JP6315700B2 - 地下水制御方法及びシステム - Google Patents

Description

本発明は地下水制御方法及びシステムに関し，とくに地下帯水層の地下水位を制御する方法及びシステムに関する。

図７に示すように，地盤１を開削して地下構造物等を構築する工事では，山留め壁３で囲まれた開削域２の底面（掘削底面）の下方に存在する地下水Ｗの上向き圧力によって掘削底面にボイリングが生じるおそれ，又は掘削床面が持ち上げられるおそれがあることから，山留め壁３の内側に揚水井５１を設け，掘削底面の下方の地下水Ｗを汲み上げて揚圧力を低減することがある（地下水位低下工法）。汲み上げた地下水Ｗは下水等に放流することもできるが，工事中の周辺の地下水位の変動（地盤沈下等）を避けるため，図７（Ａ）に示すように山留め壁３，３の外側に復水井５２（又は５３）を設け，一旦汲み上げた地下水Ｗの一部又は全部を復水井５２（又は５３）経由で地中に戻すリチャージ工法（復水工法）が開発されている（特許文献１，２参照）。図示例の復水井５２は，揚水井５１により掘削底面の下方の帯水層（砂質土）８から汲み上げた地下水Ｗを同じ帯水層８へ戻す場合を示し，図示例の復水井５３は，地下水Ｗを汲み上げた帯水層８と異なる帯水層６（不透水層７の上方の砂質土）へ戻す場合を示す。

また，図７（Ａ）のように揚水井５１及び復水井５２（又は５３）を用いるリチャージ工法に代えて，図７（Ｂ）のように地下水Ｗの揚水及び復水を単一の井戸（縦穴）５５で行うリチャージ工法も開発されている（特許文献３〜５参照）。図７（Ｂ）のリチャージ工法は，不透水層７の上方の帯水層６に対応する深さ部位，及び下方の帯水層８に対応する深さ部位にそれぞれ通水孔が設けられたケーシングパイプを単一の井戸５５内に挿入し，パイプ内の両通水孔の間の不透水層７に対応する深さ部位に仕切り部材（パッカー等）５６を配置し，その仕切り部材５６の上方（又は下方）にポンプ５７を配置する。そして，仕切り部材５６を上下に貫通する復水用配管５８をポンプ５７に接続し，下方の帯水層８から揚水した地下水Ｗを上方の帯水層６へ戻すことにより，掘削底面の地下水Ｗの揚圧力を低減すると共に周辺の地盤沈下等を防止する。図示例とは逆に，上方の帯水層６から揚水し，復水用配管５８を介して下方の帯水層８へ地下水Ｗを戻す工法とする場合もある。なお，図示例のような地下水位低下工法は，開削工事だけでなく，例えば液状化対策として実施されることもある。

特開２００６−０７７５６７号公報 特開２０１２−０９２５１４号公報 特公平４−０００１２８号公報 特開平６−０８８３２７号公報 特開平１０−２５９７９８号公報

図７のリチャージ工法によれば，地下水位低下工法における下水等への放流量を小さく抑えつつ周辺の地盤沈下等を防止することができる。ただし，揚水井５１及び復水井５２（５３）を用いる図７（Ａ）のリチャージ工法は，２本以上の井戸を設置するために広い敷地面積及び大きな設置コストが必要となり，工期も長くなる等の問題点がある。これに対し，単一の井戸５５で揚水及び復水を行う図７（Ｂ）のリチャージ工法によれば，設置費用の低減を図ると共に，工期の短縮を図ることができる。

しかし，図７（Ｂ）のリチャージ工法においても，地中の複数の帯水層６，８の間で地下水Ｗを揚水して移送するためのエネルギー（ポンプの動力等）が必要であり，井戸設置の初期費用は低く抑えられるものの，比較的大きなランニングコストを必要とする問題点がある。また，帯水層６，８の一方から揚水した地下水Ｗの全てを他方へ戻すことができない場合があり，過剰な地下水Ｗは地上に汲み上げて下水等へ放流しなければならない不経済を生じる場合もある。更に，そもそも複数の帯水層６，８の存在を前提とした工法であり，開削工事又は液状化対策の現場に単一の帯水層しか存在しない場合は，図７（Ａ）のように揚水井５１及び復水井５２を用いるリチャージ工法とせざるを得ない問題点もある。単一の帯水層しか存在しないような開削工事又は液状化対策の現場においても経済的に地下水位を制御できる技術の開発が望まれている。

