(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多軸オーガを用いて地下水浄化壁を構築するための装置であって、該装置の多軸掘削軸には、その全長に渡って螺旋翼が設けられており、該多軸掘削軸は各掘削軸体を連結する連結装置を有し、該連結装置の少なくとも最下端のものは一対の連結具からなり、各連結具はそれぞれ複数の軸受構成部材、連結縦板部材及び補助掘削部材を有しており、該補助掘削部材部分の巾寸法によって、地下水浄化壁の最小厚さが決定され、更に、該多軸オーガの多軸掘削軸には、水平板と略Ｕ字状の半筒体とにより構成されている排土装置が嵌挿包囲する状態で、地盤表面上に設置されることを特徴とする地下水浄化壁の構築装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、地下汚染水の浄化装置及び浄化工法に係り、特にハロゲン汚染物質を含む地下水を浄化するために、地下に浄化材である鉄粉を含む浄化壁を施工するための、浄化壁の構築装置の改良及びこれを用いた浄化壁の構築工法に関する。
【背景技術】
【０００２】  ハロゲン汚染物質により汚染された地下水を、鉄粉等の金属を用いて浄化する方法は従来から知られている。  例えば特表平５−５０１５２０号公報に記載されているごとき浄化法によると、汚染地下水が存在する地下層に対して、その汚染水の流下方向に直交する位置に、浄化用鉄粉と砂との混合物からなる本体部（浄化壁体）を構築することを前提としている。【０００３】
この場合、当該浄化壁の構築は、地下層の必要部にトレンチ（溝孔）を掘削し、該トレンチ内に浄化壁体を構成する鉄粉と砂との混合物を充填することによって行なわれる。そして、この様なトレンチの形成は、一般的なトレンチ掘削機を用いて行うが、ドリル・アンド・ジェット工法によっても可能であることが開示されている。
ここでドリル・アンド・ジェット工法とは、先ず、対象地面に対して適当な間隔をおいて一連の試掘孔（ボアホール）を作る。次に、それぞれのボアホールに底まで届くパイプを挿入し、鉄と礫土や他の材料との混合物を注入した後、パイプを徐々に取り除くことにより施工される。
【０００４】
他の公知例としては、特開２０００−２６３０６８号公報が知られている。
この文献に記載された発明も、金属還元剤と硅砂等の細骨材とからなる壁状領域を、汚染水の流下域である地下に構築する形式の地下水浄化工法である。
該発明に係る地下水浄化壁について、図９により説明する。
例えば工場等の汚染源２，２から流下する汚染地下水３は、一対の止水壁４，４により浄化壁に誘導され、透過性地下水浄化壁５を構成している金属還元剤により浄化される。
【０００５】
ここで、透過性地下水浄化壁５は、例えばトレンチ掘削機により形成したトレンチ（溝孔）内に上記金属還元剤と細骨材とからなる浄化材を充填することも可能であるが、この発明においては、円柱群６を作成することにより行なわれる。すなわち、浄化壁を構築するための具体的な説明はなされていないが、円柱群６は各円柱７〜７が透過性浄化材により構成され、これらの円柱７〜７を間欠的に列状配置したものである。
また、他の実施例によると、上記の透過性浄化材を含む壁状領域を地中に配置してなり、該壁状領域は、トレンチ掘削によって形成したトレンチ（溝孔）内にキレート樹脂からなる透過性浄化材を充填したものである。
【特許文献１】特表平５−５０１５２０号公報
【特許文献２】特開２０００−２６３０６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、従来公知の鉄粉と骨材とを用いた地下水浄化壁体の構築工法にあっては、例えばトレンチ掘削機を用いてトレンチを形成し、該トレンチ内に鉄粉と骨材とからなる浄化壁体構成材を充填するため、地下水浄化壁体を構築する位置、すなわち地表からの深度に制限があり、地中深くに浄化壁を構築することが困難であると言う欠点があった。また、トレンチ掘削機によって形成されるトレンチの巾寸法は可成り大きく、構築される浄化壁体の厚さが厚くなり、浄化材を必要量以上に多量に使用する等の欠点があるとともに、浄化壁体の透水性が低下する不具合があった。
【０００７】
