(57)【要約】【課題】  泥水の粘性測定を常時行うことを可能とし、この測定結果に基づき泥水の性状を調整する、粘度管理装置と粘度管理方法を提案する。【解決手段】  泥水Ｄの性状を調整する泥水調整手段１と、泥水Ｄの性状を測定する泥水測定手段２と、泥水調整手段１から泥水測定手段２へ泥水Ｄを常時搬送するサンプリングポンプＰｓとを備える粘度管理装置Ｓであって、泥水測定手段２は、サンプリングポンプＰｓにより搬送された泥水Ｄがオーバーフロー方式により一定の液面レベルを保持した状態で貯留される測定槽とこの測定槽に貯留された泥水Ｄの粘度を測定する粘度計とを有している。【選択図】      図１
2006313104.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
泥水の性状を調整する泥水調整手段と、
前記泥水の性状を測定する泥水測定手段と、
前記泥水調整手段から前記泥水測定手段へ前記泥水を常時搬送するポンプと、を備える粘度管理装置であって、
前記泥水測定手段は、前記ポンプにより搬送された前記泥水が一定の液面レベルを保持した状態で貯留される測定槽と、
前記測定槽に貯留された前記泥水の粘度を測定する粘度計と、を有することを特徴とする、粘度管理装置。
【請求項２】
前記測定槽は、泥水の流入口と排水口とが、それぞれ該測定槽の底部と上部に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の粘度管理装置。
【請求項３】
前記粘度計が、泥水内において一定の振幅で振動される振動子を有していることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の粘度管理装置。
【請求項４】
前記泥水調整手段は、調整槽と、前記調整槽に増粘材を投入可能に接続された増粘材槽と、前記調整槽に希釈材を投入可能に接続された希釈材槽と、を備えており、
前記増粘材槽および前記希釈材槽には、前記粘度計の測定結果に応じて前記調整槽への増粘材または希釈材の投入量を制御する制御手段が接続されていることを特徴とする、請求項１乃至請求項３いずれか１項に記載の粘度管理装置。
【請求項５】
調整槽内の泥水を、測定槽へ常時搬送し、
前記測定槽において搬送された前記泥水の粘度を粘度計により測定し、
前記粘度計による測定結果に基づいて増粘材または希釈材を前記調整槽内に投入することにより前記泥水の性状を調整する粘度管理方法であって、
前記粘度計は、前記測定槽に供給された泥水内において一定の振幅で振動子を振幅するために要する駆動電流値により前記泥水の粘度を測定することを特徴とする、粘度管理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、泥水の粘度を連続的に測定し、その測定結果に基づき泥水の性状を調整する、粘度管理装置および粘度管理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
泥水推進工法、泥水シールド工法、リバース工法等、泥水に所定の圧力を与えて切羽や掘削面の安定を図るとともに、この泥水を循環させることにより掘削土を流体輸送する施工方法において、泥水の粘度管理は重要な管理項目である。
【０００３】
従来、このような泥水の粘度管理は、作業員が定期的にファンネル粘度計を用いて、調整槽内の泥水を測定し、その結果に基づいて泥水の希釈や増粘材の添加等を行うことにより行われていた。
【０００４】
ところが、ファンネル粘度計を用いた泥水の粘度管理は、測定者の熟練度による個人差が現れる場合があること、最適な測定頻度等による粘度管理が困難となる場合があること、測定に時間がかかること等の問題点を有していた。
【０００５】
