(57)【要約】【課題】地下の深いところまで、従来の技術で地下水を遮蔽することは困難であるという問題があった。【解決手段】地下水層の地下方向にボーリングにより作られた穴とそれに挿入された円筒状パイプ内面を摺動する二つの円筒状錘を備え、そのプーリーと穴の直上に配されたモータのプーリーおよび他の穴の直上に配されたプーリーにループ状にワイヤーソーを巻き付けて、モータによりワイヤソーを回転させて大地に溝を形成する。このとき、吸水ポリマーを散布する装置をワイヤソー直上に配して、そこより溝内に吸水ポリマーを散布して吸水ポリマー壁を溝内に形成して地下水を遮蔽する。また、吸水ポリマーと砂等を混合したものを水に溶解するカプセル殻に充填してカプセルを作成し、そのカプセルを円筒内部に投入して円筒部の地下水を遮蔽する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下方向にボーリングにより作られた二つの穴と
それに挿入された円筒状パイプと
ワイヤソーと
パイプ内面に沿って摺動するプーリー付き円筒状錘と
穴の直上に配されたプーリー付き減速器付きモータと
別の穴の直上に配されたプーリーと
ガイドプーリーを備え、
ふたつの円筒状錘のプーリーとモータのプーリーおよび他のプーリーにループ状にワイヤーソーを巻き付けて、モータによりワイヤソーを回転させて大地に溝を形成して地下水を遮蔽する方法。
【請求項２】
膨潤剤内蔵タンクと
膨潤剤搬送機と
輸送パイプと
膨潤剤散布装置を備え、
これらをつないでタンク内の膨潤剤をワイヤーソーの直上に置かれた膨潤材散布装置に導き、請求項１のワイヤソーで形成された溝内に膨潤剤を散布し、膨潤剤の壁を溝内に形成して地下水を遮蔽する方法。
【請求項３】
請求項２の膨潤剤として、
水溶性カプセルに吸水ポリマーを充填したものを用いて地下水を遮蔽する方法。
【請求項４】
請求項２の膨潤剤として、水溶性材料で吸水ポリマーをコーティングしたものを用いて地下水を遮蔽する方法。
【請求項５】
前記膨潤剤より溶解時間が大きい水溶性カプセルに接着剤を充填して得られる遅効性接着剤と前記膨潤剤を混合して膨潤材撒布装置より溝に撒布して得られる吸水ポリマー壁による地下水の遮蔽方法。
【請求項６】
水に溶解するカプセルと
吸水ポリマーと
比重の大きい小粒径の物質（落下材）を備え、
吸水ポリマーと落下材を混合してカプセルに充填して作られる遅効性膨潤剤を請求項１の円筒状パイプ内部に投入して円筒部の地下水を遮蔽する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、地下水の遮蔽に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  汚染された地下水が海洋に注ぎ、海洋汚染の問題になることから、地下水を遮蔽する技術が要求されている。地下の比較的浅いところでの地下水の遮蔽には、遮蔽する部分を掘削して鋼板を挿入したり、遮水シートを挿入したり、コンクリートで遮水壁（文献１）を作ること等が一般的に行われてきた。【０００３】  一方、遮蔽する深さが大きくなったときは、前記の工事が極めて困難となり、工事費用が莫大となる。すなわち、深さが大きいときの遮水に掘り抜き法は適当ではない。そこで、近年、福島原子力発電所の地下水漏洩遮蔽法として、地下で氷の壁を形成する方法が提案され、実証試験が行われた。しかし、水が凍らずに地下水の流れを遮断するまでには至らなかったようである。
【先行技術文献】
【０００４】
【文献１】
尾島・石川・井上、遮水壁打設による地下かん養効果に関する研究、第３０回水理講演会論文集（１９８６）、ｐｐ．２５９−２６４．
【文献２】
長屋、超、和田、金田、安藤、村上、穴があいても漏れない自己修復機能を有する遮水シートの開発、機械学会論文集、Ｃ編、Ｖｏｌ．６９，Ｎｏ．６７８（２００３−２），ｐｐ．５４５−５５３．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  地下の深いところまで、従来の技術で地下水の流れを遮断することは困難であるという問題があった。【０００６】  本発明は、このような従来技術とは別に、掘り抜きを用いないで、地下の深いところまで地下水を遮蔽する方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  上述した目的を達成するため、以下に述べる四つの手順にしたがって地下水の遮蔽壁を構築していく。【０００８】  適当なサイズの格子内に高分子吸収体（以下吸水ポリマーと称する）が充填された遮水シートが開発されている（文献２）。これによると、吸水ポリマーが水に接触したとき、吸水ポリマーが膨張して大きな圧力が格子内で発生する。この状態で、シートに貫通穴を明けても瞬時に膨潤圧により穴が修復されることが明らかにされている。
