JP6253519B2 - 凍結工法及び凍結工法施工システム - Google Patents

Description

本発明は、所定の領域の土壌を凍結する凍結工法に関する。

凍結工法は、地盤中に埋設された凍結管に冷却液（ブライン）を循環し、当該冷却液の冷熱により凍結管の周囲の土壌を凍結する技術である。そして凍結工法は、例えば、土壌を連続的に凍結させた止水壁を造成する等の施工に用いられている。
係る止水壁は、例えば放射性物質により汚染された地下水を遮断して、汚染水の拡散を防止するのに有効である。

ここで、汚染水の拡散を防止するためには、長期（例えば１０年間程度）に亘って運転管理を続行する必要がある。
しかし、長期間の運転管理の間に、例えば、地中に埋設された凍結管が発錆し、発錆箇所から冷却液が施工領域中に漏洩してしまう恐れがある。冷却液が凍結管から漏出してしまうと冷却液の循環量が減少して凍結管周辺の凍土が安定して凍結された状態を維持することが困難になると共に、施工領域の環境に悪影響を及ぼしてしまう。

また、凍結管から冷却液が漏洩した場合には凍結管を直ちに交換しなければならないが、従来の凍結工法では凍結管の破損、冷却液の漏出を検知することが困難であり、多量の冷却液が漏出した後でなければ凍結管の破損を検出することが難しかった。
さらに、水溶性の冷却液を用いた場合には、漏出した冷却液が凍土（氷）と混合して、凍土を溶かしてしまう可能性がある。

その他の従来技術として、出願人は、冷却液の流路をリールに大量に巻き取っておくことが出来る技術を提案している（特許文献１参照）。
係る従来技術（特許文献１）は有効であるが、上述した問題点の解消を企図する技術ではない。

特開２００４−１７６４４７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、発錆その他の原因により凍結管が破損しても冷却液が施工現場の地盤中に漏出することがなく、冷却液が凍結管から漏出していることを迅速且つ正確に検出することができる凍結工法と、それを施工するための施工システムの提供を目的としている。

本発明の凍結工法は、
施工領域の地盤中にケーシング（２）を設置する工程（図２）と、
ケーシング（２）内に凍結管（９）を配置する工程（図５）と、
ケーシング内壁面（２ｉ）と凍結管外壁面（９ａｏ）の間の空間に、ケイ酸アルカリ水溶液（２００Ａ：ケイ酸を包含し、ｐＨが７よりも大きい水溶液）或いは固化材と粘土を包含する混合物（２００Ｂ）を充填する工程（図６）を備え、
前記ケーシング（２）の地上側端部（２ｅ）に設けられた冷却液（ＢＬ）の漏洩を検知する手段（１０Ｔ）により、冷却液（ＢＬ）が漏洩しているか否かを検査する工程（図７、図８）を有していることを特徴としている。

本発明の凍結工法施工システムは、
施工領域の地盤（Ｇ）中に設置されたケーシング（２）と、ケーシング（２）内に配置されて冷却液（ＢＬ）が流過する凍結管（９）を備え、
ケーシング内壁面（２ｉ）と凍結管外壁面（９ａｏ）の間の空間（Ｅ）には、ケイ酸アルカリ水溶液（２００Ａ）或いは固化材と粘土を包含する混合物（２００Ｂ）が充填されており、
前記ケーシング（２）の地上側端部（２ｅ）には冷却液（ＢＬ）の漏洩を検知する手段（１０Ｔ）が設けられていることを特徴としている。

本発明において、前記ケーシング（２）は削孔用ケーシングであり、当該削孔用ケーシング（２）は、凍結管（９）を地中に配置するためのボーリング孔（Ｈｂ）を削孔した後、施工領域の土壌（Ｇ）中に残存されるのが好ましい。
また前記ケーシング（２）は削孔用ケーシングであり、当該削孔用ケーシング（２）は、凍結管（９）を地中に配置するためのボーリング孔（Ｈｂ）を削孔した箇所に埋め殺されているのが好ましい。

本発明の凍結工法において、削孔用ケーシング（２）を土壌（Ｇ）中に残存する前に、地下水が削孔用ケーシング（２）内部へ侵入する（地下水が掘削用ケーシング（２）内部を上昇する）ことを防止する工程を実行するのが好ましい。
そして本発明の凍結工法施工システムにおいて、地下水の上昇を防止する機構（２５、５０、７０）を備えているのが好ましい。

本発明の実施に際して、冷却液（ＢＬ）の漏洩を検知する手段（１０Ｔ）は、温度センサ（例えば、漏洩した冷却液ＢＬの温度を検出する温度センサ）であるのが好ましい。
または、漏洩した冷却液（ＢＬ）の液面のレベルを検出するレベルセンサ（１０Ｌ）であるのが好ましい。
或いは、漏洩した冷却液（冷却液ＢＬ）のｐＨを検出するｐＨセンサであるのが好ましい。
そして、当該検出手段（１０）の検出信号から、漏洩した冷却液（冷却液ＢＬ）の温度（または液面レベル、ｐＨ）を検出する機能を有する制御手段（６０）を設けているのが好ましい。

