JP2012087581A

JP2012087581A - トレミー管を用いた土砂の投入方法および土砂の投入装置

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Publication number: JP2012087581A
Application number: JP2010236895A
Authority: JP
Inventors: Muneo Tsuda; 宗男津田; Nobuhiko Matsuda; 信彦松田; Masahide Takeda; 将英竹田; Manabu Igarashi; 学五十嵐
Original assignee: Toa Corp
Current assignee: Toa Corp
Priority date: 2010-10-21
Filing date: 2010-10-21
Publication date: 2012-05-10
Anticipated expiration: 2030-10-21
Also published as: JP5723569B2

Abstract

【課題】投入土砂によるトレミー管の閉塞を防止しつつ、汚濁の拡散を抑制できるトレミー管を用いた土砂の投入方法および土砂の投入装置を提供する。
【解決手段】土砂Ｓを投入する現場の水面近傍に存在する水よりも密度の大きな水Ｗを、吸引ポンプ５を用いて吸入管４を通じてくみ上げ、ホッパ３を通じてトレミー管２の上端から管内に注入しつつ、コンベヤベルト８で運搬した土砂Ｓを、ホッパ３からトレミー管２を通じて水底に投入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、トレミー管を用いた土砂の投入方法および土砂の投入装置に関し、さらに詳しくは、投入土砂によるトレミー管の閉塞を防止しつつ、汚濁の拡散を抑制できるトレミー管を用いた土砂の投入方法および土砂の投入装置に関するものである。

海等の水底に土砂を投入する際に、トレミー管を用いる方法が知られている（例えば、特許文献１の第１図〜第４図）。トレミー管を通じて海底に土砂を投入する際には、管内で土砂が詰まって閉塞しないように、例えば、海面近傍（水深１ｍ〜２ｍ程度）からくみ上げた海水をトレミー管の上端から注入するようにしている。また、投入土砂により生じる汚濁の拡散を抑制するために、種々の提案がなされている。特許文献１では、トレミー管の下端の撒布口の周囲に濁水吸入口を設け、発生した濁水を濁水吸入口から吸入してトレミー管内に中途からノズルで噴出するようにしている（第５図〜第８図等参照）。

ところで、水底の窪地に土砂を投入して埋め戻す際に、夏季よりも秋季に、汚濁が拡散し易いことが報告されている。そこで、本願発明者らは、この現象に注目し、汚濁拡散に対する水域の水の密度の影響を分析した。この分析で得た知見に基づいて、種々検討を重ねることにより、投入土砂によるトレミー管の閉塞を防止しつつ、投入土砂により生じる汚濁の拡散を抑制する手法を創作するに至った。

特開昭５６−１１９０３５号公報

本発明の目的は、投入土砂によるトレミー管の閉塞を防止しつつ、汚濁の拡散を抑制できるトレミー管を用いた土砂の投入方法および土砂の投入装置を提供することにある。

上記目的を達成するため本発明のトレミー管を用いた土砂の投入方法は、土砂を投入する現場の水面近傍に存在する水よりも密度の高い水を、トレミー管の上端から注入しつつ、トレミー管を通じて土砂を水底に投入することを特徴とする。

本発明の土砂の投入装置は、土砂を投入する現場の水底近傍から水上に立設されるトレミー管と、この現場の水面近傍に存在する水よりも密度の高い水を、トレミー管の上端から注入させる注水手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、トレミー管の上端から水を注入しつつ、土砂を投入することにより、トレミー管内での土砂の閉塞を防止することができる。しかも、土砂を投入する現場の水面近傍に存在する水よりも密度の高い水を使用するので、水面近傍の水を使用した場合に比して水の密度が高いことが作用して、土砂投入した際に汚濁が拡散し難くなる。

ここで、本発明の土砂の投入方法では、例えば、前記現場において、この現場の水面近傍よりも深い位置から水をくみ上げ、この水をトレミー管の上端から注入する。本発明の土砂の投入装置では、例えば、前記注水手段が、前記現場の水面近傍よりも深い位置から前記トレミー管の上方まで延びる吸入管と、この吸入管に接続される吸入ポンプとにより構成される。これにより、土砂を投入する現場の水面近傍に存在する水よりも密度の高い水を、容易に確保することができる。

