JP7404001B2 - 止水装置、及び止水方法 - Google Patents

Description

本発明は、止水装置、及び止水方法に関する。

凍結工法の一例として、例えば、特許文献１には、冷却箇所に凍結管を配置し、凍結管内に冷媒（例えば、液体窒素）を流し、凍結管を配置した領域を凍結させる技術が開示されている。

特開２０１７－１６６２１０号公報

地中構造物の建設工事では、凍結工法の適用機会が増加している。特に、建設工事の大深度化、及び大規模化に伴い、従来の地盤改良では高被圧に対しては不十分であることから、従来の地盤改良に代えて、凍結工法の適用機会が増加している。一方で、凍結工法を採用した現場では、構造物が変位することで、構造物と凍結工法による人工凍結地盤との間に隙間が形成され、この隙間が水道となって出水することが懸念されている。万が一出水した場合、出水口（出水箇所）を応急的に間詰めして止水し、凍土と構造物の剥離した部分が修復されるのを待つことで対応していた。

また、深度５０ｍ程度までの被圧では、従来の応急的な止水でも対応できる可能性がある。しかしながら、従来の応急的な止水では、凍土が修復されるまで、施工を中断して養生する必要があった。また、今後需要が増えることが予想される大深度（５０ｍ以上）の現場では、施工を中断することに加え、高被圧により、従来の応急的な止水では対応できないことが懸念される。高被圧である大深度における人工凍結地盤の出水について、新たな止水技術を開発できれば、開発した新たな止水技術は、人工凍結地盤の出水に限らず、種々の出水対策への活用が期待できる。

本発明は、上記の問題に鑑み、従来よりも出水箇所への影響が少なく、かつ、短時間で出水を止水できる新たな止水技術を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、出水箇所に極低温冷却媒体が流れる止水装置を用いて、出水を凍結させて止水することとした。

詳細には、本発明は、極低温冷却媒体を供給する供給部から供給される極低温冷却媒体が流れる配管と、配管が接続され、出水箇所に貼り付けられるプレート状の熱交換部と、を備える、止水装置である。

本発明に係る止水装置によれば、極低温冷却媒体の冷熱により、出水を凍結して止水することができる。止水剤を用いないことから、出水箇所への影響を抑えつつ、止水することができる。また、極低温冷却媒体の冷熱を利用することで、短時間で止水することができる。プレート状の熱交換部を備えることで、出水箇所を広範囲に亘って短時間で止水することができる。

極低温冷却媒体は、液体空気とすることができる。液体空気（液化空気ともいう）は、空気を液化したものであり、常圧下の沸点は約－１９０℃である。液体空気を用いることで、止水装置で使用した液体空気を排出することができる。極低温冷却媒体には、例えば、液体窒素（常圧下の沸点は、約－１９６℃）を用いることもできる。液体窒素を用いる場合、現場内（特に、トンネルのように空気の流れが少なく換気が必要される現場）に排出すると、現場内の酸素が不足することが懸念される。これに対し、液体空気を用いる場合、液体窒素を用いる場合と比較して、酸素不足を低減できる。貼り付けは、冷熱の作用により、貼り付ける箇所の水分が凍結することで行うことができる。そのため、接着部材等は、不要である。

ここで、本発明に係る止水装置は、極低温冷却媒体を供給する供給部と、供給部から供給される極低温冷却媒体を配管へ送る供給配管と、を更に備えるものでもよい。

これにより、極低温冷却媒体の供給が可能となる。なお、本発明に係る止水装置は、配管が接続されたプレート状の熱交換部を複数設け、配管が接続されたプレート状の熱交換部を接続する接続部を更に備える構成としてもよい。接続部を備えることで、配管が接続されたプレート状の熱交換部同士の接続が可能となり、出水箇所の範囲に応じて、適切な止水が可能となる。

また、本発明に係る止水装置は、配管の冷熱をプレート状の熱交換部に伝達する熱伝達部を更に備える構成としてもよい。熱伝達部を備えることで、配管を流れる極低温冷却媒体の冷熱を効率よくプレート状の熱交換部に伝達することができる。

また、本発明に係る止水装置は、配管、及びプレート状の熱交換部を覆う断熱部を更に備えるものでもよい。断熱部を備えることで、放熱を抑制し、配管を流れる極低温冷却媒体の冷熱を効率よくプレート状の熱交換部に伝達することができる。

また、本発明は、極低温冷却媒体を供給する供給部から供給された極低温冷却媒体が流れる凍結管であって、出水箇所に挿入される棒状の凍結管と、を備え、凍結管は、中心部を通る行き流路と、行き流路の周囲を通る還り流路とを有する、止水装置でもよい。

