JP2007307504A - 解土ホッパ - Google Patents

Abstract

【課題】 前処理工程での汚泥の詰りを防止し、且つ、高い効率で大きな粒径の土塊を粉砕することが可能な解土ホッパの提供。
【解決手段】 上面及び下面に開口部を備える筐体と、筐体下面の開口部の直上に配される主要処理部と、主要処理部よりも上方且つ筐体の左右の内壁近傍に配される一対の解土促進回転シャフトからなり、主要処理部は、筐体内部を横切るとともに互いに平行に連接される複数の回転シャフトからなり、解土促進回転シャフト及び主要処理部の回転シャフトの周面には、筐体内部に供給される土砂中の土塊を粉砕する解土手段が設けられ、筐体の左右の内壁のうち、解土促進回転シャフトが配される高さ位置から筐体下面の開口部に至る部分が傾斜面をなし、筐体が下方に向けて狭まるテーパ形状をなすことを特徴とする解土ホッパである。
【選択図】 図１

Description

本発明は、建設汚泥の土質改良処理の前処理に用いられる解土ホッパに関し、より詳しくは、土質改良処理前に用いられるとともに土質改良処理の効率を低減させる大塊なる土塊を粉砕する解土ホッパに関する。

縦穴掘削機等による基礎工事、管推進機による推進工事、シールド工事、浚渫工事等の建設工事で発生する軟弱な泥土は、建設汚泥と呼ばれる。建設汚泥は、産業廃棄物として脱水処理された後、最終処分地に埋め立て処理される。
建設汚泥は、微粒子を多く含む含水比の高い泥水状や塑性状の土砂であり、一般の建設残土と異なり、有害物質の有無に拘らず産業廃棄物として取扱われ、最終処分地にての埋め立て処理されることが定められている。

産業廃棄物の発生の増大により、近年、産業廃棄物の最終処分地の立地難が深刻化している。このような現状から、これまで利用価値のなかった建設汚泥を再利用すべく、様々な手法が提案されている。
特許文献１は、建設汚泥の再利用化を図るための手法の一例を開示する。

特許文献１に提案される再利用化の手法は、回転ドラム内に汚泥を投入するとともに、回転ドラム内にセメント等の固化剤を投入し、回転ドラム内で汚泥と固化剤を撹拌し、強度の高い土砂へと改質を図るものである。
改質された土砂は、路盤材、埋め戻し土、宅地造成土、土手の盛り土等の様々な用途に利用可能となる。

建設汚泥の成分の多くは微粒子からなるが、微粒子が集結し、大きな径を有する土塊も建設汚泥中に存在することがある。特許文献１に開示されるような土質改良方法のように建設汚泥を直接回転ドラムに投入すると、大きな粒径の土塊が固化剤と汚泥の撹拌混合を妨げ、良質な改質土砂を得ることができない。

特許文献２は、土質改良処理の前処理段階で用いられる装置を開示する。
特許文献２に開示される装置は、建設汚泥を対象とするものではなく、ガス管などの埋設工事、上下水道工事から発生する建設残土の改質処理の前処理段階に用いられるものである。
この装置は、建設残土の改質処理前に建設残土に含まれるコンクリート塊や岩石を破砕し、建設残土の改質処理の効率を向上させるために用いられる。

特許文献１に開示の方法に特許文献２に開示される発明を適用することで、建設汚泥の改質処理のための固化剤と建設汚泥の撹拌混合作業を好適に行うことが可能となる。

図７は、特許文献２に開示される前処理装置の概略図である。
特許文献２に開示される前処理装置（Ｐ）は、筐体（Ｂ）と、筐体（Ｂ）内部を横切る複数の破砕ロール（Ｒ）からなる。筐体（Ｂ）は、上下に開口部を備え、筐体（Ｂ）上部の開口部から土砂が投入される。投入された土砂は、破砕ロール（Ｒ）の間を通過し、筐体（Ｂ）下部の開口部を介して落下する。前処理装置（Ｐ）の下方には、コンベア（Ｃ）が配され、筐体（Ｂ）下部の開口部から落下した土砂は、コンベア（Ｃ）により後処理工程へ運搬される。

