JP2691167B2

JP2691167B2 - 高含水泥土の連続固化システム

Info

Publication number: JP2691167B2
Application number: JP63322705A
Authority: JP
Inventors: 閣重守屋; 正和相良
Original assignee: 東洋ベントナイト株式会社
Priority date: 1988-12-20
Filing date: 1988-12-20
Publication date: 1997-12-17
Anticipated expiration: 2012-12-17
Also published as: JPH02167996A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、例えば土木工事現場に於ける軟弱粘土、礫
混りシルト土質地帯で施工されるシールド工事の掘削土
砂の固化及び軟弱粘度シルト礫混り土質地帯の土壌改良
並びに湖沼、ダム、河川等の沈澱堆積の軟弱の礫混り粘
土シルトの固化等、の連続自動固化システムに関する。

（従来の技術）土木工事現場からは大量の残土や泥状礫混り土砂が排
出される。なかでも含水比の高い軟弱粘土質、礫混りシ
ルト土質地帯におけるシールド工事、開削工事の発生残
土は、流動性が高く、運搬持の流出やコボレによる周辺
の汚染など問題が多い。これを考慮して、残土の発生量
と処理量及び場外土捨場までの運送機能などを勘案し、
これに相応したストックヤードを工事現場近くに確保
し、そこまで小運搬をして、このストックヤードで脱水
及び天日養生、若しくはセメント系、石灰系の固化材を
残土上に撒き、そして掘削機等で撹拌し、土砂中の水分
を吸収、固形化させてから現場より離れた土捨場まで搬
出しているのが通例となっている。

（発明が解決しようとする課題）上記の如き、脱水、天日養生、セメント・石灰系固化
のストックヤード方式では、排出溝、囲いなどを必要に
応じて施した軟弱泥土を一次仮置する相応の広さをもっ
たストックヤードが必須要件となる。このストックヤー
ド用地を確保することは、最近では都市中心部は勿論の
こと郊外と云えども容易ではなく、用地確保が出来ても
借地料が嵩む。また工事現場からストックヤードまで軟
弱泥土を仮運搬するについて、交通渋滞や路面への泥土
のコボレの危惧が免れず、ひいては付近住民よりの苦情
を覚悟する所以となろう。また、降雨時には泥土をシー
トで覆うなどの流出防止策が必要であった。

更に、セメント系、石灰系の固化材を使用しての泥土
固化処理にあっては、泥土土質がアルカリ性に変化する
ため産業廃棄物扱いとなり、従って土捨場に制約され、
土捨料にも割増料が付加されるなど、二重三重の手間と
これに伴う出費を余儀なくされていた。

次にシールド掘削工事に於て、シールド機チャンバー
部の掘削土砂は、スクリューコンベア、ロータリーデス
チャージャーを経てベルトコンベアなどにより後方へ移
送され排出するようになっている。ところが、軟弱粘
土、シルト土質、泥漿、礫泥漿シールド工事で、然も含
水比が高い場合のシールド掘進にあっては、掘削土砂が
流動性に富むためシールド機のスクリューコンベアによ
る土砂（泥土）の取込量が減少して所期の計画量を搬出
することが出来なくなり、掘進速度を低減する。

また、シールド機の後方台車に搭載されているベルト
コンベアについても、コンベア上から泥土が溢れ出たり
漏れ落ちたりして、作業スペースを絶えず清掃する事態
になったり、該コンベアに続く搬出車（ズリ鋼車）に対
しても泥土積載量や搬出時のコボレなどに細心の注意を
要する。更に搬送機械類の摺動部に礫や、砂のかみ込み
により損耗が甚だしくなり、故障の原因となったりして
いた。

本発明は従来のこのよるな問題点に鑑みてなされたも
のであって、最も問題であるストックヤードを必要とせ
ず、付近住民の苦情の少ない経済的な排土処理であり、
シールド工事坑内にあっては作業スペースを汚染しな
い、能率的な土砂の排出をなし得る泥土の連続固化シス
テムを提供しようとするものである。

