(57)【要約】【課題】坑道の内周面を覆う支保工のひび割れや破壊を阻止することができる放射性廃棄物処分用トンネルを提供する。【解決手段】放射性廃棄物処分用トンネル１は、地山１２を掘削して坑道１１を形成し、該坑道１１の内周面を覆う環状の支保工２０を設けたものである。この放射性廃棄物処分用トンネル１において、支保工２０は、坑道１１の底部に設置されるセグメント２２ａが他の部位に設置されるセグメント２２よりも厚く形成され、底部を除く支保工２０と坑道１１との間に、砕石３１を充填した砕石層３０を設けることにより、重量の大きな人工バリア一体化モジュール２であっても安定して処分することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
地山を掘削して坑道を形成し、該坑道の内周面を覆う環状の支保工を設けた放射性廃棄物処分用トンネルであって、
前記支保工は、前記坑道の底部が他の部位よりも厚く形成され、
前記底部を除く前記支保工と前記坑道との間に、砕石を充填した砕石層を設けたことを特徴とする放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項２】
請求項１記載の放射性廃棄物処分用トンネルにおいて、
前記支保工の外周面と前記坑道の内周面との間の開放端を閉塞する妻壁を前記地山の掘削方向に向けて所定の間隔で設け、
各妻壁には、当該妻壁で閉塞された空間内に前記砕石を充填して前記砕石層を形成するための砕石充填口が形成されると共に、各砕石充填口を砕石充填作業後に充填材料によって閉塞したことを特徴とする放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項３】
請求項２記載の放射性廃棄物処分用トンネルにおいて、
前記底部の支保工には、前記砕石層に流入した地下水を前記坑道の延長方向へと排水する排水孔が形成されると共に、該排水孔を前記坑道の埋め戻し作業後、又は前記坑道の埋め戻し作業と同時期に充填材料によって閉塞したことを特徴とする放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項４】
請求項２又は３記載の放射性廃棄物処分用トンネルにおいて、
前記充填材料としてベントナイトを用いたことを特徴とする放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項５】
請求項１記載の放射性廃棄物処分用トンネルにおいて、
前記支保工は、鋼製枠に岩石ブロックを一体化して形成したセグメントを前記坑道の周方向に複数枚並べて構成したものであり、
前記周方向に複数枚並べたセグメントのうち、前記坑道の底部には、他の部位よりも厚く形成されたセグメントを配置したことを特徴とする放射性廃棄物処分用トンネル。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の放射性廃棄物処分用トンネルにおいて、
前記支保工の内部空間に定置される放射性廃棄物は、地上施設において放射性廃棄物を金属製容器と緩衝材とで人工バリアを構築して一体的にモジュール化したものであることを特徴とする放射性廃棄物処分用トンネル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば原子力発電所から排出される放射性廃棄物を処分する放射性廃棄物処分用トンネルに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば原子力発電所から排出される放射性廃棄物の地層処分施設は、施設本来の目的から可能な限り深いところを目指すことになり、地下３００ｍ以深に構築することで廃棄物を安全に埋設貯蔵することにしている。
【０００３】
このような放射性廃棄物の埋設処分では、廃棄物の周囲をベントナイト等の粘度系材料で覆うことにより地下水への漏出を抑制することが考えられている。しかし、セメント系部材をベントナイトの近傍に構築する場合には、千年或いは万年オーダーの期間でセメント成分の溶出が生じてベントナイトの材質劣化を招き、ベントナイトの超長期の低透水性能を確保できなくなることがわかってきた。このような懸念を排除するためには、セメント系材料を極力使用しない支保部材が必要である。
【０００４】
