JP3570807B2 - 揚排水装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は揚排水装置に関し、更に詳細には地中の第1帯水層から地下水を揚水するとともに、前記第1帯水層の下方に位置する第2帯水層に前記地下水を排出する揚排水装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
大規模な地下の山止め掘削工事等においては、地下に設けられた山止め壁や掘削底面に作用する膨大な水圧の低減や作業効率向上等のため、揚水井を設けて地下水を揚水することにより地下水位の低下を図る工法が良く知られている。
【0003】
この揚水井から揚水された地下水は、通常、工事現場付近の下水用の埋設管やU字溝等に放流されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、下水道の使用量は高いため、この地下の山止め掘削工事のコストは高いものとなるという問題点があった。
【0005】
本発明の目的は、工事のコストを低減でき、第2帯水層へ第1帯水層の地下水を適切に排出可能であり、かつ、排水層スクリーンに蓄積された濾過物を適切に除去できる揚排水装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
本発明は、地中の第1帯水層から地下水を揚水するとともに、前記第1帯水層の下方に存する第2帯水層に前記地下水を排出する揚排水装置であり、前述した技術的課題を解決するために以下のように構成されている。
【0007】
すなわち、本発明は、地中にほぼ鉛直方向で埋設される筒状の外管と、前記外管に設けられ、前記外管が埋設される際に前記第1帯水層の存する位置に設置され、前記第1帯水層の前記地下水を前記外管内に流入させる揚水層スクリーンと、
前記外管に設けられ、前記外管が埋設される際に前記第2帯水層の存する位置に設置される排水層スクリーンと、前記揚水層スクリーンの下端部、または前記揚水層スクリーンの下方における前記外管内部の所定位置を閉塞する第1閉塞部材と、前記排水層スクリーンの上端部または前記排水層スクリーンの上方における前記外管内部の所定位置を閉塞する第2閉塞部材と、前記第1閉塞部材の上方に設置され、前記揚水層スクリーンより流入した前記地下水を揚水する揚水ポンプと、前記揚水ポンプにより揚水された前記地下水を貯水する貯水槽と、一端が前記揚水ポンプに接続され、他端が前記貯水槽に接続される揚水管と、前記外管内部に前記第1閉塞部材及び前記第2閉塞部材を貫通させて設けられる排水管と、前記貯水槽に貯水された前記地下水を前記排水管の一端から圧入して供給するとともに、前記排水管の他端から前記地下水を噴出させて、前記地下水を前記排水層スクリーンから前記第2帯水層へ排出させる圧入ポンプとを備えることを特徴とする。
【0008】
以下、この発明の構成要素を個別に説明する。
外管は第1帯水層の地下水の流入口となる揚水層スクリーンと排出口となる排水層スクリーンとを有するものである。
【0009】
第1閉塞部材は外管内部を閉塞することによりその上方に第1帯水層の地下水がたまるようにするものである。
また、第2閉塞部材は外管の下端内部にたまる地下水が一定の水位以上に上がらないようにするものである。
【0010】
第1及び第2閉塞部材は、ともに透水させない限り、金属や合成樹脂等の材質を用いることができる。また、外管内部の所定位置を適切に閉塞できる限りその鉛直方向の厚さ等の構成を問わない。
【0011】
揚水ポンプは、適切に貯水槽へ地下水を揚水できる限り、従来存する全ての種類のポンプを用いることができる。
貯水槽は揚水ポンプにより揚水した地下水を貯水するものである。これにより地下水を必要に応じて排水管に供給することが可能となる。また、貯水槽において地下水の懸濁物を沈殿させることにより、第2帯水層へ揚水時よりも清浄な状態の地下水を排出することができる。
【0012】
揚水管は揚水ポンプと貯水槽との間の通水路となるものである。
排水管は必要に応じて1または2以上設けることができる。
圧入ポンプは、貯水槽に貯水された地下水を排水管に圧入して供給でき、かつ排水管の他端から地下水を噴出させることができる限り、従来存する全ての種類のポンプを用いることができる。
