JP5659693B2

JP5659693B2 - 復水工法、及び復水システム

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Publication number: JP5659693B2
Application number: JP2010238781A
Authority: JP
Inventors: 奥田　和弘; 和弘奥田
Original assignee: Obayashi Corp
Current assignee: Obayashi Corp
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2010-10-25
Publication date: 2015-01-28
Anticipated expiration: 2030-10-25
Also published as: JP2012092514A

Description

本発明は、復水工法、及び復水システムに関する。

地盤の地下水位を低下させる地下水位低下工法として、揚水井から揚水された地下水を、注水井を通じて地中に戻す復水工法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の復水工法では、粘土層（すなわち、難透水層）よりも浅い位置で揚水井により揚水し、揚水量が少量であれば、粘土層よりも浅層側で注水井により復水し、揚水量が多量であれば、粘土層よりも深層側で注水井により復水する。

特開２００６―７７５６７号公報

従来は、粘土層が存在しない地中領域に対して復水工法を用いた場合には、当該地中領域で地下水が循環するだけで、地下水位を低下させることができないと考えられていた。そのため、粘土層が存在しない地中領域に対しては復水工法は用いられておらず、揚水した地下水は全て放流していた。しかしながら、地下水の放流量が多くなるほど、ろ過処理費や放流料金（下水道料金）が高額になり、費用負担が大きくなるため、対策が必要であった。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、難透水層が存在しない地中領域に対して地下水位低下工法を実施するに際して、揚水した地下水の処理費用を抑えることを課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明に係る復水工法は、揚水井と注水井とを地中領域に設け、前記揚水井を通じて前記地中領域から揚水した地下水の一部を、前記注水井を通じて前記地中領域へ戻し、その残りを所定の放流先へ送る復水工法であって、前記地中領域は、掘削領域と、該掘削領域の下に位置する深層部とからなり、不透水層が存在せず、縦方向の透水係数が横方向の透水係数よりも小さく、前記揚水井を、前記掘削領域を通って前記深層部に達し、揚水口が前記深層部に位置するように設け、前記注水井を、前記掘削領域を通って前記深層部に達し、注水口が前記深層部において前記揚水口よりも深層側に位置するように設けることを特徴とする。

上記復水工法において、前記地中領域は、横方向へ広がる粘土シームが混在した透水層であってもよい。

また、上記課題を解決するために、本発明に係る復水システムは、地中領域に設けられた揚水井及び注水井と、前記揚水井を通じて前記地中領域から揚水された地下水の一部を、前記注水井を通じて前記地中領域へ戻す注水管、及び、その残りを所定の放流先へ送る排水管とを備える復水システムであって、前記地中領域は、掘削領域と、該掘削領域の下に位置する深層部とからなり、不透水層が存在せず、縦方向の透水係数が横方向の透水係数よりも小さく、前記揚水井は、前記掘削領域を通って前記深層部に達し、揚水口が前記深層部に位置するように設けられ、前記注水井は、前記掘削領域を通って前記深層部に達し、注水口が前記深層部において前記揚水口よりも深層側に位置するように設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、難透水層が存在しない地中領域に対して地下水位低下工法を実施するに際して、揚水した地下水の処理費用を抑えることができる。

一実施形態に係る復水システムの概略を示す断面図である。排水分配部の概略構成を示す図である。揚水量と注水量と放水量との関係を説明するための図である。他の実施形態に係る復水システムの概略を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る復水システム１０の概略を示す断面図である。この図に示すように、本実施形態に係る復水システム１０は、掘削する領域（以下、掘削領域２という）とその深層部の地下水位（図中にＷＬで示す）を低下させる復水工法を実施するためのシステムである。ここで、掘削領域２とその深層部とこれらの周辺とを含む領域（以下、対象領域という）１と、その周辺の領域とは、粘土層等の難透水層（透水係数が１×１０^−５〜１×１０^−７ｃｍ／ｓ以下の水が浸透し難い層）が存在しない、砂層等の透水層のみで構成された透水性地盤となっている。