図７に示す如く、筐体（Ｂ）の上部開口部は、筐体（Ｂ）内部への土砂の投入を容易化するため、大きく形成される。筐体（Ｂ）の下部開口部は、後処理工程への土砂の運搬を容易にするため、上部開口部よりも小さく形成され、比較的狭い領域に土砂が落下するように設計されている。

特開２００２−３３９３９７号公報 特開２００５−５４４６０号公報

このような筐体（Ｂ）の設計は、前処理工程の開始並びに前処理工程から後処理工程への移行を円滑に行える点で好適であるが、以下のような問題点を有する。
建設汚泥や建設残土は、固体粒子成分を含有するものであり、図７に示すような筐体（Ｂ）の設計では、液体と異なり、筐体（Ｂ）出口付近で詰りを生じやすくなる。また、筐体（Ｂ）出口付近での粒子成分の過度の集積は、破砕ロール（Ｒ）の回転から生ずる建設汚泥や建設残土に対する流動効果を著しく低減せしめる。
結果として、前処理工程の効率が著しく低下する。

本発明は上記実情を鑑みてなされたものであって、前処理工程の開始並びに前処理工程から後処理工程への移行を円滑に行うことができるとともに、前処理工程での汚泥の詰りを防止し、且つ、高い効率で大きな粒径の土塊を粉砕することが可能な解土ホッパを提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、上面及び下面に開口部を備える筐体と、該筐体下面の開口部の直上に配される主要処理部と、該主要処理部よりも上方且つ前記筐体の左右の内壁近傍に配される一対の解土促進回転シャフトからなり、前記主要処理部は、前記筐体内部を横切るとともに互いに平行に連接される複数の回転シャフトからなり、前記解土促進回転シャフト及び前記主要処理部の回転シャフトの周面には、前記筐体内部に供給される土砂中の土塊を粉砕する解土手段が設けられ、前記筐体の左右の内壁のうち、前記解土促進回転シャフトが配される高さ位置から前記筐体下面の開口部に至る部分が傾斜面をなし、前記筐体が下方に向けて狭まるテーパ形状をなすことを特徴とする解土ホッパである。
請求項２記載の発明は、前記解土手段が、前記解土促進回転シャフト及び前記回転シャフトの軸長方向に所定ピッチで配される平板状の解土パドルであることを特徴とする請求項１記載の解土ホッパである。
請求項３記載の発明は、前記解土手段が、前記解土促進回転シャフト及び前記主要処理部の回転シャフトの周面に巻回するように配される螺旋羽根であることを特徴とする請求項１記載の解土ホッパである。
請求項４記載の発明は、前記筐体上面に平板状の堰板が複数本所定ピッチで固定されることを特徴とする請求項１記載の解土ホッパである。
請求項５記載の発明は、前記解土促進回転シャフト又は前記主要処理部の回転シャフトを駆動するモータの回転方向を切換可能であることを特徴とする請求項１記載の解土ホッパである。

請求項１記載の発明によれば、解土促進回転シャフトが筐体内部の汚泥の流動を高めることとなり、大きな粒径の土塊の破砕を促進するとともに筐体下部での汚泥の詰りの発生を確実に防止する。
請求項２及び３記載の発明によれば、筐体下部における汚泥の流動効果を特に高めることができる。
請求項４記載の発明によれば、処理能力を超える大きさの土塊が筐体内部に供給されることを防止できる。
請求項５記載の発明によれば、筐体内部での複雑な汚泥の流動状態を作り出すことが可能となる。

