JP3603197B2 - 掘削スライムの処理方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、掘削スライムの処理方法に関し、特に、気泡を用いて削孔を掘削する際の掘削スライムの処理方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
亀裂，すべり面の多い地山や、土砂地山、強度の小さい軟岩、膨張性地山などでのトンネル掘削工事には、掘削に先立って、地山の安定性を図る必要がある。このような性状の地山の安定性を図る工法の一種として、長尺鋼管先受け工法が知られている。
【０００３】
この種の鋼管先受け工法において、地山を削孔する際には、水ないしはエアが、削孔ビットの冷却媒体として用いられていたが、このような冷却媒体は、地山を傷めたり、くり粉を円滑に排出できないなどの問題がある。
【０００４】
そこで、本発明者らは、削孔ビットの冷却媒体に気泡を用いる削孔方法を開発し、特許第２６６６６００号で既に提案している。この特許で提案した削孔方法は、起泡剤溶液と圧縮空気とを気液ニ相流体として、削孔ビットの先端側に圧送し、削孔ビットの先端の噴射口近傍で乱流を起こすことにより気液ニ相流体を発泡させて気泡を生成し、この気泡を削孔ビットで掘削したくり粉と混合させて、掘削スライムとして外部に排出する。
【０００５】
冷却媒体として削孔ビットから噴射される気泡は、粘性が高いので、亀裂などに浸透することが非常に少なく、地山を傷めることがなく、また、気泡を混合した掘削スライムは、流動性が大きくなり、削孔内からくり粉を容易に排出することが可能になる。
【０００６】
しかしながら、このような気泡を用いる削孔方法には、以下に説明する技術的な課題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
すなわち、大口径の削孔を形成する場合には、削孔ビットにより掘削するくり粉の量が非常に多くなり、このため、排出すべき掘削スライムの量も当然多くなる。
【０００８】
気泡が含まれた掘削スライムは、時間が経過すると気泡が消泡するものの、そのまま放置しておくと、作業現場付近が気泡で充満されて、作業環境を著しく悪化するという問題があった。
【０００９】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、作業環境の悪化を回避することができる掘削スライムの処理方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、削孔ビットが装着された内管ロッドと、この内管ロッドを内部に収容する外管とを用い、前記削孔ビットに推力と回転および打撃とを加えながら削孔を掘削し、この削孔を掘削する際に、前記内管ロッドの内部に設けた媒体供給通路から前記削孔ビットに圧縮空気に帯同された気泡からなる冷却媒体を供給するとともに、前記内管ロッドと外管との間に設けたスライム排出通路を介して、前記掘削に伴う掘削スライムを外部に排出し、掘削された前記削孔内に前記外管を挿入する削孔工法における掘削スライムの処理方法において、外部に排出された前記掘削スライムを減圧容器内に収容するようにした。
このように構成した掘削スライムの処理方法によれば、掘削スライムを減圧容器内に収容すると、掘削スライムに含まれている気泡は、気泡膜の内外での圧力差が大きくなるので、気泡膜が物理的に破壊されて、早期に消泡する。
本発明の掘削スライムの処理方法では、減圧容器内に収容する前に、前記掘削スライムに消泡剤を噴射混合することができる。
この構成によれば、減圧容器内に収容して、物理的に消泡する前に、消泡剤の噴射混合により、気泡を化学的に消泡することができる。
前記減圧容器は、サイクロンを介在させた真空ポンプにより減圧することができる。
この構成によれば、減圧容器内の気体を真空ポンプにより吸引して、減圧する際に、気体に含まれている微小固形物をサイクロンにより、分離回収することができ、真空ポンプの性能低下を回避することができる。
前記減圧容器は、前記掘削スライムの受入口の上部側を覆うスクリーンで形成される消泡室を有し、前記スクリーンに接触する気泡に消泡剤を含む液体を噴射することができる。
