JP5105158B2 - 地下タンクの底部構造 - Google Patents

Description

本発明は、地中に設置されて液化ガス等を貯蔵する地下タンクにおける底部構造に関する。

従来、液化天然ガス（ＬＮＧ）や液化石油ガス（ＬＰＧ）を貯蔵するためのタンクとして、地下タンクが実用化されている。これは、地中連続壁を平面視で円形状に設けてその内側の地盤を掘削し、その地盤上に設けた砕石層等を介して鉄筋コンクリート造の底版と側壁とを設けるとともに、その上部を鋼製のドーム形状の屋根により覆うようにしたものである。このような構造の地下タンクは、強固な鉄筋コンクリート造の地中連続壁、底版、側壁により土圧や地下水圧、地震力などの外力や内部の液圧に抵抗し得る強度を確保できることはもとより、その内周面には、保冷材およびステンレス薄鋼板製のメンブレンが取り付けられて優れた断熱性、液密性、気密性を確保できるようにした保冷層が形成され、その保冷層内に窒素ガス（Ｎ_２ガス）等を封入させたものである。

ところで、地下タンクには、底版を下から上に押し上げるような強大な地下水圧がかかることから、側壁と底版とを構造的に分離させて両者をピン結合する構造（ピン結合形式）を採用していた。このピン結合形式の構造では、地下タンクの躯体の分離部分に砕石層に連通する目地が形成され、この目地がピン構造をなしている。ところが、躯体に形成される目地は地下タンクの止水性を低下させることから、例えば底版と砕石層との間に敷設された止水シートの端部をＬ字型に曲げて地中連続壁の内周壁に密着させた構造にする場合があり、手間のかかる壁面処理作業を行う必要があった。

これに対し、地下タンクの躯体に目地を設けずに側壁及び底版を剛結合とし、側壁と底版とが一体となって水圧や土圧に抵抗することのできる構造（剛結合形式）が採用されている（例えば、特許文献１参照）。この剛結合形式の構造では、躯体に目地がなく、地下タンクの止水性が保たれることから、止水シートの端部を地中連続壁に密着させない構造をなし、上述したピン結合形式のような壁面作業が不要となっている。
特開平８−７４４４１号公報

しかしながら、従来の地下タンクの底部構造では、以下のような問題があった。
すなわち、地下タンクの内周面の保冷層に封入されている窒素ガスは、地下タンクの躯体から側壁背面（側壁と地中連続壁との間の隙間）に漏出する場合がある。そして、上述した剛結合形式の構造のように止水シートが地中連続壁に密着されていない構造では、側壁背面から砕石層へ連通した状態であることから、保冷層から側壁背面に漏出した窒素ガスが砕石層へ流出することになり、窒素ガスの流出量が増えてコストが増加するといった問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、例えば地下タンクに形成される保冷層内の封入ガスの流出量を抑制することで、コストの低減を図ることができる地下タンクの底部構造を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る地下タンクの底部構造では、地中連続壁の内側の地盤上に砕石層が設置され、砕石層の上に設けられるとともに、円筒状の側壁と側壁の下部に剛に接合された底版とからなる地下タンクの底部構造であって、底版の下面側全面にわたって止水シートが敷設され、止水シートの縁部は地中連続壁に密着しないよう隙間をあけた状態で砕石層の側面に沿って下方に曲げて延ばされ、地中連続壁の内側の地下水の水面が砕石層の厚さ方向の寸法範囲内に位置するように調節された状態で、縁部が地下水の水面よりも下方に位置して砕石層の側面側に配置され、下方に向けて折り曲げた縁部の下端が砕石層内の地下水に浸かっていることを特徴としている。
本発明では、止水シートの縁部が地中連続壁の内側の地下水の水面より下方に位置させて、その地下水に浸かるようにして砕石層の側面側に固定され、側壁と地中連続壁との間に形成される隙間の下方が前記地下水に接する構造となることから、前記隙間と砕石層とが遮断された状態となる。そのため、例えば地下タンクの内周面に設けられた冷却層に封入されている窒素ガス等の封入ガスが側壁と地中連続壁との間の隙間に漏出した場合であっても、その隙間内の封入ガスが砕石層へ流れ出ることがなくなり、封入ガスの流出量を抑制することができる。

