(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地盤内を掘削して空洞を形成し、該空洞の内面を気密材により覆うとともに、該気密材と前記地盤との間に裏込め材を充填することにより、前記気密材の内部を高圧気体を貯蔵するためのタンクとして形成した高圧気体貯蔵施設であって、
前記気密材と前記裏込め材との間に、前記裏込め材に対して滑り変位可能とされた第一の緩衝材が設けられており、
前記第一の緩衝材は前記気密材および前記裏込め材より剛性が小さいゴム、ゴムアスファルト、またはアスファルトで形成されており、
前記第一の緩衝材は前記気密材に貼付され、前記第一の緩衝材と前記裏込め材との間は接着されず滑り変位可能に形成され、
前記第一の緩衝材と前記裏込め材との間に、さらに第二の緩衝材が設けられ、前記第一の緩衝材と前記第二の緩衝材との間が固定されるとともに、前記第二の緩衝材と前記裏込め材との間が滑り変位可能に形成されていることを特徴とする高圧気体貯蔵施設。
【請求項２】
請求項１記載の高圧気体貯蔵施設であって、
前記第二の緩衝材は、ポリエチレン、ポリプロピレン、または鋼材をシート状に形成したものであることを特徴とする高圧気体貯蔵施設。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地盤内に設置されて高圧気体を貯蔵するための高圧気体貯蔵施設に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の高圧気体貯蔵施設としては、図１６に示すように、岩盤Ｇ内を掘削して空洞１を形成するとともに、空洞内表面を気体漏洩防止用のライニング材Ｌによって被覆し、ライニング材Ｌの内側を気体貯蔵用のタンク２として形成するとともに、ライニング材Ｌと岩盤Ｇとの間に裏込めコンクリートＣを打設することによって、ライニング材Ｌ、および、裏込めコンクリートＣからなる多層構造を形成したものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような高圧気体貯蔵施設において、タンク２内に高圧ガスを貯蔵する場合、タンク２の内圧Ｐによって、裏込めコンクリートＣには、図１７中符号Ｔで示すような円周方向の引張力が作用し、この引張力により、裏込めコンクリートＣには、放射状のひび割れ３が発生する。
【０００４】
一般に、このようなひび割れの発生分布は不規則であり、大きなひび割れが局所的に発生するため、タンク２の内圧Ｐを上昇させると、ひび割れ幅は集中的に増大し、これに伴い、ライニング材Ｌには大きな引張ひずみが発生する。ライニング材Ｌの設計時には、この局所的な引張歪みを想定して、部材仕様を設定するため、ライニング材Ｌ仕様が非経済的となり、建設コストの増大を招くこととなる。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、気密材の仕様を低減して、建設コストの増大を回避することの可能な高圧気体貯蔵施設を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明においては以下の手段を採用した。請求項１記載の高圧気体貯蔵施設は、地盤内を掘削して空洞を形成し、該空洞の内面を気密材により覆うとともに、該気密材と前記地盤との間に裏込め材を充填することにより、前記気密材の内部を高圧気体を貯蔵するためのタンクとして形成した高圧気体貯蔵施設であって、前記気密材と前記裏込め材との間に、前記裏込め材に対して滑り変位可能とされた第一の緩衝材が設けられており、前記第一の緩衝材は前記気密材および前記裏込め材より剛性が小さいゴム、ゴムアスファルト、またはアスファルトで形成されており、前記第一の緩衝材は前記気密材に貼付され、前記第一の緩衝材と前記裏込め材との間は接着されず滑り変位可能に形成され、前記第一の緩衝材と前記裏込め材との間に、さらに第二の緩衝材が設けられ、前記第一の緩衝材と前記第二の緩衝材との間が固定されるとともに、前記第二の緩衝材と前記裏込め材との間が滑り変位可能に形成されていることを特徴としている。
