JP7809929B2

JP7809929B2 - 井戸

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Publication number: JP7809929B2
Application number: JP2021138237A
Authority: JP
Inventors: 敏巳須藤; 剛鈴木; 信明土屋
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2021-08-26
Filing date: 2021-08-26
Publication date: 2026-02-03
Anticipated expiration: 2041-08-26
Also published as: JP2023032232A

Description

本発明は、地盤掘削を伴う地下工事で用いる建設工事用の井戸に関する。

従来、再生可能エネルギーである地中熱を建物の空調や給湯等に利用する地中熱利用システムが開発されている。例えば、特許文献１には、地中に構築した深井戸と貯水穴を用いた熱交換システムが開示されている。

具体的には、地上に設置したヒートポンプから送り出される液体が循環する循環管を貯水穴に挿入したのち、深井戸から汲み上げられた地下水を貯水穴の浅い位置に注入するとともに、貯水穴内の深い位置から貯留する地下水を排水する。こうして、貯水穴内で上方から下方に向かう対流を生じさせた地下水と循環管内の液体との間で、熱交換を行うシステムである。

特許文献１によれば、貯水穴内の水位を地下水位の変動に影響されることなく常時一定に維持することが可能となるため、貯水穴に挿入された循環管内を流下する液体は、地下水との間で安定して熱交換を行うことができる。ところが、熱交換システムを構築するにあたり、地盤中に深井戸及び貯水穴を構築する作業は、多大な初期費用が必要となる。

このような中、例えば特許文献２には、工事期間中に地下水位を低下させる対象となる地盤に設置したケーシング管を利用して、地下水との熱交換により熱エネルギーを得る地下水利用システムを構築し、工事完成後の構造物に、この地下水利用システムで得た熱エネルギーを供給する地下水利用方法が開示されている。

具体的には、山留め壁で囲繞された領域内にストレーナーを備えたケーシング管を設置したのち、工事期間中は、ケーシング管に揚水ポンプを挿入して地下水を排水し、地下水位を低下させながら構造物の建設工事を行う。そして、工事完了後には、ケーシング管から揚水ポンプを引き抜き、採熱管を挿入して地下水利用システムを構築する。採熱管に供給される熱交換媒体は、ケーシング管内で地下水との熱交換を行ったのち、地上に設置したヒートポンプ内で熱交換を行い、完成後の構造物の空調機等に利用する。

特許第５９５９０３５号特許第６９０７５９６号

特許文献２によれば、工事期間中に揚水ポンプが挿入されていたケーシング管を利用して、地下水との熱交換により熱エネルギーを得る地下水利用システムを構築する。このように、地盤を削孔する作業を省略できれば、地下水利用システムの構築に係る工費を大幅に削減することができる。しかし、地下水利用システムを構築する際に揚水ポンプが撤去されることから、ケーシング管には地下水を集水する能力が備わっているにもかかわらず、工事完了後には、この集水能力を活用することができない。このため、ケーシング管よりなる建設工事用井戸の、集水能力を活かした更なる活用が望まれている。

本発明は、かかる課題に鑑みなされたものであって、その主な目的は、地盤掘削を伴う地下工事で用いる建設工事用井戸の多機能化を図ることである。

かかる目的を達成するため本発明の井戸は、地盤掘削を伴う地下工事で用いる建設工事用の井戸であって、地下水を集水する集水部を備えたケーシング管と、該ケーシング管内の前記集水部に配置される排水管を備える水中ポンプと、該水中ポンプを囲うように配置され、熱媒体が循環する複数の採熱管を備える地中熱交換器と、を備え、前記ケーシング管は、山留め壁の壁内もしくは背面側の地中に設けられていることを特徴とする。また、本発明の井戸は、地盤掘削を伴う地下工事で用いる建設工事用の井戸であって、地下水を集水する集水部を備えたケーシング管と、該ケーシング管内の前記集水部の高さ範囲に配置される排水管を備える水中ポンプと、該水中ポンプを囲うように配置され、熱媒体が循環する複数の採熱管を備える地中熱交換器と、を備え、前記ケーシング管は、山留め壁の壁内もしくは背面側の地中に設けられており、複数の前記採熱管は、該採熱管の間隔を保持するスペーサを介して前記水中ポンプと連結されていることを特徴とする。

本発明の井戸によれば、ケーシング管を、山留壁内に構築される新設構造物と干渉することのない、山留め壁の壁内もしくは背面側の地中に設置するとともに、ケーシング管内に、水中ポンプと地中熱交換器を併設する。これにより、工事期間中に建設工事用として利用しつつ、地中熱交換器を備えた地中熱利用システムと兼用させた建設工事用井戸を、工事完了後には、地中熱利用システムだけでなく、揚水井戸として利用できる。これにより、例えば非常災害用井戸への転用を図ることができ、建設工事用井戸の多機能化を実現することが可能となる。

