(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削した坑道の内空側にセグメントを円環状に設置しながら、設置したセグメントと坑道の内面との間に裏込め材を充填し、一部に設けた検査窓を塞ぐ蓋体が地山側に進出可能な円環状のセグメント組立支保体を構築し、
その後、前記蓋体に坑道の内空側から地山側に作用する所定の荷重を載荷し、前記蓋体の変位量を計測することを特徴とする裏込め材の変形特性の確認方法。
【請求項２】
掘削した坑道の内空側にセグメントを円環状に設置しながら、設置したセグメントと坑道の内面との間に裏込め材を充填し、一部が地山側に進出可能な円環状のセグメント組立支保体を構築し、
その後、前記一部に坑道の内空側から地山側に作用する振動を加え、前記裏込め材を締め固めることを特徴とする裏込め材の変形特性の改良方法。
【請求項３】
さらに、裏込め材を締め固めることにより生じた空隙に裏込め材を補充することを特徴とする請求項２に記載の裏込め材の変形特性の改良方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかの方法に用いるセグメント組立支保体であって、円環状に組み立てられるセグメントに設けた検査窓を塞ぐ蓋体が地山側に進出可能であり、
前記検査窓は、前記セグメントの内側から外側に向けて拡開した窓枠を有し、前記蓋体は、前記セグメントの内側から外側に向けて拡開し、前記窓枠に嵌る外形を有することを特徴とするセグメント組立支保体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、裏込め材の変形特性の確認方法および裏込め材の変形特性の改良方法、ならびに、これら方法に用いるセグメント組立支保体に関する。
【背景技術】
【０００２】
高レベルの放射性廃棄物の地層処分施設において、支保工やグラウトに用いるセメント系材料は、地下水に溶出し、高アルカリ環境を生じさせる。このような高アルカリ環境は、緩衝材や埋め戻し材に使用するベントナイト系の土質材料や周辺岩盤に変質を生じさせ、長期的な性能の確保に不確実性を増大させる結果になる。
【０００３】
このような課題を解決すべく、図１に示すように、支保工に岩石を利用したセグメント１０４を用いる坑道が提案されている。図２に示すように、岩石を利用したセグメント１０４は、鋼製の型枠１４１に花崗岩等の岩石ブロック１４２を配置するとともに、岩石ブロック１４２と岩石ブロック１４２との間、および岩石ブロック１４２と型枠１４１との間に生じる隙間にモルタル（図示せず）を充填した複合セグメントである（たとえば、特許文献１および非特許文献１参照）。
【０００４】
ところで、支保工にセグメントを用いて坑道を構築しても、坑道の掘削が進行するにつれて坑道の内面（地山の掘削壁面）がせり出してきたときに、その変形がセグメントに伝達されなければ、セグメントが地山の内空変形に抵抗することができない。これにより、支保工にセグメントを用いて坑道を構築する場合には、セグメントと坑道の内面との間に生じる空隙に裏込め材を充填することが要求される。
【０００５】
たとえば、上述した高レベルの放射性廃棄物の地層処分施設では、セメント系材料を極力使用しないことから、裏込め材に砕石を用いることが提案されている（たとえば、非特許文献１および非特許文献２参照）。
【０００６】
しかしながら、裏込め材を充填しても、その充填が不十分だったり、充填した裏込め材の弾性係数が小さかったりすると、セグメントが地山の内空変形に抵抗することができない。これにより、セグメントの支保反力が十分に効果を発揮するためには、裏込め材の変形特性が適切でなければならない（裏込め材の剛性（ヤング率）が大きくなければならない）。
【０００７】
すなわち、セグメントと坑道の内面（地山の掘削壁面）との間に裏込めする裏込め材の剛性（ヤング率）ができるだけ大きく、かつ、地山が内空側に変形して地圧が作用した時の裏込め材の微少変形時の反力が大きいことが望ましい。
【０００８】
このような技術的課題を認識し、裏込め材の変形特性についての試験研究が進んでいる。たとえば、図３に示すように、円筒形の鋼製枠（内径３００ｍｍ，高さ２５０ｍｍ）１０７に砕石（１００ｍｍ〜２００ｍｍ）１０６を充填するとともに、その上に円板（外径３００ｍｍ）１０８を載せて載荷し、円板１０８の変位量と載荷応力との関係を求めた試験結果が報告されている。この試験において、期待する支保反力を２ＭＰａとすると、その載荷応力に至るまでの変位量（初期変位量）は、図４に示すように、吹き込み充填しただけの場合には、１１〜２４ｍｍとなり、初期載荷時の低応力領域における変位量が問題となることが指摘されている（たとえば、非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２５０７９５号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】林克彦、野口聡ほか、「高レベル放射性廃棄物処分施設における坑道支保工に用いるセメント系材料の低減化技術に関する研究」日本原子力研究開発機構、地層処分研究開発部門、地層処分基盤研究開発ユニット
