JP2845136B2 - 泥水管路の水撃防止装置 - Google Patents

泥水管路の水撃防止装置

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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16LPIPES; JOINTS OR FITTINGS FOR PIPES; SUPPORTS FOR PIPES, CABLES OR PROTECTIVE TUBING; MEANS FOR THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16L55/00Devices or appurtenances for use in, or in connection with, pipes or pipe systems
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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はシールド工法などの固形
物を含む泥水管路に発生する水撃の防止装置に係る。
【0002】
【従来の技術】水撃とは周知の通り管路内の水圧が突然
何かの理由によって異状に上昇し、管路に装着した弁や
ポンプなどの機材へ激しい衝撃を加える現象を指し、時
にはこれらの機材を破壊して管路の機能を停止するトラ
ブルの原因となることもある。水撃現象は管路内の通水
が清浄水の場合にも発生するが、固形物を含む泥水の場
合には、噴出した泥水が周囲の環境を著しく汚損し、外
観や悪臭のために厳しい指弾を受ける原因となりやす
い。
【0003】固形物を含む泥水の管路を必要とする作業
現場は決して稀なケースではなく、都心の地下鉄新設に
適用されるシールド工法など人々の日常生活と密接に繋
がる繁華街でも始終遭遇する工事である。
【0004】シールド工法は、図5に例示するように、
地上の泥水調整槽101から固形物の含有率、密度、流
動性など調整された泥水を、地中の回転カッタ102の
周辺まで送水し、掘削部の土圧と泥水圧とを均等に維持
して掘削を進め、泥水と掘削後生じた土砂を、一緒に地
上へ送り返す循環系路を形成する工法である。この工法
では、往復する泥水の送水のためのポンプや、多数の弁
を管路に介装しており、特に空気シリンダ式バルブを管
路内に介装すれば、開閉が敏速で作動が制御しやすい反
面、急速な水圧変化が生じて水撃発生の原因となりやす
い難点がある。また、循環の復路においては、掘削され
た多数の土砂が混在するから、その中の比較的粒度の大
きい岩石や礫のために管路の一部が閉塞する懸念も高
く、その結果、水圧が急上昇することも避けられない場
合がある。そのため、各施工業者にとっては、水撃によ
るトラブルの発生は何としても防止できるように万全の
態勢を組んでおく必要があり、以下に説明するような水
撃防止装置が一般に採用されている。
【0005】図6は水撃防止装置に関する従来技術の一
つであり、図5に示した位置に介装されている。圧力開
放弁103は泥水管路の本管1aから分岐した枝管2a
に取り付けられ、圧縮空気の供給を受けて作動する圧力
開放弁である。本管1aに取り付けられた圧力検出器1
04は、管路の内圧が設定値を超える異状を検知したと
き、その検知を電気信号に置換して操作用空気の供給口
を開いて圧力開放弁を開き、異状に上昇した水圧を緩和
する。管路内の泥水の一部は開いた圧力開放弁を通過し
て下方に設けたピット105内へ放出される。圧力が低
下して定常状態に戻れば、電気信号の出力も消え操作用
空気の供給口は閉じて圧力開放弁が閉止し、再び定常的
な管路流に復帰する。
【0006】図7は水撃防止の別の従来技術を示す縦断
正面図であり、この方式はアキュムレータを使用するも
ので、図(A)では本管1bにアキュムレータ106を
直接連通し、その内部は二分して上部は一定圧力のガス
を封入したガス室106Aとし、可撓性の隔膜(ダイヤ
フラム)107で仕切った下部は本管内の泥水流と連通
した液室106Bとしている。泥水圧が異状に高くなる
