JP6661375B2 - 凍結管の施工方法 - Google Patents

Description

本発明は、凍結管の施工方法に関するものである。

従来、汚染物質などが拡散することを防止するため、地中に凍土壁を形成する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特表平４−５０３４０２号公報

凍土壁を構築する際には、所定の間隔で凍結管を打設し、凍結管の周囲に凍土を形成し、それぞれの凍結管の周囲の凍土がつながることで、所定の範囲に凍土壁を構築することができる。

このような、凍土壁を用いて、例えば所定の範囲への地下水の流れを堰き止める場合、一部に凍土壁が形成されない部位があると、当該部位から地下水が凍土壁を超えて流入する。このため、このような隙間が形成されないように凍土壁を構築する必要がある。

一方、地中にケーブルダクトや通水路などの構造物が配置されている場合がある。このような場合に、地中構造物を避けて凍結管を設置したのでは、連続した凍土壁を構成することが困難である。したがって、地中構造物を貫通するように凍結管を設置する必要がある。

しかし、地中に汚染層がある場合や地中構造物の内部に汚染水等が存在する場合に、従来の方法で凍結管を設置したのでは、汚染物質が地中構造物の内外に移動する恐れがある。すなわち、地中構造物を掘削して貫通する際に、地中構造物の内部から汚染水等が流出したり、汚染層の水が地中構造物内に流入する恐れがある。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたもので、地中構造物の内外への汚染物質の流入出を防止することが可能な凍結管の施工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に第１の発明は、地中構造物のコンクリート版に第１のケーシングを設置する工程ａと、前記第１のケーシングの内部に、止水材を充填する工程ｂと、前記止水材を、第２のケーシングによって掘削し、前記コンクリート版を貫通させ、前記地中構造物の下方まで掘削する工程ｃと、前記地中構造物を貫通するように凍結管を設置する工程ｄと、を具備し、前記コンクリート版は、前記地中構造物の頂版であり、前記工程ａは、前記頂版まで前記第１のケーシングで掘削を行い、前記工程ｃは、前記止水材の内部を、第２のケーシングによって掘削し、前記頂版を貫通させ、前記地中構造物の底版まで掘削する工程ｅと、前記第２のケーシングの内部に、止水材を充填する工程ｆと、前記第２のケーシングの内部の前記止水材を、第３のケーシングによって掘削し、前記底版を貫通させ、前記地中構造物の下方まで掘削する工程ｇと、を具備することを特徴とする凍結管の施工方法である。

第２の発明は、地中構造物のコンクリート版に第１のケーシングを設置する工程ａと、前記第１のケーシングの内部に、止水材を充填する工程ｂと、前記止水材を、第２のケーシングによって掘削し、前記コンクリート版を貫通させ、前記地中構造物の下方まで掘削する工程ｃと、前記地中構造物を貫通するように凍結管を設置する工程ｄと、を具備し、前記コンクリート版は、前記地中構造物の頂版であり、前記工程ａは、前記頂版まで前記第１のケーシングで掘削を行い、前記工程ｃは、前記止水材を、第２のケーシングによって掘削し、前記頂版を貫通させる工程ｇと、前記地中構造物の内部に、コンクリートを充填する工程ｈと、前記コンクリートを、第２又は第３のケーシングによって掘削し、前記地中構造物の底版を貫通させ、前記地中構造物の下方まで掘削する工程ｉと、を具備することを特徴とする凍結管の施工方法である。

第３の発明は、地中構造物のコンクリート版に第１のケーシングを設置する工程ａと、前記第１のケーシングの内部に、止水材を充填する工程ｂと、前記止水材を、第２のケーシングによって掘削し、前記コンクリート版を貫通させ、前記地中構造物の下方まで掘削する工程ｃと、前記地中構造物を貫通するように凍結管を設置する工程ｄと、を具備し、前記工程ｃは、前記コンクリート版を貫通させる前に、孔内に液体を充填し、前記液体によって水密試験を行い、水密が確保されたことを確認した後に、前記コンクリート版を貫通させることを特徴とする凍結管の施工方法である。

