筑波大学 オンライン授業

環境動態解析学野外実験II「地下施設”仮想“見学を通して学ぶ
地層処分技術に関する研究開発の概要」
2022年2月25日 2限目

幌延深地層研究センター 深地層研究部
堆積岩地質環境研究グループ
宮川和也

講義の内容1. 地下施設の建設状況と経緯
2. 地下施設の見学準備
3. 地下施設“仮想”見学

2

幌延深地層研究センター 地下施設 建設状況
試験坑道1
西周回坑道

東周回坑道

350m調査坑道（延長757.1m）

換気立坑

一時避難所（西）東

一時避難所(東)

連
絡

試験坑道5

坑

絡

坑道

西

連道

試験坑道2
試験坑道3
試験坑道4

ポンプ座
西立坑

東立坑

○立坑
○水平坑道
西立坑（深度365m）
140m調査坑道（延長186.1m）
東立坑（深度380m）
250m調査坑道（延長190.6m）
換気立坑（深度380m） 350m調査坑道（延長757.1m）

地下施設イメージ図
令和3年8月更新

地下施設の概要図
3

地下施設掘削の経緯
2007年2月：東立坑、換気立坑、やぐら設備 設置開始
2007年4月：掘削土（ズリ）置場 供用開始
2008年1月：140m調査坑道 掘削開始
2008年10月：250m調査坑道 掘削開始
2009年5月：140m調査坑道 貫通
2010年6月：250m調査坑道 貫通
2011年2月：西立坑 掘削開始
2012年3月：350m調査坑道 掘削開始
2012年5月：350m調査坑道（東連絡坑道） 貫通
2013年2月：CH4濃度上昇による電源遮断、湧水量の一時的増加
2013年10月：350m調査坑道（周回坑道全域） 貫通
2014年7月：350m調査坑道 一般公開

地下施設掘削動画
4

地下施設の入坑について（深度350m調査坑道）
n 見学場所・ルートについて
n 見学にあたっての注意事項
n 見学時の装備・服装
n 緊急事態が発生した場合

5

見学場所・ルートについて(1)
換気立坑

排水処理施設

西立坑
ゆめ地創館

東立坑
研究管理棟
試験棟
バスで移動

日本原子力研究開発機構 幌延深地層研究センター
6350m調査坑道で実施した原位置試験の一例
オーバーパック腐食試験
テストピット挙動試験
幅5.0m
高さ4.0m
試験坑道4

幅4.0m
高さ3.3m

初期地圧測定物質移行試験
搬送定置・回
収試験

周回坑道

試験坑道の断面形状

水平坑道掘削影響試験

水圧・水質モニタリング

試験坑道1

試験坑道2
試験坑道3
試験坑道4

岩盤物性

低アルカリ性
セメント材料試験

人工バリア性能確
認試験

初期地圧測
定

換気立坑
水圧・水質モニタリング

物質移行試験・
水圧擾乱試験
（東立坑380m坑底）

立坑掘削影響試験
東立坑
試験坑道5

西立坑

オーバーパック溶接部腐食試験
パイピング/エロージョン試験7

見学場所・ルートについて(3)
ゆめ地創館

・トイレ
・着替え

人キブル乗り口

西立坑
アクセスルーム
エレベータで移動
人キブル乗り場

・入坑登録

人キブルで移動・見学時の定員11名（70kg/人を目安）で運用（案内者、操作者含む）

地下施設

・深度350m調査坑道の見学

人キブル全景※安全装置が作動して停止することがあります。

8

見学にあたっての注意事項(1)
安全及び設備上の観点から、次の方はご遠慮下さい。
1. 自立歩行が困難で介助（車椅子、松葉杖、杖 等）が必要な方
2. 小学3年生以下のお子さん（保護者同伴の場合も不可）
3. お酒を飲んでいる方
4. 高所・閉所恐怖症の方

9

見学にあたっての注意事項(2)○ 見学中は案内者（機構職員）の指示に従ってください。
○ 落下防止の観点から、物品の持ち込みを原則禁止としています。カメラ等（携帯電話を含む）を持ち込みたい方は事前にお申し出ください。落下防止用のストラップをお貸しします。
○ 火器類（ライター、マッチなど）の持込みは厳禁です。
○ 現場には階段や段差がありますので足元や頭上には十分に注意してください。
○ エレベータ（人キブル）の中では静かにしてください。
跳ねたり揺らしたりすると、安全装置が作動してエレベータ（人キブル）が停止することがあります。
10

