特開 2023-177035 凍土形成装置及び凍土造成方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023177035

(43)【公開日】2023-12-13

(54)【発明の名称】凍土形成装置及び凍土造成方法

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/115 20060101AFI20231206BHJP

   E02D 19/14 20060101ALI20231206BHJP

【ＦＩ】

E02D3/115

E02D19/14

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022089716

(22)【出願日】2022-06-01

(71)【出願人】

【識別番号】000001373

【氏名又は名称】鹿島建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100122781

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 寛

(72)【発明者】

【氏名】岡部 光宏

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 竜郎

(72)【発明者】

【氏名】上原 昌也

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 健治

(72)【発明者】

【氏名】江崎 太一

【テーマコード（参考）】

2D043

【Ｆターム（参考）】

2D043CA14

(57)【要約】

【課題】設置スペースを抑えながら、冷却する地盤の深度領域を選択可能とする凍土形成装置及び凍土造成方法を提供する。
【解決手段】凍土形成装置１は、地盤Ｇに埋入され上端側に冷媒入口管７及び冷媒出口管９が設けられた凍結管３を備える凍土形成装置１であって、凍結管３は、上端側に冷媒出口管９が設けられ下端側に底部をもつ外管部２１と、外管部２１の中空部２１ｈ内に配置され冷媒入口管７からの冷媒を外管部２１の中空部２１ｈ内に供給する供給口２３ａ，２５ａを含む短尺内管２３及び長尺内管２５と、を有し、供給口２３ａ，２５ａの深さ方向の位置が可変である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

地盤に埋入され埋入深さ方向の浅部側に冷媒の入口及び出口が設けられ、前記冷媒が内部で流動する凍結管を備える凍土形成装置であって、
前記凍結管は、
前記浅部側に前記出口が設けられ前記埋入深さ方向の深部側に底部をもつ外管部と、
前記外管部の中空部内に配置され前記入口からの冷媒を前記外管部の前記中空部内に供給する供給口を含む供給部と、を有し、
前記供給部の前記供給口の前記埋入深さ方向の位置が可変である、凍土形成装置。

【請求項2】

前記供給部は、
前記外管部の前記中空部内に並列して配置され、前記埋入深さ方向の位置が互いに異なる前記供給口をそれぞれ含む複数の内管と、
前記入口からの前記冷媒の送出先を複数の前記内管の何れかに選択的に切り替え可能な切替手段と、を備える、請求項１に記載の凍土形成装置。

【請求項3】

前記供給部は、
前記外管部の前記中空部に設けられた第１内管と、
前記第１内管の中空部を通過して前記第１内管よりも前記深部側まで延びる第２内管と、
前記第１内管の前記深部側の一端において当該第１内管と前記第２内管との隙間の開口として形成され前記供給口として機能する第１供給口と、
前記第２内管の前記深部側の一端の開口として形成され前記供給口として機能する第２供給口と、
前記入口からの前記冷媒の送出先を少なくとも前記第１内管と前記第２内管とに選択的に切り替え可能な切替手段と、を備える、請求項１に記載の凍土形成装置。

【請求項4】

前記供給部は、
前記外管部の前記中空部を通過して延びる内管と、
前記内管の前記深部側の一端の開口として形成された前記供給口と、を備え、
前記内管の位置が、前記外管部に対して前記埋入深さ方向に可変である、請求項１に記載の凍土形成装置。

