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気泡削孔工法に用いる気泡液混合装置
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- 【要約】
【課題】 起泡液と希釈水とを混合する際に、気泡の発生を抑制すること。
【解決手段】 装置４０は、タンク４０ａと、タンク４０ｂと、ポンプ４０ｃと、ポンプ４０ｄと、混合器４０ｆと、攪拌器４０ｇとを備えている。タンク４０ａ内には、起泡液Ｃが収容されている。ポンプ４０ｃは、混合器４０ｆの一端側に接続され、混合器４０ｆには、希釈水Ｄが供給される。攪拌器４０ｇは、下端側に向けて内径が漸減するベンチュリーであって、攪拌器４０ｇの中央に混合器４０ｆの吐出口部分が設置されている。装置４０では、起泡液Ｃと希釈水Ｄを混合器４０ｆに送り込むと、これらが合流，混合されて、攪拌器４０ｇに吐出され、攪拌器４０ｇの縮径部で加速されながら、下方に向けて流下し、タンク４０ｂの底面に衝突した後に上方に反転する。タンク４０ｂ内には、下方から上方に向かう対流が発生し、この対流により起泡液Ｃと希釈水Ｄとを混合攪拌した気泡液Ｅが生成される。
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- 【特許請求の範囲】
【請求項１】 起泡液と希釈水とを混合した気泡液を、圧縮空気とともに気液二相状態で削孔ロッド内に送り込み、前記削孔ロッドの先端に設けられた削孔ビットの近傍で前記気泡液を発泡させて気泡を生成し、この気泡と前記削孔ビットで切削されたくり粉とを混合させて排出する気泡削孔工法に用いる気泡液混合装置であって、前記気泡液を収容するタンク内に挿入設置され、前記起泡液と前記希釈水とを混合する混合器と、前記タンク内に収容された前記気泡液中に埋没設置され、前記混合器から送出された気泡液を対流により攪拌するベンチュリー式攪拌器とを有することを特徴とする気泡削孔工法に用いる気泡液混合装置。
【請求項２】 前記攪拌器は、前記気泡液の吐出口が前記タンクの底面に近接配置されていることを特徴とする請求項１記載の気泡削孔工法に用いる気泡液混合装置。
【請求項３】 請求項１または２記載の気泡液混合装置は、圧縮空気，削孔水が個別に供給される削孔モード選択バルブに接続され、この削孔モード選択バルブの操作により、前記削孔ロッドに削孔水，圧縮空気，削孔水および圧縮空気のいずれか１つを選択して供給する削孔システムに接続され、前記圧縮空気が選択された時に、起泡液と希釈水とを混合した気泡液を供給することを特徴とする気泡削孔工法に用いる気泡液混合装置。
- 【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、気泡削孔工法に用いる気泡液の混合装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】山岳トンネルの構築現場では、例えば、ロックボルトを地山に埋設するための削孔が行われる。この削孔は、通常、削孔ロッドの先端に削孔ビットを装着し、回転とパーカッション運動を削孔ビットに伝達して、地山を削孔する。
【０００３】このような削孔方法において、削孔によって発生したくり粉は、削孔水や圧縮空気により排出していたが、このような削孔工法では、削孔水を用いるとくり粉が泥濘化し、また、圧縮空気を用いると粉塵の発生が多くなり、いずれにしても作業環境が悪化する。
【０００４】そこで、例えば、特公平６−６０５５３号公報には、発泡させた気泡とくり粉とを混合させて排出する削孔工法が提案されている。この公報に開示されている削孔公報によれば、作業環境の悪化などが解決されるが、以下に説明する技術的な課題もあった。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、上記公報に開示されている削孔工法では、削孔ロッドに圧縮空気中に気泡を混入して圧送し、削孔ビットからこれを噴出させる。ところが、このような方法では、気泡の送給エネルギー消耗が非常に大きいので、高圧の圧縮空気が必要になるという問題があった。
