JP4195214B2 - 屈曲部に開口部を有するパイプを用いた浚渫装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この出願の発明は、屈曲部に開口部を有するパイプを用いた浚渫方法とその装置に関するものである。
【０００２】
さらに詳しくは、この出願の発明は、タンク、浄水場用又は下水処理場用の池、沈砂池、溜め池、沈殿物池、貯水池、ダム湖、湖、海、送水トンネル、送水路など流体を貯留、流送する施設や場所に溜まった堆積物、集積物、堆砂等の沈殿物を容易に吸引・浚渫・流送することのできる新しい方法とそのための装置に関するものである。
【０００３】
【従来の技術とその課題】
従来より、流体を貯留する施設などでは、沈殿堆積物を排出することができる手段や設備を備え、これを維持し、運用することが欠かせないこととなっている。特に近年では、ダムの湖底沈殿物の問題は深刻になってきており、沈殿物を効率的に浚渫処理することがダムの貯水量を増大させ、ダムの利用寿命を延ばすために是非とも必要になっている。
【０００４】
従来から行われているダム底に堆積する沈殿物を浚渫する方法としては、＜１＞貯留されている沈殿物を大量の水と共に放流するフラッシング排砂による方法や、＜２＞一時的にダム水位を低下させ、露出した沈殿物上に水を流すことにより中流域の沈殿物をダム近傍の支水域へ移動させる方法、＜３＞ダム上流部に貯砂ダムなどを造成し、土砂混じりの水を直接下流に放流するためのバイパストンネルを設けて排砂する方法、＜４＞浚渫船による掘削や水位低下で露出した沈殿物を直接掘削する方法等がある。
【０００５】
しかしながら、＜１＞フラッシングによる排砂方法では、時期的に増水期に限られ、またこの方法を実行する場合は大量の水が消費されるためフラッシング期間中は都市用水、農業用水、発電用水などの本来の水利用ができないなどの問題がある。また、＜２＞一時期にダム水位を低下させる場合も、実施時期を選ぶことができず、しかも大量の水を消費するため本来の水利用に使用する水の水質が悪化する問題がある。そして、＜３＞バイパストンネルによる排砂の方法も、排出できる範囲は排出口近傍に限られるだけでなく、初期設備の投資額が非常に大きくなる等の問題がある。さらに、＜４＞浚渫による方法は、ダム湖へ浚渫用の大型機械を設置することが必要になり、これらの装置を分解搬送したり、浚渫後の土砂輸送や水切り揚土が必要となり、処理費用が嵩むのに加え、濁水が発生するなどの問題がある。
【０００６】
そこで、この出願の発明はこのような従来の問題点を解消するためになされたものであり、ダム湖等へ大型機械を分解搬送する必要がなく、広範囲の沈殿物の掘削排出が可能であって、沈殿物の流送に理想的なヘテロジーニアス流を実現し、管材の磨耗の低減に加え、何らの制御装置を用いることなく混泥率を調整しながら排砂することができ、しかも、貯水池の濁流発生を抑えるとともに、低コスト化が可能な新しい技術手段を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この出願の発明は、前記の課題を解決するものとして、具体的には以下の＜１＞＜２＞＜３＞の浚渫装置を提供する。＜１＞両端が開放され、屈曲形成されている屈曲部の突起側に開口部が設けられ、吸引機構と注水機構を有するパイプを備え、パイプの後方開放端部は、函内水位が浚渫対象域の水面より下位に維持された沈殿物流排出用のフローティングタンクに接続され、屈曲部開口部は、水底に対向され、パイプの前方開放端部は、水底に対向されずに且つ後方開放端部より静水圧の高い水中位置に維持されて、パイプ内が周囲より低圧とされることにより開口部から吸引された沈殿物をパイプの前方開放端部から流入した水とともに後方開放端部からフローティングタンクへ流排出するようにし、さらに、パイプの屈曲部開口部近傍に、沈殿物を攪拌あるいは破砕する手段もしくは装置を配設した浚渫装置。＜２＞屈曲部開口部より後方側とパイプの後方開放端部との間に水や空気の吹き込み機構が設けられている前記＜１＞の浚渫装置。＜３＞少なくともパイプの屈曲部を移動可能とする手段もしくは装置を備えた前記＜１＞または＜２＞の浚渫装置。
