(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、このようにグラウト材を用いた接合方法は、基礎に対する上部工の傾きの修正が容易であるものの、十分な強度の発現までに長時間を要するため、施工時間が長くなってコストアップの要因となっている。さらに、グラウト材の充填作業を洋上で行うため作業性がよくない。従って、接合作業後に、グラウト接合の接合強度が十分であるか否かの判断を行う必要があるため、この点においてもコストアップは避けられない。
【0006】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、上部工の設置作業の作業性の向上を図ってコストを抑えた洋上構造物、及び、洋上構造物の設置方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
即ち、本発明に係る洋上構造物は、海底の地盤内に一部が貫入して設けられた基礎と、前記基礎の上部に設けられた上部工と、前記基礎と前記上部工との間に介在されて、鉛直方向に対する前記上部工の設置角度を調整可能な角度調整部材と、を備え、前記角度調整部材は、同心軸上に重ね合わされた少なくとも二枚のシム板を有し、前記シム板それぞれは、一方の面が他方の面に対して傾斜していることを特徴とする。
【0008】
このような洋上構造物によると、基礎が鉛直方向に対して傾斜して設けられていても、角度調整部材を用いることで、この基礎の傾斜を修正した状態で上部工を設けることができる。より具体的には、角度調整部材においてシム板それぞれは一方の面に対して他方の面が傾斜しているため、これらシム板を同心軸上に重ね合わせた状態でそれぞれのシム板を相対回転させることのみによって、鉛直方向に対する上部工の傾斜角度を調整可能となる。また、このようにシム板同士を相対回転させて基礎の傾斜角度に応じて角度を調整した状態で、角度調整部材を予め上部工に取り付けておくことで、洋上での上部工の角度調整作業が不要となる。
【0009】
また、前記角度調整部材は、二枚の前記シム板を有し、二枚の前記シム板同士は、前記一方の面が前記他方の面に対して傾斜する傾斜角度が同一となっていてもよい。
【0010】
このように角度調整部材は、他方の面に対しての一方の面の傾斜角度の同一な二枚のシム板を重ね合わせているため、角度調整を行う際に、一方のシム板で厚さ寸法が最小となる周方向位置と、他方のシム板で厚さ寸法が最大となる周方向位置とが周方向に一致した状態で重ね合わせると、基礎に対する上部工の傾斜角度を0度とすることができる。よって、基礎を施工した際に、基礎が傾斜していない状態であっても角度調整部材を介して上部工を設置することが可能となる。なお、二枚のシム板の厚さ寸法が共に最小となる周方向位置同士で、及び、厚さ寸法が共に最大となる周方向位置同士で重ね合わせると、基礎に対する上部工の傾斜角度を最大にできる。
【0011】
さらに、前記基礎は、内周面から内側に向かって突出する第一フランジ部が形成された筒状をなす第一筒状部を有し、前記上部工は、内周面から内側に向かって突出する第二フランジ部が形成された筒状をなす第二筒状部を有し、これら第一フランジ部と第二フランジ部とが、前記角度調整部材を介して接合されることで前記基礎に前記上部工が設けられていてもよい。
【0012】
このように、第一筒状部の内側に突出する第一フランジ部、及び第二筒状部の内側に突出する第二フランジ部を角度調整部材を介して接合することで、例えば、第一フランジ部と第二フランジ部との接合に締結ボルトを用いた際に、この締結ボルトが基礎及び上部工の外部に露出することなくなる。従って、洋上に設置される洋上構造物であっても、この締結ボルトが海水や海風に曝されてしまうことがなくなり、錆等の発生による接合強度の低下を抑制できる。
【0013】
また、前記角度調整部材における前記シム板それぞれは、周方向に複数に分割されていてもよい。
【0014】
このような分割構造のシム板によって、シム板が大型であっても設置を容易化することが可能となる。
【0015】
