JP6868321B2

JP6868321B2 - 凍結工法

Info

Publication number: JP6868321B2
Application number: JP2017079618A
Authority: JP
Inventors: 裕一立和田; 米　田　国　章; 田国章米; 原次男篠; 下和行舘; 井純一松
Original assignee: Chemical Grouting Co Ltd
Current assignee: Chemical Grouting Co Ltd
Priority date: 2017-04-13
Filing date: 2017-04-13
Publication date: 2021-05-12
Anticipated expiration: 2037-04-13
Also published as: JP2018178529A

Description

本発明は、地盤を凍結する凍結工法に関する。

従来の凍結工法は、削孔用ロッドにより凍結管用のボーリング孔を削孔する。その後、二重管凍結管を建て込み、削孔用ロッドを引き抜き、漏気試験（冷媒の漏洩試験）を行って冷媒が漏洩しないことを確認した後に、冷媒を供給する。
ここで、二重管により削孔した後、二重管の内管からブラインを供給して外管内に流出させる技術が存在するが（例えば特許文献１）、切削水と冷媒とを切り替える機構は内管が上方にスライドするものであり、内管よりも先端側には、冷媒を供給することが出来ない。そのため、凍結管先端周辺の地盤を凍結することが出来なかった。そして先端周辺の地盤を凍結することが出来ないので、従来技術では、必要な長さを凍結するためにはその分だけ余計に削孔しなければならなかった。
例えばシールドマシンが立坑に近づいた時、立坑とシールドマシン先端との間の領域を凍結するため、凍結管を配置して凍結工法を実施する場合に、凍結管先端の領域を凍結することが出来ないので、その分だけ、余分に削孔しなければならず、立坑の壁の一部を削孔して凍結管を壁の一部に嵌入させる必要があった。そのため、立坑の壁の一部を削孔するという労力の大きな作業が必要となり、また、立坑の壁を損傷してしまうという課題がある。

また、従来技術において、凍結管建て込みの際には、冷媒の漏洩防止のため凍結管を構成する管材同士を、５．５ｍ定尺の継手箇所ごとに全周溶接していた。
しかし、凍結管同士を溶接する作業は、冷媒が漏洩することを防止するために溶接部分に気密性が要求され、多大な労力を必要としていた。
さらに、凍結工程が終了し、凍結管を撤去する時は、凍結管全体を引き抜いた後に生じる凍結管跡の孔（削孔空間）に、専用の充填管を挿入して充填材を充填し、孔埋めして周辺地盤の沈下などを防ぐ充填工が必要であり、そのための労力が必要である。そして、凍結管引き抜きと充填に時間差が生じ、その間に沈下が増加するなどの課題があった。
上述した各種労力を軽減して、凍結工法全体のコストを低減する要請が存在するが、係る要請に応える技術は未だに提案されていない。

特許第３６８１３６３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、凍結管先端まで冷媒を供給することにより当該先端部の先まで凍土領域を形成できて、凍結管同士を継手で溶接接合する必要がない凍結工法の提供を目的としている。

本発明で用いられる凍結管は、複数のロッド（例えば、単位長さの定尺ロッド）から構成されて削孔水（Ｗ）を噴射しつつボーリング孔を削孔する削孔ロッド（１０）と、
削孔ロッド（１０）内に挿入されている冷媒供給管（６：例えばコイルドチューブ）を有し、
削孔ロッド（１０）の先端近傍には、削孔水（Ｗ）の水圧では開弁するが冷媒（Ｒ）の供給圧力（冷媒供給時の弁体３Ｂ直上の圧力）では閉弁している弁機構（３）を設け、削孔水（Ｗ）が流れる配管（４）から分岐して弁機構（３）をバイパスし削孔ロッド（１０）の先端まで地上から冷媒（Ｒ）を供給する冷媒流路（５）が形成され、冷媒（Ｒ）が地上と地中を循環することにより地盤を凍結させる。

