配管抵抗装置
【課題】流体搬送管路における搬送側の水頭が急激に変動しても、当該流体搬送管路の流量を一定に維持することが出来る配管抵抗装置の提供。
【解決手段】排泥ライン系統（Ｌｏ）の排泥ポンプ（Ｐｏ）と水処理設備（３）の間の領域に介装され、排泥ライン（Ｌｏ）から分岐して分岐点（ｆ）よりも排泥ポンプ（Ｐｏ）側の領域に合流する分岐配管（Ｌｂ）と、分岐配管（Ｌｂ）に介装された循環ポンプ（Ｐｂ）とを有する。
【解決手段】排泥ライン系統（Ｌｏ）の排泥ポンプ（Ｐｏ）と水処理設備（３）の間の領域に介装され、排泥ライン（Ｌｏ）から分岐して分岐点（ｆ）よりも排泥ポンプ（Ｐｏ）側の領域に合流する分岐配管（Ｌｂ）と、分岐配管（Ｌｂ）に介装された循環ポンプ（Ｐｂ）とを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形物（例えば、掘削した土砂）を含有する流体（例えば、掘削泥水）を搬送する流体搬送管路に介装されて、当該流体の搬送側の水頭（揚程、ヘッド）が急激に変動しても、流体の流量を一定に維持することが出来るための配管抵抗装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、横孔（例えばトンネル）掘削時の泥水シールド工事の概要を示している。
図７において、シールド機２の切羽チャンバ２Ｃは、地上側の泥水調整槽１と送泥ラインＬ１によって連通しており、地上側の水処理設備３と排泥ラインＬ２によって連通している。
送泥ラインＬ１における地上側には制御盤Ｃｉを有する送泥ポンプＰｉが介装され、送泥ラインＬ１における切羽チャンバ２Ｃ近傍には、第１の送泥バルブＶ１が介装されている。
排泥ラインＬ２における切羽チャンバ２Ｃ近傍には、第２の送泥バルブＶ２が介装されている。また、排泥ラインＬ２における第２の送泥バルブＶ２と水処理設備３との間の領域には、制御盤Ｃｎを有する複数（図７の例では６台）の排泥ポンプＰｎが介装されている。
【０００３】
送泥ラインＬ１と排泥ラインＬ２とは、バイパスラインＬ３によって、切羽チャンバ２Ｃ、バルブＶ１、Ｖ２をバイパスする様に接続されている。
送泥ラインＬ１、排泥ラインＬ２にはそれぞれ送泥流量計Ｍｑ１、排泥流量計Ｍｑ２が介装されており、泥流量計Ｍｑ１、排泥流量計Ｍｑ２で検知した流量情報は信号ラインによって地上側に設置した中央監視盤１０に送信される。
また、切羽チャンバ２Ｃには、切羽圧力計Ｍｐが取り付けられ、切羽圧力計Ｍｐが計測した切羽の圧力情報は、地上側の中央監視盤１０に送信される。
地上側の中央監視盤１０は、切羽圧力計Ｍｐが計測した切羽の圧力情報及び泥流量計Ｍｑ１、排泥流量計Ｍｑ２で検知した流量情報に基づいて、送泥ポンプＰｉの回転数及び複数の排泥ポンプＰｎの回転数或いはポンプのＯＮ、ＯＦＦを制御している。
【０００４】
地形の起伏が激しい山岳トンネルや海底下にトンネルを建造する泥水シールド工事においては、異常に高い地下水圧に対抗するだけの水圧を切羽で保持しながら掘削し、その掘削した土砂をポンプで制御しながら排出（排泥）している。
切羽の地盤としては、岩盤層や、礫分を多量に含む地層等、種々存在する。
ここで、地下水圧に対抗するだけの水圧を切羽で保持するのは、掘削中の地山を安定せしめ、以って、地山の崩壊を防止するためである。
【０００５】
一般的な切羽の水圧保持技術としては、
ａ）地上に設置した送泥ポンプの回転速度制御を行なう、
ｂ）掘削した土砂（固形物を含有する流体）を地上に設置した水処理設備へ流体輸送する排泥ライン（流体搬送管路）において、途中に排泥ポンプを設け、排泥ポンプの回転速度制御を行なう、
等が存在する。
排泥ポンプは、排泥流量を一定とする制御を行なっている。また、泥水ポンプは、掘削距離が延長して配管長が増加することに伴い摩擦抵抗が増加するのを補うために、自動増速する制御が行なわれている。
【０００６】
しかし、図８で示すように、地形が複雑なため、地上に設置した水処理設備３のレベルＥＬより、はるかに地下水位ＷＬが高い山間において、トンネルを建設する場合がある。この場合、地下水位ＷＬが高いため、排泥ポンプＰ２には非常に高い圧力が作用する。
なお、図８において、符号１は汚水調整槽、符号２はシールド機、符号３は水処理設備３、符号Ｐ１は送泥ポンプ、符号Ｌ１は送泥ライン、符号Ｌ２は排泥ラインを示す。
【０００７】
また、図９で示すように、高深度掘進を行なう際に、水処理設備３や送泥ポンプ（汚水調整槽１の裏側に位置している：図９では破線で示す）Ｐ１を立坑上或いは地上側に設置することが環境問題等の理由で困難であり、立坑下或いは地下に水処理設備３や送泥ポンプＰ１を設置しなければならない場合がある。この場合は、水処理設備３が地上Ｇｆ側に存在する場合に比較して、立坑の深さと、立坑から地上に至るまでの管路の分だけ、図９で示す場合には、排泥ポンプＰ２の総水頭が小さくなる。
なお、図９において、符号２はシールド機、符号Ｌ１は送泥ライン、符号Ｌ２は排泥ラインを示す。
【０００８】
図８、図９で示す様な場合には、送泥ポンプＰ１を制御して切羽に高水圧をかけると、排泥ポンプＰ２を駆動する可変速度モータを最低回転速度に降下する様に制御しても、或いは、排泥ポンプＰ２を駆動する可変速度モータを停止しても、排泥ラインＬ２の流量を規定流量に保持することが出来ず、規定流量以上の泥水が排泥ラインＬ２に流れてしまう。そのため、排泥ラインＬ２における一定流量制御を行なうことが出来ない。
図８、図９の場合には、排泥ラインＬ２の流量が大きくなり過ぎてしまい、大量の泥水が水処理設備３へ吐き出されてしまう。
そのような事態が生じたとしても、水処理設備３の能力・規模が大きければ対処できる。しかし、水処理設備３の能力・規模を大きく計画すると、膨大なコストが発生する。
【０００９】
図８、図９において、排泥ラインＬ２の流量が大きくなり過ぎることを抑制するには、排泥ラインＬ２に抵抗を与えれば良い。
排泥ラインＬ２に抵抗を与える一般的な方法は、排泥ラインＬ２に介装された弁の開度を絞ることである。排泥ラインＬ２に介装される弁としては、仕切り（ゲート）弁、ボール弁、蝶型弁、ピンチ弁等がある。
何れの種類の弁が介装されていても、上述した様な抵抗を与えるためには、開度を、例えば５０%以上、絞らなければならない。
しかし、排泥ラインＬ２を流れる泥水には、地山から発生する礫分や、岩盤掘削における破砕機から生じる破砕岩が含まれている。そのため、弁開度を絞った場合には、当該礫分や破砕岩が弁体と弁座間で詰まってしまい、いわゆる閉塞や噛み込みを生じてしまう、という問題が存在する。
従って、排泥ラインＬ２に介装された弁の開度制御により、必要な抵抗を付与することは、泥水シールド工事には適していない。
【００１０】
排泥ラインに抵抗を付与するための方法として、排泥ラインとして使用される配管の径を小さくすることも考えられる。
しかし、配管径を決定するに際しては、排泥中の固形物（上記礫分や破砕岩）の大きさを考慮しなければならない。一般的に、配管径は、排泥中の固形物の大きさの３倍以上で設定し、排泥輸送中に、複数個の固形物が配管中で一塊になって、配管を閉塞するのを防止している。配管径を小さくすると、複数個の固形物が配管中で一塊になって、配管を閉塞してしまう。
また、排泥ポンプにより一定流量制御を行なっている場合に、配管径を小さくすれば、流速が増加するため、配管内壁の摩耗速度が速くなる。その結果、排泥ラインの早期摩耗という問題が発生してしまう。
従って、排泥ラインの径を小さくして必要な抵抗を付与することも、不適当である。
【００１１】
さらに、泥水配管に多数のＵ字管を接続して延長し、排泥ラインに摩擦損失抵抗を付与する技術も存在する。
しかし、排泥ラインの許容スペースにも限界があるため、現実的な対応ではない。
【００１２】
本出願人は、上述した問題に対処するために、先に、流体搬送管路に流体ポンプを介装し、当該ポンプの吐出方向が搬送流体の流れ方向とは逆方向であり、且つ、当該ポンプの吐出流量が可変である様に構成した流体搬送抵抗装置を提案している（特許文献１参照）。
係る技術は有用であるが、さらに改良したいという要請も存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−２９１８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、固形物を含有する流体を搬送する流体搬送管路における搬送側の水頭が急激に変動しても、当該流体搬送管路の流量を一定に維持することが出来る配管抵抗装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の配管抵抗装置（４）は、排泥ライン系統（Ｌｏ）の排泥ポンプ（Ｐｏ）と水処理設備（３）の間の領域に介装され、排泥ライン（Ｌｏ）から分岐して分岐点（Ｂ１）よりも排泥ポンプ（Ｐｏ）側の領域に合流する分岐配管（Ｌｂ）と、分岐配管（Ｌｂ）に介装された循環ポンプ（Ｐｂ）とを有することを特徴としている。
【００１６】
本発明において、排泥ライン系統（Ｌｏ）に介装される（配管抵抗装置４の）個数は、排泥ポンプ（Ｐｏ）側の、総水頭の減少分以上の抵抗を生じる個数であるのが好ましい。
ここで、本発明の配管抵抗装置（４）は、切羽水圧が急激に上昇して一時的に水頭が低下する場合、排泥管水頭が不足し排泥ポンプ（Ｐｏ）が制御不可能な状態となった場合や、掘削位置（切羽の位置Ｘ）が急勾配（高低差が配管抵抗水頭を上回る勾配）で上方に向かっている（上り勾配）場合に設置されるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