また、本発明に係る地下タンクの底部構造では、砕石層の側面には、緩衝材が設けられていることが好ましい。
本発明では、砕石層を施工（砕石撒き出し、締固め）するにあたって、止水シートを損傷させないようにすることができる。

本発明の地下タンクの底部構造によれば、地下タンクの側壁と地中連続壁との間に形成される隙間の下方が地中連続壁の内側の地下水に接していて、隙間と砕石層とが遮断された状態となることから、例えば地下タンクの内周面に設けられた冷却層に封入されている窒素ガス等の封入ガスが隙間に漏出した場合であっても、その隙間内の封入ガスが砕石層へ流れ出ることがなくなり、封入ガスの流出量を抑制することができ、コストの低減を図ることができる。

以下、本発明の実施の形態による地下タンクの底部構造について、図１乃至図３に基づいて説明する。
図１は本発明の実施の形態による地下タンクの全体構成を示す縦断面図、図２は図１に示す地下タンクの底部構造を示す要部拡大図、図３は地中連続壁の内側の地下水が高水位になったときの状態を示す図であって、図１に対応する図である。

図１に示すように、本実施の形態による地下タンクの底部構造１は、地中に埋設してなる液化天然ガス（ＬＮＧ）などの燃料ガスＧを貯蔵する地下タンク２に適用されるものである。地下タンク２は、平面視で略円形の有底円筒状をなし、鉄筋コンクリート造の底版２１と側壁２２とから構成され、その底版２１と側壁２２とが剛に接合された一体構造をなしている。そして、地下タンク２の周囲には、地中連続壁３が平面視で円形状に施工されている。

図１の符号２４は、鋼製などからなり、側壁２２の上端を覆うドーム形状の屋根を示している。そして、底版２１と側壁２２との内面２ａには、図示しない保冷材を介してステンレス薄鋼板製のメンブレン材を取り付けた保冷層２３が形成されている。この保冷層２３内には、内部に入れられた燃料ガスＧが保冷層２３に漏出した場合に燃料ガスGの燃焼（爆発）を防ぐための窒素ガスＮ（封入ガス）が封入されている。

ここで、地下タンク２の周囲に施工される地中連続壁３について説明する。
地中連続壁３は、その下端部３ａが地盤Ｅ１の下方に存在する難透水層Ｅ２に達する位置まで施工されている。そして、地中連続壁３の外周側には、底部が後述する砕石層４の下端とほぼ一致する深さに揚水用ピット３１が設けられている。この揚水用ピット３１と砕石層４とは図示しない連通孔により連通されており、揚水用ピット３１内と砕石層４内の地下水の水面（砕石層内水面Ｗ）とが同じ水面位置となるようになっている。

そして、地下タンク２が構築された後に、地下タンク２内に燃料ガスＧが入れられる側壁２２及び底版２１が冷えて収縮するため、地中連続壁３と側壁２２との間にその収縮による背面隙間Ｓが形成された状態となっている。

また、揚水用ピット３１内には、揚水ポンプ７が設置されている。この揚水ポンプ７は、適宜運転することで、砕石層内水面Ｗが所定の水面位置となるように維持するためのものである。つまり、底版２１の下面側に設けられる砕石層４から地下水を揚水用ピット３１に集水して汲み上げることで排水するように構成されている。本実施の形態では、砕石層内水面Ｗは、底版２１の下部に形成した砕石層４の厚さ方向の寸法範囲内（図１、図２では厚さ方向の略中間位置）に位置するように揚水ポンプ７によって調整されている。

次に、地中連続壁３の内側に構築される地下タンク２の底部構造１について図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、底部構造１は、地中連続壁３の内側で所定の深さに掘削された地盤Ｅ１上に設けられた砕石層４と、砕石層４の側面４ａの全周にわたって設けられた緩衝材５と、底版２１の下面２１ａ側の略全面にわたって敷設された止水シート６とを備えている。

緩衝材５の材料には、例えば、発泡ポリエチレンフォーム（厚さ２０ｍｍの厚さ寸法で板状にしたものなど）を使用することができる。緩衝材５は、砕石層４を施工（砕石撒き出し、締固め）するにあたって、止水シート６を損傷させないようにすることを目的としている。

