JP7828159B2 - 昇降式作業船及びそれを使用した筒状体の設置方法 - Google Patents

Description

本発明は、洋上風力発電設備の基礎や杭支持構造物の支持杭等に使用する筒状体を設置するための昇降式作業船及びそれを使用した筒状体の設置方法に関する。

着床式洋上風力発電設備では、水底地盤に貫入させた筒状体からなるモノパイル式基礎に風車設備等を支持させるものが知られている。また、桟橋等の杭支持構造物では、水底地盤に貫入させた筒状体（鋼管杭）からなる下部工基礎に上部工を支持させたものが知られている。

この種の筒状体を設置する方法には、陸上の工場や製作ヤードで製作されたモノパイル等の筒状体を基地港に移送し、当該基地港において昇降式作業船（以下、ＳＥＰ船という）のクレーンを用いてＳＥＰ船上に積込み、ＳＥＰ船にて筒状体を設置海域まで海上輸送から設置までを行うものが知られている。

具体的には、筒状体を積み込んだＳＥＰ船で設置海域まで海上輸送した後、設置海域にてＳＥＰ船のレグを降下して着底させ、レグに支持されたＳＥＰ船本体を水上に上昇させ、ＳＥＰ船本体を波浪等に対し安定した状態とする。

次に、ＳＥＰ船のクレーンを用いてＳＥＰ船上に積載されたモノパイル等の筒状体を吊り上げて起立させ、その状態で水底地盤まで吊り下ろし着底させる。

そして、水底地盤に着底させた筒状体の頭部をハンマ等で打ち込み、筒状体を水底地盤に貫入させて設置する。

特開２０１４－２２７９６６号公報

しかしながら、近年では、風車等の風力発電装置や桟橋等の水中・水上構造物の大型化、設置場所の大水深化に伴い、風車を支持するモノパイル式基礎を構成する筒状体や上部工を支持する筒状体も大重量化・長尺化しており、調達したＳＥＰ船のクレーンでは吊り上げ能力が不足し、船体への筒状体の積込み、積み込んだ筒状体の建て込み作業が困難となる場合があった。

その場合には、ＳＥＰ船のクレーンより吊り上げ能力が大きいクレーンを有する大型起重機船を別途手配する必要があり、その分、費用が嵩む、作業工程の調整が煩雑となる等、作業が大掛かりになる等の問題があった。

また、設置水域の大水深化に伴い、筒状体の設置作業を担うＳＥＰ船にも長尺レグが必要となるため、その分、ＳＥＰ船の大型化及び大きなジャッキアップ能力が必要になるという問題があった。

また、従来のＳＥＰ船では、レグに支持させた状態で作業船本体を水上に上昇させた状態で作業を行うため、作業中、レグに波浪と潮流による漂流力（外力）が作用するので、当該レグはこれに対抗し得る高い強度が求められる。

よって、ＳＥＰ船の建造費がかなりの高額となってしまい、海上風力発電設備や桟橋等の水上・水中構造物の建設費が増大する要因となっている。

そこで、本発明は、このような従来の問題に鑑み、モノパイル基礎や杭支持構造物の支持杭に使用される筒状体を安全、且つ、効率的に設置することができる昇降式作業船及びそれを使用した筒状体の設置方法の提供を目的としてなされたものである。

上述の如き従来の問題を解決するための請求項１に記載の発明の特徴は、水上を移動可能な作業船本体と、該作業船本体に昇降可能に支持された複数のレグとを備え、前記レグを水底に着底させ、前記レグに前記作業船本体が支持されるようにした昇降式作業船において、前記作業船本体を水中に没する位置まで沈降させることができる浮力調節手段と、前記作業船本体の甲板に設置され、一方の端部が前記甲板と垂直方向に所定の距離をおいて傾斜した状態で筒状体を支持する傾斜架台とを備え、前記作業船本体は、前記甲板に固定された基台と、該基台に回動可能に支持された回動連結部材とを備え、前記筒状体の下端が前記回動連結部材に連結されることにある。

