JP2800073B2 - 泥水処理方法およびその装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、たとえば泥水に所定の
圧力を与え循環させることにより切羽の安定を図り、掘
削土を泥水とともに排泥しながら掘削を行う泥水式シー
ルド工法、地中連続壁工法等における排泥水の分離・調
泥のための泥水処理方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より使用されている泥水式シールド
工法等の泥水処理装置は、シールド機本体部から排泥さ
れた泥水を粒度により分離し、その泥分を調節して再度
切羽に送泥するとともに、余剰の泥分についてはプレス
により脱水処理することによりケーキ状にするものが一
般的である。前記脱水処理時に発生する濾水は、希釈水
として泥水比重の調整に使用される他は、その状況に応
じて適合基準に合致するように濁度・ｐＨ処理がなされ
放流される。

【０００３】以下、従来より使用されている泥水シール
ド工法における泥水処理装置の一例について図４および
図５の処理工程フロー図に基づき詳説する。シールド切
羽から排泥される泥水の泥水処理は、７４μｍ程度以上
のレキ・砂分の除去を行う一次処理と、７４μｍ程度以
下のシルト・粘土分の分級脱水を行う二次処理と、放流
される濁水の清澄とｐＨ（水素イオン濃度）調整を行う
三次処理とに分けられる。先ず、シールド機械によって
掘削された土砂は、地山安定の為と土砂の輸送を目的と
して泥水処理装置Ｆから送られる泥水とともにポンプ圧
送され、再び一次処理装置Ｆに送られる。掘削された土
砂の中には玉石や塊状の粘性土、貝殻等の大粒径のもの
が含まれるため、レキを処理するスクリーン２と砂を処
理するスクリーン４との二種類のスクリーンを有する振
動脱水篩１が設けられている。前記振動脱水篩１の上方
には湿式サイクロン６、６が設けられており、シールド
切羽から送られてきた泥水は、最初にレキ用スクリーン
２を通過後、振動脱水篩１アンダータンク３に貯留し、
ポンプ５によって湿式サイクロン６、６に送られ、ここ
で主として７４μｍ以上粒子の砂分が分級され、砂用ス
クリーン４で脱水された後に搬出される。前記レキ用ス
クリーン２または砂用スクリーン４上では、回収される
レキ・砂の層が形成されており、このレキおよび砂に付
着泥水としてシルト分・粘度分が多少回収される。な
お、物質収支計算では、回収されるレキの重量の１０
％、砂の重量の４０％の泥水が回収されるとしており、
この結果一次処理装置Ｆでは含水比２５％程度の砂レキ
を分級する。湿式サイクロン６、６のオーバー泥水は主
として７４μｍ以下の粒子分を含んだまま調整槽８に送
られ、ここからポンプ９により再びシールド切羽へ送ら
れる。