そこで本発明の目的は，同一の帯水層内で地下水位を経済的に制御することができる方法及びシステムを提供することにある。

図１の実施例を参照するに，本発明による地下水制御方法は，地上Ｅから地下帯水層８（又は帯水層６）に掘削した縦穴１０内に一対の反対向きの通水孔１４，１６が同じ帯水層８に臨む深さ部位に穿たれたパイプ１２を挿入し，パイプ１２内にそのパイプ１２内を一方の通水孔１４に通じる空間２４と他方の通水孔１６に通じる空間２６とに仕切る開口２２付き遮水部材２０を設置し，遮水部材２０の開口２２に水密に嵌め込み又は差し込んだ送水ポンプ３０で両空間２４，２６の一方から他方へ地下水Ｗを送ることにより帯水層８に水流を形成してなるものである。

また図１のブロック図を参照するに，本発明による地下水制御システムは，地上Ｅから地下帯水層８（又は帯水層６）に掘削した縦穴１０内に挿入され且つ一対の反対向きの通水孔１４，１６が同じ帯水層８に臨む深さ部位に穿たれたパイプ１２，パイプ１２内に設置され且つパイプ１２内を一方の通水孔１４に通じる空間２４と他方の通水孔１６に通じる空間２６とに仕切る開口２２付き遮水部材２０，及び遮水部材２０の開口２２に水密に嵌め込み又は差し込んで両空間２４，２６の一方から他方へ地下水Ｗを送る送水ポンプ３０を備え，送水ポンプ３０の送水により帯水層８に水流を形成してなるものである。

好ましくは，図１（Ｃ）に示すように，一対の通水孔１４，１６をパイプ１２の異なる深さに設け，開口２２付き遮水部材２０を両通水孔１４，１６の間の深さにパイプ中心軸と交差する向きに設置し，遮水部材２０の開口２２の送水ポンプ３０によりパイプ中心軸と平行に地下水を送る。或いは，図２（Ｂ）に示すように，開口２２付き遮水部材２０をパイプ１２の内側から一方の通水孔１６（又は１４）を覆うように設置し，遮水部材２０の開口２２の送水ポンプ３０によりパイプ中心軸と交差する向きに地下水を送ることも可能である。図８に示すように，開口３付き遮水部材２０にパイプ中心軸と心合わせしてパイプ１２内に設置する筒状部材２０ｅを含め，その筒状部材２０ｅの周壁上に一対の通水孔１４，１６と対向する一対の開口２２，２９を設けると共にパイプ１２内の周壁外側空間を一方の通水孔１４に通じる空間２４と他方の通水孔１６に通じる空間２６とに仕切る遮水突起２０ｆを設け，筒状部材２０ｅの中空部に配置した送水ポンプ３０の取水口及び吐出口を開口の一方２２及び他方２９に差し込んでもよい。

更に好ましくは，図１（Ｂ）に示すように，地上Ｅの所定域の周縁に沿って掘削した複数の縦穴１０Ａ〜１０Ｌ内にそれぞれその所定域の内側向き及び外側向きの一対の通水孔１４，１６が同じ帯水層８に臨む深さ部位に穿たれたパイプ１２を挿入し，各パイプ１２内にそれぞれ開口２２付き遮水部材２０を設置し，各遮水部材２０の開口２２の送水ポンプ３０によりそれぞれ所定域の内側から外側へ地下水を送ることにより所定域内側の帯水層の地下水位を外側よりも低下させる。

本発明の地下水制御方法及びシステムは，同一の帯水層内で地下水位を経済的に制御することができる。

以下，添付図面を参照して本発明を実施するための形態及び実施例を説明する。
本発明の地下水制御システムの一実施例のブロック図である。 本発明の地下水制御システムの他の実施例の説明図である。 本発明において縦穴の内周面とケーシングパイプの外面との間に充填するフィルター材の説明図である。 本発明の制御方法により帯水層内に形成される地下水の流れの説明図である。 本発明においてケーシングパイプの一対の通水孔の間に地下水の局所的な循環を防止する止水壁を設けた一実施例の説明図である。 本発明においてケーシングパイプの一対の通水孔の間に地下水の局所的な循環を防止する止水壁を設けた他の実施例の説明図である。 従来の地下水位低下工法の説明図である。 本発明の地下水制御システムの更に他の実施例の説明図である。

