JP2009002036A - 水中打設管用混合装置及び水中打設管内混合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】土質に応じた最適な混合比率で打設可能で、船団構成及び装置がシンプルかつ安価で大容量化への対応が容易で大量打設施工が可能であり、また水とスラグの直接接触が少なく材料の水中分離や白濁の発生が少なく、水域環境の悪化を抑止可能な水中打設管用混合装置及び水中打設管内混合方法を提供する。
【解決手段】この水中打設管用混合装置は、水中打設用台船に装備され、水中打設用台船から水底に向けて設置される水中打設管３０と、水中打設管の上部に設けられ打設用材料を投入する投入口３９と、水中打設管内に設置され回転軸３３に接続された撹拌翼３４と、水中打設管の上端部に設けられ回転軸を回転駆動する駆動モータ３２と、を備え、投入口からそれぞれ別個に投入されて落下した第１打設用材料と第２打設用材料とを、駆動モータにより撹拌翼を回転駆動することで撹拌し混合しながら水中打設管内で堆積させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、浚渫土等とスラグ等との混合された打設用材料を水底に打設する水中打設管用混合装置及び水中打設管内混合方法に関する。

浚渫工事により生じた浚渫土にスラグ等を混合した混合処理土を、水底の窪地の埋立や浅場造成の盛土材として水底に打設する場合があるが、かかる混合処理土を水底打設に用いる従来の機械式混合処理工法例について図７を参照して説明する。

図７のように、浚渫船１０１により浚渫を行い、その浚渫土を土運船１０２に積み、引き船１０３で台船１００へと浚渫土を運搬し、台船１００において、バックホウ１０４により土運船１０２から浚渫土を貯留槽１０５に貯留しポンプ１０６によりミキサ１０９へ送る一方、貯留塔１０８に貯留したスラグを供給機１０７でミキサ１０９へと送り、ミキサ１０９で浚渫土とスラグとを混合した混合処理土をベルトコンベア１１０で堆積エリア１１１に送り、堆積エリア１１１からクレーン１１２とクラムシェル１１３により水底Ｇに混合処理土を投下し打設していた。

また、管中混合固化処理工法で混合したものを、水中打設用トレミー管を通じて水底に打設していた。例えば、下記特許文献１の管路型ミキサー装置により水分及び固形分を含む流動性原料を仕向け先へ圧送させるようにしていた。
特許第３６５０３８０号公報

図７の従来技術によれば、浚渫土とスラグとの混合処理土を水底に投下するとき、また、クラムシェル１１３を水底Ｇの近くまで降下して混合処理土を運搬するとき、混合処理土が水と接触し、浚渫土とスラグが水中分離し固化強度が低下したり、水中で水酸化マグネシウムの白濁現象を生じ、水質汚濁の原因となることがあった。

また、管中混合固化処理工法を用いる場合、例えば浚渫土とスラグとの混合・混練と、水中打設とが別々の工程となり、船団・機器構成が多種になり、複雑になりかつ経済性に難点があった。また、混合処理土が、弁を用いた圧送装置を通過するため、浚渫土とスラグについて入念な雑物除去作業が必要であった。

本発明は、上述のような従来技術の問題に鑑み、土質に応じた最適な混合比率で打設可能で、船団構成及び装置がシンプルかつ安価で大容量化への対応が容易で大量打設施工が可能であり、また水とスラグの直接接触が少なく材料の水中分離や白濁の発生が少なく、水域環境の悪化を抑止可能な水中打設管用混合装置及び水中打設管内混合方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による水中打設管用混合装置は、水中打設用台船に装備される水中打設管用混合装置であって、前記水中打設用台船から水底に向けて設置される水中打設管と、前記水中打設管の上部に設けられ打設用材料を投入する投入口と、前記水中打設管内に設置され回転軸に接続された撹拌翼と、前記水中打設管の上端部に設けられ前記回転軸を回転駆動する駆動モータと、を備え、前記投入口からそれぞれ別個にまたはまとめられて投入されて落下した第１打設用材料と第２打設用材料とを、前記駆動モータにより前記撹拌翼を回転駆動することで撹拌し混合しながら前記水中打設管内で堆積させることを特徴とする。

