(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
先導体で地盤を掘削して埋設孔を形成しながら先導体とその後方に連結された埋設管とを埋設孔に推進させていく推進工法において、先導体による地盤の掘削面に泥水を供給し、掘削された土砂を泥水とともに排出する装置であって、
埋設孔の外から埋設管の内部を経て先導体の掘削面まで敷設された泥水供給配管と、
先導体の掘削面から埋設管の内部を経て埋設管の外まで敷設された泥水排出配管と、
泥水供給配管および泥水排出配管の途中に配置され、泥水を圧送するポンプ手段とを備え、
少なくとも泥水排出配管に配置されたポンプ手段が、埋設管の内部に配置された基台と、基台上に前後に隣接して配置された複数組のポンプおよびポンプを駆動するモータと、上流側のポンプの吐出口を下流側のポンプの吸入口に連結する連結配管とを有する縦列ポンプ装置である
泥水の給排装置。
【請求項２】
前記縦列ポンプ装置の基台が、埋設管の軸方向と平行に間隔をあけて配置され、両端が丸められた円柱状をなす支持バーと、一対の支持バーの中間に配置され支持バー同士を連結する支持枠材とを備える
請求項１に記載の泥水の給排装置。
【請求項３】
前記縦列ポンプ装置に備えた複数組のポンプが、上流側のポンプが下流側のポンプに比べて高耐圧である
請求項１〜２の何れかに記載の泥水の給排装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、推進工法における泥水の給排装置に関し、詳しくは、下水道管などの敷設施工に利用される推進工法のうち、掘削面に泥水を供給し掘削された土砂を泥水とともに排出する泥水推進工法における泥水の給排に用いる装置を対象にしている。
【０００２】
【従来の技術】
泥水推進工法は、先導体で掘削する地盤に泥水を供給することによって掘削が容易になる。また、掘削された土砂を泥水と混合することで流動性が良くなり、効率的に排出することができる。地盤の掘削面に泥水の圧力を加えておくことで、掘削面の地盤が崩壊してしまったり、先導体に地下水が流れ込むことを防いだりして、切り羽を安定させることもできる。
一般的な泥水推進工法では、地表に泥水を貯える泥水槽を備えておき、泥水槽から立坑を経て埋設管の内部に泥水供給配管を延ばす。埋設管の内部を先導体まで延ばした泥水供給配管は、先導体の前部に配置された隔壁から圧力室に開口される。圧力室の前方には掘削ビット等を備えて回転する掘削盤が配置されている。泥水供給配管の途中にはモータ等で駆動されるポンプが装着され、泥水を圧送する。先導体の隔壁には泥水排出配管が接続され、掘削盤で掘削された土砂が泥水とともに取り込まれる。泥水排出配管は、埋設管の内部を経て立坑から地表の泥水槽へと配置されており、土砂および泥水が泥水槽に戻る。泥水排出配管の途中にもポンプが装着され、土砂および泥水を圧送する。泥水槽には、泥水と土砂とを分離する泥水処理装置を備えており、土砂が分離された泥水は再び泥水供給配管に送り込まれる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した泥水推進工法では、推進距離が延びるにしたがって、泥水の給排が行い難くなる。
例えば、泥水排出配管で泥水を排出する場合、泥水排出配管の先端である先導体の前部から、埋設管の内部の泥水排出配管を介して、地表に設置されたポンプで泥水および土砂を吸い上げようとすると、ポンプの吸い込み圧力（負圧）は極めて大きなものとなる。ポンプの特性として、大きな負圧を発生させるのは難しいため、先導体の掘削面における泥水および土砂の吸い込み能力が弱くなる。特に、泥水だけであればそれほど問題ではなくても、泥水に加えて土砂が存在すると、泥水排出配管における通過抵抗も大きくなるため、余計にポンプの圧力あるいは容量を大きくしなければならなくなる。
【０００４】
