JP2017166210A - 凍結工法 - Google Patents

Abstract

【課題】急速かつ容易に所望の箇所を凍結することが出来て、凍結する必要が無くなったのちに設備を迅速に除去することが出来て、しかも産業廃棄物を発生しない凍結工法の提供。【解決手段】本発明の凍結工法は、凍結対象物１０における冷却箇所１０Ａに凍結管１を配置する工程と、凍結管１内に冷媒（例えば液体窒素Ｎ２）を流過しつつ、凍結管１を配置した箇所の周辺に凝固した際に伝熱性が良好である液体（例えば水）を噴射して（例えば氷Ｗ１として）凍結して、凍結管１を配置した領域Ｒ１が凝固した液体Ｗ１（例えば氷）により被覆する工程を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、例えばシールド掘進機のスクリューコンベアの様な円柱構造物や壁面の一部等における所定の領域を凍結するための凍結工法に関する。

図９は泥土式シールド掘進機１００を示し、カッターヘッド３０を回転して地山Ｇを掘削し、掘削された土砂はチャンバー２０に送られ、スクリューコンベア１０によりシールド掘削機１００の後方（坑口側：図９で右方）に移送され（矢印ＡＲ）、排出される。
チャンバー２０及びそれに連続するスクリューコンベア１０の内側には高圧の泥土が充填されているため、例えば巨大な礫が混入してスクリューコンベア１０を閉塞してしまった場合や、故障が発生した場合、点検が必要な場合において、スクリューコンベア１０を分解して、点検、修繕することが困難である。

それに対して、例えば礫で閉塞された箇所や故障箇所の直ぐ上流側（切羽側：図９で左方）の領域に円筒状のケース４０を設置し、当該ケース４０内のスクリューコンベア１０の半径方向外方の空隙にドライアイスを充填して、スクリューコンベア１０の当該ケース４０が設置された領域における泥土を凍結して泥土の高圧を当該凍結箇所で遮断し、凍結箇所よりも下流側（坑口側）における故障箇所或いは点検が必要な箇所におけるスクリューコンベア１０を分解する技術が提案されている（特許文献１参照）。
しかし、ドライアイスのみではスクリューコンベア１０内部の泥土を凍結するのに多大な時間が必要となる。また、ドライアイスが気化して発生する炭酸ガスにより、トンネル内という狭小空間の作業環境が悪化する恐れが存在する。

また、スクリューコンベア１０に凍結管（図９では図示せず）を巻き付け、凍結管内にブラインを循環することで、礫が干渉して閉塞した箇所や故障箇所の直ぐ上流側（切羽側）の領域を凍結する技術が提案されている（特許文献２参照）。ここで、凍結管は基本的に丸い管であり、凍結対象は円柱形の表面であるため、凍結対象に凍結管を巻き付けても、そのままでは面接触とはならず、断熱性を有する空隙が発生する。当該空隙を無くするためには、充填材が必要になる。特許文献２では、凍結管とスクリューコンベア１０との間の空隙でブラインの冷熱が伝達されなくなってしまうことを防止するため、当該空隙に石粉、鉄粉、セメント等を水で練り混ぜた熱伝導性材料を塗布している。
しかし、石粉、鉄粉、セメント等を水で練り混ぜて熱伝導性材料を生成し、当該熱伝導性材料を凍結管とスクリューコンベア１０との間の空隙に充填する作業は、トンネルの様な狭い狭小空間においては多大な労力が必要であり、困難な作業である。また、修繕や点検が終了した後、熱伝導性材料が固化してしまうので、凍結管４０を除去するために多大な労力が必要になるという問題も存在する。さらに、石粉、鉄粉、セメント等を水で練り混ぜた熱伝導性材料は産業廃棄物であるため、その廃棄のための設備が必要になり、コストが高騰してしまう。

特開平１０−１４０９８５号公報 特開２００７−２４７２３５号公報

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、急速かつ容易に所望の箇所を凍結することが出来て、凍結の必要が無くなった後は凍結のための設備を迅速に除去することが出来て、しかも産業廃棄物を発生しない凍結工法の提供を目的としている。

本発明の凍結工法は、凍結対象物（１０、２０Ａ：例えばスクリューコンベアの様な中空円筒形、壁の様な平面部材、その他）における冷却箇所（１０Ａ、２０ＡＡ：例えば、スクリューコンベアが巨礫で閉塞した場合に、閉塞箇所の直ぐ上流側或いは切羽側の箇所）に凍結管（１〜４）を配置する工程と、
凍結管（１〜４）内に冷媒（例えば液体窒素：Ｎ_２）を流過しつつ、凍結管（１〜４）を配置した箇所の周辺に凝固した際に伝熱性が良好である液体（例えば水）を供給（例えば噴射、放水）して（例えば氷Ｗ１として）凍結し、凍結管（１〜４）を配置した領域（Ｒ１〜Ｒ４）が凝固した液体（Ｗ１：例えば氷）により被覆する工程を有することを特徴としている。
ここで凍結対象物は、中空体或いは中実体の柱状体、錐状体、平面構造物の何れをも包含する。

