集水セグメント及び集水トンネル構築方法
【課題】水流入を防止しつつ容易に集水トンネルを構築できるとともにトンネル構築後におけるセグメント通水部分の目詰まりが生じ難い集水セグメント及びこのセグメントを用いる集水トンネル構築方法を提供する。
【解決手段】地中に非開削工法により集水トンネルＴを構築するための集水セグメント１。セグメント１は、基体１１と、基体の通水スリット１１１ｓの目詰まり抑制のために基体外面側に配置された石粒層１０と、石粒層１０を基体１１に固定するとともにセグメント１を通る基体１１内側への通水を阻止するように石粒層１０及び基体１１に充填された水分解性樹脂１５とを含む。この集水セグメント１を用いて非開削工法（例えばシールド工法）により集水トンネル前駆体Ｔ’を構築し、前駆体Ｔ’のセグメント１における水分解性樹脂１５を水分解させて集水トンネルＴを得る。
【解決手段】地中に非開削工法により集水トンネルＴを構築するための集水セグメント１。セグメント１は、基体１１と、基体の通水スリット１１１ｓの目詰まり抑制のために基体外面側に配置された石粒層１０と、石粒層１０を基体１１に固定するとともにセグメント１を通る基体１１内側への通水を阻止するように石粒層１０及び基体１１に充填された水分解性樹脂１５とを含む。この集水セグメント１を用いて非開削工法（例えばシールド工法）により集水トンネル前駆体Ｔ’を構築し、前駆体Ｔ’のセグメント１における水分解性樹脂１５を水分解させて集水トンネルＴを得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下水を水資源として集水するための集水トンネルの構築に用いる集水セグメント及び該集水セグメントを用いる集水トンネル構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下水を飲料水や工業用水として利用するために地下水を水資源として集水することが行われている。
地下水を水資源として集水する方法としては、例えば図６に示すように、地表から地中の集水領域へ向け溝状に開削し、その開削底部に集水管を敷設し、その後それら集水管を敷設した開削領域へ開削土砂を埋め戻し、該集水管に地下水を流入させて集水するのである。このように集められる水は、例えば、適当な位置に該集水管に連通する立坑を設け、この立坑へ流入させ、そこから揚水ポンプで汲み上げて用いるのである。
【０００３】
集水管は、管内へ集水するための通水部分（通水孔、通水スリット等）を有するものであるが、通水部分が地中で目詰まりすることを抑制するため、図７に示すように、集水管の周囲に石粒層を形成したうえで、開削土砂を埋め戻すことが行われている。日本水道協会 水道施設設計指針２０００年度版 第９８頁 図−２．１０．１に、この状態に集水管を設ける例が示されている。
【０００４】
同指針の第９８頁 図−２．１０．１には、集水管として、図８に示すように、フレームＦに線状部材ｍを螺旋状に巻き設け、隣り合う線状部材ｍ間に通水スリットｗｓを提供しているタイプの集水管（集水スクリーン管）を用いた場合の石粒層の例が示されている。該石粒層は、集水管径が１ｍの場合の例であり、大砂利層（大石粒層：粒径４０ｍｍ〜５０ｍｍ）、中砂利層（中石粒層：粒径３０ｍｍ〜４０ｍｍ）、小砂利層（小石粒層：粒径２０ｍｍ〜３０ｍｍ）を積層したものである。
【０００５】
同指針に基づいて、図７に例示されるように、集水管周囲に砂利層（石粒層）を形成すれば、集水管の通水部分の目詰まりを長期にわたり抑制することができることは一般に認められているところである。
【０００６】
また、同指針の第９７頁の「２．１０．２ 位置及び構造」の第３項には、「集水開口部からの水流入速度は、砂の掃流限界速度（すなわち水流により砂が動き始める限界の水流速度）以下を標準とする」と記載されているとともに、第９９頁の参考表２．１０．１に「土の分類と掃流限界速度」が記載されている。従って、このことからすると、一般的に言えば、集水管の集水開口部（図８の集水管で言えば通水スリットｗｓ）の目詰まりを起こしやすい細砂等の砂の掃流限界速度より低速で集水開口部へ水が流入するように集水管周囲の石粒層を設けるとよいと言える。このことは「サンドコントロール」などと称されている目詰まり抑制手法である。
【０００７】
なお、集水管の集水開口部の寸法（前記スリットｗｓで言えばその寸法）は、砂の掃流限界速度（例えば、特に目詰まりを起こしやすい砂の掃流限界速度）Ｖと、所望の単位時間あたり集水量Ｑと、集水管の開口面積等の関数として把握できる集水面積Ａとからなる式Ｑ＝Ａ×Ｖから割り出すことができる寸法ということができる。
【０００８】
集水管としては上記のほか、鉄筋コンクリート有効管も利用できるが、その開口率は、管の強度等の観点から低くならざるを得ず、砂の掃流限界速度を考慮した場合には集水量が、管全体の大きさの割りには少なくなるのに対し、図８に例示するようなタイプの集水管（集水スクリーン管）によると、開口率を高くでき、砂の掃流限界速度を考慮した場合でも、管全体の大きさの割りには大きい集水量を得ることができる。
【０００９】
ところが、以上説明した集水方法によると、集水管設置のために地盤を地表から開削しなければならず、すなわち、開削工法によらなければならず、その工事は大がかりとなり、集水工事に高コストがかかる。
さらに、集水管設置のために地盤を地表から開削するので、その開削工事で地中の帯水層が破壊され、長期にわたり安定して集水することが困難になる恐れがある。
また、集水管設置のために地盤を地表から大がかりに開削するので、それだけ自然が大きく破壊され、破壊された自然の復元に長い年月を要したり、自然の復元が困難になったりするので、環境負荷が大きすぎる。
【００１０】
このような問題を解消する集水方法として、地盤を地表から開削しないで、地中の集水領域（代表的には地中の帯水層）へ集水トンネルを構築し、該集水トンネルを通じて集水する方法、すなわち、非開削工法により集水トンネルを構築して集水する方法が考えられる。
【００１１】
集水トンネルを非開削工法により構築するためのセグメントや該セグメントを利用した非開削工法による集水トンネルの構築に関して、幾つかの提案がなされている（例えば、特開平１１−２８０３９２号公報、特開２００３−２６８８１４号公報）。
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−２８０３９２号公報
【特許文献２】特開２００３−２６８８１４号公報
【非特許文献１】日本水道協会発行 水道施設設計指針２０００年度版 第９７〜１００頁「２．１０ 集水埋渠」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、集水トンネルを構築する場合においても、集水トンネルを構成しているセグメントの通水部分（通水孔、通水スリット等）は、トンネル内への集水のために目詰まりを抑制しなければならない。
【００１４】
この点、前記の特開平１１−２８０３９２号公報、特開２００３−２６８８１４号公報には、セグメントの目詰まりを抑制する手段が開示されているものの、それらは、日本水道協会の水道施設設計指針に示されるように砂利層（石粒層）によるものではない。
【００１５】
既述のとおり、日本水道協会の水道施設設計指針に基づいて、図７に例示されるように、集水管周囲に砂利層（石粒層）を形成すれば、集水管の通水部分の目詰まりを長期にわたり抑制することができることは一般に認められているところである。
【００１６】
しかし、セグメントを利用して非開削工法にて集水トンネルを構築する場合において、各セグメントの外側に目詰まり防止用の砂利層（石粒層）を設置することは、砂利層を構成すべき砂利（石粒群）に重力による流動性が生じる等により、極めて困難であり、場合によっては不可能である。
【００１７】
そこで本発明は、非開削工法により地中に集水トンネルを構築するための集水セグメントにして、構築すべき該トンネルの周囲方向に順次接続されるとともに該トンネル奥行き方向に順次接続されるべき集水セグメントであって、地下水の集水セグメント内側への流入を抑制しつつ容易に集水トンネルを構築できるとともに、集水トンネル構築後における各セグメントにおける通水部分の目詰まりが生じ難い集水セグメントを提供することを第１の課題とする。
【００１８】
また本発明は、地中の集水領域に、地下水流入を抑制しつつ容易に集水トンネルを構築でき、また、構築後における通水部分の目詰まりが生じ難い集水トンネルを構築することができる集水トンネル構築方法を提供することを第２の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は前記第１の課題を解決するため、
