JP6270523B2

JP6270523B2 - 土壌浄化方法

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Publication number: JP6270523B2
Application number: JP2014026250A
Authority: JP
Inventors: 豊和小川
Original assignee: Taisei Corp
Current assignee: Taisei Corp
Priority date: 2014-02-14
Filing date: 2014-02-14
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2034-02-14
Also published as: JP2015150501A

Description

本発明は、汚染土壌を浄化する土壌浄化方法に関するものである。

汚染土壌の浄化方法は多岐に亘っており、たとえば特許文献１〜４に汚染土壌浄化方法に関する技術の開示がある。

特許文献１で開示される汚染土壌浄化方法は、汚染土壌にケーシングを圧入し、ケーシング内を掘削によって汚染土壌を取り出し、加熱処理等の浄化処理をおこなって汚染物質を除去し、浄化された土壌にセメントなどの固化剤を添加し、ケーシング内を埋め戻し、ケーシングを抜き取る方法である。この方法では、ケーシングを重複するように設置して汚染土壌を掘削排土することから、ケーシングは一本おきに設置され、汚染土壌は全て掘削除去される。

一方、特許文献２で開示される汚染土壌改良方法は、噴射管を汚染土壌に達するまで地中に挿入した後、噴射管を回転させて引上げながら水とエアを噴射して汚染土壌を攪拌し、スラリー状になった汚染土壌を地上に排出するとともに、スラリー状竹炭を噴射して排出した汚染土壌の空間部にスラリー状竹炭を埋設し、地上に排出されたスラリー状汚染土壌をさらにタンク内に送り、ここで30℃以上に加熱されたエアを噴射してエアバブリングをおこない、土壌に含まれる汚染ガスを分離して除去する汚染土壌改良方法である。

一方、特許文献３で開示される汚染土壌改良方法は、土壌が汚染されている地盤に通水孔を設け、吸着材が出し入れ自在に収納された筒体を埋設し、通水孔を介して筒体内に浸入した地下水中に含まれる汚染物質を吸着材で吸着させ、汚染物質を吸着した吸着材を地上に回収して筒体内に新たな吸着材を入れ、これを繰り返すことで汚染土壌の改良をおこなう方法である。

さらに、特許文献４で開示される汚染土壌浄化方法は、汚染土壌に地中杭を立設して土壌を浄化する方法に関し、汚染土が存在する深さまで竪孔を掘削する工程、掘削により排出された排出土またはあらかじめ用意された地中造成用土と過硫酸ナトリウム、過硫酸カリウム、過硫酸アンモニウムのうちのいずれかから選択される浄化剤としてのアルカリ活性化過硫酸塩とが混合された地中杭造成用混合材を竪孔内に投入して竪孔を埋め戻し、地中杭造成用混合材を竪孔内に投入した後に水酸化ナトリウムまたは水酸化カリウムを竪孔内に投入して浄化する方法である。

特許文献１の汚染土壌浄化方法によれば、ケーシングを汚染土壌中に圧入して掘削除去するようにしたことで、土留壁を構築することなく、また汚染土壌を余すことなく完全に掘削除去することができ、隣接地に対して地盤沈下等の悪影響を与えることがないとしている。しかしながら、固化剤による浄化効果が時間とともに減少することに対し、この課題を解決できる手段の開示はない。

また、特許文献２の汚染土壌改良方法によれば、噴射管から地中に噴射する水またはエアもしくはタンク内に噴射するエアの何れか少なくとも１つを加熱して供給することにより、スラリー状汚染土壌が加熱されて土粒子が細かく粉砕され易くなるとともに、吸着していたガスが効率よく分離し、外気温の低い冬期間でも従来方法に比べて処理時間が半分に短縮され、処理コストを大幅に削減することができるとしている。しかしながら、エアバブリングによって汚染ガスを分離することから、水で飽和した地盤に対しては適用できない。さらに、適用される吸着材には長時間の浄化効果を期待することができない。

