JP2005023614A - 凍結処理に用いる凍結管及び凍結管を用いた凍結工法 - Google Patents
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Abstract
【課題】凍結させたい箇所の土壌をムラなく均一に効率良く凍結処理することができ、即ち、冷却速度が早い上に土壌を良好に凍結させてスムーズな掘削作業を実現可能とする極めて実用性に秀れた画期的な凍結処理に用いる凍結管の技術を提供するものである。
【解決手段】土壌１を凍結処理する際に使用される凍結管であって、凍結管２には、土壌１を凍結させるための液状冷却材３が充填される充填部４が設けられ、この充填部４には該充填部４に充填された液状冷却材３が気化した気体を凍結管２外に排気する排気部６が設けられている凍結処理に用いる凍結管。
【選択図】 図３
【解決手段】土壌１を凍結処理する際に使用される凍結管であって、凍結管２には、土壌１を凍結させるための液状冷却材３が充填される充填部４が設けられ、この充填部４には該充填部４に充填された液状冷却材３が気化した気体を凍結管２外に排気する排気部６が設けられている凍結処理に用いる凍結管。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌を凍結する凍結処理に用いる凍結管及び凍結管を用いた凍結工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えば、地中に水道管やガス管等の配管を埋設する場合、地上の交通を阻害したり、地上の建物を除去したりすることなく、配管を埋設するために、配管を埋設したい部位の両端部位に終端縦穴及び始端縦穴を掘削し、該掘削した終端縦穴及び始端縦穴間に横穴を掘削しつつ、この横穴に水道管やガス管等の配管を配設する方法（推進工法）がある。
【０００３】
この推進工法について更に説明すれば、始端縦穴を掘削する地面所定部位に、該所定部位を囲繞するように矢板を所定深さ打ち込み、続いて、この矢板内の土壌を矢板外に除去していくことで始端縦穴を掘削し、該始端縦穴の所定深さの位置の矢板を切断除去し、この矢板を除去した部位から、終端縦穴に向けて掘削機等により横穴を掘削しつつ、該横穴に配管を配設していく。
【０００４】
ところで、始端縦穴から横穴を掘削する際、始端縦穴の周囲に配設した矢板を切断除去すると、土壌はある程度の水分を含んだ状態となっている等して崩れ易い為、該切断除去した瞬間に始端縦穴内に土壌が一気に流れ込んできてしまう。
【０００５】
そのため、始端縦穴を掘削した後、横穴を掘削する際には矢板を切断する前に、予め横穴を切削しようとする部位（上記矢板近傍部位）の土壌を凍結処理して固まらせ、矢板を切断除去しても始端縦穴内に土壌が流れ込まない状態としてから、該矢板を切断除去し横穴を掘削している。
【０００６】
具体的に説明すると、始端縦穴を掘削後、該始端縦穴（矢板）近傍にして横穴を掘削しようとする部位に凍結管３２を埋設し（図１参照）、続いて、該凍結管３２内に液体窒素を充填し、該液体窒素の冷却作用によって凍結管３２の近傍の土壌３１を凍結させて固まらせた後、横穴の掘削を行っている。尚、図中符号３５は、地上から熱が流入するのを防ぎ、冷却を効率的に行うため断熱材である。
【０００７】
ところで、液体窒素の沸点は非常に低い（およそ−１９６℃）ため、凍結管３２内に液体窒素を充填すると、該液体窒素は周囲の熱を吸収し直ちに気化する。
【０００８】
即ち、液体窒素は凍結管３２内において常に気化した状態であり、この気化した窒素は、凍結管３２内の液体窒素中を上方向に移動して凍結管３２の上部から凍結管３２外に自然放出される。
【０００９】
従って、凍結管内は、上方ほど気化した窒素の割合が多い状態であるために、凍結管の上部は下部に比して冷却作用が劣るという問題点を有する。
【００１０】
よって、凍結させたい土壌部位の上部と下部とで凍結ムラが生じ、該凍結ムラが生じることで、土壌の固さにムラが生じてスムーズな掘削作業が極めて行いにくく、前記土壌を全体的に均一な固さに凍結しようとすれば、該土壌を凍結するまでに時間がかかり、これに伴い、使用する液体窒素の量も増加することから、施工費用がかさむことにもなっていた。
【００１１】
一方、土壌を凍結させる方法として、不凍液（塩化カルシウム溶液）を地中に配設した凍結管３２内（図２参照）に循環させて該凍結管３２近傍の土壌３１を凍結させる方法も提案されてはいるが、該不凍液は、当然ながら液体窒素に比べて冷却温度が高いため、土壌３１が凍結するまでに非常に時間がかかり、それに応じて施工費用もかかるという問題点を有する。
【００１２】
本発明は、凍結させたい箇所の土壌をムラなく均一に効率良く凍結処理することができ、冷却速度が早い上に土壌を良好に凍結させてスムーズな掘削作業を可能とする極めて実用性に秀れた凍結処理に用いる凍結管を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【００１４】
土壌１を凍結処理する際に使用される凍結管であって、凍結管２には、土壌１を凍結させるための液状冷却材３が充填される充填部４が設けられ、この充填部４は、凍結管２の深さ方向所定長で区画された複数の区画部４ａから構成されるものであり、この各区画部４ａには該区画部４ａに充填された液状冷却材３が気化した気体を凍結管２外に排気する排気部６が設けられていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００１５】
また、請求項１記載の凍結処理に用いる凍結管において、凍結管２は外管９と内管１０とから成る二重構造であり、内管１０が前記排気部６に設定されていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００１６】
また、請求項１，２いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、複数の各区画部４ａには液状冷却材３を導入する冷却材導入管８が配設されていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００１７】
また、請求項１〜３いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、各区画部４ａには、排気部６と連通する連通部１４が設けられていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００１８】
また、請求項２〜４いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、区画部４ａは外管９と内管１０との間に設けられていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００１９】
また、請求項１〜５いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、区画部４ａの一部若しくは全体が、液体は通過せしめず気体は通過せしめる選択的透過材料で形成されていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００２０】
また、請求項１〜６いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、凍結管２には、該凍結管２近傍に存在する土壌１の温度を測定する温度センサー１２が設けられていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００２１】
また、請求項１〜７いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、区画部４ａには、区画部４ａに充填された液状冷却材３の液面高さを測定する液面センサーが設けられていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００２２】
また、請求項８記載の凍結処理に用いる凍結管において、冷却材導入管８は冷却材源２０と連結され、冷却材源２０は前記温度センサー１２若しくは前記液面センサーからの信号により供給作動をするように構成されていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００２３】
また、請求項１〜９いずれか１項に記載の凍結管２を用いた凍結工法であって、土壌１の所定部位を掘削する際に、該掘削する部位若しくは該掘削する部位近傍に凍結管２を配設し、続いて、該凍結管２に設けた充填部４に土壌１を凍結させるための液状冷却材３を充填し、前記土壌１を凍結処理することを特徴とする凍結管を用いた凍結工法に係るものである。
【００２４】
