MBCモデルによる瑞浪超深地層研究所研究坑道の掘削影響予測解析

MBC model analysis for predicting the rock behavior in excavating the Mizunami Underground Research Laboratory

森 孝之*; 森川 誠司*; 田部井 和人*; 岩野 圭太*; 中嶌 誠門*

Mori, Takayuki*; Morikawa, Seiji*; Tabei, Kazuto*; Iwano, Keita*; Nakajima, Makoto*

超深地層研究所計画(以下、MIU計画)の第1段階における岩盤力学研究では、岩芯やボーリング孔を利用した試験などにより、岩盤の力学特性や初期応力状態を評価して、岩盤力学モデルを構築するとともに、その岩盤力学モデルをもとに坑道掘削に伴う坑道周辺岩盤の挙動を推定し、その結果を坑道の力学的安定性の評価や詳細設計、さらに次段階以降の調査・研究計画の策定に反映することとしている。現在のMIU計画の進捗状況は、第1段階における調査・研究の最終段階となり、来年度からは、研究坑道の掘削施工を通じて調査研究を進める第2段階へと本格的に移行する状況である。そこで、本業務では、第1段階における最新・最終の調査結果を用いてまず、解析モデルの構築を図り、それをもとにMBCモデルによる研究坑道の掘削影響予測解析を実施し、坑道の力学安定性の評価や次段階以降の調査・研究計画の策定のための基礎資料を得る。これらの検討により、得られた知見は以下の通りである。(1)研究所用地内に削孔したMIZ-1号孔の岩芯を用いて、圧裂引張試験で発生した亀裂面に対し、一面せん断試験を行い、掘削に伴い新しく発生する新鮮な亀裂面を想定した力学特性が得られた。(2)MIZ-1号孔の調査データを詳細に検討した結果、岩盤力学特性や亀裂特性を深度別の傾向で分類し、岩盤力学モデルを構築した。(3)MBCモデルによる坑道掘削影響予測解析を行い、立坑・水平坑道では、岩盤等級や掘削損傷領域の有無、水平坑道の展開方向の違い等による周辺岩盤の挙動を検討した結果、岩盤が堅硬であるため、比較的亀裂の開口量が小さいが、水平坑道では、高傾斜亀裂の存在により側壁部の掘削影響が顕著であることが分かった。

As a first step of Mizunami Underground Research Laboratory Plan (MIU plan), through the laboratory and borehole in-situ tests, JNC Tono Geoscience Center plans to constitute the comprehensive geological model and predicts the rock behaviors in excavating the shaft and gallery. These model and results leads to be reflected by the next step research projects.So far, the first step of MIU plan is coming to final stage, and the second step will start at next year in which the in-situ researches are planned through the excavation. In this study, the comprehensive geometrical model was drawn out through the first step data, and MBC model analysis was carried out to predict the rock mass behavior around the shaft and gallery. The following results are obtained. (1) With MIZ-1 borehole core, artificial joints, which are assumed to be produced by rock blasting, were formed through the Brazilian test. And through the rock shear test for these joints, these mechanical properties were obtained. (2) By examining the MIZ-1 borehole research data, Mizunami site was classified by mechanical and joint properties and the Geomechanical model were made up. (3) Through the MBC model, the shaft and gallery cases were analyzed which depend on the rock mass classification, Excavation Damaged Zone, and the direction of the galleries. These results showed that in most cases, the joint opening were little because of the rock stiffness, but by the existence of high inclined joints, the side wall of the galleries were damaged by the excavation.