【非特許文献２】多田浩幸、熊坂博夫ほか、「岩石利用セグメント支保工の裏込め砕石の変形特性試験と坑道の安定性の検討」土木学会、第６６回年次学術講演会（平成２３年度）ｐ．１１７〜１１８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、山岳トンネルなどの坑道では、裏込め材の変形特性が問題となることはなく、裏込め材の変形特性を確認する確認方法や、裏込め材の変形特性が十分でない場合に裏込め材の変形特性を改良する改良方法は確立していない。
【００１２】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、裏込め材の変形特性を確認する裏込め材の変形特性の確認方法および裏込め材の変形特性を改良する裏込め材の変形特性の改良方法、ならびに、これら方法に用いるセグメント組立支保体を提供することを目的にする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、掘削した坑道の内空側にセグメントを円環状に設置しながら、設置したセグメントと坑道の内面との間に裏込め材を充填し、一部が地山側に進出可能な円環状のセグメント組立支保体を構築し、その後、前記一部に坑道の内空側から地山側に作用する所定の荷重を載荷し、前記一部の変位量を計測することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、掘削した坑道の内空側にセグメントを円環状に設置しながら、設置したセグメントと坑道の内面との間に裏込め材を充填し、一部が地山側に進出可能な円環状のセグメント組立支保体を構築し、その後、前記一部に坑道の内空側から地山側に作用する振動を加え、前記裏込め材を締め固めることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、上記発明において、さらに、裏込め材を締め固めることにより生じた空隙に裏込め材を補充することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、上述した方法に用いるセグメント組立支保体であって、円環状に組み立てられるセグメントに設けた検査窓を塞ぐ蓋体が地山側に進出可能であることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、上記発明において、前記検査窓は、前記セグメントの内側から外側に向けて拡開した窓枠を有し、前記蓋体は、前記セグメントの内側から外側に向けて拡開し、前記窓枠に嵌る外形を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明にかかる裏込め材の変形特性の確認方法は、掘削した坑道の内空側にセグメントを円環状に設置しながら、設置したセグメントと坑道の内面との間に裏込め材を充填し、一部が地山側に進出可能な円環状のセグメント組立支保体を構築し、その後、セグメント組立支保体の地山側に進出可能な一部に坑道の内空側から地山側に作用する所定の荷重を載荷し、セグメント組立支保体の地山側に進出可能な一部の変位量を計測するので、裏込め材の変形特性を確認できる。
【００１９】
本発明にかかる裏込め材の変形特性の改良方法は、掘削した坑道の内空側にセグメントを円環状に設置しながら、設置したセグメントと坑道の内面との間に裏込め材を充填し、一部が地山側に進出可能な円環状のセグメント組立支保体を構築し、その後、セグメント組立支保体の地山側に進出可能な一部に坑道の内空側から地山側に作用する振動を加え、裏込め材を締め固めることで、裏込め材の変形特性を改良できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１は、岩石利用セグメントを用いて構築した坑道を示す半断面鳥瞰図である。
【図２】図２は、図１に示した岩石利用セグメントを示す斜視図である。
【図３】図３は、裏込め材の変形特性を求める変形試験装置を示す図であって、裏込め材に砕石を用いた例を示す図である。
【図４】図４は、裏込め材に砕石を用いた場合の裏込め材の変形特性を示す図である。
【図５】図５は、岩石利用セグメントを用いて構築した坑道を示す半断面鳥瞰図である。
【図６】図６は、図５に示した岩石利用セグメントを示す斜視図である。
【図７】図７は、本発明の実施の形態である裏込め充填した砕石の変形特性の確認方法に用いる岩石利用セグメントを示す断面模式図である。
【図８−１】図８−１は、セグメント組立支保体の構築手順を示す図であって、岩石利用セグメントを設置し、砕石を裏込め充填している状態を示す図である。
【図８−２】図８−２は、セグメント組立支保体の構築手順を示す図であって、セグメント組立支保体を構築した状態を示す図である。
【図８−３】図８−３は、セグメント組立支保体に支保反力が作用した状態を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施の形態である裏込め材の変形特性の確認方法において、蓋体に所定の荷重を載荷した状態を示す断面模式図である。
