土質改質設備及び土質改質工法
【課題】掘削土砂の土質改良処理、無害化処理及び流動化処理を連続的に実施するにあたり、適量の薬材を供給可能な土質改質設備及び土質改質工法を提供する。
【解決手段】土質改質設備１は、地盤の掘削により生じた掘削土砂２をベルトコンベア３上に積載した後、上流側で掘削土砂２を改質するための改質材及び無害化するための無害化材を供給し、搬送しながら撹拌混合して土質改質土を作成したり、掘削土砂２と水とを混合した泥水２２をベルトコンベア３上に積載した後、上流側で泥水２２を流動化するための改質材を供給し、搬送しながら撹拌混合して流動化処理土を作成し、掘削土砂２を再利用できるように処理するためのものである。
【解決手段】土質改質設備１は、地盤の掘削により生じた掘削土砂２をベルトコンベア３上に積載した後、上流側で掘削土砂２を改質するための改質材及び無害化するための無害化材を供給し、搬送しながら撹拌混合して土質改質土を作成したり、掘削土砂２と水とを混合した泥水２２をベルトコンベア３上に積載した後、上流側で泥水２２を流動化するための改質材を供給し、搬送しながら撹拌混合して流動化処理土を作成し、掘削土砂２を再利用できるように処理するためのものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の掘削により生じた掘削土砂を再利用できるように土質を改質するための土質改質設備及び土質改質工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの掘削現場やビルの建設現場等で発生する掘削土砂は、産業廃棄物として処分しなければならないので処理費用がかかる。そこで、この掘削土砂を裏込材や埋戻材として再利用するための土質改質技術が開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ベルトコンベア上に配置された撹拌羽根により、ベルトコンベア上を搬送される掘削土砂を撹拌混合しながら土質改質する撹拌混合装置が開示されている。この撹拌混合装置は、この掘削土砂を流動化するための改質材を上流側で供給し、搬送しながら撹拌混合して、掘削土砂を流動化処理するものである。
【０００４】
また、特許文献２には、掘削土砂を土質改質するための処理設備が開示されている。この処理設備は、図５に示すように、掘削土砂に水を噴射して掘削土砂を破砕しながら篩分けを行う篩分け工程と、篩い分けられた掘削土砂中に含まれる異物を除去する除去工程と、掘削土砂と水とからなる泥水に改質材を添加して撹拌混合する混合工程とを１サイクルとし、これを複数回繰り返すことにより、掘削土砂を流動化処理するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１１８２３号公報
【特許文献２】特開２００１−３２９５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載されている撹拌混合装置では、ベルトコンベア上に積載された掘削土砂の重量を計測する機能を備えていないので、積載されている掘削土砂の量に応じた適切な量の改質材を供給できず、このため、充分に土質改質されていない掘削土砂が生じるおそれがあった。
【０００７】
また、掘削土砂中に有害物が含まれている場合には、それを無害化する機能を備えていないので、無害化用の設備を新たに設置しなければならないが、無害化用の設備には、広い敷地と新たな設備投資が必要であるという問題点があった。
【０００８】
そして、特許文献２に記載されている処理設備では、ミキサー中に含まれる掘削土砂の容量を計測し、その掘削土砂の容量に対して、所定量の改質材を供給するため、流動化処理作業がバッチ処理とならざるを得ず、処理効率が悪いという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、掘削土砂の土質改質処理、無害化処理及び流動化処理を連続的に実施するにあたり、適量の薬材を供給可能な土質改質設備及び土質改質工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、地盤の掘削により生じた掘削土砂をベルトコンベアにより搬送しながら撹拌混合して、前記掘削土砂を再利用できるように土質を改質するための土質改質設備であって、
前記掘削土砂と水とを混合して泥水を作成するとともに、その泥水を供給する泥水供給手段と、
前記掘削土砂又は前記泥水を前記ベルトコンベア上に供給する土砂供給手段と、
前記ベルトコンベアの所定の範囲に積載された前記掘削土砂又は前記泥水の重量を計測する計測手段と、
前記掘削土砂又は前記泥水を改質するための改質材を供給する改質材供給手段と、
前記掘削土砂又は前記泥水に含まれる有害物を無害化するための無害化材を供給する無害化材供給手段と、
前記計測手段により計測された前記掘削土砂又は前記泥水の重量に基づいて、前記改良材供給手段及び前記無害化材供給手段から供給される改良材及び無害化材の供給量を調整する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、改質材供給手段と無害化材供給手段とを備えているので、掘削土砂を土質改質処理するとともに、無害化処理も行うことができる。さらに、泥水供給手段を備えているので、掘削土砂を流動化処理することもできる。従来の処理設備をそれぞれ設けて、別々に処理を行う場合に比べて、設備投資費を低減できるとともに、処理時間を大幅に短縮することができる。
【００１２】
また、計測手段と制御手段とを備えているので、ベルトコンベアに積載されている掘削土砂を土質改質、無害化及び流動化処理するために最適な量の改質材及び無害化材を供給することができる。そして、改質材及び無害化材を掘削土砂に供給後、撹拌混合するので、改質材及び無害化材を掘削土砂内に均一に分布させることができる。したがって、信頼性の高い改質土を作成し、かつ、重金属、ホウ素、フッ素、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、油等の有害物を確実に無害化することができる。
【００１３】
そして、土質改質処理、無害化処理及び流動化処理を連続して実施することができるので、従来のバッチ処理に比べて処理時間を大幅に短縮することができる。
【００１４】
また、本発明において、前記計測手段は、前記ベルトコンベアのヘッドプーリーとテールプーリーとの間に複数設けられ、搬送用ベルトを支持するガイドプーリー間に設置されているものであることとすれば、ガイドプーリー間の範囲内に積載されている重量を測定することができる。
【００１５】
また、本発明において、前記改質材供給手段は、前記改質材を貯留するための改質材用タンクと、前記改質材を前記掘削土砂又は前記泥水に供給するための改質材用フィーダと、を備えることとすれば、改質材を改質材用貯留タンクに貯留することにより、改質材を連続して供給することができる。
【００１６】
また、本発明において、前記改質材用フィーダは、前記計測手段にて計測した前記掘削土砂又は前記泥水の重量に応じて前記改質材の吐出量を調整可能であることとすれば、ガイドプーリー間に積載されている掘削土砂又は泥水の量に応じた最適な量の改質材を供給することができる。
【００１７】
また、本発明において、前記無害化材供給手段は、前記無害化材を貯留するための無害化材用タンクと、前記無害化材を前記掘削土砂又は前記泥水に噴射するための無害化材用ノズルと、前記無害化材用タンクから前記無害化材を供給するための無害化材用ポンプ又は無害化材用フィーダとを備えることとすれば、無害化材を無害化材用貯留タンクに貯留することにより、無害化材を連続して供給することができる。
【００１８】
また、本発明において、前記無害化材用ポンプ又は無害化材用フィーダは、前記計測手段にて計測した前記掘削土砂又は前記泥水の重量に応じて前記無害化材の吐出量を調整可能であることとすれば、ガイドプーリー間に積載されている掘削土砂又は泥水の量に応じた最適な量の無害化材を供給することができる。
【００１９】
本発明は、上述した土質改質設備を用いた掘削土砂の土質を改質する改質工法において、
前記掘削土砂を前記ベルトコンベア上に供給する掘削土砂供給工程と、
前記ベルトコンベアの所定の範囲に積載された前記掘削土砂の重量を計測する重量計測工程と、
前記計測工程にて計測された前記掘削土砂の重量に基づいて、所定量の前記改質材を供給する改質材供給工程と、
前記計測工程にて計測された前記掘削土砂の重量に基づいて、所定量の前記無害化材を供給する無害化材供給工程と、
前記改質材及び前記無害化材が供給された前記掘削土砂を撹拌混合する撹拌混合工程と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、掘削土砂の土質改良処理及び無害化処理を連続して実施することができる。
【００２１】
本発明は、上述した土質改質設備を用いた掘削土砂の土質を改質する改質工法において、
前記掘削土砂と水とを混合して作成した泥水を前記ベルトコンベア上に供給する泥水供給工程と、
前記ベルトコンベアの所定の範囲に積載された前記泥水の重量を計測する重量計測工程と、
