(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地中において液体が貯留された空洞部を横断する凍結壁の施工方法であって、
地上より前記空洞部に達するように削孔した第１の孔を介して前記空洞部の内部に袋体を挿入し、前記空洞部の内部に前記袋体を配設する工程ａと、
前記袋体に地上から充填材を圧送し、前記袋体を前記空洞部の内部で膨張させる工程ｂと、
前記第１の孔を介して前記空洞部の内部に挿入された凍結管に冷媒を流しつつ、地上より前記空洞部に達するように前記凍結管の近傍に削孔した第２の孔を介して前記空洞部に氷塊を投入する工程ｃと、
前記氷塊を前記袋体近傍に局所的に滞在させることによって前記液体の対流を抑制して前記袋体近傍に冷却領域を形成する工程ｄと、
を具備し、
前記工程ｃおよび前記工程ｄによって前記袋体近傍を凍結させて凍結壁を形成することを特徴とする凍結壁の施工方法。
【請求項２】
少なくも一部の前記氷塊に、比重調整材が含まれ、
前記工程ｄで、前記氷塊を袋体の近傍に水深方向に積み上げることによって前記空洞部に氷塊堰を形成し、前記袋体近傍に前記冷却領域を形成することを特徴とする請求項１記載の凍結壁の施工方法。
【請求項３】
少なくとも一部の前記氷塊の表面に、前記比重調整材が付着していることを特徴とする請求項２記載の凍結壁の施工方法。
【請求項４】
少なくとも一部の前記氷塊の内部に、前記比重調整材が埋めこまれることを特徴とする請求項２または請求項３記載の凍結壁の施工方法。
【請求項５】
前記比重調整材は、変形可能な軟質部材であることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれかに記載の凍結壁の施工方法。
【請求項６】
前記工程ｃで、先端部が前記空洞部内に達する氷塊投入用管を前記第２の孔に挿入し、前記氷塊投入用管を用いて前記氷塊を投入し、
前記氷塊投入用管は可撓性を有し、前記先端部によって前記氷塊の投入方向が調節されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の凍結壁の施工方法。
【請求項７】
少なくとも一部の前記氷塊として、エタノールを混入したアイススラリが用いられることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の凍結壁の施工方法。
【請求項８】
地中において液体が貯留された空洞部を横断する凍結壁の施工方法であって、
地上より前記空洞部に達するように削孔した第１の孔を介して前記空洞部の内部に袋体を挿入し、前記空洞部の内部に前記袋体を配設する工程ａと、
前記袋体に地上から充填材を圧送し、前記袋体を前記空洞部の内部で膨張させる工程ｂと、
前記第１の孔を介して前記空洞部の内部に挿入された凍結管に冷媒を流しつつ、地上より前記空洞部に達するように前記凍結管の近傍に削孔した第２の孔を介して前記空洞部の底部に気泡発生源を設置する工程ｃと、
前記気泡発生源から気泡を発生させることによって前記空洞部の液体貯留域にバブルカーテンを形成し、前記バブルカーテンによって前記液体の対流を抑制して前記袋体近傍に冷却領域を形成する工程ｄと、
を具備し、
前記工程ｃおよび前記工程ｄによって前記袋体近傍を凍結させて凍結壁を形成することを特徴とする凍結壁の施工方法。
【請求項９】
前記工程ｃで、気体送入用管を前記第２の孔に挿入し、前記気体送入用管の下端部を前記空洞部の底部に接触させて前記底部を幅方向に横断するように変形させ、
前記工程ｄで、地上から前記気体送入用管を介して気体を送り、前記気体送入用管の下端部に設けられた気泡孔を前記気泡発生源として前記気泡を発生させることを特徴とする請求項８記載の凍結壁の施工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地中において液体が貯留された空洞部を横断する凍結壁の施工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、地中に例えば不透水性の連続壁などの壁体を構築するためには、地上から孔を掘削してフィン付の凍結管を複数設置し、地中に連続した凍土壁を構築する方法がある（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、地下構造物の構造物本体内の地下水位より下の所定深度に、液化ガス供給装置に接続された液化ガス供給通路と、液化ガス回収装置に接続された液化ガス回収通路とを接続する冷却器が配置され、冷却器に液化ガスを供給し、構造物本体内の空気を冷却することによって地下構造物の周辺地盤を凍結させる方法がある（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−５２６０４号公報
