WO2016032042A1 - 해저 지반의 굴착공법 - Google Patents

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WO2016032042A1
WO2016032042A1 PCT/KR2014/008555 KR2014008555W WO2016032042A1 WO 2016032042 A1 WO2016032042 A1 WO 2016032042A1 KR 2014008555 W KR2014008555 W KR 2014008555W WO 2016032042 A1 WO2016032042 A1 WO 2016032042A1
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casing
vandal
bit
monopile
seabed
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PCT/KR2014/008555
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장윤용
유지훈
김영일
차태형
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삼보씨엠씨 주식회사
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    • E02D27/52—Submerged foundations, i.e. submerged in open water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
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    • Y02E10/00—Energy generation through renewable energy sources
    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/728—Onshore wind turbines

Definitions

  • the present invention relates to an excavation method of the seabed ground, and more specifically, to increase the excavation efficiency by digging only the outer diameter side when drilling a large diameter in the conventional way (excavation whole section of the excavation diameter), the ground easily on the seabed It relates to the excavation method of the seabed ground to construct a monopile (monopile) that can be installed by excavating the wind power generator.
  • a monopile monopile
  • the reverse circulation drilling method (R.C.D method) and the like are used as a method of placing a foundation concrete pile supporting a structure such as a ground building or a bridge.
  • the commonly used reverse circulating excavation method is a hammer grab and a bit of drilling, while installing a guide casing from the ground consisting of soil layer, weathered rock layer, soft rock layer, and common rock layer to prevent weathering of collapsing walls. ) To the depth of field.
  • Korean Patent No. 10-1139708 also discloses such a large-diameter pile construction method for ground.
  • an object of the present invention is to solve the problems of the prior art as described above, to provide an excavation method of the seabed ground to enable the installation of a monopile by digging the ground efficiently in the seabed.
  • the excavation method of the seabed ground according to the present invention, the installation step (S100) for installing the basic equipment for offshore drilling at the place where work is to be made;
  • the perforator removal step (S140) for removing the perforator 50;
  • guide rails 22 and rail protrusions 72 are formed to be coupled to each other in a shape corresponding to each other, so that the bit casing 70 is guided. It is characterized in that the sliding flow up and down along the inner surface of the casing (20).
  • the half moon casing (60) has a configuration including a circular body (62) and a half moon groove (64) in which one surface of the body (62) is recessed inwardly;
  • the vandal groove 64 is formed to be concave so as to have a curvature corresponding to the curvature of the vandal casing 60 is installed to be in close contact with the outer surface of the adjacent vandal casing 60, a plurality of vandal casing 60 is continuously It is characterized in that the overlapping to form a circle.
  • the rotary table 40 is configured to be rotatable by a predetermined angle, it characterized in that the plurality of vandal casing 60 to form a circular shape by controlling the falling position of the bit casing (70).
  • a cylindrical guide casing and a bit casing are used to guide the vertical movement of the drill hammer bit. Therefore, since the drill hammer bit is prevented from being affected by the flow of the sea water, there is an advantage in that excavation of the sea bed is easy.
  • the bit casing for guiding the vertical movement of the drill hammer bit is moved up and down along the guide rail formed on the inner surface of the cylindrical guide casing. Therefore, the bit casing can be seated at the correct position, and there is an advantage that the vertical movement is stable even when there is a flow of sea water.
  • a plurality of vandal casings are connected to each other and are installed in a circular shape on the sea bed. Therefore, since the vandal casing is supported by the grooves of the adjacent vandal casing during the up and down flow of the vandal casing, there is an advantage in that the installation work of the vandal casing is facilitated.
  • a rotary table is further provided to accurately guide the position where the plurality of vandal casings are installed and the position where the bit casing moves to form a circle. Therefore, there is an advantage that the work efficiency is improved.
  • FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of a preferred embodiment of the excavation method of the seabed ground according to the present invention.
  • Figure 2 is a front view showing a state in which the equipment is installed by the seating step constituting an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of FIG.
  • Figure 4 is a working process showing a rotary table installation step constituting an embodiment of the present invention.
  • Figure 5 is a work process showing the drilling machine installation step constituting an embodiment of the present invention.
  • Figure 6 is a working process showing the bit casing installation process of the vandal casing installation step constituting an embodiment of the present invention.
  • Figure 7 is a work flow chart showing a drill operation of the vandal casing installation step constituting an embodiment of the present invention.
  • Figure 8 is a working process showing the vandal casing fixing process of the vandal casing installation step constituting an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a working process diagram showing a punching machine removing step and a rotary table removing step of the embodiment of the present invention.
  • Figure 10 is a work process showing the ground excavation step constituting an embodiment of the present invention.
  • Figure 11 is a work flow chart showing a mono pile installation step constituting an embodiment of the present invention.
  • Figure 12 is a work flow chart showing the internal filling step constituting an embodiment of the present invention.
  • Figure 13 is a working process showing the vandal casing removing step constituting an embodiment of the present invention.
  • Figure 14 is a work flow diagram showing a monopile fixing step constituting an embodiment of the present invention.
  • Figure 15 is a work process showing the equipment removal step constituting an embodiment of the present invention.
  • Figure 16 is a work flow diagram showing the device design step constituting an embodiment of the present invention.
  • 17 is a plan view showing an installation state of the vandal casing used in the embodiment of the present invention.
  • Figure 1 is a block diagram showing the configuration of one embodiment of the excavation method of the seabed ground according to the present invention
  • Figures 2 to 16 shows the working process of each step constituting an embodiment of the present invention
  • Figure 17 shows an installation state of a plurality of vandal casing 60 used in the embodiment of the present invention in a plan view.
  • the drilling method of the seabed ground according to the present invention the installation step (S100) for installing the basic equipment for offshore drilling at the place where the work is to be made, and the platform installed by the mounting step (S100) ( 30) or a rotary table installation step (S110) for installing a rotary table 40 having a rotatable structure in the guide casing 20, and a perforator installation step for installing a perforator 50 above the rotary table 40.