以下、本発明に係る解土ホッパについて、図を参照しつつ説明する。
図１は、本発明の解土ホッパを示す。図１（ａ）は、解土ホッパの概略平面図であり、図１（ｂ）は、解土ホッパの縦断面概略図である。
解土ホッパ（１）は、上面及び下面に開口部（２１，２２）を備える筐体（２）を備える。筐体（２）は、平板状の基台（２３）上に載置され、基台（２３）上面から上方に延出する支柱（２４）により支持される。基台（２３）中央には開口部（２３１）が形成され、開口部（２３１）は、筐体（２）下面の開口部（２２）の下方に位置する。また、基台（２３）の開口部（２３１）は、筐体（２）下面の開口部（２２）よりも若干大きく形成される。

筐体（２）は、正面壁（２５）、正面壁（２５）に対して平行且つ奥方に配される背面壁（２６）、正面壁（２５）及び背面壁（２６）左右縁から延出するとともに正面壁（２５）及び背面壁（２６）を接続する左右一対の側面壁（２７，２８）からなり、平面視略矩形状をなす。

下面の開口部（２２）の直上に主要処理部（３）が配される。主要処理部（３）は、複数本の回転シャフト（３１）から構成される。図１に示す例においては、３本の回転シャフト（３１）が主要処理部（３）を構成している。回転シャフト（３１）は、正面壁（２５）及び背面壁（２６）により両端部を回転可能に支持され、筐体（２）内部を横切っている。
各回転シャフト（３１）は、基台（２３）上面に対して同高さに配され、互いに平行である。

主要処理部（３）の上方には、一対の解土促進回転シャフト（４）が配される。一対の解土促進回転シャフト（４）は、側面壁（２７，２８）の近傍に配され、その両端部は正面壁（２５）及び背面壁（２６）により回転可能に支持され、正面壁（２５）から背面壁（２６）に向けて筐体（２）内部を横切っている。
一対の解土促進回転シャフト（４）は、基台（２３）上面に対して同高さに配され、互いに平行である。

解土促進回転シャフト（４）の正面側端部は駆動モータ（５）と接続する。駆動モータ（５）は、正面壁（２５）に隣接して配されるギアカバー（５１）内部に配される駆動機構により、回転シャフト（３１）それぞれに接続し、駆動力を回転シャフト（３１）それぞれに伝達する。

回転シャフト（３１）及び解土促進回転シャフト（４）の周面には解土手段が設けられる。図１に示す例においては、解土手段として、複数の平板状の解土パドル（６）が示されている。解土パドル（６）は、回転シャフト（３１）及び解土促進回転シャフト（４）の軸長方向に等ピッチで配されている。
駆動モータ（５）の回転により、回転シャフト（３１）及び解土促進回転シャフト（４）が回転すると、解土パドル（６）は筐体（２）内部の汚泥中を回転移動する。この回転移動中に大きな粒径を有する土塊と衝突し、この土塊を粉砕する。また、汚泥に流動を生じせしめ、この流動により大きな粒径を有する土塊を移動させ、他の土塊或いは筐体（２）内壁面と衝突させ、土塊を粉砕する。更にこの汚泥の流動は、筐体（２）下部における汚泥の詰りを防止する。
解土パドル（６）を含む主要処理部（３）の幅は、筐体（２）下部の開口部（２２）の幅より若干広く形成され、これにより、開口部（２２）から排出される汚泥が確実に主要処理部（３）の解土パドル（６）の撹拌・粉砕作用を受けることとなる。

尚、本発明においては、土塊と衝突するとともに汚泥に対して流動を生じせしめるあらゆる形態の解土手段を採用でき、例えば、図２に示すように、回転シャフト（３１）及び解土促進回転シャフト（４）の周面に巻回するように固定される螺旋羽根（６１）を解土手段として採用してもよい。
また、主要処理部（３）に用いる解土手段と解土促進回転シャフト（４）に用いる解土手段を異なるものとしてもよい。例えば、主要処理部（３）に図１に示すパドル形式の解土手段を採用し、解土促進回転シャフト（４）に図２に示す螺旋羽根形式の解土手段を採用してもよい。
螺旋羽根（６１）の巻回ピッチは、一定でなくともよく、また螺旋羽根（６１）の外径を解土促進回転シャフト（４）軸方向に変化させ、螺旋羽根（６１）の全体を、テーパ形状をなすように形成してもよい。
また、一の解土促進回転シャフト（４）に一対の螺旋羽根（６１）を配してもよく、これら一対の螺旋羽根（６１）が互いに対向する方向へ汚泥を流動させる形態を採用してもよい。

