(57)【要約】【課題】空気圧送工法による浚渫土砂等の搬送に際し、所望の位置に容易に打設することができ、搬送物の噴出及び搬送物の分離による環境への影響や品質低下を極力生じさせず、また、移動や設置が簡単に行えてより経済性を高めた打設装置を提供する。【解決手段】漸次拡大管型打設装置３１は、空気圧送工法により搬送物が圧送される圧送管１７に接続され、内径が、接続端で圧送管１７の内径より拡大されると共に搬送方向に沿って漸次拡大され、打設位置に臨んで配置された搬送物を吐出する最終端が最大となる管体により形成した。また、分岐管型打設装置３３は、分岐管３３ｂを経て搬送物を吐出する最終端が打設位置に臨んで配置された複数の分岐管３３ａを有し、分岐管３３ｂの内径断面積の合計が圧送管１７の内径断面積より広い管体により形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気圧送工法により搬送物が圧送される圧送管に接続され、内径が、接続端で前記圧送管の内径より拡大されると共に搬送方向に沿って漸次拡大され、打設位置に臨んで配置された前記搬送物を吐出する最終端が最大となる、管体により形成したことを特徴とする打設装置。
【請求項２】
空気圧送工法により搬送物が圧送される圧送管に接続され、分岐部を経て前記搬送物を吐出する最終端が打設位置に臨んで配置された複数の分岐路を有し、前記分岐路の内径断面積の合計が前記圧送管の内径断面積より広い、管体により形成したことを特徴とする打設装置。
【請求項３】
空気圧送工法により搬送物が圧送される圧送管に接続され、接続端で前記圧送管の内径より拡大された内径を有すると共に、前記接続部近傍と打設位置に臨んで配置された前記搬送物を吐出する最終端近傍を連通する連通路を有する、管体により形成したことを特徴とする打設装置。
【請求項４】
前記管体の内径は、連続して或いは段階的に漸次拡大することを特徴とする請求項２または３に記載の打設装置。
【請求項５】
前記管体の内径は、拡大率が小さい部分を長くする所謂ラッパ状の曲線的変化により拡大することを特徴とする請求項１または４に記載の打設装置。
【請求項６】
前記管体の接続端側の内径は、前記圧送管の内径に対し連続して或いは段階的に拡大することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の打設装置。
【請求項７】
前記管体は、搬送方向途中から下り勾配を有することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の打設装置。
【請求項８】
前記管体は、前記接続端から或いは前記接続端から一定長さ隔てた後から上り勾配を有することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の打設装置。
【請求項９】
前記管体は、前記圧送管に、内径が前記圧送管の内径より連続して或いは段階的に搬送方向に沿って漸次拡大される接続管体を介して接続され、前記接続管体との接続端から上り勾配を有し前記分岐部の下流側が下り勾配を有することを特徴とする請求項２に記載の打設装置。
【請求項１０】
前記分岐部は、Ｔ字管と、前記Ｔ字管の両端開口に対し回動自在に装着された曲管により形成することを特徴とする請求項２または９に記載の打設装置。
【請求項１１】
前記管体は、前記接続端から前記最終端まで同一の内径を有することを特徴とする請求項２，３，９，１０のいずれかに記載の打設装置。
【請求項１２】
空気圧送工法により搬送物が圧送される圧送管の周面に突設された、設置部分の管内圧力により前記搬送物が噴出するのを防止する突出長さを有し、大気圧に連通する管体により形成したことを特徴とする打設装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、打設装置に関し、特に、浚渫土砂等の水分を含んだ流体物を空気圧送し吐出させて打設する打設装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、浚渫した土砂等を浚渫場所から離れた任意の場所に打設する場合、浚渫土砂等を搬送する搬送手段の終端部分に設置されて浚渫土砂等を吐出させる、打設装置が知られている。
【０００３】
このような軟弱な浚渫土砂等を搬送する方法として、圧縮空気を利用した空気圧送工法がある。この工法は，搬送路となる搬送管内への圧縮空気の注入により圧力損失を低減するものである。また、この工法は、圧縮空気の膨張エネルギにより搬送するため、圧送される浚渫土砂等の搬送速度は、圧送元から加速的に増加し圧送先である搬送物吐出口で最大となる。
【０００４】
通常、空気圧送工法を用いて工事を行う場合、圧送距離、圧送物の物理特性、圧縮空気量、圧送管径、及び圧送物流量等に基づいて圧送能力を決定するが、圧送速度については考慮されないため、圧送される浚渫土砂等は、搬送速度が最大となる吐出口から爆発的に噴出する状態となる。
【０００５】
ところで、近年、吐出口での粉塵や騒音等の発生が環境に影響を及ぼす点が注目されてきており、また、空気圧送工法を利用した管中混合固化処理工法が開発されたことで、その処理品質等が重要視されてきている。
【０００６】
空気圧送工法における搬送物吐出口としては、浚渫土砂等の軟弱土を搬送する搬送管のみからなる場合、或いは直線運動を回転運動に変換し、圧縮空気と浚渫土砂を分離するサイクロン装置等を搬送管に装着した場合が一般的である。
【０００７】
吐出口が搬送管のみからなる構造は、粉塵や騒音の発生が問題とならず、また、噴出に伴って搬送物が粗粒分と細流分に分離しても影響の無い場合に用いられる。この場合、搬送管内を搬送される浚渫土砂等のプラグ流の速度は、圧縮空気の膨張エネルギにより吐出口において最大（秒速数十ｍ）となり、吐出口から十数ｍ先まで吹き飛ばされることがある。