第４の発明は、地中構造物のコンクリート版に第１のケーシングを設置する工程ａと、前記第１のケーシングの内部に、止水材を充填する工程ｂと、前記止水材を、第２のケーシングによって掘削し、前記コンクリート版を貫通させ、前記地中構造物の下方まで掘削する工程ｃと、前記地中構造物を貫通するように凍結管を設置する工程ｄと、を具備し、前記第２のケーシングの上部に削孔水漏洩口が設けられ、前記工程ｃは、前記第２のケーシングの掘削時における水の回収および止水が可能であることを特徴とする凍結管の施工方法である。
また、各ケーシングは、先端にビッドが設けられ、前記ビッドが、前記ケーシングの外径からはみ出さない位置に配置されることが望ましい。
また、前記工程ｃは、前記地中構造物の内部または前記地中構造物の上部の少なくとも一部に、前記第１のケーシングまたは前記第２のケーシングの外周に断熱部材を配置してもよい。

本発明によれば、第１のケーシングの内部に止水材を充填し、止水材を第２のケーシングによって掘削してコンクリート版を貫通させるため、コンクリート版の貫通部の水密性を確保することができる。このため、地中構造物を掘削して貫通する際に、地中構造物の内部から汚染水等が流出したり、汚染層の水が地中構造物内に流入することを防止することができる。

また、コンクリート版が地中構造物の頂版である場合には、頂版までを第１のケーシングで掘削を行い、第１のケーシングの内部の止水材を、第２のケーシングによって掘削して頂版を貫通させることで、水密性を確保しつつ頂版を貫通させることができる。

また、コンクリート版が地中構造物の頂版である場合には、まず、頂版までを第１のケーシングで掘削を行い、第１のケーシングの内部の止水材を、第２のケーシングによって掘削して頂版を貫通させることで、水密性を確保しつつ頂版を貫通させることができる。さらに、地中構造物の内部にコンクリートし、コンクリートを第３のケーシングによって掘削して地中構造物の底版を貫通させることで、水密性を確保しつつ底版を貫通させることができる。

また、各ケーシングの先端に設けられたビッドが、ケーシングの外径からはみ出さない位置に配置されることで、高い水密性を確保することができる。

また、コンクリート版を貫通させる前に、孔内に液体を充填して水密試験を行うことで、確実に水密を確保することができる。

また、地中構造物の内部または地中構造物の上部の少なくとも一部に断熱部材を配置することで、地中構造物およびその近傍が過剰に冷却されることを抑制することができる。このため、過剰な冷却によって、地中構造物に応力が付与され、破損することを抑制することができる。

また、第２のケーシングの上部に削孔水漏洩口を設けることで、掘削時における水の回収および止水が可能である。このため、汚染水等が散乱することを抑制することができる。

本発明によれば、地中構造物の内外への汚染物質の流入出を防止することが可能な凍結管の施工方法を提供することができる。

凍結管を施工する工程を示す図。 凍結管を施工する工程を示す図。 ケーシング３ａ（３ｂ）の底面を示す図。 凍結管を施工する他の工程を示す図。 凍結管を施工する他の工程を示す図。 凍結管を施工する他の工程を示す図。 凍結管を施工する他の工程を示す図。 凍結管を施工する他の工程を示す図。

以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態の凍結管の施工方法を詳細に説明する。図１、図２は、地盤２に凍結管１１を設置し、凍土壁１３を構築する工程を示す図である。本実施形態では、地中構造物１が地上に開口している場合を示す。なお、地中構造物１は、例えばコンクリート製である。また、図中のＡは地下水位を示す。