【0013】
(本発明の付加的構成要素)
本発明の揚排水装置は、上記した必須の構成要素からなるが、以下に説明する構成要素を付加した場合であっても成立する。
【0014】
すなわち、前記排水層スクリーンは、前記地下水を濾過するストレーナを有するものであっても良い。この場合には、排水管の他端から噴出した地下水がストレーナにより濾過されてより清浄な状態で第2帯水層に排出されるようになる点で好ましい。ここに、ストレーナにより濾過されるものは、第1帯水層に存する地下水に含まれる砂等の懸濁物である。
【0015】
また、前記排水管が複数設けられ、これらの複数の排水管のうち、少なくともいずれか一つの排水管は前記貯水槽に連結され、他の排水管は圧縮空気を供給するエアコンプレッサに連結され、前記エアコンプレッサは、自己に連結された排水管に圧縮空気を供給し、前記第2帯水層の地下水を前記排水層スクリーンから流入させ、この第2帯水層の地下水を前記ストレーナに蓄積された濾過物とともに前記貯水槽に連結された排水管を通じて前記貯水槽まで揚水するようにすることもできる。
【0016】
これは、揚排水装置の排水層スクリーンについていわゆる逆洗を行う場合を示すものであり、このようにすると、排水層スクリーンの有するストレーナに蓄積された濾過物が除去され、ストレーナの適切な濾過機能を維持することができる点で好ましい。
【0017】
以上説明した本発明の揚排水装置によると、第1帯水層の地下水は、揚水層スクリーンから流入し、第1閉塞部材の上方にたまる。このたまった地下水は揚水ポンプにより揚水管を通じて貯水槽まで揚水され貯水される。
【0018】
この貯水された地下水は、状況に応じて圧入ポンプにより排水管の一端へ圧入して供給され、排水管の他端から噴出して第2閉塞部材の下方における外管内部にたまった地下水を押圧し、その水圧をもって排水層スクリーンから第2帯水層へ第1帯水層の地下水を排出する。
【0019】
このとき、排水層スクリーンがストレーナを有する場合には、第2帯水層に排出される地下水はストレーナにより濾過されて排出される。
また、ストレーナのいわゆる逆洗を行う場合には、複数の排水管のいずれか一つが貯水槽に連結され、他の排水管がエアコンプレッサに連結される。これによれば、エアコンプレッサにより圧縮空気が排水管に供給されると、第2閉塞部材の下方に存する地下水は圧縮空気に押圧され、貯水槽に連結された排水管を通じて貯水槽まで揚水される。
【0020】
このとき、排水槽スクリーンから第2帯水層の地下水が流入し、これによりストレーナに蓄積した濾過物が除去される。この濾過物は、第2帯水層から流入した地下水がエアコンプレッサからの圧縮空気により押圧されて貯水槽まで揚水されることに伴い貯水槽まで搬送される。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の揚排水装置に好適な実施の形態を図を用いて更に詳細に説明する。図1には本発明の一実施の形態における揚排水装置が符号10で示されている。
【0022】
この揚排水装置10は、外管11と、揚水ポンプ12と、貯水槽であるスラッシュタンク14と、揚水管15と、排水管16a、16bと、通水管17と、圧入ポンプ18とを備えている。
【0023】
外管11は一端が閉塞された筒状にされ、閉塞された側を下端側としてほぼ鉛直方向で地中に埋設されている。この地中には第1帯水層5が存在し、その下方には第2帯水層6が存在している。この第1帯水層5は地下水の揚水を予定するものであり、第2帯水層6は第1帯水層5の地下水の排出を予定するものである。
【0024】
なお、第1帯水層5と第2帯水層6とは主に砂で形成されており、第1および第2帯水層5、6の間は主に粘性土で形成されている。このため、第1及び第2帯水層5、6に存する地下水は相互に容易に透水しないようになっている。
【0025】
外管11は、第1帯水層5が存する位置に埋設される部位が開口され、この周りにフィルタ材11aが設けられ、そのフィルタ材11aの内周に沿ってメッシュ状のストレーナ3aが設けられて揚水層スクリーン3が形成されている。これにより、第1帯水層5に存する地下水が揚水層スクリーン3を通過して外管11内に流入するようにされている。
【0026】
