JP3586807B2 - 掘削土砂の搬出制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は例えば地盤堀進方法等における掘削土砂の搬出制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の掘削土砂等の搬出方法としては、例えば特公平７−１５１７４号公報、特公平６−１０００７６号公報、特開平６−１９３３８３号公報、特開昭５８−１０１９９８号公報等において提案されているものがある。
【０００３】
（１）特公平７−１５１７４号公報の浚渫方法においては、吸引機の吸引により空気を吸引ホースの先端から土砂タンクを経て吸引機へ流すとともに、吸引ホースの途中からホース内へ補助的に空気を導入しながら吸引ホースの先端開口を浚渫すべき物とその上に位置する空気との境界に位置させ、浚渫すべき物を空気とともに吸引ホースの先端から吸い込み、吸引ホースを通った浚渫物を土砂タンク内に沈降させて集めている。
【０００４】
（２）特公平６−１０００７６号公報の掘削土砂の排出方法においては、推進管内に吸引ホースを設置して、吸引ホースの先端を推進管の先端がわで開口させるとともに、吸引ホースの後端がわを土砂タンクを経て吸引機に接続し、吸引機の吸引により吸引ホース内に先端開口から推進管内の空気を吸収して吸引機へ流す空気流を生じさせて、先導管で掘削した土砂に吸引ホースの先端開口を向けて、土砂を上記空気流に乗せて発進立坑がわに移動させるとともに、吸引ホースの途中に設けた空気導入口から補助的に吸引ホース内に空気を導入して土砂の移動を助け、移動した土砂を吸引機の前に設けた土砂タンクに沈降させて集めている。
【０００５】
（３）特開平６−１９３３８３号公報の汚泥移送方法においては、圧搾空気発生装置と真空発生装置と、汚泥を回収するタンクとが地上に配され、前記タンクには送泥パイプが連通連結されており、この送泥パイプの先端部近傍には第一のバルブを介して加圧空気供給パイプが連通連結され、この加圧空気供給パイプの連通連結部分と先端部との間に第二のバルブが設けられている汚泥移送装置を用い、まず前記送泥パイプの先端部は堆積した汚泥に臨むように配し、次に前記第一のバルブを閉鎖し第二のバルブを開放し、その後真空発生装置を作動させて堆積した汚泥を送泥パイプ内に空気と共に吸引し、所要時間経過後即ち送泥パイプ内に汚泥を充填させた後、真空発生装置による吸引移送が低下すると前記第二のバルブを閉鎖するとともに前記第一のバルブを開放して送泥パイプ内に溜まった汚泥を圧搾空気により圧送して前記タンク内に移送している。
【０００６】
（４）特開昭５８−１０１９９８号公報の長距離推進工法においては、地中埋設管の先端に推進管を嵌合し、その推進管に密閉壁を設けて、その密閉壁に切羽掘削装置を設け、切羽面と密閉壁との中間に掘削室を形成し、その掘削室に泥水を注入する推進装置において、高濃度泥水を掘削室に注入し、その泥水を掘削室の内部において掘削された土砂を混合させて泥水を土砂含有高濃度状態として、更に、掘削室の外管に穿設した透孔から上記の液状体を地中埋設管と地山面との間隔に充填している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
（１）特公平７−１５１７４号公報の浚渫方法においては、吸引ホースの先端を排泥（浚渫物）と空気との境界に位置させる必要があり、このため、吸引ホース（排泥管）の先端又は排泥の液面を制御する必要がある。また、空気の導入は調整できるが、排泥の吸入は調節できないため、輸送状態が不安定になり、閉塞に近い状態が頻繁に生じる虞がある。したがって、排泥の輸送効率を十分に高めることができない。
【０００８】