【０００６】
このような構成により、裏込め材に引張力が作用してひび割れが生じたとしても、裏込め材と第一の緩衝材との間に滑りが生じることから、気密材側に引張ひずみが伝達されることがない。
なお、施工性の向上および工期短縮を図るためには、気密材をコンクリート打設時の型枠として使用することが望ましい。このため、コンクリート打設時に第一の緩衝材が剥離することを防止するために、第一の緩衝材は気密材に対して溶着または接着することが望ましい。
【０００８】
また、裏込め材から気密材側に作用する引張力をさらに低減することができる。
【００１１】
さらに、第一の緩衝材がせん断変形して裏込め材の引張ひずみを吸収することにより、気密材側への引張ひずみの伝達を防ぐことができる。
【００１５】
請求項２記載の高圧気体貯蔵施設は、請求項１記載の高圧気体貯蔵施設であって、前記第二の緩衝材は、ポリエチレン、ポリプロピレン、または鋼材をシート状に形成したものであることを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態および参考例を、図面に基づいて説明する。
［第一の参考例］図１は、高圧気体貯蔵施設１０の壁部１１の要部拡大断面図（第一の参考例）である。この高圧気体貯蔵施設１０は、図１６に示した従来の高圧気体貯蔵施設と同様に、岩盤内を掘削して形成された空洞の内面を覆うように配置された鋼製のライニング材（気密材）１２と、ライニング材１２および岩盤内に充填された裏込めコンクリートＣとを有した構成とされている。
【００１７】
さらに、この高圧気体貯蔵施設１０においては、ライニング材１２と裏込めコンクリートＣとの間に、第一の摩擦低減シート１３および第二の摩擦低減シート（第二の緩衝材）１４が介装された構成となっている。これら第一および第二の摩擦低減シート１３，１４は、ともに、ポリエチレンまたはポリプロピレンによって形成されたシートであり、ライニング材１２側に配置された第一の摩擦低減シート１３は、ライニング材１２に対して溶着固定されている。また、第一の摩擦低減シート１３と第二の摩擦低減シート１４との間、および、第二の摩擦低減シート１４と裏込めコンクリートＣとの間は、固定されることなく、滑りが許容された構成となっている。
【００１８】
このような構成の高圧気体貯蔵施設１０においては、図２に示すように裏込めコンクリートＣにひび割れが生じ、裏込めコンクリートＣが図２中ｘ方向に変位した場合に、裏込めコンクリートＣと第二の摩擦低減シート１４との間に、滑り変形（相対変位）が生じ、これに伴い、両者間の摩擦力により第二の摩擦低減シート１４には引張力Ｔ２が生じる。しかしながら、第一および第二の摩擦低減シート１３，１４間でも滑り変形（相対変位）が生じるために、第一の摩擦低減シート１３に伝達される引張力Ｔ１は、Ｔ２より小となり、さらに、第一の摩擦低減シート１３自体が変形するため、結果として、ライニング材１２に伝達される引張力ＴＬは、さらに低減される。これにより、ライニング材１２に発生する引張ひずみを低減することができる。
【００１９】
したがって、裏込めコンクリートＣのひび割れによりライニング材１２に発生する引張ひずみの集中度を低減することが可能となり、ライニング材１２の仕様（板厚、疲労強度）を経済的に設定することができ、施設の建設コストの低減化を図ることができる。
【００２０】
また、この場合、第一および第二の摩擦低減シート１３，１４として安価なポリプロピレンまたはポリエチレンシートを用いるようにしたために、第一および第二の摩擦低減シート１３，１４を設けたことによるコストアップが過大なものとなることがない。
【００２１】
［第二の参考例］図３は、本発明の第二の参考例である高圧気体貯蔵施設２０の壁部２１の要部拡大断面図である。この高圧気体貯蔵施設２０は、図１６に示した従来の高圧気体貯蔵施設と同様に、岩盤内を掘削して形成された空洞の内面を覆うように配置された鋼製のライニング材（気密材）１２と、ライニング材１２および岩盤Ｇ間に充填された裏込めコンクリートＣとを有した構成とされている。
