(57)【要約】【課題】タンク躯体に加わる温度荷重を低減可能な地下タンク構造を提供する。【解決手段】地下タンク構造１はLNG等の低温液化ガスを貯留するものであり、底版５と側壁７を含むタンク躯体を有し、底版５は、上層底版５ａと下層底版５ｂの２層に分けて設けられる。上層底版５ａは側壁７と連結され、上層底版５ａと側壁７の厚さが略同一である。地下タンク構造１では、タンク稼働に伴い0℃となる位置を示す凍結線ｂが、タンク躯体の側部と底部においてタンク躯体の内面から略同一の離間距離となる位置に管理される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に設けられる地下タンク構造であって、
底版と側壁を含むタンク躯体を有し、
前記底版は、上層底版と下層底版の２層に分けて設けられ、
前記上層底版は前記側壁と連結され、前記上層底版と前記側壁の厚さが略同一であることを特徴とする地下タンク構造。
【請求項２】
タンク稼働に伴い0℃となる位置を示す凍結線が、前記タンク躯体の側部と底部において前記タンク躯体の内面から略同一の離間距離となる位置にあることを特徴とする請求項１記載の地下タンク構造。
【請求項３】
前記上層底版と前記下層底版の境界面の外周部の全周に止水部が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の地下タンク構造。
【請求項４】
前記上層底版と前記下層底版の境界面を跨ぐように連結鉄筋が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の地下タンク構造。
【請求項５】
前記上層底版と前記側壁は剛結合されていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の地下タンク構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下タンク構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
LNG（液化天然ガス）やLPG（液化石油ガス）等の低温液化ガスを貯留する設備として地下タンクがある。近年の地下タンクは、山留である地中連続壁の内側を掘削した後、図１５に示すように地中連続壁９の内側に鉄筋コンクリート製の底版５および側壁７からなるタンク躯体を構築し、その上に鋼製屋根８を設けるのが一般的である。図示は省略するが、タンク躯体の内面では断熱材を介してメンブレンが設けられる。また底版５の下方では砕石等による集水層４が設けられる。
【０００３】
底版５と側壁７は、ピン結合やスライド結合を行う場合もあるが、最近では底版５と側壁７を一体化して剛結合とすることが多い。これは止水面での有利さおよび底版５と側壁７の間の支承構造が不要になることによる。このような構造形式の場合、底版５と側壁７のコーナー部にハンチ６を設け、応力の流れをスムーズにするのが一般的である。
【０００４】
底版５の厚さは側壁７より大きく、容量20万KLクラスの地下タンクで例えば側壁2.45m、底版8.0m程度となる。この部材寸法は、主に、空液時の地下水圧による浮き上がりを防止できる重量を有するように定められる。
【０００５】
地下タンクではLNG等の極低温の液化ガスを貯留するので、タンク稼働時の周辺地盤の凍結を抑制するため側部および底部にヒータ設備を設けて温度的な安定を図り、凍結線（0℃となる位置を示す線）の位置を維持管理している（例えば特許文献１−５）。ヒータ設備には面状発熱体を用いるものもあるが、熱媒体をヒータ管に循環させてその熱交換により凍結線の位置を管理するものが多い。
【０００６】
図１５の例では、側部ヒータ設備としてヒータ管１０３を周辺地盤３に埋設している。ヒータ管１０３は例えば外管内に内管を挿入した二重管タイプのものであり、内管、外管の上端が枝管を介して熱媒体の供給側のヘッダー管１０１、回収側のヘッダー管１０５にそれぞれ連結される。側部ヒータ設備では、ヒータ管１０３内の熱媒体と周辺地盤３との間で熱交換を行うことにより、凍結線を地中連続壁９より外側の周辺地盤３内で管理する。
【０００７】
一方、底部ヒータ設備としては、底版５の下面近傍に埋設したヒータ管２０１に熱媒体を循環させるブラインヒータを設置しており、凍結線を底版５の下部で管理して底版５下の地盤が凍結するのを防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平11-182797号公報
【特許文献２】特公昭61-31360号公報
【特許文献３】特開平8-145297号公報
【特許文献４】特許第2789299号
【特許文献５】特公昭58-6118号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
地下タンクのタンク躯体には、タンク躯体の温度低下により生じる荷重と、タンク躯体の温度差から生じる荷重が加わる。前者は、常温下で構築されたタンク躯体の温度が、タンク稼働時に低温液化ガスによって低下することで発生する荷重であり、後者はタンク躯体の内外面の温度差によって発生する荷重である。
【００１０】
前者のケースでは、温度低下に伴う底版や側壁の収縮が周辺地盤との摩擦力等により拘束されることで、底版や側壁の断面に軸力（温度荷重）が発生する。また、底版と側壁の間で温度低下量に差ができることも、タンク躯体に温度荷重が発生する原因となる。例えば底版が温度低下しない状態で側壁が温度低下する場合、側壁の収縮が底版によって拘束され、側壁下端にせん断力や曲げモーメント（温度荷重）が発生する。
【００１１】
