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井戸掘りの方法

井戸掘りにはいろいろな方法があります。

(1)打ち抜き井戸
鉄管の先にシューと呼ばれる尖ったものをつけて、バイブロハンマーで叩いて掘り下げていくのが打ち抜き井戸です。
この方法は、いくら狭いところでも、鉄管が立てれて、その上にバイブロハンマーを載せることが出来れば掘ることは可能なのですが、松山あたりだと、どんなに深くてもせいぜい8~10m迄です。
何故かと言うと、帯水層と呼ばれる層は、砂礫層から成っており、この層は地下水はあるのですが掘り下げるのが難しいのです。
バイブロハンマー程度の振動だと、Φ30cm程度の玉石に当たるともう進まなくなります。
実は、この玉石くらいからが地下水脈となっているのです。
水道業者が主に、この方法で井戸を掘っていますが、何回も何回も掘り代えているのを見たことがあります。
それくらい、玉石の隙間を狙って掘り下げていかないと、地下水脈まで当たりません。
松山では、地下水位は5~8mくらいにあります。
地下水位が安定している時には、打ち抜き井戸でも取水は可能な場合もあります。
でも、この深度だと、渇水の時には水が出なくなってしまいます。
真空状態で汲み上げるので、エアがはいったら水が出なくなる欠点もあります。
このような理由で、最近ではあまりやらなくなった方法です。

(2)手掘りの井戸
手掘りの井戸もありました。
私の家にもあり、まだ使っています。
機械なんか全然使わず、すべてスコップ等を使って掘っていきます。
直径1メートルほどのコンクリート製の枠(井戸側)を入れて、そしてまたその中を掘ってのくり返しです。
昔は、松山では3~5メートルほど掘ったら水が出てきていました。
そしてその水を汲み上げながら、1~2メートルほど掘り下げて、掘り下げた周りりに石積を詰めて完成でした。
コンクリート製の枠を沈めるために電柱を5本くらい束にして枠の上に載せ、
掘った土をバランスよく天秤のように左右に盛り上げていくそんな昔からの工法です。
でも、今はこんな手掘りの堀井戸を施工する業者は、ほとんどいなくなりました。

(3)ボーリング機械を使った井戸
あとは、ボーリング機械を使った方法になりますが、以前にも紹介しましたが、①パーカション工法②エアハンマ工法③ロータリー工法の3工法です。
 
1)パーカション工法 (Percussion)
パーカション工法 は、比較的浅い井戸にも使用され、玉石層などに強い工法です。
櫓から下りているワイヤーロープの先端に重いビット(1.5t程度の掘削棒)を吊し、振幅0.5m程で上下させ、その打ち込む力で孔底の地層を突き崩しながら掘削していく工法です。
ただし、施工範囲を広くとらないといけないので家庭の庭で掘るには少し狭すぎる欠点があります。

2)エアハンマ工法 (Down The Hole)
エアハンマ工法は、空気圧を利用して、硬質岩盤や玉石等、他の工法が不得意とする地層を短時間で掘削します。
地下水に当たると水が吹き上げてくるので、水のありかが掘削中にわかることなどの長所はありますが、大型のコンプレッサーが必要になり、やはり施工範囲は広がります。
そして、ボーリング機械の搬入や大型のコンプレッサーの搬入には2t程度のユニック車が必要になります。

