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。

大深度対応地下水の長期モニタリング装置の製作

平田 洋一*; 小川 賢*

PNC TJ7439 98-003, 171 Pages, 1998/08

PNC-TJ7439-98-003.pdf:15.85MB

本業務は、大深度の立坑(数百千m程度)および坑道の掘削を伴う調査研究等において、その周辺に掘削した試錐孔内で大きな差圧が発生する場合でも長期間に亘り連続して最大20区間の間隙水圧の測定および採水作業を行うことができる深度1,000m対応の長期モニタリング装置を製作するものである。本装置は、大きくダウンホールユニット、インナープローブユニット、データ観測・制御装置で構成される。以下に、本装置の主な特徴を示す。・最大30kgf/c㎡の差圧環境下での間隙水圧測定および地下水の採水が可能・深度1,000m、孔径86120mmまでの試錐孔に適用が可能・摂氏70までの温度環境下での適用が可能・水圧観測用圧力計に水晶発振式の小型で高精度な絶対圧力計を採用・観測区間の圧力等を維持した状態で、地下水を地上に回収可能本装置の製作に伴い室内試験および孔内性能試験を実施した結果、ダウンホールユニット、インナープローブユニット、データ観測・制御装置の全機能について正常に作動することが確認された。

明世累層における緩み領域の透水試験

松岡 永憲*

PNC TJ7439 96-001, 25 Pages, 1996/03

PNC-TJ7439-96-001.pdf:1.51MB

東濃鉱山第2立坑第1計測坑道では、明世累層を対象とした掘削影響試験の予備調査が実施されている。この調査の一部分として、平成3年に動力炉・核燃料開発事業団東濃地科学センターで開発された水理学的緩み領域測定装置を用いてP1-2号孔で透水試験を実施した。試験結果から、上述の装置が明世累層に対する適用性を持つことが確認された。試験結果として、間隙水圧は坑道壁面からの深度が深くなるに従い上昇する傾向を示した。透水係数は、6.010-86.810-5cm/sの値を示し、孔口からの深度増加に対し減少傾向ではあるが、単調な減少は示していない。

機械掘削による影響評価試験の事前調査および事前解析研究(平成6年度)成果概要

山本 卓也*; 三上 哲司*

PNC TJ1449 95-004, 72 Pages, 1995/03

PNC-TJ1449-95-004.pdf:24.75MB

岩盤内に水平坑道や立坑を掘削することにより、空洞周辺では岩盤本来の力学・水理学的特性が変化することが知られている。このような掘削によって発生する岩盤の特性変化を把握し、評価することは、地下施設の設計・建設や安全性評価を行う上で重要な事項のひとつである。動力炉・核燃料開発事業団では昭和62年度以来、東濃鉱山において水平坑道および立坑を掘削し、それに伴い発生する掘削影響の範囲と特性の変化の程度に関する評価研究を実施してきた。これらの研究では、坑道掘削に発破工法を使用しており、掘削影響は主として発破に伴う岩盤の損傷により発生したことが明らかとなっている。これに対し、平成5年度から機械掘削による影響評価試験を実施し、発破による掘削影響との比較により工法の違いによる掘削影響の違いを考察する予定である。本研究では、平成5年度に引き続き機械掘削による影響評価試験の事前調査として、岩盤内変位を測定するためのボーリング孔の壁面観察、2種類の岩盤内変位計の設置と初期値の計測、および岩石の拘束圧と透水性の関係を評価するための室内透水試験を行った。さらに、平成5年度および6年度の調査により取得されたデータに基づき、5年度に用いた解析モデルの見直しを行い、坑道掘削時の岩盤挙動を予測するための事前解析を行った。事前解析では、初期応力、地質構造、坑道周辺の掘削影響領域を考慮した。これらの事前調査および事前解析の結果を、平成5年度に得られた結果と併せてとりまとめ、機械掘削を行う前の岩盤の状態を評価した。最後に、坑道掘削後の事後調査および事後解析の計画検討を行った。