【特許文献２】特開２００９−２２１７２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載の方法を、仮に水が滞留する空洞部に適用する場合、水が凍結対象となり得る。しかし、通常、水は対流するため、水中に凍結管を配置して冷媒を流しても、凍結管周囲の冷却された水が、温度差により発生する対流によって凍結管周囲から流れてしまい、効率よく凍結壁を形成することは困難であった。
【０００６】
また、特許文献２記載の方法は、マンホール等の既設小型の地下構造物の周囲の地盤を凍結させるものであり、水が滞留する空洞部に広範囲に凍結壁を形成する場合への適用は困難であった。
【０００７】
本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、地中において液体が貯留された空洞部を横断する凍結壁を効率よく形成する凍結壁の施工方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前述した目的を達成するための第１の発明は、地中において液体が貯留された空洞部を横断する凍結壁の施工方法であって、地上より前記空洞部に達するように削孔した第１の孔を介して前記空洞部の内部に袋体を挿入し、前記空洞部の内部に前記袋体を配設する工程ａと、前記袋体に地上から充填材を圧送し、前記袋体を前記空洞部の内部で膨張させる工程ｂと、前記第１の孔を介して前記空洞部の内部に挿入された凍結管に冷媒を流しつつ、地上より前記空洞部に達するように前記凍結管の近傍に削孔した第２の孔を介して前記空洞部に氷塊を投入する工程ｃと、前記氷塊を前記袋体近傍に局所的に滞在させることによって前記液体の対流を抑制して前記袋体近傍に冷却領域を形成する工程ｄと、を具備し、前記工程ｃおよび前記工程ｄによって前記袋体近傍を凍結させて凍結壁を形成することを特徴とする凍結壁の施工方法である。
【０００９】
空洞部に氷塊を投入し、氷塊を凍結管が挿入された袋体近傍に局所的に滞在させることによって、液体の対流を抑制して袋体近傍に冷却領域を形成し、袋体近傍を凍結させて効率よく凍結壁を形成することができる。
【００１０】
第１の発明では、例えば、少なくも一部の前記氷塊に、比重調整材が含まれ、前記工程ｄで、前記氷塊を袋体の近傍に水深方向に積み上げることによって前記空洞部に氷塊堰を形成し、前記袋体近傍に前記冷却領域を形成する。この場合、必要に応じて、少なくとも一部の前記氷塊の表面に、前記比重調整材が付着しているものとする。また、少なくとも一部の前記氷塊の内部に、前記比重調整材が埋めこまれる場合もある。さらに、前記比重調整材は、例えば、変形可能な軟質部材である。
【００１１】
比重調整材が表面に付着したり内部に埋め込まれたりする氷塊を用いることで、氷塊の比重を調整して袋体の近傍に水深方向に積み上げ、空洞部に氷塊堰を形成することができる。比重調整材を変形可能な軟質部材とすれば、袋体同士の間に隙間がある場合に、氷塊から分離した変形可能な軟質部材で袋体同士の隙間を埋めることができる。
【００１２】
第１の発明では、例えば、前記工程ｃで、先端部が前記空洞部内に達する氷塊投入用管を前記第２の孔に挿入し、前記氷塊投入用管を用いて前記氷塊を投入し、前記氷塊投入用管は可撓性を有し、前記先端部によって前記氷塊の投入方向が調節されるものとする。また、必要に応じて、少なくとも一部の前記氷塊として、エタノールを混入したアイススラリが用いられる。
【００１３】
先端部が空洞部内に達し、先端部によって氷塊の投入方向が調節される氷塊投入用管を用いることによって、氷塊を適切な方向に投入することができる。また、エタノールを混入したアイススラリを用いれば、氷塊を容易に大量投入することができる。