また、特許文献３の汚染土壌改良方法によれば、土壌が汚染されている地盤中に埋設された筒体内の吸着材が飽和状態に近くなると吸着材を地上に回収し、再び新しい吸着材を入れるという作業を行うのみでよく、簡単かつ低コストで汚染土壌の浄化を長期間にわたって継続しておこなうことができるとしている。しかしながら、この方法では、地盤削孔が鉛直方向に限定されることに加えて、吸着材の出し入れが直線状の筒の上からしかできないことから、地中で複雑な線形のボーリング孔等への吸着材の出し入れは不可能である。たとえば、既設構造物の直下にボーリング孔を施工する際には、傾斜部や水平部などが組み合わされた複雑な線形のボーリング孔内に吸着材を出し入れする必要があるが、特許文献３に記載の技術はそのような状況を一切想定しておらず、したがって、このような複雑線形のボーリング孔に対して吸着材を出し入れすることはできない。

また、特許文献４の汚染土壌浄化方法によれば、排出土または地中杭造成用土に汚染土の浄化剤としてのアルカリ活性化過硫酸塩を混合し、掘削した竪孔に埋め戻して地中杭を立設することにより、造成した地中杭から土壌を浄化する浄化物質が染み出して、地中杭の周囲に存在する汚染土を浄化することが可能となり、さらには、この地中杭を通過する地下水に含まれる汚染物質が浄化されるので、地中杭設置後においても長期間に亘って汚染物質を浄化することができるとしている。しかしながら、この技術においても、竪孔が鉛直方向に限定されることから特許文献３の技術と同様に、地中で複雑な線形のボーリング孔等への吸着材の出し入れは不可能である。

特開２００３−０１０８３２号公報特開２００５−２１１８６１号公報特開２００９−２９７６１７号公報特開２０１１−１６７６１９号公報

本発明は上記する問題に鑑みてなされたものであり、複雑線形のボーリング孔内へも土壌浄化剤を出し入れすることができ、かつ、長期に亘って土壌浄化を実行することのできる土壌浄化システムと土壌浄化方法を提供することを目的としている。

前記目的を達成すべく、本発明による土壌浄化システムは、地中に造成されているボーリング孔と、前記ボーリング孔内に配設されていて端部に開口を具備する注入パイプと、前記注入パイプ内に配設されていて土壌浄化剤が収容されている複数のカプセルと、からなり、前記複数のカプセルが相互に繋がれ、端部のカプセルに繋がれたワイヤーが前記開口から前記ボーリング孔外に延びて引揚げ自在となっており、ワイヤーの引揚げによって土壌浄化剤の浄化効果が減少したカプセルがボーリング孔外に排出され、引揚げ方向後方に繋がれたカプセルが移動するようになっているものである。

本発明の土壌浄化システムは、地中に造成されたボーリング孔内に、ワイヤーで繋がれた土壌浄化剤が収容されている複数のカプセルが配設され、地上や立坑、構造物の地下室等にあるボーリング孔の端部の開口を介してワイヤーを引揚げることで、浄化剤が地盤に提供されて浄化効果が減少したカプセルをボーリング孔外で回収でき、かつ、新規のカプセルをボーリング孔内で連続するカプセルの後方に繋いでおくことでワイヤーの引揚げによって新規のカプセルがボーリング孔内に提供され、地盤浄化を継続することができるものである。

カプセル同士の繋ぎは、ワイヤーを使用してもよいし、カプセルの前方に雄継手、カプセルの後方に雌継手を装着しておき、隣接するカプセルの雄継手と雌継手を係合させることでカプセル同士を繋ぐ等、多様な繋ぎ形態がある。

ここで、前記ボーリング孔が、外管と内管からなる二重管を使用した削孔と該外管の撤去にて造成されたものであり、前記注入パイプが前記内管からなる形態を挙げることができる。

