JP2008019650A - Ground freezing method - Google Patents

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JP2008019650A JP2006193238A JP2006193238A JP2008019650A JP 2008019650 A JP2008019650 A JP 2008019650A JP 2006193238 A JP2006193238 A JP 2006193238A JP 2006193238 A JP2006193238 A JP 2006193238A JP 2008019650 A JP2008019650 A JP 2008019650A
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Inventor
Teru Yoshida
輝 吉田
Tadashi Yoshikawa
正 吉川
Koichiro Kanai
浩一郎 金井
Shunsuke Shirai
俊輔 白井
Seiji Morikawa
誠司 森川
Yoshiro Morioka
義郎 盛岡
Takeshi Murakami
武志 村上
Katsuhiro Uemoto
勝広 上本
Tomofumi Kashiwagi
智文 柏木
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Kajima Corp
Chemical Grouting Co Ltd
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Kajima Corp
Chemical Grouting Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a ground freezing method which dispenses with the preparation of stainless steel as freezing pipes and the use of brine that is durable for use at extremely low temperatures, and brings about the early freezing of the ground without causing the upsizing of freezing machine facilities. <P>SOLUTION: The brine is supplied to shield machines for freezing the natural ground around a contact portion of first and second shield tunnels excavated by the shield machines 1, 2. The brine is cooled by a freezing device 5 arranged in the shield machines 1, 2. The freezing device 5 cools the brine to temperatures between -60°C and -50°C, and supplies the brine to pasted freezing pipes 31 of the shield machine 1, to thereby freeze the ground. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、地盤を凍結させて地盤の強度を向上させて地盤の崩落を防止し、または遮水性を高めるための地盤の凍結方法に係り、特に、トンネル工事を行う際の地盤の崩落を防止するために好適な地盤の凍結方法に関する。   The present invention relates to a method of freezing the ground to improve the strength of the ground by freezing the ground to prevent the ground from collapsing, or to prevent the ground from collapsing during tunnel construction. It is related with the freezing method of the ground suitable for doing.

シールド掘進機の発進や到達、トンネルからの非開削拡幅、トンネルや立坑の地中接続などを行う際には、地盤を凍結させる地盤凍結工法が用いられることがある。この地盤凍結工法は、たとえば−30℃程度の温度のブラインを地盤に配置された凍結管に循環供給し、地盤を凍結させて凍土を形成するものである。凍土の形成に長時間を要すると、工期の長期化を招くなどの弊害が生じることから、凍土の形成に要する時間(日数)短縮することが求められる。   When starting and reaching a shield machine, non-cutting widening from a tunnel, underground connection of a tunnel or a shaft, etc., a ground freezing method for freezing the ground may be used. In this ground freezing method, for example, brine having a temperature of about −30 ° C. is circulated and supplied to a freezing pipe disposed on the ground, and the ground is frozen to form frozen soil. If it takes a long time to form frozen soil, it will cause adverse effects such as prolonging the construction period. Therefore, it is required to shorten the time (number of days) required to form frozen soil.

地盤を早期に凍結させる方法として、たとえば特開平11−2087号工法に開示された止水方法がある。この止水方法は、パイプルーフ工法などで開削孔から地盤へ管を導入する際に、地下水が開削孔へ漏水するのを防止するものであるが、凍結管内に液体窒素を挿入して、凍結治具の周辺に凍結領域を形成するものである。この止水方法によれば、液体窒素を用いることから、急速に凍結させることができる。   As a method for freezing the ground at an early stage, for example, there is a water stopping method disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-2087. This water stop method is to prevent groundwater from leaking into the excavation hole when introducing the pipe from the excavation hole to the ground by pipe roof construction method, etc., but by inserting liquid nitrogen into the freezing pipe, A frozen region is formed around the jig. According to this water stopping method, since liquid nitrogen is used, it can be rapidly frozen.

また、このように液体窒素を地盤に埋設された凍結管に直接導入するのではなく、液化窒素の冷熱をブラインに吸熱させ、または能力の大きな冷凍機で−80℃程度まで冷却し、ブラインを地盤に埋設された凍結管に導入して、地盤を凍結させる方法も考えられる。
特開平11−2087号公報
In addition, liquid nitrogen is not directly introduced into a freezing pipe embedded in the ground in this way, but the cold heat of liquefied nitrogen is absorbed into brine, or cooled to about −80 ° C. with a large capacity refrigerator, and the brine is A method of freezing the ground by introducing it into a freezing pipe buried in the ground is also conceivable.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-2087

しかし、上記特許文献1に開示された止水方法では、凍結管内に液体窒素を導入しているが、液体窒素はたとえば−196℃程度と非常に低い温度まで冷却される。このため、凍結管として、液体窒素の導入に耐えることができる、たとえばステンレス管を用いなければならないという問題があった。   However, in the water stop method disclosed in Patent Document 1, liquid nitrogen is introduced into the freezing tube, but the liquid nitrogen is cooled to a very low temperature, for example, about -196 ° C. For this reason, there has been a problem that, for example, a stainless steel tube that can withstand the introduction of liquid nitrogen must be used as the freezing tube.

さらに、液体窒素の冷熱をブラインに吸熱させて低温化されたブラインを凍結管内に循環させる方法では、ブラインをたとえば−80℃程度の低温まで冷却することが可能であるが、液体窒素の冷熱を吸熱しうるブラインの種類が限定されてしまう。このため、ブラインとして、非常に低温での使用に耐える特殊なものしか使用することができないという問題もあった。   Further, in the method in which the cold heat of liquid nitrogen is absorbed into the brine and the cooled brine is circulated in the freezing tube, the brine can be cooled to a low temperature of about −80 ° C., for example. The kind of brine that can absorb heat is limited. For this reason, only the special thing which can be used at a very low temperature can be used as a brine.

そこで、本発明の課題は、凍結管としてのステンレス管や非常に低温での使用に耐えうる特殊なブラインなどを用いる必要がなく、冷凍機の設備の大型化を招かないようにしながら、地盤を早期に凍結させることができる地盤の凍結方法を提供することにある。   Therefore, the problem of the present invention is that it is not necessary to use a stainless steel tube as a freezing tube or a special brine that can withstand use at a very low temperature. An object of the present invention is to provide a ground freezing method that can be frozen at an early stage.

上記課題を解決した本発明に係る地盤の凍結方法は地盤における凍結対象領域を凍結させる地盤の凍結方法であって、凍結対象領域に配置された凍結管内に対して、圧縮器で圧縮された冷媒を熱交換器に供給し、熱交換器によってブラインと冷媒との間で熱交換してブラインを冷却する冷凍機によって、−60℃〜−35℃の範囲に冷却されたブラインを循環供給して、凍結対象領域を凍結させることを特徴とするものである。   The ground freezing method according to the present invention that has solved the above problems is a ground freezing method for freezing an area to be frozen in the ground, and is a refrigerant compressed by a compressor with respect to the inside of a freezing pipe disposed in the area to be frozen. Is supplied to the heat exchanger, and the brine cooled to the range of −60 ° C. to −35 ° C. is circulated and supplied by the refrigerator that cools the brine by exchanging heat between the brine and the refrigerant by the heat exchanger. The freezing target area is frozen.

本発明に係る地盤の凍結方法においては、−60℃〜−35℃の範囲に冷却されたブラインを凍結対象領域に配置された凍結管内に対して循環供給して地盤を凍結させる。ブラインを−60℃〜−35℃程度の温度に冷却するためであれば、液体窒素などの非常に低温の冷媒を必要としない。また、凍結管としてのステンレス管や非常に低温での使用に耐えうるブラインなどを用いる必要がない。また、−60℃〜−35℃の範囲、特に−60℃〜−50℃の範囲では、従来の地盤凍結方法よりも迅速に地盤を早期に凍結させることができる。   In the ground freezing method according to the present invention, brine cooled to a range of −60 ° C. to −35 ° C. is circulated and supplied to the inside of the freezing pipe disposed in the freezing target region to freeze the ground. If the brine is cooled to a temperature of about −60 ° C. to −35 ° C., a very low temperature refrigerant such as liquid nitrogen is not required. Further, there is no need to use a stainless steel tube as a freezing tube or a brine that can withstand use at a very low temperature. Moreover, in the range of −60 ° C. to −35 ° C., particularly in the range of −60 ° C. to −50 ° C., the ground can be frozen earlier than the conventional ground freezing method.

