(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子吸水材の粉末を内蔵させた透水性かつ伸縮性袋体を、中小口径の管を通して、水の流れがある閉塞された領域内の目的場所に投入し、前記高分子吸水材が吸水した水分を含む充填部材となし、それらを積み重ねて壁を形成させた後、前記壁を凍結させて止水壁を形成させることを特徴とする凍結止水方法。
【請求項２】
高分子吸水材を内蔵させた透水性かつ伸縮性袋体に、重量物を装着あるいは内蔵させた請求項１に記載の凍結止水方法。
【請求項３】
透水性かつ伸縮性袋体が円筒形状である請求項１または２に記載の凍結止水方法。
【請求項４】
高分子吸水材を内蔵させた透水性かつ伸縮性袋体を投入する前および／または投入した後に、高分子吸水材の粉末を投入する請求項１〜３のいずれかに記載の凍結止水方法。
【請求項５】
液体窒素を注入して前記充填部材を凍結させる請求項１〜４のいずれかに記載の凍結止水方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凍結止水方法に関する。詳細には、中小口径の管を通して材料を投入し、水の流れがある閉塞された領域内を開削することなく凍結止水する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下水管の継ぎ手のゆるみ、下水管のクラック発生による地下水の流入対策として、大口径管の場合には直接の補修が可能であるが、中小口径の管の場合には、特別な工法によって補修を行う必要がある。この工法として、パッカー工法が挙げられる。この工法は、不良箇所の前後を閉塞させて、独立空間としてから閉塞された区間に液体を注入し、注入された液体が最終的に形成する固化物により、クラックや継手等を充填する方法である。さらにこの工法は、地下トンネル等の浸入水が激しい現場や手の届かない場所、陥没等、地盤のゆるんだ場所にも適している。
【０００３】
パッカー工法の充填材料としては、グラウト材の使用が一般的である。しかしながら、グラウト材は重いため作業性が悪く、また完全に固化してしまうため、万一の場合に回収不可能となる。さらに、グラウト材は経年的にひび割れが生じる場合がある。また、パッカー工法の空間形成用材料として、パイプや伸縮性のない布が用いられているが、これらは嵩張るため持ち運びが困難、あるいは形が固定されているなど、作業が困難な場合がある。
【０００４】
また、配管の分岐やバルブの交換・増設などの工事を行う時、水抜きをしないで施工する場合に用いる工法として、全部断水にすることなく、水抜き・水張りの時間を短縮して短時間での配管工事が可能な凍結止水工法が挙げられる。この工法は、配管内の水を適切な位置で液体窒素や液化炭酸ガスを使って冷却・凍結させることにより、配管内に氷柱を生成させ、バルブの役目をさせて止水する方法である。しかし、凍結止水工法は、水の流れがないことが絶対条件であるため、水の流れがある場合には用いることができない。
【０００５】
さらに、水害や浸水の対策、あるいは溜まり水の除去として、吸水性の土のうなどを使用する方法が提案されている（特許文献１参照）。しかし、吸水性土のうは、重いため持ち運びが不便であり作業性が悪く、吸水量が限られているため大量の保管が必要であるなどの問題がある。また、地下トンネル等、手の届かない箇所の止水の場合、土のうは嵩張るため、狭い箇所からの投入は困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−０９２４８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなされたものであり、材料の回収ならびに持ち運びが容易で、中小口径の管を通して投入可能であり、水の流れがある閉塞された領域でも短時間で凍結止水することができる凍結止水方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】
【０００８】
前記課題を解決するため、本発明者らは鋭意検討した結果、軽量かつ吸水量が大きくかつ吸水速度が速い高分子吸水材に着目し、該高分子吸水材を透水性かつ伸縮性袋体に入れて投入した後、高分子吸水材が吸水した水を含む充填部材となし、それを凍結させることにより、上記課題を解決できるとの知見を得、本発明に至った。
【０００９】
すなわち、本発明は、高分子吸水材の粉末を内蔵させた透水性かつ伸縮性袋体を、中小口径の管を通して、水の流れがある閉塞された領域内の目的場所に投入し、前記高分子吸水材が吸水した水分を含む充填部材となし、それらを積み重ねて壁を形成させた後、前記壁を凍結させて止水壁を形成させることを特徴とする凍結止水方法を提供するものである。
本構成によれば、中小口径の管を通して投入可能であり、吸水した高分子吸水材がバラバラにならないため積み重ね可能な充填部材となり得る。高分子吸水材は、袋体を介して水を吸水し膨潤し、袋体と共に周囲の形状に合わせて自由に変形するので、複雑形状の領域内でも使用することができ、しかも吸水速度が大きく短時間で水を吸水するので凍結させるまでの作業時間が短い。開削する必要がないので工期が短い。
