JP2005139763A - 山留め掘削工事に用いる揚水システムおよび目詰まり防止装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 揚水井戸の目詰まり防止。
【解決手段】 揚水システムは、地盤中に山留め壁１０を構築し、山留め壁１０の内部を所定深度まで掘削する山留め掘削工事において用いられる。この際に、山留め壁１０の内側に、工事発生水，雨水，地下水などが含まれた排出水Ｗ１を集水する揚水井戸１２が設けられる。また、山留め壁１０の外側に復水井戸１４を設け、揚水井戸１２内に集水した排出水Ｗ１を揚水して、復水井戸１４内に投入して、フィルター層１４ｂを介して、地下水脈に戻すことになる。排出水Ｗ１を復水井戸１４内に投入する経路中にあって地上に、排出水Ｗ１中の土砂などの異物を分離除去する目詰まり防止装置２０を設置した。
【選択図】 図１

Description

この発明は、山留め掘削工事に用いる揚水システムおよび同システムに用いる目詰まり防止装置に関し、特に、ディープウエルで揚水した地下水を、地盤内に戻す場合の改良技術に関するものである。

地盤中に山留め壁を構築して、内部を掘削する山留め掘削工法においては、掘削時に地下水の影響で、根切り面におけるボイリングや盤ぶくれを防止するために、揚水井戸（ディープウエル）を設けて、地下水を揚水することで、地下水位の低下図っている。

この場合、揚水した地下水は、地盤沈下対策や揚水の下水道への放流を減少させるために、復水井戸（リチャージウエル）による復水を行っている。このような掘削工法においては、施工時の掘削土砂が、揚水井戸に流れ込むこともあって、揚水ないしは復水井戸が詰まり、揚水ないしは復水する機能が、低下したり、あるいは、停止するという問題があった。

そこで、例えば、特許文献１には、水中ポンプを有する洗浄機を井戸内に挿入して、井戸のケーシングに付着した目詰まり物質を、水中ポンプで吸引除去する手段が開示されている。

また、特許文献２には、井戸ケーシング内にドライアイスを投入して、ドライアイスを昇華させることで、ガスを発生させ、ガスの気泡群により、ケーシングのスリットを洗浄して、目詰まり物質の除去手段が開示されている。

しかしながら、このような従来の目詰まり物質の除去手段には、以下に説明する技術的な課題があった。
特開平７−２１６９４２号公報 特開平１−２１４６２６号公報

すなわち、特許文献１，２に開示されている目詰まり物質の除去手段では、目詰まりが発生する度ごとに、洗浄機の挿入設置やドライアイスの投入を行う必要があって、その作業が面倒であり、また、目詰まり物質を除去したとしても、元の排出能力を完全に回復することが難しく、揚水，復水井戸の能力が短命になることが多かった。

本発明は、このような従来の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、面倒な作業を行うことなく、揚水ないしは復水井戸の能力を長期間維持することができる山留め掘削工事に用いる揚水システムおよび目詰まり防止装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、地盤中に山留め壁を構築し、前記山留め壁の内部を所定深度まで掘削する山留め掘削工事において用いられ、前記山留め壁の内側に、工事発生水，雨水，地下水などが含まれた排出水を集水する揚水井戸を設けるとともに、前記山留め壁の外側に復水井戸を設け、前記揚水井戸内に集水した前記排出水を揚水して、前記復水井戸内に投入して、フィルター層を介して、地下水脈に戻す揚水システムにおいて、前記排出水を前記復水井戸内に投入する経路中の地上部に、前記排出水中の土砂などの異物を分離除去する目詰まり防止装置を設置した。

このように構成した山留め掘削工事に用いる揚水システムによれば、排出水を復水井戸内に投入する経路中に、排出水中の土砂などの異物を分離除去する目詰まり防止装置を地上に設置しているので、復水井戸に目詰まりが発生しない。

復水井戸に目詰まりが発生しないと、面倒な洗浄作業を行う必要がなくなり、揚水井戸の能力を長期間維持することが可能になる。目詰まり防止装置で分離除去された土砂などの異物は、これが地上に設置されているので、地盤掘削の施工に影響を及ぼすことなく、可動させることができ、しかも、メンテナンスも簡単に行える。