また、請求項１０記載の凍結管を用いた凍結工法において、始端縦穴２１及び終端縦穴間に横穴を掘削しつつ該横穴に配管する推進工法における該横穴の掘削開始の際に使用されることを特徴とする凍結管を用いた凍結工法に係るものである。
【００２５】
【発明の作用及び効果】
土壌１に凍結管２を配設し、該凍結管２に設けられ該凍結管２の深さ方向所定長で区画された複数の区画部４ａに土壌１を凍結させるための液状冷却材３を充填すると、区画部４ａに充填された液状冷却材３が周囲の熱を吸収することで該液状冷却材３は気化し（冷却作用を発揮し）、よって、凍結管２近傍の土壌１が凍結処理されることになる。
【００２６】
この際、区画部４ａは凍結管２の深さ方向所定長で区画されているから、各区画部４ａの上部においては液状冷却材３の冷却作用は劣るが、凍結管２全体としては凍結管２の上部の冷却作用が劣ることはない。
【００２７】
従って、凍結管２の上部と下部とに生じる温度差を可及的に小さくでき、よって、土壌１をムラなく凍結処理することができる。
【００２８】
これにより、冷却速度が早い上に土壌を良好に凍結させてスムーズな掘削作業を実現することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図面は本発明の一実施例を図示したものであり、以下に説明する。
【００３０】
第一実施例乃至第三実施例は、地上の交通を阻害したり、地上の建物を除去したりすることなく、地中に水道管やガス管等の配管を埋設するために、配管を埋設したい部位の両端部位に終端縦穴及び始端縦穴を掘削し、該掘削した終端縦穴及び始端縦穴間に横穴を掘削しつつ、この横穴に水道管やガス管等の配管を配設する方法（推進工法）において、所定距離離れた終端縦穴及び始端縦穴２１間に配管を配設するための横穴を掘削するために該始端縦穴２１に配設された矢板２２を切断除去した際、この除去した部位から該始端縦穴２１内に土壌１が流れ込むことを阻止すべく、横穴を掘削しようとする部位Ａ（横穴掘削予定部Ａ）の土壌１若しくはその近傍の土壌１を凍結させる際に該土壌１に鉛直方向に埋設して使用する凍結管２に関するものである。
【００３１】
第一実施例
第一実施例は、凍結管２内に複数設けられた充填部４の夫々に、液状冷却材３を冷却材源２０から冷却材導入管８を介して直接供給するタイプの凍結管２に関するものである。
【００３２】
尚、液状冷却材３としては、液体窒素３が採用されている。
【００３３】
凍結管２は、図１に示すように、外管９と内管１０とから成る二重構造で形成され、この外管９と内管１０との間には、土壌１を凍結させるための液状冷却材３（液体窒素３）が充填される充填部４が設けられた構成としている。
【００３４】
この充填部４は、凍結管２の深さ方向所定長で区画された複数の区画部４ａが縦方向（上下方向）に並設された構成である。
【００３５】
具体的に説明すると、区画部４ａは、図３，図６に示すように、外管９と内管１０との間の深さ方向に所定間隔を置いて仕切壁１３が複数設けられ、この仕切壁１３によって仕切られた外管９と内管１０との間が区画部４ａに設定されている。
【００３６】
１つの区画部４ａを縦方向の壁で区画しても良い。これにより、液体窒素３の冷却作用を発揮し得る箇所を凍結管２の所定の側面部に限定（即ち、例えば、凍結管を平面から見て右側面のみに液体窒素を充填することで液体窒素の冷却作用を発揮し得る箇所を限定）して凍結を行う等の細かい管理が可能となり、また、凍結管が斜め方向や水平方向に配設されても土壌の良好な凍結処理を行うことができる。
【００３７】
また、第一実施例では、外管９と内管１０との間に充填部４（区画部４ａ）を設けた構成としているが、内管１０内を前記充填部４（区画部４ａ）とした構成としても良い。この場合には、外管９と内管１０との間に、内管１０内に充填された液体窒素の熱を外管９に伝えるための媒体（例えば冷却材）を配設すると良い。
【００３８】
また、図４は、図３における凍結管２のＢ−Ｂ断面を示す平断面図、図５は、図３における凍結管２のＣ−Ｃ断面を示す平断面図である。
【００３９】
区画部４ａの上部には、該区画部４ａ内と内管１０内とを連通状態とする連通部１４が設けられている。
【００４０】
この連通部１４は、区画部４ａを構成する内管１０の上部を切り欠いて構成している。
【００４１】
更に具体的には、この連通部１４は、図６に示すように、内管１０の上部を周方向に所定高さで切り欠くことで形成される。
【００４２】
尚、第一実施例では、連通部１４は内管１０の所定位置において該内管１０を周方向にすべて切欠することで形成された構成としているが、この連通部１４は、区画部４ａと内管１０内とを連通状態とし得る構成のものであれば良く、例えば内管１０に連通孔を周方向所定間隔で複数形成された構成としても良い。
【００４３】
また、区画部４ａの形成長さは、必要に応じて適宜設計変更し得るものであるが、液体窒素３を十分に充填保持でき、且つ、液体窒素３が充填された区画部４ａの上部と下部とで液体窒素３の量と該液体窒素３が気化した気体の量との割合にあまり差が生じない長さに設定すると良い。
【００４４】
また、凍結管２の上端部から所定深さ位置までは、断熱材１５が配設されている。これは、地上から熱が流入することを防ぎ、土壌１の凍結処理を効率的に行うために配設されるものである。
【００４５】
また、この断熱材１５の配設長さは、凍結処理する土壌１の深さに応じて適宜設定変更し得るように構成している。
【００４６】
尚、凍結管２の上端は、内管１０を除いて蓋体１６により閉塞されている。
【００４７】
複数の各区画部４ａには液体窒素３を導入する冷却材導入管８が配設されている。
【００４８】
具体的に説明すると、第一実施例の冷却材導入管８は、図３，図６に示すように、一端が地上３０に配設された液体窒素３を貯蔵した冷却材源２０（貯蔵タンク２０）と連結され、他端が各区画部４ａに設けられた連通部１４を介して該区画部４ａ内に配設された構成としている。これにより、冷却材導入管８を介して液体窒素３が貯蔵タンク２０から各区画部４ａに充填される。
【００４９】
この冷却材導入管８は、各区画部４ａに夫々配設された構成としている。尚、この各区画部４ａに配設される冷却材導入管８の本数は必要に応じて適宜設計変更しても良い。
【００５０】
凍結管２の下端には、各区画部４ａからオーバーフローした液状冷却材３を流下管を介して貯める貯め部７が設けられている。
【００５１】
即ち、冷却材導入管８を介して区画部４ａに液体窒素３を過剰に導入した際、該過剰の液体窒素３が区画部４ａの連通部１４から内管１０内に流入し（オーバーフローし）、この内管１０に沿って流下して貯め部７に液体窒素３が貯められる。
【００５２】
つまり、内管１０を流下管とした構成としている。
【００５３】
具体的に説明すると、貯め部７は、凍結管２の下端部を外管９のみで形成することで構成されている。
【００５４】
即ち、外管９の下端に閉塞底板１７が設けられ、この外管９の下端側内部には内管９を設けず、区画部４ａから内管１０に沿って流下してくる液体窒素３を貯めることができるように形成された構成としている。
【００５５】
また、図３に示すように、この貯め部７にも冷却材導入管８が配設された構成としている。これにより、凍結管２の下端近傍の土壌１を凍結処理することができる。
【００５６】
第一実施例では貯め部７が設けられた構成としたが、貯め部７を設けない構成としても良く、この場合には、余分な液体窒素３は内管１０の底部に貯めることになる。
【００５７】
また、区画部に液体窒素を導入する際、余分な液体窒素が出ないように、区画部に液面センサーを設け、この液面センサーで液面高さを監視して液量を制御しても良い。
【００５８】
充填部４には、該充填部４に充填された液体窒素３が気化した気体を凍結管２外に排気する排気部６が設けられた構成としている。
【００５９】
即ち、冷却材導入管８を介して液体窒素３を区画部４ａに充填した際、この充填された液体窒素３が周囲の熱を吸収することで気化した気体は、区画部４ａの上部に設けた連通部１４を介して内管１０内に流入し、そのまま内管１０に沿って凍結管２上方に移動して該凍結管２の上端（前述のように内管上端は閉塞されていない）から凍結管２外へ排気される構成としている。
【００６０】
つまり、内管１０を排気部６とした構成としている。
【００６１】
即ち、上述の流下管は、複数の各区画部４ａ内の液体窒素３が気化した気体を排気する排気部６に兼用されている。
【００６２】
また、排気部６となる内管１０の一部若しくは全体が、液体は通過せしめず気体は通過せしめる選択的透過材料で形成された構成としている。
【００６３】
この選択的透過材料としては、防水透湿性素材（雨具などに使用されているもの）などが採用されている。即ち、無孔質であるが気体のみを分子レベルで通過可能な素材を採用しても良いし、多孔質であるが、液体を通過せしめない素材を採用しても良い。
