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論文

Three-dimensional visualization of methane concentration distribution in tunnels to increase underground safety

名合 牧人*; 本島 貴之*; 宮川 和也; 蟹江 俊仁*; 佐ノ木 哲*

Proceedings of ITA-AITES World Tunnel Congress 2017 (WTC 2017) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2017/06

トンネルや地下空洞などの地下構造物を建設する際には、地盤から自然由来のメタンガスが発生し、爆発事故や酸欠事故などの災害が発生する場合がある。このため、安全・法令の両面からメタン等の可燃性ガスを計測管理することは重要である。しかし、従来の固定センサ等による計測では、ガス噴出箇所の面的・立体的分布の把握は難しいという問題があった。そのため、本研究では、レーザー距離計とレーザーメタンセンサを組み合わせ、空間内のメタン濃度分布と空間形状を同時に計測するシステムを開発した。計測したメタン濃度分布を可視化することで、メタンの噴出箇所を特定することができる。開発したシステムを用いて幌延深地層研究センターの地下350m調査坑道においてメタン濃度を計測した結果、従来の固定式センサでは見落とされていた比較的高濃度(数百ppm)のメタン濃度分布が明らかになった。このメタン濃度分布は、主要な断層分布と一致していることから、本研究で開発したシステムの有効性が確認できた。

論文

せん断変形の進行に伴う堆積軟岩の透水特性の変化

郷家 光男*; 石井 卓*; 佐ノ木 哲*; 松井 裕哉; 杉田 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.282 - 287, 2011/01

せん断変形の進行に伴う透水特性の変化を把握することを目的として、日本原子力研究開発機構が幌延深地層計画において採取した稚内層の硬質頁岩に対してせん断破壊透水試験を行った。透水試験には軸方向の一様流と半径方向の放射流による方法を採用した。その結果、軸方向の透水試験では、弾性変形状態以降に透水係数は増加し、残留強度時には初期状態の十倍程度まで増加した。一方、半径方向の透水試験では、ひずみ軟化過程に至ると透水係数は急激な増加を示し、最終的には約十万倍まで増加した。そして、支保工や掘削方法を工夫することにより、ひずみ軟化状態に至る前の状態に制御でき、さらに、拘束圧を1MPa程度に維持できるならば、透水係数の増加を抑制できることが示唆された。

口頭

立坑掘削に伴う岩盤挙動に関する高精度傾斜計測結果と弾性解析の比較

羽出山 吉裕*; 井尻 裕二*; 名合 牧人*; 亀村 勝美*; 里 優*; 佐ノ木 哲*; 國丸 貴紀

no journal, , 

幌延深地層研究所周辺に設置した高精度傾斜計は、掘削の進行に時間遅れを伴って立坑方向に傾斜する傾向がある。そこで、掘削の工程を反映した3次元弾性解析を実施して、計測データとの対比結果について報告する。

口頭

幌延深地層研究所施設工事における高精度傾斜計データの分析

井尻 裕二*; 羽出山 吉裕*; 名合 牧人*; 亀村 勝美*; 里 優*; 佐ノ木 哲*; 國丸 貴紀

no journal, , 

幌延深地層研究所周辺に設置した高精度傾斜計データから地震などの短期的なノイズと気圧や潮汐に起因した長期的なノイズを除去した後に、立坑掘削の進行との比較を行い、傾斜が生じる要因について分析を行った。

口頭

高精度傾斜計による岩盤・地下水挙動のモニタリング手法の開発

井尻 裕二*; 羽出山 吉裕*; 名合 牧人*; 里 優*; 佐ノ木 哲*; 國丸 貴紀; 杉田 裕

no journal, , 

高精度傾斜計は、地盤の水平度を高精度で確認するために開発された技術であり、地熱開発分野における人工破砕帯のモニタリングなどに適用されるように、地表部での計測から地下深部の岩盤挙動の把握を可能とするものである。地層処分場で地下施設を建設すると、坑道掘削そのものに起因する岩盤の変形や坑道掘削後の地下水流動の変化による岩盤の変形が生じることとなるが、このような岩盤の変形挙動を高精度傾斜計で捉えることができれば、深層ボーリングなどで地下を擾乱することなく、調査やモニタリングの効率化が可能となる。幌延深地層研究計画では、高精度傾斜計を用いた岩盤・地下水挙動のモニタリング手法の開発を行っており、立坑の周囲に高精度傾斜計を9点設置し、立坑掘削に伴う傾斜計測を行っている(その他にバックグラウンドの挙動を計測するために立坑から約900m離れた地点に1点設置している)。高精度傾斜計による計測及び三次元応力-水連成挙動のシミュレーション解析の結果から、立坑掘削に伴う岩盤変形のみならず、立坑掘削によって生じた地下水流れに起因する岩盤の変形をも捉えていることが明らかとなった。

口頭

幌延深地層研究計画,深地層の工学技術の基礎の開発; 地下施設の防災対策についての検討(通気網解析)