前記目詰まり防止装置は、中空管体と、前記筒体内に設けられた筒状のフィルター部とを備え、前記筒体と前記フィルター部の外周との間に環状空間を形成し、前記環状空間内に、前記排出水を旋回するように導入して、前記フィルター部を透過させることで、前記揚水中の土砂などの異物を濾過し、前記フイルター部の内周側から濾過後の処理水を取出して地盤中に復水することができる。

前記中空管体は、上端側に設けられ、空気や油などの水より軽い軽量物質の溜まり部と、下端側に設けられ、土砂などの水より重い重量物質の溜まり部とを備え、前記各溜まり部に、設定時間毎に開放する電磁弁を設けることができる。

前記フィルター部は、所定の間隔を隔てて、同心上に配置される筒状の内，外スクリーンと、前記内，外スクリーンとの間に充填された粒状フィルター材とで構成することができる。

また、本発明は、中空管体と、前記管体内に設けられた筒状のフィルター部とを備え、前記中空管体の内周と前記フィルター部の外周との間に環状空間を形成し、前記環状空間内に、工事発生水，雨水，地下水などが含まれた排出水を旋回するように導入して、前記フィルター部を透過させることで、前記揚水中の土砂などの異物を濾過し、前記フイルター部の内周側から濾過後の前記揚水を取出して地盤中に復水するようにした。

前記中空管体は、上端側に設けられ、空気や油などの水より軽い軽量物質の溜まり部と、下端側に設けられ、土砂などの水より重い重量物質の溜まり部とを備え、前記各溜まり部に、設定時間毎に開放する電磁弁を設けることができる。

前記フィルター部は、所定の間隔を隔てて、同心上に配置される筒状の内，外スクリーンと、前記内，外スクリーンとの間に充填された粒状フィルター材とで構成することができる。

本発明にかかる山留め掘削工事に用いる揚水システムによれば、面倒な作業を行うことなく、揚水ないしは復水井戸の能力を長期間維持することができる。また、本発明にかかる目詰まり防止装置は、このような作用効果が得られる揚水システムに好適に採用することができる。

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から図８は、本発明にかかる山留め掘削工事に用いる揚水システムおよび同システムに用いる目詰まり防止装置の一実施例を示している。図１は、揚水システムの全体構成図である。

本実施例の揚水システムは、地盤Ｅ中の所定深度まで、山留め壁１０を構築した後に、この山留め壁１０の内部を所定深度まで掘削する山留め掘削工事に用いられる。山留め壁１０は、例えば、鋼矢板や、地中連続壁などで形成される。

このような山留め掘削工事では、地盤Ｅの掘削時に地下水の影響で、根切り面におけるボイリングや盤ぶくれを防止するために、揚水井戸（ディープウエル）１２を設けて、地下水を揚水することで、地下水位の低下図っている。この場合、揚水した地下水は、地盤沈下対策や揚水の下水道への放流を減少させるために、復水井戸（リチャージウエル）１４による復水を行っている。

揚水井戸１２は、ケーシングパイプ１２ａと、フィルター層１２ｂと、揚水ポンプ１２ｃとを備えている。ケーシングパイプ１２ａの下端側には、集水した排出水Ｗ１の内部側への通過が可能なストレーナ部１２ｄが設けられている。このストレーナ部１２は、後述する目詰まり防止装置２０のフィルター部２４と同様な構造の、金属線材を巻きつけた形式の巻き線型ストレーナを採用することができる。

このような構成要素を備えた揚水井戸１２は、例えば、パーカッション式掘削機を用いて、地盤Ｅ中の所定深度まで、削孔を形成し、スライム処理を行い、ストレーナ部１２ｄが設けられたケーシングパイプ１２ａを削孔内に挿入し、削孔とケーシングパイプ１２ａとの間に、硅砂などのフィルター材を充填して、フィルター層１２ｂを形成し、ケーシングパイプ１２ａ内に揚水ポンプ１２ｃを設置することで構築される。

