JP3926777B2 - 泥水吸込装置 - Google Patents

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Description

本発明は、土木工事において発生した泥水を吸い込むときに用いる泥水吸込装置に関し、より詳しくは、泥水吸込管の吸込口を覆っている網篭が泥水中の固形物によって目詰まりして吸込不能とならないように改良する技術に関する。
大規模な土木開削工事において止水性山留め壁を構築するために、近年、ソイルセメントミキシング工法を用いた連続壁の造成が行われている。
このソイルセメントミキシング工法は、掘削機を用いて地盤を掘削するときに掘削原位置土とセメント系固化剤液とを混合し撹絆して固化させることにより地中壁(または杭)を造成するものであるが、造成する地中壁の均一性の確保や応力材の挿入性の向上および掘削機(オーガ)の負荷軽減のために、造成対象土単位体積当り50〜90%程度のセメント系固化剤液の注入を必要とするのが一般的である。
そのため、セメント系固化剤液の注入量に比例する形で泥水状の余剰液が発生するが、多くの場合はこれを自然乾燥させたのち産業廃棄物として処理するようになっている。しかしながら、このような廃棄物処理においては余剰の固化剤液または混合土を産業廃棄物として処理する工程が必要となり、その産業廃棄物処理対策が極めて大きな負担となっていた。
そこで、このような廃棄物処理に伴う負担を取り除き、余剰液を回収してリサイクルし、固化剤液の有効利用を図る技術が開発されて実用に供されている(例えば、下記特許文献1および特許文献2を参照)。
このような余剰液リサイクルプラントにおいては、図10に例示するように掘削機1の掘削ロッド2の近傍に吸込機3を設置するとともに、掘削中に発生してピット4内に溢出する泥水状の余剰液Aを吸込機3のポンプP、吸込管5および吸込ヘッド6によって吸引して分離装置へ送り、ここで振動スクリーンとサイクロンとを用いて固化剤余剰液と土砂とを分離した後、固化剤余剰液の再利用を図るようになっている。
このとき、ピット4内の泥水状の余剰液Aに含まれる礫や鉄筋、木片等の固形物を吸い込んでポンプPが損傷したり詰まったりしないように、吸込ヘッド6にはメッシュ材で囲まれたいわゆる蛇篭と称される網篭7に取り付け、吸込管5内への固形物の吸い込みを防止している。
特開2001−271338号公報 特開2002− 54139号公報
ところが、上述した従来技術においては、ピット4内の泥水状余剰液Aを吸い込むときに粘土や木片等が網篭7の外周に付着し、網篭7のメッシュが目詰りして吸い込み不良を起こしてしまう。
このため、網篭7の外周に付着した粘土や木片等を除去するための清掃作業を強いられるが、その作業が容易ではない。また、固化剤余剰液の回収作業を中断しなければならず、泥水吸込作業の能率低下を招くという問題があった。
そこで本発明の目的は、上述した従来技術が有する問題点を解消し、土木工事に伴って発生した泥水を吸引する際に網篭の周囲に粘土や木片等の固形物が付着することを予防できるとともに、これらの固形物が付着したときには積極的に除去することができる泥水吸込装置を提供することにある。
上記の課題を解決するための請求項1に記載した手段は、
ポンプに接続された泥水吸込管の吸込口に配設される泥水吸込装置であって、
前記吸込口の周囲を覆う、第1の側面および第2の側面を有した網篭と、
前記網篭の第1の側面を貫通して延びる回転軸の周りで螺旋状に延びる、前記網篭の内側に配設された内側部分と前記網篭の外側に配設された外側部分とを具備する羽根を有したスクリュー状の回転羽根と、
前記回転羽根を正逆両方向に回転駆動可能な駆動モータと、
前記駆動モータの作動を制御するための駆動モータ制御手段と、を備え、
前記網篭および前記回転羽根は、前記回転羽根が正方向に回転すると泥水が前記第1の側面から流入して前記第2の側面から流出するとともに、前記回転羽根が逆方向に回転すると泥水が前記第2の側面から流入して前記第1の側面から流出するように構成されており、
