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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。
津坂 仁和; 稲垣 大介; 名合 牧人*; 小池 真史*; 松原 誠*; 菅原 健太郎*
第13回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.911 - 916, 2013/01
原子力機構は、幌延深地層研究計画において、深度500mまでの3本の立坑(換気立坑1本とアクセス立坑2本)を建設する予定である。これまでに換気立坑の深度250m以深の施工にて、幾つかの深度にて岩盤壁面の崩落が生じ、その崩落個所の直上に構築した覆工コンクリートに開口き裂が生じた。筆者らは、この開口き裂の原因を調査するために、三次元レーザースキャナにより、岩盤壁面の崩落形状を計測するとともに、岩盤崩落を模擬した数値解析により、崩落個所周辺の覆工コンクリートと岩盤内の応力分布の変化を分析した。その結果、立坑壁面の岩盤崩落によって、その近傍に構築した覆工コンクリート内に引張応力が発達することが明らかとなった。また、崩落の奥行深さが100cm以上となると、覆工コンクリートの引張強度を上回る引張応力が生じる結果となった。これらの結果は、後続する2本のアクセス立坑の施工時の施工管理指標として活用している。
津坂 仁和; 常盤 哲也; 稲垣 大介; 羽出山 吉裕*; 小池 真史*; 井尻 裕二*
土木学会論文集,F1(トンネル工学)(インターネット), 68(2), p.40 - 54, 2012/09
原子力機構は、北海道幌延町にて、新第三紀の堆積岩を対象に3本の立坑と深度300m以深の試験坑道からなる地下研究施設を建設している。立坑の施工は、標準工法のショートステップ工法である。現在、堆積岩系を対象とする地層処分場では、地下深部への主要な資機材の搬出入経路として、複数の立坑を建設することが想定されている。立坑を掘削することにより、天然バリアとして期待する岩盤の物質の封じ込め性能を低下させることが考えられ、掘削に伴う岩盤の状態の評価や適切な工学的対策の計画のために、その掘削に伴う岩盤挙動を評価することが重要となる。これまでに、大深度の立坑の掘削に伴う岩盤挙動の調査事例にて、施工手順に着目して、立坑周辺の岩盤挙動を分析した例はほとんどない。筆者らは、アクセス立坑の深度約160mと220mを対象に、立坑底盤の岩盤観察,内空変位と地中変位の現場計測,立坑の施工手順を詳細に再現した三次元逐次掘削解析を実施し、ショートステップ工法における立坑周辺岩盤の力学挙動を分析した。同工法では、無普請で3m掘削した後に、剛性の大きい覆工コンクリートを構築する施工手順を繰り返すため、掘削に伴う岩盤の内空側への変形は顕著に抑制され、立坑壁面からおおむね1mの岩盤に圧縮ひずみが生じること、また、その挙動は覆工コンクリートを構築までの掘削にて一度開口・伸展した割れ目が再び閉口することにより生じるため、その発生方向は割れ目の方向性に依存することを明らかにした。
津坂 仁和; 稲垣 大介; 羽出山 吉裕*; 小池 真史*; 島田 智浩*; 井尻 裕二*
土木学会論文集,F1(トンネル工学)(インターネット), 68(1), p.7 - 20, 2012/05
幌延深地層研究所にて新第三紀堆積岩に施工中の東立坑(仕上がり内径6.5m)の深度約220mを対象として、ショートステップ工法における覆工コンクリートと鋼製リング支保工の応力の変化や分布,発達機構を、現場計測と数値解析によって分析した。現場計測では、支保部材の初期地圧の水平面内の主応力方向の縦断面内に複数個の計器を設置し、応力計測を行った。数値解析では、立坑の施工手順を詳細に再現した三次元逐次掘削解析を実施した。その結果、覆工コンクリート内には、初期地圧の異方性と切羽の三次元的な仮支保効果の程度の差によって、10MPa以上の円周方向応力の差が生じることや、覆工コンクリートは、水平面内にて最小主応力方向を長軸とする楕円形で、上側が拡がり下側がすぼむ、すり鉢状の変形モードを呈すことを明らかにした。