更に、多数の円柱状の透過材からなる円柱群を用いる場合には、円柱状の各浄化材層間には通常の地下水路（脈）が残存しており、あるいは円柱間の在来土壌中に地下水路が形成され、汚染地下水が当該存来の地下水路（脈）又は在来土壌中に形成された水路を流下することによって、浄化されない場合が生ずる等の欠点があった。
そこで、本願発明者らはこれらの欠点を解消するべく、汚染地下水の浄化度合と、これに必要な浄化材壁体の厚さとの関係を実験研究の結果、混合浄化材における純鉄換算での浄化材層の厚さは、約１００ｍｍ程度で十分であるとの知見を得た。すなわち、例えば鉄粉と骨材とを混合する場合に、鉄粉のみの量を厚さで表わすと約１００ｍｍ以上であればよいことが判った。
【０００８】
このような結果から、本願発明は、従来公知の地下汚染水の浄化工法の欠点を解消し、必要な深度の地下水層に対する浄化材壁体を容易に構築でき、浄化材である鉄粉や骨材の無駄な使用をなくし、適正厚さの浄化材壁体を効率よく構築するための装置を提供するものである。
詳細には、新規な構成の多軸オーガを用いて、高深度の浄化壁体を構築でき、極めて作業性の良い浄化壁体の構築装置及び構築工法を提供するものである。
また、浄化壁体をなるべく薄く構築し、浄化能力と透過性を十分に確保できると共に、新規構成の多軸オーガに特別の排土装置を設け、浄化壁体構築の作業性を向上させることを目的としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明の特徴的構成は、多軸オーガを用いて地下水浄化壁を構築するための装置であって、該装置の多軸掘削軸には、その全長に渡って螺旋翼が設けられており、該多軸掘削軸は各掘削軸体を連結する連結装置を有し、該連結装置の少なくとも最下端のものは一対の連結具からなり、各連結具はそれぞれ複数の軸受構成部材、連結縦板部材及び補助掘削部材を有しており、該補助掘削部材部分の巾寸法によって、地下水浄化壁の最小厚さが決定され、更に、該多軸オーガの多軸掘削軸には、水平板と略Ｕ字状の半筒体とにより構成されている排土装置が嵌挿包囲する状態で、地盤表面上に設置されることを特徴とする地下水浄化壁の構築装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明に係る浄化壁体の構築装置によれば、その軸の全長に渡って螺旋翼を有する多軸掘削軸を有しているので、比較的薄くて深い掘削溝を容易に形成でき、高深度の浄化壁体を確実に構築することができる。また、各掘削軸体に設けた螺旋翼は互いにオーバーラップすることなく、しかも該掘削軸体間を特別の補助掘削部材により連結構成しているため、掘削軸体間の地盤を確実に、かつ一定巾に掘削開孔でき、なるべく狹い巾の壁体を高深度に構築することができる。
【００１１】
本願発明の構築装置により形成される浄化壁体又はそのための掘削溝は、可成り外径の小さい多軸オーガを用いて構築でき、しかも各掘削軸体間の土壌は補助掘削部材により破壊掘削できるので、浄化壁体を構成する鉄粉及び骨材の量を少なくすることができ、無駄な鉄粉の使用を防ぐことができるとともに、必要最小厚さを確保でき、透水性を十分に確保できるので浄化能力が向上する。
更に、本願発明の浄化壁体の構築工法によれば、高深度の壁体を迅速に、効率良く施工できると共に、掘削排土の処理が極めて容易となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
本願発明の実施の形態を、図１乃至図８により説明する。
図１は、本願発明に係る地下水浄化のための浄化壁体を構築する作業工程を示す平面説明図であって、後述する本願発明に特有の三軸オーガ１０と、一般に公知のバックホー４０を示している。本願発明に特有の三軸オーガ１０は、そのベースマシン１１、リーダ１２と共に、後述する三軸からなる掘削軸１５（以後この明細書において、多軸の掘削軸全体を「掘削軸」と呼ぶ）と排土装置３０とを有している。なお、図中の符号４１は、本願発明に係る三軸オーガ１０によって掘削揚土された排出土及び充填された余分の浄化壁体構成材をバックホー４０によって排土するための作業溝である。
【００１３】
図２は、上記図１に示す三軸オーガ１０のための三軸の掘削軸１５の正面図である。３本の掘削軸体１６〜１６はそれ自体公知の形式のものであって、それぞれの軸は、その各軸の連結部１７Ａ，１７Ｂ部分を除いて、軸体の全長に渡って本願発明に特有の螺旋翼１８〜１８が固設されている。また、各掘削軸体１６〜１６の先端には通常の掘削ビット１９〜１９と共に、図示しない吐出口が設けられており、スラリー又は鉄粉と骨材との混合物を吐出可能である。
