JP2014227671A - 土砂等堆積物吸引方法及びこれに用いる装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エジェクターポンプの有する最大の能力で土砂等を効率良く吸引、圧送する。
【解決手段】この方法では、予め、エジェクターポンプＰにより吸引する堆積物の種類毎に、吸引管３で吸引する堆積物の吸引量が単位時間当たり最大となる吸引管３の最適吸引流量を算出しておき、エジェクターポンプＰで水底の堆積物を吸引する際に、吸引管３で吸引する水底での吸引流量を測定し、この吸引流量と堆積物の種類毎の最適吸引流量に基づいて、吸引管３で吸引する水底での吸引流量を吸引しようとする堆積物の最適吸引流量に調節し、堆積物を吸引する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダムの貯水池、湖水、河川などの水底の土砂、ヘドロ、礫などの堆積物の吸引に使用する土砂等堆積物吸引方法及びこれに用いる装置に関する。

従来、ダムの貯水池、湖水、河川などに沈殿した水底の土砂、ヘドロ、礫などの堆積物の浚渫に、サンドポンプが用いられている。サンドポンプは、ポンプ吸入部にインペラを備えた水中ポンプで、水中でインペラを回転させて、湖底や川床に沈殿した堆砂を撹乱浮遊させ、ポンプで水流とともに堆砂を吸い込み、フレキシブルパイプで所定の場所まで搬送するようになっている。
このようなサンドポンプを用いた浚渫工法では、ポンプにより土砂を連続的に吸引するため、作業効率がよく、また吸引部に濁りの発生が少ないというメリットがある。この種の工法が例えば特許文献１などに開示されている。

また、本願出願人らは、先の出願（特許文献２）で、ダム貯水池などの水底の堆砂を連続的に効率よく吸引し、長い距離を搬送することのできるエジェクターポンプを用いた浚渫システムを提案した。
この浚渫システムは、超高圧ポンプ、特殊エジェクター、吸引管、流体注入装置及び排砂管を備え、エジェクターを流体注入装置とともに駆動して、水底の堆砂を流体注入装置により注入される流体と混合して、吸引管を通してエジェクターに吸引し、排砂管へ圧送するようになっている。
かかるエジェクターポンプはジェット水による負圧を利用して吸引・輸送を行うので、サンドポンプと比較してインペラの摩耗がない分だけ、耐久性が高く、閉塞の可能性が少ない点で活用が期待されている。

特開２００６−９７３４３公報 特願２０１１−１９１６７７

ところで、エジェクターポンプの吸引管で水底の土砂を水とともに吸引する場合、これまではできる限り多くの土砂を吸引しようとしていたが、このようにすると土砂の抵抗が大きくなって、却って吸引管の吸引流量が減り、その結果、吸引土砂量が減少する、という問題がある。
これは、水中での土砂の吸引方法（土砂の濃度）により吸引土砂量が変化することを意味し、吸引管の水中での吸引流量を、吸引土砂量を最大にする最適な吸引流量に調節すれば、エジェクターポンプの能力を最大の効率で発揮させることができることに他ならない。
また、エジェクターポンプで水底の土砂に含まれる礫やヘドロを吸引する場合も、同様である。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、エジェクターポンプを用いて、水中の土砂、礫、ヘドロなど水底の堆積物を吸引する場合に、エジェクターポンプで、吸引する水底の堆積物の種類に応じて、堆積物を単位時間当たり最大の吸引量で吸引し、堆積物の種類毎に最大の量の堆積物を最大の効率で圧送することができ、エジェクターポンプの有する能力を最大限に発揮させることのできる土砂等堆積物吸引方法及びこれに用いる装置を提供する、ことを目的とする。

（１）上記目的を達成するために、本発明は、先端に吸引口を有する吸引管を備え、高圧水を管内に噴射することにより発生する負圧を吸引力とする形式のエジェクターポンプを用い、前記吸引管を水底に挿入し、前記エジェクターポンプにより、水底に沈殿する土砂、ヘドロ、礫等の堆積物を吸引する土砂等堆積物吸引方法において、予め、前記エジェクターポンプにより吸引する堆積物の種類毎に、前記吸引管の堆積物濃度から前記吸引管で吸引する吸引流量と吸引される堆積物の吸引量との関係を求め、当該堆積物の吸引量が単位時間当たり最大となる前記吸引管の最適吸引流量を算出しておき、前記エジェクターポンプで水底の堆積物を吸引する際に、前記吸引管で吸引する水底での吸引流量を測定し、この吸引流量と前記堆積物の種類毎に算出した前記吸引管の最適吸引流量に基づいて、前記吸引管で吸引する水底での吸引流量を吸引しようとする堆積物について算出した前記最適吸引流量に調節し、堆積物を吸引する、ことを要旨とする。
（２）また、本発明は、上記土砂等堆積物吸引方法に用いる装置であって、吸引管に設置され、前記吸引管の吸引流量を計測する流量計測手段と、前記吸引管の吸引口に設置され、前記吸引管の堆積物濃度の調節によって吸引流量を調節する流量調節手段と、前記流量計測手段により計測された前記吸引管の吸引流量と前記堆積物の種類毎に算出した前記吸引管の最適吸引流量に基づいて、前記流量調節手段を制御し、前記吸引管の吸引流量を前記堆積物の種類毎に算出した前記最適吸引流量に調節する制御手段とを備える、ことを要旨とする。
この場合、流量計測手段に電磁流量計を採用することが好ましい。
また、流量調節手段にスクリュー式の吸引機を採用することが好ましい。

