JP2000144792A - 往復動ポンプを用いた空気圧送方式による管中固化処理装置および工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 定量送泥が可能な管中固化処理装置を提供す
る。 【解決手段】 浚渫泥土を一定の流量で送泥管に送泥す
る往復動ポンプ１０と、送泥管の途中で一定の流量で固
化材を注入する固化材注入装置１２と、固化材が注入さ
れた泥土を空気圧送するために、送泥管に圧縮空気を注
入する圧縮空気注入装置１４と、空気圧送されてきた固
化材入りの泥土を混練する管内混練装置１６とを備え
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、往復動ポンプを用
いた空気圧送方式による管中固化処理装置および工法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】空気圧送方式による管中固化処理工法
は、空気圧送船または空気圧送機から送泥された泥土に
固化材（セメントなど）を注入し、空気搬送中の送泥管
内のプラグ流や送泥管路の途中に設置したラインミキサ
により泥土と固化材を混練させるものである。この場
合、泥土と固化材を一定量の割合で混合する必要がある
ので、送泥量を一定に保つことが重要である。

【０００３】一般に、土砂ホッパーから定量送泥する方
法には、スクリューフィーダと渦巻ポンプを組合わせて
定量送泥するもの、タンク方式によりバッチ式送泥する
もの、およびホッパー下部に装備したロータリー式泥土
切出し装置を使用するものがある。

【０００４】空気圧送方式による管中固化処理工法で
は、送泥量を一定に保つために、一般的にスクリューフ
ィーダと渦巻ポンプの組合せ方式が採用されているもの
が多い。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】一般的に、空気圧送方
式による管中固化処理工法は、軟弱な浚渫土を対象とし
ているが、均質な軟弱土砂ばかりでなく砂分の多い土砂
や粘性度の高いものまで処理することが要求される場合
がある。

【０００６】スクリューフィーダと渦巻ポンプ方式は、
軟弱な泥土（含水比１００％以上）の送泥は問題がない
が、砂質土や含水比の低い土砂（特に含水比が７０％以
下）では負荷が大きくなり、送泥能力が極度に低下し、
計画した施工能力が維持できなくなり、また、送泥が不
可能となることもある。

【０００７】また、スクリューフィーダと渦巻ポンプ方
式は、スクリューの回転速度およびポンプの回転速度で
送泥流量を調整している。モータの回転は、一般的にイ
ンバータ方式で制御しているが、計画回転数の範囲を下
回った条件で定量送泥する場合、インバータ制御の特性
からトルクが低くなる。このため、砂質土や低含水比の
土砂のように送泥流量が低下し少量の送泥を行う場合で
も、モータを高いトルクで回転しなければならない。従
って、砂質土や低含水比の土砂では運転が困難となる。

【０００８】前述したように管中固化処理では、一定の
送泥流量に対し一定割合の固化材を添加する。このた
め、土砂が定量に送泥されているかを把握するために、
流量計等を装備して定量送泥を確認しながら施工する必
要がある。しかし土砂の種類，含水比の変化によって
は、送泥流量が大幅に変化するので、計画設定送泥量を
確保するために、スクリューフィーダの回転速度を調整
するが、上記の理由で調整範囲が限定され、計画設定土
量の維持が困難となることがある。

【０００９】さらに、送泥装置に使用するスクリューフ
ィーダや渦巻ポンプは、市販品がなく特別仕様で制作さ
れ、制作費用が非常に高価で汎用性がない装置である。
さらに、砂質分の多い土質では、スクリューフィーダや
ケーシングの摩耗が激しく補修や取替えなどランニング
コストがかかるといった問題がある。

【００１０】本発明の目的は、上述のような種々の問題
を解決した、往復動ポンプを用いた空気圧送方式による
管中固化処理装置および工法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】砂質土や低含水比の土砂
を能率良く送泥する機械として、往復動ポンプ（ピスト
ン式コンクリートポンプ等）がある。往復動ポンプは、
一般にコンクリートポンプに代表されるように、礫質土
砂を含み、含水比が低く、粘性度が高い生コンクリート
を容易に搬送することができる。これらのポンプは、実
績も多く定置式から可搬式まで広く使用されている。こ
のような往復動ポンプの送泥能力は、３０ｍ³ ／Ｈから
１００ｍ³ ／Ｈ程度まであり、汎用品として容易に調整
が可能である。このような往復動ポンプは、油圧によっ
て操作され強力な推力が出せ、土質の変化によるポンプ
への負荷に対して調整範囲が広い。