本発明において、凝固した液体（Ｗ１：例えば氷）で被覆された領域（Ｒ１〜Ｒ４：凍結管周辺の領域）を、空気を含んだ（例えば細かい）結晶で包囲する工程を有することが好ましい。
ここで、空気を含んだ（例えば細かい）結晶で包囲する工程は、断熱性を有する幕状部材（１１〜１５：例えばカーテン式の断熱幕）で包囲する工程と、
幕状部材（１１〜１５）の内側空間（Ｓ１〜Ｓ４）に、冷却すると結晶化する液体（Ｗ２：例えば水）を噴霧する（ミストを噴霧する）工程を有することが好ましい。

また本発明において、冷却能力が高い冷媒（例えば液体窒素）が流れる配管を有し、噴霧された液体（Ｗ２：例えば水）と熱交換を行う（噴霧されたミストと熱交換を行う）結晶生成用熱交換器（６）を設け、
冷却すると結晶化する液体（Ｗ２）を結晶生成用熱交換器（６）に噴霧する工程を有することが可能である。

上述の構成を具備する本発明によれば、凍結対象物（１０、２０Ａ：例えばスクリューコンベアの様な中空円筒形、壁の様な平面部材、その他）における冷却箇所（１０Ａ、２０ＡＡ）に凍結管（１〜４）を配置し、凍結管（１〜４）内に冷媒（例えば液体窒素：Ｎ_２）を流過しつつ、凍結管（１〜４）を配置した箇所の周辺に液体（例えば水）を噴射して（例えば氷で）凍結して、凍結管（１〜４）を配置した領域（Ｒ１〜Ｒ４）が凝固した液体（Ｗ１：例えば氷）で被覆された状態にしている。
ここで、噴射される液体は凝固した際に伝熱性が良好である液体を選択しているので、凍結管（１〜４）内の冷媒（例えば液体窒素）が保有する冷熱は、凍結管（１〜４）の管壁と伝熱材である凝固した液体（Ｗ１：氷）を介して冷却箇所（１０Ａ、２０ＡＡ）に伝達される。そのため、冷却箇所（１０Ａ、２０ＡＡ）における凍結対象物（例えば、スクリューコンベア１０内の泥土）は急速に凍結する。
例えば、冷却箇所（１０Ａ）がスクリューコンベア（１０）の一部である場合には、凍結管（１、３、４）を巻き付けた箇所の内側における泥土が凍結することにより、スクリューコンベア（１０）内における泥土は凍結した箇所（１０Ａ）の下流側（例えば坑口側）には移動せず、圧力も下流側には影響しない。その状態であれば、凍結箇所（１０Ａ）の下流側領域（例えばスクリューコンベア１０であれば、凍結管１、３、４を巻き付けた箇所の坑口側領域）を分解して、巨礫の除去等の修繕作業を実行することが出来る。

ここで、冷却箇所（１０Ａ、２０ＡＡ）を凍結するに際しては、凝固した際に伝熱性が良好である液体（例えば水）を噴射すると、凍結管（１〜４）に接触すると直ちに凍結するので、凍結管（１〜４）と冷却箇所（１０Ａ、２０ＡＡ）との間の伝熱性を良好にする作業（伝熱材の配置作業）が極めて短時間で行われ、作業が容易且つ迅速に行われる。そのため、例えばトンネルの様な狭小空間においても、施工が容易である。
また、凝固した際に伝熱性が良好である液体が水であれば、噴霧してもトンネル内という狭小空間の作業環境を劣下する恐れがない。

本発明において、冷却箇所（１０Ａ、２０ＡＡ）を凍結する必要が無くなった際には（例えば、スクリューコンベア１０の修繕等が終了した後には）、冷媒供給を遮断することにより、凍結管（１〜４）を配置した冷却箇所（１０Ａ、２０ＡＡ）における伝熱材（Ｗ１：例えば氷）は直ちに液相（水）となり、溶融する。そして、例えば水であれば、産業廃棄物ではないので、そのまま廃棄することが可能であり、作業環境を劣化させてしまうことがない。
そして、凍結管（１〜４）を凍結対象物（１０：例えばスクリューコンベアの様な中空円筒形、壁の様な平面部材、その他）から取り外すことにより、容易且つ正常な状態で、凍結用の機材を凍結対象物から除去することが出来る。
ここで従来技術では、伝熱材としてモルタルを選択していたので、モルタルが凍結管に付着して凍結管の再利用を妨げ、モルタルが付着した凍結管を産業廃棄物として処理する必要があった。それに対して本発明では、伝熱材（Ｗ１）として氷を選択することが出来るので、凍結後には水となり、モルタルの様に凍結管（１〜４）に付着してしまうことが無く、凍結管（１〜４）の再利用が可能となる。

