JP3787741B2 - 土砂の水中打設装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土砂を水中打設するための工法に係り、より詳しくは空気圧送された改良土砂を水中打設するための装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、基礎マウンドの法面保護や護岸の洗出し防止を目的に、作業船から延ばした打設管(トレミー管)を通じて固結材を水中打設することが行われているが(例えば、特開平9−88064号公報参照)、この場合の固結材としては、高価な水中コンクリートに代えて、浚渫工事やシールド工事で発生した土砂にセメント系固化剤等の改良剤を混合してなる改良土砂が用いられることが多い。なお、土砂への改良剤の混合は、従来一般には、排泥池においてバックホウや他の攪拌機を用いて機械的に混合攪拌する方法が採用されていた。
【0003】
ところで、浚渫工事やシールド工事で発生した土砂は、通常輸送効率に優れていることから、輸送管により排泥池または埋立地まで空気圧送されることが多いが、最近では、この空気圧送の輸送元または輸送途中で、土砂に改良剤を混合して、改良土砂として目的地まで空気圧送するシステムの開発が進められている(例えば、特開平6−65948号公報、特開平7−242329号公報等参照)。したがって、このように空気圧送された改良土砂を上記した水中打設に直接用いるようにすれば、排泥地で土砂を改良する面倒な作業が不要になるばかりか、排泥池から海上へ改良土砂を運搬する面倒な手続も不要になり、きわめて効率的に水中打設を行うことができるようになる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、空気圧送においては、輸送管内に土砂層と空気層とが交互に続くいわゆるプラグ流が形成されているため、そのまま輸送管から打設管に導いたのでは、打設管の先端で断続的に大きな噴出が起こり、打設対象に安定的に改良土砂を供給することが不可能になるばかりか、土砂が拡散して水質汚染を引き起こすことになる。
【0005】
なお、例えば、特開平9−203076号公報には、消音の目的で空気圧送の輸送管の末端に土砂と空気とを分離する分離容器を設けることが記載されており、この分離後の改良土砂を打設管に供給するようにすれば、上記した噴出に伴う問題を解決できることになる。しかしながら、この場合は、土砂の自重による自然落下を利用しての打設となるため、大水深となって打設管の距離が延びるような場合には、水圧の影響および管内壁から働く流動抵抗によって打設管からの土砂の吐出が困難になり、別途、圧送手段を設けて土砂に背圧を加えるなどの対策が必要になる。
【0006】
本発明は、上記した背景に鑑みてなされたもので、その課題とするところは、輸送管により空気圧送された改良土砂を、特別の圧送手段を用いることなく安定的にかつ効率的に打設対象に供給できる水中打設装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の装置は、改良土砂を空気圧送する輸送管に、改良土砂と空気とを分離する分離容器を接続し、前記分離容器の下部に、先端を水中の打設対象まで延ばした打設管の基端を接続し、前記分離容器に設けられた排気管に排気弁を介装すると共に、前記分離容器または前記打設管に土砂界面の上限および下限を検出する2つの検出手段を付設し、さらに、前記2つの検出手段の信号に基いて前記排気弁の開閉を制御する制御手段を設け、前記排気弁の開閉のみで前記吐出管から改良土砂を一定量ずつ吐出させる構成としたことを特徴とする。
【0008】
