(57)【要約】  【課題】  周囲地盤への影響を低減し、安全かつ低コストにて地下構造物の補強・改修等の工事を行うようにする。  【解決手段】  地下構造物３の外側の地盤２を凍結する場合において、冷媒の注入口および排出口を有する凍結管１０を複数連結して成り、１つの凍結管１０の上記注入口から注入された冷媒が複数の凍結管１０を通って、別の凍結管１０の排出口から排出される構造を有する凍結管ユニット２２を用いる。【選択図】図２
2010265631.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒の注入口および排出口を有する凍結管を複数連結して成り、１つの凍結管の上記注入口から注入された冷媒が複数の上記凍結管を通って、別の凍結管の上記排出口から排出される構造を有することを特徴とする凍結管ユニット。
【請求項２】
地下構造物の内側面に沿うように２以上の前記凍結管を配列させて成り、その内側面に２以上の前記凍結管を固定する枠形状若しくは枠体の一部を成す割片状の固定部材を、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の凍結管ユニット。
【請求項３】
さらに、地下構造物の内側面からその外側の地盤に挿入し、冷媒を供給可能な埋設型凍結管を１つまたは複数備えることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の凍結管ユニット。
【請求項４】
冷媒の注入口および排出口を有する凍結管を複数連結して成り、１つの凍結管の上記注入口から注入された冷媒が１または複数の上記凍結管を通って、別の凍結管の上記排出口から排出される構造を有する凍結管ユニットを含み、
冷媒が流れる凍結管表面に配置される温度センサと、
冷媒の供給経路に備えられるバルブと、
上記温度センサによって検知される温度の情報に基づいて上記バルブの開閉動作を制御する制御装置と、を備え、
上記制御装置は、上記温度が予め設定した所定値より小さい場合に上記バルブを閉じ、上記温度が上記所定値以上の場合に上記バルブを開くように、上記バルブの動作を制御することを特徴とする凍結装置。
【請求項５】
冷媒の注入口および排出口を有する複数の凍結管を連結して、地下構造物の内側面に沿うように配列し、
１つの上記凍結管の上記注入口から冷媒を供給し、別の上記凍結管の上記排出口から冷媒を排出させ、
複数の上記凍結管を流れる冷媒によって、上記凍結管の外壁、上記地下構造物の上記内側面を介してその外側の地盤との間で熱交換を生じせしめ、上記地下構造物の外側の地盤を凍結させることを特徴とする凍結工法。
【請求項６】
前記複数の凍結管を前記地下構造物の内側面に沿うように配列する工程において、前記凍結管と前記内側面との隙間に、間詰部材を介在させることを特徴とする請求項５に記載の凍結工法。
【請求項７】
前記地下構造物を通過する排水管を有する場合において、
上記排水管の上流側および下流側にそれぞれ止水プラグを配置し、
２つの止水プラグを貫通する仮配管を設置し、
前記凍結管を、上記仮配管を避けるように配置することを特徴とする請求項５または請求項６に記載の凍結工法。
【請求項８】
冷媒が流れる凍結管表面に配置される温度センサによって検知される温度の情報に基づいて、冷媒の供給経路に備えられるバルブの開閉動作を制御する制御方式を有し、
上記温度が予め設定した所定値より小さい場合に上記バルブを閉じ、上記温度が上記所定値以上の場合に上記バルブを開くように、上記バルブの動作を制御することを特徴とする請求項５から請求項７のいずれか１項に記載の凍結工法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷媒を流す凍結管ユニットおよびその凍結管ユニットを含む凍結装置、ならびに凍結管ユニットを用いた凍結工法に関する。
【背景技術】
【０００２】
マンホール等の既設小規模地下構造物を削孔または開口して補強あるいは改修を行う工事では、当該地下構造物の周囲の地盤から当該地下構造物内に水が流入し、あるいは当該周囲の地盤が崩壊するのを有効に防止する必要がある。かかる要請に応えることのできる地盤改良工法の一つに、薬液注入工法が知られている（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
薬液注入工法は、水ガラス系の薬液（主剤）に硬化剤および助剤を加えた液状物を、地下構造物の周囲の地盤に注入し当該地盤を硬化させることで、当該地盤の透水性の低減と地盤強化を図る工法である。
【０００４】
また、別の地盤改良工法として、凍結工法も知られている（例えば、特許文献２を参照）。凍結工法は、硬化させたい地盤を掘削して孔を形成し、その孔に冷媒を注入する凍結管を地中に埋設する工法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平５-３１１６３７号公報（要約書等）
