JP2009114769A - 漏水部凍結装置および漏水部止水方法 - Google Patents

Abstract

【課題】地盤または構造体等から小規模な漏水を止水する場合において、漏水部が平坦でない場合や狭隘部においても使用可能であり、簡易、軽量かつ冷却効率の高い押し当て式簡易凍結装置およびこれを用いた止水方法を提供する。
【解決手段】凍結装置１の耐圧容器３下端部外周には、凍結管９が周方向に複数周設けられ、バンド１５により周方向で数箇所、耐圧容器３と結合されている。凍結管９は、熱伝導材１７で覆われており、冷媒導入管１３に冷媒を流すと、冷媒２５は耐圧容器３の周囲の凍結管９内を流れる。この際、凍結管９は冷媒により冷却され、熱伝導材１７を介して、冷却対象部位を冷却し、凍結する。
【選択図】図１

Description

本発明は、地盤または構造体等から小規模な漏水を止水する場合において、漏水部が平坦でない場合や狭隘部においても使用可能であり、軽量かつ効率よく対処できる押し当て式簡易凍結装置およびこれを用いた止水方法に関するものである。

非開削地中切拡げ工事などで、地盤改良体や、構造物等の止水不良箇所から小規模な漏水が確認された場合、特に高水圧下では、早期に止水対策を施すことが必要である。早期に対策を施さない場合には漏水規模が大きくなり、水没事故や、地表面陥没事故などの大きなトラブルを引き起こすことになるためである。

特に凍結地盤に対しては、薬液注入等の一般的な止水工法では、凍土融解や漏水部損傷を引き起こすことから、有効な止水工法とはいえない。

このような漏水部に対して、凍結地盤にも影響を及ぼさず、応急的な止水装置として、地山に当接する当接部の周囲に止水枠が形成され、当接部を冷却するための冷却媒体を循環させる冷却管が内蔵される、押し当て式簡易凍結装置がある（特許文献１）。
特開２００５−１６２２５号公報

しかし、特許文献１にかかる凍結装置は、止水枠で漏水部全体を覆うため、漏水箇所に段差がある場合や狭隘な部位での使用が制限されるという問題がある。また、当接部と冷却部との間に距離があるため、地盤等を効率よく冷却することができないという問題がある。さらに、装置の構成として、冷却部に冷却管が屈曲させて配置され、さらに当接部を別構造で有することから、構造が複雑で重量が重いという問題がある。

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、地盤または構造体等から小規模な漏水を止水する場合において、漏水部が平坦でない場合や狭隘部においても使用可能であり、簡易、軽量かつ冷却効率の高い押し当て式簡易凍結装置およびこれを用いた止水方法を提供することを目的とする。

前述した目的を達成するため、第１の発明は、地盤の漏水部に押し当てて漏水部を凍結させて止水する凍結装置であって、耐圧容器と、前記耐圧容器に貫通して設けられた排水管と、前記排水管に設けられたバルブと、前記耐圧容器の周囲に設けられ、内部に冷媒を流すことができる凍結管と、を具備することを特徴とする凍結装置である。

前記凍結管には熱伝導材が設けられても良く、前記排水管の周囲に設けられたヒータと、前記ヒータを覆う断熱材と、をさらに具備してもよい。

前記凍結管が前記耐圧容器の周囲に、周方向に複数周設けられていてもよく、前記凍結管がフレキシブルホースであってもよい。

第１の発明によれば、地盤または構造体等から小規模な漏水を止水する場合において、冷媒を流す凍結管がフレキシブルであり、熱伝導材が可塑性を有するため、漏水部が平坦でない場合や狭隘部においても適用することが可能な押し当て式簡易凍結装置を提供することができる。また、凍結管と冷却部との距離が近いため、極めて高い冷却効率を有し、かつ、構造が簡易であるため軽量な、押し当て式簡易凍結装置を提供することができる。

第２の発明は、漏水部を凍結させて止水する止水方法であって、請求項１記載の凍結装置を漏水部に押し当てる工程（ａ）と、前記凍結管に冷媒を流す工程（ｂ）と、前記排水管の前記バルブを閉じる工程（ｃ）と、前記漏水部を凍結させる工程（ｄ）と、を具備することを特徴とする漏水部の止水方法である。

第２の発明によれば、地盤または構造体等から小規模な漏水を止水する場合において、漏水部が平坦でない場合や狭隘部においても適用することが可能で、かつ、極めて高い冷却効率を有する押し当て式簡易凍結装置を用いることで、迅速かつ確実な止水方法を提供することができる。

本発明によれば、地盤または構造体等から小規模な漏水を止水する場合において、漏水部が平坦でない場合や狭隘部においても使用可能であり、簡易、軽量かつ冷却効率の高い押し当て式簡易凍結装置およびこれを用いた止水方法を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる凍結装置１の外観を示す斜視図であり、図２は、本実施の形態にかかる、凍結装置１を漏水部２１に押し当てた状態を示す断面図である。