上述した構成を具備する本発明によれば、ケーシング（２）は熱伝導性が良い金属製（鋼製）であり、凍結管（９）とケーシング（２）の間の隙間には熱伝導性が良好なケイ酸アルカリ水溶液（２００Ａ）或いは固化材と粘土を包含する混合物（２００Ｂ）が充填されている。そのため、凍結管（９）内を流れる冷却液（ＢＬ）が保有する冷熱が、ケイ酸アルカリ水溶液（２００Ａ）或いは固化材と粘土を包含する混合物（２００Ｂ）、ケーシング（２）を経由して、施工領域の土壌（Ｇ）に確実に伝達され、施工領域の土壌（Ｇ）を凍結することが出来る。
そして、凍結した土壌（ＦＧ）を連結することにより容易に止水壁を造壁することが出来て、当該止水壁により、例えば放射性物質で汚染された地下水等を遮断して、放射性物質の拡散を抑制することが出来る。

そして本発明によれば、仮に凍結管（９）が破損しても、凍結管（９）内の冷却液（ＢＬ）は、ケーシング内壁面（２ｉ）と凍結管外壁面（９ａｏ）の間の空間（Ｅ）に充填されているケイ酸アルカリ水溶液（２００Ａ）或いは固化材と粘土を包含する混合物（２００Ｂ）に接触するのみであり、当該ケイ酸アルカリ水溶液（２００Ａ）或いは固化材と粘土を包含する混合物（２００Ｂ）とケーシング（２）を透過して土壌中に漏出することはない。凍結管（９）から冷却液（ＢＬ）が漏洩したとしても、漏洩した冷却液（ＢＬ）は施工領域周辺の土壌（Ｇ）に浸透せず、そのため、施工領域の環境に悪影響を及ぼすこともない。
ここで、ケイ酸アルカリ水溶液（２００Ａ）は、冷却液（ＢＬ）の低温（例えば−２０℃〜−３０℃）に起因して固化し、固化材と粘土を包含する混合物（２００Ｂ）は時間が経過すると共に固化する。
すなわち本発明によれば、長期間に亘る運転管理の間に、冷却液（ＢＬ）が施工領域周辺の土壌（Ｇ）に漏出する事態が防止される。

凍結管外管（９Ａ）が破損して冷却液（ＢＬ）が凍結管（９）外に漏洩した場合には、当該冷却液（凍結管外に漏洩した冷却液ＢＬ）には、冷却液圧が作用しているため、破損箇所から凍結管外管（９Ａ）の外側に漏出した冷却液（ＢＬ）は、凍結管外管（９Ａ）表面と円環状空間（Ｅ）内部で固化したケイ酸アルカリ（２００Ａ）との境界、ケーシング内壁面（２ｉ）と円環状空間（Ｅ）内部で固化したケイ酸アルカリ（２００Ａ）との境界、円環状空間（Ｅ）内部で固化したケイ酸アルカリ（２００Ａ）に形成された亀裂等を介して地上まで上昇し、円環状空間（Ｅ）に連通した冷却液（ＢＬ）の溜り部（ＴＬ）に滞留する。当該溜り部（ＴＬ）には漏出した冷却液（ＢＬ）を検出する検出手段（温度センサ１０Ｔ）が配置されており、当該検出手段（１０Ｔ）に低温の冷却液（ＢＬ）が接触することで冷却液（ＢＬ）の凍結管外管（９Ａ）外への漏出、すなわち、凍結管外管（９Ａ）の破損を正確に検知することができる。
そして、冷却液（ＢＬ）が漏洩していることを正確に検知することが出来れば、直ちに凍結管（９）を交換する等の対策を講じることが出来るので、作業の効率が向上し、施工領域の環境に及ぼす悪影響が小さくなる。

ケーシング内壁面（２ｉ）と凍結管外壁面（９ａｏ）の間の空間（Ｅ）に固化材と粘土を包含する混合物（２００Ｂ）が充填されている場合は、ケイ酸アルカリ（２００Ａ）の場合と同様に、凍結管（９）外に漏洩した冷却液（ＢＬ）は、凍結管外管（９Ａ）表面と円環状空間（Ｅ）内部で固化した固化材と粘土を包含する混合物（２００Ｂ）との境界、ケーシング内壁面（２ｉ）と円環状空間（Ｅ）内部で固化した固化材と粘土を包含する混合物（２００Ｂ）との境界、円環状空間（Ｅ）内部で固化した固化材と粘土を包含する混合物（２００Ｂ）に形成された亀裂等を介して地上まで上昇し、円環状空間（Ｅ）に連通した冷却液（ＢＬ）の溜り部（ＴＬ）に滞留する。
当該溜り部（ＴＬ）には漏出した冷却液（ＢＬ）を検出する検出手段（レベルセンサ１０Ｌ）が配置されており、当該検出手段（１０Ｌ）を冷却液（ＢＬ）が押し上げることで冷却液（ＢＬ）の凍結管外管（９Ａ）外への漏出、すなわち、凍結管外管（９Ａ）の破損を正確に検知することができる。

