JP2740842B2 - 高圧気体の岩盤内貯蔵方法および高圧気体貯蔵用岩盤タンク - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は高圧気体の岩盤内貯蔵方法および高圧気体貯
蔵用岩盤タンクに係わり、特に、地下水圧が低い岩盤中
において、大容量の高圧気体の貯蔵を低コストで実現す
ることのできる高圧気体の岩盤内貯蔵方法および高圧気
体貯蔵用岩盤タンクに関するものである。

〔従来の技術〕

周知のとおり、高圧ガス等は通常、地上に設置された
球形タンク、あるいは円筒状のタンク等に貯蔵されてい
る。これら従来の高圧ガス貯蔵用タンクは、貯蔵内圧に
耐え得るように例えば数十mmの板厚を有した鋼板等によ
り構成されている場合が多い。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記従来の高圧ガス貯蔵用タンクにあ
っては、貯蔵容量が小さく、大容量の貯蔵施設を対象と
するとタンクが巨大構造体となって材料コストが膨大と
なり、かつ、建設空間として地表に広大な敷地を必要と
するといった問題がある。また、これらのタンクを地中
に設置するにしても、高い内圧に対する耐力を備えた構
造体としなければならず、敷地に関する問題は解消され
るものの、大容量対象では依然として膨大な施工コスト
がかかる等の問題がある。

一方、近年、地下の岩盤空洞をそのまま利用し、空洞
周辺の地下水圧により液体あるいは高圧気体を貯蔵する
水封方式の概念が提起されている。第７図は、その一構
成例を示したもので、岩盤１内に貯蔵空間２が形成され
ている。符号３は貯蔵物を受入れおよび払出しするため
の管路、符号４は、貯蔵気体の貯蔵圧を一定に保つウォ
ーターベッド５のレベルを上下させるために水の供給・
排出用の管路である。該方式では、貯蔵気体Ｇの内圧P₁
と地下水圧P₂とをバランスさせることにより、気体Ｇの
高圧貯蔵を実現しようとするものである。この方式で
は、貯蔵用タンク構成体として鋼板等の人工の工業材料
を用いないことから、圧力が比較的低い石油等では経済
的なものと成り得る。しかしながら、高圧の貯蔵物では
貯蔵圧を地下水圧とバランスさせる関係上から設置深度
が大深度となりコストが掛かるものとなる。例えば、仮
に貯蔵気体Ｇの圧力（内圧）を100kg/cm²としようとし
た場合、単純計算では、その内圧とバランスする地下水
圧を得るために前記貯蔵空間２は1000m以上の深度に形
成する必要があるわけである。また、地下水が直接貯蔵
物と接することから、地下水の貯蔵空間２内への浸出、
および貯蔵物の地下水への溶け込み等の問題もある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、上記問
題点を排除し得、かつ低コストでの大容量の高圧気体の
貯蔵を可能とする。高圧気体の岩盤内貯蔵方法および高
圧気体貯蔵用岩盤タンクを実現することを目的とするも
のである。

〔課題を解決するための手段〕

請求項１に係る発明は、高圧気体を岩盤内に貯蔵する
にあたり、岩盤内に形成した空洞の内面に、多数のブロ
ックを互いに縁切りした状態で空洞内面全体を覆うよう
に連設せしめた分割構造の壁体からなる応力伝達層を形
成し、かつ、気密性を有しかつ外力に対して変形を許容
する柔構造容器体を前記応力伝達層の内壁面に沿って構
成し、該柔構造容器体内に高圧気体を封入した際に、そ
の内圧を該柔構造容器体および前記応力伝達層を介して
前記空洞を構成する岩盤により支持させることを特徴と
するものである。

また、請求項２に係る発明は、高圧気体を貯蔵するた
めに、地下水圧の低い岩盤内あるいは人工的に地下水圧
を低下せしめた岩盤内に構成したタンクであって、岩盤
内に形成された空洞の内部に、気密性を有しかつ外力に
対して変形を許容する柔構造容器体を、前記空洞を構成
する壁面との間に応力伝達層を介して設け、かつ、該応
力伝達層を、多数のブロックを互いに縁切りした状態で
空洞内面全体を覆うように連設せしめた分割構造の壁体
として形成してなることを特徴とするものである。

