JP5831749B2 - Method for confirming deformation characteristics of backfill material, method for improving deformation characteristics of backfill material, and segment assembly support - Google Patents
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Description
本発明は、裏込め材の変形特性の確認方法および裏込め材の変形特性の改良方法、ならびに、これら方法に用いるセグメント組立支保体に関する。 The present invention relates to a method for confirming the deformation characteristics of a backfill material, a method for improving the deformation characteristics of a backfill material, and a segment assembly support used in these methods.
高レベルの放射性廃棄物の地層処分施設において、支保工やグラウトに用いるセメント系材料は、地下水に溶出し、高アルカリ環境を生じさせる。このような高アルカリ環境は、緩衝材や埋め戻し材に使用するベントナイト系の土質材料や周辺岩盤に変質を生じさせ、長期的な性能の確保に不確実性を増大させる結果になる。 In geological disposal facilities for high-level radioactive waste, cement-based materials used for supporting works and grouts elute into groundwater, creating a highly alkaline environment. Such a highly alkaline environment causes alteration in bentonite-based soil materials and surrounding rocks used as cushioning materials and backfill materials, resulting in increased uncertainty in securing long-term performance.
このような課題を解決すべく、図1に示すように、支保工に岩石を利用したセグメント104を用いる坑道が提案されている。図2に示すように、岩石を利用したセグメント104は、鋼製の型枠141に花崗岩等の岩石ブロック142を配置するとともに、岩石ブロック142と岩石ブロック142との間、および岩石ブロック142と型枠141との間に生じる隙間にモルタル(図示せず)を充填した複合セグメントである(たとえば、特許文献1および非特許文献1参照)。
In order to solve such a problem, as shown in FIG. 1, a tunnel using a
ところで、支保工にセグメントを用いて坑道を構築しても、坑道の掘削が進行するにつれて坑道の内面(地山の掘削壁面)がせり出してきたときに、その変形がセグメントに伝達されなければ、セグメントが地山の内空変形に抵抗することができない。これにより、支保工にセグメントを用いて坑道を構築する場合には、セグメントと坑道の内面との間に生じる空隙に裏込め材を充填することが要求される。 By the way, even if a tunnel is constructed using a segment for the support work, when the inner surface of the tunnel (the excavation wall of the natural ground) protrudes as the excavation of the tunnel progresses, the deformation is not transmitted to the segment. The segment cannot resist the inland deformation of the natural ground. Thereby, when constructing a mine shaft using a segment for a support work, it is required to fill a gap formed between the segment and the inner surface of the mine shaft with a backfill material.
たとえば、上述した高レベルの放射性廃棄物の地層処分施設では、セメント系材料を極力使用しないことから、裏込め材に砕石を用いることが提案されている(たとえば、非特許文献1および非特許文献2参照)。 For example, in the above-mentioned geological disposal facility for high-level radioactive waste, it is proposed to use crushed stone as a back-filling material because cement material is not used as much as possible (for example, Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). 2).
しかしながら、裏込め材を充填しても、その充填が不十分だったり、充填した裏込め材の弾性係数が小さかったりすると、セグメントが地山の内空変形に抵抗することができない。これにより、セグメントの支保反力が十分に効果を発揮するためには、裏込め材の変形特性が適切でなければならない(裏込め材の剛性(ヤング率)が大きくなければならない)。 However, even if the backfilling material is filled, if the filling is insufficient or the elastic modulus of the filled backfilling material is small, the segment cannot resist the deformation of the natural ground. Accordingly, in order for the supporting reaction force of the segment to exhibit a sufficient effect, the deformation characteristics of the backfilling material must be appropriate (the rigidity (Young's modulus) of the backfilling material must be large).
すなわち、セグメントと坑道の内面(地山の掘削壁面)との間に裏込めする裏込め材の剛性(ヤング率)ができるだけ大きく、かつ、地山が内空側に変形して地圧が作用した時の裏込め材の微少変形時の反力が大きいことが望ましい。 In other words, the rigidity (Young's modulus) of the backfill material that fills between the segment and the inner surface of the tunnel (the excavated wall surface of the natural ground) is as large as possible, and the natural pressure is applied by deforming the natural ground to the inner side. It is desirable that the reaction force at the time of minute deformation of the backfill material is large.
