平成２６年度事業内容詳細
平成２６年度事業内容Business Contents
CO2地中中和処理の研究
1. 研究期間
平成26年4月～平成27年3月
2. 委員長
長田 昌彦氏 国立大学法人 埼玉大学 地圏科学研究センター 准教授
3. 参加機関
埼玉大学、日本大学、東海大学、応用地質株式会社、株式会社大林組、株式会社ニュージェック、株式会社ダイヤコンサルタント
4. 補助事業の概要
(1)事業の目的
環境汚染に関する関心は、1990年代に気候変動枠組条約、京都議定書の採択などを経てクローズアップされ、化石燃料への依存が高まる日本においては、CO2を削減する新たな技術開発が喫緊の課題となっている。この課題を解決するためのひとつの手法としてCO2の回収貯留CCS（Carbon Dioxide Capture and Storage)技術があるが、現状では石油増進回収法(Enhanced Oil Recovery: EOR)による石油生産技術をベースに検討され、大規模な排出源が近くにあることを前提とする広大な地上設備を必要としている。
本調査研究は、地下水利用の及ばない深部の石灰岩層内において、ボーリング孔からマイクロバブル化したCO2を溶解させた溶解水を直接圧入し、石灰岩盤層を中和させることにより、これらのシステムの成立性を検討することを目的とした。
平成26年度は、我が国における対象地盤の分布とそのCO2中和処理能力量の検討をはじめ、土槽実験を実施して現場の条件に近い状態でCO2溶解速度を予測したほか、CO2溶解水の地盤中への移動現象についても土槽実験をモデル化して既存解析コードによるシミュレーションで再現を行い本調査研究の成立性を確認した。
CO2地中中和処理システムのコンセプト
（2）実施内容
1）CO2中和処理能力の検討
我が国における中和化可能サイト及び実証サイト選定のための選択基準として、炭酸塩鉱物を含む岩盤が対象となるとした。その中でも今年度は、Caを多く含み、中和能力が高いと考えられる上総層群に着目し、分布や鉱物化学組成、地下水水質組成について、文献調査及び現地で採取した試料の分析、検討を行った。
2）室内岩石ブロックの通液試験
炭酸塩を含む岩盤では、主に炭酸カルシウムとCO2溶解水との反応により中和することから、地下水がアルカリである水槽での通液試験、中和化能力があると推定された岩石を用いた土槽での通液試験を実施した。試験は、最初に井戸をモデル化した透明なアクリル円筒を用いた試験を行い、マイクロバブルの発生と孔内でのCO2の溶解挙動を観察した。次に、砕石で満たした水槽に水酸化カルシウム溶液を流し込んで溶液をアルカリ性にし、CO2溶解水を注入する3次元ブロックの通液実験を行った。また、大型のブロック通液試験のほか、中和化能力のある砂岩を対象としたブロック模型のカラム通液試験も実施し、原位置での通液試験計画における参考とした。
3）実証実験に向けたモニタリングシステムの立案
既往文献調査により、豪州Otway Projectで実施された世界初の単孔原位置溶解試験のモニタリング手法について整理し、CO2注入部の温度・圧力から最適な注入量を決定する際の課題を整理した。フィールド試験計画として、上総層群を想定し、注入井、観測井の配置、注入井からCO2マイクロバブル水を注入する手法（CO2MB水）、これらのモニタリングシステムを立案した。
CO2マイクロバブル発生水槽模型実験の注入孔(左)と計測装置(右)
バブル供給位置での観察状況(左)とウレタン散気管CO2注入状況(右)
フィールド試験計画の候補地（上総層群）の地質モデル
5. 予想される事業実施効果
本調査研究の目指すところは、マイクロバブルによって直接CO2を溶解させた溶解水を炭酸塩によって中和するシステムの構築であり、中和処理できれば垂れ流しでもよく、浅くても深くてもよい。通常、酸性水の処理には、大規模な地上設備が必要であるが、このシステムではそれらを必要とせず、地中で酸性水を中和処理することが可能である。特に、CO2の中小規模排出源近傍で実施することが可能になれば、大規模な地上設備を必要としないことに加え、圧入コスト、輸送コストの削減効果が期待できる。
老朽化トンネル補強技術の研究
1. 研究期間
平成26年4月～平成27年3月
2. 委員長
辻 幸和 氏 公立大学法人 前橋工科大学学長
3. 参加機関
前橋工科大学、東京大学、（株）建設技術研究所、大成建設（株）
4. 補助事業の概要
(1)事業の目的