〔作用〕

柔構造容器体に高圧気体を封入すると、この柔構造容
器体は外圧に体して変形を許容するものであるから、高
圧気体貯蔵時、貯蔵圧は柔構造容器体および応力伝達層
を介して岩盤により支持されるものとなる。また、この
柔構造体容器体により、貯蔵空間と地下水とは縁切りさ
れたものとなり、貯蔵物と地下水とが互いに直接的に接
することはない。また、応力伝達層を多数のブロックか
らなる分割構造の壁体として各ブロックを縁切りしてい
るので各ブロックの変形が拘束されることがなく、した
がって応力伝達層全体を一体構造とする場合には懸念さ
れるような局部的な応力集中が生じる懸念はない。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明す
る。

第１図および第２図は本発明の一実施例を示すもの
で、図中全体として符号10で示すものが本発明に係る高
圧気体貯蔵用岩盤タンク（以下、“岩盤タンク”と略称
する）である。また、符号30は地上施設、22は、該岩盤
タンク10と地上施設30とをつなぐ気体の受入れ・払出し
用のシャフトである。

この岩盤タンク10は、岩盤１中に形成された空洞11の
内部に、気密性を有しかつ外力に対して変形を許容する
容器体（柔構造容器体）12を、前記空洞11を構成する壁
面1aとの間に応力伝達層14を介して設けて構成したこと
を特徴とするものである。ただし、ここにおける岩盤１
は、それが内包する地下水圧が０か、あるいは極めて低
いものとなっている。前記岩盤タンク10は第１図に示し
かつ以下に詳述する断面構造を成して、第２図に側面図
として示す如く岩盤１内に延在したものとなっている。

前記空洞11は、図示しない立坑より搬入された掘削装
置等により岩盤１を掘削することにより形成され、本実
施例では、幅10m〜20m、高さ15m〜25mのものとしてい
る。長さは計画貯蔵容量に応じて任意に設定される。こ
の空洞11はロックボルト15,15,…により支持・補強され
ている。

前記空洞11を構成する前記壁面1aは、第３図にも示す
ように、その全体を吹付けコンクリート13によりライニ
ングされている。ただし、ここでの吹付けコンクリート
13の作用は壁面1aのシール等を目的とするものではな
く、掘削により凹凸に形成された壁面1aを均すことを目
的で施工されるものとなっている。

前記吹付けコンクリート13の内側にはさらに打設コン
クリート16と、この打設コンクリート16内に埋設される
補強筋17とからなる壁体18が構成されている。該壁体18
はこの場合、その全体が一体となるものではなく、断面
においてほぼ閉塞環状を呈す少なくともその環形成方向
に、複数のブロック19,19,…に分割された構成とされ、
各ブロック19間は目地材20により互いに縁切りされたも
のとなっている。この場合、目地材20としてはアスファ
ルトを使用している。なお実施例においてこの壁体18
は、その長手方向に対してもブロック19,19に分割され
た構成となっている。また、前記補強筋17はこの場合、
地下水に対する防錆および変形許容性を考慮してFRP
（繊維補強プラスチック）製のものとしている。そし
て、本実施例では、前記吹付けコンクリート13と前記壁
体18とにより応力伝達層14が構成されたものとなってい
る。

さらに、前記壁体18の内側には容器体12が形成されて
いる。この場合、この容器体12は多数の鋼板21,21,…を
幅方向および長さ方向に溶接・接続することにより構成
され、気密性を有したものとなっている。また、これら
鋼板21の板厚は数cm（ここでは1cm前後）のものとなっ
ており、これにより該容器体12は、該容器体12内に高い
圧力が加えられた際に容易に変形（膨張）し得るものと
なっている。

上記構成となる高圧気体貯蔵用岩盤タンク10を構築す
るには下記の手順による。

まず、地下の岩盤１を掘削することにより空洞11を形
成し、さらに、前記ロックボルト15等によりその壁面1a
を保護するとともに、前記吹付けコンクリート13を施工
する。

次に、前記吹付けコンクリート13の内面側に前記コン
クリート16を打設することにより壁体18を形成する。コ
ンクリート16の打設にあたっては予め前記補強筋17を埋
設しておく。また、前記壁体18を上述した如くブロック
状に分割された構成となるものであるから、この場合コ
ンクリート16は、前記目地材20によって区切られる高さ
分づつ打ち足していくようにする。

上記の如く壁体18が構築され、該壁体18と前記吹付け
コンクリート13とによる応力伝達層14が形成されたなら
ば、この応力伝達層14の内壁面すなわち壁体18の内壁面
18aに、前記鋼板21,21,…を組み立てることにより容器
体12を構成する。鋼板21は予め工場にて製作しておき、
それら鋼板21,21,…を現場で溶接することにより容器体
12を構成する。

