JP3124505B2 - 泥水処理システムおよび泥水工法用の泥水処理システム - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は泥水処理システムお
よび泥水工法用の泥水処理システム、特にスラリーを改
質するために濃縮化する泥水処理システムおよび泥水工
法用の泥水処理システムに関する。

【０００２】

【背景技術および発明が解決しようとする課題】従来よ
り泥水処理システムは、各種の分野において広く用いら
れている。特に、泥水工法の分野では、例えば安定液を
用いた立坑の掘削工法や、泥水式シールド工法等におい
て、工事に使用した排泥水としてのスラリーを処理する
ために用いられている。ここで、スラリーとは、水と微
細粒子が混合した液体のことであり、地中連続壁の安定
液や、泥水式シールド工法等における泥水も含まれる。

【０００３】このような泥水処理システムは、通常地上
に設けられることが多いため、現場用地の制約から設置
スペースが小さく且つ柔軟性のあるレイアウトが要求さ
れ、しかも工事現場からの排泥水を効率よく処理できる
能力も要求される。

【０００４】例えば、泥水式シールド機を用いて切羽を
掘削する場合を例に取ると、泥水式シールド機内で、切
羽の安定に用いられた泥水は掘削土砂と攪拌混合された
スラリーとなって地上の泥水処理設備へ送り返される。
泥水処理設備では、前述したように送り返されてくるス
ラリーから土砂成分を分離除去し、その後必要な成分調
整を行った後、再度シールド機に向け送り出す処理を行
う。

【０００５】前記泥水処理設備は、通常１次処理設備
と、２次処理設備とを含んで構成される。

【０００６】泥水式シールド機から地上に送られてくる
スラリーは、まず１次処理設備で処理された後、調整槽
に貯えられる。１次処理設備では、液体サイクロンを用
いて、粒径７４μｍ以上の砂、礫などが除去され、さら
に振動篩にかけられることにより、７４μｍ以下のシル
トや、粘土を含んだスラリーとなって調整槽に貯えられ
る。１次処理設備で分離された砂や礫などの土砂は、ベ
ルトコンベヤーを介しホッパーに貯えられ、ダンプカー
などで排土として搬出される。

【０００７】調整槽に貯えられたスラリーは、作泥設備
により増粘剤などが加えられて成分調整され、さらに清
水槽から水が供給されてその密度調整などが行われるこ
とにより、その成分調整が行われ、送泥管を介して再度
シールド機に向け送られる。

【０００８】このような調整槽内における成分調整を行
う場合に、清水槽から送られる水により、調整槽内のス
ラリーがオーバーフローする。このオーバーフローした
スラリーは余剰泥水として余剰泥水槽に貯えられる。こ
の余剰泥水は２次処理設備で処理され、水とそれ以外の
シルト粘土分とに分離され、分離されたシルト粘土は改
質された状態でホッパーに供給される。そして、ホッパ
ーに貯えられた土砂は、残土としてダンプカーなどによ
り排出され、産業廃棄物の中間処理場などへ運び出され
る。

【０００９】従来この２次処理設備は、余剰泥水層から
取り出される泥水に、凝集剤を添加し、これをフィルタ
ープレスで極めて高い圧力で圧縮し、水とそれ以外の土
砂成分とに分離していた。そして分離された水は３次処
理設備を介して放流され、土砂成分は固まった状態とな
って搬出され、ベルトコンベヤーによりホッパーへ搬入
されていた。

【００１０】しかし、このようなフィルタープレスを用
いる手法では、余剰泥水としてのスラリーを極めて高い
圧力で圧縮しなければならないため、フィルタープレス
自体の機械的強度に非常に高いものが要求される。この
ため、システム全体が大型でかつ高価なものとなってし
まう。

【００１１】このような問題を解決するため、２次処理
設備に液体サイクロンを用いて余剰泥水であるスラリー
を濃縮化し、この濃縮スラリーを改質剤を加えて改質す
る泥水処理設備の提案もなされている。

【００１２】ところが、シルト、粘土などの粒径の小さ
な泥水を分級するために用いるサイクロンは、小型で正
確な制御が要求される。このため、この提案に係る泥水
処理設備は、サイクロンに供給するスラリーの比重を検
出する装置を設け、この検出比重に基づきサイクロンの
アペックスバルブの絞り開度を制御するように構成され
ていた。

【００１３】しかし、処理対象となるスラリーが同一比
重である場合でも、これに含まれるシルトや粘度の成分
比率が全く異なると、単に処理対象となるスラリーの比
重に基づきアペックスバルブの開度調整をしただけで
は、得られる濃縮スラリーの比重にばらつきが発生し、
所定比重を持った安定した品質の濃縮スラリーを得るこ
とが難しいという問題があった。