また、建設工事用の井戸として、注水能力を高めることを目的に大口径かつ長大なケーシング管を用いることで知られるリチャージ工法で用いる注水井戸を採用すれば、ケーシング管内に配置する採熱管の本数を増加する、また、管長の長大化を図ることができる。これにより、地中熱交換器を備えた地中熱利用システムにおいて、地下水との熱交換をより効率よく行うことが可能となる。

さらに、地中熱交換器を利用した地中熱利用システムは、工事完了後の新設構造物や周辺構造物だけでなく、工事期間中に開設している工事事務所や作業詰め所の冷暖房や給湯などに利用できる。これにより、工事期間中も、地中熱利用システムを利用することによる節電・省エネルギー効果やＣＯ２の排出量削減効果を享受することが可能となる。

また、水中ポンプに備えた排水管にヒートポンプを組み合わせると、水中ポンプで揚水した地下水をヒートポンプで熱交換する、いわゆる直接型揚水利用の地中熱利用システムを構築することもできる。これにより、地中熱交換器を用いた間接型循環利用の地中熱利用システムと直接型揚水利用の地中熱利用システムとを、併設かつ同時に利用することも可能となる。

本発明の井戸は、前記排水管に、該排水管から分岐する注水管が設置され、該注水管の開口端部が、前記ケーシング管内の上端部に配置されることを特徴とする。

本発明の井戸によれば、水中ポンプで揚水した地下水を注水管を介して、ケーシング管の上端部近傍に注水することができる。これにより、ケーシング管内では地下水に、上端部から下端部に向かう対流を生じさせることができ、採熱管を循環する熱媒体と地下水との熱交換効率をより向上させることが可能となる。

また、注水管を閉塞すれば、水中ポンプを稼働させてケーシング管内の地下水を揚水する動作と、水中ポンプを停止させる動作とを繰り返すことにより、井戸内洗浄を行うこともできる。したがって、これらの動作を定期的に行うことにより、ストレーナー部及び充填砂利の目詰まりを防止することが可能となる。

本発明によれば、水中ポンプと地中熱交換器を備えたケーシング管を、山留め壁の壁内もしくは背面側の地中に設置することで、工事期間中に建設工事用として利用しつつ、地中熱交換器を備えた地中熱利用システムと兼用させた建設工事用井戸を、工事完了後に、水中ポンプを利用した揚水井戸、例えば非常災害用井戸への転用を図ることができ、建設工事用井戸の多機能化を実現することが可能となる。

本発明の実施の形態における注水井戸の概略を示す図である。本発明の実施の形態における工事完了後の注水井戸を地中熱利用システム及び非常用災害井戸に転用した様子を示す図である。本発明の実施の形態における注水井戸の上部（図１のＢ部）の拡大図である。本発明の実施の形態における注水井戸の下部（図１のＡ部）の拡大図である。本発明の実施の形態における地中熱交換器のセンタライザーを示す図である。本発明の実施の形態における地中交換器のスペーサーを示す図である（採熱管が４本の場合）。本発明の実施の形態における山留め壁の背面側に設けたディープウェル工法の深井戸を地中熱利用システム及び非常用災害井戸に転用する事例を示す図である。本発明の実施の形態における山留め壁の壁内にディープウェル工法の深井戸を地中熱利用システム及び非常用災害井戸に転用する事例を示す図である。

本発明は、地盤掘削を伴う地下工事で用いる建設工事用の井戸について、非常災害用井戸への転用や地中熱利用システムとの兼用を図るなど多機能化を実現し、工事期間中だけでなく工事完了後も有効に活用しようとするものである。以下に、建設工事用の井戸として、リチャージ工法で用いる注水井戸を事例に挙げ、詳細を説明する。

≪≪≪リチャージ工法≫≫≫
図１で示すように、リチャージ工法を水替え工事の補助工法として採用する地下工事現場では、山留め壁Ｒで囲まれた掘削領域Ｓに、地下水Ｇｗを揚水するための揚水井戸２が設けられている。また、揚水した地下水Ｇｗを強制的に地盤に還元するための注水井戸１が、山留め壁Ｒの背面側に設けられている。

揚水井戸２は、地盤中に設けた地中孔Ｈ２内に配置されたケーシング管２１と、ケーシング管２１に挿入された揚水ポンプ２４と、揚水ポンプ２４に基端が接続された揚水管２５とを備える。ケーシング管２１には、透水層Ｐ２と接する高さ範囲にストレーナー部２２が設けられ、ストレーナー部２２の外周面は充填砂利２３で被覆されている。また、揚水管２５は、揚水ポンプ２４で吸引した地下水Ｇｗを注水井戸１へ排水するべく、先端に設けられた排水口２５１が、注水井戸１に挿入されている。

