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技術 凍結工法

出願人 清水建設株式会社
発明者 小林伸司浜口幸一
出願日 2016年1月25日 (5年8ヶ月経過) 出願番号 2016-011549
公開日 2017年8月3日 (4年2ヶ月経過) 公開番号 2017-133164
状態 特許登録済
技術分野 地盤の調査及び圧密・排水による地盤強化 立坑・トンネルの掘削技術
主要キーワード 冷凍機設備 ヒータ管 凍結膨張 凍結領域 ブライン冷却器 掘削開始後 循環設備 発進基地
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2017年8月3日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

確実且つ簡便に凍結領域を制御して凍結膨張圧の低減を図ることができ、工期短縮コストダウンを可能にする凍結工法を提供する。

解決手段

地盤中に設置した凍結管7にブライン16を循環供給して地盤を凍結させる凍結工法において、計画凍土造成領域の外側の地盤中に設けた温水管23に温水24を循環供給し凍土の造成領域を制御するとともに、凍結管7に循環供給するブライン16を冷却するブライン冷却設備15で回収した廃熱を利用して温水24を生成し、温水管23に供給する。

概要

背景

従来、地盤の安定化、防水層の形成などを目的とした防護工として凍結工法が用いられている(例えば、特許文献1参照)。

例えば、トンネル掘進機で地盤を掘削してトンネル構築する際、特に、道路トンネル分岐合流部や鉄道トンネル渡り線部などの大断面トンネルを構築する際の発進・到達時やセグメント切り開き時(シールドトンネル地中拡幅時)などに、凍結工法が用いられている。

概要

確実且つ簡便に凍結領域を制御して凍結膨張圧の低減をることができ、工期短縮コストダウンを可能にする凍結工法を提供する。地盤中に設置した凍結管7にブライン16を循環供給して地盤を凍結させる凍結工法において、計画凍土造成領域の外側の地盤中に設けた温水管23に温水24を循環供給し凍土の造成領域を制御するとともに、凍結管7に循環供給するブライン16を冷却するブライン冷却設備15で回収した廃熱を利用して温水24を生成し、温水管23に供給する。

目的

本発明は、上記事情に鑑み、確実且つ簡便に凍結領域を制御して凍結膨張圧の低減を図ることができ、工期短縮、コストダウンを可能にする凍結工法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

地盤中に設置した凍結管ブライン循環供給して地盤を凍結させる凍結工法において、計画凍土造成領域の外側の地盤中に設けた温水管温水を循環供給し凍土の造成領域を制御するとともに、前記凍結管に循環供給するブラインを冷却するブライン冷却設備回収した廃熱を利用して前記温水を生成し、前記温水管に供給することを特徴とする凍結工法。

技術分野

0001

本発明は、地盤凍結させる凍結工法に関する。

背景技術

0002

従来、地盤の安定化、防水層の形成などを目的とした防護工として凍結工法が用いられている(例えば、特許文献1参照)。

0003

例えば、トンネル掘進機で地盤を掘削してトンネル構築する際、特に、道路トンネル分岐合流部や鉄道トンネル渡り線部などの大断面トンネルを構築する際の発進・到達時やセグメント切り開き時(シールドトンネル地中拡幅時)などに、凍結工法が用いられている。

先行技術

0004

特開2005−264717号公報

発明が解決しようとする課題

0005

ここで、大断面トンネルを構築する際などの大規模凍土造成を行う場合や凍結対象地盤粘性土が含まれている場合には、地盤の凍結による膨張圧が大きくなり、組み立てたセグメント(周囲の構造物など)に凍結膨張圧による過大な荷重が作用してセグメントボルト破断したり、セグメントが破損するおそれがある。

0006

また、凍結工法では、凍結管ブライン循環させるとともに凍結管周囲に凍土が造成されて膨張が生じ、ブライン流通方向上流側の凍土が先行して造成され、次第に下流側の凍土が造成され、凍土が繋がって止水性能をもつ凍土壁が形成される。さらに凍土を造成して増厚させ、強度的に十分な凍土壁を形成するとともに凍土の維持を図る。そして、凍土を維持するようにブラインを循環させ続けると、凍土の造成が継続し、凍土壁の厚さが増大してゆき、さらに大きな凍結膨張圧の発生を招くことになる。

