JP2019108766A - 凍土の維持方法および凍土の造成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】短期間で凍土を造成するとともに、凍土の融解や過剰生成を防止して凍土厚を適切に維持することができる凍土の維持方法および凍土の造成方法を提供すること。【解決手段】地盤１の凍結管配置ライン３上に複数の凍結管５を配置する。また、地表面１ａ近傍の温度上昇を防止するための凍結推進手段として、凍結管配置ライン３付近の地表面１ａ上に水平凍結管１５を設置し、その上から断熱材１７を敷設する。そして、凍結推進手段を用いつつ、複数の凍結管５の内部に凍結冷媒を循環させて凍土１１を造成して凍土方式遮水壁を構築する。その後、測温管７の位置で計測した地中温度に基づいて凍土１１の厚さを推定し、厚さが所定厚さ１８より大きいと判断された区間に凍結管５の間欠運転等の凍結抑制手段を用い、厚さが所定厚さより小さいと判断された区間に凍結推進手段を用いて、凍土方式遮水壁９を維持管理する。【選択図】図２

Description

本発明は、凍土の維持方法および凍土の造成方法に関するものである。

従来、地盤中の止水のために、地盤に埋設した凍結管に凍結冷媒を循環させて凍結管の周囲の地盤を凍結させることによって造成した凍土方式の遮水壁が用いられている。

凍土方式の遮水壁を造成する際には、凍結管周辺に埋設した測温管で地中温度を計測し、凍土の造成状況を判断している。凍土の造成時に、凍結管周辺に温度計を埋設し、温度計で測定される地盤の温度データと凍結冷媒の温度データとを用いて最適な冷媒温度を算出し、凍結冷媒の温度を制御する方法もある（例えば、特許文献１参照）。

特許第５０４２７８６号公報

しかしながら、凍結冷媒の温度を一括して制御すると、施工箇所の条件によっては、凍土の形成速度が他の部分より速く、必要以上に凍土が成長してしまい、土の凍結膨張によって周辺の埋設物や建物に損傷や変状が生じたり、地中埋設計器が凍結して動作不良や故障が生じたり、水位観測用の井戸が凍結したりすることがあった。反対に、地下水流や日射によって凍土が融解しやすく、凍土の形成速度が他の部分より遅い箇所もあった。

本発明は、前述した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とすることは、短期間で凍土を造成するとともに、凍土の融解や過剰生成を防止して凍土厚を適切に維持することができる凍土の維持方法および凍土の造成方法を提供することである。

前述した目的を達成するために、第１の発明は、地盤の凍結管配置ライン上に複数の凍結管を配置し、前記凍結管に凍結冷媒を循環させて凍土を形成することによって造成された凍土方式遮水壁において、前記凍土の厚さが所定厚さより大きいと判断された区間に、前記凍土の生成を抑制する凍結抑制手段を用い、前記凍土の厚さが所定厚さより小さいと判断された区間に、前記凍土の生成を促進する凍結推進手段を用いることを特徴とする凍土の維持方法である。

凍土の厚さが所定厚さより大きいと判断された区間に凍土の生成を抑制する凍結抑制手段を用いて凍土の過剰生成を防止し、凍土の厚さが所定厚さより小さいと判断された区間に凍土の生成を促進する凍結推進手段を用いて凍土の融解を防止すれば、凍土厚を適切に維持することができる。

第１の発明では、例えば、前記凍結推進手段として、前記凍結管配置ライン付近の地表面上に断熱材を敷設することが望ましい。
前記凍結推進手段として、前記凍結管配置ライン付近の地表面上に水平凍結管を設置してもよい。
前記凍結推進手段として、前記凍結管配置ライン付近の地表面に形成された溝状の掘削部分に水平凍結管を設置してもよい。
また、前記水平凍結管を、土質材料またはセメント系材料を用いて被覆してもよい。
さらに、前記凍結推進手段として、前記凍結管配置ライン付近の地表近傍に冷媒を供給する容器を設置してもよい。
前記凍結推進手段として、前記凍結管の地上部の上方に日除け部材を設置してもよい。

これらの凍結推進手段を単独で用いたり、組み合わせて用いたりすれば、外気温や日射、地下水流などによって温まりやすい地表部分の温度上昇を防止して、凍土の融解を防ぎ生成を促進することができる。