【請求項5】

請求項１～４の何れか１項に記載の凍土形成装置を用いて地盤中に凍土を造成する凍土造成方法であって、
前記埋入深さ方向における深部側において前記中空部内に前記供給口から前記冷媒を供給し、前記地盤中に凍土を形成する凍土形成工程と、
前記凍土形成工程よりも前記埋入深さ方向における浅部側において、前記中空部内に前記供給口から前記冷媒を供給し、前記凍土を維持する凍土維持工程と、を備える凍土造成方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、凍土形成装置及び凍土造成方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、このような分野の技術として、例えば、下記特許文献１に記載されているような凍土造成方法が知られている。この凍土造成方法は、図６に模式的に示されるように、凍結管１０３を地盤Ｇ中に複数埋入し、各凍結管１０３に冷媒を循環させて凍土遮水壁を造成するものである。凍結管１０３は、外管部２１と内管２５とを有する二重管構造をなしており、送り用冷媒管１１に接続された冷媒入口管７と、戻り用冷媒管１３に接続された冷媒出口管９と、を備えている。送り用冷媒管１１からの冷媒が、冷媒入口管７を通じて凍結管１０３に導入されると、内管２５、内管２５の下端の供給口２５ａ、外管部２１の中空部２１ｈを順に流動し、冷媒出口管９を通じて戻り用冷媒管１３に戻される。このような各凍結管１０３によって地盤Ｇが冷却され、凍土遮水壁が形成される。

【0003】

この種の凍土造成方法では、凍土の過度な成長を抑制するために、冷熱供給時間を限定する維持管理運転が実施される。維持管理運転では、凍土温度が十分に低い時は冷媒循環が停止される。そして、凍土温度が所定よりも高くなったときには冷媒循環が再開される。このような制御により、凍土の温度が適切に維持され、当該凍土の強度が維持される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第6997614号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ここで、地表面に比較的近い地盤浅部は、気温の影響により地盤深部と比較して凍土温度が高い傾向にある。従って、地盤深部において凍土が十分に成長していても、地盤浅部における凍土の温度が高ければ、維持管理運転における冷媒の循環を行なわざるを得ない。そうすると、図７に示されるように、地盤深部においては凍土Ｆが過度に成長するといった事象が発生し易くなる。凍土Ｆが過度に成長すれば、地盤の膨張により周辺地盤に変形が生じ周辺構造物に悪影響を及ぼす虞があり、また、凍土Ｆを解凍する際においても周辺地盤や周辺構造物への悪影響を及ぼす虞がある。また、凍土Ｆの過度な成長のための冷却電力の無駄にもなる。

【0006】

そこで、冷却する地盤の深度領域を凍結管１０３の埋入深さ方向で選択可能とし、合理的に地盤を冷却可能とすることが求められる。特許文献１の凍土造成方法では、地盤浅部の地盤のみを冷却可能とすべく、地表面Ｇ１近傍で水平方向に延びる水平凍結管１０７が追加で埋設されている。

【0007】

しかしながら、一般的にこの種の凍土造成方法では、凍結管１０３を比較的狭いピッチ（例えば８０ｃｍピッチ）で設置する必要があり、凍結管１０３自体も上記ピッチに対してあまり小さくない径（例えば１０ｃｍ径）をもつ。また、地表面Ｇ１近傍では、各凍結管１０３に対してそれぞれ冷媒入口管７及び冷媒出口管９等の配管が存在しており、断熱材等も設置されるので、地盤浅部は比較的狭隘である。従って、上記のような水平凍結管１０７やこれらに伴って必要な配管等の設備を追加することが設置スペースの観点から困難な場合もある。

【0008】

このような問題に鑑み、本発明は、設置スペースを抑えながら、冷却する地盤の深度領域を選択可能とする凍土形成装置及び凍土造成方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】

本発明の要旨は以下の通りである。

【0010】

〔１〕地盤に埋入され埋入深さ方向の浅部側に冷媒の入口及び出口が設けられ、前記冷媒が内部で流動する凍結管を備える凍土形成装置であって、前記凍結管は、前記浅部側に前記出口が設けられ前記埋入深さ方向の深部側に底部をもつ外管部と、前記外管部の中空部内に配置され前記入口からの冷媒を前記外管部の前記中空部内に供給する供給口を含む供給部と、を有し、前記供給部の前記供給口の前記埋入深さ方向の位置が可変である、凍土形成装置。

