JP2019183410A - 復水工法及び復水井戸システム - Google Patents

Abstract

【課題】注水能力の低下を抑制できる洗浄効果を得ることができる復水工法及び復水井戸システムを提供する。
【解決手段】復水井戸システム２０は、復水井戸管２１から水を汲み上げる排水ポンプ２５と、復水井戸管２１の上面を封止する天井板２２に設けた大気連通管３０に設けられ、復水井戸管２１の上部の内部空間と大気との連通を制御する大気連通弁３１とを備える。復水井戸システム２０の制御部５０は、大気連通弁３１を閉じて、注水管１８を介して水を供給し、加圧して地盤に注水する。更に、制御部５０は、大気連通弁３１を閉じて、復水井戸管２１の上部の空間を減圧して、排水ポンプ２５を駆動して復水井戸管２１から水を汲み上げる洗浄を行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、工事を行なう施工領域において汲み上げた地下水を、地盤内に戻す復水工法及び復水井戸システムに関する。

建物の基礎工事や地下構造物の建設において、根切工事が行なわれる。この根切工事においては、地下水によって、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、揚水井戸を設ける。この揚水井戸を用いて、工事の施工領域における地下水を汲み上げて地下水位を下げる。更に、汲み上げた地下水については、地盤沈下対策や下水道への放流の低減を目的として、復水井戸（リチャージウェル）を用いて、再び地中に戻すことが多い。

しかしながら、地下水中に含まれる土砂等によって、復水井戸には目詰まりが生じ、地下水を地中に戻す能力（注水能力）が低下する。そこで、目詰まりを防止する復水井戸が検討されている（例えば、特許文献１，２参照。）。特許文献１では、注水部が浅層部に位置する浅層部復水井戸と、注水部が深層部に位置する深層部復水井戸とを設ける。そして、浅層部復水井戸からは低圧で、深層部復水井戸からは高圧で、それぞれ加圧注水する。また、特許文献２では、揚水井戸内からの排出水の土砂などの異物を分離除去する目詰まり防止装置を、揚水井戸と復水井戸との間の地上の経路中に設ける。

特開２００６−７７５６７号公報 特開２００５−１３９７６３号公報

汲み上げた地下水を地中に戻す復水工法においては、大気圧を利用して地下水を地中に戻すため、工事の施工領域における地下水位が低いことが望ましい。地下水位が高い場合には、加圧して復水する方法がある。また、特許文献１に記載の技術においては、目詰まりの防止目的のために、加圧して注水している。加圧して注水する場合には、目詰まりを促進し、復水井戸の注水能力を更に低下させる可能性がある。また、地下水を加圧するために、復水井戸を高くした場合、足場等の設置等、メンテナンスが煩雑であった。

上記課題を解決する復水工法は、復水井戸管を介して地盤に注水する注水工程と、前記復水井戸管の上部の封止部に設けられ、前記上部の内部空間と大気との連通を制御する大気連通弁を閉じて、前記内部空間を減圧し、前記復水井戸管の内部から水を汲み上げる排水ポンプを駆動して、前記復水井戸管の洗浄を行なう減圧洗浄工程とを含む。

また、上記課題を解決する復水井戸システムは、注水のための復水井戸管を備えた復水井戸システムであって、前記復水井戸管の内部から水を汲み上げる排水ポンプと、前記復水井戸管の上部を封止する封止部に設けられ、前記上部の内部空間と大気との連通を制御する大気連通弁とを備える。

本発明によれば、注水能力の低下を抑制できる洗浄効果を得ることができる。

実施形態における復水井戸システムの説明図であって、（ａ）は復水井戸管の配置図、（ｂ）は復水井戸システムの構成図。 実施形態の各工程における各部品の動作を説明するタイミング図。 実施形態の復水工法の各工程の説明図であって、（ａ）は通常注水、（ｂ）は加圧注水、（ｃ）は減圧洗浄、（ｄ）は通常洗浄を説明する説明図。