筐体（２）の側面壁（２７，２８）は、解土促進回転シャフト（４）に対して上方に位置する第１部分（２７１，２８１）と、解土促進回転シャフト（４）に対して下方に位置する第２部分（２７２，２８２）からなる。第１部分（２７１，２８１）は、基台（２３）上面に対して直角方向に立設する。第２部分（２７２，２８２）は、基台（２３）上面に対して傾斜し、筐体（２）は正面視において下方に狭まるテーパ形状をなす。
第２部分（２７２，２８２）の下縁は、筐体（２）下部の開口部（２２）の側縁を構成する。

図３は、ギアカバー（５１）内部の駆動機構（５２）を示す。
回転シャフト（３１）それぞれには、プーリ（３１ａ，３１ｂ，３１ｃ）が取り付けられている。解土促進回転シャフト（４）には、駆動プーリ（４ａ，４ｂ）が取り付けられている。
駆動プーリ（４ａ）は、タイミングベルト（５２１）により、プーリ（３１ａ）に接続する。駆動プーリ（４ｂ）は、タイミングベルト（５２２）により、プーリ（３１ｂ，３１ｃ）に接続する。タイミングベルト（５２１，５２２）は、テンションプーリ（５２３，５２４）により所定の張力が負荷されている。

図３（ａ）に示す例において、図１中右側に示されるモータ（５）によりプーリ（４ａ）を時計回りに回転させると、プーリ（３１ａ）も時計回りに回転する。このとき、図１中左側に示されるモータ（５）により、プーリ（４ｂ）は反時計回りに回転される。このとき、プーリ（３１ｂ）は反時計回りに、プーリ（３１ｃ）は時計回りに回転する。
この状態において、主要処理部（３）の中央に配設される回転シャフト（３１）と左方に配される回転シャフト（３１）の間で汚泥の多くが排出されることとなる。

図３（ｂ）に示す例において、図１中右側に示されるモータ（５）によりプーリ（４ａ）を反時計回りに回転させると、プーリ（３１ａ）も反時計回りに回転する。このとき、図１中左側に示されるモータ（５）により、プーリ（４ｂ）は時計回りに回転される。このとき、プーリ（３１ｂ）は時計回りに、プーリ（３１ｃ）は反時計回りに回転する。
この状態において、主要処理部（３）の中央に配設される回転シャフト（３１）と右方に配される回転シャフト（３１）の間で汚泥の多くが排出されることとなる。

図４は、図３に示す駆動状態における筐体（２）内の汚泥の流動状態の模式図である。図４（ａ）は、図３（ａ）に示す駆動状態における汚泥の流動状態を示し、図４（ｂ）は、図３（ｂ）に示す駆動状態における汚泥の流動状態を示す。
図３（ａ）に示す駆動状態にあるとき、筐体（２）右方に配される解土促進回転シャフト（４）は、側面壁（２７）の第２部分（２７２）近傍に存在する汚泥を下方に向けて押し流そうとする。また、主要処理部（３）の右側に配される回転シャフト（３１）も同様に側面壁（２７）の第２部分（２７２）近傍に存在する汚泥に対して下方に向かう流動を生じせしめようとする。
したがって、側面壁（２７）上面近傍に存在する汚泥は高速で下方に向かう。また高速で移動する汚泥は、主要処理部（３）右側の回転シャフト（３１）に取付けられる解土パドル（６）と激しく衝突することとなる。或いは、主要処理部（３）右側の回転シャフト（３１）に取付けられる解土パドル（６）により、側面壁（２７）に向けて押し出され、側面壁（２７）に激しく衝突することなる。したがって、側面壁（２７）近傍の汚泥中に含まれる粒径の大きな土塊は確実に粉砕されることとなる。
従来においては、壁面近傍における汚泥の移動速度が低いため、粒径の大きな土塊が十分に粉砕されず、筐体（２）下部における詰りを生じさせてきたが、本発明においては、このような問題を確実に解消可能となる。