【０００４】前述一次処理装置Ｆでは、掘削地山に含ま
れる水分と主として７４μｍ以下の粒子を除去できない
ため、シールド掘削の進行に伴い、泥水の絶対量、比重
および粘性等は徐々に増大する。そのため余剰泥水は、
前記調整槽８からポンプ２２により余剰泥水槽２３に送
られ、さらに、脱水時間の短縮を図るために、凝集剤槽
２６から硫酸バンドまたはポリ塩化アルミニウムなどの
無機の凝集剤が混入され、スラリー槽２５へと送られ
る。そして、この余剰泥水はスラリー槽２５において攪
拌混合され凝集化される。この凝集化されスラリー状と
なった泥水は、ポンプ２７によりフィルタープレス２８
に送られ、ここでプレスされ脱水ケーキとして貯留ホッ
パー３４に貯留される。一方、このプレス処理により発
生する濾水は、一旦濾水槽３０に貯留され、その大部分
についてはポンプ３１により調整槽８に希釈水として循
環され泥水の比重調整のために使用されるが、その一部
の余剰濾水については、ポンプ３２により三次処理装置
Ｈの中和処理装置３３に送られ、シックナーによりＳＳ
値（浮遊物質量）の処理とともに、炭酸ガス等によりｐ
Ｈ値調整により放流基準以下に調整されて放流される。
なお、前記フィルタープレス２８により、含水比２５０
％程度の泥土から含水比６０〜７０％程度までの脱水が
可能である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
泥水処理装置においては以下のような問題がある。フィ
ルタープレス２８による処理はバッチ処理であるため、
必要とされる機械規模の割には処理能力が小さく、また
土質が変化しフィルタープレス２８の前処理で凝集剤の
添加が適量でなくなった場合には、脱水時間が大幅に長
くなりさらに処理能力が低下する。またプレスによる脱
水処理の場合には、有用な泥水材料も同時に廃棄するた
め不経済であるとともに、脱水ケーキは機械的な脱水で
あるため、その後雨水等に当たると再び高含水となり泥
土化するため、再利用化の途がないなどの問題を有する
とともに、余剰濾水は放流処理されるため、放流基準以
下にするための中和処理装置、シックナーなどを必要と
する。なお、脱水ケーキの中に含まれる水分がかなりあ
るため、土質条件によっては全体の物質収支バランスが
くずれ、循環系外から補給水を加える必要が生ずる場合
もある。

【０００６】また、貯留ホッパー３４、濾水槽３０およ
びスラリー槽２５が、フィルタープレス２８の処理能力
を補うために大型化し、結果的に泥水処理装置全体の占
有規模が大きくなり、設備コストが大きく、また前記濾
水槽３０の濾水は調整槽８に希釈水として循環されてい
るため泥水調整の管理が煩雑であるなどの問題を有す
る。

【０００７】そこで発明の主たる課題は、連続的に泥水
処理可能とし処理能力の向上を図るとともに、機械設備
の縮小、設備コストの低減を図り、余剰水を発生させる
ことなく、さらに補給水も不用とし、最終的に得られる
処理残土は建設資材として利用可能な泥水処理方法およ
びその装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決した本発
明法は、建設現場からの排泥水から、スクリーンおよび
一次サイクロンによって相対的に大粒径の固形分を分級
・除去し、分級後の残る小粒径の固形分を含む泥水を調
整槽に貯留するとともに、この調整槽内の泥水を再びシ
ールド切羽へ循環させる一次処理工程と、前記調整槽内
の泥水を二次サイクロンに送り、二次サイクロンにおい
てオーバーフローする低濃度の泥水を前記調整槽に返送
するとともに、前記調整槽への返送量を調整することに
より前記調整槽内の泥水の比重を調整する一方で、前記
二次サイクロンからアンダーフローする高濃度の泥水を
余剰泥水槽に貯留し、この余剰泥水槽中に貯留された高
濃度の泥水については、順次連続的に固化材の混入して
混合し脱水・固化処理して排出する二次処理工程とから
なることを特徴とするものである。また、前記課題を解
決した本発明装置は、建設現場からの排泥水から、相対
的に大粒径の固形分を分級・除去するスクリーンおよび
一次サイクロンと、分級後の残る小粒径の固形分を含む
泥水を貯留する調整槽とを備え、この調整槽内の泥水を
再びシールド切羽へ循環させる一次処理装置と、前記調
整槽内の泥水を脱水・濃縮化処理するための二次サイク
ロンを設け、この二次サイクロンのオーバーフローした
低濃度の泥水を前記調整槽に返送するとともに、前記調
整槽への返送量を調整することにより前記調整槽内の泥
水の比重を調整する泥水調整手段と、前記二次サイクロ
ンからアンダーフローする高濃度の泥水を貯留するため
の余剰泥水槽と、この余剰泥水槽に貯留された高濃度の
泥水を固化材の混入して混合し脱水・固化処理する脱水
固化手段とを備える二次処理装置とからなることを特徴
とするものである。

