JP4521222B2

JP4521222B2 - 分級装置、方法

Info

Publication number: JP4521222B2
Application number: JP2004150082A
Authority: JP
Inventors: 利久谷口; 洋仁田尾; 健一今給黎
Original assignee: Fudo Tetra Corp
Current assignee: Fudo Tetra Corp
Priority date: 2004-05-20
Filing date: 2004-05-20
Publication date: 2010-08-11
Anticipated expiration: 2024-05-20
Also published as: JP2005330712A

Description

本発明は、清掃が容易で、性能が変化しない、泥土の分級装置、特に高圧噴射撹拌系の地盤改良工法において発生する固化材混入の排泥土の分級装置、方法に関する。

地盤改良工法等で使用されているシールド泥水で、固化材（例えばセメント）が混入していない泥土の脱水装置は、従来から知られているが、セメントを含む泥土を対象としたものは実用されていない。
例えばフィルタプレスを用いると、使用時間の経過に伴ってフィルタにセメントが付着・固化して目詰りを起こし、極端に装置の脱水性能が低下する。
又、装置の洗滌に手間が掛かり、少量のセメントでも残っていると固まって、フィルタが使用できなくなると言った不都合がある。
特開平１１−１５６１１１号公報特開２０００−１９７８０２号公報特開２００１−１９３１００号公報

解決しようとする課題は、固化材が混入した泥土、若しくは、加えて凝集剤が添加されている泥土を対象とする分級装置で、使用時間、回数が重なっても脱水効率が低下すること無くフィルタに固化材が残留しない、簡単に清掃・洗滌ができ、構造が簡単で設備費が少なくて済む泥土分級装置、方法を提供する事。

請求項１に係る発明は、円筒タンク内の両端に対向して前面にフィルタを装着した一対の通気・通液性ピストンを設け、タンク内壁面と対向するピストン間とに囲まれた泥土圧搾室を形成して、前記の通気・通液性ピストンを圧搾室内に往復動させ、この際に一方のピストンの裏側空間を低圧状態にすると共に泥土圧搾室に圧縮空気を送給しながら前記室内へ投入した泥土を押圧して脱水ケーキを形成する一方、ピストンによる泥土脱水ケーキの排出工程で、各フィルタを通し圧搾室側に向かって圧縮空気を噴射して、フィルタに残留する固化材を除去・清掃する泥土分級装置を特徴とし、又、圧搾室に開口した泥土投入、排出口を閉鎖すれば、容易に水洗、洗滌を可能にする、メンテナンスの容易な装置である。
又、請求項２に係る発明は、二つに分割された円筒タンクのそれぞれのタンク部分内に対向して前面にフィルタを装着した一対の通気・通液性ピストンを設け、タンク内壁面と対向するピストン間とに囲まれた泥土圧搾室を形成して、前記の通気・通液性ピストンを圧搾室内に往復動させ前記室内へ投入した泥土を押圧して脱水ケーキを形成する一方、請求項１に係る発明と同様ピストンによる泥土脱水ケーキの排出工程で、各フィルタを通し圧搾室側に向かって圧縮空気を噴射して、フィルタに残留する固化材を除去・清掃する泥土分級装置を特徴とし、又、圧搾室に開口した泥土投入口を閉鎖し、二つのタンク部分を合体させれば、容易に水洗、洗滌を可能にする、メンテナンスの容易な装置である。
更には、組立て式フィルタを装着し、フィルタの洗滌、再生を容易、完全にする。

地盤改良工法施工の際に不可避的に発生する固化材（例えばセメント）を混入した泥土の後処理で、泥土から水を分離して見掛けの容量を３割乃至５割近く減縮させ、以って後処理工程を容易にする。
固化材が混入した泥土の脱水に当り、長期間に亘って脱水効率が低下することの無い装置、方法及びフィルタ、装置全体の水洗・洗滌を容易にして、固化材が残留することが無い装置を提供する。
かつ、構造が簡単で、設備費が少なくて済むと言う利点を備える。