【００１４】特に、処理対象となるスラリーを、後工程
で改質剤を加えて改質する場合には、濃縮スラリーの比
重が１．４以下になると、これを改質することは難し
く、固形状態で土砂を搬出することができないという問
題が発生するため、その対策が重要となる。

【００１５】本発明の目的は、処理対象となるスラリー
を後工程で改質するために所望の比重となるよう濃縮化
することの可能な泥水処理システムおよび泥水工法用の
泥水処理システムを提供することにある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】前記目的を達成するた
め、請求項１の発明は、スラリー処理用の液体サイクロ
ン装置への供給スラリーの比重測定を行う第１の比重測
定手段と、前記スラリー処理用の液体サイクロン装置で
アンダー泥水として分級された濃縮スラリーの比重測定
を行う第２の比重測定手段と、前記供給スラリーの比重
に基づき、前記液体サイクロン装置の絞り開度を目標比
重に合わせて制御し、前記濃縮スラリーの比重に基づ
き、その値が前記目標比重に近づくよう前記液体サイク
ロン装置の絞り開度を補正制御する制御手段とを含み、
供給スラリーをスラリー改質用に濃縮化することを特徴
とする。ここで、濃縮スラリーとは、液体サイクロン等
により分級（濃縮）されたスラリーのことであり、分級
前のスラリーに比べ、密度が大きくなり、流動性は下が
るものの失われていない状態にあるスラリーのことであ
る。

【００１７】ここにおいて、前記第１、第２の比重測定
手段は、比重そのものを測定する手段であってもよく、
また、スラリーの密度を測定し、これを比重換算するタ
イプの測定手段を用いてもよい。

【００１８】本発明の泥水処理システムによれば、第１
の比重測定手段により測定された供給スラリーの比重に
基づき、液体サイクロン装置の絞り開度が目標比重に合
わせて制御される。

【００１９】さらに本発明の泥水処理システムによれ
ば、液体サイクロン装置で分級された濃縮スラリーの比
重を第２の比重測定手段を用いて測定し、この測定比重
に基づき、その値が前記目標比重に近づくように、液体
サイクロン装置の絞り開度を補正制御する。

【００２０】これにより、供給スラリーの比重が同一
で、スラリーを構成する成分の比率が異なる場合でも、
液体サイクロン装置により分級される濃縮スラリーの比
重を、所望の値に正確に制御することが可能となり、そ
の後の濃縮スラリーの改質を安定して行うことが可能と
なる。

【００２１】特に、本発明によれば、濃縮スラリーとし
て安定した比重のものが得られるため、後工程におい
て、改質剤の注入により改質された土砂の品質を一定の
ものとすることができ、この結果、改質土砂が産業廃棄
物として指定された場合でも、その対策が容易なものと
なる。

【００２２】なお、改質とは、凝結作用により、微細粒
子の表面電位が中和され、粒子同士が結合しやすくな
り、高分子の官能基による水素結合などによる架橋吸着
作用により、粒子が粗大化されることをいう。濃縮スラ
リーは、改質されることにより、見かけ上の粒径はさら
に大きくなり、流動性が失われる。

【００２３】また、請求項２の発明は、請求項１におい
て、前記スラリー処理用の液体サイクロン装置で分級さ
れる濃縮スラリーを貯蔵するホッパー装置と、前記ホッ
パー装置の下流側に設けられ濃縮スラリーの流路を開閉
する開閉手段とを含み、前記第２の比重測定手段は、前
記ホッパー装置と前記開閉手段との間の流路に設けら
れ、流路に流れる濃縮スラリーの比重を非接触で測定す
るγ線比重計を含んで構成され、前記制御手段は、前記
開閉手段を用いて濃縮スラリーの流路を間欠的に遮断
し、このとき前記γ線比重計で測定される濃縮スラリー
の比重に基づき、前記液体サイクロン装置に対する前記
補正制御を行うことを特徴とする。

【００２４】本発明の泥水処理システムでは、前記液体
サイクロン装置で分級される濃縮スラリーをホッパー装
置で一時的に貯蔵し、下流側のスラリー改質装置へ向け
供給する構成を採用する。

【００２５】このような構成は、請求項４の発明のよう
に液体サイクロン装置が、スラリーを並列的に処理する
複数のサイクロンを含んで構成されている場合に極めて
有効なものとなる。これら複数のサイクロンで並列的に
分級処理された濃縮スラリーを、ホッパー装置で１ヶ所
に収集し、後工程に送ることができるからである。

【００２６】この場合には、収集された濃縮スラリーの
比重を、どのようにして測定するかが重要となる。即
ち、濃縮スラリーがホッパー装置から下流側のスラリー
改質装置へ向け流れている状態では、濃縮スラリーと空
気とが混ざりあった状態となるため、その比重を正確に
測定することは難しい。