0007

このため、凍結管列の外側に温水管ヒータ管)を設置し、温水管の周辺地盤を加熱することで凍土壁の過剰造成を抑える対策を講じる場合がある。しかしながら、温水管を設置する対策は、温水循環設備等の施工コスト施工手間が掛かり、凍結工法のコストや工期の増大を招く一要因となっていた。

0008

本発明は、上記事情に鑑み、確実且つ簡便に凍結領域を制御して凍結膨張圧の低減を図ることができ、工期短縮コストダウンを可能にする凍結工法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0009

上記の目的を達するために、この発明は以下の手段を提供している。

0010

本発明の凍結工法は、地盤中に設置した凍結管にブラインを循環供給して地盤を凍結させる凍結工法において、計画凍土造成領域の外側の地盤中に設けた温水管に温水を循環供給し凍土の造成領域を制御するとともに、前記凍結管に循環供給するブラインを冷却するブライン冷却設備回収した廃熱を利用して前記温水を生成し、前記温水管に供給することを特徴とする。

発明の効果

0011

本発明の凍結工法においては、順次冷却したブラインを凍結管に供給するためのブライン冷却設備の冷凍サイクル熱交換などで回収された廃熱を用いて温水を生成し、この温水を温水管に供給して凍土の造成領域を制御することができる。これにより、従来の凍結工法では冷却塔などから大気中に放出される廃熱を利用して確実且つ簡便に凍結領域を制御し、凍結膨張圧の低減を図ることができる。

0012

よって、本発明の凍結工法によれば、従来と比較し、温水を循環供給するための設備等の施工コスト、施工手間を低減でき、凍結工法の工期短縮、コストダウンが可能になる。

図面の簡単な説明

0013

凍結工法を用いて構築するトンネルの施工方法の一例を示す図である。
凍結工法を用いて構築するトンネルの一例を示す図である。
凍結工法を用いて構築する分岐・合流部のトンネルの一例を示す図である。
凍結工法を用いて構築するトンネルの施工方法の一例を示す図である。
凍結管、測温管の配置の一例を示す図である。
ブライン冷却設備の一例を示す図である。
凍結工法を用いた際の凍土の造成段階の説明に用いた図である。
温水管の配置の一例を示す図である。

実施例

0014

以下、図1から図8を参照し、本発明の一実施形態に係る凍結工法について説明する。

0015

ここで、本実施形態では、例えば、道路トンネルの分岐・合流部や鉄道トンネルの渡り線部などの大断面トンネルを構築する際の発進・到達時やセグメント切り開き時(シールドトンネルの地中拡幅時)などに対し凍結工法を用いるものとして説明を行う。
但し、本発明の凍結工法は、土木建築分野において、地盤を凍結させて凍土壁(凍結領域)等を形成するあらゆるケースに適用可能である。

0016

はじめに、図1から図4に示すように、道路トンネルの分岐・合流部などの大断面トンネルを構築する際には、例えば、本線シールド1、ランプシールド2(2本の導坑)を横方向に間隔をあけて先行構築するとともに、本線シールド1を通じ、凍結工法で環状や門型の凍土壁5を形成して地盤の安定化を図りつつ地中発進基地3を構築し、この地中発進基地3から本線シールド1、ランプシールド2を囲繞するように小径のトンネル掘進機で複数の外殻シールド4を構築する。

0017

さらに、凍結工法を用いて凍土壁5を形成しつつ隣り合う外殻シールド4を切り開いて連通させ、本線シールド1、ランプシールド2を囲繞する本設覆工6を構築する。そして、本線シールド1から本設覆工6で囲まれた地盤を掘削して連通させ、分岐・合流部となる大断面トンネルを構築する。