第１の発明では、例えば、前記凍結抑制手段として、前記凍結管に設けられた凍結管バルブまたは前記凍結管の本管であるヘッダー管に設けられたヘッダー管バルブを開閉して、前記凍結管の間欠運転を行う。
前記凍結抑制手段として、前記凍結管に設けられた凍結管バルブの一部を開閉して、前記凍結管の間引き運転を行ってもよい。
前記凍結抑制手段として、前記凍結冷媒の温度を上昇させてもよい。

これらの凍結抑制手段を用いれば、凍土内や凍土近傍の地中温度を上昇させて、凍土の過剰生成を防止または緩和することができる。ヘッダー管バルブを開閉して間欠運転を行えば、一度に複数の凍結管バルブの開閉を切り替えられるため、作業が効率的である。凍結管バルブを開閉して間欠運転や間引き運転を行えば、現場の状況に応じて凍結管ごとにきめ細やかな切り替えが可能である。凍結冷媒の温度の上昇は、冷媒機の温度設定の変更によって行うので、バルブ操作が不要であり作業が容易である。

第１の発明では、前記凍土内または前記凍土近傍の地中温度を継続して測定し、前記地中温度に基づいて前記凍土の厚さを推定して、前記凍結抑制手段を用いる区間および前記凍結推進手段を用いる区間を設定することが望ましい。
これにより、凍結抑制手段を用いる区間および凍結推進手段を用いる区間を適切に設定して凍土厚を維持管理することができる。

第２の発明は、凍土方式遮水壁における凍土の造成方法であって、地盤の凍結管配置ライン上に複数の凍結管を設置する工程ａと、地表近傍の温度上昇を防止するための凍結推進手段を用いつつ、前記複数の凍結管の内部に凍結冷媒を循環させて凍土を造成する工程ｂと、を具備することを特徴とする凍土の造成方法である。

地表近傍の温度上昇を防止するための凍結推進手段を用いれば、外気温や日射、地下水流などによって温まりやすい地表部分の温度上昇を防ぎ、適切な厚さの凍土を短期間で造成することができる。

本発明によれば、短期間で凍土を造成するとともに、凍土の融解や過剰生成を防止して凍土厚を適切に維持することができる凍土の維持方法および凍土の造成方法を提供できる。

凍土方式遮水壁９のうち、厚さ欠損部１９を有する区間２０を示す図 凍結推進手段を設置した状態を示す図 凍土方式遮水壁９のうち、凍上部７７を有する区間４７を示す図 間欠運転を行った場合の地中温度の変化を示す図 地表面１ａに設置した水平凍結管１５と他の構成とを組み合わせた例を示す図 溝状の掘削部分２３に設置された水平凍結管１５と他の構成とを組み合わせた例を示す図 溝状の掘削部分２３に設置された水平凍結管１５と他の構成とを組み合わせた例を示す図 水平凍結管１５以外の凍結推進手段を用いた例を示す図 間引き運転の運用方法を示す図 支障物６９周辺を示す図 矢板方式の地中遮水壁と凍土方式遮水壁９との接合部を示す図

以下、図面に基づいて、本発明の第１の実施の形態について詳細に説明する。第１の実施の形態では、凍土方式遮水壁９の造成方法について説明する。

図１は、凍土方式遮水壁９のうち、厚さ欠損部１９を有する区間２０を示す図である。図１（ａ）は、地盤１の所定の深さでの水平断面図であり、図１（ｂ）は、地表面１ａでの水平断面図である。図１（ｃ）は、図１（ａ）に示す矢印Ａ−Ａによる断面図である。図２は、凍結推進手段を設置した状態を示す図である。

凍土方式遮水壁９を造成するには、図１に示すように、地盤１の凍結管配置ライン３上に複数の凍結管５を鉛直方向に設置する。複数の凍結管５は、所定の間隔をおいて設置される。凍結管５の地上部１３は、凍結冷媒を供給、回収するための図示しない送り用ヘッダー管、戻り用ヘッダー管に連結される。

また、凍結管配置ライン３から所定距離離間した位置であって、凍結管配置ライン３と略平行する線上に、複数の測温管７を鉛直方向に設置する。測温管７には、光ファイバセンサ等の測温計が配置され、例えば１ｍ毎に設定された測温箇所で温度の測定が行われる。

