(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
地下空洞ダムの建設と地上ダムの建設を並行して行う方法であって、
難透水層の地下岩盤内に大空洞を掘削し、
この大空洞壁面を吹き付けコンクリートで被覆し、
前記大空洞には前記岩盤から壁面を通して地下透水を直接取水すると共に所定の取水口から前記貯水池の貯水を貯溜するように地下空洞ダムを建設し、
それと並行して、前記大空洞の掘削ズリを地上ダムの建材として用いることを特徴とする地下空洞ダムおよび地上ダムの並行構築方法。
【請求項２】
前記大空洞は、断面積１００〜１０００ｍ2、かつ、壁面へ吹き付けるコンクリートの厚さ５〜２０ｃｍで被覆した、容積が１０万ｍ3以上に築造したことを特徴とする請求項１に記載の地下空洞ダムおよび地上ダムの並行構築方法。
【請求項３】
前記大空洞は、同時に建設する地上ダムの貯水池の利用水深内の地下に設け、かつ、前記取水口は、前記貯水池の利用水深内に接続したことを特徴とする請求項１または２に記載の地下空洞ダムおよび地上ダムの並行構築方法。
【請求項４】
前記大空洞の壁面には、吹き付けコンクリートを貫通して岩盤に達する水抜き孔を１．０〜２．０ｍのピッチで形成したことを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずか１に記載の地下空洞ダムおよび地上ダムの並行構築方法。
【請求項５】
地上ダムは、コンクリートダムあるいは表面遮水型フィルダムであることを特徴とする請求項１ないし４のうちのいずか１に記載の地下空洞ダムおよび地上ダムの並行構築方法。
【請求項６】
地上ダムが、水力発電所にその使用水を供給するものである場合には、地下空洞ダムは水力発電所への導水路の一部として使用するようにしたことを特徴とする請求項１ないし５のうちのいずか１に記載の地下空洞ダムおよび地上ダムの並行構築方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水力発電、都市用水、工業用水、あるいは農業用水の貯水、または洪水調整や渇水補給等のために貯水する地下空洞ダムを地上ダムと並行して構築する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水力発電、都市用水、工業用水、あるいは農業用水の貯水、または洪水調整や渇水補給等のために河川に地上ダムが設けられている。従来のダムは、河川に水を堰止めるダム体を設け、その上流側に貯水池を形成し、この貯水池の水を利用して水力発電を行ったり、取水して都市用水等として利用している。
ここで、地上ダムの堤体の材料は、コンクリートまたは岩石であり、その材料は原石山または河床から採取している。例えば図９に示すように、山間部に地上ダムａを建設する際には、貯水池ｂの周囲域内の山を原石山ｃ１、ｃ２とするが、原石山ｃ１、ｃ２表土の土捨て場ｄと、ダム表土収容の土捨て場ｅ、ダムａおよび水路の掘削ズリの池内土捨て場ｆおよび材料の運搬道路ｇを設定する。したがって、地上ダムの構築には、ダムや貯水池の用地ばかりでなく原石山、土捨て場および道路の用地確保が必要である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、近年、大規模なダム（地上ダム）を造る適地が少なくなったことに加えて、自然景観の保護などから環境の保全に対する要求が厳しくなり、ダムを造ることが困難になりつつある。
このような状況の下で、仮に利水または洪水調整のためにダムを計画するのであれば、入念な環境アセメントが必要である。
【０００４】
以上のようなダム建設の問題の対応するため、特開平５−１７９６３０号公報によって地下式ダムが提案されている。この地下式ダムにおいては、山間部にトンネルを掘る等して複数の水系の河川にまたがる貯水用トンネルを地下に設け、このトンネルに河川に形成した取水ダム用取水口を接続したものである。
【０００５】
しかしながら、前記地下式ダムの技術は、地下式ダムの建設に際しての膨大な掘削ズリの捨て場およびこの掘削ズリ運搬の道路が必要になる問題点は残り、結局、環境保全の要求に応えきれないものである。
また、貯溜水の有効利用の観点から、地下式ダムは漏水のしにくさを考慮して建設する要請があるが前記従来技術ではその要請に応えられない。
【０００６】
本発明は、前記従来の問題点を解消ないしは少なくするべくなされたものであって、地上ダムの建設によって貯水池外に発生する裸地面積を極力少なくして、ダム建設を地上の景観に手を加える範囲を縮小することができるばかりでなく、同時に貯水の蒸発散を無くすことができ、かつ、貯水池の有効容量の増加を図りあるいはダム高を低減できる地下空洞ダムおよび地上ダムの並行構築方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するため次の構成を有する。