見学にあたっての注意事項(3)○ 施設の設備や機器に触れないでください。
○ フェンスから身を乗り出したり、カメラを突き出して撮影しないでください。
○ 地下施設にトイレはありません。事前にお済ませください。
万一の場合は、一時避難所の簡易トイレをお使いいただきます。
○ 地下施設で飲食はできません。
○ 途中で気分が悪くなった場合は案内者にお申し出ください。

11

見学にあたっての注意事項(4)○構内移動する車両は、座席の間隔をあけてご乗車ください。
○移動車内、キブル、地下施設内は必ずマスクの着用をお願いします。
○キブル内は、飛沫感染防止の観点で会話は、ご遠慮下さい。
○感染防止の観点で、キブル及び機器類に触れないようにお願いします。
○キブルは、外側を向いて搭乗ください。
12

見学時の服装・装備
ヘルメット

・頭の保護

つなぎ服

・かすり傷や衣服の汚れの防止

懐中電灯

・停電時等非常時に使用（首に掛ける）反射チョッキ手 袋

・手の怪我や汚れを防止

入坑許可証
安全長靴

・工事作業者との区別
・目立つように・入坑時に使用（首に掛ける）・足の保護の為に鉄芯入り（２５ｃｍで片足約800ｇ）

お互いに確認しあいましょう！
13

入退坑について入退坑について、『入退坑管理盤』で管理を行っております。
入坑する際は、①緑入場ボタンを押し、画面に「入坑処理」②カードリーダーに坑内入退カードをかざす③「完了」が表示され入坑手続きの完了
退坑する際は、①赤退場ボタンを押し、画面に「退坑処理」②カードリーダーに坑内入退カードをかざす③「完了」が表示され退坑手続きの完了

入退坑管理盤14

緊急事態が発生した場合(1)○ 優先的に地上に退避していただきます。
落ち着いて案内者の指示に従って地上へ退避して下さい。
負傷者がいる場合は、最優先で避難していただきます。
○ すぐに退避できない場合は、一時避難所で待機していただくこともあります。
深度350m調査坑道

試験坑道1

一時避難所（西）

西周回坑道

東周回坑道

一時避難所(東)

換気立坑
道
絡坑
東連

試験坑道5

道
絡坑連西試験坑道2
試験坑道3
試験坑道4

ポンプ座

西立坑

東立坑

一時避難所
15

緊急事態が発生した場合(2)〇 一時避難所には、緊急用給気設備等が設置されています。
〇 必要に応じて、避難用酸素マスクを着用して退避していただくこともあります。
○ 救急箱が設置されています。必要な場合はお申しつけください。
○ 一時避難所には簡易トイレが設置されています。
酸素マスクを受取りアルミ袋を開ける①袋から取出す

避難用酸素マスクの着用
緊急用給気設備②ヒモを→の方向に引っ張る④マスクを顔面に密着させる③ヘルメットを外して装着する⑤ヘルメットを着け退避する16

緊急事態が発生した場合(3)
避難⽤酸素マスクは、以下の特徴があります。

① 酸素欠乏・有毒ガス・煙で使用可能② 約10分使用可能③ 使用中に呼気温度が熱く感じることがあるが異常ではない④ 使用中は酸素マスクを外さないこと⑤ 開封直後1回限り有効⑥ 避難時、火に近づけないこと

17それでは、皆さま、地下の世界へ！

深度350m調査坑道
18

地下施設“仮想”見学

19

低アルカリ性セメント材料試験
低アルカリ性セメントの施工性（支保工（吹付けコンクリート、覆工コンクリート）、グラウトとしての適用性）、周辺岩盤および地下水への影響（化学的影響）を把握する

20

opedplotsionsr andunit.
stem
The
pers perts.

ne-mm)

column density (ppm m) obtained using thelaser methane sensor by the distance measured
using the laser range finder. This means that themethane concentration is an average value in aspace between the detector and the tunnel wall.
The data consisting of the coordinates and themethane concentration are converted and plottedin a 3D map usinga commerciallyavailable
Proceedingsof the World Tunnel Congress2017 – Surface challenges – Underground solutions. Bergen, Norway.
4geological/construction
datavisualization
software
Geo-Graphia®
(Shigehiro et8.3 program,
Measurement
procedureal. 2010).
The laser methane detector and the laser range

