(57)【要約】【課題】海水条件下でのグラウト浸透距離を精度よく推定することができるグラウト浸透距離推定方法および推定装置を提供する。【解決手段】淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための方法において、淡水環境下での溶液型グラウトの浸透特性と、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透特性とを比較実験で求めるステップＳ１と、求めた浸透特性を比較した結果に基づいて、淡水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための推定式のゲルタイムに依存する項を補正する補正係数を算出し、算出した補正係数により推定式を補正するステップＳ２、Ｓ３と、補正した推定式に基づいて、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するステップＳ４を備えるようにする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための方法において、淡水環境下での溶液型グラウトの浸透特性と、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透特性とを比較実験で求めるステップと、求めた浸透特性を比較した結果に基づいて、淡水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための推定式のゲルタイムに依存する項を補正する補正係数を算出し、算出した補正係数により推定式を補正するステップと、補正した推定式に基づいて、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するステップを備えることを特徴とするグラウト浸透距離推定方法。
【請求項２】
淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための装置において、比較実験により予め求められた淡水環境下での溶液型グラウトの浸透特性と、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透特性とを比較した結果に基づいて、淡水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための推定式のゲルタイムに依存する項を補正する補正係数を算出し、算出した補正係数により推定式を補正する手段と、補正した推定式に基づいて、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定する手段を備えることを特徴とするグラウト浸透距離推定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気伝導度の高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離推定方法および推定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ナノサイズのコロイダルシリカを主成分とする溶液型グラウト材料は、浸透性、耐久性に優れているので、細粒分の多い砂地盤の止水材料として使用されており、さらに岩盤亀裂への注入材としての利用が期待されている。
【０００３】
このグラウト材料は原液にＫＣｌやＮａＣｌなどの無機塩（硬化促進剤）を添加するとゲル化を開始し、添加量に応じて一定時間経過後にゲル化する。このゲル化までの時間をゲルタイムと呼ぶ。
【０００４】
北欧では、岩盤亀裂評価と溶液型グラウトのゲル化を考慮した浸透理論に基づく合理的なプレグラウチングのためのグラウト設計手法が提唱されている。図２に示すように、この設計フローでは、坑道掘削後の許容湧水量を設定し、（１）長尺のプレボーリング孔等による掘削する坑道の岩盤亀裂評価のための予備調査を行う。次に、（２）調査結果から掘削範囲における岩盤亀裂の透水量係数の総和と分布を算出し、（３）想定される亀裂開口幅の分布をもとに（６）掘削後の湧水量を予測する。その湧水量が設定した許容湧水量を満たすよう「グラウト浸透モデル」を用いて（４）適切な材料選定と（５）グラウト浸透距離に基づく孔配置を設計する。この手法は、スウェーデンの実施主体による地下研究所の深度４５０ｍでの岩盤止水プロジェクト（非特許文献１を参照）や、フィンランドの実施主体による地下研究所の深度４２０ｍでのグラウトプロジェクト（非特許文献２を参照）で採用された実績がある。
【０００５】
また、北欧では、放射性廃棄物処分等に関する坑道止水に溶液型グラウトが使用され、岩盤亀裂にグラウト材が注入する際のグラウト浸透距離の理論式（１）が以下のとおりに開発・適用されている（例えば、非特許文献３を参照）。国内では、瑞浪超深地層研究所の深度５００ｍの研究アクセス南坑道において溶液型グラウトを用いたポストグラウチングの設計時に同理論が適用されている。
【０００６】
【数１】
2020020204.tif 000003
【０００７】
ここで、Imax,2-D  はグラウト孔と交差する亀裂からグラウトが円盤状（２Ｄ）に広がるときの最大浸透距離（理論上の半径）、b は水理学的亀裂開口幅、Δp はグラウト注入差圧（注入圧と湧水圧の差）、tG  はゲル・インダクションタイム（ゲルタイムに依存する時間であって、グラウトの粘性が上昇してゲル化を開始して浸透距離が最大に漸近する時間）、μ0  は溶液型グラウトの配合時の初期粘性である。ゲル・インダクションタイム tG  はゲル化特性のある溶液型グラウトの浸透理論特有の時間（粘性が配合時の２倍になる時間）であって、特筆すべきは最大浸透距離が tG  に依存する点である。また、経験上、tG  はゲルタイムの約１／３の時間とされている。図３に、注入時間に応じた粘性の変化ならびにゲル化の考慮の有無に応じた浸透距離の成長曲線を示す（非特許文献３を参照）。
【０００８】
しかし、沿岸地域で地下水が海水条件下である場合や、高レベル放射性廃棄物の処分場で化石水と呼ばれる地下水によりＮａやＣａが多い条件下、すなわち電気伝導度の高い地下水環境下では、溶液型グラウトが地下水と触れることで瞬時に局所的なゲル化（白濁現象）が起こり、浸透性が低下することがわかっている（例えば、非特許文献４〜６を参照）。
