(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
泥土圧シールドから排出される泥土を搬送するベルトコンベヤと、該ベルトコンベヤの尾端側に配置された加熱手段と、前記ベルトコンベヤの尾端側下方に設けられた集水手段とからなり、前記ベルトコンベヤを、機首側に配置されたヘッドプーリと尾端側に配置されたテールプーリとに無端状のベルトを掛けて構成するとともに、前記ベルトを、ベルト本体の搬送面に感温吸排水性保水剤からなる吸排水層を被覆して構成したことを特徴とする泥土圧シールド工法における掘削土砂の脱水システム。
【請求項２】
泥土圧シールドから排出される泥土を搬送するベルトコンベヤと、該ベルトコンベヤの尾端側に配置された加熱手段と、前記ベルトコンベヤの尾端側下方に設けられた集水手段とからなり、前記ベルトコンベヤを、機首側に配置されたヘッドプーリと尾端側に配置されたテールプーリとに無端状のベルトを掛けて構成し、前記ベルトを、透水性材料を母材とし該母材に感温吸排水性保水剤が混入されてなる吸排水層をベルト本体の搬送面に被覆して構成したことを特徴とする泥土圧シールド工法における掘削土砂の脱水システム。
【請求項３】
泥土圧シールドから排出される泥土を搬送するベルトコンベヤと、該ベルトコンベヤの尾端側に配置された加熱手段と、前記ベルトコンベヤの尾端側下方に設けられた集水手段とからなり、前記ベルトコンベヤを、機首側に配置されたヘッドプーリと尾端側に配置されたテールプーリとに無端状のベルトを掛けて構成し、前記ベルトを、透水性ゴムに感温吸排水性保水剤を混入してなる吸排水性ベルトで構成したことを特徴とする泥土圧シールド工法における掘削土砂の脱水システム。
【請求項４】
泥土圧シールドから排出される泥土を搬送するベルトコンベヤと、該ベルトコンベヤの尾端側に配置された加熱手段と、前記ベルトコンベヤの尾端側下方に設けられた集水手段とからなり、前記ベルトコンベヤを、機首側に配置されたヘッドプーリと尾端側に配置されたテールプーリとに無端状のベルトを掛けて構成し、前記ベルトを、不透水性ゴムに感温吸排水性保水剤を混入するとともに該感温吸排水性保水剤のうち、少なくとも一部が搬送面に露出するように形成してなる吸排水性ベルトで構成したことを特徴とする泥土圧シールド工法における掘削土砂の脱水システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、泥土圧シールド工法における掘削土砂の脱水システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
泥土圧シールド工法において、シールドマシンのチャンバー内に取り込まれた掘削土砂は、排泥ポンプ、スクリューコンベヤ、ベルトコンベヤ等によって地上に搬出され、土砂ピットに貯留される。
【０００３】
ここで、泥土圧シールドは、泥土圧によって切羽の安定を図っている関係上、掘削土砂の含水比が高く、それゆえ産業廃棄物扱いとなって処分費用が高くなる。加えて、土粒子の間隙に多くの水を含むため、単位体積当たりの重量が大きく、運搬費用も高くなる。さらには、トンネル掘削であるため、掘削土砂の発生量は膨大である。
【０００４】
そのため、掘削土砂の減容化・軽量化を図る試みが従来からなされてきた。
【０００５】
【特許文献１】特開平７−２９１４１９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、天日干し等の方法で掘削土砂を乾燥させれば、含水比が低下し、一般残土としての利用も可能ではあるが、天日干しのための広大な敷地を都市部に確保することは現実的ではない。また、石灰等のセメント系材料を添加することで含水比の低下と強度の改善とを図れば、建設資材としての再利用も可能であるが、発生土が膨大であるため、セメント系材料の材料コストや添加のための作業コストが高くなり、処理用地の確保とも相まって、やはり経済性の面で適用が困難となる。また、セメント系材料の添加によってpHが大きくなるため、一般残土としての処分が困難になる場合がある。