本発明では、この原理を地下水の遮蔽に用いる。すなわち、地下に溝を切り、その中で吸水ポリマーによる壁を作れば、周りの土砂がポリマーの移動を制限するので、溝内で吸水ポリマーの膨潤圧が大きくなり、この力が溝内に閉じこめられるので、地下水の流れを遮断することができる。以下この考えに基づき、吸水ポリマー壁による地下水の遮蔽法を提供する。【０００９】  本発明の地下水の遮蔽法は、四つの手順により遂行される。第一はボーリング作業であり、第二は溝掘り作業であり、第三は吸水ポリマーによる遮水壁の構築であり、第四は空けられたボーリング穴の処理である。【００１０】  まず、第一の手順として、地下水を遮蔽しようとする面の両端に適当な大きさの円柱状の穴を地下の必要な深さまでボーリングして形成する。これらの穴を掘り抜いた後にワイヤソーで容易に切削できる材料でできた円筒状パイプをそれらの穴に挿入する。【００１１】  第二の手順は、溝の掘削であるが、それにはワイヤソーを用いる。ワイヤソーはワイヤにダイヤモンド歯を取り付けたもので、ワイヤに張力を与えて回転させて品物を切削するものである。本発明では、これを掘削工具として用いる。【００１２】  ワイヤソーで作業するため、前記パイプ内面を摺動できる錘二つを用意する。錘にはワイヤソーをガイドするプーリーが設けられる。また、パイプ内の地下水が錘の落下を抑制しないように錘にはドレンが設けられており、必要に応じてポンプで排水される。【００１３】  さらにプーリーの取り付けられた減速機付きのモータを用意する。モータは長いワイヤソーを駆動できる強力なもので、かつ、トルク検出器が設けられていることが望ましい。このモータは前記穴のひとつの直上に設置される。このモータには上下方向にガイド等が設けられており、上下に移動でき、かつロック機能も備えている。【００１４】  別の穴の直上にもーリーを設置する。このプーリーも上下に移動でき、かつロック機能を備えている。【００１５】  二つの錘のプーリーにワイヤソーを巻き付けて二つの円筒内に錘を落とし込み、ワイヤソーの一端側をモータのプーリーに、多端側を別のプーリーに巻き付けワイヤソーの二つの端を結合する。このとき、モータのプーリーの巻き付け角を大きくし、かつワイヤの揺れを抑制するため適宜ガイドローラも設置する。これで、ワイヤソーは円筒内に落とし込まれた錘の重力で張力が発生し、地面を押すような方向に力が働く。したがって、二つの穴の直上に設置された二つのプーリーを下方向に移動しながらワイヤソーをモータで回転させることで、連続的に地面に溝を掘っていくことができる。このとき、ワイヤソーはパイプも同時に切削していき、このパイプがワイヤソー切削時の土砂の円筒穴内への進入を抑制する。【００１６】  このような方法で地面に溝を掘る場合、モータ側のガイドを下げすぎると、円筒部に大きな下方向力が局部的に働き、滑らかな溝掘削が難しくなる。そこで、トルクセンサーの信号を基にトルクを検出してモータ側の上下移動距離を制御することで溝掘削を最適化する。【００１７】  この方式で、ワイヤソーを継ぎ足しながら前記の作業を行うことで、地下深くまで掘削を行うことができる。また、溝掘りが所定の深さに達したとき、ワイヤソーの結合を解き、一端を巻き取ることで、ワイヤソーを回収することができる。【００１８】  第三の作業では、膨潤剤を貯蔵するタンク、配管、溝の中に置かれる膨潤剤散布装置および膨潤材の搬送機を用意する。【００１９】    膨潤材散布装置は、パイプに挿入するふたつの錘に両端が結合され、錘と共に動く。したがって、穴の間隔が長い場合は曲げ剛性を高くする必要がある。この装置の上面には、吸水ポリマーを散布するための十分な大きさの多数の穴が設けられており、膨潤材搬送装置による圧力で溝の中に吸水ポリマーが強制散布される。【００２０】  吸水ポリマーは粉体で、水と接触すると瞬時に膨潤する。このため、水中で吸水ポリマーを撒布すると、十分な量を撒布するまえに、ゲル状となり、それ以上の撒布が困難となる場合がある。この欠点を除くため、吸水ポリマーを小さな水溶性カプセルにいれるか、あるいは吸水ポリマーを水溶性カプセルの材料でコーティングしたものを膨潤剤とする。【００２１】  膨潤剤貯蔵タンク、膨潤剤搬送機、配管、膨潤剤散布装置の順に結合され、膨潤剤搬送機の圧力で膨潤剤がワイヤソーにより設けられた溝内に強制供給されるように配置される。