(57)【要約】【課題】  不要空洞の充填現場において極めて効率的に２種以上の異なる乾燥粉粒体を均一に混合して空洞を充填する。【解決手段】  粉粒体を輸送するための輸送管６が充填対象となる地下空洞７まで配管されており、第１の供給管３から供給される第１の粉粒体の流れと、第２の供給管４から供給される第２の粉粒体の流れとを合流させて輸送管６に供給することにより地下空洞７の充填を行う。輸送管６の途中には、輸送管６内を流れる空気流を乱流化して第１及び第２の粉粒体を混合する混合室１０が設けられており、該混合室１０を経由した混合粉粒体９が地下空洞７に導かれるようになっている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉粒体を輸送するための輸送管が充填対象となる地下空洞まで配管されており、第１の供給管から供給される第１の粉粒体の流れと、第２の供給管から供給される第２の粉粒体の流れとを合流させて前記輸送管に供給することにより前記地下空洞の充填を行う空洞充填工法であって、
前記輸送管の途中に、前記輸送管内を流れる空気流を乱流化して第１及び第２の粉粒体を混合する混合室が設けられており、該混合室を経由した混合粉粒体を前記地下空洞に導くことによって前記地下空洞の充填を行うことを特徴とする混合粉粒体による空洞充填工法。
【請求項２】
前記混合室には壁面から内側に突出する複数のフィンが形成されており、該複数のフィンのそれぞれが輸送管内を流れる空気流を異なる方向に変化させることにより乱流を形成するようにした請求項１記載の混合粉粒体による空洞充填工法。
【請求項３】
前記混合室の内径が前記輸送管よりも大径をなし、前記混合室において乱流を形成するようにした請求項１記載の混合粉粒体による空洞充填工法。
【請求項４】
前記混合室の内部には一又は複数のエアノズルが設けられ、該エアノズルが混合室の中心から偏心した方向にエアを吐出することにより乱流を形成するようにした請求項１記載の混合粉粒体による空洞充填工法。
【請求項５】
前記輸送管の途中に、管内壁面から内側に突出する複数のフィンが形成され、該複数のフィンのそれぞれが輸送管内を流れる空気流を異なる方向に変化させる第１の混合室と、前記輸送管よりも大径に形成された第２の混合室と、エアノズルが室内中心から偏心した方向にエアを吐出する第３の混合室とが直列に配置され、前記第１乃至第３の混合室を経由させることによって第１及び第２の粉粒体を混合するようにした請求項１記載の混合粉粒体による空洞充填工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下に自然に発生した不要な空洞、或いは、人工的に作成して不要になった空洞を、砕石微粉末(石粉)や石炭灰等を含有する乾燥粉粒体で充填する工法に関し、特に充填現場において２種以上の異なる乾燥粉粒体を混合して空洞を充填する工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、何らかの自然現象或いは人為的な原因により、地下に空洞が生じ、その空洞をそのまま放置すれば地盤沈下・陥没等による不足の事故を誘発するため、その不要空洞を充填しておきたいという要望があった。この種の不要空洞充填工法としては、本出願人による下記特許文献１のように、地下空洞まで輸送管を敷設して、充填材料となる乾燥粉粒体を該輸送管内の空気流に乗せて空洞内まで輸送することにより不要空洞を充填する工法が公知である。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−１５５５２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、地下の不要空洞を充填する際、２種以上の異なる乾燥粉粒体を混合した混合粉粒体を空洞内に充填する場合がある。例えば、砕石微粉末(石粉)や石炭灰等を主成分とする第１の粉粒体と、セメント等の第２の粉粒体とを混合した混合粉粒体である。この場合、第１の粉粒体と第２の粉粒体との混合は、限られた施設である混合プラントにおいて行われる。そのため、時には、混合材となる粉粒体を一旦混合プラントに搬送し、その後更に混合プラントから充填現場に混合粉粒体を搬送しなければならない場合があり、効率的でない。また混合プラントでは人手による混合作業も行われるが、充填空間（空洞）が大きい場合には膨大な量の混合粉粒体が必要になり、人手による混合作業は極めて非効率である。
【０００５】