なお、ポンプや配管で発生できる負圧の大きさには実用的な限界があるので、泥水推進工法の推進距離がある程度以上まで延びると、地表に設置されたポンプでは、いくら大容量のポンプを用いても、泥水および土砂の排出は実質的に不可能になる。
そこで、泥水排出用のポンプを、先導体あるいは埋設管列の先頭側に配置し、泥水排出配管に吸い込んだ泥水および土砂を、後方の埋設管を経て地表の泥水槽まで正圧で圧送することが考えられる。正圧の場合には前記した負圧におけるような制限はないので、大容量のポンプを使用しさえすれば、泥水および土砂の排出は可能である。
【０００５】
しかし、推進工法における埋設管および先導体の内部スペースは極めて狭く、大容量すなわち大型のポンプを設置することは困難である。
そこで、比較的に小型のポンプを、埋設管の内部に間隔をあけて多数配置しておくことで、個々のポンプの能力は低くても、長距離にわたる泥水および土砂の排出を可能にすることが提案されている。ポンプの設置間隔は、土質条件や泥水濃度、配管径などの条件によって異なるが、通常は、２００〜３００ｍ程度置きに設けられる。泥水推進工法における推進距離は、全長が１０００ｍを超える場合があるので、埋設管列の全長では数個所以上にポンプを設置しなければならない。
【０００６】
しかし、いくら小型のポンプであっても、埋設管内部の狭いスペースに間隔をあけて多数が配置されていると、先導体の点検や操作、測量などを行う作業員が、埋設管内を移動する際には、いちいち多数のポンプの位置を乗り越えて移動する必要があり、作業員に与える負担が過重になる。しかも、埋設管内に飛び飛びに存在する多数のポンプを点検したり修理したりする手間も大変である。さらに、推進工法の進行に伴って埋設管を継ぎ足す際には、泥水排出配管とともに順次ポンプを取り付けていく作業が必要であるため、推進工法の作業性を大幅に低下させることにもなる。
【０００７】
本発明の課題は、前記した泥水推進工法において、埋設管内に多数のポンプを設置することによる作業性の低下などの問題を解消し、泥水の給排を効率的に行えるようにすることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる泥水の給排装置は、先導体で地盤を掘削して埋設孔を形成しながら先導体とその後方に連結された埋設管とを埋設孔に推進させていく推進工法において、先導体による地盤の掘削面に泥水を供給し、掘削された土砂を泥水とともに排出する装置であって、埋設孔の外から埋設管の内部を経て先導体の掘削面まで敷設された泥水供給配管と、先導体の掘削面から埋設管の内部を経て埋設管の外まで敷設された泥水排出配管と、泥水供給配管および泥水排出配管の途中に配置され、泥水を圧送するポンプ手段とを備え、少なくとも泥水排出配管に配置されたポンプ手段が、埋設管の内部に配置された基台と、基台上に前後に隣接して配置された複数組のポンプおよびポンプを駆動するモータと、上流側のポンプの吐出口を下流側のポンプの吸入口に連結する連結配管とを有する縦列ポンプ装置である。
〔泥水推進工法〕
推進工法は、先導体で地盤を掘削して埋設孔を形成しながら先導体とその後方に連結された埋設管とを埋設孔に推進させていく。
【０００９】
泥水推進工法では、先導体による地盤の掘削面に泥水を供給し、掘削された土砂を泥水とともに排出する。
泥水推進工法の基本的な作業装置や作業手順、作業条件などは、通常の泥水推進工法の場合と同様でよい。
泥水推進工法に用いる先導体には、前面に配置された掘削盤の後方に隔壁が設けられ、隔壁と掘削盤との間の空間である圧力室に泥水が供給され、掘削された土砂が泥水とともに排出される。
泥水供給配管は、埋設孔の外から埋設管の内部を経て先導体の掘削面すなわち圧力室まで配置される。泥水排出配管は、先導体の掘削面すなわち圧力室から埋設管の内部を経て埋設管の外まで配置される。
【００１０】
泥水供給配管および泥水排出配管は、埋設管の外で、地表あるいは立坑内に設置された泥水の処理設備に接続される。泥水の処理設備には、泥水排出配管から送られた泥水と土砂との混合物から泥水だけを分離する泥水処理装置や処理済みの泥水を貯えておく貯留槽などを備えておくことができる。