このような技術的課題を認識し、裏込め材の変形特性についての試験研究が進んでいる。たとえば、図3に示すように、円筒形の鋼製枠(内径300mm,高さ250mm)107に砕石(100mm〜200mm)106を充填するとともに、その上に円板(外径300mm)108を載せて載荷し、円板108の変位量と載荷応力との関係を求めた試験結果が報告されている。この試験において、期待する支保反力を2MPaとすると、その載荷応力に至るまでの変位量(初期変位量)は、図4に示すように、吹き込み充填しただけの場合には、11〜24mmとなり、初期載荷時の低応力領域における変位量が問題となることが指摘されている(たとえば、非特許文献2参照)。
Recognizing these technical issues, research on the deformation characteristics of backfill materials is progressing. For example, as shown in FIG. 3, a cylindrical steel frame (inner diameter 300 mm, height 250 mm) 107 is filled with crushed stone (100 mm to 200 mm) 106 and a disk (outer diameter 300 mm) 108 is placed thereon. The test results obtained by determining the relationship between the displacement amount of the
しかしながら、山岳トンネルなどの坑道では、裏込め材の変形特性が問題となることはなく、裏込め材の変形特性を確認する確認方法や、裏込め材の変形特性が十分でない場合に裏込め材の変形特性を改良する改良方法は確立していない。 However, in tunnels such as mountain tunnels, the deformation characteristics of the backfilling material do not become a problem, and the confirmation method for confirming the deformation characteristics of the backfilling material or the backfilling material when the deformation characteristics of the backfilling material are not sufficient. There is no established method for improving the deformation characteristics.
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、裏込め材の変形特性を確認する裏込め材の変形特性の確認方法および裏込め材の変形特性を改良する裏込め材の変形特性の改良方法、ならびに、これら方法に用いるセグメント組立支保体を提供することを目的にする。 The present invention has been made in view of the above, and a method for confirming the deformation characteristics of the backfill material for confirming the deformation characteristics of the backfill material and the deformation characteristics of the backfill material for improving the deformation characteristics of the backfill material. It is an object of the present invention to provide an improved method and a segment assembly support used in these methods.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、掘削した坑道の内空側にセグメントを円環状に設置しながら、設置したセグメントと坑道の内面との間に裏込め材を充填し、一部が地山側に進出可能な円環状のセグメント組立支保体を構築し、その後、前記一部に坑道の内空側から地山側に作用する所定の荷重を載荷し、前記一部の変位量を計測することを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the present invention provides a backfill material between the installed segment and the inner surface of the mine shaft while the segment is annularly installed on the inner side of the excavated mine shaft. An annular segment assembly support body that can be filled and partly advanced to the natural ground side is constructed, and then a predetermined load acting on the natural ground side from the inner space side of the tunnel is loaded on the part, The amount of displacement is measured.
また、本発明は、掘削した坑道の内空側にセグメントを円環状に設置しながら、設置したセグメントと坑道の内面との間に裏込め材を充填し、一部が地山側に進出可能な円環状のセグメント組立支保体を構築し、その後、前記一部に坑道の内空側から地山側に作用する振動を加え、前記裏込め材を締め固めることを特徴とする。 In addition, the present invention fills a backfilling material between the installed segment and the inner surface of the mine shaft, while the segment is installed in an annular shape on the inner side of the excavated mine shaft, and a part can advance to the natural ground side An annular segment assembly supporting body is constructed, and thereafter, a vibration that acts from the inner space side of the tunnel to the natural ground side is applied to the part, and the backfill material is compacted.
また、本発明は、上記発明において、さらに、裏込め材を締め固めることにより生じた空隙に裏込め材を補充することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the backfilling material is further replenished in a gap generated by compacting the backfilling material.
また、本発明は、上述した方法に用いるセグメント組立支保体であって、円環状に組み立てられるセグメントに設けた検査窓を塞ぐ蓋体が地山側に進出可能であることを特徴とする。 Further, the present invention is a segment assembly supporting body used in the above-described method, characterized in that a lid that closes an inspection window provided in a segment assembled in an annular shape can advance to the natural ground side.
また、本発明は、上記発明において、前記検査窓は、前記セグメントの内側から外側に向けて拡開した窓枠を有し、前記蓋体は、前記セグメントの内側から外側に向けて拡開し、前記窓枠に嵌る外形を有することを特徴とする。 Further, the present invention is the above invention, wherein the inspection window has a window frame expanded from the inside to the outside of the segment, and the lid body is expanded from the inside to the outside of the segment. It has an outer shape that fits into the window frame.
