(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
パイプラインなどの管路内を空気圧送される土砂の輸送量を測定するスラグ流における輸送土量測定方法おいて、前記管路に沿って２つの圧力計を、上流側と下流側とに所定の間隔Ｌを隔てて設置すると共に、前記管路に設置された２つの圧力計の間に位置するように１つの加速度計を前記管路に設置し、そして、前記管路内を空気圧送される固液スラグの圧力波形を前記２つの圧力計により計測し、この２つの圧力計により計測された２つの圧力波形ａ，ａ’の時間差ΔＴによって固液スラグの速度Ｆｐを求め、更に、前記管路内を空気圧送される固液スラグの加速度波形ｂを前記加速度計により計測し、この加速度計により計測された加速度波形の振幅の大きい部分の時間ｔを求め、前記固液スラグの速度Ｆｐと固液スラグの振幅の大きい部分の時間ｔとから固液スラグの長さＬｐを求めることを特徴とするスラグ流における輸送土量測定方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パイプラインなどの管路を利用して浚渫土などの含水比（水分量／乾燥土砂量）の比較的小さい土砂を高圧空気で圧送する際に、管内を流れる土砂量を測定する輸送土量測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、浚渫土などの含水比の比較的小さい土砂を高圧空気で圧送する場合、管内の土砂がスラグ流、すなわち、土砂が管内に充満して流動する固液スラグ部分と、空気と土砂が上下方向に２層となって流動する空気スラグ部分とが交互に存在する流動状態となることが知られている。
【０００３】
また、固液スラグ部分の土砂と、空気スラグ部分の土砂との流動が大きく異なることに起因する土砂の攪拌混合効果があることも知られており、この攪拌混合効果を利用して埋立地における地盤改良、及び養生期間の短縮などを目的とした管中固化処理工法が行われている。
【０００４】
この方法は、管路の途中でスラグ流動中の土砂に固化材であるセメントスラリーなどを添加する方法であるが、固化材の添加量を均一にするため、通過土砂量を正確に把握する必要がある。
【０００５】
この通過土砂量を測定するため、従来、管路中の単管の１つを測定管に転用し、該測定管と管路とをフレキシブル管で接続するとともに、測定管の外底部にロードセルを、一定間隔を隔てて２個設置して通過土砂量の荷重を測定する方法が知られていた。
【０００６】
一方、図６乃至図８に示すように、管路３の吐出口付近に、所定の間隔Ｌ（ｍ）をおいて２つの定点Ｘ，Ｙに設けた各圧力計６，７により計測される１つのプラグ単体Ｐの圧力波形での時間差（Ｔ2 −Ｔ0 ）からプラグ単体の速度Ｆｐ（ｍ／ｓ）を求め、このプラグ単体の速度Ｆｐ（ｍ／ｓ）と、２つの定点Ｘ，Ｙのうちのいずれかをプラグ単体Ｐが通過する時間（Ｔ1 −Ｔ0 ）とからプラグ単体長さＬｐ＝Ｆｐ（Ｔ1 −Ｔ0 ）を求め、更に、プラグ単体長さＬｐ（ｍ）と、管路３内の断面積Ａ（ｍ2 ）とから求められた任意の計測時間Ｔ（ｈｒ）におけるプラグ体積Ｖｐの合計ΣＶｐにより、そのプラグ流量Ｑｐ（ｍ3 ／hr）を、Ｑｐ＝ΣＶｐ／Ｔで求める土砂プラグ流の流量計測方法が知られている（特開平６−１０９５１１号公報）。なお、図中、１は浚渫船、２は軟泥圧送船、４は渦巻ポンプ、５は空気圧縮機、８は記録・分析装置、１０は埋立地を示している。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前者の場合は、測定管の両側に接続させたフレキシブル管が良好に機能せず、ロードセルを配置した測定管への固液スラグの流入時刻の特定が明確でなかった。また、固液スラグが上流側のロードセルの部分を通過する時に下流側のロードセルが持ち上がることがあるため、下流側のロードセルがマイナス信号を発生するなどの問題があった。また、測定管の底部へロードセルを設置する作業が煩雑であり、更に、管路とロードセルとの支持方法が難しいなどの問題があった。