本発明に係る止水装置によれば、極低温冷却媒体の冷熱により、出水を凍結して止水することができる。止水剤を用いないことから、出水箇所への影響を抑えつつ、止水することができる。また、極低温冷却媒体の冷熱を利用することで、短時間で止水することができる。棒状の凍結管を備えることで、出水箇所を局所的に短時間で止水することができる。また、凍結管を凍結管の中心部を通る行き流路と行き流路の周囲を通る還り流路を有する二重管構造とすることで、凍結管の先端部まで均一な温度の極低温冷却媒体を流すことができる。その結果、凍結管を挿入した出水箇所を均一に凍結することができる。

極低温冷却媒体は、プレート状の熱交換部を備える止水装置と同じく、液体空気とすることができる。また、極低温冷却媒体は、液体窒素としてもよい。

また、本発明に係る止水装置は、プレート状の熱交換部を備える止水装置と同じく、極低温冷却媒体を供給する供給部と、供給部から供給される極低温冷却媒体を配管へ送る供給配管と、を更に備えるものもよい。また、プレート状の熱交換部を備える止水装置と同じく、凍結管を複数設け、凍結管を接続する接続部を更に備える構成としてもよい。更に、プレート状の熱交換部と、凍結管とを、接続部を用いて接続するようにしてもよい。出水の状況に応じて、プレート状の熱交換部、凍結管を適宜組み合わせることで、より確実に止水することができる。

ここで、本発明は、止水方法として特定してもよい。例えば、本発明は、出水箇所に止水装置を張り付けて止水する止水方法であって、止水装置は、極低温冷却媒体を供給する供給部から供給される極低温冷却媒体が流れる配管と、配管が接続され、出水箇所に貼り付けられるプレート状の熱交換部と、を有する、止水方法である。また、本発明は、出水箇所に止水装置を注入して止水する止水方法であって、止水装置は、極低温冷却媒体を供給する供給部から供給された極低温冷却媒体が流れる凍結管であって、出水箇所に挿入される棒状の凍結管と、を備え、凍結管は、中心部を通る行き流路と、行き流路の周囲を通る還り流路とを有する、止水方法でもよい。

本発明に係る止水方法によれば、極低温冷却媒体の冷熱により、出水を凍結して止水することができる。止水剤を用いないことから、出水箇所への影響を抑えつつ、止水することができる。また、極低温冷却媒体の冷熱を利用することで、短時間で止水することができる。

ここで、出水箇所、換言すると水に動きがある箇所では、地盤の凍結が困難な場合もある。そこで、このような場合には、先に説明した止水装置や止水方法とともに以下に説明する止水装置や止水方法を用いるようにしてもよい。

詳細には、本発明は、出水箇所を覆い、出水箇所からの出水を貯留する冷却可能な貯留部を備える、止水装置である。

本発明に係る止水装置によれば、出水を貯留することで、凍結し易いように水の動きを制御して熱交換することが可能となる。その結果、水に動きが有る出水箇所においても、出水を凍結して止水することができる。止水剤を用いないことから、出水箇所への影響を抑えつつ、止水することができる。

また、本発明は、冷却媒体を供給する供給部から供給される冷却媒体が流れる冷却配管と、冷却配管が設けられ、出水箇所を覆い、出水箇所からの出水を貯留する貯留部とを備える、止水装置である。

本発明に係る止水装置によれば、出水を貯留し、凍結し易いように水の動きを制御して熱交換することで、出水を凍結して止水することができる。止水剤を用いないことから、出水箇所への影響を抑えつつ、止水することができる。

冷却媒体には、極低温冷却媒体を用いることができる。極低温冷却媒体の冷熱を利用することで、短時間で止水することができる。極低温冷却媒体は、液体空気とすることができる。液体空気（液化空気ともいう）は、空気を液化したものであり、常圧下の沸点は約－１９０℃である。液体空気を用いることで、止水装置で使用した液体空気を排出することができる。極低温冷却媒体には、例えば、液体窒素（常圧下の沸点は、約－１９６℃）を用いることもできる。液体窒素を用いる場合、現場内（特に、トンネルのように空気の流れが少なく換気が必要される現場）に排出すると、現場内の酸素が不足することが懸念される。これに対し、液体空気を用いる場合、液体窒素を用いる場合と比較して、酸素不足を低減できる。

ここで、貯留部は、出水箇所を覆う面状のプレート部と、プレート部の外縁部に設けられ、出水箇所の周囲に接続されるとともに、出水を堰き止める囲い部と、プレート部に設けられ、貯留する出水を外部に導水する導水部と、を有する構成としてもよい。