以下、図１〜図３を用いて、復水工法及び復水井戸システムを具体化した一実施形態を説明する。
図１（ａ）に示すように、地下工事を行なう施工領域Ｓ１の外側には、地下仕切りＷ１を設ける。この地下仕切りＷ１は、地下止水壁やシートパイル等である。施工領域Ｓ１内には、揚水井戸１０を設ける。この揚水井戸１０は、円管で構成される揚水井戸管１２と、揚水井戸管１２内に配置される揚水管１６とを備える。揚水井戸管１２の下端部には、複数の集水孔（図示せず）を設ける。揚水井戸管１２の下端部の外側にはフィルタ（図示せず）が配置され、揚水井戸管１２の下端部の内側には揚水ポンプ１５が配置される。揚水ポンプ１５には、揚水管１６の下端部が接続される。揚水管１６は、地下仕切りＷ１を超えて、施工領域Ｓ１の外まで延在し、地上に設置された圧送ポンプ１７に接続される。圧送ポンプ１７には、注水管１８が接続され、注水管１８は、復水井戸システム２０に接続される。圧送ポンプ１７は、揚水管１６から供給された水を加圧して、注水管１８を介して、復水井戸システム２０に供給する。

復水井戸システム２０は、揚水井戸１０で汲み上げた地下水を地盤に戻す。この復水井戸システム２０は、地中に形成された孔ｈ０内に配置される復水井戸管２１を備える。復水井戸管２１は、その上端部は地上に位置し、その下部領域は、地盤の透水層Ｇｗ１に配置される。復水井戸管２１の地面から下部領域までと、孔ｈ０との間には、止水材ＰＳ１が配置される。

図１（ｂ）に示すように、復水井戸システム２０の復水井戸管２１には、注水管１８が挿入されている。注水管１８には、開閉により遮断及び連通を制御する注水弁１９が設けられる。

復水井戸管２１は、上端部にフランジ２１ｆを備えた円管である。フランジ２１ｆの上面は、ゴムパッキンを介して、封止部としての天井板２２によって塞がれる。この天井板２２は、例えば鉄等の金属で構成される。

復水井戸管２１の下部領域には、巻線型のスクリーン２１ｓが設置される。そして、スクリーン２１ｓの周囲と孔ｈ０との間には、砂材で構成されるフィルタＦ１が配置される。
なお、図１（ａ）に示すように、復水井戸管２１の下端部には、砂溜り２１ｒが設けられる。

更に、図１（ｂ）に示すように、復水井戸管２１の内側には、排水ポンプ２５が配置されている。この排水ポンプ２５には、排水管２６が接続される。この排水管２６は、天井板２２を貫通して、外部まで延在し、下水道管（図示せず）に接続される。排水管２６には、開閉により遮断及び連通を制御する洗浄制御弁２７が設けられる。

一方、復水井戸管２１の天井板２２は、大気連通弁３１を設けた大気連通管３０が取り付けられている。大気連通管３０の端部は、復水井戸管２１の上部の内部空間と大気とに開放している。復水井戸管２１の上部の内部空間は、大気連通弁３１を開けたときに大気連通管３０を介して大気と連通し、大気連通弁３１を閉じたときに大気と遮断される。

また、復水井戸管２１の天井板２２には、水位計３５及び圧力センサ３６が設けられている。水位計３５は、復水井戸管２１内の水の水位を計測する。水位計３５としては、例えば、ガイドパルス方式を用いることができる。圧力センサ３６は、復水井戸管２１の上部にまで達した水の圧力を計測する。

更に、復水井戸管２１の上方には、複数の架台４０の上に配置されたタンク４１を設ける。このタンク４１の下面には、タンク４１の内部空間に連通する接続管４２が接続されている。この接続管４２は、天井板２２を貫通して、復水井戸管２１の上部の内部空間とも連通する。従って、大気連通弁３１を閉じた場合には、タンク４１及び復水井戸管２１の上部の内部空間の空気は、閉じ込められ、この空気層は気密状態になる。

更に、タンク４１の上部には、安全弁４５が設けられている。この安全弁４５は、タンク４１内（内部空間）の圧力が許容圧力（例えば０．０９ＭＰａ）以上となった場合に開弁して、タンク４１内の圧力を、許容圧力以下に維持する。

また、復水井戸システム２０は、水位計３５及び圧力センサ３６が計測した計測値を取得する制御部５０を備える。制御部５０は、取得した計測値に応じて、注水弁１９、排水ポンプ２５、洗浄制御弁２７及び大気連通弁３１を制御する。この制御部５０は、加圧開始水位Ｈ１と洗浄開始圧力値Ｐ１に関するデータを記憶している。加圧開始水位Ｈ１は、後述する加圧注水工程の開始制御を行なうために用いられる。加圧開始水位Ｈ１としては、復水井戸管２１の天井位置を用いる。また、洗浄開始圧力値Ｐ１は、後述する減圧洗浄工程の開始制御を行なうために用いられる。洗浄開始圧力値Ｐ１としては、許容圧力より低い値（例えば、０．０６ＭＰａ）を用いる。制御部５０は、所定のサンプリングタイムで、定期的に水位計３５からの計測値（水位）を取得し、取得した計測値と加圧開始水位Ｈ１とを比較し、加圧開始水位Ｈ１の到達を判定する。また、制御部５０は、所定のサンプリングタイムで、定期的に圧力センサ３６からの計測値（圧力）を取得し、取得した計測値と洗浄開始圧力値Ｐ１とを比較し、洗浄開始圧力値Ｐ１の到達を判定する。

