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JP5042786B2 - Freezing device, frozen soil calculation system, freezing method and program - Google Patents
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JP5042786B2 - Freezing device, frozen soil calculation system, freezing method and program - Google Patents

Freezing device, frozen soil calculation system, freezing method and program Download PDF

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  • Investigation Of Foundation Soil And Reinforcement Of Foundation Soil By Compacting Or Drainage (AREA)
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Description

本発明は、地中切拡げ工事やシールド機の地中接合部等の工事の際の止水等のために、地盤を凍結する人工地盤凍結工法において、凍土造成期間を短縮することができ、また必要以上に凍土が成長することによる凍上現象や凍結膨張圧を低減することが可能な凍結装置、凍土計算システム、凍結方法及びプログラムに関するものである。 In the artificial ground freezing method for freezing the ground for water stoppage in the case of construction such as underground cutting expansion work and underground joints of shield machine, the present invention can shorten the frozen soil creation period, The present invention also relates to a freezing apparatus, a frozen soil calculation system, a freezing method, and a program capable of reducing the frost heaving phenomenon and freezing expansion pressure due to the growth of frozen soil more than necessary.

人工地盤凍結工法は、薬液注入による地盤改良と比較して、均質かつ確実な地盤改良が可能であり、また、大深度の工事においては、地上からの地盤改良が困難であるとともに高水圧下での確実な地盤改良のために、人工地盤凍結工法が採用される場合が多い。人工地盤凍結工法によれば、工事完了後に凍土を解凍することで、もとの地盤に戻ることから、環境への負担も小さく、今後更に様々な分野へ適用されることが予測されている。 The artificial ground freezing method can improve the ground more homogeneously and reliably than the ground improvement by chemical injection, and it is difficult to improve the ground from the ground and the high ground pressure is difficult for deep construction. In many cases, the artificial ground freezing method is adopted for the reliable ground improvement. According to the artificial ground freezing method, it is predicted that it will return to the original ground by thawing the frozen soil after the completion of construction, so that the burden on the environment is small, and it will be applied to various fields in the future.

図10は、シールド機の地中接合部等の工事を示す図である。シールド機301a及びシールド機301bによって、シールドトンネル307a、307bが施工され、施工された各シールドトンネルを接合するため、各シールドトンネルより凍結管303a、303bを設け、凍土305a、305bを施工する。凍土305a、305bの形成により、地盤の補強及び止水を行うことでき、工事を安全かつ確実に行なうことができる。 FIG. 10 is a diagram showing the construction of the underground joint portion of the shield machine. The shield tunnels 307a and 307b are constructed by the shield machine 301a and the shield machine 301b, and in order to join the constructed shield tunnels, the frozen pipes 303a and 303b are provided from the shield tunnels, and the frozen soil 305a and 305b is constructed. By forming the frozen soil 305a, 305b, the ground can be reinforced and the water can be stopped, and the construction can be performed safely and reliably.

このような人工地盤凍結工法においては、埋設された凍結管へ冷媒を流して周囲の地盤を冷却し、凍土を生成・成長させる。冷媒としては、通常、ブライン(不凍液)が使用され、概ね−25℃〜−35℃程度に冷却されて使用される。しかし、このような温度のブラインを循環させて必要厚さの凍土を形成しようとすると、施工状況によっては、凍土の形成に2〜3ヶ月を要し、工期が長くなるという問題がある。 In such an artificial ground freezing method, a refrigerant is poured into an embedded freezing pipe to cool the surrounding ground, thereby generating and growing frozen soil. As the refrigerant, brine (antifreeze) is usually used, and it is cooled to about -25 ° C to -35 ° C. However, if the brine having such a temperature is circulated to form a frozen soil having a required thickness, there is a problem that depending on the construction situation, it takes 2-3 months to form the frozen soil and the construction period becomes longer.

一方、凍土の形成速度は、凍結管へ循環させるブライン温度に大きく依存する。このため、工期を短縮するため、より低い温度の冷媒である液化ガスを使用して凍土を形成する方法がある(特許文献1)。
特開2007−169967号公報
On the other hand, the formation rate of frozen soil greatly depends on the temperature of brine circulating in the freezing pipe. For this reason, in order to shorten a construction period, there exists the method of forming frozen soil using the liquefied gas which is a refrigerant | coolant of lower temperature (patent document 1).
JP 2007-169967 A

しかし、特許文献1にかかる凍結装置は、循環する冷媒温度を低くすることで凍土の形成速度を上げ、工期を短縮できるものであるが、凍土厚のみを考慮するため、冷媒温度を低くすることによる、凍土の形成速度の上昇のみによる効果しか得ることができない。また、従来の冷却設備を大幅に変更する必要があり、また、大規模な工事においては、冷媒費用がかかるという問題がある。また、設定された凍土厚となった以降も凍土の成長が進行するため、不要なエネルギーを消費し、さらに、凍土厚の増加に伴う凍上現象や凍結膨張圧が大きくなるという問題がある。 However, the freezing apparatus according to Patent Document 1 can increase the formation speed of frozen soil by reducing the circulating refrigerant temperature and shorten the construction period. However, in order to consider only the frozen soil thickness, the refrigerant temperature should be lowered. Only the effect of increasing the formation speed of frozen soil can be obtained. Moreover, it is necessary to drastically change the conventional cooling equipment, and there is a problem that a refrigerant cost is required in a large-scale construction. In addition, since the growth of frozen soil proceeds after the set thickness of frozen soil, unnecessary energy is consumed, and the frost heaving phenomenon and the freezing expansion pressure increase as the frozen soil thickness increases.

また、凍結対象領域が凍結後に、冷媒の供給を停止又は冷媒温度を上げる場合であっても、凍結対象領域の設定には、一定の凍土温度を想定した凍土厚のみが考慮されるため、凍土温度と凍土の強度の関係が全く考慮されておらず、凍土強度の面からは不要な凍土が形成されるため、工期、コストの面からも、凍土が効果的に利用されていないという問題がある。 Even if the supply of refrigerant is stopped or the refrigerant temperature is increased after the freezing area is frozen, the setting of the freezing area only takes into account the frozen earth thickness assuming a constant frozen earth temperature. The relationship between temperature and the strength of frozen soil is not taken into account at all, and unnecessary frozen soil is formed from the viewpoint of frozen soil strength, so that there is a problem that frozen soil is not effectively used in terms of construction period and cost. is there.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、単に凍土厚のみで凍土形成を判断するのではなく、凍土温度による単位面積当たりの凍土強度(以下、単に「凍土強度」と称する)を考慮することで、その時点毎の凍土温度に応じた凍土の供用に必要最低限の凍土形成時期を知ることができ、このため凍土造成期間を短縮することができ、またブライン温度を制御することで、必要以上に凍土が成長することによる凍上現象や凍結膨張圧を低減することが可能な凍結装置、凍土計算システム、凍結方法等を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a problem. Rather than simply determining the formation of frozen soil based on the thickness of the frozen soil, the frozen soil strength per unit area based on the frozen soil temperature (hereinafter simply referred to as “frozen soil strength”). By taking into account, it is possible to know the minimum period of frozen soil formation necessary for the use of frozen soil according to the frozen soil temperature at each point in time, so that the frozen soil formation period can be shortened and the brine temperature is controlled Accordingly, it is an object of the present invention to provide a freezing apparatus, a frozen soil calculation system, a freezing method, and the like that can reduce the frost heaving phenomenon and freezing expansion pressure due to the growth of frozen soil more than necessary.

前述した目的を達成するため、第1の発明は、地盤に埋設された凍結管と、前記凍結管周辺に埋設された複数の温度計と、前記凍結管へ所定の温度のブラインを流すブライン冷却循環装置と、前記温度計で測定される地盤温度データと、前記ブライン冷却循環装置で測定されるブライン温度データとを用いて、凍土温度と凍土強度との関係から最適ブライン温度を算出し、前記凍結管へ前記最適ブライン温度のブラインを循環するように前記ブライン冷却循環装置を制御する制御装置と、を具備することを特徴とする凍結装置である。 In order to achieve the above-described object, the first invention is a cooling system in which a freezing pipe embedded in the ground, a plurality of thermometers embedded in the periphery of the freezing pipe, and a brine cooling for flowing a brine of a predetermined temperature through the freezing pipe. Using the circulation device, the ground temperature data measured by the thermometer, and the brine temperature data measured by the brine cooling circulation device, the optimum brine temperature is calculated from the relationship between the frozen soil temperature and the frozen soil strength, And a control device that controls the brine cooling and circulating device so as to circulate the brine at the optimum brine temperature to the freezing tube.

前記制御装置は、前記温度計で測定される地盤温度データと、前記温度計の設置位置とから凍土厚を算出する凍土厚算出手段と、前記ブライン冷却循環装置で測定されるブライン温度データと、前記凍土厚とから凍土温度を算出する凍土温度算出手段と、前記凍土温度から、凍土強度を算出する凍土強度算出手段と、凍土を供用した場合に凍土内に発生する凍土最大応力を、前記凍土厚から算出する凍土最大応力算出手段と、前記凍土強度と前記凍土最大応力とを比較する凍土応力比較手段と、前記凍土強度が前記凍土最大応力よりも大きい場合に、前記凍土最大応力から、最適凍土温度を算出する最適凍土温度算出手段と、前記最適凍土温度と、前記凍土厚とから最適ブライン温度を算出する最適ブライン温度算出手段と、を具備してもよい。 The control device includes ground temperature data measured by the thermometer, frozen soil thickness calculating means for calculating a frozen soil thickness from an installation position of the thermometer, brine temperature data measured by the brine cooling circulation device, The frozen soil temperature calculating means for calculating the frozen soil temperature from the frozen soil thickness, the frozen soil strength calculating means for calculating the frozen soil strength from the frozen soil temperature, and the maximum frozen soil stress generated in the frozen soil when the frozen soil is used. Frozen soil maximum stress calculation means calculated from thickness, frozen soil stress comparison means for comparing the frozen soil strength with the frozen soil maximum stress, and when the frozen soil strength is greater than the frozen soil maximum stress, it is optimal from the frozen soil maximum stress. Optimum frozen soil temperature calculating means for calculating the frozen soil temperature, and optimum brine temperature calculating means for calculating the optimum brine temperature from the optimum frozen soil temperature and the frozen soil thickness may be provided. .

有限要素法により、ブライン温度と凍結管設置位置とから熱伝導解析及び地下水の浸透流を連立して解析することで、予測凍土厚を算出可能な熱伝導浸透流連成解析装置を更に具備し、前記熱伝導浸透流連成解析装置は、ブライン温度を制御してから実際にブライン温度が変化するまでの遅れ時間から、前記遅れ時間経過後における予測凍土厚を算出する遅れ時間経過後凍土厚算出手段を具備し、前記制御装置は、前記遅れ時間経過後凍土厚から前記凍土最大応力を補正する最大応力補正手段を更に具備してもよい。 The finite element method further comprises a heat conduction osmotic flow coupled analysis device capable of calculating the predicted frozen soil thickness by analyzing the heat conduction analysis and groundwater seepage flow from the brine temperature and the freezing pipe installation position. The heat conduction osmotic flow coupled analysis device calculates a frozen ground thickness after a lapse of a delay time from a delay time until the brine temperature actually changes after controlling the brine temperature, and calculates a predicted frozen soil thickness after the lapse of the delay time. The control device may further include a maximum stress correction unit that corrects the maximum frozen soil stress from the frozen soil thickness after the delay time has elapsed.

第1の発明によれば、凍土温度と凍土強度との関係を用いて、凍土温度から凍土強度を算出することで、各時点における凍土温度に応じた必要最低限の凍土厚さを知ることができ、このため、必要以上に凍土厚を成長させることなく凍土の供用を開始することができ、工期を大幅に短縮することができる。また、凍土厚の増加に伴い、必要な凍土温度を逆算し、凍土厚に応じた最適なブライン温度を算出するため、不要なエネルギーの消費を削減するともに、凍上現象や凍結膨張圧を低減することができる。また、ブライン温度変化の遅れ時間を考慮すれば、更に適切なブライン温度を設定することができ、凍土の利用効率に優れた凍結装置を提供することができる。 According to the first invention, by calculating the frozen soil strength from the frozen soil temperature using the relationship between the frozen soil temperature and the frozen soil strength, it is possible to know the minimum necessary frozen soil thickness corresponding to the frozen soil temperature at each time point. For this reason, the use of frozen soil can be started without growing the frozen soil thickness more than necessary, and the construction period can be greatly shortened. In addition, as the frozen soil thickness increases, the necessary frozen soil temperature is calculated back to calculate the optimum brine temperature according to the frozen soil thickness, thus reducing unnecessary energy consumption and reducing frost heave and freezing expansion pressure. be able to. In addition, if the delay time of the brine temperature change is taken into consideration, a more appropriate brine temperature can be set, and a freezing device excellent in the utilization efficiency of frozen soil can be provided.

