JP2006052604A - 凍結工法 - Google Patents
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Abstract
【課題】一本の凍結管により凍結される領域を拡大して、凍結作業の効率を向上し、且つ施工費用を抑制することが出来る様な凍結工法の提供。
【解決手段】平板状のフィン(2)を取り付けた断面円形(好ましくは二重管1)の凍結管を改良すべき土壌中に設置する立込み工程と、凍結管内に冷媒またはブラインを流過させて凍結管及び平板状のフィン2周辺の土壌を凍結する工程、とを有する。
【選択図】図1
【解決手段】平板状のフィン(2)を取り付けた断面円形(好ましくは二重管1)の凍結管を改良すべき土壌中に設置する立込み工程と、凍結管内に冷媒またはブラインを流過させて凍結管及び平板状のフィン2周辺の土壌を凍結する工程、とを有する。
【選択図】図1
Description
本発明は、軟弱地盤を凍結することにより、当該軟弱地盤を改良する凍結工法に関する。
従来の凍結工法では、断面円形の凍結管に冷媒を供給或いは循環して、改良するべき土壌を冷却、凍結していた。
しかし、断面円形の凍結管を使用する従来の凍結工法では、一本の凍結管により凍結できる領域の断面積が狭いので、広大な領域を凍結して地盤改良するためには、多数の凍結管を使用して施工する必要がある。
従って、労力が増大し、コストが上昇してしまうという問題を抱えていた。
しかし、断面円形の凍結管を使用する従来の凍結工法では、一本の凍結管により凍結できる領域の断面積が狭いので、広大な領域を凍結して地盤改良するためには、多数の凍結管を使用して施工する必要がある。
従って、労力が増大し、コストが上昇してしまうという問題を抱えていた。
その他の従来技術として、予め高吸水性材料の水溶液等を改良すべき地盤に注入した後に、当該地盤を凍結するものが存在する(特許文献1参照)。
しかし、かかる技術は凍結面積を小さくして地盤の隆起等を抑制することを目的としており、上述した様な問題を解決するものではない。
特開平7−71183号公報
しかし、かかる技術は凍結面積を小さくして地盤の隆起等を抑制することを目的としており、上述した様な問題を解決するものではない。
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、一本の凍結管により凍結される領域を拡大して、凍結作業の効率を向上し、且つ施工費用を抑制することが出来る様な凍結工法の提供を目的としている。
本発明の凍結工法は、平板状のフィン(2)を取り付けた断面円形(好ましくは二重管1)の凍結管(1)を改良すべき土壌中に設置する立込み工程(図5〜図6)と、凍結管内に冷媒(ブライン)を流過させて凍結管(1)及び平板状のフィン(2)周辺の土壌を凍結する工程(凍結工程:図7)、とを有することを特徴としている(請求項1:図1、図2、図5〜図7)。
本発明において、前記立込み工程(図5〜図6)では、凍結管(1)及び平板状のフィン(2)の先端部に設けた削孔手段(例えば、両端に切削水ジェット噴射用ノズルを設けたロッド3)により当該凍結管(1)及び平板状のフィン(2)下方の領域を削孔しつつ、削孔された領域に凍結管(1)及び平板状のフィン(2)を降下させているのが好ましい(請求項2:図3、図6)。
或いは本発明において、前記立込み工程は、ボーリング孔(h)を削孔するボーリング孔削孔工程(図10)と、削孔されたボーリング孔(h)内に掘削手段を有する掘削用ロッド(モニタ7)を挿入する掘削手段挿入工程(図10及び/、又は図11)と、掘削用ロッド(モニタ7)を時計方向と反時計方向とに交互に回動し(矢印R)且つ掘削手段(モニタ7)から切削流体を噴射して掘削用ロッド(モニタ7)を引き上げ(矢印Y4)、以って、凍結管(1)及び平板状のフィン(2)が挿入可能な様に前記ボーリング孔(h)を拡径する拡径工程(図11〜図12)と、拡径された前記ボーリング孔(H)に凍結管(1)及び平板状のフィン(2)を挿入する工程(図13)、とを有するのが好ましい(請求項3:図10〜図13)。