【０００８】
これに対し、管中混合固化処理工法を用いた場合、強度等の品質を確保するためサイクロン装置等が設置されることが多い。また、浚渫土砂等の処分地が狭く打設が限られた範囲内で行われる場合や、施工場所が住宅地近隣等で環境に注意を払わなければならない場合にも、サイクロン装置が用いられる。このようなサイクロン装置には、比較的小規模な内陸湖沼等の工事で使用される小型サイクロン装置や大規模な港湾工事等で使用される双胴型サイクロン装置（特許文献１参照）がある。
【０００９】
同様に、浚渫土砂等の空気圧送工法で吐出口に設置される打設装置として、例えば、管路よりも大きな管径を有する拡大減勢管（特許文献２参照）がある。
【特許文献１】特開２０００−３５５４２３公報
【特許文献２】特開平７−２７７５０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上述したサイクロン装置の場合、吐出部から効果的に吐出させるために、上方の圧縮空気筒、下方の浚渫土砂排出筒の径を調整する必要があり、また、装置の移動には揚重機が必要となり、更に、設置に際し架台或いはフロートを必要とする等、製作・設置・運転に関する費用が非常に高価になってしまう。
【００１１】
また、拡大減勢管においても、装置の管径や延長によっては、吐出口から搬送物が噴出し搬送物の品質が低下すると共に、騒音の発生が環境に影響を及ぼすことが懸念され、その上、任意の位置に打設することが困難になる。
【００１２】
この発明の目的は、空気圧送工法による浚渫土砂等の搬送に際し、所望の位置に容易に打設することができ、搬送物の噴出及び搬送物の分離による環境への影響や品質低下を極力生じさせず、また、移動や設置が簡単に行えてより経済性を高めた打設装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するため、この発明に係る打設装置は、空気圧送工法により搬送物が圧送される圧送管に接続され、内径が、接続端で前記圧送管の内径より拡大されると共に搬送方向に沿って漸次拡大され、打設位置に臨んで配置された前記搬送物を吐出する最終端が最大となる、管体により形成したことを特徴としている。
【００１４】
また、空気圧送工法により搬送物が圧送される圧送管に接続され、分岐部を経て前記搬送物を吐出する最終端が打設位置に臨んで配置された複数の分岐路を有し、前記分岐路の内径断面積の合計が前記圧送管の内径断面積より広い、管体により形成したことを特徴としている。
【００１５】
また、空気圧送工法により搬送物が圧送される圧送管に接続され、接続端で前記圧送管の内径より拡大された内径を有すると共に、前記接続部近傍と打設位置に臨んで配置された前記搬送物を吐出する最終端近傍を連通する連通路を有する、管体により形成したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、空気圧送工法による浚渫土砂等の搬送に際し、所望の位置に容易に打設することができ、搬送物の噴出及び搬送物の分離による環境への影響や品質低下を極力生じさせず、また、移動や設置が簡単に行えてより経済性を高めた打設装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、この発明を実施するための最良の形態について図面を参照して説明する。
【００１８】
上述したように、空気圧送工法は、現在の港湾工事における軟弱な浚渫土砂等の搬送技術として発展してきたが、管中固化処理工法を用いた高品質な施工、或いは環境に影響を及ぼす粉塵や騒音等の発生防止については、多くの改善点が残されている。そこで、打設地点における浚渫土砂等の吐出状態に着目し、環境への影響を配慮した上で任意の箇所に高品質な施工ができる打設装置について検討した。
【００１９】
空気圧送工法における打設装置の検討に際し、現在の吐出状況の確認と打設装置が備えるべき機能を、施工品質、環境への影響及び施工性の点から抽出した。先ず、施工品質については、噴出により粗粒分と細粒分の材料分離が生じて搬送物の品質にバラツキが発生してしまうので、噴出の発生を抑制し搬送物における材料分離の防止を可能にする。次に、環境への影響については、噴出に伴う吐出音の発生や浚渫土砂等の飛散が施工現場の近隣に騒音や粉塵等をもたらすので、噴出の抑制を可能にする。次に、施工性、経済性については、サイクロン型打設装置は構造的に大型化することが避けられないため移動が困難であり高価なものになってしまうので、移動容易（小型、軽量、簡単）な構造、且つ、汎用性を有することでコスト低下を可能にする。
【００２０】
つまり、打設個所の特定及び搬送物（浚渫土砂等）と圧縮空気の完全分離を可能とし、噴出を抑制するために装置内で搬送速度を低下させることができる、軽量で安価な打設装置であることが望まれる。
（打設装置の構造）
空気圧送中の搬送物は、プラグ流という液相（搬送物）と気相の２相流となっており、圧縮空気の膨張エネルギにより加速された搬送物の搬送速度は、吐出口付近で秒速数十ｍとなる。この状態で吐出口から大気中に放出されると、急激に圧力が解放されて搬送物が爆発的に噴出し、同時に大きな吐出音を発する。従って、この発明に係る打設装置は、搬送物を搬送する管体の内部圧力を徐々に低減するために、管体の内径を漸次拡大する漸次拡大管構造、或いは搬送路途中で内部圧力を解放する圧力解放管構造を備える。
【００２１】
