特許 6087206 地下水位制御システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6087206

(24)【登録日】2017年2月10日

(45)【発行日】2017年3月1日

(54)【発明の名称】地下水位制御システム

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/10 20060101AFI20170220BHJP

【ＦＩ】

   E02D3/10 101

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-101681(P2013-101681)

(22)【出願日】2013年5月13日

(65)【公開番号】特開2014-221985(P2014-221985A)

(43)【公開日】2014年11月27日

【審査請求日】2016年2月16日

(73)【特許権者】

【識別番号】000206211

【氏名又は名称】大成建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】特許業務法人磯野国際特許商標事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100064414

【弁理士】

【氏名又は名称】磯野 道造

(74)【代理人】

【識別番号】100111545

【弁理士】

【氏名又は名称】多田 悦夫

(74)【代理人】

【識別番号】100129067

【弁理士】

【氏名又は名称】町田 能章

(72)【発明者】

【氏名】安達 哲也

(72)【発明者】

【氏名】真下 秀明

(72)【発明者】

【氏名】山田 貴久

(72)【発明者】

【氏名】寺本 哲

【審査官】 西田 光宏

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００７−０７０９５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０３２２２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０１４９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−２２９４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１４７７５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０８７５５４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 欧州特許出願公開第０２２８１９５０（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｅ０２Ｄ ３／１０

Ｅ２１Ｂ ４３／００

Ｅ２１Ｄ ２０／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

地中に形成されたトンネルと、
前記トンネルから地盤に向けて形成されたボーリング孔と、
前記トンネル内に配管された管路と、
前記管路に接続された水位調整手段と、を備える地下水位制御システムであって、
前記ボーリング孔の基端は前記管路に連結されており、
前記水位調整手段は、目標地下水位に応じた水圧を前記ボーリング孔の基端に付与することを特徴とする、地下水位制御システム。

【請求項2】

地中に形成されたボーリング孔と、
地中に配設された管路と、
前記管路に接続された水位調整手段と、を備える地下水位制御システムであって、
前記ボーリング孔の基端は前記管路に連結されており、
前記水位調整手段は、目標地下水位に応じた水圧を前記ボーリング孔の基端に付与することを特徴とする、地下水位制御システム。

【請求項3】

地中に形成されたトンネルと、
前記トンネルから地盤に向けて形成されたボーリング孔と、
前記トンネルに接続された水位調整手段と、を備える地下水位制御システムであって、
前記ボーリング孔の基端は前記トンネルの壁面に接続されており、
前記トンネルは、前記ボーリング孔を介して取り込まれた地下水を貯留するとともに前記水位調整手段に誘導し、
前記水位調整手段は、目標地下水位に応じた水圧を前記ボーリング孔の基端に付与することを特徴とする、地下水位制御システム。

【請求項4】

地中に形成されたトンネルと、
前記トンネルから地盤に向けて形成されたボーリング孔と、を備える地下水位制御システムであって、
前記ボーリング孔の基端は前記トンネルの壁面に接続されており、
前記トンネルが、前記ボーリング孔を介して取り込まれた地下水を貯留するとともに、目標地下水位に応じた水圧を前記ボーリング孔の基端に付与する水位調整手段として機能することを特徴とする、地下水位制御システム。

【請求項5】

前記水位調整手段は前記ボーリング孔を介して取り込まれた地下水を貯留し、
前記水位調整手段には、前記水位調整手段に貯留された地下水を取り出す取水手段が連結されており、
前記取水手段は、輸送管路を介して地表面または地盤内の貯水手段に前記地下水を輸送することを特徴とする、請求項１及至請求項４のいずれかに一項に記載の地下水位制御システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、地下水位制御システムに関する。

【背景技術】

【0002】

掘削工事等では、掘削領域の地下水位を周辺地域の地下水位よりも低下させて、施工中に地下水が掘削領域内へ流入することを防止する場合がある。

【0003】

地下水位低下の工法としては、ディープウェル工法が知られている（例えば、特許文献１参照）。ディープウェル工法は、深井戸を形成し、この深井戸内に流入した地下水をポンプにより揚水することにより、深井戸周囲の地下水位を低下させるものである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−２５７１７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ディープウェル工法は、常時ポンプを作動させる必要があるため、維持管理に手間および費用がかかる。
また、深井戸により局所的に地下水位を低下させるものであるため、広範囲にわたって面的に地下水位を低下させる場合には、深井戸を多数形成し、ポンプを多数配置する必要がある。

