JP5854663B2 - 集水管ユニット及びそれを用いた水平集水井用集水管の設置工法 - Google Patents

Description

この発明は、集水管ユニット及びそれを用いた水平集水井用集水管の設置工法に関し、より詳細には発進坑と到達坑との間の地盤に水平集水井を設置して地下水位を低下させる技術に関する。

アンダーパス工法の１つとして、軌道や道路など車両走行路の下方の地盤に、多数の函体（エレメント）を貫入させて覆工構造体を構築し、その内方を掘削して車両走行路を横断するボックスカルバートを施工する工法が知られている。このようなアンダーパス工法の施工に際し、当該地盤の地下水位が高い場合にはその対策工法が実施される。地下水対策としては、従来、薬液注入工法が一般的であるが、その実施によって直上の軌道、路盤に変状を及ぼすことがある。

薬液注入工法に代わる工法として、釜場排水工法、ウェルポイント工法、ディープウェル工法などの地下水位低下工法が実施されている。しかしながら、釜場排水工法は、立坑内に釜場が設置されることが多いので、覆工内掘削に際しては切羽からの湧水対策にはならない。また、ウェルポイント工法は、覆工までの土被りが厚いと、切羽まで地下水低下の影響範囲に入らない。さらに、ディープウェル工法は、地盤の透水係数が小さいと、ウェルの設置数を増加しなければならない。

また、ウェルポイント工法、ディープウェル工法ともに垂直孔タイプなので、軌道内や道路内に揚水井を設置しないと地下水位を覆工内掘削の影響範囲に低下させることができない。このような軌道内や道路内での揚水井設置は、線路閉鎖時間での作業等を強いられ、作業条件が極めて不利になる。

垂直孔タイプの揚水井の欠点を解消することができる工法として、発進坑と到達坑との間の地盤に水平集水井を設置する工法も知られている（例えば特許文献１参照）。この工法は、発進坑と到達坑との間の地盤をケーシング掘削し、ケーシング内部に集水管を設置した後ケーシングを引き抜くか、あるいは集水管を内管として二重管削孔した後、外管を引き抜く工法である。この場合、ケーシングや外管の引抜きにより、集水管と掘削孔壁との間に隙間ができるので、隙間にフィルター材を充填しなければならない。しかしながら、隙間にフィルター材を過不足なく充填するのは困難であり、その充填不足が生じる。このようなフィルター材の充填不足は、採水時の砂の流入やスクリーン部の目づまりを招くことになる。

特開昭６４−４３６１２号公報

この発明は上記のような技術的背景に基づいてなされたものであって、次の目的を達成するものである。
この発明の目的は、掘削孔壁と集水管との間に隙間が形成されるがことなく、したがって隙間へのフィルター材の充填作業を不要とすることができ、しかも砂の流入やスクリーン管の目詰まりを抑えることができる、集水管ユニット及びそれを用いた水平集水井用集水管の設置工法を提供することにある。

この発明は上記課題を達成するために、次のような手段を採用している。
すなわち、この発明は地下水位を低下させるために地盤に水平に設置される水平集水井用集水管ユニットであって、
両端にジョイント部を有し、周壁に多数の採水孔が形成された採水管と、
前記採水管の内部に配置され、両端にジョイント部を有するスクリーン管と、
前記採水管と前記スクリーン管との間に充填されたフィルター材とを備え、
前記採水管と前記スクリーン管との間の前後に、前記スクリーン管を前記採水管の軸線上に位置決めするためのセントラライザが設けられ、
前記セントラライザは、前記スクリーン管の外周に嵌るリングと、このリングから半径方向に延びる複数のストラットとを備え、前記ストラット間に、前記フィルター材を保持するための網体が設けられていることを特徴とする集水管ユニットにある。