たとえば、地上や立坑等にボーリングマシンを設置しておき、先端に掘削ビットを備えた二重管を地中に掘進させながら二重管の地中埋設をおこない、外管（ドリルリグ等）を撤去することで、造成されたボーリング孔内に注入パイプである内管のみを残すことができる。

なお、「地上や立坑」とは、文字通り、地上と立坑のほか、構造物の地下室等、ボーリング削孔の開始が可能な多様な場所を含む意味である。また、既設構造物の直下の汚染土壌を浄化施工する際には、この既設構造物を挟む２箇所の地上位置や２つの立坑（発進立坑、到達立坑）からボーリング孔が延びる２つの傾斜部と、２つの傾斜部を繋ぐ水平部もしくは略水平部とから構成されている形態を挙げることができる。

この内管は多数の孔を具備していて、内部にあるカプセルから滲み出した土壌浄化剤が孔を介して地中に提供されるようになっている。

造成されるボーリング孔は、内部に土壌浄化剤を含むカプセルを収容できる大きさでよいことから、径が100〜200mm程度のいわゆるマイクロトンネルでよい。

たとえば、注入パイプである内管として、メッシュを備えたストレーナーを挙げることができる。メッシュを備えたストレーナーを適用することで、内管に多数の孔を開設する加工手間が省略でき、さらには、ある程度の剛性と可撓性を有していることから、線形が複雑なボーリング孔に対しても破損することなく対応が可能となる。

また、内管であるストレーナーをボーリング孔内に残して外管のみを引き抜いて撤去することから、ストレーナーは滑り易いポリマー、たとえばテトラフルオロエチレンの重合体でフッ素原子と炭素原子からなるフッ素樹脂であるテフロン（登録商標）等から製作されるのがよい。

ここで、適用するカプセルは、内部に収容された土壌浄化剤が滲み出し可能な網状構造や織物構造、メッシュ構造等の構造形態や、経時的に溶けて内部の土壌浄化剤が外部に滲み出す素材形態など、多様な素材形態、構造形態のものが適用できる。

また、土壌浄化剤は、対象土壌の汚染状態に適合した浄化剤種が選定され、たとえば、揮発性有機化合物(VOC)を分解させる場合は、アミノ酸（グルタミン酸等）やビタミン、水素などを含んで微生物群を形成可能な浄化剤が適用される。

ワイヤーの引揚げは、回転ロールを使用して人力で引揚げる形態のほか、モータ等のアクチュエータを適用した自動引揚げ形態であってもよい。

また、「土壌浄化剤の浄化効果が減少した」とは、土壌浄化剤による浄化効果が全く無い状態のほか、多少の浄化効果は残っているものの効果が大きく期待できない状態などを含む意味である。

本発明の土壌浄化システムによれば、新規のカプセルを継ぎ足し、土壌浄化剤の浄化効果が減少したカプセルをワイヤーで引揚げてボーリング孔外に排出する構成を適用したことで、複雑線形のボーリング孔内への新規のカプセルの提供と、当該ボーリング孔からの使用済みカプセルの排出を容易に実行することが可能になる。

また、本発明は土壌浄化方法にも及ぶものであり、この土壌浄化方法は、外管と、開口を備えた内管と、からなる二重管を使用し、内管にワイヤーの一端を取り付け、ワイヤーに土壌浄化剤が収容された複数のカプセルを繋いで内管の内部に収容し、自在ボーリングによって地中に二重管を設置し、外管を撤去することで端部に開口を備えたボーリング孔を地中に造成するとともに該ボーリング孔内に内管と複数のカプセルを残す第１のステップ、内管の内部にあるカプセルから土壌浄化剤を地中に浸透させて土壌浄化をおこなう第２のステップ、ボーリング孔の一方の開口を介して連続するカプセルの後方にカプセルを繋ぎ、ワイヤーを引揚げて土壌浄化剤の浄化効果が減少したカプセルをボーリング孔の他方の開口を介してボーリング孔外に排出すると同時に、引揚げ方向後方に繋がれたカプセルを移動させて土壌浄化を継続する第３のステップからなるものである。