本発明の土砂等堆積物吸引方法によれば、予め、エジェクターポンプにより吸引する堆積物の種類毎に、吸引管の堆積物濃度から吸引管で吸引する吸引流量と吸引される堆積物の吸引量との関係を求め、当該堆積物の吸引量が単位時間当たり最大となる吸引管の最適吸引流量を算出しておき、エジェクターポンプで水底の堆積物を吸引する際に、吸引管で吸引する水底での吸引流量を測定し、この吸引流量と堆積物の種類毎に算出した吸引管の最適吸引流量に基づいて、吸引管で吸引する水底での吸引流量を吸引しようとする堆積物について算出した最適吸引流量に調節し、堆積物を吸引するので、エジェクターポンプを用いて、水中の土砂、礫、ヘドロなど水底の堆積物を吸引する場合に、エジェクターポンプで、吸引する水底の堆積物の種類に応じて、堆積物を単位時間当たり最大の吸引量で吸引し、堆積物の種類毎に最大の量の堆積物を最大の効率で圧送することができ、エジェクターポンプの有する能力を最大限に発揮することができる、という格別な効果を奏する。
（２）本発明の土砂等堆積物吸引方法に用いる装置によれば、上記の構成により、エジェクターポンプで水底の土砂等堆積物を吸引する際に、エジェクターポンプの水中での吸引流量を流量計測手段を用いて計測し、この計測した吸引流量と予め堆積物の種類毎に算出した吸引管の最適吸引流量に基づいて、制御手段により流量調節手段を制御し、エジェクターポンプの水中での吸引流量を堆積物の種類毎に算出した最適吸引流量に調節して、堆積物を吸引するので、エジェクターポンプを用いて、水中の土砂、礫、ヘドロなど水底の堆積物を吸引する場合に、吸引する水底の堆積物の種類に応じて、堆積物を単位時間当たり最大の吸引量で吸入、吸引することができ、これにより、エジェクターポンプで堆積物の種類毎に最大の量の堆積物を最大の効率で圧送することができ、エジェクターポンプの有する能力を最大限に発揮することができる、という格別な効果を奏する。

本発明の一実施の形態における土砂等堆積物吸引方法及びこれに用いる装置（電磁流量計、スクリュー式の吸引機、パソコン）の構成を示す図 同方法に用いるエジェクターポンプの構成を示す図 同方法に用いるエジェクターポンプの特にエジェクターの構成を示す図 同方法に用いるスクリュー式の破砕機の構成を示す図 同方法による施工例を示す図 同方法に用いるエジェクターポンプにより吸引する土砂の吸引量が単位時間当たり最大となる吸引管の最適吸引流量を算出するための吸引土砂濃度と吸引流量との関係を示す図 同方法に用いるエジェクターポンプにより吸引する土砂の吸引量が単位時間当たり最大となる吸引管の最適吸引流量を算出するための吸引土砂濃度と吸引土砂量との関係を示す図 同方法に用いるエジェクターポンプにより吸引する土砂の吸引量が単位時間当たり最大となる吸引管の最適吸引流量を算出するための吸引流量と吸引流量との関係を示す図

次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。図１に、先端に吸引口を有する吸引管を備え、高圧水を管内に噴射することにより発生する負圧を吸引力とする形式のエジェクターポンプを用い、吸引管を水底に挿入し、エジェクターポンプにより、水底に沈殿する土砂、ヘドロ、礫等の堆積物を吸引する土砂等堆積物吸引方法をこれに用いる装置とともに示している。
図１に示すように、この方法では、予め、エジェクターポンプＰにより吸引する堆積物の種類毎に、吸引管３の堆積物濃度から吸引管３で吸引する吸引流量と吸引される堆積物の吸引量との関係を求め、当該堆積物の吸引量が単位時間当たり最大となる吸引管３の最適吸引流量を算出しておき（ステップ１）、エジェクターポンプＰで水底の堆積物を吸引する際に、吸引管３で吸引する水底での吸引流量を測定し、この吸引流量と堆積物の種類毎に算出した吸引管３の最適吸引流量に基づいて、吸引管３で吸引する水底での吸引流量を吸引しようとする堆積物について算出した最適吸引流量に調節し、堆積物を吸引する（ステップ２）。

この方法では、エジェクターポンプＰに、特に、本願出願人が先の出願（特許文献２）で提案したものを用いている。
このエジェクターポンプＰは、図２に示すように、高圧の動力水を送給する超高圧ポンプ１と、噴射口、吸引口、及び吐出口を有し、超高圧ポンプ１から送給される動力水により駆動され、堆積物を吸引、圧送するエジェクター２とを備え、エジェクター２の噴射口、吸引口、吐出口にそれぞれ、超高圧ポンプ１、吸引管３、排砂管６が接続されて構成される。

超高圧ポンプ１は、エジェクター２で最大粒径１５０ｍｍ程度の石などを含む砂礫土砂を吸引、圧送するのに必要な高い圧力で大容量の動力水をエジェクター２に供給可能に、ポンプ性能として１８００回転／分で揚程１．５ＭＰａ以上、流量５ｍ³／分程度の送水が可能な大型の両吸込渦巻ポンプ１１、１２が２台使用され、これらのポンプ１１、１２が並列に連結されて、揚程１．５ＭＰａ以上、流量１０ｍ³／分程度の能力を有する。この場合、両吸込渦巻ポンプ１１、１２の動力はモーターでもよいが、エンジンが採用され、２２０ｋｗ相当のエンジンが取り付けられる。なお、エンジン式の超高圧ポンプにしたことで全体がコンパクトになる利点がある。