（２）特公平６−１０００７６号公報の掘削土砂の排出方法においては、土砂（排泥）に吸引ホースを先端開口を向け、また、吸引ホース先端は土砂（排泥）を吸引できるところに位置させることが必要であり、このため、そのような位置に排泥管の先端又は排泥を制御する必要がある。また、特公平７−１５１７４号公報の場合と同様に、空気の導入は調整できるが、排泥の吸入は調整できないため、閉塞に近い状態が頻繁に生じるおそれがあり、空排泥の輸送効率を十分に高めることができない。
【０００９】
（３）特開平６−１９３３８３号公報の汚泥移送方法においては、送泥パイプの先端を汚泥に臨むように配置する必要がある。このため、そのような位置に排泥管の先端又は排泥を制御する必要があり、排泥の輸送効率を十分に高めることができないおそれがある。
【００１０】
（４）特開昭５８−１０１９９８号公報の長距離推進工法においては、排泥弁ととして逆止弁を用いているが、吸入する空気が推進管内の空気（ほぼ大気圧）の場合には、排泥タンクと空気導入位置を十分に離さない限り、空気弁を開いても排泥の流入は停止せず、プラグを十分に形成できない。このため、排泥の輸送効率を十分に高めることができない。
【００１１】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、プラグを形成して排泥の輸送効率を十分に高めることを可能にした掘削土砂の搬出制御装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る掘削土砂の搬出制御装置は、一方の端部が排泥タンクに接続されかつ他方の端部がレシーバタンクに接続された排泥管と、レシーバタンクに吸気管を介して接続され排泥管内を真空吸引する真空ポンプと、吸気管に設けられその吸気管内部の空気流量を測定する第１の空気流量計と、排泥管の排泥タンク側に空気導入管を介して設けられるバルブであってそのバルブを開いた時に排泥タンクから排泥管への排泥の流入が停止する位置に設けられた空気導入用バルブと、空気導入用バルブを所定の条件に基づいて開閉し排泥をプラグ状にしてプラグとして搬出させ、第１の空気流量計の出力が所定の上限値を超えた時に空気導入用バルブを閉じるバルブ制御手段とを備えたものである。
（２）また、バルブ制御手段は、第１の空気流量計の出力が所定の下限値を下まわった時に空気導入用バルブを開くものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施形態．
図１は本発明の実施形態に係る掘削土砂の搬出制御装置及びその関連の設備の構成を示した図である。同図において、掘削機１０により掘削された排泥は排泥タンク１２に貯められる。この排泥タンク１２には排泥（輸送）管１４の先端部が接続されている。排泥管１４の後端部にはレシーバータンク２２が接続されている。このレシーバータンク２２には吸気管２４を介して排泥ユニット（真空ポンプ）２６が接続されており、このレシーバータンク２２の下方には土砂タンク２８が配置されている。また、吸気管２４には、吸気管２４の吸気量を測定する第１の空気流量計３２が装備されている。
【００１４】
更に、排泥タンク１２の下流側には排泥管１４に空気導入管１８を介して空気導入用バルブ２０が設けられており、その空気導入用バルブ２０の位置は、該空気導入用バルブ２０を開いた時に、排泥タンク１２から排泥管１４への排泥の流入が自然に停止するような位置である。このためには、図１の場合、排泥タンク１２内の排泥液面より高い位置に空気導入用バルブ２０を位置させることが必要であり、従って、空気導入用バルブ２０を排泥タンク１２の上面より上側に位置させるとよい。
【００１５】
なお、図１の掘削土砂の搬出制御装置において、排泥管１４の先端部は排泥タンク１２の排出口と繋がっているものとし、排泥ユニット（真空ポンプ）２６は常時動作し、真空吸引は連続的に行っているものとする。ただし、バッチ式レシーバータンクを用いた場合には、レシーバータンク２２内の排泥を土砂タンク２８に排出する間の短時間だけ、真空が破壊され、結果的に真空吸引が中断することになる。また、空気導入管１８は排泥管１４と同程度の径とする。具体的には、排泥管が１．２５に対し、空気導入管は１．０とする。このようにする理由はバルブ等の大型化を避けるためである。吸入する空気は、大気圧（またはその場の圧力）又は加圧空気の両方共可能であるが、ここでは大気圧を用いるものとする。