【００１０】
この出願の発明の装置のように屈曲部に開口部を設けたパイプによれば、堆積物に屈曲部の開口部を押し付けるだけで自動調整された濃度の吸引・浚渫・流送が可能となり、極めて簡便、かつ効率的な浚渫が可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
この出願の発明は上記のとおりの特徴をもつものであるが、その実施の形態について、詳細を以下に説明する。なによりもまず、この出願の発明では、両端が解放されたパイプをＪ，Ｕ，ＶまたはＬ字状に屈曲加工し、形成された屈曲部に開口部を設けたものを利用している。この場合の屈曲部の形成や開口部の配設のための加工等の方法に何ら限定はない。そして、開口部については、後述の図面をもっての説明でも明らかなように、パイプ屈曲部の内側ではなく、膨出する外側の周面部に配設されているものとしている。開口部が設けられたパイプは、たとえば、水上の船、台船などに設置してあるクレーン等で吊りながらダム湖の沈殿物域まで搬送し、パイプの屈曲部開口部を沈殿物に近接させこれを吸引することによって沈殿物を吸引・浚渫・流送する。
【００１３】
たとえばこのように、この出願の発明の方法と装置によれば、前記の船が任意の場所に移動し、沈殿物を吸引・流送することが可能であるため、湖底の沈殿物を広範囲に浚渫することができることになる。
【００１４】
もちろん、このパイプの配置は、１本だけではなく、複数本を並列、扇形などに配置することや分岐することも可能である。
【００１５】
この出願の発明のパイプの前後両端部は開放されており、前方開放端部の方が沈殿物を排出する側である後方開放端部より静水圧の高い水中位置に配置される。そして、パイプの前方開放端部は沈殿物で埋まることはない位置で水中に維持される。
【００１６】
このパイプ内に流れが生じることによって、前方開放端部より水が吸い込まれ、パイプ内が周囲の静流体圧に比べて低圧となるために屈曲部の開口部からパイプ周囲の沈殿物を水と共に吸い込み排出することになる。
【００１７】
沈殿物の排出に際し、沈殿物の濃度が濃くなるに伴いパイプ内の抵抗が増し、流速が落ち、吸引力が低下し、吸引抵抗の少ないパイプの前方開放端部から水を吸い込むことで、結果的に希釈が起こる。逆に、沈殿物の濃度が低い時には流速が速く、吸引力が大きいことから、これに伴って吸い込む沈殿物の濃度が増大することになる。従って、パイプの前方開放端部を水中に位置させるだけで、何らの制御装置を用いることなく吸引力が自動調節されるものである。
【００１８】
パイプの形状は、たとえばＪ，Ｕ，ＶまたはＬ字状に屈曲加工されているものとしているが、特に限定せずに屈曲形状のものであればその他各種の形状のものでもよい。
【００１９】
また屈曲部開口部の形状は、連続した開口、あるいは円形、角型、楕円形などが間歇的に連続したものでもよく、開口部の数、開口部の大きさや位置には一般的な限定はないが、排出させる堆積沈殿物に開口部が対向するようにする必要があるため、パイプの下側、つまり、湖底や河床等の水底に対向する、屈曲部の外側周面部に開口部を設ける。
【００２０】
パイプ材料についても特に限定はなく、鋼管、ライニング鋼管、鋳鉄管などの金属、塩化ビニールや高密度ポリエチレンなどの各種の高分子材料等を、適用場所や目的等に対応して選択して使用できる。
【００２１】
パイプ内には水の流れを発生させることが必要になるが、そのためのエネルギーとしては、主として静水圧が利用されることになり、湖内外の水頭差を利用することもできるが、パイプの後方開放端部をフローティングタンク内に設置し、フローティングタンクの函内水位を湖面水位より下げて維持する等の方法により、主として静水圧を利用した吸引・浚渫・流送を行うことができる。
【００２２】
また、静水圧が利用し難い場合には、他の外部エネルギーとして、吸引によりパイプ内に流れを発生させる吸引装置や、たとえばエゼクター、ジェットポンプなどの、水や空気の吹き込み装置をパイプに取り付けて、これら装置による吸引や、吹き込みによる外部エネルギーで吸引・浚渫・流送を行うことができる。
【００２３】
もちろん、静水圧と前記外部エネルギーを合わせて使用することもできる。
