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報告書

瑞浪超深地層研究所における工学技術に関する検討(平成27年度); 設計・施工計画および施工対策技術の開発(委託研究)

戸栗 智仁*; 小林 伸司*; 辻 正邦*; 矢萩 良二*; 山田 俊子*; 松井 裕哉; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎; 青柳 芳明

JAEA-Technology 2017-005, 43 Pages, 2017/03

JAEA-Technology-2017-005.pdf:4.4MB

超深地層研究所計画における工学技術に関する研究は、大きく分けて、(1)「研究坑道の設計・施工計画技術の開発」、(2)「研究坑道の建設技術の開発」、(3)「研究坑道の施工対策技術の開発」、(4)「安全性を確保する技術の開発」および(5)「掘削影響の修復・軽減技術の開発」の5項目に分類して進めている。これまでは、「第2段階」の調査研究として、研究坑道掘削工事で取得される計測データや施工データを用いた評価に基づく設計の妥当性についての検討などを中心に進めるとともに、「第3段階」の調査研究として、施工対策技術としての湧水抑制対策についても検討してきた。平成27年度は、第3期中長期計画で実施する必須の研究開発課題である「地下坑道における工学的対策技術の開発」の一環として実施中のウォータータイトグラウト技術の開発に関連し、これまで瑞浪超深地層研究所で実施・整備してきたグラウト技術の取りまとめ、その結果に基づく深度500m研究アクセス南坑道におけるポストグラウチング計画立案、地層処分の観点からの技術開発成果の整理、グラウト技術に代わる止水技術に関する情報収集・整理を実施した。

論文

Post-grouting experiences for reducing groundwater inflow at 500 m depth of the Mizunami Underground Research Laboratory, Japan

辻 正邦*; 小林 伸司*; 見掛 信一郎; 佐藤 稔紀; 松井 裕哉

Procedia Engineering, 191, p.543 - 550, 2017/00

 被引用回数:1

本稿は、瑞浪超深地層研究所の深度500m水平坑道におけるポストグラウチングの施工結果について報告するものである。ポストグラウチングでは、グラウト材料、注入工法、注入範囲についての最適な仕様を確認した。その結果、溶液型材料の使用、複合動的注入工法の適用、プレグラウチングの外側の範囲に対するポストグラウチングの実施、という設定が有効であった。湧水抑制対策としては、プレグラウチングを実施し、その後ポストグラウチングを実施する組み合わせが効率的であり、その際、最適な設計(溶液型グラウト、複合動的注入、プレグラウトの外側範囲に適用)に基づき施工することで、更なる湧水抑制効果が期待できると考えられる。

論文

AMS radiocarbon dates of pyroclastic-flow deposits on the southern slope of the Kuju Volcanic Group, Kyushu, Japan

奥野 充*; 長岡 信治*; 國分 陽子; 中村 俊夫*; 小林 哲夫*

Radiocarbon, 59(2), p.483 - 488, 2017/00

九州,九重火山群の中央及び西側における噴火史を明らかにするため、火砕流堆積物の加速器質量分析による放射性炭素年代測定を行った。放射性炭素年代測定は、施設供用制度に基づきJAEA-AMS-TONOで行った。飯田火砕流堆積物の放射性炭素年代は、$$sim$$5.35万年BPであり、白丹及び室火砕流のものは4.4$$sim$$5万年BP以上及び3.5$$sim$$3.9万年BPであった。これらの結果は、溶岩ドームの熱ルミネッセンス年代と一致し、熱ルミネッセンス及び放射性炭素年代法が、溶岩ドームの形成や火砕流の噴火過程を明らかにするために有用な手段となりうることを示した。また、これらの結果により、これらの噴火活動が15万年間で最も大きな噴火である飯田火砕流の後にあまり期間をおかず発生したこともわかった。

論文

Post-grouting with colloidal silica at great depth of the Mizunami Underground Research Laboratory, Japan

