水圧低下部の探査方法
【課題】水封式地下備蓄方式地下タンクが有する設備を利用して、簡易かつ安価に当該水封式地下備蓄方式地下タンクの周辺の水圧低下部の存在の確認を行う、水圧低下部の探査方法を提案する。
【解決手段】貯槽１の周辺に配置された複数本の水封ボーリング２，２，…の水圧を計測することで、前記貯槽１の周囲に存在する水圧低下部Ｄｐの有無を探査する水圧低下部の探査方法であって、複数本の水封ボーリング２，２，…の中から計測を行う水封ボーリング２を１本ずつ順番に選定し、選定された水封ボーリング２の注水を停止した後、この水封ボーリング２の水圧の変動を計測する。
【解決手段】貯槽１の周辺に配置された複数本の水封ボーリング２，２，…の水圧を計測することで、前記貯槽１の周囲に存在する水圧低下部Ｄｐの有無を探査する水圧低下部の探査方法であって、複数本の水封ボーリング２，２，…の中から計測を行う水封ボーリング２を１本ずつ順番に選定し、選定された水封ボーリング２の注水を停止した後、この水封ボーリング２の水圧の変動を計測する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水封式地下備蓄方式地下タンクの周辺において、当該水封式地下備蓄方式地下タンクの水封機能に影響する水圧低下部の有無の確認を行う、水圧低下部の探査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水封式地下備蓄方式地下タンク（以下、単に「貯槽」という場合がある）は、原油や天然ガス等を貯蔵するものであり、岩盤内に構築されたライニングを有しない空洞で形成され、空洞周辺の水圧により、原油や天然ガス等の貯蔵物の漏洩を防止している。
【０００３】
貯槽周辺に作用させる水圧は、地下水や降雨水等の自然に供給される水や、注水ボーリング（以下、貯槽の水封に用いる注水ボーリングを「水封ボーリング」という）等から人工的に供給された水により、貯蔵圧（貯槽内の圧力）よりも高い圧力に維持される必要がある。そのため、貯槽の周囲の岩盤に、亀裂や高透水層等に起因する水圧低下部（不飽和領域を含む）が存在すると、ここから貯蔵物が漏洩するおそれがある。
【０００４】
このような貯槽周辺の水圧低下部を探査する方法として、例えば、特許文献１には、貯槽を中心に所定の間隔をあけて調査用ボーリング孔を配設し、この調査用ボーリング孔内に配置された電極を利用して、貯槽からの漏洩状況を調べる方法が開示されている。また、より直接的な方法として、貯槽近傍に向けて調査用ボーリングを配設し、水圧を測定する方法が従来技術の選択肢として考えられる。
【特許文献１】特開２００４−３７２５７号公報（［０００９］−［００２９］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、前記従来の水圧低下部の探査方法では、調査期間を通じて当該調査用ボーリング孔が大気圧に開放されるため、貯槽周辺の水圧を低下させる可能性がある。また、貯槽近傍に配設した調査用ボーリングは、調査後の不十分な充填により貯槽周辺岩盤の亀裂などと通じ、貯蔵物が漏洩する経路となるおそれがある。また、貯槽の規模に応じて調査用ボーリング孔を配置する必要があるため、大規模な貯槽の場合には多数配置する調査用ボーリング孔の構築に要する手間や費用が嵩んでしまう。さらに、この調査用ボーリングによる計測システムのメンテナンスにも多大な投資が必要となる。
【０００６】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、水封式地下備蓄方式地下タンクが有する設備を利用して、簡易かつ安価に当該水封式地下備蓄方式地下タンクの周辺の水圧低下部の存在の確認を行う、水圧低下部の探査方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するために、本発明は、貯槽の周辺に配置された複数本の水封ボーリング内の水頭を計測することで、前記貯槽の周囲における水圧低下部の存在の有無を探査する水圧低下部の探査方法であって、前記複数本の水封ボーリングの中から計測を行う水封ボーリングを選定し、選定された前記水封ボーリングの注水を停止した後、当該水封ボーリング内の水頭を計測することを特徴としている。
【０００８】
かかる水圧低下部の探査方法によれば、貯槽の周辺に予め構築された水封ボーリングを利用するため、新たに調査用ボーリングを行う等の手間や費用を要することなく、簡易かつ安価に調査を行うことを可能としている。また、新たな調査用ボーリングの施工に伴う周辺岩盤の損傷も防止することが可能となる。
【０００９】
また、貯槽の周辺に配置された複数の水封ボーリングについて計測を行うことで、貯槽の周辺の水圧低下部（不飽和領域等も含む）の有無と程度を網羅的に調べることを可能としている。
【００１０】
また、この水圧低下部の探査方法による探査を、貯槽の施工の各段階で繰り返し行えば、貯槽周辺の水圧低下部（水圧低下領域）の発生、進行状況を確認することができ、水封ボーリングの配置の検討や補助工法の検討に適用することが可能となる。
【００１１】
前記水圧低下部の探査方法において、前記水封ボーリング内の水頭の変動に基づいて水頭低下速度を算出し、当該水頭低下速度を、低下速度基準値と比較することで、この水封ボーリングによる貯槽に対する水封機能の評価、つまり、水圧低下部の有無の確認を行うことができる。
そして、比較の結果、水頭低下速度が、低下速度基準値よりも大きい場合には、水圧低下部が、測定を行った水封ボーリングの近傍に存在することが推定される。
【００１２】
ここで、低下速度基準値とは、均質な岩盤内に構築された貯槽に、地下水や降雨水などの自然涵養を考慮しない、人工涵養のみが供給されているものとして、１本の水封ボーリングの注水を停止した場合に算出される水頭の低下速度である。
低下速度基準値は、水封ボーリング、貯槽および周辺トンネル等の形状・配置並びに水封水圧を考慮した均質岩盤モデルによる浸透流解析結果に基づき（例えば、水封水圧が０．９５ＭＰａである場合には１７．２、水封水圧が０．４５ＭＰａである場合には８など）設定するとよい。なお、本明細書において、水封水圧とは、水封ボーリングによる注水の圧力をいう。
【００１３】
前記水圧低下部の探査方法において、前記水封ボーリング内の水頭の計測を、該水封ボーリング内の水頭の低下が安定するまで、つまり、急激な水頭低下が収まるまで行えば、水封ボーリングの注水停止時の水頭（水圧）と、水頭低下速度を把握することが可能なため、このデータに基づき、当該水封ボーリングの近傍の水圧低下部の有無の確認を行うことができる。つまり、水封ボーリングの注水を停止すると、水封ボーリング内の水頭（水圧）は、一旦、周辺の水圧が非定常状態となるため急激に低下した後、当該水圧が定常状態となって安定するが、貯槽の周辺に高透水層等の水圧低下部が存在する場合には、均質な岩盤に比べて、この安定後の水頭が著しく低い。したがって、この安定後の水頭を測定することにより、水圧低下部の有無を判断することが可能となる。
【００１４】
また、前記水圧低下部の探査方法において、水封ボーリング内の水頭の計測を、前記複数本の水封ボーリング、前記貯槽および該貯槽の周辺に形成された地下構造物等の形状、配置並びに水封水圧を考慮した均質岩盤モデルにより算出された水封機能判断水頭まで前記水封ボーリング内の水頭が下がった時点で終了してもよい。
このように、前記水封ボーリング内の水頭の計測を、当該水封ボーリング内の水頭が最終安定水頭に達するまで継続しなくとも、測定時間の対数（ｄｌｏｇ１０ｔ）と当該水封ボーリング内の初期水頭からの低下量（ｄＨ）が直線比例する区間の勾配を求めるのに必要な時点まで測定を行えば、当該水封ボーリングの注水停止時の水頭（水圧）と、水頭低下速度を把握することが可能なため、このデータに基づき、当該水封ボーリングの近傍の水圧低下部の有無の確認を行うことができる。つまり、非定常状態の低下速度を水頭測定値から算定することにより、水圧低下部の有無を判断することが可能となる。そして、水圧の非定常過程のデータから水頭低下速度を推定すると、貯槽に悪影響を及ぼすような大きな水頭低下を生じさせないで探査することが可能となる。例えば、水封水圧が０．９５ＭＰａである場合は水封ボーリング内の水頭が初期水頭から２０ｍ下がるまでの水圧のデータを用いて、水頭低下速度を算出し、水封水圧が０．４５ＭＰａである場合は水封ボーリング内の水頭が初期水頭から１０ｍ下がるまでの水圧のデータを用いて（上記数値は、空洞の配置、水封水圧などにより異なる）、水頭低下速度を算出するとよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の水圧低下部の探査方法によれば、水封式地下備蓄方式地下タンクが有する設備を利用して、簡易かつ安価に水封式地下備蓄方式地下タンクの周辺における水圧低下部の有無の確認を行うことが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