ここで、圧縮器として、冷媒を二段圧縮する二段式圧縮器が用いられている態様とすることができる。   Here, it can be set as the aspect by which the two-stage type compressor which compresses a refrigerant | coolant two steps is used as a compressor.

このように、圧縮機として二段式圧縮器が用いられていることにより、ブラインを−60℃〜−35℃に冷却するための冷媒を容易に冷却することができる。   Thus, the refrigerant | coolant for cooling a brine to -60 degreeC--35 degreeC can be easily cooled by using the two-stage type compressor as a compressor.

また、冷凍機は、圧縮器から供給される冷媒を熱交換器に膨張させながら供給する膨張弁を備えており、膨張弁として、冷媒の圧縮機への吸入温度と蒸発圧力とを検出し、吸入温度および蒸発圧力に基づいて、開度をリニアに変化させて温度調節を行うリニアバルブを用いる態様とすることができる。   In addition, the refrigerator includes an expansion valve that supplies the refrigerant supplied from the compressor while expanding it to the heat exchanger, and detects an intake temperature and an evaporation pressure of the refrigerant into the compressor as the expansion valve, A linear valve that adjusts the temperature by linearly changing the opening degree based on the suction temperature and the evaporation pressure can be used.

このように、熱交換器に冷媒を供給する膨張弁としてリニアバルブを用いることにより、ブラインを−60℃〜−35℃に冷却するための冷媒を適切に熱交換器に供給することができる。   Thus, by using a linear valve as an expansion valve that supplies the refrigerant to the heat exchanger, the refrigerant for cooling the brine to −60 ° C. to −35 ° C. can be appropriately supplied to the heat exchanger.

さらに、ブラインの粘度が150(mPa・s)以下とされている態様とすることができる。   Furthermore, it can be set as the aspect by which the viscosity of brine is 150 (mPa * s) or less.

このように、粘度が150(mPa・s)以下のブラインを用いることにより、凍結管内にブラインを円滑に供給することができる。   Thus, by using a brine having a viscosity of 150 (mPa · s) or less, the brine can be smoothly supplied into the freezing tube.

また、地盤の凍結方法によって凍結対象領域を凍結させた後、−35℃を超える温度のブラインを凍結対象領域に配置された凍結管内に供給して、凍結地盤の解凍および凍結地盤の過生成を防止する態様とすることができる。   In addition, after freezing the area to be frozen by the freezing method of the ground, a brine having a temperature exceeding −35 ° C. is supplied into the freezing pipe arranged in the area to be frozen, so that the frozen ground is thawed and the frozen ground is overproduced. It can be set as the aspect which prevents.

このように、凍結対象領域を凍結させた後は、凍結対象領域における凍土の過生成を防止することが望まれる。また、凍結対象領域に凍土を形成することによる止水などの役割が済んだ後は、凍土を早期に解凍することが望まれる。このような過生成の防止や凍土の解凍を行うために、本発明では、−35℃を超える温度のブラインを凍結対象領域に配置された凍結管内に供給している。このため、凍結対象領域を高い温度に昇温させることができるので、凍土の過生成を好適に防止することができるとともに、凍土を早期に解凍することができる。なお、凍土を解凍するためには、さらに高い温度、たとえば0℃〜90℃程度の温度のブラインを循環させることが好適である。   Thus, after freezing the freezing target area, it is desired to prevent overproduction of frozen soil in the freezing target area. In addition, it is desirable to thaw frozen soil at an early stage after the role of water stoppage by forming frozen soil in the freezing target region is completed. In order to prevent such over-generation and thaw of frozen soil, in the present invention, brine having a temperature exceeding −35 ° C. is supplied into a freezing tube disposed in the freezing target region. For this reason, since the freezing area can be heated to a high temperature, it is possible to suitably prevent overproduction of frozen soil, and to thaw frozen soil early. In order to thaw the frozen soil, it is preferable to circulate brine having a higher temperature, for example, a temperature of about 0 ° C. to 90 ° C.

本発明に係る地盤の凍結方法によれば、凍結管としてのステンレス管や非常に低温での使用に耐えうる特殊なブラインなどを用いる必要がなく、冷凍機の設備の大型化を招かないようにしながら、地盤を早期に凍結させることができる。   According to the ground freezing method according to the present invention, there is no need to use a stainless steel tube as a freezing tube or a special brine that can be used at a very low temperature, so that the size of the refrigerator equipment is not increased. However, the ground can be frozen at an early stage.

以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。本実施形態では、2つのシールドトンネルを接合する際の接合部位における周囲の地盤を凍結させる例について説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment, portions having the same function are denoted by the same reference numerals, and redundant description may be omitted. This embodiment demonstrates the example which freezes the surrounding ground in the junction part at the time of joining two shield tunnels.

図1は、本発明の実施形態に係る凍結方法が適用される第一シールドトンネルと第二シールドトンネルとの接合部位の断面図である。本実施形態では、トンネルの両方向から、第一シールド掘進機1および第二シールド掘進機2によってそれぞれ第一シールドトンネルおよび第二シールドトンネルを掘削し、所定の接合位置において両トンネルを接合する。この両トンネルの接合を行う前段階として、接合部位の周囲における地盤を凍結するものである。地盤を凍結することにより、地盤の強度を高めて地盤の崩落を防止するとともに、止水性を高めるものである。ここで、地盤の凍結装置を説明する前に、第一シールドトンネルおよび第二シールドトンネルを掘削するシールド掘進機について説明する。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a joint portion between a first shield tunnel and a second shield tunnel to which a freezing method according to an embodiment of the present invention is applied. In this embodiment, the first shield tunnel 1 and the second shield tunnel 2 are respectively excavated from both directions of the tunnel by the first shield machine 1 and the second shield machine 2, and both tunnels are joined at a predetermined joining position. As a pre-stage for joining the two tunnels, the ground around the joining portion is frozen. By freezing the ground, the strength of the ground is increased to prevent the ground from collapsing, and the water stoppage is enhanced. Here, before describing the ground freezing device, a shield machine for excavating the first shield tunnel and the second shield tunnel will be described.

第一シールド掘進機1は、第一外筒部10を備えており、第一外筒部10の前方には第一カッタ装置11が設けられている。第一カッタ装置11は、円盤状をなす第一カッタ部11Aを備えている。第一カッタ部11Aの表面には、複数のビット11Bが取り付けられており、第一カッタ部11Aが回転することにより、ビット11Bによって地山が掘削される。また、第一カッタ部11Aの側縁部には、伸縮スポーク11Cが設けられており、この伸縮スポーク11Cは、第一カッタ部11Aに対してその半径方向に伸縮する。こうして、第一カッタ装置11は、その半径方向に縮径可能とされている。   The first shield machine 1 includes a first outer cylinder portion 10, and a first cutter device 11 is provided in front of the first outer cylinder portion 10. The first cutter device 11 includes a first cutter unit 11A having a disk shape. A plurality of bits 11B are attached to the surface of the first cutter unit 11A, and the ground is excavated by the bits 11B when the first cutter unit 11A rotates. Moreover, the expansion-contraction spoke 11C is provided in the side edge part of 11 A of 1st cutter parts, and this expansion-contraction spoke 11C expands-contracts in the radial direction with respect to 11 A of 1st cutter parts. Thus, the first cutter device 11 can be reduced in diameter in the radial direction.

