JP6831263B2 - 函体の水中への据付方法及びこの函体の揺動防止用タンク - Google Patents

Description

本発明は、函体の水中への据付方法及びこの函体の揺動防止用タンクに関する。

護岸や防波堤に使用されるケーソン等の函体は、引船により据付現場まで曳航される。このような函体は、据付現場ではウインチやクレーン等を用いて所定位置に据付けられる（例えば、特許文献１、２参照）。

函体の据付時には、波浪等の影響により函体が縦揺れ（ピッチング）および横揺れ（ローリング）する。特に、函体の据付開始時には、函体が水中に十分に沈み込んでいないため、函体の縦揺れおよび横揺れは大きくなる。函体を精度よく迅速に所定位置に据付けるには、函体の揺動を抑制することが重要である。

特開２００４−２３８９１４号公報 特開平１０−２３７８７５号公報

本発明の目的は、函体の水中への据付時の縦揺れおよび横揺れを抑制することができる函体の水中への据付方法及びこの函体の揺動防止用タンクを提供することにある。

上記目的を達成するための本発明の函体の水中への据付方法は、中空部を有する函体を水に浮かせた状態で据付現場に移送し、この据付現場では前記中空部に水を注入することにより前記函体を下方移動させて水中の所定位置に据付ける函体の水中への据付方法において、前記函体の上に収容部を有するタンクを予め設置して、前記収容部は平面視で前記函体の重心を含む位置に配置し、前記収容部が前記函体の上面の面積の５０％以上を覆う構成にして、前記収容部に流体を非充満の状態で収容しておき、前記函体が揺動して傾斜した際に、前記収容部の中で前記流体を前記函体の傾斜方向下側に向かって流動させることを特徴とする。
本発明の別の函体の水中への据付方法は、中空部を有する函体を水に浮かせた状態で据付現場に移送し、この据付現場では前記中空部に水を注入することにより前記函体を下方移動させて水中の所定位置に据付ける函体の水中への据付方法において、前記函体の上に収容部を有するタンクを予め設置して、前記収容部は平面視で前記函体の重心の周りに環状に配置し、前記収容部となる筒状の内側側壁と筒状の外側側壁との間に流体を非充満の状態で収容しておき、前記函体が揺動して傾斜した際に、前記収容部の中で前記流体を前記函体の傾斜方向下側に向かって流動させることを特徴とする。

また、上記の目的を達成するための本発明の函体の揺動防止用タンクは、水中に据付けられる函体の揺動防止用タンクであって、前記函体の上面に設置されて流体を収容する収容部を有し、この収容部には前記流体が非充満の状態で収容され、前記函体が揺動して傾斜した際には、前記収容部の中で前記流体が前記函体の傾斜方向下側に向かって流動し、前記収容部が平面視で前記函体の重心を含む位置に配置されていて、前記収容部が前記函体の上面の面積の５０％以上を覆う構成にしたことを特徴とする。
本発明の別の函体の揺動防止用タンクは、水中に据付けられる函体の揺動防止用タンクであって、前記函体の上面に設置されて流体を収容する収容部を有し、この収容部には前記流体が非充満の状態で収容され、前記函体が揺動して傾斜した際には、前記収容部の中で前記流体が前記函体の傾斜方向下側に向かって流動し、前記収容部は平面視で前記函体の重心の周りに環状に配置されていて、前記収容部となる筒状の内側側壁と筒状の外側側壁との間に前記流体が収容される構成にしたことを特徴とする。

本発明によれば、水に浮かせた状態の函体が揺動して傾斜した際に、函体の上に設置したタンクの収容部の中で流体が函体の傾斜方向下側に向って流動して、収容部での流体の重心が函体の傾斜方向下側に移動する。移動した流体に作用する重力によって函体の重心周りにモーメント（減衰モーメント）が生じる。一方、函体の浮心も傾斜方向下側に移動するため、浮力によって函体の重心周りにモーメント（復元モーメント）が生じる。この復元モーメントは函体を傾斜前の状態に戻そうとするモーメントである。減衰モーメントは復元モーメントと逆方向のモーメントになるため、復元モーメントに起因する函体の揺動が減衰モーメントにより抑制される。その結果として、函体の水中への据付時の揺動を抑制することができる。