一方、復水井戸１４は、ケーシングパイプ１４ａと、フィルター層１４ｂと、洗浄用水中ポンプ１４ｃとを備えている。ケーシングパイプ１４ａの下端には、水が外部に通過するストレーナ部１４ｄが設けられていて、このストレーナ部１４ｄは、揚水井戸１２のストレーナ部１２ｄと同様な構造になっている。

このような構成要素を備えた復水井戸１４は、上述した揚水井戸１２と実質的に同様な方法により構築される。この場合、復水井戸１４では、フィルター層１４ｂは、地下水流Ｗ２が流れている部位、すなわち、ケーシングパイプ１４ａの下端外周側だけに形成し、その上部に環状のシール部１４ｅを設けている。そして、シール部１４ｅの上部側には、削孔とケーシングパイプ１４ａとの間に、地下水の流入を阻止するシール材１４ｆが充填されている。

以上のような揚水井戸１２および復水井戸１４の構成は、地盤掘削工事における揚水システムとして、格別のものではないが、本実施例のシステムは、以下の点に顕著な特徴がある。

すなわち、上述した揚水井戸１２側では、地盤Ｅの掘削に伴って、掘削土砂などが混入した工事発生水，雨水，地下水などが含まれた排出水Ｗ１が集水され、これが揚水ポンプ１２ｃで揚水されて、復水井戸１４に投入され、復水井戸１４のストレーナ部１４ｄから地下水流Ｗ２に戻されることになる。

ところが、このような排出水Ｗ１は、そのまま復水井戸１４に投入すると、ストレーナ部１４ｄに目詰まりが発生する。そこで、本実施例では、排出水Ｗ１を復水井戸１４内に投入する経路中の地上部に、排出水Ｗ１中の土砂などの異物を分離除去する目詰まり防止装置２０を設置した。

目詰まり防止装置２０の詳細を図２〜図８に示している。これらの図に示した目詰まり防止装置２０は、図２，３に示すように、中空管体２２と、管体２２内に設けられた筒状のフィルター部２４とを備えている。なお、本実施例の目詰まり防止装置２０は、内部に水が充満された形態で運転される。

中空管体２２は、両端が開口した管本体２２ａと、管本体２２ａの下端にフランジ結合された下蓋部２２ｂと、管本体２２ａの上端にフランジ結合された上蓋部２２ｃとを備え、支持ステー２３により立設状態に支持されている。

管本体２２ａと下蓋部２２ｂとのフランジ結合部には、図３に示すように、円板状の下エンドプレート２２ｄが挟持され、管本体２２ａと上蓋部２２ｃとのフランジ結合部には、円板状の上エンドプレート２２ｅが挟持されている。各エンドプレート２２ｄ，２２ｅは、内部を上下に仕切るように介装されている。

下エンドプレート２２ｄには、図６に示すように、同一円上において、分断された構造の複数の長孔２２ｆが貫通形成されている。上エンドプレート２２ｅには、図４に示すように、同一円上において、周方向に沿って所定の間隔を隔てて複数の円形孔２２ｇが貫通形成されている。

また、管本体２２ａの側面には、内部に排出水Ｗ１を導入する導入口２２ｈが固設されている。さらに、上蓋部２２ｃには、後述する処理水Ｗ３を導出する導出口２２ｉが設けられており、導出口２２ｉには、開閉バルブ２２ｈが取り付けられている。

筒状のフィルター部２４は、所定の間隔を隔てて、同心上に配置される筒状の内，外スクリーン２４ａ，２４ｂと、内，外スクリーンとの間に充填された粒状フィルター材２４ｃとを有している。

内，外スクリーン２４ａ，２４ｂの詳細を図７，８に示している。図７に示した内スクリーン２４ａは、一対の円筒体２４０ａと、複数のロッド２４１ａと、ワイヤー２４２ａとから構成されている。