辻 正邦*; 小林 伸司*; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎; 松井 裕哉

Proceedings of 8th Nordic Grouting Symposium, p.171 - 185, 2016/09

本論文は、瑞浪超深地層研究所(MIU)の大深度地下において実施したコロイダルシリカを用いたグラウト(CSG)の適用性を示している。瑞浪超深地層研究所では、深度300mにおけるポストグラウト試験で3年以上にわたりその耐久性と適用性が確認された。さらに、スウェーデンのプロジェクトとこの試験に関して、CSGの適用性を比較した結果、MIUにおいてスウェーデン式の理論的設計の適用性が示された。これを受け、MIUの深度500mの坑道においてさらなる湧水抑制とグラウチング手法の開発のためにスウェーデン式のグラウチング設計法を用いたCSGを実施し、このポストグラウチングによって湧水の低減が図られ、グラウチングした岩盤の透水係数は10$$^{-9}$$m/sより小さいと評価された。

報告書

クラックテンソルモデルを用いた瑞浪超深地層研究所の冠水坑道における坑道冠水過程に伴う三次元応力解析

尾崎 裕介; 松井 裕哉; 桑原 和道; 多田 浩幸*; 櫻井 英行*; 熊坂 博夫*; 郷家 光男*; 小林 伸司*

JAEA-Research 2016-007, 125 Pages, 2016/06

JAEA-Research-2016-007.pdf:34.66MB

瑞浪超深地層研究所では、これまでクラックテンソルモデルを用いた掘削解析を行ってきた。現在、瑞浪超深地層研究所では深度500mにおいて再冠水試験が実施されている。本研究では、クラックテンソルモデルを用いて坑道が冠水する過程における亀裂および掘削損傷領域を含む岩盤挙動の評価を行う。坑道が冠水する過程での応力状態の変化を評価するために、冠水坑道内の水位が異なる場合の解析を行った。また、冠水後に坑道内に地下水の流入が継続した場合の応力状態を推定するために、冠水坑道内の水圧が深度相当の水圧と同程度まで上昇した場合の解析も行った。これら坑道の冠水過程における解析において、最大の応力が岩盤に作用した場合の状況を推定するため、地下水の岩盤への浸透を無視して解析を実施した。これらの解析に加えて、冠水後に長時間経過した場合における岩盤の応力状態を予測するため、地下水の岩盤への浸透を考慮した場合の解析も実施した。解析の結果、これら坑道の冠水過程において、岩盤にかかる応力は、冠水坑道壁面付近で坑道内の水圧程度まで達することが予測された。

報告書

瑞浪超深地層研究所における工学技術に関する検討(平成26年度); 設計・施工計画および施工対策技術の開発(委託研究)

小林 伸司*; 新美 勝之*; 辻 正邦*; 山田 俊子*; 青柳 芳明; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎; 大澤 英昭

JAEA-Technology 2015-039, 170 Pages, 2016/02

JAEA-Technology-2015-039.pdf:37.73MB

超深地層研究所計画では、「研究坑道の設計・施工計画技術の開発」、「研究坑道の建設技術の開発」、「研究坑道の施工対策技術の開発」、「安全性を確保する技術の開発」、「掘削影響の修復・軽減技術の開発」を目的として、工学技術に関する研究を進めている。本研究では、研究坑道の設計・施工計画技術の開発および施工対策技術の開発を目的として、地震動特性と湧水抑制対策技術に関する検討を実施した。地震動特性に関する検討については、瑞浪超深地層研究所に設置した地震計等の計測結果を分析し、各深度の方向ごとの計測データや地質状況との関係を総括的に評価した。湧水抑制対策技術に関する検討としては、平成25年度に立案した施工試験計画に基づいてポストグラウトを施工した結果を評価し、今後の技術開発の方向性について検討を加えた。

論文

$$^{61}$$Ni synchrotron radiation-based M$"o$ssbauer spectroscopy of nickel-based nanoparticles with hexagonal structure

増田 亮*; 小林 康浩*; 北尾 真司*; 黒葛 真行*; 齋藤 真器名*; 依田 芳卓*; 三井 隆也; 細井 浩平*; 小林 浩和*; 北川 宏*; et al.

