冷媒注入方法、試料採取方法及び試料採取装置
【課題】 地盤などの試料採取に適した冷媒注入方法、試料採取方法及びその装置の提供。
【解決手段】 試料採取装置１０は、試料を採取する被採取領域１に試料採取管１１を貫入し（試料採取管貫入工程）、被採取領域１に貫入した試料採取管１１の下端周辺に、下端を閉塞した冷媒注入管１５を挿入し（冷媒注入管挿入工程）、試料採取管１１及び冷媒注入管１５を囲うように、被採取領域１に断熱管１６を挿入し（断熱管挿入工程）と、冷媒注入管１５内に湿気を捕捉できるフィルター材３１を通して冷媒１８を注入し（冷媒注入工程）、試料採取管１１の下端近傍の被採取領域１ｂを凍結させて試料採取管１１の下端を閉塞する（試料採取管閉塞工程）。これにより冷媒注入管１５に冷媒注入管１５を塞ぐ程度の霜の塊ができるのを防止できる。
【解決手段】 試料採取装置１０は、試料を採取する被採取領域１に試料採取管１１を貫入し（試料採取管貫入工程）、被採取領域１に貫入した試料採取管１１の下端周辺に、下端を閉塞した冷媒注入管１５を挿入し（冷媒注入管挿入工程）、試料採取管１１及び冷媒注入管１５を囲うように、被採取領域１に断熱管１６を挿入し（断熱管挿入工程）と、冷媒注入管１５内に湿気を捕捉できるフィルター材３１を通して冷媒１８を注入し（冷媒注入工程）、試料採取管１１の下端近傍の被採取領域１ｂを凍結させて試料採取管１１の下端を閉塞する（試料採取管閉塞工程）。これにより冷媒注入管１５に冷媒注入管１５を塞ぐ程度の霜の塊ができるのを防止できる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体窒素などの冷媒の注入方法、試料採取方法及び試料採取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤の強度や変形などの力学特性及び生態系、各種汚染などの地盤環境状況を調査するために行われる地盤中の試料は、熱や水を加えず、攪乱することなく不攪乱採取することが望ましい。一般に低強度粘性土地盤や砂質土の不攪乱試料採取は、サンプラーによる採取や、地盤全体を凍結させるロータリー式ボーリングでサンプリングする方法や、各種特殊サンプラーで行っている。しかし、地盤全体を液体窒素の注入で凍結させ、その状態でボーリングして試料採取するサンプリング法は、地盤全体を凍結させることによる地盤環境の変状が生じる不具合がある。
さらに、特殊サンプラーによる採取法を含め、採取のための設備が高コストになる、長時間採取となる、大型重量機器作業となる、といった諸問題がある。
また、採取した試料を調査に適した形状に成型する工数の多い成型作業が必要になる。
【０００３】
これらの問題から、点吸引式ボーリングと液体窒素注入で地盤凍結させることにより不攪乱状態で試料を採取する装置が開発され、実用化されている（例えば、特許文献１参照）。この試料採取装置は、被採取領域である地盤に挿入して地盤中の試料を管内部に収容する試料採取管（内管）と、試料採取管の外周に隙間を持たせて配備した外管と、試料採取管と外管の間に配置した複数本の吸引管及び複数本の冷媒注入管を備えている。試料採取管の下端部を地盤に静的貫入させ、外管の下端を地盤に接触させて試料採取管との間の地盤表層部の土砂を吸引管で吸い込んで除去する。この土砂除去の動作を繰り返し行うことで、試料採取管をさらに地盤に静的貫入させ、試料採取管の内部に規定量の試料を不攪乱状態で収容する。地盤に試料採取管を所定深さまで静的貫入させ、試料採取管の下端より少し下方にある地盤に、冷媒注入管の下端部を挿入して冷媒注入管内に冷媒の液体窒素を注入する。冷媒注入管の上端に設けた冷媒注入口から液体窒素を定量ずつ何回かに分けて注入して、注入した所定のトータルの量の液体窒素で地盤を所定面積範囲で凍結させる。この凍結で試料採取管の下端近傍域の地盤全体を凍結させて凍結塊を形成し、この凍結塊で試料採取管の下端下部を閉塞する。試料採取管を下端部の凍結塊と共に地盤から引き上げて試料採取管内の不攪乱試料を採取する。
【特許文献１】特開２００４−４５３０８号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記冷媒注入管の冷媒注入口から液体窒素を注入して、冷媒注入管の下端部周辺から試料採取管下端下部の地盤を凍結させる場合、冷媒注入管の内壁に空気中の湿気が急冷されて霜として付着し、内壁の途中箇所で付着した霜が大きな塊に生長して管内を目詰まりさせることがある。このような内壁途中箇所の霜の塊は、湿度の高い夏場において特に発生し易くなる。冷媒注入管の管内で生じた霜の塊は、注入する液体窒素の流れを阻害して、冷媒注入管の下端部へと注入するべき液体窒素の量が不足し、凍結させたい試料採取管下端下部の地盤の凍結不足を招くことがある。このような凍結不足が発生すると、試料採取管を下端部の凍結塊と共に地盤から引き上げる際に凍結塊の凍結不足箇所が崩れ、試料採取管内の試料が落失したり、試料採取管内で試料が変動して採取される試料の品質を低下させることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る冷媒注入方法は、冷媒注入口に、冷媒を通過させると共に湿気を霜として捕捉するフィルター材を配設し、このフィルター材を通して冷媒を注入することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る試料採取方法は、試料を採取する被採取領域に下端が開口した試料採取管を貫入する試料採取管貫入工程と、被採取領域に貫入した試料採取管の下端周辺に、下端を閉塞した冷媒注入管を挿入する冷媒注入管挿入工程と、試料採取管及び冷媒注入管を囲うように被採取領域に断熱管を挿入する断熱管挿入工程と、冷媒注入管の冷媒注入口に、冷媒を通過させると共に湿気を霜として捕捉するフィルター材を配設し、このフィルター材を通して冷媒注入管内に冷媒を注入する冷媒注入工程と、冷媒注入管に注入された冷媒により試料採取管の下端下部の被採取領域を凍結させて試料採取管の下端下部を閉塞する試料採取管閉塞工程とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る試料採取装置は、被採取領域に貫入する下端が開口した試料採取管と、試料採取管の下端周辺の外側に延在した下端を閉塞した冷媒注入管と、試料採取管及び冷媒注入管を囲うように配設した断熱管と、冷媒注入管の冷媒注入口に配設され、冷媒注入口に冷媒を注入する際に湿気を霜として捕捉するフィルター材とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る冷媒注入方法によれば、フィルター材を通して冷媒注入口に冷媒を注入する際に、冷媒注入口周辺の湿気がフィルター材に霜となって捕捉されるため、冷媒注入時に冷媒注入管の管内に侵入する湿気が減少し、冷媒注入管内壁への霜の付着、霜の塊の発生が軽減されて、冷媒注入管への冷媒注入量を安定させることができ、凍結量不足によるトラブル発生が回避できる。また、フィルター材に付着した霜やその塊は目視できるので、冷媒注入作業時の霜管理が容易、正確にでき、冷媒注入の作業性改善が図れる。
