JP7054302B2 - 貼付凍結工法 - Google Patents

Description

本発明は、セグメントや鋼矢板等の構造物に凍結管を貼り付け、凍結管を貼り付けた構造物の背面側（凍結管の反対側）の地盤を凍結させる貼付凍結工法に関する。

貼付凍結工法は従来から良く知られており（例えば、特許文献１）、構造物に凍結管を貼り付けて、構造物背面の地盤を凍結させる工法である。ここで、構造物表面は多くの場合曲面であり、凹凸もあるので、構造物と凍結管の間に間詰め材を介して凍結管の冷熱を構造物、構造物の背面の地盤に伝達して、凍結工法を行っている。
従来技術において、構造物と凍結管の間の間詰め材として急結性のモルタルやコンクリートを使用している。しかし、急結性のモルタルやコンクリートの熱伝導性は良好ではない。また、硬化する過程で間詰め材であるモルタルが収縮して剥離し、その結果、凍結管と構造物との間に空間が介在してしまう場合がある。凍結管と構造物との間に空間が介在してしまうと、当該空間が断熱材として作用し、凍結管内の冷媒（ブライン、液化炭酸ガス等）の冷熱が構造物に効率的に伝達されず、構造物の背面側の地盤が効率的に凍結されない恐れがある。

従来、貼付凍結工法に用いる凍結管は、横断面が幅１００ｍｍ、高さ５０ｍｍの鋼製角型パイプを用いており、単位重量が重いため、幅１００ｍｍ以上の幅広な角型パイプの適用は設置作業が困難である。一方、凍結管内の循環冷媒として液化炭酸ガスを用いる地盤凍結工法では、「マイクロチャンネル」と呼ばれる、熱伝導性の良好な金属製（例えばアルミニウム製）で、扁平な形状或いは扁平ではない形状の双方を包含し、複数の微小冷媒流路が形成されている配管（凍結管）を、凍結管として使用することも考えられる。マイクロチャンネルの単位重量は軽量であり、設置作業は容易である。マイクロチャンネルは軽量であるので、幅１００ｍｍ以上であっても設置作業は容易であるが、高さは５ｍｍ程度にもなり、アルミニウム製であるため凍結管軸方向剛性はもとより横断面の剛性も低い。したがって、従来の鋼製角パイプの設置作業のように、前記モルタルを間詰め材として、鋼製角パイプの重量・剛性を利用して押し付ける様に、マイクロチャンネルを力ずくで前記構造物に貼付けた場合には、凍結管そのものが撓んでしまい、または、間詰め材の厚さにバラツキが生じてしまう。そして、所定の地盤領域を凍結できないという不具合、凍結地盤温度が高いという不具合、または、凍結期間が長くかかるといった不具合が発生する。

特開２０１７－１０１４５２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、凍結管を容易且つ確実に構造物に貼り付けることが出来て、凍結管内の冷媒が保有する冷熱が構造物に効率的に伝達される貼付凍結工法の提供を目的としている。