出水箇所の面と、プレート部、及び囲い部で囲まれた貯留空間に出水を貯留することができる。また、貯留した出水は、導水部から外部に導水、換言すると排出することができる。これにより、貯留する出水の量や、貯留する出水の流れを制御することができる。なお、配管は、貯留部の内部に埋め込むようにしてもよく、また、貯留部の外側に接続してもよい。また、貯留空間に貯留された出水に冷却媒体を直接供給するようにしてもよい。

プレート部と、囲い部とのうち、少なくとも何れか一方に設けられ、貯留部を出水箇所に固定する固定部を更に備える構成としてもよい。固定部は、ボルトなどの接続部材やボルト孔を含む構成としてもよい。また、固定部は、大気圧と固定部内の圧力との差圧を利用して吸着する真空吸着部で構成してもよい。また、固定部の内部に配管を埋め込み、冷却配管を流れる冷却媒体の冷熱の作用により、貯留部に付着した水分を凍結させることで、貯留部を出水箇所の周囲に接続するようにしてもよい。

ここで、導水部は、出水箇所の近傍に配置し、導水量を調整可能な構成としてもよい。導水部を出水箇所の近傍に配置し、導水量を調整可能とすることで、貯留する出水の水の動きを抑制できる。貯留空間が出水で十分に満たされるように、導水量を調整することで、貯留空間内における水の動きを最小限に抑えることができる。その結果、出水が凍結し易くなる。

本発明に係る止水装置は、冷却媒体を供給する供給部と、供給部から供給される冷却媒体を配管へ送る供給配管と、を更に備えるものでもよい。これにより、冷却媒体の供給が可能となる。

ここで、本発明は、止水方法として特定してもよい。例えば、本発明は、出水箇所を特定する特定工程と、特定工程で特定した出水箇所からの出水を貯留し、凍結し易いように水の動きを制御して熱交換することで、出水を凍結して止水する止水工程と、を含む止水方法である。

本発明に係る止水方法によれば、出水を凍結して止水することができる。止水剤を用いないことから、出水箇所への影響を抑えつつ、止水することができる。

本発明に係る止水方法は、特定工程で出水箇所を特定した後、出水範囲を減少させる準備工程を更に含むものでもよい。準備工程を行うことで、より確実に止水することができる。

また、止水工程では、貯留した出水を外部に導水してもよい。これにより、貯留する出水の量や、貯留する出水の流れを制御することができる。また、止水工程では、出水箇所の近傍から導水量を調整しながら導水するようにしてもよい。これにより、貯留された水の動きを最小限に抑えることができる。その結果、出水が凍結し易くなる。

本発明によれば、従来よりも出水箇所への影響が少なく、かつ、短時間で出水を止水できる新たな止水技術を提供することができる。

図１は、第１実施形態に係るパネル状の熱交換部を備える止水装置を示す。 図２は、第１実施形態に係るパネル状の熱交換部を備える止水装置の断面図を示す。 図３は、第１実施形態に係るパネル状の熱交換部を備える止水装置を用いて止水する一例を示す。 図４は、第２実施形態に係る凍結管を備える止水装置を示す。 図５は、第２実施形態に係る凍結管を備える止水装置の断面図を示す。 図６は、第２実施形態に係る凍結管を備える止水装置を用いて止水する一例を示す。 図７は、第４実施形態に係る止水装置の正面図を示す。 図８は、第４実施形態に係る止水装置の背面図を示す。 図９は、出水箇所からの出水の状況を示す。 図１０は、出水範囲を縮小する状況を示す。 図１１は、止水装置を固定する状況を示す。 図１２は、止水装置が固定され、出水が貯留され、導水部から出水が導水されている状況を示す。 図１３は、冷却配管、供給配管、排出配管、及び供給部が設置された状況を示す。 図１４は、止水装置により出水箇所を冷却する状況を示す。 図１５は、貯留された出水の状況を示す。 図１６は、止水装置の撤去状況を示す。

次に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。以下の説明は例示であり、本発明は以下の内容に限定されるものではない。

＜第１実施形態＞
＜パネル状の熱交換部を備える止水装置＞
図１は、第１実施形態に係るパネル状の熱交換部を備える止水装置を示す（図１では、断熱部７、把持部８を省略する）。図２は、第１実施形態に係るパネル状の熱交換部を備える止水装置の断面図を示す。以下、第１実施形態に係る止水装置１は、止水装置（貼り付け型）１ａともいう。止水装置（貼り付け型）１ａは、供給部２、供給配管３、配管４、プレート状の熱交換部５、断熱部７、熱伝達部８、把持部９、接続部１０、を備える。

供給部２は、極低温冷却媒体としての液体空気を貯蔵し、貯蔵する液体空気を供給する。液体空気（液化空気ともいう）は、空気を液化したものであり、常圧下の沸点は約－１９０℃である。極低温冷却媒体には、例えば、液体窒素（常圧下の沸点は、約－１９６℃）を用いてもよい。供給部２は、止水装置（貼り付け型）１ａとは別の装置として構成してもよい。

