KR20170045219A - 수중 지반에 기초 요소를 설치하기 위한 방법 및 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수중 지반(3)에 기초 요소, 특히 5 미터 이상의 직경을 갖는 (모노)파일(2)을 설치하기 위한 방법으로서, 수상 선박(4)으로부터 적어도 리더(8)의 팁이 수중에 잠긴 상태로 리더(8)를 하강시키는 단계; 및 상기 리더(8)를 따라 기초 요소(2) 및/또는 소음 저감 스크린(5)을 하강시키는 단계를 포함하는 방법에 관한 것이다.

Description

수중 지반에 기초 요소를 설치하기 위한 방법 및 시스템{METHOD OF AND SYSTEM FOR INSTALLING FOUNDATION ELEMENTS IN AN UNDERWATER GROUND FORMATION}

본 발명은 수중 지반에 기초 요소, 특히 5 미터 이상의 직경을 갖는 (모노)파일을 설치하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 수중 지반에 기초 요소, 특히 5 미터 이상의 직경을 갖는 (모노)파일을 설치하기 위한 시스템으로서, 선박, 기초 요소 및/또는 소음 저감 스크린을 포함하는 시스템에 관한 것이다.

유럽 특허 공보 EP 1 989 358에 설명된 바와 같이, 해양 래밍 작업(offshore ramming work)이 예를 들어 굴착 플랫폼 및 풍력 터빈을 위한 기초를 구축하기 위해 수중에서 수행된다. 풍력 터빈의 경우, 4 미터가 넘는 직경을 가진 대형 모노파일이 해저에 래밍된다. 이러한 래밍은 해양 동물군에 부정적인 영향을 미칠 수 있은 상당한 수중 소음 유입을 초래한다. 수중에서의 소음 유입을 감소시키기 위해, EP 1 989 358에 따른 방법 및 장치에서는, 래밍될 재료가 고정식 플러디드 슬리브(fixed flooded sleeve)에 의해 둘러싸여진다.

비교적 깊은 수중 및/또는 비교적 강한 조류 및/또는 비교적 높은 파도에서는, 그러한 대형 기초 요소 및/또는 소음 저감 스크린을 정확하게 위치시키는 것이 어렵다.

그러한 요소 및 스크린의 위치시키는 것을 용이하게 하는 것이 본 발명의 목적이다.

이를 위해, 본 발명에 따른 방법은 예를 들어 잭업 바지(jack-up barge) 또는 부유식 선박과 같은 수상 선박으로부터 적어도 리더(leader)의 팁 즉 하단부 또는 말단부가 수중에 잠긴 상태로 리더를 하강시키는 단계; 및 상기 리더를 따라, 바람직하게는 상기 팁까지 또는 상기 팁을 지나 기초 요소 및/또는 소음 저감 스크린을 하강시키는 단계를 포함한다.

일 실시예에 있어서, 상기 리더는 수면 아래로 적어도 5 미터, 바람직하게는 적어도 10 미터 하강된다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 리더는 복수의 섹션을 포함하고, 제1 섹션은 수중으로 하강되고, 제2 섹션은 제1 섹션의 상부에 위치되어 고정된다. 세밀하게는, 제2 또는 추가적인 섹션을 배치한 후, 리더는 수중으로 더 하강된다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 리더는 수중 지반 상까지 또는 수중 지반 내부까지 하강된다. 세밀하게는, 상기 리더는 바람직하게는 상기 리더 및/또는 상기 리더에 부착된 스퍼드(spud)와 같은 하나 이상의 요소의 관통을 통해 수중 지반에 대해 일시적으로 고정된다. 세밀하게는, 먼저 상기 리더 및/또는 상기 리더에 부착된 하나 이상의 요소가 상기 리더와 상기 기초 요소 및/또는 상기 리더에 장착된 상기 소음 저감 스크린의 중량하에 수중 지반을 관통하는 것이 가능하게 되고, 후속적으로 기초 요소 및/또는 소음 저감 스크린이 상기 리더를 따라 하강된다.

본 발명에 따른 방법은 소위 스플래시 존(splash zone), 즉 수면 바로 위아래 영역을 통해, 기술되는 실시예들에서 상기 스플래시 존을 넘어 지반 상까지의 기초 요소 및/또는 소음 저감 스크린의 보다 제어된 하강 및/또는 보다 정확한 위치결정을 제공한다.