【0006】

さらに、計画された地下水位に制御するためには、当該地下水位よりも深く形成された深井戸から地下水を揚水する必要があるため、周辺地域の地下水位を必要以上に低下させてしまうおそれもあった。中間貯蔵施設や最終処分場等の施設周辺において、地下水位を必要以上に低下させてしまうと、当該施設から汚染物質が流出するリスクが高まるおそれがある。

【0007】

本発明は、前記問題点を解決するものであって、地下水位を所望の高さに面的に低下させることを可能とした地下水位制御システムを提案することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

このような課題を解決する第一の発明に係る地下水位制御システムは、地中に形成されたトンネルと、前記トンネルから地盤に向けて形成されたボーリング孔と、前記トンネル内に配管された管路と、前記管路に接続された水位調整手段とを備えるものであって、前記ボーリング孔の基端は前記管路に連結されており、前記水位調整手段は目標地下水位に応じた水圧を前記ボーリング孔の基端に付与することを特徴としている。

【0009】

また、第二の発明に係る地下水位制御システムは、地中に形成されたボーリング孔と、地中に配設された管路と、前記管路に接続された水位調整手段とを備えるものであって、前記ボーリング孔の基端は前記管路に連結されており、前記水位調整手段は目標地下水位に応じた水圧を前記ボーリング孔の基端に付与することを特徴としている。

【0010】

また、第三の発明に係る地下水位制御システムは、地中に形成されたトンネルと、前記トンネルから地盤に向けて形成されたボーリング孔と、前記トンネルに接続された水位調整手段とを備えるものであって、前記ボーリング孔の基端は前記トンネルの壁面に接続されており、前記トンネルは前記ボーリング孔を介して取り込まれた地下水を貯留するとともに前記水位調整手段に誘導し、前記水位調整手段は目標地下水位に応じた水圧を前記ボーリング孔の基端に付与することを特徴としている。

【0011】

第四の発明に係る地下水位制御システムは、地中に形成されたトンネルと、前記トンネルから地盤に向けて形成されたボーリング孔とを備えるものであって、前記ボーリング孔の基端は前記トンネルの壁面に接続されており、前記トンネルが、前記ボーリング孔を介して取り込まれた地下水を貯留するとともに、目標地下水位に応じた水圧を前記ボーリング孔の基端に付与する水位調整手段として機能することを特徴としている。なお、トンネルは、両端部を壁状部材で塞がれ、密閉されている。

【0012】

かかる地下水位制御システムによれば、ボーリング孔を介して地下水を重力作用により効果的に下方側に集水してトンネル内または管路内に取り込むことで、地下水位を面的に低下させることができる。

【0013】

また、水位調整手段により、トンネル内または管路内の水圧を制御しているため、地下水位を所望の高さに維持することができる。そのため、周囲環境に応じた地下水位に制御することが可能となる。

【0014】

前記水位調整手段が、ボーリング孔を介して取り込まれた地下水を貯留する、いわゆる貯水槽であれば、水位調整手段内の水位をパスカルの原理に従い、管理するだけで、地下水位が略同一水位となるように制御することができるため、簡易かつ安価に地下水位を制御することができる。ここでいうパスカルの原理とは、密閉された容器内の流体は、容器内の一部の圧力を増加させると、容器内の他の部分でも圧力が同じだけ増加するという法則である。

【0015】

また、前記水位調整手段に、前記水位調整手段に貯留された地下水を取り出す取水手段が連結されていて、前記取水手段が輸送管路を介して地表面または地盤内の貯水手段に前記地下水を輸送するように構成されていれば、貯水槽内の水位の増減を、この取水手段を介して行うことが可能となる。

【発明の効果】

【0016】

本発明の地下水位制御システムによれば、地下水位を所望の高さに面的に低下させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】第一の実施形態に係る地下水制御システムを示す横断面図である。

【図2】（ａ）は図１に示す地下水制御システムの縦断面図、（ｂ）は同地下水制御システムの平面図である。

【図3】第二の実施形態に係る地下水制御システムを示す横断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

第一の実施形態の地下水位制御システム１は、図１に示すように、地中（地盤Ｇ内）に形成されたトンネル２と、トンネル２から地盤Ｇに向けて形成されたボーリング孔３，４と、トンネル２内に配管された管路５と、管路５に接続された貯水槽（水位調整手段）６とを備えている。本実施形態のトンネル２は、目標地下水位ＷＬ_Ｐよりも深い位置に形成されている。