供給配管３は、一端が供給部２と接続され、他端が配管４と接続され、内部を液体空気が流れる。供給配管３には、液体空気を流すことができるフレキシブルホースを用いることができる。供給配管３は、冷熱が逃げないよう、周囲が断熱材（例えば、発泡ポリエチレン）で覆われていることが好ましい。供給配管３は、止水装置（挿入型）１ｂとは別の装置として構成してもよい。

配管４は、供給配管３を介して供給される液体空気が流れる。配管３の出口部が外部に連通している場合、出口部から液体空気が排出され、一部が気化する。第１実施形態に係る配管４は、鋼製の円形配管からなり、直線部と曲げ部（Ｕ型）が連続して連なる、ジグザグ形状で構成されている。配管４は、液体空気を流すことができ、かつ、冷熱をプレート状の熱交換部５へ伝達しやすい材質であればよく、鋼製に限定されない。配管４は、ステンレス、銅、銀などの金属でもよい。また、配管４の断面形状は、矩形、三角形など、円形以外の形状でもよい。また、配管４の配置形状は、冷熱をプレート状の熱交換部５へ均一に伝達できればよく、ジグザグ形状に限定されない。配管４は、分岐部と、分岐部に連なる平行する複数の小配管とを設けるようにしてもよい。また、配管４は、渦巻き形状としてもよい。更に、配管４は、プレート状の熱交換部５の一面の全面に亘って配置される薄い面状でもよい。なお、出口部に液体空気を排出する排出配管を接続し、排出配管を介して液体空気を排出するようにしてもよい。

プレート状の熱交換部５は、配管４が接続され、出水箇所に貼り付けられる。第１実施形態に係るプレート状の熱交換部５は、矩形状の鋼製の板部材で構成されている。プレート状の熱交換部５は、冷熱を出水箇所へ伝達しやすい材質であればよく、鋼製に限定されない。プレート状の熱交換部５は、ステンレス、銅、銀などの金属でもよい。また、プレート状の熱交換部５の形状は、矩形状に限定されず、円形等でもよい。また、プレート状の熱交換部５は、貼り付け箇所の形状に合わせて、例えば湾曲するなどしてもよい。

断熱部７は、配管４、及びプレート状の熱交換部５を覆う。断熱部７は、例えば、発泡ポリエチレン製とすることができる。

熱伝達部８は、配管４の冷熱をプレート状の熱交換部５に伝達する。熱伝達部８は、配管４の形状に合わせて形成することができる。配管４の断面形状が円形の場合、配管４との接続部は配管の外形に合わせて曲面とし、プレート状の熱交換部５との接続部は平面とすればよい。熱伝達部８を省略して、より簡易な構成としてもよい。

把持部９は、プレート状の熱交換部５を出水箇所に貼り付ける際に、持ち手として機能する。把持部９を省略して、より簡易な構成としてもよい。

接続部１０は、配管４が接続されたプレート状の熱交換部５が複数の場合、配管４が接続されたプレート状の熱交換部５同士を接続する。接続部１０は、例えば、液体空気を流すことができるフレキシブルホースを用いることができる。接続部１０は、冷熱が逃げないよう、周囲が断熱材（例えば、発泡ポリエチレン）で覆われていることが好ましい。接続部１０は、ジョイント部材で構成してもよい。

＜パネル状の熱交換部を備える止水装置による止水方法＞
図３は、第１実施形態に係るパネル状の熱交換部を備える止水装置を用いて止水する一例を示す。以下、止水方法の一例として、大深度の地盤Ｇ内に構築されるトンネルＴにおける出水の止水について説明する。トンネルＴを構成するセグメントＳの周囲には、凍結工法による、人工凍結地盤ＦＧ（凍土ともいう）が造成されている。施工による振動や地震などにより、構造物であるセグメントＳが変位すると、セグメントＳと凍結工法による人工凍結地盤ＦＧとの間に隙間が形成されることがあり、この隙間が水道となって出水する。

第１実施形態に係る止水方法では、出水箇所、すなわちセグメントＳの内側面にプレート状の熱交換部５を貼り付けて止水する。貼り付けは、冷熱の作用により、貼り付ける箇所の水分が凍結することで行うことができる。