また、本発明の土砂の投入方法では、例えば、前記現場の水面近傍に存在する水よりも密度の高い水を予め用意しておき、この水をトレミー管の上端から注入する。本発明の土砂の投入装置では、例えば、前記注水手段が、予め用意した前記現場の水面近傍に存在する水よりも密度の高い水を貯留する貯留タンクと、この貯留タンクから前記トレミー管の上方まで延びる吸入管と、この吸入管に接続される吸入ポンプとにより構成される。これにより、土砂を投入する現場の水深（水底）に存在する水よりも密度の高い水を、トレミー管の中に注入することも可能になる。

本発明の土砂の投入装置の実施形態を例示する説明図である。土砂の投入装置の別の実施形態を例示する説明図である。実験装置を示す説明図である。実施例１の汚濁拡散状態を数値計算に基づいて示した説明図である。実施例２の汚濁拡散状態を数値計算に基づいて示した説明図である。比較例１の汚濁拡散状態を数値計算に基づいて示した説明図である。比較例２の汚濁拡散状態を数値計算に基づいて示した説明図である。

以下、本発明のトレミー管を用いた土砂の投入方法およびその装置を図に示した実施形態に基づいて説明する。

図１に例示するように本発明の土砂の投入装置１は、トレミー管２と、トレミー管２の上端から水Ｗをトレミー管２内に流入させる吸入管４および吸入ポンプ５で構成される注水手段とを備えている。

トレミー管２は、作業船９に設けられた保持部材７によって保持されて、土砂Ｓを投入する現場の水底近傍から水上に立設される。トレミー管２の上端にはホッパ３が設置されている。トレミー管２の大きさは、例えば、内径が１ｍ〜５ｍ程度、全長が７ｍ〜２５ｍ程度、肉厚が１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度である。

この実施形態では、トレミー管２は、ストレートな円筒鋼管を用いているが、ストレート形状に限らず、下方がより拡径した形状等を用いることができる。また、トレミー管２は、伸縮タイプ、非伸縮タイプの両方を用いることができる。伸縮タイプの場合は、例えば、複数の管体をテレスコピック状に連結した構造にする。非伸縮タイプの場合は、単純な一本管、或いは、複数の管体を継ぎ足した構造にする。トレミー管２は単管に限らず、内管と外管とで構成される二重管を用いることもできる。

吸入管４の下端は現場の水面近傍よりも深くて水底に接しない位置に配置されている。本願発明の水面近傍とは、水面から１〜２ｍ程度の位置である。例えば、吸入管４の下端は水深Ｈの２０％〜５０％の水深ｈ（＝Ｈ×２０％〜５０％）よりも深くて水底に接しない位置に配置され、上端はホッパ３の上部開口に配置されている。このように吸入管４は、所定の水深位置からトレミー管２の上方まで延設されている。吸入ポンプ５は作業船９の船上に設置され、吸入管４の中途に設けられている。吸入管４は例えば、樹脂製の可撓性のあるパイプ等を用いる。

ホッパ３に隣接して土砂投入手段となるコンベヤベルト８が設置されている。コンベヤベルト８はホッパ３を通じて、作業船９に積載された土砂Ｓをトレミー管２に投入する。土砂投入手段としてはその他に、バックホウのバケット等を用いることができる。

この土砂の投入装置１を用いて水底に土砂Ｓを投入する方法は以下の手順となる。

まず、コンベヤベルト８を用いて、土砂Ｓをホッパ３に投入する。この際に、吸入ポンプ５を稼働させて吸入管４を通じてホッパ３に水Ｗを注入する。即ち、注水手段によって、土砂Ｓを投入する現場の水面近傍に存在する水よりも密度の高い水Ｗを、トレミー管２の上端から管内に注入する。このようにして、高い密度の水Ｗ（水底に存在する水との密度差が小さい水Ｗ）を、トレミー管２の上端から注入しつつ、トレミー管２を通じて所定量の土砂Ｓを水底に投入する。海での施工では、現場の海面近傍に存在する海水よりも塩分濃度が高い水Ｗを、トレミー管２の中に注入しつつ土砂Ｓを水底に投入する。