기초 요소 및/또는 소음 저감 스크린의 정확한 위치결정을 더 개선하기 위해, 일 실시예에 있어서, 예컨대 기초 요소 및/또는 소음 저감 스크린을 지반 상으로 하강시키기 전 또는 도중에, 선박에 대한 상기 리더의 위치, 경사 및/또는 회전이 조정된다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 기초 요소 및/또는 상기 리더에 장착된 상기 소음 저감 스크린의 위치, 경사 및/또는 회전이 예컨대 상기 리더 및/또는 선박에 대해 조정된다.

일 실시예에 있어서, 상기 소음 저감 스크린이 상기 리더를 따라 하강되고, 후속적으로 상기 기초 요소가 상기 소음 저감 스크린 내부로 하강다.

본 발명은 또한 수중 지반에 기초 요소, 특히 5 미터 이상의 직경을 갖는 (모노)파일을 설치하기 위한 시스템에 있어서, 수상 선박; 기초 요소 및/또는 소음 저감 스크린; 및 상기 선박 상에 장착되는 리더로서, 상기 선박으로부터 적어도 당해 리더의 팁이 수중에 잠긴 상태로 하강되고, 그 하강된 위치에서 상기 기초 요소 및/또는 소음 저감 스크린을 당해 리더를 따라 그리고 바람직하게는 상기 팁까지 또는 상기 팁을 지나 하강시키도록 구성된 리더를 포함하는 시스템에 관한 것이다.

일 실시예에 있어서, 상기 리더는 수중 지반에 대해 당해 리더를 고정시키기 위한 스퍼드와 같은 하나 이상의 요소를 포함한다.

또 다른 실시예에 있어서, 상기 리더는 상기 선박에 의해 지지되는 가이드에, 바람직하게는 상기 선박에 대한 당해 리더의 위치, 경사 및/또는 회전을 조정할 수 있게 해주는 가이드에 슬라이딩 가능하게 장착된다.

보다 깊은 수중에서 기초 요소 및/또는 소음 저감 스크린을 하강시키는 것을 용이하게 하기 위해, 일 실시예에 있어서, 상기 리더는 복수의 적층된 또는 적층 가능한 섹션을 포함한다.

파도 및/또는 조류의 영향을 감소시키기 위해, 일 실시예에 있어서, 상기 리더는 개방형 구조체를 포함하고, 바람직하게는 예컨대 교차형 또는 경사형 로드와 같은 부가적인 요소)에 의해 규칙적인 간격으로 상호연결된 적어도 3개의 평행한 길이형 요소를 포함한다. 이러한 구조는 비교적 개방적이고 강성이며 경량인 구조체를 제공한다. 또 다른 실시예에 있어서, 상기 리더는 포스트(post) 또는 파일(pile)을 포함하거나 기본적으로 포스트 또는 파일로 구성된다.

완전성을 위해, 다음의 종래기술이 참조된다.

EP 2 500 473은 하강이 해저(3) 또는 정해진 위치까지 발생하도록, 관형 중공 구조 형태인 구성요소(1)를 수평방향으로 배향된 길이방향 축을 갖는 부유 위치로부터 하강시키는 것을 포함하는 방법에 관한 것이다. 상기 구성요소는 조작 장치(8)에 의해 수직방향 위치에 유지된다.

EP 1 640 508은 해저에 포스트를 래밍할 때 포스트(5)를 둘러싸고 가이드하기 위해 선박 잭업 리그(ship jack-up rig)에 체결되는 프레임(1)을 갖는 장치에 관한 것이다. 상기 프레임 아래에서 상부 대기 위치로부터 해저의 작업 위치로 하강될 수 있는 취입 장치(blowing device)의 노즐 어셈블리(7)가 프레임에 부착된다.

이제, 본 발명은 본 발명의 방법 및 시스템의 바람직한 실시예를 도시하는 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 모노파일을 설치하기 위한 잭업 바지 및 설치의 제1 단계를 도시한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예의 일부인 소음 저감 스크린의 세부를 도시한다.
도 3 내지 6은 설치의 4개의 단계들을 도시한다.

