(57)【要約】      （修正有）【課題】地下水位より深い地下掘削工事において、古井戸やボーリング孔などの後処理材の劣化その他の原因で湧き出る流水を止める止水方法、特に通常の薬液注入工法の実施が用をなさない流水を止水する方法を提供する。【解決手段】流水がある地盤の止水方法は、地盤の出水孔から溢れ出る流水を止水する方法において、流水に流されない粒径で高比重の粒状材を、出水口ａ、ｃ、ｄから出水孔Ａ、Ｃ、Ｄへ供給し充填して流水の勢い、流速、流量を抑制し、しかる後に粒状材Ｋの充填領域へ薬液の注入を行い、高比重の粒状材の隙間でゲル化、又は固化させて出水孔内を閉塞させ止水する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤の出水孔から溢れ出る流水を止水する方法において
流水に流されない粒径で高比重の粒状材を、出水口から出水孔へ供給し充填して流水の勢い、流速、流量を抑制し、しかる後に前記粒状材の充填領域へ薬液の注入を行い、前記高比重の粒状材の隙間でゲル化、又は固化させて出水孔内を閉塞させ止水することを特徴とする、流水がある地盤の止水方法。
【請求項２】
流水に流されない粒径で高比重の粒状材として、粒状材が流水から受ける力よりも自重が大きい比重の粒状材の選定は、粒状材の形状が球形である場合、次式により行うこと、
Ｄ≧[３／｛２・（γー１）｝]・ｉ
但し、上記γは粒状材の比重、Ｄは粒状材の粒径、ｉは出水孔から溢れ出る流水の動水勾配であることを特徴とする、請求項１に記載した流水がある地盤の止水方法。
【請求項３】
流水に流されず、且つ出水孔への充填性が良い粒状材として、出水孔の空隙よりも粒径が小さい鉄球を出水口から出水孔へ供給し、流水の勢い、流速、流量が低下するまで充填することを特徴とする、請求項１に記載した流水がある地盤の止水方法。
【請求項４】
流水に流されず、且つ出水孔への充填性が良い粒状材として、出水孔の空隙よりも粒径が小さい鉄球を出水口から出水孔へ供給し、流水の勢い、流速、粒径が低下するまで供給を続けて充填を進め、流水の勢い、流速、流量が低下したことを目視で確認した後に、薬液を、周辺地盤が不透水層である深度を含む鉄球充填領域へ注入して、前記鉄球及び土粒子の隙間でゲル化、又は固化させて出水孔内を閉塞させ止水することを特徴とする、請求項１に記載した流水がある地盤の止水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、地下水位より深い地下掘削工事において、古井戸やボーリング孔などの後処理材の劣化その他の原因で湧き出る流水を止める止水方法、特に通常の薬液注入工法の実施が用をなさない流水を止水する方法の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
地下水位より深い地下掘削工事では、古井戸やボーリング孔の後処理材の劣化等のため掘削底に地下水が溢れ出ることがある。こうした流水を止水する方法としては、従来、水ガラスや発泡ウレタンなどを主成分とする薬液の注入工法が実施されることが多い。薬液を使用した止水の止水メカニズムは、薬液が土粒子の隙間でゲル化、又は固化することにより出水孔を閉塞する現象による。
例えば下記の特許文献１〜３には、上記したような地盤の止水処理に有用な薬液と、同薬液を用いた薬液注入工法ないし止水方法が開示されている。
また、下記の特許文献４には、トンネルや下水道などの地下構造物から地下水が漏洩した場合の止水方法が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平７−３２４１８９号公報
【特許文献２】特開平７−１３８５６４号公報
【特許文献３】特開平８−３５５５号公報