前記計測工程にて計測された前記泥水の重量に基づいて、所定量の前記改質材を供給する改質材供給工程と、
前記計測工程にて計測された前記泥水の重量に基づいて、所定量の前記無害化材を供給する無害化材供給工程と、
前記改質材及び前記無害化材が供給された前記泥水を撹拌混合する撹拌混合工程と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、掘削土砂の流動化処理及び無害化処理を連続して実施することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、掘削土砂の土質改質処理、無害化処理及び流動化処理を連続的に実施可能で、かつ、適量の薬材を供給可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る土質改質設備を示す全体概略図である。
【図２】ベルトコンベアを示す平断面図である。
【図３】ベルトコンベアを示す側断面図である。
【図４】土質改質設備を用いた土質改質処理、無害化処理及び流動化処理の施工手順を示すフロー図である。
【図５】従来の処理設備を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る土質改質設備１の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係る土質改質設備１の全体概略図である。また、図２及び図３は、それぞれベルトコンベア３を示す平断面図、側断面図である。
図１〜図３に示すように、土質改質設備１は、地盤の掘削により生じた掘削土砂２をベルトコンベア３上に積載した後、上流側で掘削土砂２を改質するための改質材及び無害化するための無害化材を供給し、搬送しながら撹拌混合して土質改質土を作成したり、掘削土砂２と水とを混合した泥水２２をベルトコンベア３上に積載した後、上流側で泥水２２を流動化するための改質材を供給し、搬送しながら撹拌混合して流動化処理土を作成し、掘削土砂２を再利用できるように処理するためのものである。
【００２７】
まず、土質改質設備１全体について説明する。
【００２８】
土質改質設備１は、ベルトコンベア３と、掘削土砂２や泥水２２をベルトコンベア３に供給する土砂供給手段５と、掘削土砂２と水とを混合して泥水２２を作成し、土砂供給手段５に供給するための泥水供給手段４と、掘削土砂２や泥水２２をベルトコンベア３上で撹拌するための撹拌機６と、搬送用ベルト７に積載された掘削土砂２や泥水２２の重量を計測する計測手段８と、改質材を供給する改質材供給手段９と、掘削土砂２に含まれる有害物を無害化するための無害化材を供給する無害化材供給手段１０と、改質材供給手段９及び無害化材供給手段１０から供給される改質材及び無害化材の供給量を調整する制御手段３１と、を備える。
【００２９】
次に、ベルトコンベア３の構造について説明する。
【００３０】
ベルトコンベア３には、上流側端部、下流側端部にそれぞれヘッドプーリー１１、テールプーリー１２が設けられ、両プーリー１１、１２間に搬送用ベルト７が掛け渡されている。両プーリー１１、１２間には、搬送用ベルト７を支持するためのガイドプーリー１３が所定の間隔で複数設けられている。
【００３１】
ヘッドプーリー１１を駆動装置２１で回転駆動して搬送用ベルト７を所定の向きに回転させることにより、掘削土砂２や泥水２２を搬送する。
【００３２】
ベルトコンベア３本体は、その本体を囲うように設けられた枠体１４内に設置されている。そして、ベルトコンベア３の上方は、枠体１４に開閉可能に接続された蓋１５に覆われている。蓋１５には、掘削土砂２や泥水２２、改質材、無害化材の投入口がそれぞれ設けられている。また、蓋１５にはその開閉を行うための開閉駆動装置１６が取り付けられ、その開閉駆動装置１６の駆動により、蓋１５はヒンジ１７を中心に上方へ回動する。蓋１５は、ベルトコンベア３の上方を覆うように設けられているので、掘削土砂２や泥水２２による粉塵の拡散を防止する。
【００３３】
また、掘削土砂２や泥水２２が搬送用ベルト７の側方からベルトの外方に漏れることを防止するための板状のライナー１８が枠体１４の両側面にそれぞれ取り付けられている。ライナー１８は、例えば、ゴム板からなり、その下側縁は搬送用ベルト７の上面に接着材で貼り付けされ、上側縁は蓋１５にボルト等にて取り付けられている。これにより、ライナー１８と搬送用ベルト７との間からの掘削土砂２や泥水２２の漏れを防止し、かつ、ベルトコンベア３の騒音及び振動を低減する。なお、掘削土砂２や泥水２２が漏れても地面に触れないように、ベルトコンベア３の下面には、すり鉢状の受け皿３３が設けられている。そして、漏れた掘削土砂２や泥水２２は、受け皿３３の下端に接続された鋼管からなる収集手段３２を介して土砂供給手段５の原料ホッパーや泥水供給手段４の泥水貯留槽３４（後述する）に送給される。
【００３４】
ベルトコンベア３の下流側端部には、気体状の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、ベンゼン、トルエン、キシレン、酢酸エチル等を吸引するための吸引装置３６が設けられている。掘削土砂２に揮発性有機化合物が含まれていると、枠体１４内に気体状の揮発性有機化合物が充満して危険なので、吸引装置３６で吸引して枠体１４外に排出し、適切に処理する。
【００３５】
次に、流動化処理を実施する場合に使用する泥水供給手段４について説明する。
【００３６】
泥水供給手段４は、泥水２２を作成するための泥水貯留槽３４と、泥水貯留槽３４内に設置され、泥水２２を供給するための水中ポンプ２０と、水中ポンプ２０から供給される泥水２２を土砂供給手段５に送給する送給手段３５と、土砂供給手段５をオーバーフローした泥水貯留槽３４に戻す戻り手段１９とを備える。
【００３７】
工事現場で発生した掘削土砂２は泥水貯留槽３４に投入され、水と混合して泥水２２が作成される。泥水２２は泥水貯留槽３４内で比重を調整される。
【００３８】
作成された泥水２２は、水中ポンプ２０から吐出され、鋼管からなる送給手段３５を介してベルトコンベア３の上流側端部に設けられた土砂供給手段５に供給される。このとき、土砂供給手段５内が空にならないように適宜、泥水貯留槽３４から泥水２２が供給される。一方、土砂供給手段５が満杯になった場合は、溢れないように土砂供給手段５の上端部に接続された鋼管からなる戻り手段１９を介して泥水貯留槽３４に戻される。
【００３９】
次に、攪拌機６の構造について説明する。
【００４０】
攪拌機６は、ベルトコンベア３の長手方向に沿って所定の間隔で複数設けられている。なお、以下の説明では、最も上流側に配置された攪拌機６を第１段の攪拌機６ａとし、下流側に向かって順番に第２段の攪拌機６ｂ、第３段の攪拌機６ｃ、第４段の攪拌機６ｄ、第５段の攪拌機６ｅ、第６段の攪拌機６ｆという。
【００４１】
攪拌機６は、棒状で回転の中心となる垂直軸２３と、その垂直軸２３から水平方向に突出するように垂直軸２３の下端に取り付けられた複数の羽根２４とを備え、垂直軸２３を回転中心として回転しながら、羽根２４で掘削土砂２や泥水２２を撹拌する。
【００４２】
攪拌機６を回転させる際は、互いに隣接する攪拌機６の回転方向が互いに異なるように回転させる。具体的には、第１段の攪拌機６ａを左回転（正回転）させたときには、第２段の攪拌機６ｂを右回転（逆回転） 、第３段の攪拌機６ｃを正回転させ、以下同様の要領で第４段〜第６の攪拌機６ｄ〜６ｆも回転させる。このことにより、掘削土砂２や泥水２２は正方向、逆方向の攪拌力を交互に受け、この結果、掘削土砂２や泥水２２は、複数の攪拌機６を経由する間に改質材及び無害化材が均一となるように混合される。
【００４３】
また、各攪拌機６は、その垂直軸２３が搬送用ベルト７の長手方向に平行な中心軸から一定距離だけ交互に進行方向に対して左右（図２では上下）にずれた位置に配列されている。このことにより、掘削土砂２中に、コンクリート塊や岩石等の異物が含まれていたときには、その異物は各攪拌機６の羽根２４の回転により外周方向に押し出され、羽根２４とライナー１８との間に形成される隙間に送り出されるので、容易に除去できる。
【００４４】
また、羽根２４と搬送用ベルト７との間に形成される隙間内に異物を噛みこんだときには、前後のガイドプーリー１３間で搬送用ベルト７が撓み、搬送用ベルト７と羽根２４との間に異物の収納空間が形成されて羽根２４の破損は回避される。
【００４５】
次に、計測手段８の構成について説明する。
【００４６】
計測手段８は、ベルトコンベア３の上流側端部のガイドプーリー１３間に、搬送用ベルト７の下面に接するように設けられていて、隣接するガイドプーリー１３間に積載された掘削土砂２や泥水２２の重量を計測する。計測手段８は、土砂供給手段５よりも下流側に設けられている。そして、計測結果は、制御手段３１に送信される。本実施形態においては、計測手段８として、ロードセルを用いた。
【００４７】
次に、改質材供給手段９の構成について説明する。
【００４８】
