JP6159566B2 - 気泡と鉄粉スラリーを用いた汚染地盤の原位置浄化システム - Google Patents

Description

本発明は、気泡と鉄粉スラリーを用いた汚染地盤の原位置浄化システムに関する。

ＶＯＣ等の汚染物質を原位置で浄化する原位置浄化工法が知られている。この浄化工法には、鉄粉スラリーを汚染地盤に混合し、汚染物質を鉄粉による還元分解によって浄化するものがある。あるいは、鉄粉の吸着作用等により、汚染物質の溶出を抑制するものもある。

この浄化工法では、広範囲の汚染地盤に対して均等に効率よく鉄粉を混合する試みがなされている。例えば、特許文献１に記載の浄化方法では、酸化鉄粉を水に分散させた鉄粉スラリーに圧縮空気を供給し、圧縮空気が供給された鉄粉スラリーを地盤に吐出している。また、特許文献２に記載の圧送方法では、増粘剤入りの鉄粉スラリーに微細気泡を含ませ、微細気泡を含んだ鉄粉スラリーを圧送している。

特開２００５−２３０６６７号公報 特開２００４−３３２２３０号公報

前述の方法において、鉄粉スラリーは削孔液としても用いられている。すなわち、削孔時における汚染地盤との摩擦を、鉄粉スラリーによって低減させている。このため、硬い地盤を掘削する場合には、汚染地盤の浄化に必要な量よりも多い量の浄化用鉄粉が汚染地盤へ供給されることになり、不経済である。また、多量の水分が汚染地盤に供給されることから、地盤の軟弱化や排泥量の増加を招いてしまう。

これらの不具合を防止するため、浄化用鉄粉を粉体のまま空気搬送して混合する工法もある。しかしながら、この工法では、鉄粉による圧送配管の摩耗、圧縮空気の噴発などによる地盤変状、エアリフト効果による地下水水位の上昇が懸念される。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、鉄粉を汚染地盤に混合するに際し、地盤の硬さに関わらず適切な量の鉄粉スラリーを汚染地盤へ供給することにある。

前述の目的を達成するため、本発明は、攪拌ロッドの下端部から気泡及び鉄粉スラリーを吐出させると共に、前記攪拌ロッドの下端部に設けられた攪拌翼を汚染地盤の深さ方向に移動させつつ該汚染地盤を攪拌し、前記汚染地盤に混合された鉄粉によって前記汚染地盤を原位置で浄化する原位置浄化システムであって、前記攪拌ロッドの前記深さ方向への移動速度を検出する移動速度検出部と、前記攪拌ロッドの移動速度が小さいほど前記鉄粉スラリーの吐出量が少なくなるように、前記鉄粉スラリーの吐出量を調整するスラリー吐出量調整部を有し、前記スラリー吐出量調整部は、前記鉄粉スラリーと前記鉄粉スラリーに粘度が揃えられた非磁性の比較増粘液を送出する連動式ポンプと、前記比較増粘液の送出流量を計測する電磁流量計とを有し、前記比較増粘液の送出流量を、前記鉄粉スラリーの吐出量とするすることを特徴とする。

本発明によれば、スラリー吐出量調整部は、移動速度検出部で検出された攪拌ロッドの深さ方向への移動速度に基づき、鉄粉スラリーの吐出量を調整する。すなわち、スラリー吐出量調整部は、移動速度が小さい場合に、その分だけ鉄粉スラリーの吐出量を減らし、移動速度が大きくなれば、その分だけ鉄粉スラリーの吐出量を増やす。これにより、地盤の抵抗が変化しても、汚染地盤の硬さに関わらず適切な量の鉄粉スラリーを供給できる。その結果、単位深さあたりの鉄粉混合量を均等化できる。
また、非磁性の比較増粘液の送出流量を電磁流量計で計測し、鉄粉スラリーの吐出量としているため、電磁流量計では送出流量の高精度測定が困難な鉄粉スラリーであっても、比較増粘液の送出流量に基づいて送出流量を精度良く取得できる。

前述の原位置浄化システムにおいて、前記攪拌翼の回転トルクを測定する回転トルク測定部と、前記攪拌翼の回転トルクが高いほど前記気泡の吐出量が多くなるように、前記気泡の吐出量を調整する気泡吐出量調整部を有することが好ましい。この浄化システムでは、気泡吐出量調整部が、回転トルク測定部で測定された攪拌翼の回転トルクに基づき、気泡の吐出量を調整する。すなわち、回転トルクが高い場合には、その分だけ気泡の吐出量が増やされて摩擦が低減され、回転トルクが低くなれば、その分だけ気泡の吐出量が減らされる。これにより、地盤攪拌時の抵抗が変化しても、鉄粉スラリーの供給量を調整することなく、適切な回転速度を維持できる。そして、気泡の吐出量で摩擦を調整することから、地盤の軟弱化も抑制できる。