図１は、漸次拡大管構造の内部を説明する概略断面図であり、図２は、圧力解放管構造の内部を説明する概略断面図である。図１に示すように、漸次拡大管構造１０は、搬送物Ｃが空気圧送される圧送管１１に接続されて管体の内径を搬送方向に沿って徐々に拡大した漸次拡大部１０ａを有することで、管体内の圧力を漸次低減することができる。図２に示すように、圧力解放管構造１２は、圧送管１１の周面から突出し圧送管１１の内部を外部（大気中）に連通させる、１本或いは複数本の解放管１２ａを設置し、この解放管１２ａを介して圧送管１１内の圧縮空気を大気中に解放することで、管内圧力を漸次低減することができる。
【００２２】
また、搬送物の吐出口からの爆発的な噴出を管内圧力の解放機能のみで抑制するためには、装置全長を長くする必要があるが、様々な施工場所で常に必要な長さを確保することは困難である。そこで、高速度で搬送されている搬送物の速度を吐出口直前で減速させるためには、管体の内部で発生したプラグ流を消滅させることが必要となる。従って、この発明に係る打設装置は、管体内部に発生するプラグ流を消滅させるプラグ流消滅構造を備える。
【００２３】
図３は、プラグ流消滅構造の内部を説明する概略断面図である。図３に示すように、プラグ流消滅構造１３は、圧送管１１に連続して、上部に空気を逃がす空気解放路１３ａを設けた搬送物Ｃを一時的に貯める貯留部１３ｂを有することにより、搬送物Ｃと圧縮空気を分離することで、搬送速度を減速させプラグ流を消滅させることができる。
（粘性溶液による空気圧送可視化実験）
上述したように、空気圧送中の搬送物（浚渫土砂等）を任意の位置に打設するための打設装置が備える搬送管の内部圧力低減構造とプラグ流消滅構造について、その効果を確認するため、空気圧送可視化実験を行った。空気圧送可視化実験は、打設装置を透明な円形断面を有する管体により形成し、この打設装置内を搬送物として空気圧送される粘性溶液の圧送状態を装置外部から目視観察するものである。
（１）搬送物
実験で使用する搬送物は、搬送状態を把握するために可視可能な、ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）と水と色粉からなるＣＭＣ溶液とした。ＣＭＣ溶液は、温度及び劣化により粘性が変化するため、粘性が２．５〜３．５ｄPa・Sとなるように常に検査し調整しながら用いた。
（２）実験装置
実験装置は、圧送ポンプ、コンプレッサ、圧送管及び打設装置により形成し、搬送したＣＭＣ溶液を縦が１．８ｍ、横が０．９ｍ、高さが０．４ｍの大きさの鋼製枠内に打設した。打設装置は、漸次拡大管構造１０（図１参照）、圧力解放管構造１２（図２参照）或いはプラグ流消滅構造１３（図３参照）を基本的構造として形成した。
【００２４】
図４は、実験装置の具体的構成を示す説明図であり、図５は、図４の実験装置の各構成要素からなるブロック図である。図４に示すように、実験装置１４の打設装置１５は、一端側の吐出口１５ａを打設場所である鋼製枠１６に臨ませて配置されている。打設装置１５の他端側には、圧送管１７の一端が接続され、圧送管１７の他端には、例えばスクイズポンプからなる圧送ポンプ１８が接続されている。圧送管１７の圧送ポンプ１８接続部近傍には、一端が空気流量計１９とエアドライヤ２０を介してコンプレッサ２１に接続された耐圧ホースの他端が接続されている。また、圧送管１７には複数の圧力計２２，２３，２４（３個のみ図示）及び流量計２５が設置されている。
【００２５】
圧送ポンプ１８として用いられるスクイズポンプは、最大吐出量が例えば１００ｌ／ｍｉｎ以上のもの、コンプレッサ２１は、最大吐出量が例えば２ｍ3 ／ｍｉｎのものを使用し、圧送管１７は、内径が例えば４０ｍｍの鋼管（長さＬ＝２６ｍ）及び透明ホース（長さＬ＝１６ｍ）を使用した。
【００２６】
この圧送ポンプ１８には、圧送管２６を介してアジテータ２７が接続されており、アジテータ２７からＣＭＣ溶液が供給される。また、アジテータ２７には、途中、スクイズポンプ２８を介して、一端を鋼製枠１６に位置させた圧送管２９の他端が接続されている。このため、打設装置１５から鋼製枠１６に吐出されたＣＭＣ溶液を、スクイズポンプ２８を介して、アジテータ２７に送り込むことができる（図中、矢印参照）。
【００２７】
従って、アジテータ２７と鋼製枠１６の間には、図５に示すように、ＣＭＣ溶液Ｌがアジテータ２７、圧送ポンプ１８、打設装置１５の吐出口１５ａ、鋼製枠１６、スクイズポンプ２８を記載順に循環する循環路が形成され、ＣＭＣ溶液Ｌを繰り返し使用することができる。
【００２８】
この実験装置１４により空気圧送可視化実験を行う場合、アジテータ２７から、ＣＭＣ溶液を圧送管２６及び圧送ポンプ１８を介して圧送管１７に送り込む。ＣＭＣ溶液が送り込まれた圧送管１７には、コンプレッサ２１から圧送用の圧縮空気が送り込まれており、ＣＭＣ溶液は圧送管１７内を搬送路として打設装置１５に向け空気圧送される。空気圧送されたＣＭＣ溶液は、打設装置１５の吐出口１５ａから鋼製枠１６内に吐出される。鋼製枠１６内に吐出されたＣＭＣ溶液は、圧送管２９及びスクイズポンプ２８を介してアジテータ２７へと送られ、再び、圧送管２６及び圧送ポンプ１８を経て圧送管１７に送り込まれる。
【００２９】
空気圧送により打設装置１５内を搬送されるＣＭＣ溶液の様子は、透明体からなる打設装置１５を介して装置外側から見ることができる。このため、コンプレッサ２１から送り込まれる圧縮空気量やアジテータ２７から送り出されるＣＭＣ溶液の流量等を種々に設定することで、異なった設定に伴う状態変化を目視により観測することができる。
（３）プラグ流発生位置と噴出終点の確認
ここで、この発明に係る打設装置１５の内部におけるプラグ流発生について確認するために、実験装置１４（図４参照）に、圧送管１７の内径より拡大した内径を有する単一の直管を接続し、ＣＭＣ溶液を搬送物としてプラグ流発生位置と噴出終点の確認実験を行った。
【００３０】