【0011】

〔２〕前記供給部は、前記外管部の前記中空部内に並列して配置され、前記埋入深さ方向の位置が互いに異なる前記供給口をそれぞれ含む複数の内管と、前記入口からの前記冷媒の送出先を複数の前記内管の何れかに選択的に切り替え可能な切替手段と、を備える、〔１〕に記載の凍土形成装置。

【0012】

〔３〕前記供給部は、前記外管部の前記中空部に設けられた第１内管と、前記第１内管の中空部を通過して前記第１内管よりも前記深部側まで延びる第２内管と、前記第１内管の前記深部側の一端において当該第１内管と前記第２内管との隙間の開口として形成され前記供給口として機能する第１供給口と、前記第２内管の前記深部側の一端の開口として形成され前記供給口として機能する第２供給口と、前記入口からの前記冷媒の送出先を少なくとも前記第１内管と前記第２内管とに選択的に切り替え可能な切替手段と、を備える、〔１〕に記載の凍土形成装置。

【0013】

〔４〕前記供給部は、前記外管部の前記中空部を通過して延びる内管と、前記内管の前記深部側の一端の開口として形成された前記供給口と、を備え、前記内管の位置が、前記外管部に対して前記埋入深さ方向に可変である、〔１〕に記載の凍土形成装置。

【0014】

〔５〕〔１〕～〔４〕の何れか１項に記載の凍土形成装置を用いて地盤中に凍土を造成する凍土造成方法であって、前記埋入深さ方向における深部側において前記中空部内に前記供給口から前記冷媒を供給し、前記地盤中に凍土を形成する凍土形成工程と、前記凍土形成工程よりも前記埋入深さ方向における浅部側において、前記中空部内に前記供給口から前記冷媒を供給し、前記凍土を維持する凍土維持工程と、を備える凍土造成方法。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、設置スペースを抑えながら、冷却する地盤の深度領域を選択可能とする凍土形成装置及び凍土造成方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態に係る凍土形成装置が設置された地盤を示す断面図である。

【図2】（ａ）は、第１実施形態の凍結管の一本を示す鉛直断面図であり、（ｂ）は、そのIIb-IIb断面図である。

【図3】（ａ）は、第２実施形態の凍結管の一本を示す鉛直断面図であり、（ｂ）は、そのIIIb-IIIb断面図である。

【図4】（ａ），（ｃ）は、第３実施形態の凍結管の一本をそれぞれ示す鉛直断面図であり、（ｂ）は、そのIVb-IVb断面図である。

【図5】参考形態に係る凍土形成装置が設置された地盤を示す断面図である。

【図6】従来の凍土形成装置が設置された地盤を示す断面図である。

【図7】従来の凍土形成装置の凍結管により形成される凍土を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照しながら本発明に係る凍土形成装置及び凍土造成方法の実施形態について詳細に説明する。以下、同一または同等の構成要素には図面で同一符号を付して重複する説明を省略する。

【0018】

〔第１実施形態〕
図１は、本実施形態に係る凍土形成装置１が設置された地盤Ｇを示す断面図である。凍土形成装置１は、地盤Ｇ中に遮水のための凍土壁を造成するものである。凍土形成装置１は、地表面Ｇ１から鉛直下方に向けて地盤Ｇに埋入された複数の凍結管３を備えている。凍土形成装置１は、これらの各凍結管３内に冷媒を流動させることで地盤Ｇを冷却し凍土を形成させる。凍結管３は、凍土壁の造成予定位置に沿って平面視で一次元的に等ピッチで配列されている。凍結管３の配列ピッチは例えば約８０ｃｍである。