リニアモータ方式による立坑搬送システム基礎研究(IV)

早川 数良*; 上城 和洋*

PNC TJ1216 93-003, 45 Pages, 1993/01

PNC-TJ1216-93-003.pdf:0.95MB

高レベル放射性廃棄物処理施設における深地層への立坑内垂直搬送システムとして超電導を用いたリニアモータ方式の適用可能性を検討し、実機適用検討を行っている。このためS63年度には、基礎研究(I)として原理検証のための基礎実験装置を製作し、静的浮上実験を行った。H1年後には基礎研究(II)として高さ約7mの実験装置を製作し、LSM(Liner Synchronous Motor)駆動方式による動的実験を実施し、搬送カプセル移動速度2m/sec、停止位置精度1mmの結果を得た。また、H2年度には基礎研究(III)として基礎研究(II)までの実験装置を一部改造(新規製作品を含む)し、位置検出器の非接触化及び通電路切換システムの開発を実施し、搬送カプセル移動距離の長尺化に伴う位置検出系および電源設備に関する問題点は充分克服可能との見通しを得た。本年度は新たに、基礎研究(IV)として現在までの技術を用いて、以下の検討設計を行う。(1)実機模擬縮小実験装置(2)可変コイルピッチ(3)非接触運転

堆積岩地山における立坑周りの力学的・水理学的な特性変化

松井 裕哉; 杉原 弘造; 佐藤 稔紀; 吉岡 尚也

PNC TN7410 92-046, 56 Pages, 1992/12

PNC-TN7410-92-046.pdf:1.27MB

地下発電所や道路トンネル等の構造物を岩盤内に掘削すると、その空洞周辺にはゆるみ領域が生じることがある。このゆるみ領域を定量的に把握することは、地下の大規模構造物の経済的な設計・施工、その長期安定性を評価する上で重要である。このため、動燃事業団では新第三系の堆積岩中に実規模の立坑(内径6m、深さ152.3m)を掘削し、立坑掘削による周辺岩盤への影響と地下水流動への影響を把握するためのさまざまな調査・試験を実施した。この研究は立坑掘削影響試験と呼ばれ、平成元年度より開始され、平成3年9月までに立坑掘削工事を終了した。本論で述べる内容は、立坑掘削影響試験の一環として実施した周辺岩盤の力学的・水理学的特性の変化に関する調査研究の一部である。この調査研究の目的は、岩盤の持つ力学的・水理学的特性に着目し、立坑掘削に伴うその変化を捉えることにより、立坑周辺に生じるゆるみ領域を把握することである。現時点までにこれらの調査・試験で得られたデータを解析・評価した結果、以下の知見が得られた。1.掘削に伴う応力再配分やき裂の発生によって、立坑周辺岩盤に力学的・水理学的特性の変化が引き起こされることがわかった。2.その範囲は、岩盤壁面から1m程度である。3.立坑周辺の岩盤では、き裂の閉塞や岩盤の塑性化により非回復な変形量の増加が生じると考えられる。その非回復な変形量を表現する永久変形係数という概念を用い計測結果を検討した結果、永久変形係数は岩盤がゆるんだ領域を把握するための一つの指標となることがわかった。

立坑堀削影響試験のうち岩盤挙動の調査(III)

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PNC TJ1449 92-008, 426 Pages, 1992/03

