特許 7549852 削孔式凍結管及び地盤凍結工法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-09-04

(45)【発行日】2024-09-12

(54)【発明の名称】削孔式凍結管及び地盤凍結工法

(51)【国際特許分類】

   E02D 3/115 20060101AFI20240905BHJP

【ＦＩ】

E02D3/115

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2023172325

(22)【出願日】2023-10-03

【審査請求日】2023-10-12

(73)【特許権者】

【識別番号】591045965

【氏名又は名称】株式会社精研

(73)【特許権者】

【識別番号】596011792

【氏名又は名称】大東工機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000796

【氏名又は名称】弁理士法人三枝国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】清時 健士

(72)【発明者】

【氏名】吉岡 靖典

【審査官】荒井 良子

(56)【参考文献】

【文献】特公昭４８－０１４０８９（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２００４－０２７６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０８－０７５０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特公昭４９－０１９７６６（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特許第７３７１８７７（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１８－１７８５２９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｅ０２Ｄ ３／１１５

Ｅ０２Ｄ １９／１４

Ｅ２１Ｄ １／１２ －１／１４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項4】

前記プラグをさらに備え、
前記プラグは、先端部に形成された止水部と、前記止水部よりも地表側に位置する前記 ねじと、地表側の端面に形成される旋回穴とを備えており、ロッドの嵌合部を前記旋回穴 に嵌めることで前記プラグを前記ロッドに保持させた状態で、前記プラグを前記プラグ挿 入部に挿し入れ、前記ロッドを中心軸を回転軸として回転させることで、前記ねじを前記 ねじ部にねじ込んで、前記プラグをプラグ挿入部に嵌め込むことが可能であり、
前記止水部には、中心軸方向に一定の間隔をおいて形成された複数の溝が形成されて、 前記溝には止水材が配置されており、
前記プラグが前記プラグ挿入部に嵌め込まれた状態で、前記連通路の内周面は、前記止水 材に密着する請求項３に記載の削孔式凍結管。

【請求項5】

前記ロッドは、地中側の端部に形成されているプラグ保持部を有し、
前記プラグ保持部は、前記旋回穴に嵌め込む前記嵌合部と、磁石部と、を備え、
前記磁石部が前記プラグを磁着すると共に、前記嵌合部が前記旋回穴に嵌まることで、前 記プラグが前記プラグ保持部に保持される請求項４に記載の削孔式凍結孔。

【請求項8】

前記外筒体の内周面と前記内筒体の外周面との間に配置されるシール材を備える請求項 ７に記載の削孔式凍結管。

【請求項10】

前記プラグ挿入ステップの後、かつ前記凍結ステップの前において、前記送水管の内部を利用し、前記プラグが前記プラグ挿入部に水密状態で嵌め込まれているかどうかを確認する水密確認ステップを更に備える、請求項９に記載の地盤凍結工法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、削孔式凍結管及び地盤凍結工法に関する。

【背景技術】

【0002】

従前より地盤凍結工法が知られている。地盤凍結工法は、通常、削孔用ロッドによって地盤を削孔し、その後、削孔用ロッドによって削孔した穴に対し、凍結管が挿し入れられる。地盤凍結工法は、凍結管によって地盤を凍結させた上で、地盤の工事を行う。

【0003】

特許文献１には、地盤凍結工法において使用される凍結管が記載されている。特許文献１の地盤凍結工法では、削孔用ロッドを用いて地盤を削孔した後、この削孔用ロッドを凍結管として機能させる技術が提案されている。

【0004】

ここで、削孔用ロッドを用いて地盤を削孔するときには、削孔水を吐出しながら削孔する必要がある。このため、特許文献１の削孔用ロッドにおいては、先端のボーリングヘッドに、削孔水の圧力では開弁するが冷却液の供給圧力では閉弁する弁機構が設けられている。これによって、削孔式凍結管を、削孔用ロッドとして用いる場合には、先端のボーリングヘッドから削孔水を吐出し、凍結管として用いる場合には、凍結管の内部において冷却液を循環させることができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１９－８２０４９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかしながら、特許文献１の弁機構は、冷却液の供給圧力では閉弁するように構成されているが、冷媒用ヘッダーから凍結管への冷却液の供給の際に、凍結管の内部の圧力が高まった際には、弁機構が開弁し、冷却液が漏洩するという問題がある。

【0007】

本発明は、上記事情に鑑みてなされ、吐出口から削孔水を吐出しながら削孔することができるだけでなく、冷却液を循環する際に、内部の圧力が高まっても、吐出口から冷却液が漏洩することを防ぐことができる削孔式凍結管及びこれを用いた地盤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】

【0008】

本発明に係る一態様の削孔式凍結管は、中心軸方向の端部において内部を塞ぐ基板を有し、前記基板の内側の空間内に冷却液が供給可能な凍結管本体と、前記凍結管本体における前記端部の先端に設けられた削孔ビットと、前記基板を貫通する連通路と、前記基板よりも外側に配置され、前記連通路の一端部に設けられた吐出口と、前記基板よりも内側に配置され、前記連通路における他端部に設けられた接続口と、前記凍結管本体内に配置されると共に前記接続口に接続され、前記吐出口に対して削孔水を送水可能な送水管と、を備え、前記連通路は、前記接続口から通されて前記連通路を閉塞するプラグが嵌め込み可能なプラグ挿入部を有する。

【0009】

本発明に係る一態様の地盤凍結工法は、上記削孔式凍結管を地盤に埋め込む埋設ステップと、前記埋設ステップの後、先端部に前記プラグを保持したロッドを前記送水管に通し、前記プラグ挿入部に前記プラグを嵌め込むプラグ挿入ステップと、前記凍結管本体に冷却液を供給する凍結ステップと、を備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明に係る上記態様の削孔式凍結管及び地盤凍結工法は、吐出口から削孔水を吐出しながら削孔することができるだけでなく、冷却液を循環する際に、内部の圧力が高まっても、吐出口から冷却液が漏洩することを防ぐことができる、という利点がある。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本実施形態に係る削孔式凍結管の模式断面図である。