また、タンクによる減衰モーメントがケーソン等の函体の復元モーメントを打ち消すことによって、函体の揺れの固有周期を長周期側にシフトさせることができる。その結果、無対策の函体が最も揺れやすい波の周期帯とは異なる固有周期に変化し、揺れが同調して大きく揺れることを防止する効果も期待できる。

本発明の函体の揺動防止用タンクを設置した函体の据付現場での位置決め工程を側面視で例示する説明図である。 図１の揺動防止用タンクの内部を拡大して示す説明図である。 図２の揺動防止用タンクを平面視で例示する説明図である。 図１の位置決め工程の後で函体を水底地盤へ設置する工程を側面視で例示する説明図である。 函体がＸ方向一方側（右側）に傾斜した際の揺動防止用タンクの収容部の中での流体の流動状態を側面視で例示する説明図である。 第２実施形態の揺動防止用タンクを側面視で例示する説明図である。 図６の揺動防止用タンクを平面視で例示する説明図である。 第３実施形態の揺動防止用タンクを側面視で例示する説明図である。 図８の揺動防止用タンクを平面視で例示する説明図である。 第４実施形態の揺動防止用タンクを側面視で例示する説明図である。 図１０の揺動防止用タンクを平面視で例示する説明図である。

以下、本発明の函体の水中への据付方法及びこの函体の揺動防止用タンクを図に示した実施形態に基づいて説明する。尚、図面では、函体の長さ方向、幅方向、上下方向をそれぞれ矢印Ｘ、Ｙ、Ｚで示している。

図１〜図３に例示するように、本発明の函体の揺動防止用タンク（以下、タンクと称す）１はケーソンなどの函体３の上に設置されるタンクである。函体３としてはその他に埋設函などを例示できる。この実施形態では函体３がケーソンの場合を例にしている。ケーソン３は、中空部４を有するコンクリート製または鋼製の構造物で、その中空部４は外壁５ａおよび隔壁５ｂにより複数の空間に仕切られている。中空部４にはケーソン３の据付前には適宜の量の水Ｗａが注入され、据付後には投入された砕石等により充満される。

タンク１は、鋼製または樹脂製の中空の構造物で、平らに形成された上面に作業者が往来できる足場２を有している。タンク１の下壁１ｂと側壁１ｃとにより囲まれた空間が水などの流体Ｗｂが収容される収容部１ａになっている。足場２は収容部１ａの上面を塞ぐ上蓋としても機能している。

図面では、中空部４に水Ｗａ等が収容されていない空のケーソン３の重心をＧ、ケーソン３がＸ方向およびＹ方向に傾いていない状態（中立状態）におけるケーソン３の浮心をＣ、収容部１ａの流体Ｗｂの重心をＤで示している。ケーソン３の中立状態では重心Ｇ、浮心Ｃ、重心Ｄが同じＸＹ座標に位置している（平面視では同じ位置になっている）。

この実施形態では、収容部１ａは平面視でケーソン３の重心Ｇを含む位置に配置されている。また、この実施形態では、タンク１は底面（下壁１ｂの上面）が平坦な直方体であり、ケーソン３の上面を全て覆っている。タンク１の形状はこれに限定されることはない。

収容部１ａは平面視でケーソン３の上面の面積の５０％以上、より好ましくは６０％以上、更に好ましくは７０％を覆う構成にする。タンク１が平面視でケーソン３の上面から外側に突出する構成とすることも可能である。ただし、この突出量が大きいと据付け作業に支障が生じることもある。そのため、タンク１は平面視でケーソン３の上面から外側に突出させないことが望ましい。

タンク１の下壁１ｂの下面には複数の凹部１ｅが設けられている。この複数の凹部１ｅがケーソン３の外壁５ａおよび隔壁５ｂの上側端部と嵌合することにより、タンク１はケーソン３の上に固設されている。タンク１のケーソン３への固定構造は、この構造に限定されることなく、タンク１がケーソン３から容易に分離しない構造であれば良い。

この実施形態では、タンク１を上下に貫通する注入口１ｄが設けられている。図２、図３では、２つの注入口１ｄをＸ方向の位置が同じでＹ方向の位置が異なるように配置されているが、注入口１ｄの位置及び数はこれに限定されない。注入口１ｄの上方の位置では足場２にも上下に貫通する貫通孔が形成されている。そして、この貫通孔を開閉する蓋２ａが設けられている。この蓋２ａを開けることで、注入口１ｄを通じて外部とケーソン３の中空部４とが連通する。

