KR102622212B1

KR102622212B1 - 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법 및 선천공장비

Info

Publication number: KR102622212B1
Application number: KR1020230103484A
Authority: KR
Inventors: 박광식
Original assignee: 현대스틸산업주식회사
Priority date: 2023-08-08
Filing date: 2023-08-08
Publication date: 2024-01-05

Abstract

본 발명은 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법 및 선 천공장비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해상풍력구조물의 하부기초구조물 자켓을 시공하기 위한 해상 선천공방법으로서, 상기 자켓이 시공될 위치에 잭업바지를 위치시키고, 해상 1차 선천공 위치 부근에 크레인이 설치된 잭업바지를 세팅하는 제1단계; 상기 잭업바지 모서리 일측에 가이드프레임을 세팅하는 제2단계; 상기 크레인을 통해 천공용 케이싱을 상기 가이드프레임에 삽입, 관통시키고 상기 가이드 프레임 상에 고정시키는 제3단계; 상기 천공용 케이싱을 해저면에 안착시키는 제4단계; 상기 천공용 케이싱 내부로 굴착장비를 투입하여 천공하는 제5단계; 다음 2차 천공위치로 상기 잭업바지를 이동 세팅하는 제6단계; 및 상기 2차 천공위치에서 상기 제3단계 내지 제 5단계를 진행하는 제7단계; 및 상기 천공용 케이싱을 제거하고 다음 천공 위치로 잭업바지를 이동하는 제8단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법에 관한 것이다.

Description

가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법 및 선 천공장비{Pre-drilling method for offshore wind power using guide frame and pre-drilling equipment}

본 발명은 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법 및 선 천공장비에 관한 것이다. 보다 상세하게는 해상풍력 구조물을 프리파일링 공법으로 시공하기 위해, 해저면에 선 천공을 하기 위한 방법 및 그 장비에 대한 것이다.

해상 풍력발전 구조물은, 크게 터빈(Turbine)과 지지구조물(Substructure)로 구분되며, 이때, 지지구조물(Substructure)은 대표적으로, 콘크리트 케이슨 타입(Concrete caisson type), 모노파일 타입(Mono-pile type), 자켓 타입(Jacket type), 삼각대 타입(Tripod Type) 및 부유식 타입(Floating type)의 5가지 타입이 많이 적용되고 있다.

모노파일 타입은 현재 가장 많이 쓰이고 있는 해상풍력발전단지 기초 방식으로서, 25~30m의 수심에 설치가 가능하다. 홀스레브(Horns Rev), 노스 호일(North Hoyle) 해상풍력 발전단지등에 적용되었으며, 해저면에 대구경의 파일(pile)을 항타 또는 드릴링(Drilling)하여 고정하는 방식으로 주로 풍력발전기 3Mw 이하이며, 지반조건이 양호한 경우 경제성이 좋다. 이때, 모노파일 타입의 기초 직경은 3~5m의 것이 많이 사용된다.

자켓 타입은 현재 해상 풍력발전 단지 보유국에서 많은 관심을 보이고 실증 중에 있는 타입으로서, 수심 20~80m에 설치가 가능하다. 이러한 자켓 타입은 자켓식 구조물로 지지하고 파일(pile)로 해저에 고정하는 방식이다.

이러한 자켓 타입은 해양의 다양한 수심에 적용 가능한 구조물이고, 실적이 많아 신뢰도가 높은 편이며, 전술한 모노파일 타입과 마찬가지로 대단위 단지 조성에 이용하는 경우, 경제성이 좋다는 장점이 있다.

한편, 종래의 기술에 따른 해상 지지구조물, 예를 들면, 해상풍력 발전용 지지구조물의 해상 설치를 위해 하강시킬 경우, 파도, 조류 등의 영향으로 해상 지지구조물의 위치 제어가 어렵다는 문제점이 있었으며, 특히, 해상지지구조물을 해저면의 정해진 위치에 안착시키기 위해서는 다수의 시행착오를 거침으로써 시공시간이 지체되는 문제점이 있었다.

지지구조물의 다른 시공 방식으로 잭업바지를 이용하는 방식이 있다.

