幌延深地層研究計画における地下施設での調査研究段階; (第3段階: 必須の課題2015-2019年度)研究成果報告書

中山 雅; 雑賀 敦; 木村 駿; 望月 陽人; 青柳 和平; 大野 宏和; 宮川 和也; 武田 匡樹; 早野 明; 松岡 稔幸; et al.

JAEA-Research 2019-013, 276 Pages, 2020/03

JAEA-Research-2019-013.pdf:18.72MB

幌延深地層研究計画は、日本原子力研究開発機構(原子力機構)が堆積岩を対象に北海道幌延町で実施している地層処分技術に関する研究開発の計画である。幌延深地層研究計画は、「地上からの調査研究段階(第1段階)」、「坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階)」、「地下施設での調査研究段階(第3段階)」の3つの調査研究段階に分けて進めている。原子力機構の第3期中長期計画では、本計画について、「実際の地質環境における人工バリアの適用性確認、処分概念オプションの実証、地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証に重点的に取り組む。また、平成31年度末までに研究終了までの工程やその後の埋戻しについて決定する。」としている。本稿では、第3期中長期計画期間のうち、平成27年度から令和1年度までの地下施設での調査研究段階(第3段階)における調査研究のうち、原子力機構改革の中で必須の課題として抽出した(1)実際の地質環境における人工バリアの適用性確認、(2)処分概念オプションの実証、(3)地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証、の3つの研究開発課題について実施した調査研究の成果を取りまとめた。

Fracture characterization and rock mass behavior induced by blasting and mechanical excavation of shafts in Horonobe Underground Research Laboratory

青柳 和平; 常盤 哲也*; 佐藤 稔紀; 早野 明

Proceedings of 2019 Rock Dynamics Summit in Okinawa (USB Flash Drive), p.682 - 687, 2019/05

本研究では、幌延深地層研究センターの発破掘削で施工された東立坑および機械掘削で施工された換気立坑において、掘削損傷領域の定量的な違いを検討することを目的とした。両立坑で実施した壁面観察の結果、発破掘削では、機械掘削と比較して、掘削に伴い発生したと考えられる割れ目が多く確認された。また、壁面で計測された弾性波速度に関しても、発破掘削で施工された東立坑の方が、機械掘削で施工された換気立坑よりも小さい値であった。これらの結果から、発破掘削の方が壁面岩盤に与える損傷の度合いが大きいことがわかった。さらに、発破掘削では、切羽前方の岩盤を補強するような支保パターンが、壁面の損傷を低減するのに最適である可能性が示された。

岩盤における不連続面の自動推定に向けた3次元点群データの可変格子分割法

松川 瞬*; 板倉 賢一*; 早野 明; 鈴木 幸司*

Journal of MMIJ, 133(11), p.256 - 263, 2017/11

https://doi.org/10.2473/journalofmmij.133.256

LIDAR(Laser Imaging Detection and Ranging)は、岩盤表面を点群の形式で取得することができる。先行研究では、必要なパラメータを手動で設定して、点群から岩盤の不連続面を取得するアルゴリズムが開発されてきた。DiAna(Discontinuity Analysis)アルゴリズムは、点群を格子状に分割して半自動的に岩盤の面を推定するアルゴリズムである。しかし、適切な格子サイズを決定するには熟達した技術が必要である。そこで本研究では、場所によって適切な格子サイズを自動決定するVBS(Variable-Box Segmentation)アルゴリズムを開発した。VBSアルゴリズムは、小さな格子を結合して適切なサイズの格子を作り、面を推定する。VBSアルゴリズムの性能は、DiAnaアルゴリズムと比較して評価した。その際、手動で岩盤表面を推定して作成した参照面との類似度を用いた。比較結果では、VBSアルゴリズムはDiAnaアルゴリズムよりも参照面に類似した面を推定した。よって、VBSアルゴリズムは場所により自動的に適切な格子サイズを決定し、適切に面を推定した。

幌延深地層研究計画における坑道掘削(地下施設建設)時の調査研究段階(第2段階:深度350mまで)研究成果報告書

佐藤 稔紀; 笹本 広; 石井 英一; 松岡 稔幸; 早野 明; 宮川 和也; 藤田 朝雄*; 棚井 憲治; 中山 雅; 武田 匡樹; et al.

