早稲田大学大学院理工学研究科
博 士 論 文 概 要
論 文 題 目
残存地下空洞による地盤の変状とその対策に関する研究
A Study on Ground Failures and Subsidence due to Existing Underground Cavities and Countermeasures
申 請 者
坂 本 昭 夫 Akio Sakamoto
2006
年12
月全 国 に は ， 地 下 資 源 を 採 掘 し た 後 に 放 置 さ れ た 鉱 山 廃 坑 の 地 下 空 洞 や 廃 棄 さ れ た 地 下 施 設 の 空 間 が 至 る 所 に 残 さ れ て い る ． 前 者 の 例 で は ， 石 炭 ・ 亜 炭 ・ 金 属 ・ 非 金 属 鉱 山 の 廃 坑 ， 大 谷 石 に 代 表 さ れ る 地 下 採 石 場 跡 ， 戦 時 中 の 地 下 壕 な ど が あ る ． ま た ， 後 者 で は ， 廃 棄 ト ン ネ ル や 廃 棄 埋 設 管 な ど が あ げ ら れ る ． さ ら に ， 鍾 乳 洞 ， 火 山 洞 な ど の 自 然 形 成 の 地 下 空 洞 も 各 地 に 散 見 さ れ る ．
こ れ ら の 空 洞 や 空 間 を 支 え る 壁 ， 柱 あ る い は 天 盤 な ど の 部 位 は ， 侵 入 し た 地 下 水 の 乾 湿 な ど に よ る 劣 化 や 長 期 間 作 用 す る 荷 重 に よ る ク リ ー プ の 影 響 に よ っ て 破 壊 さ れ ， そ の 影 響 が 地 表 に 伝 播 し て 地 表 面 や 地 上 の 構 造 物 が 突 然 陥 没 や 沈 下 を 引 き 起 こ す こ と が あ る ． ま た ， 近 い 将 来 東 海 地 震 の よ う な 巨 大 地 震 が 列 島 各 地 に 襲 来 す る と 予 想 さ れ て い る が ， 特 に 廃 坑 な ど が 大 き な 地 震 動 を 受 け る と ， 不 安 定 な 坑 内 の 残 柱 や 坑 道 の 天 盤 が 広 範 囲 に わ た っ て 大 崩 壊 を 起 こ す こ と が 想 定 さ れ る ． こ の よ う に 地 下 に 潜 む 放 置 さ れ た 空 洞 や 空 間 は ， 常 に 住 民 の 命 や 財 産 を 脅 か し て お り ， 各 地 で 深 刻 な 社 会 問 題 と な っ て い る ．
対 策 と し て 有 効 な の は ， 被 害 の 原 因 除 去 と な る よ う に 地 下 空 洞 を 埋 め 戻 す こ と で あ る ． 地 下 空 洞 を 埋 め 戻 す 方 法 と し て ， 固 化 材 ， 土 質 材 料 （ 母 材 ） お よ び 水 を 練 り 混 ぜ た ス ラ リ ー 状 の 充 て ん 物 （ 充 て ん 材 ） を ， 地 上 よ り ボ ー リ ン グ 孔 （ 充 て ん 孔 ） を 通 じ て 空 洞 内 に 注 入 し て 固 化 さ せ る 空 洞 充 て ん 工 法 が あ る ． 空 洞 充 て ん 工 法 は も と も と 亜 炭 廃 坑 対 策 と し て 開 発 さ れ た 工 法 で ， 東 海 地 方 で 主 に 施 工 さ れ て い る ． 空 洞 充 て ん 工 法 の 開 発 当 時 は ， 固 化 材 に は セ メ ン ト の 他 に 火 力 発 電 所 で 発 生 す る 排 煙 脱 硫 石 膏 や 消 石 灰 が ， ま た 母 材 に は 脱 水 ケ ー キ や 機 械 工 場 の 鍛 造 工 程 で 発 生 す る 集 塵 ダ ス ト な ど ， 市 販 材 料 以 外 に 各 種 の リ サ イ ク ル 材 料 の 有 効 利 用 な ど も 視 野 に 入 れ て 室 内 実 験 や 試 験 施 工 を 行 い な が ら 検 討 さ れ た ． 今 日 で は ， 固 化 材 と し て セ メ ン ト 系 固 化 材 を ， 母 材 と し て 砕 石 工 場 産 の 脱 水 ケ ー キ を 用 い た 配 合 が 標 準 と な っ て い る ． ま た ， 試 験 施 工 や 実 施 工 を 通 じ て ， 品 質 管 理 や 施 工 管 理 の 標 準 が 確 立 さ れ て い る ．同 工 法 が 対 象 と す る 空 洞 は ，深 さ が 数 m～1 0 0 m 程 度 で ， 空 洞 の 大 き さ が 数 百 m3～ 数 万 m3 と 適 用 範 囲 が 広 く ， 中 規 模 か ら 大 規 模 な 空 洞 の 埋 め 戻 し に 対 し て 効 率 が よ い ．
