JP2007009564A - 返送地下水の注水管構造及び復水井構造 - Google Patents

Abstract

【課題】復水井において浮遊懸濁物質、バクテリア、溶解鉄分の酸化物などによる目詰まりが発生するのを防止し、洗浄操作を不要とすることができる返送地下水の注水管構造及び復水井構造を提供する。
【解決手段】汲み上げた地下水を、加圧して地盤中に返送するための注水管構造であって、注水管３は下端部にストレーナー部６を備え、このストレーナー部６は、注水管自体の管壁に所定長さ範囲に亘り、周方向かつ長さ方向に間隔を置いて形成された多数の注水孔１０を有していることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

この発明は、返送地下水の注水管構造及び復水井構造に関し、さらに詳細には、例えば、地下水位の高い地盤での掘削に際し、地下水位を低下させるために汲み上げた地下水を地盤中に返送するリチャージ工法に用いる注水管構造及び復水井構造に関する。

地下構造物を構築するために地盤を掘削するに際し、地下水位が高い場合には、その対策工法例えば地下水位低下工法や薬液注入工法などが実施される。地下水位低下工法は、地下から揚水して、必要な施工部位の地下水位を低下させることにより、地盤の安定を図る工法である。この地下水位低下工法は、薬液注入工法などの止水工法に対し、確実な地下水対策工法であることから、特に線路下施工では安全性に優れている。

ところで、地下水位低下工法により汲み上げた地下水を、そのまま下水道や河川に放流すると、周辺地盤の沈下や井戸の水位低下などの被害を招く。このため、揚水された地下水を地中に返送する工法、すなわちリチャージ工法も広く実施されている。

しかしながら、このリチャージ工法では、地下水中に含まれる浮遊懸濁物質、バクテリア、地下水中に含まれる溶解鉄分の酸化物などにより、復水井の孔壁やフィルターに目詰まりが発生する。このため、返送効率が悪くなり、場合によっては下水道や河川に排水せざるを得ないこともある。

すなわち、従来のリチャージ工法における復水井は、例えば図４に示すように、孔径φ５５０ｍｍ程度あるいはそれ以上の大きさとした掘削孔５０の内部に、巻線からなるスクリーン５１を装備したケーシングパイプ５２を設置し、このケーシングパイプ５２の内部に注水管５３を設置し、さらに、スクリーン５１周囲の掘削孔５０に砕石からなるフィルター（フィルターグラベル）５４を充填した構造である。

汲み上げた地下水は注水管５３を通してケーシングパイプ５２に供給され、ケーシングパイプ５２下端のスクリーン５１及びフィルター５４を通して地盤中に返送される。ここに、ケーシングパイプ５２に供給される地下水の圧力は自然水頭圧程度であり、時間経過に伴ってスクリーン５１やフィルター５４に目詰まりが発生する。このようなことから、従来の復水井では下端に洗浄用ポンプ５６を取り付けた洗浄用排水管５７を挿入し、加圧、バキューム等によるスクリーン５１やフィルター５４の逆洗浄操作が必要となる。

特許文献１には、揚水した地下水を加圧して地盤中に戻す技術が開示されている。しかしながら、同文献に開示の技術において、加圧の目的は地下水を大気から遮断することによる地下水中に溶解している鉄分の酸化防止であり、復水井の構造は図４に示した従来のものと何ら異なるところがない。このため、開口面積が大きなスクリーン（同文献ではストレーナー筒管と称している）通過時に返送地下水の流速が大きく減速し、加圧による目詰まり防止効果を期待することはできない。
特開２００２−２５６５３８号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、復水井において浮遊懸濁物質、バクテリア、溶解鉄分の酸化物などによる目詰まりが発生するのを防止し、逆洗浄操作を不要とすることができる返送地下水の注水管構造及び復水井構造を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は、汲み上げた地下水を、加圧して地盤中に返送するための注水管構造であって、
注水管は下端部にストレーナー部を備え、
このストレーナー部は、注水管自体の管壁に所定長さ範囲に亘り、周方向かつ長さ方向に間隔を置いて形成された多数の注水孔を有していることを特徴とする返送地下水の注水管構造にある。

