JPH09133626A - 泥水の比重・粘度計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 泥水安定液の供給を必要とする工事におい
て、工事に適合した泥水安定液を安定供給するために、
泥水の比重及び粘度を連続的にかつリアルタイムで計測
し、その計測精度を向上させる。 【解決手段】 調泥槽２０１で調泥された泥水Ｓを泥水
計量槽１２０で一定容積計量してサンプリングし、この
泥水Ｓを泥水計量槽１２０からファンネル泥水槽１３０
へ給泥してその泥水重量をロードセル１０１によって計
測し、その計測データと泥水容量データから、制御出力
盤１０２の演算部が泥水Ｓの比重を演算する。次にファ
ンネル泥水槽１３０の放出ゲート１３３を開放すると同
時にタイマ１０２ａが計時を開始し、ファンネル泥水槽
１３０内の泥水Ｓが全て自然放出されることによってロ
ードセル１０１からの重量計測値が零となった時点で出
力されるタイマ１０２ａからの計時データに基づいて、
制御出力盤１０２が泥水粘度を演算処理する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、シールド工事や地
中連続壁の構築等の際に使用される泥水安定液の管理に
必要な、泥水の比重計測と、泥水の粘度の計測を行うた
めの技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の泥水安定液の管理におい
て、泥水の比重を計測するには例えば図３に示すような
マッドバランスと呼ばれる簡易比重計が使用され、泥水
の粘度を計測するには、例えば図４に示すようなファン
ネル粘度計や図５に示すような回転粘度計が使用されて
いる。

【０００３】このうち、図３の比重計は、定量の泥水を
収容する泥水容器１１と、この泥水容器１１から側方へ
延在され計測目盛１２ａが付されたアーム１２と、この
アーム１２の長手方向移動自在に設けられた錘であるラ
イダー１３と、アーム１２の泥水容器１１寄りの位置を
シーソー状に支持する支点台座１４と、アーム１２に設
けられた水準器１５とからなり、泥水容器１１に定量の
泥水を満たしてアーム１２が水平となるようにライダー
１３を移動させ、その位置を目盛１２ａで読み取るもの
である。また、容量の明確な容器に泥水を入れて重量を
計測し、その重量を容積により除算して泥水比重を求め
る方法も採用される。

【０００４】図４に示すファンネル粘度計は、漏斗状の
容器２１からなるものであって、下端の絞られた通路２
２から容器２１内の泥水が全部流れ落ちるまでの時間
（秒数）によって粘度を表す。また、図５に示す回転粘
度計は、試料容器３１に一定量の泥水を入れ、内外二重
のシリンダ３２，３３を備えた円筒形の計器を前記泥水
中に没入させてモータ３４により回転させ、このときに
外側シリンダ３２と泥水との摩擦抵抗によって生じるト
ルクから粘性係数を計測するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】泥水シールド工法によ
るシールドトンネルの掘削工事等においては、工事に適
合した泥水安定液を供給することが、工事を安全かつ円
滑に行うために重要である。しかしながら、上述した従
来の泥水管理方法では、泥水安定液の比重や粘度の計測
に時間や手間がかかり、しかも計測のしかたや計測作業
者の熟練度等によって計測データに大きな誤差が発生す
るといった問題が指摘されている。

【０００６】本発明は、上記のような事情のもとになさ
れたもので、その主な技術的課題とするところは、泥水
安定液の供給を必要とするシールド工事や地中連続壁の
構築工事等において、工事に適合した泥水安定液を安定
供給するために、泥水の比重及び粘度を連続的にかつリ
アルタイムで計測し、その計測精度を向上させることに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した技術的課題は、
本発明によって有効に解決することができる。すなわ
ち、本発明に係る泥水の比重・粘度計測装置は、下端の
放出口を開閉する放出ゲートを有し定量のサンプリング
泥水が収容される漏斗状のファンネル泥水槽と、このフ
ァンネル泥水槽に設けられて前記サンプリング泥水の重
量を計測する重量計測手段と、前記ファンネル泥水槽の
放出ゲートの開放によって自然放出される前記サンプリ
ング泥水の放出時間を計測する計時手段と、前記重量計
測手段で計測された計測データによる前記サンプリング
泥水の比重及び前記計時手段で計測された計測データに
よる前記サンプリング泥水の粘度を演算し前記各計測動
作を制御する演算制御手段とを備える。

【０００８】この計測装置において、ファンネル泥水槽
に定量のサンプリング泥水が供給されると、このファン
ネル泥水槽内のサンプリング泥水の重量が重量計測手段
によって計測され、その計測データと泥水のサンプリン
グ容量データから、演算手段においてサンプリング泥水
の比重が演算される。このとき、サンプリング泥水の重
量をＷ，容量をＶとすると、比重ρ＝Ｗ／Ｖである。ま
た、ファンネル泥水槽には、泥水供給源から供給される
泥水を所定容積だけサンプリングする泥水計量槽を介し
て定量のサンプリング泥水が供給される。

