土木学会第67回年次学術講演会(平成24年9月)

Ⅲ‑235

室内試験による BioSealing 技術を用いた遮水効果の確認
地域 地盤 環境 研究所

正会員 ○譽田孝宏，橋本正，藤原照幸

鉄道建設･運輸施設整備支援機構

正会員

Deltares１．はじめに

田中秀一郎
John W. M. Lambert，M. P. Marien Harkes

鉄道等の地下構造物の維持管理において，漏水問題は大きな課題の一つであり，対応策として背面地盤への薬液注入などが挙げられる．しかし，漏水箇所に対して止水対策を施した場合，一時的に止水できたとしても，別途弱部から漏水したり止水箇所から再度漏水したりする場合があるなど，有効かつ確実な対策工が確立しているとは言えない．BioSealing 技術 1)は，地盤内に栄養溶液を注入することで土中に存在する微生物の代謝活動を活性化させ，その結果発生した生成物によって地盤の透水性を低下させる技術である．微生物による生成物が地下水流に乗って漏水箇所に自然に辿り着いて遮水する特性を有していることから，上記に示す問題を解決する遮水工法の１つとして有力であると考えられる．今回，日本で初めて「BioSealing 技術を用いた遮水工法」の効果確認のために現場実証実験 2)を実施したが，ここではそれに先立って実施した室内試験について報告する．
２．BioSealing 技術の概要 BioSealing 技術は，オランダの GeoDelft(現 Deltares)が開発した新技術であり，自然土中に存在する微生物の代謝活動を活発化させて発生した生成物によって漏水箇所の止水性を高めるという周辺地盤環境に配慮した技術である．BioSealing 技術を用いた漏水箇所の止水プロセスを以下に示す．
①地中に存在する嫌気性の硫酸塩還元細菌に対して栄養溶液を与える．栄養材は，Deltares からの推奨により，Nutrolase(オランダで精製した馬鈴薯澱粉製品残留物(濃縮じゃがいもジュース))を用いた．
②硫酸塩還元細菌の代謝活動が活発化する(還元作用が促進する)ことにより，酸を生成する．
③生成した酸によって土粒子表面から削り取られた微粒子は，地下水流によって漏水箇所に運ばれる．
④代謝活動が活発化した硫酸塩

土粒子間を閉塞しているバイオスライム

還 元 細 菌 は EPS(ExtracellularPoly-Saccharide，細胞外多糖(ネバネバ成分))を分泌する．このEPS と③を合わせたバイオス
ライム(Cs2+，Fe2+，Mg2+等の集合体，図-1 参照)が漏水箇所とSoil
土粒子
particle

その付近の土粒子間に付着し，目詰まりすることで止水性が高まる．

図-1 土粒子周辺に付着したバイオスライム

３．室内試験の概要 室内試験装置を図-2 に示す．円筒形の試験カラム(ポリ塩化ビニル製)は，内径φ240mm，高さ 1000mm であり，下部に水と栄養溶液を供給する開口部，上部に排水用の開口部を設けた．カラム内の試料土底面から 450mm 上部に漏水箇所に見立てた狭窄部(ポリ塩化ビニル製仕切板(厚さ 20mm)の中央に直径 30mmの穴)を設けた．また，カラム側面には，試験カラム内試料土(土柱)の水位を測定するために，ピエゾ管を 100mm等間隔で 6 本取り付けた．
試験カラムと水タンクを接続することによって常時水が供給できる構造となっており，水タンクはカラム頂部より 180mm 上方にあって常に水位を一定に保持する．また，各カラムの底部に設置したバルブを開閉して栄養溶液を供給する．試験中は，空調設備により室温を(22±2)℃に保ち，恒温室内での試験とした．BioSealing 技術による狭窄部の目詰まり現象発生のイメージを図-2 に示すが，室内試験では本狭窄部に目詰まりを生じさせ，カラム内に流入する水量を減少させることを目指すものである．
キーワード：嫌気性細菌，バイオスライム，漏水，遮水，室内試験
連絡先：〒550-0012 大阪府大阪市西区立売堀 4-3-2 (株)地域 地盤 環境 研究所‑469‑

TEL 06-6539-2971

土木学会第67回年次学術講演会(平成24年9月)

