(57)【要約】【課題】所望の範囲での効率的な水位低下を良好な施工性にて実現する。【解決手段】既存構造物１０の地下部分１２のうち地下水５に接する床版１３などの部位に、地下部分１２など地下構造物内外を連通する孔１１０を形成し、真空ポンプ１２０により孔１１０に負圧をかけて、地下構造物外側の地下水５を地下空間１５に流入させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下構造物のうち地下水に接する部位に、地下構造物内外を連通する孔を形成し、真空ポンプにより前記孔に負圧をかけて、地下構造物外側の地下水を地下構造物内空に流入させることを特徴とする水圧抑制方法。
【請求項２】
前記孔から所定深度の地層に至る井戸を削孔し、真空ポンプにより前記孔に負圧をかけ、前記井戸を介して集水した地下構造物外側の地下水を地下構造物内空に流入させることを特徴とする請求項１に記載の水圧抑制方法。
【請求項３】
前記孔に連結した配管を所定容器の内空に接続し、当該所定容器の内空を真空ポンプで減圧することで、前記孔を介して集水した地下構造物外側の地下水を所定容器内に排出させ、当該所定容器内に排出された地下水を水中ポンプで排水することを特徴とする請求項１または２に記載の水圧抑制方法。
【請求項４】
前記所定容器内を堰板で区画し、第１の区画に前記配管を接続して前記地下水を排出させ、当該第１の区画から堰板を越流し第２の区画に流れ込んだ地下水を、水中ポンプで排水することを特徴とする請求項３に記載の水圧抑制方法。
【請求項５】
前記所定容器内における前記第１の区画を複数に区画し、区画毎に配管を接続して、各々の配管から、当該配管が接続された該当区画に前記地下水を流入させ、各区画から堰板を越流し前記第１の区画共通の第２の区画に流れ込んだ地下水を水中ポンプで排水することを特徴とする請求項４に記載の水圧抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水圧抑制方法に関するものであり、具体的には、所望の範囲での効率的な水位低下を良好な施工性にて実現する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
省資源などの環境配慮面や施工コスト削減、或いは狭小な施工領域への対応などの観点から、既存構造物のうち地上部分を解体し、地下部分のみ再利用する施工ニーズがある。そうした施工を、地下部分に被圧地下水が作用する構造物に対し実行すると、地上部分撤去後の構造物重量と、構造物に作用している水圧とがバランスしなくなり、構造物の地下部分にあたる床版や側壁に過大な応力が作用したり、浮き上がりを生じる可能性がある。このような、地下水圧により生じる構造物の損傷や浮き上がり等の問題に対処する技術としては、以下のような技術が提案されている。
【０００３】
すなわち、地中構造物において、床版の底面から地中構造物内空へと貫通する孔を設け、この孔を通じて自噴する地下水を地中構造物内空に導いて、床版直下の地下水位を低下させる排水装置（特許文献１参照）などが提案されている。また、地中構造物周囲の地盤に所定間隔で集水箇所すなわちウェルポイントを設置し、ウェルポイントをつなぐ配管を介して真空ポンプによる吸引動作を行い、地下水を揚水して地中構造物周囲の地下水位を低下させるウェルポイント工法の技術も従来から提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−３０３１１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術のごとく、床版に形成した孔を介し、被圧で自噴する地下水を取り込む手法を採用した場合、地下水位を低下させられる深度は、最大でも孔の位置する床版直下までであり、それ以上の地下水位低下を図ることは出来ない。また、床版直下まで地下水位を低下出来る範囲は、孔のごく近傍のみとなる。従って、対象となる地中構造物の仕様によっては、地下水圧による損傷や浮き上がり等の影響を回避しきれないことも懸念される。また、多くの地下水を導いて十分に地下水位を低下させるべく、上述の孔の径を拡大すると、床版における該当箇所周辺の強度低下も大きくなり、その後の補修作業等の手間やコストが増大する。また、大径の孔形成には大型機材が必要となり、地下の限られた空間における機材搬入や施工領域の確保の点でも問題がある。
【０００６】
一方、ウェルポイント工法を採用する場合、止水壁外側から真空ポンプを利用して強制的な揚水を行うため、揚水量が多くなりがちで、地中構造物周囲の地下水位を必要以上に低下させてしまう恐れもある。更に、ウェルポイント工法を施工する際には、地中のウェルポイントに至る多くの配管を並列配置し、これを吸引する大型のポンプ類を接続した一連のシステムを導入する必要があり、施工領域が狭小な都市部に適用することが難しいといった課題もある。
