JP7451471B2 - 空洞充填材の製造方法及びその製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、空洞充填材の製造方法及びその製造装置に関し、特に空洞充填材の種類に応じて投入する材料を使い分け、また必要に応じて作業効率を変更可能な空洞充填材の製造方法及びその製造装置に関する。

地中には石炭や亜炭などの採掘跡、採石場跡、地下壕跡など様々な地下空洞が残存している。こうした地下空洞は地震などの影響で陥没や地盤沈下を引き起こす可能性があり、地下空洞の残存する地面の上に構造物を構築する際には、予め充填材を充填して地下空洞の陥没を防止する空洞充填を行う必要がある。

地下空洞には地下水や流れ込んだ雨水などが溜まっていることが多く、充填材としては水中でも成分の分離や不純物の溶出を起こさない材料が求められる。また地下空洞を隙間なく充填するには流動性の高い充填材が有効であるが、地下空洞の規模が大きい場合、流動性が高い充填材は、充填が必要な範囲にとどまらずに広範囲に広がってしまうため、過剰な充填材が必要となり、工事費用が嵩んでしまう。
そこで、流動性を抑えるように成分を配合した充填材を、予め充填が必要な範囲の外周端部に充填して閉鎖し、その後内周部に流動性の高い充填材を充填する充填工法が開発されている。

特許文献１は、このような２種類の充填材を充填する充填工法に関するものであり、特許文献１には、地中空洞の充填領域の外周部を、相対的に流動性の低いゲル状の外周充填材の注入により閉鎖し、その内周側の領域に、外周充填材よりも相対的に初期流動性の高い中詰充填材を充填する地下空洞の充填工法が開示されている。

特許文献１に記載の発明では、充填材の成分として、珪砂や、耐火煉瓦等の窯業原料として使用される耐火粘土の製造過程で副産物として生じる、石英、長石、カオリンを構成鉱物とする粘土混じりの微粒珪砂であって、「キラ」と総称され、微粒珪砂と粘土の混合比率が異なる砂キラ及び粘土キラと、水ガラス、セメント系固化材、水を使用する。しかしこの成分の組み合わせで、通常の混練装置によって流動性が低い、即ち粘度が高い充填材を安定的に製造するのには課題があることがわかり、専用の混練装置を用いた充填材の製造方法が開発された。

特許文献２には、キラ材を用いた高濃度・高比重の土質スラリー材を製造する方法であって、キラ材に水を混合・攪拌する際に、微量の水ガラスを添加して高濃度でありながら流動性を保持したスラリー材を製造する混練工程と、所望の濃度・比重のスラリー材に調整する濃度調整工程と、ゲル化させるために必要な所定量の水ガラスを添加攪拌する固化準備工程と、セメント系固化材と混合させながら充填部に搬送する混合ゲル化工程とを含む製造方法が開示されている。

特許文献２の製造方法により製造した充填材を使用し、特許文献１の発明の様に充填領域を限定して空洞充填を行う工法は数多くの地下空洞に適用され実績を上げてきた。しかし、この工法で使用する水ガラスは比較的高価であるため、外周長が長くなるような領域の空洞充填工事などでは水ガラスの使用量が多く、材料費が問題視されるケースも出てきている。この対策として水ガラスの使用量を低減する技術も開発されている。

特許文献３には、充填が必要な領域の外周部に充填する端部充填材に対して、端部充填材より水ガラスの添加量が少ないことで流動性が高めの第二端部充填材を用意し、端部充填材の充填の前に第二端部充填材を充填し、その上から端部充填材を充填して充填領域を囲む隔壁を形成し、隔壁の中に中詰充填材を充填する地下空洞充填工法が開示されている。

このようにコスト削減のニーズから充填材の種類も増え、また中詰充填材も水ガラスを使用しない方向に変化してきており、特許文献２の製造方法や製造装置では材料に応じて柔軟に対応するのが難しいという課題も見えてきている。また特許文献２の製造方法のように混練の際、一律で水ガラスを添加すると、一旦作業を止めて時間をおいてしまうと砂キラや粘土キラが沈殿しやすくなるという課題も見えてきている。そこで空洞充填材の種類に応じ、水ガラスの添加有無など投入する材料を使い分け、空洞充填材を効率よく製造する空洞充填材の製造方法の提供が求められる。

特開第２００２－８１０５４号公報 特許第４０００３９３号公報 特開第２０１９－１５０９８号公報

本発明は、上記従来の空洞充填材の製造方法における問題点に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、空洞充填材の種類に応じて投入する材料を使い分け、また必要に応じて作業効率を変更可能な空洞充填材の製造方法及びその製造装置を提供することにある。