さらに、本発明に係る洋上構造物の設置方法は、海底の地盤内に基礎の一部を貫入して設ける工程と、前記基礎の鉛直方向に対する傾斜角度を計測する工程と、同心軸上に重ね合わされるとともに、一方の面が他方の面に対して傾斜している少なくとも二枚のシム板を有する角度調整部材を準備する工程と、前記傾斜角度に応じて、前記少なくとも二枚のシム板同士の間の重ね合わせ位置を調整する工程と、前記基礎の上方に上部工を配するとともに、該上部工に前記角度調整部材を取り付ける工程と、前記基礎の上部に前記角度調整部材を介して前記上部工を設ける工程と、を備えることを特徴とする。
【0016】
このような洋上構造物の設置方法によると、角度調整部材を介して基礎に上部工を設けるため、シム板を同心軸上に重ね合わせた状態でそれぞれのシム板を相対回転させることのみによって、鉛直方向に対する上部工の傾斜角度を調整可能となる。また、このようにシム板同士を相対回転させて基礎の傾斜角度に応じて角度を調整した状態で、角度調整部材を予め上部工に取り付けておくことで、洋上での上部工の設置角度の調整作業が不要となる。
【発明の効果】
【0017】
請求項1の洋上構造物によると、シム板からなる角度調整部材を用いて基礎に上部工を設けることで、上部工設置時の洋上作業を減らすことができ、作業性の向上を図ってコストの抑制が可能となる。
【0018】
請求項2の洋上構造物によると、基礎の傾斜角度に対して幅広く対応しながら、上部工の設置が可能となる。
【0019】
請求項3の洋上構造物によると、内側に第一フランジ部と、第二フランジ部とを接合部材を介して接合することで、洋上環境において耐久性の向上を図ることができ、製品の信頼性向上につながる。
【0020】
請求項4の洋上構造物によると、シム板を分割構造とすることで、作業性のさらなる向上につながる。
【0021】
請求項5の洋上構造物の設置方法によると、角度調整部材によって洋上作業を減らすことができ、作業性の向上を図ってコスト抑制が可能となる。
【発明を実施するための形態】
【0023】
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態に係る洋上風力発電設備(洋上構造物)1について説明する。
洋上風力発電設備1は、洋上で風力による発電を行う発電設備である。
【0024】
図1に示すように、この洋上風力発電設備1は、海底の地盤100に貫入して設けられた基礎2と、基礎2の上部に設けられた上部工3と、基礎2と上部工3との間に介在されて、鉛直方向に対する上部工3の傾斜角度を調整可能な角度調整部材4と、基礎2及び上部工3との間にわたってこれらを覆うように設けられた艤装部材5とを備えている。
【0025】
基礎2は、いわゆるモノパイル式の基礎2であって、海底の地盤100に一部が貫入された第一軸線P1を中心とした鋼管によって製造された鋼管杭である。
そして、
図2に示すように、基礎2は、海底の地盤100に貫入された杭本体部10と、杭本体部10の上端に設けられて第一軸線P1の径方向内側に向かって内周面から環状に突出する第一フランジ部11aが形成された筒状をなす上端部11(第一筒状部)とを有している。
この第一フランジ部11aには、第一軸線P1の周方向に間隔をあけて第一軸線P1と平行に貫通する複数の第一貫通孔11bが形成されている。
【0026】
杭本体部10は、下部が海底の地盤100内に貫入されているとともに上部が海面101上に露出しており、地盤100内、海中102、海面101上にわたって設けられている。
【0027】
上部工3は、基礎2の上部に設けられたタワー15と風車16が一体となった風車タワーとなっている。
【0028】
風車16は、タワー15の上部に設けられて発電機等を収容したナセル25と、ナセル25に取り付けられたブレード26とを有しており、風力を電力に変換する。
【0029】
このタワー15は、基礎2である鋼管杭の外径と略同一の外径、肉厚寸法となった第二軸線P2を中心とした鋼管によって製造されている。
【0030】
また、
図2に示すように、このタワー15は、風車16のナセル25が設けられたタワー本体部17と、タワー本体部17の下端において、第二軸線P2の径方向内側に向かって内周面から環状に突出する第二フランジ部18aが形成され、タワー本体部17と一体となった筒状をなす下端部18(第二筒状部)とを有している。
この第二フランジ部18aには、第二軸線P2の周方向に間隔をあけて第二軸線P2と平行に貫通する複数の第二貫通孔18bが形成されている。
