Influence of fracture orientation on excavatability of soft sedimentary rock using a hydraulic impact hammer; A Case study in the Horonobe Underground Research Laboratory

堆積軟岩での坑道掘削におけるブレーカの掘削性に対する割れ目の方向の影響; 幌延深地層研究所でのケース

津坂 仁和; 常盤 哲也

Tsusaka, Kimikazu; Tokiwa, Tetsuya

日本における高レベル放射性廃棄物の地層処分において、4万本の廃棄体の処分のためには総延長約300kmの処分坑道が必要となると試算されている。このため、効率的な地層処分事業の観点からは、母岩の掘削性が必要な調査項目となる。本研究では、ブレーカによる坑道掘削の掘削速度に影響を及ぼす岩石の強度特性に加え、岩盤に内在する割れ目の影響を分析した。対象とした坑道は、堆積軟岩に建設中の幌延深地層研究所の250m調査坑道である。坑道掘削において、1掘進ごとに、掘削面の詳細な地質観察による割れ目分布とエコーチップ反発度試験による岩石の強度特性の分布を調査した。結果として、岩盤中の主要な割れ目の方向と並行に掘削した坑道よりも、同方向と直交するように掘削した坑道の方が、掘削速度が約1.3倍大きい結果を得た。また、掘削速度と掘削面に分布する割れ目の頻度との関係においては、岩盤中の主要な割れ目と直交する方向に掘削した坑道において、両者の明瞭な相関関係があった。本研究の結果より、地層処分場の処分坑道のレイアウトの検討において、坑道の掘削性の観点からは、地上からの調査段階の結果として得られる岩盤中の主要な割れ目の方向と坑道軸方向を直交させることが望ましいことが明らかとなった。

In the Japanese deep geological disposal project for high-level radioactive waste, the ease of excavation of a potential host rock is a key issue for the economics of project implementation. This is because it is estimated that about 300-kilometers of disposal drifts will need to be excavated for the disposal of 40,000 waste packages deep underground. In this study, the influence not only of the mechanical properties of intact host rock, but also fracture characteristics and their effect on the practical excavation rate of drifts using a hydraulic impact hammer were analyzed. The drifts were excavated through soft sedimentary rock in the Horonobe Underground Research Laboratory. Fracture mapping was conducted at the excavation face before every excavation round for the evaluation of fracture characteristics. Equotip hardness testing was also conducted to estimate the strength of intact rock. The results indicate that the excavation rate of the drift excavated in the direction perpendicular to pre-existing fractures was faster than the excavation of the drift excavated in the direction parallel to pre-existing fractures. In addition, the drift excavated in the direction perpendicular to pre-existing fractures had a good correlation with fracture frequency. This result suggests that the preferred direction of disposal drifts should be perpendicular to the major pre-existing fractures in the host rock to optimize excavatability in any deep geological disposal project.