上記目的を達成するためになされた本発明による空洞充填材の製造方法は、製造する空洞充填材の種類に応じて水ガラスの有無を含む材料の配合を調整して作り分ける空洞充填材の製造方法であって、キラ材混合槽に粘土キラと、砂キラと、水とを供給し、供給された材料を混練してスラリー材を製造する混練工程と、セメント系固化材と水とを混練してセメントミルクを製造するセメントミルク製造工程と、前記混練工程で製造したスラリー材に、前記製造する空洞充填材の種類に応じて選択される前記セメントミルク又はセメント系固化材との混合によるゲル化に必要な所定量の水ガラスのいずれかと、水とを添加して混合し所望の濃度、比重のスラリー材に調整する濃度調整工程と、前記濃度調整工程で前記水ガラスを添加した場合、前記濃度調整工程により得られた前記スラリー材と、前記セメントミルク製造工程により得られた前記セメントミルクと、を連続混合器に供給して混合する充填材混合工程と、前記濃度調整工程又は前記充填材混合工程により得られた前記セメントミルクを含むスラリー材である充填材を現場注入口に吐出する充填材吐出工程とを備え、前記混練工程は端部充填材または端部充填材より水ガラス添加量が少ない第二端部充填材の用途の場合において、混練時間を所定の混練時間より早める場合に、供給する材料に水ガラスをさらに添加して混練し、前記混練工程で水ガラスを添加した場合、前記濃度調整工程に添加する水ガラスの量はゲル化に必要な所定量から前記混練工程で添加した分を差し引いた分量であることを特徴とする。

上記目的を達成するためになされた本発明による充填材製造装置は、製造する空洞充填材の種類に応じて水ガラスの有無を含む材料の配合を調整して作り分ける上記空洞充填材の製造方法に使用する充填材製造装置であって、粘土キラと、砂キラと、水とを混練してスラリー材を製造するキラ材混合槽と、セメント系固化材と水とを混練してセメントミルクを製造するセメントミルクプラントと、前記キラ材混合槽で製造した前記スラリー材に、前記製造する空洞充填材の種類に応じて選択される前記セメントミルク又はセメント系固化材との混合によるゲル化に必要な所定量の水ガラスのいずれかと、水とを添加して混合し所望の濃度、比重のスラリー材に調整する濃度調整槽と、連続混合器と、前記濃度調整槽で調整した前記セメントミルクを含むスラリー材である充填材を現場注入口に吐出する充填ポンプとを備え、前記連続混合器は、前記濃度調整槽に水ガラスを添加した場合に、前記濃度調整槽で調整したスラリー材と、前記セメントミルクとを混合して吐出することを特徴とする。

前記キラ材混合槽は、それぞれが角形であり、各辺の内壁近傍から角形の中心方向に向かう外羽根と、外羽根の内側で回転する回転羽根を備える複数の水槽が連結される多連の角形水槽を含み、前記多連の角形水槽は１つの角形水槽の混練処理が終わると混練されたスラリー材が次の角形水槽に移行することを順次繰り返すことでスラリー材を混練することが好ましい。

前記キラ材混合槽に入れる材料の配合比及び水ガラスの有無の設定入力に応じ、供給する水及び水ガラスの投入量を制御する制御部をさらに含むことが好ましい。

本発明に係る空洞充填材の製造方法及びその製造装置によれば、端部充填材や第二端部充填材のように水ガラスを添加してゲル化が必要な充填材と、水ガラスを添加しない中詰充填材を作り分け、水ガラスを含み、セメントミルクと混合後ゲル化が始まるために直ちに現場注入しないといけない端部充填材や第二端部充填材は現場注入直前で連続混合器にて混合し、水ガラスを含まない中詰充填材は濃度調整槽でセメントミルクと混合して濃度調整してから現場注入するため、注入材の種類に応じた適切な充填材の製造が可能となる。

また、本発明に係る空洞充填材の製造方法によれば、端部充填材や第二端部充填材の場合で、一度に多量の充填材が必要であるとき、即ち短い混練時間で十分な混練がなされたスラリー材として作泥量を増やす必要がある場合には、キラ材混合槽にて水ガラスの一部を一次添加して充填材製造の効率を向上することができる。