Scientific Reports (Internet), 6, p.20861_1 - 20861_8, 2016/02

 被引用回数:4

We measured the SR M$"o$ssbauer spectra of Ni nanoparticles with a hexagonal structure that were synthesized by chemical reduction. To obtain M$"o$ssbauer spectra of the nanoparticles without 61-Ni enrichment, we developed a measurement system for $$^{61}$$Ni SR M$"o$ssbauer absorption spectroscopy without X-ray windows between the standard energy alloy and detector. The counting rate of the $$^{61}$$Ni nuclear resonant scattering in the system was enhanced by the detection of internal conversion electrons and the close proximity between the energy standard and the detector. The spectrum measured at 4 K revealed the internal magnetic field of the nanoparticles was 3.4 T, corresponding to a Ni atomic magnetic moment of 0.3 Bohr magneton. This differs from the value of Ni$$_{3}$$C and the theoretically predicted value of hexagonal closed packed Ni and suggested the nanoparticle possessed intermediate carbon content between hcp-Ni and Ni$$_{3}$$C of approximately 10 atomic percent of Ni.

論文

瑞浪超深地層研究所における大深度のポストグラウチング技術; 新技術を導入した設計、施工実績、湧水抑制効果の評価について

辻 正邦*; 小林 伸司*; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎

第44回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.359 - 364, 2016/01

瑞浪超深地層研究所では、湧水とその排水処理費の低減および安全施工の観点から研究坑道掘削時に坑道周辺のプレグラウチングを実施している。特に大深度地下では、高水圧と低透水性岩盤といった既往の実績がほとんどない条件下であることから、グラウチング技術の開発を行いながら坑道掘削を進めてきた。深度500mの研究アクセス南坑道では、プレグラウチングを実施しながら掘削を行い、掘削完了後の一部区間を対象にポストグラウチングの設計施工を実施した。本論文では、最新技術を採用した当該のポストグラウチングの設計および施工実積の概要について紹介するとともに、一連のグラウチングによる大深度における湧水抑制効果の評価について報告する。

論文

Grouting for reducing groundwater inflow into a gallery at 500m depth of the Mizunami Underground Research Laboratory, Japan

辻 正邦*; 小林 伸司*; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎

Proceedings of the ISRM Regional Symposium EUROCK 2015 & 64th Geomechanics Colloquium; Future Development of Rock Mechanics, p.35 - 41, 2015/10

瑞浪超深地層研究所では、掘削工事における地下水の湧水量を低減するために岩盤グラウチングが主要技術として用いられてきた。本稿は、深度500mレベルの延長120mの坑道におけるグラウチング工事の概要について報告するものである。先行ボーリング調査を行い、主に超微粒子セメントによるプレグラウチングを行いつつ本坑道の掘削を完了した後は、坑道全体の湧水量が約200から220L/分であり、許容湧水量を満足した。その後、延長16mの区間において新設計(溶液型グラウトの適用、複合動的注入の適用、プレグラウトの外側範囲を改良ゾーンに適用)によるポストグラウト工事を実施した。その結果、これらの新しい設計が効果的であることが確認でき、対象区間の湧水量は35L/分から11L/分に減少した。今回の実積は、既存のグラウチング技術の高度化に役立つものであり、新しい設計技術がプレグラウトの段階から実施されていれば、更なる湧水抑制が可能であったと考えられる。

論文

Excavation cycle times recorded during sinking of a deep shaft in crystalline rock; A Case example at ventilation shaft of Mizunami URL, Japan