第2の発明は、有限要素法により、ブライン温度と凍結管設置位置とから熱伝導解析と地下水の浸透流を連立して解析することで、凍土厚及び凍土温度の経時変化を算出可能な熱伝導浸透流連成解析手段と、前記熱伝導浸透流連成解析手段により算出された前記凍土温度と、前記ブライン温度とを用いて、凍土強度と凍土温度との関係から最適ブライン温度を算出するブライン温度制御手段と、前記最適ブライン温度を前記熱伝導浸透流連成解析手段へ適用し、凍土厚や凍土温度の経時変化を算出することを特徴とする凍土計算システムである。 According to the second aspect of the present invention, the heat conduction analysis and the groundwater seepage flow are simultaneously analyzed from the brine temperature and the freezing pipe installation position by the finite element method, so that the change in the frozen soil thickness and the frozen soil temperature with time can be calculated. The brine temperature for calculating the optimum brine temperature from the relationship between the frozen soil strength and the frozen soil temperature, using the conduction osmotic flow coupling analysis means, the frozen soil temperature calculated by the heat conduction osmotic flow coupling analysis means, and the brine temperature. A frozen soil calculation system characterized in that a control means and the optimum brine temperature are applied to the heat conduction osmotic flow coupling analysis means to calculate a change over time in the frozen soil thickness and the frozen soil temperature.

前記ブライン温度制御手段は、前記熱伝導浸透流連成解析手段により算出された凍土温度から、凍土強度を算出する凍土強度算出手段と、凍土を供用した場合に凍土内に発生する凍土最大応力を、前記凍土厚から算出する凍土最大応力算出手段と、前記凍土強度と前記凍土最大応力とを比較する凍土応力比較手段と、前記凍土強度が前記凍土最大応力よりも大きい場合に、前記凍土最大応力から、最適凍土温度を算出する最適凍土温度算出手段と、前記最適凍土温度と、前記凍土厚とから最適ブライン温度を算出する最適ブライン温度算出手段と、を具備してもよい。 The brine temperature control means, the frozen soil strength calculation means for calculating the frozen soil strength from the frozen soil temperature calculated by the heat conduction osmotic flow coupled analysis means, and the maximum frozen soil stress generated in the frozen soil when the frozen soil is used, Frozen soil maximum stress calculating means for calculating from the frozen soil thickness, frozen soil stress comparing means for comparing the frozen soil strength and the frozen soil maximum stress, and when the frozen soil strength is greater than the frozen soil maximum stress, The optimum frozen soil temperature calculating means for calculating the optimum frozen soil temperature, and the optimum brine temperature calculating means for calculating the optimum brine temperature from the optimum frozen soil temperature and the frozen soil thickness may be provided.

ブライン温度を制御してから実際にブライン温度が変化するまでの遅れ時間から、前記遅れ時間経過後における凍土厚を算出する遅れ時間経過後凍土厚算出手段と、前記遅れ時間経過後凍土厚から前記凍土最大応力を補正する最大応力補正手段と、を更に具備してもよい。 From the delay time until the brine temperature actually changes after controlling the brine temperature, the frozen soil thickness calculating means for calculating the frozen soil thickness after the delay time elapses, and the frozen soil thickness after the delay time elapses from the frozen soil thickness Maximum stress correction means for correcting the maximum frozen soil stress may be further included.

第2の発明によれば、凍土温度と凍土強度との関係を用いて、凍土温度から凍土強度を算出することで、各時点における凍土温度に応じた必要最低限の凍土厚さを知ることができる。このため、必要以上に凍土厚を成長させることなく、最短の凍土の供用開始時期を算出することができる。また、凍土厚の増加に伴い、必要な凍土温度を逆算し、凍土厚に応じた最適なブライン温度を算出するため、不要なエネルギーの消費を削減をも考慮し、凍上現象や凍結膨張圧を低減することが可能な凍土計算を行うことができる。また、ブライン温度変化の遅れ時間を考慮すれば、更に適切なブライン温度を設定することができ、凍土の利用効率に優れた凍土計算システムを提供することができる。 According to the second invention, by calculating the frozen soil strength from the frozen soil temperature using the relationship between the frozen soil temperature and the frozen soil strength, it is possible to know the minimum required frozen soil thickness corresponding to the frozen soil temperature at each time point. it can. For this reason, it is possible to calculate the shortest start time of the frozen soil without growing the frozen soil thickness more than necessary. As the frozen soil thickness increases, the necessary frozen soil temperature is calculated back to calculate the optimal brine temperature according to the frozen soil thickness. A frozen soil calculation that can be reduced can be performed. Moreover, if the delay time of the brine temperature change is taken into consideration, a more appropriate brine temperature can be set, and a frozen soil calculation system excellent in utilization efficiency of frozen soil can be provided.

第3の発明は、凍結管及び温度計を設置する工程と、ブライン冷却循環装置により、前記凍結管へブラインを循環させる工程と、前記温度計により地盤温度を測定し、更に前記ブラインの温度を測定する工程と、前記地盤温度と前記ブライン温度とを用いて、凍土強度と凍土温度との関係から最適ブライン温度を算出する工程と、前記凍結管へ前記最適ブライン温度のブラインを循環させる工程と、を具備することを特徴とする凍結方法である。 In a third aspect of the invention, a step of installing a freezing pipe and a thermometer, a step of circulating brine to the freezing pipe by a brine cooling circulation device, a ground temperature is measured by the thermometer, and the temperature of the brine is further increased. A step of measuring, a step of calculating an optimum brine temperature from the relationship between the frozen soil strength and the frozen soil temperature using the ground temperature and the brine temperature, and a step of circulating the brine of the optimum brine temperature to the freezing pipe; The freezing method characterized by comprising.

前記最適ブライン温度を算出する工程は、前記温度計で測定した地盤温度データと、前記温度計の設置位置とから、凍土厚を算出する工程と、前記ブライン冷却循環装置で測定されるブライン温度データと、前記凍土厚とから、凍土温度を算出する工程と、前記凍土温度から、凍土強度を算出する工程と、凍土を供用した場合に凍土内に発生する凍土最大応力を、前記凍土厚から算出する工程と、前記凍土強度と前記凍土最大応力とを比較する工程と、前記凍土強度が前記凍土最大応力よりも大きい場合に、前記凍土最大応力から、最適凍土温度を算出する工程と、前記最適凍土温度と、前記凍土厚とから、最適ブライン温度を算出する工程と、を具備してもよい。 The step of calculating the optimum brine temperature includes the step of calculating the frozen soil thickness from the ground temperature data measured by the thermometer and the installation position of the thermometer, and the brine temperature data measured by the brine cooling and circulation device. Calculating the frozen soil temperature from the frozen soil thickness, calculating the frozen soil strength from the frozen soil temperature, and calculating the maximum stress of the frozen soil generated in the frozen soil when the frozen soil is used from the frozen soil thickness. Comparing the frozen soil strength with the maximum frozen soil stress, calculating the optimum frozen soil temperature from the frozen soil maximum stress when the frozen soil strength is greater than the maximum frozen soil stress, and the optimal A step of calculating an optimum brine temperature from the frozen soil temperature and the frozen soil thickness.

前記最適ブライン温度を算出後、有限要素法により、ブライン温度と凍結管設置位置とから熱伝導解析と地下水の浸透流を連立して解析することで、ブライン温度を制御してから実際にブライン温度が変化するまでの遅れ時間経過後における凍土厚を算出する工程と、前記遅れ時間経過後の凍土厚から前記凍土最大応力を補正し、補正後凍土最大応力を算出する工程と、前記補正後凍土最大応力から、補正後最適凍土温度を算出する工程と、前記補正後最適凍土温度と、前記遅れ時間経過後の凍土厚とから、補正後最適ブライン温度を算出する工程と、を更に具備し、前記凍結管へ前記最適ブライン温度に代えて、前記補正後最適ブライン温度のブラインを循環させてもよい。 After calculating the optimum brine temperature, the brine temperature is controlled and then the actual brine temperature by analyzing the heat conduction analysis and groundwater seepage flow from the brine temperature and the freezing pipe installation position by the finite element method. Calculating a frozen soil thickness after the lapse of a delay time until the change of the time, correcting the frozen soil maximum stress from the frozen soil thickness after the lapse of the delay time, calculating a corrected frozen soil maximum stress, and the corrected frozen soil A step of calculating a corrected optimum frozen soil temperature from the maximum stress; a step of calculating a corrected optimum brine temperature from the corrected optimum frozen soil temperature and the frozen soil thickness after the lapse of the delay time; Instead of the optimum brine temperature, the post-correction optimum brine temperature brine may be circulated through the freezing tube.

第3の発明によれば、凍土温度と凍土強度との関係を用いて、凍土温度から凍土強度を算出することで、各時点における凍土温度に応じた必要最低限の凍土厚さを知ることができ、このため、必要以上に凍土厚を成長させることなく、凍土の供用開始時期を知ることができ、工期を大幅に短縮することができる。また、凍土厚の増加に伴い、必要な凍土温度を逆算し、凍土厚に応じた最適なブライン温度を算出するため、不要なエネルギーの消費を削減するともに、凍上現象や凍結膨張圧を低減することが可能な凍土計算を行うことができる。また、ブライン温度変化の遅れ時間を考慮すれば、更に適切なブライン温度を設定することができ、凍土の利用効率に優れた凍結方法を提供することができる。 According to the third invention, by calculating the frozen soil strength from the frozen soil temperature using the relationship between the frozen soil temperature and the frozen soil strength, it is possible to know the minimum required frozen soil thickness corresponding to the frozen soil temperature at each time point. Therefore, it is possible to know the start date of the frozen soil without growing the thickness of the frozen soil more than necessary, and the construction period can be greatly shortened. In addition, as the frozen soil thickness increases, the necessary frozen soil temperature is calculated back to calculate the optimum brine temperature according to the frozen soil thickness, thus reducing unnecessary energy consumption and reducing frost heave and freezing expansion pressure. A possible frozen soil calculation can be performed. Moreover, if the delay time of the brine temperature change is taken into consideration, a more appropriate brine temperature can be set, and a freezing method excellent in the utilization efficiency of frozen soil can be provided.

第4の発明は、コンピュータを第1の発明に記載の制御装置として機能させるためのプログラムである。第4の発明によれば、第1の発明をコンピュータにより実施可能なプログラムを提供することができる。 A fourth invention is a program for causing a computer to function as the control device described in the first invention. According to the fourth invention, it is possible to provide a program capable of implementing the first invention by a computer.

第5の発明は、コンピュータを第2の発明の凍土計算システムとして機能させるためのプログラムである。第5の発明によれば、第2の発明をコンピュータにより実施可能なプログラムを提供することができる。 The fifth invention is a program for causing a computer to function as the frozen soil calculation system of the second invention. According to the fifth invention, a program capable of implementing the second invention by a computer can be provided.

本発明によれば、単に凍土厚のみで凍土形成を判断するのではなく、凍土温度による凍土強度を考慮することで、その時点毎の凍土温度に応じた凍土の供用に必要最低限の凍土形成時期を知ることができ、このため凍土造成期間を短縮することができ、またブライン温度を制御することで、必要以上に凍土が成長することによる凍上現象や凍結膨張圧を低減することが可能な凍結装置、凍土計算システム、凍結方法等を提供することができる。 According to the present invention, the formation of frozen soil based on the frozen soil temperature is considered in consideration of the frozen soil strength, rather than just determining the frozen soil thickness based on the thickness of the frozen soil. It is possible to know the time, and therefore, the frozen soil formation period can be shortened, and by controlling the brine temperature, it is possible to reduce the frost heaving phenomenon and freezing expansion pressure due to the growth of frozen soil more than necessary. A freezing device, a frozen soil calculation system, a freezing method, and the like can be provided.

以下、本発明の実施の形態を詳細に説明する。図1は、本実施の形態にかかる凍結装置1を示す概略図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail. FIG. 1 is a schematic view showing a freezing apparatus 1 according to the present embodiment.

凍結装置1は主に、制御装置3、ブライン冷却循環装置5、データ収集装置7、表示装置8、凍結管13、温度計17等から構成される。ブライン冷却循環装置5は、図示を省略したブラインタンク、ブライン循環ポンプ、ブラインクーラ等を有し、それぞれが配管で接続されている。すなわち、ブライン冷却循環装置5は、ブライン31の温度調整が可能であるとともに、ブライン31を所定の流量で循環させることができる。 The freezing device 1 mainly includes a control device 3, a brine cooling / circulating device 5, a data collecting device 7, a display device 8, a freezing tube 13, a thermometer 17, and the like. The brine cooling and circulation device 5 includes a brine tank, a brine circulation pump, a brine cooler, and the like that are not illustrated, and each is connected by a pipe. That is, the brine cooling and circulation device 5 can adjust the temperature of the brine 31 and can circulate the brine 31 at a predetermined flow rate.