【特許文献４】特開平８−1５８３９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記の特許文献１〜４に開示された薬液注入工法ないし止水方法もそれぞれ有用な施工法である。しかし、古井戸やボーリング孔の後処理材の劣化等が原因で発生する流水であって、出水孔の空隙が大きく、且つ流水の速度や水量が大きい場合には、薬液注入を行っても、薬液がゲル化、又は固化する以前に流水に流されてしまい、止水処理の効果が得られない事例も多くある。
このような場合の従来技術としては、重機類を使用して、出水口やその下に続く出水孔の大きさ（空隙寸法）よりもはるかに大きな直径（内径）のケーシングパイプ（スタンドパイプ）を、出水口及びその下の出水孔を大きく取り囲む配置で地盤中へ貫入して地下水位よりも高く立ち上げ、同ケーシングパイプ内に流水を満たし、滞留水の水頭により流水の動水勾配（出水孔の上下端における水位差を前記上下端間の距離で除した値）を小さくし、流水の速度や流量、勢いを抑制した後に薬液注入を行い止水する方法が実施されていた。
【０００５】
しかし、流水の速度や水量、勢いが一層大きくて、上記ケーシングパイプによる止水工事の実施が不可能な場合には、やむを得ず、地下掘削工事領域を流水の湧き出るままに水没させて動水勾配が小さくなるのを待ち、そうして流水の速度や水量が抑制された段階で薬液注入を行って止水する方法が実施されていた。
【０００６】
ところが上記ケーシングパイプ（スタンドパイプ）を地盤中へ貫入して地下水位よりも高く立ち上げる止水方法は、ケーシングパイプを地盤中へ貫入するために大きな重機類を地下掘削工事領域へ搬入しなければならず、そうした重機類を用意できなければ、実施ができない。
また、地下掘削工事領域を流水の湧き出るまま水没させる方法は、流水が湧き出して流水の速度や水量が抑制されるまでの水没時間を待ち、その後に止水処理を行い、処理後に地下掘削工事領域に溜まった水を全部排水して地下掘削工事を再開できる環境を整える過程を踏まねばならず、その間に膨大な時間を必要とし、工期の大幅な遅延を余儀なくされるから、おいそれと採用、実施できる止水方法ではない。
【０００７】
本発明の目的は、上述した従来技術の問題点を解決すること、特に地下掘削工事において地盤の出水孔から溢れ出る流水の速度や水量、勢いが大きく、通常の薬液注入工法の実施が用をなさない場合に効果的に実施できる止水方法を提供することである。
本発明の更なる目的は、薬液注入工法を応用した止水方法であって、大きな重機類は無用であるほか、薬液注入装置以外に特別な道具や機械装置を必要とせず、短期間に確実に薬液の効能を発揮させる環境を整えて止水処理の実効をあらしめる、流水がある地盤の止水方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための手段として、請求項１に記載した発明に係る流水がある地盤の止水方法は、地盤の出水孔から溢れ出る流水を止水する方法において
流水に流されない粒径で高比重の粒状材を、出水口から出水孔へ供給し充填して流水の勢い、流速、流量を抑制し、しかる後に前記粒状材の充填領域へ薬液の注入を行い、前記高比重の粒状材の隙間でゲル化、又は固化させて出水孔内を閉塞させ止水することを特徴とする。
【０００９】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した流水がある地盤の止水方法において、
流水に流されない粒径で高比重の粒状材として、粒状材が流水から受ける力よりも自重が大きい比重の粒状材の選定は、粒状材の形状が球形である場合、次式により行うこと、
Ｄ≧[３／｛２・（γー１）｝]・ｉ
但し、上記γは粒状材の比重、Ｄは粒状材の粒径、ｉは出水孔から溢れ出る流水の動水勾配であることを特徴とする。
