(57)【要約】【課題】水封ボーリング内の水流の向きを自在に変化させることが可能な水流管理システムを提供する。【解決手段】地下に形成されて水が充填される水封ボーリング２内の水流方向を制御する水流管理システム１である。  そして、水封ボーリングの口元に設置するパッカー３と、パッカーを貫通して水封ボーリングの内部に延設される給水管４と、パッカーを貫通して給水管の開口４ａよりもパッカーに近い位置に開口５ａが位置する排水管５と、排水管に接続されてその水圧を制御する水圧調整手段６とを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下に形成されて水が充填される水封ボーリング内の水流方向を制御する水流管理システムであって、
前記水封ボーリングの口元に設置するパッカーと、
前記パッカーを貫通して前記水封ボーリングの内部に延設される第１管体と、
前記パッカーを貫通して前記第１管体の開口よりも前記パッカーに近い位置に開口が位置する第２管体と、
前記第２管体に接続されてその水圧を制御する水圧調整手段とを備えたことを特徴とする水流管理システム。
【請求項２】
前記水圧調整手段は、縦穴と、その縦穴の水を排水する水中ポンプとを有し、前記縦穴に前記第２管体の端部が接続されることを特徴とする請求項１に記載の水流管理システム。
【請求項３】
前記水中ポンプが配置されている前記縦穴の区間を密閉構造にすることを特徴とする請求項２に記載の水流管理システム。
【請求項４】
前記パッカーを貫通する箇所では、前記第２管体の内部に前記第１管体が挿入された二重管構造であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水流管理システム。
【請求項５】
前記第１管体に給水ポンプを接続することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載の水流管理システム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか一項に記載の水流管理システムを備えたことを特徴とする水封式地下タンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液化石油ガスなどを地下空洞に水圧によって封じ込める水封式地下タンクなどで使用される水封ボーリングの水流管理システム、及びそれを備えた水封式地下タンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、岩盤に空洞を形成し、その内部に液化石油ガスなどの流体を貯蔵する場合に、岩盤の亀裂から貯蔵物が漏出するおそれがあるため、水の圧力によって貯蔵物を空洞に封じ込める水封式地下タンクが知られている（特許文献１，２など参照）。
【０００３】
ここで、地下空洞の周囲の地下水圧が高ければ、自然に貯蔵物を封じ込めることができるが、自然の地下水位だけでは変動して圧力が変化したり、貯蔵物の蒸気圧を上回る水圧が確保できなかったりして、充分に水封機能を発揮させることができないおそれがある。
【０００４】
そこで、特許文献１，２に開示されているように、空洞の周囲に水封ボーリングを設け、その水封ボーリングから水を供給し続けることによって、空洞の周囲に所望される水圧が安定的に確保できるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−３２４０６号公報
【特許文献２】特開２００２−１４７１５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、水封ボーリングによる水の供給を継続した場合に、水や水封ボーリング内に混入している砂やスケールなどの介在物が、水みちとなる岩盤の亀裂の内部や入口に付着して目詰まりが発生し、空洞に向けて充分に水を送り出すことができなくなることがある。
【０００７】
また、この水の流れは、水封ボーリング側から岩盤へ向けての一方向の流れであるため、送り出す水の圧力を高めても亀裂や壁面に押し付けられるだけで、一旦、付着した介在物を除去することは難しい。そして、このような介在物を取り除くには、水流の向きを変えることが効果的である。
【０００８】
そこで、本発明は、水封ボーリング内の水流の向きを自在に変化させることが可能な水流管理システム、及びそれを備えた水封式地下タンクを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記目的を達成するために、本発明の水流管理システムは、地下に形成されて水が充填される水封ボーリング内の水流方向を制御する水流管理システムであって、前記水封ボーリングの口元に設置するパッカーと、前記パッカーを貫通して前記水封ボーリングの内部に延設される第１管体と、前記パッカーを貫通して前記第１管体の開口よりも前記パッカーに近い位置に開口が位置する第２管体と、前記第２管体に接続されてその水圧を制御する水圧調整手段とを備えたことを特徴とする。