更に、制御部５０は、後述する減圧洗浄を実行する時間（減圧洗浄時間）、大気状態における洗浄（通常洗浄）を行なう時間（通常洗浄時間）に関するデータを記憶している。減圧洗浄時間は、タンク４１内の空気が負圧となって減圧状態での洗浄を十分に行なえる時間に設定される。そして、制御部５０は、減圧洗浄及び通常洗浄の開始からの経過時間を計測し、減圧洗浄時間及び通常洗浄時間の経過を判定する。

＜作用＞
次に、図２及び図３を用いて、上述した復水井戸システム２０を用いて実行する復水工法について説明する。

本実施形態の復水工法では、図２に示すように、通常注水、加圧注水、減圧洗浄及び通常洗浄の順番を１サイクルとして説明する。１サイクルが終了した場合には、再び、通常注水から、同じサイクルを繰り返す。

（通常注水工程）
図２及び図３（ａ）に示すように、まず、時間ｔ１において実行される通常注水工程について説明する。

ここでは、注水弁１９を開けて、注水管１８から復水井戸管２１に、揚水井戸１０において汲み上げた水を供給する。この場合、洗浄制御弁２７を開けておくが、排水ポンプ２５を停止させておく。このため、復水井戸管２１内の水は、排水管２６を介して排出されない。そして、大気連通弁３１を開けておくことにより、復水井戸管２１の上部の内部空間は大気と連通し、その内部空間の圧力は大気圧Ｐ０である。

これにより、大気圧状態で（通常状態で）、復水井戸管２１の下部の孔から、スクリーン２１ｓ及びフィルタＦ１を介して、復水井戸管２１の周囲の地盤（透水層Ｇｗ１）に注水される。

そして、この注水に伴って、復水井戸管２１のスクリーン２１ｓ、フィルタＦ１や周囲の地盤に目詰まりが生じ、注水能力が低下する。この場合、復水井戸管２１の内部の水位が上昇する。

（加圧注水工程）
図２及び図３（ｂ）に示すように、時間ｔ２において、復水井戸管２１内の水位が天井板２２に到達した場合を想定する。この場合、制御部５０は、水位計３５から取得した水位（計測値）により、加圧開始水位Ｈ１に到達と判定し、加圧注水処理を実行する。具体的には、制御部５０は、洗浄制御弁２７及び大気連通弁３１を閉じる。この場合、注水弁１９を開けた状態で、注水管１８からの水の供給を継続する。これにより、タンク４１内の空気圧及び復水井戸管２１内の水圧が上昇する。この場合、加圧により、復水井戸管２１の下部の孔から地盤に注水する。

（減圧洗浄工程）
図２及び図３（ｃ）に示すように、時間ｔ３において、洗浄開始圧力値Ｐ１に到達した場合を想定する。この場合、制御部５０は、圧力センサ３６から取得した計測値（圧力）により、復水井戸管２１の圧力が洗浄開始圧力値Ｐ１に到達と判定する。この判定により、制御部５０は、注水弁１９を閉じて、注水管１８から水の供給を停止する。更に、制御部５０は、洗浄制御弁２７を開けて、排水ポンプ２５を駆動する。これにより、復水井戸管２１内の水は、排水管２６から排出され、復水井戸管２１内の水位は、徐々に低下する。この場合、復水井戸管２１内の水は、加圧されているため、排水管２６から急速に排水されて、急激に圧力が低下する。

そして、時間ｔ４において、タンク４１内の内部空間の圧力が大気圧Ｐ０より低くなる（負圧になる）と、復水井戸管２１の外周の水が、復水井戸管２１の内部に向かって、流入する。この場合、注水工程の水流とは逆方向であるため、復水井戸管２１に流入した水の流れにより、スクリーン２１ｓ、フィルタＦ１及び周囲の地盤に詰まっていた目詰まり物が吸い上げられる。そして、これら目詰まり物等は、排水ポンプ２５及び排水管２６内を介して、下水道に排出される。