【００１４】
第２の発明では、地中において液体が貯留された空洞部を横断する凍結壁の施工方法であって、地上より前記空洞部に達するように削孔した第１の孔を介して前記空洞部の内部に袋体を挿入し、前記空洞部の内部に前記袋体を配設する工程ａと、前記袋体に地上から充填材を圧送し、前記袋体を前記空洞部の内部で膨張させる工程ｂと、前記第１の孔を介して前記空洞部の内部に挿入された凍結管に冷媒を流しつつ、地上より前記空洞部に達するように前記凍結管の近傍に削孔した第２の孔を介して前記空洞部の底部に気泡発生源を設置する工程ｃと、前記気泡発生源から気泡を発生させることによって前記空洞部の液体貯留域にバブルカーテンを形成し、前記バブルカーテンによって前記液体の対流を抑制して前記袋体近傍に冷却領域を形成する工程ｄと、を具備し、前記工程ｃおよび前記工程ｄによって前記袋体近傍を凍結させて凍結壁を形成することを特徴とする凍結壁の施工方法である。
【００１５】
空洞部の底部に気泡発生源を設置し、気泡発生源から気泡を発生させることによって空洞部の液体貯留域にバブルカーテンを形成すれば、バブルカーテンによって液体の対流を抑制して袋体近傍に冷却領域を形成し、袋体近傍を凍結させて効率よく凍結壁を形成することができる。
【００１６】
第２の発明では、例えば、前記工程ｃで、気体送入用管を前記第２の孔に挿入し、前記気体送入用管の下端部を前記空洞部の底部に接触させて前記底部を幅方向に横断するように変形させ、前記工程ｄで、地上から前記気体送入用管を介して気体を送り、前記気体送入用管の下端部に設けられた気泡孔を前記気泡発生源として前記気泡を発生させる。
【００１７】
気体送入用管の下端部を空洞部の底部を幅方向に横断するように変形させて配置し、気体送入用管の下端部に設けられた気泡孔を気泡発生源として気泡を発生させれば、バブルカーテンを空洞部を横断するように形成することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、地中において液体が貯留された空洞部を横断する凍結壁を効率よく形成する凍結壁の施工方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】地中の空洞部５に袋体７を設置した状態を示す図
【図２】凍結管１１に冷媒を流した状態を示す図
【図３】氷塊投入用管２７を設置した状態を示す図
【図４】液体貯留域２に氷塊３１を投入した状態を示す図
【図５】比重調整材を用いた氷塊３１の例を示す図
【図６】液体貯留域２に氷塊３１を投入した状態を示す図
【図７】液体貯留域２に氷塊３１を投入した状態を示す図
【図８】他の氷塊投入用管の先端部付近を示す図
【図９】液体貯留域２に気体送入用管４７を設置した状態を示す図
【図１０】液体貯留域２にバブルカーテン５１を形成した状態を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施形態について説明する。図１は、地中の空洞部５に袋体７を設置した状態を示す図である。図１（ａ）は掘削孔３に袋体７を挿入した状態を示す図、図１（ｂ）は、袋体７に充填剤を充填して膨張させた状態を示す図である。
【００２１】
図１に示すように、地中の空洞部５は、例えば覆工コンクリート４で覆工されたトンネルである。空洞部５は、液体貯留域２に、水が貯留されている。図１（ａ）に示す工程では、空洞部５に袋体７を設置するために、まず、地表１から第１の孔である掘削孔３を形成する。この際、掘削孔３には、筒状のガイド部材１３が挿通される。掘削孔３が空洞部５の上部外面に達した段階で、掘削孔３に挿通されたガイド部材１３の下端を空洞部５の上部外面に接合する。ガイド部材１３と空洞部５との接合は、例えば接着剤やモルタルその他の部材が用いられる。ガイド部材１３の上端は、少なくとも地下水位よりも高い位置になるように設定される。
【００２２】