ブライン冷却循環装置5には、入側配管9と出側配管11とが接続されており、入側配管9と出側配管11は、凍結管13と接続されている。凍結管13は、内部が2重構造となっており、内部をブライン31が循環する。ブライン冷却循環装置5がブライン31を入側配管9へ流すと(図中矢印A方向)、ブライン31は凍結管13の2重構造内側を流れる。 An inlet side pipe 9 and an outlet side pipe 11 are connected to the brine cooling circulation device 5, and the inlet side pipe 9 and the outlet side pipe 11 are connected to a freezing pipe 13. The inside of the freezing tube 13 has a double structure, and the brine 31 circulates in the inside. When the brine cooling / circulation device 5 flows the brine 31 to the inlet side pipe 9 (in the direction of arrow A in the figure), the brine 31 flows inside the double structure of the freezing tube 13.

ブライン31が凍結管13の先端まで流れると、流れる方向を変えて凍結管13内部の2重構造外側を通過し、出側配管11からブライン冷却循環装置5へ戻る(図中矢印B方向)。ブライン31は、ブライン冷却循環装置5内で所定の温度まで冷却された後に凍結管13へ送られるため、ブライン31が凍結管13を流れる際に、周囲の地盤を凍結し、凍土21を形成する。 When the brine 31 flows to the tip of the freezing tube 13, the flow direction is changed to pass the outside of the double structure inside the freezing tube 13 and return from the outlet side pipe 11 to the brine cooling circulation device 5 (in the direction of arrow B in the figure). Since the brine 31 is cooled to a predetermined temperature in the brine cooling circulation device 5 and then sent to the freezing pipe 13, when the brine 31 flows through the freezing pipe 13, the surrounding ground is frozen to form the frozen soil 21. .

凍結管13の周囲には測温管15が設置され、測温管15の内部には複数の温度計17が設けられる。温度計17は地盤の温度を測定する。すなわち、温度計17が所定の間隔をあけて設けられ、各温度計17によってそれぞれの温度計17設置位置の地盤温度を測定する。このため、温度計17によって、凍結管13周囲の地盤のおおよその温度分布を知ることができる。 A temperature measuring tube 15 is installed around the freezing tube 13, and a plurality of thermometers 17 are provided inside the temperature measuring tube 15. The thermometer 17 measures the temperature of the ground. That is, thermometers 17 are provided at predetermined intervals, and the ground temperature at each thermometer 17 installation position is measured by each thermometer 17. For this reason, the approximate temperature distribution of the ground around the freezing tube 13 can be known by the thermometer 17.

ブライン冷却循環装置5と各温度計17は、データ収集装置7と接続されている。従って、データ収集装置7は、ブライン冷却循環装置5よりブライン温度データ25を収集することができ、また、各温度計17からは地盤温度データ23を収集することができる。データ収集装置7は、制御装置3とも接続されており、収集したデータ27を制御装置3へ送信することができる。なお、制御装置3とブライン冷却循環装置5と各温度計17を直接接続すれば、制御装置3が直接ブライン温度データ25及び地盤温度データ23を得ることができるため、この場合にはデータ収集装置7は不要である。 The brine cooling circulation device 5 and each thermometer 17 are connected to the data collection device 7. Accordingly, the data collection device 7 can collect the brine temperature data 25 from the brine cooling circulation device 5 and can collect the ground temperature data 23 from each thermometer 17. The data collection device 7 is also connected to the control device 3 and can transmit the collected data 27 to the control device 3. If the control device 3, the brine cooling circulation device 5, and each thermometer 17 are directly connected, the control device 3 can directly obtain the brine temperature data 25 and the ground temperature data 23. In this case, the data collection device 7 is unnecessary.

制御装置3は、得られたデータ27及び予め設定されたデータベース等により、種々の計算を行い、最適ブライン温度を算出する。なお、制御装置3の詳細は後述する。制御装置3はブライン冷却循環装置5と接続されており、最適ブライン温度データ29をブライン冷却循環装置5へ送信し、ブライン冷却循環装置5におけるブライン温度を変更し制御する。 The control device 3 performs various calculations based on the obtained data 27 and a preset database, and calculates the optimum brine temperature. Details of the control device 3 will be described later. The control device 3 is connected to the brine cooling / circulation device 5 and transmits the optimum brine temperature data 29 to the brine cooling / circulation device 5 to change and control the brine temperature in the brine cooling / circulation device 5.

制御装置3は、後述するようにそれ自身が表示部を有していても良いが、別途表示装置8と接続し、表示装置8を施工現場とは離れた場所に設置することで、遠隔地でも凍土21の状況を把握することができる。なお、図1においては、地面19上に凍結装置1の大部分が設けられているが、地下の立坑内やトンネル内に凍結装置1を設置することもできる。この場合、表示装置8のみを地上に設置すれば、凍土21の状況を地上で把握することができる。表示装置8には、例えば凍土分布やブライン温度、凍土の供用可否等が表示される。 As will be described later, the control device 3 itself may have a display unit. However, the control device 3 is connected to the display device 8 separately, and the display device 8 is installed at a location away from the construction site, so that However, the situation of frozen soil 21 can be grasped. In FIG. 1, most of the freezing device 1 is provided on the ground surface 19, but the freezing device 1 can also be installed in an underground shaft or tunnel. In this case, if only the display device 8 is installed on the ground, the status of the frozen soil 21 can be grasped on the ground. The display device 8 displays, for example, frozen soil distribution, brine temperature, availability of frozen soil, and the like.

なお、ブライン31としては、一般的な塩化カルシウム水溶液でもよく、また、より低温で使用可能なギ酸塩や酢酸塩などのカルボン酸塩の水溶液のブライン等を使用することができる。本発明においては、凍結管13へ初期に循環させるブライン温度については特定するものではないが、工期の短縮の効果を得ることができるとともに、本発明の効果をより顕著なものとするためには、初期のブライン温度は通常よりも低目の−50℃程度とすることが望ましく、好ましくは、−65℃から−35℃程度である。この場合、安全上、取り扱い上及びコスト等から、ブラインとしてはカルボン酸塩の水溶液を用いることが望ましい。 The brine 31 may be a general aqueous solution of calcium chloride, or an aqueous solution of an aqueous solution of a carboxylate such as formate or acetate that can be used at a lower temperature. In the present invention, the brine temperature to be initially circulated to the freezing pipe 13 is not specified, but in order to obtain the effect of shortening the construction period and to make the effect of the present invention more remarkable. The initial brine temperature is desirably about −50 ° C., which is lower than usual, and is preferably about −65 ° C. to −35 ° C. In this case, it is desirable to use an aqueous solution of carboxylate as the brine for safety, handling and cost.

次に、制御装置3について説明する。図2は、制御装置3を実現するコンピュータのハードウェア構成図である。制御装置3は、制御部33、記憶部35、メディア入出力部37、通信制御部39、入力部41、表示部43、周辺機器I/F部45等が、バス47を介して接続される。 Next, the control device 3 will be described. FIG. 2 is a hardware configuration diagram of a computer that implements the control device 3. In the control device 3, a control unit 33, a storage unit 35, a media input / output unit 37, a communication control unit 39, an input unit 41, a display unit 43, a peripheral device I / F unit 45, etc. are connected via a bus 47. .

制御部33は、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等で構成される。CPUは、記憶部35、ROM、記録媒体等に格納されるプログラムをRAM上のワークメモリ領域に呼び出して実行し、バス47を介して接続された各装置を駆動制御し、制御装置3が行う後述する処理(図4、図5参照)を実現する。 The control unit 33 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), and the like. The CPU calls a program stored in the storage unit 35, ROM, recording medium, or the like into a work memory area on the RAM, executes it, controls the drive of each device connected via the bus 47, and is performed by the control device 3. The processing described later (see FIGS. 4 and 5) is realized.

ROMは、不揮発性メモリであり、コンピュータのブートプログラムやBIOS等のプログラム、データ等を恒久的に保持している。RAMは、揮発性メモリであり、記憶部35、ROM、記録媒体等からロードしたプログラム、データ等を一時的に保持するとともに、制御部33が各種処理を行う為に使用するワークエリアを備える。 The ROM is a non-volatile memory and permanently holds a computer boot program, a program such as BIOS, data, and the like. The RAM is a volatile memory, and temporarily holds a program, data, and the like loaded from the storage unit 35, ROM, recording medium, and the like, and includes a work area used by the control unit 33 for performing various processes.

記憶部35は、HDD(ハードディスクドライブ)であり、制御部33が実行するプログラム、プログラム実行に必要なデータ、OS(オペレーティングシステム)等が格納される。プログラムに関しては、OS(オペレーティングシステム)に相当する制御プログラムや、後述の処理に相当するアプリケーションプログラムが格納されている。これらの各プログラムコードは、制御部33により必要に応じて読み出されてRAMに移され、CPUに読み出されて各種の手段として実行される。 The storage unit 35 is an HDD (hard disk drive), and stores a program executed by the control unit 33, data necessary for program execution, an OS (operating system), and the like. As for the program, a control program corresponding to an OS (operating system) and an application program corresponding to processing described later are stored. Each of these program codes is read by the control unit 33 as necessary, transferred to the RAM, read by the CPU, and executed as various means.

メディア入出力部37(ドライブ装置)は、データの入出力を行い、例えば、フロッピー(登録商標)ディスクドライブ、CDドライブ(−ROM、−R、RW等)、DVDドライブ(−ROM、−R、−RW等)、MOドライブ等のメディア入出力装置を有する。 The media input / output unit 37 (drive device) performs data input / output. For example, a floppy (registered trademark) disk drive, a CD drive (-ROM, -R, RW, etc.), a DVD drive (-ROM, -R, -RW etc.) and media input / output devices such as MO drives.

通信制御部39は、通信制御装置、通信ポート等を有し、コンピュータとネットワーク49間の通信を媒介する通信インタフェースであり、ネットワーク49を介して、他のコンピュータ間との通信制御を行う。 The communication control unit 39 has a communication control device, a communication port, and the like, is a communication interface that mediates communication between the computer and the network 49, and controls communication with other computers via the network 49.

入力部41は、データの入力を行い、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、テンキー等の入力装置を有する。入力部41を介して、コンピュータに対して、操作指示、動作指示、データ入力等を行うことができる。 The input unit 41 inputs data and includes, for example, a keyboard, a pointing device such as a mouse, and an input device such as a numeric keypad. An operation instruction, an operation instruction, data input, and the like can be performed on the computer via the input unit 41.

表示部43は、CRTモニタ、液晶パネル等のディスプレイ装置、ディスプレイ装置と連携してコンピュータのビデオ機能を実現するための論理回路等(ビデオアダプタ等)を有する。 The display unit 43 includes a display device such as a CRT monitor and a liquid crystal panel, and a logic circuit (such as a video adapter) for realizing a video function of a computer in cooperation with the display device.

周辺機器I/F(インタフェース)部45は、コンピュータに周辺機器を接続させるためのポートであり、周辺機器I/F部45を介してコンピュータは周辺機器とのデータの送受信を行う。周辺機器I/F部45は、USBやIEEE1394やRS−232C等で構成されており、通常複数の周辺機器I/Fを有する。周辺機器との接続形態は有線、無線を問わない。 The peripheral device I / F (interface) unit 45 is a port for connecting a peripheral device to the computer, and the computer transmits and receives data to and from the peripheral device via the peripheral device I / F unit 45. The peripheral device I / F unit 45 is configured by USB, IEEE 1394, RS-232C, or the like, and usually has a plurality of peripheral devices I / F. The connection form with the peripheral device may be wired or wireless.

バス47は、各装置間の制御信号、データ信号等の授受を媒介する経路である。 The bus 47 is a path that mediates transmission / reception of control signals, data signals, and the like between the devices.

次に、図3を参照しながら、制御装置3の構成について説明する。図3は、制御装置3の概略構成図である。制御装置3は、凍土厚算出手段51、凍土温度算出手段53、凍土強度算出手段55、凍土最大応力算出手段57、凍土応力比較手段59、最適凍土温度算出手段63、最適ブライン温度算出手段65、熱伝導浸透流連成解析手段67、遅れ時間経過後凍土厚算出手段69、最大応力補正手段71、ブライン温度制御手段73、地盤情報データベース75を備える。 Next, the configuration of the control device 3 will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic configuration diagram of the control device 3. The control device 3 includes frozen soil thickness calculating means 51, frozen soil temperature calculating means 53, frozen soil strength calculating means 55, frozen soil maximum stress calculating means 57, frozen soil stress comparing means 59, optimum frozen soil temperature calculating means 63, optimum brine temperature calculating means 65, A heat conduction osmotic flow coupling analysis means 67, a post-delayed frozen ground thickness calculation means 69, a maximum stress correction means 71, a brine temperature control means 73, and a ground information database 75 are provided.