【００１２】本発明によれば、この往復動ポンプを空気
圧送方式の装置の土砂ホッパー下部に装備することによ
り、軟弱粘性土から砂質土砂や低含水比の土砂まで安定
した搬送ができ、上記の土質の変化に対する課題を解決
することが可能となる。

【００１３】往復動ポンプの送泥流量は、一般的に、シ
リンダーの直径とピストンストロークおよびピストン往
復動速度を掛け合わせ、さらにシリンダーへの泥土の取
込み効率を乗じて算出できる。しかし、泥土の種類によ
ってはシリンダーへの泥土取込み効率が変化したり、送
泥能力が低下したりする。

【００１４】本発明によれば、往復動ポンプの送泥流量
を常に把握するため、油圧ピストン往復動速度を検出で
きるセンサーを取り付け、上記の方法でコンピュータ演
算させて送泥流量を把握することができる。このとき、
取込み効率を泥土の種類や含水比の変化に応じて変化さ
せる必要があるが、事前に各種の土質や含水比を変化さ
せて得られた取込み効率を参考に演算時に調整できる。

【００１５】また、ポンプ送泥後の送泥管中に流量計
（電磁流量計等）を装備することにより、送泥管を圧送
される流量を計測して、油圧ピストンの速度センサーか
ら演算された送泥流量と常に値を確認することでより正
確な送泥流量の把握が可能となる。すなわち、電磁流量
計で計測された流量と、ピストン速度センサーで計測さ
れた速度から演算された送泥流量の差を計算し、取込み
効率を既存のデータと併せて確認し調整することができ
る。

【００１６】さらに、計画設定送泥流量を維持するに
は、常に往復動ポンプのピストンストロークおよび／ま
たはピストンの往復動速度を変化させる必要がある。本
発明によれば、前述した送泥管の途中に取付けた電磁流
量計で送泥流量を常に監視し、計画設定流量との差を演
算して、目的の送泥流量に合うように油圧ピストンのス
トロークおよび／または速度を自動的に変化させるシス
テムを組むことによって安定した送泥を可能にできる。

【００１７】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の往復動ポンプを
用いた空気圧送方式による管中固化処理装置を示す。こ
の管中固化処理装置は、基本的には、往復動ポンプ１０
と、固化材注入装置１２と、圧縮空気注入装置１４と、
管内混練装置１６とから構成されている。往復動ポンプ
は定置式のものを示し、図２にその基本構造を示す。
（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ），（Ｄ）は揺
動管の切替状態図である。この往復動ポンプは、２個の
油圧シリンダ２０，２２を備え、各シリンダ内にはピス
トン２４およびピストンロッド２６が設けられている。
シリンダの吐出口は、揺動管２８に切替え接続される。
図２（Ａ）において、Ａはシリンダの直径を、Ｓはピス
トンストロークを示す。シリンダの吐出口および揺動管
は、ホッパ３０内にあり、揺動管は送泥管３２に連結さ
れている。一方のシリンダがホッパ内の泥土を取込んで
いるときには、他方のシリンダは揺動管に接続され、泥
土を送泥管に送り出している。なお、このような往復動
ポンプは既知であり、前述したように一般にコンクリー
トポンプとして用いられている。

【００１８】図１において、送泥管３２には、固化材注
入管３４が連結され、さらには圧縮空気注入管３６が連
結されている。送泥管３２には、圧縮空気の逆流を防止
するための逆止弁３８が設けられている。

【００１９】管内混練装置１６は、一例として、本出願
人の出願に係る特願平１０−９１４４７号明細書に開示
のラインミキサを用いる。図３は、このラインミキサを
示す図である。図３（Ａ）は管内混練装置の斜視図、
（Ｂ）はその構成部品である曲管の説明図である。管内
混練装置は、Ｕ字形の曲管１１（例えば、配管用の１８
０度ベンド管）を複数個用い、多様な方向に連接して構
成されている。また、この連接した曲管の一方と他方の
両端のものは、それぞれＬ字形の２個の曲管１３を介し
て、送泥管の上流側端と下流側端に接続して組み込まれ
る。曲管は互いに、それらの曲げ両端に設けた接続フラ
ンジ１１ａ同士でもってボルト締結などにより蛇行状に
接続される。

