(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-03-12
(45)【発行日】2024-03-21
(54)【発明の名称】粘性測定装置
(51)【国際特許分類】
G01N 11/08 20060101AFI20240313BHJP
E21D 9/13 20060101ALI20240313BHJP
【ＦＩ】
G01N11/08
E21D9/13 B
【請求項の数】
2
(21)【出願番号】P 2020055311
(22)【出願日】2020-03-26
(65)【公開番号】P2021156657
(43)【公開日】2021-10-07
【審査請求日】2023-03-13
(73)【特許権者】
【識別番号】000195971
【氏名又は名称】西松建設株式会社
(73)【特許権者】
【識別番号】591022232
【氏名又は名称】株式会社三央
(74)【代理人】
【識別番号】100090033
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 博司
(74)【代理人】
【識別番号】100093045
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 良男
(72)【発明者】
【氏名】小林 直人
(72)【発明者】
【氏名】平井 裕二
(72)【発明者】
【氏名】東條 光洋
(72)【発明者】
【氏名】堀内 民夫
(72)【発明者】
【氏名】三戸 憲二
(72)【発明者】
【氏名】西嶋 祐一
(72)【発明者】
【氏名】中路 貴元
【審査官】野田 華代
(56)【参考文献】
【文献】特開２００６－３１３１０４（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０３３６３１０（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１１／００７００２５（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０１９／００９４１１９（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２００６／００６５０４４（ＵＳ，Ａ１）
【文献】特開平０６－３４７３９３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平１０－３２５７９０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平８－２７０３８２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平８－２７０３８０（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ １１／００－１３／０４
Ｅ２１Ｄ ９／１３
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
泥水式のシールド掘削機と地上に設けられた泥水処理プラントとの間を循環する泥水の粘性を測定する粘性測定装置であって、地上において円弧状に形成された曲管部と、
地上において前記泥水の循環路から分岐して前記曲管部の一端に接続され、直線状に形成された第一直管部と、
地上において前記泥水の循環路から分岐して前記曲管部の他端に接続され、直線状に形成された第二直管部と、
少なくとも一定期間、循環する前記泥水の一部を一定の流量で前記循環路から順に第一直管部、前記曲管部及び前記第二直管部に流す給液ポンプと、
前記第一直管部に設けられ、前記第一直管部を流れる前記泥水の圧力を測定する第一圧力測定器と、
前記第二直管部に設けられ、前記第二直管部を流れる前記泥水の圧力を測定する第二圧力測定器と、
前記第一圧力測定器が測定した圧力と前記第二圧力測定器が測定した圧力の差分を求め、その差分に基づいて前記泥水の粘性を算出する算出手段と、
所定時間ごとに、前記第一直管部、前記曲管部及び前記第二直管部に水を流す洗浄手段と、を備えることを特徴とする粘性測定装置。
【請求項2】
前記曲管部が透明であることを特徴とする請求項１に記載の粘性測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、粘性測定装置に関する。
【背景技術】
【0002】
泥水式のシールド掘削機を用いたトンネル掘削においては、泥水を流す管が詰まったり、切羽が崩壊したりしてしまうことを防止するため、泥水の粘性を所定範囲内に保つことが重要である。
このため、従来、シールド掘削機と地上に設けられた泥水処理プラントとの間を循環する泥水の粘性を測定するための各種技術が提案されている。
このため、従来、シールド掘削機と地上に設けられた泥水処理プラントとの間を循環する泥水の粘性を測定するための各種技術が提案されている。
【0003】
例えば、特許文献１には、泥水の差圧を、管路内の少なくとも２カ所での圧力差として測定する差圧測定手段を備え、差圧測定手段が測定した差圧及び流速の比Δｈ／Ｖと、記憶手段が記憶する管路内を流れる泥水の差圧Δｈ、流速Ｖの比Δｈ／Ｖと粘性との関係データと、に基づき泥水の粘性を求める演算手段を備える泥水の特性測定装置について記載されている。
また、特許文献２には、排泥管の流路に設けられ、粗粒分を含まない泥水を分流する分流装置と、分流装置で分流された泥水を流す分岐管と、分岐管を流れる泥水の粘性を測定する振動式粘度計を含む泥水粘性測定装置と、を有する泥水粘性測定システムについて記載されている。
また、特許文献２には、排泥管の流路に設けられ、粗粒分を含まない泥水を分流する分流装置と、分流装置で分流された泥水を流す分岐管と、分岐管を流れる泥水の粘性を測定する振動式粘度計を含む泥水粘性測定装置と、を有する泥水粘性測定システムについて記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特許第３１２６６２６号公報