後者のケースでは、タンク稼働時にタンク躯体の側壁の内面の温度がLNG等の低温液化ガスによって低くなるのに対し、側壁の外面は側部ヒータ設備によって温められることから温度低下せず、側壁の外面と側壁の内面（タンク躯体の内面）との間で温度差が生じる。同様に、ヒータ管が埋設された底版の下面と底版の上面（タンク躯体の内面）との間にも温度差が生じる。この場合、温度の低下する側壁の内面や底版の上面が収縮しようとするが、この収縮を側壁や底版が拘束することで曲げモーメント（温度荷重）が発生する。
【００１２】
このような温度荷重が生じる結果、地下タンクでは底版や側壁の鉄筋量を多くして補強を行う必要があり、地下タンクのコストアップ要因となっている。
【００１３】
温度荷重が大きくなる原因としては、タンク躯体の構造によるところも大きい。例えば前記したようにタンク躯体の底版は側壁よりも厚く形成されるため、底版と側壁の間でタンク建設時からの温度低下量を同じにする制御は難しく、タンク建設時からの温度低下量に差がつきやすくなる。
【００１４】
また、温度低下に伴って生じる前記の軸力や、タンク躯体の内外面の温度差に伴って生じる前記の曲げモーメント等の温度荷重の大きさは、温度低下量あるいは温度差と部材厚をパラメータとして変化し、底版等の部材厚が大きいこと自体も温度荷重を増加させる原因になる。
【００１５】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたものであり、タンク躯体に加わる温度荷重を低減可能な地下タンク構造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】
【００１６】
前述した課題を解決するための本発明は、地盤に設けられる地下タンク構造であって、底版と側壁を含むタンク躯体を有し、前記底版は、上層底版と下層底版の２層に分けて設けられ、前記上層底版は前記側壁と連結され、前記上層底版と前記側壁の厚さが略同一であることを特徴とする地下タンク構造である。
【００１７】
本発明では、底版を上層底版と下層底版の２層に分け、薄くした上層底版と側壁を同じ厚さとして連結することで、上層底版と側壁に生じる温度荷重を低減することができる。すなわち、従来のタンク躯体の場合で生じるような底版と側壁のタンク建設時からの温度低下量の違いを容易に小さくすることが可能になり、底版と側壁の温度低下量の違いに起因する温度荷重を低減することができる。また、上層底版等が従来の底版等と比べて薄くなること自体も、温度荷重の低減効果をもたらす。結果、上層底版と側壁に加わる温度荷重を極端に小さくして鉄筋量を減らすことが可能である。また、上層底版と分けて構築された下層底版では拘束が少ないので温度荷重はほとんど発生しない。さらに、下層底版と上層底版の二重スラブにより揚圧力(水圧)に抵抗でき、空液時の地下水圧による浮き上がりにも抵抗できる。
【００１８】
タンク稼働に伴い0℃となる位置を示す凍結線が、前記タンク躯体の側部と底部において前記タンク躯体の内面から略同一の離間距離となる位置にあることが望ましい。
本発明では、上層底版と側壁を同じ厚さとするとともにタンク躯体の内面からタンク躯体の側部と底部の凍結線までの離間距離を略同一にすることで、定常時の上層底版と側壁の温度分布をほぼ同じ形にして上層底版と側壁の温度低下量の違いを０に近付けることができる。また、タンク躯体にほぼ同じ厚さの凍結コンクリートを形成できることから、信頼性の高い、確実な止水が可能となる。
【００１９】
前記上層底版と前記下層底版の境界面の外周部の全周に止水部が設けられることが望ましい。また、前記上層底版と前記下層底版の境界面を跨ぐように連結鉄筋が設けられることも望ましい。
上層底版と下層底版の境界面の外周部に止水部を設けることで、上層底版と下層底版の間に水が入ることを防止でき、上層底版に水圧が作用することは無い。また、境界面を跨ぐように連結鉄筋を設けることで、上層底版と下層底版の間の目開きを防いで上層底版と下層底版の間に水が入ることを同じく防止できる。
【００２０】
前記上層底版と前記側壁は剛結合されていることが望ましい。
温度荷重は剛結タイプのタンク躯体で大きくなることが多いので、そのようなケースで本発明を特に好適に適用することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、タンク躯体に加わる温度荷重を低減可能な地下タンク構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】地下タンク構造１を示す図。
【図２】上層底版５ａと下層底版５ｂを示す図。
【図３】ヒータ管１３の配置を示す図。
【図４】ヒータ管２２の平面を見た図。
【図５】側壁７と底版５の温度分布の例。
【図６】ヒータ管１３’を示す図。
【図７】地下タンク構造１ａを示す図。
【図８】ヒータ管１３ａを示す図。
【図９】ヒータ管１３ａとヒータ管２２を連続させる例を示す図。
【図１０】ヒータ管１３ａ’を示す図。
【図１１】地下タンク構造１ｂを示す図。
【図１２】ヒータ管３２の平面を示す図。
【図１３】ヒータ管３２ａの平面を示す図。
【図１４】ヒータ管３２ｂの平面を示す図。
【図１５】従来の地下タンクの例。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、図面に基づいて本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２４】
［第１の実施形態］
（１．地下タンク構造１）
図１は本発明の第１の実施形態に係る地下タンク構造１を示す図である。地下タンク構造１は地盤に設けられ、貯留物としてLNGやLPG等の（極）低温の液化ガス（低温液体）をタンク内に貯留する。
【００２５】