【００２７】これに対し、本発明では開閉手段を用いて
濃縮スラリーの流れを停止した状態で比重測定を行うた
め、空気が混入しない状態で濃縮スラリーの比重を正確
に測定でき、これにより液体サイクロン装置に対する補
正制御を良好に行い、安定した比重の濃縮スラリーを得
ることができる。

【００２８】請求項３の発明は、請求項１、２のいずれ
かにおいて、前記スラリー処理用の液体サイクロン装置
は、泥水工法に用いられる排泥水の２次処理設備に設け
られ、排泥水の１次処理設備から供給される２次処理用
スラリーを分級処理し、そのオーバー泥水を前記調整槽
又は余剰泥水槽に供給することを特徴とする。このよう
にすることにより、泥水工法に用いられる排泥水の２次
処理設備を、小型で且つ安価なものとすることが可能と
なる。

【００２９】請求項４の発明は、請求項３において、前
記スラリー処理用の液体サイクロン装置は、１次処理に
より７４μｍ以上の粒径の成分が除去された２次処理用
スラリーを並列的に分級処理する複数のサイクロンを含
んで構成され、分級された濃縮スラリーを下流側のスラ
リー改質装置へ向け供給することを特徴とする。

【００３０】このようにすることにより、泥水工法に用
いられる排泥水の２次処理設備において、充分な泥水処
理量を確保することが可能となる。

【００３１】なお、請求項４の発明は、請求項２の発明
と組み合わせて用いることがより好ましい。

【００３２】

【発明の実施の形態】以下、本発明による泥水処理シス
テムを活用した好適な実施の形態について、泥水式シー
ルド工法を例にとり、図面を参照しつつ詳細に説明す
る。

【００３３】図１は、本発明を適用した泥水式シールド
工法を示す。泥水式シールド工法は、シールド機３４
と、送泥システム４３と、排泥システム４７と、泥水処
理設備３０とを有して実現される。

【００３４】泥水処理設備３０から送泥システム４３を
介してシールド機３４内部のシールドチャンバー４２に
送られ、切羽４６の安定に用いられた泥水は、シールド
チャンバー４２内で掘削土砂と攪拌混合されたスラリー
とされ、排泥システム４７を介して泥水処理設備３０に
送り返される。泥水処理設備では、送り返されたスラリ
ーから土砂等が分級され、必要な成分調整が行われた
後、再度シールド機３４に向け、送り出される。

【００３５】泥水処理設備３０は、１次処理設備２６
と、２次処理設備２８と、調整槽３と、余剰泥水槽１２
とを含んで構成される。

【００３６】排泥システム４７から泥水処理設備３０に
送り返されたスラリーは、１次処理設備２６でスラリー
中に含まれる土粒子の粒径が７４μｍ以上の砂礫等が分
級され、調整槽３に送られる。調整槽３では、スラリー
は、性状を調整されて送泥システム４３に送り出される
とともに、送り出されずにオーバーフローしたスラリー
は余剰泥水槽１２に供給される。余剰泥水槽１２に供給
されたスラリーは、２次処理設備に送られて７４μｍ未
満のシルト粘土等が分級され、分級後のスラリーが余剰
泥水槽１２に送り返されて循環的に分級される。

【００３７】１次処理設備２６は、液体サイクロン１７
と、振動篩４と、ベルトコンベヤー８と、ホッパー１３
とを含んで構成される。

【００３８】排泥システム４７から、１次処理設備２６
に送られたスラリーは、振動篩４に投入され、金網を振
動させることにより砂礫等が分級される。分級後のスラ
リーは、液体サイクロン１７に供給され、水流の回転に
よる遠心分離作用により濃縮されたスラリーは再び振動
篩４に送られ、循環的に分級される。振動篩４および液
体サイクロン１７で７４μｍ以上の土砂等が除去された
スラリーは、調整槽３に送られる。一方、分級された７
４μｍ以上の土砂等は、ベルトコンベヤー８を介してホ
ッパー１３に投入されて一時貯留された後、ダンプトラ
ック１５０により、処分場に運ばれる。

【００３９】２次処理設備２８は、サイクロンシステム
１４０と、濃縮スラリー槽２０と、スラリー搬送改質シ
ステム１４２とを含んで構成される。

【００４０】１次処理設備で分級しきれなかった粒径７
４μｍ未満のシルト粘土等は、サイクロンシステム１４
０により分級される。分級後のスラリーは、余剰泥水槽
１２に送り返されて循環的に分級される。一方、分級さ
れたシルト粘土等は、濃縮されて濃縮スラリー槽２０に
送られる。さらに、濃縮スラリー槽２０からスラリー搬
送改質システム１４２に送られて改質された後、産業廃
棄物の中間処理場等に運ばれる。

【００４１】図２は、サイクロンシステム１４０の全体
図を示す。サイクロンシステム１４０は、サイクロン装
置１８と、余剰泥水槽１２からサイクロン装置１８まで
の経路である管１２０と、管１２０上に設けられたサイ
クロンポンプ９０と、サイクロン装置１８から余剰泥水
槽１２までの経路である管１２２と、サイクロン装置１
８から濃縮スラリー槽２０までの経路である管１２４と
を含んで構成される。