非開削工法により地中に集水トンネルを構築するための集水セグメントであって、構築すべき該トンネルの周囲方向に順次接続されるとともに該トンネル奥行き方向に順次接続されるべき集水セグメントであり、
並行に配列された複数本の線状部材を有し、隣り合う線状部材の間に通水スリットを提供しているセグメント基体と、
該セグメント基体の隣り合う線状部材間の通水スリットの目詰まり抑制のために該セグメント基体の外面側に配置された石粒層と、
該石粒層を該セグメント基体に固定するとともに該セグメント基体内側への通水を阻止するように該石粒層及び該セグメント基体に充填された水分解性樹脂とを含んでいる集水セグメントを提供する。
【００２０】
ここで、「非開削工法による集水トンネル構築」とは、「地盤を地表から開削し、その開削により開放された地中領域に集水トンネルを構築する開削工法」によらない集水トンネル構築であり、例えばシールド工法による集水トンネル構築を挙げることができる。
非開削工法としては、このほか推進工法等も例示できる。
【００２１】
また本発明は前記第２の課題を解決するため、
地中の集水領域に集水トンネルを構築する方法であって、
本発明に係る集水セグメントを用いて非開削工法により該集水セグメントがトンネル周囲方向に接続されるとともにトンネル奥行き方向に接続された集水トンネル前駆体を構築する工程と、
該集水トンネル前駆体の集水セグメントにおける前記水分解性樹脂を水分解させて該集水セグメントを通るセグメント基体内側への通水が許される状態の集水トンネルを得る工程とを含む集水トンネル構築方法を提供する。
【００２２】
ここで、「非開削工法による集水トンネル前駆体の構築」とは、「地盤を地表から開削し、その開削により開放された地中領域に集水トンネル前駆体を構築する開削工法」によらない集水トンネル前駆体の構築であり、例えばシールド工法による集水トンネル前駆体の構築を挙げることができる。
非開削工法としては、このほか推進工法等も例示できる。
【００２３】
本発明に係る集水セグメントによると、セグメント基体の外面側に、該セグメント基体を構成している隣り合う線状部材間の通水スリットの目詰まり抑制のための石粒層が配置されているが、該石粒層は、該石粒層及び該セグメント基体に充填された水分解性樹脂によりセグメント基体に固定されており、これにより本発明に係る集水セグメントは全体的に一体化されており、それだけ取り扱い易い。
そして、該水分解性樹脂は、該セグメント基体内側への通水を阻止するように石粒層及びセグメント基体に充填されている。
【００２４】
これらにより、本発明に係る集水セグメントによると、これを用いる非開削工法による集水トンネルの構築は、該集水セグメントが石粒層を有しているにも拘らず全体が一体化されていて取り扱い易い状態で、さらに地下水の集水セグメント内側への流入を抑制しつつ行うことができる。そして、集水トンネルを構成するセグメント基体の外側に目詰まり抑制のための石粒層が所望どおり配置された状態が得られる。
【００２５】
また、本発明に係る集水セグメントによると、これを用いた集水トンネルの構築において、最終的に、地下水により、又は該地下水と未だ水分解性樹脂が分解していない状態の集水トンネル前駆体ともいうべきものへ供給してもよい水などにより該樹脂を水分解させることで、集水セグメントを通るセグメント基体の内側への通水が許される状態の集水トンネルを容易に得ることができる。さらに、各集水セグメントにおける通水部分（石粒の間隙やセグメント基体の隣り合う線状部材間隙、特にセグメント基体の隣り合う線状部材間隙）の目詰まりを石粒層により長期にわたり抑制できる。
【００２６】
本発明に係る集水トンネル構築方法は本発明に係る集水セグメントを用いて集水トンネルを構築するので、地中の集水領域に、地下水流入を抑制しつつ容易に集水トンネルを構築でき、また、構築後における通水部分の目詰まりが生じ難い集水トンネルを構築することができる。
【００２７】
また、本発明に係る集水セグメント及び集水トンネル構築方法によると、集水管設置のために地盤を地表から大がかりに開削する必要がないので、集水工事をそれだけ安価に行うことができ、帯水層の破壊も抑制でき、さらに、環境負荷を低減することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明によると、非開削工法により地中に集水トンネルを構築するための集水セグメントにして、構築すべき該トンネルの周囲方向に順次接続されるとともに該トンネル奥行き方向に順次接続されるべき集水セグメントであって、地下水の集水セグメント内側への流入を抑制しつつ、それだけ容易に集水トンネルを構築できるとともに、集水トンネル構築後における各セグメントにおける通水部分の目詰まりが生じ難い集水セグメントを提供することができる。
【００２９】
また本発明によると、地中の集水領域に、地下水流入を抑制しつつ、それだけ容易に集水トンネルを構築でき、また、構築後における目詰まりが生じ難い集水トンネルを構築することができる集水トンネル構築方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の好ましい実施形態の集水セグメントは、非開削工法により地中に集水トンネルを構築するための集水セグメントであって、構築すべき該トンネルの周囲方向に順次接続されるとともに該トンネル奥行き方向に順次接続されるべき集水セグメントである。
【００３１】
この集水セグメントは、基本的に、
並行に配列された複数本の線状部材を有し、隣り合う線状部材の間に通水スリットを提供しているセグメント基体と、
該セグメント基体の隣り合う線状部材間の通水スリットの目詰まり抑制のために該セグメント基体の外面側に配置された石粒層と、
該石粒層を該セグメント基体に固定するとともに該セグメント基体内側への通水を阻止するように該石粒層及び該セグメント基体に充填された水分解性樹脂とを含んでいる。
【００３２】
この集水セグメントにおいては、石粒層及びセグメント基体に水分解性樹脂が充填されているのであるが、その樹脂充填は、必ず石粒層及びセグメント基体のそれぞれの全体にわたって充填されていなければならない、というものではない。石粒層、セグメント基体のそれぞれにおいて、水分解性樹脂が到達している部分と到達していない部分とがあっても、全体として、石粒層をセグメント基体に固定するとともに集水セグメントを通るセグメント基体内側への通水が阻止されるように該石粒層及び該セグメント基体に充填されていればよい。
【００３３】
いずれにしても該石粒層は、地中に既存の水浄化能のあるバクテリアが棲みついて該石粒層を通過する地下水を浄化する層を兼ねるものであることが好ましい。
【００３４】
また、石粒層は、一般的に言えば、集水セグメントを利用して構築される集水トンネルにおいて、セグメント基体の通水スリットの目詰まりを起こしやすい砂の掃流限界速度より低速で該通水スリットへ水が流入するように、換言すればサンドコントロールできるように、構築される集水トンネル周囲に位置することになる地盤の状態（該地盤における石粒等の粒径分布等）を考慮して石粒層を設けるとよい。
【００３５】
セグメント基体に固定される石粒層の例として、それぞれが予め定めた粒径範囲の石粒を主体とする複数の石粒の層が前記セグメント基体から外側へ向かって積層されたものであって、該各石粒の層の主体をなす石粒の粒径範囲は、他の石粒の層の主体をなす石粒の粒径範囲とは異なっている石粒層を挙げることができる。
【００３６】
このような石粒層の例として、予め定めた第１の粒径範囲の石粒を主体とする大石粒層、該第１の粒径範囲より小粒径の第２の粒径範囲の石粒を主体とする中石粒層及び該第２の粒径範囲より小粒径の第３の粒径範囲の石粒を主体とする小石粒層がこの順序で前記セグメント基体から外側へ向かって積層されたものを挙げることができる。
【００３７】
このような石粒層を採用する場合の具体例として、大石粒層は粒径が４０ｍｍより大きく５０ｍｍ以下の石粒を主体としたもの、中石粒層は粒径が３０ｍｍより大きく４０ｍｍ以下の石粒を主体としたもの、小石粒層は粒径が２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の石粒を主体としたものを挙げることができる。
【００３８】
上記の粒径が４０ｍｍより大きく５０ｍｍ以下の大石粒層の厚みは採用する石粒径に応じて概ね１２０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度の範囲のものとすることができる。粒径が３０ｍｍより大きく４０ｍｍ以下の中石粒層の厚みは採用する石粒径に応じて概ね９０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度の範囲のものとすることができる。粒径が２０ｍｍより大きく３０ｍｍ以下の小石粒層の厚みは採用する石粒径に応じて概ね６０ｍｍ〜９０ｍｍ程度の範囲のものとすることができる。