【０００９】

【作用】本発明においては、先ずシールド切羽からの排
泥水について、一次処理工程において、相対的に大粒径
の固形分、具体的には粒径７４μｍ程度以上の固形分を
分級・除去を行うとともに、分級後の粒径７４μｍ程度
以下の固形分を含む泥水については調整槽に貯留し、こ
の調整槽から再びシールド切羽へ循環させる循環システ
ムが構成される。シールド掘削に伴い、泥水の絶対量、
比重、粘性等は徐々に増加するため、そのための処理と
して、前記調整槽の泥水を二次サイクロンに送り、ここ
で脱水・濃縮化処理を行う。そしてオーバーフローする
低濃度の泥水については前記調整槽に循環させ泥水調整
を行うとともに、アンダーフローする高濃度の泥水につ
いては余剰泥水槽に貯留する。なお、前記調整槽内の泥
水量については、再びシールド切羽へ循環させるための
必要以上の量は、直接前記余剰泥水槽に送り、泥水量の
調整を行うことができる。このようにして、前記調整槽
の泥水比重と量をコントロールする。さらに、前記余剰
泥水槽に貯留された高濃度の泥水については、泥水固化
処理手段において、固化材の添加とともに混合され脱水
・固化処理され排出される。

【００１０】このように、本発明においては、先ず泥水
の最終処理を連続的処理が可能な化学的な脱水・固化処
理によるため、従来のようなスラリー槽２５、フィルタ
ープレス２８、濾水槽３０および貯留ホッパー３４を必
要としないため、処理装置全体の設置面積および容積を
縮小化できるとともに、その設備費についても低減でき
る。また、高含水泥土の全部を化学的に固化するため、
濾水の発生がなく中和処理が不要となる。さらに、前記
脱水・固化される泥水の固形物粒子は、一次および二次
サイクロンの通過により脱水・濃縮化され、概ね含水比
で１００％以下とされるため、一般に知られているセメ
ント系、あるいは石灰系の土質改良材（固化材）により
容易に改良し得る範囲の性状の泥土となり、埋土や路盤
材等として利用が可能となる。また、従来のフィルター
プレスによる場合には、安全管理上フィルタープレス１
台につき、一人の操作員を必要としていたが、本発明の
場合には自動運転が可能であり省力化が図れる。

【００１１】以上のように本発明においては、機械的か
つ物理的な脱水・濃縮処理の後に、濃縮化された高濃度
の泥水について化学的な脱水・固化処理を行うことを発
明の要旨とすることにより種々の効果が生まれる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明を図１〜図３に示す実施例に基
づき詳説する。図１は泥水処理工程の全体概略図を示
し、図２はそのフロー図を示す。図１において、シール
ド切羽からポンプによって送られた泥水は振動脱水篩１
のレキ用スクリーン２を通過して、ここで粒径２mm以上
のレキ分が分級される。

【００１３】粒径２mm未満の固形物を含む泥水は、振動
脱水篩１のアンダータンク３に貯留された後、ポンプ５
により一次サイクロン６、６に送られる。一次サイクロ
ン６、６では泥水中の粒径７４μｍ以上の砂分を分級
し、これをアンダーフローとして砂用スクリーン４に給
泥する。以上の濾過工程により振動脱水篩１では、主と
して粒径７４μｍ以上のレキ、砂分が分級されることと
なる。前記一次サイクロン６、６からオーバーフローし
た主として粒径７４μｍ以下の固形物を含む泥水は、調
整槽８に貯留され、ポンプ９により再びシールド切羽に
送給される。なお、以上の処理を行う装置群が一次処理
装置Ｆである。

【００１４】前述のように泥水はシールド切羽と調整槽
８との間を循環することとなるが、シールド掘削の進行
に伴い、前記調整槽８に貯留される泥水量、比重および
濃度は徐々に増加する。したがって、本実施例において
は、ポンプ１１により調整槽８に貯留される主として粒
径７４μｍ以下の固形物を含む泥水を送給路２０により
二次サイクロン１２、１２に送り、ここで脱水・濃縮化
する。前記二次サイクロン１２、１２においてオーバー
フローする低濃度の泥水については循環路１９により前
記調整槽８に循環させる一方、アンダーフローする高濃
度の泥水について余剰泥水槽１３に貯留される。なお、
前記二次サイクロン１２、１２における分級、濃縮性能
については、土質条件、固化条件等により適宜決定する
ことができる。