図１は，図７と同様の地盤１の開削工事に本発明の地下水制御システムを適用した実施例を示す。図１（Ｂ）に示すように，地上Ｅの所定開削域２の周縁に沿って土留め壁３を造成し，山留め壁３の外側に沿って環状に並ぶ複数の縦穴１０Ａ〜１０Ｌを地上Ｅから地下帯水層８の下方まで掘削し，各縦穴１０Ａ〜１０Ｌの内部にそれぞれ本発明の地下水制御システムを設置して開削域２の下方の地下水位を低下させながら開削域２を掘削する。図１（Ａ）は，図１（Ｂ）の開削域２の縦穴１０Ａ及び１０Ｇを含む地表面と垂直な縦断面図を表す。

図１（Ｃ）に示すように，本発明の地下水制御システムは，各縦穴１０内に挿入するケーシングパイプ１２と，そのパイプ１２内に設置する開口２２付き遮水部材２０と，その遮水部材２０の開口２２に水密に嵌め込み又は差し込んだ送水ポンプ３０とを有する。本発明の地下水制御システムは，図７のように帯水層８の地下水Ｗを揚水し又は移送するのではなく，帯水層８の内部に所望向き（図示例では開削域２の内側から外側向き）の地下水Ｗの流れを作り出すことにより，その水流の下流域に対して上流域の水位（開削域２の外側の水位Ｐ２に対する内側の水位Ｐ１）を低下させる。山留め壁３は，その外側から内側の地下水位を制御できるように，底部を介して帯水層８の地下水Ｗが流動できるように造成する。

図示例のケーシングパイプ１２は，地下帯水層８に対応する深さ部位に一対の通水孔１４，１６を形成したものである。通水孔１４，１６は，パイプ中心軸から見て互いに反対向きに形成されており，図示例では一方の通水孔１４を山留め壁３の内側へ向け，他方の通水孔１６を山留め壁３の外側へ向けて挿入している。例えば鉄管製，ステンレス鋼管製，又は合成樹脂製の所定長さの中空パイプを中心軸方向に接続しながら縦穴１０に挿入してケーシングパイプ１２を形成するが，帯水層８に対応する深さ部分には中心軸を挟んで対向する一対のストレーナが反対向きに形成された中空パイプを接続し，他の部分及び底部分には通水孔のない中空パイプを接続する。通水孔１４，１６の断面形状は，円状、スリット状、その他の形状を任意に選択可能である。

ケーシングパイプ１２の一対の通水孔１４，１６は，何れも同じ地下帯水層８に臨ませるものであり，例えば図２（Ｂ）及び図４（Ｃ）のようにパイプ１２内の同一の深さ部位に設けることができる。ただし，帯水層８に臨む範囲内にあれば必ずしも同一の深さである必要はなく，例えば図１（Ｃ）及び図４（Ａ），（Ｂ）のように通水孔１４，１６の深さを多少相違させることも可能である。また，通水孔１４，１６はそれぞれ１つあれば足りるが，図４（Ｄ）に示すように，必要に応じて通水孔１４，１６の何れか又は両者を複数設けることも可能である。

望ましくは，図５に示すように，ケーシングパイプ１２の通水孔１４，１６の間に，両通水孔１４，１６の間の地下水Ｗの局所的な循環を防止する止水壁１１を設ける。例えば，図５（Ａ）に示すように地上Ｅから地下帯水層８まで掘削した縦穴１０の中心軸に沿って高圧噴射装置（図示せず）を挿入し，同図（Ｂ）のように縦穴１０の中心軸から所定垂直方向（半径方向）の両側に向けてセメント系の地盤改良材を高圧で噴射して地盤を切削しながら混合・撹拌する工法（高圧噴射撹拌工法）により，同図（Ｃ）のように縦穴１０の両側へ所望向き（図示例では土留め壁３と平行な向き）に延びる止水壁１１を形成することができる。必要に応じて，高圧噴射ノズルを所望角度θだけ回転させながら改良材を高圧噴射することにより，止水壁１１の厚さを適当に調節することができる。縦穴１０の帯水層８に臨む深度に所望向きの止水壁１１を形成したのち，同図（Ｃ）に示すように，その縦穴１０の内側にケーシングパイプ１２を挿入し，ケーシングパイプ１２の通水孔１４，１６が止水壁１１を挟んで反対側に位置付けられるように設置する。