【００１４】
ここで、図示の実施形態においては、螺旋翼１８〜１８を各掘削軸体１６〜１６の全長に渡って連続して設けているけれども、その他の実施形態としては夫々の掘削軸体１６〜１６に対して、螺旋翼を有する部分と螺旋翼を有しない部分を交互に設けることもできる。しかしながらこの様な螺旋翼が連続しない実施形態にあっても、隣接する各掘削軸体に設けられる螺旋翼は側面から見て、隣接する夫々の螺旋翼が上下方向で互いにオーバーラップするように設けられており、より下方位置にある螺旋翼に押し上げられた掘削土が、隣接する他のより上方位置の螺旋翼によって確実に揚土されることが重要である。
【００１５】
図３は、図２に示す三軸掘削軸１５の、特に下方側の連結部１７Ｂ位置における断面図であり、本願発明の浄化壁体の構築装置における１つの特徴的構成を示している。
図３において、各掘削軸体１６〜１６を一体的に連結する下方側の連結部１７Ｂには、本願発明に特有の連結装置２０が設けられ、後に詳述するように一対の連結具２１，２１により構成されている。これらの連結具２１，２１は各々掘削軸体１６〜１６を回動可能に支持する半円形の軸受構成部材２２〜２２を有している。そして、各軸受構成部材２２〜２２は、連結縦板部材２３，２３と該連結縦板部材の夫々の側面と前記半円形の軸受構成部材２２〜２２とに対して、横方向に張出して結合されている補助掘削部材２４，２４とで構成されている。ここで、該補助掘削部材２４，２４を除く他の部分の構造は、一般的にスクリュウ固定バンドと呼ばれる手段と略同一である。
【００１６】
図４、図５は、上記少なくとも下方側の連結部１７Ｂに設けられる上述の連結装置２０の構造を示している。同図において一対の連結具２１，２１は、夫々３個の軸受構成部材２２〜２２と、これらを連結する連結縦板部材２３，２３と、該連結縦板部材２３，２３に直交するように結合された補助掘削部材２４，２４とを有している。これらの連結縦板部材と補助掘削部材とは、別々の板部材等を溶接等により結合したものである。また、上記連結縦板部材２３と同様の連結縦板部材は、両外側の軸受構成部材２２，２２よりも更に外側に張設されている。
【００１７】
上述の図４、図５に示された補助掘削部材２４，２４は、連結縦板部材２３，２３に直交するように、該連結縦板部材２３，２３と軸受構成部材２２〜２２とに溶接等により結合された横板部材によって構成されているけれども、他の実施形態としては縦板部材とすることができる。この場合、例えば連結縦板部材と同様の板材を用い、これを図５に示す補助掘削部材２４〜２４の各側面端部位置に縦方向に結合するものである。従って、これら縦板部材による補助掘削部材２４〜２４は、それぞれの端部が軸受部材２２〜２２のみに溶接固定されることとなる。そして、各補助掘削部材２４，２４と連結縦板部材２３，２３との間には開口が形成されることとなる。このような構成の補助掘削部材２４，２４によるときは、その板材の厚さ及び縦方向の寸法を適宜に選定することによって、上記連結装置２０全体の強度を確保するものとする。なお、２３，２３の部材の板厚を増加させて、擬似的に補助掘削部材とすることも可能である。
【００１８】
従って、この様な構造の１対の連結具２１，２１を合わせて、図２，図４に示すように、これらの連結縦板部材２３，２３の夫々をボルト２５により締結することによって、各掘削軸体１６〜１６をその連結部１７Ｂにおいて回動自在に軸支することができる。
なお、上記上方側の連結部１７Ａにおける連結具２１は、上記連結部１７Ｂのものと同一構造のものであっても良く、従来周知の連結具、例えばスクリュウ固定バンドであっても良い。
【００１９】
上記の通り各連結縦板部材２３，２３は軸受構成部材２２，２２に固着されるけれども、更に、本願発明の特徴的構造をなす補助掘削部材２４，２４が、これらの連結縦板部材２３，２３及び軸受構成部材２２，２２のそれぞれに溶接等によって結合され、又は軸受構成部材２２，２２にのみ結合されている。そして、その主な作用は後述するように、該補助掘削部材２４，２４を隣接する軸受構成部材２２，２２に又はこれと連結縦板部材２３，２３に結合することによって、各掘削軸間において掘削ビットにより直接掘削破壊されていない部分の地盤土壌を掘削破壊し、掘削軸１５の全長に渡って固設された螺旋翼によりその全てを揚土可能とするものである。また、掘削域の最小厚さは上記補助掘削部材２４，２４部分の厚さによって確保されるものである。
