JP2005324283A

JP2005324283A - 噴射ノズル及びこれを用いた噴射装置

Info

Publication number: JP2005324283A
Application number: JP2004144438A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Nakaguro; 憲一中黒
Original assignee: Tokyo Metropolitan Sewerage Service Corp; Nakaguro Kensetsu KK
Current assignee: Tokyo Metropolitan Sewerage Service Corp; Nakaguro Kensetsu KK
Priority date: 2004-05-14
Filing date: 2004-05-14
Publication date: 2005-11-24

Abstract

【課題】ウォーターカーテン（水層被膜）によってウォータージェットの噴射を保護することにより、ウォータージェットの噴流圧が減殺されることなく、ウォータージェットの超高圧の水流エネルギーを効率よく生かし、もって、掘削中に遭遇する鉄骨、鉄筋、鋼矢板、巨礫をはじめコンクリート類などの障害物を効率的に切断することができる噴射ノズル及びこれを用いた噴射装置を得る。
【解決手段】超高圧水を噴射する中央噴射口１０ａと、前記中央噴射口１０ａの噴射側端面において該中央噴射口１０ａを中心にして環状に離散配置された、高圧水を噴射する複数のウォーターカーテン用噴射口１０ｂとを備え、前記複数のウォーターカーテン用噴射口１０ｂから噴射された前記高圧水は、前記中央噴射口１０ａから噴射された前記超高圧水を中心にして水層被膜を形成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、岩盤などの地層やコンクリートなどの切断等に用いることができる噴射ノズル及びこれを用いた噴射装置に関するものである。

従来において、ＴＢＭ（ＴｕｎｎｅｌＢｏｒｉｎｇＭａｃｈｉｎ）やシールド機などの掘削装置、大型構造物の基礎杭施工用掘削装置、地下空間用の地下掘削装置などの種々の掘削装置が知られており、これらの掘削装置には、コンクリート類などの障害物の切断をウォータージェットによって行っているものがある（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−６０１４６号公報

上記特許文献１などのように、ウォータージェットを用いることにより、コンクリート類などの障害物を効率的に切断することができる。しかしながら、掘削中に遭遇する障害物が鉄骨、鉄筋、鋼矢板、巨礫をはじめとして強固かつ多様化したいま、これら障害物の破壊ないし部分的撤去が不可欠であり、併せて掘削位置が大深度になるほど、切断対象の障害物に噴射されるウォータージェットに対する地下水圧、地圧の妨害、干渉が増大して、ウォータージェットの噴流圧が減殺されてしまい、その結果、障害物を効率的に切断することができないという問題がある。

本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ウォーターカーテン（水層被膜）によってウォータージェットの噴射を保護することにより、ウォータージェットの噴流圧が減殺されることなく、ウォータージェットの超高圧の水流エネルギーを効率よく生かし、もって、掘削中に遭遇する鉄骨、鉄筋、鋼矢板、巨礫をはじめコンクリート類などの障害物を効率的に切断することができる噴射ノズル及びこれを用いた噴射装置を提供することを目的とする。

本発明は、超高圧水を噴射する中央噴射口と、前記中央噴射口の噴射側端面において該中央噴射口を中心にして環状に離散配置された、高圧水を噴射する複数のウォーターカーテン用噴射口とを備え、前記複数のウォーターカーテン用噴射口から噴射された前記高圧水は、前記中央噴射口から噴射された前記超高圧水を中心にして水層被膜を形成することを特徴とする噴射ノズルを提供する。また、前記中央噴射口から噴射される超高圧水は、混合物を同伴させることが可能である。また、前記混合物は、研磨剤と高比重溶液水との混合スラリー、あるいは、セメントミルクである方が好ましい。

また、本発明は、超高圧水、研磨剤と高比重溶液水との混合スラリーを同伴した超高圧水、又は、セメントミルクを同伴した超高圧水、を切り換えて噴射ノズルから噴射することが可能な噴射装置であって、前記噴射ノズルは、超高圧水、研磨剤と高比重溶液水との混合スラリーを同伴した超高圧水、又は、セメントミルクを同伴した超高圧水のうちのいずれか一つを噴射する中央噴射口と、前記中央噴射口の噴射側端面において該中央噴射口を中心にして環状に離散配置された、高圧水を噴射する複数のウォーターカーテン用噴射口とを備え、さらに前記噴射ノズルは、前記中央噴射口から噴射された前記超高圧水、前記研磨剤と前記高比重溶液水との混合スラリーを同伴した前記超高圧水、又は、前記セメントミルクを同伴した前記超高圧水を切り換えた場合、前記複数のウォーターカーテン用噴射口から噴射された前記高圧水が、いずれか一つを中心にして水層被膜を形成することを特徴とする噴射装置を提供する。