図６は、プラグ流発生確認実験における拡大管内部の説明図である。図６に示すように、内径が４０ｍｍの圧送管１７には、透明塩化ビニール管からなる拡大直管３０が接続されている。実験に際し、拡大直管３０の内径を５０ｍｍ，７５ｍｍ，１００ｍｍの何れか、全長を２ｍ，４ｍ，８ｍの何れかに設定し、また、圧縮空気量を、１００ＮＬ／ｍｉｎ，２００ＮＬ／ｍｉｎ，３００ＮＬ／ｍｉｎの何れかに、ＣＭＣ溶液流量を５０Ｌ／ｍｉｎに、それぞれ設定した。
【００３１】
このプラグ流発生位置と噴出終点の確認実験において、拡大直管３０の流入口３０ａ（接合部）から吐出するＣＭＣ溶液Ｌは、拡大直管３０の内径が５０ｍｍの場合、噴出しないが、内径が７５ｍｍ以上の場合、全て噴出した。この噴出は、搬送物の品質に重大な影響を与えるものである。また、搬送管の内径が拡大することでプラグ流は、一旦破壊され減速するが、噴出終点（図中、ａ参照）より搬送方向先方の新プラグ発生位置（図中、ｂ参照）に新たなプラグ流が発生し、再度、速度を増す場合がある。
【００３２】
このように、単一の拡大直管３０を用いた場合、圧送管１７と拡大直管３０の接続部で噴出するものとしないもの、プラグ流が再発生するものとしないものがあることが分かった。この噴出状況は、圧送管１７の内径に対し拡大率が大きい内径１００ｍｍの拡大直管３０で顕著であり、また、プラグ流の再発生は、逆に、拡大率が小さい内径５０ｍｍの拡大直管３０で顕著であった。
【００３３】
つまり、打設装置１５は、入口（圧送管１７との接合部）と出口における噴出防止とプラグ流再発生防止の双方の機能を発揮することが必要であるが、この確認実験において確認できたように、吐出部である打設装置１５を単一の拡大直管３０のみで構成した場合、噴出防止とプラグ流発生防止の双方の機能を備えることは困難である。
（４）打設装置
実験装置１４による空気圧送可視化実験に用いた打設装置１５は、内径が５０ｍｍ，７５ｍｍ，１００ｍｍの３種類の透明塩化ビニール管を用いて、全長が１．５ｍ〜６ｍになるように形成されており、内径が４０ｍｍのガス管又は透明ホースからなる圧送管１７からＣＭＣ溶液Ｌが送り込まれる。
【００３４】
この打設装置１５は、搬送路（管体）の内径が搬送方向に沿って徐々に拡大する漸次拡大管型及び漸次拡大短管型、搬送路（管体）が途中で２本に分岐する分岐管型、搬送路（管体）の入口側と出口側が連通管で連通された圧力連通型、及び分岐管型の分岐前を上り勾配に分岐後を下り勾配にした分岐勾配型の５種類の異なった構造を有している。
【００３５】
なお、漸次拡大管型及び漸次拡大短管型の打設装置１５にあっては、内径が異なる複数の透明塩化ビニール管を連結して形成していることから内径が異なる管体の接続部分は段差を有する階段形状になっているが、装置全体として漸次拡大管構造となっている。
【００３６】
以下、この発明に係る５種類の異なった形状を有する打設装置１５について、実験装置１４（図４参照）による空気圧送可視化実験を行い、各打設装置１５における噴出防止とプラグ流再発生防止について確認する。
【実施例１】
【００３７】
図７は、この発明に係る漸次拡大管型打設装置の平面図である。図７に示すように、漸次拡大管型打設装置３１は、内径が５０ｍｍ，７５ｍｍ，１００ｍｍの３種類の円筒管を小径から大径へと順番に直列に組み合わせ、搬送方向に沿って内径が拡大する拡大管構造にしたものであり、全長約４〜８ｍに形成されている。
【００３８】
この例では、５０ｍｍの円筒管３１ａと７５ｍｍの円筒管３１ｂは１本ずつ１００ｍｍの円筒管３１ｃは２本を組み合わせて形成した漸次拡大管型打設装置３１を用いた。円筒管の組合せは、その他、５０ｍｍ＋７５ｍｍ、５０ｍｍ＋１００ｍｍ、７５ｍｍ＋１００ｍｍ、５０ｍｍ＋７５ｍｍ＋１００ｍｍを試みた。なお、圧縮空気量は、１００ＮＬ／ｍｉｎ，２００ＮＬ／ｍｉｎ，３００ＮＬ／ｍｉｎの何れかに、ＣＭＣ溶液流量は、５０Ｌ／ｍｉｎに、設定した。
【００３９】
実験結果
・初速（圧送管と拡大管との接続部から上流１０ｍまでの間のプラグ流速度）に関し打設装置の影響は少ない。
・円筒管を組み合わせた拡大の最適方法は、一定の拡大率による直線的変化ではなく拡大率が小さい部分を長くする所謂ラッパ状の曲線的変化による方が効果的である。
・前述した位置確認実験で用いた単一の拡大直管３０（図６参照）に比べ、管内噴出が少ないものがある。
・プラグ流の発生位置は、２００ＮＬ／ｍｉｎの場合で入口側から３．５ｍ以内、３００ＮＬ／ｍｉｎの場合で入口側から４．０ｍ以内であることから、最適管長は、プラグ流発生位置近辺と考えられる。
【００４０】
従って、３種類の内径の円筒管を組み合わせた（５０ｍｍ＋７５ｍｍ＋１００ｍｍ）場合に、比較的安定した効果を得ることが期待できる。
【実施例２】
【００４１】
図８は、この発明に係る漸次拡大短管型打設装置の平面図である。図８に示すように、漸次拡大短管型打設装置３２は、内径が５０ｍｍ，７５ｍｍ，１００ｍｍの３種類の円筒管を小径から大径へと順番に直列に組み合わせ、搬送方向に沿って内径が拡大するようにしたものであり、全長約１．５〜４ｍと、漸次拡大管型打設装置３１（図７参照）より全長を短くしたものである。
【００４２】
この例では、内径５０ｍｍの円筒管３２ａと内径７５ｍｍの円筒管３２ｂと内径１００ｍｍの円筒管３２ｃを１本ずつ組み合わせて形成した漸次拡大短管型打設装置３２を用いた。円筒管の組合せは、３種類の円筒管の各長さを０．５ｍ，１．２ｍ，２．０ｍと変化させてみた。なお、圧縮空気量は、１００ＮＬ／ｍｉｎ，２００ＮＬ／ｍｉｎ，３００ＮＬ／ｍｉｎの何れかに、ＣＭＣ溶液流量は、５０Ｌ／ｍｉｎに、それぞれ設定した。
【００４３】
実験結果
・漸次拡大管の最低全長は、噴出状態から空気量３００ＮＬ／ｍｉｎで４ｍ程度、２００ＮＬ／ｍｉｎで３．５m程度以上必要である。