このとき、ワイヤソーは土を切削するときにたわむので、たわみを考慮してワイヤソーからある程度離れた位置に膨潤剤散布装置を設置する。また、膨潤剤散布装置の散布穴はワイヤソーの反対側に配置し、供給されたポリマーが散布装置で乱されないようにする。【００２２】  溝に撒布された膨潤剤の被服あるいはカプセルは水と接触してある程度の時間をかけて溶解する。このとき、カプセル内にある吸水ポリマーは水と接触すると瞬時に膨潤し、溝のなかでゲル化した吸水ポリマーの壁を作る。すなわち、溝内に大きな圧力が閉じこめられるので、地下水の流れを遮断することができる。【００２３】  前記の方法で地下水の遮蔽はできるが、吸水ポリマーは水分を吸収してゲル化しており、固化している訳ではないので、不安定である。したがって、ゲル化した吸水ポリマーを固化させて安定化させることを要求される場合がある。この場合に対して本発明では、小さい水溶性カプセルの中に接着剤を挿入した遅効性接着剤（遅効性接着カプセル）を提供する。この接着剤のカプセルは殻が厚く、その溶解時間は、膨潤剤の被服あるいは膨潤剤カプセルのそれより大きい。【００２４】  膨潤剤カプセルと遅効性接着カプセルを混合して直接ポリマー撒布機から溝に撒布する場合、溝の形成に時間がかかると、接着カプセルより接着剤が溶け出し、撒布機内で固まったり、ワイヤソーに接着したりすることになる。そこで、ゲル化した吸水ポリマーを安定化させるには、撒布装置を作動せずにワイヤソーで必要な深さまで溝を掘った後、一旦ワイヤソーを引き上げてから、再度すでに作成してある掘削溝に沿ってワイヤソーを駆動するとともに、撒布装置に遅効性膨潤剤と遅効性接着剤を混合して前記膨潤剤だけの場合と同様にして、吸水ポリマー壁を作成する。この場合は、すでに掘削した後を掘削するので速やかにワイヤソーと撒布装置を送ることができる。すなわち、接着カプセルの水溶性殻が溶ける前に遅効性膨潤材と遅効性接着剤の撒布を終えることができるので、撒布装置内での接着剤の溶��だしを防止することができる。このような方法により、吸水ポリマーが水を吸収して膨潤した後に接着剤のカプセルの殻が溶解し、ゲルを固化して安定化した吸水ポリマー壁を構築することができる。【００２５】  第四の作業はボーリング穴の処理である。ここでは、まず、水溶性のカプセルを作り、その中に比重が大きく粒子の小さい物質（落下材）と吸水ポリマーを混合したものを充填する。なお、比重の大きい物質としては、安価な砂が考えられる。【００２６】  このカプセルを円筒パイプの中に充填する。このとき、カプセルは落下材の重さによりパイプ内の水中を速やかに落下する。このカプセルを、地下水のない高さまでパイプ内に積み上げる。このとき、吸水ポリマーは水溶性カプセル内に充填されているので、カプセルが溶解するまで水と接触することはないので、穴の底から必要な高さまで吸水ポリマーを充填することができる。
すなわち、この状態でカプセルが溶解して吸水ポリマーが露出し、円筒内の水と接触すると、吸水ポリマーは水を吸って大きく膨張すると共にゲル化するので、円筒内の水の流れを遮断する。
【発明の効果】
【００２７】  本発明の地下水の遮蔽法によれば、地下の深いところまで地下水を遮蔽することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の地下水の遮蔽法の実施の形態を示す説明図である。
【図２Ａ】本発明の地下水の遮蔽法の実施の形態に係る吸水ポリマー散布装置の断面図である。
【図２Ｂ】本発明の地下水の遮蔽法の実施の形態に係る吸水ポリマー散布装置の側面図である。
【図３】本発明の地下水の遮蔽法の実施の形態に係る遅効性膨潤剤を示す説明図である。
【図４】本発明の地下水の遮蔽法を実施した地下断面の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】  以下、本発明の地下水の遮蔽法を実施するための形態について、図１〜図４を参照して説明する。なお、各図において共通の部材には、同一の符号を付している。
【００３０】  まず、本発明の地下水の遮蔽法の実施の形態の構成について、図１を参照して説明する。
図１は、本発明の地下水の遮蔽法の実施の形態の断面図である。
【００３１】  図１に示すように、地下水を遮蔽しようとする地下５にボーリングにより、地下水を遮蔽する壁を作るように適当な間隔で穴９を穿つ。この穴と穴の間に吸水ポリマーによる遮水壁を構築する。穴と穴の間に連続的に遮水壁を構築すればよいので、以下二つの穴の間の遮水壁の構築法について述べる。