CH4濃度分布の可視化手法の開発Ë

y¹ǕGǹÉÒkAÒÚŏŔŖ[õƾ地下施設内のCH 濃度の詳細な空間分布を可視化し、潜在的なトラブル要因を把握することで、さらなる安全管理に貢献
g~OGMc{: dw ŴɃfinder are mounted on the pan-tilt unit, which isaffixed to a tripod. After wiring the power
supply cable and turning on the power supply,
Proceedings of the World Tunnel Congress 2017 – Surface challenges – Underground solutions. Bergen, Norway.
the unit is adjusted to a horizontal position using
the automatic level attached to the rotatingtable. Theprocedure
pan-tilt unit used in this system is
8.3 Measurement
Laser range
composed ofLaser
two methane
rotation axes, pan and tilt
finderdetector
The panand tilt
axes theare controlled
using
The laser axes.
methanedetector
andlaser range
thepan-tiltunit
networksoftware.
Thisenables
finder are mounted on the pan-tilt unit, which is
us to arbitrarily set the measurement interval
affixed toanda tripod.
After wiring
the thepower
Figure 10.Study area.
the measurement
range intunnelsupply cableand turning
thedirections
power (seesupply,
circumferential
and onaxial
FigureThe scanning
rate is Control
approximately
1 toPC2
the unit is 9).
adjusted
to a horizontal
positionusing
and display
pointspersecondwhich
dependsonthethe automatic
level
attached
totherotating
Pan-tilt unit
frequency of the laser methanetable. Thescanning
pan-tilt
unit used in this system isdetector.
composed ofThetwo
rotation result
axes, ispan
and tilt
measurement
simplified
andaxes. The displayed
pan andintilt
axescontour
are controlledusingcolouron the development
the network
tunnel using
a developed
data postthe pan-tiltof unit
software.
This enables
processingset software.
When displaying
us to arbitrarily
the measurement
intervalthe
result in Geo-Graphia®, the data
Figure 10.Study area.
and the measurement
measurement
range
incontrolling
thetunnel
Battery
are converted into
an andinput
file forunit
Geocircumferential
andusing
axiala directions(see FigureGraphia®
conversion functionof the9). The scanning
rate is approximately
1 to 2
data post-processing
software.
Figureper
8.Configurationof the system
for the on
measurement
pointssecond which
depends
theFigure 11.System setup for measurement.
ofmethaneconcentration.
scanning frequency
oftheLaserlaser
methanemethane
detector±180°
110°
Figure 12 shows the obtained spatial
6detector.
concentration distribution of methane in 3D.
The measurement result Laser
is simplifiedandThe point cloud obtained from the laser range
range finder
displayed in colour contour on the development
finder represents the shapes of the galleries, andof the tunnel using a 20°
developed data postthe colour of each point represents the methaneconcentration. Dark red points indicate hotspots
processing software. When displaying thewhere the methane concentrations are aboutmeasurement result in Geo-Graphia®, the data
0.1% (equivalent to 1000 ppm) or higher. Areas
are converted into an input
file for Geo90°
that show no points indicate locations of theGraphia® using a conversion function of theventilation gates.

í¯Ǩ ƉabƅċD|>ý>{ƀ: dw  \3ÀðÁu: dwã-ȧĔOGZdw«_ \3ÀðÁu½ǋ: d)P eg~OǂƴȖȍȅy|>æȳ<eg~O ǃu

Nago et al. (2017)(ppm)

0Figure 11.System setup for measurement.

Laser methane detector±180°
Figure 9.Schematic
110° diagram of the system setup for themeasurement of methane concentration.

