(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
掘削した処分坑道に処分孔を形成し、該処分孔に廃棄体を定置した後に封入材で埋め戻して成る軟岩における地層処分施設であって、処分坑道のコンクリート支保構造を、花崗岩で構成される岩石を鋼製枠の内部に充填して前記鋼製枠と一体化させて成る処分坑道セグメントで構成し封入材で埋め戻すことを特徴とする軟岩における地層処分施設。
【請求項２】
封入材が、ベントナイトで構成されることを特徴とする請求項１に記載の地層処分施設。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の地層処分施設における処分坑道セグメントであって、花崗岩で構成される岩石を鋼製枠の内部に充填して前記鋼製枠と一体化させて構成することを特徴とする処分坑道セグメント。
【請求項４】
前記岩石が、レンガ形状に構成されることを特徴とする請求項３に記載される処分坑道セグメント。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地層処分施設と処分坑道セグメントに関し、特に、封入材の膨潤性を阻害させないことで廃棄体を長期間に亘って安全に処分できる地層処分施設と処分坑道セグメントに関する。
【０００２】
【従来の技術】
原子力発電所から排出される低レベルの放射性廃棄物は、低レベル放射性廃棄物処分施設で安全に処理されているが、原子力発電所を中心にした核燃料サイクルは、使用済燃料を直接あるいはリサイクル燃料備蓄センターを経由させて再処理工場に移し、使用済燃料を再利用するために再生処理されている。
【０００３】
再処理工場で発生する高レベルの放射性廃棄物は、高レベル放射性廃棄物貯蔵施設における地層処分施設において処分することが決められており、地層処分施設では、利用不可能な最終の放射性廃棄物を処分するために、図３に示されるように地下３００ｍ以深の地下施設として構築されている。
【０００４】
地層処分施設１０は、地下施設部１１とこれに地上受入施設１２を連絡している立坑１３及び排気立坑１４から構成されている。地下施設部１１は、複数の処分坑道１５とこれらを連絡している主要トンネル１６から構成されており、立坑１３は、キャニスター搬入立坑１７、人員・資材立坑１８、緊急用立坑１９を擁している。
【０００５】
地層処分施設は、岩種によって硬岩と堆積岩の二つを対象とした施設に分類されて計画設計されており、各々の施設に関する技術的な検討がなされている。
【０００６】
軟岩における地層処分施設は、花崗岩に比べると強度の低い堆積岩において構築されるものであり、堆積岩を対象とした地層処分施設での処分トンネル１５は、図４に示されるように処分坑道２０と処分孔２１とから構成されている。
【０００７】
処分坑道２０は、廃棄体２２を搬送して坑道の底盤部２３に埋設するためのトンネルであり、処分孔２１は、廃棄体２２を最終的に埋設するための穴である。
【０００８】
処分坑道２０は、ＴＢＭで堀削してからコンクリートセグメントにより支保されて構築されており、処分孔２１は、処分坑道２０を建設した後に、処分坑道２０から堀削して作成している。
【０００９】
処分孔２１は、廃棄体２２を埋設した後にベントナイト等から成る緩衝材２４を封入して廃棄体２２の定着を安定させるようにしている。又、処分坑道２０の空間には、ベントナイト等から成る緩衝材を充填封入することで廃棄体２２の処分作業を完了している。
【００１０】
以上のように、地層処分施設としては、可能な限り広範囲の軟岩を対象にすることで立地条件の緩和と拡大を図りたいところであるが、地層処分施設を軟岩に建設する場合には、地山の強度が硬岩の場合に比較して小さいことから、地層処分施設の安定性を確保するために厳しい条件を解決する必要がある。
【００１１】
このために、地層処分施設の建設深度は、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、地層処分施設を地下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。
【００１２】
その結果、地層処分施設の安全性を確保する上で、掘削に伴って発生する処分坑道周辺における天端変位、内空変位等の空洞側への変位が過大にならないように制御する必要があるという施工上の問題点も発生する。
【００１３】