このようなことから、地下空洞を混合粉粒体で充填する場合には、第１の粉粒体と第２の粉粒体との混合を、人手によらず、かつ、充填現場で行うことが望まれる。また、充填材となる混合粉粒体は、第１の粉粒体と第２の粉粒体とが均一に混合されたものであることが必須であり、特にセメントを混合した混合粉粒体で空洞を充填する場合には、第１の粉粒体と第２の粉粒体とが均一な状態で混合されないと十分な強度が得られなくなるという問題が生じる。しかし、従来は充填現場において均一な混合状態の混合粉粒体を生成しながら空洞を充填していくことは困難であった。
【０００６】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、不要空洞の充填現場において極めて効率的に２種以上の異なる乾燥粉粒体を均一に混合して空洞を充填する工法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る混合粉粒体による空洞充填工法が採用したところは、粉粒体を輸送するための輸送管が充填対象となる地下空洞まで配管されており、第１の供給管から供給される第１の粉粒体の流れと、第２の供給管から供給される第２の粉粒体の流れとを合流させて前記輸送管に供給することにより前記地下空洞の充填を行う空洞充填工法であって、前記輸送管の途中に、前記輸送管内を流れる空気流を乱流化して第１及び第２の粉粒体を混合する混合室を設け、該混合室を経由した混合粉粒体を前記地下空洞に導くことによって前記地下空洞の充填を行う点にある。混合室において輸送管内を流れる空気流を乱流化することにより、管内において第１の粉粒体と第２の粉粒体とのそれぞれが偏りなく均等に分布するようになって均一な混合状態が形成される。
【０００８】
また、上記空洞充填工法において用いられる第一の態様としての混合室には、壁面から内側に突出する複数のフィンが形成されており、該複数のフィンのそれぞれが輸送管内を流れる空気流を異なる方向に変化させることにより乱流を形成するように構成されるものである。
【０００９】
また、上記空洞充填工法において用いられる第二の態様としての混合室は前記輸送管よりも大径に形成され、前記混合室において乱流を形成するように構成されるものである。
【００１０】
また、上記空洞充填工法において用いられる第三の態様としての混合室は、その内部に一又は複数のエアノズルが設けられ、該エアノズルが混合室の中心から偏心した方向にエアを吐出することにより乱流を形成するように構成されるものである。
【００１１】
更に、上記空洞充填工法における第四の態様は、前記輸送管の途中に、管内壁面から内側に突出する複数のフィンが形成され、該複数のフィンのそれぞれが輸送管内を流れる空気流を異なる方向に変化させる第１の混合室と、前記輸送管よりも大径に形成された第２の混合室と、エアノズルが室内中心から偏心した方向にエアを吐出する第３の混合室とが直列に配置され、前記第１乃至第３の混合室を経由させることによって第１及び第２の粉粒体を混合するように構成されるものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る混合粉粒体による空洞充填工法によれば、地下空洞まで粉粒体を輸送するための輸送管の途中に設けられた混合室によって、輸送管内を流れる空気流を乱流化して第１及び第２の粉粒体を均一な状態に混合するので、混合プラントで混合作業を行う必要がなくなり、不要空洞の充填現場において人手によらず、極めて効率的に２種以上の異なる乾燥粉粒体を均一に混合して空洞を充填することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下図面に基づいて本発明の好ましい実施形態を詳述する。地下空洞を粉粒体で充填する工法としては、粉粒体を輸送する輸送管を事前に充填対象となる空洞内に配管しておき、輸送管を介して充填材となる燥粉粒体を空洞内に吹き込む「吹き込み型」の工法と、輸送管を介して空洞の一方端側に粉粒体を吹き込むと共に、他方端側からバキューム車を用いて空洞内を吸引するようにして、吸引と吹き込みを併用する「吸引型」の工法とがある。本発明はそれらいずれの工法に対しても適用可能なものであるが、以下の実施形態においては、「吹き込み型」の空洞充填工法を例示し、充填現場において２種以上の異なる乾燥粉粒体を混合して空洞を充填する工法について説明する。
【００１４】
図１は本実施形態における空洞充填工法を示す図である。砕石微粉末や石炭灰等を主成分とする第１の乾燥粉粒体を積載輸送する粉粒体輸送車１と、セメント等の第２の乾燥粉粒体を積載輸送する粉粒体輸送車２とはそれぞれ充填現場においてトラックスケール４１，４２上に設置される。例えば、第１の乾燥粉粒体は充填主材料となるものであり、第２の乾燥粉粒体はその主材料に対し重量比で数％〜数十％程度混合する混合材料（充填副材料）となるものである。
