JP6149401B2 - 拡径井戸および拡径井戸の施工方法 - Google Patents

拡径井戸および拡径井戸の施工方法 Download PDF

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Description

本発明は、拡径井戸および拡径井戸の施工方法に関するものであり、具体的には、必要な揚水能力或いは注水能力を効率的かつ低コストに確保可能な井戸およびその施工方法の技術に関する。
開削工事の現場においては、開削箇所やその周囲に設けた揚水井戸を介して地下水を汲み上げ、工事箇所の地下水位を低下させる排水工法や、汲み上げた地下水を復水井戸を介して地盤中の透水層に注入し、地下水処理コストの低減や現場周辺の地下水位低下抑止を図る復水工法が採用されている。こうした地下水の管理手法としては、以下のような技術が提案されている。すなわち、揚水井から揚水される量を必要最小限とし、かつ、揚水した地下水のうち復水される量を最大とするよう、揚水手段、復水手段、及び揚水を復水井に送る送水手段を制御する制御装置を備えて、揚水量、復水量、揚水井及び復水井周辺の地下水位の管理を自動的に行う管理システム(特許文献1参照)などが提案されている。
特開2006−291474号公報
上述の揚水井戸や復水井戸は、その井戸径が大きいほど揚水能力や注水能力が高くなる。一方、近年の都市土木工事の現場では、復水対象の透水層が100m以深に存在する場合もある。そうした状況で所望の揚水能力や注水能力を得るべく井戸径を大きくすれば、長大な井戸掘削に伴って生じる排土量が大幅に増加し、施工期間や施工費も増大することになる。
そこで本発明では、必要な揚水能力或いは注水能力を効率的かつ低コストに確保可能な井戸およびその施工方法の提供を目的とする。
上記課題を解決する本発明の拡径井戸は、地下水の揚水ないし注水を行う井戸であって、揚水ないし注水の対象地層において他部位より拡径された部位が含まれ、井戸孔内に挿入した井戸管のうち、前記対象地層における井戸孔内に配置されたストレーナー部の径が、当該ストレーナー部より上方の井戸管の径より拡大されており、前記ストレーナー部の径は、前記井戸孔の拡径されていない部位の孔径よりも小さいことを特徴とする。
これによれば、揚水井戸や復水井戸において拡径させる箇所が、その能力を左右する部位、すなわち揚水ないし注水の対象地層に対応する部位を少なくとも含む箇所のみとなり、井戸の全深度に渡って拡径させる場合と比較し、削孔に伴う排土量、施工期間、および施工費の増大を抑制することができる。こうした井戸の一部のみの拡径は、必要とされる能力に応じ、揚水井戸や復水井戸の能力を効率良く向上できることにもつながる。更に、本発明の拡径井戸は、上述の拡径がなされる部位より上方の部位については拡径されておらず、井戸の施工領域が狭小な場所であっても対応可能となる。
従って、排水工法や復水工法に用いる井戸に関して、必要な揚水能力或いは注水能力が効率的かつ低コストに確保可能となる。
また、井戸孔内に挿入した井戸管のうち、対象地層における井戸孔内に配置されたストレーナー部の径が、当該ストレーナー部より上方の井戸管の径より拡大されているので、上述の対象地層の少なくとも一部を含む部位における井戸の孔径拡大に起因する効果に加えて、ストレーナー部における揚水能力或いは注水能力が向上する効果も生じることとなり、更に井戸の能力を効率良く向上できる。
また、本発明は、地下水の揚水ないし注水を行う井戸の施工方法において、施工対象の地盤において、地上から揚水ないし注水の対象地層に至る削孔を実行する工程と、前記対象地層の少なくとも一部を含む部位における井戸の孔径を、他部位の孔径より拡大させる削孔を実行する工程と、前記各工程により削孔された井戸孔内に、下端がストレーナー部である井戸管を、当該ストレーナー部が前記孔径を拡大させて削孔した部位に配置されるように挿入する工程と、を備え、前記ストレーナー部は、当該ストレーナー部の径を拡大する方向への動作が可能な複数部材から構成されており、前記挿入する工程では、前記井戸管を、前記ストレーナー部の径を拡大させない状態で前記井戸孔内に挿入し、前記ストレーナー部を、前記孔径を拡大させて削孔した部位に配置した後、前記複数部材をそれぞれ動作させて前記ストレーナー部の径を拡大させることを特徴とする。