【００４２】スラリーは、余剰泥水槽１２からサイクロ
ンポンプ９０により加圧され、管１２０を通りサイクロ
ン装置１８に供給される。また、サイクロンポンプ９０
とサイクロン装置１８との間の管１２０上にストレーナ
ー１００が設けられており、スラリーがサイクロン装置
１８に供給される際、ストレーナー１００により粒径
１．５ｍｍ以上の土粒子が除去される。

【００４３】サイクロン装置１８に供給されたスラリー
は、サイクロンの遠心分離作用により分級され、粒径の
小さいスラリーは管１２２を通って余剰泥水槽１２に供
給される。一方、粒径の大きいスラリーは管１２４を通
って濃縮スラリー槽２０に供給される。また、サイクロ
ン装置１８と管１２４との間にホッパー１５が設けられ
ており、サイクロン装置１８から排出された濃縮スラリ
ーは、一旦ホッパー１５で貯留された後、管１２４を通
って濃縮スラリー槽２０に供給される。

【００４４】サイクロン装置１８は、具体的には図３
（Ｂ）に示すように、液体サイクロン１８−１〜１８−
１２という１２台の液体サイクロンを含んで構成されて
いる。また、図３（Ａ）に示すように、これら１２台の
液体サイクロンから排出された濃縮スラリーは、すべて
１台のホッパー１５に集められるよう構成されている。

【００４５】図４は、各液体サイクロンの断面図を示
す。液体サイクロンは、供給スラリーが流入される流入
管１３０と、オーバー泥水が排出される上流管１３２
と、側部に流入管１３０が接続されて上部に上流管１３
２が接続されている円筒部１３６と、円筒部１３６の下
部に接続されている円錐部１３８と、円錐部１３８の下
部に接続されて濃縮スラリーが排出される下流管１３４
とを含んで構成される。なお、下流管１３４の側面を覆
う形でアペックスバルブ８６が設けられている。

【００４６】図２に示すように、余剰泥水槽１２から２
次処理設備２８に送られたスラリーは、サイクロンポン
プ９０により加圧され、管１２０を通ってサイクロン装
置１８に供給される。このスラリーを供給スラリーと呼
ぶ。管１２０上にはストレーナー１００が設けられてお
り、スラリー中の粒径の大きなものは、ストレーナー１
００によりスラリーから除去される。供給スラリーは、
サイクロン装置１８内部で遠心分離され、粒径の小さい
ものは、上流管１３２から排出されて管１２２を通って
余剰泥水槽１２に送られる。この泥水をオーバー泥水と
呼ぶ。余剰泥水槽１２に送られた泥水は、調整槽３に送
られて循環利用される。なお、スラリーが調整槽３から
サイクロンシステム１４０に送られて調整槽３に送り返
されて循環利用される場合もある。一方、粒径の大きい
ものは、円錐部１３８内部の下方に集められて濃縮さ
れ、下流管１３４を通ってホッパー１５に供給され、管
１２４を通って濃縮スラリー槽２０に送られる。このス
ラリーを濃縮スラリーと呼ぶ。濃縮スラリー槽２０に送
られた濃縮スラリーは、スラリー搬送改質システム１４
２に送られる。

【００４７】図５は、スラリー搬送改質システム１４２
の全体図を示す。スラリー搬送改質システム１４２は、
図５に示すように、改質剤槽１１６と、スタティックミ
キサー１０２と、安定剤槽１１８と、ミキサー１０４と
を含んで構成される。

【００４８】濃縮スラリー槽２０からスラリー搬送改質
システム１４２に送られた濃縮スラリーは、濃縮スラリ
ー槽２０とスタティックミキサー１０２との間の経路で
ある管１２６上に設けられたポンプ９２により加圧さ
れ、管１２６を通ってスタティックミキサー１０２に供
給される。スタティックミキサー１０２の入口におい
て、改質剤槽１１６とスタティックミキサー１０２との
間の経路である管１２８上に設けられたポンプ９４によ
り加圧され、管１２８を通って供給された改質剤がスタ
ティックミキサー１０２中の濃縮スラリーに添加され
る。改質剤添加後の濃縮スラリーは、スタティックミキ
サー１０２内部で撹拌され、流動状態のまま搬送され、
ミキサー１０４の入口に供給される。この濃縮スラリー
は、安定剤槽１１８とミキサー１０４との経路であるミ
キサー１０６を通ってミキサー１０４の入口から供給さ
れた安定剤が添加され、ミキサー１０４内部で撹拌され
て搬送される。ミキサー１０４は、出口直前で濃縮スラ
リーが改質するよう長さ等が調整されている。改質剤お
よび安定剤添加後の濃縮スラリーは、撹拌されてミキサ
ー１０４の出口直前で改質した後、ダンプトラック１５
２により産業廃棄物の中間処理場等に運ばれる。