【００１５】
粉粒体輸送車１，２にはそれぞれ乾燥粉粒体を輸送管６に送り出す供給管３，４が接続されており、粉粒体輸送車１，２はそれぞれの供給管３，４に対して所定圧力の空気と共に乾燥粉粒体を吹き込む。
【００１６】
各供給管３，４はＹ字管５に連結されており、このＹ字管５において粉粒体輸送車１からの第１の乾燥粉粒体の流れと粉粒体輸送車２からの第２の乾燥粉粒体の流れとが合流する。Ｙ字管５の下流側には空洞７内にまで配管された輸送管６が連結されており、更にその輸送管６の途中には、輸送管６内を流れる輸送方向に沿った空気流を乱流化して第１及び第２の乾燥粉粒体を均一な分布状態に散乱させることにより、乾燥粉粒体を均一に混合させる混合室（混合手段）１０が設けられている。混合室１０を経由した混合粉粒体９は輸送管６に沿って輸送され、地下空洞７に導かれて空洞内を充填していく。そして空洞の充填が完了した後には、輸送管６は空洞内にそのまま存置される。空洞内に充填された混合粉粒体９は地下水位の回復に伴って湿潤していく。また地下空洞内に水を供給する強制加水により湿潤させるようにしてもよい。
【００１７】
この例においては、混合粉粒体と共に空洞７内に吹き込まれる空気は空洞端部３４に設けられた減圧バルブ３１をもつ排気管３２により集中的に排気され、その排気される空気に含まれる粉塵の空中散布を防ぐために水中曝気槽３３が設けられている。但し、これの代わりに集塵装置を用いて粉塵対策を行うようにしてもよい。
【００１８】
このような吹き込み型の空洞充填工法は、輸送管６の配管又は配管作業のためのスペースが必要になるが、中・大断面の空洞７を充填するのに有利で施工スピードが速いという特質がある。また輸送管６の途中に設けられた混合室１０において、輸送管６内を流れる輸送方向に沿った空気流を乱流化し、第１の乾燥粉粒体と第２の乾燥粉粒体とを均一な状態に混合させて空洞７の充填が行われることから、充填後、十分な強度が得られることになる。
【００１９】
尚、第１の乾燥粉粒体に対する第２の乾燥粉粒体の混合比の調整は、各供給管３，４に設けられたバルブ（不図示）を操作することによる圧力調整（各供給管への吹き出し量の調整）によって行われ、実際の混合比はトラックスケール４１，４２の読み値から求められる。
【００２０】
以下、上記の混合室１０に関するいくつかの具体的構成について説明する。
【００２１】
（第一の混合室）
図２は上述した混合室１０の第一の態様を示すものであり、混合管１１を示す図である。混合管１１は、粉粒体の輸送方向上流側に設けられた流入口２１と下流側に設けられた流出口２２とを有し、流入口２１と流出口２２との間に輸送管６と同径の円筒管２０が設けられたものであり、円筒管２０の内部が混合室１０となる。また、混合管１１の内壁面には内側に突出する複数のフィン２３が形成されており、それら複数のフィン２３のそれぞれが輸送管内を流れる輸送方向に沿った空気流Ｆを輸送方向とは異なる方向に変化させることによって乱流形成を行うように構成されている。そしてこの乱流成分が第１の乾燥粉粒体に対して第２の乾燥粉粒体を均一な状態に混合する。例えば、円筒管２０の軸方向（輸送方向）に沿って流入する空気流Ｆは、図２（Ｂ）に示す如く各フィン２３によって軸回りに旋回する渦流成分を有する空気流に変換され、その渦流方向の流れによって第１及び第２の乾燥粉粒体が混合室内において均一な状態に分布するようになり、均一な混合状態が得られる。そして流出口２２に接続される下流側の輸送管６には、第１及び第２の乾燥粉粒体を均一な状態に混合した混合粉粒体９を送出する。
【００２２】
輸送管６の途中に、図２の混合管１１を介挿して混合室１０を形成し、充填主材料となる第１の乾燥粉粒体に対しセメントを第２の乾燥粉粒体として混合した実験結果を図３に示す。実験は、混合管１１を介して混合した混合粉粒体９をサンプリングし、充填密度が乾燥密度で１．３５(ｇ／ｃｍ3）となるようにして作製した、３本の供試体（ａ），（ｂ），（ｃ）に侵水し、７日後及び２８日後の一軸圧縮試験による圧縮強度σ等の各値を求めることにより行った。尚、第１の乾燥粉粒体に対する第２の乾燥粉粒体（セメント）の混合比はトラックスケール４１，４２の読み値から求めると重量比で約６．０％であった。
【００２３】