エジェクター２は、図３に示すように、一端にノズル接続口２１１、他端に内管接続口２１２をそれぞれ有し、周面に吸引管接続口２１３を有するエジェクター本体をなす外管２１と、外管２１のノズル接続口２１１に嵌め込み固定されて、高圧水（ジェット水）を発生させるため噴射口をなすノズル２２と、外管２１の内管接続口２１２に嵌め込み固定されて、高圧水を受ける吐出口をなす内管２３とからなり、このエジェクター２内に最大粒径１５０ｍｍ程度の礫などを含む砂礫土砂を吸引、圧送可能に、ノズル２２の直径を６０ｍｍ以上、内管２２の直径を２００ｍｍ以上（例えば、３００ｍｍ）とし、ノズル２２から内管２３までの距離を１５０ｍｍ〜４５０ｍｍの範囲、内管２３の長さを５００ｍｍ〜２０００ｍｍの範囲とする。なお、このエジェクター２は大型の超高圧ポンプ１に対応する大型のもので、自動制御された最適空気を外部から導入する点、絞りのない内管２３を用いて真空を発生させる点で通常のエジェクターと異なり、その他管の磨耗に強い、管の閉塞や詰まりに強い、高濃度で吸引できる、吸引部の汚濁発生がない、などの利点がある。

吸引管３は、フレキシブルホース又は鋼管が使用され、この吸引管３内に最大粒径１５０ｍｍ程度の礫などを含む砂礫土砂を吸引搬送可能に、直径を２００ｍｍ以上とし、長さを閉塞防止のため２０ｍ以下とする。この吸引管３はエジェクター２の外管２１の吸引管接続口２１３に連結固定される。

排砂管６は、鋼管が使用され、この排砂管６内に最大粒径１５０ｍｍ程度の礫などを含む砂礫土砂を排送可能に、１本の鋼管の直径を４００ｍｍ又はそれ以上、長さを６ｍとし、複数の鋼管をそれぞれ、ゴムジョイントを介して、各鋼管のフランジをボルト止めすることにより連結して、延長を２００ｍ〜４００ｍとする。また、この排砂管６を水に浮かせて配管するため、鋼管１本につき２個のフロートを設置して貯水池に配管する。なお、この排砂管６で距離４００ｍ以上の砂礫土砂の輸送を行う場合は、図２に示すように、排砂管６に流体を挿入する。この場合、流体は空気とし、空気注入装置８により空気を注入する。空気注入装置８は空気を供給するコンプレッサー８１と、コンプレッサー８１と排砂管６との間に接続される注入管８２とからなり、注入管８２がエジェクター２の吐出口の先０〜２０ｍの位置で排砂管６の一部に配管された空気挿入管８０に接続され、排砂管６内に空気を供給する。空気量は１気圧換算で２０ｍ³／分以下とする。

また、このエジェクターポンプＰにあっては、後述するスクリュー式の吸引機４Ａ若しくは破砕機４Ｂ又は吸引管３に接続され、吸引機４Ａ若しくは破砕機４Ｂと吸引管３との接続付近に流体を注入するための流体注入装置５を併せて備える。このエジェクターポンプＰの場合、吸引機４Ａ若しくは破砕機４Ｂ又は吸引管３に注入する流体に空気が採用され、流体注入装置５は空気注入装置として構成され、空気を供給するコンプレッサー５０と、コンプレッサー５０と吸引機４Ａ若しくは破砕機４Ｂ又は吸引管３との間に接続される注入管５１とからなる。この場合、コンプレッサー５０に接続された注入管５１は、吸引機４Ａ若しくは破砕機４Ｂの外周面の吸引管３の接続口４２ａ、４２に形成された空気注入口に注入管５１の吹出し口が土砂の吸引方向に向けて接続される。空気量は１気圧換算で５ｍ³／分以下とする。吸引管３の長さが１５ｍ程度を超える場合、吸引管３内の土砂濃度は５〜８パーセント以上と濃くなって、吸引管３が閉塞する恐れがあるが、吸引機４Ａ、破砕機４Ｂの内部で吸引機４Ａ、破砕機４Ｂと吸引管３との接続付近に空気を注入することにより、吸引管３の閉塞を防止することができる。

なお、このエジェクターポンプＰは、各機器がユニットフロートを用いた台船上に配置されて組み立てられる。

また、この土砂等堆積物吸引方法では、この方法を実現するために、この方法に用いる装置Ｍが併せて設置される。この装置Ｍは、吸引管３に設置され、吸引管３の吸引流量を計測する流量計測手段３０１と、吸引管３の吸引口３０に設置され、吸引管３の堆積物濃度の調節によって吸引流量を調節する流量調節手段３０２と、流量計測手段３０１により計測された吸引管３の吸引流量と堆積物の種類毎に算出した吸引管３の最適吸引流量に基づいて、流量調節手段３０２を制御し、吸引管３の吸引流量を堆積物の種類毎に算出した最適吸引流量に調節する制御手段３０３とを備える。この場合、流量計測手段３０１に電磁流量計が採用され、電磁流量計３０１が吸引管３の周囲所定の位置に設置される。流量調節手段３０２はスクリュー式の吸引機４Ａ及び破砕機４Ｂが採用される。これら吸引機４Ａ、破砕機４Ｂについては後述する。制御手段３０３はパソコンが採用され、パソコン３０３とパソコン３０３に格納されるＯＳソフト及び各種のアプリケーションソフトなどにより実現される。パソコン３０３は電磁流量計３０１及びスクリュー式の吸引機又は破砕機３０２と通信手段を介して接続される。

