JP4986031B2 - Low temperature rock storage tank - Google Patents
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Description
本発明は、岩盤内に掘削した空洞を低温流体を貯蔵するための貯槽(タンク)として利用する低温岩盤貯槽に関するものである。 The present invention relates to a low-temperature rock storage tank that uses a cavity excavated in the rock as a storage tank (tank) for storing a low-temperature fluid.
この種の低温岩盤貯槽は、安定した岩盤内に大規模な空洞を掘削し、その空洞をタンクとして機能せしめてLPGやLNG、DME(ジメチルエーテル)等の低温液化ガス、あるいはその他の低温液体や低温気体を貯蔵するものであって、空洞の内面に設ける覆工の構造によって特許文献1に示されているような所謂「凍結式」のものと、特許文献2に示されているような所謂「メンブレン式」のものに大別される。
This type of low temperature rock storage tank excavates a large-scale cavity in a stable rock mass, and makes the cavity function as a tank, and makes low temperature liquefied gas such as LPG, LNG, DME (dimethyl ether), or other low temperature liquid or low temperature. A gas is stored, and a so-called “freezing type” as shown in Patent Document 1 and a so-called “
凍結式の低温岩盤貯槽は、貯蔵物が氷点以下の低温であることから貯槽周囲に存する地下水が自ずと凍結してしまって貯槽周囲に安定な凍結領域が形成され、したがって岩盤に多少の亀裂や間隙があっても貯槽の気密性や液密性が自ずと安定に確保されることが期待できるものである。そのため、空洞の内面に吹付コンクリートとロックボルト程度の簡易な支保を設けるだけに留めて格別のライニング材や大がかりな覆工を省略可能であり、構造が比較的簡略であって建設コストを抑えることができる点で有利である。
但し、このような凍結式は貯蔵温度が極めて低いと岩盤に温度クラックが発生することが懸念されることから、貯蔵温度は−60℃〜−80°C程度が限界とされ、したがってDME(沸点−25℃)やLPG(沸点−42℃)のような比較的貯蔵温度が高い燃料の場合には好適に採用可能であるが、LNG(沸点−162℃)のような極低温流体には不適であるとされている。
In a freezing low-temperature bedrock storage tank, the groundwater existing around the storage tank naturally freezes due to the low temperature below freezing point, and a stable freezing area is formed around the storage tank.Therefore, there are some cracks and gaps in the bedrock. Even if there is, it can be expected that the air tightness and liquid tightness of the storage tank will be secured stably. Therefore, it is possible to omit a special lining material and large-scale lining just by providing a simple support such as sprayed concrete and rock bolts on the inner surface of the cavity, and the construction is relatively simple and the construction cost is suppressed. This is advantageous in that
However, since such a freezing type is concerned that temperature cracks may occur in the rock if the storage temperature is extremely low, the storage temperature is limited to about −60 ° C. to −80 ° C. Therefore, the DME (boiling point) -25 ° C) and LPG (boiling point -42 ° C), which can be suitably used for fuels with relatively high storage temperatures, but is not suitable for cryogenic fluids such as LNG (boiling point -162 ° C). It is said that.
それに対し、メンブレン式の低温岩盤貯槽はLNGのような極低温粒体の貯蔵に適用するものとして提案されたもので、貯槽として要求される気密性と液密性をメンブレン材により確保するというものである。この場合、具体的には空洞の内側に吹付コンクリートおよび躯体コンクリートによる覆工を設け、さらにその内側に保冷材を設けた上でその表面にメンブレン材を取り付けるという多層構造の覆工を設けることになり、したがって凍結式のものに比べて構造が複雑にはなるものの岩盤の影響を受け難いものとなるし、凍結式の場合と同様にいずれは貯槽の外側に凍結領域が形成されてそれが二次的なバリアになるとも考えられることから、信頼性や安定性の点ではより有利であるとされている。
ところで、凍結式の低温岩盤貯槽は運用後には貯槽周囲に良好な凍結領域が確実に形成されなければならないことから、貯槽としての空洞を掘削する際にもその周囲岩盤に常に地下水が飽和状態で存在していることが必要である。すなわち、空洞を掘削するに際して周囲岩盤の地下水位が低下して一時的にでも不飽和状態になってしまうと、その後に地下水位を回復させたとしても完全な飽和状態に回復させることは困難であり、そのために運用後においても貯槽周囲に良好な凍結領域が形成されないことが想定され、この種の施設に要求される信頼性や安全性の点で問題を残す懸念があるためである。
そのため、凍結式の低温岩盤貯槽の施工に際しては、貯槽としての空洞を掘削するに先立ってその上方に大規模な注水トンネルや注水ボーリング孔を先行施工し、そこから空洞掘削領域の周囲岩盤に対して人工的な地下水涵養としての多量の注水を連続的に行うことによって周囲岩盤を常に飽和状態に維持しつつ空洞を掘削する必要があるとされ、そのために多大な手間とコストを要するものであった。
By the way, a freezing low-temperature rock mass storage tank must have a good freezing area around the storage tank after operation, so even when excavating a cavity as a storage tank, the surrounding rock mass is always saturated. It needs to exist. In other words, when excavating a cavity, if the groundwater level of the surrounding rocks declines and becomes temporarily unsaturated, even if the groundwater level is subsequently recovered, it is difficult to recover to a fully saturated state. For this reason, it is assumed that a good freezing area is not formed around the storage tank even after operation, and there is a concern that the problem may remain in terms of reliability and safety required for this type of facility.
