JPH0718998A - 地下空洞の構築方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】地下空洞の構築において、地山による内壁に生
じた多くの亀裂等をベントナイトで手間をかけずに効果
的に充填封鎖し得、ベントナイトの経済的かつ有効な利
用を可能とする。 【構成】地表２ａより地中に立坑５を掘削形成し、立坑
５に接続する形で貯蔵空間６を掘削形成し、貯蔵空間６
に可撓性を有し、かつ水密な袋体１０を設置し、ベント
ナイト液６０を、袋体１０と貯蔵空間６の地山との間に
注入供給し、水６１を袋体１０の内部空間１０ａに加圧
して供給して、該袋体１０と貯蔵空間６の地山との間
に、所定厚さＷ１のベントナイト層２５を形成し、ベン
トナイト層２５を固結させて、所定厚さＷ１のシール層
９を、貯蔵空間６の内壁２ｂに沿って構築して構成し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、地下に空気等の流体を
貯蔵し得る地下空洞の構築方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、大深度地下に地下空洞を設けて、
該地下空洞に多量の燃料、圧縮空気又は水等の流体を貯
蔵しようとする提案がなされ実施されている。このよう
な地下空洞の貯蔵空間は、流体を貯蔵するという目的か
ら、気密性或いは、水密性が要求されており、従って、
地山の状態によっては、貯蔵空間を包囲した形の地山の
内壁に生じた多くの亀裂等をベントナイト液等で充填封
鎖する必要があった。該内壁の亀裂にベントナイト液を
効果的に充填する方法としては、地下空洞の貯蔵空間全
体に加圧されたベントナイト液を充填して、亀裂にベン
トナイト液を浸透充填させ、充填固結の後に、貯蔵空間
の多量のベントナイトを除去する方法が提案されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、貯蔵空間全体
にベントナイト液を充填するには多量のベントナイト液
が必要であり、充填作業において多くの手間がかかる。
また、ベントナイト液の充填固結の後に、貯蔵空間の多
量のベントナイトを除去する必要があり、除去作業にお
いて多くの手間がかかる。また、多量のベントナイトを
除去し廃棄するため、ベントナイトの経済的かつ有効な
利用がなされない。

【０００４】そこで、本発明は、上記事情に鑑み、地下
空洞の構築において、地山による内壁に生じた多くの亀
裂等をベントナイト液を用いて手間をかけずに効果的に
充填封鎖し得ると共に、ベントナイトの経済的かつ有効
な利用が可能となる地下空洞の構築方法を提供すること
を目的とする。

【課題を解決するための手段】即ち本発明は、地表（２
ａ、３２ａ）より地中に地表連通坑（５、３４、３５）
を掘削形成し、前記地表連通坑（５、３４、３５）に接
続する形で貯蔵空間（６、３６）を掘削形成し、前記貯
蔵空間（６、３６）に可撓性を有し、かつ水密な袋体
（１０、４０）を設置し、注入剤（６０）を、前記袋体
（１０、４０）と前記貯蔵空間（６、３６）の地山
（２、３２）との間に注入供給し、水（６１）を前記袋
体（１０、４０）の内部に加圧して供給して、該袋体
（１０、４０）と前記貯蔵空間（６、３６）の地山
（２、３２）との間に、所定厚さ（Ｗ１、Ｗ１’）の注
入剤層（２５、４９）を形成し、前記注入剤層（２５、
４９）の注入剤（６０）を固結させて、所定厚さ（Ｗ
１、Ｗ１’）のシール層（９、３９）を、前記貯蔵空間
（６、３６）の地山内壁（２ｂ、３２ｂ）に沿って構築
して構成される。なお、（ ）内の番号等は、図面にお
ける対応する要素を示す、便宜的なものであり、従っ
て、本記述は図面上の記載に限定拘束されるものではな
い。以下の作用の欄についても同様である。

【０００５】

【作用】上記した構成により本発明は、内部（１０ａ、
４０ａ）に水（６１）が充満した袋体（１０、４０）と
貯蔵空間（６、３６）の地山（２、３２）との間で注入
剤層（２５、４９）が押圧加圧される形で挾まれ、注入
剤層（２５、４９）の押圧加圧によって貯蔵空間（６、
３６）の地山（２、３２）の亀裂（１１、４１）に注入
剤（６０）が浸透充填されるように作用する。

【０００６】

【実施例】図１は、本発明の構築方法により構築された
地下空洞の一例を示す模式断面図、図２は、図１に示す
地下空洞を構築する際の一工程を示した図、図３は、本
発明の構築方法により構築された地下空洞の別の一例を
示す模式断面図である。

【０００７】火力発電施設１は、図１に示すように、本
発明の構築方法により地盤２中に構築された地下空洞３
を有しており、地下空洞３には、地盤２に掘削形成され
た上下方向に伸延した形の立坑５が設けられている。立
坑５の上端側は地表２ａにおいて開口しており、立坑５
の下端側には、地盤２に掘削形成された扁平な球形の貯
蔵空間６が、該立坑５に連通接続した形で設けられてい
る。また、立坑５において、地表２ａと貯蔵空間６の間
には、該立坑５の途中を閉塞する、鉄筋コンクリート製
の閉塞プラグ７が設けられている。該閉塞プラグ７は水
平断面が立坑５の水平断面よりも大きい部位を有してお
り、従って、閉塞プラグ７は、横方向に地盤２に食い込
む形で、地盤２に係合した状態で設けられている。ま
た、閉塞プラグ７は、該閉塞プラグ７によって隔てられ
た立坑５の上側空間５ａ及び、下側空間５ｂにおける気
圧の差によって生じる差圧力に充分耐え、従って、両空
間５ａ、５ｂ間を常に気密（或いは、水密）に維持し得
る形で地盤２に係合して設けられている。

