(57)【要約】【課題】浚渫された土砂から、砂を回収するための、構造容易な管部材を提案する。【解決手段】管部材(3)は、砂を含む土砂水を圧送するポンプ(2)と接続されるポンプ接続部(30)と、一端にポンプ接続部(30)が配置され、且つ、口径が第１径である第１管部(31)と、第１管部(31)の他端に接続され、且つ、口径が第１径よりも大きい第２径である第２管部(32)と、を有し、第２管部(32)は、内壁から外壁に貫通し、ポンプ(2)から圧送された土砂水に含まれる砂を排出する単数又は複数の貫通孔(321-325)が形成されることを特徴とする。【選択図】図２
2020051125.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
砂を含む土砂水を圧送するポンプと接続されるポンプ接続部と、
一端に前記ポンプ接続部が配置され、且つ、口径が第１径である第１管部と、
前記第１管部の他端に接続され、且つ、口径が前記第１径よりも大きい第２径である第２管部と、を有し、
前記第２管部は、内壁から外壁に貫通し、ポンプから圧送された土砂水に含まれる砂を排出する単数又は複数の貫通孔が形成される、ことを特徴とする管部材。
【請求項２】
前記第２管部の他端に接続され、且つ、口径が前記第２径よりも小さい第３径である第３管部を更に有する、請求項１に記載の管部材。
【請求項３】
前記単数又は複数の貫通孔の少なくとも１つの下流側に前記第２管部の内壁から起立するように配置される邪魔板を更に有する、請求項１又は２に記載の管部材。
【請求項４】
砂を含む土砂水を圧送するポンプと、
前記ポンプに接続され、且つ、前記ポンプから圧送された土砂水に含まれる砂を排出する管部材と、
前記管部材から排出された砂を回収する回収装置と、を有し、
前記管部材は、
前記砂を含む土砂水を圧送するポンプと接続されるポンプ接続部と、
一端に前記ポンプ接続部が配置され、且つ、口径が第１径である第１管部と、
前記第１管部の他端に接続され、且つ、口径が前記第１径よりも大きい第２径である第２管部と、を有し、
前記第２管部は、内壁から外壁に貫通し、ポンプから圧送された土砂水に含まれる砂を排出する単数又は複数の貫通孔が形成される、ことを特徴とする砂回収システム。
【請求項５】
前記ポンプは、前記第２管部を流れる土砂水の流速が０．７ｍ／ｓｅｃ以上３．０ｍ／ｓｅｃ以下となるように吐出圧が調整される、請求項４に記載の砂回収システム。
【請求項６】
砂を含む土砂水を圧送するポンプと、
前記ポンプに接続され、且つ、前記ポンプから圧送された土砂水に含まれる砂を排出する管部材と、
前記管部材から排出された砂を回収する回収装置と、を有し、
前記管部材は、
前記砂を含む土砂水を圧送するポンプと接続されるポンプ接続部と、
一端に前記ポンプ接続部が配置され、且つ、口径が第１径である第１管部と、
前記第１管部の他端に接続され、且つ、口径が前記第１径よりも大きい第２径である第２管部と、を有し、
前記第２管部は、内壁から外壁に貫通し、ポンプから圧送された土砂水に含まれる砂を排出する単数又は複数の貫通孔が形成される、ことを特徴とする砂回収船。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、管部材、砂回収システム、及び砂回収船に関する。
【背景技術】
【０００２】
港湾、河川、湖沼等の浚渫作業で発生する土砂は、近くに埋め立て用地があるときは、埋め立て用地に送られ、埋め立て用土砂として再利用されることが多かった。浚渫作業現場の近くに埋め立て用地がない場合は、遠隔地にある埋め立て用地や土捨て場まで浚渫した土砂を運ぶ必要がある。一方、浚渫した土砂には、建設や土木工事に再利用可能な砂が含まれている。
【０００３】
そこで、浚渫作業現場近くで、浚渫作業で発生した土砂から砂を回収して再利用を図り、残った泥土を遠隔地にある埋め立て用地や土捨て場に運搬するようにすれば、運搬量が減少するので運搬コストの低減が可能となる。また、浚渫作業で発生した土砂から砂を回収して残った泥土のみを処分するので、処分量が少なくなり、土捨て場を延命することができる。
【０００４】