【００３９】
また、前記石粒層は、予め定めた粒径範囲の石粒を主体とする単層の石粒層（砂利層）であってもよい。かかる単層或いは単一の石粒層（砂利層）は、集水トンネルを設ける地中の帯水層における砂利の粒度分布に基づいて、サンドコントロールを図るうえで適切に選択された粒径分布をもつ砂利の単一の層とすることができる。
【００４０】
前記セグメント基体の線状部材の代表的なものとして、該線状部材長手方向を横切る方向の断面形状が３角形状の部材であり、該３角形状の一つの頂点が該セグメント基体内側に向けられるとともに、該頂点に対する底辺が該セグメント基体外側に向けられているものを挙げることができる。
【００４１】
このような断面形状の線状部材は隣り合うもの同士の間隙がセグメント基体の外面側から内面側へ次第に広がることになり、目詰まりが発生しにくい。
このような断面形状３角形状の隣り合う線状部材のセグメント基体外面側での間隙は、(a) 前記石粒層における石粒径、(b) セグメント基体の開口率を大きくして大きい集水量を得る、(c) セグメント基体の通水スリットからの水流入速度の最適化などの観点から、概ね０．５ｍｍ〜２０ｍｍ程度を例示できる。
【００４２】
なお、セグメント基体は長寿命化及び強度確保の点から腐食し難く、強度もある金属製であることが好ましい。例えば、ステンレススチール製のものを挙げることができる。
【００４３】
前記水分解性樹脂としては、酢酸ビルニを重合して得られるポリ酢酸ビニルを鹸化させた水酸基を持つ水溶性のビニル樹脂を例示できる。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態に係る集水トンネル構築方法は以上説明したような集水セグメントを用いる非開削工法による集水トンネル構築方法である。
【００４５】
この集水トンネル構築方法には、
非開削工法により集水セグメントがトンネル周囲方向に接続されるとともにトンネル奥行き方向に接続された集水トンネル前駆体を構築する工程と、
該集水トンネル前駆体の集水セグメントにおける水分解性樹脂を水分解させて該集水セグメントを通るセグメント基体内側への通水が許される状態の集水トンネルを得る工程とが含まれる。
【００４６】
集水トンネル前駆体を構築する工程の例として、集水セグメントの内面側に補強用セグメントを取り外し可能に固定し、該補強用セグメントを固定した集水セグメントをシールド工法によりトンネル周囲方向に接続するとともにトンネル奥行き方向に接続し、該補強用セグメントを固定した集水セグメントの該接続後に該各集水セグメントから該補強用セグメントを取り外して集水トンネル前駆体を得る場合を挙げることができる。
【００４７】
以下、図面を参照して本発明に係る集水セグメントの例及び該集水セグメントを用いる集水トンネルの構築例について説明する。
図１は集水セグメントの１例の斜視図である。図２（Ａ）はセグメント基体の斜視図であり、図２（Ｂ）は同セグメント基体における線状部材等の一部の拡大図である。図３は図１の集水セグメントを利用した集水トンネル構築を示す図である。図４は集水トンネル構築に際して集水セグメントに内側からシールド工法用の補強セグメントを当てがう様子を概略的に示す図である。図５は図１の集水セグメントにより形成される集水トンネルの一部の斜視図である。
【００４８】
図１の集水セグメント１は、一般的に言えば、全体として見ると、円筒を予め定めた中心角度間隔で分割したものの一つに相当する形態を呈しているものである。本例の集水セグメント１は、概ね、円筒を６０度の中心角度間隔で分割したものの一つに相当する形態を呈している。また、集水セグメント１の各部サイズは、この集水セグメント１を用いて構築される、後述する集水トンネルＴの内径がほぼ１．２ｍ程度のものになるサイズである。なお、集水トンネルＴの内径は１．２ｍに限定されることはなく、それより小さいものでも大きいものでもよく、大きいものでは１０ｍ程度或いはそれ以上のものもあり得る。
【００４９】
集水セグメント１はセグメント基体１１と基体１１の凸曲面である外面側に配置された石粒層１０とを含んでいる。石粒層１０は基体１１から外側へ向けて大石粒層１２、中石粒層１３及び小石粒層１４を積層したものである。
【００５０】
セグメント基体１１は、本例ではステンレススチールで強固に形成されている。
さらに説明すると、セグメント基体１１は、図２（Ａ）に示すように、一対の湾曲した端部材１１３に複数本の棒部材１１２を所定間隔で平行に渡し設け、さらに該棒部材１１２の内側に湾曲棒状の複数本の補強部材１１４を固設した骨格の該棒部材１１２に複数本の線状部材１１１を平行に配列固定したものである。
【００５１】
線状部材１１１は、図２（Ｂ）に示すように、長手方向に垂直な断面形状が２等辺３角形状の部材であり、該３角形状の一つの頂点ｐがセグメント基体内側に向けられるとともに、該頂点ｐに対する底辺ｂｓがセグメント基体外側に向けられている部材である。
【００５２】
各隣り合う線状部材１１１の間には通水スリット１１１ｓが形成されている。
それには限定されないが、ここでは、通水スリット１１１ｓの基体外面側の幅ｇ１は５．０ｍであり、基体内面側の幅ｇ２は９ｍｍであり、線状部材断面の３角形底辺ｂｓは４．０ｍｍであり、厚さ（３角形の高さ）ｈは８ｍｍである。幅ｇ２＝９ｍｍは３角形が２等辺３角形であるから、線状部材１１１の配列ピッチに相当する。
このように通水スリット１１１ｓの幅はセグメント基体１１の外面側から内面側へ次第に拡大しており、通水スリット１１１ｓが目詰まりし難くなっている。
【００５３】
石粒層１０はセグメント基体１１の通水スリット１１１ｓの目詰まりを抑制するためのものである。石粒層１０を構成している大石粒層１２は、粒径が４０ｍｍより大きく５０ｍｍ程度以下の石粒を主体に形成すればよく（この範囲外の粒径のものが少しぐらい混じっていても許される）、本例では粒径５０ｍｍ程度の石粒を主体に形成してある。
【００５４】
中石粒層１３は、粒径が３０ｍｍより大きく４０ｍｍ程度以下の石粒を主体に形成すればよく（この範囲外の粒径のものが少しぐらい混じっていても許される）、本例では粒径４０ｍｍ程度の石粒を主体に形成してある。
小石粒層１４は、粒径が２０ｍｍ程度以上３０ｍｍ程度以下の石粒を主体に形成すればよく（この範囲外の粒径のものが少しぐらい混じっていても許される）、本例では粒径３０ｍｍ程度の石粒を主体に形成してある。
【００５５】
大石粒層１２の厚さｔ１は１５０ｍｍ、中石粒層１３の厚さｔ２は１２０ｍｍ、小石粒層１４の厚さｔ３は９０ｍｍであり、石粒層１０全体の厚さは３６０ｍｍである。
この石粒層１０は、後述するように集水セグメント１を接続してなる集水トンネルが構築されると、地中に既存の水浄化能のあるバクテリアが棲みついて該石粒層１０を通過する地下水を浄化する層を兼ねるものである。
【００５６】
また、石粒層１０は、集水セグメント１を利用して構築される集水トンネルにおいて、セグメント基体１１の通水スリット１１１ｓの目詰まりを起こしやすい砂の掃流限界速度より低速で該通水スリットへ水が流入するようにしたものでもある。
【００５７】
石粒層１０及びセグメント基体１１には、石粒層１０をセグメント基体１１に固定するとともに集水セグメント１を通るセグメント基体１１内側への通水を阻止するように水分解性樹脂１５が充填されている。
【００５８】
水分解性樹脂１５は、水分解性を有し、樹脂成分の配合割合によって分解速度を制御できる樹脂〔ここでは日本合成化学工業株式会社製の酢酸ビルニを重合して得られるポリ酢酸ビニルを鹸化させた水酸基を持つ水溶性のビニル樹脂（商品名：ゴーセノール）〕からなっている。
【００５９】
なお、石粒層１０及びセグメント基体１１への水分解性樹脂１５の充填は、該樹脂が到達している部分と到達していない部分とが生じる状態で充填されていても構わない。全体として、石粒層１０をセグメント基体１１に固定するとともに集水セグメント１を通るセグメント基体１１内側への通水が阻止されるように石粒層１０及びセグメント基体１１に充填されていればよい。
【００６０】
以上説明した集水セグメン１１を用いて、図３に例示するようにして、それ自体従来から知られているシールド工法によるトンネル掘削機Ｍを用いて地中に集水トンネルＴを形成することができる。
【００６１】
図３に示す例では、地表Ｓから地中へ立坑ＶＷを形成し、該立坑ＶＷから、集水セグメント１を用いて、さらに言えば、ここでは図４に示すように、集水セグメント１のセグメント基体１１の内面側にシールド工法用に準備した補強セグメント１００を当接固定した状態とし、このようにセグメント１００を固定した集水セグメントを用いて、シールド工法によるトンネル掘削機Ｍにて地中の帯水層ＷＬに集水トンネルＴを構築している。トンネルＴは、図５にも示すように、集水セグメント１がトンネルの周囲方向に順次接続されるとともに該トンネル奥行き方向に順次接続されて構築される。
