(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
泥土等に固化材を注入し、前記泥土等と前記固化材を混練する粉体固化材混合システムにおいて、
前記固化材を粉体のまま計量し供給する計量装置と、
供給された前記固化材の空気圧送に伴うバック圧を防ぎつつ、前記固化材を一定量ずつ連続して切り出す粉体供給装置と、
切り出された前記固化材の周囲に高圧水を噴出させることにより、前記固化材を、エジェクタ効果を利用して強制的に粉体のまま高圧水と共に、圧送中の泥土等に注入する固化材添加装置と、
前記固化材が注入された泥土等を空気圧送中に混練するラインミキサと
を有することを特徴とする粉体固化材混合システム。
【請求項２】
前記計量装置は、粉体のままホッパに貯められる前記固化材を重量の減少に従って随時計量する計量器を備え、計量結果を基に前記泥土等に対する前記固化材の添加量を自動的に演算管理して定量注入することを特徴とする請求項１に記載の粉体固化材混合システム。
【請求項３】
前記粉体供給装置は、前記固化材の供給路を隔離密閉した区画毎に連続して区切ることにより、供給路上の前記固化材をその区画に対応した一定量ずつ切り出すことを特徴とする請求項１または２に記載の粉体固化材混合システム。
【請求項４】
前記固化材添加装置は、高圧水を前記泥土等が圧送される管体に送り込む高圧水ジェットノズルを備え、圧送中の前記泥土等に前記固化材を粉体のまま混ぜ合わせる粉体固化材注入管を有することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の粉体固化材混合システム。
【請求項５】
前記高圧水ジェットノズルは、噴出口を前記管体内部に向け、且つ、噴出方向が前記管体の軸線方向に沿うように、前記固化材を前記管体に注入する注入部に設置されていることを特徴とする請求項４に記載の粉体固化材混合システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、粉体固化材混合システムに関し、特に、管体内において固化材を粉体のまま泥土等に混合する粉体固化材混合システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、空気圧送船や空気圧送機から送泥管を介して空気圧送中の泥土等に、例えばセメント等の固化材を添加し、送泥管内のプラグ流や送泥管の途中に装備したラインミキサにより、泥土等と固化材を混練りさせる管中混合固化処理工法が知られている。
【０００３】
管中混合固化処理工法においては、泥土等と固化材を一定の割合で混合する必要があり、送泥量と固化材添加量の管理が重要である。固化材を送泥管内に注入添加する場合、一般的には、固化材であるセメント１に対し水１の割合でセメントミルク状にスラリー化して注入しているが、固化した際に粉体添加の場合と同じ強度を得るためには、セメント量を１割程度増量する必要がある。
【０００４】
粉体状の固化材は、例えば、ブロウタンクによるバッチ式、ロータリーフィーダ切り出し＋空気圧流方式、或いはレボルバーチャンバ＋空気圧流方式等の連続粉体供給方法により、一定量の切り出しが行われ搬送される。
【０００５】
また、圧送管内へ粉体を注入するには、固化処理専用船や機械に見られる解放式の連続ミキサ部に空気搬送された粉体を注入し、その後に空気圧送する方法、或いは泥土等を圧送する空気圧送管の途中に拡大部を持った管を接続し、その部分に、空気圧送されてきた粉体（固化材）を空気エジェクタで強制的に注入添加する方法等がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、セメント等の固化材をスラリー化し注入する方法は多くの採用実績があるが、固化材を粉体のまま添加する方法の採用は少ない。それは、以下のような理由からである。
【０００７】
従来の計量装置の場合、粉体の切り出し及び圧送に圧縮空気を必要とするが、これにより、材料投入ホッパ部と下部の圧送管との間に圧力差が生じる。このため、防護する機構が設けられるが、この部分は摺動部のためにエアーシールという、非常に高価で消耗も著しい複雑な機構が必要となる。また、圧送用空気圧が計量ホッパ等へバック圧として影響することを防止するための、加圧タンク機構が必要となる。
