JP2015071873A - 地下水揚水設備 - Google Patents

Abstract

【課題】山留壁の構築から地下水の揚水までの工程を効率的に行う【解決手段】シートパイル３０を地盤９２に圧入したのち、ジェット管５０のいくつかを地盤９２から抜き取らずに埋設したままとし、揚水ポンプ６０で遮水壁４０内の地下水９４Ａを揚水する。よって、別途揚水管を設置する工程が不要となり、工数が削減する。よって、遮水壁４０の構築から地下水９４Ａの揚水までの工程を効率的に行うことができる。【選択図】図５

Description

本発明は、地下水揚水設備に関する。

地盤の掘削工事の施工にあたり、掘削する根切り底面が地下水位以下に及ぶ場合、掘削する領域の地下水を揚水して当該領域の地下水位を掘削深度以深まで下げる必要がある。このような場合、地下水を揚水する領域の周囲にシートパイル（鋼矢板）を打設すること等により山留壁を構築し、つぎに、山留壁で囲まれた領域に地下水揚水井戸（ウェルポイント）を設置して地下水を揚水し、地下水位を掘削深度以深まで下げている。

特許文献１には、揚水管を一体化したシートパイルと注水管を一体化したシートパイルとを、対象領域の周囲に打設することにより土留め壁（山留壁）を構築すると共に、揚水管が挿入された揚水井と注水管が挿入された注水井を構築する技術が開示されている。

この先行技術では、土留め壁を構成する多数のシートパイルの中の約半数に揚水管が一体化され、残りの約半数に注水管が一体化されており、揚水管が対象領域に、注水管が対象領域の外側に、それぞれ埋め込まれる。そして、対象領域の地下水を揚水管で揚水し、揚水された地下水を注水管で、対象領域の周囲の地中に戻している。

ここで、山留壁となるシートパイルを地盤に圧入する際に、ウォータージェット（高圧水）を併用することで圧入抵抗を低減させ、山留壁を効率的に構築するウォータージェット併用のシートパイル圧入工法が知られている。

このようなウォータージェット併用のシートパイル圧入工法においては、ウォータージェット（高圧水）を併用してシートパイルを地盤に圧入して山留壁を構築したのち、別途地下水揚水井戸（ウェルポイント）を設置して地下水を揚水する必要がある。よって、山留壁の構築から地下水の揚水までの工程（掘削を開始するまでの工程）を効率的に行うことに関して改善の余地があった。

特開２０１２−８７５０１号公報 特開２００５−０９８０２号公報

本発明は、上記事実を鑑み、山留壁の構築から地下水の揚水までの工程を効率的に行うことが課題である。

請求項１の発明は、山留壁を構成するシートパイルに固定され、先端部から水を噴出して前記シートパイルと共に地盤に埋設される管材と、前記管材の前記先端部から地下水を揚水する揚水ポンプと、を備える。

請求項１に記載の発明では、山留壁を構成するシートパイルに固定された管材の先端部から水を噴出させて地盤を緩めることで、シートパイルが効率的に地盤に圧入される。そして、シートパイルを地盤に圧入したのち、地盤から管材を抜き取らずに、揚水ポンプで先端部から地下水を揚水する。よって、別途揚水管を設置する工程が不要となり、工数が削減する。したがって、山留壁の構築から地下水の揚水までの工程を効率的に行うことができる。

請求項２の発明は、前記管材の前記先端部には、水が噴出する噴出口と、地下水が透水する透水部と、前記噴出口が開口し前記透水部が閉鎖した噴出状態と、前記噴出口が閉鎖し前記透水部が開口した揚水状態と、を切り替える切替機構と、を備える。

請求項２に記載の発明では、噴出口が開口し透水部が閉鎖した噴出状態とすることで、透水部が開口した状態と比較し、より高い圧力で水が噴出口から噴出される。よって、効率的に地盤を緩められるので、シートパイルが効率的に地盤に圧入される。また、噴出口が閉鎖し透水部が開口した揚水状態で、地下水を透水部から透水させて揚水することで、噴出口から地盤の土や砂が地下水と一緒に揚水されることが防止されるので、効率的に地下水を揚水することができる

