(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中の第１帯水層から地下水を揚水するとともに、前記第１帯水層の下方に存する第２帯水層に前記地下水を排出する揚排水装置であって、
地中にほぼ鉛直方向で埋設される筒状の外管と、
前記外管に設けられ、前記外管が埋設される際に前記第１帯水層の存する位置に設置され、前記第１帯水層の前記地下水を前記外管内に流入させる揚水層スクリーンと、
前記外管に設けられ、外管が埋設される際に前記第２帯水層の存する位置に設置されており、前記地下水を濾過するストレーナを有する排水層スクリーンと、
前記揚水層スクリーンの下端部、または前記揚水層スクリーンの下方における前記外管内部の所定位置を閉塞する第１閉塞部材と、
前記排水層スクリーンの上端部、または前記排水層スクリーンの上方における前記外管内部の所定位置を閉塞する第２閉塞部材と、
前記第１閉塞部材の上方に設置され、前記揚水層スクリーンより流入した前記地下水を揚水する揚水ポンプと、
前記揚水ポンプにより揚水された前記地下水を貯水する貯水槽と、
一端が前記揚水ポンプに接続され、他端が前記貯水槽に接続される揚水管と、  前記外管内部に前記第１閉塞部材及び前記第２閉塞部材を貫通させて設けられる複数の排水管と、
前記貯水槽に貯水された前記地下水を前記排水管の一端から圧入して供給するとともに、前記排水管の他端から前記地下水を噴出させて前記地下水を前記排水層スクリーンから前記第２帯水層へ排出させる圧入ポンプと、を備え、
前記複数の排水管のうち、少なくともいずれか一つの排水管は前記貯水槽に連結可能であり、他の排水管は圧縮空気を供給するエアコンプレッサに連結され、
前記エアコンプレッサは、自己に連結された排水管に圧縮空気を供給し、前記第２帯水層の地下水を前記排水層スクリーンから流入させ、この第２帯水層の地下水を前記ストレーナに蓄積された濾過物とともに前記貯水槽に連結された排水管を通じて前記貯水槽まで揚水することを特徴とする揚排水装置。
【請求項２】
前記排水管は、前記外管内部にほぼ鉛直方向で二つ設けられており、これらの下端は第２閉塞部材の下面にほぼ一致するように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の揚排水装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は揚排水装置に関し、更に詳細には地中の第１帯水層から地下水を揚水するとともに、前記第１帯水層の下方に位置する第２帯水層に前記地下水を排出する揚排水装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大規模な地下の山止め掘削工事等においては、地下に設けられた山止め壁や掘削底面に作用する膨大な水圧の低減や作業効率向上等のため、揚水井を設けて地下水を揚水することにより地下水位の低下を図る工法が良く知られている。
【０００３】
この揚水井から揚水された地下水は、通常、工事現場付近の下水用の埋設管やＵ字溝等に放流されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、下水道の使用量は高いため、この地下の山止め掘削工事のコストは高いものとなるという問題点があった。
【０００５】
本発明の目的は、工事のコストを低減でき、第２帯水層へ第１帯水層の地下水を適切に排出可能であり、かつ、排水層スクリーンに蓄積された濾過物を適切に除去できる揚排水装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、地中の第１帯水層から地下水を揚水するとともに、前記第１帯水層の下方に存する第２帯水層に前記地下水を排出する揚排水装置であり、前述した技術的課題を解決するために以下のように構成されている。
【０００７】
すなわち、本発明は、地中にほぼ鉛直方向で埋設される筒状の外管と、前記外管に設けられ、前記外管が埋設される際に前記第１帯水層の存する位置に設置され、前記第１帯水層の前記地下水を前記外管内に流入させる揚水層スクリーンと、