例えば、特許文献１には、砂分を含む浚渫土砂と水とが混合された泥水が、ポンプ輸送される送泥管路の途中に、粗粒分と細粒分とに分離させる粗分級手段を備え、更に希釈水を高含砂泥水に混合させ、高含砂泥水を沈殿分級槽で沈殿させる方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−０９７８７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の発明は、送泥管路の途中に設けられる粗粒分と細粒分とに分離させる粗分級手段の構造が複雑であり、又、沈殿槽において砂分を沈殿させていることから工程が複雑である。
【０００７】
本発明は、上述の問題を解決するためになされたものであり、浚渫された土砂から、砂を回収するための、構造容易な管部材を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係る管部材は、砂を含む土砂水を圧送するポンプと接続されるポンプ接続部と、一端にポンプ接続部が配置され、且つ、口径が第１径である第１管部と、第１管部の他端に接続され、且つ、口径が第１径よりも大きい第２径である第２管部と、を有し、第２管部は、内壁から外壁に貫通し、ポンプから圧送された土砂水に含まれる砂を排出する単数又は複数の貫通孔が形成されることを特徴とする。
【０００９】
更に、本発明に係る管部材は、第２管部の他端に接続され、且つ、口径が第２径よりも小さい第３径である第３管部を更に有することが好ましい。
【００１０】
更に、本発明に係る管部材は、単数又は複数の貫通孔の少なくとも１つの下流側に第２管部の内壁から起立するように配置される邪魔板を更に有することが好ましい。
【００１１】
本発明に係る砂回収システムは、砂を含む土砂水を圧送するポンプと、ポンプに接続され、且つ、ポンプから圧送された土砂水に含まれる砂を排出する管部材と、管部材から排出された砂を回収する回収装置と、を有し、管部材は、砂を含む土砂水を圧送するポンプと接続されるポンプ接続部と、一端にポンプ接続部が配置され、且つ、口径が第１径である第１管部と、第１管部の他端に接続され、且つ、口径が第１径よりも大きい第２径である第２管部と、を有し、第２管部は、内壁から外壁に貫通し、ポンプから圧送された土砂水に含まれる砂を排出する単数又は複数の貫通孔が形成されることを特徴とする。
【００１２】
更に、本発明に係る砂回収システムは、第２管部を流れる土砂水の流速が０．７ｍ／ｓｅｃ以上３．０ｍ／ｓｅｃ以下となるように吐出圧が調整されることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る砂回収船は、砂を含む土砂水を圧送するポンプと、ポンプに接続され、且つ、ポンプから圧送された土砂水に含まれる砂を排出する管部材と、管部材から排出された砂を回収する回収装置と、を有し、管部材は、砂を含む土砂水を圧送するポンプと接続されるポンプ接続部と、一端にポンプ接続部が配置され、且つ、口径が第１径である第１管部と、第１管部の他端に接続され、且つ、口径が第１径よりも大きい第２径である第２管部と、を有し、第２管部は、内壁から外壁に貫通し、ポンプから圧送された土砂水に含まれる砂を排出する単数又は複数の貫通孔が形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る管部材によれば、土砂水から効率よく砂を回収することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】砂回収システムの一例の概要を説明する図である。
【図２】管部材３の一例の概要を説明する図であり、（ａ）は管部材の側面図であり、（ｂ）は管部材３の平面視のときの断面図である。
【図３】貫通孔を有する鋼管用継手の一例を示す図であり、（ａ）は２つの主鋼管を鋼管用継手によりつないだ状態を示す図であり、（ｂ）は貫通孔を有する鋼管用継手の正面図であり、（ｃ）は（ｂ）に示したＡ−Ａ´平面における断面図である。
【図４】図３で示した鋼管用継手の貫通孔の前方に邪魔板を有する鋼管用継手の一例を示す図であり、（ａ）は邪魔板を有する鋼管用継手の正面図であり、（ｂ）は（ａ）に示したＡ−Ａ´平面における断面図であり、（ｃ）は（ａ）に示したＢ−Ｂ´平面における断面図である。
【図５】本発明に係る管部材の実験の概要を示す図である。