【図2】図１のＡ部分の拡大図である。

【図3】本実施形態に係る削孔式凍結管の先端部の模式断面図である。

【図4】（Ａ）はプラグの一部破断した模式側面図である。（Ｂ）はプラグの模式平面図である。

【図5】本実施形態に係る削孔式凍結管を用いて地盤の凍結を行う際の模式断面図である。

【図6】本実施形態に係る地盤凍結工法のフローチャートである。

【図7】（Ａ）から（Ｄ）は地盤凍結工法を説明するための模式断面図である。

【図8】変形例１に係る継手の模式断面図である。

【図9】変形例２に係る継手の模式断面図である。

【図10】変形例３に係る継手の模式断面図である。

【図11】変形例４に係る継手の模式断面図である。

【図12】変形例５に係る継手の模式断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

＜実施形態＞
以下、本実施形態に係る削孔式凍結管１００及び盤凍結工法について、添付図面に基づいて説明する。

【0013】

本実施形態に係る削孔式凍結管１００は、地盤凍結工法に用いられる。地盤凍結工法は、地中の工事を行う際に、工事予定箇所の周辺の地盤を凍結させて、工事予定箇所を保護するための凍土壁（「遮断壁」又は「耐力壁」という場合がある）を作ったうえで、地盤に対する工事を行う工法である。地盤凍結工法としては、ブライン方式と、低温液化ガス方式とが挙げられる。

【0014】

ここで、ブライン方式は、地上に設置された冷凍機と地中に挿入された凍結管との間で冷却液（ブライン）を循環させることで、地盤を冷却する方式である。ブラインは、冷凍機によって、－３０℃程度に冷却される。低温液化ガス方式は、冷却液（液体窒素）を凍結管に流し込み、液体窒素の気化熱で地盤を冷却する方式である。気化した窒素ガスは大気中に放出される。

【0015】

このように、地盤凍結工法として、いずれの方式が用いられた場合でも、削孔式凍結管１００には冷却液が供給される。以下では、説明の便宜上、地盤凍結工法の一例として、ブライン方式を挙げて説明する。

【0016】

削孔式凍結管１００は、地盤を削孔した後、地盤から引き抜かれることなく、そのまま冷却液が供給されることで地盤を凍結させることができる。削孔式凍結管１００は、図１に示すように、凍結管本体１と、削孔ビット２と、吐出口３１を有するノズル３と、接続口４１を有する接続口部４と、接続口４１に接続される送水管５と、を備える。また、削孔式凍結管１００は、冷却液が供給されるときには、図５に示すように、接続口部４を塞ぐプラグ６と、供給管７とを更に備える。削孔式凍結管１００は、本実施形態では、地面に対して直交するように埋め込まれるが、地面に対して傾斜して埋め込まれてもよい。また、削孔式凍結管１００は、水平な地面に対して埋め込まれてもよいし、水平面に対して傾斜した斜面に対して埋め込まれてもよい。

【0017】

以下では、説明の便宜上、削孔式凍結管を地盤に入れる方向を「中心軸方向」とし、中心軸方向において、削孔ビット側を「地中側」といい、その反対側を「地表側」という場合がある。

【0018】

また、本明細書において「平行」とは、２つの直線、面等（以下、直線等）が延長しても交わらない場合だけでなく、２つの直線等がなす角度が１０°以内の範囲で交わる場合も含む。また、「直交」とは、２つの直線等が９０°±１０°の範囲で交わる場合を意味する。ただし、２つの直線等が直接交わっていなくても、延長した場合に交わる場合には「直交」に含まれる。

【0019】

（凍結管本体１）
凍結管本体１は、削孔式凍結管１００の主体を構成する。凍結管本体１は、中空であり、凍結管本体１の中心軸に沿って複数の分割管１１を、継手１２によって継ぐことで構成されている。凍結管本体１には、凍結管本体１の内部を塞ぐ基板１６が設けられている。本実施形態では、凍結管本体１の中心軸方向において、基板１６に対して削孔ビット２側を「外側」といい、基板１６に対して送水管５側を「内側」という場合がある。

【0020】

基板１６は、凍結管本体１の中心軸方向の端部において、凍結管本体１の内部を塞ぐ。本明細書でいう「凍結管本体１の中心軸方向の端部」は、凍結管本体１の中心軸方向の端から内側に所定寸法向かった位置までの範囲を指す。ここでいう「所定寸法」は、凍結管本体１の全長に対して１０％を意味する。すなわち、基板１６は、凍結管本体１の端から所定寸法までの範囲内のどこかに位置すれば、凍結管本体１の中心軸方向の端部に配置されている、とする。

【0021】

基板１６は、凍結管本体１の内部を区画する。基板１６は、凍結管本体１の中心軸方向に交差する。本実施形態に係る基板１６は中心軸に直交しており、凍結管本体１の内部を、中心軸方向に並ぶ２つの領域Ｒ１，Ｒ２に区画する。凍結管本体１の内部において、基板１６よりも内側の領域Ｒ１は、冷却液が流れる空間であり、基板１６よりも外側の領域Ｒ２は、削孔の際に地盤に面する。基板１６は、分割管１１の内周面に対し、例えば、溶接により接合されている。基板１６には、後述のノズル３と接続口部４とが取り付けられている。