一対の円筒体２４０ａは、上下端に配置され、この円筒体２４０ａ間に、複数のロッド２４１ａの両端が溶接されている。ロッド２４１ａは、円筒体２４０ａの外周に沿うようにして、所定の間隔を隔てて配置されている。ワイヤー２４２ａは、ロッド２４１ａの外周に沿って、巻き付けられていて、上下方向に隣接する部分の表面間に所定の隙間（スリット）が設けられていて、この隙間の大きさで、スクリーン２４ａの開口率が決まる。

図８に示した外スクリーン２４ｂは、内スクリーン２４ａよりも径が大きい、一対の円筒体２４０ｂと、複数のロッド２４１ｂと、ワイヤー２４２ｂとから構成されており、実質的に内スクリーン２４ａと同一構成を備えている。粒状フィルター材２４ｃは、所定粒径および粒度分布の、例えば、１号硅砂，２号硅砂、３号硅砂などから選択される。

ここで、内，外スクリーン２４ａ，２４ｂのスリット間隔は、復水井戸１４のストレーナ部１４ｄの間隔が、例えば、１．０〜１．５ｍｍであれば、それよりも小さい０．５ｍｍ間隔とし、粒状フィルター材２４ｃの粒径は、例えば、２ｍｍとして、その流出を防止すればよい。

このような構成のフィルター部２４は、図２に示すように、内，外スクリーン２４ａ，２４ｂを同心上に配置して、内，外スクリーン２４ａ，２４ｂ間に粒状フィルター材２４ｃ材を充填した状態で、中空管体２２内に設置されている。

この場合、フィルター部２４の内，外スクリーン２４ａ，２４ｂが下エンドプレート２２ｄ上に載置されるとともに、外スクリーン２４ｂの上端が、上エンドプレート２２ｅの下面に当接するようにして、位置決め挟持されている。内スクリーン２４ａの上端側は、上エンドプレート２２ｄを貫通するようにして、その上方に延設され、導出口２２ｉと連通するようになっている。

以上の構成において、目詰まり防止装置２０には、中空管体２２の内周とフィルター部２４の外周との間に環状空間２６が形成されている。また、中空管体２２の上端側には、上エンドプレート２２と上蓋部２２ｂとで画成され、円形孔２２ｇを介して、環状空間２６と連通し、空気や油，浮遊物などの水より軽い軽量物質の第１溜まり部２８が形成されている。この場合、円形孔２２ｇは、その下方の環状空間２６内に、所定流速の旋回流が流れているので、第１溜まり部２８内に収容される軽量物質の逆流が防止される。

さらに、中空管体２２の下端側には、下エンドプレート２２ｄと下蓋部２２ｂとで画成され、長孔２２ｆを介して、環状空間２６と連通し、土砂や鉄などの金属粉などの水より重い重量物質の第２溜まり部３０が形成されている。長孔２２ｆは、重量物質が逆流する可能性が少ないので、できるだけ捕集効率を上げるために、大きな開口にしている。

各溜まり部２８，３０には、内部と連通する電磁弁３２が、下ないしは上蓋部２２ｂ，２２ｃに設けられていて、この電磁弁３２は、設定時間毎に各溜まり部２８，３０を開放して、内部の砂などを外部に排出するようになっている。

なお、図１に符号３３で示した部分は、電磁弁３２の開放により、放出される土砂などを収容する土砂溜まりである。このような電磁弁３２を設けておくことにより、目詰まり防止装置２０のメンテナンスを自動的に行うことができる。

目詰まり防止装置２０は、図１に示すように、揚水ポンプ１２ｃに接続されているホース１２ｅの一端が、導入口２２ｈに接続され、導出口２２ｉには、排出ホース３４の一端が接続され、排出ホース３４の他端は、復水井戸１４内に挿入される。

なお、図１に符号３６で示した部材は、洗浄用水中ポンプ１４ｃの駆動，停止を行うセンサであって、復水井戸１４内の水位Ｗが、例えば、グランドライン下２ｍ程度に設置されている上側のセンサ３６の位置まで上昇すると、ポンプ１４ｃを駆動させて、復水井戸１４内の水を下水に放出するとともに、水位Ｗが低下して、排出ホース３４の上方１〜２ｍ程度に設置されているセンサ３６の位置まだ低下すると、ポンプ１４ｃの駆動を停止するようになっている。

