JP6857566B2

JP6857566B2 - 地盤の浄化方法

Info

Publication number: JP6857566B2
Application number: JP2017140242A
Authority: JP
Inventors: 朋宏中島; 孝昭清水; 悠清塘; 陽平櫻井; 康大前; 信康奥田; 靖英古川; 薫稲葉
Original assignee: Takenaka Corp
Current assignee: Takenaka Corp
Priority date: 2017-07-19
Filing date: 2017-07-19
Publication date: 2021-04-14
Anticipated expiration: 2037-07-19
Also published as: JP2019018168A

Description

本発明は、地盤の浄化方法に関する。

下記特許文献１には、難透水層と、難透水層の上下に位置する第１透水層及び第２透水層に亘って形成された汚染部を浄化する浄化方法が示されている。この浄化設備では、汚染部の周囲を３方から取り囲む地下遮断壁を構築し、地下遮断壁で囲まれた部分に、栄養塩供給井戸、揚水井戸を構築している。また、この地下遮断壁、栄養塩供給井戸及び揚水井戸は、第１透水層、難透水層及び第２透水層を貫通して配置されている。

特開２００５−１７７６５８号公報

上記特許文献１の浄化方法では、第１透水層、第２透水層の双方へ栄養塩を供給し、地下遮断壁で囲まれた領域内全体の微生物を活性化して汚染部の土壌を無害化処理している。この方法では、汚染部だけでなく、上下の複数層、かつ、地下遮断壁で囲まれた領域全体に亘って栄養塩を供給するため、設備が大規模で、必要な栄養塩の量も多い。

また、難透水層に形成された汚染部、すなわち第１透水層から第２透水層へ汚染物質が浸透する浸透部が細い場合、この浸透部へ栄養塩を行き渡らせることが難しい。

本発明は、上記事実を考慮して、浸透部の汚染物質を効率的に浄化できる地盤浄化方法を提供することを目的とする。

請求項１の地盤の浄化方法は、上下方向へ延びる浸透部が存在する低透水層の上面に上部透水層があり、前記低透水層の下面に下部透水層がある地盤の浄化方法であって、前記上部透水層から前記下部透水層に亘って前記浸透部の透水面積を拡げる工程と、前記下部透水層へ浄化剤を注入し、前記上部透水層から前記浄化剤を含んだ地下水を揚水する工程と、を有する。

上部透水層又は下部透水層に汚染物質があると、この汚染物質は低透水層の浸透部を通って下部透水層又は上部透水層に到達し、また、低透水層の浸透部を汚染する。
そこで請求項１の地盤の浄化方法では、上部透水層から下部透水層に亘って浸透部の透水面積を拡げ、下部透水層から浸透部を介して上部透水層へ、又は、上部透水層から浸透部を介して下部透水層へ、浄化剤を含んだ地下水の流れをつくる。これにより浸透部の汚染物質を浄化できる。

この方法は、浸透部の周囲に地下遮断壁を構築し、地下遮断壁で囲まれた全域を浄化する方法と比較して、浸透部の汚染物質を集中的に浄化できるため浄化の作業効率が高い。
請求項２の地盤の浄化方法は、上下方向へ延びる浸透部が存在する低透水層の上面に上部透水層があり、前記低透水層の下面に下部透水層がある地盤の浄化方法であって、前記上部透水層から前記下部透水層に亘って前記浸透部の透水面積を拡げる工程と、前記上部透水層へ浄化剤を注入し、前記下部透水層から前記浄化剤を含んだ地下水を揚水する工程と、を有する。

請求項３の地盤の浄化方法は、前記低透水層へ注入管を挿入し、前記注入管から前記低透水層へ割裂液を注入して前記浸透部の透水面積を拡げ、前記浸透部へ砂礫を充填する。

請求項３の地盤の浄化方法では、割裂液によって浸透部の透水面積が拡げられる。さらに浸透部に砂礫が充填されるため、透水面積が拡げられた浸透部が土圧によって縮小することを抑制できる。このため、浄化剤を含んだ地下水が浸透部を流れ易い状態を維持できる。

請求項４の地盤の浄化方法は、前記低透水層へ前記浸透部を取り囲む管体を挿入する。

請求項４の地盤の浄化方法によると、浸透部の周囲に管体が挿入される。このため、浸透部を流れる浄化剤を含む地下水が管体の外側へ拡散することが抑制される。これにより浸透部周辺の浄化剤濃度が低くなりにくく、効率的に汚染物質を浄化できる。