本発明の貼付凍結工法は、
地中の構造物（１０：セグメントや鋼矢板等）に凍結管（１）を貼り付け、凍結管（１）を貼り付けた構造物（１０）の背面側（凍結管１の反対側）の地盤（Ｇ）を凍結させる貼付凍結工法において、
金属、当該金属の酸化物、当該金属を主成分とする合金の何れかの微小粒体を含有すると共に、シール材を含有し、熱伝導性と密着性を併せ持つ間詰め材（２）を用いて、前記凍結管（１）を前記構造物（１０）に貼り付け、
前記シール材はシリコーン系シーリング材とすることを特徴としている。
ここで、一般に金属の紛体は、消防法で規定される危険物第２類として示されるように、爆発または発火などの恐れがあり、特にアルミニウム粉末は危険とされている。アルミニウム粉末の例では、目開き１５０ミクロンの網フルイを通過するものが５０ｗｔ％以上のもので、指定数量１００ｋｇにおいて第二類の可燃性固体に該当しないとされている。また、金属粉は粉塵爆発の可能性もあり、一般に粉塵爆発を起こす微粉の粒子径の限界は、１００～０．１ミクロンと言われている。本発明に用いる前記微小粒体は、貼付け凍結管設置個所において材料を混合する場合も考えられ、前記の微細粉に対する安全性を考慮するとともに、使用数量が少量の場合も多量の場合もあり、また用いる微小粒体は、粒度分布を持つため、概ね平均粒子径１００ミクロン以上を目安とする微小粒体とするのが好ましい。
前記微小粒体の平均粒子径の測定方法については、レーザー回折・散乱法（マイクロトラック法）による測定方法が好ましい。一つの粒子にレーザービームを照射すると、その粒子からは様々な方向に「回折・散乱光」といわれる光が発せられる。この「回折・散乱光」は光が発せられる方向に一定の空間パターンを描く。これを「光強度分布パターン」といい、粒子の径によってさまざまな形をとるとされている。このパターンを検出することにより、粒子の径がわかる。様々な大きさの粒子からなる試料を測定する場合、光強度パターンはそれぞれの粒子からの回折散乱光の重ね合わせになる。レーザー回折・散乱法では、光強度パターンを検出して解析することにより、粒子の径や含まれる割合を求めることができる。それを基に粒度分布を算出する。粒度分布を表すための基準には、個数、面積、体積があり、その分布の表し方には頻度分布と積算分布がある。本発明において、粒度分布を表すための基準は体積基準とすることが好ましい。
また粒度分布の表し方については積算分布を用いることが好ましい。
なお、平均粒子径は、前述の体積を基準とした積算分布より「メジアン径（50%粒子径）」を平均粒子径とすることが好ましい。

本発明において、前記シリコーン系シーリング材は、作業性が容易な１液型シリコーンシーラントが好ましい。

また本発明において、前記金属はアルミニウムであり、前記金属の酸化物は酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ_２Ｏ_３）であるのが好ましい。
そして、前記金属を主成分とする合金（アルミニウムを主成分とする合金）としては、例えば、ジュラルミン、アルミマンガン合金、アルミマグネシウム合金、アルミ亜鉛マグネシウム合金などがある。

また本発明において、前記金属は銅であり、前記酸化物は酸化銅であるのが好ましい。
この場合、前記金属を主成分とする合金（銅を主成分とする合金）としては、例えば、青銅、真鍮、白銅、丹銅などがある。

そして本発明において、前記間詰め材（２）は常温～－５０℃において前記凍結管と前記構造物との密着性を保持することが好ましい。すなわち、循環冷媒を凍結管に充填する前の常温で行う貼付け凍結管設置作業から、循環冷媒を凍結管に充填して、低温化した冷媒を循環して、凍結維持運転している状態においても、前記間詰め材（２）が前記凍結管と前記構造物との密着性を保持していることが望ましい。
ここで、間詰め材（２）の密着性を保持するとは、凍結管を構造物に貼り付ける際は、間詰め材に含有するシール材は固化する前であり、凍結管表面と構造物表面とに接着する性状を保有し、その後接着状態を保持しつつ、シール材が固化して、力を加えても容易に構造物から凍結管が剥離しない密着状態を保持している状態を維持していることを示している。

また本発明において、前記間詰め材（２）は、貼り付け後に常温～－５０℃において熱伝導性を保持することが好ましい。すなわち、貼り付け凍結管設置後に、循環冷媒を凍結管に充填して、低温化した冷媒を循環して、凍結維持運転している状態において、前記間詰め材（２）がその熱伝導性を保持していることが望ましい。
一般にシリコ－ンは、金属などと比べ熱伝導性が高いとはいえず、シリコーン系シーラント材を主な材料とする本発明の間詰め材（２）も、金属などと比べ熱伝導性が高いとはいえない。しかし、シール材に金属で構成される微小粒体を混入させることで、間詰め材としての熱伝導性を改善することが出来る。そして、シリコーン系シーラント材は温度変化に強いので、常温～－５０℃といった急減な熱変化に対しても、その熱伝導性を保持することが出来る。
また、前記の間詰め材が、密着性を保持することで、凍結管－間詰め材－構造物という熱伝達経路の連続性を保持して、貼付凍結に必要な熱伝導性を保持することができる。