ここで、図１は、本実施形態に係る貯槽を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。図２は、本実施形態に係る水圧低下部の探査方法を示すフローチャート図である。また、図３は、注水停止後の水頭低下曲線の例を示す図であって、（ａ）は縦軸を水封ボーリング水頭、横軸を経過時間とした場合を示し、（ｂ）は縦軸を水封ボーリング水頭、横軸を対数時間とした場合を示す。
【００１７】
本実施形態では、図１（ａ）に示すように、原油や天然ガスを貯蔵する貯槽１について、図１（ｂ）に示すような高透水層Ｇａに起因する水圧低下部Ｄｐの存在の有無の探査方法について説明する。
【００１８】
貯槽１は、図１（ｂ）に示すように、岩盤内に構築された空洞であって、ライニングなどの構造物を有していない水封式地下備蓄方式地下タンクである。そして、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、貯槽１の周囲には、貯槽１の軸方向に所定の間隔をあけて、水封ボーリング２，２，…が複数本配置されている。本実施形態では、貯槽１を断面馬蹄形状に形成するものとするが、貯槽１の形状が限定されないことはいうまでもなく、例えば、円形状や矩形状でもよい。また、本実施形態では貯槽１を１本の直線状に形成する場合について説明するが、貯槽１の線形や本数も限定されないことはいうまでもない。
【００１９】
なお、貯槽１の水封機能は、地下水や降雨水等の自然涵養ＩＮや水封ボーリング２，２，…からの供給水（注水）からなる人工涵養ＩＡにより式（１）に示す水収支の均衡を保ち、貯槽周辺において、気密性・液密性の確保に必要な動水勾配を確保することにより維持される。また、本実施形態に係る貯槽１の周面は、図１（ｂ）に示すように、水封機能の向上を図ることを目的として、グラウト１ａにより覆われている。なお、貯槽１の周面は、必ずしもグラウト１ａにより覆われていなくてもよく、周囲の岩盤状況等に応じてグラウト１ａの有無を適宜決定すればよい。また、貯槽１の周面を覆うグラウト１ａの範囲（厚み等）や材質等は、周囲の岩盤状況等に応じて適宜設定するものとする。
ＩＮ＋ＩＡ≧ＱＩ−ΔＱＧ ・・・（１）
ここで、ＩＮ：自然涵養（降雨、地下水）
ＩＡ：人工涵養（水封ボーリング、水封トンネル）
ＱＩ：空洞への湧水
−ΔＱＧ：グラウトによる空洞への湧水低減量
【００２０】
水封ボーリング２は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、貯槽１の軸方向に沿って、貯槽１の斜め上方に形成された２本の水封トンネル３，３を利用して、貯槽１の上方および側方を覆うように門型に形成されている。なお、本実施形態では、水封トンネル３，３を、貯槽１の軸方向に沿って２本形成するものとしたが、水封トンネル３の本数や位置、方向等は限定されるものではなく、地山（岩盤）の状況や貯槽１の形状、線形、本数等に応じて適宜設定すればよい。また、水封トンネル３の断面形状は馬蹄形に限定されないことはいうまでもなく、円形状や矩形状でもよい。
【００２１】
本実施形態に係る水封ボーリング２，２，…は、貯槽１の上部において２本の水封トンネル３，３を連結するように形成された水平方向の水封ボーリング２，２，…と、貯槽１を両脇から挟むように２本の水封トンネル３，３からそれぞれ鉛直下向きに形成された水封ボーリング２，２，…と、から構成されている。また、本実施形態では、水封ボーリング２，２，…を軸方向に沿って、１０ｍピッチで形成している。なお、水封ボーリング２，２，…の形成箇所や角度等は、貯槽１の全周囲に対して均等に水圧を付与することが可能であれば、限定されないことはいうまでもない。また、水封ボーリング２，２，…のピッチや本数も限定されるものではなく、貯槽１の全体に所定の水圧を付与できるように、岩盤状況や貯槽１の形状、線形、本数等に応じて、適宜設定すればよい。また、水封ボーリング２のボーリング径は、注水量に応じて、適宜設定すればよい。
【００２２】
また、水封ボーリング２は、貯槽１への湧水に対して自然涵養ＩＮのみでは補いきれない水を供給することを目的としており、貯槽１に連結する地下水の水みちを貫くように配置されなければならない。
【００２３】
本実施形態に係る水圧低下部の探査方法は、貯槽１の周囲に形成された複数本の水封ボーリング２，２，…について、１本ずつ順次、注水を停止させた後、この水封ボーリング２内の水頭を測定することにより、水圧低下部Ｄｐの有無を探査する。
【００２４】
各水封ボーリング２内の水頭の測定は、図２に示すように、ボーリング選定工程Ｓ１と、水圧計設置工程Ｓ２と、注水停止工程Ｓ３と、水圧計測工程Ｓ４と、注水再開工程Ｓ５と、により行う。
【００２５】
（１）ボーリング選定工程Ｓ１
ボーリング選定工程Ｓ１では、複数本の水封ボーリング２，２，…の中から、水頭の測定を行う水封ボーリング２（以下、単に「測定ボーリング２ａ」と称する場合がある）の選定を行う。測定ボーリング２ａの選定は、任意の水封ボーリング２を選定すればよいが、貯槽１の周辺全域について状況を把握することを目的として、全ての水封ボーリング２，２，…について、順番に選定するのが好ましい。
【００２６】
（２）水圧計設置工程Ｓ２
水圧計設置工程Ｓ２では、ボーリング選定工程Ｓ１において、選定された測定ボーリング２ａに、図示しない水圧計の設置を行う。ここで、測定ボーリング２ａに設置される水圧計の形式等は限定されないことはいうまでもなく、適宜公知の水圧計の中から選定して使用すればよい。また、水圧計の設置方法は、測定ボーリング２ａの注水の停止に伴い水頭が変動しても測定が可能であれば、限定されるものではない。また、測定ボーリング２ａの水頭の測定は、水圧計によるものに限定されないことはいうまでもなく、適宜公知の測定手段の中から選定して行えばよい。
【００２７】
（３）注水停止工程Ｓ３
注水停止工程Ｓ３では、水圧計設置工程Ｓ２において水圧計が設置された測定ボーリング２ａの注水の停止を行う。
【００２８】
ここで、各水封ボーリング２，２，…は、完成後、長期間に渡って注水を継続していることから、貯槽１の周囲における地下水はほぼ定常状態（水圧や流量が落ち着いた状態）にあるものと考えられる。この状態で１本の水封ボーリング２（測定ボーリング２ａ）の注水を停止すると、周囲の水理場は新たな水圧安定（安定水頭）に向かう非定常状態となる。つまり、定常状態において流量Ｑで注水していた水封ボーリング２の流量を０とすることは、水理学的に見ると定常水圧場において、この水封ボーリング２から流量−Ｑで揚水することに等しくなる。すなわち、注水停止工程Ｓ３において、１本の水封ボーリング２（測定ボーリング２ａ）の注水を停止すると、この測定ボーリング２ａ内の水圧は、このボーリング孔を利用した単一揚水試験に対する水圧応答に等しいものとなる。
また、水封ボーリング２の注水量Ｑは、この水封ボーリング２周辺の透水係数に比例するため、注水停止後の揚水量−Ｑも、水封ボーリング２周辺の透水係数に応じた値に設定される。このため、水頭低下速度および安定水頭は、当該水封ボーリング周辺岩盤の透水係数の違いに関わらず、水圧低下領域の水圧と距離のみに依存する。よって、空洞レイアウト（貯槽１の形状や周囲の岩盤状況等）や水封水圧が等しい場合には、一つの低下速度基準値が全測定結果に対して適用される。
【００２９】
（４）水圧計測工程Ｓ４
水圧計測工程Ｓ４では、注水が停止された測定ボーリング２ａについて、水圧計設置工程Ｓ２において設置された水圧計を利用して、水頭（水圧）の計測を行う。なお、本実施形態では、測定ボーリング２ａ内の水圧を測定することで、測定ボーリング２ａ内の水頭を計測するものとするが、測定ボーリング２ａの水頭の計測方法は、上記の方法に限定されるものではなく、適宜公知の方法から選定して行えばよい。