【図６】第２管部内の流速を変化させたときの貫通孔毎の砂回収率（重量比）を示した図であり、（ａ）において第２管部内の流速は０．７ｍ／ｓｅｃであり、（ｂ）において第２管部内の流速は０．８ｍ／ｓｅｃであり、（ｃ）において第２管部内の流速は０．９ｍ／ｓｅｃであり、（ｄ）において第２管部内の流速は１．０ｍ／ｓｅｃである。
【図７】第１土砂水について、邪魔板を設けないときと設けたときの貫通孔毎の砂回収率（重量比）とを比較した図であり、（ａ）において第２管部内の流速は０．８５ｍ／ｓｅｃであり、（ｂ）において第２管部内の流速は０．９５ｍ／ｓｅｃであり、（ｃ）において第２管部内の流速は１．０５ｍ／ｓｅｃである。
【図８】第２土砂水について、邪魔板を設けないときと設けたときの貫通孔毎の砂回収率（重量比）とを比較した図であり、（ａ）において第２管部内の流速は０．８５ｍ／ｓｅｃであり、（ｂ）において第２管部内の流速は１．０ｍ／ｓｅｃであり、（ｃ）において第２管部内の流速は１．１ｍ／ｓｅｃである。
【図９】第３土砂水について、邪魔板を設けないときと設けたときの貫通孔毎の砂回収率（重量比）とを比較した図であり、（ａ）において第２管部内の流速は０．８ｍ／ｓｅｃであり、（ｂ）において第２管部内の流速は１．０ｍ／ｓｅｃであり、（ｃ）において第２管部内の流速は１．１ｍ／ｓｅｃである。
【図１０】砂回収船の一例の概要を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本開示の一側面に係る管部材、砂回収システム、及び砂回収船について、図を参照しつつ説明する。但し、本開示の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。尚、以下の説明及び図において、同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１７】
（本発明に係る砂回収システムの概要）
図１は、実施形態に係る砂回収システムの一例の概要を説明する図である。
【００１８】
砂回収システム１は、砂を含む土砂水を圧送するポンプ２と、砂を含む土砂水を圧送するポンプ２に接続される管部材３と、管部材３により排出された砂を搬送する回収装置４とを有する。ポンプ２は、例えば、浚渫された砂を含む土砂と海水又は淡水とが混合された土砂水を貯めた貯水槽５から土砂水を吸い上げ、管部材３に土砂水を圧送する。
【００１９】
管部材３は、ポンプ２から圧送される土砂水から、砂を分離して管外に排出するための装置である。管部材３は、土砂水を圧送するポンプ２と接続されるポンプ接続部３０と、一端にポンプ接続部３０が接続される第１管部３１と、第１管部３１の他端に接続される第２管部３２とを有する。更に、管部材３は、第２管部３２の他端に接続される第３管部３３を有してもよい。
【００２０】
ポンプ２から吐出された砂を含む土砂水は、ポンプ接続部３０を通過して、第１管部３１に流入する。ポンプ２から圧送された土砂水は、第１管部内を土砂が沈降しない第１流速で通過する。なお、管内で土砂水中の土砂が、沈降、堆積、静止して管内を閉塞するおそれがある速度を限界流速という。したがって、第１流速は限界流速より速い。第１管部の他端に接続される第２管部３２は、口径が第１管部３１の口径よりも大きい。
【００２１】
第１管部３１に流れる単位時間当たりの土砂水量は、第１管部３１の管断面積と第１流速の積であり、第２管部３２に流れる単位時間当たりの土砂水量は、第２管部３２の管断面積と第１流速の積である。第２管部３２の口径は第１管部３１の口径よりも大きい。又、土砂水の全量が第１管部３１から全量が第２管部３２に流入する。したがって、第１流速で第１管部３１を通過した土砂水は、第１流速よりも遅い第２流速で第２管部３２を流れることになる。第１流速と第２流速とが、限界流速以上となるように、ポンプ２の吐出圧は調整される。
【００２２】
又、流体に関するベルヌーイの定理によれば、非圧縮性流体である土砂水が、口径の小さい第１管部３１から口径の大きい第２管部３２に流れるとき、管内内壁に対する土砂水の水圧である静圧は、第２管部３２のほうが第１管部３１よりも高くなる。したがって、第２管部３２内壁に対する土砂水の静圧は高くなるので、第２管部３２内壁から外壁に貫通する貫通孔を適切に設けると、土砂水は、第２管部３２の外に排出され易くなる。
