(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の帯水層が不透水層を挟んで存在している地盤に設けられ、所定の帯水層から揚水を行ったり、上方に存在する帯水層から取水した地下水を下方に存在する帯水層に注水するための揚水装置であって、
前記地盤中には、前記不透水層を貫通して下方に存在する前記帯水層にまで達する掘削孔が形成され、
該掘削孔内には、前記不透水層の位置で掘削孔を上下に仕切って遮水する遮水帯と、
該遮水帯を貫通し、下方に存在する前記帯水層に面する位置に注水スクリーンを備える井戸管とが配設され、
該井戸管には、上方に存在する帯水層に面する位置に取水スクリーンを備え、下端が前記不透水層の位置で取水バルブを介して井戸管に接続された取水管が併設され、
さらに前記井戸管内には、前記不透水層の位置に設置され、開いた状態でポンプを井戸管内に固定するとともに井戸管内の空間を上下に仕切って遮水し、閉じた状態で井戸管内の遮水を解くパッカーと、
該パッカーに付設され、パッカーに仕切られた井戸管内の上部空間に前記取水管を通じて取り込まれた地下水を、パッカーに仕切られた井戸管内の下部空間に送り込み、下方に存在する帯水層に注水するポンプとが配設されていることを備えることを特徴とする揚水装置。
【請求項２】
前記掘削孔内には、前記井戸管に併設されて前記遮水帯を貫通し、下方に存在する前記帯水層に面する位置に注水オーバーフロースクリーンを備える注水オーバーフロー管が具備されていることを特徴とする請求項１に記載された揚水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば地下水処理や地下水調査のために、地中に存在する帯水層から地下水を揚水したり、ある帯水層から取水した地下水を他の帯水層に注水するときに使用する揚水装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数の帯水層が存在している地中において、例えば地盤掘削工事に伴う地下水処理、あるいは地下水の汚染調査、地下水の保有熱エネルギーの調査等を行うに際しては、所定の帯水層から地下水を揚水するための揚水装置が用いられている。
このような揚水装置においては、地下水の揚水により地盤沈下が発生する場合があり、また揚水した地下水の処理にもコストがかかるため、単なる揚水機能だけでなく、所定の帯水層から取水した地下水を他の帯水層に注水する注水機能を備えたものがある。
【０００３】
例えば、図５に示すように地中の不透水層１を挟んでその上下に、取水がなされる帯水層（以下、取水層とする）２と注水がなされる帯水層（以下、注水層とする）３とが存在している場合、揚水装置４は、注水層３に到達するように形成された掘削孔５の内部に設置されている。
この揚水装置４は、取水層２と注水層３とに対応する位置に取水スクリーン６および注水スクリーン７を備えた井戸管８と、井戸管８の外側に配設され不透水層１の位置で取水層２と注水層３とを遮水する遮水帯９と、井戸管８の内側に上下逆転して配設され不透水層１の位置で取水層２から注水層３に向けて地下水を送り込むポンプ１０と、ポンプ１０に取り付けられたパッカー１１とから構成されている。
【０００４】
上記の揚水装置４においては、取水層２から井戸管８内に流れ込む地下水を、ポンプ１０で注水層３側に注水するようになっている。
また、注水期間が長引くと地下水中に含まれる粘土やシルト等の細かい粒子等が注水スクリーン７の内側に引掛かって目詰りを起こした場合、ポンプ１０を井戸管８から一旦取り出し、これに代えて揚水ポンプ１２を井戸管８内に配置して、取水層２と併せて注水層３から揚水することにより注水スクリーン７を逆洗するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように構成された従来の揚水装置には次のような問題点が存在する。