【００１０】
ここで、前記水圧調整手段は、縦穴と、その縦穴の水を排水する水中ポンプとを有し、前記縦穴に前記第２管体の端部が接続される構成とすることができる。また、前記水中ポンプが配置されている前記縦穴の区間を密閉構造にしてもよい。
【００１１】
さらに、前記パッカーを貫通する箇所では、前記第２管体の内部に前記第１管体が挿入された二重管構造とすることができる。また、前記第１管体に給水ポンプを接続する構成であることが好ましい。
【００１２】
そして、本発明の水封式地下タンクは、上記したような水流管理システムを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
このように構成された本発明の水流管理システムは、水封ボーリングの内部に第１管体と、それよりも短い第２管体が延設されており、水圧調整手段によって第２管体の水圧を変化させることができる。
【００１４】
そして、第２管体の水圧が水封ボーリング内よりも高いときには水封ボーリングの内側から外側に向けての水の流れが生じ、反対に第２管体の水圧が水封ボーリング内よりも低いときには第２管体に水が流れ込むことによって水封ボーリングの外側から内側に向けての水の流れが生じることになる。
【００１５】
このように水封ボーリング内の水流の向きを自在に変化させることができれば、水の流れが悪くなったときに逆洗浄をおこなうことで、水の流れを回復させることができる。
【００１６】
また、縦穴と、その縦穴の水を排水する水中ポンプとを設けることによって、第２管体の水圧を容易に調整することが可能になる。さらに、その水中ポンプが配置される縦穴の区間を、管材、底蓋及びパッカーなどを使って密閉構造にしておくことで、水中ポンプの作動に伴って迅速に第２管体の水圧を変化させることができるようになる。
【００１７】
また、第２管体の内部に第１管体が挿入される二重管構造であれば、パッカーと管体との密着箇所が一箇所になり、パッカーの止水構造を簡素化することができる。
【００１８】
さらに、第１管体に給水ポンプを接続することによって、水封ボーリング内への送水と排水の両方を強制的におこなうことが可能になり、管圧を過剰に上昇させなくても流速を高めることができる。
【００１９】
そして、このような水流管理システムを備えた水封式地下タンクであれば、水封ボーリングが目詰まりを起こしても容易に回復させることが可能であり、永続的に液化石油ガスなどの貯蔵を続けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態の水流管理システムの構成を説明する断面図である。
【図２】本発明の実施の形態の水封式地下タンクの構成を説明する斜視図である。
【図３】４通りの方法で水流管理システムを作動させたときの水の流れる方向をそれぞれ説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２２】
図２は、本実施の形態の水封式地下タンク７の構成を説明する斜視図である。
【００２３】
この水封式地下タンク７は、地下の岩盤に例えば断面視馬蹄形の空洞を構築し、その中に液化石油ガスなどの貯蔵物を貯留させるものである。この水封式地下タンク７を構築する岩盤には、元々、亀裂が存在しており、その亀裂に水を供給することによって水封式地下タンク７の周囲の水圧を上昇させる。
【００２４】
そして、この亀裂に水を供給するために、水封式地下タンク７の周囲に複数の水封ボーリング２，・・・を設ける。この水封ボーリング２は、水封式地下タンク７の上方に、水封式地下タンク７に平行に構築された水封トンネル２１の内部から構築する。
【００２５】
この水封トンネル２１は、例えば断面視馬蹄形に掘削されており、その底面及び側面から複数本の水封ボーリング２，・・・が穿孔される。ここで、この水封ボーリング２，・・・の数及び長さは、水封式地下タンク７が構築される岩盤の状態や供給すべき水量に合わせて設定される。
【００２６】
また、図１に示すように、水封ボーリング２の孔壁にはライニングなどが施されることはなく、水封ボーリング２の内部と岩盤の亀裂Ｒ，・・・とは連通した状態となっている。
【００２７】
