JP3597325B2 - 土砂処理用ミキサードラム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、土砂の処理に用いるミキサードラムに関し、特に建設工事により発生した土砂を固化材と混合する手段として好適なミキサードラムに関する。
【0002】
【従来の技術】
トンネル掘削工事、地下鉄工事、管路敷設工事、地下街の構築工事、道路および鉄道等の構築工事、法面の構築工事、基礎の構築工事、河川の改修工事、浚渫工事、ビルの構築工事等の建設工事、特に土木工事により発生する土砂は、一般に、ダンプトラックのような運搬手段により、残土として仮置き場、捨て場等に運搬され、最終的に廃棄される。しかし、このような処理方法では、土砂を廃棄する大きい土砂捨て場が必要である。
【0003】
上記課題を解決する従来技術の1つとして、発生した土砂を水とセメントとに混合してスラリー状の混合物を作成し、その混合物を工事現場に埋め戻す再利用技術がある(たとえば、実開平7−56368号公報)。この再利用技術によれば、スラリー状の混合物がセメントを含むから、埋め戻し後に締め固めをする必要がないし、自然を破壊して得た天然資材を使用する必要がなく、しかも混合物が固化後にある程度の止水性および機械的強度を有するから、固化後の混合物が埋設物の保護材として寄与する。
【0004】
この再利用技術は、土砂をダンプトラックにより仮置き場に運搬し、運搬した土砂を仮置き場に設置された泥水製造装置にバックホーにより転載し、土砂と水とを泥水製造装置により混合して泥水を作成し、その泥水をミキサー車に転載して打設現場に運搬し、運搬した泥水を打設現場に設置されたミキサーに転載し、そのミキサーにより泥水とセメントとを混合して流動性混合物を作成し、その混合物を埋め戻しのために打設する。
【0005】
しかし、従来のミキサーおよびミキサー車は、攪拌羽根を回転させることにより土砂を攪拌するにすぎないから、土砂中の土の大きな塊を破砕する機能を欠き、したがって土砂と固化材とが効果的に混合されない。
【0006】
【解決しようとする課題】
本発明は、土の大きな塊を確実に破砕する構造とすることにある。
【0007】
【解決手段、作用、効果】
本発明の土砂処理用ミキサードラムは、回転軸線を有するドラムシェルであって回転軸線の方向における一端部に投入口兼吐出口を有するドラムシェルと、該ドラムシェルの内側に固定されて回転軸線の周りを螺旋状に伸びる1以上の帯状体と、該帯状体のドラムシェルの側と反対の側の縁部に間隔をおいて取り付けられた剣状の複数の突起物とを含む。各突起物は、その幅方向が帯状体への当該突起物の取付部における帯状体の伸長方向と交差する状態に、ドラムシェルの内側に取り付けられているとともに、帯状体から回転軸線に向けて突出する。
【0008】
帯状体および突起物は、ドラムシェルの回転にともなって回転される。ドラムシェル内の土砂のうち、土の大きな塊は、帯状体および突起物の回転により破砕される。特に、各突起物を、その幅方向が帯状体への当該突起物の取付部における帯状体の伸長方向と交差する状態にドラムシェルの内側に取り付けたことと、帯状体から回転軸線に向けて突出させたこととから、土の大きな塊は突起物の回転にともなって突起物により切断されて、確実に破壊される。
【0009】
上記のように、本発明によれば、剣状の複数の突起物をドラムシェルの内に配置し、各突起物を、その幅方向が帯状体への当該突起物の取付部における帯状体の伸長方向と交差する状態にドラムシェルの内側に取り付けるとともに、帯状体から回転軸線に向けて突出させたから、土の大きな塊は突起物により確実に破砕される。
【0010】
さらに、一端部がドラムシェルの内側に取り付けられかつ他端部が帯状体または突起物に取り付けられた1以上の線状部材、もしくは、突起物の先端に取り付けられた1以上の線状部材を含むことが好ましい。このようにすれば、線状部材がドラムシェルの回転にともなって回転されるから、ドラムシェル内の土の大きな塊は、線状部材によっても切断されて、より確実に破壊される。
【0011】
ドラムシェルをその回転軸線が傾斜した状態に支持手段に支持させることができる。そのような支持手段として、土砂と固化材とを混合しかつ運搬するミキサー車の台車をとすることができる。このようにすれば、ミキサー車を、土砂と固化材とを混合させてスラリー状の混合物を作成する手段と、その混合物を運搬する手段との両者に用いることができ、土砂の処理能力が向上する。
【0012】
【発明の実施の形態】
