JP6710990B2 - 地中孔壁の洗浄方法 - Google Patents

Description

本発明は、地盤を掘削して構築した地中孔を井戸として利用するための、地中孔壁の洗浄方法に関する。

従来より、掘削工事を行う際には、施工中の掘削対象領域内への湧水や、掘削底面の盤膨れ等が生じることのないよう、事前に地下水位低下工法を実施して、掘削対象領域の地下水位を周辺地盤より低下させている。地下水位低下工法の中でも、井戸の底部近傍に設置した水中ポンプにて井戸内に流入した地下水を揚水するディープウェル工法は、透水性の高い地盤であれば、数十ｍの水位低下が可能な方法として知られている。

ディープウェル工法に用いられる井戸は、例えば特許文献１に記載されているように、削孔泥水を用いて地中を削孔し、孔内の底浚いを行った後、スクリーンを備えたケーシングを建て込み、当該ケーシングと孔壁との間にフィルター材を充填する。この後、孔壁を洗浄したうえで、先端に水中ポンプが設置された揚水管を孔内に据え付けるとともに、ケーシングに井戸蓋を設置することで構築される。

ここで、孔壁の洗浄は、フィルター材の充填後であって水中ポンプの据え付け前にケーシングの底部に洗浄用ポンプを設置し、洗浄用ポンプにてケーシング内の削孔泥水を汲み上げることにより行われる。この洗浄方法は、洗浄用ポンプを稼働させることにより、ケーシング内の削孔泥水と地盤中の地下水との間に水頭差が生じるため、地下水が孔壁を透過してケーシングに流入するが、このとき、地下水が、孔壁に付着しているマッドケーキとともに流入することを利用したものである。

特開２０１５−８３７３２号公報

しかし、上記の方法では、孔壁から除去されたマッドケーキが洗浄用ポンプにて排出される前にフィルター材やケーシングに備えたスクリーンに付着してしまい、これらに目詰まりを生じさせやすい。また、ケーシング内の削孔泥水と地盤中の地下水との間に必要な水頭差を確保できない場合には、孔壁からマッドケーキを十分除去できず、また、マッドケーキが除去されたか否かを確認することも困難である。

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、井戸として利用するべく地盤を掘削して構築した地中孔の孔壁から、付着物を効率よく除去するための、地中孔壁の洗浄方法を提供することである。

かかる目的を達成するため、本発明の地中孔壁の洗浄方法は、安定液を注入しながら地盤を掘削して構築した地中孔を井戸として利用するための、地中孔壁の洗浄方法であって、前記地中孔に対して、スクリーンを備えたケーシングを建て込む前に、前記安定液が内部に供給されると姿勢が直線状となり先端を孔壁に向ける屈曲自在なホースよりなる噴射部材を備えた噴射装置を前記地中孔に挿入し、前記噴射部材の先端から孔壁に向けて噴射される安定液の水流により、前記地中孔壁の付着物を除去することを特徴とする。

上述する本発明の地中孔壁の洗浄方法によれば、スクリーンを備えたケーシングを建て込む前の地中孔の孔壁を、噴射装置を利用して直接洗浄するため、孔壁に付着した付着物を確実に除去することが可能になるとともに、除去した付着物によってスクリーンやフィルター材に目詰まりを生じさせることもない。

また、孔壁の洗浄は、噴射装置から噴射される安定液の噴流が孔壁に衝突して上昇もしくは下降することに伴って、地中孔壁近傍に滞留する安定液に発生する上昇もしくは下降する水流を利用して行うため、孔壁を崩落させることなく、効率よく孔壁の付着物を除去することが可能となる。

さらに、噴射装置から噴射される安定液の流速を適宜調整できることから、地中孔の孔径、孔壁に付着する付着物の付着厚や付着状況等に応じた、最適な噴流によって孔壁の付着物を除去することが可能となる。

本発明の地中孔壁の洗浄方法は、前記噴射装置に、平面視で放射状に突出する複数の突起部を備えた清掃具を設置し、前記突起部の先端部を前記地中孔壁に当接させて、該地中孔壁の付着物を掻き取ることを特徴とする。