請求項２に記載の発明の特徴は、請求項1の構成に加え、前記作業船本体は、前記甲板上に立設された一又は複数の浮力調節可能な浮体部を備えていることにある。

請求項３に記載の発明の特徴は、請求項２の構成に加え、前記浮体部上に作業用クレーンが設置されたことにある。

請求項４に記載の発明の特徴は、請求項１～３の何れか一の構成に加え、前記作業船本体は、複数のスラスタを備えていることにある。

請求項５に記載の発明の特徴は、作業船上に積載された筒状体の上端をクレーンで吊り上げ、前記筒状体を起立させた後、水中に設置する筒状体の設置方法において、
水上を移動可能な作業船本体と、該作業船本体に昇降可能に支持された複数のレグと、前記作業船本体を水中の任意の位置まで沈降させることができる浮力調節手段と、前記作業船本体の甲板に設置され、一方の端部が前記甲板と垂直方向に所定の距離をおいて傾斜した状態で前記筒状体を支持する傾斜架台とを備え、前記作業船本体は、前記甲板に固定された基台と、該基台に回動可能に支持された回動連結部材とを備えてなる昇降式作業船を前記作業船として使用し、前記回動連結部材に前記筒状体の下端を連結させておき、
前記レグを降下させて水底に着底させた後、前記レグに沿って前記筒状体の上端部が水面上に突出し、且つ、前記作業船本体を水中に没する位置まで沈降させ、しかる後、前記昇降式作業船上に積載された前記筒状体を前記クレーンで吊り上げて起立させ、該回動連結部材を前記筒状体の下端から解除することにある。

本発明に係る昇降式作業船は、請求項１に記載の構成を具備することによって、ジャッキアップ能力の低減且つレグに作用する外力の低減を図ることができ、既存のＳＥＰ船と同等の作業船で大型化の筒状体に対応することができる。また、起立作業時に筒状体の下端が回動可能に支持されるため、筒状体を円滑に起立させることができる。

さらに、本発明において、請求項２に記載の構成を具備することによって、作業船本体を浮体部（コラム）の所望の位置まで水没させることができ、水中荷重を自由に設定することができるため、レグ荷重を自在にコントロールすることができる。

さらに、本発明において、請求項３に記載の構成を具備することによって、作業船本体が浮体部の所望の位置まで水没した状態であってもクレーンによって筒状体を吊り上げることができる。

さらに、本発明において、請求項４に記載の構成を具備することによって、設置水域において作業船本体が自走することができ、曳航等に依らずに筒状体の打設位置へ作業船本体の位置の微調整を行うことができる。

さらに、本発明において、請求項５に記載の構成を具備することによって、ジャッキアップ能力の低減且つレグに作用する外力の低減を図ることができ、既存のＳＥＰ船と同等の作業船でより大型化の筒状体に対応することができる。また、起立作業時に筒状体の下端が回動可能に支持されるため、筒状体を円滑且つ安全に起立させた後、保持部材から容易に離脱させることができる。

本発明に係る昇降式作業船を示す側面図である。 同上の平面図である。 （ａ）は同上の回動連結部材に連結された筒状体の下端部を示す拡大側面図、（ｂ）は同背面図である。 本発明に係る昇降式作業船を使用した筒状体の設置方法における筒状体の積込み作業の状態を示す概略側面図である。 同上の筒状体を傾斜架台に支持させた状態を示す概略側面図である。 同上の昇降式作業船で筒状体を運搬する際の状態を示す概略側面図である。 同上の昇降式作業船のレグを着底させた状態を示す概略側面図である。 同上の昇降式作業船の作業船本体を水中に沈降させた状態を示す概略側面図である。 同上の筒状体の起立作業時の状態を示す概略側面図である。 同上の筒状体を水底地盤に着底させた状態を示す概略側面図である。 同上の筒状体を水底地盤に打設する際の状態を示す概略側面図である。

次に、本発明に係る昇降式作業船の実施態様を図１～図３に示した実施例に基づいて説明する。尚、図中符号１は昇降式作業船、符号２は鋼管等からなる筒状体である。

昇降式作業船１は、図１、図２に示すように、上面部に甲板３ａを有する作業船本体３と、作業船本体３に昇降可能に支持された複数のレグ４，４…と、作業船本体３の甲板３ａに設置された傾斜架台５と、作業船本体３の甲板３ａ上に設置された塔状の複数のコラム６，６…と、作業船本体３を水中に没する位置まで沈降させることができる浮力調節手段と、コラム６の上部に設置されたクレーン７とを備え、レグ４，４…を水底に着底させた状態で作業船本体３を所望の水深まで沈降させることができる半潜水型作業船（セミサブリグ構造）となっている。

