スイスおよび日本の排砂バイパストンネルの摩耗損傷の水理学的分析および対策提案

瑞士、日本除砂旁路隧道磨损水力分析及对策建议

基本信息

批准号：
14F04776
负责人：
角哲也
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2014
资助国家：
日本
起止时间：
2014-04-25 至 2017-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

世界で排砂バイパストンネル技術をリードする国はスイスと日本である．本研究では，日本の代表事例である新宮川旭ダムを対象に，流下した大量の砂礫によるトンネル底面内の摩耗損傷の状況および運用実績データを用いて，以下の課題に取り組んだ．１）摩耗予測式の精度向上：砂礫の衝突による摩耗損傷メカニズムの解明には、トンネル内高速流の流れ構造を明らかにすることが重要である．ここでポイントとなるのは，トンネルの縦断・平面線形，設計流速，流入する砂礫の粒度分布（平均粒径，最大粒径），岩質（石英の含有率など），土砂流下量，年間平均運用回数・日数などである．そこで、スイスでのAuel研究員の成果と旭ダムの運用データを組み合わせて、摩耗損傷の予測式の精度向上を行った．２）トンネルによる貯水池の長寿命化の定量的評価：日本の歴史的なバイパストンネルである神戸の布引五本松ダムや旭ダムの事例をもとに，バイパストンネルがいかにダム貯水池の長寿命化に貢献したかを示すためのダイヤグラムを提示した．また，トンネルから下流河道に供給される土砂が下流河道にどのような環境的な変化をもたらすのかを，スイスおよび日本の建設年代の異なる排砂バイパストンネルを有する複数のダムを対象に検討した結果，排砂バイパスによる土砂供給が明確に下流河道の河床材料および生物群集を変化させること，また，運用開始からの年数が経るとともにその影響が大きくなること，一方で，運用からかなり早期にその効果が発揮されることが明らかとなった．３）トンネル床面の摩耗損傷による運用管理面での許容範囲レベルの確認：トンネル床面の摩耗損傷が，運用管理面でどこまで許容されるかを，トンネル内部の水理構造から明らかにするために，京都大学桂キャンパスにおける水理実験施設を用いて基礎的な水理実験を実施し，その水理特性の変化を検討した．

除砂旁路隧道技术领先世界的国家是瑞士和日本。在这项研究中，我们以日本的代表性案例新宫川旭大坝为对象，利用大量砂石引起的隧道底部磨损和损坏状况以及运行性能数据解决了以下问题。 1）提高磨损预测公式的准确性：为了阐明碎石碰撞引起的磨损和破坏机制，阐明隧道内高速流的流动结构非常重要。这里的关键点是隧道的垂直和水平线形、设计流速、流入砾石的粒径分布（平均粒径、最大粒径）、岩石质量（石英含量等）、用量泥沙流量及年平均值包括作业次数、天数等。因此，我们将 Auel 研究员在瑞士的工作成果与 Asahi Dam 的运行数据相结合，以提高磨损和损坏预测公式的准确性。 2）隧道如何延长水库寿命的定量评估：基于日本历史悠久的绕行隧道、神户的布引五本松水坝和旭水坝的例子，我们将研究绕行隧道如何有助于延长水库的寿命。图表来显示所做的事情。另外，我们通过考察瑞士和日本不同年份修建的几座绕沙隧道大坝，调查了隧道向下游河道补沙引起的环境变化，泥沙旁路的补沙明显改变了河流。下游河道的床质和生物群落，随着运行时间的推移，效果越来越明显，这是有效的。 3) 运营管理方面隧道底板表面磨损程度的确认：从隧道内水工建筑物的角度明确隧道底板表面磨损损坏到何种程度是运营管理方面可接受的。我们使用京都大学桂校区的水力实验设施进行了基本水力实验，并检查了水力特性的变化。