【００１５】前記調整槽８と余剰泥水槽１３との間に
は、前記調整槽８から二次サイクロン１２、１２への送
給路２０およびその循環路１９の他に、さらに送給量と
循環量との物質収支バランスを保つための別途独立の送
給路２１が形成されており、前記各流路に配設された流
量計１８、…に基づき、送給路２０およびその循環路１
９の送給量の差分に応じて送給路２１の送給量が決定さ
れるようになっている。

【００１６】また、前記送給路２１の送給量の検知手段
としては、前記の流量計１８、…の他に、たとえば図３
に示されるように、調整槽８の深さ方向に２台の圧力計
３５、３５を配設し、前記調整槽８内の泥水の比重（ρ
１）および泥水量（Ｈ１）を次式により求め、二次サイ
クロン１２、１２への送給量および送給路２１の送給量
を決定することもできる。 ΔＰ１＝ＰH1−ＰL1 −−−−−−−−（１） ρ１＝ΔＰ１／ｈ１−−−−−−−−（２） Ｈ１＝ＰH1／ρ１ −−−−−−−−（３）なお、前記
余剰泥水槽１３に貯留される泥水は、サイクロン１２に
より土質条件によって異なるが、概ね含水比１００％以
下、粒径７４μｍ以下のシルト・粘度分を含む余剰泥水
とすることができる。ところで、前述具体例において
は、送給路２０およびその循環路１９の他に、別途独立
の送給路２１を形成した例について示すが、たとえば予
め所望の泥水比重、泥水量となるように、前記二次サイ
クロン１２、１２の性能およびその送給量を決定し、前
記送給路２１を無くすこともできる。

【００１７】前記余剰泥水槽１３に貯留された泥水は、
スクイズポンプ１４などにより泥水固化装置１５に送ら
れる。泥水固化装置１５では、泥水の送泥量が流量計１
８により計測され、これに応じて固化材サイロ１６から
のセメント系、石灰系などの固化材が適量添加されて該
装置１５内で混合されることにより化学的に脱水・固化
された後、ダンプトラック１７により搬出される。な
お、泥水固化装置１５までの処理を行う装置群が二次処
理装置Ｇである。

【００１８】前記固化材添加量は、たとえば石灰系の固
化材の場合で１０〜６０kg/m³ 、好ましくは５０〜６０
kg/m³ 程度とされる。また、セメント系の固化材の場合
で、５〜１００kg/m³ 、好ましくは３０〜７０kg/m³ 程
度とされる。

【００１９】石灰系の固化材の添加による反応は、先ず
土と石灰の溶解によって生じたカルシウムイオンとの間
にイオン交換反応が起こり、カルシウムイオンが土粒子
表面に吸着され土中の微粒子が凝集化し、次にカルシウ
ムイオンを吸着した土粒子がアルカリ雰囲気で更に石灰
と反応して安定な結晶鉱物を生成していくポゾラン反応
を起こし固化するものである。一方、前記ポゾラン反応
に関与しなかった残余の石灰は土中の炭酸や炭酸ガスと
反応して固結化する炭酸化反応を起こす。なお、生石灰
の場合には、生石灰自身の水和反応によって土中の水分
を吸水発熱し、生石灰量の約３２％の水が団結化する。
このような反応により高含水比の粘性土は、含水比の低
下、土の粒度改良、土の塑性指数の低下およびトラフィ
カビリティーの改良など土質改良がなされ、前記固化泥
土は、早期強度発現性に優れるとともに、一軸圧縮強度
で０．５kg/cm²以上の強度を有し、埋土、路盤材として
の利用が可能となる。