図２に示すように、止水シート６は、その縁部６ｂを砕石層４（正確には、緩衝材５の側面５ｂ）に沿って下方に向けて曲げて砕石層４の下端付近まで延ばした状態で設置されている。このとき、止水シート縁部６ｂ上方の折れ曲がった箇所を、折れ曲がり部６ａとする。そして、設置された止水シート６は、縁部６ｂが地中連続壁３に密着しないよう隙間をあけて施工され、縁部６ｂの下端が砕石層４内の地下水に浸かった構造をなしている。
なお、止水シート６の材料としては、例えば、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン、合成ゴム等を用いることができる。

次に、このように構成される地下タンク２の底部構造１の施工手順について図面に基づいて説明する。
図１に示すように、先ず、地下タンク２の設置予定位置を囲うようにして地中連続壁３を施工する。この地中連続壁３は、下端部３ａが例えば難透水層Ｅ２に達する位置まで施工される。そして、その地中連続壁３の内側の地盤Ｅ１を所定の深さまで掘削した後、露出した地中連続壁３の内周壁面のうち砕石層４と対向する位置においておおまかに壁面処理を行う。すなわち、地中連続壁３と砕石層４との間に設けられる止水シート６（具体的には、図２に示す止水シート６の縁部６ｂ）が傷つかない程度に地中連続壁３の比較的大きな凸部をはつり除去する。

また、地中連続壁３の施工とともに、底部が砕石層４の下端とほぼ一致する所定の深さとなるように地中連続壁３の外周側の所定位置に揚水用ピット３１を施工し、揚水用ピット３１内に揚水ポンプ７を設置する。

次いで、図２に示すように、掘削した地盤Ｅ１上に、平面視でリング状、つまり、砕石層４の側面４ａに位置するように緩衝材５を配置する。そして、緩衝材５の内側で所定の厚さ寸法を有する砕石層４を敷設して均し、その上に止水シート６を敷設する。このとき、止水シート６は、その縁部６ｂが緩衝材５の側面５ｂに沿い、その下端を砕石層４の下端付近となるように位置させる。

なお、止水シート６の縁部６ｂの施工方法として、例えば、止水シート６の縁部６ｂ用として別途帯状の止水シートを用い、その帯状の止水シートは砕石層４の天端より少し上方（例えば３０ｃｍ程度）に飛び出すような高さ寸法として、地中連続壁３の内周部にコンクリート釘等でその飛び出した部分を仮止めする。そして、その帯状の止水シートの内側に緩衝材を配置して砕石層４を施工する。この砕石層４の上に止水シート６の平坦部を敷設した後、帯状止水シートの砕石層４より飛び出している部分を折り曲げて止水シート６の平坦部と熱融着等で溶着する。

ここで、地中連続壁３の内側の地下水の水面（砕石層内水面Ｗ）は、砕石層４の深さ方向略中間に位置するように揚水ポンプ７を適宜運転して水位調整されている。つまり、止水シート６の縁部６ｂは、水位調整された砕石層内水面Ｗよりも下方となるように位置され、水に浸かった状態となっている。

なお、上述した地中連続壁３のはつり面はある程度の凹凸が残った状態となり、その凹凸により地中連続壁３と止水シート６との間にはある程度の隙間を有した状態となっている。つまり、積極的に隙間を形成するようなことをしなくても、単に止水シート縁部６ｂを地中連続壁３にあてがっているような状態であれば、止水シート縁部６ｂと地中連続壁３とは隙間を有した状態となる。
そして、このときの背面隙間Ｓは、その下方が砕石層４内の地下水に接して水封された状態、つまり背面隙間Ｓと砕石層４とが遮断された状態となる。

続いて、止水シート６を介して砕石層４の上に地下タンク２の底版２１及び側壁２２を施工し、その底版２１と側壁２２の内周面に保冷層２３を施工する。その後、地下タンク２の強度や止水性を確認する試験、例えば側壁２２と地中連続壁３との間の背面隙間Ｓに水を入れた水圧試験などを実施し、止水性能を確認する場合もある。

このような底部構造１では、地下タンク２の保冷層２３に封入されている窒素ガスＮは、側壁２２を介して背面隙間Ｓに漏出する可能性があるが、底版２１の下面側全面にわたって敷設されている止水シート６、および地中連続壁３の内側の地下水による止水シート６の縁部６ｂの水封によって砕石層４と遮断されているので、背面隙間Ｓ内の気体（窒素ガスＮ）が砕石層４内へ流れ出すことが抑制されるようになっている。

