ダム事業の建設ライフサイクルにおける3次元地質・地盤モデルの利活用と課題

株式会社 九州地質コンサルタント

松本 俊雄  肘井 敬明

 <概 要>

ダム事業は、基礎岩盤の強度特性、透水特性、地下水賦存状況、貯水池斜面の地すべりなど、地盤について多岐にわたる検討が必要な事業であり、精度の高い3次元地質・地盤モデル作成できれば、コスト、工期などに大きく貢献できる。しかし、このためには日本の複雑な地質構造を、可能な限り的確に地質解析できる技術力が必要である。また、複雑な地質構造を容易に3次元化できる安価で、使い勝手の良いソフトウエアの開発が望まれる。

1.はじめに

 ダム事業には、計画段階→調査段階→設計段階→施工段階→運用段階という建設ライフサイクルがある。その後、再開発というステップが加われば、再開発段階→計画段階→調査段階→・・・・というサイクルが繰り返される。このようなサイクルの中で、3次元地質・地盤モデルが利活用できれば、コストや効率向上に大きく貢献できるはずである。ここでは、このサイクルのうち調査段階、設計段階、施工段階および再開発段階を対象に、必要とされる地質・地盤モデルとその課題を考えてみる。

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2.必要とされる3次元地質・地盤モデル(調査段階、設計段階、施工段階、再開発段階)

2.1 調査段階
○ダムサイトの地質分布と地質構造、それらに規制される岩盤の強度特性および透水特性を表現できる3次元地質・地盤モデルが必要

 である。
○貯水池内に地すべりが分布すれば、これらを3次元的に表すモデルが必要となる。

必要とされる3次元モデルの例

●地質分布の3次元モデル
●岩級分布の3次元モデル(図-1)
●高透水層の分布範囲を示した3次元モデル
 (透水性区分の3次元モデル)
●貯水池の地すべり分布、地すべり機構を示す3次元モデル

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図1 ダムサイト河床部の想定岩級分布(調査段階)

2.2 設計段階
○ダムサイトの岩級分布に基づいて、掘削深度など必要掘削範囲を示した3次元地質・地盤モデル、透水性区分を基に、グラウチング

 の範囲を提示した3次元地質・地盤モデルが必要。
○貯水池内では、地すべり面、土塊の分布、集水井工、集水ボーリング工、アンカー工、鋼管杭工等の配置計画を示す対策工の3次元

 地質・地盤モデルが必要である。

必要とされる3次元モデルの例

●岩級分布と掘削面形状を示す3次元モデル
●透水性区分図とグラウチング範囲を示す3次元モデル (図-2)
●地すべり地の対策工を示す3次元モデル

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図2 ダムサイト河床部のカーテングラウチング範囲(設計段階)

2.3 施工段階
○ダム敷を掘削すると、調査段階で捉えきれなかった断層や変質帯が河床部に出現することがある。規模の大きい場合は置き換えなど

 の対策をとる必要があり、断層を中心とする岩級分布を3次元的に表現して、置き換え施工範囲の決定とその数量算出が必要である。
○グラウチング施工ではセメント注入量の監理を3次元地質・地盤モデルのなかに組み込むことが必要となる。
○貯水池内では、地すべり地の集水井工、集水ボーリング工、アンカー工、鋼管杭工等の施工状況を示す3次元地質・地盤モデルが必要

 である。

必要とされる3次元モデルの例

●掘削面における断層分布と岩級、置き換え範囲を設定した3次元モデル (図-3)
●グラウチングにおけるセメント注入量を監理する3次元モデル
●地すべり地における対策工の施工状況を示す3次元モデル

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図3 ダムサイト河床部に出現した断層破砕帯と置き換えコンクリート(施工段階)

2.4 再開発段階
○近年の豪雨災害に対応するために、新規ダムの開発や、既設ダム再開発の重要性が増している。再開発計画では、洪水調節容量を確保するために、ダムの嵩上げや洪水吐きの新設、増設などが考えられる。ダムの嵩上げでは、ダム高が上がることに対して、
 ①基礎岩盤が所定の強度特性を持つかどうかの検討、

 ②袖部では地形的な余裕あり、強度特性は十分か、漏水が懸念される透水性状ではないか、などの検討が必要である(図-4)。

○貯水池内では嵩上げに伴う貯水位上昇で、

 ③これまで調査の対象とならなかった地すべり地が湛水域にかかってくる可能性や、
 ④新たな漏水懸念箇所が出現する可能性があるため、これも検討対象となる。

 一方、

 ⑤トンネル洪水吐きの場合は山岳トンネルの調査、設計に加えて、透水特性を考慮した調査、設計、施工が必要である(図-4)。 

必要とされる3次元モデルの例

●ダム嵩上げを計画した場合に生じる課題を示した3次元モデル
●トンネル洪水吐きを計画した場合の3次元モデル

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図4 ダム事業の再開発で生じる新たな課題と必要とされる3次元モデル 

3.まとめ

 ダム事業は、岩盤の強度特性、透水特性、地下水賦存状況、貯水池斜面の地すべりなど、地盤について多岐にわたる検討が必要な事業であり、精度の高い3次元地質・地盤モデル作成できれば、コスト、工期などに大きく貢献できる。しかし日本では極めて複雑な地質構造をもつサイトも多く、これらを可能な限り的確に地質解析できる技術力が必要であり、地質技術者には日頃からの技術力の研鑽が求められる。また、本ポスターでは単純化したモデルしか提示できなかったが、複雑な地質構造や設計図面を容易に3次元化できる、安価で使い勝手の良いソフトウエアの開発が急務と考えられる。