凍結止水装置および凍結止水方法
【課題】 管体内の流体を凍結させて作業を行うに当たり、管体内の流体を短期間で凍結させ、もって工期の短縮を図ることができる凍結止水装置を提供する。
【解決手段】 シールド掘進機１は、チャンバ１４に導入された掘削土砂をスクリュコンベア１７によって排出する。スクリュコンベア１７の補修等を行う際には、スクリュコンベア１７に巻き付けられたフレキシブルホース２１にブラインを供給することよってスクリュコンベア１７のケーシング内における土砂を凍結させる。このとき、フレキシブルホース２１は、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料とし、前記主材料よりも熱伝導率が高い副材料が前記主材料に混入されてなる冷熱伝導部２２で覆われている。このため、スクリュコンベア１７内の土砂を短時間で凍結させることができる。
【解決手段】 シールド掘進機１は、チャンバ１４に導入された掘削土砂をスクリュコンベア１７によって排出する。スクリュコンベア１７の補修等を行う際には、スクリュコンベア１７に巻き付けられたフレキシブルホース２１にブラインを供給することよってスクリュコンベア１７のケーシング内における土砂を凍結させる。このとき、フレキシブルホース２１は、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料とし、前記主材料よりも熱伝導率が高い副材料が前記主材料に混入されてなる冷熱伝導部２２で覆われている。このため、スクリュコンベア１７内の土砂を短時間で凍結させることができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凍結止水装置および凍結止水方法に係り、特に、シールド掘進機やトンネルなどの地中埋設物内への地下水や土砂の流入を防止する凍結止水装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールドトンネルを形成する際に用いられる土圧式シールド掘進機は、シールド機本体を有しており、シールド機本体の前方位置にはカッタヘッドが設けられている。カッタヘッドの後方位置には隔壁が設けられており、カッタヘッドと隔壁との間にチャンバが形成されている。カッタヘッドによって掘削された土砂は、このチャンバ内の流入し、隔壁に取り付けられたスクリュコンベアによってチャンバから排出される。また、スクリュコンベアには、土砂によるプラグが形成されており、このプラグによって地中からの地下水がシールド機本体内へ流入することを阻止している。
【０００３】
このシールド掘進機においては、シールドトンネルの掘進中にスクリュコンベアのスクリュに磨耗や損傷が発生した場合にはスクリュの修理や交換を行う必要が生じる。スクリュコンベアを隔壁から取り外すとプラグの作用がなくなってしまうことから、スクリュの修理や交換を行う際には、シールド機本体内への地下水の流入を阻止する手段が別途必要となる。
【０００４】
シールド機本体内への地下水の流入を阻止する方法として、従来、スクリュコンベアのケーシングのうち、チャンバにもっとも近いケーシング部材の外周面を凍結材で冷却して、ケーシング部材内の土砂や水を凍結させる凍結工法が開示されている（たとえば特許文献１）。
【０００５】
他方、シールド孔を並行に掘進した後、これらのシールド孔の間に中間部の山止め工として複数の推進管を掛け渡し、その内側を拡幅する、いわゆるパイプルーフ工法も知られている（たとえば特許文献２）。このパイプルーフ工法では、シールド孔の外壁には、地中に向けて推進管を推進させ、または地中からの推進管を受け入れる開口部が形成されている。
【特許文献１】特公平７−１１３３２０号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に開示された凍結工法においては、ケーシングを凍結させるにあたり、ケーシングの外周面にドライアイスの小片よりなる凍結材を円周方向に並べて複数列にわたって貼り付け、凍結材の周囲を断熱効果の高い断熱カバーで覆っているのみである。このため、ケーシング内の土砂や水を凍結させるために時間がかかってしまい、スクリュの補修や交換に長時間を要するという問題があった。
【０００７】
他方、上記特許文献１に開示された開口部において、推進管が発進した後になんらかの事故が生じた場合には、開口部からの地下水の流入を阻止する必要がある。このとき、上記特許文献１に開示されたシールド掘進機および上記特許文献２に開示されたシールド孔をそれぞれ地中埋設物と見立てると、いずれも地下水の流入を阻止するために、土砂などを凍結させることになるものであるが、土砂などを凍結させるのに時間がかかり、工期の長期化を招くことになるという問題があった。さらに、このような問題は、地中埋設物に限らず、たとえば建築物の鋼管などの管体を止水して、管体などの補修を行う場合などに、鋼管内の水などを凍結させる際にも、生じるものである。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、管体内の流体を凍結させて作業を行うに当たり、管体内の流体を効率よく短期間で凍結させ、もって工期の短縮を図ることができる凍結止水装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決した本発明に係る地中埋設物の凍結止水装置は、管体内における流体を凍結させて、管体内を止水する凍結止水装置であって、管体内に流通する流体を凍結させるブラインが流通する冷却配管が管体の周囲に配設され、管体との間で冷却配管を覆う冷熱伝導材が配設されており、冷熱伝導材は、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料とし、主材料よりも熱伝導率が高い副材料が主材料に混入されてなるものである。
【００１０】
本発明に係る凍結止水装置では、冷熱伝導材として、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料とし、この土質材料に熱伝導率が高い副材料を混入している。このような主材料を用いていることにより、冷却配管と管体との間に隙間をほとんど生じさせることなく、主材料を配置できる。また、この主材料に熱伝導率が高い副材料を混入しているので、この副材料の熱伝導率により、熱伝導性材料全体としての熱伝導率を高くすることができる。したがって、冷却配管と管体との間で隙間がほとんどない状態でかつ高い熱伝導率で冷熱体の熱を管体に伝熱することができるので、管体内の流体に対して冷熱を流体に効率よく伝導することができる。このような冷熱伝導材によって冷却配管を流通するブラインの冷熱が管体に伝熱されるため、管体内の流体を凍結させて作業を行うに当たり、管体内の流体を短期間で凍結させ、もって工期の短縮を図ることができる。
【００１１】
ここで、管体は、地中に埋設された地中埋設物と地中とを連通しており、冷却配管を流通するブラインの冷熱で管体内の流体を凍結させることにより、地中埋設物に対する地中からの地下水の流入を阻止する態様とすることができる。この態様の場合、地中構造物で行われる作業を迅速に行うことができ、工期の短縮を図ることができる。
【００１２】
また、地中埋設物は、地盤を掘進するシールド機本体を有し、シールド機本体における掘進方向前方位置に、地盤を掘削するカッタヘッドと、カッタヘッドにより掘削された土砂が流入するチャンバと、が形成されたシールド掘進機であり、管体は、チャンバに連通し、チャンバ内の土砂を排出する排泥管である態様とすることができる。
【００１３】
この態様では、たとえば排泥管に損傷や磨耗が生じた場合にその補修や交換といった作業を迅速に行うことができ、工期の短縮に貢献することができる。
【００１４】
このとき、排泥管における冷却配管が設けられた部位に、排泥管内で流体が凍結して形成された凍結体の凍着力を増加させるジベルが設けられている態様とすることができる。
【００１５】
たとえば、排泥管が単なる管体のみで構成される泥水式シールド掘進機の場合、単に排泥管を冷却するのみでは、形成される凍結体の凍着力が低い場合がある。このときに、本発明では、止水凍結部にジベルが設けられていることから、凍結体の凍着力を向上させることができ、止水性能および安全性能を向上させることができる。
【００１６】