【０００８】また、貯蔵空間６の地山即ち、貯蔵空間６
を包囲する地盤２の内壁２ｂ全面及び、前記立坑５の下
側空間５ｂを包囲する地盤２の内壁５ｃ全面及び、前記
閉塞プラグ７の下端面７ａには、これら内壁２ｂ、５
ｃ、下端面７ａによって形成される一連の、切目のない
面に沿って、ベントナイト液６０が硬化してできた層状
のシール層９が設けられている。また、貯蔵空間６を包
囲する地盤２には複数の亀裂１１が形成されているが、
これら亀裂１１には、ベントナイト液６０が内壁２ｂ側
から浸透充填されて、硬化されている。つまり、貯蔵空
間６及び、立坑５の下側空間５ｂによる一連の空間のう
ち、シール層９によって包囲された空間であるシール空
間６ａは、シール層９及び、亀裂１１中の硬化したベン
トナイト液６０が気密（或いは、水密）であることか
ら、気密（或いは、水密）な空間となっている。更に、
シール空間６ａに面したシール層９の表面９ａ側には、
可撓性があり、水密で、しかもシール空間６ａに整合し
得る袋状の袋体１０が設けられており、該袋体１０は表
面９ａ全面に沿った形で、かつ該表面９ａに略密着した
形で設けられている。なお、袋体１０の内部空間１０ａ
は、袋体１０が水密であることから、水密な空間となっ
ている。そして、内部空間１０ａは、今、水６１によっ
て充填されている。

【０００９】前記閉塞プラグ７には、該閉塞プラグ７を
上下方向に貫通する、即ち、立坑５の上側空間５ａと下
側空間５ｂとの間を貫通する形の通気管１２、通水管１
３が設けられている。通気管１２の下側空間５ｂ側は、
下方に伸延しており、閉塞プラグ７の下端面７ａに沿っ
て設けられたベントナイト層９及び、袋体１０を貫通し
て、内部空間１０ａのうちの比較的上端部付近にその下
開口端部を有している。また、通水管１３の下側空間５
ｂ側は、下方に伸延しており、閉塞プラグ７の下端面７
ａに沿って設けられたベントナイト層９及び、袋体１０
を貫通して、内部空間１０ａのうちの比較的下端部付近
にその下開口端部を有している。

【００１０】一方、通気管１２の上側空間５ａ側は、上
側空間５ａ内を上方に伸延して地表２ａに到達してお
り、地表２ａ側において枝管１２ａ、１２ｂに二股に分
岐している。更に、枝管１２ａ、１２ｂの各端部は、共
に火力発電施設１のうち地表２ａ側に設けられた発電設
備１ａに到達している。発電設備１ａは、ガスタービン
１６、発電機１７、コンプレッサ１９を有しており、前
記枝管１２ａの端部はガスタービン１６の空気取り入れ
口側に、枝管１２ｂの端部はコンプレッサ１９の空気排
出口側にそれぞれ接続されている。なお、通気管１２に
は、閉塞プラグ７と分岐箇所の間において、開閉自在な
るバルブＡ１が設けられており、枝管１２ａ、１２ｂの
途中には、それぞれ開閉自在なるバルブＡ２、バルブＡ
３が設けられている。また、ガスタービン１６と発電機
１７の間は、ガスタービン１６から発電機１７に動力を
伝達し得る形の動力軸１６ａによって接続されており、
発電機１７とコンプレッサ１９の間は、発電機１７から
コンプレッサ１９に動力を伝達し得る形の動力軸１７ａ
によって接続されている。また、動力軸１６ａ、１７ａ
にはそれぞれ、動力の伝達及び遮断が自在なるクラッチ
１６ｂ、１７ｂがそれぞれ設けられている。

【００１１】また一方、通水管１３の上側空間５ａ側
は、上側空間５ａ内を上方に伸延しているが、地表２ａ
に到達する手前で略水平方向に屈曲しており、屈曲した
方向（即ち、図１の紙面右方向）に地盤２中に挿入され
ている。地盤２中に挿入された通水管１３は、火力発電
施設１のうち地表２ａ側に設けられた貯水池２０に地中
側から到達している。従って、貯水池２０の水６１は、
通水管１３の貯水池２０側の開口端部を介して、該通水
管１３内に流入自在となっている。なお、通水管１３に
は、閉塞プラグ７と貯水池２０の間において、開閉自在
なるバルブＢ１が設けられている。