即ち、処分坑道の掘削に伴う変位現象は、図５に表示する切羽の位置と変位の関係が明らかにしているように、切羽からの距離が前後１０ｍになると、岩盤の変位率が０％もしくは１００％に変化していながら、それ以上の距離においては変位率の変化が無くなっており、切羽の直後において大きな変位を生じながら切羽から遠くなるにつれて急激に収束している。
【００１４】
このために、軟岩を対象にする高レベル放射性廃棄物の地層処分施設を構築する場合には、岩盤の強度に比べて初期地圧が比較的大きくなることから、処分坑道を掘削して支保を設置するために、処分坑道を掘削した直後に切羽の直近に高剛性の支保を設置する必要があり、コンクリート支保構造は厚くて重厚なものが必要になる。
【００１５】
このための検討例によると、処分坑道の覆工コンクリートの厚さは５０ｃｍ以上にする必要であるとされており、他の検討例の場合でも、圧縮強度の高いコンクリートセグメントを用いた覆工が必要になると言われるように、一般のトンネルに比較するとコンクリート支保構造を堅固に大きくする傾向になっている。
【００１６】
しかして、現場打ちコンクリートによって支保構造を施工する場合には、上記のように５０ｃｍ以上の厚いコンクリートを必要とすることから、強度発現までの時間が必要になって大幅な施工時間を要することになり、地層処分施設の建設工期に大きな影響を及ぼすことになる。
【００１７】
従って、工期の延長を抑制するための対策から、高強度・剛性のコンクリートセグメントを設置する傾向になっており、結果として、処分坑道はＴＢＭで堀削してから上述した例のようにコンクリートセグメントによって支保する構築になっている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、発明者等は、地層処分施設においてこれまで指摘されていなかった機能上の本質的な問題点に着目している。この問題は、現場打ちコンクリート、コンクリートセグメントのいずれにおいても発生するものであり、地層処分施設における健全な機能を確立するために早急に解決する必要がある。
【００１９】
上述のように、地層処分施設においては、放射性物質の移行経路になるのを防止するために廃棄体を埋設した後に、処分坑道、主要トンネル及び立て坑等を低透水性のベントナイト等の封入材で埋め戻すことが行われているが、発明者等が注目している点は、この埋め戻しに用いられている封入材に関するものである。
【００２０】
即ち、ベントナイト等の封入材は、埋設処理の安定性を確立するためにその膨潤性を重要な機能にしているが、ベントナイトの膨潤性は、図６の応力と膨潤歪みの特性図が示すように、ベントナイトがナトリウムと接触した場合には、応力と膨潤歪みの関係が比例状態にあるのに対して、ベントナイトがカルシウムと接触した場合には、応力が小さい段階から膨潤力が無いために膨潤歪みが小さく示されると共に、その数値は応力の増加と関係なく低位のままである。
【００２１】
以上のように、ベントナイトがカルシウムと接触すると膨潤性が阻害されることが知られていることを考慮すると、コンクリート支保構造の場合には、ベントナイト等の封入材がコンクリートに含まれているカルシウムの影響を受けて阻害されることになり、これを回避するためにコンクリートの使用量を少なくして、膨潤性が阻害される影響を極力低減することが必要になる。
【００２２】
しかるに、従来の設計計画では、処分坑道の安定設計を中心にしており、坑道周辺の安定性に関する検討を行なって処分坑道を安定させるのに必要な支保構造の仕様を定めているが、埋設した廃棄物の放射性物質が地層処分施設から移行するのを防止するために、ベントナイト等の封入材における膨潤性の阻害を低減して、地層処分施設における健全な機能を確立するために必要な問題点の解決に関しては殆ど認識されていないのが現状である。
【００２３】
本発明は、上記の問題点に鑑みて改善策を提案するものであり、高レベル放射性廃棄物を処分する地層処分施設における処分坑道セグメントを、封入材の膨潤性が阻害されないように構成するものであり、これによって廃棄体を長期間に亘って安全に処分できる地層処分施設と処分坑道セグメントを提供している。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明による地層処分施設は、掘削した処分坑道に処分孔を形成し、該処分孔に廃棄体を定置した後に封入材で埋め戻して成る軟岩における地層処分施設であって、処分坑道のコンクリート支保構造を、花崗岩で構成される岩石を鋼製枠の内部に充填して前記鋼製枠と一体化させて成る処分坑道セグメントで構成し封入材で埋め戻すことを特徴とする。
【００２５】