注水スクリーン７の目詰りによる注水能力の低下を回復させるため、注水スクリーン７から地下水を揚水することにより洗浄（逆洗）するが、この構造の井戸では先にも述べたようにポンプ１０を井戸管８から一旦取り出し、代わりに揚水ポンプ１２を井戸管８内に配置して取水層２と併せて注水層３からも地下水を揚水せざるを得ない。これにより取水層２には注水層３の地下水が侵入してしまい、地下水処理等の地下工事に際して低下させていた取水層２の地下水面の水位を上昇させてしまうため、洗浄作業を実施する期間は地下工事を停止しなければならない。しかも、地下工事を再開するにあたっては取水層２の地下水面の水位を再度下降させる必要が生じ、これらが地下工事を遅延させる大きな原因となっている。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであり、スクリーンの目詰りの解消が簡単かつ短期間に行える揚水装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、複数の帯水層が不透水層を挟んで存在している地盤に設けられ、所定の帯水層から揚水を行ったり、上方に存在する帯水層から取水した地下水を下方に存在する帯水層に注水するための揚水装置であって、前記地盤中には、前記不透水層を貫通して下方に存在する前記帯水層にまで達する掘削孔が形成され、該掘削孔内には、前記不透水層の位置で掘削孔を上下に仕切って遮水する遮水帯と、該遮水帯を貫通し、下方に存在する前記帯水層に面する位置に注水スクリーンを備える井戸管とが配設され、該井戸管には、上方に存在する帯水層に面する位置に取水スクリーンを備え、下端が前記不透水層の位置で取水バルブを介して井戸管に接続された取水管が併設され、さらに前記井戸管内には、前記不透水層の位置に設置され、開いた状態でポンプを井戸管内に固定するとともに井戸管内の空間を上下に仕切って遮水し閉じた状態で井戸管内の遮水を解くパッカーと、該パッカーに付設され、パッカーに仕切られた井戸管内の上部空間に前記取水管を通じて取り込まれた地下水を、パッカーに仕切られた井戸管内の下部空間に送り込み、下方に存在する帯水層に注水するポンプとが配設されていることを備えることを特徴としている。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記掘削孔内に、前記井戸管に併設されて前記遮水帯を貫通し、下方に存在する前記帯水層に面する位置に注水オーバーフロースクリーンを備える注水オーバーフロー管が具備されていることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係る揚水装置の第１の実施形態を示す。ここでは、地中の不透水層１の上下に取水層２と注水層３とが存在している場合の揚水装置について説明する。
【００１０】
図１に示すように、揚水装置１３は、注水層３に到達するように形成された掘削孔５内に設置されており、注水層３に対応する位置に注水スクリーン１４を備える井戸管１５と、井戸管１５に併設されて取水層２に面する位置に取水スクリーン１６を備える取水管１７と、井戸管１５内に配設され、取水層２から注水層３に向けて地下水を送り込むポンプ１８とから概略構成されている。
【００１１】
井戸管１５の外側には、取水層２と注水層３とに対応する位置にそれぞれフィルター材１９が充填され、これ以外の不透水層１に対応する位置にはその上下を遮水する遮水材（遮水帯）２０が充填されている。
【００１２】
取水管１７の下端は、不透水層１に対応し、ポンプ１８よりも上方にあたる井戸管１５の側面に取水バルブ２１を介して接続されている。
【００１３】
ポンプ１８には、開いた状態でポンプ１８を井戸管１５内に固定するとともに井戸管１５内の空間を上下に仕切って遮水し、閉じた状態で遮水を解くパッカー２２が付設されている。また、ポンプ１８の吐出口には、注水層３からの地下水の逆流を防止する逆止弁２３が設置されている。
【００１４】
さらに、掘削孔５内には、取水管１７と同様に井戸管１５に併設されて注水層３に面する位置に注水オーバーフロースクリーン２４を備える注水オーバーフロー管２５が設置されている。
【００１５】
また、井戸管１５内には、注水スクリーン１４を逆洗する際にのみ、注水層３から井戸管１５内に流入する地下水を地上に揚水する揚水ポンプ２６が設置されるようになっている。
【００１６】
上記のように構成された揚水装置１３では、図２に示すように、遠隔操作により取水バルブ２１を開き、パッカー２２を開いてポンプ１８を井戸管１５内に固定することで井戸管１５内の空間を取水層２側と注水層３側とに仕切って遮水する。取水層２の地下水は、フィルター材１９および取水スクリーン１６を通じて取水管１７内に流れ込み、取水バルブ２１からパッカー２２に仕切られた井戸管１５の上部空間１５Ａに送り込まれる。ここでポンプ１８を作動させると、この地下水はポンプ１８に吸引されて井戸管１５の下部空間１５Ｂに送り込まれ、注水スクリーン１４およびフィルター材１９を通じて注水層３に注水される。このとき仮に注水層３の注水能力が低下すれば、可能注水量を越えた地下水は注水オーバーフロースクリーン２４を通じて注水オーバーフロー管２５に流入し地上に排出される。また、井戸管１５上端に蓋体２７を設置しておけば、取水スクリーン１６付近が負圧になって取水効率が上昇する。このようにして、取水層２から取水した地下水を注水層３に注水することができる。
