大深度立坑掘削における坑壁の崩落対策工の検証; 幌延深地層研究センターにおける事例

Verification of countermeasures to prevent spalling of shaft walls during deep shaft excavation; A Case study at the Horonobe Underground Research Center, Japan

名合 牧人*; 津坂 仁和*; 青柳 和平  ; 菅原 健太郎*; 児玉 淳一*

Nago, Makito*; Tsusaka, Kimikazu*; Aoyagi, Kazuhei; Sugawara, Kentaro*; Kodama, Junichi*

本研究では、立坑掘削時における安全性および支保システムの健全性を確保し、ひび割れを防止することを目的として、岩盤の崩落が支保部材に与える影響を検討した。幌延深地層研究センターの換気立坑が深度250mを超えた際に、顕著な岩盤の崩落が発生し、崩落箇所の直上に位置する覆工コンクリートにクラックが確認された。そこで、崩落による覆工コンクリート内の応力分布の変化を推定するため、立坑の三次元数値解析を実施した。解析結果から、崩落の進展に伴い、覆工コンクリート内の鉛直引張応力が増加することが示された。さらに、解析結果と現地観測結果を統合するとともに、追加的な崩落を防止するための複数の支保パターンを検討し、最適な支保パターンを選定するためのフローチャートを作成した。その結果、顕著な覆工の損傷や過度な崩落を伴うことなく、深度500mまでの立坑掘削を完了させることができた。本研究で構築したフローチャートは、今後の立坑掘削において、最適な支保パターンの選定に寄与するものと期待される。

This study examines the effects of rock spalling on support elements in order to prevent cracking and to ensure the integrity of the support system and safety during shaft sinking. When the ventilation shaft at the Horonobe Underground Research Center reached a depth of more than 250 m, severe rock spalling occurred, and cracks developed in the concrete lining immediately above the spalling zone. Therefore, a three-dimensional numerical analysis of the shaft was conducted to estimate changes in the stress distribution within the concrete lining caused by the spalling. The simulation results indicated that the vertical tensile stress in the concrete lining increased as the spalling progressed. By integrating the analytical results with field observations and considering various support patterns to prevent further rock spalling, a flowchart for selecting the optimal support pattern was developed. Shaft sinking was subsequently completed to a depth of 500 m without significant damage to the concrete lining or excessive spalling. The flowchart developed in this study will contribute to the selection of optimal support patterns for future shaft sinking projects.