【文献】特許第３７９２３４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載された装置は、泥水のメイン流路である送泥管を流れる泥水の圧力を測定するものとなっている。送泥管を流れる泥水の流速は変化し易いため、差圧の測定値も変化し易くなり、粘性を正確に測定することが困難となってしまう。
また、特許文献２に記載されたシステムは、分岐管を流れる泥水を用いて粘性を測定するものではあるが、本流管に設けられた開口を通じて分岐管へ泥水を導入するようになっている。このため、本流管を流れる泥水の流速に変化が生じると、分岐管を流れる泥水の流速も変化する。このため、振動棒の振れ方にも変化が生じ、やはり粘性を正確に測定することが困難となってしまう。
また、特許文献２に記載されたシステムは、分岐管を流れる泥水を用いて粘性を測定するものではあるが、本流管に設けられた開口を通じて分岐管へ泥水を導入するようになっている。このため、本流管を流れる泥水の流速に変化が生じると、分岐管を流れる泥水の流速も変化する。このため、振動棒の振れ方にも変化が生じ、やはり粘性を正確に測定することが困難となってしまう。
【0006】
また、泥水が流れる管は泥によって目詰まりし易い。管が目詰まりすると、必要なタイミングで測定することが困難になってしまう。このため、泥水を流す管を定期的に洗浄する必要がある。
しかしながら、特許文献１，２に記載された装置、システムはいずれも、地中において泥水の粘性を測定するものとなっている。このため、洗浄を行う度に作業者が地下に出向かなければならず、手間がかかっていた。
しかしながら、特許文献１，２に記載された装置、システムはいずれも、地中において泥水の粘性を測定するものとなっている。このため、洗浄を行う度に作業者が地下に出向かなければならず、手間がかかっていた。
【0007】
また、特許文献１に記載された装置のように２か所に測定器を配置して差圧を測定する場合、差圧を大きく出すため、直線状の管に、二つの測定器をある程度（特許文献１の場合は１０ｍ）離して配置する必要があった。このため、粘性を測定する装置（管及び測定・演算を行うのに必要な各種装置）大型化し、場所を取ってしまっていた。
【0008】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、泥水式のシールド掘削機を用いたトンネル掘削を行う際に、泥水の粘性を、場所を取らずに、手間をかけずに、かつ正確に測定できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
以上の課題を解決するため、請求項１に係る発明は、泥水式のシールド掘削機と地上に設けられた泥水処理プラントとの間を循環する泥水の粘性を測定する粘性測定装置であって、
地上において円弧状に形成された曲管部と、
地上において前記泥水の循環路から分岐して前記曲管部の一端に接続され、直線状に形成された第一直管部と、
地上において前記泥水の循環路から分岐して前記曲管部の他端に接続され、直線状に形成された第二直管部と、
少なくとも一定期間、循環する前記泥水の一部を一定の流量で前記循環路から順に第一直管部、前記曲管部及び前記第二直管部に流す給液ポンプと、
前記第一直管部に設けられ、前記第一直管部を流れる前記泥水の圧力を測定する第一圧力測定器と、
前記第二直管部に設けられ、前記第二直管部を流れる前記泥水の圧力を測定する第二圧力測定器と、
前記第一圧力測定器が測定した圧力と前記第二圧力測定器が測定した圧力の差分を求め、その差分に基づいて前記泥水の粘性を算出する算出手段と、
所定時間ごとに、前記第一直管部、前記曲管部及び前記第二直管部に水を流す洗浄手段と、を備えることを特徴とする。
地上において円弧状に形成された曲管部と、
地上において前記泥水の循環路から分岐して前記曲管部の一端に接続され、直線状に形成された第一直管部と、
地上において前記泥水の循環路から分岐して前記曲管部の他端に接続され、直線状に形成された第二直管部と、
少なくとも一定期間、循環する前記泥水の一部を一定の流量で前記循環路から順に第一直管部、前記曲管部及び前記第二直管部に流す給液ポンプと、
前記第一直管部に設けられ、前記第一直管部を流れる前記泥水の圧力を測定する第一圧力測定器と、
前記第二直管部に設けられ、前記第二直管部を流れる前記泥水の圧力を測定する第二圧力測定器と、
前記第一圧力測定器が測定した圧力と前記第二圧力測定器が測定した圧力の差分を求め、その差分に基づいて前記泥水の粘性を算出する算出手段と、
所定時間ごとに、前記第一直管部、前記曲管部及び前記第二直管部に水を流す洗浄手段と、を備えることを特徴とする。
【0010】
また、請求項２に係る発明は、
請求項１に記載の粘性測定装置であって、
前記曲管部が透明であることを特徴とする。
請求項１に記載の粘性測定装置であって、
前記曲管部が透明であることを特徴とする。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、泥水式のシールド掘削機を用いたトンネル掘削を行う際に、泥水の粘性を、場所を取らずに、手間をかけずに、かつ正確に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、本発明の範囲は、以下の実施形態や図面に記載されたものに限定されるものではない。
【0014】
【0015】
本実施形態に係る掘削システム１００は、泥水式シールド工法に用いられるもので、図１に示すように、シールド掘削機１と、泥水処理プラント２と、送泥部３と、排泥部４と、中央制御室５と、を備えている。
【0016】
（シールド掘削機）
シールド掘削機１は、地盤Ｇの中に配置されている。
シールド掘削機１は、本体１１と、カッターヘッド１２と、を備えている。
シールド掘削機１は、地盤Ｇの中に配置されている。
シールド掘削機１は、本体１１と、カッターヘッド１２と、を備えている。