【0019】

各凍結管３は、地盤Ｇに埋入された凍結管本体部５と、凍結管本体部５の上端部に設けられた冷媒入口管７及び冷媒出口管９とを有している。凍結管本体部５は、鉛直方向を円柱軸とする直径約１０ｃｍ程度の円柱状をなしている。凍結管本体部５の埋入深さは、凍土の造成予定領域の深さに応じて設定され、例えば１０～５０ｍ程度である。凍結管本体部５の上端部は地表面Ｇ１上に突出しており、この突出した凍結管本体部５の上端部に冷媒入口管７及び冷媒出口管９の一端がそれぞれ接続されている。凍結管本体部５の内部には、冷媒入口管７から冷媒出口管９まで冷媒を流通させる冷媒流路が形成されている。冷媒入口管７の他端側は送り用冷媒管１１に接続されており、冷媒出口管９の他端側は戻り用冷媒管１３に接続されている。送り用冷媒管１１及び戻り用冷媒管１３は、所定の冷凍設備（図示しない）に接続されている。

【0020】

上記のような凍土形成装置１においては、冷凍設備から送り用冷媒管１１を通じて供給される冷媒が、各冷媒入口管７を通じて各凍結管３に導入される。供給される冷媒の温度は、例えば－３０℃である。導入された冷媒は、各凍結管３の凍結管本体部５内部の冷媒流路を流通した後、各冷媒出口管９から排出される。その後、冷媒は戻り用冷媒管１３を通じて冷凍設備に返送される。このような冷媒の循環によって、各凍結管の凍結管本体部５の周囲において、地盤Ｇ中の水分が凍結して凍土が形成され、この凍土が凍結管３の配列方向に互いに繋がることにより、凍土壁が造成される。上記冷媒としては、例えば、塩化ナトリウム水溶液、塩化カルシウム水溶液等が用いられる。

【0021】

続いて、上記凍結管３について更に詳細に説明する。図２（ａ）は、凍結管３の一本を示す鉛直断面図であり、図２（ｂ）は、そのIIb-IIb断面図である。凍結管３の凍結管本体部５は、図に示されるように、外管部２１と、短尺内管２３と、長尺内管２５と、を備えている。外管部２１と、短尺内管２３と、長尺内管２５と、はすべて円管状をなす。外管部２１は下端に底壁２１ｂをもつ有底の管状体であり、凍結管本体部５の外殻を構成している。外管部２１の外周壁の上端部には冷媒出口管９が接続されている。

【0022】

短尺内管２３及び長尺内管２５は、当該外管部２１の中空部２１ｈ内に並列して平行に設置され、外管部２１の管軸方向に延在している。冷媒入口管７は、分岐管７ａ，７ｂの２本に分岐しており、分岐管７ａはバルブＶａを介して短尺内管２３の上端に接続され、分岐管７ｂはバルブＶｂを介して長尺内管２５の上端に接続されている。なお、図１においては、分岐管７ａ，７ｂ及びバルブＶａ，Ｖｂの図示が省略されている。

【0023】

短尺内管２３の下端及び長尺内管２５の下端は、それぞれ外管部２１の中空部２１ｈ内に存在している。長尺内管２５の下端は、外管部２１の底壁２１ｂの直近に位置している。短尺内管２３の下端は、長尺内管２５の下端よりも浅い位置に位置している。短尺内管２３の下端に開口する管口は、冷媒入口管７からの冷媒を比較的浅い位置で外管部２１の中空部２１ｈ内に供給する第１供給口２３ａとして機能する。長尺内管２５の下端に開口する管口は、冷媒入口管７からの冷媒を比較的深い位置で外管部２１の中空部２１ｈ内に供給する第２供給口２５ａとして機能する。

【0024】

上記のような凍結管３において、バルブＶａが閉状態、バルブＶｂが開状態とされると、冷媒入口管７からの冷媒は、長尺内管２５を通じて第２供給口２５ａから底壁２１ｂ近傍の位置で中空部２１ｈ内に供給される。その後、冷媒は中空部２１ｈ内を上昇し、冷媒出口管９に排出される。すなわちこの場合、冷媒は、凍結管本体部５の深さ方向の全長に亘って流動する。従って、凍結管本体部５の周囲の地盤Ｇは、凍結管本体部５の深さ方向の全長に亘って冷却され、すなわち、造成予定の凍土壁のすべての深度領域が冷却される。