≪≪≪注水井戸≫≫≫
注水井戸１は、地盤中に設けた地中孔Ｈ１に配置されたケーシング管１１を備え、ケーシング管１１には、少なくとも透水層Ｐ１と接する高さ範囲にストレーナー部１２が設けられている。また、ストレーナー部１２の外周面は、充填砂利１３で被覆されている。これにより、注水井戸１は、揚水井戸２で揚水した地下水Ｇｗが揚水管２５の排水口２５１からケーシング管１１内に供給されると、ストレーナー部１２及び充填砂利１３を介して透水層Ｐ１へ注水することができる。

≪≪井戸内洗浄設備≫≫
また、ケーシング管１１には、図１で示すように、水中ポンプ１４と排水管１５が備えられている。排水管１５はケーシング管１１内で鉛直状に延在し、上方端に設けられた排水口１５１がケーシング管１１の上端より外方に配置され、下方端が水中ポンプ１４に接続されている。水中ポンプ１４はストレーナー部１２の高さ範囲（その近傍を含む）に配置され、これら水中ポンプ１４と排水管１５は、注水井戸１において、ストレーナー部１２や充填砂利１３の強制排水による洗浄装置として機能する。

その手順は、水中ポンプ１４を稼働してケーシング管１１内の地下水Ｇｗを揚水する動作と、稼働する水中ポンプ１４を停止する動作とを繰り返して行う。こうすると、ケーシング管１１の内外双方向の水流が交互に発生するため、ストレーナー部１２や充填砂利１３に目詰まりを生じさせる物質を除去することができる。このとき、排水管１５に設けた電磁バルブ１６ａは開状態とし、注水管１７に設けた電磁バルブ１６ｂは閉状態としている。これら電磁バルブ１６ａ、１６ｂ及び注水管１７については、後述する。

≪≪地下水を水資源として利用するための設備（非常災害用井戸）≫≫
このような構成を有する注水井戸１は、山留め壁Ｒの背面側に設置されているから、山留め壁Ｒ内の掘削領域Ｓに新設構造物が構築されても、この新設構造物と干渉することがない。したがって、図２で示すように、工事完了後には閉塞せずに、注水井戸１の洗浄設備として利用した水中ポンプ１４と排水管１５を残置しておくことにより、例えば、建設工事完了後の建物供用中にも非常災害用井戸への転用を図ることが可能となる。

例えば、排水管１５の上方端に設けられた排水口１５１を、図１で示すように、貯水設備１８に対向して配置しておく。こうすると、水中ポンプ１４を稼働することによりケーシング管１１内の地下水Ｇｗが、排水管１５を介して貯水設備１８内へ排水されるから、この地下水Ｇｗを水資源として活用することができる。

≪≪地下水を対流させる設備≫≫
また、排水管１５には電磁バルブ１６ａが装着されているとともに、電磁バルブ１６ａの上流側には排水管１５から分岐して注水管１７が設けられている。注水管１７は、先端開口をケーシング管１１の上端部近傍に挿入され、その管路には、電磁バルブ１６ｂが装着されている。

電磁バルブ１６ａ、１６ｂを含む電磁バルブ１６は、図３で示すように、これらを制御する制御盤１６１を備え、制御盤１６１は、インターネットや専用通信回線等の通信ネットワーク２０を介して、コンピュータシステムもしくはクラウド上の制御サーバ３０、及び管理者端末４０と相互にデータ送信が可能になっている。また、管理者端末４０は、通信ネットワーク２０を介して制御サーバ３０との間でデータ通信が可能となっている。

これにより、現場管理者と施設管理者は、管理者端末４０を用いて遠隔操作により電磁バルブ１６ａの開度を制御し、排水管１５の流量調整を行うことができる。つまり、現場管理者と施設管理者が管理者端末４０に流量に関する調整情報を入力すると、通信ネットワーク２０を介して制御サーバ３０から調整情報が制御盤１６１に送信される。制御盤１６１はこの調整情報に基づいて、電磁バルブ１６の開度を制御する。これにより、排水管１５の流量を遠隔操作により、行政で定められた常時揚水量を超過しないようコントロールすることができる。

上記の流量調整だけでなく、電磁バルブ１６の開閉操作に係る情報を管理者端末４０を入力すると上記と同様の手順で、排水口１５１側を開状態とする、もしくは注水管１７側を開状態とするなど、電磁バルブ１６ａ、１６ｂの開閉操作を行うこともできる。このように、現場管理者と施設管理者は管理者端末４０を用いて遠隔操作により、電磁バルブ１６の開閉操作を実行することも可能となる。なお、管理者端末４０は通信ネットワーク２０を介して制御サーバ３０との間でデータ通信が可能であれば、ノートＰＣやタブレット端末、スマートフォン等いずれを採用するものであってもよい。