また、外管11の地中の第2帯水層6が存する位置に埋設される部位も開口され、その周りにフィルタ材11aが設けられ、その内周に沿ってストレーナ4aが設けられることにより排水層スクリーン4が形成されている。
【0027】
これらの揚水層及び排水層スクリーン3、4の鉛直方向の長さは、第1及び第2帯水層5、6の鉛直方向の長さにほぼ一致するように設けられている。もっとも、完全に一致する必要はなく、揚水層及び排水層スクリーン3、4の鉛直方向の長さは、第1及び第2帯水層5、6の鉛直方向の長さより長くても良く、または短くても良く適宜変更可能なものである。
【0028】
なお、外管11における揚水層スクリーン3の下方には、外管11の外周に沿って止水材であるグラウト材11bが設けられている。その他の外管11の外周面にはフィルタ材11aが設けられている。もっとも、他の部材が用いられていても良く、例えばグラウト材を用いても良く、あるいは土砂等で埋め戻したものであっても良い。
【0029】
外管11の内部には、揚水層スクリーン3の下端部に沿って第1閉塞部材である板状の底蓋13が設けられ、外管11内部が閉塞されている。この底蓋13の上方には鉛直方向に所定の間隔をおいて側面及び底面に吸水口を有する揚水ポンプ12が設けられている。
【0030】
これにより、揚水層スクリーン3から流入した第1帯水層5の地下水は、下方に落下することなく底蓋13上方にたまり、このたまった地下水が揚水ポンプ12により揚水されるようになっている。
【0031】
なお、底蓋13は、その上面が揚水層スクリーン3の下方に配置されるように設けられていても良い。
外管11内部には、排水層スクリーン4の上端部に沿って板状の第2閉塞部材20が設けられ、外管11内の下端部における地下水の水位がこの第2閉塞部材20の下面以上には上がらないようにされている。なお、第2閉塞部材20は、その下面が排水層スクリーン4の上方に配置されるように設けられていても良い。
【0032】
揚水ポンプ12には、地下水の揚水路となる揚水管15の一端が連結されており、揚水管15の他端は地上に設けられたスラッシュタンク14に連結されている。これにより、揚水された第1帯水層5の地下水はスラッシュタンク14に貯水されるようにされている。
【0033】
排水管16a、16bは直線状にされ、外管11内部にほぼ鉛直方向で底蓋13と第2閉塞部材20とを貫通した状態で二つ設けられている。これらの排水管16a、16bの一端は外管11のほぼ上端に沿ってそれぞれ配置され、他端は第2閉塞部材20の下面にほぼ一致するようにそれぞれ配置されている。
【0034】
なお、図2は図1中のA−A線に沿って揚排水装置10を切断した際における横断面図であり、各排水管16a、16bは揚水ポンプ12の側方を通過するように配置されている。
【0035】
圧入ポンプ18は地上に配置され、スラッシュタンク14と各排水管16a、16bとにそれぞれ通水管17を介して連結されている。これにより、スラッシュタンク14に貯水された第1帯水層5の地下水が、各排水管16a、16bの一端から圧入されて供給されるようになっている。なお、この圧入ポンプ18は図示しない制御部を有し、地下水の圧入の度合いが制御可能にされている。
【0036】
このような揚排水装置10によると、第1帯水層5に存する地下水は外管11内部に流入し、底蓋13上方の外管11内部にたまる。このとき、外管11内部に流入する地下水に含まれる砂等の懸濁物は揚水層スクリーン3のフィルタ材11a及びストレーナ3aによってある程度濾過された状態で流入する。
【0037】
この外管11内部にたまった地下水は揚水ポンプ12の吸水口から吸入され、揚水管15を通じることにより揚水され、スラッシュタンク14に貯水される。スラッシュタンク14に貯水された第1帯水層5の地下水は、揚水層スクリーン3において濾過しきれなかった砂等の懸濁物が沈殿した状態になるまで一定の時間放置される。そして、懸濁物が沈殿した後の上澄み部分の地下水が圧入ポンプ18により通水管17を通じて各排水管16a、16bの一端に圧入されて供給される。
【0038】
これにより、第1帯水層5の地下水は各排水管16a、16bを通って各排水管16a、16bの他端から噴出し、この際の圧力により第2閉塞部材20の下方にたまった地下水が排水層スクリーン4を通過して第2帯水層6へ排出される。このとき、地下水は排水層スクリーン4を形成するフィルタ材11a、ストレーナ4aによりさらに濾過されて第2帯水層6へ排出される。