本発明の地下水制御システムは，後述するようにケーシングパイプ１２の内側を一方の通水孔１４に通じる空間２４と他方の通水孔１６に通じる空間２６とに仕切り，パイプ１２の内側の一方の空間２４から他方の空間２６へ向かう地下水Ｗの流れを作り出すものであるが，パイプ１２の外側において地下水Ｗの局所的な循環，例えば通水孔１６から通水孔１４へ向かう不所望な循環流が発生すると，地下水Ｗの流れを効率的に作り出すことができなくなる。図５のように，ケーシングパイプ１２の外側に通水孔１４，１６の間の局所的な循環を防止する止水壁１１を設けることにより，所望向きの地下水Ｗの流れを小さなエネルギーで効率的に作り出すことが期待できる。なお，図５（Ｃ）はケーシングパイプ１２の通水孔１４側から見た縦穴１０の縦断面図を表しており，地下水Ｗの流れは図面の表側から裏側へ向かうように作り出される。

図１及び図３に示すように，少なくともケーシングパイプ１２の通水孔１４，１６の外面と縦穴１０の内周面との間には砂利等のフィルター材３２を充填し，透水性を確保しながら土砂による閉塞及びパイプ１２内への土砂の流入を防止することが望ましい。図３（Ａ）〜（Ｃ）は，通水孔１４，１６を異なる深さに設けた場合のフィルター材３２の配置を示し，通水孔のないパイプ１２の外面と縦穴１０の内周面との間にはセメントベントナイトその他の遮水材３４を充填することを示す。図３（Ｄ）〜（Ｆ）は，通水孔１４，１６を同一の深さに設けた場合のフィルター材３２の配置を示し，パイプ１２の地下帯水層８に臨む外周面全体にフィルター材３２を充填することを示す。ただし，施工の容易性の観点からは，通水孔１４，１６の深さの相違に拘わらず，常に図３（Ｄ）〜（Ｆ）のように帯水層８に臨む外周面全体にフィルター材３２を配置することが有利である。

なお，図５のような止水壁１１は，高圧噴射撹拌工法に代えて，水ガラス系や懸濁系などの改良材を注入する工法（注入工法）によって形成することもできる。所望向きの止水壁１１を形成するため，指向性をもたせて改良材を注入できる工法を用いることが望ましい。また，図６に示すように，ケーシングパイプ１２の通水孔１４，１６の間の外面に放射状（半径方向）に突出する突出羽根１８を設け，その突出羽根１８を通水孔１４，１６の間の地下水Ｗの局所的な循環を防止する止水壁１１とすることも可能である。図６のような突出羽根１８付きケーシングパイプ１２を用いた場合は，高圧噴射撹拌工法等によって止水壁１１を形成する必要はなく，縦穴１０の内側に突出羽根１８が所望向き（図示例では土留め壁３と平行な向き）となるようにケーシングパイプ１２を挿入するだけで図５のような止水壁１１を形成することができ，施工の簡単化・工期の短縮化を図ることができる。図６（Ａ）〜（Ｆ）はそれぞれ図３（Ａ）〜（Ｆ）と対応しており，図６（Ａ）〜（Ｃ）は通水孔１４，１６を異なる深さに設けた場合，図６（Ｄ）〜（Ｆ）は通水孔１４，１６を同一の深さに設けた場合を示している。

図示例のケーシングパイプ１２の内側には，図１（Ｃ）に示すように，パイプ１２内を一方の通水孔１４に通じる空間２４と他方の通水孔１６に通じる空間２６とに仕切る開口２２付き遮水部材２０を配置し，その遮水部材２０の開口２２に送水ポンプ３０を水密に嵌め込み又は差し込み，送水ポンプ３０の取水口を一方の空間２４に臨ませると共に，送水ポンプ３０の吐出口を他方の空間２６に臨ませる。望ましくは，遮水部材２０を着脱自在なものとし，縦穴１０にパイプ１２を挿入したのち，ワイヤ（図示せず）等で遮水部材２０を吊り下げてパイプ１２の内周面の所定位置に密着させて設置する。ただし，必要に応じて，縦穴１０に挿入する前に予め遮水部材２０をケーシングパイプ１２の内部に固定しておくことも可能である。遮水部材２０の開口２２の断面形状は，円状、スリット状、その他の形状を任意に選択可能である。