上述の構成を具備する本発明の貼付凍結工法によれば、金属、当該金属の酸化物、当該金属を主成分とする合金の何れかの微小粒体を含有すると共に、シール材を含有し、熱伝導性と密着性を併せ持つ間詰め材（２）を用いて、前記凍結管（１）を前記構造物（１０）に貼り付けており、間詰め材（２）が含有するシール材は接着材としての機能を有しているので、シール材の密着作用によって、凍結管（１）は構造物（１０）に容易且つ確実に貼り付けられる。
そして、密着性を有するシール材は、貼り付け後に乾燥固化することはなく、冷熱を与え低温化しても、シール材自体が分離せず、凍結管（１）または構造物（１０）から剥離し難いので、凍結管（１）と構造物（１０）との間に空間が形成されてしまうことは無く、断熱層である空間が介在することにより凍結管（１）を流れる冷媒の冷熱が構造物（１０）に伝達され難くなってしまう事態が防止される。

また、本発明の前記間詰め材（２）は金属、当該金属の酸化物、当該金属を主成分とする合金の何れかの微小粒体を含有しており、金属、当該金属の酸化物、当該金属を主成分とする合金は何れも熱伝導性に優れているため、間詰め材（２）の熱伝導性も良好である。そのため、凍結管（１）を流れる冷媒の冷熱が、熱伝導性が良好な間詰め材（２）を介して効率的に構造物（１０）に伝達され、構造物（１０）背面の地盤（Ｇ）に効率良く伝達される。その結果、構造物（１０）の背面側の地盤（Ｇ）が効率的に凍結される。
そして、金属、当該金属の酸化物、当該金属を主成分とする合金の何れかは、間詰め材（２）中に微小粒体として含有するため、凍結管（１）表面ならびに構造物（１０）表面に対して、金属、当該金属の酸化物、当該金属を主成分とする合金は凹凸を形成せず、シール材の密着作用が主体となって、前記の密着性を維持する。逆に、凍結管（１）表面ならびに構造物（１０）表面に凹凸がある場合には、金属、当該金属の酸化物、当該金属を主成分とする合金は微小であるため、貼り付け時のシール材の可塑性により凹凸面に対する密着性を維持する。

本発明の間詰め材（２）に含有する前記シール材は、シリコーン系シーリング材としており、シリコーン系シーリング材は、凍結管（１）と構造物（１０）の間に間詰め材として用いて、凍結管（１）と構造物（１０）を貼付ける際には、接着性（密着性）を示し、その後に硬化しても硬化収縮がほとんどない。このことから、凍結管－間詰め材－構造物という熱伝達経路の連続性が保持される。
また、シリコーン系シーリング材は、高分子材料であるが、シリコーンのガラス転移点が低いため、耐熱性に優れ、貼付凍結工法のように常温から極低温に短時間に変化させても間詰め材としての機能が損なわれない。

本発明において、間詰め材（２）に含有する前記金属をアルミニウムとして、前記酸化物を酸化アルミニウムとして、前記合金をアルミニウム合金として、これらを微小粒体として用いれば、アルミニウム微小粒体、酸化アルミニウム微小粒体、アルミニウム合金微小粒体は、アルミニウムを主成分としており、アルミニウムは２００Ｗ／ｍＫ程度の高い熱伝導率を示すので、前記の微小粒体も例えば鉄の５０Ｗ／ｍＫ程度に比べ高い熱伝導性を示す。