セメント系材料を極力使用しない支保構造として、本出願人は特許文献１に開示されたような岩石利用セグメントを提案している。岩石利用セグメントは、鋼製枠と花崗岩等の岩石ブロックを組み合わせた複合セグメントであり、鋼製枠にレンガ状の岩石ブロックを充填し、岩石ブロックの間に形成される隙間にはモルタルを充填することでセグメントとして一体化を図る構造となっている。このセグメントにおいて、モルタルは岩石ブロック間の隙間を埋めるためだけに使用されるので、その使用量は吹付けコンクリートやコンクリートセグメントに比べて少なくなり、セメントの使用を大幅に低減できる可能性がある。
【０００５】
さらに、本出願人は、岩石利用セグメントを用いて坑道を構築する方法を特許文献２で提案している。この方法では、岩石利用セグメントの組み立て作業に伴う坑道の地山壁面とセグメントとの間に生じる空隙に対してセメント系材料を極力使用しない裏込め材として、砕石を用いた裏込め充填が行なわれる。すなわち、坑道の建設が完了した後、廃棄物及び緩衝材等の人工バリアの埋設作業を行い、その後、坑道を埋め戻す際、この砕石層に対してベントナイト系材料等を注入して砕石間の隙間を充填し、放射性核種の移行経路となる水みちが生じないように低透水領域に改良する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２５０７９５号公報
【特許文献２】特開２００９−２７６３３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、一般的な放射性廃棄物の処分坑道での定置方法としては、図１４（Ａ）に示す縦置き方式と、図１４（Ｂ）に示す横置き方式とがある。
【０００８】
図１４（Ａ）に示す縦置き方式では、地上（地上施設）との間が立坑１００によって連絡された坑道（処分坑道）１０２の底盤部から縦方向に掘削された処分孔１０４に人工バリア１０６を埋設した後、立坑１００及び坑道１０２を埋め戻し材１０８によって埋め戻す。なお、図１４（Ａ）中、参照符号１１０は止水プラグであり、参照符号１１２は小破砕帯を示す。この縦置き方式の場合、坑道１０２を埋め戻す際、坑道１０２の内空側から岩石利用セグメント等の支保工１１４の背面にある砕石層にベントナイト系材料等を注入することができる。
【０００９】
一方、図１４（Ｂ）に示す横置き方式では、坑道１０２に人工バリア１０６を定置した後、立坑１００及び坑道１０２を埋め戻し材１０８によって埋め戻す。なお、図１４（Ｂ）中、参照符号１１６は力学プラグを示す。この横置き方式の場合、廃棄体及び緩衝材等の人工バリア１０６が坑道１０２に定置されているため作業空間が確保できず、支保工１１４の背面にある砕石層に坑道１０２の内空側からベントナイト系材料等を注入することは難しい。
【００１０】
また、図１４（Ｂ）の横置き方式について、現時点では、人工バリア１０６の定置方式の選択肢の一つであるＰＥＭ（Ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｍｏｄｕｌｅ）システムが今後の技術開発の対象として有望と考えられている。ＰＥＭシステムとは、地上施設で廃棄物、オーバーパック、緩衝材を鋼製の容器内に一体化したモジュールを製作し（以下、「人工バリア一体化モジュール」という）、この人工バリア一体化モジュールを地下施設に搬送・定置する方法である。図１５に示すように、例えば、人工バリア一体化モジュール１１８は、坑道１０２の支保工となるセグメント（岩石利用セグメント）１２０の内側に台座１２２を介して定置される。なお、図１５中、参照符号１２４は砕石層を示す。
【００１１】
ところが、一般的な人工バリア一体化モジュール１１８は、例えば、その重量が約３０トン、台座の幅が約０．７ｍ、モジュール１体当たりの長さが約３．０ｍであり、０．１４ＭＰａの分布荷重がセグメント１２０に作用する。砕石層１２４を構成する砕石の弾性係数はセグメント１２０や坑道１０２の壁面の岩盤の弾性係数よりも小さいと考えられるため、分布荷重が作用すると、セグメント１２０の背面の砕石層１２４が変形し、それに伴ってセグメント１２０に局所的な曲げ応力が発生して、ひび割れの発生や破壊に至ることが懸念されている。
【００１２】
本発明は、上記従来技術の課題を考慮してなされたものであり、坑道の内周面を覆う支保工のひび割れや破壊を阻止することができる放射性廃棄物処分用トンネルを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明に係る放射性廃棄物処分用トンネルは、地山を掘削して坑道を形成し、該坑道の内周面を覆う環状の支保工を設けた放射性廃棄物処分用トンネルであって、前記支保工は、前記坑道の底部が他の部位よりも厚く形成され、前記底部を除く前記支保工と前記坑道との間に、砕石を充填した砕石層を設けたことを特徴とする。
【００１４】