【０００９】
また、本発明に係る試料採取方法によれば、フィルター材を通して冷媒注入管内に冷媒を注入することで、下端が閉塞した冷媒注入管の下端部に冷媒を規定量で注入することが容易になり、試料採取管の下端近傍の被採取領域を確実性良く凍結させることができ、採取される不攪乱試料の品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態に係る試料採取装置を図面に基づいて説明する。この試料採取装置には、本発明に係る冷媒注入方法が適用されている。
【００１１】
試料採取装置１０は、図１に示すように、被採取領域１に貫入する下端が開口した試料採取管１１と、試料採取管１１の下端周辺の外側に延在した、下端を閉塞した冷媒注入管１５と、試料採取管１１及び冷媒注入管１５を囲うように配設した断熱管１６と、冷媒注入管１５の冷媒注入口１５ｂに配設された、冷媒注入口１５ｂに冷媒を注入する際に湿気を霜として捕捉するフィルター材３１とを備えている。
【００１２】
この試料採取装置１０によれば、試料を採取する被採取領域１に試料採取管１１を貫入し（試料採取管貫入工程）、被採取領域１に貫入した試料採取管１１の下端周辺に、下端を閉塞した冷媒注入管１５を挿入し（冷媒注入管挿入工程）、試料採取管１１及び冷媒注入管１５を囲うように、被採取領域１に断熱管１６を挿入し（断熱管挿入工程）、冷媒注入管１５の冷媒注入口１５ｂに、冷媒を通過させると共に湿気を霜として捕捉するフィルター材３１を配設し、このフィルター材３１を通して冷媒注入管１５内に冷媒を注入し（冷媒注入工程）、試料採取管１１の下端近傍の被採取領域１を凍結させて試料採取管１１の下端を閉塞する（試料採取管閉塞工程）。これにより試料採取管１１に収容された試料を試料採取管１１と一緒に引き上げることで、試料を採取することができる。
【００１３】
以下、試料採取装置１０及び試料採取方法を詳細に説明する。
【００１４】
図１に示される試料採取装置１０は、例えば、飽和地盤や含水量の多い不飽和地盤において、試料を採取する場合にも適用可能である。以下、ここでの被採取領域１を必要に応じて地盤１と称する。図１の試料採取装置１０は、試料採取管（内管）１１と、吸引掘進管（外管）１２と、ガイド管１３と、吸引管１４と、冷媒注入管１５と、断熱管１６で構成している。ここでの試料採取管１１は、被採取領域１に貫入するべく下端が開口したものであって、地盤１に静的貫入される略鉛直な円筒状のものを用いている。試料採取管１１の下端部外周縁は、逆円錐状のテーパ面３１に形成している。吸引掘進管１２は、試料採取管１１の外周に所定の隙間を持たせて同軸に配置した円筒状の外管である。吸引掘進管１２の下端部外周にガイド管１３が固定されている。ガイド管１３の下端は、吸引掘進管１２の下端より少し下方に位置する。
【００１５】
試料採取管１１は、上端に蓋板２１が固定され、この蓋板２１の上面中央に鉛直な支持ロッド２２の下端部が固定されている。支持ロッド２２は回転筒２４を貫通するように装着しており、回転筒２４の上方に延在した支持ロッド２２の上端部に吊りワイヤ２５を繋留している。吊りワイヤ２５は、図示しない櫓で吊り下げられ、支持ロッド２２を介して図１に示す試料採取装置１０全体を上下動可能に吊り下げて支持している。回転筒２４の下端には、蓋板２３が固定されており、蓋板２３の下面に、吸引掘進管１２の上端を固定している。回転筒２４と吸引掘進管１２は蓋板２３の上下面に同心軸上に固定している。回転筒２４の上端部には略水平なハンドル２６を固定している。回転筒２４は支持ロッド２２に対して周方向に回転自在に装着しており、ハンドル２６を操作することにより、回転筒２４、蓋板２３及び吸引掘進管１２が回動操作できる。回転筒２４の途中の上下２箇所には保護枠２７、２８を連結している。上下の保護枠２７、２８には、吸引管１４と冷媒注入管１５を上下に貫通させている。吸引管１４と冷媒注入管１５は、試料採取管１１と吸引掘進管１２の間の周方向隙間に延在させている。
【００１６】
吸引管１４は、図２に示すように、試料採取管１１と吸引掘進管１２の間の周方向隙間Ｓに複数、例えば周方向等間隔（６０°間隔）で６本が配設されている。吸引管１４は、それぞれ保護枠２７、２８、及び、吸引掘進管１２の内周面に固定している。吸引管１４の下端は開口し、吸引掘進管１２の下端とほぼ同じ高さまで延在している。吸引管１４の上端はハンドル２６上に固定した吸引手段２９に連結している。吸引手段２９は、例えば、吸引ポンプで構成できる。
【００１７】
冷媒注入管１５は、試料採取管１１の下端周辺の外側に延在し、下端を閉塞した管で構成している。この実施形態では、冷媒注入管１５は、試料採取管１１と吸引掘進管１２の間の周方向隙間Ｓに、周方向に複数配設している。図２に示す例では、冷媒注入管１５は、吸引管１４と同様に６本で、それぞれ周方向において吸引管１４の中間に延在させ、保護枠２７、２８、及び、吸引掘進管１２の内周面に固定している。冷媒注入管１５は、下端が試料採取管１１の下端より下方に１５〜３０ｍｍ突出するように、試料採取管１１に対して軸方向に相対移動可能に配設している。
【００１８】
冷媒注入管１５は、少なくとも下端を熱伝導と耐久性に優れた金属製熱伝導管で構成するとよい。また、冷媒注入管１５の下端部１５ａは、断熱部材を用いて閉塞してもよい。この実施形態では、図５に示すように、冷媒注入管１５の下端部１５ａは、断熱部材１７で閉塞している。断熱部材１７は断熱性を備えた円柱状の硬質ゴムで、樹脂接着剤を付けて冷媒注入管１５の下端開口部に圧入して定着させている。
【００１９】
断熱管１６は、試料採取管１１及び冷媒注入管１５を囲うように配設した断熱性を有する管体である。断熱管１６は、厚さ０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ程度のアクリル製の円筒で、冷媒注入管１５に取り付けられ、冷媒注入管１５の下端より下方に５．０ｍｍ程度突出させている。冷媒注入管１５と断熱管１６は、試料採取管１１に対して軸方向に相対移動可能に配設し、かつ、試料採取管１１に対する進退操作可能に配設している。
【００２０】
冷媒注入管１５の上部は、図１に示すように、保護枠２８を貫通しており、その上端が開口した冷媒注入口１５ｂにしてある。冷媒注入口１５ｂから冷媒注入管１５に規定量の冷媒１８を注入すると、冷媒１８は冷媒注入管１５内を流下して下端部１５ａ内に貯留される。冷媒１８には、例えば、液体窒素を用いることができる。なお、冷媒１８には液体窒素以外の二酸化炭素などを使用することもできるが、液体窒素を用いるのが安全性の点で優位である。以下、冷媒１８を、必要に応じて液体窒素１８と称する。
【００２１】
この実施形態では、冷媒注入管１５の冷媒注入口１５ｂには、図８に示すように、漏斗３０を取付け、漏斗３０の内側にフィルター材３１を着脱可能に設置している。漏斗３０は、冷媒注入管１５に挿入される円筒部３０ａと、円筒部３０ａの開口上端から逆円錐状に延在した漏斗部３０ｂを有する。フィルター材３１は、冷媒注入口に冷媒を注入する際に湿気を霜として捕捉するものである。この実施形態では、フィルター材３１として、網目が０．４ｍｍ程度のステンレス製の金網を、漏斗３０に納まるように円錐形状にした成形を行い、漏斗部３０ｂに設置している。なお、フィルター材３１は、耐冷却性メッシュなどで、網目が０．２〜０．８ｍｍの金属メッシュ（金網）やグラスファイバーメッシュ、その他の耐冷却性能のよいフィラメントメッシュ、織物類が適用できる。また、フィルター材３１は、冷媒注入口に冷媒を注入する際に湿気を霜として捕捉できるものであればよく、目の粗さは上記実施形態に限定されない。
