(57)【要約】【課題】  貯槽の周囲に形成される凍結領域が地表部付近にまで達することを防止する。【解決手段】  地下地盤中に掘削した空洞を貯槽１として低温流体を貯蔵し、貯槽周囲に形成される凍結領域によって貯槽の気密性と液密性を確保する構造の地下式低温タンク施設において、貯槽の上方の地盤中に水封ボーリング４を設け、それら水封ボーリング内において水を循環させることにより周囲地盤を凍結温度以上に維持することにより、その位置で凍結領域の拡大を阻止する。貯槽に貯蔵している低温流体が液化ガスである場合には、その液化ガスからの気化ガスを地表部において再液化する際に発生する温廃熱を利用して水封ボーリング内を循環させる水を加温する。【選択図】      図１
2005195110.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下地盤中に掘削した空洞を貯槽として低温流体を貯蔵し、貯槽周囲に形成される凍結領域によって貯槽の気密性と液密性を確保する構造の地下式低温タンク施設であって、
地盤を飽和状態に保って貯槽周囲に凍結領域を形成するとともに、その内部において水を循環させることにより周囲地盤を凍結温度以上に維持するための水封ボーリングを、貯槽の上方の地盤中に設けたことを特徴とする地下式低温タンク施設。
【請求項２】
請求項１記載の地下式低温タンク施設に適用する地盤凍結防止方法であって、
水封ボーリング内において水を循環させてその周囲地盤を凍結温度以上に維持することにより、貯槽周囲に形成される凍結領域の拡大を水封ボーリングの位置で阻止することを特徴とする地下式低温タンク施設における地盤凍結防止方法。
【請求項３】
請求項２記載の地盤凍結防止方法であって、
貯槽に貯蔵している低温流体としての液化ガスからの気化ガスを取り出して地表部において再液化して貯槽に戻すとともに、その再液化の際に発生する温廃熱を利用して水封ボーリング内を循環させる水を加温することを特徴とする地下式低温タンク施設における地盤凍結防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下地盤中に掘削した空洞に低温流体を貯蔵する構造の地下式低温タンク施設、およびその施設の周辺地盤の凍結を防止するための地盤凍結防止方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の地下式低温タンク施設は、地下の安定した岩盤中に大規模な空洞を掘削し、その空洞を貯槽（タンク）としてＬＰＧやＬＮＧ、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）等の低温液化ガス、あるいはその他の低温液体や低温気体を貯蔵するための施設である。このような地下式低温タンク施設では、貯蔵物が極低温であることから貯槽周囲に存する地下水は自ずと凍結してしまって貯槽周囲に安定な凍結領域が形成され、したがって岩盤中に亀裂や間隙があっても貯槽の気密性や液密性が自ずと安定に確保されることから、貯槽の施工に際しては空洞の内面に吹き付けコンクリート程度の支保を設けることで充分であって格別のライニング材や覆工を設ける必要がなく、そのため構造が簡略であって建設コストを抑えることができるという利点があり、今後、広く普及する気運にある。
【０００３】
ところで、この種の地下式低温タンク施設では、凍結領域が貯槽周囲に形成されるのみならず、施設の運用後には凍結領域が貯槽周囲の広範囲にわたって次第に拡大していくので、貯槽の深度が比較的浅いような場合には将来的に凍結領域が地表部付近にまで達することが想定され、そのような場合には地表部の構造物や自然生態系に対して悪影響が及ぶことも懸念される。
【０００４】
そのため、この種の施設の計画に当たっては将来においても凍結領域が地表部付近に達することのないように貯槽の深度を充分に大きくする必要があるとされているが、大規模な貯槽を大深度に設けるためには大がかりな掘削工事を要するのでその施工には多大のコストを要するものとなり、また運用後に貯蔵物の受け払いを行うための設備費、運転費、保守費等も嵩むものとなるので、経済性や採算性の点では貯槽の深度をあまり大きくしたくないという要請がある。
【０００５】
なお、従来よりＬＮＧやＬＰＧ等の低温液化燃料の貯蔵タンクを地表部付近に埋設して設けることが広く行われており、そのような埋設タンクの周囲地盤に対する凍結防止策として、特許文献１には温水等の熱媒を通すパイプを埋設タンクの底部や側部に設けてヒートフェンスを形成するという手法が開示されている。また、特許文献２には、同様の埋設式タンクに適用するものとして、温水等の熱媒体を屋根面に散水することで屋根面を一定温度に保つことにより屋根面上の覆土の凍結を防止するという手法が開示されている。
【特許文献１】特開平６−２７８７９１号公報
