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論文

Crack expansion and fracturing mode of hydraulic refracturing from Acoustic Emission monitoring in a small-scale field experiment

石田 毅*; 藤戸 航*; 山下 寛人*; 直井 誠*; 藤井 宏和*; 鈴木 健一郎*; 松井 裕哉

Rock Mechanics and Rock Engineering, 52(2), p.543 - 553, 2019/02

瑞浪超深地層研究所の深度500mレベル坑道底盤より鉛直下向きにボーリング孔を掘削し水圧破砕を実施した。その際、注入孔から1m離れた4つのボーリング孔内に16個のセンサーを配置し、AEイベントを観測した。最初のブレークダウンは10mL/minの流量で生じ、流量を10mL/minから30mL/minに増加させルことにより、最初のブレークダウンよりも大きな2回目のブレークダウン時に再破砕が生じた。AEの震源位置は最初と2回目のブレークダウンとも破壊していない領域のみに生じ、流量が維持された状態で注入されている時はそれ以外の領域には発生しなかった。破壊されていない領域に発生した最初と2回目のブレークダウン時のAEのP波初動の押し引きより推定される破砕メカニズムは、引張型の破壊と推定された。これらの結果は、流量の増加が水圧破砕亀裂の再破砕に効果的であることを示している。加えて、再破砕時のブレークダウンプレッシャーは1回目よりも大きく、引張型の亀裂進展を示しており、これは水圧破砕に関する古典的な弾性理論と調和的な結果である。

論文

大深度地下掘削時のAE計測における波形分析手法に関する研究

丹生屋 純夫*; 畑 浩二*; 鵜山 雅夫*; 青柳 和平; 若杉 圭一郎

第45回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.226 - 231, 2018/01

日本原子力研究開発機構と大林組は、幌延深地層研究センターの深度350m以深を対象に、長期耐久性を期待して設置した光ファイバー式センサで、立坑周辺岩盤の水理・力学的な挙動として、AE(アコースティック・エミッション: Acoustic Emission)、間隙水圧及び温度を長期的に計測している。当該計測データを共振特性を用いて整理した結果、5種類の波形パターンから岩盤AEをさらに精度良く弁別することが課題となっていた。そこで、岩盤AEとそれ以外のAEと言うカテゴリーで弁別することを主眼に「スペクトルピークの半値幅」という定量的な弁別条件を適用し、岩盤AEの抽出精度向上を試みた。その結果、判別が不明瞭な波形特性を呈した岩盤AEも適切に抽出することが可能となった。

報告書

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); 掘削影響の修復・軽減技術の開発(委託研究)

深谷 正明*; 竹田 宣典*; 三浦 律彦*; 石田 知子*; 畑 浩二*; 鵜山 雅夫*; 佐藤 伸*; 大熊 史子*; 早金 沙綾香*; 松井 裕哉; et al.

JAEA-Technology 2016-035, 153 Pages, 2017/02

JAEA-Technology-2016-035.pdf:37.6MB

超深地層研究所計画における平成27年度の工学技術に関する検討のうち、「掘削影響の修復・軽減技術の開発」の研究の一環として、現在実施中の再冠水試験に伴う止水壁や冠水坑道周辺岩盤の挙動に関する詳細検討を行った。その結果、特に止水壁の温度変化については、解析結果と止水壁内の計測結果がよく一致しており、設計時に検討したクーリング対策工により温度応力によるひび割れの発生は防止できたと考えられる。また、冠水に伴う止水壁と岩盤境界の挙動についても、水-応力連成解析結果と種々の計測結果との比較検討により、解析で設定したモデルは概ね適切との結論を得た。

論文

光計測を用いた幌延深地層研究センターの立坑周辺岩盤における長期挙動評価

畑 浩二*; 丹生屋 純夫*; 青柳 和平

第14回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(インターネット), 6 Pages, 2017/01

北海道幌延町に位置する日本原子力研究開発機構の幌延深地層研究センターでは、高レベル放射性廃棄物地層処分技術の信頼性向上に係わる種々な研究を実施している。その内、空洞周辺岩盤の長期挙動モデルを開発するため、深度350m以深の立坑を対象に掘削前から掘削完了後の維持管理期間にわたって力学的・水理学的挙動に着目し、光式のAEセンサ・間隙水圧センサ・温度センサを用いて長期計測を継続中である。計測結果から、掘削時には立坑壁面に近いほどAE、間隙水圧および温度の変化は大きく、壁面1.5m程度までを掘削損傷領域と評価した。一方、掘削後の維持管理段階では、力学的な損傷領域の広がりは認められないが、立坑近辺では不飽和領域が広がることが認められた。

報告書

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); 掘削影響の修復・軽減技術の開発(委託研究)

深谷 正明*; 畑 浩二*; 秋好 賢治*; 佐藤 伸*; 竹田 宣典*; 三浦 律彦*; 鵜山 雅夫*; 金田 勉*; 上田 正*; 原 朗*; et al.