前記外管に設けられ、前記外管が埋設される際に前記第２帯水層の存する位置に設置される排水層スクリーンと、前記揚水層スクリーンの下端部、または前記揚水層スクリーンの下方における前記外管内部の所定位置を閉塞する第１閉塞部材と、前記排水層スクリーンの上端部または前記排水層スクリーンの上方における前記外管内部の所定位置を閉塞する第２閉塞部材と、前記第１閉塞部材の上方に設置され、前記揚水層スクリーンより流入した前記地下水を揚水する揚水ポンプと、前記揚水ポンプにより揚水された前記地下水を貯水する貯水槽と、一端が前記揚水ポンプに接続され、他端が前記貯水槽に接続される揚水管と、前記外管内部に前記第１閉塞部材及び前記第２閉塞部材を貫通させて設けられる排水管と、前記貯水槽に貯水された前記地下水を前記排水管の一端から圧入して供給するとともに、前記排水管の他端から前記地下水を噴出させて、前記地下水を前記排水層スクリーンから前記第２帯水層へ排出させる圧入ポンプとを備えることを特徴とする。
【０００８】
以下、この発明の構成要素を個別に説明する。
外管は第１帯水層の地下水の流入口となる揚水層スクリーンと排出口となる排水層スクリーンとを有するものである。
【０００９】
第１閉塞部材は外管内部を閉塞することによりその上方に第１帯水層の地下水がたまるようにするものである。
また、第２閉塞部材は外管の下端内部にたまる地下水が一定の水位以上に上がらないようにするものである。
【００１０】
第１及び第２閉塞部材は、ともに透水させない限り、金属や合成樹脂等の材質を用いることができる。また、外管内部の所定位置を適切に閉塞できる限りその鉛直方向の厚さ等の構成を問わない。
【００１１】
揚水ポンプは、適切に貯水槽へ地下水を揚水できる限り、従来存する全ての種類のポンプを用いることができる。
貯水槽は揚水ポンプにより揚水した地下水を貯水するものである。これにより地下水を必要に応じて排水管に供給することが可能となる。また、貯水槽において地下水の懸濁物を沈殿させることにより、第２帯水層へ揚水時よりも清浄な状態の地下水を排出することができる。
【００１２】
揚水管は揚水ポンプと貯水槽との間の通水路となるものである。
排水管は必要に応じて１または２以上設けることができる。
圧入ポンプは、貯水槽に貯水された地下水を排水管に圧入して供給でき、かつ排水管の他端から地下水を噴出させることができる限り、従来存する全ての種類のポンプを用いることができる。
【００１３】
（本発明の付加的構成要素）
本発明の揚排水装置は、上記した必須の構成要素からなるが、以下に説明する構成要素を付加した場合であっても成立する。
【００１４】
すなわち、前記排水層スクリーンは、前記地下水を濾過するストレーナを有するものであっても良い。この場合には、排水管の他端から噴出した地下水がストレーナにより濾過されてより清浄な状態で第２帯水層に排出されるようになる点で好ましい。ここに、ストレーナにより濾過されるものは、第１帯水層に存する地下水に含まれる砂等の懸濁物である。
【００１５】
また、前記排水管が複数設けられ、これらの複数の排水管のうち、少なくともいずれか一つの排水管は前記貯水槽に連結され、他の排水管は圧縮空気を供給するエアコンプレッサに連結され、前記エアコンプレッサは、自己に連結された排水管に圧縮空気を供給し、前記第２帯水層の地下水を前記排水層スクリーンから流入させ、この第２帯水層の地下水を前記ストレーナに蓄積された濾過物とともに前記貯水槽に連結された排水管を通じて前記貯水槽まで揚水するようにすることもできる。
【００１６】
これは、揚排水装置の排水層スクリーンについていわゆる逆洗を行う場合を示すものであり、このようにすると、排水層スクリーンの有するストレーナに蓄積された濾過物が除去され、ストレーナの適切な濾過機能を維持することができる点で好ましい。
【００１７】
以上説明した本発明の揚排水装置によると、第１帯水層の地下水は、揚水層スクリーンから流入し、第１閉塞部材の上方にたまる。このたまった地下水は揚水ポンプにより揚水管を通じて貯水槽まで揚水され貯水される。
【００１８】
この貯水された地下水は、状況に応じて圧入ポンプにより排水管の一端へ圧入して供給され、排水管の他端から噴出して第２閉塞部材の下方における外管内部にたまった地下水を押圧し、その水圧をもって排水層スクリーンから第２帯水層へ第１帯水層の地下水を排出する。
【００１９】
このとき、排水層スクリーンがストレーナを有する場合には、第２帯水層に排出される地下水はストレーナにより濾過されて排出される。