Therefore, when constructing a cryogenic low-temperature rock mass storage tank, prior to excavating the cavity as a storage tank, a large-scale water injection tunnel or water injection boring hole is pre-constructed above it, and from there to the surrounding rock mass in the cavity excavation area It is said that it is necessary to excavate the cavity while maintaining the surrounding rock mass in a saturated state by continuously performing a large amount of water injection as artificial groundwater recharge, which requires a lot of labor and cost. It was.
一方、メンブレン式の低温岩盤貯槽では、逆に施工途中においては空洞周囲の地下水位を低下させて周囲をドライとして掘削を行うことが有利である。すなわち、メンブレン式の場合には地中に掘削した空洞内に覆工としての躯体を施工するのであるが、そのような施工を地下水位以深の岩盤内で行うことは、多量の地下水流入が生じてしまうばかりでなく、施工途中の覆工材、特に躯体コンクリートやメンブレン材に対して大きな地下水圧が外圧として作用してしまうことから、施工性の点でも施工精度を確保する上でも著しく困難である。
したがって、メンブレン式の低温岩盤貯槽の施工に際しては、通常の土中工事の場合と同様に周囲岩盤から地下水を排水して地下水位を低下させることにより、施工領域をドライとして空洞を掘削し覆工を施工する必要がある。そして、そのためには空洞を掘削するべき領域の下方に集水および排水のための大規模な排水トンネルや排水ボーリング孔を先行施工し、そこから地下水を多量に汲み上げて地下水位を低下させて空洞周囲をドライに維持する必要があり、そのような大規模な排水工法を実施するために多大な手間とコストを要するものである。しかも、そのような工法によっても岩盤状況によっては必ずしも充分にドライにできないことも想定され、その場合には覆工時に地下水圧が作用して施工性が良くないばかりか施工品質に悪影響が及ぶ懸念がある。
On the other hand, in the membrane-type low-temperature rock storage tank, it is advantageous to perform excavation by reducing the groundwater level around the cavity and making the surroundings dry during construction. In other words, in the case of the membrane type, a skeleton body is constructed in a cavity excavated in the ground, but if such construction is performed in a bedrock deeper than the groundwater level, a large amount of groundwater inflow occurs. In addition, large groundwater pressure acts as an external pressure on lining materials during construction, especially concrete and membrane materials, so it is extremely difficult to ensure construction accuracy and construction accuracy. is there.
Therefore, when constructing a membrane-type low-temperature rock storage tank, the ground is drained from the surrounding rocks to lower the groundwater level in the same way as in normal soil construction, and the cavity is excavated by lining the construction area as dry. It is necessary to construct. For this purpose, a large drainage tunnel and drainage borehole for collecting and draining water are pre-constructed below the area where the cavity should be excavated, and a large amount of groundwater is pumped from there to lower the groundwater level. It is necessary to keep the surroundings dry, and much labor and cost are required to implement such a large-scale drainage method. In addition, even with such construction methods, it is assumed that it cannot always be sufficiently dry depending on the condition of the bedrock, in which case the groundwater pressure acts on the lining and the workability is not good, and the construction quality may be adversely affected. There is.
また、メンブレン式の場合においても、貯槽完成後の低温貯蔵開始後に周囲岩盤からの排水を中止することによりいずれは地下水位が回復し、したがって運用後には貯槽周囲に凍結領域が形成されてそれが二次バリアとして機能するとも考えられるが、上述したように施工中には周囲岩盤が不飽和化されることから良好な凍結領域が形成される保証はなく、そのような凍結領域には二次バリアとして充分な機能を期待できないことも想定されるから、それを見越して覆工の設計を行う必要がある。 Also in the case of the membrane type, the groundwater level will eventually recover by stopping drainage from the surrounding rock mass after the start of low-temperature storage after completion of the storage tank, so that after operation, a frozen area will be formed around the storage tank. Although it is thought that it functions as a secondary barrier, as described above, the surrounding rock mass is desaturated during construction, so there is no guarantee that a good frozen area will be formed. Since it is assumed that sufficient functions cannot be expected as a barrier, it is necessary to design the lining in anticipation of such a function.