【００２２】
さらに、この高圧気体貯蔵施設２０においては、ライニング材１２と裏込めコンクリートＣとの間に、第一の緩衝材２２が介装された構成となっている。この第一の緩衝材２２は、ライニング材１２および裏込めコンクリートＣに比較して剛性が小さい材料によって形成されるものであり、具体的には、ゴム、ゴムアスファルト、またはアスファルトによって形成されている。なお、この第一の緩衝材２２は、ライニング材１２に対して貼付されているが、裏込めコンクリートＣには接着されず滑りが許容された構成となっている。
【００２３】
このような構成の高圧気体貯蔵施設２０においては、図４に示すように裏込めコンクリートＣにひび割れが生じ、裏込めコンクリートＣが図４中ｘ方向に変位した場合に、裏込めコンクリートＣと第一の緩衝材２２との間に滑り変形（相対変位）が生じ、これに伴い、両者間の摩擦力により第一の緩衝材２２にも引張力Ｔ３が生じる。しかしながら、第一の緩衝材２２のせん断剛性が小さいので、第一の緩衝材２２自体がせん断変形することによって、この引張力Ｔ３が、そのままライニング材１２に伝達されることがなく、ライニング材１２に生じる引張力ＴＬはさらに低減される。これにより上記第一の参考例と同様の効果を得ることができる。
【００２４】
［第一の実施の形態］図５は、本発明の第一の実施の形態である高圧気体貯蔵施設３０の壁部３１の要部拡大断面図である。この高圧気体貯蔵施設３０は、図１６に示した従来の高圧気体貯蔵施設と同様に、岩盤内を掘削して形成された空洞の内面を覆うように配置された鋼製のライニング材（気密材）１２と、ライニング材１２および岩盤間に充填された裏込めコンクリートＣとを有した構成とされている。
【００２５】
さらに、この高圧気体貯蔵施設３０においては、ライニング材１２と裏込めコンクリートＣとの間に、第一の緩衝材２２および第二の摩擦低減シート１４が介装された構成となっている。ここで、第一の緩衝材２２としては、上記第二の参考例と同様の構成のものが用いられるが、第二の摩擦低減シート１４としては、上記第一の参考例において用いられるものの他に、例えば、鋼板等の摩擦抵抗の小さい材料が用いられる。
【００２６】
また、ここでは、第一の緩衝材２２は、ライニング材１２に対して貼付されており、また、第一の緩衝材２２と第二の摩擦低減シート１４との間も接着されているが、第二の摩擦低減シート１４と裏込めコンクリートＣとの間は接着されず滑りが許容された構成となっている。
【００２７】
このような構成の高圧気体貯蔵施設３０においては、図６に示すように裏込めコンクリートＣにひび割れが生じ、裏込めコンクリートＣが図６中ｘ方向に変位した場合に、裏込めコンクリートＣと第二の摩擦低減シート１４との間に滑り変形（相対変位）が生じるが、両者間の摩擦力により第二の摩擦低減シート１４にも引張力Ｔ２が生じる。これに伴い、第二の摩擦低減シート１４に固定された第一の緩衝材２２にも引張力Ｔ３が発生することとなるが、第一の緩衝材２２のせん断剛性が小さいので、第一の緩衝材２２自体がせん断変形することによって、この引張力Ｔ３が、そのままライニング材１２に伝達されることがなく、ライニング材１２に生じる引張力ＴＬをさらに低減することができる。これにより、上記第二の参考例と同様の効果を得ることができる。さらに、この場合、上記第二の参考例に比較して、ｉ）裏込めコンクリートＣと第二の摩擦低減シート１４間での滑り変形（相対変位）が容易となるために、両者間の摩擦力により第二の摩擦低減シート１４および第一の緩衝材２２に発生する引張力を低減することができる。ｉｉ）第一の緩衝材２２と裏込めコンクリートＣとが直接接しないために、第一の緩衝材２２が、裏込めコンクリートＣのひび割れにめり込むことを防止することができ、より弱いせん断変形材料が使用可能となり、引張力伝達の低減効果をさらに増大させることができる、といった利点がある。
【００２８】