JAEA-Research 2016-025, 313 Pages, 2017/03

JAEA-Research-2016-025.pdf:45.1MB

幌延深地層研究計画は、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関わる研究開発の一環として、日本原子力研究開発機構が北海道幌延町で進めているプロジェクトである。本報告書は、深度350mの研究坑道掘削終了までの期間(2005年4月から2014年6月)に行われた第2段階における調査研究の成果を取りまとめたものである。第2段階における深地層の科学的研究では、「地質環境調査技術開発」、「深地層における工学的技術の基礎の開発」、「地質環境の長期安定性に関する研究」を、地層処分研究開発では、「処分技術の信頼性向上」、「安全手法の高度化」を実施し、これらに加えて「地下施設の建設」、「環境モニタリング」を実施し、当初の目標どおりの成果を得た。「地質環境調査技術開発」では、坑道掘削中の地質環境の変化を把握するとともに、第1段階で予測した結果の妥当性を確認した。「深地層における工学的技術の基礎の開発」においては、地下施設の建設に適用した工学的技術の有効性を確認した。「地質環境の長期安定性に関する研究」ならびに地層処分研究開発の「処分技術の信頼性向上」と「安全手法の高度化」では、この期間の研究成果をまとめた。「地下施設の建設」では坑道掘削の実績を整理した。「環境モニタリング」では、環境調査などを継続し、地上及び地下施設の建設に伴う影響の低減を図る措置が適切であることを確認した。

Application of three-dimensional laser scanning data to acquire geometrical data for fractured rock mass modeling

早野 明; 松川 瞬*; Xu, Z.*; 板倉 賢一*

Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 9 Pages, 2014/10

坑道壁面の地質観察は、亀裂性岩盤のモデル化に用いられる割れ目の幾何学的パラメータの設定に必要となるデータが取得できる調査のひとつである。しかしながら、高レベル放射性廃棄物の処分場建設時に行われる坑道壁面の地質観察は、数キロ四方にわたって展開される坑道群に対して行われることから、観察作業の効率化が必要である。また、地質専門家の経験や知識の違いから生じるデータの品質のばらつきを低減するために、客観的なデータ取得手法を用意することも必要である。これらの課題解決には、三次元レーザスキャナの活用が考えられる。本研究では、三次元レーザスキャナを適用した地質観察手法の整備の一環として、亀裂性岩盤のモデル化に必要となる割れ目の幾何学的データを明確にし、それらデータを三次元レーザスキャナデータから取得することを試みた。その結果、三次元レーザスキャナにより生成した傾斜図と傾斜方位図の目視判読により割れ目が抽出され、その割れ目のトレースマップと走向・傾斜が取得された。そして、地質専門家による観測結果と遜色のない割れ目のトレースマップと割れ目の走向・傾斜を取得することが可能であることが確認できた。

ニアフィールド岩盤を対象とした核種移行遅延性能の評価手法に関する検討

早野 明; 澤田 淳

JAEA-Research 2012-038, 32 Pages, 2013/02

JAEA-Research-2012-038.pdf:3.66MB

地層処分事業におけるニアフィールド岩盤を対象とした核種移行遅延性能の評価手法は、調査段階ごとに構築及び更新される地質環境モデルとその不確実性や、評価結果の反映先を考慮して設定されると考えられる。そのため、それらに対して柔軟に対応できるように、複数の評価手法をオプションとして準備しておくことが肝要であると考える。上記のことを踏まえ本研究では、調査の進展に応じて構築される地質環境モデルとその不確実性に柔軟に対応できる評価手法の整備に資することを目的として、ニアフィールド岩盤を対象とした核種移行遅延性能を簡略的かつ定量的に評価する手法を検討した。次に、検討した評価手法の適用例を示すために、超深地層研究所計画の地表からの調査段階において取得された調査データを活用した核種移行解析を試行した。そして、地質環境モデルの不確実性が評価結果に与える影響を考察するとともに、地質環境調査へのフィードバックを示した。