図１（Ｃ）及び（Ｄ）は，開口２２付き遮水部材２０として，膨張・収縮が可能な環状パッカー部材２０ａを用いた実施例を示す。図示例の環状パッカー部材２０ａは，環状のゴム製中空リングを有し，その中央開口２２に円筒形の送水ポンプ３０の周囲側面を水密に嵌め込んだものである。先ず，送水ポンプ３０を開口２２に嵌め込んだ環状パッカー部材２０ａのゴム製リングを収縮させ，その収縮させた状態で地上からパイプ１２内の両通水孔１４，１６の間の深さにパイプ中心軸と交差する向きに水平に吊り下げる。そののち，図１（Ｃ）及び（Ｄ）に示すように，地上から適当な加圧流体を供給してゴム製リングを膨張させることにより環状パッカー部材２０ａをパイプ１２の内周面に密着させ，パイプ１２内の一方の空間２４と他方の空間２６とを遮断する状態とする。この状態で，開口２２に水平に嵌め込んだ送水ポンプ３０を駆動させ，ポンプ３０の取水口から一方の空間２４の地下水Ｗを取り入れて吐出口から他方の空間２６へパイプ中心軸と平行に所定水圧で送り出すことにより，地下帯水層８の内部に開削域２の内側から外側向きの地下水Ｗの流れを作り出す（図４（Ａ）の地下水Ｗの流れを参照）。

図１において，地下帯水層８の地下水Ｗが流動している場合でも，送水ポンプ３０の送水圧を適当に調節してケーシングパイプ１２内の通水孔１６に通じる空間２６の水圧を流動圧より高くすることにより，帯水層８に流動方向と逆向きの地下水Ｗの流れを作り出し，図１（Ｂ）において開削域２の内側の地下水位を外側よりも低下させることができる。ただし，図１（Ｃ）に示すように，パイプ１２内の空間２６の水圧を高くすると水面位も上昇してしまう。図２（Ａ）は，遮水部材２０の上方の空間２６に水面位制御用パッカー２８を配置し，パイプ１２内の水面位の上昇を抑えつつ空間２６の水圧上昇を可能とした実施例を示す。このように水面位の上昇を抑えることにより，所望向きの地下水Ｗの流れを作り出すために必要なエネルギー（ポンプの動力等）を小さく抑えることができる。図２（Ａ）の遮水部材２０ａ及び送水ポンプ３０も，ケーシングパイプ１２の内側にワイヤ等で吊り下げて設置できるが，予めケーシングパイプ１２の内部に固定したうえで縦穴１０に挿入することも可能である。

図２（Ｃ）は，環状パッカー部材２０ａに代えて，開口２２付き環状シール部材２０ｂを用いた実施例を示す。図示例の環状シール部材２０ｂは，パイプ１２の内周面に密着して摺動するシールドパッキングを外周縁に取り付けた環状の遮水部材であり，その中央開口２２に円筒形の送水ポンプ３０の周囲側面を水密に嵌め込んだものである。地上からパイプ１２の内周面にシールドパッキングを摺動させながら環状シール部材２０ｂを下降させ，両通水孔１４，１６の間の深さまで下降させてパイプ中心軸と交差する向きに密着させることにより，パイプ１２内の一方の空間２４と他方の空間２６とを遮断する状態とする。この状態で，開口２２に水平に嵌め込んだ送水ポンプ３０を駆動させ，一方の空間２４の地下水Ｗを所定水圧で他方の空間２６へパイプ中心軸と平行に送り出すことにより，地下帯水層８の内部に地下水Ｗの流れを作り出す（図４（Ａ）の地下水Ｗの流れを参照）。この場合も，図２（Ｄ）に示すように，遮水部材２０の上方の空間２６に水面位制御用パッカー２８を配置することが望ましい。また，図２（Ｃ）及び（Ｄ）の遮水部材２０ｂ及び送水ポンプ３０を，予めケーシングパイプ１２の内部に固定したうえで縦穴１０に挿入することも可能である。

図２（Ｅ）は，予めケーシングパイプ１２の両通水孔１４，１６の間の深さのパイプ断面にパイプ中心軸と交差する向きに固定した開口２２付き遮水板２０ｃを遮水部材２０とした実施例を示す。この場合は，縦穴１０内にパイプ１２を挿入したのち，送水ポンプ３０を地上からワイヤ等で吊り下げてパイプ１２内に固定された遮水板２０ｃに着座させ，ポンプ３０の吐出口（又は取水口）を遮水板２０ｃの開口２２に差し込む。ポンプ３０を差し込む遮水板２０ｃの開口２２には，水密性を確保するための逆止弁２３を設けることが望ましい。この状態で送水ポンプ３０を駆動させ，一方の空間２４の地下水Ｗを所定水圧で他方の空間２６へパイプ中心軸と平行に送り出すことにより，地下帯水層８の内部に地下水Ｗの流れを作り出す（図４（Ｂ）の地下水Ｗの流れを参照）。この場合も，図２（Ｆ）に示すように，遮水部材２０の上方の空間２６に水面位制御用パッカー２８を配置することが望ましい。また，図２（Ｅ）及び（Ｆ）において，送水ポンプ３０を予めケーシングパイプ１２の内部に固定したうえで縦穴１０に挿入することも可能である。