また、本発明は、攪拌ロッドの下端部から気泡及び鉄粉スラリーを吐出させると共に、前記攪拌ロッドの下端部に設けられた攪拌翼を汚染地盤の深さ方向に移動させつつ該汚染地盤を攪拌し、前記汚染地盤に混合された鉄粉によって前記汚染地盤を原位置で浄化する原位置浄化システムであって、前記攪拌ロッドの前記深さ方向への移動速度を検出する移動速度検出部と、前記攪拌ロッドの移動速度が小さいほど前記鉄粉スラリーの吐出量が少なくなるように、前記鉄粉スラリーの吐出量を調整するスラリー吐出量調整部を有し、別系統で送出された前記鉄粉スラリーと前記気泡とを合流させる合流部を、前記攪拌ロッドの上端部直前に設けることを特徴とする。この浄化システムでは、攪拌ロッドの上端部直前で鉄粉スラリーと気泡が合流されるので、気泡が消失され難く、かつ、気泡圧送部への圧力上昇による負担を抑制できる。さらに、気泡と鉄粉スラリーの均質な混合状態を維持できる。

本発明によれば、鉄粉を汚染地盤に混合して汚染物質を原位置で浄化するに際し、汚染地盤の硬さに関わらず適切な量の鉄粉スラリーを供給することができる。

原位置浄化システムの構成を説明するブロック図である。 気泡圧送部の構成を説明するブロック図である。 スラリー圧送部の構成を説明するブロック図である。 浄化施工機の構成を説明する側面図である。 攪拌翼を説明する斜視図である。 ラインミキサーの内部構造を説明する断面図である。 浄化施工機の要部を説明するブロック図である。 シーケンサー盤の構成を説明するブロック図である。 鉄粉スラリー吐出量制御を説明するフローチャートである。 気泡の吐出量制御を説明するフローチャートである。 削孔速度と回転トルクの施工時チャートである。 地盤浄化作業を模式的に説明する図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１を参照し、原位置浄化システム１の構成について説明する。この原位置浄化システム１は、圧送装置２と、浄化施工機３と、シーケンサー盤４と、モニター５と、タブレット端末６とを有している。

圧送装置２は、鉄粉スラリーや気泡の製造、貯留、及び圧送を行う装置である。この圧送装置２は、シーケンサー盤４と通信可能に接続されており、シーケンサー盤４から送信された制御情報に従って鉄粉スラリーや気泡の吐出量を調整する。また、圧送装置２は、鉄粉スラリーや気泡の吐出量を示す情報を、シーケンサー盤４へ送信する。なお、圧送装置２については後で詳しく説明する。

浄化施工機３は、浄化対象となる汚染地盤Ｇを掘削すると共に、圧送装置２から送出された鉄粉スラリー及び気泡を汚染地盤Ｇに混合する装置である。このため、攪拌ロッド１４と攪拌翼１５とを有している。そして、汚染地盤Ｇの浄化に際しては、攪拌ロッド１４を地盤の深さ方向へ移動させつつ、攪拌ロッド１４の下端部に取り付けられた攪拌翼１５を回転させ、さらに攪拌ロッド１４の下端部から鉄粉スラリー及び気泡を吐出させる。吐出された鉄粉スラリー及び気泡は汚染地盤Ｇに注入される。そして、鉄粉スラリー等が注入された汚染地盤Ｇは深さ方向に攪拌され、この地盤Ｇに鉄粉が混合される。

また、汚染地盤Ｇの浄化時において、浄化施工機３は、攪拌ロッド１４の移動量に関する情報と、攪拌翼１５の回転トルクに関する情報とをシーケンサー盤４に送信する。なお、浄化施工機３についても後で詳しく説明する。

シーケンサー盤４は、この原位置浄化システム１における制御の中心となる部分であり、オペレータによって操作される。そして、シーケンサー盤４は、圧送装置２、浄化施工機３、及び、タブレット端末６と通信（無線通信又は有線通信）可能に接続されており、必要な情報の収集や制御情報の送信等を行う。なお、シーケンサー盤４についても後で詳しく説明する。

モニター５は、シーケンサー盤４と電気的に接続されており、シーケンサー盤４での操作等において必要な情報を表示する。タブレット端末６は、シーケンサー盤４と通信可能に接続されており、鉄粉スラリーや気泡の吐出量、攪拌ロッド１４の移動量、攪拌翼１５の回転トルクといった各種の情報を表示する。

次に、圧送装置２について詳細に説明する。図１に示すように、圧送装置２は、気泡圧送部２１、スラリー圧送部２２、及び圧送側通信部２３を有している。気泡圧送部２１は、起泡材を発泡させて気泡を製造し、製造した気泡を圧送する部分である。スラリー圧送部２２は、鉄粉、水、及び増粘剤から鉄粉スラリーを製造し、製造した鉄粉スラリーを圧送する部分である。圧送側通信部２３は、シーケンサー盤４との間で通信をし、各種情報を送受信する部分である。すなわち、気泡圧送部２１やスラリー圧送部２２は、圧送側通信部２３を介して情報を送受信する。

