JP3597325B2

JP3597325B2 - 土砂処理用ミキサードラム

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Publication number: JP3597325B2
Application number: JP24687796A
Authority: JP
Inventors: 正樹有岡; 徳善後藤
Original assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Current assignee: Kumagai Gumi Co Ltd
Priority date: 1996-08-30
Filing date: 1996-08-30
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2016-08-30
Also published as: JPH1071328A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土砂の処理に用いるミキサードラムに関し、特に建設工事により発生した土砂を固化材と混合する手段として好適なミキサードラムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
トンネル掘削工事、地下鉄工事、管路敷設工事、地下街の構築工事、道路および鉄道等の構築工事、法面の構築工事、基礎の構築工事、河川の改修工事、浚渫工事、ビルの構築工事等の建設工事、特に土木工事により発生する土砂は、一般に、ダンプトラックのような運搬手段により、残土として仮置き場、捨て場等に運搬され、最終的に廃棄される。しかし、このような処理方法では、土砂を廃棄する大きい土砂捨て場が必要である。
【０００３】
上記課題を解決する従来技術の１つとして、発生した土砂を水とセメントとに混合してスラリー状の混合物を作成し、その混合物を工事現場に埋め戻す再利用技術がある（たとえば、実開平７−５６３６８号公報）。この再利用技術によれば、スラリー状の混合物がセメントを含むから、埋め戻し後に締め固めをする必要がないし、自然を破壊して得た天然資材を使用する必要がなく、しかも混合物が固化後にある程度の止水性および機械的強度を有するから、固化後の混合物が埋設物の保護材として寄与する。
【０００４】
この再利用技術は、土砂をダンプトラックにより仮置き場に運搬し、運搬した土砂を仮置き場に設置された泥水製造装置にバックホーにより転載し、土砂と水とを泥水製造装置により混合して泥水を作成し、その泥水をミキサー車に転載して打設現場に運搬し、運搬した泥水を打設現場に設置されたミキサーに転載し、そのミキサーにより泥水とセメントとを混合して流動性混合物を作成し、その混合物を埋め戻しのために打設する。
【０００５】
しかし、従来のミキサーおよびミキサー車は、攪拌羽根を回転させることにより土砂を攪拌するにすぎないから、土砂中の土の大きな塊を破砕する機能を欠き、したがって土砂と固化材とが効果的に混合されない。
【０００６】
【解決しようとする課題】
本発明は、土の大きな塊を確実に破砕する構造とすることにある。
【０００７】
【解決手段、作用、効果】
本発明の土砂処理用ミキサードラムは、回転軸線を有するドラムシェルであって回転軸線の方向における一端部に投入口兼吐出口を有するドラムシェルと、該ドラムシェルの内側に固定されて回転軸線の周りを螺旋状に伸びる１以上の帯状体と、該帯状体のドラムシェルの側と反対の側の縁部に間隔をおいて取り付けられた剣状の複数の突起物とを含む。各突起物は、その幅方向が帯状体への当該突起物の取付部における帯状体の伸長方向と交差する状態に、ドラムシェルの内側に取り付けられているとともに、帯状体から回転軸線に向けて突出する。
【０００８】
