(57)【要約】      （修正有）【課題】操船負担及び費用が軽減され、安全で、効率のよい海底地盤のコアサンプリング方法を提供する。【解決手段】海底コアサンプリング装置を吊下げて海底に着座させて設置する工程と、連結機構の解放によってロープとの連結を解いて作業船のロープから海底コアサンプリング装置を切離す工程と、海底コアサンプリング装置により海底地盤を掘削して試料を採取する工程と、前記試料採取工程終了後、前記超音波送受信器の位置を特定し、その地点の海上に作業船を停船させる工程と、作業船から超音波を発信して前記超音波送受信器の位置確認を行いながら、作業船から繰出されたロープの先端に取付けられたロープ保持機構により超音波送受信器が取付けられたロープの中間部を懸架して前記海底コアサンプリング装置を吊上げ回収する工程とを有する。【選択図】図５
2005155108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
海底コアサンプリング装置を作業船から繰出されたロープに吊下げて海底に設置し、海底地盤の試料を採取するコアサンプリング方法であって、
海底コアサンプリング装置には、上部に所定長さのロープの一端が連結され、該ロープの他端にウエイト、中間部に浮力体及び超音波送受信器が取付けられ、
前記作業船から繰出されたロープの先端に取付けられており、前記ロープの中間部又はウエイトを着脱自在に連結する連結機構により、海底コアサンプリング装置を吊下げて海底に着座させて設置する工程と、
前記連結機構の解放によってロープとの連結を解いて作業船のロープから海底コアサンプリング装置を切離す工程と、
海底コアサンプリング装置により海底地盤を掘削して試料を採取する工程と、
前記試料採取工程終了後、前記超音波送受信器の位置を特定し、その地点の海上に作業船を停船させる工程と、
作業船から超音波を発信して前記超音波送受信器の位置確認を行いながら、作業船から繰出されたロープの先端に取付けられたロープ保持機構により超音波送受信器が取付けられたロープの中間部を保持して前記海底コアサンプリング装置を吊上げ回収する工程とを有することを特徴とする海底地盤のコアサンプリング方法。
【請求項２】
前記海底コアサンプリング装置が複数台であって、
前記海底コアサンプリング装置の設置から回収までの一連の工程を順次繰り返すことにより、少なくとも１艘の作業船で複数台の海底コアサンプリング装置を海底の複数箇所に順次設置し、各海底地盤から試料を採取することを特徴とする請求項１記載の海底地盤のコアサンプリング方法。
【請求項３】
前記試料採取工程は、海底コアサンプリング装置に内蔵したタイマーなどの時刻遅延手段又は前記作業船から海底コアサンプリング装置への指令信号を介する遠隔操作制御手段により自動的に行われることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の海底地盤のコアサンプリング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海底地盤のコアサンプリング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の海底地盤のコアサンプリング方法としては、本出願人により出願された次の３つの方法が公知となっている。
第１の従来方法は、海底コアサンプリング装置を作業船から繰出したケーブルに吊下げて海底に設置し、海底地盤の試料を採取するものであり、作業船から繰出されるケーブルの先端には、海底コアサンプリング装置を自動的に着脱可能な吊下げ装置が設けられている。この方法は、吊下げ装置に海底コアサンプリング装置を保持させてケーブルで吊下げ、海底のサンプリング地点に設置する工程と、コアサンプリング装置をサンプリング地点に着座させた後、吊下げ装置をコアサンプリング装置から切離してケーブルとの連絡を離す工程と、この状態で海底コアサンプリング装置により海底地盤を掘削してその試料を採取する工程と、海底地盤の試料を採取した後、海底コアサンプリング装置に吊下げ装置を結合させ、ケーブルにて吊上げ海底コアサンプリング装置を回収する工程とを有して海底地盤の試料サンプリングを行うものである。
【０００３】