また、ストレーナのいわゆる逆洗を行う場合には、複数の排水管のいずれか一つが貯水槽に連結され、他の排水管がエアコンプレッサに連結される。これによれば、エアコンプレッサにより圧縮空気が排水管に供給されると、第２閉塞部材の下方に存する地下水は圧縮空気に押圧され、貯水槽に連結された排水管を通じて貯水槽まで揚水される。
【００２０】
このとき、排水槽スクリーンから第２帯水層の地下水が流入し、これによりストレーナに蓄積した濾過物が除去される。この濾過物は、第２帯水層から流入した地下水がエアコンプレッサからの圧縮空気により押圧されて貯水槽まで揚水されることに伴い貯水槽まで搬送される。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の揚排水装置に好適な実施の形態を図を用いて更に詳細に説明する。図１には本発明の一実施の形態における揚排水装置が符号１０で示されている。
【００２２】
この揚排水装置１０は、外管１１と、揚水ポンプ１２と、貯水槽であるスラッシュタンク１４と、揚水管１５と、排水管１６ａ、１６ｂと、通水管１７と、圧入ポンプ１８とを備えている。
【００２３】
外管１１は一端が閉塞された筒状にされ、閉塞された側を下端側としてほぼ鉛直方向で地中に埋設されている。この地中には第１帯水層５が存在し、その下方には第２帯水層６が存在している。この第１帯水層５は地下水の揚水を予定するものであり、第２帯水層６は第１帯水層５の地下水の排出を予定するものである。
【００２４】
なお、第１帯水層５と第２帯水層６とは主に砂で形成されており、第１および第２帯水層５、６の間は主に粘性土で形成されている。このため、第１及び第２帯水層５、６に存する地下水は相互に容易に透水しないようになっている。
【００２５】
外管１１は、第１帯水層５が存する位置に埋設される部位が開口され、この周りにフィルタ材１１ａが設けられ、そのフィルタ材１１ａの内周に沿ってメッシュ状のストレーナ３ａが設けられて揚水層スクリーン３が形成されている。これにより、第１帯水層５に存する地下水が揚水層スクリーン３を通過して外管１１内に流入するようにされている。
【００２６】
また、外管１１の地中の第２帯水層６が存する位置に埋設される部位も開口され、その周りにフィルタ材１１ａが設けられ、その内周に沿ってストレーナ４ａが設けられることにより排水層スクリーン４が形成されている。
【００２７】
これらの揚水層及び排水層スクリーン３、４の鉛直方向の長さは、第１及び第２帯水層５、６の鉛直方向の長さにほぼ一致するように設けられている。もっとも、完全に一致する必要はなく、揚水層及び排水層スクリーン３、４の鉛直方向の長さは、第１及び第２帯水層５、６の鉛直方向の長さより長くても良く、または短くても良く適宜変更可能なものである。
【００２８】
なお、外管１１における揚水層スクリーン３の下方には、外管１１の外周に沿って止水材であるグラウト材１１ｂが設けられている。その他の外管１１の外周面にはフィルタ材１１ａが設けられている。もっとも、他の部材が用いられていても良く、例えばグラウト材を用いても良く、あるいは土砂等で埋め戻したものであっても良い。
【００２９】
外管１１の内部には、揚水層スクリーン３の下端部に沿って第１閉塞部材である板状の底蓋１３が設けられ、外管１１内部が閉塞されている。この底蓋１３の上方には鉛直方向に所定の間隔をおいて側面及び底面に吸水口を有する揚水ポンプ１２が設けられている。
【００３０】
これにより、揚水層スクリーン３から流入した第１帯水層５の地下水は、下方に落下することなく底蓋１３上方にたまり、このたまった地下水が揚水ポンプ１２により揚水されるようになっている。
【００３１】
なお、底蓋１３は、その上面が揚水層スクリーン３の下方に配置されるように設けられていても良い。
外管１１内部には、排水層スクリーン４の上端部に沿って板状の第２閉塞部材２０が設けられ、外管１１内の下端部における地下水の水位がこの第２閉塞部材２０の下面以上には上がらないようにされている。なお、第２閉塞部材２０は、その下面が排水層スクリーン４の上方に配置されるように設けられていても良い。
【００３２】
揚水ポンプ１２には、地下水の揚水路となる揚水管１５の一端が連結されており、揚水管１５の他端は地上に設けられたスラッシュタンク１４に連結されている。これにより、揚水された第１帯水層５の地下水はスラッシュタンク１４に貯水されるようにされている。
