Evaluation of temporal changes in fracture transmissivity in an excavation damaged zone after backfilling a gallery excavated in mudstone

青柳 和平; 石井 英一

Environmental Earth Sciences, 83(3), p.98_1 - 98_15, 2024/02

https://doi.org/10.1007/s12665-023-11416-x

高レベル放射性廃棄物の地層処分において、坑道掘削損傷領域の透水性の経時変化の予測が、掘削損傷領域内部の割れ目を介した放射性核種の移行特性の評価の信頼性向上において重要となる。特に人工バリア定置後の緩衝材の膨潤圧発生に伴う割れ目の透水性の変化を検討することを目的として、幌延深地層研究センターにおいて実施している実規模の人工バリア性能確認試験領域付近で4年間透水試験を実施した。試験の結果、透水性は時間とともに低下し、膨潤から4年経過した時点で、試験開始時よりも透水性が41%に低下することが確認された。さらに、Barton-Bandisのモデルを適用することにより、膨潤圧の変化に伴う透水性の低下挙動を定量的に再現することができた。割れ目の閉塞の妥当性については、人工バリア性能確認試験実施領域で実施した弾性波トモグラフィ調査において、特に底盤部分の弾性波速度の増大が見られたことから確認することができた。これらの結果から、人工バリアの膨潤に伴う掘削損傷割れ目の閉塞について、実証することができた。また、地層処分事業において、廃棄体定置後の緩衝材の膨潤による掘削損傷割れ目の透水性の事前予測に際してBarton-Bandisモデルの適用可能性が示された。

Evaluation of the excavation disturbed zone of sedimentary rock in the Horonobe Underground Research Laboratory

窪田 健二*; 青柳 和平; 杉田 裕

Proceedings of 2019 Rock Dynamics Summit in Okinawa (USB Flash Drive), p.729 - 733, 2019/05

高レベル放射性廃棄物の地層処分場の建設時には、坑道周辺に掘削影響領域が形成される。この領域の存在により、岩盤内の核種の移行挙動に影響が生じるため、掘削影響領域の理解は重要である。掘削影響領域の評価のために、本研究では、幌延深地層研究センターの深度140mおよび250m調査坑道において、坑道掘削前、掘削中、および掘削後に原位置試験を実施した。結果として、140m調査坑道では、坑道掘削により生じた割れ目が0.45mの範囲まで発達しており、250m調査坑道では、約1mの範囲まで発達していることが分かった。また、不飽和領域に関しては、140m調査坑道では約1m発達したが、250m調査坑道ではほとんど発達していないことがわかった。

幌延深地層研究センターの立坑掘削損傷領域の水理・力学的挙動に関する研究

青柳 和平; 櫻井 彰孝; 棚井 憲治

第46回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.142 - 147, 2019/01

本研究では、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以深の立坑掘削を対象として、掘削時に発達する掘削損傷領域の水理・力学特性について、原位置透水試験、AE測定と水理・力学連成解析の実施結果に基づいて論じた。原位置試験の結果、立坑壁面から約1.5mの範囲でAE震源が分布しており、それを内包する領域における透水係数は、割れ目の発達していない領域に比べて2-4オーダー高かった。一方、解析では、壁面から最大1.5m程度まで破壊が生じる結果となり、原位置試験により推定される幅に概ね整合する結果を得た。また、立坑掘進時に計測された壁面周辺における間隙水圧値の増大は、掘削による応力集中の影響によるものであると推定された。

幌延深地層研究センターにおける坑道掘削の情報化施工支援技術の開発

青柳 和平; 名合 牧人*

地盤工学会誌, 65(8), p.12 - 15, 2017/08

本報告では、幌延深地層研究センターの地下施設建設時の情報化施工支援技術の開発、および坑道周辺の岩盤のモニタリング結果について記載した。情報化施工支援技術開発では、事前設計、実施設計を含む予測解析データ・施工データ・地質データ・坑内計測データ等から得られる情報を三次元で一元管理できるシステムを構築し、適宜データを更新しながら適切な支保設計を行うことができた。また、岩盤のモニタリング結果から、坑道掘削直後に、壁面から約1mの範囲で割れ目が発達し、それに伴う透水係数の増大が確認されたが、掘削後はその領域は安定していることや、支保工の健全性が保たれていることがわかった。これらの情報を統合することで、施工中および施工後の岩盤の損傷や透水性といった岩盤の状態も考慮した情報化施工や維持管理が可能になると考えられ、今後、地層処分技術開発では、工学的な観点から本報告で記載した技術が重要な役割を果たしていくことが期待される。

