(57)【要約】【課題】潮流のある水域における水中重量が変化するアンカーブロックのシミュレーションによって沈設開始位置を示し、潮流のある水域における小型の作業船によるアンカーブロックの曳航から沈設までの沈設作業を可能とするアンカーブロックの沈設方法を提供する。【解決手段】アンカーブロック１と、作業船２と、作業船２の位置測定手段と、潮流７の流向・流速および深度測定手段と、沈降開始位置５を求める演算手段がインストールされたPC端末４と、を備えている。演算手段により、潮流７の水域を沈降する水中重量が時間変化するアンカーブロック１の運動方程式を演算し、水面１０から沈設目標位置６までのアンカーブロック１の着底時間と、水面１０方向の移動距離８と、沈降開始位置５と、を求める。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水域でアンカーブロックを水面の沈設開始位置から沈降させ水底の沈設目標位置へ沈設させる沈設方法であって、作業船の位置測定手段と、水域の流向・流速および深度測定手段と、前記沈降開始位置を求める演算手段と、を備え、前記演算手段により、沈降中での水中重量が時間変化する前記アンカーブロックに作用する重力、浮力、抗力に基づいた運動方程式を演算し、前記流向・流速および深度測定手段による水深方向の前記沈設目標位置を用いて水面から前記沈設目標位置までの前記アンカーブロックが着底する着底時間を求めること、前記着底時間と前記流向・流速および深度測定手段による流向・流速とを用いて前記沈設目標位置からの水面方向の移動距離を求めこと、前記移動距離と前記位置測定手段による水面方向の沈設目標位置とから前記沈降開始位置を求めること、を特徴とするアンカーブロックの沈設方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋などの潮流のある水域において、海洋構造物、ダム付帯設備、浮体構造物を係留する場合に用いるアンカーブロックの沈設方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、海洋などの深度によって潮流の強さや向きが違う水域では、アンカー等の投下物を投下する際に投下物が潮流によって流され、目標の沈設位置からのずれが生じることがある。この沈設目標位置からのずれを修正するために、再度投下物を引き上げ、作業従事者の経験により投下位置の調整をしながら投下を行う。しかしながら、潮流の強さや向きが深度によって一定でない水域において、経験による調整では困難であり、沈設目標位置へ沈設されるまで沈設作業を繰り返さなければならないため大変手間がかかる。そこで、潮流による沈設位置への影響を抑える方法として、投下物自体の重量を増やし、クレーン船による投下物を吊り下げながら沈設する方法などが考えられる。しかしながら、投下物の重量を増やす場合には移送手段に大型の作業船などが必要になることや、吊り下げるためのクレーン船を用意する必要があり、沈設作業にかかる手間や費用が増大する。また、いずれの方法においても、沈設目標位置の水深もしくはその水域周辺の潮流が大きくなるにつれて、潮流による投下物への沈設目標位置へのずれをなくすことは困難になる。そのため、作業従事者の経験によらない水域での潮流を考慮した投下物の運動シミュレーションに基づいた投下方法として特許文献１又は２の発明がある。
【０００３】
特許文献１の記載によれば、 船を進行させることによって海上で船を安定させ、投下最適位置に達したときに海中へ投下物を自由落下させる方法であり、その最適投下位置を目標位置と流向・流速と土運船の進行方向・速度とに基づき解析し算出するものである。
【０００４】
また、特許文献２によれば、 アンカーに連結されたワイヤーを用いてアンカーを吊り下げて目標位置に投下する方法であって、潮流の流向・流速の測定データに基づいてアンカーに作用する抗力を演算し、連結部材に作用する抗力・重力による連結部材の張力を演算し、アンカーの抗力・重力および連結部材の張力に基づく力の釣り合いからアンカー投入から着底までの移動方向・時間を演算し、アンカーの目標投入位置を演算するものである。
【０００５】
一方、潮流の少ない水域であるダム湖などにおいて用いられるものであって、本発明者等が発明した投下物である浮体とリーダーロープとを有するアンカーブロックは、浮桟橋や浮島の係留や流木止めの中間係留等に利用されている。特に、小型の作業船と少数の作業従事者のみで、浮力による曳航、浮力の調整によるアンカーブロックの沈設・回収やリーダーロープによる係留索の回収などの作業を行うことができるため、クレーン台船の搬入・組立が困難なダム湖などに適している。また、従来の沈設作業におけるクレーン船等の大掛かりな施工が必要でなくなったため、施工費の縮減が可能となる（特許文献３又は４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第4756643号公報