【００３３】
排水管１６ａ、１６ｂは直線状にされ、外管１１内部にほぼ鉛直方向で底蓋１３と第２閉塞部材２０とを貫通した状態で二つ設けられている。これらの排水管１６ａ、１６ｂの一端は外管１１のほぼ上端に沿ってそれぞれ配置され、他端は第２閉塞部材２０の下面にほぼ一致するようにそれぞれ配置されている。
【００３４】
なお、図２は図１中のＡ−Ａ線に沿って揚排水装置１０を切断した際における横断面図であり、各排水管１６ａ、１６ｂは揚水ポンプ１２の側方を通過するように配置されている。
【００３５】
圧入ポンプ１８は地上に配置され、スラッシュタンク１４と各排水管１６ａ、１６ｂとにそれぞれ通水管１７を介して連結されている。これにより、スラッシュタンク１４に貯水された第１帯水層５の地下水が、各排水管１６ａ、１６ｂの一端から圧入されて供給されるようになっている。なお、この圧入ポンプ１８は図示しない制御部を有し、地下水の圧入の度合いが制御可能にされている。
【００３６】
このような揚排水装置１０によると、第１帯水層５に存する地下水は外管１１内部に流入し、底蓋１３上方の外管１１内部にたまる。このとき、外管１１内部に流入する地下水に含まれる砂等の懸濁物は揚水層スクリーン３のフィルタ材１１ａ及びストレーナ３ａによってある程度濾過された状態で流入する。
【００３７】
この外管１１内部にたまった地下水は揚水ポンプ１２の吸水口から吸入され、揚水管１５を通じることにより揚水され、スラッシュタンク１４に貯水される。スラッシュタンク１４に貯水された第１帯水層５の地下水は、揚水層スクリーン３において濾過しきれなかった砂等の懸濁物が沈殿した状態になるまで一定の時間放置される。そして、懸濁物が沈殿した後の上澄み部分の地下水が圧入ポンプ１８により通水管１７を通じて各排水管１６ａ、１６ｂの一端に圧入されて供給される。
【００３８】
これにより、第１帯水層５の地下水は各排水管１６ａ、１６ｂを通って各排水管１６ａ、１６ｂの他端から噴出し、この際の圧力により第２閉塞部材２０の下方にたまった地下水が排水層スクリーン４を通過して第２帯水層６へ排出される。このとき、地下水は排水層スクリーン４を形成するフィルタ材１１ａ、ストレーナ４ａによりさらに濾過されて第２帯水層６へ排出される。
【００３９】
次に、前記した揚排水装置１０の排水層スクリーン４を形成するストレーナ４ａに付着した濾過物等をいわゆる逆洗を行うことにより除去する場合について説明する。
【００４０】
第１帯水層５に存する地下水には砂等の懸濁物が含まれている。この懸濁物は揚水層スクリーン３において濾過され、さらにスラッシュタンク１４にて沈殿させることにより除かれている。このような地下水が排水管１６ａ、１６ｂに供給されているが、この地下水には未だ懸濁物が含まれている。
【００４１】
このため、この懸濁物を排水層スクリーン４のストレーナ４ａ及びフィルタ材１１ａにより除いた状態で第２帯水層６へ排出している。従って、揚排水装置１０の使用継続により、排水層スクリーン４のストレーナ４ａ及びフィルタ材１１ａには濾過物として砂等の懸濁物が蓄積した状態となる。また、懸濁物は外管１１の下端部に沈殿した状態にもなり砂だまりを形成する。
【００４２】
このような場合には、図３に示されるように、各排水管１６ａ、１６ｂの一端に連結された通水管１７を取り外し、排水管１６ａに圧縮空気を供給するエアコンプレッサ１９を連結するとともに、排水管１６ｂに延長管２１を連結して排水管１６ｂを延長させた後スラッシュタンク１４に連結する。
【００４３】
そして、エアコンプレッサ１９から排水管１６ａの一端へ圧縮空気を供給すると、その圧縮空気は排水管１６ａの他端から噴出される。これにより、外管１１の第２閉塞部材２０の下方にたまった地下水が押圧され、排水管１６ｂを通じてスラッシュタンク１４まで揚水される。これはいわゆるエアリフトと呼ばれるものである。
【００４４】
このとき、外管１１の下端部に砂だまりを形成していた懸濁物も地下水とともにスラッシュタンク１４まで搬送される。
他方、外管１１内部の第２閉塞部材２０の下方にたまった地下水がスラッシュタンク１４に揚水されて減少することに伴い、第２帯水層６に存する地下水が排水層スクリーン４を通じて外管１１内部に流入する。すなわち、第１帯水層５の地下水が第２帯水層６へ排出される際の水流の向きとは逆向きの水流が生じる。
