KR101782456B1 - 해저케이블 매설장치 및 그 방법 - Google Patents

해저케이블 매설장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해저케이블 매설장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 해상에 케이블공급 바지선 및 견인 바지선을 정착 배치하고, 해저에는 케이블공급 바지선의 케이블공급대로부터 해제케이블을 해저면 내에 인입시켜 이동시키는 플라우를 배치시켜 크레인을 통한 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 기준점으로 플라우를 견인 와이어로서 해저면에서 방향조정과 더불어 이동시켜 플라우측의 맨드릴을 통해 해저케이블을 해당 매설지점까지 구간별로 매설작업 함으로써, 해저면의 부유사가 현저히 감소되는 작업환경을 제공하며, 해저케이블 작업에 따라 수중에 동원되는 잠수부의 인원을 줄이며, 기존의 워터젯을 이용한 해저면의 터파기, 되메우기 작업이 필요없이 해당지점까지의 해저케이블을 원활하게 매설하여 케이블매설에 따른 공기 단축과 매설작업비용을 현저히 줄일 수 있는 발명이다.

Description

해저케이블 매설장치 및 그 방법{Submarine cable laying apparatus and laying method}
본 발명은 해저케이블 매설장치 및 그 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 케이블공급 바지선, 견인 바지선, 케이블 매설을 위한 플라우(Plough)를 원하는 지점까지 단계적으로 안전하게 요구하는 방향으로 운반, 이동하여 해저면의 터파기 작업 없이 해저케이블을 공급, 매설하여 전력선로를 구축함으로써, 해저케이블 매설작업에 따른 공기를 단축하고, 잠수부를 통한 수중작업을 최소화하여 잠수부의 안전을 보장함은 물론, 해저케이블 매설작업에 따른 비용을 줄일 수 있도록 한 해저케이블 매설장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로 해저케이블을 매설하기 위한 매설장치는 육지와 도서지방에 통신 또는 해상 풍력타워로부터 전력선로를 구축하거나 바다를 경유한 장거리 통신용 케이블, 전력선 등을 해저면에 매설하기 위해 사용되는 장치이다.
해저케이블 매설장치를 이용하여 각종 케이블 등을 매설하는 공법으로는 오픈 컷(Open cut) 공법이 주로 사용되며, 상기 오픈 컷공법은 수중굴착기(Grab 등)로 굴착위치의 수중 지반을 굴착하여 굴착 단면에 구조물을 매설하고 다시 되메우는 방식인바, 이러한 오픈 컷 공법은 시공품질의 불량이 발생할 뿐만 아니라 긴 공사기간이 소요되며, 그에 따른 높은 시공비와 저서생태환경과 부유물에 의한 환경적 측면에서도 문제점이 있었다.
상기와 같이 구성된 종래 매설방식의 수중굴착 및 매설장치는 잠수정에 구비된 쟁기로 1차 해저면을 굴착하고, 수중펌프에 연결된 수압분사노즐을 통해 강한 분사력으로 굴착된 해저면을 터파기하고, 그 자리에 케이블 등을 매설하거나 케이블 등을 해저면에 먼저 포설한 후 수압분사노즐을 통해 강한 분사력으로 굴착된 해저면을 터파기하여 케이블 등을 매설한다.
이러한, 수중굴착 및 매설장치는 최초 시공시점에서 종료시점까지의 굴착공정이 끝나고 나서 해저케이블을 굴착 단면에 안착시켜야 하는데, 상기의 굴착 종료시점에는 이전의 굴착 단면에 유속으로 인해 일부가 되메우기가 되어 버리므로 해저케이블을 원하는 위치에 정확하게 안착시킬 수 없게 되는 문제가 있다.
또한, 굴착이 끝난 상태에서 해저케이블을 해상에서 투하하는 과정에서 유속으로 인해 굴착 단면의 정확한 위치에 안착시킬 수 없기 때문에 잠수부에 의한 해저케이블의 이동작업이 요구되므로 그에 따른 인건비용과 시간비용이 과다하게 소요되는 문제와 상기의 이동작업이 매우 번거롭고 많은 위험성을 내포하게 되는 문제가 있다.
또한, 이러한 굴착방식은 터파기 후 넓은 굴착 단면으로 인해 자연의 유속에 의한 완전한 되메우기가 불가능하므로 별도의 인공적인 되메우기 공정이 요구되며, 인공적인 되메우기 공정에 소요되는 비용도 과다하게 되는 비경제적인 문제가 있다.
따라서 상기와 같은 점을 해소하기 위해 대한민국 공개특허 제10-2004-0048419호(명칭: 케이블 또는 파이프의 회수 및 매설장치 및 방법, 공개일자: 2004년 06월 09일, 이하 이를 '특허문헌'이라 칭함)가 개시되어 있다.
상기 특허문헌에서의 해저물질에 케이블이나 파이프를 매설하는 매설장치를 살피면, 제1표면을 갖춘 본체와 제2표면을 갖춘 미늘부재를 구비하되, 정상적인 작업조건하에서 장치가 견인방향으로 미늘부재를 끌어당기고, 본체의 적어도 일부가 해저물질(이하, 이를 '해저면' 이라 총칭함)에서 예정된 깊이로 매설되어 케이블이나 파이프를 매설하는 데에 적당한 고랑을 형성하며, 상기 제1표면과 제2표면이 서로에 대해 배치되어, 정상적인 작업조건하에서 해저면과 적어도 제1표면 및 제2표면 사이의 상호작용이 제1표면과 제2표면에서 대향하는 힘들을 발생시켜서, 이 장치를 실질적으로 예정된 깊이에서 유지되게 하고, 상기 케이블이나 파이프를 고랑으로 안내하는 안내수단을 구성한다. 상기 본체 및 미늘부재는 쟁기 형상을 갖는 갈고리의 구성중 하나이다.
