幌延深地層研究所におけるショートステップ工法による立坑掘削に伴う岩盤の力学挙動に関する研究
A Study on rock mass behaviour induced by shaft sinking in the Horonobe Underground Research Laboratory
津坂 仁和; 常盤 哲也; 稲垣 大介; 羽出山 吉裕*; 小池 真史*; 井尻 裕二*
Tsusaka, Kimikazu; Tokiwa, Tetsuya; Inagaki, Daisuke; Hatsuyama, Yoshihiro*; Koike, Masashi*; Ijiri, Yuji*
原子力機構は、北海道幌延町にて、新第三紀の堆積岩を対象に3本の立坑と深度300m以深の試験坑道からなる地下研究施設を建設している。立坑の施工は、標準工法のショートステップ工法である。現在、堆積岩系を対象とする地層処分場では、地下深部への主要な資機材の搬出入経路として、複数の立坑を建設することが想定されている。立坑を掘削することにより、天然バリアとして期待する岩盤の物質の封じ込め性能を低下させることが考えられ、掘削に伴う岩盤の状態の評価や適切な工学的対策の計画のために、その掘削に伴う岩盤挙動を評価することが重要となる。これまでに、大深度の立坑の掘削に伴う岩盤挙動の調査事例にて、施工手順に着目して、立坑周辺の岩盤挙動を分析した例はほとんどない。筆者らは、アクセス立坑の深度約160mと220mを対象に、立坑底盤の岩盤観察,内空変位と地中変位の現場計測,立坑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、ショートステップ工法における立坑周辺岩盤の力学挙動を分析した。同工法では、無普請で3m掘削した後に、剛性の大きい覆工コンクリートを構築する施工手順を繰り返すため、掘削に伴う岩盤の内空側への変形は顕著に抑制され、立坑壁面からおおむね1mの岩盤に圧縮ひずみが生じること、また、その挙動は覆工コンクリートを構築までの掘削にて一度開口・伸展した割れ目が再び閉口することにより生じるため、その発生方向は割れ目の方向性に依存することを明らかにした。
Japan Atomic Energy Agency has excavating three deep shafts through soft sedimentary rock at Horonobe Underground Research Laboratory. In this paper, the author discussed rock mass behaviour induced by the 6.5 m diameter shaft sinking. They conducted geological mapping in an excavation face and boreholes digged around the shaft wall, field measurements such as convergence measurements and monitoring of rock displacements using multi-interval borehole extensometers around a shaft at around 160 m and 220 m in depths, and three-dimensional numerical analysis which models the shaft excavation procedure such as timing of installation of support elements and setting and removal of a concrete form. As a result, it was clarified that remarkablely large compressive strains occurred within about 1 m into the shaft wall since the rock mass behaviour was controlled by the concrete lining and that the behaviour would predominantly be induced by the fractures closing which opened significantly and propagated during excavation steps before the installation of a concrete lining and the directions where the strains occurred heavily depended on the fracture orientation around the shaft.