本 論 文 は ，東 海 地 方 の 亜 炭 廃 坑 の 実 態 と 廃 坑 に 起 因 す る 陥 没 ･ 沈 下 な ど の 地 盤 変 状 の 危 険 度 評 価 を 1 つ の 事 例 と し て 取 り 上 げ ， こ の よ う な 空 洞 災 害 防 止 に 必 要 な 対 策 技 術 に 関 す る 研 究 に つ い て ま と め た も の で あ る ．
対 策 技 術 に 関 す る 研 究 は 主 に 2 つ の 研 究 よ り 成 る ．1 つ は 広 い 空 洞 の 一 区 画 を 充 て ん す る 限 定 充 て ん 工 法 の 開 発 に 関 す る 研 究 で あ る ． 元 来 ， ス ラ リ ー 状 態 の 充 て ん 材 は 高 い 流 動 性 を 有 す る こ と か ら ，1 つ の 充 て ん 孔 か ら 注 入 し た 充 て ん 材 を 空 洞 内 の 遠 方 に ま で 送 る こ と が 可 能 で あ り ，そ れ ゆ え ，充 て ん 孔 の 本 数 が 少 な く ， ま た 空 洞 が 複 雑 な 形 状 を 成 す 場 合 で も 均 質 に 充 て ん で き る こ と が 特 徴 で あ っ た ． と こ ろ が ， 新 設 さ れ る 道 路 や 鉄 道 の 直 下 に あ る 一 部 の 空 洞 を 充 て ん す る 場 合 ， そ の 高 い 流 動 性 が 災 い し ， 対 象 範 囲 外 へ も 大 量 に 流 出 す る 課 題 が あ っ た ． こ の 課 題
に 対 し ， 流 動 性 を 制 御 で き る 限 定 充 て ん 工 法 を 開 発 し ， 実 工 事 に 適 用 し て そ の 有 効 性 を 検 証 し た ． こ の 研 究 の 成 果 は ， 従 来 用 い ら れ て き た 充 て ん 材 の 特 徴 で あ る 良 好 な 充 て ん 性 を 活 か し な が ら ， 地 下 空 洞 の 限 定 範 囲 を 確 実 に ， ま た 効 率 よ く 充 て ん す る 工 法 を 確 立 し た こ と で あ る ．
2 つ め の 研 究 は ， 充 て ん 材 の 母 材 と し て ， こ れ ま で 用 い ら れ て き た 材 料 ， す な わ ち ， 東 海 地 方 の 砕 石 工 場 で 山 砂 利 選 別 時 に 発 生 す る 脱 水 ケ ー キ 等 に 代 わ る あ ら た な リ サ イ ク ル 材 料 の 適 用 性 に 関 す る 研 究 で あ る ． 充 て ん 工 法 は 東 海 地 方 の 亜 炭 廃 坑 を 対 象 と し て 先 人 の た ゆ ま な い 工 夫 で 技 術 の 改 良 と 検 証 を 重 ね ，多 数 の 実 績 を 有 し ，空 洞 の 埋 め 戻 し を 効 率 よ く 施 工 で き る 対 策 工 法 と し て 一 定 の 完 成 を み た 総 合 技 術 で あ る が ，ま だ 東 海 地 方 以 外 の 全 国 各 地 に 残 存 す る 地 下 空 洞 や 空 間 に 適 用 し た 事 例 は 少 な い ．し か し ，そ の 材 料 的 な 特 性 や 品 質 管 理 方 法 を も っ て こ れ ら の 空 洞 ・ 空 間 に 対 す る 対 策 と し て 適 用 す る 場 合 に も 非 常 に 有 効 で あ る と 考 え ら れ る ．そ の た め に は ，東 海 地 方 で 産 す る 砕 石 工 場 産 の 脱 水 ケ ー キ 等 に 代 わ る あ ら た な リ サ イ ク ル 材 料 を 充 て ん 材 の 材 料 と し て 用 い る こ と が 必 要 に な る ．こ の 研 究 の 成 果 は 地 域 に 限 定 さ れ な い 各 種 の リ サ イ ク ル 材 料 に つ い て ，充 て ん 材 に 用 い た と き の 適 用 性 を 明 ら か に し た こ と で あ る ．ま た ，こ れ に よ り リ サ イ ク ル 材 料 の 新 し い 有 効 利 用 分 野 の 確 立 に 1 つ の 方 向 性 を 示 し た こ と で あ る ．
