Rapid and long-lasting bedrock flow-path sealing by a "concretion-forming resin"; Results from evaluation tests in an Underground Research Laboratory, Horonobe, Japan

急速かつ永続的な岩盤中の水みちのシーリング; 幌延深地層研究所地下施設におけるコンクリーション化剤のシーリング性能に関する原位置試験結果

吉田 英一*; 山本 鋼志*; 淺原 良浩*; 丸山 一平*; 刈茅 孝一*; 齊藤 朱音*; 松井 裕哉 ; 望月 陽人  ; 勝田 長貴*; Metcalfe, R.*

Yoshida, Hidekazu*; Yamamoto, Koshi*; Asahara, Yoshihiro*; Maruyama, Ippei*; Karukaya, Koichi*; Saito, Akane*; Matsui, Hiroya; Mochizuki, Akihito; Katsuta, Nagayoshi*; Metcalfe, R.*

多くの地下構造物の長期間の安全確保にあたっては、岩盤中に存在する断層や坑道近傍の掘削損傷領域を対象とした地下水流れの恒久的なシーリングが重要となる。しかし一般に用いられるセメント材では化学的な変質等によりそのような効果が期待できない。このため、天然で見られる炭酸塩鉱物によるコンクリーションに着目したコンクリーション化剤が開発された。本論文は、コンクリーション化剤に期待される性能を確認するため、日本原子力研究開発機構幌延深地層研究センター地下施設を活用して実施した原位置試験結果をまとめたものである。原位置試験の結果、コンクリーション化剤は急速に硬化し1年間程度で掘削損傷領域の透水性を1/1000減少させるとともに、同施設近傍で起こった地震による影響と考えられる一時的な透水性の増加も再シーリングされ低下することが確認できた。これらのことから、この新しい技術は、多様な目的をもつ地下施設に適用可能であると考えられる。

A capability to permanently seal fluid flow-paths in bedrock, such as natural faults/fractures, and damaged zones around boreholes/excavations, is needed to ensure the long-term safety and effectiveness of many underground activities. Cementitious materials are commonly used as seals, however these materials unavoidably undergo physical and chemical degradation, therefore potentially decreasing seal durability. In order to solve these problems, a more durable sealing method using concretion-forming resin has been developed by learning from natural calcite (CaCO) concretion formation. The sealing capability of resin was tested by experiments on bedrock flow-paths in an underground research laboratory (URL), Hokkaido, Japan. The results showed a decrease the permeability rapidly down to 1/1,000 of the initial permeability due to calcite precipitation over a period of one year. During the experiment inland earthquakes occurred with foci below the URL (depths 2-7 km and maximum magnitude 5.4). Due to the earthquakes the hydraulic conductivities of the flow-paths sealed initially by concretion-forming resin increased. However, these flow-paths subsequently resealed rapidly, and within a few months recovered the same hydraulic conductivities as before the earthquakes. This new technique for rapidly producing long-lasting seals against fluid flow through rocks will be applicable to many kinds of underground activities.