本発明の間詰め材（２）に含有する前記金属を銅として、前記酸化物を酸化銅として、前記合金を銅合金として、これらを微小粒体として用いれば、銅微小粒体、酸化銅微小粒体、銅合金微小粒体は、銅を主成分としており、銅は３８０Ｗ／ｍＫ程度の高い熱伝導率を示すので、前記の微小粒体も例えば鉄の５０Ｗ／ｍＫ程度に比べ高い熱伝導性を示す。

本発明の間詰め材（２）は、常温～－５０℃の温度帯において前記凍結管（１）と前記構造物（１０）との密着性を保持しており、間詰め材を用いて凍結管を貼り付ける際の常温において密着性を有していることはもとより、凍結管を構造物に貼り付けた後に凍結管に冷媒を流し、急速に凍結管から冷熱を伝達し、間詰め材も急速に低温化するが、間詰め材の密着性が保持されているために、凍結管と間詰め材の境界面や構造物と間詰め材の境界面に剥離・空隙などが発生せず、凍結管からの冷熱を構造物に有効に伝えることができ、結果として構造物背面の地盤を効率よく凍結させることができる。
また、シール材はシリコーン系シーラントとしており、本発明の間詰め材を用いて凍結管を構造物に貼り付けた後に、間詰め材が硬化しても硬化熱が発生しない。一方、従来技術のモルタルやコンクリートは、セメントの硬化熱の発生が大きく、凍結管や構造物は鋼製の場合が多く熱膨張収縮を起こすため、設置時に熱膨張して相互に密着していても、セメントの硬化が収束して凍結管、間詰め材、構造物が熱収縮し、相互の密着性の喪失が起きてしまう。本発明によれば、間詰め材の硬化熱に起因する密着性の喪失は起きない。

本発明の間詰め材（２）は、貼り付け後に常温～－５０℃の温度帯において材料としての熱伝導性を保持しており、凍結管を構造物に貼り付けた後、シール材はシリコーン系シーラントとしており温度耐性に優れているため、その後に凍結管に冷媒を流し、急速に凍結管から冷熱を伝達し、間詰め材を急速に低温化しても、間詰め材の熱伝導性が保持されているために、凍結管からの冷熱を構造物に有効に伝えることができ、結果として構造物背面の地盤を効率よく凍結させることができる。

本発明の実施形態で用いられる貼付凍結管の説明図である。 実施形態の貼付凍結工法を施工する際に、構造物に間詰め材を介して凍結管を貼り付けた状態を示す説明図である。 間詰め材のシール材の熱伝導性、接着性（密着性）に関する実験結果を表として示す図である。 シール材に酸化アルミニウム（アルミナ）を添加した効果に関する実験結果を表として示す図である。 貼付凍結工法を施工した状態を示す説明図である。 凍結管貼り付けの変形例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。
ここで、図示の実施形態においては、凍結管１を循環する二次冷媒として液化炭酸ガス（ＣＯ_２）を使用している。ただし、循環二次冷媒としては、地盤凍結工法の施工に必要な冷熱を供給できる程度に沸点が低温であるならば、液化炭酸ガス以外の液化ガスや、ブラインを冷媒として使用することが可能であり、循環二次冷媒を液化炭酸ガスに限る必要は無い。
最初に図１を参照して、凍結管１を構造物１０に取り付ける態様について説明する。ここで構造物としては、例えばシールド機の後胴部、トンネル覆工用セグメント、トンネル或いはシールド機を含み、土留めや立坑、既設構造物も包含する。

図１において、凍結管１は、複数の微小冷媒流路（図示せず）を有する扁平な平板状の構造１Ａ（いわゆる「マイクロチャンネル構造」或いは「マイクロチャンネル」）である。マイクロチャンネルは、例えばアルミニウム製であり、軽量で可撓性に富み、冷熱の放散及び温熱の吸収に優れている（熱伝導性に優れている）。ここで、図示の実施形態では扁平な平板状部材であるマイクロチャンネル１Ａを例示しているが、扁平な平板状以外の形状のマイクロチャンネルも適用可能である。
図１では明示されていないが、マイクロチャンネル１Ａの全ての微小冷媒流路内を流れる流体（冷媒）が同一方向に流れる。ただし、マイクロチャンネル１Ａの複数の微小冷媒流路の一部を冷媒の供給路として使用し、残りの微小冷媒流路を冷媒の戻り流路として使用することも可能である。
図示の実施形態では、凍結管１がマイクロチャンネルの場合を記載しているが、従来技術の鋼製角パイプでも凍結管１として適用可能である。