先ず、本発明のミキサードラムを用いて土砂を処理する機械設備の実施例について図面を参照して説明する。
【0013】
図1〜図3を参照するに、土砂を処理する機械設備は、土砂と固化材とを混合しかつ運搬するミキサー車10と、適宜な場所に設置された固化材投入装置12(図1参照)と、処理すべき土砂の発生現場またはその近傍に設置された土砂積込み装置14(図2参照)と、打設現場に設置された打設装置16(図3参照)とを含む。
【0014】
ミキサー車10は、運転台を備える台車20と、台車20に逆転可能に組み付けられた土砂処理用ミキサードラム22と、ミキサードラム22に積み込む土砂および固化材を受けるホッパー24と、ミキサードラム22からの混合物の放出の際に用いるシュート26と、ミキサードラム22を正転および逆転させる駆動機構28とを備えるトラックミキサー車である。
【0015】
図4に示すように、ミキサードラム22は、直径寸法が大きい径大部および直径寸法が径大部の側から漸次減少する径小部とを有するドラムシェル24を備え、また径大部の側が径小部の側より下方となるように、回転軸線30を傾斜させた状態に台車20に回転可能に支持されている。
【0016】
ドラムシェル24は、投入口兼吐出口32を回転軸線30の方向における一端(径小部の側の端)に、台車20に回転可能に受けられる複数の受け部34を径小部の側の端部外周に、および、台車20に回転可能に受けられる穴36を回転軸線30の方向における他端面(径大部の側の端面すなわち底面)にそれぞれ有する。
【0017】
ドラムシェル24内には、複数(図示の例では2つ)のブレードすなわち帯状体38と、帯状体38に所定の間隔をおいて取り付けられた複数の突起物40と、ピアノ線のような金属線からなる複数の線状部材42と、複数(図示の例では2つ)の攪拌羽根44と、複数(図示の例では、2つ)の補助羽根46とが配置されている。
【0018】
各帯状体38は、回転軸線30の周りを螺旋状に伸びており、また複数のねじ部材を用いた止め具、溶接等によりドラムシェル24の内面に移動不能に組み付けられている。各帯状体38は、図4に多数の湾曲した線48で示すようにドラムシェル24の径小部に対応する部分において縦に長いC字状に変形されており、また図示してはいないが厚さ方向に貫通する複数の穴を有する。帯状体38は、回転軸線30に関して互いに対称となるように配置されている。
【0019】
図5〜図7に示すように、各突起物40は、先鋭な先端から弧状に伸びて幅方向両縁部に達する刃50を有しており、また厚さ方向に貫通しかつ後端側に開口する凹所52を後端部に有する。突起物40は、その幅方向が帯状体38への当該突起物の取付部における帯状体38の伸長方向とほぼ直角方向となりかつ刃50を有する部分が帯状体38から回転軸線30の側に突出するように、凹所52においてドラムシェル24と反対の側の帯状体38の縁部に嵌合され、その状態に複数のねじ部材を用いた止め具、溶接等により帯状体38に組み付けられている。
【0020】
線状部材42は、一端部をドラムシェル24の内面に適宜な止め具、溶接等により移動不能に取り付けられ、他端部を帯状体38の側面に適宜な止め具、溶接等により移動不能に取り付けられている。図示の例では、長い金属線をドラムシェル24の内面と帯状体38の側面とに順次取り付けて、ジグザグ状に配置することにより、複数の線状部材42を形成している。
【0021】
しかし、線状部材42の他端部を適宜な突起物40に取り付けてもよいし、図8に示すように長い金属線を複数の突起物40の先端に取り付けることにより、複数の線状部材42を形成してもよい。また、金属線の代わりに、ワイヤーにより線状部材を形成してもよい。
【0022】
図4および図8に示す例では、突起物40および線状部材42は、ドラムシェル24の径大部に対応する部分にのみ配置されているが、ドラムシェル24の径小部に対応する部分にも配置してもよい。
【0023】
各攪拌羽根44は、異なる帯状体38の側面に移動不能に取り付けられた棒状部材54に、溶接、止め具等により移動不能に取り付けられている。各補助羽根46は、投入口兼吐出口32の近傍にあってドラムシェル24に、溶接、止め具等により移動不能に取り付けられている。
【0024】
図1を参照するに、固化材投入装置12は、セメントを収容しかつ収容しているセメントを排出するセメントサイロ60と、水を収容している水タンク62と、タンク62内の水を送出する水中ポンプ64とを備える。固化材投入装置12は、処理すべき土砂を発生する工事現場、その近傍、混合物を打設する工事現場またはその近傍のいずれの場所に設置してもよいし、それらの場所と異なる場所に設置してもよい。