"/ :³> .ŷeg~OGeuƬǠƘîƆČĔCȃyCƛ  î/`ǚ±ďý>{ Ÿ:ãdata post-processing software.
Ventilation shaftƱ -100Figure
12 shows the obtained200 spatial
Ventilation gatesAË A21地層中の物質の移動を理解するための試験
堆積岩中の割れ目に、非収着性トレーサー（蛍光染料：ウラニン）を入れ、その周辺でトレーサーの濃度を計り、物質の移動経路を推測。次に、収着性トレーサー（Cs、Ni、Eu、等）を入れ、割れ目内での収着・拡散性を把握。
拡散試験
ダイポール試験

換気立坑

西立坑

東立坑

サンプリング後の岩石試料

サンプリング
室内分析
サンプリング
室内分析

拡散試験
ダイポール試験

単一割れ目内の状態

22

地層中の物質の移動を理解するための試験
堆積岩中の割れ目に、非収着性トレーサー（蛍光染料：ウラニン）を入れ、その周辺でトレーサーの濃度を計り、物質の移動経路を推測。次に、収着性トレーサー（Cs、Ni、Eu、等）を入れ、割れ目内での収着・拡散性を把握。
‫ע‬ɦ൦ỉࣅ࿢

揚水孔‫׭‬ᢊُ᩿੔൦ὉỨᢅίỨᢅỊ‫ע‬ɥỂܱ଀ʖ‫ܭ‬ὸ

ἢἽἨ

‫ޥ‬ჽ

注水孔ἧỵἽἑὊɥỉ‫׍‬ႻᾉὉ҄‫঺ܖ‬ЎὉቩ‫܇‬ỉ࢟७ὉࣇဃཋႻ ễỄỉЎௌỨᢅᨂ‫ٳ‬Ứᢅᵎᵌᵐ᷈ᶋᵏᵎᶉᵢᵿἋἘὅἾἋᙌ᎑‫֥ܾן‬⇷⇩⇑∞⇮−∞⇛∞දλᚾ᬴ғ᧓໯ೞἅἿỶἛஊೞཋࣇဃཋἚἾὊἇὊỨᢅễẲỨ෩ἅἿỶἛἇỶἌᾉ ἅἿỶἛἇỶἌᾉμЎဒ
10 kDa~0.2 PmỨ෩ἅἿỶἛἇỶἌᾉ<10 kDaὉ҄‫঺ܖ‬ЎὉἅἿỶἛὉஊೞཋຜࡇὉࣇဃཋỉ݅ࡇὉᆔኵ঺Ὁஊೞཋཎࣱ ễỄỉЎௌᅗ ᚤ⏕≀࣭᭷ᶵ≀࣭ࢥࣟ࢖ࢻࢆᑐ㇟࡜ࡋࡓ≀㉁⛣⾜ヨ㦂ࡢ࢖࣓࣮

掘削影響領域を対象とした試験レイアウト

微生物・有機物・コロイドを対象としࢪᅗた試験のイメージ図ࡲࡓࠊᚤ⏕≀࣭᭷ᶵ≀࣭ࢥࣟ࢖ࢻࡀ᰾✀⛣⾜࡟ཬࡰࡍᙳ㡪࡟㛵ࡋ࡚ࡢᐊෆヨ㦂࡞࡝࡟ࡼࡿ⌧㇟⌮ゎࡢ୍⎔࡜ࡋ࡚ࠊᆅୗỈ୰ࡢ⁐Ꮡ᭷ᶵ≀ࢆࡑࡢᵓ㐀ࡸ໬Ꮫ≉ᛶ࡟ᛂࡌ࡚」ᩘࡢ≀㉁⩌㸦⏬ศ㸧࡟ศࡅࡿ࡜࡜ࡶ࡟ࠊ
23ྛ⏬ศࡢ⁐Ꮡ᭷ᶵⅣ⣲㸦'LVVROYHG2UJDQLF&DUERQ㸸௨ୗࠊ'2&㸧⃰ᗘࡢࢧ࢖ࢬ᤼㝖ࢡ࣐ࣟࢺࢢࣛࣇ࢕࣮ ࡟ࡼࡿศᏊࢧ࢖ࢬศᕸࡢᐃࡸࠊ