さらに本発明に係る空洞充填材の製造装置によれば、充填材の種類によって配合比を設定し、また水ガラスの有無を選択的に設定することにより、空洞充填材の製造装置が備える制御部により水ガラスや水の投入量が適切に制御されるため、品質の安定した充填材を製造することが可能となる。

本発明の実施形態による充填材製造装置の全体構成を概略的に示す図である。 本発明の実施形態による端部充填材または第二端部充填材の製造の流れを説明するための図である。 本発明の実施形態による中詰充填材の製造の流れを説明するための図である。 本発明の実施形態によるキラ材混合槽の構造を概略的に示す図である。 本発明の実施形態による端部充填材または第二端部充填材の製造の流れを説明するためのフローチャートである。 本発明の実施形態による中詰充填材の製造の流れを説明するためのフローチャートである。

次に、本発明に係る空洞充填材の製造方法及びその製造装置を実施するための形態の具体例を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の実施形態による充填材製造装置の全体構成を概略的に示す図である。
図１を参照すると、本発明の実施形態による充填材製造装置１は、土質系スラリー製造ライン１０及びセメント固化材製造ライン２０を有する。
土質系スラリー製造ライン１０は、材料を保存するストックヤード１１、材料を供給するキラ材供給機１２、キラ材混合槽１３、及び濃度調整槽１４を備え、固化材製造ライン２０はセメント系固化材サイロ２１及びセメントミルクプラント２２を備える。

本発明の実施形態による充填材製造装置１は、空洞充填にかかる費用削減のニーズから種類が増加してきた種々の空洞充填材（端部充填材、第二端部充填材、中詰充填材）に対応し、作製する空洞充填材の種類に応じて材料の移送経路を切換えることで空洞充填材を作り分けることが可能であり、又空洞充填するエリアの外周部に充填する端部充填材や第二端部充填材の場合は、一度に多量の空洞充填材が必要かどうかにより材料の配合を調整して効率的に空洞充填材を製造することが可能な装置である。

土質系スラリー製造ライン１０は、空洞充填材の原料のうち、セメントミルクを作製するセメント固化材以外の材料を水と混ぜ合わせ、スラリー状の中間材を製造するためのラインであるが、空洞充填材の種類によっては、最終的にセメントミルクと混ぜ合わせた空洞充填材として完成するところまでの処理を行う。

ストックヤード１１は、材料となる粘土キラ１０１及び砂キラ１０２をそれぞれ一時的に貯蔵する貯蔵エリアである。粘土キラ１０１や砂キラ１０２などのキラ材は、主に珪砂や、耐火煉瓦等の窯業原料として使用される耐火粘土の製造過程で副産物として生じる、石英、長石、カオリンを構成鉱物とする粘土混じりの微粒珪砂である。粘土キラ１０１と砂キラ１０２は、微粒珪砂と粘土の混合比率により区分され、粘土キラ１０１は砂キラ１０２よりも粘土の比率が高い。１例として粘土キラ１０１は粘土分が約５０％であり、砂キラ１０２の粘土分は約２５％である。微粒珪砂と粘土の混合比率は厳密なものではなく混合比率はこれに限らない。

粘土キラ１０１としては、これ以外に砂利工場の山砂利選別時に副産物として発生する脱水粘土も使用される。また、砂キラ１０２は、珪砂工場に限らず、採石工場で採石選別時に発生する脱水粘土や石粉等も使用される。
いずれにしても、キラ材は有害物質を含まず、また副産物として生ずるものであるので、安全で安価な材料であり、空洞充填材の材料としては好適な材料である。粘土キラ１０１や砂キラ１０２は、産地や製法により含水率が異なる。そこで各種空洞充填材を作製するための材料の配合量を決定する際、材料の含水率が影響するため、粘土キラ１０１や砂キラ１０２は予め含水率を調べたものを使用する。

キラ材供給機１２は、ストックヤード１１に貯蔵された粘土キラ１０１及び砂キラ１０２を、キラ材混合槽１３に供給するための装置である。充填材製造装置１の構成によっては、キラ材供給機１２は、ストックヤード１１とキラ材混合槽１３との間を繋ぐように設けられたベルトコンベアとしてもよいが、一実施形態では、キラ材供給機１２はバックホーである。バックホーで製造する空洞充填材に必要な量の粘土キラ１０１及び砂キラ１０２を、それぞれストックヤード１１から取り出して、キラ材混合槽１３に供給する。このとき粘土キラ１０１及び砂キラ１０２を、直接キラ材混合槽１３に供給するのではなく、供給前に取り出した粘土キラ１０１と砂キラ１０２を、バックホーによりある程度混合してからキラ材混合槽１３に供給することで、材料の混合不足による偏りを防止することができる。