【０００７】
そこで本発明では、所望の範囲での効率的な水位低下を良好な施工性にて実現する技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の水圧抑制方法は、地下構造物のうち地下水に接する部位に、地下構造物内外を連通する孔を形成し、真空ポンプにより前記孔に負圧をかけて、地下構造物外側の地下水を地下構造物内空に流入させることを特徴とする。これによれば、構造物の床版や側壁等に設けた小径の孔と真空ポンプの組合せというシンプルで小規模な機材構成で所望の排水作業が実行でき、施工空間が限定的となりやすい地下構造物においても良好な施工性を達成できる。
【０００９】
また、孔から地下構造物内空に自噴してくる地下水に加え、孔にかかった真空ポンプ由来の負圧によって地下構造物内空に向け吸引される地下水も排水されることになる。そのため、床版直下のごく狭い範囲のみ水位低下がなされるのではなく、真空ポンプが生み出す負圧の大きさ（真空度）に応じて、床版直下から相応の深度の地下水まで吸引し、それにつれて適切な範囲の地下水の排水を行うことができる。
【００１０】
よって、真空ポンプが発生する負圧を調整するなどして所望範囲での地下水の排水が可能となり、ひいては地下構造物にかかる水圧を確実かつ効率的に抑制出来る。こうして真空ポンプを制御し、対象となる地下構造物に関して効率的な水圧抑制を行えることで、周辺環境にて不要な地下水位低下が発生する事態も回避出来る。
【００１１】
また、床版や側壁に設ける上述の孔およびその周囲に配置した真空ポンプは、地盤中の地下水位とほぼ同じ深度に位置しており、その場合に真空ポンプが発生させる負圧は、大きな損失無く孔の内空を吸引し、効率良く排水が行われることになる。従って、ウェルポイント工法のように、地表面から長い距離を経て吸引動作を行うために負圧がロスし、効率的な排水ひいては水圧抑制がなされないといった問題は生じない。
【００１２】
従って本発明によれば、所望の範囲での効率的な水位低下を良好な施工性にて実現可能となる。
【００１３】
なお、上述の水圧抑制方法において、孔から所定深度の地層に至る井戸を削孔し、真空ポンプにより孔に負圧をかけ、井戸を介して集水した地下構造物外側の地下水を地下構造物内空に流入させるとしてもよい。これによれば、必要な地下水位低下量に応じた深度に達する小口径の自噴井戸（例えばリリーフウェル）と、真空ポンプを組み合わせて用いることで、井戸を通じて帯水層から効率的な集水がなされると共に、孔を通じて井戸に負圧をかけて井戸の集水能力を更に高め、効率的な排水と水圧抑制を行うことが出来る。
【００１４】
また、上述の水圧抑制方法において、上述の孔に連結した配管を所定容器の内空に接続し、当該所定容器の内空を真空ポンプで減圧することで、孔ないし井戸を介して集水した地下構造物外側の地下水を所定容器内に排出させ、当該所定容器内に排出された地下水を水中ポンプで排水する、としてもよい。これによれば、真空ポンプで発生させた負圧を、小径の孔より大きな容積の容器に作用させ、この容器を介して孔にかかる負圧の変動を低減し安定的なものと出来る。そのため、孔を介して地下から揚水する地下水の量も安定する。
【００１５】
また、上述の水圧抑制方法において、所定容器内を堰板で区画し、第１の区画に配管を接続して地下水を排出させ、当該区画から堰板を越流し第２の区画に流れ込んだ地下水を、水中ポンプで排水する、としてもよい。これによれば、容器内に排出された地下水が堰板を境とする区画内に貯留され、区画内を満たして堰板から越流した分のみが地表に排水されることになる。よって、配管が導かれた区画内では水面が一定に保たれ、容器内空の容積も一定となり、容器内空に負圧を安定的にかけることができる。よって、揚水する地下水の量も安定する。
【００１６】
また、上述の水圧抑制方法において、所定容器内における第１の区画を複数に区画し、区画毎に配管を接続して、各々の配管から、当該配管が接続された該当区画に地下水を流入させ、各区画から堰板を越流し第１の区画共通の第２の区画に流れ込んだ地下水を水中ポンプで排水するとしてもよい。これによれば、複数の孔ないし井戸から集水した地下水を、各配管を通じて容器内の各区画（分割された第１の区画）に導いて区画毎に貯留し、地下水で満たされたいずれかの区画から堰板を越えて越流した分の地下水のみが、容器内における第２の区画（各配管で共有する１区画）で集められ、この区画に配置した水中ポンプで地表に排水されることになる。よって、各孔や井戸の配管が導かれた各区画内では、孔や井戸毎の集水速度に相違があっても水面が一定に保たれて、容器内空の容積も一定となり、容器内空に負圧を安定的にかけることができる。よって、複数の孔や井戸から集水し、これを地表に揚水する地下水の量も安定しやすくなる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、所望の範囲での効率的な水位低下を良好な施工性にて実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第１実施形態における水圧抑制方法の適用例を示す図である。