하지만, 상기와 같은 기존 방식은 갈고리를 해저면으로 일차 안착시키고, 예인선의 이동으로 이를 견인하여 연약지반에 갈고리의 미늘부재가 해저면을 파고 들어가 고랑을 만들어 주는 형태이지만, 이와 같은 방식은 갈고리와 연결되어 해저 면의 상부에 안착 이송되는 스키드판만으로는 갈고리를 안정되게 지지시킬 수 없고, 해저면에서 이동되는 스키드판이 해저면 지형에 따라서 혹은 예인선의 견인 속도에 따라 들뜨는 현상으로 갈고리에 의해 케이블 매설을 위한 고랑의 깊이가 제각기 달라지기도 하며, 예인선만으로 케이블을 매설하기 위한 방향설정이 정확히 이루어지지 않는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2004-0048419호(명칭: 케이블 또는 파이프의 회수 및 매설장치 및 방법, 공개일자: 2004년 06월 09일)
본 발명은 상기와 같이 제반되는 종래의 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서, 케이블공급 바지선, 견인 바지선, 케이블 매설을 위한 플라우(Plough)를 원하는 지점까지 단계적으로 안전하게 요구하는 방향으로 운반, 이동하여 해저면의 터파기 작업 없이 해저케이블을 공급, 매설하여 전력선로를 구축함으로써, 해저케이블 매설작업에 따른 공기를 단축하고, 잠수부를 통한 수중작업을 최소화하여 잠수부의 안전을 보장함은 물론, 해저케이블 매설작업에 따른 비용을 줄일 수 있도록 한 해저케이블 매설장치 및 그 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 방향조정 와이어를 이용하여 해저케이블을 일직선으로 매설할 수 있고, 해저면 지층의 종류에 상관없이 활용될 수 있으며, 플라우의 침하에 대한 대응이 원활하게 될 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 해저케이블 매설장치는,
양측 전후에 양면원추형의 이동바퀴가 구름 가능하게 구비되고 상부 각 적소에 견인고리가 구비된 대차와, 대차 상부에 설치된 지지대와, 지지대에 일단측이 고정되고, 타단측은 대차의 저부로 하향 경사져 돌출되어 해저케이블을 해저면 지중으로 안내하는 맨드릴과, 대차 하부에 수직 또는 경사지게 일단이 하향 부착되고, 타단은 상기 맨드릴측의 단부에 부착 설치되어 맨드릴의 하부를 지지하는 지지프레임으로 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라, 해저면에 매설시키기 위한 해저케이블이 권취된 케이블공급대, 방향조정 와이어가 감긴 복수개의 제1윈치 및 정착 와이어가 감긴 다수개의 제2윈치가 구비된 케이블공급 바지선과; 플라우 측에 견인 와이어로 연결되어 플라우를 일방향으로 견인시켜 이동하기 위한 제3윈치, 정착 와이어가 감긴 다수개의 제4윈치가 구비된 견인 바지선과; 제3윈치를 통해 플라우와 연결되는 견인 와이어를 직각으로 안내하여 플라우를 직선상으로 안내유도하기 위한 가이드풀리가 수직되는 길이방향에 구비되며, 펌프에 의한 압력차 조정으로 해저면에 수직으로 관입되거나 인발되어 플라우의 이동기준지점을 설정하는 석션파일 또는 콘크리트 중량물;을 추가로 포함하여 구성되어, 플라우에 케이블공급 바지선으로부터 제1윈치를 통해 방향조정 와이어가 각각 연결되며, 플라우가 케이블공급대로부터 해저케이블을 해저면 내부로 안내시켜 매설시키면서 이동하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 상기 지지대에는 해저케이블이 통과 안내되는 가이드부가 구비되고, 상기 가이드부는, 지지대에 부착되어 해저케이블을 관통하는 안내관과, 상기 안내관에 상호 평행하게 설치되어 해저케이블을 안내하는 종방향롤러 및 횡방향롤러가 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 상기 케이블공급 바지선에는 인양을 위한 제1크레인이 추가로 구비된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 상기 대차의 전후 측에는 해저면의 지질선택에 따라 대차의 무게를 가중시키는 중량체 또는 부력을 갖는 부력체가 탈착 가능하게 탑재된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 상기 맨드릴은 해저면의 지중으로부터 이동시 지중 마찰을 줄이기 위해 해저케이블이 안내되는 일면을 제외한 그 외곽은 오각형으로 형성되며, 그 길이방향 양단측은 해저케이블의 원활한 진입과 지중으로 진출을 위해 라운드형으로 종단된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 상기 맨드릴의 상부측 단부는 지지대에 제1브라켓으로 연결되고, 하부측 단부의 양측에는 제2브라켓이 부착 설치되며, 상기 제1브라켓 및 제2브라켓에는 케이블의 진출입은 안내하는 가이드롤러가 적어도 하나 이상 구름 가능하게 부착 설치된 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 해저케이블의 매설방법은,