この水中打設管用混合装置によれば、水中打設管において投入されて落下した第１打設用材料と第２打設用材料とを、回転駆動される撹拌翼で撹拌し混合しながら管内に堆積させるので、土質に応じた最適な両材料の混合比率で打設可能となる。打設用材料の混合及び打設を水中打設管内で連続的に行うことができるので、船団構成及び装置がシンプルかつ安価で大容量化への対応が容易で大量打設施工が可能となる。

上記水中打設管用混合装置において前記第１打設用材料を供給する第１供給手段と、前記第２打設用材料を供給する第２供給手段と、を備え、前記第１供給手段及び前記第２供給手段により前記第１打設用材料及び前記第２打設用材料の単位時間当たりの各供給量を制御することで、両材料の混合比率を制御でき、所定の比率で混合した打設用材料で打設を行うことができる。

また、前記水中打設管の下部に設けられた侵入水抑止装置と、前記水中打設管内において前記堆積した打設用材料の高さレベルを検知するレベルセンサと、を備え、前記水中打設管が上下移動可能に構成され、前記水中打設管内における検知された打設用材料の高さレベルに基づいて前記侵入水抑止装置を制御しながら前記水中打設管を上昇させることで、前記打設用材料を水底に打設するように構成できる。これにより、混合された打設用材料においてスラグと水との直接接触が少なくなり、打設用材料の水中分離や白濁の発生が少なく、水域環境の悪化を抑止可能となる。また、レベルセンサにより水中打設管内における打設用材料の堆積量が分かるので、打設用材料が適切な量に堆積した段階で水中打設管を上昇させることにより打設を開始することができ、また、打設中に打設用材料の堆積量の変動を監視することができる。

本発明の水中打設管内混合方法は、水中打設用台船から水中打設管を水底に向けて設置し、前記水中打設管の上部に設けられた投入口に打設用材料として浚渫土とスラグとをそれぞれ別個にまたはまとめて投入し落下させ、前記水中打設管内に設置された撹拌翼を回転駆動することで前記投入されて落下した浚渫土とスラグとを撹拌し混合し、前記混合された打設用材料を前記水中打設管内で堆積させることを特徴とする。

この水中打設管内混合方法によれば、水中打設管において投入されて落下した浚渫土とスラグとを、回転駆動される撹拌翼で撹拌し混合しながら管内に堆積させるので、土質に応じた最適な浚渫土とスラグの混合比率で打設可能となる。浚渫土とスラグの混合および打設を水中打設管内で連続的に行うことができるので、船団構成及び装置がシンプルかつ安価で大容量化への対応が容易で大量打設施工が可能となる。

上記水中打設管内混合方法において前記浚渫土とスラグの単位時間当たりの各供給量を制御することで、浚渫土とスラグの混合比率を制御でき、所定の比率で混合した混合処理土で打設を行うことができる。

また、前記水中打設管内において前記堆積した打設用材料の高さレベルをレベルセンサにより検知し、前記水中打設管内における検知された打設用材料の高さレベルに基づいて侵入水抑止装置を制御しながら前記水中打設管を上昇させることで、前記浚渫土とスラグとの混合された打設用材料を水底に打設する。これにより、浚渫土と混合されたスラグと水との直接接触が少なくなり、混合処理土の水中分離や白濁の発生が少なく、水域環境の悪化を抑止可能となる。また、レベルセンサにより水中打設管内における打設用材料の堆積量が分かるので、打設用材料が適切な量に堆積した段階で水中打設管を上昇させることにより打設を開始することができ、また、打設中に打設用材料の堆積量の変動を監視することができる。

本発明の水中打設管用混合装置及び水中打設管内混合方法によれば、土質に応じた最適な混合比率で打設可能で、船団構成及び装置がシンプルかつ安価で大容量化への対応が容易で大量打設施工が可能であり、また水とスラグの直接接触が少なく材料の水中分離や白濁の発生が少なく、水域環境の悪化を抑止可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。図１は本実施の形態による水中打設管内混合方法を説明するためのフローチャートである。図２は本実施の形態による水中打設管用混合装置の概略的構成を示す図である。図３は図２の水中打設管用混合装置の水中打設管の内部及び近傍の構成を概略的に示す図である。図４は図３の水中打設管のスカート板を示す平面図である。図５は図２の水中打設管用混合装置を用いて図３，図４の水中打設管から混合処理土を打設する様子を示す図である。