図２（Ｅ）の実施例では，開口２２付き遮水板２０ｃをパイプ中心軸と交差する向きに固定しているが，図２（Ｂ）に示すように，予めケーシングパイプ１２の内側から一方の通水孔１６（又は通水孔１４）を覆うように開口２２付き遮水板２０ｄを固定することも可能である。この場合も，縦穴１０内にパイプ１２を挿入したのち，送水ポンプ３０を地上からワイヤ等で吊り下げてパイプ１２内の遮水板２０ｄに着座させ，ポンプ３０の吐出口（又は取水口）を遮水板２０ｄの開口２２に差し込む。ポンプ３０を差し込む遮水板２０ｃの開口２２には，水密性を確保するための逆止弁２３を設けることが望ましい。この状態で送水ポンプ３０を駆動させ，一方の空間２４の地下水Ｗを所定水圧で他方の空間２６へパイプ中心軸と交差する向きに送り出すことにより，地下帯水層８の内部に地下水Ｗの流れを作り出す（図４（Ｃ）の地下水Ｗの流れを参照）。この場合も，図２（Ｆ）の場合と同様に，遮水部材２０の上方の空間２６に水面位制御用パッカー２８を配置することができる。

以上説明したように，本発明の地下水制御方法及びシステムは，地上Ｅから地下帯水層８に掘削した縦穴１０内に一対の反対向きの通水孔１４，１６が同じ帯水層８に臨む深さ部位に穿たれたパイプ１２を挿入し，パイプ１２内を一方の通水孔１４に通じる空間２４と他方の通水孔１６に通じる空間２６とに仕切る開口２２付き遮水部材２０を設置したうえで，その遮水部材２０の開口２２に水密に嵌め込み又は差し込んだ送水ポンプ３０で両空間２４，２６の一方から他方へ地下水Ｗを送ることにより帯水層８に水流を形成するので，次の効果を奏する。

（イ）帯水層８に掘削した縦穴１０により帯水層８に所定向きの水流を生じさせ，その水流の下流域に対して上流域の水位を低下させることができる。
（ロ）例えば，帯水層８の所定域の周縁に沿って掘削した複数の縦穴１０Ａ〜１０Ｌによってそれぞれ内側から外側へ水流を生じさせることにより，従来の地下水位低下工法と同様に，所定域の内側の地下水位を外側よりも低下させることができる。
（ハ）帯水層８の地下水Ｗを揚水することなく帯水層８に水流を生じさせることで水位を制御するので，従来の地下水位低下工法では困難であった単一の帯水層しか存在しない開削工事や液状化対策の現場における揚水しない地下水位の制御が可能となる。
（ニ）また，帯水層８の地下水Ｗを揚水して移送する従来の地下水位低下工法に比して，少ないエネルギーで地下水位を制御することができる。
（ホ）更に，帯水層８の地下水位の制御に際して地下水Ｗの揚水を必要としないので，下水等への放流が必要となる過剰な地下水Ｗを発生する不経済を避けることができる。

こうして本発明の目的である「同一の帯水層内で地下水位を経済的に制御することができる方法及びシステム」の提供を達成することができる。

なお，図示例では本発明の地下水制御システムを開削工事の地下水位低下に適用した場合を示しているが，本発明は開削工事への適用に限らず，地下水位の制御が必要とされる様々な土木工事，例えば液状化対策に適用することも可能である。すなわち，図１（Ｂ）の場合と同様に，地上Ｅの液状化が懸念される所定域の周縁に沿って複数の縦穴１０Ａ〜１０Ｌを環状に並べて掘削し，各縦穴１０Ａ〜１０Ｌ内にそれぞれその内側向き及び外側向きの一対の通水孔１４，１６が同じ帯水層８に臨む深さ部位に穿たれたパイプ１２を挿入する。そして，各パイプ１２内にそれぞれ上述した開口２２付き遮水部材２０（図２参照）を設置し，各遮水部材２０の開口２２に水密に嵌め込み又は差し込んだ送水ポンプ３０によってそれぞれ内側から外側へ地下水を送ることにより所定域の内側の地下水位を外側よりも低下させることにより，所定域の液状化を防止する。