凍土厚算出手段51は、温度計17からの地盤温度データ23を受け取り、算出された地盤の温度分布と凍結管13との位置関係から、凍土厚を算出する。例えば、凍土21と非凍結地盤との境界が0℃であるとすれば、地盤の温度分布から0℃位置を算出し、0℃位置から凍結管13位置までが凍土21であるとして、その厚み(距離)を計算する。 The frozen soil thickness calculating means 51 receives the ground temperature data 23 from the thermometer 17 and calculates the frozen soil thickness from the calculated ground temperature distribution and the positional relationship between the freezing pipes 13. For example, if the boundary between the frozen soil 21 and the non-frozen ground is 0 ° C., the 0 ° C. position is calculated from the temperature distribution of the ground, and the thickness from the 0 ° C. position to the frozen pipe 13 position is assumed to be the frozen soil 21. Calculate (distance).

凍土温度算出手段53は、温度計15から受け取った地盤温度データ23を基に地盤温度分布を求め、地盤温度分布と凍結管13の配置から、凍土厚算出手段51により算出された凍土厚の範囲内の平均凍土温度(以下単に「凍土温度」と称する)を算出する。凍土温度の算出は、凍土内の温度分布が、通常ほぼ直線的になることから、例えば、凍結管13表面温度(すなわちブライン温度)と凍土21表面温度(すなわち、凍土21と非凍結地盤との境界温度で、例えば0℃)の平均温度を凍土温度として用いることができる。 The frozen soil temperature calculating means 53 obtains the ground temperature distribution based on the ground temperature data 23 received from the thermometer 15, and the range of the frozen soil thickness calculated by the frozen soil thickness calculating means 51 from the ground temperature distribution and the arrangement of the freezing pipes 13. The average frozen soil temperature (hereinafter simply referred to as “frozen soil temperature”) is calculated. The calculation of the frozen soil temperature is because the temperature distribution in the frozen soil is usually almost linear. For example, the surface temperature of the freezing pipe 13 (ie, brine temperature) and the surface temperature of the frozen soil 21 (ie, between An average temperature at the boundary temperature (eg 0 ° C.) can be used as the frozen soil temperature.

なお、実際には複数の凍結管13の配置によって、上述のような単純な式では正確に凍土温度を求めることができないが、このような凍土の温度分布と凍土厚から凍土温度を算出する方法としては、例えば、「地盤凍結工法 −計画・設計から施工までー」(社団法人日本建設機械化協会 昭和57年2月発行)40頁に記載の方法が知られている。 Actually, the frozen soil temperature cannot be accurately obtained by the simple formula as described above due to the arrangement of the plurality of freezing tubes 13, but the method for calculating the frozen soil temperature from the frozen soil temperature distribution and the frozen soil thickness is as follows. For example, a method described on page 40 of “Ground freezing method-from planning and design to construction” (issued by the Japan Construction Mechanization Association in February 1982) is known.

凍土強度算出手段55は、凍土温度から、凍土強度を算出する。凍土強度は、主に凍土温度、地盤土質、地盤水分量、塩分濃度等によって定まる。一般的に地盤土質、水分量あるいは塩分濃度が一定であれば、凍土強度は凍土温度の低下に伴って上昇する。凍土温度と凍土強度の関係は、種々の研究がなされており、地盤種類、水分量毎に例えば、「地盤凍結工法 −計画・設計から施工までー」(社団法人日本建設機械化協会 昭和57年2月発行)35頁に報告されている。 The frozen soil strength calculating means 55 calculates the frozen soil strength from the frozen soil temperature. Frozen soil strength is determined mainly by frozen soil temperature, ground soil quality, ground moisture content, salinity, etc. In general, if the soil quality, water content, or salinity is constant, the strength of frozen soil increases as the temperature of frozen soil decreases. Various studies have been conducted on the relationship between the frozen soil temperature and the frozen soil strength. For example, “Soil Freezing Method-From Planning / Design to Construction” for each soil type and moisture content (Japan Construction Mechanization Association, 1982) Monthly issue), page 35.

これらの凍土温度と凍土強度の関係は、予め地盤情報データベース75に記憶されており、凍土強度算出手段55は、予め設定された、施工現場の地盤情報等に基づき、凍土温度から、凍土強度を算出することができる。この凍土強度は、通常は安全率を考慮して十分小さく設定される。 The relationship between the frozen soil temperature and the frozen soil strength is stored in the ground information database 75 in advance, and the frozen soil strength calculating means 55 calculates the frozen soil strength from the frozen soil temperature based on the ground information on the construction site set in advance. Can be calculated. This frozen soil strength is usually set sufficiently small in consideration of the safety factor.

凍土最大応力算出手段57は、凍土を供用した場合に凍土に作用する最大応力を算出する。算出すべき応力の種類は、一般的に圧縮応力、曲げ応力及びせん断応力であり、凍土に作用する土圧や水圧などの荷重条件及び支持条件、前記凍土厚を含む凍土の幾何学的条件から算出することができる。その算出には、構造力学の一般的な公式を用いることができる。 The frozen soil maximum stress calculating means 57 calculates the maximum stress acting on the frozen soil when the frozen soil is used. The types of stress to be calculated are generally compressive stress, bending stress and shear stress. From the load conditions and support conditions such as earth pressure and water pressure acting on the frozen soil, and the geometric conditions of the frozen soil including the frozen soil thickness. Can be calculated. A general formula of structural mechanics can be used for the calculation.

凍土応力比較手段59は、算出された前記の凍土強度と、前記の凍土最大応力を比較する。 The frozen soil stress comparison means 59 compares the calculated frozen soil strength with the maximum frozen soil stress.

最適凍土温度算出手段63は、前記の凍土応力比較手段59による比較の結果、凍土強度が凍土最大応力を上回った場合に、凍土最大応力から最適凍土温度を算出する。すなわち、凍土強度算出手段55とは逆に、予め地盤情報データベース75に記憶されている、凍土温度と凍土強度の関係を用いて、凍土最大応力から最適凍土温度を算出する。 The optimum frozen soil temperature calculating means 63 calculates the optimum frozen soil temperature from the frozen soil maximum stress when the frozen soil strength exceeds the frozen soil maximum stress as a result of the comparison by the frozen soil stress comparing means 59. That is, contrary to the frozen soil strength calculating means 55, the optimum frozen soil temperature is calculated from the frozen soil maximum stress using the relationship between the frozen soil temperature and the frozen soil strength stored in the ground information database 75 in advance.

最適ブライン温度算出手段65は、凍土厚の範囲の平均温度が、算出された最適凍土温度となるように、必要なブライン温度を算出する。すなわち、凍土温度算出手段53とは逆に、例えば、「地盤凍結工法 −計画・設計から施工までー」(社団法人日本建設機械化協会 昭和57年2月発行)40頁に記載の方法によって、凍結管13表面温度を算出し、これを最適ブライン温度とする。 The optimum brine temperature calculation means 65 calculates a necessary brine temperature so that the average temperature in the range of the frozen soil thickness becomes the calculated optimum frozen soil temperature. In other words, contrary to the frozen soil temperature calculation means 53, for example, the “freezing method of ground-from planning / design to construction” (Japan Construction Mechanization Association, published in February 1982) can be frozen by the method described on page 40. The surface temperature of the tube 13 is calculated, and this is set as the optimum brine temperature.

熱伝導浸透流連成解析手段67は、有限要素法(以下「FEM」(Finite−Element Method)と称する)などの数値計算法により、地盤中の熱伝導および地盤内の地下水の流れ(以下「浸透流」と称する)を連立させて解析し、地盤の温度分布を算出することができる。すなわち、解析上設定された凍結管を所定の温度(すなわち設定ブライン温度)とした場合の周囲の地盤の温度分布の経時変化を得ることができる。なお、地下水の浸透流が無視できる場合には、熱伝導解析手段によって代用することもできる。 The heat conduction osmotic flow coupling analysis means 67 uses a numerical calculation method such as a finite element method (hereinafter referred to as “FEM” (Finite-Element Method)), etc. The temperature distribution of the ground can be calculated. That is, it is possible to obtain a temporal change in the temperature distribution of the surrounding ground when the frozen tube set in the analysis is set to a predetermined temperature (that is, the set brine temperature). In addition, when the seepage flow of groundwater can be ignored, it can be substituted by a heat conduction analysis means.

遅れ時間経過後凍土厚算出手段69は、ブライン温度を変更した場合に、実際にブライン温度が設定温度に温度変化するまでに要する時間(以後「遅れ時間」と称する)経過後の凍土厚を算出する。すなわち、ブライン温度を変更した後、遅れ時間の間も凍土厚が増加するため、熱伝導浸透流連成解析手段67によって算出されたブライン温度の変更に伴う遅れ時間後の温度分布から、遅れ時間経過後凍土厚を算出する。 When the brine temperature is changed, the frozen soil thickness calculation means 69 calculates the frozen soil thickness after the time required for the brine temperature to actually change to the set temperature (hereinafter referred to as “delay time”). To do. That is, since the frozen soil thickness increases during the delay time after changing the brine temperature, the delay time elapses from the temperature distribution after the delay time associated with the change of the brine temperature calculated by the heat conduction osmotic flow coupling analysis means 67. Calculate post-frozen soil thickness.

最大応力補正手段71は、遅れ時間経過後凍土厚を考慮して、遅れ時間経過後の凍土最大応力を算出し、凍土最大応力算出手段57によって算出された凍土最大応力を補正する(以後補正された凍土最大応力を「補正後凍土最大応力」と称する)。 The maximum stress correction means 71 considers the frozen soil thickness after the lapse of the delay time, calculates the frozen soil maximum stress after the lapse of the delay time, and corrects the frozen soil maximum stress calculated by the frozen soil maximum stress calculation means 57 (hereinafter corrected). The maximum frozen soil stress is referred to as “corrected frozen soil maximum stress”).

ブライン温度制御手段73は、ブライン冷却循環装置5におけるブライン温度を制御する。すなわち、ブライン冷却循環装置5はブラインの初期温度の設定以外は、ブライン温度制御手段73によってブライン温度が制御される。 The brine temperature control means 73 controls the brine temperature in the brine cooling circulation device 5. That is, in the brine cooling / circulation device 5, the brine temperature is controlled by the brine temperature control means 73 except for setting the initial temperature of the brine.

地盤情報データベース75は、地盤の土質、水分量や塩分濃度毎に、凍土温度と凍土強度との関係に関する情報が保持されている。 The ground information database 75 holds information related to the relationship between the frozen soil temperature and the frozen soil strength for each soil quality, moisture content, and salinity concentration.

次に、図4から図6を参照しながら、凍結装置1の動作の詳細について説明する。図4(a)、図4(b)は、凍結装置1の処理手順を示すフローチャートである。 Next, details of the operation of the freezing apparatus 1 will be described with reference to FIGS. 4 to 6. FIG. 4A and FIG. 4B are flowcharts showing the processing procedure of the freezing apparatus 1.

図4(a)に示すように、制御装置3は、温度計17からの地盤温度データ23を取得し、地盤の温度分布を算出する(ステップ101)。なお、温度計17の設置位置は予め設定される。 As shown in FIG. 4A, the control device 3 acquires the ground temperature data 23 from the thermometer 17 and calculates the temperature distribution of the ground (step 101). The installation position of the thermometer 17 is set in advance.

次に凍土厚を算出する(ステップ102)。凍土厚は凍土厚算出手段51によって算出される。すなわち、凍土21表面温度(すなわち、凍土21と非凍結地盤との境界温度であり、通常はー2℃〜−5℃程度とされる)を予め設定しておき、凍土21表面温度の分布位置と凍結管13との間が凍土21であるとして、その距離から凍土厚を算出する。 Next, the frozen soil thickness is calculated (step 102). The frozen soil thickness is calculated by the frozen soil thickness calculating means 51. That is, the surface temperature of the frozen soil 21 (that is, the boundary temperature between the frozen soil 21 and the non-frozen ground, which is normally about −2 ° C. to −5 ° C.) is set in advance, and the distribution position of the surface temperature of the frozen soil 21 The frozen soil thickness is calculated from the distance, assuming that the frozen soil 21 is between the tube and the freezing pipe 13.

次にブライン冷却循環装置5から、循環するブラインの温度であるブライン温度データ25を取得し、ブライン温度を測定する(ステップ103)。ブライン温度の測定は、例えばブライン冷却循環装置5に備えられるブラインタンクで測定される。 Next, the brine temperature data 25 which is the temperature of the circulating brine is acquired from the brine cooling / circulating device 5, and the brine temperature is measured (step 103). The brine temperature is measured by, for example, a brine tank provided in the brine cooling / circulating device 5.

なお、凍土供用期間の短縮及び本発明の効果をより顕著に得るためには、初期のブライン温度としては、従前よりも低目の−65℃から−35℃程度であることが望ましい。図5は、凍土厚と時間との関係を示した図である。例えば、ラインOは、従前のブライン温度である−30℃による凍土厚の変化を示し、ラインRは、−50℃のブライン温度での凍土厚の変化を示す。図5に示すように、ブライン温度を低くすることで、凍土厚の増加が早く、このため工期短縮を図ることができる。 In addition, in order to shorten the frozen soil service period and to obtain the effects of the present invention more remarkably, the initial brine temperature is desirably about −65 ° C. to −35 ° C., which is lower than before. FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the frozen soil thickness and time. For example, line O shows the change in frozen soil thickness due to the previous brine temperature of −30 ° C., and line R shows the change in frozen soil thickness at the brine temperature of −50 ° C. As shown in FIG. 5, by lowering the brine temperature, the thickness of the frozen soil increases rapidly, so that the construction period can be shortened.

