JPH0771183A - 凍結工法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】この発明は、地盤を強制的に凍結させて地盤改
良をし、必要な建設工事を行う凍結工法に於いて、凍結
面積を極小域とし、その結果凍結に伴う地盤の隆起や解
凍に伴う地盤の沈下等の問題が起こり難くした凍結工法
を提供することを目的とする。 【構成】この発明に於いては、予め高吸水性材料の水溶
液若しくは水懸濁液をエアー及び／または高圧ジエツト
水と共に改良すべき地盤中に注入し、ついで凍結させる
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、凍結面積を極小域と
することができ、その結果凍結に伴う地盤の隆起や解凍
に伴う地盤の沈下等の問題が殆ど起こらないようにした
凍結工法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】トンネル工事等の建設工事に於いては、
従来から凍結工法が使用されている。この凍結工法は、
地盤を一時的に凍結させ、その間に必要な建設工事を行
い、工事終了後、凍結を元の状態に戻す仮設工法であ
る。この従来の凍結工法で地盤を凍結させる方法として
は、ブライン方式と低温液化ガス方式とが使用されてお
り、前者は沸点が極めて低い液化ガスを直接地中に放出
したり、或は地中に埋設された凍結管内を循環させる方
法であり、後者は冷凍機で冷却したブラインを地中に埋
設した凍結管内に循環させる方法である。

【０００３】しかしながら、この従来の地盤改良工法に
於ける凍結工法は、凍結土の一軸圧縮強度は高い値が得
られるが、凍結管布設作業並びに凍結作業等に多大な工
期と費用がかかり、プラント設置にも広大な用地を必要
とする問題があった。そればかりか、従来の凍結工法
は、大断面の地盤を凍結させなければならなかったの
で、凍結による地盤隆起と解凍後の地盤沈下が常に大き
な問題となり、これに対する対策をこうじる必要があっ
た。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明は、このよう
な従来の問題点を一挙に解消した凍結工法を提供しよう
とするものであり、凍結面積を極小域とし、その結果凍
結に伴う地盤の隆起や解凍に伴う地盤の沈下等の問題が
起こり難くした凍結工法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明者は鋭意研究の結果、地盤を凍結する前処理とし
て、高吸水性材料を地盤中に注入することによって、該
高吸水性材料が地盤中の水分と充分に混合することか
ら、均一な凍結を可能とし、その結果凍結域の強度が大
幅に向上するので、凍結域を従来と比べて極めて小さく
することができ、凍結に伴う地盤の隆起や解凍に伴う地
盤の沈下等の問題が起こり難くなることを見いだし、本
発明に到達した。即ち本発明は、地盤を強制的に凍結さ
せて地盤改良をし、必要な建設工事を行う凍結工法に於
いて、予め高吸水性材料の水溶液若しくは水懸濁液をエ
アー及び／または高圧ジエツト水と共に改良すべき地盤
中に注入し、ついで凍結させることを特徴とする。

【０００６】本発明に使用する高吸水性材料としては、
水と均一に混和し、粘性の高い液体若しくは水懸濁液を
形成するものであれば良く、このようなものとしては、
例えば、アクリルアミド若しくはアクリルアミドの共重
合体のような高分子吸水材、シリカゲル、水ガラス、珪
酸塩のような無機質吸水材等が挙げられる。しかしなが
ら、高吸水性材料として、特に球状高吸水性材料を使用
するのが好ましい。球状高吸水性材料は、水を多量に吸
水した状態で均一に水に分散する状態となり、凍結させ
た場合の強度が著しく高くなるからである。このような
球状高吸水性材料としては、イソブチレン−無水マレイ
ン酸系の合成高分子を原料として製造されるクラレケミ
カル（株）からアクアビーズの商品名で市販のもの、三
洋化成工業（株）からビスカーエイトＳＰの商品名で市
販のもの及び栗田工業（株）からＭＯＰＳの商品名で市
販のものが好適に使用される。このような球状高吸水性
材料を使用した場合は、凍結工法が終了し解凍した後、
強酸、強アルカリの添加若しくは塩析により、球状高吸
水性材料を脱水させ、生じた空隙にセメント等を充填す
ることができる。