と、可撓性の隔膜107を介してガス室106Aを圧迫
して容積を縮小し、異状な高圧を吸収緩和して水撃の発
生を防止する。異状圧が下降すれば可撓性の隔膜も元の
形状に戻り、ガス室の容積も設定通りの状態に復帰す
る。
【0007】図7(B)は別のタイプのアキュムレータ
方式であり、アキュムレータ108を本管1cへ直接取
り付け、アキュムレータ内へ浮動ボール109を封入し
て上部をガス室108A、下部を本管と連通する液室1
08Bに仕切り、管路内の泥水圧が上昇すれば浮動ボー
ル109が上昇してガス室の容積を圧縮して圧力を緩和
する構成となっている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】ここで引用した水撃防
止の従来技術は、特に流体が固形物を大量に含む泥水で
あることに留意した対策ではなく、通常の清浄水、例え
ば水道水の管路などにも適用されている慣用技術である
から、そのまま泥水管路へ踏襲した場合には特有の課題
に煩わされざるを得ない。すなわち、図6の圧力開放弁
のケースでは本管内の圧力検出の位置と圧力開放の位置
とが一致することは困難な構成となりやすいから、水撃
圧を検知して瞬間的にその高圧を開放することができ
ず、応答遅れが生じて最初の水撃による被害を回避する
のが間に合わないという課題が残る。さらに電気信号に
依存する構成であるから、雑多なノイズが介入すると誤
作動が発生して徒らに混乱を引き起こす恐れもある。
【0009】さらに加え、圧力開放弁は本管から分岐し
た枝管に取り付けられているから、水撃圧を開放して正
常状態に戻る場合、弁内へは先の弁開の作動時に多量の
泥水が通過しているため、弁箱弁座面や弁体表面は固形
物の付着で汚染され、弁閉時にはこの固形物を噛み込ん
で完全に弁座と弁体との密着ができなくなるケースが頻
発する。その都度、圧力開放弁を分解して内部の汚染を
拭い去ることはまことに煩瑣に耐えず、殆ど管理は不可
能であると言っても過言ではない。また、図のような水
撃圧の開放時に泥水の逃げ場として設けたピット内に
は、作動の度に泥水が流入し、速やかに回収することも
煩瑣であるが、放置すれば腐敗や悪臭のために狭隘な地
下作業場の職場環境を著しく劣化させる恐れがある。
【0010】一方、図7に示したアキュムレータ方式
は、管路外に泥水を放出する構成ではないから、その点
では前例に勝るが、実地的には水撃圧に押圧されて収縮
するガス室の容量と液室とのバランスを予め設定するこ
とは、突如発生する異状な高圧がどの程度のレベルに達
するか予見できないから、技術的にきわめて困難であ
り、密封状態で閉じ込められたガス体へ収縮と膨張とが
連続的に繰り返されると、却ってその反力のために波動
が増幅されて水撃作用が成長強化し、衝撃波による被害
が拡大する懸念もある。
【0011】本発明は以上に述べた課題を解決するため
に、泥水が管路外に零れ出さないで内部的に収容され、
かつ泥水中の固形物噛み込みに伴って水撃圧開放用の弁
が機能を失う恐れもない、泥水管路に最も適切な水撃防
止装置の提供を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】本発明に係る泥水管路の
水撃防止装置は、管路の本管1から分岐する枝管2に上
部で連通する受圧槽3を設け、清浄水Wを充水した該受
圧槽3の上部へ本管1の異常高圧時に前記枝管2を介し
て進入する泥水圧に押されて清浄水Wが進入する一端4
1を槽内に、また、該進入水を排出する他端42を槽外
にそれぞれ開口する安全弁4を装着すると共に、受圧槽
3の頂面33には前記他端42から排出した清浄水Wを
補給する給水口31を開閉自在に設け、また、槽下部
は進入して沈殿した泥水中の固形物を排出する排出口3
2を開閉自在に設けたことによって前記の課題を解決し
た。
【0013】この構成に対して、受圧槽3の上部に連接
する枝管の開口端21と上部を貫通して挿入された安全
弁4の一端41とは、受圧槽の円周上で最も遠く離れた
位置関係にあり、かつ両者の中間を長く隔てる仕切り板
34を頂面33の内面から少なくとも受圧槽3の全高の
ほぼ半分に亘って垂設すれば具体的に優れた実施例とな
る。
【0014】また、この構成において、安全弁4の他端