そのため、特許文献１には、図４に示すように、ファンネル泥水槽１０３と、このファンネル泥水槽１０３内の泥水Ｄの重量を測定するロードセル１０５と、これらのファンネル泥水槽１０３およびロードセル１０５に連動されたタイマ１０６とを有した粘度計測装置１０２が開示されている。この粘度計測装置１０２は、ファンネル泥水槽１０３の底部にある放出口の弁１０４を開放することによりこれに接続されたタイマ１０６が起動し、ロードセル１０５によるファンネル泥水槽１０３内の泥水Ｄの重量測定値が０になった時点でタイマ１０６が止まることによりファンネル泥水槽１０３内の泥水Ｄの自然放出に要する時間を自動的に測定するものである。
【０００６】
この粘度計測装置１０２によれば、ファンネル粘度計（ファンネル泥水槽１０３）を用いた泥水Ｄの粘度測定を機械的に行うため、作業員の個人差による誤差が生じることなく、正確な泥水の粘性測定を行うことが可能としている。
【０００７】
なお、図４における符号１０１は調整槽であって、粘度計測装置１０２により測定される泥水Ｄは、サンプリングポンプＰｓを介して調整槽１０１から粘度計測装置１０２に搬送される。そして、粘度計測装置１０２に測定結果に基づき、調整槽１０１内において、増粘材や希釈材を混合することにより泥水Ｄを所定の性状に調整する。
【特許文献１】特開平９−１３３６２６号公報（［００１１］−［００１９］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところが、従来のファンネル粘度計（ファンネル泥水槽１０３）を用いた泥水Ｄの粘度測定は、ファンネル粘度計に泥水Ｄを溜める作業から、ファンネル粘度計に溜まった泥水Ｄを全て放出するまでの一連の作業に時間がかかるとともに、この一連の作業に要する時間により、地山の掘削とともに随時変化する泥水Ｄの状況に応じた測定を行うことができない場合があるという問題点を有していた。
【０００９】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、泥水の粘性測定を常時行うことを可能とし、この測定結果に基づき泥水の性状を調整する、粘度管理装置および粘度管理方法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】
【００１０】
前記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、泥水の性状を調整する泥水調整手段と、前記泥水の性状を測定する泥水測定手段と、前記泥水調整手段から前記泥水測定手段へ前記泥水を常時搬送するポンプとを備える粘度管理装置であって、前記泥水測定手段は、前記ポンプにより搬送された前記泥水が一定の液面レベルを保持した状態で貯留される測定槽と、前記測定槽に貯留された前記泥水の粘度を測定する粘度計と、を有することを特徴としている。
【００１１】
かかる粘度管理装置は、泥水が、例えば、オーバーフロー方式やポンプの送泥量を調整することにより泥水測定手段において一定の水位に保持された状態で循環されているため、水位による水圧等の変化が測定結果に影響することがなく、より正確な測定が可能となる。
また、泥水の粘度の測定を常時循環された測定槽内の泥水について行うため、リアルタイムでのデータ管理を行うことができる。例えば、この粘度管理装置を泥水シールド工法において採用すれば、泥水の性状の測定結果により地山の変化に対して的確に対応することが可能となる。
【００１２】
また、粘度管理装置の測定槽が、泥水の流入口と排水口とが、それぞれ該測定槽の底部と上部に設けられていれば、測定槽内の泥水を流動させて、常に新鮮な泥水の性状測定を可能とし、好適である。
【００１３】
また、前記粘度管理装置の前記粘度計として、泥水内において一定の振幅で振動される振動子を有し、粘性抵抗によるこの振動子を振幅するための駆動電流値の変化により、泥水の粘度を測定するものを使用すれば、流動状態の泥水の粘性測定が可能なため、リアルタイムでのデータ管理ができる。また、測定データをそのまま電子データとして管理することができるため、コンピュータ等による早期の電算処理や、既存データを利用した管理等に活用することが可能である。
【００１４】