地下タンク構造１は、図１５の例と同様、山留である地中連続壁９の内側を掘削した後、鉄筋コンクリート製の底版５および側壁７によるタンク躯体を地中連続壁９の内側に構築し、その上に鋼製屋根８を設けて構成される。特に図示しないが、タンク躯体の内面には断熱材が設けられ、さらにその内側にメンブレン等も設けられる。なお、「内」とはタンク躯体の中心に近い方をいうものとし、「外」とはその反対側をいうものとする。
【００２６】
ただし本実施形態では、図１５の例と異なり、底版５が上層底版５ａと下層底版５ｂの２層に分けて設けられる。底版５の構築時は、下層底版５ｂのコンクリートを打設して当該コンクリートが硬化した後に上層底版５ａのコンクリートを打設するなどして、上層底版５ａと下層底版５ｂが接触しているが縁の切れた状態とする。
【００２７】
側壁７は上層底版５ａの上で筒状に形成され、地中連続壁９は側壁７の外側の周辺地盤３中に筒状に設けられる。側壁７と上層底版５ａの厚さは略同一とし、例えば1.75mと薄厚のものとする。地中連続壁９の厚さは例えば1.2mとする。上層底版５ａと側壁７は連結して一体化（剛結合）され、そのコーナー部にはハンチ６が設けられる。下層底版５ｂの厚さは例えば6.25m程度とし、空液時の地下水圧による浮き上がりを防止すべく、底版５全体として8.0m程度の厚さを確保する。下層底版５ｂの下方には砕石等による集水層４も設けられる。
【００２８】
図２に示すように、上層底版５ａと下層底版５ｂの境界面の外周部では、当該外周部の全周に亘って止水部５１が設けられる。止水部５１は境界面を跨ぐ止水板等から構成される。また、同じく上層底版５ａと下層底版５ｂの境界面を跨ぐように連結鉄筋５２も埋設される。
【００２９】
上層底版５ａと下層底版５ｂの境界面は隙間が無く、また外周部に止水部５１が設けられ、連結鉄筋５２によって上層底版５ａと下層底版５ｂの目開きも防止されることで、境界面に地下水が入って上層底版５ａに水圧が作用することは無い。
【００３０】
なお、本実施形態では底版５（上層底版５ａと下層底版５ｂ）の外周面が地中連続壁９に接触しているが境界面で縁が切れており、当該境界面を跨ぐように鉄筋等のせん断力伝達機構（不図示）が埋設されることでタンク躯体と地中連続壁９が接続され、浮き上がりに対する抵抗力として地中連続壁９の重量をカウントすることが可能となる。
【００３１】
地下タンクでは0℃未満、特にLNG等の-160℃程度の低温液化ガスを貯留するので、図１５の例と同様、タンク稼働に伴い0℃となる位置を示す凍結線を管理するため、側部ヒータ設備と底部ヒータ設備が設けられる。
【００３２】
側部ヒータ設備は、熱媒体を循環させる循環式のヒータ設備であり、加温設備および循環ポンプ（不図示）、ヘッダー管１１、１５、ヒータ管１３等を有する。ヒータ管１３はタンク躯体の側部のヒータ管であり、地中連続壁９の外側境界部の近傍に設けることで、周辺地盤３内に設ける場合に比べ側壁７の内面（タンク躯体の内面）に近付けて配置される。側壁７の内面からヒータ管１３までの離間距離は例えば2.95mとする。ヘッダー管１１、１５は、タンク躯体の周方向に沿って環状に設けられる。
【００３３】
側部ヒータ設備では、加温設備および循環ポンプ、ヘッダー管１１、ヒータ管１３、ヘッダー管１５、加温設備の順に熱媒体を循環させ、地中連続壁９および周辺地盤３とヒータ管１３内の熱媒体との間で熱交換を行う。
【００３４】
底部ヒータ設備も熱媒体を循環させる循環式のヒータ設備であり、加温設備や循環ポンプ（不図示）を用いて下層底版５ｂに埋設されたヒータ管２２（タンク躯体の底部のヒータ管）に熱媒体を循環させ、下層底版５ｂのコンクリートとヒータ管２２内の熱媒体との間で熱交換を行う。上層底版５ａの上面（タンク躯体の内面）からヒータ管２２までの離間距離は例えば2.95mとし、前記した側壁７の内面（タンク躯体の内面）からヒータ管１３までの離間距離と略同一にする。
【００３５】
各ヒータ設備は、ヒータ管１３、２２に熱媒体を循環させ、この熱媒体と地中連続壁９および周辺地盤３や下層底版５ｂとの間で熱交換を行うことにより、凍結線ｂの位置を維持管理する。
【００３６】
本実施形態では、ヒータ管１３、２２の管径、配管間隔、熱媒体の温度等を調整することにより、凍結線ｂが全体としてタンク躯体の内面形状に相似の線分となり、側壁７の内面からタンク躯体の側部の凍結線ｂまでの離間距離と、上層底版５ａの上面からタンク躯体の底部の凍結線ｂまでの離間距離が略同一となるようにする。例えば上記のようにタンク躯体の内面からヒータ管１３、２２までの離間距離を略同一とする他、ヒータ管１３、２２の管径、配管間隔、熱媒体の温度を同じとすることで、タンク躯体の内面からタンク躯体の側部と底部の凍結線ｂまでの離間距離を容易に揃えることができる。
【００３７】
凍結線ｂの位置は、全体としてタンク躯体の内面に近付け、タンク躯体の側部の凍結線ｂは地中連続壁９内で、底部の凍結線ｂは下層底版５ｂ内の上部で管理する。凍結線ｂの離間距離は例えばタンク躯体の内面から2.0m程度とし、タンク躯体の側壁７および上層底版５ａ(いずれも厚さ1.75m)の全厚にほぼ同じ温度の凍結コンクリートを形成して信頼性の高い確実な止水を実現する。熱媒体としてはナイブライン（登録商標）等の不凍液を用い、熱媒体の凍結を防止する。
【００３８】
（２．側部ヒータ設備のヒータ管１３）
図３は側部ヒータ設備のヒータ管１３の配置を示す図であり、地中連続壁９の周方向断面を示す図である。
【００３９】
ヒータ管１３は略鉛直方向の配管であり、図３に示すように、地中連続壁９の外側境界部の近傍において、タンク躯体の周方向に沿って略等間隔で複数配置される。ヒータ管１３は地中連続壁９の外側境界部の近傍に埋設されて一体化される。
【００４０】