【０００６】このような問題を解決する手段として、例えば、起泡液と水とを混合した混合液を、液状のままで圧送し、削孔ビットの近傍において、抵抗体などにより発泡させて、気泡を生成することが考えられる。
【０００７】しかし、単に、起泡液と水とを混合させると、この混合時に発泡して、気泡が発生したり、空気を抱き込むことにより気泡が発生することもあって、気泡が発生すると、前述した問題を解決することができない。
【０００８】本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、起泡液と希釈水とを混合する際に、気泡の発生を可及的に抑制することができる気泡削孔工法に用いる気泡液混合装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明は、起泡液と希釈水とを混合した気泡液を、圧縮空気とともに気液二相状態で削孔ロッド内に送り込み、前記削孔ロッドの先端に設けられた削孔ビットの近傍で前記気泡液を発泡させて気泡を生成し、この気泡と前記削孔ビットで切削されたくり粉とを混合させて排出する気泡削孔工法に用いる気泡液混合装置であって、前記気泡液を収容するタンク内に挿入設置され、前記起泡液と前記希釈水とを混合する混合器と、前記タンク内に収容された前記気泡液中に埋没設置され、前記混合器から送出された気泡液を対流により攪拌するベンチュリー式攪拌器とを有している。このように構成した気泡削孔工法に用いる気泡液混合装置によれば、起泡液と希釈水とを混合する混合器と、タンク内に収容された気泡液中に埋没設置され、混合器から送出された気泡液を対流により攪拌するベンチュリー式攪拌器とを設けているので、混合に伴って起泡液が発泡することが殆どなくなる。前記攪拌器は、前記気泡液の吐出口を前記タンクの底面に近接配置することができる。この構成を採用すると、気泡液の底面衝突により、攪拌および対流を促進することができる。本発明の気泡液混合装置は、圧縮空気，削孔水が個別に供給される削孔モード選択バルブに接続され、この削孔モード選択バルブの操作により、前記削孔ロッドに削孔水，圧縮空気，削孔水および圧縮空気のいずれか１つを選択して供給する削孔システムに接続され、前記圧縮空気が選択された時に、起泡液と希釈水とを混合した気泡液を供給することができる。この構成によれば、削孔する地山の種類に応じて、複数の削孔手段を選択することができ、施工の自由度が広がる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態について、添付図面に基づいて詳細に説明する。図１および図２は、本発明にかかる気泡削孔工法に用いる気泡液混合装置の一実施例を示している。
【００１１】図１は、本発明にかかる気泡液混合装置を用いた気泡削孔工法の全体図であって、この図に示されたシステムでは、削孔ドリフター１０のスイベル１２に、■．削孔水Ａ，■．圧縮空気Ｂ，■．削孔水Ａ＋圧縮空気Ｂ，■．圧縮空気Ｂ＋起泡液Ｃと希釈水Ｄとを混合した気泡液Ｅのいずれか１つを選択して供給することができる。
【００１２】削孔ドリフター１０には、削孔ロッド１６が装着され、この削孔ロッド１６の先端には、削孔ビット１８が装着されている。削孔ビット１８には、削孔ドリフター１０から回転とパーカッション運動とが伝達される。
【００１３】この削孔ビット１８による地山の削孔の際に、削孔ビット１８に、前述した■〜■のいずれかを供給するためのスイベル１２は、削孔ロッド１６と削孔ドリフター１０との間に設置されている。