本発明の土壌浄化方法は、自在ボーリングを適用することで複雑線形（地上や立坑等から延びる２つの傾斜部と、２つの傾斜部を繋ぐ水平部もしくは略水平部とから構成されている線形等）のボーリング孔の造成を可能とし、したがって、既設構造物直下地盤の地盤浄化を可能としたものである。

既述するように、二重管の推進は、二重管の先端に掘削ビットを装備しておき、地上や立坑等にあるボーリングマシンで二重管を回転させつつ押し込んでいく。この掘削ビットによる掘進にともない、二重管を構成する所定長さの外管、内管をともに随時接続させていく。

土壌浄化剤が収容された複数のカプセルを相互に繋いだものに対し、その最先端のカプセルと最後尾のカプセルにワイヤーを取り付け、二重管を使用してボーリング孔を造成した際にできる端部の開口から、それぞれのワイヤーをボーリング孔外に張り出させ、一方のワイヤーは引揚げ装置等に回転自在に取り付けておくのがよい。

地中にあるカプセル内の土壌浄化剤の浄化効果が減少するまでの時間は、予め試験施工等をおこなっておくことでその吸収効率−時間特性を特定することができる。そして、特定された性能に基づいてカプセル内の土壌浄化剤の浄化効果が減少する前に新規カプセルをボーリング孔内へ提供することにより、適切な時期での新規カプセルの提供が保証でき、地盤への継続的な浄化剤の提供が保証できる。

以上の説明から理解できるように、本発明の土壌浄化システムと土壌浄化方法によれば、地中に造成されたボーリング孔内に、ワイヤーで繋がれた土壌浄化剤が収容されている複数のカプセルが配設され、ボーリング孔の端部の開口を介してワイヤーを引揚げることで、内部に収容された土壌浄化剤が地盤に提供されてその浄化効果が減少したカプセルをボーリング孔外で回収でき、かつ、新規のカプセルをボーリング孔内で連続するカプセルの後方に繋いでおくことで、ワイヤーの引揚げによって新規のカプセルをボーリング孔内に提供することができる。そのため、複雑線形のボーリング孔内へも土壌浄化剤を出し入れすることが可能となり、かつ、長期に亘って土壌浄化を実行することが可能となる。

本発明の土壌浄化方法の第１のステップを説明した模式図である。二重管の内部構造を説明した模式図である。図１に続いて第１のステップを説明した模式図である。図３に続いて第１のステップ、および第２、第３のステップを説明した模式図であり、かつ、本発明の土壌浄化システムをともに示した図である。（ａ）は土壌浄化剤の地盤への吸収効率と時間の関係を説明した図であり、（ｂ）は、先行のカプセル群と後行のカプセル群の取り換えのタイミングを説明した図である。

以下、図面を参照して、本発明の土壌浄化システムと土壌浄化方法の実施の形態を説明する。なお、図示例は、地上からボーリング孔を施工し、地上の２地点に端部の開口を備えたボーリング孔を示しているが、発進立坑と到達立坑を繋ぐボーリング孔や、地上と構造物の地下室を繋ぐボーリング孔など、ボーリング孔の施工開示場所や施工完了場所（すなわち、ボーリング孔の有する２つの端部開口のある場所）は多様である。

（土壌浄化システムと土壌浄化方法の実施の形態）
図１、３、４はその順で、本発明の土壌浄化方法を説明したフロー図となっており、図４はさらに本発明の土壌浄化システムも示している。また、図２は二重管の内部構造を説明した模式図である。