【特許文献２】特開2013-163395号公報
【特許文献３】特開2005-96491号公報
【特許文献４】特許第4570592号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、本発明者等による発明は、アンカーブロック内部の浮体から空気を排気し浮力を減じながらアンカーブロックを沈降する方法であって、アンカーブロック内部に注水されることで水中重量を増加させながら沈降させるため、潮流による影響を受けやすいことが知られている。
【０００８】
その理由として、沈降開始直後のアンカーブロックに作用する浮力はアンカーブロック内部へすべて注水して水中重量を満たした時に作用する浮力よりも大きく、水中へとゆっくり沈降する。その結果、浮力が一定の自由落下運動とした場合の着底時間に比べ、水中重量が時間変化するアンカーブロックの着底時間に遅れが生じる。その着底時間の差によって、潮流によるアンカーブロックの質量を一定とした自由落下運動による沈設目標位置とのずれが生じる。したがって、特許文献１のような、作用する浮力が一定のもとでの自由落下運動に基づいた最適投下位置を決定する方法とその沈設方法を、上記アンカーブロックの沈設に適用することはできない。
【０００９】
また、特許文献２に記載された発明のように、ワイヤーでアンカーを吊り下げて沈設する方法では、ワイヤーの設置やその設置するための別の船等が必要になる（特許文献２の図１参照）。すなわち、特許文献２記載の沈設方法ではワイヤー船等の複数の船が必要になるので、本発明者等による発明である浮体とリーダーロープとを有するアンカーブロックの沈設においては、小型の作業船による沈設作業を行って施工費の削減の効果を奏する方法として適していない。
【００１０】
したがって、潮流のある水域において沈降中に水中重量が変化するアンカーブロックの潮流の作用を考慮した沈降運動をシミュレーションし、そのアンカーブロックの最適な沈設開始位置を示すことが必要とされた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、上記課題に鑑み、水域でアンカーブロックを水面の沈設開始位置から沈降させ水底の沈設目標位置へ沈設させる沈設方法であって、作業船の位置測定手段と、水域における流向・流速および深度測定手段と、前記沈降開始位置を求める演算手段と、を備え、前記演算手段により、沈降中での水中重量が時間変化する前記アンカーブロックに作用する重力、浮力、抗力に基づいた運動方程式を演算し、前記流向・流速および深度測定手段による前記沈設目標位置を用いて水面から水深方向の前記沈設目標位置までの前記アンカーブロックが着底する着底時間を求めること、前記着底時間と前記流向・流速および深度測定手段による流向・流速とを用いて前記沈設目標位置からの水面方向の移動距離を求めること、前記移動距離と前記位置測定手段による水面方向の前記沈設目標位置とから前記沈降開始位置を求めること、を特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１記載の発明によれば、沈降中に水中重量が時間変化するアンカーの沈設までの着底時間を演算し、その着底時間と潮流とからアンカーの水平方向移動距離を演算し、その移動距離と沈設目標位置とからアンカーの最適な沈設開始位置を示すことができるので、潮流のある水域におけるアンカーブロックの沈設作業能率が向上し、かつ、小型の作業船のみでアンカーブロック曳航から沈設までの沈設作業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】水中重量が変化するアンカーブロックの沈設方法の概念図である。
【図２】本実施形態における沈設方法のフローチャートである。
【図３】本実施形態における沈設開始位置探索シミュレーションのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明による実施形態について、図１に基づいて、潮流のある水域における水中重量が時間変化するアンカーブロックの沈設方法を詳細に説明する。
【００１５】
図１に、アンカーブロック１内部の有する浮体によってアンカーブロックを水面１０に浮遊させた状態で沈設目標位置６の上方周辺へと作業船２で曳航し、水面１０からアンカーブロック１の沈設作業を行う方法の概念図を示す。
【００１６】
水面下では、アンカーブロック１の沈降中の状態を表しており、アンカーブロック１内部の破線は沈降するとともに浮体に注水されていること、アンカーブロック１上部の白丸は浮体から空気を排気していること、この水域における潮流７（矢印方向）によってアンカーブロック１は流されていること、を表している。最終的に、アンカーブロック１は沈設目標位置６に沈設され、アンカーブロック内部の浮体にすべて注水され、沈設が完了する。
