JP2607145B2 - 地下掘削土垂直揚泥装置および方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は大深度の地下掘削現場の掘削土を地上へ搬送
し、かつ、再利用する装置および方法に関するもので、
トンネル掘削作業の能率を向上せしめることを目的とす
る。

［従来の技術］ 従来は、大深度地下における掘削土を地上まで搬送す
る方法としては、地上からワイヤロープで懸垂され、地
下で堆積した土砂をグラブバケットで把持して地上まで
持上げる往復動方式や、バケットエレベータのリンクチ
エンに取付けられた複数個のバケットですくい上げて地
下と地上をエンドレスに回転して地上に排出する方式等
が利用されていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上述のグラブバケットによる方法は、
地上と地下に張り渡されたワイヤロープが長距離である
ために輸送中ワイヤロープ同志がからみあったり、ある
いは、大深度、すなわち、例えば50m/100m程度の距離を
１回の把持量に比べてグラブバケットが往復動する時間
が大きく作業能率が悪いという問題があった。一方、バ
ケットエレベータ方式による場合には、連続方式であり
作業能率自体は良いけれども、50〜100mの揚程を張架さ
れるリンクチエンは非常に強度の高いものが要求され、
したがって、頑丈で堅固な構造となり設備費が非常に高
いものが必要であったうえ、万一リンクチエンの折損事
故が生じた場合にはその復旧には多大な労力と費用が発
生する不都合があった。

［課題を解決するための手段］ 以上述べた課題を解決するため、本発明の装置では、 地下掘削現場に粉砕装置と混練装置と圧送装置を直列
に配設し、該圧送装置から地上へ垂直に立ち上がる揚泥
管を設け、地上において該揚泥管により搬送された輸送
物を篩分けする振動篩と該振動篩の篩下を受容し、か
つ、輸送物中の軟質土と軟泥とを分離する分離装置と該
軟泥を貯溜するストレージタンクとを設け、該ストレー
ジタンクと前記混練装置とを連通するリターン管を設
け、前記揚泥管の最下部およびその途中には、該揚泥管
内部に圧縮空気を注入するエジェクタを適当間隔離間し
て複数個配設するとともに、前記分離装置は、高速回転
する回転容器内に該回転容器の回転方向と同じ方向に該
回転容器の回転数よりも大きな回転数で回転自在にスク
リュを同軸的に配設され回転中心軸方向より供給された
混合液を固体と分離液に分離するスクリュデカンタとし
た構成とした。

また、本発明の方法においては、 地下掘削現場において掘削した土砂を粉砕装置で破砕
した後、地上より送られた軟泥と混練装置で混練したう
え、圧送装置で加圧した後に揚泥管の最下部およびその
途中の複数箇所から該揚泥管内部に注入する圧縮空気の
吹き込みによって地上まで垂直にプラグ輸送し、地上に
おいて振動篩にかけてオーバサイズは骨材または良質土
として回収し、アンダーサイズはスクリュデカンタから
なる分離装置により軟質土を軟泥、水分とから分離して
回収し、該軟泥、水分をストレージタンクに貯溜したう
えで、ストレージタンクに貯溜した前記地下の混練装置
へ必要量を配送するかまたは水のみを配送することとし
た。

［作用］ 本発明においては、 地下の掘削現場で採掘された土砂を地上からのリター
ン管によって配送された軟泥と適当な割合で混練して空
気搬送に適した状態にした後、加圧フイーダ等の圧送装
置で加圧した後、地上に向けてほぼ垂直に立ち上がる揚
泥管へ吐出し、揚泥管の最下端および途中の数ヶ所に設
けた圧縮空気注入用のエジェクタから圧縮空気を間欠的
に送り込んで栓流輸送（プラグフロー輸送）により地上
まで搬送する。

地上においては、搬送された土砂を振動篩にかけてオ
ーバサイズの粒状の土砂は建設用の骨材や良質土として
再利用し、アンダーサイズの土砂はさらに分離装置に入
れて軟質土を軟泥および水分から分離して固化処理のう
え処理土として埋立地へ廃棄する。残りの軟泥と水分と
はストレージタンクへ貯溜する。ストレージタンクに貯
溜した軟泥のうち、必要量を地下へのリターン管を経由
して前記の混練装置へ配送し混練材として利用する。

