KR20210016622A - 바위가 많은 지반 내 관형 금속 파일 설치 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바위가 많은 땅에 관형 금속 파일(28)을 설치하는 방법에 관한 것으로, 미리 정해진 직경과 깊이의 공동(14)을 형성하기 위해 상기 바위가 많은 땅(6)을 드릴링하는 단계, 상기 공동을 입상 재료(18)로 채우는 단계, 진동에 의해 상기 공동에 존재하는 상기 입상 재료를 배열하는 단계, 및 상기 공동에 상기 파일을 설치하는 단계를 연속적으로 포함한다.

Description

바위가 많은 지반 내 관형 금속 파일 설치 방법
본 발명은 바위가 많은 지반, 특히 바위가 많은 해저 내 바다에 금속 파일들을 설치하는 일반적인 분야에 관한 것이다.
본 발명의 한 응용 분야는 해상 풍력 발전지역(offshore wind farm)의 기초들을 배치하는 것이다.
해상 풍력 터빈은 보통 직경 7에서 8m 정도의 매우 큰 직경의 관형 금속 모노 파일로 구성된 기초에 의하여 해상에 설치되며, 바위가 많은 해저에 약 30m 깊이로 삽입된다.
일반적으로, 그러한 파일의 설치는 기본적으로 그 안에 파일을 설치하기 위해 주어진 직경과 깊이의 구멍(bore)을 바위가 많은 해저에 드릴링하는 것으로 구성된다. 이 드릴링은 드릴링 및 시멘팅(cementing) 시설을 지원하는 바지선으로부터 수행된다. 그리고 파일을 구멍에 임베딩하기(embed) 위해서 시멘트를 구멍에 붓는다. 이렇게 설치된 파일의 지지력이 시멘트의 거동에 의해 보장되면, 파일이 풀려서 드릴링 및 시멘팅 시설을 운반하는 바지선을 다음 풍력 터빈의 위치까지 이동할 수 있다.
그러나 해상 풍력 발전지역의 기초들을 배치하는 이 기술에는 많은 단점들이 있다. 특히, 구멍을 뚫고 그 안에 파일을 놓는 것은 구멍의 벽들의 불안정성의 위험을 초래한다. 게다가, 이 기술은 파일을 해저에 임베딩(embedding)하는 동안 시멘트의 소비과잉을 발생시킨다. 게다가, 시멘트의 특성들은 해양 환경과 파일에 가해지는 너울 및 바람의 주기적 조건에서 악화되는 경향이 있다. 게다가, 이 기술은 파일을 임베딩하는 동안 파일의 수직성과 거동을 보장해야하므로 상당한 도구들과 시간이 요구된다.
따라서 본 발명의 주된 목적은 이러한 단점들을 갖지 않는 금속 파일을 설치하는 방법을 제안하는 것이다.
본 발명에 따르면, 이러한 목적은 바위가 많은 지반에 관형 금속 파일을 설치하는 방법에 의해 달성되며, 연속적으로 미리 결정된 직경 및 깊이의 공동을 형성하기 위해 바위가 많은 땅을 드릴링하고, 공동을 입상 재료(granular material)로 채우고, 진동에 의해 공동에 존재하는 입상 재료를 배열하고, 공동에 파일을 설치한다.
본 발명에 따른 설치 방법은 배치 단계 동안 기계적 특성들이 개선되는 입상 재료(예를 들어 모래)로 바위가 많은 땅을 대체하기 위해서 제공하는 점에서 주목할 만하다. 그리고 파일은 입상 재료로 채워진 공동에 설치된다.
따라서 본 발명에 따른 방법은 많은 이점들을 갖는다. 특히:
-기계적 특성들이 개선된 입상 재료로 구멍을 채움으로써 구멍의 벽들의 불안정성의 위험을 제어함.
-시멘트로 파일의 임베딩을 제거하여 이러한 유형의 임베딩에 내재된 단점들을 제거한다(특히 시간이 지남에 따라 시멘트의 특성들의 저하의 위험들과 세팅 시간을 제거함).