【００２３】
第１管部３１で、砂と泥が入り混じって流れている状態であった土砂水は、第１流速よりも遅い第２流速で第２管部３２を流れる。流速が遅くなった土砂水は、粒子径が大きく重い砂を多く含む下部流水層と、粒子径が小さく泥を多く含む上部流水層とに分かれ始めて、第２管部３２を流れることになる。
【００２４】
そこで、砂を多く含む流水層が流れる第２管部３２の地上側に、単数又は複数単数又は複数の貫通孔３２１〜３２５を設けることにより、砂を多く含む流水層の一部が管外に排出され、砂回収システム１は、土砂水に含まれる砂を回収することが可能となる。
【００２５】
第２管部３２の第１管部３１と接続されている反対側には、第２管部３２の口径よりも小さい口径の第３管部３３が接続される。第３管部３３を介して、砂が回収された後の泥を多く含む土砂水を、例えば埋立地に送出することができる。
【００２６】
砂回収システム１は、管部材３の下側、すなわち地上側に、管部材３に並列する回収装置４を有する。例えば、回収装置４は、メッシュベルトを有するベルトコンベア４１と振動ふるい４２とを有する。管部材３の単数又は複数の貫通孔３２１〜３２５から排出された砂を多く含む土砂水は、メッシュベルト上に落下して、水分は下に抜け、含水量の少ない砂が、ベルトコンベア４１により搬送される。搬送された砂は、更に、振動ふるい４２によって水分が排除される。砂は、例えば、不図示の土運船により砂再生場に運搬される。
【００２７】
また、回収装置４は、管部材３の下側に並列し、第２管部３２と第３管部の接続側に傾斜させて設けられた樋を有してもよい。管部材３の単数又は複数の貫通孔３２１、３２２、３２３から排出された砂を多く含む土砂水は、樋に落下し、樋を伝って、１か所に集積され、振動ふるい４２によって水分が排除される。砂を多く含む土砂水から水分をろ過して、集積された砂は、例えば、不図示の土運船により砂再生場に運搬される。なお、振動ふるい４２はなくともよい。
【００２８】
（本発明に係る管部材の概要）
図２は、実施形態に係る管部材３の一例の概要を説明する図である。図２（ａ）は、管部材３の側面図であり、図２（ｂ）は、管部材３の平面視のときの断面図である。
【００２９】
管部材３は、土砂水を圧送するポンプ２と接続されるポンプ接続部３０と、一端にポンプ接続部３０が接続される第１管部３１と、第１管部３１の他端に接続される第２管部３２とを有する。更に、管部材３は、第２管部３２の他端に接続される第３管部３３を有してもよい。第２管部３２の口径径φ２は、第１管部３１の口径φ１よりも大きい。第３管部３３の口径φ３は、第２管部３２の口径φ２よりも小さい。例えば、第１管部３１の口径φ１は６０ｍｍであり、第２管部３２の口径φ２は１５０ｍｍであり、第３管部３３の口径φ３は６０ｍｍである。
【００３０】
ポンプ接続部３０は、一端が砂を含む土砂水を圧送する不図示のポンプ２と接続され、他端が、第１管部３１の一端に接続される。第１管部３１の口径は、φ１である。第１管部３１の他端には第１接続部３１１があり、第２管部３２に接続される。第２管部３２の口径φ２は、第１管部３１の口径φ１よりも大きいので、第１接続部３１１は、第２管部３２側にテーパー状に広がっていることが好ましい。土砂水の流路径が緩やかに増加するので、不規則乱流の発生が防止できるからである。
【００３１】
第２管部３２の配管長は、１０ｍから数１０ｍである。管内を通過する土砂水の流速が第１管部３１の流速に比べ緩やかになり、粒子径が大きく重い砂を多く含む下部流水層と、粒子径が小さく軽い泥を多く含む上部流水層とに分かれ始めて、安定した下部流水層と上部流水層として流れるには、適切な配管長が必要となるからである。
【００３２】
したがって、通常、第２管部３２は、複数の長尺同径の主鋼管３４１、３４２、２４３、３４４をつないで作られる。主鋼管相互をつなぐため、例えば、鋼管用継手３５１、３５２、３５３が使用される。鋼管用継手３５１、３５２，３５３には、それぞれの管側面の内壁から外壁に貫通し、ポンプから圧送された土砂水に含まれる砂を排出するための貫通孔３２１、３２２、３２３が形成されている。本例示では、３つの鋼管用継手３５１、３５２，３５３の全てに、貫通孔が設けられているが、第２配管の適当な位置に単数又は複数の貫通孔があればよく、すべての鋼管用継手に貫通孔がある必要はない。又、主鋼管３４１、３４２、２４３、３４４に貫通孔を設けてもよい。