さらに、貯槽を完成させた後には短時間にクールダウンを行って低温貯蔵を開始するが、貯槽周辺が完全に不飽和でない場合は、局所的に大きな地下水圧が作用したり、凍結膨張により周囲岩盤に異常なクラックが生じるような懸念も完全には否定できず、構造的な安定性や信頼性を確保するためには地下水圧の作用や凍結膨張による悪影響を可及的に排除する必要があると考えられている。 In addition, after the storage tank is completed, it cools down in a short time and starts cold storage, but if the area around the storage tank is not completely unsaturated, a large groundwater pressure is applied locally or the area is expanded by freezing expansion. Concerns about abnormal cracks in the rock cannot be completely ruled out, and in order to ensure structural stability and reliability, it is necessary to eliminate the adverse effects of groundwater pressure and freezing expansion as much as possible. It is thought that there is.
なお、特許文献1には貯槽の周囲に形成される凍結領域が地表部付近にまで達してしまうことを防止する目的で、貯槽の上方の岩盤中に設けた水封ボーリング内において水を循環させることにより周囲地盤を凍結温度以上に維持することが開示されている。また、特許文献2には、LNG用の一般的な地下タンクにおける周知技術として周囲岩盤の凍結をヒーティングパイプによって防止することが開示されている。
そのような凍結防止手法をメンブレン式の低温岩盤貯槽の周囲岩盤に対しても適用すれば凍結膨張による覆工に対する弊害を防止できると考えられるが、それを実現するための具体的かつ有効適切な手法は提案されていない。
In Patent Document 1, water is circulated in a water-sealed boring provided in a bedrock above the storage tank for the purpose of preventing the frozen region formed around the storage tank from reaching the surface area. It is disclosed that the surrounding ground is maintained above the freezing temperature.
If such anti-freezing method is applied to the surrounding rock mass of membrane type low-temperature rock mass storage tank, it is thought that the adverse effect on the lining due to freezing and expansion can be prevented. No method has been proposed.
上記事情に鑑み、本発明は、周囲岩盤から地下水圧を受けることによる悪影響や、周囲岩盤が凍結膨張することによる悪影響を有効に排除し得て、構造的な安定性や信頼性を充分に向上させることができる有効適切な構造のメンブレン式の低温岩盤貯槽を提供することを目的としている。 In view of the above circumstances, the present invention can effectively eliminate the adverse effects of receiving groundwater pressure from the surrounding rock mass and the freezing and expansion of the surrounding rock mass, and sufficiently improve the structural stability and reliability. An object of the present invention is to provide a membrane-type low-temperature rock storage tank having an effective and suitable structure.
本発明は、岩盤内に掘削された空洞の表面に、吹付コンクリート、躯体コンクリート、保冷材、メンブレン材からなる覆工を形成し、その内部空間を低温流体を貯蔵するための貯槽とするメンブレン式の低温岩盤貯槽であって、前記吹付コンクリート中に、周囲岩盤から地下水を集水して排水するための排水路網を埋設し、前記躯体コンクリート中に、温水やブライン等の加温媒体を循環させることにより躯体コンクリート、吹付コンクリートおよび周囲岩盤を凍結温度以上に維持するための加温管路網を埋設するとともに、該加温管路網を前記排水路網の内側に重なる位置に配置してなることを特徴とする。 The present invention is a membrane type in which a cover made of sprayed concrete, reinforced concrete, cold insulation material, membrane material is formed on the surface of a cavity excavated in the rock, and the internal space is used as a storage tank for storing a cryogenic fluid. A low-temperature bedrock storage tank with a drainage channel network for collecting and draining groundwater from the surrounding bedrock in the sprayed concrete, and circulating warming media such as hot water and brine in the concrete By burying a heated pipeline network for maintaining the concrete, sprayed concrete and surrounding rock mass above the freezing temperature, and placing the heated pipeline network on the inside of the drain network It is characterized by becoming.
本発明においては、空洞をトンネル状に掘削し、吹付コンクリート中に埋設する排水路網を、該空洞の軸方向に沿う縦排水路と周方向に沿う横排水路とを交差させてなる縦横の格子網として形成し、躯体コンクリート中に埋設する加温管路網を、前記排水路網における縦排水路の内側に重なる位置に配置した加温管の端部どうしを接続することによって空洞の軸方向に往復する蛇行状態に形成し、かつ、躯体コンクリートをトンネル軸方向に打ち継いで形成するとともに、その打ち継ぎ部に形成する目地部をいずれかの横排水路の内側に重なる位置に形成することが好ましい。
その場合においては、排水路網を形成する縦排水路および横排水路を、いずれも横断面形状が扁平な矩形断面の長尺帯板状の板状排水材により形成することが好ましい。
また、躯体コンクリート中に、吹付コンクリートを越えて浸入してくる地下水を集水して排水するための二次排水路網を埋設することも考えられる。
In the present invention, a drainage network that excavates a cavity in a tunnel shape and is buried in shotcrete is a vertical and horizontal shape formed by intersecting a vertical drainage channel along the axial direction of the cavity and a horizontal drainage channel along a circumferential direction. A hollow shaft is formed by connecting the ends of the heating pipes, which are formed as lattice meshes and embedded in the concrete in the concrete, at the positions overlapping the inside of the vertical drainage channels in the drainage channel network. It is formed in a meandering state that reciprocates in the direction and is formed by piercing the frame concrete in the tunnel axis direction, and the joint portion formed in the joint portion is formed at a position overlapping with one of the horizontal drainage channels. It is preferable.