ここで、凍結管（１〜４）を取り付けた箇所をより効率的に冷却するために、凝固した液体（Ｗ１：例えば氷）で被覆された領域（Ｒ１〜Ｒ４：凍結管周辺の領域）を、断熱性を有する幕状部材（１１〜１５：例えばカーテン式の断熱幕）で包囲し、幕状部材（１１〜１５）の内側空間（Ｓ１〜Ｓ４）に、冷却すると結晶化する液体（Ｗ２：例えば水）を霧状に噴霧する（ミストを噴霧する）ことにより、凝固した液体（Ｗ１：例えば氷）で被覆された領域（Ｒ１〜Ｒ４：凍結管周辺の領域）を断熱することが出来る。
幕状部材（１１〜１５）の内側空間（Ｓ１〜Ｓ４）は、伝熱材（Ｗ１：凝固した際に伝熱性が良好である液体が凝固した固相：例えば氷）を介して冷媒（例えば液体窒素：Ｎ_２）の冷熱が作用する。冷媒（例えば液体窒素）の冷却能力が高ければ、冷却すると結晶化する液体（Ｗ２：例えば水）を霧状に噴霧すれば（ミストを噴霧すれば）、直ちに凝固して空気を含んだ細かい結晶（Ｗ３：例えば雪状の結晶）となり、当該結晶は空気を包含しているので、良好な断熱性を有する。その様な断熱性を有する結晶（空気を含んだ細かい結晶）が幕状部材（１１〜１５）の内側空間（Ｓ１〜Ｓ４）に充填されるので、凝固した液体（Ｗ１：例えば氷）で被覆された領域（Ｒ１〜Ｒ４：凍結管周辺の領域）を良好に断熱する。

ここで、地盤凍結工法で広範に使用されている冷媒（いわゆる「ブライン」：人工降雪機における雪生成温度である−９０℃よりも高温の冷媒）は例えば液体窒素ほど冷却能力は高くはないので、冷却すると空気を含んだ細かい結晶（Ｗ３）となる液体（Ｗ２：例えば水）を霧状に噴霧しても（ミストを噴霧しても）、凝固せず空気を含んだ細かい結晶が生成されない恐れがある。
これに対して、冷却能力が高い冷媒（例えば液体窒素：−９０℃よりも低温の冷媒）が流れる配管を有し、噴霧されたミストと熱交換を行う結晶生成用熱交換器（６）を設け、冷却すると結晶化する液体（Ｗ２：例えば水）を結晶生成用熱交換器（６）に噴霧すれば、冷却能力が高くない冷媒が前記凍結管（４、５）内を流過する場合であっても、結晶生成用熱交換器（６）において前記液体（Ｗ２）は瞬時に凝固して結晶（空気を含んだ細かい結晶Ｗ３：例えば雪状の結晶）となり、幕状部材（１４〜１５）の内側空間（Ｓ１〜Ｓ４）に充填される。

本発明の第１実施形態の１工程を示す工程図であって、凍結管をスクリューコンベアに巻き付けた状態を示す図である。 図１に続く工程を示す工程図であって、凍結管周辺に水を噴射し凍結した状態を示す図である。 図２に続く工程を示す工程図であって、断熱幕で包囲した状態を示す図である。 図３に続く工程を示す工程図であって、断熱幕の内側空間に空気を含んだ細かい結晶の断熱材を充填する工程を示す図である。 本発明の第２実施形態を示す平面図である。 図５のＡＦ−ＡＦ断面図である。 本発明の第３実施形態を示す説明図である。 本発明の第４実施形態を示す説明図である。 従来技術を示す説明図である。

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。
最初に図１〜図４を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。
図１で、凍結対象物としては、例えばスクリューコンベア１０の様な中空円筒形部材である。図１においてスクリューコンベア１０（中空円筒形部材の１例）の冷却箇所１０Ａに凍結管１を巻き付ける（配置する）。冷却箇所１０Ａは、例えば、スクリューコンベア１０が巨礫（図示せず）で閉塞した場合に、閉塞箇所の直ぐ上流側（切羽側）箇所である。
明確には図示されないが、凍結管１をスクリューコンベア１０の外周に巻き付けた図１の状態では、凍結管１（例えば銅製）とスクリューコンベア１０の外周の間には間隙が介在し、空気による断熱領域が存在している。
図３、図４を参照して後述するが、断熱幕１１（図３、図４）を取り付ける場合には、図１で示す状態において、凍結管１に冷媒を流す前の段階で、スクリューコンベア１０の外周面に円環状のレール１１Ａ（図３参照）を取り付け、カーテン式の断熱幕２を当該レール１１Ａ上に畳んだ状態で設置する。ただし、凍結管１に冷媒を流した後に断熱幕２を設けることも可能である。