JAEA-Technology 2016-002, 195 Pages, 2016/03

JAEA-Technology-2016-002.pdf:46.3MB
JAEA-Technology-2016-002-appendix(CD-ROM).zip:16.11MB

瑞浪超深地層研究所計画における平成26年度の工学技術に関する検討5「掘削影響の修復・軽減技術の開発」の研究の一環として、将来実施が計画されている冠水坑道を地下水で満たす試験に必要となる止水壁他の検討を行った。具体的には、(1)止水壁の機能, 構造, 材料, 施工及び品質管理方法等の検討、(2)冠水坑道を地下水で満たす試験時の止水壁周辺岩盤への影響の解析的予測、を実施した。その結果、予測される最大水圧,温度応力及び地震力に対する岩盤を含む構造安全性、漏水抑制、冠水坑道へのアクセス確保及び計測ケーブルの貫通等の要求を満足する止水壁等の仕様を決定するとともに止水壁設置後の冠水による止水壁周辺岩盤の挙動に関する予察的な知見を得た。

論文

マルチ光計測プローブを用いた幌延深地層研究センターの立坑掘削損傷評価

畑 浩二*; 丹生屋 純夫*; 青柳 和平; 藤田 朝雄

第44回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.319 - 324, 2016/01

日本原子力研究開発機構の幌延深地層研究センターにおいて、深度350m以深の立坑掘削時から掘削後の維持管理段階で掘削影響評価のための長期モニタリングを実施中である。計測ツールには、光式AEセンサ,光式間隙水圧センサおよび光式温度センサを1本のボーリング孔内に設置可能なマルチ光計測プローブを開発し利用した。AE,間隙水圧および温度を測定した結果、立坑壁面に近いほど変化は大きく、掘削の影響が明らかになった。また、AE震源位置標定解析結果から、立坑壁面1.5m未満までが掘削影響領域と評価した。

論文

深度500m瑞浪超深地層研究坑道に設置する止水壁の設計

佐藤 稔紀; 見掛 信一郎; 三浦 律彦*; 石田 知子*

トンネルと地下, 46(12), p.901 - 911, 2015/12

日本原子力研究開発機構は、岐阜県瑞浪市の瑞浪超深地層研究所において、高レベル放射性廃棄物の地層処分技術に関する研究開発のうち、深地層の科学的研究を実施している。研究所は2本の立坑と複数の水平坑道群からなる地下施設で、現在、深度500mまで掘削が進んでいる。深度500mの水平坑道における原位置試験のひとつとして、再冠水試験を実施している。再冠水試験は、斜坑でアクセスした延長約40mの坑道の入口に止水壁を設置して、坑道が地下水で冠水される際の周辺岩盤の挙動や地下水の水圧・水質の変化を観測するものである。止水壁には冠水時の遮水・耐圧機能が求められるとともに、将来の当該施設の閉鎖時のプラグの役割を担うことになる。本報告では、国内外の類似事例を参照して、止水壁の形状や材料について検討するとともに、構造解析や熱応力解析の結果及び計測計画を示す。

報告書

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25年度); 掘削影響の修復・軽減技術の開発(委託研究)

深谷 正明*; 畑 浩二*; 秋好 賢治*; 佐藤 伸*; 竹田 宣典*; 三浦 律彦*; 鵜山 雅夫*; 金田 勉*; 上田 正*; 戸田 亜希子*; et al.

JAEA-Technology 2014-040, 199 Pages, 2015/03

JAEA-Technology-2014-040.pdf:37.2MB

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として進めてきた。本研究は、「掘削影響の修復・軽減技術の開発」の一貫として、深度500m研究アクセス北坑道における再冠水試験のための止水壁に関する検討を実施した。具体的には、止水壁やプラグに関する国内外の文献調査を実施し、この結果を基に、設計条件の検討、解析による止水壁躯体の設計と岩盤安定性の評価、主な部材の材料選定、止水グラウトの検討などを実施した。

報告書

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24年度(委託研究)

深谷 正明*; 納多 勝*; 畑 浩二*; 竹田 宣典*; 秋好 賢治*; 石関 嘉一*; 金田 勉*; 佐藤 伸*; 柴田 千穂子*; 上田 正*; et al.

