(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
上位にある貯水池と下位にある貯水池とをつなぐトンネルを形成するにあたり、
前記貯水池それぞれにおけるトンネル開口予定部の周りに凍結手段を設けるとともに、前記トンネル開口予定部を含んで前記凍結手段を設けた領域を注水管付きの断熱シートで覆い、
前記断熱シートで覆った領域に注水し、前記凍結手段により前記注水された水を凍結して前記トンネル開口予定部を覆う氷を形成し、
地中よりトンネルを掘り進め、前記氷で覆った状態のままトンネル開口予定部を開口して両貯水池間にトンネルを貫通させた後、前記氷を除去することを特徴とするトンネルの形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はトンネルの形成方法に関するものである。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
水力発電所においては、供給電力に余裕があるとき（夜間時など）に、その水力発電所からの放水を一時的に受け貯める下位の貯水池（調整池）から上位の発電用貯水池に水を汲み上げておき、それを再度、下位の貯水池に落すことで発電する揚水発電が行なえるようにした設備があり、ピーク時などの電力の必要なときに対応するようにしている。
また、近年にあっては、複数の発電用貯水池を供用している水力発電施設において、高低差のある二ヶ所の発電用貯水池をトンネルでつないで、必要に応じて下位の発電用貯水池から上位の発電用貯水池に水を汲み上げておき、それを再度、下位の発電用貯水池に落して揚水発電を行なえるようにすることが検討されるようになっている。
【０００３】
しかしながら、トンネルによりつなごうとする発電用貯水池それぞれを空にせずに水力発電施設を稼働させた状態としながら、発電用貯水池を通水用のトンネルでつなぐには、大きな水深を持つ貯水池の通常の取水部より低い水底付近（水深５０ｍ〜２００ｍ位）にトンネル開口を設ける必要があり、その施工が困難であるという問題がある。
そこで本発明は上記課題を考慮してなされたもので、貯水池を空にすることなくトンネル開口となる部分を予め施蓋状態において、トンネルの掘削作業を行なえるようにすることを課題とし、貯水池をつなぐ通水用のトンネルの形成が簡単に行なえるようにすることを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を考慮してなされたもので、上位にある貯水池と下位にある貯水池とをつなぐトンネルを形成するにあたり、前記貯水池それぞれにおけるトンネル開口予定部の周りに凍結手段を設けるとともに、前記トンネル開口予定部を含んで前記凍結手段を設けた領域を注水管付きの断熱シートで覆い、前記断熱シートで覆った領域に注水し、前記凍結手段により前記注水された水を凍結して前記トンネル開口予定部を覆う氷を形成し、地中よりトンネルを掘り進め、前記氷で覆った状態のままトンネル開口予定部を開口して両貯水池間にトンネルを貫通させた後、前記氷を除去することを特徴とするトンネルの形成方法を提供して、上記課題を解消するものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
つぎに本発明を図１から図５に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図５に示されているように、図中１と２は高低差のある発電用の貯水池であって、水力発電施設に供用されている貯水池である。そして、貯水池１、２を利用して揚水発電を行なえるようにこの貯水池１、２をつなぐトンネルの形成を以下の通りに行なう。なお、図１から図４においては、一方の貯水池１側での工程を示しているが、もう一方の貯水池２においても同様に行なうものである。
まず、図１に示すように上位の貯水池１と下位の貯水池２とにおけるトンネル開口予定部３の周りに凍結管４ａからなる凍結手段４を設ける。この凍結手段４を構成する凍結管４ａは送り込まれる凍結材の作用によって管周囲の環境を氷点下に冷却するものであり、トンネル開口予定部３の周りの地面５上に、例えばこのトンネル開口予定部３を中心として渦巻状に配設する。また、地表部側からボウリングを行ない、トンネル開口予定部３の周りにおける地中部分に前記凍結管４ａを設けるようにしてもよい。さらに、後述するように予めトンネル開口予定部３の近傍までトンネルを掘り進めておき、掘削先端側から前記凍結管４ａを埋め込んで、凍結手段４がトンネル開口予定部３の周りに設けられるようにしてもよい。
