JP2007262766A - リチャージ工法およびそれに用いる地下水リチャージシステム - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な操作、管理及びメンテナンスを行うことなく簡単な構成によって逆流洗浄を行って、目詰まり等の問題を簡単且つ確実に解消することを目的としている。
【解決手段】揚水した地下水Ｗを注水井２から地盤Ｇ内へ還元するリチャージ工法において、注水井２を密閉するとともに、注水井２の内外に亘って延在されて注水井２内の地下水Ｗを注水井２外に移すサイフォン４を設置した状態で、注水井２から地盤Ｇ内への地下水Ｗの注水を継続して行い、地下水の注水継続によって注水井２の注水能力が低下し、注水圧力が上昇してサイフォン４が地下水Ｗで満管になった後、注水井２内の地下水Ｗをサイフォン９の働きによって注水井２の外に流出させて逆流洗浄を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、揚水した地下水を地盤へ還元するリチャージ工法およびそれに用いる地下水リチャージシステムに関する。

周知のように、掘削工事に伴い、揚水した地下水を注水井から地盤へ還元するリチャージ工法（復水工法）が採用される場合がある。このリチャージ工法は、現場周辺の地下水頭の低下や地盤沈下に対する防止対策として有効な工法であるとともに、下水道使用料金の削減としても有効な工法であるが、長期的な稼動によって、注水井に設けられたスクリーンに目詰まりが生じたり、注水井の周囲の地盤に細粒分が蓄積されたりする問題がある。この問題が生じると、注水井からの注水性能が低下し、リチャージ工法の所定の性能を発揮することができなくなる。

上記した問題の対策として、従来、目詰まり等がある程度進行して注水性能が低下した段階で、注水井戸内に配置されたポンプ等による揚水によって逆流を生じさせ（逆流洗浄）、目詰まり等を解消させて注水能力の回復を図る方法がある。この逆流洗浄による方法は、注水井内の水位や地盤への注水量等を計測・管理し、その結果に基いて逆流運転を行うのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。

また、近年では、上記した問題の対策として、濁水の注入を防止して目詰まり等を防止する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
また、フィルターにより目詰まり物質を除去して目詰まり等を防止する方法や、注水圧を制御して目詰まり等を防止する方法が提案されている。
特開２００１−３２３４４７号公報 特開平６−１９３０４１号公報

しかしながら、上記した従来の逆流洗浄の技術では、注水井内の水位や地盤への注水量等を計測・管理しなければならず、また、その結果に基いて逆流洗浄用のポンプを操作しなければならないため、リチャージ工法における操作及び管理が複雑になるという問題が存在する。また、上記した従来の濁水の注入を防止する技術では、揚水の濁度を検出するとともにその検出結果に基いてバルブ等を開閉する機器が必要であり、設備費が嵩むとともにその管理及びメンテナンスが複雑になるという問題が存在する。また、上記した従来のフィルターにより目詰まり物資を除去する技術では、定期的にフィルターを交換或いは洗浄しなければならず、メンテナンスが煩雑になるという問題が存在する。さらに、上記した従来の注水圧を制御する技術では、その操作及び管理が複雑になるという問題が存在する。

本発明は、上記した従来の問題が考慮されたものであり、複雑な操作、管理及びメンテナンスを行うことなく簡単な構成によって逆流洗浄を行って、目詰まり等の問題を簡単且つ確実に解消することができるリチャージ工法およびそれに用いる地下水リチャージシステムを提供することを目的としている。

請求項１記載の発明は、揚水した地下水を注水井から地盤内へ還元するリチャージ工法において、前記注水井を密閉するとともに、前記注水井の内外に亘って延在されて前記注水井内の前記地下水を前記注水井外に移すサイフォンを設置した状態で、前記注水井から前記地盤内への前記地下水の注水を継続して行い、前記地下水の注水継続によって前記注水井の注水能力が低下し、注水圧力が上昇して前記サイフォンが前記地下水で満管になった後、前記注水井内の前記地下水を前記サイフォンの働きによって前記注水井の外に流出させて逆流洗浄を行うことを特徴としている。

