JP7349297B2 - 止水装置、及び止水方法 - Google Patents

Description

本発明は、止水装置、及び止水方法に関する。

止水方法、中でも凍結工法の一例として、例えば、特許文献１には、コンクリート壁の湧水している大口径開口部の周辺に、所定間隔で多数の凍結材注入孔をコンクリート壁を貫通するように削孔し、その注入孔から凍結材を注入して、開口部から吐出している湧水あるいは吐出水を凍結させ、開口部からの湧水あるいは吐出水が凍結した後、前記凍結材注入孔の間に、新たに止水材注入孔を、コンクリート壁を貫通するように削孔し、凍結部が融解するまでの時間内に、止水材注入孔から止水材を注入し、壁背面の流水部を硬化させる技術が開示されている。

特開２０００－１１０４９７号公報

従来の地盤改良に代えて、凍結工法の適用機会が増加している。従来技術として、出水（湧水ともいう）がある場合、出水箇所の周辺に凍結材を注入して出水を凍結し、第二次処理として、凍結後、止水材を注入して出水箇所を硬化させる技術がある（例えば、特許文献１）。しかしながら、出水箇所、換言すると水に動きがある箇所では、地盤の凍結が困難な場合もある。

本発明は、上記の問題に鑑み、従来よりも確実に出水を止水できる新たな止水技術を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明では、水に動きがある箇所では地盤の凍結が困難な場合があることに着目し、出水箇所における水の流れを制御して、凍結させることとした。

詳細には、本発明は、出水箇所を覆い、出水箇所からの出水を貯留する冷却可能な貯留部を備える、止水装置である。

本発明に係る止水装置によれば、出水を貯留することで、凍結し易いように水の動きを制御して熱交換することが可能となる。その結果、水に動きが有る出水箇所においても、出水を凍結して止水することができる。止水剤を用いないことから、出水箇所への影響を抑えつつ、止水することができる。

また、本発明は、冷却媒体を供給する供給部から供給される冷却媒体が流れる冷却配管と、冷却配管が設けられ、出水箇所を覆い、出水箇所からの出水を貯留する貯留部とを備える、止水装置である。

本発明に係る止水装置によれば、出水を貯留し、凍結し易いように水の動きを制御して熱交換することで、出水を凍結して止水することができる。止水剤を用いないことから、出水箇所への影響を抑えつつ、止水することができる。

冷却媒体には、極低温冷却媒体を用いることができる。極低温冷却媒体の冷熱を利用することで、短時間で止水することができる。極低温冷却媒体は、液体空気とすることができる。液体空気（液化空気ともいう）は、空気を液化したものであり、常圧下の沸点は約－１９０℃である。液体空気を用いることで、止水装置で使用した液体空気を排出することができる。極低温冷却媒体には、例えば、液体窒素（常圧下の沸点は、約－１９６℃）を用いることもできる。液体窒素を用いる場合、現場内（特に、トンネルのように空気の流れが少なく換気が必要される現場）に排出すると、現場内の酸素が不足することが懸念される。これに対し、液体空気を用いる場合、液体窒素を用いる場合と比較して、酸素不足を低減できる。

ここで、貯留部は、出水箇所を覆う面状のプレート部と、プレート部の外縁部に設けられ、出水箇所の周囲に接続されるとともに、出水を堰き止める囲い部と、プレート部に設けられ、貯留する出水を外部に導水する導水部と、を有する構成としてもよい。

出水箇所の面と、プレート部、及び囲い部で囲まれた貯留空間に出水を貯留することができる。また、貯留した出水は、導水部から外部に導水、換言すると排出することができる。これにより、貯留する出水の量や、貯留する出水の流れを制御することができる。なお、配管は、貯留部の内部に埋め込むようにしてもよく、また、貯留部の外側に接続してもよい。また、貯留空間に貯留された出水に冷却媒体を直接供給するようにしてもよい。