次に、地下タンク２の底部構造１において、高水位運転となったときの場合について図面に基づいて説明する。
地下タンクには、「低水位運転」と「高水位運転」の２つの運転モードがある。低水位運転時は、図１に示すように、揚水ポンプ７を使用して地下水の水面Ｗが砕石層４内となるように水位調整する。とくにタンク運用初期は、コンクリート製の底版２１と側壁２２には止水性がないため、この運転モードをとる必要がある。これに対して、高水位運転時は、図３に示すように、揚水ポンプ７の稼動を停止して、地中連続壁３の内側の水位を自然水位Ｗ０と同じにする。地下タンクでは、運用開始後ある程度の時間が経過すると、底版２１、側壁２２および周辺地盤に液化ガスの冷熱により凍結領域Ｉが形成され、凍結した底版２１および側壁２２は止水性を有するため、この運転モードをとることが可能となる（低水位運転を継続してもよい）。
高水位運転時は、地下水の圧力によって底版２１を下から上に押し上げる強大な力が作用する。底版２１はこの力に抵抗するために板厚を大きくして相当量の鉄筋を入れる必要があるが、本実施の形態の底部構造１においては、地中連続壁３と止水シート６との間にある隙間から、背面隙間Ｓに地下水を流入させ、底版２１に水平方向の圧縮力を作用させることができるため、背面隙間Ｓへの地下水流入を抑制している場合に比べて、板厚と鉄筋を低減することができる。

また、背面隙間Ｓに流入した水は、凍結領域Ｉに達すると凍結するため、側壁２２の止水性をさらに向上させる効果が期待できる。

上述のように本実施の形態による地下タンクの底部構造では、地下タンク２の側壁２２と地中連続壁３との間に形成される背面隙間Ｓの下方が地中連続壁３の内側の地下水に接していて、背面隙間Ｓと砕石層４とが遮断された状態となることから、地下タンク２の内周面に設けられた冷却層２３に封入されている窒素ガスＮが背面隙間Ｓに漏出した場合であっても、その背面隙間Ｓ内の窒素ガスＮが砕石層４へ流れ出ることがなくなり、窒素ガスＮの流出量を抑制することができ、コストの低減を図ることができる。

以上、本発明による地下タンクの底部構造の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施の形態では止水シート６の素材は所望の止水性能が得られるものであれば種々のものを採用可能である。そして、止水シート６どうしの継ぎ目の形態も最適な手法を適宜採用すれば良い。

また、緩衝材５の形態、有無等は、設計条件等により不要であれば適宜変更したり省略したりしても良い。
さらに、本実施の形態では止水シート６の縁部６ｂの下端位置が緩衝材５の下端部５ａとなっているが、この位置に限定されることはない。要は、縁部６ｂ下端が砕石層内水面Ｗより下方に位置されて、地下水に浸かった状態となっていればよいのである。

本発明の実施の形態による地下タンクの全体構成を示す縦断面図である。 図１に示す地下タンクの底部構造を示す要部拡大図である。 地中連続壁の内側の地下水が高水位になったときの状態を示す図であって、図１に対応する図である。

符号の説明

１ 底部構造
２ 地下タンク
２１ 底版
２２ 側壁
３ 地中連続壁
４ 砕石層
５ 緩衝材
６ 止水シート
６ａ 折れ曲がり部
６ｂ 縁部
７ 揚水ポンプ
Ｎ 窒素ガス（封入ガス）
Ｓ 背面隙間
Ｗ 砕石層内水面

Claims (2)

1. 地中連続壁の内側の地盤上に砕石層が設置され、該砕石層の上に設けられるとともに、円筒状の側壁と該側壁の下部に剛に接合された底版とからなる地下タンクの底部構造であって、
   前記底版の下面側全面にわたって止水シートが敷設され、
   前記止水シートの縁部は前記地中連続壁に密着しないよう隙間をあけた状態で前記砕石層の側面に沿って下方に曲げて延ばされ、
   前記地中連続壁の内側の地下水の水面が前記砕石層の厚さ方向の寸法範囲内に位置するように調節された状態で、前記縁部が前記地下水の水面よりも下方に位置して前記砕石層の側面側に配置され、下方に向けて折り曲げた前記縁部の下端が前記砕石層内の地下水に浸かっていることを特徴とする地下タンクの底部構造。
2. 前記砕石層の側面には、緩衝材が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の地下タンクの底部構造。

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