이 방식은 해상 지지구조물을 운반용 바지를 이용하여 설치해역으로 운반하여 다수의 시도에 의해 해저면에 거치시키고, 이후, 해저면에 거치된 지지구조물을 기초파일에 고정시키기 위해서는 일반적으로 기초파일 및 지지 구조물의 연결부에 그라우팅을 실시하게 된다.

이때, 기초파일 및 지지구조물의 연결부에 그라우팅을 실시할 경우, 지지구조물의 수직도 확보를 위해 대형 잭업(Jackup) 바지에 지지구조물을 고정시켜야 하며, 또한, 그라우팅 양생까지 지지구조물은 대형 잭업바지 상에 설치된 크레인에 고정된 상태를 유지해야 한다. 즉, 대형 잭업바지를 해상에 고정시키고, 해상 지지구조물을 고정된 힌지에 놓고 크레인을 사용하여 지지구조물을 천천히 설치하였다.

이에 따라 대형 잭업바지가 필수적으로 동원되어야 하며, 전술한 바와 같이, 해상 지지구조물 설치해역에서 발생하는 파도, 조류 등에 따라 위치제어에 어려움이 발생할 경우, 해상설치 작업기간이 길어질 수 있고, 이에 따라 장비 임차비용이 지나치게 소요될 수 있다.

또한, 국내의 경우, 정부에서 대규모 해상풍력 발전단지를 조성하려고 하는 서남해안은 연약지반이기 때문에, 해상 작업시 잭업바지의 지지력 확보를 위해서 잭업바지의 레그는 연약지반 속으로 관입되어야 하고, 이후, 잭업바지의 레그를 인발할 때, 잭업바지의 안정성이 상실되면서 전복의 위험성이 커지기 때문에 잭업바지에 재하되는 상재하중을 최소화하고 잭업시 풍력발전기, 타워 등의 중량물을 크레인 인양시 매우 주의하여야 한다.

특허문헌 1(공개특허 제10-2014-0050186호)은 해상 풍력 발전장치의 터빈, 블레이드, 타워 및 파일을 설치선에 적재하여 운반하는 부품 운반 단계; 상기 타워의 슬리브부에 파일을 삽입하는 파일 연결 단계; 및 상기 슬리브부에 삽입된 파일을 해저지반에 고정시키는 파일 설치 단계로 이루어지며, 해상에서는 육상에서 미리 조립된 상부구조물에 파일을 결합하는 작업만 수행할 수 있도록 구성되어, 해상 풍력 발전장치의 설치작업이 간단하고 설치에 소요되는 기간 및 비용이 감소되는 효과를 얻을 수 있다 하지만, 대규모 잭업바지의 특수제작 비용을 고려 하여야 하고 풍력발전기, 타워, 슬리브 등 일체의 중량으로 인한 잭업레그의 정착과 인발시 연약지반상에서의 시공성 및 안정성확보가 매우 어렵다. 또한, 잭업바지의 특성상 자체수평정밀도확보가 불가하고 파일항타시 연직도 확보를 위한 별도의 장치를 설치하여야 한다. 한편, 풍력발전장치를 설치 목표지점까지 운반시 풍력발전장치 전체가 잭업바지에 고정되어야 하고 이로 인한 별도의 고정장치가 필요하나, 파일 시공후 잭업바지가 파일과의 저촉을 피하여 철수할 수 있어야 하므로 잭업바지와 결속된 고정장치가 풍력발전장치 하부에 설치될 수 없는 문제점이 있다.

또한 해상에 설치되는 구조물은 해저면 위에 설치되는 하부구조와 해저면 아래로 관입되어 지반의 지지력을 확보하는 기초 구조로 구성된다.

이러한 (A)하부구조는 그 형상에 따라 자켓구조, 트라이포드, 모노파일 등 다양한 형태가 존재하며, (B) 기초구조는 파일, 직접 기초, 석션기초 등으로 구분된다.

이 중 자켓 구조와 파일의 조합은 해양 석유 시추 산업에 장기간 활용되어 그 효용성이 널리 인정되고 있다.

단일 또는 소수의 대형 자켓을 설치하여 운용하는 경우는 자켓 구조물을 해저면에 거치한 후 자켓 구조물의 레그 내부로 파일을 관입하여 파일을 지반에 설치하는 속칭 “포스트 파일링” 공법을 사용한다. 하지만, 해상풍력 단지와 같이 다수 구조물을 설치해야 하는 경우, 포스트 파일 공법은 설치공정이 해양환경에 크게 영향을 받는다.