改質材供給手段９は、改質材を貯留するための改質材用タンク２５と、改質材用タンク２５から供給される改質材を投入するための改質材用ホッパー２６と、改質材用ホッパー２６の下端に取り付けられ、改質材を供給するためのフィーダ２７とを備える。本実施形態においては、改質材として、セメントを用いた。
【００４９】
改質材用ホッパー２６及びフィーダ２７は、計測手段８よりも下流側に設けられている。フィーダ２７は、改質材の供給量を調整可能であり、本実施形態においては、フィーダ２７として、ロータリーバルブを用いた。計測手段８で計測した掘削土砂２や泥水２２の重量に応じて所定の量の改質材を掘削土砂２や泥水２２に供給する。
【００５０】
次に、無害化材供給手段１０の構成について説明する。
【００５１】
無害化材供給手段１０は、無害化材を貯留するための無害化材用タンク２８と、無害化材を泥水２２に噴射するためのノズル２９と、無害化材用タンク２８から無害化材を供給するためのポンプ３０又はフィーダとを備える。本実施形態においては、ポンプ３０を用いる場合について説明する。
【００５２】
無害化材は、ボーリング等の事前調査により検出された有害物を無害化可能な原材料に水を混合して作成される。この原材料は、検出された有害物に応じて適宜選定される。対象とする有害物は、例えば、重金属（ヒ素、クロム、カドミウム、水銀、鉛等）、ホウ素、フッ素、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、ベンゼン、トルエン、キシレン、酢酸エチル等、油等とする。本実施形態においては、重金属のヒ素が掘削土砂中２に含まれていて、これを無害化するための原材料として鉄分を選定し、水と混合して無害化材を作成した。
【００５３】
掘削土砂２中から複数の有害物が検出された場合には、それらの有害物を無害化可能な原材料をそれぞれ選定し、複数の無害化材を作成する。
【００５４】
ポンプ３０は、無害化材の吐出量を調整可能であり、計測手段８にて計測した掘削土砂２の重量に応じて所定の量の無害化材を掘削土砂２に供給する。
【００５５】
有害物の含有量は上記事前調査時に計測され、掘削土砂２中の単位体積当たりに含まれる含有量が算出される。この算出結果に基づいて、計測手段８にて計測した掘削土砂２又は泥水２２の重量に応じて無害化材は掘削土砂２に供給される。
【００５６】
ノズル２９は、計測手段８よりも下流側に設けられていて、無害化材を広い範囲に噴射可能である。
【００５７】
なお、本実施形態においては、改質材を供給するフィーダ２７及び無害化材を供給するノズル２９を攪拌機６よりも上流側に設けて、改質材及び無害化材を掘削土砂２又は泥水２２に供給して撹拌するという順番で説明したが、これに限定されるものではなく、フィーダ２７やノズル２９を隣接する攪拌機６間（例えば、攪拌機６ｃと攪拌機６ｄとの間）に設けて、撹拌処理の途中で改質材及び無害化材を供給してもよい。改質材及び無害化材は、土質改質処理や無害化処理や流動化処理の反応速度等に応じて適宜、供給位置を変更する。
【００５８】
次に、制御手段３１の構成について説明する。
【００５９】
制御手段３１は、計測手段８により計測された掘削土砂２又は泥水２２の重量に基づいて、土質改質処理、流動化処理及び無害化処理に必要な改質材及び無害化材の供給量を算出し、フィーダ２７及びポンプ３０を制御して、改質材及び無害化材の供給量を調整する。
【００６０】
以下に、上述した構成からなる土質改質設備１を用いた土質改質工法のうち、最初に、土質改質処理方法及び無害化処理方法について説明し、次に、流動化処理方法についてそれぞれ施工手順に従って説明する。
【００６１】
図４は、土質改質設備１を用いた土質改質処理及び無害化処理の施工手順を示すフロー図である。
【００６２】
図４に示すように、土質改質処理及び無害化処理は、土質改質設備１の運転条件設定Ｓ１を行った後、自動運転開始Ｓ１０から自動運転終了Ｓ１００までの工程（流動化処理土を作成する場合にのみ実施する工程Ｓ３０、Ｓ３３、Ｓ３６は除く）を常時、実施して行う。
【００６３】
まず、現場にて発生する掘削土砂２の量に応じて、ベルトコンベア３の回転速度等の処理能力を設定するとともに、掘削土砂２の単位重量当たりの改質材の供給量ｋｗ及び無害化材の供給量ｆｗを設定する運転条件設定工程Ｓ１を実施する。
【００６４】
改質材の供給量ｋｗは、ボーリング等の地質調査時にサンプリングした掘削土砂２の土質等に基づいて設計等により決定される。
【００６５】
また、無害化材の供給量ｆｗは、掘削土砂２に含まれる有害物の量に応じて設計等により決定される。
【００６６】
上記の運転条件の設定が終了したら自動運転を開始する（Ｓ１０）。
【００６７】
まず、搬送用ベルト７を所定の向きに回転させる搬送用ベルト作動工程Ｓ２０を実施する。
【００６８】
粉塵が飛散することを防止するために、ベルトコンベア３の蓋１５を閉じた後、ヘッドプーリー１１を回転させるための駆動装置２１を駆動させて搬送用ベルト７を回転させる。
【００６９】
次に、攪拌機６を回転させる攪拌機作動工程Ｓ２５を実施する。攪拌機６は、互いに隣接する攪拌機６の回転方向が互いに異なるように回転させる。
【００７０】
次に、現場で発生した掘削土砂２を土砂供給手段５である原料ホッパー内に供給して貯留し、掘削土砂２を連続的に搬送用ベルト７上に投下する泥水投入工程Ｓ４０を実施する。
【００７１】
土砂供給手段５の下端に設けられた開口部から掘削土砂２を搬送用ベルト７に連続して投下する。
【００７２】
次に、搬送用ベルト７に投下された掘削土砂２の重量を測定する掘削土砂重量計測工程Ｓ５０を実施する。
【００７３】
搬送用ベルト７のガイドプーリー１３間に積載された掘削土砂の重量を計測手段８にて計測し、この計測値を制御手段３１に送信する。制御手段３１は、この計測値に基づいて、改質材及び無害化材の供給量Ｋｗ、Ｆｗを算出する。改質材の供給量Ｋｗ及び無害化材の供給量Ｆｗの算出方法をそれぞれ以下に示す。
【００７４】
改質材の供給量Ｋｗは、次式（１）にて算出される。
Ｋｗ＝Ｄｗ×ｋｗ ・・・（１）
ここで、Ｋｗ：供給される改質材の供給量、Ｄｗ：計測された掘削土砂２の重量、ｋｗ：単位重量当たりの掘削土砂２に供給される改質材の重量である。
【００７５】
また、無害化材の供給量Ｆｗは、次式（２）にて算出される。
Ｆｗ＝Ｄｗ×ｆｗ ・・・（２）
ここで、Ｆｗ：供給される無害化材の供給量、Ｄｗ：計測された掘削土砂２の重量、ｆｗ：単位重量当たりの掘削土砂２に供給される無害化材の重量である。
【００７６】
式（１）により算出された結果に基づいて、改質材を掘削土砂２に供給する改質材供給工程Ｓ６０を実施する。
【００７７】
改質材フィーダ２７を作動させて、制御手段３１により算出された供給量Ｋｗの改質材を掘削土砂２に供給する。改質材フィーダ２７の作動は、制御手段３１により制御され、上記算出された供給量Ｋｗのみ供給される。
【００７８】
また、式（２）により算出された結果に基づいて、無害化材を掘削土砂２に供給する無害化材供給工程Ｓ７０を実施する。
【００７９】
ポンプ３０を作動させて、制御手段３１により算出された供給量Ｆｗの無害化材を掘削土砂２に供給する。ポンプ３０の作動は、制御手段３１により制御され、上記算出された供給量Ｆｗのみ供給される。
【００８０】
次に、改質材及び無害化材を供給された掘削土砂２を撹拌混合する撹拌混合工程Ｓ８０を実施する。
【００８１】
改質材及び無害化材を供給された掘削土砂２は、搬送用ベルト７の回転により、ベルトコンベア３の上流側から下流側に搬送されながら、第１段の攪拌機６ａの位置において羽根２４の正回転によって攪拌され、改質材及び無害化材と混合される。そして、以下、同様に逆回転する第２段の攪拌機６ｂ、正回転する第３段の攪拌機６ｃ、逆回転する第４段の攪拌機６ｄ、正回転する第５段の攪拌機６ｄ、逆回転する第６段の攪拌機６ｆの順にそれぞれの羽根２４によって改質材及び無害化材と攪拌混合され土質改質される。
【００８２】
土質改質された改質土を搬送用ベルト７の下流側先端より排出する改質土排出工程Ｓ９０を実施する。改質土は、再び現場へ搬送され、再利用される。
【００８３】
上述した搬送用ベルト作動工程Ｓ２０から改質土排出工程Ｓ９０までを連続して常時、実施する。そして、例えば、１日の作業終了時に自動運転を終了する（Ｓ１００）。
【００８４】
次に、上記土質改質設備１を用いた流動化処理方法について施工手順に従って説明する。
【００８５】
以下の説明において、上述した土質改質処理方法及び無害化処理方法に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００８６】
再び、図４に示すように、流動化処理は、土質改質設備１の運転条件設定Ｓ１を行った後、自動運転開始Ｓ１０から自動運転終了Ｓ１００までの工程を常時、実施して行う。
【００８７】
まず、上述したように、現場にて発生する掘削土砂２の量に応じて、ベルトコンベア３の回転速度等の処理能力を設定するとともに、泥水２２の単位重量当たりの改質材の供給量ｋｗ及び無害化材の供給量ｆｗを設定する運転条件設定工程Ｓ１を実施する。以下、無害化材の供給方法は、上述した方法と同じなので説明を省略する。
【００８８】
運転条件の設定が終了したら自動運転を開始し（Ｓ１０）、搬送用ベルト作動工程Ｓ２０及び攪拌機作動工程Ｓ２５を実施する。