そして、前記容器体12に、受入れ・払出し用シャフト
22を接続して高圧気体貯蔵用岩盤タンク10を完成する。

次に、上記の如く構成された高圧気体貯蔵用岩盤タン
ク10の作用について説明する。

高圧気体がこの岩盤タンク10内に貯蔵された状態にお
いて、この岩盤タンク10は内圧を受け、これに追従して
容器体12は、壁体18の壁面18aに向かって変形・密着
し、貯蔵圧を壁体18に伝える。壁体18に伝えられた貯蔵
圧は、さらに吹付けコンクリート13を介して岩盤１に伝
達される。すなわち、高圧気体の貯蔵圧は、応力伝達層
14（壁体18＋吹付けコンクリート13）を介して岩盤１に
支持されるわけである。つまり、このように、容器体12
と岩盤１の壁面1aとの間に応力伝達層14を形成すること
により、容器体12に生じた応力を、凹凸なる壁面1aにま
んべんなく、かつ容器体12の特定箇所への応力集中を招
くことなく効果的に伝達することができるわけである。
また、その際、前記壁体18は、上記の如く分割構成とさ
れているため、その壁体18自体つまり応力伝達層14自体
が応力集中を生じることはないし、容器体12の変形をよ
り効率的に岩盤１に伝達することができる。

ところで、先に述べたように、前記吹付けコンクリー
ト13は、岩盤１の壁面1aの凹凸を均すことによって打設
コンクリート16の充填性を高めるために設けたものであ
り、可能であれば、吹付けコンクリート13を省略して応
力伝達層14を壁体18のみにて構成したものであってもよ
い。

さて、一方、気体の払出しによりこの岩盤タンク10内
の貯蔵圧が低下すると、これに伴い容器体12は変形（元
の状態に復帰）するものとなる。岩盤１中の地下水圧が
元もと低い場合、あるいは予め地下水を排除することに
より地下水が存在しない場合にあっては、気体の払い出
しにより上記のように該岩盤タンク10内の貯蔵圧が低下
した状況のときでも、該岩盤タンク10が地下水による強
い外圧を受けることがないから、容器体12として上記の
如く比較的肉厚の小さい鋼板21を使用して柔構造に構成
することが可能となる。そして、高い内圧（貯蔵圧）に
対してはその容器体12の変形によってその内圧を岩盤１
によって支持させるようにしたので、上記の如き大容量
の貯蔵タンクを低コストで構築することが可能となる。
つまり、容器体12の耐圧強度は外圧、すなわち地下水圧
のみに応じて決定すればよいものであり、高い値となる
内圧に対する耐力については考慮する必要がないのであ
る。よって、容器体12としては上記の如く薄い鋼板21を
使用して低剛性すなわち柔構造とすることが可能となる
わけである。

このように、上記岩盤タンク10によれば、高圧気体を
貯蔵したとき、容器体12を変形せしめ、貯蔵圧を応力伝
達層14を介して岩盤１に支持せしめるようにしたので、
地下水圧が低い（あるいは人工的に地下水圧を低下せし
めた）岩盤内において、容器体を肉厚な鋼板等により構
成する必要がなく、したがって大容量の貯蔵タンクを低
コストで構築することができる。さらに、上記岩盤タン
ク10によれば貯蔵空間と岩盤とが容器体12により完全に
縁切りされるため、貯蔵気体と地下水とが直接に触れ合
うことがなく、したがって、地下水の貯蔵空間内への浸
出、あるいは貯蔵気体の地下水への溶け込みといったこ
とを確実に阻止することもできる。

なお、上記実施例においては、容器体12を鋼板21によ
り構成した例を示したが、本発明における容器体12の構
成体としては必ずしも鋼板に限られるものではなく、例
えば地下水圧がほぼ０に近いような場合では、第４図に
示すように容器体12を高耐圧シート23等により構成する
ことも可能であり、要は、地下水による外圧に対して容
器体としての形状を保持し得るものであればよい。な
お、本図例では、壁体18を構成する各ブロック19どうし
をスリップバー24,24により接続した構成としている。