【０００７】本発明に於いては、凍結すべき地盤中に、
高吸水性材料で前処理をすることを特徴とするものであ
るが、前処理は、エアーと高圧ジエツト水とで切削後、
高吸水性材料の水溶液若しくは水懸濁液を高圧ジエツト
水と共に改良すべき地盤中に注入して、人工的な水タン
クを造成することにより行う。本発明に使用する吸水性
の高い材料と水との混合割合は、高吸水性材料の種類、
地盤中の水分含有量、目的とする工事の種類等に応じて
広範囲に変化させることができる。

【０００８】

【実施例】次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１〜図１０は、本発明の第一実施例を示す断面
図である。まず、図１に示すように、削孔機１に装着し
た多重管ロッド２を破線で囲まれた凍結する地盤３内に
垂直に挿入する。この際、多重管ロッド２の先端から
は、エアー若しくは超高圧水４を下方に噴出させて削孔
しながら挿入する。ついで、エアー若しくは超高圧水４
を水平方向に噴出させて地盤を切削した後、多重管ロッ
ド２を抜き取り、代わりに多重管ロッド２よりも径の大
きなケーシングパイプ５を装着し、エアー若しくは超高
圧水４を下方に噴出させながら、ケーシングパイプ５を
同様に地盤中に挿入し、図２に示す状態とする。

【０００９】それから、図２に示すように、ケーシング
パイプ５内にスリーブパイプ６を挿入し、図３の矢印で
示すように、セメントをスリーブパイプ６とケーシング
パイプ５との間に導入し、シールグラフトする。セメン
ト硬化後、図４に示すように、ケーシングパイプ５を抜
き取り、図５に示すように、スリーブパイプ６中に挿入
する噴出管８を先端に嵌合したダブルパッカー７を使用
して、高吸水性材料の水溶液をエアー及び高圧ジエツト
水４′と共に地盤中に噴出させた。高吸水性材料の水溶
液は、噴出管８の先端からスリーブパイプ６に外嵌した
ゴムリング９を押し拡げて地盤中に噴出され、地盤にク
ラッキングを起こすと同時に地盤中に均一に注入され
る。噴出管８を順次上昇させて行くことにより、凍結す
る地盤３内に高吸水性材料の水溶液が均一に注入され
る。この実施例に於いては、高吸水性材料の水溶液とし
て、クラレケミカル（株）から“アクアビーズ”の商品
名で市販の球状高吸水性材料を重量で２０〜３０倍の水
に溶解させたものを使用した。

【００１０】このようにして、図６に示すように凍結す
る地盤内に、水を多量に吸水した球状高吸水性材料の水
懸濁液が均一に注入された水タンク１０が形成される。
それから、図７に示すように、スリーブパイプ６中に多
重凍結管１１を挿入し、図８の矢印で示すように、ブラ
イン熱交換器１２を通してブラインを循環させ、水タン
ク１０を凍結させる。凍結終了後、図９に示すように、
凍結域の複数の個所に採取パイプ１２を挿入してコアー
を採取し、所望の凍結が得られていることを確認する。
それから、通常の方法により、凍結工法を行う。凍結工
法が終了し、解凍後、図１０に示すように、スリーブパ
イプ６は、埋設のまま凍結管１１を引き抜く。

【００１１】図１１〜図１５は、本発明の第二実施例を
示す断面図である。まず、図１１に示すように、削孔機
１に装着した多重管ロッド２′を破線で囲まれた凍結す
る地盤３内に垂直に挿入する。ついで、図１２に示すよ
うに、多重管２′内に凍結管１１を挿入し、図１３に示
すように、凍結管１１は埋設したままで、本発明の高吸
水性材料の水溶液を含有するエアー及び超高圧水４′を
水平方向に地盤中に噴出させ、地盤にクラッキングを起
こすと同時に地盤中に均一に注入しながら、多重管２′
を引き抜く。このようにして、図１４に示すように、凍
結する地盤内に、高吸水性材料の水懸濁液が均一に注入
された水タンク１０が形成される。それから、前記実施
例と同様にして、水タンク１０を凍結させ、凍結終了
後、図１５に示すように、凍結域に採取パイプ１３を挿
入してコアーを採取し、所望の凍結が得られていること
を確認する。この第二実施例によれば、前記第一実施例
と比べて作業工程が大幅に短縮される。

