KR20120014135A - 파일 설치 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중에 파일을 설치할 때의 어려움을 극복하는 방법과 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 방법은, 호수나 바다나 강의 바닥면의 설치 위치에 기초작업용 파일을 설치하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 설치할 파일을 선박에서부터 바닥면까지 하강시키는 단계; 파일의 하단부를 드릴로 사용해, 파일이 회전하면서 바닥면에 구멍을 뚫는 단계; 및 드릴작업이 끝난 뒤 구멍에서 파일을 원위치로 되돌리는 단계;를 포함한다.

Description

파일 설치 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR THE INSTALLATION OF COLUMNS/PILES}

본 발명은 파일, 더 구체적으로는 잠수식 파일의 설치 방법과 장치에 관한 것으로, 특히 수면 위나 밑으로 시설을 설치하기 위한 지지대 역할을 하는 파일의 설치에 관한 것이다. 이런 시설로는 잠수식 수력터빈이나 풍력터빈이 있다.

탄화수소의 연소 이외의 동력발생 방법과 장치, 그중에서도 바다나 강이나 바람으로부터 동력을 얻는 방법이 널리 알려져있는데, 이런 기술은 바다나 강의 바닥면에 파일을 똑바로 설치하고, 그 위에 터빈을 설치한다. 잠수식 수력터빈이나 풍력터빈은 물이나 바람의 힘에 견디기 위해 파일을 아주 단단히 고정해야만 한다. 특히, 수중에 파일을 설치하는 것은 아주 어려운 작업이다.

이런 수중식 파일은 다리의 지지기둥과 같은 다른 분야에도 적용될 수 있다.

본 발명은 수중에 파일을 설치할 때의 어려움을 극복하는 방법과 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 이와 같은 목적 달성을 위해, 호수나 바다나 강의 바닥면의 설치 위치에 기초작업용 파일을 설치하는 방법을 제공하는데, 이 방법은 설치할 파일을 선박에서부터 바닥면까지 하강시키는 단계; 파일의 하단부를 드릴로 사용해, 파일이 회전하면서 바닥면에 구멍을 뚫는 단계; 및 드릴작업이 끝난 뒤 구멍에서 파일을 원위치로 되돌리는 단계;를 포함한다.

본 발명의 이런 방법은, 선박으로부터 유연한 연결선을 통해 압축공기를 공급하여 드릴절삭 찌꺼기가 상기 파일의 하단부에서 구멍 밖으로 배출되도록 드릴작업 동안 유체를 역순환시키는 단계나, 선박으로부터 유연한 연결선을 통해 공급된 유체를 이용해 드릴절삭 찌꺼기가 상기 구멍 밖으로 배출되도록 드릴작업 동안 유체를 선순환시키는 단계를 더 포함할 수 있다.

또, 본 발명의 방법은, 바닥면에 파일을 설치하는데 잠수식 드릴링머신을 사용하는 단계; 유연한 연결선을 이용해 선박으로부터 원격조정하여 바닥면에 놓인 드릴링머신에 동력을 전달하거나 동작을 제어하는 단계; 및 드릴작업이 끝난 뒤 바닥면에 설치된 파일로부터 선박으로 드릴링머신을 복귀시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

본 발명은 또한, 호수나 바다나 강의 바닥면(3)에 기초작업용 파일을 설치하는 장치도 제공한다. 이 장치는 동력공급이나 제어를 위한 유연한 연결선을 통한 선박으로부터의 원격조정에 의해 바닥면에 놓이고, 드릴유닛이 설치되어 있는 잠수식 드릴링머신; 및 드릴작업이 끝난 뒤, 바닥면에 박힌 파일로부터 드릴링머신을 선박으로 복귀시키기 위한 수단을 포함한다.