【０００８】
また、後者の場合は、プラグ単体Ｐの長さＬｐを求める際に、プラグ単体Ｐが１つの圧力計を通過する時間（Ｔ1 −Ｔ0 ）を用いているが、実測上の圧力波形は、図９のような波形になるから、圧力波形からプラグ単体Ｐの通過時間を求めるのが非常に困難である。
【０００９】
その理由は、圧力波形が、圧力計を既に通過して下流側に存在するプラグ単体Ｐの圧力降下分を含んだ形で指示されるため、図８に示されているように、ゼロ点から立ち上がり、一定時間経過後に、再びゼロ点に戻るという、所謂、矩形波にならないからである。
【００１０】
従って、後者の場合は、１つのプラグ単体Ｐの長さＬｐ（ｍ）、強いては、任意の計測時間におけるプラグ流量Ｑｐ（ｍ3 ／hr）を正確に求めることが困難である。
【００１１】
本発明は、係る問題を解消するためになされたものであり、その目的とするところは、プラグ単体長さ、すなわち、固液スラグの長さを正確に測定し、以って、輸送土砂量を正確に測定することができるスラグ流における輸送土量測定方法を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、次のように構成されている。
【００１３】
すなわち、請求項１に記載の発明に係るスラグ流における輸送土量測定方法は、パイプラインなどの管路内を空気圧送される土砂の輸送量を測定するスラグ流における輸送土量測定方法おいて、前記管路に沿って２つの圧力計を、上流側と下流側とに所定の間隔Ｌを隔てて設置すると共に、前記管路に設置された２つの圧力計の間に位置するように１つの加速度計を前記管路に設置し、そして、前記管路内を空気圧送される固液スラグの圧力波形を前記２つの圧力計により計測し、この２つの圧力計により計測された２つの圧力波形ａ，ａ’の時間差ΔＴによって固液スラグの速度Ｆｐを求め、更に、前記管路内を空気圧送される固液スラグの加速度波形ｂを前記加速度計により計測し、この加速度計により計測された加速度波形の振幅の大きい部分の時間ｔを求め、前記固液スラグの速度Ｆｐと固液スラグの振幅の大きい部分の時間ｔとから固液スラグの長さＬｐを求めることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
（イ）第１の実施形態
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態を説明するが、図１は、本発明のスラグ流における輸送土量測定方法を適用した圧送管土砂量測定系統の概略図、図２は土砂圧送管の圧力波形及び加速度波形を示す図である。
【００１７】
図１は、例えば、図示しない浚渫船によって浚渫した土砂をパイプラインによって所定の埋立地（図示せず）に輸送する例を示しているが、この場合、管３内には、図示しないコンプレッサから供給される圧縮空気によって土砂ｄが管３内に充満して流動する固液スラグ部分Ｍと、空気Ａと土砂ｄ′が上下方向に２層となって流動する空気スラグ部分Ｎとが交互に存在する所謂スラグ流が形成されている。
【００１８】
そこで、上記管３に、所定の間隔Ｌ（ｍ）を隔てて圧力計６，７を２個設置すると共に、この２つの圧力計６，７の間に１つの加速度計１１をマグネットなどを用いて設置し、これらの計測結果を制御装置１２に伝送する一方、制御装置１２の指令を伝送器１３を経て図示しない固化材添加制御系に入力し、上記スラグ流内にセメントスラリーなどの固化材を添加するようになっている。
【００１９】
ところで、固液スラグＭの１つが圧力計６の箇所を通過すると、実線で示すような圧力波形ａ（図２参照）が表れるので、この圧力波形の各圧力計６，７における時間差ΔＴから固液スラグＭ単体の速度Ｆｐ（ｍ／ｓ）は、制御装置１１にて、Ｆｐ＝Ｌ／ΔＴで演算される。図２中、圧力計７における圧力波形ａ′は、一点鎖線で示している。
【００２０】
更に、固液スラグＭ単体が加速度計１１の箇所を通過すると、加速度波形ｂ（図２参照）が表れ、その振動振幅が大きくなることから、振幅の大きな部分の時間ｔ（ｓ）と、上記固液スラグＭ単体の速度Ｆｐ（ｍ／ｓ）とから固液スラグＭ単体の長さＬｐ（ｍ）は、Ｌｐ＝Ｆｐ×ｔで求められる。