【００１２】火力発電施設１及び、地下空洞３は以上の
ように構成されている。そこで、本発明の構築方法によ
って前記地下空洞３を構築して、火力発電施設１を建設
するには以下のように行う。即ちまず、地表２ａより地
盤２を下方向に掘削して立坑５を掘削形成した後、図２
に示すように、立坑５の下端に続けて貯蔵空間６を掘削
形成する。次いで、前記通気管１２のうち下側部位を配
管する。即ち、前記通気管１２のうち地中側の開口端部
を、図２に示すように、貯蔵空間６の前述した所定の位
置に配置させる形で配管し、該通気管１２の地中側の開
口端部と反対側はバルブＡ１よりもやや上方の部位まで
を立坑５に沿って上下方向に配管する（なお、通気管１
２のバルブＡ１よりもやや上方の部位は、将来、通気管
１２の更に上方の部位を接続可能な状態になってい
る。）。次いで、通水管１３を、上述したように、立坑
５に沿って上下方向に配管すると共に、該通水管１３の
上側の端部側を、立坑５より略水平方向に屈曲させて、
略水平方向に地盤２を貫通させて、地中より貯水池２０
に到達する形で配管し、該通水管１３の下側の開口端部
を貯蔵空間６の所定の位置に配置させる形で配管する。
また、地表２ａ側にベントナイト液６０を加圧供給自在
な注入剤供給ポンプ２１を仮設し、注入剤供給ポンプ２
１のベントナイト液吐出口側に注入剤供給管１５を接続
する。更に、注入剤供給管１５の注入剤供給ポンプ２１
と反対側を、立坑５の内部に到達する形で配管し、該注
入剤供給管１５の立坑５の内部に存在する開口端部が、
将来構築されるべき前記閉塞プラグ７の下端面７ａのす
ぐ下側（即ち、立坑５の下側空間５ｂの天端付近）に位
置する形で注入剤供給管１５を配管する。なお、注入剤
供給管１５には、開閉自在なバルブＣ１が将来構築され
るべき前記閉塞プラグ７の位置よりも地上側に設けられ
ている。次いで、排気管２３を仮設する。即ち、排気管
２３は、将来構築されるべき前記閉塞プラグ７を上下方
向に貫通する形で配管され、該排気管２３の下側開口端
部が将来構築されるべき前記閉塞プラグ７の下端面７ａ
のすぐ下側（即ち、立坑５の下側空間５ｂの天端付近）
に位置する形で配管される。また、排気管２３は、該排
気管２３の上側の端部が将来構築されるべき前記閉塞プ
ラグ７よりも上側に位置する形で配管される。なお、排
気管２３の上側の端部付近には、貯蔵空間６の内外を連
通遮断自在なる空気抜き用のバルブＤ１が設けられてい
る。なお、配管時においては、通気管１２のバルブＡ
１、通水管１３のバルブＢ１、注入剤供給管１５のバル
ブＣ１、排気管２３のバルブＤ１は何れも閉鎖した状態
になっている。

【００１３】配管が以上のように行われた後、袋体１０
を貯蔵空間６に設置する。設置の際、袋体１０を、該袋
体１０の所定の位置（即ち、図１及び、図２における上
端側）において通気管１２及び、通水管１３が貫通する
形で設置し、従って、通気管１２の下側の開口端部及
び、通水管１３の下側の開口端部が共に袋体１０の内部
空間１０ａに位置する形で設置する。なお、袋体１０に
おいて、通気管１２及び、通水管１３の貫通箇所は水密
で、しかも固定されている。なお、袋体１０は、可撓性
を利用して折畳み縮小された形で設置されるため、設置
作業が円滑に行われる。また、袋体１０は折畳み縮小さ
れているため、該袋体１０の内部空間１０ａには、空気
や水等が殆ど存在していない状態になっている。また、
袋体１０の外表面側には複数の固定用ロープ２２のそれ
ぞれ一端が接合されており、これら固定用ロープ２２の
他端は、それぞれ杭等を介して、内壁２ｂのうち貯蔵空
間６の下端側に面した箇所に適宜固定されている。次い
で、立坑５の地表２ａと貯蔵空間６との間の所定の位置
において閉塞プラグ７を構築する。立坑５のうち閉塞プ
ラグ７を構築すべき箇所では、該立坑５の掘削時に予め
水平方向等に拡幅掘削されており、閉塞プラグ７は、該
閉塞プラグ７を構築すべき箇所の立坑５及び、該箇所に
おいて拡幅掘削された空間に配筋した後、これら空間に
コンクリートを充填して固結させる形で構築される。な
お、通気管１２、通水管１３、注入剤供給管１５、排気
管２３は上述したように既に配管されたので、コンクリ
ートを充填して構築した閉塞プラグ７には、これら通気
管１２、通水管１３、注入剤供給管１５、排気管２３が
上下方向に貫通した状態になっている。

