JP2007023577A - 土壌の掘削方法及び掘削穴への浄化用パイプの埋設方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 狭い場所でも作業が可能で、作業スピードが早く、騒音や振動が少なく、簡単な機器で掘削作業を行うことができる土壌の掘削方法、該掘削方法により形成した掘削穴への浄化用パイプの埋設方法を提供する。
【解決手段】 上下に細長い掘削パイプ１を設け、該掘削パイプ１の上端部に給水ホース４を接続し、掘削パイプ１の下端部に高圧水を噴出する先端ノズル２を設け、給水ホース４から掘削パイプ１内に給水して、先端ノズル２から高圧水を土中に噴出することによって所定深さまで掘削して掘削穴６を形成し、次いで、水に替えてベントナイトと水との泥状液を掘削パイプ１内に供給して、掘削パイプ１の下端部から泥状液を掘削穴６内に注入しながら掘削パイプ１を抜き取り、掘削穴１内に泥状液充填層７を形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、トリクロロエチレンなどの揮発性有機塩素系化合物により汚染された土壌に残留する汚染物質の浄化作業に適する土壌の掘削方法及び該掘削方法により形成した掘削穴への浄化用パイプの埋設方法に関する。

本発明者は、地中に残留するトリクロロエチレンなどの揮発性有機塩素系化合物（ＶＯＣ）による汚染物質を除去するための地中浄化装置を開発している（特許文献１参照）。かかる地中浄化装置は、地中内に埋設される上下に細長いパイプを設け、該パイプ内に、上下に所定の間隔をおいて該パイプの周壁の一部をパイプの室内と分離する密閉状の区画室を設けるとともに、各区画室が位置するパイプの周壁に、該周壁を貫通する連通孔を設け、上部側に位置する区画室の中心部にパイプ室内を上下に貫通させる挿通孔を設け、前記パイプ内を通って各区画室を外部に設置した浄化用の設備機器に個別に接続する管体を設けたものである。

ところで、上下に細長いパイプを地中内に埋設するには、先ず、該パイプを埋設するための穴をボーリングにより掘削する必要がある（図７）。しかし、ボーリングによる掘削では、キャタピラー駆動の重機、掘削の推力を打撃により行い、掘削用パイプは外径１００ｍｍ又は８６ｍｍの鋼管を用いるため、作業機器が大型で、作業スペースも広く必要とし、騒音や振動も大きいなどの問題がある。
特開２００５−１６９２７９公報

そこで本発明の目的は、狭い場所でも作業が可能で、作業スピードが早く、騒音や振動が少なく、簡単な機器で掘削作業を行うことができる土壌の掘削方法、該掘削方法により形成した掘削穴への浄化用パイプの埋設方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明による土壌の掘削方法は、上下に細長い掘削パイプを設け、該掘削パイプの上端部に給水ホースを接続し、掘削パイプの下端部に高圧水を噴出する先端ノズルを設け、前記給水ホースから前記掘削パイプ内に給水して、前記先端ノズルから高圧水を土壌中に噴出することによって所定深さまで掘削して掘削穴を形成し、次いで、水に替えてベントナイトと水との泥状液を前記掘削パイプ内に供給して、前記掘削パイプの下端部から前記泥状液を前記掘削穴内に注入しながら前記掘削パイプを抜き取り、前記掘削穴内に泥状液充填層を形成すること、を特徴としている。
ここで、掘削パイプによる掘削は、掘削パイプを回転させながら行うとよい。
また、本発明による掘削穴への浄化用パイプの埋設方法は、周壁に該周壁を貫通する連通孔を形成した上下に細長い浄化用パイプを設け、該浄化用パイプを請求項１又は２に記載の方法により形成した掘削穴内の泥状液充填層に埋設し、前記浄化用パイプに形成した前記連通孔から水を前記泥状液充填層に供給して該連通孔の周囲に有るベントナイトを溶かし、溶けたベントナイトを前記連通孔から吸引して除去する工程を繰り返すことにより、前記連通孔の周囲の前記泥状液充填層に気体が通過可能な横穴を形成すること、を特徴としている。
ここで、浄化用パイプの掘削穴の泥状液充填層内への埋設は、浄化用パイプを回転させながら行うとよい。

