(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
泥水を使用しながら地盤の掘削を行う掘削場所から送られた排泥水を、分級装置により相対的に大径の固形粒子分を除去した後、相対的に小径の固形粒子分を含む泥水を調整槽に送給し、この貯留槽に貯留された泥水を再び前記掘削場所に送る一次処理循環ラインと、前記貯留槽に貯留された泥水を引き抜いて脱水し、処理後の濾過水を前記貯留槽に希釈水として返送し、貯留槽に貯留された泥水の比重を調整する二次処理循環ラインとを含む泥水処理装置であって、
前記一次処理循環ラインにおいて、前記分級装置から貯留槽に至る泥水流路を流路切替装置を介して分岐させ、これら分岐流路のそれぞれに貯留槽を設けるとともに、各貯留槽毎に掘削場所への送給ポンプおよび二次処理循環ラインへの引抜ポンプを配し、各々独立的に稼働し得るようにし、
掘削場所での地盤掘削に伴い、前記流路切替装置は、比重検出手段による測定データに基づき、前記貯留槽の泥水比重が所定の数値に達したならば、前記並列配置された各貯留槽を交互に切り替え、泥水を循環させるようにしたことを特徴とする泥水処理装置。
【請求項２】
請求項１記載の泥水処理装置による泥水処理方法であって、
貯留槽の一方側を用いた泥水循環ラインで掘削を開始し、掘削に伴ってこの貯留槽の泥水比重が徐々に上昇し所定の数値に達したならば、他方側の貯留槽に泥水循環ラインを切り替える操作により、前記並列配置された各貯留槽を交互に切り替えながら泥水を循環させる一方、泥水循環ライン外となった貯留槽側において、引抜ポンプの稼働により泥水を二次処理ラインへ送泥し、処理後の濾過水により貯留されている泥水の比重調整を行うようにすることを特徴とする泥水処理方法。
【請求項３】
請求項１記載の泥水処理装置による泥水処理方法であって、
貯留槽の一方側を用いた泥水循環ラインで掘削を開始し、掘削に伴ってこの貯留槽の泥水比重が徐々に上昇し所定の数値に達したならば、
分級装置から貯留槽に至る泥水流路はそのままとしながら、現泥水循環ライン側貯留槽の送給ポンプを停止させるとともに、停止していた他方の貯留槽送給ポンプを稼働させ、他方側の貯留槽に貯留されている泥水を掘削場所に送泥するようにし、
次いで、前記操作に遅れて、前記流路切替装置により分級装置から他方側の貯留槽に泥水流路を切り替える操作を行うことにより、前記並列配置された各貯留槽を交互に切り替えながら泥水を循環させる一方、泥水循環ライン外となった貯留槽側において、引抜ポンプの稼働により泥水を二次処理ラインへ送泥し、処理後の濾過水により貯留されている泥水の比重調整を行うようにすることを特徴とする泥水処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、たとえば泥水によって切羽の安定を図りながら地盤掘削を行う泥水式シールド工法や地中連続壁工法等における泥水の処理に係り、詳しくは調整槽のコンパクト化、泥水比重管理の容易化および二次処理の効率化に資する泥水処理装置およびこれを用いた泥水処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、泥水式シールド工法等によってトンネルを築造する場合における泥水処理システムは、シールド機のバルクヘッド部から掘削土砂と共に排泥された泥水を粒度により分級し、その泥分を調節した後、一旦貯留槽に貯留し、ここから再びシールド機に送泥する一次処理循環ラインと、掘削に伴って高比重化した前記貯留槽の泥水をフィルタープレス等により機械脱水処理することによりケーキ状とし運搬処理する一方、この脱水処理時に発生する濾過水を調整槽に戻し、泥水比重調整を行う二次処理循環ラインとによって処理されている。
【０００３】
以下、具体的に泥水式シールド工法における泥水処理方法について図９に基づいて詳述すると、