第一カッタ部11Aは、掘削を行っている間は、伸縮スポーク11Cが伸長した状態で、第一外筒部10と同一径とされている。また、伸縮スポーク11Cが収縮したときには、第一カッタ部11Aの径は、第一外筒部10の内径よりも小さくなり、第一カッタ部11Aが第一外筒部10に対して引き込み可能となる。   The first cutter portion 11A has the same diameter as that of the first outer cylinder portion 10 while the telescopic spoke 11C is extended during excavation. When the telescopic spoke 11C contracts, the diameter of the first cutter part 11A is smaller than the inner diameter of the first outer cylinder part 10, and the first cutter part 11A can be pulled into the first outer cylinder part 10. Become.

第一カッタ装置11の後方には、第一内筒部12が設けられている。第一内筒部12は、第一外筒部10の内面に沿った外周部を有しており、第一外筒部10の内面に沿って移動可能とされている。第一内筒部12には、隔壁13が設けられており、隔壁13には駆動モータ11Dが設けられており、駆動モータ11Dにより第一カッタ部11Aを回転させている。また、第一内筒部12は、掘削作業中は第一外筒部10に固定されており、第一カッタ装置11は第一外筒部10とともに前後進する。   A first inner cylinder portion 12 is provided behind the first cutter device 11. The first inner cylinder part 12 has an outer peripheral part along the inner surface of the first outer cylinder part 10, and is movable along the inner surface of the first outer cylinder part 10. The first inner cylinder portion 12 is provided with a partition wall 13. The partition wall 13 is provided with a drive motor 11D, and the drive motor 11D rotates the first cutter portion 11A. Further, the first inner cylinder portion 12 is fixed to the first outer cylinder portion 10 during excavation work, and the first cutter device 11 moves forward and backward together with the first outer cylinder portion 10.

第一内筒部12には、中折れジャッキ14が取り付けられており、中折れジャッキ14によって、第一外筒部10が中折れ可能とされている。さらに、第一外筒部10には、シールドジャッキ15が取り付けられており、組み立てられたセグメントを押圧する。シールドジャッキ15でセグメントを押圧することにより、このセグメントに反力をとって第一シールド掘進機1が前進する。さらに、第一外筒部10には図示しないエレクタが設けられている。エレクタは、第一カッタ装置11によって形成された孔にセグメントを順次組み立てていく。   A middle folded jack 14 is attached to the first inner tubular portion 12, and the first outer tubular portion 10 can be folded by the middle folded jack 14. Further, a shield jack 15 is attached to the first outer cylinder portion 10 to press the assembled segment. By pressing the segment with the shield jack 15, the first shield machine 1 moves forward with reaction force applied to the segment. Further, the first outer cylinder portion 10 is provided with an erector (not shown). The erector sequentially assembles the segments in the holes formed by the first cutter device 11.

また、第一シールド掘進機1には、送泥管16および図示しない排泥管が設けられている。送泥管16および排泥管は、いずれも第一カッタ装置11における第一カッタ部11Aと隔壁13との間に配置されている。送泥管16からは、第一カッタ部11Aと隔壁13との間に高濃度泥水を供給し、第一カッタ部11Aの圧力を高めている。また、排泥管は、第一カッタ部11Aと隔壁13との間における送泥管16から供給された高濃度泥水および掘削された土からなる泥水を排出している。このように、送泥管16からの水の供給量および排泥管からの泥水の排出量により、第一カッタ装置11の圧力を調整している。さらに、第一外筒部10の後端部には、テールシールが設けられている。テールシールは、第一シールド掘進機1の後端部において、セグメントと第一シールド掘進機1との間を止水している。   The first shield machine 1 is provided with a mud pipe 16 and a mud pipe (not shown). The mud feed pipe 16 and the mud discharge pipe are both disposed between the first cutter unit 11 </ b> A and the partition wall 13 in the first cutter device 11. From the mud pipe 16, high-concentration mud water is supplied between the first cutter unit 11A and the partition wall 13 to increase the pressure of the first cutter unit 11A. Further, the mud discharge pipe discharges high-concentration mud supplied from the mud feed pipe 16 between the first cutter unit 11A and the partition wall 13 and mud made of excavated soil. Thus, the pressure of the first cutter device 11 is adjusted by the amount of water supplied from the mud pipe 16 and the amount of muddy water discharged from the mud pipe. Further, a tail seal is provided at the rear end portion of the first outer cylinder portion 10. The tail seal stops water between the segment and the first shield machine 1 at the rear end portion of the first shield machine 1.

また、第一シールド掘進機1には、図2に示すように、第一止水装置3が設けられている。第一止水装置3は、第一外筒部10に設けられた互いに連通する複数の貼付凍結管31を備えている。この貼付凍結管31に、凍結装置5からブラインが循環供給されて、シールド掘進機1,2の接合部位の地山を凍結する。この凍結装置5の構成については、後に説明する。   Moreover, the first shield machine 1 is provided with a first water stop device 3 as shown in FIG. The first water stop device 3 includes a plurality of pasted freeze tubes 31 provided in the first outer cylinder portion 10 and communicating with each other. Brine is circulated and supplied from the freezing device 5 to the pasted freezing pipe 31 to freeze the ground at the joining site of the shield machines 1 and 2. The configuration of the freezing device 5 will be described later.

凍結装置5から循環供給されるブラインが貼付凍結管31を流れることにより、第一外筒部10の外側の地山における凍結対象領域Xに含まれる土中水を冷凍させることにより、凍結対象領域Xに凍土(凍結地盤)を形成することができる。また、凍結対象領域Xに凍土が形成された後、貼付凍結管31内を低温のブラインが流れると、凍土が解凍することなく維持される。本実施形態においては、ブラインとしてギ酸カリウム系ブライン(ショーワ社製:コールドブライン)を用いている。   The brine to be circulated and supplied from the freezing device 5 flows through the sticking freezing tube 31, thereby freezing the soil water contained in the freezing target region X in the natural ground outside the first outer cylindrical portion 10, thereby freezing the target region. Frozen soil (frozen ground) can be formed on X. Further, after the frozen soil is formed in the freezing target region X, when the low-temperature brine flows through the attached freezing tube 31, the frozen soil is maintained without thawing. In the present embodiment, potassium formate-based brine (manufactured by Showa Co., Ltd .: cold brine) is used as the brine.

さらに第一止水装置3は、図1に示すように、第一内筒部12に設けられた注入管32を有しており、注入管32からは充填剤F1が噴出される。充填剤F1としては、土質系の無機質材料と水とを混合したものなどを用いることができる。また、第一止水装置3は、第一内筒部12の先端に位置するスライドフード12Aに設けられた環状シール部材33を有している。環状シール部材33は、ワイヤブラシからなり、基端部がスライドフード12Aに取り付けられ、先端部が第一外筒部10の内面に接触して、スライドフード12Aと第一外筒部10との間に空間を形成している。   Further, as shown in FIG. 1, the first water stop device 3 has an injection pipe 32 provided in the first inner cylinder portion 12, and the filler F <b> 1 is ejected from the injection pipe 32. As the filler F1, a mixture of a soil-based inorganic material and water can be used. Further, the first water stop device 3 has an annular seal member 33 provided on the slide hood 12 </ b> A located at the tip of the first inner cylinder portion 12. The annular seal member 33 is made of a wire brush, the base end is attached to the slide hood 12A, the tip is in contact with the inner surface of the first outer cylinder 10, and the slide hood 12A and the first outer cylinder 10 are in contact with each other. A space is formed between them.

第一シールド掘進機1における第一トンネルの掘進時には、この空間に注入管32から噴出された充填剤F1が充填されている。また、第一内筒部12の内面側には、冷却部材34が設けられている。冷却部材34は、スライドフード12Aを介して冷熱を伝達させ、充填剤F1を冷凍可能としている。   When the first tunnel is dug in the first shield machine 1, this space is filled with the filler F1 ejected from the injection pipe 32. A cooling member 34 is provided on the inner surface side of the first inner cylinder portion 12. The cooling member 34 transmits cold heat through the slide hood 12A so that the filler F1 can be frozen.