【００１２】本発明に於いては、地盤凍結後の凍結工法
自体は、この種従来の凍結工法全てに適用できるが、特
に、次のような用途に好適に適用できる。 （１）開削工法に於ける土留矢板の不連続部分からの地
下水の流出に伴う土砂の崩壊及び地盤沈下の防止。 （２）立坑等の深礎掘削の背面地山の止水及び崩壊の防
止。 （３）各トンネル工法に伴う発進、到達部の坑口部の止
水及び崩壊の防止。 （４）各トンネル工法に伴う一部拡大トンネル部の止水
及び崩壊の防止。 （５）複数のトンネル工事に件う相互干渉の防止。 （６）トンネル工法等による地中接合部の止水及び地山
崩壊防止。 （７）地下工事の一時的な埋設管及び躯体防護

【００１３】

【作用】上記したように、高吸水性材料の水溶液を注入
して凍結させることにより、高吸水性材料が凍結域の土
壌中に含まれる水分と均一に混和するから、均一な凍結
が可能となり、凍結域の強度も向上するため、凍結域を
従来の凍結工法と比べて著しく小さくすることができ
る。球状高吸水性材料の水懸濁液は、凍結により地盤が
膨張するのを緩衝する作用があることと、凍結域を小さ
くすることができることとにより、地盤が隆起し難くな
ると共に、解凍に伴う地盤の沈下も殆ど起こらない。

【００１４】

【効果】本発明によれば、次のような効果が得られる。 （１）高吸水性材料の水溶液を注入して凍結するもので
あるので、この高吸水性材料が土壌中の水分と均一に混
和するから、均質な改良強度が得られ、工事の施工目的
に応じた凍結断面の小さい改良範囲を形成することがで
きる。 （２）凍結断面が小さくて済むことから、凍結により地
盤が隆起し難くなると共に、解凍に伴う地盤沈下が殆ど
起こらない。 （３）凍結断面が小さくて済むことと、施工地盤を前処
理し、水分の均質状態を保持して凍結するため、凍結時
間が短くなり、工期を短縮できるので、工事費が従来よ
り安価になる。 （４）凍結断面が小さくて済むことから、冷凍機はパッ
ケージタイプの小さいもので済むので、比較的狭い場所
でも施工が可能となる。 （５）球状高吸水性材料の水懸濁液は、凍結による膨張
を緩衝する効果があり、凍結固結体にクラック等が生じ
難くなる。 （６）高吸水性材料の水溶液を介して凍結するものであ
るため、砂質土、粘性土、砂礫土等のあらゆる地盤に対
しても施工が可能となると共に、凍結体は密着性に優れ
るので、近接構造物に対しても、その形状に沿った付着
改良ができる。 （７）地下水の流れがあっても、高吸水性材料により水
タンクが形成され地下水の流れがなくなるので、地下水
の流れに阻害されることなく凍結することができる。

【００１５】

【図面の簡単な説明】

【図１】多重管ロッドで削孔する状態を示す断面図であ
る。

【図２】スリーブパイプを挿入する状態を示す断面図で
ある。

【図３】セメンテーションする状態を示す断面図であ
る。

【図４】セメント硬化後ケーシングパイプを引き抜く状
態を示す断面図である。

【図５】本発明の高吸水性材料水溶液を地盤中に注入す
る状態を示す断面図である。

【図６】高吸水性材料水溶液注入により水タンクを形成
した状態を示す断面図である。

【図７】スリーブパイプないに多重凍結管を挿入する状
態を示す断面図である。

【図８】ブラインを循環させて凍結する状態を示す断面
図である。

【図９】凍結終了後コアー採取により凍結を確認する状
態を示す断面図である。

【図１０】解凍後凍結管を引き抜く状態を示す断面図で
ある。

【図１１】多重管ロッドで削孔する状態を示す断面図で
ある。

【図１２】多重管内に凍結管を挿入する状態を示す断面
図である。

【図１３】本発明の高吸水性材料水溶液を地盤中に注入
する状態を示す断面図である。

【図１４】ブラインを循環させて凍結する状態を示す断
面図である。

【図１５】凍結終了後コアー採取により凍結を確認する
状態を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 削孔機 ３ 凍結する地盤 ４，４′ エアー若しくは超高圧水 １０ 水タンク １１ 凍結管 １２ ブライン熱交換器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地盤を強制的に凍結させて地盤改良をし、
   必要な建設工事を行う凍結工法に於いて、予め高吸水性
   材料の水溶液若しくは水懸濁液をエアー及び／または高
   圧ジエツト水と共に改良すべき地盤中に注入し、ついで
   該地盤を凍結させることを特徴とする凍結工法。
2. 【請求項２】前記高吸水性材料が、球状高吸水性樹脂で
   ある請求項１に記載の凍結工法。