【０００８】
また、粉体を事前に連続ミキサ内に注入する方法においては、粉体を泥土等に均一に添加することが難しく、その結果、混合のバラツキが大きくなる。
【０００９】
更に、圧送管の途中に設けられた拡大管に粉体を注入する方法では、粉体を送泥プラグに確実に添加するのは難しく、粉体がプラグ流の空気部分にも添加されてしまうため、泥土等と粉体の完全な混合がなされないまま吐出部に達してしまう。この空気部分に添加された粉体が大気中に放出されると環境に悪影響を与えることになる。
【００１０】
この発明の目的は、設備がシンプルで安価に製作することができる上に、粉体状の固化材の均質且つ定量添加が可能であり、粉体状の固化材が粉塵として大気中に放出されるのを防止する粉体固化材混合システムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明に係る粉体固化材混合システムは、泥土等に固化材を注入し、前記泥土等と前記固化材を混練する粉体固化材混合システムにおいて、前記固化材を粉体のまま計量し供給する計量装置と、供給された前記固化材の空気圧送に伴うバック圧を防ぎつつ、前記固化材を一定量ずつ連続して切り出す粉体供給装置と、切り出された前記固化材の周囲に高圧水を噴出させることにより、前記固化材を、エジェクタ効果を利用して強制的に粉体のまま高圧水と共に、圧送中の泥土等に注入する固化材添加装置と、前記固化材が注入された泥土等を空気圧送中に混練するラインミキサとを有することを特徴としている。
【００１２】
上記構成を有することにより、粉体のまま計量し供給された固化材を、空気圧送に伴うバック圧を防ぎつつ一定量ずつ連続して切り出し、切り出された固化材の周囲に高圧水を噴出させることにより、エジェクタ効果を利用して強制的に粉体のまま高圧水と共に、圧送中の泥土等に注入し、固化材が注入された泥土等を空気圧送中に混練する。これにより、設備がシンプルで安価に製作することができる上に、粉体状の固化材の均質且つ定量添加が可能であり、粉体状の固化材が粉塵として大気中に放出されるのを防止することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１４】
図１は、この発明の一実施の形態に係る粉体固化材混合システムの全体構成図である。図１に示すように、粉体固化材混合システム１０は、計量装置１１、粉体供給装置１２、固化材添加装置１３、及びラインミキサであるスネークミキサ１４（佐伯建設工業株式会社製）を有している。
【００１５】
計量装置１１は、固化材サイロ１５、バグフィルタ１６、及び一対の計量ホッパ１７ａ，１７ｂを有し、一対の計量ホッパ１７ａ，１７ｂのそれぞれには、計量器（ロードセル）１８ａ，１８ｂが備えられている。
【００１６】
固化材サイロ１５には、固化材であるセメントが粉体のまま貯蔵されており、サイロ内の粉体固化材は、切り替えバルブ１９を経て、何れかの計量ホッパ１７ａ，１７ｂに送り出され貯められる。切り替えバルブ１９は、一方の計量ホッパ１７ａ（１７ｂ）が一定量に達した際に他方の計量ホッパ１７ｂ（１７ａ）に切り替えることができ、その間に一方の計量ホッパ１７ａ（１７ｂ）に貯められた固化材を粉体供給装置１２へと送り出す。
【００１７】
計量ホッパ１７内の固化材の量は、計量器１８ａ，１８ｂにより、重量の減少に従って随時（例えば０．５秒単位）計量され、固化材添加対象の泥土等の量に対する固化材の添加量を自動的に演算して管理している。
【００１８】
粉体供給装置１２は、粉体圧送注入ポンプ２０、エアドライヤ２１、エア流量コントローラ２２、及びコンプレッサ２３を有している。粉体圧送注入ポンプ２０により、圧送対象である粉体は、一定量毎に切り出され連続的に送り出される。
【００１９】
粉体圧送注入ポンプ２０は、インバーターモータ２４に駆動されて、粉体固化材の供給路を隔離密閉した区画毎に連続して区切ることにより、供給路上の粉体固化材をその区画に対応した一定量ずつ切り出す。このような粉体圧送注入ポンプ２０として、スクイズ式ポンプ、例えばチューブポンプが用いられる。
【００２０】
従って、計量ホッパ１７から送り出された固化材は、粉体圧送注入ポンプ２０を経ることにより、粉体のまま一定量ずつ切り出され連続して固化材添加装置１３へと送られる。