【０００７】
このように、泥土圧シールド工法において発生する掘削土砂の減容化や軽量化を行う従来の方法にはいずれも改善の余地があり、あらたな技術開発が望まれていた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述した事情を考慮してなされたもので、搬送中において含水比が高い掘削土砂の減容化及び軽量化が可能な泥土圧シールド工法における掘削土砂の脱水システムを提供することを目的とする。
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明に係る泥土圧シールド工法における掘削土砂の脱水システムは請求項１に記載したように、泥土圧シールドから排出される泥土を搬送するベルトコンベヤと、該ベルトコンベヤの尾端側に配置された加熱手段と、前記ベルトコンベヤの尾端側下方に設けられた集水手段とからなり、前記ベルトコンベヤを、機首側に配置されたヘッドプーリと尾端側に配置されたテールプーリとに無端状のベルトを掛けて構成するとともに、前記ベルトを、ベルト本体の搬送面に感温吸排水性保水剤からなる吸排水層を被覆して構成したものである。
【００１０】
また、本発明に係る泥土圧シールド工法における掘削土砂の脱水システムは請求項２に記載したように、泥土圧シールドから排出される泥土を搬送するベルトコンベヤと、該ベルトコンベヤの尾端側に配置された加熱手段と、前記ベルトコンベヤの尾端側下方に設けられた集水手段とからなり、前記ベルトコンベヤを、機首側に配置されたヘッドプーリと尾端側に配置されたテールプーリとに無端状のベルトを掛けて構成し、前記ベルトを、透水性材料を母材とし該母材に感温吸排水性保水剤が混入されてなる吸排水層をベルト本体の搬送面に被覆して構成したものである。
【００１１】
また、本発明に係る泥土圧シールド工法における掘削土砂の脱水システムは請求項３に記載したように、泥土圧シールドから排出される泥土を搬送するベルトコンベヤと、該ベルトコンベヤの尾端側に配置された加熱手段と、前記ベルトコンベヤの尾端側下方に設けられた集水手段とからなり、前記ベルトコンベヤを、機首側に配置されたヘッドプーリと尾端側に配置されたテールプーリとに無端状のベルトを掛けて構成し、前記ベルトを、透水性ゴムに感温吸排水性保水剤を混入してなる吸排水性ベルトで構成したものである。
【００１２】
また、本発明に係る泥土圧シールド工法における掘削土砂の脱水システムは請求項４に記載したように、泥土圧シールドから排出される泥土を搬送するベルトコンベヤと、該ベルトコンベヤの尾端側に配置された加熱手段と、前記ベルトコンベヤの尾端側下方に設けられた集水手段とからなり、前記ベルトコンベヤを、機首側に配置されたヘッドプーリと尾端側に配置されたテールプーリとに無端状のベルトを掛けて構成し、前記ベルトを、不透水性ゴムに感温吸排水性保水剤を混入するとともに該感温吸排水性保水剤のうち、少なくとも一部が搬送面に露出するように形成してなる吸排水性ベルトで構成したものである。
【００１３】
本願発明に係る泥土圧シールド工法における掘削土砂の脱水システムで使用するベルトコンベヤは、そのベルトを、ベルト本体の搬送面に感温吸排水性保水剤からなる吸排水層を被覆して構成し、透水性材料を母材とし該母材に感温吸排水性保水剤が混入されてなる吸排水層をベルト本体の搬送面に被覆して構成し、透水性ゴムに感温吸排水性保水剤を混入してなる吸排水性ベルトで構成し、又は不透水性ゴムに感温吸排水性保水剤を混入するとともに該感温吸排水性保水剤のうち、少なくとも一部が搬送面に露出するように形成してなる吸排水性ベルトで構成してある。
【００１４】
感温吸排水性保水剤とは、感温点以下では水を吸水保持し、感温点を上回ると、水を排出する機能を有する保水剤である。
【００１５】