그러므로 본 발명에 따른 방법은 더 나은 신뢰성, 종래 기술의 설치 방법들에 비해 상당한 시간 절약 및 동시에 여러 설치 시설들의 유연성을 갖는다.
본 발명에 따른 방법은 수중 환경(예를 들어 해상 풍력 터빈들의 기초들의 설치용) 또는 지상 환경(예를 들어 통신 마스트들(telecommunications masts), 육상 풍력 터빈들, 전력망 서포트/철탑, 케이블카 철탑 등의 설치용) 둘 중 하나의 바위가 많은 땅들에서 사용될 수 있다.
공동에 입상 재료의 배열은 파일의 설치 동안 달성될 수 있다. 대안적으로, 공동 내 입상 재료의 배열은 파일의 설치 전에 달성될 수있다. 이 경우, 공동 내 입상 재료의 배열은 진동 또는 동적 압축에 의해 달성된다.
파일은 입상 재료로 채워진 공동에 진동-침하(vibro-sinking)함으로써 설치될 수 있다. 대안적으로, 파일은 입상 재료로 채워진 공동에 드라이빙(driving)함으로써 설치될 수 있다.
바람직하게는, 공동에 파일을 설치하는 것은 가이드를 배치하는 것, 가이드를 통해 파일을 수직으로 삽입하는 것, 및 파일을 공동에 배치하는 것을 연속적으로 포함한다.
또한 바람직하게는, 입상 재료는 바위가 많은 지반의 드릴링으로부터 얻은 물질로부터 유래한다.
본 발명의 다른 특성들 및 이점들은 어떠한 제한없이 그 예시적인 실시 예를 예시하는 첨부된 도면들을 참조하여 아래에 주어진 설명으로부터 나타날 것이다. 도면들에서:
-도 1a 내지 1f는 본 발명에 따른 방법에 따른 드릴링 단계의 다른 연속 단계들을 개략적으로 도시한다.
-도 2a 내지 2f는 본 발명에 따른 방법에 따른 입상 재료 충전 및 배열 단계의 다른 연속 단계를 개략적으로 도시한다.
-도 3a 내지 3d는 본 발명에 따른 방법에 따른 파일 설치 단계의 다른 연속 단계를 개략적으로 도시한다.
본 발명에 따른 방법은 3 개의 주요 단계들, 즉 공동을 드릴링하는 주요 단계, 공동을 채우고 배열하는 주요 단계, 및 공동에 파일을 설치하는 실제 주요 단계를 포함한다.
도 1a 내지 1f는 공동을 드릴링하는 주요 단계의 예시적인 구현의 다른 연속 순서를 개략적으로 나타낸다.
이 예시적인 실시 예에서, 관형 금속 파일은 바위가 많은 해저(예를 들어, 해상 풍력 터빈의 기초 파일일 수 있음)의 바다에 설치된다. 물론, 본 발명에 따른 방법의 단계들은 또한 바위가 많은 땅에 관형 금속 파일의 랜드(land) 설치에도 적용한다.
첫번째 순서(도 1a) 동안, 드릴링 시설(4)을 지지하는 플랫폼(2)이 바위가 많은 해저(6)로 수직으로 이동된다.
플랫폼(2)은 잭-업 타입(jack-up type) 즉, 플랫폼(2)을 해수면 위로 들어 올릴 수 있도록 바위가 많은 해저(6)를 지탱하는 다리들(8)을 포함하는 것이다. 그리고 드릴링 시설의 기중기(derrick)(10)가 하강된다(도1b).
그리고 드릴링 헤드(12)는 기중기(10)로 하강되고, 미리 결정된 직경 및 깊이의 공동(14)을 형성하기 위해 바위가 많은 해저(6)의 드릴링이 시작된다(단계 1c).
도 1d는 실제 드릴링 작업의 끝을 나타낸다. 공동(14)은 그것의 최종 치수들(직경 및 깊이)에 있고, 드릴링된 공동의 직경 및 깊이가 각각 파일의 매장의 최종 깊이 및 직경보다 크다. 예를 들어, 해상 풍력 터빈의 모노파일 기초의 설치에 적용하는 경우, 공동은 깊이 25 에서 35m에 대해 7 에서 8m의 직경을 가질 수 있다.