ヒータ管１３は、前記と同様二重管タイプのものであり、外管１３２内に内管１３１を挿入して構成される。外管１３２には例えばSTPG管（圧力配管用炭素鋼鋼管）を用いることができる。ヒータ管１３は地中連続壁９の外側境界部の近傍に埋設されるので、周辺地盤３にヒータ管を埋設する場合のように防食の観点からPL管（ポリエチレンライニング鋼管）を用いる必要等がなく、安価なSTPG管を用いることでコスト低減が可能である。
【００４１】
ヒータ管１３の上端は地中連続壁９の頂部から突出し、内管１３１の上端は枝管を介して熱媒体の供給側のヘッダー管１１に連結される。外管１３２の上端は、枝管を介して熱媒体の回収側のヘッダー管１５に連結される。ヒータ管１３内では、ヘッダー管１１から供給された熱媒体が内管１３１を通り、内管１３１と外管１３２の間を通ってヘッダー管１５に回収される。
【００４２】
（３．底部ヒータ設備のヒータ管２２）
底部ヒータ設備のヒータ管２２は、下層底版５ｂの上部のコンクリートに埋設される。ヒータ管２２は、従来のように底版５の下面に埋設される場合に比べ、高い位置に配置される。
【００４３】
図４はヒータ管２２の平面を見た図である。図４では、底版５（上層底版５ａと下層底版５ｂ）、側壁７、ハンチ６および地中連続壁９の位置を破線で示している。
【００４４】
ヒータ管２２は略渦巻き状に配置される。より具体的には、ヒータ管２２は、略等間隔で同心円状に配置された複数の周方向配管２２２を有する。これらの周方向配管２２２はタンク躯体の周方向に沿って配置され、内外に隣り合う周方向配管２２２が、平面において周方向配管２２２に対し傾斜した斜め配管２２３によって接続され、一筆書き状に構成される。
【００４５】
周方向配管２２２は下層底版５ｂの上部で同じ高さに配置される。地中連続壁９のヒータ管１３の下端は周方向配管２２２より下に位置し、コーナー部において凍結線ｂがヒータ管１３、２２の外側に抜け出すのを防止する。
【００４６】
ただし周方向配管２２２の配置がこれに限ることはない。例えば後述する図７の例で示すように、外周部の周方向配管２２２を、外側に行くにつれ高い位置となるようにハンチ６の傾斜に沿って配置してもよい。これにより、ハンチ６のある上層底版５ａと側壁７のコーナー部においても、タンク躯体の内面から凍結線ｂまでの離間距離を他と揃えることが容易になる。
【００４７】
最内部の周方向配管２２２と最外部の周方向配管２２２は、側壁７内に埋設された略鉛直方向の鉛直配管２２１、２２４にそれぞれ接続される。これらの鉛直配管２２１、２２４は側壁７の外周面から外側に突出し、閉じた流路を外部で形成する。加温設備や循環ポンプはこの流路に配置される。
【００４８】
（４．側壁７および底版５内の温度分布）
図５（ａ）、（ｂ）の線Ａは、-162℃のLNGを貯留する地下タンクにおいて、図１のように底版５を２層で構成し、タンク躯体の側壁厚を1.75m、上層底版厚を1.75m、下層底版厚を6.25m、地中連続壁厚を1.2mとしてタンク躯体の建設時の平均温度を16℃とした場合の、タンク稼働時の定常状態における側壁７と底版５（上層底版５ａと下層底版５ｂ）の温度分布の例である。
【００４９】
また、側壁７の内面からヒータ管１３までの離間距離は2.95m、上層底版５ａの上面からヒータ管２２までの離間距離は2.95mとし、タンク稼働時のヒータ管１３、２２の面平均温度（ヒータ管ライン（ヒータ管１３、２２の配管の並んだ面）の平均温度）はどちらも5.0℃とする。
【００５０】
この場合、タンク躯体の側部と底部の凍結線ｂ（0℃となる位置）のタンク躯体の内面（側壁７の内面、上層底版５ａの上面）からの離間距離は、2.5m程度と略同一となる。また側壁７と上層底版５ａの厚さは同じであるため、側壁７と上層底版５ａの厚さ方向に沿った温度分布がほぼ同じ形になり、タンク躯体の建設時からの側壁７と上層底版５ａの温度低下量（厚さ方向の平均値）がほぼ同じ27℃程度となる。なお、側壁７の内外面と上層底版５ａの上下面の温度差は14℃程度となる。
【００５１】
一方、図５（ａ）、（ｂ）の線Ｂは、同じく-162℃のLNGを貯留する地下タンクにおいて、図１５の例のように底版５を一層で構成し、タンク躯体の側壁厚を2.45m、底版厚を8.00m、地中連続壁厚を1.2mとしてタンク躯体の建設時の平均温度を16℃とした場合の、タンク稼働時の定常状態における側壁７と底版５の温度分布の例である。
【００５２】
また、側部ヒータ設備のヒータ管１０３は周辺地盤３に埋設して側壁７の内面からの離間距離を4.65mとし、底部ヒータ設備のヒータ管２０１は底版５の下面近傍に埋設して底版５の上面からの離間距離を7.28mとし、タンク稼働時のヒータ管１０３、２０１の面平均温度はそれぞれ5.0℃、10.0℃とする。
【００５３】
この場合、凍結線ｂは、上記した線Ａの例よりタンク躯体の内面から遠い位置に形成され、また側部と底部でタンク躯体の内面から凍結線ｂまでの離間距離が異なる。例えばタンク躯体の底部の凍結線ｂは底版５の上面から6m程度下方に形成され、線Ａの例より低い位置にある。さらに、タンク躯体の建設時からの側壁７と底版５の温度低下量（厚さ方向の平均値）も35.2℃、28.1℃と異なる。なお、側壁７の内外面と底版５の上下面の温度差はそれぞれ18.0℃、56.3℃である。
【００５４】
線Ａの例からわかるように、本実施形態ではタンク躯体の建設時からの上層底版５ａと側壁７の温度低下量の違いを小さくできる。特に、上層底版５ａと側壁７の部材厚が同じであり、側部と底部の凍結線ｂのタンク内面からの離間距離が同じであることから、定常時の上層底版５ａと側壁７の温度分布がほぼ同じになり、タンク躯体の建設時からの温度低下量の違いを０に近付けることができる。また凍結線ｂの位置も全体としてタンク躯体の内面に近付けているので、上層底版５ａや側壁７のタンク躯体の建設時からの温度低下量自体も小さくすることができる。
【００５５】