次に凍土温度算出手段53によって、凍土温度が算出される(ステップ104)。すなわち、温度計17により測定された地盤温度データ23を基に地盤温度分布を求め、地盤温度分布と凍結管13の配置から、凍土厚算出手段51により算出された凍土厚の範囲内の凍土温度を算出する。 Next, the frozen soil temperature calculating means 53 calculates the frozen soil temperature (step 104). That is, the ground temperature distribution is obtained based on the ground temperature data 23 measured by the thermometer 17, and the frozen soil temperature within the range of the frozen soil thickness calculated by the frozen soil thickness calculating means 51 from the ground temperature distribution and the arrangement of the freezing pipe 13. Is calculated.

次に、凍土強度算出手段55によって、凍土強度が算出される(ステップ105)。すなわち、予め凍土形成地盤の地盤情報(例えば土質や塩分濃度など)を設定しておき、該当する土質および塩分濃度での、凍土温度算出手段53によって算出された凍土温度における凍土強度を地盤情報データベース75より読み出す。 Next, the frozen soil strength calculating means 55 calculates the frozen soil strength (step 105). That is, ground information (for example, soil quality and salinity concentration) of the frozen soil formation ground is set in advance, and the frozen soil strength at the frozen soil temperature calculated by the frozen soil temperature calculation means 53 at the corresponding soil quality and salinity concentration is set in the ground information database. Read from 75.

次に、凍土最大応力算出手段57によって、凍土最大応力が算出される(ステップ106)。算出すべき応力の種類は、一般的に圧縮応力、曲げ応力及びせん断応力であり、凍土に作用する土圧や水圧などの荷重条件及び支持条件、前記凍土厚を含む凍土の幾何学的条件から算出することができる。その算出には、構造力学の一般的な公式を用いることができる。 Next, the frozen soil maximum stress calculation means 57 calculates the frozen soil maximum stress (step 106). The types of stress to be calculated are generally compressive stress, bending stress and shear stress. From the load conditions and support conditions such as earth pressure and water pressure acting on the frozen soil, and the geometric conditions of the frozen soil including the frozen soil thickness. Can be calculated. A general formula of structural mechanics can be used for the calculation.

次に、凍土応力比較手段59により、凍土最大応力算出手段57によって算出された凍土最大応力と、凍土強度算出手段55によって算出され、安全率が考慮された凍土強度とが比較される(ステップ107)。比較の結果、凍土最大応力が凍土強度よりも大きい場合、すなわち、凍土がまだ供用可能な程度に形成されていない場合には、ステップ101からの工程が繰り返される(ステップ108)。なお、ステップ101への繰り返し周期は、コンピュータの処理速度に応じて定めても良く、又は、例えば1時間毎とすることもできる。凍土がまだ供用可能でない状態におけるステップ101からステップ107までの工程は、図5において、o−a間の凍土厚の変化に該当する。 Next, the frozen soil stress comparing unit 59 compares the frozen soil maximum stress calculated by the frozen soil maximum stress calculating unit 57 with the frozen soil strength calculated by the frozen soil strength calculating unit 55 and considering the safety factor (step 107). ). As a result of the comparison, when the frozen soil maximum stress is larger than the frozen soil strength, that is, when the frozen soil is not yet formed to a usable level, the process from step 101 is repeated (step 108). In addition, the repetition period to step 101 may be determined according to the processing speed of the computer, or may be, for example, every hour. The process from step 101 to step 107 in a state where the frozen soil is not yet available corresponds to the change of the frozen soil thickness between oa in FIG.

凍土最大応力が凍土強度よりも小さくなった場合、すなわち、凍土が供用可能な程度に形成された場合(図5において、凍土厚がTを超えた状態)には、最適凍土温度算出手段63により、最適凍土温度が算出される(ステップ110)。最適凍土温度は、凍土の平均温度である。 When the maximum frozen soil stress is smaller than the frozen soil strength, that is, when the frozen soil is formed to be usable (in FIG. 5, the frozen soil thickness exceeds T 0 ), the optimum frozen soil temperature calculating means 63. Thus, the optimum frozen soil temperature is calculated (step 110). The optimal frozen soil temperature is the average temperature of frozen soil.

最適凍土温度とは、凍土強度が凍土最大応力を下回らない範囲の最も高い凍土温度である。圧縮強度、せん断強度、曲げ強度等の凍土強度は、凍土温度の上昇に伴い低下する。このため、凍土の耐荷性能を維持した状態で、凍土に要求される最低限の凍土強度を得るための凍土温度が最適凍土温度である。従って、凍土厚が増加すれば、凍土温度が高くても、凍土最大応力を超えない凍土強度を得ることができるため、凍土厚の増加に伴い、最適凍土温度は上昇する。 The optimal frozen soil temperature is the highest frozen soil temperature in a range where the frozen soil strength does not fall below the maximum frozen soil stress. Frozen soil strength such as compressive strength, shear strength, and bending strength decreases as the frozen soil temperature increases. For this reason, the frozen soil temperature for obtaining the minimum frozen soil strength required for frozen soil is the optimum frozen soil temperature while maintaining the load resistance performance of frozen soil. Therefore, if the frozen soil thickness increases, even if the frozen soil temperature is high, a frozen soil strength that does not exceed the maximum frozen soil stress can be obtained. Therefore, the optimal frozen soil temperature increases as the frozen soil thickness increases.

図5においては、時間t経過後、凍土の供用を開始することができる。なお、従来の工法である、凍土温度による凍土強度変化を加味しない方法では、凍土厚さTまでは供用を開始できず、このため−30℃のブライン温度では、供用開始までtの時間を要し、−50℃のブライン温度であっても、供用開始までtの時間を要する(この場合、凍土厚の変化はo点−a点−d点と進行する)。 In FIG. 5, the use of frozen soil can be started after the time t 0 has elapsed. Incidentally, a conventional method, the method is not considering the permafrost intensity change due to frozen ground temperature, frozen ground until the second thickness T 2 can not be started serviced, in brine temperatures Consequently -30 ° C., the time t a up to start of service the required, even brine temperature of -50 ° C., takes time t b to start of service (in this case, the change in frozen ground thickness proceeds with o point -a point -d point).

次に、最適ブライン温度算出手段65により、最適なブライン温度が算出される(ステップ111)。以上により求められる最適ブライン温度とは、すなわち、現実の凍土厚において、凍土範囲が必要最低限の強度を有するための、最も高いブライン温度である。 Next, the optimum brine temperature calculation means 65 calculates the optimum brine temperature (step 111). The optimum brine temperature calculated | required by the above is the highest brine temperature for the frozen soil range to have the minimum intensity | strength required in the actual frozen soil thickness.

後述するブライン温度遅れ補正を実施しない場合には、ブライン冷却循環装置5におけるブライン温度が、上述の最適ブライン温度となるようにブライン冷却循環装置5を制御する(ステップ112、ステップ117)。すなわち、凍土厚の成長を抑制し、必要最低限の強度となるように、ブライン温度を上昇する。 When the brine temperature delay correction described later is not performed, the brine cooling circulation device 5 is controlled so that the brine temperature in the brine cooling circulation device 5 becomes the above-described optimum brine temperature (steps 112 and 117). That is, the brine temperature is raised so that the growth of frozen soil thickness is suppressed and the required minimum strength is obtained.

例えば図5において、ラインSは、a点からの−40℃における凍土厚の変化を示す。a点でブライン温度を−50℃から−40℃へ変更すると、凍土厚の成長が抑制される(凍土厚の変化はo点−a点−b点と進行する)。 For example, in FIG. 5, line S indicates the change in frozen soil thickness at −40 ° C. from point a. When the brine temperature is changed from −50 ° C. to −40 ° C. at point a, the growth of frozen soil thickness is suppressed (change in frozen soil thickness proceeds from point o to point a to point b).

更にラインTは、b点からの−30℃における凍土厚の変化を示す。a点でブライン温度を−50℃から−40℃へ変更した後、凍土厚がTに達すると、b点でブライン温度を−40℃から−30℃へ変更する。従って凍土厚の成長が更に抑制される(凍土厚の変化はo点−a点−b点−c点と進行する)。このように凍土厚の増加に伴ってブライン温度を変化(上昇)させることで、最短で凍土の供用を開始できるとともに、必要な凍土の耐荷性能(凍土全体としての耐力)を保ったままで、その後の不必要な凍土形成を抑制することができる。 Furthermore, the line T shows the change of the frozen soil thickness at −30 ° C. from the point b. After changing the brine temperature from -50 ° C. to -40 ℃ at a point, the frozen soil thickness reaches T 1, is changed from -40 ℃ brine temperature at the point b to -30 ° C.. Therefore, the growth of the frozen soil thickness is further suppressed (the change of the frozen soil thickness proceeds from the point o, the point a, the point b, and the point c). In this way, by changing (increasing) the brine temperature as the thickness of the frozen soil increases, the operation of the frozen soil can be started in the shortest time, while maintaining the required load resistance of the frozen soil (the strength of the frozen soil as a whole), and thereafter The formation of unnecessary frozen soil can be suppressed.

すなわち、図5において、Tは、ブライン温度が−50℃の場合に必要な凍土の耐荷性能を満たす最低限必要な凍土厚であり、T、Tはそれぞれ、ブライン温度が−40℃、−30℃の場合の必要耐荷性能を満たす最低限必要な凍土厚を示すものである。このように、凍土温度と凍土強度との関係を考慮すると、凍土温度に応じて必要な凍土厚が変化し、これにより供用可能な凍土厚が変化する。 That is, in FIG. 5, T 0 is the minimum required frozen soil thickness that satisfies the load resistance performance of frozen soil when the brine temperature is −50 ° C., and T 1 and T 2 are the brine temperatures of −40 ° C., respectively. The minimum required frozen soil thickness that satisfies the required load bearing performance at −30 ° C. is shown. Thus, when the relationship between the frozen soil temperature and the frozen soil strength is taken into consideration, the required frozen soil thickness changes according to the frozen soil temperature, and the usable frozen soil thickness changes accordingly.

なお、図5においてはブライン温度の変更を、T、Tという凍土厚毎に行う例を示したが、ブライン温度の変更は一定時間ごとに行なうこともできる。例えば、t以後のブライン温度変更時間を1時間毎として、1時間毎にその時点の凍土厚から最適なブライン温度を設定することができる。 Although FIG. 5 shows an example in which the brine temperature is changed for each frozen soil thickness of T 0 and T 1 , the brine temperature can be changed at regular intervals. For example, the brine temperature change time after t 0 is set to every hour, and the optimum brine temperature can be set from the frozen soil thickness at that time every hour.

次に、ブライン温度遅れ補正について説明する。ブライン温度遅れ補正とは、ブライン温度の設定を変更した後に、実際のブライン温度が変化するまでの時間を加味した場合のブライン温度の補正をいう。 Next, brine temperature delay correction will be described. The brine temperature delay correction is a correction of the brine temperature in the case where the time until the actual brine temperature changes is taken into account after changing the setting of the brine temperature.

図6は、ブライン温度と時間との関係を示した図である。ブライン温度変更点85において、ブライン設定温度81をθからθへ変更した場合、実際のブライン温度測定値83(ブライン温度データ25として使用される)は、その後緩やかに変化する。ブライン設定温度81とブライン温度測定値83とがほぼ一致する点をブライン温度変化終了点87とすると、ブライン温度遅れ時間とは、ブライン温度変更点85からブライン温度変化終了点87までに要する時間を指す。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the brine temperature and time. When the brine set temperature 81 is changed from θ 0 to θ 1 at the brine temperature change point 85, the actual brine temperature measured value 83 (used as the brine temperature data 25) changes gradually thereafter. If the point at which the brine set temperature 81 and the brine temperature measured value 83 substantially coincide is the brine temperature change end point 87, the brine temperature delay time is the time required from the brine temperature change point 85 to the brine temperature change end point 87. Point to.

すなわち、最適ブライン温度にブライン温度を変更しても、ブライン温度遅れ時間の間に凍土厚は更に増加し続けるため、ブライン温度が変化を終了した際には、既に最適なブライン温度が変化している。また、ブライン温度を上昇させた場合、凍土内の温度分布は、単調な温度分布とはならず、凍結管表面近傍よりも、それ以外の部分の方が低温となる場合もあり、この場合、凍土温度(凍土内平均温度)が、ブライン温度から算出される凍土温度よりも低温側にとどまる場合がある。 That is, even if the brine temperature is changed to the optimum brine temperature, the frozen soil thickness continues to increase during the brine temperature delay time, so when the brine temperature finishes changing, the optimum brine temperature has already changed. Yes. In addition, when the brine temperature is raised, the temperature distribution in the frozen soil does not become a monotonous temperature distribution, and the other part may be lower in temperature than the vicinity of the freezing pipe surface. In some cases, the frozen soil temperature (the average temperature in the frozen soil) remains on the lower temperature side than the frozen soil temperature calculated from the brine temperature.