本実施の形態による水中打設管内混合方法は、浚渫土にスラグを混合した混合処理土（低強度固化処理）を、水底の窪地の埋立や浅場造成の盛土材として水底に打設するものである。

図２に示すように、水中打設管用混合装置１０は、水中打設用台船２０から水底Ｇに向けて設置された水中打設管３０に対し浚渫土を供給する図２の左側の浚渫土供給システムと、スラグを供給する図２の右側のスラグ供給システムと、を水中打設用台船２０に備えている。

すなわち、図２の浚渫土供給システムでは、図１の各ステップ（Ｓ０１〜Ｓ０３）のように、浚渫土を積んだ土運船１１を引き船１２が台船２０まで曳航することで浚渫土を運搬し（Ｓ０１）、この浚渫土を土運船１１からバックホウ１３でホッパ１４に揚土投入し（Ｓ０２）、ホッパ１４から浚渫土をベルトコンベア１５に対し所定量だけ払い出す（Ｓ０３）。ベルトコンベア１５は、搬送断面が一定でありかつ速度コントロールが可能な速度可変型に構成され、浚渫土を水中打設管３０の投入口３９へと投入する。

また、図２のスラグ供給システムでは、図１の各ステップ（Ｓ０４〜Ｓ０７）のように、製鉄所や工場等で発生したスラグを積んだスラグ船２１を引き船２２が台船２０まで曳航することでスラグを運搬し（Ｓ０４）、このスラグをスラグ船２１からバックホウ２３でホッパ２４に揚土投入し（Ｓ０５）、ホッパ２４からスラグをベルトコンベア２５に対し所定量だけ払い出す（Ｓ０６）。ベルトコンベア２５は、搬送断面が一定でありかつ速度コントロールが可能な速度可変型に構成され、スラグを水中打設管３０の投入口３９へと投入する。

図２のベルトコンベア１５及び２５は、ともに搬送断面一定であり、それぞれ速度を制御することで、水中打設管３０に対する浚渫土とスラグとの投入量を制御することができ、浚渫土とスラグとの比率を一定にでき、また、所定比率に変動可能である。

ベルトコンベア１５，２５により単位時間当たりの浚渫土とスラグの各運搬量を制御し、浚渫土とスラグとがそれぞれ別々に水中打設管３０の投入口３９に所定比率で投入されると、水中打設管３０内で混合され混練されて混合処理土Ｍ（図３，図５）となって水底Ｇへと打設される（Ｓ０７）。

次に、水中打設管３０について図３〜図５を参照して説明する。図３に示すように、水中打設管３０は、ベルトコンベア１５，２５で運搬された浚渫土ｄとスラグｓが投入される上部に広がった投入口３９と、投入口３９に接続されて水底Ｇに向けて延びるように円筒状の管路を形成する管３１と、管３１の上端部に配置された駆動モータ３２と、駆動モータ３２により回転する回転軸３３と、回転軸３３に連結されて回転駆動される回転式撹拌翼３４と、管３１の先端側（水底Ｇ側）に設けられた侵入水抑止装置３５と、管３１内において打設材料である混合処理土Ｍの泥面ｍの高さレベルを検知するために泥面ｍまでの距離を検出するように管３１の上部に設置された超音波式等のレベルセンサ４０と、を備える。

図３の駆動モータ３２は、電動機から構成され、インバータ盤により回転数が可変で、切替スイッチにより正転逆転の切替可能であり、管３１の中心軸と略同軸の回転軸３３を介して撹拌翼３４を回転駆動する。撹拌翼３４は、１段につき複数枚設置されており、この段数は１段でも複数段でもよい。なお、駆動モータ３２は油圧モータから構成されてもよく、この場合には油圧回路で正転逆転の切替可能の機能を有するようにできる。

侵入水抑止装置３５は、特許第３５９０８６１号公報で本出願人が提案したものであって、図３〜図５のように、管３１の先端３１ａ側にヒンジ部３８で回動可能に設けられた複数枚のスカート板３６ａ〜３６ｈと、スカート板３６ａ〜３６ｄにそれぞれ配置された傾斜計３７と、を備える。