도면들은 본질적으로 개략적이며, 본 발명을 이해하는데 필요하지 않은 세부 사항은 생략될 수 있다.

도 1은 수중 지반(3), 예컨대 해저에 모노파일(2)을 설치하기 위한, 본 발명에 따른 진수 및 회수 시스템(launch and recovery system)(1)의 하나의 실시예를 도시한다. 이 시스템(1)은 이 예에서 복수의 모노파일(2), 소음 저감 스크린(noise mitigation screen)(NMS)(5), 예컨대 IHC Hydrohammer S-1800와 같은 유압 항타기(6), 항타기를 작동시키기 위한 파워 팩(7), 리더(leader)(8), 리더(8)용 스키딩 가이드 시스템(skidding guide system)(9), 및 기초 요소와 기타 물품들을 리프팅하고 조작하는 크레인(10)을 포함하는 기초 요소 및 장비를 운반하는 잭업 바지(jack-up barge)(4)를 포함한다.

항타기(6)는 모노파일 상에 항타기를 견고하게 장착하기 위한 항타기 슬리브(11) 및 항타기로부터의 충격 에너지를 모노파일에 전달하기 위한 앤빌(anvil)(항타기 슬리브에 의해 숨겨짐)을 구비하고 있다. 이 예에서, 모노파일(2)은 원형 단면과 5 미터의 직경을 가지며, 설치 후에 풍력 터빈의 기초로서 작용하게 된다. 도면에 도시된 모노파일의 상부 섹션은 약간 원추형이다.

NMS(5)는 파일 항타 중에 항타기로부터 주변 수중으로 입력되는 소음을 감소시키기 위해 파일 둘레에 위치된다. 이 예에서, NMS는 스틸로 제작되어, 이중 벽으로 되어 있으며, 원형 단면과 6 미터의 내경을 가진다. 또한, NMS, 예를 들어 NMS의 내벽 및/또는 상부 림은 복수의 가이드 요소를 구비한다. 이 예에서는, 적어도 도 2에 상세하게 도시된 스크린의 상부 림 또는 그 부근에, 가이드 휠(15)이 피벗 암(16)의 원 내에 배열되고, 고무와 같은 소음 감쇠 재료로 제작되어 있다. 가이드 요소들은 스크린 내에 위치된 기초 요소와 결합하도록 안쪽으로 이동될 수 있다. 즉, 가이드 요소들은 유연성 다이어프램 센트럴라이저(flexible diaphragm centralizer)를 형성한다. 유사한 세트가 예를 들어 스크린의 하부 림 또는 그 부근에 제공될 수 있다. 이 예에서, NMS의 바닥부는 기계식 웨지(mechanical wedge)(스크린(5)에 의해 숨겨짐)를 구비한다.

NMS는 또한 예를 들어 그것의 내벽 및/또는 그것의 상부 림 상에, 파일의 방향, 예컨대 풍력 터빈의 케이블 엔트리(cable entry)의 위치를 조정하기 위한 회전 툴을 포함한다. 이 예에서, 회전 툴은 복수의 휠(17) 및 상기 휠들을 구동하기 위해 피벗 암(19)의 원 내에 배열되는 유압 모터(18)를 포함한다. 상기 휠들은 스크린 내에 위치된 기초 요소와 결합하도록 안쪽으로 이동될 수 있다.

리더(8)는 예를 들어 교차형 또는 경사형 로드(21)와 같은 부가적인 요소들에 의해 규칙적인 간격으로 상호연결된 4개의 평행한 길이형 요소(20)를 포함하는 개방형 구조체이다. 리더는 적어도 2개의 기계적으로 상호연결 가능한 섹션(8A 및 8B)을 포함한다. 리더의 팁은 리더가 해저에 일시적으로 고정될 수 있게 해주는 하나 이상의 스퍼드 파일(spud pile)(8C)을 구비한다.