トレミー管２の中には水Ｗを注入しているので、粘性が高い土砂Ｓの場合は、この水Ｗによって、トレミー管２の内壁に土砂Ｓが付着することが防止される。また、一度に投入される土砂Ｓの量が過大であっても、この水Ｗによって、土砂Ｓの流れがトレミー管２の内壁との摩擦に妨げられることなく円滑になる。それ故、水Ｗの注入によって土砂Ｓがトレミー管２の中で詰まり難くなり、トレミー管２の閉塞を防止できる。

さらに、トレミー管２に注入する水Ｗは、水面近傍の水と比較して高密度であり、水底の水との密度差が小さい。それ故、この水Ｗとともに投入される土砂Ｓは、トレミー管２の下端から開放されても水中を浮遊し難くなり、汚濁の拡散が抑制される。特に、上方への汚濁の拡がりは小さくなる。密度の高い水を使用するほど、汚濁の拡散を抑制するには有利になる。

海では水深が深い程、海水の密度（塩分濃度）が高い傾向にある。また、夏季など、水温が高くなるほど水深方向で水の密度差が大きくなる。そこで、トレミー管２の管内に注入する水Ｗの密度を、土砂Ｓを投入する水底に存在する水の密度に近づけるために、吸入管４の下端は、好ましくは水深Ｈの５０％、より好ましくは７０％、さらに好ましくは９０％よりも深い位置に配置するのがさらに好ましい。

このように吸入管４を配置することで、水底に存在する水との密度差がより小さい水Ｗを、トレミー管２の中に注入することができる。即ち、海での施工では、水底に存在する海水との塩分濃度差がより小さい水Ｗをトレミー管２の中に注入できる。これにより、投入した土砂Ｓによる汚濁の拡散を一段と抑制することが可能になる。

現場の水深Ｈに存在する水よりも密度が過大である水を使用すると、生態系などに悪影響が生じるおそれがある。そのため、理想的には、土砂Ｓを投入する水底に存在する水と同じ密度の水Ｗを、トレミー管２の上端から管内に注入する。

図２に例示する土砂投入装置１の別の実施形態は、先の実施形態の注水手段のみを変更したものである。この注水手段は、吸入管４、吸入ポンプ５および貯留タンク６により構成されている。吸入管４の一端は貯留タンク６の内部に配置され、他端はホッパ３の上端開口に配置されている。貯留タンク６の設置場所は船内に限らず、船上にすることもできる。

貯留タンク６には、土砂Ｓを投入する現場の水面近傍に存在する水よりも密度の高い水Ｗが貯留されている。この実施形態の場合、土砂Ｓを投入する現場の水面近傍に存在する水の密度を予め把握しておき、その密度よりも高い密度の水Ｗを貯留タンク６に貯留する。そして、貯留タンク６に貯留した水Ｗを、吸入管４を通じてトレミー管２の上端から管内に注入しつつ、トレミー管２を通じて土砂Ｓを水底に投入する。

この実施形態では、土砂Ｓを投入する現場の水深Ｈに存在する水よりも高密度の水Ｗを、トレミー管２の中に注入することも可能になる。即ち、海での施工では、その水深Ｈに存在する海水よりも塩分濃度の高い水Ｗを利用することもできる。

好ましくは水深Ｈの５０％、より好ましくは７０％、さらに好ましくは９０％の水深に存在する水よりも密度の高い水Ｗを貯留タンク６に貯留して、上述した実施形態と同様に、土砂Ｓを投入する水底に存在する水との密度差がより小さい水Ｗを、トレミー管２の管内に注入できる構成にする。

本発明は、例えば水深Ｈが５ｍ〜３０ｍの場合に適用することができる。また、海での施工に限らず河川湖沼などでの施工にも適用することができる。

図３に示す上下２層（上層ＵＬと下層ＤＬ）の密度構造を模擬できる実験装置１０を用いて水理実験を行なった。実験装置１０は、水を収容した水槽１２に立設する鉛直管１１を有し、鉛直管１１の上端には、開閉バルブ１４を介してリザーブタンク１３が接続されている。そして、リザーブタンク１３の濁水ＭＷを水槽１２の底面に投入し、汚濁の拡散状態を確認した。実験条件は表１に示すように、水槽１２に収容した水の成層の有無と濁水ＭＷの溶媒密度のみを異ならせて、４種類（実施例１および２、比較例１および２）について実験を行なった。

