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深度500mトンネルでの湧水量変化をリアルタイム予測 ―地下深部の掘削工事 効率性と安全性の向上に貢献―

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2026-10-16 日本原子力研究開発機構

日本原子力研究開発機構と大成建設の研究チームは、地下深部のトンネル掘削時に発生する湧水量の自然減少速度を、簡易な事前調査から予測する手法を開発し、北海道幌延町の地下研究施設で実証した。研究では、断層内に存在する地下水の通り道のつながり方に着目し、掘削前にボーリング孔から流出する地下水量の時間変化を測定して、湧水量が減少する速度を推定する。深度500mのトンネルでは、湧水量が掘削後1日で初期値の約10分の1、10日後には約100分の1に減少すると予測された。この結果を踏まえ、湧水対策工事を省略して掘削したところ、実際の湧水量は少ないまま工事を完了し、予測の妥当性が確認された。一方、深度350mの地点では湧水の減少が遅いと予測され、トンネルの配置を変更した。本手法は、長期間・高コストの透水試験を省略できる可能性があり、一般のトンネル工事に加え、高レベル放射性廃棄物の地層処分や地下備蓄施設の安全性・施工効率の向上に役立つと期待される。

深度500mトンネルでの湧水量変化をリアルタイム予測 ―地下深部の掘削工事 効率性と安全性の向上に貢献―

図 トンネル掘削における湧水量の予測手法のフロー図

<関連情報>

トンネル掘削中の断層帯や亀裂からの地下水流入量の自然減少率をリアルタイムで予測し、グラウト注入の実施の可否を判断するための応用 Real-time prediction of the natural decline rate of groundwater inflow from a fault zone or fractures during tunnel excavation and application to deciding on whether to implement grouting

Hiroaki Murakami, Eiichi Ishii & Keisuke Yagi

Bulletin of Engineering Geology and the Environment

Published:21 August 2026

DOI:https://doi.org/10.1007/s10064-026-05253-y

Abstract

Real-time prediction of the natural decline rate of groundwater inflow during tunnel excavation in faulted or fractured rock is crucial for deciding on whether to implement grouting. In this study, two pilot boreholes were drilled at the Horonobe Underground Research Laboratory, Japan, prior to the excavation of tunnels at depths of 350 and 500 m in faulted siliceous mudstone, and inflow from a fault zone (or fractures) in each borehole was analyzed using log–log plots of inflow rate versus elapsed time based on the hydraulic diffusion equation. The plots for both boreholes are characterized by a power law relationship. The plot for the tunnel at 500 m depth shows a steep slope indicating a rapid reduction in inflow. Accordingly, this tunnel was successfully excavated without pre-grouting. The results show that a log–log plot of inflow rate versus elapsed time, as obtained from a fault zone or fractures in a pilot borehole, can be used to rapidly predict the natural decline rate of inflow and determine whether grouting is needed for tunnel excavation.

0901土質及び基礎
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