JP6720583B2 - トンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、トンネル掘削で生じる岩石および土砂などのずりを有効利用するトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造方法及び製造装置に関する。

従来のトンネル掘削工事は発破工法が多く採用されている。
発破工法は、岩石を発破して掘り進むため、破砕された岩石および土砂など（以下、単にずりという）が大量に発生する。このずりはトンネル内に配置されたジョークラッシャ等の破砕機によりベルトコンベアで搬送できる程度の大きさまで破砕された後、ベルトコンベアによって外部へ速やかに運び出されて一時的に仮置きヤードに集められる。

仮置きヤードのずりは、現場の盛土として一部利用されているが、残りの大部分が廃棄処分となる。しかし現場周辺で廃棄できる場所を確保することは難しく、通常、現場から離れた遠方の廃棄場所までダンプトラックで輸送している。
１台当たりの積載量が限られているトラック輸送は燃料費、人権費など多大なコストがかかる他、交通渋滞、沿道の騒音及び振動、排気ガスの発生などの問題があった。

近年の地球温暖化防止の趨勢により、トラック輸送を低減して、ずりを再利用する技術として特許文献１では、トンネル工事で排出されるずりを目的最大粒径以下と、これよりも大粒径の補充分を処理対象分として篩分けし、破砕処理している。そして、破砕岩石のうち目的最大粒径以下の分を篩分けして、コンクリート骨材として有効利用する骨材製造方法が開示されている。

また特許文献２では、ずりの堆積物上に赤外線を放出するスケールを載せて、温度分布画像を撮影する。そして得られた画像からずりおよびスケールの輪郭を抽出して、スケールの大きさからずりの粒径を計測してずりの二次利用を促進する技術が開示されている。

特許第３９７０８２３号公報 特許第５４０８７３２号公報

しかしながら、トンネル掘削で発生するずりは、現場ごとに石質が一定ではなく、現場で必要なずりの砕石の性状（粒径など）も工事の工期又は内容によって変化する。例えば、トンネル工事の開始初期の場合では埋め戻し材、路盤材、後期の場合では吹付けコンクリート骨材、列車用トンネルの場合ではレール敷設時に敷設するバラストなど、これらの性状に合わせた建築材料が必要になる。

このため各種の建築材料を製造するための設備は、大型化する傾向にあり、設備コストの増大、設備の施工期間の長期化、広大な設置場所の確保など種々の問題があった。加えてこのような現場は交通不便な場所が多く、大掛かりな設備の設置は困難であった。
また特許文献１ではコンクリート骨材のみ製造するものであり、他の建築材料を製造するには、別途設備を増設しなければならないため、コスト増大などの問題があった。

上記従来技術の問題点に鑑み、本発明は、工事現場で必要な建設材を製造可能な設備によって、トンネル掘削で生じるずりを有効利用できるトンネル掘削ずりを用いた建設材料の製造方法及び製造装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための第１の手段として、本発明は、トンネル掘削現場のずりをトンネル外へ排出するコンベアの後段に配置した移動式第１分級手段で所定粒径に分級する第１分級工程と、前記所定粒径に分級したずりを移動式破砕手段で所定粒径に破砕する破砕工程と、前記破砕工程で破砕した破砕物を移動式第２分級手段で所定粒径に分級して建築材料を製造する第２分級工程と、前記第２分級工程で分級した所定粒径よりも径の大きな被破砕物を前記破砕工程に戻して再破砕する工程を有し、トンネル工事の工期に合わせて、前記ずりの性状あるいは前記建築材料の種類又は量に応じて、前記移動式第１分級手段と、前記移動式破砕手段と、前記移動式第２分級手段とのうち少なくとも１つの手段の処理容量又は種類又は配置を変更することを特徴とするトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造方法を提供することにある。
上記第１の手段によれば、移動式の分級手段と破砕手段を用いているため、トンネル工事の工期又は内容（トンネル掘削ずりの性状）に合わせて容易に必要な粒径を得るための各手段の配置などの変更が可能であり、必要な粒径の建築材料を容易に製造することができる。またベルトコンベアの距離を最小に抑えることができる。