図２に示すように、気泡圧送部２１は、起泡材貯留部３１、起泡材ポンプ３２、コンプレッサ３３、気泡制御装置３４、及び発泡装置３５を有している。起泡材貯留部３１は、起泡材を貯留する容器である。起泡材ポンプ３２は、起泡材貯留部３１に貯留された起泡材を気泡制御装置３４へ送出する部分である。コンプレッサ３３は、空気を圧縮して圧縮空気を得る部分である。気泡制御装置３４は、起泡材ポンプ３２から送出された起泡材とコンプレッサ３３から供給される圧縮空気を、発泡装置３５へ供給する部分である。発泡装置３５は、圧縮空気を用いて起泡材を発泡させて気泡を製造すると共に、製造した気泡を圧送する部分である。

この気泡圧送部２１では、気泡制御装置３４によって、発泡装置３５に供給される起泡材と圧縮空気の供給量や供給圧力が制御される。これにより、起泡材の発泡倍率や気泡の送出圧力が調整される。そして、気泡の送出圧力は、攪拌ロッド１４の下端部から吐出される気泡の吐出量を規定する。すなわち、送出圧力に応じて気泡の吐出量を調整できる。加えて、気泡圧送部２１での送出圧力は、シーケンサー盤４が有するシーケンス制御部５１（図８参照）によって制御される。このため、気泡圧送部２１とシーケンス制御部５１の組は、気泡吐出量調整部に相当する。

図３に示すように、スラリー圧送部２２は、スラリー貯留部４１、増粘液貯留部４２、２液連動式ポンプ４３、及び流量測定部４４を有している。

スラリー貯留部４１は、鉄粉スラリーを製造して貯留する部分であり、製造用容器や貯留用容器、スラリーポンプなどを有している（何れも図示せず）。そして、製造用容器に鉄粉、水、及び増粘剤を投入し、ミキサーで攪拌することで鉄粉スラリーが製造される。製造される鉄粉スラリーは、汚染物質、濃度など施工条件に応じて鉄粉濃度を調整したものであり、地盤Ｇへの供給時における排泥量の抑制などの観点では高濃度のもの（鉄粉濃縮スラリー）とすることが望ましい。製造された鉄粉スラリーは、スラリーポンプによって貯留用容器に移される。増粘液貯留部４２は、その粘度が鉄粉スラリーの粘度に揃えられた非磁性かつ導電性の比較増粘液を貯留する容器である。この比較増粘液は、例えば、鉄粉スラリーの製造時に使用した増粘剤を水に溶解することで製造される。

２液連動式ポンプ４３は、スラリー貯留部４１に貯留された鉄粉スラリーと増粘液貯留部４２に貯留された比較増粘液とを、同じ流量で個別に流量測定部４４へ圧送する装置である。流量測定部４４は、鉄粉スラリーと比較増粘液の流量を測定する部分であり、鉄粉スラリーの流量を測定する第１電磁流量計４４ａと比較増粘液の流量を測定する第２電磁流量計４４ｂとを有している。これらの電磁流量計４４ａ，４４ｂは、電磁界の中を導電性液体（鉄粉スラリーや増粘液）が流れると、流れと直角の方向に、流速に比例した起電力を生じる現象を利用し、導電性液体の流量を計測している。

このスラリー圧送部２２では、鉄粉スラリーの流量を第１電磁流量計４４ａで測定しているが、鉄粉のような磁性体が含まれていると測定誤差が大きくなってしまう。そこで、本実施形態では、鉄粉スラリーの他に比較増粘液を製造し、２液連動式ポンプ４３で鉄粉スラリーと比較増粘液とを同条件で圧送すると共に、比較増粘液の流量を第２電磁流量計４４ｂで測定している。

これにより、第２電磁流量計４４ｂで測定された比較増粘液の流量で、鉄粉スラリーの流量を管理することができる。すなわち、第１電磁流量計４４ａでの測定結果は、鉄粉に起因する誤差が含まれているとして、鉄粉スラリーが圧送されている否かを判断する目的で使用する。そして、第２電磁流量計４４ｂでの測定結果を鉄粉スラリーの流量として取得する。これにより、鉄粉スラリーの送出流量を精度良く取得できる。そして、鉄粉スラリーの送出流量は、２液連動式ポンプ４３の動作を制御するためにシーケンス制御部５１にフィードバックされる。

なお、第１電磁流量計４４ａで流量が測定された後の鉄粉スラリーは、浄化施工機３に供給された後に攪拌ロッド１４の下端部から吐出され、汚染地盤Ｇへ注入される。従って、鉄粉スラリーの流量は、攪拌ロッド１４からの鉄粉スラリーの吐出量に相当する。鉄粉スラリーの送出流量は、シーケンス制御部５１からの制御信号によって調整されるため、２液連動式ポンプ４３とシーケンス制御部５１の組は、スラリー吐出量調整部に相当する。一方、第２電磁流量計４４ｂで流量が測定された比較増粘液は、増粘液貯留部４２に戻されて循環使用される。

