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報告書

火災時の通気挙動の検証(委託研究)

阿部 寛信; 畠山 信也; 山崎 雅直; 奥園 昭彦*; 坂井 哲郎*; 井上 雅弘*

JAEA-Research 2009-019, 192 Pages, 2020/02

JAEA-Research-2009-019.pdf:8.07MB

日本原子力研究開発機構は、北海道幌延町において、立坑を主体とした地下研究施設を建設中である。建設地点の地質は、新第三紀の堆積岩でメタンを主成分とした可燃性ガスを賦存するため、地下施設内で火災等が発生した場合を想定し、入坑者を安全に地上まで避難可能な坑内構造および防災システムを構築することが重要な課題である。立坑主体の地下施設内において、火災発生時は、火災ガスが浮力効果等により複雑な挙動をしめし、強制換気の下でも予期しない箇所まで影響を及ぼす可能性がある。しかし、このような火災ガスの挙動に関する研究はこれまでほとんど実施されていなかった。このため、地下施設建設時及び運用時の火災時防災システムの構築に資する観点から、地下研究施設の通気挙動を実験的に明らかにし、また、通気解析手法の妥当性の検証を目的として、地下坑道を模擬した室内立坑火災実験を実施し、火災で発生する浮力による火災ガスの逆流現象、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した。また、把握した諸現象をある程度再現可能で計算時間が現実的な解析手法に基づき、プロトタイプの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た。その結果、構築した解析手法は、火災実験で把握した諸現象を概ね再現できることを確認した。本成果を地層処分施設の建設を念頭においた地下施設における火災時の通気挙動予測ツールとして適用するため、今後は、(1)通気挙動予測ツールとして定量的な解析精度を得るために必要な機能の開発、(2)火災ガス濃度等の表示機能やメンテナンス環境機能の整備、(3)ユーザーフレンドリーでメンテナンスが容易なソフトにするための設計と開発を行い、実用的で一般性の高いプログラムを開発していく予定である。

論文

Rock deformation and support load in shaft sinking in Horonobe URL Project

津坂 仁和; 山崎 雅直; 羽出山 吉裕*

Proceedings of Rock Engineering in Difficult Ground Conditions; Soft Rocks and Karst (EUROCK 2009), p.589 - 594, 2009/10

深地層の坑道掘削には、地上からの調査では適切な岩盤物性を十分に把握することが困難であるため、情報化施工を必要とする。同施工では、掘削に伴って、岩盤の変形量や支保部材応力を逐次計測,分析し、原位置の岩盤性状にあわせた合理的な支保構造へと変更していく。これに従い、原子力機構は、幌延深地層研究所の地下施設建設において、情報化施工プログラムを策定し、運用している。現在、同プログラムでは、掘削初期段階の変形量から坑道が安定する際の支保部材応力を予測し、その安定性を迅速に評価することを必要としている。本研究では、同地下施設の換気立坑深度250m,東立坑深度140mまでに計測した内空変位量に基づく初期変形率と、主要な支保部材である覆工コンクリートの応力計測結果の関係を考察し、両者の関係を岩盤挙動分類として提示した。初期変形率は、初期地圧と原位置の岩盤の弾性係数の比と関係があり、岩盤性状を表す指標の一つである。この関係に基づけば、立坑掘削において、構築した支保構造の評価を迅速に行うことができ、支保部材量の増減を判断する一助となる。今後は、運用している情報化施工プログラムに施工管理基準として組み込む予定である。

報告書

幌延深地層研究計画における第2段階の調査研究計画; H20-21

岩月 輝希; 佐藤 治夫; 棚井 憲治; 稲垣 学; 澤田 淳; 新沼 寛明; 石井 英一; 前川 恵輔; 戸村 豪治; 真田 祐幸; et al.

JAEA-Research 2009-002, 156 Pages, 2009/05

JAEA-Research-2009-002.pdf:12.86MB

「高レベル放射性廃棄物の地層処分基盤研究開発に関する全体計画」及び研究技術開発の現状に基づいて既往の研究計画を更新し、幌延深地層研究計画第2段階における平成20$$sim$$21年度の具体的な研究計画を作成した。計画検討にあたっては、施設建設工程などの制約条件を踏まえたうえで、深地層の科学的研究,地層処分研究開発にかかわる研究技術開発(地質環境特性調査評価技術,地下施設建設に伴う地質環境変化の調査評価技術,深地層における工学技術,地層処分に必要な工学技術,安全評価技術など)の今後の実施計画として、ボーリング調査計画やモニタリング計画,工学試験などの計画検討を行ったうえで、各課題の現中期計画終了時の達成目標を明確化した。