第２の従来方法は、浮力体及び自動的に切離し可能に取付けられたウエイトが設けられ、作業船から繰出されたケーブルの先端に、切離し自在の吊下げ装置が設けられるものである。吊下げ装置に海底コアサンプリング装置を保持させてケーブルで吊下げ、海底のサンプリング地点に設置する。コアサンプリング装置をサンプリング地点に着座させた後、吊下げ装置をコアサンプリング装置から切離しケーブルとの連結を離し、この状態でコアサンプリング装置により海底地盤を掘削してその試料を採取する。海底地盤の試料を採取した後、コアサンプリング装置に自動的に切離し可能に取付けられたウエイトを切離し、コアサンプリング装置に取付けられた浮力体の浮力でコアサンプリング装置を浮上させて回収するようになっている。
【０００４】
第３の従来方法は、海底コアサンプリング装置が浮力体及び切離し可能に取付けたウエイトを具備しており、この状態で海底コアサンプリング装置が本船から海中に投入され、海底に到達したら潜水船に装備されたマニピュレータにより、保持し所定の位置に着座させる。しかる後、コアサンプリング装置により海底地盤を掘削してその試料を採取する。海底地盤の試料を採取した後は、コアサンプリング装置に切離し可能に取付けられたウエイトを切離し、コアサンプリング装置に取付けられた浮力体の浮力でコアサンプリング装置を浮上させて回収するものである。
【特許文献１】特開平７−２１７３５１号公報
【特許文献２】特開平７−２１７３６１号公報
【特許文献３】特開平７−２９３１８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、このような従来の技術には、下記の問題点があった。
第１の従来方法では、海底コアサンプリング装置を作業船のケーブルの先端に取付けられた吊下げ装置により把持して吊下げ海底に設置及び回収を行うため、水深が深くなるに従い揚降時間が長くなるばかりでなく、海底コアサンプリング装置を自動的に着脱する吊下げ装置が重厚長大な上、ケーブル及びケーブル繰出し設備が重厚長大化し、それに伴い操船設備費用が嵩むなどの欠点がある。
【０００６】
第２の従来方法では、海底コアサンプリング装置に取付けられたウエイトを自動的に切離し、海底コアサンプリング装置に取付けられた浮力体の浮力で海底コアサンプリング装置を浮上させるため、海底コアサンプリング装置の回収が容易化され、操船負担が軽減され回収作業が改善される。しかし、第１の従来方法と同様に、海底コアサンプリング装置を作業船のケーブルの先端に取付けられた吊下げ装置により把持して吊下げて海底への設置を行うため、海底が深くなるに従い、その操作時間が掛かるばかりでなく、海底コアサンプリング装置を自動的に着脱する吊下げ装置が重厚長大な上、ケーブル及びケーブル繰出し設備が重厚長大化し、それに伴い操船設備費用が嵩むなどの欠点が依然として改善されていない。また、１回のサンプリング毎にウエイトを海底に破棄するため、その自動破棄装置及び操作が複雑な上、それらの費用がさらに嵩むという欠点がある。
【０００７】
第３の従来方法では、第１及び第２の従来方法における本船のケーブル設備（自動吊下げ装置共）を用いることなく、海底コアサンプリング装置の海底設置時には、海底コアサンプリング装置を本船から海中に投入し、海底に到達したら潜水船に装備されたマニピュレータにより保持し所定の位置に着座させるようになっている。海底コアサンプリング装置の回収時には、海底コアサンプリング装置からウエイトを自動的に切離し、海底コアサンプリング装置に取付けられた浮力体の浮力で海底コアサンプリング装置を浮上させる。これにより海底コアサンプリング装置の設置及び回収が容易化され、本船の操船負担が軽減される。しかしながら、海底コアサンプリング装置の海底設置時にマニピュレータを備えた潜水船を使用するため、潜水船の操船負担が重くなっている。また、１回のサンプリング毎にウエイトを海底に破棄するための自動破棄装置及び操作が複雑な上、それらを加えた費用が嵩むなどの欠点がある。
【０００８】