【特許文献２】特開２００４−１７６４４７号公報（特許請求の範囲等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の薬液注入工法および凍結工法の場合、周辺地盤の土質を把握する必要があり、そのための調査に費用がかかる。加えて、地盤に薬液や冷媒を注入するために地上からのボーリングを必要とするため、工事の費用が高くなる。このため、実際には、工事費低減のため、周囲の地盤からの浸水あるいは地盤の崩壊が生じてから、対処療法的に薬液注入することが少なくない。このような対処療法は、工事の危険性を高くするという問題がある。特に、薬液注入工法の場合には周囲地盤へ与える悪影響が懸念され、その対応を含め、工事費が高くなる。
【０００７】
本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、周囲の地盤への影響を低減し、安全かつ低コストにて地下構造物の補強・改修等の工事を行うようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するため、本発明の凍結管ユニットは、冷媒の注入口および排出口を有する凍結管を複数連結して成り、１つの凍結管の上記注入口から注入された冷媒が複数の凍結管を通って、別の凍結管の排出口から排出される構造を有する。
【０００９】
また、別の本発明の凍結管ユニットは、地下構造物の内側面に沿うように２以上の凍結管を配列させて成り、その内側面に２以上の凍結管を固定する枠形状若しくは枠体の一部を成す割片状の固定部材を、さらに備えている。
【００１０】
また、別の本発明の凍結管ユニットは、さらに、地下構造物の内側面からその外側の地盤に挿入し、冷媒を供給可能な埋設型凍結管を１つまたは複数備えている。
【００１１】
また、本発明の凍結装置は、冷媒の注入口および排出口を有する凍結管を複数連結して成り、１つの凍結管の注入口から注入された冷媒が１または複数の凍結管を通って、別の凍結管の排出口から排出される構造を有する凍結管ユニットを含み、冷媒が流れる凍結管表面に配置される（例えば、マンホール内面側の凍結管表面に配置される）温度センサと、冷媒の供給経路に備えられるバルブと、温度センサによって検知される温度の情報に基づいてバルブの開閉動作を制御する制御装置とを備え、制御装置は、上記温度が予め設定した所定値より小さい場合にバルブを閉じ、温度がその所定値以上の場合にバルブを開くようにバルブの動作を制御する。
【００１２】
ここで、バルブの開閉動作は、バルブを完全に開きあるいは閉じる場合のみならず、バルブの開く度合いを変化させ冷媒の流量を調整するようにし、完全にバルブ開けたりあるいは閉じたりしない場合をも含むように広義に解釈されるものとする。以後、バルブの開閉動作についての制御も同様とする。
【００１３】
また、本発明の凍結工法は、冷媒の注入口および排出口を有する複数の凍結管を連結して、地下構造物の内側面に沿うように配列し、１つの凍結管の注入口から冷媒を供給し、別の凍結管の排出口から冷媒を排出させ、複数の凍結管を流れる冷媒によって、凍結管の外壁、地下構造物の内側面を介してその外側の地盤との間で熱交換を生じせしめ、地下構造物の外側の地盤を凍結させる。
【００１４】
また、別の本発明の凍結工法は、複数の凍結管を地下構造物の内側面に沿うように配列する工程において、凍結管と内側面との隙間に、間詰部材を介在させる。
【００１５】
また、別の本発明の凍結工法は、地下構造物を通過する排水管を有する場合において、排水管の上流側および下流側にそれぞれ止水プラグを配置し、２つの止水プラグを貫通する仮配管を設置し、凍結管を、仮配管を避けるように配置する。
【００１６】
また、別の本発明の凍結工法は、冷媒が流れる凍結管表面に配置される（例えば、マンホール内面側の凍結管表面に配置される）温度センサによって検知される温度の情報に基づいて、冷媒の供給経路に備えられるバルブの開閉動作を制御する制御方式を有し、上記温度が予め設定した所定値より小さい場合にバルブを閉じるようにし、温度が所定値以上の場合にバルブを開くように、バルブの動作を制御する。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、周囲の地盤への影響を低減し、安全かつ低コストにて地下構造物の補強・改修等の工事を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る凍結装置を地下構造物の内側にセッティングして当該地下構造物周辺の地盤を凍結する状況を説明するための全体構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態に係る凍結装置をマンホールの内側に固定した状態を、マンホールの開口部側（地表側）から見たときの図およびその一部拡大図である。
【図３】図３は、凍結管の内部構造を示す断面図である。
【図４】図４は、凍結装置の一部構成である固定金具をマンホール内部に運ぶ様子を示す図である。
【図５】図５は、半割り形状の固定金具を接合した状態の固定金具を示す図である。
【図６】図６は、固定金具にて各凍結管をマンホールの内側面に固定する状況を示す斜視図である。
【図７】図７は、マンホールの内側を左右に仮想展開して、当該内側に固定した凍結管を左右方向に並べた状態を示す図である。