地中構造物１が地上に開口している場合には、まず、地中構造物１の内部の部材や土水を撤去する。例えば、ケーブルダクトなどの場合には、ケーブルを撤去する。

次に、図１（ａ）に示すように、地中構造物１のコンクリート版である底版１ａまで第１のケーシング３ａを設置する。この際、ケーシング３ａの先端を、底版１ａの厚みの途中まで挿入する。例えば、底版１ａの鉄筋が配置される部位の手前までケーシング３ａの先端を底版１ａに挿入する。

次に、図１（ｂ）に示すように、ケーシング３ａの内部に、止水材５を所定量充填する。なお、止水材５としては、例えばＣＢ（セメントベントナイト）である。また、止水材５の充填量としては、ケーシング３ａの全長である必要はない。また、この際、地中構造物１の内部であって、ケーシング３ａの外部に、コンクリート７を所定量充填してもよい。この場合も、コンクリート７の充填量は、地中構造物１の全体に充填する必要はない。

止水材５およびコンクリート７が固化したのち、図１（ｃ）に示すように、ケーシング３ａの内部に第２のケーシング３ｂを挿入する。すなわち、ケーシング３ｂの外径は、ケーシング３ａの内径よりも小さい。ケーシング３ｂによって、ケーシング３ａの内部の止水材５とともに底版１ａを貫通させて地中構造物１の下方まで掘削する。例えば、ケーシング３ｂによって、地下の不透水層まで掘削する。

この際、ケーシング３ｂの上部には、削孔水誘導口９（または削孔水漏洩口）が設けられる。削孔水誘導口９は、図示を省略した貯留タンク等に接続される。したがって、ケーシング３ｂによる掘削時に、地中構造物１の内部または地中構造物１の下方の掘削時における水の回収および止水が可能である。

ケーシング３ｂによって所定の深さまで掘削したのち、図２に示すように、ケーシング３ｂの内部に凍結管１１を設置する。ケーシング３ｂを凍結管１１のケーシングとして利用することができる。

図２（ｂ）は、凍結管１１を所定の間隔で配置し、凍土壁１３を形成した状態を示す図である。上述した方法によって、地中構造物１を貫通する凍結管１１を配置するとともに、地中構造物１の周囲に所定間隔で通常の方法で凍結管１１を設置する。したがって、地中構造物１が存在する部位にも、凍結管１１を配置することができる。

この際、地中構造物１の貫通部に止水構造が形成されているため、地中構造物１の内部に、地中の地下水が流入することがない。また、地中構造物１の内部から汚染水等が地中に流出することがない。

図３は、ケーシング３ａ、３ｂの底面図である。ケーシング３ａ、３ｂは底面に複数のビッド１５が配置される。ここで、ケーシング３ａ、３ｂによる掘削部における水密性を確実に確保するためには、ケーシング３ａ、３ｂによる掘削孔をより正確に形成する必要がある。このためには、ビッド１５が、ケーシング３ａ、３ｂの外径からはみ出さない位置に配置されることが望ましい。このようにすることで、より確実な止水構造を形成することができる。

また、水密性を高めるためには、ケーシング３ａ、３ｂの回転数を３０ｒｐｍ以下、さらに好ましくは１５ｒｐｍ程度に設定することが望ましい。掘削機の回転数を上げ過ぎると、振動等によって掘削孔の形状が乱れ、水密性が悪化するおそれがある。

このように、本実施形態によれば、地中構造物１が存在しても、凍結管１１を配置することができる。このため、地中構造物１をまたがるように、所定範囲に凍土壁１３を形成することができる。この際、地中構造物１の貫通部に止水構造が形成されるため、地中構造物１の内外に汚染水が流入出することを抑制することができる。

次に、第２の実施形態について説明する。図４〜図５は第２の実施形態にかかる凍結管の施工工程を示す図である。なお、以下の説明において、第１の実施形態と同一の機能を奏する構成については、図１〜図３と同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