ガイド部材１３と空洞部５との接合が完了した後、空洞部５の上壁部を貫通させて、掘削孔３を空洞部５に連通させる。本実施例では、空洞部５内に水が貯留されるが、前述したように、ガイド部材１３の下端が空洞部５の外面と接合されているため、空洞部５の内部の貯留水位１５が上昇しても、掘削孔３から地中に水が流出することがない。また、ガイド部材１３の上端が少なくとも地下水位よりも高い位置になるように設定されているため、地中の地下水が空洞部５の内部やガイド部材１３の内部に流入することもない。
【００２３】
次に、掘削孔３（ガイド部材１３）の内部に、凍結管１１および袋体７を挿通する。袋体７は折り畳まれた状態で、空洞部５に挿入される。袋体７は、例えば、布製や樹脂製などの袋である。袋体７は、折りたたまれた状態（縮径された状態）で掘削孔３に挿通される。また、袋体７の高さは、空洞部５の内部の高さに対応する。
【００２４】
なお、袋体７には、充填材を圧送するための図示しない管体が接続されている。一つの図示しない管体には、一つの袋体７を接続してもよいし、複数の袋体７を接続してもよい。例えば、高さ方向に複数に分割した袋体７を、一つの図示しない管体に接続してもよい。
【００２５】
図１（ａ）に示すように掘削孔３に袋体７を挿入した後、図示しない管体を介して、図１（ｂ）に示すように、袋体７内に充填材を圧送して充填する。袋体７は、充填材によって空洞部５内で膨張する。例えば、袋体７を、掘削孔３の径よりも大きな径に膨張させる。なお、充填材としては、通常のグラウト材などを用いることができるが、熱伝導率の高いものが望ましい。
【００２６】
図２は、凍結管１１に冷媒を流した状態を示す図である。図２（ａ）は、凍結管１１に冷媒を流した状態での垂直断面図、図２（ｂ）および図２（ｃ）は、凍結管１１に冷媒を流した状態での水平断面図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す矢印Ａ１−Ａ１による断面図を、図２（ｃ）は、図２（ａ）に示す矢印Ａ２−Ａ２による断面図である。
【００２７】
図１（ｂ）に示す工程で袋体７内に充填材を圧送して充填する際には、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように、隣り合う袋体７同士を互いに密着させることが望ましい。また、袋体７と空洞部５の内側面とを密着させることが望ましい。このようにすることで、空洞部５に対して閉塞性の高い地中壁１０を構築することができる。
【００２８】
ただし、図２（ｂ）に示すように、地中壁１０では、袋体７同士の間に、隙間６１が形成される場合がある。また、袋体７と空洞部５の内側面等との間に隙間が形成される場合もある。さらに、図２（ｃ）に示すように、地中壁１０では、配管やラック等の障害物を配置するための開口部６３が設けられる場合もある。
【００２９】
図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように、袋体７は、略中央に貫通部１７を有する。すなわち、袋体７は略ドーナツ形状である。凍結管１１は、袋体７の貫通部１７を貫通するように設けられる。このため、袋体７は、凍結管１１の外周部で膨張する。すなわち、袋体７の配置された範囲では、凍結管１１が外部露出しない。凍結管１１は、例えば二重管であり、内部に冷媒を流すことが可能である。
【００３０】
図１（ｂ）に示す工程で袋体７に充填剤を充填して膨張させた後、図２に示すように、貫通部１７に挿入した凍結管１１に冷媒を流す。冷媒は水の凝固点以下の温度に設定される。このため、凍結管１１の周囲が凍結する。例えば、地下水位以下の範囲では、地下水が凝固し、凍土１９となる。また、空洞部５内部では、袋体７の周囲の水が凍結し、凍結部２１となる。
【００３１】
このとき、液体貯留域２において、冷却された水は、比重が大きくなり鉛直下方に流動する。その反流として、貯留水位１５の表面付近では、冷却されていない暖水が凍結管１１の方向に流動し、鉛直循環流が生じる。これにより、凍結管１１から凍結しようとする領域に投入される冷熱が、顕熱、潜熱に使われる前に、流れによる冷熱の移流により領域の外に持ち出され、また、外部から流れにより熱がもたらされることになる。
【００３２】
上述したような鉛直循環流が生じるために、図２（ａ）、図２（ｂ）に示すように、貯留水位１５付近では凍結部２１が十分に形成されず、袋体７の表面４１が露出する場合がある。また、図２（ｂ）に示すように地中壁１０に隙間６１がある場合や、図２（ｃ）に示すように地中壁１０に開口部６３が設けられる場合には、水の流れによって、隙間６１や開口部６３の周辺の凍結が不十分になる場合がある。