また、地中埋設物は、地中に形成されたトンネルの外壁であり、外壁には、地中に向けて推進管を発進させ、または地中からの推進管を受け入れる開口部が形成されており、冷却配管および冷熱伝導材が、開口部に形成されている態様とすることもできる。
【００１７】
この態様では、たとえば地中に向けて推進管を発進させ、または地中からの推進管を受け入れる開口部の補修や交換が必要な場合に、開口部内の流体を早期に凍結させることができる。したがって、これらの作業を迅速に行うことができ、工期の短縮に貢献することができる。
【００１８】
このとき、止水を行う際に前記開口部に取り付けられ、管状の本体部を有し、本体部の内側面に沿って冷却配管が配設された冷却部材が配設されている態様とすることができる。
【００１９】
このように、開口部に冷却管が配設されている態様とすることにより、開口部を効率よく冷却することができ、開口部内の流体を迅速に凍結させることができる。工期の短縮に寄与することができる。
【００２０】
他方、副材料が金属材料または炭素材料である態様とすることができる。金属材料または炭素材料は熱伝導性に優れるので、副材料が金属材料または炭素材料であることにより、熱伝導性材料の熱伝導性をさらに良好なものとすることができる。
【００２１】
また、副材料が粉状、粒状、塊状、および繊維状のいずれかの形状とされている態様とすることもできる。副材料がこれらの形状とされていることにより、主材料に対して副材料を均等に混入しやすくすることができる。
【００２２】
さらに、土質材料が膨潤性ベントナイトであり、液体が可塑剤である態様とすることもできる。
【００２３】
このように、土質材料が膨潤性ベントナイトであると、塑性となるために多量の水を必要とすることから、主材料の熱伝導性が低下することが懸念される。そこで、土質材料が膨潤性ベントナイトである場合に、液体が可塑剤であることにより、必要な水分量減少させることができ、もって熱伝導性の低下を防止することができる。なお、本発明の「可塑剤」としては、アルカリ金属塩を含む水溶液、エタノールなどを例示することができる。
【００２４】
また、主材料に固化材、補強繊維材、および増粘材のうちの少なくとも１つが混入されている態様とすることもできる。このように、固化材、補強繊維材、および増粘材のうちの少なくとも１つが混入されていることにより、主材料の強度、ひいては熱伝導性材料の強度を増加させることができる。
【００２５】
なお、本発明にいう「固化材」としては、セメント系固化材、石膏系固化材、薬液系固化材、および酸化マグネシウム系固化材などを例示することができる。また、「繊維材料」としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、ポリ塩化ビニルなどを例示することができる。さらに、「増粘材」としては、セルロース誘導体、ポリアクリルアミド類、ポリビニルアルコール、増粘多糖類（グアガム）、β−１，３グルカンなど、コンクリート技術で用いられる一般的な増粘材を例示することができる。
【００２６】
また、上記課題を解決した本発明に係る地中埋設物の凍結止水方法は、管体内における流体を凍結させて、管体内を止水する凍結止水方法であって、冷却配管を管体の周囲に配設し、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料とし、主材料よりも熱伝導率が高い副材料が主材料に混入されてなる冷熱伝導材を管体との間で冷却配管を覆うように配設し、冷却配管にブラインが流通させることにより、管体内に流通する流体を凍結させて、管体内を止水するものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る凍結止水装置によれば、管体内の流体を凍結させて作業を行うに当たり、管体内の流体を効率よく短期間で凍結させ、もって工期の短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。
【００２９】
図１は本発明の第一の実施形態に係る凍結止水装置が適用されるシールド掘進機の側断面図、図２はシールド掘進機で掘削・形成されたシールドトンネルの側断面図である。
【００３０】
凍結止水装置の説明の前に、シールド掘進機について説明する。図１に示すように、本実施形態に係るシールド掘進機１は、いわゆる泥土圧式シールド掘進機である。シールド掘進機１は、シールド機本体１１を備えている。シールド機本体１１の前方位置には、カッタヘッド１２が設けられており、カッタヘッド１２のやや後方位置に隔壁１３が設けられている。これらのカッタヘッド１２および隔壁１３の間にチャンバ１４が形成されている。
【００３１】
また、シールド機本体１１の後方位置には、シールドジャッキ１５が設けられており、その後方にセグメントＳを組み立てるエレクタ１６が設けられている。さらに、隔壁１３の背面側には、チャンバ１４内に溜まった土砂を排出する排泥管としてスクリュコンベア１７が配設されている。スクリュコンベア１７は、ケーシング１７Ａを備えており、ケーシング１７Ａの内側にスクリュ１７Ｂが設けられている。このスクリュコンベア１７によって、地中とシールド掘進機１とがチャンバ１４を介して連通されている。
【００３２】
シールド掘進機１は、カッタヘッド１２によって地盤を掘削するとともに、シールドジャッキ１５を伸長させることにより、組み立てたセグメントＳに反力をとって掘進する。シールド掘進機１の掘進の際に掘削される土砂は、チャンバ１４内に導入される。チャンバ１４内の土砂は、スクリュ１７Ｂを回転させることにより、水と混合されて泥水となり、ケーシング１７Ａの先端側から内部に導入され、後端側から排出される。
【００３３】
次に、凍結止水装置について説明する。図１に示すように、凍結止水装置２は、冷却配管であるフレキシブルホース２１を備えている、フレキシブルホース２１は、スクリュコンベア１７のケーシング１７Ａにおける隔壁１３の近傍位置に巻きつけられている。スクリュコンベア１７のケーシング１７Ａにおけるフレキシブルホース２１が巻きつけられている位置には、冷熱伝導材による冷熱伝導部２２が形成されている。冷熱伝導部２２を構成する熱伝導性材料は、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料としている。この主材料に主材料よりも熱伝導率が高い副材料が混入されて熱伝導性材料が構成されている。冷熱伝導部２２の配合割合の一例を表１に、配合量の一例を表２にそれぞれ示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
また、図２に示すように、フレキシブルホース２１の一端部は、シールド掘進機１で掘進した後に形成されたシールドトンネルＴにおける図示しない立坑近傍に配置されたタンク２３に接続されている。タンク２３には、冷媒となる液化窒素ＬＮ２が充填されている。このタンク２３よりフレキシブルホース２１に液化窒素が供給される。フレキシブルホース２１の他端側は開放された状態となっている。タンク２３から供給された液化窒素は、ケーシング１７Ａにおける泥水との間における熱交換によって気化し、気体となってフレキシブルホース２１の他端側から排出される。
【００３７】
凍結止水装置２は、シールド掘進機１によって掘進作業を行う通常時には取り付けられておらず、スクリュコンベア１７におけるスクリュ１７Ｂの補修や交換が行われる際に、スクリュコンベア１７に取り付けられる。凍結止水装置２の取り付け手順について図３を参照して説明すると、図３（ａ）に示すように、凍結止水装置２を取り付ける前は、スクリュコンベア１７のケーシング１７Ａは表面がむき出しの状態になっている。
【００３８】
凍結止水装置２を取り付ける際には、図３（ｂ）に示すように、スクリュコンベア１７のケーシング１７Ａにおける隔壁１３に近い位置にフレキシブルホース２１を巻き付ける。次に、ケーシング１７Ａにおけるフレキシブルホース２１を巻き付けた位置に、ペースト状の冷熱伝導材をコテなどによって塗布する。このとき、冷熱伝導材は、フレキシブルホース２１を完全に覆うようにして塗布する。その後、図３（ｃ）に示すように、冷熱伝導部２２が形成される。ここで、冷熱伝導材に固化材が混入されている場合には、冷熱伝導材が固化する。
【００３９】
以上の構成を有する本実施形態に係る凍結止水装置の動作・作用について説明する。