上述する構成を具備する本発明によれば、同一水頭であれば、排泥ポンプ（Ｐｏ）の吐出流量を減少することができる。そして、その減少分だけ排泥ポンプ（Ｐｏ）の吐出流量に余裕を持たせることが出来る。
排泥ポンプ（Ｐｏ）の吐出流量に余裕を持たせることが出来るので、本発明によれば、排泥ポンプ（Ｐｏ）側の地下水位が高い場合や、排泥ポンプ（Ｐｏ）下流側の抵抗が小さい場合等、排泥ポンプ（Ｐｏ）における水頭が変動しても、排泥ライン（Ｌｏ）の流量を一定に保持することが出来る。
【００１８】
本発明によれば、排泥ライン（Ｌｏ）に介装された弁の開度を減少する必要がなく、配管径を小さくする必要がない。そのため、泥水中の固形分（礫分や破砕岩等）が弁と弁座の間に噛み込んでしまい、弁を介装した箇所を閉鎖することや、当該固形分が塊となって、排泥ラインを閉塞してしまうことが防止される。
【００１９】
さらに、本発明の配管抵抗装置（４）によれば、分岐配管（Ｌｂ）に介装された循環ポンプ（Ｐｂ）の吸込側（Ｐｂｉ）には、排泥ライン（Ｌｏ）側の水頭（分岐点Ｂ１の水頭）が、分岐点（Ｂ１）から循環ポンプ（Ｐｂ）の吸込側（Ｐｂｉ）へ泥水を押し込む様に作用する。
そのため、係る水頭（分岐点Ｂ１の水頭）は、循環ポンプ（Ｐｂ）の吐出側（Ｐｂｏ）には作用する排泥ライン（Ｌｏ）側の水頭（合流点ｅの水頭）を概略相殺する。
これにより、循環ポンプ（Ｐｂ）としては、合流点（Ｂ２）の水頭以上の大きな吐出水頭を有するポンプを選択する必要がなく、吐出水頭が小さなポンプで足りる。そして、本発明の導入コストを低く抑えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態を示す模式図である。
【図２】実施形態の要部を示す模式図である。
【図３】全水頭と排泥ラインの流量との関係を説明するための模式図である。
【図４】本発明の作動原理を説明するための模式図である。
【図５】図４で説明した全水頭と流量との関係を示す特性図である。
【図６】図５と同様な特性図であって、補機ポンプの特性が図５とは異なる場合における全水頭と流量との関係を示す特性図である。
【図７】泥水シールド工事の概要を示す図である。
【図８】泥水シールド工事において、地下水位が高く、排泥ポンプに高圧が作用する状態を示す図である。
【図９】泥水シールド工事において、排泥ラインの抵抗が小さい状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１、図２は、本発明の実施形態を模式的に示しており、図１は実施形態を適用した泥水シールド工事の概要を模式的に示し、図２は実施形態に係る配管抵抗装置を模式的に示している。
【００２２】
図１において、全体を符号１００で示す泥水シールド装置では、掘削孔（横孔）Ｔｈの切羽側（掘削孔Ｔｈの先端側：図１では左端）にシールド機２が存在し、地上Ｇｆ側には泥水調整槽１及び泥水処理設備３が設置されている。
地上Ｇｆと掘削孔Ｔｈの始点とは、竪孔Ｔｖで接続されている。
シールド機２は、切羽側の図示しない掘削ビットを有する掘削部２Ａと、掘削部２Ａの背面側の切羽チャンバ２Ｃとを有している。
【００２３】
泥水調整槽１と切羽チャンバ２Ｃとは、送泥ポンプＰｉを介装した送泥配管（以下、送泥ラインと記載する）Ｌｉによって連通している。
送泥ラインＬｉは、ラインＬｉ１、ラインＬｉ２を有している。ラインＬｉ１は泥水調整槽１と送泥ポンプＰｉの注入側Ｐｉｉとを接続している。ラインＬｉ２は送泥ポンプＰｉの排出側Ｐｉｏと切羽チャンバ２Ｃとを接続している。
【００２４】
切羽チャンバ２Ｃと水処理設備３とは、排泥ポンプＰｏを介装した排泥ライン（以下、排泥ラインと記載する）Ｌｏによって連通している。
図２をも参照して、排泥ラインＬｏは、ラインＬｏ１、ラインＬｏ２を有している。ラインＬｏ１は切羽チャンバ２Ｃと排泥ポンプＰｏの注入側Ｐｏｉとを接続している。ラインＬｏ２は排泥ポンプＰｏの排出側Ｐｏｏと水処理設備３とを接続している。
【００２５】
ラインＬｏ２には、配管抵抗装置４が介装されている。配管抵抗装置４は、ラインＬｏと分岐して設けられた分岐管Ｌｂと分岐管Ｌｂに介装された循環ポンプＰｂを有している。
換言すると、ラインＬｏ２には、水処理設備３側に分岐点ｆが形成され、排泥ポンプＰｏ側に合流点ｅが形成されている。分岐点ｆと合流点ｅとは循環ポンプＰｂを介装した分岐管Ｌｂによって連通している。
分岐管Ｌｂは、ラインＬｂ１、ラインＬｂ２を有している。
ラインＬｂ１は、分岐点ｆと循環ポンプＰｂの注入側Ｐｂｉを接続し、ラインＬｂ２は、循環ポンプＰｂの吐出側Ｐｂｏと合流点ｅとを接続している。
【００２６】
排泥ラインＬｏに介装される配管抵抗装置４の個数は、図示の例では便宜上１個のみが示されているが、排泥ポンプＰｏ側の、総水頭の減少分以上の抵抗を生じる個数としている。排泥ポンプＰｏの個数も、図１、図２では１台のみが示されているが、複数台を設ける場合もある。
ここで、配管抵抗装置４は、切羽水圧が急激に上昇して、相対的に各種損失水頭が一時的に低下した場合や、掘削孔が急勾配（高低差が配管抵抗水頭を上回る勾配）で上方に向かっている（上り勾配）場合に、掘削位置（切羽の位置）が高くなって切羽側の水頭が大きくなった場合において、設置されるのが好ましい。特に、排泥ポンプＰｏの吐出流量が制御不可能な状態となった場合に、配管抵抗装置４を設置するのが効果的である。
【００２７】
以下、図３〜図６を参照して、同一水頭において、図示の実施形態に係る配管抵抗装置４を用いれば、排泥ポンプＰｏの水頭が同一であっても、吐出流量が減少する旨を説明する。
ここで、同一水頭において排泥ポンプＰｏの吐出流量が減少するのであれば、その減少分だけ排泥ポンプＰｏの吐出流量に余裕が出来る。係る余裕により、図示の実施形態の配管抵抗装置４を用いれば、切羽側の水頭に対して抵抗水頭が非常に小さくなったとしても、排泥ラインＬｏの流量を一定に保つことが出来るのである。
【００２８】
図３は、全水頭Ｈに対する吐出流量Ｑを求めるためのモデルを模式的に示している。
図３において、符号６は、仮想の水槽（例えば、スラリー槽）を示している。
図３において、全水頭Ｈ＝１００ｍ、配管（６インチ配管）の内径Ｄ＝０．１５５２ｍ、長さＬ＝１３０ｍ、配管摩擦損失係数（λ）＝０．２であり、排泥ラインＬｏ内を（Ｂ点における）流速ｖ＝１０．５ｍ／ｓの流体の流れが生じ、その流量Ｑは、Ｑ＝１１．９ｍ３／ｍｉｎとなる場合を想定する。この場合、流速ｖ、流量Ｑの計算は、流体が清水である場合について行なっている。
以下、泥水の濃度（排泥濃度）が薄く、清水と概略同等に取り扱うことが可能であるという前提で、説明する。
ここで、土砂を含有しており、排泥濃度が濃い場合には、全水頭Ｈは液比重の要素を持ち、配管摩擦損失水頭は清水の場合に比較して大きくなる。摩擦損失水頭が大きい分には、排泥ポンプＰｏによる制御がし易いので、上述した様な問題は生じ難い。そのため、摩擦損失水頭が小さい清水の場合について、検討する。
【００２９】
泥水シールド工事における排泥管系を簡略化した図４では、主配管（図１、図２の排泥ラインに相当）Ｌｏの点ｆ（分岐点）において、分岐配管Ｌｂが分岐して、点ｅで主配管Ｌｏに合流している。分岐配管Ｌｂ中にはポンプ（外部水槽７から清水が供給される場合は補機ポンプＰｓ、主配管Ｌｏのみから清水が吸い込まれる場合は循環ポンプＰｂ）が介装されている。
係るポンプ（図示の例では補機ポンプ）Ｐｓは、主配管Ｌｏの放流口である点Ｃに近い方が吸込側であり、スラリー槽６と主配管Ｌｏとの接続箇所である点Ａに近い方が吐出側である。なお、点Ｃに近い分岐点ｆは、大気に開放されている点Ｃから空気を吸い込まない様な距離に位置している。
【００３０】
ここで、分岐配管Ｌｂは、ラインＬｂ１、ラインＬｂ２を有している。そして、ラインＬｂ１は分岐点ｆと補機ポンプＰｂ（或いは、循環ポンプＰｂ）の吸込み側と接続し、ラインＬｂ２は補機ポンプＰｂ（或いは、循環ポンプＰｂ）の吐出側と合流点ｅを接続している。
また、補機ポンプＰｂ（或いは、循環ポンプＰｂ）の吸込み側は、開閉弁９を介装したラインＬ７によって外部水槽７とも連通している。
ラインＬｂ１には、吸込弁８が介装され、ラインＬｂ２には、補機ポンプＰｓの吐出弁１０が介装されている。
図４において、分岐点ｆは主配管の放流口（点Ｃ）の近傍に位置しており、合流点ｅは点Ａ（スラリー槽６の出口）の近傍であり、点Ａ〜点Ｃの距離Ｌと、合流点ｅ〜分岐点ｆの距離ｌは、概略等しい（Ｌ≒ｌ）。
【００３１】
図３の点Ｂにおいて、全水頭Ｈは、点Ａ〜点Ｂの配管摩擦損失水頭ｈｆと、速度水頭ｈｖ（＝ｖ２／２ｇ：重力加速度ｇ＝９．８ｍ／ｓ２）と、圧力水頭（或いは、静水頭）ｈｐの和である（Ｈ＝ｈｆ＋ｈｖ＋ｈｐ）。
放流口である点Ｃにおいては、圧力水頭ｈｐ＝０なので、
Ｈ＝ｈｆ＋ｈｖ＝ｈｆ＋ｖ２／２ｇ となる。
上述したパラメータ（Ｄ，Ｌ，λ，ｇ）の数値を代入すると
Ｈ＝ｈｆ＋ｖ２／２ｇ＝０．７０３×Ｑ２
ここで、
Ｄは主配管Ｌｏの内径寸法、
Ｌは主配管Ｌｏの長さ寸法、
λは摩擦損失実験係数、
ｇは重力加速度である。
この式を（Ｑ，Ｈ）座標にプロットしたものが、図５における二次曲線（破線）ｙ１である。
【００３２】
図４において、分岐配管Ｌｂに介装されたポンプＰｓの吸込側Ｐｓｉを外部水槽７と接続し、当該ポンプを補機ポンプＰｓとして使用する場合について考える。
