(57)【要約】【課題】工事現場でリアルタイムに発生する掘削土砂Ｓの量や性状に応じて、最適な改良剤を現場で無駄なく配合し、低コストで高品質の改良土を得る。【解決手段】自走式の土質改良機３０において、２つの改良剤タンク３２（第１改良剤タンク３２Ａ及び第２改良剤タンク３２Ｂ）を備え、各改良剤タンク３２Ａ、３２Ｂ内にそれぞれ第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂをストックし、該第１、第２改良剤タンク３２Ａ、３２Ｂにそれぞれ配置した第１、第２改良剤供給装置３６Ａ、３６Ｂにより、各改良剤３４Ａ、３４Ｂの供給状態を制御する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行機構を備えると共に、掘削土砂を改良するための改良剤をストックする改良剤タンクを備え、前記改良剤を掘削土砂に投入することにより、該掘削土砂を埋め戻しに適した改良土に改良する自走式土質改良機において、
前記改良剤タンクを２以上備え、且つ
該改良剤タンク内の改良剤を所定の供給態様で供給可能な改良剤供給装置を、前記改良剤タンクにそれぞれ配置した
ことを特徴とする自走式土質改良機。
【請求項２】
請求項１において、
前記２以上の改良剤タンクのうち、少なくとも２つの改良剤タンクは、それぞれ異なる種類の改良剤がストックされている
ことを特徴とする自走式土質改良機。
【請求項３】
請求項１又は２において、更に、
前記掘削土砂の性状及び搬送状態の少なくとも一方を検知するためのセンサを備え、
この検知結果に応じて、前記改良剤供給装置による各改良剤の供給態様が制御される
ことを特徴とする自走式土質改良機。
【請求項４】
走行機構を備えると共に、掘削土砂を改良するための改良剤をストックする改良剤タンクを備え、前記改良剤を掘削土砂に投入することにより、該掘削土砂を埋め戻しに適した改良土に改良する自走式土質改良機における土質の改良方法において、
２以上の改良剤タンクを用意する工程と、
そのうち少なくとも２つの改良剤タンクにそれぞれ異なる種類の改良剤をストックする工程と、
各改良剤の供給量及び配合比率の少なくとも一方の供給態様を制御し、前記掘削土砂に投入する工程と、
を含むことを特徴とする自走式土質改良機における土質の改良方法。
【請求項５】
請求項４において、
更に、前記掘削土砂の性状及び搬送状態の少なくとも一方を検知する工程を含み、
検知結果に応じて、各改良剤の供給量及び配合比率の少なくとも一方の供給態様を制御する
ことを特徴とする自走式土質改良機における土質の改良方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、建設工事現場やガス管、水道管等の埋設工事現場等で発生した掘削土砂を埋め戻しに適した改良土に改良するための自走式の土質改良機、及び該改良機における土質の改良方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
建設工事現場や、ガス管、水道管等の埋設工事現場等において発生した掘削土砂は、ときに、そのままでは埋め戻しに不適当なことがある。そのため、こうした掘削土砂に改良剤を投入することにより、該掘削土砂を埋め戻しに適した改良土に改良する土質改良装置が開発されている。
【０００３】
一般に、この種の土質改良装置は、掘削土砂に高分子系固化剤、又は石灰、セメント系等の固化剤を改良剤として添加し、混合・攪拌する。このような土質改良装置としては、特定の場所に据付・建設された「定置式」タイプと、走行機能を備えたトラック等にマウントされた「自走式」タイプとがある。定置式の土質改良装置は、大量の掘削土砂を良質の改良土に転換することができるが、機動性に乏しい。一方、自走式の土質改良機は、機動性には富むものの、工事の進行に伴って現場で発生した掘削土砂をその現場で処理するものであるため、改良土の品質の確保が難しい。
【０００４】
特開２００２−８８７９８号公報（特許文献１）には、図７に示されるような自走式の土質改良機が開示されている。この自走式土質改良機２は、走行機構４を備えた車体６上に掘削土砂Ｓを収容するための投入ホッパ１０、ベルトコンベア１２、改良剤（図示略）をストックするための改良剤タンク１４、混合機１６、及び搬出コンベア１８等を備える。