【0039】
次に、前記した揚排水装置10の排水層スクリーン4を形成するストレーナ4aに付着した濾過物等をいわゆる逆洗を行うことにより除去する場合について説明する。
【0040】
第1帯水層5に存する地下水には砂等の懸濁物が含まれている。この懸濁物は揚水層スクリーン3において濾過され、さらにスラッシュタンク14にて沈殿させることにより除かれている。このような地下水が排水管16a、16bに供給されているが、この地下水には未だ懸濁物が含まれている。
【0041】
このため、この懸濁物を排水層スクリーン4のストレーナ4a及びフィルタ材11aにより除いた状態で第2帯水層6へ排出している。従って、揚排水装置10の使用継続により、排水層スクリーン4のストレーナ4a及びフィルタ材11aには濾過物として砂等の懸濁物が蓄積した状態となる。また、懸濁物は外管11の下端部に沈殿した状態にもなり砂だまりを形成する。
【0042】
このような場合には、図3に示されるように、各排水管16a、16bの一端に連結された通水管17を取り外し、排水管16aに圧縮空気を供給するエアコンプレッサ19を連結するとともに、排水管16bに延長管21を連結して排水管16bを延長させた後スラッシュタンク14に連結する。
【0043】
そして、エアコンプレッサ19から排水管16aの一端へ圧縮空気を供給すると、その圧縮空気は排水管16aの他端から噴出される。これにより、外管11の第2閉塞部材20の下方にたまった地下水が押圧され、排水管16bを通じてスラッシュタンク14まで揚水される。これはいわゆるエアリフトと呼ばれるものである。
【0044】
このとき、外管11の下端部に砂だまりを形成していた懸濁物も地下水とともにスラッシュタンク14まで搬送される。
他方、外管11内部の第2閉塞部材20の下方にたまった地下水がスラッシュタンク14に揚水されて減少することに伴い、第2帯水層6に存する地下水が排水層スクリーン4を通じて外管11内部に流入する。すなわち、第1帯水層5の地下水が第2帯水層6へ排出される際の水流の向きとは逆向きの水流が生じる。
【0045】
この第2帯水層6の地下水の流入によって排水層スクリーン4のフィルタ材11a及びストレーナ4aが洗浄され、第1帯水層5の地下水排出により蓄積した懸濁物がストレーナ4aから除去される。そして、外管11内部に流入した第2帯水層6の地下水が、排水管16aの他端から噴出した圧縮空気に押圧されてスラッシュタンク14まで揚水されることに伴い、濾過物としてストレーナ4a等に蓄積していた懸濁物もスラッシュタンク14まで搬送される。
【0046】
以上説明した実施の形態における揚排水装置10によると、地下の山止め掘削工事等において、狭い工事現場でも設置でき、適切に地下水位の低下を図ることができ、さらに下水道の使用を回避して工事のコスト低減を図る効果の他に以下の効果を奏する。
【0047】
すなわち、揚水ポンプ12により揚水した第1帯水層5の地下水をスラッシュタンク14に一旦貯水しておき、揚水ポンプ12とは別個に設けられた圧入ポンプ18を駆動することで第2帯水層6に第1帯水層5の地下水を排出する。
【0048】
従って、第2帯水層5に排出する第1帯水層の地下水の排出量を状況に応じて制御することができる。例えば、第2帯水層6に存する地下水の割合が大きくなり、圧入ポンプ18の圧入によっては第2帯水層6へ地下水が適切に排出できない場合には、第2帯水層6の状況が好適に変化するまで地下水の排出量を減少させる、あるいは地下水の排出を停止することによって対応することができる。
【0049】
また、場合によってはスラッシュタンク14に貯水した地下水を下水道へ排出すること等で対応することも可能である。これによって、第2帯水層6に存する水の割合が過剰となって地盤に悪影響が生じるのを防止できる。
【0050】
また、揚水した地下水に含まれる懸濁物をスラッシュタンク14内で沈殿させた後、上澄み分の地下水を排水管16a、16bに供給するため、排水管16a、16bを通水する地下水に含まれる懸濁物の量を減少させることができ、これより、排水層スクリーン3で濾過される懸濁物の量を減少させて目詰まりを起こし難くすることができる。