해저케이블이 권취된 케이블공급대, 제1윈치, 제2윈치가 구비되며, 해저케이블 매설을 위한 플라우가 실린 케이블공급 바지선과, 제3윈치, 제4윈치가 구비되며, 수중 내 해저케이블의 구간 매설지점을 기준하는 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 실은 견인 바지선을 해저케이블 매설지점의 해상에 띄워 예인선으로 해당위치까지 예인하여 케이블공급 바지선, 견인 바지선을 배치시킨 다음, 정착 와이어로서 케이블공급 바지선, 견인 바지선을 배치하는 단계; 정착된 견인 바지선으로부터 제2크레인을 통해 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 해저면으로 내려 석션파일을 해저면에 관입시키거나 콘크리트 중량물을 해저면에 안착시키는 단계; 케이블공급 바지선에 구비된 케이블공급대로부터 해저케이블을 플라우의 맨드릴에 통과시키고 방향조정 와이어가 연결된 상태에서 제1크레인을 통해 플라우를 해저면으로 내려 안착시키는 단계; 견인 바지선으로부터 견인 와이어를 감아 들여 플라우를 해저면에서 이동시키는 반면, 케이블공급 바지선의 케이블공급대로부터는 해저케이블의 연속 공급과 함께 케이블공급 바지선으로부터 플라우에 연결된 복수개의 방향조정 와이어를 플라우가 이동하는 거리만큼 풀어주면서 플라우의 좌우방향을 조정하여 석션파일 또는 콘크리트 중량물이 위치한 방향으로 바르게 이동시켜 플라우측 맨드릴을 통해 해저면 내에 해저케이블을 매설하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 해저케이블의 매설방법은, 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 해저면으로 내리기 전에, 플라우에 마련된 견인고리에 견인 바지선측에서의 견인 와이어를 연결하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 해저케이블의 매설방법은, 설정된 지점까지 플라우를 이동시킨 후에 케이블공급 바지선 측의 정착 와이어를 풀어주거나 감으면서, 예인선으로 케이블공급 바지선을 전진이동시키고, 견인 바지선 측에서 상기 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 해저면으로부터 인발 또는 들어올리고, 견인 바지선으로부터 정착 와이어를 풀어주거나 감으면서 해저케이블이 매설될 다음 지점까지 예인선으로 상기 견인 바지선을 전진이동시키는 단계; 견인 바지선이 일정 지점까지 전진이동한 후에는 다시 제2크레인을 통하여 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 해저면에 내려 관입 또는 안착시키는 단계; 상기 견인 바지선으로부터 견인 와이어를 당겨 플라우를 이동, 플라우의 이동과 함께 플라우의 맨드릴을 통과하는 해저케이블을 해저면 내에 매설, 이동된 플라우 지점까지 케이블공급 바지선의 전진이동, 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 해저면으로부터 인발 또는 들어올려 해저케이블을 연속으로 매설할 위치까지 전진이동 및 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 다시 해저면에 관입 또는 안착 과정을 해저케이블의 매설이 종료되는 지점까지 반복실시하는 단계;를 추가로 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 해저케이블 매설장치 및 그 방법은, 해상에 케이블공급 바지선 및 견인 바지선을 정착 배치하고, 해저에는 케이블공급 바지선의 케이블공급대로부터 해제케이블을 해저면 내에 인입시켜 이동시키는 플라우를 배치시켜 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 기준점으로 플라우를 견인 와이어로서 해저면에서 방향조정과 더불어 이동시켜 플라우측의 맨드릴을 통해 해저케이블을 해당 매설지점까지 구간별로 매설작업 함으로써, 해저면의 부유사가 현저히 감소되는 작업환경을 제공하며, 해저케이블 작업에 따라 수중에 동원되는 잠수부의 인원을 줄이며, 기존의 워터젯을 이용한 해저면의 터파기, 되메우기작업이 필요없이 해당지점까지의 해저케이블을 원활하게 매설하여 케이블매설에 따른 공기를 단축시킴은 물론, 해저케이블 매설에 매설작업에 따른 비용을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 방향조정 와이어를 이용하여 해저케이블을 일직선으로 매설할 수 있고, 해저면 지층의 종류에 상관없이 활용될 수 있으며, 플라우의 침하에 대한 대응이 원활하게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명인 해저케이블 매설장치를 개략적으로 도시한 평면구성도,
도 2는 본 발명에 따른 해저케이블 매설장치가 해상에 배치된 상태를 개략적으로 보여주는 측면도,
도 3은 본 발명에 따른 해저케이블 매설을 위한 플라우를 도시한 사시도,
도 4는 본 발명에 따른 해저케이블 매설을 위한 플라우를 도시한 저면 사시도,
도 5는 본 발명에 따른 해저케이블이 플라우의 맨드릴에 관통된 상태를 보여주는 단면도,
도 6은 도 5에서 플라우의 맨드릴을 발췌하여 도시한 사시도,
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 플라우의 맨드릴을 통해 케이블이 안내된 상태를 보여주는 확대 단면도,
도 9 내지 도 12는 본 발명에 따른 해저케이블의 매설작업과정을 개략적으로 나타낸 측면도로서,
도 9는 예인선을 이용한 케이블공급 바지선과 견인 바지선을 예인하는 상태를 보여주는 평면도,
도 10은 케이블공급 바지선측의 크레인을 통해 플라우를 해저에 안착시키는 상태를 보여주는 측면도,
도 11은 크레인을 이용하여 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 해저에 안착시키는 상태를 보여주는 측면도,
도 12는 매설장치를 세팅한 상태에서 플라우의 이동상태를 예시한 평면도이다.
이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 발명에 따른 해제케이블 매설장치는 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다.
첨부된 도 1 내지 도 5에서 도시한 바와 같이, 케이블공급 바지선(100), 플라우(Plough: 200), 견인 바지선(300), 석션파일 또는 콘크리트 중량물(400)로 나뉘어 구성된다.