【００６４】
これにより、区画部４ａに充填された液体窒素３が周囲の熱を吸収することで気化した際、該気体は区画部４ａの内壁の一部を形成する内管１０の一部若しくは全体から区画部４ａ外（内管１０内）に通気し、該内管１０内に通気された気体は内管１０に沿って凍結管２外へ排気される。
【００６５】
例えば、内管１０の連通部１４に選択的透過材料を配設することで、区画部４ａと内管１０とを通気可能な状態に構成しても良い。尚、この場合には、冷却材導入管８は前記選択的透過材料に適宜な挿通孔を設け、該挿通孔に挿通して配設する。
【００６６】
これにより、区画部４ａに液体窒素３を該区画部４ａの上端まで目一杯充填でき、液体窒素３が気化した気体だけを内管１０（排気部６）に導入して該気体を凍結管２外へ排気することができる。
【００６７】
また、例えば、内管１０の全体を選択的透過材料で形成しても良く、この場合には、例えば区画部４ａの下部で発生した液体窒素３が気化した気体を、該発生した部位の近傍の内管１０から直ぐにそのまま内管１０内に導入して該気体を凍結管２外へ排気することができる。
【００６８】
これにより、区画部４ａ内における液体窒素３中の該液体窒素３が気化した気体の量をより小さくすることができ、よって、秀れた冷却性を発揮することができる。
【００６９】
凍結管２には、該凍結管２近傍に存在する土壌１の温度を測定する温度センサー１２が備えられている。
【００７０】
即ち、温度センサー１２は、図３，図７に示すように、凍結管２近傍に並設された構成としている。尚、図７においては、丸印を凍結管２，三角印を温度センサー１２とした。
【００７１】
この温度センサー１２で、凍結管２近傍の土壌１の温度を測定して該土壌１の冷却度合いを確認しつつ凍結処理を行い、土壌１の凍結状態を確認する。
【００７２】
具体的に説明すると、温度センサー１２は、図３に示すように、土壌１の温度を読み取るセンサー体１２ａが区画部４ａの上下方向の形成間隔と略同じ間隔に配設された構成としている。
【００７３】
これにより、各区画部４ａ近傍の土壌１毎にその温度を測定することができ、この測定した土壌１の温度に応じて各区画部４ａ内に充填する液体窒素３の充填量を調整することができる。
【００７４】
即ち、例えば、地盤の深さによって土壌１の状態が水分量の違い等で異なる場合に、ある所定部位の区画部４ａ近傍の土壌１が先に凍結し、その他の区画部４ａ近傍の土壌１が凍結されてないことを温度センサー１２で確認できるため、先に凍結した土壌１近傍の区画部４ａへの液体窒素３の充填量を抑え、凍結されていない土壌１近傍の区画部４ａへの液体窒素３の充填を継続することが容易に行えることになり、これにより、必要箇所へ必要量の液体窒素３を充填して土壌１を効率良く凍結処理することが可能となるため、土壌１の凍結作業を従来に比して少量の液体窒素３でコスト安に行え、しかも、凍結ムラが生ぜず土壌１を均一な状態で凍結処理して横穴の掘削作業をスムーズに行い得る状態とすることができる。
【００７５】
冷却材源２０となる貯蔵タンク２０は、前記温度センサー１２からの信号により液体窒素３の供給作動を行うように構成されている。
【００７６】
即ち、温度センサー１２が液体窒素３を供給すべき信号を貯蔵タンク２０若しくは該貯蔵タンク２０に付設した機器に送ることで、液体窒素３の供給量を調節するバルブ等の調節手段１８を自動作動させ、これにより、区画部４ａ若しくは貯め部７への液体窒素３の充填量を自動調整し得るように構成されている。
【００７７】
また、区画部４ａ若しくは貯め部７に、前述のように、該区画部４ａ若しくは貯め部７に充填された液体窒素３の液面の高さを計測する液面センサーを設け（図示省略）、この液面センサーの信号により、区画部４ａ若しくは貯め部７への液体窒素３の供給量を自動調整し得るように構成しても良い。
【００７８】
尚、終端縦穴に凍結処理を施す場合には、本実施例と同様である。
【００７９】
第一実施例によれば、縦穴２１近傍にして横穴を掘削しようとする部位Ａ（図７参照）に凍結管２及び温度センサー１２を鉛直方向に埋設し、該埋設した凍結管２の各区画部４ａ及び貯め部７に、温度センサー１２からの信号に基づいて貯蔵タンク２０から冷却材導入管８を介して液体窒素３を導入することで、該液体窒素３の冷却作用により区画部４ａ及び貯め部７近傍の土壌１を凍結処理する。
【００８０】
区画部４ａへ液体窒素３が導入され、該液体窒素３の液面が区画部４ａの上部に設けた連通部１４形成位置に達し該液体窒素３がオーバーフローすると、この液体窒素３が内管１０（流下管）内に沿って流下し、該流下した液体窒素３は、凍結管２の下端を構成する貯め部７内に貯められる。
【００８１】
一方、各区画部４ａ及び貯め部７に導入された液体窒素３のうち、該液体窒素３が気化した気体は、各区画部４ａの上部に設けた連通部１４から内管１０（排気部６）内に導入されて該内管１０（排気部６）に沿って上昇し、該上昇した気体は、凍結管２の上端から該凍結管２外へ排気される。
【００８２】
また、各区画部４ａ及び貯め部位７への液体窒素３の導入は、凍結管２の近傍に備えらえた温度センサー１２から得られる信号に基づいて行われ、例えば先に凍結した土壌１近傍に位置する区画部４ａには液体窒素３の充填量を少なめに制御し、凍結していない土壌１近傍に位置する区画部４ａには液体窒素３の充填を多い状態に保持する。
【００８３】
第一実施例は上述のように構成したから、凍結させたい箇所の土壌をムラなく均一に効率良く凍結処理することができ、即ち、冷却速度が早い上に土壌を良好に凍結させてスムーズな掘削作業を実現可能とする極めて実用性に秀れた画期的な凍結処理に用いる凍結管の技術となる。
【００８４】
即ち、凍結管２の区画部４ａ及び貯め部７で気化した液体窒素３は、液体窒素３中を凍結管２の上方まで上昇移動して凍結管２外へ排気されるのではなく、区画部４ａから内管１０（排気部６）内に導入されて該内管１０を介して凍結管２の上部から該凍結管２外へ排気されるため、凍結管２の上方に向かうほど液体窒素３中の該液体窒素３が気化した気体の割合が高くなる事態は生じず、即ち、液体窒素３を充填した充填部４の温度を安定した低温状態に保つことができ、これにより、凍結管２の上部と下部とに生じる温度差を可及的に小さくでき、よって、土壌１をムラなく凍結処理することができる。
【００８５】
これにより、冷却速度が早い上に土壌を均一な固さで凍結させてスムーズな掘削作業を実現することができる。
【００８６】
また、充填部４は、凍結管２の深さ方向の所定長さごとに縦区画された複数の区画部４ａから構成されているため、液体窒素３が気化した気体が液体窒素３中を上昇移動する移動距離を短く設定することができ、これにより、土壌１を一層均一に効率良く凍結処理することができる。
【００８７】
また、充填部４が、縦区画された複数の区画部４ａから構成されていることで、たとえ土壌１に凍結ムラが生じようとしても、凍結処理されていない部位にあたる区画部４ａに液体窒素３の導入を維持し、その他の区画部４ａへの液体窒素３の導入を抑制することで、土壌１をより一層効率良く均一な状態に凍結処理することができる。
【００８８】
これにより、液体窒素３の使用量の無駄を省くことができ、よって、コスト安に土壌１の凍結処理を効率良く行うことができる。
【００８９】
また、凍結管２の下端には、貯め部７が設けられているため、各区画部４ａから液体窒素３をオーバーフローさせることができ、これにより、区画部４ａの上部まで十分に液体窒素３を充填して秀れた冷却性を発揮でき、また、区画部４ａからオーバーフローした液体窒素３が貯め部７に貯められることで、前記オーバーフローした液体窒素３を無駄にすることなく土壌１の凍結処理に有効利用することができる。
【００９０】
また、複数の各区画部４ａには、液体窒素３を導入する冷却材導入管８が配設されているため、前記温度センサー１２の信号により、区画部４ａ毎に所望する量の液体窒素３を導入して土壌１をより一層効率良く均一に冷却処理することができる。
【００９１】
また、流下管は、複数の各区画部４ａ内の液体窒素３が気化した気体を排気する排気部６に兼用されているため、土壌１を効率良く均一に冷却処理することが可能な凍結管２を、複雑な構成ではなく簡易な構成により製作することができる。
【００９２】
また、凍結管２は外管９と内管１０とから成る二重構造であり、区画部４ａは外管９と内管１０との間に設けられ、内管１０が前記排気部６に設定されているため、上記の作用効果を確実に発揮できる凍結管２をより一層容易に設計実現することができる。
【００９３】
また、排気部６（内管１０）の一部若しくは全体が、液体は通過せしめず気体は通過せしめる選択的透過材料で形成された構成とすることで、液体窒素３を区画部４ａに良好に充填保持した状態で、液体窒素３が気化した気体だけを内管１０内に通気して凍結管２外へ排気することができる。