請求項３の発明は、前記噴出口は、前記管材の前記先端部の流末端に形成され、前記切替機構は外周部に前記透水部が形成された筒材を有し、前記筒材が前記管材の内部に格納された前記噴出状態と、前記筒材が前記噴出口から突出した前記揚水状態と、に切り替える。

請求項３に記載の発明では、筒材が管材の内部に格納された噴出状態で、管材の先端部の流末端に形成された噴出口から水を噴出する。また、筒材が噴出口から突出した揚水状態で、地下水を透水部から透水させて揚水する。

請求項４の発明は、前記噴出口は、前記管材の前記先端部の流末端に形成され、前記透水部は、前管材の前記先端部の外周部に形成され、前記切替機構は、前記噴出口を開閉する第一弁と、前記透水部を開閉する第二弁と、を有する。

請求項４に記載の発明では、噴出口を開閉する第一弁が開き透水部を開閉する第二弁が閉じた噴出状態で、管材の流末端に形成された噴出口から水を噴出する。また、噴出口を開閉する第一弁が閉じ透水部を開閉する第二弁が開いた揚水状態で、地下水を管材の外周部の透水部から透水させて揚水する。

本発明によれば、山留壁の構築から地下水の揚水までの工程を効率的に行うことができる。

本発明の第一実施形態の地下水揚水設備のブロック図と圧入装置とを示す模式図である。 （Ａ）は地下水揚水設備のジェット管の先端部とシートパイルの下端部に固定されたノズルとが接続されていない状態の斜視図であり、（Ｂ）は（Ａ）を一部断面で示す側面図であり、（Ｃ）はジェット管の先端部とシートパイルの下端部に固定されたノズルとが接続された状態を一部断面で示す側面図である。 本発明の第一実施形態の地下水揚水設備のジェット管の先端部の構造を模式的に示す構造図である。 本発明の第一実施形態の地下水揚水設備における（Ａ）は噴出状態のジェット管の先端部を示す構造図であり、（Ｂ）揚水状態のジェット管の先端部を示す構造図である。 遮水壁の構築から汚染土壌の掘削までの工程を（Ａ）から（Ｃ）へと順番に示す施工図であり、（Ａ）は遮水壁を構築する工程を示す図であり、（Ｂ）は地下水を揚水する工程を示す図であり、（Ｃ）は汚染土壌を掘削する工程を示す図である。 遮水壁及びジェット管の配置を示す平面図である。 本発明の第二実施形態の地下水揚水設備のジェット管の先端部の構造を模式的に示す構造図である。 本発明の第二実施形態の地下水揚水設備における（Ａ）は噴出状態のジェット管の先端部を示す構造図であり、（Ｂ）揚水状態のジェット管の先端部を示す構造図である。

＜第一実施形態＞
まず、図１〜図６を用いて、本発明の第一実施形態に係る地下水揚水設備について説明する。

［構成］
第一実施形態の地下水揚水設備１０の全体構成について説明する。

図１に示す地下水揚水設備１０は、高圧水を噴出するジェット管５０と、ジェット管５０に接続される揚水ポンプ６０と、操作装置７０と、を含んで構成されている。ジェット管５０の中には、図示していない電線が配線され、この電線は操作装置７０と電気的に接続されている。また、ジェット管５０には、高圧ポンプ２０を接続することが可能となっている。

図１及び図２（Ａ）に示すように、後述するシートパイル（鋼矢板）３０の下端部３２にノズル５４が設けられている（固定されている）。図２（Ａ）〜図２（Ｃ）に示すように、このノズル５４にジェット管５０の先端部５２が着脱可能に接続される。

図１に示すように、ノズル５４にジェット管５０の先端部５２が接続されると、ジェット管５０に配線された図示していない電線を介して、ノズル５４と操作装置７０とが電気的に接続される。そして、操作装置７０を操作することで、ノズル５４からジェット管５０の先端部５２を取り外すことができるようになっている。

なお、図１には、操作装置７０とノズル５４とが電気的に接続されていることを明確にするためにブロック図にノズル５４を図示している。つまり、ブロック図と模式図とにそれぞれノズル５４が図示されているが、両者は同じ物である。