In that case, it is preferable that the longitudinal drainage channel and the lateral drainage channel forming the drainage channel network are each formed of a plate-shaped drainage material having a long strip plate shape having a rectangular cross section.
It is also conceivable to embed a secondary drainage network in the concrete to collect and drain the groundwater that intrudes beyond the shotcrete.
本発明によれば、躯体コンクリートに埋設した加温管路網に加温媒体を強制循環させて躯体コンクリートおよびその周囲岩盤の温度を制御することによって、凍結領域が躯体コンクリートおよびその外側にまで生じることを防止でき、それにより従来においては懸念されていた凍結膨張に起因する悪影響を排除できて覆工の構造力学的な信頼性と安全性を十分に確保することができる。
また、周囲岩盤には凍結領域が生じないことから周囲岩盤中の地下水は常に排水路網により集水されて速やかに排水されてしまい、したがって貯槽完成後に覆工に対して過大な地下水圧が外圧として作用することもなく、この点においても覆工の構造力学的な信頼性を向上させることができる。
さらに、施工段階においても排水路網を通して周囲岩盤からの排水を行うことが可能であり、それにより従来一般のメンブレン式の貯槽を施工する場合のように大がかりな排水トンネルや排水ボーリング孔を設けて周囲岩盤全体をドライにするような必要がなく、したがって施工性を十分に改善することができて工期短縮、工費削減に大きく寄与できるものである。
勿論、排水路網の内側にはそれに重なる位置に加温管路網を設けているので、排水路網が効果的に加温されて凍結してしまうことはなく、常に安定な集水と排水を確実に行うことができる。
According to the present invention, the freezing region is generated to the concrete and the outside thereof by controlling the temperature of the concrete and the surrounding rock mass by forcibly circulating the heating medium in the heating pipe network embedded in the concrete. This can prevent the adverse effect caused by freezing and expansion, which has been a concern in the past, and sufficiently ensure the structural mechanical reliability and safety of the lining.
In addition, since there is no freezing area in the surrounding rock mass, the groundwater in the surrounding rock mass is always collected by the drainage network and drained quickly, so excessive groundwater pressure is applied to the lining after the storage tank is completed. In this respect as well, the structural mechanical reliability of the lining can be improved.
In addition, it is possible to drain from the surrounding rock mass through the drainage network at the construction stage, thereby providing a large drainage tunnel and drainage boring hole as in the case of constructing a conventional membrane-type storage tank. It is not necessary to dry the entire surrounding rock mass, so that the workability can be sufficiently improved and the construction period can be greatly reduced and the construction cost can be reduced.
Of course, since the heating pipe network is provided inside the drainage channel network so as to overlap with it, the drainage channel network is not effectively heated and frozen, and stable water collection and drainage are always possible. Can be performed reliably.
しかも、排水路網を縦排水路と横排水路とによる縦横の格子状に形成することにより、空洞全体からの集水と排水を確実に行い得るし、縦排水路と横排水路としていずれも扁平な帯板状の板状排水材を使用することにより、小断面で充分な集水量と通水量を確保できるばかりでなく、それを埋設する吹付コンクリートの厚みを必要以上に大きくする必要もない。
また、躯体コンクリートにも同様の排水路網を設ければ、吹付コンクリートを越えて浸入してくる地下水をさらに集水して排水することができるので、より万全である。
Moreover, by forming the drainage network in a vertical and horizontal grid pattern with vertical drainage channels and horizontal drainage channels, water can be collected and drained from the entire cavity, and both vertical drainage channels and horizontal drainage channels can be used. By using a flat strip-shaped drainage material, it is possible not only to secure a sufficient amount of water collection and water flow with a small cross-section, but also to increase the thickness of the sprayed concrete in which it is embedded more than necessary. .
In addition, if a similar drainage channel network is provided for the frame concrete, groundwater entering the sprayed concrete can be further collected and drained, which is more thorough.
図1〜図6は本発明の実施形態である低温岩盤貯槽の概略構成を示すものである。
本実施形態の低温岩盤貯槽は、岩盤に形成された略馬蹄形断面のトンネル状の空洞1の内面に、吹付コンクリート2、調整コンクリート3、躯体コンクリート4、保冷材5、メンブレン材6を順次積層状態で形成してメンブレン式の覆工を形成することにより、LNGやLPG、DME等の低温流体の貯槽(タンク)として機能するものであるが、本実施形態の低温岩盤貯槽が従来一般のものと異なる点は、吹付コンクリート2中に周囲岩盤からの地下水を常に集水して排水するための排水路網7が埋設されているとともに、躯体コンクリート4中には加温媒体を循環させることにより躯体コンクリート4およびその外側の温度を常に凍結温度以上に維持するための加温管路網8が埋設されている点にある。
FIGS. 1-6 shows the schematic structure of the low-temperature bedrock storage tank which is embodiment of this invention.