前記採水管の両端のジョイント部は、それぞれ互いに嵌り合う雄ねじ部及び雌ねじ部からなる構成を採用することができる。前記スクリーン管の両端のジョイント部は、それぞれ互いに嵌り合う雄部及び雌部からなり、前記雄部の外周及び前記雌部の内周には互いに整合する環状溝が形成され、前記雌部の外周には前記環状溝に開口し、この環状溝周囲にロープを配置するための挿入孔が形成されている構成を採用することができる。

また、この発明は発進坑と到達坑との間の地盤に、地下水位を低下させるための水平集水井用集水管を設置する工法であって、
前記集水管として、所定長さにユニット化された上記態様の多数の集水管ユニットを用い、
前記発進坑と前記到達坑との間の地盤にボーリングロッドを貫入させた後、このボーリングロッドの先端ビットに代えて前記集水管ユニットを接続して、ボーリングロッドを引き抜くことにより集水管ユニットを地盤に引き込み、
以下、地盤に引き込まれた集水管ユニットに新たな集水管ユニットを順次接続して地盤に引き込むことを特徴とする水平集水井用集水管の設置工法にある。

この発明による集水管の設置工法によれば、ボーリング孔壁と集水管との間に隙間が形成されないので、従来のような隙間へのフィルター材の充填作業が不要となり、フィルター材の充填不足による砂の流入やスクリーン管の目詰まりを抑えることができる。また、集水管ユニットは、採水管の内部にスクリーン管とフィルター材とが一体となってセットされているので、砂の流入やスクリーン管の目詰まりを抑えることができる。

集水管ユニットを示す軸方向断面図である。 セントラライザを示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は断面図、（ｃ）は拡開状態の正面図である。 フィルター材の充填方法を説明するための軸方向断面図である。 フィルター材の脱落を防止するためのストレーナ部を示す斜視図である。 集水管ユニットのジョイント部を示す断面図である。 ストレーナー管の接続方法を示す図である。 この発明をアンダーパス工法に適用した場合の集水管の配置を示す正面図である。 同上の断面図である。 集水管の設置手順を示す断面図である。 図９に引き続く手順を示す断面図である。 図１０に引き続く手順を示す断面図である。 口元部を示す断面図である。 口元部を示す正面図である。

この発明の実施形態を図面を参照しながら以下に説明する。図１に示すように、集水管ユニット１は、外管である採水管２と、採水管２の内部に配置された内管であるスクリーン管３とを備えている。採水管２は周壁に多数の採水孔４が形成されている。採水孔４の形状は小判形（長円）とされるが、真円その他の形状であってもよい。採水管２の両端にはジョイント部となる雄ねじ部５及び雌ねじ部６が形成されている。これら雌雄ねじ部５，６は互いにねじによって嵌り合うことが可能で、図５に示すように、互いに接続される２つの集水管ユニット１の採水管２どうしを接続することができる。

スクリーン管３は巻線形のもので、巻線７の両端にジョイント部となる雄部８及び雌部９が設けられている。これら雌雄部８，９は互いに嵌り合うことが可能で、図５に示すように、互いに接続される２つの集水管ユニット１のスクリーン管３どうしを接続することができる。雌雄部８，９の具体的な構造及びその接続方法については後述する。

スクリーン管３の前後にはセントラライザ１０が設けられている。セントラライザ１０は、図２に示すように、リング１１と、このリング１１から半径方向に延びる複数のストラット１２とを備えている。ストラット１２は金属などのバネ性を有する材料からなり、先端が湾曲している。隣り合うストラット１２，１２間には金網１３が設けられている。ストラット１２の先端湾曲部分は金網１３から突出している。

セントラライザ１０は２つの半割り部に分割されていて、各半割り部の端部はヒンジ１４を介して連結されている。これにより、セントラライザ１０は拡開可能となっている。各半割り部の他端部にはピン挿入部１５が設けられ、これらのピン挿入部１５に図示しないピンを挿入することにより、セントラライザ１０は閉じた状態に保持される。