スカート板３６ａ〜３６ｈは、図３の回動方向ｒに回動し開いたときに、図４のように各スカート板３６ａ〜３６ｈの側縁部が互いに重なり合う形状及びサイズとなっており、図５のように水底Ｇに打設された混合処理土Ｍ１の上面を覆う。

管３１は上方ｖまたは下方ｖ’に移動可能になっており、混合処理土Ｍ１の傾斜面ｍ１の傾斜角θ（水平線ｈに対する）を傾斜計３７で計測しながら管３１の高さ位置を把握し、管３１の先端が混合処理土Ｍ１の内部に位置するように管３１が上下動される。

水中打設管３０による混合処理土Ｍの図１の混練打設ステップ（Ｓ０７）について図２〜図５を参照して説明する。

台船２０に装備された水中打設管３０は、管３１の先端３１ａ（スカート板３６ａ〜３６ｈの先端）が水底Ｇの僅か上方まで下降し（または、水底Ｇに達してから僅かに上昇し）、その高さで停止している。

図２，図３のように、ベルトコンベア１５，２５から所定比率（配合比）で投入された浚渫土ｄとスラグｓは、投入口３９から管３１内に落下し、撹拌翼３４で撹拌される。なお、このとき、浚渫土やスラグは圧送ポンプの弁構造やミキサの機械部分など狭隘な箇所を通過しないため、特別な異物除去装置が不要である。

管３１内で撹拌翼３４により混練された混合処理土Ｍが堆積するが、このとき、侵入水抑止装置３５のスカート板３６ａ〜３６ｈにより管３１内への水の侵入がない。

管３１内に堆積した混合処理土Ｍの泥面ｍの高さレベルをレベルセンサ４０で監視しながら、管３１をゆっくり上昇させると、管３１内の混合処理土Ｍが管３１の先端３１ａから流れ出し、この流れ出した混合処理土Ｍがスカート板３６ａ〜３６ｈを押し開き、水底Ｇへと打設されていく。

上述のようにして打設された混合処理土Ｍ１は、図５のように、水底Ｇにマウント状になって、その傾斜面ｍ１の傾斜角θを傾斜計３７で計測しながら管３１をゆっくり上昇させることで打設を続け、管３１の先端３１ａが混合処理土Ｍ１の内部に位置しながら混合処理土が流れ出すとともに、スカート板３６ａ〜３６ｈが混合処理土Ｍ１の傾斜面ｍ１を覆うので、混合処理土Ｍ１は、周辺の水と接触する機会が少なくなり、また、接触するとしても接触速度が小さくなり、このため、スラグの分離による強度低下や白濁現象が生じにくい。

以上のように、本実施の形態によれば、浚渫土の土質に応じた最適なスラグとの混合比率で混合処理土を打設可能であり、最適品質を得ることができる。また、混合処理土が圧送装置の弁や隘路等を通過することがないので、浚渫土とスラグについての従来のような入念な雑物除去作業は不要であり、耐障害物性能が高い。また、船団構成・装置がシンプルかつ安価で大容量化への対応が容易なため、低コストで大量打設施工が可能となる。また、水とスラグの直接接触が少なく、材料の水中分離や白濁の発生が少なく、水域環境の悪化を抑止できる。

次に、図２の水中打設管用混合装置の変形例について図６を参照して説明する。図６の水中打設管用混合装置１０Ａは、浚渫土を定容量式ポンプで水中打設管３０へと供給するようにしたものであり、その他の構成は図２と同様である。

すなわち、台船２０において浚渫土を土運船１１からバックホウ１３で貯留槽１６へ移し、貯留槽１６から浚渫土を、ピストンポンプやスクイズポンプ等の定容量式ポンプ１７で水中打設管３０の投入口３９へと投入する。これにより、スラグと所定比率になるように、浚渫土の供給量を制御しながら、水中打設管３０において浚渫土とスラグとを混合することができる。

以上のように本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の技術的思想の範囲内で各種の変形が可能である。例えば、図３〜図５の管３１は、円筒形状の管から構成したが、本発明はこれに限定されず、例えば四角筒状であってもよく、また、円筒状であれ、四角筒状であれ、そのサイズは、混合処理土の打設量等に応じて適宜設定することができる。