【００２１】
更に、パイプ３内の断面積をＡ（ｍ2 ）とすれば、固液スラグＭ単体の体積Ｖｐ（ｍ3 ）は、Ｖｐ＝Ｌｐ×Ａで求められる。
【００２２】
そこで、上記各式の演算を任意の計算時間Ｔ（ｈｒ）について行い、固液スラグ体積Ｖｐの合計ΣＶｐを求めることにより、固液スラグの流量Ｑｓ（ｍ3 ／hr）は、Ｑｓ＝ΣＶｐ／Ｔで求められる。
【００２３】
上記のように、この発明によれば、加速度波形の振動時間ｔ（ｓ）から固液スラグＭ単体の通過時間が正確に分かるから、２つの圧力計のみを用いた従来のものより、固液スラグの流量を正確に求めることができる。
【００２４】
なお、制御装置１１の手前にＦＦＴアナライザー１４を設置することにより、圧力波形解析を効率的に行うことができる。
（ロ）第２の実施形態
図３は、本発明のスラグ流における輸送土量測定方法を適用した圧送管土砂量測定系統概略図、図４は土砂圧送管の差圧波形を示す図である。
【００２５】
この発明は、パイプラインを形成する管３に沿って４つの圧力計６，１６，７，１７を設けることに特徴がある。なお、第１の実施形態と同じ機器には同じ符号を付与して詳しい説明を省略する。
【００２６】
すなわち、上記管３に沿って圧力計６，１６，７，１７を４個設置し、上流側の２個の圧力計６，１６を１対として、その差圧（測定圧力の差）を計測する一方、下流側の２個の圧力計７，１７を１対として、その差圧（測定圧力の差）を計測する。ここで、圧力計１６及び７間の間隔をＬ（ｍ）、圧力計６，１６間及び圧力計７，１７間の間隔を各々Ｌ′（ｍ）とする。また、Ｌ＞Ｌ′とする。
【００２７】
このように、１対の圧力計の差圧を取ることにより、固液スラグＭの圧力降下分がキャンセルされるので、実測差圧波形ｃ，ｃ′は、図４（ａ）及び（ｂ）に示すような矩形波（又は鋸歯状波）に近い波形となる。
【００２８】
この２つの差圧波形の時間差ΔＴから固液スラグＭの速度Ｆｐ（ｍ／ｓ）は、制御装置１１にて、Ｆｐ＝Ｌ／ΔＴで算出される。
【００２９】
更に、１つの差圧波形の立ち上がり時間ｔと、固液スラグＭの速度Ｆｐとが分かるので、固液スラグＭ単体の長さＬｐ（ｍ）は、Ｌｐ＝Ｆｐ×ｔで求められる。
【００３０】
更に、パイプ３内の断面積をＡ（ｍ2 ）とすれば、固液スラグＭ単体の体積Ｖｐ（ｍ3 ）は、Ｖｐ＝Ｌｐ×Ａで求められる。
【００３１】
そこで、上記各式の演算を任意の計算時間Ｔ（ｈｒ）について行い、固液スラグ体積Ｖｐの合計ΣＶｐを求めることにより、固液スラグの流量Ｑｓ（ｍ3 ／hr）は、Ｑｓ＝ΣＶｐ／Ｔで求められる。
【００３２】
なお、図３中、１８及び１９は、差圧伝送器を示している。
【００３３】
上記のように、本発明によれば、２つの圧力計を１組にして、その差圧を取ることにより、固液スラグの通過を矩形波、あるいは鋸歯状波として表わせるため、２つの圧力計を用いた従来のものより、固液スラグの長さ、強いては、固液スラグの流量を正確に求めることができる。
（ハ）第３の実施形態
図５は、本発明のスラグ流における輸送土量測定方法を適用した圧送管土砂量測定系統概略図である。
【００３４】
この発明は、パイプラインを形成する管３に２つの加速度計１１，２１を設けることに特徴がある。なお、第１の実施形態と同じ機器には同じ符号を付与して詳しい説明を省略する。
【００３５】
すなわち、２つの加速度計１１，２１は、管３に沿って所定の間隔Ｌ（ｍ）隔てて設置されている。固液スラグＭ単体が各加速度計１１，２１の箇所を通過すると、各々加速度波形ｂが表れるので、この加速度波形の各加速度計１１，２１における時間差ΔＴから固液スラグＭ単体の速度Ｆｐ（ｍ／ｓ）は、制御装置１１にて、Ｆｐ＝Ｌ／ΔＴで演算される。
【００３６】
更に、固液スラグＭ単体が何れか一方の加速度計１１（２１）の箇所を通過する時の振動検知時間ｔ（ｓ）と、上記固液スラグＭ単体の速度Ｆｐ（ｍ／ｓ）とから固液スラグＭ単体の長さＬｐ（ｍ）は、Ｌｐ＝Ｆｐ×ｔで求められる。
【００３７】