筐体（２）左方に配される解土促進回転シャフト（４）及び主要処理部（３）の左方に配される回転シャフト（３１）はともに、側面壁（２８）の第２部分（２８２）近傍にある汚泥を第２部分（２８２）から引き離す方向へ流動させる。この結果、側面壁（２８）の第２部分（２８２）近傍に大きな粒径の土塊が停留することを防ぐことができる。
主要処理部（３）中央の回転シャフト（３１）と主要処理部（３）右方の回転シャフト（３１）の間では、筐体（２）上方に向かう流動が作り出される。
主要処理部（３）中央の回転シャフト（３１）と主要処理部（３）左方の回転シャフト（３１）の間では、筐体（２）下方に向かう流動が作り出される。
側面壁（２８）の第２部分から引き離される汚泥の流れと、主要処理部（３）中央の回転シャフト（３１）と主要処理部（３）右方の回転シャフト（３１）の間で生ずる上方に向かう汚泥の流れの一部が、中央の回転シャフト（３１）と主要処理部（３）左方の回転シャフト（３１）の間で作り出される下方に向かう流れにより互いに引き寄せられ、衝突することとなる。２つの流れの衝突により、大きな粒径の土塊は、粉砕されることとなる。
図４（ａ）に示す如く、本発明においては、筐体（２）下部のテーパ状空間内で非常に複雑な流動形態を生じ、確実に汚泥の詰りを防止するとともに、大きな粒径の土塊に対する好適な粉砕作用をもたらすことができる。

図３（ｂ）に示す駆動状態にあるとき、筐体（２）左方に配される解土促進回転シャフト（４）及び主要処理部（３）左方に配される回転シャフト（３１）はともに側面壁（２８）の第２部分（２８２）近傍に存在する汚泥を第２部分（２８２）の方向へ向かう流動を生じせしめる。したがって、第２部分（２８２）近傍に存在する大きな粒径の土塊は、第２部分（２８２）に衝突し、粉砕される。

筐体（２）右方に配される解土促進回転シャフト（４）も同様に、側面壁（２７）の第２部分（２７２）近傍の汚泥中に存する大きな粒径の土塊を第２部分（２７２）に衝突させる。第２部分（２７２）に衝突した土塊は、その自重により第２部分（２７２）壁面に沿って下方に移動する。
下方に移動した土塊は、その後、主要処理部（３）の右側に配される回転シャフト（３１）により、側面壁（２７）の第２部分（２７２）から引き離される。
主要処理部（３）中央に配される回転シャフト（３１）と主要処理部（３）左方に配される回転シャフト（３１）の間では、筐体（２）上方へ向かう流動が生ずる。この上方へ向かう流れの一部と側面壁（２７）の第２部分（２７２）から離れる方向の流れが衝突し、これにより、大きな粒径の土塊が粉砕されることとなる。
このように図３（ｂ）に示す駆動状態においても、好適な粉砕作用並びに汚泥の詰りの防止作用を得ることができる。
尚、一のバッチ処理中で、モータ（５）の回転方向を切り替えてもよい。モータ（５）の回転を切り替えることで一層複雑な流動形態を創出することが可能となる。

図５は、図１乃至図４に関連して説明した解土ホッパ（１）の応用形態を示す平面図である。
図５に示す如く、筐体（２）上面に複数の平板状の堰板（２９）を所定ピッチで配列・固定してもよい。これにより、堰板（２９）の間を通じて汚泥が筐体（２）上面から流入することとなる。供給される汚泥中に、解土ホッパ（１）の処理能力を超える大きさの土塊が存在する場合には、堰板（２９）により、この土塊が堰き止められる。