凍結管５および測温管７を設置した後、測温管７を用いて継続的に温度を測定しつつ、凍結管５の内部に凍結冷媒を供給し循環させて、凍土１１を造成する。このとき、図１（ｃ）に示すように、地盤１の深い部分では所定厚さ１８の凍土１１が順調に造成されていても、外気温や日射、地下水流などによって温まりやすい地表面１ａでは、凍土１１が融解して厚さ欠損部１９が生じる場合がある。

凍土１１の造成中に、測温管７によって測定した地中温度に基づいて、凍土１１が所定厚さ１８より小さい厚さ欠損部１９を有すると判断された区間２０では、図２に示すように、地表近傍の温度上昇を防止するための凍結推進手段として、凍結管配置ライン３付近の地表面１ａ上に水平凍結管１５を設置する。

水平凍結管１５は、産業用耐圧ホース、ステンレス製の蛇腹管などの、可撓性を有する管であることが望ましい。水平凍結管１５として可撓性を有する管とすれば、凍結管配置ライン３が直線状でなく、凍結管５が一直線に並んでいない場合にも、凍結管配置ライン３に沿って水平凍結管１５を容易に設置することができる。

また、水平凍結管１５と組み合わせる凍結推進手段として、水平凍結管１５の上側から水平凍結管１５の両側の地表面１ａを覆うように断熱材１７を敷設する。断熱材１７は、例えばシート状とする。そして、水平凍結管１５に凍結冷媒を循環させて、凍結管配置ライン３付近の地盤１に凍土１１を造成して厚さ欠損部１９を解消する。

このように、第１の実施の形態では、凍結推進手段として水平凍結管１５を設置して断熱材１７を敷設することにより、断熱材１７で水平凍結管１５と地表面１ａとの間に冷たい空気が閉じ込められ、冷たい空気を介して地表面１ａ付近の地盤１が冷却される。そのため、外気温や日射、地下水流などによって温まりやすい地表面１ａ付近における地盤１の温度上昇を防止し、厚さ欠損部１９の解消を促して、所定の厚さ１８の凍土１１を短期間で造成することができる。

なお、第１の実施の形態では、凍土１１の造成開始後、測温管７で測定した地中温度に基づいて、凍土１１が所定厚さ１８より小さい厚さ欠損部１９を有すると判断された区間２０に凍結推進手段を用いたが、凍土１１の造成を開始する前に、外気温や日射、地下水流などによって地表面１ａが温まりやすいと予測される区間にあらかじめ凍結推進手段を設置してもよい。あらかじめ凍結推進手段を設置すれば、地表面１ａ付近における地盤１の温度上昇を防ぎ、厚さ欠損部１９の発生を防止することができる。

次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態では、凍土方式遮水壁９の維持方法について説明する。第２の実施の形態以降に示す例では、それまでに説明した実施の形態と異なる点について説明し、同様の点については図等で同じ符号を付すなどして説明を省略する。

第２の実施の形態では、例えば、第１の実施の形態の凍土方式遮水壁９の造成方法を用いて造成された凍土方式遮水壁９の維持管理を行う。

図３は、凍土方式遮水壁９のうち、凍上部７７を有する区間４７を示す図である。図３（ａ）は、凍結管５に連結される各種管の配置を示す平面図、図３（ｂ）は、区間４７での凍土方式遮水壁９の垂直断面図である。

図３（ａ）に示すように、すべての凍結管５は、凍結管５の本管である送り用ヘッダー管３７と戻り用ヘッダー管３９とに連結される。凍結管５と送り用ヘッダー管３７、戻り用ヘッダー管３９との間には、それぞれ、凍結管バルブ３５が設けられる。送り用ヘッダー管３７は、ヘッダー管バルブ４１を介して送り用ブライン管４３に連結される。戻り用ヘッダー管３９は、ヘッダー管バルブ４１を介して戻り用ブライン管４５に連結される。