【0017】
本体１１は、泥水が充填される図示しないチャンバーと、カッターヘッド１２を回転させるための図示しないカッター回転機構と、シールド掘削機１を前進させるための図示しない推進機構と、を備えている。
カッターヘッド１２は、本体１１の前方に備えられ、本体１１のカッター回転機構が駆動することによって回転するようになっている。
カッターヘッド１２は、本体１１の前方に備えられ、本体１１のカッター回転機構が駆動することによって回転するようになっている。
【0018】
（泥水処理プラント）
泥水処理プラント２は、地上に配置されている。
泥水処理プラント２は、一次処理部２１と、調整槽２２と、粘性測定装置２００と、を備えている。
泥水処理プラント２は、地上に配置されている。
泥水処理プラント２は、一次処理部２１と、調整槽２２と、粘性測定装置２００と、を備えている。
【0019】
一次処理部２１は、シールド掘削機１から送られてきた土砂成分を多く含む掘削後の泥水から、例えばふるいにかけることにより、粒度の大きい礫や砂を分離するよう構成されている。
また、一次処理部２１は、礫や砂を分離した後の泥水を調整槽２２へ送るよう構成されている。
また、一次処理部２１は、礫や砂を分離した後の泥水を調整槽２２へ送るよう構成されている。
【0020】
調整槽２２は、一次処理部２１から送られてきた礫や砂が分離された分離後の泥水を一時的に貯留しておくものである。
この調整槽２２に貯蔵されている泥水に作業者が水道水や増粘剤を添加することで、泥水の粘性が調整される。
また、調整槽２２は、貯留している泥水の一部を粘性測定装置２００へ送るよう構成されている。
この調整槽２２に貯蔵されている泥水に作業者が水道水や増粘剤を添加することで、泥水の粘性が調整される。
また、調整槽２２は、貯留している泥水の一部を粘性測定装置２００へ送るよう構成されている。
【0021】
粘性測定装置２００は、シールド掘削機１と泥水処理プラント２との間を循環する（ここでは、調整槽２２に貯留されている）泥水の粘性を測定するよう構成されている。
この粘性測定装置２００の詳細については後述する。
この粘性測定装置２００の詳細については後述する。
【0022】
（送泥部）
送泥部３は、送泥管３１と、送泥ポンプ３２と、を備えている。
送泥管３１は、泥水処理プラント２の調整槽２２から、シールド掘削機１のチャンバーへと続いている。
送泥ポンプ３２は、調整槽２２から調整後の泥水を汲み上げ、その泥水を、送泥管３１を介してシールド掘削機１のチャンバーへ送り込むよう構成されている。
送泥部３は、送泥管３１と、送泥ポンプ３２と、を備えている。
送泥管３１は、泥水処理プラント２の調整槽２２から、シールド掘削機１のチャンバーへと続いている。
送泥ポンプ３２は、調整槽２２から調整後の泥水を汲み上げ、その泥水を、送泥管３１を介してシールド掘削機１のチャンバーへ送り込むよう構成されている。
【0023】
（排泥部）
排泥部４は、排泥管４１と、排泥ポンプ４２と、を備えている。
排泥管４１は、シールド掘削機１のチャンバーから、泥水処理プラント２の一次処理部２１へと続いている。
排泥ポンプ４２は、チャンバー内に溜まっている泥水を、排泥管４１を介して一次処理部２１へ送り込むよう構成されている。
排泥部４は、排泥管４１と、排泥ポンプ４２と、を備えている。
排泥管４１は、シールド掘削機１のチャンバーから、泥水処理プラント２の一次処理部２１へと続いている。
排泥ポンプ４２は、チャンバー内に溜まっている泥水を、排泥管４１を介して一次処理部２１へ送り込むよう構成されている。
【0024】
（中央制御装置）
中央制御室５は、図示しない制御装置、表示部、操作部等を備えている。
そして、制御装置が、カッターヘッド１２の回転速度、シールド掘削機１の推進速度、チャンバー内の泥水圧（送泥ポンプ３２の送泥量、排泥ポンプ４２の排泥量）等を制御するようになっている。
また、中央制御室５の表示部は、制御対象の状況（各種数値等）を表示するようになっている。
なお、図１には、地上に配置された中央制御室５を例示したが、中央制御室５は地盤Ｇの中（シールド掘削機１の後方等）に配置されていてもよい。
中央制御室５は、図示しない制御装置、表示部、操作部等を備えている。
そして、制御装置が、カッターヘッド１２の回転速度、シールド掘削機１の推進速度、チャンバー内の泥水圧（送泥ポンプ３２の送泥量、排泥ポンプ４２の排泥量）等を制御するようになっている。
また、中央制御室５の表示部は、制御対象の状況（各種数値等）を表示するようになっている。
なお、図１には、地上に配置された中央制御室５を例示したが、中央制御室５は地盤Ｇの中（シールド掘削機１の後方等）に配置されていてもよい。
【0025】
（掘削システムの動作）
以上のように構成された本実施形態に係る掘削システム１００は、中央制御室５の制御に基づいて送泥ポンプ３２及び排泥ポンプ４２が駆動することにより、シールド掘削機１のチャンバーに泥水が充填されるとともに、チャンバー内の泥水圧が切羽から受ける土圧よりも高くなるよう調節される。
そして、中央制御室５の制御に基づいてカッターヘッドが前進しながら回転することにより、切羽が掘削され、発生した土砂がチャンバー内に取り込まれ、掘削後の泥水として排泥管４１を通って地上に排出される。
地上に排出された掘削後の泥水は、一次処理部２１において礫や砂が分離され、分離後の泥水として調整槽２２へ送られる。
分離後の泥水は、調整槽２２において粘性の調整が行われ、調整後の泥水として排泥管４１を通ってシールド掘削機１のチャンバーへ送られる。
これらの動作が繰り返されることにより、地盤Ｇの中にトンネルＴが形成されていく。
以上のように構成された本実施形態に係る掘削システム１００は、中央制御室５の制御に基づいて送泥ポンプ３２及び排泥ポンプ４２が駆動することにより、シールド掘削機１のチャンバーに泥水が充填されるとともに、チャンバー内の泥水圧が切羽から受ける土圧よりも高くなるよう調節される。