前記平板状のフィン(2)の材質としては、伝熱効率の良さ、及び入手の容易さからアルミニウム系材質が好ましい。ただし、鉄により、前記平板状のフィン(2)を形成しても良い。
なお、冷熱の伝熱効率が良好で、実用に耐え得る程度の強度があれば、種々の物質がフィンの材料として適用可能である。
なお、冷熱の伝熱効率が良好で、実用に耐え得る程度の強度があれば、種々の物質がフィンの材料として適用可能である。
本発明の凍結工法によれば、凍結管(1)に平板状のフィン(2)が取り付けてあるため、凍結管(1)のみならず、平板状のフィン(パネル2)をも介して、改良すべき土壌に冷熱を与えて当該土壌を凍結することが出来る。
すなわち、従来の凍結工法では円管状の凍結管周辺の土壌のみしか凍結されないのに対して、本発明によれば、円管状の凍結管周辺に加えて、平板状のフィン(パネル2)周辺の土壌をも凍結することが出来る。
すなわち、従来の凍結工法では円管状の凍結管周辺の土壌のみしか凍結されないのに対して、本発明によれば、円管状の凍結管周辺に加えて、平板状のフィン(パネル2)周辺の土壌をも凍結することが出来る。
そして、平板状のフィン(パネル2)からの冷熱により凍結される土壌の分だけ、1本の凍結管(1)で凍結できる範囲が拡大される。その結果、単管式の凍結工法に比較して、施工の際に立込まれる凍結管の本数を減少することが出来るので、施工の労力及びコストを低減することが出来る。
ここで、本発明において、平板状のフィン(2)を設けてはいるが、凍結管(1)自体は通常の管(二重管が好適)であり、その内部が冷媒流路に構成されている。そして、冷媒は、例えば二重管の内側の領域を流過して地上側から地中の領域を流れ、二重管の外側の領域を流れて地上側に戻される。その様に構成すれば、凍結管(1)中の冷媒流路や、平板状のフィン(2)中に、複雑に曲折した冷媒配管を配置する必要が無くなり、冷媒配管(1)が破損する恐れも無い。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
先ず、図1〜図7を参照して第1実施形態を説明する。
先ず、図1〜図7を参照して第1実施形態を説明する。
ここで、図1及び図2に基づいて、本発明による当該施工領域の冷却の原理を説明する。
原理を説明するために図1及び図2で表現された凍結装置は、凍結管である二重管1と二重管の外周に固着された平板状フィン(パネル)2とで構成される。
原理を説明するために図1及び図2で表現された凍結装置は、凍結管である二重管1と二重管の外周に固着された平板状フィン(パネル)2とで構成される。
前記凍結管(二重管)1は、外管11及び内管12より構成され、外管11の先端は閉塞11aしている。
前記内管12の先端12aは開放しており、前記外管11の閉塞部11aとは所定の隙間13が確保されるように形成されている。
前記内管12の先端12aは開放しており、前記外管11の閉塞部11aとは所定の隙間13が確保されるように形成されている。
前記二重管1の先端から所定の範囲にわたって、二重管1の外周部、すなわち、外管11の外方に、互いに一直線上に離反するように一対の平板状フィン(パネル)2が固着されている。
冷媒は、図1の矢印Y1で示すように、二重管1の図示しない上端部から内管12内に供給され、内管12内を下り、二重管先端の前記隙間13から折り返して、外管11と内管12とによって形成された環状隙間14内を上昇して、地上側に回収されるように構成されている。
ここで、外管11の外周に平板状フィン2が固着されているので、中央の二重管1の周辺のみならず、平板状のフィン2の周辺にも(冷媒から伝達された)冷熱tが伝達され、施工領域を広範囲に亘って効率よく凍結することが出来る。
ここで、図1の符号t1の矢印は平板状のフィン2中に伝達される冷熱及びその伝達方向を示す。
ここで、図1の符号t1の矢印は平板状のフィン2中に伝達される冷熱及びその伝達方向を示す。