図１において、扁平なマイクロチャンネル１Ａの一端には二次冷媒の供給系統（例えば地上側の冷凍機から冷媒を供給する供給管２Ａ）に連通する空間が設けられた分散ソケット１Ｂが接合され、他端には二次冷媒の戻り系統（例えば地上側の冷凍機に冷媒を戻す戻し管２Ｂ）に連通する空間が設けられた集合ソケット１Ｃが接合されている。図１において、点線で表示された矢印Ｆは冷媒の流れる方向を示している。
マイクロチャンネル１Ａの微小冷媒流路内部に冷媒（例えば液化炭酸ガス）が流れると、マイクロチャンネル１Ａを貼り付けた構造物１０を介して、構造物１０の背面側（マイクロチャンネル１の反対側）の地盤の熱を吸収し、当該地盤を凍結する。
本明細書において、マイクロチャンネル１Ａ、分散ソケット１Ｂ、集合ソケット１Ｃを総称して「マイクロチャンネル」と記載する場合があり、「マイクロチャンネル１」と表示する場合がある。また、分散ソケット１Ｂ、集合ソケット１Ｃは、図１以外の図面では省略している。

マイクロチャンネル１（凍結管）を構造物１０へ取り付ける態様を示す図２において、マイクロチャンネル１と構造物１０（例えば鋼製のトンネル覆工用セグメント）の間には、間詰め材２が介在している。
図２における左右方向がマイクロチャンネル１の長手方向であり、二次冷媒が流れる方向は矢印Ｆで示されている。

図２において、マイクロチャンネル１の複数の微小冷媒流路は左右方向に延在しており、凍結工法で用いられる冷媒（例えば、液化炭酸ガス、ブライン）は、矢印Ｆ方向に流れる。
図１を参照して説明した通り、マイクロチャンネル１の上流側（図２では左側）には、地上側の冷凍機から二次冷媒を供給する供給管２Ａが接続され、マイクロチャンネル１の下流側（図２では右側）には、地上側の冷凍機に二次冷媒を戻す戻し管２Ｂが接続されている。
上述した様に、図２では、分散ソケット１Ｂ及び集合ソケット１Ｃ（図１参照）の図示を省略している。

図２において、マイクロチャンネル１と構造物１０の間に介在する間詰め材２は、マイクロチャンネル１を構造物１０に確実に貼り付ける接着剤として機能することが求められる。また間詰め材２は、マイクロチャンネル１を流れる冷媒の冷熱が効率的に構造物１０に伝達される様に、熱伝導性が良好であることが求められる。
図３及び図４を参照して後述する様に、間詰め材２の凍結管ならびに構造物への接着性（密着性）、熱伝導性、その他に関して、発明者は実験を行い、実験結果に基づいて、間詰め材２の材料成分を特定している。