貯留部は、プレート部と、囲い部とのうち、少なくとも何れか一方に設けられ、貯留部を出水箇所に固定する接続部を更に備える構成としてもよい。固定部は、ボルトなどの接続部材やボルト孔を含む構成としてもよい。また、固定部は、大気圧と接続部内の圧力との差圧を利用して吸着する真空吸着部で構成してもよい。また、接続部の内部に配管を埋め込み、冷却配管を流れる冷却媒体の冷熱の作用により、貯留部に付着した水分を凍結させることで、貯留部を出水箇所の周囲に接続するようにしてもよい。

ここで、導水部は、出水箇所の近傍に配置し、導水量を調整可能な導水量調整部を含む構成としてもよい。導水部を出水箇所の近傍に配置し、導水量を調整可能とすることで、貯留する出水の水の動きを抑制できる。貯留空間が出水で十分に満たされるように、導水量を調整することで、貯留空間内における水の動きを最小限に抑えることができる。その結果、出水が凍結し易くなる。

本発明に係る止水装置は、冷却媒体を供給する供給部と、供給部から供給される冷却媒体を配管へ送る供給配管と、を更に備えるものでもよい。これにより、冷却媒体の供給が可能となる。

ここで、本発明は、止水方法として特定してもよい。例えば、本発明は、出水箇所を特定する特定工程と、特定工程で特定した出水箇所からの出水を貯留し、凍結し易いように水の動きを制御して熱交換することで、出水を凍結して止水する止水工程と、を含む止水方法である。

本発明に係る止水方法によれば、出水を凍結して止水することができる。止水剤を用いないことから、出水箇所への影響を抑えつつ、止水することができる。

本発明に係る止水方法は、特定工程で出水箇所を特定した後、出水範囲を減少させる準備工程を更に含むものでもよい。準備工程を行うことで、より確実に止水することができる。

また、止水工程では、貯留した出水を外部に導水してもよい。これにより、貯留する出水の量や、貯留する出水の流れを制御することができる。また、止水工程では、出水箇所の近傍から導水量を調整しながら導水するようにしてもよい。これにより、貯留された水の動きを最小限に抑えることができる。その結果、出水が凍結し易くなる。

本発明によれば、従来よりも確実に出水を止水できる新たな止水技術を提供することができる。

図１は、実施形態に係る止水装置の正面図を示す。 図２は、実施形態に係る止水装置の背面図を示す。 図３は、出水箇所からの出水の状況を示す。 図４は、出水範囲を縮小する状況を示す。 図５は、止水装置を固定する状況を示す。 図６は、止水装置が固定され、出水が貯留され、導水部から出水が導水されている状況を示す。 図７は、冷却配管、供給配管、排出配管、及び供給部が設置された状況を示す。 図８は、止水装置により出水箇所を冷却する状況を示す。 図９は、貯留された出水の状況を示す。 図１０は、止水装置の撤去状況を示す。

次に、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。以下の説明は例示であり、本発明は以下の内容に限定されるものではない。

＜実施形態＞
＜止水装置の構成＞
図１は、実施形態に係る止水装置の正面図を示す。図２は、実施形態に係る止水装置の背面図を示す。止水装置１００は、供給部２、供給配管３、冷却配管１０１、貯留部１０２を備える。貯留部１０２は、プレート部１０３、囲い部１０４、導水部１０５、固定部１０６を含む。なお、図１、図２では、冷却配管１０１及び貯留部１０２は、供給部２及び供給配管３と比較して拡大（強調）して示す。

供給部２は、冷却媒体としての液体空気を貯蔵し、貯蔵する液体空気を供給する。液体空気（液化空気ともいう）は、空気を液化したものであり、常圧下の沸点は約－１９０℃である。冷却媒体には、例えば、液体窒素（常圧下の沸点は、約－１９６℃）を用いてもよい。また、冷却媒体には、液体空気や液体窒素よりも温度の高いブライン（例えば、約－３０℃の塩化カルシウム水溶液）を用いるようにしてもよい。なお、供給部２は、止水装置１００とは別の装置として構成してもよい。