JAEA-Technology 2014-019, 495 Pages, 2014/08

JAEA-Technology-2014-019.pdf:82.23MB

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」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、これら4項目の工学技術研究として、深度500mまでの研究坑道の施工によって取得された計測データを用いて、設計の妥当性の検討や施工管理のための計測結果の分析と課題の抽出、パイロットボーリングから得られた情報の有効性に関する評価を行うとともに、研究坑道掘削工事で適用される技術の抽出と有効性評価を実施し、今後の技術開発の方向性について検討を加えた。

報告書

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21年度,平成22年度(委託研究)

井尻 裕二*; 納多 勝*; 延藤 遵*; 松井 裕哉; 見掛 信一郎; 橋詰 茂

JAEA-Technology 2013-047, 819 Pages, 2014/03

JAEA-Technology-2013-047-01.pdf:41.49MB
JAEA-Technology-2013-047-02.pdf:25.26MB

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」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、これら4項目の工学技術研究として、深度460mまでの研究坑道の施工によって取得された計測データを用いて、設計の妥当性の検討や施工管理のための計測結果の分析と課題の抽出、パイロットボーリングから得られた情報の有効性に関する評価を行うとともに、研究坑道掘削工事で適用される技術の抽出と有効性評価を実施し、今後の技術開発の方向性について検討を加えた。

論文

結晶質岩中の立坑掘削を対象とした脆弱部における空洞及び周辺岩盤の力学的挙動に関する検討

橋詰 茂; 松井 裕哉; 堀内 泰治; 畑 浩二*; 秋好 賢治*; 佐藤 伸*; 柴田 千穂子*; 丹生屋 純夫*; 納多 勝*

第13回岩の力学国内シンポジウム講演論文集(CD-ROM), p.121 - 126, 2013/01

瑞浪超深地層研究所は、結晶質岩(土岐花崗岩)を研究対象とした深地層の研究施設であり、地層処分研究開発の基盤である深地層の科学的研究の一環として、深地層における工学技術に関する研究開発を目的のひとつとして実施している。現在は、研究坑道掘削と並行し、結晶質岩を対象とした設計・施工計画技術,建設技術,施工対策技術及び安全を確保する技術の有効性を確認するための調査研究を進めている。本報告では、同研究所の立坑掘削により、地表から深度500m地点まで掘削断面を縦断するようなほぼ垂直傾斜の断層が分布する地質条件下で生じた立坑覆工の応力変化や岩盤内変位を分析し得られた、大深度の脆弱な岩盤中の空洞及び周辺岩盤の力学的安定性に関する知見を述べる。

報告書

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20年度(委託研究)

井尻 裕二*; 納多 勝*; 笹倉 剛*; 延藤 遵*; 松井 裕哉; 見掛 信一郎; 橋詰 茂

JAEA-Technology 2012-018, 288 Pages, 2012/07

JAEA-Technology-2012-018.pdf:19.13MB

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」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、これら4項目の工学技術研究として、深度300mまでの研究坑道の施工によって取得された計測データを用いて、設計の妥当性の検討や施工管理のための計測結果の分析と課題の抽出、地山安定化対策の有効性に関する評価などを行うとともに、研究坑道掘削工事で適用されている技術の抽出と有効性評価を実施し、今後の技術開発の方向性について検討を加えた。

論文

長期岩盤挙動評価技術への適応性検討,1; 浸透-応力連成解析を用いた断層部に位置する立坑の力学挙動評価

納多 勝*; 佐藤 伸*; 丹生屋 純夫*; 畑 浩二*; 松井 裕哉; 見掛 信一郎

第41回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.202 - 207, 2012/01

瑞浪超深地層研究所における主立坑は断層部に位置しており、その影響によって異方性の地下水流動場が確認されている。今後、裏面排水材の劣化や地下水場の変化によっては水圧による覆工応力が増加し覆工に変状が生じる可能性もある。そのため、水圧変化による影響を予測する手法について検討する必要がある。そこで、本検討では水-応力連成解析を実施し、透水性の異方性の影響について主立坑で計測されているB計測との比較を行い解析方法の妥当性の検討を行った。検討の結果、顕著な水圧依存の傾向は見られなかったものの、透水性の異方性を考慮することによって本立坑の挙動を模擬することができ、劣化手法の予測としての水-応力連成解析の適応性を確認した。