次に、本発明によるライニング材への引張ひずみの集中度の低減効果を数値解析により検討した結果を説明する。
【００２９】
まず、この数値解析における解析方法について説明する。
（１）  モデル化
炭素鋼よりなる気密材（ライニング材）と裏込めコンクリートとからなる高圧気体岩盤施設（トンネル形状：円筒形断面）において、２ｍ（１２°）に一本のひび割れが生じた場合を想定する。約２３．０°の範囲を対称条件により、約１１．５°（ライニング材周長＝１０００ｍｍ）に半割し、図７に示すような２次元平面ひずみモデルとする。裏込めコンクリート背面には、実際には岩盤が存在するが、モデル上では変位制御要素（厚さ＝５００ｍｍ）を用いることで、半径方向の変形を制御する。また、中心軸上の裏込めコンクリートにスリットを設けることで、既にひび割れが生じている状態を再現し、内圧Ｐの増加（０→１５ＭＰａ）に伴いスリットが開口可能となるようにする。裏込めコンクリートと変位制御要素間には、摩擦を考慮できる接触条件を設定しておき、両者の相対変形が可能な状態としている。
【００３０】
（２）  材料物性
基本的な材料物性を表１に示す。
【表１】
0004687934.tif 000002
気密材は、弾塑性体（ｆy＝２４５Ｎ／ｍｍ２）として、裏込めコンクリートおよび変位制御要素は弾性体とする。
【００３１】
（３）  解析ケース
解析ケースは、表２に示す４ケースである。
【表２】
Ｃａｓｅ−１は、基本ケースであり、緩衝材を用いない従来タイプである。Ｃａｓｅ−２は、摩擦低減材としてシート状の緩衝材を２枚重ねた場合であり、上記第一の参考例に対応するものである。Ｃａｓｅ−３は、天然ゴム等のせん断変形に対する剛性が小さい物質（第一の緩衝材）を緩衝材に用いた場合であり、上記第二の参考例に対応するものである。また、Ｃａｓｅ−４は、Ｃａｓｅ−２（但しシート枚数は一枚）とＣａｓｅ−３との併用タイプであり、上記第一の実施の形態に対応するものである。各Ｃａｓｅ−１，２，３，４における気密材と裏込めコンクリート間の接合モデルを、図８，９，１０，１１にそれぞれ示す。
【００３２】
次に、解析結果を説明する。
最大内圧作用時（Ｐ＝１５ＭＰａ）の気密材最大引張ひずみ、および基本ケース（Case−１）との最大引張ひずみの比を表３にまとめて示す。
【表３】
0004687934.tif 000003
また、Case−１〜４の気密材引張ひずみ分布を、図１２から１５にそれぞれ示す。
【００３３】
上述の数値解析により以下のような結論が得られた。すなわち、表３より、緩衝材を設置したことにより、全ケース（Ｃａｓｅ−２，３，４）において、気密材の最大ひずみが低減しており、緩衝材のひずみ低減効果は認められた。それぞれの効果は、以下の通りである。
（１）  摩擦低減材：Ｃａｓｅ−１と２との比較により、摩擦低減材によってコンクリートと気密材間の摩擦係数が０．４から０．１５に低減することで、気密材のひずみは、約５０％に低減されており、緩衝材として有効であることが分かる。
（２） 第一の緩衝材（天然ゴム等）：Ｃａｓｅ−１と３との比較により、第一の緩衝材（天然ゴム等）による気密材のひずみ低減効果は１７％とやや小さいものの効果は認められる。
（３）  併用タイプ：Ｃａｓｅ−１と４および２との比較により、併用タイプの場合、摩擦低減材によるコンクリートと気密材間の摩擦低減効果が支配的であることがわかる。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、裏込めコンクリートのひび割れにより気密材に発生する引張ひずみの集中度を低減することが可能となり、気密材の仕様（板厚、疲労強度）を経済的に設定することができ、これにより、施設の建設コストの低減化を図ることができる。特に、緩衝材を設けたことによるコストアップが過大となることがなく、また、請求項１のようにすれば、第一の緩衝材と裏込め材とが直接接しないために、第一の緩衝材が、裏込め材のひび割れにめり込むことを防止することができ、より弱いせん断変形材料が使用可能となり、引張力伝達の低減効果をさらに増大させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一の参考例を模式的に示す図であって、高圧気体貯蔵施設の壁部の要部拡大断面図である。