図３に示すように、ジェット管５０の先端部５２の流末端には噴出口５６が形成されている。また、ジェット管５０の先端部５２には、切替機構１００が設けられている。

切替機構１００は、筒材１１０と、ピン１２０を有するピン機構１２５と、を有している。筒材１１０は、ジェット管５０の先端部５２の内部に格納されている。また、筒材１１０は、下端部１１０Ａが閉塞され、上端部は開口されている。この筒材１１０の開口された上端部には、径方向外側に延出するフランジ１１２が形成されている。また、筒材１１０の外周部は、メッシュ状の透水部１１４となっている。なお、透水部１１４は、地下水は透水するが、土や砂等は通さない、或いは殆ど通さないようになっている。

ピン機構１２５は、ジェット管５０の先端部５２の外周部における噴出口５６の上側に設けられている。また、ピン機構１２５を構成するピン１２０は、ジェット管５０の外周部を貫通し、プランジャー等によって、径方向（図における水平方向）に移動するようになっている。また、ピン１２０は、先端部１２０Ａが筒材１１０の下端部１１０Ａを支持することが可能位置まで径方向内側に移動した第一状態（実線）と、先端部１２０Ａが外周部まで径方向外側に移動した第二状態（二点破線（想像線））と、の間を移動するようになっている。

なお、ピン機構１２５は、ジェット管５０に配線された図示していない電線を介して、図１に示す操作装置７０と電気的に接続されており、操作装置７０を操作することで、ピン１２０を第一状態と第二状態との間を移動させることができるようになっている。

［施工］
つぎに、本実施形態の地下水揚水設備を用いた施工例について説明する。

本施工例では、図５及び図６に示す砂質の地盤９２に含まれた汚染土壌９６（予め定められた領域の地盤）の周囲に遮水壁４０を構築したのち、図５に示す遮水壁４０内の地下水９４Ａを揚水して水位を汚染土壌９６（掘削深度）以深まで下げ、汚染土壌９６を掘削して取り除く工事に適用した例で説明する。

（遮水壁の構築）
図２に示すように、遮水壁４０（図５及び図６参照）を構成するシートパイル（鋼矢板）３０の下端部３２に設けられたノズル５４に、ジェット管５０の先端部５２を接続する。また、高圧ポンプ２０にジェット管５０を接続する。そして、図１及び図５（Ａ）に示すように、圧入装置９０を用いて油圧による静荷重によって、シートパイル３０を地盤９２に圧入（貫入）する。

このとき図１及び図２（Ｃ）に示すように、ジェット管５０の先端部５２に接続されたノズル５４から高圧水（ウォータージェット）Ｊ４を噴出することで、圧入（貫入）抵抗を低減させ、効率的にシートパイル３０を地盤９２（図５参照）に圧入する。つまり、高圧水（ウォータージェット）Ｊ４を併用してシートパイル３０を地盤９２に圧入する。

また、このとき図４（Ａ）に示すピン機構１２５のピン１２０は、筒材１１０の下端部１１０Ａを支持することが可能位置まで径方向内側に移動した第一状態となっている。よって、筒材１１０の下端部１１０Ａがピン１２０に引っ掛かり、筒材１１０は噴出口５６から突出しない。

また、高圧ポンプ２０（図１参照）から送られた高圧水Ｊ１は、矢印Ｊ２で示すように、筒材１１０の上端の開口から侵入したのち、透水部１１４から外側に流れて噴出口５６から噴出する（矢印Ｊ３参照）。噴出口５６から噴出した高圧水Ｊ３は、図１及び図２（Ｃ）に示すようにノズル５４から高圧水（ウォータージェット）Ｊ４として噴出される。

このように高圧水（ウォータージェット）を併用した圧入工法によって、図６に示すように、汚染土壌９６の周囲を囲むように複数のシートパイル３０を圧入して、汚染土壌９６の周囲に遮水壁４０を構築する（図１も参照）。

ここで、シートパイル３０が圧入され埋設されたのち、ジェット管５０は、操作装置７０（図１参照）を操作してノズル５４（図２参照）から外して引き抜き、引抜いたジェット管５０の先端部５２を別のシートパイル３０の下端部３２のノズル５４に接続して再利用する。しかし、図５（Ｂ）及び図６に示すように、一部のジェット管５０は、ノズル５４に接続したままとし、遮水壁４０が構築するまで埋設させている。