このような特徴により、目詰まり等が生じて注水井の注水能力が低下すると、自動的にサイフォンが働いて注水井内の地下水が排水され、逆流洗浄が行われる。そして、注水井内の地下水の水位がサイフォンの流入口よりも低くなると、サイフォンが機能しなくなり、逆流洗浄が自動的に停止される。つまり、地盤に地下水を還元させる運転と逆流洗浄を行う運転とが自動的に切り換えられる。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のリチャージ工法において、前記サイフォンの最頂部の高さ位置及び前記注水井内に配置された前記サイフォンの流入口の高さ位置をそれぞれ調整することで、前記サイフォンによる逆流洗浄のタイミングを設定することを特徴としている。

本発明に係るリチャージ工法では、サイフォンの最頂部の高さ位置によって逆流洗浄の開始タイミングが決まる。一方、サイフォンの流入口の高さ位置によって逆流洗浄の終了タイミングが決まる。したがって、サイフォンの最頂部の高さ位置及びサイフォンの流入口の高さ位置をそれぞれ調整することで、逆流洗浄の開始タイミングと終了タイミングをそれぞれ設定することが可能であり、これによって、効果的なタイミングで逆流洗浄を自動的にＯＮ／ＯＦＦ切り換えすることが可能である。

請求項３記載の発明は、揚水した地下水を注水井から地盤内へ還元するリチャージ工法を行うための地下水リチャージシステムにおいて、前記地下水を揚水するための揚水井と、該揚水井から揚水された前記地下水を注水井に導く連通管と、前記揚水井から前記連通管を介して供給された前記地下水を前記地盤内に注水するための密閉された注水井と、前記注水井の内外に亘って延在されて前記注水井内の前記地下水を前記注水井外に移すサイフォンとが備えられていることを特徴としている。

このような特徴により、地盤に地下水を還元させる運転と逆流洗浄を行う運転とが自動的に切り替わる上記したリチャージ工法を実現することができる。

本発明に係るリチャージ工法およびそれに用いる地下水リチャージシステムによれば、複雑な操作、管理及びメンテナンスを行うことなく簡単な構成によって逆流洗浄を行うことができ、目詰まり等の問題を簡単且つ確実に解消することができる。

以下、本発明に係るリチャージ工法およびそれに用いる地下水リチャージシステムの実施の形態について、図面に基いて説明する。

図１は本実施の形態に係る地下水リチャージシステムの構成を表した断面図である。
図１に示すように、地下水リチャージシステムは、掘削工事等を行う現場に設置されるものであり、ディープウェル（揚水井１）から揚水した地下水Ｗをリチャージウェル（注水井２）へ導いて当該注水井２から地盤Ｇ内へ還元するリチャージ工法を行うためのシステムである。

地下水リチャージシステムの概略構成としては、地下水Ｗを揚水するための揚水井１と、地下水Ｗを地盤Ｇ内に還元するための注水井２と、揚水井１内の地下水Ｗを注水井２へと導くための揚水管３と、注水井２内の地下水Ｗを注水井２の外に排出するためのリターン管４（サイフォン）と、リターン管４によって排水された地下水Ｗを一時貯留するためのノッチタンク５と、ノッチタンク５内に貯留された地下水Ｗを排出するための排出手段６とから構成されている

揚水井１は、地盤Ｇ内の地下水Ｗを汲み上げるための公知の排水設備であり、具体的には、土留めＤ，Ｄによって区画された掘削領域Ｘ内に設置されたディープウェル（深井戸）からなる。揚水井１の下端部付近には、地下水位ＷＬ以深の地盤Ｇ内に埋設されたスクリーン１ａが形成されており、このスクリーン１ａから地盤Ｇ内の地下水Ｗが流入して揚水井１内に地下水Ｗが貯まる。