阿部 寛信; 下山 正; 山崎 雅直*; 佐ノ木 哲*

no journal, , 

地下施設建設時及び地下施設運用時の火災時の防災システムの構築に資するため、地下研究施設の通気挙動を実験により明らかにし、また、通気解析手法の妥当性を検証することを目的として、地下研究施設を模擬した室内立坑火災実験を実施した。実験の結果、火災で発生する浮力による火災ガスの逆流現象や通気主流の逆転現象、水平坑道の風門を開閉した場合の通気挙動を把握することができた。また、通気解析プログラム(風丸)及び流体解析プログラム(M-CFD)を連成解析し、定量的に火災時の通気挙動の解析が可能となる解析システムを構築し、火災実験と同様の条件でシミュレーションを実施し、実験結果との比較を行うことにより、解析システムの検証を実施した。その結果、火災実験で把握した坑道内の通気挙動や温度上昇などの諸現象を再現することができた。また、地下施設を想定した3本立坑モデルを作成し、火災発生時の通気挙動を解析した。その結果、火源が水平坑道下段の換気立坑寄りにあるケースでのみ、両主立坑の一部に火災ガスの流入が見られるが、それ以外のケースでは、火源から離れた水平坑道及び主立坑への火災ガスの流入の可能性が小さいことが示唆された。

口頭

メタンガス3次元可視化システムの開発および計測事例

本島 貴之*; 白瀬 光泰*; 佐ノ木 哲*; 宮川 和也

no journal, , 

トンネルや地下空洞などの地下構造物を建設する際には、地盤から自然由来のメタンガスが発生し、爆発事故や酸欠事故などの災害が発生する場合があり、安全・法令の両面からメタン等の可燃性ガスを計測管理することは重要である。しかし、従来の固定式センサ等による計測では、ガス噴出箇所の特定等の面的・立体的なガス分布の把握は難しいという問題があった。そのため、本検討では3次元レーザースキャナとメタンセンサを組み合わせて空間内のメタン濃度分布を検知し、かつ、空間形状も同時に計測・表示して濃度分布と噴出箇所の可視化を行う計測システム開発を行った。計測事例として、幌延深地層研究センターの地下350m坑道にてメタン濃度を計測した結果についても報告する。

口頭

幌延URLにおける人工バリア性能確認試験CIM(3次元モデル、ICTの導入・活用)による計画・施工・計測データ管理の適用事例

白瀬 光泰*; 名合 牧人*; 中山 雅; 大野 宏和; 佐ノ木 哲*; 重廣 道子*

no journal, , 

日本原子力研究開発機構は、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人工バリア性能確認試験を実施している。本稿では、人工バリア性能確認におけるICT、3次元モデルの導入・活用などのCIM(Construction Information Modeling)による計画・施工及び計測データ管理に関する適用事例について報告する。

口頭

高精度弾性波測定システムを利用した地下水流動変化の原位置計測

松井 裕哉; 石山 宏二*; 吉野 修*; 引間 亮一*; 佐ノ木 哲*; 林 邦彦*; 高橋 昌弘*; 里 優*

no journal, , 

本研究は、地下水流動状況変化の把握に対する高精度弾性波速度測定の適用性を検討するため、西松建設と原子力機構との共同研究として実施したものである。高精度弾性波速度計測は、瑞浪超深地層研究所における再冠水試験場所の近傍で実施し、再冠水試験坑道からの全排水開始時から約3ヶ月間実施した。計測の結果、地下水流動場の変化に伴う弾性波速度の変化が認められ、高精度弾性波測定が地下水流動場の変化の把握に適用できる見通しが得られた。

口頭

トモグラフィによるメタンガス濃度分布の評価

八尋 英恵*; 本島 貴之*; 佐ノ木 哲*; 宮川 和也

no journal, , 

トンネルや地下空洞などの地下構造物を建設する際には、地盤から自然由来のメタンガスが発生し、爆発事故や酸欠事故などの災害が発生する場合がある。建設工事の安全性確保のため、メタンガスを含む可燃性ガスの計測管理を行うことは重要である。これまでに、幌延深地層研究センターの地下施設を利用して、レーザー距離計とレーザーメタンセンサを組み合わせたメタン濃度分布と空間形状を同時に計測するシステムを開発してきた。しかしながら、ここで得られるメタン濃度はレーザー光の通過した距離の平均値であり、坑道壁面のメタン濃度分布の推定に当たっては、高濃度メタンが坑道壁面にのみ存在するという仮定を置いていた。本研究では、複数のレーザーメタンセンサを用いて、トモグラフィ解析と同様に、メタン濃度の空間分布を逆解析的に推定した。まずは、深度350mの調査坑道内のある断面において計測・2次元解析を実施し、従来と比較して詳細なメタン濃度の空間分布が得られたことを報告する。

口頭

疑似ランダム波を使った原位置計測による高精度弾性波測定システムの評価検証

石山 宏二*; 吉野 修*; 引間 亮一*; 松井 裕哉; 尾崎 裕介; 竹内 竜史; 榊原 淳一*; 佐ノ木 哲*; 林 邦彦*

no journal, , 

本研究では、瑞浪超深地層研究所の深度500m研究アクセス南坑道において、超磁歪材震源を利用した高精度弾性波測定システムの原位置試験を実施した。原位置試験では、0.5kHzから20kHzの正弦波および疑似ランダム波を送信波に用い、送信位置から10mから125m離れた計6か所でそれらを受信した。弾性波の速度の低下および減衰率の上昇が観測された位置は、岩級区分が低下する場所と一致したことより、本試験により地質脆弱部が弾性波で捕らえられたと考えられる。他方、可探深度を改善するためには、起震装置の増強が必要である。

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