前記回転羽根および前記駆動モータは、前記回転羽根の回転によって前記網篭の内側に流入する泥水の流量が前記ポンプの泥水吸込流量を上回るように構成されており、
前記駆動モータ制御手段は、前記回転羽根が正方向に回転する状態と逆方向に回転する状態とが交互に生じるように前記駆動モータの作動を制御する、
ことを特徴とする。
なお「網篭」とは、泥水中に含まれる固形物がポンプに吸い込まれないように濾過するための手段を言い、蛇篭、濾過篭、メッシュ篭等の名称を有するものもこれに該当する。
すなわち、請求項1に記載した泥水吸込装置においては、回転羽根を正方向に回転させると、泥水が網篭の第1の側面を通過して網篭内に流入すると同時に泥水が第2の側面を通過して網篭外に流出する。
このとき、ポンプが吸引する泥水の量よりも第1の側面を通過して網篭内に流入する泥水の量の方が多いから、第2の側面を通過して網篭外に流出する泥水の流量がゼロとなることはない。
また、網篭内への泥水の流入に伴って、網篭の第1の側面の外表面には泥水の流入に伴って泥水に含まれる泥や粘土、礫、鉄筋、木片等の固形物が付着するが、第2の側面を通過する泥水によって第2の側面の外表面にはこれらの固形物が付着することはない。
これにより、第1の側面の外表面に泥水中の固形物が付着し、第1の側面を通過して網篭内に流入する泥水の量が減少しても、ポンプは第2の側面を介して泥水を吸引することができる。
したがって、請求項1に記載した泥水吸込装置によれば、網篭の全体が目詰まりして吸い込み不良を起こし、吸込作業の能率を低下させることがない。
さらに、請求項1に記載した泥水吸込装置においては、制御手段を用いることによって駆動モータの作動を制御し、回転羽根の回転方向のみならずその回転数をも自在に制御することが可能となる。
これにより、例えば、回転羽根が正方向に回転している間に網篭の第1の側面の外表面に固形物が付着して第1の側面に目詰まりが生じても、制御手段が駆動モータの回転方向を反転させて回転羽根を逆方向に回転させると、泥水は網篭の第2の側面を通過して網篭内に流入すると同時に網篭の第1の側面を通過して網篭外に流出するから、網篭の第1の側面の外表面に付着している固形物を洗い流して目詰まりを解消することができる。
全く同様に、回転羽根が逆方向に回転している間に網篭の第2の側面の外表面に固形物が付着して第2の側面に目詰まりが生じても、制御手段が駆動モータの回転方向を反転させて回転羽根を正方向に回転させると、泥水は網篭の第1の側面を通過して網篭内に流入すると同時に網篭の第2の側面を通過して網篭外に流出するから、網篭の第2の側面の外表面に付着している固形物を洗い流して目詰まりを解消することができる。
加えて、請求項1に記載した泥水吸込装置においては、回転羽根がスクリュとして形成されてその剛性および強度が高いから、土木工事の泥水吸込作業に好適に用いることができる。
また、そのスクリュ羽根によって泥水中に含まれている泥塊等の固形物を効果的に破砕することができる。
さらに、回転羽根のうち網篭の内側で回転する部分と網篭の外側で回転する部分とが協動することにより、第1の側面を通過して網篭内に流入する泥水の流量を増加させることができる。
また、請求項に記載した手段は、請求項に記載した泥水吸込装置において、前記スクリュの外径よりも大きい内径を具備したスクリュ挿通孔を前記網篭が有するとともに、前記スクリュー状の回転羽根の回転軸のうち前記スクリュ挿通孔内に挿通される部分は円柱状の大径部を有しており、かつ前記スクリュ挿通孔の半径寸法と前記大径部の半径寸法との差が前記網篭の網目寸法よりも小さくなるように設定されることを特徴としている。
すなわち、請求項に記載した泥水吸込装置においては、スクリュの回転羽根に網篭の表面と対向する部分が存在しないから、泥水中に含まれている固形物が網篭とスクリュとの間の隙間に挟まってスクリュが回転不能となることを確実に防止することができる。
また、スクリュ挿通孔と大径部との間の隙間を通って網篭内に流入する固形物の寸法は、網篭の網目を通って網篭内に流入する固形物の寸法よりも小さいから、泥水を吸入するポンプの作動に支障を来すことはない。