真田 祐幸; 佐藤 稔紀; 堀内 泰治*; 見掛 信一郎; 沖原 光信*; 矢萩 良二*; 小林 伸司*

Tunnelling and Underground Space Technology, 50, p.68 - 78, 2015/08

 被引用回数:1

日本原子力研究開発機構では、高レベル放射性廃棄物地層処分技術に関する研究開発を実施しており、その一環として超深地層研究所計画を実施している。本計画において、換気立坑掘削の際にサイクルタイムのデータを取得して設計段階で設定したデータと比較した。その結果、実際のサイクルタイムは設計時の2から3倍長くかかっていることが明らかになり、工種毎に詳細に分析した。

報告書

クラックテンソルモデルを用いた瑞浪超深地層研究所を対象とした三次元坑道掘削解析

高山 裕介; 佐藤 稔紀; 真田 祐幸; 多田 浩幸*; 熊坂 博夫*; 福田 毅*; 小林 伸司*

JAEA-Research 2015-003, 102 Pages, 2015/07

JAEA-Research-2015-003.pdf:20.21MB

日本原子力研究開発機構では、結晶質岩を対象とした深部地質環境の調査・解析・評価技術の基盤の整備と、深地層における工学技術の基盤の整備を目標として、岐阜県瑞浪市において超深地層研究所計画を進めている。超深地層研究所計画における岩盤力学分野の研究では、地上からの調査予測研究段階において、研究坑道の掘削に伴い周辺岩盤中に生じる掘削影響の評価方法の構築を課題の一つとして設定している。本報告では、深度500mの換気立坑連接部、研究アクセス北坑道の地中変位計設置断面周辺、および斜坑部・冠水坑道の3箇所を対象として、クラックテンソルを算定し、掘削解析を実施した。研究アクセス北坑道の地中変位計設置断面周辺の解析結果については計測データとの比較を行った。また、換気立坑連接部の掘削解析においては、第1段階および第2段階で取得したクラックテンソルや初期応力測定結果を用い、第1段階と第2段階の解析結果の差異を比較・検討した。

論文

One-dimensional analysis of ECRH-assisted plasma start-up in JT-60SA

羽田 和慶*; 長崎 百伸*; 増田 開*; 小林 進二*; 井手 俊介; 諫山 明彦; 梶原 健

Fusion Science and Technology, 67(4), p.693 - 704, 2015/05

 被引用回数:2

一般に、超伝導トカマクは常伝導トカマクに比べ印加可能なループ電圧が低いため、第一壁の状況によってはプラズマ着火が困難になる可能性がある。超伝導トカマクJT-60SAにおいても同様の状況であることから、プラズマ着火が行える条件を明らかにする必要がある。以前、著者らは、電子サイクロトロン共鳴加熱(ECRH)によるプラズマ着火に関する0次元モデルによる解析を行った。今回、ECRHパワーの吸収効率や、小半径方向の分布を考慮に入れた1次元モデルを開発した。このモデルの解析では電子および水素原子密度、電子およびイオン温度、プラズマ電流の時間発展に関する拡散型の連立偏微分方程式を解いている。解析の結果、初期中性粒子密度が3.0$$times$$10$$^{18}$$m$$^{-3}$$、誤差磁場が1mT、炭素・酸素不純物密度が電子密度に対してそれぞれ0.1%のとき、着火に必要なECRHパワーはおよそ1MW程度であり、JT-60SAの運転初期に装備されるECRHパワーの範囲内であることがわかった。また、着火に必要なECRHパワーは初期中性水素密度の0.6乗、誤差磁場強度の1乗で増加するという結果が得られ、中性水素密度や誤差磁場を低減することが重要であることがわかった。

論文

Attempt to measure magnetic hyperfine fields in metallic thin wires under spin Hall conditions using synchrotron-radiation M$"o$ssbauer spectroscopy

