KR101998104B1 - 해상 구조물의 시공 방법 - Google Patents

Abstract

해상 구조물(10)을 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12)로 분할하여 제조하는 제조 공정과, 하부 구조물(12)의 일부 또는 전부를 수중에 직립 상태로 유지하는 수중 유지 공정과, 이 직립 상태로 유지한 하부 구조물의 위쪽 부위로 상부 구조물(11)을 이동하는 이동 공정과, 하부 구조물(12)을 상승시키고, 상부 구조물(11)의 하측에 배치하는 상승 공정 또는 상부 구조물(11)을 한 쌍의 완상 구조물(23)로 유지한 상태에서 탑재한 운반선(20)의 일부를 가라앉힘으로써 상부 구조물(11)을 하강시키고 하부 구조물(12)의 상측에 배치하는 하강 공정의 어느 한쪽 또는 양쪽의 합체 공정과, 하부 구조물(12)을 상부 구조물(11)에 일체화하는 접합 공정을 포함하여 해상 구조물의 시공 방법을 구성한다. 이에 따라, 풍력 발전 장치 등을 탑재한 스파형 등의 해상 구조물의 시공 방법에 있어서, 크레인선을 사용하지 않고 안전하게 해상 설치 장소에 계류한다.

Description

해상 구조물의 시공 방법{METHOD FOR CONSTRUCTING OFFSHORE STRUCTURE}

본 발명은, 풍력 발전 장치 등을 탑재한 스파형 등의 해상 구조물의 시공방법에 관한 것이다.

수심이 깊은 해역에서 해상 구조물에 풍력 발전 설비를 탑재하는 경우에, 반잠수형 또는 인장각식 플랫폼(TLP) 등을 생각할 수 있으나, 이들 경우에는 육상에서 일체로 조립하고 시운전을 하고 나서 설치 장소로 예항하여 계류 시스템에 의해 계류되게 된다.

한편, 스파형 해상 구조물의 경우에는 스파는 낚시질의 낚시찌와 같이 직립 상태로 떠있는 해상 구조체로서, 밸러스트 수의 주수 등에 의해 부체의 대부분은 해수면 아래에 가라앉아 있다. 이 스파는 동요가 비교적 적고, 무거운 상부 구조를 지지할 수 있다. 풍력 발전 설비를 구비한 스파형 해상 구조물에서는 가령 부체의 흘수가 약 40m~80m로 깊고, 또한 부체 부분이 약 1000t(톤) 이상인 큰 구조물이 된다.

이 스파형 해상 구조물로서는, 예를 들어 국제공개 제2013/065826호 팜플렛에 기재되어 있는 바와 같이, 풍력을 이용하는 수평축 풍차 또는 수직축 풍차를 수면 윗부분에 배치함과 아울러, 조류력을 이용하는 수평축 수차 또는 수직축 수차를 수면 아래에 배치하여 수평축 수차 또는 수직축 수차를 밸러스트로 사용하는 부체식 유체력 이용 시스템이 제공되어 있다.

이 스파형 해상 풍력 발전 설비를 해상 설치 장소에 설치하는 경우에, 예를 들어 일본 출원 특개 2012-201219호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 하부 구조물 인 부체를 가로 방향의 상태로 해상에 띄워, 예항선에 의해 예항하거나 부체를 바지선에 탑재하여 해상 설치 장소까지 운반하는 운반 공정과, 부체를 띄우고　나서 밸러스트 조정하여 부체를 기립 상태로 하고, 끽수 조정을 하는 부체 입설 공정과, 부체에 덱을 설치함과 아울러 부체에 계류줄의 일단을 꽉 매고, 타단을 해저에 침설된 앵커에 꽉 매어 부체의 안정화를 도모하는 부체 계류 공정과, 별도 바지선 등으로 해상 설치 장소로 운반되어 온 타워를 크레인선으로 매달고 이 타워를 부체의 상부에 설치하는 타워 설치 공정을 행하는 해상 풍력 발전 설비의 시공 방법이 제공되어 있다.

이 시공 방법에서는 해상에서의 쉽고 안전한 시공을 행할 수 있게 함과 아울러, 강풍 또는 파랑 시에 안정성을 확보하기 위해 부체 상에 입설된 타워를 부체의 상부에 설치할 때에 타워 또는 타워를 매다는 크레인의 매달림 지그에 매스 댐퍼를 설치하여 타워의 요동을 제어함과 아울러, 부체의 내부에 설치된 컨트롤 모멘트 자이로에 의해 부체의 요동을 제어하고 있다.

이러한 부체를 계류하고 이 계류된 부체에 타워를 크레인선으로 매달아 일체

화할 경우에는 사용료가 높은 크레인선이 필요해지는 데다가 크레인선으로 매단 타워가 바람의 영향을 받기 쉬워 타워와 부체의 요동을 제어할 필요가 생기는 등, 타워 설치 공사가 난항된다는 문제가 있다.

한편, 예를 들면 일본출원 특개평 10-236385호 공보에 기재되어 있는 바와 같이, 컨테이너 크레인 등의 대형 화물을 밸러스트 수의 주배수에 의한 선체 부력을 이용하여 안전하고 효율적으로 싣고 내리기 위해 밸러스트 탱크를 구비하고, 또한, 선체 단부로부터 선미 방향을 향해 돌출시킨 한 쌍의 완상 구조물을 구비한 운반선에 밸러스트 수를 주배수하고, 이 밸러스트 수의 주배수에 의한 선체 부력을 이용하여 대형 화물을 싣고 내리는 대형 화물의 싣고 내림 방법이 제안되어 있다(예를 들면, 특허문헌 3 참조).

특허 문헌 1 : 국제공개 제2013/065826호 팜플렛 특허 문헌 2 : 일본출원 특개2012-201219호 공보 특허 문헌 3 : 일본출원 특개평 10-236385호 공보

본 발명은 상기 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은 풍력 발전 장치 등을 탑재한 스파형 등의 해상 구조물의 시공 방법에 있어서, 크레인선을 사용하지 않고 안전하게 해상 설치 장소에 계류할 수 있는 해상 구조물의 시공 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해상 구조물의 시공 방법은 해상 구조물을 상부 구조물과 하부 구조물로 분할하여 제조하는 제조 공정과, 상기 하부 구조물의 일부 또는 전부를 수중에 직립 상태로 유지하는 수중 유지 공정과, 이 직립 상태로 유지한 상기 하부 구조물의 위쪽 부위로 상기 상부 구조물을 이동하는 이동 공정과, 상기 하부 구조물을 상승시켜서 상기 상부 구조물의 하측에 배치하는 상승 공정을 행하는 합체 공정과, 상기 하부 구조물을 상기 상부 구조물에 일체화하는 접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이다.

즉, 본 발명의 시공 방법에서는, 종래기술에서는 해상에서 상부 구조물과 하부 구조물을 일체화하는 경우에는, 해상에 배치된 하부 구조물에 대하여 크레인 등으로 매달은 상부 구조물을, 하부 구조물의 위에서부터 하부 구조물에 매달아 내려서 상부 구조물과 하부 구조물을 접합하고 있는 데 비해, 반대로 본 발명의 합체 공정의 상승 공정에서는, 상부 구조물에 대하여 매달림 줄 등으로 일부 또는 전부가 수중에 있는 하부 구조물을 상승시켜, 상부 구조물과 하부 구조물을 합체한다. 또한, 이 하부 구조물의 상승은 매달림 줄의 인양이나, 하부 구조물의 밸러스트 수의 배수나, 하부 구조물의 밸러스트의 분리 등에 의해 쉽게 할 수 있다.