請求項１の発明は、地下空洞ダムの建設と地上ダムの建設を並行して行う方法であって、難透水層の地下岩盤内に大空洞を掘削し、この大空洞壁面を吹き付けコンクリートで被覆し、前記大空洞には前記岩盤から壁面を通して地下透水を直接取水すると共に所定の取水口から前記貯水池の貯水を貯溜するように地下空洞ダム建設し、それと並行して、前記大空洞の掘削ズリを地上ダムの建材として用いることを特徴とする地下空洞ダムおよび地上ダムの並行構築方法である。
【０００８】
請求項２の発明は、前記大空洞は、断面積１００〜１０００ｍ2、かつ、壁面へ吹き付けるコンクリートの厚さ５〜２０ｃｍで被覆した、容積が１０万ｍ3以上に築造したことを特徴とする請求項１に記載の地下空洞ダムおよび地上ダムの並行構築方法である。
請求項３の発明は、前記大空洞は、同時に建設する地上ダムの貯水池の利用水深内の地下に設け、かつ、前記取水口は、前記貯水池の利用水深内に接続したことを特徴とする請求項１または２に記載の地下空洞ダムおよび地上ダムの並行構築方法である。
なお、前記大空洞は、その頂上部が貯水池の最高水面以下になるように設置することができる。
請求項４の発明は、前記大空洞の面壁には、吹き付けコンクリートを貫通して岩盤に達する水抜き孔を１．０〜２．０ｍのピッチで形成したことを特徴とする請求項１ないし３のうちのいずか１に記載の地下空洞ダムおよび地上ダムの並行構築方法である。
【０００９】
請求項５の発明は、地上ダムは、コンクリートダムあるいは表面遮水型フィルダムであることを特徴とする請求項１ないし４のうちのいずか１に記載の地下空洞ダムおよび地上ダムの並行構築方法である。
請求項６の発明は、地上ダムは水力発電所にその使用水を供給するものである場合には、地下空洞ダムは水力発電所への導水路の一部とした使用するようにしたことを特徴とする請求項１ないし５のうちのいずか１に記載の地下空洞ダムおよび地上ダムの並行構築方法である。
【００１０】
本発明によれば、難透水層の地下岩盤内に大空洞を掘削し、この大空洞壁面を吹き付けコンクリートで被覆し、前記大空洞内に前記岩盤から壁面を通して地下透水を直接取水すると共に、地上ダム貯水池内の水も貯溜する。
【００１１】
この地下式ダムにおいては、地上ダム完成後は貯水池となる範囲内に地下空洞ダムを地下に設け、このトンネルをダムの有効容量の一部に使用するものである。それと共に、所定の取水口より地上ダムの貯水を貯溜できるので、地下空洞ダムの容積を貯水有効容量に加えることによって、有効容量の増加に利用するか、あるいは、ダム高の低減に利用することができる。この場合、地下空洞ダムの容積は、ほぼ必要な堤体材料の容積に等しくなる。
さらに、地下空洞ダムは、難透水性の岩盤内に大空洞を掘削し、吹き付けコンクリートで被覆したもののため、貯溜水の岩盤内への浸透を防止できるので、貯溜水の減少を無くすことができる。しかも、壁面を通して湧水等の地下透水を直接取水するようにして地下透水をダム貯水として有効利用でき、貯溜水の確保が容易である。
【００１２】
また、地下の空洞ダムであるので地上の景観に手を加えることがないので環境にやさしいと共に、気温の高い地域でも水の蒸発散がほとんど無い。
さらに、地下空洞ダムを建設する際の掘削ズリ（土砂または岩石）を地上ダムの建材（堤体材料）に有効利用することで、地上での採取地（原石山）を省略することができる。これによって、原石山に加えて、その表土を捨てる土捨場と材料運搬のための道路も廃止して、裸地面積を大幅に縮小することができる。裸地面積が縮小されるということは、貴重動植物に影響を与える確率と地滑りなどが発生する確率が少なくなると同時に景観に与える影響も大幅に少なくなる。
【００１３】
なお、請求項２の発明によれば、前記大空洞を、断面積１００〜１０００ｍ2、かつ、容積が１０万ｍ3以上に築造し、壁面へ吹き付けるコンクリートの厚さ５〜２０ｃｍで被覆する。容積が１０万ｍ3以下であれば、コストが高くなり地下にダムを建設するメリットが少ないが、１０万ｍ3以上であれば地下に築造するメリットが生じる。また、吹き付けるコンクリートは透水係数が例えば１×１０-6〜１×１０-8ｃｍ／ｓｅｃと岩盤と同等かもしくはそれ以上の難透水性の材料であるが、吹き付け厚さが５〜２０ｃｍと薄いので、また水抜孔があるので岩盤内を浸透して来た水はそのまま地下空洞ダム内に湧水として流出する。
【００１４】
