クラックテンソル・仮想割れ目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

Excavation disturbance analysis based on crack tensor model and virtual fracture model for research drift of the Mizunami Underground Research Laboratory

郷家 光男*; 堀田 政國*; 若林 成樹*; 中谷 篤史*

Goke, Mitsuo*; Horita, Masakuni*; Wakabayashi, Naruki*; Nakaya, Atsushi*

核燃料サイクル開発機構東濃地科学センターでは、地質環境の調査・解析・評価技術の基盤整備と、深地層における工学技術の基盤整備を目的として、瑞浪市において超深地層研究所計画を進めている。本業務では、坑道の力学的安定性の評価や第2段階以降の調査・研究計画の策定に資するために、瑞浪超深地層研究所用地において取得された土岐花崗岩のデータに基づきクラックテンソルモデルによる応力解析を行い、その応力状態を用いて仮想割れ目モデルによる透水性変化解析を行った。検討の結果、以下のような知見を得た。1)立坑の基本ケースにおいて、GL-500mでは内空変位は9.03mm、GL-1000mでは21.78mmとなり、透水係数の最大増加率は両者とも約14倍となった。また、横坑の基本ケースにおいて、GL-500mではスプリングラインの内空変位は3.36mm、GL-1000mでは7.99mmとなり、透水係数の最大増加率は側壁で約1928倍、底盤で約1545倍となった。2)立坑および横坑において、同一深度でも岩盤等級が下がると、坑道の内空変位や覆工、吹付けコンクリートおよびロックボルトなどの支保工の応力は増加した。ただし、安全率や透水係数の増加領域の分布には変化がほとんど見られなかった。3)横坑において、同一深度でも坑道の展開方向を0から90Cまで変化させると、坑道の内空変位、吹付けコンクリートおよびロックボルトなどの支保工の応力は増加した。さらに、安全率分布や側壁の透水係数の増加領域も変化する傾向を示した。4)掘削損傷領域の存在を考慮すると、立坑および横坑とも、坑道の内空変位や覆工、吹付けコンクリートおよびロックボルトなどの支保工の応力は増加し、さらに、透水係数の最大増加率は大幅に増加した。例えば、横坑の底盤では、透水係数の最大増加率は240400倍となった。

The purposes of this study were to contribute to both the evaluation of mechanical stability of a research drift and the plan of future studies. The crack tensor model based on mechanical property on the Toki granite at the Mizunami Underground Research Laboratory construction site was applied to analyze the rock stress as a research drift and a shaft were excavated. The virtual fracture model was applied to the hydraulic conductivity change analysis.The results are as follows:1)In the reference case of a shaft, convergence showed 9.03mm at the GL-500m, and 21.78mm at the GL-1000m. The maximum increase rate of hydraulic conductivity showed about 14 times at the both depth. In the reference case of a drift, convergence of a splingline showed 3.36mm at the GL-500m, and 7.99mm at the GL-1000m. The maximum increase rate of hydraulic conductivity showed a range of about 28 times from about 19 times at the GL-500m, and a range of about 45 times from about 15 times at the GL-1000m.2)As rock class getting weaker, the convergence of a shaft and a drift increased, also the stress in support parts increased, while distributions of the safety factor and the hydraulic conductivity change were almost changeless.3)As the direction of a drift changed to 90 degrees form 0 degrees, the convergence of a shaft and a drift increased, also the stress in support parts increased, and distributions of the safety factor and the hydraulic conductivity change were affected.4)As compared with analytical result regardless of excavation damaged zone, analytical result in consideration of excavation damaged zone showed that the convergence and the stress in support parts increased. Especially, the maximum increase rate of hydraulic conductivity increased remarkably. For example, the maximum increase rate of hydraulic conductivity was 240 times to 400 times at the bottom of a drift