凍土方式遮水壁９の維持管理時には、図３（ａ）に示す送り用ブライン管４３から送り用ヘッダー管３７を介して凍結管５に凍結冷媒を送る。凍結冷媒は、凍結管５内を循環して地盤１を冷却した後、戻り用ヘッダー管３９を介して戻り用ブライン管４５に戻る。そして、凍結管５に凍結冷媒を循環させつつ、測温管７によって凍土１１内または凍土１１近傍の地中温度を継続して測定し、地中温度に基づいて凍土１１の厚さを推定する。

凍土方式遮水壁９の維持管理時に、図１（ｃ）に示す例のように凍土１１が融解して所定厚さ１８より小さい部分を有すると判断された区間では、図２に示す例と同様に、地表近傍の温度上昇を防止するための凍結推進手段として、凍結管配置ライン３付近の地表面１ａ上に、水平凍結管１５を設置して断熱材１７を敷設し、凍土１１の再生成を促進する。

図３（ｂ）に示すように（凍結推進手段は図示を省略する）、凍土１１が所定厚さ１８より大きい凍上部７７を有すると判断された区間４７では、凍結抑制手段として、凍結管バルブ３５またはヘッダー管バルブ４１を開閉して、凍結管５の間欠運転を行う。凍結管バルブ３５を開閉すれば、凍結管５の一部において凍結冷媒の停止と循環とが繰り返される。ヘッダー管バルブ４１を開閉すれば、当該ヘッダー管から分岐する全ての凍結管５において凍結冷媒の停止と循環とが繰り返される。

図４は、間欠運転を行った場合の地中温度の変化を示す図である。図４の縦軸は測温管７の位置での地中温度、横軸は期間である。管理基準値５９は、凍結冷媒の循環停止の基準となる値であり、例えば−１０℃である。管理基準値６１は、凍結冷媒の再循環開始の基準となる値であり、例えば−２℃である。
実線４９は、区間４７内の測温管７の位置での地中温度であり、特定の測定深度の温度でもよく、全深度の平均温度でも良い。

図４に示すように、凍土方式遮水壁９の造成運転期間５１では、時間の経過とともに測温管７の位置での地中温度が低下する。図４に示す例では、地中温度が十分に低下して−５℃以下が２週間以上経過したところで、所定厚さ１８の凍土方式遮水壁９が造成されたと判断し、凍土方式遮水壁９の維持管理運転期間５３に移行する。

維持管理運転期間５３では、例えば、区間４７の全測温管７で地中温度が−５℃以下となり且つ全測温管７の平均で地中温度が管理基準値５９以下となると、所定の凍結管バルブ３５またはヘッダー管バルブ４１を閉鎖して凍結管５への凍結冷媒の循環を停止する。また、区間４７の全測温管７のうちいずれか１点で地中温度が管理基準値６１を上回ると、所定の凍結管バルブ３５またはヘッダー管バルブ４１を開放して凍結管５への凍結冷媒の循環を再開する。

維持管理運転期間５３中は、所定の凍結管バルブ３５またはヘッダー管バルブ４１を開閉して凍結冷媒の停止期間５５と再循環期間５７とを繰り返すことにより、地中温度を適切な範囲に保ち、凍土１１の融解や過大生成を防止し、凍土１１の厚さを適度に維持する。

このように、第２の実施の形態では、凍結推進手段として凍結管配置ライン３付近に水平凍結管１５を設置して断熱材１７を敷設することにより、断熱材１７で水平凍結管１５と地表面１ａとの間に冷たい空気が閉じ込められ、冷たい空気を介して地表面１ａ付近の地盤１が冷却される。そのため、外気温や日射、地下水流などによって温まりやすい地表面１ａ付近における地盤１の温度上昇を防ぎ、凍土１１の融解を防止して生成を促進することができる。

また、凍結抑制手段として凍結管バルブ３５またはヘッダー管バルブ４１を開閉して、凍結管５の間欠運転を行うことにより、地中温度を適切な範囲に保ち、凍土１１の過大生成を防止して、凍土１１の厚さを適度に維持することができる。凍結管バルブ３５を開閉すれば、状況に応じて特定の凍結管５ごとにきめ細やかな切り替えが可能となる。ヘッダー管バルブ４１を開閉すれば、凍結管バルブ３５を操作せずに一度の複数の凍結管５の凍結冷媒の循環と停止とを切り替えられるため効率的である。