これら電磁バルブ１６について、排水管１５の電磁バルブ１６ａは閉状態、また、注水管１７の電磁バルブ１６ｂは開状態にして水中ポンプ１４を稼働すると、排水管１５に流入した地下水Ｇｗが、注水管１７からケーシング管１１の上端部近傍に注水される。すると、図２で示すように、ケーシング管１１内で滞留する地下水Ｇｗに対して、上方から下方に向かう対流を生じる。

これにより、注水井戸１のケーシング管１１内で滞留する地下水Ｇｗと、ケーシング管１１内に挿入した地中熱交換器４２内を循環する熱媒体Ｆとの熱交換効率を向上させることができる。次に、これらケーシング管１１内に挿入した地中熱交換器４２を用いた間接型循環利用の地中熱利用システム４と、排水管１５を用いた直接型揚水利用の地中熱利用システム３について説明する。

≪≪地下水を熱資源として利用するための設備≫≫
≪直接型揚水利用≫
注水井戸１に備えた排水管１５は、図２及び図３で示すように、排水口１５１の手前管路に設けられたヒートポンプ３１が設けられて、直接型揚水利用の地中熱利用システム３を構成している。ヒートポンプ３１は、排水管１５を介して揚水された地下水Ｇｗとの間で熱交換を行い、交換した熱を冷暖房や給湯などの住環境設備８へ利用可能にする装置である。これにより、地下水Ｇｗの熱を熱資源として利用することができる。

≪間接型循環利用≫
また、地下水Ｇｗで満たされた状態にある注水井戸１のケーシング管１１内には、水中ポンプ１４及び排水管１５を取り囲むように配置される地中熱交換器４２が挿入され、地上に設置されたヒートポンプ４１とともに、間接型循環利用の地中熱利用システム４を構成している。ヒートポンプ４１は、地上に配置され、地中熱交換器４２内を循環する熱媒体Ｆとの間で熱交換を行い、交換した熱を冷暖房や給湯などの住環境設備８へ利用可能にする装置である。

つまり、注水井戸１には、排水管１５を流下する地下水Ｇｗとの間で熱交換を行う直接型揚水利用の地中熱利用システム３と、地中熱交換器４２内を循環し、地下水Ｇｗとの間で熱交換を行った熱媒体Ｆとの間で熱交換を行う間接型循環利用の地中熱利用システム４が併設されている。

≪地中熱交換器≫
ところで、図４（ａ）で示すように、間接型循環利用の地中熱利用システム４に用いる地中熱交換器４２は、いわゆる分岐管型を採用しており、並列に配置された複数の採熱管４３と、採熱管４３の下端に設けられる接続治具４４とを備えている。

採熱管４３は、水や不凍液もしくは空気等の流体よりなる熱媒体Ｆの循環流路を形成するもので、採熱管４３の本数はいずれでもよいが、ここでは図４（ｂ）～（ｄ）の断面図で示すように、３本の採熱管４３を採用する場合を事例に挙げている。３本の採熱管４３のうち、１本は熱媒体Ｆを地上に位置するヒートポンプ４１側へ戻す還り管４３ａであり、他の２本は熱媒体Ｆをヒートポンプ４１から掘削孔Ｈ１側へ送る送り管４３ｂとして利用する。これらは、下端部どうしが接続治具４４により連通状態で接続されている。

接続治具４４は、円錐形状に形成された中空体を下方に向けて凸となるように配置したもので、円錐形状の平面部（一般には、底面に相当）を貫通して送り管４３ｂ及び還り管４３ａの下端部が挿入されている。したがって、２本の送り管４３ｂをそれぞれ流下した熱媒体Ｆは、接続治具４４の中空部で一旦合流したのち、還り管４３ａに流入する態様となる。このように、接続治具４４を介して採熱管４３を循環する過程で熱媒体Ｆは、ケーシング管１１内を満たす地下水Ｇｗとの間で熱交換を行う。

なお、採熱管４３のうち、送り管４３ｂは還り管４３ａより採熱効率が高いことが知られている。このため、送り管４３ｂの本数を還り管４３ａよりも多く組み合わせることで還り管４３ａの流速を速めて、採熱管４３全体の採熱効率を向上させている。

また、分岐管型の地中熱交換器４２では、図４（ａ）で示すように、還り管４３ａと送り管４３ｂの間隔を保持する複数のスペーサー６を、例えば１～２ｍの配置間隔で装着し、還り管４３ａと送り管４３ｂの距離を一定に保つことで、採熱効率を高めている。これら複数のスペーサー６に加えて、ケーシング管１１の略中央に位置決めするセンタライザー５及び地中熱交換器４２の浮き上がりを防止するおもり部材７を装着し、地中熱交換器４２をケーシング管１１内に設置している。