【００１４】■．削孔水Ａの供給経路は、開閉バルブ２１，ストレーナ２２，ウオーターポンプ２３を経てオイルクーラ２４，エアークーラー２５を通り、削孔モード選択バルブ１４に接続されている。
【００１５】ここで、削孔モード選択バルブ１４の選択が■．削孔水Ａとなっていると、削孔水Ａは、特殊コネクタ２６を経て、圧力弁２７に入り、流量検知器２８を介してスイベル１２に供給され、削孔ビット１８から地山側に向けて噴射される。
【００１６】噴射した削孔水Ａは、削孔によって発生するくり粉を洗い流し、削孔内から外部に排出される。このような■．削孔水Ａの供給経路では、削孔水Ａの圧力が低い場合には、ウオータポンプ２３によりその圧力を調整することができる。
【００１７】オイルクーラー２４は、システム全体に使用しているオイルの加熱を防ぐ為の冷却を行う。エアークーラー２５は、スイベル１２の潤滑やダストパージを行うためのエアーの冷却を行う。
【００１８】特殊コネクタ２６は、後述する気泡液Ｅの供給ホースを接続するためのものであり、圧力弁２７は、ドリフター１０が回転しているときのみ開くバルブである。
【００１９】流量検知器２８は、圧力弁２７が開弁している状態で管内の流れを検知し、流れが一定量よりも少なくなると、トラブル発生と判断して、システムを停止させる。
【００２０】■．圧縮空気Ｂの供給経路は、開閉バルブ２９を介して、削孔モード選択バルブ１４に接続されている。
【００２１】削孔モード選択バルブ１４の選択が■．圧縮空気Ｂとなっていると、圧縮空気Ｂは、特殊コネクタ２６を通過した後に圧力弁２７に入り、流量検知器２８を介してスイベル１２に供給され、削孔ビット１８から地山側に向けて噴射される。
【００２２】噴射された圧縮空気Ｂは、残留圧力により膨張し、高速で削孔孔の入口に向かって流れ、くり粉を巻き込んで排出する。この方式では、水で削孔すると孔荒れを起こすような地盤であっても問題無く削孔できるが、粉塵の発生が多いのでその処理が必要になる。
【００２３】■．削孔水Ａ＋圧縮空気Ｂの供給経路は、前述したこれらの各経路に設けられた開閉バルブ２１，２９を開弁して、合流させる。この方式では、圧縮空気Ｂに霧状の削孔水Ａを加えて、粉塵の発生を防ぐ。
【００２４】このため、削孔モード選択バルブ１４の後流側に設置された絞り弁３０を適量開き、削孔水Ａを圧縮空気Ｂ中に、水滴状態で混入し、削孔ビット１８の先端から噴射させる。
【００２５】このようにして、圧縮空気Ｂに霧状の削孔水Ａを加えて噴射すると、くり粉を排出する際に、水滴とくり粉との接触により、粉塵となる微少なくり粉同士を結合させて、その重量を増加させることで沈降させて、空中への飛散を防ぐ。
【００２６】なお、図１に符号３１で示した部材は、コンプレッサであり、また、符号３２で示した部材は、スイベル１２の回転駆動時に、シール部を潤滑するためのグリスを適量給油するためのポンプである。
【００２７】また、図１には、削孔ドリフタ１０を駆動するための油圧系統図は、省略している。
【００２８】■．圧縮空気Ｂ＋起泡液Ｃと希釈水Ｄとを混合した気泡液Ｅの供給経路は、削孔モード選択バルブ１４に、特殊コネクタ２６を介して接続された気泡液混合装置４０を備えている。
【００２９】この気泡液混合装置４０の詳細を図２に示している。同図に示した気泡液混合装置４０は、起泡液タンク４０ａと、気泡液タンク４０ｂと、薬液ポンプ４０ｃと、主ポンプ４０ｄと、タイマー４０ｅと、混合器４０ｆと、攪拌器４０ｇとを備えている。
【００３０】起泡液タンク４０ａ内には、起泡液Ｃが収容され、吐出量調整が可能な薬液ポンプ４０ｃの吸引口が内部に挿入設置されている。薬液ポンプ４０ｃの吐出口側は、逆止弁４０ｈと手動弁４０ｉとを介して混合器４０ｆの一端側に接続されている。