【0022】

（分割管１１）
分割管１１は、凍結管本体１を構成するパイプである。複数の分割管１１は、凍結管本体１の中心軸に沿って配置される。分割管１１の呼び厚さは、特に制限はないが、例えば、スケジュール２０以上が好ましく、より好ましくは、スケジュール４０である。分割管１１の径は、特に制限はないが、例えば、６５Ａ以上１５０Ａ以下が好ましく、より好ましくは、８０Ａ以上１２５Ａ以下である。分割管１１の材料としては、特に制限はなく、例えば、配管用炭素鋼管、ステンレス鋼管、合金鋼鋼管等が挙げられる。中心軸方向に隣り合う分割管１１は、図１に示すように継手１２によって接続されている。

【0023】

（継手１２）
継手１２は、隣り合う分割管１１の端部同士を接続し、中心軸に沿って延びた直管状の凍結管本体１を構成することができる。継手１２は、図２に示すように、外筒体１３と、内筒体１４と、水密部とを備える。本実施形態では、水密部として、複数のシール材１５１が用いられるが、後述の変形例で示すように、金属同士の圧接により止水をする構造であってもよい。

【0024】

（外筒体１３）
外筒体１３は、分割管１１の中心軸方向の一方の端部に接続される。外筒体１３は筒状に形成されている。外筒体１３は、内嵌め部１３１と、被接続部１３２と、を備える。内嵌め部１３１と被接続部１３２とは一体に形成されている。ここで、本実施形態に係る外筒体１３は、隣り合う分割管１１のうちの地表側の分割管１１に接続されているが、地中側の分割管１１に接続されてもよい。

【0025】

内嵌め部１３１は、分割管１１の端部に嵌め込まれ、当該端部に固定される。内嵌め部１３１は、分割管１１の端部に対して、内周側に嵌め込まれた状態で、溶接により固定されている。内嵌め部１３１の外径は、分割管１１の内径と略同じであることが好ましい。分割管１１と内嵌め部１３１との接続は、工場出荷時又は現場での作業で行われるが、予め工場出荷時に実施しておくことが好ましい。

【0026】

被接続部１３２は、外筒体１３において内筒体１４が嵌め込まれる部分である。外筒体１３に対して内筒体１４が嵌め込まれた状態において、被接続部１３２の内周面は、内筒体１４の外周面と対向する。被接続部１３２は、内嵌め部１３１から、凍結管本体１の中心軸に沿って延びている。これによって、被接続部１３２は、凍結管本体１の中心軸方向において、隣り合う分割管１１の間に位置している。

【0027】

被接続部１３２は、外筒体１３のうちの最も外径が大きい部分を有する。本実施形態では、被接続部１３２は、内嵌め部１３１の外周面よりも径方向の外側に突き出している。すなわち、被接続部１３２の外径は、内嵌め部１３１の外径よりも大きい。一方、被接続部１３２の外径は、分割管１１の外径以下となるように形成されている。被接続部１３２の外径は、分割管１１の直径方向において、分割管１１の肉厚内に位置していることが好ましく、より好ましくは、被接続部１３２の外径は、分割管１１の外径と同じである。

【0028】

本明細書において、「被接続部１３２の外径が分割管１１の外径と同じ」とは、被接続部１３２の外径に対する±２％以内の誤差を含む。すなわち、被接続部１３２の外面と分割管１１の外面とが面一（同一面上）である場合だけでなく、外径の±５％以内であれば、外面同士が径方向にずれている場合も含む。同様に「被接続部１３２の外径が分割管１１の外径以下」とは、被接続部１３２の外径が、分割管１１の外径の同等以下である場合を意味する。「同等」とは、技術的に同じとみなせる範囲を意味する。したがって、例えば、被接続部１３２の外径が、分割管１１の外径の＋５％以内で大きい場合でも「被接続部１３２の外径が分割管１１の外径以下」の範疇であることとする。

【0029】

被接続部１３２は、内筒体１４にねじ込まれるねじ部（以下、「外筒体ねじ部１３３」という）を有する。外筒体ねじ部１３３は、被接続部１３２の開口内周面に形成された雌ねじである。外筒体ねじ部１３３は、被接続部１３２において、シール材１５１よりも、被接続部１３２の開口端側に位置している。外筒体ねじ部１３３としては、特に制限はなく、例えば、三角ねじ、台形ねじ、角ねじ等が挙げられる。

【0030】

被接続部１３２の内周面には、シール材１５１が取り付けられる複数の凹部１５が形成されている。凹部１５は、被接続部１３２の中心軸を中心とした円環状に形成されている、複数の凹部１５は、被接続部１３２の中心軸方向に間隔をおいて配置されている。

【0031】

（内筒体１４）
内筒体１４は、隣り合う分割管１１のうち、外筒体１３が取り付けられた分割管１１とは反対側の分割管１１に取り付けられる。内筒体１４は筒状に形成されている。内筒体１４は、内嵌め部１４１と、接続部１４３と、を備える。内嵌め部１４１と接続部１４３とは一体に形成されている。

【0032】

内嵌め部１４１は、分割管１１の端部に嵌め込まれ、当該端部に固定される。内嵌め部１４１は、分割管１１の端部に対して、内周側に嵌め込まれた状態で、溶接により固定されている。内嵌め部１４１の外径は、分割管１１の内径と略同じであることが好ましい。分割管１１と内嵌め部１４１との接続は、外筒体１３と同様、工場出荷時又は現場での作業で行われるが、予め工場出荷時に実施しておくことが好ましい。

【0033】

内筒体１４の内周面の少なくとも一部は、凍結管本体１の中心軸方向において、地中側から地表側に進むに従って小径となるようにテーパ状に形成されている。内筒体１４の内周面に含まれるテーパ状の面を「テーパ面１４２」という。テーパ面１４２と分割管１１の内周面のなす角は、例えば、２０°以上４５°以下であり、より具体的には、２５°以上４０°以下が挙げられる。ただし、これらは一例に過ぎない。このようにすることで、継手１２において、冷却液の流れが滞ることを抑制できる。また、テーパ面を外筒体１３の内嵌め部１３１の内周面にも形成することができる。これにより、凍結管本体１に供給管７を挿入する際に、引っ掛かりを低減して、スムーズに挿入できる。

