Study on characterization of colloidal silica grout for rock excavation under saline groundwater

辻 正邦*; 中島 均*; 齋藤 亮*; 沖原 光信*; 佐藤 稔紀

45th Annual Waste Management Conference (WM 2019); Encouraging Young Men & Women to Achieve Their Goals in Radwaste Management, Vol.7, p.4749 - 4763, 2020/01

活性シリカコロイドの溶液型グラウトは浸透性や耐久性に優れており、放射性廃棄物の地層処分における坑道掘削時の湧水抑制対策技術への適用が期待されている。近年日本においては、処分場が沿岸域に計画される可能性も検討されているため、海水条件下での使用を想定した溶液型グラウトの適洋性の確認や特性データの整備を進めている。本報では、海水系地下水へグラウトを注水する場合に適する新たな溶液型グラウトについて、配合調整条件を明らかにするとともに、このような海水対応グラウトの基本配合の試験体を作製し、力学的安定性や浸透注水性などの基本的な特性を取得した結果を報告する。

Characterisation of colloidal silica grout under saline groundwater; Overall results for 3-year research project

辻 正邦*; 青柳 和平; 中島 均*; 沖原 光信*; 佐藤 稔紀

Proceedings of the Nordic Grouting Symposium 2019 (Internet), 15 Pages, 2019/09

本論文は、岩盤グラウト技術の高度化を目的とした、塩水条件の地下水中の溶液型グラウトの特性取得に関する3か年の研究成果概要を示すものである。初期段階では、溶液型グラウトの最新技術に関する調査を実施した。その後、実用性のある配合方法を開発し、塩水を練混ぜ水とした場合または、塩水を浸漬水とした場合の溶液型グラウトの各種特性データを取得した。さらに、塩水条件下でのグラウト浸透に関する理論を提案し、注入試験を実施した。最終年度に開催した第2回ワークショップでは、本研究で得られた知見がグラウト技術の発展に一定の寄与するものであると認められた。

高圧湧水下におけるプレグラウチングとポストグラウチングを併用した湧水抑制効果の評価

見掛 信一郎; 池田 幸喜; 松井 裕哉; 辻 正邦*; 西垣 誠*

土木学会論文集,C(地圏工学)(インターネット), 74(1), p.76 - 91, 2018/03

https://doi.org/10.2208/jscejge.74.76

瑞浪超深地層研究所の研究坑道掘削では、湧水抑制対策の観点でプレグラウチングを実施した。深度500m水平坑道の掘削完了後、高圧湧水下(最大4MPa)でプレグラウチングの実施範囲に対してポストグラウチングを併用した。ポストグラウチングの注入範囲はプレグラウチングの外側とし、溶液型材料、複合動的注入工法を適用した。その湧水抑制効果は、グラウチングを実施しない場合に対して湧水量を約100分の1まで低減できた。これらの結果から、プレグラウチングとポストグラウチングを併用した湧水抑制対策は高圧湧水下で適用でき、湧水抑制効果が高いことを提示できた。また、グラウチングによる透水性の低下割合と注入範囲の関係について理論に基づく評価を行い、その手法は簡便であり設計や湧水量予測において有用性が高いことを示した。

Rock grouting technology for reducing groundwater inflow in deep underground

辻 正邦*; 池田 幸喜; 見掛 信一郎; 松井 裕哉

Tunnelling Activities in Japan 2018, P. 23, 2018/00

瑞浪超深地層研究所の研究坑道掘削工事では、深度500m水平坑道においてプレグラウチングとポストグラウチングを併用した湧水抑制対策を実施した。湧水圧が最大4.0MPaの条件下で施工した結果、グラウチング未実施の予測値に対して、湧水量を約100分の1まで低減することに成功した。さらに、当該坑道において湧水が比較的多い延長4mの区間でポストグラウチングを追加実施した結果、湧水箇所1箇所当りの湧水量がすべての箇所で毎分1L以下とすることができた。ポストグラウチング技術では、溶液型材料として「活性コロイダルシリカ」、注入方法として「複合動的注入工法」、注入範囲として「プレグラウチングの外側範囲」を適用し、湧水抑制に効果的であることが実証できた。

瑞浪超深地層研究所における工学技術に関する検討(平成27年度); 設計・施工計画および施工対策技術の開発(委託研究)

戸栗 智仁*; 小林 伸司*; 辻 正邦*; 矢萩 良二*; 山田 俊子*; 松井 裕哉; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎; 青柳 芳明

JAEA-Technology 2017-005, 43 Pages, 2017/03

JAEA-Technology-2017-005.pdf:4.4MB

超深地層研究所計画における工学技術に関する研究は、大きく分けて、(1)「研究坑道の設計・施工計画技術の開発」、(2)「研究坑道の建設技術の開発」、(3)「研究坑道の施工対策技術の開発」、(4)「安全性を確保する技術の開発」および(5)「掘削影響の修復・軽減技術の開発」の5項目に分類して進めている。これまでは、「第2段階」の調査研究として、研究坑道掘削工事で取得される計測データや施工データを用いた評価に基づく設計の妥当性についての検討などを中心に進めるとともに、「第3段階」の調査研究として、施工対策技術としての湧水抑制対策についても検討してきた。平成27年度は、第3期中長期計画で実施する必須の研究開発課題である「地下坑道における工学的対策技術の開発」の一環として実施中のウォータータイトグラウト技術の開発に関連し、これまで瑞浪超深地層研究所で実施・整備してきたグラウト技術の取りまとめ、その結果に基づく深度500m研究アクセス南坑道におけるポストグラウチング計画立案、地層処分の観点からの技術開発成果の整理、グラウト技術に代わる止水技術に関する情報収集・整理を実施した。

