JPH11303585A

JPH11303585A - 掘削土砂の搬出制御装置

Info

Publication number: JPH11303585A
Application number: JP11443798A
Authority: JP
Inventors: Kazuo Koda; 和郎幸田; Hiroyuki Ida; 博之井田; Mochimasa Yamaguchi; 以昌山口; Soichiro Yamane; 総一郎山根; Yuji Ichioka; 裕司市岡; Atsushi Matsuo; 淳松尾
Original assignee: Nippon Kokan Koji KK; NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: Nippon Kokan Koji KK; JFE Engineering Corp
Priority date: 1998-04-24
Filing date: 1998-04-24
Publication date: 1999-11-02
Anticipated expiration: 2018-04-24
Also published as: JP3586805B2

Abstract

(57)【要約】【課題】プラグを形成して排泥の輸送効率を十分に高
めることを可能にし、且つ、排泥管の閉塞の予兆を捕ら
えてそれを未然に防止する。【解決手段】排泥用バルブ１６及び空気導入用バルブ
２０を所定の条件に基づいて交互に開閉制御して、排泥
タンク１２の排泥をプラグ状にして搬出させる。また、
ホールドアップセンサ４０の出力に基づいて閉塞の予兆
の有無を判断して、閉塞の予兆があると判断した場合に
は上記の開閉制御を一時的に中断して、排泥用バルブ１
６を閉じて空気導入用バルブ２０を開き、そして、閉塞
の予兆が解消したときには上記の開閉制御に戻す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は例えば排泥を真空吸
引によって排出する推進工法等における土砂の搬出制御
装置、特に排泥管の閉塞に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の掘削土砂等の搬出方法と
しては、例えば特公平７−１５１７４号公報、特公平６
−１０００７６号公報、特開平６−１９３３８３号公
報、特開昭５８−１０１９９８号公報等において提案さ
れているものがある。

【０００３】（１）特公平７−１５１７４号公報の浚渫
方法においては、吸引機の吸引により空気を吸引ホース
の先端から土砂タンクを経て吸引機へ流すとともに、吸
引ホースの途中からホース内へ補助的に空気を導入しな
がら吸引ホースの先端開口を浚渫すべき物とその上に位
置する空気との境界に位置させ、浚渫すべき物を空気と
ともに吸引ホースの先端から吸い込み、吸引ホースを通
った浚渫物を土砂タンク内に沈降させて集めている。

【０００４】（２）特公平６−１０００７６号公報の掘
削土砂の排出方法においては、推進管内に吸引ホースを
設置して、吸引ホースの先端を推進管の先端がわで開口
させるとともに、吸引ホースの後端がわを土砂タンクを
経て吸引機に接続し、吸引機の吸引により吸引ホース内
に先端開口から推進管内の空気を吸収して吸引機へ流す
空気流を生じさせて、先導管で掘削した土砂に吸引ホー
スの先端開口を向けて、土砂を上記空気流に乗せて発進
立坑がわに移動させるとともに、吸引ホースの途中に設
けた空気導入口から補助的に吸引ホース内に空気を導入
して土砂の移動を助け、移動した土砂を吸引機の前に設
けた土砂タンクに沈降させて集めている。

【０００５】（３）特開平６−１９３３８３号公報の汚
泥移送方法においては、圧搾空気発生装置と真空発生装
置と、汚泥を回収するタンクとが地上に配され、前記タ
ンクには送泥パイプが連通連結されており、この送泥パ
イプの先端部近傍には第一のバルブを介して加圧空気供
給パイプが連通連結され、この加圧空気供給パイプの連
通連結部分と先端部との間に第二のバルブが設けられて
いる汚泥移送装置を用い、まず前記送泥パイプの先端部
は堆積した汚泥に臨むように配し、次に前記第一のバル
ブを閉鎖し第二のバルブを開放し、その後真空発生装置
を作動させて堆積した汚泥を送泥パイプ内に空気と共に
吸引し、所要時間経過後即ち送泥パイプ内に汚泥を充填
させた後、真空発生装置による吸引移送が低下すると前
記第二のバルブを閉鎖するとともに前記第一のバルブを
開放して送泥パイプ内に溜まった汚泥を圧搾空気により
圧送して前記タンク内に移送している。

