堆積岩盤中における掘削影響評価; 掘削による緩み領域の計測・評価手法の研究開発

Evaluation of excavation response in sedimentary rock mass

杉原 弘造*; 二宮 康郎*

Sugihara, Kozo*; Ninomiya, Yasuo*

地層処分の性能評価において、掘削による岩盤への影響を正確に把握することは非常に重要である。本研究の目的は、既存の掘削技術、評価技術および計測技術を用いて、空洞掘削時の周辺岩盤挙動の計測・評価を行い、それらの精度や有効性を探り、処分場建設・閉鎖時におけるこれらの技術の適用可能性と、今後の技術開発項目の検討を行うことにある。このような目的のもとに、堆積岩盤中に長さ30mの坑道(2.5x2.5m)をNATM工法により掘削し、岩盤の変形、ロックボルト軸力、透水係数および間隙水圧の計測を実施した。この坑道を計測坑道とし、これに平行して3.0x3.0mの試験坑道を支保工としてロックボルトのみを用いて掘削した。そして初期値を採ることに力点を置いて、岩盤変位、弾性波速度、透水係数、初期応力について原位置計測を実施した。これらの試験・計測結果は事前に行った予測結果と比較し、地質観察データに基づき評価し、トンネル掘削時の坑道周辺岩盤の挙動と緩みの関係について考察した。この結果坑道周囲に弾性波の低速度域が発生し、この部分で透水性が変化していること、この部分の変化が大きいことがわかった。解析においては、室内試験結果に基づく数値解析により、概略の挙動予測ができ、これに初期地圧計測結果と坑道周囲の変化領域を考慮することにより、かなり正確に試験結果が説明できた。しかし、坑壁近傍の力学的、水理学的特性の測定方法や、力学的特性変化と水理学的特性変化の関係、緩み領域発生に係わる現象の解明等が今後の課題として残っている。

Among many R&D categories for the performance assessment of geological disposal, it is very important to develop the techniques to measure and to evaluate the disturbed zone due to excavation. This study aimes to investigate the disturbed zone around the drift excavated in the sedimentary rock formation and to evaluate the accuracy, reliability and effectiveness of existing techniques for excavation, measurement and analysis for the use of the repository construction. For this purpose, a drift (2.52.5m, L=30m) was excavated by NATM. Rock mass displacement, rock bolt stress, permeability and pore water pressure were measured in and around the drift. Using this drift as measuring drift, a test drift (3.03.0m, L=20m) was excavated parallel to the measuring drift. As the supporting system of this drift only rock bolting was employed. In-situ measurement of rock displacement, elastic wave velocity, permeability and initial stress have been carried out. These results were compared with the predicted results to investigate the effectiveness of the existing evaluation techniques. Laboratory test results and geological mapping data were also used to understand the rock mass behavior and the disturbed zone around drift. These investigations revealed that low velocity zone of elastic wave was generated around the drift, and in the zone, permeability decreased and displacement increased. Rock mass movement was predicted roughly by numerical analysis based on the laboratory test results. And detailed numerical analysis considering the initial stress data and disturbed zone around the drift, provided good simulation of rock mass movement. But measurement technigues of mechanical and hydrological properties of narrow zone adjacent to the drift wall and understanding of relationship between mechanical property change and hydrological one and phenomenon of disturbed zone generation remained as future study subjects.