次に図２で示す工程を実施する。図２において、凍結管１内に冷媒（例えば液体窒素Ｎ_２：液体窒素の流れを矢印Ｆで示す）を流過しつつ、スクリューコンベア１０の凍結管１を巻き付けた箇所（冷却箇所１０Ａ）の周辺に、水（凝固した際に伝熱性が良好な液体の１例）を噴射し、凍結管１を巻き付けた箇所を凍結して、冷却箇所１０Ａが氷Ｗ１で被覆された状態にする。図２では当該氷Ｗ１で被覆された領域Ｒ１を点線で表示している。
ここで、凝固した氷の熱伝導率は２．２Ｗ／ｍＫ程度であり、セメントモルタルの熱伝導率０．５５Ｗ／ｍＫ程度を大きく上回る。すなわち、凝固した水（氷Ｗ１）の伝熱性は（少なくともセメントモルタルよりも）良好である。
水（凝固した際に伝熱性が良好である液体）を噴射して凍結管１に接触せしめると直ちに凍結するので、凍結管１とスクリューコンベア１０の冷却箇所１０Ａとの間に伝熱材（氷Ｗ１）を配置する作業が極めて短時間で、容易且つ迅速に行われる。水（凝固した際に伝熱性が良好である液体）を噴射する際は、スクリューコンベア１０の凍結管１を巻き付けている領域の軸方向全域の外周面全域に亘って、流体噴射装置７のノズル７Ａから当該液体を噴射する。

図２において、領域Ｒ１を被覆する氷Ｗ１の伝熱性が良好なので凍結管１内の冷媒（例えば液体窒素）が保有する冷熱は、凍結管１の管壁と氷Ｗ１を介してスクリューコンベア１０の冷却箇所１０Ａに効率良く伝達される。そのため、スクリューコンベア１０の冷却箇所１０Ａの半径方向内側に存在する泥土は直ちに冷却されて、凍結する。
凍結した泥土は、スクリューコンベア１０内の凍結箇所（冷却箇所１０Ａの半径方向内側の領域）よりも下流側（坑口側）には移動せず、チャンバー２０（図９）とスクリューコンベア１０の内部の高圧も、前記凍結箇所よりも下流側（坑口側）の領域には影響しない。
そのため、スクリューコンベア１０の凍結管１を巻き付けた箇所である冷却箇所１０Ａの下流側（坑口側）領域であれば、スクリューコンベア１０を分解して、巨礫の除去等の修繕作業や点検作業、その他を実行することが出来る。

スクリューコンベア１０の修繕等の後、凍結管１への冷媒の供給を遮断すれば、冷却箇所１０Ａにおいて凍結している氷Ｗ１（伝熱材）は直ちに溶融して水になる。ここで、水は産業廃棄物ではなく、そのまま廃棄することが可能である。そして、例えばスクリューコンベア１０が泥土式シールド掘進機１００（図９）内に設けられている場合であっても、廃棄するのが水であれば、狭小な作業空間或いは作業環境を劣化させる恐れはない。
氷Ｗ１が溶融して水になった後、凍結管１をスクリューコンベア１０から取り外すことにより、凍結用の機材の除去が極めて容易に完了する。

第１実施形態において、スクリューコンベア１０の凍結管１を巻き付けた箇所（冷却箇所１０Ａ）に存在する泥土をより効率的に冷却するには、図２で示す氷Ｗ１で被覆された領域Ｒ１（スクリューコンベア１０の凍結管１を巻き付けた箇所の周辺領域）を断熱する必要がある。
図３、図４は、当該氷Ｗ１で被覆された領域Ｒ１を断熱するための工程を示している。
先ず図３において、氷Ｗ１で被覆された領域Ｒ１（冷却箇所１０Ａの周辺領域）を、断熱性を有する幕状部材１１（例えばカーテン式の断熱幕）で包囲する。

氷Ｗ１により被覆された領域Ｒ１を幕状部材１１で包囲するには、図１を参照して前述したように、予めレール１１Ａ上に畳んだ状態で設置していたカーテン式の断熱幕１１（幕状部材）を、氷Ｗ１で被覆された領域Ｒ１を包囲する様に展開する。
明確には図示されていないが、断熱幕１１を展開するに際しては、スクリューコンベア１０の冷却箇所１０Ａの切羽側端部近傍（図３では左側）に一端１１Ｂを固定された状態から、断熱幕１１の他端１１Ｃをレール１１Ａと共にスクリューコンベア１０の冷却箇所１０Ａの坑口側端部近傍（図３で右側）まで移動すれば良い。
図３において、符号１１Ｄはスペーサであり、当該スペーサはレール１１Ａを有しており、断熱幕１１の坑口側端部１１Ｃを、スクリューコンベア１０の外周に沿って、スクリューコンベア１０の軸方向に摺動可能に案内する機能を有している。

氷Ｗ１で被覆された領域Ｒ１をカーテン式の断熱幕１１で包囲した後、図４で示す様に、断熱幕１１の内側空間Ｓ１にミスト発生装置８のノズル８Ａを挿入する。そして、ノズル８Ａから内側空間Ｓ１内にミストＷ２を噴霧する（水を霧状に噴霧する）。
断熱幕１１の内側空間Ｓ１は、伝熱材である氷Ｗ１を介して凍結管１を流れる冷媒（例えば液体窒素：Ｎ_２）の冷熱が作用する。冷媒が液体窒素（Ｎ_２）であれば、ミストＷ２を噴霧することにより空気を含んだ細かい結晶Ｗ３（例えば雪状の結晶）となり、空気を含んだ細かい結晶Ｗ３は断熱幕２の内側空間Ｓ１に充填される。
ここで、人工降雪機における雪生成温度は−９０℃前後であり、図示の実施形態において液体窒素（Ｎ_２）が流過する凍結管１周辺温度は窒素の沸点よりも高温の−１５０℃程度である。そのため、断熱幕１１の内側空間Ｓ１にノズル８Ａから水を霧状に噴霧した際には人工降雪機における雪生成の条件を充足しており、発明者の実験によれば内部空間Ｓに空気を含んだ細かい結晶Ｗ３が充填されることが確認されている。