第２の実施形態では、地中構造物１は、地盤２に完全に埋設される。地中構造物１としては、例えばボックスカルバートであり、内部に汚染水が存在する。この場合には、凍結管を設置する際に、地中構造物１の内部からの汚染水の流出を防止する必要がある。なお、地中構造物１の外部に汚染水が存在し、汚染水の地中構造物１の内部への流入を防ぐ場合にも同様に適用可能である。

まず、図４（ａ）に示すように、地中構造物１のコンクリート版である頂版１ｂまで、ケーシング３ａによって地盤２を掘削する。この際、ケーシング３ａの先端を、頂版１ｂの厚みの途中まで挿入する。例えば、頂版１ｂの鉄筋が配置される部位の手前までケーシング３ａの先端を頂版１ｂに挿入する。

次に、図４（ｂ）に示すように、ケーシング３ａの内部に、止水材５を所定量充填する。

止水材５が固化したのち、図４（ｃ）に示すように、ケーシング３ａの内部にケーシング３ｂを挿入する。ケーシング３ｂによって、地中構造物１の底版１ａまで第１のケーシング３ａを設置する。この際、ケーシング３ａの先端を、底版１ａの厚みの途中まで挿入する。この際、地中構造物１の内部の汚染水がケーシング３ｂの上方からあふれ出すことを抑制するため、前述した削孔水漏洩口（図示省略）を配置してもよい。

次に、図５（ａ）に示すように、ケーシング３ｂの内部に、止水材５を所定量充填する。また、この際、地中構造物１の内部であって、ケーシング３ｂの外部に、コンクリート７を所定量充填してもよい。

止水材５およびコンクリート７が固化したのち、図５（ｂ）に示すように、ケーシング３ｂの内部に第３のケーシング３ｃを挿入する。すなわち、ケーシング３ｃの外径は、ケーシング３ｂの内径よりも小さい。ケーシング３ｃによって、ケーシング３ｂの内部の止水材５とともに底版１ａを貫通させて地中構造物１の下方まで掘削する。例えば、ケーシング３ｃによって、地下の不透水層まで掘削する。この際、ケーシング３ｃの上部に、削孔水漏洩口（図示省略）が設けられてもよい。

なお、ケーシング３ｃも、図３に示すように、ビッド１５が外径よりはみ出さない。また、ケーシング３ｃの回転数も３０ｒｐｍ以下、さらに好ましくは１５ｒｐｍ程度に設定することが望ましい。

ケーシング３ｃによって所定の深さまで掘削したのち、ケーシング３ｃの内部に凍結管１１を設置する。以上により、凍結管の施工が完了する。

第２の実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、地中に埋設された地中構造物１を貫通するように、凍結管を配置することができる。

次に、第３の実施の形態について説明する。図６は、第３の実施形態にかかる凍結管の施工工程を示す図である。第３の実施形態は、第２の実施形態とほぼ同様であるが、地中構造物１の内部に、コンクリート７を充填する点で異なる。

この場合、例えば、図４（ｃ）の工程の後、ケーシング３ｂを一度引き抜き、地中構造物１の内部にコンクリート７を充填する。この際、図５（ａ）とは異なり、断面において、地中構造物１の大半が埋まるようにコンクリート７が充填される。なお、コンクリート７は、地中構造物１の長手方向の全長にわたって充填されなくてもよい。少なくとも掘削孔が形成される周囲において、地中構造物１の大半が埋まるようにコンクリート７が充填されればよい。

次に、ケーシング３ｃ（３ｂ）によって、コンクリート７とともに底版１ａを貫通させる。ケーシング３ｃ（３ｂ）によって所定の深さまで掘削したのち、ケーシング３ｃ（３ｂ）の内部に凍結管１１を設置する。以上により、凍結管の施工が完了する。

第３の実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、地中構造物１の内部にコンクリート７が充填されるため、図５（ｂ）の状態から凍結管１１をケーシング３ｃ（３ｂ）の内部に設置した際に、凍結管１１と地中構造物１（およびその周囲）に対して、熱を効率よく伝えることができる。このため、地中構造物１の周囲にも、効率よく凍土壁１３を形成可能である。