津坂 仁和; 稲垣 大介; 小池 真史*; 井尻 裕二*; 羽出山 吉裕*
Harmonising Rock Engineering and the Environment, p.305 - 308, 2011/10
幌延深地層研究所では、3本の立坑を深度500mまで順次掘削しており、2010年末には、換気立坑(内径4.5m)と東立坑(内径6.5m)を深度250mまで掘削した。先行する換気立坑の施工において、ショートステップ工法の施工手順を詳細に再現した三次元逐次掘削解析を実施し、覆工コンクリート内に大きな応力勾配が生じることが算出された。このため、後進する東立坑の深度220m付近にて、立坑掘削に伴って生じる覆工コンクリート内の円周方向応力分布と立坑壁面周辺岩盤の変形を、三次元逐次掘削解析と併せて現場計測にて評価した。一般的な覆工コンクリート応力の計測手法では、高さ2mの覆工コンクリートのほぼ中央かつ同一水平面内に応力計を配置するが、今回は、初期地圧の主応力方向の縦断面内に各5個の応力計を配置し、同コンクリート内の三次元応力分布を計測した。また、立坑壁面周辺岩盤の挙動を、長さ6mの地中変位計によって計測した。その結果、厚さ60cm、高さ2mのリング形状の覆工コンクリート内の応力分布にて、その最大値と最小値の生じる箇所や、その応力差が10MPa以上と顕著であること、さらに、地中変位計の計測結果により、覆工コンクリートを構築した後には、立坑壁面近傍の岩盤に圧縮ひずみが分布することが明らかとなった。
稲垣 大介; 津坂 仁和; 井尻 裕二*; 小池 真史*; 羽出山 吉裕*
第40回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(CD-ROM), 6 Pages, 2011/01
日本原子力研究開発機構は、北海道幌延町において堆積岩を対象に地下研究施設を建設中である。立坑の施工では、ショートステップ工法を採用しており、掘削後すぐに剛性の高い覆工コンクリートを打設するサイクルを繰り返すため、立坑掘削に伴い周辺岩盤並びに支保は、NATM工法とは異なる挙動を示す。立坑掘削時に取得した周辺岩盤挙動並びに支保部材応力の計測データの分析結果より、覆工コンクリート打設後は、立坑壁面から半径方向に遠方の地山の方が立坑壁面よりも大きく内空側に変位することから、ロックボルトには圧縮方向の軸力が発生するため、引張方向の軸力による吊下げ効果等を発揮していないと考えられた。そこで、ロックボルトを打設しない区間を試験的に設定し、地山の挙動並びに覆工コンクリート応力を計測することにより、ロックボルトの作用効果を確認したうえで、最終的にロックボルトの必要性について判断することとした。その結果、懸念された壁面の崩落等の事象も発生しないことを確認できたことから、後続の施工区間において、ロックボルトを省略することとした。
津坂 仁和; 稲垣 大介; 小池 真史*; 井尻 裕二*; 羽出山 吉裕*
第40回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.7 - 12, 2011/01
日本原子力研究開発機構は、北海道幌延町において堆積岩を対象に地下研究施設を建設中である。平成22年7月末時点で、東立坑(内径6.5m)と換気立坑(内径4.5m)は深度250.5mに到達した。立坑の施工には、ショートステップ工法を採用している。高さ2m,厚さ40cmの剛性の高い覆工コンクリートを、掘削後直ちに構築する施工サイクルを繰り返すため、立坑掘削に伴い、その周辺岩盤並びに支保部材の挙動は、一般的な吹付けコンクリートとロックボルトを用いた坑道掘削の場合と大きく異なる。ショートステップ工法に伴う岩盤並びに支保部材の力学挙動を解明し、合理的な設計と施工管理手法を確立するために、本研究では、幌延深地層研究所の東立坑の深度220m付近を対象として、立坑掘削に伴って生じる覆工コンクリート内の円周方向応力分布を、数値解析と現場計測によって分析した。