이 방법에 따르면 합체 공정의 상승 공정에서는 상부 구조물을 운반선 상에 적재한 상태나, 운반선 또는 예항선 등에 의해 해상에 고정한 상태로, 일부 또는 전부가 수면 아래에 있어 상하 이동에 필요로 하는 힘이 상대적으로 적어지는 하부 구조물을 상승시키기 때문에, 많은 부분 또는 전부가 수면 위에 있어서 상하 이동에 필요로 하는 힘이 큰 상부 구조물을 상하 방향으로 이동시킬 필요가 없어지므로, 크레인선을 사용하지 않고 안전하게 해상 설치 장소에 계류할 수 있다. 또한, 해상에서의 접합 작업을, 상부 구조물이 운반선에 탑재되어 고정되고, 그 상부 구조물에 하부 구조물이 꽉 눌려 고정되어, 전체의 관성이 크고 요동이 최소한으로 된 환경에서 안전하게 행함과 아울러, 접합 작업 등에 필요한 인력이나 동력을 운반선으로부터 안전하게 공급할 수 있다.

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상기 해상 구조물의 시공 방법에 있어서, 상기 상승 공정에 있어서의 상기 하부 구조물의 상승을, 상기 상부 구조물 또는 상기 하부 구조물 중 적어도 한쪽을 이동하는 운반선에 탑재한 윈치를 이용하여 행하도록 구성하면, 해상 크레인선을 사용하지 않고 하부 구조물이 상승하기 때문에 공사비를 절약할 수 있다.

또한, 상기 해상 구조물의 시공 방법은, 상기 접합 공정은 상기 상부 구조물을 상기 운반선의 상기 한 쌍의 완상 구조물로 유지한 상태에서, 상기 하부 구조물을 상기 상부 구조물에 일체화하는 공정으로, 상기 제조 공정과 상기 수중 유지 공정 사이에, 상기 상부 구조물을 직립 상태로 밸러스트 탱크를 구비하고, 또한, 선수 또는 선미의 선체 단부로부터 선수미 방향을 항해 돌출시킨 한 쌍의 완상 구조물을 구비한 운반선에 탑재하는 탑재 공정과, 상기 운반선에 의해 상기 상부 구조물과 상기 하부 구조물의 한쪽씩 또는 양쪽을 동시에 해상 설치 장소로 운반하는 운반 공정과, 상기 하부 구조물을 상기 운반선으로부터 매달림 줄에 매달아 수중에 내리는 강하 공정을 포함함과 아울러, 상기 접합 공정 후에, 일체화된 상기 상부 구조물과 하부 구조물을 상기 운반선으로부터 내려서, 해상에 띄우는 부상 공정을 포함하여 구성되면 다음과 같은 효과를 나타낼 수 있다.

즉, 탑재 공정에서 상부 구조물을 직립 상태로 밸러스트 탱크를 구비하고, 또한, 선수 또는 선미의 선체 단부로부터 선수미 방향을 향해 돌출시킨 한 쌍의 완상 구조물을 구비한 운반선에 탑재하기 때문에, 상부 구조물을 운반선에 탑재할 때에, 크레인선이나 대형 크레인이 불필요하게 된다.

또한, 상부 구조물을 직립 상태로 운반하기 때문에 해상에서 상부 구조물을 직립 상태로 하는 작업이 없어져, 크레인선이나 운반선 상의 대형 크레인이 불필요해진다. 한편, 하부 구조물은 상부 구조물과 마찬가지로 직립 상태로 운반하는 것도 가능하며, 옆으로 쓰러진 상태로 운반할 경우에 비해 해상에 있어서의 옆으로 쓰러진 상태로부터 수직 상태로 이행하는 작업이 없어지기 때문에 작업을 간략화할 수 있다.

또한, 부상 공정에서도 일체화된 상부 구조물과 하부 구조물을 운반선에서 내려 해상에 띄울 때에, 운반선 측의 밸러스트 수 조작으로 해상 구조물을 부상시키고, 운반선을 빼냄으로써 해상 구조물을 운반선에서 내릴 수 있기 때문에, 이 부상 공정에서도 크레인선이나 대형 크레인이 불필요해진다.

또한, 하부 구조물은 전부 또는 그 대부분이 설치 시에는 수중에 들어간 상태가 되므로, 옆으로 쓰러진 상태로 운반선에 탑재하거나, 옆으로 쓰러진 상태로 예항선에 의해 예항해도, 설치 장소에서 밸러스트 수의 주수나 기타 밸러스트 탑재 등에 의해, 비교적 작은 크레인이나 윈치 등의 사용만으로 비교적 쉽게 수직 상태로 할 수 있다. 한편, 상부 구조물은 풍력 발전 설비 등 수몰을 회피할 필요가 있는 기기가 탑재되어 있기 때문에, 옆으로 쓰러진 상태로 운반된 경우에는 설치 장소의 해상 또는 운반선 상에서 옆으로 쓰러진 상태로부터 수직 상태로 한 다음에, 풍차 조립 등을 할 필요가 있으므로, 크레인선이나 운반선 상의 대형 크레인이 필요해진다.

이에 대하여, 본 발명에서는 상부 구조의 조립을 육상에서 완성하여, 시운전 등을 끝내고 나서 운반할 수 있고, 또한, 해상에서의 접합 작업은 상부 구조물이 운반선에 탑재되어 고정되고, 그 상부 구조물에 하부 구조물이 꽉 눌려 고정되며, 전체의 관성이 크고 요동이 최소한으로 된 안전한 상태에서 할 수 있다. 또한, 접합 작업에 필요한 동력이나 작업자를 안전하게 운반선으로부터 공급할 수 있다.

또한, 상기 해상 구조물의 시공 방법에서, 상기 부상 공정에 있어서 일체화된 상기 상부 구조물과 상기 하부 구조물을 상기 운반선에서 내릴 때에, 상기 운반선의 일부를 가라앉히도록 구성하면, 일체화된 상부 구조물과 하부 구조물의 자세를 수직 상태로 유지한 채 쉽게 해상에 띄울 수 있게 된다.

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그리고 상기 해상 구조물의 시공 방법에 있어서, 상기 운반 공정 후, 및, 상기 접합 공정 전에 상기 상부 구조물 또는 상기 하부 구조물과 계류 기부 사이를 계류줄로 접속하는 계류줄 접속 공정을 형성하면, 해상 구조물 측의 계류줄의 접속부가 하부 구조물측에 있는 경우에, 상부 구조물과 하부 구조물이 일체화되는 접합 공정 전에, 계류줄 접속 작업이 행해지므로, 접합 공정 시에 하부 구조물이 계류줄에 접속되어 안정된 상태가 되므로, 접합 작업을 쉽게 할 수 있게 된다. 또는, 상기 운반 공정 후, 및, 상기 접합 공정 전에 상기 상부 구조물과 계류 기부 사이를 계류줄로 접속하는 계류줄 접속 공정을 형성하면, 상기 상부 구조물이 운반선에 탑재되어 안정적이지만, 하부 구조물에 의한 부담이 운반선의 완상 구조물에 걸리지 않은 단계에서 접합 작업을 할 수 있다.

또는 상기 해상 구조물의 시공 방법에 있어서, 상기 접합 공정 후에, 일체화된 상기 상부 구조물과 상기 하부 구조물과 계류 기부 사이를 계류줄로 접속하는 계류줄 접속 공정을 형성하면, 해상 구조물측의 계류줄의 접속부가 하부 구조물측에 있는 경우에, 하부 구조물과 계류줄의 접속 작업을 수중이 아닌 수면상에서, 또한, 상하 구조물이 운반선에 탑재·고정된 안전한 환경에서 할 수 있기 때문에, 접속 작업을 효율적으로 할 수 있게 된다. 또한, 계류줄의 접속에 있어서 운반선이나 그 완상 구조물이 방해가 될 경우에는, 계류줄의 접속 작업은 부상 공정 후이어도 된다.

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이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 해상 구조물의 시공 방법에 따르면, 풍력 발전 장치 등을 탑재한 스파형 해상 구조물의 시공 방법에 있어서, 크레인선을 사용하지 않고 안전하게 해상 설치 장소에 계류할 수 있다.