この構成によれば、消泡室を形成するスクリーン部分で、消泡剤を含む液体を噴射することにより、さらに気泡を消滅させることができる。
また、前記減圧容器には、その底部に堆積するくり粉を自動的に後処理施設に排出する回転駆動式のロータを設けることができる。
この構成によれば、気泡を消滅させたくり粉を自動的に後処理施設に排出することができ、くり粉の処理が円滑に行える。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１から図３は、本発明にかかる掘削スライムの処理方法の一実施例を示している。
【００１２】
同図に示した掘削スライムの処理方法は、長尺鋼管先受け工法に適用した場合を例示しており、この種の工法における削孔では、先端部に削孔ビット２０が装着された内管ロッド２２と、この内管ロッド２２を内部に収納する外管２４と、削孔ビット２０に推力と回転および打撃とを加えるドリフタ２６とが用いられる。
【００１３】
内管ロッド２２は、両端にねじが刻設された棒体であって、掘削の進行に伴って順次カップリングを介して継ぎ足し連結され、その軸心には、削孔ビット２０に冷却媒体Ａを供給するための媒体供給通路２８が貫通形成されている。
【００１４】
外管２４は、両端にねじが刻設された中空円筒状の鋼管であって、内管ロッド２２と同様に、掘削の進行に伴って、端部同士を相互に螺着することにより継ぎ足し連結され、内部に挿通された内管ロッド２２の外周面との間が、掘削に伴って発生する掘削スライムＢの排出通路３０となっている。
【００１５】
内管ロッド２２と外管２４の後端側には、スイベル３２が装着され、このスイベル３２には、内管ロッド２２の媒体供給通路２８と連通する冷却媒体Ａの供給口３４と、排出通路３０に連通する掘削スライムＢの排出口３６とが設けられている。
【００１６】
ドリフタ２６は、シャンクロッド３８を介して、内管ロッド２２に連結されている。また、ドリフタ２６は、下端に設けられたガイドシュー４０を介して、ガイドセル４２に前後移動自在に支持されている。
【００１７】
ガイドセル４２の先端側には、外管２４を位置決め支持するセントライザー４６が設けられている。本実施例の場合には、冷却媒体Ａに圧縮空気Ｅに帯同された気泡Ｆを用いるようにしている。このため、媒体供給通路２８に連通するスイベル３２の供給口３４には、気泡Ｆを発生される混合器４８が接続されている。
【００１８】
そして、混合器４８には、圧縮空気Ｅを供給するコンプレッサ５０と、界面活性剤などの起泡剤を含んだ混合溶液Ｇを供給するポンプ５２とが接続されている。
【００１９】
混合器４８は、媒体供給通路２８の直前において、圧縮空気Ｅと混合溶液Ｇとの供給を受けて、起泡剤を発泡させて気泡Ｆを発生させ、発生した気泡Ｆを媒体供給通路２８に供給する。
【００２０】
なお、気泡Ｆの生成位置は、図１に示した媒体供給通路２８の直前だけでなく、例えば、混合器４８を除去して、媒体供給通路２８に圧縮空気Ｅと混合溶液Ｇとを、特許第２６６６６００号に開示されているように、気液ニ相状態で送りこみ、削孔ビット２０の近傍において気泡Ｆを生成するようにしてもよい。
【００２１】
図２は、図１に示した削孔ビット２０の近傍を拡大して示したものであって、本実施例の削孔ビット２０は、リングロストビット２０ａと、インナービット２０ｂとから構成されていて、リングロストビット２０ａに嵌合されたインナービット２０ｂが、ケーシングシュー５４の内部に挿入されている。
【００２２】
インナービット２０ｂの後端側には、内管ロッド２２の先端側が螺着されているとともに、その外周面には、周方向に沿って分断された状態の凹溝２０ｃが、インナービット２０ｂの軸方向に沿って設けられている。
【００２３】
ケーシングシュー５４は、両端が開口した中空円筒体であって、その後端側に、外管２４の先端側が嵌着連結されているとともに、先端側には、リングロストビット２０ａの後端外周部が嵌合されている。
【００２４】
内管ロッド２２の内部に設けられた媒体供給通路２８は、インナービット２０ｂの軸方向に沿って貫通延設され、インナービット２０ｂの先端に開口している。
【００２５】
インナービット２０ｂの外周に設けられた凹溝２０ｃの先端側は、インナービット２０ｂの先端外周縁に開口し、凹溝２０ｃの後端側は、内管ロッド２２の外周面と、外管２４の内周面との管に設けられた掘削スライムＢの排出通路３０に連通している。