装置から泥土の脱水ケーキを排出する工程で、通気・通液性ピストン側から、フィルタ部材を通して圧縮空気を圧搾室側に向けて噴射し、フィルタに残留する固化材などを吹き飛ばし、フィルタを清掃して、その目詰りを防止する。
硬質環状体の平面に合わせて細線を並行して張設したフィルタ部品を複数枚、前記細線を相互に交差させるよう重ね合わせ一つに形成したフィルタを使用し、固化材による目詰りを清掃するときは、フィルタを各部品に分解して、一枚ずつ丸洗い、洗滌する。

図１は、本発明の一実施例の概略図で、泥土投入工程を示し、総ての部材が原位置、作動停止状態にある。
以下に、同図を参照して、その構成の説明をする。
円筒状タンク１の両端に対向して、それぞれ１対の通気・通液性ピストン２、シリンダ３を設け、タンク１の内壁とピストン２に挟まれた空間により泥土の圧搾（脱水）室４を形成する。
１対のピストン２は、各シリンダ３の作動に基づき、ピストンロッドを介して圧搾室４内でタンク１の軸方向に対向して往復動する事により、同室内に投入された泥土を押圧・脱水する。

圧搾室４の軸方向一側のタンク周壁の上側にはホッパ付きの泥土投入口５を、前記泥土投入口とは軸方向に偏位した少なくともタンク周壁の下側位置に、脱水ケーキ排出口６を開口する。
圧搾室４内を滑動する前記一方のピストン２は、往復動中の特定位置で、泥土投入口５と脱水ケーキ排出口６との連通を遮断する事ができる。
前記ピストン２の各対向面には、それぞれフィルタ７を装着すると共に、脱水ケーキ排出工程中、各フィルタ７の裏側に連通する圧縮空気送給手段を解放して、フィルタ７を通し圧縮空気を圧搾室側に向かって噴射できるように設けている。

一対のピストンの他方はケーキ排出ピストン２−１、一方のピストンは泥土圧搾ピストン２−２で、両ピストン２の定位置は、図１に示す通り、排出ピストン２−１は圧搾室４内で最も縮んだ位置、泥土圧搾ピストン２−２は、圧搾室４に対してタンク壁に開口した泥土投入口５を解放し、かつ、ケーキ排出口６を遮断する位置にある。

フィルタ７、排出ピストン２−１の後側空間には、それぞれ、バルブを介して圧縮空気送給手段８及び真空吸引手段９を、同空間の下側壁には排水口１０が、連通している。
フィルタ７、圧搾ピストン２−２の後側空間には、バルブを介して圧縮空気送給手段８が連通する。なお、図示の系統図では、圧縮空気送給手段８を左右、独立して設けてあるように記載されているが、同手段は纏めて設置する事ができる。
その他、圧搾室４にも、バルブを介して圧縮空気送給手段８が連通する（図２参照）。
ケーキ排出口６に続く垂直通路壁の圧搾室４側に水回収部材１１を取付け、その端部をタイミングを測ってケーキ通路空間に出入できるように設ける。
かくして水回収部材１１は、通路壁に添って流れ落ちる排水を集積槽に導く。

図４は、ピストン２及びシリンダ３の詳細図で、図４（ａ）示のピストン２前面には通気・通液用リング溝及び放射方向溝１２を削設し、又、同溝に連通してピストン２の裏面空間迄届く通気・通液孔１３を複数個穿設する。なお、ピストン２の前側表面には、フィルタ７が装着されている。
前記フィルタ７は、ピストン前面に設けたフィルタ固定フランジに嵌め込む事により、ピストンに装着、取外しが簡単にできる構造になっている。

図４（ｂ）の側面図では、ピストン２の前側面に削設した通気・通液用リング溝１２及び同溝底に連通しピストン２の裏面空間迄届く通気・通液孔１３の構造が示されている。
なお、ピストン２とシリンダ３との間は、ピストンロッドを介して連結し、シリンダ３における往復動作をピストン２側に伝達している。
本実施例でピストン前面に装着するフィルタ７は、ピストン２と同形、同大の外形を備え、この種業界に流通する一般のフィルタが使用可能である。
泥土に凝集剤を混入したときには、フィルタの網目を１〜２mm^２程度とすることができる。
次に、本実施例に適合する構造を備えたフィルタを備えた装置を、実施例２として説明する。ただし、フィルタ以外の装置の詳細構造は、実施例１と略、同様とする。