図１で示すように、ビルや道路等の既設構造物Ｋの直下地盤に汚染土壌が存在しており、したがって、この汚染土壌を土壌浄化エリアＡとする。

既設構造物Ｋを挟むようにその一方側に発進部Ｈ、他方側に到達部Ｔを掘り込み、発進部ＨにボーリングマシンＢＭを設置する。

ボーリングマシンＢＭに所定長の二重管１０を取り付け、二重管１０の先端に掘削ビットＫＢを装着し、ボーリングマシンＢＭにて二重管１０を回転させながら後方から押し出して二重管１０を地中の斜め方向に推進させる（図１のＸ方向）。

なお、図１において、到達部Ｔの後方には、後述するワイヤーを自動で引揚げる引揚げ装置２０が設置されている。

この方法では、ボーリングマシンＢＭと掘削ビットＫＢを使用し、複数の二重管１０を継ぎ足しながら任意の線形に二重管１０を推進させる自在ボーリング施工が実施される。

二重管１０はドリルリグ等の外管１と、内管２とから構成され、内管２は、メッシュ構造で多数のメッシュ開口２ａを有し、可撓性に富み、一定の剛性もあるストレーナーから構成されている。なお、後述するように、ストレーナー２は、外管１を取り除く際の良好な滑り性を保証できるテフロン等のポリマーから形成されているのがよい。

この内管２の内部には、掘削ビットＫＢ側端部にワイヤー５が固定され、相互に繋がれた複数のカプセル３がワイヤー５に取り付けられている。

カプセル３はその内部に不図示の土壌浄化剤を内包しており、その一端に雄継手４ａ、他端に雌継手４ｂをそれぞれ備えている。

カプセル３同士の接続は、双方の雄継手４ａと雌継手４ｂを係合させることで実現でき、したがって、接続されるカプセル３の数が多い場合でも短時間にカプセル３の接続をおこなうことができる。

二重管１０を地中に推進することで、内管２の内部にある土壌浄化剤を内包した複数のカプセル３も地中へ移送される。

ここで、外管１の外径は、内部にカプセル３を備えたストレーナー２を具備することより、150mm程度の小径のものが適用される。

自在ボーリング施工により、図３で示すように、土壌浄化エリアＡの深度まで二重管１０を斜め方向に推進させた後（傾斜部１０ａの施工）、土壌浄化エリアＡを横断するように二重管１０を水平方向に推進させ（推計部１０ｂの施工）、次に到達部Ｔに向かって二重管１０を推進させることで（傾斜部１０ｃの施工）、傾斜部と水平部からなる比較的複雑な線形の二重管１０の推進が実現できる。

次に、二重管１０を構成する外管１を地上に引き抜いて撤去することにより、図４で示すように、地中には外管１の撤去によってボーリング孔３０が形成され、このボーリング孔３０内には土壌浄化剤を内包する複数のカプセル３を含んだストレーナー２が配設される。

なお、ボーリング孔３０は、傾斜部３０ａ、水平部３０ｂ、傾斜部３０ｃからなる線形のボーリング孔であり、発進部Ｈと到達部Ｔにはそれぞれ、地上に臨む端部開口が形成されている。

外管１の撤去に加えて、ストレーナー２の端部に固定されていたワイヤー５を到達部Ｔの後方に配設された引揚げ装置２０に取り付け、ワイヤー５を引揚げ自在とする。

そして、ワイヤー５の引揚げ量を調整しながら、ストレーナー２の内部にある複数のカプセル３を土壌浄化エリアＡに位置決めする。

以上が本発明の土壌浄化方法の第１のステップである。

そして、造成されたボーリング孔３０、ボーリング孔３０内に配設された土壌浄化剤を内包する複数のカプセル３を含んだストレーナー２（注入パイプ）、相互に繋がれた複数のカプセル３のうちの先頭のカプセル３から延びるワイヤーを引揚げ自在とする引揚げ装置２０から、本発明の土壌浄化システム１００が構成される。