＜効果＞
第１実施形態に係る止水装置１ａ、及び止水方法によれば、極低温冷却媒体である液体空気の冷熱により、出水を凍結して止水することができる。止水剤を用いないことから、出水箇所（人工凍結地盤ＦＧ）への影響を抑えつつ、止水することができる。また、液体空気の冷熱を利用することで、短時間で止水することができる。短時間で止水することができ、更に、出水の原因となる構造物と凍結工法による人工凍結地盤との間に形成される隙間を塞ぐ（換言すると、剥離した状態を回復）できることから、大深度の現場のように、高被圧の場合でも、止水することができる。そのため、施工の中断を最小限にすることができる。また、液体空気を用いることで、液体空気を排出した場合でも、例えば、液体窒素を用いる場合と比較して、現場における酸素不足を低減できる。また、プレート状の熱交換部５を出水箇所に貼り付けることで、出水箇所を広範囲に亘って短時間で止水することができる。貼り付けは、冷熱の作用により、貼り付ける箇所の水分が凍結することで行うことができる。そのため、接着部材等は、不要である。

また、熱伝達部８を備えることで、配管４を流れる液体空気の冷熱を効率よくプレート状の熱交換部５に伝達することができる。また、断熱部７を備えることで、放熱を抑制し、配管４を流れる液体空気の冷熱を効率よくプレート状の熱交換部５に伝達することができる。また、接続部１０を備えることで、配管４が接続されたプレート状の熱交換部５同士の接続が可能となり、出水箇所の範囲に応じて、適切な止水が可能となる。

＜第２実施形態＞
＜凍結管を備える止水装置＞
図４は、第２実施形態に係る凍結管を備える止水装置を示す。図５は、第２実施形態に係る凍結管を備える止水装置の断面図を示す。以下、第２実施形態に係る止水装置１は、止水装置（挿入型）１ｂともいう。止水装置（挿入型）１ｂは、供給部２、供給配管３、凍結管６、接続部１０、排出配管３１を備える。

供給部２は、第１実施形態と同じく、極低温冷却媒体としての液体空気を貯蔵し、貯蔵する液体空気を供給する。極低温冷却媒体には、例えば、液体窒素（常圧下の沸点は、約－１９６℃）を用いてもよい。供給部２は、止水装置（挿入型）１ｂとは別の装置として構成してもよい。

供給配管３は、一端が供給部２と接続され、他端が凍結管６と接続され、内部を液体空気が流れる。供給配管３には、第１実施形態と同じく、液体空気を流すことができるフレキシブルホースを用いることができる。供給配管３は、冷熱が逃げないよう、周囲が断熱材（例えば、発泡ポリエチレン）で覆われていることが好ましい。供給配管３は、止水装置（挿入型）１ｂとは別の装置として構成してもよい。

凍結管６は、出水箇所に挿入され、供給部２から供給される液体空気が流れる。第１実施形態に係る凍結管６は、鋼製の円形配管からなり、凍結管６の中心部を通る行き流路６１と行き流路６１の周囲を通る還り流路６２を有する二重管で構成されている。凍結管６の材質は、液体空気を流すことができ、かつ、冷熱をプレート状の熱交換部５へ伝達しやすい材質であればよく、鋼製に限定されない。凍結管６は、ステンレス、銅、銀などの金属でもよい。また、凍結管６の断面形状は、矩形、三角形など、円形以外の形状でもよい。

接続部１０は、凍結管６が複数の場合、凍結管６同士を接続する。接続部１０は、例えば、液体空気を流すことができるフレキシブルホースを用いることができる。接続部１０は、冷熱が逃げないよう、周囲が断熱材（例えば、発泡ポリエチレン）で覆われていることが好ましい。接続部１０は、ジョイント部材で構成してもよい。

排出配管３１は、一端が凍結管６と接続され、他端が開放され、内部を液体空気が流れ、液体空気を排出する。排出配管３１には、液体空気を流すことができるフレキシブルホースを用いることができる。排出配管３１は、止水装置（挿入型）１ｂとは別の装置として構成してもよい。

＜凍結管を備える止水装置による止水方法＞
図６は、第２実施形態に係る凍結管を備える止水装置を用いて止水する一例を示す。第１実施形態と同じく、止水方法の一例として、地盤Ｇ内に構築されるトンネルＴにおける出水の止水について説明する。第１実施形態と同じく、トンネルＴを構成するセグメントＳの周囲には、凍結工法による、人工凍結地盤ＦＧ（凍土ともいう）が造成されている。施工による振動や地震などにより、構造物であるセグメントＳが変位すると、セグメントＳと凍結工法による人工凍結地盤ＦＧとの間に隙間が形成されることがあり、この隙間が水道となって出水する。第２実施形態に係る止水方法では、出水箇所に、凍結管６を挿入する孔を削孔し、削孔した孔に凍結管６を挿入して止水する。