【００６２】
集水トンネルＴの構築についてさらに説明すると、該トンネルは、シールド工法によるトンネル掘削機Ｍを用いて、セグメント１００を取り付けたセグメント１をトンネル周囲方向に接続するとともにトンネル奥行き方向に接続し、そのように接続された各集水セグメント１からセグメント１００を取り外して集水トンネル前駆体Ｔ’を構築する工程と、集水トンネル前駆体Ｔ’の集水セグメント１における前記水分解性樹脂１５を水分解させて集水セグメント１を通るセグメント基体１１内側への通水が許される状態の集水トンネルＴを得る工程を経て構築する。
【００６３】
補強セグメント１００の集水セグメント１への脱離可能な取付けは、例えば、セグメント１００を集水セグメント１の補強部材１１４等へボルト留めする等により行える。
なお、集水セグメント１がそれ自体でシールド工法における反力を支え得る強度を有するものであれば、補強セグメント１００は省略することも可能である。
【００６４】
集水セグメント１は、セグメント基体１１の外面側に、セグメント基体１１を構成している隣り合う線状部材１１１間の通水スリット１１１ｓの目詰まり抑制のための石粒層１０が配置されているが、石粒層１０は、石粒層１０及びセグメント基体１１に充填された水分解性樹脂１５によりセグメント基体１１に固定されており、これにより集水セグメント１は全体的に一体化されており、取り扱い易くなっている。
そして、水分解性樹脂１５は、セグメント基体１１内側への通水を阻止するように石粒層１０及びセグメント基体１１に充填されている。
【００６５】
これらにより、集水トンネルＴの構築は、集水セグメント１が石粒層１０を有しているにも拘らず全体が一体化されていて取り扱い易い状態で、さらに地下水の集水セグメント１内側への流入を防止しつつ容易に行うことができる。そして、集水トンネルＴを構成するセグメント基体１１の外側に目詰まり抑制のための石粒層１０が所望どおり配置された状態が簡単容易に得られる。
【００６６】
また、集水トンネルＴの構築において、最終的に、地下水により、又は該地下水と未だ水分解性樹脂１５が分解していない状態の集水トンネル前駆体Ｔ’へ供給してもよい水などにより該樹脂１５を水分解させることで、容易に集水セグメント１を通るセグメント基体１１内側への通水が許される状態の集水トンネルＴを得ることができる。さらに、各集水セグメント１における通水部分（石粒の間隙やセグメント基体１１の通水スリット１１１ｓ、特にセグメント基体１１の通水スリット１１１ｓ）の目詰まりを石粒層１０により長期にわたり、抑制できる。
【００６７】
石粒層１０及びセグメント基体１１への前記水分解性樹脂１５の充填状態及び該樹脂の水分解速度は、上記集水トンネル前駆体Ｔ’の構築を妨げる該前駆体Ｔ’内への地下水の流入を阻止できる程度のものであるとともに、集水トンネル前駆体Ｔ’の構築後は、所望の時間で該樹脂１５を水分解させて集水トンネルＴを得ることができる程度のものとしておけばよい。
【００６８】
集水セグメント１及びこれを用いる集水トンネル構築によると、集水管設置のために地盤を地表から大がかりに開削する必要がないので、集水工事をそれだけ安価に行うことができ、帯水層ＷＬの破壊も抑制でき、さらに、環境負荷を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、地盤を開削することなく、集水トンネルを容易に、そして目詰まりが抑制される状態で形成できる集水セグメントの提供及び該集水セグメントを用いる集水トンネルの構築に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る集水セグメントの１例の斜視図である。
【図２】図２（Ａ）は図１に示す集水セグメントにおけるセグメント基体の斜視図であり、図２（Ｂ）は同セグメント基体の線状部材等の一部の拡大図である。
【図３】図１の集水セグメントを利用した集水トンネル構築を示す図である。
【図４】集水セグメントに内側からシールド工法用セグメントを当てがう様子を概略的に示す図である。
【図５】図１の集水セグメントにより形成される集水トンネルの一部の斜視図である。
【図６】集水管設置のために地盤を開削している従来の様子を示す図である。
【図７】図６に示す地盤開削を経て設置された集水管とその周囲の断面図である。
【図８】従来の集水管例の斜視図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 集水セグメント
１１ セグメント基体
１１１ 線状部材
１１１ｓ 通水スリット
ｐ 線状部材１１１の３角形状断面における三角形頂点
ｂｓ 三角形頂点ｐに対する三角形底辺
ｈ 線状部材厚さ（高さ）
ｇ１ 通水スリット１１１ｓのセグメント基体外面側の幅
ｇ２ 通水スリット１１１ｓのセグメント基体内面側の幅
１１２ 棒部材
１１３ 端部材
１１４ 補強部材
１０ 石粒層
１２ 大石粒層
１３ 中石粒層
１４ 小石粒層
１５ 水分解性樹脂
Ｓ 地表
ＶＷ 立坑
ＷＬ 帯水層
Ｍ トンネル掘削機
Ｔ 集水トンネル
Ｔ’集水トンネル前駆体
１００ セグメント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下水を水資源として集水するための集水トンネルの構築に用いる集水セグメント及び該集水セグメントを用いる集水トンネル構築方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
地下水を飲料水や工業用水として利用するために地下水を水資源として集水することが行われている。
地下水を水資源として集水する方法としては、例えば図６に示すように、地表から地中の集水領域へ向け溝状に開削し、その開削底部に集水管を敷設し、その後それら集水管を敷設した開削領域へ開削土砂を埋め戻し、該集水管に地下水を流入させて集水するのである。このように集められる水は、例えば、適当な位置に該集水管に連通する立坑を設け、この立坑へ流入させ、そこから揚水ポンプで汲み上げて用いるのである。
【０００３】
集水管は、管内へ集水するための通水部分（通水孔、通水スリット等）を有するものであるが、通水部分が地中で目詰まりすることを抑制するため、図７に示すように、集水管の周囲に石粒層を形成したうえで、開削土砂を埋め戻すことが行われている。日本水道協会 水道施設設計指針２０００年度版 第９８頁 図−２．１０．１に、この状態に集水管を設ける例が示されている。
【０００４】
同指針の第９８頁 図−２．１０．１には、集水管として、図８に示すように、フレームＦに線状部材ｍを螺旋状に巻き設け、隣り合う線状部材ｍ間に通水スリットｗｓを提供しているタイプの集水管（集水スクリーン管）を用いた場合の石粒層の例が示されている。該石粒層は、集水管径が１ｍの場合の例であり、大砂利層（大石粒層：粒径４０ｍｍ〜５０ｍｍ）、中砂利層（中石粒層：粒径３０ｍｍ〜４０ｍｍ）、小砂利層（小石粒層：粒径２０ｍｍ〜３０ｍｍ）を積層したものである。
【０００５】
同指針に基づいて、図７に例示されるように、集水管周囲に砂利層（石粒層）を形成すれば、集水管の通水部分の目詰まりを長期にわたり抑制することができることは一般に認められているところである。
【０００６】
また、同指針の第９７頁の「２．１０．２ 位置及び構造」の第３項には、「集水開口部からの水流入速度は、砂の掃流限界速度（すなわち水流により砂が動き始める限界の水流速度）以下を標準とする」と記載されているとともに、第９９頁の参考表２．１０．１に「土の分類と掃流限界速度」が記載されている。従って、このことからすると、一般的に言えば、集水管の集水開口部（図８の集水管で言えば通水スリットｗｓ）の目詰まりを起こしやすい細砂等の砂の掃流限界速度より低速で集水開口部へ水が流入するように集水管周囲の石粒層を設けるとよいと言える。このことは「サンドコントロール」などと称されている目詰まり抑制手法である。
【０００７】
なお、集水管の集水開口部の寸法（前記スリットｗｓで言えばその寸法）は、砂の掃流限界速度（例えば、特に目詰まりを起こしやすい砂の掃流限界速度）Ｖと、所望の単位時間あたり集水量Ｑと、集水管の開口面積等の関数として把握できる集水面積Ａとからなる式Ｑ＝Ａ×Ｖから割り出すことができる寸法ということができる。
【０００８】
集水管としては上記のほか、鉄筋コンクリート有効管も利用できるが、その開口率は、管の強度等の観点から低くならざるを得ず、砂の掃流限界速度を考慮した場合には集水量が、管全体の大きさの割りには少なくなるのに対し、図８に例示するようなタイプの集水管（集水スクリーン管）によると、開口率を高くでき、砂の掃流限界速度を考慮した場合でも、管全体の大きさの割りには大きい集水量を得ることができる。