凍結装置１は主に、耐圧容器３、排水管５、凍結管９、熱伝導材１７とから構成される。耐圧容器３のほぼ中央に、鉛直方向に配水管５が取り付けられる。排水管５は耐圧容器３を貫通して設けられている。排水管５の上方には、バルブ７が取り付けられ、必要に応じて、中を流れる流体を止めることができる。なお、耐圧容器３は、図１では半球状としているが、他の形状であっても良い。

図１では、排水管５が耐圧容器３の下端まで伸びており、排水管５の下端にはシール６が設けられている。このようにすれば、漏水を排水管５へ直接導くことができ、冷却効率を高めることができるが、必ずしも排水管５を耐圧容器内に延長する必要はない。また、排水管５の上端には予め図示しないホース等が接続され、内部を流れる流体の排水を行うことができる。なお、シール６の材質は特定しないが、ゴムやスポンジなどが使用できる。

耐圧容器３の下端部外周には、凍結管９が周方向に複数周設けられる。凍結管９は、周方向で数箇所においてバンド１５によって耐圧容器３と結合されている。凍結管９の一方の端部には冷媒導入管１３が取り付けられる。もう一方の端部には、冷媒排出管１１が取り付けられる。凍結管９は、熱伝導材１７で覆われており、外部からは、凍結管９は視認できない。なお、熱伝導部材１７は、必ずしも凍結管９を覆わなくとも良く、詳細は後述するが、凍結管９の必要部位にのみ設けても良い。

冷媒導入管１３より冷媒を流すと、冷媒は耐圧容器３の周囲の凍結管９内を流れ、冷媒排出管１１より排出される。この際、凍結管９は冷媒により冷却され、熱伝導材１７を介して、冷却対象部位を冷却し、凍結する。

このため、凍結管９は地面１９にできるだけ近い方が、より迅速に地面１９を凍結することができる。よって、熱伝導材１７は地面１９に密着するだけの厚みがあればよく、必要以上に厚くすると地面１９の冷却効率が落ちる。

また、耐圧容器３は大きすぎると、後述する狭隘部での使用が制限され、また凍結装置１の重量が重くなる。さらに、凍結管９と漏水部２１との距離が離れるため、漏水部２１の凍結までに要する時間が長くなる。よって、耐圧容器３の外径はあまり大きくない方が望ましく、例えば２０ｃｍ程度であればよい。

ここで、耐圧容器３、排水管５、冷媒導入管１３、冷媒排出管１１の材質は特定しないが、例えばアルミニウム、ステンレスなどが使用できる。また、凍結管９は、一般的な鋼管でもよいが、後述するように、使用の自由度をあげるためには、フレキシブルホースであることが望ましい。なお、耐圧容器３の材質としては、剛性を有する金属性でも良いが、剛性のない膜状のものでも良い。

バンド１５は、凍結管９と耐圧容器３を結合できれば良いが、後述するように凍結管９を自由に変形させるためには、可撓性のある材質であることが望ましく、例えば樹脂製バンドなどが使用できる。また、熱伝導材１７は特定しないが、パテ状の粘着性材料で、かつ、塑性変形可能な材料が望ましい。この場合、熱伝導材１７は可塑性の材料であるため、地面の凹凸にも追従し、地面１９に密着される。熱伝導材１７としては、例えば、粘土に金属粉末を混ぜたものが使用できる。また、図示は省略するが、冷却効率を高めるためには、熱伝導材１７を含む凍結装置１の外側全体を断熱材で覆うのが望ましい。

次に、凍結装置１を使用した止水方法について説明する。図３は、本実施の形態に係る凍結装置１を使用した、止水方法を示したフローチャートである。漏水部２１を発見した場合、まず、凍結装置１を漏水部２１に押し付ける（ステップ１０１）。図２に示すように、バルブ７を開けた状態で、排水管５を漏水部２１に押し当てると、漏水２３は排水管５内を流れ、外部へ排出（図中Ａ方向）される。なお、漏水部２１は、地面１９に生じた場合のみならず、土留壁や凍土等の構造体に生じる場合もある。

次に凍結管９へ冷媒２５を流す（ステップ１０２）。図４は、凍結管９に冷媒２５を流した状態を示す断面図である。凍結管９に冷媒２５を流すと、冷媒２５により熱伝導材１７を介して地面１９が冷却される。ここで、前述の通り、熱伝導材１７は、凍結管９を覆うように設けられなくてもよい。すなわち、凍結管９と冷却対象部位である地面１９との隙間を埋める部分にのみ熱伝導材１７が設けられれば良い。