本発明によると、浸透部の汚染物質を効率的に浄化できる。

（Ａ）は本発明の実施形態に係る地盤の浄化方法が適用される地盤において、汚染物質が上部透水層へ拡散した状態を示す立断面図であり、（Ｂ）は汚染物質が低透水層の浸透部へ浸透した状態を示す立断面図である。本発明の実施形態に係る地盤の浄化方法が適用される地盤において、汚染物質が下部透水層へ拡散した状態を示す立断面図である。（Ａ）は本発明の実施形態に係る地盤の浄化方法が適用される地盤において、浸透部の位置を特定する方法のうち、下部透水層に注入井戸を構築し、上部透水層に熱電対を埋設した状態を示す立断面図であり、（Ｂ）は注入井戸から下部透水層へ温水を注入した状態を示す立断面図である。（Ａ）は本発明の実施形態に係る地盤の浄化方法が適用される地盤において、浸透部の位置を特定する方法のうち、下部透水層へ注入した温水によって暖められた地下水が低透水層の浸透部に浸透した状態を示す立断面図であり、（Ｂ）は下部透水層へ注入した温水によって暖められた地下水が上部透水層に到達した状態を示す立断面図である。（Ａ）は本発明の実施形態に係る地盤の浄化方法において、地盤に浸透部を取り囲むケーシングを設置した状態を示す立断面図であり、（Ｂ）はケーシングの内部にフラクチャリング流体を噴射する注入管を挿入した状態を示す立断面図である。（Ａ）は本発明の実施形態に係る地盤の浄化方法において、注入管から高圧の水流を噴射して低透水層に切り込みを形成した状態を示す立断面図であり、（Ｂ）は注入管からフラクチャリング流体を噴射して浸透部を拡張した状態を示す立面図である。本発明の実施形態に係る地盤の浄化方法において、注入管から砂礫を含むフラクチャリング流体を噴射した状態を示す立断面図である。（Ａ）は本発明の実施形態に係る地盤の浄化方法において、地盤からケーシングを引き抜いて注入井戸及び揚水井戸を設置した状態を示す立断面図であり、（Ｂ）は注入井戸から下部透水層へ浄化剤を注入している状態を示す立断面図である。本発明の実施形態に係る地盤の浄化方法において、浄化剤が汚染地盤へ浸透した状態を示す立断面図である。本発明の実施形態に係る地盤の浄化方法において、ケーシングを引き抜かない変形例を示した立断面図である。

（地盤）
本発明の実施形態に係る地盤の浄化方法が適用される地盤Ｇは、図１（Ａ）に示すように、表層地盤である上部透水層Ｇ１と、上部透水層Ｇ１の下面に接する低透水層Ｇ２と、低透水層Ｇ２の下面に接する下部透水層Ｇ３と、を備えている。

上部透水層Ｇ１及び下部透水層Ｇ３は砂質土で形成され、地下水が流動可能な帯水層であり、低透水層Ｇ２は粘性土で形成され、地下水が流動し難い遮水層である。なお、低透水層Ｇ２は、上部透水層Ｇ１及び下部透水層Ｇ３より透水性が低い層であればよい。

低透水層Ｇ２には、上下方向へ延びて低透水層Ｇ２の上面から下面まで貫通する浸透部２０が形成されている。浸透部２０は、低透水層Ｇ２に形成された粘性土の亀裂や隙間であり、空洞（土砂が存在しない状態）又は周囲の粘性土より透水性が高い砂質土で形成されており、周囲の粘性土と比較して透水性が高く地下水が流動可能な水路となっている。

浸透部２０は、地下水やガスの噴出孔等自然に形成された物の他、例えば地盤Ｇに建物を建設した際の杭、井戸、地盤調査時のボーリング孔等の跡が残ったものである。なお、図１（Ａ）において符合ＧＬで表される位置は地表面を表しており、符合ＷＬで表される位置は地下水位を表している。

（汚染物質）
このような地盤Ｇにおいて汚染源１０から発生した汚染物質Ｅは、地下水によって流されて上部透水層Ｇ１へ拡散する。また、図１（Ｂ）に示すように低透水層Ｇ２における浸透部２０へ浸透する。さらに、図２に示すように下部透水層Ｇ３へ拡散する。また、低透水層Ｇ２における浸透部２０の周囲の粘性土にも徐々に浸透する。

このようにして、上部透水層Ｇ１、低透水層Ｇ２における浸透部２０及び下部透水層Ｇ３に亘って汚染物質Ｅが拡散した汚染地盤ＧＥが形成される。

（浸透部の位置特定方法）
汚染地盤ＧＥにおいて、上部透水層Ｇ１から下部透水層Ｇ３へ汚染物質Ｅが拡散する経路である浸透部２０を浄化するためには、まず、一例として次の手順で浸透部２０の位置を特定する。