揚水管３は、揚水井１と注水井２とを結ぶ連通管であり、その一端は、揚水井1の上端から揚水井１内に挿入されており、その他端は、注水井２の上端から注水井２内に挿入されている。揚水井１内に挿入された揚水管３の一端は、揚水井1内に配置された揚水ポンプ７の吐出口に接続されており、この揚水ポンプ７によって、揚水井1内の地下水Ｗが揚水管３内を通って注水井２内に圧送される。

注水井２は、揚水管３を介して揚水井１に連通された公知のリチャージウェルであり、具体的には、掘削領域Ｘの外に設置された井戸からなる。注水井２には、地下水位ＷＬ以深の地盤Ｇ内に埋設されたスクリーン２ａが形成されており、このスクリーン２ａから注水井２内の地下水Ｗが流出して地盤Ｇ内に地下水Ｗが注入される。また、注水井２の上端には蓋２ｂが取り付けられており、この蓋２ｂによって注水井２の上端は密閉されており、注水井２は密閉構造になっている。

リターン管４は、注水井２内の地下水Ｗを高い位置にある流入端４ａ（流入口）から取り込み、当該地下水Ｗを低い位置にある流出端４ｂ（流出口）から流出させるための公知のサイフォンであり、流入端４ａ側の一端部４ｃが短く、流出端４ｂ側の他端部４ｄが長い曲管である。リターン管４の一端部４ｃは、密閉された注水井２内に挿入されており、リターン管４の流入端４ａは注水井２内に開放されている。一方、リターン管４の他端部４ｄは、注水井２の外に配置されており、リターン管４の流出端４ｂはノッチタンク５に向けて開放されている。つまり、リターン管４の一端部４ｃ及び他端部４ｄは注水井２や揚水井１の軸方向に沿ってそれぞれ鉛直方向に延在されており、また、リターン管４の流入端４ａは流出端４ｂよりも高い位置にある。このリターン管４のサイフォン機能、つまり、サイフォンの原理によって高い方にある地下水Ｗを一旦上昇させた後に低い方に移す機能により、注水井２内の地下水Ｗがノッチタンク５内に排出される。

また、リターン管４の最頂部４ｅの高さ位置及び注水井２内に配置されたリターン管４の流入端４ａの高さ位置がそれぞれ調整されて、リターン管４による逆流洗浄のタイミングが設定されている。具体的には、リターン管４による逆流洗浄の開始タイミングが所望のタイミングになるように、リターン管４の最頂部４ｅの高さ位置が設定されている。また、リターン管４による逆流洗浄の終了タイミングが所望のタイミングになるように、リターン管４の流入端４ａの高さ位置が設定されている。なお、リターン管４の流入端４ａの高さ位置は、リターン管の４のサイフォン機能を発揮させるために、ノッチタンク５（流出端４ｂ）よりも高い位置に設定されている。

ノッチタンク５は、リターン管４の流出端４ｂから流出した地下水Ｗが流し込まれるタンクであり、公知のノッチタンクを用いることができる。このノッチタンク５は、リターン管４の流入端４ａよりも低い位置に配置されており、例えば図１に示すように掘削領域Ｘの掘削底に配置されている。なお、ノッチタンク５は、リターン管４の一端部４ａ側の端面よりも低い位置にあればよく、勿論、揚水井１が設置された掘削領域Ｘ以外の場所に配置されていてもよい。

排出手段６は、例えば図１に示すように、ノッチタンク５内に配置された排水ポンプ８と、この排水ポンプ８に接続された排水管９とから構成されている。排水ポンプ８は、ノッチタンク５内の水面高さが所定高さ以上になると自動でスイッチが入るレベルスイッチ制御の圧送ポンプポンプを用いることが好ましい。