0018

また、凍結工法で凍土壁5を形成する際には、図5に示すように、凍結管7と測温管8を地盤内に設置し、凍結管7にブラインを循環供給するための配管設備、ブライン冷却設備(冷凍機設備)を設置し、測温管8に計装設備等を設置する。そして、凍結管5にブラインを循環させて凍土造成を開始する。このとき、測温管8で地中温度リアルタイム計測し、凍土造成の進行状況や凍土の維持状況を捉え、施工管理を行う。

0019

一方、本実施形態において、ブライン冷却設備(冷凍機設備)15は、例えば、図6に示すように、ブライン16を熱交換によって冷却するためのブライン冷却器熱交換器)17と、ブライン冷却器17と凍結管7の間でブライン16を循環させるブラインポンプ18と、ブライン冷却器17に循環供給してブライン16を冷却するため冷却水19を冷却するための凝縮器20、冷却塔21、冷凍圧縮機22などを備えて構成されている。

0020

ここで、図7に示すように、凍結工法では、凍結管7にブラインを循環させるとともに凍結管7の周囲に凍土が造成されて膨張が生じる(凍土領域10)。ブライン流通方向上流側の凍土が先行して造成され(凍土領域11)、次第に下流側の凍土が造成され(凍土領域12)、凍土が繋がり、止水性能をもつ凍土壁が形成される。さらに、必要凍土厚まで凍土造成され、所望の強度性能をもつ凍土壁5が形成される。凍土の維持を図ることにより、さらに凍土が内側、外側に造成され(凍土領域13、凍土領域14)、凍土壁5が増厚してゆく。

0021

なお、測温管8による温度計測によって、例えば平均温度−5℃の領域が連続的に形成されれば止水性能を有する(止水性能を確保した)凍土領域11、12が形成されたことを検知することができる。また、例えば平均温度−10°の領域が連続的に形成されれば、強度性能を有する(所望の強度性能を確保した)凍土壁5が形成されたことを検知することができる。

0022

そして、地盤の掘削開始後も第三段階で造成した凍土を維持するようにブラインを循環させ続けると、凍土壁5の増大が進行してしまい、すなわち、計画凍土造成領域(必要凍土壁厚)を超えて凍土が造成されてしまい、さらに大きな凍結膨張圧の発生を招くことになる。

0023

これに対し、本実施形態の凍結工法においては、まず、図8に示すように、必要凍土壁厚の計画凍土造成領域Rの外側の所定位置に温水管23を設置する。そして、この温水管23に温水24を供給することによって過大に凍土が造成されることを抑止する。

0024

さらに、本実施形態の凍結工法では、図6に示すように、ブライン冷却設備15の冷却水19を熱交換によって冷却することで発生する廃熱を利用して温水24を生成し、この温水24を温水管23に供給して凍土の造成制御、ひいては凍結膨張圧の制御を行う。

0025

したがって、本実施形態の凍結工法においては、順次冷却したブライン16を凍結管7に供給するためのブライン冷却設備15の冷凍サイクルの熱交換などで回収された廃熱を用いて温水24を生成し、この温水24を温水管23に供給して凍土の造成領域を制御することができる。これにより、従来の凍結工法では冷却塔21などから大気中に放出される廃熱を利用して確実且つ簡便に凍結領域を制御し、凍結膨張圧の低減を図ることができる。

0026

よって、本実施形態の凍結工法によれば、従来と比較し、温水24を循環供給するための設備等の施工コスト、施工手間を低減でき、凍結工法の工期短縮、コストダウンが可能になる。

0027

以上、本発明による凍結工法の一実施形態について説明したが、本発明は上記の一実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

0028

1本線シールド
2ランプシールド
3地中発進基地
4外殻シールド
5凍土壁
6 本設覆工
7凍結管
10凍土領域
11 凍土領域
12 凍土領域
13 凍土領域
14 凍土領域
15ブライン冷却設備
16 ブライン
17ブライン冷却器
18ポンプ
19冷却水
20凝縮器
21冷却塔
22冷凍圧縮機
23温水管
24 温水

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