キラ材混合槽１３は、粘土キラ１０１と砂キラ１０２に水を加えて混練し、所定の濃度のスラリー材を作製する装置である。混練のための水は、充填材製造装置１が備える給水槽３０と移送ポンプ８１により、給水配管を通してキラ材混合槽１３に供給される。ここで供給される水の量は空洞充填材の種類や供給する材料の量、含水率によって決まるが、最終的には混練されたスラリー材の比重により管理される。即ち、混練されたスラリー材の比重が所定の範囲内に入るように供給される水の量が制御される。

キラ材混合槽１３には、さらに充填材製造装置１が備える水ガラス貯槽４０と移送ポンプ８４により水ガラスを供給する水ガラス供給配管が接続される。
水ガラスは二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）及び酸化ナトリウム（Ｎａ_２Ｏ）からなり、セメント系固化剤と混ぜ合わせると比較的短時間でゲル化反応を起こす。空洞充填を行う範囲の外周部に予め壁状に充填し、後から充填する空洞充填材である中詰充填材の広がりを抑える役割を果たす端部充填材や第二端部充填材では流動性が低いことが求められ、こうした低流動性の空洞充填材の材料として水ガラスは非常に有効な材料である。但し水ガラスは安価な材料ではないので、第二端部充填材は、工費削減のため、端部充填材の水ガラス添加量を減らし、端部充填材の下に充填する材料として考案されたものである。

水ガラスは、セメント系固化剤と混ぜ合わせなければゲル化することはなく、キラ材混合槽１３でスラリー材を作製する際に混合すると、混練物の粘度を低減する性質がある。このため水ガラスを添加するとキラ材混合槽１３の混練の効率が上昇し、作泥量が増加する。混練する材料の配合にもよるが、一実施形態ではキラ材混合槽１３で添加する水ガラスの量は粘土キラ１０１と砂キラ１０２の合計量に対し０．２～２％の範囲である。１例として、水ガラスを添加することによりスラリー材の作製効率が水ガラスを添加しない場合の１．５倍程度に増加する。

しかし、水ガラスを添加して混練すると、混練後の材料の分離が起こりやすくなるという性質もある。そこで本発明の実施形態では、一度の充填量が少なく、作業中断を経て数日間にわたりキラ材混合槽１３の中にスラリー材が停滞するような場合には水ガラスを添加せず、一度に多量の端部充填材または第二端部充填材を作製する必要がある際に水ガラスを添加してスラリー材の混練効率を高めるように操作する。

端部充填材または第二端部充填材に添加する水ガラスは、最終的にはセメントミルクと混合してゲル化するためのものであるが、ゲル化に必要な量を全てキラ材混合槽１３の混練時に添加してしまうと材料の分離が生じやすくなるため、混練の際に添加する量はゲル化に必要な量の一部を先に添加する形で添加する。残りの水ガラスは次の濃度調整の段階で、最終的にセメントミルクと混合する直前に添加するようにするのが好ましい。
キラ材混合槽１３で作製されたスラリー材は、移送ポンプ８３により濃度調整槽１４に移送される。

濃度調整槽１４では、空洞充填材の種類に応じて所定の濃度、比重のスラリー材となるように調整を行う。端部充填材または第二端部充填材を作製する場合はキラ材混合槽１３で作製されたスラリー材に、セメント系固化材との混合によるゲル化に必要な所定量の水ガラスを添加して混合する。キラ材混合槽１３での混練の際、混練時間を所定の混練時間より早めるために、水ガラスを添加して混練した場合は、濃度調整槽１４で添加する水ガラスの量はゲル化に必要な所定量からキラ材混合槽１３での混練工程で添加した分を差し引いた分量とする。キラ材混合槽１３で水ガラスを添加しないで混練した場合は、ゲル化に必要な所定量の水ガラスを全量添加して混合する。
最終的に添加する水ガラスの量は配合により変化するが、例えば、端部充填材の場合は、粘土キラ１０１と砂キラ１０２の合計量に対し１０％程度であり、第二端部充填材の場合は端部充填材の添加量の１／６～１／５程度である。

作製するのが中詰充填材の場合は、水ガラスは添加しない。そのためこの段階でセメントミルクと混合しても、すぐにゲル化が始まるようなことがなく、地下空洞に充填するまでの時間的な制約が少ない。そこで中詰充填材の場合は、濃度調整槽１４にて、キラ材混合槽１３で作製したスラリー材と、セメント固化材製造ライン２０で作製したセメントミルクとを混合し、地下空洞に充填できる完成状態の中詰充填材を作製する。