【０００６】（４）特開昭５８−１０１９９８号公報の
長距離推進工法においては、地中埋設管の先端に推進管
を嵌合し、その推進管に密閉壁を設けて、その密閉壁に
切羽掘削装置を設け、切羽面と密閉壁との中間に掘削室
を形成し、その掘削室に泥水を注入する推進装置におい
て、高濃度泥水を掘削室に注入し、その泥水を掘削室の
内部において掘削された土砂を混合させて泥水を土砂含
有高濃度状態として、更に、掘削室の外管に穿設した透
孔から上記の液状体を地中埋設管と地山面との間隔に充
填している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】（１）特公平７−１５
１７４号公報の浚渫方法においては、吸引ホースの先端
を排泥（浚渫物）と空気との境界に位置させる必要があ
り、このため、吸引ホース（排泥管）の先端又は排泥の
液面を制御する必要がある。また、空気の導入は調整で
きるが、排泥の吸入は調節できないため、輸送状態が不
安定になり、閉塞に近い状態が頻繁に生じる虞がある。
したがって、排泥の輸送効率を十分に高めることができ
ない。

【０００８】（２）特公平６−１０００７６号公報の掘
削土砂の排出方法においては、土砂（排泥）に吸引ホー
スを先端開口を向け、また、吸引ホース先端は土砂（排
泥）を吸引できるところに位置させることが必要であ
り、このため、そのような位置に排泥管の先端又は排泥
を制御する必要がある。また、特公平７−１５１７４号
公報の場合と同様に、空気の導入は調整できるが、排泥
の吸入は調整できないため、閉塞に近い状態が頻繁に生
じるおそれがあり、排泥の輸送効率を十分に高めること
ができない。

【０００９】（３）特開平６−１９３３８３号公報の汚
泥移送方法においては、送泥パイプの先端を汚泥に臨む
ように配置する必要がある。このため、そのような位置
に排泥管の先端又は排泥を制御する必要があり、排泥の
輸送効率を十分に高めることができないおそれがある。

【００１０】（４）特開昭５８−１０１９９８号公報の
長距離推進工法においては、排泥弁ととして逆止弁を用
いているが、吸入する空気が推進管内の空気（ほぼ大気
圧）の場合には、排泥タンクと空気導入位置を十分に離
さない限り、空気弁を開いても排泥の流入は停止せず、
プラグを十分に形成できない。このため、排泥の輸送効
率を十分に高めることができない。

【００１１】本発明は、このような問題点を解決するた
めになされたものであり、プラグを形成して排泥の輸送
効率を十分に高めることを可能にし、且つ、排泥管の閉
塞の予兆を捕らえてそれを未然に防止することを可能に
した掘削土砂の搬出制御装置を提供することを目的とす
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】（１）本発明に係る掘削
土砂の搬出制御装置は、排泥タンクに一方の端部が排泥
タンクに接続され、他方の端部がレシーバタンクに接続
された排泥管と、レシーバタンクに吸気管を介して接続
され、排泥管内を真空吸引する真空ポンプと、排泥管の
一方の端部側に設けられた排泥用バルブと、排泥管の、
排泥バルブよりも下流側の位置に、空気導入管を介して
設けられた空気導入用バルブと、排泥用バルブ及び空気
導入用バルブを所定の条件に基づいて交互に開閉制御し
て、排泥タンクの排泥をプラグ状にして搬出させるバル
ブ制御手段とを備えており、バルブ制御手段は、更に、
排泥管の閉塞の予兆の有無を判断する機能を備えてお
り、閉塞の予兆があると判断した場合には上記の開閉制
御を一時的に中断して、排泥用バルブを閉じて空気導入
用バルブを開き、そして、閉塞の予兆が解消したときに
は上記の開閉制御に戻す。このように閉塞の予兆を捕ら
えて、通常の開閉制御による排泥吸入を一時的に中断し
て空気導入管からの空気導入時間を延長し、その閉塞の
予兆が消滅したと判断されるまで十分な量の空気を導入
した後に、通常の開閉制御に戻すようにすることによ
り、排泥管の閉塞を防止する。（２）本発明に係る掘削土砂の搬出制御装置は、上記
（１）の掘削土砂の搬出制御装置において、排泥管内の
掘削土砂占有率を検出する検出手段を更に備えており、
そして、バルブ制御手段は、検出手段の出力の内、プラ
グ通過時以外に相当する値が第１の所定の値（Ｈ_L1）を
超過したときに閉塞の予兆があると判断する。（３）本発明に係る掘削土砂の搬出制御装置は、上記
（１）の掘削土砂の搬出制御装置において、排泥管内の
掘削土砂占有率を検出する検出手段を更に備えており、
バルブ制御手段は、上記の開閉制御を一時的に中断した
後に、検出手段の出力の内、プラグ通過時以外に相当す
る値が第２の所定の値（Ｈ_L2≦Ｈ_L1）以下になったとき
に閉塞の予兆が消滅したと判断する。（４）本発明に係る掘削土砂の搬出制御装置は、上記
（１）の掘削土砂の搬出制御装置において、真空ポンプ
の吸気管若しくは排気管、又は空気導入用バルブの上流
側の何れかに設けられた流量計を更に備えており、バル
ブ制御手段は、流量計の出力が排泥吸入完了後に、第３
の所定の値（Ｑ_A1）に回復するのに要する時間が増加傾
向にあるときに閉塞の予兆があると判断する。（５）本発明に係る掘削土砂の搬出制御装置は、上記
（１）の掘削土砂の搬出制御装置において、真空ポンプ
の吸気管若しくは排気管、又は空気導入用バルブの上流
側の何れかに設けられた流量計を更に備えており、バル
ブ制御手段は、上記の開閉制御を一時的に中断した後
に、流量計の出力が第４の所定の値（Ｑ_A2≧Ｑ_A1）を上
回る時間が所定の値を超えた時点で閉塞の予兆が消滅し
たと判断する。（６）本発明に係る掘削土砂の搬出制御装置は、上記
（１）の掘削土砂の搬出制御装置において、真空ポンプ
の吸気管に設けられた圧力計を更に備えており、バルブ
制御手段は、圧力計の出力が排泥吸入完了後に、第５の
所定の値（Ｐ₁）に回復するのに要する時間が増加傾向
にあるときに閉塞の予兆があると判断する。（７）本発明に係る掘削土砂の搬出制御装置は、上記
（１）の掘削土砂の搬出制御装置において、真空ポンプ
の吸気管に設けられた圧力計を更に備えており、バルブ
制御手段は、上記の開閉制御を一時的に中断した後に、
圧力計の出力が第６の所定の値（Ｐ₂≧Ｐ₁）を上回る
時間が所定の値を超えたときに閉塞の予兆が消滅したと
判断する。（８）本発明に係る掘削土砂の搬出制御装置は、上記
（１）の掘削土砂の搬出制御装置において、バルブ制御
手段は、上記の開閉制御を一時的に中断した後に、所定
の時間が経過したことによって前記閉塞の予兆が消滅し
たと判断する。