請求項３に記載した発明は、請求項１に記載した流水がある地盤の止水方法において、
流水に流されず、且つ出水孔への充填性が良い粒状材として、出水孔の空隙よりも粒径が小さい鉄球を出水口から出水孔へ供給し、流水の勢い、流速、流量が低下するまで充填することを特徴とする。
請求項４に記載した発明は、請求項１に記載した流水がある地盤の止水方法において、
流水に流されず、且つ出水孔への充填性が良い粒状材として、出水孔の空隙よりも粒径が小さい鉄球を出水口から出水孔へ供給し、流水の勢い、流速、流量が低下するまで供給を続けて充填を進め、流水の勢い、流速、流量が低下したことを目視で確認した後に、薬液を、周辺地盤が不透水層である深度を含む鉄球充填領域へ注入して、前記鉄球及び土粒子の隙間でゲル化、又は固化させて出水孔内を閉塞させ止水することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る流水がある地盤の止水方法は、地下水位より以深の地下掘削工事において古井戸やボーリング孔の後処理材の劣化等が原因で地盤の出水孔から地下水が溢れ出した場合で、しかも流水を止めるために薬液注入を行っても薬液が流水に流されて止水効果を得られないほど流水の速度や流量、勢いが大きい場合に有効な止水方法である。
本発明の止水メカニズムは、既往技術のように動水勾配を小さくして流水を抑制するのではなく、流水に流されず、出水孔への充填性が良い粒状材、例えば鉄球を出水口から供給して出水孔へ必要量の充填を行い、流水の勢い、流速、流量を薬液が流されない程度にまで抑制する。その抑制効果を掘削底の出水口からの流水の勢い、流速、流量を目視観測により確認した上で、前記粒状材の充填領域へ薬液注入を行い、粒状材および土粒子の隙間でゲル化、又は固化させて出水孔内を閉塞させ止水する方法である。したがって、本発明の実施には、既往の薬液注入装置以外には、格別の道具類や機械装置などが無用である。しかも格別技術的熟練を要することなく、現場の出水に対しては誰でもが容易に迅速に実施でき、止水効果を得ることができる。しかも注入した薬液の効能を発揮させて出水孔内を根本的に閉塞させ止水するから、永続的な止水効果が得られ、地下掘削工事の速やかなる進捗を可能にし、工費の削減および工期の短縮に大きく寄与できるのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
流水に流されない粒径で高比重の粒状材を、出水口から出水孔へ必要量供給し充填して流水の勢い、流速、流量を抑制する。そうして抑制の事実を確認した後に、前記粒状材の充填領域へ薬液の注入を行い、前記高比重の粒状材および土粒子の隙間でゲル化、又は固化させて出水孔内を閉塞させ止水する。
前記流水に流されない粒径で高比重の粒状材の選定、即ち、粒状材が流水から受ける力よりも自重が大きい比重の粒状材の選定は、粒状材の形状が球形である場合には、次式により行う。
Ｄ≧[３／｛２・（γー１）｝]・ｉ
但し、上記γは粒状材の比重、Ｄは粒状材の粒径、ｉは出水孔から溢れ出る流水の動水勾配である。動水勾配γとは、上述したように、出水孔の上下端における水位差を前記上下端間の距離で除した値である。
流水に流されず、且つ出水孔への充填性が良い粒状材として、出水孔の空隙よりも粒径が小さい鉄球を出水口から出水孔へ必要量供給し、流水の勢い、流速、流量が低下するまで充填する。かくして流水の勢い、流速、流量が、薬液を注入しても流されることなく、粒状材および土粒子の隙間でゲル化、又は固化すえう程度にまで低下したことを目視で確認した段階で、薬液を、周辺地盤が不透水層である深度を含む鉄球充填領域へ注入して、前記鉄球（および土粒子など）の隙間でゲル化、又は固化させて出水孔内を閉塞させ止水する。
【実施例１】
【００１２】
次に、本発明を図示した実施例に基づいて説明する。