これによれば、井戸孔内に井戸管を挿入する際、ストレーナー部の径を最小化しておき、ストレーナー部が上述の対象地層に対応した深度に達した際に複数部材を動作させて拡径することが可能となる。従って、上述の拡径がなされる部位より上方の部位における削孔径をより小さくすることも可能となり、削孔に伴う排土量、施工期間、および施工費の抑制、また、狭小な施工場所への対応性といった効果が更に高まることになる。
また、本発明の拡径井戸の施工方法は、地下水の揚水ないし注水を行う井戸の施工方法であって、施工対象の地盤において、地上から揚水ないし注水の対象地層に至る削孔を実行する工程と、前記対象地層の少なくとも一部を含む部位における井戸の孔径を、他部位の孔径より拡大させる削孔を実行する工程と、前記各工程により削孔された井戸孔内に、下端がストレーナー部である井戸管を挿入し、当該井戸管と井戸孔壁との間にフィルター材を投入する工程と、前記井戸孔内の井戸管外側における前記対象地層とその上部の地層との境界付近の止水を行う工程と、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、排水工法や復水工法に用いる井戸に関して、必要な揚水能力或いは注水能力が効率的かつ低コストに確保可能となる。
本実施形態におけるリチャージウェルの適用例を示す図である。 第1実施例における拡径井戸の構造例を示す図である。 第1実施例の拡径井戸における拡径位置の他パターン例1を示す図である。 第1実施例の拡径井戸における拡径位置の他パターン例2を示す図である。 第2実施例のストレーナー部の拡径構造例1(拡径前)を示す断面図である。 第2実施例のストレーナー部の拡径構造例1(拡径前)を示す側面図である。 第2実施例のストレーナー部の拡径構造例1(拡径後)を示す断面図である。 第2実施例のストレーナー部の拡径構造例1(拡径後)を示す側面図である。 第3実施例のストレーナー部の拡径構造例2(拡径前)を示す断面図である。 第3実施例のストレーナー部の拡径構造例2(拡径前)を示す側面図である。 第3実施例のストレーナー部の拡径構造例2(拡径後)を示す断面図である。 第3実施例のストレーナー部の拡径構造例2(拡径後)を示す側面図である。 本実施形態における拡径井戸の施工方法の工程例を示すフロー図である。
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図1Aは本実施形態のリチャージウェル工法の適用例を示す図である。帯水層1を含む地盤2に対し、地下水位以下での開削工事を行う場合、地下水位を低下させ掘削領域50のドライ化を図る措置や、被圧地下水による盤膨れなどの発生を抑止する措置がとられる。それらの措置としては、ディープウェル工法や、このディープウェル工法と組み合わせて用いるリチャージウェル工法がある。本実施形態の拡径井戸100は、例としてリチャージウェル工法における復水井戸に適用したものであるとする。
リチャージウェル工法では、ポンプ3により揚水井戸4から揚水した帯水層1の地下水5を、復水井戸たる拡径井戸100に投入し、この拡径井戸100を介して地盤2における帯水層1(注水の対象地層)に注入、還元する。従って、工事対象となる地盤2とその地表8には、地下水5を揚水する揚水井戸4、地下水5を地盤2の帯水層1に注水、還元する拡径井戸100、揚水井戸4で揚水した地下水5を拡径井戸100に搬送する管路7が主として配置されている。なお、上述の揚水井戸4は、止水・山留壁51で水密に囲まれた掘削領域50内に設置され、復水井戸たる拡径井戸100は、掘削領域50の周囲すなわち止水・山留壁51の外側に設置されている。止水・山留壁51としては、ソイルセメント柱列壁、鋼矢板、鋼管矢板、泥土モルタル連壁、コンクリート連続地中壁などがある。
