第66回(2022年度)

北海道開発技術研究発表会論文

サロマ湖漁港アイスブームにおける新型メインロープの耐用年数の推定
網走開発建設部 網走港湾事務所 第２工務課
日本データーサービス株式会社○丹羽 幸一木口 輝
清水 敏明

サロマ湖漁港（第１湖口地区）アイスブームのメインロープは、平成20年度から「超高分子量ポリエチレン繊維」を芯材とする新型ロープへと順次更新しており、令和２年度には全てのロープの更新が完了した。しかし、実海域で使用した新型ロープの耐用年数が明らかとなっていないことから、使用年数の長いロープを対象とした残存強度試験を実施し、耐用年数の推定を行ったので、その結果と今後の対応について報告する。
キーワード：アイスブーム、防氷堤、長寿命化

1. はじめに北海道のオホーツク海に面するサロマ湖は、北見市、佐呂間町、湧別町に跨がり、その面積（約152㎢）は我が国で3番目に大きく、汽水湖としては最大である。
サロマ湖内では、ホタテガイの種苗生産、ホタテガイ・カキの養殖漁業、カレイ等の刺し網漁業が行われている。また、オホーツク海側では、地まき放流したホタテガイの輪採制による桁曳網漁業やサケ・マス定置網漁業が主体的に営まれている。
主要魚種であるホタテガイは、オホーツク海域が一大生産拠点となっており、サロマ湖内で生産される種苗は、外海の地まき放流及び湖内養殖用のほか、他の地域へも供給され、その生産を支えている。また、サロマ湖周辺における成貝の生産量は全国の約２割を占め、国内はもとより、EU諸国、アメリカ、中国などへ輸出されている。
サロマ湖は、は長さ約28㎞の砂州でオホーツク海と隔てられ、第１湖口、第２湖口の２つの湖口で繋がっている（写真-1）。この２つの湖口によって、漁船は湖内と外海とを往来し、効率的な生産活動が維持され、湖口を通じた湖内と外海との海水交換は、湖内の豊かな生体系の維持にとって必要不可欠である。
一方、オホーツク海沿岸は１月から３月にかけて海面が流氷で覆われ、その一部が湖口から湖内に流入し、ホタテガイの養殖施設等に被害をもたらしていた。このため、湖口部において流氷の流入を防止するためのアイスブーム（防氷堤）が整備された。これにより流氷被害は解消され、ホタテガイをはじめとした湖内漁業の安定的な生産が可能となっている。

2. サロマ湖漁港（第1湖口地区）アイスブーム(1) アイスブームの概要
第４種サロマ湖漁港は、オホーツク海とサロマ湖とを繋ぐ２つの湖口に位置し（写真-1）、湖内と外海を繋ぐ航路の整備を行っている。これにより、漁船の安全航行の確保はもとより、湖内と外海の海水交換機能が保持さサロマ湖漁港＜第１湖口地区＞

オホーツク海サロマ湖漁港＜第２湖口地区＞

湧別町

サロマ湖
北見市
c AIRBUS DS
2016.8.11

佐呂間町

写真-1 サロマ湖とサロマ湖漁港

NIWA Koichi, KIGUCHI Akira, SHIMIZU Toshiaki-816-

1,000

れており、湖内の水質環境を適切に維持するためにも重要な役割を担っている。
かつてはこの湖口からの流氷の流入による被害が度々発生しており、昭和49年には、養殖施設の約７割が被災し、施設や生物被害だけで22億円にも昇る壊滅的な被害を受けている。
このような深刻な状況を解決するため、以下の条件からアイスブーム工法が採用され、平成10年に完成した（写真-2）。
・冬期以外の漁船の出入りを妨げない・湖内外の海水交換を妨げない
・沿岸漂砂・海浜変形に影響を与えない

3,000
500

2,000

1,000500

下部ネット

メインロープφ１３０ｍｍ(超高分子量ポリエチレン繊維)