先ず図１は、地下水位Ｗより以深に及ぶ地下掘削工事において、地盤等に地下水が湧き出す流水の発生現象（又は原因）の事例を概念的に例示している。図中の符号Ａは古井戸Ｂの後処理材の劣化などが原因で発生した出水孔を示し、ａはその出水口を示している。Ｃはボーリング孔の後処理不良が原因で発生した出水孔を示し、ｃはその出水口を示している。Ｄは遮水壁（山留め壁）Ｅの背面に発生した水道による出水孔を示し、ｄはその出水口を示している。その他、実際には更に様々な原因、現象で出水孔が発生して地下水が湧き出すことは経験的に知られている通りである。
【００１３】
図２は、上記古井戸Ｂの後処理材の劣化等が原因で発生した出水孔Ａについて、本発明の方法により止水処理を実施する場合に、実測した環境および施工条件を概念的に示している。
図２の実施例に示す古井戸Ｂは、地中の不透水層Ｇを貫通して、その下に存在する帯水層Ｆへ届く深さ（図示例では地下４３ｍ）に設置されている。一方で、地下水位Ｗは、地盤環境の有様として、図２の例では地下１８メートルであった。図示例の地下掘削工事は既に地下２３メートルまで進んでおり、古井戸Ｂに沿う出水孔Ａから大量の地下水が大きな流速と流量で溢れ出しており、その水流は薬液を注入しても流されてしまい、ゲル化又は固化を期待できない条件下にある。
【００１４】
上記流水の発生に対して、本発明による止水方法を実施する手順としては、先ず流水の流速および流量並びに出水口ａの空隙大きさを計測し把握することから始めた。
上記したように、地下水位Ｗの深さは地下１８メートルで、現在の掘削底面の深さが地下２３ｍであることは、工事に関する実測値として既知であった。よって、これらの既知条件に基づいて、出水孔Ａの上下端における水位差（被圧水位）ｈ（図示例では５ｍとなる。）、および出水孔Ａの上下端間の距離Ｈ（図示例では２０ｍ）は算定により容易に把握できた。
その結果、流水の動水勾配ｉは、ｉ＝ｈ／Ｈ、の式から次のように求められた。即ち、上記の実測値に基づくと、ｉ＝５／２０＝０．２５であった。
また、出水口ａの空隙大きさは実測することで知得できたので、その結果、出水口ａから投入可能な粒状材の寸法（外径など）をおおよそ把握できた。
【００１５】
次に、上記のように求めた動水勾配ｉに基づき、投入する粒状材が流水から受ける力の大きさを、下記する算定方式で求めた。
図３に例示したように、粒状材Ｋが球形（又は水滴形の粒状材でも同じ。）の場合、この粒状材Ｋが流水から受ける力Ｐの大きさは、次のよう把握できる。因みに、粒状材の形状が球形であると、無用な引っ掛かりがないので、出水孔内における粒状材の充填率の向上に有効な材として選定される。
上記球形の粒状材Ｋの水中における自重量をＱとし、流水によって粒状材Ｋが受ける力をＰとするときは、次の「式１」が成り立つ。もっともこの場合、粒状材Ｋの水中における自重量Ｑと流水によって粒状材Ｋが受ける力Ｐとの関係は、粒状材Ｋが流水によって流されないための条件として、Ｑ≧Ｐであることが前提条件となる。
［式１］
（γーγＷ）・Ｖ≧ｆ｛Ｖ（ｉ）｝・Ｓ
但し、γは粒状材の密度（ｇ／ｃｍ３）、γＷは出水孔内の水流の密度（ｇ／ｃｍ３）、  Ｖは粒状材の体積（ｃｍ３）、Ｖ（ｉ）は流水によって粒状材が受ける速度（ｃｍ／分）で、ｆ｛Ｖ（ｉ）｝は流水によって粒状材Ｋが受ける圧力（ｇ／ｃｍ２）、Ｓは粒状材の投影面積で、粒径Ｄとの関係は、Ｓ＝π・（１／２Ｄ）２である。
【００１６】
上記の「式１」により、流水によって粒状材Ｋが受ける力Ｐの大きさが判明すると、流水に流されない粒径で高比重の粒状材の選定は、「次式２」により把握できる。
［式２］
Ｄ≧３・ｉ／｛２（γー１）｝
但し、Ｄは粒状材の粒径で、γは粒状材の密度（ｇ／ｃｍ３）、ｉは動水勾配であることは上記のとおりである。
【００１７】