このような構成によれば、坑道の内周面を覆う支保工の底部を他の部位よりも厚く形成し、この底部の支保工の背後には砕石層を設けていないため、例えば、処分する廃棄物として大きな重量を有する人工バリア一体化モジュールを定置した場合に、その重量による分布荷重が支保工に作用しても、坑道の壁面の岩盤が底部の支保工を直接的に支持するため、支保工に局所的な曲げ応力が発生することが回避され、支保工のひび割れや破壊を阻止することができる。
【００１５】
前記支保工の外周面と前記坑道の内周面との間の開放端を閉塞する妻壁を前記地山の掘削方向に向けて所定の間隔で設け、各妻壁には、当該妻壁で閉塞された空間内に前記砕石を充填して前記砕石層を形成するための砕石充填口が形成されると共に、各砕石充填口を砕石充填作業後に充填材料によって閉塞するとよい。そうすると、地山から砕石層に流れ込む地下水が坑道の延長方向へと流れることを妻壁によって遮断することができる。
【００１６】
この場合、前記底部の支保工には、前記砕石層に流入した地下水を前記坑道の延長方向へと排水する排水孔が形成されると共に、該排水孔を前記坑道の埋め戻し作業後、又は前記坑道の埋め戻し作業と同時期に充填材料によって閉塞するとよい。これにより、坑道の建設時及び操業時には、妻壁によって坑道の延長方向への流れが遮断された地下水は、砕石層内の下部へと流れた後、排水孔によって坑道の坑口まで排水されるため、支保工に大きな水圧が作用しない排水構造が構築される。しかも排水孔は、坑道の埋め戻し作業後、又は坑道の埋め戻し作業と同時期にベントナイト等の充填材料によって閉塞されるため、高い遮水効果を得ることができる。
【００１７】
前記充填材料としてベントナイトを用いると、高い遮水性能を確保でき、またセメント系材料と違って、ひび割れによって透水経路が発生することもない。
【００１８】
前記支保工は、鋼製枠に岩石ブロックを一体化して形成したセグメントを前記坑道の周方向に複数枚並べて構成したものであり、前記周方向に複数枚並べたセグメントのうち、前記坑道の底部には、他の部位よりも厚く形成されたセグメントを配置してもよい。
【００１９】
前記支保工の内部空間に定置される放射性廃棄物は、地上施設において放射性廃棄物を金属製容器と緩衝材とで人工バリアを構築して一体的にモジュール化したものであってもよい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、例えば、処分する廃棄物として大きな重量を有する人工バリア一体化モジュールを定置した場合に、その重量による分布荷重が支保工に作用しても、坑道の壁面の岩盤が底部の支保工を直接的に支持するため、支保工に局所的な曲げ応力が発生することが回避され、支保工のひび割れや破壊を阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る放射性廃棄物処分用トンネルを適用して構築した放射性廃棄物処分体の構成を示す側面断面図である。
【図２】図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面構成を示す説明図である。
【図３】図３は、図１に示す放射性廃棄物処分用トンネルの施工方法の一工程を示す説明図である。
【図４】図４は、図３中のＩＶ−ＩＶ線に沿う断面構成を示す説明図である。
【図５】図５は、支保工を構成するセグメントの構成を示す斜視図である。
【図６】図６は、図１に示す放射性廃棄物処分用トンネルの施工方法の一工程を示す説明図である。
【図７】図７は、図１に示す放射性廃棄物処分用トンネルの施工方法の一工程を示す説明図である。
【図８】図８は、図７中のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面構成を示す説明図である。
【図９】図９は、図８に示す妻壁を展開形態に変化させた状態を示す説明図である。
【図１０】図１０は、図１に示す放射性廃棄物処分用トンネルの施工方法の一工程を示す説明図である。
【図１１】図１１は、図１０中のＸＩ−ＸＩ線に沿う断面構成を示す説明図である。
【図１２】図１２は、支保工での地下水の流れを示す説明図である。
【図１３】図１３は、支保工の底部に設置されるセグメントの排水孔の構成を示す斜視図である。
【図１４】図１４は、一般的な放射性廃棄物の坑道での定置方法を示す説明図であり、図１４（Ａ）は、縦置き方式を示し、図１４（Ｂ）は、横置き方式を示す。
【図１５】図１５は、図１４（Ｂ）に示す坑道に人工バリア一体化モジュールを定置した状態を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明に係る放射性廃棄物処分用トンネルについて好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２３】