도 1은 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 탑재 공정에 있어서의 상부 구조물을 운반선에 탑재하기 직전의 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 탑재 공정에 있어서의 상부 구조물을 운반선에 탑재하고 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 탑재 공정에 있어서의 운반선에 탑재한 상부 구조물을 갑판 상으로 이동하고 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 탑재 공정에 있어서의 하부 구조물을 운반선에 탑재하기 직전의 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 탑재 공정에 있어서의 하부 구조물을 운반선에 탑재하고 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 탑재 공정에 있어서의 운반선에 탑재한 하부 구조물을 갑판 상으로 이동하고 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 운반 공정에 있어서의 운반선이 운항을 개시하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 운반 공정에 있어서의 운반선이 해상 설치 장소에 도착한 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 강하 공정에 있어서의 운반선 상에서 하부 구조물을 선미로 이동하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 강하 공정에 있어서의 하부 구조물을 운반선에서 강하한 상태를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 수중 유지 공정에 있어서의 하부 구조물의 상태와 이동 공정에 있어서의 운반선 상에서 하부 구조물을 선미로 이동하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 상승 공정에 있어서의 하부 구조물을 상승시킨 상태와, 접합 공정에 있어서의 상태를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 부상 공정에 있어서의 해상 구조물을 운반선에서 강하하고 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 계류줄 접속 공정 후의 상태를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명에 의한 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 시공 후의 상태를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명에 의한 제 2 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 탑재 공정에 있어서의 상부 구조물을 운반선에 탑재하기 직전의 상태를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명에 의한 제 2 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 탑재 공정에 있어서의 하부 구조물을 운반선에 탑재하기 직전의 상태를 나타내는 도면이다.
도 18은 본 발명에 의한 제 2 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 운반 공정에 있어서의 운반선이 운항을 개시하는 상태를 나타내는 도면이다.
도 19는 본 발명에 의한 제 2 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 강하 공정에 있어서의 하부 구조물을 운반선에서 강하하고 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 20은 본 발명에 의한 제 2 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 수중 유지 공정에 있어서의 하부 구조물의 상태와 이동 공정에 있어서의 운반선 상에서 하부 구조물을 선미로 이동한 상태를 나타내는 도면이다.
도 21은 본 발명에 의한 제 2 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 상승 공정에 있어서의 하부 구조물을 상승시킨 상태와, 접합 공정에 있어서의 상태를 나타내는 도면이다.
도 22는 본 발명에 의한 제 2 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 부상 공정에 있어서의 해상 구조물을 운반선에서 강하하고 있는 상태를 나타내는 도면이다.
도 23은 본 발명에 의한 제 2 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 계류줄 접속 공정 후의 상태를 나타내는 도면이다.
도 24는 본 발명에 의한 제 2 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법을 설명하기 위한 모식적인 도면으로, 시공 후의 상태를 나타내는 도면이다.
도 25는 본 발명에 의한 실시형태의 해상 구조물의 계류 후의 상태를 나타내는 모식적인 도면이다.
도 26은 암의 구성을 나타내는 모식적인 도면이다.
도 27은 본 발명에 의한 다른 실시 형태의 해상 구조물의 계류 후의 상태를 나타내는 모식적인 도면이다.
도 28은 종래기술의 해상 구조물의 계류 후의 상태를 나타내는 모식적인 도면이다.

이하, 본 발명에 따른 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법에 대해서 설명한다. 이 실시형태의 설명에서는, 해상 구조물로서는 풍력을 이용하는 수직축 풍차를 수면 윗부분에 배치함과 아울러, 조류력을 이용하는 수직축 수차를 수면 아래에 배치하고, 수평축 수차 또는 수직축 수차를 밸러스트로 사용하는 부체식 유체력 이용 시스템의 해상 구조물을 예로 설명하고 있으나, 본 발명은 반드시 이 해상 구조물로 한정할 필요는 없고, 기타 해상에서 상부 구조물과 하부 구조물을 일체화하는 해상 구조물에 적용할 수 있다.

도 1 내지 도 15에 나타낸 바와 같이, 여기에서 예시하는 제 1 실시형태의 해상 구조물(10)은 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12)을 접합하여 해상에 배치되는 해상 구조물이다. 상부 구조물(11)은 회전축(11aa)과 수직 날개(11ab)를 갖는 수직축 풍차(11a)와 이 수직축 풍차(11a)를 지지하는 풍차 지지부(11b)를 구비하여 구성된다. 또한, 하부 구조물(12)은 수직축 수차를 구비하여 구성된다.

이 상부 구조물(11)의 풍차 지지부(11b)에는 직립 상태로 운반선(20)에 탑재 가능하도록 상부 구조물(11)이 직립 상태이고 가로 방향에서 슬라이드되어지는 운반선(20)에 설치된 한 쌍의 완상 구조물(23)을 수용하고, 그 한 쌍의 완상 구조물(23) 상에 적재할 수 있는 계합부(11ba)를 구비하여 구성된다. 또한, 여기에서는 지주 하부의 원환상으로 돌출하여 설치한 원환의 하부가 이 계합부(11ba)가 되지만, 완상 구조물(23)의 삽입을 허락하는 삽입 구멍의 상부를 계합부로 해도 된다.

도 16 내지 도 24에 나타낸 바와 같이, 제 2 실시 형태의 해상 구조물(10A)은 하부 구조물(12A)이 수직축 수차를 구비하지 않고, 추로 구성되어 있는 점이 다르다. 이 해상 구조물(10A)의 형상 쪽이, 스파형 해상 구조물로서 주지의 형상과 거의 같은 형상이 된다.

또한, 운반선(20)은 도 1 내지 도 14 및 도 16 내지 도 23에 나타낸 바와 같이, 상부 구조물(11)을 직립 상태로 탑재할 수 있는 갑판(21)과, 항해용 선교(22)와, 도시하지 않지만, 추진 기관이나 프로펠러 등의 추진 장치나 연료 탱크를 구비한다. 또한, 밸러스트 탱크를 구비하고, 중량이 큰 운반물을 탑재 및 내릴 때, 및 운반물을 선수 방향으로 이동할 때, 선체의 끽수나 트림(선수미 방향의 경사)을 조정할 수 있도록 밸러스트 수를 주배수 및 밸러스트 탱크의 상호 간의 이동을 제어할 수 있도록 구성된다.

또한, 선수 또는 선미의 선체 단부로부터 선수미 방향(도 1 내지 도 14 및 도 16 내지 도 23에서는 선미로부터 선미 방향)을 향해 돌출시킨 한 쌍의 완상 구조물(23)을 구비하여 구성된다. 이 한 쌍의 완상 구조물(23)은 위에서 봐서 선미측이 해방된 U자 형상으로 선미 좌우로 마주보고 배치된다.

또한, 도 1 내지 도 2에 나타낸 바와 같이, 이 U자 형상의 개구부측으로부터 안벽(1)상의 적재된 상부 구조물(11)의 계합부(11ba)의 하측에 한 쌍의 완상 구조물(23)을 삽입하면서 후퇴하고, 한 쌍의 완상 구조물(23)을 계합부(11ba)의 하측에 넣는다. 그리고 도시하지 않은 밸러스트 탱크로부터 밸러스트 수를 배출함으로써 운반선(20)의 선미측 또는 운반선(20) 전체를 부상시킴으로써, 한 쌍의 완상 구조물(23)을 계합부(11ba)에 접촉하고, 더욱더 한 쌍의 완상 구조물(23)로 상부 구조물(11)의 중량을 지지하고 상부 구조물(11)을 안벽(1)으로부터 떠오르게 하여, 상부 구조물(11)을 운반선(20)에 탑재한다.

또한, 도 13에 나타낸 바와 같이, 해상에서 운반물(도 13에서는 상부 구조물)(11)을 내릴 때에는 선체의 선미측을 침하시키고, 운반물을 부상시키고, 선체를 전진시켜, 운반물의 계합부로부터 한 쌍의 완상 구조물(23)을 빼냄으로써 운반물을 해상에 내려놓는다.

그리고 이 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12)을 일체로 세워 운반선에 탑재 한 경우에 해상 구조물(10)의 최하부가 운반선(20)의 최하부보다 아래로 3m 이상 돌출되도록 구성된 경우, 일반적인 항만 시설의 수심의 제약으로부터 본 발명의 시공 방법이 특히 효과적이다. 또한, 해상 구조물(10)의 최하부가 운반선(20)의 최하부보다 아래로 돌출된 돌출량의 상한에 관해서는 현 단계에 있어서의 현실적인 설계로서는 100m 정도 되지만, 400m 정도는 충분히 가능성이 있고, 장래적으로는 1000m 급도 있을 수 있다.