上述する本発明の地中孔壁の洗浄方法によれば、孔壁に付着する付着物の付着力が高いまたは付着圧が大きい等の付着状況により、噴射装置から噴射される安定液の噴流にて付着物を除去できない場合にも、清掃具に備えた突起部にて付着物を掻き取ることができるため、より確実に孔壁を洗浄することが可能となる。

本発明によれば、噴射装置を利用して地中孔壁を直接洗浄することにより、孔壁に付着した付着物を確実に除去することができるため、当該孔壁を利用して井戸を構築した場合には、効率よく地下水を流入させて集水することが可能となる。

本発明の地盤に地中孔を構築する様子を示す図である。 本発明の噴射装置を利用した孔壁の洗浄方法を示す図である。 本発明の洗浄後の地中孔を利用して深井戸を構築する様子を示す図である（その１）。 本発明の洗浄後の地中孔を利用して深井戸を構築する様子を示す図である（その２）。 本発明の地中孔壁の洗浄方法に使用する噴射装置の詳細を示す図である。 本発明の噴射装置の他の事例の詳細を示す図である（その１）。 本発明の噴射装置の他の事例の詳細を示す図である（その２）。 本発明の噴射装置の他の事例の詳細を示す図である（その３）。 本発明の噴射装置の他の事例の詳細を示す図である（その４）。 本発明の噴射装置の他の事例の詳細を示す図である（その５）。

本発明の地中孔壁の洗浄方法は、井戸として利用するべく地盤中に構築した地中孔の孔壁を洗浄するために用いる方法であり、孔壁に付着した付着物を除去して、地下水の地中孔への流入を容易にするものである。本実施の形態では、ディープウェル工法に用いる深井戸を構築する場合を事例として、本発明の地中孔壁の洗浄方法を以下に図１〜図６を参照して詳述する。

深井戸１は、図４（ｂ）で示すように、帯水層８３に到達するまで地盤を掘削して構築された地中孔２に、ケーシング３を建て込み、また、ケーシング３と孔壁との間に砕石等のフィルター材４を充填するともに、ケーシング３の内方であって地中孔２の底部近傍に、揚水管５と接続された水中ポンプ６を設置することで構築されるものであり、地中孔２の深度と略同一の長さを有するケーシング３には、帯水層１の深度範囲内にスクリーン３１が設けられている。

上述する構成の深井戸１は、孔壁を透過して地中孔２に流入し、フィルター材４およびスクリーン３１を流下した帯水層８３中の地下水が、ケーシング３内に集水される。集水された地下水は、水中ポンプ６にて揚水され、揚水管５を介して孔外に排水される。したがって、地中孔２の孔壁が十分洗浄されておらず、掘削時に付着したマッドケーキ等の付着物７が残存していると、これらが障害となって地下水が地中孔２に流入できず、深井戸１は設計に見合った井戸能力を発揮することができない。

そこで、本実施の形態では、図５（ａ）で示すように、スクリーン３１を備えたケーシング３を建て込む前の地中孔２の孔壁に向かって、安定液Ｂを噴射する噴射装置１４を地中孔２に挿入し、噴射装置１４から噴射される安定液Ｂの水流により、孔壁の付着物７を除去することとした。以下に、深井戸１の構築方法と併せて、地中孔２における孔壁の洗浄方法の手順を示す。

まず、図１（ａ）で示すように、盛土層８１に釜場９を構築してサンドポンプ１０を設置するとともに、地中孔２の構築位置を挟んだ釜場９の他方側に、ボーリングマシン１１を据え付ける。なお、ボーリングマシン１１は、いずれを採用してもよいが、本実施の形態では、安定液Ｂの供給管を兼用するロッド１１１の先端に、掘削翼１１２と図示しない安定液吐出口を備えた小型掘削機を採用している。

次に、ボーリングマシン１１のロッド１１１を回転させて、安定液Ｂを吐出しつつ掘削翼１１２にて地盤を掘削し、地中孔２を構築する。なお、本実施の形態では、地中孔２の孔口近傍において孔壁の崩落を抑止するべく、ガイドパイプ１２を建て込んでいる。また、地盤を掘削することにより発生する掘削土砂は、ロッド１１１の先端から安定液Ｂを吐出することにより生じる地中孔２内の上昇流によって孔口まで搬送され、釜場９に設置されたサンドポンプ１０を介して孔外へ排出される。