間詰め材２は、熱伝導性に優れている金属、当該金属の酸化物、当該金属を主成分とする合金の何れかの微小粒体を含有すると共に、シール材を含有している。さらに、シール材としてはシリコーン系シーリング材を選択している。
そして図示の実施形態で用いられる間詰め材２は、シール材としてシリコーン系シーリング材を用いると共に、金属酸化物の微小粒体として酸化アルミニウム（アルミナ：Ａｌ_２Ｏ_３）微小粒体を用いている。そのため図示の実施形態で用いられる間詰め材２は、接着材としての機能である密着性を有すると共に、良好な熱伝導性を有している。
発明者は、前記シリコーン系シーリング材として、1液型シリコーンシーラントを用い、これに酸化アルミニウム微小粒体を練り混ぜて間詰め材とし、マイクロチャンネルと鉄板の間にこの間詰め材を介在させ、マイクロチャンネルに冷媒を循環させて凍結運転を実施し、冷媒温度と鉄板背面温度との温度差を計測する実験を行った。
発明者の実験によれば、図示の実施形態で用いられる間詰め材２は、貼り付け時の常温から凍結時の－５０℃程度の温度帯で、凍結管と構造物との密着性が低下しなかった。また、凍結管表面温度と鉄板背面温度との温度差は小さく、間詰め材の熱伝導性が保持されていることが確認できた。従って、実際の貼付凍結工法において、間詰め材２が密着性を失うことがなく、構造材１０から剥離することも無く、熱伝導性も保持される。
発明者の実験については後述する。

図２のマイクロチャンネル１（凍結管）の微小冷媒流路内部に冷媒（例えば液化炭酸ガス）を流過させると、マイクロチャンネル１を流過する冷媒の冷熱が、熱伝導性が良好な間詰め材２を介して効率的に構造物１０に伝達され、構造物１０背面（マイクロチャンネル１の反対側）の地盤Ｇに、効率良く伝達される。
また、マイクロチャンネル１は、間詰め材２が含有するシリコーンシーラント（シール材）の接着作用により、構造物１０に確実に貼り付けられる（接着される）。そして、シリコーンシーラント（シール材）はマイクロチャンネル１、構造物１０から剥離し難いので、間詰め材２の剥離によりマイクロチャンネル１と構造物１０との間に空間が形成されてしまうことが防止される。そのため、介在する空間が断熱材として作用して、マイクロチャンネル１を流れる冷媒と構造物１０の背面の地盤Ｇとの熱交換が阻害されてしまう事態が防止され、地盤Ｇが効率的に凍結される。

［実験例１］
間詰め材に含有するシール材の熱伝導性、接着性（密着性）について実験を行った。その結果を図３で示している。
実験例１では、シール材として、シリコーンシーラント（試料Ｎｏ１）、モルタル（試料Ｎｏ２）、高分子材（試料Ｎｏ３）、放熱シート（試料Ｎｏ４）を使用した。そして、試料Ｎｏ１～４をそれぞれ適正量、マイクロチャンネル（凍結管）に塗布して、塗布されたマイクロチャンネルを鉄板（構造物に相当）に貼り付けた。そして、マイクロチャンネルの微小冷媒流路に冷媒として液化炭酸ガスを循環させ、マイクロチャンネル表面と鉄板（構造物）背面の温度差を計測した。
さらに、液化炭酸ガスを７日間循環させた後、マイクロチャンネルの鉄板への貼り付け状況を確認した。
ここで、実験例１の試料Ｎｏ１～４はシール材のみで構成され、金属或いは金属酸化物は包含していない。

実験例１の結果を示す図３は、マイクロチャンネルに液化炭酸ガスを循環させ、マイクロチャンネルの表面温度及び鉄板背面の温度が冷却温度（－３０～－４０℃）に低下した時のマイクロチャンネルの表面温度と鉄板背面の温度の温度差を示す。この温度差が小さいほど、熱伝導性は良好である。
図３では、マイクロチャンネルの表面温度と鉄板背面の温度の温度差は、高分子材（試料Ｎｏ３）が最小（０．９６℃）であった。
シリコーンシーラント（試料Ｎｏ１）とモルタル（試料Ｎｏ２）についても、前記温度差はそれぞれ３．７６℃、３．１５℃であり、試料Ｎｏ１、Ｎｏ２の熱伝導性は良好であることが分かる。
放熱シート（試料Ｎｏ４）は最も温度差が大きかった（６．３６℃）。しかし、この程度の温度差であれば、試料Ｎｏ４は貼付凍結工法に使用可能である。
試料Ｎｏ１～４の各々は、鉄板背面の温度とマイクロチャンネルの表面温度の温度差が１～６℃程度であるので、実験例１により、貼付凍結工法で用いられる間詰め材として使用可能であることが判明した。