【００１３】

【発明の実施の形態】実施形態１．図１は本発明の実施
形態１に係る掘削土砂の搬出制御装置及びその関連の設
備の構成を示した図である。同図において、掘削機１０
により掘削された排泥は排泥タンク１２に貯められる。
この排泥タンク１２には排泥管１４の先端部が接続され
ている。そして、この排泥管１４の先端部側には排泥用
バルブ１６が挿入されている。更にその下流側には空気
導入管１８を介して空気導入用バルブ２０が接続されて
いる。排泥管１４の後端部にはレシーバタンク２２が接
続されている。このレシーバタンク２２には吸気管２４
を介して排泥ユニット（真空ポンプ）２６が接続されて
おり、このレシーバタンク２２の下方には土砂タンク２
８が配置されている。また、吸気管２４には、流量計３
２又は圧力計３４が装備されており（なお、ここでは流
量計３２及び圧力計３４の双方を図示しているが、いず
れか一方のみで良い。）、前者により吸気管２４の吸入
量を測定し、後者により吸気管内圧力を測定する。

【００１４】また、排泥管１４にはホールドアップセン
サ４０が設置されている。このセンサ４０は排泥管１４
内の流体占有率を測定するものであり、プラグの通過前
後では排泥管１４内の土砂堆積レベルを出力し、通過中
はほぼ管内の占有率がほぼ１００％であることを示す信
号を出力する。

【００１５】なお、図１の掘削土砂の搬出制御装置にお
いて、排泥管１４の先端部は排泥タンク１２の排泥中に
常に埋没させた状態になっているものとし、排泥ユニッ
ト（真空ポンプ）２６は常時動作し、真空吸引は連続的
に行っているものとする。ただし、レシーバタンク２２
にバッチ式レシーバタンクを用いた場合には、レシーバ
タンク２２内の排泥を土砂タンク２８に排出する間の短
時間だけ、真空が破壊され、結果的に真空吸引が中断す
ることになる。また、空気導入管１８は排泥輸送管１４
と同程度の径とする。具体的には、排泥管が１２５Ａに
対し、空気導入管は１００Ａとする。１００Ａにした理
由はバルブ等の大型化を避けるためである。吸入する空
気は大気圧（若しくはその場の圧力）又は加圧空気の両
方共可能であるが、ここでは大気圧を用いるものとす
る。