また、前記泥水調整手段として、調整槽と、前記調整槽に増粘材を投入可能に接続された増粘材槽と、前記調整槽に希釈材を投入可能に接続された希釈材槽と、前記粘度計の測定結果に応じて前記調整槽への増粘材または希釈材の投入量を制御する制御手段とを備えていれば、粘度計の測定結果に応じて適量の増粘材または希釈材を投入し、自動的に最適な泥水の性状に調整するため、材料の無駄を省くことが可能となり好適である。
【００１５】
また、本発明の粘度管理方法は、調整槽内の泥水を、測定槽へ常時搬送し、前記測定槽において搬送された前記泥水の粘度を粘度計により測定し、前記粘度計による測定結果に基づいて増粘材または希釈材を前記調整槽内に投入することにより前記泥水の性状を調整する粘度管理方法であって、前記粘度計は、前記測定槽に供給された泥水内において一定の振幅で振動子を振幅するために要する駆動電流値により前記泥水の粘度を測定することを特徴としている。
【００１６】
かかる粘度管理方法によれば、測定槽内の泥水の粘度を常時測定するため、リアルタイムでのデータ管理ができるほか、掘削停止中や長期休暇中のデータの採取も可能となる。また、本発明の粘度管理方法による測定は、人力に頼ることなく行うことが可能なため、測定結果のバラツキがなく、的確なデータ管理が可能となる。
また、泥水の変化をリアルタイムで管理することが可能なため、地山の変化に的確に対応することが可能となる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の粘度管理装置および粘度管理方法により、泥水の粘性測定を常時行うことを可能とし、この測定結果に基づき泥水の性状を調整することが可能となるため、泥水の変化をリアルタイムで管理して、地山の変化に対して的確に対応することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
ここで、図１は、本発明の粘度管理装置を示す概略図であって、図２は、本発明の粘度管理装置に係る泥水測定手段を示す概略図である。また、図３は、本発明の粘度管理方法の手順を示すフローチャート図である。
【００１９】
本実施形態に係る粘度管理装置Ｓは、泥水シールド工法において、掘削時の切羽の安定を図るとともに、掘削土の流体輸送する泥水Ｄを所定の性状に調整するための装置であって、図１に示すように、泥水調整手段１と、泥水Ｄの性状を測定する泥水測定手段２と、泥水調整手段１から泥水測定手段２へ泥水Ｄを常時搬送するサンプリングポンプ（ポンプ）Ｐｓとを備えている。
【００２０】
そして、泥水測定手段２は、図２に示すように、泥水が貯留される測定槽２０と、測定槽２０に貯留された泥水Ｄｓの粘度を測定する粘度計２１とを有している。サンプリングポンプＰｓにより搬送された泥水Ｄｓを底部から流入してオーバーフロー方式により上部から排出することで泥水Ｄｓが一定の液面レベルを保持した状態で貯留（循環）される。
【００２１】
粘度計２１は、図２に示すように、測定槽２０に貯留された泥水Ｄｓ内において一定の振幅で振動される２本の振動子２１ａ，２１ａと温度計２１ｂとを有している。この粘度計２１による泥水Ｄｓの粘度の測定は、泥水Ｄｓ内において、振動子２１ａ，２１ａを一定の振幅で振動させるための駆動電流値を測定することにより行う。そして、この駆動電流値をコンピュータ３により換算することで、泥水Ｄｓの粘性抵抗（粘度）が算出される。
なお、本実施形態の粘度計２１の振動子２１ａは、棒状の軸部の下端に円板部材が固定されることにより形成されている。ここで、粘度計の振動子の数や形状は限定されるものではなく、粘性抵抗の測定に適した数や形状であればよい。また、本実施形態では、泥水Ｄｓの測定粘度範囲を０．３〜１００００Ｐａ・Ｓ、測定泥水温度を０〜１００℃とするが、測定粘度範囲および測定泥水温度は、粘度計２１の能力に応じて適宜設定すればよい。
【００２２】
測定槽２０の内部は、内壁２４により貯留槽２０ａと排水槽２０ｂとの２槽に分かれており、貯留槽２０ａの底部近傍に設けられた流入孔（流入口）２２から流入された泥水Ｄｓは、貯留槽２０ａに貯留され、内壁２４の上端（排水口）をオーバーフローする分の泥水Ｄｓは、排水槽２０ｂへ流れ込み、排水孔２３から調整槽１０へ排水される構成となっている。
