(57)【要約】  【課題】高レベル放射性廃棄物等の地層処分において、日本の地質環境のように傾斜が急な断層破砕帯が多い場合でも、従来のような多数の止水プラグが不要となり、廃棄体埋設空間を十分に確保でき、比較的低コストで廃棄体を埋設処分できる梯子型地下施設を提供する。  【解決手段】地下施設１の一対の立坑２、２と、複数段の処分坑道３、３、…と、各処分坑道３の多数の処分孔４、４、…とから立板状の梯子型地層処分パネルＰを構成し、この処分パネルＰを断層破砕帯と断層破砕帯との間に断層破砕帯の傾斜に沿って傾斜配置し、あるいは断層破砕帯と断層破砕帯との間に処分坑道や処分孔が位置するように処分パネルＰを鉛直に配置し、破砕帯で挟まれた健全な岩盤部分を有効利用し、従来のような多数の止水プラグを不要とする。【選択図】      図１
2005331313.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
廃棄物地層処分場の地下に形成された処分坑道に地上から搬入される廃棄物を埋設定置するための地下施設であり、地層の破砕帯と破砕帯との間に、破砕帯の水平方向に沿って掘削形成された処分坑道が破砕帯の上下方向に沿って間隔をおいて複数設けられ、この複数の処分坑道がそれぞれ立坑に接続され、これら立坑と複数の処分坑道とにより梯子型の地層処分パネルが形成されていることを特徴とする廃棄物地層処分施設の梯子型地下施設。
【請求項２】
請求項１に記載の梯子型地下施設において、立坑が水平方向に間隔をおいて複数掘削形成され、一対の立坑の間に上下方向に複数の処分坑道が配設されていることを特徴とする廃棄物地層処分施設の梯子型地下施設。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の梯子型地下施設において、処分坑道には処分孔が処分坑道軸方向に間隔をおいて複数設けられ、この処分孔内に複数の廃棄物が間隔をおいて埋設定置されていることを特徴とする廃棄物地層処分施設の梯子型地下施設。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性廃棄物やその他の有害な廃棄物を廃棄物地層処分施設の地下に掘削形成された処分坑道に埋設処分するための地下施設に関するものであり、特に、日本の地質特性を考慮して高レベル放射性廃棄物を地層処分する場合に有効に適用される梯子型地下施設である。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電から生じる放射性廃棄物のうち高レベル放射性廃棄物は、使用済核燃料の再処理工程で分離された液体廃棄物であり、放射能レベルが高いばかりでなく、長期間にわたって放射能を持ち続ける長寿命の放射性核種が数多く含まれている。そのため、このような高レベル放射性廃棄物は、ガラス原料と共にステンレス鋼製のキャニスターに溶かし込みガラス固化体として安定化処理し、冷却のため数１０年間貯蔵した後、ガラス固化体が収納されたキャニスターをオーバーパックと称される厚肉鋼板製の密閉容器内に密閉収納するなどして廃棄体とし、この廃棄体を地下３００ｍ（法律により決定）より深い安定した地層中に埋設処分するようにしている。
【０００３】
これまでに考えられている廃棄体の地層処分方法としては、大きく分けて以下の３つがある。
【０００４】
(1) パネル方式（図４〜図６）
図４に示すように、高レベル放射性廃棄物の地層処分施設５０は、地上施設５１と地下施設５２とから構成されている。地下施設５２は、地上と地下を結ぶ立坑や斜坑等のアクセス坑道５３、地下深部に複数並列して水平に掘削形成された処分坑道５４、これら処分坑道に接続される主要坑道５５等から構成されている（例えば、特許文献１、２等）。処分坑道５４は区画されて独立した水平な処分パネルＰに分割されており、処分サイトの地質環境条件等に応じて、分散配置や多層配置等の柔軟なパネルレイアウトが可能とされ、また建設・操業・閉鎖の主要な作業を独立・並行して実施できるようにされている。
【０００５】
また、処分坑道５４における廃棄体の定置方式には、種々の方式が考えられているが、例えば、図５に示すような処分孔竪置き方式、図６に示すような処分坑道横置き方式がある。図５では、天然バリアとしての岩盤Ａ中に掘削形成された処分坑道５４の底版部から下に向って処分孔５６を鉛直に掘削形成し、トンネル軸方向には所定の間隔をおいて多数形成し、この処分孔５６内に人工バリアとして地下水や岩盤圧の影響を低減する緩衝材（ベントナイト等) Ｂを敷き詰めると共に、この緩衝材Ｂ中に竪にした廃棄体Ｃを埋設定置している。処分坑道５４は埋め戻される。図６では、処分坑道５４内に緩衝材Ｂを敷き詰めると共に、この緩衝材Ｂ中に横にした廃棄体Ｃをトンネル軸方向に所定の間隔をおいて埋設定置している。