대단지를 형성해야 할 경우는, 비용과 공기를 절감하기 위해 파일을 해저면의 설치 위치에 일정 간격과 높이로 미리 선설치하고, 지지구조물을 해당 파일의 두부와 조합하여 최종적으로 구조물을 완성하는 “프리파일링” 공법을 사용한다. 2021년 현재 유럽, 대만 등에 널리 시공되었고, 한국의 서남해 단지에도 유력한 공법으로 고려되고 있다.

성공적인 프리파일링 공법의 적용을 위해서는, 단일 하부구조를 지지하는 기초를 형성하는 다수의 파일을 최소의 오차로 정위치에 시공하기 위해서 파일 상호간의 설치 위치가 미리 설정된 템플레이트를 사용하는 것이 필수적이다. 파일 상호간의 오차를 최소화하기 위해 템플레이트 내부에는 각종 센서와 유압 장비가 일체로 구성된 일종의 해양로봇이며 매우 고가의 장비이다. 템플레이트 운용을 위해서도 특수한 선박이 필요하다.

따라서 이러한 템플레이트의 운용없이 프리파일링을 위한 정확한 사전 선 천공 방법의 개발이 요구되었다.

대한민국 등록특허 10-1865512 대한민국 등록특허 10-1646493 대한민국 공개특허 10-2017-0032917

따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 실시예에 따르면, 프리파일링 해상구조물 자켓의 정확한 관입을 위한 해저면에 사전에 정확한 위치에 사전 천공이 가능한 가이드 프레임을 갖는 잭업바지 플랫폼을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 프리파일링 해상구조물 자켓의 정확한 관입을 위한 해저면에 사전에 정확한 위치에 사전 천공이 가능한 공법을 제공하는데 그 목적이 있다.

그리고 본 발명의 실시예에 따르면, 잭업바지와 가이드프레임 위치 조절을 위해 GNSS(RTK(real time kinematic))를 설치하고, 기 조사된 수심 및 지반 조사(멀티빔 측량)과 실시간 측량정보를 활용하여 잭업바지와 가이드프레임을 정위치 1.0m이내로 세팅이 가능한, 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법 및 선 천공장비를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따르면, 천공위치 정확도 향상을 위해 천공용 케이싱 해저면 안착시 3D스캐너를 활용하며, 스캐너를 통해 실시간으로 수집되는 케이싱의 위치정보를 활용하여 정위치 안착여부를 확인할 수 있는, 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법 및 선 천공장비를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 해저면 안착 상태 확인을 위해 케이싱 내부로 수중 카메라를 투입하여, 지반상태를 확인하여 케이싱 안착여부 및 안정성을 확인할 수 있는, 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법 및 선 천공장비를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 잭업바지와 가이드프레임 위치 측량시 설계값 대비 허용오차 이내인지를 확인하고, 레벨 측량을 통해 가이드프레임 및 케이싱 상단의 정확한 높이를 확인하며, 천공용 케이싱 해저면 안착 전 수중 측량을 통해 기준점 대비 허용오차 이내인지를 확인하고, 케이싱 상, 하부 측량을 실시하여 천공용 케이싱 해저면 안착 후 수직도를 확인할 수 있는, 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법 및 선 천공장비를 제공하는데 그 목적이 있다.

한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 목적은 해상풍력구조물의 하부기초구조물 자켓을 시공하기 위한 해상 선천공방법으로서, 상기 자켓이 시공될 위치에 잭업바지를 위치시키고, 해상 1차 선천공 위치 부근에 크레인이 설치된 잭업바지를 세팅하는 제1단계; 상기 잭업바지 모서리 일측에 가이드프레임을 세팅하는 제2단계; 상기 크레인을 통해 천공용 케이싱을 상기 가이드프레임에 삽입, 관통시키고 상기 가이드 프레임 상에 고정시키는 제3단계; 상기 천공용 케이싱을 해저면에 안착시키는 제4단계; 상기 천공용 케이싱 내부로 굴착장비를 투입하여 천공하는 제5단계; 다음 2차 천공위치로 상기 잭업바지를 이동 세팅하는 제6단계; 및 상기 2차 천공위치에서 상기 제3단계 내지 제 5단계를 진행하는 제7단계; 및 상기 천공용 케이싱을 제거하고 다음 천공 위치로 잭업바지를 이동하는 제8단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법으로서 달성될 수 있다.