これにより、水中ポンプ１４をケーシング管１１内で略中央に配置しつつ、還り管４３ａと送り管４３ｂの間隔を適正な間隔（必ずしも均等な間隔でなくてもよい）に保持することができる。センタライザー５及びスペーサー６の詳細を以下に説明するが、これらはいずれも防錆処理を施した金属材料やステンレス、もしくはＦＲＰ（繊維強化プラスチック）などの非金属性材料を採用すると良い。

≪≪センタライザー≫≫
センタライザー５は、図４（ａ）及び（ｄ）で示すように、採熱管４３を束ねてケーシング管１１の略中央に配置する部材であり、接続治具４４の上方に配置される。図５（ａ）で示すように、半円形状の分割片５１を２体と、ボルト等の締結具５３とを備え、締結具５３を介して２体の分割片５１を接合すると、図４（ｄ）で示すようなドーナツ形状の円盤となる。その外径はケーシング管１１の内径よりやや小さく、また、内径は３本の採熱管４３と棒状のおもり部材７を収納可能な大きさを有する。

さらに、図５（ａ）及び（ｂ）で示すように、分割片５１には各々対向する面に連続する立上がり部５２が設けられ、この立上がり部５２に貫通孔が形成される。したがって、図５（ｂ）で示すように、おもり部材７を中心にして束ねた３本の採熱管４３を２つの分割片５１で挟み込み、対向する立上がり部５２の貫通孔を利用して締結具５３で接合する。これにより、センタライザー５は、３本の採熱管４３に挟持する態様で装着される。また、立上がり部５２が採熱管４３の保護部材のごとく機能し、センタライザー５が装着されることで、採熱管４３に折れ曲がりや損傷を生じることを防止している。

≪≪スペーサー≫≫
スペーサー６は、図３（ｂ）で示すような排水管部スペーサー６３と、図４（ｂ）（ｃ）で示すような、ポンプ部スペーサー６２及び下部スペーサー６１とを備え、地中熱交換器４２に設置される高さ位置に応じて、水中ポンプ１４や排水管１５を保持する機能も併せ持つ。

≪下部スペーサー≫
下部スペーサー６１は、図４（ｃ）で示すように、センタライザー５の上方であって水中ポンプ１４の下方に配置されるリング状の部材であり、その外周部に、送り管４３ｂと還り管４３ａを挟持する挟持部６１１が、周方向に採熱管４３の数だけ等間隔に設けられている。

≪ポンプ部スペーサー≫
ポンプ部スペーサー６２は、図４（ｂ）で示すように、水中ポンプ１４を中央で把持しつつその外周に等間隔で採熱管４３を保持する部材であり、水中ポンプ１４を外方から囲繞する一対の半割バンド６２１を備える。

一対の半割バンド６２１はボルトなどの締結具６２４を介して接合され、水中ポンプ１４の外周面に装着されるとリング形状に形成される。また、半割バンド６２１の外周面にはリング形状となった際、等間隔となる位置に採熱管４３を挟持する挟持部６２２が連結部材６２３を介して設けられている。さらに、挟持部６２２に採熱管４３を挟持させた際に孔壁などに接して損傷することを防止するべく、採熱管４３を保護する保護カバー６２５が着脱自在に設けられている。

≪排水管部スペーサー≫
排水管部スペーサー６３は、図３（ｂ）で示すようにポンプ部スペーサー６２と同様の構造を有しており、一対の半割バンド６３１と、半割バンド６３１を接合する締結具６３４を備える。また、半割バンド６３１の外周面には、採熱管４３を挟持する挟持部６３２と、半割バンド６３１と挟持部６３２とを連結する連結部材６３３と、を備える。

これらポンプ部スペーサー６２及び排水管部スペーサー６３はともに、半割バンド６３１、６３２に対して連結部材６２３、６３３を介して挟持部６２２、６３３を設けている。このように連結部材６２３、６３３を設けることで、その長さを適宜変更することにより、隣り合う採熱管４３の離間距離や、採熱管４３と水中ポンプ１４もしくは排水管１５との距離を調整することが可能となっている。

≪≪地中熱交換器及び水中ポンプの設置方法≫≫
上記のスペーサー６及びセンタライザー５を装着した地中交換器４２及び、排水管１５を備えた水中ポンプ１４は、次の手順でケーシング管１１内に配置される。その大きさはいずれでもよいが、図１及び図２の事例では、ケーシング管の管径は４００ｍｍ、水中ポンプ１４の外径は２７０ｍｍ、排水管の管径は８９ｍｍ、採熱管４３の管径は２５ｍｍを採用している。

まず、採熱管４３に、センタライザー５と下部スペーサー６１を取り付けた状態で、段階的にケーシング管１１内に挿入する。次に、所定の深度に到達したところで、ポンプ部スペーサー６２と、排水管部スペーサー６３を装着しながら、採熱管４３と水中ポンプ１４及び排水管１５とを組み合わせる。これらを地中孔Ｈ１の所定深さまで挿入し、水中ポンプ１４及び排水管１５と地中交換器４２とをケーシング管１１内に据え付ける。