水槽１２は一辺が３００ｍｍの直方体であり、鉛直管１１は、トレミー管を模擬したものであり、サイズが長さ３００ｍｍ、内径２４ｍｍ、図３に示すように下端を水槽１２の底面から５０ｍｍ上方に位置するように配置した。密度成層の最大密度差は、２ｋｇ／ｍ³とし、実験中の水温変化は微小なものとして、塩分で水槽１２に収容した水の密度を調整した。また、土砂を水槽１２内の水に直接投入すると、微妙な条件の違いによって濁りの発生量が大きく変化するため、実験の再現性が高い濁水ＭＷを投入することにした。濁りの粒子にはカオリン（最大粒径０．０７５０ｍｍ、粘土分７７．６％、シルト分２２．４％、土粒子密度ρ＝２６９０ｋｇ／ｍ³）を使用し、その溶媒には水槽１２内の水と同じものを用いて密度１０１０ｋｇ／ｍ³を作成した。

実験は、開閉バルブ１４を瞬時に開放することにより、４秒間で１００ｃｍ³の濁水ＭＷを連続的に投入した。濁水投入から３８分５０秒後（実験では３００秒後に相当）の汚濁の拡散状態を図４〜７に示す。尚、図４〜図７は数値計算に基づいて汚濁の拡散状態を示したものであるが、実験結果と整合していることを確認しているので、実験結果として見做せるデータである。図４〜図７では色の濃い部分ほど濁水ＭＷが多く分布していることを示している。

実施例１および２、比較例１および２のすべて場合において、濁水投入初期には水槽１２の底面を這うように濁りが拡がった。その後、実施例１、２では図４および図５に示すように、汚濁の拡散は底面に限定された。一方、比較例１および２では図６および図７に示すように、時間の経過とともに汚濁が徐々に上方にも拡散した。これらの結果により、濁水の溶媒と投入地点の水塊との密度差によって汚濁の拡散状態が異なり、密度差の小さい溶媒を用いた実施例１および２では、汚濁の拡散を抑制できることが分かる。

１投入装置
２トレミー管
２ａ保持部材
３ホッパ
４吸入管
５吸入ポンプ
６貯留タンク
７流入管
８コンベヤベルト
９作業船
１０実験装置
１１鉛直管
１２水槽
１３リザーブタンク
１４開閉バルブ
Ｓ土砂
Ｗ水
ＭＷ濁水
ＵＬ上層
ＤＬ下層

Claims

土砂を投入する現場の水面近傍に存在する水よりも密度の高い水を、トレミー管の上端から注入しつつ、トレミー管を通じて土砂を水底に投入することを特徴とするトレミー管を用いた土砂の投入方法。
前記現場において、この現場の水面近傍よりも深い位置から水をくみ上げ、この水をトレミー管の上端から注入する請求項１に記載のトレミー管を用いた土砂の投入方法。
前記現場の水面近傍に存在する水よりも密度の高い水を予め用意しておき、この水をトレミー管の上端から注入する請求項１に記載のトレミー管を用いた土砂の投入方法。
土砂を投入する現場の水底近傍から水上に立設されるトレミー管と、この現場の水面近傍に存在する水よりも密度の高い水を、トレミー管の上端から注入させる注水手段とを備えたことを特徴とする土砂の投入装置。
前記注水手段が、前記現場の水面近傍よりも深い位置から前記トレミー管の上方まで延びる吸入管と、この吸入管に接続される吸入ポンプとにより構成される請求項４に記載の土砂の投入装置。
前記注水手段が、予め用意した前記現場の水面近傍に存在する水よりも密度の高い水を貯留する貯留タンクと、この貯留タンクから前記トレミー管の上方まで延びる吸入管と、この吸入管に接続される吸入ポンプとにより構成される請求項４に記載の土砂の投入装置。