13:45 〜 15:15
[HCG21-P09] 岩盤の割れ目内の地下水流れの次元に基づく地下研究施設における湧水量の自然低下予測
キーワード：流れの次元、湧水、原位置計測
【はじめに】
高レベル放射性廃棄物の地層処分では、地下施設の坑道掘削により岩盤中の割れ目などから地下水の湧水が発生し、廃棄体埋設時に設置する緩衝材や止水プラグの施工性および性能に悪影響を及ぼす可能性が考えられる。
水圧に関する拡散方程式に基づくと、割れ目からの湧水量はその割れ目内における地下水の流れの次元に依存して自然に低下し得る1)。流れの次元は場所に依存し、その分布は地上からのボーリング調査において透水試験を実施することにより推定できる。したがって、推定した流れの次元の分布から坑道掘削後の湧水量の自然低下量を場所ごとに見積もることが理論的に可能である。しかし、これを明示的に検証した例はない。
北海道の幌延深地層研究センターの地下研究施設（以下、幌延URL）周辺では、新第三紀堆積岩を対象として地上からのボーリング調査が実施され、岩盤の割れ目内における地下水流れの次元の分布が推定されている。
本研究では、この割れ目内における地下水流れの次元から推定される坑道掘削後の湧水量の自然低下量と実際の湧水量の自然低下量を場所ごとに比較・検証することを目的として、幌延URLの深度350 m調査坑道の底盤に設けた排水システム沿いの流量を計測した。そして、計8箇所の顕著な湧水箇所（割れ目交差部）において、10年前の掘削時の湧水量と現在の湧水量を比較し、その変化量を、水圧の拡散方程式に基づくシミュレーションから求まる変化量と比較した。
【湧水箇所に関する既存情報】
深度350 m調査坑道の周辺岩盤の割れ目内における地下水の流れの次元は、地上からのボーリング調査結果に基づき、東側で約1.5（割れ目の連結性が比較的乏しく、流量の自然低下が顕著に起こる）、西側で約2.0（割れ目の連結性が比較的高く、流量の自然低下が乏しい）と推定されている1)。これらの値と水圧の拡散方程式に基づくシミュレーション結果に基づくと、坑道を掘削してから10年後の湧水量は、東側で0.08～0.1倍、西側で0.4～0.6倍に低下すると推定される。
顕著な湧水箇所は東側で5箇所（E1～E5）、西側で３箇所（W１～W３）あり、それらの掘削時の湧水量はE1で～70 L/min、E3で～700 L/min、Ｅ４で～110 L/min1）、Ｅ2およびＥ５で10～50 L/min、Ｗ１～Ｗ３で5～10 L/minであった（切羽での容器を用いた計測と排水経路に設置した電磁流量計の値に基づく）。E1を除いた全ての湧水箇所は掘削前にプレグラウトが行われている。E1およびE3は掘削後にポストグラウトが行われたため、ポストグラウト後の湧水量を比較対象とするのが適当であるが、それらの値の直接的な観測値は存在しないため、地下施設全体の湧水量の推移とグラウトによる湧水量の低減の限界を考慮し、E1およびE3のポストグラウト後の湧水量は１～10 L/minの範囲にあったと推定した。
【手法】
坑道沿いの流量計測を目的に、坑道底盤の礫からなる排水システムに地下水位の観測孔を掘削した。観測孔は直径２インチ、深さ40 cm程度で、合計22孔の掘削を行った。坑道沿いの流量は坑道内の複数の集水ピットでの流量計測値、隣接する２点の観測孔の離間距離と地下水位差、およびダルシーの法則に基づいて見積もった。流量計測の妥当性を検証するために、集水ピットと観測孔内の地下水の電気伝導度も計測した。なお、流量計測時には、観測孔の周囲で工事は行われておらず、工事用水の影響はない。
【結果と考察】
各湧水箇所の現在の湧水量はＥ1～E3で計0.5～0.7 Ｌ/min、E4で0.07～0.09Ｌ/min、Ｅ5で0.2～0.3 Ｌ/min、Ｗ１とW2で計2.6～3.4 Ｌ/min、そしてＷ３で0～0.6 Ｌ/minであった。E1～E3、そしてW1とW2は、現時点のデータ量を考慮し、それぞれ一括して合計値で評価した。これら5グループの湧水量を掘削当時の湧水量と比較すると、E1～E3で(0.7～6)×10-2倍、E4で(6～8)×10-4倍、E5で(0.4～3)×10-２倍、W1およびW2で0.1～0.3倍、そしてW3で0～0.1倍の低下量であった。これらの値は先述のシミュレーション結果の値と同程度またはそれ未満の値である。したがって、水圧の拡散方程式から推定される湧水量の自然低下量は実際の地下施設の坑道掘削現場でも十分に適用できることが本研究により確かめることができた。今回の結果は、岩盤中の割れ目内における地下水の流れの次元が小さい（例えば1.5以下）場所は湧水量の自然低下が十分に見込めることを実証しており、このような知見は、実際の処分場において、廃棄体や止水プラグを設置する場所や時期を検討する上で重要である。
1) Ishii (in press) Hydrogeol. Jour.