濃度調整槽１４では、端部充填材または第二端部充填材の場合も、中詰充填材の場合も最終的なスラリー材の比重の精度を高めるように水を添加して濃度調整を行う。スラリー材の比重は、キラ材混合槽１３でスラリー材を作製する混練段階でも供給する水の量を制御することで管理しているが、最初の混練の段階で比重の十分な精度を出すのは難しい。そこで一実施形態では、最初の混練の段階においては最終的な目標の比重よりやや高め、即ち水の量がやや少なめの管理範囲でスラリー材を作成しておき、濃度調整槽１４での濃度調整段階で水を加えて比重の調整を行うようにする。

濃度調整槽１４で水ガラスを添加し、濃度・比重調整を行った端部充填材または第二端部充填材用のスラリー材は、セメント固化材製造ライン２０で作製したセメントミルクと混合するため充填材製造装置１が備える連続混合器５０に移送する。一方濃度調整槽１４でセメントミルクと混合して濃度・比重調整を行った中詰充填材は充填ポンプ８０により現場注入口７０から地下空洞に充填される。

セメント固化材製造ライン２０のセメント固化材サイロ２１は、セメント固化材を貯蔵する容器であり、セメント固化材サイロ２１としては、移動式の竪型サイロなどが適用される。セメント固化材サイロ２１に貯蔵されたセメント固化材は、スクリューフィーダなどの排出装置により必要な量が排出される。

セメントミルクプラント２２は、セメント固化材サイロ２１より供給されるセメント固化材を水と混合してセメントミルクを作製する。水は給水槽３０から移送ポンプ８２を介して給水配管により供給される。

セメントミルクプラント２２で作製されたセメントミルクは、組み合わされる空洞充填材の種類により移送先が切り替えられる。空洞充填材が端部充填材または第二端部充填材の場合は、ゲル化が生ずるため、地下空洞への充填直前に混合して充填材として完成する必要があるため、連続混合器５０に供給される。
空洞充填材が中詰充填材の場合は、作製されたセメントミルクは、濃度調整槽１４に移送され、粘土キラ１０１と砂キラ１０２を含むスラリー材と混合される。

以上のように充填材製造装置１は、作製する空洞充填材の種類に応じて材料の移送経路や組合せを切換えるが、人為的ミスを低減するために制御部６０を備える。制御部６０は充填材製造装置１のキラ材混合槽１３等の各構成要素間をつなぐ材料移送用の移送配管に備える充填ポンプ８０、移送ポンプ（８１、８２、８３、８４、８５）や電磁弁９０などを制御する。
また、制御部６０は材料の配合比や材料の初期の含水率の入力を受け、自動で比重計算を行い、それに基づき供給する水の量を調整するように構成される。

一実施形態では、制御部６０は、マイコンなどを搭載した制御基板と、操作パネルとを有し、操作パネルには、作成する空洞充填材の種類やキラ材混合槽１３での混合時の水ガラス添加有無などの入力を受け付ける入力部を備えており、例えば空洞充填材の種類として端部充填材を選択し、キラ材混合槽１３への水ガラスの添加有を選択すると、制御部６０は、作製する端部充填材の量に基づき端部充填材に必要な配合量の水と水ガラスの量を決定し、決定した供給量となるよう、キラ材混合槽１３への移送ポンプ８１による水の供給と移送ポンプ８４による水ガラスの供給を制御する。

また、制御部６０は、濃度調整槽１４に対しては、ゲル化に必要な量の水ガラスのうちの、キラ材混合槽１３には供給しなかった残りの量を供給するように移送ポンプ８４を制御し、またキラ材混合槽１３で作製されたスラリー材の比重と、最終的に目的とする端部充填材の比重との差分から求められる、さらに供給するべき水の量に基づき、電磁弁９０及び移送ポンプ８１を制御し必要量の水を供給する。

制御部６０は、端部充填材を選択し、キラ材混合槽１３への水ガラスの添加無を選択すると、キラ材混合槽１３への水ガラス添加は行わず、濃度調整槽１４にゲル化に必要な量の水ガラスを全量供給するように移送ポンプ８４を制御する。また濃度・比重調整のため、さらに供給するべき水の量に基づき、電磁弁９０及び移送ポンプ８１を制御し必要量の水を供給する。