3)ロータリー工法 (Rotary)
ロータリー工法は、近年は主流の工法で、岩盤掘削や大深度までの掘削に向く工法です。
この工法には2種類あって、トリコンビットで掘削し、孔壁の保護にはベントナイトを使う工法と、メタルクラウンやダイヤモンドビットで掘削し、孔壁の保護にはケーシングを挿入する工法です。
①トリコンビットでの掘削
ドリルカラーの先端にトリコンビットと呼ばれる刃先を付け、それを回転させて地層を破砕しながら堀り進みます。
その際に刃先から泥水を噴射させビットを洗浄しながら堀削したり堀り屑を地上まで運び、それを地上部でふるいにかけて堀り屑と泥水に分別し、きれいになった泥水を再度循環させて掘り進みます。
孔壁の保護にはベントナイトを使います。
主に岩盤掘削や大深度までの堀削に向いている工法です。
掘削中には、地層の変化や、泥水の逸水などで帯水層の目安はつけれます。
そして掘削後には、電気検層を実施して帯水層の確認ができます。
この工法は、現在ではよく使われていますが、ボーリング機械の搬入やドリルカラーの立ち上げには2t程度のユニック車が必要になります。
だから、ユニック車が横付け出来る事が絶対条件で、なおかつ施工範囲も広いスペースが必要になります。
②メタルクラウンやダイヤモンドビットでの掘削
この工法は、刃先がトリコンビットからメタルクラウンやダイヤモンドビットに代わっただけで、それを回転させて地層を破砕しながら堀り進むのは同じです。
ただし、ドリルカラーは必要ありません。
刃先から泥水を噴射させビットを洗浄しながら堀削したり堀り屑を地上まで運び、それを地上部でふるいにかけて堀り屑と泥水に分別し、きれいになった泥水を再度循環させて掘り進む方法も同じですが、孔壁の保護にはケーシングを使います。
つまり、一般で行われている地質調査と同じ方法です。
この方法だと、小さいボーリング機械でも施工が可能なので、ユニック車が横付け出来ないような狭いところでも、機械を分解して運ぶことが出来ます。
作業範囲も10㎡程度あればOKです。
この工法の欠点は、孔壁の保護にはケーシングを使っているため電気検層が出来ず、掘削中の、地層の変化や、泥水の逸水などでしか帯水層の目安がつけられません。
したがって、何処に水があるのかは、熟練技術者の判断だけになります。
でも、最近の家庭の井戸掘削は、広いスペースがなかなかとれないのでこの工法が主流になってきています。

井戸の種類

大都会を除く多くの市町村の上水道水源は井戸に頼っているのが現状です。
松山市でも、1/2が井戸水です。
そして、日本中の上水道使用水量の約1/3が井戸水で賄っています。
それに、工場などで使う工業用水や、ビルの冷房用、潅漑用水などに井戸水は使われています。

(1)井戸の種類
井戸を掘る事を、鑿井工事(さくせいこうじ)、または鑿泉(さくせん)と言います。
井戸といっても、いろいろなものがあります。
①農家の庭先によく見かける石垣を組んだ5m程度の浅井戸
②上水道の水源に使われている直径5m程度、深さ15m程度のコンクリート井戸
③何100mもボーリング機械で掘ったスクリーンの深井戸
④段丘崖などからトンネル式に横に掘った横井戸
など型はさまざまです。
そして、取水する地下水は、地層水とよばれる地層中にある地下水です。
地層水は、砂や礫の間の隙間にある水です。
海岸の砂浜や河原で穴を掘ると、徐々に湧き出してくる水があると思います。
そして、ある深さより深く掘ると水がたまり始めます。
この水たまりの水面を地下水面と呼び、地下水を含む地層を帯水層と呼んでいます。

(2)浅井戸と深井戸
深さによる井戸の区別として、浅井戸と深井戸があります。
①国土交通省発行の深井戸台帳による区分
浅井戸と深井戸には、正確な区別はありませんが、国土交通省発行の深井戸台帳では、30m以上を深井戸としているようです。
②孔底深度による区分
井戸の取水深度(帯水層の深度)に関係なく、井戸の深さ(孔底深度)が浅い井戸を浅井戸と言い、孔底深度が深い井戸を深井戸と言う場合もあります。
家庭用の井戸だと20mあたりで区分している場合もあります。
地域に分布する帯水層の深度によって、また地域によっても、それらの深度が異なっています。
③不圧帯水層と被圧帯水層による区分
私たち専門業者では、地下水が被圧されていない不圧帯水層から汲む井戸を浅井戸、被圧されている被圧帯水層から汲む井戸を深井戸と区分しています。 (下図を参照してください)
被圧とは、圧を被る(こうむる)ということで、大地の土圧や、山からの高低差で帯水層の地下水に圧力がかかっていることです。
そのため、そのような帯水層に達するまで井戸を掘ると、地下水位が海抜付近まで上がってくることになります。
愛媛県だと、西条市あたりは、圧力がかかって地表面よりも水位が上になる状態(いわゆる自噴している)の井戸をよく見かけます。
被圧帯水層から汲む井戸の利点は、深いところの地下水を汲んでいるので、水質がいいのはもちろんのこと、不透水層(水を透さない層)よりも下の層なので、放射能の影響も受けない場合が多いです。