高レベル放射性廃棄物の地層処分では、地下施設の坑道掘削により岩盤中の割れ目などから地下水の湧水が発生し、廃棄体埋設時に設置する緩衝材や止水プラグの施工性および性能に悪影響を及ぼす可能性が考えられる。
水圧に関する拡散方程式に基づくと、割れ目からの湧水量はその割れ目内における地下水の流れの次元に依存して自然に低下し得る1)。流れの次元は場所に依存し、その分布は地上からのボーリング調査において透水試験を実施することにより推定できる。したがって、推定した流れの次元の分布から坑道掘削後の湧水量の自然低下量を場所ごとに見積もることが理論的に可能である。しかし、これを明示的に検証した例はない。
北海道の幌延深地層研究センターの地下研究施設（以下、幌延URL）周辺では、新第三紀堆積岩を対象として地上からのボーリング調査が実施され、岩盤の割れ目内における地下水流れの次元の分布が推定されている。
本研究では、この割れ目内における地下水流れの次元から推定される坑道掘削後の湧水量の自然低下量と実際の湧水量の自然低下量を場所ごとに比較・検証することを目的として、幌延URLの深度350 m調査坑道の底盤に設けた排水システム沿いの流量を計測した。そして、計8箇所の顕著な湧水箇所（割れ目交差部）において、10年前の掘削時の湧水量と現在の湧水量を比較し、その変化量を、水圧の拡散方程式に基づくシミュレーションから求まる変化量と比較した。
【湧水箇所に関する既存情報】
深度350 m調査坑道の周辺岩盤の割れ目内における地下水の流れの次元は、地上からのボーリング調査結果に基づき、東側で約1.5（割れ目の連結性が比較的乏しく、流量の自然低下が顕著に起こる）、西側で約2.0（割れ目の連結性が比較的高く、流量の自然低下が乏しい）と推定されている1)。これらの値と水圧の拡散方程式に基づくシミュレーション結果に基づくと、坑道を掘削してから10年後の湧水量は、東側で0.08～0.1倍、西側で0.4～0.6倍に低下すると推定される。
顕著な湧水箇所は東側で5箇所（E1～E5）、西側で３箇所（W１～W３）あり、それらの掘削時の湧水量はE1で～70 L/min、E3で～700 L/min、Ｅ４で～110 L/min1）、Ｅ2およびＥ５で10～50 L/min、Ｗ１～Ｗ３で5～10 L/minであった（切羽での容器を用いた計測と排水経路に設置した電磁流量計の値に基づく）。E1を除いた全ての湧水箇所は掘削前にプレグラウトが行われている。E1およびE3は掘削後にポストグラウトが行われたため、ポストグラウト後の湧水量を比較対象とするのが適当であるが、それらの値の直接的な観測値は存在しないため、地下施設全体の湧水量の推移とグラウトによる湧水量の低減の限界を考慮し、E1およびE3のポストグラウト後の湧水量は１～10 L/minの範囲にあったと推定した。
【手法】
坑道沿いの流量計測を目的に、坑道底盤の礫からなる排水システムに地下水位の観測孔を掘削した。観測孔は直径２インチ、深さ40 cm程度で、合計22孔の掘削を行った。坑道沿いの流量は坑道内の複数の集水ピットでの流量計測値、隣接する２点の観測孔の離間距離と地下水位差、およびダルシーの法則に基づいて見積もった。流量計測の妥当性を検証するために、集水ピットと観測孔内の地下水の電気伝導度も計測した。なお、流量計測時には、観測孔の周囲で工事は行われておらず、工事用水の影響はない。
【結果と考察】
各湧水箇所の現在の湧水量はＥ1～E3で計0.5～0.7 Ｌ/min、E4で0.07～0.09Ｌ/min、Ｅ5で0.2～0.3 Ｌ/min、Ｗ１とW2で計2.6～3.4 Ｌ/min、そしてＷ３で0～0.6 Ｌ/minであった。E1～E3、そしてW1とW2は、現時点のデータ量を考慮し、それぞれ一括して合計値で評価した。これら5グループの湧水量を掘削当時の湧水量と比較すると、E1～E3で(0.7～6)×10-2倍、E4で(6～8)×10-4倍、E5で(0.4～3)×10-２倍、W1およびW2で0.1～0.3倍、そしてW3で0～0.1倍の低下量であった。これらの値は先述のシミュレーション結果の値と同程度またはそれ未満の値である。したがって、水圧の拡散方程式から推定される湧水量の自然低下量は実際の地下施設の坑道掘削現場でも十分に適用できることが本研究により確かめることができた。今回の結果は、岩盤中の割れ目内における地下水の流れの次元が小さい（例えば1.5以下）場所は湧水量の自然低下が十分に見込めることを実証しており、このような知見は、実際の処分場において、廃棄体や止水プラグを設置する場所や時期を検討する上で重要である。
1) Ishii (in press) Hydrogeol. Jour.