地下水流動保全工法
【課題】土留め壁に設置する井戸構造の開口部の幅と等価井戸半径の精度の高い関係式を求め、この関係式を用いることで井戸構造の設計を適切に行うことを可能にし、好適に地下水流動の確保を図ることを可能にした地下水流動保全工法を提供する。
【解決手段】構築した土留め壁で遮断された地下水を土留め壁２に設けた井戸構造５で集水及び／又は涵養することによって地下水の流動を確保する地下水流動保全工法であって、地下水を集水及び／又は涵養する井戸構造５の開口部５ａの幅（Ｂｗ）と、この開口部５ａと等価な性能を有する井戸の等価井戸半径（ｒｗ）との関係を示す式、ｒｗ＝０．２７×Ｂｗを用いて、井戸構造５の開口部５ａの幅（Ｂｗ）を設定する。
【解決手段】構築した土留め壁で遮断された地下水を土留め壁２に設けた井戸構造５で集水及び／又は涵養することによって地下水の流動を確保する地下水流動保全工法であって、地下水を集水及び／又は涵養する井戸構造５の開口部５ａの幅（Ｂｗ）と、この開口部５ａと等価な性能を有する井戸の等価井戸半径（ｒｗ）との関係を示す式、ｒｗ＝０．２７×Ｂｗを用いて、井戸構造５の開口部５ａの幅（Ｂｗ）を設定する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構築した土留め壁で遮断される地下水を土留め壁に設けた井戸構造で集水及び／又は涵養して地下水の流動を確保する地下水流動保全工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、図４に示すように地下鉄や地下道路等の地下構造物１を構築する際に、構築予定位置の両側に地中連続壁などからなる土留め壁２を構築し、その間を掘削して地下構造物１を構築する、いわゆる開削工法が多用されている。
【０００３】
一方、土留め壁２によって帯水層３の地下水流Ｔ（地下水の流動）が遮断され、土留め壁２の上流側では地下水位が上昇し、下流側では地下水位が低下して、井戸枯れや地盤沈下、あるいは生態系の変化や地下水の汚染などの被害を発生させることがある。
【０００４】
これに対し、図４及び図５に示すように、土留め壁２に井戸構造を有する装置を設置したり、アブレシブジェットを用いて土留め壁２を部分的に破壊しスリット状の開口部（井戸構造５）を設けるなどして、土留め壁２で遮断された地下水の集水及び／又は涵養を井戸構造５の開口部５ａを介して行い、地下水の流動を確保することが提案、実施されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００５】
そして、このような地下水流動保全工法においては、図５に示すように、地下水を集水及び／又は涵養を行うための開口部５ａの幅（Ｂｗ）を決める際に（井戸構造５を設計する際に）、一般に、この開口部の幅（Ｂｗ）と等価な周辺長をもつ井戸の等価井戸半径（ｒｗ）に置き換え、式１で算定した等価井戸半径（ｒｗ）を用いるようにしている（非特許文献１参照）。
【０００６】
【数１】
【特許文献１】特開２０００−８７３８５号公報
【特許文献２】特開２００１−３１７０４５号公報
【特許文献３】特開２００４−２３２３０６号公報
【非特許文献１】「地盤工学・実務シリーズ１９ 地下水流動保全のための環境影響評価と対策 −調査・設計・施工から管理まで−」、社団法人地盤工学会、平成１６年１０月１５日、ｐ．１４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この式１の適用性、妥当性が十分に確認されていないために、土留め壁２に設けた井戸構造５によって地下水の集水及び／又は涵養を好適に行うことができず、好適に地下水流動の確保を図ることができないおそれがあった。すなわち、土留め壁２に設置する井戸構造５の設計を適切に行うことができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、土留め壁に設置する井戸構造の開口部の幅と等価井戸半径の精度の高い関係式を求め、この関係式を用いることで井戸構造の設計を適切に行うことを可能にし、好適に地下水流動の確保を図ることを可能にした地下水流動保全工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】
【０００９】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１０】
本発明の地下水流動保全工法は、構築した土留め壁で遮断された地下水を前記土留め壁に設けた井戸構造で集水及び／又は涵養することによって前記地下水の流動を確保する地下水流動保全工法であって、前記地下水を集水及び／又は涵養する前記井戸構造の開口部の幅と、該開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径との関係を示す次式を用いて、前記井戸構造の開口部の幅を設定することを特徴とする。
【数２】
ここで、ｒｗ：井戸構造の開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径 [ｍ]
Ｂｗ：井戸構造の開口部の幅 [ｍ]
【発明の効果】
【００１１】
本発明の地下水流動保全工法によれば、上記の式を用いることで、井戸構造の集水能力及び／又は涵養能力を精度よく求めることができ、井戸構造の設計を適切に行うことが可能になる。これにより、好適に地下水流動の確保を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１から図５を参照し、本発明の一実施形態に係る地下水流動保全工法について説明する。本実施形態は、例えば地下鉄や地下道路等の地下構造物を構築する際に、構築予定位置の両側に構築される地中連続壁などの土留め壁で遮断される地下水を、土留め壁に設けた井戸構造で集水及び／又は涵養することで、地下水流動を確保する地下水流動保全工法に関するものである。