本発明で用いられる凍結管において、弁機構（３）は、弁座（３Ｃ）と、スプリング（３Ａ）の弾性反撥力により弁座（３Ｃ）に座着する方向に付勢されている弁体（３Ｂ）とを備え、スプリング（３Ａ）の弾性反撥力は削孔水の圧力よりも弱く、冷媒の供給圧力（弁体３Ｂ直上の圧力）よりも強く調整されている。
本発明で用いられる凍結管は、凍結が終了して、凍結管撤去の引き抜き時に冷媒供給管を引き抜くことで削孔ロッドを単管状態にすることが可能であり、削孔ロッド先端から充填材を吐出し削孔空間を埋め戻す機能を有することが出来る。

本発明の凍結工法は、複数のロッド（例えば、単位長さの定尺ロッド）から構成された削孔ロッド（１０）を用いて削孔水（Ｗ）を噴射しつつボーリング孔を削孔し、
削孔ロッド（１０）を凍結するべき地盤に残存し、
削孔ロッド（１０）内に冷媒供給管（６：例えばコイルドチューブ）を挿入し、冷媒供給管（６）が挿入された後に削孔ロッド（１０）は凍結管（１０）として機能し、
削孔ロッド（１０）の先端近傍に設けた弁機構（３）により、削孔水流路（４）と冷媒流路（５）を切り替え、
冷媒供給管（６）から冷媒（Ｒ）を供給し、供給された冷媒（Ｒ）が凍結管先端まで供給されることを特徴としている。
本発明の凍結工法では、凍結が終了して、凍結管撤去の引き抜き時に冷媒供給管を引き抜くことで削孔ロッドを単管状態にすることが可能であり、削孔ロッド先端から充填材を吐出し削孔空間を埋め戻すことが出来る。

また本発明の凍結工法において、前記弁機構（３）は、スプリング（３Ａ）の弾性反撥力により弁体（３Ｂ）を弁座（３Ｃ）に座着されており、スプリング（３Ａ）の弾性反撥力が（ボーリング孔削孔時の）削孔水（Ｗ）の圧力よりも弱く、冷媒（Ｒ）の供給圧力（冷媒供給時の弁体３Ｂ直上の圧力）よりも強く調整されている。

そして本発明において、冷媒供給管（６）は継ぎ目が無い配管材またはチューブ材、例えば切り継ぎを行う必要がないコイルドチューブで構成するのが好ましい。
さらに本発明において、削孔ロッド（１０）を構成する単位長さのロッド（定尺ロッド）は、一端に雄ネジが形成され、他端に雌ネジが形成されているのが好ましい。

本発明において、冷媒はブラインでも液化二酸化炭素（ＣＯ_２）でも良く、特に限定条件は無い。
ここで、地上側に冷媒冷却設備を設け、例えば冷媒に液化二酸化炭素を用いる場合には冷媒が地盤中から気化熱を奪う様に、地上側の冷媒冷却設備は、凍結管（１０）から排出された気液混合二酸化炭素を冷却して液相にせしめ、液相の二酸化炭素を凍結管（１０）に供給する循環冷却機構として構成されるのが好ましい。冷媒がブラインの場合も同様に、凍結管（１０）から排出されたブラインを冷却し、凍結管（１０）に供給する循環冷却機構であるのが好ましい。

上述の構成を具備する本発明によれば、凍結管（１０）先端に冷媒（Ｒ）を供給する冷媒流路（５）が形成されているので、凍結管（１０）先端の領域に冷媒（Ｒ）が到達し、凍結管（１０）先端よりも凍結管（１０）の延長方向の先の地盤領域に冷熱を投入して、凍結することが出来る。
そのため、例えば、シールドマシンが立坑に近づいた時、立坑とシールドマシン先端との間の領域を凍結するため、凍結管を配置して凍結工法を実施する場合に、凍結管の先端部より先の領域を凍結することが出来るので、立坑近傍まで凍結管を配置すれば、立坑の壁の一部を削孔しなくても、シールドマシンと立坑との間の領域を凍結させることが出来る。そのため、凍結管を配置するに際して立坑の壁の一部を削孔する必要が無く、立坑の壁を損傷させてしまうこともない。