図８は，ケーシングパイプ１２の内側に配置する開口２２付き遮水部材２０の他の実施例を示す。図示例の遮水部材２０は，パイプ１２の内側にパイプ中心軸と芯合わせして設置する筒状部材２０ｅを含み，その筒状部材２０ｅの周壁上に一対の開口２２，２９を設けると共に，周壁外面上の開口２２，２９の中間部位にパイプ１２の内面に接する遮水突起２０ｆを設けたものである。図８（Ａ）はパイプ１２を一部切欠いて内側の筒状部材２０ｅを表した斜視図を示し，図８（Ｂ）はその鉛直断面図，図８（Ｃ）はその水平断面図を示す。なお，図示例では開口２２，２９を断面円状としているが，スリット状としてもよく，開口２２，２９の断面形状は任意に選択可能である。

図８（Ａ）に示すように，筒状部材２０ｅの周壁の一対の開口２２，２９がパイプ１２の一対の通水孔１４，１６と対向するように設置し，図８（Ｃ）に示すように，周壁外面上の遮水突起２０ｆによってパイプ内の周壁外側空間（周壁外面とパイプ内面との間隙）を一方の通水孔１４に通じる空間２４と他方の通水孔１６に通じる空間２６とに仕切る。筒状部材２０ｅは，例えば縦穴１０内にケーシングパイプ１２を挿入したのち地上からワイヤ等でパイプ１２内に吊り下げて設置するか，或いは予めケーシングパイプ１２の内部に固定したうえで縦穴１０に挿入して設置することができる。

ケーシングパイプ１２内に筒状部材２０ｅを設置したのち，図８（Ｂ）に示すように，送水ポンプ３０を地上からワイヤ等で吊り下げて筒状部材２０ｅの中空部に配置し，ポンプ３０の取水口を筒状周壁の一方の開口２２に差し込み，ポンプ３０の吐出口を筒状周壁の他方の開口２９に差し込む。筒状周壁の開口２２，２９はそれぞれ複数設けることができ，その場合は図示例のように，分岐する取水配管３５を介してポンプ３０の取水口と複数の開口２２とを接続し，分岐する吐出配管３６を介してポンプ３０の吐出口と複数の開口２９とを接続することができる。図８（Ｂ）において，送水ポンプ３０を予め筒状部材２０ｅの中空部に配置したうえでケーシングパイプ１２内に挿入し，或いは中空部に送水ポンプ３０が配置された筒状部材２０ｅを予めケーシングパイプ１２内に固定したうえで縦穴１０に挿入することも可能である。

図８（Ｂ）に示すように，取水口及び吐出口を筒状周壁の開口２２，２９と接続した状態で送水ポンプ３０を駆動させ，周壁外側の一方の空間２４の地下水Ｗを所定水圧で周壁外側の他方の空間２６へ送り出すことにより，地下帯水層８の内部に図４（Ｃ）のような地下水Ｗの流れを作り出すことができる。図８のように筒状周壁の複数の開口２２，２９を介して地下水Ｗを送り出すことにより，比較的強い地下水Ｗの流れを作り出すことが期待できる。地下水Ｗの流れを効率的に作り出すため，図８（Ｂ）に示すように，周壁外面とパイプ内面との間隙の上端及び下端を水密に塞ぐ遮水蓋又はパッカー部材２０ｇ，２０ｈを設けることが望ましい。

１…地盤 ２…開削域
３…土留め壁 ６…帯水層（砂質土）
７…不透水層（粘性土） ８…帯水層（砂質土）
９…不透水層（粘性土）
１０…縦穴 １１…止水壁
１２…ケーシングパイプ １４…第１通水孔（取入孔）
１６…第２通水孔（吐出孔） １８…突出羽根（止水壁）
２０…遮水部材 ２０ａ…環状パッカー部材
２０ｂ…環状シール部材 ２０ｃ…遮水板
２０ｄ…遮水板 ２０ｅ…中空筒体
２０ｆ…遮水突起 ２０ｇ，２０ｈ…遮水蓋又はパッカー部材
２２…開口 ２３…逆止弁
２４…第１空間 ２６…第２空間
２８…水面位制御用パッカー ２９…開口
３０…送水ポンプ ３２…フィルター材
３４…遮水材
３５…取水配管 ３６…吐出配管
５１…揚水井 ５２，５３…復水井
５５…井戸 ５６…仕切り部材
５７…ポンプ ５８…復水用配管
Ｅ…地上 Ｗ…地下水