図５（ａ）は、本発明の別の実施例装置に施されたフィルタ７の分解図を示すもので、その部品Ａ（Ｂ，Ｃも同一構造）は、硬質リング１４平面に、狭い間隙をおいて並行してワイヤ１５を張設して成るものである。
図で、部品Ｂ，Ｃのワイヤ１５の張設方向は、それぞれ部品Ａのそれと相違するように表示されているが、周向に回転すれば、総て同一形状である。要するに、部品Ａを３枚用意すれば足りる。
前記硬質リング１４の材質は、例えば、鉄、ステンレススチール等で、その外形はピストン２と同形、同大であり、ワイヤ１５のそれは、ピアノ線、ナイロン糸等である。
図５（ｂ）、（ｃ）は、前記部品Ａ，Ｂ及びＣを、各部品の張設ワイヤ１５の方向を交叉させるようにして重ね合わせ、一つに形成したフィルタ７の側面図、平面図である。

部品Ａ，Ｂ及びＣのリング１４の重合平面一部にそれぞれ凹凸を設け、部品Ａ，Ｂ及びＣを重ね合わせたとき、前記凹凸を嵌着すると自ずと張設ワイヤ１５同士の交叉角が決まるようにしても良い。
図５（ｃ）に示すフィルタ７では、ワイヤ１５の張設間隔が、略、フィルタの目の大きさを成している。前記フィルタ７も通常のフィルタ同様、ピストン２前面に装着する。
図５のフィルタ７は、部品Ａ，Ｂ及びＣを一つに重ねたものであるが、必ずしも３枚で構成することを要さず、２枚以上であれば成立する。

上述の通り構成された泥土分級装置の操作手順、脱水方法の説明をします。
ここで分級対象とされている泥土は、さきに述べた通り。
図１は、さきにも述べた通り、初期（待機）段階、泥土投入工程を示すもので、ケーキ排出ピストン２−１は圧搾室４内で最も縮んだ位置、泥土圧搾ピストン２−２は圧搾室４に対し泥土投入口５は解放するが、ケーキ排出口６を遮断する位置迄、進出して停止している。
なお、泥土投入口５に開閉蓋を設けた場合は、圧搾室４の上部壁の何処にでも設ける事ができる。

ホッパ付き泥土投入口５を介して、圧搾室４内に泥土を充填する（この時、圧搾室４の容量が最大）と、停止していた圧搾ピストン２−２を、シリンダ３の操作により圧搾室４内に前進・作動させて泥土を軽く抑えると共に、圧搾室４の泥土投入口５を外気から閉鎖する（図２参照）。
尤も、投入口５を閉鎖するには必ずしも圧搾ピストン２−２を用いる事を要さず、泥土充填後に投入口５に取け付けた蓋を閉鎖して、圧搾室を外気から密封するようにしても良い。兎も角、泥土を圧搾する前に圧搾室４を外気に対し閉鎖する事が必要である。
以後、圧搾室４内の泥土は、排出ピストン２−１と圧搾ピストン２−２との間で押圧され、含有する水がフィルタ７、ピストン２を通して絞り出される。

図２は、脱水工程を示し、同工程では、排出ピストン２−１側の排水口１０（バルブ）を閉じ、真空・吸引手段９のバルブを開にした侭（矢印方向吸引）、圧搾ピストン２−２を徐々に前進させ、圧搾室４内の泥土を略、７Kg／cm^２程度で圧縮して、その中に含まれた水分をフィルタ７、ピストン２の通気・通液用リング溝１２、通気・通液孔１３を通してピストン２の裏面空間側に分離（級）（矢印方向）する。