【００１７】
注水スクリーン１４を洗浄するときには、図３に示すように、井戸管１５内に揚水ポンプ２６を設置したうえで、さらに遠隔操作により取水バルブ２１を閉じるとともにパッカー２２を閉じて井戸管１５内の遮水を解くと、注水層３の地下水がフィルター材１９および注水スクリーン１４を通じて井戸管１５内に流入し、注水スクリーン１４の内側に引掛かった細かい粒子等が洗い流されて目詰りが除去される。井戸管１５内に流入した地下水は、パッカー２２による遮水が解かれたポンプ１８を没して井戸管１５内の水位を高め、やがて揚水ポンプ２６に吸引されて地上に揚水される。このとき、取水バルブ２１は閉じられており、取水管１７へ地下水は逆流せず、取水層２への地下水の侵入も起きない。
【００１８】
上記のように構成された揚水装置１３は、井戸管１５とは別に、取水層２からの取水を行う取水管１７を備え、さらにこの取水管１７が取水バルブ２１を介して井戸管１５に接続されているので、この取水バルブ２１を閉じることによって井戸管１５と取水層２との連通状態を断った状態として注水層３のみから地下水を揚水することが可能になる。これにより、注水スクリーン１４の洗浄作業に際して従来のように取水層２に注水層３の地下水が侵入せず、地下工事に際して低下させていた地下水面の水位が上昇するといった不具合が起きないので、地下工事を停止することなく継続して行うことができる。
【００１９】
ポンプ１８は井戸管１５内にそのまま設置しておき、井戸管１５内に揚水ポンプ２６を配置して揚水を行い、その過程で注水スクリーン１４を洗浄するので、従来のようにポンプを井戸管から取り出す作業を廃して効率よく洗浄作業を行うことができる。
【００２０】
また、井戸管１５には注水オーバーフロー管２５を併設したことにより、仮に注水層３の注水能力が低下したとしても、可能注水量を越えた地下水は注水オーバーフロースクリーン２４を通じて注水オーバーフロー管２５に流入し地上に排出されるので、ポンプ１８に過剰な負荷をかけることがなく、注水運転を安全に実施することができる。
【００２１】
しかも、仮にポンプ１８が故障するような事態が起こっても、取水バルブ２１を閉じておけば取水層２から井戸管１５内に地下水が流入しないので、ポンプ１８の交換作業を容易に行うことができる。
【００２２】
次に、本発明に係る揚水装置の第２の実施形態を示す。ここでは、２つの取水層３０、３１の下方に注水層３２が存在している場合の揚水装置について説明する。なお、上記第１の実施形態で説明した揚水装置１３と共通する構成については、同一の符号を付してその説明を省略する。
【００２３】
図４に示すように、揚水装置３３は、上記第１の実施形態の揚水装置１３と同様に掘削孔５内に設置されており、注水層３２に対応する位置に注水スクリーン１４を備える井戸管１５と、井戸管１５に併設されて取水層３０に面する位置に取水スクリーン３４を備える取水管３５と、同じく井戸管１５に併設されて取水層３１に面する位置に取水スクリーン３６を備える取水管３７と、井戸管１５内に配設され、取水層３０、３１から注水層３２に向けて地下水を送り込むポンプ１８とから概略構成されている。
【００２４】
取水管３５の下端は、取水層３０、３１間に存在する不透水層３８に対応し、井戸管１５に取水バルブ３９を介して接続されている。取水管３７の下端は、取水層３１と注水層３２との間に存在する不透水層４０に対応し、井戸管１５に取水バルブ４１を介して接続されている。
【００２５】
さらに、注水オーバーフロー管２５は下部の注水オーバーフロースクリーン２４を注水層３２に面する位置に配して設置されている。
【００２６】