【００２２】
図１の試料採取装置１０で試料を採取する際は、まず、試料採取管１１を地盤１に貫入させる（試料採取管貫入工程）。試料採取管１１を地盤１に貫入させる際は、図３の状態で試料採取管１１に重り（図示せず）などで静的貫入力Ｐｖ（等分布荷重）を掛け、吸引手段２９を作動させ、吸引管１４で地盤１の表層部を吸引除去することにより行う。試料採取管１１の下端部外周を逆円錐状のテーパ面３１に形成しているため、試料採取管１１を地盤１に貫入させると、図４（Ａ）に示すように、試料採取管１１の下端部３１が地盤１に初期貫入量ｈ貫入した状態で安定する。すなわち、この際、試料採取管１１に作用する静的貫入力Ｐｖは、図３に示すように、試料採取管１１の下端部外周縁のテーパ面３１から地盤１に斜め外方に作用する力Ｐｉと、試料採取管１１の下端部内周面から地盤１に内方に作用する力Ｐｏ及び剪断力Ｆｖに分力される。これに対して試料採取管１１のテーパ面３１に作用する地盤１の反力及び摩擦力が釣り合うように、試料採取管１１のテーパ面３１が地盤１に貫入する。
【００２３】
この初期貫入で安定している状態において、図４（Ｂ）に示すように、試料採取管１１の下端部外側に延在した吸引管１４で地盤１の表層部を吸引し除去（除荷）する。この除荷は、ハンドル２６を手動で回転させて６本の吸引管１４を試料採取管１１の回りに旋回させながら行い、試料採取管１１の外周全周にわたって吸引管１４で地盤１の表層部を吸引し除去していく。試料採取管１１の外周において地盤１の表層部を除去すると、上記釣り合いが崩れ、これに対して再度、試料採取管１１に対して作用する静的貫入力Ｐｖと、地盤１の反力及び摩擦力が釣り合うように、深さＨｘだけ試料採取管１１が地盤１に静的に再貫入する。このように吸引管１４により地盤１の表層部を吸引除去することにより、試料採取管１１の貫入が進行する。
【００２４】
そして、図４（Ｃ）に示すように、再貫入毎に試料採取管１１の中に試料１ａが取り込まれる。試料採取管１１の静的貫入が終了すると、所定量の試料１ａが試料採取管１１内に収容される。吸引管１４で試料採取管１１周囲の地盤１の表層部を除去しながら試料採取管１１を貫入させるので、試料採取管１１が所定の深さに達したときには、試料採取管１１の周囲に穴２０が形成される。
【００２５】
次に、図５に示すように、冷媒注入管１５と断熱管１６を、試料採取管１１の周囲に形成された周方向の穴２０に進入させ、斯かる穴２０の底において、それぞれ地盤１に押し込み、試料採取管１１の下端より少し深い位置まで挿入する（冷媒注入管挿入工程、断熱管挿入工程）。そして、冷媒注入管１５内に冷媒の液体窒素１８を注入し（冷媒注入工程）、試料採取管１１の下端近傍の地盤４３を凍結させて試料採取管１１の下端下部を閉塞する（図７の試料採取管閉塞工程）。
【００２６】
この試料採取装置１０は、冷媒注入管１５の冷媒注入口１５ｂに霜取り用フィルター材３１を設置しており、液体窒素１８を注入する際は、このフィルター材３１を通して冷媒注入口１５ｂに液体窒素１８を注入する。これにより、液体窒素がフィルター材３１を通過する際に湿気を霜として捕捉することができる。フィルター材３１を通した冷媒注入口１５ｂへの液体窒素１８の注入は、図１に示すように、定量の液体窒素１８を収容する容器３５を使用して手作業で行えばよい。
【００２７】
すなわち、図５に示すように、フィルター材３１を通して液体窒素１８を注入すると、注入される液体窒素１８で冷媒注入口１５ｂ近くの湿気が急冷されてフィルター材３１に霜として付着する。液体窒素１８がフィルター材３１を通過する間に、湿気がフィルター材３１に霜として捕捉されるので、冷媒注入管１５内に流入する空気に含まれる湿気が減少する。そのため、冷媒注入管１５の管内を流下する液体窒素１８で管内の湿気が急冷されても、冷媒注入管１５の内壁に霜が形成され難く、また霜が形成されても微量である。その結果、冷媒注入管１５の内壁において、冷媒注入管１５を塞ぐ程度に、霜が成長することがない。これにより、注入された液体窒素１８を冷媒注入管１５内において良好に流通させることができる。
【００２８】
なお、冷媒の注入過程において、フィルター材３１には湿気が霜となって付着するが、フィルター材３１に付着した霜が目詰まりを起こす程度に成長した場合には、フィルター材３１を別のものに交換するとよい。霜で目詰まりを起こした使用済みのフィルター材は、常温下で放置しておけば短時間で霜が蒸発して目詰まりが無くなるので、再使用することができる。
【００２９】
このようにして、冷媒注入管１５の下端部１５ａ内に液体窒素１８を注入すると、下端部１５ａの管壁を介して試料採取管１１の下端近傍の地盤１ｂが冷やされ、地盤１ｂの凍結が始まる。また、冷媒注入管１５の下端部１５ａに注入された液体窒素１８は、試料採取管１１の下端近傍の地盤１ｂから熱を吸収することにより蒸発する。蒸発した液体窒素１８は、冷媒注入管１５の冷媒注入口１５ｂから大気に放出される。このような冷媒注入を試料採取管１１の下端近傍の地盤１ｂが完全に凍結するまで、実験データに基づく回数だけ繰り返し行う。
【００３０】
図６に基づいて試料採取管１１の下端近傍における地盤４３の凍結の進行状況を説明する。図６及び図２に示すように、冷媒注入管１５の外側には断熱管１６があるので、断熱管１６の外側の地盤に対しては、凍結はほとんど進まない。また、液体窒素１８の吸熱作用は、断熱管１６の内側の地盤１ｂに対して集中して作用し、凍結は断熱管１６の内側で進行していく。さらに、冷媒注入管１５の下端部１５ａを断熱部材１７で閉塞しているので、冷媒注入管１５から下方の地盤に対しては凍結があまり進まず、地盤１ｂの凍結は半径方向内側に進行する。
【００３１】
なお、６本の冷媒注入管１５に対しては、６本同時に冷媒を注入して、断熱管１６の内側の地盤を６本の冷媒注入管１５により６方向から同時に凍結させことができる。また、試料採取管１１の外側に周方向等間隔に配設された６本の冷媒注入管１５に対して、タイミングを少しずらして所定の順番に冷媒を注入してもよい。その具体例を図７（Ａ）〜（Ｃ）で説明する。
【００３２】
まず、図７（Ａ）に示すように、直径方向で対向する２本の冷媒注入管１５に冷媒を入れて、２本の冷媒注入管１５を配設した方向から地盤１ｂを凍結させる。次に、図７（Ｂ）に示すように、先の２本の冷媒注入管１５のそれぞれ右回り方向に隣接する別の２本の冷媒注入管１５に冷媒を注入して、この２本の冷媒注入管１５を配設した方向から地盤１ｂを凍結させる。最後に、図７（Ｃ）に示すように残り２本の冷媒注入管１５に冷媒を注入して、この最後２本の冷媒注入管１５を配設した方向から地盤を凍結させる。このように、試料採取管１１の周囲に配設された複数の冷媒注入管１５に対して、タイミングを少しずらして所定の順番に液体窒素１８を注入して、試料採取管１１の下端近傍の地盤１ｂを所定の方向から所定の順番に凍結させると、試料採取管１１の下端下部の地盤１ｂが効率よく、確実に凍結して、試料採取管１１の下端下部を閉塞することができる。