仮に凍結管（９）とケーシング（２）の双方に損傷が発生したとしても、凍結管（９）とケーシング（２）の間における円環状空間（Ｅ）内部のケイ酸アルカリ（２００Ａ）或いは固化材と粘土を包含する混合物（２００Ｂ）は固化しているため、凍結管（９）内の冷却液（ＢＬ）は施工領域の土壌（Ｇ）中に漏出することは防止される。そのため、凍結管（９）とケーシング（２）の双方に損傷が発生したとしても、凍土（ＦＧ：氷）が溶けてしまうことは無く、凍土（ＦＧ）による地下水の遮蔽効果が消失してしまうこともない。

本発明において、冷却液（ＢＬ）が凍結管（９）から漏出していることが検出され、凍結管（９）を交換する必要がある旨が判明した場合には、当該ケイ酸アルカリ水溶液（２００Ａ）を加温する。
本発明で用いられるケイ酸アルカリ水溶液（２００Ａ）は、低温下（−２０℃〜−３０℃）では固化している（凍っている）が、冷却を中止すれば液相になるので、ケイ酸アルカリ水溶液（２００Ａ）の冷却を中止して液相とすれば、交換するべき凍結管（９）をケーシング（２）内から容易に引き出すことが出来る。そのため、発錆等の原因により凍結管（９）が破損しても、容易に交換することが出来る。
そして、新しい凍結管（９）をケーシング（２）内に配置して、当該新しい凍結管（９）内に冷却液（ＢＬ）を循環させることができる。

本発明において、前記ケーシング（２）が削孔用ケーシングであり、凍結管（９）を地中に配置するためのボーリング孔（Ｈｂ）を削孔した際に、削孔用ケーシング（２）を施工領域に埋め殺す様に構成すれば、凍土（ＦＧ）により遮蔽するべき地下水が例えば、放射性物質で汚染されていたとしても、地下水に接触した削孔用ケーシング（２）は施工領域中に埋め殺され、地上側に回収しないので、好都合である。
そして、削孔用ケーシング（２）を埋め殺すことにより、施工領域の地盤中から削孔用ケーシング（２）を撤収する手間が省けて、ケーシング撤収工程の廃止による労力とコストを低減するとともに、工期の短縮が可能となる。

本発明の第１実施形態を示す縦断面図である。 第１実施形態における最初の工程を示す図である。 地下水の上昇を防止する他の機構を示す縦断面図である。 地下水の上昇を防止する更に別の機構を示す縦断面図である。 第１実施形態において、図２で示す工程の次工程を示す図である。 第１実施形態において、図５で示す工程の次工程を示す図である。 第１実施形態において、図６で示す工程の次工程を示す図である。 第１実施形態において、凍結管が破損した状態を示す図である。 本発明の第１実施形態の変形例を示す縦断面図である。 本発明の第２実施形態を示す縦断面図である。

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。
先ず、図１〜図８を参照して、第１実施形態を説明する。
図１において、第１実施形態に係る凍結工法の施工で用いられる施工システムは、全体を符号１０１で示されている。

図１において、施工システム１０１は、施工領域の土壌（地盤）Ｇ中に垂直方向に延在して設置された円筒状のケーシング２と、当該ケーシング２内に配置された凍結管９を備えており、凍結管９内には冷却液ＢＬが流過している（点線で示す矢印ＢＬｆは流れの方向を示す）。後述するように、ケーシング２は地盤削孔用の削孔ケーシングであり、土壌Ｇに埋め殺されている。
凍結管９は外管９Ａと内管９Ｂとからなる２重管によって構成されており、第１実施形態では、地上から供給された冷却液ＢＬが内管９Ｂを介して凍結管９の底部まで供給され、外管９Ａと内管９Ｂの間の円環状の隙間を流過して地上側に戻る。その際に、冷却液ＢＬから施工領域の地盤Ｇに対して冷熱が投入される（冷却している）。

図１において、符号１は、土壌Ｇの地表を覆う床版コンクリートを示し、符号３は、スラリーを域外に排出するための排出管を示している。排出管３を経由して排出されるスラリーは、ケーシング２によってボーリング孔Ｈｂを削孔する際に発生する。
図２で示すように、排出管３は、管本体３０と、下方フランジ３１と、上方フランジ３２と、水平排出管部３３とを有している。円環状の下方フランジ３１及び上方フランジ３２は、管本体３０の下端部、上端部に固設されている。また、水平排出管部３３は、管本体３０の外周で軸方向の中心に管本体３０と直交するように連通している。水平排出管部３３の端部には開閉バルブ４が取り付けられ、当該開閉バルブ４には、スラリー排出管５が接続される。