更に、パイプ３内の断面積をＡ（ｍ2 ）とすれば、固液スラグＭ単体の体積Ｖｐ（ｍ3 ）は、Ｖｐ＝Ｌｐ×Ａで求められる。
【００３８】
そこで、上記各式の演算を任意の計算時間Ｔ（ｈｒ）について行い、固液スラグ体積Ｖｐの合計ΣＶｐを求めることにより、固液スラグの流量Ｑｓ（ｍ3 ／hr）は、Ｑｓ＝ΣＶｐ／Ｔで求められる。
【００３９】
上記のように、この発明によれば、２つの加速度計を用いることにより、２つの圧力計を用いる従来のものより、固液スラグの長さ、強いては、固液スラグの流量を正確に求めることができる。
【００４０】
【発明の効果】
上記のように、本発明は、パイプラインなどの管路内を空気圧送される土砂の輸送量を測定する際に、前記管路に沿って２つの圧力計を、所定の間隔Ｌを隔てて設置すると共に、各圧力計により計測される圧力波形の時間差ΔＴから固液スラグの速度Ｆｐを求め、この固液スラグの速度Ｆｐと、前記管路に設置した加速度計から得られる加速度波形の振動時間ｔとから固液スラグの長さＬｐを求めることを特徴としている。すなわち、本発明は、加速度波形の振動時間ｔから、固液スラグ単体の通過時間が正確に分かるから、２つの圧力計のみを用いた従来のものより、固液スラグの長さ、強いては、固液スラグの流量を正確に求めることができる。
【００４１】
また、本発明は、パイプラインなどの管路内を空気圧送される土砂の輸送量を測定する際に、前記管路に沿って４つの圧力計を設置すると共に、上流側の２つの圧力計の差圧と、下流側の２つの圧力計の差圧との時間差ΔＴから固液スラグの速度Ｆｐを求め、この固液スラグの速度Ｆｐと、いずれか１つの差圧波形の立ち上がり時間ｔとから固液スラグの長さＬｐを求めることを特徴としている。すなわち、本発明は、２つの圧力計を１組にして、その差圧を取ることにより、固液スラグの通過を矩形波、あるいは鋸歯状波として表わせるため、２つの圧力計を用いた従来のものより、固液スラグの長さ、強いては、固液スラグの流量を正確に求めることができる。
【００４２】
また、本発明は、パイプラインなどの管路内を空気圧送される土砂の輸送量を測定する際に、前記管路に沿って２つの加速度計を、所定の間隔Ｌを隔てて設置すると共に、各加速度計により計測される加速度波形の時間差ΔＴから固液スラグの速度Ｆｐを求め、この固液スラグの速度Ｆｐと、前記管路に設置した加速度計から得られる加速度波形の振動時間ｔとから固液スラグの長さＬｐを求めることを特徴としている。すなわち、２つの加速度計を用いることにより、２つの圧力計を用いる従来のものより、固液スラグの長さ、強いては、固液スラグの流量を正確に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のスラグ流における輸送土量測定方法を適用した圧送管土砂量測定系統の概略図である。
【図２】図２は土砂圧送管の圧力波形及び加速度波形を示す図である。
【図３】本発明のスラグ流における輸送土量測定方法を適用した圧送管土砂量測定系統概略図である。
【図４】（ａ）第１，第２の圧力計の差圧波形を示す図、（ｂ）第３，第４の圧力計の差圧波形を示す図である。
【図５】本発明のスラグ流における輸送土量測定方法を適用した圧送管土砂量測定系統概略図である。
【図６】従来の圧送管土砂量測定系統の概略図である。
【図７】プラグの各時間ごとの移動を示す説明図である。
【図８】圧力と時間との関係線図である。
【図９】圧力と時間との関係線図である。
【符号の説明】
３  管路
６，７  圧力計
１１  加速度計
ｄ  土砂
Ｍ  固液スラグ
【図１】
0003970008.tif 000002
【図２】
0003970008.tif 000003
【図３】
0003970008.tif 000004
【図４】
0003970008.tif 000005
【図５】
0003970008.tif 000006
【図６】
0003970008.tif 000007
【図７】
0003970008.tif 000008
【図８】
0003970008.tif 000009
【図９】
0003970008.tif 000010