また本実施形態では、この第二フランジ部18aは、第一フランジ部11aと略同一の寸法、形状となっている。
【0031】
図1に示すように、艤装部材5は、タワー15の外周面上と、基礎2である鋼管杭の外周面上とにわたって設けられており、メンテナンス作業等を行うための各種艤装部品からなっている。
なお、
図2ではこの艤装部材5の図示は省略している。
【0032】
次に、角度調整部材4について説明する。
図2に示すように、角度調整部材4は、同心軸上に重ね合わされた二枚のシム板20を有している。
【0033】
シム板20それぞれは、第三軸線P3を中心とした環状をなし、第三軸線P3を含む断面が台形状をなしており、即ち、一方の面(下方を向く面)が他方の面(上方を向く面)に対して傾斜した傾斜シムとなっている。
【0034】
また、このシム板20は、本実施形態では、最小となる厚さ寸法がL1、最大となる厚さ寸法がL2となった同一形状をなしており、これら二枚のシム板20は、厚さ寸法が最小となる周方向位置同士、及び、最大となる周方向位置同士で上下に重ね合わせられて、角度調整部材4を構成している。
ここで、同心軸上に重ね合わされているとは、下側のシム板20(20A)の上面と上側のシム板20(20B)の下面である重ね合わせ面20a上で第三軸線P3同士の位置が一致するように重ね合わされていることを意味している。
【0035】
さらに、
図2及び
図3に示すように、シム板20には、第三軸線P3の周方向に間隔をあけて第三軸線P3と平行に貫通する複数の第三貫通孔20bが形成されている。
【0036】
そして、基礎2の上端部11における第一軸線P1と下側のシム板20(20A)における第三軸線P3とが同軸上になるように、また上部工3の下端部18における第二軸線P2と上側のシム板20(20B)における第三軸線P3とが同軸上になるように、基礎2である鋼管杭、タワー15、角度調整部材4が配置された状態で、各部材における第一貫通孔11b、第二貫通孔18b、第三貫通孔20b同士が連通する。そして、これらを貫通するようにボルト28が挿通されて、ボルト28とナット29とを締結することで第一フランジ部11aと第二フランジ部18aとが角度調整部材4を介して接合され、基礎2に上部工3が設けられている。
【0037】
よって、ボルト28の径は、第一貫通孔11b、第二貫通孔18b、第三貫通孔20bの内面に干渉しないように、シム板20の形状等を考慮した上で決定される。逆に第一貫通孔11b、第二貫通孔18b、第三貫通孔20bの内径は、ボルト28に干渉しないように選択する必要がある。
【0038】
次に、
図4を参照して、洋上風力発電設備1の設置方法について説明する。
洋上風力発電設備1の設置方法は、基礎2を設ける基礎設置工程と、基礎設置工程で設けた基礎2の傾斜角度を計測する角度計測工程と、角度調整部材4を準備する部材準備工程と、角度調整部材4の角度を調整する角度調整工程と、角度調整部材4を上部工3に取り付ける部材取り付け工程と、角度調整部材4を取り付けた上部工3を基礎2に設ける上部工設置工程とを備えている。
【0039】
まず、基礎設置工程を実行する。即ち、
図4(a)に示すように、不図示のクレーン等を用いて、基礎2の一部である鋼管杭の杭本体部10の下部を地盤100内に太矢印の方向へ貫入し、また杭本体部10の上部及び第一フランジ部11aが形成された上端部11は海面101上に露出するように基礎2を設ける。
【0040】
次に、角度計測工程を実行する。即ち、
図4(b)に示すように、基礎2である鋼管杭の鉛直方向に対する傾斜角度αを、例えば、光波測距儀、GPS等を用いて計測する。
【0041】
次に、部材準備工程を実行する。即ち、上述した角度調整部材4を準備する。
そして、角度調整工程を実行する。即ち、角度計測工程で計測した基礎2の傾斜角度に応じて、角度調整部材4における二枚のシム板20を同軸上で相対回転させて重ね合わせ位置を調整し、上側のシム板20(20B)の第三軸線P3の方向が鉛直方向となるようにする。この際、二枚のシム板20の第三貫通孔20b同士が連通するようにこれらシム板20の位置を調整する。このように、シム板20の角度調整は洋上では行わず、事前に角度調整作業を完了させておく。
【0042】
次に、部材取り付け工程を実行する。即ち、