なお、第１、第２の実施の形態では、凍結推進手段として、凍結管配置ライン３付近の地表面１ａに設置した水平凍結管１５と、凍結管配置ライン３付近の地表面１ａに敷設した断熱材１７とを組み合わせたが、凍結推進手段はこれに限らない。凍結推進手段として水平凍結管１５や断熱材１７を単独で用いてもよいし、他の組み合わせで用いてもよい。

図５は、地表面１ａに設置した水平凍結管１５と他の構成とを組み合わせた例を示す図である。図５（ａ）に示す例では、地表面１ａに設置した水平凍結管１５を、巻き立て材２１で巻き立てて被覆する。巻き立て材２１は、土、砂、砕石等の土質材料、または、モルタル、コンクリートなどのセメント系材料である。

図５（ｂ）に示す例では、地表面１ａに設置した水平凍結管１５を巻き立て材２１で巻き立てて被覆する。そして、巻き立て材２１の上側から巻き立て材２１の両側の地表面１ａに、断熱材１７を敷設する。

図５（ｃ）に示す例では、地表面１ａに設置した水平凍結管１５の上面および側面を断熱材１７ａで被覆し、断熱材１７ａの両側の地表面１ａを断熱材１７で敷設する。断熱材１７ａは、断熱材１７と同様のシート状でもよいし、ブロック状や殻状としてもよいし、吹き付けによって形成してもよい。

図６、図７は、凍結管配置ライン３付近の地表面１ａに形成された溝状の掘削部分２３に設置された水平凍結管１５と他の構成とを組み合わせた例を示す図である。

図６に示す例では、凍結管配置ライン３付近の地表面１ａに溝状の掘削部分２３を形成し、掘削部分２３に水平凍結管１５を設置する。そして、凍結管配置ライン３付近の地表面１ａ上に断熱材１７を敷設する。

図７（ａ）に示す例では、凍結管配置ライン３付近の地表面１ａに溝状の掘削部分２３を形成し、掘削部分２３に水平凍結管１５を設置する。そして、掘削部分２３を埋め戻し材２５で埋め立てて水平凍結管１５を被覆する。埋め戻し材２５は、土、砂、砕石等の土質材料、または、モルタル、コンクリートなどのセメント系材料である。埋め戻し材２５の施工方法は、例えば、人手で突き固める、吹付機で吹付ける、流し込むなどの方法が考えられ、材料の性質によって適切なものが選定される。

図７（ｂ）に示す例では、凍結管配置ライン３付近の地表面１ａに形成した溝状の掘削部分２３に水平凍結管１５を設置し、掘削部分２３を埋め戻し材２５で埋め立てて水平凍結管１５を被覆する。そして、凍結管配置ライン３付近の地表面１ａに断熱材１７を敷設する。

巻き立て材２１や埋め戻し材２５を用いて水平凍結管１５を被覆する例では、水平凍結管１５からの冷熱が巻き立て材２１や埋め戻し材２５を介して地盤１に伝わり、地盤１が冷却される。また、水平凍結管１５の表面と地表面１ａとの上に断熱材を敷設する例では、断熱材１７によって水平凍結管１５と地表面１ａとの間に冷たい空気が閉じ込められ、冷たい空気を介して地盤１が冷却される。巻き立て材２１や埋め戻し材２５と断熱材とを併用すれば、相乗効果によって、水平凍結管１５の冷熱を最も効果的に地盤１に伝えることができる。

図８は、水平凍結管１５以外の凍結推進手段を用いた例を示す図である。図８（ａ）に示す例では、凍結管配置ライン３付近の地表面１ａ上に断熱材１７を敷設する。これにより、凍結管５からの冷熱が逃げるのを防ぐことができる。

図８（ｂ）に示す例では、凍結管配置ライン３付近の地表面１ａ近傍に、冷媒２９を供給する容器２７を設置する。また、凍結管配置ライン３付近の地表面１ａ上に断熱材１７を敷設する。そして、注入口３１を介して、氷や冷水等の冷媒２９を容器２７に注入する。これにより、冷媒２９の冷熱が容器２７を介して地盤１に伝わり、地盤１が冷却される。また、断熱材１７によって冷媒２９からの冷熱が逃げるのを防ぐことができる。