（課題を解決するための手段）上記目的を達成するための本発明の泥土の連続固化シ
ステムを実施例図に基づき説明する。

第１図は本発明の代表実施例である高含水泥土の連続
固化システムのフロー図、第２図は地上基地としての実
施例の側面図、第３図は第２図のIII−III線視平面図、
第４図はシールド掘削工事における本発明システムの実
施説明図、第５図はボトムゴムケーシング構造一軸ミキ
サーの分解説明図である。

即ち、本発明の高含水泥土の連続固化システムは、高
水分の軟弱粘度、シルト土質、礫泥漿等の高含水泥土10
と適量の固化剤20とを混練するスクリューミキサー３
と、高含水泥土固化剤20を該ミキサー３の泥土の取入口
31に供給する固化剤供給装置21と、上記取入口31に流入
する泥土流速Ｍを検出する流量検出器５と、上記ミキサ
ー出口32から排出する泥土11の水分Ｗを検知する水分計
６と、上記泥土取入口31に流入する高含水泥土10の含水
分と流量に見合った固化剤添加量Ｈを制御する自動制御
手段Ｃとを含み、該自動制御手段Ｃは流量演算器C₁、比
率設定器C₂、流量修正器C₃、流量調節器C₄、変換器C₅よ
り成り、上記流量検出器５によつて検出した高含水泥土
流速信号ｍを流量演算器C₁に入力し、この演算器C₁によ
り泥土10の流速による流量の演算をなし、これに比率設
定器C₂の固形剤比率を乗じて固形剤添加量ｈ′を算出
し、この添加量ｈ′を流量調節器C₄に基準入力すると共
に、上記ミキサー出口32より排出する固形泥土11の水分
Ｗを変換器61により入力信号ｗに変換し流量修正器C₃を
経て、流量調節器C₄に補正入力ｈ″しながら、該流量調
節器C₄によつて固化剤流量ｈを演算決定し、変換器C₅、
24等により操作部210に適合する出力に変換して、固化
剤の添加量Ｈを自動制御することを要旨とするものであ
る。

そして、地上基地として本高含水泥土の連続固化シス
テムを実施する場合には、高含水泥土10の発生現場に泥
土圧送ポンプ４を設置して該圧送ポンプ４によってスク
リューミキサー３の取入口31に高含水泥土10を供給する
ようにすればよい。

また、軟弱高含水地帯で施工されるシールド掘削工事
又は作泥材を切羽へ圧入する泥漿シールド工事に於いて
は、上記スクリューミキサー３による混練及び固化装置
が、シールド機ＳのスクリューコンベアS3によって成さ
れるものとするとよい。

そしてまた、本システムのスクリューミキサー３をボ
トムゴムケーシング構造の一軸ミキサーR3とし、該ミキ
サーの泥土出口32側が吊持され上下に移動可能となし
て、ミキサーの傾斜角度（α）を変更可能としたミキサ
ーR3を使用すると効果的である。

ここでこのボトムゴムケーシング構造の一軸ミキサー
R3について、第５図により簡単に説明する。

不図示の油圧モータ又は電動機により可変速に駆動さ
れるミキサー軸R31には、スクリュー羽根R311が螺旋状
に断続して周設固着され、該スクリュー羽根の不在部分
にはパドル羽根312が適当間隔をおいて突設固着されて
いる。夫々の羽根R311、R312には回転半径を略同じとな
るようなブレードR3110、R3120が取替可能に螺設されて
いる。

また上記ミキサー軸R31の支承部を備えた機枠R30に
は、半円樋状の可撓性ボトムゴムケーシングR32が取替
可能に密着螺設されている。機枠R30の上部は不図示の
容易に取外し可能な蓋板により被覆できるようになって
いる。スクリュー軸の先端上部の機枠位置には泥土10の
取入口31を具備し、スクリュー軸の他端下部の機枠位置
には固化泥土11を排出するミキサー出口32を備え、泥土
がスクリュー軸R31の回転により固化剤20と混練され乍
らミキサー出口32に移送されるように構成されている。