次に、ケーソン３の水中への据付方法について説明する。まず、ケーソン３を据付現場に移送する前にタンク１をケーソン３の上に固設して、収容部１ａに流体Ｗｂを注入する。流体Ｗｂとしてはこの水域の海水などを使用する。流体Ｗｂは、収容部１ａを充満させない収容量であればよいが、例えば収容部１ａの容積の１０％〜７０％程度、より好ましくは２０％〜５０％程度にするとともに、ケーソン３の重量の１％〜１０％程度の重量に相当する収容量、より好ましくは２％〜３％程度の重量に相当する収容量にする。

また、蓋２ａを開いて、中空部４に注入口１ｄを通じて水Ｗａを注水する。水Ｗａは、ケーソン３を水に浮かせた状態にできる量である。例えば、中空部４の容積の１／３〜３／４、或いは、１／２〜２／３程度の容積を満たす収容量にする。水Ｗａの注入後に蓋２ａは閉じる。

水に浮かせたケーソン３を引船に接続して、引船により据付現場に移送する。ケーソン３を据付現場に移送後、図１に示すように、タンク１の足場２に設置されたウインチ６に巻き付けられたワイヤロープ７を繰り出す。このワイヤロープ７を据付現場の水底地盤１０に据付け済みのケーソン３の上面に設置された滑車８に接続する。

このワイヤロープ７の繰り出しおよび巻取りを行うことにより、据え付けるケーソン３のＸＹ方向での位置決めをする。作業者は足場２の上で必要な作業を行う。足場２を設けることで作業者はタンク１（ケーソン３）の上を円滑に移動できるので作業効率の向上に大きく寄与する。尚、この位置決め工程では図１に示したウインチ６、ワイヤロープ７及び滑車８の他にも様々な器具が使用されるが、ここでは図示及び説明を省略する。ケーソン３の据付現場への移送中、および位置決め工程ではケーソン３は揺動する。

ケーソン３をクレーン等で吊り下げてＸＹ方向での位置決めをすることもできる。据付現場に最初に据え付けるケーソン３の場合は、例えば起重機船などの基準になるものに沿わせてＸＹ方向での位置決めをする。

ケーソン３の位置決め後、図４に示すように、注入口１ｄの蓋２ａを開け、タンク１の足場２に設置したポンプを起動して、一端を水中に配置したホース９を用いて注入口１ｄを通じて中空部４に水Ｗａを注入する。これにより、ケーソン３を下方移動させて水底地盤１０に載置する。その後、中空部４に砕石等を投入して充満させる。タンク１はケーソン３から取外し、ケーソン３の上面はコンクリート製の蓋などで覆ってケーソン３の据え付けが完了する。使用したタンク１は繰り返し使用できる。

上述したとおり、ケーソン３を水中へ据付ける際には、ケーソン３にはＸ方向およびＹ方向への揺動Ｓが発生する。尚、Ｚ方向への揺動（上下変動）も生じるが、ケーソン３の据付けは波が穏やかな状況で行うので、据付け方向を決める上では、大きな問題は生じない。図５に例示するように、ケーソン３がＸ方向一方側（右側）に横揺れして傾斜した際には、ケーソン３の浮心ＣがＸ方向中央の位置から右側の位置Ｃ’まで移動する。

水Ｗａを収容されているケーソン３の重心Ｇ’は水Ｗａの重量によって重心Ｇよりも大きく下方に移動している。また、ケーソン３が右側に傾斜して水Ｗａが右側に偏重することで重心Ｇ’は重心Ｇに対して右側に移動する。ただし、この右側への移動量は微小であり無視できる程度である。

移動後の浮心Ｃ’に作用する浮力ＲＦによってケーソン３の重心Ｇ’周りにモーメントＲＦＭが発生する。このモーメントＲＦＭはケーソン３を傾斜前の位置に戻そうとする復元モーメントである。この復元モーメントＲＦＭによりケーソン３はＸ方向他方側（左側）に横揺れして、以後右側および左側への揺動が繰り返されるためケーソン３の揺動の原因になる。

一方、ケーソン３の傾斜により、収容部１ａでの流体Ｗｂの重心Ｄがケーソン３の傾斜方向下側の位置Ｄ’に移動する。移動した流体Ｗｂに作用する重力によってケーソン３の重心Ｇ’周りにモーメントＤＦＭが生じる。このモーメントＤＦＭは復元モーメントＲＦＭと逆方向のモーメント（減衰モーメント）になるため、復元モーメントＲＦＭに起因するケーソン３の揺動が減衰モーメントＤＦＭにより抑制される。その結果として、ケーソン３の水中への据付時の揺動を抑制することができる。