本 論 文 は ６ 章 か ら 構 成 さ れ て お り ， そ の 概 要 は 以 下 の 通 り で あ る ．
第 １ 章 は 序 論 で あ り ， 空 洞 対 策 技 術 に 関 す る 従 来 の 研 究 ・ 開 発 の 現 状 を 述 べ た 上 で ， 本 研 究 の 目 的 に つ い て 述 べ た ．
第 ２ 章 で は ， 地 下 空 洞 に よ る 地 表 面 の 陥 没 ・ 沈 下 の 事 例 と 既 存 の 対 策 技 術 と し て ， 国 内 の 石 炭 ・ 亜 炭 ・ 金 属 ・ 非 金 属 鉱 山 廃 坑 ， 地 下 採 石 場 跡 ， 地 下 壕 な ど の 各 種 地 下 空 洞 の 形 態 ， 成 因 ， 管 理 状 態 お よ び 石 炭 ・ 亜 炭 鉱 山 廃 坑 の 陥 没 ・ 沈 下 な ど の 被 害 形 態 お よ び 海 外 の 鉱 山 廃 坑 と 被 害 状 況 に つ い て 事 例 を 挙 げ て 述 べ て い る ．ま た ，空 洞 対 策 技 術 を 系 統 分 類 し ，適 用 性 一 般 お よ び そ の な か で 特 に ス ラ リ ー 埋 め 戻 し に 分 類 さ れ る 代 表 的 な 空 洞 充 て ん 工 法 ，流 動 化 処 理 工 法 ，気 泡 混 合 土 工 法 ，セ メ ン ト ベ ン ト ナ イ ト 注 入 工 法 を 取 り 上 げ ，材 料 ，施 工 方 法 ，経 済 性 お よ び 適 用 性 に つ い て 整 理 し た ．
第 ３ 章 は ， 東 海 地 方 に お け る 亜 炭 廃 坑 の 危 険 度 と 対 策 と し て ， 最 初 に ， 東 海 地 方 の 亜 炭 廃 坑 の 実 態 ，実 験 や 観 察 等 に よ り 得 ら れ た 亜 炭 廃 坑 の 破 壊 形 態 お よ び 岐 阜 県 御 嵩 町 に お け る 亜 炭 廃 坑 の 危 険 度 評 価 を 一 つ の 事 例 と し て 取 り 上 げ た ．次 に ，こ の よ う な 空 洞 災 害 に 必 要 な 対 策 と し て こ の 地 方 で 行 わ れ て き た 空 洞 充 て ん 工 法 の 概 要 を 述 べ ， さ ら に ， 亜 炭 廃 坑 の 鉱 害 と 脱 水 ケ ー キ な ど の 産 業 副 産 物 の 処 分 な ど ， 工 法 開 発 に 至 っ た 東 海 地 方 の 社 会 問 題 を 背 景 と し て 旧 通 産 省 名 古 屋 通 産 局 の 委 員 会 に お い て 検 討・開 発 さ れ た 当 初 の 工 法 技 術 と ，今 日 確 立 さ れ た 工 法 の 材 料 ，計 画 ， 設 計 ， 施 工 方 法 （ 品 質 管 理 ， 環 境 管 理 を 含 む ） お よ び そ の 課 題 に つ い て 詳 述 し た ．
第 ４ 章 は 限 定 充 て ん 工 法 の 開 発 と し て ， 限 定 充 て ん 工 法 の 原 理 を ， 充 て ん 材 の
材 料 と 施 工 方 法 か ら 概 説 す る ．そ し て ，そ の な か の 緩 勾 配 タ イ プ の 限 定 充 て ん 工 法 に つ い て ，東 海 環 状 自 動 車 道 お よ び 可 児 御 嵩 バ イ パ ス の 対 策 を 対 象 に し た 試 験 施 工 に よ る 工 法 の 確 立 と 実 施 工 を 通 じ た 検 証 結 果 に つ い て 述 べ た ．次 に ，急 勾 配 タ イ プ の 限 定 充 て ん 工 法 に つ い て ，大 谷 石 採 石 場 跡 の 市 道 陥 没 対 策 を 対 象 に し た 試 験 施 工 に よ る 工 法 の 確 立 と 実 施 工 を 通 じ た 検 証 結 果 に つ い て 述 べ た ．