그리고 상기 제3단계 후에 치즐을 통해 상기 천공용 케이싱이 관입될 위치의 해저면을 사전 평탄화하고, 상기 제4단계에서 바이브로 햄머를 통해 항타하여 상기 천공용 케이싱을 해저면에 안착시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 가이드 프레임은 복수로 설치되며, 각각의 가이드 프레임에 천공용 케이싱이 설치되는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 천공용 케이싱 내부로 치즐을 삽입하고 치즐 인양 및 낙하를 반복하여 천공 위치를 평탄화한 후, 상기 천공용 케이싱을 정위치에 안착시키는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 제1단계 및 상기 제2단계에서, 상기 잭업바지와 상기 가이드프레임의 위치를 설정, 세팅, 조절하기 위해 GNSS가 설치되고, 기 조사된 수심 및 지반조사와 실시간 측량정보를 이용하여 잭업바지와 가이드 프레임을 정위치에 세팅하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 제4단계에서, 천공 위치 정확도 향상을 위해 천공용 케이싱 해저면 안착시 3D스캐너를 이용하고, 상기 3D스캐너를 통해 실시간으로 수집되는 케이싱 위치정보를 기반으로 정위치 안착여부를 확인하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 제4단계에서, 상기 천공용 케이싱의 해저면 안착상태를 확인하기 위해 천공용 케이싱 내부로 수중카메라를 투입하여 지반 상태를 확인하여 천공용 케이싱 안착여부를 확인하는 것을 특징으로 할 수 있다.

그리고 상기 가이드 프레임은, 상기 잭업바지의 일측면에 길이방향으로 복수가 설치되며, 이동수단을 통해 상기 잭업바지의 일측면의 길이방향인 X방향을 따라 위치 이동이 가능하도록 설치되는 메인프레임; 및 상기 천공용 케이싱을 클램핑하기 위한 클램핑수단이 설치되며, 상기 메인프레임 상에 설치되며 상기 메인프레임 상에서 Y방향으로 위치조정이 가능한 클램핑 프레임;을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 가이드 프레임을 갖는 잭업바지 플랫폼 및 선천공방법에 따르면, 프리파일링 해상구조물 자켓의 정확한 관입을 위한 해저면에 사전에 정확한 위치에 사전 천공이 가능한 효과를 갖는다.

그리고 본 발명의 실시예에 따른 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법 및 선 천공장비에 따르면, 잭업바지와 가이드프레임 위치 조절을 위해 GNSS(RTK(real time kinematic))를 설치하고, 기 조사된 수심 및 지반 조사(멀티빔 측량)과 실시간 측량정보를 활용하여 잭업바지와 가이드프레임을 정위치 1.0m이내로 세팅이 가능한 효과를 갖는다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법 및 선 천공장비에 따르면, 천공위치 정확도 향상을 위해 천공용 케이싱 해저면 안착시 3D스캐너를 활용하며, 스캐너를 통해 실시간으로 수집되는 케이싱의 위치정보를 활용하여 정위치 안착여부를 확인할 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 실시예에 따른 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법 및 선 천공장비에 따르면, 해저면 안착 상태 확인을 위해 케이싱 내부로 수중 카메라를 투입하여, 지반상태를 확인하여 케이싱 안착여부 및 안정성을 확인할 수 있는 효과를 갖는다.

본 발명의 실시예에 따른 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법 및 선 천공장비에 따르면, 잭업바지와 가이드프레임 위치 측량시 설계값 대비 허용오차 이내인지를 확인하고, 레벨 측량을 통해 가이드프레임 및 케이싱 상단의 정확한 높이를 확인하며, 천공용 케이싱 해저면 안착 전 수중 측량을 통해 기준점 대비 허용오차 이내인지를 확인하고, 케이싱 상, 하부 측량을 실시하여 천공용 케이싱 해저면 안착 후 수직도를 확인할 수 있는 효과를 갖는다.