採水管２とスクリーン管３との間には硅砂などからなるフィルター材１６が充填されている。図３は、フィルター材１６の充填方法を示している。まず、スクリーン管３の一方の端部にセントラライザ１０ａを取り付ける。セントラライザ１０ａの取付けにあたっては、セントラライザ１０ａを図２（ｃ）に示したように拡開させることにより、スクリーン管３の端部を抱き込むようにして取り付ける。

セントラライザ１０ａを取り付けたら、スクリーン管３を採水管２内に挿入する。このとき、セントラライザ１０ａのストラット１２は、バネ性を有するのでこれを半径方向に縮めることにより（図２（ｂ）の矢印方向参照）、セントラライザ１０ａを採水管２内に挿入することができる。また、スクリーン管３はその全長を採水管２内に挿入せずに、他端部が採水管２から突出するようにする。そして、スクリーン管３の突出した他端部側から、採水管２とスクリーン管３との間にフィルター材１６を圧密・充填する。フィルター材１６の充填後、スクリーン管３の他端部にセントラライザ１０ｂを前述のようにして取付け、スクリーン管３をその全長が採水管２内に入り込むように挿入する。

フィルター材１６は圧密されているものの、集水管ユニットの運搬時、施工時等において採水孔４から脱落するおそれがある。この場合、図４に示すように、採水管の外周面（同図（ａ））あるいは内周面（同図（ｂ）にスクリーン部２０を設けるとよい。スクリーン部２０は、例えば採水管２の軸方向及び周方向に配列される断面Ｖ字形の部材２１，２２を２段に重ねることによって構成することができる。スクリーン部２０を採水管２の外周に設ける場合は、後述する地盤への引き込み施工に影響がないように、軸方向部材２１を外側に配置する。また、スクリーン部２０を採水管２の内周に設ける場合は、スクリーン管３の採水管２内でのスライドに影響がないように軸方向部材２１を内側に配置する。

以上説明した集水管ユニット１は、図５に示すように、これを接続しながら地盤に埋設される。集水管ユニット１の採水管２は、雄ねじ部５及び雌ねじ部６のねじ結合によって接続されるが、スクリーン管３は次のようにして接続される。図６に示すように、スクリーン管３には、雄部８の外周及び雌部９の内周に環状溝２３，２４がそれぞれ形成されている。また、雌部９にはその外周から環状溝２４に開口する孔２５が形成されている。

集水管ユニット１どうしを接続するには、まずスクリーン管３どうしを接続する。そのためには、例えば既に地盤に埋設されている側のスクリーン管３の雄部８に、新たに接続するスクリーン管３の雌部９を接続するものとすると、その新たに接続するスクリーン管３の雌部９を採水管２から引き出し突出させる。そして、図６（ａ）に示すように、雄部８に雌部９を嵌め合わせる。これにより嵌合溝２３，２４が整合する。

次いで、図６（ｂ）に示すように、穴２５を介して環状溝２３，２４にワイヤロープ２６を挿入し、環状溝２３，２４に沿って送り込み、その周壁に巻き付ける。これにより、雄部８及び雌部９が互いに抜け出すことなく一体化される（同図（ｃ））。このスクリーン管３どうしの接続後、採水管２どうしを接続する（図５）。なお、符号２７はパッキンを示している。

次に、上記のような集水管ユニットを使用した集水管の設置工法について説明する。図７，図８は、アンダーパス工法の実施のために水平集水管を設置する施工例を示している。図示のアンダーパス工法は、発進立坑３０と到達立坑３１との間の地盤に多数の函体（エレメント）を挿入して覆工構造体３２を構築し、覆工構造体３２の内方を掘削してボックスカルバートを築造する工法である。水平集水管３３は、覆工構造体３２の内方及び外方に、次のようにして複数本設置される。