かかる感温吸排水性保水剤を上述のように構成しておき、搬送材料がベルトに載置される搬送区間を除く所定の区間で感温点を上回る高熱環境が形成され、かつ高熱環境が形成される区間を除くすべての区間で感温点以下の低熱環境が形成されるようにする。
【００１６】
このようにすると、低熱環境が形成されている区間においては、搬送材料に含まれていた水分を感温吸排水性保水剤が吸水若しくは保持し、又は感温吸排水性保水剤が吸水可能な状態に維持される。一方、高熱環境が形成されている区間においては、感温吸排水性保水剤に保持されていた水分が感温吸排水性保水剤から排出される。
【００１７】
換言すれば、感温吸排水性保水剤は、低熱環境にて搬送材料に含まれていた水分を吸水し、これを保持したまま、高熱環境にて該水分を排出する役目を担うこととなり、かくして、搬送材料は、低熱環境で感温吸排水性保水剤に吸水される形で、搬送材料から脱水され、含水比が低下する。
【００１８】
なお、感温吸排水性保水剤から排出された水については、必要に応じてピット等の集水手段を設け、適宜回収すればよい。
【００１９】
感温吸排水性保水剤は、例えば、「サーモゲル」の商品名で株式会社興人から市販されているものを利用することができる。かかる「サーモゲル」は、「吸水ポリマーに新たな機能をつけた新素材」、「設定した温度になると自動的に吸った水を排出する感温吸排水性樹脂」であるとともに、「感温点は１５℃〜６０℃の間で、用途に応じ任意に設定」でき、「 標準グレードとして２０、２５、３０、３５、４０℃」があり、「感温点以下の温度での吸収倍率は自重の１００〜１５０倍」、「サーモゲルの感温吸排水特性は可逆的で、１０，０００回以上吸排水を繰り返しても吸排水特性は変化」しないものである（以上、http://www.kohjin.co.jp/newbiz/projectgreen/thermogel.htmlから引用）。  
【００２０】
上述したように高熱環境が形成される区間とは、感温吸排水性保水剤がその感温点を上回る温度環境に維持される区間、低熱環境が形成される区間とは、感温吸排水性保水剤がその感温点以下の温度環境に維持される区間であり、ベルトに含有されている感温吸排水性保水剤は、ベルトとともにヘッドプーリとテールプーリの間を循環しながら、これらいずれかの温度環境におかれる。
【００２１】
透水性材料である母材は、多孔質系材料、例えばスポンジで構成することができる。
【００２２】
透水性ゴムは、ゴム材料やプラスチック材料を発泡させてなるものであり、透水性を高めるためには、独立気泡よりも連続気泡の含有割合を高めておくのが望ましい。
【００２３】
不透水性ゴムは、通常使用される一般的なゴム材料で形成されるものであり、感温吸排水性保水剤のうち、少なくとも一部が搬送面に露出するように形成するには、例えば一般的なゴム材料に感温吸排水性保水剤を添加混合し、該感温吸排水性保水剤ができるだけ均一に分散するように硬化形成した後、搬送面となる側を表面研磨するようにすればよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明に係る泥土圧シールド工法における掘削土砂の脱水システムの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。なお、従来技術と実質的に同一の部品等については同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２５】
図１は、本実施形態に係る泥土圧シールド工法における掘削土砂の脱水システムを示した図である。同図でわかるように、本実施形態に係る泥土圧シールド工法における掘削土砂の脱水システム２１は、泥土圧シールド２２のスクリューコンベヤ２３から排出される泥土を搬送するベルトコンベヤ１と、該ベルトコンベヤの尾端側に配置された加熱手段としてのヒータ２４と、ベルトコンベヤ１の尾端側下方に設けられた集水手段としての貯水ピット２５と、該貯水ピットに貯留された水を地上に揚水する揚水設備２６と、ベルトコンベヤ１で搬送されてきた掘削土砂を地上に揚土するための垂直ベルトコンベヤ２７とから構成してある。