こうして構築された地中孔２には、図１（ｂ）で示すように、その孔壁にマッドケーキ等の付着物７が付着している。そこで、地中孔２を満たす安定液Ｂに希釈液注入管１３を介して希釈液Ｄを注入し、地中孔２の孔壁保護機能を失わない程度に安定液Ｂの比重および粘性を低下させて、希釈前の安定液Ｂの粘性により孔壁に保持されていた付着物７を沈降させる。

なお、希釈液Ｄは、安定液Ｂの比重および粘性を低下させることのできるものであれば、水等いずれを用いてもよい。また、希釈液Ｄを注入するのみでは安定液Ｂの比重及び粘性を十分に低下できない場合には、希釈液Ｄを注入する方法に代えて、地中孔２内にて良液置換を行ってもよい。良液置換を行うと、希釈液Ｄを注入する場合と同様に、置換前の安定液Ｂの粘性により孔壁に保持されていた付着物７を沈降させることができる。

このような、安定液Ｂの比重および粘性を低下させる作業を行っても、孔壁には付着物７が残存している場合が多いことから、これら孔壁に残存している付着物７を、本実施の形態の噴射装置１４を用いた孔壁の洗浄方法にて除去する。

噴射装置１４は、図５（ａ）で示すように、地中孔２を満たす安定液Ｂを吸引するサンドポンプ１４１と、サンドポンプ１４１に接続される噴射管１４２および排泥管１４３を備えている。

噴射管１４２は、図５（ｂ）で示すように、サンドポンプ１４１を囲うような平面視リング状に形成されており、サンドポンプ１４１にて吸引した安定液Ｂを孔壁に向けて放射状に噴射するべく、外側面に径の小さい複数の噴射口１４２１が間隔を有して配置されている。一方、排泥管１４３は、図５（ｃ）で示すように、サンドポンプ１４１にて吸引した安定液Ｂを孔外へ排泥する際に用いられるものであり、図２（ｂ）で示すように、途中にバルブ１４３１が備えられている。

そして、サンドポンプ１４１を稼働させた状態でバルブ１４３１を開状態にすると、図５（ｃ）で示すように、地中孔２を満たす安定液Ｂが排泥管１４３を介して孔外に排泥され、バルブ１４３１を閉状態にすると、図５（ａ）で示すように、地中孔２を満たす安定液Ｂが噴射管１４２に供給されて、噴射口１４２１より孔壁に向けて噴射されるように構成されている。

上述する構成の噴射装置１４を用いた孔壁の洗浄方法では、まず、地中孔２にケーシング３を建て込んだ場合の、スクリーン３１の設置深度をあらかじめ測定し、この深度範囲を付着物７の除去対象範囲Ｌとして設定しておく。そして、安定液Ｂの比重および粘性を低下させる作業を行った後、沈降した付着物７及び掘削土砂を底浚いした地中孔２に、噴射装置１４を、付着物７の除去対象範囲Ｌの上端に噴射管１４２の噴射口１４２１が到達するまで挿入する。

次に、排泥管１４３のバルブ１４３１を閉状態にするとともにサンドポンプ１４１を稼働し、図２（ａ）で示すように、噴射口１４２１より孔壁に向けて安定液Ｂを噴射しながら、噴射装置１４を下降させる。こうすると、図５（ａ）で示すように、噴射口１４２１より噴射された安定液Ｂの水流が孔壁に衝突して上昇もしくは下降し、孔壁付近に滞留する安定液Ｂに対して上昇もしくは下降する水流を発生させる。この水流により、孔壁に付着する付着物７は除去され、孔底に沈降する。したがって、孔壁を崩落させることなく、効率よく孔壁の付着物７を除去することが可能となる。

上記の作業を、付着物７の除去対象範囲Ｌ全長に対して実施する。なお、付着物７の除去作業は、噴射装置１４を一定速度で下降させながら行ってもよいし、上下動させつつ下降しながら行ってもよく、さらには、排泥管１４３を軸として回転させてもよい。