【0025】

一方、バルブＶａが開状態、バルブＶｂが閉状態とされると、冷媒入口管７からの冷媒は、短尺内管２３を通じて第１供給口２３ａから比較的浅い位置で中空部２１ｈ内に供給される。中空部２１ｈ内で第１供給口２３ａよりも深い部分には、既に冷媒が充填されているので、第１供給口２３ａから供給される冷媒は下方に流動し難く、中空部２１ｈ内で冷媒出口管９に向けて流動する傾向にある。従って、ほとんどの上記冷媒は中空部２１ｈ内を上昇し、冷媒出口管９に排出される。すなわちこの場合、冷媒は、凍結管本体部５のうち、概ね第１供給口２３ａよりも浅い部分のみに流動する。従って、凍結管本体部５の周囲の地盤Ｇは、概ね第１供給口２３ａよりも浅い部分のみが冷却される。

【0026】

上記のように、短尺内管２３及び長尺内管２５は、中空部２１ｈ内への冷媒の供給口２３ａ，２５ａを含む供給部２０を構成する。また、凍土形成装置１における凍結管３のバルブＶａ，Ｖｂは、冷媒入口管７からの冷媒の送出先を複数の内管（短尺内管２３及び長尺内管２５）の何れかに選択的に切り替え可能な切替手段として機能する。なお、凍土形成装置１は、上記バルブＶａ，Ｖｂを含んで冷媒の循環経路を制御する制御装置を備えてもよい。このような切替手段により、冷媒入口管７からの冷媒を外管部２１の中空部２１ｈに供給する供給口（第１供給口２３ａ及び第２供給口２５ａ）の深さ方向の位置を可変にすることができる。第１供給口２３ａの深さ方向の位置は、地表面Ｇ１から例えば深さ１～５ｍの位置に設定される。第２供給口２５ａの深さ方向の位置は、外管部２１の底壁２１ｂの直近の位置に設定される。

【0027】

以上のような凍土形成装置１による作用効果について説明する。凍土形成装置１によれば、各凍結管３において、冷媒入口管７からの冷媒を外管部２１の中空部２１ｈに供給する供給口の深さ方向の位置を可変にすることができる。そして、各凍結管３においては、概ね供給口（第１供給口２３ａ又は第２供給口２５ａ）よりも浅い位置のみで地盤Ｇが冷却される。従って、凍土形成装置１によれば、冷却する地盤の深度領域を選択することができる。例えば、前述したように、冷却する地盤の深度領域を、凍土壁の造成予定領域のすべての深度領域とするか、造成予定領域のうち所定よりも浅い深度領域のみとするか、を選択することができる。

【0028】

また、凍結管３においては、凍結管本体部５の外殻をなす外管部２１内に短尺内管２３及び長尺内管２５が収められているので、１本の凍結管３あたりの占有領域は、例えば図６で説明したような凍結管１０３と同等に抑えることができる。そして、外管部２１の外側には、例えば、図６における水平凍結管１０７などの大きな設備を追加する必要が無い。従って、凍土形成装置１の設置スペースは抑えられ、狭隘な場所で機器の設置に制約がある場合にも、凍土形成装置１を適用することができる。

【0029】

また、冷媒入口管７、冷媒出口管９、送り用冷媒管１１、及び戻り用冷媒管１３など、凍結管３に接続される冷媒循環ラインは、図６で説明したような凍結管１０３の場合と同じであるので、特別な配管作業等を必要とせず、例えば継手部からの冷媒漏洩等のリスクも小さい。

【0030】

また、凍結管３における外管部２１は、図６で説明したような凍結管１０３の外管部２１と同じ構造をなすので、凍結管３の構成は、既に施工済みの凍結管にも適用することができる。すなわち、例えば既に地盤Ｇ中に埋設された凍結管１０３において、外管部２１の中空部内の構造を差替えることで凍結管３の構造に改変することができる。

