Estimation of stress state using measured tunnel convergence in loop galleries excavated in mudstone

泥岩中に掘削した周回坑道で取得した内空変位計測結果に基づく初期地圧状態の予測

青柳 和平  ; 菅原 健太郎*; 亀村 勝美*; 名合 牧人*

Aoyagi, Kazuhei; Sugawara, Kentaro*; Kamemura, Katsumi*; Nago, Makito*

高レベル放射性廃棄物の地層処分場の設計や建設に際しては、初期地圧の情報を建設しながら行進していく方法を開発することが有効である。これまでの方法では、水圧破砕法や応力解放法といった手法により地圧状態の評価が行われてきた。しかしながら、特に堆積岩では、岩盤の不均質性や地形の影響によるばらつきが大きく、評価が難しい状況であった。本研究では、幌延深地層研究センターの深度350mに掘削した周回坑道で計測した掘削初期の弾性変形の情報を基に地圧状態を推定する手法を新たに開発した。推定の結果、最大水平応力、最小水平応力はそれぞれ11.25MPa、6.25MPaとなり、施設建設前の計測により得られた地圧値に整合的であった。この手法は掘削後の地圧状態を推定するものであるが、坑道周辺の数百メートル四方の広域的な地圧の状態を信頼性高く予測できるものであることが分かった。また、地層処分場のように広大な地下施設の設計や施工、安全評価の高度化や最適化に資する情報を提供できる手法であることもわかった。

A method for estimating the stress state during the construction of underground facilities such as deep geological disposal repositories is necessary to enhance the reliability of their design, construction, and long-term performance. For this purpose, numerous in situ measurements of variables such as hydraulic fracturing or the stress relief method have been typically performed to estimate the stress state. However, it is difficult in some cases to validate the stress state, particularly in sedimentary rock, because of the variation related to heterogeneous rock masses and topography. This study developed a new method for reliably estimating the in situ stress state of rocks using the measured initial elastic displacement of the loop gallery at 350 m depth in the Horonobe Underground Research Laboratory (URL), Japan. The estimated magnitudes of the maximum and minimum horizontal stresses are 11.25 and 6.25 MPa, respectively, which are similar to the stresses measured using the hydraulic fracturing method performed before excavating the facility. Although the proposed method could only be applied after excavation of the gallery in the studied case, it yielded an estimate of the stress state over a region of hundreds of square meters with high accuracy, as assessed by comparison with measured results. We conclude that the method can be applied to optimizing the design, construction, and performance of large underground facilities, such as deep geological repositories.