【００４９】スラリー搬送改質システム１４２での改質
剤添加等の制御は、搬送改質制御装置１１２により、以
下のように行われる。ポンプ９２とスタティックミキサ
ー１０２との間の管１２６上に流量計８０とγ線密度計
８２とが設けられ、安定剤を添加するミキサー１０６を
制御するモーター１７０がミキサー１０６に接続して設
けられている。流量計８０により濃縮スラリーの流量
が、またγ線密度計８２により濃縮スラリーの比重が測
定され、搬送改質制御装置１１２にそれぞれの測定デー
タが送られる。搬送改質制御装置１１２によって、得ら
れた測定データを基に、改質剤を圧送するポンプ９４お
よび安定剤供給のためのミキサー１０６を制御するモー
ター１７０が制御されることにより、改質剤の添加量お
よび安定剤の添加量が制御される。すなわち、スタティ
ックミキサー１０２に供給される濃縮スラリーの比重が
高い場合や流量が少ない場合には、改質剤や安定剤は少
なく添加され、比重が低い場合や流量が多い場合には、
改質剤や安定剤は多く添加される。

【００５０】本実施の形態によれば、スタティックミキ
サー１０２の長さおよび改質剤の投入量等を調整してい
るため、濃縮スラリーを、流動状態に保ったままスタテ
ィックミキサー１０２を通し、ミキサー１０４に供給す
ることができる。スタティックミキサー１０２は、その
内部に、長方形の板を正方向に１８０度ねじったエレメ
ントと、長方形の板を逆方向に１８０度ねじったエレメ
ントとを交互に複数配置して構成され、かつ、密閉加圧
状態であるため、撹拌混合を効率よく行うことができ
る。なお、改質剤は、アクリルアミド、アクリル酸ナト
リウム等のアクリル系の改質剤であれば特に限定されな
いが、アクリルアミドが好ましい。アクリル系の改質剤
を用いると、濃縮スラリーに含まれる水に高分子系改質
剤の主成分であるアクリル系の成分が溶解し、濃縮スラ
リーの中の土粒子に前記アクリル系改質剤が吸着して架
橋吸着作用が起きる。この改質剤を泥水に添加すること
により、土粒子が見かけ上粗大粒子となり、この粗大粒
子の間に濃縮スラリー中の水の大部分が捕捉されるの
で、泥水は流動性を失い、団粒化（改質）状態となる。
また、改質剤の添加は従来よりはるかに少ない量で改質
でき、改質に要する時間も十数秒程度であり、さらに、
改質した泥土は、ダンプトラックで搬出できるため、泥
水処理時間の短縮と資源の浪費防止と費用削減の効果も
ある。

【００５１】また、ミキサー１０４の長さ等を調整して
いるため、濃縮スラリーをミキサー１０４の出口付近に
おいて改質でき、改質した濃縮スラリーが詰まることが
ない程度の大きさにミキサー１０４の口径を調整してい
るため、適切な改質処理を行うことができる。この場
合、濃縮スラリーに安定剤を添加することにより、改質
後、産業廃棄物の中間処理場等に運んだ後も安定した性
状を保つことができる。濃縮スラリーは、安定剤添加時
には、スタティックミキサー１０２により撹拌されて均
質状態かつ流動状態であるため、安定剤の添加が良好に
行える。なお、安定剤としては石灰系またはセメント系
の安定剤が望ましい。

【００５２】従来は、改質のためにフィルタープレス等
の大型泥水処理設備が必要であり、濃縮スラリーの改質
に何時間もかかり、改質させない場合は、処理費の高い
バキューム車で処分場まで運搬しなければならなかった
ため、多大なコストがかかっていた。本実施の形態によ
れば、わずか十数秒で改質できるため、泥水処理時間が
短縮し、処理費の安いダンプトラックに連続的に積込む
ことができるため、コストの削減にもなる。また、流量
計８０およびγ線密度計８２により、必要最小限の改質
剤および安定剤を濃縮スラリーに添加できるため、高価
な改質剤および安定剤の使用を低減し、産業廃棄物の中
間処理場等への排出量も低減することができる。

【００５３】また、濃縮スラリー槽は、形状は自由であ
り、分割して設けてもよく、立坑底部に設けることもで
きる。立坑底部に設けた場合も、濃縮スラリーは、流動
状態であるため、管を通して地上のスタティックミキサ
ー１０２まで輸送することができ、さらなる地上面積の
省面積化が可能となる。

【００５４】スラリー搬送改質システム１４２における
濃縮スラリー等の制御の流れは上記の通りであるが、液
体サイクロンシステム１４０における濃縮スラリー等の
制御の流れはアペックスバルブ８６を中心に以下のよう
に行われる。