【００２０】
図６、図７は、本願発明に係る浄化壁体の構築方法に用いられる排土装置の平面図及び側面図である。
両図から明らかなように、この排土装置３０は基本的に、その一方端側に開口部を有する略Ｕ字状開口部３１をもった水平板３２と、該水平板３２のＵ字状開口部３１に内接して固着され、外形平面視が略Ｕ字状の半筒体３３とで構成されている。そして、これらの水平板３２及び半筒体３３は、夫々板材を切断又は湾曲加工したものを、上記Ｕ字状開口部３１の内側と半筒体３３の外周部の接触部分において溶接することにより形成されている。
【００２１】
このような排土装置３０は、図１及び後述する図８に記載されているように、上記排土装置３０の略Ｕ字状の半筒体３３を本願発明に係る三軸オーガの掘削軸１５に対し、その側方から嵌挿包囲する状態で使用される。この場合、図１にも明らかなように、該排土装置３０の水平板３２が、作業溝４１を跨いで地盤表面上に載置されることとなる。そして、掘削軸１５の各螺旋翼１８〜１８によって揚土された掘削土壌は、排土装置３０の開口部３１に沿って作業溝４１上の一方向にのみ排出される。
【００２２】
図８は、本願発明に係る浄化壁体の構築工法を説明するもので、実際に壁体を構築する作業を模式的に示したものである。
この図においては、本願発明の構築装置の要部のみを示している。図２にも示す本願発明に特有の多軸オーガの掘削軸１５は、図１に示すベースマシンにより駆動されるけれども、この図に示すように作業位置における地表面ＧＬから図の矢印方向に地盤の掘削が行われる。そして、例えば３本の掘削軸により掘削された土壌は、１つの実施形態である掘削軸１５の各掘削軸体１６〜１６の全長に渡って設けられた螺旋翼１８〜１８によって全て揚土し、排土装置３０によって予め掘削されている排土除去用作業溝４１に向けて排出され、これをバックホー４０によりダンプカー等に集積して搬出する。
【００２３】
ここで、掘削軸１５は例えば図２に示すように螺旋翼１８〜１８が連結して設けられるか、他の実施形態の場合であっても、少なくとも夫々の掘削軸体１６〜１６に設けられた螺旋翼１８〜１８が上下方向でオーバーラップした構成となっているため、掘削された部分の土壌は全て揚土排出されると共に、上記図３〜図５における説明で明らかなように、各掘削軸体１６〜１６に設けられた掘削ビット１９〜１９によって完全には掘削できなかった部分、すなわち各掘削軸に設けられた螺旋翼１８〜１８の隣接部分の土壌も、上記連結装置２０の特に連結縦板部材２３，２３及び補助掘削部材２４，２４によって破壊され、該螺旋翼１８〜１８によって揚土排出されることとなる。
【００２４】  このようにして掘削揚土された掘削土壌は、図６，図７において説明した排土装置３０によって、その半筒体３３の開口部３１側に全て排出される。従って、例えばバックホー４０によって、作業溝４１内に誘導排出された掘削土壌を掻き取り、ダンプカー等に積載すれば、掘削作業中に、既に掘削作業を終えた、あるいは、既に浄化材の充填を終了した作業済みの部位（図８における掘削軸１５より左側）への掘削排土の混入を防止することができる。【００２５】
すなわち図８において、図の左側から順次掘削作業が行なわれ、通常の三軸アースオーガによる地中壁の構築作業と同様に、第１回目の掘削及び浄化材の充填工程に続いて、掘削軸体１本分の間隔を開けて次の第２回目の掘削及び浄化材の充填工程が行なわれる。そして次に、これら第１回目及び第２回目の掘削充填が施された部位の前後の掘削孔に、第３回目の掘削軸の両側の掘削軸体を通して、残りの中間部分の施工が行われる。この様な作業を繰り返すことによって、一連の浄化壁が図８の紙面左側から右側に向って形成されて行くこととなる。
【実施例】
【００２６】
次に、本願発明に係る浄化壁構築装置における１つの実施例を説明する。
図３〜図５には、本願発明の特徴的構成の１実施例である掘削軸１５が示されており、その各掘削軸体１６〜１６を連結すると共に、該掘削軸自体により直接掘削されない部分の土壌を破壊し、揚土し、浄化材を充填するための壁孔を形成するけれども、このような掘削軸各部の寸法を次のように設定することができる。