浸透部２０の位置を特定するには、まず図３（Ａ）に示すように、土壌汚染調査等により汚染物質Ｅが検出された部分又はその周囲の部分の任意の場所に、注入井戸３０を構築する。注入井戸３０は、先端部が下部透水層Ｇ３に到達するように構築する。

そして、上部透水層Ｇ１に複数の熱電対３２を埋設する。熱電対３２は上部透水層Ｇ１における地下水の温度を検知できる温度センサであり、図３（Ａ）における紙面左右方向の他、紙面前後方向にも複数配置される。それぞれの熱電対３２はリード線３２Ａによって図示しない測定装置へ繋がれており、上部透水層Ｇ１の各地点における温度を測定できる。

次に図３（Ｂ）に示すように、注入井戸３０から下部透水層Ｇ３へ温水を注入する。温水は、下部透水層Ｇ３及び上部透水層Ｇ１の地下水より高温のものを用いる。これにより下部透水層Ｇ３において、注入井戸３０の周囲の地下水が温水と混ざり合い暖められる。一方で、下部透水層Ｇ３の上にある低透水層Ｇ２は下部透水層Ｇ３より透水性が低いため、温水が拡散し難く温められ難い。

なお、図３（Ｂ）において符合Ｈで示した領域は、注入井戸３０から注入された温水と地下水とが混ざり合って暖められた地下水（以下、地下水Ｈと称する。）を示している。

注入井戸３０から下部透水層Ｇ３へ温水の注入を続けると、図４（Ａ）に示すように暖められた地下水Ｈが、浸透部２０の内部へ浸透し、図４（Ｂ）に示すように上部透水層Ｇ１へ拡散する。

このとき上部透水層Ｇ１においては、浸透部２０から温められた地下水Ｈが拡散するため、熱電対３２が検出する温度は、浸透部２０に近い部分のほうが遠い部分より高い。すなわち、図４（Ｂ）における熱電対３２Ｂ、３２Ｃ、３２Ｄは、浸透部２０までの距離が熱電対３２Ｂ＜３２Ｃ＜３２Ｄであるため、検出される地下水Ｈの温度は熱電対３２Ｂ＞３２Ｃ＞３２Ｄである。

浸透部２０の位置は地上から確認できないが、各熱電対３２で検出される温度はリード線３２Ａでつながれた測定装置で測定できる。このため、最も高い温度を検出した熱電対３２を特定することで、浸透部２０に最も近い熱電対３２を特定することができる。これにより、浸透部２０の位置を特定できる。

なお、浸透部２０の位置をより正確に測定するためには、最も高い温度を検出した熱電対３２Ｂの近くに、熱電対３２を追加する。この追加した熱電対３２が指し示す温度によって、より正確な位置を知ることができる。

（地盤の浄化方法）
次に、浸透部２０を浄化する方法について説明する。浸透部２０を浄化するためには、まず図５（Ａ）に示すように、浸透部２０を取り囲むように鋼製のケーシング４０を地盤Ｇへ挿入する。ケーシング４０は先端部が下部透水層Ｇ３に到達するように挿入し、低透水層Ｇ２を貫通させる。

次に図５（Ｂ）に示すように、ケーシング４０の内部へ注入管４２を挿入する。注入管４２は先端部の管壁に吐出口４２Ａを備えた鋼管であり、吐出口４２Ａが浸透部２０に対向するようにして配置される。

次に図６（Ａ）に示すように、吐出口４２Ａから浸透部２０に向かって高圧の水流を当てて、吐出口４２Ａと浸透部２０とを連通する切り込み２０Ｊを形成する。この切り込み２０Ｊから浸透部２０へフラクチャリング流体（割裂液）Ｆを圧送し、図６（Ｂ）に示すように浸透部２０を横に拡張して透水面積を拡げる。

フラクチャリング流体Ｆとは、土壌や岩体を水圧で掘削する際に用いられる化学物質が添加された水のことであり、本実施形態においては、自己分解性を有する粘性流体が使用されている。また、汚染物質Ｅの浄化を促進させるため、汚染物質Ｅの分解物質を含有している。なお、自己分解性とは、時間の経過とともに粘性が下がる性質のことであり、この性質によりフラクチャリング流体Ｆは浸透部２０の内部に滞ることなく、後述する揚水井戸４６から回収される。