【００２０】以上のような構成の管中固化処理装置にお
いて、例えば土運船７２に積まれた浚渫泥土は、バック
ホウ４０によって揚泥され、ホッパ４２に投入され、ホ
ッパ下部に設けられたスクリューフィーダ４４および開
閉調整可能なゲート４６を通して往復動ポンプのホッパ
３０に連続的に排出される。ホッパ３０内の泥土は往復
動ポンプ１０により一定流量で送泥管３２に連続的に送
り出される。

【００２１】ポンプ１０から送り出された泥土には、固
化材注入装置１２から、送泥量に見合った流量で固化材
が注入され、さらに圧縮空気注入装置１４から圧縮空気
が注入され、高濃度・長距離輸送に必要な圧力に加圧さ
れる。加圧された泥土は、送泥管内に発生するプラグ流
による練り混ぜ効果で固化材との混合が促進されながら
管内混連装置７に到達し、強制混連の後、サイクロン４
８で減勢されて目的地に固化処理土として放出される。

【００２２】一例として、往復動ポンプ１０から固化材
が注入される位置までの送泥管の距離は６ｍ、固化材が
注入される位置から圧縮空気が注入される位置までの送
泥管の距離は２ｍ、圧縮空気が注入される位置から管内
混練装置１６までの送泥管の距離は７００〜８００ｍ、
管内混練装置１６からサイクロン４８までの送泥管の距
離は１５０ｍである。

【００２３】往復動ポンプ１０は、ピストンのストロー
クおよび／または往復動速度を調整することにより定流
量送泥を行わなければならず、また、固化材は、送泥管
を流れる泥土の流量に見合った量が注入されなければな
らない。これは往復動ポンプが送り出す泥土の流量と、
送泥管を流れる泥土の流量と、注入される固化材の流量
とが計測管理されなければならない。

【００２４】図４には、このための計測管理システムを
示す。図示のように往復動ポンプ１０にはピストン速度
を検出するセンサー５０が、送泥管３２には電磁流量計
５２が設けられ、固化材注入装置１２には固化材流量計
５４が設けられる。これらセンサーおよび流量計により
計測された値は、計算管理室のコンピュータ５６に送ら
れる。コンピュータ５６では、センサー５０で検出され
たピストンの往復動速度にシリンダーの直径とピストン
クロストークとを乗算することにより往復動ポンプの送
泥流量を演算する。演算された往復動ポンプの送泥流量
と電磁流量計で計測された送泥流量との差を演算し、目
的の設定流量に合うように油圧ピストンのストロークお
よび／または往復動速度を制御する。また、コンピュー
タでは、電磁流量計５２で計測された送泥流量に見合っ
た固化材の量を流量計５４で計測しながら注入するよう
に制御する。

【００２５】さらに、泥土の種類や含水比の変化に応じ
て往復動ポンプ１０のシリンダへの泥土の取込み効率を
考慮しなければならない場合には、図４に示すように送
泥管３２に密度計５８を設けて、泥土の密度を計測し、
コンピュータは計測された密度を考慮し、予め記憶され
ている土質や含水比に対応した取込み効率を参照して、
演算を行うことができる。

【００２６】さらに、図４に示すように、送泥管内を泥
土が圧送される圧力を検出する土圧計６０，６２，６
４，６６が、往復動ポンプを出た直後の送泥管に、圧縮
空気が注入された後の送泥管に、および管内混練装置の
前後の送泥管にそれぞれ設けられる。これら箇所におけ
る泥土の圧送圧力を計測し、コンピュータで管理するこ
とにより、管中固化処理装置の安定した運転ができる。

【００２７】図５は、本発明の管中固化処理装置の他の
実施例を示す図である。この管中固化処理装置は、２台
の往復動ポンプ１０ａ，１０ｂを備え、各往復動ポンプ
からの送泥管３２ａ，３２ｂが１本の送泥管３２に連結
されたものである。図６にその連結付近を示す。往復動
ポンプ１０ａ，１０ｂからの各送泥管３２ａ，３２ｂに
は、それぞれ固化材注入管３４ａ，３４ｂおよび圧縮空
気注入管３６ａ，３６ｂが接続されている。各送泥管３
２ａ，３２ｂには、圧縮空気の逆流を防止するための逆
止弁３８ａ，３８ｂがそれぞれ設けられている。また送
泥管３２への連結部分に近い箇所には、バルブ７０ａ，
７０ｂがそれぞれ設けられている。