次に、第４の実施の形態について説明する。図７は、第４の実施形態にかかる凍結管の施工工程を示す図である。第４の実施形態は、第２の実施形態とほぼ同様であるが、ケーシング３ｂの外周に断熱部材１７が配置される点で異なる。

本実施形態では、前述した図４（ｃ）の工程において、地中構造物１の内部に位置する部位または地中構造物１の上部に位置する部位の、ケーシング３ｂの外周に断熱部材１７が配置される。断熱部材１７は、例えばポリエチレンフォームなどの一般的な断熱材である。断熱部材１７は、例えば半割で作成し、ケーシング３ｂの外周を覆うように配置される。

なお、地中構造物１の上部に断熱部材１７を配置する場合には、ケーシング３ａの外周に断熱部材１７を配置してもよい。また、断熱部材１７は、地中構造物１の内部と上部の全範囲に配置する必要はなく、地中構造物１の内部に位置する部位および地中構造物１の上部に位置する部位の少なくとも一部に配置されればよい。

断熱部材１７を配置することで、ケーシング３ｂ（ケーシング３ｃ）内に凍結管１１を配置し、凍土壁を形成する際、地中構造物１やその上方の地盤２を過剰に冷却することを抑制することができる。例えば、地中構造物１を過剰に冷却すると、熱的な応力によって部分的にひび割れなどが生じる恐れがある。このように地中構造物１が損傷すると、内部の汚染水が流出するおそれがある。

同様に、地中構造物１の上方に凍土が形成されると、凍土によって地中構造物１に応力が付与され、地中構造物１が破損するおそれがある。このため、地中構造物１に過剰な応力が加わらないように、必要に応じて断熱部材１７が配置される。

なお、地中構造物１の下方に凍土壁１３が形成されれば、図２（ｂ）に示すように、連続した凍土壁１３を形成することができる。この際、地中構造物１の上方において、地下水を確実に堰き止めるためには、別途薬液注入等を行ってもよい。

第４の実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、地中構造物１およびその上部が過剰に冷却されることを抑制することができるため、過剰な冷却によって地中構造物１が破損することを抑制することができる。

次に、第５の実施の形態について説明する。図８は、第５の実施形態にかかる凍結管の施工工程を示す図である。第５の実施形態は、第２の実施形態とほぼ同様であるが、地中構造物１のコンクリート版を貫通させる前に、水密試験が行われる点で異なる。

図８（ａ）は、図４（ｂ）と図４（ｃ）の間において水密試験を行う工程を示す図である。例えば、ケーシング３ｂでケーシング３ａ内の止水材５を掘削して、頂版１ｂを貫通させる前に、ケーシング３ｂを抜き取り、掘削孔内に液体１９（例えば水）を満たし、水密試験を行う。水密試験は、液体１９を満たした状態で所定時間放置し、水位の変化によって水漏れの有無を判断するものである。

水密試験によって水漏れがないことが確認された後、液体１９を除去し、ケーシング３ｂによって頂版１ｂを貫通させる。このようにすることで、地中構造物１の内外への汚染水の流入・流出を防止することができる。

同様に、図８（ｂ）は、図５（ａ）と図５（ｂ）の間において水密試験を行う工程を示す図である。この場合には、ケーシング３ｃでケーシング３ｂ内の止水材５を掘削して、底版１ａを貫通させる前に、ケーシング３ｃを抜き取り、掘削孔に液体１９（例えば水）を満たし、水密試験を行う。

第５の実施形態によれば、第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、地中構造物１のコンクリート版を貫通させる際に、予め水密試験を行うことで、確実に止水性が確保されていることを確認することができる。

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施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、地中構造物１の形状は、図示した例には限られず、矩形以外にも、円形や半円形など、形状は問わない。