（地下水の揚水）
図２（Ａ）、図２（Ｂ）及び図５（Ｂ）に示すように、遮水壁４０が構築された後に、操作装置７０（図１参照）を操作してジェット管５０の先端部５２をノズル５４から外し、ジェット管５０を若干上側に引き上げる。

つぎに、操作装置７０（図１参照）を操作し、図３に示すピン機構１２５のピン１２０の先端部１２０Ａをジェット管５０の外周部まで径方向外側に移動した第二状態とする（図３の二点破線（想像線）を参照）。

この第二状態で高圧ポンプ２０（図１参照）を操作して高圧水を噴出し、図４（Ｂ）に示すように、筒材１１０を噴出口５６から突出させたのち、高圧水を止める。なお、筒材１１０は上端部のフランジ１１２が噴出口５６の縁部５６Ａに引っ掛り、これ以上突出しないようになっている。そして、操作装置７０（図１参照）を操作して、ピン機構１２５のピン１２０を径方向内側に移動した第一状態（実線）に戻す。

図５（Ｂ）に示すように、ジェット管５０を高圧ポンプ２０から外し、揚水ポンプ６０に接続する（図１も参照）。そして、揚水ポンプ６０で地下水を揚水する。

図４（Ｂ）に示すように、地下水９４Ａ（図５参照）が筒材１１０の外周部のメッシュ状の透水部１１４から矢印Ｋ１で示すように透水され、矢印Ｋ２で示すように吸い上げられる。なお、仮に揚水によって筒材１１０が上方に吸い込まれたとしても、フランジ１１２が第一状態のピン１２０に引っ掛り、これ以上吸い込まれないようになっている。

図５（Ｂ）に示すように遮水壁４０内の地下水９４Ａを揚水して水位を汚染土壌９６（掘削深度）以深まで下げる。そして、図５（Ｃ）に示すように、汚染土壌９６を掘削して取り除く。なお、遮水壁４０の周囲（外側）の地下水９４が、シートパイル３０（図１参照）の継ぎ目から遮水壁４０内に流入し、遮水壁４０内の地下水９４Ａ水位が上昇することがあるため、汚染土壌９６の掘削中も遮水壁４０内の地下水９４Ａの揚水を継続する。

［作用及び効果］
つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。

ジェット管５０の先端部５２が接続されたノズル５４から高圧水Ｊ４を噴出させ、砂質の地盤９２を緩めることで、シートパイル３０が効率的に地盤９２に圧入される。

また、シートパイル３０を地盤９２に圧入したのち、ジェット管５０のいくつかを地盤９２から抜き取らずに埋設したままとし、揚水ポンプ６０で遮水壁４０内の地下水９４Ａを揚水する。よって、別途揚水管を設置する工程が不要となり、工数が削減する。したがって、遮水壁４０の構築から地下水９４Ａを揚水までの工程を効率的に行うことができる。

また、図４（Ａ）に示すように、筒材１１０がジェット管５０の先端部５２の内部に格納され、噴出口５６が開口し且つ透水部１１４が閉鎖した噴出状態で、高圧水を噴出口５６（正確にはその先のノズル５４（図２（Ｃ）参照））から噴出させている。よって、透水部１１４が開口した状態で噴出する場合と比較し、より高い圧力で高圧水が噴出されるので、効率的に地盤９２が緩められ、この結果、シートパイル３０がより効率的に地盤９２に圧入される。

なお、この噴出状態では、正確には筒材１１０の透水部１１４とジェット管５０の外周部５２とは隙間があいているが、透水部１１４から高圧水は噴出されないので、上記のように「透水部１１４は閉鎖されている」とする。

また、図４（Ｂ）に示すように、筒材１１０が噴出口５６から突出し、噴出口５６が閉鎖し且つ透水部１１４が開放した揚水状態で、地下水９４Ａを透水部１１４から透水させ揚水している。よって、噴出口５６から地盤９２の土や砂が地下水９４Ａと一緒に揚水されることが防止されるので、より効率的に地下水９４Ａを揚水することができる。