【００３３】
貫通孔３２１、３２２、３２３は、管中心軸、すなわち第２管部３２内を土砂水が流れる方向に垂直な平面と管内壁とが交差する位置に設けられる。貫通孔３２１、３２２、３２３は、平面視すると矩形形状で、矩形の短辺は、管中心軸に、すなわち土砂水が流れる方向に平行であることが好ましい。貫通孔は、他の形状であってもよい。
【００３４】
更に、第２管部３２の土砂水流出側には、第２接続部３３１を有する第３管部３３が接続される。第３管部３３の口径φ３は、第２管部３２の口径φ２よりも小さい。好ましくは、第１管部３１と同じ口径である。第３管部３３の口径φ３は、第２管部３２の口径φ２よりも小さいので、第２接続部３３１の管内は、第２管部３２側からテーパー状に狭まっていることが好ましい。土砂水が、第２管部３２側に逆流するのを防止するためである。
【００３５】
第２管部３２に第３管部３３を接続することにより、第２管部３２の管内は、土砂水で充たされ、第２管部３２内の土砂水の流れが安定化するので、砂の沈降による砂の回収効率が向上する。又、砂が回収された後の土砂水は、第３管部３３を通過して、埋立地や土捨て場に送出される。なお、管部材３は、第３管部３３を有さなくてもよい。
【００３６】
図３は、貫通孔を有する鋼管用継手の一例を示す図である。図３（ａ）は、２つの主鋼管を鋼管用継手によりつないだ状態を示す図である。図３（ｂ）は、貫通孔を有する鋼管用継手の正面図である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示したＡ−Ａ´平面における断面図である。
【００３７】
主鋼管３４１、３４２は、それぞれ鋼管口の周囲にフランジ３４６を有し、フランジ３４６には、主鋼管と鋼管用継手とを締結するための４つの締結孔３４７が設けられている。鋼管用継手３５１は、両側の鋼管口の周囲にそれぞれフランジ３５６を有する。各フランジ３５６には、４つ以上の複数の締結孔３５７が設けられている。主鋼管３４１、３４２のフランジ３４６と鋼管用継手３５１の２つのフランジ３５６とが接合され、４つのボルト３５８が各締結孔３４７に通され、ナット３５９により締結される。鋼管用継手３５１は、第２管部３２を流れる砂を多く含んだ土砂水を管外に排出するため、管側面に貫通孔３２１が設けられている。
【００３８】
図３（ｂ）は、貫通孔３２１が設けられた鋼管用継手３５１の正面図である。鋼管用継手３５１の口径はφ２である。図３（ｃ）は、図３（ｂ）に示したＡ−Ａ´平面における断面図である。貫通孔３２１は、鋼管用継手３５１の管中心軸、すなわち土砂水が流れる方向に垂直な平面と鋼管用継手３５１の管内内壁とが交差する位置に設けられ、内壁から外壁に貫通して形成される。貫通孔３２１の形状は、例えば、平面視すると矩形形状で、矩形の短辺は、管中心軸に、すなわち土砂水が流れる方向に平行であることが好ましい。貫通孔は、他の形状であってもよい。
【００３９】
貫通孔３２１を設けた鋼管用継手３５１を使用して複数の主鋼管をつなげて第２管部を構成する方法を説明したが、鋼管用継手はフランジ式に限られず、他の継手、例えば、ねじ込み式管継手でもよい。又、短い鋼管の内壁から外壁に貫通するように貫通孔を形成して、短い鋼管と主鋼管とを、例えばビクトリアジョイントでつないでもよい。
【００４０】
図４は、図３で示した鋼管用継手の貫通孔の前方に邪魔板を有する鋼管用継手の一例を示す図である。
【００４１】
図４（ａ）は、邪魔板３６１を有する鋼管用継手３５１´の正面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）に示したＡ−Ａ´平面における断面図である。邪魔板３６１は、鋼管用継手３５１´の矩形形状の貫通孔３２１の長辺と平行に、管内壁から管内中心に向かい起立して形成される、上端が直線である板である。
【００４２】
図４（ｃ）は、図４（ａ）に示したＢ−Ｂ´平面における断面図であり、邪魔板の効果を説明する図である。
【００４３】