上記の「式２」に基づいて、動水勾配ｉと粒状材の比重および粒径Ｄの関係を求めグラフ化したものが図４である。そして、投入する粒状材の最小粒径を求めてグラフ化したものが図５である。
図４によれば、流水が粒状材へ与える圧力Ｐが連続的とみなせるので、流水に流されない粒状材の粒径Ｄは、動水勾配ｉと粒状材の密度によって評価できることがわかる。即ち、図４によれば、上記段落番号［００１４］の実測値から算定した動水勾配ｉ＝０．２５に対する一般論として、粒状材が比重ｘの物質Ｘの最小粒径はＤｘと把握され、同様に比重ｙの物質Ｙの最小粒径はＤｙと把握された。
また、図５は更に具体的に、特性線Ｚ１は、比重γが７．８５の鉄材に関する最小粒径を求めたグラフで、特性線Ｚ２は比重γが２．６５の土粒子に関する最小粒径を求めたグラフである。
したがって、図５中に▲印で付記した粒径１．９ｍｍの珪砂は、特性線Ｚ２より以下なので、動水勾配ｉ＝０．２５の流水のでは流されてしまい、前記流水に充填する粒状材としては適さないことが明らかである。
一方、巷間パチンコ球として知られる粒径１１ｍｍの鉄球は、やはり図５中に●印で付記したように特性線Ｚ１よりもはるか上位に位置するから、上記動水勾配ｉ＝０．２５の流水によっては流されず、同流水へ充填する粒状材として十分に適することが明らかと評価できる。
【００１８】
以上の検討結果を踏まえ、図２に示した実施例について、上記した動水勾配ｉ＝０．２５の流水に流されないことが判明した粒径１１ｍｍの鉄球を粒状材として使用した止水方法の実施例を、以下に説明する。
上記したように出水口ａの空隙の大きさを実測した測定値と、同地盤の掘削底から直下の不透水層Ｇを経て帯水層Ｆに至るまでの距離（図示例の場合では２０ｍ）を積算して求められた概算量だけ、粒径１１ｍｍの鉄球を用意した。そして、同鉄球を出水口ａから供給して出水孔Ａの中へ必要なだけ充填した。鉄球の充填作業は、出水口ａの空隙の大きさを実測して得られた空隙へ適用可能な形状、大きさの注出口を備え、且つ適度に大きい鉄球収容量を備えた、例えば漏斗付きの供給容器を使用して、できるだけ迅速に確実に出水口ａへ鉄球を供給して、充填作業の時間の短縮化を図った。その結果、鉄球は流水の勢いに流されることなく出水孔内へ順次降下してゆき、鉄球の充填量が増す程に、流水の水勢、流速、流量などは徐々に低下した。もっとも、流水の勢い、流速、流量が低下した段階では、上記粒径が１．９ｍｍの珪砂なども鉄球と併せて供給して充填を進め、鉄球の隙間を珪砂で埋めて空隙の閉塞効果を高め、流水の勢いを急速に効果的に抑制することに努めた。
【００１９】
上記のようにして、鉄球を、出水口ａから供給してゆき、出水孔Ａの中へ予め想定した相当量の鉄球を充填した段階で、流水の勢い、流速、流量が目に見えて低下した。その変化は、要するに鉄球が図２の出水孔Ａの空隙中を流水に負けず降下してゆき、不透水層Ｇより下方の帯水層Ｆに至る底部（下端部Ａ’）まで到達して、同出水孔Ａの下端部Ａ’から上方へ一定の高さまでその空隙を鉄球が埋め尽くす充填効果が得られたことに他ならない。
【００２０】
上記の充填効果は、作業者が出水口ａで見る流水の勢い、流速、流量の低下として確認、把握できるので、当業者の経験則として、通常の薬液注入工法の実施の効果があると当業者に経験的に見極められるまで流水の勢いが低下した状況を見定めた段階で、公知の薬液注入工法を実施した。即ち、薬液注入工法の実施に必要な機械装置Ｍを予め用意して、その薬液注入管の先端ノズルＮを、上記出水孔Ａの下端部Ａ’の近傍位置、換言すれば、本発明でいう「粒状材の充填領域」（請求項１）、更に具体的には「周辺地盤が不透水層である深度を含む鉄球充填領域」（請求項４）と推定できる該当場所へ届かせて、例えば既往の水ガラス、或いは発泡ウレタンなどを主成分とする薬液を必要量注入した。