  • the seating step (S100) is a process of installing the basic equipment for the seabed excavation at any target point. Specifically, as shown in Figs. 2 and 4, the jacket 10 and the barge 12 is provided at any position of the sea, and the guide casing 20 is provided on the barge 12.
  • the guide casing 20 has a cylindrical shape to guide the vertical movement of the bit casing 70 to be described below.
  • the inner surface of the guide casing 20 is provided with a guide rail 22 to guide the vertical movement of the bit casing 70 to be described below, such a guide rail 22 will be described in detail below.
  • the platform 30 is further installed outside the guide casing 20.
  • the rotary table installation step S110 is next performed.
  • the rotary table 40 having a rotatable structure is installed on the platform 30 or the guide casing 20. That is, the rotary casing 40 is mounted on the guide casing 20 or the platform 30 by using a crane.
  • 3 shows a state in which the rotary table 40 is installed by the rotary table installation step (S110).
  • the rotary table 40 is configured to be rotatable by a predetermined angle, so that the plurality of vandal casings 60 form a circle by controlling the lowered position of the bit casing 70 to be described below. That is, the rotary table 40 is circularly installed on the upper side of the guide casing 20, and is configured to rotate clockwise or counterclockwise at a predetermined angle so that the bit casing 70 and the drill hammer bits to be described below will be described. 80 and so on to guide the correct position.
  • the drilling machine installation step (S120) is a process of seating the drilling machine 50 on the rotary table 40 by using a crane or the like after the rotary table 40 is fixed. Therefore, the perforator 50 performs ground excavation work while moving clockwise or counterclockwise according to the rotation of the rotary table 40.
  • FIG 5 shows a state in which the perforator 50 is installed on the upper surface of the rotary table 40 by a crane.
  • the vandal casing installation step (S130) is next.
  • a plurality of vandal casing 60 is installed to form a circle as shown in FIG.
  • the bit casing installation process (S131) is a process in which the bit casing 70 passes through the guide casing 20 from the upper side to the lower side so that the lower end is partially inserted into the rock of the sea bed. In FIG. 6, the first bit casing 70 is lowered and inserted into the ground to be fixed.
  • the bit casing 70 slides downward along the inner surface of the guide casing 20.
  • the inner surface of the guide casing 20 and the outer surface of the bit casing 70, guide rails 22 and rail protrusions 72 formed in a shape corresponding to each other are formed to form the bit casing ( 70) is allowed to slide up and down along the inner surface of the guide casing (20).
  • a plurality of guide rails 22 having a ' ⁇ '-shaped cross section are installed on the inner surface of the guide casing 20 at equal intervals.
  • the outer surface of the bit casing 70 is formed so that the rail projection 72 having a 'c'-shaped cross section so as to be symmetrical with the shape of the guide rail 22 to protrude outward.
  • the bit casing 70 slides up and down along the inner surface of the guide casing 20.
  • the bit casing 70 when the bit casing 70 is supported by the guide casing 20 and descends, the bit casing 70 has an effect of preventing warpage or loss from the tidal current resistance even under the sea level.
  • bit casing 70 is lowered to be lowered to be fixed to the ground is further excavation operation of a predetermined depth is made. That is, as shown in Figure 6, the bit casing 70 is lowered to the bottom is fixed to the bottom of the seabed, for this purpose, a predetermined depth (1M ⁇ 2M) to the bottom of the seabed so that the bottom portion of the bit casing 70 is inserted Excavation should be done.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the drill hammer bit 80 excavating the seabed rock along the first installed bit casing 70.
  • the drill removal process (S133) is a process of pulling out the drill hammer bit 80 used in the drill operation process (S132) to the upper side of the bit casing (70).
  • the vandal casing fixing process (S134) is performed.
  • the half moon casing fixing process (S134) by lowering the half moon casing 60 through the inside of the bit casing 70, as shown in Figure 8 half moon on the ground excavated by the drill hammer bit (80)
  • the lower end of the casing 60 is a process to be inserted.
  • the bit casing removal step (S135) for pulling out the bit casing 70 to separate from the half moon casing (60) is performed. That is, since the first installation of the target vandal casing 60 is now made, the bit casing 70 guided by the installation of the vandal casing 60 is pulled out.
  • the second and third vandal casings 60 are sequentially installed so that the vandal casings 60 form a circular shape as a whole. That is, as shown in FIG. 17, the plurality of processes are repeated next to the first half moon casing 60 so that the plurality of half moon casings 60 form a circle, and the installation of the half moon casings 60 is continued.
  • the vandal casing 60 is composed of a circular body 62, and a half moon groove 64, etc. in which one surface of the body 62 is recessed inward.
  • the vandal groove 64 is formed to be concave to have a curvature corresponding to the curvature of the vandal casing 60 is installed to be in close contact with the outer surface of the adjacent vandal casing 60, the plurality of vandal casing 60 is Laminated in succession to form a circle.
  • the curvature of the half moon groove 64 having an arc shape has the same curvature as the curvature of the body 62 or at least more than the curvature of the body 62. It is formed to have a large curvature. Therefore, a part of the body 62 is accommodated inside the groove of the half moon groove 64.
  • the bit casing 70 having a long cylindrical shape is also formed to have the same curvature as the curvature of the vandal casing (60). Therefore, the vandal casing 60 is capable of sliding up and down inside the bit casing 70, and the bit casing 70 guides the installation so that the vandal casing 60 is adjacent to each other. The outer surface of the bit casing 70 comes into contact with the concave portion of the half moon groove 64 of the adjacent vandal casing 60 to allow sliding.
  • the perforator removing step (S140) and the rotary table removing step (S150) are performed by removing the perforator 50 from the rotary table 40 by using a crane, and the rotary table 40 also includes a guide casing 20 or a platform. It is the process of removing it separately from (30).
  • the ground excavation step (S160) is a process of excavating a plurality of submarine grounds inside a plurality of vandal casings 60 forming a circle by the vandal casing installation step (S130), crushing the seabed ground consisting of rock with chisels, etc. This is the step of excavation. That is, since the vandal casing 60 is installed in the seabed ground to a depth of about 10M, the ground is dug as much as the insertion depth of the vandal casing 60. 10 shows a process of ground excavation using a chisel or the like.
  • the bag removal step S170 is performed. That is, the process of extracting the muck (muck) formed by the ground excavation step (S160) to the sea.
  • a large diameter monopile 90 is installed on the seabed where the ground excavation step S160 and the baggage removing step S170 are completed. That is, after the floor is cleaned by the bag removal step (S170), as shown in FIG. 11, the monopile 90 having a large diameter is inserted into the vandal casing 60 having a circular shape. That is, the monopile 90 is inserted from the upper side of the guide casing 20 and installed inside the guide casing 20 and the plurality of vandal casings 60 in a circular line.
  • the internal filling step (S190) is carried out, this step is to fill the inside of the lower end of the monopile 90 installed by the monopile installation step (S180).
  • the solid rock fragments or stones, such as hammer grab, etc. are filled into the mono pile 90 from the outside.
  • concrete pouring will also be possible.
  • 12 shows a state in which the inside of the monopile 90 is filled by the hammer grab.
  • the vandal casing removing step (S200) is performed.
  • the vandal casing removing step (S200) is a process of pulling out a plurality of vandal casings 60 on the outside of the monopile 90 at sea. That is, as shown in Figure 13, by using a crane lifts a plurality of vandal casing (60) upwards.
  • the monopile fixing step (S210) is a process of fixing the monopile 90 by pouring concrete outside the lower end of the monopile 90 as shown in FIG. 14. That is, there is a groove into which the vandal casing 60 is inserted in the outer seabed ground of the monopile 90, and concrete is provided to the groove by pouring from the upper side. In this case, the outer lower portion of the monopile 90 is firmly fixed by the concrete.
  • the equipment removal step (S220) of dismantling the drilling equipment is performed.
  • the equipment dismantling step (S220), as shown in FIG. 15, separates the guide casing 20 from the monopile 90, and the platform 30 and the barge 12 are also spaced apart from the monopile 90. It is a process to make it possible.
  • FIG. 16 shows a state where a wind turbine is installed above the monopile 90.

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Abstract

본 발명은 해저에서도 용이하게 지반을 굴착하여 풍력발전기 등을 설치가능한 모노파일(monopile)을 시공하는 해저 지반의 굴착공법에 관한 것이다. 본 발명에 의한 해저 지반의 굴착공법은, 작업이 이루어질 장소에 해상굴착용 기본 설비를 설치하는 안착단계(S100)와, 다수의 반달케이싱(60)이 수중에서 원을 이루도록 하는 반달케이싱설치단계(S130)와, 다수의 반달케이싱(60) 내측의 해저지반을 굴착하는 지반굴착단계(S160)와, 지반굴착단계(S160)와 버럭제거단계(S170)가 완료된 해저지반에 모노파일(90)을 설치하는 모노파일설치단계(S180)와, 상기 모노파일설치단계(S180)에 의해 설치된 모노파일(90)의 하단부 내측을 채우는 내부채움단계(S190)와, 상기 모노파일(90)의 외측에 있는 다수의 반달케이싱(60)을 해상으로 인출하여 제거하는 반달케이싱제거단계(S200)와, 상기 모노파일(90)의 하단부 외측에 콘크리트를 타설하여 모노파일(90)을 고정하는 모노파일고정단계(S210) 등으로 구성된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 대구경의 모노파일을 해저에 설치하는 작업이 용이해지는 이점이 있다.

Description

해저 지반의 굴착공법
본 발명은 해저 지반의 굴착공법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기존의 굴착경 전(全)단면을 굴착하는 방식에서 대구경 굴착시 외경측만을 굴착하는 방식으로 굴착효율을 높이고, 해저에서도 용이하게 지반을 굴착하여 풍력발전기 등을 설치가능한 모노파일(monopile)을 시공하는 해저 지반의 굴착공법에 관한 것이다.
일반적으로, 지상의 건물이나 교량 등 구조물을 지지하는 기초 콘크리트 파일의 타설방법으로 역순환굴착공법(Reverse Circulation Drill공법, R.C.D공법) 등이 사용되고 있다.
많이 사용되는 이러한 역순환굴착공법은, 보통 토사층과 풍화암층, 연암층 및 보통암층으로 이루어진 지반에서 풍화암층 상단까지 가이드케이싱을 설치하여 공벽의 붕괴를 방지하면서, 함마 그라브(Hammer Grab)와 굴착 비트(bit) 등을 이용하여 심도까지 굴착하게 된다.
한국 등록특허 제10-1139708호에도 이와 같은 지상용 대구경 파일 시공방법이 개시되어 있다.