シールド掘進機１による掘進作業が正常に行われており、スクリュコンベア１７が支障なく作動している際には、スクリュコンベア１７に凍結止水装置２が取り付けられることなく、作業が進行する。その後、シールド掘進機１による掘進作業が行われ、スクリュコンベア１７のスクリュ１７Ｂが磨耗または損傷して交換や修理が必要となった際に、凍結止水装置２による止水が必要となる。
【００４０】
このとき、図３に示す手順によって凍結止水装置２がスクリュコンベア１７に取り付けられる。冷熱伝導材が固化して冷熱伝導部２２形成されたら、図２に示すタンク２３から液化窒素が供給されて、スクリュコンベア１７に導入された隔壁１３内の泥水が凍結される。この泥水の凍結によりスクリュコンベア１７が止水され、チャンバ１４を介したシールド機本体１１内への地下水の流入が阻止される。
【００４１】
ここで、スクリュコンベア１７のケーシング１７Ａ内の泥水を凍結させるにあたり、冷熱伝導部２２を構成する熱伝導性材料は、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料としている。この主材料に主材料よりも熱伝導率が高い副材料が混入されて熱伝導性材料が構成されている。
【００４２】
土質材料としては、たとえばセメント、石灰、粘土、砂等が用いられ、ここではたとえばセメントが用いられる。この土質材料に液体、たとえば水を加えるとともに、副材料を混入する。副材料としては、土質材料よりも熱伝導性の高い材料、たとえば金属材料や炭素材料が用いられ、ここでは金属材料である鉄が用いられる。
【００４３】
また、副材料の形状としては、粉状、粒状、塊状、繊維状などとされており、ここではたとえば粉状とされている。さらに、熱伝導性材料には、適宜固化材、補強繊維材、および増粘材が混入されている。
【００４４】
この熱伝導性材料は、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料としており、この主材料は、固化するまでの間は流動性を維持している。主材料に混入される副材料は、たとえば固形の金属材料となるが、流動性を有する主材料に混入されることにより、主材料にほぼ均等に混合される。
【００４５】
ここで、冷熱伝導部２２は、土質材料のほかに熱伝導率が高い副材料が混入された熱伝導性材料によって形成されているので、液化窒素の熱を効率よくケーシング１７Ａ内に伝達することができる。したがって、ケーシング１７Ａ内の泥水を効率よく凍結させることができる。よって、ケーシング１７Ａ内の泥水を短期間で凍結して止水を施すことができるので、スクリュ１７Ｂの修理や交換といった作業を短期間で完了させることができる。
【００４６】
このように、本発明に係る熱伝導性材料を用いることにより、高い熱伝導率を発揮することができるので、液化窒素の熱を地盤に効率よく伝熱することができる。このような冷熱伝導材によって冷却配管を流通する液化窒素の冷熱が排泥管に伝熱されるため、地中埋設物における地下水の流入を阻止するために、泥水を短期間で凍結して止水を施すことができ、もって工期の短縮を図ることができる。
【００４７】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図４は、第二の実施形態に係る凍結止水装置が適用されるシールド掘進機の側断面図、図５はジベルの取り付け工程を説明する工程図である。
【００４８】
図４に示すように、本実施形態に係る凍結止水装置が適用されるシールド掘進機１０は、いわゆる泥水式シールド掘進機である。このシールド掘進機１０は、上記第一の実施形態で示したシールド掘進機１と比較して、排泥管の構成が主に異なっている。上記第一の実施形態で示したシールド掘進機１では、排泥管がスクリュコンベアであったのに対して、本実施形態に係るシールド掘進機１０では、排泥管１８はスクリュが設けられていない管体である。その他の構成は、上記第一の実施形態で説明したシールド掘進機１と同様の構成を有している。
【００４９】
続いて、凍結止水装置２について説明する。本実施形態で用いられる凍結止水装置２は、上記第一の実施形態と同様、冷却配管となるフレキシブルホース２１が排泥管１８の周囲に巻き付けられている。ただし、図４では、フレキシブルホースの図示は省略している。また、排泥管１８におけるフレキシブルホース２１が巻きつけられている位置には、冷熱伝導部２２が形成されている。冷熱伝導部２２を構成する熱伝導性材料は、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料としている。この主材料に主材料よりも熱伝導率が高い副材料が混入されて熱伝導性材料が構成されている。
【００５０】
さらに、本実施形態に係る凍結止水装置２は、複数のスタッドジベル２３が設けられている。スタッドジベル２３は、排泥管１８の外周面に固定されたナット２４にねじ込まれ、その先端が排泥管１８の内部に突出するようにして設けられている。
【００５１】
スタッドジベル２３の取り付け手順は、図５に示すようにすることがでる。スタッドジベル２３を取り付ける際には、まず、図５（ａ）に示すように、排泥管１８の外周面にナット２４を溶接Ｙによって固定する。
【００５２】
次に、図５（ｂ）に示すように、ナット２４の孔の延長位置における排泥管１８の外周部に孔をあける。このとき、排泥管１８に孔をあけると、排泥管１８内の泥水が若干噴出する可能性があるが、孔は微小なものであるので、その噴出量も微小である。また、孔があいたら即座にその孔に仮蓋をすることにより、泥水の噴出を防止することができる。
【００５３】
それから、図５（ｃ）に示すように、ナット２４に対してスタッドジベル２３をねじ込み、そのまま排泥管１８内まで貫通させる。そして、スタッドジベル２３の先端部を排泥管１８の内部に突出させる。このようにしてスタッドジベル２３の取り付けが済んだら、図４に示すように、フレキシブルホース２１を排泥管１８に巻き付け、さらに冷熱伝導部２２を形成する。
【００５４】
泥水式シールド掘進機１０では、土圧式シールド掘進機１と異なり、スクリュコンベアが設けられていないことから、地山からの水圧を泥水の凍結体と排泥管１８との凍着力によって受けることが要求される。したがって、その分高い凍着力が要求される。この点、本実施形態に係る凍結止水装置２では、凍結体の凍着力を高めるためのスタッドジベル２３を設けている。このため、排泥管１８内の泥水を凍結させた際、泥水の凍結体の凍着力を高めることができ、地山の水圧に高い凍着力をもって対抗することができる。なお、このようなジベルは、泥土圧式シールド掘進機に設けることもできる。
【００５５】
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。図６は、パイプルーフ工法の概要を示す断面図、図７は第一シールドトンネルのエントランスパイプ部分の側面図、図８はその推進管を挿入する前の断面図である。本実施形態に係る凍結止水装置は、パイプルーフ工法を行う際に用いられる。
【００５６】
図６に示すように、パイプルーフ工法では、シールド掘進機を地中で掘進させて、２本のシールドトンネルＴ１、Ｔ２を設け、これらの並設されたシールドトンネルＴ１，Ｔ２同士の間に、複数の推進管３を掛け渡すものである。図６に示す例では、推進管３は１本のみ描かれているが、推進管３は、シールドトンネルＴ１，Ｔ２の掘進方向に離間して多数設けられている。この推進管３を山止めに用い、推進管３内を掘削することによって、シールドトンネルＴ１，Ｔ２の間に地下構造物などを設けるものである。
【００５７】
図７に示すように、第一シールドトンネルＴ１における外壁となるセグメントＳには、推進管３を発進させる際の発進口となる本発明の開口部であるエントランスパイプ３１が設けられている。エントランスパイプ３１は、第一シールドトンネルＴ１の半径方向に沿って配設された中空の円筒形状をなしている。エントランスパイプ３１における後端側の内側面には、止水ブラシ３２が設けられている。推進管３が発進する前は、エントランスパイプ３１の先端部は、外殻３３によって閉塞されている。
【００５８】
また、推進管３の先端部には、推進機３４が取り付けられている。この推進機３４によって地盤を掘削しながら、推進管３を地盤内に押し込んでいく。エントランスパイプ３１は、推進管３が外殻３３を先端の推進機３４で切削しながら貫通し、さらに地中を推進する際、地下水や土砂が推進管の周囲から第一シールドトンネルＴ１内に流入するのを阻止するために設置されている。そのために、エントランスパイプ３１の後端部に止水ブラシ３２がリング状に複数段取り付けられている。