【0031】

以上のような凍土形成装置１を用いて実施される凍土造成方法は、例えば次のようなものである。この凍土形成装置１において、まず、地盤Ｇ中に凍土壁が形成される前は、各凍結管３においてバルブＶａが閉状態、バルブＶｂが開状態とされることで、外管部２１の中空部２１ｈ内に第２供給口２５ａから冷媒が供給される。そうすると、前述の通り、凍土壁の造成予定領域のすべての深度領域が冷却され、最終的に凍土壁が完成する（凍土形成工程）。そして、バルブＶａ、Ｖｂが両方とも閉状態とされ冷媒の循環が停止される。

【0032】

その後、凍土壁のうち浅い部分は、気温の影響により温度上昇し易いので、所定以上の凍土温度が検知されたときに、バルブＶａが開状態、バルブＶｂが閉状態とされる。これにより、外管部２１の中空部２１ｈ内に第１供給口２３ａから冷媒が供給される。そうすると、前述の通り、凍土壁の造成予定領域のうち概ね第１供給口２３ａよりも浅い深度領域のみが冷却され、当該領域における凍土壁の温度が低下する。このとき、概ね第１供給口２３ａよりも深い深度領域は冷却されないので、凍土壁の深部の成長を促進することは避けられる。上記の凍土形成工程で凍土壁が形成された後は、このような制御が実行されることで凍土壁の温度が維持され、凍土が適切に維持される（凍土維持工程）。また、この制御を実行可能にするために、凍土壁の造成予定領域には、凍土温度を測定するための測温管（図示せず）が設置されている。

【0033】

このような凍土造成方法によれば、凍土維持工程において、本来は冷却不要な凍土壁の深部が冷却されることが避けられ、凍土壁の深部が過度に成長することが回避される。従って、本来は不要な冷却電力の無駄が低減される。また、凍土壁の深部の過度な成長による周辺地盤や周辺構造物への悪影響も抑制される。

【0034】

〔第２実施形態〕
図３を参照しながら本発明の凍土形成装置の第２実施形態について説明する。本実施形態の凍土形成装置１Ｂは、第１実施形態の凍土形成装置１における凍結管３に代えて、図３に示される凍結管３Ｂを備えるものである。図３（ａ）は、凍結管３Ｂの一本を示す鉛直断面図であり、図３（ｂ）は、そのIIIb-IIIb断面図である。図に示されるように、凍結管３Ｂは、凍結管３の長尺内管２５に代えて、長尺内管２５Ｂを備えている。長尺内管２５は、短尺内管２３に対して並列に設けられるのに対し、長尺内管２５Ｂ（第２内管）は、短尺内管２３（第１内管）の中空部２３ｈを通過している。そして長尺内管２５Ｂは、短尺内管２３よりも深部側まで延び、長尺内管２５Ｂの下端は外管部２１の底壁２１ｂの直近に位置している。すなわち、短尺内管２３と長尺内管２５Ｂとが二重管構造をなしている。

【0035】

この構造によれば、短尺内管２３の下端における当該短尺内管２３と長尺内管２５Ｂとの隙間の円環状の開口が第１供給口２３ａとして機能する。また、長尺内管２５Ｂの下端に開口する管口が第２供給口２５ａとして機能する。そして、第１実施形態と同様に、バルブＶａ，Ｖｂを含む切替手段により、冷媒入口管７からの冷媒を外管部２１の中空部２１ｈに供給する供給口（第１供給口２３ａ及び第２供給口２５ａ）の深さ方向の位置を可変にすることができる。従って、上述のような凍結管３Ｂを備える本実施形態の凍土形成装置１Ｂによっても、第１実施形態の凍土形成装置１と同様の作用効果が得られるとともに、第１実施形態と同様の凍土造成方法を実行することができる。