図１は、本発明の一実施形態に係る放射性廃棄物処分用トンネル１を適用して構築した放射性廃棄物処分体１０の構成を示す側面断面図であり、図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【００２４】
放射性廃棄物処分用トンネル１（以下、単に「トンネル１」ともいう）は、坑道（処分坑道）１１と、坑道１１の内周面を覆工する環状の支保工２０と、砕石層３０と、妻壁１３とを備えて構成されている。放射性廃棄物処分体１０は、支保工２０の内部空間２０ｓに図示しない高レベル放射性廃棄物をモジュール化した人工バリア一体化モジュール２を設置し、この内部空間２０ｓを閉塞材４０で埋め戻して閉塞したものである。
【００２５】
人工バリア一体化モジュール２（以下、単に「モジュール２」ともいう）は、廃棄物２ａ、オーバーパック２ｂ、緩衝材２ｃを鋼製の容器内に一体化したものであり、例えば、ＰＥＭ（Ｐｒｅｆａｂｒｉｃａｔｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｓｙｓｔｅｍ  Ｍｏｄｕｌｅ）システムを構成する公知のものである。坑道１１内において、モジュール２は、底部の支保工２０の上に台座２６を介して定置される。モジュール２は、例えば、その重量が約３０トン、その長さが約３．０ｍ、台座２６の幅が約０．７ｍである。トンネル１に定置される放射性廃棄物の形態は限定されるものではなく、人工バリア一体化モジュール２以外の構成のものであっても勿論よい。
【００２６】
坑道１１は、図３に示す掘削装置５０により地山１２を掘削して形成したものである。より具体的には、坑道１１は、掘削装置５０により所定の掘削方向（図３では左側）に向けて地山１２を掘削することで形成される。坑道１１の内径は、例えば５．４ｍである。
【００２７】
掘削装置５０は、自由断面掘進機である掘削装置本体５１と、支保工２０を構築するセグメント２２，２２ａを搬送し、さらにセグメント２２，２２ａを組み立てて支保工２０を構築する支保工組立装置本体６０とを備えている。
【００２８】
掘削装置本体５１は、掘削方向に沿った掘削軸の軸心５１ｘを中心に回転可能な円柱状のカッターヘッド５２と、カッターヘッド５２の先端部外周面に取り付けられたカッター５３と、カッターヘッド５２を掘削軸の軸心５１ｘ回りに回転させる駆動源５４と、４つの車輪５５とを備える。掘削装置本体５１は、駆動源５４の駆動力を車輪５５に伝達する伝達状態と、駆動源５４の駆動力を車輪５５に伝達しない非伝達状態とに切り換え可能であり、伝達状態で駆動源５４を駆動した場合には、車輪５５が回転して走行する。
【００２９】
支保工組立装置本体６０は、支保工２０の内部空間２０ｓにおいて、一定間隔毎に立設する複数の柱６１と、掘削方向に沿って延在し、柱６１にそれぞれ取り付けたビーム６３とを備えている。
【００３０】
柱６１は、図４に示すように、掘削方向に沿って掘削装置本体５１が移動する領域Ｒ１を確保するため、中央部において折り曲げてＵ字状を成すアーチ状に形成されている。柱６１の下端部には、車輪６２が設けられており、車輪６２がレール１５上を走行することにより、柱６１は掘削方向及びこれと反対方向に移動可能である。柱６１の一方の端と他方の端との間隔は、例えば３．２ｍである。
【００３１】
ビーム６３は、柱６１の中央部に取り付けられている。図３に示すように、ビーム６３には、当該ビーム６３に対して掘削方向及びこれと反対方向に走行する第１走行手段６３ａ及び第２走行手段６３ｂが設けられている。本実施形態では、第１走行手段６３ａは、ビーム６３の下端部に設けており、第２走行手段６３ｂは、ビーム６３の上端部に設けている。
【００３２】
第１走行手段６３ａには、セグメント２２，２２ａを組み立てて支保工２０を構築する支保工組立手段７０が取り付けられている。支保工組立手段７０は、第１走行手段６３ａに取り付けられた第１軸部材７１と、回動軸の軸心７０ｘ回りに回動可能な状態で第１軸部材７１に取り付けられた第２軸部材７２と、第２軸部材７２に対して進退可能に取り付けられた第３軸部材７３と、第３軸部材７３の先端に設けられてセグメント２２，２２ａを保持する図示しない保持具とを備えている。
【００３３】
第２走行手段６３ｂには、図４に示すように、砕石３１を吐出する砕石吐出手段８０と、充填材料として、例えばベントナイト３２（図２参照）等の粘度系材料を吐出するベントナイト吐出手段９０とが設けられている。
