JPS62500253A - 岩盤内空洞 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 岩盤的空洞 技術分野 本発明は岩盤内に空洞を形成する方法に関し、更に詳細には石油製品、または他 の流体または他の固体製品、例えば化学薬品、化学廃棄物、放射性廃棄物、およ び岩盤内空洞内に貯蔵するのに適した他の物質を岩盤内に貯蔵するようになって いる垂直の円筒形の空洞に関するが、これらのみに限定するものではない。

本発明の目的は、空洞の建設に従事する作業員の作業環境に関する安全条件を最 良にしながら残りの空洞の壁に対する最小の発破作用にて岩盤内に垂直の円筒形 の空洞を建設し、発破できるかかる方法を提供することにある。

地下水を通す岩盤内に形成された空洞内に石油製品およびその他の水より軽い液 体を貯蔵することは従来より公知であり、貯蔵された液体は空洞の壁の水を透過 する表面に直接接触する。空洞内に貯蔵される液体により空洞の壁にかかる圧力 は、周辺の地下水によりかかる圧力より小さいので、貯蔵された液体が壁を通過 しようとする性質がなくなる。

貯蔵された液体が水よりも軽く、水に不溶であるときは、空洞の最下Ｈ域に水床 を設けることが通常のやり方である。

スウェーデン特許出願第７８０２０２７−８号および第７９０１．２７８−７号 は、岩盤内に石油製品および他の流体を貯蔵するための複合体を記載し、図示し ている。これら貯蔵複合体または貯蔵位置は、水平方向のひろがりが比較的短い のにもかかわらず、貯蔵容量が極めて大きい。貯蔵された製品は、集中された領 域内に位置し、従って、水で満された密集したドリル孔のカーテンにより貯Ｒｊ ｌＴ域のシールドがより容易に実施できるので、地下水の水位の降下が相殺され 、貯蔵された製品が複合体の周辺まで広がることが防止される。

これら特許明細書によれば、空洞は実質的に相互に等しい深さに位置し、水平断 面を見ると、各空洞は実質的に円形または楕円形を有し、複合体全体の水平横断 面を見ると、それぞれの空洞の円形または楕円の水平断面の平均位置は、すべて 同し数の辺を有する規則的な多角形のコーナーにある。

ここで規則的な多角形とは、すべての辺が互いに等しい長さであり、すべてのコ ーナーの角度が同じである多角形を意味する。

従って規則的な多角形は、頂点のすべてを通る一つの円内に描くことができ、従 ってその円の中心は多角形の中心を形成する。

発明の一実施Ｂ様によれば、これら多角形は、共通の中心点を有する種々の寸法 の五角形の形状を有する。従って、これら空洞は同心状に配置されるゆ別の空洞 の中心軸がこれら円の中心点に一致するように別の空洞を配置できる。

スウェーデン特許出願第８３００１８５−９からも岩盤内に空洞の流体貯蔵地を 建設することが公知であるが、ここでは実際の空洞は実質的に垂直の円筒形の形 状を有し、この空洞のまわりに水抜きシールドを形成する一連の垂直孔が設けら れ、この水抜きシールドは貯蔵された流体が載った水床を除去するためのもので ある。

オイルまたは石油製品を貯蔵するための今日の岩盤的空洞は、長い「塊状」の形 状を有する。すなわち水平方向に延長する岩盤的空洞が５００ｘ２５ｍ以上の底 部表面積および３０ｒｎの高さ有する。水床の上にオイルが載るこの種の岩盤的 空洞にオイル製品を貯蔵すると、水とオイルの間の境界層内に微生物が成長する ので、オイル／オイル製品は破壊されたり、将来使用する上で価値のないものに なったりすることが判っている。精製された製品を貯蔵するのにかかる空洞を使 用するときは、その有効性を保証するため製品を再精製しなければならないこと が判っている。