스키딩 가이드 시스템은 바지(barge)의 길이 방향으로 연장된 한 세트의 레일(22)(도 3) 및 레일(22) 상에 놓인 스키드 슈(skid shoe)들에 의해 지지되는 한 쌍의 (스키드) 빔을 포함한 스키딩 캐리지(skidding carriage)(23)를 포함한다. 스키드 빔들은 예를 들어 횡방향 빔 또는 트러스를 통해 상호연결된다. 스키딩 캐리지는 또한 리더를 운반하고 가이드하기 위한 피벗 가능한 프레임(24)을 포함한다. 이를 위해, 프레임(24)은 예를 들어 리더를 슬라이딩 가능하게 유지시키기 위한 가이드(25) 또는 그리퍼(gripper)를 구비한다. 또한, 스키딩 캐리지는 공지된 바와 같이 레일을 따라 캐리지를 스키딩시키기 위한 유압식 푸시-풀 유닛(hydraulic push-pull unit)을 구비한다.

모노파일의 설치는 예컨대 다음과 같이 수행된다.

리더(8)의 제1 섹션(8A)이 스키딩 가이드 시스템에 위치되고, 소음 저감 스크린(NMS)(5)이 리더의 제2 섹션(8B)에 연결된다. 제1 섹션(8A)이 정확한 선외 위치(outboard position)로 스키딩된다. 이 위치에서, 제1 리더 단(first leader stage)에 연결된 스퍼드 파일(8C)이 하강되어 리더의 바닥부에 잠금된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 리더의 제1 섹션의 상부가 가이드와 대략 동일한 높이가 될 때까지, 제1 섹션이 스플래시 존(splash zone)을 통해 하강된다.

NMS(5)를 운반하는 리더의 제2 섹션(8B)이 제1 섹션(8A)의 상부에 위치되고, 2개의 리더 섹션(8A, 8B)이 유압식으로 연결되어 연속적인 견고한 리더를 제공한다. NMS를 포함한 조립된 리더가 해저(3)로 하강된다. 리더와 NMS의 총 중량으로 인해, 스퍼드 파일이 해저를 관통하여 파도와 조류에 의한 충격에 저항하기 위한 안정적인 고정을 제공한다. 고정 후에, NMS(5)가 리더의 제2 섹션(8B)에서 분리되고, 스플래시 존을 통과하여 대략 50-100 cm 해저 위까지 하강된다. 일단 NMS가 해저 위에 도달하면, 첫 번째 위치결정 및 경사결정 시퀀스가 시작된다. 즉, Y축 경사가 예컨대 유압 실린더에 의해 스키딩 캐리지(23) 상의 가이딩 프레임(24)을 피벗시킴으로써 보정된다. 양 X축 경사가 X축 경사결정 시스템(26)에 의해 보정된다. 일단 NMS가 정확한 경사(일반적으로 수직방향) 및 위치에 도달하면, 도 4에 도시된 바와 같이 해저로 하강된다.

모노파일(2)이 NMS(5), 즉 적절한 진입을 확보하는 NMS의 상부 림 내에 삽입되고, 휠(15)을 구비한 유연성 다이어프램 상부 센트럴라이저가 파일과 결합하여 파일을 가이드하도록 조여진다. NMS의 바닥부에서는, 기계식 웨지가 NMS 내에서의 파일의 구심성 위치를 확보한다. 따라서 NMS는 모노파일을 가이드하고 모노파일에 수직방향 배향을 부여할 것이다. 토양과 장비의 침하로 인해, 두 번째 경사 및 위치 조정이 필요할 수 있다. 상술한 바와 같이 데크 장착 스키드 가이드에 의해 경사 조정이 다시 수행된다. NMS 상에 배치된 상부 기구에 의해 위치가 조정된다. 완료되면, 파일 항타 시퀀스가 표준 절차에 따라 시작될 것이다(도 5).

일단 모노파일이 설치되면, NMS의 회수가 사실상 역순으로 수행될 것이다. 리더에 의해 가이드되는 NMS의 제거는 후퇴 중에 모노파일과의 접촉을 회피시키거나 감소킨다. NMS가 리더의 상부로 권상된 후에, NMS는 리더에 잠금되고, 하부 리더 섹션 내의 윈치가 양쪽 스퍼드 파일을 후퇴시키고, 전체 구조체가 데크 장착 스키드 가이드에 의해 가이드되는 하나의 리프트에 의해 권상되고, NMS를 운반하는 리더의 제2 섹션이 제거되어 해상 체결 장치에 위치결정되고, 리더의 제1 섹션이 데크 높이로 권상되어 해상 체결 장치 위치로 스키딩 복귀된다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 청구범위의 범위 내에서 다양한 방식으로 변경될 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 방법 및 시스템은 정확한 위치결정(재킷 풋프린트(jacket footprint)의 끼워맞춤)을 필요로 하는 재킷 파일(jacket pile)과 같은 더 작은 파일을 설치하는 데에도 적합하다.