本発明にかかる裏込め材の変形特性の確認方法は、掘削した坑道の内空側にセグメントを円環状に設置しながら、設置したセグメントと坑道の内面との間に裏込め材を充填し、一部が地山側に進出可能な円環状のセグメント組立支保体を構築し、その後、セグメント組立支保体の地山側に進出可能な一部に坑道の内空側から地山側に作用する所定の荷重を載荷し、セグメント組立支保体の地山側に進出可能な一部の変位量を計測するので、裏込め材の変形特性を確認できる。 The method for confirming the deformation characteristics of the backfill material according to the present invention is to fill the backfill material between the installed segment and the inner surface of the tunnel, while installing the segment in an annular shape on the inner side of the excavated tunnel. Establish an annular segment assembly support body that can partially advance to the natural ground side, and then apply a predetermined load that acts on the natural ground side from the inside of the tunnel to a part that can advance to the natural ground side of the segment assembly support body Is measured, and the amount of displacement that can be advanced to the ground side of the segment assembly support is measured, so the deformation characteristics of the backfill material can be confirmed.
本発明にかかる裏込め材の変形特性の改良方法は、掘削した坑道の内空側にセグメントを円環状に設置しながら、設置したセグメントと坑道の内面との間に裏込め材を充填し、一部が地山側に進出可能な円環状のセグメント組立支保体を構築し、その後、セグメント組立支保体の地山側に進出可能な一部に坑道の内空側から地山側に作用する振動を加え、裏込め材を締め固めることで、裏込め材の変形特性を改良できる。 The method for improving the deformation characteristics of the backfill material according to the present invention is to fill the backfill material between the installed segment and the inner surface of the tunnel, while installing the segment in an annular shape on the inner air side of the excavated tunnel. An annular segment assembly support body that can partially advance to the natural ground side is constructed, and then a vibration that acts from the inside of the tunnel to the natural ground side is added to a part of the segment assembly support body that can advance to the natural ground side. By compacting the backfill material, the deformation characteristics of the backfill material can be improved.
以下に、本発明にかかる、裏込め材の変形特性の確認方法および裏込め材の変形特性の改良方法、ならびに、これら方法に用いるセグメント組立支保体の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、ここでは、図5に示すように、高レベルの放射性廃棄物を埋設処分する処分施設1において、岩石を利用したセグメント4でセグメント組立支保体5を構築し、裏込め材に砕石6を用いた例を説明するが、これにより、この発明が限定されるものではない。
Hereinafter, embodiments of a method for confirming deformation characteristics of a backfilling material, a method for improving the deformation characteristics of a backfilling material, and a segment assembly support used in these methods according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. To do. Here, as shown in FIG. 5, in the disposal facility 1 for burying and disposing of high-level radioactive waste, the segment
図5に示すように、セグメント組立支保体5は、坑道3の内面(地山の掘削壁面)がせり出してきたときに、地山2の内空変形に抵抗するためのもので、掘削した坑道3の内空側に円環状に構築される。セグメント組立支保体5は、複数のセグメント4を円環状に設置することにより構築され、本実施の形態で構築されるセグメント組立支保体5は、地山2の内空変形に抵抗する状態で、一部のセグメント4あるいはセグメント4の一部を地山側に進出可能に構築する。
As shown in FIG. 5, the segment