＜効果＞
第２実施形態に係る止水装置１ｂ、及び止水方法によれば、極低温冷却媒体である液体空気の冷熱により、出水を凍結して止水することができる。止水剤を用いることもないことから、出水箇所への影響を抑えつつ、止水することができる。また、液体空気の冷熱を利用することで、短時間で止水することができる。また、液体空気を用いることで、例えば、液体窒素を用いる場合と比較して、現場における酸素不足を低減できる。また、凍結管６を出水箇所に挿入することで、出水箇所を局所的に短時間で止水することができる。

また、凍結管６を凍結管６の中心部を通る行き流路６１と行き流路６１の周囲を通る還り流路６２を有する二重管構造とすることで、凍結管６の先端部まで均一な温度の液体空気を流すことができる。その結果、凍結管６を挿入した出水箇所を均一に凍結することができる。

＜第３実施形態＞
プレート状の熱交換部５と、凍結管６とを、接続部１０を用いて接続するようにしてもよい。出水の状況に応じて、プレート状の熱交換部５、凍結管６を適宜組み合わせることで、より確実に止水することができる。

＜第４実施形態＞
＜止水装置の構成＞
図７は、第４実施形態に係る止水装置の正面図を示す。図８は、第４実施形態に係る止水装置の背面図を示す。止水装置（貯留型）１００は、供給部２、供給配管３、冷却配管１０１、貯留部１０２を備える。貯留部１０２は、プレート部１０３、囲い部１０４、導水部１０５、固定部１０６を含む。なお、図１、図２では、冷却配管１０１及び貯留部１０２は、供給部２及び供給配管３と比較して拡大（強調）して示す。

供給部２は、冷却媒体としての液体空気を貯蔵し、貯蔵する液体空気を供給する。冷却媒体には、例えば、液体窒素（常圧下の沸点は、約－１９６℃）を用いてもよい。また、冷却媒体には、液体空気や液体窒素よりも温度の高いブライン（例えば、約－３０℃の塩化カルシウム水溶液）を用いるようにしてもよい。なお、供給部２は、止水装置（貯留型）１００とは別の装置として構成してもよい。

供給配管３は、一端が供給部２と接続され、他端が冷却配管１０１の入口側と接続され、内部を液体空気が流れる。供給配管３には、液体空気を流すことができるフレキシブルホースを用いることができる。供給配管３は、冷熱が逃げないよう、周囲が断熱材（例えば、発泡ポリエチレン）で覆われていることが好ましい。供給配管３は、止水装置（貯留型）１００とは別の装置として構成してもよい。なお、第４実施形態では、供給配管３と同様にフレキシブルホースで構成された排出配管３１が冷却配管１０１の出口側と接続され、熱交換後の液体空気を排出可能となっている。なお、再利用できる冷却媒体を用いる場合には、冷却媒体が供給部２と冷却配管１０１との間で循環できるよう、供給配管３は、供給部２と冷却配管１０１に接続してもよい。

貯留部１０２は、出水箇所を覆い、出水箇所からの出水を貯留する。貯留部１０２は、プレート部１０３、囲い部１０４、導水部１０５、固定部１０６を含む。プレート部１０３は、プレート状の鋼製部材で構成され、出水箇所を覆う。実施形態に係るプレート部１０３は、矩形状である。囲い部１０４は、出水箇所の周囲に接続されるとともに、出水を堰き止める。囲い部１０４は、棒状の鋼製部材で構成され、プレート部１０３の外縁部の内側に、プレート部１０３の背面から突出するように設けられている。また、囲い部１０４は、出水箇所との接続面に、出水の漏れを抑制する水漏れ抑制部としての止水ゴム１０４ａが設けられている。また、第４実施形態では、貯留部１０２を垂直壁に設置した場合において、上部が開放するよう囲い部１０４が設けられている。出水箇所の面と、プレート部１０３及び囲い部１０４で囲まれた貯留空間１０７に出水が貯留される。導水部１０５は、プレート部１０３の中央付近に設けられた貫通孔からなり、貯留する出水を外部に導水する。また、導水部１０５には、導水する水量を調整するバルブ１０５ａが設けられている。固定部１０６は、貯留部１０２を出水箇所に固定する。固定部１０６は、プレート部１０３の外縁部に間隔を空けて形成された複数のボルト孔１０６ａとボルト孔１０６ａに固定されるボルト１０６ｂを含む構成である。固定部１０６は、大気圧と固定部１０６内の圧力との差圧を利用して吸着する真空吸着部で構成してもよい。プレート部１０３及び囲い部１０４は、ステンレス、銅、銀などの金属でもよい。また、プレート部１０３及び囲い部１０４の形状は、上記に限定されない。例えば、貯留部１０２を天井や床に接続することを想定して、囲い部１０４は、一部を開放せずに、プレート部１０３の外縁部の内側を一周するように設けてもよい。