4,000

φ576

フロート

ネットロープφ２４ｍｍ(アラミド系合成繊維)

チェーンφ５４ｍｍ

図-2 アイスブーム特殊部（長さ140m）
1,000

3,000

1,000
φ300

フロート

メインロープφ１０５ｍｍ(超高分子量ポリエチレン繊維)

オホーツク海図-3 アイスブーム一般部（長さ130m）

3. 強度試験の方法

アイスブームサロマ湖

写真-2 サロマ湖漁港（第１湖口地区）アイスブーム(2) アイスブームの構造
アイスブームは、110m間隔で海底地盤に打ち込まれた14基の固定杭と、その間に設置される浮体式のロープで構成されている（図-1）。
サロマ湖の湖口では、潮汐によって非常に速い潮流が発生し、上げ潮時には湖内へ流氷が流入し、下げ潮時に外海へ戻されることを繰り返す。アイスブーム13スパンのうち、この潮流の流軸付近となる7スパン（固定杭No.4～11の区間）を特殊部とし、速い流速によって流氷が潜り込むことを阻止するための下部ネットを設置している（図-2）。一方、比較的流速の遅い一般部６スパン
では、下部ネットはなくメインロープとフロートだけで流氷を食い止める（図-3）。

アイスブーム保管庫（アイスブーム保管・点検箇所）

No.13
アイスブーム13スパン

トネッ
下部部（一般No.2

No.12

固定杭14基No.3No.11）
なし

No.4

一般部
（下部ネットなNo.1し）No.14(1) 試験の目的
アイスブームのメインロープは化学繊維製であり、建設当初の芯材には「ケブラー繊維」が採用された。その後、耐屈曲疲労性が高い「超高分子量ポリエチレン繊維」が開発されたことを受け、メインロープ更新の際には、「超高分子量ポリエチレン繊維」を芯材とするロープを採用してきた。
「超高分子量ポリエチレン繊維」を芯材とするメインロープが採用された新型アイスブームは、平成20年度より使用されており（特殊部No.6-7）、経過年数は14年（令和４年度現在）である。なお、令和２年度までに特殊部、一般部のすべてがメインロープの更新を終えている。
「超高分子量ポリエチレン繊維」を芯材とする新型メインロープは、室内のミニチュアロープでの繰返し屈曲試験の結果から、旧型ロープに比べ耐屈曲疲労性が約２倍優れている結果が得られている。また、新型のアイスブームは、ロープの更新とともにフロートの軽量化、金属製クランプを使用しないフロートやネットとの接続方式を採用することで、さらなる強度低下の緩和が期待できるものである。
しかし、これまで実海域で使用した新型ロープの残存強度試験は行われていないため、強度低下の度合いや、これによるロープの耐用年数が明らかになっていない。
このため、新型メインロープの耐用年数推定を目的として、実際に使用しているメインロープによる残存強度試験を実施した。

No.10

No.5

No.9
No.6

No.7

No.8

特殊部（下部ネットあり）

図-1 第１湖口地区アイスブーム平面図(2) 試験対象
試験対象を決める条件は以下のとおりとする。
① 使用年数が長い（年数が長いほど推定精度の信頼性が高い）② 使用環境が厳しい（環境が緩い場合過大評価とな

NIWA Koichi, KIGUCHI Akira, SHIMIZU Toshiaki-817-

る可能性がある）
以上の条件から試験対象ロープは次の２スパンでの使用ロープとする。
対象1：No.6-7（平成20年製）
新型ロープとしては最も使用年数が長く、使用環境が厳しい特殊部である。
対象2：No.5-6（平成25年製）
特殊部の新型ロープとしては、上記に次ぐ２番目の使用年数である。

TP1とTP5の片端は、既存のアイスプライスをそのまま使用し、それ以外のピース端部は母材と同等以上の強度が得られるスプライス加工（編込み長、編込み角度）とする。
25m30m

