JP3864365B2 - 高圧気体貯蔵用岩盤タンク - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、岩盤内に設置されて高圧の気体を貯蔵するための高圧気体貯蔵用岩盤タンクに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来のこの種の高圧気体貯蔵用岩盤タンクとしては、図7、及び図8に示される岩盤タンク1のような多層構造を形成したものが知られている。すなわち、岩盤G内を掘削して掘削空間12を形成するとともに、掘削空間12を気体漏洩防止用の貯蔵壁Lによって被覆し、さらに、貯蔵壁Lと岩盤Gとの間に裏込め材として裏込めコンクリートCを充填し、かつ裏込めコンクリートCと貯蔵壁Lとの間に縁切り材Dを設けたものである。 ここで、裏込めコンクリートCは、掘削空間の凹凸を滑らかにするために用いられている。また縁切り材Dは、裏込めコンクリートCと貯蔵壁Lとの間の摩擦を低減することによって、岩盤変形に伴う裏込めコンクリートCのひび割れと変位による貯蔵壁Lへのひずみ集中を回避するために用いられている。
【0003】
高圧の気体を貯蔵する際には、岩盤Gが押圧されるため、貯蔵された気体の圧力は、主として押圧による変位で生じた岩盤Gの弾性力によって支えられる。
岩盤が堅固で剛性が大きい場合、掘削空間の容積変化は小さく、貯蔵壁に加わるひずみも小さい。したがって貯蔵壁に用いられる鋼板等の収縮力は、岩盤Gの弾性力に比べると通常は無視できるほど小さい。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述のような従来の高圧気体貯蔵用岩盤タンクにおいて、岩盤Gが軟弱でその弾性が小さい場合には、所定の変位で得られる岩盤Gの弾性力は減少するから、貯蔵壁Lのひずみは増加する。このため、気体を繰り返し貯蔵及び放出すると、貯蔵壁Lの繰り返し疲労が大きく、貯蔵壁Lが破断するという問題が生じる。
【0005】
また、岩盤Gが軟弱である場合には、気体貯蔵時の岩盤Gの変位が大きくなるため、裏込めコンクリートCに亀裂が発生し開口する。また、掘削によって閉じられていた岩盤Gの亀裂も開口することがある。この結果、貯蔵壁Lは、開口の生じた箇所で支えを失い局部的にひずみ集中を受け、ついには破断に至るという問題が生じる。
【0006】
このように、高圧気体貯蔵用岩盤タンクを支える岩盤Gが軟弱である場合には、掘削空間の容積変化の増加に伴い貯蔵壁Lに加わるひずみが大きくなり、貯蔵壁Lが破断しやすくなるという問題が生じる。
【0007】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、岩盤が軟弱である場合に、貯蔵壁全体に加わるひずみ、もしくは局所的に加わるひずみを軽減し、貯蔵壁の破断を防止する構造を有する高圧気体貯蔵用岩盤タンクを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明は、岩盤内に設置されて高圧の気体を貯蔵するための高圧気体貯蔵用岩盤タンクであって、前記岩盤内を掘削して形成された掘削空間内に、前記気体を貯蔵する貯蔵壁が設けられ、該貯蔵壁と前記岩盤との間には裏込めコンクリートが充填され、前記裏込めコンクリートに、岩盤の変位に伴い間隙が拡張する誘発目地が設けられ、前記誘発目地は、前記貯蔵壁に臨む部分の間隔が該貯蔵壁に向かって相互に離間するよう拡開してなる二つの目地開放部を有していて、該二つの目地開放部の間に断面三角形状の目地栓を備えて成り、該目地栓は誘発目地が拡張すると目地開放部に沿って摺動可能とされていることを特徴とする。
【0013】
このような構成としたことにより、気体が貯蔵される際岩盤が外側に変位すると、誘発目地の間隙が拡張して、裏込め材の他の箇所が開口することがない。
この誘発目地には、目地栓が蓋として設けられていて、誘発目地の間隙が拡張しても目地栓が貯蔵壁を支える。このように、貯蔵壁が亀裂の生じた箇所で支えを失い局部的にひずみ集中を受けることが回避される。
【0016】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態による高圧気体貯蔵用岩盤タンクを図面を参照して説明する。
【0017】
図1は、発明の実施形態の説明に先立つ参考例を示すものであり、高圧気体貯蔵用岩盤タンク10の壁部11の拡大断面図である。この高圧気体貯蔵用岩盤タンク10は、図7に示した従来の岩盤タンク1と同様に、岩盤G内を掘削して形成された掘削空間12を有するとともに、掘削空間12を被覆する貯蔵壁Lと、貯蔵壁L及び岩盤G間に充填された裏込め材としての裏込めコンクリートCを有した構成となっている。また、貯蔵壁Lと裏込めコンクリートCとの間には、裏込めコンクリートCのひび割れによる貯蔵壁Lへのひずみ集中を避けるための縁切り材Dが介装されている。さらに、貯蔵壁Lには、高圧の気体貯蔵による気体の圧力の増加により、平坦化する破壊防止壁部13、13…が設けられている。