【０００９】
ところが、以上説明した集水方法によると、集水管設置のために地盤を地表から開削しなければならず、すなわち、開削工法によらなければならず、その工事は大がかりとなり、集水工事に高コストがかかる。
さらに、集水管設置のために地盤を地表から開削するので、その開削工事で地中の帯水層が破壊され、長期にわたり安定して集水することが困難になる恐れがある。
また、集水管設置のために地盤を地表から大がかりに開削するので、それだけ自然が大きく破壊され、破壊された自然の復元に長い年月を要したり、自然の復元が困難になったりするので、環境負荷が大きすぎる。
【００１０】
このような問題を解消する集水方法として、地盤を地表から開削しないで、地中の集水領域（代表的には地中の帯水層）へ集水トンネルを構築し、該集水トンネルを通じて集水する方法、すなわち、非開削工法により集水トンネルを構築して集水する方法が考えられる。
【００１１】
集水トンネルを非開削工法により構築するためのセグメントや該セグメントを利用した非開削工法による集水トンネルの構築に関して、幾つかの提案がなされている（例えば、特開平１１−２８０３９２号公報、特開２００３−２６８８１４号公報）。
【００１２】
【特許文献１】特開平１１−２８０３９２号公報
【特許文献２】特開２００３−２６８８１４号公報
【非特許文献１】日本水道協会発行 水道施設設計指針２０００年度版 第９７〜１００頁「２．１０ 集水埋渠」
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
しかしながら、集水トンネルを構築する場合においても、集水トンネルを構成しているセグメントの通水部分（通水孔、通水スリット等）は、トンネル内への集水のために目詰まりを抑制しなければならない。
【００１４】
この点、前記の特開平１１−２８０３９２号公報、特開２００３−２６８８１４号公報には、セグメントの目詰まりを抑制する手段が開示されているものの、それらは、日本水道協会の水道施設設計指針に示されるように砂利層（石粒層）によるものではない。
【００１５】
既述のとおり、日本水道協会の水道施設設計指針に基づいて、図７に例示されるように、集水管周囲に砂利層（石粒層）を形成すれば、集水管の通水部分の目詰まりを長期にわたり抑制することができることは一般に認められているところである。
【００１６】
しかし、セグメントを利用して非開削工法にて集水トンネルを構築する場合において、各セグメントの外側に目詰まり防止用の砂利層（石粒層）を設置することは、砂利層を構成すべき砂利（石粒群）に重力による流動性が生じる等により、極めて困難であり、場合によっては不可能である。
【００１７】
そこで本発明は、非開削工法により地中に集水トンネルを構築するための集水セグメントにして、構築すべき該トンネルの周囲方向に順次接続されるとともに該トンネル奥行き方向に順次接続されるべき集水セグメントであって、地下水の集水セグメント内側への流入を抑制しつつ容易に集水トンネルを構築できるとともに、集水トンネル構築後における各セグメントにおける通水部分の目詰まりが生じ難い集水セグメントを提供することを第１の課題とする。
【００１８】
また本発明は、地中の集水領域に、地下水流入を抑制しつつ容易に集水トンネルを構築でき、また、構築後における通水部分の目詰まりが生じ難い集水トンネルを構築することができる集水トンネル構築方法を提供することを第２の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は前記第１の課題を解決するため、
非開削工法により地中に集水トンネルを構築するための集水セグメントであって、構築すべき該トンネルの周囲方向に順次接続されるとともに該トンネル奥行き方向に順次接続されるべき集水セグメントであり、
並行に配列された複数本の線状部材を有し、隣り合う線状部材の間に通水スリットを提供しているセグメント基体と、
該セグメント基体の隣り合う線状部材間の通水スリットの目詰まり抑制のために該セグメント基体の外面側に配置された石粒層と、
該石粒層を該セグメント基体に固定するとともに該セグメント基体内側への通水を阻止するように該石粒層及び該セグメント基体に充填された水分解性樹脂とを含んでいる集水セグメントを提供する。
【００２０】
ここで、「非開削工法による集水トンネル構築」とは、「地盤を地表から開削し、その開削により開放された地中領域に集水トンネルを構築する開削工法」によらない集水トンネル構築であり、例えばシールド工法による集水トンネル構築を挙げることができる。
非開削工法としては、このほか推進工法等も例示できる。
【００２１】
また本発明は前記第２の課題を解決するため、
地中の集水領域に集水トンネルを構築する方法であって、
本発明に係る集水セグメントを用いて非開削工法により該集水セグメントがトンネル周囲方向に接続されるとともにトンネル奥行き方向に接続された集水トンネル前駆体を構築する工程と、
該集水トンネル前駆体の集水セグメントにおける前記水分解性樹脂を水分解させて該集水セグメントを通るセグメント基体内側への通水が許される状態の集水トンネルを得る工程とを含む集水トンネル構築方法を提供する。
【００２２】
ここで、「非開削工法による集水トンネル前駆体の構築」とは、「地盤を地表から開削し、その開削により開放された地中領域に集水トンネル前駆体を構築する開削工法」によらない集水トンネル前駆体の構築であり、例えばシールド工法による集水トンネル前駆体の構築を挙げることができる。
非開削工法としては、このほか推進工法等も例示できる。
【００２３】
本発明に係る集水セグメントによると、セグメント基体の外面側に、該セグメント基体を構成している隣り合う線状部材間の通水スリットの目詰まり抑制のための石粒層が配置されているが、該石粒層は、該石粒層及び該セグメント基体に充填された水分解性樹脂によりセグメント基体に固定されており、これにより本発明に係る集水セグメントは全体的に一体化されており、それだけ取り扱い易い。
そして、該水分解性樹脂は、該セグメント基体内側への通水を阻止するように石粒層及びセグメント基体に充填されている。
【００２４】
これらにより、本発明に係る集水セグメントによると、これを用いる非開削工法による集水トンネルの構築は、該集水セグメントが石粒層を有しているにも拘らず全体が一体化されていて取り扱い易い状態で、さらに地下水の集水セグメント内側への流入を抑制しつつ行うことができる。そして、集水トンネルを構成するセグメント基体の外側に目詰まり抑制のための石粒層が所望どおり配置された状態が得られる。
【００２５】
また、本発明に係る集水セグメントによると、これを用いた集水トンネルの構築において、最終的に、地下水により、又は該地下水と未だ水分解性樹脂が分解していない状態の集水トンネル前駆体ともいうべきものへ供給してもよい水などにより該樹脂を水分解させることで、集水セグメントを通るセグメント基体の内側への通水が許される状態の集水トンネルを容易に得ることができる。さらに、各集水セグメントにおける通水部分（石粒の間隙やセグメント基体の隣り合う線状部材間隙、特にセグメント基体の隣り合う線状部材間隙）の目詰まりを石粒層により長期にわたり抑制できる。
【００２６】
本発明に係る集水トンネル構築方法は本発明に係る集水セグメントを用いて集水トンネルを構築するので、地中の集水領域に、地下水流入を抑制しつつ容易に集水トンネルを構築でき、また、構築後における通水部分の目詰まりが生じ難い集水トンネルを構築することができる。
【００２７】
また、本発明に係る集水セグメント及び集水トンネル構築方法によると、集水管設置のために地盤を地表から大がかりに開削する必要がないので、集水工事をそれだけ安価に行うことができ、帯水層の破壊も抑制でき、さらに、環境負荷を低減することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように本発明によると、非開削工法により地中に集水トンネルを構築するための集水セグメントにして、構築すべき該トンネルの周囲方向に順次接続されるとともに該トンネル奥行き方向に順次接続されるべき集水セグメントであって、地下水の集水セグメント内側への流入を抑制しつつ、それだけ容易に集水トンネルを構築できるとともに、集水トンネル構築後における各セグメントにおける通水部分の目詰まりが生じ難い集水セグメントを提供することができる。
【００２９】
また本発明によると、地中の集水領域に、地下水流入を抑制しつつ、それだけ容易に集水トンネルを構築でき、また、構築後における目詰まりが生じ難い集水トンネルを構築することができる集水トンネル構築方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