이런 드릴링머신에 신축형이나 관절형 부재가 달려있어서, 바닥면에 대해 수평을 유지하도록 드릴링머신의 작업위치를 조정할 수 있어서, 바닥면에 수직 구멍을 뚫을 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또, 드릴링머신이 위치조정 액튜에이터를 구비할 수도 있는데, 이 경우의 액튜에이터로는 유압실린더, 공압실린더 또는 주머니가 바람직하다.

또, 이런 파일은 원통형으로서 하단부에 암석이나 토양용의 커터가 달려있어서 파일이 회전하면 드릴로 작용하고, 드릴링머신에 파일을 회전시켜 드릴작업을 하기 위한 수단이 설치될 수 있다.

또, 드릴링머신을 움직이지 않고 파일만을 움직여 드릴작업 위치를 차례대로 실시할 수 있도록 하는 수단이 드릴링머신에 설치되는 것이 바람직하다.

또, 드릴링머신을 움직이지 않고도 여러개의 파일을 설치할 수 있도록 드릴링머신의 다른 위치에 선박으로부터 다른 파일들이 적재될 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

또, 다수의 파일을 원하는 패턴대로 설치할 수 있도록 하는 드릴유닛 여러대가 드릴링머신에 제공될 수도 있다.

또, 드릴링머신의 부근의 물의 흐름을 이용해 드릴링머신을 바닥면에 고정시키는데 있어서 중력을 보조하는 힘을 일으키는 수단이 드릴링머신에 달려있을 수도 있다. 이런 수단으로는 수중익이 바람직하다.

도 1a 내지1h는 호수나 바다나 강의 바닥면에 파일을 설치하는 장치를 배치하는 일련의 단계들의 개략도;
도 2a, 2b는 파일 설치장치의 다른 예의 개략도;
도 3은 파일설치장치의 또다른 예의 개략도.

도 1은 컬럼이나 파일(4)을 똑바로 설치할 바다나 강의 바닥면(3)의 파일설치위치(2) 부근에 수면에 떠있는 선박(1)을 보여준다.

도시된 바와 같이 선박(1)은 바닥면(3)에 설치할 파일(4)을 운반하는데, 도면에는 선박(1)의 선미(5)에 파일이 위치한다.

선박의 선수(7)에 설치된 크레인(6)은 드릴링머신(8)을 지지하고, 필요한 파일설치위치(2)의 바닥면(3)에 결합되도록 설계된 발(11)을 갖는 다수의 신축형 다리(10)가 드릴링머신의 플랫폼(9)에 설치되어있다. 드릴링머신(8)은 케이블(12)과 관련 윈치(13)를 통해 물 밑으로 배치될 준비가 되어있다.

바닥면(3)에 설치할 파일(4)은 드릴링머신(8)의 드릴링 위치에 수직으로 직립해있다. 즉, 파일(4)은 드릴링머신(8)에 미리 설치된다.

드릴링머신(8)은 지지된 파일(4)을 회전시켜 설치하는 장비를 갖추고 있다. 드릴링머신의 조작을 위해 드릴링머신(8)과 선박(1)에 설치된 제어장비(도시 안됨) 사이를 유연한 연결선(15,16)으로 연결한다.

선박(1)은 접안케이블이나 포지셔닝 시스템과 같은 장치(도시 안됨)를 이용해 드릴작업 내내 필요한 작업위치를 유지한다.

필요한 파일설치위치(2)까지 선박(1)이 이동하는 동안, 드릴링머신(8)은 윈치(13)에 의해 선박 갑판에 선적되어 있고, 일단 파일설치위치(2)에 도착하면 드릴링머신(8)이 윈치(13)에 의해 세팅위치로 움직이고, 이 위치에서 윈치(13)에 의해 바닥면(3)까지 하강한다(도 1B 참조).