泥水供給配管および泥水排出配管の途中には、泥水を圧送するポンプ手段を備える。
ポンプ手段としては、泥水あるいは土砂を含む泥水が圧送できれば、通常の泥水推進工法におけるポンプ手段を組み合わせて用いることができる。このポンプ手段の一部に縦列ポンプ装置を用いる。
【００１１】
〔縦列ポンプ装置〕
基台は、複数組のポンプおよび駆動モータを支持可能であるとともに埋設管の内部に設置可能な寸法構造を備えていれば、通常の機械装置における支持盤や基台と同様の構造が採用できる。通常は、鋼板や形鋼材などを組み合わせて構成することができる。
基台上には、前後に隣接して複数組のポンプが配置される。それぞれのポンプにはポンプを駆動するモータが取り付けられる。複数組のポンプおよび駆動モータの回転中心を同一軸上に配置すれば、全体の外径を単独のポンプおよび駆動モータの外径とほぼ同じ程度にすることができる。
【００１２】
ポンプとしては、通常の泥水用ポンプあるいはサンドポンプが用いられる。但し、縦列ポンプ装置の全体で発生させるポンプ圧力が高くなる場合には、ポンプの耐圧力を高いものにしておくのが好ましい。具体的には、ポンプ内で液体と回転軸とが摺動する個所に高耐圧のメカニカルシールを装着しておくことが有効である。メカニカルシートの耐圧として、例えば０〜１ＭＰａで使用できるものが用いられる。複数組のポンプのうち、上流側のポンプを下流側のポンプに比べて高耐圧にしておくことが望ましい。
土砂や礫が通過するポンプの内部空間は、礫が通過可能な流路径を確保しておくことが好ましい。内部空間の突出部分を丸めておいたり、角落とししておいたりすることが望ましい。内部空間に礫などが詰まったときに排出を容易にするため、比較的に広い面積の点検蓋を設けておけば、点検蓋を開けて礫などを取り出すのが容易である。点検蓋は、ポンプの羽根車の位置に設けば、羽根車に引っ掛かった礫などの取り出しが行い易い。
【００１３】
複数組のポンプは、上流側のポンプの吐出口を下流側のポンプの吸入口に連結配管を用いて連結される。連結配管は、出来るだけポンプの外形よりも外側に張り出さないようにポンプの外形に沿って配置しておくことが望ましい。
縦列ポンプ装置の全長は、縦列ポンプ装置を設置する埋設管の全長よりも長くならないようにすることが望ましい。通常は、埋設管の全長に比べて約５０ｃｍ程度は短いものが好ましい。
縦列ポンプ装置を埋設管の内部に取り付けたり取り外したり移動したりする作業を行い易くするために、縦列ポンプ装置の基台に一対の支持バーを備えておくことができる。支持バーは、埋設管の軸方向と平行に間隔をあけて配置され、両端が丸められた円柱状をなす。一対の支持バーは、その中間に配置された支持枠材で連結しておくことができる。縦列ポンプ装置を埋設管に設置するときは、埋設管の内面に支持バーが当接する状態で配置される。支持バーを埋設管の内面に沿って滑らせることで縦列ポンプ装置の移動や位置調整が容易になる。
【００１４】
縦列ポンプ装置の移動を容易にするため、基台に車輪やキャスターを取り付けておくこともできる。
縦列ポンプ装置は、泥水供給配管および泥水排出配管の何れにも設置できる。但し、ポンプ手段を埋設管の外に設置しても支障のない場合には、通常のポンプを用いることができるので、縦列ポンプ装置は、埋設管の内部にポンプ手段を設置する必要があるところ、あるいは、埋設管の内部にポンプ手段を設置することで性能や作業性を向上できる個所に採用するのが好ましい。
具体的には、縦列ポンプ装置を、泥水排出配管のポンプ手段に採用するのが好ましい。泥水排出配管のうち、先導体の掘削面に近い個所に縦列ポンプ装置を配置すれば、掘削面から縦列ポンプ装置までの間に作用する吸い込み圧力は小さくて済む。ポンプ圧力の高い縦列ポンプ装置は、埋設管の内部を経て地表などに設置された泥水処理設備までの長い距離にわたって泥水を圧送できる。
【００１５】