このように構成した土砂の水中打設装置においては、排気弁が開いている間は輸送管内を空気圧送された改良土砂と空気との分離が進み、一方、排気弁が閉じている間は分離された改良土砂が空気圧によって打設管内に押し込められ、したがって排気弁の開閉を繰り返すことにより改良土砂が打設管から間欠的に吐出するようになる。しかして、改良土砂から分離された空気の圧力を利用して改良土砂を打設管から吐出させるので、改良土砂に背圧を加えるため特別の対策が不要になり、その上、分離された改良土砂を打設管から一定量だけ吐出させるので、打設管内に常に土砂が残留することとなって、空気の帯同に伴う噴出が起こる虞もない。また、土砂界面の上限と下限とに対応させて2つの検出手段を設けることにより、土砂界面が上限に達すると同時に開閉弁を閉弁させ、かつ土砂界面が下限に達すると同時に開閉弁を開弁させる制御を行うことができ、分離容器内での改良土砂の分離量並びに打設管からの改良土砂の吐出量を正確に制御できる。
【0009】
本発明の装置においては、上記打設管の吐出口に、打設管内への水の流入を防ぐ逆止弁を付設するのが望ましく、これにより、改良土砂と水との接触が著しく制限されて、改良土砂の水分離が大幅に抑制される。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基いて説明する。
【0013】
図1は、本発明の一つの実施の形態としての土砂の水中打設装置の全体的構成を示したものである。同図において、1は、改良土砂2を空気層3の推力で圧送する輸送管、4は輸送管1の末端部を受入れた、分離容器としての縦形サイクロン、5は、このサイクロン4の底部に基端が連結され、先端を水底6の打設対象まで延ばした打設管である。改良土砂2は、ここでは浚渫土砂にセメント系固化剤等の改良剤を混合してなるもので、この改良土砂2を空気圧送する輸送管1は浚渫作業船(図示略)から延ばされている。輸送管1内において改良土砂2は、空気層3によって輸送方向に分断されてプラグ流となっており、サイクロン4内へ衝撃的にかつ間欠的に放出される。なお、浚渫土砂に改良剤を混合して改良土砂2とする方法および時期は任意であり、輸送元としての浚渫作業船上で事前に混合しても、あるいは輸送管1による輸送途中で混合してもよいものである。
【0014】
上記縦形サイクロン4と打設管5とは、図示を略す打設作業船に設けた昇降手段に吊下支持されている。サイクロン4は、輸送管1により送られた改良土砂2と空気(空気層)3とを分離する役割をなすもので、図2乃至図4にも示すように、その上部は排気口7と給気口8(図3)とを有する蓋体9によって閉じられ、またその内部は、複数(ここでは、2つ)の貫通孔10を有する仕切板11によって上・下2室12A,12Bに区画されている。
【0015】
サイクロン4内の下室12Bには、輸送管1から放出された改良土砂2と空気層3とに旋回流を与えるための整流板13が配設されている。整流板13は、断面半円形の一対の樋状部材14を左右に並列させた構造となっており、その一対の樋状部材14の合せ部14a(図2、図4)が、下室12Bに導入された輸送管1の末端開口を左右に二分割する鉛直面内に位置決めされている。一対の樋状部材14は、相互の合せ部14aと反対側の側縁がサイクロン4の内面に接するようにそれぞれの大きさが設定されており、また、輸送管1の末端部の下側には、一対の湾曲部材15を左右に並列させた構造の補助整流板16が配設されている。これにより、サイクロン4内の下室12B内には、これら整流板13の一対の樋状部材14、サイクロン4の内面および補助整流板16の一対の湾曲部材15の協働により2つの旋回室17A,17B(図4)が区画形成され、各旋回室17A,17Bには前記仕切板11に設けられ貫通孔10が開口している。なお、整流板13の各樋状部材14は、共通のブラケット18を用いてサイクロン4の内壁に固定されており、この固定状態でその上端が仕切板11に当接するようになっている。
【0016】