図１において、床版コンクリート１には、所定のピッチ・所定の配置で複数の貫通孔１ｏが穿孔されている（図１では単一の貫通孔１ｏのみ示す）。排出管３の管本体３０の内径３Ｄは、貫通孔１ｏの径１ｏＤよりも幾分大きく設定されている。
排出管３の下端側フランジ３１は、複数の植え込みボルトＢによって床版コンクリート１の上面に固定されている。

図１において、削孔用ケーシング２の地上側端部２ｅは開放されており、削孔用ケーシング２の地中側先端部には接続部２０を介して掘削用ビット２Ａが接続されており、ビット２Ａの地中側先端には複数のチップ２ＡＢが取り付けられている。
また、図１において、符号２４で示す箇所には逆止弁２５が設けられている。

明確には図示されていないが、符号２４で示す箇所の流路（逆止弁２５が設けられている箇所）から掘削水が供給され、削孔用ケーシング２先端のビット２Ａにより、ボーリング孔Ｈｂが削孔される。
図１において、符号２４で示す箇所に設けられた逆止弁２５は、掘削水の供給（図１の下方に向う流れ）は許容するが、地下水（スラリーを含む）が地上側に上昇（逆流）することを防止している。

図１において、地下水（スラリーを含む）が地上側に上昇するのを防止する機構としては逆止弁２５が示されているが、当該機構は逆止弁に限定されるものではない。
例えば図３で示すように、削孔用ケーシング２の内周面側に設けた止水キャップ５０により、地下水が地上側へ上昇するのを防止することが出来る。

図３において、止水キャップ５０の半径方向外方には雄ネジ５０ｔが形成され、削孔用ケーシング２における接続部２０の内周面に円環状の止水キャップ係止部５２を形成し、止水キャップ係止部５２の内周面に雌ネジ５２tが形成されている。そして、止水キャップ５０の上方端面は、地上側まで延在するロッド５４の先端５４ｔが固着されている。
ボーリング孔Ｈｂを削孔した後、掘削水の供給を停止して、止水キャップ５０及びロッド５４を地上側から削孔用ケーシング２の内周面側に挿入する。そして、ロッド５４を介して止水キャップ５０を回転して、止水キャップ５０の雄ネジ５０ｔと止水キャップ係止部５２の雌ネジ５２ｔを螺合して、止水キャップ５０により削孔用ケーシング２における接続部２０の内部空間を閉鎖する。止水キャップ５０により、地下水（スラリーを含む）が削孔用ケーシング２の内周面側の空間内に侵入することが阻止され、地下水が地上側に上昇することが防止される。

また、図４で示すように、パッカを用いて削孔用ケーシング２の内周面側の空間を閉鎖することが出来る。
図４において、削孔用ケーシング２における接続部２０にパッカ７０が設けられ、パッカ７０は図示しない流体搬送経路を介して地上側から供給された膨張用流体（例えば、固化材：図示せず）により膨張している。
削孔用ケーシング２における接続部２０の内周面側には半径方向内方に突出した円環状の突起７２が設けられており、膨張したパッカ７０の上端は突起７２に当接している。
ボーリング孔Ｈｂを削孔した後、掘削水の供給を停止して、図示しない流体搬送経路を介して地上側から膨張用流体（例えば、固化材）をパッカ７０に供給して、膨張させる。膨張したパッカ７０は削孔用ケーシング２における接続部２０の内部空間を閉鎖するので、地下水（スラリーを含む）が削孔用ケーシング２の内部空間に侵入し、地上側に上昇することが防止される。ここで、膨張したパッカ７０の上端が突起７２に当接しているので、地下水圧が高圧であっても、パッカ７０が押圧されて地上側に移動することはない。

地下水が削孔用ケーシング２の内周面側の空間内に侵入してしまうと、冷却液ＢＬの冷熱が地下水に投入されてしまい、施工現場の土壌を凍結することが出来なくなる恐れがある。
それに対して図示の実施形態では、逆止弁２５（図１）止水キャップ５０（図３）、パッカ７０（図４）のように、地下水（スラリーを含む）が削孔用ケーシング２の内周面側の空間内に侵入するのを防止する部材を設けているので、大量の地下水が発生する施工現場においても、冷却液ＢＬの冷熱が土壌に投入され、確実に凍土を形成して、止水壁等を地中に造成することが出来る。

上述した様に削孔用ケーシング２は、凍結管９を地中に配置するためのボーリング孔Ｈｂを削孔した後、施工領域の土壌Ｇ中に設置される。
すなわち、削孔用ケーシング２は、凍結管９を地中に配置するためのボーリング孔Ｈｂを削孔した後、埋め殺される。