このような状況においては、凍土は必要以上の耐荷性能を有することとなる。ブライン温度遅れ補正とは、このようなブライン温度遅れ時間経過後の凍土厚及び凍土温度等を加味した最適なブライン温度を、ブライン温度変更点85時点の最適ブライン温度として補正するものである。 In such a situation, the frozen soil has a load-bearing performance more than necessary. The brine temperature delay correction is to correct the optimum brine temperature taking into account the frozen soil thickness and the frozen soil temperature after the brine temperature delay time elapses as the optimum brine temperature at the time of the brine temperature change point 85.

以下、ブライン温度遅れ補正の流れを説明する。図4(b)に示すように、制御装置3は、熱伝導浸透流連成解析手段67によって、地盤の温度分布(凍土厚および凍土温度)の経時変化を計算により算出する(ステップ113)。すなわち、ブライン温度と凍結管設置位置、地盤情報等とから、FEMによって熱伝導解析および地下水の浸透流を連立して、地盤温度分布を算出する。 Hereinafter, the flow of brine temperature delay correction will be described. As shown in FIG. 4B, the control device 3 uses the heat conduction osmotic flow coupling analysis means 67 to calculate the temporal change of the ground temperature distribution (frozen soil thickness and frozen soil temperature) by calculation (step 113). That is, the ground temperature distribution is calculated by combining heat conduction analysis and groundwater seepage flow by FEM from the brine temperature, the freezing pipe installation position, the ground information, and the like.

図7は、熱伝導浸透流連成解析手段67によって、ブライン温度と凍結管設置位置、地盤情報等とから、FEMによって熱伝導解析および地下水の浸透流を連立して解析された、熱伝導浸透流解析例89を示す図である。図7の色の濃淡は、地盤の温度分布を示し、濃色部が低温部を示す。すなわち一定温度以下を示す色の濃い部分が凍土である。なお、図中矢印Xは、地下水の流れ方向を示し、浸透流を考慮すると、低温部が地下水の下流側にシフトしていることが分かる。 FIG. 7 shows the heat conduction osmotic flow analyzed by the heat conduction analysis and the groundwater osmotic flow by the FEM from the brine temperature, the freezing pipe installation position, the ground information, etc. It is a figure which shows the example 89 of an analysis. The color shading in FIG. 7 indicates the temperature distribution of the ground, and the dark color portion indicates the low temperature portion. In other words, the dark colored part showing the temperature below a certain temperature is frozen soil. In addition, the arrow X in a figure shows the flow direction of groundwater, and when an osmotic flow is considered, it turns out that the low temperature part has shifted to the downstream of groundwater.

次に、遅れ時間経過後凍土厚算出手段69により、遅れ時間経過後凍土厚を算出する(ステップ114)。遅れ時間は予めブライン温度の変更幅や凍土の規模などに応じて経験的に定められる。すなわち、現状の凍土状況から、熱伝導浸透流連成解析手段67によって遅れ時間経過後までの凍土厚の経時変化を計算し、遅れ時間経過後凍土厚として算出する。なお、遅れ時間内における計算上のブライン温度としては、温度変更前のブライン温度を使用することができ、また、変更前後のブライン温度の平均値を用いることもできる。 Next, the frozen soil thickness calculation means 69 calculates the frozen soil thickness after the lapse of the delay time (step 114). The delay time is empirically determined in advance according to the change range of the brine temperature, the scale of the frozen soil, and the like. That is, the time-dependent change of the frozen soil thickness until the delay time elapses is calculated by the heat conduction osmotic flow coupling analysis means 67 from the current frozen soil situation, and is calculated as the frozen soil thickness after the delay time elapses. As the calculated brine temperature within the delay time, the brine temperature before the temperature change can be used, and the average value of the brine temperature before and after the change can also be used.

次に、最大応力補正手段71によって凍土最大応力を補正する(ステップ115)。すなわち、遅れ時間経過後凍土厚から凍土温度算出手段53と同様の方法で遅れ時間経過後凍土温度を算出し、更に算出された遅れ時間経過後凍土温度と遅れ時間経過後凍土厚とから、凍土最大応力算出手段57と同様の方法で、遅れ時間経過後における凍土最大応力を算出する。算出された、遅れ時間経過後における凍土最大応力によって、ステップ106で算出された凍土最大応力を補正する(以後補正された凍土最大応力を単に「補正後凍土最大応力」と称する)。すなわち、ステップ106で算出された凍土最大応力を補正後凍土最大応力に置換する。 Next, the maximum stress correction means 71 corrects the maximum frozen soil stress (step 115). That is, the frozen soil temperature is calculated from the frozen soil thickness after the delay time by the same method as the frozen soil temperature calculating means 53, and the frozen soil temperature is calculated from the calculated frozen soil temperature after the delayed time and the frozen soil thickness after the delayed time. In the same manner as the maximum stress calculation means 57, the maximum frozen soil stress after the lapse of the delay time is calculated. The frozen maximum stress calculated in step 106 is corrected based on the calculated maximum frozen soil stress after the lapse of the delay time (hereinafter, the corrected frozen maximum stress is simply referred to as “corrected frozen soil maximum stress”). That is, the frozen ground maximum stress calculated in step 106 is replaced with the corrected frozen ground maximum stress.

次に、遅れ時間経過後において最適なブライン温度を算出する(ステップ116)。すなわち、補正後凍土最大応力に置換された凍土最大応力を用い、最適凍土温度算出手段63および最適ブライン温度算出手段65によって、遅れ時間を加味した最適ブライン温度を再計算する。 Next, an optimum brine temperature is calculated after the delay time has elapsed (step 116). In other words, using the frozen maximum soil stress replaced with the corrected maximum frozen soil stress, the optimum frozen soil temperature calculating means 63 and the optimum brine temperature calculating means 65 recalculate the optimum brine temperature taking the delay time into account.

次に、ブライン冷却循環装置5におけるブライン温度を、上述の再計算された最適ブライン温度となるようにブライン冷却循環装置5を制御する(ステップ117)。 Next, the brine cooling / circulating device 5 is controlled so that the brine temperature in the brine cooling / circulating device 5 becomes the above-mentioned recalculated optimum brine temperature (step 117).

凍土の供用が完了しない場合には、ステップ101に戻り、上述のステップを繰り返す(ステップ118)。なお、ステップ101への繰り返し周期は、コンピュータの処理速度に応じて定めても良く、又は、例えば1時間毎とすることもできる。 If the use of frozen soil is not completed, the process returns to step 101 and the above steps are repeated (step 118). In addition, the repetition period to step 101 may be determined according to the processing speed of the computer, or may be, for example, every hour.

以上説明してきたように、本実施の形態にかかる凍結装置1によれば、凍土を不必要に成長させることなく、早期に凍土の供用を行うことができる凍結装置を得ることができる。特に、初期のブライン温度を低く設定するほど、ブライン温度の低下による凍土成長速度の増加と、凍土温度の低下による凍土強度の増加のいずれの効果も得ることができるため、より大きな工期短縮効果を得ることができる。 As described above, according to the freezing apparatus 1 according to the present embodiment, it is possible to obtain a freezing apparatus that can use frozen soil at an early stage without unnecessarily growing frozen ground. In particular, as the initial brine temperature is set lower, the effect of increasing the frozen soil growth rate due to the decrease in the brine temperature and the increase in frozen soil strength due to the decrease in the frozen soil temperature can be obtained. Obtainable.

また、凍土温度を算出し、凍土温度から凍土強度を得ることで、凍土温度に応じた必要最低限の凍土厚を知ることができ、必要最低限の凍土厚を超える場合には、必要最低限の凍土強度が得られるように、ブライン温度を制御するため、凍土の供用時期を著しく早めることができるとともに、必要な凍土の耐荷性能を維持したまま、凍土供用時における必要以上の凍土の成長を抑制し、このため、ブラインの冷却エネルギーを抑えることができ、凍上現象や凍結膨張圧を低減することができる。すなわち、凍土の供用可否判断において、凍土温度と凍土強度との関係を利用することで、各時点の供用可能な凍土厚を算出し、最短の凍土の供用時期を知ることができ、その後の凍土の成長を最適に管理できる。 Also, by calculating the frozen soil temperature and obtaining the frozen soil strength from the frozen soil temperature, it is possible to know the minimum necessary frozen soil thickness according to the frozen soil temperature. Because the brine temperature is controlled so that the frozen soil strength can be obtained, the operation time of the frozen soil can be remarkably advanced, and the frozen soil can be grown more than necessary when the frozen soil is used while maintaining the required load resistance of the frozen soil. Therefore, the cooling energy of the brine can be suppressed, and the frost heaving phenomenon and the freezing expansion pressure can be reduced. In other words, in determining whether or not frozen soil can be used, by using the relationship between frozen soil temperature and frozen soil strength, the thickness of frozen soil that can be used at each point in time can be calculated, and the shortest frozen soil operating time can be known. Can be managed optimally.

また、ブライン温度の遅れ時間を考慮すれば、ブライン温度の遅れに伴う、不必要な凍土の成長を抑制することができ、更にブライン温度を効果的に制御することができる。 In addition, if the delay time of the brine temperature is taken into account, unnecessary growth of frozen soil accompanying the delay in the brine temperature can be suppressed, and the brine temperature can be effectively controlled.

次に第2の実施の形態にかかる凍土計算システム90について説明する。ここで、本実施の形態において、凍結装置1と同一の機能を奏する構成要素については図1〜図3と同一の記号を付し、重複した説明を避ける。 Next, a frozen soil calculation system 90 according to the second embodiment will be described. Here, in this Embodiment, about the component which show | plays the same function as the freezing apparatus 1, the code | symbol same as FIGS. 1-3 is attached | subjected and the overlapping description is avoided.

図8において、凍土計算システム90は、凍結装置1と同様の機能を有するが、凍結装置1が温度計17等による実際の測定データを使用するのに対し、凍土計算システム90は、これらを全てコンピュータ等によって予測計算するものである。 In FIG. 8, the frozen soil calculation system 90 has the same function as the freezing device 1, but the freezing device 1 uses actual measurement data from the thermometer 17 and the like, whereas the frozen soil calculation system 90 performs all of these. Predictive calculation is performed by a computer or the like.

凍土計算システム90は主に制御装置3、熱伝導浸透流連成解析装置91、表示装置99等からなる。制御装置3、熱伝導浸透流連成解析装置91、表示装置99はそれぞれ接続されており、熱伝導浸透流連成解析装置91からのデータ95を制御装置3で処理し、更に制御装置3からのデータ97を熱伝導浸透流連成解析装置91で処理する。熱伝導浸透流連成解析装置91からの表示データ93は表示装置99へ送信され、表示装置99に各種計算結果等が表示される。 The frozen soil calculation system 90 mainly includes a control device 3, a heat conduction osmotic flow coupling analysis device 91, a display device 99, and the like. The control device 3, the heat conduction osmotic flow coupling analysis device 91, and the display device 99 are connected to each other, the data 95 from the heat conduction osmotic flow coupling analysis device 91 is processed by the control device 3, and the data from the control device 3 is further processed. 97 is processed by the heat conduction osmotic flow coupling analysis device 91. Display data 93 from the heat conduction osmotic flow coupling analysis device 91 is transmitted to the display device 99, and various calculation results and the like are displayed on the display device 99.

なお、制御装置3は、凍結装置1で使用したものと同じであるが、制御装置3における熱伝導浸透流連成解析手段67の機能は、熱伝導浸透流連成解析装置91に持たせることができる。以後、熱伝導浸透流連成解析手段67は、制御装置3ではなく、熱伝導浸透流連成解析装置91内に同一機能を有するものとして説明する。また、熱伝導浸透流連成解析装置91を実現するコンピュータのハードウェア構成については、制御装置3と同様であり(図2参照)、説明を省略する。 The control device 3 is the same as that used in the freezing device 1, but the function of the heat conduction osmotic flow coupling analysis means 67 in the control device 3 can be given to the heat conduction osmotic flow coupling analysis device 91. . Hereinafter, the heat conduction osmotic flow coupling analysis means 67 will be described as having the same function in the heat conduction osmotic flow coupling analysis device 91, not the control device 3. The hardware configuration of the computer that realizes the heat conduction osmotic flow coupling analysis device 91 is the same as that of the control device 3 (see FIG. 2), and the description thereof is omitted.

ここで、熱伝導浸透流連成解析装置91には、有限要素解析プログラム等が利用できる。なお、地下水流が無視できる場合には、熱伝導解析装置によって代用することもできる。 Here, a finite element analysis program or the like can be used for the heat conduction osmotic flow coupled analysis device 91. If the groundwater flow is negligible, a heat conduction analysis device can be used instead.