【図８】図８は、凍結装置の一部を構成する制御装置と、液体窒素の供給経路にあるバルブおよび凍結管表面に設置される熱電対の信号に基づきバルブの開閉動作を制御する方法を説明するための模式図である。
【図９】図９は、本発明に係る凍結装置の変形例を示す全体構成図（９Ａ）およびその一部を矢印Ａの方向から見たときの状態を示す簡略図（９Ｂ）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。以下、地下に埋設されたマンホール（地下構造物の一例）の内側に凍結装置を固定し、そのマンホールの外側周辺の地盤を凍結する例により、本発明の実施の形態に係る凍結管ユニット、その凍結管ユニットを含む凍結装置、ならびにその凍結装置を用いた凍結方法について説明する。ただし、地下構造物は、マンホールに限定されるものではなく、地下にその一部を埋設している構造物であれば、その形態を問わない。
【００２０】
１．全体構成
図１は、本発明の実施の形態に係る凍結装置を地下構造物の内側にセッティングして当該地下構造物周辺の地盤を凍結する状況を説明するための全体構成図である。
【００２１】
地表１から下方に埋設されたマンホール３の補強あるいは改修等の工事を行うためには、マンホール３の外側周辺に存在する地盤２からマンホール３内への浸水およびそれに伴う地盤２の崩壊を有効に防止する必要がある。本発明の実施の形態に係る凍結装置は、その装置の一部を構成する凍結管１０をマンホール３の内側に配置し、凍結管１０に供給される冷媒により、マンホール３の壁面を通じてその外側の地盤２を凍結させるものである。従来の装置および凍結工法とは、マンホール３の内側から地盤２を冷却する点で大きく異なる。また、マンホール３には、通常、その底部近傍に既設の排水管４が設けられている。この実施の形態では、地盤２の凍結期間中も排水管４を流れる下水等の供用を可能とするため、必要な配管等をマンホール３および排水管４に配置するようにしている。
【００２２】
ここで用いられる凍結装置５は、複数の凍結管１０を備える。図１において、凍結管１０は黒色で描かれている。凍結管１０は、マンホール３の底部または底部近傍の位置であってマンホール３の内側に貼り付けられる。ただし、凍結管１０を貼り付け以外の方法、例えばマンホール３の内側に固定される固定具に凍結管１０をジョイントする等の方法にてマンホール３の内側に凍結管１０を固定しても良い。この実施の形態では、凍結管１０は、１００ｍｍ×４０ｍｍ×１０００ｍｍの中空の略直方体形状であるが、かかる寸法および形状に限定されない。
【００２３】
地表１には、冷媒の一例である液体窒素を高圧にて封入してある１または複数の液体窒素ボンベ１１を配置している。液体窒素ボンベ１１は、そのボンベ１１に接続される圧力調整器、バルブ１２、配管１３、その配管１３から複数に分岐するフレキシブルチューブ１４を順に経由して、複数の凍結管１０の内の一部の凍結管１０に接続されている。また、凍結管１０の一部にはフレキシブルチューブ１５が接続され、フレキシブルチューブ１５を地表１まで延ばしている。なお、液体窒素以外に、液体空気、フロン等の他の冷媒を用いても良い。
【００２４】
バルブ１２は、後述するように、凍結管１０を流れる液体窒素の温度に基づき開閉できるように、電磁バルブとしているが、エアーバルブ等のように他種のバルブであっても良い。配管１３またはフレキシブルチューブ１４，１５は、この実施の形態では、ステンレススチール製のものを採用しているが、その材質に限定されるものではなく、例えば、耐圧性の高い樹脂性のチューブを採用することもできる。
【００２５】
凍結管１０の一部（この実施の形態では、液体窒素が流れる凍結管１０）の表面（マンホール３の内面側）に、温度センサの一例としての熱電対１６が挿入されている。熱電対１６は、電気ケーブル１７を介して、地表１に配置される制御装置１９に電気的に接続される。また、制御装置１９は、電気ケーブル１８を介してバルブ１２に接続されている。制御装置１９は、熱電対１６にて測定された液体窒素の温度情報に基づき、液体窒素の供給が必要な状況ではバルブ１２を開ける一方で、その供給が不要な場合にバルブ１２を閉じる制御を行うことができる。熱電対１６は、この実施の形態では、比較的、高精度および低電気抵抗であるＴ熱電対（プラス脚に純Ｃｕ、マイナス脚にＣｕ−Ｎｉ合金（コンスタンチン）を用いた熱電対）である。ただし、熱電対１６はＴ熱電対に限定されるものではなく、例えば、Ｋ熱電対、Ｊ熱電対、Ｅ熱電対、ＣｒＡｕ熱電対、ＣｕＡｕ熱電対等を採用することもできる。また、熱電対１６を全ての凍結管１０に挿入しても良い。
【００２６】
排水管４の管内には、その上流側および下流側にそれぞれ止水プラグ２１が配置されている。各止水プラグ２１には、下水等の流れる方向に貫通する穴がそれぞれ形成されており、それらの穴同士をつなぐように、仮配管２０が設けられる。凍結管１０は、仮配管２０が凍結管１０同士の間あるいは凍結管１０の存在しない領域にくるように、マンホール３の内側面に貼り付けられる。このように、止水プラグ２１および仮配管２０を配置することにより、地盤２の凍結期間中も排水管４を流れる下水等の供用が可能となる。止水プラグ２１としては、排水管４および仮配管２０との隙間がなるべく無いようにするため、弾性に優れるゴムあるいは樹脂製の栓が好ましいが、ゴム、樹脂以外の材質のものでも良い。また、仮配管２０は、金属製、樹脂製等が好ましいが、どのような材質のものでも良い。