The low temperature bedrock storage tank of this embodiment has a sprayed
すなわち、従来一般のこの種の低温岩盤貯槽では、上述したように低温流体の貯蔵によって周囲岩盤に自ずと生じる凍結領域を二次バリアとしても活用することを基本としているのであるが、それは反面において凍結膨張による種々の悪影響が問題となることもあることから、本実施形態の低温岩盤貯槽ではそのような凍結領域を敢えて生じさせないものとしており、そのために躯体コンクリート4中に埋設した加温管路網8にたとえば20℃程度の温水やブライン(不凍液)を常時強制循環させることによって、躯体コンクリート4より外側の温度を少なくとも氷点以上の温度に維持するものとしている。
In other words, the conventional low temperature rock storage tank of this type is based on the fact that the freezing area that naturally occurs in the surrounding rock mass due to the storage of the cryogenic fluid as described above is also used as a secondary barrier. Since various adverse effects due to expansion may become a problem, the low-temperature rock storage tank of this embodiment does not intentionally generate such a freezing region. For this purpose, a heated pipeline network embedded in the
但し、その場合には周囲岩盤中の地下水圧がそのまま覆工に対して外圧として常に作用してしまうことから、その対策として本実施形態では吹付コンクリート2中に排水路網7を埋設しておき、周囲岩盤中の地下水をその排水路網7を通して積極的に空洞1内に流入させて常に排水することとしている。それにより、貯槽完成後には覆工に対して過大な地下水圧が作用することを有効に防止できるとともに、施工段階においてもその排水路網7を有効に利用して周囲岩盤からの排水を行うことが可能であるから、従来のように大がかりな排水トンネルや排水ボーリング孔を設けて周囲岩盤全体をドライにするような必要なく、覆工を効率的にかつ精度良く安全に施工し得るものとなっている。
However, in this case, since the groundwater pressure in the surrounding rock always acts as an external pressure on the lining as it is, the
本実施形態の低温岩盤貯槽の構造について、その施工手順とともに詳細に説明する。
空洞1を掘進しつつ必要に応じてロックボルトの打設を行い、空洞1の内面にコンクリートを吹き付けて吹付コンクリート2を形成していくが、その際には吹付コンクリート2中に図2〜図3に示すように排水路網7を埋設していく(図2では後段で施工する躯体コンクリート4を鎖線で示し、保冷材5およびメンブレン材6の図示は省略している)。
The structure of the low-temperature rock storage tank of this embodiment will be described in detail along with its construction procedure.
While digging the cavity 1, rock bolts are placed as necessary, and concrete is sprayed onto the inner surface of the cavity 1 to form the
排水路網7としては、たとえば土木工事の分野において法面排水用の資材として使用されている樹脂製の成形品や多孔質材料あるいは有孔管等も採用可能であるが、本実施形態で横断面形状が扁平な矩形断面とされている長尺帯板状の板状排水材を使用し、それを空洞1の軸方向と周方向の双方に沿うように設置している。
すなわち、空洞1の底面と周面には、空洞1の軸方向に沿う縦排水路7aおよび周方向に沿う横排水路7bとなる板状排水材がそれぞれ所定間隔で交差させた状態で配置されて、それらの全体で縦横の格子網としての排水路網7が形成されている。その排水路網7は空洞1の底面中央部に設けられた主排水溝9に接続されていて、その内部には有孔ヒューム管等の主排水管10が敷設されている。それら主排水溝9および主排水管10は坑口側に向かって下がり勾配としておいて自然流下による排水を行うと良い。
これにより、周囲岩盤からの地下水はこの排水路網7によって集水されて主排水管10を通して排水され、したがってこのような排水路網7を施工した以降は、後段の躯体コンクリート4や保冷材5、メンブレン材6の施工に際しても、また貯槽完成後にも、それらに大きな地下水圧が作用することはない。
For example, a resin molded product, a porous material, a perforated pipe, or the like that is used as a slope drainage material in the field of civil engineering work can be used as the
That is, on the bottom surface and the peripheral surface of the cavity 1, plate-like drainage materials that become the
As a result, groundwater from the surrounding rock mass is collected by the
上記の排水路網7を埋設しつつ吹付コンクリート2を施工した後、その内側に必要に応じて調整コンクリート3を打設し、さらにその内側に躯体コンクリート4を打設するが、その際には図2および図4に示すように躯体コンクリート4中に加温管路網8を埋設していく。