この後、排泥管１４３のバルブ１４３１を開状態にして、図２（ｂ）で示すように、地中孔２に沈降した付着物７を安定液Ｂと共に孔外へ排泥する。これと同時に、地中孔２の孔口から安定液注入管１５を介して安定液Ｂを追加注入し、地中孔２における安定液Ｂの液面を一定に保持する。なお、追加注入する安定液Ｂは、新たに安定液として作液した新液、もしくは地上に排出した掘削土砂を含んだ安定液を、図示しない安定液プラントにて再生したリサイクル液のいずれを採用したものでもよい。

こうして沈降した付着物７をすべて孔外に排泥したことを確認した後、サンドポンプ１４１の稼働を停止して噴射装置１４を撤去し、本実施の形態における孔壁の洗浄方法を終了する。なお、本実施の形態では、排泥管１４３にバルブ１４３１にてサンドポンプ１４１から供給される安定液Ｂの供給先の切り替えが行えるよう構成したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、他の手段にて、安定液Ｂの供給先の切り替えを行ってもよい

上述する本発明の地中孔壁の洗浄方法は、安定液Ｂの比重および粘性を低下させる作業を行った後であって、スクリーン３１を備えたケーシング３を建て込む前の地中孔２の孔壁を、噴射装置１４を利用して直接洗浄するため、孔壁に付着した付着物７を確実に除去できる。

また、噴射装置１４から噴射する安定液Ｂの流速は、地中孔２の孔径や孔壁に付着する付着物７の付着厚や付着状況等に応じて適宜調整できるため、最適な安定液Ｂの水流によって孔壁を洗浄することが可能となる。

噴射装置１４を用いた孔壁の洗浄方法が終了した後、図３（ａ）で示すように、地中孔２にスクリーン３１を備えたケーシング３を建て込み、図３（ｂ）で示すように、ケーシング３と地中孔２の孔壁との間にフィルター材４を充填する。なお、地中孔２が大深度である場合には、ケーシング３を継ぎ足しつつ地中孔２内に挿入するとよい。

そして、図４（ａ）で示すように、地中孔２を構築する際に使用したボーリングマシン１１のロッド１１１に、掘削翼１１２に代えてサンドポンプ１１３を取り付け、ケーシング３の内方に挿入する。サンドポンプ１１３が地中孔２の孔底に到達したところで、サンドポンプ１１３を稼働させて、ケーシング２内の安定液Ｂを吸引し、ロッド１１を介して釜場９に排出し、釜場９に設置したサンドポンプ１０を利用して孔外に排出する。こうして、ケーシング３内の安定液Ｂと帯水層３中の地下水との間に水頭差を生じさせると、地下水は、いまだ孔壁に付着していた付着物７を伴って、地中孔２内に流入する。しかし、付着物７の多くはすでに除去されているため、地下水の流入によって除去される付着物７は少量であり、フィルター材４やスクリーン３１に目詰まりを生じることはない。

上記のケーシング３内の安定液Ｂを孔外に排泥する作業を、断続的に繰り返し、地中孔２内が地下水で満たされたことを確認した後、サンドポンプ１１３を撤去し、図４（ｂ）で示すように、ケーシング３内に水中ポンプ６を設置する。この後、ケーシングの上端部に井戸蓋を設置して、深井戸１の構築が終了する。

このように、噴射装置１４を用いて孔壁を直接洗浄した地中孔２を利用して構築した深井戸１は、地下水が流入する際の障害となる付着物７が孔壁から確実に除去されているため、効率よく地下水を流入させて集水することが可能となる。

なお、本発明の孔壁２の洗浄方法は、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ことはいうまでもない。

例えば、本実施の形態では、噴射装置１４に備えた噴射管１４２にて孔壁の付着物７を除去したが、付着物７の除去は必ずしもこれに限定されるものではない。以下に、図６〜図１０を参照して、他の事例を説明する。