論文

幌延深地層研究計画における立坑工事の施工実績とサイクルタイム分析

山崎 雅直; 関谷 美智; 藤川 大輔; 北川 義人*

地下空間シンポジウム・論文集,14, p.191 - 196, 2009/01

本稿は、今後の立坑工事の積算精度の向上と積算手法の体系化の検討に役立てる基礎データとすることを目的として、これまで実施した立坑工事の施工実績の概要並びに掘削時間に注目してサイクルタイムを分析した結果を報告する。本分析の結果、(1)岩盤等級の違いによるサイクルタイムの違いは見られなかったこと,(2)掘削方式による掘削時間の違いは見られなかったことが判明した。この成果は、地層処分施設の建設を念頭においた工事工程管理や工事費用の積算に反映できるものである。

論文

立坑掘削における内空変位の初期変形率と覆工コンクリート応力の相関

山崎 雅直; 津坂 仁和; 羽出山 吉裕*; 南出 賢司*; 高橋 昭博*

第38回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.196 - 201, 2009/01

本稿は、地下研究施設の立坑掘削に伴う地下空洞の安定性や支保設計の妥当性を評価する目的で、立坑掘削時に取得した内空変位計測データと覆工コンクリート応力計測データから、初期変形率と覆工コンクリート応力の収束値(土被り圧で無次元化)を整理し、両者の相関について分析した結果を報告する。その結果、(1)内空変位の初期変位率と土被り圧で無次元化した覆工コンクリート応力収束値とは相関性が高いこと,(2)ショートステップ工法を対象とした内空変位の初期変位率より覆工コンクリート応力の収束値の予測が可能であることが判明した。

報告書

幌延深地層研究計画平成19年度地下施設計測データ集

山崎 雅直; 舟木 泰智; 山口 雄大*; 新沼 寛明; 藤川 大輔; 真田 祐幸; 平賀 正人; 津坂 仁和

JAEA-Data/Code 2008-023, 136 Pages, 2008/11

JAEA-Data-Code-2008-023.pdf:17.08MB

本データ集は、(1)幌延深地層研究計画における地下施設建設時に取得した調査・計測データの共有化並びに逸散防止を図ること,(2)当該切羽や後続施工箇所の設計・施工にフィードバックする情報化施工プログラムを実施していくための基礎データとすることを目的として、2007年度(平成19年度)に実施した地下施設建設時の調査結果を取りまとめたものである。

報告書

幌延深地層研究計画における水平坑道掘削時の計測計画及び情報化施工プログラム

山崎 雅直; 山口 雄大; 舟木 泰智; 藤川 大輔; 津坂 仁和

JAEA-Research 2008-068, 45 Pages, 2008/09

JAEA-Research-2008-068.pdf:3.76MB

本報告書は、現在運用中の「幌延深地層研究計画における立坑掘削時の計測計画及び情報化施工プログラム」に引き続き、水平坑道の本格的な建設に先立ち、事前設計に基づく水平坑道掘削時の計測計画及び計測データを当該切羽や後続施工箇所の設計・施工にフィードバックするための情報化施工プログラムについて取りまとめたものである。併せて、地下施設建設時の工事請負会社に対する設計・施工監理計画、並びに坑道の設計・施工技術の高度化に向けた研究開発計画についても記述した。

論文

幌延深地層研究計画における立坑掘削の情報化施工と挙動計測

山崎 雅直; 森岡 宏之*; 羽出山 吉裕*; 津坂 仁和

第12回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.305 - 310, 2008/09

現在、北海道幌延町において、日本原子力研究開発機構が建設中の地下研究施設は、最終的には深度約500mの3本の立坑とそれらを結ぶ水平坑道から構成される計画である。立坑掘削に先立ち、毎切羽を対象とした日常管理計測と後続施工箇所を対象としたステップ管理計測より得られたデータを設計や施工に反映する情報化施工プログラムを策定し、現在、運用中である。立坑の支保は、切羽進行に伴う掘削解放力を外力として挙動予測解析(FEM)を実施し、支保部材が空洞の安定を確保するように設計したが、深度121mの覆工応力の挙動計測データには、立坑掘削の余掘りによる覆工巻厚の違いと深度140m水平坑道の掘削に伴う影響が含まれていることが明らかとなった。

