(57)【要約】【課題】凍結技術を利用してブロック状の凍土をつくり、有害物質の揮散や廃棄物の臭気を氷で封じ込めて、環境リスクを従来にも増して低減し、汚染土壌の除去搬出効率を高める汚染土壌の凍結除去方法を提供する。【解決手段】汚染物質が存在する汚染土壌に冷却管を中心部間が等距離になるように配設する冷却管配設工程と、該冷却管に冷媒を供給して未凍土の表皮部と残部の凍土とからなる不連続凍土を冷却管周りに形成する冷却工程と、該不連続凍土の凍土部分を地表に引き出す凍土除去工程を有する汚染土壌の凍結除去方法。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
汚染物質が存在する汚染土壌に冷却管を中心部間が等距離になるように配設する冷却管配設工程と、該冷却管に冷媒を供給して未凍土の表皮部と残部の凍土とからなる不連続凍土を冷却管周りに形成する冷却工程と、該不連続凍土の凍土部分を地表に引き出す凍土除去工程を有することを特徴とする汚染土壌の凍結除去方法。
【請求項２】
前記冷却工程と凍土除去工程の間に、冷媒の供給を停止して所定時間放置する温度平準化工程を行なうか、又は隣接する不連続凍土の境界部分に加熱管を設置して、当該境界部分を加熱する加熱工程を行なうことを特徴とする請求項１記載の汚染土壌の凍結除去方法。
【請求項３】
前記冷却工程が、深度方向の途中に部分断熱部又は部分加熱部を少なくとも１つ備える冷却管に冷媒を供給して、深度方向において少なくとも２つのブロック状に分断された未凍土の表皮部と残部の凍土とからなる不連続凍土を冷却管周りに形成する工程であることを特徴とする請求項１又は２記載の汚染土壌の凍結除去方法。
【請求項４】
未凍土の表皮部と残部の凍土部とからなる円柱状の不連続凍土が多数配列した凍結体であって、平面視で互いに隣接する該不連続凍土の中心部間が等距離になるように配設されたものであることを特徴とする地中凍結体。
【請求項５】
前記不連続凍土が、深度方向において少なくとも２つのブロック状に分断されたものであることを特徴とする請求項４記載の地中凍結体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、臭気等を放つ廃棄物や揮発性の有害物質を含有する汚染土壌を円柱状のブロック凍土として得、該凍土を地表に引き上げ除去することで掘削時や運搬時における環境リスクを低減する方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水銀化合物、ダイオキシン、ベンゼン等の有害物質で汚染された土壌を掘削し加熱処理する場合、あるいは、悪臭を放つ廃棄物や汚泥ヘドロなどを撤去する場合、掘削時や運搬時における有害物質の大気への揮散や廃棄物の悪臭などが問題となる。従来、これを解決するものとして、例えば掘削時には汚染サイトの周辺にテント等を張り、その内部で作業を行い、有害物質が周辺地域へ揮散することや廃棄物の悪臭が漂うことを防止している。また、運搬時には汚染土壌をドラム缶などで密封し、搬出しているのが現状である。このような掘削時あるいはドラム缶封入時においては、作業者は有毒ガスマスク等を着用する等の対策をとっている。
【０００３】
一方、地盤中に多数の冷却管を配設して地盤を凍結させる工法が知られている。また、特許文献１の特開平１１−１６９８３７号公報には、汚染地盤領域を凍結する工程に続き、その後該地盤から土壌内ガスを吸引し汚染蒸気を抽出する汚染地盤の浄化方法が開示されている。特開平１１−１６９８３７号公報記載の方法によれば、凍結により土壌微粒子間に微小な撹乱を生じさせ、その後不飽和地盤中に存在するガス状汚染物質を吸引するため吸引効果が高まり、ガス状汚染物質が効率的に除去されると共に土壌が浄化される。