以上のように構成された揚水システムでは、揚水井戸１２内に排出水Ｗ１が集水されると、揚水ポンプ１２ｃを介して、これが揚水されて目詰まり防止装置２０内に導入される。

この場合、排出水Ｗ１は、導入口２２ｈ介して、中空管体２２内の環状空間２６内に流れ込むが、この際に、導入口２２ｈが中空管体２２の外周に設けられているので、排出水Ｗ１は、図５に示すように、環状空間２６内を層状で、何度も旋回するように流れる。

環状空間２６内に効果的に旋回流を起こさせるためには、導入口２２ｈは、環状空間２６に対して、外周縁に接する接線方向から排出水Ｗ１を導入し、かつ、図１に仮想性で示すように、水平線に対して、中心軸が所定角度下方に向くように取り付けることが望ましい。

このような旋回によって、重量の大きな土砂などの異物は、遠心力の相違により、水から分離して下方に落下するとともに、重量の小さい空気などの異物は、同様に水から分離して、上方に浮上する。また、このような旋回流の過程で、排出水Ｗ１の一部は、フィルター部２４を通過して、内スクリーン部２４ａ内に到達するが、この際に、フィルター材２４ｃにより濾過されて、土砂などの固形分が分離される。

排出水Ｗ１から分離された土砂などの水より重い重量物質は、下方に落下して、第１溜まり部２８内に収容される。また、排出水Ｗ１から分離した空気や油などの水より軽い軽量物質は、上方に移動して第２溜まり部３０内に収容される。これらの各溜まり部２８，３０内に収容された異物は、所定時間経過するとね電磁弁３２の駆動により外部に排出される。

一方、フィルター部２４を通過して、内スクリーン部２４ａ内に到達した濾過後の処理水Ｗ３は、導出口２２ｉと排出ホース３４とを介して、復水井戸１４内に投入され、ストレーナ部１４ｄを介して、地下水流Ｗ２に戻されることになる。

さて、以上のように構成した山留め掘削工事に用いる揚水システムによれば、排出水Ｗ１を復水井戸１４内に投入する経路中に、排出水Ｗ１中の土砂などの異物を分離除去する目詰まり防止装置２０を地上に設置しているので、復水井戸１４に目詰まりが発生しない。

復水井戸１４に目詰まりが発生しないと、面倒な洗浄作業を行う必要がなくなり、復水井戸１４の能力を長期間維持することが可能になる。目詰まり防止装置２０で分離除去された土砂などの異物は、これが地上に設置されているので、地盤掘削の施工に影響を及ぼすことなく、稼動させることができ、しかも、メンテナンスも簡単に行える。

さらにまた、本実施例の場合には、以下の作用効果が期待できる。すなわち、一般に、地下水は、溶存酸素の量が少なく、復水井戸１４に鋼管製のケーシングパイプ１４ａを用い、ストレーナ部１４ｄを金属製の巻線で構成していると、揚水の過程などで、溶存酸素量が増すと、土砂などの異物を除去したとしても、ストレーナ部１４ｄの酸化により、その機能の短命化が懸念される。

ところが、本実施例のように、目詰まり防止装置２０を、揚水ポンプ１２ｃのホース１２ｅと接続し、導入口２２ｈに排出ホース３４の一端を接続して、排出ホース３４の他端を復水井戸１４内の、水位Ｗ以深の部分に開口させると、排出水Ｗ１を揚水して、復水させるまでの間に、外気に開放された部分が、非常に少なくなるので、溶存酸素の増加が回避される。

溶存酸素が増加すると、バクテリヤや微生物の活動が変化して、これを地下水に復水すると、地下水の汚染などに繋がる恐れもあるが、本実施例のように、溶存酸素の増加を防止すると、環境対策上も好ましい。