【００３２】  まず、ボーリングにより円柱状の穴を穿ち、その穴にワイヤソーで切削できる樹脂製の円筒状のパイプ１２を挿入する。
【００３３】  トルク検出機能を有する減速器付きモータにプーリー４０を取り付け、ひとつの穴の真上に設置する。また、別の穴の直上にもプーリー４１を設置する。これらのプーリーは上下に移動でき、かつロック機能を備えている。さらに、ワイヤソーのプーリーへの巻き付け角を大きくし、揺れを抑制するため、ガイドプーリー４３を設置している。
【００３４】  パイプの内面を摺動できるようにパイプ内経より若干小さい径の円筒状の錘にプーリーを設けたもの１０を二つ用意し、これのプーリーにワイヤソー１５を巻き付けて二つの円筒内にそれぞれのようの錘を落とし込み、ワイヤソー１５の一端側をモータのプーリーに、多端側を別のプーリーに巻き付けワイヤソーの二つの端を結合し、図１のようにガイドプーリーを介してワイヤソーのループを作る。また、錘にはドレン用のホース２１が取り付けてあり、錘の下のパイプ内の水を適宜排出できるようにしてある。
【００３５】  ワイヤソーは円筒内に落とし込まれた錘１０で張力が発生し、地面を押すような方向に力が働く。このとき、モータのトルク検出器でトルクを検出し、適切なトルクになるように二つのプーリー４０，４１を下方向に移動させながらワイヤソー１５をモータで回転させることで、連続的に地面に溝を掘っていくことが可能となる。このとき、ワイヤソー１５はパイプ１２も切削していくが、このパイプがワイヤソーにより運ばれる土砂のパイプ内への進入を抑制する。
溝掘りが所定の深さに達したとき、ワイヤソーの結合を解き、一端を巻き取ることで、ワイヤソーを回収する。
【００３６】  吸水ポリマー供給装置は、図１で吸水ポリマー貯蔵タンク２０、粉体搬送機２１、配管１６、ポリマー散布装置１３により、図のように構成される。ポリマー散布装置は溝に入る厚さで、深さ方向に長くして（図２Ｂ）、高剛性とした中空はりであり、その上面に多数の穴があけられている。図２にその概要を表している。この装置を用いることで、ワイヤソーで溝切削を行うと同時に溝に吸水ポリマーを散布し、吸水ポリマー層を構築していくことができる。
【００３７】  撒布する吸水ポリマーを遅効性とするため、水溶性材料でコーティングするか、あるいはその材料をカプセル材料とし、吸水ポリマーを充填した小さなカプセルを作り、それを強制撒布する。なお、水溶性材料としては、たとえば薬剤のカプセルの材料が使用できる。
【００３８】  ボーリングされた穴の処理では、図３に示すような水溶性のカプセルを作り、その中に砂と吸水ポリマーを混合したものを充填し、これを膨潤剤（膨潤剤カプセル）とする。
【００３９】  この膨潤剤カプセルを円筒パイプの中に充填し、地下水のない高さまでパイプ内に積み上げる。このとき、吸水ポリマーは水溶性カプセル内に充填されているので、カプセルが溶解するまで水と接触することはない。したがって、穴の底から必要な高さまで吸水ポリマーを充填することができる。
その後、これらのカプセルが溶解して吸水ポリマーが露出し、パイプ内の水と接触すると、吸水ポリマーは水を吸って大きく膨張すると共にゲル化してパイプ内で圧力を発生するので、パイプ内の水の流れを遮断する。
【００４０】  本実施例で、ゲル化した吸水ポリマーを安定化させるには、膨潤材撒布装置１３を作動せずにワイヤソー１５で必要な深さまで溝を掘った後、一旦ワイヤソー１５を引き上げてから、再度すでに作成してある掘削溝に沿ってワイヤソー１５を駆動する。同時に撒布装置１３を駆動し、遅効性膨潤剤３０とその膨潤剤より融解時間の大きい水溶性カプセルに接着剤を充填したカプセルを混合して前記膨潤剤だけの場合と同様にして、吸水ポリマー壁を作成する。
【００４１】  前記のように施工された地下の断面図を図４に示す。本方法では、遮水壁の構築後にパイプ内の状態を良好に保つため、錘は引き上げずにパイプの下に落とし込んだままで作業を終了している。
【符号の説明】
【００４２】  ５…遮水壁を設けようとする地下、９…ボーリングにより作られた円筒孔、１０…錘、１２…円筒状パイプ、１３…膨潤剤散布装置、１５…ワイヤソー、１６…膨潤剤輸送パイプ、１８…吸水ポリマー壁、２０…膨潤剤貯蔵タンク、２１…膨潤剤搬送機、２６…ドレーンホース、４０トルク検出器付き減速モータのプーリー、４１…プーリー、４３…ガイドプーリー
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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