【００１０】
また、本発明の凍結止水方法においては、高分子吸水材を内蔵させた透水性かつ伸縮性袋体に、重量物を装着あるいは内蔵させることが好ましい。本構成により、袋体が中小口径管内を確実に短時間で通過するだけでなく、水の流れがある領域内でも、目的場所で吸水させることが容易になる。また、重量物として砂鉄などの熱伝導性の高い材料を内蔵させることにより、凍結速度を促進することが可能になる。
【００１１】
また、本発明の凍結止水方法においては、透水性かつ伸縮性袋体が円筒形状であることが好ましい。本構成により、袋体が内径３０ｍｍφ程度の中小口径管内であっても、確実に通過できるだけでなく、管の口径や長さに応じて大小様々なものを使用することができる。それにより、大きさの異なる充填部材が形成されるので積み重ね容易である。
【００１２】
また、本発明の凍結止水方法においては、高分子吸水材を内蔵させた透水性かつ伸縮性袋体を投入する前および／または投入した後に、高分子吸水材の粉末を投入してもよい。本構成により、袋体が侵入できない狭小空間や、袋体と袋体の間の空間に高分子吸水材を投入することができる。
【００１３】
また、本発明の凍結止水方法においては、液体窒素を注入して前記充填部材を凍結させることが好ましい。本構成により、高分子吸水材が吸水した水を短時間で凍結止水することが可能となる。中小口径の管から注入用ノズルを通すことができるので、注入作業も容易である。液体であるため構造物の隙間に注入することもできる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、高分子吸水材の粉末を内蔵させた透水性かつ伸縮性袋体は、持ち運びが容易であり、中小口径の管を通して投入可能であり、水を吸収し膨潤した高分子吸水材が自由に変形して水流阻害材として機能するので、複雑な形状の構造物が存在する水の流れがある閉塞された領域であっても、短時間で凍結止水することができる。万一の場合にも、凍結止水で使用した高分子吸水材を袋体ごと回収できるので、回収が容易である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明による凍結止水方法を詳細に説明する。
【００１６】
本発明に適用できる高分子吸水材は、水と接触せしめた場合、水を吸収して数倍から千倍近くに膨潤するが、水には溶解しないものである。例えば、架橋ポリアクリル酸ナトリウム、デンプンとアクリル酸ナトリウムのグラフト共重合体の架橋物、デンプンとアクリロニトリルまたはデンプンとメタクリレートのグラフト共重合体の加水分解物、ポリアクリル酸ナトリウムとポリアクリルアミド共重合体、ポリアクリロニトリルやビニルエステルとエチレン系不飽和カルボン酸共重合体の部分加水分解物、イソブチレンと無水マレイン酸との共重合体、変性ポリアクリル系架橋物等のアニオン性；架橋ポリアルキレンオキサイド、ポリスチレンオキサイド、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリアクリルアミド、カルボキシメチルセルロース等のノニオン性；の高分子吸水材などが挙げられる。これらの高分子吸水材は、１種を単独で、または２種以上を組合せて使用することができる。なかでも、吸水量に優れることより架橋ポリアクリル酸ナトリウムおよびその変性物が好ましい。
【００１７】
高分子吸水材の粉末は、平均粒子径が１００μｍ〜１，０００μｍのものが好ましく、特に１００μｍ〜５００μｍのものが好ましい。平均粒子径が小さすぎる場合は、袋体の孔（隙間）から漏れ易くなり、一方平均粒子径が大きすぎる場合は、ケーブルトレイ部や配管部などの構造物の間の空隙に入りにくく、止水効果が阻害されることが懸念される。平均粒子径が５００μｍ以下であれば、吸水して膨潤し体積が増大した高分子吸水材が構造物の隙間に入り込み易くなるため、止水効果を高めることができる。投入場所の水の塩濃度が高い場合、高分子吸水材の吸水膨潤能力が極端に低下し、期待する大きさに粒子が膨潤せず、止水壁を形成しにくいことがあるため、使用に際しては、管内径や構造物の形状に合わせて粒子径や吸水量が異なるものを適宜選択すればよい。また、高分子吸水材は、袋体に内蔵された状態で水中に投入され、その後吸水して水分を含む充填部材となり、それらの充填部材が積み重ねられて壁が形成されるため、生理食塩水に対する加圧下吸水倍率が２０ｇ／ｇ以上のものが好ましい。
【００１８】
透水性かつ伸縮性袋体は、例えば、ナイロンやポリエステルなどの合成繊維を素材として用いた織編物や不織布などが、耐水性や強度に優れている点で好ましい。なかでも編物は、袋体の孔の大きさが均一で伸縮性に富んでいる。編み組織は、平編み、ゴム編み、パール編みなどが挙げられ特に限定されるものではない。また袋体は、合成繊維のウーリー加工糸、スパンデックスにナイロン糸やポリエステル糸などを巻き付けたカバリングヤーンなどの伸縮性糸を使用した織編物、伸縮性のある不織布、孔の開いた伸縮性フィルムなどの、透水性伸縮性材料で形成されているものでもよい。袋体の形状・大きさは任意であり、例えば、非伸縮状態での直径が３〜２０ｃｍ、長さが２０〜５０ｃｍ程度の円筒形状のものが好ましい。透水性かつ伸縮性袋体が有する孔の大きさは、特に限定はないが、漏れ防止の点より、高分子吸水材の平均粒子径より小さいものが好ましい。