第 ５ 章 は あ ら た な リ サ イ ク ル 材 料 を 活 用 し た 充 て ん 材 の 適 用 性 と し て ，最 初 に ， リ サ イ ク ル 材 料 を 充 て ん 材 の 材 料 と し て 用 い る こ と の 意 義 を 述 べ ，国 内 に お け る 副 産 物 の 発 生 ・ 処 理 状 況 に つ い て 整 理 し た ．次 に ，東 海 地 方 以 外 で 発 生 す る 脱 水 ケ ー キ ， 建 設 残 土 ， ペ ー パ ー ス ラ ッ ジ 焼 却 灰 ， 石 炭 フ ラ イ ア ッ シ ュ ， 溶 融 ス ラ グ ， 下 水 汚 泥 焼 却 灰 に つ い て の 適 用 性 一 般 に つ い て 記 述 し た ．さ ら に ，そ の な か で 性 状 の 安 定 性 や 供 給 量 お よ び 取 り 扱 い の 容 易 さ か ら ，石 炭 フ ラ イ ア ッ シ ュ ，溶 融 ス ラ グ ，下 水 汚 泥 焼 却 灰 の 3 つ の 材 料 種 類 を 取 り 上 げ て ，そ の 物 理 特 性（ フ ロ ー 値 ，ブ リ ー デ ィ ン グ 率 ， 一 軸 圧 縮 強 度 ） お よ び 環 境 影 響 性 （ 有 害 物 質 溶 出 量 ） に 関 す る 室 内 試 験 結 果 に つ い て 分 析 し ， 品 質 目 標 値 を ク リ ア す る 配 合 可 能 範 囲 か ら ， こ こ で 取 り 上 げ た 材 料 に つ い て の 標 準 配 合 を 設 定 し た ．
第 ６ 章 は 結 論 を 述 べ た 章 で あ り ， 残 存 空 洞 の 危 険 度 評 価 お よ び 空 洞 対 策 技 術 と し て の 空 洞 充 て ん 工 法 に 関 す る 研 究 ・ 開 発 成 果 を 総 括 し た ．ま た ，残 さ れ た 課 題 を 解 決 す る た め の 方 向 性 を 示 し た ．
研 究 業 績
種 類 別 題名， 発表・発行掲載誌名， 発表・発行年月， 連名者（申請者含む）
○論文
○論文
○論文
○論文
○論文
○講演
○講演
○講演
○講演
リサイクル材料の空洞充填材への適用性，
材料，第54巻 第11号，pp.1123-1128，2005年11月，
坂本昭夫，山田紀利，岩城圭介，川本朓万
An Integrated Cavity Filling Technique for Abandoned Underground Room and Pillar Lignite Mines and Underground Quarries,
Post-Mining Symposium, CD-ROM, November 2005,
Akio SAKAMOTO, Noritoshi YAMADA, Kenrou SUGIURA and Masanori HAMADA
Some Example of the Cavity Filling along Transportation Routes above Abandoned Room and Pillar Lignite Mines in Tokai Region，
Post-Mining Symposium, CD-ROM, November 2005,
Akio SAKAMOTO, Noritoshi YAMADA, Kenrou SUGIURA and Toshikazu KAWAMOTO
地下空洞限定充てん工法の開発と施工，
土木学会論文集F，Vol.62，No.3，pp.546-557，2006年8月，
坂本昭夫，杉浦乾郎，山田紀利，岩城圭介
Failure Modes and Responses of Abandoned Lignite Mines Induced by Earthquakes and the Evaluation of their Stability,
4th Asian Rock Mechanics Symposium, CD-ROM, November 2006,
Akio SAKAMOTO, Noritoshi YAMADA, Kenrou SUGIURA, Ömer Aydan, Hisataka TANO and Masanori HAMADA
下水汚泥焼却灰を活用した空洞充填材の研究，
第40回地盤工学研究発表会講演集，pp.597-598，2005年7月，
坂本昭夫，橋本雅宏，金住健一，杉浦乾郎，石合伸幸，山田紀利，岩城圭介
下水汚泥焼却灰を用いた空洞充填材の強度特性，
土木学会第60回年次学術講演会講演会概要集，pp.135-136，2005年9月，
坂本昭夫，橋本雅宏，金住健一，杉浦乾郎，石合伸幸，山田紀利，岩城圭介
急結剤を用いた限定充填工法用充填材の開発，
土木学会第61回年次学術講演会講演概要集，pp.867-868，2006年9月，
坂本昭夫，岩城圭介，杉浦乾郎，石合伸幸，和田幸二郎，岩城圭介
限定充填工法の急勾配隔壁を形成する充填材の開発と適用，
とびしま技報（土木），No.55，
坂本昭夫，杉浦乾郎，石合伸幸，和田幸二郎，脇田昌彦，岩城圭介（掲載決定）
研 究 業 績