論文

幌延深地層研究所の立坑掘削におけるコンバージェンス曲線の評価

津坂 仁和; 山崎 雅直; 羽出山 吉裕*; 山本 卓也*

第12回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.311 - 317, 2008/09

日本原子力研究開発機構は、高レベル放射性廃棄物の地層処分計画に関連した研究開発のために、北海道幌延町において地下施設の建設を進めている。その地下施設のうち、2008年3月末において、換気立坑が深度161m、東立坑が深度110mに到達した。これらの立坑の掘削においては、コンバージェンスや支保工の応力の計測結果を逐次評価し、より深部の施工における坑道周辺岩盤の変形と支保部材に生じる応力を予測し、適切な支保工を構築するための情報化施工が試みられている。本研究では、これまでに得られた岩盤性状の観察結果から岩盤実質部の強度と岩盤の割れ目頻度の深度分布を表すとともに、コンバージェンス計測結果から初期変形速度と断面変形量の関係を考察した。

論文

ショートステップ工法における地中変位挙動の評価

谷 卓也*; 下野 正人*; 岩野 政浩*; 山本 卓也*; 山崎 雅直; 真田 祐幸

第12回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.319 - 324, 2008/09

日本原子力研究開発機構が進めている幌延深地層研究計画での立坑掘削において、地中変位計測により壁面から深度6mの地山が圧縮方向に変形するという挙動が観測された他、軸力計測では長さ3mのロックボルトにも圧縮力が生じていることがわかった。筆者らは、これらの現象が切羽近傍1から3mで打設される覆工コンクリートの支保効果による、ショートステップ工法特有の挙動である考えた。そこで、3次元的な掘削形状が考慮できる弾性軸対称モデルにより、計測結果の再現を試みた。ショートステップ工法による切羽近くの覆工コンクリートを考慮した場合の解析結果からは、半径方向(立坑軸直交方向)の掘削解放率の分布が、同じ切羽離れの断面でも、壁面からの距離(半径方向)に応じて大きく変化することを確認した。

報告書

幌延深地層研究計画における地下施設の支保設計(実施設計)

森岡 宏之*; 山崎 雅直; 松井 裕哉; 尾留川 剛*; 山口 雄大

JAEA-Research 2008-009, 263 Pages, 2008/07

JAEA-Research-2008-009.pdf:32.63MB

本報告書は、幌延深地層研究計画における地下施設の建設に先立って、平成16年度に実施した最終の支保設計(実施設計)の内容について、「幌延深地層研究計画 地下施設実施設計」のうち、地下施設空洞安定性の検討及び耐震性能照査の結果に関する部分を要約し取りまとめたものである。

報告書

幌延深地層研究計画平成18年度地下施設計測データ集

熊谷 恭人; 舟木 泰智; 山崎 雅直; 山口 雄大; 尾留川 剛*; 真田 祐幸; 阿部 寛信

JAEA-Data/Code 2007-025, 106 Pages, 2008/07

JAEA-Data-Code-2007-025.pdf:12.75MB

幌延深地層研究計画は、原子力政策大綱に示された深地層の研究施設計画の一つであり、堆積岩を対象として、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。この計画では、「深地層の科学的研究」と「地層処分研究開発」を、第1段階「地上からの調査研究段階」,第2段階「坑道掘削時の調査研究段階」,第3段階「地下施設での調査研究段階」の3段階で20年程度をかけて進める。第2段階調査が始まるにあたり、第1段階の調査結果に基づき、(1)安全かつ合理的な坑道建設のための計測,(2)坑道の設計・施工技術の高度化に向けた研究開発のための計測、及び(3)掘削前に予測した深部地質環境を検証するための計測を取りまとめ、「幌延深地層研究計画における立坑掘削時の計測計画及び情報化施工プログラム」を策定した。本データ集は、この計測計画に基づき平成18年度に実施した換気立坑深度約50m,東立坑深度約40mまでの調査結果を取りまとめたものである。

論文

Proposal of a practical guide of convergence measurements in Horonobe Underground Research Laboratory

津坂 仁和; 山崎 雅直; 羽出山 吉裕*; 山本 卓也*

Proceedings of 42nd U.S. Rock Mechanics Symposium and 2nd U.S.-Canada Rock Mechanics Symposium (CD-ROM), 9 Pages, 2008/06

日本原子力研究開発機構は、北海道幌延町において、2本の立坑を掘削しており、掘削に伴うコンバージェンスや支保工の応力の計測結果を整理し、より深部の施工における坑道周辺岩盤の変形と緩みの関係を予測する指標が必要とされている。一般的な二車線道路トンネルのコンバージェンス計測結果に対しては、初期変形速度,最終変形量,発達する緩みの幅,許容変形量の関係が整理され、施工管理のために5区分から成る岩盤挙動分類が提案されている。本研究では、その岩盤挙動分類を掘削径の異なる3事例でのコンバージェンス計測結果と比較し、その適用性に関して良好な結果を得た。そして、その結果を踏まえ、深度140mまでの立坑掘削でのコンバージェンス計測と支保工の応力計測の結果を既往の岩盤挙動分類と比較した。その結果、既往の分類で区分IIIの初期変形速度が計測された場合、区分IIの範囲の最終変形量となり、その際に発達する緩み域の幅は、掘削径の15から25%となることを明らかにした。