さらに、前記したように温度荷重は部材厚が大きいこと自体によっても増加するが、本実施形態では上層底版５ａ等を薄くすることにより温度荷重は小さくなる。結果、上層底版５ａや側壁７に必要な鉄筋量が大幅に低減され、地下タンクの工事費を低減することが可能である。
【００５６】
例えば、図５とは別の例であるが、側壁厚を1.6m、底版厚を1.6m、側壁の内面と外面の温度をそれぞれ-18.0℃、-3.0℃、底版の上面と下面の温度をそれぞれ-6.0℃、8.0℃とした地下タンクの温度荷重と、側壁厚を2.3m、底版厚を8.0m、側壁の内面と外面の温度をそれぞれ-32.0℃、-5.0℃、底版の上面と下面の温度をそれぞれ-60.0℃、16.0℃とした地下タンクの温度荷重とを比較した場合、前者のケースで底版と側壁に加わる軸力や曲げモーメントが後者のケースに比べて大幅に低減され、側壁下端でのせん断力も小さくなったという試算結果もある。
【００５７】
以上説明したように、本実施形態では、底版５を上層底版５ａと下層底版５ｂの２層に分け、薄くした上層底版５ａと側壁７を同じ厚さとして連結することで、上層底版５ａと側壁７に生じる温度荷重を低減することができる。
【００５８】
すなわち、従来のタンク躯体のように底版を側壁より厚く形成する場合、底版と側壁のタンク建設時からの温度低下量を同じとする制御は難しいが、本実施形態では上層底版５ａと側壁７を同じ厚さとすることで、上層底版５ａと側壁７の温度低下量の違いを容易に小さくすることが可能になり、上層底版５ａと側壁７の温度低下量の違いに起因する温度荷重を低減することができる。
【００５９】
また上層底版５ａ等が従来の底版等と比べて薄くなること自体も、温度荷重の低減効果をもたらす。結果、上層底版５ａと側壁７に加わる温度荷重を極端に小さくして鉄筋量を減らすことが可能である。
【００６０】
加えて、底版５を上層底版５ａと下層底版５ｂの２層に分けて各々の部材を薄くすることは、コンクリート部材の寸法効果（部材の寸法が大きくなるに従ってその強度が低下すること）によりせん断強度が低下するのを防ぎ、高いせん断耐力を維持できる点でも有効である。
【００６１】
さらに、上層底版５ａと分けて構築された下層底版５ｂでは拘束が少なく温度変化もほとんど受けないので温度荷重はほとんど発生しない。また下層底版５ｂと上層底版５ａの二重スラブにより揚圧力(水圧)に抵抗でき、空液時の地下水圧による浮き上がりにも抵抗できる。
【００６２】
特に本実施形態では、上層底版５ａと側壁７を同じ厚さとするとともにタンク躯体の内面からタンク躯体の側部と底部の凍結線ｂまでの離間距離を略同一にすることで、定常時の上層底版５ａと側壁７の温度分布をほぼ同じ形にして上層底版５ａと側壁７のタンク躯体の建設時からの温度低下量の違いを０に近付けることができる。またタンク躯体にほぼ同じ厚さの凍結コンクリートを形成できることから、信頼性の高い、確実な止水が可能となる。
【００６３】
さらに本実施形態では、上層底版５ａと下層底版５ｂの境界面の外周部に止水部５１を設けることで、上層底版５ａと下層底版５ｂの間に水が入ることを防止でき、上層底版５ａに水圧が作用することは無い。また、境界面を跨ぐように連結鉄筋５２を設けることで、上層底版５ａと下層底版５ｂの間の目開きを防いで上層底版５ａと下層底版５ｂの間に水が入ることを同じく防止できる。ただし、水が入ることの防止方法としては、凍結線ｂを下層底版５ｂの上面の下、例えば上面より30cm下付近で管理することも有効である。これにより、上層底版５ａと下層底版５ｂの境界面付近が凍結し、凍結止水が行われて境界面に水は入ってこない。そのため、止水部５１や連結鉄筋５２を省略することも可能である。
【００６４】
また、温度荷重は剛結タイプのタンク躯体で大きくなることが多いが、温度荷重を低減する本実施形態のタンク躯体等の構成はそのようなケースで特に好適に適用することができる。またハンチ６のある上層底版５ａと側壁７のコーナー部(ハンチ６)においても略同じ凍結コンクリート厚を確保することが可能である。
【００６５】
しかしながら、本発明はこれに限ることはない。例えばヒータ管１３、２２の具体的位置や熱媒体の温度は、地下タンク構造１の各部材の寸法、断熱材厚や断熱性能、貯蔵液深等に応じて定められ、特に限定されることはない。例えば側壁７や上層底版５ａが厚い場合などでは、ヒータ管１３、２２を側壁７や上層底版５ａに埋設することも可能である。さらに、ヒータ管１３、２２の代わりに面状発熱体を用いて凍結線ｂの位置を管理することも可能である。
【００６６】
また、凍結線ｂの位置も前記に限ることはなく、タンク躯体の内面からタンク躯体の側部と底部の凍結線ｂまでの離間距離に若干の違いがあってもよい。
【００６７】
またタンク躯体の内面から凍結線ｂまでの離間距離を更に小さくし、側壁７や上層底版５ａ内で凍結線ｂを管理することも可能であり、この場合、側壁７や上層底版５ａのタンク躯体の建設時からの温度低下量等が小さくなり温度荷重が更に低減され、凍結線ｂを上層底版５ａ内に留めることで下層底版５ｂの温度荷重も更に小さくなる。例えば、ヒータ管１３、２２の配管間隔を小さくする等により凍結線ｂのタンク躯体の内面からの離間距離を1m程度とすることもでき、ヒータ管１３、２２を側壁７や上層底版５ａに埋設することで凍結線ｂを側壁７や上層底版５ａ内で管理することもできる。なお、凍結コンクリートの厚さは少なくとも1m〜2m程度確保しておくことが、凍結止水を行って水密性や気密性を確保する観点から望ましい。
【００６８】
またヒータ管１３、２２の形状等も特に限定されない。例えば本実施形態ではヒータ管１３に二重管タイプのものを用いたが、図６のヒータ管１３’に示すＵ字管タイプのものを用いてもよい。この場合、ヒータ管１３’の両端部を地中連続壁９の頂部に突出させ、一方の端部を供給側のヘッダー管１１、他方の端部を回収側のヘッダー管１５に接続する。また、ヒータ管１３’は地中連続壁９の周方向（図６の左右方向に対応する）に沿って複数配置し、鉛直管同士の間隔D1が略等しくなるようにする。