【００９４】
また、凍結管２には、該凍結管２近傍に存在する土壌１の温度を測定する温度センサー１２が設けられているため、各区画部４ａ及び貯め部７への冷却材導入管８を介しての液体窒素３の導入を、該温度センサー１２の信号により調整制御することができ、これにより、土壌１に凍結ムラが生じようとしても、冷却が過剰な部位近傍の区画部４ａには液体窒素３の導入量を抑制し、冷却が足りない部位近傍の区画部４ａには液体窒素３の導入を維持若しくは過剰とすることができることで、土壌１の凍結状態を均一化することができ、よって、該土壌１の凍結ムラの発生を一層良好に防止することができる。
【００９５】
また、温度センサー１２は、各区画部４ａの近傍に存在する土壌１の温度を測定し得るように、該区画部４ａの形成間隔と略同じ間隔に土壌１の温度を測定するセンサー体１２ａが設けられているため、各区画部４ａ及び貯め部７近傍の土壌１ごとの温度を測定することができ、これにより、土壌１を深さ方向所定長さごとに温度を測定しつつ区画部４ａ及び貯め部７への液体窒素３の充填量を調整して該土壌１をより凍結ムラが生じにくい状態で凍結処理することができる。
【００９６】
また、冷却材導入管８は液体窒素３を貯蔵する貯蔵タンク２０と連結され、該貯蔵タンク２０は前記温度センサー１２からの信号により液体窒素３の供給作動を行うようにしているため、該温度センサー１２の信号により各区画部４ａ及び貯め部７への液体窒素３の充填量を自動調整制御して土壌１の均一な凍結処理を自動で行うことができる。
【００９７】
尚、第一実施例では、外管９と内管１０とを設けた二重構造としたが、これに限らず、一重構造の凍結管に縦方向（長さ方向）に中仕切りを設け、この中仕切りで仕切られた凍結管の一方にを充填部とし、他方を排気部とし、充填部となる凍結管の一方に液体窒素を充填し、排気部となる凍結管の他方から前記液体窒素が気化した気体を排気するような構造としても良い。
【００９８】
第二実施例
第二実施例は、凍結管２の各区画部４ａ及び貯め部７に液体窒素３を導入する冷却材導入管８の配設状態に関する別例を示すものである。
【００９９】
第二実施例の凍結管２は、図８に示すように、液体窒素３が充填される区画部４ａのうち、一番上の区画部４ａに、一端が地上３０に配設された貯蔵タンク２０と連結された冷却材導入管８の他端が配設された構成としている。
【０１００】
また、第二実施例は、上下位置関係にある区画部４ａが、冷却材導入管８を介して連結された構成としている。
【０１０１】
具体的には、冷却材導入管８は、上方に位置する区画部４ａの上端部近傍から、前記仕切壁１３を介して下方に位置する区画部４ａの下部まで配設された構成としている。
【０１０２】
また、冷却材導入管８は、凍結管２の下端部において、貯め部７と該貯め部７の上方に位置する区画部４ａとを、前記仕切壁１３を介して連結した構成としている。
【０１０３】
尚、図９は、図８における凍結管２のＤ−Ｄ断面を示す説明平断面図、図１０は、図８における凍結管２のＥ−Ｅ断面図である。
【０１０４】
第二実施例によれば、先ず、貯蔵タンク２０から前記一番上の区画部４ａに液体窒素３を導入（充填）し、該導入により、液体窒素３の液面が上昇して該液面が、前記上下位置関係にある区画部４ａを連結する冷却材導入管８の上端部に達すると、該液体窒素３は該冷却材導入管８を介してひとつ下に位置する区画部４ａ内に導入される。
【０１０５】
そして、下方に位置する区画部４ａ内に充填された液体窒素３が、該下方に位置する区画部４ａと、更にその下方に位置する区画部４ａとを連結する冷却材導入管８の上端部に達すると、該冷却材導入管８を介して更にその下方に位置する区画部４ａ内に液体窒素３が導入される。
【０１０６】
凍結管２の下端部に達した液体窒素３は前記貯め部７に貯められる。
【０１０７】
このように、液体窒素３は、冷却材導入管８を介して順次凍結管２の下方に向けて各区画部４ａに導入される。
【０１０８】
また、各区画部４ａからオーバーフローした液体窒素３は、第一実施例と同様、流下管を介して貯め部７に貯められる。
【０１０９】
第二実施例は上述のように構成したから、各区画部４ａ及び貯め部７並びに貯蔵タンク２０を冷却材導入管８により連結する必要がないため、第一実施例に比して簡易に凍結管２を製作することができる。
【０１１０】
また、貯蔵タンク２０から充填部４への液体窒素３の充填は、一本の冷却材導入管８を介して行われるため、貯蔵タンク２０から該冷却材導入管８への液体窒素３の供給機構を、第一実施例に比して簡易に形成することができる。
【０１１１】
尚、その余の構成，作用，効果は、第一実施例と同様である。
【０１１２】
第三実施例
第三実施例は、凍結管２の各区画部４ａ及び貯め部７に液体窒素３を導入する冷却材導入管８の配設状態に関する別例を示すものである。
【０１１３】
第三実施例の凍結管２には、図１１に示すように、液体窒素３が充填される区画部４ａのうち、一番上の区画部４ａに、一端が地上３０に配設された貯蔵タンク２０に連結された冷却材導入管８の他端が配設された構成としている。
【０１１４】
また、上下位置関係にある区画部４ａが、冷却材導入管８を介して連結された構成としている。
【０１１５】
具体的には、第三実施例では、上下位置関係にある区画部４ａを連結する冷却材導入管８は、一端が上方に位置する区画部４ａの内管９上外面部に付設され、この内管９上面部に付設された冷却材導入管９は、内管１０内を通り、前記連通部１４を介して下方に位置する区画部４ａの下部まで配設された構成としている。
【０１１６】
また、冷却材導入管８は、凍結管２の下端部において、貯め部７と該貯め部７の上方に位置する区画部４ａとを連結した構成としている。
【０１１７】
尚、図１２は、図１１におけるＦ−Ｆ断面を示す平断面図、図１３は、図１１におけるＧ−Ｇ断面を示す平断面図である。
【０１１８】
第三実施例は上述のように構成したから、上下位置関係にある区画部４ａを冷却材導入管８で連結する際に、該冷却材導入管８を仕切壁１３を介さずに連結できるため、冷却材導入管を仕切壁に液体窒素の漏れが生じないように該冷却材導入管と該仕切壁とを溶接する等の加工を行う必要がなく、よって、上下位置関係にある区画部４ａを連結する冷却材導入管８を簡易に配設することができる。
【０１１９】
尚、その余の構成，作用，効果は、第一実施例と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例の凍結管を示す説明断面図である。
【図２】従来例の凍結管を示す説明断面図である。
【図３】第一実施例の凍結管及び温度センサーを示す説明断面図である。
【図４】図３における凍結管のＢ−Ｂ断面を示す説明平断面図である。
【図５】図３における凍結管のＣ−Ｃ断面を示す説明平断面図である。
【図６】第一実施例の要部を示す拡大説明斜視図である。
【図７】第一実施例の使用状態を示す説明平面図である。
【図８】第二実施例の凍結管を示す説明断面図である。
【図９】図８における凍結管のＤ−Ｄ断面を示す説明平断面図である。
【図１０】図８における凍結管のＥ−Ｅ断面を示す説明平断面図である。
【図１１】第三実施例の凍結管を示す説明断面図である。
【図１２】図１１における凍結管のＦ−Ｆ断面を示す説明平断面図である。
【図１３】図１１における凍結管のＧ−Ｇ断面を示す説明平断面図である。
【符号の説明】１ 土壌
２ 凍結管
３ 液状冷却材
４ 充填部
４ａ 区画部４ａ
６ 排気部
８ 冷却材導入管
９ 外管
１０ 内管
１２ 温度センサー
２０ 冷却材源
【発明の属する技術分野】
本発明は、土壌を凍結する凍結処理に用いる凍結管及び凍結管を用いた凍結工法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
例えば、地中に水道管やガス管等の配管を埋設する場合、地上の交通を阻害したり、地上の建物を除去したりすることなく、配管を埋設するために、配管を埋設したい部位の両端部位に終端縦穴及び始端縦穴を掘削し、該掘削した終端縦穴及び始端縦穴間に横穴を掘削しつつ、この横穴に水道管やガス管等の配管を配設する方法（推進工法）がある。
【０００３】
この推進工法について更に説明すれば、始端縦穴を掘削する地面所定部位に、該所定部位を囲繞するように矢板を所定深さ打ち込み、続いて、この矢板内の土壌を矢板外に除去していくことで始端縦穴を掘削し、該始端縦穴の所定深さの位置の矢板を切断除去し、この矢板を除去した部位から、終端縦穴に向けて掘削機等により横穴を掘削しつつ、該横穴に配管を配設していく。
【０００４】
ところで、始端縦穴から横穴を掘削する際、始端縦穴の周囲に配設した矢板を切断除去すると、土壌はある程度の水分を含んだ状態となっている等して崩れ易い為、該切断除去した瞬間に始端縦穴内に土壌が一気に流れ込んできてしまう。
【０００５】