これらの問題点を解決すべく、本発明の目的は、海底コアサンプリング装置の設置及び回収が簡略化され、１艘の作業船で複数の海底サンプリング装置を海底に設置でき、操船負担及び費用が軽減されるとともに安全で、効率のよい海底地盤のコアサンプリング方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、請求項１に係る発明の海底地盤のコアサンプリング方法は、海底コアサンプリング装置を作業船から繰出されたロープに吊下げて海底に設置し、海底地盤の試料を採取するコアサンプリング方法であって、海底コアサンプリング装置には、上部に所定長さのロープの一端が連結され、該ロープの他端にウエイト、中間部に浮力体及び超音波送受信器が取付けられ、前記作業船から繰出されたロープの先端に取付けられており、前記ロープの中間部又はウエイトを着脱自在に連結する連結機構により、海底コアサンプリング装置を吊下げて海底に着座させて設置する工程と、前記連結機構の解放によってロープとの連結を解いて作業船のロープから海底コアサンプリング装置を切離す工程と、海底コアサンプリング装置により海底地盤を掘削して試料を採取する工程と、前記試料採取工程終了後、前記超音波送受信器の位置を特定し、その地点の海上に作業船を停船させる工程と、作業船から超音波を発信して前記超音波送受信器の位置確認を行いながら、作業船から繰出されたロープの先端に取付けられたロープ保持機構により超音波送受信器が取付けられたロープの中間部を保持して前記海底コアサンプリング装置を吊上げ回収する工程とを有することを特徴とする。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の海底地盤のコアサンプリング方法であって、前記海底コアサンプリング装置が複数台であって、前記海底コアサンプリング装置の設置から回収までの一連の工程を順次繰り返すことにより、少なくとも１艘の作業船で複数台の海底コアサンプリング装置を海底の複数箇所に順次設置し、各海底地盤から試料を採取することを特徴とする。
【００１１】
さらに、請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に記載の海底地盤のコアサンプリング方法であって、前記試料採取工程は、海底コアサンプリング装置に内蔵したタイマーなどの時刻遅延手段又は前記作業船から海底コアサンプリング装置への指令信号を介する遠隔操作制御手段により自動的に行われることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１の発明によれば、海底コアサンプリング装置により海底地盤を掘削してその試料を採取している間、海底コアサンプリング装置には従来のような作業船から繰出されたケーブル又はロープが連結されていないので、作業船が海底コアサンプリング装置の真上に位置するように作業船を風や潮流に逆らって停止させておく必要がない。したがって、作業船に必ずしもＤＰＳなどの定位置維持機能を持たせる必要はなく、操船負担を軽減することができる。気象条件が悪化した場合でも、海底コアサンプリング装置を海底に残して置けるので容易に作業船のみ退避し、気象条件が好転した後に海底コアサンプリング装置を回収することができる。しかも、従来のように作業船が流された場合、海底コアサンプリング装置がケーブルに引かれて転倒又は引きずられてしまい、掘削及び試料採取作業ができなくなる事故もない。このように、請求項１の発明によれば、海底コアサンプリングにおける安全性及び信頼性が向上する。
【００１３】
また、ロープの中間部又はウエイトを着脱自在に連結する連結機構が、従来の海底コアサンプリング装置を直接把持する吊下げ装置に比べて簡易構造で小型軽量化されているので、作業船のロープ繰出し設備が小型軽量化される。さらに、海底コアサンプリング装置回収時に従来のようにウエイトを廃棄する必要がないと共に、海底コアサンプリング装置の設置及び回収操作も簡略化されるため、操船設備を含む費用が低減される。
【００１４】
請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様な効果に加え、１艘の作業船で複数台の海底コアサンプリング装置を順次複数箇所の海底のサンプリング地点に設置し試料を採取することができるので、海底コアサンプリングにおける効率及び採算性が向上する。
【００１５】