（通常洗浄工程）
図２及び図３（ｄ）に示すように、制御部５０は、時間ｔ３からの経過時間を計測する。そして、時間ｔ５において、減圧洗浄時間の経過と判定した場合、制御部５０は、通常洗浄処理を実行する。具体的には、制御部５０は、大気連通弁３１を開ける。これにより、復水井戸管２１の上部の空間及びタンク４１の内部空間は、大気圧Ｐ０になる。

この場合、制御部５０は、注水弁１９を閉じ、洗浄制御弁２７を開けた状態で、排水ポンプの駆動を継続する。これにより、復水井戸管２１の外周から、復水井戸管２１の内部に向かって水が流れ込む。従って、この水流によって、スクリーン２１ｓ、フィルタＦ１及び周囲の地盤に詰まっていた目詰まり物が吸い上げられ、排水管２６内を介して排出される。

その後、制御部５０は、時間ｔ５からの経過時間を計測する。そして、時間ｔ６において、通常洗浄時間の経過と判定した場合、制御部５０は、排水ポンプ２５を停止し、注水弁１９を開ける。この場合、上述した図３（ａ）に示すように、再び、注水管１８から復水井戸管２１に水が供給されて、大気状態で、通常注水工程が実行される。

本実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
（１）本実施形態では、復水井戸システム２０は、復水井戸管２１の内部に排水ポンプ２５を設け、復水井戸管２１の天井板２２に、大気連通弁３１を設けた大気連通管３０を設ける。制御部５０は、減圧洗浄工程において、大気連通弁３１を閉じて復水井戸管２１の上部の内部空間を減圧して、排水ポンプ２５の駆動を継続する。これにより、復水井戸管２１の外周から、復水井戸管２１の内部に向かって、急激に水が流入し、この流れによって、フィルタＦ１等の目詰まりを洗浄することができる。この洗浄効果により、注水能力の低下を抑制することができる。

（２）本実施形態では、大気連通弁３１を閉じた後、排水ポンプ２５を駆動して、復水井戸管２１の上部の内部空間を減圧（負圧状態に）する。これにより、効率的に、復水井戸管２１の上部の内部空間を減圧することができる。

（３）本実施形態では、制御部５０は、加圧注水工程において、大気連通弁３１を閉じて復水井戸管２１の上部の内部空間を気密状態にする。そして、注水管１８を介して地下水を復水井戸管２１に供給する。これにより、復水井戸管２１の水を加圧し、効率的に加圧注水を行なうことができる。例えば、高い復水井戸管２１を設置することなく、地下水位が高い地盤に注水することができる。

（４）本実施形態では、復水井戸管２１の上部の内部空間に連通するタンク４１を、復水井戸管２１の上方に配置する。そして、復水井戸管２１の内部の水位が加圧開始水位Ｈ１に到達した場合、加圧注水処理を実行する。これにより、タンク４１内の空気を圧力バッファとして加圧注水を行なうことができるとともに、復水井戸管２１の天井位置まで水を入れることができる。
（５）本実施形態では、タンク４１に安全弁４５を設ける。これにより、復水井戸管２１やタンク４１の内部空間の過度な加圧を抑制できる。

上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、通常注水、加圧注水、減圧洗浄及び通常洗浄の各工程を順次、繰り返す。１サイクルを構成する工程は、これに限定されるものではない。例えば、時間に応じて各工程を組み合わせて行なってもよい。また、通常洗浄工程を１日に複数回、定期的に実行し、加圧注水工程及び減圧洗浄工程を１日１回、実行してもよい。更に、加圧注水工程を実行した直後に減圧洗浄工程を実行したが、通常注水工程を実行した後、減圧洗浄工程を実行してもよい。この場合には、制御部５０は、注水弁１９及び大気連通弁３１を閉じ、洗浄制御弁を開けて、排水ポンプ２５を駆動する。

また、状況に応じて、減圧洗浄及び通常洗浄を選択して実行してもよい。例えば、制御部５０は、復水井戸管２１の水位の上昇速度に応じて、目詰まり状況を判定する。そして、水位の上昇速度が基準速度より低い場合には、制御部５０は、通常洗浄を実行する。また、水位の上昇速度が基準速度以上の場合には、制御部５０は、通常洗浄の代わりに、又は通常洗浄とともに、減圧洗浄を実行する。