【００３０】
水頭（水圧）の計測は、計測値が安定水頭に到達するまで行うものとする。なお、計測値が、測定ボーリング２ａ内の水頭が水封機能判断水頭に達しても、水頭が安定していない場合には、水封機能判断水頭に水頭が達した時点で水頭（水圧）の計測を終了する。
ここで、本明細書において水封機能判断水頭とは、水頭低下速度の算出が可能な、注水停止前と停止後の水頭位置であって、本実施形態では、水封水圧が０．９５ＭＰａである場合には初期水頭−２０ｍ、水封水圧が０．４５ＭＰａである場合には初期水頭−１０ｍとして適宜設定するものとする。なお、水封機能判断水頭は、岩盤状況等に応じて適宜設定すればよく、前記の高さに限定されるものではない。
【００３１】
ここで、測定ボーリング２ａ内の水頭は、図３（ａ）に示すように、注水停止から一定時間経過後、急勾配で低下する傾向を示した後（非定常状態）、勾配が緩やかになり安定する（定常状態）。なお、本明細書において、この安定後の水頭を、安定水頭と称する。そして、注水停止後の水頭低下量および低下勾配は、図３（ｂ）に示すように、均質な岩盤で、水圧が保持されている岩盤（図中ａ参照）に比べて、貯槽１に高透水層が交差し、貯槽１の周辺に水圧低下部Ｄｐが存在する場合（図中ｂ参照）の方が大きくなる。
したがって、水圧計測工程Ｓ４において、水頭低下量および低下勾配が大きい結果が得られた場合には、当該測定ボーリング２ａの近傍に、高透水層Ｇａ等からなる水圧低下部（不飽和領域を含む）Ｄｐが存在していることがわかる。
【００３２】
（５）注水再開工程Ｓ５
注水再開工程Ｓ５では、水圧計測工程Ｓ４における水頭の計測後、この測定ボーリング２ａの注水を再開する。測定ボーリング２ａの注水を再開することにより、貯槽１の周囲の地下水は、元の定常状態に戻る。
【００３３】
上記の各工程を繰り返し行い、貯槽１の全域について、水圧低下部Ｄｐの有無を測定する。そして、測定の結果、水頭低下量および低下勾配が大きくなる水封ボーリング２の位置関係により、水圧低下部Ｄｐの位置を推定する。
【００３４】
上記の方法により行った計測結果の評価は、注水停止後の測定ボーリング２ａ内の水頭の変動により３ケースに分類することにより行う。
つまり、注水停止後の測定ボーリング２ａについて、水頭低下速度Ｔを算出して、水頭が低下しないか上昇するケース１と、注水停止後の水頭低下速度Ｔが小さいケース２と、注水停止後の水頭低下速度Ｔが大きいケース３と、に分類することにより、当該測定ボーリング２ａの貯槽１に対する水封機能について評価を行う。
【００３５】
なお、注水停止後の測定ボーリング２ａ内の水頭低下が、水封機能判断水頭に達しても安定しない場合には、水封機能判断水頭に到達するまでの水頭低下速度Ｔを算出する。この水頭低下速度Ｔは、片対数紙上にプロットした時間−水頭関係プロットの直線部の勾配をとり（図３（ｂ）参照）、式（２）により算出する。
Ｔ＝｜ｄＨ／ｄｌｏｇ１０ｔ｜・・・（２）
ここで、 Ｔ：水頭低下速度
ｄＨ：水頭差
ｄｌｏｇ１０ｔ：対数時間
【００３６】
また、水頭低下速度Ｔの大小の判定は、水頭低下速度Ｔを水頭低下速度の基準値（低下速度基準値）と比較することにより行う。この基準値は、自然涵養を考慮しない、人工涵養のみが供給されているものとして算出される水頭低下速度であって、本実施形態では、水封水圧が０．９５ＭＰａである場合には１７．２、水封水圧が０．４５ＭＰａの場合には８、として適宜設定する。なお、低下速度基準値は、前記の速度に限定されるものではなく、岩盤状況等に応じて適宜設定すればよい。
【００３７】
（１）ケース１
注水停止後、測定ボーリング２ａ内の水頭が低下しないということは、停止前の注水量が０または負（流入）の状態であったことを示している。すなわち、この水封ボーリング２は、自然涵養だけで、水収支の均衡が保たれており、現時点では、貯槽１の水封に必要でないものとみなすことができる。
【００３８】
（２）ケース２
ケース２は、注水停止後の水頭低下速度Ｔが、水頭低下速度の基準値に比べて小さい場合であり、自然涵養ＩＮやグラウト１ａによる止水対策効果により、水の供給量が、貯槽１への湧水量を上回っていることを意味する。したがって、測定の対象の水封ボーリング２（測定ボーリング２ａ）により、水封効果が機能しているとみなすことができる。
【００３９】
（３）ケース３
ケース３は、注水停止後の水頭低下速度Ｔが、水頭低下速度の基準値に比べて大きい場合であり、自然涵養ＩＮやグラウト１ａ等による止水対策によっても、貯槽１への湧水量が供給量を上回っており、水封ボーリング２（測定ボーリング２ａ）の水封効果が機能していないことを意味している。つまり、ケース３に分類された場合には、当該水封ボーリング２の近傍に、水圧低下部Ｄｐが形成されているおそれがある。この場合には、隣接する他の水封ボーリング２の測定結果や空洞（貯槽１）の壁面やボーリングを用いて実施した地質調査結果などを加味して、水圧低下部Ｄｐの位置を推定する。そして、推定された水圧低下部Ｄｐについて、新たな水封ボーリング２を設置して注水量を増加することや、追加グラウト等の止水対策工の実施等の検討を行う。
【００４０】
以上、本実施形態の水圧低下部の探査方法によれば、貯槽１の周辺の水圧低下部Ｄｐ（高透水層Ｇａ等）の有無とその程度を把握することが可能となる。水圧保持に効果的な水封ボーリング２の増加や追加グラウトの検討を行うことが可能となり、ひいては、優れた水封機能を有した貯槽１に補修（構築）することが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態の水圧低下部の探査方法は、既存の水封ボーリング２，２，…を利用して的確に貯槽１の水封機能を把握することを可能としているため、簡易かつ安価である。つまり、新たな調査用ボーリングを行う従来の水圧低下部の探査方法のように、貯槽１の周辺の岩盤を損傷することや、調査用ボーリングの構築に伴う費用や手間を省略することが可能となる。
本実施形態の水圧低下部の探査方法によれば、通常の岩盤で、１試験（水封ボーリング１本）当り２時間程度で作業を完了することが可能なため、早期に行うことができる。
【００４２】
本実施形態の水圧低下部の探査方法は、水頭の非定常過程のデータから、最終水頭を推定するため、大きな水頭低下を生じさせることがなく、貯槽１に悪影響を及ぼすことが無い。
また、測定結果は、岩盤の透水係数や貯留係数などの水理特性に影響されないため、適切な結果を得ることが可能である。
【実施例】
【００４３】
次に、本発明の水圧低下部の探査方法の実施例について記載する。ここで、図４の（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の解析モデルの示す概略平面図である。また、図５は、図４に示す各解析モデルの定常時の水頭分布を示す図であって、（ａ）は第一モデル、（ｂ）は第二モデル（ｃ）は第三モデルをそれぞれ示している。さらに、図６は、図４に示す各解析モデルの１本の水封ボーリングの注水を停止したときの水頭分布を示す図であって、（ａ）は第一モデル、（ｂ）は第二モデル、（ｃ）は第三モデルをそれぞれ示している。なお、図５（ａ）〜（ｃ）および図６（ａ）〜（ｃ）の各図では、横軸を距離（ｍ）、縦軸を水頭としている。なお、各モデル（第一モデルＭ１、第二モデルＭ２、第三モデルＭ３）は、水封ボーリング２，２，…がＥＬ−１２５ｍ（標高−１２５ｍ）に設置されており、図５および図６は、標高−１２５ｍにおける岩盤内の水頭を示している。
【００４４】
本実施例では、第一モデルＭ１と、第二モデルＭ２と、第三モデルＭ３について、本発明の水圧低下部の探査方法による貯槽１の水封性能の確認を行った。なお、第一モデルＭ１，第二モデルＭ２，第三モデルＭ３は、貯槽１の延長が１６０ｍであって、当該貯槽１の横方向から所定長離れた位置に貯槽１の軸方向に沿って等間隔で水封ボーリング２，２，…が配置されている。
【００４５】
本実施例では、第一モデルＭ１，第二モデルＭ２，第三モデルＭ３について、略中央に形成された１本の水封ボーリング２（測定ボーリング２ａ）の注水を停止した際の水頭分布の変化を計測する。
【００４６】
第一モデルＭ１は、図４（ａ）に示すように、全長に渡って均質な岩盤（高透水帯Ｇ１）中に、貯槽１が形成されている場合である。
【００４７】
