(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
岩盤空洞における空洞周辺岩盤の安定性を調査する弾性波トモグラフィーを用いた空洞周辺岩盤の調査方法において、代表断面における測定孔は、岩盤空洞を四角に取り囲むように斜めボーリング孔を配置するとともに、全方位からの波線が岩盤空洞を横切るように前記斜めボーリング孔全箇所に、受振点、発振点を配置することを特徴とする空洞周辺岩盤の調査方法。
【請求項２】
請求項１記載の空洞周辺岩盤の調査方法において、前記岩盤空洞の周辺に位置する断層と、前記斜めボーリング孔が交差する地点に受発振点を設けることを特徴とする空洞周辺岩盤の調査方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水封機能や岩盤構造の安定性といった岩盤空洞の健全性を評価する技術としての弾性波トモグラフィーを適用した空洞周辺岩盤の調査方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、岩盤構造の安定性や健全性の評価、地下構造を推定する手法として、弾性波トモグラフィーを適用した評価方法が一般に採用されている。
この弾性波トモグラフィーを適用した評価方法は、弾性波トモグラフィーを用いて地盤中を伝播する弾性波の伝播速度や振幅減衰率の分布を調べた結果を基に、岩盤状況や地下構造を推定、可視化する方法である。
【０００３】
例えば、石油等のエネルギーの地下貯蔵施設における岩盤空洞は、石油等の貯蔵後、長期間にわたって安全な操業を行って行く上で、その健全性を日常的に的確に把握、評価していくことが必要である。これら、石油貯蔵後の岩盤空洞内に直接入って点検を行うことは出来ず、水封機能の安全性は地下水位、湧水量、水封水供給量の計測・観測、また岩盤構造の安定性は立坑上部室やサービストンネルなどの坑道の変位、変状の有無等、間接的なデータを主体として把握・確認を行っている。
【０００４】
さらに、水封機能や岩盤構造の安定性に関しては、空洞周辺岩盤におけるゆるみ域の拡大が問題となるため、ゆるみ域を評価する手法の１つとして先に述べた弾性波トモグラフィーを適用した岩盤空洞の健全を調査する方法が用いられている。
ここでは、岩盤空洞１０１のある断面において、その両側面に測定孔として２本のボーリング孔１０２を設けて受振器１０３、及び発振器１０４を配置し、一方のボーリング孔１０２にセットした振源（発振器１０４）から発した弾性波がもう一方のボーリング孔１０２の受振器１０３によって感知され、それを地上の記録器へと送ることによって、１つの測線で測定を行い、対象地盤内の弾性波速度の分布が解析によって求められるものである（図４参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、弾性波トモグラフィーを適用した岩盤空洞１０１の健全性を調査する方法において、２本のボーリング孔１０２を利用する方法では空洞上部の断層の検出や空洞周辺のゆるみ域の検出が難しく、上部に水平ボーリング孔１０５を設けて受振点１０６、及び発振点１０７を追加して配置すること、さらには空洞壁面に受振点１０６を設置することが必要となるが、実際上、石油等のエネルギーの貯蔵空洞壁面に受振点１０６を設けることは困難な場合が多い（図５参照）。
【０００６】
上記事情に鑑み、本発明は空洞壁面に受振点を設けることなく、空洞周辺の岩盤構造の安定性、健全性を評価するに、探査精度の高い空洞周辺岩盤の調査方法を実現することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の空洞周辺岩盤の調査方法は、岩盤空洞における空洞周辺岩盤の安定性を調査する弾性波トモグラフィーを用いた空洞周辺岩盤の調査方法において、代表断面における測定孔として、岩盤空洞を四角に取り囲むように斜めボーリング孔を配置するとともに、全方位からの波線が岩盤空洞を横切るように前記斜めボーリング孔全箇所に、受振点、発振点を配置することを特徴としている。
【０００８】
請求項２記載の空洞周辺岩盤の調査方法は、前記岩盤空洞の周辺に位置する断層と、前記斜めボーリング孔が交差する地点に受発振点を設けることを特徴としている。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１に本発明の空洞周辺岩盤の調査方法に係る実施形態を以下に示す。図１より明らかなように、弾性波トモグラフィーを用いた岩盤空洞１における代表断面の測定孔として、岩盤空洞１に可能な限り近づけて、かつ岩盤空洞を四角に取り囲むように斜めボーリング孔４を配置している。
