(57)【要約】【課題】貯蔵内圧によるプラグ境界部の相対変位に起因するメンブレンの損傷を防止し、気密性の高い貯槽を設計することができる地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法を提供すること。【解決手段】岩盤１内に設置した地下式貯槽２とこの貯槽２にアクセスするためのアクセストンネル３とを隔絶する耐圧プラグ４を設計する地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法において、貯槽２を球状に形成するとともに、耐圧プラグ４を、貯槽２の中心を頂点として先端部４１が貯槽２の開口部を閉塞する円錐台形状に形成し、貯槽２の内圧をＰ、貯槽２の半径をａ、安全率をＦｓ、岩盤１の引張強度をσｔｋとして、下記式（１）により耐圧プラグの長さＬを計算し、この計算値に基づいて耐圧プラグ４を設計する。      Ｌ≧（Ｆｓ・Ｐ・ａ３／２σｔｋ）１／３−ａ    ・・・（１）【選択図】図１
2005248498.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩盤内に設置した地下式貯槽と該貯槽にアクセスするためのアクセストンネルとを隔絶する耐圧プラグを設計する地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法において、前記貯槽を球状に形成するとともに、前記耐圧プラグを、貯槽の中心を頂点として先端部が貯槽の開口部を閉塞する円錐台形状に形成し、貯槽の内圧をＰ、貯槽の半径をａ、安全率をＦｓ、岩盤の引張強度をσｔｋとして、下記式（１）により耐圧プラグの長さＬを計算し、この計算値に基づいて耐圧プラグを設計することを特徴とする地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法。
Ｌ≧（Ｆｓ・Ｐ・ａ３／２σｔｋ）１／３−ａ    ・・・（１）
【請求項２】
岩盤内に設置した地下式貯槽と該貯槽にアクセスするためのアクセストンネルとを隔絶する耐圧プラグを設計する地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法において、前記貯槽を円筒状に形成するとともに、前記耐圧プラグを、貯槽の中心軸を稜線として先端部が貯槽の開口部を閉塞するくさび台形状に形成し、貯槽の内圧をＰ、貯槽の半径をａ、安全率をＦｓ、岩盤の引張強度をσｔｋとして、下記式（２）により耐圧プラグの長さＬを計算し、この計算値に基づいて耐圧プラグを設計することを特徴とする地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法。
Ｌ≧（Ｆｓ・Ｐ・ａ２／σｔｋ）１／２−ａ      ・・・（２）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法に関し、特に、貯蔵内圧によるプラグ境界部の相対変位に起因するメンブレンの損傷を防止し、気密性の高い貯槽を設計することができる地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地下式貯槽は、岩盤内に形成した空洞内を、圧縮空気や天然ガスなどを貯蔵する貯槽として利用する。
この地下式貯槽は、岩盤内を掘削することにより形成された空洞内をライニング材により被覆し、このライニング材の内方を高圧気体を貯蔵するための貯槽として形成するとともに、ライニング材と岩盤との間にコンクリートを打設したものである。
【０００３】
空洞を掘削するには、アクセス用の通路としてアクセストンネルを設け、このアクセストンネルを通じて機材や土砂の搬送を行うこととなるが、地下式貯槽の供用開始時以後は、アクセストンネルを閉塞する必要があるため、アクセストンネルと貯槽とを隔絶する耐圧プラグが設けられる。
【０００４】
この耐圧プラグには、貯蔵内圧を岩盤に確実かつ安全に伝える力学的安定性、貯蔵物質の漏出や地下水等の浸入を防止する気密性、長期に亘る耐久性などが要求される。
【０００５】
従来の耐圧プラグの設計方法としては、ダムの仮排水トンネル閉塞工の設計に基づくせん断支持方式やアーチ支持方式がある（例えば、特許文献１参照）。
これら設計方法では、耐圧プラグの前面に作用する圧力を設計荷重として、プラグ本体及び岩盤の支持力に対する検討が行われている。
【０００６】
しかしながら、上記従来の耐圧プラグの設計方法では、岩盤の応力状態が正しく考慮されていない。岩盤の応力度は、プラグ前面に作用する圧力による影響のみでなく、貯槽全体に作用する圧力の影響、アクセストンネルや貯槽空洞施工時の影響を受けるが、これらの影響が考慮されていないため、岩盤の支持力や安定性が正しく評価されていない。
また、従来の耐圧プラグの設計方法では、内圧による岩盤とプラグの相対変位の影響が考慮されていない。貯槽面には気密性の確保を目的とし、通常は鋼製メンブレン等の膜部材が設置されるが、貯蔵圧力によるプラグ境界部に段差や目開き等の相対変位によって貯槽の気密性が損なわれるおそれがある。
