Relationship between rock mass properties and damage of a concrete lining during shaft sinking in the Horonobe Underground Research Laboratory Project

幌延深地層研究所における岩盤特性と立坑掘削に伴う覆工コンクリートの損傷の関係

津坂 仁和; 稲垣 大介; 名合 牧人*; 亀村 勝美*; 松原 誠*; 重廣 道子*

Tsusaka, Kimikazu; Inagaki, Daisuke; Nago, Makito*; Kamemura, Katsumi*; Matsubara, Makoto*; Shigehiro, Michiko*

原子力機構は、幌延深地層研究計画において3本の立坑を深度500mまで建設する予定である。深度250m以深の立坑掘削においては、立坑の掘削径以上の断層が複数出現したため、立坑壁面岩盤の崩落が頻繁に生じるとともに、覆工コンクリートにクラックが顕著に発生した。本研究では、3本の立坑のうち、東立坑(内径6.5m)の施工を対象として、岩盤特性と立坑掘削に伴う支保部材の力学挙動の関係を詳細に調査した。掘削対象となった岩盤特性を調査するために、立坑掘削前に実施した湧水対策工のために掘削したボーリングコアの観察と立坑掘削時の壁面観察を実施した。また、実際の施工においては、岩盤崩落を抑制するために、複数の異なった支保構造を構築し、三次元レーザースキャナとコンバージェンス計測を実施して、立坑掘削に伴う崩落量や変形量・変形モードを比較した。これらの結果として、岩盤特性,支保構造,壁面崩落量及び覆工コンクリートの損傷の程度の関係に基づいて、覆工コンクリートの損傷を抑えることを目的とした支保構造の選定ための手順を提案した。本手順は、後続する西立坑(内径6.5m)の深度250m以深の施工における支保構造の選定に使用される予定である。

Japan Atomic Energy Agency (JAEA) has been constructing three shafts to a depth of 500 m in the Horonobe Underground Research Laboratory Project. In this study, in consideration of support patterns installed, a relationship between the rock mass properties and mechanical response to excavation was investigated in detail during the construction of the East Access Shaft below a depth of 250 m. Since the shaft has intersected several faults with the size greater than the shaft diameter, some amounts of rock spalling have occurred and cracks have severely developed in a concrete lining in highly fractured zones. The results of pre-excavation grouting were compared with the results of fracture mapping in the shaft wall obtained during the shaft sinking. Applicability of several support patterns installed to control massive spalling during the shaft sinking was also analysed using the results of geometry profiling of shaft wall using a three-dimensional laser scanner and convergence measurements. As a result, based the empirical relationships among the characteristics of rocks, dimension of spalling, damage of a concrete lining and support patterns, a flow chart for selection of span of a concrete lining was proposed to control its severe damage prior to shaft excavation.