第１流速で第１管部を通過した土砂水は、第１流速より遅い第２流速で第２管部を流れる。第２管部の口径が第１管部の口径より大きいからである。第２管部を第２流速で流れる土砂水は、砂を多く含む流水層と泥を多く含む流水層とに分かれ始める。砂は、泥よりも粒子径が大きく、重いので、砂を多く含む流水層は、管内の下側、すなわち、管内の地上側を流れることになる。
【００４４】
砂を多く含む流水層が、邪魔板３６１に当たると、乱流が発生する。砂が沈降する位置には貫通孔３２１が形成されているので、砂を多く含む流水は管外に放出される。砂を多く含む流水層から貫通孔３２１から管外に排出される流水に、邪魔板３６１により発生した乱流による流水が更に加わるので、管外に排出される砂を含む水の量は増加する。したがって、砂の排出量は増加する。
【００４５】
したがって、邪魔板３６１は、貫通孔３２１の近傍であって土砂水が流れる下流側に、管内壁から管中心に向かい起立して形成される。貫通孔と邪魔板３６１との距離は、好ましくは、０ｍｍ以上、２０ｍｍ以下である。又、邪魔板３６１の内壁からの最大高さは、口径の１／４以下、１／８以上である。
【００４６】
（管部材の実験）
発明者は、砂回収効率を高めるべく、本願発明に係る管部材のパラメータ検討のための実験を行った。
【００４７】
パラメータの検討事項は、第１管部を土砂水が流れるときの第１流速と、第２管部を土砂水が流れるときの第２流速を適切に設定することと、第２管部に設ける最初の貫通孔（第１貫通孔）の位置を適切に設定することと、第２管部に設ける貫通孔数を適切に設定することと、貫通孔の土砂水が流れる下流側に邪魔板を設けたときの効果を検証することである。検討にあたっての一つの評価指標は、土砂水からの砂回収率である。
【００４８】
図５は、本発明に係る管部材の実験の概要を示す図である。
【００４９】
粗砂、細砂、粘土、及び水を混合した土砂水を貯水した貯水槽５、貯水槽５の土砂水を吐出するポンプ６、及び、ポンプ６から吐出される土砂水を通過させ、土砂水から砂を回収するための管部材７を陸上に設置して実験が行われた。
【００５０】
管部材７は、ポンプ接続部７０、第１管部７１、第２管部７２、第３管部７３を有する。第２管部７２は、５つの貫通孔７２１〜７２５を設けることが可能である。本実験では、各貫通孔間の間隔は、６ｍとなるようにしている。各貫通孔の下には、各貫通孔から流れ出る土砂水を受けるバケツ８１〜８５が設置してある。又、第３管部の土砂水排出側にはバケツ８６が設置してある。各バケツ８１〜８６で回収された土砂水の砂の量を計測することにより、管部材の砂回収の性能が分析可能となる。
【００５１】
発明者は、第１管部７１の内径φ１が６０ｍｍであり、第２管部７２の内径φ２が１５０ｍｍであり、及び第３管部７３の内径φ３が６０ｍｍである管部材７を用いて、砂回収効率の高い管部材とするため、種々の設定パラメータと変えて実験を行った。なお、第１管部７１の配管長は、１．２５ｍに固定した。
【００５２】
管部材７の第１管部７１と、第２管部７２の第１管部に接続される側は、上にコ字形に湾曲している（図中、点線で示す部分７４）。湾曲部に続く第２管部７２の残りの部分は水平となっている。第２管部７２の第１管部に接続される側が上にコ字形に湾曲しているのは、第２管部７２の配管長を長くするためと、配管長の変更を容易にするためである。長さLｐ（ｍ）は、ポンプ６から、第２管部７２の第１貫通孔７２１までの配管長である。
【００５３】
更に、第１管部７１に第１流速計９１、第２管部７２の土砂水流入側に第２流速計９２、第３管部７３の土砂水流入側に第３流速計９３を設けて、各管部の流速である、第１流速、第２流速、第３流速が計測される。
【００５４】
管内で、次第に、土砂水中の土粒子が、沈降、堆積、静止して遂には管内を閉塞するおそれがある速度を限界流速という。したがって、流速は、第１管部（φ１＝６０ｍｍ）での流速は、限界流速以上であって、砂が堆積しない流速範囲であることと、第２管部（φ２＝１５０ｍｍ）の流速は、限界流速以上であって、砂が堆積するが粘土シルトは堆積しない流速範囲であること、が求められる。
【００５５】
本実験では、３種類の土砂水、第１土砂水、第２土砂水、第３土砂水を用いた。
【表１】
2020051125.tif 000003
【００５６】
（管内流速の検討）