帯状体および突起物は、ドラムシェルの回転にともなって回転される。ドラムシェル内の土砂のうち、土の大きな塊は、帯状体および突起物の回転により破砕される。特に、各突起物を、その幅方向が帯状体への当該突起物の取付部における帯状体の伸長方向と交差する状態にドラムシェルの内側に取り付けたことと、帯状体から回転軸線に向けて突出させたこととから、土の大きな塊は突起物の回転にともなって突起物により切断されて、確実に破壊される。
【０００９】
上記のように、本発明によれば、剣状の複数の突起物をドラムシェルの内に配置し、各突起物を、その幅方向が帯状体への当該突起物の取付部における帯状体の伸長方向と交差する状態にドラムシェルの内側に取り付けるとともに、帯状体から回転軸線に向けて突出させたから、土の大きな塊は突起物により確実に破砕される。
【００１０】
さらに、一端部がドラムシェルの内側に取り付けられかつ他端部が帯状体または突起物に取り付けられた１以上の線状部材、もしくは、突起物の先端に取り付けられた１以上の線状部材を含むことが好ましい。このようにすれば、線状部材がドラムシェルの回転にともなって回転されるから、ドラムシェル内の土の大きな塊は、線状部材によっても切断されて、より確実に破壊される。
【００１１】
ドラムシェルをその回転軸線が傾斜した状態に支持手段に支持させることができる。そのような支持手段として、土砂と固化材とを混合しかつ運搬するミキサー車の台車をとすることができる。このようにすれば、ミキサー車を、土砂と固化材とを混合させてスラリー状の混合物を作成する手段と、その混合物を運搬する手段との両者に用いることができ、土砂の処理能力が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明のミキサードラムを用いて土砂を処理する機械設備の実施例について図面を参照して説明する。
【００１３】
図１〜図３を参照するに、土砂を処理する機械設備は、土砂と固化材とを混合しかつ運搬するミキサー車１０と、適宜な場所に設置された固化材投入装置１２（図１参照）と、処理すべき土砂の発生現場またはその近傍に設置された土砂積込み装置１４（図２参照）と、打設現場に設置された打設装置１６（図３参照）とを含む。
【００１４】
ミキサー車１０は、運転台を備える台車２０と、台車２０に逆転可能に組み付けられた土砂処理用ミキサードラム２２と、ミキサードラム２２に積み込む土砂および固化材を受けるホッパー２４と、ミキサードラム２２からの混合物の放出の際に用いるシュート２６と、ミキサードラム２２を正転および逆転させる駆動機構２８とを備えるトラックミキサー車である。
【００１５】
図４に示すように、ミキサードラム２２は、直径寸法が大きい径大部および直径寸法が径大部の側から漸次減少する径小部とを有するドラムシェル２４を備え、また径大部の側が径小部の側より下方となるように、回転軸線３０を傾斜させた状態に台車２０に回転可能に支持されている。
【００１６】
ドラムシェル２４は、投入口兼吐出口３２を回転軸線３０の方向における一端（径小部の側の端）に、台車２０に回転可能に受けられる複数の受け部３４を径小部の側の端部外周に、および、台車２０に回転可能に受けられる穴３６を回転軸線３０の方向における他端面（径大部の側の端面すなわち底面）にそれぞれ有する。
【００１７】
ドラムシェル２４内には、複数（図示の例では２つ）のブレードすなわち帯状体３８と、帯状体３８に所定の間隔をおいて取り付けられた複数の突起物４０と、ピアノ線のような金属線からなる複数の線状部材４２と、複数（図示の例では２つ）の攪拌羽根４４と、複数（図示の例では、２つ）の補助羽根４６とが配置されている。
【００１８】
各帯状体３８は、回転軸線３０の周りを螺旋状に伸びており、また複数のねじ部材を用いた止め具、溶接等によりドラムシェル２４の内面に移動不能に組み付けられている。各帯状体３８は、図４に多数の湾曲した線４８で示すようにドラムシェル２４の径小部に対応する部分において縦に長いＣ字状に変形されており、また図示してはいないが厚さ方向に貫通する複数の穴を有する。帯状体３８は、回転軸線３０に関して互いに対称となるように配置されている。