その際、排出ピストン２−１の裏側空間を低圧状態にして置く事、又、圧搾室４に対して圧縮空気送給手段８を連通（矢印方向）させて、泥土中の水分を効果的に、ピストン２の裏側空間に引出し、絞り出すようにしても良い。
これは、フィルタ又は被圧搾泥土中において、水の通過よりも圧縮空気の方がより通過し易いことを利用し、空気の通過道に沿って水を導出させる事で、圧搾厚の厚い泥土の効率的脱水を可能にしている。
又、ピストン２の押圧は、初期圧縮圧を低くし、低速で徐々に圧力を高めて、プレスをすると、フィルタの目詰りも少なく、泥土の中央部迄の脱水が可能になる。

同時に、ケーキ排出口６に続く垂直通路壁から水回収部材１１の端部を通路空間に突出させ、それによりフィルタ７、圧搾ピストン２−２を通って、ピストン２の裏側空間の圧搾室４底壁に絞り出された水を、ケーキ排出口６、通路壁、水回収部材１１を介して排水集積槽に収容する。
若干の時間を置いて、真空・吸引手段９を閉にすると共に、排水口１０（バルブ）を開にして、ピストン２−１の裏側空間底壁に絞り出された水を排水集積槽に流す。

圧搾室４内の泥土は、充分に押圧されて含有水分が絞り出され、初めの容量よりも見掛け上、３割乃至５割程度、縮小して脱水ケーキを形成する。
固化材を含む泥土に凝集剤を混入した場合、メッシュの粗い（例えば、２mm×２mm程度)ものでも、透明度の良い水を排水する事ができる。
しかし、凝集剤を混入していないときには、瀘布材のようなメッシュの細かい（目詰りし易い）ものでないと排水ができない。
上述のように泥土中に含有されていた水分は、総て排水集積槽に収容され、用途に応じて再利用が可能である。
次に、排水口１０（バルブ）を閉にし、圧縮空気供給手段８（バルブ）を開にする。

図３は、ケーキ排出、清掃工程を示しており、シリンダ３を作動して圧搾ピストン２−２を後退させ、短縮位置まで持ち来すと、圧搾ピストン２−２は圧搾室４に対し泥土投入口５及びケーキ排出口６を開放して、ピストン２−２の裏側空間を密閉する位置迄、後退する。
この時、ピストン２−２の後側空間に連通する圧縮空気供給手段８（バルブ）を開にすれば、この圧縮空気が、少なくともフィルタ７を通って排出ケーキ（圧搾室）側に噴射して、泥土圧縮、排出に当って、ピストン２、フィルタ７に僅かに残留する固化材などを吹き飛ばし、通気・通液性ピストン２、フィルタ７の清掃を行う。

同時に、シリンダ３を作動して排出ピストン２−１を前進させて、脱水ケーキを押し出しながら、フィルタ７を通して圧縮空気を噴出させ、泥土圧縮、排出に当って、ピストン２、フィルタ７に僅かに残留する固化材を吹き飛ばして、ピストン２、フィルタ７の清掃を行う。

この時には既に、ケーキ排出口６に続く通路壁の設けた水回収部材１１の端部が通路壁の空間から回収されているから、脱水ケーキ排出口６から脱水ケーキが排出されても、それが水回収部材１１に支えるおそれは無い。
前記ケーキ排出口６を通して脱水ケーキを排出し終わった段階で、ピストン２、フィルタ７及び圧縮空気送給手段８、真空・吸引手段９、排水口バルブ、水回収部材１１は、図１に示す、定位値に復帰する。

斯くして泥土分級工程の一サイクルが終了し、装置の各構成部材は、図１に示す原位置って、次工程の待機をする。
上記分級工程においては、押圧力による脱水、負圧による脱水と、圧縮空気による排出の使い分が可能で、フィルタ７、ピストン２の通気・通液用リング溝１２、通気・通液孔１３は、両方向から清掃される。

