低強度・高地圧地山における大深度立坑支保設計手法の研究

本島 貴之*; 小池 真史*; 萩原 健司*; 青柳 和平

第46回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.208 - 213, 2019/01

大深度立坑掘削の標準工法であるショートステップ工法は、地山を緩ませずに断面を確保できる優れた工法である。ただし、国内に広く分布する堆積岩中への立坑構築を見据えた場合、特に低岩盤強度、初期地圧の異方性、もしくは高地圧といった不利な条件がある場合には覆工コンクリート応力が過大となることが想定される。本研究では支保への応力低減を目的としてショートステップ工法に二重支保・遅れ覆工の考え方を導入し、同手法の成立性について三次元逐次掘削解析にて検討を行うことで有効性を確認した。検証解析は日本原子力研究開発機構が実施している幌延深地層研究計画での原位置観測データを利用し、深度とともに地圧が増加するのに対し、岩盤強度が横ばいとなる厳しい条件下で実施した。

Design and verification of support system for underground excavations under anisotropic stress conditions

本島 貴之*; 藤田 朝雄; 青柳 和平; 白瀬 光泰*; 名合 牧人*

Proceedings of 7th International Symposium on In-situ Rock Stress (RS 2016) (Internet), 9 Pages, 2016/05

This study addresses and demonstrates the economic support design scheme considering in-situ stress orientation and excavation direction, based on the work carried out in the Horonobe Underground Research Laboratory (URL) project. In the URL, the tunnel at the 350 m level is laid out in a loop. In construction of a loop tunnel in a rock mass under anisotropic in situ stress conditions, the in situ stress orientation and the excavation direction are expected to affect the convergence associated with the excavation-induced stress redistribution. This suggests that it is possible to achieve economic optimization by selecting a tunnel layout, in which only a small displacement and stress are allowed, based on in-situ stress orientation obtained from the surface investigation. Therefore, in this study, a comparison between the predicted convergence used for the support design and the measured convergence during excavation was conducted in order to verify the validity of the convergence predicted from the orientation and magnitude of the in-situ stress obtained from the surface based investigation. The comparison results indicated a positive correlation between the predicted and the measured convergence. These results suggest the validity and reliability of the in-situ stress obtained from the surface investigation and the support design using the in situ stress data.

幌延深地層研究センターの立坑における掘削損傷領域の進展に関する検討

青柳 和平; 石井 英一; 藤田 朝雄; 本島 貴之*

第44回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.313 - 318, 2016/01

堆積軟岩を対象とする幌延深地層研究センターの深度350m以深の東立坑周辺に生じた掘削損傷領域の拡がりとその破壊様式を推定することを目的として、透水試験、BTV観察、立坑周辺のボーリング孔内水位の連続モニタリング、立坑壁面の観察を実施した。結果として、立坑壁面から2m以内で、透水係数が約1-3オーダー増大したことが確認された。これは、BTV観察により捉えられた割れ目の分布に整合する結果であった。また、立坑掘削深度がボーリング孔底深度に達した段階で水位の急激な低下が見られたことから、掘削直後に瞬間的に割れ目が発達し、壁面へ連結したことが推定された。さらに、立坑掘削に伴って発生する割れ目は引張のメカニズムで発生しており、壁面を取り囲む形で分布することがわかった。

幌延深地層研究計画における原位置トレーサ試験結果の評価手法に関する検討(委託研究)

横田 秀晴; 天野 健治; 前川 恵輔; 國丸 貴紀; 苗村 由美*; 井尻 裕二*; 本島 貴之*; 鈴木 俊一*; 手島 和文*

JAEA-Research 2013-002, 281 Pages, 2013/06

JAEA-Research-2013-002.pdf:13.03MB

岩盤中の割れ目を対象とした原位置トレーサ試験結果を評価するうえで課題となる割れ目の不均質性やスケール効果の影響を明らかにするために、コンピュータ上でモデル化した2次元単一割れ目において孔間トレーサ試験のシミュレーションを実施し、得られた濃度破過曲線に対して1次元モデル及び2次元モデルで物質移行パラメータを同定することにより、モデルの適用性を検討した。分散長に着目すると、割れ目の透水性が均質・不均質にかかわらず、1次元モデルで同定された分散長が2次元モデルでの値よりある相関をもって過大に評価されることが明らかとなった。また、1次元モデルで同定された分散長は、不均質場全体に対して同定された値よりも、場合によっては過小あるいは過大に評価されることが示され、その変動は放射状流の影響や、不均質場を規定する相関長と孔間距離の関係に起因することが明らかとなった。これらの結果は、原位置試験実施時のより良い条件や孔配置を提案するとともに、試験結果を評価する際に不均質場の特性を考慮する必要があることを意味する。

超深地層研究所計画(岩盤の水理に関する調査研究); 割れ目ネットワークモデルを用いた突発湧水に着目した地盤リスクマネジメントに関する研究

尾上 博則; 三枝 博光; 本島 貴之*; 井尻 裕二*; 大津 宏康*

JAEA-Research 2010-021, 73 Pages, 2010/10

JAEA-Research-2010-021.pdf:6.1MB

深部岩盤中に地下施設を建設するうえでは、事前調査によって突発湧水が建設コストや工程などに与える影響を評価することが重要である。本研究では、超深地層研究所計画で建設が進められている研究坑道を事例として、割れ目ネットワークモデルと金融工学理論を統合した突発湧水のリスク評価手法を構築した。構築したリスク評価手法を用いて、調査の進展に伴う突発湧水リスクの変化の定量的評価を行った。その結果、突発湧水リスクの特性の把握、並びに突発湧水リスクを効果的に低減させるために有効な調査方法を示すことができた。さらに、乖離量という概念を用いて、本リスク評価手法の建設プロジェクトの事後評価への適用可能性を示すことができた。