そして本発明によれば、ボーリング孔の削孔用として、また凍結管外管として用いられる削孔ロッド（１０）は、単位長さのロッド（定尺ロッド）を螺合して接合、分離することにより繰り返して使用することが可能であり、単位長さのロッドを適宜組み合せることにより、多様な施工深度に対応することが出来る。そして、多様な施工深度に対して特別な長さの削孔用の管を製造する必要がないため、凍結工法のコストを低減することが出来る。
ここで、単位長さのロッド（定尺ロッド）としては、連結した際に気密性が保持されるロッドを使用するため、施工現場で漏洩検査を省略することも可能である。
ここで本発明では、削孔ロッド（１０）の単管部分（１）が凍結管の外管として機能するため、ボーリング孔の削孔完了と同時に凍結管外管の設置が完了する。

本発明において、スプリング（３Ａ）の弾性反撥力により弁体（３Ｂ）を弁座（３Ｃ）に座着されるタイプの弁機構（３）を用いれば、ボーリング孔削孔時の削孔水（Ｗ）の圧力がスプリング反撥力よりも強く、冷媒（Ｒ）の供給圧力（冷媒供給時の弁体３Ｂ直上の圧力）がスプリング反撥力よりも弱くなる様に調整すれば、削孔水（Ｗ）を吐出する際には開弁し、凍結運転時に閉弁することが自動的に行われ、特段の操作が不要である。

また本発明によれば、凍結管の撤去作業時には、単位長さのロッドの螺合を解除すれば良く、ガス切断等を行う必要は無く、火器の使用が不要である。そのため、凍結管撤去作業の安全性が向上する。また、火器を使用しないので、環境保全にも寄与する。
そして本発明によれば、凍結管引抜きの際、先端から充填材（ボーリング孔を孔埋めするための充填材料）を吐出することが出来るため、凍結管引抜きと同時に削孔空間の孔埋めをすることが出来、解凍した周辺地盤の崩壊や沈下を防ぎ、充填作業も容易である。

また、本発明によれば、切り継ぎを行う必要がないコイルドチューブで構成すれば、冷媒供給配管を容易に地上側に引き抜くことが出来る。
そして、冷媒供給配管を容易に地上側に引き抜くことにより、凍結管外管を構成している削孔用ロッドを用いて、容易にボーリング孔の追加削孔を行うことが出来る。

本発明の実施形態において、ボーリング孔を削孔する工程を示す断面図である。実施形態において、冷媒供給用配管を挿入する工程を示す断面図である。実施形態において、冷媒を供給して地盤を凍結する工程を示す断面図である。実施形態で用いられる凍結管の地中側先端を示す部分断面拡大図である。図４におけるＡ−Ａ断面図である。図４におけるＢ矢視端面図であり、実施形態で用いられる凍結管の地中側先端に設けられた削孔ビットと削孔水の吐出口を説明するための図である。

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。
地盤Ｇにボーリング孔を削孔する工程を示す図１において、削孔ロッド１０は単管で構成されている。
明確には図示されていないが、削孔ロッド１０は、例えば単位長さの複数のロッド（定尺ロッド）を連結（接続）して構成されている。前記定尺ロッド（単位長さのロッド）は、一端に雄ネジ（図示しない）が形成され、他端に雌ネジ（図示しない）が形成されており、雄ネジと雌ネジを螺合させて定尺ロッド同士を連結することが出来て、多様な施工条件に対応することが出来る。なお、ロッドは定尺ばかりでなく、必要な深度などに合わせて、長さを合せるための比較的短尺なロッドも用いられる。
ここで、削孔ロッド１０における定尺ロッド同士の螺合部分は、削孔ロッド１０を凍結管として再利用した際に冷媒が漏洩しない様に高い気密性・水密性を有しており、例えば雄ネジに複数の（例えば２個以上の）Ｏリングを嵌合している。

削孔ロッド１０（単管）の削孔側（地中側）先端には、削孔水Ｗの水圧では開弁するが冷媒Ｒの供給圧力（冷媒供給時の弁体３Ｂ直上の圧力）では閉弁している弁機構３が設けられ、削孔ロッド１０の削孔側（地中側）先端には削孔ビット部７（図４、図６）が配置されている。また、削孔ロッド１０の中空部は削孔水Ｗの流路を構成しており、先端近傍に冷媒供給管６（コイルドチューブ；図２参照）を挿入する際のガイド部１Ａが設けられおり、ガイド部１Ａは削孔水Ｗが流れる流路としても機能する。
弁機構３は、スプリング３Ａ（図４）、球状の弁体３Ｂ（図４）及び弁座３Ｃ（図４）で構成されているが、詳細は後述する。また、削孔ロッド１０の先端（地中側端部）に配置され、噴射口７Ｂが形成された削孔ビット部７についても、図４、図６を参照して後述する。