【0019】

トンネル２は、地盤Ｇに形成された地下構造物である。トンネル２は、対策前の地下水位（以下、単に「対策前地下水位」という）ＷＬ_Ｏよりも深い位置に形成されている。
本実施形態のトンネル２は、断面馬蹄形状に形成されているが、トンネル２の断面形状は限定されない。また、本実施形態ではトンネル２の構築方法としていわゆる山岳工法を採用するが、トンネル２の構築方法は限定されるものではなく、例えば、シールド工法や推進工法を採用してもよい。

【0020】

トンネル２の断面寸法は、トンネル２の掘進とボーリング孔３，４の施工とを同時に進行させることが可能な大きさとする。つまり、トンネル２は、ボーリング孔３，４を削孔している施工機械の脇を、掘削ズリや支保部材等を搬出するための運搬車両等が通行することが可能な断面寸法を有している。

【0021】

なお、トンネル２の断面寸法は限定されない。例えば、ボーリング孔３，４の施工をトンネル２の施工後あるいは施工中断時に行う場合には、少なくともボーリング孔３，４の施工が可能な断面寸法を有していればよい。

【0022】

ボーリング孔３，４は、通水が可能な中空の筒状の孔である。本実施形態のボーリング孔３，４は、地盤Ｇに削孔して有孔管を設置することにより形成されている。ボーリング孔３，４は、有孔管の孔から、地盤Ｇからの地下水の取水または地盤Ｇへの水の供給を行う。

【0023】

なお、ボーリング孔３，４の構造は限定されるものではない。例えば、有孔管に代えて、網状の管材が配設されていてもよい。また、ボーリング孔３，４の内径やボーリング孔３，４を構成する管材の材質等は限定されるものではなく、適宜設定すればよい。

【0024】

ボーリング孔３，４は、図２の（ｂ）に示すように、トンネル２の軸方向に対して５〜１０ｍピッチで複数形成されている。また、各ボーリング孔３，４は、平面視でトンネル軸方向に対して直角に形成されている。

【0025】

なお、ボーリング孔３，４の配設ピッチや本数は限定されるものではない。また、ボーリング孔３，４は、必ずしもトンネル２の軸方向に対して直角に形成されている必要はなく、傾斜していてもよい。

【0026】

図１に示すように、上向きのボーリング孔３は、トンネル２の側壁から側方上向きに形成されている。下向きのボーリング孔４は、トンネル２の側壁から側方下向きに形成されている。

【0027】

上向きのボーリング孔３と下向きのボーリング孔４は、トンネル２の軸方向に対して交互に形成されている（図２の（ａ）および（ｂ）参照）。

【0028】

上向きのボーリング孔３の先端は、トンネル２の天端よりも上方、かつ、対策前地下水位ＷＬ_Ｏの下方に位置している。また、上向きのボーリング孔３の基端は、目標地下水位ＷＬ_Ｐの下方に位置している。

【0029】

下向きのボーリング孔４は、基端の高さ位置がトンネル２のスプリングラインよりも低く、先端の高さ位置がトンネル２の底面と同等となるように形成されている。また、下向きのボーリング孔４は、目標地下水位ＷＬ_Ｐの下方に位置している。
なお、下向きのボーリング孔４の高さ位置や傾き等は限定されない。

【0030】

ボーリング孔３，４は、必ずしも上向きのボーリング孔３と下向きのボーリング孔４との二種類を形成する必要はなく、一種類または三種類以上であってもよい。また、ボーリング孔３，４は必ずしも傾斜している必要はなく、水平であってもよい。

【0031】

ボーリング孔３，４の基端は、管路５に連結されている。
ボーリング孔３，４の基端と管路５との接続部には、パッカー（図示せず）が介設されており、この接続部からの漏水が防止されている。

【0032】

管路５は、図２の（ａ）および（ｂ）に示すように、トンネル２の内部から貯水槽６の底部に至る。
本実施形態では、トンネル２の底部の左右の隅部に管路５が１本ずつ配管されている（図１参照）。なお、管路５は１本のみであってもよい。また、管路５の設置箇所は、トンネル２の底部の隅部に限定されなく、例えば、トンネル２の側壁に沿って配管されていてもよいし、底部の中央に配管されていてもよい。

【0033】

２本の管路５，５は、それぞれ貯水槽６に連結されている。つまり、２本の管路５，５は、貯水槽６を介して連続している。

【0034】

貯水槽６は、水を貯留するためのタンクであって、トンネル２の外部に配置されている。なお、貯水槽６は、トンネル２の内部に配置されていてもよく、その設置箇所は限定されない。

【0035】

本実施形態では、３〜１０ｍ^３の水を貯留することが可能な貯水槽６を採用するが、貯水槽６の大きさは限定されない。

【0036】

貯水槽６内の水位は、目標地下水位ＷＬ_Ｐと同じ高さに設定されている。
本実施形態では、貯水槽６内の水位の調整を、貯水槽６に連結された取水手段（図示せず）により行う。