上記課題を解決するための第２の手段として、本発明は、第１の手段において、前記建築材料を用いて移動式バッチャミキサでコンクリート材を製造する工程と、製造した前記コンクリート材を前記コンベアで前記トンネル掘削現場へ搬送する工程を有することを特徴とするトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造方法を提供することにある。
上記第２の手段によれば、移動式のバッチャミキサを用いているため、トンネル工事の工期に合わせて必要な粒径のコンクリート骨材からコンクリート材を製造することができる。また製造したコンクリート材をコンベアで容易かつ迅速にトンネル内の現場へ搬送することができる。
したがって、トンネル内に生コンクリートを搬送するミキサー車などのトラック輸送の回数を削減することが可能である。

上記課題を解決するための第３の手段として、本発明は、第１又は第２の手段において、前記第２分級工程で分級した所定粒径よりも径の大きな被破砕物を前記破砕工程に戻して再破砕する工程を有することを特徴とするトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造方法を提供することにある。
上記第３の手段によれば、トンネル工事の工期又は内容に合わせて必要な粒径の建築材料を製造することができる。
また工事に必要な所望するサイズの砕石又は砕砂を必要量得ることができる。

上記課題を解決するための第４の手段として、本発明は、第１ないし第３のいずれか１の手段において、前記ずりの性状あるいは前記建築材料の種類又は量に応じて、前記移動式第１分級手段と、前記移動式破砕手段と、前記移動式第２分級手段とのうち少なくとも１つの手段の処理容量又は種類又は配置を変更することを特徴とするトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造方法を提供することにある。
上記第４の手段によれば、トンネル工事の工期又は内容（トンネル掘削ずりの性状）に合わせて必要な粒径と量の建築材料を容易に製造することができる。

上記課題を解決するための第５の手段として、本発明は、トンネル工事の初期においてトンネル掘削現場のずりをトンネル外へ排出するコンベアの後段に配置して所定粒径に分級する第１分級手段と、前記所定粒径に分級したずりを所定粒径に破砕する移動式破砕手段と、前記移動式破砕手段で破砕した破砕物を所定粒径に分級して建築材料を製造する移動式第２分級手段と、前記トンネル工事の後期において前記建築材料を用いてコンクリート材を製造する移動式バッチャミキサと、製造した前記コンクリート材を前記コンベアで前記トンネル掘削現場へ搬送する移動式搬送手段と、を有することを特徴とするトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造装置を提供することにある。
上記第５の手段によれば、移動式の分級手段と破砕手段を用いているため、トンネル工事の工期又は内容（トンネル掘削ずりの性状）に合わせて容易に必要な粒径を得るための各手段の配置などの変更が可能であり、必要な粒径の建築材料を容易に製造することができる。またベルトコンベアの距離を最小に抑えて、装置全体をコンパクトにできる。

上記課題を解決するための第６の手段として、本発明は、第５の手段において、前記建築材料を用いてコンクリート材を製造する移動式バッチャミキサと、製造した前記コンクリート材を前記コンベアで前記トンネル掘削現場へ搬送する移動式搬送手段と、を有することを特徴とするトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造装置を提供することにある。
上記第６の手段によれば、移動式のバッチャミキサを用いているため、トンネル工事の工期に合わせて必要な粒径のコンクリート骨材からコンクリート材を製造することができる。また製造したコンクリート材をコンベアで容易かつ迅速にトンネル内の現場へ搬送することができる。
したがって、トンネル内に生コンクリートを搬送するミキサー車などのトラック輸送の回数を削減することが可能である。

上記課題を解決するための第７の手段として、本発明は、第５又は第６の手段において、前記移動式第２分級手段は、分級した所定粒径よりも径の大きな被破砕物を前記移動式破砕手段へ戻す返送部を設けたことを特徴とするトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造装置を提供することにある。
上記第７の手段によれば、トンネル工事の工期又は内容に合わせて必要な粒径と量の建築材料を製造することができる。
またトンネル掘削ずりの性状により１回の破砕では所望する粒径に破砕できない場合に工期に応じて必要なサイズの砕石又は砕砂を得ることができる。

上記課題を解決するための第８の手段として、本発明は、第５ないし第７のいずれか１の手段において、前記第１分級手段は移動式であることを特徴とするトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造装置を提供することにある。
上記第８の手段によれば、手段本体に車輪、無限軌道などを備えて走行又は牽引可能な移動式であるため、トンネル工事の工期又は内容（トンネル掘削ずりの性状）に合わせて容易に必要な粒径を得るための各手段の配置などの変更が可能であり、必要な粒径の建築材料を容易に製造することができる。