本発明によれば、ウォーターカーテン（水層被膜）によってウォータージェットの噴射を保護することにより、ウォータージェットの噴流圧が減殺されることなく、ウォータージェットの超高圧の水流エネルギーを効率よく生かし、もって、前記鉄骨、鋼矢板等やコンクリート類などの障害物を効率的に切断することができる。

以下、本発明にかかる噴射ノズル及びこれを用いた噴射装置を実施するための最良の形態について図面を参照しながら述べる。図１には、本発明に係る噴射ノズルを備えた噴射装置の概略を示している。この噴射装置１は、３種類の超高圧水、すなわち、超高圧水のみ、研磨剤と高比重溶液水との混合スラリーを同伴した超高圧水、又は、セメントミルクを同伴した超高圧水、を切り換えて噴射ノズル１０から噴射することが可能なものであり、例えば、既設構造物と離れた位置から掘進し、既設構造物が障害物となればこれを切断、破砕し、あるいは既設構造物の切断予定箇所を切断する掘進機などに適用可能なものである。

図１において、符号２は超高圧水構成部、符号３はアブレシブスラリー構成部、符号４はセメントミルク構成部を示しており、超高圧水構成部２とアブレシブスラリー構成部３とセメントミルク構成部４とは共に供給管を介して切替手段としての切替バルブ５に連通している。

超高圧水噴射構成部２は、給水源２ａと、該給水源２ａから水が供給される超高圧ポンプ給水ユニット２ｂとを備えている。超高圧ポンプ給水ユニット２ｂは、給水源２ａから供給された水を超高圧水にし、供給管２ｃを介して切替バルブ５側に供給する。

アブレシブスラリー構成部３は、スラリーミキシングポンプ用駆動部３ａ、スラリーミキシングポンプ３ｂ、アジテーターミキサー用駆動部３ｃ、アジテーターミキサー３ｄ、ストップバルブ３ｅ、及び供給ポンプ３ｆを備えている。スラリーミキシングポンプ３ｂは、スラリーミキシングポンプ用駆動部３ａによって駆動され、ガーネット系等の研磨剤と高比重溶液水とをかき混ぜて混合スラリーにし、この混合スラリーをアジテーターミキサー３ｄに供給する。アジテーターミキサー３ｄは、アジテーターミキサー用駆動部３ｃによって駆動されており、スラリーミキシングポンプ３ｂから供給された混合スラリーを所望の濃度に攪拌する。この所望の濃度に攪拌された混合スラリーは供給ポンプ３ｆによって供給管３ｇを介して切替バルブ５側に供給される。なお、アジテーターミキサー３ｄと供給ポンプ３ｆとの間にはストップバルブ３ｅが設けられており、このストップバルブ３ｅを閉状態にすることにより、混合スラリーの切替バルブ５側への供給を止めることができる。

セメントミルク構成部４は、セメントミキシングポンプ用駆動部４ａ、セメントミキシングポンプ４ｂ、アジテーターミキサー用駆動部４ｃ、アジテーターミキサー４ｄ、ストップバルブ４ｅ、及び供給ポンプ４ｆを備えている。セメントミキシングポンプ４ｂは、セメントミキシングポンプ用駆動部４ａによって駆動され、セメントミルクをかき混ぜてアジテーターミキサー４ｄに供給する。アジテーターミキサー４ｄは、アジテーターミキサー用駆動部４ｃによって駆動されており、セメントミキシングポンプ４ｂから供給されたセメントミルクを所望の濃度に攪拌する。この所望の濃度に攪拌されたセメントミルクは、供給ポンプ４ｆによって供給管４ｇを介して切替バルブ５側に供給される。なお、アジテーターミキサー４ｄと供給ポンプ４ｆとの間にはストップバルブ４ｅが設けられており、このストップバルブ４ｅを閉状態にすることにより、セメントミルクの切替バルブ５側への供給を止めることができる。