【００５９】
本実施形態に係る凍結止水装置２は、図９に示すように、エントランスパイプ３１に取り付けられる。エントランスパイプ３１には、その外側に排水バルブ３５が設けられており、エントランスパイプ３１内に地下水などが流入した場合には、この排水バルブ３５を開放することにより、排水が可能となるようにされているが、さらなる止水が必要な場合に、エントランスパイプ３１内の土砂や地下水などを凍結止水装置２が作動される。
【００６０】
凍結止水装置２におけるフレキシブルホース２１は、エントランスパイプ３１の外側面に巻き付けられている。このエントランスパイプ３１におけるフレキシブルホース２１が巻き付けられている位置に、冷熱伝導部２２が設けられる。また、フレキシブルホース２１の一端部は、図示しないタンクに接続され、このタンクから液化窒素が供給される。
【００６１】
以上の構成を有する本実施形態に係る凍結止水装置２においては、上記第一の実施形態と同様、冷熱伝導部２２は、土質材料のほかに熱伝導率が高い副材料が混入された熱伝導性材料によって形成されているので、液化窒素の熱を効率よくエントランスパイプ３１内に伝達することができる。したがって、エントランスパイプ３１内の泥水を効率よく凍結させることができる。よって、エントランスパイプ３１内の泥水を短期間で凍結して止水を施すことができるので、作業を短期間で完了させることができる。よって、地中埋設物における地下水の流入を阻止するために、泥水を短期間で凍結して止水を施すことができ、もって工期の短縮を図ることができる。
【００６２】
ところで、エントランスパイプ３１内の凍結止水を行う状態となっているのは、推進管３やエントランスパイプ３１における止水ブラシ３２の補修などを行う場合である。したがって、この間、推進管３の推進は中止している。このため、図９に示すように、推進管３の後端部に位置するエントランスパイプ３１内に冷却部材４０を別途配設する態様とすることもできる。冷却部材４０は、管状の本体部４１を備えている。本体部４１の外径は、エントランスパイプ３１の内径よりもわずかに小さくされており、エントランスパイプ３１に挿入可能とされている。この本体部４１の内側には、フレキシブルホース２１がその内壁に沿って配設され、その表面に冷熱伝導部２２が形成されている。こうして、フレキシブルホース２１は、本体部４１の内面に配設され冷熱伝導部２２によって覆われている。
【００６３】
このような冷却部材４０をエントランスパイプ３１に代えて推進管３に装着することにより、エントランスパイプ内の土砂をより早期に凍結させることができる。
【００６４】
また、上記各実施形態では、スクリュコンベア１７、排泥管１８、エントランスパイプ３１内の土砂を凍結させる凍結止水装置２を設ける態様について説明したが、凍結止水装置２によって凍結させた土砂を解凍させる解凍部材を設ける態様とすることもできる。その例を図１に示す凍結止水装置の変形例として、図１０に示して説明する。この例に係るシールド掘進機１には、凍結止水装置２のほかに、温水用フレキシブルホース２５が設けられている。温水用フレキシブルホース２５は、図示しない温水タンクに接続されており、この温水タンクから温水用フレキシブルホース２５に対して温水が供給される。
【００６５】
このように、凍結止水装置２によって土砂を凍結させ、スクリュコンベア１７の補修を行った後は、早期に凍結した土砂を解凍することにより、掘削作業を早期に再開することができる。ここで、解凍部材が設けられていることにより、凍結した土砂を短時間で解凍することができるので、工期の短縮化に貢献することができる。
【００６６】
また、上記各実施形態では、管体として、地中埋設物における管体であるスクリュコンベア、排泥管、およびエントランスパイプを例として説明しているが、たとえば地上などで通常に用いられる配管の内側を凍結させる際にも、本発明の冷凍止水装置を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】第一の実施形態に係る凍結止水装置が適用されるシールド掘進機の側断面図である。
【図２】シールド掘進機で掘削・形成されたシールドトンネルの側断面図である。
【図３】凍結止水装置２の取り付け手順を説明する工程図である。
【図４】第二の実施形態に係る凍結止水装置が適用されるシールド掘進機の側断面図である。
【図５】ジベルの取り付け工程を説明する工程図である。
【図６】パイプルーフ工法の概要を示す断面図である。
【図７】第一シールドトンネルのエントランスパイプ部分の側面図である。
【図８】エントランスパイプ部分の推進管を挿入する前の断面図である。
【図９】エントランスパイプに冷凍部材を挿入した状態の断面図である。
【図１０】第一の実施形態に係る凍結止水装置が適用されるシールド掘進機解凍部材を設けた例を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１…（土圧式）シールド掘進機
２…凍結止水装置
３…推進管
１０…（泥水式）シールド掘進機
１１…シールド機本体
１２…カッタヘッド
１３…隔壁
１４…チャンバ
１７…スクリュコンベア
１７Ａ…ケーシング
１７Ｂ…スクリュ
１８…排泥管
２１…フレキシブルホース
２２…冷熱伝導部
２３…スタッドジベル
２５…温水用フレキシブルホース
３１…エントランスパイプ
３２…止水ブラシ
３３…外殻
３４…推進機
４０…冷却部材
Ｓ…セグメント
【技術分野】
【０００１】
本発明は、凍結止水装置および凍結止水方法に係り、特に、シールド掘進機やトンネルなどの地中埋設物内への地下水や土砂の流入を防止する凍結止水装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
シールドトンネルを形成する際に用いられる土圧式シールド掘進機は、シールド機本体を有しており、シールド機本体の前方位置にはカッタヘッドが設けられている。カッタヘッドの後方位置には隔壁が設けられており、カッタヘッドと隔壁との間にチャンバが形成されている。カッタヘッドによって掘削された土砂は、このチャンバ内の流入し、隔壁に取り付けられたスクリュコンベアによってチャンバから排出される。また、スクリュコンベアには、土砂によるプラグが形成されており、このプラグによって地中からの地下水がシールド機本体内へ流入することを阻止している。
【０００３】
このシールド掘進機においては、シールドトンネルの掘進中にスクリュコンベアのスクリュに磨耗や損傷が発生した場合にはスクリュの修理や交換を行う必要が生じる。スクリュコンベアを隔壁から取り外すとプラグの作用がなくなってしまうことから、スクリュの修理や交換を行う際には、シールド機本体内への地下水の流入を阻止する手段が別途必要となる。
【０００４】
シールド機本体内への地下水の流入を阻止する方法として、従来、スクリュコンベアのケーシングのうち、チャンバにもっとも近いケーシング部材の外周面を凍結材で冷却して、ケーシング部材内の土砂や水を凍結させる凍結工法が開示されている（たとえば特許文献１）。
【０００５】
他方、シールド孔を並行に掘進した後、これらのシールド孔の間に中間部の山止め工として複数の推進管を掛け渡し、その内側を拡幅する、いわゆるパイプルーフ工法も知られている（たとえば特許文献２）。このパイプルーフ工法では、シールド孔の外壁には、地中に向けて推進管を推進させ、または地中からの推進管を受け入れる開口部が形成されている。
【特許文献１】特公平７−１１３３２０号公報
【特許文献２】特開２００４−３５３３７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記特許文献１に開示された凍結工法においては、ケーシングを凍結させるにあたり、ケーシングの外周面にドライアイスの小片よりなる凍結材を円周方向に並べて複数列にわたって貼り付け、凍結材の周囲を断熱効果の高い断熱カバーで覆っているのみである。このため、ケーシング内の土砂や水を凍結させるために時間がかかってしまい、スクリュの補修や交換に長時間を要するという問題があった。
【０００７】