【００２６】
ベルトコンベヤ１は図２に示すように、機首側に配置されたヘッドプーリ２と、尾端側に配置されたテールプーリ３とに無端状のベルト４を掛けて構成してあるが、断面図でよくわかるように、ベルト４は、ベルト本体５の搬送面に感温吸排水性保水剤からなる吸排水層６を被覆して構成してある。
【００２７】
感温吸排水性保水剤とは、感温点以下では水を吸水保持し、感温点を上回ると、水を排出する機能を有する保水剤であり、具体的には、「サーモゲル」の商品名で株式会社興人から市販されているものを利用することができる。
【００２８】
ここで、感温吸排水性保水剤からなる吸排水層６は、これをベルト本体５に被覆した状態でその上からメッシュシート等からなる透水性シート７を被せるとともに、該透水性シートの両縁を接着等によりベルト本体５の各側方縁部にそれぞれ固着してあり、かかる構成により、ベルト本体５からの剥落を防止することができる。
【００２９】
透水性シート７は、例えば不織布で構成することができる。
【００３０】
ヒータ２４は、ベルトコンベヤ１の尾端側において感温吸排水性保水剤の感温点を上回る高熱温度環境を形成することができるようになっている。
【００３１】
本実施形態に係る掘削土砂の脱水システム２１を用いて、泥土圧シールド２２のスクリューコンベヤ２３から排出される高含水比の泥土１１を搬送するには、図３(a)に示すようにまず、ベルトコンベヤ１の機首側にて泥土１１をベルト４に載置する。
【００３２】
ここで、外気温が１０゜Ｃになっているものと仮定し、感温吸排水性保水剤の感温点を例えば２０゜Ｃに設定するとともに、ヒータ２４による加熱温度を３０゜Ｃに設定する。
【００３３】
このようにすると、感温点２０゜Ｃを基準にした場合、ベルト４の感温吸排水性保水剤が受ける温度環境は同図(b)に示す通りとなり、ベルト４の循環方向に沿ったＢ点からＡ点までは、ヒータ２４の影響を受けて感温点である２０゜Ｃを上回り、この区間が高熱区間になる。また、ヒータ２４による加熱区間は、高熱区間Ｂ〜Ａ内に含まれ、Ｂ点からＣ点までの区間となる。一方、Ａ点からＢ点までが外気温の影響を受けて感温点である２０゜Ｃ以下となり、かかる区間が低熱区間となる。なお、搬送材料１１が搬送される搬送区間は、ａ〜ｂとなる。
【００３４】
このような温度環境で、ベルト４の上に搬送材料１１を連続載置しながら、ベルトコンベヤ１のモータ（図示せず）を駆動して搬送材料１１を同図矢印のベルト循環方向に搬送する。このとき、機首を含む区間Ａ〜Ｂは上述したように、低熱区間となっているため、搬送材料１１から滲出してくる水分は、低熱区間Ａ〜Ｂと搬送区間ａ〜ｂが重複する区間ａ〜ｂにおいて吸排水層６を構成する感温吸排水性保水剤に吸水されるとともに、吸水された水分は、区間ｂ〜Ｂにおいて感温吸排水性保水剤に保持される。
【００３５】
すなわち、搬送材料１１に含まれる水分は、搬送区間ａ〜ｂで感温吸排水性保水剤に吸水されることとなり、搬送距離（搬送時間）を有効利用した吸水が可能となる。
【００３６】
次に、区間ｂ〜Ｂで感温吸排水性保水剤に保持されていた水分は、ベルト４がテールプーリ３を回った後、ヒータ２４による加熱区間Ｂ〜Ｃを含む高熱区間Ｂ〜Ａにおいて感温吸排水性保水剤から排水される。
【００３７】
次に、Ａ点から温度環境が高熱区間から低熱区間へと変化するため、感温吸排水性保水剤は、吸水可能な状態へと戻る。
【００３８】
一方、上述したように、感温吸排水性保水剤による吸水作用で含水比が低下した泥土１１は、減容化・軽量化された状態で尾端側にて垂直ベルトコンベヤ２７へと移され、次いで地上に揚土される。
【００３９】