図１に示すように、切替バルブ５は、４つのバルブ５ａ、５ｂ、５ｃ及び５ｄを有している。切替バルブ５の５ａと５ｃを開状態にすることにより、超高圧水を噴射ノズル１０側の供給管６に供給することができる。また、切替バルブ５の５ａと５ｂと５ｃを開状態にすることにより、混合物を同伴した超高圧水、すなわち、研磨剤と高比重溶液水との混合スラリーを同伴した超高圧水を噴射ノズル１０側の供給管６に供給することができる。また、切替バルブ５の５ａと５ｃと５ｄを開状態にすることにより、混合物を同伴した超高圧水、すなわち、セメントミルクを同伴した超高圧水を噴射ノズル１０側の供給管６に供給することができる。このように、切替バルブ５の４つのバルブを図示しない適宜の制御手段あるいは手動によって制御することにより、超高圧水、研磨剤と高比重溶液水との混合スラリーを同伴した超高圧水、又は、セメントミルクを同伴した超高圧水、を切り換えて噴射ノズル１０から噴射することが可能となる。

供給管６の上流側、すなわち、噴射ノズル１０側には、超高圧ポンプ７、ロータリージョイントスイベル（スイベル管継ぎ手）８及び振動油圧シリンダー９が順に設けられている。超高圧ポンプ７は、切替バルブ５を介して供給管６に供給された、超高圧水、研磨剤と高比重溶液水との混合スラリーを同伴した超高圧水、又は、セメントミルクを同伴した超高圧水のうちのいずれか一つの圧力をさらに昇圧させるためのものである。超高圧ポンプ７によって圧力が昇圧された、超高圧水、研磨剤と高比重溶液水との混合スラリーを同伴した超高圧水、又は、セメントミルクを同伴した超高圧水のうちのいずれか一つは、供給管１１を介して、油圧ユニット８ａを有するロータリージョイントスイベル８に供給される。ロータリージョイントスイベル８には、噴射ノズル１０側に振動油圧シリンダー９が連結されており、この振動油圧シリンダー９の先端に噴射ノズル１０が設けられている。従って、ロータリージョイントスイベル８に供給された、超高圧水、研磨剤と高比重溶液水との混合スラリーを同伴した超高圧水、又は、セメントミルクを同伴した超高圧水のうちのいずれか一つは、振動油圧シリンダー９を介して噴射ノズル１０に供給され、該噴射ノズル１０の中央噴射口１０ａ（後述する）から障害物５０に向けて噴射される。噴射ノズル１０は、ロータリージョイントスイベル８及び振動油圧シリンダー９によって前後（図１において左右方向）、左右に動かすことができると共に回動させることが可能である。

また、ロータリージョイントスイベル８は、図示しない給水源からの水を高圧水として後述するウォーターカーテン用噴射口１０ｂに供給するウォーターカーテン用ポンプ８ｂと、後述する噴射ノズル１０の中央噴射口１０ａ内及びウォーターカーテン用噴射口１０ｂ内の洗浄等を行うためのフラッシングポンプ８ｃを更に備えている。また、超高圧ポンプ７とロータリージョイントスイベル８とを連結する供給管１１には、ストップバルブ１１ａが設けられており、このストップバルブ１１ａを閉状態にすることにより、セメントミルクの切替バルブ５側への供給を止めることができる。

次に、噴射ノズル１０の構造について説明する。図２（ａ）には、噴射ノズル１０の噴射側端面の正面図を示し、図２（ｂ）には、噴射ノズル１０の横断面を示している。図２に示すように、噴射ノズル１０の中心部には、超高圧水、研磨剤と高比重溶液水との混合スラリーを同伴した超高圧水、又は、セメントミルクを同伴した超高圧水のうちのいずれか一つを噴射する中央噴射口１０ａが噴射方向（図２（ｂ）において左右方向）に伸びて形成されている。中央噴射口１０ａの口径は、噴射側近傍（図２（ｂ）において符号１０ｃで示す部分）において噴射方向に向かって縮径されており、中央噴射口１０ａの噴射端面の口径は、振動油圧シリンダー９側の中央噴射口１０ａの口径に比べて小さく形成されている。