流量調節手段３０２として採用されるスクリュー式の吸引機４Ａは、図１に示すように、一端に開口４０ａを有し、他端に駆動モーター取付部４１ａを有する略円筒形状をなし、外周面の他端側に吸引管３の接続口４２ａを形成されてなる外筒４４ａと、外筒４４ａの駆動モーター取付部４１ａに出力軸４５ａを外筒４４ａの軸芯と同芯上に配置して取り付けられる油圧式の駆動モーター４６ａと、油圧式の駆動モーター４６ａの出力軸４５ａに同芯的に作動連結され、正逆回転可能に駆動可能な回転軸４７ａと、回転軸４７ａ上に略円錐台形状に形成されるコーンスクリュー４８ａと、コーンスクリュー４８ａ上に螺旋状に形成されるオーガ式のスクリュー４９ａとを具備し、外筒４４ａの外周面の接続口４２ａに吸引管３（の先端）が接続される。
この破砕機４Ａでは、オーガ式のスクリュー４９ａの外径はコーンスクリュー４８ａの外径よりも大きく、外筒４４ａの内周面の内径よりも僅かに小さくなっており、外筒４４ａの内周面内に配置される。また、オーガ式のスクリュー４９ａの上面側には階段状に複数の段部４９１ａが形成されて、土砂の引掛りが付けられている。このような構成からなる吸引機４Ａは、パソコン３０３又は専用の操作盤の制御により、スクリュー４８ａ、４９ａの回転速度が任意に変更可能で、砂質、泥質の土砂を外筒４４ａの開口４０ａから内部に取り込み可能になっている。
このようにしてスクリュー式の吸引機４Ａはパソコン３０３又は専用の操作盤により制御され、スクリューの回転速度を任意に変えることができ、土砂等堆積物の吸引量をコントロールすることができる。

流量調節手段３０２として採用されるスクリュー式の破砕機４Ｂは、本願出願人による先の出願（特許文献２）により既に提案されたもので、この破砕機４Ｂは、図４に示すように、一端に開口４０を有し、他端に駆動モーター取付部４１を有する略円筒形状をなし、外周面の他端側に吸引管３の接続口４２を形成され、内周面の接続口４２よりも開口４０側の中間部に開口４０側から駆動モーター取付部４１に向けて漸次小径のテーパー面４３が形成されてなる外筒４４と、外筒４４の駆動モーター取付部４１に出力軸４５を外筒４４の軸芯と同芯上に配置して取り付けられる油圧式の駆動モーター４６と、油圧式の駆動モーター４６の出力軸４５に外筒４４の軸芯に対して偏芯して作動連結され、正逆回転可能に駆動可能な回転軸４７と、回転軸４７の少なくとも基端側に形成され、軸芯に対して直角方向の断面形状を略楕円形とするコーンスクリュー４８、回転軸４７の先端側からコーンスクリュー４８に向けて螺旋状に形成されるオーガ式のスクリュー４９、及び回転軸４７の先端に取り付けられるウィング４９１とを具備し、外筒４４の外周面の接続口４２に吸引管３（の先端）が接続される。
この破砕機４Ｂでは、外筒４４内周面のテーパー面４３の駆動モーター取付部４１側の端部に延長して当該端部と略同じ高さの段部４３Ｅが形成されて、これらテーパー面４３及び段部４３Ｅの各面に破砕ビットもしくは肉盛溶接により複数の凸部４３１が設けられる。このような外筒４４において、コーンスクリュー４８は外筒４４内のテーパー面４３及び段部４３Ｅに対応する位置に配置され、コーンスクリュー４８の外周面４８０はテーパー面４３に対向する面が所定の外形寸法の略円錐台形に形成され、段部４３Ｅに対向する面が所定の外形寸法の略円柱形に形成され、これら略円錐台形及び略円柱形の各面に肉盛溶接により複数の凸部４８１が設けられる。このようにして外筒４４のテーパー面４３及び段部４３Ｅとコーンスクリュー４８の外周面４８０との間に、粒径２５０ｍｍ程度の大きさの石やごみでも取り込み、かつエジェクター２に吸引可能な粒径１５０ｍｍ以下に破砕できるように、所定の間隔の空間が設けられ、また、既述のとおり、コーンスクリュー４８は軸芯に対して直角方向の断面形状が略楕円形に形成されて、外筒４４内でコーンスクリュー４８の回転により、外筒４４内のテーパー面４３及び段部４３Ｅとコーンスクリュー４８の外周面４８０との間の空間を拡大縮小可能になっていて、外筒４４内のテーパー面４３及び段部４３Ｅの複数の凸部４３１とコーンスクリュー４８の外周面４８０の複数の凸部４８１はそれぞれ、この間隔が可変される空間に向けて突出される。なお、オーガ式のスクリュー４９の外径はコーンスクリュー４８の外径よりも大きく、外筒４４の開口４０側の内周面の内径よりも少し小さくなっており、開口４０側の内周面内に配置される。先端のウィング４９１は破砕機４内で詰まりそうな大きな礫などを跳ね飛ばすため、外筒４４の開口４０内に回転可能に配置される。このような構成からなる破砕機４は、パソコン３０３の制御により、スクリュー４８、４９の回転速度が任意に変更可能で、最大粒径２５０ｍｍ程度の大きさの石やごみでも外筒４４の開口４０から内部に取り込み、外筒４４の内周面のテーパー面４３及び段部４３Ｅの各面とコーンスクリュー４８の外周面４８０との間の拡縮される空間で外筒４４のテーパー面４３及び段部４３Ｅの各面とコーンスクリュー４８の外周面４８０とにより各面の複数の凸部４３１、４８１を介して大きな衝撃力で圧接し、エジェクター２に吸引可能に粒径１５０ｍｍ以下に破砕可能になっている。
また、この破砕機４Ｂですべての石を破砕しようとすると、モーターが大きくなりすぎるため、この破砕機４Ｂでは、一定の硬さ以上の石は破砕せず、スクリュー４８、４９の逆回転により、破砕機４Ｂ外に排出するものとする。この破砕機４Ｂの場合、エジェクター２の駆動中は、常に吸引力が働いているので、スクリュー４８、４９を逆回転しても、土砂を連続的に吸引しており、土砂吸引の効率を高めることができる。
このようにしてスクリュー式の破砕機４Ｂはパソコン３０３又は専用の操作盤により制御され、スクリューの回転速度を任意に変えることができ、土砂等堆積物の吸引量をコントロールすることができる。