また、この発明は、汲み上げた地下水を、加圧して地盤中に返送するための復水井構造であって、
掘削孔に設置され、下端部にストレーナー部を備えた注水管と、
前記ストレーナー部周囲の掘削孔に形成されたフィルター材層と、
このフィルター材層上の掘削孔に形成された遮水材層と、
この遮水材層上の掘削孔に形成されたシール材層とを備え、
前記ストレーナー部は、注水管自体の管壁に所定長さ範囲に亘り、周方向かつ長さ方向に間隔を置いて形成された多数の注水孔を有していることを特徴とする復水井構造にある。

上記復水井構造において、前記ストレーナー部の外周に、前記フィルター材が前記注水孔に侵入するのを阻止するためのネットが配置されている態様を採ることもできる。

この発明によれば、ストレーナー部は注水管自体の管壁に多数の注水孔を設けた構造である。このため、加圧された地下水は流速を増して、注水孔からフィルター材層に向けて注水されることとなるので、ストレーナー部には目詰まりが発生しない。またフィルター材層も、高流速注水により常時洗浄していると同じ状態となり、その目詰まりの発生を防止することができる。したがって、逆洗浄操作も不要となる。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１は、この発明の実施形態を示す断面図である。地下水位低下工法は、図示しない揚水井から地下水を汲み上げることにより、掘削施工をする施工部位の地下水位を低下させる工法である。リチャージ工法は、このような地下水位低下工法において、汲み上げた地下水を河川等に放流することなく、復水井を通じて地盤中に返送する工法として位置づけられる。

この発明による復水井１では、地盤をボーリングすることによって形成された掘削孔２に、注水管３が従来のようにケーシングを介することなく、そのまま設置される。注水管３は地上の返送管４に接続され、揚水井で汲み上げられた地下水は返送管４に設けられた加圧ポンプ５により加圧され、注水管３に供給される。

注水管３は加圧された地下水を高流速で地中に返送するために、管径（外径）がφ３０〜５０ｍｍ程度の小径のものが用いられる。この注水管としては、一般の配管用炭素鋼鋼管や配管用鋼管（ガス管）、例えば、ＳＧＰ３２Ａ（外径４２．７ｍｍ，内径３５．７ｍｍ）を用いることができる。このように、小径の注水管３を用いるため、掘削孔２も削孔径φ１１６ｍｍ程度と小さなものである。

注水管３は、下端部にストレーナー部６を有している。このストレーナー部６の詳細については後述する。掘削孔２には、ストレーナー部６の周囲にフィルター材層７が形成され、このフィルター材層７の上に遮水材層８が形成され、さらにこの遮水材層８の上にシール材層９が形成されている。

フィルター材層７は、注水される返送水の透水性能を良くするためのもので、例えば珪砂などの粒径が均一で透水性に優れた粒状材料を用い、掘削孔２に充填して形成される。フィルター材は、地層によっては粒径の異なる材料を混合して用いることもある。遮水材層８は、シール材層９の施工時にそのシール材がフィルター材層７に混入するのを遮断するとともに、注水された返送水がシール材層９側に逸水するのを遮断するためのものである。この遮水材層８の材料としては、粘土鉱物系遮水材料であるベントナイト（例えばペレット状のもの）が用いられる。シール材層９は、返送地下水がストレーナー部６から高圧で注水されることから、水圧により地下水が逆流するのを防止するためのものである。このシール材層９は、セメント系固化材料、例えばセメントミルクを用い、遮水材層８の上方の掘削孔２に注入して形成される。

図２はストレーナー部６を拡大して示し、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。ストレーナー部６は、この実施形態では、孔あけ加工等の便宜のために注水管本体３ａと別途形成され、注水管本体３ａにねじ接続する（ねじは図示省略）構造となっているが、注水管３の構成部分である。したがって、ストレーナ部６は注水管本体３ａと分離可能とすることなく、一体であってもよい。ストレーナー部６には、その管壁に所定長さ範囲に亘り、多数の注水孔１０が設けられている。