１………地中構造物
１ａ………底版
１ｂ………頂版
２………地盤
３ａ、３ｂ、３ｃ………ケーシング
５………止水材
７………コンクリート
９………削孔水誘導口
１１………凍結管
１３………凍土壁
１５………ビッド
１７………断熱部材
１９………液体

Claims (6)

1. 地中構造物のコンクリート版に第１のケーシングを設置する工程ａと、
   前記第１のケーシングの内部に、止水材を充填する工程ｂと、
   前記止水材を、第２のケーシングによって掘削し、前記コンクリート版を貫通させ、前記地中構造物の下方まで掘削する工程ｃと、
   前記地中構造物を貫通するように凍結管を設置する工程ｄと、
   を具備し、
   前記コンクリート版は、前記地中構造物の頂版であり、
   前記工程ａは、前記頂版まで前記第１のケーシングで掘削を行い、
   前記工程ｃは、
   前記止水材を、第２のケーシングによって掘削し、前記頂版を貫通させ、前記地中構造物の底版まで掘削する工程ｅと、
   前記第２のケーシングの内部に、止水材を充填する工程ｆと、
   前記第２のケーシングの内部の前記止水材を、第３のケーシングによって掘削し、前記底版を貫通させ、前記地中構造物の下方まで掘削する工程ｇと、
   を具備することを特徴とする凍結管の施工方法。
2. 地中構造物のコンクリート版に第１のケーシングを設置する工程ａと、
   前記第１のケーシングの内部に、止水材を充填する工程ｂと、
   前記止水材を、第２のケーシングによって掘削し、前記コンクリート版を貫通させ、前記地中構造物の下方まで掘削する工程ｃと、
   前記地中構造物を貫通するように凍結管を設置する工程ｄと、
   を具備し、
   前記コンクリート版は、前記地中構造物の頂版であり、
   前記工程ａは、前記頂版まで前記第１のケーシングで掘削を行い、
   前記工程ｃは、
   前記止水材を、第２のケーシングによって掘削し、前記頂版を貫通させる工程ｇと、
   前記地中構造物の内部に、コンクリートを充填する工程ｈと、
   前記コンクリートを、第２又は第３のケーシングによって掘削し、前記地中構造物の底版を貫通させ、前記地中構造物の下方まで掘削する工程ｉと、
   を具備することを特徴とする凍結管の施工方法。
3. 地中構造物のコンクリート版に第１のケーシングを設置する工程ａと、
   前記第１のケーシングの内部に、止水材を充填する工程ｂと、
   前記止水材を、第２のケーシングによって掘削し、前記コンクリート版を貫通させ、前記地中構造物の下方まで掘削する工程ｃと、
   前記地中構造物を貫通するように凍結管を設置する工程ｄと、
   を具備し、
   前記工程ｃは、
   前記コンクリート版を貫通させる前に、孔内に液体を充填し、前記液体によって水密試験を行い、水密が確保されたことを確認した後に、前記コンクリート版を貫通させることを特徴とする凍結管の施工方法。
4. 地中構造物のコンクリート版に第１のケーシングを設置する工程ａと、
   前記第１のケーシングの内部に、止水材を充填する工程ｂと、
   前記止水材を、第２のケーシングによって掘削し、前記コンクリート版を貫通させ、前記地中構造物の下方まで掘削する工程ｃと、
   前記地中構造物を貫通するように凍結管を設置する工程ｄと、
   を具備し、
   前記第２のケーシングの上部に削孔水漏洩口が設けられ、
   前記工程ｃは、
   前記第２のケーシングの掘削時における水の回収および止水が可能であることを特徴とする凍結管の施工方法。
5. 各ケーシングは、先端にビッドが設けられ、前記ビッドが、前記ケーシングの外径からはみ出さない位置に配置されること特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の凍結管の施工方法。
6. 前記工程ｃは、
   前記地中構造物の内部または前記地中構造物の上部の少なくとも一部に、前記第１のケーシングまたは前記第２のケーシングの外周に断熱部材を配置することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の凍結管の施工方法。

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