【図２】第２実施形態における水圧抑制方法の適用例を示す図である。
【図３】減圧容器の構造例１を示す図である。
【図４】減圧容器の構造例２を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に本発明の実施形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は第１実施形態における水圧抑制方法の適用例を示す図である。ここでは、既存構造物１０のうち地上部分１１を解体し、地下部分１２のみ再利用する工事が実施される状況において、地下部分１２の少なくとも底面が、地盤２中で地下水５が存在する帯水層１に位置しており、その水圧抑制を図る例について説明する。勿論、既存の構造物の地下部分のみならず、新たに構築中の構造物における地下部分について水圧抑制方法を適用するとしてもよい。
【００２０】
既存構造物１０の地下部分１２は、床版１３と、この床版１３の側部から連続して上方に立ち上がる側壁１４とから構成されている。また、床版１３周囲の地盤２には、当該地下部分１２の構築時に、地盤２を開削しドライな施工領域を確保するために施工した止水・山留壁５０が残されている。
【００２１】
第１実施形態における水圧抑制方法においては、図１に示すように、止水・山留壁５０の内側領域にある床版１３に小径の孔１１０を設け、この孔１１０と連結した真空ポンプ１２０を稼働させ、帯水層１の地下水５の排水を行うこととなる。
【００２２】
孔１１０は、床版１３直下の地盤２と床版１３上の地下空間１５とを連通すべく、床版１３をコアリングして形成したものであり、その上部開口には適宜なバルブ機構１１３が気密に固定されている。なお、側壁１４に水圧が作用している状況であれば、側壁１４に孔１１０とこれに付帯するバルブ機構１１３を設けるとしてもよい。
【００２３】
バルブ機構１１３は、地下空間１５に設置された減圧容器１２２に連結された配管１２１を有している。この配管１２１は、バルブ機構１１３の内空１１４を介して、孔１１０の内空１１１と減圧容器１２２とを連通させた配管となる。孔１１０からの排水作業が不要な場合には、バルブ機構１１３のバルブを閉塞すると、孔１１０と配管１２１との間が気密および水密に遮断されることになる。
【００２４】
配管１２１が連結された減圧容器１２２は、一定強度を備えた密閉容器であり、配管１２１の他に、真空ポンプ１２０が接続されている。なお、真空ポンプ１２０は、バルブ機構１１３が開いた状態で連結された孔１１０に負圧を作用させる装置となる。また、減圧容器１２２の内空１２３には、孔１１０および配管１２１を介して排出された地下水５を貯める貯水容器１２４と、この貯水容器１２４に貯まった地下水５を地表３に排水するための水中ポンプ１１８も設置されている。
【００２５】
上述のような構成を備えて、帯水層１に底面を接している床版１３には、地下水５の上向きの水圧がかかっているため、これを開放しようとする孔１１０には、帯水層１から自ずと地下水５が流れ込み、バルブ機構１１３が開いた状態であれば配管１２１を通じて地下空間１５（の貯水容器１２４）に地下水５の自噴が生じる。このように孔１１０から自噴する地下水５の量は、地下空間１５での大気圧と、床版１３直下に作用する水圧との差に応じたものになる。そのため、減圧容器１２２やバルブ機構１１３を介して孔１１０に連結された真空ポンプ１２０を稼働させ、孔１１０の内空１１１およびバルブ機構１１３の内空１１４、配管１２１、更には減圧容器１２２の内空１２３を吸引し、その負圧を高める。すると、真空ポンプ１２０の吸引に応じて相応の負圧となった内空１１１、１１４や減圧容器１２２の内空１２３らは、地盤２中の地下水５の水圧との圧力差が大きくなり、従って、帯水層１中の、より広範な範囲の地下水５が孔１１０を介して減圧容器１２２の内空１２３に引き込まれることになる。
【００２６】
これにより、孔１１０を介して地下空間１５に自噴してくる地下水５に加え、孔１１０に作用した負圧によって吸引される地下水５も地下空間１５（の減圧容器１２２の内空１２３）に導かれ、これら地下水５が合わせて貯水容器１２４に蓄えられることになる。この地下水５は水中ポンプ１１８により地表３に排水される。