다음으로, 본 발명의 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다. 이 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법은 제 1 해상 구조물(10)을 설치 장소의 해상에 설치할 때의 공법으로, 도 1 내지 도 15에 나타낸 바와 같은 것이다. 또한, 제 2 실시 형태의 해상 구조물의 시공 방법은 제 2 실시형태의 해상 구조물(10A)을 설치 장소의 해상에 설치할 때의 공법으로, 도 16 내지 도 24에 나타낸 바와 같은 것이다.

우선, 제 1 실시 형태의 해상 구조물의 시공 방법에 대해서 설명한다. 이 해상 구조물의 시공 방법은 제조 공정, 탑재 공정, 운반 공정, 강하 공정, 수중 유지 공정, 이동 공정, 상승 공정 또는 하강 공정 중 어느 한쪽 또는 양쪽의 합체 공정, 접합 공정, 부상 공정, 및 계류줄 접속 공정을 포함하고 있다.

이 제조 공정에서는 해상 구조물(10)을 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12)로 분할하여 제조한다. 일반적으로는 도 1에 나타낸 바와 같이, 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12)은 해상 설치 장소로의 이동을 수반하므로, 해상 수송에 용이하게 이행할 수 있도록 안벽(1)에서 제조되지만, 이 장소의 해저(또는 물밑)(2)까지의 수심이 비교적 얕기 때문에 안벽(1)으로부터 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12)을 일체로서 수직 상태인 채, 수중에 내려서 예항하는 것은 어렵다.

이 때문에, 제조공정에 이은 탑재 공정에서는 도 1에 나타낸 바와 같이, 상부 구조물(11)을 직립 상태로 운반선(20)에 탑재하는 이 탑재 공정에서는, 이 상부 구조물(11)을 운반선(20)에 탑재할 때에는 운반선(20)에 밸러스트 수를 주수하고 운반선(20) 선미의 좌우 한 쌍의 완상 구조물(23)의 높이가 상부 구조물(11)의 계합부(11ba)의 하측이 되도록 밸러스트 조정한다.

다음으로, 도 2에 나타낸 바와 같이 완상 구조물(23)의 높이가 계합부(11ba)의 하측이 되어 있는 상태에서 운반선(20)을 후진시키고, 완상 구조물(23)을 계합부(11ba)의 하측에 삽입한다. 삽입이 끝나면, 밸러스트 수를 배수하여, 완상 구조물(23)의 높이를 높게 하고 완상 구조물(23)이 계합부(11ba)의 하측에 접촉하며, 더욱 상승하여 완상 구조물(23)로 상부 구조물(11)을 유지하고, 상부 구조물(11)을 안벽으로부터 이간한다. 이에 따라 상부 구조물(11)은 운반선(20)의 완상 구조물(23)상에 탑재되게 된다.

이 탑재 공정에서는 상부 구조물(11)을 직립 상태로 밸러스트 탱크를 구비하고, 또한, 한 쌍의 완상 구조물(23)을 구비한 운반선(20)에 탑재하기 때문에 상부 구조물(11)을 운반선(20)에 탑재할 때에 크레인선이나 대형 크레인이 불필요하게 된다.

다음으로, 도 3에 나타낸 바와 같이, 상부 구조물(11)을 운반선(20)의 선수 방향으로 이동시킨다. 이 상태에서 상부 구조물(11)이 놓여 있던 안벽(1)을 벗어나 도 4에 나타낸 바와 같이 하부 구조물(12)이 놓여있는 안벽에 가서 상부 구조물(11)의 탑재와 마찬가지로 하여 도 4 내지 도 7에 나타낸 바와 같이 하부 구조물(12)을 운반선(20)에 탑재한다.

이 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12)은 운반선(20)의 탑재 능력이나 필요에 따라 한쪽 씩 따로따로 운반선(20, 20)에 탑재해도 되고, 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12) 양쪽을 동시에 같은 운반선(20)에 탑재해도 된다.

탑재 공정에서 이 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12)을 탑재한 후에는 다음의 운반 공정에서, 도 8에 나타낸 바와 같이, 운반선(20)에 의해 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12)을 해상 설치 장소로 운반한다. 이 이동은 운반선(20)의 자항에 의해 행한다.

운반선(20)이 해상 설치 장소에 도달하면, 강하 공정에서, 도 9 내지 도 10에 나타낸 바와 같이, 하부 구조물(12)을 직립 상태로 운반선(20)으로부터 매달림 줄(50)에 매달아 수중에 내린다. 해상 설치 장소의 수심이 비교적 얕은 경우에는 해저(또는 물밑)(3)에 적재한다. 이 매달림은 하부 구조물(12)에 밸러스트 수의 주수 또는 기타 밸러스트의 탑재에 의해 하부 구조물(12)을 침하시킴과 아울러 매달림 줄(50)로 매달아 거의 수직 상태를 유지한다.

이 때, 하부 구조물(12)의 수중 중량은 부력과 맞먹는 정도의 밸러스트 양으로 해둠으로써, 매달림 줄(50)에 가해지는 하중을 현저히 작게 할 수 있으므로, 큰 크레인을 필요로 하지 않고, 운반선(20)에 설치된 윈치나 크레인차(40) 등의 크레인 능력으로 충분해지므로, 운반선(20)에 대형 크레인을 설치할 필요는 없고, 운반선(20)에 설치된 윈치를 사용하거나, 시판의 크레인차(40)를 탑재함으로써 충분해진다(도면에서는 크레인차를 사용할 경우를 나타내고 있다). 또한, 윈치의 용량이 부족한 경우에는 그 용량을 시공에 충분한 용량으로 크게 해둠으로써 대응할 수 있다.

이와 같이 하부 구조물(12)은 직립 상태로 운반하면, 옆으로 쓰러진 상태로 운반할 경우에 비해, 해상에 있어서의 옆으로 쓰러진 상태로부터 수직 상태로의 이행 작업이 없어지기 때문에 작업을 간략화할 수 있다.

다음의 수중 유지 공정에서는 하부 구조물(12)의 일부 또는 전부를 수중에 직립 상태로 유지한다. 다음의 이동 공정에서는 도 11에 나타낸 바와 같이, 이 직립 상태로 유지한 하부 구조물(12)의 위쪽 부위로 상부 구조물(11)을 이동한다. 이 상부 구조물(11)의 이동은 운반선(20)상에서 상부 구조물(11)을 완상 구조물(23) 상으로 이동하고, 또한 운반선(20)의 위치를 제어하여 하부 구조물(12)의 위쪽 부위에 상부 구조물(11)이 배치되도록 한다.

이 배치가 완료된 후, 합체 공정에서 상승 공정을 행할 경우에는, 이 상승 공정에서는 도 12에 나타낸 바와 같이, 매달림 줄(50) 등으로 매달리거나 하여 일부 또는 전부가 수중에 있는 하부 구조물(12)을 상승시키고, 상부 구조물(11)의 하측에 배치한다. 이 하부 구조물(12)의 상승은 윈치 또는 크레인차(40)에 의한 매달림 줄(50)의 인양이나 상부 구조물(11)에 있어서의 밸러스트 수의 배수나 밸러스트의 분리 등에 의해 쉽게 할 수 있다.

이 상승 공정의 방법에 의하면, 상부 구조물(11)을 운반선 상(20)에 적재한 상태나 운반선(20) 또는 예항선 등에 의해 해상에 고정한 상태로 일부 또는 전부가 수면 아래에 있어 상하 이동에 필요로 하는 힘이 비교적 적게 되는 하부 구조물(12)을 상승시키기 때문에, 많은 부분 또는 전부가 수면상에 있어서 상하 이동에 필요로 하는 힘이 큰 상부 구조물(10)을 상하 방향으로 이동시킬 필요가 없어지기 때문에 크레인선을 사용하지 않고 안전하게 해상 설치 장소에 계류할 수 있다.