【００２１】
計量ホッパ１７から粉体圧送注入ポンプ２０への固化材流入路２０ａ、及び粉体圧送注入ポンプ２０から固化材添加装置１３への固化材流出路２０ｂには、コンプレッサ２３がエアドライヤ２１及びエア流量コントローラ２２を介して接続されている。エア流量コントローラ２２により、固化材流入路２０ａと固化材流出路２０ｂに送り込むドライエアの流量をコントロールすることができる。
【００２２】
この粉体供給装置１２においては、計量器１８による計量に基づき、定量切り出しを行う粉体圧送注入ポンプ２０の回転数を、自動的にコントロールしている。
【００２３】
また、粉体圧送注入ポンプ２０としてスクイズ式ポンプを用いることにより、粉体固化材の空気圧送に伴う複雑なエアシール機構を設けることなく、計量ホッパ１７側へのバック圧を容易に防ぐことができる。
【００２４】
固化材添加装置１３は、水圧入式の粉体固化材注入管２５及び高圧ジェットポンプ２６を有しており、供給された、例えば浚渫土等の軟弱な泥土等に固化材を粉体のまま注入する。
【００２５】
粉体固化材注入管２５は、両端が開口する円筒状に形成されて横向き状態に配置され、その一端には供給された泥土等を加圧するための泥土加圧ポンプ２７が、他端にはスネークミキサ１４が、それぞれ接続されている。また、粉体固化材注入管２５のほぼ中央部には、粉体固化材が添加された泥土等を空気搬送するための圧縮空気を送り込む、エアコンプレッサ２８が接続されている。
【００２６】
粉体固化材注入管２５により管体２９の搬送路を圧送されて来る泥土等は、管体全体が泥土等により密閉され圧力が加わった状態で泥土等が移動している。このような状態のもとで、粉体固化材を注入するとき、「粉体固化材を可能な限り管体内中心部に注入する」こと、「粉体固化材を定量注入する」こと、の各要件が満たされているのが望ましい。
【００２７】
ところで、空気圧送された粉体固化材を空気圧送により管体内に注入する場合、管体内圧力が高いために空気圧送のみでは困難である。そこで、粉体固化材の注入口付近に別途用意した高圧空気によるエジェクタ効果を利用することが考えられるが、管内密閉状態の土砂等に空気のみで切り込むのは困難である。
【００２８】
図２は、図１の粉体固化材注入管を示し、（ａ）は構造説明図、（ｂ）は高圧水ジェットノズルの配置説明図である。図２に示すように、粉体固化材注入管２５は、管体２９、管体２９に接続された注入部３０と圧送エア管３１、及び４個の高圧水ジェットノズル３２を有している（（ａ），（ｂ）参照）。注入部３０と圧送エア管３１は、共に、管体２９より細く形成されている。
【００２９】
管体２９は、第１直線部２９ａ、第２直線部２９ｂ、両直線部２９ａ，２９ｂを段違い状態でほぼ平行に連結する傾斜部２９ｃからなり、第１直線部２９ａと傾斜部２９ｃの接続部近傍には、傾斜部２９ｃの軸線方向に沿って注入部３０が、傾斜部２９ｃと第２直線部２９ｂの接続部近傍には、第２直線部２９ｂの軸線方向に沿って圧送エア管３１が、それぞれ配置されている（（ａ）参照）。
【００３０】
注入部３０は、粉体圧送注入ポンプ２０の固化材流出路２０ｂに連結されており（図１参照）、粉体圧送注入ポンプ２０から固化材を粉体のまま管体２９に注入し送り込む。圧送エア管３１は、管路途中に設けられた逆止弁３３を介してエアコンプレッサ２８に連結されており（図１参照）、エアコンプレッサ２８から圧送用の圧縮エアを管体２９に送り込む。
【００３１】
この圧縮エアを管体２９に送り込むと、泥土等が管の前方に移動し粉体添加された泥土等の圧力が軽減されるので、容易に粉体固化材を注入することができる。
【００３２】
４個の高圧水ジェットノズル３２は、それぞれ高圧ジェットポンプ２６に連結されており（図１参照）、高圧ジェットポンプ２６からの高圧水を高圧ジェット水として管体２９に送り込む。各高圧水ジェットノズル３２は、注入部３０の周囲にほぼ等間隔離間して（（ｂ）参照）、それぞれの噴出口を管体２９内に露出させ、且つ、それぞれの噴出方向が傾斜部２９ｃの軸線方向に沿うように（（ａ）点線参照）、設置されている。
【００３３】