【０００９】
このような地下水環境下での浸透距離に関する理論式は開発されておらず、北欧では地下水環境を真水に変えてから注入するなど、施工上での対策がとられている。
【００１０】
我が国ではｐＨ調整で塩水環境に対応する溶液型グラウトが開発されているが、地下環境は不確実性が多く、こういった地下水海水環境に上記の従来の理論式（１）を適用した場合には、適切な距離を求めることができないことが想定され、不充分な改良を引き起こすおそれがある。
【００１１】
一方、非特許文献７には、様々な亀裂開口幅を模擬して異なる粒径を分布させたサンドコラムを用い、塩水系地下水で満たした場合と水道水で満たした場合において溶液型グラウトを浸透させる比較実験が示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１２】
【非特許文献１】Johan  Funehag  ：  Injekteringen  av  TASS-tunneln  Design,  genomforande  och  resultatfranforinjekteringen,  SKB  R-10-39,  2011
【非特許文献２】Kalle  Hollmen  他：Colloidal  Silica  Grouting  in  Demonstration  Tunnel  2in  ONKALO,  POSIVA  Working  Report  2012-84,  2013
【非特許文献３】Johan  Funehag：Injekteringen  av  TASS-tunneln  Design,  genomforandeoch  resultat  franforinjekteringen,  SKB  R-10-39,  2011
【非特許文献４】枡永幸介、他：海水条件下での溶液型グラウト特性データの取得（その１）−研究の概要−、土木学会第７２回年次学術講演会、ｐｐ２７３−２７４、２０１７
【非特許文献５】辻正邦、他：海水条件下での溶液型グラウト特性データの取得（その２）−海外の地層処分のためのグラウト技術に関する最新動向−、土木学会第７２回年次学術講演会、ｐｐ２７５−２７６、２０１７
【非特許文献６】中島均、他：海水条件下での溶液型グラウト特性データの取得（その３）−基本物性試験−、土木学会第７２回年次学術講演会、ｐｐ２７７−２７８、２０１７
【非特許文献７】Lehtonen  H.：Impact  of  groundwater  salinity  on  penetrationof  colloidal  silica,  Aalto  University,  2015
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
図４は、上記の非特許文献７に示された海水・淡水条件下におけるグラウト注入量の経時変化の比較結果の一例である。この図に示すように、淡水環境下（Ｐｕｔｋｉ１）では３０分程度まで浸透するのに対し、塩水（海水）環境下（Ｐｕｔｋｉ２）では１０分程度で浸透が止まっていることがわかる。ここでのゲルタイムは６０分であり、tG  はゲルタイムの約１／３と前述したが、この結果において淡水環境下（Ｐｕｔｋｉ１）ではゲルタイムの１／３にあたる約２０分経過時におおむね最大の浸透距離に到達し、上記の浸透理論に合致していることがわかる。一方で、塩水環境下（Ｐｕｔｋｉ２）では、淡水環境とほぼ同等の成長曲線を描くものの、ゲルタイムの１／６にあたる約１０分経過時に最大注入量に到達している。
【００１４】
このように、海水環境下（塩水環境下）などの電気伝導度の高い地下水下では、グラウトが海水と混ざり合うことでゲルタイムが早く、すなわちゲル・インダクションタイム tG  が短くなるが、その時点までは淡水環境下と同様の挙動を示すことがわかる。
【００１５】
本発明者は、このことに着目して、海水条件下での溶液型グラウトの浸透理論を検討した。その結果、海水適用時に特有の理論ではなく、上記の従来の理論式（１）に対して、tG  を補正するパラメータである「補正関数φ」を追加することにより、海水適用時のグラウト浸透理論を考案するに至った。
【００１６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、海水条件下でのグラウト浸透距離を精度よく推定することができるグラウト浸透距離推定方法および推定装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るグラウト浸透距離推定方法は、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための方法において、淡水環境下での溶液型グラウトの浸透特性と、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透特性とを比較実験で求めるステップと、求めた浸透特性を比較した結果に基づいて、淡水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための推定式のゲルタイムに依存する項を補正する補正係数を算出し、算出した補正係数により推定式を補正するステップと、補正した推定式に基づいて、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するステップを備えることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明に係るグラウト浸透距離推定装置は、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための装置において、比較実験により予め求められた淡水環境下での溶液型グラウトの浸透特性と、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透特性とを比較した結果に基づいて、淡水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための推定式のゲルタイムに依存する項を補正する補正係数を算出し、算出した補正係数により推定式を補正する手段と、補正した推定式に基づいて、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定する手段を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係るグラウト浸透距離推定方法によれば、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための方法において、淡水環境下での溶液型グラウトの浸透特性と、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透特性とを比較実験で求めるステップと、求めた浸透特性を比較した結果に基づいて、淡水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための推定式のゲルタイムに依存する項を補正する補正係数を算出し、算出した補正係数により推定式を補正するステップと、補正した推定式に基づいて、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するステップを備えるので、海水条件下など電気伝導度の高い地下水環境下で使用する溶液型グラウトの浸透距離を精度よく適切に推定することができるという効果を奏する。
【００２０】
また、本発明に係るグラウト浸透距離推定装置によれば、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための装置において、比較実験により予め求められた淡水環境下での溶液型グラウトの浸透特性と、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透特性とを比較した結果に基づいて、淡水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための推定式のゲルタイムに依存する項を補正する補正係数を算出し、算出した補正係数により推定式を補正する手段と、補正した推定式に基づいて、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定する手段を備えるので、海水条件下など電気伝導度の高い地下水環境下で使用する溶液型グラウトの浸透距離を精度よく適切に推定することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明に係るグラウト浸透距離推定方法および推定装置の実施の形態を示す概略フロー図である。
【図２】図２は、北欧の地下研究所で実践されてきたグラウト設計フローを示す図である。
【図３】図３は、溶液型グラウトの浸透理論に基づく注入時間に対する粘性および浸透距離の関係を示す図である。
【図４】図４は、淡水環境下と海水環境下におけるグラウト注入量の経時変化の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明に係るグラウト浸透距離推定方法および推定装置の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２３】
（海水条件下でのグラウト浸透理論）
まず、本発明の基礎となる海水条件下でのグラウト浸透理論について説明する。
上述したように、本発明者は、上記の図４を分析し、その結果、上記の従来の理論式（１）に対して、tG  を補正するパラメータである「補正関数φ」を追加することにより、以下の理論式（２）で記述される海水条件下でのグラウト浸透理論を考案した。
【００２４】
【数２】
2020020204.tif 000004
【００２５】
ここで、
Imax,2-D    グラウトが円盤状（２Ｄ）に広がるときの最大浸透距離（理論上の半径）
b        水理学的亀裂開口幅
Δp      グラウト注入差圧（注入圧と湧水圧の差）
tG        ゲル・インダクションタイム（ゲル開始時間：ゲルタイムに依存）
μ0        溶液型グラウトの配合時の初期粘性
φ        海水条件下での補正関数
【００２６】
上記の補正関数φの設定例について、図４の比較実験の結果を例にとり説明する。この図に示すように、淡水環境下では３０分程度まで浸透するのに対し、海水環境下では１０分程度で浸透が停止している。上述したように、ゲル・インダクションタイムは、グラウトの粘性が上昇してゲル化を開始して浸透距離が最大に漸近する時間であり、ゲルタイムの約１／３の時間とされている。図４の場合、淡水環境下では約２０分経過時がゲル・インダクションタイムであり、上記の理論式（１）で記述される浸透理論に合致する。一方、塩水環境下（海水環境下）では、淡水環境下の場合とほぼ同等の成長曲線を描き、淡水環境下のゲル・インダクションタイムである約２０分の０．５倍にあたる約１０分経過時に最大注入量に到達する。したがって、ゲル・インダクションタイムが淡水環境下では約２０分になるのに対し、塩水環境下では 約１０分になることから、上記の補正関数φを、φ＝１０分／２０分＝０．５（定数）に設定することができる。
【００２７】
上記の従来の理論式（１）のゲルタイムの依存項に補正関数φを乗じた理論式（２）を用いることで、電気伝導度の高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を精度よく適切に推定することが可能となる。
【００２８】
（グラウト浸透距離推定方法）
次に、本発明に係るグラウト浸透距離推定方法の実施の形態について説明する。
【００２９】
本実施の形態に係るグラウト浸透距離推定方法は、塩水系地下水環境下（例えば海水環境下）での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための方法である。塩水系地下水環境は、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境（塩水環境）である。図１に示すように、この方法は、まず、比較実験を行って、淡水環境下での溶液型グラウトの浸透特性と、塩水環境下での溶液型グラウトの浸透特性とを把握する（ステップＳ１）。浸透特性としては、例えば、図４に示したようなグラウト注入量の経時変化などの時間変化特性を用いることができる。