(3)用途としての井戸区分
用途としての井戸の区分としては、
①水井戸
②温泉井戸
③地下水位を観測する観測井戸
④地下水をもう一度地下に戻す地下還元井戸
⑤地下工事等で障害になる地下水を排出するディープウェル

等があります。

浅井戸と深井戸

水井戸の掘削方法

掘削方法にはいくつかの種類があります。
当社では、掘削深度や適用地質等により①ロータリー工法②パーカション工法③エアハンマ工法を選択し、完成度の高い水井戸のさく井を行っています。
当社が行っている各工法の説明をします。

①パーカション工法 (Percussion)

この工法は比較的浅い井戸にも使用され、玉石層などに強い工法です。
櫓から下りているワイヤーロープの先端に重いビット(1.5t程度の掘削棒)を吊し、振幅0.5m程で上下させ、その打ち込む力で孔底の地層を突き崩しながら掘削していく工法です。
堀り屑が溜まって進行が低下すると、ビットを地上に引き揚げ、代わりにべーラーを孔底にワイヤーで降ろし掘り屑を浚い取ります(これをベーリングと言います)。
堀り進むにつれ、崩壊を防ぐために孔内に補泥(粘土で孔壁を保護します)していきます。
ビット->べーラー->補泥の手順を繰り返しながら堀り進みます。
そのため、ロータリー工法よりも掘削効率は悪いですが、1.0m程度毎に地質サンプル(スライム状となります)を把握できるため、完成度の高い井戸がさく井できます。
適用地質は未固結堆積層、軟岩層であり硬質岩盤には不適となります。
この工法の長所としては、比較的ツールが安いこと、地質サンプルが精度良く採取できること、泥水の管理は比較的簡単なこと、井戸仕上げは比較的容易なことが挙げられますが、固い地層には不向きなこと、掘削には熟練した技量が必要なこと、掘削中には水があるかどうかわからないこと、掘削中は泥水で汚れるなどの短所があります。

②ロータリー工法 (Rotary)

近年は主流の工法で、岩盤掘削や大深度までの掘削に向く工法です。
先端にトリコンビットと呼ばれる刃先を付け、それを回転させて地層を破砕しながら堀り進みます。
その際に刃先から泥水を噴射させビットを洗浄しながら堀削したり堀り屑を地上まで運び、それを地上部でふるいにかけて堀り屑と泥水に分別し、きれいになった泥水を再度循環させて掘り進みます。
孔壁の保護にはケーシングの挿入かベントナイトを使います。
主に岩盤掘削や大深度までの堀削に向いている工法です。
地質サンプルは把握できません。
適用地質は未固結堆積層から岩盤まで多様ですが、玉石層はやや掘削時間が長くなります。
この工法の長所としては、固い地層でも掘削可能(温泉掘削などでも使用される)で大深度でも掘削できますが、ビットが高価なこと、地質サンプルは循環型のためわかりずらいこと、泥水の管理が高度なこと、掘削中には水があるかどうかわからないなどの短所があります。

③エアハンマ工法 (Down The Hole)