なお、吸排水層６から排出された水分については、貯水ピット２５にいったん貯留した後、揚水設備２６で地上に揚水すればよい。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態に係る掘削土砂の脱水システム２１によれば、ベルトコンベヤ１の機首側で載置された搬送材料１１中の水分は、搬送区間ａ〜ｂにおいて、吸排水層６を構成する感温吸排水性保水剤に吸水され、感温吸排水性保水剤の吸水機能が飽和しない限り、搬送距離に応じて脱水が進行し、搬送材料１１の含水比は低下していく。一方、高熱区間Ｂ〜Ａにおいては、感温点以上の高熱環境となっているため、感温吸排水性保水剤に保持されていた水分は、感温吸排水性保水剤から速やかに排水される。
【００４１】
かくして、温度差に依存する感温吸排水性保水剤の吸排水機能を利用し、泥土１１の含水比を低下させて減容化・軽量化を図るとともに、含水比が低下した泥土１１を一般残土として再利用することが可能となる。
【００４２】
本実施形態では、ベルト４を、ベルト本体５の搬送面に感温吸排水性保水剤からなる吸排水層６を被覆して構成したが、これに代えて、図４に示すように、透水性材料を母材とし該母材に感温吸排水性保水剤が混入されてなる吸排水層を６′ベルト本体５の搬送面に被覆して構成したベルト４′を採用してもかまわない。
【００４３】
透水性材料としては、例えばスポンジ等の多孔質材料を用いることが考えられる。
【００４４】
また、透水性ゴムに感温吸排水性保水剤を混入してなる吸排水性ベルトでベルトを構成してもかまわないし、図５に示すように、不透水性ゴム４２に感温吸排水性保水剤４３を混入するとともに、該感温吸排水性保水剤のうち、少なくとも一部が搬送面４４に露出するように形成してなる吸排水性ベルトでベルト４１を構成してもよい。
【００４５】
また、本実施形態では、吸排水層６をベルト本体５に被覆し、その上からメッシュシート等からなる透水性シート７を被せるとともに、該透水性シートの両縁を接着等によりベルト本体５の各側方縁部にそれぞれ固着するようにしたが、ベルト本体５から吸排水層６が剥落する懸念がないのであれば、透水性シート７を省略してもかまわない。
【００４６】
また、本実施形態では、泥土圧シールド２２から排出された泥土の搬送手段として全搬送区間でベルトコンベヤ１を用いることを前提としたが、かかる全搬送区間のすべてにベルトコンベヤ１を設置する必要はなく、所望の脱水条件が満たされる限り、少なくとも搬送区間の一部にベルトコンベヤ１を設置すれば足りる。かかる場合においては、ヒータ２４や貯水ピット２５を尾端側に配置しなければならない関係上、地上と連通している立坑近傍にベルトコンベヤ１を配置するのが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施形態に係る掘削土砂の脱水システム２１を示した概略図。
【図２】ベルトコンベヤ１の図であり、(a)は全体側面図、(b)はＥ−Ｅ線に沿う詳細断面図。
【図３】本実施形態に係る掘削土砂の脱水システム２１の作用を示した図であり、(a)は搬送材料１１の脱水を行っている様子を示した図、(b)は温度環境を示した図。
【図４】変形例に係るベルト４′を示した断面図。
【図５】変形例に係るベルト４１を示した断面図。
【符号の説明】
【００４８】
２１                          掘削土砂の脱水システム
１                            ベルトコンベヤ
４，４′，４１                ベルト
５                            ベルト本体
６，６′                      吸排水層
２４                          ヒータ（加熱手段）
２５                          貯水ピット
２６                          揚水設備
【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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