【0034】

接続部１４３は、外筒体１３の被接続部１３２に対して、取外し可能に接続される。接続部１４３は、内嵌め部１４１から、凍結管本体１の中心軸に沿って延びている。接続部１４３は、隣り合う分割管１１の間に位置する。接続部１４３は、被接続部１３２に接続されると、被接続部１３２の内周側に嵌め込まれ、被接続部１３２に対して径方向の内側に同心円状に重なる。

【0035】

接続部１４３の外周面の基端部には、ねじ部（以下、内筒体ねじ部１４４という）が形成されている。内筒体ねじ部１４４は、外筒体ねじ部１３３にねじ込まれる雄ねじである。外筒体ねじ部１３３に対し、内筒体ねじ部１４４がねじ込まれることで、外筒体１３と内筒体１４とは互いに接合される。

【0036】

（シール材１５１）
シール材１５１は、外筒体１３の内周面と内筒体１４の外周面との間に配置されている。具体的には、シール材１５１は、凹部１５内に配置されている。シール材１５１は、外筒体１３の内周面と内筒体１４の外周面との間に配置されているため、加工精度の高い面をシール材１５１の対向面とすることができ、止水性能を発揮させやすくできる。

【0037】

シール材１５１は、外筒体１３と内筒体１４との間において、凍結管本体１の中心軸回りの全長にわたって形成されている。すなわち、シール材１５１はリング状である。シール材１５１としては、例えば、Ｏリング、Ｘリング（ツイスターリング）、断面四角形状の角リング、断面ドーナツ状の中空リング等が挙げられる。シール材１５１の材料としては、例えば、エラストマ、軟質樹脂、ウレタン等、耐寒性のあるゴムが挙げられる。エラストマとしては、例えば、シリコンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴム（熱硬化性エラストマ）、天然ゴム等が挙げられる。本実施形態に係るシール材１５１は、エラストマからなるＯリングである。

【0038】

複数のシール材１５１は、凍結管本体１の中心軸に沿って間隔をおいて配置されている。隣り合うシール材１５１の間の間隔Ｌ１は、シール材１５１同士が互いに干渉しないような距離であればよい。シール材１５１は、複数あるほうが好ましいが、１つでもよい。ただし、シール材１５１が複数あることで、施工の際、万が一、１つのシール材１５１が損傷しても、液密性が損なわれることを防ぐことができる。

【0039】

（削孔ビット２）
図３に示すように、凍結管本体１の中心軸方向において、地中側の端部の先端には、削孔ビット２が設けられている。削孔ビット２は、地盤を削孔する工具である。削孔ビット２は、本実施形態では、複数の刃２１を有する円筒形の削孔ビット２であり、分割管１１の先端に対して、例えば、溶接により接合されている。複数の刃２１は、中心軸回りの周方向において一定のピッチで形成されている。

【0040】

削孔ビット２としては、特に制限はなく、例えば、くさび形ビット、ボタンビット、切削型ビット、ダイヤモンドビット、ローラーコーンビット、円盤型ビット等が挙げられる。削孔ビット２は、地盤の硬さや種類に応じて、適宜選択されることが好ましい。

【0041】

（ノズル３）
ノズル３は、削孔時において、吐出口３１から削孔水を吐出する。ノズル３は、少なくとも１つの吐出口３１を有する。本実施形態に係る吐出口３１は、中心軸方向の地中側の開口端により構成されている。

【0042】

ノズル３は、基板１６の外側の面から中心軸方向に沿って突き出ている。ノズル３は、基板１６に形成された貫通孔１６１に対して、内部が通じるように取り付けられている。これによって、基板１６の貫通孔１６１とノズル３の吐出口３１とが通じる。

【0043】

ノズル３は、逆止弁３２を有することが好ましい。逆止弁３２によって、掘削時において、地下水が吐出口３１から領域Ｒ１に流入するのを軽減できる。本実施形態に係る逆止弁３２は、図３に示すように、弁体３２１と、ばね３２２と、弁座３２３とを有するスプリング式のボールチャッキ弁である。

【0044】

弁体３２１は、弁座３２３に対して接離可能であり、弁座３２３に接触することで、吐出口３１に通じる流路（連通路４２）を閉じることができる。弁体３２１は、例えば、球状である。ばね３２２は、弁体３２１を、常時、弁座３２３に押し付けることができる。ばね３２２は、所定の力で弁体３２１を弁座３２３に押し付けているが、送水管５からの送水圧が所定の力を超えると、弁体３２１が外側に押されて、弁体３２１が流路（連通路４２）を開放する。これによって、逆止弁３２は、送水管５から送水されたときには流路（連通路４２）を開放し、送水管５からの送水が停止したときには流路（連通路４２）を閉じることができる。

【0045】

逆止弁３２としては、ボールチャッキ弁に限らず、スイングチャッキ、リフトチャッキ、ウエハチャッキ等の他のチャッキ弁によって構成されてもよい。

【0046】

（接続口部４）
接続口部４は、基板１６の内側に設けられ、連通路４２を通して吐出口３１に通じている。接続口部４は、基板１６の内側の面（内面）から中心軸方向に沿って内側に突き出ている。接続口部４は、筒状であり、基板１６の貫通孔１６１に対して、内部が通じるように取り付けられている。これによって、接続口部４の内部と基板１６の貫通孔１６１とが通じる。