【００３１】混合器４０ｆの他端側には、手動開閉弁４０ｊと電磁開閉弁４０ｋとを介して希釈水Ｄが供給される。主ポンプ４０ｄの吸引側は、気泡液タンク４０ｂの下部側と連通接続され、吐出側は、逆止弁４０ｌと手動弁４０ｍとを介して、特殊コネクタ２６に接続されている。
【００３２】また、主ポンプ４０ｄの吐出側には、気泡液タンク４０ｂ内に連通したリターン通路が設けられていて、この通路には、圧力計４０ｎとリリーフ弁４０ｏとが設置されている。
【００３３】タイマー４０ｅには、気泡液タンク４０ｂ内に設置されたレベルセンサ４０ｐが接続されていて、タイマー４０ｅは、このセンサ４０ｐの検出信号に基づいて電磁開閉弁４０ｋをコントロールする。
【００３４】攪拌器４０ｇは、下端側に向けて内径が漸減するベンチュリーであって、タンク４０ｂ内に収容された気泡液Ｅ中に埋没するように設置されていて、この攪拌器４０ｇの中央に混合器４０ｆの吐出口部分が設置されている。また、この攪拌器４０ｇの吐出口は、気泡液タンク４０ｂの底面近傍に設置されている。
【００３５】このように構成された気泡液混合装置４０では、薬液ポンプ４０ｃを駆動して、起泡液Ｃを混合器４０ｆに送り込みながら、希釈水Ｄを混合器４０ｆに送り込むと、混合器４０ｆ内で合流，混合された起泡液Ｃと希釈水Ｄとは、ベンチュリー式の攪拌器４０ｇに吐出されて、攪拌器４０ｇの縮径部で加速されながら、下方に向けて流下し、気泡液タンク４０ｂの底面に衝突した後に上方に反転する。
【００３６】攪拌器４０ｆでは、縮径部で流速が増すので、上方からタンク４０ｂ内の流体を順次引き込み、このような挙動により、気泡液タンク４０ｂ内には、下方から上方に向かう対流が発生し、この対流により起泡液Ｃと希釈水Ｄとを混合攪拌した気泡液Ｅが生成される。
【００３７】このとき、気泡液タンク４０ｂ内の液面レベルは、タイマー４０ｅにより以下のようにして制御される。液面がレベルセンサ４０ｐのロウレベル（ＬＬ）になると、タイマー４０ｅにより電磁開閉弁４０ｋが開弁し、希釈水Ｄが混合器４０ｆに供給される。これと同時に薬液ポンプ４０ｃを駆動して、起泡液Ｃを混合器４０ｆに送り込む。
【００３８】タンク４０ｂ内の液面がハイレベル（ＨＬ）になると、タイマー４０ｅにより電磁開閉弁４０ｋを閉弁して希釈水Ｄの供給を停止する。この時薬液ポンプ４０ｃは、希釈水Ｄの供給量に対して、起泡液Ｃの混合量が適正になるように制御される。
【００３９】このため、タイマー４０ｅで制御する液面レベルＬＬ〜ＨＬ間の容量に対して、薬液ポンプ４０ｃの吐出時間を制御して、一定量を供給する。この吐出時間を制御するのがタイマー４０ｅである。
【００４０】気泡液タンク４０ｂ内の液面レベルがＬＬに達すると、希釈水氏Ｄと起泡液Ｃの供給は同時に行われるが、タンク４０ｂ内の液面がＨＬに達する前に、薬液ポンプ４０ｃを停止して、起泡液Ｃの供給を停止する。
【００４１】薬液ポンプ４０ｃは、可変容量式のポンプであって、ポンプの回転数を変えることで吐出量を設定することができる。例えば、通常のトンネルの給水管から希釈水Ｄを給水すると、１２０秒から１５０秒程度である。
【００４２】これに対して、約液ポンプ４０ｃの吐出量は、薬液混合比が０．３％であれば８０Ｌ×０．００３＝２４０ｃｃである。従って、薬液ポンプ４０ｃの吐出時間を９０秒に設定すれば、吐出量は、２４０／１．５＝１６０ｃｃ／ｍｉｎに設定すればよい。
【００４３】希釈水Ｄの供給時間に対して、起泡液Ｃの供給時間がおよそ３０秒以上短いため、タンク４０ｂ内の攪拌混合が心配されるが、起泡液Ｃそのものが界面活性効果を持っていて、しかもベンチュリー式の攪拌器４０ｇにより対流攪拌するので十分に対応することができる。
【００４４】攪拌器４０ｇの取付け位置は、上部がレベルセンサ４０ｐのＬＬとＨＬの中間付近にあって、下端は、ＬＬより１０ｃｍ以上下方になるように配置することが望ましい。