【特許文献１】特開２００２−１８０４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来の地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法が有する問題点に鑑み、貯蔵内圧によるプラグ境界部の相対変位に起因するメンブレンの損傷を防止し、気密性の高い貯槽を設計することができる地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本第１発明の地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法は、岩盤内に設置した地下式貯槽と該貯槽にアクセスするためのアクセストンネルとを隔絶する耐圧プラグを設計する地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法において、前記貯槽を球状に形成するとともに、前記耐圧プラグを、貯槽の中心を頂点として先端部が貯槽の開口部を閉塞する円錐台形状に形成し、貯槽の内圧をＰ、貯槽の半径をａ、安全率をＦｓ、岩盤の引張強度をσｔｋとして、下記式（１）により耐圧プラグの長さＬを計算し、この計算値に基づいて耐圧プラグを設計することを特徴とする。
Ｌ≧（Ｆｓ・Ｐ・ａ３／２σｔｋ）１／３−ａ    ・・・（１）
【０００９】
また、同じ目的を達成するため、本第２発明の地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法は、岩盤内に設置した地下式貯槽と該貯槽にアクセスするためのアクセストンネルとを隔絶する耐圧プラグを設計する地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法において、前記貯槽を円筒状に形成するとともに、前記耐圧プラグを、貯槽の中心軸を稜線として先端部が貯槽の開口部を閉塞するくさび台形状（くさびの底面と平行な平面によって切り取られた切り口と底面との間の立体形状）に形成し、貯槽の内圧をＰ、貯槽の半径をａ、安全率をＦｓ、岩盤の引張強度をσｔｋとして、下記式（２）により耐圧プラグの長さＬを計算し、この計算値に基づいて耐圧プラグを設計することを特徴とする。
Ｌ≧（Ｆｓ・Ｐ・ａ２／σｔｋ）１／２−ａ      ・・・（２）
【発明の効果】
【００１０】
本第１、第２各発明の地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法によれば、従来よりも安定性と気密性に優れ、岩盤の支持力や安定性を考慮した合理的かつ経済的な耐圧プラグを設計することができるため、貯蔵内圧によるプラグ境界部の相対変位に起因するメンブレンの損傷を防止し、気密性の高い貯槽を設計することができ、これにより、メンブレン等を含む貯槽の建設コストを縮減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１に、本発明の地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法の一実施例を示す。
この地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法は、岩盤１内に設置した地下式貯槽２と該貯槽２にアクセスするためのアクセストンネル３とを隔絶する耐圧プラグ４を設計するに際し、前記耐圧プラグ４を、貯槽２を球状に形成する場合は、貯槽２の中心を頂点として先端部４１が貯槽２の開口部を閉塞する円錐台形状に、貯槽２を円筒状に形成する場合は、貯槽２の中心軸を稜線として先端部４１が貯槽２の開口部を閉塞するくさび台形状（くさびの底面と平行な平面によって切り取られた切り口と底面との間の立体形状）に、それぞれ形成するとともに、貯槽２の内圧をＰ、貯槽２の半径をａ、安全率をＦｓ、岩盤の許容引張応力度をσｔａ、岩盤の引張強度をσｔｋとして、耐圧プラグ４の長さＬを計算し、この計算値に基づいて耐圧プラグ４を設計する。
【００１３】
この場合、貯槽２を球状に形成する場合は、下記式（１）で耐圧プラグ４の長さＬを計算し、また、貯槽２を円筒状に形成する場合は、下記式（２）で耐圧プラグ４の長さＬを計算する。
Ｌ≧（Ｆｓ・Ｐ・ａ３／２σｔｋ）１／３−ａ    ・・・（１）
Ｌ≧（Ｆｓ・Ｐ・ａ２／σｔｋ）１／２−ａ      ・・・（２）
【００１４】
ここで、図２に示すように、空洞（貯槽）を有する弾性体の応力度において、球状又は円筒状の空洞の表面に一様の内圧を受ける弾性体の円周方向応力度σθは、次式により求められる。
σθ＝Ｐ・ａ３／２ｒ３（球形空洞の場合）
σθ＝Ｐ・ａ２／ｒ２（円筒形空洞の場合）
ここで、σθ  ：円周方向応力度
Ｐ  ：内圧
ａ  ：空洞の半径
ｒ  ：空洞中心からの距離
【００１５】
また、岩盤の許容引張応力度σｔａは、次式により求められる。
σｔａ＝σｔｋ／Ｆｓ
ここで、σｔａ：岩盤の許容引張応力度
σｔｋ：岩盤の引張強度
Ｆｓ  ：安全率
【００１６】
ところで、耐圧プラグ４の近傍の岩盤１の応力状態は、アクセストンネル３や貯槽２の空洞施工によって円周方向応力度がゼロとなり、これに貯蔵内圧による円周方向応力度が重ね合わされることとなる。
これより、耐圧プラグ４の長さは、内圧による円周方向応力度が許容引張応力度以内に収まる範囲までとし、前記式（１）又は式（２）により計算する。