【0025】
図2を参照するに、土砂積込み装置14は、建設工事現場において発生した土砂を受けかつ一時貯留する土砂タンクにより形成されており、また土砂を流出させる流出口66を有する。処理すべき土砂は、バックホーのような掘削手段により直接土砂積込み装置14に投入してもよいし、ショベルカーのような積み換え手段により土砂積込み装置14に投入してもよい。
【0026】
図3を参照するに、打設装置16は、ミキサー車10から排出される混合物を受けるホッパー70と、ホッパー70に受けた混合物を打設するためのポンプ72とを備える。ホッパー70は、受けた混合物中の大きい塊を篩いかつ混合物の固化を阻止するように、振動する機能を有する。ポンプ72は、スクイーズポンプのような公知のコンクリート用またはモルタル用のポンプである。
【0027】
図示の例では、打設現場は地盤を開削工法により掘削された溝74に被敷設物76を埋設する建設工事現場であり、混合物は被敷設物76の周りに埋め戻される。被敷設物76は、図示の例では、ボックスカルバートである。掘削溝74は、複数の覆工板78により開放可能に閉鎖されている。打設装置16は、覆工板78に受けられている。
【0028】
図9〜図12に示すように、ホッパー70は、固化材と土砂とのスラリー状混合物を受けるホッパー本体80と、ホッパー本体80に本質的に水平に配置された網82と、ホッパー本体を支持する支持手段すなわちフレーム84と、ホッパー本体80に振動を与える振動発生器86と、網82の撓みを防止するT型またはL型のアングル材88と、ホッパー本体80の上方に設けられた飛散防止用のカバー90とを含む。
【0029】
ホッパー本体80は、上方に開口する直方体状の箱の形をしている。ホッパー本体80の底部は上方に開口するラッパの形をしており、その底部は混合物のための排出路すなわち排出口92に連通している。排出口92は、ポンプ72の流体流入路96に連通されている。
【0030】
網82は、金属線により製作されており、またホッパー本体80の上部開口を閉鎖するようにホッパー本体80の上端部に溶接、止め具等により移動不能に取り付けられているとともに、図12に示すようにアングル材88に溶接されている。
【0031】
フレーム84は、複数の長尺部材により形成されている。振動発生器86は、電力または圧縮空気を用いる公知の外部振動機であり、ホッパー本体80の外面に複数のねじ部材により取り付けられている。カバー90は、織布のようなシート材または鉄板で形成されており、また振動発生器86に対して反対の側の面に対応する部位を開放するように、ホッパー本体80またはフレーム84から上方へ伸びる複数の支柱94に取り付けられている。
【0032】
アングル材88は、網82の長手方向中央部を幅方向へ伸びるように、ホッパー本体80またはフレーム84に取り付けられている。このため、アングル材88は、網82が混合物の重量により撓むことを網82の長手方向中央部において防止している。
【0033】
次に、上記の機械設備を用いる本発明の土砂処理方法の実施例を図13を参照して説明する。
【0034】
処理すべき土砂は、トンネル掘削工事現場、地下鉄工事現場、管路敷設工事現場、地下街の構築工事現場、道路および鉄道等の構築工事現場、法面の構築工事現場、基礎の構築工事現場、河川の改修工事現場、浚渫工事現場、ビルの構築工事現場等の建設工事現場、特に土木工事現場で発生する。
【0035】
先ず、土砂の比重が建設工事現場すなわち土砂発生現場において土砂データとして測定される(ステップ110)。土砂データは、土砂圧送式泥奨シールド機のように土砂をスラリー状に排出する機械を用いる建設工事の場合、その機械に備えられた密度計に得られるデータを基に算出することができ、またバックホーのような他の機械を用いる建設工事の場合、市販されている、密度計、重量計等に得られるデータを基に算出することができる。
【0036】
次いで、測定値を基に、固化材としてのセメントペースト成分(セメントおよび水)の配合割合と、固化材および土砂の配合割合とが算出される(工程111)。セメントペーストの配合割合の算出は、積み込むべきセメントおよび水の量を算出することにより行われる。したがって、積み込むべきセメントおよび水の量は、たとえば、混合物中のセメントと水の量の目的値(設計量)を予め設定しておき、設定されたセメントの目的値を積み込むべきセメントの量として得るとともに、水の目的値から土砂の含水量を減じることにより得た値を積み込むべきの量として得ることができる。