【００６９】
以下、本発明の別の例を第２、第３の実施形態として説明する。第２、第３の実施形態はそれまでに説明した実施形態と異なる点について説明し、同様の点については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。
【００７０】
［第２の実施形態］
図７は第２の実施形態に係る地下タンク構造１ａを示す図であり、図８は側部ヒータ設備のヒータ管１３ａを示す図である。第２の実施形態は、側部ヒータ設備のヒータ管１３ａが側壁７に埋設され、タンク躯体の周方向に配置される周方向配管１３４を有する点で第１の実施形態と異なる。
【００７１】
ヒータ管１３ａはタンク躯体の側部のヒータ管であり、側壁７の外側境界部の近傍に埋設されて略螺旋状に配置される。より具体的には、図８（ａ）に示すように、ヒータ管１３ａは上下複数段の周方向配管１３４を有し、上下の周方向配管１３４が、立面において周方向配管１３４に対し傾斜した斜め配管１３５によって一筆書き状に接続される。
【００７２】
ヒータ管１３ａの最下部、最上部の周方向配管１３４は、鉛直配管１３３、１３６にそれぞれ接続される。これらの鉛直配管１３３、１３６は側壁７の外周面から外側に突出し、閉じた流路を外部で形成する。この流路に加温設備や循環ポンプ（不図示）が設けられる。本実施形態では、加温設備や循環ポンプを用いて側壁７内のヒータ管１３ａに熱媒体を循環させ、側壁７とヒータ管１３ａ内の熱媒体との間で熱交換を行う。
【００７３】
ヒータ管１３ａの管径や長さは循環ポンプの能力、流量に従って設計で決められる。本実施形態ではヒータ管１３ａにJIS規格の2B管を用いてその長さを最大で1500m程度とし、図８（ｂ）に示すように側壁７の高さに応じてヒータ管１３ａを上下複数段に埋設する。
【００７４】
なお、本実施形態ではヒータ管２２が上層底版５ａの下側境界部の近傍に埋設される。また外周部の周方向配管２２２は、図７に示すように外側のものほど上に位置するようにハンチ６の傾斜に沿って配置される。
【００７５】
本実施形態でも、各ヒータ設備において、ヒータ管１３ａ、２２に熱媒体を循環させ、この熱媒体と側壁７や上層底版５ａとの間で熱交換を行うことにより、凍結線ｂが全体としてタンク躯体の内面形状に相似の線分となり、タンク躯体の内面からタンク躯体の側部と底部の凍結線ｂまでの離間距離が略同一となるようにする。本実施形態では上記の離間距離を1.0m程度とし、凍結線ｂを側壁７内、上層底版５ａ内に管理する。底版５は上層底版５ａと下層底版５ｂから構成され、上層底版５ａと側壁７が同じ厚さであるので、本実施形態でも第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００７６】
また本実施形態では、側部ヒータ設備、底部ヒータ設備のヒータ管１３ａ、２２が類似の環状構造を有しており、上層底版５ａと側壁７のコーナー部における凍結線ｂの抜け出しを容易に防止することができる。第１の実施形態ではコーナー部において凍結線ｂがヒータ管１３、２２の外側に抜け出すのを防止するため、側部ヒータ設備のヒータ管１３の下端を2.0〜3.0m程度、底部ヒータ設備のヒータ管２２の上端より下に持ってくることが必要だが、本実施形態ではそのような無駄が無くなる。また第１の実施形態のようなヘッダー管１１、１５も不要になる。
【００７７】
なお、本実施形態では、水平面に沿った周方向配管１３４を基本とし、斜め配管１３５で接続することで施工性を高めているが、水平面に対し若干傾斜した周方向配管が上下に連続するコイル状の配置としてもよい。
【００７８】
また本実施形態では側部ヒータ設備のヒータ管１３ａを2B管、最大長さを1500mとしたが、これに限ることはなく、循環ポンプの能力、ヒータ管１３ａの両端部の間での熱媒体の温度降下を考慮して決定される。例えばヒータ管１３ａをより太くして（例えば3B管として）、最大長さを2000m程度にまですることも可能である。
【００７９】
加えて、本実施形態では、上記のヒータ管１３ａをタンク躯体の底部のヒータ管２２と連続させてもよい。すなわち、図９に示すように、ヒータ管２２の最外部の周方向配管２２２を、タンク躯体の側部のヒータ管１３ａの最下部の周方向配管１３４に斜め配管１３５等で接続する。
【００８０】
側部ヒータ設備と底部ヒータ設備は別系統のヒータとして設けられるのが従来一般的であるが、図９の例ではヒータ管１３ａ、２２が側壁７と上層底版５ａの間で連続することから、タンク躯体の側部と底部において、タンク躯体の内面から凍結線ｂまでの離間距離を揃えるのがより容易になる。また上層底版５ａと側壁７のコーナー部における凍結線ｂの抜け出しもより容易に防止することができる。
【００８１】
なお、図８（ｂ）、図９の例では流路長の制限からヒータ管１３ａ等を上下複数段にブロック分けして配置しているが、規模の小さいタンクであれば、図８（ｂ）、図９のヒータ管１３ａ等をブロック分けせず、全体を一本のヒータ管として実現することも可能である。
【００８２】
さらに、図１０に示すように、タンク躯体の側部のヒータ管１３ａ’の上下複数段の周方向配管１３８の両端部を、鉛直配管１３７、１３９にそれぞれ接続することもできる。前記と同様、鉛直配管１３７、１３９は側壁７の外周面から外側に突出し、閉じた流路を外部で形成する。加温設備や循環ポンプはこの流路に配置される。
【００８３】