また、図３では、ベルトコンベア１５，２５により浚渫土とスラグとをそれぞれ別個に投入口３９まで運搬し投入する構成としたが、本発明はこれに限定されず、例えば、ベルトコンベア１５，２５からの浚渫土とスラグとを投入口３９から離れた位置で合流させてまとめ、別の１系統のベルトコンベアでまとめて運搬し投入する構成としてもよい。

本実施の形態による水中打設管内混合方法を説明するためのフローチャートである。 本実施の形態による水中打設管用混合装置の概略的構成を示す図である。 図２の水中打設管用混合装置の水中打設管の内部及び近傍の構成を概略的に示す図である。 図３の水中打設管のスカート板を示す平面図である。 図２の水中打設管用混合装置を用いて図３，図４の水中打設管から混合処理土を打設する様子を示す図である。 図２の水中打設管用混合装置の変形例の概略的構成を示す図である。 混合処理土を水底打設に用いる従来の機械式混合処理工法を説明するための図である。

符号の説明

１０ 水中打設管用混合装置
１０Ａ 水中打設管用混合装置
１４ ホッパ
１５ ベルトコンベア（第１供給手段）
１７ 定容量式ポンプ（第１供給手段）
２０ 水中打設用台船、台船
２５ ベルトコンベア（第２供給手段）
３０ 水中打設管
３１ 管
３２ 駆動モータ
３３ 回転軸
３４ 回転式撹拌翼、撹拌翼
３５ 侵入水抑止装置
３６ａ〜３６ｈ スカート板
３７ 傾斜計
３９ 投入口
４０ レベルセンサ
θ 傾斜角
Ｇ 水底
Ｍ 混合処理土
Ｍ１ 打設された混合処理土
ｄ 浚渫土（第１打設用材料）
ｓ スラグ（第２打設用材料）
ｍ 泥面
ｍ１ 傾斜面

Claims (6)

1. 水中打設用台船に装備される水中打設管用混合装置であって、
   前記水中打設用台船から水底に向けて設置される水中打設管と、
   前記水中打設管の上部に設けられ打設用材料を投入する投入口と、
   前記水中打設管内に設置され回転軸に接続された撹拌翼と、
   前記水中打設管の上端部に設けられ前記回転軸を回転駆動する駆動モータと、
   を備え、
   前記投入口からそれぞれ別個にまたはまとめられて投入されて落下した第１打設用材料と第２打設用材料とを、前記駆動モータにより前記撹拌翼を回転駆動することで撹拌し混合しながら前記水中打設管内で堆積させることを特徴とする水中打設管用混合装置。
2. 前記第１打設用材料を供給する第１供給手段と、前記第２打設用材料を供給する第２供給手段と、を備え、前記第１供給手段及び前記第２供給手段により前記第１打設用材料及び前記第２打設用材料の単位時間当たりの各供給量を制御する請求項１に記載の水中打設管用混合装置。
3. 前記水中打設管の下部に設けられた侵入水抑止装置と、
   前記水中打設管内において前記堆積した打設用材料の高さレベルを検知するレベルセンサと、を備え、前記水中打設管が上下移動可能に構成され、
   前記水中打設管内における検知された打設用材料の高さレベルに基づいて前記侵入水抑止装置を制御しながら前記水中打設管を上昇させることで、前記打設用材料を水底に打設する請求項１または２に記載の水中打設管用混合装置。
4. 水中打設用台船から水中打設管を水底に向けて設置し、
   前記水中打設管の上部に設けられた投入口に打設用材料として浚渫土とスラグとをそれぞれ別個にまたはまとめて投入し落下させ、
   前記水中打設管内に設置された撹拌翼を回転駆動することで前記投入されて落下した浚渫土とスラグとを撹拌し混合し、
   前記混合された打設用材料を前記水中打設管内で堆積させることを特徴とする水中打設管内混合方法。
5. 前記浚渫土とスラグの単位時間当たりの各供給量を制御する請求項４に記載の水中打設管内混合方法。
6. 前記水中打設管内において前記堆積した打設用材料の高さレベルをレベルセンサにより検知し、
   前記水中打設管内における検知された打設用材料の高さレベルに基づいて侵入水抑止装置を制御しながら前記水中打設管を上昇させることで、前記浚渫土とスラグとの混合された打設用材料を水底に打設する請求項４または５に記載の水中打設管内混合方法。

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