図１において、削孔時には、削孔ロッド１０の中空部が削孔水Ｗの流路を構成する。
凍結工法の施工に際しては、先ず、図１で示す様に、削孔ロッド１０により凍結するべき地盤Ｇにボーリング孔を削孔する。削孔に際しては、削孔ロッド１０の先端より削孔水Ｗを噴射しつつ、削孔ビット部７により地盤Ｇを削孔する。
削孔水Ｗは地上側の図示しない水源から供給され、削孔ロッド１０の中空部を流過して、削孔ロッド１０の先端部（地中側端部）まで供給される（矢印Ｗ１）。削孔水Ｗが弁機構３に達すると、弁機構３のスプリング３Ａの弾性反撥力に抗して弁機構３を開弁する。そして削孔水Ｗは、削孔ロッド１０の先端に配置された削孔ビット部７に形成された噴射口７Ｂ（図４、図６参照）から地中に吐出される（矢印Ｗ２）。
吐出された削孔水Ｗは、削孔ロッド１０の外壁を伝って地上側に戻る（矢印Ｗ３）。

削孔ロッド１０により地盤Ｇにボーリング孔を削孔した後、削孔ロッド１０はそのまま凍結するべき地盤Ｇに残存される。残存された削孔ロッド１０は、地盤Ｇを凍結する工程では凍結管として作用する。
換言すれば、削孔ロッド１０は所定のボーリング孔を削孔した後、コイルドチューブ６が挿入される（図２参照）と凍結管１０となる。図示の実施形態では、削孔ロッドと凍結管の外管は、共に符号１０で示されている。
従来技術では、ボーリング孔の削孔後に凍結管を挿入し、削孔ロッドを引き抜くという複数の工程を行うが、上述した理由から、図示の実施形態では当該複数の工程が不要となる。

図２で示す工程で、削孔ロッド１０の内部に、継ぎ目が無い長尺のコイルドチューブ６が挿入される。図示の実施形態においては、冷媒供給管であるコイルドチューブが挿入された以降は、削孔ロッドは凍結管となる。すなわち、図２で示す工程以前では符号１０は削孔ロッドを示すが、図２で示す工程の後、符号１０は凍結管を示す。
コイルドチューブ６は継ぎ目が無く長尺であるので、地中に挿入する際に切り継ぎを行う必要がなく、冷媒が漏洩する恐れも無いので、容易に配置することが出来る。
図示の実施形態において、冷媒はブラインでも液化二酸化炭素（ＣＯ_２）でも良く、特に限定条件は無い。明示されてはいないが、地上側に冷媒冷却設備を設け、例えば冷媒に二酸化炭素を用いる場合には冷媒が地盤中から気化熱を奪う様に、地上側の冷媒冷却設備は、凍結管１０から排出された気液混合二酸化炭素を冷却して、液相として凍結管１０に供給する循環冷却機構として構成されている。冷媒がブラインの場合も同様に、凍結管１０から排出されたブラインを冷却して、凍結管１０に供給する循環冷却機構として構成されている。

凍結管１０の内部に挿入されたコイルドチューブ６は、凍結管１０の中空部を通過し、凍結管１０の先端近傍まで挿入され、弁機構３の手前（地上側）のコイルドチューブ先端差込部４Ｂ（図４を参照）に差し込まれて保持される。
図２で示す様に、凍結管１０は、コイルドチューブ６が挿入された状態で二重管と同様な構造になっている。

図４で示す様に、弁機構３は、スプリング３Ａの弾性反撥力により弁体３Ｂを弁座３Ｃに押圧する様に構成されている。
係る弁機構を用いることにより、凍結管１０を水平方向に配置しても、上向きに配置しても、弁機構３を確実に開閉することが出来る。
図示の実施形態では地盤中を削孔し、地盤を凍結させる場合を説明しているが、凍結管１０の設置方向については前述の通り制約が存在しないため、本発明では、例えばシールド機の鋼殻部や土留め、コンクリート構造体なども削孔し、凍結させる対象とすることが出来る。