本発明の好ましい実施形態の集水セグメントは、非開削工法により地中に集水トンネルを構築するための集水セグメントであって、構築すべき該トンネルの周囲方向に順次接続されるとともに該トンネル奥行き方向に順次接続されるべき集水セグメントである。
【００３１】
この集水セグメントは、基本的に、
並行に配列された複数本の線状部材を有し、隣り合う線状部材の間に通水スリットを提供しているセグメント基体と、
該セグメント基体の隣り合う線状部材間の通水スリットの目詰まり抑制のために該セグメント基体の外面側に配置された石粒層と、
該石粒層を該セグメント基体に固定するとともに該セグメント基体内側への通水を阻止するように該石粒層及び該セグメント基体に充填された水分解性樹脂とを含んでいる。
【００３２】
この集水セグメントにおいては、石粒層及びセグメント基体に水分解性樹脂が充填されているのであるが、その樹脂充填は、必ず石粒層及びセグメント基体のそれぞれの全体にわたって充填されていなければならない、というものではない。石粒層、セグメント基体のそれぞれにおいて、水分解性樹脂が到達している部分と到達していない部分とがあっても、全体として、石粒層をセグメント基体に固定するとともに集水セグメントを通るセグメント基体内側への通水が阻止されるように該石粒層及び該セグメント基体に充填されていればよい。
【００３３】
いずれにしても該石粒層は、地中に既存の水浄化能のあるバクテリアが棲みついて該石粒層を通過する地下水を浄化する層を兼ねるものであることが好ましい。
【００３４】
また、石粒層は、一般的に言えば、集水セグメントを利用して構築される集水トンネルにおいて、セグメント基体の通水スリットの目詰まりを起こしやすい砂の掃流限界速度より低速で該通水スリットへ水が流入するように、換言すればサンドコントロールできるように、構築される集水トンネル周囲に位置することになる地盤の状態（該地盤における石粒等の粒径分布等）を考慮して石粒層を設けるとよい。
【００３５】
セグメント基体に固定される石粒層の例として、それぞれが予め定めた粒径範囲の石粒を主体とする複数の石粒の層が前記セグメント基体から外側へ向かって積層されたものであって、該各石粒の層の主体をなす石粒の粒径範囲は、他の石粒の層の主体をなす石粒の粒径範囲とは異なっている石粒層を挙げることができる。
【００３６】
このような石粒層の例として、予め定めた第１の粒径範囲の石粒を主体とする大石粒層、該第１の粒径範囲より小粒径の第２の粒径範囲の石粒を主体とする中石粒層及び該第２の粒径範囲より小粒径の第３の粒径範囲の石粒を主体とする小石粒層がこの順序で前記セグメント基体から外側へ向かって積層されたものを挙げることができる。
【００３７】
このような石粒層を採用する場合の具体例として、大石粒層は粒径が４０ｍｍより大きく５０ｍｍ以下の石粒を主体としたもの、中石粒層は粒径が３０ｍｍより大きく４０ｍｍ以下の石粒を主体としたもの、小石粒層は粒径が２０ｍｍ以上３０ｍｍ以下の石粒を主体としたものを挙げることができる。
【００３８】
上記の粒径が４０ｍｍより大きく５０ｍｍ以下の大石粒層の厚みは採用する石粒径に応じて概ね１２０ｍｍ〜１５０ｍｍ程度の範囲のものとすることができる。粒径が３０ｍｍより大きく４０ｍｍ以下の中石粒層の厚みは採用する石粒径に応じて概ね９０ｍｍ〜１２０ｍｍ程度の範囲のものとすることができる。粒径が２０ｍｍより大きく３０ｍｍ以下の小石粒層の厚みは採用する石粒径に応じて概ね６０ｍｍ〜９０ｍｍ程度の範囲のものとすることができる。
【００３９】
また、前記石粒層は、予め定めた粒径範囲の石粒を主体とする単層の石粒層（砂利層）であってもよい。かかる単層或いは単一の石粒層（砂利層）は、集水トンネルを設ける地中の帯水層における砂利の粒度分布に基づいて、サンドコントロールを図るうえで適切に選択された粒径分布をもつ砂利の単一の層とすることができる。
【００４０】
前記セグメント基体の線状部材の代表的なものとして、該線状部材長手方向を横切る方向の断面形状が３角形状の部材であり、該３角形状の一つの頂点が該セグメント基体内側に向けられるとともに、該頂点に対する底辺が該セグメント基体外側に向けられているものを挙げることができる。
【００４１】
このような断面形状の線状部材は隣り合うもの同士の間隙がセグメント基体の外面側から内面側へ次第に広がることになり、目詰まりが発生しにくい。
このような断面形状３角形状の隣り合う線状部材のセグメント基体外面側での間隙は、(a) 前記石粒層における石粒径、(b) セグメント基体の開口率を大きくして大きい集水量を得る、(c) セグメント基体の通水スリットからの水流入速度の最適化などの観点から、概ね０．５ｍｍ〜２０ｍｍ程度を例示できる。
【００４２】
なお、セグメント基体は長寿命化及び強度確保の点から腐食し難く、強度もある金属製であることが好ましい。例えば、ステンレススチール製のものを挙げることができる。
【００４３】
前記水分解性樹脂としては、酢酸ビルニを重合して得られるポリ酢酸ビニルを鹸化させた水酸基を持つ水溶性のビニル樹脂を例示できる。
【００４４】
本発明の好ましい実施形態に係る集水トンネル構築方法は以上説明したような集水セグメントを用いる非開削工法による集水トンネル構築方法である。
【００４５】
この集水トンネル構築方法には、
非開削工法により集水セグメントがトンネル周囲方向に接続されるとともにトンネル奥行き方向に接続された集水トンネル前駆体を構築する工程と、
該集水トンネル前駆体の集水セグメントにおける水分解性樹脂を水分解させて該集水セグメントを通るセグメント基体内側への通水が許される状態の集水トンネルを得る工程とが含まれる。
【００４６】
集水トンネル前駆体を構築する工程の例として、集水セグメントの内面側に補強用セグメントを取り外し可能に固定し、該補強用セグメントを固定した集水セグメントをシールド工法によりトンネル周囲方向に接続するとともにトンネル奥行き方向に接続し、該補強用セグメントを固定した集水セグメントの該接続後に該各集水セグメントから該補強用セグメントを取り外して集水トンネル前駆体を得る場合を挙げることができる。
【００４７】
以下、図面を参照して本発明に係る集水セグメントの例及び該集水セグメントを用いる集水トンネルの構築例について説明する。
図１は集水セグメントの１例の斜視図である。図２（Ａ）はセグメント基体の斜視図であり、図２（Ｂ）は同セグメント基体における線状部材等の一部の拡大図である。図３は図１の集水セグメントを利用した集水トンネル構築を示す図である。図４は集水トンネル構築に際して集水セグメントに内側からシールド工法用の補強セグメントを当てがう様子を概略的に示す図である。図５は図１の集水セグメントにより形成される集水トンネルの一部の斜視図である。
【００４８】
図１の集水セグメント１は、一般的に言えば、全体として見ると、円筒を予め定めた中心角度間隔で分割したものの一つに相当する形態を呈しているものである。本例の集水セグメント１は、概ね、円筒を６０度の中心角度間隔で分割したものの一つに相当する形態を呈している。また、集水セグメント１の各部サイズは、この集水セグメント１を用いて構築される、後述する集水トンネルＴの内径がほぼ１．２ｍ程度のものになるサイズである。なお、集水トンネルＴの内径は１．２ｍに限定されることはなく、それより小さいものでも大きいものでもよく、大きいものでは１０ｍ程度或いはそれ以上のものもあり得る。
【００４９】
集水セグメント１はセグメント基体１１と基体１１の凸曲面である外面側に配置された石粒層１０とを含んでいる。石粒層１０は基体１１から外側へ向けて大石粒層１２、中石粒層１３及び小石粒層１４を積層したものである。
【００５０】
セグメント基体１１は、本例ではステンレススチールで強固に形成されている。
さらに説明すると、セグメント基体１１は、図２（Ａ）に示すように、一対の湾曲した端部材１１３に複数本の棒部材１１２を所定間隔で平行に渡し設け、さらに該棒部材１１２の内側に湾曲棒状の複数本の補強部材１１４を固設した骨格の該棒部材１１２に複数本の線状部材１１１を平行に配列固定したものである。
【００５１】
線状部材１１１は、図２（Ｂ）に示すように、長手方向に垂直な断面形状が２等辺３角形状の部材であり、該３角形状の一つの頂点ｐがセグメント基体内側に向けられるとともに、該頂点ｐに対する底辺ｂｓがセグメント基体外側に向けられている部材である。
【００５２】
各隣り合う線状部材１１１の間には通水スリット１１１ｓが形成されている。
それには限定されないが、ここでは、通水スリット１１１ｓの基体外面側の幅ｇ１は５．０ｍであり、基体内面側の幅ｇ２は９ｍｍであり、線状部材断面の３角形底辺ｂｓは４．０ｍｍであり、厚さ（３角形の高さ）ｈは８ｍｍである。幅ｇ２＝９ｍｍは３角形が２等辺３角形であるから、線状部材１１１の配列ピッチに相当する。