そのため、始端縦穴を掘削した後、横穴を掘削する際には矢板を切断する前に、予め横穴を切削しようとする部位（上記矢板近傍部位）の土壌を凍結処理して固まらせ、矢板を切断除去しても始端縦穴内に土壌が流れ込まない状態としてから、該矢板を切断除去し横穴を掘削している。
【０００６】
具体的に説明すると、始端縦穴を掘削後、該始端縦穴（矢板）近傍にして横穴を掘削しようとする部位に凍結管３２を埋設し（図１参照）、続いて、該凍結管３２内に液体窒素を充填し、該液体窒素の冷却作用によって凍結管３２の近傍の土壌３１を凍結させて固まらせた後、横穴の掘削を行っている。尚、図中符号３５は、地上から熱が流入するのを防ぎ、冷却を効率的に行うため断熱材である。
【０００７】
ところで、液体窒素の沸点は非常に低い（およそ−１９６℃）ため、凍結管３２内に液体窒素を充填すると、該液体窒素は周囲の熱を吸収し直ちに気化する。
【０００８】
即ち、液体窒素は凍結管３２内において常に気化した状態であり、この気化した窒素は、凍結管３２内の液体窒素中を上方向に移動して凍結管３２の上部から凍結管３２外に自然放出される。
【０００９】
従って、凍結管内は、上方ほど気化した窒素の割合が多い状態であるために、凍結管の上部は下部に比して冷却作用が劣るという問題点を有する。
【００１０】
よって、凍結させたい土壌部位の上部と下部とで凍結ムラが生じ、該凍結ムラが生じることで、土壌の固さにムラが生じてスムーズな掘削作業が極めて行いにくく、前記土壌を全体的に均一な固さに凍結しようとすれば、該土壌を凍結するまでに時間がかかり、これに伴い、使用する液体窒素の量も増加することから、施工費用がかさむことにもなっていた。
【００１１】
一方、土壌を凍結させる方法として、不凍液（塩化カルシウム溶液）を地中に配設した凍結管３２内（図２参照）に循環させて該凍結管３２近傍の土壌３１を凍結させる方法も提案されてはいるが、該不凍液は、当然ながら液体窒素に比べて冷却温度が高いため、土壌３１が凍結するまでに非常に時間がかかり、それに応じて施工費用もかかるという問題点を有する。
【００１２】
本発明は、凍結させたい箇所の土壌をムラなく均一に効率良く凍結処理することができ、冷却速度が早い上に土壌を良好に凍結させてスムーズな掘削作業を可能とする極めて実用性に秀れた凍結処理に用いる凍結管を提供するものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
添付図面を参照して本発明の要旨を説明する。
【００１４】
土壌１を凍結処理する際に使用される凍結管であって、凍結管２には、土壌１を凍結させるための液状冷却材３が充填される充填部４が設けられ、この充填部４は、凍結管２の深さ方向所定長で区画された複数の区画部４ａから構成されるものであり、この各区画部４ａには該区画部４ａに充填された液状冷却材３が気化した気体を凍結管２外に排気する排気部６が設けられていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００１５】
また、請求項１記載の凍結処理に用いる凍結管において、凍結管２は外管９と内管１０とから成る二重構造であり、内管１０が前記排気部６に設定されていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００１６】
また、請求項１，２いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、複数の各区画部４ａには液状冷却材３を導入する冷却材導入管８が配設されていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００１７】
また、請求項１〜３いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、各区画部４ａには、排気部６と連通する連通部１４が設けられていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００１８】
また、請求項２〜４いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、区画部４ａは外管９と内管１０との間に設けられていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００１９】
また、請求項１〜５いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、区画部４ａの一部若しくは全体が、液体は通過せしめず気体は通過せしめる選択的透過材料で形成されていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００２０】
また、請求項１〜６いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、凍結管２には、該凍結管２近傍に存在する土壌１の温度を測定する温度センサー１２が設けられていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００２１】
また、請求項１〜７いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、区画部４ａには、区画部４ａに充填された液状冷却材３の液面高さを測定する液面センサーが設けられていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００２２】
また、請求項８記載の凍結処理に用いる凍結管において、冷却材導入管８は冷却材源２０と連結され、冷却材源２０は前記温度センサー１２若しくは前記液面センサーからの信号により供給作動をするように構成されていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管に係るものである。
【００２３】
また、請求項１〜９いずれか１項に記載の凍結管２を用いた凍結工法であって、土壌１の所定部位を掘削する際に、該掘削する部位若しくは該掘削する部位近傍に凍結管２を配設し、続いて、該凍結管２に設けた充填部４に土壌１を凍結させるための液状冷却材３を充填し、前記土壌１を凍結処理することを特徴とする凍結管を用いた凍結工法に係るものである。
【００２４】
また、請求項１０記載の凍結管を用いた凍結工法において、始端縦穴２１及び終端縦穴間に横穴を掘削しつつ該横穴に配管する推進工法における該横穴の掘削開始の際に使用されることを特徴とする凍結管を用いた凍結工法に係るものである。
【００２５】
【発明の作用及び効果】
土壌１に凍結管２を配設し、該凍結管２に設けられ該凍結管２の深さ方向所定長で区画された複数の区画部４ａに土壌１を凍結させるための液状冷却材３を充填すると、区画部４ａに充填された液状冷却材３が周囲の熱を吸収することで該液状冷却材３は気化し（冷却作用を発揮し）、よって、凍結管２近傍の土壌１が凍結処理されることになる。
【００２６】
この際、区画部４ａは凍結管２の深さ方向所定長で区画されているから、各区画部４ａの上部においては液状冷却材３の冷却作用は劣るが、凍結管２全体としては凍結管２の上部の冷却作用が劣ることはない。
【００２７】
従って、凍結管２の上部と下部とに生じる温度差を可及的に小さくでき、よって、土壌１をムラなく凍結処理することができる。
【００２８】
これにより、冷却速度が早い上に土壌を良好に凍結させてスムーズな掘削作業を実現することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
図面は本発明の一実施例を図示したものであり、以下に説明する。
【００３０】
第一実施例乃至第三実施例は、地上の交通を阻害したり、地上の建物を除去したりすることなく、地中に水道管やガス管等の配管を埋設するために、配管を埋設したい部位の両端部位に終端縦穴及び始端縦穴を掘削し、該掘削した終端縦穴及び始端縦穴間に横穴を掘削しつつ、この横穴に水道管やガス管等の配管を配設する方法（推進工法）において、所定距離離れた終端縦穴及び始端縦穴２１間に配管を配設するための横穴を掘削するために該始端縦穴２１に配設された矢板２２を切断除去した際、この除去した部位から該始端縦穴２１内に土壌１が流れ込むことを阻止すべく、横穴を掘削しようとする部位Ａ（横穴掘削予定部Ａ）の土壌１若しくはその近傍の土壌１を凍結させる際に該土壌１に鉛直方向に埋設して使用する凍結管２に関するものである。
【００３１】
第一実施例
第一実施例は、凍結管２内に複数設けられた充填部４の夫々に、液状冷却材３を冷却材源２０から冷却材導入管８を介して直接供給するタイプの凍結管２に関するものである。
【００３２】
尚、液状冷却材３としては、液体窒素３が採用されている。
【００３３】