【０００５】
油圧ショベル３０等によって掘削された掘削土砂Ｓは、掘削土砂Ｓの投入ホッパ１０に収容され、ベルトコンベア１２によって搬送される。この掘削土砂Ｓは、改良剤タンク１４内にストックされた改良剤と共に混合機１６内で混合・攪拌され、埋め戻しに適する良質の改良土とされ、搬出コンベア１８から搬出される。
【０００６】
この自走式土質改良機２では、掘削土砂Ｓの処理量に対する改良剤の投入量を適正に維持するために、掘削土砂Ｓの投入ホッパ１０の出口開口部に該掘削土砂Ｓの供給量を制御するゲート（図示略）を設け、このゲートの開口高さが投入ホッパ１０内の掘削土砂Ｓの重量（土砂量）に依存して開閉されるように構成してある。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００２−８８７９８号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来の自走式土質改良機においては、改良剤をストックするための改良剤タンクが１台搭載されているのみであったため、１種類の改良剤を使用するか、あるいは事前に（改良剤タンクに入れる前に）複数の改良剤を混合させておく必要があった。
【０００９】
しかしながら、工事現場においてリアルタイムで発生する掘削土砂の量あるいは性状は、予想していた量あるいは性状と異なることが少なくない。特に、実際に発生する掘削土砂が、予想した性状でなかった場合、改良剤の供給量の調整だけでは対応ができないこともあり、臨機応変な処理が難しいという問題があった。
【００１０】
本発明は、このような従来の（特に自走式の）土質改良機の問題を解消するためになされたものであって、たとえ発生した掘削土砂の状態が予想したものと異なっていたとしても、あるいは掘削の途中で状態が変化してしまったとしても、こうした事情に良好に且つ低コストで対応することのできる土質改良機あるいは土質の改良方法を提供することをその課題としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、走行機構を備えると共に、掘削土砂を改良するための改良剤をストックする改良剤タンクを備え、前記改良剤を掘削土砂に投入することにより、該掘削土砂を埋め戻しに適した改良土に改良する自走式土質改良機において、前記改良剤タンクを２以上備え、且つ該改良剤タンク内の改良剤の供給態様を制御可能な改良剤供給装置を、前記改良剤タンクにそれぞれ配置したことを特徴とする自走式土質改良機とを備えたことにより、上記課題を解決したものである。
【００１２】
本発明にかかる土質改良機においては、改良剤タンクが複数台搭載されているため、特に異種の改良剤の組合せ・配合をその現場で（掘削土砂との混合作業中に）行なうことができるようになる。即ち、実際の掘削土砂に最適な改良剤を改良状況を確認しながら、複数の改良剤を任意に組合せ、且つその配合率をリアルタイムで調整・変更できる。
【００１３】
又、例えば、改良剤Ａは低コストだが固化機能が低く、改良剤Ｂは高価だがこれを改良材Ａに混合すると固化機能が向上する場合、通常は低コストの改良剤Ａのみを投入することによって土質の改良処理を行い、処理すべき掘削土砂の量が予想よりも多くて改良剤Ａのストック量が不足する場合や、掘削された土砂の水分が多くて改良剤Ａのみでは十分な固化機能が得られないような場合に、必要な分だけ改良剤Ｂを投入するというような使用もできるようになる。
【００１４】
このように、事前に改良剤を一定量まとめて混合しておく必要がないため、混合のための別途の場所の確保もコストも必要でなく、且つ改良剤の無駄の発生も最小限に抑えることができる。
【００１５】
なお、本発明は、複数の改良剤タンクに常に異なる種類の改良剤をストックすべきことを要求するものではなく、状況により、全改良剤タンクに一種のみの改良剤をストックするようにしてもよい。複数のタンクに同種の改良剤をストックした場合には、その改良剤に関する最大供給量を増大できる。改良剤タンクを３以上備える場合に、その内の２以上の改良剤タンクに同種の改良剤をストックするようにするのも自由である。
【００１６】