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−１６９８３７号公報（請求項１、段落番号００１０）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の汚染サイトの周辺にテント等を張る方法や汚染土壌をドラム缶などに密封して除去する方法では、掘削時や運搬時における有害物質の揮散防止や廃棄物の悪臭対策が十分とは言えない。特に、有害物質が水銀化合物やダイオキシンの場合には、十分な対策を施しているとは言えず、作業者や周辺住民に対する安全面に問題が残っている。また、特開平１１−１６９８３７号公報記載の汚染地盤の浄化方法は、汚染地盤の修復に係る浄化方法であり、汚染地盤の除去に係る方法ではない。特に水銀化合物やダイオキシンは土壌より完全に除去する必要があるため、これを含んだ土壌を掘削し、加熱等の別途の処理を行う必要がある。また、従来の地盤凍結工法は、地盤を凍結により硬化させて地盤の安定化を図るものであり、汚染土壌を凍結させ、これを凍結させたまま地中に取り出すものではない。
【０００６】
従って、本発明の目的は、凍結技術を利用してブロック状の凍土をつくり、有害物質の揮散や廃棄物の臭気を氷で封じ込めて、環境リスクを従来にも増して低減し、汚染土壌の除去搬出効率を高める汚染土壌の凍結除去方法を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は上記課題を解決するものであって、本発明（１）は、汚染物質が存在する汚染土壌に冷却管を中心部間が等距離になるように配設する冷却管配設工程と、該冷却管に冷媒を供給して未凍土の表皮部と残部の凍土とからなる不連続凍土を冷却管周りに形成する冷却工程と、該不連続凍土の凍土部分を地表に引き出す凍土除去工程を有する汚染土壌の凍結除去方法を提供するものである。本発明によれば、凍結技術を利用し且つ凍結条件を制御して汚染土壌をブロック状の凍土が多数配列された集合体とすることができるため、このブロック状の凍土を１個毎、例えばウインチなどの牽引機械により引き出し、そのままダンプに積載して搬出できるから、搬出効率が極めて優れると共に、有害物質の揮散や廃棄物の臭気を抑制できる。
【０００８】
また、本発明（２）は、前記冷却工程と凍土除去工程の間に、冷媒の供給を停止して所定時間放置する温度平準化工程を行なうか、又は隣接する不連続凍土の境界部分に加熱管を設置して、当該境界部分を加熱する加熱工程を行なう前記汚染土壌の凍結除去方法を提供するものである。本発明によれば、前記発明と同様の効果を奏する他、冷却工程において、互いに隣接する冷却管の中間点（境界面）の土壌温度が概ね目標温度、例えば０〜５℃に到達した時点で、冷媒の供給を停止し、次いで放置して該中間点の温度が＋０℃の温度となるように温度平準化を行なうため、未凍土の表皮部の領域を最小限にできると共に、大部分の凍土を大きな円柱状のブロック体として容易に搬出することができる。また、温度平準化工程に代えて、隣接する不連続凍土の境界部分を強制加熱する加熱工程を行なえば、境界部分の温度を短時間で目標温度にすることができ工期の短縮が図れる。
【０００９】
本発明（３）は、前記冷却工程が、深度方向の途中に部分断熱部又は部分加熱部を少なくとも１つ備える冷却管に冷媒を供給して、深度方向において少なくとも２つのブロック状に分断された未凍土の表皮部と残部の凍土とからなる不連続凍土を冷却管周りに形成する工程である前記汚染土壌の凍結除去方法を提供するものである。本発明によれば、前記発明と同様の効果を奏する他、汚染土壌が深く深度が１回の掘削を越える場合には必要となるものであり、従来の冷却管では深度方向に長いブロック状の不連続凍土とせざるを得ない場合であっても、上記の改良された冷却管を用いるため、搬出に好適な寸法に分断できる。
【００１０】