【0047】

連通路４２は、接続口部４の内側の開口（以下「接続口４１」という）と、吐出口３１とをつなぐ流路である。接続口４１は、接続口部４が貫通孔１６１に取り付けられることで、連通路４２を介して吐出口３１に通じる。連通路４２は、接続口部４の内部、貫通孔１６１及びノズル３の内部によって構成されている。

【0048】

接続口部４には、送水管接続部４３が形成されている。送水管接続部４３は、接続口部４の接続口４１から中心軸方向の外側に向かって凹むように形成されている。送水管接続部４３の内周面には、ねじが形成されている。送水管接続部４３に送水管５がねじ込まれることで、送水管５が接続口４１に対して取外し可能に接続される。

【0049】

接続口部４は、プラグ６が嵌め込まれるプラグ挿入部４４を有している。図５に示すように、プラグ挿入部４４にプラグ６が嵌め込まれることで、連通路４２を閉塞することができる。プラグ６は、凍結管本体１の内部において、接続口４１から通され、プラグ挿入部４４に嵌め込まれる。プラグ挿入部４４は、本実施形態では、接続口部４に形成されているが、貫通孔１６１又はノズル３、あるいは接続口部４と貫通孔１６１とノズル３とに跨って形成されてもよい。

【0050】

プラグ挿入部４４は、送水管接続部４３の奥面から、凍結管本体１の中心軸方向に沿って形成されている。プラグ挿入部４４は、送水管接続部４３と貫通孔１６１との間に形成されている。プラグ挿入部４４の内周面には、プラグ６の外周面に形成されたねじに噛み合うねじ部（以下、「挿入部ねじ部４４１」という）が形成されている。

【0051】

プラグ６は、図４に示すように、略円柱状に形成されている。プラグ６は、プラグ本体の先端部に形成された止水部６１と、ねじ（以下、「プラグねじ６２」という）と、旋回穴６３とを備える。プラグ６は、磁性体により構成されることが好ましい。これによって、後述のロッド８に対して、磁着することができる。

【0052】

止水部６１は、連通路４２の内周面に対向する部分である。止水部６１には、中心軸方向に一定の間隔をおいて形成された複数の溝６１１が形成されている。溝６１１には止水材６１２が配置され、止水材６１２は、連通路４２の内周面に密着する。これによって、プラグ６がプラグ挿入部４４に嵌め込まれると、連通路４２が気密状に閉塞される。止水材６１２としては、例えば、Ｏリング、Ｘリング（ツイスターリング）、断面四角形状の角リング、断面ドーナツ状の中空リング等が挙げられる。

【0053】

止水部６１は、中心軸方向に離れた複数の溝６１１が形成されているため、最も先端側（地中側）の止水材６１２によって、連通路４２の内周面に付着した土や埃を除去することで、２段目以降の止水材６１２が、連通路４２の内周面に密着することができる。これにより、プラグ６は、確実に、連通路４２を閉塞することができる。

【0054】

プラグねじ６２は、プラグ本体の外周面に形成される。プラグねじ６２は、プラグ挿入部４４の挿入部ねじ部４４１に噛み合う。プラグ６にプラグねじ６２が形成されることで、止水材６１２と連通路４２の内周面との密着度が高くても、プラグ６を、中心軸を回転軸として回転させてプラグ挿入部４４にねじ込むことができる。プラグねじ６２は、止水部６１に対して中心軸方向の地表側に位置することが好ましいが、止水部６１に対して中心軸方向の地中側に位置してもよい。

【0055】

旋回穴６３は、プラグ本体の地表側の端面に形成される。旋回穴６３には、後述のロッド８の先端が嵌め込まれ、プラグ６は、ロッド８によって中心軸を回転軸として回転される。旋回穴６３としては、例えば、四角穴、六角穴、十字穴等が挙げられる。

【0056】

プラグ６の外径は、送水管５の内径よりも小さい。これによって、プラグ６は、送水管５を通し、接続口４１を通過して、プラグ挿入部４４に嵌め込むことができる。

【0057】

（送水管５）
送水管５は、図３に示すように、凍結管本体１内に配置されると共に接続口４１に接続される。送水管５の内部は、吐出口３１に通じている。送水管５は、送水ポンプに接続されており、吐出口３１に向かって削孔水を送水することができる。

【0058】

送水管５は、接続口４１に対して、取外し可能に接続されることが好ましい。送水管５の中心軸方向の地中側の端部にはねじ５１が形成されている。接続口４１の送水管接続部４３に対して送水管５のねじ５１が噛み合うことで、送水管５が接続口４１に対して取外し可能に接続される。ただし、接続口４１と送水管５との接続は、ねじ込み式に限らず、例えば、送水管５の端部の外周面に径方向の外側に突き出す突起を設け、接続口４１の内周面に突起が通るＬ字型の溝を設け、突起と溝の一部が係止されることで実現されてもよいし、嵌め込み式であってもよい。

【0059】

（供給管７）
凍結管本体１の内部には、図５に示すように、冷却液を供給するための供給管７が挿入される。供給管７の先端部は、基板１６の上面から離れている。なお、本実施形態では、供給管７と凍結管本体１とは同心状に配置されるが、同心状に配置される必要はなく、例えば、供給管７は、凍結管本体１の中心軸から外れた位置にあってもよい。また、供給管７の断面形状は、円形でなくてもよく、例えば、楕円形、角形形状等であってもよい。

【0060】

冷凍機に接続されたブラインヘッダー（不図示）から供給管７に供給された冷却液は、供給管７の先端開口から出た後、供給管７と凍結管本体１との間を通り、ブラインヘッダーに入り、冷凍機に戻る。これにより、冷凍機と削孔式凍結管１００との間で冷却液が循環し、削孔式凍結管１００の周囲の土を冷却することができる。

