の送出機構９は対向して配置された一対の回転歯車９ａを有している。それぞれの回転歯車９ａは、上方にある石２２を下方に送出すように互いに逆方向にモータ等で回転駆動される。送出機構９よりも上方範囲でトレミー管８に石２２を充填した状態にして、それぞれの回転歯車９ａを回転することで石２２を下端出口８ｂから排出できる。このトレミー管８を使用する場合は、搬送コンベア装置４の搬送速度に代えて、または、加えて、それぞれの回転歯車９ａの回転速度を制御部１３により制御することで石２２の投入量を調整する。

このトレミー管８では、石２２がトレミー管８を通過するために要する時間をより精度よく予測できるので、所定形状の石基礎２１を構築するには益々有利になる。また、回転歯車９ａの回転によって石２２が強制的に下端出口８ｂに送出されるので、トレミー管８での石２２の詰まりを防止するにも有利になる。

本発明は、実施形態に例示した石基礎２１に限らず、ケーソンを設置するための石基礎など種々の形態の石基礎２１を構築する場合に適用できる

１作業船
２ストックヤード
３（３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ）スラスター
４搬送コンベヤ装置
５ホッパ
６振動フィーダ
７計量部
８トレミー管
８ａ上端入口
８ｂ下端出口
９送出機構
９ａ回転歯車
１０支持軸
１１トレミー揚収機
１１ａワイヤ
１２ＧＰＳ装置
１３制御部
１４ソナー
１５水中カメラ
１６モニタ
１７バックホウ
１８水底
１９所定範囲
２０杭状物
２１石基礎
２１ａフィルタ層
２１ｂアーマ層
２２石

Claims

作業船からトレミー管を通じて石を順次投入して水底の所定範囲に堆積させることにより、所定形状の石基礎を構築する石基礎の構築方法であって、
前記作業船の複数箇所にスラスターを配置し、前記作業船に設置したＧＰＳ装置を用いて前記トレミー管の下端出口の位置を逐次把握し、それぞれの前記スラスターを互いに独立して制御部により制御し、逐次把握した前記下端出口の位置データと前記制御部に入力されている平面視の移動ルートデータとに基づいてそれぞれの前記スラスターによる推進方向および推進力を制御することにより、前記作業船とともに前記下端出口を前記所定範囲の上方近傍領域の水中で前記移動ルートデータによる移動ルートのとおりに移動させながら、かつ、前記下端出口の移動位置に応じて前記石の投入量を調整して、前記石を順次投入し、投入した前記石が堆積した範囲の形状をソナーによって逐次検知することを特徴とする石基礎の構築方法。
前記ソナーによって逐次検知した前記石の堆積形状が所望形状に対して石が不足している形状の場合は、その堆積形状の範囲の位置データを前記制御部に記憶しておき、前記移動ルートでの前記石の順次投入が終了後に、記憶しておいた前記位置データの範囲に石を追加投入する請求項１に記載の石基礎の構築方法。
前記トレミー管の下端部に、左右に並列させた一対の回転歯車を有する送出機構を設置し、前記送出機構を介して前記トレミー管の内部と水中とを常に連通した状態にして、前記トレミー管に投入される前記石を前記一対の回転歯車の上に直接積載することにより前記下端部で前記石の下方移動を一時的に停止させ、前記石を順次投入する際には、前記一対の回転歯車を回転させることで、一時的に停止させた前記石を前記送出機構によって前記一対の回転歯車の間から強制的に前記下端出口に向かって送り出す請求項１または２に記載の石基礎の構築方法。
前記所定範囲が、水中に設置された構造物の周辺範囲であり、前記作業船に搬送コンベヤ装置を設置し、この搬送コンベヤ装置によって前記トレミー管の上端入口に、投入される前記石を搬送し、前記搬送コンベヤ装置の搬送速度を制御することにより前記石の投入量を調整する請求項１～３のいずれかに記載の石基礎の構築方法。