泥水推進工法における推進距離すなわち接続される埋設管の本数が増えた場合には、埋設管列の途中の泥水排出配管にも縦列ポンプ装置を設置することができる。この場合でも、従来のように、単独のポンプを多数設置しておくのに比べれば、ポンプの設置個所が少なくなり、埋設管内における作業の邪魔になることが少なくなる。
縦列ポンプ装置として、２台のポンプを組み合わせた場合、ポンプを単独で用いる従来の方法に比べて、ポンプ手段の設置間隔を約２倍以上に伸ばすことができる。例えば、単独のポンプでは設置間隔を２００〜３００ｍにしか設定できないのに比べて、２台のポンプを用いた縦列ポンプ装置では、設置間隔を５００〜８００ｍにも増やすことが可能になる。
【００１６】
縦列ポンプ装置には、保護カバーを取り付けておくことができる。保護カバーは、比較的に薄い金属板や金属メッシュ板、合成樹脂材料などが使用できる。保護カバーを取り付けておくことで、埋設管の内部で作業員が縦列ポンプ装置の部材に引っ掛かったり、作業工具などが縦列ポンプ装置に当たって損傷させたりすることが防止できる。
縦列ポンプ装置に、吊り上げ用のフックを取り付けておけば、縦列ポンプ装置の持ち運びや設置作業が容易になる。
【００１７】
【発明の実施形態】
〔泥水推進工法〕
図１に示す実施形態は、本発明の泥水給排装置を採用した泥水推進工法の全体構成を示している。
推進工法は、地表から地盤Ｅに掘削された立坑Ｈで作業を行う。立坑Ｈの側壁から地盤Ｅに対して水平方向に先導体１０が送り込まれる。先導体１０の後方には順次、ヒューム管などからなる埋設管２０が接続されて、先導体１０とともに推進させられる。
【００１８】
先導体１０および埋設管２０の推進は、立坑Ｈに設置された推進ジャッキ６０を用いて行う。図示を省略しているが、推進ジャッキ６０の先端を埋設管２０の後端に押し当てた状態で、推進ジャッキ６０の先端を前方に伸ばせば、推進ジャッキ６０から埋設管２０および先導体１０へと推進力が加えられる。
推進ジャッキ６０による推進と同時に、先導体１０の先端では、前面に掘削ビットを備えた掘削盤１２を回転させて地盤Ｅを掘削する。この掘削作業の際に、掘削盤１２とその背面の隔壁１４との間の空間すなわち圧力室１６に泥水を送り込む。泥水の圧力が、地盤Ｅの崩壊や地下水の浸入を抑え、切り羽を安定させる。掘削盤１２で掘削された土砂は泥水に混ざるので、圧力室１６から泥水を排出することで、泥水とともに土砂を排出することができる。
【００１９】
１本の埋設管２０が地盤Ｅに推進されれば、地表から立坑Ｈの内部に新たな埋設管２０を送り込み、推進中の埋設管２０の最後尾に新たな埋設管２０を設置して、前記同様に、推進ジャッキ６０による推進作業を行う。このような作業を繰り返すことで、地盤Ｅの内部に送り込まれる埋設管２０が延びていく。先導体１０が、予め設置された目的の立坑まで到達すれば、１連の推進工法が完了することになる。
〔泥水の給排〕
泥水の給排について詳しく説明する。
【００２０】
先導体１０および埋設管２０の内部を通り、立坑Ｈから地表までにわたって、泥水供給配管４０および泥水排出配管３０が設置されている。両配管３０、４０の先端は、先導体１０の隔壁１４から圧力室１６に開口している。
泥水排出配管３０は、後方に延びて、地表に設置された泥水処理装置５０に連結されている。泥水処理装置５０は、排出された泥水に含まれる土砂を分離し、土砂を除いた泥水を調整槽５２に送り込む。泥水は調整槽５２に貯えられる。調整槽５２では、泥水の粘度や成分を調整する薬剤などが加えられる。
調整槽５２には泥水供給配管４０が接続されている。泥水供給配管４０の調整槽５２に近い位置には、送泥ポンプ４２が設置されている。この送泥ポンプ４２は、スペースに制限の少ない地表に設置されるので、必要な能力や容量に合わせて、一般的な構造のポンプを用いればよい。送泥ポンプ４２を稼働させれば、調整槽５２に貯えられた泥水が泥水供給配管４０を通って、先導体１０の圧力室１６へと泥水が供給される。
【００２１】