さらに図７に示すように、低透水層Ｇ２を形成する粒子よりも粒径が大きい硅砂、砂利や礫（以下、砂礫Ｓと称す）が混ぜられたフラクチャリング流体を吐出口４２Ａから浸透部２０へ吐出して、この砂礫Ｓを浸透部２０に充填する。これにより、透水面積が拡げられた浸透部２０が土圧によって元の状態に戻ることが抑制される。なお、以下の説明において、透水面積が拡げられ砂礫Ｓが充填された浸透部２０を拡張浸透部２０Ｗと称す。

次に図８（Ａ）に示すように、ケーシング４０及び注入管４２を地盤Ｇから抜きとり、注入井戸４４及び揚水井戸４６を地盤Ｇへ挿入する。注入井戸４４は、抜き取った注入管４２の跡から挿入され、また、先端部が下部透水層Ｇ３に到達するように配置される。揚水井戸４６は、先端部が上部透水層Ｇ１に位置するように配置される。

低透水層Ｇ２は粘性土で形成されているため、ケーシング４０の引き抜き跡には周囲の土砂（粘土）が流れ込み難く、ケーシング４０の引き抜き跡には粘性土の隙間４０Ｗが形成される。

次に図８（Ｂ）に示すように、注入井戸４４から下部透水層Ｇ３へ浄化剤を注入する。また、揚水井戸４６から地下水を引き揚げる。図８（Ｂ）においては、注入井戸４４から注入された浄化剤を含んだ地下水Ｃが、下部透水層Ｇ３へ拡がる様子を示している。このとき地下水Ｃは、拡張浸透部２０Ｗ及び隙間４０Ｗを通って低透水層Ｇ２の内部を、上方へ移動する。

注入井戸４４から浄化剤の注入を続けると、図９に示すように、浄化剤を含んだ地下水Ｃは下部透水層Ｇ３、上部透水層Ｇ１において汚染物質Ｅを覆う範囲まで拡散する。また、拡張浸透部２０Ｗ及び隙間４０Ｗから低透水層Ｇ２の粘性土へ浸透し、汚染物質Ｅを覆う。

なお、浄化剤を含んだ地下水Ｃが汚染物質Ｅを覆う範囲まで拡散及び浸透する前に揚水井戸４６から揚水されないように、浄化剤は所定期間注入後、汚染地盤ＧＥへ拡散及び浸透させる漬け置き期間を確保してから再び注入を開始する。このように断続的に浄化剤を注入することで、使用する浄化剤の量を合理化し、汚染物質Ｅを徐々に浄化する。

以上の工程により、浸透部２０（拡張浸透部２０Ｗ）、浸透部２０の周囲の低透水層Ｇ２、上部透水層Ｇ１及び下部透水層Ｇ３の汚染物質Ｅが浄化される。

（作用・効果）
本実施形態に係る地盤の浄化方法によると、下部透水層Ｇ３から拡張浸透部２０Ｗ及び隙間４０Ｗを介して上部透水層Ｇ１へ浄化剤を含んだ地下水Ｃの流れをつくる。これにより浸透部２０及び浸透部２０の周囲の低透水層Ｇ２の汚染物質Ｅを浄化できる。

この方法は、例えば浸透部２０、上部透水層Ｇ１及び下部透水層Ｇ３の汚染物質Ｅを含む部分の周囲に地下遮断壁を構築し、地下遮断壁で囲まれた全域を浄化する方法と比較して、浸透部２０の汚染物質を集中的に浄化できるため浄化の作業効率が高い。また、例えば浸透部２０の周囲の地盤を掘削して、汚染物質Ｅを含んだ粘性土ごと除去する方法と比較して、粘性土を除去しなくてもよいので工事が軽微である。

また、本実施形態においては、浸透部２０の周囲をケーシング４０で囲んだ状態で浸透部２０を拡張している。このため注入管４２から浸透部２０へ圧送されたフラクチャリング流体Ｆは、横方向に向かって低透水層Ｇ２を開削することが難しく、浸透部２０の内部を縦方向へ流れる。この水流によって浸透部２０の壁が浸食されることにより、浸透部２０の流路面積が拡張される。

なお、本実施形態においては、拡張浸透部２０Ｗの形成後ケーシング４０を引き抜いているが、本発明の実施形態はこれに限らず、図１０に示すように、ケーシング５０を残置した状態で浄化剤を注入してもよい。このようにすることで、拡張浸透部２０Ｗを流れる浄化剤を含んだ地下水Ｃが、ケーシング５０の外側へ浸透することが抑制される。これにより、拡張浸透部２０Ｗの周辺の浄化剤濃度が低くなりにくく、効率的に浸透部２０（拡張浸透部２０Ｗ）及び浸透部２０の周囲の低透水層Ｇ２の汚染物質Ｅを浄化できる。