Post-grouting with colloidal silica at great depth of the Mizunami Underground Research Laboratory, Japan

辻 正邦*; 小林 伸司*; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎; 松井 裕哉

Proceedings of 8th Nordic Grouting Symposium, p.171 - 185, 2016/09

本論文は、瑞浪超深地層研究所(MIU)の大深度地下において実施したコロイダルシリカを用いたグラウト(CSG)の適用性を示している。瑞浪超深地層研究所では、深度300mにおけるポストグラウト試験で3年以上にわたりその耐久性と適用性が確認された。さらに、スウェーデンのプロジェクトとこの試験に関して、CSGの適用性を比較した結果、MIUにおいてスウェーデン式の理論的設計の適用性が示された。これを受け、MIUの深度500mの坑道においてさらなる湧水抑制とグラウチング手法の開発のためにスウェーデン式のグラウチング設計法を用いたCSGを実施し、このポストグラウチングによって湧水の低減が図られ、グラウチングした岩盤の透水係数は10m/sより小さいと評価された。

瑞浪超深地層研究所における工学技術に関する検討(平成26年度); 設計・施工計画および施工対策技術の開発(委託研究)

小林 伸司*; 新美 勝之*; 辻 正邦*; 山田 俊子*; 青柳 芳明; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎; 大澤 英昭

JAEA-Technology 2015-039, 170 Pages, 2016/02

JAEA-Technology-2015-039.pdf:37.73MB

超深地層研究所計画では、「研究坑道の設計・施工計画技術の開発」、「研究坑道の建設技術の開発」、「研究坑道の施工対策技術の開発」、「安全性を確保する技術の開発」、「掘削影響の修復・軽減技術の開発」を目的として、工学技術に関する研究を進めている。本研究では、研究坑道の設計・施工計画技術の開発および施工対策技術の開発を目的として、地震動特性と湧水抑制対策技術に関する検討を実施した。地震動特性に関する検討については、瑞浪超深地層研究所に設置した地震計等の計測結果を分析し、各深度の方向ごとの計測データや地質状況との関係を総括的に評価した。湧水抑制対策技術に関する検討としては、平成25年度に立案した施工試験計画に基づいてポストグラウトを施工した結果を評価し、今後の技術開発の方向性について検討を加えた。

Grouting for reducing groundwater inflow into a gallery at 500m depth of the Mizunami Underground Research Laboratory, Japan

辻 正邦*; 小林 伸司*; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎

Proceedings of the ISRM Regional Symposium EUROCK 2015 & 64th Geomechanics Colloquium; Future Development of Rock Mechanics, p.35 - 41, 2015/10

瑞浪超深地層研究所では、掘削工事における地下水の湧水量を低減するために岩盤グラウチングが主要技術として用いられてきた。本稿は、深度500mレベルの延長120mの坑道におけるグラウチング工事の概要について報告するものである。先行ボーリング調査を行い、主に超微粒子セメントによるプレグラウチングを行いつつ本坑道の掘削を完了した後は、坑道全体の湧水量が約200から220L/分であり、許容湧水量を満足した。その後、延長16mの区間において新設計(溶液型グラウトの適用、複合動的注入の適用、プレグラウトの外側範囲を改良ゾーンに適用)によるポストグラウト工事を実施した。その結果、これらの新しい設計が効果的であることが確認でき、対象区間の湧水量は35L/分から11L/分に減少した。今回の実積は、既存のグラウチング技術の高度化に役立つものであり、新しい設計技術がプレグラウトの段階から実施されていれば、更なる湧水抑制が可能であったと考えられる。

瑞浪超深地層研究所における大深度下でのグラウト設計と施工実績および改良効果の評価

辻 正邦*; 小林 伸司*; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎

第43回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.7 - 12, 2015/01

瑞浪超深地層研究所では、研究坑道の掘削工事にあたり、湧水・排水処理の低減と安全な施工の観点から坑道周辺のプレグラウチングを実施している。特に大深度地下では、高水圧と低透水性岩盤といった既往の実績がほとんどない条件下であることから、グラウチング技術の開発を行いながら坑道掘削を進めている。深度500mの研究アクセス南坑道の掘削にあたっては、事前に実施した先行ボーリングの調査結果に基づいて湧水量を予測してプレグラウト設計を行った。探り削孔、材料選定、追加孔の設定、チェック孔による確認などを適切に実施し、適宜仕様を見直しながら施工した結果、3.5MPa以上の高水圧下において十分なグラウト改良効果が得られ、設定した許容湧水量を下回った。

Comparison of grouting with silica sol in the sp Hard Rock Laboratory in Sweden and Mizunami Underground Research Laboratory in Japan

辻 正邦*; Funehag, J.*; 小林 伸司*; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎

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

溶液型シリカは環境影響が少なくかつ開口幅の小さな割れ目にも浸透する。スウェーデンにおいては、溶液型シリカに関する研究や適用例が最近増えており、割れ目の透水性と理論的な浸透長さによってグラウトの設計が行われる。2008年にはエスポ岩盤研究所の深度450mのトンネルにおいて、2010年には瑞浪超深地層研究所の深度300mにおいて溶液型シリカを用いたグラウトが実施された。双方のグラウトの結果を比較すると、割れ目密度の大きい日本においてもスウェーデンのグラウト技術は適用が可能であり、日本特有のグラウト手法もスウェーデンにおけるグラウト品質の向上に役立つと期待される。