これらの吸引機４Ａ、破砕機４Ｂはそれぞれ多関節アーム装置に取り付けられ、多関節アーム装置を介して堆砂の吸引先に向けて操作される。この場合、多関節アーム装置に、図５に示すように、ロングアームバックホウＢが利用され、吸引機４Ａ、破砕機４ＢはバックホウＢのロングアームａの先端に取り付けられる。なお、吸引機４Ａ、破砕機４Ｂの油圧ユニットは吸引機４Ａ、破砕機４Ｂ専用のものでもよいが、吸引機４Ａ、破砕機４Ｂの操作にバックホウＢを使用するので、バックホウＢに搭載された油圧ユニットを使用してもよい。バックホウＢの油圧ユニットを用いることで、吸引機４Ａ、破砕機４Ｂの回転数を例えば２０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍの範囲で自由に変えることができ、オペレーターはバックホウＢの油圧メーターを見ながら吸引機４Ａ、破砕機４Ｂを操作することができる。
また、この場合、吸引機４Ａ、破砕機４Ｂには水中カメラ７０が堆砂の吸引先に向けて取り付けられ、操作側、この場合、バックホウＢの運転席に水中カメラ７０により撮像された画像情報を表示するモニター（表示装置）７１が設置される。このようにしてオペレーターはモニター７１を使って堆砂の吸引先の状態を確認しながら作業を行うことができ、堆砂の吸引効率を向上させることができる。

このエジェクターポンプＰは、このような超高圧ポンプ１、エジェクター２、吸引管３、破砕機４、流体注入装置５及び排砂管６を備え、エジェクター２の噴出口のノズル２２に超高圧ポンプ１が接続され、吸引口２１３に吸引管３が接続され、吐出口の内管２３に排砂管６が接続され、吸引機４Ａ又は破砕機４Ｂに流体注入装置５が接続されて、エジェクター２を吸引機４Ａ又は破砕機４Ｂ及び流体注入装置５とともに駆動して、水底の堆砂を、当該堆砂に含まれる吸引、圧送対象とする所定の大きさまでの礫その他の含有物を所定の粒径以下の大きさに破砕しながら、流体注入装置５により注入される空気と混合して、吸引管３を通してエジェクター２に吸引し、排砂管６へ圧送するようになっている。

このエジェクターポンプＰを用いて、水底に沈殿する土砂、ヘドロ、礫等の堆積物を吸引する場合、この土砂等堆積物吸引方法では、既述のとおり、予め、エジェクターポンプＰにより吸引する堆積物の種類毎に、吸引管３の堆積物濃度から吸引管３で吸引する吸引流量と吸引される堆積物の吸引量との関係を求め、当該堆積物の吸引量が単位時間当たり最大となる吸引管３の最適吸引流量を算出する（ステップ１）。
このエジェクターポンプＰで水底の堆積物を吸引する場合、堆積物が砂質、泥質の土砂、また、ヘドロの場合は、吸引管３の吸引口３０にスクリュー式の吸引機４Ａが接続され、この吸引機４Ａを土砂に挿入して吸引し、堆積物が砂礫土砂の場合は、吸引管３の吸引口３０にスクリュー式の吸引機４Ｂが接続され、この吸引機４を土砂に挿入して吸引する。
このエジェクターポンプＰで砂質、泥質の土砂を吸引する場合、スクリュー式の吸引機４Ａの回転速度を変化させると、吸引できる土砂濃度が変化する。既述のとおり、土砂を一度に多く吸引しようとすると、土砂濃度が高くなり、却って土砂吸引量が減少するので、砂質、泥質の土砂の場合、取り過ぎに注意が必要である。
そこで、室内実験により、エジェクターポンプＰにより吸引する堆積物の種類毎に、吸引管３の吸引流量、吸引土砂濃度、吸引土砂量の関係を調べる。室内実験の手順は、まず、スクリュー式の吸引機４Ａを始動し、吸引管３で清水を吸引し、その時の吸引流量を電磁流量計３０１で計測し、得られた流量をＱ（ｌ／ｍｉｎ）とする。続いて、スクリュー式の吸引機４Ａを始動し、吸引管３で水底の土砂を吸引する。スクリュー式の吸引機４Ａの回転数が上がるに従い、吸引流量は増大し、土砂濃度が濃くなっていく。そして、土砂濃度がある程度濃くなると、吸引機４Ａの吸引流量は徐々に減少する。
このような室内試験の結果を図６乃至図８に示している。
図６は吸引土砂濃度と吸引流量との関係を示し、吸引流量は吸引管３の土砂濃度の１次関数で表すことができ、吸引土砂濃度が高くなると、吸引流量が減少することが分かる。
図７は室内実験から得た吸引土砂濃度と吸引土砂量との関係を示し、吸引土砂量は吸引管３の土砂濃度の２次関数で表すことができ、吸引土砂量が最大となる土砂濃度が存在することが明らかとなった。
図８は室内実験から得た吸引流量と吸引土砂量との関係を示し、図８に示すように、この吸引土砂量が最大となるのは、吸引流量が水（土砂濃度０％）の２分の１となるときであることが分かった。
この土砂の吸引量が単位時間当たり最大となる吸引管３の吸引流量は、図１、図２の各式から求められる。