그러나, 이러한 종래의 지반 굴착공법은, 주로 지상에서 사용되는 방식이다. 따라서, 해저와 같이 해수가 유동하는 상태에서는 적용이 어려운 문제점이 있다. 즉, 해저에서는 해수의 움직임이 있고, 해수면 아래에서 작업이 이루어지므로 이로 인한 저항 등의 어려움을 가지게 된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 해저에서도 효율적으로 지반을 굴착하여 모노파일(monopile)의 설치가 가능하도록 하는 해저 지반의 굴착공법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명에 의한 해저 지반의 굴착공법은, 작업이 이루어질 장소에 해상굴착용 기본 설비를 설치하는 안착단계(S100)와; 상기 안착단계(S100)에 의해 설치된 플랫폼(30) 또는 가이드케이싱(20)에 회전 가능한 구조를 가지는 로터리테이블(40)을 설치하는 로터리테이블설치단계(S110)와; 상기 로터리테이블(40)의 상측에 천공기(50)를 설치하는 천공기설치단계(S120)와; 다수의 반달케이싱(60)이 수중에서 원을 이루도록 하는 반달케이싱설치단계(S130)와; 상기 반달케이싱설치단계(S130)가 완료되면, 상기 천공기(50)를 철거하는 천공기제거단계(S140)와; 상기 로터리테이블(40)을 플랫폼(30) 또는 가이드케이싱(20)으로부터 철거하는 로터리테이블제거단계(S150)와; 상기 반달케이싱설치단계(S130)에 의해 원을 이루고 있는 다수의 반달케이싱(60) 내측의 해저지반을 굴착하는 지반굴착단계(S160)와; 상기 지반굴착단계(S160)에 의해 형성된 버럭을 해상으로 인출하여 제거하는 버럭제거단계(S170)와; 상기 지반굴착단계(S160)와 버럭제거단계(S170)가 완료된 해저지반에 모노파일(90)을 설치하는 모노파일설치단계(S180)와; 상기 모노파일설치단계(S180)에 의해 설치된 모노파일(90)의 하단부 내측을 채우는 내부채움단계(S190)와; 상기 모노파일(90)의 외측에 있는 다수의 반달케이싱(60)을 해상으로 인출하여 제거하는 반달케이싱제거단계(S200)와; 상기 모노파일(90)의 하단부 외측에 콘크리트를 타설하여 모노파일(90)을 고정하는 모노파일고정단계(S210)와; 굴착장비를 철거하는 장비철거단계(S220)와; 상기 모노파일(90)의 상측에 필요 장치를 설치하는 장치설치단계(S230);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 반달케이싱설치단계(S130)는, 파이프 형상의 비트케이싱(70) 하단이 해저 지반에 고정되도록 하는 비트케이싱설치과정(S131)과; 상기 비트케이싱(70)의 내측을 통해 드릴해머비트(80)를 하강시켜 지반을 굴착하는 드릴작업과정(S132)과; 상기 드릴작업과정(S132)에 사용된 드릴해머비트(80)를 비트케이싱(70)의 상측으로 인출하여 제거하는 드릴제거과정(S133)과; 상기 비트케이싱(70)의 내측을 통해 반달케이싱(60)을 하강시켜 굴착된 지반에 반달케이싱(60)의 하단이 삽입되도록 하는 반달케이싱고정과정(S134)과; 상기 반달케이싱고정과정(S134)이 완료되면, 상기 비트케이싱(70)을 상측으로 인출하여 반달케이싱(60)과 분리하는 비트케이싱제거단계(S135);를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 가이드케이싱(20)의 내면과 상기 비트케이싱(70)의 외면에는, 서로 대응되는 형상으로 이루어져 결합되는 가이드레일(22)과 레일돌기(72)가 각각 형성되어 상기 비트케이싱(70)이 가이드케이싱(20)의 내면을 따라 상하로 슬라이딩 유동하도록 하는 것을 특징으로 한다.
상기 반달케이싱(60)은, 원형의 몸체(62)와, 상기 몸체(62)의 일면이 내측으로 함몰된 반달홈(64)을 포함하는 구성을 가지며; 상기 반달홈(64)은 상기 반달케이싱(60)의 곡률과 대응되는 곡률을 가지도록 오목하게 형성되어 인접한 반달케이싱(60)의 외면과 밀착되도록 설치됨으로써, 다수의 반달케이싱(60)은 연속으로 겹이음되어 원을 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 로터리테이블(40)은, 일정 각도씩 회전 가능하도록 구성되어, 상기 비트케이싱(70)의 하강 위치를 제어하여 다수의 반달케이싱(60)이 원형을 형성하도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 해저 지반의 굴착공법은 다음과 같은 효과가 있다.
본 발명에서는 드릴해머비트의 상하 이동을 안내하기 위해 원통 형상의 가이드케이싱과 비트케이싱이 사용된다. 따라서, 드릴해머비트가 해수의 흐름에 의해 영향을 받는 것이 방지되므로 해저 지반의 굴착이 용이해지는 이점이 있다.
또한, 본 발명에서는, 드릴해머비트의 상하 이동을 안내하는 비트케이싱이 원통형상의 가이드케이싱 내면에 형성되는 가이드레일을 따라 상하로 이동하게 된다. 따라서, 비트케이싱이 정확한 위치에 안착 가능하게 되며, 해수의 흐름이 있는 경우에도 상하 이동이 안정적으로 이루어지는 장점이 있다.
그리고, 본 발명에서는, 일면이 내측으로 오목하게 형성된 반달케이싱이 서로 다수개 연결되어 해저지반에 원형으로 설치된다. 따라서, 반달케이싱의 상하 유동시 인접한 반달케이싱의 홈에 지지되므로 반달케이싱의 설치작업이 용이하게 되는 장점이 있다.
뿐만 아니라, 본 발명에서는 로타리테이블이 더 구비되어, 다수의 반달케이싱이 설치되는 위치와, 비트케이싱이 이동하면서 원형을 이루는 위치를 정확하게 안내하게 된다. 따라서, 작업능률이 향상되는 장점이 있다.
한편, 본 발명에서는 외경측만을 먼저 굴착하는 방식에 의해 지반굴착이 이루어지므로, 대(大)구경의 굴착도 용이하게 가능해지는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 해저 지반의 굴착공법의 바람직한 실시예의 구성을 보인 블럭도.
도 2는 본 발명 실시예를 구성하는 안착단계에 의해 장비가 설치된 상태를 보인 정면도.
도 3는 도 2의 평면도.
도 4은 본 발명 실시예를 구성하는 로터리테이블설치단계를 보인 작업공정도.
도 5는 본 발명 실시예를 구성하는 천공기설치단계를 보인 작업공정도.