そして、中央制御室５の制御に基づいてカッターヘッドが前進しながら回転することにより、切羽が掘削され、発生した土砂がチャンバー内に取り込まれ、掘削後の泥水として排泥管４１を通って地上に排出される。
地上に排出された掘削後の泥水は、一次処理部２１において礫や砂が分離され、分離後の泥水として調整槽２２へ送られる。
分離後の泥水は、調整槽２２において粘性の調整が行われ、調整後の泥水として排泥管４１を通ってシールド掘削機１のチャンバーへ送られる。
これらの動作が繰り返されることにより、地盤Ｇの中にトンネルＴが形成されていく。
【0026】
〔２．粘性測定装置〕
次に、上記掘削システム１００の泥水処理プラント２が備える粘性測定装置２００の詳細について説明する。
図２は泥水処理プラント２の一部を示すブロック図、図３は粘性測定装置の電気的構成を示すブロック図、図４（ａ），（ｂ）は粘性測定装置の一部を示す平面図、（ｃ）は（ａ）のＣ－Ｃ断面図、（ｄ）は（ａ）のＤ－Ｄ断面図、図５は粘性測定装置が格納するデータ及び算出された関係式の一例を示すグラフである。
次に、上記掘削システム１００の泥水処理プラント２が備える粘性測定装置２００の詳細について説明する。
図２は泥水処理プラント２の一部を示すブロック図、図３は粘性測定装置の電気的構成を示すブロック図、図４（ａ），（ｂ）は粘性測定装置の一部を示す平面図、（ｃ）は（ａ）のＣ－Ｃ断面図、（ｄ）は（ａ）のＤ－Ｄ断面図、図５は粘性測定装置が格納するデータ及び算出された関係式の一例を示すグラフである。
【0027】
（粘性測定装置の構成）
粘性測定装置２００は、図２，３に示すように、測定部６と、制御部７と、を備えている。
粘性測定装置２００は、図２，３に示すように、測定部６と、制御部７と、を備えている。
【0028】
測定部６は、図２に示すように、砂分離槽６１と、給液管部６２と、給液ポンプ６３と、測定管部６４と、第一圧力測定器６５と、第二圧力測定器６６と、流量測定器６７と、排液管部６８と、を備えている。
【0029】
砂分離槽６１は、調整槽２２からサンプリング管２２１を経由して送られてきた泥水から、例えばサイクロン方式を用いて、粒度の小さい砂を分離するよう構成されている。
【0030】
給液管部６２は、砂分離槽６１から、測定管部６４へと続いている。
給液管部６２は、バルブ６２ａを備えている。
バルブ６２ａは、給液管部６２の入口近傍に設けられ、砂分離槽６１から給液管部６２内へ泥水が流入するのを止めることが可能となっている。
給液管部６２は、バルブ６２ａを備えている。
バルブ６２ａは、給液管部６２の入口近傍に設けられ、砂分離槽６１から給液管部６２内へ泥水が流入するのを止めることが可能となっている。
【0031】
給液ポンプ６３は、分流手段をなすもので、少なくとも一定期間、砂分離槽６１から砂を分離した分離後の泥水（循環する泥水）の一部を汲み上げ、その分離後の泥水を、給液管部６２を介して測定管部６４へ送り込むよう構成されている。
本実施形態に係る給液ポンプ６３は、定量無脈動ポンプとなっている。このため、常に一定量の泥水を、一定の吐出圧力で測定管部６４へ供給することができる。
また、本実施形態に係る給液ポンプ６３は、後述する流量制御部７１ｂによる制御に基づいて、給液管部６２及びその後に続く測定管部６４を流れる泥水の流量を調節することが可能となっている。
なお、無脈動ポンプを用いる代わりに、通常の脈動する定量ポンプを用い、泥水の脈動をエアチャンバー等で相殺するようにしてもよい。
本実施形態に係る給液ポンプ６３は、定量無脈動ポンプとなっている。このため、常に一定量の泥水を、一定の吐出圧力で測定管部６４へ供給することができる。
また、本実施形態に係る給液ポンプ６３は、後述する流量制御部７１ｂによる制御に基づいて、給液管部６２及びその後に続く測定管部６４を流れる泥水の流量を調節することが可能となっている。
なお、無脈動ポンプを用いる代わりに、通常の脈動する定量ポンプを用い、泥水の脈動をエアチャンバー等で相殺するようにしてもよい。
【0032】
測定管部６４は、地上において泥水の循環路から分岐するとともに、Ｕ字状に形成されている
また、測定管部６４は、図４に示すように、第一直管部６４１と、曲管部６４２と、第二直管部６４３と、を有している。
また、本実施形態に係る測定管部６４は、給水管部６４４と、戻し管部６４５と、洗浄排水管部６４６と、サンプリング管部６４７と、を更に有している。
また、測定管部６４は、図４に示すように、第一直管部６４１と、曲管部６４２と、第二直管部６４３と、を有している。
また、本実施形態に係る測定管部６４は、給水管部６４４と、戻し管部６４５と、洗浄排水管部６４６と、サンプリング管部６４７と、を更に有している。
【0033】
第一直管部６４１は、給液ポンプ６３の吐出口から曲管部６４２の入口へと直線的に続いている。
本実施形態に係る第一直管部６４１は、透明材料で形成されている。
第一直管部６４１の曲管部６４２側の端部はボルト孔の形成されたフランジ６４１ａになっている。
本実施形態に係る第一直管部６４１は、透明材料で形成されている。
第一直管部６４１の曲管部６４２側の端部はボルト孔の形成されたフランジ６４１ａになっている。
【0034】
第二直管部６４３は、曲管部６４２の出口から排液管部６８へと直線的に続いている。
本実施形態に係る第二直管部６４３は、透明材料で形成されている。
第二直管部６４３の曲管部６４２側の端部はボルト孔の形成されたフランジ６４３ａになっている。
本実施形態に係る第二直管部６４３は、透明材料で形成されている。
第二直管部６４３の曲管部６４２側の端部はボルト孔の形成されたフランジ６４３ａになっている。
【0035】
曲管部６４２は、第一直管部６４１と第二直管部６４３とを接続している。
本実施形態に係る曲管部６４２は、透明材料で１／２の円弧状に形成されている。具体的には、透明な塩化ビニル製の直線管を曲げ加工したものとなっている。塩化ビニル製の管は、他の材料で生成された管に比べて内面が均等に滑らかで、泥水の粘性による圧力損失のみを捉え易くなっている。