前記のヒータ管１３ａは流路長が長くなるため、流路長の制限から側壁７内でヒータ管１３ａを複数段に配置しているが、図１０のヒータ管１３ａ’では流路長が長くならないので、必要分の周方向配管１３８を鉛直配管１３７、１３９に取付けておけばヒータ管１３ａ’を複数段に設置する必要は特に無い。また、鉛直配管１３７、１３９は第１の実施形態のヘッダー管１１、１５と同等の機能を有するが、タンク全周に亘って配置する必要があるヘッダー管１１、１５に比して長さを短くでき、低コストとなる。図９の例のようにタンク躯体の底部のヒータ管をヒータ管１３ａ’に連続させる場合は、鉛直配管１３７、１３９の下端部を上層底版５ａの平面中心まで延長させ、その延長部分にタンク躯体の底部のヒータ管の各周方向配管の両端部を接続すればよい。
【００８４】
［第３の実施形態］
図１１は第３の実施形態に係る地下タンク構造１ｂを示す図である。第３の実施形態は、下層底版５ｂと地中連続壁９の間で連続するヒータ管３２を設け、下層底版５ｂと地中連続壁９とでそれぞれヒータ管３２を略水平方向、略鉛直方向に配管する点で第１、第２の実施形態と異なる。
【００８５】
ヒータ管３２は、略鉛直方向の鉛直配管３２１と略水平方向の水平配管３２２が接続された構成を有し、これらの配管には例えば2B管が用いられる。鉛直配管３２１はタンク躯体の側部のヒータ管であり、地中連続壁９の外側境界部の近傍に埋設される。水平配管３２２はタンク躯体の底部のヒータ管であり、下層底版５ｂの上部に埋設される。
【００８６】
図１２はヒータ管３２の平面を図４と同様に示す図である。なお、図１２では底版５（上層底版５ａと下層底版５ｂ）の平面の周方向の１/４範囲のみを示しているが、その他の部分も同様の形状となる。
【００８７】
水平配管３２２は、図１２に示すように平面視で略Ｖ字状あるいは略Ｕ字状となっており、その両端がそれぞれ接続配管（90°エルボ）を介して鉛直配管３２１に接続される。両鉛直配管３２１の上部は地中連続壁９の頂部から出てそれぞれヘッダー管３１、３３（図１１参照）に接続される。ヘッダー管３１、３３は地中連続壁９の頂部でタンク躯体の周方向に配置される。
【００８８】
本実施形態では、複数のヒータ管３２がタンク躯体の周方向に沿って並べられ、鉛直配管３２１同士の間隔D2を略等間隔とする。水平配管３２２は下層底版５ｂの平面中心に向かって延びるが、下層底版５ｂの平面中心近傍で配管が密になりすぎるのを防ぐため、水平配管３２２の先端の位置は、下層底版５ｂの平面中心から異なる距離r1〜r4となるようにずらしている。
【００８９】
本実施形態では、加温設備および循環ポンプ（不図示）、ヘッダー管３１、ヒータ管３２、ヘッダー管３３、加温設備の順に熱媒体を循環させ、下層底版５ｂや地中連続壁９とヒータ管３２内の熱媒体との間で熱交換を行うことで、凍結線ｂが全体としてタンク躯体の内面形状に相似の線分となり、タンク躯体の内面からタンク躯体の側部と底部の凍結線ｂまでの離間距離が略同一となるようにする。底版５は上層底版５ａと下層底版５ｂから構成され、上層底版５ａと側壁７が同じ厚さであるので、本実施形態でも第１の実施形態と同様の効果が得られる。
【００９０】
また本実施形態でも、図９の例と同様、下層底版５ｂと地中連続壁９の間で連続するヒータ管３２を用いることで、タンク躯体の内面からタンク躯体の側部と底部の凍結線ｂまでの離間距離を揃えるのがより容易になる。また、コーナー部において凍結線ｂがヒータ管の外側に抜け出すのを防止するため、側部ヒータ設備のヒータ管の下端を2.0〜3.0m程度、底部ヒータ設備のヒータ管の上端より下に持ってくる無駄も無くなる。
【００９１】
さらに、本実施形態ではヒータ管１本あたりの流路長が短く、長い配管が必要無いことから、ヒータ管３２として2B管程度のものを採用でき、低コストとなる。
【００９２】
なお、本実施形態ではヒータ管３２の鉛直配管３２１を地中連続壁９内に埋設しているが、第１の実施形態と同様、側壁７が厚い場合には鉛直配管３２１を側壁７に埋設することも可能である。また、ヒータ管３２は例えばSTPG管とするが、SUS管（ステンレス管）やPL管とすることも可能である。
【００９３】
また、ヒータ管の形状も上記の例に限らない。例えば図１３の例では、各ヒータ管３２ａの水平配管３２２ａが略Ｌ字状になっており、これを下層底版５ｂの平面中心から所定の径方向（図の例では右上方向）に沿って複数並べ、隣り合う水平配管３２２ａの辺同士の間隔D3を略等間隔とした構成となっている。一方、図１４の例では、各ヒータ管３２ｂの水平配管３２２ｂが略直線状であり、その間隔D3を略等間隔として複数平行に配置される。
【００９４】
また、図１３、１４の例では、隣接するヒータ管３２ａ、３２ｂの熱媒体の流れを矢印ｆ１、ｆ２に示すように相互に対向させることで、ヒータ管３２ａ、３２ｂ相互の温度差を小さくすることができる。
【００９５】
なお、図１３、１４の例では、間隔D3を適当な値に調整し（例えば間隔D3を前記の間隔D2に合わせ）、配管が密になりすぎるのを防ぐため、平面において、水平配管３２２ａ、３２２ｂのハンチ６に対応する位置がその他の部分に対し折れ曲がった形となっており、また一部のヒータ管３２ａ、３２ｂが略Ｌ字状あるいは略直線状の水平配管３２２ａ、３２２ｂを有さず、鉛直配管３２１の下端部同士を略Ｕ字状に連続させた形となっている（例えば図１３の右上のヒータ管３２ａなど）。
【００９６】
以上、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００９７】
１、１ａ、１ｂ：地下タンク構造
３：周辺地盤
４：集水層
５：底版
５ａ：上層底版
５ｂ：下層底版
６：ハンチ
７：側壁
８：鋼製屋根
９：地中連続壁
１１、１５、３１、３３、１０１、１０５：ヘッダー管
１３、１３'、１３ａ、１３ａ'、２２、３２、３２ａ、３２ｂ、１０３、２０１：ヒータ管
５１：止水部
５２：連結鉄筋
１３１：内管
１３２：外管
１３３、１３６、１３７、１３９、２２１、２２４、３２１：鉛直配管