도 6는 본 발명 실시예를 구성하는 반달케이싱설치단계의 비트케이싱설치과정을 보인 작업공정도.
도 7은 본 발명 실시예를 구성하는 반달케이싱설치단계의 드릴작업과정을 보인 작업공정도.
도 8은 본 발명 실시예를 구성하는 반달케이싱설치단계의 반달케이싱고정과정을 보인 작업공정도.
도 9은 본 발명 실시예를 구성하는 천공기제거단계 및 로터리테이블제거단계를 보인 작업공정도.
도 10는 본 발명 실시예를 구성하는 지반굴착단계를 보인 작업공정도.
도 11은 본 발명 실시예를 구성하는 모노파일설치단계를 보인 작업공정도.
도 12은 본 발명 실시예를 구성하는 내부채움단계를 보인 작업공정도.
도 13는 본 발명 실시예를 구성하는 반달케이싱제거단계를 보인 작업공정도.
도 14은 본 발명 실시예를 구성하는 모노파일고정단계를 보인 작업공정도.
도 15는 본 발명 실시예를 구성하는 장비철거단계를 보인 작업공정도.
도 16는 본 발명 실시예를 구성하는 장치설계단계를 보인 작업공정도.
도 17은 본 발명 실시예에 사용되는 반달케이싱의 설치상태를 보인 평면도.
이하 본 발명에 의한 해저 지반의 굴착공법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1에는 본 발명에 의한 해저 지반의 굴착공법의 일 실시예의 구성을 보인 블럭도가 도시되어 있으며, 도 2 내지 도 16에는 본 발명 실시예를 구성하는 각 단계의 작업 공정이 도시되어 있고, 도 17에는 본 발명 실시예에 사용되는 다수의 반달케이싱(60)의 설치상태가 평면도로 도시되어 있다.
이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 해저 지반의 굴착공법은, 작업이 이루어질 장소에 해상굴착용 기본 설비를 설치하는 안착단계(S100)와, 상기 안착단계(S100)에 의해 설치된 플랫폼(30) 또는 가이드케이싱(20)에 회전 가능한 구조를 가지는 로터리테이블(40)을 설치하는 로터리테이블설치단계(S110)와, 상기 로터리테이블(40)의 상측에 천공기(50)를 설치하는 천공기설치단계(S120)와, 다수의 반달케이싱(60)이 수중에서 원을 이루도록 하는 반달케이싱설치단계(S130)와, 상기 천공기(50)를 철거하는 천공기제거단계(S140)와, 상기 로터리테이블(40)을 상기 플랫폼(30)으로부터 철거하는 로터리테이블제거단계(S150)와, 상기 반달케이싱설치단계(S130)에 의해 원을 이루고 있는 다수의 반달케이싱(60) 내측의 해저지반을 굴착하는 지반굴착단계(S160)와, 상기 지반굴착단계(S160)에 의해 형성된 버럭을 해상으로 인출하여 제거하는 버럭제거단계(S170)와, 상기 지반굴착단계(S160)가 완료된 해저지반에 모노파일(90)을 설치하는 모노파일설치단계(S180)와, 상기 모노파일설치단계(S180)에 의해 설치된 모노파일(90)의 하단부 내측을 채우는 내부채움단계(S190)와, 상기 모노파일(90)의 외측에 있는 다수의 반달케이싱(60)을 해상으로 인출하여 제거하는 반달케이싱제거단계(S200)와, 상기 모노파일(90)의 하단부 외측에 콘크리트를 타설하여 모노파일(90)을 고정하는 모노파일고정단계(S210)와, 굴착장비를 철거하는 장비철거단계(S220)와, 상기 모노파일(90)의 상측에 필요 장치를 설치하는 장치설치단계(S230) 등으로 구성된다.
상기 안착단계(S100)는 임의의 목표지점에 해저 굴착을 위한 기본 장비들을 설치하는 과정이다. 구체적으로는, 도 2 및 도 4에 도시된 바와 같이, 바다의 임의 위치에 자켓(10)과 바지선(12)을 설치하고, 바지선(12)에 가이드케이싱(20)을 설치한다.
이때 정확한 시공위치를 찾기 위해서는 GPS나 기타 측정장비들이 이용되며, 상기 바지선(12)은 해상으로 노출된다. 그리고, 상기 가이드케이싱(20)은 원통 형상으로 이루어져, 아래에서 설명할 비트케이싱(70)의 상하 이동을 안내하게 된다.
상기 가이드케이싱(20)의 내면에는 아래에서 설명할 비트케이싱(70)의 상하 이동을 안내하기 위해 가이드레일(22)이 설치되는데, 이러한 가이드레일(22)에 대해서는 아래에서 상세히 설명한다.
상기 가이드케이싱(20)의 외측으로는 플랫폼(30)이 더 설치된다.
상기 안착단계(S100)에 의해 가이드케이싱(20)과 플랫폼(30) 등이 설치되고 나면, 다음로는 로터리테이블설치단계(S110)가 진행된다.
이때에는 상기 플랫폼(30) 또는 가이드케이싱(20)에 회전 가능한 구조를 가지는 로터리테이블(40)이 설치된다. 즉, 상기 가이드케이싱(20)이나 플랫폼(30)의 상부에 크레인을 이용하여 로터리테이블(40)을 거치한다. 도 3에는 상기 로터리테이블설치단계(S110)에 의해 로터리테이블(40)이 설치되는 상태가 도시되어 있다.
상기 로터리테이블(40)은 일정 각도씩 회전 가능하도록 구성되어, 아래에서 설명할 비트케이싱(70)의 하강 위치를 제어하여 다수의 반달케이싱(60)이 원형을 형성하도록 한다. 즉, 상기 로터리테이블(40)은 상기 가이드케이싱(20)의 상측에 원형으로 설치되어, 일정 각도로 시계방향 또는 반시계방향으로 회전하도록 구성되어 아래에서 설명할 비트케이싱(70)과 드릴해머비트(80) 등이 정확한 위치를 잡도록 안내하게 된다.