【０００９】また、このサンプリング泥水の粘度は、フ
ァンネル泥水槽下端の放出ゲートを開放することによっ
てこのファンネル泥水槽内のサンプリング泥水が放出口
から全て自然放出されるのに要する時間と比例関係にあ
るため、この時間を計時手段で計測することによって求
められる。この計時手段は、例えば前記放出ゲートの開
放による泥水放出開始時刻から重量計測手段で計測され
る前記ファンネル泥水槽内の泥水重量が零となる放出終
了時刻までの時間を計測するものである。

【００１０】また、ファンネル泥水槽へのサンプリング
泥水は例えばシールド工事等における泥水処理プラント
の調泥装置から供給され、演算制御手段によって演算さ
れた前記サンプリング泥水の比重及び粘度のデータは、
前記泥水処理プラントの泥水管理装置に出力される。こ
れによって、前記調泥装置で調泥される泥水安定液の比
重及び粘度を管理し、工事に適合した比重及び粘度の泥
水安定液を供給するための調泥を行うことができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１は、本発明に係る泥水の比重
・粘度計測装置の一実施形態を示すものである。すなわ
ち参照符号１００で総括して示すこの計測装置におい
て、鉄骨等により組み立てられた支持フレーム１１０の
上端梁部１１１には、泥水計量槽１２０が配置されてい
る。泥水計量槽１２０は、下端に放出弁１２２によって
開閉可能な放出口１２１を有する漏斗状を呈するもので
あって、その上部には、例えばシールド工事等において
使用する泥水安定液を調泥するための調泥槽２０１から
泥水サンプリングポンプＰ１を介して配管された給泥管
１２３と、清水槽２０２から清水圧送ポンプＰ２を介し
て配管された給水管１２４と、オーバーフロー管１２５
が開口されている。オーバーフロー管１２５の開口高さ
よりも上方には、泥水計量槽１２０に給泥されたサンプ
リング泥水Ｓの液面レベルを検出するレベルセンサ１２
６が設けられ、オーバーフロー管１２５には締切弁１２
７が設けられている。

【００１２】泥水計量槽１２０の放出口１２１の真下に
はファンネル泥水槽１３０が配置されており、その上端
の支持フランジ１３１が、重量計測手段であるロードセ
ル１０１を介して支持フレーム１１０のブラケット１１
２上に支持されている。このファンネル泥水槽１３０
は、下端に放出ゲート１３３によって開閉される放出口
１３２が開設された漏斗状を呈するものであって、放出
口１３２は、サンプリング泥水Ｓが通過する際の流動抵
抗を利用して泥水粘度を計測するものであるため、泥水
計量槽１２０の放出口１２１よりも流路断面が狭く絞ら
れている。放出ゲート１３３は、支点１３３ａを中心に
して電磁装置等のゲート駆動装置１３４により動作され
る。また、ファンネル泥水槽１３０の放出口１３２の真
下の位置には漏斗状の整流筒１３５が設けられており、
放出口１３２から放出されたサンプリング泥水Ｓは、落
下放流の過程でこの整流筒１３５を通ることによって、
飛散や落下速度が緩和される。

【００１３】支持フレーム１１０の一側には制御出力盤
１０２が設置されており、この制御出力盤１０２にはタ
イマ１０２ａが内蔵されている。制御出力盤１０２は、
泥水サンプリングポンプＰ１及び清水圧送ポンプＰ２の
運転・停止や、放出弁１２２及び締切弁１２８の開閉動
作、油圧装置１３４による放出ゲート１３３の開閉動作
等を含む当該計測装置１００の一連の動作を制御し、ま
た、ロードセル１０１，タイマ１０２等からの各種計測
データを入力して各種の演算を行い、その演算結果を出
力するものである。タイマ１０２ａは、ファンネル泥水
槽１３０の放出ゲート１３３を開放することによって、
ファンネル泥水槽１３０内の泥水Ｓが放出口１３２を通
って全部放出されるのに要した時間を計測するもので、
すなわち、油圧装置１３４による放出ゲート１３３の開
放と同時にセットされて計時を開始し、ロードセル１０
１によって計測されるファンネル泥水槽１３０内の泥水
重量が零になった時の計時データを出力する。