なお、ケーシング５０を残置した状態で浄化剤を注入する場合、低透水層Ｇ２の透水係数や汚染物質Ｅの発生時期などから、浸透部２０の周囲において汚染物質Ｅが浸透している範囲を推測し、その推測範囲を取り囲むことができる直径を備えたケーシング５０を用いることが好ましい。

また、浸透部２０の浄化時にケーシング５０を残置する場合でも、浸透部２０及び浸透部２０の周囲の低透水層Ｇ２の汚染物質Ｅを浄化した後は、ケーシング５０を引き抜き、上部透水層Ｇ１におけるケーシング５０の外側部分の汚染物質Ｅ１を浄化する。汚染物質Ｅ１の浄化にあたっては、注入井戸４４の先端を上部透水層Ｇ１まで引き上げて、上部透水層Ｇ１へ浄化剤を注入することが好ましい。

さらに上部透水層Ｇ１へ浄化剤を注入する場合で、かつ、下部透水層Ｇ３における汚染物質Ｅの浄化が完了している場合においては、拡張浸透部２０Ｗ及びケーシング５０の跡には改良材を充填し、地下水の流れを遮断するとよい。これにより上部透水層Ｇ１へ注入した浄化剤が拡張浸透部２０Ｗ及びケーシング５０の跡を通って下部透水層Ｇ３へ流失することを抑制できる。

また、本実施形態においては図６（Ａ）、（Ｂ）に示すように、浸透部２０における透水面積を拡げるために注入管４２及びフラクチャリング流体Ｆを用いているが、本発明の実施形態はこれに限らない。例えば地上から浸透部２０の真上又は真上の近傍から地盤Ｇを掘削して、低透水層Ｇ２を上下に貫通する透水孔を形成してもよい。浄化剤を含んだ地下水Ｃがこの透水孔を流れることで、浸透部２０及び浸透部２０の周囲の低透水層Ｇ２の汚染物質Ｅを浄化できる。

また、本実施形態においては図８（Ａ）、（Ｂ）に示すように下部透水層Ｇ３へ注入井戸４４を挿入し、上部透水層Ｇ１へ揚水井戸４６を挿入しているが本発明の実施形態はこれに限らない。すなわち、下部透水層Ｇ３へ揚水井戸４６を挿入し、上部透水層Ｇ１へ注入井戸４４を挿入してもよい。この場合、注入井戸４４から上部透水層Ｇ１へ注入された浄化剤を含んだ地下水Ｃは、重力によって、拡張浸透部２０Ｗ及び隙間４０Ｗを流れて下部透水層Ｇ３へ到達しやすい。これにより揚水井戸４６を駆動させるポンプの出力を小さくできる。

また、本実施形態において注入井戸４４は注入管４２の跡から挿入しているが、本発明の実施形態はこれに限らず、例えばケーシング４０の跡である隙間４０Ｗの外側から挿入してもよい。さらに、注入井戸４４の本数は１本に限らず、複数設置してもよい。揚水井戸４６についてもその場所や本数は任意に設定することができる。このように、本発明の実施形態は様々な態様で実施できる。

２０浸透部
Ｆフラクチャリング流体（割裂液）
Ｇ地盤
Ｇ１上部透水層
Ｇ２低透水層
Ｇ３下部透水層
３２熱電対（温度センサ）
Ｃ浄化剤を含んだ地下水
Ｓ砂礫
４０、５０ケーシング（管体）

Claims

上下方向へ延びる浸透部が存在する低透水層の上面に上部透水層があり、前記低透水層の下面に下部透水層がある地盤の浄化方法であって、
前記上部透水層から前記下部透水層に亘って前記浸透部の透水面積を拡げる工程と、
前記下部透水層へ浄化剤を注入し、前記上部透水層から前記浄化剤を含んだ地下水を揚水する工程と、
を有する地盤の浄化方法。
上下方向へ延びる浸透部が存在する低透水層の上面に上部透水層があり、前記低透水層の下面に下部透水層がある地盤の浄化方法であって、
前記上部透水層から前記下部透水層に亘って前記浸透部の透水面積を拡げる工程と、
前記上部透水層へ浄化剤を注入し、前記下部透水層から前記浄化剤を含んだ地下水を揚水する工程と、
を有する地盤の浄化方法。
前記低透水層へ注入管を挿入し、前記注入管から前記低透水層へ割裂液を注入して前記浸透部の透水面積を拡げ、前記浸透部へ砂礫を充填する、請求項１又は２に記載の地盤の浄化方法。
前記低透水層へ前記浸透部を取り囲む管体を挿入する、請求項１〜３の何れか1項に記載の地盤の浄化方法。