第二モデルＭ２は、図４（ｂ）に示すように、それぞれ延長距離が４０ｍの高透水帯Ｇ１の間に延長距離が８０ｍの難透水帯Ｇ２が介在されている岩盤中に貯槽１が形成されている場合である。
【００４８】
第三モデルＭ３は、図４（ｃ）に示すように、第二モデルと同様に、延長距離が４０ｍの高透水帯Ｇ１の間に延長距離が８０ｍの難透水帯Ｇ２が介在されている岩盤中に貯槽１が形成されている場合である。そして、難透水帯Ｇ２の略中央付近には、亀裂などからなる幅２ｍの高透水層Ｇａが、水封ボーリング２，２，…と接しない位置に、貯槽と交差するように介在されている。
【００４９】
図５（ａ）および（ｂ）に示すように、定常時の水頭分布は、第一モデルＭ１と第二モデルＭ２との間に顕著な相違が見られない。
さらに、第一モデルＭ２および第二モデルＭ２について、１本の水封ボーリング２（測定ボーリング２ａ）の注水を停止した場合を比較した場合も、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、水頭の低下量に顕著な相違が見られなかった。
【００５０】
すなわち、高透水帯Ｇ１と難透水帯Ｇ２とが交互に存在する場合であっても、各ゾーン（高透水帯Ｇ１および難透水帯Ｇ２）の内部が均質であれば、水封ボーリング２，２，…による人工涵養ＩＡ（図１（ｂ）参照）により、貯槽１の水頭は均質岩盤のみからなる貯槽１の水頭と同等な状態に保たれることが実証された。
【００５１】
一方、第三モデルＭ３では、高透水層Ｇａ（水圧低下部Ｄｐ）への水封水（人工涵養ＩＡ）の供給が不足するため、図５（ｃ）に示すように、定常時における高透水層Ｇａ（水圧低下部Ｄｐ）近傍の水封ボーリング２，２間の水頭が大きく低下している。
【００５２】
さらに、この第三モデルＭ３において高透水層Ｇａ（水圧低下部Ｄｐ）近傍の１本の水封ボーリング２（測定ボーリング２ａ）の注水を停止して、水封ボーリング２の水頭低下を測定すると、図６（ｃ）に示すように、高透水層Ｇａ（水圧低下部Ｄｐ）の周囲において、大きな水頭低下が生じる結果となった。
【００５３】
第一モデルＭ１および第二モデルＭ２において、水封ボーリング２の注水を停止した場合に、水頭の低下が、４０ｍ（ＥＬ−３０ｍからＥＬ−７０ｍ）であったのに対し、第三モデルでは、８５ｍ（ＥＬ−３０ｍからＥＬ−１１５ｍ）まで低下する結果となった。なお、実際の測定では、水頭低下傾向の確認にとどめ、極端な水頭低下が生じる前に、供給を再開するものとする。
【００５４】
したがって、水封ボーリング２，２，…の供給を１本ずつ停止し、当該水封ボーリング２内の水頭低下を測定すれば、水封ボーリング２で捕らえていない、貯槽１へ連結（貯槽１と交差）する岩盤の亀裂等からなる高透水層Ｇａ（水圧低下部Ｄｐ）の有無や、止水改良効果の良否を把握することが可能であることが実証された。
【００５５】
さらに、図７を参照して、岩盤の透水係数や貯留係数などの水理特性が、水頭低下曲線に与える影響について検討した結果を示す。
本実施例では、比貯留係数がＳｓ１＝１×１０−７（１／ｃｍ）である岩盤（ケースＡ）と比貯留係数がＳｓ２＝１×１０−８（１／ｃｍ）の岩盤（ケースＢ）に形成された貯槽について、水封ボーリングの注水停止時の水頭の変化の測定を行った。ここで、図７（ａ）は各岩盤（ケースＡおよびケースＢ）が均質な場合における水頭低下曲線を示す図、また、図７（ｂ）は各岩盤（ケースＡおよびケースＢ）が高透水層を介在する場合における水頭低下曲線を示す図であって、縦軸を水封ボーリング水頭、横軸を対数時間としている。
【００５６】
図７（ａ）に示すように、岩盤が均質な場合について、ケースＡとケースＢとを比較した結果、水頭低下曲線の直線部は、平行をなしている。また、図７（ｂ）に示すように、岩盤が高透水層を介在した場合であっても、ケースＡとケースＢの水頭低下曲線の直線部は平行をなしている。したがって、貯留係数の違いは、水頭低下曲線の勾配（水頭の測定結果）に影響しないことが実証された。
【００５７】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、既設の貯槽に対して、その水封ボーリングを利用して当該貯槽の水封機能の確認を行うものとしたが、施工中の貯槽について、施工段階毎に本発明の水圧低下部の探査方法により水圧低下部の探査を行うことで、貯槽周辺の水圧低下領域の発生・進行状況を確認しながら、貯槽の水封機能に効果的な水封ボーリングの配置やグラウト施工等を行ってもよい。
【００５８】
前記実施形態では、ボーリング選定工程において選定された水封ボーリングについて、水圧計設置工程において水圧計を設置するものとしたが、予め全ての水封ボーリングに水圧計を設置しておくことで、各水封ボーリング毎の測定時間を短縮してもよく、各工程の順序は前記実施形態に限定されるものではない。
【００５９】
前記実施形態では、水封ボーリングを、貯槽の上方および左右の計３本で門型に形成するものとしたが、水封ボーリングの配置は限定されるものではなく、例えば、貯槽の上方に貯槽と平行の水封トンネルを形成し、この水封トンネルから左右下方向に水封ボーリングを形成することにより、かさ状に配置してもよい。なお、水封ボーリングの配置は、貯槽の形状、配置等に応じて適宜設定されることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施形態に係る水封式地下備蓄方式地下タンクを示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本実施形態に係る水圧低下部の探査方法を示すフローチャート図である。
【図３】注水停止後の水頭低下曲線を示す図であって、（ａ）は縦軸を水封ボーリング水頭、横軸を経過時間とした場合を示し、（ｂ）は縦軸を水封ボーリング水頭、横軸を対数時間とした場合を示す。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の解析モデルの示す概略平面図である。
【図５】図４に示す各解析モデルの定常時の水頭分布を示す図であって、（ａ）は第一モデル、（ｂ）は第二モデル（ｃ）は第三モデルをそれぞれ示している。
【図６】図４に示す各解析モデルの１本の水封ボーリングの注水を停止したときの水頭分布を示す図であって、（ａ）は第一モデル、（ｂ）は第二モデル（ｃ）は第三モデルをそれぞれ示している。
【図７】（ａ）は均質な岩盤における水頭低下曲線を示す図、（ｂ）は高透水層を介在した岩盤における水頭低下曲線を示す図であって、縦軸を水封ボーリング水頭、横軸を対数時間としている。
【符号の説明】
【００６１】
１ 貯槽
２ 水封ボーリング
２ａ 測定ボーリング
Ｄｐ 水圧低下部
Ｇａ 高透水層
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水封式地下備蓄方式地下タンクの周辺において、当該水封式地下備蓄方式地下タンクの水封機能に影響する水圧低下部の有無の確認を行う、水圧低下部の探査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
水封式地下備蓄方式地下タンク（以下、単に「貯槽」という場合がある）は、原油や天然ガス等を貯蔵するものであり、岩盤内に構築されたライニングを有しない空洞で形成され、空洞周辺の水圧により、原油や天然ガス等の貯蔵物の漏洩を防止している。
【０００３】
貯槽周辺に作用させる水圧は、地下水や降雨水等の自然に供給される水や、注水ボーリング（以下、貯槽の水封に用いる注水ボーリングを「水封ボーリング」という）等から人工的に供給された水により、貯蔵圧（貯槽内の圧力）よりも高い圧力に維持される必要がある。そのため、貯槽の周囲の岩盤に、亀裂や高透水層等に起因する水圧低下部（不飽和領域を含む）が存在すると、ここから貯蔵物が漏洩するおそれがある。
【０００４】
このような貯槽周辺の水圧低下部を探査する方法として、例えば、特許文献１には、貯槽を中心に所定の間隔をあけて調査用ボーリング孔を配設し、この調査用ボーリング孔内に配置された電極を利用して、貯槽からの漏洩状況を調べる方法が開示されている。また、より直接的な方法として、貯槽近傍に向けて調査用ボーリングを配設し、水圧を測定する方法が従来技術の選択肢として考えられる。