【００３４】
砕石吐出手段８０は、第２走行手段６３ｂに取り付けられた砕石吐出手段本体８１と、先端から砕石３１を吐出する砕石吐出ノズル８２とを備えている。
【００３５】
ベントナイト吐出手段９０は、第２走行手段６３ｂに取り付けられたベントナイト吐出手段本体９１と、先端からベントナイト３２を吐出するベントナイト吐出ノズル９２とを備えている。
【００３６】
支保工（覆工）２０は、いわゆるライニングと呼ばれるものであり、図１及び図２に示すように、坑道１１の内周面の全体を覆うよう環状に構成されている。支保工２０は、図３及び図４に示すように、円筒状を成す複数の筒体２１を、掘削方向に沿って複数並べて構成されている。筒体２１は、弧状を成す複数のセグメント２２（２２ａ）を、掘削軸の軸心５１ｘ回りに沿って周方向に複数並べて構成されており、例えば掘削方向における幅が１ｍとなるように形成されている。支保工２０は、底部を除く部位の厚さが０．１ｍであり、その内径が５．０ｍである。支保工２０の底部には他の部位に設置されるセグメント２２よりも厚みの大きなセグメント２２ａが設置され、このセグメント２２ａの厚さは、例えば、０．２ｍであり、他の部位の２倍程度の厚さに設定される。
【００３７】
セグメント２２（２２ａ）は、図５に示すように、例えば鋼等の金属材料で形成され、外枠となるセグメント本体２３と、セグメント本体２３の内部に嵌め込まれる複数の岩石２４と、セグメント本体２３と岩石２４との間に充填されたモルタル（図示を省略）とで構成されている。このモルタルには、低アルカリセメントを使用する。
【００３８】
支保工２０の底部を構成するセグメント（底部セグメント、底部拡幅セグメント）２２ａは、その板厚が他の部位（支保工２０の側部及び天部）を構成するセグメント２２よりも厚く構成されるが、全体の構造はセグメント２２と同様でよい。セグメント２２ａの背後には砕石層３０が設けられず、セグメント２２ａは坑道１１の内周面（地山１２）に直接的に設置される。
【００３９】
セグメント２２ａには、図４及び図１３に示すように、坑道１１の内周面に設置された状態で該坑道１１の掘削方向に沿って延在する排水孔２５ａと、セグメント２２ａの曲面方向（円弧方向）に沿って設けられ、排水孔２５ａと直交する排水孔２５ｂとが形成されている。排水孔２５ａは、坑道１１の掘削方向に沿って連設された隣接するセグメント２２ａの排水孔２５ａとの間で互いに連通し、坑道１１の延長方向へと連通する。排水孔２５ｂは、図４に示すように、セグメント２２ａの側方の砕石層３０に対応する位置に開口し、砕石層３０を通過した地下水を排水孔２５ａへと流通させる。
【００４０】
岩石２４は、例えば堆積岩、変成岩、又は火成岩等を削ることでセグメント本体２３の内部に嵌め込むことができるように形成されている。岩石２４としては、上記した堆積岩等の石灰岩のようにカルシウムやカリウム等のアリカリ性成分を含むものは使用しないことが好ましい。すなわち、本実施形態における岩石２４とは、アルカリ性成分を含まないものである。
【００４１】
砕石層３０は、図１および図２に示すように、坑道１１の内周面と支保工２０の外周面との間の空隙に設けたものであり、セグメント２２ａが配置された支保工２０の底部には設置されない。砕石層３０は、例えばカルシウムやカリウム等のアリカリ性成分を含まない岩石を破砕して形成した豆砂利等の砕石３１で構成されており、砕石３１は、例えば２．５〜１０．００ｍｍの比較的粒径が小さい砂利からなる。
【００４２】
なお、アルカリ性成分を含む砕石３１であっても、アルカリ性成分の含有量がバリア性能に影響を及ぼさない程度であれば、使用可能である。ここで、バリア性能とは、「埋め戻し材および緩衝材における核種の移行において、周辺岩盤が持つ遅延性能と同等となるような性能」を意味する。また、砕石３１のアルカリ性成分が許容値以上の場合、脱アルカリ処理等を施して許容値以下とすることで、使用可能となる。
【００４３】
妻壁１３は、坑道１１の先端側に砕石３１が流出することを防止しながら坑道１１の内周面と筒体２１の外周面との間の空隙に砕石３１を充填するため空間を形成する仕切り壁となるものであって、掘削方向に沿って一定の間隔毎に設けられる。妻壁１３は、図８及び図９に示すように、充填ノズル１３ａと、貫通ノズル１３ｂと、内部に充填空間を有する袋体１３ｃとを備えて構成される。
【００４４】
充填ノズル１３ａは、袋体１３ｃの内部の充填空間に連通する充填口を備える。貫通ノズル１３ｂは、妻壁１３の背後に画成された坑道１１の内周面と筒体２１の外周面との間の空隙に砕石３１を充填する際に使用されるノズル接続口と砕石吐出口とを備える。これらノズル接続口と砕石吐出口とは、袋体１３ｃの充填空間にそれぞれ非連通であって、ノズル接続口と砕石吐出口とが互いに連通している。