論文

長期岩盤挙動評価技術への適応性検討,2; コンプライアンス可変型モデルのパラメータ設定方法と岩盤挙動評価への適応性検討

佐藤 伸*; 納多 勝*; 丹生屋 純夫*; 畑 浩二*; 松井 裕哉; 見掛 信一郎

第41回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.208 - 213, 2012/01

岩盤の長期挙動の一つとしてクリープ現象があり、それを表現するモデルの一つとしてコンプライアンス可変型モデルがある。これまでの多くの岩盤クリープに関する検討は、対象とする岩質に対して一軸圧縮試験等からモデルパラメータを取得し、それを用いた2次元の解析を実施してモデルとパラメータ値の検証がなされているものが多い。そこで、本検討では主立坑建設時に実施されたパイロットボーリングの岩石コアを用いて各地質区分における一軸圧縮試験からモデルパラメータの設定を行った。さらに、同定されたパラメータを用いて3次元の掘削解析を実施して、実測値との比較を行った。検討の結果、おおむね実測値を再現できパラメータの同定方法並びに解析手法の妥当性を確認した。

論文

パイロットボーリング調査から設定した力学モデルの有効性検討

丹生屋 純夫*; 松井 裕哉; 見掛 信一郎; 佐藤 伸*; 納多 勝*; 畑 浩二*

第41回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.214 - 219, 2012/01

日本原子力研究開発機構は、岐阜県瑞浪市の超深地層研究所主立坑において工学技術に関する研究開発を進めている。平成22年度の研究において、パイロットボーリング調査の有効性を確認したが、その際力学物性値の設定では、立坑深度500m施工前に実施されたパイロットボーリング(深度180m$$sim$$500m)によって得られた岩石コアの一軸圧縮強さより電研式の岩盤分類を用いて物性値を定めており、地山のき裂や風化等の影響が十分考慮されていない可能性があった。本研究では、パイロットボーリング調査によって取得したコアを用いた室内試験,コア観察データ及び主立坑壁面観察データを用いRMRを算定し、算定したRMRより静弾性係数等の力学物性値を評価するとともに、孔内PS検層結果から評価した力学物性値と比較した。その結果、主立坑に出現している脆弱な岩盤においてもRMRのような岩盤分類手法に基づく物性値評価が可能であることが示唆された。

論文

Staus of the Mizunami URL construction and study on engineering technology

松井 裕哉; 納多 勝*; 延藤 遵*

Proceedings of ITA-AITES 2011 World Tunnel Congress/37th General Assembly (USB Flash Drive), 8 Pages, 2010/05

原子力機構は岐阜県瑞浪市及び北海道幌延町の結晶質岩,堆積岩を対象とした2つの深地層の研究施設で地質環境調査や深地層の工学技術の研究開発を行っている。このうち、瑞浪にて実施しているプロジェクト(超深地層研究所計画)では、おもに結晶質岩を対象とした研究開発を進めている。瑞浪超深地層研究所は2つの立坑,水平坑道及びボーリング横坑から構成され、掘削深度は、2010年11月時点で460mに達している。工学技術の開発は、設計施工技術,掘削技術,施工対策技術及び安全を確保する技術の有効性確認という4つの課題を設定して進めている。設計施工技術については、掘削中の岩盤分類及び掘削ずりを用いた一軸圧縮試験結果と設計時の岩盤モデルとの比較を通じ、予測の妥当性が確認しかつ、断層に遭遇した主立坑ではパイロットボーリング調査の有効性を示した。掘削技術では、ショートステップ工法の有効性やスムースブラスティング工法の適用性を示すとともに、施工対策技術ではグラウチングにより数十Luから1Lu程度までの岩盤の透水性の改良が可能であることを示した。

論文

低アルカリ性セメントを用いた地下施設の本格的な施工; 安全な地層処分実現に向けた新技術の実証

畑中 耕一郎; 中山 雅

コンクリートテクノ, 29(2), p.36 - 44, 2010/02

原子力機構では、処分坑道の支保工に使用されるコンクリートからの浸出水の低アルカリ化を実現するために、ポゾラン反応に着目し、OPCとポゾラン材料であるシリカフュームとフライアッシュを混合した低アルカリ性セメント(HFSC)を開発し、種々の配合条件下での性能や施工性について検討してきた。その結果、OPCと同等の支保工としての性能や施工性を維持するとともに浸出水のpHを11程度にするHFSCの配合条件を設定できる見通しを得たことから、幌延深地層研究計画地下施設の深度140mの調査坑道の一部において、HFSCを用いた本格的な吹付け施工を行った。その結果、HFSCはOPCと同等の施工性を有し、坑道支保工として適用できることが確認された。低アルカリ性セメント材料を使用した地下施設の本格的な施工は世界で初めてのことである。