凍結運転を行っている状態を示す図３において、凍結管１０は冷媒導入部２１と連通している。
冷媒導入部２１には、コイルドチューブ６が挿入されるコイルドチューブ挿入部２１Ａと冷媒戻り口２１Ｂが設けられており、冷凍機（図示せず）の冷媒送り口からの配管は冷媒送りポンプ（図示せず）を経由してコイルドチューブ６に接続され、冷媒戻り口２１Ｂは地上における冷媒戻り流路（図示せず）に接続されている。

図３において、供給された冷媒Ｒはコイルドチューブ６内を通り（矢印Ｒ１）、凍結管１０の地中側端部近傍に到達する。
凍結管１０の地中側端部近傍において、冷媒Ｒは弁機構３を開弁せず（矢印Ｒ２）、削孔ロッド１０の先端部を流れた後、削孔ロッド１０の内壁とコイルドチューブ６の間の空間を流れる（矢印Ｒ３）。ここで、矢印Ｒ２で示す様に、冷媒は凍結管１０の先端部を流れるが、その詳細については図４を参照して後述する。
削孔ロッド１０の中空部を流れる冷媒Ｒ（矢印Ｒ３）は、冷媒戻り口２１Ｂから地上の冷媒戻り流路（図示しない）に戻される（矢印Ｒ４）。
凍結管１０を流れる際に、冷媒Ｒの冷熱は凍結管１０近傍の地盤に伝達され、凍結管１０近傍の地盤は凍結する。

凍結管１０の先端部における先端側部材３０（図３、図４）は、削孔ロッド（凍結管）１０と削孔ビット部７を接続する機能を有している。ここで先端側部材３０には、冷媒Ｒが流れる冷媒流路５が形成されている。
先端側部材３０の詳細は、図４、図５、図６を参照して説明する。なお図４において、冷媒の流れを矢印Ｒで示す。
図４において、凍結管１０の地中側端部に配置された先端側部材３０は、その地上側が削孔ロッド接続部３０Ａを構成している。そして先端側部材３０の地中側には、削孔ビット接続部３０Ｂが設けられている。

先端側部材３０の削孔ロッド接続部３０Ａには雄ネジが形成されており、凍結管１０の地中側（先端側部材３０側）にも雄ネジが形成されている。削孔ロッド接続部３０Ａと削孔ロッド１０の地中側は、カップリング部材２３を介して接合されている。ここでカップリング部材２３には、先端側部材３０の雄ネジと螺合する雌ネジと、削孔ロッド１０の雄ネジと螺合する雌ネジが形成されている。
削孔ビット接続部３０Ｂにも雄ネジが形成されており、当該雄ネジと削孔ビット部７の雌ネジ（接続部７Ｃの内周に形成された雌ネジ）が螺合して、先端側部材３０と削孔ビット部７が接合されている。

先端側部材３０には配管４が設けられており、配管４には内壁面がテーパー状に形成されたテーパー状領域４Ｔが形成されており、テーパー状領域４Ｔを介して、内径寸法の大きな削孔ロッド１０の中空部分と、内径寸法の小さいコイルドチューブ先端差込部４Ｂ近傍の部分とが連通している。そして配管４は、削孔ロッド１０の中空部分から弁機構３まで鉛直方向に延在している。配管４には、削孔時は削孔水Ｗが流れ、凍結時は冷媒Ｒが流れる。
図４において、コイルドチューブ６は、凍結時においては、配管４におけるコイルドチューブ先端差込部４Ｂに挿入された状態が保持される。

先端側部材３０には冷媒流路５が形成されており、冷媒流路５は、配管４の分岐部４Ａから弁機構３をバイパスして半径方向冷媒流路５Ａへ分岐し、垂直方向冷媒流路５Ｂを経由して、削孔ロッド１０の先端の先端部冷媒通過領域５Ｃに連通している。先端部冷媒通過領域５Ｃは、戻り用冷媒流路５Ｄを介して、凍結管１０内の中空部分に連通している。
換言すれば、冷媒流路５は半径方向冷媒流路５Ａ、垂直方向冷媒流路５Ｂ、先端部冷媒通過領域５Ｃ、戻り用冷媒流路５Ｄから構成されている。