そして、上記凍結手段４を設けるとともに、トンネル開口予定部３を含んで凍結手段４を設けた領域を、地表部側から注水する注水管６が接続されている断熱シート７で水中側から覆い、その断熱シート７の周辺を地面５に固定する。
【０００６】
つぎに図２に示されているように、上記注水管６から注水を行ない、凍結手段４を動作させて断熱シート７と地面５との間に注水された水を凍結させる。このように断熱シート７と地面５との間に注水した水を凍結させることからキャップ状に結氷し、トンネル開口予定部３とこのトンネル開口予定部３の周りの地面５に氷塊８が密着した状態で形成されることになる。そして、この氷塊８の密着によりトンネル開口予定部３に対応する部分及びその周りの地盤が極めて安定した状態となる。
上記凍結手段４により上記水が凍結する際、断熱シート７に対応している地面５側の地中部分も凍結して凍結地盤９が形成されるようになり、上記氷塊８の密着と併せて、トンネル開口予定部３に対応する部分及びその周りの地盤がより安定した状態となる。
なお、上述したように凍結手段４をボウリングして凍結管４ａを配設したり、また掘削を先行したトンネルの掘削先端側から凍結管４ａを配設して形成した場合においても、断熱シート７と地面５との間で氷塊８が形成されて地面５に密着するとともに、凍結地盤９も形成される。また、氷塊８の強度を高めるために、注入する水に砂やベントナイトを含有してもよい。
【０００７】
つぎに図３に示されているように、貯水池１と貯水池２との間から前記貯水池１と貯水池２とのそれぞれにおける氷塊８までトンネル１０を掘り進めてトンネル開口予定部３の位置を開口させ、貯水池１と貯水池２との間にトンネル１０を貫通形成させる。そして、前記トンネル１０の行程中の所要の位置にタービンなどの揚水発電機器１１を設置してから、このトンネル１０に貯水池１からの水を導き入れるようにする。トンネル１０に水を導き入れる際には、上記注水管６と断熱シート７を取り外して氷塊８を取り除くようにすればよい。注水管６、断熱シート７の取り外し、氷塊８の取り除きを図において貯水池１側で示しているが、両貯水池１、２で行われるものである。なお、上記凍結手段４において凍結管４ａを地面５の表面側に配置した場合、例えば水の導き入れを行なってからこの凍結管４ａを取り外すようにすればよく、これによって図４に示すように前記凍結管４ａを取り除いて孔口処理したトンネル開口１２が形成できる。
また、凍結管４ａをボウリングにより配置したり、先行トンネルの掘削先端から配設した場合には埋設した状態のままで構わない。
なお、図において１３は作業用の立坑である。
【０００８】
【発明の効果】
以上説明した本発明によれば、上位にある貯水池と下位にある貯水池とをつなぐトンネルを形成するにあたり、前記貯水池それぞれにおけるトンネル開口予定部の周りに凍結手段を設けるとともに、前記トンネル開口予定部を含んで前記凍結手段を設けた領域を注水管付きの断熱シートで覆い、前記断熱シートで覆った領域に注水し、前記凍結手段により前記注水された水を凍結して前記トンネル開口予定部を覆う氷を形成し、地中よりトンネルを掘り進め、前記氷で覆った状態のままトンネル開口予定部を開口して両貯水池間にトンネルを貫通させた後、前記氷を除去することを特徴とするものである。
このように、トンネル開口予定部を予め氷で覆ってから、地中よりトンネルを前記トンネル開口予定部に達するように掘り進めて、トンネル開口予定部を開口し、その後に前記氷の取り除きを行なうため、貯水池を空にすることなく水深が深い位置であってもトンネルを貫通形成できるようになり、例えば、水力発電所などの貯水池であっても、発電を止める必要がない。また、トンネル形成の最終段階までトンネル端部を貯水池の水中に向けて開放していないため、止水に係るコストを大幅に低減できるなど、実用性に優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る揚水発電用トンネルの形成方法の一例における凍結手段と断熱シートとを示す説明図である。
【図２】一例における氷塊の形成を示す説明図である。
【図３】一例におけるトンネルの貫通を示す説明図である。
【図４】一例におけるトンネルへの水の導入を示す説明図である。
【図５】貯水池と揚水発電機能を設けた水力発電施設を示す説明図である。
【符号の説明】
１、２…貯水池
３…トンネル開口予定部
４…凍結手段
４ａ…凍結管
５…地面
６…注水管
７…断熱シート
８…氷塊
９…凍結地盤
１０…トンネル
１１…揚水発電機器
１２…トンネル開口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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