【００１４】その後、注入剤供給管１５のバルブＣ１を
開放した後、地表２ａ側の注入剤供給ポンプ２１を運転
することにより、ベントナイト液６０を加圧して、注入
剤供給ポンプ２１側から注入剤供給管１５に供給する。
また注入剤供給ポンプ２１の運転と同時に、排気管２３
のバルブＤ１を開放する。バルブＣ１が開放されている
ので、注入剤供給管１５に供給されたベントナイト液６
０は、該注入剤供給管１５を通って、貯蔵空間６に位置
している注入剤供給管１５の下側の開口端部より、該貯
蔵空間６に供給注入され、貯蔵空間６に注入されたベン
トナイト液６０は、図２に示すように、該貯蔵空間６の
下底部より順次上方へと溜っていく。なお、ベントナイ
ト液６０が注入されることによって貯蔵空間６に存在す
る空気の体積が減少し、貯蔵空間６の気圧が上昇しよう
とするが、排気管２３のバルブＤ１が開放されているの
で、従って、排気管２３及び、バルブＤ１を介して、貯
蔵空間６の空気と大気（即ち、立坑５の上側空間５ａに
おける空気）が連通されるので、貯蔵空間６の空気は大
気との差圧により排気管２３を通って大気中に順次放出
され、貯蔵空間６の気圧は大気圧と常に略等しく維持さ
れる。よって、ベントナイト液６０を貯蔵空間６に加圧
供給する注入剤供給ポンプ２１にかかる負荷が供給作業
中に増大することはなく、ベントナイト液６０の供給作
業は円滑に行われる。さらに続けて、注入剤供給ポンプ
２１によるベントナイト液６０の供給注入を行い、貯蔵
空間６に所定の量（即ち、亀裂１１を充填し、シール層
９を形成するのに必要な量）のベントナイト液６０を注
入することにより、注入剤供給ポンプ２１の運転を停止
し、従って、注入剤供給管１５へのベントナイト液６０
の供給を停止し、注入剤供給管１５のバルブＣ１を閉鎖
する。

【００１５】その後、通水管１３のバルブＢ１を開放す
ることにより、通水管１３を介して貯水池２０と袋体１
０の内部空間１０ａとを連通させる。貯水池２０の水６
１は、通水管１３の貯水池２０側の開口端部より該通水
管１３に流入して、水頭差によって加圧される形で該通
水管１３を下方に流動して、図２に示すように、貯蔵空
間６に存在する袋体１０の内部空間１０ａに位置してい
る通水管１３の下側の開口端部より、該内部空間１０ａ
に流入する。なお、袋体１０は水密であるため、内部空
間１０ａに流入した水６１は、袋体１０の外部の貯蔵空
間６等に漏洩しない。続けて内部空間１０ａに水６１が
流入することにより、可撓性を有する袋体１０は膨張し
その体積を増加させるので、袋体１０と内壁２ｂとの間
の空間の体積は減少する。なお、袋体１０と内壁２ｂと
の間で、ベントナイト液６０以外の空間に存在する空気
は、体積変化により昇圧しようとするので、差圧によ
り、上述したように、排気管２３を介して適宜大気中に
放出される。続けて内部空間１０ａに水６１が注入され
ることにより、袋体１０は貯蔵空間６に対応整合した形
状に膨張し、袋体１０と内壁２ｂとの間（或いは、袋体
１０と内壁５ｃとの間或いは、袋体１０と閉塞プラグ７
の下端面７ａの間）の空気は全て排気管２３を介して大
気中に放出される（なぜなら、排気管２３の下開口端部
は、閉塞プラグ７の下端面７ａ付近即ち、下側空間５ｂ
の天端付近に存在しているから。）。つまり、袋体１０
と内壁２ｂとの間（或いは、袋体１０と内壁５ｃとの間
或いは、袋体１０と閉塞プラグ７の下端面７ａの間）は
ベントナイト液６０のみで充填された状態になる。な
お、該状態は、排気管２３のバルブＤ１側の端部から空
気ではなく、ベントナイト液６０が流出し始めることを
目視し、貯蔵空間６及び、下側空間５ｂにもはや残留し
た空気が無くなったことを確認することによって認知さ
れる。ところで、水６１の比重がベントナイト液６０の
比重に比べて軽いため、水６１で充填された袋体１０
は、貯蔵空間６のベントナイト液６０の中で浮上し上側
に偏ろうとするが、袋体１０の外表面側は、上述したよ
うに、複数の固定用ロープ２２を介して貯蔵空間６の下
端側に面した内壁２ｂに適宜固定されているので、袋体
１０は、これら固定用ロープ２２によって支持固定さ
れ、貯蔵空間６のベントナイト液６０の中で上側に偏る
ことなく、袋体１０と内壁２ｂとの間が袋体１０全体に
おいて略均等な距離Ｗ１になる状態で維持されている。
つまり、貯蔵空間６と袋体１０との間に所定の厚さＷ１
のベントナイト層２５形成された。また、袋体１０と内
壁２ｂとの間にはベントナイト層２５が存在しているた
め、袋体１０が地盤２により傷つけられ破損することは
ない。