上記構成による本発明によれば、トンネル工事の工期又は内容に応じて設備構成を任意に換えて、ずりを分級、破砕して利用目的に応じた建築材料を製造することができ、トンネル掘削ずりを有効活用できる。これによりトラック輸送による輸送コスト、交通渋滞、沿道の騒音及び振動、排気ガスの発生などを大幅に低減できる。また移動式の分級手段及び破砕手段を用いているため、設備の追加、削減、種類や大きさなどの変更が可能であり、工事の種類に応じて幅広く対応することができる。

本発明のトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造装置の平面図である。 本発明のトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造装置の変形例１の平面図である。 本発明のトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造方法のフロー図である。

本発明のトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造方法及び製造装置の実施形態を添付の図面を参照しながら、以下詳細に説明する。本発明の建築材料とは、トンネル掘削ずりを破砕、分級して得られる砕石、砕砂を利用したものであり、土木・建築物に用いる埋め戻し材、路盤材、バラスト、コンクリート骨材などである。

［トンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造装置１０］
図１は本発明のトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造装置の平面図である。
本発明のトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造装置１０は、移動式第１分級手段２０と、移動式破砕手段３０と、移動式第２分級手段４０と、移動式搬送手段５０を基本構成としている。トンネル掘削ずりは、トンネル内においてあらかじめコンベア搬送可能な１５０ｍｍ以下の粒径に破砕されている。
また本発明の各種手段は、手段本体に車輪、無限軌道などを備えて作業現場内を走行又は牽引可能な移動式の構成を採用している。

移動式第１分級手段２０は、トンネル掘削現場で発生したずりをトンネル外へ排出するコンベア１２の後段に配置している。本発明の移動式第１分級手段２０は、一例として移動式の振動篩機、遠心分離機などを用いており、現場内の仮置きヤードへ容易に搬送又は移動可能な構成を採用している。また第１分級手段２０は設置台数を複数設置する構成も採用できる。移動式第１分級手段２０は、トンネル掘削ずりに含まれる泥等（細かな粉砕物等も含む）と、後段の移動式破砕手段３０で破砕可能な所定粒径（一例として１５０ｍｍ以下）のずりに篩分け等して分級することができる。この移動式第１分級手段２０は、泥等による破砕手段の目詰まり等の不具合を防止できる。移動式第１分級手段２０の排出口にはそれぞれ移動式搬送手段５０が取り付けられている。なお本発明の移動式第１分級手段２０は、トンネル内のコンベア１２の下流側にあらかじめ固定された分級手段であっても良い。この場合、これより下流側の手段を移動式とすることにより、トンネル工事の工期又は内容（トンネル掘削ずりの性状）に合わせて容易に必要な粒径を得るための配置などの変更が可能となる。

本実施形態の移動式搬送手段５０は、移動式のベルトコンベアを用いており、現場内の仮置きヤードへ容易に搬送又は移動可能な構成を採用している。
そして移動式第１分級手段２０で篩分け等して分級された所定粒径よりも小さいずり（主に泥等）は仮置きヤードのエリアａに仮置きされ、所定粒径以上のずりはエリアｂに仮置きされる。

移動式破砕手段３０は、移動式第１分級手段２０の後段に配置している。より具体的な移動式破砕手段３０の配置箇所は、エリアｂの後段であり移動式搬送手段５０を介して所定粒径に分級されたずりが供給される。本発明の移動式破砕手段３０は、一例として移動式のコーンクラッシャを用いており、現場内の仮置きヤードへ容易に搬送又は移動可能な構成を採用している。移動式破砕手段３０は、分級されたずりを所定粒径に破砕することができる。
なお、移動式のコーンクラッシャであれば、ずりを破砕して砕石、或いは砕砂にすることができる。その破砕の程度は、コーンクラッシャの破砕部の隙間を調整することによって任意サイズの制御が可能となる。

移動式第２分級手段４０は、移動式破砕手段３０の排出口に配置している。本発明の第２分級手段４０は移動式第１分級手段２０と同様に移動式の振動篩機、遠心分離機などを用いており、現場内の仮置きヤードへ容易に搬送又は移動可能な構成を採用している。また第２分級手段４０は設置台数を複数設置する構成も採用できる。本実施形態の移動式第２分級手段４０は、破砕物を所定粒径に篩分け等して分級して粒径毎に移動式搬送手段５０を介してエリアｃ〜ｆで仮置きして建築材料を製造している。