【００４５】
袋体１３ｃは、図８に示すように、その充填空間にベントナイト３２等の充填材料を充填していない状態では折り畳んだ収納形態にある一方、図９に示すように、充填空間に充填材料が充填された状態では膨らんだ展開形態に切り換わるものである。
【００４６】
ここで、妻壁１３の設置方法について説明する。ここでは、地山１２の坑道１１の先端側に、掘削装置５０によって形成された掘削空間ＤＳ（図３参照）が存在するものとして説明する。
【００４７】
先ず、図７及び図８に示すように、収納形態とした袋体１３ｃを、掘削方向の先端側に新たに設置した筒体２１の外周面に設置する。収納形態の袋体１３ｃは、ベントナイト３２が充填されて展開形態となった後方の妻壁１３に対し、予め設定した一定の間隔（本実施形態では１ｍ）で設置される。
【００４８】
次に、収納形態の妻壁１３の充填ノズル１３ａの充填口に、ベントナイト吐出ノズル９２の先端を挿入してベントナイト３２を吐出し、袋体１３ｃの充填空間にベントナイト３２を充填する。そうすると、充填空間にベントナイト３２が充填されることで膨らんで展開形態に変化した袋体１３ｃ（妻壁１３）は、図７及び図９に示すように、掘削空間ＤＳから、筒体２１の外周面と坑道１１の内周面との空隙１６ｓを分断する。このように掘削空間ＤＳから空隙１６ｓを分断した状態では、貫通ノズル１３ｂは、ノズル接続口が掘削空間ＤＳ側に配置され、砕石吐出口が空隙１６ｓ側に配置される。そこで、ノズル接続口に砕石吐出ノズル８２の先端を挿入して砕石３１を吐出すれば、空隙１６ｓに砕石３１を充填することができる（図１０及び図１１参照）。
【００４９】
閉塞材４０は、図１及び図２に示すように、支保工２０の内部空間２０ｓを閉塞するための埋め戻し材である。閉塞材４０は、地山１２を構成する岩盤がアルカリ性成分を含まないものである場合には、掘削装置５０により地山１２を掘削した際に発生する岩石を用い、この岩石を破砕することで形成した豆砂利を使用し、この豆砂利とベントナイト３２とを混合して形成するとよい。一方、地山１２を構成する岩盤がアルカリ性成分を含むものである場合、閉塞材４０は、アルカリ性成分を含まない岩石を破砕することで形成した豆砂利を使用し、この豆砂利とベントナイト３２とを混合して形成するとよい。閉塞材４０は、高レベル放射性廃棄物を支保工２０の内部空間２０ｓに設置した後、支保工２０の内部空間２０ｓに充填される。
【００５０】
次に、上記のように構成されるトンネル１及び放射性廃棄物処分体１０の施工方法について順を追って説明し、合わせてトンネル１を構成する支保工２０での排水・遮水構造について説明する。ここでは、図３に示すように、複数の筒体２１を掘削方向に沿って連設されており、筒体２１の内部空間２１ｓ下部には、柱６１の移動を案内する一対のレール１５が掘削方向に沿って延在するように設けられ、さらに掘削装置本体５１が走行可能なように上面が平坦に形成された土壌材１４を敷き詰めてあるものとして説明する。
【００５１】
先ず、図３に示すように、掘削装置５０において、支保工組立装置本体６０よりも掘削装置本体５１を掘削方向の前方側に配置する。そして、駆動源５４の駆動力を車輪５５に伝達しない非伝達状態に切り換えた状態で駆動源５４を駆動し、掘削軸の軸心５１ｘ回りにカッターヘッド５２回転させながら、掘削装置本体５１を非伝達状態から伝達状態に切り換え、掘削装置本体５１を掘削方向に走行させる。
【００５２】
この状態でカッター５３が地山１２に接触すると、カッター５３により地山１２が掘削方向に向けて掘削される。さらに、この状態から、カッターヘッド５２を上下方向及び左右方向に移動させてカッター５３により地山１２を掘削し、図３に示すように、掘削方向の先端側に筒体２１の内部空間２１ｓと連通する掘削空間ＤＳを形成し、掘削方向に向けて坑道１１を延ばす。このような掘削は、掘削空間ＤＳの掘削方向における幅が、筒体２１の掘削方向における幅よりも大きくなるまで行う。本実施形態では、筒体２１の掘削方向における幅が１ｍであるため、掘削方向における掘削空間ＤＳの幅が１ｍ以上となるまで地山１２の掘削を行う。
【００５３】
次に、掘削空間ＤＳにセグメント２２，２２ａを設置することで新たな筒体２１を構築する。セグメント２２，２２ａを設置する場合には、図６に示すように、掘削装置本体５１を掘削方向と反対方向に移動させ、支保工組立装置本体６０を掘削方向に移動させて、掘削装置本体５１と支保工組立装置本体６０とを入れ替える。そして、第１走行手段６３ａを走行させることにより各セグメント２２，２２ａを個別に搬送し、支保工組立手段７０によって坑道１１の底部にセグメント２２ａを設け、その側部に周方向にセグメント２２を設けて筒体２１を構築する。