상기 로터리테이블설치단계(S110)가 완료되면, 상기 천공기설치단계(S120)가 수행된다. 천공기설치단계(S120)는, 상기 로터리테이블(40)이 고정된 다음, 크레인 등을 이용하여 천공기(50)를 상기 로터리테이블(40)의 상부에 안착시키는 과정이다. 따라서, 상기 천공기(50)는 로터리테이블(40)의 회전에 따라 시계방향 또는 반시계방향으로 이동하면서 지반 굴착작업을 수행하게 된다.
도 5에는 크레인에 의해 상기 천공기(50)가 상기 로터리테이블(40)의 상면에 설치되는 상태가 도시되어 있다.
상기 천공기(50)가 설치되고 나면, 다음으로는 반달케이싱설치단계(S130)가 진행된다. 상기 반달케이싱설치단계(S130)에서는, 다수의 반달케이싱(60)을 도 17과 같이 원형을 이루도록 설치하게 된다.
상기 반달케이싱설치단계(S130)는, 파이프 형상의 비트케이싱(70) 하단이 해저 지반에 고정되도록 하는 비트케이싱설치과정(S131)과, 상기 비트케이싱(70)의 내측을 통해 드릴해머비트(80)를 하강시켜 지반을 굴착하는 드릴작업과정(S132)과, 상기 드릴작업과정(S132)에 사용된 드릴해머비트(80)를 비트케이싱(70)의 상측으로 인출하여 제거하는 드릴제거과정(S133)과, 상기 비트케이싱(70)의 내측을 통해 반달케이싱(60)을 하강시켜 굴착된 지반에 반달케이싱(60)의 하단이 삽입되도록 하는 반달케이싱고정과정(S134)과, 상기 비트케이싱(70)을 상측으로 인출하여 반달케이싱(60)과 분리하는 비트케이싱제거단계(S135) 등으로 이루어진다.
상기 비트케이싱설치과정(S131)은, 비트케이싱(70)이 상기 가이드케이싱(20)을 상측으로부터 하측으로 통과하여 하단이 해저 지반의 암반에 일부 삽입되도록 하는 과정이다. 도 6에는 최초의 비트케이싱(70)이 하부로 내려와 지반에 삽입되어 고정된 상태가 도시되어 있다.
상기 비트케이싱(70)이 해수면 아래로 내려와 설치될 때에는 상기 가이드케이싱(20)의 내면을 따라 하측으로 슬라이딩된다. 구체적으로 살펴보면, 상기 가이드케이싱(20)의 내면과 상기 비트케이싱(70)의 외면에는, 서로 대응되는 형상으로 이루어져 결합되는 가이드레일(22)과 레일돌기(72)가 각각 형성되어 상기 비트케이싱(70)이 가이드케이싱(20)의 내면을 따라 상하로 슬라이딩 유동하도록 한다.
상기 가이드케이싱(20)의 내면에는 도 6에 도시된 바와 같이, '⊃'형상의 단면을 가지는 가이드레일(22)이 등(等)간격으로 다수 설치된다. 그리고, 상기 비트케이싱(70)의 외면에는 상기 가이드레일(22)의 형상과 대칭되도록 'ㄷ'형상의 단면을 가지는 레일돌기(72)가 외측으로 돌출되게 형성된다.
따라서, 상기 가이드레일(22)과 레일돌기(72)가 서로 결합되어 슬라이딩하게 되면, 상기 비트케이싱(70)이 상기 가이드케이싱(20)의 내면을 따라 상하로 슬라이딩하게 되는 것이다.
이와 같이, 상기 비트케이싱(70)이 가이드케이싱(20)에 지지되어 하강하게 되면, 해수면 아래에서도 조류 저항으로부터 휨 현상이나 유실이 방지되는 효과가 있다.
그리고, 상기 비트케이싱(70)이 하측으로 내려와 지반에 고정되기 위해서는 소정 깊이의 굴착작업이 더 이루어진다. 즉, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 비트케이싱(70)이 하측으로 내려와 해저 지반에 하단이 고정되는데, 이를 위해서는 비트케이싱(70)의 하단부가 삽입되도록 해저 지반에 소정 깊이(1M~2M)의 굴착이 이루어져야 할 것이다.
상기 비트케이싱설치과정(S131)에 의해 비트케이싱(70)이 해저 지반에 고정된 다음에는, 상기 드릴작업과정(S132)이 수행되어 해저 지반을 굴착하게 된다. 이 과정에서는 드릴해머비트(80)가 사용되는데, 드릴해머비트(80)가 상기 비트케이싱(70)의 내측을 통해 하측으로 하강하여, 해저 지반을 굴착하게 된다. 이때에는 약 10M 깊이의 굴착이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다. 도 7에는 최초로 설치된 비트케이싱(70)을 따라 드릴해머비트(80)가 해저 암반을 굴착한 상태의 단면이 도시되어 있다.
상기와 같이 드릴해머비트(80)에 의해 최초 굴착이 완료되고 나면, 드릴제거과정(S133)이 진행된다.
상기 드릴제거과정(S133)은, 상기 드릴작업과정(S132)에 사용된 드릴해머비트(80)를 비트케이싱(70)의 상측으로 빼내는 과정이다.
다음으로는 반달케이싱고정과정(S134)이 진행된다. 상기 반달케이싱고정과정(S134)은, 상기 비트케이싱(70)의 내측을 통해 반달케이싱(60)을 하강시켜, 도 8에 도시된 바와 같이 상기 드릴해머비트(80)에 의해 굴착된 지반에 반달케이싱(60)의 하단이 삽입되도록 하는 과정이다.