なお、本発明では、リアルタイムで改良剤の供給量や混合比率を制御することができるため、掘削土砂の性状及び搬送状態の少なくとも一方を検知するための搬送状態センサを備え、この検知結果に基づいて前記改良剤供給装置による改良剤の供給態様が制御されるように構成すると、掘削土砂に対する的確な改良剤の自動投入が可能となる。なお、ここでいう「掘削土砂の性状」の概念には、例えば、小石や小岩石の混入状態や水分の含有状態（硬軟度）等の概念が含まれ、「掘削土砂の搬送状態」の概念には、搬送量、搬送速度、搬送重量などの概念が含まれる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１８】
この土質改良機３０は、走行機構（図示略）を備える「自走式」タイプで、２つの改良剤タンク３２（第１改良剤タンク３２Ａ及び第２改良剤タンク３２Ｂ）を備える。
【００１９】
第１改良剤タンク３２Ａには第１改良剤３４Ａが、第２改良剤タンク３２Ｂには第２改良剤３４Ｂがそれぞれストックされている。第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂは、それぞれ種類が異なり、双方が混合されることにより、その混合割合（配合率）に応じて特定の性質を形成可能である。例えば、第１改良剤３４Ａとしてセメントが、第２改良剤３４Ｂとして石灰がそれぞれストックされている場合、第１改良剤３４Ａの配合率が高くなるほど掘削土砂をより固化させ易い性質を得ることができる。
【００２０】
第１、第２改良剤タンク３２Ａ、３２Ｂの下部には、第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂの供給態様を制御可能な第１、第２改良剤供給装置３６Ａ、３６Ｂがそれぞれ配置されている。各々の改良剤供給装置３６Ａ、３６Ｂは、所定量の第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂを第１、第２改良剤タンク３２Ａ、３２Ｂから分離・取り出しが可能な第１、第２回転機構部３８Ａ、３８Ｂと該第１、第２回転機構部３８Ａ、３８Ｂをそれぞれ回転駆動する第１、第２供給モータ４０Ａ、４０Ｂとから主に構成されている。
【００２１】
第１、第２改良剤供給装置３６Ａ、３６Ｂにはそれぞれ第１、第２改良剤シュート４４Ａ、４４Ｂが連結されている。第１、第２改良剤シュート４４Ａ、４４Ｂは、次第に接近するように配置されており、ほぼ合体された状態で（単一の）混合機５０と連結されている。混合機５０は、混合モータ５２によって回転駆動され、掘削土砂Ｓと投入された第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂとを混合・撹拌するもので、これ自体は公知の構成のものである。
【００２２】
なお、ベルトコンベア６０の上部には、該ベルトコンベア６０の搬送方向両端に沿って、掘削土砂Ｓがベルトコンベア６０から脱落するのを防止するためのガイド６６（図３参照）が立設されている。
【００２３】
第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂは、図示せぬ掘削土砂Ｓの投入ホッパからベルトコンベア６０によって搬送されてくる掘削土砂Ｓの搬送量（搬送状態）に依存して、その供給量（混合機５０への投入量）が決定されるようになっている。
【００２４】
掘削土砂Ｓの搬送量を検知するための構成を図２、図３に示す。
【００２５】
ベルトコンベア６０の上部には、この掘削土砂Ｓの搬送量Ｑを検知するための第１〜第３センサ７０Ａ〜７０Ｃが該掘削土砂Ｓの搬送方向Ｘと直角の方向Ｙに複数（図示の例では３個）配置されている。この第１〜第３センサ７０Ａ〜７０Ｃは、それぞれ回動レバー７２Ａ〜７２Ｃを有する。各回動レバー７２Ａ〜７２Ｃは、その上端部がヒンジ７４Ａ〜７４Ｃで固定されており、ベルトコンベア６０上で搬送される掘削土砂Ｓとの接触反力によって、それぞれその傾斜角（回動角）θａ〜θｃが変化する構成とされている。この傾斜角θａ〜θｃは、傾斜角センサ７８Ａ〜７８Ｃによってその大きさが検出され、それぞれコントローラ８０に入力される。
【００２６】