【００２７】
なお、こうした孔１１０の内空１１１等に負圧を作用させる真空ポンプ１２０は、上述のように、床版１３上に配置されており、床版１３直下の地下水位と近しい深度に位置している。そのため、真空ポンプ１２０が発生させる負圧は、大きな損失無く孔１１０の内空１１１等を吸引し、効率良く地下水５の排水が行われることになる。従って、ウェルポイント工法のように、地表面３から長い距離を経て、更には止水・山留め壁５０を越えて床版１３直下の地下水５の吸引動作を行い、そのために負圧がロスし、効率的な排水ひいては水圧抑制がなされないといった問題は生じない。
【００２８】
また、床版１３にかかる水圧が想定される適正範囲に減少するよう、床版１３に生じた応力等の各種観測値の大小或いは変化速度などに応じて、真空ポンプ１２０の出力を制御し、発生させる負圧の大きさを調整しつつ、地下水５の排水を行うとすれば好適である。これにより、既存構造物１０の地下部分１２にかかる水圧を確実かつ効率的に抑制出来る。加えて、このように真空ポンプ１２０を制御し、対象となる既存構造物１０の地下部分１２に関して無駄のない水圧抑制を行えることで、過大な排水による不適切な地下水位低下が周辺環境に発生することを回避することも出来る。
【００２９】
こうした効果は、床版１３や側壁１４に設けた小径の孔１１０とバルブ機構１１３、減圧容器１２２、真空ポンプ１２０、および水中ポンプ１１８等の組合せという、ごくシンプルで小規模な装置構成で達成されるものであり、施工空間が限定的となりやすい地下空間１５においても良好な施工性を達成できることになる。
【００３０】
また、真空ポンプ１２０で発生した負圧は、小径の孔１１０やバルブ機構１１３よりも大きな容積の減圧容器１２２に作用することになり、この減圧容器１２２を介して孔１１０にかかる負圧が、孔１１０に直接作用する場合よりも安定しやすい。そのため、自噴井戸１３０や孔１１０を介して帯水層１から揚水する地下水５の水量も安定する。
【００３１】
続いて、上述した水圧抑制方法において、孔１１０下方の地盤２中に自噴井戸１３０を更に設けた第２実施形態について説明する。図２は第２実施形態における水圧抑制方法の適用例を示す図である。第２実施形態における自噴井戸１３０は、第１実施形態で説明した孔１１０の下部開口と連続し、床版１３直下から地盤２中の帯水層１に達する小口径の井戸であり、具体的にはリリーフウェルを採用できる。この自噴井戸１３０は、地盤２を帯水層１まで削孔して井戸孔１３１を形成し、この井戸孔１３１に井戸管１３２を挿入し、その後、井戸管１３２の外周と井戸孔１３１の壁面との間を砂礫等のフィルター材１３３で間詰めすることで構築する。井戸管１３２のうち、少なくとも帯水層１の深度に対応した部位についてはスクリーンとなっており、帯水層１からフィルター材１３３を介して井戸管１３２の内空１３５に流入してくる地下水５のフィルタリングがなされる。
【００３２】
こうした構成において、真空ポンプ１２０により、減圧容器１２２およびバルブ機構１１３等を介して孔１１０に負圧をかけると、この負圧が、孔１１０の内空１１１を通じて、自噴井戸１３０における井戸管１３２の内空１３５に作用する。負圧が作用した内空１３５は、帯水層１の地下水５の水圧との圧力差が大きくなり、従って、帯水層１の地下水５がフィルター材１３３およびスクリーンを介して引き込まれることになる。真空ポンプ１２０により十分な負圧がかけられているため、井戸管１３２内空１３５の地下水５は上昇し、自噴井戸１３０と上部で連結する孔１１０および配管１２１を介して地下空間１５の貯水容器１２４まで導かれ、水中ポンプ１１８で排水される。このような、帯水層１に達して、地下水５を直接的に集水できる自噴井戸１３０を孔１１０の直下に形成し用いることで、結果として効率的な排水と水圧抑制を行うことが出来る。
【００３３】
続いて、上述の孔１１０や自噴井戸１３０に負圧を作用させるための、より具体的な手法について図３に基づき説明する。図３は減圧容器１２２の構造例１を示す図である。ここでは、上述した減圧容器１２２の内空１２３を堰板１２６で区画した構成にて水圧抑制を行う例を示す。この例において、減圧容器１２２は、その内空１２３が堰板１２６で２つに区画されている。区画１２７（第１の区画）には、バルブ機構１１３の配管１２１が接続されている。また、区画１２８（第２の区画）には水中ポンプ１１８が設置されている。
【００３４】