先ず、シールド機によって掘削された土砂は、切羽安定および土砂輸送を目的として一次処理Ｆの調整槽８から送られてきた泥水と共にポンプ圧送され、再び前記貯留槽８に送られる。掘削された土砂の中には、玉石や塊状の粘性土、貝殻等の大粒径のものが含まれているため、粒径毎に分級するためレキを処理するスクリーン２と、砂を処理するスクリーン４との二つのスクリーンを備えた振動脱水篩１が設けられている。前記振動脱水篩１の上方には湿式サイクロン６，６が設けられており、シールド切羽から送られてきた泥水は、先ずレキ用スクリーン２を通過後、振動脱水篩１のアンダータンク３に貯留され、ポンプ５によって湿式サイクロン６，６に送られる。ここで主として粒径７４μｍ以上の粒子の砂分が分級された後、アンダー泥水が砂用スクリーン４で脱水された後、コンベア７により搬出される。前記湿式サイクロン６，６からのオーバー泥水は、主として７４μｍ以下の粒子分を含んだまま調整槽８に送られ、ここからポンプ９により再びシールド切羽へ送られる。
【０００４】
前述一次処理Ｆでは、掘削地山に含まれる水分と、主として粒径７４μｍ以下の粒子を除去できないため、シールド掘削の進行に伴い、泥水の絶対量、比重および粘性等は徐々に増大する。そのため、掘削終了後に、前記調整槽８からポンプ２２により余剰泥水槽２３に送り、そして脱水時間の短縮を図るために、凝集剤槽２６から硫酸バンドまたはポリ塩化アルミニウムなどの無機凝集剤を混入した後、さらにスラリー槽２５へと送られ攪拌混合により凝集化される。この凝集化されスラリー状となった泥水は、ポンプ２７によりフィルタープレス２８に送られ、ここでプレスされ脱水ケーキとして貯留ホッパー３４に貯留される。
【０００５】
このプレス処理により発生した濾過水は、一旦濾過水槽３０に貯留され、その大部分についてはポンプ３１により調整槽８に希釈水として返送され、泥水比重の調整のために使用される。また、残りの余剰濾過水は、ポンプ３２により三次処理Ｈの中和処理装置３３に送られ、シックナーによりＳＳ値（浮遊物質量）の処理と共に、炭酸ガス等によるＰＨ値調整により放流基準以下に調整された後、放流処理される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
以上、従来より一般的に採用されている泥水処理システムについて詳述したが、前記一次処理Ｆに配置された調整槽８の容量は、各ボーリングデータ等に基づく物質収支計算により決定されるものであり、通常、各ボーリングデータ値毎に算出された必要容量の最大値とされる。従って、調整槽容量が最大となるボーリング地点以外のほとんどの地層では調整槽８の容量が過剰となるなどの問題が生じていた。比較的広い施工ヤードが確保できる郊外または地方であれば問題はそれほどでも無いが、ヤードの確保自体が困難な市街地では調整槽の大型化が大きな問題となっている。
【０００７】
また、従来の処理システムでは、設計時に想定した物質収支が大幅に変わった場合の対処が困難であるなどの問題もあった。すなわち、当初に設定した調整槽の容量では間に合わなくなった場合、掘進速度に大きな影響を及ぼし、引いては施工スケジュールが遅延するなどの弊害が出ることがあった。
【０００８】
一方、余剰泥水は掘削終了後に発生するため、掘削終了から二次処理を開始しなければならず、一次処理との間でタイムラグが生じるなどの問題も生じ、さら掘削終了時に調整槽の泥水比重が１サイクル掘削毎に異なるため、二次処理に掛かる処理時間や、凝集剤混入量、調整槽の希釈に要する濾過水量等に大幅なばらつきが生じこれらの管理が煩雑となるなどの問題もあった。
【０００９】
そこで本発明の主たる課題は、調整槽の容量がコンパクトで済むとともに、泥水比重を常時一定範囲内に容易に維持管理することができ、しかも掘削の終了を待つことなく、掘削に併行して効率的に二次処理を行い得るようにした泥水処理装置およびこれを用いた泥水処理方法を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明泥水処理装置は、泥水を使用しながら地盤の掘削を行う掘削場所から送られた排泥水を、分級装置により相対的に大径の固形粒子分を除去した後、相対的に小径の固形粒子分を含む泥水を調整槽に送給し、この貯留槽に貯留された泥水を再び前記掘削場所に送る一次処理循環ラインと、前記貯留槽に貯留された泥水を引き抜いて脱水し、処理後の濾過水を前記貯留槽に希釈水として返送し、貯留槽に貯留された泥水の比重を調整する二次処理循環ラインとを含む泥水処理装置であって、