드릴작업을 할 때 바닥면이 고르지 않고 드릴링머신(8)도 수평이 아니며, 드릴링머신(8)의 전중량이 바닥면(3)에 지지되고 있음을 알아야 한다. 이 상태에서, 윈치케이블(12)은 연결선(15,16)과 마찬가지로 느슨한 상태에 있다. 이 상태에서는 바람, 조류, 파도의 영향으로 선박(1)이 움직이거나 위아래로 요동할 수 있다. 이렇게 드릴링머신(8)을 배치하는 동안, 선박은 드릴링머신(8)이 가능한한 정확하게 파일설치위치(2)로 하강하도록 위치해야 한다. 이런 위치설정의 정확도는 사실상 파일(4)을 설치하는 분야에서는 아주 중요한 문제이다.

드릴링머신(8)이 바닥면(3)에 놓이면, 플랫폼(9)의 수평을 맞추고 바닥면에 박아넣을 파일(4)이 필요한 위치 바로 위에 오도록 드릴링머신의 레벨링을 조정해야 한다. 이런 레벨링은 플랫폼(9)아래로 튀어나온 신축 다리(10)의 길이를 조절하면 된다.

도 1c에서 보듯이, 다리(10)의 높이를 조정해 플랫폼(9)을 수평으로 맞추면서 파일설치위치(2)와 플랫폼(9)이 적절히 위치하도록 측면방향도 조정한다. 드릴링머신(8)의 이와 같은 위치조정은 연결선(15,16)을 통해 선박(1)에서 제어하는 유압이나 전기 액튜에이터(도시 안됨)에 의해 이루어진다.

실제로, 조류나 파도에 의해 드릴링머신에 작용하는 측면 힘은 마찰력때문에 다리(10)를 통해 바닥면에 전달된다.

도시된 실시예에서는 파일(4)을 박을 구멍(17)이 파일의 하단부(18)를 이용한 드릴작업으로 생긴다. 이를 위해, 드릴로 사용되는 파일(4)의 하단부(18)에 예상되는 바닥면의 상황에 맞는 커터(19), 즉 암석용이나 토양용의 커터를 부착한다. 드릴작업에 필요한 회전토크는 드릴유닛(20)에 의해 파일에 가해진다. 드릴작업중에 파일을 내리는데 필요한 힘은 파일의 중량에 의해 생긴다. 그러나, 이런 중량에 의한 하강 힘이 불충분할 수도 있다. 이때는 유압실린더(21)를 사용해 필요한 힘을 추가로 가할 수 있다.

안내관(22)은 파일(4)을 드릴작업중에 수직으로 유지하면서 안내하는 역할을 한다. 실제로, 드릴작업을 위한 동력과 실제 드릴작업의 제어를 위한 동력은 연결선(15,16)을 통해 선박으로부터 온다. 또, 드릴링 파편이나 찌꺼기의 제거를 위한 압축공기 공급과 같은 다른 서비스도 연결선(15,16)을 통해 이루어진다.

도 1d는 파일(4)을 바닥면(4) 밑으로 필요한 깊이까지 박아넣은 상태를 개략적으로 보여준다. 이 단계에서, 드릴작업에 의해 파일(4)의 삽입된 부분 둘레에 생긴 구멍(17A)에는 파일을 제위치로 단단히 유지하기 위해 그라우트로 채운다. 그라우트는 선박(1)에서 혼합되었다가 공기펌핑에 사용되는 연결선(15)을 통해 구멍(17A)에 공급될 수 있다. 구멍(17)이 충전되면, 연결선(15,16)은 분리해 선박으로 회수해도 된다.

바닥면(3)에 파일(4)을 하나 이상 여러개 서로 가깝게 박아야할 경우, 드릴유닛(20), 특히 안내관(22)과 유압실린더(21)를 다음 파일을 박을 위치로 움직일 수 있다.