作業船本体３は、平面視矩形状に形成され、船底部にスラスタ８，８…を備え、スラスタ８，８…の推進力によって水上及び水中で移動できるようになっている。

この作業船本体３は、特に図示しないが、内部に中空のバラスト注排水部を備え、バラスト水の注排水により浮力を調節することができ、作業船本体３を水中に没する位置まで沈降させることができる浮力調節手段として機能するようになっている。

また、作業船本体３上に立設された各コラム６，６…は、中空塔型に形成され、内部にバラスト水の注排水ができるようになっており、浮力調節可能な浮体部を構成している。

この各コラム６，６…は、それぞれ作業船本体３の幅より船体幅方向の幅が狭く、作業船本体３を水没させた際に、水線面積が小さく、且つ、水面下の投影面積も比較的小さくなるように設定されている。

この浮体部を成すコラム６，６…は、浮力調節によって一体の深さまで沈降でき、且つ、浮力により上部が水上に浮上した状態を維持できるようになっている。

クレーン７は、旋回可能な旋回部７ａと、旋回部７ａに支持された一対のジブ７ｂ，７ｂとを備え、浮体部を構成するコラム６，６…の上面部に旋回部７ａが旋回可能に設置され、常に水上で稼働するようになっている。

また、作業船本体３は、甲板３ａに固定された基台９と、基台９に回動可能に支持された回動連結部材１０とを備え、筒状体２の下端が回動連結部材１０に連結されることで筒状体２の荷重の一部が回転連結部材１０に載荷され、回動連結部材１０を介して回動可能な状態で上端部側が傾斜架台５に支持されるようになっている。

基台９は、互いに船幅方向に間隔をおいて対向した一対の軸受け部材９ａ，９ａによって構成され、両軸受け部材９ａ，９ａ間に回動軸１１を介して回動連結部材１０が軸支されている。

回動連結部材１０は、図３に示すように、基台９に回動軸１１を介して軸支される板状の回動板部１０ａと、回動板部１０ａの一端に下端が支持された円筒状の嵌合部１０ｂとを備え、筒状体２の下端部が嵌合部１０ｂの上端開口から嵌合され、回動板部１０ａに当接するようになっている。

嵌合部１０ｂは、両端が開口し、下端開口部を縦断するように回動板部１０ａが配置され、下端開口部の回動板部１０ａを挟んだ両側に嵌合された筒状体２の内部と連通する開放部１０ｃ，１０ｃが形成されている。

傾斜架台５は、筒状体２の積載位置の両側に立設された複数の支持柱５ａ，５ａ…と、支持柱５ａ，５ａ…に所定の角度で傾けた状態で支持された円弧板状の受け台５ｂとによって構成され、受け台５ｂに筒状体２の胴部を支持させることにより、一方の端部が甲板３ａと垂直方向に所定の距離をおいて傾斜した状態で筒状体２を支持するようになっている。

尚、傾斜架台５の傾斜角は、筒状体２の寸法に基づき、船体沈降時に筒状体２の先端が水没しないような角度、より詳しくは、船体を沈降させた状態で筒状体２を起立させる際に、起立させ易く、且つ、筒状体２の先端部で安全に玉掛け作業を行える角度であることが望ましく、また、傾斜角が大きすぎると運搬時に不安定になるとともに、玉掛け作業を行う位置が高くなり危険になることから、概ね、１０度から２０度程度が好ましいが、前記条件に合致するのであればこれ以外の角度であってもよい。

次に、上述した昇降式作業船１を使用した筒状体２の設置方法を図４～図１１に示す実施例に基づいて説明する。

この筒状体２を設置するには、先ず、工場やドライドッグ等において筒状体２を製作した後、この筒状体２を運搬用台船（図示せず）に積込み、昇降式作業船１が停泊した港湾内の水域１３まで運搬し、昇降式作業船１に横付けする。