加温管路網8は躯体コンクリート4の全面に対して温水やブライン等の加温媒体を強制循環させることによって躯体コンクリート4を加温し、それにより排水路網7はもとより周囲岩盤の凍結を防止するためのものである。
加温管路網8としては、躯体コンクリート4全体が可及的に均等な温度となって温度むらが生じないように、かつ循環抵抗が過大にならないように、その位置やピッチを適宜設定して設ければ良いが、本実施形態では多数本(図4では32本)の加温管8aを空洞1の軸方向に平行に敷設するとともに、図2に示すようにそれら加温管8aをいずれも上記の排水路網7を形成している縦排水路7aの内側に重なる位置に配置して、調整コンクリート3(調整コンクリート3を省略する場合にはその下地としての吹付コンクリート2)に対してサドル11を介してアンカー12により固定するものとしている。そして、図4〜図5に示すように複数本の加温管8aを1組として隣接している加温管8aの両端部どうしを交互に接続することによって、1系統の加温管路網8を空洞の軸方向に往復するような蛇行状態に形成している(図4では全32本の加温管8aを4本あるいは6本ずつで1系統として、全6系統の加温管路網8を設けた場合の例を示している)。
After constructing the
The
The
なお、加温媒体を加温しつつ強制循環させるための装置が当然に必要であるので、図5に示すように熱源装置13や循環ポンプ14等の主装置類を地表部に適宜設ければ良い。また、加温媒体を加温するための熱源としては自然エネルギーや各種の排熱を有効利用することが好ましく、立地条件によっては、また周囲環境に対して悪影響を及ぼす懸念がない場合には、たとえば海水や湖沼水、河川水等の天然水と加温媒体との熱交換、あるいはそれら天然水を加温媒体として直接利用することが考えられるし、地熱や太陽熱の利用も考えられる。勿論、この貯槽に貯蔵する低温流体を使用する施設から人為的に発生する様々な排熱、たとえばタービン排熱や、ボイルオフガスを再液化するための冷凍サイクルからの排熱等の有効利用も考えられる。
Since a device for forcedly circulating the heating medium while heating is naturally necessary, as shown in FIG. 5, if main devices such as the
以上のようにして加温管路網8を埋設しながら躯体コンクリート4を施工していく際には、躯体コンクリート4を空洞1の軸方向に所定距離ずつ段階的に打ち継いでいくことになるから、その打ち継ぎ部には目地部を形成する必要があるが、本実施形態では図2(b)に示すように目地部4aをいずれかの横排水路7bの内側の位置に形成するものとしている。そのため、排水路網7を埋設しながら吹付コンクリート2を施工していく段階で目地部4aの形成予定位置を事前に決定しておき、目地部4aを形成するべき予定位置には横排水路7bを必ず埋設しておくこととする。
これにより、目地部4aでの止水性能が万一損なわれることを想定しても、その背面側に設置されている横排水路7bによって排水がなされることから、目地部4aを通して躯体コンクリート4の内側への漏水が生じる事態を未然に防止することができる。
なお、躯体コンクリート4を空洞1の周方向に打ち継ぐような場合には、空洞1の軸方向に沿う目地部を形成することになるので、その場合は縦排水路7aの内側の位置に目地部を設ける(その目地部の形成予定位置に予め縦排水路7aを形成しておく)と良い。
When constructing the
Thereby, even if it assumes that the water stop performance in the
In addition, when the
躯体コンクリート4を施工した後、その表面にたとえば硬質ポリウレタンフォーム等の適宜の保冷材5(すなわち断熱材)を全面的に取り付け、さらにその表面にステンレス薄鋼板等からなるメンブレン材6を全面的に取り付けて覆工を完成させる。
その際には、上述したように周囲の地下水は排水路網7により集水されて排水されてしまうので、覆工の施工段階では大きな地下水圧が作用することはなくその作業を効率的に実施することができる。
After the
At that time, as described above, the surrounding groundwater is collected and drained by the
以上により覆工が完成した後には、低温流体の貯蔵に先立って覆工および周囲岩盤をクールダウンするのであるが、それに先立ち、加温管路網8に加温媒体を強制循環させて躯体コンクリート4に対する加温を開始し、低温流体の貯蔵後においても周囲岩盤温度が氷点温度以下に低下しないように加温媒体の循環温度や循環量を制御する。
具体的には、たとえば加温媒体として温水を使用してその供給温度を15℃、還り温度を5℃に設定して、躯体コンクリート4各部の平均温度が10℃程度となるように維持するように制御する。このような制御を行うことにより、低温流体を貯蔵した後にも凍結線(0℃等温線)は加温管路網8の内側に留まり、その外側に凍結領域が生じることはない。
After the lining is completed as described above, the lining and the surrounding rock mass are cooled down prior to the storage of the cryogenic fluid. Prior to that, the heating medium is forcibly circulated through the
Specifically, for example, hot water is used as a heating medium, the supply temperature is set to 15 ° C., the return temperature is set to 5 ° C., and the average temperature of each part of the