なお、図２では、１本の水封トンネル２１とそこから下方向及び横方向に延設される複数本の水封ボーリング２，・・・が図示されているだけであるが、水封式地下タンク７の周囲にはこれ以外にも水封トンネル２１及び水封ボーリング２が構築される。
【００２８】
そして、この水封トンネル２１を介して水流管理システム１が設置される。ここでも、説明のため水流管理システム１を１本の水封ボーリング２にのみ設置したように図示しているが、他の水封ボーリング２，・・・にも水流管理システム１は設置される。
【００２９】
図１は、水流管理システム１の全体構成を説明する断面図である。
【００３０】
この水流管理システム１は、水封ボーリング２の口元に設置するパッカー３と、このパッカー３を貫通して水封ボーリング２の内部に延設される第１管体としての給水管４と、パッカー３を貫通して水封ボーリング２の内部に延設される第２管体としての排水管５と、この排水管５に接続されてその水圧を制御する水圧調整手段６とを備えている。
【００３１】
このパッカー３は、例えば２つの貫通穴のある袋体と、その袋体の内部に充填される充填材とによって構成される。すなわち、水やセメントミルクなどの流体状の充填材を袋体の内部に充填することで袋体を膨張させ、給水管４及び排水管５の外周面と水封ボーリング２の孔壁とに密着させて止水構造を形成する。すなわち、給水管４と排水管５は、パッカー３を貫通する箇所では並行に配管されており、それらの隙間と孔壁との間に膨張したパッカー３が介在されることになる。
【００３２】
さらに、排水管５の開口５ａは、パッカー３のすぐ下に位置しているが、給水管４はその開口５ａから下方に向けて突出し、水封ボーリング２の底面付近に開口４ａが位置するまで延設される。すなわち、排水管５の開口５ａは、給水管４の開口４ａよりもパッカー３に近い位置に配置されることになる。
【００３３】
そして、この排水管５の開口５ａの位置と給水管４の開口４ａの位置との差が、双方に許容される水圧差になるため、所望する構成に合わせてこの相対的な位置関係を適宜、調整すればよい。
【００３４】
また、給水管４は、水封トンネル２１の内部を通って作業用トンネル又は立坑（図示せず）などから地上まで延設されて給水タンク４３に接続される。また、給水タンク４３と給水管４との間には、給水ポンプ４１とバルブ４２とが配置される。
【００３５】
この給水ポンプ４１は、給水タンク４３の水を強制的に水封ボーリング２に向けて送り出す圧送ポンプである。また、バルブ４２の開閉によって、水封ボーリング２への水の供給量又は供給停止を調整することができる。
【００３６】
他方、排水管５は、水封トンネル２１の内部で横方向に延設されて水圧調整手段６に接続される。
【００３７】
この水圧調整手段６は、縦穴としての排水井６１と、その排水井６１の水位６ａを調整する水中ポンプとしての排水ポンプ６２とを有している。
【００３８】
この排水井６１は、上端が地表に開放され、下端が水封トンネル２１の内部に形成されている。また、排水井６１の内部には底蓋６１ｂのあるケーシング管６１ａが挿入されており、排水管５を除いては外側から水が流れ込むことがない遮水構造となっている。
【００３９】
さらに、排水井６１の内部に配置される排水ポンプ６２は、内部の圧力を小さくして水を吸い上げる吸引ポンプで、吸い込まれた水を搬送させる揚水管６２ａが接続されている。そして、この揚水管６２ａは、排水井６１の内部で延設され、排水井６１の上端から突出される。
【００４０】
また、排水井６１の下部は、接続部５ｂにおいて排水管５の端部に接続されている。このため、排水ポンプ６２を作動させていないときは、排水井６１の水位６ａは排水管５の水圧がそのまま反映されることになる。
【００４１】
次に、本実施の形態の水流管理システム１の作用について図３を参照しながら説明する。
【００４２】
図３（ａ）は、水封ボーリング２によって岩盤に水を供給する通常時における水の流れを説明する図である。
【００４３】
この通常時においては、給水ポンプ４１は停止し、バルブ４２は全開されている。このため、給水管４の開口４ａには、給水タンク４３の水面との差に基づく水圧が作用し、水封ボーリング２内への自然流出が起きる。
【００４４】
そして、水封ボーリング２の内部に流れ込んだ水は、水封ボーリング２に繋がる亀裂Ｒ，・・・を通って岩盤の内部に流れ出すことになる。なお、亀裂Ｒ，・・・の内部の水圧が高まって水封ボーリング２の内部との水圧差が小さくなると、この流出も減少することになる。
【００４５】
続いて図３（ｂ）は、給水ポンプ４１のみを作動させたときの水の流れを説明する図である。
【００４６】