水源を外部水槽７とするのは、後述するように、主配管Ｌｏから分岐した分岐配管Ｌｂにポンプ（循環ポンプＰｂ）を介装する場合の解析は、計算が複雑になってしまうからである。換言すれば、図４で示す様な外部水槽７を有する配管抵抗装置４Ａは、あくまでも図示の実施形態の、作動原理の説明のために図示されているものであり、本発明の実施形態ではない。
【００３３】
この場合、吸い込み弁８が閉鎖しており、補機ポンプＰｓの吸込側Ｐｓｉは、主配管Ｌｏにおける分岐点ｆに連通していない。そして、ラインＬ７に介装された開閉弁９が開放しており、補機ポンプＰｓの吸込側Ｐｓｉは外部水槽７に連通している。
その様な場合において、補機ポンプＰｓと排泥ポンプＰｏが２台同時に運転（並列運転）され、補機ポンプＰｓからの吐出流と排泥ポンプＰｏの流れが合流点ｅで合流すれば、補機ポンプＰｓ或いは排泥ポンプＰｏを単独で運転したときに比較して、補機ポンプＰｓと排泥ポンプＰｏの吐出流量が減少する。
以下、図４〜図６を参照して、補機ポンプＰｓ或いは排泥ポンプＰｏを単独で運転したときに比較して、並列運転した方が補機ポンプＰｓと排泥ポンプＰｏの各々の吐出流量が減少することについて説明する。
【００３４】
図５において、特性曲線ｙ２は、外部水槽７を給水源とする補機ポンプＰｓを単独運転した場合における水頭Ｈと吐出流量Ｑとの特性を示している。特性曲線ｙ２は、補機ポンプＰｓ本来のポンプ特性から、外部水槽７出口から主配管Ｌｏと分岐配管Ｌｂとの合流点ｅまでの配管摩擦損失（図４において、外部水槽７の出口７ｏと補機ポンプ吸込み側Ｐｓｉを接続するラインＬ７と、分岐配管Ｌｂ２における配管摩擦損失水頭）を減じた特性となっている。
排泥ポンプＰｏ単独で運転した場合における水頭Ｈと吐出流量Ｑとの特性が、特性曲線ｙ３である。図４においては、スラリー槽６は排泥ポンプＰｏと送泥配管Ｌｏｉによって直結され、圧力制御をしているので、特性曲線ｙ３は、排泥ポンプＰｏ単独で運転した場合における特性から、排泥ポンプ吐出口Ｐｏｏから図４における点ｅに至るまでの送泥配管摩擦損失水頭と、スラリー槽６における諸損失水頭を減じた特性を示している。
【００３５】
ここで、外部水槽７を給水源とする補機ポンプＰｓを単独運転した場合における放流口Ｃからの流量は、図５において曲線ｙ２と曲線ｙ１との交点Ｐ５で示される（＝１０．６ｍ３／ｍｉｎ）。
なお、分岐配管Ｌｂに介装されたポンプＰｓは、図４で示すように外部水槽７を給水源とした場合には「補機ポンプ」と表示されており、図４において、ポンプＰｓの吸い込み管Ｌｂ１を主配管Ｌｏの分岐点ｆ点と接続している場合（或いは、図１、図２で示すように構成している場合）には「循環ポンプ」Ｐｂと表示されている。
【００３６】
図４において、補機ポンプＰｓの吐出弁１０を閉鎖し、スラリー槽６の全水頭を１００ｍ に設定し、排泥ポンプＰｏを単独運転した場合には、図３を参照して上述した通り、放流口Ｃからの吐出流量Ｑは１１．９ｍ３／ｍｉｎとなる。
ここで、排泥ポンプＰｏを単独運転した場合における放流口Ｃからの流量１１．９ｍ３／ｍｉｎは、曲線ｙ３と曲線ｙ１との交点Ｐ４で示される。
点ｅにおける特性が図５における曲線ｙ２である補機ポンプＰｓを起動して、補機ポンプＰｓの吐出弁１０を開放すれば、合流点ｅ（図４）において、排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓを並列運転した特性となる。
排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓを並列運転した特性は、図５では曲線ｙ４で示されている。係る曲線ｙ４は、同一の水頭における補機ポンプＰｓの吐出流量と排泥ポンプＰｏの吐出流量との和から、得ることが出来る。
【００３７】
排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓを並列運転した場合における放流口（図４の点Ｃ）における流量は、図５では曲線ｙ４と曲線ｙ１との交点Ｐ３で求められ、１２．５ｍ３／ｍｉｎである。
交点Ｐ３の流量１２．５ｍ３／ｍｉｎは、排泥ポンプＰｏを単独運転した場合における放流口Ｃからの流量１１．９ｍ３／ｍｉｎよりも増加している。
排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓを並列運転した場合における放流口（図４の点Ｃ）における流量１２．５ｍ３／ｍｉｎは、点Ｐ１の水頭における補機ポンプＰｓの吐出流量（点Ｐ１における吐出流量）と、点Ｐ１の水頭における排泥ポンプＰｏの吐出流量（点Ｐ２における吐出流量）の和である。
【００３８】
排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓを並列運転した場合における補機ポンプＰｓの吐出流量（点Ｐ１における吐出流量）は４．６ｍ３／ｍｉｎであり、補機ポンプＰｓを単独で運転していた場合の吐出流量（＝１０．６ｍ３／ｍｉｎ：点Ｐ５における流量）に比較して、減量されている。
そして、排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓを並列運転した場合における排泥ポンプＰｏの吐出流量（点Ｐ２における吐出流量）は７．９ｍ３／ｍｉｎであり、排泥ポンプＰｏを単独で運転していた場合の吐出流量（＝１１．９ｍ３／ｍｉｎ：点Ｐ４における流量）に比較して、減量されている。
【００３９】
すなわち、排泥ポンプＰｏを補機ポンプＰｓと並列運転することにより、排泥ポンプＰｏ及び補機ポンプＰｓの吐出流量は、各々を単独運転する場合に比較して、明白に減少する。そして、同一の流量であれば、排泥ポンプＰｏを補機ポンプＰｓと並列運転することにより、排泥ポンプＰｏにおける水頭をより大きくすることが出来る。
これにより、図示の実施形態によれば、同一の流量であれば、排泥ポンプＰｏ（図１、図２参照）を循環ポンプＰｂと並列運転することにより、排泥ポンプＰｏ単独運転の場合よりも、水頭を大きくすることが出来ることも明らかになった。
【００４０】
図６は、補機ポンプＰｓの特性が図５を参照して説明した場合とは異なっている（吐出流量が減少している）が、排泥ポンプＰｏの特性は図６を参照して説明したのと同一である場合において、排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓとを並列運転した場合を表現している。
図６において、補機ポンプＰｓの特性曲線は符号ｙ２Ａで示されており、排泥ポンプＰｏの特性曲線は図５と同様に符号ｙ３で示されている。そして、排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓとを並列運転した場合の特性曲線は、図６では符号ｙ４Ａで示されている。
図６において、補機ポンプＰｓを単独運転した場合における放流口Ｃ（図４参照）からの流量は、曲線ｙ２Ａと曲線ｙ１との交点Ｐ５Ａで示されている。
排泥ポンプＰｏを単独運転した場合における放流口Ｃからの流量（１１．９ｍ３／ｍｉｎ）は、図５と同様に、曲線ｙ３と曲線ｙ１との交点Ｐ４である。
【００４１】
排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓとを並列運転した場合の放流口Ｃからの流量は、曲線ｙ１と曲線ｙ４Ａとの交点Ｐ３Ａである。
図５を参照して説明したように、排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓを並列運転した特性は、同一の水頭における補機ポンプＰｓの吐出流量と、排泥ポンプＰｏの吐出流量との和として得られる。そして、排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓとを並列運転した場合と同一水頭の補機ポンプＰｓの吐出流量は図６では点Ｐ１Ａで示されており、排泥ポンプＰｏの吐出流量は点Ｐ２Ａで示されている。
排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓとを並列運転した場合における排泥ポンプＰｏの吐出流量（点Ｐ２Ａの吐出流量）は９．６ｍ３／ｍｉｎであり、図５における（排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓとを並列運転した場合の）排泥ポンプＰｏの吐出流量（７．９ｍ３／ｍｉｎ）に比較すれば、増加している。
しかし、排泥ポンプＰｏを単独運転する場合の吐出流量（１１．９ｍ３／ｍｉｎ）よりは減少している。
【００４２】
補機ポンプＰｓの吐出流量が減少する結果として、排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓとを並列運転した場合における循環流量（点Ｐ３Ａの流量）は、排泥ポンプＰｏ単独運転の場合に比較して、僅かに増加する。しかし、排泥ポンプＰｏの吐出流量（点Ｐ２Ａの吐出流量）は、排泥ポンプＰｏ単独運転の場合に比較して、減少している。
このことから、補機ポンプＰｓの特性が変化すれば、排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓとを並列運転した場合における排泥ポンプＰｏの吐出流量が、排泥ポンプＰｏ単独運転の場合に比較して減少する割合が、変化することが分かる。
そして、排泥ポンプＰｏの吐出流量が減少する割合は、補機ポンプＰｓの特性により調節可能であることも理解される。
【００４３】