상기 반달케이싱고정과정(S134)이 완료되면, 상기 비트케이싱(70)을 상측으로 인출하여 반달케이싱(60)과 분리하는 비트케이싱제거단계(S135)가 진행된다. 즉, 이제는 목표로 하는 최초의 반달케이싱(60)의 설치가 이루어졌으므로, 반달케이싱(60) 설치를 가이드한 비트케이싱(70)은 상측으로 빼낸다.
이와 같은 과정에 의해 하나(최초)의 반달케이싱(60) 설치가 완료된다.
이처럼 하나의 최초의 반달케이싱(60) 설치가 완료되면, 다음으로는 제2 및 제3의 반달케이싱(60)을 차례로 설치하여 전체적으로 반달케이싱(60)이 원 형태를 이루도록 한다. 즉, 도 17에 도시된 바와 같이 다수의 반달케이싱(60)이 원을 이루도록 최초 반달케이싱(60)의 옆에 상기 다수의 과정을 반복하여 반달케이싱(60) 설치를 계속한다.
상기 반달케이싱(60)은, 도시(도 17)된 바와 같이, 원형의 몸체(62)와, 상기 몸체(62)의 일면이 내측으로 함몰된 반달홈(64) 등으로 구성된다. 그리고, 상기 반달홈(64)은 상기 반달케이싱(60)의 곡률과 대응되는 곡률을 가지도록 오목하게 형성되어 인접한 반달케이싱(60)의 외면과 밀착되도록 설치됨으로써, 다수의 반달케이싱(60)은 연속으로 겹이음되어 원을 형성한다.
구체적으로 살펴보면, 도 17에 확대되어 도시된 바와 같이, 원호 형상을 가지는 상기 반달홈(64)의 곡률은, 상기 몸체(62)의 곡률과 동일한 곡률을 가지거나 적어도 몸체(62)의 곡률보다 더 큰 곡률을 가지도록 형성된다. 따라서, 상기 반달홈(64)의 홈 내측으로 몸체(62)의 일부가 수용된다.
한편, 긴 원통 형상을 가지는 상기 비트케이싱(70)도 상기 반달케이싱(60)의 곡률과 같은 곡률을 가지도록 형성된다. 따라서, 상기 반달케이싱(60)이 비트케이싱(70)의 내측에서 상하로 슬라이딩 유동이 가능하게 되고, 상기 반달케이싱(60)이 서로 인접하도록 비트케이싱(70)이 설치를 가이드하는 경우에는 이미 설치된 인접한 반달케이싱(60)의 반달홈(64)의 오목한 부분에 비트케이싱(70)의 외면이 접하여 슬라이딩이 가능하게 된다.
상기 반달케이싱설치단계(S130)에 의해 다수의 반달케이싱(60)이 원을 이루도록 설치가 완료되고 나면, 다음으로는 도 9과 같이 천공기제거단계(S140)와 로터리테이블제거단계(S150)가 진행된다.
상기 천공기제거단계(S140)와 로터리테이블제거단계(S150)는, 크레인을 이용하여 천공기(50)를 로터리테이블(40)로부터 분리시켜 철거하며, 로터리테이블(40)도 가이드케이싱(20) 또는 플랫폼(30)과 분리하여 철거하는 과정이다.
다음으로는, 상기 지반굴착단계(S160)가 진행된다.
상기 지반굴착단계(S160)는, 상기 반달케이싱설치단계(S130)에 의해 원을 이루고 있는 다수의 반달케이싱(60) 내측의 해저지반을 굴착하는 과정으로, 암반으로 이루어진 해저 지반을 치즐 등으로 파쇄하여 굴착하는 단계이다. 즉, 상기 반달케이싱(60)이 해저 지반에 약 10M의 깊이로 설치되어 있으므로, 이러한 반달케이싱(60)의 삽입 깊이만큼 지반을 파낸다. 도 10에는 치즐 등을 이용하여 지반굴착을 하는 과정이 도시되어 있다.
상기 지반굴착단계(S160)에 의해 지반 굴착이 이루어지고 나면, 버럭제거단계(S170)가 진행된다. 즉, 상기 지반굴착단계(S160)에 의해 형성된 버럭(muck)을 퍼내어 해상으로 인출하는 과정이다.
상기 모노파일설치단계(S180)에서는, 상기 지반굴착단계(S160)와 버럭제거단계(S170)가 완료된 해저지반에, 대구경의 모노파일(90)을 설치하는 과정이다. 즉, 상기 버럭제거단계(S170)에 의해 바닥이 정리되고 나면, 도 11에서와 같이 대구경의 모노파일(90)을 원형으로 이루어진 반달케이싱(60)의 내측에 삽입하여 세운다. 즉, 상기 가이드케이싱(20)과 다수의 반달케이싱(60)이 원형으로 늘어선 내측에 모노파일(90)이 가이드케이싱(20)의 상측으로부터 삽입되어 설치된다.
그런 다음에는 내부채움단계(S190)가 진행되는데, 이 단계는 상기 모노파일설치단계(S180)에 의해 설치된 모노파일(90)의 하단부 내측을 채우는 과정이다. 즉, 이때에는 함마그라브 등으로 단단한 암석조각이나 돌 등을 외부에서 모노파일(90) 내부로 투입하여 채운다. 물론, 콘크리트 타설도 가능할 것이다. 도 12에는 함마그라브에 의해 모노파일(90)의 내부가 채워지는 상태가 도시되어 있다.
상기 내부채움단계(S190)가 수행되고 나면, 반달케이싱제거단계(S200)가 진행된다.
상기 반달케이싱제거단계(S200)는, 상기 모노파일(90)의 외측에 있는 다수의 반달케이싱(60)을 해상으로 빼내는 과정이다. 즉, 도 13에 도시된 바와 같이, 크레인을 이용하여 다수의 반달케이싱(60)을 상측으로 들어올려 제거한다.
다음에는 모노파일고정단계(S210)가 진행된다.