다음 순서(도 1e) 동안, 드릴링 헤드(12)는 플랫폼에 끌어 올려지고 환형 가이드(16)가 공동(14)의 상단에 장착된다. 이러한 가이드는 필요한 경우 공동의 윗부분을 안정화시키고, 파일을 채우고 배치하는 작업들을 가이드 하는 기능을 갖는 기능적 장비이다.
마지막으로, 드릴링 시설의 기중기(10)는 끌어 올려질 수 있고, 다리들(8)은 올려지고(도 1f) 플랫폼(2)은 다른 파일 설치 장소로 운반된다.
도 2a 내지 2f는 이전에 형성된 공동을 채우고 배열하는 주요 단계의 예시적인 실시 예의 다른 연속 순서들을 개략적으로 나타낸다.
이 단계는 공동(14) 위에 입상 재료(18)를 운반하기 위한 선박(17)을 배치하는 것을 요구한다. 입상 재료는 예를 들어 수입된 모래이거나 바위가 많은 땅의 드릴링으로부터 얻은 재료로부터 직접 올 수 있고, 이러한 경우에 전 처리를 치를 수 있다.
첫번째 순서(도 2a) 동안, 선박(17)은 운반된 입상 재료(18)를 공동(14) 내부로 배출한다(또는 드릴링 물질이라면, 재조정되고(reconditioned) 선박(17)에 저장됨). 이 작업은 예를 들어 공동의 바닥을 선박에 연결하는 덕트(19)에 의해 수행된다.
공동이 입상 재료로 거의 완전히 채워지면, 덕트(19)가 선상에서 끌어 올려지고 입상 재료의 배열이 수행된다(도 2b). 예를 들어, 이 배열은 입상 재료의 진동-압축 또는 동적 압축(dynamic compaction)에 의해 달성된다.
진동-압축은 공동을 채운 입상 재료의 배열을 생성하는 알려진 기술이다. 이 방법은 공동을 채운 재료를 밀도를 높이기 위해 입자를 재배열하기 위해서 진동자(20)(또는 진동 니들)를 입상 재료로 채워진 공동에 침지하여 진동을 방출하는 것으로 구성된 대량 처리이다.
동적 압축(도면들에 나타나지 않음)은 고 에너지들의 입력의 영향 아래에서 공동에 존재하는 입상 재료의 침전을 생성하는 또 다른 알려진 기술이다. 보통, 공동에 고 에너지 파동들을 생성하기 위해서, 몇 톤들의 질량이 입상 재료에 여러번 낙하된다.
배열 작업이 완료되면, 공동(14)에 존재하는 입상 재료의 높이는 이 작업 이전보다 낮아진다.
다음 순서(도 2c) 동안, 싱크홀(22)이 공동(14)의 상부 단부에 설치되어 나머지를 다른 입상 재료, 예를 들어 자갈(24)(도 2d)로 채우는 것을 돕는다.
그 다음, 자갈(24)은 예를 들어 도 2e에 나타낸 바와 같이 진동기(20)에 의해 전술한 바와 같은 배열 작업(진동-압축 또는 동적 압축)을 겪는다. 공동의 상부 부분의 자갈은 "배수 효과"에 의하여 물이 더 쉽게 흐르도록 하는 배수가 더 잘되는 물질(more draining material)이다. 이 순서의 끝에서, 공동(14)의 상부 부분에 존재하는 자갈(24)의 높이는 이 작업 전보다 낮고 선박(17)은 다른 파일 설치 장소로 이동할 수 있다(도 2f).
공동 내의 입상 재료의 배열 순서는 이전에(위에 설명된 바와 같이) 또는 아래에 설명된 파일 설치 단계 동안 수행될 수 있다는 점에 유의할 것이다.
도 3a 내지 3d는 이전에 형성되고 배열된 공동에 파일을 설치하는 실제 주요 단계의 예시적인 실시 예의 다른 연속 순서들을 개략적으로 나타낸다.