図4(c)に示すように、上部工3を基礎2の上方に配置するとともに、上部工3のタワー15の下端部18に上記角度調整工程で角度調整を行った角度調整部材4を仮止め等で取り付ける。この際、艤装部材5もタワー15の外周面上に取り付けておく。
【0043】
最後に、上部工設置工程を実行する。即ち、不図示のクレーン等を用いて角度調整部材4、上部工3、艤装部材5を一体として基礎2に設けて、最終的に
図1に示す状態とする。より具体的には、上述したように、ボルト28とナット29とを締結することで第一フランジ部11aと第二フランジ部18aとが角度調整部材4を介して接合されて、上部工3の第二軸線P2が鉛直方向に平行となるように調整されて、上部工3が基礎2の上部に設けられる。
【0044】
このような洋上風力発電設備1においては、基礎2である鋼管杭を設ける際に、鋼管杭が鉛直方向に対して傾斜してしまっても、角度調整部材4を用いることで、この基礎2の傾斜を修正した状態で上部工3を設けることができる。
【0045】
より具体的には、角度調整部材4においてシム板20それぞれは一方の面に対して他方の面が傾斜しているため、これらシム板20を同心軸上に重ね合わせた状態でそれぞれのシム板20を相対回転させることのみによって、鉛直方向に対する上部工3の傾斜角度を調整可能となる。
【0046】
また、このようにシム板20同士を相対回転させて基礎2である鋼管杭の傾斜角度に応じて角度を調整した状態で、角度調整部材4を予め上部工3に取り付けておくことで、洋上での上部工3の角度調整作業が不要となる。
【0047】
ここで、角度調整部材4を介して第一フランジ部11aと第二フランジ部18aとを接合することで、基礎2の上部に上部工3を設けるため、基礎2と上部工3との間にトランジションピースを設けてグラウト接合する必要はなくなり、容易に上部工3を設けることができる。
【0048】
また、角度調整部材4においては、同一形状の二枚のシム板20を重ね合わせているため、角度調整を行う際に、上側のシム板20で厚さ寸法が最小厚さL1となる周方向位置と、下側のシム板20で厚さ寸法が最大厚さL2となる周方向位置とが周方向に一致した状態で重ね合わせることで、基礎2に対する上部工3の傾斜角度を0度とすることができる。
よって、基礎2を施工した際に、仮に施工精度が高く、基礎2が傾斜していない状態であっても角度調整部材4を介して上部工3を設置することが可能となる。
なお、本実施形態のように、二枚のシム板20の厚さ寸法が共に最小厚さL1となる周方向位置同士で、及び、最大厚さL2となる周方向位置同士で重ね合わせると、基礎2に対する上部工3の傾斜角度を最大にできる。
即ち、基礎2の傾斜角度に対して幅広く対応しながら、上部工3の設置が可能となる。
【0049】
さらに、第一フランジ部11aは基礎2である鋼管杭の上端部11の内側に突出し、また、第二フランジ部18aは、タワー15の下端部18の内側に突出しているため、角度調整部材4を介してこれら第一フランジ部11aと第二フランジ部18aとを接合した際、ボルト28、ナット29が基礎2及び上部工3の外部に露出することなくなる。従って、洋上に設置されても、このボルト28、ナット29が海水や海風に曝されてしまうことがなくなり、錆等の発生による接合強度の低下を抑制できる。よって、耐久性の向上を図ることができ、製品の信頼性向上につながる。
【0050】
本実施形態の洋上風力発電設備1によると、二枚のシム板20を重ね合わせて構成された角度調整部材4を用いて基礎2に上部工3を設けることで、上部工3の設置時の洋上作業を減らすことができ、作業の作業性の向上を図ってコストの抑制が可能となる。
【0051】
〔第二実施形態〕
次に、本発明の第二実施形態に係る洋上風力発電設備31について説明する。
なお、第一実施形態と共通の構成要素には同一の符号を付して詳細説明を省略する。
本実施形態では、第一実施形態とは基礎32が異なっている。
【0052】
図5に示すように、基礎32は、いわゆるジャケット式の基礎であって、海底の地盤100内に貫入されて上部が海中102に位置する鋼管杭34と、鋼管杭34の上部に設けられたジャケット部33とを有している。
【0053】
鋼管杭34は、第一実施形態の杭本体部10と略同一の部材であって、後述するジャケット部33の形状に合わせて、複数(本実施形態では四本)が互いに間隔をあけて地盤100内に貫入されている。