また、高圧水を噴射する複数のウォーターカーテン用噴射口１０ｂが、噴射ノズル１０の噴射側端面において中央噴射口１０ａを中心にして環状に離散配置されている。図示のものは、８つのウォーターカーテン用噴射口１０ｂが中央噴射口１０ａを中心にして環状に離散配置されており、各ウォーターカーテン用噴射口１０ｂは、中央噴射口１０ａと平行（図２（ｂ）において左右方向）に伸びて形成されている。各ウォーターカーテン用噴射口１０ｂの口径は、噴射側近傍（図２（ｂ）において符号１０ｄで示す部分）において噴射方向に向かって縮径されており、ウォーターカーテン用噴射口１０ｂの噴射端面の口径は、振動油圧シリンダー９側のウォーターカーテン用噴射口１０ｂの口径に比べて小さく形成されている。この複数のウォーターカーテン用噴射口１０ｂには、上記ウォーターカーテン用ポンプ８ｂ（図１参照）によって図示しない給水源からの水が高圧水として供給され、この供給された高圧水は、ウォーターカーテン用噴射口１０ｂから噴射される。
中央噴射口１０ａから噴射された、超高圧水、研磨剤と高比重溶液水との混合スラリーを同伴した超高圧水、又は、セメントミルクを同伴した超高圧水を切り換えた場合、複数のウォーターカーテン用噴射口１０ｂから噴射された高圧水は、いずれか一つを中心にして水層被膜を形成する。すなわち、複数のウォーターカーテン用噴射口１０ｂから噴射された高圧水によって形成されたウォーターカーテン（水層被膜）は、中央噴射口１０ａから噴射された、超高圧水、研磨剤と前記高比重溶液水との混合スラリーを同伴した超高圧水、又は、セメントミルクを同伴した超高圧水のうちのいずれか一つを包囲して保護しているため、中央噴射口１０ａから噴射された超高圧水等は、そのウォータージェットの噴流圧が減殺されることはなく、ウォータージェットの超高圧の水流エネルギーを効率よく生かすことができ、掘削中に遭遇する鉄骨、鉄筋、鋼矢板、巨礫をはじめコンクリート類などの障害物５０を効率的に切断することができる。なお、噴射ノズル１０は、図３に示すように、噴射ノズルの噴射端側を噴射方向に向かって縮径するように形成することもできる。

図１は、本発明にかかる噴射装置の実施の形態を示す概略図である。図２（ａ）は、噴射ノズルの噴射側端面の正面図、図２（ｂ）は、噴射ノズルの横断面である。図３（ａ）は、別の噴射ノズルの噴射側端面の正面図、図３（ｂ）は、別の噴射ノズルの横断面である。

符号の説明

１噴射装置
２超高圧水構成部
２ａ給水源
２ｂ超高圧ポンプ給水ユニット
３アブレシブスラリー構成部
３ａスラリーミキシングポンプ用駆動部
３ｂスラリーミキシングポンプ
３ｃアジテーターミキサー用駆動部
３ｄアジテーターミキサー
３ｅストップバルブ
３ｆ供給ポンプ
３ｇ供給管
４セメントミルク構成部
４ａセメントミキシングポンプ用駆動部
４ｂセメントミキシングポンプ
４ｃアジテーターミキサー用駆動部
４ｄアジテーターミキサー
４ｅストップバルブ
４ｆ供給ポンプ
４ｇ供給管
５切替バルブ
６供給管
７超高圧ポンプ
８ロータリージョイントスイベル
９振動油圧シリンダー
１０噴射ノズル
１０ａ中央噴射口
１０ｂウォーターカーテン用噴射口
５０障害物

Claims

超高圧水を噴射する中央噴射口と、
前記中央噴射口の噴射側端面において該中央噴射口を中心にして環状に離散配置された、高圧水を噴射する複数のウォーターカーテン用噴射口とを備え、
前記複数のウォーターカーテン用噴射口から噴射された前記高圧水は、前記中央噴射口から噴射された前記超高圧水を中心にして水層被膜を形成することを特徴とする噴射ノズル。
請求項１に記載の噴射ノズルにおいて、
前記中央噴射口から噴射される超高圧水は、混合物を同伴していることを特徴とする噴射ノズル。
請求項２に記載の噴射ノズルにおいて、
前記混合物は、研磨剤と高比重溶液水との混合スラリー、又は、セメントミルクであることを特徴とする噴射ノズル。
超高圧水、研磨剤と高比重溶液水との混合スラリーを同伴した超高圧水、又は、セメントミルクを同伴した超高圧水、を切り換えて噴射ノズルから噴射することが可能な噴射装置であって、
前記噴射ノズルは、
超高圧水、研磨剤と高比重溶液水との混合スラリーを同伴した超高圧水、又は、セメントミルクを同伴した超高圧水のうちのいずれか一つを噴射する中央噴射口と、
前記中央噴射口の噴射側端面において該中央噴射口を中心にして環状に離散配置された、高圧水を噴射する複数のウォーターカーテン用噴射口とを備え、
さらに前記噴射ノズルは、前記中央噴射口から噴射された前記超高圧水、前記研磨剤と前記高比重溶液水との混合スラリーを同伴した前記超高圧水、又は、前記セメントミルクを同伴した前記超高圧水を切り換えた場合、前記複数のウォーターカーテン用噴射口から噴射された前記高圧水が、いずれか一つを中心にして水層被膜を形成することを特徴とする噴射装置。