空気を包含した細かい結晶Ｗ３は良好な断熱性を有している（熱伝導率０．０５〜０．１Ｗ／ｍＫ程度）ので、断熱幕１１の内側空間Ｓ１は断熱材で充填されることになる。そのため、氷Ｗ１で被覆された領域Ｒ１は良好に断熱され、凍結管１を流れる冷媒の冷熱が冷却箇所１０Ａの半径方向内方の領域における泥土に効率良く伝達されて、冷却箇所１０Ａの半径方向内方の領域における泥土を急速に凍結することが出来る。
図示の実施形態において、冷媒は液体窒素に限定されるものではない。水を霧状に噴霧（ミストを噴霧）した際に、当該霧が直ちに空気を含んだ細かい結晶となる程度の冷熱を有し、且つ、取り扱いが容易な冷媒であれば、特に限定は無い。
また、スクリューコンベア１０の凍結は１回のみではなく複数回行うことが可能であり、必要に応じて冷却箇所２０Ａを変更して凍結することにより、故障修理、止水、その他の不具合に対する処置を適切に行うべき個所を正確に特定して、適切な処置を行うことが可能である。

図１〜図４の本発明の第１実施形態によれば、スクリューコンベア１０における冷却箇所１０Ａに凍結管１を配置し、凍結管１内に冷媒（例えば液体窒素）を流過しつつ、凍結管１を配置した箇所の周辺に液体（水）を噴射して凍結せしめ、凍結管１を配置した領域Ｒ１が凝固した液体Ｗ１（凍結した氷）で被覆された状態にしている。
ここで、噴射される液体は凝固した際に伝熱性が良好である液体（例えば水）を選択しているので、凍結管１内の冷媒が保有する冷熱は、凍結管１の管壁と伝熱材である凝固した液体Ｗ１（氷）を介して冷却箇所１０Ａに効率的に伝達されるため、冷却箇所１０Ａにおけるスクリューコンベア１０内の泥土は急速に凍結する。
そして凍結した泥土は冷却箇所１０Ａよりも下流側（坑口側）の領域には移動せず、泥土における圧力も泥土が凍結した領域（冷却箇所１０Ａ）よりも下流側には影響しない。そのため、スクリューコンベア１０における凍結箇所１０Ａの下流側領域を分解して、巨礫の除去等の修繕作業や点検作業、その他を実行することが出来る。

また第１実施形態では、凝固した液体Ｗ１（氷）で被覆された領域Ｒ１（凍結管周辺の領域）を、カーテン式の断熱幕１１で包囲し、断熱幕１１の内側空間Ｓ１に冷却すると結晶化する液体Ｗ２（水）を霧状に噴霧する（ミストを噴霧する）ので、断熱性を有する結晶Ｗ３（空気を含んだ細かい結晶）が断熱幕１１の内側空間Ｓ１に充填される。
その結果、凝固した液体Ｗ１（氷）で被覆された領域Ｒ１を良好に断熱して、スクリューコンベア１０の冷却箇所１０Ａに存在する泥土をより効率的に冷却することが出来る。

さらに、凝固すると伝熱性が良好である液体（水）を噴射すると、凍結管１に接触すると直ちに凍結するので、凍結管１とスクリューコンベア１０の冷却箇所１０Ａとの間に伝熱材（氷Ｗ１）を配置する作業が極めて短時間で、容易且つ迅速に行われる。
そして水は環境を劣化させないため、例えばトンネルの様な狭小空間にスクリューコンベア１０が配置された場合でも、狭小な狭小空間の作業環境を劣下する恐れがない。
それに加えて、凍結管１への冷媒供給を停止して、凍結管１をスクリューコンベア１０から取り外すことにより、極めて容易に凍結設備を除去することが出来る。

次に図５、図６を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。
図１〜図４の第１実施形態では、中空管状のスクリューコンベア１０を凍結しているが、図５、図６の第２実施形態では平面形状の部材（例えば壁）を凍結している。
図５、図６において、凍結対象物は壁面２０Ａ、例えば泥土式シールド掘進機１００のチャンバー２０（図９参照）における隔壁であり、図５において、壁面２０Ａの冷却箇所２０ＡＡに凍結管２を複数回（図５では６回）折り返す様に、換言すれば７か所の直線部分を６か所のＵ字状に湾曲した箇所で接続した態様で配置している。
冷却箇所２０ＡＡは、例えば、泥土式シールド掘進機１００内で高圧の泥土が充填されているチャンバー２０内の隔壁中で点検、修理等が必要な箇所であり、巨大な礫の混入の対処、故障の対処、湧水発生が予想される箇所の止水、ひび割れの処置等をするべき個所である。そして壁面２０Ａの冷却箇所２０ＡＡを冷却して冷却箇所２０ＡＡ近傍に存在する高圧の泥土を凍結し、以て、故障、止水、その他の不具合に対する処置を容易に行うものである。

