堆積軟岩における大深度立坑掘削に伴う壁面崩落現象

Spalling in response to shaft sinking at great depth in soft sedimentary rock

津坂 仁和; 稲垣 大介; 名合 牧人*; 松原 誠*

Tsusaka, Kimikazu; Inagaki, Daisuke; Nago, Makito*; Matsubara, Makoto*

日本原子力研究開発機構は、北海道幌延町にて高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する研究開発のために地下研究施設の建設を進めている。同施設では、新第三紀堆積岩に、換気立坑(内径4.5m)と2本のアクセス立坑(内径6.5m)をショートステップ工法にて深度500m程度まで掘削する。掘削対象となる岩盤の一軸圧縮強さは25MPa以下であり、深度250m350mには、立坑の掘削径以上の連続性のよい不連続面が多数分布する。複数の立坑を順次掘削していく中で、作業安全性の確保や掘削工程の遅延、支保部材の損傷等の抑制のために、先行する換気立坑の施工にて、立坑掘削に伴う岩盤壁面の崩落現象を分析し、その結果を後続の東・西立坑の施工にフィードバックすることが重要となる。そこで、透水性の高い割れ目帯が分布する深度250m以深の施工前に、ボーリング調査結果とプレグラウト工の実績から3次元地質構造モデルを構築し、立坑掘削に伴う壁面の崩落危険区間を設定した。換気立坑の掘削では、立坑壁面の崩落状態を評価するために、3次元レーザースキャナーにより壁面形状を計測した。その結果、掘削に伴う立坑壁面の崩落発生区間は、崩落危険区間とよく整合し、また、断層上面にて小崩落が確認されたものの、ショートステップ工法では「高抜け」の抑制に効果的であることが明らかとなった。

Japan Atomic Energy Agency has been constructing an underground research laboratory in order to enhance the reliability of relevant disposal technologies of high-level radioactive waste in Horonobe, Hokkaido. A ventilation shaft (4.5 m in diameter) and two access shafts (6.5 m in diameter) are being excavated through the Neogene sedimentary rocks until the depth of 500 m. Based on the results of borehole investigation and pre-grounting operation in bedrock with high permeability from 250 m to 375 m in depth, the three dimensional fracture distribution map were built and the locations with high possibility of spalling in shaft wall in response to excavation were predicted prior to the shaft sinking from a depth of 250 m. Some amounts of spalling has occurred in several depths during shaft sinking from 250 m to 280 m in depth. The shape of each spalling was measured by means of three dimensional laser scaning system. As a result, spalling in shaft wall occurred along the faults predicted based on the three dimensional fracture distribution. In addition, spalling by brittle failure in shaft wall was also observed with a few extensile fractures which were expected to be induced by excavation. Based on the shape of spalling, it was confirmed that the applied shaft sinking procedure properly prevented a massive spalling.