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1 熱水変質帯における酸性化対策について 長崎南バイパス建設事務所建設課 中村泰博 太田尾孝則 1. はじめに主要地方道長崎南環状線は 長崎市内中心部の渋滞対策として計画され 長崎市大浜町の一般国道 202 号から女神大橋を経由し 同市早坂町の九州横断自動車道や長崎出島道路につながる道路で これまでに女神大橋を含むL=4. 0km区間が第 Ⅰ 期事業として平 成 17 年 12 月に供用開始 第 Ⅱ 期事業区間の内 戸町 I C~ 新戸町 I C区間のL=1. 1kmが平成 20 年 3 月に供用開始されている 現在 残りの新戸町 I C~ 田上 I C 区間のL=3. 1kmを平成 23 年 3 月の供用に向けて整備しているところである 今回報告する唐八景トンネルは その新戸町 I C ~ 田上 I C間に位置する延長 L=1,826 mのトンネルで 完成すれば県管理のトンネルでは3 番目に長いトンネルとなる 本トンネルは 事前の地質調査等により計画ルートに熱水変質帯が分布していることが確認され そこで発生する掘削土 ( 酸性化ずり) が周辺環境に害をもたらすことが懸念されたため その対策手法から対処結果に至るまでの実例を報告する 図 -1 位置図 2. 工事概要路線名 : 主要地方道長崎南環状線工事名 : 主要地方道長崎南環状線道路改良工事 ( 唐八景トンネル ) 工事箇所 : 長崎市上戸町 ~ 田上

2 道路規格 : 第 1 種第 4 級 ( 自動車専用道路 ) 設計速度 :V=60km/ h 工期 : 平成 18 年 12 月 19 日 ~ 平成 22 年 2 月 28 日施工延長 :L=1,826m 幅員 :W=6.5(8.0)m 掘削工法 :NATM 上半先進ベンチカット工法 ( 機械掘削 ) 3. 地形 地質概要本トンネル周辺の基盤岩は 長崎変成岩類とその上位に累積する長崎火山岩類からなる 田上の終点側坑口部に分布しているのが長崎変成岩類で 泥質及び砂質片岩類からなり 片理面が発達する異方性の強い岩盤である それに覆い被さるように分布しているのが長崎火山岩類からなる安山岩質凝灰角礫岩で トンネル中央部の星取から唐八景までの大半を占めており 本トンネルの代表地質でもある 直径数cm~ 数 10cmの安山岩の角礫を含む塊状の凝灰角礫岩であり 一部には多数の変質脈があり熱水変質帯が分布している 上戸町の起点側坑口部には 安山岩質溶岩及び安山岩質自破砕溶岩が分布し 塊状硬質な岩盤で 板状の節理も発達していたが 密着性があり非常に堅固な岩盤であった 図 -2 地質平面縦断図と熱水変質帯 ( 当初推定 ) 4. 熱水変質帯と酸性土について 4.1 熱水変質帯とは熱水変質とは マグマが地下深所で固結する場合 温度低下に従って熱水流動溶液に変わる この熱水が高濃度の塩水と考えられており 地下から上昇した熱水が周辺の岩盤と反応し 母岩の成分 組成を変化させ強固な岩盤をも脆弱な変質岩に変えてしまう作用がある また 熱水変質帯では 熱水流動溶液の組成により様々な化学成分 ( 元素 ) が化学反応し 重金属類や有害物質を生じることが多いなど 様々な弊害を起こす場合がある

3 4.2 熱水変質帯の分布状況熱水変質帯の分布については 既往の地表踏査 ボーリング調査 電気探査の結果から トンネル計画ルートにおいて測点 No.323 ~ 352 までの約 600m 区間 (1~2ゾーン ) が熱水変質作用を受けているものと推定した 図 -3 電気探査結果等による熱水変質帯分布図 4.3 熱水変質帯の特徴 ( 酸性化 ) 本トンネルに出現する熱水変質帯の大きな特長は多量の黄鉄鉱を含有することにある この黄鉄鉱は 地下の還元環境では安定して存在しているが 野外で長期間風雨に暴露された場合 酸化反応により水や酸素と反応し酸性の硫酸を生成する ( 下記反応式参照 ) FeS + 7/ 2O + H O Fe + 2SO + 2H ( 黄鉄鉱 ) ( 酸素 ) ( 水 ) ( 二価鉄イオン ) ( 硫酸イオン ) FeSO4 + H2SO4 ( 硫酸第一鉄 ) ( 硫酸 ) 黄鉄鉱の酸化反応により生成された硫酸イオンにより 周辺環境 ( 土壌 ) は ph が低下し 有害金属類が溶出することがあるが 本トンネルにおける事前の溶出試験では 有害金属類は確認されなかった 2+ また 二価の鉄 (Fe ) は バクテリアによっ 3+ て酸化され 三価の鉄 (Fe ) となるが この鉄 は水に非常に溶けにくいため 褐色の沈殿を生じることとなる 写真 -1 熱水変質帯露頭状況 本トンネルにおいて 事前に行った溶出試験 ( 水溶出 過酸化水素水溶出 ) の結果 表 -1のとおりpH 値が排出基準外を示すことが確認されたことにより トンネル掘削ずり及びトンネル地山の将来懸念される酸性化に対する対策が必要となった