【００２６】
そして、インナービット２０ｂとケーシングシュー５４との管には、ドリフタ２６から加えられる推力および打撃力の動力伝達部分５６が設けられている。本実施例の動力伝達部分５６は、ケーシングシュー５４に設けられた段部５８と、インナービット２０ｂに設けられた凸部６０とから構成されている。
【００２７】
段部５８は、ケーシングシュー５４の軸方向のほぼ中央にあって、その内周面に設けられている。凸部６０は、インナービット２０ｂの後端側外周に突出形成されていて、凹溝２０ｃにより分断され、段部５８と凸部６０とは、相互に当接するようになっている。
【００２８】
段部５８と凸部６０とが相互に当接した状態で、ドリフタ２６から推力および打撃力を内管ロッド２２に加えると、これらの当接部分を介して、この推力および打撃力は、ケーシングシュー５４を介して、外管２４にも伝達され、これにより外管２４を前引き方式により削孔Ｄ内に挿入することができる。
【００２９】
一方、掘削スライムＢの排出口３６には、図３にその詳細を示すスライム処理装置６２が接続されている。同図に示したスライム処理装置６２は、減圧容器６４と、２個の第１および第２サイクロン６６，６８と、真空ポンプ７０とを備えている。
【００３０】
減圧容器６４は、外部に対して閉塞された密閉容器であって、その一端上部側には、掘削スライムＢの受入口７２が設けられていて、この受入口７２と排出口３６との間は、接続管７４により連通接続されている。
【００３１】
また、減圧容器６４内には、受入口７２の上部側から底面に延びる第１スクリーン７６が設けられていて、この第１スクリーン７６により、第１消泡室７８が形成されている。
【００３２】
さらに、減圧容器６４内には、第１スクリーン７６の上方側に、容器６４内を横断するようにして、第１スクリーン７６よりも目の細かい第２スクリーン８０が設けられており、この第２スクリーン８０により、第１消泡室７８に連通した第２消泡室８２が形成されている。
【００３３】
２個のサイクロン６６，６８は、逆円錐状の本体６６ａ，６８ａと、各本体６６ａ，６８ａの上部側外周に連通接続された取入管６６ｂ，６８ｂと、各本体６６ａ，６８ａの上部側中心に連通接続された取出管６６ｃ，６８ｃとを備えている。
【００３４】
第１サイクロン６６の取入管６６ｂは、減圧容器６４の上端に連通接続されている。また、第１サイクロン６６の取出管６６ｃは、第２サイクロン６８の取入管６８ｂと連通接続されていて、第１および第２サイクロン６６，６８が直列接続されている。
【００３５】
真空ポンプ７０は、第２サイクロン６８の取出管６８ｃと連通接続されている。第１および第２サイクロン６６，６８の本体６６ａ，６８ａの下方には、サイクロンアンダフロー室８４が設置されていて、このアンダーフロー室８４は、サイクロン６６，６８で分離された固形物の流下により開閉されるフラッパバルブ８６を介して減圧容器６４の側面と連通するようになっている。
【００３６】
そして、減圧容器６４内には、その底部側に堆積するくり粉を外部に排出するサンドポンプ８８と、消泡剤含有水を噴射ノズル９０を介して、第１スクリーン７６の上方から噴射させるための循環ポンプ９２とが設置されている。
【００３７】
一方、減圧容器６４の近傍の接続管７４内には、高級アルコール溶液などからなる消泡剤Ｈの噴射ノズル９４が設置されていて、この噴射ノズル９４には、消泡剤タンク９６内に設置された消泡剤ポンプ９８が接続されている。
【００３８】
鋼管製の外管２４を埋設して地山Ｃを補強する際には、ドリフタ２６を駆動することにより、推力と回転および打撃とが、シヤンクロッド３８を介して内管ロッド２２および削孔ビット２０に伝達され、これにより地山Ｃが掘削されて削孔Ｄが形成される。
【００３９】
このとき、供給口３４を介して、圧縮空気Ｅに帯同させた気泡Ｆからなる冷却媒体Ａが、媒体供給通路２８に供給され、この冷却媒体Ａは、削孔ビット２０から地山Ｃに向けて噴射される。
【００４０】
削孔ビット２０により削孔されたくり粉は、冷却媒体Ａとともに混合されて、掘削スライムＢとなり、掘削スライムＢは、排出通路３０を介して、排出口３６から外部に排出される。
【００４１】