なお、止水装置（貯留型）１００は、貯留部１０２を覆う貯留部用断熱部（図示せず）を更に備える構成としてもよい。貯留部用断熱部は、プレート部１０３や囲い部１０４を覆う。貯留部用断熱部は、例えば、発泡ポリエチレン製とすることができる。貯留部用断熱部を備える構成とすることで、効率よく熱交換、すなわち冷却することができる。

冷却配管１０１は、貯留空間１０７に設けられ、貯留された出水を冷却する。冷却配管１０１は、供給配管３を介して供給される液体空気が流れる。冷却配管１０１の出口側に接続された排出配管３１を介して、液体空気が排出され、一部が気化する。実施形態に係る冷却配管１０１は、鋼製の断面が円形の配管からなり、直線部と曲げ部（Ｕ型）が連続して連なる、ジグザグ形状で構成されている。冷却配管１０１は、液体空気を流すことができる材質であればよく、鋼製に限定されない。冷却配管１０１は、ステンレス、銅、銀などの金属でもよい。また、冷却配管１０１の断面形状は、矩形、三角形など、円形以外の形状でもよい。また、冷却配管１０１の形状は、冷熱を貯留された出水へ均一に伝達できればよく、ジグザグ形状に限定されない。冷却配管１０１は、分岐部と、分岐部に連なる平行する複数の小配管とを設けるようにしてもよい。また、冷却配管１０１は、渦巻き形状としてもよい。また、冷却配管１０１は、薄い面状でもよい。

貯留部１０２は、貯留部１０２を出水箇所に接続する際に持ち手として機能する把持部を更に備える構成としてもよい。把持部を備える構成とすることで、作業効率を向上することができる。

＜止水方法＞
図９から図１６は、止水方法を説明する図を示す。以下、止水方法の一例として、止水装置（貯留型）１００によって、大深度の地盤内に構築されるトンネルにおける出水を止水する場合について説明する。

図９は、出水箇所からの出水の状況を示す。ステップ０１では、出水箇所が特定される（本発明の特定工程の一例）。図９では、トンネルのセグメントＳの隙間（縦方向に延びる隙間）が出水箇所となっており、出水箇所として特定される。

図１０は、出水範囲を縮小する状況を示す。ステップ０２では、出水範囲が縮小される（本発明の準備工程の一例）。具体的には、出水箇所にウエス等の詰め物１１０をすることで、出水範囲が縮小される。

図１１は、止水装置を固定する状況を示す。ステップ０３では、止水装置（貯留型）１００の貯留部１０２が出水箇所を覆うように接続される。具体的には、出水箇所と導水部１０５が一致するように貯留部１０２の接続場所が位置決めされ、プレート部１０３のボルト孔１０６ａに対応する出水箇所の面にセグメント側のボルト孔（図示せず）が形成され、貯留部１０２がボルト１０６ｂで出水箇所に接続される。ステップ０３から後述するステップ０７は、本発明の止水工程の一例である。

図１２は、止水装置が固定され、出水が貯留され、導水部から出水が導水されている状況を示す。ステップ０４では、出水が貯留され、導水部１０５から出水が導水（外部に排出）される。

図１３は、冷却配管、供給配管、排出配管、及び供給部が設置された状況を示す。ステップ０５では、冷却配管１０１、供給配管３、排出配管３１、及び供給部２が設置される。具体的には、供給部２に接続された供給配管３が、冷却配管１０１に接続され、冷却配管１０１が貯留空間１０７内に配置される。なお、冷却配管１０１は、貯留部１０２に予め固定しておいてもよい。

図１４は、止水装置により出水箇所を冷却する状況を示す。ステップ０６では、止水装置（貯留型）１００により出水箇所が冷却され、止水される。具体的には、供給部２から冷却媒体の供給が開始される。一方、貯留空間１０７に貯留された出水が、貯留部１０２の上部から溢れないように、導水部１０５のバルブ１０５ａによって、導水される水量が調整される。図１５は、貯留部１０２を背面側から見た図であり、貯留された出水の状況を示す。図１５に示すように、貯留空間１０７に出水が貯留され、囲い部１０４が設けられていない、貯留部１０２の上部の開放部分から貯留された出水が溢れないように、導水される水量が調整される。

図１６は、止水装置の撤去状況を示す。ステップ０７では、止水装置（貯留型）１００が撤去される。具体的には、囲い部１０４が設けられていない、貯留部１０２の上部の開放部分から貯留された出水を確認し、貯留された出水の凍結が確認されたら、バルブ１０５ａを閉め、止水装置（貯留型）１００が撤去される。凍結した貯留された出水は、貯留部１０２と共に撤去されるが、出水箇所は凍結しているため、出水が止水される。その後、必要に応じて既存の止水方法を利用して、出水箇所をより確実に止水するようにしてもよい。