また、第二シールド掘進機2は、第一シールド掘進機1と同一の構成を有しており、第二外筒部20および第二カッタ装置21を備えている。第二カッタ部21Aの後方には、可動内筒部である第二内筒部22が設けられており、第二内筒部22には、隔壁23が設けられている。また、第二内筒部22の後部には、中折れジャッキが取り付けられている。   The second shield machine 2 has the same configuration as the first shield machine 1 and includes a second outer cylinder portion 20 and a second cutter device 21. A second inner cylinder portion 22 that is a movable inner cylinder portion is provided behind the second cutter portion 21A, and a partition wall 23 is provided in the second inner cylinder portion 22. Further, a bent jack is attached to the rear part of the second inner cylinder part 22.

さらに、第二外筒部20の後部にはシールドジャッキ取り付けられており、セグメントを押圧することにより、このセグメントに反力をとって第二シールド掘進機2を前進させる。第二外筒部20における後部上方位置にはエレクタが設けられており、セグメントを順次組み立てる。また、第二シールド掘進機2には、送泥管および排泥管が設けられ、第二カッタ部21Aと隔壁23との間に泥水を供給し、または排出している。第二外筒部20の後部には、テールシールが設けられている。   Further, a shield jack is attached to the rear portion of the second outer cylinder portion 20, and by pressing the segment, a reaction force is applied to the segment to advance the second shield machine 2. An erector is provided at a position above the rear portion of the second outer cylinder portion 20, and the segments are sequentially assembled. The second shield machine 2 is provided with a mud pipe and a mud pipe, and supplies or discharges mud water between the second cutter part 21A and the partition wall 23. A tail seal is provided at the rear portion of the second outer cylinder portion 20.

また、第二シールド掘進機2には、第二止水装置4が設けられている。第二止水装置4は、第一シールド掘進機1に設けられた第一止水装置3と同様、第二内筒部22の先端に位置するスライドフード22Aに設けられた互いに連通する複数の貼付凍結管41を備えている。この第一シールド掘進機1と同様、凍結装置5によって、貼付凍結管41にブラインが循環供給される。その他、第二止水装置4は、第一止水装置3と同様の注入管、環状シール部材、および冷却部材を有している。   The second shield machine 2 is provided with a second water stop device 4. Similar to the first water stop device 3 provided in the first shield machine 1, the second water stop device 4 includes a plurality of communicating with each other provided in the slide hood 22 </ b> A located at the tip of the second inner cylindrical portion 22. An attached freezing tube 41 is provided. As with the first shield machine 1, the freezing device 5 circulates and supplies brine to the pasted frozen tube 41. In addition, the 2nd water stop apparatus 4 has the same injection pipe as the 1st water stop apparatus 3, an annular seal member, and a cooling member.

凍結装置5は、第一シールド掘進機1および第二シールド掘進機2にそれぞれ設けられており、互いに同一の構造をなしている。以下に凍結装置5の構成を第一シールド掘進機1に接続された凍結装置5を参照して説明する。   The freezing device 5 is provided in each of the first shield machine 1 and the second shield machine 2 and has the same structure. Hereinafter, the configuration of the freezing device 5 will be described with reference to the freezing device 5 connected to the first shield machine 1.

図1に示す凍結装置5は、図3に示すように、熱交換器であるブライン冷却器50、コンデンサ55、および冷却塔58を備えている。ブライン冷却器50は、ブライン循環室51および冷媒流通管52を有しており、ブライン循環室51にはブラインが滞留し、冷媒流通管52内には、冷媒が流通している。また、ブライン冷却器50には、膨張弁としてリニアバルブ53が設けられている。さらに、ブライン冷却器50には、冷媒が液体である際の温度を計測する図示しない温度センサおよび冷媒が蒸発して気体となった際の蒸発圧力を計測する図示しない圧力センサが設けられている。温度センサで計測された冷媒温度および圧力センサによって計測された蒸発圧力は、リニアバルブ53に出力される。コンデンサ55は、冷媒循環室56および冷却水流通管57を有しており、冷媒循環室56には気化した冷媒が充満し、冷却水流通管57内には、冷却水が流通している。さらに、冷却塔58には冷却水が滞留している。   The freezing apparatus 5 shown in FIG. 1 includes a brine cooler 50, a condenser 55, and a cooling tower 58, which are heat exchangers, as shown in FIG. The brine cooler 50 includes a brine circulation chamber 51 and a refrigerant circulation pipe 52. The brine stays in the brine circulation chamber 51, and the refrigerant circulates in the refrigerant circulation pipe 52. The brine cooler 50 is provided with a linear valve 53 as an expansion valve. Further, the brine cooler 50 is provided with a temperature sensor (not shown) that measures the temperature when the refrigerant is a liquid and a pressure sensor (not shown) that measures the evaporation pressure when the refrigerant evaporates into a gas. . The refrigerant temperature measured by the temperature sensor and the evaporation pressure measured by the pressure sensor are output to the linear valve 53. The condenser 55 has a refrigerant circulation chamber 56 and a cooling water circulation pipe 57, the refrigerant circulation chamber 56 is filled with vaporized refrigerant, and the cooling water circulates in the cooling water circulation pipe 57. Further, the cooling water stays in the cooling tower 58.

ブライン冷却器50におけるブライン循環室51には、ブライン用配管61が接続されており、このブライン用配管61は、ブラインヘッダ62を介して貼付凍結管31に接続されている。また、ブライン用配管61には、ブライン循環ポンプ63が設けられている。地盤を凍結するブラインは、ブライン循環ポンプ63を作動させることにより、ブライン用配管61を介してブライン循環室51から貼付凍結管31に循環供給される。   A brine pipe 61 is connected to the brine circulation chamber 51 in the brine cooler 50, and this brine pipe 61 is connected to the pasted freezing pipe 31 via a brine header 62. Further, a brine circulation pump 63 is provided in the brine pipe 61. The brine that freezes the ground is circulated and supplied from the brine circulation chamber 51 to the pasting freeze tube 31 via the brine piping 61 by operating the brine circulation pump 63.

冷媒流通管52は、ブライン循環室51内に配設されており、冷媒が冷媒流通管52を流通することにより、冷媒流通管52を流通する冷媒とブライン循環室51内におけるブラインとの間で熱交換が行われ、冷媒の冷熱がブラインに伝熱されて、ブラインが冷却される。   The refrigerant circulation pipe 52 is disposed in the brine circulation chamber 51, and the refrigerant circulates through the refrigerant circulation pipe 52 so that the refrigerant flows between the refrigerant circulation pipe 52 and the brine in the brine circulation chamber 51. Heat exchange is performed, the cold heat of the refrigerant is transferred to the brine, and the brine is cooled.