【００３３】
このように試料採取管１１の下端近傍における地盤１ｂを凍結させると、試料採取管１１の下端を閉塞して凍結した地盤１ｂの塊は、各冷媒注入管１５の下端部１５ａと試料採取管１１の下端部に食い込むように強固に固着する。そして、斯かる試料採取管１１を冷媒注入管１５及び断熱管１６と一緒に引き上げると、その下端部に凍結した地盤１ｂの塊が固着した状態で引き上げられる。これにより、試料採取管１１内に収容された試料１ａは、試料採取管１１から脱落せずに採取される。このように試料採取管１１により採取された試料１ａは、試料採取管１１により形状と量が規定されるため、この形状と量を地盤調査に使用される形状と量に予め規定しておくことで、後の地盤調査のための成型作業を簡易にすることができる。
【００３４】
この試料採取装置１０によれば、冷媒注入管１５の冷媒注入口１５ｂに、冷媒注入口１５ｂに冷媒を注入する際に湿気を霜として捕捉するフィルター材３１を配設している。そして、フィルター材３１を通して液体窒素１８を注入しているので、湿気がフィルター材３１によって捕捉され、冷媒注入管１５の内壁において、冷媒注入管１５を塞ぐ程度に、霜が成長することがない。これにより、注入された液体窒素１８を冷媒注入管１５内において良好に流通させることができる。
【００３５】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３６】
例えば、図９（Ａ）（Ｂ）にフィルター材３１の変形例を示す。図９（Ａ）のフィルター材３１は、冷媒注入管１５の直管状の上端部の冷媒注入口１５ｂに直接に装着したものである。このフィルター材３１は平常時は平坦な金属メッシュで、冷媒注入口１５ｂに押し込むことで袋状となり、冷媒注入口１５ｂに係合する。図９（Ｂ）は、冷媒注入管１５の上端に一体に逆円錐状の漏斗部１５ｃを形成し、この漏斗部１５ｃにフィルター材３１を図９（Ａ）と同じ要領で装着したものである。
【００３７】
また、冷媒注入工程においては、適宜に冷媒注入管の内壁に霜取り用具を摺動させて冷媒注入管の内壁に付着した霜を取るとよい（霜取り工程）。例えば、１本の冷媒注入管１５に適宜にフィルター交換しながら液体窒素１８を何回かに分けて注入する冷媒注入工程の場合、必要に応じて注入工程の途中で冷媒注入管１５の内壁の霜付着状況を検査し、霜取りをするとよい。この霜取り工程は、例えば図１０（Ｂ）に示すような霜取り用具４０を使用して手作業で行えばよい。この実施形態では、霜取り用具４０は、例えば冷媒注入管１５より長い棒４１の先端部に、布などの吸湿性を備えた吸湿材４２を巻回したものである。
【００３８】
霜取り工程の途中において、冷媒注入管１５内の液体窒素１８が蒸発して無くなると、冷媒注入管１５の冷媒注入口１５ｂからフィルター材３１と漏斗３０を取り外し、図１０（Ａ）に示すように、棒４１を手にして吸湿材４２を冷媒注入管１５の内壁に摺動させながら冷媒注入管１５に挿入するとよい。このとき、冷媒注入管１５から取り出した吸湿材４２を手で触って湿気ているかどうかを検査する。引き上げた吸湿材４２が湿気ていると、吸湿材４２が冷媒注入管１５の内壁に水分が付着していたことが分かる。引き上げた吸湿材４２が湿気ていないと、冷媒注入管１５の内壁に霜が付着していないことが分かる。いずれにせよ、この霜取り具４０で冷媒注入管１５の内壁に付着した水分を取り除くことにより、以後の冷媒注入がより良好に行えるようになる。
【００３９】
斯かる試料採取装置は、試料採取管で地盤中の試料を不攪乱状態で採取するのに用いることができるが、他の用途として、地盤に埋設された物品を撤去する装置として、また、河川や湖底、海底の汚泥地層の試料を採取する汚泥試料採取装置などにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係る試料採取装置を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る試料採取装置の底面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る試料採取装置における冷媒注入管の下端部の断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施形態に係る試料採取装置における試料採取管貫入工程の各動作時の概要を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る試料採取装置における冷媒注入工程と試料採取管閉塞工程の状態を示す部分断面図である。
【図６】試料採取管閉塞工程の状況を示す断面図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ試料採取管閉塞工程の地盤の凍結状態を示す図である。
【図８】図５の冷媒注入管にフィルター材を取付ける際の側面図である。
【図９】（Ａ）（Ｂ）は他の実施形態に係る冷媒注入管とフィルター材の断面図である。
【図１０】（Ａ）は他の実施の形態に係る霜取り用具の使用時の冷媒注入管の側面図、（Ｂ）は霜取り用具の側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 地盤（被採取領域）
１０ 試料採取装置
１１ 試料採取管
１２ 吸引堀進管
１４ 吸引管
１５ 冷媒注入管
１５ｂ 冷媒注入口
１６ 断熱管
１７ 断熱部材
１８ 液体窒素（冷媒）
３０ 漏斗
３１ フィルター材
４０ 霜取り用具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体窒素などの冷媒の注入方法、試料採取方法及び試料採取装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
地盤の強度や変形などの力学特性及び生態系、各種汚染などの地盤環境状況を調査するために行われる地盤中の試料は、熱や水を加えず、攪乱することなく不攪乱採取することが望ましい。一般に低強度粘性土地盤や砂質土の不攪乱試料採取は、サンプラーによる採取や、地盤全体を凍結させるロータリー式ボーリングでサンプリングする方法や、各種特殊サンプラーで行っている。しかし、地盤全体を液体窒素の注入で凍結させ、その状態でボーリングして試料採取するサンプリング法は、地盤全体を凍結させることによる地盤環境の変状が生じる不具合がある。
さらに、特殊サンプラーによる採取法を含め、採取のための設備が高コストになる、長時間採取となる、大型重量機器作業となる、といった諸問題がある。
また、採取した試料を調査に適した形状に成型する工数の多い成型作業が必要になる。
【０００３】