30m
140m

TP1製作

TP3製作

TP2製作

(3) 試験内容と実施方法
メインロープの構造を表-1に、メインロープの表面保護として被覆材の外側に巻く化学繊維ロープである積巻区分を図-4に示す。なお、積巻はロープ損傷の予防と屈曲抑制を目的とした消耗材である。
表-1 試験対象のメインロープの構造

30m

25m

TP5製作

TP4製作

図-5 テストピース作成

被覆材のクラックなど、メインロープに明らかな損傷箇所が存在していた場合には、その位置に応じて、テストピースの採取位置を見直すこととする。
c) 強度試験の実施使用する引張強度試験機は、能力5,000kN以上を有するものを使用する。
実施前と実施後のテストピースの状況を写真撮影（全景と近景）する。
試験では、破断時の強度を記録するとともに、荷重伸度曲線から破断時の伸び率を記録する。

4. 強度試験の結果(1) 残存強度試験の結果残存強度試験の結果を表-2に示す。
表-2 残存強度試験の結果
対象スパンNo.5-6
平成25年製

No.6-7
平成20年製

図-4 積巻区分（特殊部）

試験体
TP1（端部）
TP2（中間部）TP3（ 〃 ）TP4（ 〃 ）TP5（端部）
TP1（端部）
TP2（中間部）TP3（ 〃 ）TP4（ 〃 ）残存強度 T(kN)
4,192
4,061
4,234
4,413
3,921
4,234
3,787
4,019
3,410

保持率
85.6 ％
82.9 ％
86.4 ％
90.1 ％
80.0 ％
86.4 ％
77.3 ％
82.0 ％
69.6 ％

TP5（端部）(1,840)(37.6 ％)