상기 케이블공급 바지선(100)은 해저면에 매설시키기 위한 해저케이블(C)이 권취된 케이블공급대(12), 방향조정 와이어(L1)가 감긴 복수개의 제1윈치(W1) 및 정착 와이어(L2)가 감긴 다수개의 제2윈치(W2), 인양을 위한 제1크레인(14)이 구비된다.
상기 플라우(Plough: 200)는 케이블공급 바지선(100)으로부터 제1윈치(W1)를 통해 방향조정 와이어(L1)가 각각 연결되며, 케이블공급대(12)로부터 해저케이블(C)을 해저면 내부로 안내시켜 매설, 이동하기 위한 수단이다. 상기 플라우(200)는 본 발명인 해저케이블 매설장치의 기본 구성이다.
상기 견인 바지선(300)은, 플라우(200) 측에 견인 와이어(L3)로 연결되어 플라우(200)를 일방향으로 견인시켜 이동하기 위한 제3윈치(W3), 정착 와이어(L2)가 감긴 다수개의 제4윈치(W4)가 구비된다. 또한 조류가 센 곳에서는 상기 견인 바지선(300)에 스퍼드(spud,도시하지 않음)가 추가 구비되어 견인 바지선의 계류를 보강할 수도 있다.
상기 석션파일 또는 콘크리트 중량물(400)은, 제2크레인(20)을 통해 인양과 침수되어 해저면에 설치되는 기초구조물이며, 이는 견인 바지선의 제3윈치(W3)를 통해 플라우(200)와 연결되는 견인 와이어(L3)를 직각으로 안내하여 플라우(200)를 직선상으로 안내유도하기 위한 가이드풀리(41)가 수직되는 길이방향에 구비된다. 여기서 제2크레인(20)은 견인 바지선(300) 위에 설치될 수도 있다.
상기 석션파일인 경우에는 자체 구비되는 펌프에 의한 압력차 조정으로써, 해저면에 수직으로 인발되거나 관입되게 작동하는 것으로, 이는 플라우(200)의 이동기준지점을 설정하기 위한 구조물이다.
참고로 상기 석션파일(suction pile)은 파일 내부의 물이나 공기와 같은 유체를 외부로 석션하였을 때 발생하는 석션파일 내부와 외부의 압력차에 의하여 지반에 설치되는 파일로서, 정수압 이하의 수압(석션)을 이용하여 해저지반뿐만 아니라 석션을 발생시킬 수 있는 수면 하의 지반에도 적용이 가능하며, 지반 표층에 자중에 의한 침설 또는 관입시킨 기초 내측의 물을 펌프로 강제 배수시킴으로써 석션을 발생시킨다. 이러한 석션파일은 버켓 파일(bucket pile)이라고도 하고, 해상풍력발전기의 기초 구조물로 사용되는 공지의 구성요소이다.
해저면으로부터 이동하면서 상기 해저케이블을 매설하기 위한 상기 플라우(200)의 구성을 살피면, 양측 전후에 양면원추형의 이동바퀴(211)가 구름 가능하게 구비되고, 상부 각 적소에 견인고리(212)가 구비된 대차(210)와, 상기 대차(210) 상부에 설치되어 해저케이블(C)을 안내하는 가이드부(222)가 구비된 지지대(220)와, 상기 지지대(220)에 일단측이 고정되고, 타단측은 대차(210)의 저부로 하향 경사져 돌출되어 상기 가이드부를 통과하는 해저케이블을 해저면 지중으로 안내하는 맨드릴(mandrel,230)과, 상기 대차(210) 하부에 수직 또는 경사지게 일단이 하향 부착되고, 타단은 상기 맨드릴(230)측의 단부에 부착 설치되어 맨드릴의 하부를 지지하는 지지프레임(240)으로 구성된다.
상기 플라우(200)의 가이드부(222)는 지지대(220)에 부착되어 해저케이블(C)을 관통하는 안내관(222a)과, 상기 안내관(222a)에 상호 평행하게 설치되어 해저케이블을 안내하는 종방향롤러(222b) 및 횡방향롤러(222c)가 구비된다.
상기 종방향롤러(222b) 및 횡방향롤러(222c)는 케이블공급대(12)로부터 안내되는 해저케이블(C)이 상기 안내관(222a)을 통과하면서 해저케이블과의 마찰을 최소화시키면서 맨드릴(230)에 공급하도록 한 것이다.
한편, 상기 대차(210)의 전후 측에는 해저면의 지질선택에 따라 대차의 무게를 가중시키는 중량체(200A) 또는 부력을 갖는 부력체(200B)가 선택적으로 탈착 가능하게 탑재하여 플라우의 원활한 이동을 돕도록 한 것이다.
상기와 같은 중량체 또는 부력체의 선택사항은 가령, 점토질의 연약지반인 경우에는 상기 부력체를 탑재하여 플로우의 이동바퀴(211)가 과도하게 묻혀 이동시 방해를 방지할 수 있도록 한 것이고, 해저면이 모래층인 경우에는 상기와 반대로 중량체를 탑재하여 플라우의 자중에 무게를 더하여 안정된 상태에서 이동이 가능하면서 케이블의 매설깊이(바람직하게는 2m)를 조정하도록 상기 중량체 또는 부력체를 선택하여 탑재하도록 한다. 이로써 본 발명은 해저면 지층의 종류에 상관없이 활용될 수 있다.