瑞浪超深地層研究所研究坑道掘削工事(その5); 平成24年度, 25年度建設工事記録

東濃地科学センター 施設建設課

JAEA-Review 2016-002, 116 Pages, 2016/06

JAEA-Review-2016-002.pdf:62.4MB

本工事記録は、瑞浪超深地層研究所研究坑道掘削工事(その5)の平成24年度, 25年度の工事概要, 主な出来事, 工事工程, 工事安全などに関する記録をまとめたものである。その5工事は、平成24年3月16日着工、平成26年3月15日竣工であり、深度500mにおいて主立坑と換気立坑をつなぐ水平坑道である予備ステージの掘削及び研究アクセス北坑道、研究アクセス南坑道の掘削を進め、平成26年2月にその5工事範囲の掘削を完了した。

研究坑道掘削工事成果資料

建設部; バックエンド研究開発部門 東濃地科学センター; バックエンド研究開発部門 幌延深地層研究センター

JAEA-Technology 2015-034, 411 Pages, 2016/03

JAEA-Technology-2015-034.pdf:103.07MB

本資料は、花崗岩系(瑞浪)と堆積岩系(幌延)の2拠点で行われた研究坑道掘削工事の成果を建設技術としての視点で集約し、設計時点で必要となる各工事段階での情報について実施工を踏まえて整理したものである。通常の施設建設工事をイメージすると施設を作ることを主目的とした明確な計画があって、基本設計および実施設計が行われるが、研究坑道掘削工事では通常の建物等とは異なり研究計画に依存した進め方をしている。本工事は、不確定要素の多い地下深部の構築物であり、事前の調査では精度の高い情報が得にくいこと、工程計画が段階的に進められる研究と表裏一体であること、全体の工程が非常に長期に渡るため不確定要素である周辺環境や社会的な制約を受けやすいことなどの特殊性から、当初設計時には推定条件とならざるを得ない事項が多く存在する。これらは、研究坑道掘削工事中において研究計画および施工計画の見直しに伴う設計変更等により適宜対応を図ることとなる。この様な特殊な条件下で実施される研究坑道掘削工事においては、インプット(建設の条件等)から始まって工事終了までの一連の流れにおいて、各工事段階で必要となる各種事項を実績として集約し、残していくことが今後の同種工事への技術継承に重要な情報になり得ると考えた。本資料の構成は最初に一般論と各章の総論をまとめとして記述し、各岩系での実績を事例として紹介している。

岩盤空洞の安定性に関する評価方法の検討 平成11年度共同研究報告書

松井 裕哉; 前田 信行; 瀬戸 政宏*

JNC TY7430 2000-001, 57 Pages, 2000/03

JNC-TY7430-2000-001.pdf:2.17MB

大規模地下空洞や大深度地下構造物の建設は、空洞周辺岩盤が本来持っている力学的・水理学的な物性を変化させ、空洞の安定性や地下水流動へ影響を及ぼす。資源環境技術総合研究所とサイクル機構は、岩盤の力学的安定性に関する調査方法や評価方法をテーマとして、平成元年度より共同研究を実施している。平成10年度から第4フェーズとして、岩盤空洞の安定性に関する評価方法の検討というテーマで、主として掘削影響領域を評価するための基礎データとなる初期応力状態や二次応力状態の計測・評価手法などについて検討することとした。本年度は、東濃鉱山の地表から掘削した深度約200mのボーリング孔において、AE法、DRAによる三次元初期応力測定およびAE法と水圧破砕法による初期応力測定を実施し、三次元的な初期応力状態を把握するとともに初期応力状態の評価手法の適用性について検討した。それらの結果の概要について、以下に述べる。・鉛直方向の応力値は、堆積岩部では推定される土被り圧とほぼ等しく、花崗岩部ではそれより少し大きい。・水平最大主応力値は、深度と共にほぼ直線的に増加し、その勾配は花崗岩部の方が大きい傾向にあった。・水平最大主応力値は、堆積岩部では概ねN-SN45 Wで、花崗岩部ではほぼN45°W方向であった。・応力環境については、堆積岩部で遷移型(H=h)、花崗岩部では遷移型もしくは横ずれ断層型(HhV)の応力環境であった。・今回用いたAE法、DRAおよび水圧破砕法は初期応力測定手法としての適用性があり、AE法と水圧破砕法を組み合わせた三次元的な応力状態の評価方法は有効であることが示された。