※保持率は呼び強度 4,900kNに対する値a) 外観目視調査
搬入したロープの外観を目視調査し、異常箇所があっ(2) No.5-6試験の結果た場合には、その位置を記録するとともに写真撮影する。
a) 試験体 TP1～TP4
外観目視調査は、①被覆材撤去前、②撤去後の中層、いずれも被覆材に損傷のない健全状態のロープであり、③中層撤去後の芯層を対象に実施する。
強度保持率は82.9から90.1％の高い値が得られた。
目視調査の結果は異常箇所ごとに、同位置での状態をb) 試験体 TP5対比できるように整理する。
試験破断箇所は、被覆材の全周クラックが確認されたb) テストピースの作成
No.6側から13mの位置ではなく、８m程度に位置する製品
延長140ｍのロープ１基から、５本のロープを採取し、端末加工端部（差終り位置）となり、その強度保持率もテストピースを作成する（図-5）。
健常部と大差のない値となった。
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(2) 推定結果(3) No.6-7試験の結果
No.5-6のロープでは著しい強度低下はなかった。一方、a) 試験体 TP1～TP4
No.6-7では、著しい強度低下箇所（TP5）が確認された。
被覆材の状態は健常もしくは微少クラックが存在する
このため、耐用年数の推定は、著しい強度低下箇所の有ロープであり、強度保持率は69.6から86.4％の値が得ら無による２ケースで実施することにした。推定の結果をれた。Ｎo.5-6スパンよりも製品が5年古いため、妥当な図-6に示す。
保持率と評価できる。
推定曲線１は初期強度4,900kNから推定することによ
中間部の３試験体（TP2～TP4）に着目すると、TP2はり、No.6-7のような局部的に著しい強度低下のあるロー微小クラックのない健常な状態で、その強度保持率は77.3%である。一方、TP3とTP4には微小クラックがあり、 プは16年となり、推定曲線2は経過年数の違うロープの残存年数から推定することにより、No.5-6のような局部その強度保持率はそれぞれ82.0%と69.6%である。３試験的に著しい強度低下のないロープは29～41年となる。
体の強度保持率の値には微小クラックの影響は認められないため、微小クラックの存在は強度低下には影響しないと考えられる。これは過去の知見を裏付けるものである。
b) 試験体 TP5
試験破断箇所は、被覆材の半周クラックが確認された位置ではなく、微少クラックが確認された位置となり、その強度保持率は37.6％と著しい低下がみられた。このことは、微小クラックの強度低下への影響は少ないとした知見に反するものである。なお、被覆材の損傷が軽微であるのに反して、ロープ芯材には顕著なダメージが認められていた。
図-6 ロープ耐用年数の推定結果
なお、テストピースが低い張力で破断してしまったた
め、被覆材の半周クラックが強度低下に与える影響の度合いは不明である。過去の知見では半周クラックまでは6. 今後の長寿命化対策強度低下への影響は小さいと考えられている。
(1) 今後の検討事項
新型アイスブームのメインロープとして採用された
5. メインロープ耐用年数の推定「超高分子量ポリエチレン繊維」を芯材とするロープ２本（経過年数9年と14年）を対象として、その耐用年数(1) 推定方法推定を目的に残存強度試験を実施した。
n1年経過後の残存強度をTn1、年間の強度低下率をx %
結果は、経過９年のロープ（No.5-6スパン）では５本といし、n2年後の強度Tn2は次式によることとする。のテストピースすべてで82.9から90.1％の高い強度保持(n2 – n1)
Tn2＝Tn1(１－ｘ/100)…式(1)率が得られ、超高分子量ポリエチレン繊維の優位性を確
ここに、 Tn2：n2年後の残存強度（kN）認することができた。
Tn1：n1年後の残存強度（kN）
一方、経過14年のロープ（No.6-7スパン）では５本のx：年間強度低下率（％）
テストピース中、４片では69.6から86.4％と相応の強度
n2 - n1：経過年数（年）保持率が得られたものの、1片（No.7側端）で37.6％と上式で、n1=0年のとき、Tn1は初期強度Toであり、n年極端に低い強度保持率となった。
経過後の残存強度Tnは以下となる。
このため、耐用年数の推定は、局所的な強度低下が存nTn＝To (１－ｘ/100)…式(2)在しないロープと局所的に強度低下が存在しているロー
ここに、 Tn：n年後の残存強度（kN）
プの２パターンを想定して実施した。その結果、推定耐
To：初期強度（kN）
用年数は以下となった。
x：年間強度低下率（％）① No.5-6のような局所的な強度低下のないロープは
n：経過年数（年）29から41年
上式で、２つの異なる経過年数の残存強度から、その② No.6-7のような局所的に強度低下のあるロープは期間での年間強度低下率を求めることができ、年間強度16年低下率が解れば、そこから残存強度Tが設計強度に至る
この結果を受けて、今後必要となる検討を示す。
までの年数を求めることができる。初年度からこれら経・今後の更新計画策定に当たって、現存するすべての過年数の累計を設計耐用年数とする。
ロープを対象に局所的な強度低下のないロープか、
NIWA Koichi, KIGUCHI Akira, SHIMIZU Toshiaki-819-あるいは局所的な強度低下のあるロープかの判定と分類
・局所的な強度低下の存在確認のための調査
・局所的な強度低下の抑制対策(2) 現存ロープの分類
メインロープの設計耐用年数の推定結果は、強度低下のある場合とない場合で異なる結果が得られた。このため、今後の更新計画の策定に当たっては、現存するすべてのロープに対して、今回のNo.6-7の端部で見られたような局所的な強度低下の兆候の有無を調査する必要がある。
調査の結果、同様の兆候が認められたロープについては、設計耐用年数を16年、認められなかったロープについては、設計耐用年数を29年として、今後の更新計画を策定することになる。

変化点（＝屈曲集中箇所）を無くすことが必要である。
このため、図-9に示すとおり、二重積巻範囲をE2フロート下部位置まで中央側に延長することとする。これにより、剛性変化点はフロート中心の直下となり、屈曲し難い位置となる。