この高圧水ジェットノズル３２は、管体２９内を泥土加圧ポンプ２７により加圧され圧送されて来る泥土等に、固化材を粉体のまま混ぜ合わせるために設けられている。
【００３４】
高圧水ジェットノズル３２により、空気搬送されてきた粉体固化材を高圧水で切り裂いた泥土等の中に強制的に混入させると共に、使用水量が僅かな高圧水により粉体固化材に僅かな水分を添加して、粉体固化材を泥土等に接触し易くしている。ノズル先端の噴射口は、高圧水の噴射角度を、幅の狭い線状から幅の広い煙幕状へと自由に調整することができる。
【００３５】
このように、高圧水ジェットノズル３２から噴出された高圧水の力を利用することで、強力な水のくさび効果により、圧力が加わった管内密閉状態の泥土等に粉体固化材を強制的に注入させることができる。更に、粉体固化材を高圧水の流れに乗せることにより、高圧水によるエジェクタ効果を利用して負圧を発生させ、粉体固化材をスムーズに引き寄せ管体内に取り込むことが可能となる。
【００３６】
図３は、図２の高圧水ジェットノズルの他の例を示す説明図である。図３に示すように、高圧水ジェットノズル３２は、その噴出方向が管体２９の傾斜部２９ｃの軸線方向に沿うように（図２（ａ）点線参照）、注入部３０の管体接続部に取り付けられた高圧水注入管３４に１個設置されている。高圧水注入管３４は、管体２９に所定角度（例えば４５度以下）を有して突設されている。
【００３７】
高圧水注入管３４に取り付けられた高圧水ジェットノズル３２は、先端の噴射口から、高圧水注入管３４介して、管体２９の内部中心に向けて高圧水を噴出させる。高圧水注入管３４の途中には、管体２９の高圧水注入管３４との接続部に対しほぼ直交するように、高圧水注入管３４と所定角度を有して注入部３０が連結されている。
【００３８】
ここで、高圧水注入管３４は、その外径Ｄと高圧水ジェットノズル３２の噴射角度の関係を一定に保つように形成されることが望ましい。
【００３９】
図４は、図３の高圧水注入管と高圧水ジェットノズルの配置関係を示す配置説明図である。図４に示すように、注入部３０は、高圧水ジェットノズル３２の噴射口から高圧水注入管３４の管体２９開口部迄の距離Ｌのほぼ中心（Ｌ／２）位置で、且つ、その取付角度が高圧水注入管３４に対しほぼ４５度或いはそれ以下の角度を有することが望ましい。このような条件により、粉体固化材を最も効率よく高圧水の流れに乗せることができる。
【００４０】
更に、高圧水ジェットノズル３２からの高圧水の噴射角度αと、高圧水注入管３４の管体２９開口部における憤射幅Ｂの関係を、外径Ｄと噴射幅Ｂとの差ｄが、高圧水注入管３４の外径Ｄに対し１／４〜１／５となる（ｄ＝Ｄ／４〜５）ように保持すれば、エジェクタ効果を最も発揮することができる。
【００４１】
従って、これらの関係が維持できるように、高圧水ジェットノズル３２の配置と噴射角度αを決定する。なお、高圧水ジェットノズル３２は、４個或いは１個に限らず、上述した各要件を満たすように、任意の個数を任意の配置状態で設けても良く、また、噴出口を、注入部３０の周囲を取り巻くように、管開口の同心円からなる円環状スリットにより形成しても良い。
【００４２】
図５は、図１の固化材流出路に設けた脈動防止手段の説明図である。図５に示すように、粉体圧送注入ポンプ２０からの固化材流出路２０ｂに、粉体圧送注入ポンプ２０から送り出されて来た粉体固化材の脈動を防止する脈動防止手段３５を設置する。
【００４３】
この粉体固化材混合システム１０は、粉体固化材切り出しのための粉体圧送注入ポンプ２０として、スクイズ式ポンプを利用したことにより、粉体固化材を空気圧送する際に、計量ホッパ１７側へのバック圧を防止することができる。しかしながら、スクイズ式ポンプは、その機構から脈動が発生するのが避けられない。
【００４４】
粉体固化材を定量搬送するためには、可能な限り脈動を発生させないことが望ましいことから、粉体圧送注入ポンプ２０であるスクイズ式ポンプの出口となる固化材流出路２０ｂの途中に、脈動防止手段３５を取り付ける。
【００４５】
この脈動防止手段３５は、回転軸３５ａの周囲に螺旋状に連続する羽根部３５ｂが取り付けられた風車状に形成されている。チューブポンプから粉体固化材が排出される際に、チューブポンプのローラ３６で押さえ付けられた部分が不連続な流れになって脈動部分が発生するが、風車の回転に伴う羽根部３５ｂの動きで粉体固化材の流れを少し遅くさせることにより、不連続状態を解消して脈動を防止することができる。
