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。

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。

幌延URLにおける人工バリアの性能確認試験,5; 堆積岩の掘削ズリを用いた埋め戻し材の転圧締め固め特性

澤田 純之; 中山 雅; 棚井 憲治; 松崎 達二; 本島 貴之*; 城 まゆみ*

no journal, , 

幌延URLの深度350m調査坑道で実施する、人工バリア性能確認試験では、実物大の模擬人工バリアを設置し坑道の埋め戻しまでを行う計画であり、埋め戻し材にはベントナイトと現地から発生する掘削ズリを混合した材料を使用する。坑道の埋め戻しには転圧締め固め及び埋め戻し材ブロックを併用する計画としている。本報では、実機を用いた転圧締め固め試験を実施し、坑道内で達成可能な締め固めの密度についての検討結果を報告する。

幌延URLにおける人工バリア性能確認試験; 高流動・低アルカリプラグコンクリートの配合検討および温度応力解析・躯体温度測定結果

本島 貴之*; 臼井 達哉*; 坂本 淳*; 丹生屋 純夫*; 石田 知子*; 三浦 律彦*; 中山 雅; 大野 宏和

no journal, , 

原子力機構は、幌延深地層研究センター地下施設の深度350mに位置する調査坑道において、実物大の模擬人工バリアを対象に人工バリア定置後の過渡期の現象に着目した熱・水・応力・化学連成現象を評価するための検証データの取得を目的とした原位置試験を実施している。本試験では、坑道の一部をベントナイトと現地ズリの混合土で埋め戻し、埋め戻し材の膨潤圧と地下水圧に耐えるためのプラグコンクリート構造物を設置している。本稿では、ぷらぐコンクリートの配合および温度応力の解析結果、更に実施工時の躯体温度の測定結果について報告する。

堆積岩における原位置水理・トレーサー試験結果に基づく割れ目面内の不均質性の検討

横田 秀晴; 田中 真悟; 本島 貴之*

no journal, , 

高レベル放射性廃棄物の地層処分における安全評価の観点では、岩盤中の物質の移動特性を把握するため、原位置試験により水理や物質の移動に寄与する各種パラメータを適切に取得し、その特性を評価する必要がある。本研究では、幌延URLで実施した水理試験及びトレーサー試験結果のうち、各試験区間の透水性・圧力応答・流れの次元・トレーサー回収率の比較検討を行い、堆積岩中の割れ目面内で地下水の流れの不均質性が存在することを明らかにした。今後、本研究結果を原位置で確認するとともに、トレーサー試験結果を適切に解析・解釈するため、割れ目面内の流れの不均質性をモデル化するにあたって、割れ目面内で流れの次元を考慮したチャネル構造モデルなどの適用性を検討していく。

地下水溶存ガス環境を対象とした水理試験・物質移行試験手法の最適化

田中 真悟; 横田 秀晴; 本島 貴之*; 藤田 有二*

no journal, , 

北海道天塩郡幌延町で建設中の幌延深地層研究所において、地下水にガスが溶存する環境で水理試験及び物質移行試験を精度よく実施可能な試験装置の構築及び試験手順の検討を行った。これらのガス溶存環境対策及びその効果についての確認試験結果について報告する。被圧地下水にガスが溶存する環境において水理試験等を実施する際に試験区間でガスが遊離すると、試験区間が流体で満たされていると仮定する試験条件に合致せず、岩盤の水理定数等を正しく評価できない。よって、孔内部の多連パッカーについて、試験区間内にガス溜まりが生じないパッカー拡張手順及びガス排出機能をもつ試験装置を構築した。また、減圧による地下水からのガスの遊離を抑制する観点から、注水による水理試験を採用した。これらの対策前後の確認試験では、試験区間内の流体圧縮率が10[1/Pa]オーダーから10[1/Pa]オーダーに改善され、ガスの影響が排除されたことが確認された。ここで構築された試験装置及び手法は今後の地下施設内での試験に適用していく。