都市部の地下に建設されている地下鉄、共同溝トンネルといったトンネルでは、都市再開発等による外荷重変化や偏荷重の発生に伴う覆工コンクリートの変状といった事例が発生しており、都市の再生技術として老朽化したトンネルの耐力を増加させる補強技術の必要性が高まっている。また、東日本大震災を教訓として耐震補強のさらなる高性能化も必要とされている。
研究対象とする補強方法は、補強が必要な既設円形トンネルの内側に補強リングを組立て、補強リングと既設トンネルの間にセメントミルク充填用のゴムチューブを貼付け、補強リングを反力装置としてセメントミルク充填による圧力を加えて、既設トンネルを内側から外側へ押す力を与えることを原理とする。
本研究では、平成25年度に、材料選定検討、充填材加圧注入実験、三次元FEM解析による構造解析を行い、既設トンネルに悪影響を及ぼさない加圧注入圧の大きさならびに補強完了後の追加外荷重作用時の補強リングの荷重分担率を把握した。
平成26年度は、既設トンネル直径・土被りをパラメータとした構造解析により本技術の適用性に関する知見を広げるとともに、設計手法として汎用的な二次元フレーム解析手法の適用性を探ること、施工にあたっての課題への対処方法の検討ならびに簡易型ゴムチューブの適用性について検討を行った。
補強工事の施工イメージ
（2）実施内容
1）既設トンネルへの適用方法検討（三次元FEMパラメータ解析）
トンネル径としてφ4.3m、φ8.3mの2種類、土被り厚として15m、30mの2ケースを設定して三次元FEM解析を行い、各ケースの既設トンネルに悪影響を及ぼさない加圧注入圧の状況ならびに補強完了後の追加外荷重作用時の補強リングの荷重分担率の検討を行った。
2）設計方法の検討（二次元フレーム解析）
二次元フレーム解析によって、三次元FEM解析の再現を試みた。また、二次元フレーム解析によって、追加外荷重作用時の補強リングの荷重分担率の試算および補強リングと既設トンネルとの離隔発生に関する試算を行った。
3）簡易型ゴムチューブによるコストダウン実験検討
平成25年度の実験で使用したゴムチューブに対して、ノズル金具の簡素化ならびに端部閉止金具の省略を行った簡易型ゴムチューブによる加水圧実験を行い、0.3MPa程度の加水圧に対する止水性を確認した。
4）施工方法の検討
施工ステップ毎の主要な課題に対する対処方法を検討するとともに、必要と考えられる計測項目のピックアップを行い、望まれる施工フローを検討した。
ゴムチューブの加水圧実験装置
三次元FEM解析モデルと二次元フレーム解析モデルの例
三次元FEM解析と二次元フレーム解析結果の比較例
5. 予想される事業実施効果
本調査研究の補強方法の対象とするトンネルの大きさは直径2m程度の下水道トンネルから、直径10m程度の道路トンネルまで幅広く対応可能であり、補強リングの最適設計や補強に使用する機械設備などのコンパクト化と施工の迅速化によって、経済的に老朽化したトンネルを再生することができることから、市場規模の拡大に併せてインフラ施設再生事業として発展性が期待できる。
国土強靭化に資する地下空間利用の調査研究
1. 研究期間
平成26年5月～平成27年3月（平成26年度から平成27年度の2年間研究の初年度）
2. 参加機関
| 幹事会： | 幹事長：大成建設（株） 吉富 幸雄 氏 | |
| 副幹事長：（株）安藤・間 西村 毅 氏 | ||
| 幹事： | 三井住友建設（株）、佐藤工業（株）、佐藤工業（株）、飛島建設（株）、西松建設（株）、（株）アサノ大成基礎エンジニアリング、鹿島建設（株）（8社） | |
| （1）第一部会： | 部会長：（株）安藤・間 西村 毅 氏 | |
| 副部会長：三井住友建設（株） 中森純一郎 氏 | ||
| 委員： | 川崎地質（株）、（株）技研製作所、大成建設（株）、（株）竹中土木、中央開発東急建設（株） （8社） | |
| （2）第二部会： | 部会長：佐藤工業（株） 中山 洋 氏 | |
| 副部会長：飛島建設（株） 川端 康夫 氏 | ||
| 委員： | （株）安藤・間、応用地質（株）、（株）大林組、川崎地質（株）、清水建設（株）、（株）地球科学総合研究所、千代田化工建設（株）、鉄建建設（株）、電源開発（株）、日揮（株）（計12名、12社） | |
| （3）第三部会： | 部会長：西松建設（株） 平野 孝行 氏 | |
| 副部会長：（株）アサノ大成基礎エンジニアリング 藤川 富夫 氏 | ||
| 委員： | （株）安藤・間、応用地質（株）、川崎地質（株）、基礎地盤ｺﾝｻﾙﾀﾝﾂ（株）、佐藤工業（株）、ｻﾝｺｰｺﾝｻﾙﾀﾝﾄ（株）、JX日鉱探開（株）、大成建設（株）、（株）竹中工務店、鉄建建設（株）（計12名、12社） | |