4 ph 試験結果 BV3-1 BV3-2 BV6-1 BV6-2 試験孔 1-1 試験孔 2-1 水溶出 過酸化水素水溶出 環境省 排出基準:pH5.8~8.6 は排水基準値外を示す 表 -1 溶出試験結果 ( 水溶出 過酸化水素水溶出 ) 5. トンネル ( 酸性化懸念土 ) 掘削にあたっての問題点とその評価 判定手法 5.1 酸性化の問題点本トンネルにおける熱水変質帯の施工上の問題点は 以下のとおりであった 1 酸性化ずり ( 酸性土 ) の処理方法簡易 ph(h 2 O 2 ) 試験主要地方道長崎南環状線道路改良工事 ( 唐八景トンネル ) 調査件名先進ボーリング試験日 2トンネル支保工の腐食対策調査番号第 1 回 (No.1) 削孔地点 No 試験者 3 重金属対策 平成 20 年 5 月 6 日本田俊徳 写真貼付位置 写真サイズ 5.2 先進ボーリングコアによる酸性化評価 判定高さ : 9cm 幅 :12cm 施工上の問題点を解決するにあたり 先進ボーリングを実施し 酸性土 ( 酸性化が懸念される土 ) であるか否かの評価判定 ( 簡易 ph 試験 ) を行った 写真 -2 コア簡易 ph 試験先進ボーリングは コアの採取率は落ちるが作業進度が速いロータリーパーカッション工法を採用し 削工は切羽が止まる土日を中心に行い切羽の進行に極力影響を与えないようにした 耐酸性支保パターンの早期確定のため 1 施工当たりの先進ボーリングの延長を200m 程度まで延ばしたかったが 孔荒れや突発的な出水等のため平均 10 0m 程度の掘削となった 結果的には延長が短くなった分 トンネル平面線形とほぼ同じライン上で 現場に即した判定が可能となった ( ボーリング回数 6 回 総延長 730m) ボーリングコア判定の結果 酸性化区間は連続的ではなく局所的 ( 特に3 5 回目が 顕著 ) に点在していることが判明し 当初想定 ( 約 600m) の約半分の約 280m 熱水変質帯についても連続的ではないが 区間としては約 700m 区間と判断した 図 -4 先進ボーリング施工位置平面図及びコアによる酸性化判定結果

5 6. ずり処理について酸性化が懸念される掘削土の処理方法としては 大きく分けると中和剤により中和させ る方法と 水 空気を遮断する方法がある 中和剤による方法は理論上可能ではあるが 酸性化の時期を確実に予測できないため 中和剤がその効力を失った後に掘削土が酸性化した場合 土壌は強酸性化する懸念がある 水と空気を遮断する方法としては 遮水工を施した管理型土捨場 あるいは海中投棄がある 本トンネルにおけるずり処理の検討を行った結果 時津 10 工区における海中投棄が安全性 確実性の点から最も効率的で経済的であると判断した 実際のずり処理については 先進ボーリングコア及び掘削土の判定結果を確認しながら 熱水変質帯区間 ( 酸性化懸念土に挟まれた区間も含めた ) 約 L=700m 間の全ての掘削土を10 工区へ搬出し 安全性に期した処置が出来た なお 投棄作業過程上 一時的に地上露出している掘削土の適正管理のため 酸化状況を簡易 ph 試験により定期的に確認し 酸性化が認められた場合は直ちに掘削土の海中投棄を指示することとした また 海中投棄を行う時津 10 工区の水質モニタリングについては 土地開発公社が定期的に環境調査を行っており 海中投棄における影響はなかったとの報告を受けている 図 -5 海中投棄概念図写真 -3(a) ずり処理 ( 運搬 ) 写真 -3(b) 海中投棄 7. トンネル支保工の腐食対策酸性化区間におけるトンネル支保工の腐食対策の耐酸性支保としては 1) 吹付コンクリートを普通ポルトランドセメントから耐酸性に有利な高炉 Bに 2) ロックボルトをエポキシ樹脂コーティング仕様とし充填剤を耐酸性定着剤に 3) 防水シートにおいては通常 ( 0.8 mm ) よりも厚く2mmに 以上を当初設計として工事発注を行った 腐食対策仕様のロックボルトは材料入荷に約 1.5ヶ月必要であったが 先進ボーリングコアによる判定を行ったことで材料入手が容易となった また 防水シートについては現地掘削土による腐食試験の結果 0.8mm 2.0mm ともに問題が無かったため 酸性化区間の防水シート全てを一般区間と同様 0.8mm とした なお 先進ボーリングによる事前調査により確実な判断が可能となったことで 当初想