これによって、軟岩における処分坑道の埋め戻し作業を施工し、周辺地盤の安定性を確保しながら放射性物質の移行経路の発生を防止して、廃棄体を長期間に亘って安全に処分するという地層処分施設本来の機能を確立している。
【００２６】
又、本発明による処分坑道セグメントは、基本的に、上記地層処分施設における処分坑道セグメントであって、花崗岩で構成した岩石を鋼製枠に一体化して構成しており、具体的には、前記岩石をレンガ形状に構成することを特徴としている。
【００２７】
これによって、封入材として使用されるベントナイトの膨潤性を確保して、処分坑道に放射性物質の移行経路が発生するのを防止している。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明による地層処分施設は、掘削した処分坑道に処分孔を形成し、処分孔に廃棄体を定置した後に封入材で埋め戻して成る地層処分施設において、処分坑道の支保構造を鋼製枠に岩石等を一体化して成る処分坑道セグメントで構成して封入材で埋め戻している。
【００２９】
以下に、各発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明するが、発明の特徴を明確にするために、従来と同様の部分については同じ符号で表示している。
【００３０】
図１は、本発明による地層処分施設の実施の形態を示す断面図であり、地層処分施設を構成する処分坑道と処分孔を示している。
【００３１】
軟岩における地層処分施設１は、花崗岩に比べると強度の低い軟岩において構築されるものであり、軟岩を対象とした地層処分施設での処分トンネルは、図示されるように処分坑道２０と処分孔２１とから構成されている。
【００３２】
処分坑道２０は、廃棄体を搬送して底盤部に埋設するためのトンネルであり、処分孔２１は、廃棄体を最終的に埋設するための穴である。
【００３３】
処分坑道２０は、ＴＢＭで堀削してから本発明による処分坑道セグメント２によって支保されることで構築されており、処分孔２１は、処分坑道２０を建設した後に、処分坑道２０から堀削して作成している。
【００３４】
処分孔２１は、廃棄体を埋設した後にベントナイト等から成る緩衝材を封入して廃棄体の定着を安定させるようにしている。又、処分坑道２０の空間には、ベントナイト等から成る封入材を充填することで廃棄体の処分作業を完了している。
【００３５】
尚、地層処分施設に埋設する原子力発電で発生する高レベル放射性廃棄物から成る廃棄体は、高レベル放射性廃棄物の廃液を飛散防止のためにガラスと混合して形成したガラス固化体を厚さ２０ｃｍのオーバーパック等の金属容器に格納した状態で形成されており、高レベル放射性廃棄物の廃液が地下水に触れて溶け出すのを防止している。
【００３６】
処分坑道セグメント２は、後述する図２において詳細に説明するが、花崗岩を鋼製枠に一体化して構成されており、処分坑道の支保構造として高強度・剛性のセグメントを適用すると共に、処分坑道の封入材として、上述したように低透水性のベントナイトを用いたとしても、その膨潤性を確保して処分坑道に放射性物質の移行経路が発生するのを防止しており、周辺地盤の安定性を確保しながら廃棄体を長期間に亘って安全に処分している。
【００３７】
本発明による地層処分施設は、以上のように構成しているので、軟岩における周辺地盤の安定性を確実に確保し、処分施設の設計・建設を合理的にすると共に、封入材の膨潤性を確保して放射性物質の移行経路の発生を防止して廃棄体処分の品質確保を図ることで、廃棄体を長期間に亘って安全に処分するという地層処分施設本来の機能を確立している。
【００３８】
次に、本発明による処分坑道セグメントについて説明する。
本発明による処分坑道セグメントは、上記地層処分施設における処分坑道セグメントであって、岩石等を鋼製枠に一体化して構成しており、岩石等を花崗岩で構成したり、レンガ形状に構成することを特徴としている。
【００３９】
図２は、本発明による処分坑道セグメントの実施形態を斜視状に示している。
処分坑道セグメント２は、鋼製枠３によって外周を構成すると共に、鋼製枠３の内部にレンガ状に形成された花崗岩４を充填しており、各花崗岩の間に形成される隙間にはセメントモルタルを充填することで、セグメントとしての一体化を図っている。
【００４０】
これによって、処分坑道セグメント２は、従来のコンクリートセグメントと比較してＣａ分を大幅に低減しているものであるから、封入材としてベントナイトを使用してもその膨潤性を阻害することは無く、地層処分施設本来の機能を確立することが出来る
【００４１】