分級したエリアｃは、一例として粒径が４０ｍｍ〜８０ｍｍであり、埋め戻し材、路盤材、あるいは、再度破砕されてコンクリート骨材に調整される。
エリアｄは、一例として粒径が５ｍｍ〜４０ｍｍの砕石であり、コンクリート骨材に利用できる。
エリアｅは、一例として粒径が５ｍｍ以下の砕砂であり、コンクリート骨材に利用できる。なお、エリアｄの砕石及びエリアｅの砕砂は、所定の割合で混合することによりコンクリート骨材として利用できる。
エリアｆは、一例として粒径８０ｍｍ以上であり、埋め戻し材として利用できる。

図２は本発明のトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造装置の変形例１の平面図である。
変形例１のトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造装置１０Ａは、移動式第２分級手段４０の後段に移動式バッチャミキサ６０を配置している。また第２分級手段４０は、分級した所定粒径の砕石よりも大きい被破砕物（図１中のエリアｆ）を移動式破砕手段３０へ戻す返送部４２を設けている。その他の構成は、図１に示す構成と同様であり、詳細な説明を省略している。
なお、変形例１の製造装置１０Ａにおいては、特に好ましい構成の１例として、移動式第２分級手段４０の配置方向を変えることにより、移動式第２分級手段４０の一部である排出コンベアとシュートを利用して返送部４２とした。
しかし本発明に適用できる返送部４２の構成はこれに限らず、別途、移動式のベルトコンベア等を配置して返送部４２を構成しても良い。

本発明の移動式バッチャミキサ６０は、一例として、移動式のバッチャを用いており、仮置きヤードへ容易に搬送又は移動可能な構成を採用している。移動式バッチャミキサ６０は、本実施形態ではヤード内のエリアｄとエリアｅの建築材料を用いてコンクリート材を製造することができる。そして移動式バッチャミキサ６０の排出口と、コンベア１２の間に、移動式搬送手段５０ａを取り付けている。移動式搬送手段５０ａは、製造したコンクリート材をトンネル工事の現場へ搬送するためのコンベアである。

また、移動式第２分級手段４０は、分級した所定粒径の砕石よりも大きい被破砕物を移動式破砕手段３０へ戻す返送部４２を設けた構成を採用している。これにより、例えばコンクリート骨材の生産量を増加させることができる。
なお図１に示すエリアｃ及びｆは、工事に応じてコンクリート骨材の量を増やすなどの場合に、図２中の返送部４２を用いて移動式破砕手段３０に戻して再破砕させる構成を採用することもできる。

また本発明の建築材料の製造装置１０Ａは、移動式第１分級手段２０と、移動式破砕手段３０と、移動式第２分級手段４０と、移動式バッチャミキサ６０を採用する構成のため、トンネル掘削ずりの性状あるいは建築材料の種類又は量に応じて、移動式第１分級手段２０と、移動式破砕手段３０と、移動式第２分級手段４０とのうち少なくとも１つの手段の処理容量又は種類又は配置を容易に変更することができる。

ここで１つの手段の処理容量の変更とは、１台あたり処理容量の増減、設置台数の増減をいう。
また１つの手段の種類の変更とは、例えば分級手段の場合、振動篩機、遠心分離機などの機種変更をいう。
また１つの手段の配置の変更とは、作業現場における配置場所、シュートの排出方向など装置構成の変更をいう。

［トンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造方法］
図３は、本発明のトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造方法のフロー図である。

トンネル工事の初期においては、トンネル掘削現場で発生したずりがコンベア１２によりトンネル外へ排出されて、コンベア１２の後段に配置されている移動式第１分級手段２０により、ずりを所定粒径に分級する第１分級工程が行われる（Ｓ１）。移動式第１分級手段２０で分級された所定粒径よりも小さいずりは移動式搬送手段５０を介してエリアａに仮置きされ、所定粒径以上のずりは移動式搬送手段５０を介してエリアｂに仮置きされる。