これらの注水孔１０は周方向に間隔を置いて（この実施形態では１８０度の角度間隔）、また長さ方向に間隔を置いて設けられている。上下に隣接する注水孔１０は、９０度の位相差をもつように配置されている。注水孔１０の大きさはφ１０ｍｍ程度の小孔であり、また同一母線上にある注水孔１０の間隔（ピッチ）は１００ｍｍ程度である。したがって、図２から理解されるように、注水孔１０が設けられる長さ範囲は、地層の厚さによっても異なるが、ピンポイント注入となるような５００〜２０００ｍｍの短い範囲（この実施形態では６００ｍｍ程度）である。このような注水孔１０の個数、配置等は、注水される地質の性状や注水量によって決定される。なお、注水孔１０の形状は、図示の実施形態では円形であるが、多角形、スリット等種々の形状とすることができる。

ストレーナー部６の外周には、注水孔１０を取り囲むようにネット１１が取り付けられている。このネット１１はフィルター材層７の珪砂などの材料が注水孔１０に侵入するのを防止するためのもので、簡易なものである。フィルター材として、その粒径が注水孔１０よりも大きなものを選択すれば、ネット１１は不要とすることができる。

上記のような復水井構造によれば、図３に示すように、加圧ポンプ５で２００〜１０００ｋＰａに加圧された返送地下水は、注水管３を通って、ストレーナー部６の注水孔１０からフィルター材層７に向けて注水される。その際、注水孔１０での流速は管内流速よりも大きくなり、高流速で注水される。このため、ストレーナー部６には目詰まりが発生することがない。また、フィルター材層７も、高流速注水により常時洗浄していると同じ状態となり、その目詰まりの発生を防止することができる。さらに、注水孔１０が形成されている長さ範囲は短く、地層に合わせたピンポイント注入を行うことができる。

この発明による注水管構造及び復水井構造は、リチャージ工法に限らず他の用途、例えば地下水熱利用システムにも適用できる。

すなわち、地下水のもつ地下水熱エネルギーは身近にどこにもでもある安定した熱源であり、環境負荷を低減させる観点からも、この熱源の利用は有効な方法である。現に、寒冷地や積雪地域においては、立体交差などのアプローチ部分などの斜路の融雪、雪が積み上げられた歩道や駐車場などの融雪に利用され、さらに、都市部においてもヒートアイランドを抑制するロードクーリングにも適用されつつある。

このような地下水熱利用システムの１つとして、揚水井から汲み上げた地下水を熱交換パイプに循環させ、熱エネルギーのみを取り出した地下水を復水井を介して再び地中に戻すという地下還元方式がある。この地下還元方式の地下水熱利用システムにおいても、この発明による注水管構造及び復水井構造を適用できる。これによって、地盤沈下などの問題も最小限に抑制できる。

この発明の実施形態を示す断面図である。 ストレーナー部を拡大して示し、（ａ）は軸方向断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線矢視断面図である。 注水状態を示す断面図である。 従来の復水井構造を示す断面図である。

符号の説明

１ 復水井
２ 掘削孔
３ 注水管
４ 返送管
５ 加圧ポンプ
６ ストレーナー部
７ フィルター材層
８ 遮水材層
９ シール材層
１０ 注水孔
１１ ネット

Claims (3)

1. 汲み上げた地下水を、加圧して地盤中に返送するための注水管構造であって、
   注水管は下端部にストレーナー部を備え、
   このストレーナー部は、注水管自体の管壁に所定長さ範囲に亘り、周方向かつ長さ方向に間隔を置いて形成された多数の注水孔を有していることを特徴とする返送地下水の注水管構造。
2. 汲み上げた地下水を、加圧して地盤中に返送するための復水井構造であって、
   掘削孔に設置され、下端部にストレーナー部を備えた注水管と、
   前記ストレーナー部周囲の掘削孔に形成されたフィルター材層と、
   このフィルター材層上の掘削孔に形成された遮水材層と、
   この遮水材層上の掘削孔に形成されたシール材層とを備え、
   前記ストレーナー部は、注水管自体の管壁に所定長さ範囲に亘り、周方向かつ長さ方向に間隔を置いて形成された多数の注水孔を有していることを特徴とする復水井構造。
3. 前記ストレーナー部の外周に、前記フィルター材が前記注水孔に侵入するのを阻止するためのネットが配置されていることを特徴とする請求項２記載の復水井構造。

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