図１において、削孔用ケーシング２の内壁面２ｉと凍結管９の外壁面９ａｏの間における環状空間Ｅには、ケイ酸アルカリ水溶液２００Ａが充填されている。ここでケイ酸アルカリ水溶液２００Ａは、低温（−２０℃〜−３０℃）で固化する性質を有している。

削孔用ケーシング２の地上側端部２ｅには、冷却液貯留部ＬＴが設けられている。冷却液貯留部ＬＴは冷却液ＢＬを貯留する部材であり、冷却液貯留部ＬＴで貯留される冷却液ＢＬは、環状空間Ｅにおける固化したケイ酸アルカリ水溶液２００Ａの亀裂、削孔用ケーシング２の内周面２ｉとの境界面、凍結管９の外壁面９ａｏとの境界面を介して漏出した冷却液である。
冷却液貯留部ＬＴの内部には、冷却液ＢＬの漏洩を検知する手段として、温度センサ１０Ｔが配置されている。温度センサ１０Ｔは、信号ラインＬｓを介して、地上側（図１では床版コンクリートの上面１ｆ）に設置した制御手段６０に接続されている。

図１では、冷却液ＢＬの漏洩を検知する手段として温度センサ１０Ｔを用いているが、温度センサ１０Ｔに代えて、あるいは温度センサ１０Ｔに加えて、冷却液貯留部ＬＴにレベルセンサ（図示せず）を取り付けることも可能である。環状空間Ｅにおける固化したケイ酸アルカリ水溶液２００Ａから冷却液ＢＬが漏出した場合には、漏出した冷却液ＢＬの液面を図示しないレベルセンサが検出するので、冷却液ＢＬの漏洩を検知することが可能である。
さらに、温度センサ１０Ｔに代えて、ｐＨセンサを用いることも可能である。冷却液ＢＬはアルカリ性であるため、冷却液ＢＬが漏洩して冷却液貯留部ＬＴの内部に貯留すると、冷却液貯留部ＬＴの内部のｐＨが変動する。当該ｐＨの変動をｐＨセンサで検出すれば、冷却液ＢＬの漏洩（漏出）を検知することが出来るのである。

削孔用ケーシング２の耐用年数は、凍結管９の耐用年数よりも長い。ケーシング２は凍結管９に比して肉厚寸法が大きいからである。また、ケーシング２は土壌Ｇ中に埋め殺されるため空気と接触せず、発錆し難いため、ケーシング２の耐用年数は凍結管９の耐用年数よりも長くなる。
なお、ケーシング２の材料に、例えば、ステンレス鋼管のような防錆効果の高い材料を用いれば、耐用年数をさらに長くすることができる。

次に、図２、図５〜図７を参照して、第１実施形態に係る凍結工法の施工手順を説明する。
先ず、図２に示す様に、施工領域の地盤Ｇの地表部に床版コンクリート１を打設し、ボーリング孔Ｈｂ及び床版コンクリート１の貫通孔１ｏの削孔箇所を設定する。そして、貫通孔１ｏの削孔箇所上部に、排出管３を配置し、排出管３の水平排出管部３３にスラリー排出管（図示せず）を接続する。

そして排出管３の上方から削孔ケーシング２を挿通して、床版コンクリート１の貫通孔１ｏを削孔し、地盤Ｇにボーリング孔Ｈｂを削孔する。
削孔用ケーシング２は、図示しないボーリングマシーンに接続されている。図示しないボーリングマシーンを駆動することにより、削孔用ケーシング２を回転する（図２の矢印Ｒ）。そして、掘削水を噴射（図示せず）しつつ、削孔用ケーシング２先端のビット２Ａによりボーリング孔Ｈｂを所定の深さまで削孔する。

ボーリング孔Ｈｂを削孔したならば、図５で示す工程を行う。
図５における工程では、削孔用ケーシング２を図示しないボーリングマシーンと切り離す。掘削用ケーシング２は、そのままボーリング孔Ｈｂを削孔した地盤Ｇに埋め殺される。
掘削用ケーシング２を地盤Ｇに埋め殺したならば、ケーシング２の開口部（上端）２ｅから凍結管９を挿入する。上述した様に、凍結管９は外管９Ａと内管９Ｂを有する２重管である。

明示されていないが、凍結管９の内管９Ｂは図示しない冷却液供給機構と供給管（図示せず）で接続され、外管９Ａは図示しない戻りラインを介して冷却液供給機構と接続されている。
外管９Ａの地中側先端９Ａｔは円錐形状であり、その先端（地中側端部）は盲プラグ２４の上端近傍まで達している。
内管９Ｂの地中側先端は袈裟掛け状に切断した形状となっており、内管９Ｂの開口部９Ｂｏは、外管９Ａの地中側先端９Ａｔにおける円錐形状領域の上端に到達している。