また、本発明の地下空洞ダムにおいて、地上ダム貯水池の水位が急激に低下したときの外圧を軽減するために、また、地下水を積極的に取水するために、請求項５のように、吹き付けコンクリートを貫通して岩盤に達する水抜き孔を１．０〜２．０ｍのピッチでグリッド状に配置するのが効果的である。
また、本発明の地下空洞ダムは、１列〜複数列を設計の貯水容量に応じて構築することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の各実施の形態を説明する。
実施形態は、図１、図２に示すように、地下空洞ダム１と地上ダム２を並行して建設する方法である。
地下空洞ダム１および地上ダム２は、図３に一例を示すように、山間部３で河川４のある地域に設けるものである。
地上ダム２は、河川４をせき止めてその流域に貯水池５を河川流域に形成するコンクリートダムである。
【００１６】
この地域において山間部３の地下に難透水層の地下岩盤６があり、図４に示すように、地下空洞ダム１は、この地下岩盤６内に大空洞７を掘削し、この大空洞７の壁面７ａを吹き付けコンクリート８で被覆する。
前記地下空洞ダム１には岩盤６から透水（湧水）として入ってくる地下水（地下透水）ｗ１を直接取水すると共に所定の取水口９から前記貯水池５の水を流入させて内部に貯溜するための地下空洞ダム１を建設する。
その地下空洞ダム１の建設と並行して、前記大空洞の掘削ズリを地上ダム２の建材として用いる。
【００１７】
ここで、図１に示すように、前記大空洞７は、同時に建設する地上ダム２の貯水池５の利用水深（貯水の最高水面Ｈ.Ｗ.Ｌ.および最低水面Ｌ.Ｗ.Ｌ.）内位置の地下に設ける。前記取水口９は、前記貯水池５の利用水深内に接続した。この利用水深の範囲の貯水がダム有効容量になる。
そして、前記大空洞７は、その頂上部７ｂが貯水池５の最高水面Ｈ.Ｗ.Ｌ.以下になるように設置している。
【００１８】
また、前記地下空洞ダム１は、詳細には、図４の（ａ）に示すように、断面積１００〜１０００ｍ2、かつ、壁面７ａへ吹き付けるコンクリート８の厚さ５〜２０ｃｍで被覆し、容積が１０万ｍ3以上に築造したものである。
【００１９】
前記の吹き付けコンクリート８は、透水係数が１×１０-6〜１×１０-8ｃｍ／ｓｅｃと岩盤６と同等かもしくはそれ以上の難透水性の材料であるが、吹き付け厚さが５〜２０ｃｍと薄くする。したがって、岩盤６内を浸透して来た地下水ｗ１はコンクリート８を通る透水となってそのまま空洞ダム１内に湧水として流出する。
【００２０】
また、前記大空洞壁面７ａには、吹き付けコンクリート８を貫通して岩盤６に達する水抜き孔１０を１．０〜２．０ｍのピッチで形成する。したがって、地下空洞ダム１において、地上ダム貯水池５の水位が急激に低下したときの外圧を水抜き孔１０で軽減することができると共に地下水を積極的に取水することができる。
【００２１】
なお、この吹き付けコンクリート８は、セメントと砂、砂利（５〜１５ｍｍ）を混練りして、これに水を加えて（水は後から急結剤と一緒に加えることもある）吹き付けノズルの直前で急結剤を加えて岩盤（大空洞の壁面７ａ）に吹き付ける厚さが１０ｃｍを越える場合は２〜３回に分けて吹き付けることが好ましい。
【００２２】
セメントはポルトランドセメントまたは高炉セメントを用いることができる。また、セメントの量は、一例として仕上がりのコンクリート当たり約３５０ｋｇ／ｍ3を使用することができる。
また、コンクリート８の吹き付けに際して、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、ロックボルト１１を用いたり、金網もしくはグラスファイバー製メッシュ１２と併用することができる。金網もしくはグラスファイバー製メッシュ１２と併用するときの吹き付けコンクリート８はその厚さｔ≧１０ｃｍとすることが好適である。
また、大空洞７の下面は通常の舗装コンクリートを施設することができる。
【００２３】
実施形態の地下空洞ダムと地上ダムの並行構築方法によれば、難透水層の地下岩盤６内に大空洞７を掘削し、この大空洞壁面７ａを吹き付けコンクリート８で被覆し、前記大空洞７内に前記岩盤６から壁面を通して地下透水ｗ１を直接取水すると共に、地上ダム２貯水池５内の水も貯溜する。
【００２４】
この地下式ダムにおいては、図５および図６に示すように、地上ダム２完成後は貯水池５（有効容量Ｖ1）となる範囲内に地下空洞ダム１を地下に設け、この地下空洞ダム１の貯水容量Ｖ2を有効容量Ｖ（＝Ｖ1＋Ｖ2）の一部に使用するものである。それと共に、所定の取水口９より地上ダム２の貯水を貯溜できるので、地下空洞ダム１の容積Ｖ2を貯水有効容量に加えることによって、地上ダム１高を変えないで有効容量の増加に利用するか、あるいは、地上ダム１高の低減に利用することができる。この場合、地下空洞ダムの容積Ｖ2は、ほぼ必要な堤体材料の容積に等しくなり、ほぼ１００％有効に利用することができる。