【0037】
固化材および土砂の配合割合の算出は、積み込む土砂の量を算出することである。したがって、土砂の比重をX、積み込むセメントの量をCkg/m3 、積み込む水の量をWkg/m3 としたとき、積み込む土砂の量Yは次の(1)式から得ることができ、混合物の設計比重γPは次の(2)から得ることができる。
【0038】
Y=1000−(C/3.15)−(W/1.0) ・・・(1)
【0039】
γP=(C+W+XY)/1000 ・・・(2)
【0040】
次いで、工程111で算出し量のセメントおよび水をそれぞれセメントサイロ60およびポンプ64によりミキサー車10のミキサードラム22に積み込み、積み込んだセメントおよび水の混練すなわち混合を開始する(工程112)。セメントおよび水をを別の場所で積み込んでもよい。
【0041】
次いで、工程111で算出した量の土砂を土砂積込み装置14によりミキサー車10のミキサードラム22に積み込み、積み込んだ固化材と土砂との混合を開始する(工程113)。ミキサードラム22は、ミキサー車10が固化材投入装置12の設置場所から土砂積込み装置14の設置場所に移動するまでの間も継続して回転されており、したがってその間もセメントと水との混練が継続される。
【0042】
次いで、固化材を土砂とがミキサー車10により打設現場に搬送される(工程114)。ミキサードラム22は、ミキサー車10が土砂の積込み場所から打設現場に到達するまでの間も、回転される。このため、固化材と土砂との混練が継続され、スラリー状の混合物が形成される。
【0043】
土砂中の土の大きな塊は、突起物40および線状部材42がミキサードラム22の回転にともなって回転されることにより、突起物40または線状部材42により小さく破砕され、その結果土砂とセメントミルクとが好適に混練される。
【0044】
ホッパー70への混合物の積換え時、ミキサードラム22は逆転される。これにより、ミキサードラム22内の混合物は、帯状体38によりシュート26に排出され、シュート26からホッパー70に流出する。ホッパー70に流出した混合物中の大きな塊は、網82によりホッパー本体80内に落下することを防止される。
【0045】
振動発生器86は、混合物の積換えの間およびホッパー本体80内に混合物が存在する間、駆動される。このため、ホッパー本体80が振動されるから、ホッパー本体80内における混合物の固化が防止されるのみならず、網82上の土の大きな塊が破砕されて、ホッパー本体80内に落下する。カバー90は、混合物がシュート26から網82の上に流出するときの混合物の飛散と、ホッパー本体80の振動に起因する網82上の混合物の飛散とを防止する。
【0046】
次いで、混合物の比重が測定される(工程115)。混合物の比重は、工程110における土砂の比重の測定と同様の手段および手法により測定することができる。
【0047】
混合物の比重の測定値が目標値(設計比重)に対して所定範囲(たとえば、±5%)内であるか否かが判定される(工程116)。混合物の比重が所定範囲を超えていると、工程111に戻って次回からの混合物の配合割合を訂正した後、打設を開始する。混合物の比重が±5%の範囲を超えていないと、打設を開始する(工程117)。混合物の打設は、ホッパー70内の混合物をポンプ72により掘削溝74に排出することにより、行われる。
【0048】
次いで、打設量が予定量に達したか否かが判定される(工程118)。打設量が予定量に達していないと、打設量が予定量に達するまで工程112〜118が繰り返される。打設量が予定量に達すると、機械設備、特にミキサー車10を洗浄した(工程119)後、その打設箇所への打設を終了する。その後は、次の打設箇所への打設のための土砂処理が上記と同様に行われる。
【0049】
上記の工程の大部分で用いるセメントは、一般的なコンクリート構造物に用いられている普通ポルトランドセメントのような通常のセメントであるが、少なくとも最上部に打設する混合物に用いるセメントを、普通ポルトランドセメントより早く固化する早強ポルトランドセメントのような早強セメントとすることが好ましい。
【0050】
このようにすれば、打設完了後の混合物の上層部は、下部に比べ短期間で固化する。これにより、打設した混合物の上を早期に利用することができる。たとえば、早強ポルトランドセメントを用い、その配合割合Cを100kg/m3 としたとき、打設から4〜5日で混合物の強度が0.3kgf/cm3 程度になり、作業者が混合物の上に乗ることができた。通常のセメントの代わりに他の固化材料を用いてもよい。