【００２７】
２．凍結装置の構成
図２は、本発明の実施の形態に係る凍結装置をマンホールの内側に固定した状態を、マンホールの開口部側（地表側）から見たときの図およびその一部拡大図である。
【００２８】
凍結装置５は、１６本の凍結管１０と、凍結管１０同士を連結するためのチューブ３０と、凍結管１０をマンホール３の内側に固定するための固定金具３５ａ，３５ｂとを備える。凍結管１０は、その長さ方向（寸法１０００ｍｍの方向、紙面の裏方向）を鉛直方向としてマンホール３の内側に固定される。図２では、凍結管１０は、その上面をハッチング領域として図示されている。凍結管１０は、４本一組として、凍結管ユニット２２を構成している。この実施の形態において、凍結管ユニット２２中の隣り合う凍結管１０同士の距離は、およそ１５０ｍｍに設定されているが、かかる距離に限定されない。凍結管ユニット２２は、液体窒素の注入口および排出口を有する凍結管１０を４本連結して成り、１つの凍結管１０の注入口から注入された液体窒素が残り３本の凍結管１０を通って、最後の凍結管１０の排出口から排出される構造を有する。このような構造の４組の凍結管ユニット２２がマンホール３の内側に固定されている。各凍結管１０は、マンホール３の曲面状の内側面になるべく隙間の無いように貼り付け、マンホール３の外側にある地盤２との熱交換を行いやすくする必要がある。このため、各凍結管１０とマンホール３の内側面との間には、間詰部材としてのパテ２５が介在するようにしている（図２中の拡大図Ａの黒色部分を参照）。パテ２５は、液状ポリマー（ポリブテン系など）のように、隙間を埋めるために十分に柔軟で、熱伝導性が高く、耐低温特性を有する材質が好ましい。ただし、パテ２５は、凍結装置５にとって必須の構成ではなく、例えば、凍結管の一方の面をマンホール３の内側の曲面に合うような曲面とする場合には、パテ２５を使用せず、あるいは使用したとしても極めて薄く介在させることもできる。
【００２９】
各凍結管ユニット２２は、各４本の凍結管１０をチューブ３０にて連結した構成を有する。チューブ３０は、ステンレススチール製、樹脂製、あるいはその他材質から成る。各凍結管１０の上部には、液体窒素の入口と出口が設けられている。例えば、図２の左上の凍結管ユニット２２の場合には、左下の凍結管（第一凍結管）１０の上方にある入口にフレキシブルチューブ１４が接続され、第一凍結管１０の下方にある出口からその上方隣にある別の凍結管（第二凍結管）１０の上方にある入口までがチューブ３０にて接続され、第二凍結管１０の下方にある出口からその上方隣にある別の凍結管（第三凍結管）１０の上方にある入口までをチューブ３０にて接続され、第三凍結管１０の下方にある出口からその上方隣にある別の凍結管（第四凍結管）１０の右側にある入口までをチューブ３０にて接続され、第四凍結管１０の左側にある出口にフレキシブルチューブ１５が接続されている。図２の左上の凍結管ユニット２２の上記連結方法は、図２の右下の凍結管ユニット２２にも採用されている。
【００３０】
また、図２の右上の凍結管ユニット２２の場合には、左上の凍結管（第一凍結管）１０の左側にある入口にフレキシブルチューブ１４が接続され、第一凍結管１０の右側にある出口からその下方隣にある別の凍結管（第二凍結管）１０の上方にある入口までがチューブ３０にて接続され、第二凍結管１０の下方にある出口からその下方隣にある別の凍結管（第三凍結管）１０の上方にある入口までをチューブ３０にて接続され、第三凍結管１０の下方にある出口からその下方隣にある別の凍結管（第四凍結管）１０の上方にある入口までをチューブ３０にて接続され、第四凍結管１０の下方にある出口にフレキシブルチューブ１５が接続されている。図２の右上の凍結管ユニット２２の上記連結方法は、図２の左下の凍結管ユニット２２にも採用されている。
【００３１】
上記のように、凍結管ユニット２２では２種類の連結方法を採用しているが、１種類の連結方法のみを採用しても良い。また、隣の凍結管１０に液体窒素を流す方法ではなく、第一凍結管１０から第三凍結管１０へ、第三凍結管１０から第二凍結管１０へ、第二凍結管１０から第四凍結管１０へというように間をとばすように液体窒素を流しても良い。どのような順番であっても、液体窒素が４本の凍結管１０を流れるように連結していれば良い。また、４本の凍結管１０で一つの凍結管ユニット２２を構成するのではなく、２本、３本あるいは５本以上の凍結管１０にて一つの凍結管ユニットを構成するようにしても良い。また、凍結管ユニットを構成する凍結管１０の本数を１種類ではなく、複数種類にしても良い。その場合、例えば、２本の凍結管１０からなる凍結管ユニットと３本の凍結管１０からなる凍結管ユニットをマンホール３の内側面に貼り付けるようにすることもできる。
【００３２】