以上から、土砂の吸引量が単位時間当たり最大となるのは、吸引管３の吸引流量がＱ／２（ｌ／ｍｉｎ）となるときであり、これが土砂を吸引する場合の吸引管３の最適吸引流量となる。

同様にして、ヘドロの吸引量についても単位時間当たり最大となる吸引管３の最適吸引流量を算出する。

また、砂礫土砂の場合は、礫の吸引量が単位時間当たり最大となるまで吸引することが一般的に困難であるため、できるだけ多く吸引するようにすることが望ましい。

このようにしてエジェクターポンプＰにより吸引する堆積物の種類毎に、吸引管３で吸引する堆積物の吸引量が単位時間当たり最大となる最適吸引流量を算出しておく。そして、この堆積物の種類毎の最適吸引流量をスクリュー式の吸引機４Ａ又は破砕機４Ｂを制御するパソコン３０３に吸引機４Ａ又は破砕機４Ｂの制御データとして格納する。

そして、エジェクターポンプＰで水底の堆積物を吸引する際に、吸引管３で吸引する水底での吸引流量を測定し、この吸引管３の吸引流量と堆積物の種類毎の最適吸引流量に基づいて、吸引管３で吸引する水底での吸引流量を吸引しようとする堆積物について算出した最適吸引流量に調節し、堆積物を吸引する（ステップ２）
すなわち、土砂を吸引する場合、図５に示すように、まず、バックホウＢのロングアームａの先端に取り付けられた吸引機４Ａをロングアームａの操作によりダム貯水池の水底に向けて降ろし、吸引機４Ａの先端を堆砂面に対して適宜の距離にセットする。この場合の作業は、吸引機４Ａに取り付けられた水中カメラ７０及び操作側に設置されたモニター７１により、水底の堆砂面の状態を確認することにより、効率よく行うことができる。そして、超高圧ポンプ１を駆動してエジェクター２を作動させ、併せて吸引機４Ａ及び流体注入装置５を始動する。
図１、図２及び図３において、超高圧ポンプ１の駆動によりこの超高圧ポンプ１から高圧の大容量の動力水がエジェクター２に送給され、この動力水がエジェクター２のノズル２２で絞られて秒速５０ｍを超える流速でエジェクター２の内部に内管２３に向けて噴射され、これによってエジェクター２の内部に高い負圧が発生し、エジェクター２の吸引口２１３を介してエジェクター２の外部から内部に向けて真空吸引力が働く。この真空吸引力により、水底の堆砂が吸引管３先端の吸引機４Ａから連続的に吸入され、吸引管３を通して、エジェクター２内部に連続的に吸引され、内管２３を通じて排砂管６へ圧送される。
また、このとき、吸引機４Ａの駆動により吸引機４Ａの各スクリュー４８ａ、４９ａが回転され、併せて、空気注入装置５の駆動により吸引機４Ａ内部の吸引機４Ａと吸引管３との接続付近に空気が土砂の吸引方向に注入され、土砂に空気が混合されて、吸引管３に吸引される。
そして、吸引管３の吸引流量は吸引機４Ａのスクリュー４８ａ、４９ａの回転数が上がるに従い増大し、土砂濃度が濃くなっていく。この間、吸引管３の吸引流量は吸引管３に設置された電磁流量計３０１により計測され、計測信号がパソコン３０３に送信される。パソコン３０３では、この電磁流量計３０１から送信された計測信号とパソコン３０３に予め格納された土砂の場合の最適吸引流量データに基づいて、吸引機４Ａのスクリュー４８ａ、４９ａの回転速度を吸引機４Ａの吸引流量が既述のＱ／２（ｌ／ｍｉｎ）になるように制御し、吸引機４Ａの吸引流量は土砂を吸引する場合の最適吸引流量（Ｑ／２（ｌ／ｍｉｎ））に調節される。したがって、水底から時間当たり最大の土砂量の土砂が吸引管３に吸引され、浚渫量は最大となる。そして、この吸引管３で吸引された土砂は、エジェクター２に連続的に吸引されて、排砂管６に圧送される。
なお、吸引管３内の土砂濃度が濃い場合、吸引管３の長さが１５ｍを超えると、閉塞する可能性が高まるが、吸引機４Ａ内部で吸引機４Ａと吸引管３との接続付近に空気が注入され、砂礫土砂に混合されるので、吸引管３内の砂礫土砂の見かけの流速が速くなって、土砂濃度が低くなり、併せて、この空気の注入により吸引機４Ａと吸引管３との接続付近に適度の振動が発生し、この振動により土砂が流動しやすくなり、吸引管３内が土砂により閉塞されるのを防止される。
また、エジェクター２の内管２３の先０〜２０ｍの位置で排砂管６の一部に配管された空気挿入管８０に空気注入装置８により空気が供給され、排砂管６内に排送される土砂に空気が混合されるので、排砂管６内の土砂濃度が低くなり、排砂管６内が土砂により閉塞されるのを防ぎ、所定の排送先まで確実に排送されることになる。