図１では、給水槽３０から濃度調整槽１４に接続される給水配管のみが電磁弁９０であり、その他の移送配管の主要部分に設けた弁は手動の開閉弁９１で示すが、これは一実施形態であって、これら各配管に設けられた弁はいずれも電磁弁９０であっても手動の開閉弁９１であってもよい。

図２は、本発明の実施形態による端部充填材または第二端部充填材の製造の流れを説明するための図であり、図３は、本発明の実施形態による中詰充填材の製造の流れを説明するための図である。
図２、３を参照すると、基本的な構成は図１と変わらないが、図２では端部充填材または第二端部充填材の製造に関連する部分を太線の矢印で示し、図３では中詰充填材の製造に関連する部分を太線の矢印で示している。基本的な構成要素の機能については図１で説明した内容と変わらないので図２、３の説明では省略する。

図２、３で相違するのは水ガラスの供給を行うか否かと、連続混合器５０を使用するか否かという点である。端部充填材または第二端部充填材は地下空洞に充填した際、広範囲に流れ広がってしまうと、空洞充填するエリアの外周部に壁状に充填するのが容易ではなくなる。そこで端部充填材または第二端部充填材では水ガラスを混合し、セメントミルクと混合すると短時間でゲル化する性質を持たせて充填時の流れ広がりを抑制する。ゲル化は短時間で開始されるので、地下空洞に充填する直前に混合する連続混合器５０が必須となる。
図３の中詰充填材の製造の場合、製造費用が嵩む要因となる水ガラスは使用しないため、連続混合器５０も使用しない。

図４は、本発明の実施形態によるキラ材混合槽の構造を概略的に示す図であり、図４（ａ）はキラ材混合槽の上面から見た平面的な構造を示す概略図であり、図４（ｂ）は側方から見た内部構造を示す概略図である。
図４を参照すると、本発明の実施形態によるキラ材混合槽１３は、それぞれが角形であり、各辺の内壁近傍から角形の中心方向に向かう外羽根１６と、外羽根１６の内側で回転する回転羽根１７とを備える複数の角形水槽１５が連結される多連の角形水槽を含む。図４（ａ）では角形水槽１５が３連に連なる角形水槽を示すが、角形水槽１５の数はこれに限らず３連より多くても少なくてもよい。

これらの複数の角形水槽１５は、回転羽根１７を独自に駆動する駆動モータ１８を備えるが、それぞれが独立してスラリー材を作製するのではなく、例えば一端にある第１の角形水槽１５に、材料である粘土キラ１０１、砂キラ１０２、水１０３、及び必要に応じて水ガラス１０４を投入し、第１の角形水槽１５で混練された材料がオーバーフローして隣接する第２の角形水槽１５に移り、第２の角形水槽１５でさらに混練される。第２の角形水槽１５で混練された材料はオーバーフローして隣接する第３の角形水槽１５に移り、さらに混練され、最終的に混練されたスラリー材１１０として排出される。このように多連の角形水槽は直列に接続された１つの連続処理の混合槽として機能する。

中央で回転する回転羽根１７を備える縦型の混合槽としては円筒状の槽形状を想定しやすいが、試作の結果、角形の外形と各辺の内壁近傍から角形の中心方向に向かう外羽根１６とを組み合わせると、各コーナー部でスラリー材の乱流が発生し材料の混練の効率が改善されることがわかり、実施形態では図４に示すような角形の形状の槽を有するキラ材混合槽１３としている。

図５は、本発明の実施形態による端部充填材または第二端部充填材の製造の流れを説明するためのフローチャートである。図５は、図２に対応したフローチャートである。
図５を参照すると、段階Ｓ５００にてストックヤード１１からバックホーなどのキラ材供給機１２により粘土キラ１０１及び砂キラ１０２を、また給水槽３０から水をキラ材混合槽１３に供給する。

次に端部充填材または第二端部充填材は一度に多量が必要か、即ち作業効率を高めるために混練時間の短縮が必要かどうかを判断する（段階Ｓ５０５）。
段階Ｓ５０５で混練時間の短縮が必要であると判断した場合は、段階Ｓ５１０でキラ材混合槽１３に水ガラスの一次添加を行った後、段階Ｓ５１５にて供給した材料の混練を行う。一方段階Ｓ５０５で混練時間の短縮が必要でないと判断した場合は、水ガラスの一次添加を行わず、そのまま段階Ｓ５１５にて供給した材料の混練を行う。
キラ材混合槽１３でのスラリー材の混練工程が終了すると、段階Ｓ５２０で完成したスラリー材を濃度調整槽１４に移送する。