必要に応じ、本実施例の泥土脱水装置を洗滌しようとするときには、圧搾室４に開口した泥土投入口５及びケーキ排出口６をシャッタで閉鎖した後、圧搾室４内に水を注入して、シリンダ３を操作しピストン２を緩やかに１０回程度、往復移動させることにより、装置要部の水洗いが可能で、簡単に清掃することができる。
又、装着フィルタ７のみを水洗いするには、ピストン２から外したフィルタ７を、部品Ａ，Ｂ及びＣに分解すれば、フィルタ細線の交叉部が解消するので、それぞれを丸洗いする事により、完全に固化材を清掃して目詰りを防ぐ。
装着時には、勿論、部品Ａ，Ｂ及びＣを重ね合わせて一つのフィルタ７を構成する。

実施例１で説明した装置では、円筒タンク１を一体的に構成してその中に圧搾室４を形成し、この圧搾室４に泥土投入口５及びケーキ排出口６を穿設、開口したが、本実施例では前記円筒タンク１をケーキ排出口６を境にして２分割し、ケーキ排出口６を拡げ、又は閉める構成を採用する。
即ち、円筒タンク１の一部と、これに嵌着・滑動する圧搾ピストン２−２とを、一体的に円筒タンク１本体の共通軸方向に往復移動・合体させる事により、円筒タンク１本体と他側のケーキ排出ピストンを備えた円筒タンク１の一部との間で圧搾室４を形成したり、前記圧搾室４の一側端に続くケーキ排出口６を開口したりする事を可能とする。

この場合は、円筒タンク１の一部と、これに嵌着・滑動する圧搾ピストン２−２とを、他側の円筒タンク１本体に対して一体的に往復移動させるためのアクチュエータを別に必要とする。なお、円筒タンク１本体側の構成の大略は、実施例１の排出ピストンを含む構造と同一とする。また、円筒タンク１の一部における圧搾ピストン２−２の後側空間にも、真空・吸引手段９を連通する事も可能である。

実施例３の場合、円筒タンク１の一部を他側の円筒タンク１本体と合体させ、タンク内壁と一対のピストン間で圧搾室４を形成した後に圧搾室４に対して泥土を投入し、分級工程が開始され、また、脱水ケーキは、円筒タンク１の一部が軸方向に後退し、圧搾室に対してケーキ排出口６が開口した後に、排出される。
この実施例では、泥土投入口５に開閉蓋を設けることが必要になる。
又、フィルタ７の清掃も、圧縮空気送給手段を各ピストン２の前側で、フィルタ７の後側の個所に連通するようにして、残留する固化材を吹き飛ばすことが可能である。

圧縮空気は、フィルタ７を介して圧搾室側に、又、ピストン２を通し、各後側空間に向けて噴出する。
装置の洗滌は、当然、円筒タンク１の一部を他側の円筒タンク１本体と合体させ、タンク内壁と一対のピストン間で圧搾室４を形成した後でなければ実施することができない。

高速、高品質な施工が可能な高圧噴射撹拌系の地盤改良工法で不可避的に発生する固化材（又は凝集剤）混入の泥土の後処理で、泥土を脱水して見掛けの排出容量を減少させ、処理工程を容易にする泥土分級装置において、簡単、安価な装置・方法を採用して、長期使用に当っても脱水効率の変動が少なく、簡単に洗滌を可能にする。
又、分別した水の再利用も可能である。
更には、本装置、方法により、泥土を脱水して強度の高い土に替えて利用範囲を拡げ、泥土の処理、再生を容易にする。

本発明実施例装置、方法における、泥土投入工程の説明図である。泥土分級工程の説明図である。脱水ケーキの排出、清掃工程の説明図である。本発明実施例装置のピストン、シリンダの正面、側面図である。ピストンに装着するフィルタの他の実施例の部品図、組立て品の側面、正面図である。

符号の説明

１円筒状タンク
２ピストン
３シリンダ
４圧搾室
５泥土投入口
６脱水ケーキ排出口
７フィルタ
８圧縮空気送給手段
９真空・吸引手段
１０排水口
１１水回収部材
１２通気・通液用リング溝１２
１３通気・通液孔１３
１４硬質リング
１５ワイヤ