6 定していた酸性化による腐食対策区間約 600mを約 280mに短縮することが可能となり コスト縮減が図られた 8. 重金属対策重金属等の有害物質分析についてもトンネル掘 削と同時並行的に行った 内容的には 土壌環境基準による土壌含有量 土壌溶出量試験を実施したが 含有量は極微量であり全ての分析項目において基準値を大きく下回った 土壌含有量試験 土壌溶出量試験 計量対象 基準値 第 1 回第 2 回第 3 回第 4 回 No No No No カドミウム及びその化合物 150 mg/kg 以下 2.0 未満 1.0 未満 1.0 未満 1.0 未満 2 六価クロム化合物 250 mg/kg 以下 10 未満 1.0 未満 1.0 未満 1.0 未満 3 シアン化合物 ( 遊離シアンとして ) 50mg/kg 以下 5.0 未満 1.0 未満 1.0 未満 1.0 未満 4 水銀及びその化合物 15 mg/kg 以下 0.1 未満 0.1 未満 0.1 未満 0.1 未満 5 セレン及びその化合物 150 mg/kg 以下 1.0 未満 1.0 未満 1.0 未満 1.0 未満 6 鉛及びその化合物 150 mg/kg 以下 20 未満 1.0 未満 1.0 未満 3 7 砒素及びその化合物 150 mg/kg 以下 1.0 未満 1.0 未満 ふっ素及びその化合物 4000 mg/kg 以下 50 未満 ほう素及びその化合物 4000 mg/kg 以下 未満 50 未満 50 未満 1 カドミウム及びその化合物 0.01 mg/l 以下 未満 未満 未満 未満 2 六価クロム化合物 0.05 mg/l 以下 未満 未満 未満 未満 3 シアン化合物 検出されないこと 不検出 不検出 不検出 不検出 4 水銀及びその化合物 mg/l 以下 未満 未満 未満 未満 5 アルキル水銀 検出されないこと 不検出 不検出 不検出 不検出 6 セレン及びその化合物 0.01mg/L 以下 未満 未満 未満 未満 7 鉛及びその化合物 0.01mg/L 以下 未満 未満 未満 8 砒素及びその化合物 0.01mg/L 以下 ふっ素及びその化合物 0.8 mg/l 以下 0.08 未満 未満 ほう素及びその化合物 1mg/L 以下 0.1 未満 0.1 未満 0.1 未満 0.1 未満 単位 : 含有量 =mg/kg 溶出量 =mg/l 表 -2 土壌含有量 土壌溶出量試験結果 9. まとめ 掘削土の処理先に10 工区を選定したことは 当方の処理方法 目的 ( 酸性化させない) である海中投棄と 10 工区の大口埋立 ( 約 5 万m3 ) が可能となり 双方の意向が合致し有 効だった ( 土地開発公社と大口契約を締結し 処理単価 を通常単価から安価な単価で投棄が出来た ) 問題の黄鉄鉱は 既往調査通り出現があり その対策と して前準備ができたことは 適正処理につながったわけで あり 既往調査が有効であったこと それを活用出来たこ とが 今回の成果につながった 熱水変質帯は局所的で連 続性はないが 熱水変質作用を受けている区間としてはほ ぼ想定通りだった ( 約 600m 約 700m ) 写真 -4 黄鉄鉱の結晶 先進ボーリングのコアは酸性土判定以外に切羽 ( 岩盤 ) 予測の指標となるものと想定していたが 実際の切羽 ( 岩盤 ) は殆ど違ったものとなり 切羽面で言えば一点だけのコアでの判断は難しいことを痛感した しかし 先進ボーリングで第 2の目的である事前水抜き ( 最大 120 0l / 分 ) が出来たことは 切羽進捗に効果的であった 今回は詳しく触れることが出来なかったが 切羽判定委員会においては 各委員からの様々な意見や活発な議 論により切羽審議が行なわれたことも報告したい 写真 -5 ホ ーリンク 孔からの出水

様式処 3 号 最終処分場水質検査の記録 最終処分場名 : 守山南部処分場 測定対象 : 放流水 試料採取場所 : 調整槽放流水試料採取口 試料採取年月日 H H H H H H 測定結果の得られた年月日 H30.5.7

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