凍結装置５は、マンホール３の内側面に向かって１６本の凍結管１０を固定する枠体の一部を成す割片状の固定部材としての固定金具３５ａ，３５ｂを備えている。固定金具３５ａ，３５ｂは、ともに、略半割り状の金具である。固定金具３５ａは、図２中の左側の８本の凍結管１０をマンホール３の内側面に固定するものである。固定金具３５ｂは、図２中の右側の８本の凍結管１０をマンホール３の内側面に固定するものである。固定金具３５ａと固定金具３５ｂは、その長さ方向の各端部同士を止め具（例えば、ボルト）３７および止め具（例えば、ボルト）３８によって接続される。固定金具３５ａ，３５ｂには、凍結管１０同士の間がマンホール３の内側面に接するあるいは近接するように、凍結管１０と接する領域よりも外方向に突出する突出部３６を備える。突出部３６とマンホール３の内側面との間には、パテ２５を介在させるようにしても良い。固定金具３５ａ，３５ｂと各凍結管１０とは、図２中の拡大図に示すように、ボルト３９にて締めて固定するようにしている。固定金具３５ａ，３５ｂの各凍結管１０と接する内側部分には、各凍結管１０側に貫通するねじ穴が形成されており、そのねじ穴にボルト３９をねじ込むことにより、固定金具３５ａ，３５ｂと各凍結管１０を強く接合できる。なお、固定金具３５ａおよび固定金具３５ｂは、略半割り状の形状としなくとも良い。例えば、固定金具３５ａの形状を中心角が約６０度の小さな円弧形状とし、固定金具３５ｂの形状を中心角が約３００度の大きな円弧形状としても良い。さらに、割片状の固定金具３５ａ，３５ｂを用いずに、完全な枠形状の固定部材を用いても良い。また、マンホール３ではなく、例えば角型の地下埋設物の場合には、角枠形状の固定金具や、当該角枠形状の固定金具を複数に分割した割片状の固定部材を用いても良い。
【００３３】
３．凍結管の構成
図３は、凍結管の内部構造を示す断面図である。
【００３４】
凍結管１０は、その上方に、液体窒素の入口となる注入口４０ａと、液体窒素の出口となる排出口４０ｂとを備えている。注入口４０ａおよび排出口４０ｂは、この実施の形態では、連結管１０の上方に突出する円筒であるが、角筒であっても良い。また、凍結管１０の注入口と排出口を上方に突出させずに、単なる穴として形成し、あるいは凍結管１０の内方に突出するように形成しても良い。
【００３５】
凍結管１０の内部には、その内部に液体窒素の流路を形成するための内管４１が挿入されている。内管４１は、凍結管１０の内上部からその内底部の近傍まで延出しているが、内底部に接していない。図３の矢印で示すように、注入口４０ａから入ってきた液体窒素は始めに内管４１の中を凍結管１０の上方から下方へ流れ、下方から凍結管１０の上方に戻り、排出口４０ｂから出るようにする流路を形成するためである。
【００３６】
４．凍結装置のセッティング方法
図４は、凍結装置の一部構成である固定金具をマンホール内部に運ぶ様子を示す図である。図５は、半割り形状の固定金具を接合した状態の固定金具を示す図である。
【００３７】
固定金具３５ａ，３５ｂは、それぞれ半割り形状の金具であり、互いの端部にあるねじ穴同士を重ねるようにしてボルト３７，３８で接合することにより、図５に示すような円環状の固定金具３５を完成することができる。もし、最初から分割不能の円環状の固定金具を用いると、マンホール３の内部にそれを運ぶことは難しい。しかし、この実施の形態のように、円環状の固定金具３５を２つの半割り形状の固定金具３５ａ，３５ｂに分割できるようにすると、半割り形状の固定金具３５ａ，３５ｂをそれぞれロープ４５等で結び、マンホール３内を図４の矢印Ａ方向に下ろしていき、マンホール３内に固定金具３５ａ，３５ｂを容易に運ぶことができる。加えて、凍結管１０（図４において黒塗りの部分）を固定金具３５ａ，３５ｂにて固定する作業も、容易に遂行することができる。
【００３８】
図６は、固定金具にて各凍結管をマンホールの内側面に固定する状況を示す斜視図である。
【００３９】
固定金具３５は、この実施の形態では、ステンレスまたはスチール製であって、幅１００ミリ程度のＵ型形状の断面を有する金具である。固定金具３５は、隣り合う凍結管１０の間にてマンホール３の内側面に接するあるいは近接するように外方向に突出する突出部３６を複数備えており、突出部３６同士の間に形成された凹部に各凍結管１０が接するようにして、固定金具３５を図６の矢印Ａ方向に押し付けて各凍結管１０と固定する。
【００４０】
固定の仕方は、前述のように、ボルト３９を用いて行う。ボルト３９で凍結管１０を固定するためのねじ穴は、図６に示すように、凍結管１０ごとに１個となるように固定金具３５に形成しても良いが、例えば、凍結管ユニット２２の両端の凍結管１０の位置で固定金具３５と固定できるように、固定金具３５にねじ穴を形成しても良い。
【００４１】
さらに、固定金具３５を幅広にし、１本の凍結管１０に対して２箇所以上にてボルト等により固定しても良い。また、固定金具３５を２以上用意して、各凍結管１０を上下方向複数段にて固定金具３５にて固定しても良い。
【００４２】
図７は、マンホールの内側を左右に仮想展開して、当該内側に固定した凍結管を左右方向に並べた状態を示す図である。
【００４３】