次に、浄化施工機３について詳細に説明する。図４に示すように、浄化施工機３は、本体部１１、リーダー１２、攪拌オーガ１３、攪拌ロッド１４、攪拌翼１５、合流管１６、ラインミキサー１７、距離センサ１８、及びトルク測定部１９を有している。

本体部１１には、オペレータが着席する運転席１１ａ、移動用のキャタピラ１１ｂ、エンジン（図示せず）等が設けられている。リーダー１２は、上下方向に沿って攪拌ロッド１４を移動可能に支持する部材である。このリーダー１２は、ステー１２ａ等によって本体部１１の前方に取り付けられている。攪拌オーガ１３は、攪拌ロッド１４を回転させる動力を発生する部分である。この攪拌オーガ１３は、攪拌ロッド１４の移動に伴いリーダー１２に沿って上下方向に移動する。

攪拌ロッド１４は円筒状鋼管によって構成されている。そして、攪拌ロッド１４の下端部には攪拌翼１５が取り付けられ、上端部にはスイベルジョイント１４ａが取り付けられている。このスイベルジョイント１４ａには、ラインミキサー１７からの気泡と鉄粉スラリーの混合物（以下、気泡スラリーともいう）が供給される。そして、スイベルジョイント１４ａに供給された気泡スラリーは、攪拌ロッド１４の内部を流下して汚染地盤Ｇへ吐出される。

図５に示すように、攪拌翼１５はプロペラ状をしており、攪拌ロッド１４の軸線方向に複数取り付けられている。本実施形態では、３つのプロペラ部材１５ａ〜１５ｃが攪拌ロッド１４に取り付けられている。また、攪伴ロッド１４の下端付近には吐出口が設けられており、気泡スラリーは攪伴ロッドの下端部から吐出され、地盤Ｇに注入される。

図１に示すように、合流管１６は、圧送装置２から気泡供給管７Ａを通じて送出された気泡と、圧送装置２からスラリー供給管７Ｂを通じて送出された鉄粉スラリーとを合流させる部分であり、例えばＹ字管やＴ字管によって構成される。この合流管１６は、ラインミキサー１７ともにスイベルジョイント１４ａの直前に設けられており、攪拌ロッド１４の手前で気泡と鉄粉スラリーとを合流させている。このような合流管１６は、別系統で送出された気泡と鉄粉スラリーとを合流させる合流部に相当する。

ラインミキサー１７は、合流管１６とスイベルジョイント１４ａの間に配置され、合流後の気泡と鉄粉スラリーとを混合して気泡スラリーとする部分である。ラインミキサー１７としては、種々のものが使用できる。例えば、図６（ａ）に示すように、管１７ａの内部に複数の邪魔板１７ｂを互い違いに配置したものであってもよい。また、図６（ｂ）に示すように、管１７ａの内部にスクリュー部材１７ｃを配置したものであってもよい。

そして、本実施形態では、気泡と鉄粉スラリーとを別系統で送出し、攪拌ロッド１４の上端部に供給される直前で合流させて混合しているので、気泡が消失され難い。これは、混合された後、攪拌ロッド１４に供給されるまでの移動距離が短いので、比重の小さい気泡が比重の大きい鉄粉スラリーによって押し潰され難いことによる。また、攪拌ロッド１４に供給された後において、気泡スラリーは自重で落下するため、気泡が押し潰されてしまうことを抑制できる。これにより、圧力上昇による気泡圧送部２１の負担を抑制できる。さらに、気泡と鉄粉スラリーの均質な混合状態を維持できる。

また、圧送装置２で気泡スラリーを製造して圧送すると、気泡が押し潰されることでエネルギーが部分的に蓄積される。この蓄積されたエネルギーが解放されると気泡スラリーを押し出す動力にもなるので、エネルギーの蓄積と解放が繰り返されることで、気泡スラリーに脈動が生じるおそれがある。特に、気泡スラリーは、攪拌ロッド１４の上端部から供給されるため、気泡スラリーを攪拌ロッド１４の上端部まで上昇させている最中に、自重も作用して気泡が潰れやすくなる。その結果、脈動がより発生しやすくなる。これに対し、本実施形態では、攪拌ロッド１４に供給される直前で気泡と鉄粉スラリーとを混合しているので、鉄粉スラリーの脈動を効果的に抑制できる。

図７は、浄化施工機３の要部を説明するブロック図である。この図に示すように、浄化施工機３には、距離センサ１８、トルク測定部１９、及び重機側通信部２０が設けられている。