【００１６】
図２は図１の空気導入用バルブ２０の制御装置の構成図である。図示のように、パーソナルコンピュータ５０が、第１の空気流量計３２の出力を入力し、その入力を演算処理して駆動回路５４の駆動を制御して、空気導入用バルブ２０の開閉を交互に制御する。
【００１７】
次に、図１の掘削土砂の搬出制御装置の動作を説明する。
（１）パーソナルコンピュータ５０は駆動回路５４に制御指令を出して空気導入用バルブ２０を閉じ、排泥タンク１２内の排泥を排泥管１４内に吸引流入させる。
（２）次に、あるタイミングで空気導入用バルブ２０を開き、空気を排泥管１４内に導入することによって排泥を分断してプラグ状にしプラグ６０を形成する。このプラグ６０は真空吸引により下流側に流れていく。このタイミングの決定方法は後述する。
（３）さらに、あるタイミングで上記の（１）の処理に戻り、同じ手順を繰り返す。このタイミングの決定方法についても後述する。
【００１８】
次に、空気導入用バルブ２０の開閉制御方法について説明する。パーソナルコンピュータ５０には、第１の空気流量計３２による吸気流量の上限閾値を設定しておいて、この上限値を超過した場合には、空気導入用バルブ２０を閉じて、排泥タンク１２の排泥を排泥管１４に排出させる。
次に、空気導入用バルブ２０を開くことによりプラグが形成されるが、そのタイミングによってその体積も決まることになる。その具体的な制御方法（プラグの体積の制御）としては、例えば、第１の空気流量計３２に下限閾値を設け、この設定値を下回った場合に空気導入用バルブ２０を開く方法が挙げられる。
【００１９】
排泥管１４内で土砂が搬送されている場合には、先端で土砂が充填された時点から吸引方向に運ばれるにしたがって、吸気管２４の吸気量は徐々に低下し、レシーバータンク２２まで到達すると回復する。回復しないまま、制御を行わず次々に土砂を搬送すれば、排泥ユニット（真空ポンプ）２６の能力を超過し排泥管１４内の閉塞を引き起こす。そこで、吸気管２４の吸気量に上限値を設定し、吸気能力の回復をこの上限値で識別し、測定値がこの上限値を超過すれば、空気導入用バルブ２０を閉め、土砂の運搬を行う。
【００２０】
この上限値を低く設定すれば、排泥管内に複数のプラグが存在する運搬方法を実現でき、上限値を高く設定すれば、管内に単一のプラグのみ存在する運搬方法が実現できる。比較的推進距離が短い場合は単一プラグのみが管内に存在する運搬方法が適切な場合があり、また比較的推進距離が長い場合は、複数のプラグが管内に存在する運搬方法が適切な場合がある。本発明は状況によって、前記閾値の変更のみで、簡便に運搬方法の変更を可能とする。
【００２１】
参考例１．
図３は本発明の参考例１を示す掘削土砂の搬出装置及びその関連の設備の構成図である。参考例１の基本構成は上述の実施形態とほぼ同じであるが、空気導入用バルブ２０の開閉制御方法が実施形態とは異なっている。
【００２２】
参考例１においては、上述の実施形態と同様にして、吸気管２４に第１の空気流量計３２を装備して吸気量を測定する。加えて、排泥管１４に排泥流量計３６を装備して排泥タンク１２から排出されて輸送される排泥の量を測定する。
【００２３】
図２のパーソナルコンピュータ５０には、上述の実施形態と同様に、第１の空気流量計３２による吸気流量の上限閾値を設けておいて、この上限値を超過した場合には、空気導入用バルブ２０を閉じて、排泥タンク１２の排泥を排泥管１４に排出させる。この時の動作は実施形態と同じである。
【００２４】
さらに、空気導入用バルブ２０を閉じてから排泥流量計３６により排泥の通過流量を積算し、その積算値がある値を超過した場合に空気導入用バルブ２０を開くことにより制御する。