・拡大方法は、拡大率が小さい部分を長くするラッパ状が適しているが、後続する搬送物の衝突により全体の速度を遅くするための搬送物管内滞留量（瞬時滞留容量）が必要となるので、最終端には内径１００ｍｍのものが２ｍ程度必要である。
【００４４】
このように、実施例１と実施例２の実験結果から、漸次拡大管型打設装置３１及び漸次拡大短管型打設装置３２の漸次拡大管型は、噴出を防止し減速効果がよく発揮できる構造であることが確認できた。しかし、円筒管の内径が７５ｍｍ以下のみでは減速率が十分でなく、内径１００ｍｍが２ｍ程度必要となった。実際の施工では、内径２５０ｍｍ〜内径７００ｍｍ程度の円筒管が使用されることから、今回の実験から推定すると、打設装置として求められる円筒管の内径は６２５ｍｍ〜１７５０ｍｍとなってしまい、相当な重量物となるので目的とする軽量装置とすることができない。
【実施例３】
【００４５】
図９は、この発明に係る分岐管型打設装置の平面図である。図９に示すように、分岐管型打設装置３３は、同一内径の円筒管を分岐部で複数に分岐するように組み合わせて複数の分岐路を形成し、分岐後の開口面積を結果的に拡大するようにしたものであり、全長約３〜４ｍに形成されている。つまり、打設装置を現地で扱い易い軽量な装置とするため、分岐構造として、圧送管１７（内径４０ｍｍ）に対する拡大倍率を１．８５倍以下に抑える構造、即ち、内径７５ｍｍと内径５０ｍｍの円筒管を用いることとした。
【００４６】
この例では、内径が５０ｍｍ或いは７５ｍｍの１種類の円筒管３３ａを、円筒管３３ａと同一の内径を有する分岐管３３ｂを介して１箇所の入口に対し２箇所の出口となるように組み合わせ、全長約３〜４ｍに形成した分岐管型打設装置３３を用いた。分岐管３３ｂは、例えば、Ｔ字管と曲管を用いて形成することができる。この分岐管３３ｂは、円筒管３３ａを介して（図９参照）或いは円筒管３３ａを介さずに直接、圧送管１７に接続する。なお、圧縮空気量は、１００ＮＬ／ｍｉｎ，２００ＮＬ／ｍｉｎ，３００ＮＬ／ｍｉｎの何れかに、ＣＭＣ溶液流量は、５０Ｌ／ｍｉｎに、それぞれ設定した。
【００４７】
実験結果
・内径７５ｍｍの分岐管型は、減速率〔（初速−吐出口速度）／初速〕が８０％程度となり確実に減速効果が得られる。
・内径７５ｍｍでも再プラグ流が発生し吐出する場合があり、再プラグ流を発生させない装置が必要である。
・分岐管型は内径が小さくても効果があり軽量となるので、実用的な装置と考えられる。
【００４８】
従って、分岐管型は、搬送物の速度を減少させることができるが再プラグ流の発生を確実に抑制できないことが解った。再プラグ流の発生を防止することができれば、分岐管型が有効な打設装置となる。再プラグ流の発生は、圧縮空気の大気解放を妨げると同時に圧力上昇を招き、その結果として、折角減速した搬送物を加速させ吐出部で噴出させることとなる。
【実施例４】
【００４９】
図１０は、この発明に係る圧力連通型打設装置の正面図である。図１０に示すように、圧力連通型打設装置３４は、内径が５０ｍｍ、７５ｍｍ或いは１００ｍｍの円筒管を連結して搬送路を形成すると共に、搬送路とは別の搬送路の入口近傍と出口近傍を連通する連通路を設けるようにしたものであり、全長約４ｍに形成されている。
【００５０】
この例では、内径が５０ｍｍ、７５ｍｍ或いは１００ｍｍの１種類の円筒管３４ａを２本連結し、その圧送管１７との接続部近傍と吐出口近傍を円筒管３４ａの外側に位置する内径２０ｍｍの連通管３４ｂにより連通させて形成した、圧力連通型打設装置３４を用いた。なお、圧縮空気量は、１００ＮＬ／ｍｉｎ，２００ＮＬ／ｍｉｎ，３００ＮＬ／ｍｉｎの何れかに、ＣＭＣ溶液流量は、５０Ｌ／ｍｉｎに、それぞれ設定した。
【００５１】
実験結果
圧力連通型打設装置３４は、再プラグ流発生に伴う圧力上昇による加速を、プラグ流の上流側と下流側の圧力を同じにする、つまり、プラグ流が発生する地点の上流と下流に圧力差を生じないように連通管を設置することで、防止しようとするものである。今回の実験では、内径が比較的小さい連通管３４ｂによって試みたため、連通管３４ｂによる圧力制御機能を十分発揮することができなかったと思われるが、連通管３４ｂによる効果は、速度調査や噴出状況調査により確認できたので、連通管３４ｂを実験と同じ或いはそれより太くした最適な管径に設定することにより、目的とする圧力解放を達成することができる。
【００５２】
なお、連通管３４ｂを、分岐管型打設装置３３の分岐管３３ｂを挟んだ搬送方向上流側の円筒管３３ａと下流側の２本の円筒管３３ａのそれぞれを連通するように設けても良い。これにより、分岐管型打設装置３３においても、この実施例に示す連通管３４ｂによって得られるのと同様の効果を得ることができる。
【実施例５】
【００５３】
この実施例は、上記第３の実施例の分岐管型打設装置３３において得られた結果を基に試みたものであり、再プラグ流の発生を防止するために、分岐管型打設装置３３の分岐部前を上り勾配とし分岐部後を下り勾配としたものである。
【００５４】
図１１は、この発明に係る分岐勾配型打設装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。図１１に示すように、分岐勾配型打設装置３５は、内径が５０ｍｍ或いは７５ｍｍの同一内径の円筒管を分岐部で複数に分岐するように組み合わせると共に、分岐部を頂点として搬送上流側が上り勾配となり搬送下流側が下り勾配となるようにしたものであり、全長約３ｍに形成されている。つまり、１本の上り勾配管が連結された分岐部に複数の下り勾配管が連結されて複数の分岐路を形成し、分岐後の開口断面積を結果的に拡大するようにし、同時に、分岐後の搬送物が自然流下して分岐路上に溜まることがないようにしている。
【００５５】