本実施の形態では、処分坑道セグメントを構成している岩石等を花崗岩で構成し、その形状もレンガ状にしているが、本発明による処分坑道セグメントは、この実施の形態に何等限定されるものでなく、岩石等としてもＣａ分を少なくして封入材であるベントナイトの膨潤性を阻害することが無く、軟岩よりも強度の大きい材質のものであれば適用可能であり、その形状に関しても充填する鋼製枠との関連において種々の形態が考慮されるものである。
【００４２】
本発明による処分坑道セグメントは、以上のように構成されているので、軟岩における周辺地盤の安定性を確実に確保し、処分施設の設計・建設を合理的にすると共に、封入材として使用されるベントナイトの膨潤性を確保して、処分坑道に放射性物質の移行経路が発生するのを防止している。
【００４３】
以上、本発明をそれぞれの実施の形態に基づいて詳細に説明してきたが、本発明による地層処分施設と処分坑道セグメントは、上記実施の形態に何ら限定されるものでなく、各発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは当然のことである。
【００４４】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明である地層処分施設は、掘削した処分坑道に処分孔を形成し、処分孔に廃棄体を定置した後に封入材で埋め戻して成る軟岩における地層処分施設において、処分坑道のコンクリート支保構造を、花崗岩で構成される岩石を鋼製枠の内部に充填して前記鋼製枠と一体化させて成る処分坑道セグメントで構成し封入材で埋め戻すことを特徴としているので、軟岩における処分施設の設計・建設を合理的にすると共に、廃棄体処分の品質確保を図ることで、廃棄体を長期間に亘って安全に処分するという地層処分施設本来の機能を確立する効果を発揮している。
【００４５】
しかも、岩石を花崗岩で構成することを特徴としているので、上記効果に加えて、軟岩における周辺地盤の安定性を確実に確保してＣａを少なくする効果を発揮している。
【００４６】
請求項３に記載の発明である地層処分施設は、請求項１又は2に記載の地層処分施設において、封入材をベントナイトで構成することを特徴としているので、上記効果に加えて、ベントナイトの膨潤性を確保して放射性物質の移行経路の発生を防止する効果を発揮している。
【００４７】
また、本発明である処分坑道セグメントは、上述の地層処分施設における支保構造に適用しており、花崗岩によって構成された岩石を鋼製枠に一体化して構成することを特徴としているので、軟岩における周辺地盤の安定性を確実に確保し、処分施設の設計・建設を合理的にすると共に、封入材として使用されるベントナイトの膨潤性を確保して、処分坑道に放射性物質の移行経路が発生するのを防止する効果を発揮している。
【００４８】
しかも、岩石を花崗岩で構成することを特徴としているので、上記効果に加えて、軟岩における周辺地盤の安定性を確実に確保してＣａを少なくする効果を発揮している。
【００４９】
また、本発明である処分坑道セグメントは、前記岩石をレンガ形状に構成することを特徴としているので、上記効果に加えて、岩石を鋼製枠に一体化する施工を容易にする効果を発揮している。
【図面の簡単な説明】
【  図１】本発明の地層処分施設における処分坑道と処分孔の断面図
【  図２】本発明の処分坑道セグメントにおける実施の形態を示す斜視図
【  図３】従来工法による地層処分施設の斜視図
【  図４】従来工法による処分坑道と処分孔の断面図
【  図５】切羽の位置とトンネル壁面の変形量との関係図
【  図６】ベントナイトにおける応力と膨潤歪みに関する関係図
【符号の説明】
１  地層処分施設、  ２  処分坑道セグメント、  ３  鋼製枠、
４  花崗岩、  １０  地層処分施設、  １１  地下施設部、
１２  地上受入施設、  １３  立坑、  １４  排気立坑、
１５  処分トンネル、  １６  主要トンネル、
１７  キャニスター搬入立坑、  １８  資材立坑、  １９  緊急用立坑、
２０  処分坑道、  ２１  処分孔、  ２２  廃棄体、  ２３  底盤部、
２４  緩衝材、
【図１】
0004356252.tif 000002
【図２】
0004356252.tif 000003
【図３】
0004356252.tif 000004
【図４】
0004356252.tif 000005
【図５】
0004356252.tif 000006
【図６】
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