また、請求項に記載した手段は、請求項1または2に記載した泥水吸込装置が、
前記ポンプが吸い込んでいる泥水の状態を検出するセンサをさらに備え、
前記制御手段は、前記ポンプが吸い込んでいる泥水の状態に変化が検出されると前記回転羽根の回転方向が反転するように前記駆動モータの作動を制御することを特徴としている。
すなわち、請求項に記載した泥水吸込装置においては、例えば、回転羽根が正方向に回転している間に網篭の第1の側面の外表面に固形物が付着して第1の側面に目詰まりが生じても、ポンプは網篭の第2の側面を介して泥水を吸引することができるが、ポンプが吸い込む泥水の流量や水圧が低下する等の変化が生じる。
このような変化を前記センサが検出すると、制御手段は駆動モータの回転方向を反転させて回転羽根を逆方向に回転させる。
これにより、泥水は網篭の第2の側面を通過して網篭内に流入すると同時に網篭の第1の側面を通過して網篭外に流出するから、網篭の第1の側面の外表面に付着している固形物を洗い流して目詰まりを解消することができる。
回転羽根が逆方向に回転している場合も、全く同様である。
これにより、網篭の外表面に付着している固形物を洗い流して目詰まりを解消することができる。
また、請求項に記載した手段は、請求項1または2に記載した泥水吸込装置において、前記制御手段が、所定の時間が経過する毎に前記回転羽根の回転方向が反転するように前記駆動モータの作動を制御することを特徴としている。
すなわち、請求項に記載した泥水吸込装置においては、回転羽根の回転方向を一定時間毎に反転させたり、回転羽根の正方向の回転と逆方向の回転との間に所定の停止時間を空けたりすることによって、網篭の第1の側面および第2の側面の目詰まりを交互に解消することができる。
また、請求項に記載した手段は、請求項1乃至のいずれかに記載した泥水吸込装置において、前記網篭が、前記第1の側面としての底面と前記第2の側面としての円筒面とを有する有底円筒状に形成されており、
かつ前記回転羽根が、前記網篭と同軸に回転するように前記網篭内に配設されていることを特徴としている。
すなわち、請求項に記載した泥水吸込装置は、網篭および回転羽根をコンパクトにまとめることができるとともに、網篭を円筒状に形成して高い剛性を持たせることができるから、土木工事の泥水吸込作業に好適に用いることができる。
以上の説明から明らかなように、本発明の泥水吸込装置は、ポンプに接続された泥水吸込管の吸込口の周囲を覆う網篭と回転羽根とを組み合わせるとともに、回転羽根の回転によって発生する泥水の流れが網篭の第1の側面を通過して網篭内に流入するとともに第2の側面を介して流出するように構成したものであるから、網篭の全体が目詰まりして吸い込み不良を起こすことがなく、泥水を吸い込む作業を極めて効率良く行うことができる。
以下、図1乃至図7を参照し、本発明に係る泥水吸込装置の一実施形態について詳細に説明する。
本実施形態の泥水吸込装置100は、例えばソイルセメントミキシング工法を用いて連続壁を造成する際に発生する泥水状の固形剤余剰液を吸い込むためのものであって、図10に示したポンプPに接続されている吸込管5の吸込口5aに取り付けられる、略円筒状のハウジング10を有している。
このハウジング10のうち吸込口5a側の開口を閉塞している底壁11には、湾曲した管状支持部12が固定されており、回転軸13を回転駆動するための水中電気モータ(駆動モータ)14を支持している。
回転軸13の外周面には螺旋状に延びる羽根15が固定されており、スクリュー状の回転羽根16を形成している。
回転軸13のうちハウジング10の内側に位置する部分には小径で羽根状の回転部材17が取り付けられており、吸込口5aに入り込む泥水中に含まれている泥塊等を破砕するようになっている。
また、スクリュー状の回転羽根16の羽根15には、次述する網篭20の底面21との干渉を防止するための切欠部15aが形成されている。
なお、この切欠部15aと網篭20の底面21との間の隙間の寸法は、泥水中に含まれる固形物がこの隙間に挟まってスクリュー状回転羽根16が回転不能とならないように広めに設定することが好ましい。