更に泥土流速Ｍの検出には電磁流量計を、固化泥土11
の水分の検出には赤外線水分計を用いると好ましい。

更にまた、スクリューミキサー３の取入口31に供給す
る固化剤を中性液体固化剤とすると固化泥土11を廃棄す
るときに都合がよい。

なお、前記のシールド掘削工事において、極めて高含
水の泥土が発生した場合は、シールド機（Ｓ）のチャン
バー部（S31）から直ちに高含水泥土10を圧送ポンプ４
によって移送するようにするとよい。

（作用）上記のように構成される本発明高含水泥土の連続固化
システムの作用を述べる。

高含水軟弱粘土、高含水シルト土質地帯の掘削土砂又
は湖沼、ダム、河川等の沈澱堆積泥土は、砂礫混じりの
謂ゆるドロドロでジャブジャブの泥土である。このよう
な高含水泥土10はこのままでは取扱いが困難なので、泥
土の質と量に対応する固化剤を適量添加することによっ
て所望の硬さに固化させる必要がある。そこで高含水泥
土10を連続して自動的に固化処理を行うようにしたのが
本発明システムであって、固化剤20と共にスクリューミ
キサーの取入口31に供給された高含水泥土10は、ミキサ
ー３の駆動により該ミキサー内部で混練固化されながら
該ミキサー出口32から排出され、次の排出コンベア７に
より適宜移送される。

上記スクリューミキサー３に供給される取入口31前の
高含水泥土10の水分Ｗと流速Ｍを水分計６と流量検出器
５により検出し、流速信号ｍを流量演算器C₁に入力し、
これに固化剤添加比率を比率設定器C₂により乗ずること
により固化剤の基準添加量信号ｈ′が出力される。ま
た、水分計６の水分パーセントＷは変換器61と流量修正
器C₃とによって固化剤添加量補正出力ｈ″として出力さ
れる。これら基準添加量信号ｈ′と添加量補正信号ｈ″
とが流量調節器C₄に共に入力されて該調節器C₄にて固化
剤添加量信号ｈが演算決定される。この出力信号ｈが変
換器C₅及び変換器24によって操作部210の操作源出力に
変換され、操作部210を含む固化剤供給装置21によって
自動制御されて、固化剤20の添加量Ｈがミキサー取入口
31に供給される。

而してミキサー３に供給された高含水泥土10と適量の
固化剤20とは、該スクリューミキサー３内で混練され乍
らその粘性を増し、所期の硬さの固化泥土11となってミ
キサー出口32より排出され途中水分計６により水分を検
知され乍ら、排出コンベア７上を移送されて後処理され
る。

そして、地上基地として本発明システムが実施される
場合では、高含水泥土10の発生場所近くの泥土圧送ポン
プ４により高含水泥土10がスクリューミキサー３、取入
口31に供給され該ミキサー３内で混練固化されて排出コ
ンベア７などに依って適宜排出され、後処理される。

また、シールド掘削工事の場合には、シールド機Ｓの
スクリューコンベアS3が上記スクリューミキサー３に代
替され、スクリューコンベアS3の前頭部がミキサー３の
泥土取入口31として機能し、ロータリーデスチャーシャ
30出口部32がミキサー３の出口32に相当して、高含水泥
土10がスクリューコンベアS3内で混練固化されて後方設
備のコンベア７、ズリ鋼車S4、クラブバケットS5などに
依って抗外に搬出され、後処理される。

そしてまた、スクリューミキサー３をボトムゴムケー
シング構造の一軸ミキサーR3とすることにより、スクリ
ューとケーシング間の砂礫などの噛込みに対し、ゴムケ
ーシングの可撓性によって駆動力の過負荷やミキシング
の容量低下が防止され、特に大型の礫の混入時に好都合
となる。またミキサーR3の水平面に対する傾斜角度αを
調整可能とすることにより、泥土のミキサー内に於ける
ゲル化（固化）時間を調整することが可能となる。

更に、本発明で取扱う泥土の如き特性物の流量計測に
は、ファラデーの電磁誘導の法則を利用した電磁式流量
計５が適し、また流動する泥土の水分を検知するには、
水分量に応じて光エネルギーが吸収されることを利用し
た特に、赤外線３波長式水分計発信器が好適に機能す
る。