【００１６】図２は図１の排泥用バルブ１６及び空気導
入用バルブ２０の制御装置のブロック図である。図示の
ように、パーソナルコンピュータ５０は流量計３２の出
力又は圧力計３４の出力とホールドアップセンサ４０の
出力とを入力して、その入力を演算処理して駆動回路５
２，５４の駆動を制御して、排泥用バルブ１６及び空気
導入用バルブ２０の開閉を交互に制御する。なお、図２
の制御装置は後述する実施形態においても、排泥用バル
ブ１６及び空気導入用バルブ２０の開閉を制御するため
に同様にして用いられる。

【００１７】図３は図１のホールドアップセンサ４０の
出力を示した特性図である。同図において、ホールドア
ップの変化を示す線が立上がってほぼ「１」となってい
る部分がプラグの通過中であることを示している。時刻
Ｔ₀までは定常的な状態におけるホールドアップセンサ
４０の出力を示しており、時刻Ｔ₀〜Ｔ₁は排泥管１４
が閉塞状態に移行する状態、閉塞の予兆を示している。
この詳細については後述する。

【００１８】次に、図１の掘削土砂の搬出制御装置の定
常的な動作（図３の時刻Ｔ₀までの領域）を説明する。（１）パーソナルコンピュータは駆動回路５２，５４に
制御指令を出して、排泥用バルブ１６を開いて空気導入
用バルブ２０を閉じ、排泥タンク１２内の排泥を排泥管
１４内に吸引させる。（２）次に、あるタイミングで排泥用バルブ１６を閉じ
て空気導入用バルブ２０を開き、空気を排泥管１４内に
導入することによって排泥を分断し、プラグ６０を形成
する。このプラグ６０は真空吸引により下流側に流れて
いく。このタイミングの決定方法は後述する。（３）次に、あるタイミングで上記の（１）の処理に戻
り、同じ手順を繰り返す。このタイミングの決定方法に
ついても後述する。

【００１９】次に、排泥用バルブ１６及び空気導入用バ
ルブ２０の開閉制御方法（開閉のタイミング）について
説明する。

【００２０】パーソナルコンピュータ５０には、流量計
３２による吸気流量の上限閾値又は圧力計３４の上限閾
値を設けておいて、この上限値を超過した場合には、排
泥用バルブ１６を開き、空気導入用バルブ２０を閉じ
て、排泥タンク１２の排泥を排泥管１４に排出させる。
次に、排泥用バルブ１６を閉じ、空気導入用バルブ２０
を開くことによりプラグが形成されるが、そのタイミン
グによってその体積も決まることになる。その具体的な
制御方法（プラグの体積の制御）としては、例えば、排
泥用バルブ１６の開時間をタイマーで設定する方法、吸
気流量の下限閾値又は圧力計３４の下限閾値を設け、こ
の設定値を下回った場合に排泥用バルブ１６を閉じる
（空気導入用バルブ２０を開く）方法等が挙げられる。

【００２１】排泥管１４内で土砂が搬送されている場合
には、先端で土砂が充填された時点から吸引方向に運ば
れるにしたがって、吸気管２４の圧力又は吸気量は徐々
に低下し、レシーバタンク２２に到達すると回復する。
回復しないまま、制御を行わず次々に土砂を搬送すれ
ば、排泥ユニット（真空ポンプ）２６の能力を超過して
排泥管内の閉塞を引き起こす。そこで、吸気管２４の圧
力又は吸気量に上限値を設け、吸気能力の回復をこの上
限値で識別し、この上限値を超過すれば、排泥バルブ１
６を開き（すなわち空気導入用バルブ２０は閉めること
になる。排泥用バルブ１６が閉まっているときはこの空
気導入用バルブ２０は開いており、管内に空気を導入す
る）土砂の運搬を行う。このとき、上限値を設ける計測
値は圧力であっても流量であってもかまわない。

【００２２】上記の上限値を低く設定すれば、排泥管内
に複数のプラグが存在する運搬方法を実現でき、上限値
を高く設定すれば、管内に単一のプラグのみ存在する運
搬方法が実現できる。比較的推進距離が短い場合は単一
プラグのみが管内に存在する運搬方法が適切な場合があ
り、また比較的推進距離が長い場合は、複数のプラグが
管内に存在する運搬方法が適切な場合がある。本発明は
状況によって、前記閾値の変更のみで、簡便に運搬方法
の変更を可能とする。