端部充填材または第二端部充填材として製造する充填材に含める水ガラスの総量は、ゲル化に必要な所定量であって、段階Ｓ５１０で水ガラスの一次添加を行ったか否かに拘わらず一定である。そこで段階Ｓ５１０で水ガラスの一次添加を行ったか否かによって濃度調整槽１４で添加する水ガラスの量が変わってくる。

そこで、段階Ｓ５２５にてスラリー材を作製する際に水ガラスを一次添加したか否かを確認する。段階Ｓ５１０にて水ガラスを一次添加した場合は、段階Ｓ５３０にてゲル化に必要な所定量から混練工程で一次添加した分を差し引いた分量の水ガラスの二次添加及び、端部充填材または第二端部充填材用のスラリー材として最終的に必要な濃度・比重となるように水を添加して濃度調整槽１４により混合を行い、濃度・比重調整済みのスラリー材を作製する。

一方キラ材混合槽１３でのスラリー材の混練工程で、水ガラスを一次添加しなかった場合は、段階Ｓ５３５にてゲル化に必要な所定量の水ガラスを全量添加し、さらに最終的に必要な濃度・比重となるように水を添加して濃度調整槽１４により混合を行い、濃度・比重調整済みのスラリー材を作製する。

段階Ｓ５４０にて濃度・比重調整済みのスラリー材を、濃度調整槽１４から連続混合器５０に移送する。濃度調整槽１４からの移送配管は、途中で分岐して連続混合器５０と現場注入口７０とに接続されるが、現場注入口７０側の開閉弁９１を閉じ、連続混合器５０側の開閉弁９１を開くことで移送先を切り替える。

段階Ｓ５００～段階Ｓ５４０の土質系スラリー製造ライン１０による処理と並行して、セメント処理固化材製造ライン２０ではセメントミルクプラント２２にて、セメント系固化材サイロ２１から供給したセメント系固化材と、給水槽３０から供給した水とを混練してセメントミルクを作製する（段階Ｓ５６０）。

次いで段階Ｓ５４０の濃度・比重調整済みのスラリー材の移送に合わせて、段階Ｓ５６５にて作製したセメントミルクをセメントミルクプラント２２から連続混合器５０に移送する。セメントミルクプラント２２からの移送配管も途中で分岐して濃度調整槽１４に接続する移送配管と、連続混合器５０に接続する移送配管とに分かれるが、この場合もそれぞれの移送配管に設けられた開閉弁９１を選択的に開又は閉として移送先を切り替える。

連続混合器５０に移送する濃度・比重調整済みのスラリー材と、セメントミルクの配合は、それぞれの供給配管に備えられる充填ポンプ８０及び移送ポンプ８５の吐出量により変化するので、制御部６０は目標の配合量となるように充填ポンプ８０及び移送ポンプ８５の吐出量を制御する。

連続混合器５０では、濃度・比重調整済みのスラリー材とセメントミルクとを混合して端部充填材または第二端部充填材として完成された材料を作成し（段階Ｓ５４５）、現場注入口７０に吐出して地下空洞に充填する（段階Ｓ５５０）。

図６は、本発明の実施形態による中詰充填材の製造の流れを説明するためのフローチャートである。図６は、図３に対応したフローチャートである。
粘土キラ１０１と砂キラ１０２、及び水をキラ材混合槽１３に供給する（段階Ｓ６００）のは図５の段階Ｓ５００と変わらない。中詰充填材の場合は水ガラスの添加を行わないので、水ガラスの要否は判断する必要がなく、段階Ｓ６１０にて供給した材料の混練を行う。

段階Ｓ６２０にて、混練工程により作製したスラリー材を濃度調整槽１４に移送する。
混練工程でスラリー材を作製する間、これと並行してセメント処理固化材製造ライン２０ではセメント系固化材と、水とを混練してセメントミルクを作製する（段階Ｓ６５０）。
作製したセメントミルクは段階Ｓ６２０のスラリー材の濃度調整槽１４への移送に合わせて、段階Ｓ６６０にて濃度調整槽１４に移送する。

濃度調整槽１４では、水ガラスは添加せず、濃度・比重調整に必要な量の水のみを添加してスラリー材とセメントミルクとを混合して中詰充填材を作成し（段階Ｓ６３０）、中詰充填材を充填ポンプ８０により現場注入口７０に吐出して地下空洞に充填する（段階Ｓ６４０）。