更にまた、高含水泥土をスクリューミキサー３の入口
部31に供給し、ミキサー３内で混練され固化させる為の
添加固化剤20を中性液体固化剤とすることに依って、添
加場所、添加量及び添加圧の調整が容易になされると共
に固化後の泥土から反応水（離漿水）が発生せず固化泥
土11の中性を維持することが出来る。

（実施例１）地上基地Ｇとしての本発明システムの実施例を第２図
及び第３図に従い説明する。

前述したような高含水礫混り泥土は、発生地の近くに
設置された本基地Ｇに向けて、発生地に設けられた泥土
圧送ポンプ４により、泥土輸送管を経由して基地台板G1
上の泥土供給管12まで移送される。

台板G1上には、機枠G2により支承された固化剤サイロ
23をはじめ、スクリューミキサーR3、駆動源となる油圧
ユニット35、自動制御兼動力制御盤Ｃ、サイロ23と連結
管211により連通し、固化剤20を一次貯留して給送する
固化剤供給装置21、電磁流量計５を途中に備えた泥土供
給管12、水分計６を備えた排出コンベア７、ミキサー３
出口部33の吊持用ウインチ34、原水槽、コンプレッサ、
高圧洗浄機等が装備されている。

供給管12に入った泥土10は、途中の電磁流量計５を経
てスクリューミキサーR3の泥土取入口31のホッパに供給
される。

一方、固化剤サイロ23に貯留されていた固化剤20（好
ましくは中性液体固化剤）は、連結管211を経由して固
化剤供給装置21の上部タンクに水位制御され乍ら一次貯
留され、可変速インバータ24により供給量Ｈが制御され
るステップモータによる固化剤供給ポンプ210によって
不図示の供給管22を経由して前記泥土取入口31のホッパ
内に供給される。

そして、上記ホッパ内の泥土10と固化剤20は、スクリ
ューミキサーR3内に流入し、混練され乍ら、その粘度を
増して所期の含水率となり固化され該ミキサー出口32か
ら排出される。この固化泥土11は、途中に赤外線水分計
の発信部６を備えた排出コンベア７によって含水分を検
出され乍ら固化泥土ピット８に搬出される。

泥土ピット８に貯蔵された固化泥土11は適当な手段に
より搬出され埋立、土捨等の後処理がなされる。

以上の如き高含水泥土10の固化処理に際し、自動制御
手段Ｃは、前述の作用の項に説明した如く作動し、固化
剤添加量信号ｈが変換器C₅により回転数信号に変換さ
れ、更に可変速インバータ24により加工されて、ステッ
プモータ付の固化剤供給ポンプ210にて固化剤添加量Ｈ
が自動制御されミキサーR3に送給される。

また、本実施例の自動制御盤は操作盤兼用に構成され
ており、各機器の運転、切替操作ならびに表示をなせる
制御盤とされている。

なお、固化剤20として中性液体固化剤を使用すれば、
固化泥土11の後処理に際し、産廃扱いとならず一般土砂
と同等の扱いとなり好都合となる。

また使用する固化剤は液状であっても粉状であっても
よい。

（実施例２）軟弱高含水地帯で施工されるシールド掘削工事に於け
る本システムの実施例を第４図に従い説明する。

地中を掘削しセグメントS2で覆い掘削土砂を後方に搬
出し乍ら掘進する下水道工事などのシールド掘削工事に
於ては、掘削土砂（排土）を適確に地上に搬出し処理す
る必要がある。そこでシールド機３チャンバー部S31に
開口しているスクリューコンベアS3の泥土取込口31部に
固化剤20を噴射添加してスクリューコンベアS3により高
含水泥土10を混練固化させて後続する搬出コンベア７、
ズリ鋼車S4などにより最適な状態で地上に搬出しようと
するものである。

シールド掘削機Ｓには、不図示のロータリーカッター
により掘削された土砂を保圧・一時保留するチャンバー
部S31が具備され、チャンバー部S31に取込口31を接続し
たスクリューコンベアS3がシールド機Ｓの推進方向に対
して後上りに傾斜して設けられている。取込口31と反対
側のコンベアS3の後部にはロータリーディスチャージャ
ーS30が具備され泥土出口32が開口されている。