【００１６】袋体１０と内壁２ｂとの間にベントナイト
層２５が形成されたところで排気管２３のバルブＤ１を
閉鎖する。一方、水６１は通水管１３を通って内部空間
１０ａに流入しようとする。ところが、排気管２３のバ
ルブＤ１が閉鎖されたため、貯蔵空間６等のベントナイ
ト液６０の外部への流出がなくなり、よって、内部空間
１０ａの体積はもはや膨張しなくなるため、袋体１０の
内部空間１０ａの水６１は加圧されて、貯水池２０の水
圧に、該貯水池２０から貯蔵空間６までの深さによる水
頭差圧を加えた水圧Ｐ１に等しくなる。等しくなること
によって、水圧差がなくなり、通水管１３から内部空間
１０ａへの水６１の供給が自動的に停止される。ところ
で、袋体１０は内から外に水圧で押圧されており、袋体
１０の外表面側に存在しているベントナイト層２５は、
袋体１０と地盤２との間（或いは、袋体１０と閉塞プラ
グ７との間）で押圧されてる。この押圧により加圧され
たベントナイト層２５は、地盤２に形成されている複数
の亀裂１１に、内壁２ｂ側より浸透し、これら亀裂１１
を充填する。その後、ベントナイト層２５及び、亀裂１
１中のベントナイト液６０を固結させて、地盤２と袋体
１０との間に前記シール層９を形成して、地下空洞３の
構築を完了する。地下空洞３の構築完了後、注入剤供給
管１５のうち閉塞プラグ７よりも上側の部分及び、注入
剤供給ポンプ２１及び、排気管２３のうち閉塞プラグ７
よりも上側の部分を撤去し、撤去の後、閉塞プラグ７に
残留される注入剤供給管１５及び、排気管２３の内部を
コンクリート等で充填して、気封或いは、水封してお
く。次いで、地表２ａ側に、前述したガスタービン１
６、発電機１７、コンプレッサ１９等を備えた発電設備
１ａを構築した後、既に配管されている通気管１２の下
側部位（即ち、バルブＡ１のやや上側より下側の部位）
の上端側に、通気管１２の上側部位（即ち、地上側の部
位であり、二股に分岐している側の部位）を接続し、通
気管１２の上側部位のうち二股に分岐した枝管１２ａ、
１２ｂをそれぞれガスタービン１６、コンプレッサ１９
に接続する。以上で火力発電施設１の建設を全て完了す
る。

【００１７】以上のように構築された地下空洞３を用い
て圧縮空気６２の貯蔵及び、圧縮空気６２を用いた発電
を行うと以下のようになる。即ち、地下空洞３において
は、図１に示すように、バルブＡ１、Ａ２、Ａ３は閉鎖
されており、バルブＢ１は開放されている。また、内部
空間１０ａには、前記水圧Ｐ１の水６１が充填されてい
る。また一方、発電設備１ａでは、動力軸１６ａ、１７
ａにおけるクラッチ１６ｂ、１７ｂが共に外されてお
り、ガスタービン１６、発電機１７、コンプレッサ１９
は何れも停止した状態にある。まず、夜間等で電力需要
の少ない時間帯に、地下空洞３を用いた圧縮空気６２の
貯蔵を行う。即ち、原子力発電等によって発電された安
価な剰余電力で、発電設備１ａの発電機１７を電気モー
タとして運転する。次いで、動力軸１７ａにおけるクラ
ッチ１７ｂを接続状態にして該発電機１７による動力
を、動力軸１７ａを介してコンプレッサ１９に伝達す
る。コンプレッサ１９は運転されることにより、外気を
取り入れて、前記水圧Ｐ１よりも高い気圧に加圧した
後、該コンプレッサ１９の空気排出口側に接続されてい
る通気管１２の枝管１２ｂに圧縮空気６２を供給する。
また、コンプレッサ１９の運転開始と同時に、通気管１
２のバルブＡ１、Ａ３を開放して、コンプレッサ１９の
空気排出口と内部空間１０ａとを連通させる。通気管１
２の枝管１２ａに供給された圧縮空気６２は、連通した
袋体１０の内部空間１０ａの水圧Ｐ１よりも高圧である
ことから、通気管１２のバルブＡ１、Ａ３を通って流動
し、該通気管１２の下側開口端部より内部空間１０ａに
供給される。つまり、内部空間１０ａでは、図１の二点
鎖線に示すように、水圧Ｐ１よりも高い気圧を有する圧
縮空気６２が内部空間１０ａに供給され、水と空気の比
重差によって該内部空間１０ａの上端部側から下方に順
次溜り始めると共に、内部空間１０ａに存在していた水
６１が、該圧縮空気６２によって下方に押圧される。水
圧Ｐ１より大きな圧力で下方に押圧された内部空間１０
ａの水６１は、該内部空間１０ａのうち比較的下端部側
に存在している通水管１３の下開口端部より該通水管１
３に流入して上昇し、貯水池２０に供給される。

【００１８】コンプレッサ１９を続けて運転し、圧縮空
気６２を通気管１２を介して内部空間１０ａに供給し
て、所定の量の圧縮空気６２を内部空間１０ａに供給し
た後、通気管１２のバルブＡ１、Ａ３を閉鎖し、クラッ
チ１７ｂを外し、コンプレッサ１９の運転を停止する。
内部空間１０ａへの圧縮空気６２の供給が停止した後、
内部空間１０ａでは、供給された圧縮空気６２が水圧Ｐ
１と等しい気圧をもつまで、水６１を貯水池２０側に押
圧する形で膨張して、内部空間１０ａでの圧縮空気６２
と水６１が気圧Ｐ１、水圧Ｐ１で釣り合う状態になる。
つまり、内部空間１０ａでは、圧縮空気６２が気圧Ｐ１
で貯蔵された。なお、袋体１０は、上述したように水密
であり、従って、圧縮空気６２に対しても気密性を有す
る。また、たとえ袋体１０の外部に圧縮空気６２が漏洩
したとしても、袋体１０の外部は気密なシール層９で包
囲されており、内壁２ｂに存在する亀裂１１にもベント
ナイト液６０が充填固結され気封されているので、内部
空間１０ａに供給された圧縮空気６２はシール層９によ
って包囲された前記シール空間６ａより地盤２に漏気せ
ず、少なくとも確実にシール空間６ａに貯蔵される。