図８（ｃ）に示す例では、凍結管配置ライン３付近の地表面１ａ上に断熱材を敷設する。また、凍結管５の地上部１３の上方に日除け部材３３を設置する。これにより、凍結管５の地上部１３が外気温や日射によって温まることを防ぎ、凍結管５を介して地表面１ａ付近の地盤１に温熱が伝わることがなくなる。

このように、図５から図８に示す各種の凍結推進手段を用いた場合でも、温まりやすい地表面１ａ付近において、地盤１の温度上昇を防ぐことができる。凍土１１の造成時に図５から図８に示す各種の凍結推進手段を用いれば、所定の厚さ１８の凍土１１を短期間で造成できる。凍土１１の維持管理時に図５から図８に示す各種の凍結推進手段を用いれば、凍土１１の生成を促進して厚さ欠損部１９を解消することができる。

また、第２の実施の形態では、凍結抑制手段として、凍結管バルブ３５またはヘッダー管バルブ４１を開閉して凍結管５の間欠運転を行ったが、凍結抑制手段はこれに限らない。凍結抑制手段として、凍結管５の間引き運転を行ってもよい。

図９は、間引き運転の運用方法を示す図である。図９（ａ）は、間引き運転を行った場合の地中温度の変化を示す図である。図９（ａ）の縦軸は測温管７の位置での地中温度、横軸は期間である。管理基準値５９、管理基準値６１は、例えば、第２の実施の形態における間欠運転時と同様の値である。実線６３、破線６５、破線６７は、区間４７内の測温管７の位置での地中温度の例であり、特定の測定深度の温度でもよく、全深度の平均温度でも良い。

図９（ｂ）は、区間４７の凍結管５の運転切り替え状態を示す図である。図９（ｂ）では、運転中の凍結管５を斜線入りで、停止中の凍結管５を斜線なしで示している。

図９（ａ）に示すように、凍土方式遮水壁９の造成運転期間５１では、時間の経過とともに測温管７の位置での地中温度が低下する。造成運転期間５１には、図９（ｂ）の最上段に示すように、区間４７の全凍結管５を運転する。そして、地中温度が十分に低下して所定厚さ１８の凍土方式遮水壁９が造成されたと判断した時点で、凍土方式遮水壁９の維持管理運転期間５３に移行する。

維持管理運転期間５３では、区間４７の全測温管７で地中温度が管理基準値５９以下となると、運転する凍結管５を間引いて本数を減らす。例えば、図９（ｂ）の２段目に示すように、区間４７の凍結管５を１本おきで運転する。これにより、地中温度が実線６３に示すように管理基準値５９と管理基準値６１との間で安定した場合には、そのままの状態で間引き運転を継続する。

凍結管５を１本おきで運転しても、破線６７に示すように地中温度の低下が続いた場合には、図９（ｂ）の３段目に示すように、運転する凍結管５をさらに減らして間引きを強化する。その後、破線６７に示すように地中温度が上昇し管理基準値５９と管理基準値６１との間で安定した場合には、間引きを強化した状態で運転を継続する。

凍結管５を１本おきで運転することにより、地中温度が破線６５に示すように管理基準値６１を上回った場合には、図９（ｂ）の最下段に示すように、運転する凍結管５を増やして間引きを緩和する。その後、破線６５に示すように地中温度が低下し管理基準値５９と管理基準値６１との間で安定した場合には、間引きを緩和した状態で運転を継続する。

このように、凍結管５の間引き運転を行った場合にも、凍結管５の間欠運転を行った場合と同様に、地中温度を適切な範囲に保ち、凍土１１の過大生成を防止し、凍土１１の厚さを適度に維持することができる。凍結管５の間引き本数の調整は、図３（ａ）に示す凍結管バルブ３５の開閉によって行うが、調整に伴う凍結管バルブ３５の操作は基本的に維持管理運転期間５３の初期に１回行うだけであるため、現場作業の負担は間欠運転より少なく、放射線環境下における作業員の被爆も抑制される。

凍結抑制手段として、凍結管５の間欠運転や間引き運転の他に、凍結冷媒の温度を上昇させてもよい。凍結冷媒の温度変更のタイミングは、間引き運転の本数変更のタイミングと類似しているので、図９（ａ）を用いて説明する。

