3500トンの構造物をセンチ精度で誘導

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第二音戸大橋
RTK-GPSによる起重機船、橋脚の誘導システム
正確性と安全性の向上を支援

工事の概要

音戸大橋が「音戸の瀬戸」に架かっていたが、音戸大橋は、船舶の往来が激しく1000トン級の大型船舶も通るため、桁下を大きくとらねばならず、また、海中には橋脚を立てられないため高架橋となって長年通行されてきたが、近年の交通量増大のための慢性的な交通渋滞に対応するため、本土と倉橋島を結ぶ新たな4車線の道路を建設中の一部として、「第二音戸大橋」が架けられることになった。

架設方法は、国内最大級の起重機船を使って、橋桁(約3500トン)の一括架設方式を行う。橋桁の長さはおよそ200m。

アカサカテックの役割

起重機船および橋桁を、正確に、安全に誘導

前述の通り、今回の現場は幅が狭く、流れが急であるのみもかかわらず、航路閉鎖時間も限られている状況のなか、正確に安全に起重機船および橋桁の誘導を行うためのシステムを担当することとなった。

今回の誘導システムのポイントとしては、東京ゲートブリッジの架設に使用した起重機の誘導、橋桁の位置、姿勢監視システムに加えて、工事区域外に橋桁が侵入しないように監視するシステムを開発した。このシステムにより、一般住宅や工事区域外(安全な場所)にいる人たちの上空に起重機船が吊っている物がおよぶことを防ぎ、安全に工事が行えるものとなる。

誘導ソフト

起重機船、橋桁の位置を同時に表示し、工事区域外と橋桁端との距離のクリアランスを表示しながら、架設位置へ正確に誘導する。クリアランスによって注意・警告を行う。本ソフトにより、船長もしくは操縦士は俯瞰図と数字で位置関係をリアルタイムで把握できる。

本システムでは誘導するために、GPSを起重機船、橋桁に2台設置する。さらに、架設現場が島と島に挟まれた地形のため、全てのGPSをGLONASS対応とし、もしGPS衛星が受信できない場合を考えて、予備システムとしてジャイロ付き高精度傾斜センサを橋桁に設置した。GPSとジャイロは自動(もしくは任意)に切り替え可能である。

第二音戸大橋架設工事

現地下見(架設位置、基地局設置予定箇所、水切り位置確認)

今回の特異な地形を下見している。憂慮されたGPS衛星の受信状況だが、架設位置が思ったより高いため、衛星の受信には問題が無いと思われる。基地局設置予定の箇所の下見も行った。

さらに、今回使用する起重機船へGPSアンテナの設置を行った。GPSアンテナは船の位置と向きを判定するため、両舷への設置となる。以前の工事で敷設済みの同軸ケーブルを使用した。

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既設の音戸大橋から今回架設予定の第二音戸大橋の橋脚

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既設の音戸大橋から今回架設予定の第二音戸大橋の橋脚(警固屋側)

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起重機船のバックステーの両舷へのGPSアンテナ取り付け状況

浜出しされた台船上の橋桁へGPSアンテナと傾斜センサ・無線システム一式を設置。GPSアンテナは200mの橋桁両端に、傾斜センサは中心に設置した。

基地局アンテナを現場事務所上に設置し、測量し基地局とした。

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橋桁組み立て工場から台船への浜出し中

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橋桁機材設置状況
傾斜センサ、GPS受信機と無線システムを橋桁中央に設置

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橋桁機材設置状況
左右両端へ100mGPSアンテナケーブルを敷設

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橋桁機材設置状況
両端へのGPSアンテナ設置状況

架設前日 (玉掛け作業~50%負荷まで)

前日には起重機船に荷重をかける(50%程度)ため、前日から全システムを立ち上げる必要がある。吊り上げ始めたら橋桁には登ることはできず、不具合が起きても調整することはできないため、入念な確認が必要となる。

GPS、センサとも全て正常が確認でき、起重機船ワイヤ巻き上げが始まり、荷重がかかった状態で本日の作業終了。

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玉掛け作業中
玉掛け作業終了後、アカサカテックはシステム動作確認作業を行います。