続いて、上述したリチャージウェル工法における復水井戸たる拡径井戸100の具体的な構造について説明する。図1Bは第1実施例の拡径井戸100の構造例を示す図である。第1実施例の拡径井戸100は、地表8から地盤2中の帯水層1に向けて削孔し形成した井戸孔101と、この井戸孔101内に挿入され、下端がストレーナー部110となっている井戸管103と、井戸管103のうちストレーナー部110と井戸孔壁104との間に充填されたフィルター材105と、井戸孔101内における帯水層1とその上部の難透水層9との境界付近の止水を行う止水材106と、井戸管103のうち止水材106の施工部位より上方の部位と井戸孔壁104との間に充填された埋め戻し材109から構成されている。なお、フィルター材105は、帯水層1と井戸管103との間にあって、帯水層1と井戸管103との間での好適な通水性能の確保と、井戸管103内への微細粒子の侵入防止の効果をあげるべく充填された砂礫材である。また、止水材106は、井戸孔101内に投入され、地下水5等で適宜膨潤したベントナイトペレットで構成される。
井戸孔101は、ボーリングマシンなどの適宜な掘削機による地盤削孔によって形成される縦孔であり、地表8から下方に伸び、上述した帯水層1に到達する全長を有している。また、帯水層1における井戸孔101の径は、帯水層1より上部の地層11における井戸孔101の径より拡大されたものとなっている。こうした拡径部分の削孔は既存の拡径掘削装置を用いて行われる。
また、井戸管103は、鋼管等の適宜な強度を備える連通管で構成されており、その下端にはストレーナー部110が備わっている。ストレーナー部110は、井戸孔101内で、注水(或いは揚水)対象となる帯水層1に位置するよう配置され、帯水層1との間でフィルター材105を介した地下水5の注水(ないし揚水)を行うためのスクリーンである。上述の管路7を介して、拡径井戸100の井戸管103に投入される地下水5は、このストレーナー部110から井戸管103外に流出し、フィルター材105を通じて地盤2の帯水層1に注入されることとなる。
このような拡径井戸100には、フィルター材105の目詰まり防止のため行う逆洗浄処理のため、削孔で生じた土砂を含んだ地下水5や削孔用の掘削泥水等を、地表8に排出する揚水管107と、この揚水管107の下端にあってストレーナー部110を介して上述の地下水5や掘削泥水を揚水する揚水ポンプ108も備わっている。なお、復水井戸たる拡径井戸100における、管路7を介した地下水5の注水動作を明示するため、図1Bでは、揚水動作に関連する揚水管107および揚水ポンプ108を破線にて示している。
ここで、第1実施例におけるストレーナー部110は、その径が、当該ストレーナー部110より上方の井戸管103の径より拡大された構造となっている。なお、井戸管103を井戸孔101に挿入可能とするため、拡径されたストレーナー部110の径は、井戸孔101の径より小さなものとなる。
第1実施例で示す拡径井戸100は、帯水層1の位置で拡径された井戸孔101に、拡径されたストレーナー部110が配置された構造を備えている。帯水層1の位置で拡径された井戸孔101にストレーナー部110が配置された上述の構造であるため、揚水井戸や復水井戸の能力を向上するための、井戸孔101の拡径に起因する、削孔に伴う排土量、施工期間、および施工費の増大を抑制することができ、狭小な施工領域にも対応可能となる。また、帯水層1に面する表面積が広がって、地下水5をより効率的に注水できる井戸孔101の拡径部分と、フィルター材105に当接する面積が広がって井戸管103内空から地下水5をより効率的に注水できる拡径されたストレーナー部110とが、互いに注水能力や揚水能力を高めあうことになり、更に効率的な注水や揚水が達成される。
なお、ストレーナー部110が拡径されていない通常の井戸管103を、上述の帯水層1の位置で拡径された井戸孔101に配置するとしても、フィルター材105の外径が大きくなることにより、井戸の注水能力や揚水能力が向上することは十分期待できる。