【００４６】
このように、この発明によれば、粉体固化材注入管２５により固化材を粉体のまま取り込んで、その粉体固化材をスネークミキサ１４へと圧送する途中の泥土等に混ぜ合わせることができ、スネークミキサ１４を介して軟弱な浚渫泥土等と粉体固化材を混練りして、空気搬送中に泥土等を固化することができる。
【００４７】
つまり、粉体固化材の周囲にノズルにより或いはスリットにより高圧水を噴出させて、湿潤状態にある泥土等を切りながらエジェクタ効果を利用し強制的に、セメント等の固化材を粉体のまま所定の圧力で泥土等の中に注入する。
【００４８】
このとき、投入する粉体固化材が水分と反応して圧送管の内壁に付着してしまうのを極力防ぐために、圧送中の泥土等のできるだけ中心部へ放り込むようにする。
【００４９】
上述したように、固化材を粉体のまま所定の圧力で泥土等に取り込むため、セメント等の固化材を粉体のまま泥土等に添加する際に、簡易な機構を採用してエアーシールが不要となると共に圧力タンクが不要となり、設備の簡素化によって製作コストの低減が可能になる。
【００５０】
また、粉体固化材を添加する際に高圧水を使用するが、使用する水量は僅かであるため、スラリー添加と比較して固化処理土の強度が低下することはない。更に、粉体固化材は、高圧水と共に管内注入されて泥土等に添加されるので、泥土等への粉体固化材添加時に粉塵が発生するのを防止することができる。
【００５１】
なお、スラリー状の軟弱な浚渫土を固化する場合、一般的には、固化材であるセメント１に対し水１の割合でセメントミルク状にスラリー化して注入しているが、粉体のセメントだけを注入することができれば、固化した際に同じ強度を得るためのセメント量をほぼ１割以上削減することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、粉体のまま計量し供給された固化材を、空気圧送に伴うバック圧を防ぎつつ一定量ずつ連続して切り出し、切り出された固化材の周囲に高圧水を噴出させることにより、エジェクタ効果を利用して強制的に粉体のまま高圧水と共に、圧送中の泥土等に注入し、固化材が注入された泥土等を空気圧送中に混練するので、設備がシンプルで安価に製作することができる上に、粉体状の固化材の均質且つ定量添加が可能であり、粉体状の固化材が粉塵として大気中に放出されるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態に係る粉体固化材混合システムの全体構成図である。
【図２】図１の粉体固化材注入管を示し、（ａ）は構造説明図、（ｂ）は高圧水ジェットノズルの配置説明図である。
【図３】図２の高圧水ジェットノズルの他の例を示す説明図である。
【図４】図３の高圧水注入管と高圧水ジェットノズルの配置関係を示す配置説明図である。
【図５】図１の固化材流出路に設けた脈動防止手段の説明図である。
【符号の説明】
１０  粉体固化材混合システム
１１  計量装置
１２  粉体供給装置
１３  固化材添加装置
１４  スネークミキサ
１５  固化材サイロ
１６  バグフィルタ
１７ａ，１７ｂ  計量ホッパ
１８ａ，１８ｂ  計量器
１９  切り替えバルブ
２０  粉体圧送注入ポンプ
２０ａ  固化材流入路
２０ｂ  固化材流出路
２１  エアドライヤ
２２  エア流量コントローラ
２３  コンプレッサ
２４  インバーターモータ
２５  粉体固化材注入管
２６  高圧ジェットポンプ
２７  泥土加圧ポンプ
２８  エアコンプレッサ
２９  管体
２９ａ  第１直線部
２９ｂ  第２直線部
２９ｃ  傾斜部
３０  注入部
３１  圧送エア管
３２  高圧水ジェットノズル
３３  逆止弁
３４  高圧水注入管
３５  脈動防止手段
３５ａ  回転軸
３５ｂ  羽根部
３６  ローラ
Ｂ  憤射幅
Ｄ  外径
Ｌ  距離
ｄ  差
α  噴射角度
【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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