【０００６】
(2) サイロ方式（図７(a) 、(b) )
図７(a) に示すように、地中に設置したサイロ６０により大きな空間を形成し、このサイロ内に廃棄体を積上げて埋設する。図７(b) に示すように、サイロ６０はコンクリート製であり、この躯体コンクリート６１の内側に緩衝材（ベントナイト) ６２を設け、その内側に設けた廃棄体設置用コンクリート６３の内部に廃棄体Ｃを積上げている。
【０００７】
(3) ボーリング孔方式（図８)
図８に示すように、地上から地下深くまでボーリング孔７０を削孔し、廃棄体Ｃを例えば５００〜１０００ｍ程度の深さ（径は２ｍ程度）に間隔をおいて埋設している。
【０００８】
以上のような方式のうち、(2) のサイロ方式は、温度の問題（高レベル放射性廃棄物は高温を有しており、それが一箇所に多数集まると周囲の緩衝材を劣化させる）があるため、(3) のボーリング孔方式は、埋設時の品質管理ができないという問題（ボーリング孔に廃棄体を落下させた時、途中で引っかかり、所定の位置まで到達しない可能性がある）があるため、却下されている。最終的に、施工性、安全性、経済性の観点から、(1) のパネル方式が採用されている。
【特許文献１】特開２００２−１９６０９８号公報
【特許文献２】特開平１０−１０４３９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述した従来の処分坑道を同じ高さ位置に複数並列して掘削形成した水平パネル方式の場合、傾斜が急な破砕帯が多い、日本の地質環境（特に、結晶質岩）に十分に対応できないという問題がある。最近の研究では、日本の花崗岩（結晶質岩の一つ）には、廃棄体埋設において好ましくない断層破砕帯が多く、その断層破砕帯の傾斜が急であることが分かってきた。
【００１０】
このような状況で水平パネル方式を採用すると、図９に示すように、断層破砕帯Ｄに直交するように処分坑道５４が建設される場合、断層破砕帯Ｄは多くの場合地下水の通路となるため、処分坑道５４に止水のためのプラグ（粘土材料等）５７を数多く設置する必要が生じる。このように止水プラグが数多く設置されると、廃棄体Ｃの埋設のための空間を十分に利用できない、プラグ設置に費用がかかるためコスト高となる、などの問題があり、現実的な地層処分ではなくなる。
【００１１】
本発明は、上記のような問題を解消すべくなされたものであり、廃棄物の地層処分において、日本の地質環境のように急な傾斜の断層破砕帯が多い場合でも、従来のような多数の止水プラグが不要となり、廃棄体埋設空間を十分に確保することができると共に、比較的低コストで廃棄体を埋設処分することができる廃棄物地層処分施設の梯子型地下施設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】
【００１２】
本発明の請求項１の発明は、廃棄物地層処分場の地下に形成された処分坑道に地上から搬入される廃棄物を埋設定置するための地下施設であり、地層の破砕帯と破砕帯との間に、破砕帯の水平方向に沿って掘削形成された処分坑道が破砕帯の上下方向に沿って間隔をおいて複数設けられ、この複数の処分坑道がそれぞれ立坑に接続され、これら立坑と複数の処分坑道とにより梯子型の地層処分パネルが形成されていることを特徴とする廃棄物地層処分施設の梯子型地下施設である。
【００１３】
本発明は、これまでの水平パネル方式の発想を転換し、縦方向の立板状の梯子型パネル方式とすることにより、破砕帯で挟まれた岩盤部分を利用できるようにしたものである。放射性廃棄物やその他の有害な廃棄物の地層処分に適用することができるが、特に、日本の地質特性を考慮して高レベル放射性廃棄物を地層処分する場合に極めて有効である。高レベル放射性廃棄物の場合は、立坑と複数の処分坑道とからなる梯子型の地層処分パネルを地下３００ｍ（法律により決定）より深い地層（花崗岩等) 中に配置する。
【００１４】
地層の破砕帯は、岩石が帯状に破砕されているものである。断層の多くのものは破砕帯を伴っており、断層破砕帯と呼ばれている。また、断層でも破砕帯を伴わず、鋭いナイフで切ったような断面のみのものもあり、また断層と言えるほどのずれを伴わない単なる破砕帯もある。これらは、多くの場合、地下水の通路となっている。本発明における「破砕帯」は、上記の破砕帯、断層、断層破砕帯などを含むものである。
【００１５】
本発明の請求項２の発明は、請求項１に記載の梯子型地下施設において、立坑が水平方向に間隔をおいて複数掘削形成され、一対の立坑の間に上下方向に複数の処分坑道が配設されていることを特徴とする廃棄物地層処分施設の梯子型地下施設である。