供給配管３は、一端が供給部２と接続され、他端が冷却配管１０１の入口側と接続され、内部を液体空気が流れる。供給配管３には、液体空気を流すことができるフレキシブルホースを用いることができる。供給配管３は、冷熱が逃げないよう、周囲が断熱材（例えば、発泡ポリエチレン）で覆われていることが好ましい。供給配管３は、止水装置１００とは別の装置として構成してもよい。なお、実施形態では、供給配管３と同様にフレキシブルホースで構成された排出配管３１が冷却配管１０１の出口側と接続され、熱交換後の液体空気を排出可能となっている。なお、再利用できる冷却媒体を用いる場合には、冷却媒体が供給部２と冷却配管１０１との間で循環できるよう、供給配管３は、供給部２と冷却配管１０１に接続してもよい。

貯留部１０２は、出水箇所を覆い、出水箇所からの出水を貯留する。貯留部１０２は、プレート部１０３、囲い部１０４、導水部１０５、固定部１０６を含む。プレート部１０３は、プレート状の鋼製部材で構成され、出水箇所を覆う。実施形態に係るプレート部１０３は、矩形状である。囲い部１０４は、出水箇所の周囲に接続されるとともに、出水を堰き止める。囲い部１０４は、棒状の鋼製部材で構成され、プレート部１０３の外縁部の内側に、プレート部１０３の背面から突出するように設けられている。また、囲い部１０４は、出水箇所との接続面に、出水の漏れを抑制する水漏れ抑制部としての止水ゴム１０４ａが設けられている。また、実施形態では、貯留部１０２を垂直壁に設置した場合において、上部が開放するよう囲い部１０４が設けられている。出水箇所の面と、プレート部１０３及び囲い部１０４で囲まれた貯留空間１０７に出水が貯留される。導水部１０５は、プレート部１０３の中央付近に設けられた貫通孔からなり、貯留する出水を外部に導水する。また、導水部１０５には、導水する水量を調整するバルブ１０５ａ（本発明の導水量調整部の一例）が設けられている。固定部１０６は、貯留部１０２を出水箇所に固定する。固定部１０６は、プレート部１０３の外縁部に間隔を空けて形成された複数のボルト孔１０６ａとボルト孔１０６ａに固定されるボルト１０６ｂを含む構成である。固定部１０６は、大気圧と固定部１０６内の圧力との差圧を利用して吸着する真空吸着部で構成してもよい。プレート部１０３及び囲い部１０４は、ステンレス、銅、銀などの金属でもよい。また、プレート部１０３及び囲い部１０４の形状は、上記に限定されない。例えば、貯留部１０２を天井や床に接続することを想定して、囲い部１０４は、一部を開放せずに、プレート部１０３の外縁部の内側を一周するように設けてもよい。

なお、止水装置１００は、貯留部１０２を覆う貯留部用断熱部（図示せず）を更に備える構成としてもよい。貯留部用断熱部は、プレート部１０３や囲い部１０４を覆う。貯留部用断熱部は、例えば、発泡ポリエチレン製とすることができる。貯留部用断熱部を備える構成とすることで、効率よく熱交換、すなわち冷却することができる。

冷却配管１０１は、貯留空間１０７に設けられ、貯留された出水を冷却する。冷却配管１０１は、供給配管３を介して供給される液体空気が流れる。冷却配管１０１の出口側に接続された排出配管３１を介して、液体空気が排出され、一部が気化する。実施形態に係る冷却配管１０１は、断面が円形の鋼製の配管からなり、直線部と曲げ部（Ｕ型）が連続して連なる、ジグザグ形状で構成されている。冷却配管１０１は、液体空気を流すことができる材質であればよく、鋼製に限定されない。冷却配管１０１は、ステンレス、銅、銀などの金属でもよい。また、冷却配管１０１の断面形状は、矩形、三角形など、円形以外の形状でもよい。また、冷却配管１０１の形状は、冷熱を貯留された出水へ均一に伝達できればよく、ジグザグ形状に限定されない。冷却配管１０１は、分岐部と、分岐部に連なる平行する複数の小配管とを設けるようにしてもよい。また、冷却配管１０１は、渦巻き形状としてもよい。また、冷却配管１０１は、薄い面状でもよい。