【００３３】
図３は、氷塊投入用管２７を設置した状態を示す図である。図３に示す工程では、地表１から空洞部５に達するように、凍結管１１の近傍に第２の孔である掘削孔９を削孔する。そして、先端部２９が空洞部５内に達する氷塊投入用管２７を掘削孔９に挿入する。氷塊投入用管２７の上端部は地上に設けられ、ホッパー３０が連結される。氷塊投入用管２７は、可撓性を有する材質とする。氷塊投入用管２７は、先端部２９によって氷塊の投入方向を調節可能とする。
【００３４】
図４は、液体貯留域２に氷塊３１を投入した状態を示す図である。図４は、図３に示す範囲Ｃを拡大した図である。図４に示す工程では、大量の氷塊３１をスムーズに投入できるように、地上のホッパー３０に適当な量の氷塊３１を投入する。そして、ホッパー３０から氷塊投入用管２７を介して、空洞部５内に氷塊３１を投入する。ホッパー３０の内側面には、氷の凍結などを防ぐため、断熱シートや潤滑シートを張り付けてもよい。
【００３５】
空洞部５内に投入する氷塊３１は、真水を凍らせたものとする。氷塊３１は、様々な表面積を有するように、数ｍｍから数ｃｍの大きさをもつものとする。大きさが適度に分布した氷塊３１を用いると、空洞部５内への投入後に、水の流速を低減させるための抵抗体としてよく機能する。
【００３６】
空洞部５に投入された氷塊３１は、比重が０．９程度であるため、水面上に浮くなどして上述の循環流にのって漂う。そして、図４に示すように、袋体７の近傍の水面付近に局所的に滞在する。袋体７の近傍に局所的に滞在する氷塊３１は、流れの流速を低減させるための抵抗体となり、熱対流のもととなる温度差（密度差）を低減させる。
【００３７】
図４に示す状態では、袋体７の近傍に局所的に滞在する氷塊３１によって、袋体７の近傍での水の対流が抑制され、袋体７の近傍に急速に冷却される冷却領域３５が形成され、矢印Ｄ１に示すように袋体７から離れた位置で循環流が生じる。第１の実施の形態では、凍結管１１と冷却領域３５の作用により、地中壁１０に隙間６１や開口部６３がある場合にも袋体７の近傍の凍結部２１が拡大され凍結壁が形成される。
【００３８】
このように、第１の実施の形態では、空洞部５に氷塊３１を投入し、氷塊３１を凍結管１１が挿入された袋体７の近傍に局所的に滞在させ、水の対流を抑制して袋体７の近傍に冷却領域３５を形成する。第１の実施の形態では、冷却領域３５において、局所的に滞在する氷塊３１を凍結管１１の補助冷却手段として用いることによって、袋体７の近傍を凍結させて効率よく凍結壁を形成することができる。氷塊３１の融解潜熱は水の比熱と比較して大きいため、大量の氷塊３１で袋体７の近傍の凍結管１１の周辺の水面を覆うことにより、凍結速度を速め、凍結締切をより確実に行うことができる。
【００３９】
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、第１の実施の形態と同様の方法で空洞部５に氷塊３１を投入するが、氷塊３１の一部に比重調整材が含まれるものとする。図５は、比重調整材を用いた氷塊３１の例を示す図である。
【００４０】
図５（ａ）、図５（ｂ）は、比重調整材３６が埋め込まれた氷塊３１ａを示す図であり、図５（ａ）は図５（ｂ）に示す矢印Ｅ−Ｅによる断面図である。図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、氷塊３１ａは、内部に比重調整材３６が埋め込まれる。氷塊３１ａは、例えば角柱状とする。比重調整材３６は、例えば、真水を凍らせた氷塊３１よりも比重の大きい骨材、砂利等の粒状体とする。
【００４１】
図５（ｃ）は、比重調整材３７が表面に付着した氷塊３１ｂを示す図である。図５（ｃ）に示すように、氷塊３１ｂは、表面に比重調整材３７が付着している。比重調整材３７は、例えば、真水を凍らせた氷塊３１よりも比重の大きいＰＶＣ、ゴム片、木チップ等の粒状体とする。なお、本発明における氷塊は、大部分が氷であるもののみに限定されない。例えば、予め別の場所で製造した凍土（水分を含んだ土などを凍らしたもの）を粉砕して、これを氷塊として利用することもできる。すなわち、本発明における氷塊は、少なくとも部分的に凍った状態の物体を含む。このような凍土を粉砕して利用することで、水に沈めることが可能となり、融解後の土等によって、堰を形成することもできる。