図５で示す様に、ケーシング２内に凍結管９を挿入したならば、図６で示す工程を行う。
図６で示す工程では、ケーシング内壁面２ｉと凍結管外壁面９ａｏの間の環状空間Ｅに、ケイ酸アルカリ水溶液２００Ａが充填される。
上述した様に、ケイ酸アルカリ水溶液２００Ａは低温（−２０℃〜−３０℃）で固化する。
上述した様に、環状空間Ｅから洩れ出た冷却液ＢＬは、冷却液貯留部ＬＴ内に貯留される。
環状空間Ｅにケイ酸アルカリ水溶液２００Ａを充填したならば、図７で示す工程を実行する。

図７で示す工程では、凍結管９内で冷却液を流過させる（ＢＬｆの流れ）。
冷却液ＢＬは、内管９Ｂと外管９Ａの間の空間を上昇する際に、外管９Ａ、固化したケイ酸アルカリ２００Ａ、ケーシング２を介して、施工領域の地盤Ｇに対して冷熱を供給する（冷却する）ので、地盤Ｇは、ケーシング２の外周に接する部分から半径方向外方に向かって徐々に地盤（土壌）が凍結（凍土：ＦＧ）する。そして、所定の凍結半径Ｒｇｆまで凍結する。
図７では単一の凍土ＦＧのみを示しているが、隣接する凍土ＦＧが重なり合った領域も存在する。そして、隣接する凍土ＦＧにより、直線状あるいは円弧状の地中止水壁が造成される。

次に図８を参照して、凍結管９が破損した場合の作用を説明する。
図８において、例えば、錆の発生及びその他の要因により凍結管９の外管９Ａにおいて、符号２ｂで示す位置が破損した場合、破損位置２ｂから冷却液ＢＬが漏出する。
符号２ｂで示す破損位置から漏出した冷却液ＢＬには、凍結管９に冷却液ＢＬを供給するための圧力（供給圧）が付加されている。そのため、凍結管９に破損箇所２ｂが存在すると、破損箇所２ｂから冷却液ＢＬは凍結管外管９Ａの外側に漏出する。漏出した冷却液ＢＬは、凍結管外管９Ａ表面と円環状空間Ｅ内部で固化したケイ酸アルカリとの境界、ケーシング内壁面２ｉと円環状空間Ｅ内部で固化したケイ酸アルカリとの境界、円環状空間Ｅ内部で固化したケイ酸アルカリに形成された亀裂等を介して、地上まで上昇する。そしてケーシング２の上端２ｅの冷却液貯留部ＬＴに到達し、貯留部ＬＴ内に滞留する。

当該冷却液貯留部ＬＴには温度センサ１０Ｔが配置されており、温度センサ１０Ｔは信号ラインＬｓを介して、制御手段６０に接続されている。貯留部ＬＴ内に滞留していれば、冷却液ＢＬは低温であるため貯留部ＬＴ内の温度が低下し、温度センサ１０Ｔは貯留部ＬＴ内の温度が低下したことを検知する。これにより、低温の冷却液ＢＬが凍結管９の外管９Ａ外へ漏出したこと、すなわち、凍結管９の外管９Ａが破損したことを正確に検知することができる。
冷却液ＢＬが漏洩していることを正確に検知することが出来るので、図１〜図７の実施形態によれば、直ちに凍結管９を交換する等の対策を講じることが出来る。そのため、施工領域の環境に及ぼす悪影響を防止することが出来る。

図示は省略するが、温度センサ１０Ｔに代えてレベルセンサを貯留部ＬＴ内に設けた場合には、破損位置２ｂから環状空間Ｅ内の固化したケイ酸アルカリ２００Ａを経由して漏出（漏洩）した冷却液ＢＬを当該レベルセンサが検知するので、冷却液ＢＬの漏出、すなわち凍結管９の外管９Ａにおける破損が検知される。
さらに、ｐＨセンサを貯留部ＬＴ内に設ければ、冷却液ＢＬの漏出があったことを認識することが出来る。冷却液ＢＬは強いアルカリ性を示すため、冷却液ＢＬが漏出して貯留部ＬＴ内に到達すれば、貯留部ＬＴ内のｐＨが変動するからである。

図示による説明は省略するが、第１実施形態において、冷却液ＢＬが凍結管９から漏出していることが検出され、凍結管９を交換する必要がある旨が判明した場合には、例えば凍結管９における冷却液ＢＬの供給を停止して、ケーシング内壁面２ｉと凍結管外壁面９ａｏの間の環状空間Ｅにおける温度を上昇して、環状空間Ｅにおける固化したケイ酸アルカリにおける温度を昇温せしめる。ケイ酸アルカリは冷却液ＢＬの冷熱が供給される低温化では固化するが、土壌内の常温では液相となる。環状空間Ｅにおけるケイ酸アルカリが液体となれば、凍結管９をケーシング２内から容易に引き抜くことが出来る。