【特許文献２】特開平７−４８９５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１や特許文献２に示されるような凍結防止手法を、本発明が対象としているような大規模な施設においてもそのまま適用できれば貯槽の深度をさほど大きくする必要はないのであるが、地表部のごく浅い位置に埋設される小規模の埋設タンクを対象としている凍結防止手法を、地下地盤中に設ける大規模な空洞を貯槽として利用するという地下式低温タンク施設にそのまま適用することは現実的ではなく、この種の地下式低温タンク施設の普及を図るためにはより有効な凍結防止手法の開発が急務とされていた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記事情に鑑み、本発明の地下式低温タンク施設は、地下地盤中に掘削した空洞を貯槽として低温流体を貯蔵し、貯槽周囲に形成される凍結領域によって貯槽の気密性と液密性を確保する構造のものであって、地盤を飽和状態に保って貯槽周囲に凍結領域を形成するとともに、その内部において水を循環させることにより周囲地盤を凍結温度以上に維持するための水封ボーリングを、貯槽の上方の地盤中に設けたものである。
【０００８】
本発明の地盤凍結防止方法は、上記構造の地下式低温タンク施設に適用してその周囲地盤の凍結を防止するものであって、上記の水封ボーリング内において水を循環させてその周囲地盤を凍結温度以上に維持することにより、貯槽周囲に形成される凍結領域の拡大を水封ボーリングの位置で阻止するようにしたものである。なお、貯槽に貯蔵している低温流体が液化ガスである場合には、その液化ガスからの気化ガスを取り出して地表部において再液化して貯槽に戻す際に発生する温廃熱を利用して、水封ボーリング内を循環させる水を加温することが考えられる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、水封ボーリング内において常温程度の温度の水を循環させることにより、それら水封ボーリングの周囲地盤が凍結温度以上に維持され、したがって貯槽周囲に形成される凍結領域の拡大が自ずとその位置で阻止されて凍結領域が地表部付近にまで達して様々な悪影響が及ぶことを防止することができる。また、貯槽としての空洞を設ける深度に充分な地下水が存在していない場合であっても、それよりも上方の地盤に設けた上記の水封ボーリングから貯槽周囲に自ずと注水がなされて浸透していき、それにより地盤が常に飽和状態に保たれて貯槽周囲に確実に凍結領域が形成され、貯槽としての空洞に要求される気密性と液密性を支障なく確保することができる。
【００１０】
また、水封ボーリング内を循環させる水に対する加温のための熱源として、貯蔵物としての液化ガスからの気化ガスを再液化する際に発生する温廃熱を利用することが可能であり、それにより運転コストの削減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の一実施形態を図１〜図４を参照して説明する。図１は本発明の実施形態である地下式低温タンク施設の概念図であって、安定な岩盤である地下地盤中に複数の空洞（図示例では３本のトンネル状の空洞）を掘削し、それらの空洞を貯槽１としてその内部に低温流体、たとえばＬＰＧやＬＮＧ、ＤＭＥ等の低温液化ガスを貯蔵することを基本とするものである。なお、符号２は地上から貯槽１へのアクセス用の立坑、３は各貯槽１どうしを連絡するための横坑である。
【００１２】
既に述べたように、このような貯槽１に貯蔵される低温液化ガスは極低温であることから、運用開始後には貯槽１の周囲の地盤中に存在している地下水が自ずと凍結して貯槽１の周囲に安定な凍結領域が形成され、それにより貯槽１として必要な気密性および液密性を自ずと確保することができるのであるが、本実施形態ではそのような凍結領域を貯槽１周囲に確実に形成するとともに、その凍結領域が徒に拡大して地表部付近にまで達してしまうことを防止するべく、貯槽１全体を覆うようにしてその上部の地盤に複数の水封ボーリング４を形成し、それら水封ボーリング４内において水を循環させるようにしている。
【００１３】
すなわち、本実施形態では、図１に示しているように中央に位置している貯槽１の上方に横坑５を掘削し、図２に示すようにその横坑５の内部からその両側にそれぞれ水封ボーリング４を所定の間隔でやや先下がりの状態で形成している。そして、横坑５および各水封ボーリング４内に循環経路を形成するための管路６、７を敷設するとともに、地表部と横坑５とを連絡している立坑８内にも同様の管路９（図１参照）を設けて、その管路９に接続した循環ポンプ１０により立坑８に水を供給することにより、図２に矢印で示すように、立坑８から横坑５を経て各水封ボーリング４内を水封状態とし、かつ各水封ボーリング４の先端部から管路７，６，９を通して地表部に戻すように強制循環させるようにしている。
【００１４】
このように、貯槽１の上方に設けた水封ボーリング４内において水を循環させることにより、その水の一部は亀裂や間隙を通して地盤中に自ずと注水されて浸透していき、したがって自然地下水位が貯槽１の形成位置よりも低い場合であっても、すなわちそのままでは貯槽１の周囲に凍結領域が有効に生じ得ない場合であっても、地盤が常に飽和状態に保たれて貯槽１の周囲に常に地下水が存在する状況を維持でき、それにより運用開始時点では貯槽１周囲に確実に凍結領域を形成することができ、その気密性と液密性を充分に確保することができる。