すなわち、各掘削軸体１６〜１６の外径を２４１．８ｍｍ、螺旋翼１８〜１８の外径を４４０ｍｍ、掘削軸体１６，１６間の距離である軸間を４５０ｍｍと設定する。また、この実施例の場合の両側の掘削ビット１９，１９の外径は４６０ｍｍ、中央の掘削ビット１９の外径は４５０ｍｍとされている。
【００２７】
これに従って、図４、図５に示す連結部材２０においても、各軸受構成部材２２，２２間は軸間距離が４５０ｍｍとなる。また、連結具２１，２１を構成する連結縦板部材２３の横巾は１３４３．５ｍｍ、縦巾を１８０ｍｍとすることができ、図５に示す補助掘削部材２４，２４部分の全巾を３００ｍｍとすることができる。この様な実施例の寸法に構成することによって、少なくとも補助掘削部材２４，２４の部分の全巾に相当する最小厚さの３００ｍｍの浄化壁厚さを確保することができる。なお、連結縦板部材２３は約２５ｍｍの鉄板を用い、補助掘削部材２４も３２ｍｍ厚程度の鉄板が使用される。
【００２８】
図６、図７に示す排土装置３０の実施例は次の通りである。
すなわち、該排土装置３０を構成する一方の平板材である水平板３２は、その外形寸法を１７５０×１５００ｍｍとし、Ｕ字状開口部３１の内巾寸法は５００ｍｍとする。また、半筒体３３の高さは１３００ｍｍとして、湾曲部の半径はＲ＝２５０としている。そして、これら両部材はいずれも厚さ２０ｍｍの板材により構成されている。なお、水平板３２の巾寸法は、上記排土溝４１を跨いで設置されるために、少なくともその溝巾よりも広いことを条件としている。
【００２９】
続いて、浄化壁を構成する充填浄化材の構成を説明すると、本願発明に係る浄化壁の構築工法においては、元地盤の土壌に対して反応剤である鉄粉の量を、重量比で５〜１００％投入することとしている。そこで、上記の実施例に関する浄化壁構築装置を用いた場合に、浄化壁の最小厚さが３００ｍｍ（図５に示す補助掘削部材２４，２４部分の合計巾又は両端部間の巾と一致する）となるから、前述の純鉄換算厚を１００ｍｍとすれば、浄化壁を構成する鉄粉と骨材の比は、厚さ換算で鉄粉１００ｍｍに対して骨材２００ｍｍが最小値と言うことになる。
【００３０】
この様にして、純鉄換算で最小厚１００ｍｍよりも厚い鉄粉層を確保できる範囲で、上記５〜１００％の重量比内で任意に選択された浄化材を充填するものである。しかしながら、浄化壁中に混合される鉄粉の量が、上述のごとく純鉄換算で１００ｍｍ以上であれば良いことから、この条件を満たすように浄化壁の最小厚、浄化材における鉄粉と骨材との混合比等は、任意に決定されるものであることは、言うまでもない。
【００３１】
ここで、反応剤である鉄粉は、その粒径を０．２ｍｍ〜５ｍｍに調整し、骨材としては０．２ｍｍ〜５ｍｍの砂又は砕石を使用するものとする。また、反応剤と骨材との混合物である浄化材を地中に供給するにあたっては、水を用いたスラリー供給とする。
しかし、この場合は混合物のブリージングを防止する策が必要である。その防止策としては、スラリー中にグアガムを混合してスラリーの粘性を増加させ、ブリージングを防止する。このグアガムの混合量は、水に対して重量比０．２〜２％が適当であった。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本願発明の浄化壁体の構築装置の平面説明図である。
【図２】本願発明に係る三軸掘削軸の正面図である。
【図３】図２に示す掘削軸の連結部における断面図である。
【図４】掘削軸の連結部材の正面図である。
【図５】掘削軸の連結部材の平面図である。
【図６】排土装置の平面図である。
【図７】排土装置の正面図である。
【図８】本願発明の浄化壁体の構築工法の説明図である。
【図９】従来公知の浄化工法の説明図である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  三軸オーガ
１１  ベースマシン
１５  掘削軸
１６  掘削軸体
１７Ａ，１７Ｂ  連結部
１８  螺旋翼
１９  掘削ビット
２０  連結装置
２１  連結具
２２  軸受構成部材
２３  連結縦板部材
２４  補助掘削部材
３０  排土装置
３１  略Ｕ字状開口部
３２  水平板
３３  半筒体
４０  バックホー
４１  作業溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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