또한, 합체 공정에서 하강 공정을 행할 경우에는, 이 하강 공정에서는 상부 구조물(11)을 한 쌍의 완상 구조물(23)로 유지한 상태에서 탑재한 운반선(20)의 일부를 가라앉힘으로써 상부 구조물(11)을 하강시키고 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12)을 합체한다.

이 하강 공정에서는 하부 구조물(12)을 고정 또는 계류한 상태에서 상부 구조물(11)을 운반선(20) 상에 적재한 상태로 운반선(20)의 일부를 가라앉힘으로써 상부 구조물(11)을 하강시키기 때문에 크레인선을 사용하지 않고 안전하게 해상 설치 장소에서 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12)을 합체할 수 있다.

또한, 이 하강 공정에 있어서 하부 구조물(12)을 물밑(3)에 착저시키도록 구성하면, 부체식이 아닌 계류줄에 의한 계류를 행하지 않는 착저식 해상 구조물의 경우에 적합한 공법이 된다. 또한, 부체식으로서 계류줄에 의한 계류를 할 경우에도 기상 해상이 거친 경우나 조류가 있는 경우 등은 물밑(3)에 일시적으로 착저하고, 임시 거치함으로써 해상 구조물(10)을 안전하게 설치 장소에 위치 유지할 수 있게 된다. 또한, 계류줄로서 앵커 체인이나 로프 등이 아닌 텐던을 사용한 인장각식 플랫폼(TLP) 이어도 된다.

또한, 상부 구조물(11)을 하강시키는 하강 공정과 하부 구조물(12)을 상승시키는 상승 공정을 모두 조합하여 사용해도 된다. 이 경우에는, 양자를 동시에 실시해도 되지만, 위치 결정의 상황으로부터 한쪽을 다른 쪽에 우선시키는 것이 바람직하다.

이 합체 공정에 의해 하부 구조물(12)의 상측이 상부 구조물(11)의 하측에 접촉 또는 약간 이간된 거리가 되면, 접합 공정에서 하부 구조물(12)의 상측이 상부 구조물(11)의 하측에 대해 위치결정하고, 용접, 볼트조임, 감합과 핀 고정 등에 의해 하부 구조물(12)을 상부 구조물(11)에 일체화한다.

이 탑재 공정에서 접합 공정의 사이, 일관적으로 상부 구조물(11)은 직립 상태인 채이기 때문에, 해상에서 옆으로 쓰러진 상태에서 상부 구조물(11)을 직립 상태로 하는 작업이 없어져, 크레인선이나 운반선(20)상의 대형 크레인이 불필요해진다. 따라서, 상부 구조물(11)에 설치할 기기류가 옆으로 쓰러진 상태가 되지 않기 때문에, 육상 공사에서 이들 기기류를 상부 구조물(11)에 설치하거나 검사 할 수 있다. 따라서 해상에서의 기기류의 설치 작업을 생략할 수 있고, 작업 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 상부 구조물이 운반선에 탑재하고 고정되어, 그 상부 구조물에 하부 구조물이 꽉 눌려 고정되고, 전체의 관성이 크고 요동이 최소한으로 된 환경에서 접합 작업 등을 할 수 있음과 아울러, 접합 작업 등에 필요한 인력이나 동력을 운반선으로부터 안전하게 공급할 수 있다.

그리고 이 접합 공정이 완료되면, 부상 공정에서 일체화된 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12), 즉, 해상 구조물(10)을 운반선(20)에서 내려 해상에 띄운다. 이 부상 공정에서는 수면(W. L.)에 뜨는 상태로 조정된 해상 구조물(10)에 대해 운반선(20)의 밸러스트 조정에 의해 선미를 침하시키고, 완상 구조물(23)을 하강시켜, 해상 구조물(10)이 뜨게 한 후, 운반선(20)을 전진시켜 해상 구조물(10)로부터 완상 구조물(23)을 떼어 놓는다.

이 부상 공정에서도 일체화된 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12)을 운반선(20)에서 내려 해상에 띄울 때, 운반선(20) 측의 밸러스트 수 조작으로 해상 구조물(10)을 부상시키고, 운반선(20)을 뽑음으로써, 해상 구조물(10)을 운반선(20)에서 내릴 수 있기 때문에, 이 부상 공정에서도 크레인선이나 대형 크레인이 불필요해진다.

또한, 이 부상 공정에 있어서, 일체화된 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12)을 운반선(20)에서 내릴 때, 운반선(20)의 일부를 가라앉히도록 구성하면, 일체화된 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12)의 자세를 수직 상태로 유지한 채, 쉽게 해상에 띄울 수 있게 된다. 또한, 하부 구조물에 밸러스트가 남아있는 경우에는 밸러스트를 뽑거나 분리함으로써 부상시킬 수도 있다.

다음으로, 계류줄 접속 공정에서 부상 공정 후, 일체화된 상부 구조물(11)과 하부 구조물(12)과 계류 기부(31) 사이를 계류줄(30)로 접속한다. 이 계류줄 접속 공정을 접합 공정 후에 형성하면, 해상 구조물(10) 측의 계류줄(30)의 접속부(32)가 접속 작업 시에 하부 구조물(12) 측에 있을 경우, 하부 구조물(12)과 계류줄(30)의 접속 작업을 수중이 아닌 수면(W. L.)상에서 할 수 있으므로, 접합 작업을 효율적으로 할 수 있게 된다.

한편, 계류줄 접속 공정을 상부 구조물 (11)과 하부 구조물(12)이 일체화되는 접합 공정 전에 형성하면, 해상 구조물(10) 측의 계류줄(30)의 접속부(32)가 하부 구조물(12) 측에 있을 경우, 접합 공정 시에 하부 구조물(12)이 계류줄(30)에 접속되어 안정된 상태가 되기 때문에, 접합 작업을 쉽게 할 수 있게 된다. 또는 접속부(32)가 상부 구조물(11) 측에 있을 경우, 상부 구조물이 운반선에 탑재되어 안정적이지만, 하부 구조물에 의한 부담이 운반선의 완상 구조물에 걸리지 않은 단계에서 접합 작업을 할 수 있다.

다음으로, 제 2 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법에 대해서 설명한다. 이 제 2 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법은 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법과는 해상 구조물(10A)의 하부 구조물(12A)의 탑재 및 운반 방법과 효과가 다를 뿐, 나머지는 동일하다.

보다 상세하게는, 이 제 2 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법에 있어서는,도 24에 나타낸 바와 같은 제 2 실시형태의 해상 구조물(10A)을 해상에 계류할 때 사용할 수 있고, 도 16에 나타낸 바와 같이, 제조 공정과, 탑재 공정에서의 상부 구조물(11A)의 탑재 및 운반은 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법과 동일하지만, 우선 하부 구조물(12A)의 탑재 공정에서의 탑재 및 운반 공정에서의 운반에서는 도 17 및 도 18에 나타낸 바와 같이 옆으로 쓰러진 상태에서 행해진다.

이 때문에 강하 공정에 있어서는 도 19에 나타낸 바와 같이, 하부 구조물(12A)을 옆으로 쓰러진 상태로 운반선(20)에서 내리고 수직 상태로 하는 작업이 필요해진다. 이 작업은 하부 구조물(12A)의 수중 중량이 적은 상태에서 할 수 있기 때문에 대형 크레인을 필요로 하지 않고, 시판의 크레인차(40)로 하부 구조물(12A)의 상부가 되는 측을 매달음과 아울러, 밸러스트 수의 주수나 밸러스트의 적재에 의해 하부측을 가라앉힘으로써 쉽게 할 수 있다.

하부 구조물(12A)을 수직 상태로 한 후의 수중 유지 공정, 이동 공정, 접합 공정, 부상 공정 및 계류줄 접속 공정은 도 20 내지 도 24에 나타낸 바와 같이, 제 1 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법과 동일하다.