壬生 攻*; 三井 隆也; 田中 雅章*; 増田 亮*; 北尾 真司*; 小林 康浩*; 依田 芳卓*; 瀬戸 誠*

Journal of Applied Physics, 117(17), p.17E126_1 - 17E126_4, 2015/05

 被引用回数:1

Measurement of the magnetic hyperfine fields in metallic thin wires under spin Hall conditions was attempted using the emerging technique synchrotron radiation M$"o$ssbauer spectroscopy. A M$"o$ssbauer probe layer of $$^{57}$$Fe(0.2 nm), $$^{57}$$Fe(0.6 nm), or $$^{119}$$Sn(0.6 nm) was embedded as an electron spin detector near the surfaces of V, Au, Pt, and $$^{56}$$Fe wires. The magnitudes of the magnetic hyperfine fields at the $$^{57}$$Fe and $$^{119}$$Sn nuclear sites that could be enhanced by nonequilibrium conduction electron spin polarization were measured both without and with the application of an electric current along the wire. Changes in the M$"o$ssbauer spectra were not clearly observed, indicating that the magnetic hyperfine field induced by nonequilibrium spin polarization is smaller than the detection limit at least for the measured systems and conditions.

報告書

瑞浪超深地層研究所における工学技術に関する検討(平成25年度); 設計・施工計画および施工対策技術の開発(委託研究)

小林 伸司*; 新美 勝之*; 沖原 光信*; 辻 正邦*; 山田 俊子*; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎; 堀内 泰治*; 青柳 芳明

JAEA-Technology 2014-035, 172 Pages, 2015/01

JAEA-Technology-2014-035.pdf:91.27MB

超深地層研究所計画では、「研究坑道の設計・施工計画技術の開発」、「研究坑道の建設技術の開発」、「研究坑道の施工対策技術の開発」、「安全性を確保する技術の開発」、「掘削影響の修復・軽減技術の開発」を目的として、工学技術に関する研究を進めている。本研究では、研究坑道の設計・施工計画技術の開発および施工対策技術の開発を目的として、地震動特性と湧水抑制対策技術に関する検討を実施した。地震動特性に関する検討については、瑞浪超深地層研究所に設置した地震計等の計測結果を分析し、大深度における地震特性に関する知見を得た。湧水抑制対策技術に関する検討としては、ポストグラウチング手法について既往の情報を収集・整理するとともに、研究坑道掘削工事で適用される技術の抽出と有効性評価を実施し、今後の技術開発の方向性について検討を加えた。

論文

瑞浪超深地層研究所における大深度下でのグラウト設計と施工実績および改良効果の評価

辻 正邦*; 小林 伸司*; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎

第43回岩盤力学に関するシンポジウム講演集(CD-ROM), p.7 - 12, 2015/01

瑞浪超深地層研究所では、研究坑道の掘削工事にあたり、湧水・排水処理の低減と安全な施工の観点から坑道周辺のプレグラウチングを実施している。特に大深度地下では、高水圧と低透水性岩盤といった既往の実績がほとんどない条件下であることから、グラウチング技術の開発を行いながら坑道掘削を進めている。深度500mの研究アクセス南坑道の掘削にあたっては、事前に実施した先行ボーリングの調査結果に基づいて湧水量を予測してプレグラウト設計を行った。探り削孔、材料選定、追加孔の設定、チェック孔による確認などを適切に実施し、適宜仕様を見直しながら施工した結果、3.5MPa以上の高水圧下において十分なグラウト改良効果が得られ、設定した許容湧水量を下回った。

論文

Analysis of excavation cycle time during sinking of the ventilation shaft at the Mizunami Underground Research Laboratory

真田 祐幸; 佐藤 稔紀; 堀内 泰治*; 見掛 信一郎; 沖原 光信*; 矢萩 良二*; 小林 伸司*

Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 7 Pages, 2014/10

日本原子力研究開発機構では、高レベル放射性廃棄物地層処分技術に関する研究開発を実施しており、その一環として超深地層研究所計画を実施している。本計画において、換気立坑掘削の際にサイクルタイムのデータを取得して設計段階で設定したデータと比較した。その結果、実際のサイクルタイムは設計時の2から3倍長くかかっていることが明らかになった。

論文

Status of grouting to reduce groundwater inflow into deep shafts and galleries in the Mizunami Underground Research Laboratory, Japan