【0018】
上記の構成からなる高圧気体貯蔵用岩盤タンク10は、気体が貯蔵される際、気体の圧力の増加と共に、岩盤Gは掘削空間の外の方へ押圧される。この時、岩盤Gの変位と共に貯蔵壁の内径も増加し、貯蔵壁Lの破壊防止壁部13、13…は次第に平坦化される。このように、貯蔵壁Lの内径の増加に伴って、破壊防止壁部13、13…が追従して変形するので、破壊防止壁部13、13…が完全に平坦化するまで引張によるひずみが貯蔵壁Lに発生しない。
このように、貯蔵壁Lに破壊防止壁部13、13…が設けられたことで、気体貯蔵時に貯蔵壁Lに発生する収縮力及びひずみが減少する。 さらに、縁切り材Dにより、裏込めコンクリートCで均質化できない岩盤Gの局所的変位が生じた場合でも、貯蔵壁Lに局所的なひずみが発生しない。
【0019】
上記の構成による高圧気体貯蔵用岩盤タンク10によれば、貯蔵壁Lは、破壊防止壁部13、13…が平坦化することにより、引張ひずみが小さい状態で岩盤G側へ膨張することができる。この結果、貯蔵壁Lに発生する収縮力及びひずみが小さくなるので、繰り返し疲労による破断の問題が生じない。
【0020】
なお、図2に示すように、高圧気体貯蔵用岩盤タンク10は、破壊防止壁部13、13…と縁切り材Dとの間の空間に、弾力性を有する間詰め材Zとして例えばグラスウールあるいは発泡ポリスチレンが封入される構造とされてもよい。
このような構成によれば、貯蔵壁Lを型枠として裏込めコンクリートCと縁切り材Dを打設する際に、破壊防止壁部13、13…と縁切り材Dとの間の空間に裏込めコンクリートや縁切り材が流入しないようにすることができる。
【0021】
図3は、この発明の実施形態を示すものであり、高圧気体貯蔵用岩盤タンク10の壁部11の拡大断面図である。この高圧気体貯蔵用岩盤タンク10は、図7に示した従来の岩盤タンク1と同様に、岩盤G内を掘削して形成された掘削空間12を有するとともに、掘削空間12を被覆する貯蔵壁Lと、貯蔵壁L及び岩盤G間に充填された裏込め材としての裏込めコンクリートCを有した構成となっている。
【0022】
裏込めコンクリートCには、岩盤の変位に伴い間隙が拡張する誘発目地14、14…が設けられている。図4は、図3において符号Bで示した部分をさらに拡大して示した図である。図4に示すように、誘発目地14、14…は、貯蔵壁Lに臨む箇所に間隔が貯蔵壁Lに向かって例えば90°の角度αで相互に離間して拡開する二つの目地開放部14a、14a…を有する。この目地開放部14a、14a…に、断面三角形状の目地栓15、15…が遊嵌され、面15bにおいて目地開放部14aに沿って摺動可能となっている。そして、目地栓15の底部15a、15a…が、裏込めコンクリートCの面Caと平面を形成している。
【0023】
上記の構成からなる高圧気体貯蔵用岩盤タンク10においては、岩盤Gが外側に変位すると、誘発目地14、14…の間隙が拡張される。誘発目地14、14…は、貯蔵壁Lに臨む箇所にその間隔が貯蔵壁Lに向かって例えば90°の角度αで拡開する目地開放部14a、14a…を有するので、図5に示すように目地の間隙がdだけ拡張すると、目地栓15が面15bで摺動し、h=d/2だけ掘削空間12の外の方へ変位する。従って、目地栓15の底部15aと裏込めコンクリートCの面Caとの間にはhのずれが生じるが、このずれは、支えが全くない場合と比較すれば小さい。なお、ここでは目地開放部14aの広がりの角度αを90°としたが、この角度を目地栓の摺動が可能な限り大きくすれば、ずれhはさらに小さくなる。
このように、岩盤Gの外側への変位は、誘発目地14、14…の間隙の変化へ還元され、これらの間隙の変化によらず目地栓15、15…が貯蔵壁Lを支えて貯蔵壁Lの局所的変位を最小限に抑える。
【0024】
図3に示される高圧気体貯蔵用岩盤タンク10によれば、岩盤Gの亀裂が開口しても、貯蔵壁Lの局部的ひずみの発生を防止して破断を防ぐことができる。
【0025】
なお、ここでは図示しないが、上記の構成からなる高圧気体貯蔵用岩盤タンク10は、貯蔵壁Lへのひずみ集中を避けるためにさらに貯蔵壁Lと裏込めコンクリートCとの間に縁切り材Dが介装される構成とされてもよい。
【0026】
