地下空間を創造する
東京工業大学理工学研究科土木工学専攻
竹村 次朗
Web:http://www.geotech.cv.titech.ac.jp/~jtakemur/
専門:地盤工学(Geotechnics)
A science of making the earth more habitable: Webster
地盤材料、地盤中の構造物、地盤自体の挙動
1週.地下の利用:
地下空間の特性(長所、短所)、目的ごとの利用例
2週.地下空間建設技術(地盤、トンネル、地下タンク、地下探査)
1
バブル期のジオフロン
ティア構想-未来都市
(参1)
ネオアーバンインダストリアルジオドーム:
通産省
アリスシティーネットワーク構想:
大成建設、電力中央研究所
Geofront:
2
アーバンリゾーム構想:日本鋼管
1
バブル期の地下利用構想
エネルギー関係 (参1)
空気圧縮エネルギー貯蔵(CAES)・発電所
高レベル放射性廃棄物地中処分
超伝導エネルギー貯蔵(SMES)
3
飛行体以外で人類が到
達した深さと高さ 参2)
0
地下には無限の
無限の可能性
地下鉄南北線(43)
地下街(∼30)
アクアライン(43) 環七地下河川(∼57) 共同溝
(∼60)
100
モスクワ地下鉄(100、露)
ユーロトンネル(120、英仏)
青函トンネル(240)
500
葛野川地下発電所(460、山梨)
4
深さ(m)
最深鉱山(3.578m、南アフリカ)
2
人類が到達した深さと人工空間の鉛直利用階層(参3)
人間活動範囲
人間活動範囲
5
地下開発の歴史(参3)
地下開発の歴史:石器時代から
6
3
前頁の続き
ユーロトンネル、etc
地下街開発(アゼリア、ダイヤモンド地下街)
LNG地下タンク
地下備蓄(菊間、串木野、久慈)、LPG地下備蓄
アクアライン
地下河川(環七、外郭放水路)、首都環状高速、
7
地下の特性
長所:遮蔽性(光、音、振動、大きな外力、熱、紫外線、景観、etc.)
恒温・恒湿性
耐震性
気密性、放射能遮断性 =>shelter,実験施設(sカミオカンデ)
地上より障害物が少ない(あっても対応が可能な場合が多い)
地上と異なり地盤が力を支える
短所:高コスト(建設、換気、照明)
scrap and build困難
地中埋設物が工事の妨げ(主要道路下、埋設物で一杯)
建設に伴う地下環境への影響
閉鎖性 =>防災(火災、洪水)
自然光の不足、外部眺望の不足(方向確認)
地下に対する負のイメージ
8
長所、短所:深くなると大きな圧力(水圧、土圧)が構造物に作用する
4
地中温度の年間変動-ミネソタ州ミネアポリス(参4)
最高大気温
恒温性
地下8.0m
地下住宅
地下街
地下貯蔵庫
地下3.2m
地下0.1m
地下0.3m
最低大気温
9
ミネソタの覆土式住宅(参4)
10
5
トロントの地下街
(参4)
寒冷地:
地下街でネットワーク
11
景観上の利点
パリ・フォーラムデアー(参4)
地上からは地下施設は見えない。
パリの古い景観を維持。
都市機能の向上。
建設中
12
6
耐震性
地上に比べると加速度小
変位小
構造物が受ける力小
地上構造物
耐震性に優れる
被害例小
地下ではゆれを感じにくい
地震時における地下の加速度(参7)
例外:
•想定外の大きな地震
•断層
13
1995兵庫県南部地震における地下構造物の被害(参5)
-神戸大界駅-
中柱の座屈破壊
駅舎破壊による道路の陥没
14
7
断層によるトンネルの破壊(参6)
1978伊豆大島近海地震
線路の湾曲
断層によるトンネル断面のズレ
15
台湾チチ(Chichi)地震
(Mw 7.7)
断層(6-7mの上下のズレ)
16
8
断層による橋破壊
1999 Chichi Earthquake, Taiwan
断層によって出現した滝
17
地下のイメージに関するアンケート結果
地下のよいイメージ
地下のわるいイメージ
地下勤務者
地上勤務者
居住空間としては不適
悪いイメージの方が強い。
地下勤務者と地上勤務者とのイメージのズレ(想像と実際の差)
18
9