【0036】

〔第３実施形態〕
図４を参照しながら本発明の凍土形成装置の第３実施形態について説明する。本実施形態の凍土形成装置１Ｃは、第１実施形態の凍土形成装置１における凍結管３に代えて、図４に示される凍結管３Ｃを備えるものである。図４（ａ）は、凍結管３Ｃの一本を示す鉛直断面図であり、図４（ｂ）は、そのIVb-IVb断面図である。図４（ｃ）は、図４（ａ）とは別の状態の凍結管３Ｃの一本を示す鉛直断面図である。凍結管３Ｃは、凍結管３の長尺内管２５に代えて、可動の長尺内管２５Ｃを備えている。また、凍結管３Ｃでは、凍結管３における短尺内管２３が省略されている。

【0037】

長尺内管２５Ｃは、外管部２１の上壁２１ｋを貫通して中空部２１ｈ内に挿入されている。長尺内管２５Ｃは、外管部２１に平行に延在しており、外管部２１に対して管軸方向に可動である。上壁２１ｋと長尺内管２５Ｃとの接合部には、両者の隙間を水密に塞ぎながら、上壁２１ｋに対する長尺内管２５Ｃの移動を可能にするための所定の水密可動機構が設けられる。また、長尺内管２５Ｃを上下動させるための駆動装置（図示せず）が設けられてもよい。

【0038】

長尺内管２５Ｃの上端は、バルブＶを介して冷媒入口管７に接続されており、長尺内管２５Ｃの下端に開口する管口は、冷媒入口管７からの冷媒を外管部２１の中空部２１ｈ内に供給する供給口２５ｄとして機能する。長尺内管２５Ｃは、図４（ａ）に示されるように、供給口２５ｄが外管部２１の底壁２１ｂの直近に位置するような位置に移動することが可能である。また、長尺内管２５Ｃは、図４（ｃ）に示されるように、供給口２５ｄが底壁２１ｂから離れて浅い位置に位置するような位置に移動することも可能である。

【0039】

この構造によれば、長尺内管２５Ｃが管軸方向に移動することで、冷媒入口管７からの冷媒を外管部２１の中空部２１ｈに供給する供給口２５ｄの深さ方向の位置を可変にすることができる。従って、上述のような凍結管３Ｃを備える本実施形態の凍土形成装置１Ｃによっても、第１実施形態の凍土形成装置１と同様の作用効果が得られるとともに、第１実施形態と同様の凍土造成方法を実行することができる。

【0040】

本実施形態の凍土形成装置１Ｃを用いて実施される凍土造成方法は、例えば次のようなものである。まず、地盤Ｇ中に凍土壁が形成される前は、図４（ａ）に示されるように、供給口２５ｄが外管部２１の底壁２１ｂの直近に位置するような位置で、長尺内管２５Ｃが設置される。そして、各凍結管３Ｃにおいて外管部２１の中空部２１ｈ内に供給口２５ｄから冷媒が供給されると、凍土壁の造成予定領域のすべての深度領域が冷却され、最終的に凍土壁が完成する（凍土形成工程）。そして、バルブＶが閉状態とされ冷媒の循環が停止される。

【0041】

その後、図４（ｃ）に示されるように、外管部２１に対して長尺内管２５Ｃを管軸方向に上昇させ、供給口２５ｄが底壁２１ｂから離れて浅い位置に位置するようにする。供給口２５ｄの深さ方向の位置は、地表面Ｇ１から例えば深さ１～５ｍの位置に設定される。このとき、長尺内管２５Ｃが外管部２１の上壁２１ｋから上方に長く突出するので、突出した長尺内管２５Ｃの一部が切除されてもよい。そして、第１実施形態における凍土維持工程と同様に、所定以上の凍土温度が検知されたときにバルブＶを開状態とする制御が実行される（凍土維持工程）。この凍土維持工程では、外管部２１の中空部２１ｈ内に対して、比較的浅い位置の供給口２５ｄから冷媒が供給される。そうすると、凍土壁の造成予定領域のうち比較的浅い深度領域のみが冷却される。そして、概ね供給口２５ｄよりも深い深度領域は冷却されないので、凍土壁の深部の成長を促進することは避けられる。このような凍土維持工程によって凍土壁の温度が維持され、凍土が適切に維持される。