図6に示すように、本実施の形態で用いるセグメント4は、上述したように、岩石を利用したセグメント4(以下、「岩石利用セグメント4」という)であり、鋼製の型枠41に花崗岩等の岩石ブロック42をまんべんなく配置するとともに、岩石ブロック42と岩石ブロック42との間、および、岩石ブロック42と型枠41との間に生じる隙間にモルタル44を充填した複合セグメントである。岩石利用セグメント4は、正面視円弧状に形成してあり、型枠41は、正面視円弧状に湾曲形成された板状部(鋼板)411と、板状部411に溶接され、板状部411の上に箱状に形成された枠部412とを備えて構成してある。本実施の形態で用いる型枠41は、坑道3の内空側に設置した場合に、坑道3の内空側となる内側を板状部411が覆うように、内側に板状部411を配置し、外側に枠部412を配置する。これにより、本実施の形態の岩石利用セグメント4は、岩石ブロック42の表面が外側面に露出することになるが、その外側面(地山に対向する面)は滑らかに形成してあり、砕石6(裏込め材)を充填する場合にも砕石6が詰まることがない。
As shown in FIG. 6, the
また、図7に示すように、本実施の形態で用いる岩石利用セグメント4には、その中央に検査窓43が設けてある。検査窓43は、岩石利用セグメント4の一部(蓋体432)を地山側に進出可能に構成したもので、岩石利用セグメント4の中央に設けた窓枠431と、該窓枠431を塞ぐ蓋体432と、蓋体432が窓枠431を塞いだ状態で蓋体432を固定する固定治具433とを有している。窓枠431は、岩石利用セグメント4の内側から外側に向けて漸次拡開するように形成してある。窓枠431は、たとえば、岩石利用セグメント4の地山接触面積の3%〜20%を占める大きさを有し、たとえば、角錐台状あるいは円錐台状に形成してある。蓋体432は、岩石利用セグメント4の内側から外側に向けて漸次拡開し、窓枠431に嵌る外形(角錐台状あるいは円錐台状)を有している。これにより、蓋体432は、坑道3の内空側から地山側に進出可能となり、内空側に退出することはない。また、蓋体432は、窓枠431を塞いだ状態で、その外側面が岩石利用セグメント4の外側面と面一となり、砕石6(裏込め材)を充填する場合にも砕石6が検査窓43に詰まることはない。なお、窓枠431と蓋体432とは、たとえば、金属で構成され、蓋体432を窓枠431に溶接することにより、蓋体432を窓枠431に固定することが可能である。
Moreover, as shown in FIG. 7, the
また、図11に示すように、本実施の形態で用いる岩石利用セグメント4のうち、天端部に設置する岩石利用セグメント4Aの検査窓43Aは、蓋体432Aに補充口432A1が設けてある。補充口432A1は、設置した岩石利用セグメント4と坑道3の内面との間に生じた空隙に砕石を補充するためのもので、図11に示すように、鉛直方向に蓋体432Aを貫通するものであってもよいし、図12に示すように、斜め方向に蓋体432Aを貫通するものものであってもよい。
As shown in FIG. 11, among the
上述した岩石利用セグメント4を用いて坑道を構築する場合には、図5に示すように、掘削した坑道3の内空側にセグメント組立支保体5を構築しながら坑道3を掘り進める。具体的には、坑口側から切羽側に順次セグメント組立支保体5を構築し、坑道3を掘り進める。
When constructing a mine shaft using the
セグメント組立支保体5を構築する場合には、図8−1に示すように、掘削した坑道3の内空側に岩石利用セグメント4を円環状に設置しながら、設置した岩石利用セグメント4と坑道3の内面との間に砕石6を裏込め充填する。具体的には、いくつかの岩石利用セグメント4を設置するごとに、設置した岩石利用セグメント4と坑道3の内面との間に砕石6を裏込め充填する。このように、岩石利用セグメント4を円環状に設置しながら、設置した岩石利用セグメント4と坑道3の内面との間に砕石6を裏込め充填すると、図8−2に示すように、掘削した坑道3の内空側に円環状のセグメント組立支保体5が構築される。
When constructing the segment
つぎに、岩石利用セグメント4に設けた検査窓43を用いて裏込め充填した砕石6の変形特性を確認する。具体的には、図9に示すように、まず、固定治具433(図7参照)を取り外し、蓋体432を坑道3の内空側から地山側に進出可能にする。つぎに、蓋体432に載荷装置(たとえば、油圧ジャッキ)Pをあてがい、蓋体432に所定の荷重を載荷し、このときの蓋体432の変位量を計測する。計測した変位量が所定の値よりも小さい場合には、砕石6が所望の密度でまんべんなく充填され、所望の剛性が発揮することになる。このように砕石6がまんべんなく充填され、所望の剛性を発揮する場合には、図8−3に示すように、円環状のセグメント組立支保体5が地山2の内空変形に抵抗することになる。この場合には、固定治具433(図7参照)を取り付け、蓋体432が窓枠431を塞いだ状態で蓋体432を固定する。一方、計測した変位量が所定の値よりも大きい場合には、砕石6が所望の密度で充填されていないことになる。
Next, the deformation characteristics of the crushed
砕石6が所望の密度で充填されていないことを確認した場合には、岩石利用セグメント4に設けた検査窓43を用いて裏込め充填した砕石6の変形特性を改良する。具体的には、図10に示すように、蓋体432に振動体(たとえば、バイブレータ)Bをあてがい、蓋体432に坑道3の内空側から地山側に作用する振動を加える。これにより、砕石6が締め固められ、砕石6の充填密度が上昇するとともに、砕石6が占める体積が減少する。そして、蓋体432は、坑道3の内空側から地山側に進出することになる。すなわち、蓋体432は、砕石6が占める体積が減少した分、坑道3の内空側から地山側に進出することになるので、その状態で蓋体432を固定すれば、岩石利用セグメント4と地山2との間に空隙は生じない。なお、蓋体432の固定には、いくつかの方法があるが、たとえば、溶接により固定する。
When it is confirmed that the crushed
また、蓋体432に坑道3の内空側から地山側に作用する振動を加えることにより、天端部となる岩石利用セグメント4Aと坑道3の内面との間に空隙が生じた場合には、図11あるいは図12に示すように、天端部となる岩石利用セグメント4Aの蓋体432Aに設けた補充口432A1から砕石6を補充することにより、裏込め充填した砕石6の変形特性を改良する。
In addition, when a gap is generated between the