【００２５】
参考例２．
図４は本発明の参考例２．を示す掘削土砂の搬出制御装置及びその関連の設備の構成図である。参考例２の基本構成も上述の実施形態とほぼ同じであるが、空気導入用バルブ２０の開閉制御方法が実施形態とは異なっている。
【００２６】
参考例２においては、上述の実施形態と同様に、吸気管２４に第１の空気流量計３２を装備して吸気量を測定する。加えて、排泥タンク１２に重量計３８を装備して、排泥タンク１２内の排泥の重量を測定する。
【００２７】
図２のパーソナルコンピュータ５０には、上述の実施形態の場合と同様に、第１の空気流量計３２による吸気流量の上限閾値を設けておいて、この上限値を超過した場合に、空気導入用バルブ２０を閉じて、排泥タンク１２の排泥を排泥管１４に排出させる。この時の動作も上述の実施形態と同じである。
【００２８】
さらに、排泥タンク１２に取り付けられた重量計３８により排泥タンク１２内の排泥の減量値を測定し、その減量値がある値を超過した場合に空気導入用バルブ２０を開くことにより制御する。即ち、図２のパーソナルコンピュータ５０は、空気導入用バルブ２０を閉じた時点の重量値Ｗ₀ を記憶し、時々刻々測定される重量値Ｗ_i との差分の絶対値を計算する。そして、その計算値がある値を超過した場合には空気導入用バルブ２０を開く。
【００２９】
参考例３．
図５は本発明の参考例３を示す掘削土砂の搬出装置及びその関連の設備の構成図である。参考例３の基本構成も上述の実施形態とほぼ同じであるが、空気導入用バルブ２０の開閉制御方法が実施の形態とは異なっている。
【００３０】
参考例３においては、排泥管１４の途中にホールドアップセンサ４０を設置する。このセンサ４０の信号値からその位置でのプラグ６０の通過を検出し、その検出時間から所定時間経過後に空気導入用バルブ２０を閉じることにより制御する。
【００３１】
ホールドアップセンサ４０は排泥管１４内の流体占有率を測定するセンサであるが、プラグ６０の通過前後では、その測定値は排泥管１４内の土砂堆積レベルを出力し、通過中はほぼ管内の占有率がほぼ１００％であることを示す信号を出力する。占有率がほぼ１００％であることを示す信号が出力された時点をもってプラグ通過と判断する。プラグ通過後、ある時間間隔をおいて空気導入バルブ２０を閉じ、次のプラグの搬送を開始する。この時間間隔は、排泥管１４内に単一のプラグのみが存在するよう設定される。
【００３２】
推進距離が比較的短い場合は排泥管１４内に複数のプラグが存在する運搬方法よりも、単一のプラグのみ存在する運搬方法のほうがより適切な場合が多い。図５に示す参考例３は単一のプラグのみ存在する運搬方法を実現するのに簡便かつ効率的な方法である。
なお、複数のプラグが存在する運搬方法も、ホールドアップセンサ４０の設置位置及び空気導入用バルブ２０を閉じるまでの時間間隔を再設定することにより、容易に実現できる。
また、空気導入用バルブ２０を閉じた後、これを再び開くためには、、既に述べたように、第１の空気流量計３２の下限閾値を利用すればよい。
【００３３】
参考例４．
図６は本発明の参考例４を示す掘削土砂の搬出装置及びその関連の設備の構成図である。参考例４の基本構成も上述の実施形態とほぼ同じであるが、空気導入用バルブ２０の開閉制御方法が実施形態とは異なっている。
【００３４】
参考例４においては、第２の空気流量計３５を空気導入用バルブ２０の上流側に装備して、排泥管１４内への空気吸込量を測定する。図２のパーソナルコンピュータ５０には、この空気吸込量の上限閾値及び下限閾値をそれぞれ設けておいて、第２の空気流量計３５による測定値がこの上限値を超過した場合には、空気導入用バルブ２０を閉じて、排泥タンク１２内の排泥を排泥管１４に排出させる。また、下限閾値を下まわった場合には、空気導入用バルブ２０を開いて、排泥タンク１２からの排泥管１４への排泥の流入を停止させる。従って、ここでは第１の空気流量計３２を使用しなくても良い。