冷媒が最初に内管12内に供給され、環状隙間14内を上昇して地上側に戻るのは、環状隙間14の断面積に比較して内管12の断面積が小さいため、内管12内における冷媒の流速は、環状隙間14内における冷媒の流速よりも速くなる。その結果、冷媒が供給されてから最深部である隙間13まで到達する時間が短くなり、その間の熱損失を少なくすることが出来るからである。
それに加えて、冷媒が下方に向って流れている際には冷媒中に混在するエアを抜くことが困難であるが、冷媒が上昇している際にエアを抜くのは容易である。そのため、冷媒が下方に向って流れる場合の流速を速くして、冷媒が上昇する際の流速を遅くすれば、冷媒中に混在しているエアが冷媒上昇時に冷媒から分離して上方へ抜け易くなる。そのため、冷媒が下降する際に内管12内を流れ、冷媒上昇時に環状隙間14内を流れる様にすれば、冷媒中のエアが効率良く分離されるのである。
平板状フィン2の材質としては、伝熱効率の良さと入手の容易さからアルミ板が好ましい。ただし、平板状フィンを鉄で構成しても良い。鉄であれば、腐食して分解されるので、環境に優しい。
図3及び図4は、第1実施形態に係る掘削機能を具備した当該凍結装置Aの要部断面図である。
図3及び図4に基づいて、凍結装置Aの構成を説明する。
図3において、外管11と内管12とで構成される二重管1のその外管11の先端部の底部11bには水平管状部材3が二重管1の中心に対して対称となるように水平に配置され、固着されている。
図3及び図4に基づいて、凍結装置Aの構成を説明する。
図3において、外管11と内管12とで構成される二重管1のその外管11の先端部の底部11bには水平管状部材3が二重管1の中心に対して対称となるように水平に配置され、固着されている。
前記内管12の先端12aは開放しており、前記外管11の底部11aとは所定の隙間13が確保されるように形成されている。
その内管12の内周の先端12a部には、その内管12の内径と同じ外径の連通管4の上端4aが嵌入されている。
その内管12の内周の先端12a部には、その内管12の内径と同じ外径の連通管4の上端4aが嵌入されている。
一方、前記外管11の底部11bと水平管状部材3の固着部には、前記外管11の底部11bと水平管状部材3の外周を同位置で貫通する貫通孔11cが形成されている。その貫通孔11cの直径は、前記連通管4の外径と同じであり、前記連通管4の下端4bが嵌入されている。
従って、図3の状態では、二重管1の外管11と内管12及び連通管4とで形成される環状隙間14の先端部は、閉塞されていて、内管12の内部は連通管4を介して、前記水平管状部材3に連通するように構成されている。
従って、図3の状態では、二重管1の外管11と内管12及び連通管4とで形成される環状隙間14の先端部は、閉塞されていて、内管12の内部は連通管4を介して、前記水平管状部材3に連通するように構成されている。
前記水平管状部材3の左右の両先端で、装置全体の下方には、中心から外側の位置に(1対の)垂直のジェットJaを噴射する噴射孔3aが、またその噴射孔3aの近傍で中心寄りには、噴射ジェットJbが中心部を向くように斜めの噴射孔3b(1対)が開口している。
尚、水平管状部材3は円形管でもよいし、四角な角管で構成されていてもよい。
尚、水平管状部材3は円形管でもよいし、四角な角管で構成されていてもよい。
図3では、当該凍結装置Aによって水平断面が溝状の掘削孔(図示せず)を掘削する状態を示している。
即ち、切削流体である、例えば高圧水が二重管の内管12に供給され、矢印Y1のように、連通管4を介して水平管状部材3に流入する。
即ち、切削流体である、例えば高圧水が二重管の内管12に供給され、矢印Y1のように、連通管4を介して水平管状部材3に流入する。
水平管状部材3に流入した高圧水は矢印Y2のように水平管状部材3の左右端部に流過し、前記垂直の噴射孔3aからは切削水のジェット噴流Jaとなって、斜めの噴射孔3bからはジェット噴流Jbとなって勢い良く噴射される。以って、平板状のフィン2を取り付けた凍結管(二重管)1の下方の領域を、フィン2及び凍結管1の投影形状に対応して切削する。