図6はこの発明の別の参考例を示すものである。この高圧気体貯蔵用岩盤タンク10は、図7に示した従来の岩盤タンク1と同様に、岩盤G内を掘削して形成された掘削空間12を有するとともに、気体を貯蔵する内壁Laと、内壁Laと岩盤Gとの間に外壁Oとが設けられ、内壁Laと外壁Oの間に例えば水等の液体Wが満たされ、この液体Wの圧力を制御する液体圧力制御装置Fとを備えた構成となっている。なお、外壁Oは、充填される液体Wに、例えば水といったもともと周囲に地下水として多量に存在して入手に費用のかからないものを用いる場合には、外壁Oのコストを下げるため多少漏洩がある構造とされても構わない。すなわち、外壁Oは、不連続な鋼板やポリエチレンシートやベントナイト膜等でもよい。
【0027】
液体Wの圧力は、液体圧力制御装置Fにより制御される。液体圧力制御装置Fは、プール16と、このプール16と高圧気体貯蔵用岩盤タンク10とを結ぶ導水管17と、プール16内の液体量を制御するピストン18及びこれを駆動するピストン駆動部19とから成り立っている。
【0028】
図6に示される構成としたことにより、以下に記述する作用が得られる。
高圧の気体が貯蔵される際、気体の圧力の増加と共に、内壁La周囲の液体Wの圧力が液体圧力制御装置Fにより増加される。すなわち、導水管17によって連結するプール16に貯えられた液体Wが、ピストン18とこれを駆動する駆動部19により押圧される。
このように、内壁Laが周囲の液体Wの圧力により支えられるので、内壁Laに発生する収縮力及びひずみは小さく抑えられる。この時、内壁La周囲の液体Wの圧力は、ほぼ一様となるので、内壁Laにひずみ集中が生じない。
一方、液体Wの圧力は、外壁Oの膨張により働く外壁Oの収縮力、及び岩盤Gの変位による岩盤Gからの弾性力により支えられる。岩盤Gの不均一な変位は、内壁Laと外壁O間の空間の体積変化へ還元され、液体Wの圧力が一定に保たれるように、常時プール16からの液体Wの出入量が制御される。
【0029】
図6に示される高圧気体貯蔵用岩盤タンク10によれば、内壁Laは、周囲の液体Wの圧力に支えられて膨張が抑えられるため、ひずみが小さく抑えられ、繰り返し疲労による破断の問題を生じない。
また、内壁Laは、ほぼ一様な周囲の液体Wの圧力に支えられて局部的なひずみ集中を受けないので、破断の問題を生じない。
【0030】
なお、裏込めコンクリートCを外壁Oとして設けて、液体Wの圧力を気体の圧力増加の時だけ上昇させるようにすると、内壁Laと裏込めコンクリートCとの間の摩擦を低減させる縁切り材として裏込めコンクリートCのひび割れによる内壁Laへのひずみ集中を避けることも可能となる。
【0031】
【発明の効果】
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
【0033】
また、請求項1記載の発明は、岩盤が外側に変位する際に誘発目地の間隙が拡張し、この間隙への貯蔵壁の陥没を目地栓が防止して、局部的なひずみ集中による貯蔵壁の破断を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】参考例を模式的に示す高圧気体貯蔵用岩盤タンクの要部拡大断面図である。
【図2】図1に示す参考例の他の例を模式的に示す高圧気体貯蔵用岩盤タンクの要部拡大断面図である。
【図3】発明の実施の形態を模式的に示す高圧気体貯蔵用岩盤タンクの要部拡大断面図である。
【図4】図3における部分Bをさらに拡大して示した断面図である。
【図5】図4において、誘発目地14の間隙変化に伴う貯蔵壁Lの変位を示す図である。
【図6】別の参考例を模式的に示す、高圧気体貯蔵用岩盤タンクが設けられた岩盤の断面図である。
【図7】本発明の従来の技術を示す図であって、高圧気体貯蔵用岩盤タンクが設けられた岩盤の断面図である。
【図8】図7における部分Aをさらに拡大して示した断面図である。
【符号の説明】
C・・・裏込めコンクリート(裏込め材)
D・・・縁切り材
F・・・液体圧力制御装置
G・・・岩盤
L・・・貯蔵壁
La・・・内壁
O・・・外壁
W・・・液体
Z・・・間詰め材
10・・・高圧気体貯蔵用岩盤タンク
12・・・掘削空間
13・・・破壊防止壁部
14・・・誘発目地
15・・・目地栓
Claims (1)
- 岩盤内に設置されて高圧の気体を貯蔵するための高圧気体貯蔵用岩盤タンクであって、
前記岩盤内を掘削して形成された掘削空間内に、前記気体を貯蔵する貯蔵壁が設けられ、
該貯蔵壁と前記岩盤との間には裏込めコンクリートが充填され、
前記裏込めコンクリートに、岩盤の変位に伴い間隙が拡張する誘発目地が設けられ、
前記誘発目地は、前記貯蔵壁に臨む部分の間隔が該貯蔵壁に向かって相互に離間するよう拡開してなる二つの目地開放部を有していて、
該二つの目地開放部の間に断面三角形状の目地栓を備えて成り、該目地栓は誘発目地が拡張すると前記目地開放部に沿って摺動可能とされていることを特徴とする高圧気体貯蔵用岩盤タンク。
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