まず、図９に示すように、発進立坑３０から到達立坑３１に向けてボーリングマシン３４により、ボーリングロッド３５を貫入させる。ボーリングロッド３５は先端にビット３６が接続された通常のものであり、ロッドユニットを順次接続しながら地盤に水平に貫入される。ビット３６が到達立坑３１に達したら、このビット３６に代えて、ボーリングロッド３５に集水管ユニット１を接続する。具体的には、ボーリングロッド３５に採水管２をねじ接続する。そして、ボーリングマシン３４によりボーリングロッド３５を引抜き、それに伴って集水管ユニット１を地盤中に引き込む。以下、ボーリングロッド３５を引抜きながら、集水管ユニット１を順次接続し（図１０）、このようにして複数の集水管ユニット１を接続してなる集水管３３を地盤に埋設する（図１１）。

図１２，図１３は集水管の口元部を示している。口元部においては、スクリーン管３の端部に短管３８を接続する。そして、採水管２とスクリーン管３との隙間を塞ぐために、短管３８に口元キャップ３９を接続する。この口元キャップ３９には排気口４０が設けられている。地下水を排水するにあたっては、重力による自然排水でもよいが、スクリーン管３に図示しないバキューム管を挿入し、強制排水とすることもできる。

以上のような、集水管の設置工法によれば、ボーリング孔壁と集水管との間に隙間が形成されないので、従来のような隙間へのフィルター材の充填作業が不要となり、フィルター材の充填不足による砂の流入やスクリーン管の目詰まりを抑えることができる。また、集水管ユニットは、採水管の内部にスクリーン管とフィルター材とが一体となってセットされているので、砂の流入やスクリーン管の目詰まりを抑えることができる。

上記実施形態は例示にすぎず、この発明は種々の態様を採ることができる。例えば、セントラライザには、これに金網を設けることにより、スクリーン管の位置決め機能とフィルター材の保持機能をもたせてあるが、これらの機能を個別にもつセントラライザ及び金網を個別に取り付けるようにしてもよい。

１ 集水管ユニット
２ 採水管
３ スクリーン管
５ 雄ねじ部
６ 雌ねじ部
７ 巻線
８ 雄部
９ 雌部
１０ セントラライザ
１１ リング
１２ ストラット
１３ 金網
１６ フィルター材
３０ 発進立坑
３１ 到達立坑
３４ ボーリングマシン
３６ ビット

Claims (4)

1. 地下水位を低下させるために地盤に水平に設置される水平集水井用集水管ユニットであって、
   両端にジョイント部を有し、周壁に多数の採水孔が形成された採水管と、
   前記採水管の内部に配置され、両端にジョイント部を有するスクリーン管と、
   前記採水管と前記スクリーン管との間に充填されたフィルター材とを備え、
   前記採水管と前記スクリーン管との間の前後に、前記スクリーン管を前記採水管の軸線上に位置決めするためのセントラライザが設けられ、
   前記セントラライザは、前記スクリーン管の外周に嵌るリングと、このリングから半径方向に延びる複数のストラットとを備え、前記ストラット間に、前記フィルター材を保持するための網体が設けられていることを特徴とする集水管ユニット。
2. 前記採水管の両端のジョイント部は、それぞれ互いに嵌り合う雄ねじ部及び雌ねじ部からなることを特徴とする請求項１に記載の集水管ユニット。
3. 前記スクリーン管の両端のジョイント部は、それぞれ互いに嵌り合う雄部及び雌部からなり、前記雄部の外周及び前記雌部の内周には互いに整合する環状溝が形成され、前記雌部の外周には前記環状溝に開口し、この環状溝内部にロープを配置するための挿入孔が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の集水管ユニット。
4. 発進坑と到達坑との間の地盤に、地下水位を低下させるための水平集水井用集水管を設置する工法であって、
   前記集水管として、所定長さにユニット化された請求項１〜３のいずれか１に記載の多数の集水管ユニットを用い、
   前記発進坑と前記到達坑との間の地盤にボーリングロッドを貫入させた後、このボーリングロッドの先端ビットに代えて前記集水管ユニットを接続して、ボーリングロッドを引き抜くことにより集水管ユニットを地盤に引き込み、
   以下、地盤に引き込まれた集水管ユニットに新たな集水管ユニットを順次接続して地盤に引き込むことを特徴とする水平集水井用集水管の設置工法。

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