もしくは予め地上で、採熱管４３に、センタライザー５と下部スペーサー６１を取り付けるとともに、ポンプ部スペーサー６２及び排水管部スペーサー６３を介して、水中ポンプ１４及び排水管１５を併せて装着する。こうして、水中ポンプ１４及び排水管１５と地中交換器４２と組み合わせたのち、これらをケーシング管１１に挿入し所定の深さ位置に据え付けてもよい。

このように、地中交換器４２及び、排水管１５を備えた水中ポンプ１４は、スペーサー６及びセンタライザー５を用いることにより、ケーシング管１１の略中央に対して容易に位置決めし設置することができる、また、ポンプ部スペーサー６２及び排水管部スペーサー６３はともに、締結具６２４、６３４を取り外すことにより、水中ポンプ１４及び排水管１５から取り外すことができる。したがって、水中ポンプ１４に故障が生じたり点検が必要な場合には、ケーシング管１１から排水管１５を備えた水中ポンプ１４を地中交換器４２とともに引き抜き、ポンプ部スペーサー６２と排水管部スペーサー６３とを、取り外せばよい。

≪≪井戸の利用方法≫≫
こうして、地中交換器４２及び排水管１５を備えた水中ポンプ１４が装備された注水井戸１は、工事期間中及び工事完了後に、以下のように利用することができる。

≪工事期間中≫
図１で示すように、揚水井戸２から揚水管２５を介して注水井戸１に地下水Ｇｗが排水されると、注水井戸１は、この地下水Ｇｗをストレーナー部１２及び充填砂利１３を介して透水層Ｐ１へ注水することができる。また、定期的に排水管１５を備えた水中ポンプ１４を利用して前述の手順で井戸内洗浄を行うことにより、ストレーナー部１２及び充填砂利１３の目詰まりを防止することができる。このとき、排水管１５の排水口１５１側が開状態となるよう電磁バルブ１６を操作しておく。

また、間接型循環利用の地中熱利用システム４を利用して得た熱を、工事事務所や作業詰め所の冷暖房や給湯などの住環境設備８に利用できる。これにより、工事期間中も、地中熱利用システムを利用することによる節電・省エネルギー効果やＣＯ２の排出量削減効果を享受することが可能となる。

≪工事完了後≫
掘削領域Ｓでの地下工事が完了したのち、揚水井戸２は閉塞されるが、注水井戸１は前述したように、山留め壁Ｒの背面側に設けられているから掘削領域Ｓに構築された新設構造物と干渉しない。したがって、図２で示すように、閉塞せずに水中ポンプ１４と排水管１５を、地中熱交換器４２とともに残置しておく。

工事完了後も注水井戸１のケーシング管１１内は地下水Ｇｗで満たされた状態となっているから、間接型循環利用の地中熱利用システム４を利用して地下水Ｇｗから採熱できる。したがって、地下水Ｇｗから得た熱を、掘削領域Ｓに構築した新設構造物もしくは掘削領域Ｓ近傍の建物の冷暖房や給湯などの住環境設備８へ利用することが可能となる。

このとき、排水管１５の注水管１７側が開状態となるよう電磁バルブ１６を操作するとともに、水中ポンプ１４を稼働させる。こうして、ケーシング管１１内の地下水Ｇｗを、前述したように上下方向に対流させて、地中熱交換器４２内を循環する熱媒体Ｆと地下水Ｗとの熱交換効率を向上させる。

また、水中ポンプ１４を稼働させた状態で、定期的に、排水管１５の排水口１５１側が開状態となるよう電磁バルブ１６を切り替え、井戸内洗浄を行う。これにより、注水井戸１は工事完了後も目詰まりを生じることなく健全な状態で維持される。したがって、非常時には、水中ポンプ１４及び排水管１５を揚水設備として稼働させ、非常災害用井戸として利用する。

水中ポンプ１４及び排水管１５により揚水した地下水Ｇｗは、排水管１５の排水口１５１側が開状態となるよう電磁バルブ１６を操作することにより、貯水設備１８に供給される。したがって、貯水設備１８に供給された地下水Ｇｗを、掘削領域Ｓに構築した新設構造物もしくは掘削領域Ｓ近傍の建物などの、雑用水や発電機の冷却水などに使用すればよい。

また、水中ポンプ１４及び排水管１５を揚水設備として利用している期間は、排水管１５とヒートポンプ３１による直接型揚水利用の地中熱利用システム３が機能する。したがって、この地中熱利用システム３を利用して地下水Ｇｗから得た熱を、間接型循環利用の地中熱利用システム４で得た熱とともに、掘削領域Ｓに構築した新設構造物もしくは掘削領域Ｓ近傍の建物の冷暖房や給湯などの住環境設備８へ利用することができる。