상기 플라우(200)의 이동에 따른 이동바퀴(211)는 도면상에서와 같이 그 양측이 원뿔형으로 이동바퀴의 원뿔 면이 연약지반에 밀착시 그 밀착 면이 넓어 이동바퀴가 과도하게 연약지반에 침하되는 것을 방지토록 한 것이다. 여기서 이동바퀴는 그 원뿔 면의 각도에 따라 다양하게 준비하여 해저면의 지반강도가 약할수록 밀착 면이 넓은 원뿔 면을 가진 이동바퀴를 이용한다. 이로써 플라우의 침하에 대한 대응이 원활하게 되는 것이다.
상기 맨드릴(230)의 형태를 살피면, 첨부된 도 6에서 도시한 바와 같이, 해저면의 지중으로부터 이동시 맨드릴의 지중 마찰을 줄이기 위해 해저케이블이 안내되는 일면을 제외한 그 외곽은 라운드형이 아닌 오각형으로 형성되며, 그 길이방향 양단 측은 해저케이블의 원활한 진입과 지중으로 진출을 위해 라운드형으로 종단된 것이 특징이다.
상기 맨드릴(230)의 상부측 단부는 첨부된 도 7 및 도 8에서 도시한 바와 같이, 상기 지지대(220)에 제1브라켓(B1)으로 연결되고, 하부측 단부의 양측에는 제2브라켓(B2)이 부착 설치되며, 상기 제1브라켓(B1) 및 제2브라켓(B2)에는 해저케이블(C)의 진출입을 안내하면서 케이블의 손상을 방지하는 가이드롤러(R)가 적어도 하나 이상 구름 가능하게 부착 설치된다.
도면 중 미설명 부호 10은 케이블공급 바지선, 견인 바지선을 예인하기 위한 예인선을 나타내고, 도면부호 20은 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 인양 및 침수시키기 위한 크레인을 나타낸다.
이와 같이 구성된 본 발명인 해저케이블 매설장치를 통한 해저케이블의 매설공정은 도 9 내지 도 12를 참조하면 다음과 같다.
먼저, 육지 혹은 섬과 섬 사이, 해상 풍력타워 사이의 해상에는 케이블공급 바지선(100), 견인 바지선(300)을 띄워 배치시킨 상태에서 작업이 이루어지며, 바람직하게는 해수 높이가 낮아진 상태에서 작업을 시행한다.
케이블 매설위치 부근인 각 해당지점까지는 예인선(10)을 이용하여 무동력선인 케이블공급 바지선(100)과 견인 바지선(300)을 각각 예인시켜 준다.
상기 케이블공급 바지선(100), 견인 바지선(300)은 상부에 마련된 제2윈치(W2), 제4윈치(W4)로부터 정착 와이어(L2)를 풀어 각 4지점 각각 대략 1km에 달하는 길이로 해상에서 고정될 수 있도록 해저에 정착시켜 준다.
상기와 같이 정착된 케이블공급 바지선(100)으로부터는 제1크레인(14)을 통해 플라우(200)를 해저면으로 내려준다.
상기 플라우(200)의 대차(210)에는 해저면의 지질에 따라 대차의 무게를 가중시키는 중량체(200A) 또는 부력을 갖는 부력체(200B)가 선택적으로 장착한 상태이다.
상기와 같은 중량체(200A) 또는 부력체(200B)의 선택사항은 가령, 점토질의 연약지반인 경우 상기 부력체(200B)를 탑재하여 플로우(200)의 이동바퀴(211)가 과도하게 해저면에 묻혀 이동되지 못하는 사례를 방지할 수 있도록 한 것이고, 해저의 지질이 모래층인 경우에는 상기와 반대로 상기 중량체를 탑재하여 플라우(200)의 자중에 무게를 더하여 안정되게 해저면에 플라우가 착지된 상태에서 이동이 가능하도록 하는 것으로, 상기 중량체 또는 부력체의 선택이 결정된다.
상기와 같은 해저면에 안착되는 플라우(200)는 대차(210)의 지지대(220)에 경사지게 설치된 맨드릴(230) 및 대차(210)의 저부에 부착되어 맨드릴(230)에 일단이 부착된 지지프레임(240)이 해저면 내에 플라우의 자중에 의해 묻히게 되며, 여기서 맨드릴(230)의 하단부측 라운드진 종단은 상기 해저케이블(C)이 해저면의 소정 깊이에 위치된 상태이다. 여기서 맨드릴(230)의 하부가 삽입되는 깊이는 대략 2M의 깊이이며, 이 깊이에서 플라우(200)의 이동에 의해 해저케이블(C)의 매설이 이루어진다.
상기 플라우(200)에는 케이블공급대(12)로부터 해저케이블(C)이 맨드릴(230) 측에 세팅되고, 제1윈치(W1)측의 방향조정 와이어(L1)가 연결된 상태이며, 상기 케이블공급대(12)에서는 해저케이블(C)을, 상기 제1윈치(W1)에서는 방향조정 와이어(L1)를 동시에 풀어주면서 해저면에 플라우(200)의 안착이 이루어지는 상태가 된다.
상기 케이블공급 바지선(100)과 이격되어 있는 견인 바지선(300)측으로부터는 제2크레인(20)를 통하여, 석션파일 또는 콘크리트 중량물(400)을 해저면에 내려 관입 또는 안착시켜준다.
상기 석션파일인 경우에는 관입에 의한 지지력 때문에 대략 2톤의 무게가 나가는 것을 사용하므로 소형 크레인을 이용하여 해저에 침하시키고, 상기 콘크리트 중량물인 경우에는 그 무게가 20~30톤의 무게가 나가는 것을 사용해야 하기 때문에 비교적 규모가 큰 대형 크레인을 이용하여 해저에 침하시켜 준다.