この例では、内径が５０ｍｍ、７５ｍｍ或いは１００ｍｍの１種類の円筒管からなる１本の上り勾配管３５ａと２本の下り勾配管３５ｂ、及び勾配管と同一内径の分岐管３５ｃを用い、分岐管３５ｃを頂点として入口側一箇所に上り勾配管３５ａ、出口側二箇所に下り勾配管３５ｂを連結し、全長約３ｍに形成した分岐勾配型打設装置３５を用いた。分岐管３５ｃは、例えば、Ｔ字管と曲管を用いて形成することができる（図１１参照）。なお、圧縮空気量は、３００ＮＬ／ｍｉｎに、ＣＭＣ溶液流量は、５０Ｌ／ｍｉｎに設定し、傾斜角度を分岐部に対し０度から順次増加させ、その減速率等を測定した。
【００５６】
実験結果１：内径が５０ｍｍの円筒管を用いた場合の実験結果を図１２及び表１に示す。図１２は、実験結果１を示し、（ａ）は、分岐管内速度と分岐管角度の関係をグラフで表した説明図、（ｂ）は、減速率と分岐管角度の関係をグラフで表した説明図である。
【００５７】
【表１】
2005104711.tif 000003
【００５８】
・上り勾配角度を１２．９度より大きく下り勾配角度を６．８度より大きくした場合に、速度が８．８７ｍ／ｓｅｃから約２．２１〜２．２９ｍ／ｓｅｃへとほぼ７５〜７４％減少しているので、十分な減速効果を得ることができる。なお、上り勾配角度を１２．９度より大きくし下り勾配角度を６．８度より大きくした後は、上り勾配角度及び下り勾配角度をそれ以上大きくしても、減速率に殆ど変化がなかった（図１２参照）。
・上り勾配角度を１２．９度より大きく下り勾配角度を６．８度より大きくしても、減速率が増加することはない（図１２参照）。
・上記第１〜第４の実施例においては、内径５０ｍｍの円筒管を用いた場合に減速効果を得ることができたものはなかったが、この実施例においては、確実に減速効果が得られた。
【００５９】
実験結果２：内径が７５ｍｍの円筒管を用いた場合の実験結果を図１３及び表２に示す。図１３は、実験結果２を示し、（ａ）は、分岐管内速度と分岐管角度の関係をグラフで表した説明図、（ｂ）は、減速率と分岐管角度の関係をグラフで表した説明図である。
【００６０】
【表２】
2005104711.tif 000004
【００６１】
・上り勾配角度が０度の場合、減速率は８３％程度であるが、確実に噴出を抑制することができないため、噴出しない状態を確保するためには勾配があったほうが良い。
・内径７５ｍｍの円筒管を用いて、上り勾配角度を６．３度より大きく下り勾配角度を３．５度より大きくした場合に、速度が約９．４４９ｍ／ｓｅｃから約０．８７〜１．１２ｍ／ｓｅｃへとほぼ９０〜８８％減少しており、大きな減速効果を得ることができた。なお、上り勾配角度を６．３度より大きくし下り勾配角度を３．５度より大きくした後は、上り勾配角度及び下り勾配角度をそれ以上大きくしても、減速率に殆ど変化がなかった（図１３参照）。
【００６２】
上記実験結果１，２から分かるように、分岐勾配型打設装置３５は、搬送方向に沿って、搬送物の減速効果を発揮する長さを上り勾配とすると共に、管内にプラグ流が発生し再加速する前に下り勾配とし、更に、管径を縮小しない（つまり、管径を縮小しても管本数を増やすことで合計した管内径の断面積を減らさない）、という基本的構成を有している。その結果、第１から第４の実施例に係る打設装置では得られない非常に優れた効果を発揮するものであり、次のような特徴を有している。
・圧送管１７に対し最小の拡大率（内径４０ｍｍ→内径５０ｍｍ）となる内径５０ｍｍの円筒管からなる打設装置であっても、十分な減速効果を発揮することができる。即ち、打設装置の軽量化が可能となる。
・上り勾配角度及び下り勾配角度は、打設装置の途中の分岐部を水平状態から持ち上げることで形成することができ、その角度がある値以上の場合、一定の減速効果を得ることができる。即ち、分岐部を高くすることで容易に上り勾配角度及び下り勾配角度を形成することができるので、角度形成のための難しい調整が不要である上に、簡単に調整することができる。そのため、現地で吐出状態を確認しながら簡単に上り勾配角度及び下り勾配角度を調整して自由に吐出状態を調整することができるので、容易に所望とする吐出状態にすることができる。
・分岐勾配型打設装置３５は、汎用品である円筒管を使用して形成することができる。即ち、製造コストが安価である。
・機能が安定している。試みに、内径７５ｍｍの円筒管を用い、上り勾配角度が８．５度の状態で圧縮空気量５００ＮＬ／ｍｉｎ、ＣＭＣ溶液流量１００Ｌ／ｍｉｎに設定して、同様に実験してみたが、再プラグ流の発生も無く確実に減速した。
【００６３】
なお、分岐管３５ｃをＴ字管と曲管を用いて形成する際、Ｔ字管の両端開口に対し回動自在に曲管を装着することで、分岐部の上下移動及びそれに伴う上り勾配角度及び下り勾配角度の調整が自由且つ容易に可能となる。
【実施例６】
【００６４】
図１４は、この発明に係る他の分岐勾配型打設装置の正面図である。図１４に示すように、漸次拡大分岐勾配型打設装置３６は、上記第５の実施例に示す分岐勾配型打設装置３５（図１１参照）の圧送管１７と上り勾配管３５ａの接続部に、漸次拡大短管型打設装置３２（図８参照）と同様の構成を有する漸次拡大管３７を介在させ、圧送管１７の接続部から上り勾配管３５ａに連続する漸次拡大管構造を形成したものである。なお、図中、漸次拡大管３７は、下端面を揃えた状態で設置されているが、中心軸線を揃えた状態で設置しても良い。
【００６５】
つまり、漸次拡大分岐勾配型打設装置３６は、圧送管１７に接続される漸次拡大管３７から、上り勾配管３５ａ、分岐管３５ｃ、下り勾配管３５ｂが順番に連結されており、以下に示す特徴を有している。
・漸次拡大管３７の拡大構造は、内径が小さいほど管長が長い所謂ラッパ状に形成する。
・漸次拡大管３７の最終端内径を圧送管１７の内径の２．５倍未満にした場合でも、確実に減速効果を得ることができる。
・漸次拡大管３７の全長は、管内での噴出防止を主体に考え、比較的短くて良い。