半径方向冷媒流路５Ａは、配管４の分岐部４Ａから半径方向に複数本（図示の実施形態では４本）延在しており、垂直方向冷媒流路５Ｂは、半径方向冷媒流路５Ａに連続して垂直方向に複数本（図示の実施形態では４本）延在している。
先端部冷媒通過領域５Ｃは、垂直方向冷媒流路５Ｂに連通し且つ先端側部材３０の地中側先端近傍（削孔ビット部７の近傍）で弁機構３を包囲する様に形成されており、スプリング収納部１２の半径方向外方の領域として構成され、且つ、中空円筒状に構成されている。先端部冷媒通過領域５Ｃの最先端部はビット先端部７Ａの内面７ＡＳに接している。また、スプリング収納部１２は、その内部に弁機構３のスプリング３Ａを収納している。
戻り用冷媒流路５Ｄは、先端部冷媒通過領域５Ｃに連通して垂直方向に延在し且つ半径方向外方に複数本（実施形態では４本）形成されている。垂直方向冷媒流路５Ｂと戻り用冷媒流路５Ｄは、それぞれ４本ずつ、円周方向に交互に配置されている。

図４において、先端側部材３０の先端部における先端部冷媒通過領域５Ｃは、４本の垂直方向冷媒流路５Ｂ及び４本の戻り用冷媒流路５Ｄ（図５参照）と連通する空間となっている。
図４において、コイルドチューブ６から供給された冷媒は、配管４から半径方向冷媒流路５Ａ、垂直方向冷媒流路５Ｂを流れて先端部冷媒通過領域５Ｃに到達する。先端部冷媒通過領域５Ｃに到達した冷媒の冷熱は、削孔ビット部７を介して凍結管１０先端の地盤に投入され、当該地盤を凍結する。そして戻り用冷媒流路５Ｄを流れて、テーパー状領域４Ｔを介して凍結管１０の中空部分から地上側に戻る（図３の矢印Ｒ３）。

ここで、垂直方向冷媒流路５Ｂ、先端部冷媒通過領域５Ｃ、戻り用冷媒流路５Ｄの流路断面積は、削孔ロッド１０内壁とコイルドチューブ６との間の領域の断面積（矢印Ｒ３で示す冷媒が流れる領域）よりも小さい。そのため、垂直方向冷媒流路５Ｂ、先端部冷媒通過領域５Ｃ、戻り用冷媒流路５Ｄを流れる冷媒Ｒの流速は、矢印Ｒ３で示す冷媒の流速に比べ同程度かそれ以上になる。
一般的に、冷媒が流路内を流れる際に、層流よりも流れの速い乱流の方が熱移動性（熱伝達率）に優れていることが知られている。図示の実施形態では、上述した通り垂直方向冷媒流路５Ｂ、先端部冷媒通過領域５Ｃ、戻り用冷媒流路５Ｄを流れる冷媒Ｒの流速は、矢印Ｒ３で示す冷媒の流速よりも速いため、熱移動性に優れる。
そのため、垂直方向冷媒流路５Ｂ、先端部冷媒通過領域５Ｃ、戻り用冷媒流路５Ｄを流れる冷媒Ｒによる地盤凍結効果は、削孔ロッド１０内壁とコイルドチューブ６との間の領域を流れる冷媒Ｒ３による地盤凍結効果と遜色なく発揮される。

図４、図５では、半径方向冷媒流路５Ａは水平方向に延在しているが、半径方向外側に行くに連れて下側に延在させる（斜め下方に延在させる）ことが可能である。ここで、半径方向冷媒流路５Ａが半径方向外側に行くに連れて上側に延在する（斜め上方に延在する）ことは、冷媒Ｒの抵抗が大きくなり不都合である。しかし、冷媒Ｒの冷熱が先端側部材３０の先端（地中側端部：下方端部）まで伝達されるのであれば、半径方向冷媒流路５Ａが斜め上方に延在していても構わない。