상기 석션파일은 자체 내외부 압력차를 조정하여 지반에 석션파일을 관입시켜 기초를 안정되게 구축할 수 있고, 상기 콘크리트 중량물인 경우에는 자체 과도한 무게 중량으로 해저면에 안정되게 안착시켜 기초를 구축한다. 이와 같은 석션파일 또는 콘크리트 중량물(400)의 세팅은 해상에서 정착 와이어(L2)로 하여금 정착된 견인 바지선(300)을 보다 안정적으로 정착할 수 있다.
상기와 같이 석션파일 또는 콘크리트 중량물(400)이 안착된 상태에서는 견인 바지선측의 제3윈치(W3)에 감긴 견인 와이어(L3)가 상기 석션파일 또는 콘크리트 중량물(400)의 수직되는 길이방향에 마련된 가이드풀리(41)를 경유하여 상기 플라우(200)측에 연결되어 있는데, 여기서 플라우(200)는 해저면에 안착되기 전 또한 석션파일 또는 콘크리트 중량물(400)이 해저면에 안착되기 전에 바지선상에서 견인 와이어(L3)가 연결된 상태이며 석션파일 또는 콘크리트 중량물(400)을 해저면에 내리기 전에 가이드풀리(41)에도 견인 와이어(L3)가 경유되어 있는 상태이다. 이를 통해 잠수부의 수중 작업은 최소화되고 상기 방향조정 와이어(L1)와 견인 와이어(L3)는 견인고리(212)에 연결된다.
상기 석션파일 또는 콘크리트 중량물에 구비된 가이드풀리(41)를 경유하는 상기 견인 와이어(L3)는 상기 플라우(200)와 거의 직각으로 유지되며, 상기 제3윈치(W3)를 통해 견인 와이어(L3)를 끌어당기면, 상기 플라우(200)는 해저면에서 이동하고, 이와 동시에 상기 케이블공급 바지선(100)측에서는 한 쌍의 방향조정 와이어(L1) 및 해저케이블(C)을 플라우(200)가 해저면에서 끌어 이동하는 거리만큼 풀어준다. 따라서, 플라우(200)가 직접 견인 바지선(300)에 견인 와이어(L3)로 연결되는 경우 견인 와이어(L3)가 경사져 있어 플라우(200)를 사선 방향으로 끌어 당겨 플라우(200)가 해저면으로부터 이격될 수 있으므로, 본 발명에서는 가이드풀리(41)를 통해 견인 와이어(L3)는 수직에서 수평방향으로 전환되어 이를 방지할 수 있다.
상기 방향조정 와이어(L1)는 케이블공급 바지선(100) 상에 마련된 제1윈치(W1)를 통해 한 쌍의 방향조정 와이어(L1)를 각각 풀어주거나 감아서 길이를 조정하고, 상기 제3윈치(W3)를 통해 견인 와이어(L3)로써 플라우(200)를 끌어당김으로 인해 상기 플라우(200)가 해저케이블을 매설하는 진행방향에서 이탈하지 않게 방향을 조정하여 일직선으로 이동시키거나 혹은 해저면으로부터 자연적인 장애물(바위)을 피해가는 방향으로 조정하면서 해저케이블(C)을 매설해 나갈 수 있게 한다. 이로써, 해저케이블 매설의 정밀시공이 가능하다.
상기와 같은 플라우(200)의 이동에 있어, 대차(210)측의 맨드릴(230)을 통해 공급되는 해저케이블(C)은 플라우(200)의 지지대(220)측 상부에 마련된 가이드부(222)에서 해저케이블(C)의 마찰을 최소화하면서 맨드릴(230)로 공급할 수 있게 된다.
또한, 상기 맨드릴(230)로 공급되는 해저케이블(C)의 상부측은 도 7에서와 같이, 상기 지지대(220)측의 제1브라켓(B1)에 설치된 가이드롤러(R)에 의해 해저케이블의 꺽임 없이 맨드릴(230) 내부로 진입을 원활하게 하고, 상기 맨드릴(230)의 하부측 단부는 첨부된 도 8에서와 같이, 맨드릴의 양측에 부착된 제2브라켓(B2)상의 가이드롤러(R)에 의해 최종 해저면 내부로 나오는 해저케이블(C)을 원활하게 가이드하여 매설을 돕는다.
상기 맨드릴(230)은 그 형상이 첨부된 도 6에서 도시한 바와 같이, 그 단면형태는 길이방향의 상부가 개방된 오각형으로 형성되어 있기 때문에, 상기 플라우(200)의 진행방향에 대해 맨드릴(230)의 각진 모서리 부분이 진행방향을 향하여 이동함으로써, 해저면 내부에서의 저항을 최소화할 수 있다.
아울러 플라우(200)의 이동바퀴(211)는 그 형상이 양측 원추형으로 형성되어 있다는 점에서 연약지반이라 할지라도 해저면과의 접촉면적을 넓혀 이동바퀴가 과도하게 묻히는 현상을 방지함과 동시에 원활한 구름이 이루어져 플라우를 용이하게 이동시킬 수 있는 이점이 있다.
상기와 같은 플라우(200)의 이동은 상기 석션파일 또는 콘크리트 중량물이 위치한 지점에 근접하는 위치까지 이동하는 것으로, 여기서 플라우의 이동거리는 대략 200미터 구간씩 이루어지면서 플라우의 진행방향 조정 및 해저케이블의 매설작업이 이루어진다. 즉, 케이블 매설시점의 플라우(200)와 석션파일 또는 콘크리트 중량물(400) 간의 거리는 대략 200미터 간격으로 배치하는 것이 바람직하다.