図３における変動係数は、各供試体（ａ），（ｂ），（ｃ）の標準偏差値を平均値で除算したものに１００を乗じた値である。空洞充填工法においては大量の混合粉粒体が使用されることから、ひとつの供試体において混合状態のばらつきが大きくなりやすい。そこで、変動係数をひとつの指標として評価するようにした。即ち、変動係数の値が小さい程、変動が少なく、第１及び第２の乾燥粉粒体が均一に混合されていると判断できる。図３において充填密度（乾燥密度及び湿潤密度）は１．０％以下の極めて小さな値であるので、粉粒体が極めて良好な状態で均一に混合されていることがわかる。
【００２４】
また充填主材料に対してセメントが十分均一に混合されていない場合には、一軸圧縮試験による圧縮強度はほぼ０（ｋｇｆ／ｃｍ2）の値を示すが、混合管１１によって混合した混合粉粒体９を充填して作製した供試体では、圧縮強度σ７，σ２８はそれぞれ平均値で１０．９３（ｋｇｆ／ｃｍ2）、１７．０７（ｋｇｆ／ｃｍ2）を示している。ちなみに、比較例として混合プラントで重量比約５％のセメントを均一に混合した場合について同様の実験を行うと、７日間水侵後の圧縮強度は９．２９（ｋｇｆ／ｃｍ2）、２８日間水侵後の圧縮強度は１３．５０（ｋｇｆ／ｃｍ2）であり、それぞれ十分な強度を示していた。そこで、図３の圧縮強度σ７，σ２８について評価すると、混合プラントで行った比較例とは混合比が異なるものの、強度としては比較例とほぼ同等の値を示しているので、これらについても十分な強度が得られていることがわかる。
【００２５】
（第二の混合室）
図４は図１に示す混合室１０の第二の態様を示すものであり、混合管１２を示す図である。混合管１２は、輸送管６と同径の流入口２１を有する流入管２４と、同じく輸送管６と同径の流出口２２を有する流出管２６とを備え、流入管２４と流出管２６との間には輸送管６よりも径の大きい大径管２５が設けられて構成される。この例においては、大径管２５の内部が混合室１０を構成する。流入管２４は輸送方向Ｆに沿って漸次管の内径が大きくなり、連結部２７を介して大径管２５に接続されている。また流出管２６は連結部２７を介して大径管２５に接続され、輸送方向Ｆに沿って漸次管の内径が小さくなって流出口２２を介して輸送管６に混合粉粒体９を送り込む。
【００２６】
この混合管１２では上流側の輸送管６から輸送方向Ｆに沿って一定圧の空気が送り込まれてくると輸送管６よりも大径の混合室において乱流が形成され、この乱流成分が第１の乾燥粉粒体に対して第２の乾燥粉粒体を均一な状態に混合する。そして流出口２２に接続される下流側の輸送管６には、第１及び第２の乾燥粉粒体を均一な状態に混合した混合粉粒体９を送出する。
【００２７】
輸送管６の途中に、図４の混合管１２を介挿して混合室１０を形成し、充填主材料となる第１の乾燥粉粒体に対しセメントを第２の乾燥粉粒体として混合し、混合管１１の場合（図３）と同様の実験を行った結果を図５に示す。図５においても充填密度（乾燥密度及び湿潤密度）の変動係数は０．９％以下の極めて小さな値であるので、粉粒体が極めて良好な状態で均一に混合されていることがわかる。また圧縮強度σ７の平均値は１１．６４（ｋｇｆ／ｃｍ2）であり、圧縮強度σ２８の平均値は２２．４１（ｋｇｆ／ｃｍ2）であることから、これらについても十分な強度を発現していることがわかる。
【００２８】
（第三の混合室）
図６は図１に示す混合室１０の第三の態様を示すものであり、混合管１３を示す図である。混合管１３は、粉粒体の輸送方向上流側に設けられた流入口２１と下流側に設けられた流出口２２とを有し、流入口２１と流出口２２との間に輸送管６と同径の円筒管２０が設けられたものであり、円筒管２０の内部が混合室１０を構成する。また混合管１３の円筒管２０には更に給気管２９が接続されると共に、給気管２９に連通して円筒管２０の内側に突出する複数のエアノズル２８が設けられる。また図７に示す如く、給気管２９は外部に設置されるエアコンプレッサ等の給気手段３０に接続されており、給気手段３０から供給されるエアが供給管２９及び各エアノズル２８を介して円筒管２０の内部に吐出される。各エアノズル２８は円筒管２０の中心軸から若干偏心した方向にエアを吐出し、それによって管内に乱流を形成するように構成されている。例えば、図６（Ｂ）に示す如く、各エアノズル２８は、円筒管２０の軸方向（輸送方向）に沿って流入する空気流Ｆを軸回りに旋回させる方向にエアを吐出して渦流を形成し、その渦流方向の流れによって第１及び第２の乾燥粉粒体を均一な状態に混合する。そして流出口２２に接続される下流側の輸送管６には、第１及び第２の乾燥粉粒体を均一な状態に混合した混合粉粒体９を送出する。
【００２９】