次にエリアｂの所定粒径のずりが移動式搬送手段５０を介して移動式破砕手段３０へ搬送されて、所定粒径に破砕される（Ｓ２）。
破砕物は、移動式第２分級手段４０で所定粒径に分級される第２分級工程を行う（Ｓ３）。そして粒径毎に移動式搬送手段５０を介してエリアｃ〜ｆで仮置きして建築材料が製造される。移動式第２分級手段４０で製造する建築材料は、例えば、トンネル工事初期の場合では埋め戻し材、路盤材などであり、鉄道用トンネルの場合ではバラストなどである。

トンネル工事の後期においては、コンクリート壁面に使用するコンクリート材を製造するため、移動式第２分級手段４０の後段に移動式バッチャミキサ６０を配置して、エリアｄとエリアｅの建築材料を用いて移動式バッチャミキサ６０によりコンクリート材を製造している（Ｓ４）。
コンクリート骨材を増産するなど所定粒径の砕石を増加する場合には、移動式第２分級手段４０で分級したエリアｆの所定粒径の砕石よりも大きい被破砕物を返送部４２により移動式破砕手段３０へ戻して再破砕している（Ｓ５）。

なお工事に応じて、さらにコンクリート骨材を増産する必要がある場合には、
移動式第２分級手段４０で分級したエリアｃの被破砕物を返送部４２により移動式破砕手段３０へ戻す構成として（図中の破線矢印）、エリアｃの被破砕物を再破砕して増産することもできる。
そして移動式バッチャミキサ６０の排出口と、コンベア１２の間に取り付けた移動式搬送手段５０ａと、コンベア１２を逆回転することにより、図２中の矢印Ａに示すように移動式バッチャミキサ６０で製造したコンクリート材をトンネル工事の現場へ搬送する（Ｓ６）。

このような本発明のトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造方法及び製造装置によれば、トンネル工事の工期又は内容に応じて設備構成を任意に換えて、ずりを篩分け等して分級し、破砕して利用目的に応じた建築材料を製造することができ、トンネル掘削ずりを有効活用できる。また移動式の分級手段及び破砕手段を用いているため、設備の追加、削減、種類や大きさなどの変更が可能であり、工事の種類に応じて幅広く対応することができる。

本発明は、特にトンネル掘削現場などズリが大量に発生する土木建設分野において産業上有用である。

１０………トンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造装置、１２………コンベア、２０………移動式第１分級手段、３０………移動式破砕手段、４０………移動式第２分級手段、４２………返送部、５０，５０ａ………移動式搬送手段、６０………移動式バッチャミキサ。

Claims (3)

1. トンネル掘削現場のずりをトンネル外へ排出するコンベアの後段に配置した移動式第１分級手段で所定粒径に分級する第１分級工程と、
   前記所定粒径に分級したずりを移動式破砕手段で所定粒径に破砕する破砕工程と、
   前記破砕工程で破砕した破砕物を移動式第２分級手段で所定粒径に分級して建築材料を製造する第２分級工程と、
   前記第２分級工程で分級した所定粒径よりも径の大きな被破砕物を前記破砕工程に戻して再破砕する工程を有し、
   トンネル工事の工期に合わせて、前記ずりの性状あるいは前記建築材料の種類又は量に応じて、前記移動式第１分級手段と、前記移動式破砕手段と、前記移動式第２分級手段とのうち少なくとも１つの手段の処理容量又は種類又は配置を変更することを特徴とするトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造方法。
2. 前記建築材料を用いて移動式バッチャミキサでコンクリート材を製造する工程と、
   製造した前記コンクリート材を前記コンベアで前記トンネル掘削現場へ搬送する工程を有することを特徴とする請求項１に記載のトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造方法。
3. トンネル工事の初期においてトンネル掘削現場のずりをトンネル外へ排出するコンベアの後段に配置して所定粒径に分級する第１分級手段と、
   前記所定粒径に分級したずりを所定粒径に破砕する移動式破砕手段と、
   前記移動式破砕手段で破砕した破砕物を所定粒径に分級して建築材料を製造する移動式第２分級手段と、
   前記トンネル工事の後期において前記建築材料を用いてコンクリート材を製造する移動式バッチャミキサと、
   製造した前記コンクリート材を前記コンベアで前記トンネル掘削現場へ搬送する移動式搬送手段と、
   を有することを特徴とするトンネル掘削ずりを用いた建築材料の製造装置。

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