ハウジング10のうち吸込口5aと反対側の開口には、網篭20が接続されている。
この網篭20は、ステンレス鋼の小径棒材を組み合わせて有底円筒状の篭として成形したもので、吸い込む泥水に含まれている泥塊、砂利、岩石、礫、鉄片、木片等の固形物を濾過し得る網目状に構成されている。
この網篭20は、回転軸13が貫通する底面(第1の側面)21と、回転軸13と同軸な円筒面(第2の側面)22と、この網篭20をハウジング10に固定するための環状底壁23とを有している。
また、この網篭20はその軸線に沿って縦方向に2分割可能であり、回転軸13の周囲への着脱を容易にしている。
駆動モータ14の作動を制御する駆動モータ制御手段30には、吸込管5の吸込口5a内における泥水の流量若しくは圧力の変化を検出するためのセンサ31が接続されている。
駆動モータ制御手段30は、吸込口5a内の泥水の流量若しくは圧力が所定値を下回ると、回転羽根16の回転方向が反転するように駆動モータ14の作動を制御する機能を有している。
また、駆動モータ制御手段30は、所定の時間が経過する毎に回転羽根16の回転方向が反転するように駆動モータ14の作動を制御する機能を有している。 さらに、駆動モータ制御手段30は、回転羽根16の正方向の回転と逆方向の回転との間に所定の停止時間が空くように駆動モータ14の作動を制御する機能も有している。
次に図1および図3乃至図6を参照し、本実施形態の泥水吸込装置100の作動について説明する。
本実施形態の泥水吸込装置100を用いて泥水を吸い込む際には、吸込管5に設けた吊金具18と網篭20の外表面に設けた吊金具24にロープRの両端をそれぞれ接続するとともに、このロープRを吸込機3(図10参照)のフック19に引掛けて泥水吸込装置100の全体を吊り下げ、回転軸13が略水平に延びる状態ようにピット4(図10参照)内の泥水(余剰液A)の水面WLの下側に水没させる。
この状態で、図1に示したように駆動モータ14を用いて回転羽根16を正方向に回転させると、回転羽根16の周囲の泥水は矢印W1で示したように網篭20の底面21を通過して網篭20内に流入する。
このとき、網篭20の底面21を通過して網篭20内に流入する泥水(矢印W1)の流量は、図10に示したポンプPが吸込管5の吸込口5aから吸い込む泥水(矢印W2)の流量よりも大幅に多い。
これにより、網篭20の底面21を通過して網篭20内に流入した泥水W1の大半は、図1中に矢印W3で示したように網篭20の円筒面22を介して網篭20の外部に流出する。
図1に示した運転状態をしばらく継続すると、網篭20内への泥水W1の流入に伴い、図3に示したように網篭20の底面21の外表面には泥水中に含まれている泥や粘土、礫、鉄筋、木片等の固形物Bが付着し始める。
これに対して、図1に示したように、網篭20の円筒面22を通過して網篭20外に流出する泥水W3により、網篭20の円筒面22の外表面にはこれらの固形物Bが付着することはない。
図3に示したように網篭20の底面21の外表面に固形物Bが付着し、網篭20の底面21を通過して網篭20内に流入する泥水W1の量が低下すると、吸込管5の吸込口5aを通過する泥水W2の流量若しくは圧力もまた低下する。
そして、吸込口5a内の泥水W2の流量若しくは圧力が第1の所定値を下回ると、駆動モータ制御手段30は回転羽根16の回転を停止させる。
これにより、ポンプPが泥水を吸い込むことによって生じる泥水W4の流れは網篭20の円筒面22を通過して網篭20内に流入することが妨げられないから、ポンプPはピット4内の泥水を吸い込み続けることができる。
吸込口5a内の泥水W2の流量若しくは圧力が第2の所定値を下回ると、駆動モータ制御手段30は図4に示したように回転羽根16を逆方向に回転させる。 これに伴って回転羽根16の周囲の泥水は矢印W5で示したように回転軸13の軸端方向に流れるが、その流量は図10に示したポンプPが吸込管5の吸込口5aから吸い込む泥水(矢印W2)の流量よりも大幅に多い。
これにより、網篭20の円筒面22を通過して網篭20内に流入する泥水W6の大半が網篭20の底面21を通過して網篭20の外部に流出する。