［変形例］
本実施形態では、筒材１１０は、ジェット管５０の先端部５２の中に設けられていた。しかし、筒材がジェット管５０の先端部５２の外側に設けられた構成であってもよい。この場合、筒材の下端部は開口され開閉可能な開閉弁が設けられ、噴出状態では開放し揚水状態では閉塞するように構成されている。

＜第二実施形態＞
つぎに、図７及び図８を用いて、本発明の第二実施形態に係る地下水揚水設備について説明する。なお、第一実施形態と同一の部材には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。

［構成］
第二実施形態の地下水揚水設備は、ジェット管５０の先端部５２の構造以外は第一実施形態と同様の構成であるので、先端部５２の構造のみを説明する。

図７に示すように、ジェット管５０の先端部５２の流末端には噴出口５６が形成され、ジェット管５０の先端部５２の外周部の一部にはメッシュ状の透水部１１４が形成されている。また、ジェット管５０の先端部５２には、切替機構２００が設けられている。

切替機構２００は、開閉弁２１０と開閉機構２２５とを有している。開閉弁２１０は、透水部１１４の上端部に設けられた回転軸２１１を回転中心として上下方向に回転するように構成されている（図８も参照）。そして、開閉弁２１０が回転することで、ジェット管５０の先端部５２の透水部１１４が開閉される。

開閉機構２２５は、ジェット管５０の先端部５２の流末端の噴出口５６を開閉弁２２０で開閉する機構である（図８も参照）。なお、開閉機構２２５は、ジェット管５０に配線された図示していない電線を介して、図１に示す操作装置７０と電気的に接続されており、操作装置７０を操作することで、噴出口５６を開閉弁２２０で開閉することができるようになっている。

［施工］
つぎに、本実施形態の地下水揚水設備を用いた施工例について説明する。

本施工例も第一実施形態と同様に、図５及び図６に示すように、砂質の地盤９２に含まれた汚染土壌９６の周囲に遮水壁４０を構築したのち、遮水壁４０内の地下水９４Ａを揚水して水位を汚染土壌９６（掘削深度）以深まで下げ、汚染土壌９６を掘削して取り除く工事に適用した例で説明する。また、第一実施形態と同様の工程は説明を省略する。

（遮水壁の構築）
図２に示すように遮水壁４０（図５参照）を構成するシートパイル（鋼矢板）３０の下端部３２に設けられたノズル５４に、ジェット管５０の先端部５２を接続し、ノズル５４から高圧水（ウォータージェット）Ｊ４を噴出することで、圧入（貫入）抵抗を低減させ、効率的にシートパイル３０を地盤９２（図５参照）に圧入する。

このとき、図８（Ａ）に示すように、高圧水Ｊ１の水圧で開閉弁２１０は透水部２２４に密着して透水部２２４を閉塞する。また、操作装置７０を操作し、開閉弁２２００を開く。更に開閉弁２２０は、高圧水Ｊ３の水圧でも押し開かれ、噴出口５６は開放状態が維持される。そして、噴出口５６から噴出した高圧水Ｊ３は、図２（Ｃ）に示すようにノズル５４から高圧水（ウォータージェット）Ｊ４として噴出される。

（地下水の揚水）
図８（Ｂ）に示すように、遮水壁４０が構築された後に、操作装置７０（図１参照）を操作して開閉機構２２５の開閉弁２２０で噴出口５６を閉塞する。なお、第一実施形態のようにジェット管５０の先端部５２をノズル５４から外して若干上側に引き上げてもよいし、ノズル５４に接続したままでもよい。

図５（Ｂ）に示すように、ジェット管５０を高圧ポンプ２０から外し、揚水ポンプ６０に接続する（図１も参照）。そして、揚水ポンプ６０で地下水を揚水する。

図８（Ｂ）に示すように地下水９４Ａ（図５参照）が筒材１１０の外周部のメッシュ状の透水部１１４から矢印Ｋ１で示すように透水され、矢印Ｋ２で示すように吸い上げられる。また、操作装置７０を操作し、開閉弁２２００を閉じる。更に、開閉弁２２０は吸引力によって噴出口５６に密着するので、噴出口５６は閉塞状態が維持される。