図-9 二重積巻の延長範囲と今後の積巻撤去範囲
また、今後もこの付近での強度低下の兆候を早期発見するために、詳細点検時の積巻除去範囲を製品端末加工位置まで外側に延長し、中折れの有無の確認を行う。

(3) 強度低下の存在確認のための調査
図-7は、ロープ端末の構造である。図中の赤丸で示し(5) 今後の交換計画た箇所が今回No.6-7で強度低下が確認された位置である。
今後のロープ交換対象とその時期は、各スパンのロープに局所的な強度低下箇所が在るか否かによるため、先に記載の調査結果により決定する。今回強度低下が顕著であったNo.6-7の7側端の該当位置は、毎年行ってきた強度低下確認位置
点検調査で平成25と27年度に積巻損傷が確認されており、補修を行った履歴がある。一方、No.5-6の6側端では同
図-7 ロープ端末の構造位置での積巻損傷の履歴はない。
平成25と27年度に確認された積巻の損傷が今回の強度他のスパンについても端部構造は同様であるため、全低下の兆候を示すものであるかは定かではないが、積巻スパンを対象として、積巻（表面保護ロープ）を解体しが損傷を受けたことは、屈曲の繰返しや上部工との接触て実施する詳細点検（６年毎）の際に二重積巻端部周辺などでロープがダメージを受けていた可能性がある。なの積巻も除去し、内部の状態を確認する。
お、特殊部で過去に同位置で同様の積巻損傷の履歴があ除去した後の被覆材等の損傷の有無、損傷があればそるのはNo.4-5（平成30(2018)年製、損傷確認は令和元の状態を確認し、枕材でロープを浮かし、上から負荷(2019)年度）である。
（鉛直集中荷重）をかけた際の屈曲形態を確認する。具
一方、今回試験を行った２スパンを除くと最も使用年
体的には鋭角な屈曲（中折れ）が生じた場合には「強度数が長いロープは一般部のNo.13-14(平成24(2012)年製)低下の可能性があるロープ」、緩やかな湾曲状態の場合であるが、過去の点検補修履歴によると積巻損傷は比較には「強度低下の可能性がないロープ」に分類する。
的少ないロープである。
ロープの強度低下の要因には、①使用年数によるほか、(4) 強度低下の抑制対策②ロープが受けたダメージの強さとその頻度が挙げられ強度低下箇所は、二重積巻の端部であるためロープ剛る。このことから、今後のロープ交換対象とその実施時性の変化点になる。このため、図-8に示すとおり、アイ期は表-3によることとし、残存強度試験によりデータをスブームが潮位による反転時、蛇行する際になど屈曲集蓄積し、その結果から改めて耐用年数を推定することと中箇所となっていることが推察される。
する。
蛇行時など屈曲集中箇所
表-3 今後の試験と交換計画となり、強度が低下
Plan １：今後の調査で、No.13-14に強度低下の兆候があった場合
対 象

二重積巻により剛性大No.13-14

理由

使用年数が次に長い

試験実施年度令和10(2028)年度(経過16年)

Plan ２：今後の調査で、No.13-14に強度低下の兆候がなかった場合

図-8 屈曲集中箇所のイメージ

対 象

強度低下を抑制するためには、二重積巻端部での剛性
NIWA Koichi, KIGUCHI Akira, SHIMIZU Toshiaki-820-

No.4-5

理由

積巻損傷状況が類似

試験実施年度令和12(2030)年度(経過12年)参考文献

7. おわりにサロマ湖のホタテガイ生産量は１年間で約10万トン、約160億円にものぼり、日本国内だけでなく海外にも多く輸出され、アイスブームは地域のホタテガイ生産を支える重要な施設となっている。
今後もアイスブームが毎年万全の状態に保たれるよう一層の機能保全に努め、サロマ湖周辺及びオホーツク海域の水産業を支えていきたい。

1)角花真記・岩田真・清水敏明：サロマ湖漁港アイスブームにおけるメインロープの破断対策について，第 62 回北海道開発局技術研究発表会発表論文集、2019.

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