【００１４】上述構成の計測装置１００による泥水の比
重及び粘度の計測は、次のようにして行われる。

【００１５】まず調泥槽２０１で調泥された泥水の一部
を、泥水サンプリングポンプＰ１によって給泥管１２３
を介して泥水計量槽１２０に供給する。このとき、泥水
計量槽１２０の下端の放出弁１２２及びオーバーフロー
管１２５の締切弁１２７は閉塞しておき、泥水計量槽１
２０に供給された泥水の液面レベルが、オーバーフロー
管１２５の開口高さを超えてレベルセンサ１２６の検出
高さに達すると、このレベルセンサ１２６からの信号に
より、制御出力盤１０２を介して泥水サンプリングポン
プＰ１が停止される。

【００１６】泥水サンプリングポンプＰ１の停止後、オ
ーバーフロー管１２５の締切弁１２７を開放することに
よって、泥水計量槽１２０内の泥水Ｓは、オーバーフロ
ー管１２５の開口高さによって規定される液面レベルま
でオーバーフローされ、泥水計量槽１２０には一定容量
の泥水Ｓが残る。なお、予めオーバーフロー管１２５の
締切弁１２７を開放しておいて泥水サンプリングポンプ
Ｐ１から泥水を供給しながらオーバーフローさせた場合
は、泥水計量槽１２０への泥水の流入に伴う液面の波立
ちによってサンプリング量に差を生じるが、上述のよう
なサンプリング方法を採用することによって、一定容量
の泥水Ｓを安定してサンプリングすることができる。

【００１７】泥水計量槽１２０で計量されたサンプリン
グ泥水Ｓは、放出弁１２２を開放することによってこの
泥水計量槽１２０の下端放出口１２１からファンネル泥
水槽１３０へ給泥される。このとき、ファンネル泥水槽
１３０の下端放出口１３２は放出ゲート１３３によって
閉塞されている。このファンネル泥水槽１３０に給泥さ
れたサンプリング泥水Ｓの重量はロードセル１０１によ
って計測され、その計測データが制御出力盤１０２へ出
力される。制御出力盤１０２は、予め記憶された泥水容
量データと、ロードセル１０１から入力された泥水重量
データから、サンプリング泥水Ｓの比重を演算する。

【００１８】泥水計量槽１２０内の全てのサンプリング
泥水Ｓがファンネル泥水槽１３０に給泥され、その重量
がロードセル１０１で計測された後、直ちに放出口１３
２の放出ゲート１３３が開放され、同時にタイマ１０２
ａが計時を開始する。放出ゲート１３３が開放される
と、ファンネル泥水槽１３０内のサンプリング泥水Ｓは
自らの重量によって下端放出口１３２から自然放出され
る。流路が絞られた放出口１３２を流出するサンプリン
グ泥水Ｓの流出速度は泥水粘度によって異なり、すなわ
ちこのサンプリング泥水Ｓが全て放出されるのに要する
時間は、その泥水粘度が大きいほど長くなる。したがっ
て、ファンネル泥水槽１３０内のサンプリング泥水Ｓが
全て放出され、ロードセル１０１からの重量計測値が零
となった時点で出力されるタイマ１０２ａからの計時デ
ータに基づいて、制御出力盤１０２が泥水粘度を演算処
理する。なお、ファンネル泥水槽１３０から放出された
泥水Ｓは、適当な回収手段によって調泥槽２０１へ回収
することができる。

【００１９】上述の計測動作が完了したら、清水槽２０
２から清水圧送ポンプＰ２により給水管１２４を介して
水Ｗを泥水計量槽１２０に供給し、更にこの水Ｗを泥水
計量槽１２０からファンネル泥水槽１３０へ放出するこ
とによって、これら泥水計量槽１２０及びファンネル泥
水槽１３０の内壁に僅かに付着した粘性土等を洗い落と
し、次の計測に備える。この洗浄に際しては、必要に応
じて適当な洗浄装置（図示省略）が用いられる。

【００２０】

【実施例】図２は、本発明の計測装置１００を、泥水シ
ールド工法における泥水処理プラント１に使用した実施
例を概略的に示すものである。すなわち、泥水シールド
工法によるシールドトンネルの掘削工事は、図２に示す
ように、ほぼ円筒形のシールドフレーム２ａの先端に円
盤状のカッタフェイス２ｂを備えたシールド掘進機２を
用いて行われるが、砂礫質等の地山Ｇ中での掘進を円滑
に行い、カッタフェイス２ｂ前面の切羽の安定を図るた
め、カッタフェイス２ｂの背面のチャンバ２ｃには、送
泥管２ｄを通じて地上の泥水処理プラント１における調
泥装置１ａから泥水安定液を送泥ポンプＰ３により加圧
供給している。カッタフェイス２ｂの回転によって地山
Ｇから掘削された掘削土砂（ズリ）は、カッタフェイス
２ｂに形成されたスリットからチャンバ２ｃ内に取り込
まれて前記泥水安定液と混合され、この泥水安定液と共
に排泥ポンプＰ４によって排泥管２ｅから連続的に地上
へ排出され、前記泥水処理プラント１の泥水処理装置１
ｂで処理され、その一部は調泥装置１ａによって調泥さ
れて泥水安定液として利用される。