上記のように構成された揚水装置３３では、遠隔操作により取水バルブ３９、４１を開き、パッカー２２を開いてポンプ１８を井戸管１５内に固定することで井戸管１５内の空間を取水層３０、３１側と注水層３２側とに仕切って遮水する。取水層３０の地下水は、フィルター材１９および取水スクリーン３４を通じて取水管３５内に流れ込み、取水バルブ３９からパッカー２２に仕切られた井戸管１５の上部空間１５Ａに送り込まれる。さらに取水層３１の地下水は、フィルター材１９および取水スクリーン３６を通じて取水管３７内に流れ込み、取水バルブ４１から同じく井戸管１５の上部空間１５Ａに送り込まれる。ここでポンプ１８を作動させると、この地下水はポンプ１８に吸引されて井戸管１５の下部空間１５Ｂに送り込まれ、注水スクリーン１４およびフィルター材１９を通じて注水層３２に注水される。このとき仮に注水層３２の注水能力が低下すれば、可能注水量を越えた地下水は注水オーバーフロースクリーン２４を通じて注水オーバーフロー管２５に流入し地上に排出される。このようにして、取水層３０、３１から取水した地下水を注水層３２に注水することができる。また、取水バルブ３９、４１のうちいずれか一方のみを開き他方を閉じておけば、層別の取水が可能である。
【００２７】
注水スクリーン１４を洗浄するときには、井戸管１５内に揚水ポンプ２３を設置したうえで、さらに遠隔操作により取水バルブ３９、４１を閉じるとともにパッカー２２を閉じて井戸管１５内の遮水を解くと、上記第１の実施形態の場合と同様にして注水スクリーン１４の洗浄を行うことができる。
【００２８】
上記のように構成された揚水装置３３は、井戸管１５とは別に、取水層３０からの取水を行う取水管３５と、取水層３１からの取水を行う取水管３７とを備え、さらに取水管３５が取水バルブ３９を介して井戸管１５にそれぞれ接続され、取水管３７が取水バルブ４１を介して井戸管１５に接続されているので、取水バルブ３９、４１を閉じることによって井戸管１５と取水層３０、３１との連通状態を断った状態として注水層３のみから地下水を揚水することが可能になる。これにより、揚水装置３３では、上記第１の実施形態で説明した揚水装置１３と同様の効果を奏することができる。
さらには、取水層３０、３１から、層別の取水が可能となるので、地下工事の進行状況等を考慮して取水を行う層を選択しながら効率よく注水運転を実施することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載された揚水装置によれば、井戸管とは別に、上方に存在する帯水層からの取水を行う取水管を備え、さらに取水管が取水バルブを介して井戸管に接続されているので、この取水バルブを閉じることによって井戸管と上方に存在する帯水層との連通状態が断たれた状態として下方に存在する帯水層のみから地下水を揚水することが可能になる。これにより、注水スクリーンを逆洗する場合に上方に存在する帯水層に下方に存在する帯水層から揚水される地下水が侵入しないので、地下工事に際して低下させていた上方に存在する帯水層の地下水面の水位が上昇するといった不具合が起きず、地下工事を停止することなく継続して行うことができる。
【００３０】
請求項２に記載された揚水装置によれば、井戸管に注水オーバーフロー管を併設したことにより、仮に下方に存在する帯水層の注水能力が低下したとしても、可能注水量を越えた地下水は注水オーバーフロースクリーンを通じて注水オーバーフロー管に流入し地上に排出されるので、ポンプに過剰な負荷をかけることがなく、安全に注水運転を実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る揚水装置の第１の実施形態を示す立断面図である。
【図２】図１に示した揚水装置で取水層から注水層に向けて注水を行う状態を示す立断面図である。
【図３】図１に示した揚水装置で注水層から揚水して注水スクリーンの洗浄を行う状態を示す立断面図である。
【図４】本発明に係る揚水装置の第２の実施形態を示す立断面図である。
【図５】従来の揚水装置の一例を示す立断面図である。
【符号の説明】
１  不透水層
２  取水層（帯水層）
３  注水層（帯水層）
５  掘削孔
１３  揚水装置
１４  注水スクリーン
１５  井戸管
１６  取水スクリーン
１７  取水管
１８  ポンプ
２０  遮水材（遮水帯）
２１  取水バルブ
２２  パッカー
２４  注水オーバーフロースクリーン
２５  注水オーバーフロー管
【図１】
0003567411.tif 000002
【図２】
0003567411.tif 000003
【図３】
0003567411.tif 000004
【図４】
0003567411.tif 000005
【図５】
0003567411.tif 000006