【００１７】
水面上の小型の作業船２には、作業従事者３と、Differential Global Positioning System（DGPS）の受信機とアンテナによる位置測定手段（図示しない）と、多層流向流速計とよばれるAcoustic Doppler Current Profiler（ADCP）による流向・流速及び深度測定手段（図示しない）と、沈設開始位置探索シミュレーションと沈設開始位置などの位置情報表示手段が組み込まれたソフトウェアがインストールされたパーソナルコンピュータ(PC)端末４と、が備えられている。また、浮体を有するアンカーブロック１、DGPS受信機及びADCPは小型作業船２に曳航されている状態で備えている。
【００１８】
DGPSとは、地上の基地局から発信する電波を利用してGPSの測位における誤差を修正して精度を高める技術である。そのDGPSアンテナとDGPS受信機とがPC端末に接続され、DGPS受信機による測位した位置のデータを送信するように構成されている。このDGPS受信機とアンテナのユニットはニコン・トリンブル社の製品を使用することができる。
【００１９】
ADCPとは、水中に超音波パルスを発信し、水中を浮遊する散乱体からの反射音波の周波数変化から深度毎の流向・流速を測定するものであり、水域の流向・流速及び深度の測定したデータが送信され、PC端末へと受信するように構成されている。このADCPはTeledyne RD Instruments 社の製品を使用することができる。
【００２０】
また、アンカーブロック１は内部の中央部に中空状の浮体を有し、浮体とその内部に連通する排気バルブと、浮体下部に注水孔を設けたことを特徴としている。前記排気バルブを開放することによって、浮体の空気を減らしアンカーブロック内部に注水を行うことで、アンカーブロックに作用する浮力が減少し水中へと沈降を開始することができる（図示しない）。
【００２１】
次に、沈設方法の手順について、図２のフローチャートに基づき詳細に説明をする。
【００２２】
まず、小型の作業船２によってアンカーブロック１を沈設目標位置６上方に曳航する（S1）。このとき、アンカーブロック１は内部の浮体の浮力によって小型の作業船２による曳航が可能である。また、沈設目標位置６は予め決定したものをPC端末４へ入力し、小型の作業船２の現在位置をDGPSによって取得しておく。現在位置及び沈設目標位置６はPC端末４に常に表示しながら、沈設目標位置６へ移動する。
【００２３】
沈設目標位置６上方の水面１０に作業船２が到着後、ADCPを用いて沈設目標位置６上方から水底１１までの深度毎の流向・流速の測定を行う（S2）。その深度毎の流向・流速の測定データをADCPからPC端末４へ送信する（S3）。
【００２４】
アンカーブロック１の形状、重量、単位時間あたりの流入量、沈設目標位置６の位置などを沈設開始位置探索シミュレーションへ予め入力しておき、沈設目標位置６における深度毎の流向・流速の測定データを用いて沈降開始位置探索シミュレーションの演算を実行し、沈設開始位置５を出力する（S4）。このとき、沈設目標位置６における深度毎の流向・流速をその沈設目標位置６周辺水域の流向・流速の代表とする。
【００２５】
沈設開始位置５に移動するため、DGPSによる作業船２の現在位置を逐次取得し、現在位置、沈設目標位置６、及び、沈設開始位置５の位置をPC端末４に表示する（S5）。その表示にしたがって、作業船２によってアンカーブロック１を沈設開始位置５へと移動する（S6）。
【００２６】
作業船２が沈設開始位置５へ到着後、ADCPによる深度毎の流向・流速を測定し、沈設目標位置５から水底１１までの深度毎の流向・流速と一致することを確認する（S7）。
【００２７】
アンカーブロック１の沈設作業を開始する。作業従事者３によってアンカーブロック１の排気バルブ及び注水孔を開放し、浮体に注水を行って浮力を減少させる、すなわち、アンカーブロック１の水中重量を増加させて沈降し始める（S8）。このとき、排気孔及び注水孔を開放したままにすることで、沈降しながら水中重量を増加させ、沈設後もアンカーブロック１の浮体の空気を完全に排出させることができる。
【００２８】
アンカーブロック１が水底１１の沈設目標位置６に設置されたかどうかを音響測深技術の使用や目視などで確認後（S9）、アンカーブロック１の沈設作業を終了する（S10）。
【００２９】
次に、本実施形態における図２のステップS４の沈設開始位置５の探索シミュレーションの演算の重要な数式について、数式１ないし３を示す。
【００３０】
まず、水中重量が時間変化するアンカーブロック１の水深９方向の運動方程式は、次の数式１のように与える
【００３１】
【数１】