このように通水スリット１１１ｓの幅はセグメント基体１１の外面側から内面側へ次第に拡大しており、通水スリット１１１ｓが目詰まりし難くなっている。
【００５３】
石粒層１０はセグメント基体１１の通水スリット１１１ｓの目詰まりを抑制するためのものである。石粒層１０を構成している大石粒層１２は、粒径が４０ｍｍより大きく５０ｍｍ程度以下の石粒を主体に形成すればよく（この範囲外の粒径のものが少しぐらい混じっていても許される）、本例では粒径５０ｍｍ程度の石粒を主体に形成してある。
【００５４】
中石粒層１３は、粒径が３０ｍｍより大きく４０ｍｍ程度以下の石粒を主体に形成すればよく（この範囲外の粒径のものが少しぐらい混じっていても許される）、本例では粒径４０ｍｍ程度の石粒を主体に形成してある。
小石粒層１４は、粒径が２０ｍｍ程度以上３０ｍｍ程度以下の石粒を主体に形成すればよく（この範囲外の粒径のものが少しぐらい混じっていても許される）、本例では粒径３０ｍｍ程度の石粒を主体に形成してある。
【００５５】
大石粒層１２の厚さｔ１は１５０ｍｍ、中石粒層１３の厚さｔ２は１２０ｍｍ、小石粒層１４の厚さｔ３は９０ｍｍであり、石粒層１０全体の厚さは３６０ｍｍである。
この石粒層１０は、後述するように集水セグメント１を接続してなる集水トンネルが構築されると、地中に既存の水浄化能のあるバクテリアが棲みついて該石粒層１０を通過する地下水を浄化する層を兼ねるものである。
【００５６】
また、石粒層１０は、集水セグメント１を利用して構築される集水トンネルにおいて、セグメント基体１１の通水スリット１１１ｓの目詰まりを起こしやすい砂の掃流限界速度より低速で該通水スリットへ水が流入するようにしたものでもある。
【００５７】
石粒層１０及びセグメント基体１１には、石粒層１０をセグメント基体１１に固定するとともに集水セグメント１を通るセグメント基体１１内側への通水を阻止するように水分解性樹脂１５が充填されている。
【００５８】
水分解性樹脂１５は、水分解性を有し、樹脂成分の配合割合によって分解速度を制御できる樹脂〔ここでは日本合成化学工業株式会社製の酢酸ビルニを重合して得られるポリ酢酸ビニルを鹸化させた水酸基を持つ水溶性のビニル樹脂（商品名：ゴーセノール）〕からなっている。
【００５９】
なお、石粒層１０及びセグメント基体１１への水分解性樹脂１５の充填は、該樹脂が到達している部分と到達していない部分とが生じる状態で充填されていても構わない。全体として、石粒層１０をセグメント基体１１に固定するとともに集水セグメント１を通るセグメント基体１１内側への通水が阻止されるように石粒層１０及びセグメント基体１１に充填されていればよい。
【００６０】
以上説明した集水セグメン１１を用いて、図３に例示するようにして、それ自体従来から知られているシールド工法によるトンネル掘削機Ｍを用いて地中に集水トンネルＴを形成することができる。
【００６１】
図３に示す例では、地表Ｓから地中へ立坑ＶＷを形成し、該立坑ＶＷから、集水セグメント１を用いて、さらに言えば、ここでは図４に示すように、集水セグメント１のセグメント基体１１の内面側にシールド工法用に準備した補強セグメント１００を当接固定した状態とし、このようにセグメント１００を固定した集水セグメントを用いて、シールド工法によるトンネル掘削機Ｍにて地中の帯水層ＷＬに集水トンネルＴを構築している。トンネルＴは、図５にも示すように、集水セグメント１がトンネルの周囲方向に順次接続されるとともに該トンネル奥行き方向に順次接続されて構築される。
【００６２】
集水トンネルＴの構築についてさらに説明すると、該トンネルは、シールド工法によるトンネル掘削機Ｍを用いて、セグメント１００を取り付けたセグメント１をトンネル周囲方向に接続するとともにトンネル奥行き方向に接続し、そのように接続された各集水セグメント１からセグメント１００を取り外して集水トンネル前駆体Ｔ’を構築する工程と、集水トンネル前駆体Ｔ’の集水セグメント１における前記水分解性樹脂１５を水分解させて集水セグメント１を通るセグメント基体１１内側への通水が許される状態の集水トンネルＴを得る工程を経て構築する。
【００６３】
補強セグメント１００の集水セグメント１への脱離可能な取付けは、例えば、セグメント１００を集水セグメント１の補強部材１１４等へボルト留めする等により行える。
なお、集水セグメント１がそれ自体でシールド工法における反力を支え得る強度を有するものであれば、補強セグメント１００は省略することも可能である。
【００６４】
集水セグメント１は、セグメント基体１１の外面側に、セグメント基体１１を構成している隣り合う線状部材１１１間の通水スリット１１１ｓの目詰まり抑制のための石粒層１０が配置されているが、石粒層１０は、石粒層１０及びセグメント基体１１に充填された水分解性樹脂１５によりセグメント基体１１に固定されており、これにより集水セグメント１は全体的に一体化されており、取り扱い易くなっている。
そして、水分解性樹脂１５は、セグメント基体１１内側への通水を阻止するように石粒層１０及びセグメント基体１１に充填されている。
【００６５】
これらにより、集水トンネルＴの構築は、集水セグメント１が石粒層１０を有しているにも拘らず全体が一体化されていて取り扱い易い状態で、さらに地下水の集水セグメント１内側への流入を防止しつつ容易に行うことができる。そして、集水トンネルＴを構成するセグメント基体１１の外側に目詰まり抑制のための石粒層１０が所望どおり配置された状態が簡単容易に得られる。
【００６６】
また、集水トンネルＴの構築において、最終的に、地下水により、又は該地下水と未だ水分解性樹脂１５が分解していない状態の集水トンネル前駆体Ｔ’へ供給してもよい水などにより該樹脂１５を水分解させることで、容易に集水セグメント１を通るセグメント基体１１内側への通水が許される状態の集水トンネルＴを得ることができる。さらに、各集水セグメント１における通水部分（石粒の間隙やセグメント基体１１の通水スリット１１１ｓ、特にセグメント基体１１の通水スリット１１１ｓ）の目詰まりを石粒層１０により長期にわたり、抑制できる。
【００６７】
石粒層１０及びセグメント基体１１への前記水分解性樹脂１５の充填状態及び該樹脂の水分解速度は、上記集水トンネル前駆体Ｔ’の構築を妨げる該前駆体Ｔ’内への地下水の流入を阻止できる程度のものであるとともに、集水トンネル前駆体Ｔ’の構築後は、所望の時間で該樹脂１５を水分解させて集水トンネルＴを得ることができる程度のものとしておけばよい。
【００６８】
集水セグメント１及びこれを用いる集水トンネル構築によると、集水管設置のために地盤を地表から大がかりに開削する必要がないので、集水工事をそれだけ安価に行うことができ、帯水層ＷＬの破壊も抑制でき、さらに、環境負荷を低減することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、地盤を開削することなく、集水トンネルを容易に、そして目詰まりが抑制される状態で形成できる集水セグメントの提供及び該集水セグメントを用いる集水トンネルの構築に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明に係る集水セグメントの１例の斜視図である。
【図２】図２（Ａ）は図１に示す集水セグメントにおけるセグメント基体の斜視図であり、図２（Ｂ）は同セグメント基体の線状部材等の一部の拡大図である。
【図３】図１の集水セグメントを利用した集水トンネル構築を示す図である。
【図４】集水セグメントに内側からシールド工法用セグメントを当てがう様子を概略的に示す図である。
【図５】図１の集水セグメントにより形成される集水トンネルの一部の斜視図である。
【図６】集水管設置のために地盤を開削している従来の様子を示す図である。
【図７】図６に示す地盤開削を経て設置された集水管とその周囲の断面図である。
【図８】従来の集水管例の斜視図である。
【符号の説明】
【００７１】
１ 集水セグメント
１１ セグメント基体
１１１ 線状部材
１１１ｓ 通水スリット
ｐ 線状部材１１１の３角形状断面における三角形頂点
ｂｓ 三角形頂点ｐに対する三角形底辺
ｈ 線状部材厚さ（高さ）
ｇ１ 通水スリット１１１ｓのセグメント基体外面側の幅
ｇ２ 通水スリット１１１ｓのセグメント基体内面側の幅
１１２ 棒部材
１１３ 端部材
１１４ 補強部材
１０ 石粒層
１２ 大石粒層
１３ 中石粒層
１４ 小石粒層
１５ 水分解性樹脂
Ｓ 地表
ＶＷ 立坑
ＷＬ 帯水層
Ｍ トンネル掘削機
Ｔ 集水トンネル
Ｔ’集水トンネル前駆体
１００ セグメント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非開削工法により地中に集水トンネルを構築するための集水セグメントであって、構築すべき該トンネルの周囲方向に順次接続されるとともに該トンネル奥行き方向に順次接続されるべき集水セグメントであり、