【0051】
工程115および116における比重の測定および比較は、ミキサー車10内の混合物について行ってもよい。この場合、工程116から工程111に戻り、工程111において新たな配合割合を算出し、工程112において混合物の比重の不足分または過剰分に対応するセメントまたは水を補給した後、工程113以後の工程を実行してもよい。また、ミキサー車10を打設現場に移動させる前に、工程115および116を実行してもよい。さらに、固化材の積込みを土砂の積込みの後に固化材の積み込みを行ってもよい。
【0052】
セメント、水および土砂の配合割合と、設計比重(比重の目標値)との一例を図14に示す。土砂は、土砂圧送式泥奨シールド機から排出されるスラリー状の土砂である。
【0053】
図14に示す例では、掘削溝74の頂部(少なくとも最後)に埋め戻す混合物の配合割合(標準配合A)と、ボックスカルバートの側部に埋め戻す混合物の2種類の配合割合(標準配合BおよびC)とを異なる値に設定している。しかし、それらは同じ値であってもよい。また、掘削溝74の底に所定量の混合物を打設し、その上に被敷設物76を配置し、さらに被敷設物76の周りに混合物を打設してもよい。
【0054】
打設すべき箇所は、ボックスカルバートの敷設用の掘削溝のみならず、埋め戻し箇所、盛り土箇所、構造物の構築箇所等の適宜な箇所とすることができる。したがって、打設する混合物は、埋め戻し材として用いることができるのみならず、トンネル構築工事、管路敷設工事および地下鉄工事における裏込め材、構造物構築用の材料、法面覆工用の材料、基礎用材料、堤防またはダムのコア材等としても利用することができる。
【0055】
本発明は、上記実施例に限定されない。たとえば、ミキサードラム22を、台車20に取り付ける代わりに、現場に設置する設置型のフレームに回転軸線30を傾斜させた状態に取り付けてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の1つの工程を示す図であって本発明のミキサードラムを備えたミキサー車と固化材投入装置の一実施例を示す。
【図2】本発明の他の1つの工程を示す図であってミキサー車と土砂積込み装置の一実施例を示す。
【図3】本発明のさらに他の1つの工程を示す図であってミキサー車と打設装置と非敷設物の一実施例を示す。
【図4】本発明にかかるミキサードラムの一実施例を示す断面図である。
【図5】突起物の一実施例を示す正面図である。
【図6】図5に示す突起物の側面図である。
【図7】図5に示す突起物の平面図である。
【図8】本発明にかかるミキサードラムの他の実施例を示す断面図である。
【図9】ホッパーの一実施例を示す正面図である。
【図10】図9に示すホッパーの平面図である。
【図11】図9の11−11線に沿って得た断面図である。
【図12】ホッパーの網とアングル材との関係の一実施例を示す部分図である。
【図13】本発明の方法を説明するための工程の一実施例を示す図である。
【図14】混合物の配合割合の実施例を示す図である。
【符号の説明】
10 ミキサー車
12 混合物投入装置
14 土砂積込み装置
16 打設装置
20 台車
22 ミキサードラム
24 ドラムシェル
30 回転軸線
32 土砂の投入口兼吐出口
38 帯状体
40 突起物
42 線状部材
Claims (4)
- 回転軸線を有するドラムシェルであって前記回転軸線の方向における一端部に投入口兼吐出口を有するドラムシェルと、前記ドラムシェルの内側に固定されて前記回転軸線の周りを螺旋状に伸びる1以上の帯状体と、該帯状体の前記ドラムシェルの側と反対の側の縁部に間隔をおいて取り付けられた剣状の複数の突起物とを含み、各突起物は、その幅方向が前記帯状体への当該突起物の取付部における前記帯状体の伸長方向と交差する状態に取り付けられているとともに、前記帯状体から前記回転軸線に向けて突出する、土砂処理用ミキサードラム。
- さらに、一端部が前記ドラムシェルの内側に取り付けられ、他端部が前記帯状体または前記突起物に取り付けられた1以上の線状部材を含む、請求項1に記載のミキサードラム。
- さらに、前記突起物の先端に取り付けられた1以上の線状部材を含む、請求項1に記載のミキサードラム。
- 前記ドラムシェルは、その回転軸線を傾斜させた状態に支持手段に支持されている、請求項1,2または3に記載のミキサードラム。
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