2016183464.tif 000003
【００３２】
この水深９方向の運動方程式は、地球の重力、アンカーブロックの浮力、及び、水中抗力がアンカーブロックに作用していることを表している。
【００３３】
また、潮流７がアンカーブロック１に作用するとともに水中重量が時間変化するアンカーブロック１の水面１０方向の運動方程式は、次の数式２のように与える。
【００３４】
【数２】
2016183464.tif 000004
【００３５】
この水面１０方向の運動方程式は、潮流とアンカーブロックの水面１０方向の速度の相対速度の自乗に比例する力が作用していることを表している。
【００３６】
また、アンカーブロック１内部に流入する水の質量を次の数式３のように与える。
【００３７】
【数３】
2016183464.tif 000005
【００３８】
ここで、アンカーブロックの水中重量が時間に対して線形に比例することを表している。
【００３９】
上記の数式１ないし３を用いた沈設開始位置探索シミュレーションの演算について、図３のフローチャートを基に詳しく説明する。
【００４０】
アンカーブロック１の重量や形状から決まる固有のパラメータを数式１ないし３へ入力をする（S４０１）。
【００４１】
ステップS3で測定した水面１０から沈設目標位置６までの距離を数式１の境界条件として入力をする（S４０２）。そして数式１を演算し、水中重量が時間変化するアンカーブロックの沈設目標位置６まで着底時間を求める（S４０３）。
【００４２】
次に、その着底時間を境界条件として、ステップS２で測定した深度毎の流向・流速を入力し（S４０４）、水面１０から沈設目標位置６まで沈降中にアンカーブロック１の水平方向の移動距離８を演算する（S４０５）。
【００４３】
その水平方向の移動距離８と沈設目標位置６とから適切なアンカーブロック１の沈設開始位置５を算出し、沈設開始位置５として出力する（S４０６）。
【００４４】
この時、アンカーブロック１への流入量とは数式３で定義され、単位時間あたりアンカーブロックへ流入する水の重量であり、浮体の深度や注水孔の大きさに依存し、おおよそ時間に線形で比例することがわかっている。この比例定数はあらかじめ実験等によって決定されるものである。
【００４５】
次に、沈設開始位置探索シミュレーションを用いて、アンカーブロックへの単位時間あたりの流入量(L/min)及び流速ごとのアンカーブロックの移動距離を表１に示す。
【００４６】
【表１】
2016183464.tif 000006
【００４７】
具体的には、潮流の流速を0.21m/s、0.31m/s、0.42m/sと単位時間あたりのアンカーブロックへの流入量を4L/min、８L/min、12L/min、16L/minとした場合のアンカーブロックの移動距離８のシミュレーション結果である。例えば、流速0.21m/sの場合、単位時間あたりの流入量16L/minのときアンカーブロックの移動距離は560mmであり、単位時間あたりの流入量4L/minのときアンカーブロックの移動距離は1152mmである。このことから、アンカーブロック１の水平方向の移動距離８は単位時間あたりの流入量に大きく依存する。
【００４８】
実際の海洋などの水域でアンカーブロックの沈設を行う場合、水深はより深くなり、潮流の流速はさらに速くなり、また、アンカーブロックの大きさは大きくなるため、単位時間あたりの流入量はさらに増加し、アンカーブロックの移動距離はより大きくなる。したがって、適切にアンカーブロック１への単位時間あたりの流入量を決定し、沈設開始位置探索シミュレーションすることが沈設目標位置６への着底を可能にすることが期待できる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明によって、浮体を有するアンカーブロックに注水され浮力が減ずること、すなわち、水中重量の増加するアンカーブロックの運動方程式に基づきアンカーブロックが沈設位置までの着底時間を精度よく見積もり、その着底時間と深度毎の流速・流向の測定データに基づいて沈設位置の水面方向への移動距離を予測し、潮流のある水域での最適な沈設開始位置を決定することが可能である。特に、従来のアンカーブロックの沈設作業に関わるクレーン船等が必要でなくなり、小型の作業船と少数の作業従事者によってアンカーブロックの沈設を容易に施行することができ、施工費が大幅に縮減できる。
【符号の説明】
【００５０】
１・・・アンカーブロック、２・・・作業船、３・・・作業従事者、４・・・PC端末、５・・・沈設開始位置、６・・・沈設目標位置、７・・・潮流、８・・・移動距離、９・・・水深、１０・・・水面、１１・・・水底
【図１】
2016183464.tif 000007
【図２】
2016183464.tif 000008
【図３】
2016183464.tif 000009