한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석 되어서는 아니 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법의 흐름도,
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잭업바지 세팅단계에서의 측면도,
도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 가이드프레임 세팅단계에서의 측면도,
도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 가이드프레임을 갖는 잭업바지의 평면도,
도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 가이드프레임의 평면도,
도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 가이드 프레임의 측단면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 천공용 케이싱 삽입, 고정단계의 측면도,
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 치즐을 이용한 평탄화 단계의 측면도,
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 치즐 사진,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 바이브로 햄머를 이용한 케이싱 해저면 안착단계의 측면도,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 굴착장비를 이용한 천공 단계의 측면도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 2차 천공지점으로 이동하는 단계의 측면도,
도 9는 2차 천공 후, 케이싱을 제거하고, 다음 천공 영역으로 이동하는 단계의 측면도,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지반조사 데이터와, 실시간 측면정보의 예시,
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 3D스캐너를 통해 케이싱 안착위치를 스캐닝하는 측면도와, 스캐닝 데이터,
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 케이싱 내부로 수중카메라를 투입하는 단계의 측면도와, 수중카메라 영상데이터를 도시한 것이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 통상의 기술자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.

본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법, 잭업바지 플랫폼 및 천공 장비의 구성 및 기능에 대해 설명하도록 한다.

먼저, 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법의 흐름도를 도시한 것이다. 그리고 도 2 내지 도 9는 각 단계별 작업 측면도를 도시한 것이다.

해상구조물을 시공한 위치에 총 4공의 선천공 작업을 진행한다. 먼저, 1차 천공으로 1,2공을 천공하고, 2차 천공으로 3,4공을 천공한 후, 다음 천공 위치로 이동되게 된다.

먼저 1차 천공(1, 2공)을 위해 잭업바지(10) 및 가이드 프레임(20)을 세팅하게 된다(S1). 그리고 천공위치를 세팅한다(S2).

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 잭업바지 세팅단계에서의 측면도를 도시한 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 먼저 잭업바지(10)의 위치를 세팅한다. 이때 예인선과(4) 앵커링 와이어를 활용하여 위치 세팅을 진행한다.

도 3a는 본 발명의 실시예에 따른 가이드프레임 세팅단계에서의 측면도를 도시한 것이다. 도 3b는 본 발명의 실시예에 따른 가이드프레임을 갖는 잭업바지의 평면도를 도시한 것이다. 그리고 도 3c는 본 발명의 실시예에 따른 가이드프레임의 평면도, 도 3d는 본 발명의 실시예에 따른 가이드 프레임의 측단면도를 도시한 것이다.

각 천공위치 인근에 잭업바지(10)를 세팅학 앵커링 한 후에, 가이드프레임(20) 2개를 설치하게 된다. 그리고 천공용 케이싱(30) 삽입위치에 가이드프레임(20)을 정위치 세팅하게 된다. 이때 RTK(real time kinematic) 측량을 수행하여 가이드프레임(20)을 위치조절할 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 지반조사 데이터와, 실시간 측면정보의 예시를 도시한 것이다. 잭업바지(10)와 가이드프레임(20) 위치설정, 조절, 세팅을 위해 GNSS(RTK(real time kinematic))를 설치하고, 기 조사된 수심 및 지반 조사(멀티빔 측량)과 실시간 측량정보를 활용하여 잭업바지(10)와 가이드프레임(20)을 정위치 1.0m이내로 세팅할 수 있다.

도 3c 및 도 3d에 도시된 바와 같이, 가이드프레임(20)은 잭업바지(10)의 일측면에 서로 이격되어 2개가 설치되어 지게 되며, 메인프레임(22)과 클램프프레임(24)이 결합된 형태를 갖는다. 메인프레임(22)은 이동수단(21)을 통해 잭업바지 일측면의 길이방향인 X방향으로 이동, 위치조정이 가능하도록 구성된다. 그리고 클램프프레임(24)는 메인프레인(22) 상에서 위치조정수단(23)을 통해 Y방향으로 위치조정이 가능하도록 구성된다. 또한 이러한 클램프프레임(24)에는 클램핑수단(25)이 설치되어 천공용 케이싱(30)을 고정, 클램핑 가능하도록 구성된다.