このように、注水井戸１を利用して、地盤削孔する工程を省略しつつ、直接型揚水利用の地中熱利用システム３及び間接型循環利用の地中熱利用システム４、さらには、非常災害用井戸を構築することができるため、設置費用を大幅に削減することが可能となる。したがって、地中熱利用システム３、４や非常災害用井戸を設けることの経済的効果を、最大限に引き出すことが可能となる。

また、建設工事用の井戸として事例に挙げたリチャージ工法の注水井戸１は、注水能力を高めることを目的に大口径かつ長大なケーシング管１１を用いる場合が多く、例えば、ケーシング管１１の口径は４００～６００ｍｍ程度、管長は１００ｍ程度に達する場合がある。すると、ケーシング管１１が長大な場合には、その内方に配置する地中交換器４２の採熱管４３も長大化を図ることができ、熱交換効率を向上することが可能となる。

また、大口径のケーシング管１１を採用する場合には、採熱管４３の本数を増設することも可能である。図６は、採熱管４３を３本から４本に増設した事例を示しているが、ケーシング管１１の口径に応じてさらに増設することも可能である。このように、採熱管４３の本数を３本から４本に増設した場合には、１本を還り管４３ａとし、残りの３本の送り管４３ｂとして利用すると良い。また、図６（ａ）～（ｃ）で示すように、排水管部スペーサー６３、ポンプ部スペーサー６２及び下部スペーサー６１は、採熱管４３を挟持する挟持部６１１、６２２、６３２を増設し、図６（ｄ）で示すように、センタライザー５は、４本の採熱管４３に挟持する態様で装着される。

≪≪ディープウェル工法の深井戸を利用する事例≫≫
本実施の形態では、リチャージウェル工法で用いる注水井戸１を事例に挙げたが、これに限定するものではない。山留め壁Ｒもしくは山留め壁Ｒの背面側に設置される建設工事用の井戸であれば、いずれを採用することもでき、例えばディープウェル工法で用いる揚水井戸２を利用することもできる。

図７は、山留め壁Ｒの背面側に配置した揚水井戸２を事例に挙げており、ケーシング管２１内には、揚水ポンプ２４及び揚水管２５を取り囲むように配置される地中熱交換器４２が挿入され、地上に設置されたヒートポンプ４１とともに、間接型循環利用の地中熱利用システム４を構成している。また、揚水管２５の管路にヒートポンプ３１が設けられて、直接型揚水利用の地中熱利用システム３を構成している。

また、揚水管２５には電磁バルブ２６ａが装着されているとともに、電磁バルブ２６ａの上流側には揚水管２５から分岐して注水管２７が設けられている。注水管２７は、先端開口をケーシング管２１の上端部近傍に挿入され、その管路には、電磁バルブ２６ｂが装着されている。このような装備を有する揚水井戸２は、工事期間中及び工事完了後に、以下のように利用することができる。

≪工事期間中≫
図７で示すように、揚水ポンプ２４及び揚水管２５を介して地下水Ｇｗを揚水することにより、山留め壁Ｒを挟んで隣り合う掘削領域Ｓの地下水位Ｇを低下させる。このとき、揚水管２５の排水口２５１側が開状態となるよう、揚水管２５の電磁バルブ２６ａ及び注水管２７側の電磁バルブ２６ｂを含む電磁バルブ２６を操作しておく。

また、揚水管２５に流入した地下水Ｇｗが、排水口２５１側に向かう途中でヒートポンプ３１を通過するため、熱交換が行われて、揚水管２５を利用した直接型揚水利用の地中熱利用システム３が機能する。したがって、地中熱交換器４２を備えた間接型循環利用の地中熱利用システム４とともに、これらを利用して地下水Ｇｗから得た熱を、工事事務所や作業詰め所の冷暖房や給湯などの住環境設備８に利用することができる。

≪工事完了後≫
掘削領域Ｓでの地下工事完了後は、注水井戸１を事例に挙げて説明したように、揚水井戸２を閉塞せずに揚水ポンプ２４と揚水管２５を、地中熱交換器４２とともに残置しておく。これにより、間接型循環利用の地中熱利用システム４で地下水Ｇｗから得た熱を、掘削領域Ｓに構築した新設構造物もしくは掘削領域Ｓ近傍の建物の冷暖房や給湯などの住環境設備８へ利用することができる。

このとき、揚水管２５の注水管２７側が開状態となるよう電磁バルブ２６を操作するとともに揚水ポンプ２４を稼働させ、ケーシング管２１内の地下水Ｇｗを上下方向に対流させる。また、揚水ポンプ２４を稼働させた状態で、定期的に、揚水管２５の排水口２５１側が開状態となるよう電磁バルブ２６を切り替え、井戸内洗浄を行う。そして、非常時には、揚水ポンプ２４を稼働させ、非常災害用井戸として利用する。