また、液化炭酸ガスを７日間循環させた後におけるマイクロチャンネルの鉄板への貼り付け状況について、シリコーンシーラント（試料Ｎｏ１）と高分子材（試料Ｎｏ３）では、マイクロチャンネルと鉄板は充分に密着していた。
一方、モルタル（試料Ｎｏ２）、放熱シート（試料Ｎｏ４）では、試料（間詰め材）が剥離して、マイクロチャンネルと鉄板間に隙間が生じた。したがって、モルタル、放熱シートは、密着性の点で、貼付凍結工法で使用する間詰め材として不適格であることが判明した。

作業性に関して、貼付前のシール材を予め混練して作製する作業（混合作業）の有無とマイクロチャンネルを鉄板に貼り付けるための他の固定手段の有無について、シリコーンシーラント（試料Ｎｏ１）を間詰め材として用いる場合には混合作業は不要であり、他の固定手段も不要である。そのため、シリコーンシーラント（試料Ｎｏ１）は作業性の点で、何ら問題が無い。
モルタル（試料Ｎｏ２）、高分子材（試料Ｎｏ３）は混合作業を必要とする上、他の固定手段が必要となる。放熱シート（試料Ｎｏ４）は混合作業が不要であるが、他の固定手段を併用することが必要であった。したがってモルタル、高分子材、放熱シートは、作業性の点で問題がある。
実験例１において、図３に示す実験結果、熱伝導性、接着性（密着性）、作業性及びコストを総合的に評価すると、間詰め材のシール材としては、シリコーンシーラントが最適であることが確認出来た。

［実験例２］
シール材に酸化アルミニウム（アルミナ）微小粒体を添加する効果に関して、実験を行い、図４にその結果を示す。
実験例２では、アルミナを添加した場合に、間詰め材の熱伝導性と作業性が向上するか否かを確認した。
実験例２では、シリコーンシーラントに対して所定量のアルミナ微小粒体を添加した間詰め材（試料Ｎｏ１）及びシリコーンシーラントのみでアルミナを添加していない間詰め材（試料Ｎｏ２）を用意した。アルミナの所定量は、シリコーンシーラントを２００ｇに対してアルミナ５０～１００ｇとした。
試料Ｎｏ１、Ｎｏ２をそれぞれモールドに詰めて、温度一定の冷凍庫に入れ、熱電対で試料の温度変化を確認した。

実験例２の結果を示す図４において、熱伝導性については、シリコーンシーラントにアルミナを添加した試料Ｎｏ１は、アルミナを添加しない試料Ｎｏ２に比較して、温度の低下が速やかであり、熱伝導性が向上していることが確認出来た。
図４に示す実験結果により、アルミナをシリコーンシーラントに添加することで熱伝導性が向上することが確認出来た。
図４では明示されていないが、アルミナを添加したシリコーンシーラントにより、マイクロチャンネルを鉄板に貼り付け、密着性を確認したところ、２４時間後に力を加えても、マイクロチャンネルは鉄板から剥がれなかった。このことから、アルミナを添加しても、シリコーンシーラントの密着性及び接着力が低下しないことが判明した。

貼付凍結工法施工の一例を示す図５において、トンネル覆工用セグメント１０の内面に複数のマイクロチャンネル１を貼り付けている。図５では示されていないが、セグメント１０の内面とマイクロチャンネル１の間には間詰め材２が介在している。
図５において、扁平な平板状のマイクロチャンネル１は、軽量で可撓性に富むため、セグメント１０の内面の曲率に合せて容易に貼り付けることが出来る。
マイクロチャンネル１には供給管２Ａ、戻し管２Ｂが接続され、供給管２Ａは供給系統（地上側の冷凍機からの供給系統）に接続され、戻し管２Ｂは戻り系統（地上側の冷凍機への戻り系統）に接続されている。