冷媒流通管52の一端側は、気体冷媒用配管64と接続されており、他端側はリニアバルブ53を介して液体冷媒用配管65と接続されている。気体冷媒用配管64は、コンデンサ55における冷媒循環室56に接続されており、気体冷媒用配管64には、冷凍機圧縮機66が設けられている。また液体冷媒用配管65は、気体冷媒用配管64とは個別にコンデンサ55における冷媒循環室56に接続されている。冷凍機圧縮機66を作動させることにより、冷媒流通管52で気化した冷媒が気体冷媒用配管64を介してコンデンサ55における冷媒循環室56に流通する。冷凍機圧縮機66としては、内部に高段部と低段部が設けられた二段式圧縮構造をなす二段式圧縮機を用いており、冷媒を二段圧縮する。このため、気体となった冷媒をより好適に圧縮することができる。   One end side of the refrigerant flow pipe 52 is connected to the gas refrigerant pipe 64, and the other end side is connected to the liquid refrigerant pipe 65 via the linear valve 53. The gas refrigerant pipe 64 is connected to the refrigerant circulation chamber 56 in the condenser 55, and a refrigerator compressor 66 is provided in the gas refrigerant pipe 64. The liquid refrigerant pipe 65 is connected to the refrigerant circulation chamber 56 in the condenser 55 separately from the gas refrigerant pipe 64. By operating the refrigerator compressor 66, the refrigerant vaporized in the refrigerant circulation pipe 52 circulates in the refrigerant circulation chamber 56 in the condenser 55 through the gas refrigerant pipe 64. As the refrigerator compressor 66, a two-stage compressor having a two-stage compression structure in which a high stage portion and a low stage portion are provided is used, and the refrigerant is compressed in two stages. For this reason, the refrigerant which became gas can be compressed more suitably.

またコンデンサ55における冷媒流通管52で液化した冷媒が液体冷媒用配管65を流通し、リニアバルブ53を介して冷媒流通管52に供給される。リニアバルブ53は、図示しない温度センサおよび圧力センサで計測された液体の冷媒の温度および気化した冷媒の圧力に基づいて、その開度を調整する。また、コンデンサ55では、冷却水流通管57内に冷却水が流通することにより、気体の状態にある冷媒が冷熱を吸収して液化する。   Further, the refrigerant liquefied in the refrigerant flow pipe 52 in the capacitor 55 flows through the liquid refrigerant pipe 65 and is supplied to the refrigerant flow pipe 52 via the linear valve 53. The linear valve 53 adjusts its opening degree based on the temperature of the liquid refrigerant measured by a temperature sensor and a pressure sensor (not shown) and the pressure of the vaporized refrigerant. Further, in the condenser 55, the cooling water flows through the cooling water flow pipe 57, whereby the refrigerant in the gaseous state absorbs the cold heat and liquefies.

また、コンデンサ55における冷却水流通管57には、冷却水用配管67が接続されており、冷却水用配管67は、冷却塔58に接続されている。また、冷却水用配管67には、冷却水循環ポンプ68が設けられている。この冷却水循環ポンプ68を作動させることにより、冷却塔58内の冷却水がコンデンサ55における冷却水流通管57に循環供給される。冷却塔58では、コンデンサ55において冷媒を液化させることによって昇温した冷却水の熱を大気中に放出し、冷却水を冷却する。   A cooling water pipe 67 is connected to the cooling water circulation pipe 57 in the condenser 55, and the cooling water pipe 67 is connected to the cooling tower 58. The cooling water pipe 67 is provided with a cooling water circulation pump 68. By operating the cooling water circulation pump 68, the cooling water in the cooling tower 58 is circulated and supplied to the cooling water circulation pipe 57 in the condenser 55. In the cooling tower 58, the heat of the cooling water heated by liquefying the refrigerant in the condenser 55 is released into the atmosphere, and the cooling water is cooled.

この凍結装置5では、ブラインとしてギ酸カリウム系ブラインを用いているが、そのほか、表1に示す塩化カルシウム系、グリコール系、アルコール系、塩素系、シリコーン系、フッ素系の各ブラインを用いることもできる。これらのブラインのうち、凝固点が−50℃以下であるものが好適に用いられることから、この観点では塩化カルシウム系以外のブラインが好適となる。   In this freezing apparatus 5, potassium formate-based brine is used as the brine, but in addition, calcium chloride-based, glycol-based, alcohol-based, chlorine-based, silicone-based, and fluorine-based brines shown in Table 1 can also be used. . Among these brines, those having a freezing point of −50 ° C. or less are preferably used, and therefore, a brine other than calcium chloride is suitable from this viewpoint.

Figure 2008019650
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また、ブラインを循環させるためにブラインの粘度が150(mPa・s)以下であることが好適な条件となる。この観点ではグリコール系以外のブラインが好適となる。さらに、土木工事などで使用するブラインでは、溶接熱などにより、分解等がないことが要求される。そのため引火性や毒性が生じるなどのブラインは不向きである。この観点からはアルコール系および塩素系のブラインは不向きとなり、また、フッ素系のブラインについては、熱すると有毒ガスを生じる可能性があることから、毒性の観点で好適とはいい難い。したがって、塩化カルシウム系、グリコール系、ギ酸カリウム系が好適となる。   In order to circulate the brine, the viscosity of the brine is preferably 150 (mPa · s) or less. From this point of view, brines other than glycols are suitable. Further, brine used in civil engineering work is required to be free from decomposition due to welding heat or the like. For this reason, brines that cause flammability and toxicity are not suitable. From this point of view, alcohol-based and chlorine-based brines are unsuitable, and fluorine-based brines are not suitable in terms of toxicity because they may generate toxic gases when heated. Therefore, calcium chloride, glycol and potassium formate are preferred.

これらの各条件を踏まえて検討した結果、もっとも好適に用いることができるブラインはギ酸カリウム系ブラインとなる。これらの理由から、本実施形態では、ギ酸カリウム系ブラインを用いているが、表1に示す他のブラインを用いることもできる。特に、フッ素系ブラインについては、−80℃レベルでの使用にも耐えうることから高価となる傾向があることと、毒性を生じえる可能性があるといった観点から不向きとなるが、経済的観点を除いて毒性を生じ得ない状況下での使用を考慮すれば好適に用いることができる。   As a result of studying based on each of these conditions, a brine that can be most suitably used is a potassium formate-based brine. For these reasons, potassium formate-based brine is used in this embodiment, but other brines shown in Table 1 can also be used. In particular, fluorine-based brine is unsuitable from the viewpoint that it can withstand use at a level of −80 ° C. and tends to be expensive, and may cause toxicity. If it considers the use in the condition which cannot produce toxicity except, it can use suitably.

また、従来のブライン冷却器における膨張弁としては、自動バルブを用いるものが多く、このようなブライン冷却器を用いた冷凍装置では、通常、−30℃程度までしかブラインを冷却することができない。これに対して、本実施形態に係るブライン冷却器50では、リニアバルブ53を用いている。リニアバルブ53では、温度センサから出力される冷媒の吸入温度および圧力センサから出力される冷媒の蒸発圧力に基づいてその開度を変化させ、別途温度調節器で設定した過熱度でブライン冷却器50を稼動させることにより、高効率で熱交換を行うようにしている。   In addition, as an expansion valve in a conventional brine cooler, there are many that use an automatic valve, and a refrigeration apparatus using such a brine cooler can usually cool the brine only to about −30 ° C. In contrast, in the brine cooler 50 according to the present embodiment, the linear valve 53 is used. In the linear valve 53, the opening degree is changed based on the refrigerant suction temperature output from the temperature sensor and the refrigerant evaporation pressure output from the pressure sensor, and the brine cooler 50 is heated at a superheat degree separately set by the temperature controller. The heat exchange is performed with high efficiency.

ここで、過熱度とは、冷媒の蒸発温度と圧縮機の吸入温度との温度差のことをいう。過熱度が0となった場合、蒸発器内で冷媒が蒸発しきれていないことを意味し、冷凍機圧縮機66は液圧縮を行うこととなる。冷凍機圧縮機が液圧縮を行うと、冷凍機圧縮機の故障の原因となることから、液圧縮となるのを防止するためには、過熱度が大きく異なるように設定することが要求される。ところが、過熱度を大きく、たとえば15℃程度異なるように設定した場合、コンデンサの能力を十分に発揮することができなくなり、非効率的な運転となってしまう。   Here, the degree of superheat refers to the temperature difference between the evaporation temperature of the refrigerant and the suction temperature of the compressor. When the degree of superheat becomes 0, it means that the refrigerant has not completely evaporated in the evaporator, and the refrigerator compressor 66 performs liquid compression. When the refrigerator compressor performs liquid compression, it may cause a failure of the refrigerator compressor. Therefore, in order to prevent liquid compression, it is required to set the superheat degree to be greatly different. . However, when the degree of superheat is set to be large, for example, about 15 ° C., the capacity of the capacitor cannot be fully exhibited, resulting in inefficient operation.