凍結管２は、図１に示すように、外管９と内管１０とから成る二重構造で形成され、この外管９と内管１０との間には、土壌１を凍結させるための液状冷却材３（液体窒素３）が充填される充填部４が設けられた構成としている。
【００３４】
この充填部４は、凍結管２の深さ方向所定長で区画された複数の区画部４ａが縦方向（上下方向）に並設された構成である。
【００３５】
具体的に説明すると、区画部４ａは、図３，図６に示すように、外管９と内管１０との間の深さ方向に所定間隔を置いて仕切壁１３が複数設けられ、この仕切壁１３によって仕切られた外管９と内管１０との間が区画部４ａに設定されている。
【００３６】
１つの区画部４ａを縦方向の壁で区画しても良い。これにより、液体窒素３の冷却作用を発揮し得る箇所を凍結管２の所定の側面部に限定（即ち、例えば、凍結管を平面から見て右側面のみに液体窒素を充填することで液体窒素の冷却作用を発揮し得る箇所を限定）して凍結を行う等の細かい管理が可能となり、また、凍結管が斜め方向や水平方向に配設されても土壌の良好な凍結処理を行うことができる。
【００３７】
また、第一実施例では、外管９と内管１０との間に充填部４（区画部４ａ）を設けた構成としているが、内管１０内を前記充填部４（区画部４ａ）とした構成としても良い。この場合には、外管９と内管１０との間に、内管１０内に充填された液体窒素の熱を外管９に伝えるための媒体（例えば冷却材）を配設すると良い。
【００３８】
また、図４は、図３における凍結管２のＢ−Ｂ断面を示す平断面図、図５は、図３における凍結管２のＣ−Ｃ断面を示す平断面図である。
【００３９】
区画部４ａの上部には、該区画部４ａ内と内管１０内とを連通状態とする連通部１４が設けられている。
【００４０】
この連通部１４は、区画部４ａを構成する内管１０の上部を切り欠いて構成している。
【００４１】
更に具体的には、この連通部１４は、図６に示すように、内管１０の上部を周方向に所定高さで切り欠くことで形成される。
【００４２】
尚、第一実施例では、連通部１４は内管１０の所定位置において該内管１０を周方向にすべて切欠することで形成された構成としているが、この連通部１４は、区画部４ａと内管１０内とを連通状態とし得る構成のものであれば良く、例えば内管１０に連通孔を周方向所定間隔で複数形成された構成としても良い。
【００４３】
また、区画部４ａの形成長さは、必要に応じて適宜設計変更し得るものであるが、液体窒素３を十分に充填保持でき、且つ、液体窒素３が充填された区画部４ａの上部と下部とで液体窒素３の量と該液体窒素３が気化した気体の量との割合にあまり差が生じない長さに設定すると良い。
【００４４】
また、凍結管２の上端部から所定深さ位置までは、断熱材１５が配設されている。これは、地上から熱が流入することを防ぎ、土壌１の凍結処理を効率的に行うために配設されるものである。
【００４５】
また、この断熱材１５の配設長さは、凍結処理する土壌１の深さに応じて適宜設定変更し得るように構成している。
【００４６】
尚、凍結管２の上端は、内管１０を除いて蓋体１６により閉塞されている。
【００４７】
複数の各区画部４ａには液体窒素３を導入する冷却材導入管８が配設されている。
【００４８】
具体的に説明すると、第一実施例の冷却材導入管８は、図３，図６に示すように、一端が地上３０に配設された液体窒素３を貯蔵した冷却材源２０（貯蔵タンク２０）と連結され、他端が各区画部４ａに設けられた連通部１４を介して該区画部４ａ内に配設された構成としている。これにより、冷却材導入管８を介して液体窒素３が貯蔵タンク２０から各区画部４ａに充填される。
【００４９】
この冷却材導入管８は、各区画部４ａに夫々配設された構成としている。尚、この各区画部４ａに配設される冷却材導入管８の本数は必要に応じて適宜設計変更しても良い。
【００５０】
凍結管２の下端には、各区画部４ａからオーバーフローした液状冷却材３を流下管を介して貯める貯め部７が設けられている。
【００５１】
即ち、冷却材導入管８を介して区画部４ａに液体窒素３を過剰に導入した際、該過剰の液体窒素３が区画部４ａの連通部１４から内管１０内に流入し（オーバーフローし）、この内管１０に沿って流下して貯め部７に液体窒素３が貯められる。
【００５２】
つまり、内管１０を流下管とした構成としている。
【００５３】
具体的に説明すると、貯め部７は、凍結管２の下端部を外管９のみで形成することで構成されている。
【００５４】
即ち、外管９の下端に閉塞底板１７が設けられ、この外管９の下端側内部には内管９を設けず、区画部４ａから内管１０に沿って流下してくる液体窒素３を貯めることができるように形成された構成としている。
【００５５】
また、図３に示すように、この貯め部７にも冷却材導入管８が配設された構成としている。これにより、凍結管２の下端近傍の土壌１を凍結処理することができる。
【００５６】
第一実施例では貯め部７が設けられた構成としたが、貯め部７を設けない構成としても良く、この場合には、余分な液体窒素３は内管１０の底部に貯めることになる。
【００５７】
また、区画部に液体窒素を導入する際、余分な液体窒素が出ないように、区画部に液面センサーを設け、この液面センサーで液面高さを監視して液量を制御しても良い。
【００５８】
充填部４には、該充填部４に充填された液体窒素３が気化した気体を凍結管２外に排気する排気部６が設けられた構成としている。
【００５９】
即ち、冷却材導入管８を介して液体窒素３を区画部４ａに充填した際、この充填された液体窒素３が周囲の熱を吸収することで気化した気体は、区画部４ａの上部に設けた連通部１４を介して内管１０内に流入し、そのまま内管１０に沿って凍結管２上方に移動して該凍結管２の上端（前述のように内管上端は閉塞されていない）から凍結管２外へ排気される構成としている。
【００６０】
つまり、内管１０を排気部６とした構成としている。
【００６１】
即ち、上述の流下管は、複数の各区画部４ａ内の液体窒素３が気化した気体を排気する排気部６に兼用されている。
【００６２】
また、排気部６となる内管１０の一部若しくは全体が、液体は通過せしめず気体は通過せしめる選択的透過材料で形成された構成としている。
【００６３】
この選択的透過材料としては、防水透湿性素材（雨具などに使用されているもの）などが採用されている。即ち、無孔質であるが気体のみを分子レベルで通過可能な素材を採用しても良いし、多孔質であるが、液体を通過せしめない素材を採用しても良い。
【００６４】
これにより、区画部４ａに充填された液体窒素３が周囲の熱を吸収することで気化した際、該気体は区画部４ａの内壁の一部を形成する内管１０の一部若しくは全体から区画部４ａ外（内管１０内）に通気し、該内管１０内に通気された気体は内管１０に沿って凍結管２外へ排気される。
【００６５】
例えば、内管１０の連通部１４に選択的透過材料を配設することで、区画部４ａと内管１０とを通気可能な状態に構成しても良い。尚、この場合には、冷却材導入管８は前記選択的透過材料に適宜な挿通孔を設け、該挿通孔に挿通して配設する。
【００６６】
これにより、区画部４ａに液体窒素３を該区画部４ａの上端まで目一杯充填でき、液体窒素３が気化した気体だけを内管１０（排気部６）に導入して該気体を凍結管２外へ排気することができる。
【００６７】
また、例えば、内管１０の全体を選択的透過材料で形成しても良く、この場合には、例えば区画部４ａの下部で発生した液体窒素３が気化した気体を、該発生した部位の近傍の内管１０から直ぐにそのまま内管１０内に導入して該気体を凍結管２外へ排気することができる。
【００６８】
これにより、区画部４ａ内における液体窒素３中の該液体窒素３が気化した気体の量をより小さくすることができ、よって、秀れた冷却性を発揮することができる。
【００６９】
凍結管２には、該凍結管２近傍に存在する土壌１の温度を測定する温度センサー１２が備えられている。
【００７０】
即ち、温度センサー１２は、図３，図７に示すように、凍結管２近傍に並設された構成としている。尚、図７においては、丸印を凍結管２，三角印を温度センサー１２とした。
【００７１】
この温度センサー１２で、凍結管２近傍の土壌１の温度を測定して該土壌１の冷却度合いを確認しつつ凍結処理を行い、土壌１の凍結状態を確認する。
【００７２】
具体的に説明すると、温度センサー１２は、図３に示すように、土壌１の温度を読み取るセンサー体１２ａが区画部４ａの上下方向の形成間隔と略同じ間隔に配設された構成としている。
【００７３】
これにより、各区画部４ａ近傍の土壌１毎にその温度を測定することができ、この測定した土壌１の温度に応じて各区画部４ａ内に充填する液体窒素３の充填量を調整することができる。
【００７４】