上記のように構成したサイクロン4においては、輸送管1から放出された改良土砂2と空気層3とが、一対の樋状部材14の合せ部14aにより左右に分割され、それぞれは整流板13の各樋状部材14に案内されながら、各旋回室17A,17B内で相互に反対方向へ旋回運動をする。そして、この旋回運動により、比重の大きい改良土砂2は各旋回室17A,17Bの外周側に集まって、打設管5内に落下し、一方、比重の小さい空気(空気層)3は各旋回室17A,17Bの中心側に集まり、排気口7が開放されている場合は、仕切板11の貫通孔10から上室12Aへ流出し、さらに排気口7からサイクロン4の外部へと排出される。しかして、輸送管1から放出された改良土砂2と空気3とが、一対の樋状部材14の合せ部14aにより左右に分割されることにより、それらのもつエネルギーが分散し、続いて改良土砂2と空気3とが樋状部材14の湾曲内面に沿って流れることもあって、整流板13との衝突時の衝撃が著しく緩和される。また、2つの旋回室17A,17Bの合流部分で旋回流の衝突が起こるので、各旋回流の減勢が急速に進み、分離された改良土砂2と空気3とは、打設管5とサイクロン4の排気口7へ円滑に流動する。また、輸送管1からサイクロン4内に放出された空気層3がサイクロン4内で急激に膨張するので、噴出に伴う音も減衰(消音)される。
【0017】
一方、サイクロン4の蓋体9の排気口7には排気管19が接続されると共に、その蓋体9の給気口8には空気圧縮機20から延ばした給気管21が接続されている。排気管19と給気管21とには、それぞれ電磁弁からなる排気弁22、給気弁23が介装されており、これら排気弁22および給気弁23は、図示を略す打設作業船上に配置した制御装置(制御手段)24からの指令で開閉制御されるようになっている。なお、制御装置24からの指令はデータ変換器25を介して排気弁22および給気弁23に送出されるようになっている。輸送管1による空気圧送を継続した状態で、排気弁22を閉じると、上記サイクロン4内で分離された空気3の逃げ場がなくなり、サイクロン4内に空気3が封じ込められる状態となって、サイクロン4内の空気圧が高まり、上記分離された改良土砂2は打設管5内へ強制的に押し込まれるようになる。また、この排気弁22を閉じた状態で給気弁23を開くと、空気圧縮機20からサイクロン4内に圧縮空気が送られ、サイクロン4内は補助圧気されるようになる。
【0018】
上記打設管5は、その基端側に上方へ向けて次第に拡径するホッパ部26を有する共に、その先端側に下方へ向けて次第に拡径する吐出部27を有しており、そのホッパ部26が、サイクロン4の下端にフランジ部28を介して結合一体化されている。ホッパ部26の口径は、サイクロン4の内径と同径となっており、したがって、上記サイクロン4内で分離された改良土砂2は、サイクロン4とホッパ部26の内壁に沿って円滑に打設管5側へ移動する。
【0019】
一方、打設管5の吐出部27の開口端には、図5に示すようにネット29が張設されており、このネット29により閉鎖された吐出部27内には、浮体からなるボール30が配設されている。このボール30は、打設管5内への水の流入を規制する逆止弁として機能するもので、常時は水圧を受けて打設管5の開口端に着座し、打設管5内の土圧の高まりに応じて該開口端から離座する。なお、この逆止弁としてのボール30は、ばね付勢やモータ駆動の機械式弁機構に代えてもよいものである。
【0020】
また、サイクロン4の下部側外壁と打設管5の上部側外壁には、これらの内部に滞留する改良土砂2の層の上面(土砂界面)を検出する2つのセンサ(検出手段)31A,31Bが所定の間隔を開けて添設されている。この2つのセンサのうち、サイクロン4の下室12Bに対応して設けた上側のセンサ31Aは前記土砂界面の上限を検出する上限センサとして、打設管5に対応して設けた下側のセンサ31Bは前記土砂界面の下限を検出する下限センサとしてそれぞれ用いられるもので、これらセンサ31A,31Bの信号は、計測機32を介して前記制御装置24へ送出されるようになっている。なお、これらセンサ31A,31Bの種類は任意であり、例えば、ガンマ密度計、圧力センサ、流速センサ、流量センサ、荷重計、音響測定器等を用いることができる。一方、サイクロン4の上室12Aに対応する部分には、該上室12A内の空気圧を検出する圧力センサ33が設けられており、この圧力センサ33の信号も、前記計測機32を介して前記制御装置24へ送出されるようになっている。