【００２８】なお、図５において、４０ａ，４０ｂはバ
ックホウを、１２ａ，１２ｂは固化材注入装置を示して
いる。本実施例の管中固化処理装置によれば、図１の管
中固化処理装置に比べて、送泥流量を２倍に増やすこと
ができる。また、一方の往復動ポンプが故障したような
場合にも他方の往復動ポンプで継続運転できるというメ
リットがある。

【００２９】

【発明の効果】本発明によれば、以下の効果が得られ
る。 （１）往復動ポンプを使用することにより、軟弱な粘性
土から低含水比の砂質土まで高能率で送泥することがで
き、定量送泥が可能になる。このため固化材の添加も一
定に行え、結果的に均質な固化処理土を造ることができ
る。 （２）送泥量を流量計で計測して把握し、安定した計画
設定送泥量を確保するために計測値との差を演算し、油
圧ピストンのストロークおよび／または速度を自動的に
調整運転できるシステムが組まれることによって、確実
な運転が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の往復動ポンプを用いた空気圧送方式に
よる管中固化処理装置の一実施例を示す図である。

【図２】往復動ポンプの基本構造を示す図である。

【図３】管内混連続装置の一例を示す図である。

【図４】計測管理システムを示す図である。

【図５】本発明の往復動ポンプを用いた空気圧送方式に
よる管中固化処理装置の他の実施例を示す図である。

【図６】図５の送泥管の連結付近を示す図である。

【符号の説明】

１０ 往復動ポンプ １２ 固化材注入装置 １４ 圧縮空気注入装置 １６ 管内混連続装置 ２０，２２ 油圧シリンダ ２４ ピストン ２６ ピストンロッド ２８ 揺動管 ３０ ホッパ ３２ 送泥管 ３４ 固化材注入管 ３６ 圧縮空気注入管 ３８ 逆止弁 ４０ バックホウ ４２ ホッパ ４４ スクリューフィーダ ４６ 開閉調整可能なゲート ４８ サイクロン ５０ ピストン速度を検出するセンサー ５２ 電磁流量計 ５４ 固化材流量計 ５６ コンピュータ ６０，６２，６４，６６ 土圧計

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】浚渫泥土を一定の流量で送泥管に送泥する
   往復動ポンプと、 送泥管の途中で一定の流量で固化材を注入する固化材注
   入装置と、 固化材が注入された泥土を空気圧送するために、送泥管
   に圧縮空気を注入する圧縮空気注入装置と、 空気圧送されてきた固化材入りの泥土を混練する管内混
   練装置と、を備える管中固化処理装置。
2. 【請求項２】前記往復動ポンプは、２個の油圧シリンダ
   を備え、一方のシリンダが泥土を取込んでいるときに
   は、他方のシリンダは泥土を吐出する構造を有すること
   を特徴とする請求項１記載の管中固化処理装置。
3. 【請求項３】前記往復動ポンプのピストンの往復動速度
   と、前記固化材が注入される前の送泥管での送泥流量
   と、計画設定送泥流量とから、前記シリンダのピストン
   ストロークおよび／またはピストンの往復動速度を制御
   する計測管理システムをさらに備えることを特徴とする
   請求項２記載の管中固化処理装置。
4. 【請求項４】前記計測管理システムは、前記固化材の注
   入流量を制御することを特徴とする請求項３記載の管中
   固化処理装置。
5. 【請求項５】浚渫泥土を往復動ポンプにより一定の流量
   で送泥管に送泥し、 送泥管の途中で一定の流量で固化材を注入し、固化材が
   注入された泥土を空気圧送し、空気圧送されてきた固化
   材入りの泥土を混練することを特徴とする管中固化処理
   工法。
6. 【請求項６】前記固化材が注入される前の送泥管での送
   泥流量を計測し、前記往復動ポンプの速度および前記固
   化材の注入流量を制御することを特徴とする請求項５記
   載の管中固化処理工法。