復水システム１０は、地下水を揚水するための揚水井（深井戸）２０と、揚水井２０により揚水された地下水を地中に戻すための注水井３０と、揚水された地下水を注水井３０と放流先の下水道とに分配する排水分配部４０とを備えている。揚水井２０と注水井３０とは、対象領域１に設けられており、根切り底面３よりも深層側まで削孔されている。ここで、注水井３０は、揚水井２０よりも深層側まで削孔されており、注水井３０の底部の注水口３０Ａは、揚水井２０の底部の揚水口２０Ａよりも深層側に位置している。

揚水井２０は、ディープウェル工法（重力排水工法）により地下水を揚水するための深井戸であり、その底部には水中ポンプ２２が設置され、井戸内には下端にストレーナ２４Ａを有する揚水管２４が挿入されている。また、揚水管２４と穿孔壁との間にはフィルター材が充填されている。このような揚水井２０では、フィルター材を透過して揚水井２０のストレーナ部２４Ａ内に流入した地下水が、水中ポンプ２２の作用により、揚水管２４を通って揚水される。即ち、揚水井２０の底部に形成された揚水口２０Ａから、地下水が揚水される。

注水井３０内には、下端にストレーナ部３４Ａを有する注水管３４が挿入されている。また、注水管３４のストレーナ部３４Ａと穿孔壁との間にはフィルター材が充填され、フィルター材の上側にはシール材が充填されている。このような注水井３０では、注水管３４に送られた地下水が、ストレーナ部３４Ａからフィルター材を透過して地中に注入される。即ち、注水井３０の底部に形成された注水口３０Ａから、揚水した地下水が、注水される。

図２は、排水分配部４０の概略構成を示す図である。この図に示すように、排水分配部４０は、ノチタンク４２と、送水管４４Ａ、４４Ｂと、排水管４６とを備えている。ノチタンク４２は地上に設置されている。また、送水管４４Ａは、上流端は揚水管２４に接続され、下流端はノチタンク４２の上部に配されており、揚水管２４で揚水された地下水を、ノチタンク４２に供給する。また、送水管４４Ｂは、上流端はノチタンク４２の底部に接続され、下流端は注水管３４に接続されており、ノチタンク４２に溜まった地下水を、注水管３４に供給する。また、排水管４６は、上流端はノチタンク４２の上部に接続され、下流端は下水道等の放流先に接続されており、ノチタンク４２の水位が排水管４６の位置まで上昇した場合に、ノチタンク４２内の地下水を放流先に排出する。なお、排水管４６の設置高さは、揚水量と柱水量との収支に合わせて適宜設定すればよい。

図３は、揚水量と注水量と放水量との関係を説明するための図である。この図において矢印の太さで水量を示すように、注水量（図中矢印Ａ）は、揚水量（図中矢印Ｂ）及び放水量（図中矢印Ｃ）と比して少ない。例えば、揚水された地下水の８０〜９０％程度が放水されるのに対し、注水されるのは揚水された地下水の１０〜２０％程度である。なお、揚水量と放水量との比率は、地盤の透水係数や地下水流量等に応じて適宜設定すればよい。

ここで、上述したように、対象領域１の地盤は、砂層等の透水層のみからなる透水性地盤であり、揚水井２０の揚水口２０Ａと注水井３０の注水口３０Ａとの間に粘土層等の難透水層は存在しない。即ち、注水井３０の注水口３０Ａと揚水井２０の揚水口２０Ａとの間に、注水口３０Ａから揚水口２０Ａまでの水の浸透を遮る層が存在しない。このため、注水口３０Ａから地中に戻された地下水が、揚水口２０Ａの周辺まで浸透して再び揚水される（即ち、地下水が揚水井２０と注水井３０とを通じて循環される）だけで、地下水位は低下されないとも考えられる。