次に図9を参照しながら、凍土計算システム90の動作を詳細に説明する。まず、熱伝導浸透流連成解析装置91に凍結管の設置条件、地盤条件、凍結条件等が入力され、設定される(ステップ201)。凍結管の設置条件とは、例えば凍結管の設置位置、設置本数、その他凍結管の径などの情報を含む。また、地盤条件とは、解析を行う範囲における地盤の土質、水分量、塩分濃度や初期の地盤温度などの情報を含む。凍結条件とは、循環させるブライン温度やブラインの流量などの情報を含む。その他、地下水の浸透流の流速や、地盤等の熱伝導係数、比熱などが事前に設定される。 Next, the operation of the frozen soil calculation system 90 will be described in detail with reference to FIG. First, the installation conditions, the ground conditions, the freezing conditions, etc. of the freezing pipe are input and set in the heat conduction osmotic flow coupled analysis device 91 (step 201). The freezing tube installation conditions include information such as the freezing tube installation position, the number of the freezing tubes, and the diameter of the freezing tube. The ground condition includes information such as soil quality, water content, salinity concentration, initial ground temperature, etc. in the analysis range. The freezing condition includes information such as circulating brine temperature and brine flow rate. In addition, the flow rate of the seepage flow of groundwater, the thermal conductivity coefficient of the ground, specific heat, etc. are set in advance.

次に、FEMにより、地盤の熱伝導解析および地下水の浸透流を連立して解析する(ステップ202)。解析により、地盤温度分布が算出され、これにより、地盤温度、凍土厚の経時変化を算出することができる(ステップ203)。なお、ステップ202およびステップ203は、凍結装置1における熱伝導浸透流連成解析手段67と同様の機能によるものである。 Next, the FEM analyzes the ground heat conduction analysis and the groundwater infiltration flow simultaneously (step 202). The ground temperature distribution is calculated by the analysis, and thereby the temporal change of the ground temperature and the frozen soil thickness can be calculated (step 203). Step 202 and step 203 are based on the same function as the heat conduction osmotic flow coupling analysis means 67 in the freezing apparatus 1.

次に、各計算時点において、地盤温度、凍土厚、ブライン温度データ等を制御装置3へ送信する(ステップ204)。すなわち、凍結装置1における地盤温度データ23、ブライン温度データ25に対応する、熱伝導浸透流連成解析装置91により解析されたそれぞれの計算値が、制御装置3へ送信される。なお、凍土厚および凍土温度は、熱伝導浸透流連成解析装置91により得られた算出値を直接使用することもでき、又は制御装置3において、地盤温度等のデータから凍土厚算出手段51および凍土温度算出手段53によって算出しても良い。 Next, at each calculation time, ground temperature, frozen soil thickness, brine temperature data, and the like are transmitted to the control device 3 (step 204). That is, the calculated values analyzed by the heat conduction osmotic flow coupling analysis device 91 corresponding to the ground temperature data 23 and the brine temperature data 25 in the freezing device 1 are transmitted to the control device 3. As the frozen soil thickness and the frozen soil temperature, the calculated values obtained by the heat conduction osmotic flow coupling analysis device 91 can be directly used, or the control device 3 can calculate the frozen soil thickness calculation means 51 and the frozen soil from the ground temperature data. You may calculate by the temperature calculation means 53. FIG.

次に、制御装置3は、凍土強度算出手段55により、地盤温度等(又は地盤温度等により算出された凍土温度、凍土厚)から、地盤情報データベース75より、凍土強度を算出する(ステップ205)。以降、ステップ206からステップ212までは、凍結装置1における制御装置3(ステップ106からステップ112に対応)と同様の方法で処理が行われ、最適ブライン温度が算出される。 Next, the control device 3 calculates the frozen soil strength from the ground information database 75 from the ground temperature or the like (or the frozen soil temperature or the frozen soil thickness calculated from the ground temperature or the like) by the frozen soil strength calculating means 55 (step 205). . Thereafter, processing from step 206 to step 212 is performed by the same method as the control device 3 (corresponding to step 106 to step 112) in the freezing device 1, and the optimum brine temperature is calculated.

ブライン温度遅れ補正を行わない場合は、算出された最適ブライン温度を、熱伝導浸透流連成解析装置91に送信し(ステップ218)、熱伝導浸透流連成解析装置91は、計算上設定されているブライン温度を最適ブライン温度へ変更し、更に解析を継続する(ステップ219)。 When the brine temperature delay correction is not performed, the calculated optimum brine temperature is transmitted to the heat conduction osmotic flow coupled analysis device 91 (step 218), and the heat conduction osmotic flow coupled analysis device 91 is set for calculation. The brine temperature is changed to the optimum brine temperature and further analysis is continued (step 219).

ブライン温度の遅れ補正を行う場合には、熱伝導浸透流連成解析装置91は、遅れ補正後の凍土厚を算出する(ステップ213〜214)。遅れ時間は予めブライン温度の変更幅や凍土の規模などに応じて経験的に定められる。なお、ステップ213からステップ214は、凍結装置1における、熱伝導浸透流連成解析手段67、遅れ時間経過後凍土厚算出手段69による処理に対応し、同様の方法で処理が行われる。熱伝導浸透流連成解析装置91は、算出された遅れ時間経過後凍土厚を制御装置3へ送信する(ステップ215)。 When the brine temperature delay correction is performed, the heat conduction osmotic flow coupling analysis device 91 calculates the frozen soil thickness after the delay correction (steps 213 to 214). The delay time is empirically determined in advance according to the change range of the brine temperature, the scale of the frozen soil, and the like. Steps 213 to 214 correspond to the processing by the heat conduction osmotic flow coupling analysis means 67 and the frozen soil thickness calculation means 69 after the lapse of time in the freezing apparatus 1, and the processing is performed in the same manner. The heat conduction osmotic flow coupling analysis device 91 transmits the frozen soil thickness to the control device 3 after the calculated delay time has elapsed (step 215).

制御装置3は、算出された遅れ時間経過後凍土厚をもとに、補正後凍土最大応力を算出し、最適ブライン温度を補正する(ステップ216〜217)。なお、ステップ216からステップ217は、凍結装置1の最大応力補正手段71、最適凍土温度算出手段63及び最適ブライン温度算出手段65による処理に対応し、同様の方法で処理が行われる。 The control device 3 calculates the corrected frozen soil maximum stress based on the calculated frozen soil thickness after the lapse of the delay time, and corrects the optimum brine temperature (steps 216 to 217). Note that steps 216 to 217 correspond to the processing by the maximum stress correction means 71, the optimum frozen soil temperature calculation means 63, and the optimum brine temperature calculation means 65 of the freezing apparatus 1, and are processed in the same manner.

最後に、補正後の最適ブライン温度を熱伝導浸透流連成解析装置91へ送信し、熱伝導浸透流連成解析装置91は、計算上設定されているブライン温度を最適ブライン温度へ変更し、更に解析を継続する(ステップ218〜219)。なお、ブライン温度の変更周期は、コンピュータの処理速度に応じても良く、又は例えば1時間毎と計算上の一定時間ごとに行っても良い。 Finally, the corrected optimum brine temperature is transmitted to the heat conduction osmotic flow coupling analysis device 91, and the heat conduction osmotic flow coupling analysis device 91 changes the calculated brine temperature to the optimum brine temperature for further analysis. (Steps 218 to 219). Note that the change period of the brine temperature may be in accordance with the processing speed of the computer, or may be performed every hour and every certain calculation time.

第2の実施の形態による凍土計算システム90によれば、施工前における凍土の形成についての予測解析を行うことができ、凍結管の設置位置等の最適化やブライン温度設定の最適化および凍土の供用開始時期等を事前に知ることができ、凍土を不必要に成長させることなく、早期に凍土の供用を行うことができる条件を得ることができる。 According to the frozen soil calculation system 90 according to the second embodiment, it is possible to perform prediction analysis on the formation of frozen soil before construction, optimization of the installation location of the freezing pipe, optimization of the brine temperature setting, and the frozen soil It is possible to know in advance the in-service start time and the like, and it is possible to obtain conditions that allow the frozen soil to be used in an early stage without unnecessarily growing the frozen soil.

また、凍土の効率的な形成のために、地盤の一部を熱伝導性の高い材料で置き換える「置換工法」を使用する場合、凍結管の配置や凍土の形成を予測し、これに最適なブライン温度を設定することができる。また、実際の施工現場で地盤温度の分布をより詳細に知ろうとすると、温度計17の設置数を多くする必要があるが、事前に凍土形成に不利な部位(凍土形成が遅れる部位など)を知ることができれば、その部位を厳選して温度計17を設置することができ、施工時の温度計17の設置本数を減らすことができ、その上で最適なブライン温度を制御することができる。 In addition, when using the “replacement method” in which a part of the ground is replaced with a material with high thermal conductivity for the efficient formation of frozen soil, the placement of frozen pipes and the formation of frozen soil are predicted, which is optimal for this. The brine temperature can be set. Also, in order to know the ground temperature distribution in more detail at the actual construction site, it is necessary to increase the number of thermometers 17 installed, but there are some disadvantageous parts (such as parts where the formation of frozen soil is delayed) in advance. If it can be known, the thermometer 17 can be installed by carefully selecting the site, the number of thermometers 17 installed during construction can be reduced, and the optimum brine temperature can be controlled.

なお、本凍土計算システム90を実際の凍土造成時における凍結装置1と併用し、各時点での実測値と計算値のずれを補正(例えば地下水浸透流の流速などの設定値を補正)しながら解析を行うことで、より信頼性の高い予測結果を得ることができる。 In addition, this frozen soil calculation system 90 is used in combination with the freezing device 1 at the time of actual frozen soil formation, while correcting the deviation between the actual measurement value and the calculated value at each time point (for example, correcting the set value such as the flow velocity of groundwater seepage flow). By performing the analysis, a more reliable prediction result can be obtained.

以上、添付図を参照しながら、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の技術的範囲は、前述した実施の形態に左右されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において各種の変更例また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。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described referring an accompanying drawing, the technical scope of this invention is not influenced by embodiment mentioned above. It is obvious for those skilled in the art that various modifications or modifications can be conceived within the scope of the technical idea described in the claims, and these are naturally within the technical scope of the present invention. It is understood that it belongs.

例えば、図5において、ラインR、S、Tに対応するそれぞれのブライン温度は、−50℃、−40℃、−30℃としたが、ブラインの初期温度は何℃であっても良く、またブライン温度の変更幅も+10℃である必要はない。更に、凍土供用時におけるブライン温度の変更回数は、2回に限られるものではなく、より細かく制御することが望ましい。更に、ブライン温度のみではなく、ブラインの流量を制御することで、同様の効果を得ることもできる。 For example, in FIG. 5, the brine temperatures corresponding to the lines R, S, and T are set to −50 ° C., −40 ° C., and −30 ° C., but the initial temperature of the brine may be any temperature, The change width of the brine temperature need not be + 10 ° C. Furthermore, the number of times the brine temperature is changed when the frozen soil is used is not limited to two, and it is desirable to control it more finely. Furthermore, the same effect can be obtained by controlling not only the brine temperature but also the flow rate of the brine.

また、凍土計算システム90において、熱伝導浸透流連成解析装置91と制御装置3とを1台のコンピュータで実施しても良い。 Further, in the frozen soil calculation system 90, the heat conduction osmotic flow coupling analysis device 91 and the control device 3 may be implemented by a single computer.

本実施の形態にかかる凍結装置1を示す概略図。Schematic which shows the freezing apparatus 1 concerning this Embodiment. 制御装置3を実現するコンピュータのハードウェア構成図。FIG. 3 is a hardware configuration diagram of a computer that implements the control device 3. 制御装置3の概略構成図。FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a control device 3. 凍結装置1の処理手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence of the freezing apparatus. 凍結装置1の処理手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence of the freezing apparatus. 凍土厚と時間との関係を示す図。The figure which shows the relationship between frozen soil thickness and time. ブライン温度遅れ時間を示す図。The figure which shows a brine temperature delay time. 熱伝導浸透流連成解析例89を示す図。The figure which shows the heat conduction osmotic flow coupled analysis example 89. 第2の実施の形態にかかる凍土計算システム90を示す概略図。Schematic which shows the frozen ground calculation system 90 concerning 2nd Embodiment. 凍土計算システム90の処理手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence of the frozen soil calculation system 90. 凍土計算システム90の処理手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the process sequence of the frozen soil calculation system 90. シールド機の地中接合部等の工事を示す図。The figure which shows construction, such as an underground junction part of a shield machine.