【特許文献１】特開２００４−３７２５７号公報（［０００９］−［００２９］、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、前記従来の水圧低下部の探査方法では、調査期間を通じて当該調査用ボーリング孔が大気圧に開放されるため、貯槽周辺の水圧を低下させる可能性がある。また、貯槽近傍に配設した調査用ボーリングは、調査後の不十分な充填により貯槽周辺岩盤の亀裂などと通じ、貯蔵物が漏洩する経路となるおそれがある。また、貯槽の規模に応じて調査用ボーリング孔を配置する必要があるため、大規模な貯槽の場合には多数配置する調査用ボーリング孔の構築に要する手間や費用が嵩んでしまう。さらに、この調査用ボーリングによる計測システムのメンテナンスにも多大な投資が必要となる。
【０００６】
本発明は、前記の問題点を解決するためになされたものであり、水封式地下備蓄方式地下タンクが有する設備を利用して、簡易かつ安価に当該水封式地下備蓄方式地下タンクの周辺の水圧低下部の存在の確認を行う、水圧低下部の探査方法を提案することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
このような課題を解決するために、本発明は、貯槽の周辺に配置された複数本の水封ボーリング内の水頭を計測することで、前記貯槽の周囲における水圧低下部の存在の有無を探査する水圧低下部の探査方法であって、前記複数本の水封ボーリングの中から計測を行う水封ボーリングを選定し、選定された前記水封ボーリングの注水を停止した後、当該水封ボーリング内の水頭を計測することを特徴としている。
【０００８】
かかる水圧低下部の探査方法によれば、貯槽の周辺に予め構築された水封ボーリングを利用するため、新たに調査用ボーリングを行う等の手間や費用を要することなく、簡易かつ安価に調査を行うことを可能としている。また、新たな調査用ボーリングの施工に伴う周辺岩盤の損傷も防止することが可能となる。
【０００９】
また、貯槽の周辺に配置された複数の水封ボーリングについて計測を行うことで、貯槽の周辺の水圧低下部（不飽和領域等も含む）の有無と程度を網羅的に調べることを可能としている。
【００１０】
また、この水圧低下部の探査方法による探査を、貯槽の施工の各段階で繰り返し行えば、貯槽周辺の水圧低下部（水圧低下領域）の発生、進行状況を確認することができ、水封ボーリングの配置の検討や補助工法の検討に適用することが可能となる。
【００１１】
前記水圧低下部の探査方法において、前記水封ボーリング内の水頭の変動に基づいて水頭低下速度を算出し、当該水頭低下速度を、低下速度基準値と比較することで、この水封ボーリングによる貯槽に対する水封機能の評価、つまり、水圧低下部の有無の確認を行うことができる。
そして、比較の結果、水頭低下速度が、低下速度基準値よりも大きい場合には、水圧低下部が、測定を行った水封ボーリングの近傍に存在することが推定される。
【００１２】
ここで、低下速度基準値とは、均質な岩盤内に構築された貯槽に、地下水や降雨水などの自然涵養を考慮しない、人工涵養のみが供給されているものとして、１本の水封ボーリングの注水を停止した場合に算出される水頭の低下速度である。
低下速度基準値は、水封ボーリング、貯槽および周辺トンネル等の形状・配置並びに水封水圧を考慮した均質岩盤モデルによる浸透流解析結果に基づき（例えば、水封水圧が０．９５ＭＰａである場合には１７．２、水封水圧が０．４５ＭＰａである場合には８など）設定するとよい。なお、本明細書において、水封水圧とは、水封ボーリングによる注水の圧力をいう。
【００１３】
前記水圧低下部の探査方法において、前記水封ボーリング内の水頭の計測を、該水封ボーリング内の水頭の低下が安定するまで、つまり、急激な水頭低下が収まるまで行えば、水封ボーリングの注水停止時の水頭（水圧）と、水頭低下速度を把握することが可能なため、このデータに基づき、当該水封ボーリングの近傍の水圧低下部の有無の確認を行うことができる。つまり、水封ボーリングの注水を停止すると、水封ボーリング内の水頭（水圧）は、一旦、周辺の水圧が非定常状態となるため急激に低下した後、当該水圧が定常状態となって安定するが、貯槽の周辺に高透水層等の水圧低下部が存在する場合には、均質な岩盤に比べて、この安定後の水頭が著しく低い。したがって、この安定後の水頭を測定することにより、水圧低下部の有無を判断することが可能となる。
【００１４】
また、前記水圧低下部の探査方法において、水封ボーリング内の水頭の計測を、前記複数本の水封ボーリング、前記貯槽および該貯槽の周辺に形成された地下構造物等の形状、配置並びに水封水圧を考慮した均質岩盤モデルにより算出された水封機能判断水頭まで前記水封ボーリング内の水頭が下がった時点で終了してもよい。
このように、前記水封ボーリング内の水頭の計測を、当該水封ボーリング内の水頭が最終安定水頭に達するまで継続しなくとも、測定時間の対数（ｄｌｏｇ１０ｔ）と当該水封ボーリング内の初期水頭からの低下量（ｄＨ）が直線比例する区間の勾配を求めるのに必要な時点まで測定を行えば、当該水封ボーリングの注水停止時の水頭（水圧）と、水頭低下速度を把握することが可能なため、このデータに基づき、当該水封ボーリングの近傍の水圧低下部の有無の確認を行うことができる。つまり、非定常状態の低下速度を水頭測定値から算定することにより、水圧低下部の有無を判断することが可能となる。そして、水圧の非定常過程のデータから水頭低下速度を推定すると、貯槽に悪影響を及ぼすような大きな水頭低下を生じさせないで探査することが可能となる。例えば、水封水圧が０．９５ＭＰａである場合は水封ボーリング内の水頭が初期水頭から２０ｍ下がるまでの水圧のデータを用いて、水頭低下速度を算出し、水封水圧が０．４５ＭＰａである場合は水封ボーリング内の水頭が初期水頭から１０ｍ下がるまでの水圧のデータを用いて（上記数値は、空洞の配置、水封水圧などにより異なる）、水頭低下速度を算出するとよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の水圧低下部の探査方法によれば、水封式地下備蓄方式地下タンクが有する設備を利用して、簡易かつ安価に水封式地下備蓄方式地下タンクの周辺における水圧低下部の有無の確認を行うことが可能となった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の好適な実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、説明において、同一要素には同一の符号を用い、重複する説明は省略する。
ここで、図１は、本実施形態に係る貯槽を示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。図２は、本実施形態に係る水圧低下部の探査方法を示すフローチャート図である。また、図３は、注水停止後の水頭低下曲線の例を示す図であって、（ａ）は縦軸を水封ボーリング水頭、横軸を経過時間とした場合を示し、（ｂ）は縦軸を水封ボーリング水頭、横軸を対数時間とした場合を示す。
【００１７】
本実施形態では、図１（ａ）に示すように、原油や天然ガスを貯蔵する貯槽１について、図１（ｂ）に示すような高透水層Ｇａに起因する水圧低下部Ｄｐの存在の有無の探査方法について説明する。
【００１８】
貯槽１は、図１（ｂ）に示すように、岩盤内に構築された空洞であって、ライニングなどの構造物を有していない水封式地下備蓄方式地下タンクである。そして、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、貯槽１の周囲には、貯槽１の軸方向に所定の間隔をあけて、水封ボーリング２，２，…が複数本配置されている。本実施形態では、貯槽１を断面馬蹄形状に形成するものとするが、貯槽１の形状が限定されないことはいうまでもなく、例えば、円形状や矩形状でもよい。また、本実施形態では貯槽１を１本の直線状に形成する場合について説明するが、貯槽１の線形や本数も限定されないことはいうまでもない。
【００１９】
なお、貯槽１の水封機能は、地下水や降雨水等の自然涵養ＩＮや水封ボーリング２，２，…からの供給水（注水）からなる人工涵養ＩＡにより式（１）に示す水収支の均衡を保ち、貯槽周辺において、気密性・液密性の確保に必要な動水勾配を確保することにより維持される。また、本実施形態に係る貯槽１の周面は、図１（ｂ）に示すように、水封機能の向上を図ることを目的として、グラウト１ａにより覆われている。なお、貯槽１の周面は、必ずしもグラウト１ａにより覆われていなくてもよく、周囲の岩盤状況等に応じてグラウト１ａの有無を適宜決定すればよい。また、貯槽１の周面を覆うグラウト１ａの範囲（厚み等）や材質等は、周囲の岩盤状況等に応じて適宜設定するものとする。