【００１９】
中小口径の管の長さは、地下領域内の目的場所の深さに合わせて、適宜設計することが好ましい。また、中小口径の管は、止水壁を形成しようとする場所の上方となる地上に設置するのがよい。中小口径の管の設置本数に制限はないが、例えば３０〜５０間隔で複数設置するのが望ましい。
【００２０】
高分子吸水材の粉末を内蔵させた透水性かつ伸縮性袋体を、例えば長さが５０〜４００ｃｍの管の入口から投入すると、当該袋体は水の流れがある領域内の目的場所に到達し、袋体が透水性かつ伸縮性であるため、高分子吸水材が水を吸収して膨潤し、丸みのある形状の充填部材になる。このとき、高分子吸水材を内蔵させた透水性かつ伸縮性袋体に、砂利、砕石片、鉄片、コンクリート片、砂鉄、銅片、真鍮片などの比重の大きい物質を装着あるいは内蔵させておくと、前記袋体が管を通過して水の流れがある領域内に到達した際に、充填部材が水流の影響を受けずに目的場所に停止し易くなり、充填部材を積み重ねて壁を形成させ易くなる。また、高分子吸水材の粉末を内蔵させた透水性かつ伸縮性袋体の大きさを、大小様々なものにすれば、積み重ねることが容易である。
【００２１】
充填部材同士の間にできる間隙や、領域内に存在するケーブルトレイ部、配管部など構造物の狭い間隙を完全に止水するために、高分子吸水材の粉末のみを、中小口径の管を通して投入することができる。投入時期は特に限定されず、袋体の投入前後に投入するのがよい。
【００２２】
高分子吸水材を投入した後は、高分子吸水材の種類や水温によって若干異なるが、例えば約０〜３０℃の地下水の場合、投入から約１０分程度で膨潤状態になり、高分子吸水材が吸水した水分を含む充填部材の様相を呈するようになる。それらを順次積み重ねて壁を形成させる。該壁を凍結させるためには、中小口径の管を通して注入可能であり、しかも凍結速度が速い液体窒素や液化炭酸ガスなどの冷却剤を、ノズルを用いて注入するのがよい。注入は、充填部材で形成された壁に向けて行うのがよい。充填部材を凍結させることにより、凍土壁を形成させることができる。
【００２３】
冷却剤のなかでも、液体窒素は液体であり、様々な箇所に注入することが可能である点で好ましい。袋体の中に砂鉄、銅片、真鍮片などを内蔵させておくと、冷却補助剤となるため、より効率的に短時間で凍結されることが可能である。
【実施例】
【００２４】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【００２５】
（実施例１）
透水性かつ伸縮性材料として、市販のナイロン製ストッキングを使用して予備試験を実施した。直径１０ｃｍ、長さ１５ｃｍの円筒形状の下端を紐で縛った袋体に、市販の架橋ポリアクリル酸ナトリウム（平均粒子径約５００μｍ、１ｇ当たりの吸水量３５０ｇ）１０ｇを充填し、さらに長さ約５ｃｍの釘を１本入れ、上端を紐で縛り、高分子吸水材と重量物を充填した袋体を作製した。
作製した袋体を内径３０ｍｍφ×長さ５０ｃｍの金属製管を通して、１０Ｌの水（水温２０℃）を入れた容器の中に投入した。その結果、投入から約５分後には、高分子吸水材が約２００倍（体積）に膨潤し、充填部材の様相を呈した。
【００２６】
次いで、水を撹拌しながら、液体窒素ボンベからノズルを介して水面に液体窒素を注入した。その結果、いずれの場合も、注入２０分後に高分子吸水材も含めて氷が伸長し、凍結止水が可能であることを確認した。
【００２７】
（実施例２）
実施例１と同様の高分子吸水材と重量物を充填した袋体を１０個用意した。作製した袋体を内径３０ｍｍφ×長さ５０ｃｍの金属製管を通して、順に５０Ｌの水（水温２０℃）を入れたバットの中に投入した。その結果、投入から約５分間で高分子吸水材が約２００倍（体積）に膨潤し、１０個の充填部材がバットの底面から順に積層される様相を呈した。
【００２８】
（比較例１）
実施例１で用いたものと同じ大きさ・形状の木綿材料の下端を紐で縛った袋体に、実施例１で用いた架橋ポリアクリル酸ナトリウム１０ｇを充填し、さらに長さ約５ｃｍの釘を１本入れ、上端を紐で縛り、高分子吸水材と重量部を充填した袋体を作製した。
作製した袋体を実施例１と同じ金属製管を通して、２Ｌの水中（水温２０℃）に投入した。その結果、袋自体に透水性はあるが伸縮性がないため、高分子吸水材が膨潤したが、充填部材の様相を呈するものではなかった。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の凍結止水方法は、侵入水の止水を非開削で実施できるため工期が短縮される。また、液体窒素などは液体であるため様々な箇所に注入することが可能である。流水によって施工できない箇所にも本方法によれば凍結止水が可能である。