図６では、噴射装置１４に清掃具１６を追加設置し、清掃具１６にて付着物７を除去している。

清掃具１６は、図６（ａ）（ｂ）で示すように、噴射管１４２の上方に設置された平面視リング状の枠材１６１と、枠材１６１の外周面から放射状に突出する複数の突起部１６２とにより構成される。突起部１６２は、噴射装置１４を地中削２内に配置した際に、孔壁と当接しない長さに形成され、また、枠材１６１の高さ方向にも複数段配置されている。

これら突起部１６２は、地中孔２の孔壁面上を摺動させた場合に、摩耗しない程度の耐摩耗性と、孔壁を削り取ることがないものの、鉤状にまで折れ曲がることのない耐屈曲性とを有している。また、その材質は、いずれでもよいが、本実施の形態では、機械的物性を有するとともに耐水性および高耐久性を有する、ポリエーテル系ポリオールにポリプロピレングリコールを用いたエーテル系ポリウレタンゴムを採用している。そして、突起１６２は先端が平面の円筒状に形成されており、この平面を孔壁に当接もしくは押し当てた状態で摺動させることにより、孔壁の付着物７を掻き落とす。

本実施の形態では、図６（ｃ）で示すように、噴射管１４２における一部の領域に位置する噴射口１４２１から安定液Ｂを噴射させることにより、噴射装置１４を振り子のように揺動させて、突起部１６２を地中孔２の孔壁に当接させ、かつ摺動する。したがって、例えば、安定液Ｂを噴射管１４２の噴射口１４２１より時計回りに順に噴射させると、噴射装置１４は円錐振り子のごとく挙動し、地中孔２の孔壁全周に突起部１６２を当接させて、付着物７を効率よく掻き取ることが可能となる。

このとき、噴射口１４２１より噴射される安定液Ｂの水流により、地中孔２内の安定液Ｂには前述した水流が生じているため、孔壁の付着物７は突起部１６２による掻き取りと安定液Ｂの水流の両者の作用により、効率よく除去される。

なお、清掃具１６の突起部１６２は、必ずしも上記の方法にて地中孔２の孔壁に当接させなくてもよく、噴射管１４２による安定液Ｂの噴射を停止し、噴射装置１４に対していずれかの外力を作用させて、突起部１６２を地中孔２の孔壁に当接・摺動させて、付着物７を掻き取ってもよい。

また、図７〜図１０では、噴射管１４２に代えて、噴射装置１４に備えたサンドポンプ１４１と排泥管１４３との間に噴射治具１４４を介装し、これに設置した噴射部材１４５にて付着物７を除去する。

噴射治具１４４は、図７（ａ）で示すように、サンドポンプ１４１および排泥管１４３に連通する接続管１４４１と、その外周面に放射方向に突出するように配置された複数の噴射基端部１４４２と、噴射基端部１４４２の先端に取り付けられた接続具１４４３を備えている。噴射基端部１４４２は、接続管１４４１と連通するとともに先端が開口されており、接続具１４４３を介して噴射部材１４５が着脱自在に設置されている。

噴射部材１４５はその先端から、サンドポンプ１４１より噴射基端部１４４２および接続具１４４３を介して供給される安定液Ｂを噴射できる構造を有していればいずれでもよい。例えば、図７（ａ）では、噴射部材１４５に中空管を採用しており、その先端の開口がを図７（ｂ）で示すような扁平形状となるよう形成され、安定液Ｂの噴射圧を高める構造を有している。

一方、図８（ａ）（ｂ）では、噴射部材１４５に屈曲自在なホースを採用しており、姿勢が直線状となった状態で、その先端が地中孔２の孔壁に近接する長さを有している。その先端の開口形状は、安定液Ｂの噴射圧を高める構造を有しているばいずれでもよく、ホースを押し潰して扁平形状としてもよいし、口金具を取り付けて、開口形状を窄めてもよい。このような噴射部材１４５を採用すると、地中孔２における付着物７の除去対象範囲７が拡径されている場合に有効である。

つまり、図８（ａ）で示すように、噴射装置１４を付着物７の除去対象範囲Ｌへ到達させるべく地中孔２内を下降させる際には、サンドポンプ１４１が作動していないから噴射部材１４５に安定液Ｂが供給されない。これにより、噴射部材１４５が噴射基端部１４４２から倒れ伏す姿勢となるため、噴射装置１４は地中孔２の軸部をスムーズに通過することが可能となる。