シールド工法は、シールド機Ｓにより掘進され、あと
普請としてセグメントS2が組立てられて覆工されトンネ
ルが形成されてゆく。本実施例では、シールド機Ｓの掘
削に付随して搬出コンベア７、固化剤供給装置21、固化
剤サイロ23、可変速インバータ24、自動制御盤（自動制
御手段Ｃ）等の後部設備を載置して移動する後部設備台
車９がシールド機Ｓと一体的に移動される。

本システムのスクリューコンベアS3が駆動されると、
チャンバー部S31の高含水礫混り泥土10はスクリューの
回転によりコンベアS3内に取込まれ後方に移送されるの
であるが、泥土10が高含水で低粘度である場合には、ス
クリューが空転状態となり該泥土10の移送量が減少され
ることになるので、これを防止するため、固化剤を添加
する。

スクリューコンベアS3の取入口31の高含水泥土10は、
該取入口31に近傍に設置された電磁流量計５によりコン
ベアS3通過泥土流速を検出され乍らコンベア後方に移送
される。

一方、固化剤20は、サイロ23より固化剤供給装置21に
より加圧されて供給管22によって上記取入口31部の高含
水泥土10に噴射される。そして高含水泥土10と固化剤20
とはスクリューコンベアS3内で混練固化され乍らロータ
リーディスチャージャーS30の泥土出口32から固化泥土1
1となって排出コンベア７に供給される。排出コンベア
７には赤外線水分計（６）が具備されており、排出固化
泥土11の水分値がチェックされるように成されている。

固化剤添加量Ｈの自動制御については、実施例１と同
様である。

なお、図中S4は排土（固化泥土）を立て坑の排土ピッ
ト８まで搬出するズリ鋼車で、S5はピット８より地上ま
で運ぶクラブバケットであり、排土の抗外搬出手段の一
例を示している。

（発明の効果）本発明の高含水泥土の連続固化システムは、叙上のよ
うに構成されているので次に記載する効果を奏する。

請求項１のシステムにおいては、謂ゆるドロドロでシ
ャブシャブの高含水泥土に固化剤を自動制御下に適量添
加して運搬し易い所望の硬さの固化泥土として連続的に
且つ自動的に取出すことが出来、軟弱泥土の一次仮置用
のストックヤードが必要なく従って膨大な借地代が不必
要となり、設置、撤去及び付帯工事が少なく設備費用を
軽減することが出来る。また、排土の仮運搬がなくなり
従って付近住民よりの苦情を受ける危惧も無くなる。そ
して自動的に固化泥土の水分が管理されるので、省力的
であり且つ衛生的に排土処理をすることが可能となる。

請求項２においては、軟弱粘土シルト土質地帯の土壌
改良並びに湖沼、ダム、河川等の沈澱堆積の礫混りヘド
ロの固化処理などに利用してその効果を発揮するところ
大である。

請求項３のシステムにおいては、掘削土砂量と排土量
のバランスが維持され、抗内作業場の汚泥による環境悪
化を防止すると共に搬送機械類の摺動部礫のかみ込みと
か、砂による摩耗等による損傷を低減し、総じて省力的
な掘削工事とすることに寄与するところ大となる。

また、ボトムゴムケーシングの泥土／固化剤ミキサー
を使用することと、ミキサーの設置傾斜角度を可変とし
たことにより砂礫の噛み込み防止やゲル化時間の調整が
容易となる。