ᐃ࡞࡝ࢆ⾜人工バリア性能確認試験の解体調査のための試験施工
人工バリア性能確認試験の解体調査時に適用する施工方法の検証

埋め戻し材（ブロック）

コンクリートプラグ

模擬オーバーパック
埋め戻し材（転圧）緩衝材
岩盤試験施工の概念図（鉛直断面図）

施工完了の様子24

地殻変動に対する堆積岩の緩衝能力の検証【地下深部の割れ目の水の流れやすさに関わる法則性を発見】
地下の割れ目は、深度が深くなると水が流れにくくなる傾向が知られていた。しかし、その程度は地層によって大きく異なり、その実体はよく分かっていなかった。
原位置試験とシミュレーションの結果、地下水の主要な流れみちとなる割れ目の水の流れやすさは、岩石にかかる力と岩石の硬さ、そして割れ目のかみ合わせの程度の３つの要素の組み合わせによって普遍的に決まるという法則性があることが分った。
・より少ない本数のボーリング調査で処分場周辺の水の流れやすさを推定可能
・将来、地殻変動などにより割れ目にかかる力が変化した場合の割れ目の水の流れやすさの変化量の上限を推定する際にも適用可能

地下深部の割れ目の水の通しやすさとそのメカニズムを表す概念図25

地下での地質環境モニタリング技術の開発
坑道の周りの地下水の水圧・水質変化のモニタリング
地下水モニタリング装置の開発と地下水調査
このボーリング孔では，坑道掘削にともなう地下水の水質の変化を調べる
ため、空気に触れないようにしたまま地下水の水質を測定しています。
モニタリング装置概要
09-V250-M02孔50m
換気立坑
モニタリング装置
設置位置

西立坑

掘削長 20m

16.5250m調査坑道

東立坑

伏角0°(水平)1.0 1.0 1.0 1.0 1.0 1.6 (m)区間1区間2区間3観測項目・水圧・パッカー圧・大気圧
測定項目： pH・pH・電気電導度（EC）
酸化還元電位
溶存酸素
・溶存酸素（DO）
電気伝導度
・酸化還元電位（ORP）・水温
水温

水質センサー

8.0

45

-100

#678+9 %&:*

-200&'

7.5

-300

7.0

地下水採水時

6.5
6.0

8/25 &'()
8/26 8/27

8/28!"# 8/30
8/29

8/31

$"#
9/1
9/2

-400
9/3%"#
9/4
9/5

-500
9/6

9/7

()*+,- #./%

08.5

13-350-C06孔における水圧の経時変化26搬送定置・回収技術オプションの実証
横置きの廃棄体の搬送定置・回収技術の実証試験
エアベアリング方式を用いたPEM（Prefabricated Engineered barrier system Module) の搬送定置、PEMと坑道の隙間の充填技術および充填材の除去技術のデモンストレーション

・緩衝材や埋め戻し材の状態に応じたこれらの除去技術の技術オプションの整理
・より合理的に人工バリアを回収するための手法の提示
・回収可能性を維持した場合の処分場の安全性への影響に関する品質評価手法の提示

27

ࢼࣜ࢜ࢆタᐃ㸦ᅗ㸧ࡋࡲࡋࡓࠋࡲࡓࠊタᐃࡋࡓࢩࢼࣜ࢜ࡀฎศࢩࢫࢸ
࣒࡟ཬࡰࡍᙳ㡪ࢆ≀㉁⛣⾜ゎᯒ➼࡟ࡼࡾホ౯ࡋࡲࡋࡓࠋࡉࡽ࡟ࠊࡇࢀࡽホ౯⤖ᯝ࡟ᇶ࡙ࡁࠊタィ࣭᪋ᕤ࠾ࡼࡧᏳ඲ホ౯ࡢほⅬ࠿ࡽࡢࢩ࣮ࣜࣥࢢࢩࢫ

閉鎖技術の実証ࢸ࣒ࡢᛶ⬟ࡢ⪃࠼᪉ࢆᩚ⌮ࡋࡲࡋࡓࠋ

処分場閉鎖後に、坑道や掘削損傷領域が地上まで直結する移行経路となることを防ぐために、地下施設および周辺岩盤の長期的な変遷を考慮しつつ、埋め戻し材やプラグなどに期待される性能の具体化や設計評価技術の改良・高度化を図る
・埋め戻し材の長期的性能の考え方の提示・緩衝材膨出抑制機能の把握ᅗᆙ㐨ࡀ༟㉺ࡋࡓ⛣⾜⤒㊰࡜࡞ࡾᚓࡿࢩࢼࣜ࢜౛㸦ࢭ࣓ࣥࢺᙳ㡪
坑道が卓越した移行経路となり得るシナリオ例
࡟ࡼࡿຎ໬࣭ኚ㉁㸧タᐃࡋࡓࢩࢼࣜ࢜࡟ᑐࡋࠊ
ฎศᏍࠊฎศᆙ㐨࠾ࡼࡧ࢔ࢡࢭࢫᆙ㐨ࢆࣔࢹ
岩盤EDZ