水平空洞に関連したこれら問題を克服するため、上記のような垂直の実質的に円 筒形の岩盤的空洞を使用することが提案されている。かかる垂直空洞の例は、ス ウェーデン特許出願第７９０１２７８−７号およびスウェーデン特許第８３００ １８５−９号およびスウェーデン、ストックホルム、ケイ・アイ・ザーゲフオル ス外によるその後の論文ＷＰ−システムに記載され図示されている。かかる垂直 空洞の建設の際に岩盤を掘削するとき、まず最初に最終ギューボラまたは屋根構 造体の周辺表面近くにて外方かつ下方に斜めに孔をドリルし、これら孔に爆薬を 充填して岩盤を爆発することにより頂部１−ン不ル（これから円錐形の屋根キュ ーポラを延長する）をまず形成し、運搬用トンネルが最終の岩盤内垂直空洞の円 筒形周辺表面に開口するよう１つ以上の運搬用トンネルを形成し、垂直ドリル作 業および階段掘削作業により運搬用トルネルから岩盤の掘削を行い、別個の除去 トンネルまで円錐状下方のテーパが付けられた底部で破砕された岩石の除去をし 、別個の除去用トンネルは空洞内の現場にパイプおよび同様な導管を導入し、か つ空洞内に貯蔵された物品を除去するのに使用できる。

上記のように岩盤から実質的に円筒形の垂直の空洞を建設するための先の方法で は頂部トルネルを掘削し、このトンネルからドリルを行っている。この方法は、 多数のドリル孔を設け、これらに多量の爆薬を充填する必要があり、このことは 空洞の屋根に不必要な応力をかける。頂部トンネルを設けることは、空洞の上方 に位置する岩盤に乱れも生じさせ、その後強度が損われるという恐れがある。

貯蔵された製品と存在する水との間の境界層おいて微生物が成長することが発見 されたとき、存ケする水は最小に維持することが要求され、更にこれに関連して 、空洞の壁をコンクリート、補強ショットクリート、エポキシ樹脂、グラスフィ バ布および更にエポキシ樹脂から成る多層の不透性複合ライニングでコーティン グすることが提案された。かかる空洞のライニング方法は、ペソカー・ジーグマ ンのコルチュリエット（Ｃ０ＬＴＩＩＲＴＥＴ　）製品に記載されている。

しかしながら、ライニングが常時岩盤の側面に水圧を受けた場合、この性質のラ イニングが耐久性のある保護ができるかどうかは確かでない。従って、ライニン グの長期の耐久性を保証するため、周辺の水を除去する別の方法が提案されてい る（スウェーデン特許出願第８３００１８５−９号）。

階段発破法は残りの空洞の壁に対してかなりの有害な作用するので、耐久性のあ る結果を得るには高いコストで空洞の壁をボルト締めし、壁をライニングする必 要があることが判っている。更に階段発破法は、周辺の岩盤内の水を空洞内に進 入できる微細な亀裂も生じさせる。

更に階段発破法は、孔をドリルする人達の作業環境に深刻な危険を与える。

技術的および環境上の理由から現在垂直な岩盤的空洞を掘削する新規な方法が要 望されている。

本発明の開示 驚くことに本発明はこれら要求のすべてを満すことが判った。

本発明に係る方法は、最終の空洞の最高位の天井高さより高い位置にて最終の岩 盤的空洞の実質的に円筒形の部分の径よりも大きな外径の上方周辺トンネルを運 搬用トンネルから形成し、最終岩盤的空洞の最下点の最終高さ以下にある高さで 最終岩盤的空洞の実質的に円筒形の部分の径よりも大きい外径の下方周辺室を第 ２運搬用トンネルから形成し、中心垂直シャフトを堀削し、更に最終空洞の周辺 にて少なくとも３つの垂直シャフトを堀削することにより前記周辺室を接続し、 中心シャフトから最終空洞内の中心岩盤へ水平にリング状にドリルし、最終岩盤 内空洞を通る水平断面においてドリル孔の多角形を形成するよう垂直周辺シャフ トから最終空洞内の外側の岩盤内に水平孔をファン状にドリルし、円錐形の屋根 アーチおよび／または円錐形のベース輪郭を形成するよう前記周辺シャフトから 傾斜した孔をドリルし、多角形の垂直な岩盤的空洞を形成するよう一連の連続す る発破作業により底部から上部へ発破を行うことを特徴とする。