破損した凍結管９をケーシング２内から引き抜いた後、新しい凍結管９をケーシング２内に挿入する。その際に、凍結管９内には冷却液は流過しておらず、ケイ酸アルカリ２００Ａは液相であるため、新たにに挿入された凍結管９とケーシング９の間の環状空間Ｅに均一に分布する。
そして、凍結管９内に再び冷却液ＢＬが流過すれば、冷却液ＢＬが保有する冷熱が供給されることにより、ケイ酸アルカリ水溶液２００Ａは低温となり、固化する。

図示の第１実施形態によれば、ケーシング２は熱伝導性が良い金属製（鋼製）であり、凍結管９とケーシング２の間の隙間（環状空間）Ｅには熱伝導性が良好な固化したケイ酸アルカリ２００Ａが充填されている。そのため、凍結管９内を流れる冷却液ＢＬが保有する冷熱が、固化したケイ酸アルカリ２００Ａ、ケーシング２を経由して、施工領域の土壌Ｇに確実に伝達され、施工領域の土壌Ｇを凍結することが出来る。
そして、凍結した土壌ＦＧを連結することにより容易に止水壁を造壁することが出来る。

そして図示の第１実施形態によれば、仮に凍結管９が破損しても、凍結管９内の冷却液ＢＬは、固化したケイ酸アルカリ２００Ａとケーシング２により包囲されているので、土壌Ｇ中に漏出することはない。
従って、凍結管９から冷却液ＢＬが漏洩したとしても、漏洩した冷却液ＢＬが施工領域周辺の土壌Ｇに浸透して、施工領域の環境に悪影響を及ぼしてしまうことはない。

それに加えて、第１実施形態で用いられるケイ酸アルカリ水溶液２００Ａは、低温下で固化(凝固)する性質を有しており、運転管理（施工領域を凍土として維持管理）が為されている間は、冷却液ＢＬにより常時低温に曝されるため、ケイ酸アルカリ水溶液２００Ａは固化する。そのため、仮にケーシング２が破損しても、ケイ酸アルカリ水溶液２００Ａはケーシング２外に漏出し難い。
すなわち第１実施形態によれば、長期間に亘る運転管理の間に、冷却液ＢＬやケイ酸アルカリ水溶液２００Ａが施工領域周辺の土壌Ｇに漏出する事態は回避される。

凍結管９が破損して冷却液ＢＬが凍結管９外に漏洩した場合（図８参照）には、凍結管９外に漏洩した冷却液ＢＬが、前記環状空間Ｅに充填されている固化したケイ酸アルカリ２００Ａと凍結管外壁面９ａｏの境界、固化したケイ酸アルカリ２００Ａとケーシング内壁面２ｉとの境界、固化したケイ酸アルカリ２００Ａに生じた亀裂等を介して冷却液貯留部ＬＴ内部まで上昇する。
第１実施形態によれば、冷却液貯留部ＬＴ内部には温度センサ１０Ｔが配置されており、冷却液ＢＬが冷却液貯留部ＬＴ内部まで上昇すれば、貯留部ＬＴ内部が冷却され、温度センサ１０Ｔはその旨を直ちに検知するので、冷却液ＢＬが漏洩していることを正確に検知（検出）することが出来る。
そして、冷却液ＢＬが漏洩していることを正確に検知することにより、凍結管９を交換する等の対策を迅速に講じることが出来るので、作業の効率が向上し、施工領域の環境に及ぼす悪影響が小さくなる。

さらに図示の第１実施形態では、ケーシング２が削孔用ケーシングであり、ボーリング孔Ｈｂを削孔した後に施工地盤Ｇ中に埋め殺させるので、例えば、放射性物質で汚染された地下水を凍土ＦＧにより遮蔽する場合に、地下水に接触して放射性物質で汚染された削孔用ケーシング２を地上側に回収する必要がない。
そして、削孔用ケーシング２を埋め殺すため、削孔用ケーシング２を撤収する必要がなく、そのための労力とコストを低減して、工期を短縮することが出来る。

図９は、第１実施形態の変形例を示している。
図９において、全体を符号１０１Ａで示す凍結システムは、複数（図９では４本）のケーシング２から誘引管ＴＬｔを介して、凍結管９から漏れ出た冷却液ＢＬを、共通の冷却液貯留部ＬＴ２に誘引している。
共通の冷却液貯留部ＬＴ２内には、１個の温度センサ１０Ｔが配置されており、当該温度センサ１０Ｔは、信号ラインＬｓにとって制御手段６０と接続している。