なお、透明材料はアクリル等であってもよい。
また、曲管部６４２は、１／４の円弧状（測定管部６４は平面視Ｌ字状）、又は１／３程度の円弧状（測定管部６４はＶ字状）であってもよい。
本実施形態に係る曲管部６４２は、透明材料で１／２の円弧状に形成されている。具体的には、透明な塩化ビニル製の直線管を曲げ加工したものとなっている。塩化ビニル製の管は、他の材料で生成された管に比べて内面が均等に滑らかで、泥水の粘性による圧力損失のみを捉え易くなっている。
なお、透明材料はアクリル等であってもよい。
また、曲管部６４２は、１／４の円弧状（測定管部６４は平面視Ｌ字状）、又は１／３程度の円弧状（測定管部６４はＶ字状）であってもよい。
【0036】
曲管部６４２の両端部は、ボルト孔の形成されたフランジ６４２ａ，６４２ｂになっている。
そして、曲管部６４２の一端側のフランジ６４２ａは、ボルト及びナットを用いて第一直管部６４１のフランジに結合されている。
また、曲管部６４２の他端側のフランジ６４２ｂは、ボルト及びナットを用いて第二直管部６４３のフランジ６４３ａに結合されている。
すなわち、曲管部６４２は、ボルト及びナットの締結を解除することにより、取り外すことが可能となっている。
そして、曲管部６４２の一端側のフランジ６４２ａは、ボルト及びナットを用いて第一直管部６４１のフランジに結合されている。
また、曲管部６４２の他端側のフランジ６４２ｂは、ボルト及びナットを用いて第二直管部６４３のフランジ６４３ａに結合されている。
すなわち、曲管部６４２は、ボルト及びナットの締結を解除することにより、取り外すことが可能となっている。
【0037】
給水管部６４４は、図示しない希釈水の給水設備（例えば、フィルタープレス等）から伸び、第一直管部６４１の中間部に合流している。
給水管部６４４は、バルブ６４４ａと、逆流防止弁６４４ｂと、を備えている。
バルブ６４４ａは、給水管部６４４の中間部に設けられ、第一直管部６４１内へ希釈水が流入するのを止めることが可能となっている。
逆流防止弁６４４ｂは、給水管部６４４におけるバルブ６４４ａと第一直管部６４１との間に設けられ、第一直管部６４１から給水設備の方へ泥水が逆流するのを防ぐようになっている。
給水管部６４４は、バルブ６４４ａと、逆流防止弁６４４ｂと、を備えている。
バルブ６４４ａは、給水管部６４４の中間部に設けられ、第一直管部６４１内へ希釈水が流入するのを止めることが可能となっている。
逆流防止弁６４４ｂは、給水管部６４４におけるバルブ６４４ａと第一直管部６４１との間に設けられ、第一直管部６４１から給水設備の方へ泥水が逆流するのを防ぐようになっている。
【0038】
戻し管部６４５は、第二直管部６４３の中間部から枝分かれし、砂分離槽６１まで続いている。
戻し管部６４５は、バルブ６４５ａを備えている。
バルブ６４５ａは、戻し管部６４５の入口近傍に設けられ、戻し管部６４５内へ泥水が流入するのを止めることが可能となっている。
戻し管部６４５は、バルブ６４５ａを備えている。
バルブ６４５ａは、戻し管部６４５の入口近傍に設けられ、戻し管部６４５内へ泥水が流入するのを止めることが可能となっている。
【0039】
洗浄排水管部６４６は、第二直管部６４３の中間部から枝分かれし、調整槽２２まで続いている。
洗浄排水管部６４６は、バルブ６４６ａを備えている。
バルブ６４６ａは、洗浄排水管部６４６の入口近傍に設けられ、洗浄排水管部６４６内へ泥水や希釈水が流入するのを止めることが可能となっている。
洗浄排水管部６４６は、バルブ６４６ａを備えている。
バルブ６４６ａは、洗浄排水管部６４６の入口近傍に設けられ、洗浄排水管部６４６内へ泥水や希釈水が流入するのを止めることが可能となっている。
【0040】
サンプリング管部６４７は、 第二直管部６４３の中間部から枝分かれし、先端が吐出口になっている。
サンプリング管部６４７は、バルブ６４７ａを備えている。
バルブ６４７ａは、サンプリング管部６４７の入口近傍に設けられ、サンプリング管部６４７内へ泥水が流入するのを止めることが可能となっている。
サンプリング管部６４７は、バルブ６４７ａを備えている。
バルブ６４７ａは、サンプリング管部６４７の入口近傍に設けられ、サンプリング管部６４７内へ泥水が流入するのを止めることが可能となっている。
【0041】
測定管部６４を構成する各管部６４１～６４７のうち、少なくとも第一直管部６４１、曲管部６４２及び第二直管部６４３は、管内径を１３Ａとしている。
管内径を１３Ａとしている理由は、以下の通りである。
管内摩擦圧力損失ΔＰ（第一圧力測定器６５の測定値と第二圧力測定器６６の測定値との差分に相当）は、下記式（１）を用いて算出することができる。
ΔＰ＝λ×（ｌ／ｄ）×｛（ρ×ｕ2）／２｝・・式（１）
ただし、λ：管内摩擦係数、ｌ：管長（ｍ）、ｄ：管内径（ｍ）、ρ：流体密度（ｋｇ／ｍ3）、ｕ：平均流速（ｍ／ｓｅｃ）
この式（１）は、管内摩擦圧力損失ΔＰが管内径ｄに反比例することを示している。すなわち、管内径ｄを大きくしすぎると、式（１）によって算出される管内摩擦圧力損失ΔＰが小さくなりすぎてしまう（泥水のファンネル粘性を求めることが困難になってしまう）ため、そうならないように測定管部６４の長さｌを長くするか、給液ポンプ６３を大型化して平均流速ｕを上げなければならない。しかし、このようにすると粘性測定装置２００が大型化してしまう。
このような理由に鑑み、管内径ｄを、市販の塩化ビニル管の最小管内径である１３Ａとしている。
管内径を１３Ａとしている理由は、以下の通りである。
管内摩擦圧力損失ΔＰ（第一圧力測定器６５の測定値と第二圧力測定器６６の測定値との差分に相当）は、下記式（１）を用いて算出することができる。
ΔＰ＝λ×（ｌ／ｄ）×｛（ρ×ｕ2）／２｝・・式（１）
ただし、λ：管内摩擦係数、ｌ：管長（ｍ）、ｄ：管内径（ｍ）、ρ：流体密度（ｋｇ／ｍ3）、ｕ：平均流速（ｍ／ｓｅｃ）