【００２３】なお、プラグ体積の制御方法の内、吸気流
量の下限閾値、又は圧力計の下限閾値を設け、この設定
値を下回ったときに排泥用バルブ１６を閉める制御方法
の場合には、排泥用バルブ１６を開いた瞬間から吸気流
量及び吸気圧力は低下するので、これらに設定値（下限
閾値）を設けることによりプラグ体積の制御を容易に制
御することができる。

【００２４】ところで、排泥管１４が閉塞せずにプラグ
６０が正常に搬送されている状態のときには、図３に示
されるように、ホールドアップセンサ４０の出力の最大
値及び最小値がそれぞれ一定になっているが、排泥管１
４が閉塞し始めてくると、ホールドアップセンサ４０の
出力の最小値が次第に上昇し始める。図３の特性図にお
いては、時刻Ｔ₀から次第に増加しており、閉塞の予兆
をしている。図２のパーソナルコンピュータ５０は、そ
の値が所定の値Ｈ_L1を超えた時刻Ｔ₁において閉塞の予
兆があると判断し、通常の開閉制御による排泥吸入を中
断して空気導入のみを行う。すなわち、排泥用バルブ１
６を閉じて空気導入用バルブ２０を開き、その状態を持
続する。排泥管１４に対する十分な空気が導入される
と、排泥管１４内に滞留していた排泥が排出され、ホー
ルドアップセンサ４０の出力は次第に減少する。そし
て、その値が所定の値Ｈ_L2を下回った時刻Ｔ₂に閉塞の
予兆が消滅したと判断し、上述の通常の開閉制御による
排泥吸入を再開する。ここで、Ｈ_L1≧Ｈ_L2であるが、例
えばＨ_L1＝０．６、Ｈ_L2＝０．４などと値を設定するこ
とが考えられる。

【００２５】なお、時刻Ｔ₁からＴ₂の間は、十分な空
気導入による排泥排出に伴うプラグの自然発生があるた
め、実際には図３のような滑らかな変化ではなく、いく
つかのプラグ通過が観測される。

【００２６】実施形態２．図４は本発明の実施形態２に
係る掘削土砂の搬出制御装置及びその関連の設備の構成
を示した図である。なお、同図においては、流量計３６
及びホールドアップセンサ４０が図示されているが、こ
れらは後述する実施形態の説明のためのものであり、本
実施形態２においては無視するものとする。また、本実
施形態２の通常の開閉制御は上記の実施形態１と同じで
あるものとする。

【００２７】本実施形態２は、図４に示されるように、
吸気管２４に設けられた流量計３２（若しくはその排気
管に設けられた流量計（図示せず））又は空気導入用バ
ルブ２０の上流側に設けられた流量計３５の何れかによ
って空気流量を測定することによって、排泥管１４の閉
塞の予兆の有無を判断するようにしたものであり、その
制御装置は図２に示されたものと同じである。なお、図
４においては流量計３２及び３５の双方を図示している
がいずれか一方でよい。

【００２８】図５は図４の流量計３２（又は３５）の出
力（空気流量）の特性図である。同図において、Ｑ_A1は
通常の開閉制御の場合に排泥吸入を開始する際の所定空
気流量である。排泥管１４が閉塞気味になると、排泥吸
入完了後に、所定の空気流量Ｑ_A1に回復するまでに要す
る時間がｔ₁、ｔ₂、ｔ₃のように次第に増加する。図
２のパーソナルコンピュータ５０はこれを検知すると閉
塞の予兆があると判断し、その時には時刻Ｔ₁に空気流
量がＱ_A1に到達しても通常の開閉制御による排泥吸入は
行わず、空気導入のみを継続する。すなわち、排泥用バ
ルブ１６を閉じて空気導入用バルブ２０を開いたままの
状態を継続する。排泥管１４に対する十分な空気の導入
され、空気流量が所定値Ｑ_A2を上回る時間が所定の値ｔ
₄を超えた時刻Ｔ₂に閉塞の予兆消滅と判断し、通常の
制御動作による排泥吸入を再開する。ここで、Ｑ_A2≧Ｑ
_A1である。

【００２９】なお、時刻Ｔ₁からＴ₂の間は、十分な空
気導入による排泥排出に伴うプラグの自然発生があるた
め、実際には図２のような滑らかな変化ではなく、いく
つかのプラグ通過に伴う流量変動が観測される。また、
間欠的大気開放を行うバッチ式排泥レシーバタンクを用
いる場合には、排泥吸入完了後、所定の空気流量Ｑ_A1に
回復するまでに要する時間、及び空気流量が所定値Ｑ_A2
を上回る時間から、その間に行われた大気開放の時間を
差し引いて判断することは当然である。