따라서, 본 발명의 제 1 및 제 2 실시형태의 해상 구조물의 시공 방법 및 해상 구조물(10, 10A)에서는, 종래기술에서는 해상에서 상부 구조물(11, 11A)과 하부 구조물(12, 12A)을 일체화할 경우에는 해상에 배치된 하부 구조물(12, 12A)에 대해 크레인 등으로 매단 상부 구조물을, 하부 구조물(12, 12A) 상에서 하부 구조물(12, 12A)에 매달아 내리고, 상부 구조물(11, 11A)과 하부 구조물(12, 12A)을 접합하고 있는데 비해, 반대로 상부 구조물(11, 11A)에 대해 매달림 줄 등으로 일부 또는 전부가 수중에 있는 하부 구조물(12, 12A)을 상승시키고, 상부 구조물(11, 11A)과 하부 구조물(12, 12A)을 접합한다.

이들 해상 구조물의 시공 방법에 의하면, 상부 구조물(11, 11A)을 운반선(20) 상에 적재한 상태나, 운반선(20) 또는 예항선 등에 의해 해상에 고정된 상태로 일부 또는 전부가 수면 아래에 있어서 상하 이동에 필요로 하는 힘이 비교적 적게 되는 하부 구조물(12, 12A)을 상승시키기 때문에, 많은 부분 또는 전부가 수면상에 있어서 상하 이동에 필요로 하는 힘이 큰 상부 구조물(11, 11A)을 상하 방향으로 이동시킬 필요가 없어지기 때문에, 크레인선을 사용하지 않고 안전하게 해상 설치 장소에 계류할 수 있다. 또한, 상부 구조물이 운반선에 탑재되어 고정되고, 그 상부 구조물에 하부 구조물이 꽉 눌려 고정되고, 전체의 관성이 크고 요동이 최소한으로 된 환경에서 접합 작업 등을 할 수 있음과 아울러, 접합 작업 등에 필요한 인력이나 동력을 운반선에서 안전하게 공급할 수 있다.

또한, 하부 구조물(12, 12A)은 전부 또는 그 대부분이 설치 시에는 수중에 들어간 상태로 되기 때문에, 옆으로 쓰러진 상태로 운반선(20)에 탑재하거나 옆으로 쓰러진 상태로 예항선에 의해 예항해도 설치 장소에서 밸러스트 수의 주수나 기타 밸러스트의 탑재 등에 의해 비교적 작은 크레인이나 윈치 등의 사용만으로 비교적 쉽게 수직 상태로 할 수 있다. 한편, 상부 구조물(11, 11A)은 풍력 발전 설비 등 수몰을 회피할 필요가 있는 기기가 탑재되어 있기 때문에, 종래기술과 같이 옆으로 쓰러진 상태로 운반된 경우에는 설치 장소의 해상 또는 운반선(20)상에서 옆으로 쓰러진 상태에서 수직 상태로 할 필요가 있기 때문에 크레인선이나 운반선 상의 대형 크레인이 필요해진다.

상기 구성의 해상 구조물(10, 10A)에 따르면 해상 구조물(10, 10A)의 상부 구조물 (11, 11A)이 직립 상태로 밸러스트 탱크를 구비하고, 또한 선수 또는 선미의 선체 단부로부터 선수미 방향을 향해 돌출시킨 한 쌍의 완상 구조물(23)을 구비한 운반선(20)에 탑재할 수 있으므로, 상기 해상 구조물의 시공 방법을 실시 할 수 있고, 상기 해상 구조물의 시공 방법과 동일한 작용 효과를 얻을 수 있다.

다음으로, 도 15 및 도 24 내지 도 27을 참조하면서 해상 구조물(10, 10A, 10B, 10C)의 구성에 대해서 설명한다. 이들 해상 구조물(10, 10A, 10B, 10C)은 부력 중심이 무게 중심보다 위에 있는 구조체를 갖고, 이들 상부 구조물(11, 11A, 11B, 11C)은 주로 수상부로 이루어지고, 하부 구조물(12, 12A, 12B, 12C)은 주로 잠수부로 이루어진다. 이들 상부 구조물(11, 11A, 11B, 11C)과 하부 구조물(12, 12A, 12B, 12C)은 결합 및 분리 가능하게 접속된다. 또한, 이 "주로"는 예를 들어, 70% 이상, 바람직하게는 80% 이상의 것을 말한다.

이 결합 가능한 구성에 의해, 해상 구조물(10, 10A, 10B, 10C)의 설치가 용이해지고, 또한 분리 가능한 구성에 의해 해상 구조물(10, 10A, 10B, 10C)의 철거 작업이 용이해지므로, 해상 구조물(10, 10A, 10B, 10C)의 이동이나 폐기를 용이하게 할 수 있다. 또한 계류가 하부 구조물에 접속되어 있는 경우에는 상부 구조물에 중대한 고장이 있는 경우 등에 상부 구조물만을 쉽게 분리하여 가져가서 복원 후에 재설치하는 것을 용이하게 할 수 있다.

또한, 이들 상부 구조물(11, 11A, 11B, 11C)은 육상에서 정립한 상태에서 적어도 대강 조립하여, 정립한 상태로 운반하지만, 하부 구조물(12, 12A, 12B, 12C)은 해상 구조물(10, 10A, 10B, 10C)의 해상 설치 장소 또는 충분한 수심이 있는 해역까지 운반 후 정립시키는 구조를 갖도록 구성된다.

이들 해상 구조물(10, 10A, 10B, 10C)을 계류할 경우에는, 이 해상 구조물(10, 10A, 10B, 10C)측의 계류줄(30)의 접속 부위(14)를 상부 구조물(11, 11A, 11B, 11C)에 설치하고, 이 접속 부위(14)에 있어서의 작업이나 점검을 수상, 바람직하게는 수면(W. L.)의 가까이에서 할 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.

또한, 이들 해상 구조물(10, 10A, 10B, 10C)에 있어서 하부 구조물(12, 12A, 12B, 12C)에 밸러스트 수의 주수뿐만 아니라 배수하는 밸러스트 수 주수 및 배수 설비(미도시), 또는 고체 밸러스트를 주입뿐만 아니라 배출하는 밸러스트 주입 및 배출 설비(미도시), 또는 밸러스트 수 주수 및 배수 설비, 또는 밸러스트 주입 및 배출 설비를 일시적으로 부착 가능한 구조를 구비하여 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 이들 하부 구조물(12, 12A, 12B, 12C)은 밸러스트 수를 주배수하는 설비를 갖거나 또는 고체 밸러스트를 주입·배출하는 설비 또는 그러한 설비를 설치할 수 있는 구조를 갖는 것이 바람직하다.

이 밸러스트 수를 배출하는 방법으로서는, 펌프, 에어 리프트 혹은 압축 공기의 주입에 의한 압출을 사용할 수 있다. 또한, 고체 밸러스트의 배출 방법으로서는, 분말 형상, 분말 형상의 고체 또는 슬러리를 사용하고, 이들의 철거 시에는 슬러리 펌프, 이젝터, 에어 리프트를 사용할 수 있다. 또한, 액체에 기체를 혼입하여 기체의 부상력을 이용하고 액체에 혼입된 고체를 액체와 기체의 혼합 가스로 에어 리프트 관내를 상승시키는 에어 리프트 방식을 사용하면 무거운 고체 또는 슬러리도 쉽게 배출할 수 있다.

이에 따라 하부 구조물(12, 12A, 12B, 12C)을 쉽게 부상시킬 수 있게 되므로, 해상에서의 상부 구조물(11, 11A, 11B, 11C)과 하부 구조물(12, 12A, 12B, 12C)의 결합 작업을 쉽게 할 수 있고, 또한, 해상 구조물(10, 10A, 10B, 10C)을 해상 설치 장소로부터 철거할 때 밸러스트를 배출하고(디밸러스트를 하고), 설치 시의 역순으로 쉽게 해상 구조물(10)을 분해하여 철거할 수 있게 된다. 이에 따라 해상 구조물(10, 10A, 10B, 10C)의 이동이나 폐기에 따른 곤란성을 극복할 수 있다.