【００１９】次いで、貯蔵された圧縮空気６２を用いた
発電を行うと以下のようになる。即ち、昼間等で電力需
要の多い時間帯に、地下空洞３に貯蔵された圧縮空気６
２を用いて効率的な火力発電を行う。まず、発電設備１
ａの動力軸１６ａにおけるクラッチ１６ｂを接続状態に
してガスタービン１６による動力を、動力軸１６ａを介
して発電機１７に伝達し得るようにする。その後、通気
管１２のバルブＡ１、Ａ２を開放して、ガスタービン１
６の空気取入口と、内部空間１０ａのうち通気管１２の
下開口端部が存在している位置即ち、内部空間１０ａの
うち比較的上端部側の位置に貯蔵され存在している圧縮
空気６２とが連通する。内部空間１０ａの圧縮空気６２
は、大気圧よりも高い気圧Ｐ１で貯蔵されているため、
差圧により通気管１２を通って立坑５内を上昇し、ガス
タービン１６の空気取入口側に供給される。供給された
圧縮空気６２は燃料と混合され、従って、ガスタービン
１６は効率的に運転される。効率的に運転されるガスタ
ービン１６による動力は、動力軸１６ａを介して発電機
１７に伝達し、発電機１７において効率的な発電が行わ
れる。更に続けて、圧縮空気６２が通気管１２を介して
ガスタービン１６に供給され、ガスタービン１６におい
て効率的な運転を行い、従って、発電機１７において効
率的な発電を行う形で、電力需要の多い時間帯が終了す
るまで火力発電を行う。発電を終了する際には、通気管
１２のバルブＡ１、Ａ２を閉鎖すると共に、動力軸１６
ａのクラッチ１６ｂを外し、ガスタービン１６の運転を
停止して、発電機１７の運転を停止する。

【００２０】以上説明したように、本発明による地下空
洞の構築方法により地下空洞３を構築するには、立坑５
及び、貯蔵空間６を掘削形成し、貯蔵空間６に可撓性を
有し、かつ水密な袋体１０を設置した後、ベントナイト
液６０を、袋体１０と貯蔵空間６の地山即ち、地盤２と
の間に注入供給する。次いで、水６１を袋体１０の内部
空間１０ａに加圧して供給して、該袋体１０と貯蔵空間
６の地山との間に、所定厚さＷ１のベントナイト層２５
を形成し、該ベントナイト層２５のベントナイト液６０
を固結させて、所定厚さＷ１のシール層９を、貯蔵空間
６の地山の内壁２ｂに沿って構築する。つまり、内部空
間１０ａに水６１が充満した袋体１０と貯蔵空間６の地
山即ち、地盤２との間でベントナイト層２５が押圧加圧
される形で挾まれ、該ベントナイト層２５の押圧加圧に
よって貯蔵空間６の地山の亀裂１１にベントナイト液６
０が効果的に浸透充填される。また、地下空洞３の構築
の際、ベントナイト液６０の使用量は、ベントナイト層
２５を形成し、亀裂１１を充填するだけの量であればよ
く、従来の方法のように、貯蔵空間６全体にベントナイ
ト液６０を充填させる必要がない。つまり、シール層９
の所定厚さＷ１を極力小さく設定することによって、ベ
ントナイト液６０の使用量を極力少量に抑えることが可
能となるので、ベントナイトの経済的かつ有効な利用が
可能となる。また、貯蔵空間６に注入するベントナイト
液６０の量を極力少量に抑えることが可能であることか
ら、注入作業における手間を極力省くことができる。更
に、注入したベントナイトを、固結後に除去する必要が
ないので手間がかからない。

【００２１】なお、本発明による地下空洞の構築方法
は、圧縮空気６２の貯蔵及び、取り出しの際に水６１等
を使用しない形の地下空洞にも応用できる。火力発電施
設３１は、図３に示すように、圧縮空気６２の貯蔵及
び、取り出しの際に水６１等を使用しない形の地下空洞
３３を有しており、地下空洞３３には、地上と地下を連
通する立坑３５が設けられており、立坑３５の下端側に
は、水平方向に掘削された水平坑３４が接続されてい
る。水平坑３４の立坑３５と反対側（図３の紙面右側）
の端部には、地盤３２に掘削形成された扁平な球形の貯
蔵空間３６が水平坑３４に接続した形で設けられてい
る。また、水平坑３４の途中には、該水平坑３４を閉塞
する閉塞プラグ３７が地盤３２に係合して設けられてい
る。

【００２２】また、前記貯蔵空間３６には、地盤３２の
内壁３２ｂ全面及び、前記水平坑３４のうち閉塞プラグ
３７により分け隔てられた貯蔵空間３６側の貯蔵側空間
３４ａを包囲する地盤３２の内壁３４ｃ全面及び、前記
閉塞プラグ３７の貯蔵空間３６側の端面３７ａに沿っ
て、ベントナイト液６０が硬化してできた所定の厚さＷ
１’の層状のシール層３９が設けられている。また、貯
蔵空間３６を包囲する地盤３２には複数の亀裂４１が形
成されており、これら亀裂４１には、ベントナイト液６
０が浸透充填されて、硬化されている。更に、シール層
３９の表面３９ａには、水密な袋体４０が設けられてい
る。袋体４０の内部空間４０ａには空気が充填されてい
る。

