パイルラン防止

洋上での杭打ち作業では、大型の鋼管杭をガイドフレームに通して降下させ、油圧ハンマーで海底へ打ち込みます。打ち込み中は土壌抵抗が杭の重量を支えます。しかし杭先端が、緩い砂や軟弱粘土などの脆弱または軟弱な層に遭遇すると、抵抗が急低下し、杭は重力により下方へ加速します。

この自由落下事象はパイルランと呼ばれます。杭は数秒で数メートル落下することがあり、より硬い層または軟弱層の終端に達すると急激に減速します。その結果生じる衝撃は、ハンマー、ガイドフレーム、クレーンワイヤロープを通じて、クレーンブームと船体構造へ伝わります。

保護がない場合、剛な停止によりフック荷重が静荷重の数倍に達することがあります。クランプされたランでは動的増幅係数（DAF）が3を超え、クレーンの安全作業荷重を大幅に超過し、クレーンの構造損傷、ワイヤロープの破断、または杭打ち設備の損傷を招くおそれがあります。

クレーン用ショックアブソーバーは、パイルラン事象のエネルギーを吸収するため、クレーンの揚重システムに、通常はクレーンフックと荷の間で直列に設置されます。パッシブヒーブ補償装置と同じガスばね原理で機能しますが、パイルラン特有の高エネルギーかつ短時間の荷重に対応するよう専用設計されています。

パイルランが発生すると、ワイヤロープ速度の急上昇によりショックアブソーバーが急速にストロークし、ガス充填部を圧縮して落下する杭の運動エネルギーを吸収します。クレーンに伝達される最大荷重はショックアブソーバーの最大抵抗値に制限され、剛結合時に生じる荷重の一部に抑えられます。

主要な設計パラメータは次のとおりです。

• エネルギー容量 — 最悪ケースのパイルランの全運動エネルギーを、底付きすることなく吸収する必要があります。
• 最大荷重 — ストローク中の最大抵抗力であり、クレーンにかかる最大荷重を決定します。
• ストローク — 想定されるパイルラン距離に対して十分である必要があります。

衝撃吸収におけるエネルギーバランスの詳細は、クレーンの衝撃吸収のページをご覧ください。

Norwegian DynamicsのPOLARISは、パイルラン防止を含むクレーン作業用に特別に設計された軽量ショックアブソーバーです。75〜4,000 tonnesの容量、1.0〜8.0 metresのストロークを備え、POLARISは洋上杭打ち用途の全範囲をカバーします。

POLARIS設計の主な特長：

• 軽量構造 — クレーンの使用可能な定格荷重表への影響を最小化し、吊り荷のための揚重能力を維持します。
• 迅速なエネルギー吸収 — 調整されたガスばねと減衰特性により、パイルラン事象に伴う短時間・高エネルギー荷重に最適化されています。
• シンプルで堅牢な設計 — 電子機器、センサー、外部電源は不要です。過酷な洋上環境でも信頼性高く機能します。

パイルランリスクは、地盤工学データを用いて杭打ち作業の設計段階で評価します。土質ボーリングおよびコーン貫入試験（CPTs）により、パイルランが発生し得る脆弱層を特定します。その後、杭重量、土壌抵抗プロファイル、ハンマーエネルギーに基づき、想定パイルラン距離と速度を計算します。

これらの計算により、エネルギー容量、最大荷重、ストロークというショックアブソーバー仕様を決定します。過小選定の結果は深刻であるため、ショックアブソーバーは想定ケースだけでなく、最悪の発生可能性があるパイルランシナリオに対応できるよう選定する必要があります。

パイルラン防止は、土壌条件が変動する可能性のある海底へモノパイルを打ち込む風力発電所の設置作業にも関連します。POLARISは、高容量クレーン作業に必要な軽量設計と効果的な保護を両立しており、この用途に適しています。反復的な設置キャンペーンの効率を高める関連技術については、クイックリフトもご覧ください。