【００３０】
次に、この浸透特性を比較した結果に基づいて、上記の理論式（１）のゲルタイムに依存する項を補正する補正係数を算出する（ステップＳ２）。ここで、上記の理論式（１）は、淡水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための推定式に相当している。補正係数は、補正関数φのような関数形式で算出または設定してもよいし、定数の形式で算出または設定してもよい。
【００３１】
次に、補正係数を用いて理論式（１）を補正する（ステップＳ３）。この場合、例えば、理論式（１）のゲルタイムの依存項に補正係数（補正関数φ）を乗じることにより補正してもよい。これにより上記の理論式（２）が得られる。この理論式（２）は、塩水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための推定式に相当する。続いて、この理論式（２）を用いて、塩水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定する（ステップＳ４）。
【００３２】
こうすることで、海水条件下など電気伝導度の高い地下水環境下で使用する溶液型グラウトの浸透距離を精度よく適切に推定することができる。このため、例えば沿岸域や放射性廃棄物処分場のような電気伝導度の高い地下水環境下で大量に使用することが想定される溶液型グラウトの注入仕様を合理的に設計することができる。
【００３３】
（グラウト浸透距離推定装置）
次に、本発明に係るグラウト浸透距離推定装置の実施の形態について説明する。
【００３４】
本実施の形態に係るグラウト浸透距離推定装置は、上述したグラウト浸透距離推定方法を装置として具現化したものであり、補正手段と、推定手段とを備える。
【００３５】
補正手段は、比較実験により予め求められた淡水環境下での溶液型グラウトの浸透特性と、塩水環境下での溶液型グラウトの浸透特性とを比較した結果に基づいて、上記の理論式（１）のゲルタイムに依存する項を補正する補正係数を算出し、算出した補正係数により理論式（１）を補正するものである。推定手段は、補正した理論式（１）、つまり理論式（２）に基づいて、塩水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するものである。このグラウト浸透距離推定装置は、例えばＣＰＵを有するコンピュータ、メモリ、ディスプレイ、キーボード等のハードウェア、これらハードウェアを用いて実行されるコンピュータプログラム等のソフトウェアにより構成することができる。
【００３６】
本実施の形態に係るグラウト浸透距離推定装置によれば、海水条件下など電気伝導度の高い地下水環境下で使用する溶液型グラウトの浸透距離を精度よく適切に推定することができる。このため、例えば沿岸域や放射性廃棄物処分場のような電気伝導度の高い地下水環境下で大量に使用することが想定される溶液型グラウトの注入仕様を合理的に設計することができる。
【００３７】
以上説明したように、本発明に係るグラウト浸透距離推定方法によれば、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための方法において、淡水環境下での溶液型グラウトの浸透特性と、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透特性とを比較実験で求めるステップと、求めた浸透特性を比較した結果に基づいて、淡水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための推定式のゲルタイムに依存する項を補正する補正係数を算出し、算出した補正係数により推定式を補正するステップと、補正した推定式に基づいて、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するステップを備えるので、海水条件下など電気伝導度の高い地下水環境下で使用する溶液型グラウトの浸透距離を精度よく適切に推定することができる。
【００３８】
また、本発明に係るグラウト浸透距離推定装置によれば、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための装置において、比較実験により予め求められた淡水環境下での溶液型グラウトの浸透特性と、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透特性とを比較した結果に基づいて、淡水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定するための推定式のゲルタイムに依存する項を補正する補正係数を算出し、算出した補正係数により推定式を補正する手段と、補正した推定式に基づいて、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での溶液型グラウトの浸透距離を推定する手段を備えるので、海水条件下など電気伝導度の高い地下水環境下で使用する溶液型グラウトの浸透距離を精度よく適切に推定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
以上のように、本発明に係るグラウト浸透距離推定方法および推定装置は、砂地盤の止水材料や岩盤亀裂への注入材として使用される溶液型グラウトの浸透距離を推定するのに有用であり、特に、淡水環境よりも電気伝導度が高い地下水環境下での浸透距離を精度よく推定するのに適している。これにより、溶液型グラウトの注入仕様を合理的に設計することができる。
【図１】
2020020204.tif 000005
【図２】
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【図３】
2020020204.tif 000007
【図４】
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