前述のように、液体窒素は、凍結管ユニット２２の単位で注入・排出される。このため、図７の左側にある２つの凍結管ユニット２２を例に挙げると、図７中の矢印で示すように、フレキシブルチューブ１４から最左側の凍結管１０に注入された液体窒素は、その凍結管１０の内部を流れ、チューブ３０を経由して右隣の凍結管１０に順に流れていき、最右側の凍結管１０からフレキシブルチューブ１５へと排出される。図７の右側にある２つの凍結管ユニット２２についても同様である。
【００４４】
各凍結管ユニット２２中の１つの凍結管１０の外表面には、熱電対１６が配置されており、液体窒素が注入された凍結管１０の温度を測定できる。また、排水管４に取り付けられた仮配管２０が凍結管１０と重ならないように、仮配管２０の位置を避けるように、凍結管１０が配置される。なお、この実施の形態では、凍結管１０は、全て同じサイズであるが、上下方向の長さが短い別の凍結管を混在させ、仮配管２０の位置に、短い別の凍結管と、凍結管１０とを上下方向に隙間をあけて配置し、その隙間に仮配管２０が配置されるようにしても良い。
【００４５】
５．凍結工法
次に、本発明の実施の形態に係る凍結工法について説明する。
【００４６】
この実施の形態に係る凍結工法は、次のような各工程を有する。冷媒の一例である液体窒素を高圧封入した液体窒素ボンベ１１および各機器を搬入後（搬入ステップ）、液体窒素ボンベ１１と圧力調整器とを接続し、そこにバルブ１２を接続し、配管１３、フレキシブルチューブ１４を順に接続する（冷媒流路の接続ステップ）。また、制御装置１９とバルブ１２とを電気ケーブル１８にて接続すると共に、制御装置１９と各熱電対１６とを電気ケーブル１７にて接続する（制御経路の接続ステップ）。液体窒素の注入口４０ａおよび排出口４０ｂを有する複数の凍結管１０をチューブ３０にて連結して、マンホール３の内側面に沿うように配列し（凍結管の配列ステップ）、マンホール３の内側面に、間詰部材であるパテ２５を介して凍結管１０を貼付すると共に、固定金具３５ａ，３５ｂをマンホール３内に運び、固定金具３５ａ，３５ｂにて凍結管１０を固定する（凍結管の固定ステップ）。さらに、固定金具３５ａおよび固定金具３５ｂを連結する（固定金具の連結ステップ）。凍結管ユニット２２の単位で最初に液体窒素を供給する凍結管１０の注入口４０ａにフレキシブルチューブ１４を繋ぎ、最後に液体窒素を供給する凍結管１０の排出口４０ｂにフレキシブルチューブ１５を繋ぐ（凍結管ユニット内のチューブ接続ステップ）。排水管４に止水プラグ２１を取り付けて、凍結管１０を避けるように、止水プラグ２１の貫通穴同士を仮配管２０で繋ぐ（仮配管設置ステップ）。
【００４７】
なお、上記の仮配管設置ステップは、必須ではなく、省略することもできる。また、冷媒流路の接続ステップ、制御経路の接続ステップ、凍結管の配列ステップ、仮配管設置ステップおよび凍結管ユニット内のチューブ接続ステップは、その順番とせずに、順番を任意に入れ替えることができる。さらに、凍結管の固定ステップと固定金具の連結ステップとを逆順に行っても良い。
【００４８】
全ての機器のセッティングを完了した後、バルブ１２を開けて、凍結管ユニット２２を構成する凍結管１０の内の１つの凍結管１０の注入口４０ａから液体窒素を供給し、最後に液体窒素が流れてくる別の凍結管１０の排出口４０ｂから液体窒素を排出させる（液体窒素の供給ステップ）。複数の凍結管１０を流れる液体窒素によって、凍結管１０の外壁、マンホール３の内側面を介して地盤２との間で熱交換を生じせしめ、マンホール３の外側の地盤２を凍結させる（地盤凍結ステップ）。
【００４９】
６．冷媒供給の制御方法
この実施の形態では、液体窒素が流れる凍結管１０の表面に設置される温度センサの一例である熱電対１６によって検知される温度の情報に基づいて、液体窒素の供給経路に備えられるバルブ１２の開閉動作を制御する制御方式を有する。この制御方式は。液体窒素が流れる凍結管１０の温度が予め設定した所定値より小さい場合にバルブ１２を閉じ、温度が上記所定値以上の場合にバルブ１２を開くように、バルブ１２を制御するものである。この制御方式の実現に必要な構成および制御の内容について、以下、説明する。
【００５０】
図８は、凍結装置の一部を構成する制御装置と、液体窒素の供給経路にあるバルブおよび液体窒素が流れる凍結管表面に設置される熱電対の信号に基づきバルブの開閉動作を制御する方法を説明するための模式図である。
【００５１】
制御装置１９は、熱電対１６から信号の入口となるインターフェイス（Ｉ／Ｆ）５１と、キーボード、ポインティングデバイス、タッチ式キー等の入力装置５２と、中央処理装置（ＣＰＵ）５３と、メモリの一種であるＲＯＭ５４と、メモリの一種であるＲＡＭ５５と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）５６と、バルブ１２への信号の供給口となるインターフェイス（Ｉ／Ｆ）５７と、ディスプレイ５８とを備える。ただし、入力装置５２、ＨＤＤ５６あるいはディスプレイ５８の少なくとも１つは備えていなくても良い。
【００５２】