【0061】

（地盤凍結工法）
次に、以上で説明した削孔式凍結管１００を用いる地盤凍結工法の一例について説明する。本実施形態に係る地盤凍結工法は、図６に示すように、埋設ステップＳ１と、プラグ挿入ステップＳ２と、水密確認ステップＳ３と、送水管取外しステップＳ４と、凍結ステップＳ５と、をこの順に実行し、この後、地盤についての工事Ｓ６を行う。

【0062】

埋設ステップＳ１は、本実施形態に係る削孔式凍結管１００を地盤に埋め込む工程である。埋設ステップＳ１では、例えば、全周回転装置を用いて、削孔式凍結管１００を、中心軸を回転軸として回転させながら、地盤に入れていく。削孔式凍結管１００は、中心軸方向の端部に削孔ビット２を有するため、地盤に入れることができる。

【0063】

埋設ステップＳ１では、複数の分割管１１を継手１２により継ぎ足しながら、地盤に入れてゆくことが好ましい。これにより、分割管１１同士を溶接により接合しながら地盤に入れていく場合に比べて、削孔式凍結管１００を、容易に埋め込むことができる。本実施形態に係る地盤凍結工法では、埋設ステップＳ１により削孔式凍結管１００を埋め込んだ後、引き抜くことなく、そのまま削孔式凍結管１００を地盤に残しておく。

【0064】

次いで、プラグ挿入ステップＳ２を実行する。プラグ挿入ステップＳ２は、埋設ステップＳ１の後、図７（Ａ）に示すように、先端部にプラグ６を保持したロッド８を用いて、プラグ挿入部４４にプラグ６を嵌め込む工程である。ロッドは、図７（Ａ）に示すように、棒状であり、断面における最大寸法が、送水管５の内径よりも小さい。本実施形態に係るロッド８は、断面円形状のロッドであり、その外径が送水管５の内径よりも小さく形成されている。

【0065】

ロッド８は、プラグ保持部８１を有する。プラグ保持部８１は、ロッド８の中心軸方向の地中側の端部に形成されている。プラグ保持部８１は、プラグ６の旋回穴６３に嵌め込む嵌合部と、磁石部と、を備える。プラグ保持部８１は、磁石部がプラグ６を磁着すると共に、嵌合部がプラグ６の旋回穴６３に嵌まることで、プラグ６を保持することができる。

【0066】

嵌合部は、旋回穴６３に適合する形状であればよく、例えば、断面四角形、断面六角形、断面十字形等が挙げられる。

【0067】

プラグ挿入ステップＳ２では、作業者は、プラグ保持部８１によってプラグ６を保持したロッド８を用いて、プラグ６と共にロッド８を送水管５に挿し入れる。作業者は、図７（Ｂ）に示すように、プラグ６をプラグ挿入部４４に挿し入れ、ロッド８を、中心軸を回転軸として回転することで、プラグ６のプラグねじ６２がプラグ挿入部４４の挿入部ねじ部４４１にねじ込まれ、プラグ挿入部４４にプラグ６を嵌め込むことができる。この後、作業者は、ロッド８を中心軸方向の地表側に引っぱることで、プラグ６からプラグ保持部８１が外され、ロッド８を送水管５から引き抜くことができる。

【0068】

なお、プラグ保持部８１は、磁石部を有さなくてもよい。磁石部は、プラグ６に設けられてもよい。

【0069】

次いで、作業者は、水密確認ステップＳ３を実行する。水密確認ステップＳ３では、送水管５を利用して、プラグ６がプラグ挿入部４４に水密状態で嵌め込まれているかどうかを確認する工程である。水密確認ステップＳ３では、作業者は、例えば、送水管５の内部に気圧を加えた上で、気圧を測定し、一定時間、減圧しないことをもって、水密状態で嵌め込まれていると判定することができる。なお、送水管５が上下方向に延びている場合には、送水管５の内部に液体を注入し、液体の液面を計測し、一定時間下降しないことをもって、水密状態で嵌め込まれていると判定してもよい。

【0070】

これにより、プラグ挿入部４４に対してプラグ６が水密状態で嵌め込まれていることがわかるため、削孔式凍結管１００の内部において、冷却液を循環させても、連通路４２から冷却液の漏洩が生じないことが確認できる。

【0071】

次いで、作業者は送水管取外しステップＳ４を実行する。送水管取外しステップＳ４は、送水管５を接続口４１から取り外す工程である。送水管取外しステップでは、図７（Ｄ）に示すように、作業者は、送水管５を中心軸を回転軸として回転させることで、送水管５を接続口４１から取り外すことができる。水密確認ステップＳ３によって、プラグ６が水密状態でプラグ挿入部４４に嵌め込まれていることが確認できているため、送水管５を取り外しても、確実に、凍結管本体１の内部の水密性が確保されている。送水管５を取り外すことで、凍結管本体１の内部を広く確保することができるため、万が一、凍結管本体１において冷却液の漏洩が発生しても、内部に小口径の配管を挿入して対処しやすく、また、冷却能力を向上させることができ、さらに、凍結管本体１の曲がりを確認するため等計測機器の挿入スペースを適切に確保することができる。

【0072】

次いで、作業者は凍結ステップＳ５を実行する。凍結ステップＳ５は、凍結管本体１に冷却液を供給する工程である。凍結ステップＳ５では、作業者は、地盤に埋め込まれている削孔式凍結管１００に供給管７を挿し入れ、供給管７に対して、冷凍機に接続されたブラインヘッダー（不図示）から冷却液を供給する。これにより、冷凍機と削孔式凍結管１００との間で冷却液が循環し、削孔式凍結管１００の周囲の土を冷却することができる。

【0073】

＜変形例＞
上記実施形態は、本発明の様々な実施形態の一つに過ぎない。実施形態は、本発明の目的を達成できれば、設計等に応じて種々の変更が可能である。以下、実施形態の変形例を列挙する。以下に説明する変形例は、適宜組み合わせて適用可能である。