冷媒２５としては、例えば液体窒素が使用できる。液体窒素を使用した場合は、液体窒素容器を冷媒導入管１３と接続し、凍結管９に液体窒素を導入し、冷媒排出管１１より排気された窒素ガスを、大気中（トンネル等閉鎖空間の場合は外部）へ放出する。

図５は、凍結管９を覆う熱伝導材１７と地面１９との接触部位が凍結を開始した状態を示す断面図である。熱伝導材１７は、凍結管９からの冷熱を効率よく地面に伝達することが可能であり、また、凍結管９と地面１９は距離が極めて近いため、凍結管１における冷却効率は非常に高い。

熱伝導材１７近傍の地面１９が凍結を開始し、凍結部２７が生じたことを確認した後、排水管５に設けられたバルブ７を閉じる（ステップ１０３〜１０４）。この際、漏水２３の水圧で、多少の漏水２３がシール６より排水管５の外へ流出する可能性があるが、凍結部２７との接触により漏水２３は凍結するため、耐圧容器３の外へ流出することはない。凍結装置１を漏水部２３へ押し当ててから、バルブ７を閉じて応急的に止水するまでの時間は、漏水量や地面の状況にもよるが、概ね１０〜２０分程度である。

図６は、凍結部２７の範囲が広がり、漏水部２１まで凍結が完了した状態を示す図である。漏水部２１が凍結することで漏水２３は止水される。漏水部２１が完全に凍結したことを確認した後、凍結装置１の冷媒２５を止める（ステップ１０５〜１０６）。

次いで、凍結装置１を撤去して、止水作業が完了する（ステップ１０７）。図７は、漏水部２１が凍結した後、凍結装置１を撤去した状態を示す図である。なお、地盤の状況にもよるが、一度漏水部２１を完全に凍結すれば、凍結装置１を撤去した後も、概ね５０分〜１時間程度は漏水部２１の止水状態を保つことができる。このため、この間に、恒久的な止水対策を講じることができる。

次に、凍結装置１を段差のある場所で使用する場合について説明する。図８は、凍結装置１を段差のある場所での漏水部２１へ適用した場合の設置状態を示す図である。漏水部２１が段差の近傍にある場合も、図３に示したステップ１０１〜ステップ１０７までの同じ工程にて行われる。

凍結装置１を、段差付近の漏水部２１へ押し当てるには、熱伝導材１７および凍結管９を、段差に応じて変形させればよい。凍結管９を覆う熱伝導材１７と地面１９との接触面積は、平坦な場所での使用時と比較して小さくなるが、平坦な場所での使用時と同様な効果を得ることができる。

このような状況で使用する場合は、凍結管９の変形自由度が大きい方が適用できる範囲が広くなる。このため、凍結管９としては、フレキシブルホース等のように、自由に変形が可能な部材であることが望ましい。例えば、アルミニウム製、ステンレス製の蛇腹管などが使用できる。

次に、凍結装置１を狭隘部にて使用する場合について説明する。図９は、凍結装置１を狭隘な場所での漏水部２１へ適用した場合の設置状態を示す図である。漏水部２１が狭隘な場所にある場合も、図３に示したステップ１０１〜ステップ１０７までの同じ工程にて行われる。

凍結装置１を、狭隘部の漏水部２１へ押し当てるには、熱伝導材１７および凍結管９を、近接する壁面等に応じて変形させればよい。凍結管９を覆う熱伝導材１７と地面１９との接触面積は、平坦な場所での使用時と比較して小さくなるが、平坦な場所での使用時と同様な効果を得ることができる。このような状況で使用する場合においては、耐圧容器３は可能な限り小さい方が良く、また、前述のとおり、凍結管９の変形自由度が大きい方が適用できる範囲が広くなる。

以上説明してきたように、本実施の形態にかかる凍結装置１によれば、漏水２３を効率よく止水することができる。特に、凍結管９は地面１９に対して極めて近い位置に配置され、また、熱伝導材１７が可塑性を有し地面に密着するため、地面１９の冷却効率が極めて高い。

凍結管９はフレキホース等の変形が自由な部材よりなるため、熱伝導材１７の可塑性と合わせて、段差のある漏水部２１や狭隘部での漏水部２１に対しても適用することができる。

また、凍結装置１は構造が簡易であり、構成要素が少ないため、軽量である。更に、凍結管９と耐圧容器３は別体であるので、必要に応じて、凍結管９の巻き数を減らしたり、耐圧容器３のサイズを小さくすることも可能であり、よりコンパクトな凍結装置を得ることも可能である。また、耐圧容器３を小さくすれば、漏水部２１と凍結管９との位置をさらに近くする事ができ、より迅速に漏水部２１を凍結することができる。

次に第２の実施の形態にかかる凍結装置３０について説明する。ここで、本実施の形態において、凍結装置１と同一の機能を奏する構成要素については図１〜図２と同一の記号を付し、重複した説明を避ける。