【００５４】
その後、図７及び図８に示すように、掘削方向における筒体２１の外周面の先端側に、収納形態の袋体１３ｃを配置した後、充填ノズル１３ａの充填口にベントナイト吐出ノズル９２の先端を挿入する。そして、ベントナイト吐出ノズル９２の先端からベントナイト３２を吐出し、袋体１３ｃの充填空間にベントナイト３２を充填して展開形態に切り換えて妻壁１３を画成し、この妻壁１３により、掘削空間ＤＳから、筒体２１の外周面と坑道１１の内周面との間の空隙１６ｓを分断する。
【００５５】
続いて、図１０及び図１１に示すように、妻壁１３の貫通ノズル１３ｂのノズル接続口に砕石吐出ノズル８２の先端を挿入した後、当該砕石吐出ノズル８２の先端から砕石３１を吐出し、空隙１６ｓに砕石３１を充填する。
【００５６】
次いで、今度は、妻壁１３の貫通ノズル１３ｂのノズル接続口に、ベントナイト吐出ノズル９２の先端を挿入してベントナイト３２を適量吐出し、貫通ノズル１３ｂをベントナイト３２によって閉塞する（図１２参照）。
【００５７】
上記のような作業、具体的には、地山１２を掘削して掘削空間ＤＳを形成し、当該掘削空間ＤＳに複数のセグメント２２，２２ａを設置して筒体２１を構築し、掘削方向の先端側に妻壁１３を設置して掘削空間ＤＳから空隙１６ｓを分断し、当該空隙１６ｓに砕石３１を充填してから貫通ノズル１３ｂをベントナイト３２で閉塞することを繰り返し、掘削方向に延在する坑道１１を形成し、筒体２１を掘削方向に延在させる。
【００５８】
このように、本実施形態では、妻壁１３を設置して掘削空間ＤＳから分断した空隙１６ｓに砕石３１を充填した後、砕石３１の充填口（砕石充填口）である貫通ノズル１３ｂを充填材料であるベントナイト３２によって閉塞する。これにより、掘削方向に延在する坑道１１を形成し、掘削方向に延在する筒体２１（支保工２０）を構築する際、各妻壁１３に遮水性が備わり、坑道１１の壁面から砕石層３０に浸入する地下水が妻壁１３を挟んだ前後の砕石層３０へと流れ込まなくなる。
【００５９】
このため、遮水性を持って隣接する妻壁１３，１３間において砕石層３０へと浸入した地下水は、坑道１１の延長方向への流れ場を失い、図１２中の矢印で示すように、砕石層３０内の隙間をセグメント２２によって形成された筒体２１の外周面に沿って下部へと流れ、底部のセグメント２２ａの側面に遮断されて下部から上部に向かって地下水が満たされるようとする。この際、底部のセグメント２２ａには、側面から前後の端面へと連通する排水孔２５ａ，２５ｂが形成されているため、砕石層３０に流れ込んでここを満たそうとする地下水は、排水孔２５ａ，２５ｂを介して排水され、坑道１１の延長方向に並んだ各セグメント２２ａ間を連通する排水孔２５ａによって坑道１１の坑口まで排水される。すなわち、坑道１１の建設時及び操業時は、この排水孔２５ａ，２５ｂによって形成された坑道１１の坑口まで続く排水経路を通じて地下水が坑外に排出されるため、支保工２０に大きな水圧が作用しない排水構造が構築される。
【００６０】
上記のように、筒体２１を連設することで、掘削方向において予め設定した長さを有する支保工２０を構築した後、土壌材１４やレール１５を撤去し、支保工２０の内部空間２０ｓにモジュール２を設置する（図１参照）。その後、掘削方向に対して反対となる閉塞方向に向けて、支保工２０の内部空間２０ｓを閉塞材４０で埋め戻すことで閉塞し、坑道１１を閉鎖する。
【００６１】
この坑道１１の閉鎖時の埋め戻し作業の終了、又は埋め戻し作業と同時期に、支保工２０の底部のセグメント２２ａの排水孔２５ａ，２５ｂを坑道１１の奥側から順次、ベントナイト３２等の粘度系材料（充填材料）を注入して完全に閉塞する（図２参照）。これにより、坑道１１の閉鎖後の遮水構造も構築される。
【００６２】
以上のように、本実施形態に係る放射性廃棄物処分用トンネル１は、地山１２を掘削して坑道１１を形成し、該坑道１１の内周面を覆う環状の支保工２０を設けたものであって、支保工２０は、坑道１１の底部が他の部位よりも厚く形成され、底部を除く支保工２０と坑道１１との間に、砕石３１を充填した砕石層３０を設けている。
【００６３】
このように、トンネル１では、支保工２０の底部を他の部位よりも厚く形成し、この底部の支保工２０（セグメント２２ａ）の背後に砕石層３０を設けていない。このため、モジュール２の重量による分布荷重が支保工２０に作用しても、坑道１１の壁面の岩盤が底部の支保工２０を直接的に支持するため、支保工２０に局所的な曲げ応力が発生することが回避され、支保工２０のひび割れや破壊を阻止することができる。