図４において、先端側部材３０における地中側位置であって配管４の端部（先端或いは下端）が連通する位置に弁機構３が設けられている。図４で示す状態（凍結時）では、スプリング３Ａの弾性反撥力により弁体３Ｂが弁座３Ｃに座着している。スプリング３Ａの弾性反撥力は、ボーリング孔削孔時における削孔水Ｗの圧力よりも弱く、凍結時の冷媒Ｒの供給圧力（冷媒供給時の弁体３Ｂ直上の圧力）よりも強く調整されているからである。
したがって、ボーリング孔削孔時において削孔水Ｗが供給されている際には、削孔水Ｗの圧力がスプリング３Ａの弾性反撥力よりも強いため、弁体３Ｂはスプリング３Ａの弾性反撥力に抗して下方に押圧され、弁体３Ｂは弁座３Ｃに座着せず、弁機構３は開放している。
それに対して、凍結時には、冷媒Ｒの供給圧力（冷媒供給時の弁体３Ｂ直上の圧力）がスプリング３Ａの弾性反撥力よりも弱いため、スプリング３Ａの弾性反撥力で弁体３Ｂは上方に押圧され、弁座３Ｃに座着し、弁機構３は閉弁している。

上述した様に、弁機構３のスプリング３Ａは、中空円筒状のスプリング収納部１２に収納される。スプリング収納部１２は冷媒が透過しない材料（材質は特に限定しない）で構成されており、先端部冷媒通過領域５Ｃを流過する冷媒Ｒはスプリング収納部１２の側面外側の領域を通過するが、スプリング３には接触しない。
先端側部材３０の底部（地中側端部）に配置される削孔ビット部７のビット先端部７Ａ（図６参照）の中心には、削孔水の噴出口７Ｂが形成されている。
スプリング収納部１２の半径方向内方はスプリング３Ａ収納スペースとなっている。

削孔ビット部７は熱伝導性に優れた鉄製であり、先端部冷媒通過領域５Ｃを流過する冷媒Ｒの冷熱を、効率良く地盤Ｇに伝達することが出来る。
削孔ビット部７の端面形状を示す図６において、削孔ビット部７のビット先端部７Ａ（削孔ロッド１０の地中側先端に位置する部分）は円盤状であり、地盤Ｇ側（地中側）の面には、地盤Ｇ側に突出した複数（実施形態では６個）のビット７Ｄが、円周方向に等間隔に設けられている。上述した様に、削孔ビット部７のビット先端部７Ａの中心には、削孔水Ｗを地中に噴射する噴射口７Ｂが形成されている。
削孔ビット部７のビット先端部７Ａの厚さ寸法（図４の寸法Ｄ）は、冷媒の冷熱が伝導される寸法で、且つ、削孔時の使用に耐え得る強度を有する寸法であることが必要である。

図４において、冷媒Ｒはコイルドチューブ６から先端側部材３０の配管４に供給され、配管４内を通過して弁機構３に到達する。上述した通り、冷媒Ｒの供給圧力（冷媒供給時の弁体３Ｂ直上の圧力）はスプリング３Ａの弾性反撥力よりも小さいため、弁機構３は閉塞（閉弁）したままであり、冷媒Ｒは弁機構３を通過することは出来ない。
冷媒Ｒは弁機構３をバイパスし、配管４の分岐部４Ａから分岐した半径方向冷媒流路５Ａ、垂直方向冷媒流路５Ｂを介して、凍結管先端（先端側部材３０の先端）の先端部冷媒通過領域５Ｃを通過する。先端部冷媒通過領域５Ｃを流れる冷媒Ｒの冷熱は、削孔ビット部７を介して地盤Ｇに投入され、凍結管１０先端の地盤を凍結する。
先端側部材３０先端の先端部冷媒通過領域５Ｃを通過した冷媒Ｒは、戻り用冷媒流路５Ｄを介して配管４のテーパー状領域４Ｔに戻り、凍結管１０を通過して地上側に戻る（図３参照）。

図示の実施形態によれば、削孔ロッドは繰り返し使用することが可能であり、定尺ロッドの組合せで多様な深度に対応できる。それに伴い、凍結工法の費用及び労力を節減することが出来る。さらに連結した際に気密性が保持されるロッドを使用するため現地での漏洩検査を省略することも可能である。
そして、削孔ロッド１０でボーリング孔を削孔した後、コイルドチューブ６を挿入した時点で削孔ロッド１０が凍結管１０として機能するので、削孔ロッドの引き抜き、凍結管挿入という複数の工程を省略することが出来る。