【００５５】従来は、図６に示すように、サイクロンポ
ンプ９０とサイクロン装置１８との間の経路に設けられ
た密度計７２により、供給スラリーの比重が測定され、
測定データがサイクロン制御装置１１０に送られ、サイ
クロン制御装置１１０により、この測定データに基づく
アペックスバルブ８６の制御が行われていた。この制御
は、図１１に示すように、供給スラリーの比重に合わせ
てアペックスバルブの絞りを変更して濃縮スラリーの比
重が一定になるように制御するものである。しかし、前
記のように、余剰泥水槽１２から循環的にサイクロン装
置１８にスラリーが供給される場合、図１２に示すよう
に、サイクロン装置１８での分級処理開始直後の供給ス
ラリーの比重が１．２７で濃縮スラリーの比重は１．６
６であり、分級開始から４０分後の測定では供給スラリ
ーの比重は１．２１で濃縮スラリーの比重は１．４６と
なっており、供給スラリーの変化量は０．０６であるの
に対し、濃縮スラリーの変化量は０．２０と３倍もの違
いがある。このように、供給スラリーの変化に対して濃
縮スラリーの比重の変化が大きい場合、密度計７２で測
定される比重の変化に合わせてアペックスバルブ８６の
絞り開度を変更しても、濃縮スラリーの比重の変化と大
きく異なるため、濃縮スラリーの比重を改質処理に適し
た比重である比重１．４以上の所望の比重とすることは
極めて困難である。

【００５６】本実施の形態では、図７に示すように、ア
ペックスバルブ８６と濃縮スラリー槽２０との間にホッ
パー１５と、γ線密度計７４と、サンプリングバルブ８
４とが設けられている。具体的な制御の流れは以下のよ
うになる。

【００５７】図２に示すように、ストレーナー１００と
サイクロン装置１８との間の管１２０上に密度計７２が
設けられ、サイクロン装置１８に供給される泥水の比重
が測定され、測定データはサイクロン制御装置１１０に
送られる。サイクロン制御装置１１０においては、この
測定データを基にあらかじめ記憶された所定の基準値と
照らし合わせ、最適なアペックスバルブ８６の絞り開度
を設定し、アペックスバルブ８６を制御する。また、サ
イクロン装置１８から排出されてホッパー１５で一時貯
留された濃縮スラリーの比重は、ホッパー１５直下の管
１２４に設けられたγ線密度計７４により測定され、測
定データは、サイクロン制御装置１１０に送られる。サ
イクロン制御装置１１０においては、この測定データに
基づき、濃縮スラリーが所定の性状になるようにアペッ
クスバルブ８６の絞り開度を補正制御する。すなわち、
所望の比重に足りない場合はアペックスバルブ８６の絞
り開度が小さくされ、所望の比重を超えている場合はア
ペックスバルブ８６の絞り開度が大きくされる。γ線密
度計７４で比重が測定される際、γ線密度計７４下流側
の管１２４上に設けられたサンプリングバルブ８４が閉
じられた状態で測定される。なお、サンプリングバルブ
８４は、通常、開かれた状態となっている。

【００５８】本実施の形態によれば、濃縮スラリーの比
重を所定の値に保てるため、サイクロン装置１８通過以
降の改質剤の添加処理等が最適に行える。サイクロン装
置１８から排出される濃縮スラリーが集められるホッパ
ー１５が設けられ、ホッパー１５から排出される濃縮ス
ラリーの比重が測定されるγ線密度計７４が設けられて
濃縮スラリーの比重が測定され、この測定データに基づ
きアペックスバルブ８６が制御されることにより、濃縮
スラリーの比重を１．４以上の改質に適した所望の値と
することができる。また、この比重測定の際、サンプリ
ングバルブ８４を閉じることにより、γ線密度計７４の
設けられた管１２４内部の濃縮スラリーに内包される空
気分が上方に散逸されて濃縮スラリーの状態が均質化さ
れるため、正確に比重を測定することができる。

【００５９】また、図３（Ｂ）に示すように、小径の液
体サイクロンが複数設けられることにより、土粒子の粒
径が小さなシルト粘土等の分級を並列的かつ連続的に行
うことができるため、小径の土粒子も大量かつ高速に分
級することができる。この場合、図３（Ａ）に示すよう
に、液体サイクロンが複数設けられても、それぞれの濃
縮スラリーはホッパー１５に集められるので、ホッパー
以降の処理は単一の液体サイクロンの場合と同様とな
り、従来の処理施設を流用することができるため、地上
の処理設備面積は従来より大きくなることはない。