ࣝ໬ࡋࡓ≀㉁⛣⾜ゎᯒࢆᐇ᪋ࡋࡓ⤖ᯝࠊࢥࣥࢡ࣮ࣜࢺᮦᩱࡢຎ໬࣭ኚ㉁ࢆ

・掘削損傷領域を遮断する施工技術の実証᝿ᐃࡋࡓࢩࢼࣜ࢜㸦ࢥࣥࢡ࣮ࣜࢺࡢ⁐ฟᡂศ࡟ࡼࡗ࡚࣋ࣥࢺࢼ࢖ࢺࡀ⁐・掘削損傷領域調査技術の高度化ゎࡍࡿࡀࠊࡇࡢ᫬⏕ࡌࡿ཯ᛂ⏕ᡂ≀㸦஧ḟ㖔≀➼㸧ࡀࢥࣥࢡ࣮ࣜࢺ๭ࢀ┠⽔・ボーリング孔の閉塞技術の実証ラࡗ࡚ᩓ㐓ࡍࡿࡇ࡜࡟ࡼࡾࠊ࣋ࣥࢺࢼ࢖ࢺࡢ⁐ゎࡀ㐍ᒎ㸧࡛ࡣࠊ⢏Ꮚࡢ㓄⨨

⽌岩盤切り⽋き部
埋め戻しࡢ㛫㝽࠾ࡼࡧࢥࣥࢡ࣮ࣜࢺ㸫ᇙࡵᡠࡋᮦ⏺㠃࡟⏕ࡌࡿ㛫㝽୰ࡢ⛣ὶ࡟ࡼ
プ

グ



止水プラグの概念図

28

人工バリアに関わる研究開発
オーバーパック腐食挙動評価

人工バリア性能確認試験

オーバーパックの腐食挙動を把握するため、発熱している廃棄体（ヒーターで温度環境を再現）を模擬して、緩衝材中に埋めて、試験終了後に腐食速度や腐食生成物を分析・評価する

坑道の埋め戻しを実規模で再現して、実際の地質環境条件下で、緩衝材が地下水で飽和する過程の熱-水-応力-化学連成挙動を把握する29

オーバーパック腐食試験
注水

発熱部

模擬オーバーパック計測器：6断面に配置• 腐食電位計：12点)
・水分計：6点• pH計：6点 ・温度計：6点• 白金電極：6点

白金電極

温度計

30cm
計測器配置の例

水分計

腐食電位計

pH計

11cm

試験実施状況

緩衝材除去後の模擬オーバーパック外観

約3年間にわたる環境条件や腐食挙動のモニタリングデータを取得し、経時的な変化を把握 30

人工バリア性能確認試験【設計】
Ø 幌延を事例とした設計手法の提示
ü人工バリア（緩衝材、オーバーパック）の設計手法の適用性の確認
ü閉鎖技術（埋め戻し材、力学プラグ）に関する設計手法の適用性確認【製作・施工】
Ø 「第2次取りまとめ」で示した処分概念が実際の地下環境で構築できることの実証
ü処分孔（模擬）の掘削方法の例示
ü緩衝材ブロックの定置方法の例示
ü埋め戻し材施工方法の例示
üプラグ施工方法の例示、など【データ計測と連成解析】
Ø THMC連成現象を評価するための検証データの取得
ü人工バリア、埋め戻し材中に設置したセンサーによるデータ計測
ü計測データを用いた連成解析手法の整備
üモニタリング手法の適用性確認

埋め戻し材（ブロック）
コンクリートプラグ
埋め戻し材（転圧）緩衝材
模擬オーバーパック

人工バリア性能確認試験イメージ図

人工バリア性能確認試験は、第２次取りまとめに示された軟岩系岩盤における処分孔竪置き方式を対象として、実物大の模擬人工バリアを設置した上で、試験坑道の一部を埋め戻し、THMC連成現象に関する計測データを取得する試験

ダイジェスト動画
31