図６を参照すれば明らかな様に、単に凍結管２を隔壁面２０Ａの冷却箇所２０ＡＡに配置しただけでは、銅製の凍結管２と隔壁面２０Ａの間には間隙が介在し、断熱性が高い空気が介在してしまう。
しかし、図５、図６で示す様に、凍結管２内に冷媒（例えば液体窒素Ｎ_２：液体窒素の流れを矢印Ｆで示す）を流過しつつ、隔壁面２０Ａの凍結管２を配置した箇所（すなわち冷却箇所２０ＡＡ）の周辺に、水（凝固した際に伝熱性が良好な液体の１例）を噴射し、冷却箇所２０ＡＡ周辺を凍結して、氷Ｗ１で被覆された状態にする。図５、図６では、当該氷Ｗ１で被覆された領域Ｒ２を点線で表示する。図５、図６では図示されていないが、凝固した際に伝熱性が良好な液体（水）は、図示しない流体噴射装置により噴射する。
第１実施形態と同様に、凝固した際に伝熱性が良好である液体（水）を噴射すると、凍結管２に接触して直ちに凍結し（伝熱性が良好な氷Ｗ１となり）、凍結管２と隔壁面２０Ａの冷却箇所２０ＡＡとの間に伝熱材が良好な固相（氷Ｗ１）を介在（配置）する。そして、凍結管２と隔壁面２０Ａの冷却箇所２０ＡＡとの間に伝熱材が良好な固相（氷Ｗ１）を介在（配置）する作業は極めて短時間で、容易且つ迅速に行われる。

図６で領域Ｒ２を被覆する氷Ｗ１は伝熱性が良好であり、凍結管２内の冷媒（例えば液体窒素：Ｎ_２）が保有する冷熱は、凍結管２の管壁と氷Ｗ１を介して隔壁面２０Ａの冷却箇所２０ＡＡに効率的に伝達される。そのため、隔壁面２０Ａの凍結管２を配置した箇所（すなわち冷却箇所２０ＡＡ）の内側（例えば、泥土式シールド掘進機１００のチャンバー２０の内側領域）に存在する泥土は、短時間で冷却され、凍結する。
当該泥土が凍結すれば、隔壁面２０Ａにおいて、冷却箇所２０ＡＡ（泥土が凍結した箇所）或いはその近傍に設けた点検口（図示しない）から、例えばチャンバー２０内における故障修理、止水、その他の不具合に対する処置を適切に行うことが出来る。
ここで、凍結は１回のみではなく複数回行うことが可能であり、必要に応じて冷却箇所２０ＡＡを変更して凍結することにより、故障修理、止水、その他の不具合に対する処置を適切に行うべき個所を正確に特定して、適切な処置を行うことが可能である。

第２実施形態においても、隔壁面２０Ａの凍結管２を配置した箇所（冷却箇所２０ＡＡ）に存在する泥土をより効率的に冷却するために、図６で示す氷Ｗ１で被覆された領域Ｒ２（隔壁面２０Ａの凍結管２を配置した箇所の周辺領域）を断熱している。
断熱工程では、先ず、氷Ｗ１で被覆された領域Ｒ２を、断熱性を有する幕状部１２（例えばカーテン式の断熱幕）で包囲する。なお、断熱工程に係るカーテン式の断熱幕１２の図示は、図５では省略している。
氷Ｗ１で被覆された領域Ｒ２をカーテン式の断熱幕１２で包囲したら、ミスト発生装置（ノズル８Ａのみ表示）により、断熱幕１２の内側空間Ｓ２内にミストＷ２を噴霧する（水を霧状に噴霧する）。

断熱幕１２の内側空間Ｓ２は、伝熱材である氷Ｗ１を介して凍結管２を流れる冷媒（例えば液体窒素Ｎ_２）の冷熱が作用する。冷媒が液体窒素Ｎ_２であれば、図１〜図４の第１実施形態で上述した人工降雪機における雪生成の条件を充足するので、内側空間Ｓ２にミストＷ２を噴霧すれば空気を含んだ細かい結晶Ｗ３（例えば雪状の結晶）となり、空気を含んだ細かい結晶Ｗ３は断熱幕１２の内側空間Ｓ２に充填される。
第１実施形態で説明したのと同様に、空気を含んだ細かい結晶Ｗ３は良好な断熱性を有しており、断熱幕１２の内側空間Ｓ２は空気（断熱性が良好な部材）を含んだ細かい結晶Ｗ３で充填されるため、氷Ｗ１で被覆された領域Ｒ２（隔壁面２０Ａの凍結管２を配置した箇所の周辺領域）は良好に断熱され、凍結管２を流れる冷媒の冷熱が冷却箇所２０ＡＡ近傍の泥土に効率的に伝達されて、冷却箇所２０ＡＡ近傍の泥土を直ちに凍結することが出来る。