【００１９】
図５〜図７に示すように、各突起物４０は、先鋭な先端から弧状に伸びて幅方向両縁部に達する刃５０を有しており、また厚さ方向に貫通しかつ後端側に開口する凹所５２を後端部に有する。突起物４０は、その幅方向が帯状体３８への当該突起物の取付部における帯状体３８の伸長方向とほぼ直角方向となりかつ刃５０を有する部分が帯状体３８から回転軸線３０の側に突出するように、凹所５２においてドラムシェル２４と反対の側の帯状体３８の縁部に嵌合され、その状態に複数のねじ部材を用いた止め具、溶接等により帯状体３８に組み付けられている。
【００２０】
線状部材４２は、一端部をドラムシェル２４の内面に適宜な止め具、溶接等により移動不能に取り付けられ、他端部を帯状体３８の側面に適宜な止め具、溶接等により移動不能に取り付けられている。図示の例では、長い金属線をドラムシェル２４の内面と帯状体３８の側面とに順次取り付けて、ジグザグ状に配置することにより、複数の線状部材４２を形成している。
【００２１】
しかし、線状部材４２の他端部を適宜な突起物４０に取り付けてもよいし、図８に示すように長い金属線を複数の突起物４０の先端に取り付けることにより、複数の線状部材４２を形成してもよい。また、金属線の代わりに、ワイヤーにより線状部材を形成してもよい。
【００２２】
図４および図８に示す例では、突起物４０および線状部材４２は、ドラムシェル２４の径大部に対応する部分にのみ配置されているが、ドラムシェル２４の径小部に対応する部分にも配置してもよい。
【００２３】
各攪拌羽根４４は、異なる帯状体３８の側面に移動不能に取り付けられた棒状部材５４に、溶接、止め具等により移動不能に取り付けられている。各補助羽根４６は、投入口兼吐出口３２の近傍にあってドラムシェル２４に、溶接、止め具等により移動不能に取り付けられている。
【００２４】
図１を参照するに、固化材投入装置１２は、セメントを収容しかつ収容しているセメントを排出するセメントサイロ６０と、水を収容している水タンク６２と、タンク６２内の水を送出する水中ポンプ６４とを備える。固化材投入装置１２は、処理すべき土砂を発生する工事現場、その近傍、混合物を打設する工事現場またはその近傍のいずれの場所に設置してもよいし、それらの場所と異なる場所に設置してもよい。
【００２５】
図２を参照するに、土砂積込み装置１４は、建設工事現場において発生した土砂を受けかつ一時貯留する土砂タンクにより形成されており、また土砂を流出させる流出口６６を有する。処理すべき土砂は、バックホーのような掘削手段により直接土砂積込み装置１４に投入してもよいし、ショベルカーのような積み換え手段により土砂積込み装置１４に投入してもよい。
【００２６】
図３を参照するに、打設装置１６は、ミキサー車１０から排出される混合物を受けるホッパー７０と、ホッパー７０に受けた混合物を打設するためのポンプ７２とを備える。ホッパー７０は、受けた混合物中の大きい塊を篩いかつ混合物の固化を阻止するように、振動する機能を有する。ポンプ７２は、スクイーズポンプのような公知のコンクリート用またはモルタル用のポンプである。
【００２７】
図示の例では、打設現場は地盤を開削工法により掘削された溝７４に被敷設物７６を埋設する建設工事現場であり、混合物は被敷設物７６の周りに埋め戻される。被敷設物７６は、図示の例では、ボックスカルバートである。掘削溝７４は、複数の覆工板７８により開放可能に閉鎖されている。打設装置１６は、覆工板７８に受けられている。
【００２８】
図９〜図１２に示すように、ホッパー７０は、固化材と土砂とのスラリー状混合物を受けるホッパー本体８０と、ホッパー本体８０に本質的に水平に配置された網８２と、ホッパー本体を支持する支持手段すなわちフレーム８４と、ホッパー本体８０に振動を与える振動発生器８６と、網８２の撓みを防止するＴ型またはＬ型のアングル材８８と、ホッパー本体８０の上方に設けられた飛散防止用のカバー９０とを含む。