【００２０】次に、本発明泥水処理装置を具体的な泥水
式シールド工法による掘削へ適用する想定の下で各種の
比較を行った。泥水シールド工法の掘削条件は、表１に
示される条件とした。

【００２１】

【表１】

【００２２】以上の条件の下での、物質収支計算を行
い、先ず従来の処理条件の下で所要機器の能力、規模、
台数等について決定するとともに、本発明を適用した場
合について、必要な二次サイクロンの能力、設置個数、
余剰泥水の容量、固化装置の能力、規模について決定
し、それぞれの場合について負荷容量、所要機器の設置
面積、設置容積、設備費、処理に要する維持費等につい
ての比較を行った。その結果を表２に示す。

【００２３】

【表２】

【００２４】上記表２より明らかとなるように、本発明
の場合には、掲げた項目の全てについて、従来方式に比
して大幅に低減し得ることが判明される。

【００２５】

【発明の効果】以上詳説のとおり、本発明によれば、連
続的な泥水処理可能となり処理能力の向上を図り得ると
ともに、機械処理設備の縮小、設備コストの低減を図り
得る。

【００２６】また、泥水をそのまま化学的に固化するた
め余剰水を発生させることがなく中和処理が不要とな
り、最終的に得られる固化処理体は建設資材として利用
可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る泥水処理装置における全体処理工
程図である。

【図２】本発明に係る泥水処理装置による処理フロー図
である。

【図３】調整槽における泥水比重および泥水量の検出方
法を示す図である。

【図４】従来の泥水処理装置における全体処理工程図で
ある。

【図５】従来の泥水処理装置による処理フロー図であ
る。

【符号の説明】

１…振動脱水篩、２…レキ用スクリーン、３…アンダー
タンク、４…砂用スクリーン、６…一次サイクロン、８
…調整槽、１２…二次サイクロン、１３…余剰泥水槽、
１５…泥水固化装置、１６…固化材サイロ、１８…流量
計、３５…圧力計

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】建設現場からの排泥水から、スクリーンお
   よび一次サイクロンによって相対的に大粒径の固形分を
   分級・除去し、分級後の残る小粒径の固形分を含む泥水
   を調整槽に貯留するとともに、この調整槽内の泥水を再
   びシールド切羽へ循環させる一次処理工程と、 前記調整槽内の泥水を二次サイクロンに送り、二次サイ
   クロンにおいてオーバーフローする低濃度の泥水を前記
   調整槽に返送するとともに、前記調整槽への返送量を調
   整することにより前記調整槽内の泥水の比重を調整する
   一方で、前記二次サイクロンからアンダーフローする高
   濃度の泥水を余剰泥水槽に貯留し、この余剰泥水槽中に
   貯留された高濃度の泥水については、順次連続的に固化
   材の混入して混合し脱水・固化処理して排出する二次処
   理工程とからなることを特徴とする泥水処理方法。
2. 【請求項２】建設現場からの排泥水から、相対的に大粒
   径の固形分を分級・除去するスクリーンおよび一次サイ
   クロンと、分級後の残る小粒径の固形分を含む泥水を貯
   留する調整槽とを備え、この調整槽内の泥水を再びシー
   ルド切羽へ循環させる一次処理装置と、 前記調整槽内の泥水を脱水・濃縮化処理するための二次
   サイクロンを設け、この二次サイクロンのオーバーフロ
   ーした低濃度の泥水を前記調整槽に返送するとともに、
   前記調整槽への返送量を調整することにより前記調整槽
   内の泥水の比重を調整する泥水調整手段と、前記二次サ
   イクロンからアンダーフローする高濃度の泥水を貯留す
   るための余剰泥水槽と、この余剰泥水槽に貯留された高
   濃度の泥水を固化材の混入して混合し脱水・固化処理す
   る脱水固化手段とを備える二次処理装置とからなること
   を特徴とする泥水処理装置。