一方、昇降式作業船１では、各回動連結部材１０の上端開口側が上向きとなるように、回動させておき、横付けされた運搬用台船上において吊りワイヤ１２，１２を筒状体２の上端部と、筒状体２胴部の下端側にそれぞれ玉掛する。尚、筒状体２の玉掛位置に吊りワイヤ―連結用のピースを設けておいてもよい。

次に、図４に示すように、昇降式作業船１のクレーン７によって筒状体２の胴部を支えつつ、上端側を吊り上げて筒状体２を起立させる。

そして、起立した状態の筒状体２を回動連結部材１０上に移動させ、その位置で筒状体２を下降させて筒状体２の下端部を回動連結部材１０に連結させて載荷させる。

その状態から、図５に示すように、吊りワイヤ１２，１２を繰り出して回動連結部材１０に下端を支持させた筒状体２を甲板３ａ側へ回動させ、筒状体２の上端側の胴部を受け台５ｂに預け傾斜架台５に支持させる。

この一連の積込み作業を各筒状体２で繰り返し、全ての筒状体２を一方の端部が甲板３ａと垂直方向に所定の距離をおいて傾斜した状態で作業船本体３上に積載し、しかる後、図６に示すように、筒状体２を積載した昇降式作業船１を曳航して筒状体２の設置水域１４まで移動させる。尚、筒状体２は曳航時に回動連結部材１０と傾斜架台５で安定して支持されているが、念のため捕縛するようにしてもよい。

次に、図７に示すように、設置水域１４において、昇降式作業船１の位置を微調整し、レグ４，４…を下降させて水底１５に着底させる。

そして、図８に示すように、作業船本体３及びコラム６，６…（浮体部）内にバラスト水を注水して浮力を調節しつつ、レグ４，４…に沿って作業船本体３を水中の所定の深さ、具体的には、筒状体２及びコラム６の上端部が水没しない深さまで沈降させる。

その際、作業船本体３の自重に浮力が働き、この浮力を調節することで水中荷重を自由に設定することによって、レグ４，４…に作用する荷重を自在にコントロールすることができる。

また、波浪等により昇降式作業船１に作用する外力は、主に船体の水線面の形状と面積によって定まり、潮流により昇降式台船に作用する外力は、水面下の投影面積によって定まる。

これに対し、昇降式作業船１は、作業船本体３及びコラム６，６…（浮体部）の下半部が水中に潜水した状態にあるので、水線面積が小さく、且つ、水面下の投影面積も比較的小さくなっており、レグ４，４…に作用する漂流力を軽減できるようになっている。

一方、筒状体２は、昇降式作業船１の水没によって下端側が水没するが、昇降式作業船１の水没に合わせ回動連結部材１０の開放部１０ｃ，１０ｃを通して筒状体２内部にも水が入り込み、筒状体２に浮力が生じず、下端が回動連結部材１０に連結され、且つ、上端側が水上に斜めに突出した状態が維持される。

次に、図９に示すように、筒状体２の上端部に吊りワイヤ１２を連結し、下端を回動連結部材１０に支持させた状態でクレーン７によって筒状体２の上端側を引き起こし、筒軸を垂直方向に向けて筒状体２を起立させる（起立作業）。

その際、筒状体２の上端部は、水面上に突出した状態にあるので、玉掛け作業を水上で好適に行うことができ、筒状体２の上端部に吊りワイヤ１２，１２を安全且つ効率的に連結することができる。

また、筒状体２は、起立作業を開始する時点で傾斜架台５に支持されていることにより、上端部側が甲板３ａに対し一定の傾斜角で傾斜した状態にあり、且つ、筒状体２の下端を支持している回動連結部材１０が吊ワイヤ１２による筒状体２の起立に連動して回動するため、筒状体２を容易に起立させることができる。

そして、筒状体２が垂直方向に向けて起立したら、その状態からクレーン７で筒状体２を垂直方向上向きに吊り上げ、筒状体２の下端を回動連結部材１０から解除する（連結部材解除作業）。

次に、吊り上げた筒状体２をクレーン７で設置位置まで移動させた後、図１０に示すように、吊りワイヤ１２，１２を繰り出して筒状体２の下端を水底１５に着底させるとともに、筒状体２をパイルグリッパー１６で把持し、安定させる（着底作業）。