他方、上記特許文献１に開示された開口部において、推進管が発進した後になんらかの事故が生じた場合には、開口部からの地下水の流入を阻止する必要がある。このとき、上記特許文献１に開示されたシールド掘進機および上記特許文献２に開示されたシールド孔をそれぞれ地中埋設物と見立てると、いずれも地下水の流入を阻止するために、土砂などを凍結させることになるものであるが、土砂などを凍結させるのに時間がかかり、工期の長期化を招くことになるという問題があった。さらに、このような問題は、地中埋設物に限らず、たとえば建築物の鋼管などの管体を止水して、管体などの補修を行う場合などに、鋼管内の水などを凍結させる際にも、生じるものである。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、管体内の流体を凍結させて作業を行うに当たり、管体内の流体を効率よく短期間で凍結させ、もって工期の短縮を図ることができる凍結止水装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決した本発明に係る地中埋設物の凍結止水装置は、管体内における流体を凍結させて、管体内を止水する凍結止水装置であって、管体内に流通する流体を凍結させるブラインが流通する冷却配管が管体の周囲に配設され、管体との間で冷却配管を覆う冷熱伝導材が配設されており、冷熱伝導材は、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料とし、主材料よりも熱伝導率が高い副材料が主材料に混入されてなるものである。
【００１０】
本発明に係る凍結止水装置では、冷熱伝導材として、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料とし、この土質材料に熱伝導率が高い副材料を混入している。このような主材料を用いていることにより、冷却配管と管体との間に隙間をほとんど生じさせることなく、主材料を配置できる。また、この主材料に熱伝導率が高い副材料を混入しているので、この副材料の熱伝導率により、熱伝導性材料全体としての熱伝導率を高くすることができる。したがって、冷却配管と管体との間で隙間がほとんどない状態でかつ高い熱伝導率で冷熱体の熱を管体に伝熱することができるので、管体内の流体に対して冷熱を流体に効率よく伝導することができる。このような冷熱伝導材によって冷却配管を流通するブラインの冷熱が管体に伝熱されるため、管体内の流体を凍結させて作業を行うに当たり、管体内の流体を短期間で凍結させ、もって工期の短縮を図ることができる。
【００１１】
ここで、管体は、地中に埋設された地中埋設物と地中とを連通しており、冷却配管を流通するブラインの冷熱で管体内の流体を凍結させることにより、地中埋設物に対する地中からの地下水の流入を阻止する態様とすることができる。この態様の場合、地中構造物で行われる作業を迅速に行うことができ、工期の短縮を図ることができる。
【００１２】
また、地中埋設物は、地盤を掘進するシールド機本体を有し、シールド機本体における掘進方向前方位置に、地盤を掘削するカッタヘッドと、カッタヘッドにより掘削された土砂が流入するチャンバと、が形成されたシールド掘進機であり、管体は、チャンバに連通し、チャンバ内の土砂を排出する排泥管である態様とすることができる。
【００１３】
この態様では、たとえば排泥管に損傷や磨耗が生じた場合にその補修や交換といった作業を迅速に行うことができ、工期の短縮に貢献することができる。
【００１４】
このとき、排泥管における冷却配管が設けられた部位に、排泥管内で流体が凍結して形成された凍結体の凍着力を増加させるジベルが設けられている態様とすることができる。
【００１５】
たとえば、排泥管が単なる管体のみで構成される泥水式シールド掘進機の場合、単に排泥管を冷却するのみでは、形成される凍結体の凍着力が低い場合がある。このときに、本発明では、止水凍結部にジベルが設けられていることから、凍結体の凍着力を向上させることができ、止水性能および安全性能を向上させることができる。
【００１６】
また、地中埋設物は、地中に形成されたトンネルの外壁であり、外壁には、地中に向けて推進管を発進させ、または地中からの推進管を受け入れる開口部が形成されており、冷却配管および冷熱伝導材が、開口部に形成されている態様とすることもできる。
【００１７】
この態様では、たとえば地中に向けて推進管を発進させ、または地中からの推進管を受け入れる開口部の補修や交換が必要な場合に、開口部内の流体を早期に凍結させることができる。したがって、これらの作業を迅速に行うことができ、工期の短縮に貢献することができる。
【００１８】
このとき、止水を行う際に前記開口部に取り付けられ、管状の本体部を有し、本体部の内側面に沿って冷却配管が配設された冷却部材が配設されている態様とすることができる。
【００１９】
このように、開口部に冷却管が配設されている態様とすることにより、開口部を効率よく冷却することができ、開口部内の流体を迅速に凍結させることができる。工期の短縮に寄与することができる。
【００２０】
他方、副材料が金属材料または炭素材料である態様とすることができる。金属材料または炭素材料は熱伝導性に優れるので、副材料が金属材料または炭素材料であることにより、熱伝導性材料の熱伝導性をさらに良好なものとすることができる。
【００２１】
また、副材料が粉状、粒状、塊状、および繊維状のいずれかの形状とされている態様とすることもできる。副材料がこれらの形状とされていることにより、主材料に対して副材料を均等に混入しやすくすることができる。
【００２２】
さらに、土質材料が膨潤性ベントナイトであり、液体が可塑剤である態様とすることもできる。
【００２３】
このように、土質材料が膨潤性ベントナイトであると、塑性となるために多量の水を必要とすることから、主材料の熱伝導性が低下することが懸念される。そこで、土質材料が膨潤性ベントナイトである場合に、液体が可塑剤であることにより、必要な水分量減少させることができ、もって熱伝導性の低下を防止することができる。なお、本発明の「可塑剤」としては、アルカリ金属塩を含む水溶液、エタノールなどを例示することができる。
【００２４】
また、主材料に固化材、補強繊維材、および増粘材のうちの少なくとも１つが混入されている態様とすることもできる。このように、固化材、補強繊維材、および増粘材のうちの少なくとも１つが混入されていることにより、主材料の強度、ひいては熱伝導性材料の強度を増加させることができる。
【００２５】
なお、本発明にいう「固化材」としては、セメント系固化材、石膏系固化材、薬液系固化材、および酸化マグネシウム系固化材などを例示することができる。また、「繊維材料」としては、ポリプロピレン、ポリエステル、ナイロン、ポリ塩化ビニルなどを例示することができる。さらに、「増粘材」としては、セルロース誘導体、ポリアクリルアミド類、ポリビニルアルコール、増粘多糖類（グアガム）、β−１，３グルカンなど、コンクリート技術で用いられる一般的な増粘材を例示することができる。
【００２６】
また、上記課題を解決した本発明に係る地中埋設物の凍結止水方法は、管体内における流体を凍結させて、管体内を止水する凍結止水方法であって、冷却配管を管体の周囲に配設し、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料とし、主材料よりも熱伝導率が高い副材料が主材料に混入されてなる冷熱伝導材を管体との間で冷却配管を覆うように配設し、冷却配管にブラインが流通させることにより、管体内に流通する流体を凍結させて、管体内を止水するものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明に係る凍結止水装置によれば、管体内の流体を凍結させて作業を行うに当たり、管体内の流体を効率よく短期間で凍結させ、もって工期の短縮を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各実施形態において、同一の機能を有する部分については同一の符号を付し、重複する説明は省略することがある。
【００２９】
図１は本発明の第一の実施形態に係る凍結止水装置が適用されるシールド掘進機の側断面図、図２はシールド掘進機で掘削・形成されたシールドトンネルの側断面図である。
【００３０】