なお、図の符号７９Ａ〜７９Ｃはストッパであり、各回動レバー７２Ａ〜７２Ｃは、掘削土砂Ｓが搬送されていないとき（掘削土砂Ｓからの接触反力がないとき）、自重により該ストッパ７９Ａ〜７９Ｃに当接する位置、即ち傾斜角零の位置にまで自動的に復帰できる構成とされている。
【００２７】
また、ベルトコンベア６０の駆動用スプロケット６１には該ベルトコンベア６０の搬送速度Ｖを検出するための速度センサ６２が設置されている。
【００２８】
次にこの自走式土質改良機３０の作用を説明する。
【００２９】
掘削土砂Ｓは、図示せぬ投入ホッパからベルトコンベア６０上に載置され、該ベルトコンベア６０によって混合機５０側へと搬送される。掘削土砂Ｓが搬送されてくると、該掘削土砂Ｓとの接触反力よって第１〜第３センサ７０Ａ〜７０Ｃの回動レバー７２Ａ〜７２Ｃがそれぞれ回動され、傾斜角θａ〜θｃが形成される。この傾斜角θａ〜θｃは傾斜角センサ７８Ａ〜７８Ｃによって検出され、掘削土砂Ｓのベルトコンベア上の高さＨａ〜Ｈｃを反映した情報としてコントローラ８０に送られる。
【００３０】
コントローラ８０は、図４に示されるように、この傾斜角センサ７８Ａ〜７８Ｃから送られてきた傾斜角θａ〜θｃの情報に基づいて、具体的に掘削土砂Ｓの搬送方向と直角の断面における掘削土砂Ｓのベルトコンベア６０上の高さＨａ〜Ｈｃを算出し、更にこの高さＨａ〜Ｈｃから当該断面における断面積Ａを算出する。
【００３１】
断面積Ａの算出は、図５（Ａ）に示されるように、３個の高さＨａ〜Ｈｃに基づいて断面を矩形で平均化することによって演算してもよいし、図５（Ｂ）に示されるように、断面を円弧補間することによって平均化して演算してもよい。なお、前述したように、掘削土砂Ｓの搬送方向と直交する方向、即ち、幅方向の拡がりＷは、ガイド６６によって規定されており、一定である。
【００３２】
断面積Ａが求まると、これにベルトコンベア６０の搬送速度Ｖを掛け合わせることにより、搬送量Ｑを算出することができる。なお、搬送速度Ｖは、この実施形態のように速度センサ６２を設置して実測する代わりに、設計上予め予測可能な値を代用してもよい。
【００３３】
コントローラ８０は、こうして求められた搬送量Ｑに合わせて、これに所定の第１、第２添加比率Ｒ１、Ｒ２を乗じて、第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂの供給量ＳＰ１、ＳＰ２を求める。第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂの配合比率は、この第１、第２添加比率Ｒ１、Ｒ２を、実際の掘削土砂Ｓの状態（石の混合程度、あるいは含水率の違いによる硬軟度等）に応じて、オペレータがマニュアルで変更するだけで簡単に調整できる。
【００３４】
供給量ＳＰ１、ＳＰ２が求まると、該供給量ＳＰ１、ＳＰ２に対応して２つの改良剤タンク３２Ａ、３２Ｂの第１、第２改良剤供給装置３６Ａ、３６Ｂをリアルタイムで制御するべく、第１、第２供給モータ４０Ａ、４０Ｂ（のドライバ）に対し供給速度（回転速度）指令Ｃ１、Ｃ２を出力する。
【００３５】
この作業は、微小時間で傾斜角（回動角）θａ〜θｃ及び搬送速度のＶのサンプリングを繰り返すことにより、連続して行われる。この結果、掘削土砂Ｓの搬送量Ｑ、及び性状に応じた最適量且つ最適配合の第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂを掘削土砂Ｓに対してリアルタイムで投入することができる。
【００３６】
コントローラ８０は、求められた搬送量Ｑを積算することにより、時間毎、日毎、或いは現場毎などの処理量を求め、出力することができる。
【００３７】
なお、上記実施形態においては、第１、第２添加比率Ｒ１、Ｒ２の決定をオペレータが実際の掘削土砂Ｓの性状を確認しながら行うようにしていたが、例えば図６に示されるような回動レバー８２を用いることにより、これをリアルタイムで自動的に行なうように構成することもできる。
【００３８】