図９（ａ）に示す造成運転期間５１では、例えば、凍結冷媒の温度を−３０℃で運転する。そして、地中温度が十分に低下して所定厚さ１８の凍土方式遮水壁９が造成されたと判断した時点で、維持管理運転期間５３に移行し、凍結冷媒の温度を例えば−２０℃に上昇させる。地中温度が実線６３に示すように管理基準値５９と管理基準値６１との間で安定した場合には、−２０℃の凍結冷媒を用いて運転を継続する。

凍結冷媒の温度を−２０℃としても、破線６７に示すように地中温度の低下が続いた場合には、凍結冷媒の温度を例えば−１０℃に上昇させる。そして、破線６７に示すように地中温度が上昇し管理基準値５９と管理基準値６１との間で安定した場合には、−１０℃の凍結冷媒を用いて運転を継続する。

凍結冷媒の温度を−２０℃とすることにより、地中温度が破線６５に示すように管理基準値６１を上回った場合には、凍結冷媒の温度を例えば−２５℃に低下させる。そして、破線６５に示すように地中温度が低下し管理基準値５９と管理基準値６１との間で安定した場合には、−２５℃の凍結冷媒を用いて運転を継続する。

このように、凍結冷媒の温度を上昇させた場合にも、凍結管５の間欠運転を行った場合と同様に、地中温度を適切な範囲に保ち、凍土１１の過大生成を防止し、凍土１１の厚さを適度に維持することができる。凍結冷媒の温度調整は、凍結管バルブ３５またはヘッダー管バルブ４１の開閉操作を伴わずに行うことができるため、容易に実施できる。

なお、各凍結抑制手段において、管理基準値５９、６１は、上述した値に限らない。また、図９（ａ）の破線６７に示すように、既に間引き運転や凍結冷媒の温度上昇を実施しているが効果が不十分な場合に、凍結管５の運転本数や凍結冷媒の温度の切り替えの判断を行うための基準値を定めてもよい。例えば、管理基準値５９よりさらに低温側に他の管理基準値を定めてもよいし、間引き運転や凍結冷媒の温度上昇を実施してから管理基準値５９以上の温度に達するまでの経過時間に制限値を設けてもよい。

なお、図１０、図１１に示す特殊部においては、凍結抑制手段を用いないことが望ましい。図１０は、支障物６９周辺を示す図、図１１は、矢板方式の地中遮水壁と凍土方式遮水壁９との接合部を示す図である。

図１０に示す例では、地盤１中に支障物６９が存在し、凍結管５を所定のピッチで配置できないため、支障物６９の上下の地盤の凍結を促進する目的で、支障物６９の両側を挟み込むように複列部凍結管５ａを追加で設けている。このような箇所は、凍土１１が十分に形成されないので、凍結抑制手段を適用した場合、冷却力が弱まることで融解が生じる恐れが大きい。そのため、凍土１１が閉合していない未凍結部７１の両側の凍結管（複列部凍結管５ａ、支障物６９に隣接しており複列部凍結管５ａに挟まれている凍結管５）は、凍結抑制手段を適用せず、造成運転時と同様の運転を継続することが望ましい。

図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示す例では、地盤１に設置された鋼管矢板７３や鋼矢板７５と凍土方式遮水壁９とが接合される。鋼管矢板７３や鋼矢板７５の頂部は気中や海中に突出しており、外気温、日射、水温などによって温まりやすい。そのうえ、熱伝導性も周辺の地盤１より高いので、鋼管矢板７３や鋼矢板７５と凍土方式遮水壁９との接合部では、地盤１の温度が上昇して凍土１１が融解しやすい。そのため、鋼管矢板７３や鋼矢板７５と凍土方式遮水壁９との接合部に近い凍結管５は、凍結抑制手段を適用せず、造成運転時と同様の運転を継続することが望ましい。

ここで、凍結抑制手段が凍結管５の間欠運転や間引き運転である場合には、図１０、図１１に示す特殊部の凍結管５を間欠運転や間引き運転の対象としないことで、造成運転時と同様の運転を継続することができる。凍結抑制手段として凍結冷媒の温度を上昇させる場合には、図１０、図１１に示す特殊部を冷却するための設備を、凍土方式遮水壁９全体の冷却用とは別系統で準備する必要がある。