【００８９】
上述した工程Ｓ１、Ｓ１０、Ｓ２０、Ｓ２５と並行して、現場で発生した掘削土砂２を篩い分けして、所定寸法以上の土塊を除去する篩い分け工程Ｓ３０を実施する。
【００９０】
次に、篩い分けして粒度調整された掘削土砂２を泥水貯留槽３４内に投入し、水と混合して所定の比重及び所定の粘度の泥水２２を作製する泥水作製工程Ｓ３３を実施する。
【００９１】
作製された泥水２２は、常時、攪拌機２２で撹拌混合することにより、比重及び粘度を一定に維持する。なお、必要に応じて混和剤を混合してもよい。
【００９２】
次に、泥水貯留槽３４内の泥水２２を土砂供給手段５に供給する泥水供給工程Ｓ３６を実施する。泥水貯留槽３４内に設置された水中ポンプ２０で送給手段３５を介して土砂供給手段５内に泥水２２を連続的に供給する。
【００９３】
次に、土砂供給手段５内の泥水２２を連続的に搬送用ベルト７上に投下する泥水投入工程Ｓ４０を実施する。
【００９４】
土砂供給手段５の下端に設けられた開口部から泥水２２を搬送用ベルト７に連続して投下する。
【００９５】
次に、搬送用ベルト７に投下された泥水２２の重量を測定する泥水重量計測工程Ｓ５０を実施する。
【００９６】
搬送用ベルト７のガイドプーリー１３間に積載された泥水２２の重量を計測手段８にて計測し、この計測値を制御手段３１に送信する。制御手段３１は、この計測値に基づいて、上述したように、式（１）及び式（２）により、改質材の供給量Ｋｗ及び無害化材の供給量Ｆｗを算出する。
【００９７】
そして、式（１）及び式（２）により算出された結果に基づいて、改質材及び無害化材を泥水２２に供給する改質材供給工程Ｓ６０及び無害化材供給工程Ｓ７０を実施する。
【００９８】
次に、改質材及び無害化材を供給された泥水２２を撹拌混合する撹拌混合工程Ｓ８０を実施する。改質材及び無害化材を供給された泥水２２は、搬送用ベルト７の回転により、ベルトコンベア３の上流側から下流側に搬送されながら、攪拌機６によって攪拌混合され、土質改質される。
【００９９】
土質改質された改質土を搬送用ベルト７の下流側先端より排出する改質土排出工程Ｓ９０を実施する。土質改質により作成された流動化処理土は、再び現場へ搬送され、再利用される。
【０１００】
上述した搬送用ベルト作動工程Ｓ２０から改質土排出工程Ｓ９０までを連続して常時、実施する。そして、例えば、１日の作業終了時に自動運転を終了する（Ｓ１００）。
【０１０１】
なお、本実施形態の流動化処理を行う場合においては、掘削土砂２を水と混合する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、掘削土砂２が水分を多く含む泥水状態の場合は、泥水貯留槽３４を設けることなく、そのまま土砂供給手段５に投入してもよい。ただし、予め、泥水状態の掘削土砂２をサンプリングし、比重を計測し、単位重量当たりの改質材の供給量ｋｗ及び単位重量当たりの無害化材の供給量ｆｗを算出しておくことが必要である。
【０１０２】
上述した本実施形態によれば、土質改質設備１は、改質材供給手段９と無害化材供給手段１０と泥水供給手段４とを備えているので、掘削土砂２や泥水２２を土質改質処理、無害化処理、及び流動化処理することができる。従来の処理設備をそれぞれ設けて、別々に処理を行う場合に比べて、設備投資費を低減できるとともに、処理時間を大幅に短縮することができる。
【０１０３】
また、計測手段８と制御手段３１とを備えているので、搬送用ベルト７に積載されている掘削土砂２や泥水２２に最適な量の改質材及び無害化材を供給することができる。そして、改質材及び無害化材を掘削土砂２や泥水２２に供給後、撹拌混合するので、改質材及び無害化材を掘削土砂２内や泥水２２内に均一に分布させることができる。したがって、信頼性の高い改質土を作成し、かつ、有害物を確実に無害化することができる。
【０１０４】
そして、土質改良処理、無害化処理及び流動化処理を連続して実施することができるので、従来のバッチ処理に比べて処理時間が大幅に短縮される。
【０１０５】
また、改質材供給手段９は、改質材用タンク２５とフィーダ２７とを備えているので、改質材を連続して供給することができる。さらに、無害化材供給手段１０は、無害化材用タンク２８とノズル２９とポンプ３０とを備えているので、無害化材を連続して供給することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１ 土質改質設備
２ 掘削土砂
３ ベルトコンベア
４ 泥水供給手段
５ 土砂供給手段
６ 攪拌機
７ 搬送用ベルト
８ 計測手段
９ 改質材供給手段
１０ 無害化材供給手段
１１ ヘッドプーリー
１２ テールプーリー
１３ ガイドプーリー
１４ 枠体
１５ 蓋
１６ 開閉駆動装置
１７ ヒンジ
１８ ライナー
１９ 戻り手段
２０ 水中ポンプ
２１ 駆動装置
２２ 泥水
２３ 垂直軸
２４ 羽根
２５ 改質材用タンク
２６ 改質材用ホッパー
２７ フィーダ
２８ 無害化材用タンク
２９ ノズル
３０ ポンプ
３１ 制御手段
３２ 収集手段
３３ 受け皿
３４ 泥水貯留槽
３５ 送給手段
３６ 吸引装置
３７ 攪拌機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地盤の掘削により生じた掘削土砂を再利用できるように土質を改質するための土質改質設備及び土質改質工法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
トンネルの掘削現場やビルの建設現場等で発生する掘削土砂は、産業廃棄物として処分しなければならないので処理費用がかかる。そこで、この掘削土砂を裏込材や埋戻材として再利用するための土質改質技術が開発されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、ベルトコンベア上に配置された撹拌羽根により、ベルトコンベア上を搬送される掘削土砂を撹拌混合しながら土質改質する撹拌混合装置が開示されている。この撹拌混合装置は、この掘削土砂を流動化するための改質材を上流側で供給し、搬送しながら撹拌混合して、掘削土砂を流動化処理するものである。
【０００４】
また、特許文献２には、掘削土砂を土質改質するための処理設備が開示されている。この処理設備は、図５に示すように、掘削土砂に水を噴射して掘削土砂を破砕しながら篩分けを行う篩分け工程と、篩い分けられた掘削土砂中に含まれる異物を除去する除去工程と、掘削土砂と水とからなる泥水に改質材を添加して撹拌混合する混合工程とを１サイクルとし、これを複数回繰り返すことにより、掘削土砂を流動化処理するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−２１１８２３号公報
【特許文献２】特開２００１−３２９５６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載されている撹拌混合装置では、ベルトコンベア上に積載された掘削土砂の重量を計測する機能を備えていないので、積載されている掘削土砂の量に応じた適切な量の改質材を供給できず、このため、充分に土質改質されていない掘削土砂が生じるおそれがあった。
【０００７】
また、掘削土砂中に有害物が含まれている場合には、それを無害化する機能を備えていないので、無害化用の設備を新たに設置しなければならないが、無害化用の設備には、広い敷地と新たな設備投資が必要であるという問題点があった。
【０００８】
そして、特許文献２に記載されている処理設備では、ミキサー中に含まれる掘削土砂の容量を計測し、その掘削土砂の容量に対して、所定量の改質材を供給するため、流動化処理作業がバッチ処理とならざるを得ず、処理効率が悪いという問題点があった。
【０００９】
そこで、本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、掘削土砂の土質改質処理、無害化処理及び流動化処理を連続的に実施するにあたり、適量の薬材を供給可能な土質改質設備及び土質改質工法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、地盤の掘削により生じた掘削土砂をベルトコンベアにより搬送しながら撹拌混合して、前記掘削土砂を再利用できるように土質を改質するための土質改質設備であって、
前記掘削土砂と水とを混合して泥水を作成するとともに、その泥水を供給する泥水供給手段と、
前記掘削土砂又は前記泥水を前記ベルトコンベア上に供給する土砂供給手段と、
前記ベルトコンベアの所定の範囲に積載された前記掘削土砂又は前記泥水の重量を計測する計測手段と、
前記掘削土砂又は前記泥水を改質するための改質材を供給する改質材供給手段と、
前記掘削土砂又は前記泥水に含まれる有害物を無害化するための無害化材を供給する無害化材供給手段と、