【００２４】
図１はこの発明の沈殿物の浚渫方法の概要を例示した図面である。
【００２５】
地盤（１５）に建設されたダム（１６）に水（１７）が水位（１８）をなして貯蔵されているとする。地盤（１５）の元地盤線（１９）には堆積物（２０）が現湖底線（２１）をなして堆積している。そして、堆積物（２０）には、これを排出しようとする部分にＪ型形状の屈曲部外側周面に開口部（１ａ）を有するパイプ（１）が配向位置している。
【００２６】
パイプ（１）は、水上の船（４）に設置してあるクレーン（５）で吊り、固定してある。そこで、船（４）を移動することによってパイプ（１）を自由に移動させ目的の場所に行き吸引・浚渫・流送を行うことができるようにしている。
【００２７】
パイプ（１）内に水の流れを発生させるためのエネルギーとして、ここでは、湖内にフローティングタンク（６）を浮かべ、タンク（６）内の水の水位と湖面の水位との水位差を利用している。
【００２８】
パイプ（１）の開口部（１ａ）の後方側には、注水管（７）及びエアー抜きバルブ（８）及びストップバルブ（９ａ）、ストップバルブ（９ｂ）が接続され、注水管（７）にはポンプ（１０）が取り付けられている。
【００２９】
また、排出量を調整するために、パイプ（１）の開口部（１ａ）の後方側には流量調整バルブ（１１）が取り付けられている。
【００３０】
さらに、フローティングタンク（６）には、タンク内の水位を調整するためのバルブ（１２）及びポンプ（１３）が設けられている。
【００３１】
この例の場合のパイプ（１）による沈殿堆積物（２０）の浚渫方法は、たとえば以下の手順に従って行われる。
【００３２】
▲１▼ ストップバルブ（９ａ）、ストップバルブ（９ｂ）を閉じる。
【００３３】
▲２▼ 注水管（７）より注水しながら、エアー抜きバルブ（８）でパイプ内のエアーを抜く。終了したら、注水管（７）、エアー抜きバルブ（８）を閉じる。
【００３４】
▲３▼ ストップバルブ（９ａ）を開く。
【００３５】
▲４▼ ストップバルブ（９ｂ）を開くと同時に堆積物（２０）は、開口部（１ａ）を通して吸い込まれ水と共にフローティングタンク（６）に排出される。
【００３６】
▲５▼ 堆積物（２０）が排出されはじめるとパイプ（１）の前方開放端部（１ｂ）より水を吸い込み始める。そして、パイプ（１）内に水が流れ始めるとパイプ（１）内が周囲の静流体圧に比べて低圧となるため、開口部（１ａ）から堆積物（２０）を水とともに連続的に吸い込み排出する。
【００３７】
堆積物（２０）の排出はパイプ（１）の開口部（１ａ）に沿って順次発生し、パイプ（１）の開口部（１ａ）の長さに対応した範囲の堆積物（２０）を排出される。
【００３８】
Ｊ字型形状の屈曲部を有するパイプは、たとえば図２、図４、図５および図６に例示したような外形状を示すものとすることができる。これらの例では、開口部（１ａ）は、パイプ（１）の屈曲部の下側、つまり膨出する外側の周面部を断続的に切り欠いた状態として配置されている。そして、前方開放端部（１ｂ）は、この開口部（１ａ）よりも上方の水中に位置するようにしている。
【００３９】
パイプ（１）の径は同じであってもよいが、図２に例示されているように若干絞るのが好ましい。また、図２およびそのＡ−Ａ断面を示した図３に例示したように、パイプ（１）の屈曲部にはプレート（２）を取り付けて挾持するようにし、プレート（２）間に砂などの重量物（３）を入れ、パイプ（１）の位置バランスを保つことができる。パイプ（１）の開口部（１ａ）や前方開放端部（１ｂ）には、木片、岩塊等の吸い込みによって目詰まりするのを避けるために網や格子などの防御物（１４）を設けることが好ましい。
【００４０】
また、パイプの開口部（１ａ）近くでは、図４に例示したように、パイプ（１）内に導いた配管（２３）からの高圧水をウォータージェットとして噴出口（２４）よりジェット噴出させて、その噴出攪拌部（２５）において、周囲の閉塞物の除去したり、圧密等により硬くなった堆積土砂を弛めながら堆積物を開口部（１ａ）吸い込むようにすることができる。ウォータージェットに代えて、または併用して、攪拌機（２６）により攪拌を行うことも考慮される。
【００４１】