ＩＮ＋ＩＡ≧ＱＩ−ΔＱＧ ・・・（１）
ここで、ＩＮ：自然涵養（降雨、地下水）
ＩＡ：人工涵養（水封ボーリング、水封トンネル）
ＱＩ：空洞への湧水
−ΔＱＧ：グラウトによる空洞への湧水低減量
【００２０】
水封ボーリング２は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、貯槽１の軸方向に沿って、貯槽１の斜め上方に形成された２本の水封トンネル３，３を利用して、貯槽１の上方および側方を覆うように門型に形成されている。なお、本実施形態では、水封トンネル３，３を、貯槽１の軸方向に沿って２本形成するものとしたが、水封トンネル３の本数や位置、方向等は限定されるものではなく、地山（岩盤）の状況や貯槽１の形状、線形、本数等に応じて適宜設定すればよい。また、水封トンネル３の断面形状は馬蹄形に限定されないことはいうまでもなく、円形状や矩形状でもよい。
【００２１】
本実施形態に係る水封ボーリング２，２，…は、貯槽１の上部において２本の水封トンネル３，３を連結するように形成された水平方向の水封ボーリング２，２，…と、貯槽１を両脇から挟むように２本の水封トンネル３，３からそれぞれ鉛直下向きに形成された水封ボーリング２，２，…と、から構成されている。また、本実施形態では、水封ボーリング２，２，…を軸方向に沿って、１０ｍピッチで形成している。なお、水封ボーリング２，２，…の形成箇所や角度等は、貯槽１の全周囲に対して均等に水圧を付与することが可能であれば、限定されないことはいうまでもない。また、水封ボーリング２，２，…のピッチや本数も限定されるものではなく、貯槽１の全体に所定の水圧を付与できるように、岩盤状況や貯槽１の形状、線形、本数等に応じて、適宜設定すればよい。また、水封ボーリング２のボーリング径は、注水量に応じて、適宜設定すればよい。
【００２２】
また、水封ボーリング２は、貯槽１への湧水に対して自然涵養ＩＮのみでは補いきれない水を供給することを目的としており、貯槽１に連結する地下水の水みちを貫くように配置されなければならない。
【００２３】
本実施形態に係る水圧低下部の探査方法は、貯槽１の周囲に形成された複数本の水封ボーリング２，２，…について、１本ずつ順次、注水を停止させた後、この水封ボーリング２内の水頭を測定することにより、水圧低下部Ｄｐの有無を探査する。
【００２４】
各水封ボーリング２内の水頭の測定は、図２に示すように、ボーリング選定工程Ｓ１と、水圧計設置工程Ｓ２と、注水停止工程Ｓ３と、水圧計測工程Ｓ４と、注水再開工程Ｓ５と、により行う。
【００２５】
（１）ボーリング選定工程Ｓ１
ボーリング選定工程Ｓ１では、複数本の水封ボーリング２，２，…の中から、水頭の測定を行う水封ボーリング２（以下、単に「測定ボーリング２ａ」と称する場合がある）の選定を行う。測定ボーリング２ａの選定は、任意の水封ボーリング２を選定すればよいが、貯槽１の周辺全域について状況を把握することを目的として、全ての水封ボーリング２，２，…について、順番に選定するのが好ましい。
【００２６】
（２）水圧計設置工程Ｓ２
水圧計設置工程Ｓ２では、ボーリング選定工程Ｓ１において、選定された測定ボーリング２ａに、図示しない水圧計の設置を行う。ここで、測定ボーリング２ａに設置される水圧計の形式等は限定されないことはいうまでもなく、適宜公知の水圧計の中から選定して使用すればよい。また、水圧計の設置方法は、測定ボーリング２ａの注水の停止に伴い水頭が変動しても測定が可能であれば、限定されるものではない。また、測定ボーリング２ａの水頭の測定は、水圧計によるものに限定されないことはいうまでもなく、適宜公知の測定手段の中から選定して行えばよい。
【００２７】
（３）注水停止工程Ｓ３
注水停止工程Ｓ３では、水圧計設置工程Ｓ２において水圧計が設置された測定ボーリング２ａの注水の停止を行う。
【００２８】
ここで、各水封ボーリング２，２，…は、完成後、長期間に渡って注水を継続していることから、貯槽１の周囲における地下水はほぼ定常状態（水圧や流量が落ち着いた状態）にあるものと考えられる。この状態で１本の水封ボーリング２（測定ボーリング２ａ）の注水を停止すると、周囲の水理場は新たな水圧安定（安定水頭）に向かう非定常状態となる。つまり、定常状態において流量Ｑで注水していた水封ボーリング２の流量を０とすることは、水理学的に見ると定常水圧場において、この水封ボーリング２から流量−Ｑで揚水することに等しくなる。すなわち、注水停止工程Ｓ３において、１本の水封ボーリング２（測定ボーリング２ａ）の注水を停止すると、この測定ボーリング２ａ内の水圧は、このボーリング孔を利用した単一揚水試験に対する水圧応答に等しいものとなる。
また、水封ボーリング２の注水量Ｑは、この水封ボーリング２周辺の透水係数に比例するため、注水停止後の揚水量−Ｑも、水封ボーリング２周辺の透水係数に応じた値に設定される。このため、水頭低下速度および安定水頭は、当該水封ボーリング周辺岩盤の透水係数の違いに関わらず、水圧低下領域の水圧と距離のみに依存する。よって、空洞レイアウト（貯槽１の形状や周囲の岩盤状況等）や水封水圧が等しい場合には、一つの低下速度基準値が全測定結果に対して適用される。
【００２９】
（４）水圧計測工程Ｓ４
水圧計測工程Ｓ４では、注水が停止された測定ボーリング２ａについて、水圧計設置工程Ｓ２において設置された水圧計を利用して、水頭（水圧）の計測を行う。なお、本実施形態では、測定ボーリング２ａ内の水圧を測定することで、測定ボーリング２ａ内の水頭を計測するものとするが、測定ボーリング２ａの水頭の計測方法は、上記の方法に限定されるものではなく、適宜公知の方法から選定して行えばよい。
【００３０】
水頭（水圧）の計測は、計測値が安定水頭に到達するまで行うものとする。なお、計測値が、測定ボーリング２ａ内の水頭が水封機能判断水頭に達しても、水頭が安定していない場合には、水封機能判断水頭に水頭が達した時点で水頭（水圧）の計測を終了する。
ここで、本明細書において水封機能判断水頭とは、水頭低下速度の算出が可能な、注水停止前と停止後の水頭位置であって、本実施形態では、水封水圧が０．９５ＭＰａである場合には初期水頭−２０ｍ、水封水圧が０．４５ＭＰａである場合には初期水頭−１０ｍとして適宜設定するものとする。なお、水封機能判断水頭は、岩盤状況等に応じて適宜設定すればよく、前記の高さに限定されるものではない。
【００３１】
ここで、測定ボーリング２ａ内の水頭は、図３（ａ）に示すように、注水停止から一定時間経過後、急勾配で低下する傾向を示した後（非定常状態）、勾配が緩やかになり安定する（定常状態）。なお、本明細書において、この安定後の水頭を、安定水頭と称する。そして、注水停止後の水頭低下量および低下勾配は、図３（ｂ）に示すように、均質な岩盤で、水圧が保持されている岩盤（図中ａ参照）に比べて、貯槽１に高透水層が交差し、貯槽１の周辺に水圧低下部Ｄｐが存在する場合（図中ｂ参照）の方が大きくなる。
したがって、水圧計測工程Ｓ４において、水頭低下量および低下勾配が大きい結果が得られた場合には、当該測定ボーリング２ａの近傍に、高透水層Ｇａ等からなる水圧低下部（不飽和領域を含む）Ｄｐが存在していることがわかる。
【００３２】
（５）注水再開工程Ｓ５
注水再開工程Ｓ５では、水圧計測工程Ｓ４における水頭の計測後、この測定ボーリング２ａの注水を再開する。測定ボーリング２ａの注水を再開することにより、貯槽１の周囲の地下水は、元の定常状態に戻る。
【００３３】
上記の各工程を繰り返し行い、貯槽１の全域について、水圧低下部Ｄｐの有無を測定する。そして、測定の結果、水頭低下量および低下勾配が大きくなる水封ボーリング２の位置関係により、水圧低下部Ｄｐの位置を推定する。
【００３４】
上記の方法により行った計測結果の評価は、注水停止後の測定ボーリング２ａ内の水頭の変動により３ケースに分類することにより行う。
つまり、注水停止後の測定ボーリング２ａについて、水頭低下速度Ｔを算出して、水頭が低下しないか上昇するケース１と、注水停止後の水頭低下速度Ｔが小さいケース２と、注水停止後の水頭低下速度Ｔが大きいケース３と、に分類することにより、当該測定ボーリング２ａの貯槽１に対する水封機能について評価を行う。