【0021】
以下、上記のように構成した水中打設装置を用いて行う水中打設工法を、図6も参照して説明する。
【0022】
水中打設工法の実施に際しては、図示を略す打設作業船を操船しかつ該打設作業船内の昇降手段を駆動することにより打設管5の先端を水底6上の打設対象まで延ばす。この時、逆止弁としてのボール30は水圧を受けて打設管5の開口を閉じており、また、排気管19内の排気弁22が開かれると共に、給気管21内の給気弁23が閉じられている。この状態のもと、図示を略す浚渫作業船側の運転により輸送管1による改良土砂2の空気圧送が開始されると(ステップS1)、輸送管1からサイクロン4内に改良土砂2と空気層3とが間欠的に放出され、サイクロン4の2つの旋回室17A,17B内でこれらの旋回運動が起こって、改良土砂2と空気(空気層)3との分離が進行し(ステップS2)、改良土砂2は打設管5内に落下して次第に溜り、一方、空気3は、仕切板11の貫通孔10から上室12Aへ、さらに排気口7から排気管19を通じてサイクロン4の外部へと排出される。分離された改良土砂2は、打設管5およびそのホッパ26内を完全に埋めた後も堆積を続け、この間、上限センサ31Aにより土砂界面の上昇が監視される(ステップS3)。
【0023】
そして、上限センサ31Aにより土砂界面が上限に達したことが検出されるまで、上記サイクロン4内における改良土砂2と空気3との分離が推し進められ、ステップS3で土砂界面が上限に達したことが確認されると、制御装置24からの指令で排気管19内の排気弁22が閉じられる(ステップS4)。すると、サイクロン4内に空気3が封じ込められて、サイクロン4内の空気圧(内圧)が次第に上昇する。この内圧Pは圧力センサ33により監視されており、この内圧Pが設定圧PS より上昇すると(ステップS5)、サイクロン4の下室12Bおよび打設管5のホッパ部26に溜っていた改良土砂2が打設管5内に押し込まれ、この土圧によって打設管5の吐出部27内のボール(逆止弁)30が開き、打設管5内の改良土砂2は打設対象へ向けて吐出される。一方、この改良土砂2の吐出により土砂界面が下がり、土砂界面が下限センサ31Bにより検出されると(ステップS6)、制御装置24からの指令で排気弁22が開き(ステップS7)、再びサイクロン4内で改良土砂2と空気3との分離が再開され、以降、前記ステップS2〜S7が繰り返されて、打設管5の吐出部27からは間欠的に改良土砂2が打設対象へ向けて吐出される。
【0024】
一方、ステップS5において、所定時間経過しても内圧Pが設定圧PS よりも上昇しないことが確認されると、制御装置24からの指令で給気管21内の給気弁23が開かれ(ステップS8)、空気圧縮機20からサイクロン4内に補助空気が圧送され(ステップS9)、この結果、内圧Pが高まって改良土砂が打設管5から吐出される。なお、ステップS6において、内圧Pが設定圧PS よりも高まっているにもかかわらず、土砂界面が下がらないことが確認されたら、打設管5内またはその吐出部27側に何らかの異常があると想定されるので、この場合は、浚渫作業船側の運転すなわち送泥を停止し(ステップS10)、打設管5を上昇させてメンテナンスを行う。
【0025】
ここで、上記実施の形態においては、上・下限センサ31A,31Bによりサイクロン4および打設管5内の土砂界面を検出し、その検出結果に基いて排気弁22を開閉制御するようにしたが、本発明は、図7に示すように輸送管1にプラグ流を検出するプラグ検出センサ35を添設し、このセンサ35の検出結果に基いて排気弁22を開閉制御するようにしてもよいものである。
【0026】