凍結抑制手段として間欠運転や間引き運転を行う際の凍結管バルブ３５やヘッダー管バルブ４１の開閉操作は、凍結冷媒の温度変更の操作は、遠隔操作ないしは自動化によって行ってもよい。この場合、例えば、凍結管バルブ３５やヘッダー管バルブ４１に電磁バルブを用いる。遠隔操作ないしは自動化を採用すれば、現場作業の省力化や作業環境の改善が可能となる。

以上、添付図面を参照しながら、本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、本願で開示した技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１………地盤
１ａ………地表面
３………凍結管配置ライン
５………凍結管
５ａ………複列部凍結管
７………測温管
９………凍土方式遮水壁
１１………凍土
１３………地上部
１５………水平凍結管
１７、１７ａ………断熱材
１８………所定厚さ
１９………厚さ欠損部
２０、４７………区間
２１………巻き立て材
２３………掘削部分
２５………埋め戻し材
２７………容器
２９………冷媒
３１………注入口
３３………日除け部材
３５………凍結管バルブ
３７………送り用ヘッダー管
３９………戻り用ヘッダー管
４１………ヘッダー管バルブ
４３………送り用ブライン管
４５………戻り用ブライン管
４９、６３………実線
５１………造成運転期間
５３………維持管理運転期間
５５………停止期間
５７………再循環期間
５９、６１………管理基準値
６５、６７………破線
６９………支障物
７１………未凍結部
７３………鋼管矢板
７５………鋼矢板
７７………凍上部

Claims (12)

1. 地盤の凍結管配置ライン上に複数の凍結管を配置し、前記凍結管に凍結冷媒を循環させて凍土を形成することによって造成された凍土方式遮水壁において、
   前記凍土の厚さが所定厚さより大きいと判断された区間に、前記凍土の生成を抑制する凍結抑制手段を用い、
   前記凍土の厚さが所定厚さより小さいと判断された区間に、前記凍土の生成を促進する凍結推進手段を用いることを特徴とする凍土の維持方法。
2. 前記凍結推進手段として、前記凍結管配置ライン付近の地表面上に断熱材を敷設することを特徴とする請求項１記載の凍土の維持方法。
3. 前記凍結推進手段として、前記凍結管配置ライン付近の地表面上に水平凍結管を設置することを特徴とする請求項１または請求項２記載の凍土の維持方法。
4. 前記凍結推進手段として、前記凍結管配置ライン付近の地表面に形成された溝状の掘削部分に水平凍結管を設置することを特徴とする請求項１または請求項２記載の凍土の維持方法。
5. 前記水平凍結管を、土質材料またはセメント系材料を用いて被覆することを特徴とする請求項３または請求項４記載の凍土の維持方法。
6. 前記凍結推進手段として、前記凍結管配置ライン付近の地表近傍に冷媒を供給する容器を設置することを特徴とする請求項１または請求項２記載の凍土の維持方法。
7. 前記凍結推進手段として、前記凍結管の地上部の上方に日除け部材を設置することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の凍土の維持方法。
8. 前記凍結抑制手段として、前記凍結管に設けられた凍結管バルブまたは前記凍結管の本管であるヘッダー管に設けられたヘッダー管バルブを開閉して、前記凍結管の間欠運転を行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の凍土の維持方法。
9. 前記凍結抑制手段として、前記凍結管に設けられた凍結管バルブの一部を開閉して、前記凍結管の間引き運転を行うことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載の凍土の維持方法。
10. 前記凍結抑制手段として、前記凍結冷媒の温度を上昇させることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれかに記載の凍土の維持方法。
11. 前記凍土内または前記凍土近傍の地中温度を継続して測定し、前記地中温度に基づいて前記凍土の厚さを推定して、前記凍結抑制手段を用いる区間および前記凍結推進手段を用いる区間を設定することを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の凍土の維持方法。
12. 凍土方式遮水壁における凍土の造成方法であって、
    地盤の凍結管配置ライン上に複数の凍結管を設置する工程ａと、
    地表近傍の温度上昇を防止するための凍結推進手段を用いつつ、前記複数の凍結管の内部に凍結冷媒を循環させて凍土を造成する工程ｂと、
    を具備することを特徴とする凍土の造成方法。

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