Claims

円筒タンク、
該円筒タンクに内蔵され、タンクの内壁を軸線方向に滑動し、対向して往復動する一対の通気・通液性ピストン、
各ピストンの対向面側に装着されたフィルタ、
前記タンクの内壁と前記対向して往復動する一対のピストンとの間に囲まれ、形成される泥土圧搾室、
円筒タンクの上側周壁に開口する泥土投入口、
前記泥土投入口に対し、円筒タンクの一方端側に変位した下側周壁位置に開口する脱水ケーキ排出口、
前記円筒タンクの他方端側のピストンの裏側面と円筒タンク内壁で形成される空間にバルブを介して連通し、泥土圧搾の際に、該空間を低圧状態にする真空・吸引手段、
前記円筒タンクの他方端側のピストンの裏側面と円筒タンク内壁で形成される空間にバルブを介して連通し、円筒タンクの他方端側のピストンの円筒タンクの一方端側への移動により圧縮された泥土である脱水ケーキを排出する際、円筒タンクの他方端側のピストンのフィルタを通して圧縮空気を噴出させる圧縮空気送給手段、
泥土圧搾の際に、前記泥土圧搾室に連通する圧縮空気送給手段
前記円筒タンクの一方端側のピストンの裏側面と円筒タンク内壁で形成される空間にバルブを介して連通し、円筒タンクの一方端側のピストンの円筒タンクの一方端側への移動によりケーキ排出口を開放した後、円筒タンクの一方端側のピストンのフィルタを通して圧縮空気を噴出させる圧縮空気送給手段、
前記円筒タンクの他方端側のピストンの裏側面とタンク内壁で形成される空間に連通する排水手段、
より成り、
投入泥土の脱水を行うことを特徴とする分級装置。
軸線方向で分割される円筒タンク
前記分割された円筒タンクのうちの一方の円筒タンク部分に内蔵され、タンクの内壁を軸線方向に滑動する通気・通液性ピストン
前記分割された円筒タンクのうちの他方の円筒タンク部分に内蔵され、前記分割された一方の円筒タンクに内蔵されたピストンに対向する通気・通液性ピストン、
各ピストンの対向面側に装着されたフィルタ、
前記一方の円筒タンク部分の周壁の上側に開口する泥土投入口、
前記他方の円筒タンク部分を、内蔵されたピストンとともに軸線方向に移動させる駆動装置、
前記他方の円筒タンク部分の一方の円筒タンク部分方向への移動により前記一方の円筒タンク部分の内壁と前記一方の円筒タンク部分と他方のタンク部分にそれぞれ内蔵されて対向するピストンとの間に囲まれ、形成される泥土圧搾室、
前記一方の円筒タンク部分のピストンの裏側面と前記一方の円筒タンク部分の内壁で形成される空間にバルブを介して連通し、前記一方の円筒タンク部分のピストンの前記他方の円筒タンク部分方向への移動により圧縮された泥土である脱水ケーキを排出する際、前記一方の円筒タンク部分のピストンのフィルタを通して圧縮空気を噴出させる圧縮空気送給手段、
前記他方の円筒タンク部分のピストンの裏側面と前記他方のタンク部分内壁で形成される空間にバルブを介して連通し、前記他方の円筒タンク部分のピストンの一方端側への移動により前記一方のタンクと他方のタンクとの間にケーキ排出口が形成された後、他方の円筒タンク部分のピストンのフィルタを通して圧縮空気を噴出させる圧縮空気送給手段、
前記一方の円筒タンク部分のピストンの裏側面と前記一方の円筒タンク部分内壁で形成される空間に連通する排水手段、
より成り、
投入泥土の脱水を行うことを特徴とする分級装置。
硬質材よりなるリング面に、細線を相互に近接、並行して張設し、前記細線を張設した各リングを、張設した細線相互間に角度を付けて複数枚、重合して構成したフィルタを、それぞれ対向ピストン前面に装着した請求項１又は２のいずれかに記載の分級装置。