膨張弁として自動バルブを用いた場合には、常に一定の過熱度で装置を運転させることができないことから、冷凍機圧縮機の損傷を防止するために、過熱度を大きく設定することが要求される。この点、本実施形態では、膨張弁としてリニアバルブ53を用いていることから、過熱度を大きく異ならせることなく、温度設定をすることができる。具体的には、5℃程度の過熱度とすることができる。このため、冷凍機圧縮機の損傷を防止しながら、効率よくコンデンサの能力を発揮させることができるので、−35℃〜−60℃といった温度域まで、ブラインを冷却することができる。したがって、冷凍機の設備の大型化を招かないようにしながら、地盤を早期に凍結させることができる。   When an automatic valve is used as an expansion valve, the device cannot always be operated with a constant degree of superheat, so it is required to set a large degree of superheat to prevent damage to the refrigerator compressor. The In this regard, in the present embodiment, since the linear valve 53 is used as the expansion valve, the temperature can be set without greatly changing the degree of superheat. Specifically, the degree of superheat can be about 5 ° C. For this reason, since the capacity | capacitance of a capacitor | condenser can be exhibited efficiently, preventing damage to a refrigerator compressor, a brine can be cooled to temperature ranges, such as -35 degreeC--60 degreeC. Therefore, it is possible to freeze the ground at an early stage without increasing the size of the refrigerator equipment.

また、LN(液体窒素)を直接凍結管に流入させる方法では、凍結管としてステンレス管を用いることが要求されるが、本実施形態では、凍結管には−60℃〜−35℃程度のブラインを流入させる。このため、凍結管としてステンレス管など低温脆性が生じない高い金属製のものを要求されることがなく、通常の鋼管を利用することができる。また、−80℃といった非常に低い温度まで低下させるものではないので、冷却設備の簡素なもので済ませることができる。したがって、その分装置の簡素化を図ることができる。 Further, in the method of flowing LN 2 (liquid nitrogen) directly into the freezing tube, it is required to use a stainless steel tube as the freezing tube, but in this embodiment, the freezing tube has a temperature of about −60 ° C. to −35 ° C. Bring in brine. For this reason, an ordinary steel pipe can be used without requiring a high-temperature metal pipe that does not cause low-temperature brittleness, such as a stainless steel pipe. In addition, since the temperature is not lowered to a very low temperature such as -80 ° C., a simple cooling facility can be used. Therefore, the apparatus can be simplified correspondingly.

この点についてさらに説明する。ブラインの温度を低く設定すると、その分地盤を早期に凍結させることができるが、凍結管の耐性が問題となる。鋼管として広く用いられる炭素鋼には、一般に、低温になるほど脆くなるとう性質がある。この性質を裏付けるべく、試験片としてSM490Aを用いて行ったシャルピー試験の一例の結果を図4に示す。図4(a)には、試験片温度と衝撃吸収エネルギーとの関係、図4(b)には試験片温度と脆性破面率との関係を示す。   This point will be further described. If the brine temperature is set low, the ground can be frozen at an early stage, but the resistance of the freezing tube becomes a problem. In general, carbon steel widely used as a steel pipe has a property of becoming brittle as the temperature decreases. FIG. 4 shows the result of an example of the Charpy test performed using SM490A as a test piece to support this property. FIG. 4A shows the relationship between the test piece temperature and impact absorption energy, and FIG. 4B shows the relationship between the test piece temperature and the brittle fracture surface ratio.

図4(a)から分かるように、常温では200J以上の衝撃吸収エネルギーを有する試験片であっても、−80℃を下回る温度となると、衝撃吸収エネルギーは10J以下にまで低下してしまう。また、図4(b)から分かるように、−80℃以下の温度となると、脆性破面率についてもほぼ100%となってしまう。これに対して、−60℃程度であれば、衝撃吸収エネルギーは50J程度を維持するとともに、脆性破面率についても85%程度に抑えることができる。このことから、ブラインの温度が−60℃以上であれば、ステンレス鋼ではなく、通常の炭素鋼などを用いた鋼管を凍結管として利用しても、鋼管の破損を防止することができることが分かる。したがって、ブラインの温度は、−60℃以上で、かつできるだけ低い温度とすることにより、凍結管として通常の鋼管を用いながらも、早期に地盤を凍結させることができる。   As can be seen from FIG. 4 (a), even when the specimen has an impact absorption energy of 200 J or more at room temperature, the impact absorption energy is reduced to 10 J or less when the temperature is lower than −80 ° C. Further, as can be seen from FIG. 4B, when the temperature is -80 ° C. or lower, the brittle fracture surface ratio is almost 100%. On the other hand, when the temperature is about −60 ° C., the impact absorption energy can be maintained at about 50 J, and the brittle fracture surface rate can be suppressed to about 85%. From this, it can be seen that if the temperature of the brine is −60 ° C. or higher, the steel pipe can be prevented from being damaged even if a steel pipe using ordinary carbon steel or the like is used as a freezing pipe instead of stainless steel. . Therefore, by setting the temperature of the brine to −60 ° C. or higher and as low as possible, the ground can be frozen at an early stage while using a normal steel pipe as a freezing pipe.

次に、本実施形態に係る凍結装置を用いた地盤の凍結方法について説明する。   Next, a ground freezing method using the freezing apparatus according to the present embodiment will be described.

本実施形態に係る凍結装置5では、シールドトンネルを接合するに際して地盤の凍結を行うにあたり、ブライン循環ポンプ63を作動させて、ブラインを貼付凍結管31に対して循環供給する。ブライン循環ポンプ63によって循環させられるブラインは、ブライン冷却器50を通過する。これと同時に、冷凍機圧縮機66を作動させて、冷媒をブライン冷却器50に供給する。   In the freezing device 5 according to the present embodiment, when the ground is frozen when joining the shield tunnel, the brine circulation pump 63 is operated to circulate and supply the brine to the pasted frozen tube 31. The brine circulated by the brine circulation pump 63 passes through the brine cooler 50. At the same time, the refrigerator compressor 66 is operated to supply the refrigerant to the brine cooler 50.

ブライン冷却器50では、冷凍機圧縮機66によって供給される冷媒とブライン循環ポンプ63によって供給されるブラインとの間で熱交換が行われる。この熱交換によって、冷媒がブラインから吸熱し、冷媒が吸熱した熱で気化するとともに、ブラインが冷却される。この熱交換により、ブラインは−60℃〜−50℃程度に冷却される。   In the brine cooler 50, heat exchange is performed between the refrigerant supplied by the refrigerator compressor 66 and the brine supplied by the brine circulation pump 63. By this heat exchange, the refrigerant absorbs heat from the brine, vaporizes with the heat absorbed by the refrigerant, and the brine is cooled. By this heat exchange, the brine is cooled to about −60 ° C. to −50 ° C.

こうして、冷却された低温となったブラインは、ブライン用配管61を介して貼付凍結管31に循環供給される。貼付凍結管31に低温のブラインが循環供給されることにより、シールド掘進機1,2の接合部における周囲の地山の熱がブラインに吸熱され、ブラインの温度が上昇するとともに、地山が凍結させられる。温度が上昇したブラインは、ブライン用配管61を介してブライン冷却器50へと流入する。また、ブライン冷却器50において気化した冷媒は、気体冷媒用配管64を介してコンデンサ55に送られる。   The cooled low-temperature brine is circulated and supplied to the stick freezing tube 31 through the brine pipe 61. The low temperature brine is circulated and supplied to the affixed freezing pipe 31, so that the heat of the surrounding natural ground at the junction of the shield machine 1 and 2 is absorbed by the brine, the temperature of the brine rises, and the natural ground freezes. Be made. The brine whose temperature has risen flows into the brine cooler 50 via the brine pipe 61. The refrigerant vaporized in the brine cooler 50 is sent to the condenser 55 via the gas refrigerant pipe 64.