【００１５】
また、そのような凍結領域が形成された後においても、上記のようにして水封ボーリング４内において水を常時強制循環することにより、各水封ボーリング４の周囲の地盤温度は自ずと循環水の温度程度に維持されて凍結温度以下に低下することはなく、したがって貯槽１の周囲に形成される凍結領域の拡大はその位置で阻止され、水封ボーリング４を越えてその上方にまで凍結領域が拡大して地表部付近にまで達するようなことを確実に防止することができる。
【００１６】
なお、循環水の温度は水封ボーリング４の周囲地盤が凍結温度にならなければ良いのでさして高温である必要はないし、あまり高温であると貯槽１周囲に形成するべき凍結領域への悪影響も懸念されるので、その水温は常温（たとえば１５〜２０°Ｃ程度）程度で充分であり、可能であれば河川水や湖沼水等の自然水をそのまま循環させることも考えられる（ただし、年間を通じて所望水温の水が充分に確保でき、生態系への悪影響がないことが条件となる）。勿論、必要に応じて循環水を適宜の熱源１１により加温して所定温度に温度制御しつつ循環させることでも良く、その場合には各種の廃熱を有効に利用することが好ましい。特に、この施設における貯蔵物がＤＭＥやＬＰＧ等の液化ガスである場合には、貯槽１内上部にたまる気化ガス（ＢＯＧ）を地表部に取り出して冷凍機により再液化させて貯槽に戻すような運転を行うことが通常であり、その再液化の際には冷凍機からの温廃熱が発生するので、その温廃熱を熱源１１に利用して循環水を加温することが考えられる。そのようにすれば従来においては単に大気中に無駄に放散されていた温廃熱を有効利用でき、極めて合理的である。
【００１７】
図３は、深度５０ｍの位置に設けた貯槽１の周囲に形成される凍結領域の５０年後における状況を熱伝導解析により予測した結果を示すものである。（ａ）は水封ボーリングを設けない場合、（ｂ）は深度３０ｍの位置に水封ボーリングを設けて１５℃の水を循環させた場合を示すもので、（ａ）では凍結領域が地表面下１５ｍ付近にまで拡大してしまうのに対し、（ｂ）では凍結領域は地表面下３５ｍ程度（水封ボーリングの下方５ｍ程度）に留まっており、水封ボーリングにより凍結領域の拡大が有効に阻止されていることが分かる。
【００１８】
また、図４は上記の場合における地表面の温度分布を示すもので、水封ボーリングがない場合には常温に対し最大で２ｄｅｇの温度低下が広範囲にわたって生じるのに対し、水封ボーリングを設けた場合には最大でも０．３ｄｅｇ程度の温度低下に留まるばかりでなく温度低下が生じる範囲も小さくなることが分かる。
【００１９】
以上のように、本実施形態の地下式低温タンク施設および凍結防止方法によれば、貯槽１の周囲に形成される凍結領域が地表部付近にまで達してしまうことを有効に防止できるので、従来のように貯槽１を大深度に設ける必要はなく比較的浅い位置に設けることが可能となり、それにより施設全体の施工コストを大幅に削減でき、また運用後における運転費を充分に軽減することが可能となる。また、この種の施設の施工に際しては、いずれにしても貯槽１周囲の地下水位を確保するために水封ボーリング４を設けることが通常であるので、そのような水封ボーリング４を設けること自体はコスト増とはならず、それに水を循環させるための機能のみを付加すれば足りるので、全体的なコスト増は些少で済む。
【００２０】
なお、上記実施形態では立坑８、横坑５、水封ボーリング４内にそれぞれ管路９，６，７を敷設することで循環経路を形成するようにしたが、そのようにすることに限るものではなく、要は水封ボーリング４内を水が循環できるように構成すれば良いので、たとえば水封ボーリング４内を往路と還路とに区画することで循環経路を形成したり、あるいは水封ボーリング４自体を一連の循環経路を形成するように設けることでも良い。
【００２１】
また、上記実施形態のように、水封ボーリング４内における水の循環は循環ポンプ１０による常時強制循環とすることが現実的ではあるが、そのための動力としては各種の自然エネルギーを利用することが考えられるし、状況によっては間欠的ないし断続的な循環を行うことでも良く、さらには水温差を利用して自然循環が生じるような循環経路を形成することも考えられる。勿論、貯槽１としての空洞の形態や規模は任意に変更可能であることは言うまでもなく、それに応じて水封ボーリング４を適正な位置に適正な形態で設ければ良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態である地下式低温タンク施設の概念図である。
【図２】同、水封ボーリングを示す図である。
【図３】同、解析結果を示す図である。
【図４】同、解析結果を示す図である。
【符号の説明】
【００２３】
１  貯槽（空洞）
２  立坑
３  横坑
４  水封ボーリング
５  横坑
６，７  管路
８  立坑
９  管路
１０  循環ポンプ
１１  熱源
【図１】
2005195110.tif 000003
【図２】
2005195110.tif 000004
【図３】
2005195110.tif 000005
【図４】
2005195110.tif 000006