上述のように本発明の実施形態による充填材製造装置１は、作製する空洞充填材の種類に応じて材料の移送経路を切換えることで空洞充填材を作り分けることが可能であり、また必要に応じて材料の配合を調整して効率的に空洞充填材を製造することが可能な装置である。

以上、本発明の実施形態について図面を参照しながら詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的範囲から逸脱しない範囲内で多様に変更することが可能である。

１ 充填材製造装置
１０ 土質系スラリー製造ライン
１１ ストックヤード
１２ キラ材供給機
１３ キラ材混合槽
１４ 濃度調整槽
１５ 角形水槽
１６ 外羽根
１７ 回転羽根
１８ 駆動モータ
２０ セメント固化材製造ライン
２１ セメント固化材サイロ
２２ セメントミルクプラント
３０ 給水槽
４０ 水ガラス貯槽
５０ 連続混合器
６０ 制御部
７０ 現場注入口
８０ 充填ポンプ
８１、８２、８３、８４、８５ 移送ポンプ
９０ 電磁弁
９１ 開閉弁
１０１ 粘土キラ
１０２ 砂キラ
１０３ 水
１０４ 水ガラス
１１０ スラリー材

Claims (4)

1. 製造する空洞充填材の種類に応じて水ガラスの有無を含む材料の配合を調整して作り分ける空洞充填材の製造方法であって、
   キラ材混合槽に粘土キラと、砂キラと、水とを供給し、供給された材料を混練してスラリー材を製造する混練工程と、
   セメント系固化材と水とを混練してセメントミルクを製造するセメントミルク製造工程と、
   前記混練工程で製造したスラリー材に、前記製造する空洞充填材の種類に応じて選択される前記セメントミルク又はセメント系固化材との混合によるゲル化に必要な所定量の水ガラスのいずれかと、水とを添加して混合し所望の濃度、比重のスラリー材に調整する濃度調整工程と、
   前記濃度調整工程で前記水ガラスを添加した場合、前記濃度調整工程により得られた前記スラリー材と、前記セメントミルク製造工程により得られた前記セメントミルクと、を連続混合器に供給して混合する充填材混合工程と、
   前記濃度調整工程又は前記充填材混合工程により得られた前記セメントミルクを含むスラリー材である充填材を現場注入口に吐出する充填材吐出工程とを備え、
   前記混練工程は端部充填材または端部充填材より水ガラス添加量が少ない第二端部充填材の用途の場合において、混練時間を所定の混練時間より早める場合に、供給する材料に水ガラスをさらに添加して混練し、前記混練工程で水ガラスを添加した場合、前記濃度調整工程に添加する水ガラスの量はゲル化に必要な所定量から前記混練工程で添加した分を差し引いた分量であることを特徴とする空洞充填材の製造方法。
2. 製造する空洞充填材の種類に応じて水ガラスの有無を含む材料の配合を調整して作り分ける請求項１に記載の空洞充填材の製造方法に使用する充填材製造装置であって、
   粘土キラと、砂キラと、水とを混練してスラリー材を製造するキラ材混合槽と、
   セメント系固化材と水とを混練してセメントミルクを製造するセメントミルクプラントと、
   前記キラ材混合槽で製造した前記スラリー材に、前記製造する空洞充填材の種類に応じて選択される前記セメントミルク又はセメント系固化材との混合によるゲル化に必要な所定量の水ガラスのいずれかと、水とを添加して混合し所望の濃度、比重のスラリー材に調整する濃度調整槽と、
   連続混合器と、
   前記濃度調整槽で調整した前記セメントミルクを含むスラリー材である充填材を現場注入口に吐出する充填ポンプとを備え、
   前記連続混合器は、前記濃度調整槽に水ガラスを添加した場合に、前記濃度調整槽で調整したスラリー材と、前記セメントミルクとを混合して吐出することを特徴とする充填材製造装置。
3. 前記キラ材混合槽は、それぞれが角形であり、各辺の内壁近傍から角形の中心方向に向かう外羽根と、外羽根の内側で回転する回転羽根を備える複数の水槽が連結される多連の角形水槽を含み、
   前記多連の角形水槽は１つの角形水槽の混練処理が終わると混練されたスラリー材が次の角形水槽に移行することを順次繰り返すことでスラリー材を混練することを特徴とする請求項２に記載の充填材製造装置。
4. 前記キラ材混合槽に入れる材料の配合比及び水ガラスの有無の設定入力に応じ、供給する水及び水ガラスの投入量を制御する制御部をさらに含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の充填材製造装置。

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