【００２９】
ホッパー本体８０は、上方に開口する直方体状の箱の形をしている。ホッパー本体８０の底部は上方に開口するラッパの形をしており、その底部は混合物のための排出路すなわち排出口９２に連通している。排出口９２は、ポンプ７２の流体流入路９６に連通されている。
【００３０】
網８２は、金属線により製作されており、またホッパー本体８０の上部開口を閉鎖するようにホッパー本体８０の上端部に溶接、止め具等により移動不能に取り付けられているとともに、図１２に示すようにアングル材８８に溶接されている。
【００３１】
フレーム８４は、複数の長尺部材により形成されている。振動発生器８６は、電力または圧縮空気を用いる公知の外部振動機であり、ホッパー本体８０の外面に複数のねじ部材により取り付けられている。カバー９０は、織布のようなシート材または鉄板で形成されており、また振動発生器８６に対して反対の側の面に対応する部位を開放するように、ホッパー本体８０またはフレーム８４から上方へ伸びる複数の支柱９４に取り付けられている。
【００３２】
アングル材８８は、網８２の長手方向中央部を幅方向へ伸びるように、ホッパー本体８０またはフレーム８４に取り付けられている。このため、アングル材８８は、網８２が混合物の重量により撓むことを網８２の長手方向中央部において防止している。
【００３３】
次に、上記の機械設備を用いる本発明の土砂処理方法の実施例を図１３を参照して説明する。
【００３４】
処理すべき土砂は、トンネル掘削工事現場、地下鉄工事現場、管路敷設工事現場、地下街の構築工事現場、道路および鉄道等の構築工事現場、法面の構築工事現場、基礎の構築工事現場、河川の改修工事現場、浚渫工事現場、ビルの構築工事現場等の建設工事現場、特に土木工事現場で発生する。
【００３５】
先ず、土砂の比重が建設工事現場すなわち土砂発生現場において土砂データとして測定される（ステップ１１０）。土砂データは、土砂圧送式泥奨シールド機のように土砂をスラリー状に排出する機械を用いる建設工事の場合、その機械に備えられた密度計に得られるデータを基に算出することができ、またバックホーのような他の機械を用いる建設工事の場合、市販されている、密度計、重量計等に得られるデータを基に算出することができる。
【００３６】
次いで、測定値を基に、固化材としてのセメントペースト成分（セメントおよび水）の配合割合と、固化材および土砂の配合割合とが算出される（工程１１１）。セメントペーストの配合割合の算出は、積み込むべきセメントおよび水の量を算出することにより行われる。したがって、積み込むべきセメントおよび水の量は、たとえば、混合物中のセメントと水の量の目的値（設計量）を予め設定しておき、設定されたセメントの目的値を積み込むべきセメントの量として得るとともに、水の目的値から土砂の含水量を減じることにより得た値を積み込むべきの量として得ることができる。
【００３７】
固化材および土砂の配合割合の算出は、積み込む土砂の量を算出することである。したがって、土砂の比重をＸ、積み込むセメントの量をＣｋｇ／ｍ^３、積み込む水の量をＷｋｇ／ｍ^３としたとき、積み込む土砂の量Ｙは次の（１）式から得ることができ、混合物の設計比重γＰは次の（２）から得ることができる。
【００３８】
Ｙ＝１０００−（Ｃ／３．１５）−（Ｗ／１．０）・・・（１）
【００３９】
γＰ＝（Ｃ＋Ｗ＋ＸＹ）／１０００・・・（２）
【００４０】
次いで、工程１１１で算出し量のセメントおよび水をそれぞれセメントサイロ６０およびポンプ６４によりミキサー車１０のミキサードラム２２に積み込み、積み込んだセメントおよび水の混練すなわち混合を開始する（工程１１２）。セメントおよび水をを別の場所で積み込んでもよい。
【００４１】