図５（Ｂ）に示すように遮水壁４０内の地下水９４Ａを揚水して水位を汚染土壌９６（掘削深度）以深まで下げる。そして、図５（Ｃ）に示すように、汚染土壌９６を掘削して取り除く。なお、汚染土壌９６の掘削中も遮水壁４０内の地下水９４Ａの揚水を継続する。

［作用及び効果］
つぎに本実施形態の作用及び効果について説明する。

ジェット管５０の先端部５２が接続され固定されたノズル５４から高圧水を噴出させて砂質の地盤９２を緩めることで、シートパイル３０が効率的に地盤９２に圧入される。

シートパイル３０を地盤９２に圧入したのち、ジェット管５０のいくつかを地盤９２から抜き取らずに埋設したままとし、揚水ポンプ６０で遮水壁４０内の地下水９４Ａを揚水する。よって、別途揚水管を設置する工程が不要となり、工数が削減する。したがって、遮水壁４０の構築から地下水９４Ａの揚水までの工程を効率的に行うことができる。

また、図８（Ａ）に示すように、開閉弁２２０が開いて噴出口５６を開放し且つ開閉弁２１０が閉じて透水部２１４を閉塞した噴出状態とすることで、より高い圧力で高圧水を噴出口５６（正確にはその先のノズル５４（図２参照））から噴出させることができる。よって、効率的に地盤９２が緩められるので、シートパイル３０がより効率的に地盤９２に圧入される。

また、図８（Ｂ）に示すように、開閉弁２２０が閉じて噴出口５６を閉塞し且つ開閉弁２１０が開いて透水部２１４を開放した揚水状態で、地下水９４を透水部２１４から透水させて揚水することで、噴出口５６から地盤９２の土や砂が地下水９４Ａと一緒に揚水されることが防止されるので、より効率的に地下水９４を揚水することができる。

＜その他＞
尚、本発明は上記実施形態に限定されない。

例えば、上記実施形態では、地盤９２に含まれた汚染土壌９６の周囲に遮水壁４０を構築したのち、遮水壁４０内の地下水９４Ａを揚水して水位を汚染土壌９６（掘削深度）以深まで下げて汚染土壌９６を掘削して取り除く工事に適用したが、これに限定されるものではない。他の工事にも本発明を適用することができる。

また、遮水が主目的の遮水壁でなく、山留壁全般に本発明を適用することができる。

また、上述の複数の実施形態及び変形例は、適宜、組み合わされて実施可能である。更に、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。

１０ 地下水揚水設備
２０ 高圧ポンプ
３０ シートパイル
４０ 遮水壁（山留壁の一例）
５０ ジェット管（管材の一例）
５６ 噴出口
６０ 揚水ポンプ
９２ 地盤
１００ 切替機構
１１０ 筒材
１１４ 透水部
２００ 切替機構
２１０ 開閉弁（第二弁の一例）
２１４ 透水部
２２０ 開閉弁（第一弁の一例）

Claims (4)

1. 山留壁を構成するシートパイルに固定され、先端部から水を噴出して前記シートパイルと共に地盤に埋設される管材と、
   前記管材の前記先端部から地下水を揚水する揚水ポンプと、
   を備える地下水揚水設備。
2. 前記管材の前記先端部には、
   水が噴出する噴出口と、
   地下水が透水する透水部と、
   前記噴出口が開口し前記透水部が閉鎖した噴出状態と、前記噴出口が閉鎖し前記透水部が開口した揚水状態と、を切り替える切替機構と、
   を備える請求項１に記載の地下水揚水設備。
3. 前記噴出口は、前記管材の前記先端部の流末端に形成され、
   前記切替機構は
   外周部に前記透水部が形成された筒材を有し、
   前記筒材が前記管材の内部に格納された前記噴出状態と、前記筒材が前記噴出口から突出した前記揚水状態と、に切り替える、
   請求項２に記載の地下水揚水設備。
4. 前記噴出口は、前記管材の前記先端部の流末端に形成され、
   前記透水部は、前管材の前記先端部の外周部に形成され
   前記切替機構は、
   前記噴出口を開閉する第一弁と、
   前記透水部を開閉する第二弁と、
   を有する請求項２に記載の地下水揚水設備。

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