【００１０】
前記岩盤空洞１は、原油９もしくはガス１０が貯蔵されたエネルギーの地下貯蔵施設である。この地下貯蔵施設は、岩盤空洞１をスチールや巻き立てコンクリートなどで覆工することなく、周辺の地下水圧によって貯蔵油およびガスを封じ込める水封方式の地下備蓄基地である（図３参照）。
該岩盤空洞１の上部に設けられた水封トンネル２は、内部に水を満たして加圧することにより、前記岩盤空洞１周辺の地下水位８を一定に保つ機能を果たしている。
【００１１】
なお、本実施の形態における岩盤空洞１の対象断面には、８本の断層３（Ａ〜Ｈ）が存在している。これらの断層は、その幅がほぼ１ｍである（図１参照）。
【００１２】
前記岩盤空洞１の周囲には、岩盤空洞１を囲うように４本の斜めボーリング孔４が設けられている。これらはいずれも可能な限り岩盤空洞１に近づくように設けられており、斜めボーリング孔４どうしが交差しあって、１辺が前記岩盤空洞１の対角線長よりやや長い程度の四辺形を形成している。
なお、四辺形は、その角部が前記岩盤空洞１の天部上方と底部下方に位置するように配置されている。
【００１３】
測定孔である該斜めボーリング孔４には、弾性波トモグラフィーにより測定を実施するための受振点５と発振点６が複数、設けられている。これら受振点５と発振点６は数ｍの間隔をあけて、交互に配置されている。本実施の形態において、該斜めボーリング孔４の内部に設けられた発振点６と受振点５は、すべて等間隔で、かつ前記岩盤空洞１を囲うように２７点づつ交互に設置されている（図２参照）。
【００１４】
なお、該斜めボーリング孔４が構成するひし形の角部には必ず発振点６もしくは受振点５が配置されており、発振点６が設けられた角部と向かい合う角部には、受振点５が配置されるように配慮されている。
【００１５】
また、斜めボーリング孔４を削孔する際に得られるボーリングコアの観察及び調査により前記断層３の位置を把握することができるため、断層３と斜めボーリング孔４との交点にも受発信点を追加配置している。
【００１６】
上述するような受振点５および発振点６に配置された受発振器を用いた弾性波トモグラフィーによる岩盤空洞１周辺の調査方法を示す。
解析するにあたり、断層３、ゆるみ域、前記岩盤空洞１内の原油９及びガス１０空間に該当する弾性波速度を設定した。本実施の形態において、各弾性波速度は、既存の岩盤空洞１周辺で行われた調査結果を参考に設定している。表１に設定した弾性波速度値を示す。
【００１７】
【表  １】
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【００１８】
次に、左上部に位置する該斜めボーリング孔４ａの発振点６（１番〜８番）より順番に発振し、それぞれの発振に対して左下部に位置する該斜めボーリング孔４ｂの受振点５（８番〜１３番）、右下部に位置する該斜めボーリング孔４ｃの受振点５（１４番〜２１番）、左上部に位置する該斜めボーリング孔４ｄの受振点５（２２番〜２７番）で受振する。
【００１９】
次に、左下部に位置する該斜めボーリング孔４ｂの発振点６（９番〜１４番）より順番に発振し、それぞれの発振に対して左上部に位置する該斜めボーリング孔４ａの受振点５（１番〜７番）、右下部に位置する該斜めボーリング孔４ｃの受振点５（１４番〜２１番）、左上部に位置する該斜めボーリング孔４ｄの受振点５（２２番〜２７番）で受振する。
【００２０】
次に、右下部に位置する該斜めボーリング孔４ｃの発振点６（１５番〜２１番）より順番に発振し、それぞれの発振に対して左上部に位置する該斜めボーリング孔４ａの受振点５（１番〜７番）、左下部に位置する該斜めボーリング孔４ｂの受振点５（８番〜１３番）、左上部に位置する該斜めボーリング孔４ｄの受振点５（２２番〜２７番）で受振する。
【００２１】
最後に、右上部に位置する該斜めボーリング孔４ｄの発振点６（２２番〜２７番）より順番に発振し、それぞれの発振に対して左上部に位置する該斜めボーリング孔４ａの受振点５（１番〜７番）、左下部に位置する該斜めボーリング孔４ｂの受振点５（８番〜１３番）、左下部に位置する該斜めボーリング孔４ｃの受振点５（１４番〜２１番）で受振する。
【００２２】