・複数の分岐路を有する（図には、分岐路が２本の場合を例示する）。
・分岐部を打設装置設置箇所の地盤面より持ち上げて、分岐部を頂点とし搬送方向上流側を上り勾配に搬送方向下流側を下り勾配にする。
【００６６】
なお、漸次拡大管３７は、内径が圧送管１７の内径より連続して或いは段階的に搬送方向に沿って漸次拡大され、圧送管１７と上り勾配管３５ａを接続する接続管体として機能する。
【００６７】
ここで、漸次拡大分岐勾配型打設装置３６が、内径５０ｍｍの円筒管によっても十分な減勢効果を発揮することができる（実施例５、分岐勾配型打設装置３５参照）上に、最終拡大管径を圧送管の管径の２．５倍未満でよい、ことが大きな利点を持つことについて説明する。この発明に係る打設装置の搬送路を形成する円筒管としては、通常、排砂管（例えば、ポンプ浚渫船用付属品としての排砂管）が用いられる。この排砂管は規格化（社団法人  建設機械化協会  建設機械等損料算定表、国土交通省総合制作局建設施工規格課監修、参照）されており、長さ５．５ｍで径が３００ｍｍものを最小径として径がほぼ一定間隔で拡大する９種類、長さ６ｍで径が７６０ｍｍのものが最大である。
【００６８】
即ち、分岐管を使用しない場合の最終拡大管径は、圧送管の管径の２．５倍程度であり、一般的に流通し使用される排砂管を用いた場合の最終拡大管径を７６０ｍｍとすると、使用可能な圧送管径は３００ｍｍ以下となり、規格化された排砂管を用いた計画は制限されることになる。しかし、分岐勾配型の実験では、内径５０ｍｍの円筒管によっても十分な減速効果を発揮することができるので、最終拡大管径は、圧送管内径の１．２５倍程度で良く、同様に、最大拡大管径を７６０ｍｍとすると、使用可能な圧送管径は、６００ｍｍ以下となり、殆どの規格品を使用対象とすることができる。
【００６９】
この漸次拡大分岐勾配型打設装置３６を構成する、漸次拡大管３７、上り勾配管３５ａ、分岐管３５ｃ、及び下り勾配管３５ｂの各機能について説明する。
（１）漸次拡大短管
漸次拡大管３７は、管内の噴出及び搬送物の分離を防止し管内圧力を低減させる。
（２）上り勾配管
上り勾配管３５ａは、上り勾配を有することにより、搬送上流よりも高い位置の搬送下流に搬送物を滞留させることになり、その滞留させた搬送物に搬送上流から上ってくる後続の搬送物が緩やかに衝突することで、搬送物を減速させる。
（３）分岐管
搬送物を減速させるには、搬送路である管体内に滞留物があることが必要である。しかしながら、滞留物が多くなればプラグ流が発生し噴出してしまう。このプラグ流を発生させないためには内径拡大構造を必要とするが、更に内径を拡大することは装置の大型化をもたらすことになるので、施工性の悪化が避けられない。このため、分岐管３５ｃにより搬送路を複数に分岐する構造は、上り拡大管３５ａと同一内径の分岐管３５ｃを用いて搬送路断面積を複数倍（２つに分岐すれば、搬送路断面積が２倍）にすることができるので、施工性及び経済性を改善することができる。
（４）下り勾配管
下り勾配管３５ｂは、水平状態の分岐管３５ｃにより断面積を２倍にした場合（第３の実施例、図９参照）でも発生したプラグ流を、発生させないようにする機能を有している。即ち、搬送物の減速効果は上り勾配管３５ａで十分得られており、下り勾配管３５ｂでは瞬時滞留容量を必要としないため、管内搬送物を速やかに（自然流下程度で）排出することができる。
【００７０】
つまり、圧送管１７との接続部分を漸次拡大構造としたので、管内圧力が漸次小さくなり、吐出口からの噴出を極力抑えることができる。また、プラグ流は搬送管断面積の８〜９割程度搬送物が溜まった状態で発生するが、搬送方向下流側である吐出口側を下り勾配としたことにより、搬送物が自然流下してプラグ流が発生しなくなり噴出を抑制することができる。
【００７１】
また、圧送管１７との接続部に続いて上り勾配となっているので、仮に接続部で噴出が生じても管内面に衝突して減速位置はそれほど変化せず、上り勾配のため容易に減速する。また、管体内の空気流量が変化しても吐出速度はそれほど変化しないので、一定速度での打設が可能である。
【００７２】
なお、プラグ流が発生しない状況においては、吐出口側を下り勾配とせずに、分岐部に対し傾斜を有しない水平状態にしても良く、また、接続部で噴出が生じない状況においては、分岐部手前の搬送方向上流側を上り勾配とせずに、圧送管１７に対し傾斜を有しない水平状態にしても良い。
【００７３】
次に、この漸次拡大分岐勾配型打設装置３６の機能的特徴を、搬送物（浚渫土砂）の品質、環境への影響及び施工性について確認する。
【００７４】
先ず、品質については、漸次拡大管型の採用により装置内で噴出することはなく、低勾配の自然流下程度の速度で排出でき搬送物が分離しないので装置外に噴出するのを防止することができる。
【００７５】
次に、環境については、装置内外で噴出することなく搬送物と圧縮空気が円滑に分離されるので騒音等の発生が防止されて静穏な打設が可能となり、静かな流れで搬送物が搬送されるので打設時の噴出や飛散が防止される。
【００７６】
次に、施工性については、従来のサイクロン式、双胴型サイクロン式、単純拡大管式と比べ非常に軽量であり、組み立ても管体の延長で径の異なる円筒管を接続するだけで良く構造がシンプルであり、構成部品は殆ど汎用品を使用することができ、原理的に管内面との摩擦により減速させるものでないので磨耗が非常に少なく、移動や打設個所の選定がし易く、搬送物と圧縮空気を完全に分離することが可能である。その上、分岐部を高くすることで容易に上り勾配角度及び下り勾配角度を調整することができるので、搬送物の性状等に応じて現地で容易に吐出状態を調整することができるという、優れた機能を有している。
【００７７】