図4は、図3で削孔工程が終了した後、冷媒を凍結装置Aに流過させて、施工領域の地盤を凍結させる際の凍結装置A内の冷媒の流れを示している。
冷媒を流下させるに先立ち、前記連通管4の上端部4aに、地上側から栓部材(プラグ;ピグ)5を下降させ、その栓部材5によって、閉塞させる。そして、前記連通管4を内管12の先端内部から下方に押し下げる。
次に、連通管4を下方に押し下げた位置に残存させた状態で、内管12のみを図3の位置まで引き上げる。その結果、外管11の底部11bと内管12の先端部に、隙間13が形成される。
次に、連通管4を下方に押し下げた位置に残存させた状態で、内管12のみを図3の位置まで引き上げる。その結果、外管11の底部11bと内管12の先端部に、隙間13が形成される。
図4で示す様な状態にすれば、外管11と内管12とで形成される環状隙間14は、上述した隙間13を経由して、内管12の内部と連通する。その結果、図4の状態では、冷媒を二重管1中に循環させるための循環経路が形成される。
一方、二重管1の内部と水平管状部材3の管内とは、栓部材5によって、連通を阻止されている。したがって、内管12を介して地上側から供給される冷媒が、土中に排出されてしまうことが防止される。
一方、二重管1の内部と水平管状部材3の管内とは、栓部材5によって、連通を阻止されている。したがって、内管12を介して地上側から供給される冷媒が、土中に排出されてしまうことが防止される。
上述したように、栓部材5によって二重管1の内部と管状部材3の管内との連通を阻止した後、地上側から、内管12を経由して冷媒を供給する。供給された冷媒は、図4の矢印Y3のように、隙間13を介して、(二重管1内の)外管11と内管12とで形成される管状隙間14を流れ、二重管1及び平板状フィン2の周辺における土壌を凍結する。
次に、図5から図7を参照して、第1実施形態による施工の手順を説明する。
図5の削孔工程では、当該凍結装置Aの前記水平管状部材3の垂直噴射孔3a及び斜めの噴射孔3b(何れも図3を参照)から高圧水のジェットJa、Jbを噴射しながら下方に向って掘削を進める。この時、当該凍結装置Aの先端部は、図3で示した状態となっている。
図5の削孔工程では、当該凍結装置Aの前記水平管状部材3の垂直噴射孔3a及び斜めの噴射孔3b(何れも図3を参照)から高圧水のジェットJa、Jbを噴射しながら下方に向って掘削を進める。この時、当該凍結装置Aの先端部は、図3で示した状態となっている。
図6のパネル立込み工程(当該凍結装置Aが、凍結を行うべき箇所に位置している(凍結パネルが立込まれた)状態)では、所定の深さまで掘削した後、冷媒を二重管1中に循環させるべく、冷媒管路の形成作業を行うため、図4で示す様な状態にせしめる。
尚、図示の例では、当該凍結装置Aの幅寸法は、凡そ2000mmである。
尚、図示の例では、当該凍結装置Aの幅寸法は、凡そ2000mmである。
図7の凍結工程では、図4で説明したように二重管内部に冷媒を供給して周囲の土壌を凍結させる。
即ち、図4の状態で、地上側から内管12の内部に冷媒を供給すれば、供給された冷媒は二重管の先端の隙間13(図4)に到達し、そこで折り返して、二重管1の外管11と内管12とで形成される環状隙間14の流路を流過し、平板状のフィン2に冷熱を伝達しつつ、地上側に戻される(図4参照)。
即ち、図4の状態で、地上側から内管12の内部に冷媒を供給すれば、供給された冷媒は二重管の先端の隙間13(図4)に到達し、そこで折り返して、二重管1の外管11と内管12とで形成される環状隙間14の流路を流過し、平板状のフィン2に冷熱を伝達しつつ、地上側に戻される(図4参照)。
ここで、冷媒が保有する冷熱は、二重管1の周辺だけではなく、平板状のフィン2へも伝達される。そのため、冷媒が環状隙間14の流路を経て地上側に戻される際に、冷媒が保有する冷熱により、二重管1の周辺土壌のみならず、平板状フィン2周囲の土壌Gfをも凍結される。