【００４５】これは、気泡液Ｅの混合攪拌するときに、タンク４０ｂ内の液面が波立ち空気を巻き込んで、タンク４０ｂ内で発泡することを確実に防ぐためである。
【００４６】なお、希釈水Ｄは、実質的に削孔水Ａと同じなので、本実施例では、開閉バルブ２１を開弁して、混合装置４０に供給するが、別の系統で供給してもよい。
【００４７】以上のようにして生成された気泡液Ｅは、主ポンプ４０ｄによって、逆止弁４０ｌ，手動弁４０ｍを介して、特殊コネクタ２６に送出される。
【００４８】このとき、削孔モード選択バルブ１４において、圧縮空気Ｂが選択されていれば、特殊コネクタ２６内に送り込まれた圧縮空気Ｂと気泡液Ｅとがスイベル１２を介して、削孔ビット１８に供給される。
【００４９】この場合、特殊コネクタ２６を会して合流された圧縮空気Ｂと気泡液Ｅとは、管内において、圧縮空気Ｂの粘性が気泡液Ｅよりも小さいので、管の中央部分を流れ、気泡液Ｅは、圧縮空気Ｂよりも粘性が大きいので、管内壁に沿って流れ、圧縮空気Ｂと気泡液Ｅとは、気液二相状態で管内を流下する。
【００５０】このようにして気泡液Ｅを管内に送り込むと、気泡による送給エネルギーの消耗がなく、非常に送り易くなる。
【００５１】そして、気泡液Ｅは、削孔ビット１８の近傍で発泡させられ、気泡を生成するが、この気泡の生成手段は、通路に急縮部や急拡部を設けること、衝突部を設けること、くり粉のように複雑な形状に衝突させることなどにより行う。
【００５２】主ポンプ４０ｄの吐出量は、付設されている吐出量設定器により設定され、ドリフター１０側で急に使用量を停止した場合などには、リリーフ弁４０ｏにより戻す。
【００５３】このときのリリーフ弁４０ｏの戻し口は、ＬＬレベルより１０ｃｍ程度下方に取付ける。これは、気泡液Ｅを作成する際に液面が波立ち空気を巻き込んで発泡を防ぐためである。
【００５４】さて、以上のように構成した気泡液混合装置４０によれば、起泡液Ｃと希釈水Ｄとを混合する混合器４０ｆと、この混合器４０ｆから送出された気泡液Ｅを対流により攪拌するベンチュリー式攪拌器４０ｇとを設けているので、混合に伴って起泡液が発泡することが殆どなくなる。
【００５５】また、本実施例の場合には、攪拌器４０ｇは、気泡液Ｅの吐出口をタンク４０ｂの底面に近接配置しているので、気泡液Ｅの底面衝突により、攪拌および対流を促進することができる。
【００５６】さらに、本実施例の場合には、気泡液混合装置４０は、圧縮空気Ｂ，削孔水Ａが個別に供給される削孔モード選択バルブ１４に接続され、この削孔モード選択バルブ１４の操作により、削孔ロッド１６に削孔水Ａ，圧縮空気Ｂ，削孔水Ａおよび圧縮空気Ｂのいずれか１つを選択して供給する削孔システムに接続されている。
【００５７】そして、圧縮空気Ｂが選択された時に、混合装置４０を作動させて、起泡液Ｃと希釈水Ｄとを混合した気泡液Ｅを供給すると、圧縮空気Ｂおよび気泡液Ｅの供給も可能になっている。
【００５８】従って、本実施例の場合には、削孔する地山の種類に応じて、４種類の削孔手段を選択することができ、施工の自由度が広がる。
【００５９】
【発明の効果】以上、実施例で詳細に説明したように、本発明にかかる気泡削孔工法に用いる起泡液混合装置によれば、起泡液と希釈水とを混合する際に、気泡の発生を可及的に抑制することができる。
- 【公開番号】特開２０００−８７６１（Ｐ２０００−８７６１Ａ）
【公開日】平成１２年１月１１日（２０００．１．１１）
【発明の名称】気泡削孔工法に用いる気泡液混合装置
- 【出願番号】特願平１０−１７９３７９
【出願日】平成１０年６月２５日（１９９８．６．２５）
【出願人】
【識別番号】００００００５４９
【氏名又は名称】株式会社大林組
- 【代理人】
【識別番号】１０００８７６８６
【弁理士】
【氏名又は名称】松本 雅利
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