【００３５】
なお、注水停止後の測定ボーリング２ａ内の水頭低下が、水封機能判断水頭に達しても安定しない場合には、水封機能判断水頭に到達するまでの水頭低下速度Ｔを算出する。この水頭低下速度Ｔは、片対数紙上にプロットした時間−水頭関係プロットの直線部の勾配をとり（図３（ｂ）参照）、式（２）により算出する。
Ｔ＝｜ｄＨ／ｄｌｏｇ１０ｔ｜・・・（２）
ここで、 Ｔ：水頭低下速度
ｄＨ：水頭差
ｄｌｏｇ１０ｔ：対数時間
【００３６】
また、水頭低下速度Ｔの大小の判定は、水頭低下速度Ｔを水頭低下速度の基準値（低下速度基準値）と比較することにより行う。この基準値は、自然涵養を考慮しない、人工涵養のみが供給されているものとして算出される水頭低下速度であって、本実施形態では、水封水圧が０．９５ＭＰａである場合には１７．２、水封水圧が０．４５ＭＰａの場合には８、として適宜設定する。なお、低下速度基準値は、前記の速度に限定されるものではなく、岩盤状況等に応じて適宜設定すればよい。
【００３７】
（１）ケース１
注水停止後、測定ボーリング２ａ内の水頭が低下しないということは、停止前の注水量が０または負（流入）の状態であったことを示している。すなわち、この水封ボーリング２は、自然涵養だけで、水収支の均衡が保たれており、現時点では、貯槽１の水封に必要でないものとみなすことができる。
【００３８】
（２）ケース２
ケース２は、注水停止後の水頭低下速度Ｔが、水頭低下速度の基準値に比べて小さい場合であり、自然涵養ＩＮやグラウト１ａによる止水対策効果により、水の供給量が、貯槽１への湧水量を上回っていることを意味する。したがって、測定の対象の水封ボーリング２（測定ボーリング２ａ）により、水封効果が機能しているとみなすことができる。
【００３９】
（３）ケース３
ケース３は、注水停止後の水頭低下速度Ｔが、水頭低下速度の基準値に比べて大きい場合であり、自然涵養ＩＮやグラウト１ａ等による止水対策によっても、貯槽１への湧水量が供給量を上回っており、水封ボーリング２（測定ボーリング２ａ）の水封効果が機能していないことを意味している。つまり、ケース３に分類された場合には、当該水封ボーリング２の近傍に、水圧低下部Ｄｐが形成されているおそれがある。この場合には、隣接する他の水封ボーリング２の測定結果や空洞（貯槽１）の壁面やボーリングを用いて実施した地質調査結果などを加味して、水圧低下部Ｄｐの位置を推定する。そして、推定された水圧低下部Ｄｐについて、新たな水封ボーリング２を設置して注水量を増加することや、追加グラウト等の止水対策工の実施等の検討を行う。
【００４０】
以上、本実施形態の水圧低下部の探査方法によれば、貯槽１の周辺の水圧低下部Ｄｐ（高透水層Ｇａ等）の有無とその程度を把握することが可能となる。水圧保持に効果的な水封ボーリング２の増加や追加グラウトの検討を行うことが可能となり、ひいては、優れた水封機能を有した貯槽１に補修（構築）することが可能となる。
【００４１】
また、本実施形態の水圧低下部の探査方法は、既存の水封ボーリング２，２，…を利用して的確に貯槽１の水封機能を把握することを可能としているため、簡易かつ安価である。つまり、新たな調査用ボーリングを行う従来の水圧低下部の探査方法のように、貯槽１の周辺の岩盤を損傷することや、調査用ボーリングの構築に伴う費用や手間を省略することが可能となる。
本実施形態の水圧低下部の探査方法によれば、通常の岩盤で、１試験（水封ボーリング１本）当り２時間程度で作業を完了することが可能なため、早期に行うことができる。
【００４２】
本実施形態の水圧低下部の探査方法は、水頭の非定常過程のデータから、最終水頭を推定するため、大きな水頭低下を生じさせることがなく、貯槽１に悪影響を及ぼすことが無い。
また、測定結果は、岩盤の透水係数や貯留係数などの水理特性に影響されないため、適切な結果を得ることが可能である。
【実施例】
【００４３】
次に、本発明の水圧低下部の探査方法の実施例について記載する。ここで、図４の（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の解析モデルの示す概略平面図である。また、図５は、図４に示す各解析モデルの定常時の水頭分布を示す図であって、（ａ）は第一モデル、（ｂ）は第二モデル（ｃ）は第三モデルをそれぞれ示している。さらに、図６は、図４に示す各解析モデルの１本の水封ボーリングの注水を停止したときの水頭分布を示す図であって、（ａ）は第一モデル、（ｂ）は第二モデル、（ｃ）は第三モデルをそれぞれ示している。なお、図５（ａ）〜（ｃ）および図６（ａ）〜（ｃ）の各図では、横軸を距離（ｍ）、縦軸を水頭としている。なお、各モデル（第一モデルＭ１、第二モデルＭ２、第三モデルＭ３）は、水封ボーリング２，２，…がＥＬ−１２５ｍ（標高−１２５ｍ）に設置されており、図５および図６は、標高−１２５ｍにおける岩盤内の水頭を示している。
【００４４】
本実施例では、第一モデルＭ１と、第二モデルＭ２と、第三モデルＭ３について、本発明の水圧低下部の探査方法による貯槽１の水封性能の確認を行った。なお、第一モデルＭ１，第二モデルＭ２，第三モデルＭ３は、貯槽１の延長が１６０ｍであって、当該貯槽１の横方向から所定長離れた位置に貯槽１の軸方向に沿って等間隔で水封ボーリング２，２，…が配置されている。
【００４５】
本実施例では、第一モデルＭ１，第二モデルＭ２，第三モデルＭ３について、略中央に形成された１本の水封ボーリング２（測定ボーリング２ａ）の注水を停止した際の水頭分布の変化を計測する。
【００４６】
第一モデルＭ１は、図４（ａ）に示すように、全長に渡って均質な岩盤（高透水帯Ｇ１）中に、貯槽１が形成されている場合である。
【００４７】
第二モデルＭ２は、図４（ｂ）に示すように、それぞれ延長距離が４０ｍの高透水帯Ｇ１の間に延長距離が８０ｍの難透水帯Ｇ２が介在されている岩盤中に貯槽１が形成されている場合である。
【００４８】
第三モデルＭ３は、図４（ｃ）に示すように、第二モデルと同様に、延長距離が４０ｍの高透水帯Ｇ１の間に延長距離が８０ｍの難透水帯Ｇ２が介在されている岩盤中に貯槽１が形成されている場合である。そして、難透水帯Ｇ２の略中央付近には、亀裂などからなる幅２ｍの高透水層Ｇａが、水封ボーリング２，２，…と接しない位置に、貯槽と交差するように介在されている。
【００４９】
図５（ａ）および（ｂ）に示すように、定常時の水頭分布は、第一モデルＭ１と第二モデルＭ２との間に顕著な相違が見られない。
さらに、第一モデルＭ２および第二モデルＭ２について、１本の水封ボーリング２（測定ボーリング２ａ）の注水を停止した場合を比較した場合も、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、水頭の低下量に顕著な相違が見られなかった。
【００５０】
すなわち、高透水帯Ｇ１と難透水帯Ｇ２とが交互に存在する場合であっても、各ゾーン（高透水帯Ｇ１および難透水帯Ｇ２）の内部が均質であれば、水封ボーリング２，２，…による人工涵養ＩＡ（図１（ｂ）参照）により、貯槽１の水頭は均質岩盤のみからなる貯槽１の水頭と同等な状態に保たれることが実証された。
【００５１】
一方、第三モデルＭ３では、高透水層Ｇａ（水圧低下部Ｄｐ）への水封水（人工涵養ＩＡ）の供給が不足するため、図５（ｃ）に示すように、定常時における高透水層Ｇａ（水圧低下部Ｄｐ）近傍の水封ボーリング２，２間の水頭が大きく低下している。
【００５２】
さらに、この第三モデルＭ３において高透水層Ｇａ（水圧低下部Ｄｐ）近傍の１本の水封ボーリング２（測定ボーリング２ａ）の注水を停止して、水封ボーリング２の水頭低下を測定すると、図６（ｃ）に示すように、高透水層Ｇａ（水圧低下部Ｄｐ）の周囲において、大きな水頭低下が生じる結果となった。
【００５３】
第一モデルＭ１および第二モデルＭ２において、水封ボーリング２の注水を停止した場合に、水頭の低下が、４０ｍ（ＥＬ−３０ｍからＥＬ−７０ｍ）であったのに対し、第三モデルでは、８５ｍ（ＥＬ−３０ｍからＥＬ−１１５ｍ）まで低下する結果となった。なお、実際の測定では、水頭低下傾向の確認にとどめ、極端な水頭低下が生じる前に、供給を再開するものとする。
【００５４】