また、第５図に、本発明に係る岩盤タンク10を構築す
る岩盤１周辺の地下水圧を人工的に低下させる際の一手
段を示す。

この場合は、前記壁体18を高強度多孔質コンクリート
等で構成することにより、該壁体18に良好な透水性を持
たせ、かつ、この壁体18に、導水路25を介して地下水排
出手段26を接続したものとしている。地下水排出手段26
は、岩盤１内における前記空洞11より低いレベル、すな
わち深い位置に形成した貯水空間27、水中ポンプ28、お
よび排水シャフト29等から構成されている。また、導水
路25は砂礫等により形成され、極めて透水性の高いもの
とされている。この構成によれば、容器体12周囲におけ
る岩盤１が含有する地下水を前記壁体18に浸出せしめ、
さらに導水路25を介して貯水空間27に貯留することがで
き、よって、容器体12の背面部の地下水圧を効果的に低
下させることができる。貯水空間27に規定以上貯留され
た地下水は水中ポンプ28により排水する。また、別の構
成としては第６図に示すように、壁体18は先の実施例同
様通常のコンクリート16により構成し、該壁体18と前記
吹付けコンクリート13との間に透水性裏込め材31を設け
た構成とすることもできる。この構成では、容器体12周
囲の岩盤１に存在する地下水は、該透水性裏込め材31に
より形成される層を介して前記導水路25に至り、前記貯
水空間27に貯留されるものとなる。

〔発明の効果〕

以上説明したとおり、本発明の請求項１に係る高圧気
体の岩盤内貯蔵方法によれば、柔構造容器体内に封入し
た高圧気体の内圧をその柔構造容器体および応力伝達層
を介して岩盤により支持することができるものであるか
ら、地下水圧が低い岩盤内、あるいは人工的に地下水圧
を低下せしめた岩盤内において、容器体を高内圧に耐え
る高強度のものとする必要がないため、容器体を構成す
る工業材料およびその組立に係るコストを大幅に削減す
ることができ、大容量の高圧気体を低コストにて岩盤内
に貯蔵することができるようになることに加え、貯蔵気
体と地下水との接触が確実に阻止され、以て、地下水の
貯蔵空間内への浸出および貯蔵気体の地下水内への溶け
込みを確実に防止することができる。

また、本発明の請求項２に係る高圧気体貯蔵用岩盤タ
ンクによれば、応力伝達層により、容器体に局部的な応
力集中等を招くことなく柔構造容器体に生じた応力を凹
凸なる空洞壁面（岩盤壁面）にまんべんなく伝達するこ
とができ、また応力伝達層を分割構造として各ブロック
の変形を許容せしめることで応力伝達層自体に応力集中
が生じることもなく、以て上記請求項１に記載した方法
を確実に実現し得、これによって上記効果を確実に奏す
ることができる、といった優れた効果を奏することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は本発明の一実施例を示すもので第
１図は岩盤タンクの正面断面図、第２図はその側面図、
第３図は、当実施例による岩盤タンクの一部を拡大して
示す斜視断面図、第４図は岩盤タンクの他の構成例を示
す一部正面断面図、第５図は岩盤の地下水圧低下手段の
一構成例を岩盤タンクと共に示す縦断面図、第６図は岩
盤タンクのさらに別の構成例を示す一部正面断面図、第
７図は既に提供されている水封方式による岩盤内貯蔵設
備の概念を説明する概略構成図である。 １……岩盤、1a……壁面、 10……高圧気体貯蔵用岩盤タンク、 11……空洞、 12……容器体（柔構造容器体）、 14……応力伝達層、18……壁体、19……ブロック。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 倉石 謙司 東京都中央区京橋２丁目16番１号 清水 建設株式会社内 (56)参考文献 特表 昭62−503166（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧気体を岩盤内に貯蔵するにあたり、岩
   盤内に形成した空洞の内面に、多数のブロックを互いに
   縁切りした状態で空洞内面全体を覆うように連設せしめ
   た分割構造の壁体からなる応力伝達層を形成し、かつ、
   気密性を有しかつ外力に対して変形を許容する柔構造容
   器体を前記応力伝達層の内壁面に沿って構成し、該柔構
   造容器体内に高圧気体を封入した際に、その内圧を該柔
   構造容器体および前記応力伝達層を介して前記空洞を構
   成する岩盤により支持させることを特徴とする高圧気体
   の岩盤内貯蔵方法。
2. 【請求項２】高圧気体を貯蔵するために、地下水圧の低
   い岩盤内あるいは人工的に地下水圧を低下せしめた岩盤
   内に構成したタンクであって、岩盤内に形成された空洞
   の内部に、気密性を有しかつ外力に対して変形を許容す
   る柔構造容器体を、前記空洞を構成する壁面との間に応
   力伝達層を介して設け、かつ、該応力伝達層を、多数の
   ブロックを互いに縁切りした状態で空洞内面全体を覆う
   ように連設せしめた分割構造の壁体として形成してなる
   ことを特徴とする高圧気体貯蔵用岩盤タンク。