揚水した地下水Ｇｗは、揚水管２５の排水口２５１側が開状態となるよう電磁バルブ２６を操作することにより、貯水設備２８に供給される。したがって、貯水設備２８に供給された地下水Ｇｗを、掘削領域Ｓに構築した新設構造物もしくは掘削領域Ｓ近傍の建物の、雑用水や発電機の冷却水などに使用することができる。

図８で示す揚水井戸２は、図７で示した揚水井戸２と同様の構造を備えているが、その設置場所が山留め壁Ｒの壁内である点が異なるのみである。

本発明によれば、山留め壁Ｒの壁内もしくは背面側の地中に設置した注水井戸１や揚水井戸２などの建設工事用の井戸を、工事期間中に、直接型揚水利用の地中熱利用システム３や、間接型循環利用の地中熱利用システム４として兼用することが可能となる。工事完了後にはさらに、非常災害用井戸として転用することもでき、建設工事用井戸の多機能化を図ることが可能となる。

本発明の井戸は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

例えば、本実施の形態では、分岐管型の地中熱交換器４２を１つのみ配置したが、ケーシング管１１の口径が十分大きい場合には、地中熱交換器４２を複数配置してもよい。

また、地中熱交換器４２は分岐管型に限定されるものではなく、例えば、Ｕチューブ型の採熱管など、掘削孔Ｈを利用するボアホール方式の地中熱利用システムで一般に採用され、熱媒体Ｆを循環させることのできる構造を有していれば、いずれを採用してもよく、またその数量も何ら限定されるものではない。

さらに、多段式ポンプなどの外径のスリムな水中ポンプ１４を採用すると、採熱管４３どうしの間隔やこれらと水中ポンプ１４との間隔を適正に確保でき、熱効率を向上させることができるとともに、採熱管４３の本数を増設することも可能となる。

１注水井戸
１１ケーシング管
１２ストレーナー部（集水部）
１３充填砂利
１４水中ポンプ
１５排水管
１５１排水口
１６電磁バルブ
１６ａ電磁バルブ（排水管用）
１６ｂ電磁バルブ（注水管用）
１６１制御盤
１７注水管
１８貯水設備
２揚水井戸
２１ケーシング管
２２ストレーナー部（集水部）
２３充填砂利
２４揚水ポンプ（水中ポンプ）
２５揚水管（排水管）
２５１排水口
２６電磁バルブ
２６ａ電磁バルブ（排水管用）
２６ｂ電磁バルブ（注水管用）
２７注水管
２８貯水設備
３地中熱利用システム（オープンループ）
３１ヒートポンプ
４地中熱利用システム（クローズドループ）
４１ヒートポンプ
４２地中熱交換器
４３採熱管
４３ａ還り管
４３ｂ送り管
４４接続治具
５センタライザー
５１分割片
５２立上がり部
５３締結具
６スペーサー
６１下部スペーサー
６１１挟持部
６２ポンプ部スペーサー
６２１半割バンド
６２２挟持部
６２３連結部材
６２４締結具
６２５保護カバー
６３排水管部スペーサー
６３１半割バンド
６３２挟持部
６３３連結部材
６３４締結具
７おもり部材
８住環境設備
２０通信ネットワーク
３０制御サーバ
４０管理者端末
Ｈ１地中孔
Ｈ２地中孔
Ｇｗ地下水
Ｓ掘削領域
Ｒ山留め壁
Ｆ熱媒体
Ｐ１透水層
Ｐ２透水層

Claims

地盤掘削を伴う地下工事で用いる建設工事用の井戸であって、
地下水を集水する集水部を備えたケーシング管と、
該ケーシング管内の前記集水部に配置される排水管を備える水中ポンプと、
該水中ポンプを囲うように配置され、熱媒体が循環する複数の採熱管を備える地中熱交換器と、を備え、
前記ケーシング管は、山留め壁の壁内もしくは背面側の地中に設けられていることを特徴とする井戸。
地盤掘削を伴う地下工事で用いる建設工事用の井戸であって、
地下水を集水する集水部を備えたケーシング管と、
該ケーシング管内の前記集水部の高さ範囲に配置される排水管を備える水中ポンプと、
該水中ポンプを囲うように配置され、熱媒体が循環する複数の採熱管を備える地中熱交換器と、を備え、
前記ケーシング管は、山留め壁の壁内もしくは背面側の地中に設けられており、
複数の前記採熱管は、該採熱管の間隔を保持するスペーサを介して前記水中ポンプと連結されていることを特徴とする井戸。
請求項１または２に記載の井戸において、
前記排水管に、該排水管から分岐する注水管が設置され、
該注水管の開口端部が、前記ケーシング管内の上端部に配置されることを特徴とする井戸。