【0037】

取水手段は、輸送管路を介して地表面または地盤内に設けられた貯水手段（図示せず）に連結されていて、貯水槽６内に貯留された水を貯水手段に輸送、あるいは、貯水手段から水を貯水槽６に供給することで、貯水槽６内の水位を調整する。

【0038】

なお、貯水槽６の水位の調整方法は限定されるものではなく、例えば、貯水槽６内の水位が目標地下水位ＷＬ_Ｐを超えるとオーバーフローして排水し、貯水槽６内の水位が目標地下水位ＷＬ_Ｐを下回ると貯水するように構成されていてもよい。

【0039】

貯水槽６内の水位をこのように設定することで、目標地下水位ＷＬ_Ｐとボーリング孔３，４の基端との高低差に応じた水圧をボーリング孔３，４の基端に付与することができる。

【0040】

本実施形態の地下水位制御システム１によれば、ボーリング孔３，４から地下水を取り込むことで、地下水位（対策前地下水位ＷＬ_Ｏ）を低下させることができる。
地下水の取り込みは、トンネル２の軸方向およびボーリング孔３，４の延長方向に沿って行われるため、面的に実施される。

【0041】

ボーリング孔３，４から取り込まれた地下水は、管路５を介して貯水槽６に輸送される。
ボーリング孔３，４は、管路５を介して貯水槽６に連結されているため、地盤Ｇの地下水位と目標地下水位ＷＬ_Ｐとの水頭差がなくなった時点で、ボーリング孔３，４からの地下水の取り込みが終了する。つまり、貯水槽６内の水位により、目標地下水位ＷＬ_Ｐとボーリング孔３，４の基端との高低差に応じた水圧がボーリング孔３，４の基端に付与されているため、地下水位が目標地下水位ＷＬ_Ｐにまで低下した時点で、水圧のバランスによりボーリング孔３，４からの取水が停止される。なお、本実施形態では、目標地下水位ＷＬ_Ｐを実現するため、ポンプを用いて貯水槽６内の水圧と地盤Ｇ内の地下水圧を計測して、水圧を管理調整する。

【0042】

なお、地下水位が目標地下水位ＷＬ_Ｐを上回ると、地下水位が目標地下水位ＷＬ_Ｐになるまでボーリング孔３，４に地下水が流入する。一方、地下水位が目標地下水位ＷＬ_Ｐを下回ると、地下水位が目標地下水位ＷＬ_Ｐになるまでボーリング孔３，４から地盤Ｇに水が供給される。

【0043】

以上、本実施形態の地下水位制御システム１によれば、ボーリング孔３，４を介して地下水を集水してトンネル２内の管路５に取り込むことで、地下水位を低下させるため、動力等を要することなく、効率的に地下水を低下させることができる。

【0044】

また、地下水位の管理は、貯水槽６の水位を調節するのみのため、容易に地下水位を調整することができる。つまり、貯水槽６内の水位を上下動させることで、地下水も上下動させることができる。

【0045】

地下水位を面的に管理することができるため、周辺地域の地下水位を必要以上に低下させることがない。そのため、周囲環境に応じた地下水位に制御することが可能となる。

【0046】

また、対策前地下水位ＷＬ_Ｏが目標地下水位ＷＬ_Ｐよりも低い場合であっても、貯水槽６内の水位を目標地下水位ＷＬ_Ｐに設定することで、地下水位を高めることができる。つまり、貯水槽内の水位を目標地下水位ＷＬ_Ｐに設定すれば、ボーリング孔３，４の基端に付与された水圧により、地盤Ｇに水が供給されて、地下水位を高めることが可能となる。

【0047】

第二の実施形態の地下水位制御システム１は、図３に示すように、地中Ｇに形成されたトンネル２と、トンネル２から地盤Ｇに向けて形成されたボーリング孔３，４と、トンネル２内に配管された管路５と、管路５に接続された貯水槽（水位調整手段）６とを備えている。

【0048】

トンネル２は、地中Ｇに形成された地下構造物である。トンネル２の直上における対策前の地下水位（以下、単に「対策前地下水位」という）ＷＬ_Ｏは、トンネル２の天端よりも高いものの、対策前地下水位ＷＬ_Ｏは傾斜しており、トンネル２の下流側（図３において右側）では目標地下水位ＷＬ_Ｐよりも低くなっている。

【0049】

なお、トンネル２は、必ずしも対策前地下水位ＷＬ_Ｏよりも深い位置に形成されている必要はない。
この他のトンネル２の構成は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