この式（１）は、管内摩擦圧力損失ΔＰが管内径ｄに反比例することを示している。すなわち、管内径ｄを大きくしすぎると、式（１）によって算出される管内摩擦圧力損失ΔＰが小さくなりすぎてしまう（泥水のファンネル粘性を求めることが困難になってしまう）ため、そうならないように測定管部６４の長さｌを長くするか、給液ポンプ６３を大型化して平均流速ｕを上げなければならない。しかし、このようにすると粘性測定装置２００が大型化してしまう。
このような理由に鑑み、管内径ｄを、市販の塩化ビニル管の最小管内径である１３Ａとしている。
【0042】
また、本実施形態に係る曲管部６４２は、曲げ半径を２００ｍｍとしている。
曲げ半径を２００ｍｍとしている理由は、以下のとおりである。
直線管を曲げ加工する際、曲げ半径が小さすぎると、管の壁に作用するひずみによって管の内面に凹凸が生じてしまう。この凹凸は、泥水が通った時に泥が付着し易くなる要因となってしまう。
そこで、塩化ビニルの直線管を様々な曲げ半径で曲げ加工し、内面に凹凸が生じない最小の曲げ半径であった２００ｍｍを、曲管部６４２の曲げ半径としている。
また、曲管における圧力損失の影響を小さくするためには、曲げ半径ｒを管内径ｄよりも大きくする（一般的に２倍以上とする）必要がある。本実施形態に係る曲管部６４２は、管内径１３Ａ（ｄ≒１３ｍｍ）に対し、曲げ半径ｒが１０倍以上大きくなっているため、曲管部６４２での圧力損失は無視できるほど小さくなっている。すなわち、本実施形態に係る平面視Ｕ字状の測定管部６４は、全体が直線状の測定管部を用いた場合と同様の粘性の測定結果を得ることができる。
一方で、測定管部６４がＵ字状をしていることにより、外観の大きさが同程度の他の（測定管部６４がＵ字状をしていない）粘性測定装置に比べて、第一圧力測定器６５から第二圧力測定器６６までの管の長さを長くとることができるため、測定される泥水の圧力差が増加する可能性が考えらえる。圧力差が増加すれば、測定精度の向上につながる。
曲げ半径を２００ｍｍとしている理由は、以下のとおりである。
直線管を曲げ加工する際、曲げ半径が小さすぎると、管の壁に作用するひずみによって管の内面に凹凸が生じてしまう。この凹凸は、泥水が通った時に泥が付着し易くなる要因となってしまう。
そこで、塩化ビニルの直線管を様々な曲げ半径で曲げ加工し、内面に凹凸が生じない最小の曲げ半径であった２００ｍｍを、曲管部６４２の曲げ半径としている。
また、曲管における圧力損失の影響を小さくするためには、曲げ半径ｒを管内径ｄよりも大きくする（一般的に２倍以上とする）必要がある。本実施形態に係る曲管部６４２は、管内径１３Ａ（ｄ≒１３ｍｍ）に対し、曲げ半径ｒが１０倍以上大きくなっているため、曲管部６４２での圧力損失は無視できるほど小さくなっている。すなわち、本実施形態に係る平面視Ｕ字状の測定管部６４は、全体が直線状の測定管部を用いた場合と同様の粘性の測定結果を得ることができる。
一方で、測定管部６４がＵ字状をしていることにより、外観の大きさが同程度の他の（測定管部６４がＵ字状をしていない）粘性測定装置に比べて、第一圧力測定器６５から第二圧力測定器６６までの管の長さを長くとることができるため、測定される泥水の圧力差が増加する可能性が考えらえる。圧力差が増加すれば、測定精度の向上につながる。
【0043】
以上説明してきた測定管部６４は、曲管部６４２で折り返す形となるため、測定管部６４全体を直線状に構成した場合に比べ、粘性測定装置２００を小型化することができる。
また、本実施形態に係る測定管部６４は、曲管部６４２が透明になっているため、泥が付着し始めてもそれをすぐに発見することができる。
また、本実施形態に係る測定管部６４は、曲管部６４２が透明になっているため、泥が付着し始めてもそれをすぐに発見することができる。
【0044】
第一圧力測定器６５は、第一直管部６４１の中間部に設けられている。
そして、第一圧力測定器６５は、第一直管部６４１を流れる泥水の圧力を測定するよう構成されている。
そして、第一圧力測定器６５は、第一直管部６４１を流れる泥水の圧力を測定するよう構成されている。
【0045】
第二圧力測定器６６は、第二直管部６４３の中間部に設けられている。
そして、第二圧力測定器６６は、第二直管部６４３を流れる泥水の圧力を測定するよう構成されている。
すなわち、第二圧力測定器６６は、測定管部６４を流れる泥水の圧力を、第一圧力測定器６５よりも下流において測定するようになっている。
そして、第二圧力測定器６６は、第二直管部６４３を流れる泥水の圧力を測定するよう構成されている。
すなわち、第二圧力測定器６６は、測定管部６４を流れる泥水の圧力を、第一圧力測定器６５よりも下流において測定するようになっている。
【0046】
流量測定器６７は、第一直管部６４１の中間部に設けられている。
そして、流量測定器６７は、第一直管部を流れる泥水の単位時間当たりの流量を測定するよう構成されている。
なお、流量測定器６７は、第二直管部６４３や曲管部６４２に設けられていてもよい。
そして、流量測定器６７は、第一直管部を流れる泥水の単位時間当たりの流量を測定するよう構成されている。
なお、流量測定器６７は、第二直管部６４３や曲管部６４２に設けられていてもよい。
【0047】
排液管部６８は、測定管部６４の出口（第二直管部６４３）から調整槽２２へと続いている。
排液管部６８は、バルブ６８ａを備えている。
バルブ６８ａは、排液管部６８の入口近傍に設けられ、排液管部６８内へ泥水が流入するのを止めることが可能となっている。
排液管部６８は、バルブ６８ａを備えている。
バルブ６８ａは、排液管部６８の入口近傍に設けられ、排液管部６８内へ泥水が流入するのを止めることが可能となっている。
【0048】
制御部７は、図３に示したように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７１と、図示しないＲＡＭ（Random Access Memory）と、記憶部７２と、を備えている。
また、本実施形態に係る制御部７は、操作部７３を更に備えている。