다음으로, 천공용 케이싱을 인양 및 가이드 프레임에 관통, 거치한다(S3). 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 천공용 케이싱 삽입, 고정단계의 측면도를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 천공용 케이싱(30)을 가이드 프레임(20)에 삽입 및 가 고정하게 된다. 이대, 정위치 세팅을 위해 수중측량이 수행될 수 있다.

그리고 치즐(31)을 활용하여 해저면을 평탄화한다(S4). 도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 치즐을 이용한 평탄화 단계의 측면도, 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 치즐 사진을 도시한 것이다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 천공용케이싱(30) 내부로 치즐(31)을 삽입하고, 치즐(31)을 인양 및 낙하를 반복하여 천공 위치를 평탄화한다.

그리고 케이싱(30)을 정위치에 안착시키고(S5), 바이브로햄머(40)를 통해 항타한다(S6). 이때, 수중측량을 통해 천공용 케이싱(30)이 정위치에 안착될 수 있도록 한다.

그리고 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 바이브로 햄머를 이용한 케이싱 해저면 안착단계의 측면도를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 바이브로햄머(40)를 통해 케이싱(30)을 항타하며, 해성퇴적층(모래 및 자갈) 및 풍화암 구간(0.5 ~ 1.0m) 케이싱(30)을 관입하고 안정화한다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 실시예에 따른 3D스캐너를 통해 케이싱 안착위치를 스캐닝하는 측면도와, 스캐닝 데이터를 도시한 것이다. 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 천공위치 정확도 향상을 위해 천공용 케이싱(30) 해저면(1) 안착시 3D스캐너(3)를 활용하며, 스캐너(3)를 통해 실시간으로 수집되는 케이싱(30)의 위치정보를 활용하여 정위치 안착여부를 확인한다.

도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 케이싱 내부로 수중카메라를 투입하는 단계의 측면도와, 수중카메라 영상데이터를 도시한 것이다. 도 12a 및 도 12b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 가이드 프레임(20)을 이용한 해상풍력 선 천공방법에 따르면, 해저면(1) 안착 상태 확인을 위해 케이싱 내부로 수중 카메라(4)를 투입하여, 지반상태를 확인하여 케이싱(30) 안착여부 및 안정성을 확인할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에 따른 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법 및 선 천공장비에 따르면, 잭업바지(10)와 가이드프레임(20) 위치 측량시 설계값 대비 허용오차 이내인지를 확인하고, 레벨 측량을 통해 가이드프레임(20) 및 케이싱(10) 상단의 정확한 높이를 확인하며, 천공용 케이싱(30) 해저면(1) 안착 전 수중 측량을 통해 기준점 대비 허용오차 이내인지를 확인하고, 케이싱(30) 상, 하부 측량을 실시하여 천공용 케이싱(30) 해저면(1) 안착 후 수직도를 확인할 수 있다.

다음으로 굴착장비(RCD 장비)(50)를 통해 천공을 진행한다(S7). 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 굴착장비를 이용한 천공 단계의 측면도를 도시한 것이다. 천공용 케이싱(30) 각각에 RCD 머신(50)을 설치하여 굴착을 진행하게 된다.

다음으로 1차 천공(1,2공)이 완료되면, 2차 천공지점(3,4공)으로 이동시킨다(S8). 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 2차 천공지점으로 이동하는 단계의 측면도를 도시한 것이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 1차 천공완료 후에 잭업바지 윈치(13)와 예인선(4)을 활용하여 2차 천공지점으로 이동(약 8 ~ 13m)하게 된다.

그리고 2차 천공은 앞서 언급한 1차 천공과 동일한 방식으로 진행되게 된다. 즉, 잭업바지(10)의 위치를 세팅하고(S9), 케이싱(30)을 인양 및 거치한 후(S10), 치즐(31)을 활용하여 해저면을 평탕화하고(S11), 케이싱(30)을 정위치에 안착시킨 후(S12), 바이브로 햄머(40)로 항타하고(S13), RCD 머신(50)을 통해 천공하게 된다(S14).