【００２３】
また、泥水測定手段２の測定槽２０には、図示しない密度計が設置されており、泥水Ｄｓの粘性測定と並行して、泥水Ｄｓの密度測定も行う。
【００２４】
泥水調整手段１は、図１に示すように、調整槽１０と、この調整槽１０に増粘材Ｎを投入可能に接続された増粘材槽１１と、調整槽１０に希釈材Ｗを投入可能に接続された希釈材槽１２とを備えている。
そして、調整槽１０は、内部の泥水Ｄと投入された増粘材Ｎまたは希釈材Ｗとを撹拌混合する、図示しない撹拌手段を備えている。
【００２５】
増粘材槽１１および希釈材槽１２から調整槽１０への増粘材Ｎまたは希釈材Ｗの投入は、それぞれに接続されたポンプＰｎ，Ｐｗを介して行われる。そして、これらのポンプＰｎ，Ｐｗは、粘度計２１に接続されたコンピュータ（制御手段）３から粘度計２１の測定結果に応じて送信される制御信号３２により、制御されている。ここで、増粘材Ｎおよび希釈材Ｗの調整槽１０への投入は、ポンプＰｎ、Ｐｗによる方法に限定されるものではなく、例えば、増粘材槽１１および希釈材槽１２を調整槽１０の上方に配置し、シュート等を介して、自然流下による投入が可能に構成することにより、増粘材槽１１または希釈材槽１２の排出口の開閉を制御することにより、増粘材Ｎおよび希釈材Ｗの投入を制御する構成としてもよい。
【００２６】
増粘材槽１１に貯留される増粘材Ｎは、例えばベントナイト、カルボキシメチルセルロース（ＣＭＣ）等、泥水Ｄの粘度を高める材料であれば限定されるものではなく、適宜、公知の材料を選定して使用するものとする。
また、希釈材槽１２に貯留される希釈材Ｗは、例えば、水道水Ｗ１および後記する二次分離機７から採取された濾水Ｗ２を使用することができる。なお、希釈材Ｗの採取は、上記のものに限定されるものではなく、例えば河川、湖などから採取してもよく、現地の状況に応じて適宜設定すればよい。また、希釈材Ｗは、泥水の希釈が可能な材料であれば、水に限定されるものではないことはいうまでもない。
【００２７】
次に、本実施形態の粘度管理装置Ｓの全体について、図１を参照して説明する。
【００２８】
調整槽１０において、所定の性状に調整された泥水Ｄである調整泥水Ｄ１は、ポンプＰ１を介して掘削機４に搬送される。切羽まで搬送された調整泥水Ｄ１は、所定の圧力が付加されて、切羽の安定を保つ役割を果たす。
【００２９】
そして、調整泥水Ｄ１は、掘削機４により切削された掘削土を含んだ土砂含有泥水Ｄ２として、ポンプＰ２を介して一次分離機５へと搬送される。
一次分離機５へ搬送された土砂含有泥水Ｄ２は、砂礫分５ａが分離される。そして、砂礫分５ａが分離された分離泥水Ｄ３をポンプＰ３により調整槽１０へ搬送する。ここで、一次分離機５において分離された砂礫分５ａは、骨材等として再利用することができる。
【００３０】
調整槽１０に貯留された泥水Ｄのうち、余剰分である余剰泥水Ｄ４は、ポンプＰ４により余剰泥水槽６へと搬送される。そして、余剰泥水槽６に一旦貯留された余剰泥水Ｄ４は、二次分離機７へと搬送されて、濾水Ｗ２と脱水ケーキ７ａとに分離される。そして、濾水Ｗ２は、希釈材槽１２へと搬送されて希釈材Ｗとして再利用され、脱水ケーキ７ａは、建設残土として搬出される。
【００３１】
また、余剰泥水槽６に貯留された余剰泥水Ｄ４の一部は、ポンプＰ５により調整用の余剰泥水Ｄ５として調整槽１０へと戻される。ここで、ポンプＰ５は、コンピュータ３から送信される制御信号３２により起動するものであって、調整用の余剰泥水Ｄ５は、泥水測定手段２の測定結果に応じて、調整槽１０へと投入される。
【００３２】
泥水測定手段２は、サンプリングポンプＰｓにより調整槽１０から採取された測定泥水Ｄｓの性状を測定し、その測定データ３１をコンピュータ３へと送信する。コンピュータ３は、送信された測定結果を解析して、調整槽１０内の泥水Ｄの性状を所定の状態に保つために、制御信号３２をポンプＰｎ，Ｐｗ，Ｐ５に送信して、増粘材Ｎ、希釈材Ｗ、調整用の余剰泥水Ｄ５を調整槽１０へと投入する。