地層処分システムに関する設計研究(3)概要・研究報告書2分冊

堀田 政国*; 栗原 雄二*; 奥津 一夫*; 山本 卓也*; 雨宮 清*

JNC TJ8400 2000-022, 303 Pages, 2000/02

JNC-TJ8400-2000-022.pdf:10.42MB

本研究は、高レベル放射性廃棄物地層処分研究の補足情報の整理を実施したものである。検討項目は以下のとおりである。(1)側圧係数の変化に対する処分場仕様の影響評価(2)操業用遠隔機器に対する機能展開(3)処分費用算定用根拠情報の整理(4)地下深部で遭遇する現象への工学的対応策の把握(5)施工技術の選択(6)沿岸海洋底下処分概念の構築 側圧係数の影響検討においては、側圧係数が2の場合の処分坑道の形状、処分坑道離間距離、廃棄体埋設間隔および支保工の仕様を検討し、側圧係数1の場合と比較した。この結果に基づくレイアウト検討で、側圧係数2の場合には、坑道延長が1.5倍、総掘削量が1.8倍になることが示された。操業用遠隔機器に対する機能展開としては、封入装置、運搬装置、定置装置に対して、基本機能、遠隔操作に対する対応技術、想定される事故事象およびその対応を整理し、将来の開発計画を策定した。処分費用算定根拠情報に関しては、地層処分場の建設から閉鎖までの処分費用に関連する項目について調査・整理し、地上レイアウトおよび建設に関わる人員計画を検討した。また、地下空洞設備に際し遭遇する可能性のある切羽の崩壊や湧水などの現象について、対応策を既往の実績の調査により確認し、地下研への課題を整理した。施工技術に関しては、トンネル施工における計画管理の方法と事例について調査を行い、今後の課題をとりまとめた。沿岸海洋底下処分概念の構築に関しては、岩盤条件、設計条件、施工・品質管理等において陸水地域処分との対比を行い、沿岸海洋底下処分概念の実現性について検討した。

弾性波フルウェーブインバージョンの実データへの適用性に関する研究

渡辺 俊樹*; 高瀬 嗣郎*

JNC TJ7400 2000-001, 79 Pages, 2000/02

JNC-TJ7400-2000-001.pdf:3.07MB

試錐孔間の物性値分布を物理的に推定する有効な調査手法として弾性波トモグラフィ技術がある。現在主流な弾性波トモグラフィは初動走時データを用いてP波速度分布を推定する方法である。さらに高精度、高分解能な調査手法として、受振波形全体をデータとして用いるフルウェーブインバージョンが研究段階にある。この方法は理論および数値実験による解析例は報告されているものの、実際に現場において計測された実データへの適用例はきわめて少ない。本研究では、岐阜県瑞浪市正馬様洞の試錐孔において、スパーカ震源およびハイドロフォンを用いて取得されたクロスホールトモグラフィ計測のデータを用い、フルウェーブインバージョンの現地データへの適用性について検討した。具体的には、震源波形の推定方法、チューブ波除去や振幅補正などの効果的なデータ前処理方法について検討し、速度構造インバージョンおよび震源波形インバージョンを実施した。その結果、深度300mにわたる孔間の速度構造を明らかにすることができた。解析手法および結果の精度にはまだ検討の余地があるものの、各種物理検層データと整合性のある結果を得た。

地層処分場の建設技術に関する検討

棚井 憲治; 岩佐 健吾; 長谷川 宏; 三浦 一彦*; 奥津 一夫*; 小林 正明*

JNC TN8400 99-046, 177 Pages, 1999/11

JNC-TN8400-99-046.pdf:6.03MB

アクセス坑道、連絡坑道、主要坑道及び処分坑道から構成される地下施設の建設においては、大深度に総延長百km以上にも及ぶ多数の坑道群を施工することになる。したがって、大量のずりの搬出、換気や事故時の避難ルートの確保などに対して通常のトンネル工事以上に留意する必要がある。これに加え、通常のトンネル工事でもしばしば遭遇する弱層部における切羽の崩壊や膨張など切羽の不安定現象、湧水やそれに起因する地山の崩壊、ガスの発生、山はね現象などの事象についてもさらに注意を払う必要がある。本報告書では、上記の事柄を念頭に、既存の建設工法を整理するとともに、現状で施工可能な工法を選択し、その施工手順や必要な設備類について検討を行った。また、地下深部で遭遇する種々の事象に対する対策工法事例調査等をもとに整理し、その適用可能性について検討を行った。処分孔竪置き方式における処分孔の掘削については、現状で考えられる掘削技術の調査、諸外国での事例等をもとに現状で候補としてあげられる掘削技術を抽出し、その施工概要等を示した。さらに、品質管理に対する考え方を整理するとともに、品質管理項目及び品質管理内容の検討を実施した。これらの検討から、大深度地下を対象とした処分場の建設技術としては、基本的に現状のトンネルや地下空洞の掘削技術を適用または準用することが可能である。さらに、地下深部で遭遇する環境下で安全かつ合理的な施工を行うため、適正な対策工法の選択あるいは組み合わせによる対応が必要であるとともに、従来のトンネル工事にも増してより綿密な施工管理や計測結果を適切に判断するためのシステムの構築等が必要となる。