【0050】

本実施形態では、図３に示すように、トンネル２の側壁から側方上向きに形成された上向きのボーリング孔３と、トンネル２の側壁から側方下向きに形成された下向きのボーリング孔４との２種類のボーリング孔３，４が形成されている。

【0051】

なお、上向きのボーリング孔３は、対策前地下水位ＷＬ_Ｏに応じて、トンネル２の上流側と下流側とで長さが異なっている。つまり、対策前地下水位ＷＬ_Ｏが高いトンネル２の上流側の上向きのボーリング孔３の方が、対策前地下水位ＷＬ_Ｏが低いトンネル２の下流側の上向きのボーリング孔３よりも長い。このようにすると、地下水を効率的に取水することができる。なお、ボーリング孔３，４の長さ等は限定されるものではない。

【0052】

この他のボーリング孔３，４の構成は、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。
また、管路５および貯水槽６の構成も、第一の実施形態で示した内容と同様なため、詳細な説明は省略する。

【0053】

本実施形態の地下水位制御システム１によれば、ボーリング孔３，４を介して地盤Ｇから地下水の取り込みまたは地盤Ｇへの水の供給を行うことで、地下水位を面的に制御することができる。

【0054】

つまり、対策前地下水位ＷＬ_Ｏが目標地下水位ＷＬ_Ｐよりも高い領域ではボーリング孔３，４から地下水を取水し、対策前地下水位ＷＬ_Ｏが目標地下水位ＷＬ_Ｐよりも低い領域ではボーリング孔３，４から水を供給し、地下水位が目標地下水位ＷＬ_Ｐとなるように管理することができる。
したがって、図３に示すように、対策前地下水位ＷＬ_Ｏが傾斜している場合であっても、地下水位を面的に制御することができる。

【0055】

ボーリング孔３，４による地下水の取水および水の供給は、貯水槽６の水位を調節するのみで、水位差の水圧により制御できるため、作業性に優れている

【0056】

この他の第二の実施形態の地下水位制御システム１による作用効果は、第一の実施形態の地下水位制御システム１と同様なため、詳細な説明は省略する。

【0057】

以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、前述の実施形態に限られず、前記の各構成要素については、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変更が可能である。

【0058】

前記各実施形態では、トンネル２内に配管された管路５を介してボーリング孔３，４と貯水槽（水位調整手段）６とを連結する場合について説明したが、管路５を省略して、トンネル２と貯水槽６とを直接連結してもよい。この場合、ボーリング孔３，４により取水された地下水は、トンネル２内に取り込まれ、トンネル２本体で貯留される場合やトンネル２を介して貯水槽６へ誘導される場合がある。
ボーリング孔３，４と貯水槽６は、トンネル２を介して連結されているため、貯水槽６内の水位を調整することで、目標地下水位ＷＬ_Ｐとボーリング孔３，４の基端との高低差に応じた水圧をボーリング孔３，４の基端に付与することができる。

【0059】

また、トンネル２の両端部を壁状部材で塞ぐことで、トンネル２によりボーリング孔３，４を介して取り込まれた地下水を貯留するとともに、目標地下水位ＷＬ_Ｐとボーリング孔３，４の基端との高低差に応じた水圧をボーリング孔３，４の基端に付与するようにしてもよい。つまり、トンネル２は、水位調整手段として機能する。

【0060】

前記各実施形態では、トンネル２を介して管路５を地中に配管するものとしたが、管路５は地中に直接配設されていてもよい。

【0061】

ボーリング孔３，４は、地盤Ｇに形成された削孔そのものであってもよく、また、ボーリング孔３，４の内部には、フィルター材や砕石等が充填されていてもよい。

【0062】

前記実施形態では、水位調整手段として、貯水槽を採用する場合について説明したが、例えばポンプを使用するなど、水位調整手段は目標地下水位とボーリング孔の基端との高低差に応じた水圧をボーリング孔の基端に付与することが可能であれば、貯水槽に限定されるものではない。

【0063】

水位調整手段は、必ずしも目標地下水位とボーリング孔の基端との高低差に応じた水圧をボーリング孔の基端に付与するものである必要はなく、地山状況に応じて、目標地下水位に応じた水圧をーリング孔の基端に付与するものであればよい。

【符号の説明】

【0064】

１ 地下水位制御システム
２ トンネル
３ 上向きのボーリング孔
４ 下向きのボーリング孔
５ 管路
６ 貯水槽（水位調整手段）
Ｇ 地盤
ＷＬ_Ｐ 目標地下水位

【図1】

【図2】

【図3】