本発明により岩盤内に空洞を堀削すると、空洞の壁における深刻な割れ目の形成 が少なく、更に垂直シャフトからすべてのドリル作業を行う。ドリル作業員はシ ャフト内に保護されるような位置にいるので、空洞内に入る必要がない。発破は 下方から行うことができるので、ここでドリル作業員はシャフトにおける作業位 置を迅速に再び取ることができる。

次に添附図面を参照して本発明をより詳細に説明する。

第１図は、本発明に従って製造された岩盤的空洞の好ましい実施態様の水平断面 を示し、 第２図は第１図に示された実施態様の垂直断面図であり、第３図は第１図に従っ た岩盤施設の上方部分の水平断面図であり、 第４図は第１〜３図の複数の岩盤的空洞から成る複合体の水平断面図であり、 第５〜１１図は岩盤から空洞を建設するときの種々のシーケンスを示し、 上記図中の第５図は中心シ之フトから孔をドリルする作業を示し、 第６図は外側部分内に細い孔をドリルし、周辺シャフトから水抜き孔をドリルす る作業を示し、 第７図は高圧の水により空洞の壁のスケール落しをする作業を示し、 第８図はショットクリートを空洞の壁にスプレィする工程を示し、 第９図は中心シャフト内にプラットフォームを導入する作業を示し、 第１０図は、合成樹脂組成物を空洞の壁にスプレィする工程を示し、 第１１図は水抜きシステムの検査を示す。

図中番号１は岩盤から堀削した最終の、実質的に円筒形の垂直な空胴の周辺を示 す。水平断面を見ると、この岩盤の空洞は多角形の横断面（ある場合には十角形 ）を有する。この空洞の最終の外側の輪郭は、黒く太い線で示されているが、そ れより淡い実線または破線は建設中の空洞の輪郭を示す。環状室３には、運搬用 トルネル２が開口し、この環状室の径または少なくともその外径は、最終の岩盤 の空洞（３０〜４０ｍ）の径よりも大きく、前記室３は、運搬用トンネル２から 建設される。環状室すなわちトンネル３内に位置する残留コア部４内にはトンネ ル５が形成され、このトンネルは垂直シャフト６まで延長し、岩盤掘削中に発破 すべき岩盤中の水平または若干傾斜したリング状のドリル孔のための待期用通洞 として使用される。運搬用トンネル２を建設するときこれと同時に第２の運搬ト ンネル７が形成されるが、このトンネルは、最終の岩盤的空洞の底部まで延長す る。この第２運搬用トンネル７からは第２の環状トンネル８が堀削され、中心の 垂直シャフト６は水平トンネル９によって第２環状トンネル８に接続される。側 室ＩＯは岩盤の内側に上方環状トンネル３から堀削される。図示した実施態様で は、側部１０と下方環状トンネル８の間に３つまたは６つの垂直シャツ）１１が 形成されるが、これらトンネルは、下方から上方へのトンネルポーリングにより 形成される。

この方法は、上方から下方へ細い孔をドリルする。トンネルボーリング用ビット は、孔を貫通するワイヤにトンネル８内で接続され、このワイヤは、ドリル中に 底部がら上方に引張られる。このドリルビットが細い孔の頂部に達すると、すな わちシャフトが完成すると、このドリルビットはシャフトの底部まで降下され、 次のシャフト位置まで移動され、その後この方法が繰返される。