距離センサ１８は、攪拌ロッド１４の深さ方向への移動距離を検出するものであり、例えば図４に示すように、リーダー１２と攪拌オーガ１３のそれぞれに設けられている。すなわち、固定側センサ１８ａをリーダー１２の所定位置に取り付け、可動側センサ１８ｂを攪拌オーガ１３に取り付けている。前述したように、攪拌オーガ１３は、攪拌ロッド１４とともに上下方向に移動するので、攪拌オーガ１３の下方向への移動距離を計測することにより、攪拌ロッド１４の深さ方向への移動距離を認識できる。

トルク測定部１９は、回転トルク測定部に相当し、攪拌翼１５の回転トルクを測定する。本実施形態では、攪拌翼１５を回転させる駆動モータＭの回転トルクを攪拌翼１５の回転トルクとみなして取得している。そして、駆動モータＭが電動モータである場合、トルク測定部１９は、電動モータに供給される電流値を測定する電流センサによって構成される。すなわち、浄化施工機３では規定速度で攪拌翼１５を回転させる制御を行うので、電動モータに供給される電流は電動モータのトルクに比例する。このため、電動モータに供給される電流を測定している。一方、駆動モータＭが油圧モータである場合、トルク測定部１９は、油圧モータに供給される駆動油の圧力を測定する油圧センサによって構成される。すなわち、油圧モータに供給される駆動油の圧力は油圧モータのトルクに比例することから、駆動油の圧力を測定している。

重機側通信部２０は、シーケンサー盤４との間で通信をし、各種情報を送信する部分である。すなわち、距離センサ１８で取得された攪拌ロッド１４の移動距離情報、及び、トルク測定部１９で取得された攪拌翼１５の回転トルク情報をシーケンサー盤４に送信している。なお、移動距離情報は、シーケンサー盤４が有するシーケンス制御部５１（図８参照）にて、攪拌ロッド１４の移動速度を算出する際に用いられる。このため、距離センサ１８とシーケンス制御部５１の組は、攪拌ロッド１４の深さ方向への移動速度を検出する移動速度検出部に相当する。

次に、シーケンサー盤４について説明する。図８に示すように、シーケンサー盤４は、シーケンス制御部５１、制御側通信部５２、及び入力部５３を有している。シーケンス制御部５１は、ＣＰＵ５４及びメモリー５５を有しており、ＣＰＵ５４がメモリー５５に記憶されたシーケンスプログラムを読み出し、シーケンス制御を行う。また、距離センサ１８で検出された攪拌ロッド１４の移動距離情報に基づき、攪拌ロッド１４の移動速度を算出する。制御側通信部５２は、圧送装置２の圧送側通信部２３や浄化施工機３の重機側通信部２０と通信をし、情報の送受信を行う。入力部５３は、例えばキーボードやタッチパネル、マウスであり、オペレータによって操作される。

以下、シーケンス制御部５１によるシーケンス制御について説明する。この原位置浄化システム１では、地盤Ｇの硬さに応じた鉄粉スラリーや気泡の吐出量制御に特徴を有している。このため、鉄粉スラリーの吐出量制御と気泡の吐出量制御について説明する。

まず、図９のフローチャートを参照して、鉄粉スラリーの吐出量制御について説明する。この吐出量制御において、シーケンス制御部５１は、まず標準スラリー注入量ＩＳｓと最大掘削速度Ｖｓを設定する（Ｓ１）。

ここで、標準スラリー注入量ＩＳｓは、汚染物質の濃度に応じて定められた鉄粉スラリーの汚染地盤Ｇへの注入量である。ここで、攪拌ロッド１４の下端部から吐出された鉄粉スラリーや気泡は、その全量が汚染地盤Ｇへ注入される。このため、汚染地盤Ｇへの注入量は、攪拌ロッド１４からの吐出量と一致する。

また、最大掘削速度Ｖｓは、標準スラリー注入量ＩＳｓに対応する深さ方向の掘削速度である。すなわち、攪拌ロッド１４を深さ方向に最大掘削速度Ｖｓで移動させつつ、標準スラリー注入量ＩＳｓで鉄粉スラリーを注入すると、汚染地盤Ｇに適した量の鉄粉がこの汚染地盤Ｇに混合される。そして、以下の吐出量制御において、攪拌ロッド１４の掘削速度は、最大掘削速度Ｖｓを超えないように制御される。

次に、シーケンス制御部５１は、掘削制御における制御ステップｉに関し、初期値としてｉ＝０を設定する（Ｓ２）。同様に、鉄粉スラリーの注入量として標準スラリー注入量ＩＳｓを設定する（Ｓ３）。これらの値を設定したならば、シーケンス制御部５１は、スラリー圧送部２２を稼働させる（Ｓ４）。このとき、シーケンス制御部５１は、鉄粉スラリーの注入量を標準スラリー注入量ＩＳｓとする旨の制御信号をスラリー圧送部２２に送信する。

この時点において、浄化施工機３は所定深さまで地盤Ｇを掘削している。また後述するように、鉄粉スラリーの圧送開始に同期して気泡の圧送も開始されている。このため、攪拌ロッド１４の下端からは気泡スラリーが吐出され、地盤Ｇに注入される。