図３〜図６を参照して説明した内容において、給水源が外部水槽７である補機ポンプＰｓを備えている場合（図４において開閉弁９が開放しており、吸い込み弁８が閉鎖している場合）について説明したが、図１、図２で示すように、排泥ライン（図４の主配管）Ｌｏから分岐した分岐配管（図４において、ラインＬｂ１、ラインＬｂ２）に循環ポンプＰｂが介装されており、外部水槽７を設けていない場合（図４において吸い込み弁８が開放しており、開閉弁９が閉鎖している場合）においても、同様なことが言える。
すなわち、循環ポンプＰｂを排泥ポンプＰｏと並列運転する（図１、図２参照）ことにより、排泥ポンプＰｏの吐出流量は、排泥ポンプＰｏを単独運転する場合に比較して、減少する。そして、同一の流量であれば、循環ポンプＰｂと排泥ポンプＰｏを並列運転することにより、排泥ポンプＰｏにおける水頭をより大きくすることが出来る。
【００４４】
上述した通り、図３〜図６において水源を外部水槽７とするのは、計算を簡易にするためであり、図４で示す様な外部水槽７を有する配管抵抗装置４Ａは、本発明の実施形態ではない。
より具体的には、図１、図２で示すように、排泥ライン（図４の主配管）Ｌｏから分岐した分岐配管（図４のＬｂ）に循環ポンプＰｂを介装した場合には、図４における主配管Ｌｏの分岐点ｆから放流口Ｃまでの配管摩擦損失水頭が更に発生する。
また、補機ポンプＰｂの給水源を外部水槽７にしてしまうと、外部水槽７からの流れの分だけ流量が増加してしまい、解決するべき課題を助長する（排泥ラインＬｏを流れる泥水流量が増加してしまう）、という不都合がある。
【００４５】
ここで、分岐配管Ｌｂに循環ポンプＰｂを介装する場合（図１、図２の場合：外部水槽を給水源にしない場合：図４において吸込弁８が開放しており、開閉弁９が閉鎖している場合）と、補機ポンプＰｓを介装する場合（図４で説明した場合：図４において吸込弁８が閉鎖して、開閉弁９が開放している場合）における循環ポンプＰｂおよび補機ポンプＰｓの水頭について説明する。
循環ポンプＰｂを介装する場合（図１、図２の場合：外部水槽７を給水源にしない場合：図４において吸込弁８が開放しており、開閉弁９が閉鎖している場合）において、循環ポンプＰｂの水頭Ｈｃは、図４において、分岐点ｆ−補機ポンプＰｓ−合流点ｅの配管摩擦損失水頭（循環ポンプＰｂのみの循環流量＝４．６ｍ３／ｍｉｎにおける配管摩擦損失水頭）と、分岐点ｅ〜合流点ｆの配管摩擦損失水頭（排泥ポンプＰｏと循環ポンプＰｂ双方の吐出流量の和＝１２．５ｍ３／ｍｉｎにおける配管摩擦損失水頭）の和となる。
すなわち、循環ポンプＰｂの水頭Ｈｃは、 Ｈｃ＝Ｈ１＋Ｈ２
Ｈ１：ラインＬｂ１とラインＬｂ２の配管摩擦損失水頭（４．６ｍ３／ｍｉｎ）
Ｈ２：主配管Ｌｏにおける合流点ｅ〜分岐点ｆの配管摩擦損失水頭（１２．５ｍ３／ｍｉｎ）
となる。
【００４６】
これに対して、補機ポンプＰｓを介装する場合（図４で説明した場合：図４において吸込弁８が閉鎖して、開閉弁９が開放している場合）における補機ポンプＰｓの水頭Ｈｓは、ラインＬ７とラインＬｂ２の配管摩擦損失水頭（補機ポンプＰｓのみの循環流量＝４．６ｍ３／ｍｉｎにおける配管摩擦損失水頭）と、合流点ｅの圧力水頭と、合流点ｅ〜点Ｃの配管摩擦損失水頭（排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓ双方の吐出流量の和＝１２．５ｍ３／ｍｉｎにおける配管摩擦損失水頭）の和である。
補機ポンプＰｓの水頭Ｈｓ（ｍ）は、 Ｈｓ＝Ｈ３＋Ｈ４＋Ｈ５
Ｈ３：ラインＬ７とラインＬｂ２の配管摩擦損失水頭（４．６ｍ３／ｍｉｎ）
Ｈ４：合流点ｅの圧力水頭
Ｈ５：合流点ｅ〜点Ｃの配管摩擦損失水頭（１２．５ｍ３／ｍｉｎ）
となる。
【００４７】
ここで、図３〜図６において、外部水槽７を給水源とする補機ポンプＰｓの特性は合流点ｅにおける特性である。そして、図４から明らかなように、合流点ｅにおいて圧力が全水頭Ｈとなる。従って、補機ポンプＰｓの水頭と吐出流量の特性では、締め切り点では全水頭（例えばＨ＝１００ｍ）以上の性能を有する必要がある。
これに対して、図１、図２で示すように、排泥ライン（図４の主配管）Ｌｏから分岐した分岐配管（図４における、ラインＬｂ１、ラインＬｂ２）に循環ポンプＰｂが介装されており、外部水槽７を設けていない場合には、循環ポンプＰｂに必要な水頭は、上記の補機ポンプＰｓの場合よりも、更に小さくなる。図４における分岐点ｆと放流口Ｃとの距離が比較的長い場合は、循環ポンプＰｂの吸込側に、主配管Ｌｏを流れる流体による押し込み圧力が作用する。係る押し込み圧力と、点ｅにおける全水頭とが、概略相殺されるからである。
【００４８】
図１、図２で示す実施形態の作用効果について、例示して説明する。
［実施例］
具体的な実施例として、切羽の圧力Ｐが１００ＫＰａから１０００ＫＰａに昇圧した場合について、説明する。
高低差＝３２ｍ、シールド中心深さＨｃ＝０．０ｍ、地表面（Ｇ．Ｌ）から処理吐出高さｈ＝１０．０ｍ、排泥管の総抵抗損失水頭Ｈｆ２＝５１０．８ｍ、排泥管Ｌｏ１ｍ当たりの抵抗損失水頭ｈｆ２＝０．１１８、スラリー係数δ＝１．３９９とする。
係る場合において、切羽の圧力Ｐが１００ＫＰａとすると、排泥ポンプＰｏ総水頭ＴＨ２は
ＴＨ２＝Ｈｆ２＋Ｈｃ＋ｈ−{（Ｐ／９．８）／δ}−高低差
＝５１０．８＋０．０＋１０．０−{（１００／９．８）／１．３３９}−３２
＝４８１．３ｍ
となった。
【００４９】
切羽の圧力Ｐが１０００ＫＰａに昇圧した場合には、排泥ポンプＰｏ総水頭ＴＨ２Ａは、
ＴＨ２Ａ＝Ｈｆ２＋Ｈｃ＋ｈ−{（Ｐ／９．８）／δ}−高低差
＝５１０．８＋０．０＋１０．０−{（１０００／９．８）／１．３３９}−３２
＝４１２．７ｍ
となった。
すなわち、切羽の圧力Ｐが１００ＫＰａから１０００ＫＰａに変動（昇圧）した場合には、水頭が６８．６ｍだけ減少した。
そして、切羽の圧力Ｐが１００ＫＰａから１０００ＫＰａに変動（昇圧）したことにより減少した水頭（６８．６ｍ）を、水平配管を増設することにより填補するには、 ６８．６÷０．１１８（ｈｆ２）＝５８１．２ｍ の長さの配管を増設する必要となった。
【００５０】
図示の実施形態に係る配管抵抗装置において、配管抵抗装置４内の排泥管（図４の主配管Ｌｏの合流点ｅ〜分岐点ｆ）の管径を他の排泥ラインと等しく、分岐配管Ｌｂの管径を排泥ラインＬｏの３倍に設定すれば、配管抵抗装置４内の排泥管における流量Ｑｐ＝８．２ｍ３／ｍｉｎ、管内流速Ｖｐ＝１７．４１ｍ／ｓ、１ｍ当たりの抵抗損失水頭ｈｆｐ＝２．１６９となった。
また、配管抵抗装置４内の分岐管Ｌｂ（Ｌｂ１、Ｌｂ２）における流量Ｑｈ＝６．５ｍ３／ｍｉｎ、管内流速Ｖｈ＝１．５３ｍ／ｓ、１ｍ当たりの抵抗損失水頭ｈｆｈ＝０．００８となった。
循環ポンプ水頭Ｈｈ＝４３．８ｍとすれば、配管抵抗装置４における必要排泥管長さＬｘは２０．１ｍ{＝４３．８／（ｈｆｐ＋ｈｆｈ）}となった。
この様な配管抵抗装置における抵抗（水頭）は
２０．１ｍ×２．１６９＝４３．６ｍ
となった。
【００５１】
図１、図２の実施形態を用いて、切羽の圧力Ｐの昇圧したことにより減少した水頭６８．６ｍに相当する抵抗を填補するためには、図示の配管抵抗装置を、２台用意すれば良いことになる。
６８．６／４３．６＝１．６
１．６＜２
２台の配管抵抗装置の排管長さは合計で４０．２ｍなので、水平配管を増設するよりも、遥かに少ないスペースで、減少した水頭を填補することが出来た。
【００５２】
上述した実施例は、切羽における圧力が急激に上昇した場合に、減少した水頭を配管抵抗装置４で填補する場合について説明した。
しかしながら、掘削孔Ｔｈが上り勾配を有しており、切羽側が上方に位置してしまい、排泥ポンプＰｏ総水頭が減少してしまった場合についても、図１、図２で示す配管抵抗装置４を、減少した排泥ポンプＰｏ総水頭に対応する以上の抵抗が得られる個数だけ介装すれば良い。
【００５３】
ここで、図１、図２で示す配管抵抗装置４では、排泥ラインＬｏに介装された弁の開度を減少する必要がない。そのため、泥水中の固形分（礫分や破砕岩等）が弁と弁座の間に噛み込んでしまい、弁が作動不能となり、排泥系統が閉塞されることはない。
同様に、図１、図２で示す配管抵抗装置４によれば、排泥系統Ｌｏにおける配管径を小さくする必要がない。そのため、泥水中の固化分が塊となって、排泥ラインＬｏの径が小さい部分に引っ掛かり、当該部分を閉塞してしまうことが防止される。
【００５４】
さらに、図１、図２で示す配管抵抗装置４では、分岐配管Ｌｂに介装された循環ポンプＰｂの吐出側には排泥ラインＬｏ側の水頭（合流点ｅの水頭）が作用するが、合流点ｅにおける水頭は、分岐点ｆから循環ポンプＰｂの吸込側へ押し込む力として作用する水頭（分岐点ｆの水頭）と概略相殺される。
そのため、循環ポンプＰｂの吐出水頭としては、合流点ｅの水頭以上の大きな水頭は必要ではない。
【００５５】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない。
【符号の説明】
【００５６】
１・・・汚水調整槽
２・・・シールド機
２Ａ・・・掘削部
２Ｃ・・・切羽チャンバ
３・・・汚水処理設備
４・・・配管抵抗装置
６・・・スラリー槽
７・・・外部水槽
８・・・吸込弁
９・・・開閉弁
１０・・・吐出弁
ｅ・・・合流点
ｆ・・・分岐点
Ｐｉ・・・送泥ポンプ
Ｐｏ・・・排泥ポンプ
Ｔｈ・・・掘削孔
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固形物（例えば、掘削した土砂）を含有する流体（例えば、掘削泥水）を搬送する流体搬送管路に介装されて、当該流体の搬送側の水頭（揚程、ヘッド）が急激に変動しても、流体の流量を一定に維持することが出来るための配管抵抗装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図７は、横孔（例えばトンネル）掘削時の泥水シールド工事の概要を示している。