コンデンサ55には、冷却水循環ポンプ68に作動によって、冷却水が循環供給されている。コンデンサ55では、冷却水と気化した冷媒との間で熱交換が行われ、冷媒が冷却されて、液化する。この液化した冷媒がブライン冷却器50に循環供給されて、ブラインを冷却する。   Cooling water is circulated and supplied to the condenser 55 by operating the cooling water circulation pump 68. In the condenser 55, heat exchange is performed between the cooling water and the evaporated refrigerant, and the refrigerant is cooled and liquefied. The liquefied refrigerant is circulated and supplied to the brine cooler 50 to cool the brine.

本実施形態においては、地山を凍結して凍土を造成する際に、ブラインの温度を−60℃〜−35℃、さらに好ましくは−60℃〜−50℃に範囲としている。従来、ブラインを用いた凍土の造成では、ブラインを−30℃〜−25℃程度としていたのに対して、本実施形態では、この温度よりも低温である、たとえば−60℃〜−50℃で凍土を造成している。このように、低温のブラインで凍土を造成することにより、凍土を迅速に造成することができるとともに、凍結膨張の発生を抑制することができる。また、低温で凍土を造成することができ、さらには地下流水による凍土成長阻害の影響を小さくすることができる。   In this embodiment, when freezing natural ground and creating frozen soil, the temperature of the brine is in the range of −60 ° C. to −35 ° C., more preferably in the range of −60 ° C. to −50 ° C. Conventionally, in the creation of frozen soil using brine, the brine was set to about −30 ° C. to −25 ° C., but in this embodiment, the temperature is lower than this temperature, for example, −60 ° C. to −50 ° C. Frozen soil is being created. Thus, by creating frozen soil with low-temperature brine, it is possible to quickly create frozen soil and to suppress the occurrence of freezing expansion. In addition, it is possible to create frozen soil at a low temperature, and furthermore, the influence of the inhibition of frozen soil growth by the groundwater can be reduced.

また、本実施形態では、シールドトンネルを接合する間は凍土を維持し、接合作業終了後は凍土を解凍させる。また、凍土を維持している間でも、必要以上の凍土厚は要求されず、凍土厚が大きくなりすぎると、逆に環境に対して悪影響を与えることが懸念される。そこで、地盤にブラインを循環させて所定の厚さまで凍土を成長させた後、凍土の過生成を防止すべく、このときのブラインの温度よりも高い温度、具体的に−35℃を超える温度に調整されたブラインを凍土に循環供給する。このように、所定の厚さの凍土が形成された後は、温度の高いブラインを循環供給することにより、凍土の過度の成長を抑制するとともに、凍土の解凍を防止することができる。   In this embodiment, the frozen soil is maintained while the shield tunnel is joined, and the frozen soil is thawed after the joining work is completed. In addition, while maintaining frozen soil, an excessively thick frozen soil thickness is not required, and if the frozen soil thickness becomes too large, there is a concern that it adversely affects the environment. Therefore, after circulating brine on the ground to grow frozen soil to a predetermined thickness, in order to prevent overproduction of frozen soil, the temperature is higher than the brine temperature at this time, specifically to a temperature exceeding -35 ° C. Circulate the adjusted brine to the frozen soil. As described above, after the frozen soil having a predetermined thickness is formed, the brine having a high temperature is circulated and supplied, thereby suppressing the excessive growth of the frozen soil and preventing the frozen soil from being thawed.

さらに、シールドトンネルの結合が終了し、凍土の利用が済んだら、さらに高い温度、たとえば0℃〜30℃程度のブラインを凍結対象領域に循環させることにより、凍土を解凍することができる。また、さらに高い温度、たとえば90℃程度のブラインを地盤に循環供給することにより、凍土を早期に解凍することができる。このとき、ブライン冷却器50を用いてブラインの温度調整を行っているので、ブライン冷却器50に供給する冷媒の供給量などを調整することにより、ブラインの温度の調整を容易に行うことができる。あるいは、電気式のヒータによりブラインを加熱することもできる。   Furthermore, after the shield tunnels are combined and the frozen soil is used, the frozen soil can be thawed by circulating a brine at a higher temperature, for example, about 0 ° C. to 30 ° C., to the region to be frozen. Moreover, frozen soil can be thawed at an early stage by circulating and supplying brine at a higher temperature, for example, about 90 ° C., to the ground. At this time, since the brine temperature is adjusted using the brine cooler 50, the brine temperature can be easily adjusted by adjusting the supply amount of the refrigerant supplied to the brine cooler 50, and the like. . Alternatively, the brine can be heated by an electric heater.

次に、ブラインの温度と造成される凍土の厚さとの関係について本発明者らが行った数値解析(数値シミュレーション)の結果について説明する。その結果を図5および表2に示す。数値解析は、地盤の容積含水率を60%、地盤温度を20℃にそれぞれ設定し、ブラインを−30℃、−50℃、−60℃、−90℃にそれぞれ調整し、凍結対象地盤に供給してその凍結半径を予測した。このシミュレーションでは、図5に破線で示す片側凍土厚0.4m未満については単管理論に基づき、0.4m以上では管列理論に基づきそれぞれシミュレーションを行った。   Next, the results of numerical analysis (numerical simulation) performed by the present inventors on the relationship between the temperature of the brine and the thickness of the frozen soil to be created will be described. The results are shown in FIG. In the numerical analysis, the volumetric water content of the ground is set to 60%, the ground temperature is set to 20 ° C., and the brine is adjusted to −30 ° C., −50 ° C., −60 ° C., and −90 ° C. The freezing radius was predicted. In this simulation, the simulation was performed based on the single control theory when the thickness of one-sided frozen soil shown by a broken line in FIG.

Figure 2008019650
Figure 2008019650

図5および表2から分かるように、−30℃のブラインを用いた場合には、1.5mの凍土を形成するための凍土造成期間に68日の期間を要したのに対して、−50℃のブラインでは39日、−60℃のブラインでは、33日、−80℃のブラインでは25日の期間を要した。この結果から、ブラインの温度が低いほど凍土造成期間が短くて済むことが分かる。それとともに、−30℃のブラインを用いた場合には、−50℃のブラインを用いる場合よりも29日も長期間がかかる一方、−50℃のブラインを用いた場合には、−80℃のブラインを用いた場合よりも14日ほどしか長くかかる期間がない結果となった。さらに−60℃のブラインを用いた場合には、−80℃のブラインを用いた場合よりもわずか8日ほどしか長くかかる期間がない結果となった。   As can be seen from FIG. 5 and Table 2, when −30 ° C. brine was used, the period of 68 days was required for the frozen soil formation period to form 1.5 m of frozen soil, whereas −50 It took 39 days for the brine at 0 ° C, 33 days for the -60 ° C brine, and 25 days for the -80 ° C brine. From this result, it can be seen that the lower the temperature of the brine, the shorter the frozen soil preparation period is. At the same time, when -30 ° C brine is used, it takes 29 days longer than when -50 ° C brine is used, whereas when -50 ° C brine is used, it takes -80 ° C brine. The result was that there was a period that took only about 14 days longer than when using brine. Furthermore, when -60 ° C brine was used, there was a period that took only 8 days longer than when -80 ° C brine was used.