次いで、工程１１１で算出した量の土砂を土砂積込み装置１４によりミキサー車１０のミキサードラム２２に積み込み、積み込んだ固化材と土砂との混合を開始する（工程１１３）。ミキサードラム２２は、ミキサー車１０が固化材投入装置１２の設置場所から土砂積込み装置１４の設置場所に移動するまでの間も継続して回転されており、したがってその間もセメントと水との混練が継続される。
【００４２】
次いで、固化材を土砂とがミキサー車１０により打設現場に搬送される（工程１１４）。ミキサードラム２２は、ミキサー車１０が土砂の積込み場所から打設現場に到達するまでの間も、回転される。このため、固化材と土砂との混練が継続され、スラリー状の混合物が形成される。
【００４３】
土砂中の土の大きな塊は、突起物４０および線状部材４２がミキサードラム２２の回転にともなって回転されることにより、突起物４０または線状部材４２により小さく破砕され、その結果土砂とセメントミルクとが好適に混練される。
【００４４】
ホッパー７０への混合物の積換え時、ミキサードラム２２は逆転される。これにより、ミキサードラム２２内の混合物は、帯状体３８によりシュート２６に排出され、シュート２６からホッパー７０に流出する。ホッパー７０に流出した混合物中の大きな塊は、網８２によりホッパー本体８０内に落下することを防止される。
【００４５】
振動発生器８６は、混合物の積換えの間およびホッパー本体８０内に混合物が存在する間、駆動される。このため、ホッパー本体８０が振動されるから、ホッパー本体８０内における混合物の固化が防止されるのみならず、網８２上の土の大きな塊が破砕されて、ホッパー本体８０内に落下する。カバー９０は、混合物がシュート２６から網８２の上に流出するときの混合物の飛散と、ホッパー本体８０の振動に起因する網８２上の混合物の飛散とを防止する。
【００４６】
次いで、混合物の比重が測定される（工程１１５）。混合物の比重は、工程１１０における土砂の比重の測定と同様の手段および手法により測定することができる。
【００４７】
混合物の比重の測定値が目標値（設計比重）に対して所定範囲（たとえば、±５％）内であるか否かが判定される（工程１１６）。混合物の比重が所定範囲を超えていると、工程１１１に戻って次回からの混合物の配合割合を訂正した後、打設を開始する。混合物の比重が±５％の範囲を超えていないと、打設を開始する（工程１１７）。混合物の打設は、ホッパー７０内の混合物をポンプ７２により掘削溝７４に排出することにより、行われる。
【００４８】
次いで、打設量が予定量に達したか否かが判定される（工程１１８）。打設量が予定量に達していないと、打設量が予定量に達するまで工程１１２〜１１８が繰り返される。打設量が予定量に達すると、機械設備、特にミキサー車１０を洗浄した（工程１１９）後、その打設箇所への打設を終了する。その後は、次の打設箇所への打設のための土砂処理が上記と同様に行われる。
【００４９】
上記の工程の大部分で用いるセメントは、一般的なコンクリート構造物に用いられている普通ポルトランドセメントのような通常のセメントであるが、少なくとも最上部に打設する混合物に用いるセメントを、普通ポルトランドセメントより早く固化する早強ポルトランドセメントのような早強セメントとすることが好ましい。
【００５０】
このようにすれば、打設完了後の混合物の上層部は、下部に比べ短期間で固化する。これにより、打設した混合物の上を早期に利用することができる。たとえば、早強ポルトランドセメントを用い、その配合割合Ｃを１００ｋｇ／ｍ^３としたとき、打設から４〜５日で混合物の強度が０．３ｋｇｆ／ｃｍ^３程度になり、作業者が混合物の上に乗ることができた。通常のセメントの代わりに他の固化材料を用いてもよい。
【００５１】
工程１１５および１１６における比重の測定および比較は、ミキサー車１０内の混合物について行ってもよい。この場合、工程１１６から工程１１１に戻り、工程１１１において新たな配合割合を算出し、工程１１２において混合物の比重の不足分または過剰分に対応するセメントまたは水を補給した後、工程１１３以後の工程を実行してもよい。また、ミキサー車１０を打設現場に移動させる前に、工程１１５および１１６を実行してもよい。さらに、固化材の積込みを土砂の積込みの後に固化材の積み込みを行ってもよい。