また、本実施形態に係る制御部７は、操作部７３を更に備えている。
【0049】
ＣＰＵ７１は、記憶部７２に記憶されている各種プログラムを読み出してＲＡＭ内に展開し、展開されたプログラムに従って各種処理を実行し、粘性測定装置２００各部の動作を集中制御するようになっている。
記憶部７２は、不揮発性の半動態メモリーやハードディスク等により構成されている。
記憶部７２は、ＣＰＵ７１が実行する各種プログラム等を記憶している。
記憶部７２は、不揮発性の半動態メモリーやハードディスク等により構成されている。
記憶部７２は、ＣＰＵ７１が実行する各種プログラム等を記憶している。
【0050】
また、記憶部７２は、例えば図５に示すような、過去に測定した、第一圧力測定器６５による測定値と第二圧力測定値６６による測定値との差分ΔＰと、泥水のファンネル粘性の測定値との関係を示すデータを複数格納している。
データは、図５（ａ）、（ｂ）に示したように、掘削する地盤Ｇの土質毎に複数用意されている。
データは、図５（ａ）、（ｂ）に示したように、掘削する地盤Ｇの土質毎に複数用意されている。
【0051】
ＣＰＵ７１は、機能毎に、差圧演算部７１ａと、流量制御部７１ｂと、粘性演算部７１ｃと、洗浄制御部７１ｄと、に分かれている。
【0052】
差圧演算部７１ａは、第一圧力測定器６５が測定した上流側圧力値及び第二圧力測定器６６が測定した下流側圧力値をそれぞれ取得し、上流側圧力値と下流側圧力値の差分を算出する。
【0053】
流量制御部７１ｂは、流量測定器６７が測定した泥水の流量を取得する。
また、流量制御部７１ｂは、泥水の単位時間当たりの流量が所定範囲内に収まるよう、給液ポンプ６３の動作を制御する。
流量の範囲は、管内の平均流速が限界沈殿流速０．６８（ｍ／ｓｅｃ）より大きくなるような値とすることが好ましい。そこで、本実施形態に係る流量制御部７１ｂは、流量の範囲を６（Ｌ／ｍｉｎ：平均流速の設定値が０．７５（ｍ／ｓｅｃ）となる値）としている。
また、流量制御部７１ｂは、泥水の単位時間当たりの流量が所定範囲内に収まるよう、給液ポンプ６３の動作を制御する。
流量の範囲は、管内の平均流速が限界沈殿流速０．６８（ｍ／ｓｅｃ）より大きくなるような値とすることが好ましい。そこで、本実施形態に係る流量制御部７１ｂは、流量の範囲を６（Ｌ／ｍｉｎ：平均流速の設定値が０．７５（ｍ／ｓｅｃ）となる値）としている。
【0054】
粘性演算部７１ｃは、記憶部７２に記憶された、圧力値の差分とファンネル粘性の関係を示す複数のデータに基づいて、図５に示したような、複数のデータの集合を直線に近似した場合の、当該直線を表す一次関数を、圧力値の差分とファンネル粘性の関係を示す関係式として算出する。
そして、粘性演算部７１ｃは、算出した関係式に、差圧演算部７１ａが算出した圧力値の差分ΔＰを代入してファンネル粘性を算出する。すなわち、制御部７は、第一圧力測定器６５が測定した圧力及び第二圧力測定器６６が測定した圧力に基づいて泥水の粘性を算出する算出手段をなす。
そして、粘性演算部７１ｃは、算出した関係式に、差圧演算部７１ａが算出した圧力値の差分ΔＰを代入してファンネル粘性を算出する。すなわち、制御部７は、第一圧力測定器６５が測定した圧力及び第二圧力測定器６６が測定した圧力に基づいて泥水の粘性を算出する算出手段をなす。
【0055】
また、粘性演算部７１ｃは、算出したファンネル粘性を中央制御室５へ送信する。送信されたファンネル粘性は、中央制御室５の表示部に表示される。
また、粘性演算部７１ｃは、作業者が操作部７３を操作してファンネル粘性（器具を使って実際に測定した値）を入力してきた場合に、記憶部７２に記憶されているデータに追加する。これにより、次回算出する関係式が追加されたデータを反映させたものとなり、より正確なファンネル粘性を算出できるようになる。
なお、ここでは、粘性演算部７１ｃが圧力の差分とファンネル粘性の関係式を算出することとしたが、別のところで算出された相関式を入力可能とし、入力された関係式を用いてファンネル粘性を算出するようになっていてもよい。
また、粘性演算部７１ｃは、作業者が操作部７３を操作してファンネル粘性（器具を使って実際に測定した値）を入力してきた場合に、記憶部７２に記憶されているデータに追加する。これにより、次回算出する関係式が追加されたデータを反映させたものとなり、より正確なファンネル粘性を算出できるようになる。
なお、ここでは、粘性演算部７１ｃが圧力の差分とファンネル粘性の関係式を算出することとしたが、別のところで算出された相関式を入力可能とし、入力された関係式を用いてファンネル粘性を算出するようになっていてもよい。
【0056】
洗浄制御部７１ｄは、各管部のバルブ６２ａ，６４４ａ，６４６ａ，６８ａの開閉を制御することにより、測定管部６４への泥水の流入を定期的に（所定時間ごとに）停止させるとともに測定管部６４へ希釈水を流し込むようになっている。
すなわち、洗浄制御部７１ｄは、洗浄手段をなす。
すなわち、洗浄制御部７１ｄは、洗浄手段をなす。
【0057】
（粘性測定装置の動作）
以上のように構成された本実施形態に係る粘性測定装置２００は、給液管部６２のバルブ６２ａ及び排液管部６８のバルブ６８ａが開かれるとともに他のバルブ６４４ａ,５ａ，６４６ａ，６４７ａが閉じられた状態で給液ポンプ６３が駆動すると、砂分離槽６１から分離後の泥水が汲み上げられ、給液管部６２、測定管部６４、排液管部６８を通って、調整槽２２へ戻される。
分離後の泥水が測定管部６４内を流れている間、第一，第二圧力測定器６５，６６が泥水の圧力を測定し、流量測定器６７が泥水の単位時間当たりの流量を測定する。
そして、制御部７のＣＰＵ７１が、泥水の流量が変化しないよう給液ポンプ６３の動作を制御しつつ、測定した泥水の圧力の差分ΔＰに基づいてファンネル粘性を算出する。
以上のように構成された本実施形態に係る粘性測定装置２００は、給液管部６２のバルブ６２ａ及び排液管部６８のバルブ６８ａが開かれるとともに他のバルブ６４４ａ,５ａ，６４６ａ，６４７ａが閉じられた状態で給液ポンプ６３が駆動すると、砂分離槽６１から分離後の泥水が汲み上げられ、給液管部６２、測定管部６４、排液管部６８を通って、調整槽２２へ戻される。