また、図1Bで示した拡径井戸100のように、井戸孔101およびストレーナー部110の拡径位置が帯水層1とほぼ合致している形態の他にも、図1Cに示すように、帯水層1の上部にある難透水層9の一部に達するまで、井戸孔101およびストレーナー部110の拡径位置が延長されている形態も考えられる。或いは、図1Dに示すように、帯水層1中の一部の区間でのみ、井戸孔101およびストレーナー部110が拡径されている形態も考えられる。いずれにしても、井戸孔101やストレーナー部110の拡径位置が、帯水層1に一部でも含まれていれば、上述してきた各種効果の少なくともいずれかは達成される。
ここで、第2実施例として、ストレーナー部110が、当該ストレーナー部110の径を拡大する方向への動作が可能な複数部材120から構成されている例について説明する。図2Aは第2実施例のストレーナー部の拡径構造例1(拡径前)を示す断面図であり、図2Bは、その側面図である。また、図2Cは第2実施例のストレーナー部の拡径構造例1(拡径後)を示す断面図であり、図2Dは、その側面図である。
図2A〜図2Dに示すストレーナー部110は、複数の部材120で構成されている。各部材120は、その側面111がストレーナー部110外方に凸となる円弧状の断面を備え、ストレーナー部110の全長に対応した長さLを有する。各部材120は、ストレーナー部110の内外を連通する連通孔121を複数備えており、これにより、図2C、図2Dの状態の如く拡径した状態でストレーナー部110として機能できる。また、各部材120の側端部122には、ストレーナー部110の上端112および下端113に支点を固定したヒンジ114が備わっている。そのため各部材120は、このヒンジ114を中心にして回動可能である。
なお、隣接するヒンジ114の間の離間距離は、部材120の幅wより所定距離だけ小さいものであり、部材120を想定以上に回動させようとした場合でも、該当部材120の他側端部123が、隣接する他部材のヒンジ114に当接して回動が停止するようになっている。また、部材120の他側端部123と、該当部材120と隣接する他部材のヒンジ114とが、互いの当接箇所にフックとフック孔のセットを備えるなどして、他側端部123がヒンジ114に当接した際にフッキングされる構造となっていると更に好適である。
また、図2Aで示すように、各部材120は、各々の側面111の背面領域115にて、ヒンジ114側に隣接する他部材120の一部を内側に収容できるよう配置されている。各々の背面領域115にてお互いを一部収容した状態での各部材120を包絡する外周119は、環状に配置されたヒンジ114を通る円形であり、この時の外周119の径が、ストレーナー部110における最小径となる。
一方、帯水層1における井戸孔101内にストレーナー部110が配置された際には、ヒンジ114を中心に、側面111がより外方に突出する方向(紙面上における時計回り方向)に各部材120を回動させることで、図2C、図2Dに示すように、各部材120がその側面111を全て井戸孔101に露出した状態となり、上述した外周119の径よりも、拡径した状態のストレーナー部110となる。部材120を回動させる機構としては、ストレーナー部110の内空中央に設置された伸縮可能な袋体115Aに地表8より空気や油圧の注入を行って膨張させ、この袋体115Aの膨張動作によって部材120を外方に押し出す機構などが採用できる。また、各部材120の上部(地表8方向)は、適宜な弾性を有するスカート部材130で包含され、ストレーナー部内空への土砂等の混入を防止している。
また、別の形態でストレーナー部110を拡径する第3実施例を、図3A〜図3Dに示す。この例におけるストレーナー部110は、縦状のスリット116を複数有して断面が円形の連通管であるベース部117と、ベース部117の内空118に格納され、各スリット116から突出する複数の部材140とを備えている。この場合の部材140は、図3Aに例示するように、ストレーナー部110外方に凸の矩形断面を備え、スリット116の全長に対応した長さLを有する。各部材140は、ストレーナー部110の内外を連通する連通孔144を複数備えている。