図示の実施形態では、凍結管１０先端に冷媒Ｒを供給する冷媒流路５（５Ａ〜５Ｄ）が形成されているので、凍結管１０先端の地盤を凍結することが可能である。すなわち、弁機構３より先（地中側）の領域に冷媒Ｒを供給して凍結管１０先端の領域を凍結することが出来る。
そのため、シールドマシンが立坑に近づき、立坑とシールドマシン先端との間の領域を凍結するべき場合には、図示の実施形態では、従来技術の様に立坑の壁の一部を削孔して凍結管を配置する必要が無い。図示の実施形態によれば、立坑近傍まで凍結管を配置すれば、シールドマシンと立坑との間の領域を凍結させることが出来る。
換言すれば、図示の実施形態では、シールドマシンが立坑に近づき、立坑とシールドマシン先端との間を凍結する際に、凍結管建て込みのために立坑の壁の一部を削孔する必要が無く立坑の壁を損傷させてしまうことがない。

また、図示の実施形態によれば、気密性の高い削孔ロッド１０を凍結管として再利用しており、凍結管の撤去作業時には、削孔ロッド１０の単位長さのロッド同士の接続箇所（雄ネジと雌ネジで螺合する箇所）を螺合解除しながら地上側に引き抜くので、螺合を解除した後の単位長さのロッドを再利用することが出来る。
そして、凍結管として作用した削孔ロッド１０を引き抜く際に、従来技術における凍結管引き抜き作業の様にガス切断等を行う必要が無く、火器の使用が不要である。そのため、凍結管撤去作業の安全性、環境保全性が向上する。

さらに、図示の実施形態によれば、スプリング３Ａの弾性反撥力により弁体３Ｂを弁座３Ｃに座着されるタイプの弁機構３を採用しているので、ボーリング孔削孔時に開弁し、凍結運転時に閉弁する操作が、削孔水Ｗ及び冷媒Ｒの供給圧力（冷媒供給時の弁体３Ｂ直上の圧力）とスプリングの弾性係数を適宜調整することにより自動的に行われ、特段の弁開閉操作が不要である。
また、図示の実施形態によれば、凍結管１０引抜きの際、先端から充填材（ボーリング孔を孔埋めするための充填材料）を吐出して削孔空間の充填を行うことが出来るため、凍結管引き抜き後の孔埋め作業が容易である。この場合、削孔時と同様に、充填材の吐出圧により弁機構３は開弁し、充填材は噴射口７Ｂから削孔空間に吐出される。
それに加えて、図示の実施形態では冷媒供給配管６が、切り継ぎを行う必要がないコイルドチューブで構成されているため、冷媒供給配管６を容易に地上側に引き抜くことが出来る。
そして、冷媒供給配管６を容易に地上側に引き抜くことにより、凍結管１０の半径方向最外方の管を構成している削孔用ロッドを用いて、ボーリング孔の追加削孔を容易に実施することが出来る。

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。

３・・・弁機構
３Ａ・・・スプリング
３Ｂ・・・弁体
３Ｃ・・・弁座
４・・・配管
５・・・冷媒流路
６・・・コイルドチューブ
１０・・・凍結管（削孔ロッド）
３０・・・先端側部材
Ｒ・・・冷媒
Ｗ・・・削孔水
α・・・断面円環状の領域

Claims

削孔時には複数のロッドから構成された削孔ロッドを用いて削孔水を噴射しつつボーリング孔を削孔し、
凍結時には削孔ロッドを残存し、
削孔ロッド内に継ぎ目のない冷媒供給管を挿入し、
削孔ロッドの先端近傍に設けた弁機構により、削孔水流路と冷媒流路を切り替え、
冷媒供給管が挿入された後に削孔ロッドは凍結管として機能し、
冷媒供給管から冷媒を供給し、供給された冷媒が凍結管先端まで供給されることを特徴とする凍結工法。
凍結管引き抜き時に削孔ロッドを単管状態にすることが可能であり、削孔ロッド先端から充填材を吐出し削孔空間を埋め戻す請求項１の凍結工法。