前記計測手段により計測された前記掘削土砂又は前記泥水の重量に基づいて、前記改良材供給手段及び前記無害化材供給手段から供給される改良材及び無害化材の供給量を調整する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明によれば、改質材供給手段と無害化材供給手段とを備えているので、掘削土砂を土質改質処理するとともに、無害化処理も行うことができる。さらに、泥水供給手段を備えているので、掘削土砂を流動化処理することもできる。従来の処理設備をそれぞれ設けて、別々に処理を行う場合に比べて、設備投資費を低減できるとともに、処理時間を大幅に短縮することができる。
【００１２】
また、計測手段と制御手段とを備えているので、ベルトコンベアに積載されている掘削土砂を土質改質、無害化及び流動化処理するために最適な量の改質材及び無害化材を供給することができる。そして、改質材及び無害化材を掘削土砂に供給後、撹拌混合するので、改質材及び無害化材を掘削土砂内に均一に分布させることができる。したがって、信頼性の高い改質土を作成し、かつ、重金属、ホウ素、フッ素、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、油等の有害物を確実に無害化することができる。
【００１３】
そして、土質改質処理、無害化処理及び流動化処理を連続して実施することができるので、従来のバッチ処理に比べて処理時間を大幅に短縮することができる。
【００１４】
また、本発明において、前記計測手段は、前記ベルトコンベアのヘッドプーリーとテールプーリーとの間に複数設けられ、搬送用ベルトを支持するガイドプーリー間に設置されているものであることとすれば、ガイドプーリー間の範囲内に積載されている重量を測定することができる。
【００１５】
また、本発明において、前記改質材供給手段は、前記改質材を貯留するための改質材用タンクと、前記改質材を前記掘削土砂又は前記泥水に供給するための改質材用フィーダと、を備えることとすれば、改質材を改質材用貯留タンクに貯留することにより、改質材を連続して供給することができる。
【００１６】
また、本発明において、前記改質材用フィーダは、前記計測手段にて計測した前記掘削土砂又は前記泥水の重量に応じて前記改質材の吐出量を調整可能であることとすれば、ガイドプーリー間に積載されている掘削土砂又は泥水の量に応じた最適な量の改質材を供給することができる。
【００１７】
また、本発明において、前記無害化材供給手段は、前記無害化材を貯留するための無害化材用タンクと、前記無害化材を前記掘削土砂又は前記泥水に噴射するための無害化材用ノズルと、前記無害化材用タンクから前記無害化材を供給するための無害化材用ポンプ又は無害化材用フィーダとを備えることとすれば、無害化材を無害化材用貯留タンクに貯留することにより、無害化材を連続して供給することができる。
【００１８】
また、本発明において、前記無害化材用ポンプ又は無害化材用フィーダは、前記計測手段にて計測した前記掘削土砂又は前記泥水の重量に応じて前記無害化材の吐出量を調整可能であることとすれば、ガイドプーリー間に積載されている掘削土砂又は泥水の量に応じた最適な量の無害化材を供給することができる。
【００１９】
本発明は、上述した土質改質設備を用いた掘削土砂の土質を改質する改質工法において、
前記掘削土砂を前記ベルトコンベア上に供給する掘削土砂供給工程と、
前記ベルトコンベアの所定の範囲に積載された前記掘削土砂の重量を計測する重量計測工程と、
前記計測工程にて計測された前記掘削土砂の重量に基づいて、所定量の前記改質材を供給する改質材供給工程と、
前記計測工程にて計測された前記掘削土砂の重量に基づいて、所定量の前記無害化材を供給する無害化材供給工程と、
前記改質材及び前記無害化材が供給された前記掘削土砂を撹拌混合する撹拌混合工程と、を備えることを特徴とする。
【００２０】
本発明によれば、掘削土砂の土質改良処理及び無害化処理を連続して実施することができる。
【００２１】
本発明は、上述した土質改質設備を用いた掘削土砂の土質を改質する改質工法において、
前記掘削土砂と水とを混合して作成した泥水を前記ベルトコンベア上に供給する泥水供給工程と、
前記ベルトコンベアの所定の範囲に積載された前記泥水の重量を計測する重量計測工程と、
前記計測工程にて計測された前記泥水の重量に基づいて、所定量の前記改質材を供給する改質材供給工程と、
前記計測工程にて計測された前記泥水の重量に基づいて、所定量の前記無害化材を供給する無害化材供給工程と、
前記改質材及び前記無害化材が供給された前記泥水を撹拌混合する撹拌混合工程と、を備えることを特徴とする。
【００２２】
本発明によれば、掘削土砂の流動化処理及び無害化処理を連続して実施することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、掘削土砂の土質改質処理、無害化処理及び流動化処理を連続的に実施可能で、かつ、適量の薬材を供給可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施形態に係る土質改質設備を示す全体概略図である。
【図２】ベルトコンベアを示す平断面図である。
【図３】ベルトコンベアを示す側断面図である。
【図４】土質改質設備を用いた土質改質処理、無害化処理及び流動化処理の施工手順を示すフロー図である。
【図５】従来の処理設備を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る土質改質設備１の好ましい実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施形態に係る土質改質設備１の全体概略図である。また、図２及び図３は、それぞれベルトコンベア３を示す平断面図、側断面図である。
図１〜図３に示すように、土質改質設備１は、地盤の掘削により生じた掘削土砂２をベルトコンベア３上に積載した後、上流側で掘削土砂２を改質するための改質材及び無害化するための無害化材を供給し、搬送しながら撹拌混合して土質改質土を作成したり、掘削土砂２と水とを混合した泥水２２をベルトコンベア３上に積載した後、上流側で泥水２２を流動化するための改質材を供給し、搬送しながら撹拌混合して流動化処理土を作成し、掘削土砂２を再利用できるように処理するためのものである。
【００２７】
まず、土質改質設備１全体について説明する。
【００２８】
土質改質設備１は、ベルトコンベア３と、掘削土砂２や泥水２２をベルトコンベア３に供給する土砂供給手段５と、掘削土砂２と水とを混合して泥水２２を作成し、土砂供給手段５に供給するための泥水供給手段４と、掘削土砂２や泥水２２をベルトコンベア３上で撹拌するための撹拌機６と、搬送用ベルト７に積載された掘削土砂２や泥水２２の重量を計測する計測手段８と、改質材を供給する改質材供給手段９と、掘削土砂２に含まれる有害物を無害化するための無害化材を供給する無害化材供給手段１０と、改質材供給手段９及び無害化材供給手段１０から供給される改質材及び無害化材の供給量を調整する制御手段３１と、を備える。
【００２９】
次に、ベルトコンベア３の構造について説明する。
【００３０】
ベルトコンベア３には、上流側端部、下流側端部にそれぞれヘッドプーリー１１、テールプーリー１２が設けられ、両プーリー１１、１２間に搬送用ベルト７が掛け渡されている。両プーリー１１、１２間には、搬送用ベルト７を支持するためのガイドプーリー１３が所定の間隔で複数設けられている。
【００３１】
ヘッドプーリー１１を駆動装置２１で回転駆動して搬送用ベルト７を所定の向きに回転させることにより、掘削土砂２や泥水２２を搬送する。
【００３２】
ベルトコンベア３本体は、その本体を囲うように設けられた枠体１４内に設置されている。そして、ベルトコンベア３の上方は、枠体１４に開閉可能に接続された蓋１５に覆われている。蓋１５には、掘削土砂２や泥水２２、改質材、無害化材の投入口がそれぞれ設けられている。また、蓋１５にはその開閉を行うための開閉駆動装置１６が取り付けられ、その開閉駆動装置１６の駆動により、蓋１５はヒンジ１７を中心に上方へ回動する。蓋１５は、ベルトコンベア３の上方を覆うように設けられているので、掘削土砂２や泥水２２による粉塵の拡散を防止する。
【００３３】
また、掘削土砂２や泥水２２が搬送用ベルト７の側方からベルトの外方に漏れることを防止するための板状のライナー１８が枠体１４の両側面にそれぞれ取り付けられている。ライナー１８は、例えば、ゴム板からなり、その下側縁は搬送用ベルト７の上面に接着材で貼り付けされ、上側縁は蓋１５にボルト等にて取り付けられている。これにより、ライナー１８と搬送用ベルト７との間からの掘削土砂２や泥水２２の漏れを防止し、かつ、ベルトコンベア３の騒音及び振動を低減する。なお、掘削土砂２や泥水２２が漏れても地面に触れないように、ベルトコンベア３の下面には、すり鉢状の受け皿３３が設けられている。そして、漏れた掘削土砂２や泥水２２は、受け皿３３の下端に接続された鋼管からなる収集手段３２を介して土砂供給手段５の原料ホッパーや泥水供給手段４の泥水貯留槽３４（後述する）に送給される。
【００３４】
ベルトコンベア３の下流側端部には、気体状の揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、ベンゼン、トルエン、キシレン、酢酸エチル等を吸引するための吸引装置３６が設けられている。掘削土砂２に揮発性有機化合物が含まれていると、枠体１４内に気体状の揮発性有機化合物が充満して危険なので、吸引装置３６で吸引して枠体１４外に排出し、適切に処理する。