【００２３】前記閉塞プラグ３７には、水平方向に通気
管４２が貫通して設けられており、通気管４２の貯蔵空
間３６側はシール層３９及び、袋体４０を貫通して、内
部空間４０ａにその開口端部を有している。また、通水
管４３の貯蔵空間３６側はシール層３９及び、袋体４０
を貫通して、内部空間４０ａのうちの比較的下端部付近
にその開口端部を有している。一方、通気管４２の閉塞
プラグ３７より立坑３５側は、該立坑３５内を上方に伸
延して地表３２ａに到達し、ガスタービン１６、発電機
１７、コンプレッサ１９等を有した発電設備３１ａに接
続されている。

【００２４】火力発電施設３１及び、地下空洞３３は以
上のように構成されている。そこで、本発明の構築方法
によって地下空洞３３を構築し、火力発電施設３１を建
設するには以下のように行う。即ちまず、立坑３５、水
平坑３４、貯蔵空間３６を順次掘削形成した後、通気管
４２を上述した所定の位置に配管する（なお、発電設備
３１ａは未だ構築されていない。）。また、地表３２ａ
側に水を注排水自在なる注排水ポンプ４７（図３の二点
鎖線で図示）を仮設し、注排水ポンプ４７に通水管４３
（図３の二点鎖線で図示）を接続する。また、通水管４
３は、該通水管４３の注排水ポンプ４７と反対側が、立
坑３５及び、水平坑３４を通って貯蔵空間３６に到達す
る形で配管される。なお、通水管４３のうち貯蔵空間３
６に存在する部位はフレキシブルに形成されており、通
水管４３の貯蔵空間３６に存在する開口端部は、通水管
４３の屈曲によって貯蔵空間３６の底端の位置に到達し
得るようになっている。また、通水管４３には開閉自在
なるバルブＢ１が設けられている。また、地表３２ａ側
にベントナイト液６０を加圧供給自在なる注入剤供給ポ
ンプ２１（図３の二点鎖線で図示）を仮設し、注入剤供
給ポンプ２１のベントナイト液吐出口側に注入剤供給管
４５（図３の二点鎖線で図示）を接続する。また、注入
剤供給管４５は、該注入剤供給管４５の注入剤供給ポン
プ２１と反対側が、立坑３５を通って、水平坑３４に到
達する形で配管され、注入剤供給管４５の水平坑３４側
の開口端部が、将来構築されるべき閉塞プラグ３７の端
面３７ａよりもやや貯蔵空間３６側（即ち、水平坑３４
の貯蔵側空間３４ａ）に存在する形で配管さる。なお、
注入剤供給管４５には開閉自在なるバルブＣ１が設けら
れている。また、排気管４６（図３の二点鎖線で図示）
が仮設配管される。即ち、排気管４６は、将来構築され
るべき閉塞プラグ３７を水平坑３４の伸延方向（図３の
紙面左右方向）に貫通する形で配管され、排気管４６の
図３中の紙面右側は、貯蔵空間３６に存在する形で配管
される。また、貯蔵空間３６に存在する排気管４６の開
口端部付近は、貯蔵空間３６の天端近傍の内壁３２ｂに
固定させる形で配管する。なお、排気管４６の図３中の
紙面左側の端部付近には、該排気管４６の内外を連通遮
断自在なる空気抜き用のバルブＤ１が設けられている。
通気管４２、通水管４３、注入剤供給管４５、排気管４
６等の配管の後、貯蔵空間３６に袋体４０を設置する。
袋体４０の設置の際、通気管４２及び、通水管４３の各
端部側が袋体４０を貫通し、袋体４０の内部空間４０ａ
に、通気管４２及び、通水管４３の各端部が存在する形
で設置する。なお、袋体４０の外表面側には複数の固定
用ロープ２２のそれぞれ一端が接合されており、これら
固定用ロープ２２の他端は、それぞれ杭等を介して、内
壁３２ｂのうち貯蔵空間３６の下端側に面した箇所に適
宜固定されている。次いで、水平坑３４の所定の位置に
おいて閉塞プラグ３７を構築する。

【００２５】次いで、注入剤供給管４５のバルブＣ１及
び、排気管４６のバルブＤ１を開放して、注入剤供給ポ
ンプ２１を運転し、ベントナイト液６０を加圧して注入
剤供給管４５を介して、貯蔵空間３６に所定の量を供給
した後、注入剤供給ポンプ２１の運転を停止し、注入剤
供給管４５のバルブＣ１を閉鎖する。次いで、通水管４
３のバルブＢ１を開放して、注排水ポンプ４７により加
圧した水６１を、該通水管４３を介して貯蔵空間３６に
存在する袋体４０の内部空間４０ａに供給し、可撓性を
有する袋体４０を貯蔵空間３６に対応整合した形状に膨
張させ、袋体４０と内壁３２ｂとの間を完全にベントナ
イト液６０で充填させて、所定厚さＷ１’のベントナイ
ト層４９を形成する。また、排気管４６の貯蔵空間３６
における開口端部は、貯蔵空間３６の天端付近に固定さ
れており、従って、貯蔵空間３６の空気は残留すること
なく全て排気管４６を介して大気中に放出される。