上記のように孔１２はシャフト６から発破すべき岩盤内へ水平にリング状にドリ ルされる。この場合、径がｌ０ＣＩ１１の比較的粗いドリルが使用され、最終空 洞壁から約５ｍの距離（センチ表示の孔の径の４０倍）だけドリルが続けられる 。水平孔１３は発破すべき岩盤内にシャフト１１からファン状にドリルされ、こ のドリルを行う岩盤は中心からはドリルされない。これら孔は、細いドリル、す なわち２０〜４０罵寓径のドリルでドリルされる。最も外側のドリル孔１３ａは 、最終の岩盤空洞の内壁を形成する際に役立つ。これらの比較的細い孔は、通常 は１０ｍを越える距離にわたってドリルされない。これ以上の距離になると、ド リルの自動ステアリングを制御することが困難となるからである。従って、多角 形の辺はめったに１０ｍより長くならない。

天井すなわち屋根構造体１４および空洞の床構造体１５を成形するのに役立つ孔 はシャフト１１からドリルされる。これら孔は、前記シャフトから４５〜６０° の角度で斜め上方かつ斜め下方にドリルされる。孔のドリル終了時には、これら 孔には爆薬が装填される。中心の垂直シャフトから外側に延長するドリル孔には 、強力な爆薬が装填されるが、岩盤の外側リング部にドリルされる孔には、１１ 〜１７錦径の弱いフェルライト爆薬が装填される。

発破は下方に連続して行なわれ、岩のスケール落しをし、スキップまたはフロン トローダを使ってとび散った岩を取り出す。

発破が終了するとすぐに、垂直シャフトを下方にプラントフオームを自動的に降 下できる。その後、水ガンからの水を落下した岩石の砕片に噴射し、すべての砕 片を結合する。このことは珪肺病の危険を大幅に減少する。

複合空洞の外部から岩盤をシールするには、上方環状トンネル３から岩盤内を真 下に空洞の底部まで垂直孔１６をドリルする。

次にこれら孔内にシール剤を注入し、岩盤内の微細な割れ目および巨大な割れ目 を塞ぐ。

空洞全体を堀削した後は、高圧スプレィ装置を載せたリフトすなわちエレベータ プラットフォームを周辺シャフトに沿って下方に降下することによって岩盤を容 易にシールできる。

表面をより不透性にしたい場合、岩盤表面の剥離に使用されるような同じリフト またはエレベータプラットフォームからのショットクリートによって岩盤を処理 できる。

民生用および軍用のジェット機用の燃料を貯蔵する場合、水が完全になくなるよ う表面を完全に不透性にすることが必要であり、この場合、折りたたみ自在／伸 長自在なプラントフオーム構造体からの合成樹脂複合材で空洞の壁をコーティン グする。このプラットフォーム構造体は、作業用プラットフォームを含み、中心 シャフトの人口から降下でき、作業用プラットフォームから作業を行うことがで きる。

周辺の岩盤内で水により発生される水圧を除去するには、この水を抜く必要があ る。このような水抜きは、周辺に位置する垂直シャフトｌｌから岩盤中に水抜き 孔１７をドリルすることによって行う。このドリル孔１７は、岩盤中の空洞に向 って移動する水が捕捉されて、運び去られるよう密に配置される。これら孔１７ は、垂直シャフト１１に向って若干下方に傾斜し、シャフト内に連１ＪＩＩＬ、 ている。排水は、それぞれの垂直シャフト１１内に成形された壁１８の背部を流 れ、前記シャフトの底部から容易にポンプでくみ出すことができる。水抜きに関 連してシャフトをモニタできるようシャフト１１の残りの部分にはエレベータを 取付けることができる。

上記態様とは異なり、発破が終了したとき、第１図に番号２゜で示すように垂直 シャフトにコンクリート構造体を充填できる。

この場合、水抜き管は、コンクリート構造体を通される。第１図は各高さにおけ る発破に必要なドリル孔の合計数のうちの数個しか示していないと理解されたい 。

空洞の壁ｌの後方にドリルされる水抜き孔１７は、垂直シャフトが設けられてい ない多角形の各コーナーで垂直孔２１と垂直方向に適当に接続できる。これら垂 直孔２１は、水抜き孔１７の群または一部に高温の空気を吹込むのに使用でき、 こうすると、空洞の壁に合成樹脂のライニングを塗布する前に空洞の壁を乾燥／ 加熱できる。