トンネルのライフサイクルマネージメントシステムとプロダクトデータモデルについて

Xu, Z.*; 板倉 賢一*; 山地 宏志*; 大津 慎一*; 早野 明; 松井 裕哉; 佐藤 稔紀

平成24年度(2012年)資源・素材学会秋季大会講演集, p.63 - 66, 2012/09

近年、構造物には所要の機能や安全性だけではなく、その全期間に渡る利便性の最大化と必要コストの最小化を図るライフサイクルマネージメント(以下、LCM)が求められつつあり、地下構造物についても急速にその対応が必要とされる。地下構造物のLCM戦略を立案するためには、設計・施工・維持補修の過程で発生する各種情報を総合的に管理し、これをフィードバックすることのできる柔軟な戦略構築体系が必要である。プロダクトデータモデルは、情報化施工により得られた各種情報をLCM戦略に展開する方法論として最も適する手法の一つであると考えられる。著者らは、トンネル施工の合理化を図るために、設計・施工・維持補修の各段階で発生するデータを包括的に管理し、各段階の作業にフィードバックすることのできる総合施工管理システムの設計と構築に取り組んできた。このシステムでは、WEB3DのCG技術とRDBMS機能のデータ検索・処理機能を融合することで、PC上に仮想の地下空間を構築し、その仮想空間内から必要とするデータにアクセスすることができる。本研究では、より実用的なシステムとするために機能拡張を行い、中小トンネルの施工現場への適用を試みた。

深度400m以深の換気立坑掘削において実施したプレグラウチングの施工結果と考察

石井 洋司; 渡辺 和彦; 神谷 晃; 早野 明; 見掛 信一郎; 竹内 真司; 池田 幸喜; 山本 勝; 杉原 弘造

JAEA-Technology 2010-044, 92 Pages, 2011/02

JAEA-Technology-2010-044.pdf:11.73MB

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」は、高レベル放射性廃棄物の地層処分の技術基盤を整備するため、おもに花崗岩を対象とした深地層の科学的研究を進めている。現在実施中の研究坑道掘削工事において掘削範囲の地質や地下水状況を把握するために坑道掘削に先立ちパイロットボーリング調査を行ったところ、深度400m付近の換気立坑掘削領域において深度200m付近よりも透水性は低いものの高圧の湧水が発生する可能性が高い区間が存在することがわかった。そこで坑道掘削時の湧水を抑制することを目的として掘削範囲周辺に超微粒子セメントを用いたプレグラウチングを行った。その結果、低透水性・高湧水圧の岩盤であっても湧水量低減効果を確認することができた。本報告書は、プレグラウチングの施工結果と考察,得られた技術的知見などを取りまとめたものである。

3Dレーザースキャナーの反射強度画像を用いた画像処理による岩石マッピング; 瑞浪超深地層研究所における適用事例

早野 明

写真測量とリモートセンシング, 49(4), p.202 - 205, 2010/09

https://doi.org/10.4287/jsprs.49.202

高レベル放射性廃棄物の地層処分事業においては、総延長約200kmを超える地下坑道の建設が想定されており、処分場建設に伴う壁面地質観察では、工期短縮や建設コスト削減の観点から観察作業の効率化が課題となる。その一方で、地層処分システムの安全評価に必要な地質情報を確実に取得していくことが課題である。三戸ほか(2002)では、対象物の高精度な三次元形状とレーザーの反射強度を迅速に取得できる3Dレーザースキャナー計測(以下、「3Dレーザー計測」)を活用することにより、地質観察の省力化が可能であることを報告している。しかしながら、3Dレーザー計測を適用した地質観察の事例は限られている。そこで、日本原子力研究開発機構は、岐阜県瑞浪市の瑞浪超深地層研究所において実施している研究坑道の壁面地質観察では、3D-LSを適用した地質観察手法の整備を行っている。これまでの手法整備では、持田ほか(2007)及び早野(2008)ほかにより、堆積岩及び花崗岩を対象にして、反射強度の高密度点群データから生成した画像の画像処理による岩石マッピングの手法の適用性を確認している。

超深地層研究所計画,年度計画書; 2010年度

竹内 真司; 國丸 貴紀; 見掛 信一郎; 西尾 和久; 鶴田 忠彦; 松岡 稔幸; 早野 明; 竹内 竜史; 三枝 博光; 大山 卓也; et al.

JAEA-Review 2010-029, 28 Pages, 2010/08

JAEA-Review-2010-029.pdf:3.43MB

独立行政法人日本原子力研究開発機構東濃地科学センターでは、地層処分技術に関する研究開発のうち深地層の科学的研究(地層科学研究)の一環として、結晶質岩(花崗岩)を対象とした超深地層研究所計画を進めている。本計画は、「第1段階;地表からの調査予測研究段階」,「第2段階;研究坑道の掘削を伴う研究段階」,「第3段階;研究坑道を利用した研究段階」の3段階からなる。2010年度は、第2段階の調査研究を進めていくとともに、第3段階の調査研究を開始する。本計画書は、2010年に改訂した「超深地層研究所地層科学研究基本計画」に基づき、2010年度の超深地層研究所計画の(1)調査研究計画,(2)施設建設計画,(3)共同研究計画などを示したものである。