【００３５】
次に、流動化処理を実施する場合に使用する泥水供給手段４について説明する。
【００３６】
泥水供給手段４は、泥水２２を作成するための泥水貯留槽３４と、泥水貯留槽３４内に設置され、泥水２２を供給するための水中ポンプ２０と、水中ポンプ２０から供給される泥水２２を土砂供給手段５に送給する送給手段３５と、土砂供給手段５をオーバーフローした泥水貯留槽３４に戻す戻り手段１９とを備える。
【００３７】
工事現場で発生した掘削土砂２は泥水貯留槽３４に投入され、水と混合して泥水２２が作成される。泥水２２は泥水貯留槽３４内で比重を調整される。
【００３８】
作成された泥水２２は、水中ポンプ２０から吐出され、鋼管からなる送給手段３５を介してベルトコンベア３の上流側端部に設けられた土砂供給手段５に供給される。このとき、土砂供給手段５内が空にならないように適宜、泥水貯留槽３４から泥水２２が供給される。一方、土砂供給手段５が満杯になった場合は、溢れないように土砂供給手段５の上端部に接続された鋼管からなる戻り手段１９を介して泥水貯留槽３４に戻される。
【００３９】
次に、攪拌機６の構造について説明する。
【００４０】
攪拌機６は、ベルトコンベア３の長手方向に沿って所定の間隔で複数設けられている。なお、以下の説明では、最も上流側に配置された攪拌機６を第１段の攪拌機６ａとし、下流側に向かって順番に第２段の攪拌機６ｂ、第３段の攪拌機６ｃ、第４段の攪拌機６ｄ、第５段の攪拌機６ｅ、第６段の攪拌機６ｆという。
【００４１】
攪拌機６は、棒状で回転の中心となる垂直軸２３と、その垂直軸２３から水平方向に突出するように垂直軸２３の下端に取り付けられた複数の羽根２４とを備え、垂直軸２３を回転中心として回転しながら、羽根２４で掘削土砂２や泥水２２を撹拌する。
【００４２】
攪拌機６を回転させる際は、互いに隣接する攪拌機６の回転方向が互いに異なるように回転させる。具体的には、第１段の攪拌機６ａを左回転（正回転）させたときには、第２段の攪拌機６ｂを右回転（逆回転） 、第３段の攪拌機６ｃを正回転させ、以下同様の要領で第４段〜第６の攪拌機６ｄ〜６ｆも回転させる。このことにより、掘削土砂２や泥水２２は正方向、逆方向の攪拌力を交互に受け、この結果、掘削土砂２や泥水２２は、複数の攪拌機６を経由する間に改質材及び無害化材が均一となるように混合される。
【００４３】
また、各攪拌機６は、その垂直軸２３が搬送用ベルト７の長手方向に平行な中心軸から一定距離だけ交互に進行方向に対して左右（図２では上下）にずれた位置に配列されている。このことにより、掘削土砂２中に、コンクリート塊や岩石等の異物が含まれていたときには、その異物は各攪拌機６の羽根２４の回転により外周方向に押し出され、羽根２４とライナー１８との間に形成される隙間に送り出されるので、容易に除去できる。
【００４４】
また、羽根２４と搬送用ベルト７との間に形成される隙間内に異物を噛みこんだときには、前後のガイドプーリー１３間で搬送用ベルト７が撓み、搬送用ベルト７と羽根２４との間に異物の収納空間が形成されて羽根２４の破損は回避される。
【００４５】
次に、計測手段８の構成について説明する。
【００４６】
計測手段８は、ベルトコンベア３の上流側端部のガイドプーリー１３間に、搬送用ベルト７の下面に接するように設けられていて、隣接するガイドプーリー１３間に積載された掘削土砂２や泥水２２の重量を計測する。計測手段８は、土砂供給手段５よりも下流側に設けられている。そして、計測結果は、制御手段３１に送信される。本実施形態においては、計測手段８として、ロードセルを用いた。
【００４７】
次に、改質材供給手段９の構成について説明する。
【００４８】
改質材供給手段９は、改質材を貯留するための改質材用タンク２５と、改質材用タンク２５から供給される改質材を投入するための改質材用ホッパー２６と、改質材用ホッパー２６の下端に取り付けられ、改質材を供給するためのフィーダ２７とを備える。本実施形態においては、改質材として、セメントを用いた。
【００４９】
改質材用ホッパー２６及びフィーダ２７は、計測手段８よりも下流側に設けられている。フィーダ２７は、改質材の供給量を調整可能であり、本実施形態においては、フィーダ２７として、ロータリーバルブを用いた。計測手段８で計測した掘削土砂２や泥水２２の重量に応じて所定の量の改質材を掘削土砂２や泥水２２に供給する。
【００５０】
次に、無害化材供給手段１０の構成について説明する。
【００５１】
無害化材供給手段１０は、無害化材を貯留するための無害化材用タンク２８と、無害化材を泥水２２に噴射するためのノズル２９と、無害化材用タンク２８から無害化材を供給するためのポンプ３０又はフィーダとを備える。本実施形態においては、ポンプ３０を用いる場合について説明する。
【００５２】
無害化材は、ボーリング等の事前調査により検出された有害物を無害化可能な原材料に水を混合して作成される。この原材料は、検出された有害物に応じて適宜選定される。対象とする有害物は、例えば、重金属（ヒ素、クロム、カドミウム、水銀、鉛等）、ホウ素、フッ素、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）、ベンゼン、トルエン、キシレン、酢酸エチル等、油等とする。本実施形態においては、重金属のヒ素が掘削土砂中２に含まれていて、これを無害化するための原材料として鉄分を選定し、水と混合して無害化材を作成した。
【００５３】
掘削土砂２中から複数の有害物が検出された場合には、それらの有害物を無害化可能な原材料をそれぞれ選定し、複数の無害化材を作成する。
【００５４】
ポンプ３０は、無害化材の吐出量を調整可能であり、計測手段８にて計測した掘削土砂２の重量に応じて所定の量の無害化材を掘削土砂２に供給する。
【００５５】
有害物の含有量は上記事前調査時に計測され、掘削土砂２中の単位体積当たりに含まれる含有量が算出される。この算出結果に基づいて、計測手段８にて計測した掘削土砂２又は泥水２２の重量に応じて無害化材は掘削土砂２に供給される。
【００５６】
ノズル２９は、計測手段８よりも下流側に設けられていて、無害化材を広い範囲に噴射可能である。
【００５７】
なお、本実施形態においては、改質材を供給するフィーダ２７及び無害化材を供給するノズル２９を攪拌機６よりも上流側に設けて、改質材及び無害化材を掘削土砂２又は泥水２２に供給して撹拌するという順番で説明したが、これに限定されるものではなく、フィーダ２７やノズル２９を隣接する攪拌機６間（例えば、攪拌機６ｃと攪拌機６ｄとの間）に設けて、撹拌処理の途中で改質材及び無害化材を供給してもよい。改質材及び無害化材は、土質改質処理や無害化処理や流動化処理の反応速度等に応じて適宜、供給位置を変更する。
【００５８】
次に、制御手段３１の構成について説明する。
【００５９】
制御手段３１は、計測手段８により計測された掘削土砂２又は泥水２２の重量に基づいて、土質改質処理、流動化処理及び無害化処理に必要な改質材及び無害化材の供給量を算出し、フィーダ２７及びポンプ３０を制御して、改質材及び無害化材の供給量を調整する。
【００６０】
以下に、上述した構成からなる土質改質設備１を用いた土質改質工法のうち、最初に、土質改質処理方法及び無害化処理方法について説明し、次に、流動化処理方法についてそれぞれ施工手順に従って説明する。
【００６１】
図４は、土質改質設備１を用いた土質改質処理及び無害化処理の施工手順を示すフロー図である。
【００６２】
図４に示すように、土質改質処理及び無害化処理は、土質改質設備１の運転条件設定Ｓ１を行った後、自動運転開始Ｓ１０から自動運転終了Ｓ１００までの工程（流動化処理土を作成する場合にのみ実施する工程Ｓ３０、Ｓ３３、Ｓ３６は除く）を常時、実施して行う。
【００６３】
まず、現場にて発生する掘削土砂２の量に応じて、ベルトコンベア３の回転速度等の処理能力を設定するとともに、掘削土砂２の単位重量当たりの改質材の供給量ｋｗ及び無害化材の供給量ｆｗを設定する運転条件設定工程Ｓ１を実施する。
【００６４】
改質材の供給量ｋｗは、ボーリング等の地質調査時にサンプリングした掘削土砂２の土質等に基づいて設計等により決定される。
【００６５】
また、無害化材の供給量ｆｗは、掘削土砂２に含まれる有害物の量に応じて設計等により決定される。
【００６６】
上記の運転条件の設定が終了したら自動運転を開始する（Ｓ１０）。
【００６７】
まず、搬送用ベルト７を所定の向きに回転させる搬送用ベルト作動工程Ｓ２０を実施する。
【００６８】
粉塵が飛散することを防止するために、ベルトコンベア３の蓋１５を閉じた後、ヘッドプーリー１１を回転させるための駆動装置２１を駆動させて搬送用ベルト７を回転させる。
【００６９】
次に、攪拌機６を回転させる攪拌機作動工程Ｓ２５を実施する。攪拌機６は、互いに隣接する攪拌機６の回転方向が互いに異なるように回転させる。
【００７０】