種 類 別 題名， 発表・発行掲載誌名， 発表・発行年月， 連名者（申請者含む）
論文
論文
総説
講演
講演
講演
講演
講演
講演
A Real-time Monitoring System for the Assessment of Stability and Performance of in Abandoned Room & Pillar Lignite Mines,
Post-Mining Symposium, CD-ROM, November 2005,
Ömer Aydan, Hisataka TANO, Akio SAKAMOTO, Noritoshi YAMADA and Kenrou SUGIURA
The Characteristics of Soft Rocks and their Effect on the Long Term Stability of Abandoned Room and Pillar Lignite Mines,
Post-Mining Symposium, CD-ROM, November 2005,
Ömer Aydan, Akio SAKAMOTO, Noritoshi YAMADA and Kenrou SUGIURA and Toshikazu KAWAMOTO
地下空洞陥没対策に有効な充填工法の開発，
電力土木，No.308，pp.105-109，2003年11月，
杉浦乾郎，石合伸幸，山田紀利，坂本昭夫
亜炭廃坑の地震時における安定性と破壊形態，
第17回中部地盤工学シンポジウム論文集（地盤の補強），pp.67-76，2005年8月，
太田良巳，アイダン･オメル，杉浦乾郎，坂本昭夫，山田紀利
地震による亜炭廃坑の破壊形態とその安定性の評価，
第35回岩盤力学に関するシンポジウム講演論文集，pp.57-62，2006年1月，
太田良巳，アイダン オメル，杉浦乾郎，坂本昭夫，山田紀利
充填工法に用いる各種リサイクル材料の研究，
第38回地盤工学研究発表会講演集，pp.649-650，2003年7月，
栗山隆之，杉浦乾郎，坂本昭夫，山田紀利，石合伸幸，松本博幸，岩城圭介
多様な副産物を利用した充填用CLSMの開発，
第39回地盤工学研究発表会講演集，pp.625-626，2004年7月，
杉浦乾郎，石合伸幸，坂本昭夫，山田紀利，岩城圭介
地下空洞対策のための調査と充填技術の現状，
第14回調査・設計・施工技術報告会発表論文集，pp.15-22，2005年6月，
山田紀利，杉浦乾郎，坂本昭夫，舟橋嘉浩
空洞充填材としての火山灰土の有効利用，
第41回地盤工学研究発表会講演集，2006年7月，
和田幸二郎，杉浦乾郎，石合伸幸，坂本昭夫，山田紀利，岩城圭介，阿部暢夫
研 究 業 績
種 類 別 題名， 発表・発行掲載誌名， 発表・発行年月， 連名者（申請者含む）
その他
（論文）
その他
（総説）
その他
（総説）
その他
（講演）
その他
（講演）
その他
（講演）
その他
（講演）
その他
（著書）
載荷試験データによる杭の水平抵抗特性に関する調査，
土木研究所資料，第2721号，1989年1月，
岡原美知夫，高木章次，中谷昌一，田口敬二，坂本昭夫
構造物基礎岩盤の調査と評価－岩盤上の直接基礎の鉛直支持力推定法－，
地質と調査，1988年第2号，pp.10-17，1988年2月，
岡原美知夫，坂本昭夫
S.Q.C構造物シリーズ第4回 高強度を生かした構造体，
土木施工，Vol.40 No.9, pp.92-96，1999年9月，
菊地眞，坂本昭夫，坂元健一郎，篠田佳男
港口附近における波の回折と物質の拡散，
海岸工学講演会論文集，Vol.25，pp.543-546，1978年，
松梨順三郎，春名誠治，坂本昭夫
水平載荷試験データによる杭の基準変位量に関する一考察（その1），
第24回土質工学研究発表会，pp.1345-1346，1989年6月，
岡原美知夫，高木章次，中谷昌一，田口敬二，坂本昭夫
水平載荷試験データによる杭の基準変位量に関する一考察（その2），
第24回土質工学研究発表会，pp.1347-1348，1989年6月，
岡原美知夫，高木章次，中谷昌一，田口敬二，坂本昭夫
SQCを用いた杭の試設計，
「超高性能コンクリート構造物」に関するシンポジウム論文集，pp.151-160，1998年8 月，
坂本昭夫，中井督介，佐藤元治，富沢勉，棚村史郎，河野秀明，浅沼潔
地盤工学・実務シリーズ8山留めの挙動予測と実際，
（社）地盤工学会，pp.251-258，1999年2月，
杉本隆男，坂本昭夫，他31名