本発明による土壌の掘削方法によれば、掘削パイプの先端ノズルから高圧水を土壌中に噴出することによって所定深さまで掘削し、次いで、掘削パイプの下端部からからベントナイトと水との泥状液を掘削穴内に注入しながら掘削パイプを抜き取り、掘削穴内に泥状液充填層を形成するようにしたので、大型機械を必要とせず狭い場所でも作業を行うことができ、作業スピードが早く、騒音や振動が少なく、簡単な機器で掘削作業を行うことができる。
掘削パイプによる掘削は、掘削パイプを回転させながら行うようにすれば、真っ直ぐ下方に掘削するのに都合がよい。
また、本発明による掘削穴への浄化用パイプの埋設方法によれば、周壁に該周壁を貫通する連通孔を形成した上下に細長い浄化用パイプを、上記の掘削方法により形成した掘削穴内の泥状液充填層に埋設し、前記浄化用パイプに形成した前記連通孔から水を泥状液充填層に供給して該連通孔の周囲に有るベントナイトを溶かし、溶けたベントナイトを連通孔から吸引して除去する工程を繰り返すことにより、連通孔の周囲の泥状液充填層に気体が通過可能な横穴を形成するようにしたので、狭い場所でも作業が可能で、作業スピードが早く、騒音や振動が少なく、簡単な機器で掘削穴への浄化用パイプの埋設作業を行うことができる。
浄化用パイプの掘削穴の泥状液充填層内への埋設は、浄化用パイプを回転させながら行うようにすれば、真っ直ぐ下方に浄化用パイプを埋設するのに都合がよい。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照しつつ具体的に説明する。図１は掘削パイプの説明図、図２は本発明によ掘削方法を示す説明図、図３は浄化用パイプの埋設の様子を示す説明図、図４は浄化用パイプに移動体ユニットを取り付ける様子を示す説明図、図５は浄化用パイプを用いて掘削穴の泥状液充填層に横穴を開ける様子を示す断面説明図、図６は複数の浄化用パイプを用いた浄化作業の様子を示す説明図である。

図１において、符号１はステンレス製などの金属製パイプからなる外径２１．７ｍｍの掘削パイプで、下端には高圧水を噴出する先端ノズル２（外径３５ｍｍ）を取り付けてある。掘削パイプ１の上端には、スイベルジョイント３を介して給水ホース４を接続する。掘削パイプ１には回転ドリル５を取り付け、２０ｒｐｍ程度の速度で掘削パイプ１を回転させながら掘削するとよい（図２（ａ），（ｂ））。回転させながら掘削すれば、真っ直ぐ下方に掘削するのに都合がよい。上端の給水ホース４には、０．５〜１０ＭＰａ程度の水圧で水を供給する。先端ノズル２からは０．５〜１０ＭＰａ程度の高圧水が噴出する。この高圧水によって短時間で掘削が進行する（図２（ａ），（ｂ））。
掘削パイプ１は鋼製又はステンレス製で、その外径は１５〜５０ｍｍ程度が好ましい。この程度であれば、５〜６ｍの長さでも、５〜１０ｋｇ程度の重さであり、人が手で持って作業できる程度である。

ある土地で、下端部に先端ノズル２を取り付け、上端部に給水ホース４（水圧３ＭＰａ程度）を接続した全長６ｍの掘削パイプ１（外径２１．７ｍｍ）を用い、掘削実験を試みた。人の手で掘削パイプを押さえる程度の荷重で、５分程で６ｍの深さまで掘削することができた。掘削穴からは泥水があふれ出した。
従来のボーリング機器を用いた掘削では２日程要したのに比べ、格段に掘削時間を短縮できた。

所定深さまで掘削が終了したならば、水に替えてベントナイトと水、必要により砂を混合した泥状液を掘削パイプ１の上端から掘削パイプ１内に供給して、掘削パイプ１下端から掘削穴６内に該泥状液を注入しながら掘削パイプ１を抜き取る。こうして、掘削穴６内に泥状液で充填された層７ができる（図２（ｃ））。掘削穴６は均一ではなく、土壌中の層の種類によって柔らかい層では穴は大きく開き、固い層では穴は小さく、不均一であるが、泥状液で充填された層７によって、掘削穴６が崩れることを防止する。
ここで、ベントナイトと水との混合割合は、重量比で、ベントナイト：水＝１：５〜２０程度である。この程度の混合割合であると、泥状液充填層７は、柔らかい寒天状で、止水性、非通気性の高い層である。なお、砂を混合する場合は、ベントナイト：砂＝１：０．５〜５程度が好ましい。砂を混ぜると、穴がより崩れにくくなる点で好ましい。

次に、図３に示すように、上記により形成した掘削穴の泥状液充填層７へ浄化用パイプ８を埋設する。このとき、浄化用パイプ８を回転ドリル５で回転させながら行うと、真っ直ぐ下方へ埋設するのに都合がよい。掘削穴の泥状液充填層７は柔らかいので、浄化用パイプ８の埋設は容易である。