前記一次処理循環ラインにおいて、前記分級装置から貯留槽に至る泥水流路を流路切替装置を介して分岐させ、これら分岐流路のそれぞれに貯留槽を設けるとともに、各貯留槽毎に掘削場所への送給ポンプおよび二次処理循環ラインへの引抜ポンプを配し、各々独立的に稼働し得るようにし、
掘削場所での地盤掘削に伴い、前記流路切替装置は、比重検出手段による測定データに基づき、前記貯留槽の泥水比重が所定の数値に達したならば、前記並列配置された各貯留槽を交互に切り替え、泥水を循環させるようにしたことを特徴とするものである。
【００１１】
他方、前記泥水処理装置を用いた第１の泥水処理方法は、貯留槽の一方側を用いた泥水循環ラインで掘削を開始し、掘削に伴ってこの貯留槽の泥水比重が徐々に上昇し所定の数値に達したならば、他方側の貯留槽に泥水循環ラインを切り替える操作により、前記並列配置された各貯留槽を交互に切り替えながら泥水を循環させる一方、泥水循環ライン外となった貯留槽側において、引抜ポンプの稼働により泥水を二次処理ラインへ送泥し、処理後の濾過水により貯留されている泥水の比重調整を行うようにすることを特徴とするものである。
【００１２】
次いで、第２の泥水処理方法は、貯留槽の一方側を用いた泥水循環ラインで掘削を開始し、掘削に伴ってこの貯留槽の泥水比重が徐々に上昇し所定の数値に達したならば、
分級装置から貯留槽に至る泥水流路はそのままとしながら、現泥水循環ライン側貯留槽の送給ポンプを停止させるとともに、停止していた他方の貯留槽送給ポンプを稼働させ、他方側の貯留槽に貯留されている泥水を掘削場所に送泥するようにし、
次いで、前記操作に遅れて、前記流路切替装置により分級装置から他方側の貯留槽に泥水流路を切り替える操作を行うことにより、前記並列配置された各貯留槽を交互に切り替えながら泥水を循環させる一方、泥水循環ライン外となった貯留槽側において、引抜ポンプの稼働により泥水を二次処理ラインへ送泥し、処理後の濾過水により貯留されている泥水の比重調整を行うようにすることを特徴とするものである。
【００１３】
本発明に係る前記調整槽交互切替システムにおける第１の利点は、調整槽の容量が、従来のような調整槽を１つとした１系統循環ラインに比べて格段に小さくて済むようになった点である。すなわち、本装置における調整槽の容量は、泥水循環ライン外となった調整槽から二次処理側へ送泥し、脱水処理後の濾過水により調整槽内の泥水を希釈調整するのに要する時間が、掘削により泥水循環ラインに使用されている調整槽が所定の比重に達する時間よりも遅くならない限り最低の容量を設定することができるようになる。
【００１４】
また、第２の利点として、泥水比重の管理が非常に容易になった点を挙げることができる。すなわち、掘削距離とは無関係に、循環する泥水の比重が予め設定した管理泥水比重幅の上限値に達した段階で、調整槽を切り替えるシステムであるため、泥水比重を常時一定範囲に容易に維持管理できるようになる。
【００１５】
また、調整槽を交互に切替使用することにより、従来は掘削終了後に行っていた泥水比重調整も、掘削に併行して掘削中の任意の時期に行い得るようになるため、二次処理が効率的に行えるようになるとともに、二次処理に送られる泥水の比重も常に一定となるため、処理時間や、凝集剤混入量、調整槽の希釈に要する濾過水量等が均一となるなどの利点も同時にもたらされる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳述する。
図１は本発明に係る泥水処理のシステム図（一次処理部Ｆのみを図示）であり、図２〜図４は本発明泥水処理における調整槽切替要領図である。
【００１７】
本泥水処理方法は、一次処理Ｆにおいて、振動脱水篩１の湿式サイクロン６，６からオーバーフローする主として粒径７４μｍ以下の固形粒子分を含む泥水を貯留するための貯留槽として、図１に示すように、貯留槽８Ａおよび貯留槽８Ｂの２系統の貯留槽ラインを設備し、これら貯留槽８Ａ，８Ｂへの送給ラインを流路切替装置１０により交互に切り替えしながらシールド機に対して再び泥水を供給するものである。なお、図中、前記貯留槽８Ａ、８Ｂは模式的に夫々１つとしてあるが、通常は複数個の調整槽が連結パイプで連通され、複数槽１組で各々貯留槽８Ａ，８Ｂが構成されている。