図７において、シールド機２の切羽チャンバ２Ｃは、地上側の泥水調整槽１と送泥ラインＬ１によって連通しており、地上側の水処理設備３と排泥ラインＬ２によって連通している。
送泥ラインＬ１における地上側には制御盤Ｃｉを有する送泥ポンプＰｉが介装され、送泥ラインＬ１における切羽チャンバ２Ｃ近傍には、第１の送泥バルブＶ１が介装されている。
排泥ラインＬ２における切羽チャンバ２Ｃ近傍には、第２の送泥バルブＶ２が介装されている。また、排泥ラインＬ２における第２の送泥バルブＶ２と水処理設備３との間の領域には、制御盤Ｃｎを有する複数（図７の例では６台）の排泥ポンプＰｎが介装されている。
【０００３】
送泥ラインＬ１と排泥ラインＬ２とは、バイパスラインＬ３によって、切羽チャンバ２Ｃ、バルブＶ１、Ｖ２をバイパスする様に接続されている。
送泥ラインＬ１、排泥ラインＬ２にはそれぞれ送泥流量計Ｍｑ１、排泥流量計Ｍｑ２が介装されており、泥流量計Ｍｑ１、排泥流量計Ｍｑ２で検知した流量情報は信号ラインによって地上側に設置した中央監視盤１０に送信される。
また、切羽チャンバ２Ｃには、切羽圧力計Ｍｐが取り付けられ、切羽圧力計Ｍｐが計測した切羽の圧力情報は、地上側の中央監視盤１０に送信される。
地上側の中央監視盤１０は、切羽圧力計Ｍｐが計測した切羽の圧力情報及び泥流量計Ｍｑ１、排泥流量計Ｍｑ２で検知した流量情報に基づいて、送泥ポンプＰｉの回転数及び複数の排泥ポンプＰｎの回転数或いはポンプのＯＮ、ＯＦＦを制御している。
【０００４】
地形の起伏が激しい山岳トンネルや海底下にトンネルを建造する泥水シールド工事においては、異常に高い地下水圧に対抗するだけの水圧を切羽で保持しながら掘削し、その掘削した土砂をポンプで制御しながら排出（排泥）している。
切羽の地盤としては、岩盤層や、礫分を多量に含む地層等、種々存在する。
ここで、地下水圧に対抗するだけの水圧を切羽で保持するのは、掘削中の地山を安定せしめ、以って、地山の崩壊を防止するためである。
【０００５】
一般的な切羽の水圧保持技術としては、
ａ）地上に設置した送泥ポンプの回転速度制御を行なう、
ｂ）掘削した土砂（固形物を含有する流体）を地上に設置した水処理設備へ流体輸送する排泥ライン（流体搬送管路）において、途中に排泥ポンプを設け、排泥ポンプの回転速度制御を行なう、
等が存在する。
排泥ポンプは、排泥流量を一定とする制御を行なっている。また、泥水ポンプは、掘削距離が延長して配管長が増加することに伴い摩擦抵抗が増加するのを補うために、自動増速する制御が行なわれている。
【０００６】
しかし、図８で示すように、地形が複雑なため、地上に設置した水処理設備３のレベルＥＬより、はるかに地下水位ＷＬが高い山間において、トンネルを建設する場合がある。この場合、地下水位ＷＬが高いため、排泥ポンプＰ２には非常に高い圧力が作用する。
なお、図８において、符号１は汚水調整槽、符号２はシールド機、符号３は水処理設備３、符号Ｐ１は送泥ポンプ、符号Ｌ１は送泥ライン、符号Ｌ２は排泥ラインを示す。
【０００７】
また、図９で示すように、高深度掘進を行なう際に、水処理設備３や送泥ポンプ（汚水調整槽１の裏側に位置している：図９では破線で示す）Ｐ１を立坑上或いは地上側に設置することが環境問題等の理由で困難であり、立坑下或いは地下に水処理設備３や送泥ポンプＰ１を設置しなければならない場合がある。この場合は、水処理設備３が地上Ｇｆ側に存在する場合に比較して、立坑の深さと、立坑から地上に至るまでの管路の分だけ、図９で示す場合には、排泥ポンプＰ２の総水頭が小さくなる。
なお、図９において、符号２はシールド機、符号Ｌ１は送泥ライン、符号Ｌ２は排泥ラインを示す。
【０００８】
図８、図９で示す様な場合には、送泥ポンプＰ１を制御して切羽に高水圧をかけると、排泥ポンプＰ２を駆動する可変速度モータを最低回転速度に降下する様に制御しても、或いは、排泥ポンプＰ２を駆動する可変速度モータを停止しても、排泥ラインＬ２の流量を規定流量に保持することが出来ず、規定流量以上の泥水が排泥ラインＬ２に流れてしまう。そのため、排泥ラインＬ２における一定流量制御を行なうことが出来ない。
図８、図９の場合には、排泥ラインＬ２の流量が大きくなり過ぎてしまい、大量の泥水が水処理設備３へ吐き出されてしまう。
そのような事態が生じたとしても、水処理設備３の能力・規模が大きければ対処できる。しかし、水処理設備３の能力・規模を大きく計画すると、膨大なコストが発生する。
【０００９】
図８、図９において、排泥ラインＬ２の流量が大きくなり過ぎることを抑制するには、排泥ラインＬ２に抵抗を与えれば良い。
排泥ラインＬ２に抵抗を与える一般的な方法は、排泥ラインＬ２に介装された弁の開度を絞ることである。排泥ラインＬ２に介装される弁としては、仕切り（ゲート）弁、ボール弁、蝶型弁、ピンチ弁等がある。
何れの種類の弁が介装されていても、上述した様な抵抗を与えるためには、開度を、例えば５０%以上、絞らなければならない。
しかし、排泥ラインＬ２を流れる泥水には、地山から発生する礫分や、岩盤掘削における破砕機から生じる破砕岩が含まれている。そのため、弁開度を絞った場合には、当該礫分や破砕岩が弁体と弁座間で詰まってしまい、いわゆる閉塞や噛み込みを生じてしまう、という問題が存在する。
従って、排泥ラインＬ２に介装された弁の開度制御により、必要な抵抗を付与することは、泥水シールド工事には適していない。
【００１０】
排泥ラインに抵抗を付与するための方法として、排泥ラインとして使用される配管の径を小さくすることも考えられる。
しかし、配管径を決定するに際しては、排泥中の固形物（上記礫分や破砕岩）の大きさを考慮しなければならない。一般的に、配管径は、排泥中の固形物の大きさの３倍以上で設定し、排泥輸送中に、複数個の固形物が配管中で一塊になって、配管を閉塞するのを防止している。配管径を小さくすると、複数個の固形物が配管中で一塊になって、配管を閉塞してしまう。
また、排泥ポンプにより一定流量制御を行なっている場合に、配管径を小さくすれば、流速が増加するため、配管内壁の摩耗速度が速くなる。その結果、排泥ラインの早期摩耗という問題が発生してしまう。
従って、排泥ラインの径を小さくして必要な抵抗を付与することも、不適当である。
【００１１】
さらに、泥水配管に多数のＵ字管を接続して延長し、排泥ラインに摩擦損失抵抗を付与する技術も存在する。
しかし、排泥ラインの許容スペースにも限界があるため、現実的な対応ではない。
【００１２】
本出願人は、上述した問題に対処するために、先に、流体搬送管路に流体ポンプを介装し、当該ポンプの吐出方向が搬送流体の流れ方向とは逆方向であり、且つ、当該ポンプの吐出流量が可変である様に構成した流体搬送抵抗装置を提案している（特許文献１参照）。
係る技術は有用であるが、さらに改良したいという要請も存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１３】
【特許文献１】特開２００８−２９１８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、固形物を含有する流体を搬送する流体搬送管路における搬送側の水頭が急激に変動しても、当該流体搬送管路の流量を一定に維持することが出来る配管抵抗装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明の配管抵抗装置（４）は、排泥ライン系統（Ｌｏ）の排泥ポンプ（Ｐｏ）と水処理設備（３）の間の領域に介装され、排泥ライン（Ｌｏ）から分岐して分岐点（Ｂ１）よりも排泥ポンプ（Ｐｏ）側の領域に合流する分岐配管（Ｌｂ）と、分岐配管（Ｌｂ）に介装された循環ポンプ（Ｐｂ）とを有することを特徴としている。
【００１６】
本発明において、排泥ライン系統（Ｌｏ）に介装される（配管抵抗装置４の）個数は、排泥ポンプ（Ｐｏ）側の、総水頭の減少分以上の抵抗を生じる個数であるのが好ましい。
ここで、本発明の配管抵抗装置（４）は、切羽水圧が急激に上昇して一時的に水頭が低下する場合、排泥管水頭が不足し排泥ポンプ（Ｐｏ）が制御不可能な状態となった場合や、掘削位置（切羽の位置Ｘ）が急勾配（高低差が配管抵抗水頭を上回る勾配）で上方に向かっている（上り勾配）場合に設置されるのが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
上述する構成を具備する本発明によれば、同一水頭であれば、排泥ポンプ（Ｐｏ）の吐出流量を減少することができる。そして、その減少分だけ排泥ポンプ（Ｐｏ）の吐出流量に余裕を持たせることが出来る。
排泥ポンプ（Ｐｏ）の吐出流量に余裕を持たせることが出来るので、本発明によれば、排泥ポンプ（Ｐｏ）側の地下水位が高い場合や、排泥ポンプ（Ｐｏ）下流側の抵抗が小さい場合等、排泥ポンプ（Ｐｏ）における水頭が変動しても、排泥ライン（Ｌｏ）の流量を一定に保持することが出来る。
【００１８】
本発明によれば、排泥ライン（Ｌｏ）に介装された弁の開度を減少する必要がなく、配管径を小さくする必要がない。そのため、泥水中の固形分（礫分や破砕岩等）が弁と弁座の間に噛み込んでしまい、弁を介装した箇所を閉鎖することや、当該固形分が塊となって、排泥ラインを閉塞してしまうことが防止される。
【００１９】
さらに、本発明の配管抵抗装置（４）によれば、分岐配管（Ｌｂ）に介装された循環ポンプ（Ｐｂ）の吸込側（Ｐｂｉ）には、排泥ライン（Ｌｏ）側の水頭（分岐点Ｂ１の水頭）が、分岐点（Ｂ１）から循環ポンプ（Ｐｂ）の吸込側（Ｐｂｉ）へ泥水を押し込む様に作用する。