貯留部１０２は、貯留部１０２を出水箇所に接続する際に持ち手として機能する把持部を更に備える構成としてもよい。把持部を備える構成とすることで、作業効率を向上することができる。

＜止水方法＞
図３から図１０は、止水方法を説明する図を示す。以下、止水方法の一例として、止水装置１００によって、大深度の地盤内に構築されるトンネルにおける出水を止水する場合について説明する。

図３は、出水箇所からの出水の状況を示す。ステップ０１では、出水箇所が特定される（本発明の特定工程の一例）。図３では、トンネルのセグメントＳの隙間（縦方向に延びる隙間）が出水箇所となっており、出水箇所として特定される。

図４は、出水範囲を縮小する状況を示す。ステップ０２では、出水範囲が縮小される（本発明の準備工程の一例）。具体的には、出水箇所にウエス等の詰め物１１０をすることで、出水範囲が縮小される。

図５は、止水装置を固定する状況を示す。ステップ０３では、止水装置１００の貯留部１０２が出水箇所を覆うように接続される。具体的には、出水箇所と導水部１０５が一致するように貯留部１０２の接続場所が位置決めされ、プレート部１０３のボルト孔１０６ａに対応する出水箇所の面にセグメント側のボルト孔（図示せず）が形成され、貯留部１０２がボルト１０６ｂで出水箇所に接続される。ステップ０３から後述するステップ０７は、本発明の止水工程の一例である。

図６は、止水装置が固定され、出水が貯留され、導水部から出水が導水されている状況を示す。ステップ０４では、出水が貯留され、導水部１０５から出水が導水（外部に排出）される。

図７は、冷却配管、供給配管、排出配管、及び供給部が設置された状況を示す。ステップ０５では、冷却配管１０１、供給配管３、排出配管３１、及び供給部２が設置される。具体的には、供給部２に接続された供給配管３が、冷却配管１０１に接続され、冷却配管１０１が貯留空間１０７内に配置される。なお、冷却配管１０１は、貯留部１０２に予め固定しておいてもよい。

図８は、止水装置により出水箇所を冷却する状況を示す。ステップ０６では、止水装置１００により出水箇所が冷却され、止水される。具体的には、供給部２から冷却媒体の供給が開始される。一方、貯留空間１０７に貯留された出水が、貯留部１０２の上部から溢れないように、導水部１０５のバルブ１０５ａによって、導水される水量が調整される。図９は、貯留部１０２を背面側から見た図であり、貯留された出水の状況を示す。図９に示すように、貯留空間１０７に出水が貯留され、囲い部１０４が設けられていない、貯留部１０２の上部の開放部分から貯留された出水が溢れないように、導水される水量が調整される。

図１０は、止水装置の撤去状況を示す。ステップ０７では、止水装置１００が撤去される。具体的には、囲い部１０４が設けられていない、貯留部１０２の上部の開放部分から貯留された出水を確認し、貯留された出水の凍結が確認されたら、バルブ１０５ａを閉め、止水装置１００が撤去される。凍結した貯留された出水は、貯留部１０２と共に撤去されるが、出水箇所は凍結しているため、出水が止水される。その後、必要に応じて既存の止水方法を利用して、出水箇所をより確実に止水するようにしてもよい。