【００１８】
図１において、シールド切羽から図示されない圧送ポンプによって送られた泥水は、振動脱水篩１のレキ用スクリーン２を通過して、先ずここで粒径２mm以上のレキが分級される。粒径２mm未満の固形分を含む泥水は、振動脱水篩１のアンダータンク３に貯留された後、引抜ポンプ５により湿式サイクロン６，６に送られる。この湿式サイクロン６，６では泥水中の粒径７４μｍ以上の砂分を分級し、これをアンダーフローとして砂用スクリーン４に給泥する。以上の濾過工程により振動脱水篩１では、主として粒径７４μｍ以上のレキおよび砂分が分級されることになる。なお、物質収支計算では、回収されるレキの重量の１０％、砂の重量の４０％の泥水が回収されるとしており、この結果一次処置Ｆでは含水比２５％程度の砂・レキを分級する。
【００１９】
前記湿式サイクロン６，６からオーバーフローした主として粒径７４μｍ以下の固形粒子分を含む泥水は、流路切替装置１０を経て貯留槽８Ａおよび貯留槽８Ｂの一方側に送られ、ここから引抜ポンプ９Ａ（９Ｂ）により再びシールド切羽に送給される。
【００２０】
以下、図２〜図４に基づいて、調整槽８Ａ，８Ｂの切替手順並びに比重調整について具体的に詳述する。なお、本例では、泥水比重はγ＝１．２〜１．３６の範囲に管理するものとする。
【００２１】
先ず、掘進開始当初は、図２に示されるように、貯留槽８Ａ側の貯留槽ラインを使用することとし、シールド機による掘削を開始する。一次処理Ｆでは粒径７４μｍ以下の固形分を除去できないため、掘削に伴って前記貯留槽８Ａに貯留される泥水量、比重および濃度が徐々に増加することとなる。
【００２２】
その後、掘削を継続し、図３に示されるように、貯留槽８Ａの泥水比重がγ＝１．３６に達したならば、泥水循環ラインを貯留槽８Ｂ側に切り替えることになるが、シールド機から調整槽８Ａに至る排泥管内には、γ＝１．３６の泥水（以下、高比重泥水という）が充満されているため、調整槽８Ａに貯留されている泥水比重がγ＝１．３６になったのと同時に前記流路切替装置１０を調整槽８Ｂ側に切り替えると、前記排泥管内に充満している高比重泥水が貯留槽８Ｂ側に流入し、貯留槽８Ｂの泥水比重が急激に高くなってしまうため、最初は、流路切替装置１０の泥水流れは貯留槽８Ａ側にしたまま、調整槽８Ａの引抜ポンプ９Ａの運転を停止する一方、いままで停止していた調整槽８Ｂの引抜ポンプ９Ｂの運転を開始し、シールド機に対しては貯留槽８Ｂに貯留されているγ＝１．２の泥水（以下、低比重泥水という）を送給するようにする。
【００２３】
その後、前記操作にタイムラグをおいて、排泥管内の高比重泥水が貯留槽８Ａに流入したことを確認したならば、図４に示されるように、前記流路切替装置１０によって振動脱水篩１からの泥水流路を調整槽８Ｂ側に切り替え、泥水循環ラインを完全に調整槽８Ｂ側に切り替える。なお、前記流路切替装置１０における切替タイミングは、排泥管内にたとえば比重計を設備しておき、比重測定データに基づき自動的に切り替えるようにしてもよい。なお、本発明では、貯留槽８Ａの泥水比重がγ＝１．３６になった段階で、貯留槽８Ｂ側に循環ラインを一斉に切り替える操作を除外するものではなく、管理の容易化を重視する場合には、この方法を採用してもよい。この場合であっても、切り替えた調整槽８Ｂ側に一時的に高比重泥水が流入するため、結果的に調整槽８Ａ、８Ｂの切替サイクルが短くなるだけである。
【００２４】
一方、泥水循環ライン系から外れた調整槽８Ａでは、引抜ポンプ２２Ａを稼働させて、高比重泥水を二次処理Ｇに送り、前述したように、凝集剤を混入しフロック化した後、フィルタープレスなどの脱水機に物理的に圧密脱水し、固形化された脱水ケーキを運搬廃棄すると共に、濾過水については希釈水として調整槽８Ａに戻され、調整槽８Ａ内に貯留された高比重泥水が比重１．２の泥水になるように調整される。
【００２５】
その後、前記調整８Ｂ内に貯留されている泥水が高比重化し、γ＝１．３６になったところで前述した要領に従って調整槽８Ａ側に循環ラインを切り替え、調整槽８Ｂに貯留されている高比重泥水を二次処理Ｇからの希釈水によってγ＝１．２の低比重泥水に調整する。
【００２６】