＜効果＞
以上説明した第４実施形態に係る止水装置（貯留型）１００、及び止水方法によれば、出水を貯留することで、凍結し易いように水の動きを制御して熱交換することが可能となる。より詳細には、導水部１０５と出水箇所が一致するように、出水箇所を覆うように貯留部１０２を出水箇所に接続し、貯留空間１０７が出水で十分に満たされ、溢れないように、導水部１０５から導水される水量をバルブ１０５ａで調整することで、貯留空間１０７内における水の動きを最小限に抑えることができる。その結果、水に動きが有る出水箇所においても、出水が凍結し易くなる。また、止水剤を用いないことから、出水箇所への影響を抑えつつ、止水することができる。

また、冷却媒体として、極低温冷却媒体である液体空気を用いることで、液体空気よりも温度の高いブラインを用いる場合と比較して、短時間で出水を凍結して止水することができる。短時間で止水することで、施工の中断を最小限にすることができる。また、液体空気を用いることで、液体空気を排出した場合でも、例えば、液体窒素を用いる場合と比較して、現場における酸素不足を低減できる。

また、例えば、第４実施形態において、冷却配管１０１は、プレート部１０３や囲い部１０４の内部に埋め込む構成としてもよい。この場合、固定部１０６の内部に埋め込まれた冷却配管１０１を流れる冷却媒体の冷熱の作用により、固定部１０６に付着した水分を凍結させることで、貯留部１０２を出水箇所の周囲に接続することができる。

また、第４実施形態において、冷却配管１０１は、プレート部１０３の外側に接続するようにしてもよい。また、冷却媒体の液体窒素を貯留された出水に直接供給するようにしてもよい。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明に係る止水装置、及び止水方法は、上述した内容に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更を加えることができる。例えば、地下構造物の一例として、トンネルＴのセグメントＳと人工凍結地盤ＦＧとの隙間からの出水の止水を例に説明したが、本発明に係る止水装置、及び止水方法は、種々の地下構造物の出水対策へ活用できる。また、本発明に係る止水装置、及び止水方法は、出水の応急対策、換言するとバックアップツールとして好適に用いることができるが、種々の地下構造物の出水対策へ活用できる。地下構造物には、トンネル、共同溝、地下駐車場、地下駅舎、立坑などの地下構造物（地中構造物）が例示される。

１・・・止水装置
１ａ・・・止水装置（貼り付け型）
１ｂ・・・止水装置（挿入型）
２・・・供給部
３・・・供給配管
４・・・配管
５・・・プレート状の熱交換部
６・・・凍結管
６１・・・行き流路
６２・・・還り流路
７・・・断熱部
８・・・熱伝達部
９・・・把持部
１０・・・接続部
１００・・・止水装置（貯留型）
１０１・・・冷却配管
１０２・・・貯留部
１０３・・・プレート部
１０４・・・囲い部
１０５・・・導水部
１０６・・・固定部

Claims (6)

1. 極低温冷却媒体を供給する供給部から供給される極低温冷却媒体が流れる配管と、
   配管が接続され、出水箇所に貼り付けられるプレート状の熱交換部であって、貼付け箇所の形状に合わせて、板状、又は湾曲しているプレート状の熱交換部と、
   配管、及びプレート状の熱交換部を覆い断熱する断熱部と、
   配管の冷熱をプレート状の熱交換部に伝達する熱伝達部であって、配管の形状に合わせて形成された熱伝達部と、を備える止水装置。
2. 極低温冷却媒体は、液体空気である、請求項１に記載の止水装置。
3. 極低温冷却媒体を供給する供給部と、
   供給部から供給される極低温冷却媒体を配管へ送る供給配管と、
   を更に備える、請求項１又は２に記載の止水装置。
4. 配管の冷熱をプレート状の熱交換部に伝達する熱伝達部を更に備える、請求項１から３の何れか１項に記載の止水装置。
5. 配管、及びプレート状の熱交換部を覆う断熱部を更に備える、請求項１から４の何れか１項に記載の止水装置。
6. 出水箇所に止水装置を張り付けて止水する止水方法であって、
   止水装置は、
   極低温冷却媒体を供給する供給部から供給される極低温冷却媒体が流れる配管と、
   配管が接続され、出水箇所に貼り付けられるプレート状の熱交換部であって、貼付け箇所の形状に合わせて、板状、又は湾曲しているプレート状の熱交換部と、
   配管、及びプレート状の熱交換部を覆い断熱する断熱部と、
   配管の冷熱をプレート状の熱交換部に伝達する熱伝達部であって、配管の形状に合わせて形成された熱伝達部と、を備える止水方法。