【図２】  図１に示した壁部にひび割れが生じた際の状況を示す断面図である。
【図３】  本発明の第二の参考例を模式的に示す図であって、高圧気体貯蔵施設の壁部の要部拡大断面図である。
【図４】  図３に示した壁部にひび割れが生じた際の状況を示す断面図である。
【図５】  本発明の第一の実施の形態を模式的に示す図であって、高圧気体貯蔵施設の壁部の要部拡大断面図である。
【図６】  図５に示した壁部にひび割れが生じた際の状況を示す断面図である。
【図７】  本発明による効果を検討するために、高圧気体貯蔵施設をモデル化した２次元平面ひずみモデルを示した図である。
【図８】  図７に示した２次元平面ひずみモデルにおける気密材（ライニング材）と裏込めコンクリートとの接合部分の一例を拡大して示す図であって、本発明の従来の技術を示す図である。
【図９】  図７に示した２次元平面ひずみモデルにおける気密材（ライニング材）と裏込めコンクリートとの接合部分の他の例（第一の参考例に対応する例）を拡大して示した図である。
【図１０】  図７に示した２次元平面ひずみモデルにおける気密材（ライニング材）と裏込めコンクリートとの接合部分のさらに他の例（第二の参考例に対応する例）を拡大して示した図である。
【図１１】  図７に示した２次元平面ひずみモデルにおける気密材（ライニング材）と裏込めコンクリートとの接合部分のさらに他の例（第一の実施の形態に対応する例）を拡大して示した図である。
【図１２】  図７，８に示した２次元平面ひずみモデルにおける気密材（ライニング材）の引張ひずみ分布を示すグラフである。
【図１３】  図７，９に示した２次元平面ひずみモデル（第一の参考例に対応する２次元平面ひずみモデル）における気密材の引張ひずみ分布を示すグラフである。
【図１４】  図７，１０に示した２次元平面ひずみモデル（第二の参考例に対応する２次元平面ひずみモデル）における気密材の引張ひずみ分布を示すグラフである。
【図１５】  図７，１１に示した２次元平面ひずみモデル（第一の実施の形態に対応する２次元平面ひずみモデル）における気密材の引張ひずみ分布を示すグラフである。
【図１６】  本発明の従来の技術を模式的に示す図であって、高圧気体貯蔵施設の平断面図である。
【図１７】  図１６に示した高圧気体貯蔵施設の壁部の部分拡大平断面図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０  高圧気体貯蔵施設
１１，２１，３１  壁部
１２  ライニング材（気密材）
１３  第一の摩擦低減シート
１４  第二の摩擦低減シート（第二の緩衝材）
２２  第一の緩衝材
Ｃ  裏込めコンクリート
Ｇ  岩盤
【図１】
0004687934.tif 000004
【図２】
0004687934.tif 000005
【図３】
0004687934.tif 000006
【図４】
0004687934.tif 000007
【図５】
0004687934.tif 000008
【図６】
0004687934.tif 000009
【図７】
0004687934.tif 000010
【図８】
0004687934.tif 000011
【図９】
0004687934.tif 000012
【図１０】
0004687934.tif 000013
【図１１】
0004687934.tif 000014
【図１２】
0004687934.tif 000015
【図１３】
0004687934.tif 000016
【図１４】
0004687934.tif 000017
【図１５】
0004687934.tif 000018
【図１６】
0004687934.tif 000019
【図１７】
0004687934.tif 000020