【００１３】
本実施形態の地下水流動保全工法においては、構築した土留め壁２で遮断された地下水の流動を確保するために土留め壁２に設ける井戸構造５を設計するにあたり、地下水を集水及び／又は涵養する開口部５ａの幅と、この開口部５ａと等価な性能を有する井戸の等価井戸半径との関係式として下記の式２を用い、井戸構造５の開口部５ａの幅を設定する（図４及び図５参照）。
【００１４】
【数３】
ここで、ｒｗ：井戸構造の開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径 [ｍ]
Ｂｗ：井戸構造の開口部の幅 [ｍ]
【００１５】
この式２は、有限要素法による浸透流解析を用いて土留め壁２に設置される井戸構造５の集水能力（及び／又は涵養能力）を計算し、この結果と、通常の井戸の揚水能力（集水能力及び／又は涵養能力）を算定する井戸理論式とを比較して、図１に示すように、井戸構造５の開口部５ａの幅（Ｂｗ）と、この開口部５ａと等価な性能を有する井戸の等価井戸半径（ｒｗ）との関係を求めて導出したものである。
【００１６】
図２は、この式２を用いて土留め壁２の井戸構造５を設計した一例であり、地下水の影響圏半径Ｒを１００ｍ、１０００ｍとした場合における井戸構造５の開口部５ａの幅（Ｂｗ）に対する井戸構造５の開口部５ａの設置間隔の変化を示している。そして、このような計算結果を参考にして、開口部５ａの幅（Ｂｗ）や開口部５ａの設置間隔を変化させた種々の条件での設計比較を行うことで、合理的な設計が可能になる。
【００１７】
また、図３は、式２に基づいて土留め壁２に井戸構造５を設置した場合において、この土留め壁２で遮られた地下水の水位変動量を、有限要素法を用いて解析した結果と、式２に基づく設計法により求めた結果を比較したものである。ここで、図３においては、地下水の影響圏半径Ｒを１００ｍ、地下水の動水勾配Ｉを０．０４６とした場合、地下水の影響圏半径Ｒを１０００ｍ、地下水の動水勾配Ｉを０．００５とした場合、地下水の影響圏半径Ｒを１００ｍ、地下水の動水勾配Ｉを０．００５とした場合の結果をそれぞれ示している。
【００１８】
そして、図３に示すように、全てのケースにおいて、有限要素法により求めた地下水の水位変動量と、式２に基づく設計法により求めた地下水の水位変動量とがほぼ同値となり、これらの結果から式２を用いて井戸構造５の開口部５ａの幅（Ｂｗ）や開口部５ａの設置間隔を設定する設計法の妥当性が実証されている。なお、式２は、地盤の透水性や影響圏半径Ｒなどが異なる種々の条件で適用可能である。
【００１９】
したがって、本実施形態の地下水流動保全工法においては、上記の式２を用いることで、井戸構造５の集水能力及び／又は涵養能力を精度よく求めることができ、井戸構造５の設計を適切に行うことが可能になる。これにより、土留め壁２に設ける井戸構造５の設計や、これを地下水流動保全対策として用いる場合の設計の信頼性を確保することができ、すなわち設計の妥当性が確保でき、好適に地下水流動の確保を図ることが可能になる。
【００２０】
以上、本発明に係る地下水流動保全工法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る地下水流動保全工法において、井戸構造の開口部の幅とこの開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径との関係（関係式）を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る地下水流動保全工法において、井戸構造の開口部の幅とこの開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径との関係式を用いて土留め壁の井戸構造を設計した一例である。
【図３】本発明の一実施形態に係る地下水流動保全工法において、井戸構造の開口部の幅とこの開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径との関係式の妥当性を実証した図である。
【図４】構築した土留め壁に井戸構造を設けて地下水の流動を確保した状態を示す図である。
【図５】井戸構造を設計する際に、井戸構造をこの井戸構造の開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径に置き換えることを示した図である。
【符号の説明】
【００２２】
１ 地下構造物
２ 土留め壁
３ 帯水層
５ 井戸構造
５ａ 開口部
Ｔ 地下水流
【技術分野】
【０００１】
本発明は、構築した土留め壁で遮断される地下水を土留め壁に設けた井戸構造で集水及び／又は涵養して地下水の流動を確保する地下水流動保全工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、図４に示すように地下鉄や地下道路等の地下構造物１を構築する際に、構築予定位置の両側に地中連続壁などからなる土留め壁２を構築し、その間を掘削して地下構造物１を構築する、いわゆる開削工法が多用されている。
【０００３】