Claims (10)

1. 地上から地下帯水層に掘削した縦穴内に一対の反対向きの通水孔が同じ帯水層に臨む深さ部位に穿たれたパイプを挿入し，前記パイプ内に当該パイプ内を一方の通水孔に通じる空間と他方の通水孔に通じる空間とに仕切る開口付き遮水部材を設置し，前記遮水部材の開口に水密に嵌め込み又は差し込んだ送水ポンプで前記両空間の一方から他方へ地下水を送ることにより帯水層に水流を形成してなる地下水制御方法。
2. 請求項１の方法において，前記一対の通水孔をパイプの異なる深さに設け，前記開口付き遮水部材を両通水孔の間の深さにパイプ中心軸と交差する向きに設置し，前記遮水部材の開口の送水ポンプによりパイプ中心軸と平行に地下水を送ってなる地下水制御方法。
3. 請求項１の方法において，前記開口付き遮水部材をパイプ内側から一方の通水孔を覆うように設置し，前記遮水部材の開口の送水ポンプによりパイプ中心軸と交差する向きに地下水を送ってなる地下水制御方法。
4. 請求項１の方法において，前記開口付き遮水部材にパイプ中心軸と心合わせしてパイプ内に設置する筒状部材を含め，その筒状周壁上に前記一対の通水孔と対向する一対の開口を設けると共にパイプ内の周壁外側空間を一方の通水孔に通じる空間と他方の通水孔に通じる空間とに仕切る遮水突起を設け，前記筒状部材の中空部に配置した送水ポンプの取水口及び吐出口を開口の一方及び他方に差し込んでなる地下水制御方法。
5. 請求項１から４の何れかの方法において，地上の所定域の周縁に沿って掘削した複数の縦穴内にそれぞれ当該所定域の内側向き及び外側向きの一対の通水孔が同じ帯水層に臨む深さ部位に穿たれたパイプを挿入し，前記各パイプ内にそれぞれ前記開口付き遮水部材を設置し，前記各遮水部材の開口の送水ポンプによりそれぞれ所定域の内側から外側へ地下水を送ることにより所定域内側の帯水層の地下水位を外側よりも低下させてなる地下水制御方法。
6. 地上から地下帯水層に掘削した縦穴内に挿入され且つ一対の反対向きの通水孔が同じ帯水層に臨む深さ部位に穿たれたパイプ，前記パイプ内に設置され且つ当該パイプ内を一方の通水孔に通じる空間と他方の通水孔に通じる空間とに仕切る開口付き遮水部材，及び前記遮水部材の開口に水密に嵌め込み又は差し込んで前記両空間の一方から他方へ地下水を送る送水ポンプを備え，前記送水ポンプの送水により帯水層に水流を形成してなる地下水制御システム。
7. 請求項６のシステムにおいて，前記一対の通水孔をパイプの異なる深さに設け，前記開口付き遮水部材を両通水孔の間の深さにパイプ中心軸と交差する向きに設置し，前記遮水部材の開口の送水ポンプによりパイプ中心軸と平行に地下水を送ってなる地下水制御システム。
8. 請求項６のシステムにおいて，前記開口付き遮水部材をパイプ内側から一方の通水孔を覆うように設置し，前記遮水部材の開口の送水ポンプによりパイプ中心軸と交差する向きに地下水を送ってなる地下水制御システム。
9. 請求項６のシステムにおいて，前記開口付き遮水部材にパイプ中心軸と心合わせしてパイプ内に設置する筒状部材を含め，その筒状周壁上に前記一対の通水孔と対向する一対の開口を設けると共にパイプ内の周壁外側空間を一方の通水孔に通じる空間と他方の通水孔に通じる空間とに仕切る遮水突起を設け，前記筒状部材の中空部に配置した送水ポンプの取水口及び吐出口を開口の一方及び他方に差し込んでなる地下水制御システム。
10. 請求項６から９の何れかのシステムにおいて，地上の所定域の周縁に沿って掘削した複数の縦穴内にそれぞれ当該所定域の内側向き及び外側向きの一対の通水孔が同じ帯水層に臨む深さ部位に穿たれたパイプを挿入し，前記各パイプ内にそれぞれ前記開口付き遮水部材を設置し，前記各遮水部材の開口の送水ポンプによりそれぞれ所定域の内側から外側へ地下水を送ることにより所定域内側の帯水層の地下水位を外側よりも低下させてなる地下水制御システム。