また、減衰モーメントＤＦＭがケーソン３の復元モーメントＲＦＭを打ち消すことによって、ケーソン３の揺れの固有周期を長周期側にシフトさせることができる。その結果、タンク１を設置しない無対策のケーソン３が最も揺れやすい（同調しやすい）波の周期帯（１０ｓ前後）とは異なる固有周期に変化させることによって、揺れの同調を防ぐことができる。

流体Ｗｂの収容量が過小であるとケーソン３の揺動抑制効果は小さくなる。一方、流体Ｗｂの収容量を過大にしても流体ＷｂのＸ方向およびＹ方向への偏重が小さければこの効果はあまり変化しない。そのため、流体Ｗｂの収容量は上述した範囲にするとよい。

この実施形態では、収容部１ａに収容する流体Ｗｂとして水を使用したが、水以外の液体を収容部１ａに収容してもよい。特に、水より比重の大きい液体を収容部１ａに収容すると、流体Ｗｂに作用する重力ＤＦがより大きくなって、減衰モーメントＤＦＭを大きくすることができるので、復元モーメントＲＦＭの抑制効果をより大きくすることができる。

この実施形態では、ケーソン３を据付現場に移送する前に収容部１ａに流体Ｗｂを収容しているが、収容部１ａへ流体Ｗｂを注入して収容する時期はこの時期に限定されず、水底地盤１０に対するケーソン３の据付位置決めを行う前までであればよい。この実施形態のようにケーソン３の移送前に、収容部１ａに流体Ｗｂを収容すると、据付現場へのケーソン３の移送時におけるケーソン３の揺動も抑制することができるのでより好ましい。

図６、７に例示する第２実施形態の函体の揺動防止用タンク１は、ケーソン３にタンク１を設置した状態で平面視でケーソン３の重心Ｇの周りに収容部１ａが環状に配置されている。具体的には、タンク１の下壁１ｂでケーソン３の上面を全て覆うとともに、下壁１ｂの上面に重心Ｇを中心として円筒状の側壁１ｃが二重になって配置されることにより、側壁１ｃどうしの間が収容部１ａになっている。蓋２ａおよび注入口１ｄは収容部１ａの内部ではなく外部に設けられている。その他の構成は第１実施形態と同様であり、同様の効果を得ることができる。

この実施形態では、ケーソン３が揺動した際に平面視でタンク１の収容部１ａの中で流体Ｗｂを重心Ｇに対してより離れた位置に偏在させ易くなるので、減衰モーメントＤＦＭを大きくすることができる。そのため、第１実施形態に対してケーソン３の揺動抑制効果を大きくするには有利である。収容部１ａは平面視で円環状に限らず、四角形の環状やその他多角形の環状を採用することもできる。また、外周側の側壁１ｃから外周側に突出している下壁１ｂの上面を足場２として使用することもできる。

図８、９に例示する第３実施形態の函体の揺動防止用タンク１は、ケーソン３にタンク１を設置した状態で平面視でケーソン３の特定の方向に収容部１ａが延在している。具体的には、収容部１ａが、一定幅でＸ方向に延在するとともにＹ方向にも延在して、平面視で重心Ｇを含む位置に配置されていて十字形状になっている。蓋２ａおよび注入口１ｄは収容部１ａの内部ではなく外部に設けられている。その他の構成は第１実施形態と同様であり、同様の効果を得ることができる。尚、この実施形態では、平面視でケーソン３の上面の全面が足場２により覆われているが、収容部１ａの上面だけを足場２により覆う構成にすることもできる。その場合、側壁１ｃの外側にある下壁１ｂの上面を足場２として使用することもできる。

この実施形態においても、ケーソン３が揺動した際に平面視でタンク１の収容部１ａの中で流体Ｗｂを重心Ｇに対してより離れた位置に偏在させ易くすることができる。その結果、減衰モーメントＤＦＭを大きくすることができるので、収容部１ａの延在方向へのケーソン３の揺動に対する抑制効果を大きくすることができる。据付現場の波浪状況等に基づいてケーソン３が大きく揺動する方向が予測できる場合には、この大きく揺動する方向を収容部１ａが延在する特定の方向に設定すると、ケーソン３の全体的な揺動の抑制効果を大きくするには有利になる。