口頭

幌延深地層研究所における立坑底盤の割れ目の方向性と頻度分布

津坂 仁和; 山崎 雅直; 南出 賢司*; 羽出山 吉裕*

no journal, , 

幌延深地層研究所では、高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する技術の研究開発を目的として、1本の換気立坑と2本の主立坑、そして、深度300m以深の研究坑道から成る地下研究施設の建設を行っている。立坑の掘削においては、岩盤性状の評価と立坑内への湧水の主要因となる地質構造の把握を主目的として、詳細な地質観察を実施している。地層処分に関する主たる調査課題の1つである坑道周辺のEDZ(Excavated Disturbed Zone(掘削影響領域))の発達は、岩盤中の割れ目に大きく影響する現象である。よって、坑内で実施される地質観察結果に基づいて、観察される割れ目の頻度や方向性,開口幅などを整理し、今後、実施されるEDZの調査のための岩盤性状の基礎データを構築する必要がある。そこで、これまでに換気立坑で実施された底盤での岩盤調査から得られた割れ目の抽出図から、その頻度と方向性を考察した。その結果、観察された割れ目は2, 3の卓越する割れ目系に分類でき、それらの方向性は、これまでの露頭やボーリングなどを利用した地上からの地質調査で得られている幌延地域の代表的な割れ目系の走向とおおむね一致した。

口頭

Experiments and the computer simulation of the behavior of ventilation air around shafts during a mine fire

井上 雅弘*; 中場 希*; 山西 毅; 山上 正憲*; 畠山 信也; 山崎 雅直; 坂井 哲郎*; 奥園 昭彦*

no journal, , 

坑内火災で発生する高温の火災ガスは、それ自体人体に極めて有害であり重大災害の原因となる。さらに、火災ガスは通気への浮力効果、絞り効果、及び天井に沿う逆流などを引き起こし、坑内通気を大きく変化させる。この結果、それまで火災の風上に位置し、火災ガスが来るはずがないと認識されている箇所にも火災ガスが到達することがある。立坑のように高度差が大きい箇所の周辺ではこの現象が顕著であり、一層重大災害につながりやすい。これを防止するためには、坑内火災発生時の通気変化を正しく予測し、効果的な通気制御を行うことが重要である。しかしながら、従来このような箇所での火災による通気変動は余り検討されていない。このため、本研究では火災時の立坑周辺での通気変動を模型実験により検討し、火災時には通気が大きく変化することを確認し、通気制御の効果についても検討した。また、通気変動をシミュレートするためのコンピュータ・プログラムを作成し、十分な精度と実用的な時間で実行できることを確認した。本論文ではこれらの結果について報告する。

口頭

幌延深地層研究計画におけるサイクルタイムの分析

北川 義人*; 山崎 雅直; 萩原 健司*; 南出 賢司*; 関谷 美智

no journal, , 

日本原子力研究開発機構が、北海道幌延町において建設を進めている深度500m程度の立坑等からなる深地層の研究施設において、平成21年3月末で換気立坑250m,東立坑140mまでの掘削を完了した。そこで、立坑工事の積算精度向上を目的として、これまで実施した立坑工事の施工実績のうち、サイクルタイムをまとめ、分析した結果について発表するものである。

口頭

泥岩を対象とした掘削体積比エネルギーと割れ目頻度に関する一考察

山崎 雅直; 福井 勝則*; 南出 賢司*; 羽出山 吉裕*

no journal, , 

原子力機構は、高レベル放射性廃棄物の地層処分に関する技術開発として、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。本研究では、掘削体積比エネルギーによる地山評価手法の確立を目的に、軟岩用自由断面掘削機による立坑掘削時に取得した消費電力量データと地質観察時に得た泥岩中の割れ目頻度の相関、並びに掘削体積比エネルギーと地下施設の岩盤等級区分の相関を考察した。その結果、地下施設で設定している岩盤等級区分と掘削体積比エネルギーには良好な相関関係を見いだすことができた。掘削体積比エネルギーは掘削と同時にデータを取得できることから、これを支保選定にリアルタイムに反映させることが可能となることに加え、壁面観察以前に岩盤等級評価が実施できるため、壁面観察結果と併用して地山を評価することでより適切な支保を設定できる可能性がある。今後の地下研究施設の施工においては、支保選定(岩盤等級区分)手法として期待できる掘削体積比エネルギーに関するデータを蓄積し、精度向上に役立てていく予定である。

口頭

ショートステップ工法による立坑掘削時の覆工及び周辺岩盤の挙動について

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。

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