泥水排出配管３０のうち、先導体１０の直ぐ後方に接続された埋設管２０の内部には、縦列ポンプ装置１００が装着されている。縦列ポンプ装置１００は、先導体１０の圧力室１６から泥水および土砂を吸い込み、泥水排出配管３０を通って泥水処理装置５０まで泥水と土砂を送り込む。縦列ポンプ装置１００と先導体１０の圧力室１６との間の距離は短いので、縦列ポンプ装置１００は大きな負圧を発生させる必要はない。
なお、泥水供給配管４０および泥水排出配管３０の途中には、必要に応じてバルブ３４、４４やバイパス配管などが設けられる。
【００２２】
〔縦列ポンプ装置〕
図２は、縦列ポンプ装置の詳しい構造を示している。
縦列ポンプ装置１００は、基台１４０の上に、一対の同一構造のポンプ１１０が設置されている。ポンプ１１０は遠心ポンプであり、中心位置に吸入口１１４、外周位置に吐出口１１２が配置されている。ポンプの構造のうち、液体と回転軸とが摺動する個所には高耐圧のメカニカルシールが装着されていて、ポンプ１１０に高い圧力が加わっても支障がないようにしている。ポンプの外周面にはポンプ内部を観察できる点検蓋１１６が設けられている。この点検蓋１１６を開けることで、内部の点検だけでなく、ポンプ内部に詰まった礫などの異物を除去するためにも利用される。
【００２３】
吸入口１１４と同心線上でポンプ１１０の背面側には駆動モータ１２０が組み込まれている。駆動モータ１２０の外径はポンプ１１０の外径と同じ程度が少し小さな程度になっている。駆動モータ１２０はインバータ制御により稼働させられ、ポンプ１１０の能力を自由に増減させて、泥水の圧送能力や圧送距離を調整できるようになっている。これによって、同じ縦列ポンプ装置を、比較的に短い距離から長い距離までの推進工法に効率的に使用できるようになる。
使用時に上流側になるポンプ１１０（Ａ）の吐出口１１２と、下流側になるポンプ１１０（Ｂ）の吸入口１１４とが連結配管１３２によって連結されている。下流側のポンプ１１０（Ｂ）の吐出口１１２には、さらに下流側に延びる延長配管１３０が接続されている。
【００２４】
下流側のポンプ１１０（Ｂ）の吐出口１１２につながる延長配管１３０が、泥水排出配管３０の下流側に接続され、上流側のポンプ１１０（Ａ）の吸入口１１４が、泥水排出配管３０の上流側に接続される。
したがって、縦列ポンプ装置１００では、上流側のポンプ１１０（Ａ）の吸入口１１２から吸い込んだ泥水および土砂を、下流側のポンプ１１０（Ｂ）の吐出口１１２につながる延長配管１３０から送りだすことで、泥水および土砂を圧送する。
縦列ポンプ装置１００のポンプ能力あるいは圧力は、２台のポンプ１１０を合わせたものになり、１台のポンプ１１０のみを用いる場合に比べて約２倍以上の圧力あるいは能力を有するものとなる。
【００２５】
一対のポンプ１１０および駆動モータ１２０を設置する基台１４０は、左右に間隔をあけて平行に配置された円柱状の支持バー１４２を備えている。支持バー１４２の両端は丸められている。左右の支持バー１４２の間には、溝形鋼などの形鋼材をかけ渡して、全体を厚板状の枠構造に構成している。このような基台１４０の上部にポンプ１１０および駆動モータ１２０が取り付けられている。
〔ポンプの詳細構造〕
図３に示すように、ポンプ１１０は、駆動モータ１２０で回転される回転軸１１７に羽根車１１８が取り付けられている。ポンプ１１０の内部空間で羽根車１１８を回転させることで、中心側の吸入口１１４から吸い込まれた泥水を、羽根車１１８を通過させて、外周側の吐出口１１２へと送り出す。点検蓋１１６は、羽根車１１８の外周に対応する位置に設けられており、点検蓋１１６を開けると、羽根車１１８に引っ掛かった礫などを容易に取り出すことができる。
【００２６】
ポンプ１１０の内部空間は、比較的に大きな礫でも通過できるように流路を広く設定している。また、礫などが衝突したときに損傷しないように滑らかな内面形状にしている。具体的には、回転軸１１７の先端を覆うキャップ１１９の外形を球面状にしている。キャップ１１９と対向する位置の内壁は角落とし１１５されていて、キャップ１１９との間の間隙を広くしている。
〔保護カバー〕