一方で、図８（ｂ）で示すように、噴射装置１４が付着物７の除去対象範囲Ｌへ到達した後、サンドポンプ１４１を作動させて噴射部材１４５に安定液Ｂを供給すると、安定液Ｂの圧力により噴射部材１４５は排泥管１４３の放射方向に張り出す姿勢となる。これにより、噴射部材１４５の先端部を地中孔２の孔壁に近接させた状態で安定液Ｂを噴射できるため、効率よく付着物７を除去することが可能となる。

なお、噴射治具１４４および噴射部材１４５は上記の構成に限定されるものではない。例えば、本実施の形態では噴射基端部１４４２を、接続管１４４１の外周面に対して放射方向に４方向かつ高さ方向に２段設置しているが、その数量はいずれとしてもよい。そして、噴射基端部１４４２を放射方向に突出させる方向も、例えば図９で示すように、下方に向けて傾斜するように設置してもよい。こうすると、噴射部材１４５に屈曲自在なホースを採用した場合において、上向きの外力が作用しても、噴射部材１４５の先端部が上方を向く挙動を抑制できる。

また、図１０で示すように、噴射治具１４４を複数積層してサンドポンプ１４１と排泥管１４３との間に介装してもよい。その場合には、噴射部材１４５の放射方向が平面視で同一となるように、複数の噴射治具１４４を積層してもよいし、噴射部材１４５の放射方向が平面視で互いにずれるようにして、複数の噴射治具１４４を積層してもよい。

さらに、噴射部材１４５の先端部には、図８（ａ）（ｂ）で示すように、複数の突起部１６２を設けてもよい。これは、図６で示した清掃具１６の突起部１６２と同様の部材であり、例えば通水孔を設けた板材の表面に突起部１６２を複数固着し、裏面を噴射部材１４５の先端部に固定する。こうすると、安定液Ｂの水流による作用と併せて、突起部１６２によって孔壁の付着物７を掻き落とすことができる。なお、図１０で示すように、上記の突起部１６２を先端に設置した噴射部材１４５と突起部１６２を設置しない噴射部材１４５とを混在させて、噴射治具１４４に取り付けてもよい。

１ 深井戸
２ 地中孔
３ ケーシング
３１ スクリーン
４ フィルター材
５ 揚水管
６ 水中ポンプ
７ 付着物
８１ 盛土層
８２ 粘性土層
８３ 帯水層
９ 釜場
１０ サンドポンプ
１１ ボーリングマシン
１１１ ロッド
１１２ 掘削翼
１１３ サンドポンプ
１２ ガイドパイプ
１３ 注入管
１４ 噴射装置
１４１ サンドポンプ
１４２ 噴射管
１４２１ 噴射口
１４３ 排泥管
１４３１ バルブ
１４４ 噴射治具
１４４１ 接続管
１４４２ 噴射基端部
１４４３ 接続具
１４５ 噴射部材
１５ 安定液注入管
１６ 清掃具
１６１ 枠材
１６２ 突起部
Ｂ 安定液
Ｄ 希釈液

Claims (2)

1. 安定液を注入しながら地盤を掘削して構築した地中孔を井戸として利用するための、地中孔壁の洗浄方法であって、
   前記地中孔に対して、スクリーンを備えたケーシングを建て込む前に、前記安定液が内部に供給されると姿勢が直線状となり先端を孔壁に向ける屈曲自在なホースよりなる噴射部材を備えた噴射装置を前記地中孔に挿入し、
   前記噴射部材の先端から孔壁に向けて噴射される安定液の水流により、前記地中孔壁の付着物を除去することを特徴とする地中孔壁の洗浄方法。
2. 請求項１に記載の地中孔壁の洗浄方法において、
   前記噴射装置に、平面視で放射状に突出する複数の突起部を備えた清掃具を設置し、
   前記突起部の先端部を前記地中孔壁に当接させて、該地中孔壁の付着物を掻き取ることを特徴とする地中孔壁の洗浄方法。