真空ポンプ１２０を稼働させると、減圧容器１２２の内空１２３が減圧され、配管１２１を介して、バルブ機構１１３の内空１１４、および孔１１０の内空１１１、自噴井戸１３０に負圧が作用する。すると、上述した第１、第２実施形態の場合と同様に、地下水５が配管１２１を通って減圧容器１２２の内空１２３に導かれる。配管１２１を通って内空１２３に入った地下水５は、配管１２１の先端から区画１２７に流入する。こうした配管１２１からの地下水５の流入が一定時間続くと、区画１２７は地下水５で満たされ、区画１２７の容積を越えた分の地下水５は堰板１２６を越流することになる。堰板１２６を越流した地下水５は、区画１２８に流れ込み、水中ポンプ１１８で地表３に排水される。
【００３５】
減圧容器１２２の内空１２３をこのような構成とすることで、配管１２１が接続された区画１２７において、一定時間経過後は地下水５で満水状態となり、その結果、水位が一定に保たれることとなり、ひいては減圧容器１２２の内空１２３の容積も一定となって、内空１２３に対してかかる負圧が安定的となる。よって、帯水層１から揚水し、排水する地下水５の量も安定する。
【００３６】
上述の説明では配管１２１が１本である状況に対応した例を示したが、複数の配管１２１からの地下水５を処理する状況が生じる場合もある。そこで、減圧容器１２２の内空１２３を堰板１２６で適宜区画して、複数の配管１２１からの地下水５も処理出来る形態について以下説明する。図４は減圧容器の構造例２を示す図であり、減圧容器１２２の内空１２３の上断面図となる。
【００３７】
この例においては、減圧容器１２２の内空１２３を堰板１２６にて複数に区切り、複数の区画１２７（第１の区画）を形成している。図４に示す例では、複数の区画１２７が、減圧容器１２２の内空１２３で環状に連なる形で配置されている。各区画１２７には、配管１２１が１本ずつ接続されており、各々の配管１２１から排出される地下水５は、該当区画１２７に流入することになる。
【００３８】
一方、環状に連なった各区画１２７群の中心、すなわち減圧容器１２２の内空１２３の中心は、各区画の堰板１２６で囲まれ、各区画１２７に共通の区画１２９（第２の区画）となる。従って、地下水５で満水となった各区画１２７において堰板１２６を越流した、いずれの区画１２７の地下水５も、区画１２９に流れ込むことになる。この区画１２９には水中ポンプ１１８が設置されており、流れ込んできた地下水５は、この水中ポンプ１１８によって地表３に排水される。
【００３９】
これによれば、複数の孔１１０や自噴井戸１３０から集水された地下水５を、減圧容器１２２の内空１２３における各区画１２７に導いて区画毎に貯留し、地下水５で満たされたいずれかの区画１２７から堰板１２６を介し越流した分の地下水５のみが、各区画共通の区画１２９（各配管で共有する１区画）で集められ、水中ポンプ１１８で地表３に排水されることになる。よって、各孔１１０や自噴井戸１３０に連通する配管１２１が導かれた各区画１２７内では、孔１１０や自噴井戸１３０毎の集水速度に相違があっても、時間経過と共にいずれも満水となって水位が一定に保たれ、減圧容器１２２の内空１２３の容積も一定となる。そのため、減圧容器１２２の内空１２３に対して負圧を安定的にかけやすくなり、複数の孔１１０や自噴井戸１３０から集水し、これを地表３に排水する地下水５の量も安定しやすくなる。
【００４０】
以上、本実施形態によれば、所望の範囲での効率的な水位低下を良好な施工性にて実現可能となる。
【００４１】
以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  帯水層
２  地盤
３  地表
５  地下水
１０  既存構造物
１１  地上部分
１２  地下部分
１３  床版
１４  側壁
１５  地下空間
５０  止水・山留壁
１１０  孔
１１１  孔の内空
１１３  バルブ機構
１１４  バルブ機構の内空
１１８  水中ポンプ
１２０  真空ポンプ
１２１  配管
１２２  減圧容器
１２３  減圧容器の内空
１２４  貯水容器
１２６  堰板
１２７  区画（第１の区画）
１２８  区画（他方の区画）
１２９  各区画共通の他方の区画
１３０  自噴井戸
１３１  井戸孔
１３２  井戸管
１３３  フィルター材
１３５  井戸管の内空
【図３】
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【図４】
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【図１】
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【図２】
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