並行に配列された複数本の線状部材を有し、隣り合う線状部材の間に通水スリットを提供しているセグメント基体と、
該セグメント基体の隣り合う線状部材間の通水スリットの目詰まり抑制のために該セグメント基体の外面側に配置された石粒層と、
該石粒層を該セグメント基体に固定するとともに該セグメント基体内側への通水を阻止するように該石粒層及び該セグメント基体に充填された水分解性樹脂とを含んでいることを特徴とする集水セグメント
【請求項２】
前記石粒層は、それぞれが予め定めた粒径範囲の石粒を主体とする複数の石粒の層が前記セグメント基体から外側へ向かって積層されたものであり、該各石粒の層の主体をなす石粒の粒径範囲は、他の石粒の層の主体をなす石粒の粒径範囲とは異なっている請求項１記載の集水セグメント。
【請求項３】
前記石粒層は、予め定めた第１の粒径範囲の石粒を主体とする大石粒層、該第１の粒径範囲より小粒径の第２の粒径範囲の石粒を主体とする中石粒層及び該第２の粒径範囲より小粒径の第３の粒径範囲の石粒を主体とする小石粒層がこの順序で前記セグメント基体から外側へ向かって積層されたものである請求項１記載の集水セグメント。
【請求項４】
前記石粒層は、予め定めた粒径範囲の石粒を主体とする単層の石粒層である請求項１記載の集水セグメント。
【請求項５】
前記石粒層は、地中に既存の水浄化能のあるバクテリアが棲みついて該石粒層を通過する地下水を浄化する層を兼ねている請求項１から４のいずれか一項に記載の集水セグメント。
【請求項６】
前記セグメント基体の線状部材は、該線状部材長手方向を横切る方向の断面形状が３角形状の部材であり、該３角形状の一つの頂点が該セグメント基体内側に向けられるとともに、該頂点に対する底辺が該セグメント基体外側に向けられている請求項１から５のいずれか一項に記載の集水セグメント。
【請求項７】
前記セグメント基体の隣り合う線状部材のセグメント基体外面側での間隙は０．５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲の間隙である請求項６記載の集水セグメント。
【請求項８】
前記水分解性樹脂は酢酸ビルニを重合して得られるポリ酢酸ビニルを鹸化させた水酸基を持つ水溶性のビニル樹脂である請求項１から７のいずれか一項に記載の集水セグメント。
【請求項９】
地中の集水領域に集水トンネルを構築する方法であって、
請求項１から８のいずれか一項に記載の集水セグメントを用いて非開削工法により該集水セグメントがトンネル周囲方向に接続されるとともにトンネル奥行き方向に接続された集水トンネル前駆体を構築する工程と、
該集水トンネル前駆体の集水セグメントにおける前記水分解性樹脂を水分解させて該集水セグメントを通るセグメント基体内側への通水が許される状態の集水トンネルを得る工程とを含むことを特徴とする集水トンネル構築方法。
【請求項１０】
前記集水トンネル前駆体を構築する工程では、前記集水セグメントの内面側に補強用セグメントを取り外し可能に固定し、該補強用セグメントを固定した集水セグメントをシールド工法によりトンネル周囲方向に接続するとともにトンネル奥行き方向に接続し、該補強用セグメントを固定した集水セグメントの該接続後に該各集水セグメントから該補強用セグメントを取り外して集水トンネル前駆体を得る請求項９記載の集水トンネル構築方法。
【請求項１】
非開削工法により地中に集水トンネルを構築するための集水セグメントであって、構築すべき該トンネルの周囲方向に順次接続されるとともに該トンネル奥行き方向に順次接続されるべき集水セグメントであり、
並行に配列された複数本の線状部材を有し、隣り合う線状部材の間に通水スリットを提供しているセグメント基体と、
該セグメント基体の隣り合う線状部材間の通水スリットの目詰まり抑制のために該セグメント基体の外面側に配置された石粒層と、
該石粒層を該セグメント基体に固定するとともに該セグメント基体内側への通水を阻止するように該石粒層及び該セグメント基体に充填された水分解性樹脂とを含んでいることを特徴とする集水セグメント
【請求項２】
前記石粒層は、それぞれが予め定めた粒径範囲の石粒を主体とする複数の石粒の層が前記セグメント基体から外側へ向かって積層されたものであり、該各石粒の層の主体をなす石粒の粒径範囲は、他の石粒の層の主体をなす石粒の粒径範囲とは異なっている請求項１記載の集水セグメント。
【請求項３】
前記石粒層は、予め定めた第１の粒径範囲の石粒を主体とする大石粒層、該第１の粒径範囲より小粒径の第２の粒径範囲の石粒を主体とする中石粒層及び該第２の粒径範囲より小粒径の第３の粒径範囲の石粒を主体とする小石粒層がこの順序で前記セグメント基体から外側へ向かって積層されたものである請求項１記載の集水セグメント。
【請求項４】
前記石粒層は、予め定めた粒径範囲の石粒を主体とする単層の石粒層である請求項１記載の集水セグメント。
【請求項５】
前記石粒層は、地中に既存の水浄化能のあるバクテリアが棲みついて該石粒層を通過する地下水を浄化する層を兼ねている請求項１から４のいずれか一項に記載の集水セグメント。
【請求項６】
前記セグメント基体の線状部材は、該線状部材長手方向を横切る方向の断面形状が３角形状の部材であり、該３角形状の一つの頂点が該セグメント基体内側に向けられるとともに、該頂点に対する底辺が該セグメント基体外側に向けられている請求項１から５のいずれか一項に記載の集水セグメント。
【請求項７】
前記セグメント基体の隣り合う線状部材のセグメント基体外面側での間隙は０．５ｍｍ〜２０ｍｍの範囲の間隙である請求項６記載の集水セグメント。
【請求項８】
前記水分解性樹脂は酢酸ビルニを重合して得られるポリ酢酸ビニルを鹸化させた水酸基を持つ水溶性のビニル樹脂である請求項１から７のいずれか一項に記載の集水セグメント。
【請求項９】
地中の集水領域に集水トンネルを構築する方法であって、
請求項１から８のいずれか一項に記載の集水セグメントを用いて非開削工法により該集水セグメントがトンネル周囲方向に接続されるとともにトンネル奥行き方向に接続された集水トンネル前駆体を構築する工程と、
該集水トンネル前駆体の集水セグメントにおける前記水分解性樹脂を水分解させて該集水セグメントを通るセグメント基体内側への通水が許される状態の集水トンネルを得る工程とを含むことを特徴とする集水トンネル構築方法。
【請求項１０】
前記集水トンネル前駆体を構築する工程では、前記集水セグメントの内面側に補強用セグメントを取り外し可能に固定し、該補強用セグメントを固定した集水セグメントをシールド工法によりトンネル周囲方向に接続するとともにトンネル奥行き方向に接続し、該補強用セグメントを固定した集水セグメントの該接続後に該各集水セグメントから該補強用セグメントを取り外して集水トンネル前駆体を得る請求項９記載の集水トンネル構築方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−２２８３５１（Ｐ２００９−２２８３５１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−７７０６９（Ｐ２００８−７７０６９）
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（５９１２１４８０４）株式会社松村組 (14)
【出願人】（５９４０８２６０４）真柄建設株式会社 (8)
【出願人】（５９４１８６５５５）馬淵建設株式会社 (7)
【出願人】（３０４０３８１４９）村本建設株式会社 (11)
【出願人】（５０４１５１７３４）株式会社森本組 (6)
【出願人】（０００１６４８８５）栗本化成工業株式会社 (32)
【出願人】（３９１０５３３６４）株式会社ナガオカ (5)
【出願人】（５９２１９５６７６）株式会社ベストエンジニアリング (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月２５日（２００８．３．２５）
【出願人】（５９１２１４８０４）株式会社松村組 (14)
【出願人】（５９４０８２６０４）真柄建設株式会社 (8)
【出願人】（５９４１８６５５５）馬淵建設株式会社 (7)
【出願人】（３０４０３８１４９）村本建設株式会社 (11)
【出願人】（５０４１５１７３４）株式会社森本組 (6)
【出願人】（０００１６４８８５）栗本化成工業株式会社 (32)
【出願人】（３９１０５３３６４）株式会社ナガオカ (5)
【出願人】（５９２１９５６７６）株式会社ベストエンジニアリング (3)
【Ｆターム（参考）】
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