이런 이동은 여러가지 방법으로 이루어지는데, 예를 들면 도 1e의 새로운 위치로 드릴유닛(20)을 움직이는데 요드라이브(yaw drive)를사용할 수 있다. 새로운 파일(4)을 선박(1)으로부터 안내관(22) 안으로 내려넣는다. 설치할 파일(4)과 바닥면에 드릴링머신(8)을 설치하는 것과는 별개임을 알아야 한다. 즉, 드릴링머신은 파일 없이 도 1e의 위치로 설치되어 드릴링머신이 움직여 안내관(22)이 다음 파일(4)을 박을 위치(2) 위에 오면, 다음 파일이 선박(1)에서 안내관(22) 안으로 공급되는 것이다.

도 1e의 위치는 도 1c와 1d의 위치보다 우측에 위치한다. 즉, 안내관(22)과 관련 드릴유닛(20)을 구동장치(23)에 의해 플랫폼(9)에서 우측으로 이동시키는데, 플랫폼(9)의 여러 작업위치들 중의 한군데로 이동시킨다.

도 1f는 첫번째 파일(4)을 박고난 뒤 안내관(22)이 다음 위치로 이동하고 2번째 파일(4)이 도 1c와 1d에서 설명한 방식대로 설치되고나서, 드릴작업으로 바닥면에 생긴 새로운 구멍(17)에 그라우트를 채워넣은 상태를 보여준다.

이상의 과정은 바닥면(3)에 설치할 파일(4)에 대해 매번 반복된다.

파일설치과 끝나면, 드릴링머신(8)이 윈치에 의해 선박으로 철수된다. 이 과정이 도 1g에 도시되었다. 도면에는 일련의 파일들(4)이 바닥면에 똑바로 서있는 것이 보인다. 도 1h는 전술한 바와 같이 미리 설치된 파일들에 터빈-로터 설비(25)를 설치하는 과정을 개략적으로 보여준다.

도 2a~b는 전술한 플랫폼을 밸러스트 탱크(25)로 대체한 드릴링머신의 제2 실시예를 보여주는데, 밸러스트 탱크(26)는 공기로 채워지면 물에 뜰 수 있어서 드릴링머신을 필요한 위치까지 선박(1)으로 끌고다닐 수 있다.

이 실시예에서, 파일(4) 설치위치에 드릴링머신(8)이 위치하면, 밸러스트 탱크(26)의 일부분을 물로 채워 부력을 없애서, 밸러스트 탱크와 관련 드릴링머신이 바닥면(3)까지 가라앉게하는데, 이때 윈치(13)를 사용한다. 드릴링머신이 바닥면(3)에 도착하면, 플랫폼(9)을 수평작업하고 안내관을 수직작업한 것처럼 밸러스트탱크(26)를 완전히 물로채워 드릴링머신(8)의 잠수 중량을 최대화함으로써, 바닥면(3)과의 마찰도 최대화한다. 파일(4)을 필요한 갯수만큼 바닥면(3)에 박은 뒤 밸러스트 탱크(26)에서 물을 빼내면, 드릴링머신(8)을 쉽게 선박(1)까지 들어올릴 수 있다.

도 3은 드릴링머신을 바닥면(3)에 안정화시키는데 필요한 중량을 줄이도록 한 다른 실시예를 보여준다. 이 드릴링머신에는 조류나 물흐름에 의해 하강력이 생기도록 하는 가변 수중익(28)이 달려있어서, 수중익(28)에 물이 흐르면 항력이 작용하여 발(11)과 바닥면(3) 사이의 마찰력을 증가시킨다.

Claims (14)