【0074】

（変形例１）
上記実施形態に係る削孔式凍結管１００において、継手１２は、水密部としてのシール材１５１が、外筒体１３の内周面に設けられたが、図８に示すように、内筒体１４の外周面に設けられてもよい。シール材１５１は、内筒体１４の外周面に形成された凹部１５内に配置されている。また、シール材１５１は、内筒体１４において、内筒体ねじ部１４４よりも開口面側に位置している。

【0075】

（変形例２）
上記実施形態に係る継手１２では、外筒体１３は、内嵌め部１３１と被接続部１３２とを備え、内嵌め部１３１が分割管１１に嵌め込まれたが、図９に示すように、内嵌め部１３１はなくてもよい。すなわち、外筒体１３は、凍結管本体１に対して、突合せ溶接により接続されてもよい。また、本変形例２では、内筒体１４は内嵌め部１４１を有しているが、分割管１１との接合強度を確保することができれば、内嵌め部１４１はなくてもよい。

【0076】

（変形例３）
上記実施形態に係る継手１２では、シール材１５１は、中心軸方向において、内筒体１４の内筒体ねじ部１４４よりも開口面側に位置したが、図１０に示すように、シール材１５１は、内筒体１４において、内筒体ねじ部１４４よりも基端部側に位置してもよい。すなわち、水密部は、内筒体ねじ部１４４又は外筒体ねじ部１３３に対して、中心軸方向に並ぶように設けられていれば、中心軸方向のいずれの側に設けられてもよい。

【0077】

（変形例４）
上記実施形態に係る継手１２では、外筒体１３と内筒体１４とが、ねじ部１４４，１３３によって接続されることで、複数の分割管１１の端部同士を接続したが、図１１に示すように、継手１２と分割管１１とを、ねじ部１１２，１３３によって接続してもよい。この場合、分割管１１の内周面には、雌ねじ部１１２と、シール材対向面１１１とが形成される。シール材対向面１１１は、シール材１５１に接触することで水密性を発揮させる面であり、表面粗さが小さくなるように、表面処理がなされている。

【0078】

継手１２において、最も外径が大きい部分は、一対の分割管１１の間に配置される。この継手１２の最も外径が大きい部分の外周面には、少なくとも一対の平行な面が形成されることが好ましい。このようにすることで、スパナ等の工具によって当該外周面を保持でき、継手１２を、中心軸を中心にして回転させることができる。継手１２は、中心軸方向の両側の各々に、内筒体ねじ部１４４と、水密部（ここでは、一対のシール材１５１）とを有している。シール材１５１は、シール材対向面１１１によって潰されることで、水密性を発揮することができる。

【0079】

（変形例５）
上記実施形態に係る継手１２では、水密部として、複数のシール材１５１を備えたが、例えば、図１２に示すように、当接面同士の接触により、水密性を確保してもよい。継手１２は、分割管１１に接続される第１接続部１７と、第１接続部１７に回転自在に取り付けられた袋ナット１９と、袋ナット１９によってねじ込まれることで第１接続部１７に接続される第２接続部１８と、を備える。

【0080】

袋ナット１９は、内周面に外筒体ねじ部１３３（雌ねじ）が形成されている。また、第２接続部１８は、先端部の外周面に内筒体ねじ部１４４（雄ねじ）が形成されている。第２接続部１８の先端面の外角部（以下、当接面１８１）は、中心軸に対してテーパ状に傾斜している。第１接続部１７の先端面の内角部（以下、当接面１７１）は、中心軸に対してテーパ状に傾斜している。袋ナット１９の外筒体ねじ部１３３が第２接続部１８の内筒体ねじ部１４４にねじ込まれることによって、第１接続部１７と第２接続部１８とが接続されると、当接面１８１，１７１同士が圧接する。このように構成することで、第１接続部１７と第２接続部１８との間からの漏れが防がれる。この態様では、継手１２における最も外径が大きい部分は、袋ナット１９に含まれる。

【0081】

第１接続部１７、袋ナット１９及び第２接続部１８は、金属によって構成されるが、例えば、合成樹脂、セラミック、カーボン等で構成されてもよい。また、第２接続部１８の当接面１８１は、外角部に形成されたテーパ面であるが、例えば、内角部に形成されたテーパ面であってもよい。この場合、第１接続部１７の当接面１７１は、外角部に形成されたテーパ面となる。また、継手１２における最も外径が大きい部分は、袋ナット１９に限らず、第１接続部１７又は／及び第２接続部１８に含まれてもよいし、袋ナット１９、第１接続部１７及び第２接続部１８の全てに含まれてもよい。

【0082】

（その他の変形例）
上記実施形態では、地面に対して削孔式凍結管１００を埋め込む態様について説明したが、例えば、地中のトンネルの内壁から削孔式凍結管１００を埋め込んでもよい。

【0083】

上記実施形態では、プラグ６はプラグねじ６２を有し、プラグ挿入部４４は挿入部ねじ部４４１を有し、プラグねじ６２が挿入部ねじ部４４１にねじ込まれたが、プラグ６は、プラグ挿入部４４に対して、ねじによる嵌め込みでなくてもよく、単なる嵌め合いによる嵌め込みであってもよい。

【0084】

＜まとめ＞
以上説明したように、第１の態様に係る削孔式凍結管１００は、中心軸方向の端部において内部を塞ぐ基板１６を有し、基板１６の内側の空間内に冷却液が供給可能な凍結管本体１と、凍結管本体１における端部の先端に設けられた削孔ビット２と、基板１６を貫通する連通路４２と、基板１６よりも外側に配置され、連通路４２の一端部に設けられた吐出口３１と、基板１６よりも内側に配置され、連通路４２における他端部に設けられた接続口４１と、凍結管本体１内に配置されると共に接続口４１に接続され、吐出口３１に対して削孔水を送水可能な送水管５と、を備える。連通路４２は、接続口４１から通されて連通路４２を閉塞するプラグ６が嵌め込み可能なプラグ挿入部４４を有する。