또한, 종래기술의 통상적인 스파형 부체식 구조물에서는 중량 콘크리트나 산화가 진행되면 결합되어 일체화되어 버리는 철광석 등의 배출 불능의 고체 밸러스트를 채움으로써 밸러스트 작업을 하기 때문에 설치 장소의 수심이 얕아도 해상 구조물의 철거 공사가 곤란하고, 이동할 수 없다. 또한, 끽수가 크기 때문에 수심이 얕은 곳으로 이동할 수 없다고 해서 불필요해진 해상 구조물을 수심이 깊은 공해상에서 수몰 및 투기하는 것은 환경오염의 문제가 있다. 본 발명과 같이 디밸러스트 가능하게 구성하여 해상 구조물(10, 10A, 10B, 10C)을 쉽게 이동할 수 있게 하는 것은 환경오염 문제에 대한 대책상 큰 장점이 된다.

또한, 도 24에 나타낸 바와 같이, 해상 구조물(10A)에 있어서 상부 구조물(11A)을 직립 상태로 운반선(20)에 탑재할 때 운반선(20)에 설치된 한 쌍의 완상 구조물(23)을 수용하고, 그 한 쌍의 완상 구조물(23) 상에 상부 구조물(11A)을 적재하기 위한 계합부(11ba)를 상부 구조물(10A)로부터 3방향 이상에서 수평 방향으로 돌출한 돌출부(13)에서 형성한다. 또한, 돌출부(13)에 계류줄(30)을 접속하는 접속 부위(14)를 더욱 설치한다. 또한, 이 돌출부(13)가 육상에서 정립한 상태에서의 조립 작업 시의 안전을 위해 이용할 수 있는 부위가 되도록 구성하는 것이 바람직하다.

즉, 상부 구조물(11A)에 3방향 이상으로 돌출된 돌출부(13)를 설치함과 아울러, 이 돌출부(13)에 있어서 계류 작업시에 수상이 되는 위치에 계류줄(30)의 접속 부위(14)를 설치하는 것이 바람직하다. 이에 따라 이 돌출부(13)에서 상부 구조물(11A)의 운반선(20)으로의 탑재 작업이나 접속 부위(14)에서의 계류줄(30)의 접속 작업이나 조정 작업이나 점검 작업을 할 수 있게 된다. 특히, 계류 작업 시에 이 돌출부(13)가 수상에 있을 때에는 잠수 작업이 불필요해지며, 이들 계류줄(30)의 접속 작업 등을 쉽게 할 수 있다. 또한, 계류 작업시에 이 돌출부(13)가 수면(W. L.) 보다 아래이긴 하지만, 수면(W. L.)의 근방에 있을 때에는, 계류줄(30)의 접속 작업 등이 비교적 용이해진다.

또한, 도 25에 나타내는 해상 구조물(10B)은 상부 구조물(11B)과 하부 구조물(12B)로 이루어진 세로가 긴 구조물로서, 하부 구조물(12B)의 하부에 추(12Ba)를 그 상측에 부력체(12Bb)를 설치하여 구성되어 있다. 한편, 도 27에 나타내는 해상 구조물(10C)은 상부 구조물(11C)과 하부 구조물(12C)로 이루어지고, 하부 구조물(12C)의 하부에 추(12Ca)를 그 상측에 부력체(12Cb)를 설치하여 구성되어 있는데, 그 추(12Ca)는, 추를 겸한 수차로서, 세로가 긴 해상 구조물(10B)의 하부 구조물(12B)에 비하면 폭이 넓게 되어 있다. 또한, 상부 구조물(11C)은 수직축 풍차를 구비하여 구성되어 있다.

그리고 도 25 내지 도 27에 나타낸 바와 같이, 해상 구조물(10B, 10C)에 있어서 해상 구조물(10B, 10C)을 계류줄(30)로 계류함과 아울러, 해상 구조물(10B, 10C)에 암(15)을 설치한다. 이 암(15)의 일단측은 도 26에 나타낸 바와 같이, 수평축 둘레로만 요동 가능하게 암(15)의 회전축(15a)을 해상 구조물(10B, 10C)(도 26에서는 해상 구조물(10B)의 상부 구조물(11B))의 삽입 구멍(11Ba)에 삽입하고 회전 가능하게 지지한다. 또한, 계류줄(30)을 접속하는 접속 부위(14)를, 이 암(15)의 타단측에 설치한다. 또한, 이 암(15)은 해상 구조물(10B, 10C)의 상부 구조물(11B, 11C)측에 설치해도 되고, 하부 구조물(12B, 12C) 측에 설치해도 된다.

이에 따라, 도 28에 나타낸 바와 같은, 즉 스파형 해상 구조물(10X)의 종래기술의 계류에 있어서는 체인 스토퍼 등의 접속 부재(17)는 해상 구조물(10X)의 수직 방향의 중심축으로부터의 거리(부착 반경)가 작은 위치에 설치되어 있기 때문에, 해상 구조물(10X)이 선회 방향으로 즉 수평면 내의 요동(이하, 비틀림이라 한다)(ψ)에 대하여 비틀림(ψ)을 원래로 되돌리는 방향으로 작용하는 계류줄(30)의 계류력에 의한 복원 모멘트가 작아진다는 문제를 해결할 수 있다. 이 비틀림(ψ)은 해상 구조물(10X)이 수직축 풍차를 탑재하고 있는 경우에는 발전 토크에 직접적으로 관계되어 발생하고, 또한, 해상 구조물(10X)이 수평축 풍차를 탑재하고 있는 경우에는 수평축 풍차를 풍력에 저항하여 바람이 불어오는 쪽을 향하는 선회 시나 그 유지에 직접적으로 관계되어 발생한다.

이에 대해, 도 25 내지 도 27의 해상 구조물(10B, 10C)에서는 암(15)을 개재시킴으로써, 이 암(15) 만큼 접속 부위(14)를 해상 구조물(10B, 10C)의 수직 방향의 중심축으로부터의 거리(부착 반경)가 큰 위치에 설치할 수 있고, 비틀림(ψ)을 원래로 되돌리는 방향으로 작용하는 계류줄(30)의 계류력에 의한 복원 모멘트를 크게 할 수 있기 때문에 해상 구조물(10B, 10C)의 전체가 선회 방향으로 비틀려서 되돌아가는 요동(선회 운동)을 억제 할 수 있게 된다.

또한, 도 28에 나타내는 종래기술의 해상 구조물(10X)과 같이 접속 부위(14)를 부착 반경이 작은 위치에 설치하면, 해상 구조물(10X)의 수평축 둘레의 요동(경사)(θ) 시에 접속 부위(14)의 위치에 있어서의 요동에 의한 변위량은 작아지기 때문에 계류줄(30)의 계류력의 변동이 작아지고, 이 해상 구조물(10X)의 수평축 둘레의 요동(θ)에 대한 허용 범위가 넓다.

한편, 도 25 및 도 27에 나타낸 바와 같이 접속 부위(14)를 부착 반경이 큰 위치에 설치하면, 해상 구조물(10B, 10C)의 경사(수평축 둘레의 요동)(θ) 시에 접속 부위(14)의 위치에 있어서의 경사(θ)에 의한 변위량이 커지므로, 계류줄(30)의 계류력의 변동도 커지고, 해상 구조물(10B, 10C)의 경사(θ)에 대한 허용 범위가 좁아져 버리는데, 이에 대해 해상 구조물(10B, 10C)에서는 암(15)을 도 25 내지 도 27에 나타낸 바와 같이, 일단측에 있어서 수평축 둘레로만 요동 가능, 즉 경사 가능하게 해상 구조물(10B, 10C)(도에서는 상부 구조물(11B, 11C))에 지지되어 있기 때문에 이에 따라 계류줄(30)의 계류력의 변동을 작게 하고, 해상 구조물(10B, 10C)의 경사(θ)에 대한 허용 범위를 넓게 할 수 있다.

또한, 암(15)의 타단측에 연직축 둘레로 요동 가능한 요동부(미도시)를 설치함과 아울러, 이 요동부에 계류줄(30)을 접속하는 접속 부위(14)를 설치한다. 이 요동부는 연직축 둘레로 요동 가능한 부재, 예를 들어 연직 방향으로 회전축을 갖고 이 회전축 둘레로 회전 가능하게 설치된 부재 등으로 쉽게 구성할 수 있다. 이에 따라, 암(15)을 설치하고 접속 부위(14)의 부착 반경이 커짐에 따라 해상 구조물(10B, 10C)의 비틀림(선회 방향의 요동)(ψ)에 따른 접속 부위(14)에 있어서의 계류줄의 계류 방향의 변화량이 커지는데, 이 연직축 둘레로 요동가능한 요동부에 의해, 이 계류줄(30) 계류 방향의 변화량의 증대에 대응할 수 있고, 접속 부위(14) 및 계류줄(30)의 손상을 방지할 수 있다.