そして、電磁流量計や赤外線水分計を用いることによ
り、自動化の信頼性を向上し、円滑な連続運用が可能と
なる。

更に固化剤を中性液体とすることにより、添加場所を
選ばず、添加圧力、添加量の調整が容易となり、液体の
ため拡散性が良好であり少量の添加においても好適に利
用出来る。そして中性であるため本システムプラントの
廃水処理が不要となり、固化泥土の後処理が経済的とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の代表実施例である高含水泥土の連続固
化システムのフロー図、第２図は地上基地としての実施
例の側面図、第３図は第２図のIII−III線視平面図、第
４図はシールド掘削工事における本発明システムの実施
説明図、第５図はボトムゴムケーシング構造一軸ミキサ
ーの分解説明図である。（符号の説明）３……スクリューミキサー、31……泥土取入口、32……
ミキサー出口、10……高含水泥土、11……固化泥土、５
……流量検出器、６……水分計、20……固化剤、21……
固化剤供給装置、24……変換器、210……操作部、Ｗ…
…泥土水分、Ｍ……泥土流速、ｍ……泥土流速信号、
ｈ′……固化剤添加量、ｈ″……流量補正入力、ｈ……
固化剤流量、、Ｈ……固化剤添加量、Ｃ……自動制御手
段、C₁……流量演算器、C₂……比率設定器、C₃……流量
修正器、C₄……流量調節器、C₅……変換器、R3……ボト
ムゴムケーシング構造一軸ミキサー、α……傾斜角度、
Ｓ……シールド機、S3……スクリューコンベア、S31…
…チャンバー部、４……圧送ポンプ。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】高水分の軟弱粘度、シルト土質、礫泥漿等
の高含水泥土（10）と適量と固化剤（20）とを混練する
スクリューミキサー（３）と、高含水泥土固化剤（20）
を該ミキサー（３）の泥土取入口（31）に供給する固化
剤供給装置（21）と、上記取入口（31）に流入する泥土
流速（Ｍ）を検出する流量検出器（５）と、上記ミキサ
ー出口（32）から排出する泥土（11）の水分（Ｗ）を検
知する水分計（６）と、上記泥土取入口（31）に流入す
る高含水泥土（10）の含水分と流量に見合った固化剤添
加量（Ｈ）を制御する自動制御手段Ｃとを含み、該自動
制御手段Ｃは流量演算器C₁、比率設定器C₂、流量修正器
C₃、流量調節器C₄、変換器C₅より成り、上記流量検出器
（５）によつて検出した高含水泥土流速信号（ｍ）を流
量演算器C₁に入力し、この演算器C₁により泥土（10）の
流速による流量の演算をなし、これに比率設定器C₂の固
形剤比率を乗じて固形剤添加量（ｈ′）を算出し、この
添加量（ｈ′）を流量調節器C₄に基準入力すると共に、
上記ミキサー出口（32）より排出する固形泥土（11）の
水分（Ｗ）を変換器（61）により入力信号（ｗ）に変換
し流量修正器C₃を経て、流量調節器C₄に補正入力
（ｈ″）しながら、該流量調節器C₄によつて固化剤流量
（ｈ）を演算決定し、変換器C₅、（24）等により操作部
（210）に適合する出力に変換して、固化剤の添加量
（Ｈ）を自動制御することを特徴とする高含水泥土の連
続固化システム。
【請求項２】高含水泥土（10）を泥土圧送ポンプ（４）
によって前記スクリューミキサー（３）の取入口（32）
に供給するようにした請求項１記載の高含水泥土の連続
固化システム。
【請求項３】前記スクリューミキサー（３）による混練
及び固化装置が、軟弱高含水地帯で施工されるシールド
掘削工事又は作泥材を切羽へ圧入する泥漿シールド工事
に於けるシールド機（Ｓ）のスクリューコンベア（S3）
によって成され、該スクリューコンベア（S3）の前頭部
の取込口を前記泥土取入口（31）とし、該取入口（31）
近傍のコンベア（S3）端部に流量検出器（５）が設けら
る請求項１記載の高含水泥土の連続固化システム。
【請求項４】スクリューミキサー（３）をボトムゴムケ
ーシング構造の一軸ミキサー（R3）とし、該ミキサーの
泥土出口（32）側が吊持され上下に移動可能となして、
ミキサーの傾斜角度（α）を変更可能としたミキサー
（R3）を使用する請求項１又は２記載の高含水泥土の連
続固化システム。
【請求項５】泥土流速（Ｍ）の検出に電磁流量計を、固
化泥土の水分（Ｗ）の検出に赤外線水分計を用いた請求
項1,2,3又は４記載の高含水泥土の連続固化システム。
【請求項６】スクリューミキサーの取入口に供給する固
化剤（20）が中性液体固化剤である請求項1,2,3,4又は
５記載の高含水泥土の連続固化システム。