図４は、縦列ポンプ装置１１０に保護カバー１５０を取り付けた状態を示している。縦列ポンプ装置１１０を泥水推進工法に使用する際には、設置や撤去などの作業時に、作業員が縦列ポンプ装置１１０の部材に引っ掛かったり、縦列ポンプ装置１１０の部材を損傷したりする可能性がある。特に、狭い埋設管２０の内部に縦列ポンプ装置１１０を設置した状態で、埋設管２０の内部を作業員が移動すると、縦列ポンプ装置１１０に接触する可能性が高い。
【００２７】
そこで、縦列ポンプ装置１１０の全体を、鋼板やメッシュ鋼板などからなる保護カバー１５０で覆っておくことで、上記したような問題を改善することができる。
保護カバー１５０は、ボルトや金具を用いて縦列ポンプ装置１１０に着脱自在に取り付けられる。保護カバー１５０は、縦列ポンプ装置１１０のほぼ全体を覆っているが、吐出口となる延長配管１３０の端部および上流側の吸入口１１４の端部については保護カバー１５０の外に露出している。また、基台１４０についても、保護カバー１５０の下側に露出した状態になっている。
【００２８】
図４（ｂ）  に示すように、埋設管２０の内部に、保護カバー１５０付きの縦列ポンプ装置１１０を設置した状態では、基台１４０の左右の支持バー１４２、１４２が埋設管２０の内面に当接した状態で支持される。埋設管２０の内面に沿って支持バー１４２、１４２を滑らせるようにすれば、埋設管２０の内部で縦列ポンプ装置１１０を移動させるのが容易である。特に、支持バー１４２、１４２の両端が丸められているので、埋設管２０の内面に沿って滑らせたときに、引っ掛かることが防げる。
保護カバー１５０の上部には複数個所に吊りフック１５２が取り付けられており、吊りフック１５２をクレーン装置などで吊り上げれば、保護カバー１５０とともに縦列ポンプ装置１１０の全体を容易に持ち運ぶことができる。
【００２９】
保護カバー１５０を取り付けた状態で、縦列ポンプ装置１１０の全長は、設置する埋設管２０の全長とほぼ同じか少し短く設定されている。具体的には、約３ｍの埋設管２０に対して、全長２７７２ｍｍの縦列ポンプ装置１１０が用いられる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明にかかる泥水の給排装置は、複数台のポンプが前後に隣接して配置された縦列ポンプ装置を用いて、泥水の供給および／または排出を行う。
その結果、単独のポンプに比べて、圧力あるいはポンプ能力の高いポンプ手段を、スペースの少ない埋設管の内部にも容易に設置することが可能になる。縦列ポンプ装置のポンプ能力は、複数台のポンプの能力を相乗的に合わせたものとなりながら、その断面積は単独のポンプとあまり違いのないものとなるので、狭い埋設管の内部に設置しても、各種作業の邪魔になることが少ない。
【００３１】
したがって、従来の泥水給排方法では、泥水の給排が困難であった、長距離の推進工法にも何ら問題なく適用することができ、推進工法の作業性向上あるいは施工コストの削減に有用である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を表す泥水推進工法の全体構成図
【図２】縦列ポンプ装置の正面図（ａ）  および側面図（ｂ）
【図３】ポンプの詳細構造を示す断面図
【図４】カバー装着時の縦列ポンプ装置の正面図（ａ）  および側面図（ｂ）
【符号の説明】
１０    先導体
２０    埋設管
３０    泥水排出配管
４０    泥水供給配管
４２    送泥ポンプ
５０    泥水処理装置
６０    推進ジャッキ
１００    縦列ポンプ装置
１１０    ポンプ
１１２    吐出口
１１４    吸入口
１２０    駆動モータ
１３０    延長配管
１３２    連結配管
１４０    基台
１４２    支持バー
１５０    保護カバー
【図１】
0003571997.tif 000002
【図２】
0003571997.tif 000003
【図３】
0003571997.tif 000004
【図４】
0003571997.tif 000005