【図１０−１】図１０−１は、本発明の実施の形態である裏込め材の変形特性の改良方法において、裏込め充填した砕石に振動を与え始めた時の状態を示す断面模式図である。
【図１０−２】図１０−２は、本発明の実施の形態である裏込め材の変形特性の改良方法において、裏込め充填した砕石に振動を与え終えた時の状態を示す断面模式図である。
【図１１】図１１は、本発明の実施の形態である裏込め材の変形特性の改良方法において、砕石を補充する状態を示す断面模式図である。
【図１２】図１２は、本発明の実施の形態である裏込め材の変形特性の改良方法において、砕石を補充する状態の別の例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に、本発明にかかる、裏込め材の変形特性の確認方法および裏込め材の変形特性の改良方法、ならびに、これら方法に用いるセグメント組立支保体の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、ここでは、図５に示すように、高レベルの放射性廃棄物を埋設処分する処分施設１において、岩石を利用したセグメント４でセグメント組立支保体５を構築し、裏込め材に砕石６を用いた例を説明するが、これにより、この発明が限定されるものではない。
【００２２】
図５に示すように、セグメント組立支保体５は、坑道３の内面（地山の掘削壁面）がせり出してきたときに、地山２の内空変形に抵抗するためのもので、掘削した坑道３の内空側に円環状に構築される。セグメント組立支保体５は、複数のセグメント４を円環状に設置することにより構築され、本実施の形態で構築されるセグメント組立支保体５は、地山２の内空変形に抵抗する状態で、一部のセグメント４あるいはセグメント４の一部を地山側に進出可能に構築する。
【００２３】
図６に示すように、本実施の形態で用いるセグメント４は、上述したように、岩石を利用したセグメント４（以下、「岩石利用セグメント４」という）であり、鋼製の型枠４１に花崗岩等の岩石ブロック４２をまんべんなく配置するとともに、岩石ブロック４２と岩石ブロック４２との間、および、岩石ブロック４２と型枠４１との間に生じる隙間にモルタル４４を充填した複合セグメントである。岩石利用セグメント４は、正面視円弧状に形成してあり、型枠４１は、正面視円弧状に湾曲形成された板状部（鋼板）４１１と、板状部４１１に溶接され、板状部４１１の上に箱状に形成された枠部４１２とを備えて構成してある。本実施の形態で用いる型枠４１は、坑道３の内空側に設置した場合に、坑道３の内空側となる内側を板状部４１１が覆うように、内側に板状部４１１を配置し、外側に枠部４１２を配置する。これにより、本実施の形態の岩石利用セグメント４は、岩石ブロック４２の表面が外側面に露出することになるが、その外側面（地山に対向する面）は滑らかに形成してあり、砕石６（裏込め材）を充填する場合にも砕石６が詰まることがない。
【００２４】
また、図７に示すように、本実施の形態で用いる岩石利用セグメント４には、その中央に検査窓４３が設けてある。検査窓４３は、岩石利用セグメント４の一部（蓋体４３２）を地山側に進出可能に構成したもので、岩石利用セグメント４の中央に設けた窓枠４３１と、該窓枠４３１を塞ぐ蓋体４３２と、蓋体４３２が窓枠４３１を塞いだ状態で蓋体４３２を固定する固定治具４３３とを有している。窓枠４３１は、岩石利用セグメント４の内側から外側に向けて漸次拡開するように形成してある。窓枠４３１は、たとえば、岩石利用セグメント４の地山接触面積の３％〜２０％を占める大きさを有し、たとえば、角錐台状あるいは円錐台状に形成してある。蓋体４３２は、岩石利用セグメント４の内側から外側に向けて漸次拡開し、窓枠４３１に嵌る外形（角錐台状あるいは円錐台状）を有している。これにより、蓋体４３２は、坑道３の内空側から地山側に進出可能となり、内空側に退出することはない。また、蓋体４３２は、窓枠４３１を塞いだ状態で、その外側面が岩石利用セグメント４の外側面と面一となり、砕石６（裏込め材）を充填する場合にも砕石６が検査窓４３に詰まることはない。なお、窓枠４３１と蓋体４３２とは、たとえば、金属で構成され、蓋体４３２を窓枠４３１に溶接することにより、蓋体４３２を窓枠４３１に固定することが可能である。
【００２５】
また、図１１に示すように、本実施の形態で用いる岩石利用セグメント４のうち、天端部に設置する岩石利用セグメント４Ａの検査窓４３Ａは、蓋体４３２Ａに補充口４３２Ａ１が設けてある。補充口４３２Ａ１は、設置した岩石利用セグメント４と坑道３の内面との間に生じた空隙に砕石を補充するためのもので、図１１に示すように、鉛直方向に蓋体４３２Ａを貫通するものであってもよいし、図１２に示すように、斜め方向に蓋体４３２Ａを貫通するものものであってもよい。
【００２６】
上述した岩石利用セグメント４を用いて坑道を構築する場合には、図５に示すように、掘削した坑道３の内空側にセグメント組立支保体５を構築しながら坑道３を掘り進める。具体的には、坑口側から切羽側に順次セグメント組立支保体５を構築し、坑道３を掘り進める。