一方、土留め壁２によって帯水層３の地下水流Ｔ（地下水の流動）が遮断され、土留め壁２の上流側では地下水位が上昇し、下流側では地下水位が低下して、井戸枯れや地盤沈下、あるいは生態系の変化や地下水の汚染などの被害を発生させることがある。
【０００４】
これに対し、図４及び図５に示すように、土留め壁２に井戸構造を有する装置を設置したり、アブレシブジェットを用いて土留め壁２を部分的に破壊しスリット状の開口部（井戸構造５）を設けるなどして、土留め壁２で遮断された地下水の集水及び／又は涵養を井戸構造５の開口部５ａを介して行い、地下水の流動を確保することが提案、実施されている（例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３参照）。
【０００５】
そして、このような地下水流動保全工法においては、図５に示すように、地下水を集水及び／又は涵養を行うための開口部５ａの幅（Ｂｗ）を決める際に（井戸構造５を設計する際に）、一般に、この開口部の幅（Ｂｗ）と等価な周辺長をもつ井戸の等価井戸半径（ｒｗ）に置き換え、式１で算定した等価井戸半径（ｒｗ）を用いるようにしている（非特許文献１参照）。
【０００６】
【数１】
【特許文献１】特開２０００−８７３８５号公報
【特許文献２】特開２００１−３１７０４５号公報
【特許文献３】特開２００４−２３２３０６号公報
【非特許文献１】「地盤工学・実務シリーズ１９ 地下水流動保全のための環境影響評価と対策 −調査・設計・施工から管理まで−」、社団法人地盤工学会、平成１６年１０月１５日、ｐ．１４６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、この式１の適用性、妥当性が十分に確認されていないために、土留め壁２に設けた井戸構造５によって地下水の集水及び／又は涵養を好適に行うことができず、好適に地下水流動の確保を図ることができないおそれがあった。すなわち、土留め壁２に設置する井戸構造５の設計を適切に行うことができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑み、土留め壁に設置する井戸構造の開口部の幅と等価井戸半径の精度の高い関係式を求め、この関係式を用いることで井戸構造の設計を適切に行うことを可能にし、好適に地下水流動の確保を図ることを可能にした地下水流動保全工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】
【０００９】
上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。
【００１０】
本発明の地下水流動保全工法は、構築した土留め壁で遮断された地下水を前記土留め壁に設けた井戸構造で集水及び／又は涵養することによって前記地下水の流動を確保する地下水流動保全工法であって、前記地下水を集水及び／又は涵養する前記井戸構造の開口部の幅と、該開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径との関係を示す次式を用いて、前記井戸構造の開口部の幅を設定することを特徴とする。
【数２】
ここで、ｒｗ：井戸構造の開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径 [ｍ]
Ｂｗ：井戸構造の開口部の幅 [ｍ]
【発明の効果】
【００１１】
本発明の地下水流動保全工法によれば、上記の式を用いることで、井戸構造の集水能力及び／又は涵養能力を精度よく求めることができ、井戸構造の設計を適切に行うことが可能になる。これにより、好適に地下水流動の確保を図ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図１から図５を参照し、本発明の一実施形態に係る地下水流動保全工法について説明する。本実施形態は、例えば地下鉄や地下道路等の地下構造物を構築する際に、構築予定位置の両側に構築される地中連続壁などの土留め壁で遮断される地下水を、土留め壁に設けた井戸構造で集水及び／又は涵養することで、地下水流動を確保する地下水流動保全工法に関するものである。
【００１３】
本実施形態の地下水流動保全工法においては、構築した土留め壁２で遮断された地下水の流動を確保するために土留め壁２に設ける井戸構造５を設計するにあたり、地下水を集水及び／又は涵養する開口部５ａの幅と、この開口部５ａと等価な性能を有する井戸の等価井戸半径との関係式として下記の式２を用い、井戸構造５の開口部５ａの幅を設定する（図４及び図５参照）。
【００１４】
【数３】
ここで、ｒｗ：井戸構造の開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径 [ｍ]
Ｂｗ：井戸構造の開口部の幅 [ｍ]
【００１５】
この式２は、有限要素法による浸透流解析を用いて土留め壁２に設置される井戸構造５の集水能力（及び／又は涵養能力）を計算し、この結果と、通常の井戸の揚水能力（集水能力及び／又は涵養能力）を算定する井戸理論式とを比較して、図１に示すように、井戸構造５の開口部５ａの幅（Ｂｗ）と、この開口部５ａと等価な性能を有する井戸の等価井戸半径（ｒｗ）との関係を求めて導出したものである。
【００１６】
図２は、この式２を用いて土留め壁２の井戸構造５を設計した一例であり、地下水の影響圏半径Ｒを１００ｍ、１０００ｍとした場合における井戸構造５の開口部５ａの幅（Ｂｗ）に対する井戸構造５の開口部５ａの設置間隔の変化を示している。そして、このような計算結果を参考にして、開口部５ａの幅（Ｂｗ）や開口部５ａの設置間隔を変化させた種々の条件での設計比較を行うことで、合理的な設計が可能になる。