そのため、係る水頭（分岐点Ｂ１の水頭）は、循環ポンプ（Ｐｂ）の吐出側（Ｐｂｏ）には作用する排泥ライン（Ｌｏ）側の水頭（合流点ｅの水頭）を概略相殺する。
これにより、循環ポンプ（Ｐｂ）としては、合流点（Ｂ２）の水頭以上の大きな吐出水頭を有するポンプを選択する必要がなく、吐出水頭が小さなポンプで足りる。そして、本発明の導入コストを低く抑えることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態を示す模式図である。
【図２】実施形態の要部を示す模式図である。
【図３】全水頭と排泥ラインの流量との関係を説明するための模式図である。
【図４】本発明の作動原理を説明するための模式図である。
【図５】図４で説明した全水頭と流量との関係を示す特性図である。
【図６】図５と同様な特性図であって、補機ポンプの特性が図５とは異なる場合における全水頭と流量との関係を示す特性図である。
【図７】泥水シールド工事の概要を示す図である。
【図８】泥水シールド工事において、地下水位が高く、排泥ポンプに高圧が作用する状態を示す図である。
【図９】泥水シールド工事において、排泥ラインの抵抗が小さい状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１、図２は、本発明の実施形態を模式的に示しており、図１は実施形態を適用した泥水シールド工事の概要を模式的に示し、図２は実施形態に係る配管抵抗装置を模式的に示している。
【００２２】
図１において、全体を符号１００で示す泥水シールド装置では、掘削孔（横孔）Ｔｈの切羽側（掘削孔Ｔｈの先端側：図１では左端）にシールド機２が存在し、地上Ｇｆ側には泥水調整槽１及び泥水処理設備３が設置されている。
地上Ｇｆと掘削孔Ｔｈの始点とは、竪孔Ｔｖで接続されている。
シールド機２は、切羽側の図示しない掘削ビットを有する掘削部２Ａと、掘削部２Ａの背面側の切羽チャンバ２Ｃとを有している。
【００２３】
泥水調整槽１と切羽チャンバ２Ｃとは、送泥ポンプＰｉを介装した送泥配管（以下、送泥ラインと記載する）Ｌｉによって連通している。
送泥ラインＬｉは、ラインＬｉ１、ラインＬｉ２を有している。ラインＬｉ１は泥水調整槽１と送泥ポンプＰｉの注入側Ｐｉｉとを接続している。ラインＬｉ２は送泥ポンプＰｉの排出側Ｐｉｏと切羽チャンバ２Ｃとを接続している。
【００２４】
切羽チャンバ２Ｃと水処理設備３とは、排泥ポンプＰｏを介装した排泥ライン（以下、排泥ラインと記載する）Ｌｏによって連通している。
図２をも参照して、排泥ラインＬｏは、ラインＬｏ１、ラインＬｏ２を有している。ラインＬｏ１は切羽チャンバ２Ｃと排泥ポンプＰｏの注入側Ｐｏｉとを接続している。ラインＬｏ２は排泥ポンプＰｏの排出側Ｐｏｏと水処理設備３とを接続している。
【００２５】
ラインＬｏ２には、配管抵抗装置４が介装されている。配管抵抗装置４は、ラインＬｏと分岐して設けられた分岐管Ｌｂと分岐管Ｌｂに介装された循環ポンプＰｂを有している。
換言すると、ラインＬｏ２には、水処理設備３側に分岐点ｆが形成され、排泥ポンプＰｏ側に合流点ｅが形成されている。分岐点ｆと合流点ｅとは循環ポンプＰｂを介装した分岐管Ｌｂによって連通している。
分岐管Ｌｂは、ラインＬｂ１、ラインＬｂ２を有している。
ラインＬｂ１は、分岐点ｆと循環ポンプＰｂの注入側Ｐｂｉを接続し、ラインＬｂ２は、循環ポンプＰｂの吐出側Ｐｂｏと合流点ｅとを接続している。
【００２６】
排泥ラインＬｏに介装される配管抵抗装置４の個数は、図示の例では便宜上１個のみが示されているが、排泥ポンプＰｏ側の、総水頭の減少分以上の抵抗を生じる個数としている。排泥ポンプＰｏの個数も、図１、図２では１台のみが示されているが、複数台を設ける場合もある。
ここで、配管抵抗装置４は、切羽水圧が急激に上昇して、相対的に各種損失水頭が一時的に低下した場合や、掘削孔が急勾配（高低差が配管抵抗水頭を上回る勾配）で上方に向かっている（上り勾配）場合に、掘削位置（切羽の位置）が高くなって切羽側の水頭が大きくなった場合において、設置されるのが好ましい。特に、排泥ポンプＰｏの吐出流量が制御不可能な状態となった場合に、配管抵抗装置４を設置するのが効果的である。
【００２７】
以下、図３〜図６を参照して、同一水頭において、図示の実施形態に係る配管抵抗装置４を用いれば、排泥ポンプＰｏの水頭が同一であっても、吐出流量が減少する旨を説明する。
ここで、同一水頭において排泥ポンプＰｏの吐出流量が減少するのであれば、その減少分だけ排泥ポンプＰｏの吐出流量に余裕が出来る。係る余裕により、図示の実施形態の配管抵抗装置４を用いれば、切羽側の水頭に対して抵抗水頭が非常に小さくなったとしても、排泥ラインＬｏの流量を一定に保つことが出来るのである。
【００２８】
図３は、全水頭Ｈに対する吐出流量Ｑを求めるためのモデルを模式的に示している。
図３において、符号６は、仮想の水槽（例えば、スラリー槽）を示している。
図３において、全水頭Ｈ＝１００ｍ、配管（６インチ配管）の内径Ｄ＝０．１５５２ｍ、長さＬ＝１３０ｍ、配管摩擦損失係数（λ）＝０．２であり、排泥ラインＬｏ内を（Ｂ点における）流速ｖ＝１０．５ｍ／ｓの流体の流れが生じ、その流量Ｑは、Ｑ＝１１．９ｍ３／ｍｉｎとなる場合を想定する。この場合、流速ｖ、流量Ｑの計算は、流体が清水である場合について行なっている。
以下、泥水の濃度（排泥濃度）が薄く、清水と概略同等に取り扱うことが可能であるという前提で、説明する。
ここで、土砂を含有しており、排泥濃度が濃い場合には、全水頭Ｈは液比重の要素を持ち、配管摩擦損失水頭は清水の場合に比較して大きくなる。摩擦損失水頭が大きい分には、排泥ポンプＰｏによる制御がし易いので、上述した様な問題は生じ難い。そのため、摩擦損失水頭が小さい清水の場合について、検討する。
【００２９】
泥水シールド工事における排泥管系を簡略化した図４では、主配管（図１、図２の排泥ラインに相当）Ｌｏの点ｆ（分岐点）において、分岐配管Ｌｂが分岐して、点ｅで主配管Ｌｏに合流している。分岐配管Ｌｂ中にはポンプ（外部水槽７から清水が供給される場合は補機ポンプＰｓ、主配管Ｌｏのみから清水が吸い込まれる場合は循環ポンプＰｂ）が介装されている。
係るポンプ（図示の例では補機ポンプ）Ｐｓは、主配管Ｌｏの放流口である点Ｃに近い方が吸込側であり、スラリー槽６と主配管Ｌｏとの接続箇所である点Ａに近い方が吐出側である。なお、点Ｃに近い分岐点ｆは、大気に開放されている点Ｃから空気を吸い込まない様な距離に位置している。
【００３０】
ここで、分岐配管Ｌｂは、ラインＬｂ１、ラインＬｂ２を有している。そして、ラインＬｂ１は分岐点ｆと補機ポンプＰｂ（或いは、循環ポンプＰｂ）の吸込み側と接続し、ラインＬｂ２は補機ポンプＰｂ（或いは、循環ポンプＰｂ）の吐出側と合流点ｅを接続している。
また、補機ポンプＰｂ（或いは、循環ポンプＰｂ）の吸込み側は、開閉弁９を介装したラインＬ７によって外部水槽７とも連通している。
ラインＬｂ１には、吸込弁８が介装され、ラインＬｂ２には、補機ポンプＰｓの吐出弁１０が介装されている。
図４において、分岐点ｆは主配管の放流口（点Ｃ）の近傍に位置しており、合流点ｅは点Ａ（スラリー槽６の出口）の近傍であり、点Ａ〜点Ｃの距離Ｌと、合流点ｅ〜分岐点ｆの距離ｌは、概略等しい（Ｌ≒ｌ）。
【００３１】
図３の点Ｂにおいて、全水頭Ｈは、点Ａ〜点Ｂの配管摩擦損失水頭ｈｆと、速度水頭ｈｖ（＝ｖ２／２ｇ：重力加速度ｇ＝９．８ｍ／ｓ２）と、圧力水頭（或いは、静水頭）ｈｐの和である（Ｈ＝ｈｆ＋ｈｖ＋ｈｐ）。
放流口である点Ｃにおいては、圧力水頭ｈｐ＝０なので、
Ｈ＝ｈｆ＋ｈｖ＝ｈｆ＋ｖ２／２ｇ となる。
上述したパラメータ（Ｄ，Ｌ，λ，ｇ）の数値を代入すると
Ｈ＝ｈｆ＋ｖ２／２ｇ＝０．７０３×Ｑ２
ここで、
Ｄは主配管Ｌｏの内径寸法、
Ｌは主配管Ｌｏの長さ寸法、
λは摩擦損失実験係数、
ｇは重力加速度である。
この式を（Ｑ，Ｈ）座標にプロットしたものが、図５における二次曲線（破線）ｙ１である。
【００３２】
図４において、分岐配管Ｌｂに介装されたポンプＰｓの吸込側Ｐｓｉを外部水槽７と接続し、当該ポンプを補機ポンプＰｓとして使用する場合について考える。
水源を外部水槽７とするのは、後述するように、主配管Ｌｏから分岐した分岐配管Ｌｂにポンプ（循環ポンプＰｂ）を介装する場合の解析は、計算が複雑になってしまうからである。換言すれば、図４で示す様な外部水槽７を有する配管抵抗装置４Ａは、あくまでも図示の実施形態の、作動原理の説明のために図示されているものであり、本発明の実施形態ではない。
【００３３】
この場合、吸い込み弁８が閉鎖しており、補機ポンプＰｓの吸込側Ｐｓｉは、主配管Ｌｏにおける分岐点ｆに連通していない。そして、ラインＬ７に介装された開閉弁９が開放しており、補機ポンプＰｓの吸込側Ｐｓｉは外部水槽７に連通している。
その様な場合において、補機ポンプＰｓと排泥ポンプＰｏが２台同時に運転（並列運転）され、補機ポンプＰｓからの吐出流と排泥ポンプＰｏの流れが合流点ｅで合流すれば、補機ポンプＰｓ或いは排泥ポンプＰｏを単独で運転したときに比較して、補機ポンプＰｓと排泥ポンプＰｏの吐出流量が減少する。
以下、図４〜図６を参照して、補機ポンプＰｓ或いは排泥ポンプＰｏを単独で運転したときに比較して、並列運転した方が補機ポンプＰｓと排泥ポンプＰｏの各々の吐出流量が減少することについて説明する。
【００３４】