したがって、網篭20の底面21の外表面に付着している固形物Bを洗い流し、底面21の目詰まりを解消することができる。
図4に示した運転状態をしばらく継続すると、網篭20内への泥水W6の流入に伴い、図5に示したように網篭20の円筒面22の外表面には泥水中に含まれている泥や粘土、礫、鉄筋、木片等の固形物Bが付着し始める。
これに対して、図4に示したように、網篭20の底面21を通過して網篭20外に流出する泥水W5により、網篭20の底面21の外表面にこれらの固形物が付着することはない。
図5に示したように網篭20の円筒面22の外表面に固形物Bが付着し、網篭20の円筒面22を通過して網篭20内に流入する泥水W6の量が低下すると、吸込管5の吸込口5aを通過する泥水W2の流量若しくは圧力もまた低下する。 そして、吸込口5a内の泥水W2の流量若しくは圧力が第1の所定値を下回ると、駆動モータ制御手段30は回転羽根16の回転を停止させる。
これにより、ポンプPが泥水を吸い込むことによって生じる泥水W7の流れは網篭20の底面21を通過して網篭20内に流入することが妨げられないから、ポンプPはピット4内の泥水を吸い込み続けることができる。
吸込口5a内の泥水W2の流量若しくは圧力が第2の所定値を下回ると、図6に示したように駆動モータ制御手段30は回転羽根16を正方向に回転させる。 これに伴い回転羽根16の周囲の泥水は矢印W1で示したように網篭20の底面21を通過して網篭20内に流れるが、その流量は図10に示したポンプPが吸込管5の吸込口5aから吸い込む泥水(矢印W2)の流量よりも大幅に多い。 これにより、網篭20の底面21を通過して網篭20内に流入した泥水W1の大半が網篭20の円筒面22を通過して網篭20の外部に流出する。
したがって、網篭20の円筒面22の外表面に付着している固形物Bを洗い流し、円筒面22の目詰まりを解消することができる。
すなわち、本実施形態の泥水吸込装置100においては、吸込口5a内の泥水の流量若しくは圧力が低下する毎に回転羽根16の回転を逆転させることによって、網篭20の底面21および円筒面22の外表面に付着した固形物を洗い流し、その目詰まりを積極的に解消することができる。
これにより、網篭20の外表面に付着した粘土や木片等を除去するための清掃作業を強いられることがないから、ピット4内の泥水(固化剤余剰液)を回収する作業を効率良く行うことができる。
次に図7を参照し、上述した泥水吸込装置100の変形例について説明する。
図7に示した変形例の泥水吸込装置110においては、スクリュー状回転羽根16の外周半径寸法R1よりもわずかに大きい内周半径寸法R2を有する円形のスクリュ挿通孔21aが、網篭20の底面21に貫設されている。
また、スクリュー状回転羽根16の回転軸13のうちスクリュ挿通孔21内に挿通される部分には、円柱状の大径部13aが設けられている。
そして、スクリュ挿通孔21aの内周半径寸法R2および大径部13aの外周半径寸法R3は、それらの差の値が網篭20の網目寸法よりも小さくなるように設定されている。
すなわち、この変形例の泥水吸込装置110においては、スクリュー状回転羽根16に網篭20の底面21と図示水平方向に直接対向する部分が存在しないから、泥水中に含まれている固形物が網篭20の底面21とスクリュー状回転羽根16との間の隙間に挟まってスクリュー状回転羽根16が回転不能となることを確実に防止できる。
なお、泥水中に含まれている固形物の一部が、スクリュ挿通孔21aの内周縁と大径部13aの外周面との間の隙間を通って網篭20の内部に流入する。
しかしながら、この隙間の寸法は網篭20の網目の寸法よりも小さいから、この隙間を通過する固形物の寸法は網篭20の網目を通過する固形物の寸法よりも小さく、ポンプPの作動に支障を来すことはない。
以上、本発明に係る泥水吸込装置の各実施形態について詳しく説明したが、本発明は上述した実施形態によって限定されるものではなく、種々の変更が可能であることは言うまでもない。
例えば、上述した実施形態においては、センサ31を用いて吸込口5a内の泥水W2の流量若しくは圧力を測定するとともに、測定結果に応じて駆動モータ14の作動を制御していた。