これらの問題から、点吸引式ボーリングと液体窒素注入で地盤凍結させることにより不攪乱状態で試料を採取する装置が開発され、実用化されている（例えば、特許文献１参照）。この試料採取装置は、被採取領域である地盤に挿入して地盤中の試料を管内部に収容する試料採取管（内管）と、試料採取管の外周に隙間を持たせて配備した外管と、試料採取管と外管の間に配置した複数本の吸引管及び複数本の冷媒注入管を備えている。試料採取管の下端部を地盤に静的貫入させ、外管の下端を地盤に接触させて試料採取管との間の地盤表層部の土砂を吸引管で吸い込んで除去する。この土砂除去の動作を繰り返し行うことで、試料採取管をさらに地盤に静的貫入させ、試料採取管の内部に規定量の試料を不攪乱状態で収容する。地盤に試料採取管を所定深さまで静的貫入させ、試料採取管の下端より少し下方にある地盤に、冷媒注入管の下端部を挿入して冷媒注入管内に冷媒の液体窒素を注入する。冷媒注入管の上端に設けた冷媒注入口から液体窒素を定量ずつ何回かに分けて注入して、注入した所定のトータルの量の液体窒素で地盤を所定面積範囲で凍結させる。この凍結で試料採取管の下端近傍域の地盤全体を凍結させて凍結塊を形成し、この凍結塊で試料採取管の下端下部を閉塞する。試料採取管を下端部の凍結塊と共に地盤から引き上げて試料採取管内の不攪乱試料を採取する。
【特許文献１】特開２００４−４５３０８号公報（図５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記冷媒注入管の冷媒注入口から液体窒素を注入して、冷媒注入管の下端部周辺から試料採取管下端下部の地盤を凍結させる場合、冷媒注入管の内壁に空気中の湿気が急冷されて霜として付着し、内壁の途中箇所で付着した霜が大きな塊に生長して管内を目詰まりさせることがある。このような内壁途中箇所の霜の塊は、湿度の高い夏場において特に発生し易くなる。冷媒注入管の管内で生じた霜の塊は、注入する液体窒素の流れを阻害して、冷媒注入管の下端部へと注入するべき液体窒素の量が不足し、凍結させたい試料採取管下端下部の地盤の凍結不足を招くことがある。このような凍結不足が発生すると、試料採取管を下端部の凍結塊と共に地盤から引き上げる際に凍結塊の凍結不足箇所が崩れ、試料採取管内の試料が落失したり、試料採取管内で試料が変動して採取される試料の品質を低下させることがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る冷媒注入方法は、冷媒注入口に、冷媒を通過させると共に湿気を霜として捕捉するフィルター材を配設し、このフィルター材を通して冷媒を注入することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明に係る試料採取方法は、試料を採取する被採取領域に下端が開口した試料採取管を貫入する試料採取管貫入工程と、被採取領域に貫入した試料採取管の下端周辺に、下端を閉塞した冷媒注入管を挿入する冷媒注入管挿入工程と、試料採取管及び冷媒注入管を囲うように被採取領域に断熱管を挿入する断熱管挿入工程と、冷媒注入管の冷媒注入口に、冷媒を通過させると共に湿気を霜として捕捉するフィルター材を配設し、このフィルター材を通して冷媒注入管内に冷媒を注入する冷媒注入工程と、冷媒注入管に注入された冷媒により試料採取管の下端下部の被採取領域を凍結させて試料採取管の下端下部を閉塞する試料採取管閉塞工程とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る試料採取装置は、被採取領域に貫入する下端が開口した試料採取管と、試料採取管の下端周辺の外側に延在した下端を閉塞した冷媒注入管と、試料採取管及び冷媒注入管を囲うように配設した断熱管と、冷媒注入管の冷媒注入口に配設され、冷媒注入口に冷媒を注入する際に湿気を霜として捕捉するフィルター材とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る冷媒注入方法によれば、フィルター材を通して冷媒注入口に冷媒を注入する際に、冷媒注入口周辺の湿気がフィルター材に霜となって捕捉されるため、冷媒注入時に冷媒注入管の管内に侵入する湿気が減少し、冷媒注入管内壁への霜の付着、霜の塊の発生が軽減されて、冷媒注入管への冷媒注入量を安定させることができ、凍結量不足によるトラブル発生が回避できる。また、フィルター材に付着した霜やその塊は目視できるので、冷媒注入作業時の霜管理が容易、正確にでき、冷媒注入の作業性改善が図れる。
【０００９】
また、本発明に係る試料採取方法によれば、フィルター材を通して冷媒注入管内に冷媒を注入することで、下端が閉塞した冷媒注入管の下端部に冷媒を規定量で注入することが容易になり、試料採取管の下端近傍の被採取領域を確実性良く凍結させることができ、採取される不攪乱試料の品質を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施形態に係る試料採取装置を図面に基づいて説明する。この試料採取装置には、本発明に係る冷媒注入方法が適用されている。
【００１１】
試料採取装置１０は、図１に示すように、被採取領域１に貫入する下端が開口した試料採取管１１と、試料採取管１１の下端周辺の外側に延在した、下端を閉塞した冷媒注入管１５と、試料採取管１１及び冷媒注入管１５を囲うように配設した断熱管１６と、冷媒注入管１５の冷媒注入口１５ｂに配設された、冷媒注入口１５ｂに冷媒を注入する際に湿気を霜として捕捉するフィルター材３１とを備えている。
【００１２】
この試料採取装置１０によれば、試料を採取する被採取領域１に試料採取管１１を貫入し（試料採取管貫入工程）、被採取領域１に貫入した試料採取管１１の下端周辺に、下端を閉塞した冷媒注入管１５を挿入し（冷媒注入管挿入工程）、試料採取管１１及び冷媒注入管１５を囲うように、被採取領域１に断熱管１６を挿入し（断熱管挿入工程）、冷媒注入管１５の冷媒注入口１５ｂに、冷媒を通過させると共に湿気を霜として捕捉するフィルター材３１を配設し、このフィルター材３１を通して冷媒注入管１５内に冷媒を注入し（冷媒注入工程）、試料採取管１１の下端近傍の被採取領域１を凍結させて試料採取管１１の下端を閉塞する（試料採取管閉塞工程）。これにより試料採取管１１に収容された試料を試料採取管１１と一緒に引き上げることで、試料を採取することができる。
【００１３】
以下、試料採取装置１０及び試料採取方法を詳細に説明する。
【００１４】
図１に示される試料採取装置１０は、例えば、飽和地盤や含水量の多い不飽和地盤において、試料を採取する場合にも適用可能である。以下、ここでの被採取領域１を必要に応じて地盤１と称する。図１の試料採取装置１０は、試料採取管（内管）１１と、吸引掘進管（外管）１２と、ガイド管１３と、吸引管１４と、冷媒注入管１５と、断熱管１６で構成している。ここでの試料採取管１１は、被採取領域１に貫入するべく下端が開口したものであって、地盤１に静的貫入される略鉛直な円筒状のものを用いている。試料採取管１１の下端部外周縁は、逆円錐状のテーパ面３１に形成している。吸引掘進管１２は、試料採取管１１の外周に所定の隙間を持たせて同軸に配置した円筒状の外管である。吸引掘進管１２の下端部外周にガイド管１３が固定されている。ガイド管１３の下端は、吸引掘進管１２の下端より少し下方に位置する。
【００１５】