すなわち、輸送管1内にプラグ流が発生している場合、輸送管1の任意の位置における圧力、流速、流量、密度、音等の物理量は、当然のこととして改良土砂(プラグ)2が通過している時と空気層3が通過している時とで異なる値となる。したがって、これら物理量を測定できるセンサ、例えばガンマ密度計、圧力センサ、流速センサ、流量センサ、荷重計、音響測定器等を前記プラグ検出センサ35として用いて、これを輸送管1の送り方向に適宜の間隔で2つ設けるようにすれば、それらプラグ検出センサ35の検出結果と輸送管1の口径との関係から改良土砂(プラグ)2の流速と流量とが求まることになる。換言すれば、現在の空気圧送の実態からどの位の時間が経過すれば、どの位の改良土砂2がサイクロン4内に供給されるかが分かり、そこで、本発明の他の実施の形態では、前記プラグ検出センサ35の検出結果に基いて時間管理で排気弁22を開閉制御するようにし、これによっても上記実施形態と同様に改良土砂2の打設を行うことができる。
【0027】
なお、上記プラグ検出センサ35は、前記土砂界面を検出する上・下限センサ31A,31Bと共用してもよいものである。この場合は、上・下限センサ31A,31Bで検出したサイクロン4および打設管5内における改良土砂2の堆積量すなわちサイクロン4内での改良土砂2の分離量が、プラグ検出センサ35で検出した輸送管1内の実際の改良土砂2の輸送量と一致するか否かの確認を行うことで、サイクロン4または打設管5内の異常、あるいは上・下限センサ31A,31Bの異常を把握することができる。
【0028】
本発明はさらに、同じく図7に示すように、輸送管1の末端に近い部分に該輸送管1内の流路を開閉する流路弁36を設ける構成とすることができる。このような流路弁36を設けることにより、例えば、前記ステップS10(図6)において、送泥停止するような場合に、この流路弁36を閉じると共に、給気弁23を開けてサイクロン4内に空気圧縮機20から高圧の空気を送ることで、打設管5内に滞留する改良土砂2の全量を強制的に吐出させて、より簡単にメンテナンスを行うことができる。
【0029】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したように、本発明に係る土砂の水中打設装置によれば、輸送管により空気圧送された改良土砂から空気を分離すると共に、この分離した空気の圧力を利用して打設管を通して改良土砂を一定量ずつ打設対象に供給できるので、効率的にかつ安定的に土砂の水中打設を行うことができ、その利用価値は大なるものがある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る土砂の水中打設装置の全体的構造を示す模式図である。
【図2】本装置で用いるサイクロンの構造を示す断面図である。
【図3】図2のA−A矢視線に沿う断面図である。
【図4】図2のB−B矢視線に沿う断面図である。
【図5】本装置で用いる打設管の先端の構造を示す平面図である。
【図6】本発明に係る土砂の水中打設工法における処理フローを示すフローチャートである。
【図7】本発明に係る土砂の水中打設装置の、他の実施の形態を示す模式図である。
【符号の説明】
1 輸送管
2 改良土砂
3 空気層
4 サイクロン(分離容器)
5 打設管
13 整流板
17A,17B 旋回室
19 排気管
22 排気弁
24 制御手段(制御装置)
30 ボール(逆止弁)
31A,31B センサ(検出手段)

Claims (2)

  1. 改良土砂を空気圧送する輸送管に、改良土砂と空気とを分離する分離容器を接続し、前記分離容器の下部に、先端を水中の打設対象まで延ばした打設管の基端を接続し、前記分離容器に設けられた排気管に排気弁を介装すると共に、前記分離容器または前記打設管に土砂界面の上限および下限を検出する2つの検出手段を付設し、さらに、前記2つの検出手段の信号に基いて前記排気弁の開閉を制御する制御手段を設け、前記開閉弁の開閉のみで前記打設管から改良土砂を一定量ずつ吐出させるようにしたことを特徴とする土砂の水中打設装置。
  2. 打設管の吐出口に、打設管内への水の流入を防ぐ逆止弁を付設したことを特徴とする請求項1に記載の土砂の水中打設装置。
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