また、本発明（４）は、未凍土の表皮部と残部の凍土部とからなる円柱状の不連続凍土が多数配列した凍結体であって、平面視で互いに隣接する該不連続凍土の中心部間が等距離になるように配設されたものである地中凍結体を提供するものである。本発明の地中凍結体によれば、設計領域全体に占める不連続凍土の面積割合（平面視）が９０％を超え、且つ設計領域全体に占める凍土の面積割合（平面視）が８０％を超える。また、未凍土の表皮部は強度が弱いため、ブロック状の凍土の地表への引き上げを支障なく行うことができる。また、有害物質が封じ込まれたブロック状の凍土は、ダンプ等にそのまま乗せて搬出できる。また、不連続凍土の境界面に楔などを打ち込めば、隣接するブロック状の凍土を確実に区画でき、地表への引き上げがより容易となる。
【００１１】
また、本発明（５）は、前記不連続凍土が、深度方向において少なくとも２つのブロック状に分断されたものである前記地中凍結体を提供するものである。本発明によれば、前記発明と同様の効果を奏する他、深度方向に深い汚染土壌であっても、搬出に好適な寸法に上下分断されており、この分断されたブロック状の凍土を容易に引き上げることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の汚染土壌の凍結除去方法は、汚染物質が存在する汚染土壌に冷却管を中心部間が等距離になるように配設する冷却管配設工程と、該冷却管に冷媒を供給して未凍土の表皮部と残部の凍土とからなる不連続凍土を冷却管周りに形成する冷却工程と、該不連続凍土の凍土部分を地表に引き出す凍土除去工程を有する。以下、図１及び図２を参照して工程毎に説明する。図１は冷却工程後の平面視の概略図であり、図２は冷却工程後における地中凍結体の模式的な断面図である。
【００１３】
（冷却管配設工程）
本発明において、汚染土壌としては、地表面下、土壌中に汚染物質が存在するものであれば、特に制限されず、その地盤としては砂質、粘土層、互層等の自然地盤、廃棄物処理場の地盤、汚泥処理場の地盤及び埋め立てられた人工地盤などが挙げられる。このうち、地表面近傍又は地表面から１０ｍ程度の深さまでに汚染物質が存在する地盤が、特に凍結除去し易いという点で有利である。また、汚染物質としては、特に制限されず、例えば水銀化合物、ダイオキシン、ベンゼン、トリクロロエチレン、テトラクロロエチレン等が挙げられる。これらの他、悪臭を放つ汚染物質も含まれる。
【００１４】
次に、これらの汚染土壌に互いに隣接する３つ、例えば図１中の６ａ、６ｂ、６ｃが正三角形の頂点にくるように冷却管を配設する。冷却管の配設距離間隔（図１中の６ａ−６ｂ間、６ｂ−６ｃ間、６ａ−６ｃ間）としては、特に制限されないが、例えば１．５〜３．０ｍ、好ましくは１．７〜２．５ｍである。正三角形配列にすることで、全対象領域に占める部分凍土の面積率を大きく採れ、凍結させるために必要な日数を少なくすることが出来る。また、冷却管の配設距離間隔が１．５ｍ未満では、配設本数が多くなり不経済である。一方、３．０ｍを超えると、凍結させるために必要な日数を多く採る必要があり、エネルギーの損失が大きくなる。従来の地盤凍結工法は、地盤を凍結により硬化させて地盤の安定化を図るものであり、汚染土壌を多数の円柱状のブロックに凍結させ、このブロック状の凍土を１個毎、地表に取り出すという発想のものではない。
【００１５】
冷却管は、冷却管周りに円柱状のブロックの凍土を形成させるものであり、汚染土壌の設計領域に前述の距離間隔で多数配設される。冷却管は公知の地中凍結工法で用いるものと同様のものを用いることができる。公知の地中凍結工法としては、ブラインと呼ばれる冷媒を冷凍機を使って−２０℃〜−３０℃に冷却し、これを地盤中に埋設した冷却管に循環ポンプで送り込んで地盤を冷却する凍結工法が挙げられる。冷却管の地中深さは、汚染土壌の深さ及び凍土温度等により適宜決定される。なお、凍土除去工程において凍土を地表に引き出す際、その周りの地盤が崩壊することを防止するため、該凍土周りには連続状で且つ温度が均質な凍結土留め壁を造成しておくことが好ましい。