図５において、特性曲線ｙ２は、外部水槽７を給水源とする補機ポンプＰｓを単独運転した場合における水頭Ｈと吐出流量Ｑとの特性を示している。特性曲線ｙ２は、補機ポンプＰｓ本来のポンプ特性から、外部水槽７出口から主配管Ｌｏと分岐配管Ｌｂとの合流点ｅまでの配管摩擦損失（図４において、外部水槽７の出口７ｏと補機ポンプ吸込み側Ｐｓｉを接続するラインＬ７と、分岐配管Ｌｂ２における配管摩擦損失水頭）を減じた特性となっている。
排泥ポンプＰｏ単独で運転した場合における水頭Ｈと吐出流量Ｑとの特性が、特性曲線ｙ３である。図４においては、スラリー槽６は排泥ポンプＰｏと送泥配管Ｌｏｉによって直結され、圧力制御をしているので、特性曲線ｙ３は、排泥ポンプＰｏ単独で運転した場合における特性から、排泥ポンプ吐出口Ｐｏｏから図４における点ｅに至るまでの送泥配管摩擦損失水頭と、スラリー槽６における諸損失水頭を減じた特性を示している。
【００３５】
ここで、外部水槽７を給水源とする補機ポンプＰｓを単独運転した場合における放流口Ｃからの流量は、図５において曲線ｙ２と曲線ｙ１との交点Ｐ５で示される（＝１０．６ｍ３／ｍｉｎ）。
なお、分岐配管Ｌｂに介装されたポンプＰｓは、図４で示すように外部水槽７を給水源とした場合には「補機ポンプ」と表示されており、図４において、ポンプＰｓの吸い込み管Ｌｂ１を主配管Ｌｏの分岐点ｆ点と接続している場合（或いは、図１、図２で示すように構成している場合）には「循環ポンプ」Ｐｂと表示されている。
【００３６】
図４において、補機ポンプＰｓの吐出弁１０を閉鎖し、スラリー槽６の全水頭を１００ｍ に設定し、排泥ポンプＰｏを単独運転した場合には、図３を参照して上述した通り、放流口Ｃからの吐出流量Ｑは１１．９ｍ３／ｍｉｎとなる。
ここで、排泥ポンプＰｏを単独運転した場合における放流口Ｃからの流量１１．９ｍ３／ｍｉｎは、曲線ｙ３と曲線ｙ１との交点Ｐ４で示される。
点ｅにおける特性が図５における曲線ｙ２である補機ポンプＰｓを起動して、補機ポンプＰｓの吐出弁１０を開放すれば、合流点ｅ（図４）において、排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓを並列運転した特性となる。
排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓを並列運転した特性は、図５では曲線ｙ４で示されている。係る曲線ｙ４は、同一の水頭における補機ポンプＰｓの吐出流量と排泥ポンプＰｏの吐出流量との和から、得ることが出来る。
【００３７】
排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓを並列運転した場合における放流口（図４の点Ｃ）における流量は、図５では曲線ｙ４と曲線ｙ１との交点Ｐ３で求められ、１２．５ｍ３／ｍｉｎである。
交点Ｐ３の流量１２．５ｍ３／ｍｉｎは、排泥ポンプＰｏを単独運転した場合における放流口Ｃからの流量１１．９ｍ３／ｍｉｎよりも増加している。
排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓを並列運転した場合における放流口（図４の点Ｃ）における流量１２．５ｍ３／ｍｉｎは、点Ｐ１の水頭における補機ポンプＰｓの吐出流量（点Ｐ１における吐出流量）と、点Ｐ１の水頭における排泥ポンプＰｏの吐出流量（点Ｐ２における吐出流量）の和である。
【００３８】
排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓを並列運転した場合における補機ポンプＰｓの吐出流量（点Ｐ１における吐出流量）は４．６ｍ３／ｍｉｎであり、補機ポンプＰｓを単独で運転していた場合の吐出流量（＝１０．６ｍ３／ｍｉｎ：点Ｐ５における流量）に比較して、減量されている。
そして、排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓを並列運転した場合における排泥ポンプＰｏの吐出流量（点Ｐ２における吐出流量）は７．９ｍ３／ｍｉｎであり、排泥ポンプＰｏを単独で運転していた場合の吐出流量（＝１１．９ｍ３／ｍｉｎ：点Ｐ４における流量）に比較して、減量されている。
【００３９】
すなわち、排泥ポンプＰｏを補機ポンプＰｓと並列運転することにより、排泥ポンプＰｏ及び補機ポンプＰｓの吐出流量は、各々を単独運転する場合に比較して、明白に減少する。そして、同一の流量であれば、排泥ポンプＰｏを補機ポンプＰｓと並列運転することにより、排泥ポンプＰｏにおける水頭をより大きくすることが出来る。
これにより、図示の実施形態によれば、同一の流量であれば、排泥ポンプＰｏ（図１、図２参照）を循環ポンプＰｂと並列運転することにより、排泥ポンプＰｏ単独運転の場合よりも、水頭を大きくすることが出来ることも明らかになった。
【００４０】
図６は、補機ポンプＰｓの特性が図５を参照して説明した場合とは異なっている（吐出流量が減少している）が、排泥ポンプＰｏの特性は図６を参照して説明したのと同一である場合において、排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓとを並列運転した場合を表現している。
図６において、補機ポンプＰｓの特性曲線は符号ｙ２Ａで示されており、排泥ポンプＰｏの特性曲線は図５と同様に符号ｙ３で示されている。そして、排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓとを並列運転した場合の特性曲線は、図６では符号ｙ４Ａで示されている。
図６において、補機ポンプＰｓを単独運転した場合における放流口Ｃ（図４参照）からの流量は、曲線ｙ２Ａと曲線ｙ１との交点Ｐ５Ａで示されている。
排泥ポンプＰｏを単独運転した場合における放流口Ｃからの流量（１１．９ｍ３／ｍｉｎ）は、図５と同様に、曲線ｙ３と曲線ｙ１との交点Ｐ４である。
【００４１】
排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓとを並列運転した場合の放流口Ｃからの流量は、曲線ｙ１と曲線ｙ４Ａとの交点Ｐ３Ａである。
図５を参照して説明したように、排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓを並列運転した特性は、同一の水頭における補機ポンプＰｓの吐出流量と、排泥ポンプＰｏの吐出流量との和として得られる。そして、排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓとを並列運転した場合と同一水頭の補機ポンプＰｓの吐出流量は図６では点Ｐ１Ａで示されており、排泥ポンプＰｏの吐出流量は点Ｐ２Ａで示されている。
排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓとを並列運転した場合における排泥ポンプＰｏの吐出流量（点Ｐ２Ａの吐出流量）は９．６ｍ３／ｍｉｎであり、図５における（排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓとを並列運転した場合の）排泥ポンプＰｏの吐出流量（７．９ｍ３／ｍｉｎ）に比較すれば、増加している。
しかし、排泥ポンプＰｏを単独運転する場合の吐出流量（１１．９ｍ３／ｍｉｎ）よりは減少している。
【００４２】
補機ポンプＰｓの吐出流量が減少する結果として、排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓとを並列運転した場合における循環流量（点Ｐ３Ａの流量）は、排泥ポンプＰｏ単独運転の場合に比較して、僅かに増加する。しかし、排泥ポンプＰｏの吐出流量（点Ｐ２Ａの吐出流量）は、排泥ポンプＰｏ単独運転の場合に比較して、減少している。
このことから、補機ポンプＰｓの特性が変化すれば、排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓとを並列運転した場合における排泥ポンプＰｏの吐出流量が、排泥ポンプＰｏ単独運転の場合に比較して減少する割合が、変化することが分かる。
そして、排泥ポンプＰｏの吐出流量が減少する割合は、補機ポンプＰｓの特性により調節可能であることも理解される。
【００４３】
図３〜図６を参照して説明した内容において、給水源が外部水槽７である補機ポンプＰｓを備えている場合（図４において開閉弁９が開放しており、吸い込み弁８が閉鎖している場合）について説明したが、図１、図２で示すように、排泥ライン（図４の主配管）Ｌｏから分岐した分岐配管（図４において、ラインＬｂ１、ラインＬｂ２）に循環ポンプＰｂが介装されており、外部水槽７を設けていない場合（図４において吸い込み弁８が開放しており、開閉弁９が閉鎖している場合）においても、同様なことが言える。
すなわち、循環ポンプＰｂを排泥ポンプＰｏと並列運転する（図１、図２参照）ことにより、排泥ポンプＰｏの吐出流量は、排泥ポンプＰｏを単独運転する場合に比較して、減少する。そして、同一の流量であれば、循環ポンプＰｂと排泥ポンプＰｏを並列運転することにより、排泥ポンプＰｏにおける水頭をより大きくすることが出来る。
【００４４】
上述した通り、図３〜図６において水源を外部水槽７とするのは、計算を簡易にするためであり、図４で示す様な外部水槽７を有する配管抵抗装置４Ａは、本発明の実施形態ではない。
より具体的には、図１、図２で示すように、排泥ライン（図４の主配管）Ｌｏから分岐した分岐配管（図４のＬｂ）に循環ポンプＰｂを介装した場合には、図４における主配管Ｌｏの分岐点ｆから放流口Ｃまでの配管摩擦損失水頭が更に発生する。