Development of risk management approach for underground facility construction in granite

下野 正人*; 本島 貴之*; 井尻 裕二*; 大津 宏康*; 境 亮祐*; 坂井 一雄*; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎

no journal, , 

地下施設建設において岩盤の不均質性に起因した建設コストの不確実性は非常に大きいと予想される。また、建設には数十年間の歳月を費やすことから、長期的に経済的な見通しを得るとともに建設コストを縮減する方策を考えておくことが重要な課題である。こうした課題に対応するため、本研究では地下施設の建設に関するリスクマネジメント手法の開発を目的として、花崗岩を対象とした岩盤の不均質性を考慮した建設コスト評価法を開発した。本手法では、支保パターンによる掘削費に影響を及ぼす地山強度特性の不均質性は確率論的な地球統計学手法を用いて評価し、対策費に大きな影響を及ぼす大規模な断層破砕帯の不均質性は割れ目ネットワークモデルを適用した。さらに、金融工学分野で用いられているリスクカーブの概念を用いて岩盤の不均質性による建設コストの変動リスクを評価した。

突発湧水に対するリスク評価・管理手法の構築,2; 観測水位を指標とした立坑掘削時における突発湧水リスクの管理手法について

本島 貴之*; 井尻 裕二*; 尾上 博則; 三枝 博光; 渡邊 正; 大津 宏康*

no journal, , 

これまでに、土被りの大きい山岳トンネルにおいては、地下水圧が非常に高いために突発湧水による被害が数多く報告されている。特に、高レベル放射性廃棄物地層処分においては、処分場の深度が300m以深の大深度を対象としているため、建設時の湧水に対するリスク管理は非常に重要な課題の1つである。そこで、筆者らは、亀裂性岩盤中の大深度立坑における湧水のリスク管理手法を構築することを目的として、日本原子力研究開発機構が岐阜県瑞浪市において建設を進めている瑞浪超深地層研究所の深度1,000mの立坑周辺で得られる情報を利用して、情報量の増加に伴うリスクの低減効果について検討を行い、岩盤中の割れ目に関する情報がリスク低減に有効であることを示すとともに、調査の費用対リスク低減効果を考慮したリスク管理手法を提案した。本研究では、立坑内への湧水量は、立坑周辺の地下水位の影響を大きく受けると考えられることから、地下水位が立坑内への湧水に及ぼす影響を確率論的に評価し、地下水位データをリスク管理に用いる手法について提案する。

不連続性岩盤における突発湧水リスク評価手法の事後評価への適用に関する研究

堀田 洋平*; 大津 宏泰*; 本島 貴之*; 尾上 博則

no journal, , 

トンネルに代表される地下構造物の建設工事においては、事前調査段階で把握された地盤の水理地質構造や力学的特性をもとに設計及び建設コストの積算が実施される。そのため、施工段階において予見されていない地盤条件が出現した場合、当初の設計条件では構造物の性能が満足されず、対策コストが発生する。このため、この対策コストは何らかの統計学手法を用いて事前に推定する必要がある。本研究では岩盤内における立坑掘削を例に挙げ、断層や亀裂等の不連続構造が立坑に遭遇することで発生する突発湧水に着目する。この突発湧水の発生に伴う湧水対策コストにかかわる変動リスクを突発湧水リスクとし、定量的に評価する手法を提案する。

A Study of risk assessment of rapid inrush of water into the underground facility at the Mizunami Underground Research Laboratory project, 1; Development of risk assessment methodology of water inrush using discrete fracture network model

本島 貴之*; 井尻 裕二*; 尾上 博則; 三枝 博光; 大津 宏康*

no journal, , 

亀裂性岩盤中に坑道・立坑を掘削する場合、坑内への湧水トラブルが建設コストの増加,工期の遅延に大きく影響することが知られている。したがって、工事の事前段階において入手した不確実性を含んだ情報に基づいて湧水量を精度よく予測し、それに加えて予測される湧水対策コストの不確実性すなわち湧水リスクを定量的に評価することが重要である。本研究では事前に取得した亀裂情報に基づくDFNモデルによって亀裂性岩盤のモデル化及び坑内への湧水量を確率的に評価し、金融工学に基づくアプローチにより湧水対策コストのリスク検討を行った。さらに、事前段階での亀裂情報の解釈の差、具体的にはパラメータの設定方法やモデル化手法によって生じる湧水リスクの変動についても検討を行った。

大深度立坑掘削時の突発湧水リスク評価手法の検討; 亀裂ネットワークモデルと金融工学理論を組合せた突発湧水リスク評価手法の提案

本島 貴之*; 井尻 裕二*; 三枝 博光

no journal, , 

放射性廃棄物処分施設を建設するにあたって大深度の立坑を掘削する際には、断層破砕帯からの突発湧水が重大なリスク要因となると想定されている。したがって建設工事の事前段階で得られる情報に基づいて想定される湧水リスクを推定する必要がある。本検討では、亀裂ネットワークモデルを用いたモンテカルロシミュレーションにより突発湧水リスクを算定する手法を構築した。同手法を用いて、日本原子力研究開発機構が岐阜県瑞浪市において建設を進めている瑞浪超深地層研究所の研究坑道掘削を例にとってリスクの算定を行った。リスクの算定にあたっては、JAEAが設定している段階的な調査手順に基づく複数のデータセットを作成し、情報量の増加に伴う突発湧水リスクの変動と湧水リスクに与える影響の大きい項目について考察を行った。