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GPS、傾斜センサ、通信の全てのシステムとソフトウェアの正常動作を確認しました。
ソフトは、誘導・橋桁(位置・姿勢)の3種類となります。

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誘導ソフト画面
画面は北が上に、青色(画面右下)が目標(架設位置)となります。

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本日の作業はここで終了です。

架設当日(台船から橋桁吊り上げ~起重機船移動~架設~起重機船移動)

朝の2時集合で、作業開始、起重機船に乗り込み全システムの正常を確認する。
巻き上げが開始され、橋桁が水切りされる。桁の姿勢は、GPSとセンサで監視している。
巻き上げ高さは、GPSで管理している。架設予定高さより5m程度高く上げる。

航路閉鎖時間まで、手前で吊り上げた状態で待機。起重機船は船とは違い、推進力などは持ち合わせていない。従って、タグボートなどによって押し曳きしてもらうか、アンカーを利用することで起重機船のウィンチを操作することによってワイヤーを伸ばしたり縮めたりすることによって範囲は限られるが移動することはできる。

航路閉鎖時間となり、起重機船は航路内に進入した。ここより、架設位置までの誘導が今回のシステムが力を発揮する時間となる。事前にソフトウェアに起重機船が移動する目標位置を表示してあるので、それを目標に船長が誘導を指示する。それとともに、橋桁の両端がエリアを越えないようにクリアランスを確認にしながら、さらに船長が指示を出す。設計上からもぎりぎりの箇所があったが、起重機船を上手く操船することによってきりぬけると、架設位置までの誘導のみとなった。

架設位置までは、まず大まか(大まかと言っても1m以内)に誘導し、陸(橋脚)側から引っ張りながら、橋桁をゆっくり下ろしていく。あとは、少し引っ張り、少し下ろしを何度も繰り返しながら、数cm単位で下ろしていく。

最終的には、ボルトを通して、橋桁固定となった段階で架設の作業終了はほぼ終了。荷重を0%まで抜き、起重機船の玉掛けワイヤーを外している間に、GPS・センサなどの機材を撤収した。

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深夜2時、作業開始。
まず、台船から橋桁を吊りあげます。
すでに台船と橋桁の間が空いています。

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橋桁を設計高さまでGPSで計測しながら吊り上げ後、航路閉鎖時間まで待機しています。

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4時半の航路閉鎖まで待機中です。
夜が明けて来ました。

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起重機船が移動を始めました。
橋桁の右端(写真では左側)が島にかかり、特に監視が必要です。
起重機船の移動している連続写真です。

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連続写真は時間的にはほぼ1時間です。
システムはデータの中断など無く、起重機船の作業には問題なく架設位置まで移動できました。
巻き上げ高さも問題ありませんでした。
今回のシステムはここでほぼ役割を終えました。

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ここからは、少し巻き下げ、橋脚側から少し引っ張りの繰り返しをしながら位置を決めます。
橋桁に渡れるようになれば、機材撤収作業です。

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位置も決まり、玉掛け外し作業となります。このタイミングで、橋桁上の機材も撤収します。

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最終的な位置画面です。
左端の位置が、上下に2cm、左右に4cmのずれに収まりました。
(画面左側、青矢印)

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起重機船の移動画面です。
右下画面の黄色部分が接近注意中を表示しています。

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橋桁と橋脚が繋がりました。

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橋桁には実際は足場で渡ります。
3500トンを支えています。

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起重機船は航路より出ます。
航路閉鎖時間内に作業を終えることが出来ました。

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奥に音戸大橋と手前に第二音戸大橋
作業は無事完了

本工事を終えて

起重機船の誘導自体は、当日の工程から見ると、時間的には1割にもみたない。しかし、航路閉鎖時間が決まっている間での作業では、少しの時間も貴重である。その中で起重機船の誘導をアカサカテックの本システムで正確に、安全にかつ迅速に行えたことは、第二音戸大橋架設工事が無事に終わったことに対して、多少なりにも役に立てた自負できるところである。

関連システム/機器 ⇒「海洋土木」

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