空洞の天井領域の水抜きをするには、水抜き孔１７を第２図に示すように中心に 向けて天井の高さで環状のトンネル３から適当にドリルする。これは逆にキャビ ティの底部領域の水抜きをするため中心に位置する岩盤のシュート部２２から空 洞の壁の外方の領域へ外方に水抜き孔１７をかさ状にドリルする。排水は、図示 していないパイプを通して岩盤のシュート２２から除去できる。

垂直シャフトは、全貯蔵設備のうちの積極的な貯蔵の役割をしてもよいし、また は貯蔵すべき流体の種類に応じて貯蔵の役割を果さないでもよい。ジェット燃料 を貯蔵するときこれらシャフトは積極的な役割りを果さないので、水抜き領域の 上方の岩盤のシュート部にはジェット燃料をくみ出すためのパイプ（図示せず） が通された底部構造体が導入される。原油を貯蔵するとき、トンネルおよびシャ フトシステム全体がｖｉ８ｉ的な貯蔵場所を形成するが、この場合、原油ボンピ ング用パイプが１Ｊ１１されたプラグがトンネル７内に挿入される。

従って第４図に示される複合体は、岩盤内に形成された複数の複数の多角形の空 洞を含み、これら空洞の各々は実質的に円筒の形状を有し、各空洞は一つの貯蔵 空間を形成し、その空間の岩盤で形成された壁は、空洞内に貯蔵された流体によ って発生される圧力を直接吸収し、空洞の中心軸は１．垂直方向に延長する。各 空洞は、横断面の掻取上の垂直筋さを適当に存する。

貯蔵複合体は、コンパクトであり、最小の表面積しか必要としない。従って、限 られた領域で極めて大きい貯蔵複合体を建設することが可能である。貯蔵区域の 面積は最小であり、これにより周辺の地下水の低下することを防止するのに必要 な手段を設けることが容易となる。貯蔵複合体の幾何学的形状は貯蔵複合体の外 部に水カーテンを設けることも容易にする。これら水カーテンは、水で満された 垂直なドリル孔の列を含み、貯Ｒ複合体の内およびその外ではかかる水カーテン の助けにより地下水の高さを維持できる。貯蔵複合体をコンパクトな面積内に製 造できるという事実は、複合体を一様な岩盤内に容易に掘削できるようにするの で周辺における障害をより容易に回避できる。

各空洞は、径よりも高い高さを有しているので、複合体を建設する岩盤はかなり の潔さまでより有利に利用できる。このことは、よりコンパクトな貯蔵用複合体 の建設を可能にし、かつ利用可能な地上面の利用に関連してより好ましい経済性 を得ることを可能とし、更に貯蔵された製品を加熱するときの熱経済を改善する 。

それぞれの空洞の高さはがなりになる結果、得られる圧力は前記空洞の下方に配 置されるポンプの助けにより製品をより容易にくみ出すことができる程度に充分 である。貯蔵複合体がコンパクトな設計になっていることは、必要なパイプ設備 は、それ以外の設計の場合よりもより安価となることを意味する。

貯蔵された製品を加熱しなければならない場合、この熱は、所望高さの空洞の所 望部分に供給できる。

貯蔵製品が廃棄粘着物すなわちスラッジである場合、このスラッジは容易に集め 、貯蔵複合体から（み出すことができ、複合体の底部にスラッジを最終的に廃棄 するのに広い収集スペースを配置することは不要である。

空洞の特定形状は、モニタ用センサ、例えば温度応答手段およびレベルインジケ ータ等の設置を容易にする。スペースを機械室として使用するときは、材料の運 搬は、オーバヘンドクレーンを使用して行うことができる。

上記のようにドリル孔にシール材料を注入することによって岩盤をシールできる 。このシール材料としてはシリコーンエラストマーまたは同等品が使用できる。

貯蔵スペースは乾燥しているので、貯蔵スペースは、前記製品の他に原子力発電 所および原子研究所から生じる低放射性および平均的放射性原子廃棄物を貯蔵す るのにも使用できる。