【００３３】
本発明の粘度管理方法は、図３に示すように、以下の手順により行う。
（１）調整槽１０内の泥水Ｄを、ポンプＰｓにより泥水測定手段２へ常時搬送して、泥水を連続採取する（Ｓ１）。
（２）泥水測定手段２に搬送された泥水Ｄｓを測定槽２０において粘度計２１により粘性測定を行う（Ｓ２）。
（３）泥水粘性測定と並行して泥水Ｄｓについて密度測定を行う（Ｓ２’）。
（４）コンピュータ３により泥水粘性測定結果および泥水密度測定結果のデータ解析を行う（Ｓ３）。
（５）コンピュータ３のデータ解析結果に基づいて増粘材Ｎ、希釈材Ｗまたは調整用の余剰泥水Ｄ５を調整槽１０内に投入することにより調整槽１０内の泥水Ｄの性状を最適の状態に調整する（Ｓ４）。
【００３４】
（１）泥水の連続採取（Ｓ１）
泥水Ｄｓは、サンプリングポンプＰｓより、泥水測定手段２へ常時搬送される。泥水測定手段２に搬送された泥水Ｄｓは、測定槽２０に流入し、測定槽２０のオーバーフロー分は、調整槽１０に戻されることで、測定槽２０内では常に一定量の泥水Ｄｓが貯留（循環）される（図２参照）。ここで、測定槽２０のオーバーフロー分の泥水Ｄｓの調整槽１０への流下方法は限定されるものではないが、測定槽２０を調整槽１０の上方に配置すれば、自然流下により泥水Ｄｓを調整槽１０に戻すことが可能となり、ポンプ等の設備を必要としないため、好適である。
【００３５】
（２）粘性測定（Ｓ２）
測定槽２０に搬送された泥水Ｄｓの粘性測定を粘度計２１により行い、このデータを随時コンピュータ３へ送信する。粘度計２１による泥水Ｄｓの測定は、泥水Ｄｓ内において、振動子２１ａ，２１ａを一定の振幅で振動させることにより測定する。この時、泥水Ｄｓの水温の測定も行い、駆動電流値とともに水温をコンピュータ３へ送信する。
【００３６】
（３）密度測定（Ｓ２’）
泥水粘性測定と並行して、測定槽２０内の泥水Ｄｓの密度について、測定を行う。なお、泥水Ｄｓの密度測定に使用する測定器等は、限定されるものではなく、公知の測定器の中から、適切なものを選定して使用すればよい。
【００３７】
（４）データ解析（Ｓ３）
泥水粘性測定および泥水密度測定の結果、送信された測定データを、コンピュータ３を介して解析する。この時、コンピュータ３のデータ解析結果が、管理基準設定値外の場合には泥水異常信号を発して、作業員に知らせる。
【００３８】
（５）泥水の調整（Ｓ４）
コンピュータ３によるデータ解析結果に応じて、コンピュータ３は、制御信号３２を発信し、ポンプＰｎ，Ｐｗ，Ｐ５の起動の制御を行うことで、増粘材Ｎ、希釈材Ｗまたは余剰泥水Ｄ５の調整槽１０への投入を調整する。つまり、例えば、データ解析の結果、泥水Ｄｓの水分が多く、粘度が不足していると判断された場合には、ポンプＰｎを起動させて、増粘材Ｎを調整槽１０に投入することにより、調整槽１０内の泥水Ｄを所望の粘度に調整する。逆に、泥水Ｄｓの粘度が高い場合には、ポンプＰｗを起動させて、希釈材Ｗを調整槽１０に投入することにより、調整槽１０内の泥水Ｄを所望の粘度に調整する。さらに、ポンプＰ５を起動させることにより、余剰泥水Ｄ５を投入して、調整槽１０内の泥水Ｄの粘度や量を調整してもよい。
【００３９】
本発明の粘度管理装置Ｓによれば、掘削機４に送泥される泥水Ｄ１の性状を常時測定し、この測定結果をコンピュータ３により管理することにより、従来に比べて精密な泥水Ｄの性状管理が可能となる。つまり、常時連続での測定を行うため、泥水Ｄの変化に適宜対応して調整することを可能としている。
【００４０】
また、測定結果をコンピュータ３によりグラフ化することで、地山の状態の変化を一目で把握することが可能となり、掘削機４による掘進方法への反映することが可能となる。
【００４１】
また、測定データ３１は、粘度計２１からの電子データでの管理のため、泥水輸送、増粘材輸送、希釈材輸送などの設備の管理をコンピュータ３による集中管理で自動的に行い、人力の省力化が可能となり、経済的である。