佐藤 稔紀; 見掛 信一郎; 小林 伸司*; 辻 正邦*

Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2014/10

日本原子力研究開発機構では、高レベル放射性廃棄物地層処分技術に関する研究開発を実施しており、その一環として超深地層研究所計画を実施している。この計画の中で、施工対策技術として湧水抑制対策技術に関する研究を実施している。瑞浪超深地層研究所の立坑や水平坑道においてグラウトを実施し、普通セメントで2ルジオン、超微粒子セメントで0.2ルジオン、溶液型シリカでは0.29ルジオンという透水性を達成することができた。

論文

Comparison of grouting with silica sol in the $"A$sp$"o$ Hard Rock Laboratory in Sweden and Mizunami Underground Research Laboratory in Japan

辻 正邦*; Funehag, J.*; 小林 伸司*; 佐藤 稔紀; 見掛 信一郎

Proceedings of 8th Asian Rock Mechanics Symposium (ARMS-8) (USB Flash Drive), 10 Pages, 2014/10

溶液型シリカは環境影響が少なくかつ開口幅の小さな割れ目にも浸透する。スウェーデンにおいては、溶液型シリカに関する研究や適用例が最近増えており、割れ目の透水性と理論的な浸透長さによってグラウトの設計が行われる。2008年にはエスポ岩盤研究所の深度450mのトンネルにおいて、2010年には瑞浪超深地層研究所の深度300mにおいて溶液型シリカを用いたグラウトが実施された。双方のグラウトの結果を比較すると、割れ目密度の大きい日本においてもスウェーデンのグラウト技術は適用が可能であり、日本特有のグラウト手法もスウェーデンにおけるグラウト品質の向上に役立つと期待される。

報告書

瑞浪超深地層研究所における工学技術に関する検討; 平成24年度(委託研究)

深谷 正明*; 納多 勝*; 畑 浩二*; 竹田 宣典*; 秋好 賢治*; 石関 嘉一*; 金田 勉*; 佐藤 伸*; 柴田 千穂子*; 上田 正*; et al.

JAEA-Technology 2014-019, 495 Pages, 2014/08

JAEA-Technology-2014-019.pdf:82.23MB

超深地層研究所計画では、「研究坑道の設計・施工計画技術の開発」、「研究坑道の建設技術の開発」、「研究坑道の施工対策技術の開発」、「安全性を確保する技術の開発」を目的として、工学技術に関する研究を進めている。本研究では、これら4項目の工学技術研究として、深度500mまでの研究坑道の施工によって取得された計測データを用いて、設計の妥当性の検討や施工管理のための計測結果の分析と課題の抽出、パイロットボーリングから得られた情報の有効性に関する評価を行うとともに、研究坑道掘削工事で適用される技術の抽出と有効性評価を実施し、今後の技術開発の方向性について検討を加えた。

論文

深度500mまでの施工実績にもとづく立坑掘削技術の評価; 瑞浪超深地層研究所研究坑道掘削工事

佐藤 稔紀; 見掛 信一郎; 納多 勝*; 小林 伸司*

トンネルと地下, 45(7), p.501 - 510, 2014/07

日本原子力研究開発機構では、岐阜県瑞浪市の瑞浪超深地層研究所において研究坑道の掘削を伴う調査研究を実施している。研究所は2本の立坑と複数の水平坑道群からなる地下施設で、現在、深度500mまで掘削が進んでいる。本報告では、これまでの施工実績に基づいて、湧水抑制対策と地山崩落対策について評価した結果を示す。湧水抑制対策では、立坑坑底からアンブレラ型の注入孔を配置してプレグラウトを実施し、所定の透水係数の改善が見られた。地山崩落対策では、ロックボルトによる補強工とシリカレジン注入による先受け工を組み合わせて、断層に沿った立坑掘削を安全に行った。いずれの対策工も、立坑掘削機械であるシャフトジャンボを用いて実施することにより、立坑掘削のショートステップ工法の掘削サイクルに効率よく取り入れることが可能である。

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