排出口３６から排出された掘削スライムＢは、接続管７４を経て、スライム処理装置６２内の減圧容器６４内に導入される。このとき、スライム処理装置６２の真空ポンプ７０を駆動させておくことにより、減圧容器６４内が減圧されて、負圧になるとともに、この負圧は、接続管７４を介して、排出通路３０にも作用するので、この負圧により掘削スライムＢを円滑に導入することができる。
【００４２】
また、排出通路３０にも負圧を作用させることにより、排出通路３０内に掘削スライムＢの残留を殆どなくすこともできる。つまり、図１に示した掘削スライムＢの排出経路においては、内管ロッド２２と外管２４との間の排出通路３０は、ある程度大きな断面積になっているが、内管ロッド２２のカップリングを用いる接続部分では、その断面積が小さくなり、さらに、スイベル３２の排出口３６では、その断面積が非常に小さくなっている。
【００４３】
このように断面積が変化する経路においては、掘削スライムＢの速度が急激に変化する部分で残留し易くなる。ところが、真空ポンプ７０により、排出通路３０にも負圧を作用させることにより、この負圧により掘削スライムＢが減圧容器６４側に吸引されるので、排出通路３０内に掘削スライムＢの残留をほぼ完全に排除することができる。
【００４４】
本実施例の場合には、この導入の過程において、減圧容器６４の直前に設けられた噴射ノズル９４から消泡剤Ｈが、掘削スライムＢに噴射混合される。消泡剤Ｈを掘削スライムＢに噴射混合すると、掘削スライムＢに含まれている気泡Ｆを、消泡剤Ｈの化学的な作用により消泡させる。
【００４５】
消泡剤Ｈに接触した気泡Ｆは、消泡して水（液体）になり、残留している気泡Ｆとくり粉および消泡剤Ｈとを含んだ掘削スライムＢが、減圧容器６４内の第１消泡室７８内に入る。
【００４６】
減圧容器６４内に入った気泡Ｆは、容器６４内が減圧されて負圧になっているので、気泡膜の内外での圧力差が大きくなり、気泡膜が物理的に破壊されて、早期に消泡する。
【００４７】
第１消泡室７８内に入った掘削スライムＢは、断面積が大きく変わることから、移動速度が急激に遅くなり、このため、水やくり粉は、自重で下方に落下して、減圧容器６４の底部側に堆積する。
【００４８】
一方、消泡剤Ｈにより消泡されなかった気泡Ｆは、真空ポンプ７０の吸引により、ポンプ７０側に移動するが、第１消泡室７８には、第１スクリーン７６が設けられているので、移動の過程で、このスクリーン７６に接触する。
【００４９】
この場合、第１スクリーン７６には、噴射ノズル９０を介して、消泡剤Ｈを含んだ液体が噴射されているので、気泡Ｆは、この液体に接触することによりここでも消泡される。
【００５０】
第１スクリーン７６を通過した気泡Ｆは、第２消泡室８２内に入って、第２スクリーン８０を通過して、第１サイクロン６６に入るが、この第２スクリーン８０を通過する際にも、真空ポンプ７０の減圧作用により消泡される。
【００５１】
以上ような過程を経ることにより、掘削スライムＢに含まれていた気泡Ｆは、殆ど完全に消泡され、第１および第２サイクロン６６，６８には、減圧容器６４内の気体だけが導入されるが、この気体には、微小固形分が含まれている可能性があるので、本実施例の場合には、２個のサイクロン６６，６８を直列接続して、微小固形分をも除去するようにしている。
【００５２】
このようにして減圧容器６４内を、サイクロン６６，６８を介在させた真空ポンプ７０により減圧すると、気体に含まれている微小固形物をサイクロン６６，６８により、分離回収することができ、真空ポンプ７０の性能低下を回避することができる。
【００５３】
サイクロン６６，６８により分離された固形分は、サイクロンアンターフロー室８４を介して、減圧容器６４内に戻される。一方、減圧容器６４の底部側に堆積したくり粉は、サンドポンプ８８を介して外部に取り出され、沈降分離および凝集沈殿などの後処理を施して、液体は、放流されるとともに、くり粉は、脱水，投棄される。
【００５４】
他方、削孔ビット２０により掘削された削孔Ｄ内には、ドリフタ２６の推力と打撃とが外管２４にその前端側から加えられているので、前引き方式により、外管２４が削孔Ｄ内に挿入される。
【００５５】
このような操作を継続することにより、外管２４が所定長さ地山Ｃに埋設されると、操作を停止して、内管ロッド２２をインナービット２０ｂとともに回収して、削孔工程を終了する。