凍結止水装置の説明の前に、シールド掘進機について説明する。図１に示すように、本実施形態に係るシールド掘進機１は、いわゆる泥土圧式シールド掘進機である。シールド掘進機１は、シールド機本体１１を備えている。シールド機本体１１の前方位置には、カッタヘッド１２が設けられており、カッタヘッド１２のやや後方位置に隔壁１３が設けられている。これらのカッタヘッド１２および隔壁１３の間にチャンバ１４が形成されている。
【００３１】
また、シールド機本体１１の後方位置には、シールドジャッキ１５が設けられており、その後方にセグメントＳを組み立てるエレクタ１６が設けられている。さらに、隔壁１３の背面側には、チャンバ１４内に溜まった土砂を排出する排泥管としてスクリュコンベア１７が配設されている。スクリュコンベア１７は、ケーシング１７Ａを備えており、ケーシング１７Ａの内側にスクリュ１７Ｂが設けられている。このスクリュコンベア１７によって、地中とシールド掘進機１とがチャンバ１４を介して連通されている。
【００３２】
シールド掘進機１は、カッタヘッド１２によって地盤を掘削するとともに、シールドジャッキ１５を伸長させることにより、組み立てたセグメントＳに反力をとって掘進する。シールド掘進機１の掘進の際に掘削される土砂は、チャンバ１４内に導入される。チャンバ１４内の土砂は、スクリュ１７Ｂを回転させることにより、水と混合されて泥水となり、ケーシング１７Ａの先端側から内部に導入され、後端側から排出される。
【００３３】
次に、凍結止水装置について説明する。図１に示すように、凍結止水装置２は、冷却配管であるフレキシブルホース２１を備えている、フレキシブルホース２１は、スクリュコンベア１７のケーシング１７Ａにおける隔壁１３の近傍位置に巻きつけられている。スクリュコンベア１７のケーシング１７Ａにおけるフレキシブルホース２１が巻きつけられている位置には、冷熱伝導材による冷熱伝導部２２が形成されている。冷熱伝導部２２を構成する熱伝導性材料は、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料としている。この主材料に主材料よりも熱伝導率が高い副材料が混入されて熱伝導性材料が構成されている。冷熱伝導部２２の配合割合の一例を表１に、配合量の一例を表２にそれぞれ示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
【表２】
【００３６】
また、図２に示すように、フレキシブルホース２１の一端部は、シールド掘進機１で掘進した後に形成されたシールドトンネルＴにおける図示しない立坑近傍に配置されたタンク２３に接続されている。タンク２３には、冷媒となる液化窒素ＬＮ２が充填されている。このタンク２３よりフレキシブルホース２１に液化窒素が供給される。フレキシブルホース２１の他端側は開放された状態となっている。タンク２３から供給された液化窒素は、ケーシング１７Ａにおける泥水との間における熱交換によって気化し、気体となってフレキシブルホース２１の他端側から排出される。
【００３７】
凍結止水装置２は、シールド掘進機１によって掘進作業を行う通常時には取り付けられておらず、スクリュコンベア１７におけるスクリュ１７Ｂの補修や交換が行われる際に、スクリュコンベア１７に取り付けられる。凍結止水装置２の取り付け手順について図３を参照して説明すると、図３（ａ）に示すように、凍結止水装置２を取り付ける前は、スクリュコンベア１７のケーシング１７Ａは表面がむき出しの状態になっている。
【００３８】
凍結止水装置２を取り付ける際には、図３（ｂ）に示すように、スクリュコンベア１７のケーシング１７Ａにおける隔壁１３に近い位置にフレキシブルホース２１を巻き付ける。次に、ケーシング１７Ａにおけるフレキシブルホース２１を巻き付けた位置に、ペースト状の冷熱伝導材をコテなどによって塗布する。このとき、冷熱伝導材は、フレキシブルホース２１を完全に覆うようにして塗布する。その後、図３（ｃ）に示すように、冷熱伝導部２２が形成される。ここで、冷熱伝導材に固化材が混入されている場合には、冷熱伝導材が固化する。
【００３９】
以上の構成を有する本実施形態に係る凍結止水装置の動作・作用について説明する。
シールド掘進機１による掘進作業が正常に行われており、スクリュコンベア１７が支障なく作動している際には、スクリュコンベア１７に凍結止水装置２が取り付けられることなく、作業が進行する。その後、シールド掘進機１による掘進作業が行われ、スクリュコンベア１７のスクリュ１７Ｂが磨耗または損傷して交換や修理が必要となった際に、凍結止水装置２による止水が必要となる。
【００４０】
このとき、図３に示す手順によって凍結止水装置２がスクリュコンベア１７に取り付けられる。冷熱伝導材が固化して冷熱伝導部２２形成されたら、図２に示すタンク２３から液化窒素が供給されて、スクリュコンベア１７に導入された隔壁１３内の泥水が凍結される。この泥水の凍結によりスクリュコンベア１７が止水され、チャンバ１４を介したシールド機本体１１内への地下水の流入が阻止される。
【００４１】
ここで、スクリュコンベア１７のケーシング１７Ａ内の泥水を凍結させるにあたり、冷熱伝導部２２を構成する熱伝導性材料は、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料としている。この主材料に主材料よりも熱伝導率が高い副材料が混入されて熱伝導性材料が構成されている。
【００４２】
土質材料としては、たとえばセメント、石灰、粘土、砂等が用いられ、ここではたとえばセメントが用いられる。この土質材料に液体、たとえば水を加えるとともに、副材料を混入する。副材料としては、土質材料よりも熱伝導性の高い材料、たとえば金属材料や炭素材料が用いられ、ここでは金属材料である鉄が用いられる。
【００４３】
また、副材料の形状としては、粉状、粒状、塊状、繊維状などとされており、ここではたとえば粉状とされている。さらに、熱伝導性材料には、適宜固化材、補強繊維材、および増粘材が混入されている。
【００４４】
この熱伝導性材料は、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料としており、この主材料は、固化するまでの間は流動性を維持している。主材料に混入される副材料は、たとえば固形の金属材料となるが、流動性を有する主材料に混入されることにより、主材料にほぼ均等に混合される。
【００４５】
ここで、冷熱伝導部２２は、土質材料のほかに熱伝導率が高い副材料が混入された熱伝導性材料によって形成されているので、液化窒素の熱を効率よくケーシング１７Ａ内に伝達することができる。したがって、ケーシング１７Ａ内の泥水を効率よく凍結させることができる。よって、ケーシング１７Ａ内の泥水を短期間で凍結して止水を施すことができるので、スクリュ１７Ｂの修理や交換といった作業を短期間で完了させることができる。
【００４６】
このように、本発明に係る熱伝導性材料を用いることにより、高い熱伝導率を発揮することができるので、液化窒素の熱を地盤に効率よく伝熱することができる。このような冷熱伝導材によって冷却配管を流通する液化窒素の冷熱が排泥管に伝熱されるため、地中埋設物における地下水の流入を阻止するために、泥水を短期間で凍結して止水を施すことができ、もって工期の短縮を図ることができる。
【００４７】
次に、本発明の第二の実施形態について説明する。図４は、第二の実施形態に係る凍結止水装置が適用されるシールド掘進機の側断面図、図５はジベルの取り付け工程を説明する工程図である。
【００４８】
図４に示すように、本実施形態に係る凍結止水装置が適用されるシールド掘進機１０は、いわゆる泥水式シールド掘進機である。このシールド掘進機１０は、上記第一の実施形態で示したシールド掘進機１と比較して、排泥管の構成が主に異なっている。上記第一の実施形態で示したシールド掘進機１では、排泥管がスクリュコンベアであったのに対して、本実施形態に係るシールド掘進機１０では、排泥管１８はスクリュが設けられていない管体である。その他の構成は、上記第一の実施形態で説明したシールド掘進機１と同様の構成を有している。
【００４９】
続いて、凍結止水装置２について説明する。本実施形態で用いられる凍結止水装置２は、上記第一の実施形態と同様、冷却配管となるフレキシブルホース２１が排泥管１８の周囲に巻き付けられている。ただし、図４では、フレキシブルホースの図示は省略している。また、排泥管１８におけるフレキシブルホース２１が巻きつけられている位置には、冷熱伝導部２２が形成されている。冷熱伝導部２２を構成する熱伝導性材料は、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料としている。この主材料に主材料よりも熱伝導率が高い副材料が混入されて熱伝導性材料が構成されている。