このように、この発明に係る打設装置は、空気圧送工法により搬送物が圧送される圧送管に接続され、内径が、接続端で前記圧送管の内径より拡大されると共に搬送方向に沿って漸次拡大され、打設位置に臨んで配置された前記搬送物を吐出する最終端が最大となる、管体により形成している。また、空気圧送工法により搬送物が圧送される圧送管に接続され、分岐部を経て前記搬送物を吐出する最終端が打設位置に臨んで配置された複数の分岐路を有し、前記分岐路の内径断面積の合計が前記圧送管の内径断面積より広い、管体により形成している。また、空気圧送工法により搬送物が圧送される圧送管に接続され、接続端で前記圧送管の内径より拡大された内径を有すると共に、前記接続部近傍と打設位置に臨んで配置された前記搬送物を吐出する最終端近傍を連通する連通路を有する、管体により形成している。
【００７８】
更に、管体の内径は、連続して或いは段階的に漸次拡大し、拡大率が小さい部分を長くする所謂ラッパ状の曲線的変化により拡大している。また、管体の接続端側の内径は、圧送管の内径に対し連続して或いは段階的に拡大している。また、管体は、接続端から上り勾配を有し、搬送方向途中の分岐部下流側で下り勾配を有している。
【００７９】
また、空気圧送工法により搬送物が圧送される圧送管の周面に突設された、設置部分の管内圧力により前記搬送物が噴出するのを防止する突出長さを有し、大気圧に連通する管体により形成している。
【００８０】
上記構成を有する打設装置により、空気圧送工法による浚渫土砂等の搬送に際し、現場の状況に応じて所望の位置に容易に打設することができ、搬送物の噴出及び搬送物の分離による環境への影響や品質低下を極力生じさせない打設装置を、より小型化、且つ、より軽量化することが可能になって、打設箇所への移動及び設置が簡単容易になり、その上、製造コストの低下が可能になるのでより経済性を高めることができる。
【００８１】
なお、上記実施の形態において、分岐部は、Ｔ字管と曲管により形成するものに限るものではなく、Ｔ字管に代えて、Ｙ字管或いはＴ字管やＹ字管を変形したもの等、１つの入口と複数の出口を備えた分岐機能を有するものであれば良く、曲管に付いても、必要が無ければ用いなくても良い。
【００８２】
また、上記実施の形態においては、打設装置１５を円筒管により形成しているが、円筒管に限るものではなく、例えば断面が矩形状や楕円形状を有するもの等、その断面形状にかかわらず管体であればよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】漸次拡大管構造の内部を説明する概略断面図である。
【図２】圧力解放管構造の内部を説明する概略断面図である。
【図３】プラグ流消滅構造の内部を説明する概略断面図である。
【図４】実験装置の具体的構成を示す説明図である。
【図５】図４の実験装置の各構成要素からなるブロック図である。
【図６】プラグ流発生確認実験における拡大管内部の説明図である。
【図７】この発明に係る漸次拡大管型打設装置の平面図である。
【図８】この発明に係る漸次拡大短管型打設装置の平面図である。
【図９】この発明に係る分岐管型打設装置の平面図である。
【図１０】この発明に係る圧力連通型打設装置の正面図である。
【図１１】この発明に係る分岐勾配型打設装置を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。
【図１２】実施例５の実験結果１を示し、（ａ）は、分岐管内速度と分岐管角度の関係をグラフで表した説明図、（ｂ）は、減速率と分岐管角度の関係をグラフで表した説明図である。
【図１３】実施例５の実験結果２を示し、（ａ）は、分岐管内速度と分岐管角度の関係をグラフで表した説明図、（ｂ）は、減速率と分岐管角度の関係をグラフで表した説明図である。
【図１４】この発明に係る他の分岐勾配型打設装置の正面図である。
【符号の説明】
【００８４】
１０  漸次拡大管構造
１０ａ  漸次拡大部
１１  圧送管
１２  圧力解放管構造
１２ａ  解放管
１３  プラグ流消滅構造
１３ａ  空気解放路
１３ｂ  貯留部
１４  実験装置
１５  打設装置
１５ａ  吐出口
１６  鋼製枠
１７，２６，２９  圧送管
１８  圧送ポンプ
１９  空気流量計
２０  エアドライヤ
２１  コンプレッサ
２２，２３，２４  圧力計
２５  流量計
２７  アジテータ
２８  スクイズポンプ
３０  拡大直管
３０ａ  流入口
３１  漸次拡大管型打設装置
３１ａ，３１ｂ，３１ｃ  円筒管
３２  漸次拡大短管型打設装置
３２ａ，３２ｂ，３２ｃ  円筒管
３３  分岐管型打設装置
３３ａ  円筒管
３３ｂ  分岐管
３４  圧力連通型打設装置
３４ａ  円筒管
３４ｂ  連通管
３５  分岐勾配型打設装置
３５ａ  上り勾配管
３５ｂ  下り勾配管
３５ｃ  分岐管
３６  漸次拡大分岐勾配型打設装置
３７  漸次拡大管
Ｃ  搬送物
Ｌ  ＣＭＣ溶液
【図１】
2005104711.tif 000005
【図２】
2005104711.tif 000006
【図３】
2005104711.tif 000007
【図４】
2005104711.tif 000008
【図５】
2005104711.tif 000009
【図６】
2005104711.tif 000010
【図７】
2005104711.tif 000011
【図８】
2005104711.tif 000012
【図９】
2005104711.tif 000013
【図１０】
2005104711.tif 000014
【図１１】
2005104711.tif 000015
【図１２】
2005104711.tif 000016
【図１３】
2005104711.tif 000017
【図１４】
2005104711.tif 000018