【0042】

なお、上記のように長尺内管２５Ｃの一部が切除された後、再び供給口２５ｄを外管部２１の底壁２１ｂの直近に移動する必要が生じた場合には、長尺内管２５Ｃの上端に管材を溶接等で継ぎ足して長尺内管２５Ｃを延長した上で、当該長尺内管２５Ｃを外管部２１に対して管軸方向に下降させればよい。

【0043】

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して変形例を構成することも可能である。各実施形態等の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。例えば、第１実施形態では、下端位置が互いに異なる２本の内管２３，２５が用いられる例を説明したが、この例に倣って、下端位置が互いに異なる内管の数を更に増やして、供給口２３ａ，２５ａ，…の深さ方向の位置を更に多段階に切り替えられるようにしてもよい。

【0044】

第２実施形態では、二重管構造の内管２３，２５Ｂが用いられる例を説明したが、この例に倣って、内管を更なる多重管構造として、供給口２３ａ，２５ａ，…の深さ方向の位置を更に多段階に切り替えられるようにしてもよい。このように、供給口２３ａ，２５ａ，…の深さ方向の位置を更に多段階に切り替えられるようにすることで、冷却する地盤の深度領域を更に細かく制御できるようにしてもよい。

【0045】

また、第１実施形態のように内管２３，２５，…を並列配置する構成と、第２実施形態のように内管２３，２５Ｂ，…を多重構造とする構成と、第３実施形態のように内管２５Ｃを管軸方向に可動とする構成と、が適宜組み合わされて採用されてもよい。

【0046】

また、各実施形態における凍結管３は、地表面Ｇ１から鉛直下方に向けて地盤Ｇに埋入されるものであるが、これには限定されない。すなわち、本発明は、地盤に対して種々の方向（例えば水平方向）に向けて埋入される凍結管を備える凍土形成装置にも適用することができる。

【0047】

〔参考形態〕
なお、冷却する地盤の深度領域を選択可能とする凍土形成装置としては、図５に示す凍土形成装置２０１のようなものも考えられる。図５は、参考形態に係る凍土形成装置２０１が設置された地盤Ｇを示す断面図である。図５に示されるように、凍土形成装置２０１は、図６で説明したような従来の二重管構造の凍結管１０３と、凍結管１０３同士の間に追加で埋設され凍結管１０３よりも短尺の短尺凍結管１０４と、を備えるものである。短尺凍結管１０４は、凍結管１０３と同一の二重管構造をなすものであるが、凍結管１０３よりも短尺である点で相違している。

【0048】

このような凍土形成装置２０１によれば、各凍結管１０３のみに冷媒を循環させて、凍土壁の造成予定領域のすべての深度領域を冷却することができる。また、各短尺凍結管１０４のみに冷媒を循環させて、造成予定領域のうち所定よりも浅い深度領域のみを冷却することができる。このような凍土形成装置２０１に比較して、上述した第１～第３実施形態の凍土形成装置１，１Ｂ，１Ｃによれば、凍結管３同士の各間に短尺凍結管１０４を追加で設置する必要が無いので、設置スペースが抑えられ、狭隘な場所で機器の設置に制約がある場合にも適用が容易である。

【符号の説明】

【0049】

１，１Ｂ，１Ｃ…凍土形成装置、３，３Ｂ，３Ｃ…凍結管、７…冷媒入口管、９…冷媒出口管、２０…供給部、２１…外管部、２１ｂ…底壁、２１ｈ…中空部、２３…短尺内管（第１内管）、２３ａ…第１供給口（供給口）、２３ｈ…中空部、２５…長尺内管，２５Ｂ…長尺内管（第２内管）、２５Ｃ…長尺内管（切替手段）、２５ａ…第２供給口（供給口）、２５ｄ…供給口、Ｇ…地盤、Ｖａ，Ｖｂ…バルブ（切替手段）。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】