【００６０】ところで、図９に示すように、トンネル掘
削経路には沖積粘性土層や洪積砂質土層等の種々の土質
が存在する。このため、図１０に示すように、アペック
スバルブ８６の絞りは同じでも土質によって排出される
濃縮スラリー量が異なる。また、トンネル掘削している
地点の土質が急変すると余剰泥水槽１２に供給される泥
水量も急変することにより、供給スラリー量も急変す
る。このような場合、密度優先で制御していると、供給
スラリーを処理しきれないため、最悪の場合、トンネル
掘進を止めざるを得なくなる。このため、密度優先でな
く、流量優先で濃縮スラリーを処理する必要があるが、
サイクロン装置１８から排出される濃縮スラリーは、大
気開放下に排出されるので空気の混入等により排出量を
測定することは難しい。

【００６１】本実施の形態では、図８に示すように、前
記比重測定装置等に加え、密度計７２とサイクロン装置
１８との間に流量計７８と、サイクロン装置１８と余剰
泥水槽１２との間に流量計７６とが設けられている。流
量計７８で求められた供給スラリー量と流量計７６で求
められたオーバー泥水量の差を求めれば、濃縮スラリー
量を正確に求めることができる。具体的な制御の流れは
以下のようになる。

【００６２】図２に示すように、余剰泥水槽１２からサ
イクロン装置１８までの泥水の経路である管１２０上に
設けられた流量計７８により、サイクロン装置１８に供
給される供給スラリーの流量が測定される。また、サイ
クロン装置１８から余剰泥水槽１２までのオーバー泥水
の経路である管１２２上に設けられた流量計７６によ
り、オーバー泥水の流量が測定される。測定されたデー
タはそれぞれサイクロン制御装置１１０に送られる。サ
イクロン制御装置１１０において、サイクロン装置１８
に供給される泥水の流量とオーバー泥水の流量との差が
求められる。この差が濃縮スラリーの流量となる。サイ
クロン制御装置１１０により、濃縮スラリーの流量に基
づき、所望の流量となるようアペックスバルブ８６が制
御される。すなわち、所望の流量に足りない場合はアペ
ックスバルブ８６の絞り開度が大きくされ、所望の流量
を超えている場合はアペックスバルブ８６の絞り開度が
小さくされる。なお、最初に流量を測定する際、流量計
７６および流量計７８の初期値設定が以下のように行わ
れる。

【００６３】図２に示すように、流量計７８とサイクロ
ン装置１８との間の管１２２上にバルブ８９が、サイク
ロン装置１８と流量計７６との間の管１２２上にバルブ
８７が、流量計７８とバルブ８９との間の管１２０とバ
ルブ８７と流量計７６との間の管１２２とを結ぶバイパ
スバルブ８８が設けられている。サイクロン制御装置１
１０によって管１２０上のバルブ８７と管１２２上のバ
ルブ８９とが閉じられ、バイパスバルブ８８が開かれる
ことにより、流量計７６、７８で測定されるそれぞれの
管内の泥水が同様なものとなる。この状態で流量計７
６、７８の両方の値が等しくなるよう初期値設定が行わ
れる。

【００６４】本実施の形態によれば、流量計７６、７８
が設けられることにより、濃縮スラリーの流量を正確に
測定することができる。また、バイパスバルブ８８、バ
ルブ８７、８９が設けられていることにより、流量計７
６、７８それぞれの流量計の測定値を揃えることができ
るので、流量計の初期設定が正確に行えるため、泥水の
流量の測定も正確に行うことができる。

【００６５】また、アペックスバルブ８６の絞り開度
を、濃縮スラリーの比重優先で制御することも流量優先
で制御することもできる。通常は、前記のように、比重
優先で濃縮スラリーの比重が１．４以上のできるだけ高
い状態で泥水処理が行われる。しかし、切羽の地山の土
質が急激に変化した場合等は、余剰泥水槽１２の水量が
急変し、密度優先では処理量が少なくなるため、トンネ
ル掘進に支障を来たすことがある。このような場合に
は、泥水の比重は改質可能な最低の比重である１．４程
度に保ち、流量優先に切り替えることが必要である。本
実施の形態によれば、濃縮スラリーの比重および流量を
正確に測定できるので、最低限必要な濃縮スラリー処理
量以上のときは図７に示す比重優先制御を行い、必要な
処理量を下回った場合には図８に示す流量制御を行うこ
とにより、余剰泥水槽１２の水量が急変した場合でも適
切な泥水処理が行えるため、安定したトンネル掘進が行
える。

【００６６】さらに、本実施の形態によれば、トンネル
掘進位置に応じてアペックスバルブ８６の絞り開度を自
動的に調整することもできる。この場合、図９に示すよ
うに、あらかじめ、シールド機の掘進経路の地質をボー
リング調査等により調査しておき、その調査データに基
づき、各掘削領域毎に粒度分布を把握し、サイクロン制
御装置１１０内部の記憶装置に記憶しておく。また、当
該領域におけるサイクロン装置１８の制御を密度優先モ
ードにするか流量優先モードにするかを設定しておく。
そして、記憶されたデータと現在の掘進位置とに基づ
き、サイクロン装置１８の制御モードの切り替えを行
う。これにより、密度優先と流量優先とを自動的に切り
替えることができる。