浄化用パイプ８はステンレス製など金属製のパイプで、図４に示すように、周壁には、該周壁を貫通する連通孔９が所定のピッチで設けてあり、下端部には先端部材１０を取り付けてある。連通孔９には、土砂は通さないが、ガスや水などの液体は通すフィルター（図示せず）が設けてある。
浄化用パイプ８の寸法は、例えば外径２７．２ｍｍ、内径２１．４ｍｍ、連通孔９のピッチ２５０ｍｍで、上下の長さは浄化作業を行う地中の深さ（例えば３〜６ｍ）に応じて適宜の寸法とする。浄化用パイプ８の径は、適宜変更可能であるが、外径２０〜５０ｍｍ程度が好ましい。この程度であれば、５〜６ｍ程度の長さでも、５〜１０ｋｇ程度の重さであり、人の手で容易に作業できる。

浄化用パイプ８の連通孔９を介して、土壌中にガスや水等の液体を注入又は吸引して浄化作業を行うために、土壌中に埋設した浄化用パイプ８内に移動体ユニット１１を摺動可能に嵌合する。
移動体ユニット１１は、ガス又は液体の流路となる１本の流体流通管１２とエアーの流路となる１本のエアー供給管１３とを並列に配置し、流体流通管１２とエアー供給管１３との両者を貫通して収縮又は拡張可能な２個の風船室１４，１４を上下に離間させて設けてある。そして、エアー供給管１３には各風船室１４，１４に連通するエアー出入口１５，１５を形成し、流体流通管１２には上下風船室１４，１４の間に開口する流体出入口１６を形成してある。
流体流通管１２の上端には、流体ホース１７を接続してあり、浄化用パイプ８内を通って外部の浄化用機器（オゾン発生機、真空ポンプ、水供給装置など）に接続される。また、エアー供給管１３の上端には、エアーホース１８を接続してあり、浄化用パイプ８内を通って外部の圧縮空気供給機器に接続される。なお、流体ホース１７又はエアーホース１８には、浄化用パイプ８内に嵌合した移動体ユニット１１の深さを示す目印を付しておくとよい。

かかる移動体ユニット１１は、上下風船室１４，１４の収縮時には、その外径が浄化用パイプ８の内径よりも小さく形成してあり、浄化用パイプ８内には突起物等の障害物はないので、浄化用パイプ８内を自由に摺動できる。一方、エアー供給管１３を介して圧縮空気を上下風船室１４，１４内に送り込むと、上下風船室１４，１４は拡張して浄化用パイプ８内壁に密着してシールし、移動体ユニット１１は浄化用パイプ８内に固定されることになる。このとき、上下風船室１４，１４間には、浄化用パイプ８内壁との間に密閉された空間１９が形成され、流体流通管１２の流体出入口１６が開口している（図４（ｂ），図５）。
浄化用パイプ８に設けた連通孔９の位置と移動体ユニット１１の流体出入口１６の位置とを対応させて移動体ユニット１１を浄化用パイプ８内に固定すれば、浄化用パイプ８の連通孔９、密閉空間１９、流体出入口１６、流体流通管１２、流体ホース１７を介してガスや水等の液体を土壌中に注入又は吸引することができ、浄化作業を行うことができる。

土壌中の揮発性有機塩素系化合物を浄化するには、土壌中にオゾンガスを注入する必要がある。ところが、泥状液充填層７はガスを通さないので、連通孔９からオゾンガスを注入しても、そのままでは土壌中にオゾンガスを注入することができない。このため、連通孔９の周囲の泥状液充填層７にガスが通過可能な横穴を開ける必要がある。そのために、浄化用パイプ８の連通孔９から泥状液充填層７に水を注入してベントナイトを溶かし、溶けたベントナイトを吸引除去する工程を繰り返す。

より具体的には、浄化用パイプ８の連通孔９の位置と浄化用パイプ８内の移動体ユニット１１の流体出入口１６の位置とを対応させ、この状態で、エアー供給管１３を介して圧縮空気を送って上下の風船室１４，１４を膨らませて浄化用パイプ８内壁に密着させてシールし、移動体ユニット１１を浄化用パイプ８内に固定する。この状態で、流体流通管１２を通して水を注入し、連通孔９から該連通孔９の周囲の泥状液充填層７中に水を注入する。ベントナイトは水に溶けるので、これを連通孔９から吸引して溶けたベントナイトを吸引除去する。この水の注入と、溶けたベントナイトの吸引除去を繰り返して、泥状液充填層７にガスが通過可能な横方向の穴２０を形成する（図５）。

横穴２０が形成されたか否かを確認するには、流体流通管１２を通して連通孔９から土壌中に空気を注入して、その圧力の変化の様子から判断できる。圧力が下がらなければ横穴はまだ十分に形成されていないので、水の注入と、溶けたベントナイトの吸引除去を繰り返して、横穴２０が形成されるまで、上記の作業を繰り返す。
浄化作業に先立ち、上記のようにして、所望の連通孔９の周囲の泥状液充填層７に横穴２０を形成しておく。