図５〜図６の本発明の第２実施形態によれば、チャンバー２０の隔壁面２０Ａにおける冷却箇所２０ＡＡに凍結管２を配置し、凍結管２内に冷媒（例えば液体窒素Ｎ_２）を流過しつつ、冷却箇所２０ＡＡ箇所の周辺に液体（水）を噴射して、凍結して、凍結管２を配置した領域Ｒ２が凝固した液体Ｗ１（氷）で被覆された状態にしている。そのため、凍結管２と冷却箇所２０ＡＡの間には伝熱性が良好な氷Ｗ１が存在し、空気により断熱されてしまうことはない。そのため、凍結管２を流れる冷媒の冷熱が冷却箇所２０ＡＡ近傍の泥土に効率的に伝達される。
また、凝固した液体Ｗ１（氷）で被覆された領域Ｒ２（凍結管２周辺の領域）を、カーテン式の断熱幕１２で包囲し、断熱幕１２の内側空間Ｓ２に冷却すると結晶化する液体Ｗ２（水）を霧状に噴霧する（ミストを噴霧する）ので、断熱性を有する結晶Ｗ３（空気を含んだ細かい結晶）が断熱幕２の内側空間Ｓ２に充填される。そのため、氷で被覆された箇所（冷却箇所２０ＡＡ近傍領域）は外部環境から断熱される。

その結果、隔壁面２０Ａ（の冷却箇所２０ＡＡ）の様な平面形状の部材を凍結して、チャンバー２０内の当該範囲の泥土を極めて短時間で、より効率的に冷却し、凍結することが出来る。そして、前記泥土が凍結した箇所に対応する点検口よりチャンバー２０内の必要な処置（故障、止水、その他の不具合に対する処置）を行うことが出来る。
図５、図６の第２実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図４の第１実施形態と同様である。

次に図７を参照して、本発明の第３実施形態を説明する。
上述した様に図１〜図６の実施形態では、水を霧状に噴霧（ミストを噴霧）した際に、当該霧が直ちに空気を含んだ細かい結晶となる程度の冷熱を有する冷媒（例えば液体窒素Ｎ_２）を使用しているが、図７の第３実施形態では、地盤凍結工法で広範に使用されている冷媒（いわゆる「ブライン」）を使用している。
ここで、液体窒素Ｎ_２に比較してブラインの温度は高く、人工降雪機における雪生成温度である−９０℃よりも高温である。そのため、ブラインが流過している凍結管３の周辺に水を霧状に噴霧（ミストを噴霧）しても空気を含んだ細かい結晶は生成されない。そのため図７の第３実施形態では、ブラインを流す凍結管３に加えて、噴霧されたミストにより空気を含んだ細かい結晶Ｗ３を生成するために、冷却能力が高い冷媒、例えば液体窒素（Ｎ_２：液体窒素の流れを矢印ＦＮで示す）が流過する配管を設け、当該配管により構成される結晶生成用熱交換器６を設けている。当該熱交換器６において、噴霧されたミストが液体窒素と熱交換を行い、空気を含んだ細かい結晶Ｗ３が生成される。

図７において、スクリューコンベア１０の凍結するべき領域（冷却箇所１０Ａ）に凍結管３を巻き付け（配置し）、凍結管３内に冷媒（例えばブライン：−９０℃よりも高温の冷媒：液体窒素等に比較して冷熱発生量が少ない冷媒）を流過しつつ（矢印Ｆ）、スクリューコンベア１０の凍結管３を巻き付けた箇所（冷却箇所１０Ａ）の周辺に、水（凝固した際に伝熱性が良好な液体の１例）を噴射して、凍結管３を巻き付けた箇所を凍結して、冷却箇所１０Ａ近傍を氷Ｗ１で被覆して（氷Ｗ１で被覆された領域を符号Ｒ３で示す）、凍結管と冷却箇所１０Ａとの間隙を氷（伝熱性の良好な固相の１例）で充填する。
なお、この時点では次工程で領域Ｒ３を包囲するカーテン式の断熱幕１４が、畳んだ状態で既に配置されている。

次に、上述の結晶生成用熱交換器６をカーテン式の断熱幕１４に近接して、ミスト発生装置（ノズル８Ａのみ表示）側に設置して、ミスト噴射ノズル８Ａから、冷却すると結晶化する液体Ｗ２（例えば水）を結晶生成用熱交換器６に向かって噴霧する。
その結果、ミストＷ２は結晶生成用熱交換器６で冷却されて空気を含んだ細かい結晶Ｗ３となり、当該結晶Ｗ３（断熱材）は空気を包含した状態（断熱性が良好な状態）で断熱幕１４の内側空間Ｓ３に充填される。