【００１７】
また、図３は、式２に基づいて土留め壁２に井戸構造５を設置した場合において、この土留め壁２で遮られた地下水の水位変動量を、有限要素法を用いて解析した結果と、式２に基づく設計法により求めた結果を比較したものである。ここで、図３においては、地下水の影響圏半径Ｒを１００ｍ、地下水の動水勾配Ｉを０．０４６とした場合、地下水の影響圏半径Ｒを１０００ｍ、地下水の動水勾配Ｉを０．００５とした場合、地下水の影響圏半径Ｒを１００ｍ、地下水の動水勾配Ｉを０．００５とした場合の結果をそれぞれ示している。
【００１８】
そして、図３に示すように、全てのケースにおいて、有限要素法により求めた地下水の水位変動量と、式２に基づく設計法により求めた地下水の水位変動量とがほぼ同値となり、これらの結果から式２を用いて井戸構造５の開口部５ａの幅（Ｂｗ）や開口部５ａの設置間隔を設定する設計法の妥当性が実証されている。なお、式２は、地盤の透水性や影響圏半径Ｒなどが異なる種々の条件で適用可能である。
【００１９】
したがって、本実施形態の地下水流動保全工法においては、上記の式２を用いることで、井戸構造５の集水能力及び／又は涵養能力を精度よく求めることができ、井戸構造５の設計を適切に行うことが可能になる。これにより、土留め壁２に設ける井戸構造５の設計や、これを地下水流動保全対策として用いる場合の設計の信頼性を確保することができ、すなわち設計の妥当性が確保でき、好適に地下水流動の確保を図ることが可能になる。
【００２０】
以上、本発明に係る地下水流動保全工法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る地下水流動保全工法において、井戸構造の開口部の幅とこの開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径との関係（関係式）を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る地下水流動保全工法において、井戸構造の開口部の幅とこの開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径との関係式を用いて土留め壁の井戸構造を設計した一例である。
【図３】本発明の一実施形態に係る地下水流動保全工法において、井戸構造の開口部の幅とこの開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径との関係式の妥当性を実証した図である。
【図４】構築した土留め壁に井戸構造を設けて地下水の流動を確保した状態を示す図である。
【図５】井戸構造を設計する際に、井戸構造をこの井戸構造の開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径に置き換えることを示した図である。
【符号の説明】
【００２２】
１ 地下構造物
２ 土留め壁
３ 帯水層
５ 井戸構造
５ａ 開口部
Ｔ 地下水流
【特許請求の範囲】
【請求項１】
構築した土留め壁で遮断された地下水を前記土留め壁に設けた井戸構造で集水及び／又は涵養することによって前記地下水の流動を確保する地下水流動保全工法であって、
前記地下水を集水及び／又は涵養する前記井戸構造の開口部の幅と、該開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径との関係を示す次式を用いて、前記井戸構造の開口部の幅を設定することを特徴とする地下水流動保全工法。
【数１】
ここで、ｒｗ：井戸構造の開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径 [ｍ]
Ｂｗ：井戸構造の開口部の幅 [ｍ]
【請求項１】
構築した土留め壁で遮断された地下水を前記土留め壁に設けた井戸構造で集水及び／又は涵養することによって前記地下水の流動を確保する地下水流動保全工法であって、
前記地下水を集水及び／又は涵養する前記井戸構造の開口部の幅と、該開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径との関係を示す次式を用いて、前記井戸構造の開口部の幅を設定することを特徴とする地下水流動保全工法。
【数１】
ここで、ｒｗ：井戸構造の開口部と等価な性能を有する井戸の等価井戸半径 [ｍ]
Ｂｗ：井戸構造の開口部の幅 [ｍ]
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１０−７４４８（Ｐ２０１０−７４４８Ａ）
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３２３９５２（Ｐ２００８−３２３９５２）
【出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【出願人】（３９１０１９７４０）三信建設工業株式会社 (59)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１月１４日（２０１０．１．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１９日（２００８．１２．１９）
【出願人】（０００００２２９９）清水建設株式会社 (2,433)
【出願人】（３９１０１９７４０）三信建設工業株式会社 (59)
【Ｆターム（参考）】
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