【0085】

この態様によれば、削孔の際には、送水管５から削孔水を送水することで、削孔水を吐出口３１から吐出することができるし、地盤を凍結する際には、連通路４２のプラグ挿入部４４にプラグ６を嵌め込むことで、凍結管本体１の内部において冷却液を循環させることができる。プラグ６は、接続口４１を通してプラグ挿入部４４に嵌め込むことができるため、削孔が完了した後において、作業者は、プラグ６をプラグ挿入部４４にしっかりと嵌め込むことができる。したがって、本態様の削孔式凍結管１００によれば、吐出口３１から削孔水を吐出しながら削孔することができるだけでなく、冷却液を循環する際に、内部の圧力が高まっても、吐出口３１から冷却液が漏洩することを防ぐことができる。

【0086】

第２の態様に係る削孔式凍結管１００では、第１の態様において、接続口４１は、送水管５が取外し可能に接続されている。この態様によれば、送水管５を取り外すことで、凍結管本体１の内部を広く確保することができるため、万が一、凍結管本体１において冷却液の漏洩が発生しても、内部に小口径の配管を挿入して対処しやすく、また、冷却能力を向上させることができ、さらに、凍結管本体１の曲がりを確認するため等計測機器の挿入スペースを適切に確保することができる。

【0087】

第３の態様に係る削孔式凍結管１００では、第１又は第２の態様において、プラグ挿入部４４は、プラグ６の外周面に形成されたねじ（プラグねじ６２）に噛み合うねじ部（挿入部ねじ部４４１）を有する。この態様によれば、プラグ挿入部４４に対するプラグ６の嵌め込みが強固であっても、プラグ挿入部４４に対してプラグ６を確実に嵌め込むことができる。

【0088】

第４の態様に係る削孔式凍結管１００では、第１～３のいずれか１つの態様において、凍結管本体１は、複数の分割管１１と、複数の分割管１１の隣り合う端部を接続する継手１２と、を有し、継手１２の最も外径が大きい部分の外径が、分割管１１の外径以下となるように形成されている。この態様によれば、地盤の深部まで削孔式凍結管１００を埋め込むことができるうえに、継手１２の一部が分割管１１の外面から突き出ることがないので、削孔時における、継手１２による抵抗を低減できる。

【0089】

第５の態様に係る削孔式凍結管１００では、第４の態様において、継手１２は、分割管１１の一方の端部に接続される外筒体１３と、分割管１１の一方の端部に隣接する他の分割管１１の端部に接続され、外筒体１３内に嵌め込まれて、外筒体１３に対してねじ５１により連結される内筒体１４と、を有し、外筒体１３が継手１２の最も外径が大きい部分を含む。この態様によれば、外筒体１３と内筒体１４とを有する継手１２を用いて、作業者の技りょうに関係なく液密性を確保しつつ、削孔式凍結管１００を継ぐことができる。

【0090】

第６の態様に係る地盤凍結工法は、第１から第５の態様の削孔式凍結管１００を地盤に埋め込む埋設ステップＳ１と、埋設ステップＳ１の後、先端部にプラグ６を保持したロッド８を送水管５に通し、プラグ挿入部４４にプラグ６を嵌め込むプラグ挿入ステップＳ２と、凍結管本体１に冷却液を供給する凍結ステップＳ５と、を備える。この態様によれば、削孔式凍結管１００を用いて、地盤凍結工法を実行することができる。

【0091】

第７の態様に係る地盤凍結工法では、第６の態様において、プラグ挿入ステップＳ２の後、かつ凍結ステップＳ５の前において、送水管５の内部を利用し、プラグ６がプラグ挿入部４４に水密状態で嵌め込まれているかどうかを確認する水密確認ステップＳ３を更に備える。この態様によれば、プラグ挿入部４４に対するプラグ６の嵌め込みにより、確実に連通路４２が閉塞されていることが確認できるため、連通路４２を通して冷却液が漏洩することを確実に防ぐことができる。

【符号の説明】

【0092】

１００ 削孔式凍結管
１ 凍結管本体
１１ 分割管
１２ 継手
１３ 外筒体
１３１ 内嵌め部
１３２ 被接続部
１４ 内筒体
１４１ 内嵌め部
１６ 基板
２ 削孔ビット
３１ 吐出口
４ 接続口部
４１ 接続口
４２ 連通路
４４ プラグ挿入部
４４１ 挿入部ねじ部
５ 送水管
６ プラグ
６１ 止水部
６２ プラグねじ

【要約】

【課題】吐出口から削孔水を吐出しながら削孔することができるだけでなく、冷却液を循環する際に、内部の圧力が高まっても、吐出口から冷却液が漏洩することを防ぐこと。
【解決手段】削孔式凍結管１００は、中心軸方向の端部において内部を塞ぐ基板１６を有し、基板１６の内側の空間内に冷却液が供給可能な凍結管本体１と、凍結管本体１の先端に設けられた削孔ビット２と、基板１６を貫通する連通路４２と、基板１６よりも外側に配置され、連通路４２の一端部に設けられた吐出口３１と、基板１６よりも内側に配置され、連通路４２における他端部に設けられた接続口４１と、凍結管本体１内に配置されると共に接続口４１に接続され、吐出口３１に対して削孔水を送水可能な送水管５と、を備える。連通路４２は、接続口４１から通されて連通路４２を閉塞するプラグ６が嵌め込み可能なプラグ挿入部４４を有する。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】