この薬液注入の実施要領と手法、および薬液注入量や薬液材種などは、既往の薬液注入工法で熟知されているとおりに実施する。
因みに、本実施例で使用した薬液は、(株)菱晃社製の水ガラス系のエヌタイト−５Ｓ（溶液型超瞬結タイプで、ゲルタイム３秒（実測値）、７日圧縮強度が５Ｋｇｆ／ｃｍ２）を先ず使用し、次いで同社の水ガラス系のエヌタイト−ＧＳ（懸濁型瞬結タイプで、ゲルタイム２５秒（実測値）、７日圧縮強度が７０Ｋｇｆ／ｃｍ２）を使用した。
【００２１】
上記の工程を経た結果、充填した鉄球Ｋおよび珪砂の隙間で薬液がゲル化、又は固化Ｕして、出水孔Ａの空隙が全面的に閉塞され流水をほぼ完全に止めることができた。
その止水処理の実情を図６に示した。図６は、出願人が、上記本発明の止水方法を実施した場所の地盤を、掘削工事の完了後に掘削した現場写真である。図６によれば、上記したように供給した鉄球Ｋが出水孔Ａの空隙を埋め尽くし、充填した鉄球Ｋおよび土粒子などの隙間で、注入した薬液Ｕがゲル化、又は固化して出水孔内を閉塞していた事実、状況を確認できたのである。即ち、粒状材である鉄球Ｋの充填領域へ深く注入された薬液Ｕは、流れを抑制された水の緩やかな流水に沿って移動しつつ出水孔Ａの高さ方向に鉄球Ｋおよび珪砂の隙間へ広範囲に行き渡り、同隙間でゲル化、又は固化して出水孔Ａの空隙を効果的に閉塞した現象を呈しており、この止水効果は恒久化することが確認された。
【００２２】
本発明による流水がある地盤の止水方法は、図２のような古井戸の後処理材が劣化したなどが原因の出水に限らず、図１に示したボーリング孔Ｃの後処理材の劣化などによる出水の止水処理、或いは遮水壁Ｅ（山留め壁）の背面に生じた水道による出水などの止水方法としても、充填材を出水口から供給し充填可能であれば、全く同様に実施することができる。
また、使用する粒状材の材質や粒径にしても、図４、図５に基づいて説明した手法で求めて選定した、流水に流されない比重と粒径であれば、上記鉄球に限らず、出水口から供給して充填することが可能な他の粒状材料、例えば新旧を問わず、鉄製のボルトやナット（特に袋ナットが好適）、ビス類、更には鉄筋その他の鉄材の切れ端など、或いは砕石や砂利なども多種多様に使用することができる。
【００２３】
以上に、本発明を図示した実施例に基づいて説明したが、本発明は、上述した実施例に限定されるものではない。いわゆる当業者が必要に応じて行う設計変更や、応用の範囲内で様々な態様で実施することが可能であり、それらを包含する。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】地下掘削工事において地盤等に流水が発生する事例を概念的に示した断面図である。
【図２】古井戸の後処理材の劣化等が原因で発生した出水孔に関する止水方法の実施例を概念的に示した断面図である。
【図３】球形の粒状材が流水により受ける力の関係を示す説明図である。
【図４】流水の動水勾配と充填する粒状材の比重、粒径の関係を示すグラフである。
【図５】粒状材の材質（鉄と土粒子）に関する流水の動水勾配と最小粒径との関係を示すグラフである。
【図６】本発明の止水メカニズムを地盤掘削写真で示した説明図である。
【符号の説明】
【００２５】
Ａ、Ｃ、Ｄ          出水孔
Ｋ                  粒状材（鉄球）
ａ、ｃ、ｄ          出水口
Ｕ                  ゲル化又は固化した薬液
【図１】
2010053589.tif 000003
【図２】
2010053589.tif 000004
【図３】
2010053589.tif 000005
【図４】
2010053589.tif 000006
【図５】
2010053589.tif 000007
【図６】
2010053589.tif 000008