【００１７】
（試算例）
ここで、内圧Ｐ：２００００（ｋＮ／ｍ２）
空洞の半径ａ：１４．０（ｍ）
とした場合、球形空洞における必要耐圧プラグ長は、図３（ａ）に示すようになり、また、円筒形空洞における必要耐圧プラグ長は、図３（ｂ）に示すようになる。
【００１８】
なお、耐圧プラグ４の後端部４２の形状については、特に限定されないが、図１（ａ）に示すように、貯槽面と中心を同じくする球面形状に近い形状とすることができる。
また、図１（ｂ）に示すように、施工性等の面から、耐圧プラグ４の後端部４２をアクセストンネル３に沿ってプラグ４の断面積が漸次縮小する形状にすることも可能である。
【００１９】
かくして、本実施例の地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法は、従来よりも安定性と気密性に優れ、岩盤の支持力や安定性を考慮した合理的かつ経済的な耐圧プラグ４を設計することができるため、貯蔵内圧によるプラグ境界部の相対変位に起因するメンブレンの損傷を防止し、気密性の高い貯槽２を設計することができ、これにより、メンブレン等を含む貯槽２の建設コストを縮減することができる。
【実施例１】
【００２０】
以下、より具体的な解析例を示す。
（１）解析条件
・貯槽の形状：球状
・内圧：Ｐ＝２００００（ｋＮ／ｍ２）
・貯槽の空洞の半径：ａ＝１４．０（ｍ）
・岩盤の物性値（表１のとおり）
・岩盤の初期応力度：
鉛直方向直応力度＝水平方向直応力度＝７，０００ｋＮ／ｍ２
水平面内せん断応力度＝鉛直面内せん断応力度＝０
・岩盤の材料特性：Ｍｏｈｒ−Ｃｏｕｌｏｍｂのせん断破壊基準に従う弾塑性体とする。
【００２１】
【表１】
2005248498.tif 000003
【００２２】
上記に従って解析した結果を図４〜図６に示す。
Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４の解析結果から、Ｎｏ．１のように貯槽中心を頂点とする円錐台形状を基本とすることにより、プラグと周辺岩盤との相対変位（段差）とプラグ周辺岩盤の最大ひずみを抑制できることが、また、円錐台形状のＮｏ．１及びＮｏ．５〜Ｎｏ．８の解析結果より、貯槽面からプラグの最大径までの長さが長いほどプラグと周辺岩盤との相対変位（段差）とプラグ周辺岩盤の最大ひずみが小さくなり、上記の条件では１４ｍ程度の長さとすれば、プラグ周辺岩盤の最大ひずみは一般的な鋼材の降伏点ひずみ０．００２程度かそれ以下に収まるため、経済性に優れる市販品の鋼板をライニングとして利用できる可能性があることが分かった。
さらに、Ｎｏ．５〜Ｎｏ．８の解析結果より、プラグ背面の形状はＮｏ．７あるいはＮｏ．８が理想的であるが、形状の違いによる影響は差ほど大きくないため、施工性等を考慮してＮｏ．５やＮｏ．６の形状を選定することも十分可能であることが分かった。
【００２３】
以上、本発明の地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法について、複数の実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜構成を変更することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本発明の地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法は、貯蔵内圧によるプラグ境界部の相対変位に起因するメンブレンの損傷を防止し、気密性の高い貯槽を設計することができるという特性を有していることから、地下式貯槽における耐圧プラグの用途に好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の地下式貯槽における耐圧プラグの設計方法の一実施例を示し、（ａ）は貯槽と耐圧プラグを示す断面平面図、（ｂ）は耐圧プラグの後端部を縮径した状態を示す断面平面図である。
【図２】空洞を有する岩盤の応力度を示す説明図である。
【図３】耐圧プラグの必要長さを示し、（ａ）は球形空洞における耐圧プラグ長を示すグラフ、（ｂ）は円筒形空洞における耐圧プラグ長を示すグラフである。
【図４】本発明の地下式貯槽における耐圧プラグの具体的な解析結果を示す説明図である。
【図５】本発明の地下式貯槽における耐圧プラグの具体的な解析結果を示す説明図である。
【図６】本発明の地下式貯槽における耐圧プラグの具体的な解析結果を示す説明図である。
【符号の説明】
【００２６】
１    岩盤
２    貯槽
３    アクセストンネル
４    耐圧プラグ
４１  先端部
４２  後端部
【図１】
2005248498.tif 000004
【図２】
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【図３】
2005248498.tif 000006
【図４】
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【図５】
2005248498.tif 000008
【図６】
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