ＣＰＵ５３は、各種演算処理を行うと共に各種制御も行う部分である。ＲＯＭ５４は、マスクＲＯＭ、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）を含む。ＲＡＭ５５は、ＣＰＵ５３の制御プログラム等を記憶しておくメインメモリの他、グラフィックスメモリとして主に使用されるＤＲＡＭと、キャッシュメモリとして主に使用されるＳＲＡＭとを含む。ＨＤＤ５６は、オペレーション・システム（ＯＳ）やアプリケーション用ソフトウェアを記憶する部分である。熱電対１６にて測定される温度が予め設定した所定値より小さいときにバルブ１２を閉じ、温度が予め設定した所定値以上のときにバルブ１２を開けるように制御するバルブ制御プログラムは、ＲＡＭ５５あるいはＨＤＤ５６に格納されている。
【００５３】
バルブ１２がノーマリーオープン（信号を受信しない場合には常に開いている）型のバルブである場合、ＣＰＵ５３は、熱電対１６にてそれぞれ測定された温度を検出し、上記バルブ制御プログラムに基づき予め設定した所定値と比較する。その結果、その温度が所定値より小さい場合には、ＣＰＵ５３は、Ｉ／Ｆ５７を介してバルブ１２に信号を送り、バルブ１２を閉じる。一方、その温度が所定値以上の場合には、ＣＰＵ５３はバルブ１２に信号を送らないので、バルブ１２は開いたままである。
【００５４】
また、バルブ１２がノーマリークローズ（信号を受信しない場合には常に閉じている）型のバルブである場合、ＣＰＵ５３は、電気ケーブル１７を介して熱電対１６にてそれぞれ測定された温度を検出し、上記バルブ制御プログラムに基づき予め設定した所定値と比較する。その結果、その温度が所定値より小さい場合には、ＣＰＵ５３は、バルブ１２に信号を送らないので、バルブ１２は閉じたままとする。一方、その温度が所定値以上の場合には、ＣＰＵ５３は、Ｉ／Ｆ５７を介してバルブ１２に信号を送り、バルブ１２を開く。
【００５５】
バルブ１２の開閉動作を制御する制御方式は、温度が所定値より小さい場合あるいは所定値以上の場合のいずれの場合にバルブ１２に向けて信号を送るものでも良い。温度が所定値より小さい場合には、地盤２との間で熱交換があまり行われていないことを意味する。そのような場合には、地盤２が十分に凍結しており、液体窒素を多く供給する必要性が低い。したがって、無駄な液体窒素の供給を防止すべく、バルブ１２は閉じた状態となる。一方、温度が所定値以上の場合には、地盤２との間の熱交換が活発に行われていることを意味する。そのような場合には、地盤２が凍結途上にあり、液体窒素を継続的に供給する必要性が高い。したがって、液体窒素の供給を継続すべく、バルブ１２は開いた状態になる。
【００５６】
所定温度は、４つの凍結管ユニット２２において測定された温度の平均値と比較するのが好ましい。ただし、いずれかの凍結管ユニット２２において測定された温度と所定温度とを比較し、少なくとも１つの温度が所定温度より小さくなったときに、バルブ１２を閉じるようにすることもできる。また、２つまたは３つの温度が所定温度より小さくなったときに、バルブ１２を閉じるようにすることもできる。さらに、４つの凍結管ユニット２２において測定された全ての温度が所定温度より小さくなったときに、バルブ１２を閉じるようにすることもできる。
【００５７】
また、上記制御方式は、バルブ１２の開閉の制御であるが、バルブ１２の開状態を調整するようにして、バルブ１２を完全に閉じないようにしても良い。また、１または２以上の凍結管１０における液体窒素の注入側に近い箇所と排出側に近い箇所にそれぞれ熱電対を配置し、制御装置１９による制御を、各熱電対にて測定された温度の差が予め決めてある温度差より小さい場合にバルブ１２を閉じるようにし、当該温度差以上の場合にバルブ１２を開くようにしても良い。
【００５８】
７．変形例
図９は、本発明に係る凍結装置の変形例を示す全体構成図（９Ａ）およびその一部を矢印Ａの方向から見たときの状態を示す簡略図（９Ｂ）である。
【００５９】
図９に示す凍結装置５が図１に示す凍結装置５と異なる点は、マンホール３の側壁面から地盤２に埋設型凍結管６０が挿入されている点である。埋設型凍結管６０は、図９にて黒色で描かれている。凍結管ユニット２２は、マンホール３の内側面からその外側の地盤２に挿入し、液体窒素を供給可能な埋設型凍結管６０を複数備えている。この変形例において、具体的には、埋設型凍結管６０は、図９（９Ｂ）に示すように、両側の排水管４の周囲に各５本で合計１０本、挿入されている。凍結管１０と埋設型凍結管６０との間あるいは埋設型凍結管６０同士は、チューブ６１にて接続されている。
【００６０】
チューブ６１は、液体窒素が凍結管１０から全ての埋設型凍結管６０に供給されるように接続されている限り、どのような接続の仕方であっても良い。また、埋設型凍結管６０は、凍結管１０と同様の形態であっても良い。また、埋設型凍結管６０は、円筒ではなく角筒でも良い。また捻じ込む場合には、埋設型凍結管６０の外面にスクリュー構造を保有していてもいい。さらに、埋設型凍結管６０は、マンホール３の側壁からその外側の地盤２に略直角に挿入される他、当該側壁から上方あるいは下方に向かって９０度未満の角度で挿入される凍結管であっても良い。また、埋設型凍結管６０は、図９（９Ｂ）に示すような本数に限定されず、１〜４本あるいは６本以上であっても良い。さらに、埋設型凍結管６０は、凍結管１０の下方ではなく、上方あるいは中間に配置されていても良い。