천공을 모두 완료(1,2,3,4공)한 후에는 폐기물을 처리하고(S15), 예인선(4)을 활용하여 다음 천공영역, 위치로 이동(약 0.5 ~ 2km)하게 된다(S16). 도 9는 2차 천공 후, 케이싱(30)을 제거하고, 다음 천공 영역으로 이동하는 단계의 측면도를 도시한 것이다.

또한, 상기와 같이 설명된 장치 및 방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.

1:해저면
2:예인선
3:3D스캐너
4:수중카메라
10:잭업바지
11:크레인
12:잭하우징
13:윈치
20:가이드프레임
21:이동수단
22:메인프레임
23:위치조정수단
24:클램프프레임
25:클램핑수단
30:천공용 케이싱
40:바이브로 햄머
50:굴착장비(RCD장비)

Claims

해상풍력구조물의 하부기초구조물 자켓을 시공하기 위한 해상 선천공방법으로서,
상기 자켓이 시공될 위치에 잭업바지를 위치시키고, 해상 1차 선천공 위치 부근에 크레인이 설치된 잭업바지를 세팅하는 제1단계;
상기 잭업바지 모서리 일측에 가이드프레임을 세팅하는 제2단계;
상기 크레인을 통해 천공용 케이싱을 상기 가이드프레임에 삽입, 관통시키고 상기 가이드 프레임 상에 고정시키는 제3단계;
상기 천공용 케이싱을 해저면에 안착시키는 제4단계;
상기 천공용 케이싱 내부로 굴착장비를 투입하여 천공하는 제5단계;
다음 2차 천공위치로 상기 잭업바지를 이동 세팅하는 제6단계; 및
상기 2차 천공위치에서 상기 제3단계 내지 제 5단계를 진행하는 제7단계; 및
상기 천공용 케이싱을 제거하고 다음 천공 위치로 잭업바지를 이동하는 제8단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법.
제 1항에 있어서,
상기 제3단계 후에 치즐을 통해 상기 천공용 케이싱이 관입될 위치의 해저면을 사전 평탄화하고,
상기 제4단계에서 바이브로 햄머를 통해 항타하여 상기 천공용 케이싱을 해저면에 안착시키는 것을 특징으로 하는 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법.
제 2항에 있어서,
상기 가이드 프레임은 복수로 설치되며, 각각의 가이드 프레임에 천공용 케이싱이 설치되는 것을 특징으로 하는 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법.
제 2항에 있어서,
상기 천공용 케이싱 내부로 치즐을 삽입하고 치즐 인양 및 낙하를 반복하여 천공 위치를 평탄화한 후, 상기 천공용 케이싱을 정위치에 안착시키는 것을 특징으로 하는 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법.
제 4항에 있어서,
상기 제1단계 및 상기 제2단계에서,
상기 잭업바지와 상기 가이드프레임의 위치를 조절하기 위해 GNSS가 설치되고, 기 조사된 수심 및 지반조사와 실시간 측량정보를 이용하여 잭업바지와 가이드 프레임을 정위치에 세팅하는 것을 특징으로 하는 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법.
제 5항에 있어서,
상기 제4단계에서,
천공 위치 정확도 향상을 위해 천공용 케이싱 해저면 안착시 3D스캐너를 이용하고, 상기 3D스캐너를 통해 실시간으로 수집되는 케이싱 위치정보를 기반으로 정위치 안착여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법.
제 5항에 있어서,
상기 제4단계에서,
상기 천공용 케이싱의 해저면 안착상태를 확인하기 위해 천공용 케이싱 내부로 수중카메라를 투입하여 지반 상태를 확인하여 천공용 케이싱 안착여부를 확인하는 것을 특징으로 하는 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법.
제 1항에 있어서,
상기 가이드 프레임은,
상기 잭업바지의 일측면에 길이방향으로 복수가 설치되며,
이동수단을 통해 상기 잭업바지의 일측면의 길이방향인 X방향을 따라 위치 이동이 가능하도록 설치되는 메인프레임; 및
상기 천공용 케이싱을 클램핑하기 위한 클램핑수단이 설치되며, 상기 메인프레임 상에 설치되며 상기 메인프레임 상에서 Y방향으로 위치조정이 가능한 클램핑 프레임;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가이드 프레임을 이용한 해상풍력 선 천공방법.