또한 암(15)의 타단측에 중간 부표(중간 부체)(16)를 설치하면, 해상 구조물(10B, 10C)의 상하 방향의 움직임을 암(15)의 수평축 둘레의 요동으로 흡수할 수 있기 때문에 해상 구조물(10B, 10C)의 상하 방향의 움직임에 대해 중개 부표(16)에 설치된 접속 부위(14)의 움직임과 이 접속 부위(14)에 접속되는 계류줄(30)의 움직임을 현저히 작게 할 수 있다.

그리고 수심 등에 따라 다른 계류력의 상하 방향 성분은 이 중간 부표(16)의 떴다 가라앉음에 의한 부력의 변화로 흡수할 수 있기 때문에, 해상 구조물(10B, 10C)의 부력체(10Bb, 10Cb)에서 필요로 하는 부력을, 설치 장소의 수심 등에 의하지 않고 표준화할 수 있다.

이 해상 구조물(10C)에서는 밑 쪽에 상하 방향으로 회전 가능한 힌지(수평축 둘레로 요동 가능한 회전축)(15a)를 가지고 해상 구조물(10C)에 지지되고, 선단 측에 계류줄(30)의 고정부(접속 부위)(14)를 갖는 계류암(15)을 구비하고 있으며, 이 해상 구조물(10C)은 이를 이용하여 계류하는 부체 계류 시스템이다.

또한 이 해상 구조물(10C)의 구성에서는, 이 계류암(15)의 선단측에 접속되는 계류줄(30)이 복수여도 되고, 또한 이 계류암(15)의 선단측에 부력부(중간 부표(16)) 또는 추부를 가져도 된다. 또한, 해상 구조물(10C) 자신도 부력을 발생하는 부력체(12Cb)를 가지며, 또한 해상 구조물(10C)이 계류 시의 수직 자세를 유지하기 위해 수중에 추(12Ca)를 갖는다. 또한, 이 추(12Cb)는 수차이며, 부력체(12Cb) 상에 풍차를 갖는다.

이에 따라 상하 방향의 회전(경사)(θ)만을 허용하는 피벗(암(15)의 회전축)(15a)의 부착 반경이 작음으로써, 해상 구조물(10C)의 경사(θ)에 관한 계류력에 의한 복원력을 작게 할 수 있는 한편, 체인 스토퍼 등의 접속 부재(17)를 부착하는 접속 부위(14)의 부착 반경이 크기 때문에, 비틀림(회전)(ψ)에 대한 계류력에 의한 복원력이 큰, 다시 말하면, 비틀림(회전)(ψ)에 대한 계류의 강성이 높다는 특징을 갖고 있다.

또한, 계류의 하향력에는 중간 부표(16)가 대항함으로써 해상 구조물(10C)의 부력체(12Cb)에 필요한 부력은 수심 등에 의하지 않고, 표준화할 수 있다는 특징이 있다.

또한, 해상 구조물(10C)의 부력체(12Cb)는 수차(12Ca)와 함께 선회시킬 수도 있다. 그 경우 부력체(12Cb)와 수차(12ba)의 결합부를 대폭 간소화할 수 있으며, 또한 수차(12Ca)의 대경화가 가능해진다. 또한, 고무 부재에 의해 착탈 가능 또는 회전 가능하게 지지되는, 내구성에 어려움이 있는 고무 베어링을 폐지할 수 있게 된다. 또한, 허용 요동 각도를 고무 베어링보다 크게 취하기 쉽고, 또한 부력체(12Cb)가 수차(12Ca)와 함께 선회하지 않을 경우에는 한계 각도에 도달한 경우에도 수차(12Ca)와 암(15), 중간 부표(16)가 함께 회전하지 않는 것끼리의 접촉이 되기 때문에 구조적으로 대응하기 쉬워진다.

[산업상 이용가능성]

본 발명의 해상 구조물의 시공 방법 및 해상 구조물에 따르면 풍력 발전 장치 등을 탑재한 스파형 등 해상 구조물의 시공 방법에 있어서, 크레인선을 사용하지 않고 안전하게 해상 설치 장소에 계류할 수 있으므로 대부분의 해상 구조물 및 그 시공 방법에 널리 이용할 수 있다.

10, 10A, 10B, 10C, 10X 해상 구조물
11, 11A, 11B, 11C, 11X 상부 구조물
12, 12A, 12B, 12C, 12X 하부 구조물
12Ba, 12Ca, 12Xa 추
12Bb, 12Cb, 12Xb, 부력체
13 돌출부
14 접속 부위
15 암
15a 회전축
16 중간 부표
20 운반선
21 갑판
22 선교
23 완상 구조물
30 계류줄
31 계류 기부
32 계류줄의 접속부
40 크레인차
50 매달림 줄

Claims (14)

1. 해상 구조물을 상부 구조물과 하부 구조물로 분할하여 제조하는 제조 공정과,
   상기 하부 구조물의 일부 또는 전부를 수중에 직립 상태로 유지하는 수중 유지 공정과,
   이 직립 상태로 유지한 상기 하부 구조물의 위쪽 부위로 상기 상부 구조물을 이동하는 이동 공정과,
   상기 하부 구조물을 상승시켜서 상기 상부 구조물의 하측에 배치하는 상승 공정을 행하는 합체 공정과,
   상기 하부 구조물을 상기 상부 구조물에 일체화하는 접합 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물의 시공 방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 상승 공정에 있어서의 상기 하부 구조물의 상승을, 상기 상부 구조물 또는 상기 하부 구조물 중 적어도 한쪽을 이동하는 운반선에 탑재한 윈치를 이용하여 행하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물의 시공 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 접합 공정은 이동하는 운반선의 한 쌍의 완상 구조물로 상기 상부 구조물을 유지한 상태에서, 상기 하부 구조물을 상기 상부 구조물에 일체화하는 공정으로서,
   상기 제조 공정과 상기 수중 유지 공정 사이에,
   상기 상부 구조물을 직립 상태로 밸러스트 탱크를 구비하고, 또한, 선수 또는 선미의 선체 단부로부터 선수미 방향을 항해 돌출시킨 한 쌍의 완상 구조물을 구비한 운반선에 탑재하는 탑재 공정과,
   상기 운반선에 의해 상기 상부 구조물과 상기 하부 구조물의 한쪽씩 또는 양쪽을 동시에 해상 설치 장소로 운반하는 운반 공정과,
   상기 하부 구조물을 상기 운반선으로부터 매달림 줄에 매달아 수중에 내리는 강하 공정을 포함함과 아울러,
   상기 접합 공정 후에, 일체화된 상기 상부 구조물과 하부 구조물을 상기 운 반선으로부터 내려서, 해상에 띄우는 부상 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 해상 구조물의 시공 방법.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 부상 공정에 있어서, 일체화된 상기 상부 구조물과 상기 하부 구조물을 상기 운반선으로부터 내릴 때에, 상기 운반선의 일부를 가라앉히는 것을 특징으로 하는 해상 구조물의 시공 방법.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 강하 공정에 있어서, 상기 하부 구조물을 물밑에 착저시키는 것을 특징으로 하는 해상 구조물의 시공 방법.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 운반 공정 후, 및, 상기 접합 공정 전에, 상기 상부 구조물 또는 상기 하부 구조물과 계류 기부 사이를 계류줄로 접속하는 계류줄 접속 공정을 형성한 것을 특징으로 하는 해상 구조물의 시공 방법.
7. 제 3 항에 있어서,
   상기 접합 공정 후에, 일체화된 상기 상부 구조물 또는 상기 하부 구조물과 계류 기부 사이를 계류줄로 접속하는 계류줄 접속 공정을 형성한 것을 특징으로 하는 해상 구조물의 시공 방법.
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