空気圧を利用して、硬質岩盤や玉石等、他の工法が不得意とする地層を短時間で掘削します。
地すべり杭工法にも威力を発揮します。
本工法の正式名称は、ダウン・ザ・ホールパーカッションドリル工法、略してダウン・ザ・ホールハンマ工法(DTH工法)またはエアハンマ工法とも呼ばれます。
この工法は、孔底にビット及びパーカッションドリル(エアハンマ)で堀り管接続で降下し、圧縮空気による圧力及びハンマピストンの重量でビットに打撃を与え岩石を破砕掘削します。
コンプレッサーにて送り込まれた高圧で大風量のエアーはエアハンマを作動させた後、ビット先から噴出し、ビットを洗浄冷却しながら連続的に掘り屑を地上に搬出する工法です。
地質サンプルは粉末状となり把握が困難です。
掘削深度は100m程度が目安であり、大深度の堀削は困難となります。
適用地質はすべての岩盤岩盤(軟岩~極硬岩)であり、未固結堆積層や崩壊層には不適となります。
この工法の長所としては、他の工法に比べ掘削速度が最も速いこと、地下水に当たると水が吹き上げてくるので、水のありかが掘削中にわかること、ケーシング工法(スクリーン位置はあらかじめ決める)のため井戸仕上げは不要なことが挙げられますが、大型のコンプレッサーと建柱車が必要なこと、粘土層では打撃が弱くなるなどの短所があります。
    

上総掘りについて

「上総掘り」って知っていますか?
「かずさぼり」と読みます。
ボーリング機械の発達した日本では現在でこの工法で掘っている井戸はないと思います。

掘り始めはこの名前にもある千葉県上総地方の人が発案したとされています。
この工法は、10mくらいの櫓を組んで、円形に近いような多角形の大きい木製の踏み車を作り、この上に竹か杉の丸太を束ねたもの(はねぎと言うそうです)を設けます。
このはねぎに掘削用の鉄管(ホリテッカンと呼ばれ鉄管の中は空洞で先にノミをつけたもの)を装着し、操作はすべて尽力です。
木製の踏み車の中に人が入ってはねぎの弾力を利用して掘削する方法です。
インターネットのビデオで造り方や掘り方を実践していましたが、こんなやり方はとても出来るものではないですね。
ボーリング機械のまだ普及していなかった明治の初期から30年頃にかけてはこの工法が主流だったみたいです。

でも、このような引き上げては落とし、また引き上げては落としの繰り返しは、現在でも使われているパーカッション工法の原型ですね。
人力で木製の踏み車を動かすのがエンジンとモーターに変わっただけです。(でもこれはとても大きい)
それにしても人力掘削の上総掘りで100m以上も掘ったことを考えると昔の人は忍耐強いと思いました。

上総掘りをもっと詳しく知りたい方はこのホームページを参考にしてください。
http://www.fureai.or.jp/~2neo/takashin/new_page11.htm

パーカッション式さく井機

今は当社はロータリー式かダウンザホールハンマ式がほとんどですが、20年以上前はパーカッション式をよく使っていました。
パーカッション式はワイヤーロープの先端に重いビットを吊るし、これを一定のストロークで自由落下させて、その衝撃により孔底の地層を突き崩しながら掘り進む工法です。

まだ新人の頃にベテランの井戸職人に連れられてある会社の駐車場みたいなところへ行きました。
トラックに木枠みたいなものが積んであって、それを降ろして組み立てます。
当時は片櫓型という木枠のさく井機で、こんなもので井戸が掘れるのか不思議でした。
最初はスコップで穴を掘って、そして重いビットを上下させていました。
5mくらいまではなかなか掘れず、これはうまくいってないのかな?と思っていました。
ビットはフラットビットと言って、中が空洞で特に尖がっている訳でもありません。
5mくらいまでは何日もかけていたのをよく覚えています。
それが、深度が深くなってくると徐々にペースが早くなり、最終的には50m掘ったのですが最後の10mは1日で掘ったと思います。
掘りくずが溜まりだすと、ビットを地上に引き上げ、代わりにベーラー(鉄製の砂を挟む器具)を孔底に降ろして掘りくずを取ります。
孔壁が崩れないようにするには粘土を使っていました。
自然落下ですからロータリー式やダウンザホールハンマ式に比べ孔曲がりが少ないし、井戸の仕上げも早いと思います。
ただ、自然落下の衝撃だけですから岩盤での掘削は無理でしょうね。
それと、施工範囲を広くとらないといけないので家庭の庭で掘るには少し狭すぎます。
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