このような効果を有効に発揮させるためには、洗浄用の水中ポンプ１４ｃを用いる場合には、図１に示したセンサ３６を設置して、水位Ｗが、排出ホース３４の下方まで低下することを、防止する必要がある。

本発明にかかる揚水システムは、山留め壁を構築して行われる地盤掘削工事において採用すると、有効に活用することができる。また、本発明にかかる目詰まり防止装置は、揚水井戸の目詰まりを防止して、その機能を長期間保つことができる。

本発明にかかる山留め掘削工事に用いる揚水システムの一実施例を示す全体構成図である。 図１に示した目詰まり防止装置の外観図である。 図２に示した目詰まり防止装置の断面図である。 図３のＡ−Ａ線矢視図である。 図３のＢ−Ｂ線矢視図である。 図３のＣ−Ｃ線矢視図である。 図３に示した内スクリーンの詳細図である。 図３に示した外スクリーンの詳細図である。

符号の説明

１０ 山留め壁
１２ 揚水井戸
１４ 復水井戸
２０ 目詰まり防止装置
２２ 中空管体
２４ フィルター部
２６ 環状空間
２８ 第１溜まり部
３０ 第２溜まり部
３２ 電磁弁

Claims (7)

1. 地盤中に山留め壁を構築し、前記山留め壁の内部を所定深度まで掘削する山留め掘削工事において用いられ、前記山留め壁の内側に、工事発生水，雨水，地下水などが含まれた排出水を集水する揚水井戸を設けるとともに、前記山留め壁の外側に復水井戸を設け、前記揚水井戸内に集水した前記排出水を揚水して、前記復水井戸内に投入して、フィルター層を介して、地下水脈に戻す揚水システムにおいて、
   前記排出水を前記復水井戸内に投入する経路中の地上部に、前記排出水中の土砂などの異物を分離除去する目詰まり防止装置を設置することを特徴とする山留め掘削工事に用いる揚水システム。
2. 前記目詰まり防止装置は、中空管体と、前記筒体内に設けられた筒状のフィルター部とを備え、
   前記筒体と前記フィルター部の外周との間に環状空間を形成し、前記環状空間内に、前記排出水を旋回するように導入して、前記フィルター部を透過させることで、前記揚水中の土砂などの異物を濾過し、前記フイルター部の内周側から濾過後の処理水を取出して地盤中に復水することを特徴とする請求項１記載の山留め掘削工事に用いる揚水システム。
3. 前記中空管体は、上端側に設けられ、空気や油などの水より軽い軽量物質の溜まり部と、下端側に設けられ、土砂などの水より重い重量物質の溜まり部とを備え、
   前記各溜まり部に、設定時間毎に開放する電磁弁を設けたこと特徴とする請求項２記載の山留め掘削工事に用いる揚水システム。
4. 前記フィルター部は、所定の間隔を隔てて、同心上に配置される筒状の内，外スクリーンと、前記内，外スクリーンとの間に充填された粒状フィルター材とを有することを特徴とする請求項２記載の山留め掘削工事に用いる揚水システム。
5. 中空管体と、前記管体内に設けられた筒状のフィルター部とを備え、
   前記中空管体の内周と前記フィルター部の外周との間に環状空間を形成し、前記環状空間内に、工事発生水，雨水，地下水などが含まれた排出水を旋回するように導入して、前記フィルター部を透過させることで、前記揚水中の土砂などの異物を濾過し、前記フイルター部の内周側から濾過後の処理水を取出して地盤中に復水することを特徴とする目詰まり防止装置。
6. 前記中空管体は、上端側に設けられ、空気や油などの水より軽い軽量物質の溜まり部と、下端側に設けられ、土砂などの水より重い重量物質の溜まり部とを備え、
   前記各溜まり部に、設定時間毎に開放する電磁弁を設けたこと特徴とする請求項５記載の目詰まり防止装置。
7. 前記フィルター部は、所定の間隔を隔てて、同心上に配置される筒状の内，外スクリーンと、前記内，外スクリーンとの間に充填された粒状フィルター材とを有することを特徴とする請求項５または６記載の目詰まり防止装置。

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