次に、現場で発生した掘削土砂２を土砂供給手段５である原料ホッパー内に供給して貯留し、掘削土砂２を連続的に搬送用ベルト７上に投下する泥水投入工程Ｓ４０を実施する。
【００７１】
土砂供給手段５の下端に設けられた開口部から掘削土砂２を搬送用ベルト７に連続して投下する。
【００７２】
次に、搬送用ベルト７に投下された掘削土砂２の重量を測定する掘削土砂重量計測工程Ｓ５０を実施する。
【００７３】
搬送用ベルト７のガイドプーリー１３間に積載された掘削土砂の重量を計測手段８にて計測し、この計測値を制御手段３１に送信する。制御手段３１は、この計測値に基づいて、改質材及び無害化材の供給量Ｋｗ、Ｆｗを算出する。改質材の供給量Ｋｗ及び無害化材の供給量Ｆｗの算出方法をそれぞれ以下に示す。
【００７４】
改質材の供給量Ｋｗは、次式（１）にて算出される。
Ｋｗ＝Ｄｗ×ｋｗ ・・・（１）
ここで、Ｋｗ：供給される改質材の供給量、Ｄｗ：計測された掘削土砂２の重量、ｋｗ：単位重量当たりの掘削土砂２に供給される改質材の重量である。
【００７５】
また、無害化材の供給量Ｆｗは、次式（２）にて算出される。
Ｆｗ＝Ｄｗ×ｆｗ ・・・（２）
ここで、Ｆｗ：供給される無害化材の供給量、Ｄｗ：計測された掘削土砂２の重量、ｆｗ：単位重量当たりの掘削土砂２に供給される無害化材の重量である。
【００７６】
式（１）により算出された結果に基づいて、改質材を掘削土砂２に供給する改質材供給工程Ｓ６０を実施する。
【００７７】
改質材フィーダ２７を作動させて、制御手段３１により算出された供給量Ｋｗの改質材を掘削土砂２に供給する。改質材フィーダ２７の作動は、制御手段３１により制御され、上記算出された供給量Ｋｗのみ供給される。
【００７８】
また、式（２）により算出された結果に基づいて、無害化材を掘削土砂２に供給する無害化材供給工程Ｓ７０を実施する。
【００７９】
ポンプ３０を作動させて、制御手段３１により算出された供給量Ｆｗの無害化材を掘削土砂２に供給する。ポンプ３０の作動は、制御手段３１により制御され、上記算出された供給量Ｆｗのみ供給される。
【００８０】
次に、改質材及び無害化材を供給された掘削土砂２を撹拌混合する撹拌混合工程Ｓ８０を実施する。
【００８１】
改質材及び無害化材を供給された掘削土砂２は、搬送用ベルト７の回転により、ベルトコンベア３の上流側から下流側に搬送されながら、第１段の攪拌機６ａの位置において羽根２４の正回転によって攪拌され、改質材及び無害化材と混合される。そして、以下、同様に逆回転する第２段の攪拌機６ｂ、正回転する第３段の攪拌機６ｃ、逆回転する第４段の攪拌機６ｄ、正回転する第５段の攪拌機６ｄ、逆回転する第６段の攪拌機６ｆの順にそれぞれの羽根２４によって改質材及び無害化材と攪拌混合され土質改質される。
【００８２】
土質改質された改質土を搬送用ベルト７の下流側先端より排出する改質土排出工程Ｓ９０を実施する。改質土は、再び現場へ搬送され、再利用される。
【００８３】
上述した搬送用ベルト作動工程Ｓ２０から改質土排出工程Ｓ９０までを連続して常時、実施する。そして、例えば、１日の作業終了時に自動運転を終了する（Ｓ１００）。
【００８４】
次に、上記土質改質設備１を用いた流動化処理方法について施工手順に従って説明する。
【００８５】
以下の説明において、上述した土質改質処理方法及び無害化処理方法に対応する部分には同一の符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
【００８６】
再び、図４に示すように、流動化処理は、土質改質設備１の運転条件設定Ｓ１を行った後、自動運転開始Ｓ１０から自動運転終了Ｓ１００までの工程を常時、実施して行う。
【００８７】
まず、上述したように、現場にて発生する掘削土砂２の量に応じて、ベルトコンベア３の回転速度等の処理能力を設定するとともに、泥水２２の単位重量当たりの改質材の供給量ｋｗ及び無害化材の供給量ｆｗを設定する運転条件設定工程Ｓ１を実施する。以下、無害化材の供給方法は、上述した方法と同じなので説明を省略する。
【００８８】
運転条件の設定が終了したら自動運転を開始し（Ｓ１０）、搬送用ベルト作動工程Ｓ２０及び攪拌機作動工程Ｓ２５を実施する。
【００８９】
上述した工程Ｓ１、Ｓ１０、Ｓ２０、Ｓ２５と並行して、現場で発生した掘削土砂２を篩い分けして、所定寸法以上の土塊を除去する篩い分け工程Ｓ３０を実施する。
【００９０】
次に、篩い分けして粒度調整された掘削土砂２を泥水貯留槽３４内に投入し、水と混合して所定の比重及び所定の粘度の泥水２２を作製する泥水作製工程Ｓ３３を実施する。
【００９１】
作製された泥水２２は、常時、攪拌機２２で撹拌混合することにより、比重及び粘度を一定に維持する。なお、必要に応じて混和剤を混合してもよい。
【００９２】
次に、泥水貯留槽３４内の泥水２２を土砂供給手段５に供給する泥水供給工程Ｓ３６を実施する。泥水貯留槽３４内に設置された水中ポンプ２０で送給手段３５を介して土砂供給手段５内に泥水２２を連続的に供給する。
【００９３】
次に、土砂供給手段５内の泥水２２を連続的に搬送用ベルト７上に投下する泥水投入工程Ｓ４０を実施する。
【００９４】
土砂供給手段５の下端に設けられた開口部から泥水２２を搬送用ベルト７に連続して投下する。
【００９５】
次に、搬送用ベルト７に投下された泥水２２の重量を測定する泥水重量計測工程Ｓ５０を実施する。
【００９６】
搬送用ベルト７のガイドプーリー１３間に積載された泥水２２の重量を計測手段８にて計測し、この計測値を制御手段３１に送信する。制御手段３１は、この計測値に基づいて、上述したように、式（１）及び式（２）により、改質材の供給量Ｋｗ及び無害化材の供給量Ｆｗを算出する。
【００９７】
そして、式（１）及び式（２）により算出された結果に基づいて、改質材及び無害化材を泥水２２に供給する改質材供給工程Ｓ６０及び無害化材供給工程Ｓ７０を実施する。
【００９８】
次に、改質材及び無害化材を供給された泥水２２を撹拌混合する撹拌混合工程Ｓ８０を実施する。改質材及び無害化材を供給された泥水２２は、搬送用ベルト７の回転により、ベルトコンベア３の上流側から下流側に搬送されながら、攪拌機６によって攪拌混合され、土質改質される。
【００９９】
土質改質された改質土を搬送用ベルト７の下流側先端より排出する改質土排出工程Ｓ９０を実施する。土質改質により作成された流動化処理土は、再び現場へ搬送され、再利用される。
【０１００】
上述した搬送用ベルト作動工程Ｓ２０から改質土排出工程Ｓ９０までを連続して常時、実施する。そして、例えば、１日の作業終了時に自動運転を終了する（Ｓ１００）。
【０１０１】
なお、本実施形態の流動化処理を行う場合においては、掘削土砂２を水と混合する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、掘削土砂２が水分を多く含む泥水状態の場合は、泥水貯留槽３４を設けることなく、そのまま土砂供給手段５に投入してもよい。ただし、予め、泥水状態の掘削土砂２をサンプリングし、比重を計測し、単位重量当たりの改質材の供給量ｋｗ及び単位重量当たりの無害化材の供給量ｆｗを算出しておくことが必要である。
【０１０２】
上述した本実施形態によれば、土質改質設備１は、改質材供給手段９と無害化材供給手段１０と泥水供給手段４とを備えているので、掘削土砂２や泥水２２を土質改質処理、無害化処理、及び流動化処理することができる。従来の処理設備をそれぞれ設けて、別々に処理を行う場合に比べて、設備投資費を低減できるとともに、処理時間を大幅に短縮することができる。
【０１０３】
また、計測手段８と制御手段３１とを備えているので、搬送用ベルト７に積載されている掘削土砂２や泥水２２に最適な量の改質材及び無害化材を供給することができる。そして、改質材及び無害化材を掘削土砂２や泥水２２に供給後、撹拌混合するので、改質材及び無害化材を掘削土砂２内や泥水２２内に均一に分布させることができる。したがって、信頼性の高い改質土を作成し、かつ、有害物を確実に無害化することができる。
【０１０４】
そして、土質改良処理、無害化処理及び流動化処理を連続して実施することができるので、従来のバッチ処理に比べて処理時間が大幅に短縮される。
【０１０５】
また、改質材供給手段９は、改質材用タンク２５とフィーダ２７とを備えているので、改質材を連続して供給することができる。さらに、無害化材供給手段１０は、無害化材用タンク２８とノズル２９とポンプ３０とを備えているので、無害化材を連続して供給することができる。
【符号の説明】
【０１０６】
１ 土質改質設備
２ 掘削土砂
３ ベルトコンベア
４ 泥水供給手段
５ 土砂供給手段
６ 攪拌機
７ 搬送用ベルト
８ 計測手段
９ 改質材供給手段
１０ 無害化材供給手段
１１ ヘッドプーリー
１２ テールプーリー
１３ ガイドプーリー
１４ 枠体
１５ 蓋
１６ 開閉駆動装置
１７ ヒンジ
１８ ライナー
１９ 戻り手段
２０ 水中ポンプ
２１ 駆動装置
２２ 泥水
２３ 垂直軸
２４ 羽根
２５ 改質材用タンク
２６ 改質材用ホッパー
２７ フィーダ
２８ 無害化材用タンク
２９ ノズル
３０ ポンプ
３１ 制御手段
３２ 収集手段
３３ 受け皿
３４ 泥水貯留槽
３５ 送給手段
３６ 吸引装置