Ⅲ‑235

栄養溶液：Nutrolase 希釈溶液 3L
毎日数時間，3 週間程度投与

塩化ビニル製
水タンク栄養溶液
越流水用の開口部【カラム３】【カラム２】【カラム１】
Nutrolase なし
Nutrolase
Nutrolase(ブランクカラム)
1/80 希釈溶液
1/40 希釈溶液
内径
排水量，pH，電気伝導度および水温を測定
排水用の240mm
水位差
開口部△h=18cm
試料土(土柱)(水中落下法)ρt =1.84g/cm3
ρd =1.35g/cm3

P6P5仕切り板
狭窄部

60cm

P545cmP4
水供給用の開口部

P3

直径 30mmの孔

栄養溶液供給用の開口部

P4

ピエゾ管(水位測定)

P2
P1

水供給用の開口部

珪砂(粒径 0.8～2.0mm)

図-2 室内試験装置の概要および BioSealing 技術による狭窄部の目詰まりのイメージ
４．室内試験の結果

各カラムの流量 Q およびクロッギングファクターC(図-3 右側参照)に関する経時変化を図-3 に示す．試験開始後 10 日間で全カラムの流量は減少し，その後 80 日後までに 1／40 カラムと 1／80 カラムにおいて 1～3 L／日程度まで流量が低下した．前者は，水が流れることによって試料土の密度が若干密になったことによる影響と考えられる．後者は，ブランクカラムの流量が 5 L／日程度で推移していることから，流量の低減(目詰まり)が確認できた．
なお，1／40 カラムについては 100 日目以降に流量が増加傾向にあるが，これは，Nutrolaseの分解反応による気体(CO2 ガス)や水道水中の溶存空気が土中から抜け出す際に形成された微細な水みちによる影響と考えられる．220 日時点で全カラムを対象に発生気体の除去処理を実施した結果，その後 1／40 カラムの流量は 2～3 L／日，1/80 カラムの流量は 5～7L／日で推移した．また，ブランクカラムが比較的小さな C の値を維持しているのに対して，1／40 カラムと 1／80 カラムともに，大きく変動しながらも P4 と P5 間において C は増加しており，明らかに狭窄部において目詰まりが発生したことを確認した．
Nutrolase投入期間(21日)

ｸﾛｯｷﾝｸﾞﾌｧｸﾀｰ C(P4～P5間)

流量 Q(L/day)25【クロッキングファクター C 】
カラム内発生気体を除去
各カラム水頭差ずれを調整

20

カラム1(1/40希釈)
カラム2(1/80希釈)
カラム3(ブランク)

15(定義)みかけの透水係数の初期値からの変化率の逆数
C＝ｒ／ｒini＝k ini ／k10

r50200
Nutrolase 投入後の目詰まり効果でクロッキングファクターが増加

150
100500050

100

150
200
経過日数(day)

250

300

350

：レジスタンス(＝Δh／Q＝ΔL／(k･S))
r ini ：初期レジスタンス
k ini ：初期透水係数(cm/sec)
k：みかけの透水係数(cm/sec)(なお，狭窄部を通る浸透流は一様な鉛直流ではない．)
Δh ：水頭差(cm)Q ：流量(cm3/sec)
ΔL ：距離(cm)
S：断面積(cm２)

図-3 各カラムの流量 Q(上段)とクロッギングファクターC(下段)に関する経時変化図
５．おわりに 今回の室内試験の結果，Nutrolase 希釈溶液を加えたカラムの狭窄部において流量の低減が確認でき，目詰まりが発現したことを確認した．今後，カラムを解体して狭窄部周辺の土試料を目視確認するとともに，目詰まりに貢献したと思われる生成物を採取して詳細に分析する予定である．
参考文献 1)M. Blauw, J.W.M. Lambert and M.N. Latil：BioSealing: a method for in site sealing of leakages, Proc. Int.
Symp. Ground Improvement Technologies and Case Histories, pp.125-130, 2009. 2)田中，小川，大柳，水原，譽田，
Lambert：BioSealing 技術を用いた遮水工の効果確認用現場実証実験，土木学会第 67 回年次学術講演会(投稿中)．

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