A Study on mechanical behaviors of concrete lining and rock caused by shaft sinking at the Horonobe Underground Research Laboratory

幌延深地層研究所の立坑掘削における覆工コンクリートと立坑周辺岩盤の力学挙動に関する研究

津坂 仁和; 稲垣 大介; 小池 真史*; 井尻 裕二*; 羽出山 吉裕*

Tsusaka, Kimikazu; Inagaki, Daisuke; Koike, Masashi*; Ijiri, Yuji*; Hatsuyama, Yoshihiro*

幌延深地層研究所では、3本の立坑を深度500mまで順次掘削しており、2010年末には、換気立坑(内径4.5m)と東立坑(内径6.5m)を深度250mまで掘削した。先行する換気立坑の施工において、ショートステップ工法の施工手順を詳細に再現した三次元逐次掘削解析を実施し、覆工コンクリート内に大きな応力勾配が生じることが算出された。このため、後進する東立坑の深度220m付近にて、立坑掘削に伴って生じる覆工コンクリート内の円周方向応力分布と立坑壁面周辺岩盤の変形を、三次元逐次掘削解析と併せて現場計測にて評価した。一般的な覆工コンクリート応力の計測手法では、高さ2mの覆工コンクリートのほぼ中央かつ同一水平面内に応力計を配置するが、今回は、初期地圧の主応力方向の縦断面内に各5個の応力計を配置し、同コンクリート内の三次元応力分布を計測した。また、立坑壁面周辺岩盤の挙動を、長さ6mの地中変位計によって計測した。その結果、厚さ60cm、高さ2mのリング形状の覆工コンクリート内の応力分布にて、その最大値と最小値の生じる箇所や、その応力差が10MPa以上と顕著であること、さらに、地中変位計の計測結果により、覆工コンクリートを構築した後には、立坑壁面近傍の岩盤に圧縮ひずみが分布することが明らかとなった。

In this paper, the authors discussed circumferential stress distribution in a concrete lining and displacement of rock around shaft wall induced by shaft excavation at Horonobe Underground Research Laboratory. Field measurements of the lining stress and rock displacement were conducted between 218 m and 220 m in depths during excavation of a 6.5 m diameter access shaft and the results were analyzed using a three-dimensional numerical model. As a result, it was found that the maximum and minimum stresses occurred in the direction of horizontal minimum and maximum initial stresses, respectively. It was also clarified that difference in the stress between the maximum and minimum values was beyond 10 MPa. In addition, it was found that compressive axial strain occurred around a shaft wall after casting concrete lining since rock behavior in the vicinity of shaft wall was controlled by a concrete lining.