42の先端が挿入されて排水と共に圧力を放出する排水
回収槽5を並設し、該排水回収槽5の下部へ安全弁4か
ら進入して滞留した排水を処分する排水口51を開閉自
在に設けると共に、側部に該滞留状態を知って処分のタ
イミングを表示する水位計52を取り付けたこともきわ
めて有効な実施例である。
【0015】
【作用】本管1から分岐して連通する枝管2を介して本
管内の泥水圧が密封状態の受圧槽3へ充水した清浄水W
の水圧と対向している。管路の泥水圧が正常な時には、
この圧力関係がバランスして何の変化も起こらないで、
定常状態で管路内を泥水が流動していく。先に例示した
何らかの原因で本管内の泥水圧が急に上昇すると、両者
の圧力バランスが崩れて管路内の泥水Dが枝管2を通っ
て受圧槽3内へ進入する。この加圧のために受圧槽3自
体の内圧も急上昇し、安全弁4の一端41から槽内の清
浄水Wの一部が弁内へ進入し他端42から放出されて圧
力を開放するため、一旦急上昇した泥水圧は直ちに急下
降し本管内の泥水圧は正常に戻る。
【0016】受圧槽3内へ進入するのは本管と連通する
枝管から入る泥水Dの一部であるが、安全弁内へ進入す
るのは大半が受圧槽内に封入された清浄水Wであり、安
全弁内が固形物で汚染される機会は殆どない。また、受
圧槽内へ進入した固形物は比重の差によって槽内の底部
へ沈殿するから、槽の下部から排出すれば常に清潔で衛
生的な職場環境を維持できる。
【0017】
【実施例】図1(A)(B)は本発明実施例の正面図
(一部断面)と側面図である。また、泥水管路へ介装す
る実施例として、図2にシールド工法における設置位置
を示している。図1において、泥水と掘削後の土砂など
を含む復路の本管1から所望の位置で枝管2を分岐して
受圧槽3へ連結する。受圧槽3は上部に枝管の開口端2
1と連接する泥水給水口35を具え、さらに頂面33を
貫通して清浄水給水口31を具える一方、下方には内部
へ進入した泥水中の固形物を排出するための固形物排出
口32を具え、それぞれ弁36および37を開閉して清
浄水の補充と固形物の排出とを適宜行なう。頂面33の
内面から仕切り板34が垂設され、その長さは受圧槽3
の有効高さのほぼ半分を越えることが望ましい。すなわ
ち、前記の泥水給水口35から受圧槽内へ進入してきた
泥水Dが、直ちに安全弁内へ短絡しないように仕切って
いるので、安全弁へは受圧槽内に充満している清浄水W
だけが優先的に進入するように図っているのである。
【0018】受圧槽3の上へ載置した安全弁4の一端4
1は、圧力導入口として受圧槽の頂面33を貫通して挿
入され、他端42は圧力放出口としてこの実施例では大
気中へ開口している。この基本構成によって、本管1の
管内圧が異状に高まったとき、その異状圧は枝管2を介
して泥水Dを受圧槽内へ進入し、受圧槽の内圧が瞬時に
高まって安全弁4の一端から清浄水Wが弁内へ進入し、
他端から放出されるので直ちに受圧槽の内圧は下降し、
これに誘導されて本管内の泥水圧も下降する。また適宜
槽内の底部に沈降した固形物を弁37を開いて排除し、
清浄水給水口31の弁36を開いて清浄水Wで受圧槽3
を充満する。
【0019】図3は本発明の実施例で適用する安全弁4
の縦断正面図であるが、当然本実施例を以て全ての構成
を限定するものではなく、慣用されている安全弁であれ
ばどのような型式であっても本発明への適用を妨げるも
のではない。図の例で言えば、一端41(圧力導入口)
と他端42(同放出口)との連通を断って、定常状態で
は弁体43が弁箱弁座44と密着して弁閉となってい
る。密着するように付勢しているのは上部の圧縮ばね4
5であり、一定のばね圧が常に弁体を弁閉の方向に強制
している。本管1の管内圧が異状に高まり水撃作用の前
兆が現れると、異状圧が圧縮ばね45の付勢力に勝って
弁体を押し上げ、受圧槽内の清浄水が一端から進入して
他端へ排出され、異状圧が解消すると再び圧縮ばねの付
勢力が優先して弁体を押し下げ弁を閉じる。
【0020】図4は本発明の別の実施例を示し、前例と
同様に正面図(一部断面)を図(A)で、また側面図を
図(B)で、また図(B)のX−X視を図(C)でそれ
ぞれ表している。この例では安全弁4の他端42(圧力