３７ 攪拌機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤の掘削により生じた掘削土砂をベルトコンベアにより搬送しながら撹拌混合して、前記掘削土砂を再利用できるように土質を改質するための土質改質設備であって、
前記掘削土砂と水とを混合して泥水を作成するとともに、その泥水を供給する泥水供給手段と、
前記掘削土砂又は前記泥水を前記ベルトコンベア上に供給する土砂供給手段と、
前記ベルトコンベアの所定の範囲に積載された前記掘削土砂又は前記泥水の重量を計測する計測手段と、
前記掘削土砂又は前記泥水を改質するための改質材を供給する改質材供給手段と、
前記掘削土砂又は前記泥水に含まれる有害物を無害化するための無害化材を供給する無害化材供給手段と、
前記計測手段により計測された前記掘削土砂又は前記泥水の重量に基づいて、前記改良材供給手段及び前記無害化材供給手段から供給される改良材及び無害化材の供給量を調整する制御手段と、を備えることを特徴とする土質改質設備。
【請求項２】
前記計測手段は、
前記ベルトコンベアのヘッドプーリーとテールプーリーとの間に複数設けられ、搬送用ベルトを支持するガイドプーリー間に設置されているものであることを特徴とする請求項１に記載の土質改質設備。
【請求項３】
前記改質材供給手段は、
前記改質材を貯留するための改質材用タンクと、
前記改質材を前記掘削土砂又は前記泥水に供給するための改質材用フィーダと、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の土質改質設備。
【請求項４】
前記改質材用フィーダは、前記計測手段にて計測した前記掘削土砂又は前記泥水の重量に応じて前記改質材の吐出量を調整可能であることを特徴とする請求項３に記載の土質改質設備。
【請求項５】
前記無害化材供給手段は、
前記無害化材を貯留するための無害化材用タンクと、
前記無害化材を前記掘削土砂又は前記泥水に噴射するための無害化材用ノズルと、
前記無害化材用タンクから前記無害化材を供給するための無害化材用ポンプ又は無害化材用フィーダとを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の土質改質設備。
【請求項６】
前記無害化材用ポンプ又は無害化材用フィーダは、前記計測手段にて計測した前記掘削土砂又は前記泥水の重量に応じて前記無害化材の吐出量を調整可能であることを特徴とする請求項５に記載の土質改質設備。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の土質改質設備を用いて掘削土砂の土質を改質する土質改質工法において、
前記掘削土砂を前記ベルトコンベア上に供給する掘削土砂供給工程と、
前記ベルトコンベアの所定の範囲に積載された前記掘削土砂の重量を計測する重量計測工程と、
前記計測工程にて計測された前記掘削土砂の重量に基づいて、所定量の前記改質材を供給する改質材供給工程と、
前記計測工程にて計測された前記掘削土砂の重量に基づいて、所定量の前記無害化材を供給する無害化材供給工程と、
前記改質材及び前記無害化材が供給された前記掘削土砂を撹拌混合する撹拌混合工程と、を備えることを特徴とする土質改質工法。
【請求項８】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の土質改質設備を用いて掘削土砂の土質を改質する土質改質工法において、
前記掘削土砂と水とを混合して作成した泥水を前記ベルトコンベア上に供給する泥水供給工程と、
前記ベルトコンベアの所定の範囲に積載された前記泥水の重量を計測する重量計測工程と、
前記計測工程にて計測された前記泥水の重量に基づいて、所定量の前記改質材を供給する改質材供給工程と、
前記計測工程にて計測された前記泥水の重量に基づいて、所定量の前記無害化材を供給する無害化材供給工程と、
前記改質材及び前記無害化材が供給された前記泥水を撹拌混合する撹拌混合工程と、を備えることを特徴とする土質改質工法。
【請求項１】
地盤の掘削により生じた掘削土砂をベルトコンベアにより搬送しながら撹拌混合して、前記掘削土砂を再利用できるように土質を改質するための土質改質設備であって、
前記掘削土砂と水とを混合して泥水を作成するとともに、その泥水を供給する泥水供給手段と、
前記掘削土砂又は前記泥水を前記ベルトコンベア上に供給する土砂供給手段と、
前記ベルトコンベアの所定の範囲に積載された前記掘削土砂又は前記泥水の重量を計測する計測手段と、
前記掘削土砂又は前記泥水を改質するための改質材を供給する改質材供給手段と、
前記掘削土砂又は前記泥水に含まれる有害物を無害化するための無害化材を供給する無害化材供給手段と、
前記計測手段により計測された前記掘削土砂又は前記泥水の重量に基づいて、前記改良材供給手段及び前記無害化材供給手段から供給される改良材及び無害化材の供給量を調整する制御手段と、を備えることを特徴とする土質改質設備。
【請求項２】
前記計測手段は、
前記ベルトコンベアのヘッドプーリーとテールプーリーとの間に複数設けられ、搬送用ベルトを支持するガイドプーリー間に設置されているものであることを特徴とする請求項１に記載の土質改質設備。
【請求項３】
前記改質材供給手段は、
前記改質材を貯留するための改質材用タンクと、
前記改質材を前記掘削土砂又は前記泥水に供給するための改質材用フィーダと、を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の土質改質設備。
【請求項４】
前記改質材用フィーダは、前記計測手段にて計測した前記掘削土砂又は前記泥水の重量に応じて前記改質材の吐出量を調整可能であることを特徴とする請求項３に記載の土質改質設備。
【請求項５】
前記無害化材供給手段は、
前記無害化材を貯留するための無害化材用タンクと、
前記無害化材を前記掘削土砂又は前記泥水に噴射するための無害化材用ノズルと、
前記無害化材用タンクから前記無害化材を供給するための無害化材用ポンプ又は無害化材用フィーダとを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の土質改質設備。
【請求項６】
前記無害化材用ポンプ又は無害化材用フィーダは、前記計測手段にて計測した前記掘削土砂又は前記泥水の重量に応じて前記無害化材の吐出量を調整可能であることを特徴とする請求項５に記載の土質改質設備。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の土質改質設備を用いて掘削土砂の土質を改質する土質改質工法において、
前記掘削土砂を前記ベルトコンベア上に供給する掘削土砂供給工程と、
前記ベルトコンベアの所定の範囲に積載された前記掘削土砂の重量を計測する重量計測工程と、
前記計測工程にて計測された前記掘削土砂の重量に基づいて、所定量の前記改質材を供給する改質材供給工程と、
前記計測工程にて計測された前記掘削土砂の重量に基づいて、所定量の前記無害化材を供給する無害化材供給工程と、
前記改質材及び前記無害化材が供給された前記掘削土砂を撹拌混合する撹拌混合工程と、を備えることを特徴とする土質改質工法。
【請求項８】
請求項１〜６のうちいずれか一項に記載の土質改質設備を用いて掘削土砂の土質を改質する土質改質工法において、
前記掘削土砂と水とを混合して作成した泥水を前記ベルトコンベア上に供給する泥水供給工程と、
前記ベルトコンベアの所定の範囲に積載された前記泥水の重量を計測する重量計測工程と、
前記計測工程にて計測された前記泥水の重量に基づいて、所定量の前記改質材を供給する改質材供給工程と、
前記計測工程にて計測された前記泥水の重量に基づいて、所定量の前記無害化材を供給する無害化材供給工程と、
前記改質材及び前記無害化材が供給された前記泥水を撹拌混合する撹拌混合工程と、を備えることを特徴とする土質改質工法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−２７０４５９（Ｐ２０１０−２７０４５９Ａ）
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２１２８１（Ｐ２００９−１２１２８１）
【出願日】平成２１年５月１９日（２００９．５．１９）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【出願人】（５０４０４０７２６）
【出願人】（３９１０３０８８２）オリエンタル技研工業株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１２月２日（２０１０．１２．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年５月１９日（２００９．５．１９）
【出願人】（００００００５４９）株式会社大林組 (1,758)
【出願人】（５０４０４０７２６）
【出願人】（３９１０３０８８２）オリエンタル技研工業株式会社 (5)
【Ｆターム（参考）】
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