【0051】
さらに、排水管16a、16bをエアコンプレッサ19とスラッシュタンク14とにそれぞれ連結することにより、外管11下端部に存する砂だまりやストレーナ4aに付着した濾過物である砂等の懸濁物を適切に除去できるため、ストレーナ4aの目詰まり等による機能低下が防止できる。
【0052】
以上のことから、第2帯水層6へ第1帯水層5の地下水を適切に排出することが可能である。
【0053】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の揚排水装置によれば、工事のコストを低減でき、第2帯水層へ第1帯水層の地下水を適切に排出可能であり、かつ、排水層スクリーンのストレーナに蓄積された濾過物を適切に除去できる等の効果がある。また、第1帯水層の存する位置に揚水層スクリーンを設け、この揚水層スクリーンの下端部または下方に第1閉塞部材を設けたことにより、第1閉塞部材の上方に第1帯水層の地下水をためることができるとともに、第2帯水層の存する位置に排水層スクリーンを設け、この排水層スクリーンの上端部または上方に第2閉塞部材を設けたことにより、外管の下端内部にたまる地下水を一定の水位以上に上がらないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態における揚排水装置を示す側断面図である。
【図2】図1に示された揚排水装置をA−A線に沿って切断した際の横断面図である。
【図3】図1に示された揚排水装置のストレーナ逆洗時における状態の側断面図である。
【符号の説明】
3 揚水層スクリーン
3a、4a ストレーナ
4 排水層スクリーン
5 第1帯水層
6 第2帯水層
10 揚排水装置
11 外管
12 揚水ポンプ
13 底蓋(第1閉塞部材)
14 スラッシュタンク(貯水槽)
15 揚水管
16a、16b 排水管
17 通水管
18 圧入ポンプ
19 エアコンプレッサ
20 第2閉塞部材
Claims (2)
- 地中の第1帯水層から地下水を揚水するとともに、前記第1帯水層の下方に存する第2帯水層に前記地下水を排出する揚排水装置であって、
地中にほぼ鉛直方向で埋設される筒状の外管と、
前記外管に設けられ、前記外管が埋設される際に前記第1帯水層の存する位置に設置され、前記第1帯水層の前記地下水を前記外管内に流入させる揚水層スクリーンと、
前記外管に設けられ、外管が埋設される際に前記第2帯水層の存する位置に設置されており、前記地下水を濾過するストレーナを有する排水層スクリーンと、
前記揚水層スクリーンの下端部、または前記揚水層スクリーンの下方における前記外管内部の所定位置を閉塞する第1閉塞部材と、
前記排水層スクリーンの上端部、または前記排水層スクリーンの上方における前記外管内部の所定位置を閉塞する第2閉塞部材と、
前記第1閉塞部材の上方に設置され、前記揚水層スクリーンより流入した前記地下水を揚水する揚水ポンプと、
前記揚水ポンプにより揚水された前記地下水を貯水する貯水槽と、
一端が前記揚水ポンプに接続され、他端が前記貯水槽に接続される揚水管と、 前記外管内部に前記第1閉塞部材及び前記第2閉塞部材を貫通させて設けられる複数の排水管と、
前記貯水槽に貯水された前記地下水を前記排水管の一端から圧入して供給するとともに、前記排水管の他端から前記地下水を噴出させて前記地下水を前記排水層スクリーンから前記第2帯水層へ排出させる圧入ポンプと、を備え、
前記複数の排水管のうち、少なくともいずれか一つの排水管は前記貯水槽に連結可能であり、他の排水管は圧縮空気を供給するエアコンプレッサに連結され、
前記エアコンプレッサは、自己に連結された排水管に圧縮空気を供給し、前記第2帯水層の地下水を前記排水層スクリーンから流入させ、この第2帯水層の地下水を前記ストレーナに蓄積された濾過物とともに前記貯水槽に連結された排水管を通じて前記貯水槽まで揚水することを特徴とする揚排水装置。 - 前記排水管は、前記外管内部にほぼ鉛直方向で二つ設けられており、これらの下端は第2閉塞部材の下面にほぼ一致するように設けられていることを特徴とする請求項1に記載の揚排水装置。
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