PNC-TJ1449-92-008.pdf:27.87MB

岩盤における立坑等の坑道の掘削は岩盤本来の力学的・水理学的特性に影響を与え、また坑道周辺の水理環境の変化を促し、地下水流動へ影響を与える。したがって、立坑掘削が岩盤および周辺地下水に及ぼす影響を把握しておくことは、設計・建設・閉鎖技術など評価する上で非常に重要となる。立坑掘削影響試験では、これらの影響を既存の計測技術を用いて計測し、得られた結果を評価することを目的としている。このような目的のもとに、平成元年度から「立坑掘削影響試験のうち岩盤挙動の調査(1)及び(II)」として、動力炉・核燃料開発事業団中部事業所、東濃鉱山において、実規模の立坑(内径6m、深さ150m)を新規に建設し、立坑の掘削前及び掘削中に覆工と周辺岩盤の挙動の測定および力学・水理学的特性の変化の測定を実施した。前者は、覆工の応力・変形測定および周辺岩盤の変位測定から成る。後者は、変形特性・透水係数・弾性波速度の測定、ボアホールテレビによる亀裂観察および室内試験から成る。今年度は坑底まで掘削を進め、上記の調査・試験を継続して掘削影響に関連するデータを蓄積した。これらの調査・試験結果は、立坑掘削による影響領域(緩み領域)の規模や特性の変化等に着目して評価され、調査・試験結果の一部は、空洞掘削に伴う周辺岩盤の挙動を把握するための解析に供された。

立坑掘削影響試験のうち水理調査(I) 委託研究成果報告書

堀田 政国*; 古市 光昭*; 伊藤 克夫*; 須藤 賢*

PNC TJ7449 91-001VOL2, 406 Pages, 1991/05

PNC-TJ7449-91-001VOL2.pdf:11.33MB

岩盤における立坑等の坑道の掘削は岩盤本来の力学的・水理学的特性に影響を与え、また、坑道周辺の水理環境の変化を促し、地下水流動に影響を与える。立坑掘削影響試験は、これらの現象を定量的に把握し、評価することを目的としているが、本調査ではこの試験の一環として、立坑掘削中の周辺岩盤の水理的状況、水理特性の調査を行ない、水理解析のためのデータを提供し、岩盤の水理地質的な検討を加え、立坑掘削が周辺岩盤に与える水理的な影響を解析・評価する。本研究では、実際に立坑掘削時の周辺地盤内の地下水圧の計測、および地下水採水・簡易水質分析を通して、立坑掘削時の周辺地盤内の地下水理状況の変化のモニタリング手法について検討した。地下水圧計測データは立坑掘削の影響、採水の影響、季節変動等に分けて検討を行なった。また、地下水採水時に計測した簡易pH計測および電気伝導度については地層毎の水質特性として検討すると共に、採水効率についても考察を行なった。立坑掘削による地下水理状況への影響を予測するための手法検討としては、三次元地下水流動解析を試みた。前年度の「立坑掘削影響試験のための水理事前調査(II)」において示された水理地質モデルを基に三次元の地下水流動解析用モデルを構築し、これを用いて立坑掘削時の地下水圧の変動および流向・流速、さらに既存坑道内への湧水量および新立坑内への湧水量を予測した。これらの予測値は、立坑掘削時の計測値と比較検討された。

3次元飽和不飽和浸透流解析プログラムTAGSACの概要

今井 久; 柳澤 孝一

PNC TN7410 90-026, 29 Pages, 1990/12

PNC-TN7410-90-026.pdf:0.86MB

動力炉・核燃料開発事業団は広域地下水流動に関する調査・評価手法及び調査機器の開発のために岐阜県東濃地域を対象に広域地下水流動調査研究を行っている。その研究の一環として,110km10km深さ1.000mを解析解消領域にした広域地下水流動調査研究,2300m300m深さ30mを解析対象領域とした立坑堀削に伴う水理学的影響調査研究,320m20m 深さ 50mを解析対象領域とした立坑掘削に伴う水理学的ゆるみ領域の調査解析研究を実施している。本報告書では,こうした調査研究に地下水流動解析コードとして使用している有限要素法3次元非定常飽和不飽和地下水浸透流解析プログラムTAGSACコードについて,1導入理由,2解析研究事例,3使用する支配方程式と不飽和状態でのその取扱いと計算の流れ,4問題点と今後の課題,5TAGSACプログラムソースについて述べ,その後にそのソースと入力データセットの内容について報告する。