【００３０】実施形態３．本実施形態３は、図４の吸気
管２４の圧力を圧力計３４によって測定することによっ
て、排泥管１４の閉塞の予兆を判断するようにしたもの
であり、その基本構成は図１及び図２に示されたものと
同じである。なお、本実施形態３は、バッチ式レシーバ
タンクを用いる場合の大気開放時間の扱いを含め、上述
の実施形態２と同様であり、図５の空気流量を圧力に置
き換えるだけであり、その制御動作は同じである。

【００３１】実施形態４．なお、以上に述べた実施形態
では、排泥管内の掘削土砂占有率（ホールドアップ）排泥ユニット（真空ポンプ）の吸気管若しくは排気
管、又は空気導入用バルブの上流側のの何れかで測する
空気流量排泥ユニット（真空ポンプ）の吸気管圧力の何れか１つの測定量で閉塞の予兆と予兆消滅の両方を
判断する場合を示した。しかし、本発明はこれらに限定
されることはなく、例えば空気流量で予兆を判断し、ホ
ールドアップ（占有率）ので予兆消滅を判断するなど、
予兆の判断と予兆消滅の判断とを適宜組み合わせること
もできる。また、閉塞の予兆の消滅に関しては、通常の
開閉制御を一時的に中断して排泥吸入を中断して空気導
入のみを行ってから所定の時間が経過したことによって
閉塞の予兆が消滅したと判断するようにしてもよい。

【００３２】実施形態５．また、上記の実施形態２及び
３において通常の開閉制御は上記の実施形態１について
記載されたものと同じ方法によってなされるが、この通
常の開閉制御においても上記の実施形態１に限定される
ものではなく、各種の応用例が考えられる。排泥バルブ
１６を開く（空気導入用バルブ２０を閉じる）ことにつ
いての制御は上記の実施形態１と同じであるが、プラグ
６０の体積を調整するための制御、すなわち排泥バルブ
１６を閉じる（空気導入用バルブ２０を開く）ことにつ
いて次のように制御することができる。図４に示されるように、排泥管１４の先端に取り付け
られた流量計３６によって、排泥用バルブ１６が開いて
からの流量値を測定した後、積算値を計算し（＝１個あ
たりのプラグの体積）、その積算値がある値を超過した
場合に排泥バルブ１６を閉じる（空気導入用バルブ２０
を開く）ことにより制御する。

【００３３】排泥タンク１２に取り付けられた重量測
定器３８によって、排泥用バルブ１６が開いてからの重
量の減量値を測定し、その減量値がある値を超過した場
合に排泥用バルブ１６を閉じる（空気導入用バルブ２０
を開く）ことによ制御する。排泥用バルブ１６の開時間をタイマーで設定したり、
流量計３２の吸気流量の下限閾値又は圧力計３４の下限
閾値を設け、この設定値を下回った場合、排泥用バルブ
１６を閉めることにより制御する。

【００３４】実施形態６．また、排泥用バルブ１６を開
く（空気導入用バルブ２０を閉じる）制御についても、
排泥管１４に取り付けられたホールドアップセンサ４０
の出力からプラグのその地点の通過を捕捉して、プラグ
通過後、或る時間間隔をおいて排泥用バルブ１６を開き
（空気導入用バルブ２０を閉じ）、次のプラグの搬送を
開始するようにしてもよい。この時間間隔は排泥管１４
内に単一のプラグのみ存在するよう設定される。推進距
離が比較的短い場合は排泥管１４内に複数のプラグが存
在する運搬方法よりも単一のプラグのみ存在する運搬方
法のほうがより適切な場合が多い。これは、単一のプラ
グのみ存在する運搬方法を実現するのに簡便かつ効率的
な方法である。また、複数のプラグが存在する運搬方法
の場合でも、ホールドアップセンサ４０の設置位置及び
プラグ通過後排泥用バルブ１６を開くまでの時間間隔を
再設定することにより容易に実現できる。

【００３５】また、空気導入用バルブ２０の上流側に取
り付けられた流量計３５により空気吸込量を測定して、
流量計３５による空気吸込量の上限閾値及び下限閾値を
それぞれ設けておいて、この上限値を超過した場合に
は、排泥用バルブ１６を開き、空気導入用バルブ２０を
閉じて、排泥タンク１２の排泥を排泥管１４に排出さ
せ、また、下限閾値を下回った場合には排泥用バルブ１
６を閉じ、空気導入用バルブ２０を開いて、プラグ体積
を制御するようにしてもよい。