また、補機ポンプＰｂの給水源を外部水槽７にしてしまうと、外部水槽７からの流れの分だけ流量が増加してしまい、解決するべき課題を助長する（排泥ラインＬｏを流れる泥水流量が増加してしまう）、という不都合がある。
【００４５】
ここで、分岐配管Ｌｂに循環ポンプＰｂを介装する場合（図１、図２の場合：外部水槽を給水源にしない場合：図４において吸込弁８が開放しており、開閉弁９が閉鎖している場合）と、補機ポンプＰｓを介装する場合（図４で説明した場合：図４において吸込弁８が閉鎖して、開閉弁９が開放している場合）における循環ポンプＰｂおよび補機ポンプＰｓの水頭について説明する。
循環ポンプＰｂを介装する場合（図１、図２の場合：外部水槽７を給水源にしない場合：図４において吸込弁８が開放しており、開閉弁９が閉鎖している場合）において、循環ポンプＰｂの水頭Ｈｃは、図４において、分岐点ｆ−補機ポンプＰｓ−合流点ｅの配管摩擦損失水頭（循環ポンプＰｂのみの循環流量＝４．６ｍ３／ｍｉｎにおける配管摩擦損失水頭）と、分岐点ｅ〜合流点ｆの配管摩擦損失水頭（排泥ポンプＰｏと循環ポンプＰｂ双方の吐出流量の和＝１２．５ｍ３／ｍｉｎにおける配管摩擦損失水頭）の和となる。
すなわち、循環ポンプＰｂの水頭Ｈｃは、 Ｈｃ＝Ｈ１＋Ｈ２
Ｈ１：ラインＬｂ１とラインＬｂ２の配管摩擦損失水頭（４．６ｍ３／ｍｉｎ）
Ｈ２：主配管Ｌｏにおける合流点ｅ〜分岐点ｆの配管摩擦損失水頭（１２．５ｍ３／ｍｉｎ）
となる。
【００４６】
これに対して、補機ポンプＰｓを介装する場合（図４で説明した場合：図４において吸込弁８が閉鎖して、開閉弁９が開放している場合）における補機ポンプＰｓの水頭Ｈｓは、ラインＬ７とラインＬｂ２の配管摩擦損失水頭（補機ポンプＰｓのみの循環流量＝４．６ｍ３／ｍｉｎにおける配管摩擦損失水頭）と、合流点ｅの圧力水頭と、合流点ｅ〜点Ｃの配管摩擦損失水頭（排泥ポンプＰｏと補機ポンプＰｓ双方の吐出流量の和＝１２．５ｍ３／ｍｉｎにおける配管摩擦損失水頭）の和である。
補機ポンプＰｓの水頭Ｈｓ（ｍ）は、 Ｈｓ＝Ｈ３＋Ｈ４＋Ｈ５
Ｈ３：ラインＬ７とラインＬｂ２の配管摩擦損失水頭（４．６ｍ３／ｍｉｎ）
Ｈ４：合流点ｅの圧力水頭
Ｈ５：合流点ｅ〜点Ｃの配管摩擦損失水頭（１２．５ｍ３／ｍｉｎ）
となる。
【００４７】
ここで、図３〜図６において、外部水槽７を給水源とする補機ポンプＰｓの特性は合流点ｅにおける特性である。そして、図４から明らかなように、合流点ｅにおいて圧力が全水頭Ｈとなる。従って、補機ポンプＰｓの水頭と吐出流量の特性では、締め切り点では全水頭（例えばＨ＝１００ｍ）以上の性能を有する必要がある。
これに対して、図１、図２で示すように、排泥ライン（図４の主配管）Ｌｏから分岐した分岐配管（図４における、ラインＬｂ１、ラインＬｂ２）に循環ポンプＰｂが介装されており、外部水槽７を設けていない場合には、循環ポンプＰｂに必要な水頭は、上記の補機ポンプＰｓの場合よりも、更に小さくなる。図４における分岐点ｆと放流口Ｃとの距離が比較的長い場合は、循環ポンプＰｂの吸込側に、主配管Ｌｏを流れる流体による押し込み圧力が作用する。係る押し込み圧力と、点ｅにおける全水頭とが、概略相殺されるからである。
【００４８】
図１、図２で示す実施形態の作用効果について、例示して説明する。
［実施例］
具体的な実施例として、切羽の圧力Ｐが１００ＫＰａから１０００ＫＰａに昇圧した場合について、説明する。
高低差＝３２ｍ、シールド中心深さＨｃ＝０．０ｍ、地表面（Ｇ．Ｌ）から処理吐出高さｈ＝１０．０ｍ、排泥管の総抵抗損失水頭Ｈｆ２＝５１０．８ｍ、排泥管Ｌｏ１ｍ当たりの抵抗損失水頭ｈｆ２＝０．１１８、スラリー係数δ＝１．３９９とする。
係る場合において、切羽の圧力Ｐが１００ＫＰａとすると、排泥ポンプＰｏ総水頭ＴＨ２は
ＴＨ２＝Ｈｆ２＋Ｈｃ＋ｈ−{（Ｐ／９．８）／δ}−高低差
＝５１０．８＋０．０＋１０．０−{（１００／９．８）／１．３３９}−３２
＝４８１．３ｍ
となった。
【００４９】
切羽の圧力Ｐが１０００ＫＰａに昇圧した場合には、排泥ポンプＰｏ総水頭ＴＨ２Ａは、
ＴＨ２Ａ＝Ｈｆ２＋Ｈｃ＋ｈ−{（Ｐ／９．８）／δ}−高低差
＝５１０．８＋０．０＋１０．０−{（１０００／９．８）／１．３３９}−３２
＝４１２．７ｍ
となった。
すなわち、切羽の圧力Ｐが１００ＫＰａから１０００ＫＰａに変動（昇圧）した場合には、水頭が６８．６ｍだけ減少した。
そして、切羽の圧力Ｐが１００ＫＰａから１０００ＫＰａに変動（昇圧）したことにより減少した水頭（６８．６ｍ）を、水平配管を増設することにより填補するには、 ６８．６÷０．１１８（ｈｆ２）＝５８１．２ｍ の長さの配管を増設する必要となった。
【００５０】
図示の実施形態に係る配管抵抗装置において、配管抵抗装置４内の排泥管（図４の主配管Ｌｏの合流点ｅ〜分岐点ｆ）の管径を他の排泥ラインと等しく、分岐配管Ｌｂの管径を排泥ラインＬｏの３倍に設定すれば、配管抵抗装置４内の排泥管における流量Ｑｐ＝８．２ｍ３／ｍｉｎ、管内流速Ｖｐ＝１７．４１ｍ／ｓ、１ｍ当たりの抵抗損失水頭ｈｆｐ＝２．１６９となった。
また、配管抵抗装置４内の分岐管Ｌｂ（Ｌｂ１、Ｌｂ２）における流量Ｑｈ＝６．５ｍ３／ｍｉｎ、管内流速Ｖｈ＝１．５３ｍ／ｓ、１ｍ当たりの抵抗損失水頭ｈｆｈ＝０．００８となった。
循環ポンプ水頭Ｈｈ＝４３．８ｍとすれば、配管抵抗装置４における必要排泥管長さＬｘは２０．１ｍ{＝４３．８／（ｈｆｐ＋ｈｆｈ）}となった。
この様な配管抵抗装置における抵抗（水頭）は
２０．１ｍ×２．１６９＝４３．６ｍ
となった。
【００５１】
図１、図２の実施形態を用いて、切羽の圧力Ｐの昇圧したことにより減少した水頭６８．６ｍに相当する抵抗を填補するためには、図示の配管抵抗装置を、２台用意すれば良いことになる。
６８．６／４３．６＝１．６
１．６＜２
２台の配管抵抗装置の排管長さは合計で４０．２ｍなので、水平配管を増設するよりも、遥かに少ないスペースで、減少した水頭を填補することが出来た。
【００５２】
上述した実施例は、切羽における圧力が急激に上昇した場合に、減少した水頭を配管抵抗装置４で填補する場合について説明した。
しかしながら、掘削孔Ｔｈが上り勾配を有しており、切羽側が上方に位置してしまい、排泥ポンプＰｏ総水頭が減少してしまった場合についても、図１、図２で示す配管抵抗装置４を、減少した排泥ポンプＰｏ総水頭に対応する以上の抵抗が得られる個数だけ介装すれば良い。
【００５３】
ここで、図１、図２で示す配管抵抗装置４では、排泥ラインＬｏに介装された弁の開度を減少する必要がない。そのため、泥水中の固形分（礫分や破砕岩等）が弁と弁座の間に噛み込んでしまい、弁が作動不能となり、排泥系統が閉塞されることはない。
同様に、図１、図２で示す配管抵抗装置４によれば、排泥系統Ｌｏにおける配管径を小さくする必要がない。そのため、泥水中の固化分が塊となって、排泥ラインＬｏの径が小さい部分に引っ掛かり、当該部分を閉塞してしまうことが防止される。
【００５４】
さらに、図１、図２で示す配管抵抗装置４では、分岐配管Ｌｂに介装された循環ポンプＰｂの吐出側には排泥ラインＬｏ側の水頭（合流点ｅの水頭）が作用するが、合流点ｅにおける水頭は、分岐点ｆから循環ポンプＰｂの吸込側へ押し込む力として作用する水頭（分岐点ｆの水頭）と概略相殺される。
そのため、循環ポンプＰｂの吐出水頭としては、合流点ｅの水頭以上の大きな水頭は必要ではない。
【００５５】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない。
【符号の説明】
【００５６】
１・・・汚水調整槽
２・・・シールド機
２Ａ・・・掘削部
２Ｃ・・・切羽チャンバ
３・・・汚水処理設備
４・・・配管抵抗装置
６・・・スラリー槽
７・・・外部水槽
８・・・吸込弁
９・・・開閉弁
１０・・・吐出弁
ｅ・・・合流点
ｆ・・・分岐点
Ｐｉ・・・送泥ポンプ
Ｐｏ・・・排泥ポンプ
Ｔｈ・・・掘削孔
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排泥ライン系統の排泥ポンプと水処理設備の間の領域に介装され、排泥ラインから分岐して分岐点よりも排泥ポンプ側の領域に合流する分岐配管と、分岐配管に介装された循環ポンプとを有することを特徴とする配管抵抗装置。
【請求項２】
排泥ライン系統に介装される個数は、排泥ポンプ側の総水頭の減少分以上の抵抗を生じる個数である請求項１の配管抵抗装置。
【請求項１】
排泥ライン系統の排泥ポンプと水処理設備の間の領域に介装され、排泥ラインから分岐して分岐点よりも排泥ポンプ側の領域に合流する分岐配管と、分岐配管に介装された循環ポンプとを有することを特徴とする配管抵抗装置。
【請求項２】
排泥ライン系統に介装される個数は、排泥ポンプ側の総水頭の減少分以上の抵抗を生じる個数である請求項１の配管抵抗装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１４４７１８（Ｐ２０１１−１４４７１８Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４５０４（Ｐ２０１０−４５０４）
【出願日】平成２２年１月１３日（２０１０．１．１３）
【出願人】（５９１０７５６３０）株式会社アクティオ (33)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１３日（２０１０．１．１３）
【出願人】（５９１０７５６３０）株式会社アクティオ (33)
【Ｆターム（参考）】
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