分離後の泥水が測定管部６４内を流れている間、第一，第二圧力測定器６５，６６が泥水の圧力を測定し、流量測定器６７が泥水の単位時間当たりの流量を測定する。
そして、制御部７のＣＰＵ７１が、泥水の流量が変化しないよう給液ポンプ６３の動作を制御しつつ、測定した泥水の圧力の差分ΔＰに基づいてファンネル粘性を算出する。
【0058】
また、分離後の泥水が測定管部６４内を流れている間、戻し管部６４５のバルブ６４５ａを開き、排液管部６８のバルブ６８ａを閉じると、測定管部６４を流れてきた泥水は、調整槽２２ではなく、砂分離槽６１へ戻される。
また、分離後の泥水が測定管部６４内を流れている間、サンプリング管部６４７のバルブ６４７ａを開くと、測定管部６４を流れてきた泥水の一部がサンプルとして取り出される。
また、分離後の泥水が測定管部６４内を流れている間、サンプリング管部６４７のバルブ６４７ａを開くと、測定管部６４を流れてきた泥水の一部がサンプルとして取り出される。
【0059】
（粘性測定装置の維持管理）
粘性測定装置２００は、使用し続けるうちに、測定管部６４の内面に泥が付着してくる。上述したように、第一直管部６４１、曲管部６４２及び第二直管部６４３は透明になっているため、作業者は泥が付着し始めたことを容易に確認することができる。
泥の付着が視認された場合には、給液ポンプ６３の駆動を止め、給液管部６２のバルブ６２ａ及び排液管部６８のバルブ６８ａを閉じ、洗浄排水管部６４６のバルブ６４６ａを開いて、給水管部６４４のバルブ６４４ａを開く。すると、希釈水が測定管部６４内を洗浄しながら流れ、洗浄排水管部６４６を通って調整槽２２へ排出される。
曲管部６４２内に付着した泥が見えなくなったら、給水管部６４４のバルブ６４４ａを閉じて洗浄を終了する。
粘性測定装置２００は、使用し続けるうちに、測定管部６４の内面に泥が付着してくる。上述したように、第一直管部６４１、曲管部６４２及び第二直管部６４３は透明になっているため、作業者は泥が付着し始めたことを容易に確認することができる。
泥の付着が視認された場合には、給液ポンプ６３の駆動を止め、給液管部６２のバルブ６２ａ及び排液管部６８のバルブ６８ａを閉じ、洗浄排水管部６４６のバルブ６４６ａを開いて、給水管部６４４のバルブ６４４ａを開く。すると、希釈水が測定管部６４内を洗浄しながら流れ、洗浄排水管部６４６を通って調整槽２２へ排出される。
曲管部６４２内に付着した泥が見えなくなったら、給水管部６４４のバルブ６４４ａを閉じて洗浄を終了する。
【0060】
なお、泥の付着量が多くなりすぎ、希釈水を流すだけでは洗浄が困難な状態になってしまった場合には、給液ポンプ６３の駆動を止め、給液管部６２のバルブ６２ａを閉じ、曲管部６４２を第一，第二直管部６４１，６４３から取り外す。そして、曲管部６４２内や、第一，第二直管部６４１，６４３内に付着した泥を、ブラシ等を用いて除去する。上述したように、本実施形態に係る曲管部６４２は、ボルト及びナットによって第一，第二直管部６４１，６４３と結合されているため、作業者は曲管部６４２の取り外し・取り付けを容易に行うことができる。
【0061】
〔３．効果〕
以上説明してきた本実施形態に係る粘性測定装置２００によれば、泥水式のシールド掘削機１を用いたトンネル掘削を行う際に、泥水の粘性を、場所を取らずに、手間をかけずに、かつ正確に測定することができる。
以上説明してきた本実施形態に係る粘性測定装置２００によれば、泥水式のシールド掘削機１を用いたトンネル掘削を行う際に、泥水の粘性を、場所を取らずに、手間をかけずに、かつ正確に測定することができる。
【符号の説明】
【0062】
１００ 掘削システム
１ シールド掘削機
１１ 本体
１２ カッターヘッド
２ 泥水処理プラント
２１ 一次処理部
２２ 調整槽
２２１ サンプリング管
２００ 粘性測定装置
６ 測定部
６１ 砂分離槽
６２ 給液管部
６２ａ バルブ
６３ 給液ポンプ
６４ 測定管部
６４１ 第一直管部
６４１ａ フランジ
６４２ 曲管部
６４２ａ，６４２ｂ フランジ
６４３ 第二直管部
６４３ａ フランジ
６４４ 給水管部
６４４ａ バルブ
６４４ｂ 逆流防止弁
６４５ 戻し管部
６４５ａ バルブ
６４６ 洗浄排水管部
６４６ａ バルブ
６４７ サンプリング管部
６４７ａ バルブ
６５ 第一圧力測定器
６６ 第二圧力測定器
６７ 流量測定器
６８ 排液管部
６８ａ バルブ
７ 制御部
７１ ＣＰＵ
７１ａ 差圧演算部
７１ｂ 流量制御部
７１ｃ 粘性演算部
７１ｄ 洗浄制御部
７２ 記憶部
７３ 操作部
３ 送泥部
３１ 送泥管
３２ 送泥ポンプ
４ 排泥部
４１ 排泥管
４２ 排泥ポンプ
５ 中央制御室
Ｇ 地盤
Ｔ トンネル
１ シールド掘削機
１１ 本体
１２ カッターヘッド
２ 泥水処理プラント
２１ 一次処理部
２２ 調整槽
２２１ サンプリング管
２００ 粘性測定装置
６ 測定部
６１ 砂分離槽
６２ 給液管部
６２ａ バルブ
６３ 給液ポンプ
６４ 測定管部
６４１ 第一直管部
６４１ａ フランジ
６４２ 曲管部
６４２ａ，６４２ｂ フランジ
６４３ 第二直管部
６４３ａ フランジ
６４４ 給水管部
６４４ａ バルブ
６４４ｂ 逆流防止弁
６４５ 戻し管部
６４５ａ バルブ
６４６ 洗浄排水管部
６４６ａ バルブ
６４７ サンプリング管部
６４７ａ バルブ
６５ 第一圧力測定器
６６ 第二圧力測定器
６７ 流量測定器
６８ 排液管部
６８ａ バルブ
７ 制御部
７１ ＣＰＵ
７１ａ 差圧演算部
７１ｂ 流量制御部
７１ｃ 粘性演算部
７１ｄ 洗浄制御部
７２ 記憶部
７３ 操作部
３ 送泥部
３１ 送泥管
３２ 送泥ポンプ
４ 排泥部
４１ 排泥管
４２ 排泥ポンプ
５ 中央制御室
Ｇ 地盤
Ｔ トンネル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】