試料採取管１１は、上端に蓋板２１が固定され、この蓋板２１の上面中央に鉛直な支持ロッド２２の下端部が固定されている。支持ロッド２２は回転筒２４を貫通するように装着しており、回転筒２４の上方に延在した支持ロッド２２の上端部に吊りワイヤ２５を繋留している。吊りワイヤ２５は、図示しない櫓で吊り下げられ、支持ロッド２２を介して図１に示す試料採取装置１０全体を上下動可能に吊り下げて支持している。回転筒２４の下端には、蓋板２３が固定されており、蓋板２３の下面に、吸引掘進管１２の上端を固定している。回転筒２４と吸引掘進管１２は蓋板２３の上下面に同心軸上に固定している。回転筒２４の上端部には略水平なハンドル２６を固定している。回転筒２４は支持ロッド２２に対して周方向に回転自在に装着しており、ハンドル２６を操作することにより、回転筒２４、蓋板２３及び吸引掘進管１２が回動操作できる。回転筒２４の途中の上下２箇所には保護枠２７、２８を連結している。上下の保護枠２７、２８には、吸引管１４と冷媒注入管１５を上下に貫通させている。吸引管１４と冷媒注入管１５は、試料採取管１１と吸引掘進管１２の間の周方向隙間に延在させている。
【００１６】
吸引管１４は、図２に示すように、試料採取管１１と吸引掘進管１２の間の周方向隙間Ｓに複数、例えば周方向等間隔（６０°間隔）で６本が配設されている。吸引管１４は、それぞれ保護枠２７、２８、及び、吸引掘進管１２の内周面に固定している。吸引管１４の下端は開口し、吸引掘進管１２の下端とほぼ同じ高さまで延在している。吸引管１４の上端はハンドル２６上に固定した吸引手段２９に連結している。吸引手段２９は、例えば、吸引ポンプで構成できる。
【００１７】
冷媒注入管１５は、試料採取管１１の下端周辺の外側に延在し、下端を閉塞した管で構成している。この実施形態では、冷媒注入管１５は、試料採取管１１と吸引掘進管１２の間の周方向隙間Ｓに、周方向に複数配設している。図２に示す例では、冷媒注入管１５は、吸引管１４と同様に６本で、それぞれ周方向において吸引管１４の中間に延在させ、保護枠２７、２８、及び、吸引掘進管１２の内周面に固定している。冷媒注入管１５は、下端が試料採取管１１の下端より下方に１５〜３０ｍｍ突出するように、試料採取管１１に対して軸方向に相対移動可能に配設している。
【００１８】
冷媒注入管１５は、少なくとも下端を熱伝導と耐久性に優れた金属製熱伝導管で構成するとよい。また、冷媒注入管１５の下端部１５ａは、断熱部材を用いて閉塞してもよい。この実施形態では、図５に示すように、冷媒注入管１５の下端部１５ａは、断熱部材１７で閉塞している。断熱部材１７は断熱性を備えた円柱状の硬質ゴムで、樹脂接着剤を付けて冷媒注入管１５の下端開口部に圧入して定着させている。
【００１９】
断熱管１６は、試料採取管１１及び冷媒注入管１５を囲うように配設した断熱性を有する管体である。断熱管１６は、厚さ０．５ｍｍ〜５．０ｍｍ程度のアクリル製の円筒で、冷媒注入管１５に取り付けられ、冷媒注入管１５の下端より下方に５．０ｍｍ程度突出させている。冷媒注入管１５と断熱管１６は、試料採取管１１に対して軸方向に相対移動可能に配設し、かつ、試料採取管１１に対する進退操作可能に配設している。
【００２０】
冷媒注入管１５の上部は、図１に示すように、保護枠２８を貫通しており、その上端が開口した冷媒注入口１５ｂにしてある。冷媒注入口１５ｂから冷媒注入管１５に規定量の冷媒１８を注入すると、冷媒１８は冷媒注入管１５内を流下して下端部１５ａ内に貯留される。冷媒１８には、例えば、液体窒素を用いることができる。なお、冷媒１８には液体窒素以外の二酸化炭素などを使用することもできるが、液体窒素を用いるのが安全性の点で優位である。以下、冷媒１８を、必要に応じて液体窒素１８と称する。
【００２１】
この実施形態では、冷媒注入管１５の冷媒注入口１５ｂには、図８に示すように、漏斗３０を取付け、漏斗３０の内側にフィルター材３１を着脱可能に設置している。漏斗３０は、冷媒注入管１５に挿入される円筒部３０ａと、円筒部３０ａの開口上端から逆円錐状に延在した漏斗部３０ｂを有する。フィルター材３１は、冷媒注入口に冷媒を注入する際に湿気を霜として捕捉するものである。この実施形態では、フィルター材３１として、網目が０．４ｍｍ程度のステンレス製の金網を、漏斗３０に納まるように円錐形状にした成形を行い、漏斗部３０ｂに設置している。なお、フィルター材３１は、耐冷却性メッシュなどで、網目が０．２〜０．８ｍｍの金属メッシュ（金網）やグラスファイバーメッシュ、その他の耐冷却性能のよいフィラメントメッシュ、織物類が適用できる。また、フィルター材３１は、冷媒注入口に冷媒を注入する際に湿気を霜として捕捉できるものであればよく、目の粗さは上記実施形態に限定されない。
【００２２】
図１の試料採取装置１０で試料を採取する際は、まず、試料採取管１１を地盤１に貫入させる（試料採取管貫入工程）。試料採取管１１を地盤１に貫入させる際は、図３の状態で試料採取管１１に重り（図示せず）などで静的貫入力Ｐｖ（等分布荷重）を掛け、吸引手段２９を作動させ、吸引管１４で地盤１の表層部を吸引除去することにより行う。試料採取管１１の下端部外周を逆円錐状のテーパ面３１に形成しているため、試料採取管１１を地盤１に貫入させると、図４（Ａ）に示すように、試料採取管１１の下端部３１が地盤１に初期貫入量ｈ貫入した状態で安定する。すなわち、この際、試料採取管１１に作用する静的貫入力Ｐｖは、図３に示すように、試料採取管１１の下端部外周縁のテーパ面３１から地盤１に斜め外方に作用する力Ｐｉと、試料採取管１１の下端部内周面から地盤１に内方に作用する力Ｐｏ及び剪断力Ｆｖに分力される。これに対して試料採取管１１のテーパ面３１に作用する地盤１の反力及び摩擦力が釣り合うように、試料採取管１１のテーパ面３１が地盤１に貫入する。
【００２３】
この初期貫入で安定している状態において、図４（Ｂ）に示すように、試料採取管１１の下端部外側に延在した吸引管１４で地盤１の表層部を吸引し除去（除荷）する。この除荷は、ハンドル２６を手動で回転させて６本の吸引管１４を試料採取管１１の回りに旋回させながら行い、試料採取管１１の外周全周にわたって吸引管１４で地盤１の表層部を吸引し除去していく。試料採取管１１の外周において地盤１の表層部を除去すると、上記釣り合いが崩れ、これに対して再度、試料採取管１１に対して作用する静的貫入力Ｐｖと、地盤１の反力及び摩擦力が釣り合うように、深さＨｘだけ試料採取管１１が地盤１に静的に再貫入する。このように吸引管１４により地盤１の表層部を吸引除去することにより、試料採取管１１の貫入が進行する。
【００２４】
そして、図４（Ｃ）に示すように、再貫入毎に試料採取管１１の中に試料１ａが取り込まれる。試料採取管１１の静的貫入が終了すると、所定量の試料１ａが試料採取管１１内に収容される。吸引管１４で試料採取管１１周囲の地盤１の表層部を除去しながら試料採取管１１を貫入させるので、試料採取管１１が所定の深さに達したときには、試料採取管１１の周囲に穴２０が形成される。
【００２５】
次に、図５に示すように、冷媒注入管１５と断熱管１６を、試料採取管１１の周囲に形成された周方向の穴２０に進入させ、斯かる穴２０の底において、それぞれ地盤１に押し込み、試料採取管１１の下端より少し深い位置まで挿入する（冷媒注入管挿入工程、断熱管挿入工程）。そして、冷媒注入管１５内に冷媒の液体窒素１８を注入し（冷媒注入工程）、試料採取管１１の下端近傍の地盤４３を凍結させて試料採取管１１の下端下部を閉塞する（図７の試料採取管閉塞工程）。