図５において、構造物であるトンネル覆工用セグメント１０は内面側に枠状の突出部１０Ａ、１０Ｂを有している。そのため、マイクロチャンネル１をセグメント１０に貼り付けるには、突出部１０Ａ、１０Ｂで包囲された領域に貼り付ける必要があり、その分、余計な労力を必要とする。従来技術の様に凍結管を構造物に溶接して貼り付ける場合には、突出部１０Ａ、１０Ｂの様な凸凹が存在すると、溶接作業に多大な労力が必要となる。
図２で示す様に、間詰め材２を用いてマイクロチャンネル１（凍結管）をセグメント１０の内面に貼り付ければ、間詰め材２の組成分であるシリコーンシーラントが接着作用を発揮するので、マイクロチャンネル１は、セグメント１０の内面における突出部１０Ａ、１０Ｂで包囲された領域に、容易且つ確実に貼り付けることが出来る。
そして、間詰め材２の組成分であるアルミナは良好な熱伝導性を有しているので、マイクロチャンネル１の微小冷媒流路内部に冷媒（例えば液化炭酸ガス）が流れると、マイクロチャンネル１を貼り付けたセグメント１０（構造物）の背面側（マイクロチャンネル１の反対側）の地盤の熱と効率的に熱交換を行い、地熱を効率的に吸収して、地盤を効率的に凍結することが出来る。

図６は、図示の実施形態の変形例を示している。
マイクロチャンネル１を構造物１０に貼り付けるに際して、マイクロチャンネル１と構造物１０の間に間詰め材２を介在させて接着しているのは、図２で示すのと同様である。
図６の変形例では、マイクロチャンネル１と間詰め材２は、マイクロチャンネル１の外側（図６では上側）に配置された断熱部材３により被覆される。断熱部材３は、マイクロチャンネル１、間詰め材２を被覆した状態を保持しつつ、構造物１０に取り付けられる。なお断熱部材３としては、ロックウールなどが使用出来る。
図６の変形例によれば、断熱部材３で、マイクロチャンネル１、間詰め材２を包囲しているので、マイクロチャンネル１を流れる液化炭酸ガス（二次冷媒）が保有する冷熱によりマイクロチャンネル１の表面に霜が生成されることが防止され、二次冷媒が保有する冷熱が霜を生成するのに消費されることなく、周辺地盤の凍結に用いられる。そのため、凍結効率がさらに向上する。

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冷媒として液化炭酸ガスを例示しているが、その他の液化ガス、ブラインも冷媒として使用することが可能である。
また、図示の実施形態では貼付凍結管としてマイクロチャンネルを用いているが、その他の貼付凍結管を用いた凍結工法についても、本発明は適用可能である。

１・・・マイクロチャンネル
２・・・間詰め材
３・・・断熱部材
１０・・・構造物

Claims (5)

1. 地中の構造物に凍結管を貼り付け、凍結管を貼り付けた構造物の背面側の地盤を凍結させる貼付凍結工法において、
   金属、当該金属の酸化物、当該金属を主成分とする合金の何れかの微小粒体を含有すると共に、シール材を含有し、熱伝導性と密着性を併せ持つ間詰め材を用いて、前記凍結管を前記構造物に貼り付け、
   前記シール材はシリコーン系シーリング材とすることを特徴とする貼付凍結工法。
2. 前記金属はアルミニウムであり、前記酸化物は酸化アルミニウムである請求項１の貼付凍結工法。
3. 前記金属は銅であり、前記酸化物は酸化銅である請求項１、２の何れかの貼付凍結工法。
4. 前記間詰め材は、常温～－５０℃において前記凍結管と前記構造物との密着性を保持する請求項１～３の何れか１項の貼付凍結工法。
5. 前記間詰め材は、貼り付け後に常温～－５０℃において熱伝導性を保持する請求項１～４の何れか１項の貼付凍結工法。

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