報告書

幌延深地層研究計画における低アルカリ性セメントの適用性に関する研究,3(委託研究)

中山 雅; 小林 保之; 野口 聡; 三浦 律彦*; 納多 勝*; 入矢 桂史郎*; 人見 尚*

JAEA-Research 2009-036, 49 Pages, 2009/11

JAEA-Research-2009-036.pdf:20.34MB

幌延深地層研究計画では、坑道の一部において低アルカリ性セメント(HFSC)を用いたコンクリートの施工性確認試験(原位置試験)の実施を計画しており、それまでにHFSCが実工事での施工に耐えうる性能を持つことを確認しておく必要がある。平成20年度は、HFSCを立坑の支保工に適用するための覆工コンクリートとしての配合選定,pH低下挙動の把握及び幌延の地下水を模擬した溶液との相互作用についての検討を実施した。HFSCを用いた覆工コンクリートの配合選定においては、補強繊維であるポリプロピレン短繊維を使用した場合と使用しない場合について、高強度配合と一般強度配合の合計4種類の配合を検討し、推奨配合を選定した。幌延の地下施設建設においては、型枠の脱型などで36時間での極初期強度が要求されるが、HFSC424と高性能AE減水剤の組合せで、要求性能を満足できることを確認した。pH低下挙動については、HFSC226, 325, 424, 523及び吹付け配合のHFSC424に対して、材齢3年または6年における浸漬水のpHの測定及び固相,液相の組成について分析評価した。その結果、pHは11.3程度であり、緩やかに低下する傾向を示した。幌延の地下水を模擬した溶液との相互作用については、HFSC424に対して、溶脱試験を実施した。3日ごとの溶液交換を30回繰り返し、固相及び液相の分析を行った。その結果、HFSC424は、OPCに比べ溶脱量が小さく、溶脱範囲は1/4程度に留まる結果を得た。

報告書

幌延深地層研究計画における低アルカリ性セメントの適用性に関する研究,2(委託研究)

中山 雅; 小林 保之; 松田 武*; 納多 勝*; 入矢 桂史郎*; 竹田 宣典*

JAEA-Research 2009-035, 70 Pages, 2009/11

JAEA-Research-2009-035.pdf:11.27MB

高レベル放射性廃棄物の地層処分施設では、坑道の空洞安定性などの観点から、支保工,覆工などにセメント系材料の使用が想定されている。セメント系材料が、地下水と接触することで地下水のpHが12$$sim$$13程度に上昇することが考えられ、人工バリア材料や天然バリアを変質させ、処分システムの長期性能に影響を及ぼす可能性がある。このような影響を低減することを目的として、原子力機構ではポゾラン反応を利用した低アルカリ性セメント(HFSC)の開発を進めており、幌延深地層研究計画において、HFSCを地下施設建設工事に実際に使用する原位置施工試験を計画している。平成19年度は、HFSC中の鉄筋腐食挙動の評価,HFSCを用いたコンクリート材料のpH低下挙動の把握及びこれまでの知見の整理を実施した。6年間の海洋暴露試験結果からHFSCを用いた鉄筋コンクリートの腐食ひび割れの発生時期を評価した結果、HFSCを用いた鉄筋コンクリートでは鉄筋径を適切に選定することで最大150年程度はひび割れが発生しないことが示唆された。pH低下挙動については、蒸留水への長期浸漬供試体の分析を実施し、pHが緩やかに低下する傾向であることを確認した。また、これまでに得られた知見を整理し、実施工における品質管理手法を取りまとめた。

報告書

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19年(委託研究)

納多 勝*; 須山 泰宏*; 延藤 遵*; 井尻 裕二*; 見掛 信一郎; 松井 裕哉

JAEA-Technology 2009-009, 194 Pages, 2009/07

JAEA-Technology-2009-009.pdf:44.14MB

超深地層研究所計画における工学技術に関する研究のうち、大深度地質環境下における工学技術に関する研究は、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の4項目に分類して進めている。平成19年度の工学技術に関する研究では、「第2段階」で実施してきた工学技術の成果と課題の整理,花崗岩部において掘削時に得られた計測データを用いた現段階(200mレベルまで掘削済み)までにおける設計の妥当性の確認,地山補強対策工の注入効果の検討,施工実態の把握と当初設計との差異の評価に資する情報の整理,高差圧の影響評価に関する検討,坑道の長期維持・補修に関する調査計画方針の立案などを実施した。さらに、プロジェクト全体を対象としたリスク事象を抽出し、既往の検討事例を参考に各リスク事象に対するリスク評価方法について概略的な検討を行った。

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