【００３６】なお、排泥用バルブ１６を開く（空気導入
用バルブ２０を閉じる）ための制御は、上述の実施形態
に示されたものに限定されず、例えばタイマーによって
所定時間間隔毎に行ってもよい。また、排泥用バルブ１
６を閉じる（空気導入用バルブ２０を開く）ための制御
も、上述の実施形態に示されたものに限定されず、例え
ばホールドアップセンサ４０を排泥管１４の先端側に設
けて、プラグの長さを測定し、その長さが所定の長さに
達したら行うようにしてもよい。

【００３７】実施形態７．また、プラグが安定してその
形状を保ち且つ圧力損出が増大しないようにプラグの搬
出速度を制御するために、次のように通常の開閉制御を
行うこともできる。排泥ユニット（真空ポンプ）２６の吸気管２４に設け
られた流量計３２（又は吐出管側に設けられた流量計
（図示せず））の出力が所定の下限値まで低下したと
き、空気導入用バルブ２０を開き、排泥用バルブ１６を
閉じ、流量計３２の出力が所定の上限値まで上昇したと
き、空気導入用バルブ２０を閉じ、排泥用バルブ１６を
開いて、プラグを生成してその排出速度を制御する。排泥ユニット（真空ポンプ）２６の吸入管２４に設け
られた圧力計３４（又はレシーバタンク２２若しくはそ
の近傍の圧力を測定する圧力計）の出力が所定の下限値
まで低下したとき、空気導入用バルブ２０を開き、排泥
用バルブ１６を閉じ、圧力計３４の出力が所定の上限値
まで上昇したとき、空気導入用バルブ２０を閉じ、排泥
用バルブ１６を開いて、プラグを生成してその排出速度
を制御する。

【００３８】実施形態８．また、排泥の搬出の最適化を
可能にするために、通常の開閉制御を次のように行うこ
ともできる。すなわち、本実施形態７においては、排泥
管１４に設けられた流量計３６の出力から導かれる制御
目標関数を設定し、その制御目標関数を最小化するよう
に排泥用バルブ１６及び空気導入用バルブ２０の開閉時
間を求めて、それらのバルブを交互に開閉制御する。

【００３９】パーソナルコンピュータ５０は、流量計３
２の出力をある時間間隔（Δｔ）でサンプリングして取
り込み、そのサンプリングされた流量計３２の計測値
（Ｆ_i）のあるスパン（ｎ）における積算値を求める。
そして、単位変換をした後に、排泥目標量（Ｑ₀：例え
ば掘削機１０の推進速度から算出）を付加し、制御目的
関数（ｆ）を次式のように設定する。ここで、操作変数
は、排泥用バルブ開時間＝空気導入バルブ閉時間
（ｘ₁）、及び排泥用バルブ閉時間＝空気導入バルブ開
時間（ｘ₂＝Ｔ−ｘ₁、Ｔは動作周期）である。

【００４０】

【数１】

【００４１】なお、制御の制約条件は、プラグ６０が通
過していない時のホールドアップセンサ３４の測定レベ
ルＨが設定値Ｈ_c以下であること（排泥管の閉塞防止の
観点から）、及び開閉時間ｘ₁，ｘ₂が正であることで
ある。Ｈ≦Ｈ_c ｘ₁，ｘ₂＞０

【００４２】パーソナルコンピュータ５０は、上記の制
御目的関数を最小にするように開閉時間ｘ₁，ｘ₂を求
めて、その制御をリアルタイムで行う。このとき、制御
目的関数を最小に制御する手法は問わないが、例えば以
下のような手法が適用される。ｋ回目のｘ₁の操作量Δ
ｘ₁を次式のように設定する。

【００４３】

【数２】

【００４４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、排泥タン
クに接続され、真空吸引されている排泥管の排泥用バル
ブ及び排泥管に空気を導入するための空気導入用バルブ
を所定の条件に基づいて交互に開閉して、排泥タンクの
排泥をプラグ状にして排出するようにしたことから、排
泥管と流体との接触面積を減少させて圧力損失を低減さ
せることができ、排泥の輸送効率を十分に高めることが
できる、という優れた効果が得られている。また、本発
明によれば、排泥管の閉塞の予兆を捕らえて、通常の開
閉制御による排泥吸入を一時的に中断して空気導入管か
らの空気導入時間を延長し、その閉塞の予兆が消滅した
と判断されるまで十分な量の空気を導入した後に、通常
の開閉制御に戻すようにしたことから、閉塞を未然に防
止することが可能となり、閉塞した場合の解除に要する
時間を節約できるため、推進工事の能率向上が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態１に係る掘削土砂の搬出制御
装置及びその関連の設備の構成を示した図である。