上述のように構成されているため、図示の第1実施形態によれば、平板状フィン2を有さない凍結管の周囲部を凍結させる場合に比較して、遥かに広い領域の土壌を凍結させることが出来る。
図8は、図3で示す削孔工程が終了した後、水平管状部材3への流路を遮断する手法について、図4を参照して前述したのとは別の例を示している。すなわち、図4の例では、栓部材5により連通管4を閉塞することにより、冷媒が水平管状部材3へ流入することを防止しているが、図8では、栓部材5を用いること無く、冷媒が水平管状部材3へ流入することを防止するものである。
すなわち、図8において、外管11の底部11bと水平管状部材3との固着部には開閉弁(自動弁)8が介装されている。ここで、図8の例では連通管4(図3、図4参照)は使用せず、二重管1内部と水平管状部材3内部とが、開閉弁8を介して連通している。そして、当該開閉弁8は、高圧の切削流体が供給されている場合には開弁し、高圧の切削流体が供給されていない場合(例えば、より低圧の冷媒が供給されている場合)には閉弁するように、その開弁圧が設定されている。
図8で示す例では、バネにより(上述した様な)開弁圧に設定されたボール弁8にすることにより、構造が簡単な開閉弁を供給している。
ここで、削孔工程で開閉弁8が開弁している際には、環状隙間部14から切削流体が地上側へ戻ってしまうのを閉鎖するのが好ましい。その意味で、図9に示すように、開閉弁の弁体8Aを、内管12内を摺動するスリーブ状の弁体に構成することも可能である。
ここで、削孔工程で開閉弁8が開弁している際には、環状隙間部14から切削流体が地上側へ戻ってしまうのを閉鎖するのが好ましい。その意味で、図9に示すように、開閉弁の弁体8Aを、内管12内を摺動するスリーブ状の弁体に構成することも可能である。
図8或いは図9で示す様な構成を具備することにより、削孔工程においては開閉弁8(8A)が開弁して内管12から水平管状部材3を経由して水平管状部材3先端の噴射孔3a、3bから切削流体が噴射する。一方、冷媒の供給に切り換えると、開閉弁8(8A)は閉じ、冷媒は水平管状部材3を流れること無く、環状隙間14から地上側へ還流するように自動的に切り換えられる。
次に、図10〜図14を参照して第2実施形態を説明する。
図1〜図7の第1実施形態では、凍結装置Aに、施工領域の土壌を掘削する機能が具備されていた。すなわち、凍結装置Aの先端に掘削手段が設けられており、凍結装置の立込みと掘削とが同時に行われている。
図1〜図7の第1実施形態では、凍結装置Aに、施工領域の土壌を掘削する機能が具備されていた。すなわち、凍結装置Aの先端に掘削手段が設けられており、凍結装置の立込みと掘削とが同時に行われている。
これに対して、図10〜図14の第2実施形態では、凍結装置には掘削手段が設けられておらず、掘削と凍結装置の立込みとが、別々に行われる。
平板状のフィン2を有する凍結管(二重管)1の構成は、前記原理の説明(図1及び図2)で記載したと同様である。
平板状のフィン2を用いて、一度に広範囲に亘って凍結を行う点では第1実施形態と同様である。
図10〜図14を参照して、第2実施形態の施工工程を説明する。第2実施形態で用いる凍結装置には、符号Bを付す。
先ず、図10に示す工程では、ボーリングロッド6を用いてボーリング孔hを削孔する。
次に、図11で示す様に、ボーリングロッド6の先端に設けた切削水噴射機構(モニタ)7の先端から高圧の切削水の噴流ジェットJを噴射しつつ、ボーリングロッド全体、或いはモニタ7部分を所定の角度で往復回動(揺動;矢印R)させ(回転ではない)ながら、地上側に引き上げる(矢印Y4)。換言すれば、図11で示す工程では、切削水ジェットJを噴射する際に、ボーリングロッド6は回転せずに、所定の角度だけ揺動しながら引き上げられる。その結果、比較的狭い幅寸法の長方形横断面が切削される。