【００２５】
さらに、地下空洞ダム１は、難透水性の岩盤６内に大空洞を掘削し、かつ、吹き付けコンクリート８で被覆したもののため、貯溜水の岩盤６内への浸透を防止できるので、貯溜水の減少を無くすことができる。
しかも、図４や図６に示すように、壁面７ａを通して湧水等の地下透水ｗ１を直接取水するようにして地下透水ｗ１をダム貯水として有効利用でき、貯溜水の確保が容易である。
【００２６】
また、地下の空洞ダム１であるので地上の景観に手を加えることがないので環境にやさしいと共に、気温の高い地域でも水の蒸発散がほとんど無い。
さらに、地下空洞ダム１を建設する際の掘削ズリ（土砂または岩石）を地上ダム２の建材（堤体材料）に有効利用することで、地上での採取地（原石山）を省略することができる。したがって、土捨て場は、前記図３に示すように、ダム表土の土捨て場１３を地上ダム２の周辺域に設け、ダムと水路と掘削ズリの土捨て場１４は調整池５内に設けるのみであるので、これによって、従来必要とした原石山に加えて、その表土を捨てる土捨場と材料運搬のための道路も廃止して、裸地面積を大幅に縮小することができる。
このように、裸地面積が縮小されるということは、貴重動植物に影響を与える確率と地滑りなどが発生する確率が少なくなると同時に景観に与える影響も大幅に少なくなる。
【００２７】
なお、本発明は前記の実施形態に限定されず、例えば、地上ダムは、前記図１や図５に示したコンクリートダムの他、図７に示すように、表面遮水型フィルダム型の地上ダム１５を構築することもできる。図７の符号１６は、コンクリートまたはアスファルトからなる表面遮水材層、１７はフィルタである。この地上ダム１５においても、地上ダム１５ののみの貯水容量Ｖ1’に加えて地下空洞ダム１の容量Ｖ2’を貯水容量Ｖ（＝Ｖ1’＋Ｖ2’）として有効利用できる。
【００２８】
また、地下空洞ダムを水力発電所用貯水池の導水路として利用すると、導水路の延長を短くできる。すなわち、図８（ａ）に示すように、従来の水力発電所における導水路トンネル１８は、取水口１９から（途中にゲート２０を設けて）発電所水車室（図示省略）までの延長になっている。この場合、導水路トンネル１８の断面積は、水流エネルギーのロスと経済性との関係から決定されており、ロス低減のためにだけに断面積をあまり大きくできないので、導水路が長くなるとロスの影響が大きくなる。
【００２９】
これに対して、図８の（ｂ）に示すように、本発明の地下空洞ダム１の奥側端部にゲート２０を設けて導水路１８に繋ぎ、つまり、地下空洞ダム１を水力発電所の導水路の一部として利用すると、地下空洞ダム１では断面積が大きいため水流速が低くロスの発生が少なくなるので、ロスの発生するのはゲート２０から先の導水路１８´になる。したがって、導水路が短縮されたのと同じ結果になり、水力エネルギーのロス低減を図ることができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したとおり、本発明のよれば、地上ダムの建設によって貯水池外に発生する裸地面積を極力少なくして、ダム建設を地上の景観に手を加える範囲を縮小することができるばかりでなく、同時に貯水の蒸発散を無くすことができ、かつ、貯水池の有効容量の増加を図りあるいはダム高を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態にかかる地下空洞ダムおよび地上ダムの並行構築方法の縦断説明図である。
【図２】同構築方法の平面説明図である。
【図３】同構築方法の全体説明図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は地下空洞ダムの各部詳細説明図である。
【図５】地下空洞ダムおよび地上ダムの貯水容量説明図である。
【図６】地下空洞ダムおよび地上ダムの貯水容量と取水の説明図である。
【図７】表面遮水型フィルダムの実施説明図である。
【図８】（ａ）は地下空洞ダムを水力発電に用いない例の説明図、（ｂ）は用いた例の説明図である。
【図９】従来の地上ダム建設説明図である。
【符号の説明】
１  地下空洞ダム
２  地上ダム
５  貯水池
６  地下岩盤
７  大空洞
７ａ  壁面
８  吹き付けるコンクリート
９  取水口
１０  水抜き孔
１５  地上ダム
ｗ１  地下水
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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