【００１６】
即ち、梯子型の地層処分パネルは、例えば一本の立坑から左右にそれぞれ処分坑道を掘削形成することも考えられるが、複数段の処分坑道の両側に立坑を配置するのが建設作業や廃棄体の搬入などの点から好ましい。
【００１７】
本発明の請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の梯子型地下施設において、処分坑道には処分孔が処分坑道軸方向に間隔をおいて複数設けられ、この処分孔内に複数の廃棄物が間隔をおいて埋設定置されていることを特徴とする廃棄物地層処分施設の梯子型地下施設である。
【００１８】
廃棄体の定置方式には、処分孔竪置き方式（廃棄体や緩衝材の定置性等に優れている) 、処分坑道横置き方式（坑道の掘削量や埋め戻し量を小さくできる) などを採用できるが、この請求項３の発明は処分孔竪置き方式に限定した場合である。処分孔は、破砕帯間のスペースが大きい場合には、処分坑道から水平にあるいは水平に対して傾斜させて掘削形成することもできるが、破砕帯間のスペースや作業性などの点から処分坑道の底版部から下に向って垂直に掘削形成するのが好ましい。処分孔には、地下水や岩盤圧の影響を低減する緩衝材（ベントナイト等) が充填され、この緩衝材の中に廃棄物が埋設定置される。廃棄物は一つの処分孔内に例えば二段で埋設すれば、埋設空間を鉛直方向に有効利用することができる。
【００１９】
以上のような構成の本発明において、処分坑道や処分孔が破砕帯にできるだけ交差しないように破砕帯と破砕帯の間に立板状の梯子型地層処分パネルを縦に配置する。破砕帯は多くの場合傾斜しているため、破砕帯に沿って梯子型地層処分パネルを傾斜配置してもよいし、破砕帯と破砕帯の間に処分坑道や処分孔が位置するように梯子型地層処分パネルを鉛直に配置することもできる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、以上のような構成からなるので、次のような効果が得られる。
【００２１】
(1) これまでの水平パネル方式に代えて、縦方向の立板状の梯子型パネル方式を破砕帯と破砕帯との間に配置し、破砕帯で挟まれた健全な岩盤部分を有効利用するようにしたため、従来の多数の止水プラグが不要となり、廃棄体埋設空間を十分に確保することができると共に、比較的低コストで廃棄体を埋設処分することができる。
【００２２】
(2) 日本の地質環境のように急な傾斜の断層破砕帯が多く、これまで処分場として不適切、もしくは多くの止水プラグが必要で非現実的と考えられてきたサイトが地層処分場として利用可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を図示する実施形態に基づいて説明する。この実施形態は高レベル放射性廃棄物の地層処分に適用した例である。図１は本発明の梯子型地下施設の一例を示す正面図と部分拡大正面図である。図２は本発明の処分坑道と断層破砕帯との関係を示す斜視図と断層破砕帯に直交する鉛直断面図である。
【００２４】
図１の実施形態において、梯子型地下施設１は、岩盤Ａ中に縦に構築された、水平方向に所定の距離をおいて一対の立坑２、２と、この一対の立坑２、２間で横に掘削形成された、上下方向に所定の間隔をおいて複数段の処分坑道３、３、…と、これら各処分坑道３の下部に掘削形成された、処分坑道軸方向に所定の間隔をおいて多数の処分孔４、４、…とから構成されている。
【００２５】
高レベル放射性廃棄物の地層処分施設は、地上施設と地下施設とから構成されており、地上施設と地下施設を結ぶ立坑２を地下３００ｍよりも深い位置まで構築し、地下３００ｍより深い岩盤Ａ中に複数段の処分坑道３、３、…を構築し、一対の立坑２、２の下部と複数段の処分坑道３、３、…とにより立板状の梯子型地層処分パネルＰを形成する。このような立板状の梯子型地層処分パネルＰを、後に詳述するように、断層破砕帯と断層破砕帯との間において鉛直にあるいは断層破砕帯に沿って傾斜させて配置する。なお、図１(b) は、傾斜しているパネルを前方から見た場合を示している。処分孔４は鉛直に配置されている。立坑２は、鉛直にあるいは傾斜させて構築され、人員や資材・機材の搬出入あるいは廃棄体の搬入、排気等に用いられる。この立坑２から各処分坑道３がトンネル掘削機等で水平に（水平に対して傾斜させてもよい）掘削形成され、必要に応じて支保工が施工される。
【００２６】
