環境にやさしい「液化CO2地盤凍結工法」を海底シールド工事に初適用 | プレスリリース | 鹿島建設株式会社

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プレスリリース

[2017/08/24]

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環境にやさしい「液化CO2地盤凍結工法」を海底シールド工事に初適用

~凍結効率の大幅アップにより温室効果ガス排出量を50%削減~

 鹿島(社長:押味至一)は、北海道小樽市で施工中の石狩湾新港発電所1号機新設工事のうち土木本工事(第3工区)において、液化CO2を冷却液として用いた新たな地盤凍結工法を、日本で初めて建設工事に適用しました。海底での施工という厳しい条件下、環境に配慮しながら冷却液の低温化で止水効果を向上させ、より安全にシールドマシンと既設放水口(J字型放水管)との接続工事を完了、放水路トンネルが無事貫通しました。
 この新たな地盤凍結工法は、冷却液に塩化カルシウムを用いた従来の凍結工法に比べ、凍結の大幅な効率化が図れるため、冷却液の循環にかかるエネルギー消費量などを抑え、温室効果ガス排出量を約50%削減できることを確認しました。

凍結時のシールド切羽状況

凍結時のシールド切羽状況

J字型放水管フード内の凍結状況

J字型放水管フード内の凍結状況

導入の背景

 シールド工事では、マシンの発進・到達・地中接合やトンネル切拡げ、またカッタービットの交換などの施工に際し、安全かつ高精度に工事を行うための地盤改良に、地盤凍結工法が多く採用されてきました。
 これまでの地盤凍結工法では、地盤を冷やす冷却液(二次冷媒)には塩化カルシウムを用い、また冷却液自体を冷やすための冷凍機(一次冷媒)ではフロンを用いるものが主流でしたが、近年の地球温暖化防止の観点から、特定フロンから代替フロンへ、さらにはノンフロンへの転換が望まれるとともに、温室効果ガス排出量の削減など、環境に配慮した新たな凍結工法が求められていました。
 そこで鹿島は、グループ会社であるケミカルグラウト(東京都港区、社長:立和田裕一)が開発した液化CO2循環による新たな地盤凍結工法(アイスクリート工法)の現場での実用化に向け、共同で取り組んできました。

※「アイスクリート」はケミカルグラウトの登録商標です

液化CO2循環による地盤凍結システムの概要と特長

 この新たな地盤凍結工法は、冷凍機の一次冷媒にはアンモニア(NH3)、冷却液としての二次冷媒には液化CO2を採用し、従来の凍結工法に比べ、高効率、かつ環境に優しい凍土造成を実現します。

1. 凍土造成の効率化
 従来の塩化カルシウム冷却液は-30℃までしか冷やすことができませんでしたが、液化CO2は-45℃まで冷却が可能です。また、顕熱(温度差による冷却)だけでなく、液化CO2が気化する際の潜熱(地盤から熱を奪うことによる冷却)も利用することにより、冷却液そのものの低温化と併せ、高効率な凍土造成を実現し、工期・コスト面で有利となります。

2. 環境負荷低減の効果
 液化CO2という高効率な冷却液を用いることで、同等の凍土であれば1/10程度の流量で造成が可能です。これにより、冷却液の循環にかかるエネルギー消費量が激減し、温室効果ガス排出量は約50%削減されることを確認しました。さらには、一次冷媒にもノンフロンであるアンモニアを使用しているため、環境負荷低減効果の高い工法となります。

新たな地盤凍結工法の概要

新たな地盤凍結工法の概要

シールド放水路トンネル接続工事への初適用

 本工事は、石狩湾新港内に北海道初のLNG(液化天然ガス)火力発電所を建設する工事のうち、放水路立坑・放水路トンネル・放水口で構成される放水設備を築造するものです。海底における放水口(J字型放水管)と放水路トンネルとの接続工事では、安全かつ高精度に施工すべく、信頼性の高い地盤改良・止水技術であるとともに、環境性能の高い工法として、凍結工法を採用しました。
 放水路トンネルを泥水式シールド工法で施工、あらかじめ設置した放水口にシールドマシンを到達させたのち、2017年1月、新たな地盤凍結工法による到達防護工を開始しました。さらに接続工事を合理的に実施するため、凍結設備をコンパクト化し、凍結作業時も坑内をバッテリーロコが走行できるよう工夫しました。これにより、接続工事とシールドマシンの解体作業を並行して行うことが可能となり、難易度の高い作業を効率よく施工し、工期2.5ヶ月で完了させました。

石狩湾新港に築造される放水設備

石狩湾新港に築造される放水設備

シールドマシンとJ字型放水管の接続イメージ

JシールドマシンとJ字型放水管の接続イメージ

今後の展開

 今後鹿島は、この環境に優しい新たな地盤凍結工法を他の工種へも幅広く展開し、さらなる工事の安全と、品質向上に活かしていきます。また今後のシールド工事では、施工条件に応じて本工法を積極的に採用し、大規模な地中拡幅工事や大深度工事などへの適用も見据え、さらにノウハウを蓄積していく方針です。

工事概要

工事名  : 石狩湾新港発電所1号機新設工事のうち土木本工事(第3工区)
工事場所  : 北海道小樽市
工期  : 2014年3月12日~2018年8月24日
発注者  : 北海道電力株式会社
施工者  : 鹿島・熊谷・五洋・伊藤共同企業体

プレスリリースに記載された内容(価格、仕様、サービス内容等)は、発表日現在のものです。
その後予告なしに変更されることがありますので、あらかじめご了承ください。

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