これに対して、センサ31を省略するとともに、駆動モータ制御手段30の固有の機能を用いて駆動モータ14の作動を制御し、所定の時間が経過する毎に回転羽根16の回転方向を反転させたり、回転羽根の正方向の回転と逆方向の回転との間に所定の停止時間を挟んだりすることもできる。
網篭および吸込口の近傍を破断して示す第1実施形態の泥水吸込装置の正面図。 図1中に示した泥水吸込装置の網篭の側面図。 図1に示した泥水吸込装置の作用を説明する正面図。 図1に示した泥水吸込装置の作用を説明する正面図。 図1に示した泥水吸込装置の作用を説明する正面図。 図1に示した泥水吸込装置の作用を説明する正面図。 図1に示した泥水吸込装置の変形例を示す正面図。 ソイルセメントミキシング工法において掘削攪拌時に排出される泥水泥土を吸引し回収する状態を模式的に示す図。
符号の説明
B 固形物
P ポンプ
1 掘削機
2 掘削ロッド
3 吸込機
4 ピット
5 吸込管
5a 吸込口
6 吸込ヘッド
7 網篭
10 ハウジング
13 回転軸
13a 大径部
14 駆動モータ
15 羽根
16 回転羽根
20 網篭
21 底面(第1の側面)
21a スクリュ挿通孔
22 円筒面(第2の側面)
30 駆動モータ制御手段
31 センサ
100 一実施形態の泥水吸込装置
110 変形例の泥水吸込装置

Claims (5)

  1. ポンプに接続された泥水吸込管の吸込口に配設される泥水吸込装置であって、
    前記吸込口の周囲を覆う、第1の側面および第2の側面を有した網篭と、
    前記網篭の第1の側面を貫通して延びる回転軸の周りで螺旋状に延びる、前記網篭の内側に配設された内側部分と前記網篭の外側に配設された外側部分とを具備する羽根を有したスクリュー状の回転羽根と、
    前記回転羽根を正逆両方向に回転駆動可能な駆動モータと、
    前記駆動モータの作動を制御するための駆動モータ制御手段と、を備え、
    前記網篭および前記回転羽根は、前記回転羽根が正方向に回転すると泥水が前記第1の側面から流入して前記第2の側面から流出するとともに、前記回転羽根が逆方向に回転すると泥水が前記第2の側面から流入して前記第1の側面から流出するように構成されており、
    前記回転羽根および前記駆動モータは、前記回転羽根の回転によって前記網篭の内側に流入する泥水の流量が前記ポンプの泥水吸込流量を上回るように構成されており、
    前記駆動モータ制御手段は、前記回転羽根が正方向に回転する状態と逆方向に回転する状態とが交互に生じるように前記駆動モータの作動を制御する、
    ことを特徴とする泥水吸込装置。
  2. 前記網篭は、前記スクリュー状の回転羽根の外径よりも大きい内径を具備したスクリュ挿通孔を有しており、
    前記スクリュー状の回転羽根の回転軸のうち前記スクリュ挿通孔内に挿通される部分円柱状の大径部を有しており、
    かつ前記スクリュ挿通孔の内周半径寸法と前記大径部の外周半径寸法との差が前記網篭の網目寸法よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項に記載した泥水吸込装置。
  3. 前記ポンプが吸い込んでいる泥水の状態を検出するセンサをさらに備え、
    前記制御手段は、前記ポンプが吸い込んでいる泥水の状態に変化が検出されると前記回転羽根の回転方向が反転するように前記駆動モータの作動を制御することを特徴とする請求項1または2に記載した泥水吸込装置。
  4. 前記制御手段は、所定の時間が経過する毎に前記回転羽根の回転方向が反転するように前記駆動モータの作動を制御することを特徴とする請求項1または2に記載した泥水吸込装置。
  5. 前記網篭は、前記第1の側面としての底面と前記第2の側面としての円筒面とを有する有底円筒状に形成されており、
    かつ前記回転羽根が、前記網篭と同軸に回転するように配設されていることを特徴とする請求項1乃至のいずれかに記載した泥水吸込装置。
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