また、ここでは詳細な説明は省略するが、水底からヘドロを吸引する場合も、上記と同様に、予め、ヘドロについて単位時間当たり最大となるエジェクターポンプＰの吸引流量（最適吸引流量）を同様にして算出し、エジェクターポンプＰでヘドロを吸引する際に、吸引管３で吸引する水底での吸引流量を電磁流量計３０１で測定し、この電磁流量計３０１で測定された吸引流量とパソコン３０３に予め格納されたヘドロの場合の最適吸引流量に基づいて、吸引管３で吸引する水底での吸引流量をヘドロを吸引する場合の最適吸引流量に調節し、ヘドロを吸引すればよい。このようにしてヘドロについても上記と同様の作用効果を得ることができる。

また、砂礫土砂の場合は、既述のとおり、礫の吸引量が単位時間当たり最大となるまで吸引することが一般的に困難であるため、できるだけ多く吸引するようにすればよい。この場合、スクリュー式の吸引機４Ａに代えて、破砕機４Ｂが使用される。
なお、この砂礫土砂の吸引、圧送では、超高圧ポンプ１による高い圧力と大容量の動力水の送給能力と、これに対応可能な大口径の内管２３を有する大型の特殊エジェクター２とにより、エジェクター２は粒径１５０ｍｍ程度の石を吸引、圧送することができ、また、破砕機４Ｂは直径２５０ｍｍ程度の大きさの石を取り込み、１５０ｍｍ程度以下に破砕する能力を有するので、破砕機４Ｂから吸入される砂礫土砂の中に直径２５０ｍｍ程度の大きさの石が含まれていても、この石は破砕機４Ｂで１５０ｍｍ程度以下に破砕されて、砂礫土砂とともに、吸引管３を通じてエジェクター２内部へ送られ、内管２３を通して排砂管６へ排送される。
また、この場合、吸引管３内の土砂濃度が濃い場合、吸引管３の長さが１５ｍを超えると、閉塞する可能性が高まるが、破砕機４Ｂ内部で破砕機４Ｂと吸引管３との接続付近に空気が注入され、砂礫土砂に混合されるので、吸引管３内の砂礫土砂の見かけの流速が速くなって、土砂濃度が低くなり、併せて、この空気の注入により破砕機４Ｂと吸引管３との接続付近に適度の振動が発生し、この振動により砂礫土砂が流動しやすくなり、吸引管３内が砂礫土砂により閉塞されるのを防止される。
このようにして最大粒径２５０ｍｍ程度の石を含む砂礫土砂であっても、エジェクター２に連続的に吸引され、排砂管６に圧送される。
なお、エジェクター２の内管２３の先０〜２０ｍの位置で排砂管６の一部に配管された空気挿入管８０に空気注入装置８により空気が供給され、排砂管６内に排送される砂礫土砂に空気が混合されるので、排砂管６内の土砂濃度が低くなり、排砂管６内が砂礫土砂により閉塞されるのを防ぎ、所定の排送先まで確実に排送される。

以上説明したように、この土砂等堆積物吸引方法によれば、上述のとおり、予め、エジェクターポンプＰにより吸引する堆積物の種類毎に、吸引管３の堆積物濃度から吸引管３で吸引する吸引流量と吸引される堆積物の吸引量との関係を求め、当該堆積物の吸引量が単位時間当たり最大となる吸引管３の最適吸引流量を算出しておき、エジェクターポンプＰで水底の堆積物を吸引する際に、吸引管３で吸引する水底での吸引流量を測定し、この吸引流量と堆積物の種類毎に算出した吸引管３の最適吸引流量に基づいて、吸引管３で吸引する水底での吸引流量を吸引しようとする堆積物について算出した最適吸引流量に調節し、堆積物を吸引するので、エジェクターポンプＰを用いて、水中の土砂、礫、ヘドロなど水底の堆積物を吸引する場合に、エジェクターポンプＰで、吸引する水底の堆積物の種類に応じて、堆積物を単位時間当たり最大の吸引量で吸引し、堆積物の種類毎に最大の量の堆積物を最大の効率で圧送することができ、エジェクターポンプＰの有する能力を最大限に発揮することができる。

また、この土砂等堆積物吸引方法に用いる装置Ｍによれば、上述のとおり、エジェクターポンプＰで水底の土砂等堆積物を吸引する際に、エジェクターポンプＰの水中での吸引流量を流量計測手段の電磁流量計３０１を用いて計測し、この計測した吸引流量と予め堆積物の種類毎に算出した吸引管３の最適吸引流量に基づいて、制御手段のパソコン３０３により流量調節手段３０２のスクリュー式の吸引機４Ａ又は破砕機４Ｂを制御し、エジェクターポンプＰの水中での吸引流量を堆積物の種類毎に算出した最適吸引流量に調節して、堆積物を吸引するので、エジェクターポンプＰを用いて、水中の土砂、礫、ヘドロなど水底の堆積物を吸引する場合に、吸引する水底の堆積物の種類に応じて、堆積物を単位時間当たり最大の吸引量で吸入、吸引することができ、これにより、エジェクターポンプＰで堆積物の種類毎に最大の量の堆積物を最大の効率で圧送することができ、エジェクターポンプＰの有する能力を最大限に発揮することができる。