【0054】
ジャケット部33は、鋼管によって製造された本体部35と、本体部35から下方に延びる複数の脚柱36と、本体部35の上部に設けられて筒状をなす上端部(第一筒状部)37とを有している。
【0055】
本体部35は鋼製のトラス構造をなしている。
【0056】
脚柱36は、本実施形態では四本が設けられており、地盤100内に貫入されたそれぞれの鋼管杭34にグラウト接合されて、ジャケット部33が鋼管杭34に固定されている。
【0057】
上端部37は、第一実施形態の基礎2の上端部11と略同一の部材であり、第一フランジ部11aが形成されており、第一実施形態と同様に角度調整部材4を介して、この第一フランジ部11aとタワー15における第二フランジ部18aとがボルト28及びナット29によって接合されることで、基礎32に上部工3が設けられている。
【0058】
次に、
図6を参照して、洋上風力発電設備31の設置方法について説明する。
洋上風力発電設備31の設置方法は、第一実施形態と同様に、基礎設置工程と、角度計測工程と、部材準備工程と、角度調整工程と、部材取り付け工程と、上部工設置工程とを備えている。
【0059】
まず、基礎設置工程を実行する。即ち、
図6(a)に示すように、不図示のクレーン等を用いて基礎32における鋼管杭34の下部を地盤100内に太矢印の方向へ貫入し、また鋼管杭の上部は海中102に位置するように設ける。
そして、
図6(b)に示すように、不図示のクレーン等を用いて基礎32におけるジャケット部33の脚柱36を、地盤100内に貫入されたそれぞれの鋼管杭34の上部にグラウト接合し、ジャケット部33を鋼管杭34に固定する。
【0060】
次に、角度計測工程を実行する。即ち、
図6(c)に示すように、ジャケット部33における上端部37の鉛直方向に対する傾斜角度αを、例えば、光波測距儀、GPS等を用いて計測する。
【0061】
次に、部材準備工程を実行する。即ち、第一実施形態で説明した角度調整部材4を準備する。
そして、角度調整工程を実行する。即ち、二枚のシム板20の重ね合わせ位置を調整するがシム板20の角度調整は洋上では行わず、事前に角度調整作業を完了させておく。
【0062】
次に、部材取り付け工程を実行する。即ち、
図6(d)に示すように、上部工3を基礎32の上方に配置するとともに、上部工3におけるタワー15の下端部18に角度調整部材4を仮止め等で取り付ける。
【0063】
最後に、上部工設置工程を実行する。即ち、角度調整部材4、上部工3、艤装部材5を一体として基礎32に設け、
図5に示す状態となる。
【0064】
本実施形態の洋上風力発電設備31によると、二枚のシム板20を重ね合わせて構成された角度調整部材4を介して上部工3を設けているため、鋼管杭34を貫入した後、鋼管杭34の傾斜を修正することなくジャケット部33を鋼管杭34にそのまま固定したとしても、基礎32の傾斜を修正した状態で上部工3を設けることができる。即ち、海中102での角度調整が不要となり、気中のみでの調整作業となるため、上部工3の設置時の洋上作業を減らして、作業の作業性の向上を図ってコストの抑制が可能となる。
【0065】
以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。
例えば
図7に示すように、角度調整部材4におけるそれぞれのシム板20に代えて、第三軸線P3の周方向に複数(
図7に示すものは四つ)に分割されているシム板40を用いてもよい。このようにシム板40を分割構造とすることで、シム板40の寸法が大きな場合等に、作業性を向上できる。
【0066】
さらに、角度調整部材4では二枚のシム板20(40)を重ね合わせているが、少なくとも二枚のシム板20(40)があれば角度調整可能であるため、三枚以上であってもよい。
【0067】
また、シム板20(40)は、必ずしも環状をなしていなくともよく、例えば、円盤状や多角形板状等であってもよい。
【0068】
また、上述の実施形態では、一例として洋上風力発電設備1、31について説明を行ったが、角度調整部材4は、例えば資源採掘用プラットフォームや係船設備等の他の洋上構造物に適用してもよく、上述の実施形態には限定されない。