【００５０】
さらに、本実施形態に係る凍結止水装置２は、複数のスタッドジベル２３が設けられている。スタッドジベル２３は、排泥管１８の外周面に固定されたナット２４にねじ込まれ、その先端が排泥管１８の内部に突出するようにして設けられている。
【００５１】
スタッドジベル２３の取り付け手順は、図５に示すようにすることがでる。スタッドジベル２３を取り付ける際には、まず、図５（ａ）に示すように、排泥管１８の外周面にナット２４を溶接Ｙによって固定する。
【００５２】
次に、図５（ｂ）に示すように、ナット２４の孔の延長位置における排泥管１８の外周部に孔をあける。このとき、排泥管１８に孔をあけると、排泥管１８内の泥水が若干噴出する可能性があるが、孔は微小なものであるので、その噴出量も微小である。また、孔があいたら即座にその孔に仮蓋をすることにより、泥水の噴出を防止することができる。
【００５３】
それから、図５（ｃ）に示すように、ナット２４に対してスタッドジベル２３をねじ込み、そのまま排泥管１８内まで貫通させる。そして、スタッドジベル２３の先端部を排泥管１８の内部に突出させる。このようにしてスタッドジベル２３の取り付けが済んだら、図４に示すように、フレキシブルホース２１を排泥管１８に巻き付け、さらに冷熱伝導部２２を形成する。
【００５４】
泥水式シールド掘進機１０では、土圧式シールド掘進機１と異なり、スクリュコンベアが設けられていないことから、地山からの水圧を泥水の凍結体と排泥管１８との凍着力によって受けることが要求される。したがって、その分高い凍着力が要求される。この点、本実施形態に係る凍結止水装置２では、凍結体の凍着力を高めるためのスタッドジベル２３を設けている。このため、排泥管１８内の泥水を凍結させた際、泥水の凍結体の凍着力を高めることができ、地山の水圧に高い凍着力をもって対抗することができる。なお、このようなジベルは、泥土圧式シールド掘進機に設けることもできる。
【００５５】
次に、本発明の第三の実施形態について説明する。図６は、パイプルーフ工法の概要を示す断面図、図７は第一シールドトンネルのエントランスパイプ部分の側面図、図８はその推進管を挿入する前の断面図である。本実施形態に係る凍結止水装置は、パイプルーフ工法を行う際に用いられる。
【００５６】
図６に示すように、パイプルーフ工法では、シールド掘進機を地中で掘進させて、２本のシールドトンネルＴ１、Ｔ２を設け、これらの並設されたシールドトンネルＴ１，Ｔ２同士の間に、複数の推進管３を掛け渡すものである。図６に示す例では、推進管３は１本のみ描かれているが、推進管３は、シールドトンネルＴ１，Ｔ２の掘進方向に離間して多数設けられている。この推進管３を山止めに用い、推進管３内を掘削することによって、シールドトンネルＴ１，Ｔ２の間に地下構造物などを設けるものである。
【００５７】
図７に示すように、第一シールドトンネルＴ１における外壁となるセグメントＳには、推進管３を発進させる際の発進口となる本発明の開口部であるエントランスパイプ３１が設けられている。エントランスパイプ３１は、第一シールドトンネルＴ１の半径方向に沿って配設された中空の円筒形状をなしている。エントランスパイプ３１における後端側の内側面には、止水ブラシ３２が設けられている。推進管３が発進する前は、エントランスパイプ３１の先端部は、外殻３３によって閉塞されている。
【００５８】
また、推進管３の先端部には、推進機３４が取り付けられている。この推進機３４によって地盤を掘削しながら、推進管３を地盤内に押し込んでいく。エントランスパイプ３１は、推進管３が外殻３３を先端の推進機３４で切削しながら貫通し、さらに地中を推進する際、地下水や土砂が推進管の周囲から第一シールドトンネルＴ１内に流入するのを阻止するために設置されている。そのために、エントランスパイプ３１の後端部に止水ブラシ３２がリング状に複数段取り付けられている。
【００５９】
本実施形態に係る凍結止水装置２は、図９に示すように、エントランスパイプ３１に取り付けられる。エントランスパイプ３１には、その外側に排水バルブ３５が設けられており、エントランスパイプ３１内に地下水などが流入した場合には、この排水バルブ３５を開放することにより、排水が可能となるようにされているが、さらなる止水が必要な場合に、エントランスパイプ３１内の土砂や地下水などを凍結止水装置２が作動される。
【００６０】
凍結止水装置２におけるフレキシブルホース２１は、エントランスパイプ３１の外側面に巻き付けられている。このエントランスパイプ３１におけるフレキシブルホース２１が巻き付けられている位置に、冷熱伝導部２２が設けられる。また、フレキシブルホース２１の一端部は、図示しないタンクに接続され、このタンクから液化窒素が供給される。
【００６１】
以上の構成を有する本実施形態に係る凍結止水装置２においては、上記第一の実施形態と同様、冷熱伝導部２２は、土質材料のほかに熱伝導率が高い副材料が混入された熱伝導性材料によって形成されているので、液化窒素の熱を効率よくエントランスパイプ３１内に伝達することができる。したがって、エントランスパイプ３１内の泥水を効率よく凍結させることができる。よって、エントランスパイプ３１内の泥水を短期間で凍結して止水を施すことができるので、作業を短期間で完了させることができる。よって、地中埋設物における地下水の流入を阻止するために、泥水を短期間で凍結して止水を施すことができ、もって工期の短縮を図ることができる。
【００６２】
ところで、エントランスパイプ３１内の凍結止水を行う状態となっているのは、推進管３やエントランスパイプ３１における止水ブラシ３２の補修などを行う場合である。したがって、この間、推進管３の推進は中止している。このため、図９に示すように、推進管３の後端部に位置するエントランスパイプ３１内に冷却部材４０を別途配設する態様とすることもできる。冷却部材４０は、管状の本体部４１を備えている。本体部４１の外径は、エントランスパイプ３１の内径よりもわずかに小さくされており、エントランスパイプ３１に挿入可能とされている。この本体部４１の内側には、フレキシブルホース２１がその内壁に沿って配設され、その表面に冷熱伝導部２２が形成されている。こうして、フレキシブルホース２１は、本体部４１の内面に配設され冷熱伝導部２２によって覆われている。
【００６３】
このような冷却部材４０をエントランスパイプ３１に代えて推進管３に装着することにより、エントランスパイプ内の土砂をより早期に凍結させることができる。
【００６４】
また、上記各実施形態では、スクリュコンベア１７、排泥管１８、エントランスパイプ３１内の土砂を凍結させる凍結止水装置２を設ける態様について説明したが、凍結止水装置２によって凍結させた土砂を解凍させる解凍部材を設ける態様とすることもできる。その例を図１に示す凍結止水装置の変形例として、図１０に示して説明する。この例に係るシールド掘進機１には、凍結止水装置２のほかに、温水用フレキシブルホース２５が設けられている。温水用フレキシブルホース２５は、図示しない温水タンクに接続されており、この温水タンクから温水用フレキシブルホース２５に対して温水が供給される。
【００６５】
このように、凍結止水装置２によって土砂を凍結させ、スクリュコンベア１７の補修を行った後は、早期に凍結した土砂を解凍することにより、掘削作業を早期に再開することができる。ここで、解凍部材が設けられていることにより、凍結した土砂を短時間で解凍することができるので、工期の短縮化に貢献することができる。
【００６６】
また、上記各実施形態では、管体として、地中埋設物における管体であるスクリュコンベア、排泥管、およびエントランスパイプを例として説明しているが、たとえば地上などで通常に用いられる配管の内側を凍結させる際にも、本発明の冷凍止水装置を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】第一の実施形態に係る凍結止水装置が適用されるシールド掘進機の側断面図である。
【図２】シールド掘進機で掘削・形成されたシールドトンネルの側断面図である。