即ち、例えば、地盤の深さによって土壌１の状態が水分量の違い等で異なる場合に、ある所定部位の区画部４ａ近傍の土壌１が先に凍結し、その他の区画部４ａ近傍の土壌１が凍結されてないことを温度センサー１２で確認できるため、先に凍結した土壌１近傍の区画部４ａへの液体窒素３の充填量を抑え、凍結されていない土壌１近傍の区画部４ａへの液体窒素３の充填を継続することが容易に行えることになり、これにより、必要箇所へ必要量の液体窒素３を充填して土壌１を効率良く凍結処理することが可能となるため、土壌１の凍結作業を従来に比して少量の液体窒素３でコスト安に行え、しかも、凍結ムラが生ぜず土壌１を均一な状態で凍結処理して横穴の掘削作業をスムーズに行い得る状態とすることができる。
【００７５】
冷却材源２０となる貯蔵タンク２０は、前記温度センサー１２からの信号により液体窒素３の供給作動を行うように構成されている。
【００７６】
即ち、温度センサー１２が液体窒素３を供給すべき信号を貯蔵タンク２０若しくは該貯蔵タンク２０に付設した機器に送ることで、液体窒素３の供給量を調節するバルブ等の調節手段１８を自動作動させ、これにより、区画部４ａ若しくは貯め部７への液体窒素３の充填量を自動調整し得るように構成されている。
【００７７】
また、区画部４ａ若しくは貯め部７に、前述のように、該区画部４ａ若しくは貯め部７に充填された液体窒素３の液面の高さを計測する液面センサーを設け（図示省略）、この液面センサーの信号により、区画部４ａ若しくは貯め部７への液体窒素３の供給量を自動調整し得るように構成しても良い。
【００７８】
尚、終端縦穴に凍結処理を施す場合には、本実施例と同様である。
【００７９】
第一実施例によれば、縦穴２１近傍にして横穴を掘削しようとする部位Ａ（図７参照）に凍結管２及び温度センサー１２を鉛直方向に埋設し、該埋設した凍結管２の各区画部４ａ及び貯め部７に、温度センサー１２からの信号に基づいて貯蔵タンク２０から冷却材導入管８を介して液体窒素３を導入することで、該液体窒素３の冷却作用により区画部４ａ及び貯め部７近傍の土壌１を凍結処理する。
【００８０】
区画部４ａへ液体窒素３が導入され、該液体窒素３の液面が区画部４ａの上部に設けた連通部１４形成位置に達し該液体窒素３がオーバーフローすると、この液体窒素３が内管１０（流下管）内に沿って流下し、該流下した液体窒素３は、凍結管２の下端を構成する貯め部７内に貯められる。
【００８１】
一方、各区画部４ａ及び貯め部７に導入された液体窒素３のうち、該液体窒素３が気化した気体は、各区画部４ａの上部に設けた連通部１４から内管１０（排気部６）内に導入されて該内管１０（排気部６）に沿って上昇し、該上昇した気体は、凍結管２の上端から該凍結管２外へ排気される。
【００８２】
また、各区画部４ａ及び貯め部位７への液体窒素３の導入は、凍結管２の近傍に備えらえた温度センサー１２から得られる信号に基づいて行われ、例えば先に凍結した土壌１近傍に位置する区画部４ａには液体窒素３の充填量を少なめに制御し、凍結していない土壌１近傍に位置する区画部４ａには液体窒素３の充填を多い状態に保持する。
【００８３】
第一実施例は上述のように構成したから、凍結させたい箇所の土壌をムラなく均一に効率良く凍結処理することができ、即ち、冷却速度が早い上に土壌を良好に凍結させてスムーズな掘削作業を実現可能とする極めて実用性に秀れた画期的な凍結処理に用いる凍結管の技術となる。
【００８４】
即ち、凍結管２の区画部４ａ及び貯め部７で気化した液体窒素３は、液体窒素３中を凍結管２の上方まで上昇移動して凍結管２外へ排気されるのではなく、区画部４ａから内管１０（排気部６）内に導入されて該内管１０を介して凍結管２の上部から該凍結管２外へ排気されるため、凍結管２の上方に向かうほど液体窒素３中の該液体窒素３が気化した気体の割合が高くなる事態は生じず、即ち、液体窒素３を充填した充填部４の温度を安定した低温状態に保つことができ、これにより、凍結管２の上部と下部とに生じる温度差を可及的に小さくでき、よって、土壌１をムラなく凍結処理することができる。
【００８５】
これにより、冷却速度が早い上に土壌を均一な固さで凍結させてスムーズな掘削作業を実現することができる。
【００８６】
また、充填部４は、凍結管２の深さ方向の所定長さごとに縦区画された複数の区画部４ａから構成されているため、液体窒素３が気化した気体が液体窒素３中を上昇移動する移動距離を短く設定することができ、これにより、土壌１を一層均一に効率良く凍結処理することができる。
【００８７】
また、充填部４が、縦区画された複数の区画部４ａから構成されていることで、たとえ土壌１に凍結ムラが生じようとしても、凍結処理されていない部位にあたる区画部４ａに液体窒素３の導入を維持し、その他の区画部４ａへの液体窒素３の導入を抑制することで、土壌１をより一層効率良く均一な状態に凍結処理することができる。
【００８８】
これにより、液体窒素３の使用量の無駄を省くことができ、よって、コスト安に土壌１の凍結処理を効率良く行うことができる。
【００８９】
また、凍結管２の下端には、貯め部７が設けられているため、各区画部４ａから液体窒素３をオーバーフローさせることができ、これにより、区画部４ａの上部まで十分に液体窒素３を充填して秀れた冷却性を発揮でき、また、区画部４ａからオーバーフローした液体窒素３が貯め部７に貯められることで、前記オーバーフローした液体窒素３を無駄にすることなく土壌１の凍結処理に有効利用することができる。
【００９０】
また、複数の各区画部４ａには、液体窒素３を導入する冷却材導入管８が配設されているため、前記温度センサー１２の信号により、区画部４ａ毎に所望する量の液体窒素３を導入して土壌１をより一層効率良く均一に冷却処理することができる。
【００９１】
また、流下管は、複数の各区画部４ａ内の液体窒素３が気化した気体を排気する排気部６に兼用されているため、土壌１を効率良く均一に冷却処理することが可能な凍結管２を、複雑な構成ではなく簡易な構成により製作することができる。
【００９２】
また、凍結管２は外管９と内管１０とから成る二重構造であり、区画部４ａは外管９と内管１０との間に設けられ、内管１０が前記排気部６に設定されているため、上記の作用効果を確実に発揮できる凍結管２をより一層容易に設計実現することができる。
【００９３】
また、排気部６（内管１０）の一部若しくは全体が、液体は通過せしめず気体は通過せしめる選択的透過材料で形成された構成とすることで、液体窒素３を区画部４ａに良好に充填保持した状態で、液体窒素３が気化した気体だけを内管１０内に通気して凍結管２外へ排気することができる。
【００９４】
また、凍結管２には、該凍結管２近傍に存在する土壌１の温度を測定する温度センサー１２が設けられているため、各区画部４ａ及び貯め部７への冷却材導入管８を介しての液体窒素３の導入を、該温度センサー１２の信号により調整制御することができ、これにより、土壌１に凍結ムラが生じようとしても、冷却が過剰な部位近傍の区画部４ａには液体窒素３の導入量を抑制し、冷却が足りない部位近傍の区画部４ａには液体窒素３の導入を維持若しくは過剰とすることができることで、土壌１の凍結状態を均一化することができ、よって、該土壌１の凍結ムラの発生を一層良好に防止することができる。
【００９５】
また、温度センサー１２は、各区画部４ａの近傍に存在する土壌１の温度を測定し得るように、該区画部４ａの形成間隔と略同じ間隔に土壌１の温度を測定するセンサー体１２ａが設けられているため、各区画部４ａ及び貯め部７近傍の土壌１ごとの温度を測定することができ、これにより、土壌１を深さ方向所定長さごとに温度を測定しつつ区画部４ａ及び貯め部７への液体窒素３の充填量を調整して該土壌１をより凍結ムラが生じにくい状態で凍結処理することができる。
【００９６】
また、冷却材導入管８は液体窒素３を貯蔵する貯蔵タンク２０と連結され、該貯蔵タンク２０は前記温度センサー１２からの信号により液体窒素３の供給作動を行うようにしているため、該温度センサー１２の信号により各区画部４ａ及び貯め部７への液体窒素３の充填量を自動調整制御して土壌１の均一な凍結処理を自動で行うことができる。
【００９７】
尚、第一実施例では、外管９と内管１０とを設けた二重構造としたが、これに限らず、一重構造の凍結管に縦方向（長さ方向）に中仕切りを設け、この中仕切りで仕切られた凍結管の一方にを充填部とし、他方を排気部とし、充填部となる凍結管の一方に液体窒素を充填し、排気部となる凍結管の他方から前記液体窒素が気化した気体を排気するような構造としても良い。
【００９８】
第二実施例
第二実施例は、凍結管２の各区画部４ａ及び貯め部７に液体窒素３を導入する冷却材導入管８の配設状態に関する別例を示すものである。
【００９９】
第二実施例の凍結管２は、図８に示すように、液体窒素３が充填される区画部４ａのうち、一番上の区画部４ａに、一端が地上３０に配設された貯蔵タンク２０と連結された冷却材導入管８の他端が配設された構成としている。
【０１００】
また、第二実施例は、上下位置関係にある区画部４ａが、冷却材導入管８を介して連結された構成としている。