次に、図６に示すように、所定深さに埋設した３本の浄化用パイプ８ａ，８ｂ，８ｃを用いて浄化作業を行う場合を例に説明する。
浄化作業を行おうとする深さにある浄化用パイプ８の連通孔９と浄化用パイプ８内に嵌合させた移動体ユニット１１の流体出入口１６とを位置合わせし、この状態でエアー供給管１３を介して各風船室１４，１４に圧縮空気を供給し各風船室１４，１４を拡張させて移動体ユニット１１を浄化用パイプ８内壁に固定する。次いで、流体流通管１２、流体出入口１６、連通孔９を介してオゾンガスを土壌中に注入する（浄化用パイプ８ａ，８ｃ）。一方、浄化用パイプ８ａ，８ｃの中間に位置する浄化用パイプ８ｂでは、浄化用パイプ８ｂの連通孔９を介して吸引する。これにより、浄化用パイプ８ａ，８ｃから浄化用パイプ８ｂに向かうガスの流れが生じる。
このように、浄化用パイプ毎にオゾンガスの注入と吸引とを分担することにより、ガスの流通を円滑にすることができ、浄化の進捗状況を確認しながら、浄化作業を効率的に行うことができる。

なお、オゾンガスを土壌中に注入することにより、土壌中に残留する揮発性有機塩素系化合物が浄化されるメカニズムを簡単に説明しておく。オゾンガスにより、土壌中に残留するトリクロロエチレンなどの揮発性有機塩素系化合物は、塩素、塩化水素、ジクロロ酢酸などに酸化分解されて浄化されるが、その時の反応熱により、土壌中に残留するトリクロロエチレンが気化し、ガスの流れに乗って浄化用パイプ８ｂに吸引される。この吸引されたガスの濃度をガス検知管などで測定することにより、浄化の進捗状況を確認しながら、浄化作業を進めることができる。オゾンガスを注入した初期段階では、吸引ガス中のトリクロロエチレン濃度は高い値を示すが、浄化が進んで残留するトリクロロエチレンが減ってくると、吸引ガス中のトリクロロエチレンの濃度は低くなってくる。これにより、浄化の進捗状況を確認することができる。

掘削パイプの説明図。 本発明によ掘削方法を示す説明図。 浄化用パイプの埋設の様子を示す説明図。 浄化用パイプに移動体ユニットを取り付ける様子を示す説明図。 浄化用パイプを用いて掘削穴の泥状液充填層に横穴を開ける様子を示す断面説明図。 複数の浄化用パイプを用いた浄化作業の様子を示す説明図。 従来のボーリングによる掘削作業の様子を示す説明図。

符号の説明

１ 掘削パイプ
２ 先端ノズル
３ スイベルジョイント
４ 給水ホース
５ 回転ドリル
６ 掘削穴
７ 泥状液充填層
８，８ａ，８ｂ，８ｃ 浄化用パイプ
９ 連通孔
１０ 先端部材
１１ 移動体ユニット
１２ 流体流通管
１３ エアー供給管
１４ 風船室
１５ エアー出入口
１６ 流体出入口
１７ 流体ホース
１８ エアーホース
１９ 空間
２０ 横穴

Claims (4)

1. 上下に細長い掘削パイプを設け、該掘削パイプの上端部に給水ホースを接続し、掘削パイプの下端部に高圧水を噴出する先端ノズルを設け、前記給水ホースから前記掘削パイプ内に給水して、前記先端ノズルから高圧水を土壌中に噴出することによって所定深さまで掘削して掘削穴を形成し、次いで、水に替えてベントナイトと水との泥状液を前記掘削パイプ内に供給して、前記掘削パイプの下端部から前記泥状液を前記掘削穴内に注入しながら前記掘削パイプを抜き取り、前記掘削穴内に泥状液充填層を形成することを特徴とする土壌の掘削方法。
2. 掘削パイプによる掘削は、掘削パイプを回転させながら行う請求項１に記載の土壌の掘削方法。
3. 周壁に該周壁を貫通する連通孔を形成した上下に細長い浄化用パイプを設け、該浄化用パイプを請求項１又は２に記載の方法により形成した掘削穴内の泥状液充填層に埋設し、前記浄化用パイプに形成した前記連通孔から前記泥状液充填層に水を供給して該連通孔の周囲に有るベントナイトを溶かし、溶けたベントナイトを前記連通孔から吸引して除去する工程を繰り返すことにより、前記連通孔の周囲の前記泥状液充填層に気体が通過可能な横穴を形成することを特徴とする掘削穴への浄化用パイプの埋設方法。
4. 浄化用パイプの掘削穴の泥状液充填層内への埋設は、浄化用パイプを回転させながら行う請求項３に記載の掘削穴への浄化用パイプの埋設方法。

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