また、各部材140における凸部141の幅wは、スリット116の幅より所定値だけ小さくなっており、凸部141がスリット116において円滑に出入り可能となっている。また、凸部141の下端部には、当該下端部を屈曲させ所定長だけ延伸した脚部143が備わっており、凸部141がスリット116より抜け出さないよう制限している。
なお、各部材140は、互いの脚部143が重なるよう、ベース部117の内空118に格納されている。一方、帯水層1における井戸孔101内にストレーナー部110が配置された際には、互いに脚部143が重なっていた各部材140の凸部141を、スリット116よりベース部117外方に突出させることで、ベース部117の内空118に格納されていた状態から脱し、図3C、図3Dに示すように、各部材140がその凸部141を井戸孔101に露出した状態となり、ストレーナー部110の拡径が図られる。
部材140をスリット116から突出させる機構としては、各凸部141の背面領域142や底部付近に各々設置され、当接可能な他凸部141の脚部143に反力を得て伸縮可能な袋体115Aを利用したものを採用できる。この場合、袋体115Aに対する空気や油圧の注入を行って、袋体115Aを所定の順番(図の例では、袋体A→袋体B→袋体Cの順)で膨張させ、これら袋体115Aの膨張動作によって部材140を外方に押し出す機構などが採用できる。
また、部材140の脚部143と、該当部材140がセットされたスリット116の開口周辺とが、互いの当接箇所にフックとフック孔のセットを備えるとしてもよい。この場合、凸部141のスリット116からの突出に伴い、脚部143がスリット116の開口周辺に接した際に互いがフッキングされる構造となり、好適である。
なお、各部材140の上部(地表8方向)は、第2実施例と同様にスカート部材130で包含され、ストレーナー部内空への土砂等の混入を防止している。
第2および第3実施例で示したストレーナー部110のように、径を拡大する動作が可能である構造を備える場合、井戸孔101内に井戸管103を挿入する際には、部材120、140同士の互いの収容度やベース部117の内空118への収容度を最も高くしてストレーナー部110の径を最小化しておき、ストレーナー部110が上述の対象地層たる帯水層1の深度に達した際に各部材120、140を動作させて拡径することが可能となる。
続いて、本実施形態の拡径井戸の施工方法について説明する。図4は本実施形態における拡径井戸の施工方法の工程例を示すフロー図である。施工者は、地表8にボーリングマシン等の掘削機を配置し、施工対象の地盤2における、揚水ないし注水の対象地層となる帯水層1に至る削孔を実行する(s100)。この削孔における削孔径は、後に挿入する井戸管103の最大径より大きな径となる。但し、ストレーナー部110の拡径がなされている井戸管103の場合には、その最大径とはストレーナー部110の径となり、或いは、拡径動作が可能なストレーナー部110を備える井戸管103の場合、ストレーナー部110の径が最小化された状態でのストレーナー部110の径となる。
次に、上述の帯水層1における井戸孔101の径を、帯水層1より上部の地層11における井戸孔101の径より拡大させる削孔を実行する(s101)。こうした拡径のための削孔は既存の拡径掘削装置を用いて行う。
井戸孔101における拡径の完了後、地表8に予め搬入しておいた井戸管103を、井戸孔101に吊下しつつ徐々に挿入し、井戸管103下端のストレーナー部110の全部または一部を、上述の帯水層1の深度に配置する(s102)。井戸孔101への井戸管103の挿入完了後、井戸管103と井戸孔壁104との間に、所定量の砂礫材等のフィルター材105を投入し、井戸孔101の底部127から帯水層1の上端までの間を間詰めする(s103)。
続いて、井戸管103と井戸孔壁104との間に、所定量のベントナイトペレット等の止水材106を投入し、井戸孔101内の井戸管103外側における帯水層1とその上部の難透水層9との境界付近128の止水を行う(s104)。こうして投入された止水材106は、地下水5等で適宜膨潤して、上述の境界付近128において、井戸管103と井戸孔壁104との間の空間を水密に封止する止水層129を形成することになる。