이 단계는 공동(14) 위에 금속, 관형 및 중공(hollow) 파일(28)을 설치하기 위한 선박(26)을 배치하는 것을 요구한다(이전에 다른 장소로 운반된 입상 재료를 옮기기 위한 선박).
첫 번째 순서는 공동(14)의 상부 단부에 가이드(30)를 설치하는 것으로 구성될 수 있다(도 3a). 이 가이드(30)는 설치하는 동안 파일을 안내하는 역할을 한다.
관형 및 중공 금속 파일(28)은 공동에 삽입되고(도 3b) 수직으로 안내되어 (도 3c) 미리 결정된 깊이까지 관통한다. 파일이 속이 비어 있기 때문에 공동에 존재하는 입상 재료는 파일과 공동 사이 및 파일 내부에 모두 수용된다.
배열된 입상 재료로 채워진 공동에 파일을 삽입하는 것은 진동-침하 또는 드라이빙에 의해 수행된다. 진동-침하는 고주파 및 저진폭 진동에 의하여 파일들을 침하시키기 위한 건설 산업 및 공공 작업에서 알려진 기술이다. 드라이빙에 관해서는 충격들이나 진동들의 동적 효과에 의하여 파일을 땅에 침하시키는 것으로 알려진 또 다른 기술이다. 충격들은 일반적으로 파일 캡(cap)에 드롭 해머의 낙하에 의하여 얻어지고, 진동들은 진동기 또는 파일 해머라고하는 디스포지션(disposition)에 의하여 얻어진다.
원하는 삽입 깊이에 도달되고 선박(26)이 다른 파일 설치 장소로 이동되면 파일의 삽입이 중단된다(도 3d).

Claims (11)

  1. 바위가 많은(rocky) 땅에 관형 금속 파일(28)을 설치하는 방법에 있어서,
    미리 정해진 직경 및 깊이의 공동(14)을 형성하기 위해 바위가 많은 땅(6)을 드릴링하는 단계;
    입상 재료(18)로 상기 공동을 채우는 단계;
    진동에 의해 상기 공동에 존재하는 상기 입상 재료를 배열하는 단계; 및
    상기 공동에 상기 파일을 설치하는 단계를 연속적으로 포함하는 바위가 많은 땅에 관형 금속 파일을 설치하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 파일은 바위가 많은 해저의 바다에 설치되는 바위가 많은 땅에 관형 금속 파일을 설치하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 파일은 바위가 많은 땅의 육지에 설치되는 바위가 많은 땅에 관형 금속 파일을 설치하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공동 내 상기 입상 재료의 상기 배열은 상기 파일의 상기 설치 동안 달성되는 바위가 많은 땅에 관형 금속 파일을 설치하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공동 내 상기 입상 재료의 상기 배열은 상기 파일의 상기 설치 전에 달성되는 바위가 많은 땅에 관형 금속 파일을 설치하는 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 공동 내 상기 입상 재료의 상기 배열은 진동-압축(vibro-compaction)에 의해 달성되는 바위가 많은 땅에 관형 금속 파일을 설치하는 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 공동 내의 상기 입상 재료의 상기 배열은 동적 압축(dynamic compaction)에 의해 달성되는 바위가 많은 땅에 관형 금속 파일을 설치하는 방법.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파일은 상기 입상 재료로 채워진 상기 공동에 진동-침하(vibro-sinking)함으로써 설치되는 바위가 많은 땅에 관형 금속 파일을 설치하는 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 파일은 상기 입상 재료로 채워진 상기 공동 내로 구동함(driving)으로써 설치되는 바위가 많은 땅에 관형 금속 파일을 설치하는 방법.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 공동에 상기 파일을 설치하는 단계는 가이드(30)를 배치하는 단계, 상기 가이드를 통해 상기 파일을 수직으로 삽입하는 단계, 및 상기 파일을 상기 공동에 배치하는 단계를 연속적으로 포함하는 바위가 많은 땅에 관형 금속 파일을 설치하는 방법.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입상 재료는 상기 바위가 많은 땅의 상기 드릴링으로부터 얻어진 상기 재료로부터 유래하는 바위가 많은 땅에 관형 금속 파일을 설치하는 방법.
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