図１０は、第２の実施の形態にかかる凍結装置３０を、漏水部２１に押し当てた状態を示す断面図である。凍結装置３０により漏水部２１を止水する場合も、図３に示したステップ１０１〜ステップ１０７までの同じ工程にて行われる。

まず、凍結装置３０を漏水部２１へ押し当て、凍結管９に冷媒２５を流す（ステップ１０１〜１０２）。この状態では、バルブ７が開いているため、漏水２３は排水管５を通じて外部へ排出される。

ここで、熱伝導材１７と接触する地面１９が凍結を開始すれば、次のステップに進みバルブ７を閉じる（ステップ１０３〜１０４）。しかし、凍結管９による冷却効果は、耐圧容器３を介して排水管５にも及ぶため、地面１９が凍結するよりも早く、排水管５内の漏水２３が凍結する可能性がある。この場合、漏水２３の圧力により、漏水２３が耐圧容器３内へ流出し、さらに耐圧容器３外へ流出する恐れがある。

凍結装置３０は上記問題を解決するため、排水管５の周囲にヒータ２９が設置され、さらにヒータ２９を覆うように断熱材３１が設けられる。凍結装置３０の使用に際しては、冷媒２５を流すと同時に、ヒータ２９の電源を入れる。排水管５および排水管５内の漏水２３はヒータ２９により温められ、凍結することはない。なお、ヒータ２９は特定しないが、バンドヒータやリボンヒータが使用できる。

凍結装置３０を用いた止水方法については、凍結装置１における以降のステップ１０３〜１０７の工程と同様である。

第２の実施の形態による凍結装置３０によれば、第１の実施の形態に係る凍結装置１と同様の効果を奏する。

また、排水管５内の漏水２３が凍結しないため、排水管５が閉塞することがない。このため、漏水２３の水圧により、漏水２３が排水管５より流出し、さらに凍結が進行していない熱伝導材１７と耐圧容器３の隙間から漏水２３が耐圧容器３外へ流出することを防止することができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、本発明における凍結装置は、凍結管が耐圧容器の周囲に３周巻かれている例を示したが、凍結管の設置は耐圧容器の周囲１周のみであってもよく、更に多く巻かれていても良い。

本実施の形態にかかる凍結装置１の外観を示す斜視図。 凍結装置１を漏水部２１に押し当てた状態を示す断面図。 本実施の形態に係る凍結装置１を使用した止水方法を示したフローチャート。 凍結管９に冷媒２５を流した状態を示す断面図。 凍結管９を覆う熱伝導材１７と地面１９との接触部位が凍結を開始した状態を示す断面図。 凍結部２７の範囲が広がり、漏水部２１の凍結が完了した状態を示す図。 漏水部２１が凍結し、凍結装置１を撤去した状態を示す図。 凍結装置１を段差のある場所での漏水部２１へ適用した場合の設置状態を示す図。 凍結装置１を狭隘な場所での漏水部２１へ適用した場合の設置状態を示す図。 第２の実施の形態にかかる凍結装置３０を、漏水部２１に押し当てた状態を示す断面図。

符号の説明

１、３０………凍結装置
３………耐圧容器
５………排水管
７………バルブ
９………凍結管
１１………凍結管
１３………冷媒排出管
１５………冷媒導入管
１７………熱伝導材
１９………地面
２１………漏水部
２３………漏水
２５………冷媒
２７………凍結部
２９………ヒータ
３１………断熱材

Claims (6)

1. 地盤又は構造体からの漏水部に押し当てて漏水部を凍結させて止水する凍結装置であって、
   耐圧容器と、
   前記耐圧容器に貫通して設けられた排水管と、
   前記排水管に設けられたバルブと、
   前記耐圧容器の周囲に設けられ、内部に冷媒を流すことができる凍結管と、
   を具備することを特徴とする凍結装置。
2. 前記凍結管には熱伝導材が設けられることを特徴とする請求項１記載の凍結装置。
3. 前記排水管の周囲に設けられたヒータと、
   前記ヒータを覆う断熱材と、
   をさらに具備することを特徴とする請求項１または請求項２記載の凍結装置。
4. 前記凍結管が前記耐圧容器の周囲に、周方向に複数周設けられていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の凍結装置。
5. 前記凍結管がフレキシブルホースであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の凍結装置。
6. 漏水部を凍結させて止水する止水方法であって、
   請求項１記載の凍結装置を漏水部に押し当てる工程（ａ）と、
   前記凍結管に冷媒を流す工程（ｂ）と、
   前記排水管の前記バルブを閉じる工程（ｃ）と、
   前記漏水部を凍結させる工程（ｄ）と、
   を具備することを特徴とする漏水部の止水方法。

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