【００５６】
さて、以上のようにして行う掘削スライムの処理方法によれば、掘削スライムＢを減圧容器６４内に収容すると、掘削スライムＢに含まれている気泡Ｆは、気泡膜の内外での圧力差が大きくなるので、気泡膜が物理的に破壊されて、早期に消滅する。
【００５７】
図４は、本発明にかかる掘削スライムの処理方法の他の実施例を示しており、上記実施例と同一もしくは相当する部分には、同一符号を付してその説明を省略するとともに、以下にその特徴点についてのみ説明する。
【００５８】
同図に示した実施例では、減圧容器６４の底面に中央側に向かって、下方に傾斜する傾斜面を形成し、この傾斜面の底側に堆積するくり粉を集合するようにしている。
【００５９】
そして、この傾斜面の底側にくり粉排出用のロータ９９を設けている。ロータ９９は、回転駆動式のものであって、対向する外周面にくり粉を収容するために凹部９９ａが２個設けられている。
【００６０】
ロータ９９を回転駆動すると、凹部９９ａが下方に位置すると、凹部９９ａ内のくり粉が下方に排出されるが、このときにロータ９９の側面は、容器６４を閉塞する位置にある。
【００６１】
従って、ロータ９９を回転駆動することにより、容器６４内に堆積したくり粉を、容器６４の密閉性を確保しながら、自動的に沈降分離および凝集沈殿などの後処理施設に排出することができる。
【００６２】
このように構成した掘削スライムの処理方法によれば、上記実施例の作用効果に加えて、減圧容器６４の密閉性を損なうことなく、くり粉を自動的に後処理施設に排出することができ、くり粉の処理が円滑に行える。
【００６３】
【発明の効果】
以上、実施例で詳細に説明したように、本発明にかかる掘削スライムの処理方法によれば、作業環境の悪化を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる掘削スライムの処理方法を適用した長尺先受け工法の施工状態の断面説明図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】図１に示した掘削スライムの処理装置の詳細図である。
【図４】本発明にかかる掘削スライムの処理方法の他の実施例を示す要部断面図である。
【符号の説明】
２０ 削孔ビット
２２ 内管ロッド
２４ 外管
２６ ドリフタ
２８ 媒体供給通路
３０ 排出通路
３２ スイベル
６２ スライム処理装置
６４ 減圧容器
６６，６８ サイクロン
Ａ 冷却媒体
Ｂ 掘削スライム
Ｃ 地山
Ｄ 削孔
Ｅ 圧縮空気
Ｆ 気泡
Ｇ 起泡剤
Ｈ 消泡剤

Claims (5)

1. 削孔ビットが装着された内管ロッドと、この内管ロッドを内部に収容する外管とを用い、
   前記削孔ビットに推力と回転および打撃とを加えながら削孔を掘削し、この削孔を掘削する際に、前記内管ロッドの内部に設けた媒体供給通路から前記削孔ビットに圧縮空気に帯同された気泡からなる冷却媒体を供給するとともに、
   前記内管ロッドと外管との間に設けたスライム排出通路を介して、前記掘削に伴う掘削スライムを外部に排出し、掘削された前記削孔内に前記外管を挿入する削孔工法における掘削スライムの処理方法において、
   外部に排出された前記掘削スライムを減圧容器内に収容することを特徴とする掘削スライムの処理方法。
2. 前記減圧容器内に収容する前に、前記掘削スライムに消泡剤を噴射混合することを特徴とする請求項１記載の掘削スライムの処理方法。
3. 前記減圧容器は、サイクロンを介在させた真空ポンプにより減圧されることを特徴とする請求項２記載の掘削スライムの処理方法。
4. 前記減圧容器は、前記掘削スライムの受入口の上部側を覆うスクリーンで形成される消泡室を有し、前記スクリーンに接触する気泡に消泡剤を含む液体を噴射することを特徴とする請求項２または３記載の掘削スライムの処理方法。
5. 前記減圧容器は、その底部に堆積するくり粉を自動的に後処理施設に排出する回転駆動式のロータを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の掘削スライムの処理方法。

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