【００１６】
（冷却工程）
冷却工程は、図１に示すように、冷却管１に冷媒を供給して僅かの領域の未凍土の表皮部１２と表皮部の内側であって大部分の残部の凍土１１からなる不連続凍土２を冷却管１周りに形成する工程である。冷却工程において、冷却管１に供給する冷媒の温度としては、−１５℃〜−３０℃、好ましくは−２０℃〜−３０℃である。冷媒の温度が−５〜−１０℃程度では、冷媒の供給期間が長くなりすぎて、エネルギー効率が悪い。冷媒の供給期間としては、特に制限されないが、地中の温度が通常約２０℃であり、地中の大部分を凍結させることから、通常２０〜１２０日である。
【００１７】
冷却工程は、冷媒を冷却管１に前記日数の間連続供給して、不連続凍土２の境界部分９の温度が目標温度となるようにする。当該目標温度は、例えば０〜２℃である。目標温度が氷点以下であると、表皮部に未凍土部をつくるため逆に加熱が必要となり、エネルギーの無駄使いとなる。一方、２℃を超えるような温度では、冷却工程後の温度平準化期間が長くなるか、あるいは未凍土部分が厚くなりすぎて凍土部分の除去効率が悪くなる。冷却工程において、不連続凍土２の境界部分９の温度が０〜２℃の範囲であっても、冷却管１周りの凍土部１１の温度は冷媒の温度の例えば−２０〜−３０℃である。冷却工程は冷却管１への冷媒の供給を停止することで終了する。
【００１８】
（温度平準化工程）
温度平準化工程は、任意の工程であり、冷却管への冷媒の供給を停止した後、所定時間放置し、不連続凍土の温度の平準化を行なう工程である。冷却工程において冷媒の供給を停止した時点で、互いに隣接する冷却管１、１の中間点、すなわち境界部分９の土壌温度が目標温度の５℃に近いような場合、暫く放置して該境界部分９の温度が＋０℃程度の温度、凍土部１１の温度が−０〜−３℃程度の温度となるように温度の平準化を行なう。放置する所定時間としては、例えば５〜１５日である。温度の平準化により、未凍土の表皮部１２の領域を最小限にすると共に、大部分の残部の凍土１１を大きなブロック状として容易に搬出することができる。また、未凍結と凍結を区分する計器を表皮部に設置することが、表皮部の凍結を確実に防止できる点で好ましい。このような計器としては、温度計及び電気抵抗器が挙げられる。温度計と電気抵抗器は併用して設置することが特に好ましい。
【００１９】
（加熱工程）
加熱工程は、任意の工程であり、隣接する不連続凍土の境界部分に加熱管を設置して、当該境界部分を加熱する工程である。冷却工程で互いに隣接する冷却管１、１の中間点である境界部分９の土壌温度を冷却し過ぎた場合、あるいは温度平準化工程に代わる工程として行なうことができる。すなわち、この加熱工程は、隣接する不連続凍土の境界部分９を強制加熱するため、境界部分の温度を短時間で確実に氷点以上の温度にすることができ、かかる部分の地盤の強度を低下させ、工期の短縮を図ることができる。加熱管の設置は予め使用が予定されている場合、冷却管配設工程時に隣接する冷却管１、１の中間位置に配設してもよく、また加熱工程に入る前に配設してもよい。
【００２０】
本発明において、冷却管１を汚染地盤４中から除去する時期としては、冷却工程後である。また、温度平準化工程又は加熱工程を行なう場合、冷却工程後であっても、あるいは温度平準化工程又は加熱工程後であってもよいが、この場合でも、冷却工程直後とすることが、既に用済み部材を放置しておく必要もなく、温度平準化工程や加熱工程後、直ちに凍らせた汚染土壌を搬出できる点で好ましい。冷却管１を凍土１１から引き抜く方法としては、冷却管１に温水を数十分程度流すことで容易に行うことができる。なお、冷却管１をウィンチ等を取り付ける固定部として利用する場合には冷却管１を引抜かないこともある。