LNG(−162℃)を貯蔵するための貯槽に対して上記のような温度制御を行った場合の躯体コンクリート4の温度変化を解析した結果を以下に示す。解析モデルとしては、半径10mの円形断面の空洞1を地表面下60mの深度に水平に掘削し、その内面に、吹付コンクリート2および調整コンクリート3の厚さをそれぞれ10cm、躯体コンクリート4の厚さを50cm、保冷材5(硬質ウレタンフォーム)の厚さを30cmとした覆工を形成し(したがって貯槽としての有効半径が9m)、躯体コンクリート4中に32本の加温管8aを空洞1の軸方向に沿わせて周方向に等間隔(中心角11.25度)で配設し、加温媒体としての温水の供給温度を15℃、還り温度を5℃に制御したものである。外気温度は15℃、規定温度境界位置(深度−210m)における岩盤温度は21.3℃と想定した。
その解析により、温水による加温制御を行わない場合には、躯体コンクリート4の温度は運用開始後から急速に低下して約50年後(約18000日後)には−50℃にもなるのに対し、上記のような加温制御を行うことにより+5℃程度で安定してそれ以下となることはなく、したがって凍結領域が躯体コンクリート4の外側にまで達することがないことが確認できた。
The result of having analyzed the temperature change of the
According to the analysis, when the warming control by hot water is not performed, the temperature of the
なお、加温管8aの単位長さあたりの放熱量からの解析によると、加温管8aでの水温低下は1000mにつき0.8deg程度に過ぎず、したがって上記のように往還の水温差を10degとする場合には1系統の管路長を10000m以上にもできる。したがってたとえば空洞長が500mの場合には、500mの長さの加温管8aを20本接続して空洞1を10往復するような蛇行状態の加温管路網8を1系統として設ければ良く、そのような加温管路網8をわずか2系統設けることで充分である。
According to the analysis from the heat radiation per unit length of the
以上で説明した本実施形態の低温岩盤貯槽によれば、躯体コンクリート4に埋設した加温管路網8に加温媒体を強制循環させて躯体コンクリート4およびその周囲岩盤の温度を制御することによって、凍結領域が躯体コンクリート4およびその外側にまで生じることを防止でき、それにより従来においては懸念されていた凍結膨張に起因する悪影響を排除できて覆工の構造力学的な信頼性と安全性を十分に確保することができる。
According to the low-temperature bedrock storage tank of the present embodiment described above, the heating medium is forcibly circulated through the
また、周囲岩盤には凍結領域が生じないことから周囲岩盤中の地下水は常に排水路網7により集水されて主排水管10を通して速やかに排水されてしまい、したがって貯槽完成後に覆工に対して過大な地下水圧が外圧として作用することもなく、この点においても覆工の構造力学的な信頼性を向上させることができる。
しかも、施工段階においても排水路網7を通しての周囲岩盤からの排水を行うことが可能であり、それにより従来一般のメンブレン式の貯槽を施工する場合のように大がかりな排水トンネルや排水ボーリング孔を設けて周囲岩盤全体をドライにするような必要がなく、したがって施工性を十分に改善することができて工期短縮、工費削減に大きく寄与できるものである。
In addition, since there is no freezing area in the surrounding rock mass, the groundwater in the surrounding rock mass is always collected by the
In addition, it is possible to drain from the surrounding rock mass through the
特に、排水路網7を縦排水路7aと横排水路7bとによる縦横の格子状に形成したので、空洞1全体からの集水と排水を確実に行い得るし、縦排水路7aと横排水路7bとしてはいずれも扁平な矩形断面の帯板状の板状排水材を使用したので小断面であっても充分な集水量と通水量を確保できるばかりでなく、それを埋設する吹付コンクリート2の厚みを必要以上に大きくする必要もない。
勿論、排水路網7の内側には加温管路網8を設け、しかも各加温管8aを縦排水路7aの内側に重なる位置に配置しているので、排水路網7が加温管路網8によって効果的に加温されて凍結してしまうことはなく、常に安定な集水と排水を確実に行うことができる。
In particular, since the
Of course, since the
以上で本発明の一実施形態を説明したが、上記実施形態はあくまで好適な一例に過ぎず、本発明は上記実施形態に限定されることなく適宜の設計的変更や応用が可能である。
たとえば、上記実施形態では排水路網7を縦排水路7aと横排水路7bとによる縦横の格子状に形成したが、それに限るものでもなく、空洞1の周囲全体からの集水と排水が可能であれば縦排水路7aのみあるいは横排水路7bのみを設けることでも良いし、逆にほぼ全面的にマット状の排水路網として設けることでも良い。
また、加温管路網8の構成も、躯体コンクリート4およびそのその外側の岩盤を効果的に加温でき、かつ躯体コンクリート4中の排水路網7の凍結を防止するようにその内側に重なるように設ければ良く、その限りにおいては上記実施形態のように加温管8aを軸方向に往復する蛇行状態に設けることに代えて、加温管を周方向に往復するような蛇行状態に設けたり、あるいは周方向に連続する一連の螺旋状態に形成することも考えられる。
Although one embodiment of the present invention has been described above, the above embodiment is merely a preferred example, and the present invention is not limited to the above embodiment, and appropriate design changes and applications are possible.