請求項３の発明によれば、請求項１及び請求項２の発明と同様な効果を有するのに加えて、海底地盤の試料採取工程が海底コアサンプリング装置に内蔵した時刻遅延手段又は作業船からの遠隔操作により自動的に行われるので、操船負担を軽減するとともに海底地盤のコアサンプリングにおける効率を一層向上させる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の海底地盤のコアサンプリング方法を図示する実施の形態により具体的に説明する。
【００１７】
図１及び図２は、一実施の形態の海底地盤のコアサンプリング方法における海底コアサンプリング装置設置工程であり、海底コアサンプリング装置１０は、次のような構成となっている。
すなわち、海底コアサンプリング装置本体１１の上部に所定長さのロープ１２の一端が連結されている。ロープ１２には、他端にウエイト１３、中間部に超音波送受信器１４及び浮力体１５が取付けられている。
【００１８】
海底コアサンプリング装置１０としては、公知の技術を適用できるので詳細な説明を省略するが、先端にビットを有する回転式の１本又は複数本のコアチューブを使用して、海底Ｇのコアをボーリングにより採取するマリンドリル式コアサンプリング装置であっても、サンプラーを射出しコアを採取するガン方式サンプリング装置であってもよく、特に限定されない。
【００１９】
前記ロープ１２の所定長さは、ロープ１２が連結された海底コアサンプリング装置１０が海底Ｇに設置された状態で、ロープ１２の先端部のウエイト１３が海底Ｇに沈下・着座し、超音波送受信器１４及び浮力体１５が取付けられてロープ１２の中間部が上方に向かい凸状に屈曲した状態で浮遊する程度の極力短い長さとすることが望ましい（図３参照）。
【００２０】
浮力体１５は、ガラス球、シンタクチックフォーム、アルミ又はプラスチック製ブイ等の公知の構成とすることができ、超音波送受信器１４の近傍に個別的又は一体的に取付けられることが望ましい。これは、超音波送受信器１４をロープ１２の凸状に屈曲した中間部上方に浮遊させることにより、後述する海底コアサンプリング装置１０の回収時に作業船２０から超音波によりロープ１２の位置を特定・確認して係止及び保持し易くするためである。また、このような状態で浮力体１５は、海中における後述する海底コアサンプリングにおける一連の工程において、海底コアサンプリング装置１０の安定化ブイの役割を行う。浮力体１５の浮力は海中において、海底コアサンプリング装置本体１１とウエイト１３の重量よりは小さく、超音波送受信器１４及びロープ１２の重量よりも大きく設定される。
【００２１】
ウエイト１３は、海中において海底コアサンプリング装置本体１１、超音波送受信器１４及び浮力体１５に対し、ロープ１２の中間部のロープ保持機構２４を介して釣合う程度の重さを有する比較的小型形状のものとすることができる。これは、海中において海底コアサンプリング装置本体１１及び超音波送受信器１４の重量が相当軽減されるように浮力体１５の浮力を設定することができるからである。これにより、作業船２０のロープ２２の吊上げ力を最小限に抑えることができる。
【００２２】
本発明は、上記のように構成された海底コアサンプリング装置１０を作業船２０の船体２１に設けられたロープ繰出し設備２１ａから繰出したロープ２２に吊下げて海底Ｇに設置し、海底地盤の試料を採取する海底コアサンプリング方法であって、次の工程で行われる。
図１及び図２に示すように、作業船２０から繰出されたロープ２２の先端には、ロープ１２のウエイト１３を把持する連結機構としての把持機構２３が取付けられ、把持機構２３にウエイト１３を把持させて海底コアサンプリング装置１０を吊下げ、海底Ｇのサンプリング地点に着座させ設置する（海底コアサンプリング装置設置工程）。
【００２３】
連結機構としての把持機構２３としては、前記小型のウエイト１３を把持する例えば自動的に開閉自在な少なくとも２つの爪２３ａ、２３ｂを有するトグル機構などを適用することができる。このため、従来の海底コアサンプリング装置を直接把持する吊下げ装置に比べて簡易な小型軽量構造とすることができる。これとウエイト１３の小型化及び作業船２０のロープ２２の吊上げ力最小限化（段落００２１参照）とも関連して、作業船２０のロープ繰出し設備２１ａが小型軽量化され、操船設備費用も低減される。
【００２４】