この場合は、給水ポンプ４１によって圧力が付加された水が給水管４で送水され、開口４ａから排出されるため、それに伴って水封ボーリング２の内圧も通常時より上昇することになる。
【００４７】
また、亀裂Ｒ，・・・から岩盤へ流れ出す水の量も、亀裂Ｒに目詰まりが生じていなければ通常時に比べて増加することになる。さらに、水封ボーリング２の内部の水は、排水管５の開口５ａにも流れ込み、排水井６１へ送られることになる。
【００４８】
そして、排水井６１へ流れ込んだ水を採取して水質調査をすることで、水封ボーリング２内のバクテリアの繁殖状況やスケールの生成状況を確認することができる。
【００４９】
ここで、このようにしておこなわれる水質調査の結果や、通常時の水の供給量の低下などから、図３（ｃ）に示すように、スケールや砂利や粘土などの介在物Ｓが亀裂Ｒに堆積したり、孔壁に介在物Ｓが付着して亀裂Ｒへの入口を塞いだりして、目詰まりを起こしていると推測できる場合がある。このような場合には、亀裂Ｒや壁面から介在物Ｓを取り除く洗浄をおこなうことになる。
【００５０】
この洗浄をおこなうに際しては、まず、バルブ４２を閉じて給水管４からの水の供給を停止する。そして、この状態で排水ポンプ６２を作動させ、排水井６１の水を吸い上げる。
【００５１】
すると、排水井６１の水位６ａが低下し、それに伴って排水管５の接続部５ｂ周辺の水圧が低下して、排水管５の水が流速を増して排水井６１の中に流れ込むことになる。そして、このようにして生成された排水管５の流れによって、水封ボーリング２内の排水管５の開口５ａの水圧も低下し、図３（ｃ）に示すように水封ボーリング２内の水が開口５ａに流れ込むことになる。
【００５２】
このようにして生じた通常時とは逆方向の水の流れは、水封ボーリング２の孔壁に付着した介在物Ｓを引き剥がす作用を有している。また、亀裂Ｒ，・・・にこの逆方向の水の流れが伝播し、その水の流れに乗って一部の介在物Ｓは亀裂Ｒから押し出されて水封ボーリング２の内部に放出されることになる。
【００５３】
さらに、このようにして亀裂Ｒ，・・・から押し出された介在物Ｓは、開口５ａから取り込まれて、排水管５を通って排水井６１に排出される。
【００５４】
一方、水流の速度を上げて更に介在物Ｓを取り除きたい場合は、図３（ｄ）に示すように、バルブ４２を開放して給水ポンプ４１を作動させる。すると、水封ボーリング２の内部に供給される水量が増加し、押し出されるようにして開口５ａに水封ボーリング２内の水が流れ込むことになる。
【００５５】
この場合は、排水ポンプ６２の吸引力に給水ポンプ４１の押出力が加わるため、水封ボーリング２内の流速は最大になる。そして、この速い流れの中に放出された介在物Ｓ，・・・は、次々と開口５ａに取り込まれて排水管５から排出されることになる。
【００５６】
また、このように逆洗浄によって亀裂Ｒ，・・・の介在物Ｓ，・・・が取り除かれた水封ボーリング２は、再び図３（ａ）の状態に戻して、岩盤に水を供給する水封ボーリング２として使用される。
【００５７】
このように構成された本実施の形態の水流管理システム１は、水封ボーリング２の内部に給水管４と、それよりも短い排水管５が延設されており、水圧調整手段６によって排水管５の水圧を変化させることができる。
【００５８】
そして、排水管５の水圧が水封ボーリング２内よりも高いときには水封ボーリング２の内側から外側に向けての水の流れが生じ、反対に排水管５の水圧が水封ボーリング２内よりも低いときには排水管５に水が流れ込むことによって水封ボーリング２の外側から内側に向けての水の流れが生じることになる。
【００５９】
このように水封ボーリング２内の水流の向きを自在に変化させることができれば、一方向の流れで亀裂Ｒに詰まった介在物Ｓを逆方向の流れで取り除くことができる。すなわち、水封ボーリング２から岩盤に供給される水量が低下して水の流れが悪くなったときに、水封ボーリング２に対して逆洗浄をおこなうことで、水の流れを回復させることができる。
【００６０】
また、排水井６１と、その排水井６１の水を排水する排水ポンプ６２とを設けることによって、排水井６１の水位６ａを容易に変化させることができる。そして、排水井６１の水位６ａが変化すれば、それに接続されている排水管５の水圧も変わることになるので、排水管５の水圧を容易に調整することができる。
【００６１】
さらに、その排水ポンプ６２が配置される排水井６１は、周面がケーシング管６１ａで形成されるとともに底蓋６１ｂを有しているため、外部から地下水などの浸入がなく、排水ポンプ６２による排水を排水管５の水圧低下に直結させることができる。
【００６２】