次に、ストレーナー２の内部にあるカプセル３から土壌浄化剤を地中に浸透させ、土壌浄化エリアＡの土壌浄化を実行する（第２のステップ）。

そして、所定時間が経過すると、カプセル３から土壌浄化剤が完全に地中へ浸透し、カプセル３に内包された土壌浄化剤の浄化効果が減少する。具体的には、図５ａで示すように土壌浄化剤の地中への吸収効率は二次曲線的に経時変化する。

土壌浄化エリアＡの汚染状況にもよるが、カプセル３に内包された土壌浄化剤の浄化効果が減少した後に新規のカプセル３から土壌浄化剤を継続的に地盤へ提供する必要性は極めて高い。

そこで、発進部Ｈ側の端部開口を介して新規のカプセル３を既存のカプセル３の後方に繋ぎ、引揚げ装置２０を稼働させてワイヤー５を引揚げ、内包される土壌浄化剤の浄化効果が減少したカプセル３を到達部Ｔ側の端部開口を介して地上に排出すると同時に、新規のカプセル３を土壌浄化エリアＡに移動させて土壌浄化を継続する（第３のステップ）。

具体的には、図５ｂで示すように、土壌浄化剤による浄化効果が減少する前に次のカプセル群を土壌浄化エリアＡに移動させ、初期の浄化効果を維持するように調整するのが好ましい。

以上、第１のステップ〜第３のステップまでが本発明の土壌浄化方法となる。

このように、本発明の土壌浄化方法とこの方法で形成された土壌浄化システム１００によれば、地中に造成されたボーリング孔３０内に、ワイヤー５で繋がれた土壌浄化剤が収容されている複数のカプセル３が配設され、ボーリング孔３０の端部開口を介してワイヤー５を引揚げることで、内部に収容された土壌浄化剤が地盤に提供されてその浄化効果が減少したカプセル３をボーリング孔３０外で回収でき、かつ、新規のカプセル３をボーリング孔３０内で連続するカプセル３の後方に繋いでおくことで、ワイヤー５の引揚げによって新規のカプセル３をボーリング孔３０内に提供することができる。そのため、複雑線形のボーリング孔３０内へも土壌浄化剤を出し入れすることが可能となり、かつ、長期に亘って土壌浄化を実行することが可能となる。

以上、本発明の実施の形態を図面を用いて詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本発明に含まれるものである。

１…外管、２…内管（ストレーナー、注入パイプ）、２ａ…メッシュ開口、３…カプセル、４ａ…雄継手、４ｂ…雌継手、５…ワイヤー、１０…二重管、２０…引揚げ装置、３０…ボーリング孔、３０ａ、３０ｃ…傾斜部、３０ｂ…水平部、１００…土壌浄化システム、ＢＭ…ボーリングマシン、Ｈ…発進部、Ｔ…到達部、Ｋ…既設構造物、Ａ…土壌浄化エリア、ＫＢ…掘削ビット

Claims

外管と、開口を備えた内管と、からなる二重管を使用し、内管にワイヤーの一端を取り付け、ワイヤーに土壌浄化剤が収容された複数のカプセルを繋いで内管の内部に収容し、自在ボーリングによって地中に二重管を設置し、外管を撤去することで端部に開口を備えたボーリング孔を地中に造成するとともに該ボーリング孔内に内管と複数のカプセルを残す第１のステップ、
内管の内部にあるカプセルから土壌浄化剤を地中に浸透させて土壌浄化をおこなう第２のステップ、
ボーリング孔の一方の開口を介して連続するカプセルの後方にカプセルを繋ぎ、ワイヤーを引揚げて土壌浄化剤の浄化効果が減少したカプセルをボーリング孔の他方の開口を介してボーリング孔外に排出すると同時に、引揚げ方向後方に繋がれたカプセルを移動させて土壌浄化を継続する第３のステップからなる土壌浄化方法。