図１０、１１に示す第４実施形態の函体の揺動防止用タンク１は、ケーソン３の下壁１ｂの上面が平坦な面ではなく、ＸＹ平面上での位置に応じて収容部１ａの深さｈを変化させている。具体的には、平面視で収容部１ａの外側端部の深さｈｂが中央部側の深さｈａよりも大きくなるようにしている。その他の構成は第１実施形態と同様であり、同様の効果を得ることができる。

この実施形態においても、ケーソン３が揺動した際に平面視でタンク１の収容部１ａの中で流体Ｗｂを重心Ｇに対してより離れた位置に偏在させ易くすることができる。その結果、減衰モーメントＤＦＭを大きくすることができるので、ケーソン３の揺動に対する抑制効果を大きくすることができる。

この実施形態では収容部１ａの中央部（図１１の斜線の範囲）の深さを同一の深さｈａとしているが、この構成に限定されない。例えば、平面視で収容部１ａの中心から外側に向うに連れて収容部１ａの深さを大きくすることもできる。

１ 函体の揺動防止用タンク
１ａ 収容部
１ｂ 下壁
１ｃ 側壁
１ｄ 注入口
１ｅ 凹部
２ 足場
２ａ 蓋
３ ケーソン（函体）
４ 中空部
５ａ 外壁
５ｂ 隔壁
６ ウインチ
７ ワイヤロープ
８ 滑車
９ ホース
１０ 水底地盤
Ｗａ 中空部に収容されている水
Ｗｂ 収容部に収容されている流体

Claims (6)

1. 中空部を有する函体を水に浮かせた状態で据付現場に移送し、この据付現場では前記中空部に水を注入することにより前記函体を下方移動させて水中の所定位置に据付ける函体の水中への据付方法において、
   前記函体の上に収容部を有するタンクを予め設置して、前記収容部は平面視で前記函体の重心を含む位置に配置し、前記収容部が前記函体の上面の面積の５０％以上を覆う構成にして、前記収容部に流体を非充満の状態で収容しておき、前記函体が揺動して傾斜した際に、前記収容部の中で前記流体を前記函体の傾斜方向下側に向かって流動させることを特徴とする函体の水中への据付方法。
2. 中空部を有する函体を水に浮かせた状態で据付現場に移送し、この据付現場では前記中空部に水を注入することにより前記函体を下方移動させて水中の所定位置に据付ける函体の水中への据付方法において、
   前記函体の上に収容部を有するタンクを予め設置して、前記収容部は平面視で前記函体の重心の周りに環状に配置し、前記収容部となる筒状の内側側壁と筒状の外側側壁との間に流体を非充満の状態で収容しておき、前記函体が揺動して傾斜した際に、前記収容部の中で前記流体を前記函体の傾斜方向下側に向かって流動させることを特徴とする函体の水中への据付方法。
3. 水中に据付けられる函体の揺動防止用タンクであって、
   前記函体の上面に設置されて流体を収容する収容部を有し、この収容部には前記流体が非充満の状態で収容され、前記函体が揺動して傾斜した際には、前記収容部の中で前記流体が前記函体の傾斜方向下側に向かって流動し、前記収容部が平面視で前記函体の重心を含む位置に配置されていて、前記収容部が前記函体の上面の面積の５０％以上を覆う構成にしたことを特徴とする函体の揺動防止用タンク。
4. 水中に据付けられる函体の揺動防止用タンクであって、
   前記函体の上面に設置されて流体を収容する収容部を有し、この収容部には前記流体が非充満の状態で収容され、前記函体が揺動して傾斜した際には、前記収容部の中で前記流体が前記函体の傾斜方向下側に向かって流動し、前記収容部は平面視で前記函体の重心の周りに環状に配置されていて、前記収容部となる筒状の内側側壁と筒状の外側側壁との間に前記流体が収容される構成にしたことを特徴とする函体の揺動防止用タンク。
5. 平面視で前記収容部の深さがこの収容部の中央部側よりも外側端部で深くなっている請求項３または４に記載の函体の揺動防止用タンク。
6. タンク上面に作業者が往来できる足場が形成されている請求項３〜５のいずれかに記載の函体の揺動防止用タンク。

Images