【００２１】この実施例において、計測装置１００は、
泥水処理プラント１の調泥装置１ａにおける調泥槽２０
１で調泥された泥水安定液の一部をサンプリング泥水と
して採取し、その比重及び粘度を先に述べた一連の計測
動作によって計測するものである。計測されたデータ
は、図１に示す制御出力盤１０２から、中央管理室３内
に設置した泥水管理装置３ａの表示部に出力表示され、
かつその記憶部に保存される。したがって、中央管理室
３内のオペレータは、図示されていない掘削状況監視装
置によって地中のシールド掘進機２の掘進状況や、これ
により排出されるズリの性状等を監視すると共に、調泥
槽２０１で調泥された泥水安定液の比重及び粘度を常に
監視して調整することにより、掘進状況に適合した泥水
安定液を供給することができる。また、前記計測データ
は、前記中央管理室３内に設置した制御装置３ｂを介し
てフィードバックすることによって、泥水処理プラント
１の調泥装置１ａによる調泥作業を自動化することも可
能である。

【００２２】なお、本発明は、泥水シールド工法による
シールドトンネルの掘削工事に限らず、泥水安定液の供
給を必要とする種々の土木工事における泥水比重及び粘
度の計測に適用することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明に係る泥水の比重・粘度計測装置
によれば、一回の泥水のサンプリングによって、泥水の
比重及び粘度の計測が連続的かつ自動的に行われるの
で、計測のための時間が短縮され、計測作業が人手に依
存されないため、計測精度が計測作業者の熟練度等に左
右されず、計測データの信頼性が向上する。このため、
工事に適合した泥水の供給を安定的に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る泥水の比重・粘度計測装置の一実
施形態を示す概略構成説明図である。

【図２】本発明に係る泥水の比重・粘度計測装置を泥水
シールド工法において用いられる泥水安定液の泥水処理
プラントに使用した実施例を概略的に示す説明図であ
る。

【図３】従来例として簡易比重計を示す斜視図である。

【図４】従来例としてファンネル粘度計を示す斜視図で
ある。

【図５】従来例として回転粘度計を示す斜視図である。

【符号の説明】 １ 泥水処理プラント １ａ 調泥装置 ３ａ 泥水管理装置 ３ｂ 制御装置 １００ 泥水の比重・粘度計測装置 １０１ ロードセル（重量計測手段） １０２ 制御出力盤（演算制御手段） １０２ａ タイマ（計時手段） １２０ 泥水計量槽 １３０ ファンネル泥水槽 １３２ 放出口 １３３ 放出ゲート

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 下端の放出口を開閉可能な放出ゲートを
   有し定量のサンプリング泥水が収容される漏斗状のファ
   ンネル泥水槽と、 このファンネル泥水槽に設けられて前記サンプリング泥
   水の重量を計測する重量計測手段と、 前記ファンネル泥水槽の放出ゲートの開放によって自然
   放出される前記サンプリング泥水の放出時間を計測する
   計時手段と、 前記重量計測手段で計測された計測データによる前記サ
   ンプリング泥水の比重及び前記計時手段で計測された計
   測データによる前記サンプリング泥水の粘度を演算し前
   記各計測動作を制御する演算制御手段と、を備えること
   を特徴とする泥水の比重・粘度計測装置。
2. 【請求項２】 請求項１の記載において、 泥水供給源から供給される泥水を所定容積だけサンプリ
   ングする泥水計量槽を備え、 ファンネル泥水槽にはこの泥水計量槽で計量された定量
   のサンプリング泥水が収容されることを特徴とする泥水
   の比重・粘度計測装置。
3. 【請求項３】 請求項１の記載において、 計時手段は、ファンネル泥水槽下端の放出ゲートの開放
   による泥水放出開始時刻から重量計測手段で計測される
   前記ファンネル泥水槽内の泥水重量が零となる泥水放出
   終了時刻までの時間を計測することを特徴とする泥水の
   比重・粘度計測装置。
4. 【請求項４】 請求項１の記載において、 ファンネル泥水槽へのサンプリング泥水は泥水処理プラ
   ントの調泥装置から供給され、演算制御手段による演算
   結果は、前記泥水処理プラントの泥水管理装置に出力さ
   れ、かつこの泥水管理装置を介して前記調泥装置にフィ
   ードバックされることを特徴とする泥水の比重・粘度計
   測装置。