한편, 설정된 지점(석션파일 또는 콘크리트 중량물이 위치한 지점에 근접하는 위치)까지 플라우(200)를 이동시킨 후에는 케이블공급 바지선(100)측의 정착 와이어(L2)를 제2윈치(W2)를 통해 풀어주거나 감으면서 예인선(10)으로 케이블공급 바지선(100)을 전진이동(대략 200미터)시킨다.
상기와 같은 작업과 더불어 견인 바지선(300) 측에서는 상기 석션파일 또는 콘크리트 중량물(400)을 제2크레인(20)으로 다시 해저면으로부터 인발 또는 들어올리고, 견인 바지선(300)으로부터 정착 와이어(L2)를 제4윈치(W4)를 통해 풀어주거나 감으면서 해저케이블이 매설될 다음 지점까지 예인선(10)으로 상기 견인 바지선을 전진이동(대략200미터)시킨다. 여기서도 제2크레인(20)은 견인 바지선(300) 위에 설치될 수도 있고, 상기 케이블공급 바지선(100)과 견인 바지선(300)의 전진이동시 플라우(200)는 해저면에서의 이동은 없고 필요하면 제3윈치(W3)를 통해 견인 와이어(L3)를 풀어준다.
상기 견인 바지선(300)이 일정 지점까지 전진이동한 후에는 다시 제2크레인(20)을 통하여 석션파일 또는 콘크리트 중량물(400)을 해저면에 내려 관입 또는 안착시켜준다.
상기와 같이 견인 바지선(300)으로부터 견인 와이어(L3)를 당겨 플라우(200)를 이동, 플라우(200)의 이동과 함께 플라우(200)의 맨드릴을 통과하는 해저케이블을 해저면 내에 매설, 이동된 플라우 지점까지 케이블공급 바지선(100)의 전진이동, 석션파일 또는 콘크리트 중량물(400)을 해저면으로부터 인발 또는 들어올려 해저케이블(C)을 연속으로 매설할 위치까지 전진이동 및 석션파일 또는 콘크리트 중량물(400)을 다시 해저면에 관입 또는 안착 과정을 해저케이블(C)의 매설이 종료되는 지점까지 반복실시한다.
또한, 해저케이블 매설구간이 매우 긴 경우에는 케이블공급 바지선(100)과 견인 바지선(300)의 정착 와이어(L2)를 해저면에서 해제시켜 이동할 필요도 있다.
상기와 같은 방법으로써 해저케이블을 매설함으로써, 해저면의 부유사가 현저히 감소되는 작업환경을 제공하며, 해저케이블 작업에 따라 수중에 동원되는 잠수부의 인원을 줄이며, 기존의 워터젯을 이용한 해저면의 터파기, 되메우기 작업이 필요없으며, 해당지점까지의 해저케이블을 원활하게 매설시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
10: 예인선 12: 케이블공급대
14: 제1크레인 20: 제2크레인
41: 가이드풀리 100: 케이블공급 바지선
200: 플라우 200A: 중량체
200B: 부력체 210: 대차
211: 이동바퀴 212: 견인고리
220: 지지대 222: 가이드부
222a: 안내관 222b: 종방향롤러
222c: 횡방향롤러 230: 맨드릴
240: 지지프레임 300: 견인 바지선
400: 석션파일 또는 콘크리트 중량물
B1: 제1브라켓 B2: 제2브라켓
C; 해저케이블 L1: 방향조정 와이어
L2: 정착 와이어 L3: 견인 와이어
W1: 제1윈치 W2: 제2윈치
W3: 제3윈치 W4: 제4윈치
R: 가이드롤러

Claims (11)

  1. 해저케이블 매설장치인 플라우(200)는,
    양측 전후에 양면원추형의 이동바퀴(211)가 구름 가능하게 구비되고, 상부 각 적소에 견인고리(212)가 구비된 대차(210)와,
    대차(210) 상부에 설치된 지지대(220)와,
    지지대(220)에 일단측이 고정되고, 타단측은 대차(210)의 저부로 하향 경사져 돌출되어 해저케이블을 해저면 지중으로 안내하는 맨드릴(230)과,
    대차(210) 하부에 수직 또는 경사지게 일단이 하향 부착되고, 타단은 상기 맨드릴(230)측의 단부에 부착 설치되어 맨드릴의 하부를 지지하는 지지프레임(240)으로 구성되되,
    상기 대차(210)의 전후 측에는 해저면의 지질선택에 따라 대차의 무게를 가중시키는 중량체(200A) 또는 부력을 갖는 부력체(200B)가 탈착 가능하게 탑재된 것을 특징으로 하는 해저케이블 매설장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    해저면에 매설시키기 위한 해저케이블(C)이 권취된 케이블공급대(12), 방향조정 와이어(L1)가 감긴 복수개의 제1윈치(W1) 및 정착 와이어(L2)가 감긴 다수개의 제2윈치(W2)가 구비된 케이블공급 바지선(100)과;
    플라우(200) 측에 견인 와이어(L3)로 연결되어 플라우(200)를 일방향으로 견인시켜 이동하기 위한 제3윈치(W3), 정착 와이어(L2)가 감긴 다수개의 제4윈치(W4)가 구비된 견인 바지선(300)과;
    제3윈치(W3)를 통해 플라우(200)와 연결되는 견인 와이어(L3)를 직각으로 안내하여 플라우(200)를 직선상으로 안내유도하기 위한 가이드풀리(41)가 수직되는 길이방향에 구비되며, 펌프에 의한 압력차 조정으로 해저면에 수직으로 관입되거나 인발되어 플라우(200)의 이동기준지점을 설정하는 석션파일 또는 콘크리트 중량물(400);을 추가로 포함하여 구성되어,
    플라우(200)에 케이블공급 바지선(100)으로부터 제1윈치(W1)를 통해 방향조정 와이어(L1)가 각각 연결되며, 플라우(200)가 케이블공급대(12)로부터 해저케이블(C)을 해저면 내부로 안내시켜 매설시키면서 이동하는 것을 특징으로 하는 해저케이블 매설장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지지대(220)에는 해저케이블(C)이 통과 안내되는 가이드부(222)가 구비된 것을 특징으로 하는 해저케이블 매설장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 가이드부(222)는,