即ち、この回動レバー８２は、その上端がヒンジ８３で支持されており、且つ掘削土砂Ｓとの接触面積Ｓａ、Ｓｂが異なる（サブの）回動レバー体８２Ａ、８２Ｂをペアで有する。掘削土砂Ｓとの接触面積Ｓａ、Ｓｂが異なることにより、両回動レバー体８２Ａ、８２Ｂは、その回動性が異なる。即ち、より狭い接触面積Ｓａを有する回動レバー体８２Ａの方がより土砂に埋もれ易くなる。そのため、両回動レバー８２Ａ、８２Ｂの傾斜角をそれぞれαａ、αｂとすると、掘削土砂Ｓが硬質のときには、傾斜角αａとαｂとで差は殆ど生じないが、掘削土砂Ｓが軟質のときには、接触面積がＳａ（小）の回動レバー８２Ａの方が掘削土砂により多く埋もれる分その傾斜角αａがより小さくなる傾向となる。従って、この２つの回動レバー８２Ａ、８２Ｂの傾斜角αａ、αｂの差（αａ−αｂ）を検出することにより、掘削土砂Ｓの硬軟度を知ることができる。そのため、この差（αａ−αｂ）に基づいて第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂの第１、第２添加比率Ｒ１、Ｒ２を変更することにより、両改良剤３４Ａ、３４Ｂの配合比率を制御することができる。
【００３９】
これにより、投入される改良剤の供給量のみならず、配合比率（改良剤の性質）をも自動的に変更することが可能となる。
【００４０】
このように、自走式の土質改良機の場合、工事現場でリアルタイムで発生する掘削土砂の量あるいは性質に応じて最適な改良剤を最適な量だけ投入したいという要求が強いが、上記実施形態では、改良剤タンクを２つ有するようにしているため、こうした要求に容易且つ的確に対応することができる。
【００４１】
なお、上記実施形態においては、掘削土砂の搬送量（及び性状）を検知するためにセンサを設け、このセンサの情報に基づいて第１、第２改良剤３４Ａ、３４Ｂの供給量（及び配合比率）を自動的に変更・制御するようにしていたが、本発明では、こうした自動化までは特に必須とするものではなく、実際のベルトコンベア上の掘削土砂の搬送量や性状を人の目で確認しながら、マニュアルにて改良剤を投入するようにしてもよい。
【００４２】
又、上記実施形態においては、改良剤タンクを２個備えるようにしていたが、３個以上備えるようにしてもよい。
【００４３】
更に、改良剤の種類が１種類で済む場合には、複数の改良剤タンクに同一種類の改良剤をストックするようにしてもよい。これにより、改良剤の全体のストック量を増大させることができる。
【００４４】
【発明の効果】
本発明によれば、自走式の土質改良機において、現場でリアルタイムに発生する掘削土砂の量や性質に応じて、投入する改良剤の特性を簡単な構成で最適に調整・維持することができるようになるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用された自走式土質改良機の改良剤タンク付近の構成を示す概略構成図
【図２】上記実施形態における、改良剤タンク、ベルトコンベア、混合機、及びセンサの位置関係等を示す概略構成図
【図３】図２における搬送状態センサを矢示ＩＩＩ方向から見た部分拡大断面図
【図４】上記実施形態のコントローラを中心とする信号系の流れを説明するためのブロック図
【図５】掘削土砂の搬送時における搬送方向と直角の断面における断面積を求めるための方法を説明するための掘削土砂の断面図
【図６】掘削土砂の硬軟度に応じて傾斜角に差が発生するようなサブの回動レバー体を有する構成例を示す断面図
【図７】従来の自走式土質改良機の使用例を示す正面図
【符号の説明】
２、３０…自走式土質改良機
４…走行機構
１０…掘削土砂投入ホッパ
１２、６０…ベルトコンベア
３２Ａ、３２Ｂ…第１、第２改良剤タンク
３４Ａ、３４Ｂ…第１、第２改良剤
３６Ａ、３６Ｂ…第１、第２改良剤供給装置
３８Ａ、３８Ｂ…第１、第２回転機構部
４０Ａ、４０Ｂ…第１、第２供給モータ
５０…混合機
５２…混合モータ
７０（７０Ａ〜７０Ｃ）、８０…センサ
７２（７２Ａ〜７２Ｃ）、８２…回動レバー
Ｓ…掘削土砂
【図１】
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【図２】
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【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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