なぜ地下利用が必要なのか(参4)
19
地下施設の分野別一覧
地下施設の分野別一覧
浅
浅
☆交通・物流施設
☆
道路・地下鉄・地下駐車場・
地下物流・電力、ガス洞道
深度
度
深
☆生産施設
☆
地下発電所・地下工場
☆生活施設
☆
住居・地下街
・下水処理場
☆貯蔵施設
☆
食料・石油・ガス・圧縮空気
・地下ダム・核廃棄物
☆防災・防衛施設
☆
シェルター・地下河川
・地下調整池・防空壕
☆採掘施設
☆
炭鉱・採油・採鉱
深
深
☆研究施設
☆
スーパーカミオカンデ
・無重力実験施設
20
10
地下空間利用構造物の種類と概略規模(参3)
*構想、計画
ライフライン:電気・ガス、電話・情報伝達、上・下水道
21
トルコカッパドキアの石窟住宅
トルコカッパドキアの石窟住宅
・紀元後300年から約50年前まで使用し
て いた。
・最盛期には1万5千人程度が暮らしてい
た。
・最深部では、地表から約150m。
22
11
鉄道・高速道路網
都市部:
・Mass transits:
人工(既存施設)の障害
・都市高速:首都高速道路網
地下利用(トンネル)
都市間:
・高速道路網
自然(山、川、海)の障害
・新幹線網
23
首都高速中央環状線
中途半端な環状高速の完成
首都高環状線
東京外郭環道路
圏央道
地下利用(トンネル構造)
24
12
首都高速中央環状新宿線
山手通り下
ほほ地下高速
建設工法
・シールドトンネル
・開削
次週
25
防災施設
洪水対策としての地下河川:首都圏外郭放水路
http://www.ktr.mlit.go.jp/edogawa/works/saigai/sonae/gaikaku/index.html
国道16号線下、深さ:50m、6.3kmの地下河川(トンネル内径:10m)
5つの立坑(取水4:放水1)
工法:シールド、立坑掘削
26
13
首都圏外郭放水路(参8)
73m
140m
第三立坑 建設方法:地下連続壁工法
27
エネルギー関連施設
発電、変電施設:
水力式地下発電所(揚水式発電所)
神流川揚水式水力発電所
httpwww.tepco.co.jpkanna-gawaindex-j.html
上ダム
地下
発電所
下ダム
28
14
揚水式発電所の必要性
−夜間余剰エネルギーの有効利用−
停止後の再運転に必要な時間:
水力:数分
火力:2−3時間(ただし、出力調整可)
原子力:数日(出力調整不可)
エネルギーの備蓄
各種エネルギーロスあり、
超伝導エネルギー貯蔵(SMES)
29
東京電力パンフレット
神流川揚水式発電所
httpwww.tepco.co.jpkanna-gawaindex-j.html
上ダム
ロックフィルダム
水圧管路
傾斜角48°
水圧:7MPa
(水深700m)
下ダム
重力式コンクリートダム
地下発電所:
地下500m
高52m、幅32m、長216m
30
15
圧縮空気貯蔵ガスタービン発電
圧縮空気貯蔵ガスタービン発電
CAES
CAES−
−G/T
G/T(海外の事例)
(海外の事例)
エネルギー貯蔵
フントルフ(ドイツ)
・1979年7月竣工
・最大出力 290MW
・内圧:8MPa
15万m3
凝縮水
水深:20cm
15万m3
岩塩層:
亀裂なく気密性構造に最適
凝縮水
水深:20cm
31
圧縮空気貯蔵ガスタービン発電
圧縮空気貯蔵ガスタービン発電
CAES
CAES−
−G/T
G/T(日本の事例)
(日本の事例)
発電所
北海道砂川(炭鉱跡地)
・2001年より試験発電開
・最大出力:2,000Kw
・圧力範囲:8MPa∼4MPa
貯
空気
縮
圧
蔵施
設
必ずしも機密性に優れた
地盤ではない
既
設
斜
坑
通気管
・地下500m
設
既
道
坑
構造物自体の機密性をあ
げる
32
16
エネルギー貯蔵:原油備蓄
石油備蓄基地の位置
175万kL
175万kL
150万kL
日本地下石油備蓄㈱:日本地下石油備蓄10年史、1996.
33
我が国の石油備蓄量・備蓄日数および備蓄政策の推移
34
日本地下石油備蓄㈱:日本地下石油備蓄10年史、1996.