浚渫土砂の標準的な構成である第１土砂水（粘土＋中間砂）を使用して、適切な管内流速が検討された。第２管部７２には、５つの貫通孔が設けられた。第１貫通孔７２１は、ポンプ６からの距離が１０．６ｍの位置に形成されている。各貫通孔間の間隔は６ｍである。貫通孔は、すべて平面視１０ｍｍ×５０ｍｍの矩形である。矩形の短辺は、土砂水が管内を流れる方向のときの長さであり、矩形の長辺は、管中心軸に垂直な平面のときの長さである。
【００５７】
貫通孔が２０ｍｍ×１００ｍｍ、３０ｍｍ×１００ｍｍの矩形については、貫通孔から排出される土砂水量が多すぎ、粘土と中間砂が混じってしまい、砂回収には不適切な大きさであった。
【００５８】
表２は、第１土砂水における、管部材７の各管部の管内流速の関係を示す表である。
【表２】
2020051125.tif 000004
【００５９】
第２管部７１の流速が、０．５４ｍ／ｓｅｃのときには、土砂水は第３管部７３に達することができなかった。しかし、土砂水は、第３管部７３に達しなくとも砂回収は可能である。したがって、第１管部７１の流速は、３ｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは、４ｍ／ｓｅｃである。又、第２管部７２の流速は、０．７ｍ／ｓｅｃ以上、好ましくは、０．８ｍ／ｓｅｃ以上である。なお、第２管部７２の口径は、第１管部７１の口径より大きいので、第２管部７２の流速は、第１管部７１の流速を超えない。
【００６０】
次に、第１土砂水を管部材７に流したときの、５つの貫通孔毎の砂回収率を測定した。
【００６１】
図６は、貫通孔毎の砂回収率（重量比）を示した図である。図６（ａ）において第２管部内の流速は０．７ｍ／ｓｅｃであり、図６（ｂ）において第２管部内の流速は０．８ｍ／ｓｅｃであり、図６（ｃ）において第２管部内の流速は０．９ｍ／ｓｅｃであり、図６（ｄ）において第２管部内の流速は１．０ｍ／ｓｅｃである。
【００６２】
第２管部内の流速が０．７ｍ／ｓｅｃであるときの、５つの貫通孔の合計砂回収率は８０％であり、０．８ｍ／ｓｅｃであるときは８０％、０．９ｍ／ｓｅｃであるときは７５％、１．０ｍ／ｓｅｃであるときは８７％である。したがって、浚渫土砂の標準的な構成である第１土砂水の場合には、貫通孔の個数は、３個以上５個以下がより好ましい。
【００６３】
又、第１土砂水の場合には、第２管部内の流速は、０．７ｍ／ｓｅｃ以上であることが好ましい。したがってポンプ２の吐出圧は、第２管部内の流速が、０．７ｍ／ｓｅｃ以上となるように調整される。より好ましくは、第２管部内の流速は、１．０ｍ／ｓｅｃ以上である。
【００６４】
（第１貫通孔の位置）
土砂水を吐出するポンプ６から、第１貫通孔７２１までの距離を変化させて適切な第１貫通孔の位置を検討した。
【００６５】
表３は、第１土砂水を流したときの第１貫通孔７２１から排出される土砂水（表では、泥水＋砂と表記）と砂の量を測定した結果を示している。又、第２管部内の流速は、０．７４ｍ／ｓｅｃと０．９０ｍ／ｓｅｃ近傍の２通りで実験した。
【表３】
2020051125.tif 000005
【００６６】
第１貫通孔７２１の位置（ポンプ６からの距離）が、１０．６ｍから、１６．６ｍ、２２．６ｍと遠くなるにつれて、砂の排出量はやや小さくなる傾向にある。又、ポンプ６から第１貫通孔７２１の距離を１０ｍ以上に取れば、乱流の影響は少ないと考えられる。したがって、第１貫通孔７２１の位置は、ポンプ６からの距離が１０ｍ以上であることが好ましい。又、第２管部内の流速は、０．８ｍ／ｓｅｃ以上であることが好ましい。
【００６７】
（邪魔板の効果）
図４において説明したように、貫通孔の前方に邪魔板を設けることにより、砂回収率が向上することが期待される。そこで、１０ｍｍ×５０ｍｍの矩形貫通孔の土砂水流の下流側１０ｍｍの位置に、矩形長辺に平行に、管内壁から起立し、管内壁からの最大高さが２０ｍｍとなる厚さ６ｍｍの板を設けて実験が行われた。なお、第１貫通孔７２１は、ポンプ６からの距離が１０．６ｍの位置にあり、又、貫通孔数は、３つとして実験が行われた。
【００６８】
図７は、第１土砂水について、邪魔板を設けないときと設けたときの貫通孔毎の砂回収率（重量比）とを比較した図である。図７（ａ）において第２管部内の流速は０．８５ｍ／ｓｅｃであり、図７（ｂ）において第２管部内の流速は０．９５ｍ／ｓｅｃであり、図７（ｃ）において第２管部内の流速は１．０５ｍ／ｓｅｃである。