    지지대(220)에 부착되어 해저케이블(C)을 관통하는 안내관(222a)과, 상기 안내관(222a)에 상호 평행하게 설치되어 해저케이블을 안내하는 종방향롤러(222b) 및 횡방향롤러(222c)가 구비된 것을 특징으로 하는 해저케이블 매설장치.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 케이블공급 바지선(100)에는 인양을 위한 제1크레인(14)이 추가로 구비된 것을 특징으로 하는 해저케이블 매설장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 맨드릴(230)은 해저면의 지중으로부터 이동시 지중 마찰을 줄이기 위해 해저케이블이 안내되는 일면을 제외한 그 외곽은 오각형으로 형성되며, 그 길이방향 양단 측은 해저케이블의 원활한 진입과 지중으로 진출을 위해 라운드형으로 종단된 것을 특징으로 하는 해저케이블 매설장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 맨드릴(230)의 상부측 단부는 지지대(220)에 제1브라켓(B1)으로 연결되고, 하부측 단부의 양측에는 제2브라켓(B2)이 부착 설치되며, 상기 제1브라켓(B1) 및 제2브라켓(B2)에는 해저케이블(C)의 진출입을 안내하는 가이드롤러(R)가 적어도 하나 이상 구름 가능하게 부착 설치된 것을 특징으로 하는 해저케이블 매설장치.
  9. 해저케이블의 매설방법에 있어서,
    해저케이블이 권취된 케이블공급대, 제1윈치, 제2윈치가 구비되며, 해저케이블 매설을 위한 플라우가 실린 케이블공급 바지선과, 제3윈치, 제4윈치가 구비되며, 수중 내 해저케이블의 구간 매설지점을 기준하는 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 실은 견인 바지선을 해저케이블 매설지점의 해상에 띄워 예인선으로 해당위치까지 예인하여 케이블공급 바지선, 견인 바지선을 배치시킨 다음, 정착 와이어로서 케이블공급 바지선, 견인 바지선을 배치하는 단계;
    정착된 견인 바지선으로부터 제2크레인을 통해 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 해저면으로 내려 석션파일을 해저면에 관입시키거나 콘크리트 중량물을 해저면에 안착시키는 단계;
    케이블공급 바지선에 구비된 케이블공급대로부터 해저케이블을 플라우의 맨드릴에 통과시키고 방향조정 와이어가 연결된 상태에서 제1크레인을 통해 플라우를 해저면으로 내려 안착시키는 단계;
    견인 바지선으로부터 견인 와이어를 감아 들여 플라우를 해저면에서 이동시키는 반면, 케이블공급 바지선의 케이블공급대로부터는 해저케이블의 연속 공급과 함께 케이블공급 바지선으로부터 플라우에 연결된 복수개의 방향조정 와이어를 플라우가 이동하는 거리만큼 풀어주면서 플라우의 좌우방향을 조정하여 석션파일 또는 콘크리트 중량물이 위치한 방향으로 바르게 이동시켜 플라우측 맨드릴을 통해 해저면 내에 해저케이블을 매설하는 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 해저케이블 매설방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    석션파일 또는 콘크리트 중량물을 해저면으로 내리기 전에, 플라우에 마련된 견인고리에 견인 바지선측에서의 견인 와이어를 연결하는 것을 특징으로 하는 해저케이블 매설방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    설정된 지점까지 플라우를 이동시킨 후에 케이블공급 바지선 측의 정착 와이어를 풀어주거나 감으면서, 예인선으로 케이블공급 바지선을 전진이동시키고, 견인 바지선 측에서 상기 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 해저면으로부터 인발 또는 들어올리고, 견인 바지선으로부터 정착 와이어를 풀어주거나 감으면서 해저케이블이 매설될 다음 지점까지 예인선으로 상기 견인 바지선을 전진이동시키는 단계;
    견인 바지선이 일정 지점까지 전진이동한 후에는 다시 제2크레인를 통하여 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 해저면에 내려 관입 또는 안착시키는 단계;
    상기 견인 바지선으로부터 견인 와이어를 당겨 플라우를 이동, 플라우의 이동과 함께 플라우의 맨드릴을 통과하는 해저케이블을 해저면 내에 매설, 이동된 플라우 지점까지 케이블공급 바지선의 전진이동, 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 해저면으로부터 인발 또는 들어올려 해저케이블을 연속으로 매설할 위치까지 전진이동 및 석션파일 또는 콘크리트 중량물을 다시 해저면에 관입 또는 안착 과정을 해저케이블의 매설이 종료되는 지점까지 반복실시하는 단계;를 추가로 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 해저케이블 매설방법.


















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