1. 호수나 바다나 강의 바닥면(3)의 설치 위치에 기초작업용 파일을 설치하는 방법에 있어서:
   설치할 파일(4)을 선박(1)에서부터 바닥면까지 하강시키는 단계;
   파일(4)의 하단부(18)를 드릴로 사용해, 파일이 회전하면서 바닥면에 구멍(17)을 뚫는 단계; 및
   드릴작업이 끝난 뒤 구멍에서 파일을 원위치로 되돌리는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일설치방법.
2. 제1항에 있어서, 선박(1)으로부터 유연한 연결선(15,16)을 통해 압축공기를 공급하여 드릴절삭 찌꺼기가 상기 파일(4)의 하단부에서 구멍 밖으로 배출되도록 드릴작업 동안 유체를 역순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파일설치방법.
3. 제1항에 있어서, 선박(1)으로부터 유연한 연결선(15,16)을 통해 공급된 유체를 이용해 드릴절삭 찌꺼기가 상기 구멍 밖으로 배출되도록 드릴작업 동안 유체를 선순환시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파일설치방법.
4. 제1항 내지 제3항 중의 하나에 있어서, 바닥면(3)에 파일(4)을 설치하는데 잠수식 드릴링머신(8)을 사용하는 단계; 유연한 연결선(15,16)을 이용해 선박으로부터 원격조정하여 바닥면에 놓인 드릴링머신에 동력을 전달하거나 동작을 제어하는 단계; 및 드릴작업이 끝난 뒤 바닥면(3)에 설치된 파일로부터 선박(1)으로 드릴링머신을 복귀시키는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 파일설치방법.
5. 호수나 바다나 강의 바닥면(3)에 기초작업용 파일을 설치하는 장치에 있어서:
   동력공급이나 제어를 위한 유연한 연결선(15,16)을 통한 선박(1)으로부터의 원격조정에 의해 상기 바닥면(3)에 놓이고, 드릴유닛(20)이 설치되어 있는 잠수식 드릴링머신(8); 및
   드릴작업이 끝난 뒤, 바닥면에 박힌 파일로부터 드릴링머신(8)을 선박으로 복귀시키기 위한 수단(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 파일설치장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 드릴링머신(8)에 신축형이나 관절형 부재(10,11)가 달려있어서, 바닥면(3)에 대해 수평을 유지하도록 드릴링머신의 작업위치를 조정할 수 있어서, 바닥면에 수직 구멍을 뚫을 수 있는 것을 특징으로 하는 파일설치장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 드릴링머신이 위치조정 액튜에이터를 구비하는 것을 특징으로 하는 파일설치장치.
8. 제8항에 있어서, 상기 액튜에이터가 유압실린더, 공압실린더 또는 주머니를 포함하는 것을 특징으로 하는 파일설치장치.
9. 제5항 내지 제8항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 파일(4)이 원통형으로서 하단부에 암석이나 토양용의 커터(19)가 달려있어서 파일이 회전하면 드릴로 작용하고, 상기 드릴링머신(8)에 파일(4)을 회전시켜 드릴작업을 하기 위한 수단(20)이 설치된 것을 특징으로 하는 파일설치장치.
10. 제5항 내지 제9항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 드릴링머신(8)을 움직이지 않고 파일만 움직여 여러 드릴작업 위치에서 드릴작업을 실시할 수 있도록 하는 수단이 드릴링머신(8)에 설치되는 것을 특징으로 하는 파일설치장치.
11. 제5항 내지 제10항 중의 어느 하나에 있어서, 상기 드릴링머신(8)을 움직이지 않고도 여러개의 파일을 설치할 수 있도록 드릴링머신의 다른 위치에 선박(1)으로부터 다른 파일들이 적재될 수 있는 것을 특징으로 하는 파일설치장치.
12. 제5항 내지 제11항 중의 어느 하나에 있어서, 다수의 파일(4)을 원하는 패턴대로 설치할 수 있도록 하는 드릴유닛(20) 여러대가 드릴링머신(8)에 제공되는 것을 특징으로 하는 파일설치장치.
13. 제5항 내지 제12항 중의 어느 하나에 있어서, 드릴링머신(8)의 부근의 물의 흐름을 이용해 드릴링머신을 바닥면에 고정시키는데 있어서 중력을 보조하는 힘을 일으키는 수단이 드릴링머신에 달려있는 것을 특징으로 하는 파일설치장치.
14. 제13항에 있어서, 상기 수단이 수중익(28)인 것을 특징으로 하는 파일설치장치.
    

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