【００４２】
図６は、液体貯留域２に氷塊３１を投入した状態を示す図である。図５に示すような比重調整材が含まれる氷塊３１ａ、氷塊３１ｂを投入すれば、図６に示すように、水よりも比重が大きい氷塊３１の一部が袋体７の近傍に水深方向に積み上げられ、空洞部５に氷塊堰３３が形成される。氷塊３１ａのように、形状を角柱状とすれば、氷塊が球状の場合よりも、氷塊堰３３を容易に積み上げることができる。
【００４３】
袋体７の近傍に形成された氷塊堰３３は、流れの流速を低減させるための抵抗体となり、熱対流のもととなる温度差（密度差）を低減させ、冷熱の移動を抑制する断熱層となる。これによって、袋体７の近傍での水の対流が抑制され、袋体７の近傍に急速に冷却される冷却領域３５が形成され、冷却領域３５では、図６に示す矢印Ｄ２のような流れが生じる。第２の実施の形態では、凍結管１１と冷却領域３５の作用により、地中壁１０に隙間６１や開口部６３がある場合にも袋体７の近傍の凍結部２１が拡大され凍結壁が形成される。
【００４４】
このように、第２の実施の形態では、空洞部５に氷塊３１を投入し、比重調整材を含む氷塊３１を、凍結管１１が挿入された袋体７の近傍に水深方向に積み上げて氷塊堰３３とし、水の対流を抑制して袋体７の近傍に冷却領域３５を形成する。第２の実施の形態では、冷却領域３５において、氷塊堰３３を凍結管１１の補助冷却手段として用いることによって、袋体７の近傍を凍結させて効率よく凍結壁を形成することができる。
【００４５】
次に、第３の実施の形態について説明する。第３の実施の形態では、第２の実施の形態と同様に空洞部５に氷塊３１を投入して氷塊堰３３を形成するが、氷塊３１ａの内部に埋め込まれる比重調整材３６や氷塊３１ｂの表面に付着した比重調整材３７に、変形可能な軟質部材が含まれるものとする。変形可能な軟質部材は、例えばゴムや軟質の樹脂等である。また、地中壁１０の、氷塊堰３３とは反対側に、揚水ポンプ３９（図７）が設けられるものとする。
【００４６】
図７は、液体貯留域２に氷塊３１を投入した状態を示す図である。図７に示す揚水ポンプ３９は、連続的にまたは断続的に運転され、揚水ポンプ３９の稼働中に、液体貯留域２では矢印Ｆに示すような流れが生じる。そして、矢印Ｆに示す流れによって、氷塊３１ａや氷塊３１ｂから融けだした変形可能な軟質部材である比重調整材３６や比重調整材３７が、地中壁１０の氷塊堰３３側の表面４１に漂着し、袋体７同士の隙間６１等を塞ぐ。袋体７同士の隙間６１等が塞がると、氷塊堰３３により袋体７の近傍に形成された冷却領域３５から地中壁１０の揚水ポンプ３９側への水の流れこみが防がれ、地中壁１０に隙間６１や開口部６３がある場合にも袋体７の近傍の凍結部２１が効率よく拡大され凍結壁が形成される。
【００４７】
このように、第３の実施の形態でも、第２の実施の形態と同様に、比重調整材を含む氷塊３１を水深方向に積み上げて氷塊堰３３とし、水の対流を抑制して袋体７の近傍に冷却領域３５を形成する。また、変形可能な軟質部材である比重調整材３６や比重調整材３７によって袋体７同士の隙間６１を塞ぐ。第３の実施の形態においても、冷却領域３５において、氷塊堰３３を凍結管１１の補助冷却手段として用いることによって、袋体７の近傍を凍結させて効率よく凍結壁を形成することができる。
第３の実施の形態では、氷塊３１ａの内部に埋め込まれる比重調整材３６や氷塊３１ｂの表面に付着した比重調整材３７として、ベントナイト等の吸水膨張する紛体を用いてもよい。望ましくは、ベントナイト等の膨潤材を閉じ込めて比重調整し、比重を分布させた氷塊３１をトレンチ内に投入する。これにより、氷塊３１から融けだした比重調整材をトレーサのように水中に鉛直分布させ、浮遊させながら矢印Ｆに示す流れによって地中壁１０の袋体７同士の隙間６１に入り込ませた後、膨潤させて隙間６１を積極的に目詰まりさせることができる。
【００４８】