また、排水管５とそれに接続されて地上まで延設された排水井６１が設けられていれば、給水管４の経路が閉塞したり、給水ポンプ４１が故障したりして給水に支障が生じた場合でも、排水管５から水封ボーリング２内に給水をおこない、水の供給を継続させることができる。
【００６３】
さらに、給水管４に給水ポンプ４１を接続することによって、水封ボーリング２内への送水を強制的におこなうことができるようになる。また、排水ポンプ６２を使った排水管５からの排水と併せて実施することで、入口と出口の両方で強制的に水流を生成することができるようになり、水封ボーリング２内の流速を高めることができる。
【００６４】
特に、目詰まりが生じているにも関わらず、排水量を増加させるために給水ポンプ４１の圧力だけ上げると、給水管４の管圧が上昇して損傷するおそれがあるが、水の入口側と出口側の両方にポンプ（４１，６２）を設けることによって、給水管４や排水管５の管圧を上昇させることなく流速を増加させることができる。
【００６５】
また、水封ボーリング２の流速を高めることができれば、壁面に付着した介在物Ｓや亀裂Ｒに挟まった介在物Ｓだけでなく、水封ボーリング２の底に堆積した堆積物も除去することができるようになる。
【００６６】
そして、このような水流管理システム１を備えた水封式地下タンク７であれば、水封ボーリング２が目詰まりを起こして水の供給量が低下しても、水流の向きを変えて逆洗浄して容易に供給量を回復させることが可能なため、永続的に水封式地下タンク７を利用することができる。
【００６７】
以上、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳述してきたが、具体的な構成は、この実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は、本発明に含まれる。
【００６８】
例えば、前記実施の形態では、給水管４に給水ポンプ４１を接続する構成について説明したが、これに限定されるものではなく、給水ポンプ４１がない構成であってもよい。また、給水管４の上端は必ずしも地上に設ける必要はない。
【００６９】
また、前記実施の形態では、排水井６１は、ケーシング管６１ａと底蓋６１ｂとによって遮水構造にしたが、これに加えて排水井６１の途中に井戸用のパッカー（図示せず）を配置し、揚水管６２ａとケーシング管６１ａの内周面との隙間を塞ぐことによって、排水ポンプ６２が配置された区間を密閉構造にすることができる。
【００７０】
このような密閉構造とした区間に排水管５を接続することで、排水ポンプ６２の吸込み効率が向上し、排水管５の水圧を迅速に低下させることができるようになる。また、排水ポンプ６２の吸引力が高まれば、水封ボーリング２内にスワビングを起こして大量に介在物Ｓや堆積物を除去することもできる。
【００７１】
さらに、前記実施の形態では、水圧調整手段６を排水井６１と排水ポンプ６２とによって構成したが、これに限定されるものではなく、例えば、排水管５の端部を真空ポンプに直結させるなどして排水井６１を設けない構成とすることもできる。
【００７２】
また、前記実施の形態では、給水管４と排水管５とが並列した状態でパッカー３を貫通する構造となっているが、これに限定されるものではなく、パッカーを貫通する箇所では、排水管を外管とし給水管を内管とする二重管構造とすることもできる。このような二重管構造であれば、水封ボーリング２の口元で露出するのは排水管のみになり、パッカーと排水管との密着箇所も単純な円形になるため、環状のパッカー３を使用するなどして止水構造を簡素化することができる。
【００７３】
そして、本発明の水流管理システム１は、前記実施の形態で説明した水封式地下タンク７に適用されるものに限定されない。例えば、取水用に設けられた水封ボーリング２にも本発明の水流管理システム１を適用することができる。なお、この場合は、通常時及び洗浄時の水流の向きが水封式地下タンク７に適用する場合とはそれぞれ逆向きになる。
【符号の説明】
【００７４】
１            水流管理システム
２            水封ボーリング
３            パッカー
４            給水管（第１管体）
４ａ          開口
４１          給水ポンプ
５            排水管（第２管体）
５ａ          開口
６            水圧調整手段
６１          排水井（縦穴）
６２          排水ポンプ（水中ポンプ）
７            水封式地下タンク
【図１】
2010216076.tif 000003
【図２】
2010216076.tif 000004
【図３】
2010216076.tif 000005