【００４５】
この第２帯水層６の地下水の流入によって排水層スクリーン４のフィルタ材１１ａ及びストレーナ４ａが洗浄され、第１帯水層５の地下水排出により蓄積した懸濁物がストレーナ４ａから除去される。そして、外管１１内部に流入した第２帯水層６の地下水が、排水管１６ａの他端から噴出した圧縮空気に押圧されてスラッシュタンク１４まで揚水されることに伴い、濾過物としてストレーナ４ａ等に蓄積していた懸濁物もスラッシュタンク１４まで搬送される。
【００４６】
以上説明した実施の形態における揚排水装置１０によると、地下の山止め掘削工事等において、狭い工事現場でも設置でき、適切に地下水位の低下を図ることができ、さらに下水道の使用を回避して工事のコスト低減を図る効果の他に以下の効果を奏する。
【００４７】
すなわち、揚水ポンプ１２により揚水した第１帯水層５の地下水をスラッシュタンク１４に一旦貯水しておき、揚水ポンプ１２とは別個に設けられた圧入ポンプ１８を駆動することで第２帯水層６に第１帯水層５の地下水を排出する。
【００４８】
従って、第２帯水層５に排出する第１帯水層の地下水の排出量を状況に応じて制御することができる。例えば、第２帯水層６に存する地下水の割合が大きくなり、圧入ポンプ１８の圧入によっては第２帯水層６へ地下水が適切に排出できない場合には、第２帯水層６の状況が好適に変化するまで地下水の排出量を減少させる、あるいは地下水の排出を停止することによって対応することができる。
【００４９】
また、場合によってはスラッシュタンク１４に貯水した地下水を下水道へ排出すること等で対応することも可能である。これによって、第２帯水層６に存する水の割合が過剰となって地盤に悪影響が生じるのを防止できる。
【００５０】
また、揚水した地下水に含まれる懸濁物をスラッシュタンク１４内で沈殿させた後、上澄み分の地下水を排水管１６ａ、１６ｂに供給するため、排水管１６ａ、１６ｂを通水する地下水に含まれる懸濁物の量を減少させることができ、これより、排水層スクリーン３で濾過される懸濁物の量を減少させて目詰まりを起こし難くすることができる。
【００５１】
さらに、排水管１６ａ、１６ｂをエアコンプレッサ１９とスラッシュタンク１４とにそれぞれ連結することにより、外管１１下端部に存する砂だまりやストレーナ４ａに付着した濾過物である砂等の懸濁物を適切に除去できるため、ストレーナ４ａの目詰まり等による機能低下が防止できる。
【００５２】
以上のことから、第２帯水層６へ第１帯水層５の地下水を適切に排出することが可能である。
【００５３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の揚排水装置によれば、工事のコストを低減でき、第２帯水層へ第１帯水層の地下水を適切に排出可能であり、かつ、排水層スクリーンのストレーナに蓄積された濾過物を適切に除去できる等の効果がある。また、第１帯水層の存する位置に揚水層スクリーンを設け、この揚水層スクリーンの下端部または下方に第１閉塞部材を設けたことにより、第１閉塞部材の上方に第１帯水層の地下水をためることができるとともに、第２帯水層の存する位置に排水層スクリーンを設け、この排水層スクリーンの上端部または上方に第２閉塞部材を設けたことにより、外管の下端内部にたまる地下水を一定の水位以上に上がらないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態における揚排水装置を示す側断面図である。
【図２】図１に示された揚排水装置をＡ−Ａ線に沿って切断した際の横断面図である。
【図３】図１に示された揚排水装置のストレーナ逆洗時における状態の側断面図である。
【符号の説明】
３    揚水層スクリーン
３ａ、４ａ  ストレーナ
４    排水層スクリーン
５    第１帯水層
６    第２帯水層
１０    揚排水装置
１１    外管
１２    揚水ポンプ
１３    底蓋（第１閉塞部材）
１４    スラッシュタンク（貯水槽）
１５    揚水管
１６ａ、１６ｂ  排水管
１７    通水管
１８    圧入ポンプ
１９    エアコンプレッサ
２０    第２閉塞部材
【図１】
0003570807.tif 000002
【図２】
0003570807.tif 000003
【図３】
0003570807.tif 000004