| （4）第四部会： | 部会長：大成建設（株） 吉富 幸雄 氏 | |
| 副部会長：鹿島建設（株） 谷利 信明 氏 | ||
| 委員： | （株）奥村組、株木建設（株）、（株）熊谷組、鉱研工業（株）、（株）鴻池組、JR東日本コンサルタンツ（株）、東急建設（株）、飛島建設（株）、戸田建設（株）、西松建設（株）、前田建設工業（株）（計13名、13社） | |
3. 補助事業の概要
（1）事業の目的
東日本大震災の経験を契機に、政府は国土の防衛や災害時の国全体の産業活動の継続性を目的とした“国土強靭化”の方針を提示しており、平成25年12月には「強くしなやかな国民生活の実現を図るための防災・減災等に資する国土強靭化基本法」が公布・施行となりました。また、平成26年6月には「国土強靭化基本計画」が閣議決定され、政府は今後10年間を国土の再生と強化の期間とし、国土強靭化を推進しています。
さらに、平成26年4月にはエネルギー政策基本法に基づく第四次「エネルギー基本計画」が4年ぶりに閣議決定され、低炭素・水素社会の実現に向けた取組が加速しています。
このような国土の防災・減災や低炭素社会の実現を考えるとき、平時から大規模自然災害等に対して高い耐久性を有する地下空間の利用は非常に有効な手段となることから、将来の望ましい社会システムの構築等に資すること目的とする。
（2）実施内容
国民生活と産業に密接な関わりのある以下の基幹的インフラ4分野について検討を行う。
- 情報通信基盤に関する調査研究（第一部会）
- 産業エネルギー基盤に関する調査研究（第二部会）
- 都市生活基盤に関する調査研究（第三部会）
- 交通網基盤に関する調査研究（第四部会）
なお、本テーマは平成26年度および平成27年度の2年間検討を継続し、平成26年度については初年度として調査研究の基礎となる情報収集と課題の抽出を中心に活動し、報告書を作成した。
1）情報通信基盤に関する調査研究（第一部会）
東日本大震災では、地震動や津波による通信設備の被災や停電による通信サービスの停止など多くの情報通信に関する被害が発生した。
本部会では、国民生活と産業の防災と減災に資する情報の円滑化・保持のための情報通信基盤整備に関する提言を目的として、資料収集と整理分析を行った。
2）産業エネルギー基盤に関する調査研究（第二部会）
本年度は実態を把握するため、産業エネルギー基盤の脆弱性と強靭化施策について、我が国における産業エネルギーの実態、エネルギー施設の現状と課題についての調査を行い、関連施設の地下利用に関する検討候補をあげた。
次年度は検討対象施設の再精査と施設ごとの技術的課題、経済性、法的制約条件と効果の度合いについての検討を行い、実現可能かつ効果的な提言を行うための活動につなげていく。
3）都市基盤整備に関する調査研究（第三部会）
昨今の降雨形態や降雨強度の変化を踏まえた「新たなステージ」において、国土強靭化に向け治水・利水の両面から平常時・災害時を問わない水や水関連施設の利用のあり方について調査研究を進めるためには。災害に対する脆弱性や想定外といわれる最悪の事態、命を守ることや社会経済の壊滅的な被害の回避策を再認識する必要がある。
本年度は、法律の実態調査、災害・治水・利水の事例調査、国土強靭化地域計画モデル実施団体などへのヒアリングを実施することで、次年度の提言に向けた基礎的情報を整理した。
4）交通網基盤に関する調査研究（第四部会）
本年度は「交通ネットワークの防災と事業継続性確保のための交通基盤整備に関する提言」を目的として。実態を把握するために物流と人流に分けて調査を行った。物流については、全国における物資の流れを品目別および交通手段別に調査、東京圏の絞り込み調査を行った。人流については、実態調査によりマクロ的に交通手段の特性や種類をまとめ、さらに首都圏を中心にその詳細を調査した。
次年度は物流の合理化、効率化および機能強化を目的に、交通手段の連携、代替性による交通手段の多様性、多重性を確保するための地下空間の利用について検討を進めていく。
4. 予想される事業実施効果
ゼネコン・コンサルタント会社・エンジニアリング会社・メーカー等の幅広い業界からの委員で構成された地下利用推進部会の検討結果は、各業界を横断した英知の結晶である。
未来のよりより日本を作ってゆくために、災害に対してたくましい地下インフラ施設整備の検討のため資料として、未来の日本を担う全ての方々のための資料として使用されることを切望する。