【００２６】ベントナイト層４９の形成の後、排気管４
６のバルブＤ１を閉鎖する。また、続けて内部空間４０
ａの水６１を加圧し、水圧が所定の圧力になるまで供給
した後、通水管４３のバルブＢ１を閉鎖し、注排水ポン
プ４７の運転を停止する。ところで、袋体４０は水６１
によって内から外に押圧されており、袋体４０の外表面
側に存在しているベントナイト層４９は、袋体４０と地
盤３２との間（或いは、袋体４０と閉塞プラグ３７との
間）で押圧される。この押圧により加圧されたベントナ
イト層４９のベントナイト液６０は、地盤３２に形成さ
れている複数の亀裂４１に、内壁３２ｂより浸透し、こ
れら亀裂４１を充填する。その後、ベントナイト層４９
及び、ベントナイト液６０を固結させた後、通気管４２
のバルブＡ１を開放すると共に、再び通水管４３のバル
ブＢ１を開放して注排水ポンプ４７によって内部空間４
０ａの水６１を排水し、内部空間４０ａの水６１を先端
が大気に開放された状態の通気管４２から供給される空
気と置換する。なお、内部空間４０ａの排水は注排水ポ
ンプ４７を介して容易に行われるので、手間がかからな
い。水６１を完全に排水し空気と置換した後、注入剤供
給ポンプ２１、注入剤供給管４５、注排水ポンプ４７、
通水管４３を撤去して地下空洞３３の構築を完了する。
地下空洞３３の構築完了後、地表３２ａ側にガスタービ
ン１６、発電機１７、コンプレッサ１９を備えた発電設
備３１ａを構築し、前記通気管４２をガスタービン１
６、コンプレッサ１９に接続して火力発電施設３１の建
設を完了する。

【００２７】なお、袋体４０は、上述したように水密で
あり、従って、圧縮空気６２に対しても気密性を有す
る。また、たとえ袋体４０の外部に圧縮空気６２が漏洩
したとしても、袋体４０の外部は気密なシール層３９で
包囲されており、内壁３２ｂに存在する亀裂４１にもベ
ントナイト液６０が充填固結され気封されているので、
内部空間４０ａに供給された圧縮空気６２は地盤３２に
漏気せず、確実にシール層３９の内側に貯蔵される。つ
まり、以上のように構築された地下空洞３３を用いて圧
縮空気６２の貯蔵及び、取り出しが可能である。

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、地表２
ａ、３２ａ等の地表より地中に立坑５、３５、水平坑３
４等の地表連通坑を掘削形成し、前記地表連通坑に接続
する形で貯蔵空間６、３６等の貯蔵空間を掘削形成し、
前記貯蔵空間に可撓性を有し、かつ水密な袋体１０、４
０等の袋体を設置し、ベントナイト液６０等の注入剤
を、前記袋体と前記貯蔵空間の地盤２、３２等の地山と
の間に注入供給し、水６１等の水を前記袋体の内部に加
圧して供給して、該袋体と前記貯蔵空間の地山との間
に、所定厚さＷ１、Ｗ１’等の所定厚さのベントナイト
層２５、４９等の注入剤層を形成し、前記注入剤層の注
入剤を固結させて、所定厚さのシール層９、３９等のシ
ール層を、前記貯蔵空間の内壁２ｂ、３２ｂ等の地山内
壁に沿って構築して構成したので、地下空洞の構築の
際、注入剤の使用量は、注入剤層を形成し、貯蔵空間の
地山の亀裂を充填するだけの量であればよく、従って、
シール層の所定厚さを極力小さく設定することによっ
て、注入剤の使用量を極力少量に抑えることが可能とな
るので、注入剤の経済的かつ有効な利用が可能となる。
また、貯蔵空間に注入する注入剤の量を極力少量に抑え
ることが可能であることから、注入作業における手間を
極力省くことができ、更に、注入した注入剤を、固結後
に除去する必要がないので手間がかからない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の構築方法により構築された地
下空洞の一例を示す模式断面図である。

【図２】図２は、図１に示す地下空洞を構築する際の一
工程を示した図である。

【図３】図３は、本発明の構築方法により構築された地
下空洞の別の一例を示す模式断面図である。

【符号の説明】

２……地山（地盤） ２ａ……地表 ２ｂ……地山内壁（内壁） ３……地下空洞 ５……地表連通坑（立坑） ６……貯蔵空間 ９……シール層 １０……袋体 ２５……注入剤層（ベントナイト層） ３２……地山（地盤） ３２ａ……地表 ３２ｂ……地山内壁（内壁） ３４……地表連通坑（水平坑） ３５……地表連通坑（立坑） ３６……貯蔵空間 ３９……シール層 ４０……袋体 ４９……注入剤層（ベントナイト層） ６０……注入剤（ベントナイト液） ６１……水 Ｗ１……所定厚さ Ｗ１’……所定厚さ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】地表より地中に地表連通坑を掘削形成し、 前記地表連通坑に接続する形で貯蔵空間を掘削形成し、 前記貯蔵空間に可撓性を有し、かつ水密な袋体を設置
   し、 注入剤を、前記袋体と前記貯蔵空間の地山との間に注入
   供給し、 水を前記袋体の内部に加圧して供給して、該袋体と前記
   貯蔵空間の地山との間に、所定厚さの注入剤層を形成
   し、 前記注入剤層の注入剤を固結させて、所定厚さのシール
   層を、前記貯蔵空間の地山内壁に沿って構築して構成し
   た地下空洞の構築方法。