次に、上記した構成からなる地下水リチャージシステムを用いたリチャージ工法について説明する。

まず、図２に示すように、揚水ポンプ７を稼動させて地下水Ｗの揚水を行うとともに揚水された地下水Ｗを注水井２から地盤Ｇ内に還元する。具体的には、地盤Ｇ内の地下水Ｗは、揚水井１のスクリーン１ａから揚水井１内に流入する。そして、揚水井１内に流入した地下水Ｗを、揚水ポンプ７によって圧送して揚水管３内に一定流量の地下水Ｗを流通させ、揚水管３の端部から注水井２内に流入させる。注水井２内に流入した地下水Ｗは、注水井２のスクリーン２ａから地盤Ｇ内に流出して地盤Ｇ内に還元される（注水運転）。なお、この地下水Ｗの還元により、地盤Ｇの地下水位ＷＬ´が傾斜した状態になり、注水井２廻りが高く揚水井１廻りが低くなる。

上記した注水運転が継続して行われることにより、注水井２の注水能力が徐々に低下していく。具体的には、地下水Ｗ中の浮遊物質等が注水井２のスクリーン２ａに付着してスクリーン２ａに目詰まりが生じ、スクリーン２ａから地下水Ｗが流出し難くなることで、注水能力が低下する。また、注水井２のスクリーン２ａの周囲にある地盤Ｇに細粒分が蓄積され、地盤Ｇに地下水Ｗが浸透し難くなることで、注水井２の注水能力が低下する。図３に示すように、注水井２の注水能力が低下すると、揚水井１から一定量の地下水Ｗが供給される注水井２が密閉されているため、注水井２の注水圧力が徐々に上昇し、注水井２内の地下水Ｗの水位が徐々に上昇していき、リターン管４の中にもその流入端４ａ側から徐々に地下水Ｗが満たされていく。

リターン管４中に地下水Ｗが満たされていき、リターン管４の中が地下水Ｗで満管になると、図４に示すように、リターン管４のサイフォン機能が働き、注水井２内の地下水Ｗがリターン管４を経由してノッチタンク５に排水される。具体的には、注水井２内の地下水Ｗは、リターン管４の流入端４ａからリターン管４内に流入してリターン管４の一端部４ｃ内を上向きに流通した後、リターン管４の最頂部４ｅ内を水平方向に流通し、リターン管４の他端部４ｄ内を下向きに流通し、リターン管４の流出端４ｂから流出してノッチタンク５内に流入する。このように、リターン管４により注水井２内の地下水Ｗが排水されると、注水井２の周りに負荷がかかり、注水井２周囲の地盤Ｇ内の地下水Ｗが、注水井２のスクリーン２ａから注水井２内に流入する。このように、注水井２の周囲で地下水Ｗの逆流が生じ（逆流運転）、スクリーン２ａの目詰まり等が解消される。

なお、揚水ポンプ７は上記した逆流運転中も継続して稼動しており、揚水井１から注水井２への地下水Ｗの供給は継続して行われる。また、注水井２内から排水される水量が注水井２内に供給される水量よりも多くないと逆流洗浄が行われないため、リターン管４による排水量が揚水ポンプ７の揚水量よりも多くなるように、揚水ポンプ７の圧送性能やリターン管４の管径等を設定しておく。

上記した逆流運転によって、注水井２内の地下水Ｗが排水されるにつれ、注水井２内の地下水Ｗの水位が低下していく。そして、地下水Ｗの水位がリターン管４の流入端４ａの位置まで低下したところで、サイフォン機能が消えて逆流運転から上記した注水運転に自動的に切り替わり、上記した注水運転が再び継続して行われる。その後、再び注水井２の注水能力が低下してリターン管４が地下水Ｗで満管になると、上記したようにサイフォン機能が働き自動的に逆流運転に切り替わる。

上記した構成からなるリチャージ工法および地下水リチャージシステムによれば、地盤Ｇに地下水Ｗを還元させる注水運転と逆流洗浄を行う逆流運転とが自動的に切り換わるため、複雑な操作、管理及びメンテナンスを行うことなく簡単な構成によって逆流洗浄を行うことができ、目詰まり等の問題を簡単且つ確実に解消することができる。

リターン管４の最頂部４ｅの高さ位置及びリターン管４の流入端４ａの高さ位置をそれぞれ調整することで、リターン管４による逆流洗浄の開始タイミングと終了タイミングとをそれぞれ設定しているため、効果的なタイミングで逆流洗浄を自動的にＯＮ／ＯＦＦ切り換えすることが可能である。