【００６７】なお、本発明の適用は、前記泥水式シール
ド工法に限定されない。例えば、地中連続壁工法やリバ
ース工法等における泥水処理にも適用できる。

【００６８】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の一例に係る泥水式シール
ド工法の全体図である。

【図２】図１に示すサイクロンシステムの全体図であ
る。

【図３】図２に示すサイクロンシステムの詳細図であ
り、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は平面図である。

【図４】図３に示す液体サイクロンの断面図である。

【図５】図１に示すスラリー搬送改質システムの全体図
である。

【図６】従来の濃縮スラリーの比重制御を示す機能ブロ
ック図である。

【図７】本実施の形態の一例に係る比重制御を示す機能
ブロック図である。

【図８】本実施の形態の一例に係る流量制御を示す機能
ブロック図である。

【図９】トンネル掘進経路の土質縦断図である。

【図１０】トンネル掘進経路の土質ごとの粒度加積曲線
を示す図である。（Ａ）は沖積粘性土層、（Ｂ）は洪積
砂質土層、（Ｃ）は洪積粘性土層の粒度可積曲線を示
す。

【図１１】供給スラリーの比重とアペックスバルブの絞
り開度を示す図である。

【図１２】供給スラリー、オーバー泥水、濃縮スラリー
の比重の変化を示す図である。

【符号の説明】

３ 調整槽 １２ 余剰泥水槽 １５ ホッパー １８ サイクロン装置 ２０ 濃縮スラリー槽 ７０ 密度計 ７４ γ線密度計 ８４ サンプリングバルブ ８６ アペックスバルブ ９０ サイクロンポンプ １００ ストレーナー １１０ サイクロン制御装置

フロントページの続き (72)発明者 鈴木 茂 千葉県千葉市美浜区真砂３−10−11 (72)発明者 安本 匡剛 東京都杉並区阿佐谷南２−７−６ (72)発明者 岩井 義雄 千葉県千葉市緑区誉田町１−514 (72)発明者 浅井 康彦 千葉県船橋市二和西１−８−１ (72)発明者 小山 正幸 東京都日野市南平４−19−２ (72)発明者 佐藤 郁 埼玉県上尾市栄町１−61 (56)参考文献 特開 昭57−151794（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−76560（ＪＰ，Ａ) 実開 昭62−129440（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) E21B 21/00 - 21/08 E21D 9/06 301

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 スラリー処理用の液体サイクロン装置へ
   の供給スラリーの比重測定を行う第１の比重測定手段
   と、 前記スラリー処理用の液体サイクロン装置でアンダー泥
   水として分級された濃縮スラリーの比重測定を行う第２
   の比重測定手段と、 前記供給スラリーの比重に基づき、前記液体サイクロン
   装置の絞り開度を目標比重に合わせて制御し、前記濃縮
   スラリーの比重に基づき、その値が前記目標比重に近づ
   くよう前記液体サイクロン装置の絞り開度を補正制御す
   る制御手段と、を含み供給スラリーをスラリー改質用に
   濃縮化することを特徴とする泥水処理システム。
2. 【請求項２】 請求項１において、 前記スラリー処理用の液体サイクロン装置で分級される
   濃縮スラリーを貯蔵するホッパー装置と、 前記ホッパー装置の下流側に設けられ濃縮スラリーの流
   路を開閉する開閉手段と、 を含み、 前記第２の比重測定手段は、 前記ホッパー装置と前記開閉手段との間の流路に設けら
   れ、流路に流れる濃縮スラリーの比重を非接触で測定す
   るγ線比重計を含んで構成され、 前記制御手段は、 前記開閉手段を用いて濃縮スラリーの流路を間欠的に遮
   断し、このとき前記γ線比重計で測定される濃縮スラリ
   ーの比重に基づき、前記液体サイクロン装置に対する前
   記補正制御を行うことを特徴とする泥水処理システム。
3. 【請求項３】 請求項１、２のいずれかにおいて、 前記スラリー処理用の液体サイクロン装置は、 泥水工法に用いられる排泥水の２次処理設備に設けら
   れ、排泥水の１次処理設備から供給される２次処理用ス
   ラリーを分級処理し、そのオーバー泥水を前記調整槽又
   は余剰泥水槽に供給することを特徴とする泥水工法用の
   泥水処理システム。
4. 【請求項４】 請求項３において、 前記スラリー処理用の液体サイクロン装置は、 １次処理により７４μｍ以上の粒径の成分が除去された
   ２次処理用スラリーを並列的に分級処理する複数のサイ
   クロンを含んで構成され、 分級された濃縮スラリーを下流側のスラリー改質装置へ
   向け供給することを特徴とする泥水工法用の泥水処理シ
   ステム。