処分孔４は、断層破砕帯間のスペースに余裕がある場合には、水平にあるいは水平に対して傾斜させて掘削形成される場合もあるが、断層破砕帯間のスペースや作業性などの点から、処分坑道３の底版部から下に向って鉛直に岩盤Ａ（天然バリア）中に掘削形成される。この処分孔４の内部に緩衝材Ｂ（人工バリア）を介して廃棄体Ｃ（キャニスターが収納されたオーバーパック）が埋設定置される。廃棄体Ｃは埋設空間を鉛直方向に有効に利用するため、二段で埋設される。なお、緩衝材Ｂは、地下水や岩盤圧の影響を低減するものであり、主材料がベントナイトの土質系材料（水と触れ合うと膨潤し、内圧が高まることで水の侵入を抑制する特徴があり、核種の流出を遅延させる効果が期待されている）が用いられる。
【００２７】
このような構成の立板状の梯子型地層処分パネルＰを、図２に示すように、断層破砕帯Ｄと断層破砕帯Ｄとの間に配設し、断層破砕帯Ｄに挟まれた健全な岩盤部分を有効利用する。処分坑道３および処分孔４が断層破砕帯Ｄにできるだけ交差しないように配置する。断層破砕帯Ｄは傾斜しているため、梯子型地層処分パネルＰを断層破砕帯Ｄの傾斜に沿って傾斜させて配置することができ、また処分坑道３および処分孔４が断層破砕帯Ｄの間に断層破砕帯Ｄと交差せずに位置するように梯子型地層処分パネルＰを鉛直に配置することもできる。
【００２８】
図３(a) は、梯子型地層処分パネルＰを断層破砕帯Ｄの傾斜に沿って傾斜させて配置する場合であり、立坑２を断層破砕帯Ｄに沿って傾斜させて形成し、複数段の処分坑道３、３、…を断層破砕帯Ｄに沿って傾斜配列する。処分孔４は鉛直に形成する。
【００２９】
図３(b) は、複数の断層破砕帯Ｄで囲まれている場合であり、断層破砕帯Ｄで閉じられた部分に部分的な梯子型地層処分パネルＰを鉛直に配置する。処分坑道３の数は閉じられた空間の大きさにより決定される。立坑２は上方または下方に鉛直に延設され、断層破砕帯Ｄを横切る。なお、このような複数の断層破砕帯で囲まれている場合に限らず、図３(a) の場合も、同様に上下の断層破砕帯Ｄを避けて処分坑道３・処分孔４を配置することにより、梯子型地層処分パネルＰを鉛直に配置することができる。
【００３０】
なお、梯子型地層処分パネルは、図示例に限らず、１本の立坑の左右にそれぞれ複数段の処分坑道がある場合、立坑の数が３本以上ある場合など、種々の形態が考えられる。また、廃棄体の定置方式は、処分孔竪置き方式を例示したが、処分坑道横置き方式などでもよい。また、対象となるサイトの地質環境に応じ、本発明の梯子型パネル方式と従来の水平パネル方式とを組み合わせることも有り得る。また、以上は、高レベル放射性廃棄物の地層処分に適用した例を示したが、これに限らず、その他の有害な廃棄物の地層処分にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の梯子型地下施設の一例を示したものであり、(a) は正面図、(b) は部分拡大正面図である。
【図２】本発明の処分坑道と断層破砕帯との関係を示したものであり、(a) は斜視図、(b) は断層破砕帯に直交する鉛直断面図である。
【図３】断層破砕帯の位置や形状に対する本発明の梯子型地下施設の対応例を示す鉛直断面図である。
【図４】高レベル放射性廃棄物の地層処分施設における従来の水平パネル方式を断面で示す斜視図である。
【図５】高レベル放射性廃棄物の地層処分施設における廃棄体の処分孔竪置き方式を示したものであり、(a) は処分坑道内部の透視図、(b) は断面にした斜視図である。
【図６】高レベル放射性廃棄物の地層処分施設における廃棄体の処分坑道横置き方式を示す断面にした斜視図である。
【図７】高レベル放射性廃棄物の地層処分におけるサイロ方式を示したものであり、(a) は施設全体の断面にした斜視図、(b) はサイロの鉛直断面図である。
【図８】高レベル放射性廃棄物の地層処分におけるボーリング孔方式を示す鉛直断面図である。
【図９】従来の水平処分パネル方式における断層破砕帯を示したものであり、(a) は施設全体の断面にした斜視図、(b) は断層破砕帯に直交する鉛直断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１……梯子型地下施設
２……立坑
３……処分坑道
４……処分孔
Ａ……岩盤（天然バリア）
Ｂ……緩衝材（人工バリア）
Ｃ……廃棄体
Ｄ……断層破砕帯
Ｐ……立板状の梯子型地層処分パネル
【図１】
2005331313.tif 000003
【図２】
2005331313.tif 000004
【図３】
2005331313.tif 000005
【図４】
2005331313.tif 000006
【図５】
2005331313.tif 000007
【図６】
2005331313.tif 000008
【図７】
2005331313.tif 000009
【図８】
2005331313.tif 000010
【図９】
2005331313.tif 000011