【００２６】
この試料採取装置１０は、冷媒注入管１５の冷媒注入口１５ｂに霜取り用フィルター材３１を設置しており、液体窒素１８を注入する際は、このフィルター材３１を通して冷媒注入口１５ｂに液体窒素１８を注入する。これにより、液体窒素がフィルター材３１を通過する際に湿気を霜として捕捉することができる。フィルター材３１を通した冷媒注入口１５ｂへの液体窒素１８の注入は、図１に示すように、定量の液体窒素１８を収容する容器３５を使用して手作業で行えばよい。
【００２７】
すなわち、図５に示すように、フィルター材３１を通して液体窒素１８を注入すると、注入される液体窒素１８で冷媒注入口１５ｂ近くの湿気が急冷されてフィルター材３１に霜として付着する。液体窒素１８がフィルター材３１を通過する間に、湿気がフィルター材３１に霜として捕捉されるので、冷媒注入管１５内に流入する空気に含まれる湿気が減少する。そのため、冷媒注入管１５の管内を流下する液体窒素１８で管内の湿気が急冷されても、冷媒注入管１５の内壁に霜が形成され難く、また霜が形成されても微量である。その結果、冷媒注入管１５の内壁において、冷媒注入管１５を塞ぐ程度に、霜が成長することがない。これにより、注入された液体窒素１８を冷媒注入管１５内において良好に流通させることができる。
【００２８】
なお、冷媒の注入過程において、フィルター材３１には湿気が霜となって付着するが、フィルター材３１に付着した霜が目詰まりを起こす程度に成長した場合には、フィルター材３１を別のものに交換するとよい。霜で目詰まりを起こした使用済みのフィルター材は、常温下で放置しておけば短時間で霜が蒸発して目詰まりが無くなるので、再使用することができる。
【００２９】
このようにして、冷媒注入管１５の下端部１５ａ内に液体窒素１８を注入すると、下端部１５ａの管壁を介して試料採取管１１の下端近傍の地盤１ｂが冷やされ、地盤１ｂの凍結が始まる。また、冷媒注入管１５の下端部１５ａに注入された液体窒素１８は、試料採取管１１の下端近傍の地盤１ｂから熱を吸収することにより蒸発する。蒸発した液体窒素１８は、冷媒注入管１５の冷媒注入口１５ｂから大気に放出される。このような冷媒注入を試料採取管１１の下端近傍の地盤１ｂが完全に凍結するまで、実験データに基づく回数だけ繰り返し行う。
【００３０】
図６に基づいて試料採取管１１の下端近傍における地盤４３の凍結の進行状況を説明する。図６及び図２に示すように、冷媒注入管１５の外側には断熱管１６があるので、断熱管１６の外側の地盤に対しては、凍結はほとんど進まない。また、液体窒素１８の吸熱作用は、断熱管１６の内側の地盤１ｂに対して集中して作用し、凍結は断熱管１６の内側で進行していく。さらに、冷媒注入管１５の下端部１５ａを断熱部材１７で閉塞しているので、冷媒注入管１５から下方の地盤に対しては凍結があまり進まず、地盤１ｂの凍結は半径方向内側に進行する。
【００３１】
なお、６本の冷媒注入管１５に対しては、６本同時に冷媒を注入して、断熱管１６の内側の地盤を６本の冷媒注入管１５により６方向から同時に凍結させことができる。また、試料採取管１１の外側に周方向等間隔に配設された６本の冷媒注入管１５に対して、タイミングを少しずらして所定の順番に冷媒を注入してもよい。その具体例を図７（Ａ）〜（Ｃ）で説明する。
【００３２】
まず、図７（Ａ）に示すように、直径方向で対向する２本の冷媒注入管１５に冷媒を入れて、２本の冷媒注入管１５を配設した方向から地盤１ｂを凍結させる。次に、図７（Ｂ）に示すように、先の２本の冷媒注入管１５のそれぞれ右回り方向に隣接する別の２本の冷媒注入管１５に冷媒を注入して、この２本の冷媒注入管１５を配設した方向から地盤１ｂを凍結させる。最後に、図７（Ｃ）に示すように残り２本の冷媒注入管１５に冷媒を注入して、この最後２本の冷媒注入管１５を配設した方向から地盤を凍結させる。このように、試料採取管１１の周囲に配設された複数の冷媒注入管１５に対して、タイミングを少しずらして所定の順番に液体窒素１８を注入して、試料採取管１１の下端近傍の地盤１ｂを所定の方向から所定の順番に凍結させると、試料採取管１１の下端下部の地盤１ｂが効率よく、確実に凍結して、試料採取管１１の下端下部を閉塞することができる。
【００３３】
このように試料採取管１１の下端近傍における地盤１ｂを凍結させると、試料採取管１１の下端を閉塞して凍結した地盤１ｂの塊は、各冷媒注入管１５の下端部１５ａと試料採取管１１の下端部に食い込むように強固に固着する。そして、斯かる試料採取管１１を冷媒注入管１５及び断熱管１６と一緒に引き上げると、その下端部に凍結した地盤１ｂの塊が固着した状態で引き上げられる。これにより、試料採取管１１内に収容された試料１ａは、試料採取管１１から脱落せずに採取される。このように試料採取管１１により採取された試料１ａは、試料採取管１１により形状と量が規定されるため、この形状と量を地盤調査に使用される形状と量に予め規定しておくことで、後の地盤調査のための成型作業を簡易にすることができる。
【００３４】
この試料採取装置１０によれば、冷媒注入管１５の冷媒注入口１５ｂに、冷媒注入口１５ｂに冷媒を注入する際に湿気を霜として捕捉するフィルター材３１を配設している。そして、フィルター材３１を通して液体窒素１８を注入しているので、湿気がフィルター材３１によって捕捉され、冷媒注入管１５の内壁において、冷媒注入管１５を塞ぐ程度に、霜が成長することがない。これにより、注入された液体窒素１８を冷媒注入管１５内において良好に流通させることができる。
【００３５】
なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００３６】
例えば、図９（Ａ）（Ｂ）にフィルター材３１の変形例を示す。図９（Ａ）のフィルター材３１は、冷媒注入管１５の直管状の上端部の冷媒注入口１５ｂに直接に装着したものである。このフィルター材３１は平常時は平坦な金属メッシュで、冷媒注入口１５ｂに押し込むことで袋状となり、冷媒注入口１５ｂに係合する。図９（Ｂ）は、冷媒注入管１５の上端に一体に逆円錐状の漏斗部１５ｃを形成し、この漏斗部１５ｃにフィルター材３１を図９（Ａ）と同じ要領で装着したものである。
【００３７】
また、冷媒注入工程においては、適宜に冷媒注入管の内壁に霜取り用具を摺動させて冷媒注入管の内壁に付着した霜を取るとよい（霜取り工程）。例えば、１本の冷媒注入管１５に適宜にフィルター交換しながら液体窒素１８を何回かに分けて注入する冷媒注入工程の場合、必要に応じて注入工程の途中で冷媒注入管１５の内壁の霜付着状況を検査し、霜取りをするとよい。この霜取り工程は、例えば図１０（Ｂ）に示すような霜取り用具４０を使用して手作業で行えばよい。この実施形態では、霜取り用具４０は、例えば冷媒注入管１５より長い棒４１の先端部に、布などの吸湿性を備えた吸湿材４２を巻回したものである。
【００３８】
