JPH11350490A - 土砂の水中打設工法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 空気圧送された改良土砂を安定的にかつ効率
的に水中打設する。 【解決手段】 輸送管１により空気圧送される改良土砂
２を空気３と共にサイクロン４に導いて、改良土砂２と
空気３を分離し、この分離された改良土砂２の界面が打
設管５内からサイクロン４内の上限位置まで上昇した時
点で、上限センサ３１Ａからの信号に基いて排気管１９
内の排気弁２２を開いて、サイクロン４内の空気圧を高
め、この空気圧によって改良土砂２を打設管５内に押し
込み、この押込み圧力で打設管５の先端の逆止弁３０を
開いて、改良土砂２を打設対象に吐出させ、打設管５内
の改良土砂２の界面が下限位置まで下降した時点で、下
限センサ３１Ｂからの信号に基いて排気弁２２を開き、
この繰り返しによりサイクロン４で分離された改良土砂
２を打設管５から間欠的に吐出させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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工法および装置に関する。

【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７−２４２
３２９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工
法および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、本発明の工法は、輸送管内を空気圧送される改良土
砂を空気と共に分離容器に導いて、改良土砂と空気とを
分離し、改良土砂の分離が一定量進むごとに、分離容器
の排気弁を閉じて該分離容器内の空気圧を高め、この空
気圧を利用して前記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ようにすることを特徴とする。

【０００８】このように構成した土砂の水中打設工法に
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。

【０００９】本発明の工法において上記排気弁の開閉制
御は、分離容器または打設管内における土砂界面の変化
を検出し、この検出結果に基いて行うようにすることが
できる。このように土砂界面の変化を排気弁の開閉制御
に用いることで、改良土砂の分離量並びに吐出量を正確
に把握して、適正な打設管理を行うことができる。

【００１０】上記工法を実行するための本発明の装置
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
面を検出する少なくとも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る構成としたことを特徴と
する。

【００１１】このように構成した土砂の水中打設装置に
おいては、予め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。この場合、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，１
２Ｂ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１４
ａ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１
１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，１
７Ｂ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
Ｐ_S 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２
２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Ｐ_S 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Ｓ
９）、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Ｐ_S 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３
５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工法および装置によれば、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するようにしたの
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）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 秋庭 英樹 大阪府大阪市中央区高麗橋４丁目１番１号 東洋建設株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 輸送管内を空気圧送される改良土砂を空
   気と共に分離容器に導いて、改良土砂と空気とを分離
   し、改良土砂の分離が一定量進むごとに、分離容器の排
   気弁を閉じて該分離容器内の空気圧を高め、この空気圧
   を利用して前記分離された改良土砂を打設管から一定量
   だけ吐出させることを特徴とする土砂の水中打設工法。
2. 【請求項２】 分離容器または打設管内における土砂界
   面の変化を検出し、この検出結果に基いて排気弁を開閉
   制御することを特徴とする請求項１に記載の土砂の水中
   打設工法。
3. 【請求項３】 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
   に土砂界面を検出する少なくとも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たことを特徴とす
   る土砂の水中打設装置。
4. 【請求項４】 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３に
   記載の土砂の水中打設装置。