次に、シーケンス制御部５１は、攪拌ロッド１４の深さ方向への移動速度Ｖｉを測定する（Ｓ５）。すなわち、シーケンス制御部５１は、浄化施工機３（距離センサ１８）から定期的に送信される攪拌ロッド１４の移動距離情報に基づき、攪拌ロッド１４の移動速度を求める。そして、求めた移動速度Ｖｉに基づき、この移動速度Ｖｉが前回の移動速度Ｖｉから減少したか否かを判断する（Ｓ６）。ここで、移動速度Ｖｉが減少している場合、硬い汚染地盤Ｇを掘削していると解されることから、シーケンス制御部５１は、鉄粉スラリーの圧送量を単位制御量だけ減じる圧送量減信号を圧送装置２（スラリー圧送部２２）に送信する（Ｓ７）。これにより、鉄粉スラリーの圧送量が単位制御量だけ減じられる。

一方、求めた移動速度Ｖｉが前回の移動速度Ｖｉから減少していない場合、シーケンス制御部５１は、求めた移動速度Ｖｉが前回の移動速度Ｖｉから増加したか否かを判定する（Ｓ８）。そして、移動速度Ｖｉが増加している場合、以前よりも柔らかい汚染地盤Ｇを掘削していると解されることから、シーケンス制御部５１は、鉄粉スラリーの圧送量を単位制御量だけ増加させる圧送量増信号を圧送装置２（スラリー圧送部２２）に送信する（Ｓ９）。これにより、鉄粉スラリーの圧送量が単位制御量だけ増加される。

次に、シーケンス制御部５１は、ステップ更新タイミングが到来したか否かを判定する（Ｓ１０）。ここで、ステップ更新タイミングがまだ到来していない場合には、ステップＳ４に戻って前述の処理を繰り返し行う。一方、ステップ更新タイミングが到来した場合、シーケンス制御部５１は、現時点のステップが最終ステップであるか否かを判定し（Ｓ１１）、最終ステップではないと判定したならば、ステップの値をインクリメント（＋１更新）し（Ｓ１２）、あわせて鉄粉スラリーの注入量を更新する（Ｓ１３）。そして、ステップＳ４に移行し、更新された注入量での制御を同様にして行う。また、最終ステップと判定したならば、一連の処理を終了する。

次に、図１０のフローチャートを参照して、気泡の吐出量制御について説明する。この吐出量制御において、シーケンス制御部５１は、まず標準気泡注入量Ｂｓと基準攪拌トルクＴｃを設定する（Ｓ２１）。

ここで、標準気泡注入量Ｂｓは、汚染地盤Ｇの硬さに応じて定められた気泡の標準的な注入量である。また、基準攪拌トルクＴｃも汚染地盤Ｇの硬さに応じて定められた標準的な回転トルクである。すなわち、対象の汚染地盤Ｇであれば、標準気泡注入量Ｂｓで気泡を注入し、基準攪拌トルクＴｃで攪拌翼１５を回転させることにより、適切な施工ができる。

次に、シーケンス制御部５１は、掘削制御における制御ステップｉに関し、初期値としてｉ＝０を設定する（Ｓ２２）。同様に、気泡の注入量として標準気泡注入量Ｂｓを設定する（Ｓ２３）。これらの値を設定したならば、シーケンス制御部５１は、気泡圧送部２１を稼働させる（Ｓ２４）。ここでは、シーケンス制御部５１は、気泡の注入量を標準気泡注入量Ｂｓとする旨の制御信号を気泡圧送部２１に送信する。これにより、攪拌ロッド１４の下端からは気泡スラリーが吐出され、地盤Ｇに注入される。

次に、シーケンス制御部５１は、攪拌翼１５の回転トルクＴｉを測定する（Ｓ２５）。すなわち、シーケンス制御部５１は、浄化施工機３（トルク測定部１９）から定期的に送信される回転トルク情報に基づき、攪拌翼１５の回転トルクＴｉを取得する。そして、取得した回転トルクＴｉと基準攪拌トルクＴｃとを比較し（Ｓ２６）、回転トルクＴｉが基準攪拌トルクＴｃよりも大きい場合、抵抗の大きな汚染地盤Ｇを攪拌していると解されることから、シーケンス制御部５１は、気泡の圧送量を単位制御量だけ増加させる気泡量増信号を圧送装置２（気泡圧送部２１）に送信する（Ｓ２７）。

一方、回転トルクＴｉが基準攪拌トルクＴｃ以下の場合、シーケンス制御部５１は、その時点の気泡注入量Ｂｉが標準気泡注入量Ｂｓよりも多いか否かを判定する（Ｓ２８）。そして、気泡注入量Ｂｉが標準気泡注入量Ｂｓよりも多い場合、シーケンス制御部５１は、気泡の圧送量を単位制御量だけ減じる気泡量減信号を圧送装置２（気泡圧送部２１）に送信する（Ｓ９）。これにより、気泡の圧送量が単位制御量だけ減じられる。