しかし、図中に拡大して示すように、砂層等の透水層では、横方向へ広がる粘土シーム４が混在しており、上方向についての透水経路は、横方向についての透水経路と比して、狭く、また蛇行することで長くなる。これにより、上方向についての透水係数が横方向についての透水係数よりも小さくなる。このため、図中に破線矢印Ｄ、Ｅの長さで示すように、注水口３０Ａから上方への水の浸透流速は、注水口３０Ａから側方への浸透流速と比して格段に遅くなることから（例えば、１／１０倍）、注水口３０Ａから地中に戻された水が、揚水口２０Ａまで浸透するのには時間がかかる。そして、注水口３０Ａから地中に戻された水が揚水口２０Ａまで浸透するまでの間、揚水井２０による揚水は進行している。

これによって、地下水が揚水井２０と注水井３０とを通じて循環しないようにしたうえで、揚水と注水とを並行させることができるため、地下水位を低下させながら、揚水した地下水の一部を地中に戻すことができる。従って、難透水層が存在しない対象領域１に対して地下水位低下工法を実施するに際して、地下水の放流量を減らすことができ、ろ過処理費や放流料金（下水道料金）等の揚水した地下水の処理費用を抑えることができる。

ここで、揚水井２０と注水井３０との距離が延びるほど、注水口３０Ａから揚水口２０Ａまで水が浸透する時間は長くなり、地下水が揚水井２０と注水井３０とを通じて循環され難くなる。しかし、対象領域１の周辺領域に注水井３０を設けることができず、揚水井２０と注水井３０との双方を対象領域１に設けなければならない等、揚水井２０と注水井３０との距離を延ばすのに制限がある場合がある。

このような場合であっても、本実施形態に係る復水工法及び復水システム１０によれば、地下水が揚水井２０と注水井３０とを通じて循環しないようにしたうえで、揚水と注水とを並行させることができ、以って、地下水位を低下させながら、揚水した地下水の一部を地中に戻すことができる。

図４は、他の実施形態に係る復水システム１００の概略を示す断面図である。この図に示すように、本実施形態に係る復水システム１００は、掘削領域２とその深層部の地下水位（図中にＷＬで示す）を低下させる復水工法を実施するためのシステムである。ここで、対象領域１０１と、その周辺の領域とは、粘土層等の難透水層が存在しない、砂層等の透水層のみで構成された透水性地盤となっている。また、図中破線で示すように、掘削領域２を挟んで図中左右に対向する一方側（図中右側）と他方側（図中左側）とでは、地下水位が異なり、一方側の地下水位が他方側の地下水位よりも高くなっている。このため、対象領域１では、地下水が掘削領域２の一方側から他方側へ流れており、掘削領域２の一方側が地下水流の上流側に相当し、掘削領域２の他方側が地下水流の下流側に相当する。

復水システム１００は、掘削領域２に削孔された揚水井２０と、掘削領域２の他方側、即ち、地下水流の下流側に掘削された注水井３０と、揚水された地下水を注水井３０と放流先の下水道とに分配する排水分配部４０とを備えている。また、掘削領域２の周囲には遮水性のある山留壁１０２が構築されている。

本実施形態においても、注水量は、揚水量及び放水量と比して少ない。例えば、揚水された地下水の８０〜９０％程度が放水されるのに対し、注水されるのは揚水された地下水の１０〜２０％程度である。なお、揚水量と放水量との比率は、地下水流量や地盤の透水係数等に応じて適宜設定すればよい。

ここで、上述したように、対象領域１０１の地盤は、砂層等の透水層のみからなる透水性地盤であり、揚水井２０の揚水口２０Ａと注水井３０の注水口３０Ａとの間に粘土層等の難透水層は存在しない。このため、地下水が揚水井２０と注水井３０とを通じて循環されるだけで、地下水位は低下されないとも考えられる。