【００４２】
また、当該粘度管理装置Ｓは、泥水Ｄの性状を常時測定することを可能としているため、掘削停止中や、長期休暇中の泥水Ｄの性状の測定を行うことで、一定の状態に泥水Ｄの性状を保つことを可能とし、工事再開時の手間を省略することが可能となる。
【００４３】
また、当該粘度計２１によれば、電子データによる自動測定であるため、測定者の熟練度などにより生じる測定誤差が生じることがなく、所定の精度による安定した泥水Ｄの性状管理が可能となる。
【００４４】
また、粘度計２１は、センサ（振動子２１ａ）の泥水Ｄｓ内での振幅に伴う振動子２１ａに作用する粘性抵抗により測定されるため、所定の量に保たれた測定槽２０内での測定であれば、流動状態にある泥水での測定が可能なため、連続して泥水Ｄｓを流動した状態で、常時泥水の測定を行うことを可能としている。
また、泥水測定手段２において、泥水Ｄｓは、オーバーフロー方式により一定の水位に保持されているため、水位による水圧等の変化が測定結果に影響することがなく、より正確な測定が可能となる。また、測定槽２０への泥水Ｄｓの流入口（流入孔２２）と排水口との位置を、測定槽２０の底部と上部として離間させることにより、測定槽２０内の泥水Ｄｓを流動状態として、連続的に搬送された泥水Ｄｓを随時測定することを可能としている。
【００４５】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の各実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜設計変更が可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施形態では、シールドトンネルにおいて、当該粘度管理装置および粘度管理方法を使用するものとしたが、例えば、泥水推進工法やリバース工法等にも使用可能であり、泥水を循環させて施工を行う工法であれば、本発明の粘度管理装置および粘度管理方法を採用可能な工種は限定されるものではない。
【００４６】
また、前記実施形態では、増粘材または希釈材の投入を、コンピュータにより制御して、自動的に行うものとしたが、コンピュータが発する異常信号に応じて、随時作業員が投入してもよいことはいうまでもない。
【００４７】
また、粘度計の形式は限定されるものではなく、流動中の泥水内において粘度の測定が可能な装置であればよい。
また、前記実施形態では、粘性測定と密度測定とを同一の測定槽において行う構成としたが、それぞれ個別の測定槽を有していてもよく、その構成は限定されるものではない。
【００４８】
また、前記実施形態では、オーバーフロー（越流）方式により測定槽内の液面レベルを一定に保持する構成としたが、これに限定されるものではなく、例えばサンプリングポンプの送泥量を制御することにより調整するなど、適宜設定すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の粘度管理装置を示す概略図である。
【図２】本発明の粘度管理装置に係る泥水測定手段を示す概略図である。
【図３】本発明の粘度管理方法の手順を示すフローチャート図である。
【図４】従来の粘度計測装置を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５０】
１      泥水調整手段
１０    調整槽
１１    増粘材槽
１２    希釈材槽
２      泥水測定手段
２０    測定槽
２１    粘度計
２１ａ  振動子
３      コンピュータ
４      掘削機
５      一次分離機
Ｄ，Ｄｓ  泥水
Ｐｓ    サンプリングポンプ
Ｓ      粘度管理装置
Ｎ      増粘材
Ｗ      希釈材
【図１】
2006313104.tif 000003
【図２】
2006313104.tif 000004
【図３】
2006313104.tif 000005
【図４】
2006313104.tif 000006