＜効果＞
以上説明した実施形態に係る止水装置１００、及び止水方法によれば、出水を貯留することで、凍結し易いように水の動きを制御して熱交換することが可能となる。より詳細には、導水部１０５と出水箇所が一致するように、出水箇所を覆うように貯留部１０２を出水箇所に接続し、貯留空間１０７が出水で十分に満たされ、溢れないように、導水部１０５から導水される水量をバルブ１０５ａで調整することで、貯留空間１０７内における水の動きを最小限に抑えることができる。その結果、水に動きが有る出水箇所においても、出水が凍結し易くなる。また、止水剤を用いないことから、出水箇所への影響を抑えつつ、止水することができる。

また、冷却媒体として、極低温冷却媒体である液体空気を用いることで、液体空気よりも温度の高いブラインを用いる場合と比較して、短時間で出水を凍結して止水することができる。短時間で止水することで、施工の中断を最小限にすることができる。また、液体空気を用いることで、液体空気を排出した場合でも、例えば、液体窒素を用いる場合と比較して、現場における酸素不足を低減できる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明に係る止水装置、及び止水方法は、上述した内容に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更を加えることができる。例えば、地下構造物の一例として、トンネルのセグメントＳの隙間からの出水の止水を例に説明したが、本発明に係る止水装置、及び止水方法は、種々の地下構造物の出水対策へ活用できる。また、本発明に係る止水装置、及び止水方法は、水に動きがある出水箇所の応急対策、換言するとバックアップツールとして好適に用いることができるが、種々の地下構造物の出水対策へ活用できる。地下構造物には、トンネル、共同溝、地下駐車場、地下駅舎、立坑などの地下構造物（地中構造物）が例示される。

また、冷却配管１０１は、プレート部１０３や囲い部１０４の内部に埋め込む構成としてもよい。この場合、固定部１０６の内部に埋め込まれた冷却配管１０１を流れる冷却媒体の冷熱の作用により、固定部１０６に付着した水分を凍結させることで、貯留部１０２を出水箇所の周囲に接続することができる。

また、冷却配管１０１は、プレート部１０３の外側に接続するようにしてもよい。また、冷却媒体の液体窒素を貯留された出水に直接供給するようにしてもよい。

２・・・供給部
３・・・供給配管
１００・・・止水装置
１０１・・・冷却配管
１０２・・・貯留部
１０３・・・プレート部
１０４・・・囲い部
１０５・・・導水部
１０６・・・固定部

Claims (4)

1. 冷却媒体を供給する供給部から供給される冷却媒体が流れる冷却配管と、
   出水箇所を覆い、出水箇所からの出水を貯留する、冷却配管が設けられた貯留部と、を備え、
   貯留部は、出水箇所を覆うプレート状のプレート部と、上部が開放するようにプレート部の外縁部に設けられ、プレート部から突出し出水箇所の周囲に接続されるとともに、出水を堰き止める囲い部と、プレート部に設けられ、貯留する出水を外部に導水する導水部であって、導水量を調整可能な導水部とを有する、止水装置。
2. 導水部は、プレート部の中央付近に設けられた貫通孔と、貫通孔に設けられ導水量を調整する導水量調整部を有する、請求項１に記載の止水装置。
3. 囲い部は、出水箇所との接続面に、出水の漏れを抑制する水漏れ抑制部を有する請求項１又は２に記載の止水装置。
4. 出水箇所を特定する特定する特定工程と、
   特定工程で特定した出水箇所からの出水を貯留し、凍結し易いように水の動きを制御して熱交換する止水装置により、出水を凍結して止水する止水工程と、を含み、
   止水装置は、冷却媒体を供給する供給部から供給される冷却媒体が流れる冷却配管と、
   出水箇所を覆い、出水箇所からの出水を貯留する、冷却配管が設けられた貯留部と、を備え、
   貯留部は、出水箇所を覆うプレート状のプレート部と、上部が開放するようにプレート部の外縁部に設けられ、プレート部から突出し出水箇所の周囲に接続されるとともに、出水を堰き止める囲い部と、プレート部に設けられ、貯留する出水を外部に導水する導水部であって、導水量を調整可能な導水部とを有する、止水方法。