・上記実施形態では、復水井戸管２１の内部の水位が加圧開始水位Ｈ１に到達した場合に、制御部５０は、加圧注水処理を実行する。加圧注水処理を実行するタイミングは、水位に基づく判定に限定されない。例えば、加圧開始時間に基づいた判定により、加圧注水処理を実行してもよい。また、加圧開始水位Ｈ１は、復水井戸管２１の天井板２２に限定されず、低い位置でもよいし、接続管４２における高さでもよい。

・上記実施形態では、圧力センサ３６からの計測値（圧力）が洗浄開始圧力値Ｐ１に到達した場合、制御部５０は、減圧洗浄工程を実行する。減圧洗浄工程を実行するタイミングは、圧力に基づく判定に限定されない。例えば、減圧開始時間に基づいた判定により、減圧洗浄処理を実行してもよい。ここで、減圧開始時間は、所定時刻や、加圧注水開始時間からの経過時間によって設定してもよい。

・上記実施形態では、減圧洗浄において、大気連通弁３１を閉じ、排水ポンプ２５を駆動して、復水井戸管２１の上部の空間を減圧した。復水井戸管２１の上部の空間を減圧する方法は、これに限定されない。例えば、接続管４２に真空ポンプを接続する。そして、復水井戸管２１の上部に空気層を残した状態で真空ポンプを駆動し、復水井戸管２１の上部の空間（空気層）を減圧してもよい。また、上記実施形態では、大気連通弁３１を、天井板２２に設けた大気連通管３０に設けた。大気連通弁３１は、復水井戸管２１の上部（上面）を封止する部材（天井板２４）に設けてあれば、その部材に直接、設けてもよいし、他の部材を介して設けてもよい。

・上記実施形態では、復水井戸管２１の上方に、接続管４２を介したタンク４１を配置する。復水井戸管２１の上部に空気層を設ける方法は、タンク４１を用いる場合に限定されない。例えば、加圧注水工程においても、加圧開始水位Ｈ１を、復水井戸管２１の天井板２２よりも低く設定する。そして、タンクを設ける代わりに、復水井戸管２１の上部に空気層を設けた状態で加圧してもよい。

Ｆ１…フィルタ、Ｇｗ１…透水層、ｈ０…孔、Ｈ１…加圧開始水位、Ｐ０…大気圧、Ｐ１…洗浄開始圧力値、ＰＳ１…止水材、Ｓ１…施工領域、ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５，ｔ６…時間、Ｗ１…地下仕切り、ＰＳ１…止水材、１０…揚水井戸、１２…揚水井戸管、１５…揚水ポンプ、１６…揚水管、１７…圧送ポンプ、１８…注水管、１９…注水弁、２０…復水井戸システム、２１…復水井戸管、２１ｆ…フランジ、２１ｒ…砂溜り、２１ｓ…スクリーン、２２…封止部としての天井板、２５…排水ポンプ、２６…排水管、２７…洗浄制御弁、３０…大気連通管、３１…大気連通弁、３５…水位計、３６…圧力センサ、４０…架台、４１…タンク、４２…接続管、４５…安全弁、５０…制御部。

Claims (5)

1. 復水井戸管を介して地盤に注水する注水工程と、
   前記復水井戸管の上部の封止部に設けられ、前記上部の内部空間と大気との連通を制御する大気連通弁を閉じて、前記内部空間を減圧し、前記復水井戸管の内部から水を汲み上げる排水ポンプを駆動して、前記復水井戸管の洗浄を行なう減圧洗浄工程とを含むことを特徴とする復水工法。
2. 前記減圧洗浄工程の直前の注水工程は、前記大気連通弁を閉じ、加圧して注水する加圧注水工程を含むことを特徴とする請求項１に記載の復水工法。
3. 注水のための復水井戸管を備えた復水井戸システムであって、
   前記復水井戸管の内部から水を汲み上げる排水ポンプと、
   前記復水井戸管の上部を封止する封止部に設けられ、前記上部の内部空間と大気との連通を制御する大気連通弁とを備えたことを特徴とする復水井戸システム。
4. 前記復水井戸管の上方に、前記復水井戸管の上部の内部空間と連通するタンクを更に備えたことを特徴とする請求項３に記載の復水井戸システム。
5. 前記排水ポンプと、前記大気連通弁とを制御する制御部を更に備え、
   前記制御部が、前記大気連通弁を閉じて、前記内部空間を減圧し、前記排水ポンプを駆動して洗浄を行なう減圧洗浄工程を実行することを特徴とする請求項３又は４に記載の復水井戸システム。

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