このように、ある１辺の斜めボーリング孔４の発振点６より発振された波線７は、その他の３辺の斜めボーリング孔４のすべての受振点５で受信されることとなる。このため、前記岩盤空洞１内を横切る波線７の数は、左上部に位置する該斜めボーリング孔４ａの８個の発振点６（１番〜８番）は、それぞれ２０個の受振点５（８番〜２７番）に向かってそれぞれ波線７が生じるため、波線７の数は１６０本（２０×８）となる。同様に左下部に位置する該斜めボーリング孔４ｂ上の発振点６（９番〜１４番）より生じる波線７の数は、１２６本（２１×６）、右下部に位置する該斜めボーリング孔４ｃ上の発振点６（１５番〜２１番）より発生する波線７の数は、１３３本（１９×７）、右上部に位置する該斜めボーリング孔４ｄ上の発振点６（２２番〜２７番）より生じる波線７の数は、１２６本（２１×６）で、すべての波線７の数は５４５本となり、これらの波線７すべてが前記岩盤空洞１を横切ることとなる。
【００２３】
なお、発振、および受振の方法は、同一の斜めボーリング孔４で発振と受振を同時に行わないこととし、弾性波速度分布の非対象性を考慮して斜めボーリング孔４間で波線７がクロスするクロスホール配置となるような測定を想定している。
【００２４】
上述する構成によれば、鉛直方向のある断面を見ると、４本の斜めボーリング孔４が前記岩盤空洞１を囲うように設けられるため、岩盤空洞の上部に受振点５及び発振点６を追加して配置したり、さらには岩盤空洞１の壁面に受振点５を配置しなくとも、該斜めボーリング孔４の内部に配置された受振点５及び発振点６より発振された波線７は、前記岩盤空洞１内を全方位より横切ることとなり、岩盤空洞１の周辺の探査精度を高めることができる。
【００２５】
本実施の形態における空洞周辺岩盤の調査方法による効果を把握するため、岩盤空洞１の掘削時において安定解析を実施してゆるみ域を設定し、弾性波トモグラフィーによる順解析、逆解析を実施して、その差異および再現性を把握した。
【００２６】
なお、順解析は、上述した方法で前記岩盤空洞１の弾性波速度分布を把握する方法であり、逆解析は、順解析により発振点から受振点までの弾性波伝播時間を計算し、これらを模擬観測データとして入力したものである。
【００２７】
これら順解析の結果と照らし合わせて逆解析結果を見ると、特に岩盤空洞１のアーチ部より上部および底盤部において断層３およびゆるみの検出に対する再現性が良く、高い精度を有していることがわかった。
【００２８】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、岩盤空洞における空洞周辺岩盤の安定性を調査する弾性波トモグラフィーを用いた空洞周辺岩盤の調査方法において、代表断面における測定孔として、岩盤空洞を四角に取り囲むように斜めボーリング孔を配置するとともに、全方位からの波線が岩盤空洞を横切るように前記斜めボーリング孔全箇所に、受振点、発振点を配置することから、発振された波線は、前記岩盤空洞内を全方位より横切ることとなり、岩盤空洞の周辺の探査精度を高めることができる。
【００２９】
請求項２の発明によれば、前記岩盤空洞の周辺に位置する断層と、前記斜めボーリング孔が交差する地点に受発振点を設けることから、断層の弾性波速度が測定値に直接反映され、よりいっそうの精度向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る斜めボーリング孔の配置状況を示した図である。
【図２】  本発明に係る岩盤空同周辺の受振点および発振点の配置状況を示す図である。
【図３】  一般的な水封式地下備蓄の原理を示した図である。
【図４】  従来より用いられている弾性波トモグラフィーによる測定方法の模式図を示したものである。
【図５】  従来のボーリング孔の配置状況を示した図である。
【符号の説明】
１  岩盤空洞
２  水封トンネル
３  断層
４  斜めボーリング孔
４ａ  斜めボーリング孔
４ｂ  斜めボーリング孔
４ｃ  斜めボーリング孔
４ｄ  斜めボーリング孔
５  受振点
６  発振点
７  波線
８  地下水位
９  原油
１０  ガス
１０１  岩盤空洞
１０２  ボーリング孔
１０３  受振器
１０４  発振器
１０５  水平ボーリング孔
１０６  受振点
１０７  発振点
【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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