【００３５】
なお、上述した実施形態では、排泥管１４の先端が排泥タンク１２の排出口に接続されている例を示したが、この部分の構成はそれに限られることなく、例えば図７、図８に示すように、排泥タンク１２内の排泥を排泥管１４が吸入できるように、排泥タンク１２と排泥管１４とが実質的に接続されていれば良い。
【００３６】
また、空気導入用バルブ２０を閉じるための制御は、実施形態及び各参考例で示した方法の他に、タイマーによって所定時間毎に行ってもよい。
また、空気導入用バルブ２０を開くための制御も、実施形態及び各参考例で示した方法の他に、ホールドアップセンサ４０を排泥管１４の先端側に設けてプラグの長さを測定するように構成し、その長さが所定の長さに達したら、空気導入用バルブ２０を開くようにしてもよい。
さらに、空気導入用バルブ２０の開閉は、実施形態及び各参考例に示したそれぞれの方法を、適宜に組み合わせて行うことも可能である。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、一方が排泥タンクに接続されかつ他方がレシーバタンクに接続された排泥管に空気導入管を介して空気導入用バルブを設け、この空気導入用バルブの開閉のみで排泥タンクの排泥をプラグ状にして排出させるようにしたことから、排泥管と流体との接触面積を減少させて圧力損失を低減させることができ、排泥の輸送効率を十分に高めることができることに加えて、その制御機構もより簡素化できた。また、吸気管に設けられた第１の空気流量計の出力が所定の上限値を超えた時に空気導入用バルブを閉じるようにしているので、排泥管内が土砂で詰まるということがなくなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る掘削土砂の搬出制御装置及びその関連の設備の構成を示した図である。
【図２】本発明の空気導入用バルブの制御装置の構成図である。
【図３】本発明の参考例１を示す掘削土砂の搬出制御装置及びその関連の設備の構成図である。
【図４】本発明の参考例２を示す掘削土砂の搬出制御装置及びその関連の設備の構成図である。
【図５】本発明の参考例３を示す掘削土砂の搬出制御装置及びその関連の設備の構成図である。
【図６】本発明の参考例４を示す掘削土砂の搬出制御装置及びその関連の設備の構成図である。
【図７】本発明の実施形態に係る掘削土砂の搬出制御装置の一部を示した図である。
【図８】図７に相当する部分の別の例を示した図である。
【符号の説明】
１２ 排泥タンク
１４ 排泥管
１８ 空気導入管
２０ 空気導入用バルブ
２２ レシーバタンク
２４ 吸気管
２６ 排泥ユニット（真空ポンプ）
３２ 第１の空気流量計
３５ 第２の空気流量計
３６ 排泥流量計
３８ 重量計
４０ ホールドアップセンサ
６０ プラグ

Claims (2)

1. 一方の端部が排泥タンクに接続されかつ他方の端部がレシーバタンクに接続された排泥管と、前記レシーバタンクに吸気管を介して接続され前記排泥管内を真空吸引する真空ポンプと、前記吸気管に設けられ該吸気管内部の空気流量を測定する第１の空気流量計と、前記排泥管の排泥タンク側に空気導入管を介して設けられるバルブであって該バルブを開いた時に前記排泥タンクから前記排泥管への排泥の流入が停止する位置に設けられた空気導入用バルブと、該空気導入用バルブを所定の条件に基づいて開閉し排泥をプラグ状にしてプラグとして搬出させ、前記第１の空気流量計の出力が所定の上限値を超えた時に前記空気導入用バルブを閉じるバルブ制御手段とを、備えたことを特徴とする掘削土砂の搬出制御装置。
2. 前記バルブ制御手段は、前記第１の空気流量計の出力が所定の下限値を下まわった時に前記空気導入用バルブを開くことを特徴とする請求項１記載の掘削土砂の搬出制御装置。

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