輸送管６の途中に、図６の混合管１３を介挿して混合室１０を構成し、充填主材料となる第１の乾燥粉粒体に対し、セメントを第２の乾燥粉粒体として混合し混合管１１，１２の場合（図３，図５）と同様の実験を行った結果を図８に示す。図８においても充填密度（乾燥密度及び湿潤密度）の変動係数は１．３％以下の極めて小さな値であるので、粉粒体が極めて良好な状態で均一に混合されていることがわかる。また圧縮強度σ７の平均値は４．６９（ｋｇｆ／ｃｍ2）であり、圧縮強度σ２８の平均値は１３．２６（ｋｇｆ／ｃｍ2）である。したがって、これらについても十分な強度を発現していることがわかる。
【００３０】
尚、図６においては混合室に対してエアノズル２８を複数配置する場合を例示したが、混合室を流れる空気流を乱流化するためには、少なくとも１つのエアノズルが設けられればよく、そのような構成を採用しても良い。
【００３１】
（第四の混合室）
図９は図１に示す混合室１０の第四の態様を示すものであり、輸送管６の途中に、上述した３種の混合管１１，１２，１３を直列に接続して混合室１０の構成例を示す図である。尚、図９では輸送管６の下流側から順に、混合管１１，１２，１３を直列接続した構成を例示しているが、輸送管６に対する配置順序についてはそれに限定されるものではない。
【００３２】
図９の構成により、充填主材料となる第１の乾燥粉粒体に対し、セメントを第２の乾燥粉粒体として混合し、混合管１１，１２，１３について個別に行った場合（図３，図５，図８）と同様の実験を行った結果を図１０に示す。図１０においても充填密度（乾燥密度及び湿潤密度）の変動係数は０．８％以下の極めて小さな値であるので、粉粒体が極めて良好な状態で均一に混合されていることがわかる。また圧縮強度σ７の平均値は１０．２０（ｋｇｆ／ｃｍ2）であり、圧縮強度σ２８の平均値は１３．３２（ｋｇｆ／ｃｍ2）である。したがって、図９の構成によって粉粒体の混合を行うようにしても十分な強度を発現することがわかる。
【００３３】
以上のように、輸送管６の途中に、輸送管６内を流れる輸送方向Ｆに沿った空気流を乱流化する混合室１０を設けることにより、混合室１０によって第１及び第２の乾燥粉粒体を均一な状態に混合させることができる。そして混合室１０によって得られる混合粉粒体９は十分な強度を発現する充填材料となる。このような混合室１０は充填現場において輸送管６の途中に設けるだけで、複数の粉粒体輸送車から供給される２種以上の乾燥粉粒体を人手によらずに均一に混合できるという点で大きな利点がある。
【００３４】
尚、上記においては、セメントを混合する場合を例に挙げたが、セメント以外の乾燥粉粒体であっても均一な混合状態が得られるので、混合材となる乾燥粉粒体は上述のものに限定されるものではない。
【００３５】
また、上述した混合管１１，１２，１３を構成するにあたっては、それぞれの管の円筒壁を透明性のあるアクリル樹脂等で形成することにより、実際の粉粒体輸送時に管内で乱流が生じているか否かを視認できるので有効である。
【００３６】
また、上述した混合管１１，１２，１３を使用するにあたっては、図９に示したように３種の混合管１１，１２，１３の全てを直列接続するのではなく、２種の混合室を適宜組み合わせて使用するようにしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態である乾燥粉粒体による空洞充填工法を示す図である。
【図２】混合室の第一の態様を示す図である。
【図３】第一の態様の混合室を輸送管に介挿した場合の実験結果を示す図である。
【図４】混合室の第二の態様を示す図である。
【図５】第二の態様の混合室を輸送管に介挿した場合の実験結果を示す図である。
【図６】混合室の第三の態様を示す図である。
【図７】第三の態様の混合室に対する給気手段の接続状態を示す図である。
【図８】第三の態様の混合室を輸送管に介挿した場合の実験結果を示す図である。
【図９】第四の態様の混合室を示す図であり、第一乃至第三の混合室を直列に接続した構成例を示す図である。
【図１０】第四の態様の混合室を輸送管に介挿した場合の実験結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３８】
１，２  粉粒体輸送車
３，４  供給管
５  Ｙ字管
６  輸送管
７  地下空洞
９  混合粉粒体
１０  混合室
１１，１２，１３  混合管
２０  円筒管
２１  流入口
２２  流出口
２３  フィン
２５  大径管
２８  エアノズル
【図１】
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【図２】
2006183402.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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