なお、第１、第２の実施の形態では、地中壁１０の片側のみに氷塊３１を投入したが、地中壁１０の両側に投入し、両側に冷却領域を形成してもよい。また、第１から第３の実施の形態では、少なくとも一部の氷塊として、エタノールを混入したアイススラリを用いてもよい。エタノールを混入したアイススラリを用いれば、氷塊を容易に大量投入することができる。
【００４９】
第１から第３の実施の形態で用いる氷塊投入用管２７は、可撓性を有し、先端部２９で氷塊３１の投入方向を調整できるものとしたが、氷塊３１の投入に使用する氷塊投入用管はこれに限らない。
【００５０】
図８は、他の氷塊投入用管の先端部付近を示す図である。図８（ａ）は、氷塊投入用管２７ａの先端部２９ａ付近を示す。図８（ａ）に示すように、氷塊投入用管２７ａの先端部２９ａには、氷塊３１の投入方向をガイドするガイド部材２５が設けられる。図８（ｂ）は、氷塊投入用管２７ｂの先端部２９ｂ付近を示す。図８（ｂ）に示すように、氷塊投入用管２７ｂの先端部２９ｂは底部４３を有し、氷塊３１の投入方向に孔部４５が設けられる。これらの氷塊投入用管を用いた場合にも、氷塊３１を適切な方向に投入できる。
【００５１】
次に、第４の実施の形態について説明する。図９は、液体貯留域２に気体送入用管４７を設置した状態を示す図である。図９（ａ）は、気体送入用管４７を設置した状態での垂直断面図、図９（ｂ）は、気体送入用管４７付近の拡大断面図である。図９（ｂ）は、図９（ａ）に示す矢印Ｇ−Ｇによる断面図である。
【００５２】
第４の実施の形態では、まず、第１の実施の形態と同様にして、図９（ａ）に示すように、地表１から第１の孔である掘削孔３を形成し、掘削孔３（ガイド部材１３）の内部に、凍結管１１および袋体７を挿通し、空洞部５に袋体７を挿入する。そして、図示しない管体を介して、袋体７内に充填材を圧送して充填する。袋体７は、充填材によって空洞部５内で膨張する。その後、袋体７の貫通部１７に挿入した凍結管１１に冷媒を流す。これにより、例えば、地下水位以下の範囲では、地下水が凝固し、凍土１９となる。また、空洞部５内部では、袋体７の周囲の水が凍結し、凍結部２１となる。
【００５３】
第１の実施の形態で述べたように、液体貯留域２では、冷却された水の比重が大きくなり鉛直下方に流動し、貯留水位１５の表面付近では冷却されていない暖水が凍結管１１の方向に流動し、鉛直循環流が生じる。そのため、貯留水位１５付近では凍結部２１が十分に形成されず、袋体７の表面が露出する場合がある。また、図２（ｂ）に示すように地中壁１０に隙間６１がある場合や、図２（ｃ）に示すように地中壁１０に開口部６３が設けられる場合には、水の流れによって、隙間６１や開口部６３の周辺の凍結が不十分になる場合がある。
【００５４】
図９（ａ）に示す工程では、第１の実施の形態と同様に、地表１から空洞部５に達するように、凍結管１１の近傍に第２の孔である掘削孔９を削孔する。そして、第１の実施の形態の氷塊投入用管２７のかわりに、気体送入用管４７を掘削孔９に挿入する。図９（ｂ）に示すように、気体送入用管４７は、下端部を空洞部５の底部５５に接触させて配置する。そして、気体送入用管４７の下端部を、空洞部５の底部５５を幅５３の方向に横断する横断部５７となるように変形させる。横断部５７の上面には、気泡発生源である気泡孔５９が設けられる。
【００５５】
図１０は、液体貯留域２にバブルカーテン５１を形成した状態を示す図である。図１０に示す工程では、地上から気体送入用管４７を介して空洞部５に気体を送り、気体送入用管４７の下端部の横断部５７に設けられた気泡孔５９を気泡発生源として気泡４９を発生させる。気体は、空気や二酸化炭素等の、周囲に悪影響を与えないものを用いる。そして、気泡孔５９から気泡４９を発生させることによって空洞部５の液体貯留域２にバブルカーテン５１を形成する。
【００５６】
図１０に示すバブルカーテン５１は、流れの流速を低減させるための抵抗体となり、熱対流のもととなる温度差（密度差）を低減させ、冷熱の移動を抑制する断熱層となる。これによって、袋体７の近傍での水の対流が抑制され、袋体７の近傍に急速に冷却される冷却領域３５ａが形成され、バブルカーテン５１の両側で矢印Ｈ１、矢印Ｈ２に示すような局所的な循環流が生じる。そして、凍結管１１と冷却領域３５ａの作用により、地中壁１０に隙間６１や開口部６３がある場合にも袋体７の近傍の凍結部２１が拡大され凍結壁が形成される。