【００６４】
トンネル１では、支保工２０の外周面と坑道１１の内周面との間の開放端を閉塞する妻壁１３を地山１２の掘削方向に向けて所定の間隔で設け、各妻壁１３には、当該妻壁１３で閉塞された空間（空隙１６ｓ）内に砕石３１を充填して砕石層３０を形成するための砕石充填口を有する貫通ノズル１３ｂが設けられると共に、各貫通ノズル１３ｂを砕石３１の充填作業後に充填材料、例えばベントナイト３２によって閉塞している。これにより、地山１２から砕石層３０に流れ込む地下水が坑道１１の延長方向へと流れることを妻壁１３によって遮断することができる。
【００６５】
この場合、トンネル１では、底部の支保工２０（セグメント２２ａ）には、砕石層３０に流入した地下水を坑道１１の延長方向へと排水する排水孔２５ａ，２５ｂが形成されると共に、該排水孔２５ａ，２５ｂを坑道１１の埋め戻し作業後、又は坑道１１の埋め戻し作業と同時期にベントナイト３２等の充填材料によって閉塞している。このように底部の支保工２０に排水孔２５ａ，２５ｂを設けたため、坑道１１の建設時及び操業時には、妻壁１３によって坑道１１の延長方向への流れが遮断された地下水は、砕石層３０内の下部へと流れた後、排水孔２５ａによって坑道１１の坑口まで排水されるため、支保工２０に大きな水圧が作用しない排水構造が構築される。しかも排水孔２５ａ，２５ｂは、坑道１１の埋め戻し作業後、又は坑道１１の埋め戻し作業と同時期にベントナイト３２等の充填材料によって閉塞されるため、図１４（Ａ）に示す縦置き方式における坑道１０２の内空側から支保工１１４の背面にある砕石層にベントナイト等の粘度系材料を注入し、遮水構造とした場合と同様な遮水効果を得ることができる。すなわち、トンネル１では、砕石層３０にベントナイト等の粘度系材料の注入をすることなく、高い遮水構造を構築できる。
【００６６】
ところで、ベントナイト３２は天然の地下環境において数１０万年以上安定して存在していた材料であり、セメントのような化学的なインパクトを生じる材料が近くにないのであれば、長期間の健全性を期待できる。本実施形態の場合、セグメント２２，２２ａの岩石２４間の隙間を充填するモルタルにはセメントを使用するが、低アルカリセメントを使用するので、ベントナイト３２等へのセメントの影響を抑えることができる。また、使用するセメント量も通常の吹付けコンクリート等の支保工に比べて大幅に低減できるので、セメントの影響に対する不確実性の低減が期待できる。また、ベントナイト３２は、膨潤することによって空間を埋めると共に、透水係数が１−８ｍ／ｓから１−１３ｍ／ｓという非常に小さな値を期待できる材料であり、このような透水係数であればベントナイト３２が地下水の水みちとなることはない。さらに、ベントナイト３２は、セメント系材料と違って、ひび割れによる透水経路の発生を心配する必要もない。
【００６７】
また、通常の排水システムを採用する場合には、支保工の外周面を防水シートで覆い、下部に排水パイプを設置する必要があり、防水シートや排水パイプ等の有機物が残置されると、処分施設の閉鎖後に、核種移行遅延性能に有意な影響を与えないこと等の確認が必要となる。これに対して、本実施形態に係るトンネル１では、底部のセグメント２２ａに排水孔２５ａ，２５ｂを設けることにより、排水パイプの設置の必要がなく、残置物の影響を低減できる。
【００６８】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で自由に変更できることは勿論である。
【符号の説明】
【００６９】
１  放射性廃棄物処分用トンネル
２，１１８  人工バリア一体化モジュール
１０  放射性廃棄物処分体
１１，１０２  坑道
１２  地山
１３  妻壁
１３ａ  充填ノズル
１３ｂ  貫通ノズル
１３ｃ  袋体
１６ｓ  空隙
２０，１１４  支保工
２１  筒体
２２，２２ａ，１２０  セグメント
２５ａ，２５ｂ  排水孔
３０，１２４  砕石層
３１  砕石
３２  ベントナイト
４０  閉塞材
５０  掘削装置
５１  掘削装置本体
６０  支保工組立装置本体
６３ａ  第１走行手段
６３ｂ  第２走行手段
７０  支保工組立手段
８０  砕石吐出手段
９０  ベントナイト吐出手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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