図９の第１実施形態の変形例では、単一の温度センサ１０Ｔによって、複数のケーシング２内の何れかの凍結管９から漏れ出た旨を正確に検知することが出来る。
漏洩が発生した凍結管９が何れのケーシング２に挿入された凍結管であるのかについては、例えば、複数の誘引管ＴＬｔの全てに透し窓（図示せず）を設け、制御装置６０からの漏洩発生の警報を受けた監視員が、透し窓を介して複数の誘引管ＴＬｔの各々を目視でチェックすることにより、判断することが出来る。もちろん、その他の手法も可能である。
第１実施形態の変形例１０１Ａのその他の構成に関しては、図１〜図８の第１実施形態と同様であり、作用効果も同様である。

次に、図１０を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。
図１〜図９の第１実施形態では、削孔用ケーシング２の内壁面２ｉと凍結管９の外壁面９ａｏの間における環状空間Ｅには、ケイ酸アルカリ水溶液２００Ａが充填されている。
これに対して、図１０の第２実施形態では、削孔用ケーシング２の内壁面２ｉと凍結管９の外壁面９ａｏの間における環状空間Ｅには、固化材と粘土を包含する混合物であるセメントベントナイト２００Ｂが充填されている。なお、セメントベントナイト２００Ｂは例示であり、本発明の第２実施形態の実施に際しては、その他の固化材と粘土を包含する混合物を充填することも可能である。

セメントベントナイト２００Ｂは、時間の経過とともに固化する。
削孔用ケーシング２の内壁面２ｉと凍結管９の外壁面９ａｏの間における環状空間Ｅにセメントベントナイト２００Ｂを充填した後、所定時間経過した後に冷却液ＢＬを凍結管９内に流過させれば、セメントベントナイト２００Ｂが固化した後に冷却液ＢＬが凍結管９内を流過する。そのため、例えば、凍結管９の外壁面９ａｏが発錆によって穿孔しても、固化したセメントベントナイト２００Ｂ及び削孔用ケーシング２を透過して冷却液ＢＬが施工領域の土壌Ｇに漏れ出すことはない。

図１０の第２実施形態において、例えば、凍結管外管９Ａが破損して冷却液ＢＬが凍結管９から漏洩した場合には、凍結管外管９Ａ表面と固化したセメントベントナイト２００Ｂとの境界、ケーシング内壁面２ｉと固化したセメントベントナイト２００Ｂとの境界、円環状空間Ｅ内部で固化したセメントベントナイト２００Ｂに形成された亀裂等を介して冷却液ＢＬが地上まで上昇し、円環状空間Ｅに連通した貯留部ＬＴに滞留する。
当該貯留部ＬＴには温度センサ１０Ｔが配置されており、冷却液ＢＬにより貯留部ＬＴ内の温度が低下した旨を検知することにより、冷却液ＢＬが凍結管９の外管９Ａ外へ漏出したことを検知し、凍結管９の外管９Ａが破損したことを正確に検知する。

なお、第１実施形態と同様に、温度センサ１０Ｔに代えて、レベルセンサ、ｐＨセンサを貯留部ＬＴに設けても良い。
図１０における第２実施形態のその他の構成及び作用効果については、図１〜図９の第１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。

１・・・床版コンクリート
２・・・ケーシング
３・・・排出管
４・・・バルブ
５・・・スラリー排出管
６・・・ゴムパッキン
７・・・シール部材
９・・・凍結管
１０Ｔ・・・温度センサ
６０・・・制御手段

Claims (6)

1. 施工領域の地盤中にケーシングを設置する工程と、
   ケーシング内に凍結管を配置する工程と、
   ケーシング内壁面と凍結管外壁面の間の空間に、ケイ酸アルカリ水溶液或いは固化材と粘土を包含する混合物を充填する工程を備え、
   前記ケーシングの地上側端部に設けられた冷却液の漏洩を検知する手段により、冷却液が漏洩しているか否かを検査する工程を有していることを特徴とする凍結工法。
2. 前記ケーシングは削孔用ケーシングであり、当該削孔用ケーシングは、凍結管を地中に配置するためのボーリング孔を削孔した後、施工領域の土壌中に残存される請求項１の凍結工法。
3. 削孔用ケーシングを土壌中に残存する前に、地下水が削孔用ケーシング内部へ上昇することを防止する請求項２の凍結工法。
4. 施工領域の地盤中に設置されたケーシングと、ケーシング内に配置されて冷却液が流過する凍結管を備え、
   ケーシング内壁面と凍結管外壁面の間の空間には、ケイ酸アルカリ水溶液或いは固化材と粘土を包含する混合物が充填されており、
   前記ケーシングの地上側端部には冷却液の漏洩を検知する手段が設けられていることを特徴とする凍結工法施工システム。
5. 前記ケーシングは削孔用ケーシングであり、当該削孔用ケーシングは、凍結管を地中に配置するためのボーリング孔を削孔した箇所に埋め殺されている請求項４の凍結工法施工システム。
6. 地下水が削孔用ケーシング内部へ侵入することを防止する機構を備えている請求項５の凍結工法施工システム。

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