霜取り工程の途中において、冷媒注入管１５内の液体窒素１８が蒸発して無くなると、冷媒注入管１５の冷媒注入口１５ｂからフィルター材３１と漏斗３０を取り外し、図１０（Ａ）に示すように、棒４１を手にして吸湿材４２を冷媒注入管１５の内壁に摺動させながら冷媒注入管１５に挿入するとよい。このとき、冷媒注入管１５から取り出した吸湿材４２を手で触って湿気ているかどうかを検査する。引き上げた吸湿材４２が湿気ていると、吸湿材４２が冷媒注入管１５の内壁に水分が付着していたことが分かる。引き上げた吸湿材４２が湿気ていないと、冷媒注入管１５の内壁に霜が付着していないことが分かる。いずれにせよ、この霜取り具４０で冷媒注入管１５の内壁に付着した水分を取り除くことにより、以後の冷媒注入がより良好に行えるようになる。
【００３９】
斯かる試料採取装置は、試料採取管で地盤中の試料を不攪乱状態で採取するのに用いることができるが、他の用途として、地盤に埋設された物品を撤去する装置として、また、河川や湖底、海底の汚泥地層の試料を採取する汚泥試料採取装置などにも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係る試料採取装置を示す側面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る試料採取装置の底面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る試料採取装置における冷媒注入管の下端部の断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の一実施形態に係る試料採取装置における試料採取管貫入工程の各動作時の概要を示す斜視図である。
【図５】本発明の一実施形態に係る試料採取装置における冷媒注入工程と試料採取管閉塞工程の状態を示す部分断面図である。
【図６】試料採取管閉塞工程の状況を示す断面図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｃ）は、それぞれ試料採取管閉塞工程の地盤の凍結状態を示す図である。
【図８】図５の冷媒注入管にフィルター材を取付ける際の側面図である。
【図９】（Ａ）（Ｂ）は他の実施形態に係る冷媒注入管とフィルター材の断面図である。
【図１０】（Ａ）は他の実施の形態に係る霜取り用具の使用時の冷媒注入管の側面図、（Ｂ）は霜取り用具の側面図である。
【符号の説明】
【００４１】
１ 地盤（被採取領域）
１０ 試料採取装置
１１ 試料採取管
１２ 吸引堀進管
１４ 吸引管
１５ 冷媒注入管
１５ｂ 冷媒注入口
１６ 断熱管
１７ 断熱部材
１８ 液体窒素（冷媒）
３０ 漏斗
３１ フィルター材
４０ 霜取り用具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒注入口に、冷媒を通過させると共に湿気を霜として捕捉するフィルター材を配設し、このフィルター材を通して冷媒を注入することを特徴とする冷媒注入方法。
【請求項２】
試料を採取する被採取領域に下端が開口した試料採取管を貫入する試料採取管貫入工程と、
前記被採取領域に貫入した試料採取管の下端周辺に、下端を閉塞した冷媒注入管を挿入する冷媒注入管挿入工程と、
前記試料採取管及び前記冷媒注入管を囲うように、被採取領域に断熱管を挿入する断熱管挿入工程と、
前記冷媒注入管の冷媒注入口に、冷媒を通過させると共に湿気を霜として捕捉するフィルター材を配設し、このフィルター材を通して冷媒注入管内に冷媒を注入する冷媒注入工程と、
前記冷媒注入管に注入された冷媒により前記試料採取管の下端近傍の被採取領域を凍結させて試料採取管の下端下部を閉塞する試料採取管閉塞工程と、
を備えたことを特徴とする試料採取方法。
【請求項３】
前記冷媒注入工程は、適宜に前記冷媒注入管の内壁に霜取り用具を摺動させて冷媒注入管の内壁に付着した霜を取る霜取り工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の試料採取方法。
【請求項４】
被採取領域に貫入する下端が開口した試料採取管と、
前記試料採取管の下端周辺の外側に延在した、下端を閉塞した冷媒注入管と、
前記試料採取管及び前記冷媒注入管を囲うように配設した断熱管と、
前記冷媒注入管の冷媒注入口に配設され、前記冷媒注入口に冷媒を注入する際に湿気を霜として捕捉するフィルター材と、
を備えたことを特徴とする試料採取装置。
【請求項５】
前記冷媒注入管内に挿脱可能に挿入される霜取り用具を備えたことを特徴とする請求項４に記載の試料採取装置。
【請求項１】
冷媒注入口に、冷媒を通過させると共に湿気を霜として捕捉するフィルター材を配設し、このフィルター材を通して冷媒を注入することを特徴とする冷媒注入方法。
【請求項２】
試料を採取する被採取領域に下端が開口した試料採取管を貫入する試料採取管貫入工程と、
前記被採取領域に貫入した試料採取管の下端周辺に、下端を閉塞した冷媒注入管を挿入する冷媒注入管挿入工程と、
前記試料採取管及び前記冷媒注入管を囲うように、被採取領域に断熱管を挿入する断熱管挿入工程と、
前記冷媒注入管の冷媒注入口に、冷媒を通過させると共に湿気を霜として捕捉するフィルター材を配設し、このフィルター材を通して冷媒注入管内に冷媒を注入する冷媒注入工程と、
前記冷媒注入管に注入された冷媒により前記試料採取管の下端近傍の被採取領域を凍結させて試料採取管の下端下部を閉塞する試料採取管閉塞工程と、
を備えたことを特徴とする試料採取方法。
【請求項３】
前記冷媒注入工程は、適宜に前記冷媒注入管の内壁に霜取り用具を摺動させて冷媒注入管の内壁に付着した霜を取る霜取り工程を含むことを特徴とする請求項２に記載の試料採取方法。
【請求項４】
被採取領域に貫入する下端が開口した試料採取管と、
前記試料採取管の下端周辺の外側に延在した、下端を閉塞した冷媒注入管と、
前記試料採取管及び前記冷媒注入管を囲うように配設した断熱管と、
前記冷媒注入管の冷媒注入口に配設され、前記冷媒注入口に冷媒を注入する際に湿気を霜として捕捉するフィルター材と、
を備えたことを特徴とする試料採取装置。
【請求項５】
前記冷媒注入管内に挿脱可能に挿入される霜取り用具を備えたことを特徴とする請求項４に記載の試料採取装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００７−２６３８７０（Ｐ２００７−２６３８７０Ａ）
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−９１７５０（Ｐ２００６−９１７５０）
【出願日】平成１８年３月２９日（２００６．３．２９）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１０月１１日（２００７．１０．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月２９日（２００６．３．２９）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【Ｆターム（参考）】
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