【００２１】
冷却工程後、又は温度平準化工程や加熱工程を実施した場合にはそれらの工程後、地中に形成される地中凍結体としては、図２に示すように、僅かな領域の未凍土の表皮部１２と大部分の領域を占める残部の凍土１１とからなる円柱状の不連続凍土２が多数配列された集合体であって、平面視で互いに隣接する不連続凍土２の３つの中心部が等距離になるように配設されたものである。図２の地中凍結体１０からは冷却管１が既に引抜かれた状態であり、冷却管１の跡は中空部１３を形成している。１個の不連続凍土２の大きさとしては特に制限されないが、例えば直径２ｍ、深さ２ｍである。また、凍土１１の面積割合は、例えば不連続凍土の直径の８０〜９０％、好ましくは８５〜９０％である。
【００２２】
（凍結除去工程）
凍結除去工程は、不連続凍土２の凍土１１を地表に引き出す工程である。不連続凍土２は、表皮部１２が未凍土であるため、凍土部分を１つのブロックとして地表に引き出すことができる。すなわち、凍土１１の頭部に接続金具５２を打ち込み、これにワイヤー５４を通して、ウインチなどの牽引機械により引張れば、そのままダンプに積載して搬出できるから、搬出効率が極めて優れる。また、不連続凍土２の境界部分９に楔５３などを打ち込めば、分割がより確実となり、地表への引き上げが更に容易となる（図５参照）。
【００２３】
本発明の地中凍結体１０によれば、設計領域全体に占める不連続凍土の面積割合（平面視）が９０％を超え、且つ設計領域全体に占める凍土の面積割合（平面視）が８０％を超える。また、未凍土の表皮部は強度が弱いため、ブロック状の凍土の地表への引き上げを支障なく行うことができる。また、有害物質が封じ込まれたブロック状の凍土は、ダンプ等にそのまま乗せて搬出できる。この際、有害物質は氷で封じ込まれているため、有害物質の揮散や廃棄物の臭気を抑制できる。
【００２４】
また、本発明は、冷却管配設工程において、冷却管の配設と同時に、汚染土壌の各所に、温度測定用の測温器を配設しておくのがよい。これにより、効率よく且つ確実に不連続凍土を得ることができる。また、汚染土壌に冷却管を所定のピッチで配設した後、冷却工程に入る前段階で、地表面をシートで覆うことが、大気からの冷却地盤への熱の流入を防ぎ、また降雨時の水の流入を防止することができる点で好ましい。また、このシートは冷却工程後、あるいは温度平準化工程や加熱工程を行なう場合は、その後であって掘削工程前に除去する。
【００２５】
また、本発明は、冷却工程において、改造された冷却管を用いることができる。図３は改造冷却管１の概略図である。改造冷却管は、従来の冷却管において、深度方向の途中に部分断熱部を設けたものである。すなわち、改造冷却管１ａは、冷却管本体３５の深さ方向の中間の外筒内周面に帯び状の断熱材３４を付設してなるものであり、断熱材３４の外筒面３３から冷却ができず、それ以外の外筒面３２から冷却するようになっている。また、帯び状の断熱材３４に代えて、帯び状の加熱器を設置しても、同様の効果を奏する。なお、符号３１は冷凍機であり、下向き矢印は冷媒の供給を示し、上向き矢印は冷媒の戻りを示している。
【００２６】
このような冷却管１ａを用いて、冷却工程を行なうと、図４に示すような、上下方向において２つのブロック状に分断された未凍土の表皮部１２と残部の凍土１１とからなる不連続凍土２ａ、２ｂを冷却管１周りに形成することができる。
なお、分断部分８の形態としては、上下２つのブロックが完全に分断された形態、及び冷却管１の周りに若干の凍土が形成され上下２つのブロックが連続した形態が挙げられる。若干の凍土で上下２つのブロックが連続していても、該連続部分は楔や牽引機械を作用させれば、折れるため地表への引き上げに支障をきたすことはない。なお、断熱材の配設個数としては、１個に限定されず、深度に合わせて、適宜のピッチで複数個を配設することができる。