上述した本実施の形態である裏込め材の変形特性の確認方法によれば、裏込め充填した砕石6が所望の密度でまんべんなく充填されているか、それとも、裏込め充填した砕石6が所望の密度で充填されていないかを確認できる。
According to the method for checking the deformation characteristics of the backfill material according to the present embodiment described above, the backfilled crushed
上述した本実施の形態である裏込め材の変形特性の改良方法によれば、裏込め充填した砕石6の変形特性を確認した後に裏込め充填した砕石6の変形特性を改良できる。
According to the method for improving the deformation characteristics of the backfill material according to the present embodiment described above, the deformation characteristics of the backfilled crushed
また、天端部となる岩石利用セグメント4Aの蓋体432Aに設けた補充口432A1から砕石6を補充するので、天端部となる岩石利用セグメント4Aと坑道3の内面との間に生じた空隙を埋めることができる。
Moreover, since the crushed
1 処分施設
2 地山
3 坑道
4 岩石利用セグメント
4A 岩石利用セグメント
41 型枠
411 板状部
412 枠部
42 岩石ブロック
43 検査窓
43A 検査窓
431 窓枠
432 蓋体
432A 蓋体
432A1 補充口
433 固定治具
44 モルタル
5 セグメント組立支保体
6 砕石
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (4)
その後、前記蓋体に坑道の内空側から地山側に作用する所定の荷重を載荷し、前記蓋体の変位量を計測することを特徴とする裏込め材の変形特性の確認方法。 While installing the segment in an annular shape on the inner side of the excavated tunnel, backfill material is filled between the installed segment and the inner surface of the tunnel, and the lid that closes the inspection window provided in part is on the ground side Establishing an annular segment assembly support body that can be expanded,
Thereafter, a predetermined load acting on the cover body from the inner space side of the tunnel to the natural ground side is loaded, and the displacement amount of the cover body is measured, and the deformation characteristic confirmation method for the backfilling material is characterized.
その後、前記一部に坑道の内空側から地山側に作用する振動を加え、前記裏込め材を締め固めることを特徴とする裏込め材の変形特性の改良方法。 An annular segment assembly support that allows a backfill material to be filled between the installed segment and the inner surface of the tunnel, while a segment is installed in the inner ring side of the excavated tunnel, and a part can be advanced to the ground. Build the body,
Then, the vibration which acts from the inner space side of a tunnel to the natural ground side is added to the said part, and the said backfill material is compacted, The improvement method of the deformation | transformation characteristic of the backfill material characterized by the above-mentioned.
前記検査窓は、前記セグメントの内側から外側に向けて拡開した窓枠を有し、前記蓋体は、前記セグメントの内側から外側に向けて拡開し、前記窓枠に嵌る外形を有することを特徴とするセグメント組立支保体。 A segment assembly支保body used in the method of any of claims 1 to 3, Ri can der advance to lid land mountain side to close the inspection window provided on the segments are assembled in an annular,
The inspection window has a window frame that widens from the inside to the outside of the segment, and the lid body has an outer shape that widens from the inside to the outside of the segment and fits into the window frame. A segment assembly support body.
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