引き上げている最中の状態が図12に示されている。図12の工程では、凍結装置Bの凍結管1及びフィン2の幅寸法(紙面に垂直な方向の寸法)に対応する幅寸法D(次の図13を参照)の領域が掘削される。
図13の工程では、掘削された領域に、平板状のフィン2を固着させた凍結管(二重管)1を立込む。
図14の最終工程では、立込み後、凍結管1に冷媒を供給する。前述した第1実施形態と同様に、凍結管1及びフィン2周辺の地盤Gfが凍結される。
図15及び図16は、第1実施形態に係る凍結工法により地盤改良するパターン(地上の上方から見た図)を示している。
尚、図15及び図16において、符号Nは水平管状体の両端部のノズル(噴射孔)部を示している。
尚、図15及び図16において、符号Nは水平管状体の両端部のノズル(噴射孔)部を示している。
図17及び図18は第2実施形態に係る凍結工法により地盤改良するパターンを示している。
図15のパターンと図17のパターンとが対応、図16のパターンと図18のパターンとが対応している。
図15のパターンと図17のパターンとが対応、図16のパターンと図18のパターンとが対応している。
上述したように、本発明の実施形態の凍結工法によれば、凍結管1に平板状のフィン2が取り付けてあるため、凍結管1のみならず、平板状のフィン(パネル)2をも介して、改良すべき土壌に冷熱を与えて当該土壌を凍結することが出来る。
そのため、単管式の凍結工法(従来技術)に比較して、施工に関する労力を低減することが出来る。
ここで、本発明の実施形態においては、凍結管1に平板状のフィン2を設けており、凍結管1自体は通常の管(二重管が好適)であり、その内部が冷媒流路に構成される。すなわち、本発明によれば、凍結管1中の冷媒流路を曲折する必要が無い。そして、平板中に複雑に曲折した冷媒配管を配置する必要が無いため、冷媒配管1が破損する恐れも無い。
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。
1・・・凍結管
2・・・平板状のフィン
3・・・水平環状部材
4・・・連通管
5・・・栓部材/プラグ
6・・・ボーリングロッド
7・・・切削水噴射機構/モニタ
11・・・外管
12・・・内管
13・・・隙間
14・・・環状隙間
A、B・・・凍結装置
h・・・ボーリング孔
2・・・平板状のフィン
3・・・水平環状部材
4・・・連通管
5・・・栓部材/プラグ
6・・・ボーリングロッド
7・・・切削水噴射機構/モニタ
11・・・外管
12・・・内管
13・・・隙間
14・・・環状隙間
A、B・・・凍結装置
h・・・ボーリング孔
Claims (3)
- 平板状のフィンを取り付けた断面円形の凍結管を改良すべき土壌中に設置する立込み工程と、凍結管内に冷媒を流過させて凍結管及び平板状のフィン周辺の土壌を凍結する工程、とを有することを特徴とする凍結工法。
- 前記立込み工程では、凍結管及び平板状のフィンの先端部に設けた削孔手段により当該凍結管及び平板状のフィン下方の領域を削孔しつつ、削孔された領域に凍結管及び平板状のフィンを降下させている請求項1の凍結工法。
- 前記立込み工程は、ボーリング孔を削孔するボーリング孔削孔工程と、削孔されたボーリング孔内に掘削手段を有する掘削用ロッドを挿入する掘削手段挿入工程と、掘削用ロッドを時計方向と反時計方向とに交互に回動し且つ掘削手段から切削流体を噴射して掘削用ロッドを引き上げ、以って、凍結管及び平板状のフィンが挿入可能な様に前記ボーリング孔を拡径する拡径工程と、拡径された前記ボーリング孔に凍結管及び平板状のフィンを挿入する工程、とを有する請求項1の凍結工法。
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2004
- 2004-08-16 JP JP2004236400A patent/JP2006052604A/ja active Pending
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