【００２７】
セグメント組立支保体５を構築する場合には、図８−１に示すように、掘削した坑道３の内空側に岩石利用セグメント４を円環状に設置しながら、設置した岩石利用セグメント４と坑道３の内面との間に砕石６を裏込め充填する。具体的には、いくつかの岩石利用セグメント４を設置するごとに、設置した岩石利用セグメント４と坑道３の内面との間に砕石６を裏込め充填する。このように、岩石利用セグメント４を円環状に設置しながら、設置した岩石利用セグメント４と坑道３の内面との間に砕石６を裏込め充填すると、図８−２に示すように、掘削した坑道３の内空側に円環状のセグメント組立支保体５が構築される。
【００２８】
つぎに、岩石利用セグメント４に設けた検査窓４３を用いて裏込め充填した砕石６の変形特性を確認する。具体的には、図９に示すように、まず、固定治具４３３（図７参照）を取り外し、蓋体４３２を坑道３の内空側から地山側に進出可能にする。つぎに、蓋体４３２に載荷装置（たとえば、油圧ジャッキ）Ｐをあてがい、蓋体４３２に所定の荷重を載荷し、このときの蓋体４３２の変位量を計測する。計測した変位量が所定の値よりも小さい場合には、砕石６が所望の密度でまんべんなく充填され、所望の剛性が発揮することになる。このように砕石６がまんべんなく充填され、所望の剛性を発揮する場合には、図８−３に示すように、円環状のセグメント組立支保体５が地山２の内空変形に抵抗することになる。この場合には、固定治具４３３（図７参照）を取り付け、蓋体４３２が窓枠４３１を塞いだ状態で蓋体４３２を固定する。一方、計測した変位量が所定の値よりも大きい場合には、砕石６が所望の密度で充填されていないことになる。
【００２９】
砕石６が所望の密度で充填されていないことを確認した場合には、岩石利用セグメント４に設けた検査窓４３を用いて裏込め充填した砕石６の変形特性を改良する。具体的には、図１０に示すように、蓋体４３２に振動体（たとえば、バイブレータ）Ｂをあてがい、蓋体４３２に坑道３の内空側から地山側に作用する振動を加える。これにより、砕石６が締め固められ、砕石６の充填密度が上昇するとともに、砕石６が占める体積が減少する。そして、蓋体４３２は、坑道３の内空側から地山側に進出することになる。すなわち、蓋体４３２は、砕石６が占める体積が減少した分、坑道３の内空側から地山側に進出することになるので、その状態で蓋体４３２を固定すれば、岩石利用セグメント４と地山２との間に空隙は生じない。なお、蓋体４３２の固定には、いくつかの方法があるが、たとえば、溶接により固定する。
【００３０】
また、蓋体４３２に坑道３の内空側から地山側に作用する振動を加えることにより、天端部となる岩石利用セグメント４Ａと坑道３の内面との間に空隙が生じた場合には、図１１あるいは図１２に示すように、天端部となる岩石利用セグメント４Ａの蓋体４３２Ａに設けた補充口４３２Ａ１から砕石６を補充することにより、裏込め充填した砕石６の変形特性を改良する。
【００３１】
上述した本実施の形態である裏込め材の変形特性の確認方法によれば、裏込め充填した砕石６が所望の密度でまんべんなく充填されているか、それとも、裏込め充填した砕石６が所望の密度で充填されていないかを確認できる。
【００３２】
上述した本実施の形態である裏込め材の変形特性の改良方法によれば、裏込め充填した砕石６の変形特性を確認した後に裏込め充填した砕石６の変形特性を改良できる。
【００３３】
また、天端部となる岩石利用セグメント４Ａの蓋体４３２Ａに設けた補充口４３２Ａ１から砕石６を補充するので、天端部となる岩石利用セグメント４Ａと坑道３の内面との間に生じた空隙を埋めることができる。
【符号の説明】
【００３４】
１    処分施設
２    地山
３    坑道
４    岩石利用セグメント
４Ａ    岩石利用セグメント
４１    型枠
４１１    板状部
４１２    枠部
４２    岩石ブロック
４３    検査窓
４３Ａ    検査窓
４３１    窓枠
４３２    蓋体
４３２Ａ    蓋体
４３２Ａ１    補充口
４３３    固定治具
４４    モルタル
５    セグメント組立支保体
６    砕石
【図１】
0005831749.tif 000002
【図２】
0005831749.tif 000003
【図３】
0005831749.tif 000004
【図４】
0005831749.tif 000005
【図５】
0005831749.tif 000006
【図６】
0005831749.tif 000007
【図７】
0005831749.tif 000008
【図８−１】
0005831749.tif 000009
【図８−２】
0005831749.tif 000010
【図８−３】
0005831749.tif 000011
【図９】
0005831749.tif 000012
【図１０−１】
0005831749.tif 000013
【図１０−２】
0005831749.tif 000014
【図１１】
0005831749.tif 000015
【図１２】
0005831749.tif 000016