図３は、図２に続く海底コアサンプリング装置切離し工程を示す。この工程では、海底コアサンプリング装置本体１１が海底に着座した後、作業船からの遠隔操作で自動的に把持機構２３のウエイト１３の把持を解放することにより海底コアサンプリング装置１０を作業船２０のロープ２２から切離す。このとき、ロープ１２は、図３に示すように、先端部のウエイト１３が海底Ｇに着座し、超音波送受信器１４及び浮力体１５が取付けられているロープ１２の中間部が浮力体１５の浮力により上方に向かって凸状に屈曲し浮遊した状態となる。
【００２５】
なお、このとき、図１のように海底コアサンプリング装置１０を吊下げ、海底コアサンプリング装置本体１１が海底に着座する（海底コアサンプリング装置設置工程）前に、適宜の深さの位置で把持機構２３のウエイト１３の把持を解放することにより海底コアサンプリング装置１０を海中に投入し、自然沈下させて海底コアサンプリング装置１０を海底に着座・設置させることも可能である。この場合、ロープ１２の浮力体１５がその浮力により海底コアサンプリング装置１０の転倒を防止する安定化ブイの役割を果たす。
この方法は、特に海流が激しくないような場合には適用し易く、海底コアサンプリング装置１０を海底Ｇに着座する前に切離すため、海底コアサンプリング装置１０の設置作業時間を短縮することができる。
【００２６】
図４は、図３に続く海底コアサンプリング工程を示す。この工程では、海底コアサンプリング装置１０が海底Ｇに設置された状態で、海底コアサンプリング装置１０により海底地盤を掘削してその試料を採取する。
【００２７】
海底コアサンプリング工程では、海底コアサンプリング装置１０に内蔵したタイマーなどの時刻遅延手段又は作業船から海底コアサンプリング装置への指令信号を介する遠隔操作制御手段により自動的に行うことができる。これにより、操船負担を軽減するとともに海底コアサンプリングにおける効率を一層向上させることができる。
【００２８】
このように、海底コアサンプリング装置１０により海底地盤を掘削してその試料を採取している間、海底コアサンプリング装置１０には作業船２０から吊下げられたケーブル又はロープ２２が連結されていないので、作業船２０が海底コアサンプリング装置１０の真上に位置するように作業船２０を風や潮流に逆らって停止させておく必要がない。したがって、作業船２０にＤＰＳなどの定位置維持機能を必ずしも装備する必要がなく、操船負担を軽減することができる。気象条件が悪化した場合でも、海底コアサンプリング装置１０を海底Ｇに残して置けるので容易に作業船２０のみ退避し、気象条件が好転した後に海底コアサンプリング装置１０を回収することができる。しかも、作業船２０が流された場合、海底コアサンプリング装置１０がケーブルに引かれて転倒又は引きずられてしまい、掘削及び採取作業ができなくなるという事故もない。このように、海底コアサンプリングにおける安全性及び信頼性が向上する。
【００２９】
また、ロープ１２のウエイト１３を把持する把持機構２３及びロープ１２の中間部を懸架するロープ保持機構２４が、従来の海底コアサンプリング装置を直接把持する吊下げ装置に比べて簡易構造で小型軽量化されているので、作業船２０のロープ繰出し設備２１ａが小型軽量化され、それに伴い操船設備費用が低減される。
【００３０】
図５は、図４に続く海底コアサンプリング地点位置特定工程を示す。この工程では、海底コアサンプリング工程終了後、再度作業船２０を前記海底コアサンプリング地点近傍に走行させいずれも図示しない超音波探知システムあるいはダイナミックポジショニングシステム（ＤＰＳ）などによりロープ１２の超音波送受信器１４の位置特定し、その地点の海上に停船させる。
【００３１】
図６は、図５に続く海底コアサンプリング装置回収工程を示す。この工程では、海底コアサンプリング装置位置確認工程に引続き、作業船２０の超音波探知システムから超音波２５を発信してロープ１２の超音波送受信器１４の位置確認を行いながら、作業船２０から繰出されたロープ２２の先端に新たに付替えられた例えばフック部２４ａを有するフック手段などのロープ保持機構２４により、ロープ１２の前記位置確認した超音波送受信器１４が取付けられた中間部を下方からフック部２４ａに引掛けて保持し海底コアサンプリング装置１０を吊上げ回収する。