상기 모노파일고정단계(S210)는, 도 14에 도시된 바와 같이 상기 모노파일(90)의 하단부 외측에 콘크리트를 타설하여 모노파일(90)을 고정하는 과정이다. 즉, 모노파일(90)의 외측 해저지반에는 상기 반달케이싱(60)이 삽입된 홈이 존재하는데, 이 홈에 콘크리트를 상측으로부터 제공하여 타설하게 된다. 이렇게 되면, 모노파일(90)의 외측 하부가 콘트리트에 의해 견고하게 고정된다.
상기 모노파일고정단계(S210)가 수행되고 나면, 굴착장비를 철거하는 장비철거단계(S220)가 진행된다. 상기 장비철거단계(S220)는, 도 15에 도시된 바와 같이 상기 가이드케이싱(20)을 모노파일(90)로부터 분리하고, 상기 플랫폼(30)과 바지선(12)도 모노파일(90)로부터 이격되도록 하는 과정이다.
그리고, 마지막으로는 혼자 남은 모노파일(90)의 상측에 설비를 설치하는 장치설치단계(S230)가 진행된다. 즉, 상기 모노파일(90)의 상측에 필요 장치를 설치하게 된다. 도 16에는 상기 모노파일(90)의 상측에 풍력발전기가 설치된 상태가 도시되어 있다.
이러한 본 발명의 범위는 상기에서 예시한 실시예에 한정되지 않고, 상기와 같은 기술범위 안에서 당 업계의 통상의 기술자에게 있어서는 본 발명을 기초로 하는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

Claims (5)

  1. 작업이 이루어질 장소에 해상굴착용 기본 설비를 설치하는 안착단계(S100)와;
    상기 안착단계(S100)에 의해 설치된 플랫폼(30) 또는 가이드케이싱(20)에 회전 가능한 구조를 가지는 로터리테이블(40)을 설치하는 로터리테이블설치단계(S110)와;
    상기 로터리테이블(40)의 상측에 천공기(50)를 설치하는 천공기설치단계(S120)와;
    다수의 반달케이싱(60)이 수중에서 원을 이루도록 하는 반달케이싱설치단계(S130)와;
    상기 반달케이싱설치단계(S130)가 완료되면, 상기 천공기(50)를 철거하는 천공기제거단계(S140)와;
    상기 로터리테이블(40)을 플랫폼(30) 또는 가이드케이싱(20)으로부터 철거하는 로터리테이블제거단계(S150)와;
    상기 반달케이싱설치단계(S130)에 의해 원을 이루고 있는 다수의 반달케이싱(60) 내측의 해저지반을 굴착하는 지반굴착단계(S160)와;
    상기 지반굴착단계(S160)에 의해 형성된 버럭을 해상으로 인출하여 제거하는 버럭제거단계(S170)와;
    상기 지반굴착단계(S160)와 버럭제거단계(S170)가 완료된 해저지반에 모노파일(90)을 설치하는 모노파일설치단계(S180)와;
    상기 모노파일설치단계(S180)에 의해 설치된 모노파일(90)의 하단부 내측을 채우는 내부채움단계(S190)와;
    상기 모노파일(90)의 외측에 있는 다수의 반달케이싱(60)을 해상으로 인출하여 제거하는 반달케이싱제거단계(S200)와;
    상기 모노파일(90)의 하단부 외측에 콘크리트를 타설하여 모노파일(90)을 고정하는 모노파일고정단계(S210)와;
    굴착장비를 철거하는 장비철거단계(S220)와;
    상기 모노파일(90)의 상측에 필요 장치를 설치하는 장치설치단계(S230);를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 지반의 굴착공법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 반달케이싱설치단계(S130)는,
    파이프 형상의 비트케이싱(70) 하단이 해저 지반에 고정되도록 하는 비트케이싱설치과정(S131)과;
    상기 비트케이싱(70)의 내측을 통해 드릴해머비트(80)를 하강시켜 지반을 굴착하는 드릴작업과정(S132)과;
    상기 드릴작업과정(S132)에 사용된 드릴해머비트(80)를 비트케이싱(70)의 상측으로 인출하여 제거하는 드릴제거과정(S133)과;
    상기 비트케이싱(70)의 내측을 통해 반달케이싱(60)을 하강시켜 굴착된 지반에 반달케이싱(60)의 하단이 삽입되도록 하는 반달케이싱고정과정(S134)과;
    상기 반달케이싱고정과정(S134)이 완료되면, 상기 비트케이싱(70)을 상측으로 인출하여 반달케이싱(60)과 분리하는 비트케이싱제거단계(S135);를 포함하는 것을 특징으로 하는 해저 지반의 굴착공법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 가이드케이싱(20)의 내면과 상기 비트케이싱(70)의 외면에는, 서로 대응되는 형상으로 이루어져 결합되는 가이드레일(22)과 레일돌기(72)가 각각 형성되어 상기 비트케이싱(70)이 가이드케이싱(20)의 내면을 따라 상하로 슬라이딩 유동하도록 하는 것을 특징으로 하는 해저 지반의 굴착공법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 반달케이싱(60)은,
    원형의 몸체(62)와, 상기 몸체(62)의 일면이 내측으로 함몰된 반달홈(64)을 포함하는 구성을 가지며;
    상기 반달홈(64)은 상기 반달케이싱(60)의 곡률과 대응되는 곡률을 가지도록 오목하게 형성되어 인접한 반달케이싱(60)의 외면과 밀착되도록 설치됨으로써, 다수의 반달케이싱(60)은 연속으로 겹이음되어 원을 형성하는 것을 특징으로 하는 해저 지반의 굴착공법.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 로터리테이블(40)은,
    일정 각도씩 회전 가능하도록 구성되어, 상기 비트케이싱(70)의 하강 위치를 제어하여 다수의 반달케이싱(60)이 원형을 형성하도록 하는 것을 특징으로 하는 해저 지반의 굴착공법.
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