１３４、１３８、２２２：周方向配管
１３５、２２３：斜め配管
３２２、３２２ａ、３２２ｂ：水平配管
【図１】
2019019947.tif 000003
【図２】
2019019947.tif 000004
【図３】
2019019947.tif 000005
【図４】
2019019947.tif 000006
【図５】
2019019947.tif 000007
【図６】
2019019947.tif 000008
【図７】
2019019947.tif 000009
【図８】
2019019947.tif 000010
【図９】
2019019947.tif 000011
【図１０】
2019019947.tif 000012
【図１１】
2019019947.tif 000013
【図１２】
2019019947.tif 000014
【図１３】
2019019947.tif 000015
【図１４】
2019019947.tif 000016
【図１５】
2019019947.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成29年11月10日(2017.11.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤に設けられる地下タンク構造であって、
底版と側壁を含むタンク躯体を有し、
前記底版は、上層底版と下層底版の２層に分けて設けられ、
前記上層底版は前記側壁と連結され、前記上層底版と前記側壁の厚さが略同一であり、
前記上層底版と前記側壁は剛結合されていることを特徴とする地下タンク構造。
【請求項２】
タンク稼働に伴い0℃となる位置を示す凍結線が、前記タンク躯体の側部と底部において前記タンク躯体の内面から略同一の離間距離となる位置にあることを特徴とする請求項１記載の地下タンク構造。
【請求項３】
前記タンク躯体の底部において、前記凍結線の位置が前記下層底版の上面の下にあることを特徴とする請求項２記載の地下タンク構造。
【請求項４】
前記上層底版と前記下層底版の境界面の外周部の全周に止水部が設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の地下タンク構造。
【請求項５】
前記上層底版と前記下層底版の境界面の外周部のみで、前記境界面を跨ぐように連結鉄筋が設けられることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の地下タンク構造。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
前述した課題を解決するための本発明は、地盤に設けられる地下タンク構造であって、底版と側壁を含むタンク躯体を有し、前記底版は、上層底版と下層底版の２層に分けて設けられ、前記上層底版は前記側壁と連結され、前記上層底版と前記側壁の厚さが略同一であり、前記上層底版と前記側壁は剛結合されていることを特徴とする地下タンク構造である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
本発明では、底版を上層底版と下層底版の２層に分け、薄くした上層底版と側壁を同じ厚さとして連結することで、上層底版と側壁に生じる温度荷重を低減することができる。すなわち、従来のタンク躯体の場合で生じるような底版と側壁のタンク建設時からの温度低下量の違いを容易に小さくすることが可能になり、底版と側壁の温度低下量の違いに起因する温度荷重を低減することができる。また、上層底版等が従来の底版等と比べて薄くなること自体も、温度荷重の低減効果をもたらす。結果、上層底版と側壁に加わる温度荷重を極端に小さくして鉄筋量を減らすことが可能である。また、上層底版と分けて構築された下層底版では拘束が少ないので温度荷重はほとんど発生しない。さらに、下層底版と上層底版の二重スラブにより揚圧力(水圧)に抵抗でき、空液時の地下水圧による浮き上がりにも抵抗できる。温度荷重は剛結タイプのタンク躯体で大きくなることが多いので、そのようなケースで本発明を特に好適に適用することができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１８】
タンク稼働に伴い0℃となる位置を示す凍結線が、前記タンク躯体の側部と底部において前記タンク躯体の内面から略同一の離間距離となる位置にあることが望ましい。さらに、前記タンク躯体の底部において、前記凍結線の位置が前記下層底版の上面の下にあることが望ましい。
本発明では、上層底版と側壁を同じ厚さとするとともにタンク躯体の内面からタンク躯体の側部と底部の凍結線までの離間距離を略同一にすることで、定常時の上層底版と側壁の温度分布をほぼ同じ形にして上層底版と側壁の温度低下量の違いを０に近付けることができる。また、タンク躯体にほぼ同じ厚さの凍結コンクリートを形成できることから、信頼性の高い、確実な止水が可能となる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
前記上層底版と前記下層底版の境界面の外周部の全周に止水部が設けられることが望ましい。また、前記上層底版と前記下層底版の境界面の外周部のみで、前記境界面を跨ぐように連結鉄筋が設けられることも望ましい。
上層底版と下層底版の境界面の外周部に止水部を設けることで、上層底版と下層底版の間に水が入ることを防止でき、上層底版に水圧が作用することは無い。また、境界面を跨ぐように連結鉄筋を設けることで、上層底版と下層底版の間の目開きを防いで上層底版と下層底版の間に水が入ることを同じく防止できる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】削除
【補正の内容】