また、この土砂等堆積物吸引方法及び装置Ｍによれば、ポンプの容量を増大させるなど物理的にエネルギーを増やすような大きなコストを必要とする方法を取らなくても、経済的に施工効率を向上させることができる。

なお、上記実施の形態では、パソコン３０３により吸引機４Ａのスクリュー４８ａ、４９ａの回転速度を自動制御するようにしたが、作業者が、電磁流量計３０１で計測された吸引管３の吸引流量を目視しながら、吸引機４Ａ又は破砕機４Ｂの操作盤の手動操作により、吸引機Ａ又は破砕機４Ｂのスクリュー４８ａ，４９ａ、４８，４９の回転速度をコントロールして、吸引管３の吸引流量を堆積物毎に算出した最適吸引流量に調節するようにしてもよい。このようにしても上記と同様の作用効果を得ることができる。

また、上記実施の形態では、エジェクターポンプに、本願出願人が先の出願で提案したエジェクターポンプを用いたが、このエジェクターポンプとは異なる形式のエジェクターポンプでも、先端に吸引口を有する吸引管を備え、高圧水を管内に噴射することにより発生する負圧を吸引力とする形式のエジェクターポンプである限り、この土砂等堆積物吸引方法及びこれに用いる装置を同様に適用することができ、上記と同様の作用効果を得ることができる。

Ｐ エジェクターポンプ
１ 超高圧ポンプ
２ エジェクター
２１１ ノズル接続口
２１２ 内管接続口
２１３ 吸引管接続口（吸引口）
２１ 外管
２２ ノズル（噴射口）
２３ 内管（吐出口）
３ 吸引管
３０ 吸引口
Ｍ 装置
３０１ 流量計測手段（電磁流量計）
３０２ 流量調節手段（スクリュー式の吸引機４Ａ、スクリュー式の破砕機４Ｂ）
３０３ 制御手段（パソコン）
４Ａ スクリュー式の吸引機
４０ａ 開口
４１ａ 駆動モーター取付部
４２ａ 吸引管の接続口
４４ａ 外筒
４５ａ 出力軸
４６ａ 油圧式の駆動モーター
４７ａ 回転軸
４８ａ コーンスクリュー
４９ａ オーガ式のスクリュー
４９１ａ 段部
４Ｂ スクリュー式の破砕機
４０ 開口
４１ 駆動モーター取付部
４２ 吸引管の接続口
４３ テーパー面
４３Ｅ 段部
４３１ 凸部
４４ 外筒
４５ 出力軸
４６ 油圧式の駆動モーター
４７ 回転軸
４８ コーンスクリュー
４８０ 外周面
４８１ 凸部
４９ オーガ式のスクリュー
４９１ ウィング
５ 流体注入装置（空気注入装置）
５０ コンプレッサー
５１ 注入管
６ 排砂管
７０ 水中カメラ
７１ モニター（表示装置）
８ 空気注入装置
８０ 空気挿入管
８１ コンプレッサー
８２ 注入管

Claims (4)

1. 先端に吸引口を有する吸引管を備え、高圧水を管内に噴射することにより発生する負圧を吸引力とする形式のエジェクターポンプを用い、前記吸引管を水底に挿入し、前記エジェクターポンプにより、水底に沈殿する土砂、ヘドロ、礫等の堆積物を吸引する土砂等堆積物吸引方法において、
   予め、前記エジェクターポンプにより吸引する堆積物の種類毎に、前記吸引管の堆積物濃度から前記吸引管で吸引する吸引流量と吸引される堆積物の吸引量との関係を求め、当該堆積物の吸引量が単位時間当たり最大となる前記吸引管の最適吸引流量を算出しておき、
   前記エジェクターポンプで水底の堆積物を吸引する際に、前記吸引管で吸引する水底での吸引流量を測定し、この吸引流量と前記堆積物の種類毎に算出した前記吸引管の最適吸引流量に基づいて、前記吸引管で吸引する水底での吸引流量を吸引しようとする堆積物について算出した前記最適吸引流量に調節し、堆積物を吸引する、
   ことを特徴とする土砂等堆積物吸引方法。
2. 請求項１に記載の土砂等堆積物吸引方法に用いる装置であって、
   吸引管に設置され、前記吸引管の吸引流量を計測する流量計測手段と、
   前記吸引管の吸引口に設置され、前記吸引管の堆積物濃度の調節によって吸引流量を調節する流量調節手段と、
   前記流量計測手段により計測された前記吸引管の吸引流量と前記堆積物の種類毎に算出した前記吸引管の最適吸引流量に基づいて、前記流量調節手段を制御し、前記吸引管の吸引流量を前記堆積物の種類毎に算出した前記最適吸引流量に調節する制御手段と、
   を備える、
   ことを特徴とする土砂等堆積物吸引方法に用いる装置。
3. 流量計測手段に電磁流量計を採用する請求項２に記載の土砂等堆積物吸引方法に用いる装置。
4. 流量調節手段にスクリュー式の吸引機を採用する請求項２又は３に記載の土砂等堆積物吸引方法に用いる装置。

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