【図２】図１の排泥用バルブ及び空気導入用バルブの制
御装置のブロック図である。

【図３】図１のホールドアップセンサの出力を示した特
性図である。

【図４】本発明の実施形態２〜８に係る掘削土砂の搬出
制御装置及びその関連の設備の構成を示した図である。

【図５】図４の流量計の出力（空気流量）の特性図であ
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者山口以昌東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者山根総一郎東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者市岡裕司神奈川県横浜市鶴見区小野町88番地日本鋼管工事株式会社内 (72)発明者松尾淳神奈川県横浜市鶴見区小野町88番地日本鋼管工事株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排泥タンクに一方の端部が排泥タンクに
接続され、他方の端部がレシーバタンクに接続された排
泥管と、前記レシーバタンクに吸気管を介して接続さ
れ、前記排泥管内を真空吸引する真空ポンプと、前記排
泥管の一方の端部側に設けられた排泥用バルブと、前記
排泥管の、前記排泥バルブよりも下流側の位置に、空気
導入管を介して設けられた空気導入用バルブと、前記排
泥用バルブ及び前記空気導入用バルブを所定の条件に基
づいて交互に開閉して、排泥タンクの排泥をプラグ状に
して搬出させるバルブ制御手段とを備え、前記バルブ制御手段は、更に、前記排泥管の閉塞の予兆
の有無を判断する機能を備えており、閉塞の予兆がある
と判断した場合には上記の開閉制御を一時的に中断し
て、排泥用バルブを閉じて空気導入用バルブを開き、そ
して、前記閉塞の予兆が解消したときには上記の開閉制
御に戻すことを特徴とする掘削土砂の搬出制御装置。
【請求項２】排泥管内の掘削土砂占有率を検出する検
出手段を更に備え、前記バルブ制御手段は、前記検出手
段の出力の内、プラグ通過時以外に相当する値が第１の
所定の値（Ｈ_L1）を超過したときに閉塞の予兆があると
判断することを特徴とする請求項１記載の掘削土砂の搬
出制御装置。
【請求項３】排泥管内の掘削土砂占有率を検出する検
出手段を更に備え、前記バルブ制御手段は、上記の開閉
制御を一時的に中断した後に、前記検出手段の出力の
内、プラグ通過時以外に相当する値が第２の所定の値
（Ｈ_L2）以下になったときに前記閉塞の予兆が消滅した
と判断することを特徴とする請求項１記載の掘削土砂の
搬出制御装置。
【請求項４】前記真空ポンプの吸気管若しくは排気
管、又は空気導入用バルブの上流側の何れかに設けられ
た流量計を更に備え、前記バルブ制御手段は、前記流量
計の出力が、排泥吸入完了後に第３の所定の値（Ｑ_A1）
に回復するのに要する時間が増加傾向にあるときに閉塞
の予兆があると判断することを特徴とする請求項１記載
の掘削土砂の搬出制御装置。
【請求項５】前記真空ポンプの吸気管若しくは排気
管、又は空気導入用バルブの上流側の何れかに設けられ
た流量計を更に備え、前記バルブ制御手段は、上記の開
閉制御を一時的に中断した後に、前記流量計の出力が第
４の所定の値（Ｑ_A2）を上回る時間が所定の値を超えた
時点で前記閉塞の予兆が消滅したと判断することを特徴
とする請求項１記載の掘削土砂の搬出制御装置。
【請求項６】前記真空ポンプの吸気管に設けられた圧
力計を更に備え、前記バルブ制御手段は、前記圧力計の
出力が、排泥吸入完了後に第５の所定の値（Ｐ₁）に回
復するのに要する時間が増加傾向にあるときに閉塞の予
兆があると判断することを特徴とする請求項１記載の掘
削土砂の搬出制御装置。
【請求項７】前記真空ポンプの吸気管に設けられた圧
力計を更に備え、前記バルブ制御手段は、上記の開閉制
御を一時的に中断した後に、前記圧力計の出力が第６の
所定の値（Ｐ₂）を上回る時間が所定の値を超えた時点
で閉塞の予兆が消滅したと判断することを特徴とする請
求項１記載の掘削土砂の搬出制御装置。
【請求項８】前記バルブ制御手段は、上記の開閉制御
を一時的に中断した後に、所定の時間が経過したことに
よって前記閉塞の予兆が消滅したと判断することを特徴
とする請求項１記載の掘削土砂の搬出制御装置。