その一方で、−80℃まで低温化されたブラインを地盤に供給するためには、凍結管としてステンレス管などの非常な低温に耐えることができる管を用いなければならないなどの制約が生じていた。この点、−60℃〜−35℃程度であれば、上記のシャルピー試験で鋼管を用いたSM490AやSGP(スチールガスパイプ、配管用炭素鋼管)などの通常の鋼管を用いることができる。   On the other hand, in order to supply brine cooled to −80 ° C. to the ground, there has been a restriction that a tube that can withstand extremely low temperatures such as a stainless steel tube must be used as a freezing tube. . If it is about this point and about -60 degreeC--35 degreeC, normal steel pipes, such as SM490A and SGP (steel gas pipe, carbon steel pipe for piping) which used the steel pipe by said Charpy test, can be used.

また、ブラインを−80℃程度にまで冷却するためには、大型設備となる二元式冷凍機や冷媒として液化窒素を用いるなど、設備負担が強いられることとなるが、−60℃〜−35℃程度にまで冷却するのであれば、簡素な二段式圧縮器冷凍機で十分に対応することができる。このため、冷凍機の設備の大型化を招かないようにすることができる。   Further, in order to cool the brine to about −80 ° C., the equipment burden is imposed such as using a binary refrigerator as a large facility or using liquefied nitrogen as a refrigerant, but −60 ° C. to −35. If it is cooled to about 0 ° C., a simple two-stage compressor refrigerator can adequately cope with it. For this reason, it is possible to prevent an increase in the size of the refrigerator equipment.

以上、本発明好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。たとえば、上記実施形態では、シールドトンネルの接合部に凍土を造成しているが、シールドトンネルやそれ以外のトンネルの周囲に凍土を形成する場合にも用いることができ、さらには、トンネル以外の地下構造物を構築するときに凍土を造成する場合などにも用いることができる。   As mentioned above, although preferred embodiment of this invention was described, this invention is not limited to the said embodiment. For example, in the above embodiment, frozen soil is created at the junction of the shield tunnel, but it can also be used when frozen soil is formed around the shield tunnel and other tunnels. It can also be used when creating frozen soil when constructing structures.

さらに、上記実施形態では、凍結管として貼付凍結管を用いているが、他の凍結管とすることもできる。たとえば、地中に削孔して埋設する形式の単管、二重管、もしくは三重管や、シールドセグメントや鋼管などの内部に埋め込む形式の凍結管、その他のあらゆる形式の凍結管を用いることができる。   Furthermore, in the said embodiment, although the sticking freezing tube is used as a freezing tube, it can also be set as another freezing tube. For example, a single pipe, double pipe, or triple pipe that is drilled and buried in the ground, a frozen pipe that is embedded inside a shield segment or steel pipe, or any other type of freezing pipe may be used. it can.

凍結方法が適用される第一シールドトンネルと第二シールドトンネルとの接合部位の断面図である。It is sectional drawing of the junction part of the 1st shield tunnel to which the freezing method is applied, and a 2nd shield tunnel. シールド掘進機に設けられた止水装置の断面図である。It is sectional drawing of the water stop apparatus provided in the shield machine. ブライン冷却器を含む冷媒およびブラインの流れを説明する図である。It is a figure explaining the flow of the refrigerant | coolant containing a brine cooler and a brine. シャルピー試験における結果を示すグラフであり、(a)は試験片温度と衝撃吸収エネルギーの関係、(b)は試験片温度と脆性破面率との関係をそれぞれ示す。It is a graph which shows the result in a Charpy test, (a) shows the relationship between test piece temperature and impact absorption energy, (b) shows the relationship between test piece temperature and a brittle fracture surface ratio, respectively. 凍土が造成される前後の経過日数と凍土厚との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the elapsed days before and after frozen soil creation, and frozen soil thickness.

符号の説明Explanation of symbols

1…第一シールド掘進機
2…第二シールド掘進機
3…第一止水装置
4…第二止水装置
5…凍結装置
31…貼付凍結管
32…注入管
33…環状シール部材
34…冷却部材
41…貼付凍結管
50…ブライン冷却器
51…ブライン循環室
52…冷媒流通管
53…リニアバルブ
55…コンデンサ
56…冷媒循環室
57…冷却水流通管
58…冷却塔
61…ブライン用配管
62…ブラインヘッダ
62…ブライン用配管
63…ブライン循環ポンプ
64…気体冷媒用配管
65…液体冷媒用配管
66…冷凍機圧縮機
67…冷却水用配管
68…冷却水循環ポンプ
X…凍結対象領域
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st shield machine 2 ... 2nd shield machine 3 ... 1st water stop apparatus 4 ... 2nd water stop apparatus 5 ... Freezing apparatus 31 ... Adhesion freezing pipe 32 ... Injection pipe 33 ... Annular seal member 34 ... Cooling member 41 ... Adhesion freezing pipe 50 ... Brine cooler 51 ... Brine circulation chamber 52 ... Refrigerant circulation pipe 53 ... Linear valve 55 ... Condenser 56 ... Refrigerant circulation chamber 57 ... Cooling water circulation pipe 58 ... Cooling tower 61 ... Brine piping 62 ... Brine Header 62 ... Brine pipe 63 ... Brine circulation pump 64 ... Gas refrigerant pipe 65 ... Liquid refrigerant pipe 66 ... Refrigerator compressor 67 ... Cooling water pipe 68 ... Cooling water circulation pump X ... Freezing area

Claims (5)

地盤における凍結対象領域を凍結させる地盤の凍結方法であって、
前記凍結対象領域に配置された凍結管内に対して、圧縮器で圧縮された冷媒を熱交換器に供給し、前記熱交換器によってブラインと前記冷媒との間で熱交換して前記ブラインを冷却する冷凍機によって、−60℃〜−35℃の範囲に冷却されたブラインを循環供給して、前記凍結対象領域を凍結させることを特徴とする地盤の凍結方法。
A ground freezing method for freezing a freezing target area in the ground,
The refrigerant compressed by the compressor is supplied to the heat exchanger in the freezing pipe arranged in the freezing area, and the brine is cooled by exchanging heat between the brine and the refrigerant by the heat exchanger. A ground freezing method characterized in that a brine cooled in a range of −60 ° C. to −35 ° C. is circulated and supplied by a freezer to freeze the region to be frozen.
前記圧縮器として、前記冷媒を二段圧縮する二段式圧縮器が用いられている請求項1に記載の地盤の凍結方法。   The ground freezing method according to claim 1, wherein a two-stage compressor that compresses the refrigerant in two stages is used as the compressor. 前記冷凍機は、前記圧縮器から供給される冷媒を前記熱交換器に膨張させながら供給する膨張弁を備えており、
前記膨張弁として、前記冷媒の圧縮機への吸入温度と蒸発圧力とを検出し、前記吸入温度および蒸発圧力に基づいて、開度をリニアに変化させて温度調節を行うリニアバルブを用いる請求項1または請求項2に記載の地盤の凍結方法。
The refrigerator includes an expansion valve that supplies the refrigerant supplied from the compressor while expanding the refrigerant to the heat exchanger.
The expansion valve is a linear valve that detects a suction temperature and an evaporation pressure of the refrigerant into the compressor, and linearly changes an opening degree based on the suction temperature and the evaporation pressure. The ground freezing method according to claim 1 or 2.
前記ブラインの粘度が150(mPa・s)以下とされている請求項1〜請求項3のうちのいずれか1項に記載の地盤の凍結方法。   The ground freezing method according to any one of claims 1 to 3, wherein the brine has a viscosity of 150 (mPa · s) or less. 請求項1〜請求項4に記載の地盤の凍結方法によって前記凍結対象領域を凍結させた後、
−35℃を超える温度のブラインを前記凍結対象領域に配置された凍結管内に供給して、前記凍結地盤の解凍および前記凍結地盤の過生成を防止することを特徴とする地盤の凍結方法。
After freezing the region to be frozen by the ground freezing method according to claim 1 to claim 4,
A ground freezing method, wherein brine having a temperature exceeding -35 ° C is supplied into a freezing pipe disposed in the freezing target region to prevent the frozen ground from being thawed and the frozen ground being excessively generated.
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