なお、注水井２を複数設ける場合、各注水井２に設置された各リターン管４の流出端４ｂを１つのノッチタンク５に集めて、各リターン管４から流出された地下水Ｗをノッチタンク５から一括排水することで、少ない設備で排水を行うことができる。仮に、各リターン管４ごとにノッチタンク５を設けたとすると、ノッチタンク５の数量が増えるだけでなく、ノッチタンク５に貯留された地下水Ｗを排水する設備（排水ポンプ８や排水管９）の数量も増えることになるが、各リターン管４の流出端４ｂを１つのノッチタンク５に集めることで、これらの設備の数量を減らすことができる。これによって、コストダウンを図ることができる。

以上、本発明に係るリチャージ工法およびそれに用いる地下水リチャージシステムの実施の形態について説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。例えば、上記した実施の形態では、ディープウェル式の揚水井１から地下水Ｗを揚水して注水井２に供給しているが、本発明は、他の方式で地下水を揚水して注水井に供給してもよく、例えば、ウェルポイント工法で揚水された地下水を注水井に供給してもよい。

また、上記した実施の形態では、１つの注水井２に対してリターン管４（サイフォン）が一本だけ設置されているが、本発明は、１つの注水井に対して複数のサイフォンが設置されていてもよい。

また、上記した実施の形態では、リターン管４（サイフォン）の流出端４ｂ（流出口）側にノッチタンク５を配置し、リターン管４から排水された地下水Ｗをこのノッチタンク５内に流入させているが、本発明は、サイフォンの流出口側にノッチタンクが配置されていなくてもよく、例えば、サイフォンから排水された地下水を貯水池に流入させてもよく、或いは、排水される地下水の濁度によっては、サイフォンから排水された地下水を下水道等の管路に直接流し込んでもよい。

その他、本発明の主旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

本発明に係る実施の形態を説明するための地下水リチャージシステムの概略構成を表した模式図である。 本発明に係る実施の形態を説明するためのリチャージ工法を表した模式図である。 本発明に係る実施の形態を説明するためのリチャージ工法を表した模式図である。 本発明に係る実施の形態を説明するためのリチャージ工法を表した模式図である。

符号の説明

１ 揚水井
２ 注水井
３ 揚水管（連通管）
４ リターン管（サイフォン）
Ｇ 地盤
Ｗ 地下水

Claims (3)

1. 揚水した地下水を注水井から地盤内へ還元するリチャージ工法において、
   前記注水井を密閉するとともに、前記注水井の内外に亘って延在されて前記注水井内の前記地下水を前記注水井外に移すサイフォンを設置した状態で、前記注水井から前記地盤内への前記地下水の注水を継続して行い、
   前記地下水の注水継続によって前記注水井の注水能力が低下し、注水圧力が上昇して前記サイフォンが前記地下水で満管になった後、前記注水井内の前記地下水を前記サイフォンの働きによって前記注水井の外に流出させて逆流洗浄を行うことを特徴とするリチャージ工法。
2. 請求項１記載のリチャージ工法において、
   前記サイフォンの最頂部の高さ位置及び前記注水井内に配置された前記サイフォンの流入口の高さ位置をそれぞれ調整することで、前記サイフォンによる逆流洗浄のタイミングを設定することを特徴とするリチャージ工法。
3. 揚水した地下水を注水井から地盤内へ還元するリチャージ工法を行うための地下水リチャージシステムにおいて、
   前記地下水を揚水するための揚水井と、
   該揚水井から揚水された前記地下水を注水井に導く連通管と、
   前記揚水井から前記連通管を介して供給された前記地下水を前記地盤内に注水するための密閉された注水井と、
   前記注水井の内外に亘って延在されて前記注水井内の前記地下水を前記注水井外に移すサイフォンと
   が備えられていることを特徴とする地下水リチャージシステム。

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