Claims (15)

1. 수중 지반(3)에 기초 요소, 특히 5 미터 이상의 직경을 갖는 (모노)파일(2)을 설치하기 위한 방법으로서,
   수상 선박(4)으로부터 적어도 리더(8)의 팁이 수중에 잠긴 상태로 리더(8)를 하강시키는 단계; 및
   상기 리더(8)를 따라 기초 요소(2) 및/또는 소음 저감 스크린(5)을 하강시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 리더(8)는 수면 아래로 적어도 5 미터, 바람직하게는 적어도 10 미터 하강되는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 리더(8)는 복수의 섹션(8A, 8B)을 포함하고, 제1 섹션(8A)은 수중으로 하강되고, 제2 섹션(8B)은 제1 섹션(8A)의 상부에 위치되어 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 리더(8)는 수중 지반(3) 상까지 또는 수중 지반(3) 내부까지 하강되는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 리더(8)는 바람직하게는 상기 리더(8) 및/또는 상기 리더(8)에 부착된 하나 이상의 요소(8C)의 관통을 통해 수중 지반(3)에 대해 일시적으로 고정되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중의 어느 한 항에 있어서, 먼저 상기 리더(8) 및/또는 상기 리더(8)에 부착된 하나 이상의 요소(8C)가 상기 리더(8)와 상기 기초 요소(2) 및/또는 상기 리더(8)에 장착된 상기 소음 저감 스크린(5)의 중량하에 수중 지반(3)을 관통하는 것이 가능하게 되고, 후속적으로 기초 요소(2) 및/또는 소음 저감 스크린(5)이 상기 리더(8)를 따라 하강되는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 선박(4)에 대한 상기 리더(8)의 위치, 경사 및/또는 회전이 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 기초 요소(2) 및/또는 상기 리더(8)에 장착된 상기 소음 저감 스크린(5)의 위치, 경사 및/또는 회전이 조정되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 1 항 내지 제 8 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 소음 저감 스크린(5)이 상기 리더(8)를 따라 하강되고, 후속적으로 상기 기초 요소(2)가 상기 소음 저감 스크린(5) 내부로 하강되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 수중 지반(3)에 기초 요소, 특히 5 미터 이상의 직경을 갖는 (모노)파일(2)을 설치하기 위한 시스템(1)에 있어서, 수상 선박(4); 기초 요소(2) 및/또는 소음 저감 스크린(5); 및 상기 선박(4) 상에 장착되는 리더(8)로서, 상기 선박(4)으로부터 적어도 당해 리더(8)의 팁이 수중에 잠긴 상태로 하강되고, 그 하강된 위치에서 상기 기초 요소(2) 및/또는 소음 저감 스크린(5)을 당해 리더(8)를 따라 하강시키도록 구성된 리더(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
11. 제 10 항에 있어서, 상기 리더(8)는 상기 수상 선박(4)으로부터 흘수선 아래로 적어도 5 미터까지, 바람직하게는 적어도 10 미터까지, 바람직하게는 수중 지반(3) 상까지 또는 수중 지반(3) 내부까지 하강되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
12. 제 10 항 또는 제 11 항에 있어서, 상기 리더(8)는 수중 지반(3)에 대해 당해 리더(8)를 고정시키기 위한 하나 이상의 요소(8C)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
13. 제 10 항 내지 제 12 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 리더(8)는 상기 선박(4)에 의해 지지되는 가이드(24)에, 바람직하게는 상기 선박(4)에 대한 당해 리더(8)의 위치, 경사 및/또는 회전을 조정할 수 있게 해주는 가이드(24)에 슬라이딩 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
14. 제 10 항 내지 제 13 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 리더(8)는 복수의 적층된 또는 적층 가능한 섹션(8A, 8B)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
15. 제 10 항 내지 제 14 항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 리더(8)는 개방형 구조체를 포함하고, 바람직하게는 부가적인 요소(21)에 의해 규칙적인 간격으로 상호연결된 적어도 3개의 평행한 길이형 요소(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템(1).
    

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