また、止水材106の投入による止水が完了した後、井戸管103と井戸孔壁104との間に所定量の埋め戻し材109を投入し、井戸孔101における上述の止水層129より上方の空間の間詰めを行う(s105)。
こうして拡径井戸100の主たる構築を行った後、揚水ポンプ108を稼働させ、井戸管103の内外に存在する、井戸孔101の削孔で生じた土砂を含んだ地下水5や削孔用の掘削泥水等を揚水し、これを揚水管107を通じて地表8に排出する逆洗浄処理を行い(s106)、工程を終了する。逆洗浄処理は、フィルター材105の目詰まり防止のため行う処理である。
以上、本実施形態によれば、排水工法や復水工法に用いる井戸に関して、必要な揚水能力或いは注水能力が効率的かつ低コストに確保可能となる。
以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
1 帯水層(注水ないし揚水の対象地層)
2 地盤
3 ポンプ
4 揚水井戸
5 地下水
8 地表
7 管路
9 難透水層
11 上部の地層
50 掘削領域
51 止水・山留壁
100 拡径井戸
101 井戸孔
103 井戸管
104 井戸孔壁
105 フィルター材
106 止水材
107 揚水管
108 揚水ポンプ
109 埋め戻し材
110 ストレーナー部
111 部材の側面
112 ストレーナー部の上端
113 ストレーナー部の下端
114 ヒンジ
115 背面領域
115A 袋体
116 スリット
117 ベース部
118 ベース部の内空
119 外周
120 部材
121 連通孔
122 側端部
123 部材の他側端部
127 井戸孔の底部
128 透水層と難透水層との境界付近
129 止水層
130 スカート部材
140 部材
141 凸部
142 背面領域
143 脚部
144 連通孔

Claims (3)

  1. 地下水の揚水ないし注水を行う井戸であって、揚水ないし注水の対象地層において他部位より拡径された部位が含まれ
    井戸孔内に挿入した井戸管のうち、前記対象地層における井戸孔内に配置されたストレーナー部の径が、当該ストレーナー部より上方の井戸管の径より拡大されており、
    前記ストレーナー部の径は、前記井戸孔の拡径されていない部位の孔径よりも小さいことを特徴とする拡径井戸。
  2. 地下水の揚水ないし注水を行う井戸の施工方法において、
    施工対象の地盤において、地上から揚水ないし注水の対象地層に至る削孔を実行する工程と、
    前記対象地層の少なくとも一部を含む部位における井戸の孔径を、他部位の孔径より拡大させる削孔を実行する工程と、
    前記各工程により削孔された井戸孔内に、下端がストレーナー部である井戸管を、当該ストレーナー部が前記孔径を拡大させて削孔した部位に配置されるように挿入する工程と、を備え、
    前記ストレーナー部は、当該ストレーナー部の径を拡大する方向への動作が可能な複数部材から構成されており、
    前記挿入する工程では、前記井戸管を、前記ストレーナー部の径を拡大させない状態で前記井戸孔内に挿入し、前記ストレーナー部を、前記孔径を拡大させて削孔した部位に配置した後、前記複数部材をそれぞれ動作させて前記ストレーナー部の径を拡大させることを特徴とする拡径井戸の施工方法
  3. 地下水の揚水ないし注水を行う井戸の施工方法において、
    施工対象の地盤において、地上から揚水ないし注水の対象地層に至る削孔を実行する工程と、
    前記対象地層の少なくとも一部を含む部位における井戸の孔径を、他部位の孔径より拡大させる削孔を実行する工程と、
    前記各工程により削孔された井戸孔内に、下端がストレーナー部である井戸管を挿入し、当該井戸管と井戸孔壁との間にフィルター材を投入する工程と、
    前記井戸孔内の井戸管外側における前記対象地層とその上部の地層との境界付近の止水を行う工程と、
    を含むことを特徴とする拡径井戸の施工方法。
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