符号の説明Explanation of symbols

1………凍結装置
3………制御装置
5………ブライン冷却循環装置
7………データ収集装置
8………表示装置
9………入側配管
11………出側配管
13………凍結管
15………測温管
17………温度計
19………地面
21………凍土
23………地盤温度データ
25………ブライン温度データ
27………データ
28………表示データ
29………最適ブライン温度データ
90………凍土計算システム
91………熱伝導浸透流連成解析装置
93………表示データ
95………データ
97………データ
99………表示装置
301………シールド機
303………凍結管
305………凍土
307………シールドトンネル
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ......... Freezing device 3 ... Control device 5 ... Brine cooling circulation device 7 ... Data collection device 8 ... Display device 9 ... Input side piping 11 ... Out side piping 13 ... ... Freezing tube 15 ...... Temperature measuring tube 17 ...... thermometer 19 ...... ground 21 ...... frozen soil 23 ...... ground temperature data 25 ......... brine temperature data 27 ......... data 28 ......... display Data 29... Optimum brine temperature data 90... Frozen earth calculation system 91... Heat conduction osmotic flow coupling analysis device 93... Display data 95. ……… Shield machine 303 ……… Freezing pipe 305 ……… Frozen soil 307 ……… Shield tunnel

Claims (11)

地盤に埋設された凍結管と、
前記凍結管周辺に埋設された複数の温度計と、
前記凍結管へ所定の温度のブラインを流すブライン冷却循環装置と、
前記温度計で測定される地盤温度データと、前記ブライン冷却循環装置で測定されるブライン温度データとを用いて、凍土温度と凍土強度との関係から最適ブライン温度を算出し、前記凍結管へ前記最適ブライン温度のブラインを循環するように前記ブライン冷却循環装置を制御する制御装置と、
を具備することを特徴とする凍結装置。
A freezing pipe buried in the ground,
A plurality of thermometers embedded around the freezing tube;
A brine cooling and circulating device for flowing brine at a predetermined temperature to the freezing pipe;
Using the ground temperature data measured by the thermometer and the brine temperature data measured by the brine cooling circulation device, the optimum brine temperature is calculated from the relationship between the frozen soil temperature and the frozen soil strength, A control device for controlling the brine cooling and circulation device so as to circulate the brine at the optimum brine temperature;
A freezing apparatus comprising:
前記制御装置は、
前記温度計で測定される地盤温度データと、前記温度計の設置位置とから凍土厚を算出する凍土厚算出手段と、
前記ブライン冷却循環装置で測定されるブライン温度データと、前記凍土厚とから凍土温度を算出する凍土温度算出手段と、
前記凍土温度から、凍土強度を算出する凍土強度算出手段と、
凍土を供用した場合に凍土内に発生する凍土最大応力を、前記凍土厚から算出する凍土最大応力算出手段と、
前記凍土強度と前記凍土最大応力とを比較する凍土応力比較手段と、
前記凍土強度が前記凍土最大応力よりも大きい場合に、前記凍土最大応力から、最適凍土温度を算出する最適凍土温度算出手段と、
前記最適凍土温度と、前記凍土厚とから最適ブライン温度を算出する最適ブライン温度算出手段と、
を具備することを特徴とする請求項1記載の凍結装置。
The controller is
The frozen soil thickness calculating means for calculating the frozen soil thickness from the ground temperature data measured by the thermometer, and the installation position of the thermometer,
A frozen soil temperature calculating means for calculating a frozen soil temperature from the brine temperature data measured by the brine cooling and circulation device and the frozen soil thickness;
Frozen soil strength calculating means for calculating frozen soil strength from the frozen soil temperature;
Frozen soil maximum stress calculating means for calculating the frozen soil maximum stress generated in the frozen soil when the frozen soil is in service, from the frozen soil thickness;
Frozen soil stress comparison means for comparing the frozen soil strength and the frozen soil maximum stress;
When the frozen soil strength is larger than the frozen soil maximum stress, optimal frozen soil temperature calculating means for calculating an optimal frozen soil temperature from the frozen soil maximum stress;
Optimal brine temperature calculating means for calculating an optimal brine temperature from the optimal frozen soil temperature and the frozen soil thickness;
The freezing apparatus according to claim 1, further comprising:
有限要素法により、ブライン温度と凍結管設置位置とから熱伝導解析及び地下水の浸透流を連立して解析することで、予測凍土厚を算出可能な熱伝導浸透流連成解析装置を更に具備し、
前記熱伝導浸透流連成解析装置は、ブライン温度を制御してから実際にブライン温度が変化するまでの遅れ時間から、前記遅れ時間経過後における予測凍土厚を算出する遅れ時間経過後凍土厚算出手段を具備し、
前記制御装置は、前記遅れ時間経過後凍土厚から前記凍土最大応力を補正する最大応力補正手段を更に具備することを特徴とする請求項2記載の凍結装置。
The finite element method further comprises a heat conduction osmotic flow coupled analysis device capable of calculating the predicted frozen soil thickness by analyzing the heat conduction analysis and groundwater seepage flow from the brine temperature and the freezing pipe installation position.
The heat conduction osmotic flow coupled analysis device calculates a frozen ground thickness after a lapse of a delay time from a delay time until the brine temperature actually changes after controlling the brine temperature, and calculates a predicted frozen soil thickness after the lapse of the delay time. Comprising
3. The freezing apparatus according to claim 2, further comprising a maximum stress correcting unit that corrects the maximum frozen soil stress from the frozen soil thickness after the lapse of the delay time.
有限要素法により、ブライン温度と凍結管設置位置とから熱伝導解析と地下水の浸透流を連立して解析することで、凍土厚及び凍土温度の経時変化を算出可能な熱伝導浸透流連成解析手段と、
前記熱伝導浸透流連成解析手段により算出された前記凍土温度と、前記ブライン温度とを用いて、凍土強度と凍土温度との関係から最適ブライン温度を算出するブライン温度制御手段と、
前記最適ブライン温度を前記熱伝導浸透流連成解析手段へ適用し、凍土厚や凍土温度の経時変化を算出することを特徴とする凍土計算システム。
Thermal conduction osmotic flow coupled analysis means that can calculate chronological changes of frozen soil thickness and frozen soil temperature by analyzing heat conduction analysis and groundwater seepage flow from the brine temperature and freeze tube installation position by finite element method. When,
Brine temperature control means for calculating an optimal brine temperature from the relationship between the frozen soil strength and the frozen soil temperature, using the frozen soil temperature calculated by the heat conduction osmotic flow coupled analysis means and the brine temperature;
A frozen soil calculation system, wherein the optimum brine temperature is applied to the heat conduction osmotic flow coupling analysis means to calculate a change over time in a frozen soil thickness and a frozen soil temperature.
前記ブライン温度制御手段は、
前記熱伝導浸透流連成解析手段により算出された凍土温度から、凍土強度を算出する凍土強度算出手段と、
凍土を供用した場合に凍土内に発生する凍土最大応力を、前記凍土厚から算出する凍土最大応力算出手段と、
前記凍土強度と前記凍土最大応力とを比較する凍土応力比較手段と、
前記凍土強度が前記凍土最大応力よりも大きい場合に、前記凍土最大応力から、最適凍土温度を算出する最適凍土温度算出手段と、
前記最適凍土温度と、前記凍土厚とから最適ブライン温度を算出する最適ブライン温度算出手段と、
を具備することを特徴とする請求項4記載の凍土計算システム。
The brine temperature control means includes
Frozen soil strength calculating means for calculating the frozen soil strength from the frozen soil temperature calculated by the heat conduction osmotic flow coupling analysis means;
Frozen soil maximum stress calculating means for calculating the frozen soil maximum stress generated in the frozen soil when the frozen soil is in service, from the frozen soil thickness;
Frozen soil stress comparison means for comparing the frozen soil strength and the frozen soil maximum stress;
When the frozen soil strength is larger than the frozen soil maximum stress, optimal frozen soil temperature calculating means for calculating an optimal frozen soil temperature from the frozen soil maximum stress;
Optimal brine temperature calculating means for calculating an optimal brine temperature from the optimal frozen soil temperature and the frozen soil thickness;
The frozen soil calculation system according to claim 4, further comprising:
ブライン温度を制御してから実際にブライン温度が変化するまでの遅れ時間から、前記遅れ時間経過後における凍土厚を算出する遅れ時間経過後凍土厚算出手段と、
前記遅れ時間経過後凍土厚から前記凍土最大応力を補正する最大応力補正手段と、
を更に具備することを特徴とする請求項5記載の凍土計算システム。
From the delay time until the brine temperature actually changes after controlling the brine temperature, the frozen soil thickness calculating means for calculating the frozen soil thickness after the delay time has elapsed,
Maximum stress correcting means for correcting the frozen soil maximum stress from the frozen soil thickness after the lapse of time,
The frozen soil calculation system according to claim 5, further comprising:
凍結管及び温度計を設置する工程と、
ブライン冷却循環装置により、前記凍結管へブラインを循環させる工程と、
前記温度計により地盤温度を測定し、更に前記ブラインの温度を測定する工程と、
前記地盤温度と前記ブライン温度とを用いて、凍土強度と凍土温度との関係から最適ブライン温度を算出する工程と、
前記凍結管へ前記最適ブライン温度のブラインを循環させる工程と、
を具備することを特徴とする凍結方法。
Installing a freezing tube and a thermometer;
Circulating brine to the freezing tube by a brine cooling and circulation device;
Measuring the ground temperature with the thermometer, and further measuring the temperature of the brine;
Using the ground temperature and the brine temperature to calculate an optimum brine temperature from the relationship between the frozen soil strength and the frozen soil temperature;
Circulating the brine at the optimum brine temperature to the freezing tube;
A freezing method comprising:
前記最適ブライン温度を算出する工程は、
前記温度計で測定した地盤温度データと、前記温度計の設置位置とから、凍土厚を算出する工程と、
前記ブライン冷却循環装置で測定されるブライン温度データと、前記凍土厚とから、凍土温度を算出する工程と、
前記凍土温度から、凍土強度を算出する工程と、
凍土を供用した場合に凍土内に発生する凍土最大応力を、前記凍土厚から算出する工程と、
前記凍土強度と前記凍土最大応力とを比較する工程と、
前記凍土強度が前記凍土最大応力よりも大きい場合に、前記凍土最大応力から、最適凍土温度を算出する工程と、
前記最適凍土温度と、前記凍土厚とから、最適ブライン温度を算出する工程と、
を具備することを特徴とする請求項7記載の凍結方法。
The step of calculating the optimum brine temperature includes:
From the ground temperature data measured with the thermometer and the installation position of the thermometer, calculating the frozen soil thickness,
Calculating the frozen soil temperature from the brine temperature data measured by the brine cooling and circulation device and the frozen soil thickness;
Calculating the frozen soil strength from the frozen soil temperature;
Calculating frozen maximum stress generated in frozen soil when frozen soil is used from the frozen soil thickness;
Comparing the frozen soil strength with the frozen soil maximum stress;
Calculating the optimum frozen soil temperature from the frozen soil maximum stress when the frozen soil strength is greater than the frozen soil maximum stress;
Calculating an optimum brine temperature from the optimum frozen soil temperature and the frozen soil thickness;
The freezing method according to claim 7, further comprising:
前記最適ブライン温度を算出後、有限要素法により、ブライン温度と凍結管設置位置とから熱伝導解析と地下水の浸透流を連立して解析することで、ブライン温度を制御してから実際にブライン温度が変化するまでの遅れ時間経過後における凍土厚を算出する工程と、
前記遅れ時間経過後の凍土厚から前記凍土最大応力を補正し、補正後凍土最大応力を算出する工程と、
前記補正後凍土最大応力から、補正後最適凍土温度を算出する工程と、
前記補正後最適凍土温度と、前記遅れ時間経過後の凍土厚とから、補正後最適ブライン温度を算出する工程と、
を更に具備し、
前記凍結管へ前記最適ブライン温度に代えて、前記補正後最適ブライン温度のブラインを循環させることを特徴とする請求項8記載の凍結方法。
After calculating the optimum brine temperature, the brine temperature is controlled and then the actual brine temperature by analyzing the heat conduction analysis and groundwater seepage flow from the brine temperature and the freezing pipe installation position by the finite element method. Calculating the frozen soil thickness after the lapse of the delay time until
Correcting the frozen soil maximum stress from the frozen soil thickness after the lapse of time, and calculating the corrected frozen soil maximum stress;
Calculating the corrected optimum frozen soil temperature from the corrected frozen soil maximum stress;
Calculating a corrected optimum brine temperature from the corrected optimum frozen soil temperature and the frozen soil thickness after the lapse of the delay time;
Further comprising
9. The freezing method according to claim 8, wherein instead of the optimum brine temperature, a brine having the corrected optimum brine temperature is circulated through the freezing pipe.
コンピュータを請求項1から請求項3のいずれかに記載の制御装置として機能させるためのプログラム。 The program for functioning a computer as a control apparatus in any one of Claims 1-3. コンピュータを請求項4から請求項6のいずれかに記載の凍土計算システムとして機能させるためのプログラム。 A program for causing a computer to function as the frozen soil calculation system according to any one of claims 4 to 6.
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