【００２７】
従来の冷却管１であれば、有害物質が深度方向に深く存在する場合、長いブロック状の不連続凍土を形成せざるを得ない。これでは１つの凍土を地表に引き出すのが困難であると共に、せっかく引き上げた凍土が大きすぎて、ダンプに乗らないことも起こり得る。しかし、図５に示すように、上下方向において２つのブロック状に分断された不連続凍土２ａ、２ｂが多数造成された地中凍結体１０ａとすれば、ブロック状の凍土を搬出に好適な寸法で引き上げることができるため、搬出効率が向上する。なお、図５中、符号５１はクレーンを示す。
【００２８】
【発明の効果】
本発明によれば、凍結技術を利用し且つ凍結条件を制御して汚染土壌をブロック状の凍土が多数配列された集合体とすることができるため、このブロック状の凍土を１個毎、例えばウインチなどの牽引機械により引き出し、そのままダンプに積載して搬出できるから、搬出効率が極めて優れると共に、有害物質の揮散や廃棄物の臭気を抑制できる。
また、本発明によれば、前記発明と同様の効果を奏する他、冷却工程において、互いに隣接する冷却管の中間点（境界面）の土壌温度が概ね目標温度、例えば０〜２℃に到達した時点で、冷媒の供給を停止し、次いで放置して該中間点の温度が＋０℃の温度となるように温度平準化を行なうため、未凍土の表皮部の領域を最小限にできると共に、大部分の凍土を大きな円柱状のブロック体として容易に搬出することができる。また、温度平準化工程に代えて、隣接する不連続凍土の境界部分を強制加熱する加熱工程を行なえば、境界部分の温度を短時間で目標温度にすることができ工期の短縮が図れる。
また、本発明によれば、前記発明と同様の効果を奏する他、汚染土壌が深くまであり、従来の冷却管では深度方向に長いブロック状の不連続凍土とせざるを得ない場合であっても、上記の改良された冷却管を用いるため、搬出に好適な寸法に上下分断できる。
【００２９】
また、本発明の地中凍結体によれば、設計領域全体に占める不連続凍土の面積割合（平面視）が９０％を超え、且つ設計領域全体に占める凍土の面積割合（平面視）が８０％を超える。また、未凍土の表皮部は強度が弱いため、ブロック状の凍土の地表への引き上げを支障なく行うことができる。また、有害物質が封じ込まれたブロック状の凍土は、ダンプ等にそのまま乗せて搬出できる。また、不連続凍土の境界面に楔などを打ち込めば、隣接するブロック状の凍土を確実に分断でき、地表への引き上げがより容易となる。
また、本発明によれば、前記発明と同様の効果を奏する他、搬出に好適な寸法に上下分断されたブロック状の凍土を容易に引き上げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】冷却工程後の平面視の概略図である。
【図２】冷却管を除去した後の地中凍結体の模式的な断面図である。
【図３】改造冷却管の概略図である。
【図４】冷却管を除去した後の他の形態における地中凍結体の模式的な断面図である。
【図５】他の形態における地中凍結体の凍結除去工程を説明する図である。
【符号の説明】
１      冷却管
２、２ａ、２ｂ      不連続凍土
３      表皮部以外の未凍結部
４      汚染地盤
６ａ、６ｂ、６ｃ  不連続凍土の中心部
８      分断部分
９      互いに隣接する冷却管の中間点（境界部分）
１０、１０ａ      地中凍結部
１１    凍土
１２    表皮部（未凍土）
【図１】
2004330097.tif 000003
【図２】
2004330097.tif 000004
【図３】
2004330097.tif 000005
【図４】
2004330097.tif 000006
【図５】
2004330097.tif 000007