図６は、解土ホッパ（１）を用いた土質改良処理の形態を示す。
解土ホッパ（１）の筐体（２）の上部の開口部（２１）から汚泥や土砂が投入される。解土ホッパ（１）に投入される土砂は、既に脱水処理が施され、含水率５０％乃至６０％程度のものが好適に使用可能である。
筐体（２）内で汚泥は上記した複雑な流動作用を受け、汚泥中の大きな粒径の土塊が粉砕される。筐体（２）の下部開口部（２２）からは大きな粒径の土塊を一切含まない汚泥が排出される。

解土ホッパ（１）下方には、第１コンベア（１０１）が配され、第１コンベア（１０１）は、自走式土質改良装置（１０２）へ解土ホッパ（１）から排出された汚泥或いは土砂を搬送する。
自走式土質改良装置（１０２）に供給された汚泥は、自走式土質改良装置（１０２）内で固化剤及び水分調整剤とともに撹拌混合され、土質改良処理が行われる。この土質改良処理において、汚泥は、３重量％程度のセメントと、１０乃至１５重量％程度のフライアッシュとともに撹拌混合される。
土質改良処理が施された改良土は、自走式土質改良装置（１０２）から排出された後、第２コンベア（１０３）により運搬され、所定箇所に集積される。

本発明は、汚泥の土質改良処理に好適に適用される。

本発明に係る解土ホッパを示す図である。 本発明に係る解土ホッパの解土手段の一例を示す図である。 本発明に係る解土ホッパの駆動機構を示す図である。 図３に示す駆動状態における解土ホッパ内の流動形態を示す図である。 本発明に係る解土ホッパの応用形態を示す図である。 本発明に係る解土ホッパを用いた土質改良処理の形態の一例を示す図である。 従来の土質改良処理の前処理に用いられる装置を示す図である。

符号の説明

１・・・・解土ホッパ
２・・・・筐体
２１・・・開口部
２２・・・開口部
２９・・・堰板
３・・・・主要処理部
３１・・・回転シャフト
４・・・・解土促進回転シャフト
５・・・・モータ
６・・・・解土パドル
６１・・・螺旋羽根

Claims (5)

1. 上面及び下面に開口部を備える筐体と、
   該筐体下面の開口部の直上に配される主要処理部と、
   該主要処理部よりも上方且つ前記筐体の左右の内壁近傍に配される一対の解土促進回転シャフトからなり、
   前記主要処理部は、前記筐体内部を横切るとともに互いに平行に連接される複数の回転シャフトからなり、
   前記解土促進回転シャフト及び前記主要処理部の回転シャフトの周面には、前記筐体内部に供給される土砂中の土塊を粉砕する解土手段が設けられ、
   前記筐体の左右の内壁のうち、前記解土促進回転シャフトが配される高さ位置から前記筐体下面の開口部に至る部分が傾斜面をなし、前記筐体が下方に向けて狭まるテーパ形状をなすことを特徴とする解土ホッパ。
2. 前記解土手段が、前記解土促進回転シャフト及び前記回転シャフトの軸長方向に所定ピッチで配される平板状の解土パドルであることを特徴とする請求項１記載の解土ホッパ。
3. 前記解土手段が、前記解土促進回転シャフト及び前記主要処理部の回転シャフトの周面に巻回するように配される螺旋羽根であることを特徴とする請求項１記載の解土ホッパ。
4. 前記筐体上面に平板状の堰板が複数本所定ピッチで固定されることを特徴とする請求項１記載の解土ホッパ。
5. 前記解土促進回転シャフト又は前記主要処理部の回転シャフトを駆動するモータの回転方向を切換可能であることを特徴とする請求項１記載の解土ホッパ。

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