そして、図１１に示すように、筒状体２の上端部をハンマ１７等で打ち込み、筒状体２の下端部を水底１５に貫入させる（打設作業）。尚、図中符号１８は筒状体の上端部に取り付けられた受け部材であり、この受け部材１８を介してハンマ１７によって筒状体２を打ち込むようになっている。尚、ハンマ１７としてバイブロハンマを用いる際には、受け部材１８は無くとも構わない。

さらに、この起立作業、連結部材解除作業、着底作業及び打設作業を各筒状体２について繰り返し行い、筒状体２の設置作業を完了する。

その後、昇降式作業船１１は、作業船本体３２及びコラム６，６…（浮体部）３，３…からバラスト水を排水させて作業船本体３２を浮上させ、作業船本体３が浮上した状態でレグ４，４…を引き上げた後、帰港させる。

このように構成された昇降式作業船１及びそれを使用した筒状体２の設置方法では、作業船本体３を水没させることによって、作業船本体３及びコラム６，６…の自重に浮力が働き、浮力を調節することによって水中荷重を自由に設定することができるため、作業船本体３を支持するレグ４，４…に作用する荷重を自在にコントロールすることができる。

よって、この昇降式作業船１では、レグ４，４…に作用する外力の低減を図り、ジャッキアップ能力の低減化が実現でき、既存のＳＥＰ船と同等の作業船で大型化の筒状体２に対応することができるので、建造費用の低減を図ることができる。

１ 昇降式作業船
２ 筒状体
３ 作業船本体
４ レグ
５ 傾斜架台
６ コラム
７ クレーン
８ スラスタ
９ 基台
１０ 回動連結部材
１１ 回動軸
１２ 吊りワイヤ
１３ 港湾内の水域
１４ 設置水域
１５ パイルグリッパー
１６ ハンマ
１７ 受け部材

Claims (5)

1. 水上を移動可能な作業船本体と、該作業船本体に昇降可能に支持された複数のレグとを備え、前記レグを水底に着底させ、前記レグに前記作業船本体が支持されるようにした昇降式作業船において、
   前記作業船本体を水中に没する位置まで沈降させることができる浮力調節手段と、前記作業船本体の甲板に設置され、一方の端部が前記甲板と垂直方向に所定の距離をおいて傾斜した状態で筒状体を支持する傾斜架台とを備え、
   前記作業船本体は、前記甲板に固定された基台と、該基台に回動可能に支持された回動連結部材とを備え、前記筒状体の下端が前記回動連結部材に連結されることを特徴とする昇降式作業船。
2. 前記作業船本体は、前記甲板上に立設された一又は複数の浮力調節可能な浮体部を備えている請求項１に記載の昇降式作業船。
3. 前記浮体部上に作業用クレーンが設置された請求項２に記載の昇降式作業船。
4. 前記作業船本体は、複数のスラスタを備えている請求項１～３の何れか一に記載の昇降式作業船。
5. 作業船上に積載された筒状体の上端をクレーンで吊り上げ、前記筒状体を起立させた後、水中に設置する筒状体の設置方法において、
   水上を移動可能な作業船本体と、該作業船本体に昇降可能に支持された複数のレグと、前記作業船本体を水中の任意の位置まで沈降させることができる浮力調節手段と、前記作業船本体の甲板に設置され、一方の端部が前記甲板と垂直方向に所定の距離をおいて傾斜した状態で前記筒状体を支持する傾斜架台とを備え、前記作業船本体は、前記甲板に固定された基台と、該基台に回動可能に支持された回動連結部材とを備えてなる昇降式作業船を前記作業船として使用し、
   前記回動連結部材に前記筒状体の下端を連結させておき、
   前記レグを降下させて水底に着底させた後、前記レグに沿って前記筒状体の上端部が水面上に突出し、且つ、前記作業船本体を水中に没する位置まで沈降させ、
   しかる後、前記昇降式作業船上に積載された前記筒状体を前記クレーンで吊り上げて起立させ、該回動連結部材を前記筒状体の下端から解除することを特徴とする筒状体の設置方法。