【００５７】
このように、第４の実施の形態では、空洞部５の底部５５の気泡発生源から気泡４９を発生させてバブルカーテン５１を形成し、水の対流を抑制して袋体７の近傍に冷却領域３５ａを形成する。第４の実施の形態では、凍結管１１の冷熱が持ち出されず、流れにより熱がもたらされない冷却領域３５ａを形成し、冷やすべき領域を小さくすることによって、袋体７の近傍を凍結させて効率よく凍結壁を形成することができる。
【００５８】
なお、第４の実施の形態では、気体送入用管４７の下端部を気泡発生源として気泡４９を発生させたが、気泡発生源はこれに限らない。例えば、網籠に入れたドライアイスを掘削孔９を介して空洞部５の底部５５に設置し、気体発生源としてもよい。
【００５９】
また、第４の実施の形態のバブルカーテン５１の形成と、第１〜第３の実施の形態の氷塊３１の投入とを組み合わせて用いてもよい。この場合、氷塊３１を空洞部５に投入した後、空洞部５の底部５５の気泡発生源から気泡４９を発生させてバブルカーテン５１を形成し、図１０に示す矢印Ｈ２の方向の水の流れによって氷塊３１を袋体７の近傍に移動させる。バブルカーテン５１と氷塊３１とを組み合わせて用いることにより、袋体７の近傍をより効率よく凍結させて凍結壁を形成することができる。
【００６０】
第１から第４の実施の形態では、袋体７と凍結管１１とを同時に空洞部５に挿入したが、袋体７は、必ずしも凍結管１１と同時に空洞部５に挿入される必要はない。袋体７の挿入の前に凍結管１１を挿入してもよいし、袋体７を挿入した後に凍結管１１を挿入してもよい。
【００６１】
また、地中壁１０は、複数の袋体７を併設して構築されるもののみではなく、一つの袋体７で構築可能であれば、袋体７を複数併設しなくてもよい。地中壁は、複数または単一の袋体７を空洞部５内部に配置することで形成されればよく、袋体７の個数はいくつであってもよい。袋体７の断面形状は、略円形状（貫通部の有無を含む）に限られず、多角形やその他形状であってもよい。
【００６２】
さらに、袋体７と凍結管１１は、同一の掘削孔３に挿入しなくてもよい。例えば、袋体７および図示しない管体を挿入する掘削孔３とは別に、凍結管挿入孔を設け、凍結管挿入孔から空洞部５内に凍結管１１を挿入してもよい。この場合でも、必要に応じてガイド部材１３を用いてもよい。また、この場合には、袋体７と凍結管１１の設置数は同じであってもよく、異なっていてもよい。なお、袋体７と凍結管１１が離れすぎると、袋体７による壁体の効果が小さくなるため、掘削孔３ａは、掘削孔３（袋体７）の近傍に設けることが望ましい。
【００６３】
第１から第４の実施の形態では、図２（ｂ）に示す袋体７同士の隙間６１、袋体７と空洞部５の内側面との隙間、図２（ｃ）に示す開口部６３に障害物を設置した後の隙間等に、図示しない充填部材を充填してもよい。充填部材は、例えばグラウト材などを用いることができる。充填部材は、充填対象部に通じるように新たに掘削孔（図示省略）を形成して地上から充填すればよい。このようにすることで、障害物があるような場合でも、袋体７と充填部材８によって地中壁１０を構築することができる。
【００６４】
以上、添付図を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載され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】
【００６５】
２………液体貯留域
３、９………掘削孔
５………空洞部
７………袋体
１０………地中壁
１１………凍結管
１９………凍土
２１………凍結部
２７、２７ａ、２７ｂ………氷塊投入用管
２９、２９ａ、２９ｂ………先端部
３１、３１ａ、３１ｂ………氷塊
３３………氷塊堰
３５、３５ａ………冷却領域
３６、３７………比重調整材
３９………揚水ポンプ
４１………表面
４７………気体送入用管
４９………気泡
５１………バブルカーテン
５５………底部
５７………横断部
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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