次に、シーケンス制御部５１は、ステップ更新タイミングが到来したか否かを判定する（Ｓ３０）。ここで、ステップ更新タイミングがまだ到来していない場合には、ステップＳ２４に戻って前述の処理を繰り返し行う。一方、ステップ更新タイミングが到来した場合、シーケンス制御部５１は、現時点のステップが最終ステップであるか否かを判定し（Ｓ３１）、最終ステップではないと判定したならば、ステップの値をインクリメント（＋１更新）し（Ｓ３２）、あわせて気泡注入量Ｂｉを更新する（Ｓ３３）。そして、ステップＳ２４に移行し、更新された注入量での制御を同様にして行う。また、最終ステップと判定したならば、一連の処理を終了する。

以上の制御を行うことで、鉄粉スラリーに関しては、攪拌ロッド１４の移動速度Ｖｉが小さいほど注入量が減らされるので、単位容積あたりの鉄粉混合量を汚染地盤Ｇの硬さによらず均等化できる。一方、気泡に関しては、回転トルクＴｉが大きいほど注入量が増やされるので、攪拌翼１５と汚染地盤Ｇとの摩擦を低減することができ、回転トルクを均等化しつつ掘削が行える。

ここで、図１１は、削孔速度と回転トルクの施工時チャートであり、（ａ）は素堀り（気泡０％）のチャート、（ｂ）は気泡３０％添加時のチャート、（ｃ）は気泡５０％添加時のチャートである。なお、何れも同じ地盤Ｇを掘削している。

素堀りでは回転トルクが浄化施工機３の上限値Ｔ１に達しても深度Ｄ１までしか掘削できなかった（例えば時間ｔ１）。これに対し、気泡を土砂容積の３０％以上添加することで、回転トルクの最大値が上限値Ｔ１よりも小さなＴ２，Ｔ３に抑えられ、倍以上の深度Ｄ２，Ｄ３まで掘削できることが確認された（例えば時間ｔ２，ｔ３）。その際、さらに気泡添加量を増やすことで攪拌に必要な回転トルクを小さくできることも確認された。このことは、気泡添加量の調整が攪拌時における回転トルクの調整に有効であることを示している。

以上の説明から明らかなように、本実施形態の原位置浄化システム１では、攪拌ロッド１４の深さ方向への移動速度を検出する移動速度検出工程（Ｓ５）と、攪拌ロッド１４の移動速度に応じて鉄粉スラリーの吐出量を調整するスラリー吐出量調整工程（Ｓ６〜Ｓ９）とを行っている。これにより、例えば図１２に示すように、通常の硬さの第１地層Ｇ１，Ｇ１の間に、第１地層Ｇ１よりも硬い第２地層Ｇ２が形成された汚染地盤Ｇを浄化するに際し、第２地層Ｇ２の土砂に気泡スラリーを混合する際には、鉄粉スラリーの吐出量（注入量）が減じられるので、汚染地盤Ｇの硬さが変化しても、この硬さに関わらず適切な量の鉄粉スラリーを供給できる。その結果、単位深さ（単位容積）あたりの鉄粉混合量を均等化できる。

また、この原位置浄化システム１では、攪拌翼１５の回転トルクを測定する回転トルク測定工程（Ｓ２５）と、前記攪拌翼１５の回転トルクに応じて前記気泡の吐出量を調整する気泡吐出量調整工程（Ｓ２６〜Ｓ２９）とを行っている。これにより、第２地層の土砂に気泡スラリーを混合する際には、気泡の吐出量（注入量）が増加されるので、地盤Ｇの硬さが変化しても、攪拌翼１５を適切な回転速度で回転させることができる。すなわち、回転トルクが高い場合には、その分だけ気泡の吐出量が増やされて摩擦が低減され、回転トルクが低くなれば、その分だけ気泡の吐出量が減らされる。これにより、地盤攪拌時の抵抗が変化しても、鉄粉スラリーの吐出量を調整することなく、適切な回転速度を維持できる。そして、気泡の吐出量で摩擦を調整することから、地盤Ｇの軟弱化も抑制できる。

以上の実施形態の説明は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定するものではない。本発明はその趣旨を逸脱することなく、変更、改良され得ると共に本発明にはその等価物が含まれる。例えば、次のように構成してもよい。

前述の実施形態では、鉄粉スラリーと気泡とを混合して用いていたが、少なくとも鉄粉スラリーの吐出量を地盤Ｇの硬さに応じて調整することにより、鉄粉の混合量を均等化することができる。この場合、摩擦低減材としては気泡以外のものを用いてもよい。