【００５２】
セメント、水および土砂の配合割合と、設計比重（比重の目標値）との一例を図１４に示す。土砂は、土砂圧送式泥奨シールド機から排出されるスラリー状の土砂である。
【００５３】
図１４に示す例では、掘削溝７４の頂部（少なくとも最後）に埋め戻す混合物の配合割合（標準配合Ａ）と、ボックスカルバートの側部に埋め戻す混合物の２種類の配合割合（標準配合ＢおよびＣ）とを異なる値に設定している。しかし、それらは同じ値であってもよい。また、掘削溝７４の底に所定量の混合物を打設し、その上に被敷設物７６を配置し、さらに被敷設物７６の周りに混合物を打設してもよい。
【００５４】
打設すべき箇所は、ボックスカルバートの敷設用の掘削溝のみならず、埋め戻し箇所、盛り土箇所、構造物の構築箇所等の適宜な箇所とすることができる。したがって、打設する混合物は、埋め戻し材として用いることができるのみならず、トンネル構築工事、管路敷設工事および地下鉄工事における裏込め材、構造物構築用の材料、法面覆工用の材料、基礎用材料、堤防またはダムのコア材等としても利用することができる。
【００５５】
本発明は、上記実施例に限定されない。たとえば、ミキサードラム２２を、台車２０に取り付ける代わりに、現場に設置する設置型のフレームに回転軸線３０を傾斜させた状態に取り付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１つの工程を示す図であって本発明のミキサードラムを備えたミキサー車と固化材投入装置の一実施例を示す。
【図２】本発明の他の１つの工程を示す図であってミキサー車と土砂積込み装置の一実施例を示す。
【図３】本発明のさらに他の１つの工程を示す図であってミキサー車と打設装置と非敷設物の一実施例を示す。
【図４】本発明にかかるミキサードラムの一実施例を示す断面図である。
【図５】突起物の一実施例を示す正面図である。
【図６】図５に示す突起物の側面図である。
【図７】図５に示す突起物の平面図である。
【図８】本発明にかかるミキサードラムの他の実施例を示す断面図である。
【図９】ホッパーの一実施例を示す正面図である。
【図１０】図９に示すホッパーの平面図である。
【図１１】図９の１１−１１線に沿って得た断面図である。
【図１２】ホッパーの網とアングル材との関係の一実施例を示す部分図である。
【図１３】本発明の方法を説明するための工程の一実施例を示す図である。
【図１４】混合物の配合割合の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１０ミキサー車
１２混合物投入装置
１４土砂積込み装置
１６打設装置
２０台車
２２ミキサードラム
２４ドラムシェル
３０回転軸線
３２土砂の投入口兼吐出口
３８帯状体
４０突起物
４２線状部材

Claims

回転軸線を有するドラムシェルであって前記回転軸線の方向における一端部に投入口兼吐出口を有するドラムシェルと、前記ドラムシェルの内側に固定されて前記回転軸線の周りを螺旋状に伸びる１以上の帯状体と、該帯状体の前記ドラムシェルの側と反対の側の縁部に間隔をおいて取り付けられた剣状の複数の突起物とを含み、各突起物は、その幅方向が前記帯状体への当該突起物の取付部における前記帯状体の伸長方向と交差する状態に取り付けられているとともに、前記帯状体から前記回転軸線に向けて突出する、土砂処理用ミキサードラム。
さらに、一端部が前記ドラムシェルの内側に取り付けられ、他端部が前記帯状体または前記突起物に取り付けられた１以上の線状部材を含む、請求項１に記載のミキサードラム。
さらに、前記突起物の先端に取り付けられた１以上の線状部材を含む、請求項１に記載のミキサードラム。
前記ドラムシェルは、その回転軸線を傾斜させた状態に支持手段に支持されている、請求項１，２または３に記載のミキサードラム。