本発明に係る岩盤内空洞は、オイル貯蔵技術における現在公知のすべでの問題を 取除く、水平に塊状に貯蔵した場合に比較して貯蔵されるオイルのポンプ（み出 し性は、貯蔵設備での容積利得を与えるが、この利得は、２０年間稼動させたと きの貯蔵コストにて通貨で総計何百万にもなると計算される。

本発明に係る方法は、高速トンネル掘削法の利点を与える。すなわち、ドリルの 輪郭が正確になること、注入孔が最適に設置されること、ドリル作業と無関係に 破砕岩石を除去できること、ドリルされる容積の８０％は、粗いリングドリル作 業によるものであること、垂直シャフトがあるため人が岩盤内の空洞中に進入す る必要がないこと、垂直シャフトによって作業員の保護および作業性が改善され ること、従来法と比較して建設時間が短くなること、発破コストが低くなること 、５００，０００ｃｄの容積容量を有する岩盤貯蔵複合体の従来法と比較したコ ストの節約は少なくとも２０郭ＥＫと概算できる。

ＦＩＧ　１ ＦＩＧ　２ ＦＩＧ　３ Ｉ３４ ＦＩＧ　７ ＦＩＧ　８ ＦＩＧ　１０ ｌＧ１１ 国際調査報告 １ｍ＋＋＋＋１＋＋＋ｌ　Ａ＋＋ｌｌ＋＋１＋、Ｎ＋　ＰＣＴ／５Ｅ８５１００ コ５７

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．実質的に垂直の円筒形の岩盤内空洞を含み、流体、固体製品の貯蔵のためま たは他の目的、例えば保護された製品または製産方法のための岩盤内空洞であっ て、円錐形の頂部部分（１４）と、円錐形または水平の底部部分（１５）と、横 断面が多角形の垂直部分（１）を含み、空洞の垂直シャフト（１１）は、多角形 のコーナーの少なくとも半分の部分に位置することを特徴とする岩盤内空洞。 ２．最終の岩盤内空洞の最高位の天井高さよりも上方の局さで最終空洞（１）の 実質的に円筒形の部分の径よりも大きな外径を有する上方周辺トンネル（３）を 運搬用トンネル（２）から形成し、最終空洞（１）の最下位の高さに実質的にあ る高さで最終の岩盤内空洞（１）の実質的に円筒形部分の径よりも大きい外形を 有する下方の周辺室（８）を別の運搬用トンネル（７）から形成し、前記周辺室 （３、８）を接続するよう垂直中心シャフト（６）を形成すると共に最終岩盤内 空洞（１）の周辺に少なくとも３つの垂直シャフトを形成し、中心シャフト（６ ）から中心岩盤内空洞を水平にリング状にドリルし、水平ドリル孔が最終岩盤内 空洞を通る水平断面にて多角形となるように配置されるように垂直周辺シャフト （１１）から最終岩盤内空洞（１）内の外側岩盤に水平ドリル孔を形成し、円錐 形の屋根すなわち天井アーチ（１４）および／または円錐形底部輪郭を形成する よう前記周辺シャフト（１１）から角度の付いた孔を形成し、その後、多角形の 横断面の垂直岩盤内空洞を形成するよう下方から上方に発破を行うことを特徴と する請求の範囲第１項記載の岩盤内空洞を建設するための方法。 ３．垂直周辺シャフト１１９に開口する水抜き孔を岩盤内空洞の外側の岩盤内に 形成することを特徴とする請求の範囲第２項記載の方法。 ４．上方の周辺室（３）から垂直孔（１６）をドリルし、これら孔を通して空洞 の外側に位置する岩盤内に水不透過性物質を注入できるようにすることを特徴と する請求の範囲第２項記載の方法。 ５．水抜き孔（１７）が開口する閉じ込め領域を形成するよう垂直周辺シャフト （１１）内に垂直壁（１８）を建設することを特徴とする請求の範囲第２項およ び３項記載の方法。