鉄粉スラリーと気泡の混合に関し、前述の実施形態では攪拌ロッド１４の上端部の直前で混合を行ったが、脈動の発生が抑制でき、潰れにくい気泡が製造できれば、圧送装置２で混合してもよい。また、前述の実施形態では、合流管１６を設けて鉄粉スラリーと気泡を混合させていたが、２液配管を吐出口まで圧送できる施工機械（二重管等）であれば、合流管１６を省略することもできる。

鉄粉スラリーに関し、増粘剤を添加したものを例示したが、鉄粉を水に分散させただけのもの、鉄粉(粉体のまま）やコロイド鉄粉であってもよい。

鉄粉スラリーの圧送制御に関し、前述の実施形態では、第１電磁流量計４４ａと第２電磁流量計４４ｂとを用いたが、第２電磁流量計４４ｂだけを設けて制御を行ってもよい。また、前述の実施形態では比較増粘液を循環させ、比較増粘液の流量に基づいて制御を行ったが、鉄粉スラリーの流量を精度良く測定できる流量計があれば、それを用いてもよい。

１…原位置浄化システム，２…圧送装置，３…浄化施工機，４…シーケンサー盤，５…モニター，６…タブレット端末，７Ａ…気泡供給管，７Ｂ…スラリー供給管，１１…浄化施工機の本体部，１１ａ…運転席，１１ｂ…キャタピラ，１２…リーダー，１２ａ…ステー，１３…攪拌オーガ，１４…攪拌ロッド，１４ａ…スイベルジョイント，１５…攪拌翼，１５ａ〜１５ｃ…プロペラ部材，１６…合流管，１７…ラインミキサー，１７ａ…管，１７ｂ…邪魔板，１７ｃ…スクリュー部材，１８…距離センサ，１８ａ…固定側センサ，１８ｂ…可動側センサ，１９…トルク測定部，２０…重機側通信部，２１…気泡圧送部，２２…スラリー圧送部，２３…圧送側通信部，３１…起泡材貯留部，３２…起泡材ポンプ，３３…コンプレッサ，３４…気泡制御装置，３５…発泡装置，４１…スラリー貯留部，４２…増粘液貯留部，４３…２液連動式ポンプ，４４…流量測定部，４４ａ…第１電磁流量計，４４ｂ…第２電磁流量計，５１…シーケンス制御部，５２…制御側通信部，５３…入力部，Ｇ…汚染地盤，Ｇ１…第１地層，Ｇ２…第２地層，Ｍ…攪拌翼の駆動モータ

Claims (4)

1. 攪拌ロッドの下端部から気泡及び鉄粉スラリーを吐出させると共に、前記攪拌ロッドの下端部に設けられた攪拌翼を汚染地盤の深さ方向に移動させつつ該汚染地盤を攪拌し、前記汚染地盤に混合された鉄粉によって前記汚染地盤を原位置で浄化する原位置浄化システムであって、
   前記攪拌ロッドの前記深さ方向への移動速度を検出する移動速度検出部と、
   前記攪拌ロッドの移動速度が小さいほど前記鉄粉スラリーの吐出量が少なくなるように、前記鉄粉スラリーの吐出量を調整するスラリー吐出量調整部を有し、
   前記スラリー吐出量調整部は、
   前記鉄粉スラリーと前記鉄粉スラリーに粘度が揃えられた非磁性の比較増粘液を送出する連動式ポンプと、
   前記比較増粘液の送出流量を計測する電磁流量計とを有し、
   前記比較増粘液の送出流量を、前記鉄粉スラリーの吐出量とすることを特徴とする原位置浄化システム。
2. 前記攪拌翼の回転トルクを測定する回転トルク測定部と、
   前記攪拌翼の回転トルクが高いほど前記気泡の吐出量が多くなるように、前記気泡の吐出量を調整する気泡吐出量調整部を有することを特徴とする請求項１に記載の原位置浄化システム。
3. 攪拌ロッドの下端部から気泡及び鉄粉スラリーを吐出させると共に、前記攪拌ロッドの下端部に設けられた攪拌翼を汚染地盤の深さ方向に移動させつつ該汚染地盤を攪拌し、前記汚染地盤に混合された鉄粉によって前記汚染地盤を原位置で浄化する原位置浄化システムであって、
   前記攪拌ロッドの前記深さ方向への移動速度を検出する移動速度検出部と、
   前記攪拌ロッドの移動速度が小さいほど前記鉄粉スラリーの吐出量が少なくなるように、前記鉄粉スラリーの吐出量を調整するスラリー吐出量調整部を有し、
   別系統で送出された前記鉄粉スラリーと前記気泡とを合流させる合流部を、前記攪拌ロッドの上端部直前に設けることを特徴とする原位置浄化システム。
4. 前記攪拌翼の回転トルクを測定する回転トルク測定部と、
   前記攪拌翼の回転トルクが高いほど前記気泡の吐出量が多くなるように、前記気泡の吐出量を調整する気泡吐出量調整部を有することを特徴とする請求項３に記載の原位置浄化システム。

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