また、パイプには、別途油圧または電動駆動装置を取り付け、水中でスイングさせる、平行に移動させる、回転させることも可能である。
【００４２】
図５は、パイプ（１）内の流れの形状のためのエネルギーとして、パイプ（１）に配設したエゼクター（２７）の作用を利用した例を示し、図６は、真空ポンプ（２８）による吸引力を利用した例を示している。
【００４３】
パイプの径は、浚渫する容量や場所の条件、大きさに応じて２５〜３５００ｍｍ範囲のものを使用することが好ましい。
【００４４】
もちろん、この発明の形態としては、単独でパイプ（１）を利用した上述の例に限らず、既存の他の方法と組み合わせて使用することもできる。例えば、従来工法（浚渫、陸上機械による掘削）で掘削したものをこの発明で流送することや、この発明の方法で排出したものを、従来方法で運搬することも可能である。
【００４５】
【発明の効果】
上記に詳しく説明したように、この出願の発明によれば、湖内等の任意の位置に自由に移動しながら、湖内外の水頭差を利用することで効率的に沈殿物、堆積物を排出できる。この時最適な排出状況となり小さな水頭損失で排出できるために、排出のための使用流体の量を少なく、排出距離を長く、また管磨耗を小さくすることができる。このことは、非常に安いコストでの排出を可能にする。また、吸い込み口では濁流体を発生させないために、吸い込み、排出と同時に他の取水口からの上水、農業用水、工業用水、発電用水などの利用が平行的にできる。新設の貯水池などの場合、沈殿物、堆積物の排出が随時可能であるため、これによって、沈殿物や堆積物の堆積許容量を減らすことができる。したがって、貯水池の容量を減らし、ダムの高さなどの規模を縮小することができ、この小規模のダムによっても従来と同様の効果を得ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施例に係る全体の模式図である。
【図２】屈曲部に開口部を有するパイプの拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ断面図である。
【図４】パイプにウォータージェット及び攪拌機を取り付けた図である。
【図５】パイプにエゼクターを取り付けた図である。
【図６】パイプに真空ポンプを取り付けた図である。
【符号の説明】
１ Ｊ型形状で屈曲部に開口部を有するパイプ
１ａ 開口部
１ｂ 前方開放端部
２ プレート
３ 重量物
４ 船
５ クレーン
６ フローティングタンク
７ 注水管
８ エアー抜きバルブ
９ａ ストップバルブ
９ｂ ストップバルブ
１０ ポンプ
１１ 流量調整バルブ
１２ 水位を調整するためのバルブ
１３ 水位を調整するためのポンプ
１４ 防御物
１５ 地盤
１６ ダムや堰堤などの貯留施設
１７ 水などの流体物
１８ 水位
１９ 元地盤線や河床線
２０ 堆積物
２１ 現湖底線
２２ タンク内の水位
２３ 配管
２４ 噴出口
２５ 攪拌部
２６ 攪拌機
２７ エゼクター
２８ 真空ポンプ

Claims (3)

1. 両端が開放され、屈曲形成されている屈曲部の突起側に開口部が設けられ、吸引機構と注水機構を有するパイプを備え、パイプの後方開放端部は、函内水位が浚渫対象域の水面より下位に維持された沈殿物流排出用のフローティングタンクに接続され、屈曲部開口部は、水底に対向され、パイプの前方開放端部は、水底に対向されずに且つ後方開放端部より静水圧の高い水中位置に維持されて、パイプ内が周囲より低圧とされることにより開口部から吸引された沈殿物をパイプの前方開放端部から流入した水とともに後方開放端部からフローティングタンクへ流排出するようにし、さらに、パイプの屈曲部開口部近傍に、沈殿物を攪拌あるいは破砕する手段もしくは装置を配設したことを特徴とする浚渫装置。
2. 屈曲部開口部より後方側とパイプの後方開放端部との間に水や空気の吹き込み機構が設けられていることを特徴とする請求項１の浚渫装置。
3. 少なくともパイプの屈曲部を移動可能とする手段もしくは装置を備えたことを特徴とする請求項１または２のいずれかの浚渫装置。

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