このとき、前記段落００２０等で説明したように、浮力体１５の浮力により上方に向かい凸状に屈曲して浮遊したロープ１２の超音波送受信器１４が取付けられた中間部をフック部２４ａに引掛けることは容易である。
【００３２】
ロープ保持機構２４は、例えば複数のフック部２４ａを有するフック手段などの公知技術を適用することができる。このため、従来の海底コアサンプリング装置を直接把持する重厚長大な吊下げ装置に比べて簡易な小型軽量構造とすることができる。これとウエイト１３の小型化及び作業船２０のロープ２２の吊上げ力最小限化とも関連して、作業船２０のロープ繰出し設備２１ａが小型軽量化され、操船設備費用も低減される。
【００３３】
なお、前記海底コアサンプリング装置設置工程においては、把持機構２３に替え海底コアサンプリング装置回収工程で使用したロープ保持機構２４を使用し、図６に示すように、ロープ１２の中間部をフック部２４ａに引掛けるなど懸架して海底コアサンプリング装置１０を吊下げ、海底Ｇのサンプリング地点に着座させ設置することもできる。海底コアサンプリング装置１０が海底Ｇに着座した後、作業船２０のロープ２２をさらに繰出しロープ保持機構２４を沈下させてロープ１２の中間部の下側からフック部２４ａを外すことが容易にできる。逆に海底コアサンプリング装置１０を吊上げ回収する場合は、ロープ１２の中間部を下方からフック部２４ａに引掛けるなど懸架して海底コアサンプリング装置１０を吊上げることが容易にできる。
【００３４】
このような方法によれば、海底コアサンプリング装置設置及び回収工程におけるロープ保持機構及びその操作が簡略化されるメリットがある。
また、ロープ保持機構２４に図示しないビデオカメラなどのモニタリング手段を取付け、海底コアサンプリング装置１０の回収あるいは設置状態等の監視を任意に行うこともできる。
【００３５】
さらに、前記海底コアサンプリング方法において、海底コアサンプリング装置１０は複数台であり、前記海底コアサンプリング装置設置工程から海底コアサンプリング装置回収工程までの一連の工程を順次繰り返すことにより、少なくとも１艘の作業船２０で複数台の海底コアサンプリング装置１０を順次複数箇所の海底Ｇのサンプリング地点に設置し、それらの地盤から試料を採取することができる。
【００３６】
このように、１艘の作業船２０で複数台の海底コアサンプリング装置１０を順次複数箇所の海底Ｇのサンプリング地点に設置し試料を採取することができるので、海底コアサンプリングにおける効率及び採算性が向上する。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
以上の発明では、１艘の作業船で複数台の海底コアサンプリング装置を順次複数箇所の海底のサンプリング地点に設置し試料を採取することができるので、特に、複数箇所の海底地盤のサンプリングを必要とする場合に、効率性及び採算性とも良好に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明に係る一実施例の海底地盤のコアサンプリング方法における海底コアサンプリング装置設置工程の開始状態を示す説明図である。
【図２】図１に続く海底コアサンプリング装置設置工程図である。
【図３】図２に続く海底コアサンプリング装置切離し工程図である。
【図４】図３に続く海底コアサンプリング工程図である。
【図５】図４に続く海底コアサンプリング地点位置特定工程図である。
【図６】図５に続く海底コアサンプリング装置回収工程図である。
【符号の説明】
【００３９】
１０    海底コアサンプリング装置
１１    海底コアサンプリング装置本体
１２    ロープ
１３    ウエイト
１４    超音波送受信器
１５    浮力体（安定ブイ）
２０    作業船
２１    船体
２１ａ  ロープ繰出し設備
２２    吊上げロープ
２３    把持機構
２３ａ、２３ｂ    爪
２４    ロープ保持機構
２４ａ  フック部
２５    超音波
Ｇ      海底
【図１】
2005155108.tif 000003
【図２】
2005155108.tif 000004
【図３】
2005155108.tif 000005
【図４】
2005155108.tif 000006
【図５】
2005155108.tif 000007
【図６】
2005155108.tif 000008