したがって、水封ボーリング２，２，…の供給を１本ずつ停止し、当該水封ボーリング２内の水頭低下を測定すれば、水封ボーリング２で捕らえていない、貯槽１へ連結（貯槽１と交差）する岩盤の亀裂等からなる高透水層Ｇａ（水圧低下部Ｄｐ）の有無や、止水改良効果の良否を把握することが可能であることが実証された。
【００５５】
さらに、図７を参照して、岩盤の透水係数や貯留係数などの水理特性が、水頭低下曲線に与える影響について検討した結果を示す。
本実施例では、比貯留係数がＳｓ１＝１×１０−７（１／ｃｍ）である岩盤（ケースＡ）と比貯留係数がＳｓ２＝１×１０−８（１／ｃｍ）の岩盤（ケースＢ）に形成された貯槽について、水封ボーリングの注水停止時の水頭の変化の測定を行った。ここで、図７（ａ）は各岩盤（ケースＡおよびケースＢ）が均質な場合における水頭低下曲線を示す図、また、図７（ｂ）は各岩盤（ケースＡおよびケースＢ）が高透水層を介在する場合における水頭低下曲線を示す図であって、縦軸を水封ボーリング水頭、横軸を対数時間としている。
【００５６】
図７（ａ）に示すように、岩盤が均質な場合について、ケースＡとケースＢとを比較した結果、水頭低下曲線の直線部は、平行をなしている。また、図７（ｂ）に示すように、岩盤が高透水層を介在した場合であっても、ケースＡとケースＢの水頭低下曲線の直線部は平行をなしている。したがって、貯留係数の違いは、水頭低下曲線の勾配（水頭の測定結果）に影響しないことが実証された。
【００５７】
以上、本発明について、好適な実施形態について説明したが、本発明は前記各実施形態に限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜設計変更が可能である。
例えば、前記実施形態では、既設の貯槽に対して、その水封ボーリングを利用して当該貯槽の水封機能の確認を行うものとしたが、施工中の貯槽について、施工段階毎に本発明の水圧低下部の探査方法により水圧低下部の探査を行うことで、貯槽周辺の水圧低下領域の発生・進行状況を確認しながら、貯槽の水封機能に効果的な水封ボーリングの配置やグラウト施工等を行ってもよい。
【００５８】
前記実施形態では、ボーリング選定工程において選定された水封ボーリングについて、水圧計設置工程において水圧計を設置するものとしたが、予め全ての水封ボーリングに水圧計を設置しておくことで、各水封ボーリング毎の測定時間を短縮してもよく、各工程の順序は前記実施形態に限定されるものではない。
【００５９】
前記実施形態では、水封ボーリングを、貯槽の上方および左右の計３本で門型に形成するものとしたが、水封ボーリングの配置は限定されるものではなく、例えば、貯槽の上方に貯槽と平行の水封トンネルを形成し、この水封トンネルから左右下方向に水封ボーリングを形成することにより、かさ状に配置してもよい。なお、水封ボーリングの配置は、貯槽の形状、配置等に応じて適宜設定されることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本実施形態に係る水封式地下備蓄方式地下タンクを示す図であって、（ａ）は斜視図、（ｂ）は断面図である。
【図２】本実施形態に係る水圧低下部の探査方法を示すフローチャート図である。
【図３】注水停止後の水頭低下曲線を示す図であって、（ａ）は縦軸を水封ボーリング水頭、横軸を経過時間とした場合を示し、（ｂ）は縦軸を水封ボーリング水頭、横軸を対数時間とした場合を示す。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本実施例の解析モデルの示す概略平面図である。
【図５】図４に示す各解析モデルの定常時の水頭分布を示す図であって、（ａ）は第一モデル、（ｂ）は第二モデル（ｃ）は第三モデルをそれぞれ示している。
【図６】図４に示す各解析モデルの１本の水封ボーリングの注水を停止したときの水頭分布を示す図であって、（ａ）は第一モデル、（ｂ）は第二モデル（ｃ）は第三モデルをそれぞれ示している。
【図７】（ａ）は均質な岩盤における水頭低下曲線を示す図、（ｂ）は高透水層を介在した岩盤における水頭低下曲線を示す図であって、縦軸を水封ボーリング水頭、横軸を対数時間としている。
【符号の説明】
【００６１】
１ 貯槽
２ 水封ボーリング
２ａ 測定ボーリング
Ｄｐ 水圧低下部
Ｇａ 高透水層
【特許請求の範囲】
【請求項１】
貯槽の周辺に配置された複数本の水封ボーリングの水頭を計測することで、前記貯槽の周囲における水圧低下部の存在の有無を探査する方法であって、
前記複数本の水封ボーリングの中から計測を行う水封ボーリングを選定し、選定された前記水封ボーリングの注水を停止した後、当該水封ボーリング内の水頭を計測することを特徴とする、水圧低下部の探査方法。
【請求項２】
前記水封ボーリング内の水頭の変動に基づいて水頭低下速度を算出し、当該水頭低下速度を低下速度基準値と比較して、前記水頭低下速度が、前記低下速度基準値よりも大きい場合には、前記水封ボーリングの近傍に水圧低下部が存在すると判断することを特徴とする、請求項１に記載の水圧低下部の探査方法。
【請求項３】
前記低下速度基準値を、前記複数本の水封ボーリング、前記貯槽および該貯槽の周辺に形成された地下構造物等の形状、配置並びに水封水圧を考慮した均質岩盤モデルにより算出することを特徴とする、請求項２に記載の水圧低下部の探査方法。
【請求項４】
前記水封ボーリング内の水頭の計測を、該水封ボーリング内の水頭の低下が安定するまで行うことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の水圧低下部の探査方法。
【請求項５】
前記水封ボーリング内の水頭の計測を、前記複数本の水封ボーリング、前記貯槽および該貯槽の周辺に形成された地下構造物等の形状、配置並びに水封水圧を考慮した均質岩盤モデルにより算出された水封機能判断水頭まで前記水封ボーリング内の水頭が下がった時点で終了することを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の水圧低下部の探査方法。
【請求項１】
貯槽の周辺に配置された複数本の水封ボーリングの水頭を計測することで、前記貯槽の周囲における水圧低下部の存在の有無を探査する方法であって、
前記複数本の水封ボーリングの中から計測を行う水封ボーリングを選定し、選定された前記水封ボーリングの注水を停止した後、当該水封ボーリング内の水頭を計測することを特徴とする、水圧低下部の探査方法。
【請求項２】
前記水封ボーリング内の水頭の変動に基づいて水頭低下速度を算出し、当該水頭低下速度を低下速度基準値と比較して、前記水頭低下速度が、前記低下速度基準値よりも大きい場合には、前記水封ボーリングの近傍に水圧低下部が存在すると判断することを特徴とする、請求項１に記載の水圧低下部の探査方法。
【請求項３】
前記低下速度基準値を、前記複数本の水封ボーリング、前記貯槽および該貯槽の周辺に形成された地下構造物等の形状、配置並びに水封水圧を考慮した均質岩盤モデルにより算出することを特徴とする、請求項２に記載の水圧低下部の探査方法。
【請求項４】
前記水封ボーリング内の水頭の計測を、該水封ボーリング内の水頭の低下が安定するまで行うことを特徴とする、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の水圧低下部の探査方法。
【請求項５】
前記水封ボーリング内の水頭の計測を、前記複数本の水封ボーリング、前記貯槽および該貯槽の周辺に形成された地下構造物等の形状、配置並びに水封水圧を考慮した均質岩盤モデルにより算出された水封機能判断水頭まで前記水封ボーリング内の水頭が下がった時点で終了することを特徴とする、請求項２または請求項３に記載の水圧低下部の探査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−３２４０６（Ｐ２００８−３２４０６Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０２９９２（Ｐ２００６−２０２９９２）
【出願日】平成１８年７月２６日（２００６．７．２６）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２６日（２００６．７．２６）
【出願人】（０００２０６２１１）大成建設株式会社 (1,602)
【Ｆターム（参考）】
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