以上詳述した要領に従って、並列的に設備された２系統の調整槽循環ラインを交互に切り替えしながらシールド掘削を継続する。
【００２７】
〔実施例〕
以下、図５〜図８を参照しながら本発明の実施例について詳述する。
【００２８】
本例では、４つの貯留槽１１Ａ〜１１Ｄを一組として一方側の貯留槽ブロック８Ａが構成され、残りの４つの貯留槽１２Ａ〜１２Ｄを一組として他方側の貯留槽ブロック８Ｂが構成されている。各貯留槽ブロック８Ａ，８Ｂにおいて、各貯留槽１１Ａ〜１１Ｄ、１２Ａ〜１２Ｄは、連結パイプ１３，１３…により連通され、貯留槽ブロック８Ａ，８Ｂはそれぞれ実質的には１つの槽となっている。これら貯留槽群１１Ａ〜１１Ｄ、１２Ａ〜１２Ｄの上方には、流路切替装置１０が設置されており、この流路切替装置１０から分岐する４本の送泥管１４Ａ、１４Ｂ、１５Ａ、１５Ｂが配置され、それぞれ送泥管１４Ａは貯留槽１１Ａに、送泥管１４Ｂは貯留槽１１Ｄに、送泥管１５Ａは貯留槽１２Ｄに、送泥管１５Ｂは貯留槽１２Ａにそれぞれ泥水を供給するようになっている。
【００２９】
前記流路切替装置１０は、詳細には、図７および図８に示されるように、架台フレーム１９内の上部に振動脱水篩１からの送泥管が接続されるボックス状の上部タンク１６を配置し、この上部タンク１６の下面から垂下する２本の分岐管２０Ａ，２０Ｂを設けるとともに、これら分岐管２０Ａ，２０Ｂに対して油圧シリンダーに開閉制御されるゲート弁１７ａ，１７ｂを設け、さらにこれら分岐管２０Ａ，２０Ｂの下端口に接続して夫々独立の下部タンク１８Ａ，１８Ｂを設けるとともに、前記下部タンク１８Ａに対して前記送泥管１４Ａ，１４Ｂを接続し、一方の下部タンク１８Ｂに対して前記送泥管１５Ａ，１５Ｂを接続した構造である。
【００３０】
従って、一方の貯留槽ブロック８Ａを泥水循環ラインとする場合には、油圧シリンダー１７Ａによってゲート弁１７ａが開とされ、他方の貯留槽ブロック８Ｂを泥水循環ラインとする場合には、油圧シリンダー１７Ｂによってゲート弁１７ｂが開とされる。
【００３１】
上記構成による２系統の貯留槽循環ライン構成とすることにより、従来の１系統の調整槽循環ラインのものよりも、試算によれば概ね貯留槽容量を７０％程度に低減し得るようになることが確認されている。
【００３２】
【発明の効果】
以上詳説のとおり、本発明によれば、従来のものよりも調整槽の容量が非常にコンパクトで済むとともに、泥水比重を常時一定範囲内に容易に維持管理することができるようになる。しかも、掘削の終了を待つことなく、掘削に併行して二次処理を効率的に行い得るようになるとともに、二次処理に送泥される泥水の比重が一定となるため、処理時間や凝集剤添加量等が均一化されるなど、種々の利点がもたされるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る泥水処理を示すシステム図（一次処理部Ｆ）である。
【図２】  本発明泥水処理における調整槽切替要領図（その１）である。
【図３】  本発明泥水処理における調整槽切替要領図（その２）である。
【図４】  本発明泥水処理における調整槽切替要領図（その３）である。
【図５】  実施例における貯留槽システムの側面図である。
【図６】  その平面図である。
【図７】  流路切替装置１０の側面図である。
【図８】  流路切替装置１０の正面図である。
【図９】  従来の泥水処理方法を示す全体システム図である。
【符号の説明】
１…振動脱水篩、２…レキ用スクリーン、３…アンダータンク、４…砂用スクリーン、５…引抜ポンプ、６…湿式スクリーン、７…コンベア、８Ａ・８Ｂ…調整槽、９Ａ・９Ｂ…送給ポンプ、２２Ａ・２２Ｂ…引抜ポンプ、１０…流路切替装置、Ｆ…一次処理、Ｇ…二次処理
【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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【図８】
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【図９】
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