［実施例］ 以下、図面に示す実施例に基づいて本発明の詳細を説
明する。

第１図は本発明に係る実施例を示す系統図、第２図は
分離装置として使用するスクリュデカンタを示し、第２
図（ａ）はスクリュデカンタの原理説明図、第２図
（ｂ）はスクリュデカンタの全体縦断面図である。

図において、１は破砕装置、２は混練装置、３は圧送
装置、４は揚泥管、５はエジェクタ、６は振動篩、７は
分離装置、８はストレージタンク、９はリターン管、10
は分離装置であり、11は混練装置である。各々の機器は
図に示す経路で連結されている。

破砕装置１はジョークラッシヤやジャイレトリクラッ
シヤなどを使用し、破砕後の粒径は35mm以下とする。混
練装置２は、例えば、パドルミキサなどを使用するが、
掘削した土砂と軟泥とが均一に混合するものであればい
かなる混合機も使用できる。圧送装置３は、例えば、遠
心ポンプやチューブポンプなどを使用し、搬送物たる土
砂を加圧して吐出する。エジェクタ５は、圧送装置３直
後に配設するほか、揚程に応じて複数個設け、圧縮空気
を輸送物がプラグフローを形成するよう適当なインター
バルで注入する。

分離装置7,分離装置10は、ともに搬送物である土砂か
ら高含水のヘドロ等の軟泥を分離するもので、スクリュ
デカンタや場合によってはベルトプレス，フィルタプレ
ス等を使用する。

スクリュデカンタの原理は、固体と液体の混合液から
固体を分離するに際して両者の比重差を利用して沈殿池
（工業的にはシックナー）に静置して底に沈んだ固体と
上澄みの液体に分ける方法を発展させ、混合液を入れる
容器を例えば2000〜6000rpmの高速回転させて遠心力に
より固体の沈降を助長し、回転容器の外周側に固体、中
央付近に液体が集まる原理を応用したもので、第２図
（ａ）に示すように、外周側に集まった固体層をスクリ
ュ羽根により積極的に回転容器の系外に脱出させ、液体
は回転容器の側板から取り出すようにしたもので、固体
と分離液との分離を行なうようにしたものである。第２
図（ｂ）はスクリュデカンタの縦断面図であり、回転容
器71はフレーム78に固設された左右一対の軸受72,72に
軸承され、Ｖプーリ76により高速回転駆動される。一
方、回転容器71の内部には同軸的にスクリュ７が別個に
回転駆動するよう構成され、回転容器71の回転方向と同
一方向で回転方向71の回転数より大なる回転数で回転さ
せる。供給口77から供給された混合液は回転容器71の内
部で固体と分離液に分離され、各々固体出口74,液体出
口75より排出される。79は過負荷時に緊急停止する安全
装置、80はケーシングである。スクリュ73は回転容器71
の外周側に集中する固体の系外への排出を助長する役目
を果す。なお、両者の分離を促進するため有機高分子系
の凝集剤を適宜添加する。

ストレージタンク８の出口には流量調整弁8aを設け
て、地下へ配送する軟泥の吐出量を制御する。

以上のように構成された本発明の地下掘削土垂直揚泥
装置の作動について以下に説明する。

地下のトンネル掘削現場で採掘された土砂は、破砕装
置１で35mmアンダに調制された後、混練装置２で地上か
らリターン管９を介して供給された高含水の軟泥と均一
に混練された後、圧送装置３で加圧吐出される。吐出さ
れた輸送物の土砂は揚泥管４を輸送量50〜100m³/hの割
合で上昇するが、揚程が50〜100mと高揚程であるので揚
泥程４に配設した複数個のエジェクタ５から５〜7kg/cm
²の圧縮空気を間欠的に注入し、輸送エネルギの補給を
図ることによって栓流（プログフロー）を形成し、滑ら
かに、かつ、連続的に地上へ搬送される。揚泥管４で垂
直に、かた高揚程を搬送するためにプラグフローの形成
を充分行なわしめるためには、搬送土砂が粒状で、か
つ、粒のそろったものは圧縮空気の吹抜けが起こりやす
く不適当であるので、前記した高含水の軟泥を混ぜて均
一に、かつ、泥状にする。したがって、掘削現場で採取
した土砂が含水の泥状であれば混練装置２で軟泥を混ぜ
る必要はない。乾燥し、かつ、礫状のものには特にこの
混練工程が輸送上不可欠である。また、細粒土であって
かつ水分が少なく乾燥している土砂に対しては、リター
ン管９には軟泥を供給しないで水のみを供給し、混練装
置２で泥状にする。

