２．２ 海洋構造物の種類と特徴
海洋構造物の形態は、利用目的と利用される海域の気象条件や水深により、大きく異なります。表2.2.1と表2.2.2に海洋施設を用途・機能及び構造様式により分類した例を示します。海洋構造物の多くは海底油田の試掘、採油、送油に関連して発展してきており、石油生産施設あるいはその輸送に関連した荷役施設として利用されています。鉱工業的な海洋開発としては、海洋資源の採取・有効利活用と海洋空間の有効利活用との二つの対象があります。
前者の資源活用には、(１)マンガン団塊、海底熱水鉱床、海水溶存ウラン等の海洋鉱物資源、(２)石油・天然ガス等の海底エネルギー資源、
あるいは(３)海洋温度差発電、波力発電、潮汐発電、海流・潮流発電、海洋濃度差発電などの海洋エネルギー資源があります。
後者の海洋空間の有効利活用の対象としては、物流基地、エネルギー施設、レジャー施設、廃棄物処理施設あるいは海上空港などの大型浮体構造物の建設構想があります。
海の構造物は常に波との戦いをしいられています。波浪の周期とエネルギは右下図のような関係になり、構造物の固有周期を如何にして波の周期からずらして動揺させにくくするかが重要となります。比較的浅い水深に設置する構造物は、鋼管製のジャケットやコンクリート構造物で建物自身の固有周期は短く、波浪との共振はほとんど気にする必要はありません。
大きな強い波による大重量の衝撃力に対する抵抗性が重要な課題となっています。水深の深い領域に設置する構造物は、波浪周期より長波長側にずらしています。
現在では切断作業の多くは自動化されています。これらのほとんどは工場内の整備された環境での自動化であり、従来のガス切断から、プラズマ切断やレーザ切断等の高品質、高速度な切断へと変化してきています。一方、現在対象にしている海洋空間での切断作業では、作業環境は必ずしも十分に整備されているとは限らず、場合によっては潮流や波浪により作業が阻害される場合もあります。これらの洋上あるいは水中での作業の特徴と特異性を念頭において、水中切断技術を紹介しています。
水中作業環境の特徴と特異性として理解しておくべき事柄には、以下のものがあげられます。
１) 水圧は深度に比例して増加(10ｍで１気圧)するため、深海では超高圧となります。
２) 日本近海の夏季の水温は表面で24-30℃、深海底では2-4℃程度の低温です。寒冷地では結氷する場合もあり、一般に外気温とは異なります。
３) 太陽光線のエネルギーは深度に応じて対数的に減少します。明るさは50-100ｍ程度で消え、それ以上の深度では暗黒となります。
４) 海表面には波浪が存在し、その影響は指数関数的に減少し、ほぼ50-100ｍでなくなります。しかしながら、5-10cm/s程度の深層流れが存在するところもあります。
５) 生物の存在数は明るさに比例し、150ｍ以下の暗い海中ではプランクトン数は急激に減少しますが、巨大イカや鯨など鉛直方向に移動する生物が存在します。
６) 海水中の鋼構造物表面は、腐食や生物付着あるいは海底流砂による摩耗などにより、性状が変化します。特に最近は生物腐食が進んでいるとの報告も多く寄せられています。
７）大気や海洋潮流の大循環の季節変動など、地球の自転や季節及び緯度による影響と生物の移動など、従来はあまりよく理解できていなかった事象が明らかになっています。
右図に海中作業に係る緒元の関係を示します。海中作業の最も大きな問題点は水圧であり、水圧に最も影響を受けるのはプラズマ(電離過程)であることから、アークを使わず細いファイバで高密度エネルギを供給できるレーザ加工に、筆者は従来から注目しています。
最近ではオイルシェールの活用に注目が集まり、原油価格が低迷していることなどから、大水深での石油生産にはあまり注目が集まっていないような印象があります。また、メキシコ湾での大水深石油掘削装置の事故やブラシル大統領罷免騒動の背景などを勘案すると、着実に大水深における石油生産に関連した活動は実施されています。
次ページ（2.3 潜水作業の特徴） 2013.11.25作成 2017.4.10改定