しかし、対象領域１０１では、地下水が揚水井２０側から注水井３０側へ流れており、注水井３０側から揚水井２０側への地下水の浸透流速は、揚水井２０側から注水井３０側への浸透流速と比して格段に遅くなることから、注水口３０Ａから地中に戻された水が揚水口２０Ａまで浸透するまでの間、揚水井２０による揚水は進行している。

これによって、地下水が揚水井２０と注水井３０とを通じて循環しないようにしたうえで、揚水と注水とを並行させることができるため、地下水位を低下させながら、揚水した地下水の一部を地中に戻すことができる。従って、難透水層が存在しない対象領域１０１に対して地下水位低下工法を実施するに際して、地下水の放流量を減らすことができ、ろ過処理費や放流料金（下水道料金）等の揚水した地下水の処理費用を抑えることができる。

ここで、揚水井２０と注水井３０との距離が延びるほど、注水口３０Ａから揚水口２０Ａまで水が浸透する時間は長くなり、地下水が揚水井２０と注水井３０とを通じて循環され難くなる。しかし、対象領域１０１の周辺領域に注水井３０を設けることができず、揚水井２０と注水井３０との双方を対象領域１０１に設けなければならない等、揚水井２０と注水井３０との距離を延ばすのに制限がある場合がある。

このような場合であっても、本実施形態に係る復水工法及び復水システム１００によれば、地下水が揚水井２０と注水井３０とを通じて循環しないようにしたうえで、揚水と注水とを並行させることができ、以って、地下水位を低下させながら、揚水した地下水の一部を地中に戻すことができる。

以上、上記の各実施形態では、地下水位低下工法としてディープウェル工法（重力排水工法）を用いた例を挙げて本発明を説明したが、地下水位低下工法としては、ウェルポイント工法（強制排水工法）等の他の工法を用いてもよい。また、上記の実施形態では、注水井３０を対象領域１、１０１に設けたが、対象領域１、１０１の周辺に設けてもよい。

１対象領域（地中領域）、２掘削領域、３根切り底面、４粘土シーム、１０復水システム、２０揚水井、２０Ａ揚水口、２２水中ポンプ、２４揚水管、３０注水井、３０Ａ注水口、３４注水管、４０排水分配部、４２ノチタンク（貯留槽）、４４Ａ送水管、４４Ｂ送水管（第１の送水管）、４６排水管（第２の送水管）、１００復水システム、１０１対象領域（地中領域）、１０２山留壁

Claims

揚水井と注水井とを地中領域に設け、前記揚水井を通じて前記地中領域から揚水した地下水の一部を、前記注水井を通じて前記地中領域へ戻し、その残りを所定の放流先へ送る復水工法であって、
前記地中領域は、掘削領域と、該掘削領域の下に位置する深層部とからなり、不透水層が存在せず、縦方向の透水係数が横方向の透水係数よりも小さく、
前記揚水井を、前記掘削領域を通って前記深層部に達し、揚水口が前記深層部に位置するように設け、
前記注水井を、前記掘削領域を通って前記深層部に達し、注水口が前記深層部において前記揚水口よりも深層側に位置するように設けることを特徴とする復水工法。
前記地中領域は、横方向へ広がる粘土シームが混在した透水層である請求項１に記載の復水工法。
地中領域に設けられた揚水井及び注水井と、前記揚水井を通じて前記地中領域から揚水された地下水の一部を、前記注水井を通じて前記地中領域へ戻す注水管、及び、その残りを所定の放流先へ送る排水管とを備える復水システムであって、
前記地中領域は、掘削領域と、該掘削領域の下に位置する深層部とからなり、不透水層が存在せず、縦方向の透水係数が横方向の透水係数よりも小さく、
前記揚水井は、前記掘削領域を通って前記深層部に達し、揚水口が前記深層部に位置するように設けられ、
前記注水井は、前記掘削領域を通って前記深層部に達し、注水口が前記深層部において前記揚水口よりも深層側に位置するように設けられていることを特徴とする復水システム。