このようにして地上に搬送された土砂は、そのまま廃
棄することはしないで、まず振動篩６でふるってオーバ
サイズの砂礫土は建築用骨材や良質土として再利用し
（第１図Ａ系統）、アンダーサイズの土砂は分離装置７
で軟泥や水分と分離した軟質土は固結剤を添加するなど
固化処理を行なって混練機11へ導入する（第１図Ｂ系
統）。また、軟泥と水分はストレージタンク８へ送ら
れ、そのうち必要量がリターン管９で地下へ配送され
る。残りの軟泥，水分は分離装置10で水分をある程度除
去されたのち固化処理を行なって前記の混練機へ送られ
（第１図Ｃ系統）、ここでＢ系統のものとともに混練さ
れたうえ廃棄される。

以上が本発明の装置における作動であり、同時に本発
明における方法の操作手順である。

以上のような操作を行なうことによって、本発明の装
置や方法では、50〜100mの大深度の地下から地上まで安
全に連続で掘削した土砂を垂直輸送できるとともに、輸
送後の土砂から骨材や良質土を回収し再利用できる。

［発明の効果］ 本発明の装置や方法によれば、圧縮空気による栓流搬
送が実現できるので、土砂を高揚程で支障なく安全に、
かつ、確実に連続的に自動排出できる。また、地上に搬
送した土砂から骨材や良質土を回収できるので経済性の
優れた操業ができる。また、空気搬送であるため地下〜
地上間に複雑な構造の機器を必要とせず単純な管路で配
送できるのでメインテナンスが楽な上に設備費が安価で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第２図は本発明に係る実施例を示し、第１図は
全体系統図、第２図（ａ）はスクリュデカンタの原理説
明図、第２図（ｂ）はスクリュデカンタの全体縦断面図
である。 １……破砕装置、２……混練装置、 ３……圧送装置、４……揚泥管、 ５……エジェクタ、６……振動篩、 ７……分離装置、８……ストレージタンク、 ９……リターン管、10……分離装置、 11……混練装置。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地下掘削現場に粉砕装置と混練装置と圧送
   装置を直列に配設し、 該圧送装置から地上へ垂直に立ち上がる揚泥管を設け、 地上において該揚泥管により搬送された輸送物を篩分け
   する振動篩と該振動篩の篩下を受容し、かつ、輸送物中
   の軟質土と軟泥とを分離する分離装置と該軟泥を貯溜す
   るストレージタンクとを設け、 該ストレージタンクと前記混練装置とを連通するリター
   ン管を設け、 前記揚泥管の最下部およびその途中には、該揚泥管内部
   に圧縮空気を注入するエジェクタを適当間隔離間して複
   数個配設するとともに、 前記分離装置は、高速回転する回転容器内に該回転容器
   の回転方向と同じ方向に該回転容器の回転数よりも大き
   な回転数で回転自在にスクリュを同軸的に配設され回転
   中心軸方向より供給された混合液を固体と分離液に分離
   するスクリュデカンタとしたことを特徴とする地下掘削
   土垂直揚泥装置。
2. 【請求項２】地下掘削現場において掘削した土砂を粉砕
   装置で粉砕した後、地上より送られた軟泥と混練装置で
   混練したうえ、圧送装置で加圧した後に揚泥管の最下部
   およびその途中の複数箇所から該揚泥管内部に注入する
   圧縮空気の吹き込みによって地上まで垂直にプラグ輸送
   し、 地上において振動篩にかけてオーバサイズは骨材または
   良質土として回収し、アンダーサイズはスクリュデカン
   タからなる分離装置により軟質土を軟泥、水分とから分
   離して回収し、 該軟泥、水分をストレージタンクに貯溜したうえで、ス
   トレージタンクに貯溜した前記地下の混練装置へ必要量
   を配送するかまたは水のみを配送することを特徴とする
   地下掘削土垂直揚泥方法。