【００６９】
貫通孔の前方に邪魔板を設けると、ほとんどの場合、砂回収率は向上する。特に、第１貫通孔における邪魔板の効果は高い。
【００７０】
（土砂水の特性に対する検討）
本実験では、表１に示したように、第１土砂水以外に、粘土と細砂を含む第２土砂水、粘土と粗砂を含む第３土砂水を用いて実験が行われた。第１土砂水と同様に、第２土砂水と第３土砂水について、貫通孔毎の砂回収率が測定された。
【００７１】
図８は、第２土砂水について、邪魔板を設けないときと設けたときの貫通孔毎の砂回収率（重量比）とを比較した図である。図８（ａ）において第２管部内の流速は０．８５ｍ／ｓｅｃであり、図８（ｂ）において第２管部内の流速は１．０ｍ／ｓｅｃのであり、図８（ｃ）において第２管部内の流速は１．１ｍ／ｓｅｃである。
【００７２】
貫通孔の前方に邪魔板を設けると、ほとんどの場合、砂回収率は向上する。特に、第１貫通孔における邪魔板の効果は高い。また、第１土砂水に比べ、第２土砂水の砂回収率は低い傾向にある。砂粒子が軽いからである。
【００７３】
図９は、第３土砂水について、邪魔板を設けないときと設けたときの貫通孔毎の砂回収率（重量比）とを比較した図である。図９（ａ）において第２管部内の流速は０．８ｍ／ｓｅｃであり、図９（ｂ）において第２管部内の流速は１．０ｍ／ｓｅｃであり、図９（ｃ）において第２管部内の流速は１．１ｍ／ｓｅｃである。
【００７４】
貫通孔の前方に邪魔板を設けると、ほとんどの場合、砂回収率は向上する。特に、第１貫通孔における邪魔板の効果は高い。
【００７５】
（本発明に係る砂回収船の概要）
浚渫作業は、港湾、河川、湖沼等、様々な場所で行われる。又、浚渫された土砂は、浚渫作業現場に近い埋め立て地に送られたり、近くに埋め立て地がない場合には、離れた土捨て場に送られたりする。そこで、本発明に係る砂回収システムを備えた砂回収船があれば、浚渫船に横付けしたり、埋め立て地の近くに接岸したりできるので、浚渫作業から砂回収までを効率的に行うことが可能になる。
【００７６】
図１０は、本発明に係る砂回収船の一例を示した図である。
【００７７】
例えばグラブ浚渫船により浚渫された土砂は、土運船により陸岸に運搬される。陸岸には、砂回収船１０が接岸されている。砂回収船１０は、ポンプ２、管部材３、及び回収装置４を有する砂回収システム１を備えている。
【００７８】
土運船によって運搬された浚渫土砂は、必要であれば、海水等と混合され、土砂水となって、ポンプ２により管部材３に圧送される。管部材３によって回収された砂は、回収装置４により、例えば、ダンプカーに搭載され、砂再生場に運ばれる。一方、砂が回収された後の土砂水は、埋め立て地に送られる。本例では、砂回収船１０は、接岸される例を示したが、砂回収船１０は、グラブ浚渫船に横付けして砂回収処理をしてもよい。
【００７９】
当業者は、本発明の精神及び範囲から外れることなく、様々な変更、置換、及び修正をこれに加えることが可能であることを理解されたい。
【符号の説明】
【００８０】
１    砂回収システム
２、６    ポンプ
３、７    管部材
３０、７０    ポンプ接続部
３１、７１    第１管部
３２、７２    第２管部
３２１〜３２５、７２１〜７２５    貫通孔
３６１    邪魔板
３３，７３    第３管部
４    回収装置
１０    砂回収船
【図１】
2020051125.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
2020051125.tif 000009
【図５】
2020051125.tif 000010
【図６】
2020051125.tif 000011
【図７】
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【図８】
2020051125.tif 000013
【図９】
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【図１０】
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