数値解析では、施工手順を再現した立坑の三次元逐次掘削解析を実施した。現場計測では、覆工コンクリートの同一水平面内に応力計を配置する一般的な計測手法に対して、初期地圧の主応力方向の断面内の複数の高さに各5個の応力計を配置した。その結果、厚さ60cm(実績),高さ2mのリング形状の覆工コンクリート内の応力分布について、その最大値と最小値の生じる箇所や、その応力差が10MPa以上と顕著であることを明らかにした。今回の成果に基づいて、次年度以降の立坑の施工における覆工コンクリート応力計測手法について、その計測箇所と頻度を見直した。
坂井 一雄*; 小池 真史*; 青木 智幸*; 山本 卓也*; 羽出山 吉裕*; 山崎 雅直
no journal, ,
原子力機構では、高レベル放射性廃棄物の地層処分における技術開発として、地下研究施設の建設を伴う研究プロジェクト(幌延深地層研究計画)を進めている。地下研究施設の構造部材である覆工コンクリートの挙動を理解し、その長期的な健全性を確保する設計手法を確立することは、重要な課題の一つである。本研究では、立坑にて計測されたショートステップ工法に特徴的な立坑周辺岩盤と覆工応力の挙動を理解し、将来の合理的な設計に資することを目的として、切羽・覆工形状や施工過程をできるだけ忠実に再現した三次元逐次掘削解析を実施した。その結果、地中変位や覆工コンクリート応力の計測結果に見られるショートステップ工法に特有の壁面近傍で顕著に圧縮する挙動を表現することができた。今後は、実際の覆工コンクリートの巻厚内における応力分布やひずみ分布を明らかにする計測を実施し、覆工コンクリートの複雑な応力変化等を解明することで、合理的な設計手法を確立する予定である。
小池 真史*; 井尻 裕二*; 稲垣 大介; 津坂 仁和
no journal, ,
幌延深地層研究所の地下施設のうち、立坑についてはショートステップ工法で施工されている。施設建設段階で取得される種々の施工データを用いて、立坑の構造部材である覆工コンクリートの挙動を理解し、その長期的な健全性を確保する設計手法を確立することは、重要な工学的課題の一つである。これまで筆者らは、施工条件をできるだけ忠実に再現した三次元逐次掘削解析を実施し、施工中に取得された種々の計測データと比較することにより、ショートステップ工法による立坑掘削時の周辺岩盤及び支保の挙動について分析を行ってきた。本報告では、既往の研究と同様の手法を用いて、東立坑の深度220m付近を対象とした三次元逐次掘削解析を実施し、岩盤物性や初期応力の異方性が覆工コンクリートの挙動に及ぼす影響について考察した。その結果、覆工コンクリートに発生する応力の分布の特徴から、岩盤物性を低く設定することは必ずしも安全側の設計条件にはならないため、立坑支保の設計を合理的に行うためには、岩盤物性に幅がある場合、施工条件によっては下限値だけでなく、上限値も考慮する必要があることを示した。
萩原 健司*; 小池 真史*; 関谷 美智*; 板橋 秀治; 大原 正嗣
no journal, ,
立坑掘削期間を短縮させる手法の1つとして、1覆工長を延伸し、覆工コンクリート打設回数を削減することが挙げられる。北海道天塩郡幌延町において建設を進めている幌延地下研究施設の西立坑において、1覆工長の延伸が可能であるかを検討し、その結果について報告する。
稲垣 大介; 津坂 仁和; 三浦 養一*; 名合 牧人*; 進藤 彰久*; 井尻 裕二*; 小池 真史*; 畠中 千野*
no journal, ,
堆積岩を対象とした大深度地下施設の設計手法及び情報化施工技術の確立を目的に、幌延深地層研究センターの地下研究施設掘削段階において取得したデータを用い、三次元可視化システムによる情報化施工技術や立坑掘削における覆工の安全性評価技術等の要素技術を開発している。本報告は、これらの事例について、紹介するものである。