図７の第３実施形態によれば、凍結管３に流す冷媒として−９０℃よりも高温の冷媒（地盤凍結工法で広範に使用されているブラインを含む）を選択した場合であっても、結晶生成用の熱交換器６を設けることにより、スクリューコンベア１０における泥土を凍結するべき箇所（氷Ｗ１で被覆された領域Ｒ３であり、スクリューコンベア１０の凍結管３を巻き付けた箇所１０Ａの周辺領域）を包囲する様に断熱材（空気を含んだ細かい結晶Ｗ３）を充填することが出来る。
図７の第３実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図６の各実施形態と同様である。

次に図８を参照して、本発明の第４実施形態を説明する。
図８の第４実施形態は、図５、図６の第２実施形態と同様に平面形状の部材（例えば壁）を凍結する場合であって、凍結管４に流過させる冷媒として、−９０℃よりも高温の冷媒（地盤凍結工法で広範に使用されているブラインを含む）を選択している。そして、図７で示す結晶生成用熱交換器６（液体窒素が流過する配管より構成され、噴霧されたミストが熱交換を行う結晶生成用の熱交換器：液体窒素の流れを矢印ＦＮで示す）を設けている。

図８で示す実施形態では、凍結対象物は壁面、例えば泥土式シールド掘進機１００のチャンバー２０（図９参照）における隔壁面である。
図８において、隔壁面２０Ａの冷却箇所２０ＡＡに凍結管４が、図５と同様に、複数回、折り返す様にして配置されている。そして凍結管４内に冷媒であるブライン（−９０℃よりも高温の冷媒の１例）を流過しつつ（矢印Ｆ）、隔壁面２０Ａの凍結管４を配置した箇所（冷却箇所２０ＡＡ）の周辺に、水（凝固した際に伝熱性が良好な液体の１例）を噴射して、当該箇所を凍結して、氷Ｗ１で被覆された状態にする。
図８において、氷Ｗ１で被覆された領域を符号Ｒ４で示す。図示はしないが、この段階では、領域Ｒ４を包囲するカーテン式の断熱幕１５は畳んだ状態で既に配置されている。

次に、結晶生成用熱交換器６をカーテン式の断熱幕１５に近接して設置し、ミスト発生装置（ノズル８Ａのみ表示）から水Ｗ２（冷却すると結晶化する液体の１例）を結晶生成用熱交換器６に向けて噴霧する。
ミストＷ２は結晶生成用熱交換器６内を流れる冷媒（液体窒素Ｎ_２：流れを符号ＦＮで示す）と熱交換を行って空気を含んだ細かい結晶Ｗ３となり、空気を包含して断熱性が良好な結晶Ｗ３が、断熱幕１５の内側空間Ｓ４に充填される。

図８の第４実施形態によれば、結晶生成用熱交換器６を設けることにより、凍結管４に流す冷媒として−９０℃よりも高温の冷媒（地盤凍結工法で広範に使用されているブラインを含む）を選択した場合であっても、凍結対象物であるチャンバー２０の隔壁面２０Ａの冷却箇所２０ＡＡ（氷Ｗ１で被覆された領域Ｒ４：凍結管４を配置した箇所の周辺領域）を包囲する様に断熱材（空気を含んだ細かい結晶Ｗ３）を充填することが出来る。
図８の第４実施形態におけるその他の構成及び作用効果は、図１〜図７の各実施形態と同様である。

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ことを付記する。
例えば、図示の実施形態ではスクリューコンベア１０の様な円筒形の凍結対象物に対して凍結管１を巻き付けているが、凍結管１を円筒形凍結対象物に取り付ける態様としては「巻き付け」以外の態様を包含する。換言すれば、本発明を円筒形の凍結対象物に適用する場合に、凍結管１を巻き付けることに限定される訳ではない。

１〜４・・・凍結管
６・・・結晶生成用熱交換器
７・・・流体噴射装置
７Ａ・・・ノズル
８・・・ミスト発生装置
８Ａ・・・ノズル
１０・・・スクリューコンベア
１０Ａ・・・冷却箇所
１１〜１５・・・カーテン式の断熱幕（断熱性を有する幕状部材）
２０・・・チャンバー
２０Ａ・・・隔壁面
２０ＡＡ・・・冷却箇所
３０・・・カッターヘッド
４０・・・ケース
１００・・・泥土式シールド掘進機
Ｒ１〜Ｒ４・・・氷で被覆された領域
Ｓ１〜Ｓ４・・・断熱幕の内側空間
Ｗ１・・・氷
Ｗ２・・・ミスト
Ｗ３・・・空気を含んだ細かい結晶

Claims (3)

1. 凍結対象物における冷却箇所に凍結管を配置する工程と、
   凍結管内に冷媒を流過しつつ、凍結管を配置した箇所の周辺に凝固した際に伝熱性が良好である液体を供給して凍結し、凍結管を配置した領域が凝固した液体により被覆する工程を有することを特徴とする凍結工法。
2. 凝固した液体で被覆された領域を、空気を含んだ結晶で包囲する工程を有する請求項１の凍結工法。
3. 冷却能力が高い冷媒が流れる配管を有し、噴霧された液体と熱交換を行う結晶生成用熱交換器を設け、
   冷却すると結晶化する液体を結晶生成用熱交換器に噴霧する工程を有する請求項２の凍結工法。

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