For example, in the above embodiment, the
The structure of the
また、上記実施形態のように排水路網7を吹付コンクリート2に埋設することに加えて、さらに躯体コンクリート4にも排水路網を設けることが考えられる。
すなわち、上記実施形態における排水路網7によって空洞1に流入してくる地下水の大半をこれにより集水し排水することを基本としつつ、図6に示すように躯体コンクリート4にも同様の二次排水路網20を設ければ、吹付コンクリート2および調整コンクリート3を越えて浸入してくる地下水をさらに集水して排水することができる。
その場合、二次排水路網20としては上記の排水路網7と同様に扁平な板状排水材を使用すると良く、それを(a)に示すように加温管8aの間に縦排水路20aとして設けるか、あるいは(b)に示すように縦排水路20aと横排水路20bとを格子状に設ければ良い。なお、横排水路20bを設ける場合には加温管8aと交差することになるので、加温管8aを横排水路20bの厚み相当分だけ調整コンクリート3の表面から浮かせた状態で配置すれば良い。
Further, in addition to embedding the
That is, the same secondary is applied to the
In that case, a flat plate drainage material may be used as the secondary
1 空洞
2 吹付コンクリート
3 調整コンクリート
4 躯体コンクリート
4a 目地部
5 保冷材
6 メンブレン材
7 排水路網
7a 縦排水路
7b 横排水路
8 加温管路網
8a 加温管
9 主排水溝
10 主排水管
11 サドル
12 アンカー
13 熱源装置
14 循環ポンプ
20 二次排水路網
20a 縦排水路
20b 横排水路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
前記吹付コンクリート中に、周囲岩盤から地下水を集水して排水するための排水路網を埋設し、
前記躯体コンクリート中に、温水やブライン等の加温媒体を循環させることにより躯体コンクリート、吹付コンクリートおよび周囲岩盤を凍結温度以上に維持するための加温管路網を埋設するとともに、該加温管路網を前記排水路網の内側に重なる位置に配置してなることを特徴とする低温岩盤貯槽。 Membrane-type low-temperature bedrock storage tank that forms a lining made of sprayed concrete, reinforced concrete, cold insulation, membrane material on the surface of the cavity excavated in the bedrock, and uses the internal space as a storage tank for storing cryogenic fluid Because
In the sprayed concrete, buried a drainage network for collecting and draining groundwater from the surrounding rock,
A heating pipe network is embedded in the concrete to maintain the concrete, sprayed concrete and surrounding rock mass above the freezing temperature by circulating a heating medium such as hot water or brine in the concrete, and the heating pipe A low-temperature bedrock storage tank characterized in that a road network is arranged at a position overlapping the inside of the drainage network.
空洞をトンネル状に掘削し、
吹付コンクリート中に埋設する排水路網を、該空洞の軸方向に沿う縦排水路と周方向に沿う横排水路とを交差させてなる縦横の格子網として形成し、
躯体コンクリート中に埋設する加温管路網を、前記排水路網における縦排水路の内側に重なる位置に配置した加温管の端部どうしを接続することによって空洞の軸方向に往復する蛇行状態に形成し、
かつ、躯体コンクリートをトンネル軸方向に打ち継いで形成するとともに、その打ち継ぎ部に形成する目地部をいずれかの横排水路の内側に重なる位置に形成してなることを特徴とする低温岩盤貯槽。 The low-temperature bedrock storage tank according to claim 1,
Drilling the cavity into a tunnel,
The drainage network embedded in the shotcrete is formed as a vertical and horizontal grid network that intersects the vertical drainage channel along the axial direction of the cavity and the horizontal drainage channel along the circumferential direction,
A meandering state that reciprocates in the axial direction of the cavity by connecting the ends of the heating pipes that are placed in positions inside the vertical drainage channel in the drainage channel network, with the heating pipe network embedded in the concrete frame Formed into
In addition, the low temperature rock storage tank is characterized in that it is formed by piercing the frame concrete in the tunnel axis direction, and the joint portion formed in the joint portion is formed at a position overlapping one of the lateral drainage channels. .
排水路網を形成する縦排水路および横排水路を、いずれも横断面形状が扁平な矩形断面の長尺帯板状の板状排水材により形成してなることを特徴とする低温岩盤貯槽。 The low-temperature bedrock storage tank according to claim 2,
A low-temperature bedrock storage tank characterized in that a longitudinal drainage channel and a lateral drainage channel forming a drainage channel network are each formed by a long strip plate-like drainage material having a flat rectangular cross section.
躯体コンクリート中に、吹付コンクリートを越えて浸入してくる地下水を集水して排水するための二次排水路網を埋設してなることを特徴とする低温岩盤貯槽。 The low-temperature bedrock storage tank according to any one of claims 1 to 3,
A low temperature bedrock storage tank characterized by burying a secondary drainage channel network to collect and drain the groundwater that infiltrates beyond the shotcrete in the frame concrete.
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