放出口)の先端に排水回収槽5を付設した点が特徴であ
り、前例がほぼ清浄水だけであるとは言え、安全弁の圧
力放出口から恣意に排水が流出することを改善する構成
となっている。すなわち、排水回収槽5の頂面には安全
弁4の圧力放出口の先端が挿入され、下方には排水口5
1が弁53によって開閉自在に開口している。なお、こ
の槽内滞留の排水を処分するタイミングを表示し、受圧
槽内の泥水による汚染度の推定をするために、槽の側面
に水位計52を取り付けておけば、内部の滞留状態が一
目で知ることができるので管理に好都合である。
【0021】
【発明の効果】本発明は以上に述べた通り泥水管路、例
えばシールド工法の往復の本管へ介装して管路内に水撃
作用の前兆である異状な圧力上昇が生じたときには、瞬
時にこの異変を捉えて圧力放出作用を発現する。この作
動に応答遅れは全くなく、圧力変化と完全に同調するの
で水撃防止に万全の備えとなる。しかも作動後の泥水の
逸出がなく、すべての泥水は装置内に収容される閉鎖回
路内での処理に留まるから、管外空間へ環境を悪化させ
るような影響を与えず、狭隘な作業現場であっても不快
な職場環境とならないように保全する効果がある。ま
た、従来技術に比べると装置の機能を維持するためのメ
ンテナンスに、煩瑣な日常の点検を強いることもないか
ら作業性の向上、日程管理の便益など間接的な貢献も見
逃せない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の正面図(一部断面)(A)と側
面図(B)である。
【図2】本発明実施例が適用される泥水管路のフロー図
である。
【図3】実施例のうち、安全弁の詳細を示す縦断正面図
である。
【図4】別の実施例を示す正面図(一部断面)(A)、
側面図(B)、同図のX−X視(C)である。
【図5】従来技術における泥水管路のフロー図である。
【図6】従来技術の縦断正面図である。
【図7】(A)(B)によって別の従来技術二例の縦断
正面図を示す。
【符号の説明】
1 本管 2 枝管 3 受圧槽 4 安全弁 5 排水回収槽 31 清浄水給水口 32 固形物排出口 33 頂面 34 仕切り板 35 泥水給水口 41 一端(圧力導入口) 42 他端(圧力排出口) 51 排出口 52 水位計 W 清浄水 D 泥水

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 固形物を含む泥水管路に介装する水撃防
    止装置において、管路の本管1から分岐する枝管2に上
    部で連通する受圧槽3を設け、清浄水Wを充水した該受
    圧槽3の上部へ本管1の異常高圧時に前記枝管2を介し
    て進入する泥水圧に押されて清浄水Wが進入する一端4
    1を槽内に、また、該進入水を排出する他端42を槽外
    にそれぞれ開口する安全弁4を装着すると共に、受圧槽
    3の頂面33には前記他端42から排出した清浄水Wを
    補給する給水口31を開閉自在に設け、また、槽下部
    は進入して沈殿した泥水中の固形物を排出する排出口3
    2を開閉自在に設けたことを特徴とする泥水管路の水撃
    防止装置。
  2. 【請求項2】 請求項1において受圧槽3の上部に連接
    する枝管の開口端21と上部を貫通して挿入された安全
    弁4の一端41とは、受圧槽の円周上で最も遠く離れた
    位置関係にあり、かつ両者の中間を長く隔てる仕切り板
    34を頂面33の内面から少なくとも受圧槽3の全高の
    ほぼ半分に亘って垂設したことを特徴とする泥水管路の
    水撃防止装置。
  3. 【請求項3】 請求項1または2において安全弁4の
    端42の先端が挿入されて排水と共に圧力を放出する
    水回収槽5を並設し、該排水回収槽5の下部へ安全弁4
    から進入して滞留した排水を処分する排水口51を開閉
    自在に設けると共に、側部に該滞留状態を知って処分の
    タイミングを表示する水位計52を取り付けたことを特
    徴とする泥水管路の水撃防止装置。
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