【図３】凍結止水装置２の取り付け手順を説明する工程図である。
【図４】第二の実施形態に係る凍結止水装置が適用されるシールド掘進機の側断面図である。
【図５】ジベルの取り付け工程を説明する工程図である。
【図６】パイプルーフ工法の概要を示す断面図である。
【図７】第一シールドトンネルのエントランスパイプ部分の側面図である。
【図８】エントランスパイプ部分の推進管を挿入する前の断面図である。
【図９】エントランスパイプに冷凍部材を挿入した状態の断面図である。
【図１０】第一の実施形態に係る凍結止水装置が適用されるシールド掘進機解凍部材を設けた例を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００６８】
１…（土圧式）シールド掘進機
２…凍結止水装置
３…推進管
１０…（泥水式）シールド掘進機
１１…シールド機本体
１２…カッタヘッド
１３…隔壁
１４…チャンバ
１７…スクリュコンベア
１７Ａ…ケーシング
１７Ｂ…スクリュ
１８…排泥管
２１…フレキシブルホース
２２…冷熱伝導部
２３…スタッドジベル
２５…温水用フレキシブルホース
３１…エントランスパイプ
３２…止水ブラシ
３３…外殻
３４…推進機
４０…冷却部材
Ｓ…セグメント
【特許請求の範囲】
【請求項１】
管体内における流体を凍結させて、前記管体内を止水する凍結止水装置であって、
前記管体内に流通する流体を凍結させるブラインが流通する冷却配管が前記管体の周囲に配設され、前記管体との間で前記冷却配管を覆う冷熱伝導材が配設されており、
前記冷熱伝導材は、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料とし、前記主材料よりも熱伝導率が高い副材料が前記主材料に混入されてなることを特徴とする凍結止水装置。
【請求項２】
前記管体は、地中に埋設された地中埋設物と地中とを連通しており、
前記冷却配管を流通するブラインの冷熱で管体内の流体を凍結させることにより、前記地中埋設物に対する地中からの地下水の流入を阻止する請求項１に記載の凍結止水装置。
【請求項３】
前記地中埋設物は、地盤を掘進するシールド機本体を有し、前記シールド機本体における掘進方向前方位置に、地盤を掘削するカッタヘッドと、前記カッタヘッドにより掘削された土砂が流入するチャンバと、が形成されたシールド掘進機であり、
前記管体は、前記チャンバに連通し、前記チャンバ内の土砂を排出する排泥管である請求項２に記載の凍結止水装置。
【請求項４】
前記排泥管における前記冷却配管が設けられた部位に、前記排泥管内で流体が凍結して形成された凍結体の凍着力を増加させるジベルが設けられている請求項３に記載の凍結防止装置。
【請求項５】
前記地中埋設物は、地中に形成されたトンネルの外壁であり、前記外壁には、地中に向けて推進管を発進させ、または地中からの推進管を受け入れる開口部が形成されており、
前記冷却配管および前記冷熱伝導材が、前記開口部に形成されている請求項２に記載の凍結止水装置。
【請求項６】
止水を行う際に前記開口部に取り付けられ、管状の本体部を有し、前記本体部の内側面に沿って前記冷却配管が配設された冷却部材が配設されている請求項５に記載の凍結止水装置。
【請求項７】
前記副材料が金属材料または炭素材料である請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の凍結止水装置。
【請求項８】
前記副材料が粉状、粒状、塊状、および繊維状のいずれかの形状とされている請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記載の凍結止水装置。
【請求項９】
前記土質材料が膨潤性ベントナイトであり、
前記液体が可塑剤である請求項１〜請求項８のうちのいずれか１項に記載の凍結止水装置。
【請求項１０】
前記主材料に固化材、補強繊維材、および増粘材のうちの少なくとも１つが混入されている請求項１〜請求項９のうちのいずれか１項に記載の凍結止水装置。
【請求項１１】
管体内における流体を凍結させて、前記管体内を止水する凍結止水方法であって、
冷却配管を前記管体の周囲に配設し、
土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料とし、前記主材料よりも熱伝導率が高い副材料が前記主材料に混入されてなる冷熱伝導材を前記管体との間で前記冷却配管を覆うように配設し、
前記冷却配管にブラインが流通させることにより、前記管体内に流通する流体を凍結させて、前記管体内を止水することを特徴とする凍結止水方法。
【請求項１】
管体内における流体を凍結させて、前記管体内を止水する凍結止水装置であって、
前記管体内に流通する流体を凍結させるブラインが流通する冷却配管が前記管体の周囲に配設され、前記管体との間で前記冷却配管を覆う冷熱伝導材が配設されており、
前記冷熱伝導材は、土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料とし、前記主材料よりも熱伝導率が高い副材料が前記主材料に混入されてなることを特徴とする凍結止水装置。
【請求項２】
前記管体は、地中に埋設された地中埋設物と地中とを連通しており、
前記冷却配管を流通するブラインの冷熱で管体内の流体を凍結させることにより、前記地中埋設物に対する地中からの地下水の流入を阻止する請求項１に記載の凍結止水装置。
【請求項３】
前記地中埋設物は、地盤を掘進するシールド機本体を有し、前記シールド機本体における掘進方向前方位置に、地盤を掘削するカッタヘッドと、前記カッタヘッドにより掘削された土砂が流入するチャンバと、が形成されたシールド掘進機であり、
前記管体は、前記チャンバに連通し、前記チャンバ内の土砂を排出する排泥管である請求項２に記載の凍結止水装置。
【請求項４】
前記排泥管における前記冷却配管が設けられた部位に、前記排泥管内で流体が凍結して形成された凍結体の凍着力を増加させるジベルが設けられている請求項３に記載の凍結防止装置。
【請求項５】
前記地中埋設物は、地中に形成されたトンネルの外壁であり、前記外壁には、地中に向けて推進管を発進させ、または地中からの推進管を受け入れる開口部が形成されており、
前記冷却配管および前記冷熱伝導材が、前記開口部に形成されている請求項２に記載の凍結止水装置。
【請求項６】
止水を行う際に前記開口部に取り付けられ、管状の本体部を有し、前記本体部の内側面に沿って前記冷却配管が配設された冷却部材が配設されている請求項５に記載の凍結止水装置。
【請求項７】
前記副材料が金属材料または炭素材料である請求項１〜請求項６のうちのいずれか１項に記載の凍結止水装置。
【請求項８】
前記副材料が粉状、粒状、塊状、および繊維状のいずれかの形状とされている請求項１〜請求項７のうちのいずれか１項に記載の凍結止水装置。
【請求項９】
前記土質材料が膨潤性ベントナイトであり、
前記液体が可塑剤である請求項１〜請求項８のうちのいずれか１項に記載の凍結止水装置。
【請求項１０】
前記主材料に固化材、補強繊維材、および増粘材のうちの少なくとも１つが混入されている請求項１〜請求項９のうちのいずれか１項に記載の凍結止水装置。
【請求項１１】
管体内における流体を凍結させて、前記管体内を止水する凍結止水方法であって、
冷却配管を前記管体の周囲に配設し、
土質材料に液体を加えてなる塑性材料を主材料とし、前記主材料よりも熱伝導率が高い副材料が前記主材料に混入されてなる冷熱伝導材を前記管体との間で前記冷却配管を覆うように配設し、
前記冷却配管にブラインが流通させることにより、前記管体内に流通する流体を凍結させて、前記管体内を止水することを特徴とする凍結止水方法。
【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２００７−２４７２３５（Ｐ２００７−２４７２３５Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７１０８２（Ｐ２００６−７１０８２）
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１５日（２００６．３．１５）
【出願人】（０００００１３７３）鹿島建設株式会社 (1,387)
【Ｆターム（参考）】
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