【０１０１】
具体的には、冷却材導入管８は、上方に位置する区画部４ａの上端部近傍から、前記仕切壁１３を介して下方に位置する区画部４ａの下部まで配設された構成としている。
【０１０２】
また、冷却材導入管８は、凍結管２の下端部において、貯め部７と該貯め部７の上方に位置する区画部４ａとを、前記仕切壁１３を介して連結した構成としている。
【０１０３】
尚、図９は、図８における凍結管２のＤ−Ｄ断面を示す説明平断面図、図１０は、図８における凍結管２のＥ−Ｅ断面図である。
【０１０４】
第二実施例によれば、先ず、貯蔵タンク２０から前記一番上の区画部４ａに液体窒素３を導入（充填）し、該導入により、液体窒素３の液面が上昇して該液面が、前記上下位置関係にある区画部４ａを連結する冷却材導入管８の上端部に達すると、該液体窒素３は該冷却材導入管８を介してひとつ下に位置する区画部４ａ内に導入される。
【０１０５】
そして、下方に位置する区画部４ａ内に充填された液体窒素３が、該下方に位置する区画部４ａと、更にその下方に位置する区画部４ａとを連結する冷却材導入管８の上端部に達すると、該冷却材導入管８を介して更にその下方に位置する区画部４ａ内に液体窒素３が導入される。
【０１０６】
凍結管２の下端部に達した液体窒素３は前記貯め部７に貯められる。
【０１０７】
このように、液体窒素３は、冷却材導入管８を介して順次凍結管２の下方に向けて各区画部４ａに導入される。
【０１０８】
また、各区画部４ａからオーバーフローした液体窒素３は、第一実施例と同様、流下管を介して貯め部７に貯められる。
【０１０９】
第二実施例は上述のように構成したから、各区画部４ａ及び貯め部７並びに貯蔵タンク２０を冷却材導入管８により連結する必要がないため、第一実施例に比して簡易に凍結管２を製作することができる。
【０１１０】
また、貯蔵タンク２０から充填部４への液体窒素３の充填は、一本の冷却材導入管８を介して行われるため、貯蔵タンク２０から該冷却材導入管８への液体窒素３の供給機構を、第一実施例に比して簡易に形成することができる。
【０１１１】
尚、その余の構成，作用，効果は、第一実施例と同様である。
【０１１２】
第三実施例
第三実施例は、凍結管２の各区画部４ａ及び貯め部７に液体窒素３を導入する冷却材導入管８の配設状態に関する別例を示すものである。
【０１１３】
第三実施例の凍結管２には、図１１に示すように、液体窒素３が充填される区画部４ａのうち、一番上の区画部４ａに、一端が地上３０に配設された貯蔵タンク２０に連結された冷却材導入管８の他端が配設された構成としている。
【０１１４】
また、上下位置関係にある区画部４ａが、冷却材導入管８を介して連結された構成としている。
【０１１５】
具体的には、第三実施例では、上下位置関係にある区画部４ａを連結する冷却材導入管８は、一端が上方に位置する区画部４ａの内管９上外面部に付設され、この内管９上面部に付設された冷却材導入管９は、内管１０内を通り、前記連通部１４を介して下方に位置する区画部４ａの下部まで配設された構成としている。
【０１１６】
また、冷却材導入管８は、凍結管２の下端部において、貯め部７と該貯め部７の上方に位置する区画部４ａとを連結した構成としている。
【０１１７】
尚、図１２は、図１１におけるＦ−Ｆ断面を示す平断面図、図１３は、図１１におけるＧ−Ｇ断面を示す平断面図である。
【０１１８】
第三実施例は上述のように構成したから、上下位置関係にある区画部４ａを冷却材導入管８で連結する際に、該冷却材導入管８を仕切壁１３を介さずに連結できるため、冷却材導入管を仕切壁に液体窒素の漏れが生じないように該冷却材導入管と該仕切壁とを溶接する等の加工を行う必要がなく、よって、上下位置関係にある区画部４ａを連結する冷却材導入管８を簡易に配設することができる。
【０１１９】
尚、その余の構成，作用，効果は、第一実施例と同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来例の凍結管を示す説明断面図である。
【図２】従来例の凍結管を示す説明断面図である。
【図３】第一実施例の凍結管及び温度センサーを示す説明断面図である。
【図４】図３における凍結管のＢ−Ｂ断面を示す説明平断面図である。
【図５】図３における凍結管のＣ−Ｃ断面を示す説明平断面図である。
【図６】第一実施例の要部を示す拡大説明斜視図である。
【図７】第一実施例の使用状態を示す説明平面図である。
【図８】第二実施例の凍結管を示す説明断面図である。
【図９】図８における凍結管のＤ−Ｄ断面を示す説明平断面図である。
【図１０】図８における凍結管のＥ−Ｅ断面を示す説明平断面図である。
【図１１】第三実施例の凍結管を示す説明断面図である。
【図１２】図１１における凍結管のＦ−Ｆ断面を示す説明平断面図である。
【図１３】図１１における凍結管のＧ−Ｇ断面を示す説明平断面図である。
【符号の説明】１ 土壌
２ 凍結管
３ 液状冷却材
４ 充填部
４ａ 区画部４ａ
６ 排気部
８ 冷却材導入管
９ 外管
１０ 内管
１２ 温度センサー
２０ 冷却材源
Claims (11)
- 土壌を凍結処理する際に使用される凍結管であって、凍結管には、土壌を凍結させるための液状冷却材が充填される充填部が設けられ、この充填部は、凍結管の深さ方向所定長で区画された複数の区画部から構成されるものであり、この各区画部には該区画部に充填された液状冷却材が気化した気体を凍結管外に排気する排気部が設けられていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管。
- 請求項１記載の凍結処理に用いる凍結管において、凍結管は外管と内管とから成る二重構造であり、内管が前記排気部に設定されていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管。
- 請求項１，２いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、複数の各区画部には液状冷却材を導入する冷却材導入管が配設されていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管。
- 請求項１〜３いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、各区画部には、排気部と連通する連通部が設けられていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管。
- 請求項２〜４いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、区画部は外管と内管との間に設けられていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管。
- 請求項１〜５いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、区画部の一部若しくは全体が、液体は通過せしめず気体は通過せしめる選択的透過材料で形成されていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管。
- 請求項１〜６いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、凍結管には、該凍結管近傍に存在する土壌の温度を測定する温度センサーが設けられていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管。
- 請求項１〜７いずれか１項に記載の凍結処理に用いる凍結管において、区画部には、区画部に充填された液状冷却材の液面高さを測定する液面センサーが設けられていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管。
- 請求項８記載の凍結処理に用いる凍結管において、冷却材導入管は冷却材源と連結され、冷却材源は前記温度センサー若しくは前記液面センサーからの信号により供給作動をするように構成されていることを特徴とする凍結処理に用いる凍結管。
- 請求項１〜９いずれか１項に記載の凍結管を用いた凍結工法であって、土壌の所定部位を掘削する際に、該掘削する部位若しくは該掘削する部位近傍に凍結管を配設し、続いて、該凍結管に設けた充填部に土壌を凍結させるための液状冷却材を充填し、前記土壌を凍結処理することを特徴とする凍結管を用いた凍結工法。
- 請求項１０記載の凍結管を用いた凍結工法において、始端縦穴及び終端縦穴間に横穴を掘削しつつ該横穴に配管する推進工法における該横穴の掘削開始の際に使用されることを特徴とする凍結管を用いた凍結工法。
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