17
串木野石油備蓄基地全景
串木野石油備蓄基地パンフレット
35
串木野地下石油備蓄基地(完成時鳥瞰図)
備蓄用トンネル
山岳トンネル方式
水封式備蓄
36
日本地下石油備蓄㈱:串木野地下石油備蓄基地 工事記録(岩盤土木)、1994.
18
エネルギー貯蔵
LNG
LNG地下タンク基地
地下タンク基地
37
LNG
LNG貯槽形式の変遷
貯槽形式の変遷
液化天然ガス
主成分:メタン
沸点:-162℃
地上タン
ク
地下タンク
埋設タンク
38
19
研究施設
スーパーカミオカンデ
スーパーカミオカンデ
宇宙素粒子観測施設
電子回路収納室
光電子増倍管
11,200本
5万トンの純水
„
神岡鉱山跡地
„
1991年∼1996年建設
„
φ39.3m×h41.4m
„
・地下1000m
39
http://www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp/doc/index_j.html
研究施設
地下式無重力実験施設
地下式無重力実験施設
•
•
•
•
全長
710m
•
•
•
•
•
科学技術庁「ジオトピア」計画の一
環
北海道砂川鉱山の既存立坑利用
地下710m
100mで5秒間無重量
500mで10秒間無重量
精度の良い実験が容易に出来る
データの回収早い
実験コスト安い
気象条件の影響ない
将来の宇宙ステーションにおける
製造技術確立の基礎実験
http://www.aist.go.jp/HNIRI/chap1/chap1.html 40
20
地下施設の利用例(スポーツ、レジャー)
ノルウェー、ヨービック市、オリンピックマウンテンホール(参4)
41
地下施設の利用例:
地下施設の利用例:
コンサートホール(遮音性)
コンサートホール(遮音性)
フィンランド
42
21
大深度地下の公共的使用に関する特別措置法
大深度地下の公共的使用に関する特別措置法
(平成13年4月1日施行予定)
(平成13年4月1日施行予定)
対象地域
対象地域
当面は首都圏、近畿圏、中部圏
対象事業
対象事業
道路、鉄道
治水・利水施設(河川、水路、貯水池等)
電気、ガス、上下水道
電気通信(ケーブル)
郵便は対象となっていない
43
地下空間利用のために当面なすべきこと(参4)
44
22
大深度地下の定義
大深度地下の定義
大深度地下の公的使用に関する特別措置法:平成13年4月施行予定)
直接基礎
杭基礎
40m
40m
15m
どちらか深い方
10m
どちらか深い方
45
大深度法成立に伴う国の動き
大深度法成立に伴う国の動き
国土交通省(旧国土庁)
国土交通省(旧国土庁)
大深度地下利用に関する技術開発ビジョンを策定
大深度地下利用に関する技術開発ビジョンを策定
大深度地下利用に関する技術開発ビジョン検討委員会の創設
(平成12年12月∼平成14年3月)
委員長:黒川 洸(東工大教授)
委 員:大学関係者5名
事務局:国土交通省 都市・地域整備局 企画課 大深度地下利用企画室
今後の大深度地下利用にかかわる技術開発の在り方の検討
建設技術、垂直輸送技術、防災安全技術、環境制御技術等
大都市新生のための大深度地下利用についての検討
都市再生推進懇談会の提言等をベースとして地下空間利用が果
たすべき役割について検討
今後の大深度地下利用プロジェクトの可能性の検証
JAPIC、エン振協、都市地下空間活用研究会等からの提案プロジェクトを
参考として、それらの可能性を検証
46
23
次週 建設技術、関連技術
いかに安全に、経済的に地下空間を作るか
地盤の特性を知り、最新技術を使う
いかに地下空間を特性を活かし有効に利用するか
いかに地下を調べるか
47
参考文献
参1):Newton:増刊号”21世紀はこうなる“(1989-1992)
参2):「大深度地下利用」国土庁パンフレット
参3):”Geofront、ニューフロンティア、地下空間“土木学会編、技報堂出版(1990)
参4):地下都市―ジオ・フロントへの挑戦 地下空間利用研究グループ清文社 (1989)
参5):Soils & Foundations, Special Issue on Hyogoken-Nanbu Eq.(1996)
参6):「被害から学ぶ地震工学」伯野元彦、鹿島出版会(1992)
参7):「地下都市は可能か」平井堯編著、鹿島出版会(1991)
参8):「最新シールドトンネル」日経BP社(1994)
48
24
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地下空間を創造する - 東京工業大学土質研究室