【００６１】
８．作用
凍結管ユニット２２は、液体窒素の注入口４０ａおよび排出口４０ｂを有する凍結管１０を４本連結して成り、１つの凍結管１０の注入口４０ａから注入された液体窒素が残りの凍結管１０を通って、最後の凍結管１０の排出口４０ｂから排出される構造を有する。このため、このような凍結管ユニット２２をマンホール３の内側に配置することにより、容易に、マンホール３の外側の地盤２を凍結させることができる。
【００６２】
また、凍結管ユニット２２は、各凍結管１０の内部に内管４１を備え、各凍結管１０の内部の内管４１によって液体窒素の流路を形成するようにしているので、液体窒素が各凍結管１０の内部にいきわたりやすく、地盤２との熱交換を行う有効面積を広くすることができ、凍土を形成しやすい。
【００６３】
また、凍結管ユニット２２は、マンホール３の内側面に沿うように凍結管１０を配列させて成り、その内側面に凍結管１０を固定する枠体の一部を成す割片状の固定金具３５ａ，３５ｂを備えている。このため、マンホール３という狭い空間において凍結管１０をマンホール３の内側面に設置しやすい。加えて、固定金具３５ａ，３５ｂにて凍結管１０をマンホール３の内側面に固定することによって、地盤２と凍結管１０との間の熱交換を有効に行わせることができる。
【００６４】
また、凍結管ユニット２２は、さらに、マンホール３の内側面からその外側の地盤２に挿入し、液体窒素を供給可能な埋設型凍結管６０を備えているので、埋設型凍結管６０を挿入した領域及びその周辺の地盤２を、より急速に凍結させることができる。
【００６５】
また、凍結装置５は、凍結管ユニット２２を含み、液体窒素の流れる凍結管１０の表面に配置される熱電対１６と、液体窒素の供給経路に備えられるバルブ１２と、熱電対１６によって検知される温度の情報に基づいてバルブ１２の開閉動作を制御する制御装置１９とを備え、制御装置１９は、その温度が予め設定した所定値より小さい場合にバルブ１２を閉じるように、温度がその所定値以上の場合にバルブ１２を開くように、バルブ１２の動作を制御している。このため、液体窒素の供給を自動的に制御でき、かつできるだけ少ない液体窒素の供給で凍土を形成できる。
【００６６】
また、本実施の形態に係る凍結工法は、複数の凍結管１０を連結して、マンホール３の内側面に沿うように配列し、１つの凍結管１０の注入口４０ａから液体窒素を供給し、別の凍結管１０の排出口４０ｂから液体窒素を排出させ、複数の凍結管１０を流れる液体窒素によって、各凍結管１０の外壁、マンホール３の内側面を介して地盤２との間で熱交換を生じせしめ、マンホール３の外側の地盤２を凍結させるものである。このような凍結工法を用いることにより、マンホール３、排水管４およびその周辺の地盤２を損傷することなく凍土を形成し、マンホール３内における任意の補強・改修工事が可能となる。加えて、その工事を安全かつ低コストで実現できる。
【００６７】
また、この凍結工法は、複数の凍結管１０をマンホール３の内側面に沿うように配列する工程において、凍結管１０と内側面との隙間にパテ２５を介在させているので、当該隙間を生じさせず、凍結管１０からマンホール３の側壁を介してその周囲の地盤２との熱交換率をより向上させることができる。特に、パテ２５は、流動化しない材料とすることにより、繰り返し使用できる。
【００６８】
また、この凍結工法は、排水管４の上流側および下流側にそれぞれ止水プラグ２１を配置し、２つの止水プラグ２１を貫通する仮配管２０を設置し、凍結管１０を、仮配管２０を避けるように配置している。このため、マンホール３の補強・改修工事中においても、下水を使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００６９】
本発明は、マンホール等の既設小規模地下構造物周辺の地下水位以下の地盤に凍土を造成し、当該既設小規模地下構造物を部分的に削孔又は開口する際の漏水に伴う地盤崩壊を防止するのに利用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
２      地盤
３      マンホール（地下構造物の一例）
４      排水管
５      凍結装置
１０      凍結管
１２      バルブ
１６      熱電対（温度センサの一例）
１９      制御装置
２０      仮配管
２１      止水プラグ
２２      凍結管ユニット
２５      パテ（間詰部材の一例）
３５      固定金具（固定部材）
３５ａ    固定金具（割片状の固定部材）
３５ｂ    固定金具（割片状の固定部材）
４０ａ    注入口
４０ｂ    排出口
４１      内管
６０      埋設型凍結管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010265631.tif 000009
【図８】
2010265631.tif 000010
【図９】
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